МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ ДИСК ДЛЯ ЗАПИСИ, ХРАНЕНИЯ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
MAGNETO-OPTICAL DISC FOR RECORDING, STORING AND REPRODUCTION OF INFORMATION AND METHOD OF MAKING SAID DISC

Изобретение относится к области прикладной магнитооптики и может быть использовано для записи, хранения и воспроизведения видеоинформации в цифровом и аналоговом режимах.
В настоящее время известны магнитооптические диски (МО-диски), представляющие собой нанесенную на стеклянной подложке четырехслойную структуру:
- пленка редкоземельный металл - переходной металл (РЗ-ПМ), - рабочая среда (магнитооптический слой, рабочий слой) МО-диска (наносится непосредственно на подложку);
- слой SiO (так называемый нижний диэлектрический слой толщиной h=λ/4, где λ - длина волны света; слой выполняет одновременно роль просветляющего покрытия, наносится поверх рабочего слоя);
- слой Сu (так называемый отражающий слой);
- слой SiO (так называемый верхний диэлектрический слой, выполняющий защитную роль медного слоя от окисления) (см.: 1. Фролов Г.И., Середкин В.А., Яковчук В.Ю. Термомагнитная запись на пленочных сплавах переходных и редкоземельных металлов. Препринт ИФ СО АН СССР. №386 Ф. Красноярск, 1986. - 48 с. (с.93-95).
2. Фролов Г.И., Жигалов B.C. Физические свойства и применение магнитопленочных нанокомпозитов. Новосибирск. Издательство СО РАН, 2006.
3. Фролов Г.И. Аморфные ферримагнитные пленки для устройств оптической обработки информации. В кн.: Магнитные свойства кристаллических и аморфных сред. Новосибирск, Наука, Сибирское отделение, 1989. - 252 с. (с.218-234).
Указанные диски обладают следующими недостатками:
1) низким процентом выхода годных при производстве;
2) ухудшением стабильности эксплуатационных параметров диска при работе в условиях повышенной влажности, повышенной влажности и повышенной температуры;
3) сильной зависимостью коэрцитивной силы и одноосной анизотропии рабочего слоя (пленки РЗ-ПМ) от технологических параметров получения диска;
4) имеют ограничения для записи в точке компенсации, поскольку пленки РЗ-ПМ характеризуются сильной температурной зависимостью коэрцитивной силы вблизи температуры компенсации и при этом в некоторых случаях имеет место потеря информации в процессе записи; 5) имеют высокие значения коэффициента отражения от каждого слоя и обусловленное этим недостаточно высокое значение отношения сигнал/шум.
Наиболее близким (прототипом) к предлагаемому магнитооптическому диску является МО-диск фирмы Xerox, представляющий собой следующую четырехслойную структуру, нанесенную на стеклянную подложку:
- слой А1 (отражающий слой), нанесенный на подложку;
2
- слой SiO (нижний диэлектрический слой толщиной h=λ/4, где λ - длина волны света; наносится на отражающий слой);
- пленка (РЗ-ПМ), - рабочая среда МО-диска (наносится поверх нижнего диэлектрического слоя);
2
- слой SiO (верхний диэлектрический слой толщиной h=λ/2, где λ - длина волны света, выполняющий защитную роль рабочего слоя от окисления; наносится поверх пленки РЗ-ПМ). (см.: 1. Connel G.A.N., Alien R., Mansuripur M. Interference enhanced Kerr spectroscopy for very thing absorbing films application to amorphous terbium iron. J. Mag. and Magn. Mater. 1983. vol.35, N1-3. P.337-339.
2. Mansuripur M., Connel G.A.N., Treves D. Optimum disk structures and energetics of domain formation in magneto-optical recording. IEEE Trans. Magn. 1982. Vol.MAG-18, N6. P.1241-1243.
3. Mansuripur M., Connel G.A.N., Goodman J.W. Signal and noise in magneto-optical readout. J. Appl. Phys. 1982. Vol.53, N6. P.4485-4494).
Вследствие того, что толщины нижнего и верхнего диэлектрических слоев равны соответственно λ/4 и λ/2, то отраженный от слоя А1 свет возвращается в фазе с компонентом, отраженным непосредственно от рабочего слоя, и в этом случае имеет место сложение выходящих лучей, что существенно уменьшает потери на отражение.
Указанные диски обладают следующим недостатком:
1) низким процентом выхода годных при производстве;
2) ухудшением стабильности эксплуатационных параметров диска при работе в условиях повышенной влажности, повышенной влажности и повышенной температуры;
3) сильной зависимостью коэрцитивной силы и одноосной анизотропии рабочего слоя (пленки РЗ-ПМ) от технологических параметров получения диска;
4) имеют ограничения для записи в точке компенсации, поскольку пленки РЗ-ПМ характеризуются сильной температурной зависимостью коэрцитивной силы вблизи температуры компенсации и при этом в некоторых случаях имеет место потеря информации в процессе записи.
Целью настоящего изобретения является:
1) повышение процента выхода годных дисков при производстве;
2) повышение стабильности эксплуатационных параметров дисков при работе в самых различных условиях эксплуатации;
1) увеличение вероятности сохранения информации в процессе записи;
2) повышение надежности хранения записанной информации.
3-x
x
5-y
y
12
Указанная цель достигается тем, что рабочая среда (магнитооптический слой) диска представляет собой поликристаллическую феррит-гранатовую пленку состава YBiFeGaO (где х=1,5-2,5; у=0-1,5), к тому же рабочая среда, верхний и нижний диэлектрические слои находятся в электретном состоянии.
Сущность изобретения состоит в следующем.
Электретное состояние магнитооптического слоя ведет к индуцированию в нем высококоэрцитивного состояния (см.: 1. Костишин В.Г., Летюк Л.М. Влияние обработки в коронном разряде на форму петли гистерезиса эпитаксиальных пленок ферритов-гранатов. Журнал технической физики, 1995, т.65, в.7. С.179-183.
2. Kostishyn V.G., Letyuk L.M., Shipko M.N., Kirpenko A.G. Influence of corona discharge on the hysteresis loop of magnetic garnet films. J. ofMagn. and Magn. Mater., 1996, V.169. P.363-364.
3. Kostishyn V.G., Letyuk L.M. Use of corona electret state in Bi-containing fer-rite-garnet heterocompositions for thermomagnetic data recording. J. of Magn. and Magn. Mater., 2003, V.254-255. P.556-558),
3+
что является одним из основных требований к материалам для термомагнитооптической записи информации. Верхний и нижний диэлектрические слои, находясь в электретном состоянии, кроме основных своих функций выполняют также роль стабилизаторов электретного состояния рабочего слоя. За счет высокого содержания ионов Bi в структуре гранатовой пленки рабочий слой обладает высоким фарадеевским вращением, что достаточно для высококонтрастной магнитооптической записи и считывания информации.
Существование в рабочем слое наведенной электретным состоянием высокой коэрцитивной силы полностью исключает для выбранного типа рабочего слоя характерную для пленок РЗ-ПМ сильную температурную зависимость коэрцитивной силы и, таким образом, полностью исключает потерю информации в процессе записи.
Следует отметить также, что индуцированное в рабочем слое обработкой в короне высококоэрцитивное состояние существенно повышает надежность хранения записанной информации.
Таким образом, отличительными признаками предлагаемого магнитооптического диска по сравнению с прототипом являются следующие.
3-x
x
5-y
y
12
1. Рабочая среда (магнитооптический слой) диска представляет собой поликристаллическую феррит-гранатовую пленку состава YBiFeGaO (где х=1,5-2,5; у=0-1,5).
2. Рабочая среда, верхний и нижний диэлектрические слои находятся в электретном состоянии.
Использование вышеуказанных признаков для достижения поставленной в настоящей заявке цели авторам неизвестно.
Наиболее подходящим к предлагаемому в настоящей заявке является способ получения магнитооптических дисков для записи и хранения информации, состоящий в напылении на подложку из оптически прозрачного материала со сформированными спиральными канавками зеркального слоя, нижнего диэлектрического слоя толщиной h=λ/4 (где λ - длина волны света), магнитооптического слоя, верхнего диэлектрического слоя толщиной h=λ/2 (где λ - длина волны света), (см.: 1. Connel G.A.N., Allen R., Mansuripur M. Interference enhanced Kerr spectroscopy for very thing absorbing films application to amorphous terbium iron. J. Mag. and Magn. Mater. 1983. vol.35, N1-3. P.337-339.
2. Mansuripur M., Connel G.A.N., Treves D. Optimum disk structures and energetics of domain formation in magneto-optical recording. IEEE Trans. Magn. 1982. Vol.MAG-18, N6. P.1241-1243.
3. Mansuripur M., Connel G.A.N., Goodman J.W. Signal and noise in magneto-optical readout. J. Appl. Phys. 1982. Vol.53, N6. P.4485-4494).
3
5
12
С целью получения высокодобротного магнитооптического диска на основе поликристаллической феррит-гранатовой пленки (YBi)(FeGa)O, указанный способ дополнен нами следующей операцией.
к
1. Магнитооптический диск предложенной конструкции обрабатывают в течение 5-15 часов в отрицательном коронном разряде при температуре 100-300°С и токе короны I=50-350 мкА.
3
5
12
c
c
Сущность предложенного способа состоит в следующем. Так как предложенный МО-диск представляет собой совокупность трех диэлектрических слоев, то при длительной обработке в отрицательном коронном разряде в каждом из слоев будет формироваться электретное состояние (см.: Губкин А.Н. Электреты. M.: Наука, 1978. - 192 с.). Формирование электретного состояния при повышенной температуре (100-300°С) позволит сохраниться этому состоянию при комнатной температуре фактически бесконечное время. За счет использования в качестве рабочего слоя МО-диска феррит-гранатовой пленки (YBi)(FeGa)O малой толщины (толщины 0,05-0,1 мкм), электретное состояние индуцирует в рабочем слое коэрцитивную силу Н в 20-25 раз выше, чем Н этой же пленки без электретного состояния, а также весьма существенно (на 40-50%) повышает одноосную анизотропию данной пленки.
c
c
Применение отрицательного коронного разряда для обработки целесообразно из тех соображений, что при данном виде короны в процессе обработки на поверхности обрабатываемого материала удается получить большие значения поверхностной плотности поляризационного заряда и добиться таким образом большей по значению поверхностной плотности поляризационных зарядов. Проведенные опыты показали, что обработка в короне в течение времени меньше пяти часов не дает требующихся результатов по значению роста коэрцитивной силы Н рабочего слоя. Обработка в течение времени, превышающего 15 часов, нецелесообразна, поскольку не приводит к дальнейшему росту Н. Пределы изменения тока короны выбраны из следующих соображений. При использовании тока короны меньше 50 мкА сильно увеличивается время обработки для достижения необходимого значения коэрцитивной силы МО-диска. Использование для обработки МО-дисков тока короны свыше 350 мкА  нецелесообразно, так как дальнейшее увеличение значения тока не приводит к существенному росту достигнутых эффектов.
С целью равномерной обработки МО-диска в коронном разряде, диск в процессе обработки вращается с постоянной скоростью.
Таким образом, предложенный способ изготовления магнитооптического диска для записи, хранения и воспроизведения информации обладает по сравнению с прототипом следующими отличительными признаками.
1. МО-диск обрабатывают в отрицательном коронном разряде.
2. Обработка МО-диска в коронном разряде ведется при температуре 100-300°С.
к
3. Обработку МО-диска в отрицательном коронном разряде ведут при значении тока короны I=50-350 мкА.
4. Время обработки МО-диска в короне составляет 5-15 часов.
Использование указанных признаков для достижения поставленной в заявке цели авторам неизвестно.
Следует отметить также, что индуцированное в рабочем слое обработкой в короне высококоэрцитивное состояние существенно повышает надежность хранения записанной информации.
МО-диски, изготовленные в соответствии с предложенной конструкцией и по предложенной технологии, позволяют производить эффективную запись и воспроизведение как цифровой, так и аналоговой информации с помощью эффекта Фарадея и эффекта Керра.
Следует отметить, что МО-диск предложенной конструкции и способ его получения по сравнению с прототипом повышают:
- на 40% - выход годных;
- на 25% - стабильность эксплуатационных параметров дисков при работе в жестких условиях эксплуатации (при высокой влажности и температуре);
- на 10% вероятность сохранения информации в процессе записи.
На чертеже представлена схема установки для обработки МО-диска в отрицательном коронном разряде. Устройство для обработки включает в себя: 1 - высоковольтный выпрямитель; 2 - коронирующий электрод; 3 - вращающуюся пластину-электрод; 4 - штатив; 5 - магнитооптический диск; 6 - высоковольтные соединительные провода; 7 - микроамперметр; 8 - киловольтметр; 9 - бокс для контроля условий обработки.
0,6
2,4
3,5
1,5
12
к
к
Пример 1. Два макета МО-диска предложенной конструкции были изготовлены разработанным способом на стеклянной подложке диаметром 120 мм. Толщина магнитооптического слоя (поликристаллическая пленка YBiFeGaO) составляла 0,12 мкм. По получении всех требующихся слоев, диски обрабатывали 8 часов в отрицательном коронном разряде при температуре 200°С, давлении 760 мм ртутного столба и влажности 0%. Использовался коронирующий электрод типа «многоигольчатый электрод». Напряжение на коронирующем электроде составляло U=20 кВ. Ток короны при обработке находился в пределах I=180-200 мкА. В таблице 1 представлены основные параметры рабочего слоя изготовленного МО-диска до и после обработки в коронном разряде. Представлены также результаты исследования стабильности полученных обработкой в короне результатов в течение 40 месяцев.
Таблица 1
Изменение основных эксплуатационных характеристик магнитооптического слоя (поликристаллическая пленка Y<sub>0,6</sub>Bi<sub>2,4</sub>Fe<sub>3,5</sub>Ga<sub>1,5</sub>O<sub>12</sub>) макета разработанного МО-диска при обработке в отрицательном коронном разряде (U<sub>к</sub>=25 кВ; I<sub>к</sub>=180-200 мкА; Т<sub>обр</sub>=200°С, Р=760 мм рт.ст., влажность = 60%)
Макет МО-диска
Коэрцитивная сила Н<sub>c</sub>, Э
Поле одноосной анизотропии -Н<sub>одн</sub>, Э
до обработки в короне
после обработки в короне 8 час
через 40 месяцев после обработки в короне
до обработки в короне
после обработки в короне 8 час
через 40 месяцев после обработки в короне
1
36,0
790,00
790,00
2520,00
3650,00
3650,00
2
40,0
1100,00
1100,00
2650,00
3780,00
3780,00
обр
Как видно из таблицы, свойства магнитооптического слоя полученных МО-дисков в течение контрольного срока в 40 месяцев полностью сохраняют приобретенные посредством обработки в отрицательном коронном разряде при Т=200°С свойства.
Побитовая запись информации в изготовленных МО-дисках осуществлялась полупроводниковым лазером (λ=0,8 мкм). Мощность лазера при записи составляла 15 мВт, при воспроизведении - 8 мВт. В процессе наблюдения за стабильностью записанной информации на протяжении 36 месяцев ухудшения качества записанной информации обнаружено не было.
0,225
0,775
0,7
2,3
4,5
0,5
12
Пример 2. Десять макетов МО-дисков были приготовлены то технологии фирмы Xerox (в качестве магнитооптического слоя использовалась аморфная пленка TbFe). Других десять макетов МО-дисков были изготовлены в соответствии с предложенными технологией и конструкцией диска (в качестве магнитооптического слоя использовалась поликристаллическая пленка YBiFeGaO). Из десяти макетов дисков, изготовленных по технологии фирмы Xerox, только шесть имели удовлетворительные для проведения термомагнитооптической записи характеристики. В то же время, все десять дисков, изготовленных по предложенной технологии, имели удовлетворительные характеристики для проведения записи и считывания информации.
Пример 3. Побитовая запись информации проводилась в шести макетах МО-дисков, изготовленных по технологии фирмы Xerox, и шести макетах МО-дисков, изготовленных по предложенной технологии. Качественная запись проводилась путем воспроизведения с помощью эффектов Фарадея и Керра. Далее проводилось стирание информации. Процесс записи-воспроизведения во всех дисках проводился пять раз.
Было обнаружено, что из 30 случаев записи информация была полностью сохранена для дисков, изготовленных по технологии фирмы Xerox, - в 26 случаях, а для дисков, изготовленных по предложенной технологии - в 29 случаях. Таким образом, предложенные технология и конструкция МО-диска повышают вероятность сохранения информации в процессе записи по сравнению с технологией и конструкцией МО-диска фирмы Xerox на 10%.
Пример 4. Проводились испытания стабильности шести макетов МО-дисков, изготовленных по технологии фирмы Xerox и шести макетов МО-дисков, изготовленных по предложенной технологии. Условия испытания: влажность - 85%, давление - 760 мм рт.ст. и температура - 50°С. Все двенадцать дисков с записанной информацией выдерживались в условиях испытаний в течение 10 дней. По истечении указанного срока проводилась проверка записанной информации. Далее диски просушивались, информация стиралась, та же информация записывалась вторично и испытания всех МО-дисков повторялись при тех же условиях и в течение того же времени.
Результаты испытаний позволили обнаружить ошибки записи информации в МО-дисках, изготовленных по технологии фирмы Xerox, в четырех случаях из двенадцати, а в МО-дисках, изготовленных по предложенной технологии, - в одном случае из двенадцати.