DE10307422A1 - Glassubstrat für ein Datenspeichermedium sowie einen Datenspeicher, der ein solches Glassubstrat umfasst - Google Patents

Abstract

Es wird ein Glas beschrieben, das als Substrat bzw. Träger für einen Datenspeicher geeignet ist. Das Glas weist eine T¶G¶ > 500 DEG C und eine Zusammensetzung von DOLLAR A SiO¶2¶ 30-80 Gew.-% DOLLAR A Al¶2¶O¶3¶ 10-30 Gew.-% DOLLAR A B¶2¶O¶3¶ 5-15 Gew.-% DOLLAR A MgO 1-10 Gew.-% DOLLAR A CaO 0-15 Gew.-% DOLLAR A SrO 0-8 Gew.-% DOLLAR A BaO 0-25 Gew.-% DOLLAR A ZnO 0-10 Gew.-% DOLLAR A ZrO¶2¶ 0-5 Gew.-% DOLLAR A TiO¶2¶ 0-10 Gew.-% DOLLAR A CeO¶2¶ 0-5 Gew.-% DOLLAR A SnO¶2¶ 0,05-2 Gew.-% auf, mit der DOLLAR A Maßgabe, dass DOLLAR A die SIGMA ZrO¶2¶ + TiO¶2¶ 0,05-12 Gew.-%, DOLLAR A die SIGMA CeO¶2¶ + SnO¶2¶ 6 Gew.-% und DOLLAR A die SIGMA LiO¶2¶ + Na¶2¶O + K¶2¶O 0-5 Gew.-% beträgt. DOLLAR A Die Erfindung beschreibt auch ein Medium zum Speichern von elektronisch verarbeitbaren Daten, das ein solches Glassubstrat enthält.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Glas, das besonders als Substrat für ein Datenspeichermedium geeignet ist, sowie einen Datenspeicher, der ein solches Glassubstrat umfasst.
• Datenträger, insbesondere zur Speicherung und Bearbeitung in elektronischen Datenverarbeitungsgeräten, wie Computer etc., sind beispielsweise in Form von Festplattenlaufwerken (hard disk drives) sowie Wechselmedien (Disketten, CD, DVD) in speziellen Laufwerken, bestens bekannt. Die Datenträger in diesen Laufwerken umfassen ein Substrat sowie eine darauf angeordnete Schicht zur magnetischen, optischen und/oder thermischen Speicherung von Daten. Bislang werden als Trägermaterial für solche Datenspeicherschichten Aluminium oder andere Metalllegierungen (bzw. spezielle organische Polymere für Wechselmedien) verwendet. Aufgrund seiner geringen Kosten und seiner geringen Oberflächenrauhigkeit sowie Festigkeit und Formstabilität gewinnt jedoch die Verwendung von Glas als Substratmaterial für solche Datenträger immer mehr an Bedeutung. Derartige Gläser müssen jedoch hohen chemischen, thermi schen und mechanischen Belastungen sowohl bei der Herstellung, der Verarbeitung als auch beim Gebrauch standhalten.
• Beim Auftragen der magnetischen Schichten werden derartige Glasträger üblicherweise hohen Temperaturen mit kurzen intensiven Heiz- und Abkühlraten von > 400 K min^-1 ausgesetzt. Hieran schließen sich weitere Wärmebehandlungen an, welche üblicherweise zwischen 300 und 400°C betragen. Die Beschichtung selbst erfolgt normalerweise durch Kathodenzerstäubung oder durch Aufsputtern der jeweiligen Magnetschicht. Derartige Gläser müssen daher eine Transformationstemperatur von üblicherweise über 400°C aufweisen.
• Insbesondere bei der Verwendung von Gläsern als Träger in Festplatten treten hohe mechanische Belastungen auf, wie z.B. bei der Montage von Speichermedium und Spindel durch Klemmspannungen im Bereich des Innenloches des Speichermediums, wobei Drücke von bis zu 100 N/mm² entstehen. Des weiteren entwickeln sich im Betrieb bei Umdrehungszahlen von 10.000 – 15.000 U/Min. weitere durch die Zentrifugalkräfte hervorgerufene Spannungen, welchen der dünne Glasträger ebenfalls standhalten muss.
• Darüber hinaus benötigen derartige Festplatten eine hohe Formstabilität um auch bei hohen Umdrehungszahlen im Laufwerk nicht in Schwingung zu geraten und zu flattern. Derartige Auslenkungen aus der horizontalen Ruhelage würden bei dem üblicherweise niedrigen Leseabstand des Schreib-/Lesekopfes von derzeit ca. 10 – 20 nm dazu führen, dass der Kopf den Lesekontakt mit der Festplatte verliert, sog. „run-out", oder dass er mit der Festplatte zusammenstößt, sog. „head Crash". Für Datenträger verwendbare Gläser müssen daher einen hohen spezifischen Elastizitätsmodul E/ρ aufweisen, d.h. einen hohen Elastizitätsmodul E und/oder eine geringe Dichte p. Dabei ist es wünschenswert, dass E/ρ mindestens 25 ·10⁶ m²/s² beträgt.
• Die Oberfläche des Datenspeichers und damit auch die Oberfläche des Trägermaterials muss besonders eben sein, da der Schreib-/Lesekopf insbesondere bei Festplatten üblicherweise derzeit mit einem Abstand von ca. 10 – 20 nm auf einem Luftpolster bzw. einer Gleitmittelschicht über der sich drehenden Platte schwebend dahin gleitet. Dieser Abstand muss für eine einwandfreie Funktion beibehalten werden. Ist nun die Oberfläche des Festplattenmaterials bzw. -substrates gegenüber atmosphärischen Einflüssen nicht beständig und entstehen durch chemische und/oder thermische Einwirkungen auf die Oberfläche Ausblühungen, so dass diese schon vor der Beschichtung rauh wird, verändert sich der Funktionsabstand der Platte zum Lesekopf, was zu Funktionseinbußen bzw. zum Funktionsausfall führen kann. Des weiteren kann aufgrund einer thermischen und/oder chemischen Veränderung der Oberfläche die Haftfestigkeit der aufgebrachten Funktionsschichten verloren gehen, so dass sich diese von der Oberfläche des Glasträgers lösen. Die Trägersubstrate müssen daher eine hohe chemische und thermische Beständigkeit aufweisen.
• Zur Erhöhung der Speicherdichte werden Magnetschichten auf Substrate aufgetragen, in denen die magnetisierbaren Bezirke, d.h. die sog. Weißschen Bezirke, eine deutlich geringere laterale Ausdehnung aufweisen, indem deren Polachsen nicht mehr parallel zur Oberfläche des Trägermaterials, sondern senkrecht hierzu, d.h. parallel zur Drehachse der Speicherplatte, ausgerichtet sind. Speichermedien für diese Technik werden als sog. „perpendicular recording media" bezeichnet. Zur Herstellung derartiger Sputterschichten sind jedoch deutlich höhere Temperaturen von insbesondere mehr als 500°C erforderlich. Dazu sind Substrate von besonderer thermischer Stabilität, insbesondere hinsichtlich der Form- und Oberflächenstabilität, notwendig. Nach Kenntnis der Anmelderin sind derzeit keine Substratmaterialien bekannt, welche diese Anforderung in ausreichendem Maße erfüllen.
• Neben diesen Anforderungen an die Eigenschaften eines Materials, welches als Substrat bzw. Träger für Harddisk-Anwendungen verwendet werden soll, müssen derartige Gläser mit geringen Produktionskosten herstellbar sein, da es sich hier um ein Massenprodukt handelt. Dazu muss das Schmelz- und Formgebungsverfahren solcher Gläser für großtechnische Anlagen geeignet sein. Darüber hinaus sollen die Glasschmelzen das Feuerfestmaterial der Schmelzaggregate möglichst wenig angreifen, d.h. sie sollen bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen herstellbar sein und keine aggressiven korrosionsfördernden Bestandteile enthalten. Darüber hinaus sollten solche Gläser auch großtechnisch mit aus reichender innerer Qualität, d.h. ohne Blasen, Knoten und Einschlüsse, auf einfache Weise in ebenen Platten herstellbar sein. Derartige Techniken umfassen beispielsweise die Herstellung in einer Floatanlage oder in einem Ziehverfahren. Besonders die Herstellung dünner, d.h. < 3 mm dicker Substrate von geringer Oberflächenwelligkeit über Ziehverfahren erfordert eine hohe Entglasungsstabilität.
• Schließlich sollen solche Gläser mit einer geringen Oberflächenrauhigkeit herstellbar sein. Dabei sollen sie möglichst so, wie sie im Herstellungsverfahren erhalten werden, direkt weiterverarbeitet, d.h. besputtert, werden, ohne dass die Rauhigkeit in einem zusätzlichen Bearbeitungsschritt durch Schleifen, Läppen und/oder Polieren verringert werden muss. Schließlich ist es auch notwendig, dass sich die Oberfläche eines derartigen Glasträgers bei der hohen thermischen Belastung, wie sie beispielsweise beim Aufsputtern der Funktionsschichten auftritt, nicht verzieht oder aufrauht.
• Aus der EP-A-0 858 974 ist ein Glas mit einem hohen spezifischen Elastizitätsmodul und einer hohen Übergangstemperatur von 700°C bekannt. Es weist eine Zusammensetzung von 25 – 52 Mol-% SiO₂ (= 14,37 – 58,04 Gew.-%), 0 – 5 Mol-% B₂O₃ (= 0,00 – 6,57 Gew.-%), 0 – 5 Mol-% P₂O₅ (= 0,00 – 12,55 Gew.-%), 5 – 35 Mol-% Al₂O₃ (= 5,07 – 53,27 Gew.-%), 15 – 45 Mol-% MgO (= 5,78 – 34,69 Gew.-%), 0 – 25 Mol-% TiO₂ (= 0,00 – 34,20 Gew.-%), 0 – 8 Mol-% ZrO₂ (= 0,00 – 17,10 Gew.-%), 1 – 30 Mol-% CaO (= 0,54 – 31,70 Gew.-%), 0 – 17 Mol-% Y₂O₃ (= 0,00 – 47,31 Gew.-%) auf. Dieses Glas wird als ein Trägersubstrat für einen magnetischen Datenträger beschrieben, in welchem eine Ausgleichsschicht zum Ausgleich von Unebenheiten zwischen Magnetträger und Substrat angeordnet ist. Eine hohe Oberflächenglätte, d.h. eine Oberflächenrauhigkeit, von Ra < 9 Å wird bei diesem Glas allerdings erst durch Polieren erreicht. Es hat sich jedoch gezeigt, dass sich diese Oberflächenrauhigkeit bei einer Behandlung mit erhöhter Temperatur verändert.
• Aus der JP-A 09-012333 ist ein Glas für ein Magnetdisksubstrat mit guten Korrosionseigenschaften und Beständigkeit gegen Alkali bekannt, welches 52 – 65 Gew.-% SiO₂, 10 – 18 Gew.-% Al₂O₃, 0 – 8 Gew.-% B₂O₃, 0 – 10 Gew.-% MgO, 2 – 15 Gew.-% CaO, 0 – 15 Gew.-% SrO, 0 – 16 Gew.-% BaO und 0 – 12 Gew.-% ZnO enthält.
• Schließlich ist aus der DE-A 100 00 836 ein alkalifreies Aluminoborosilikatglas bekannt, welches eine hohe Glastransformationstemperatur aufweist und welches als Substrat für Flüssigkristall-Flachdisplaybildschirme geeignet ist.
• Die Erfindung hat nunmehr zur Aufgabe derartige Trägersubstrate bereitzustellen, die thermisch, mechanisch und chemisch ausreichend stabil sind und die sich auf wirtschaftliche Weise günstig herstellen lassen. Die Trägersubstrate sollen insbesonders bei hohen Temperaturen ohne Verziehen, Kompaktion und Aufwellen der Oberfläche besputterbar sein.
• Dieses Ziel wird durch das in den Ansprüchen definierte Substratglas erreicht.
• Erfindungsgemäß wurde nämlich gefunden, dass Gläser mit einer Zusammensetzung von 10 – 80 Gew.-% SiO₂, 10 – 30 Gew.-% Al₂O₃ , 5 – 15 Gew.-% B₂O₃ , 1 – 10 Gew.-% MgO, 0 – 15 Gew.-% CaO, 0 – 8 Gew.-% SrO, 0 – 25 Gew.-% BaO, 0 – 10 Gew.-% ZnO, 0 – 5 Gew.-% ZrO₂ und 0 – 10 Gew.-% TiO₂ sowie 0 – 5 Gew.-% CeO₂ und 0,05 – 2 Gew.-% SnO₂ sich ganz besonders zur Herstellung von Trägern für elektronische Datenspeicher eignen, wenn
  die Σ ZrO₂ + TiO₂ mindestens 0,05 und höchstens 12 Gew.-% beträgt und
  die Σ CeO₂ + SnO₂ ≤ 6 Gew.-% ist, wobei
  die Σ von LiO₂, Na₂O, K₂O 5 Gew.-% nicht übersteigt. Derartige Gläser zeigen bereits nach Heißformgebungsprozess durch Ziehen oder Floaten und anschließender Kühlung eine äußerst geringe Oberflächenrauhigkeit, die sich auch bei einer längeren Behandlung mit hohen Temperaturen bis zu 750°C nicht oder für das Produkt nur unwesentlich verändert.
• Das erfindungsgemäße Glassubstrat weist einen Tg von > 500°C, insbesondere > 550°C auf, wobei > 600°C bevorzugt ist. Das erfindungsgemäße Glassubstrat weist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform einen Tg von ≥ 640°C auf.
• Der SiO₂-Gehalt der Gläser beträgt mindestens 30 Gew.-%, üblicherweise mindestens 45 Gew.-%, wobei 55 Gew.-% bevorzugt sind. Ein ganz besonders bevorzugter Gehalt an SiO₂ beträgt mindestens 57 und insbesondere 58 Gew.-%. Der maximale SiO₂-Gehalt im erfindungsgemäßen Glas liegt bei 80 Gew.-%, wobei 65 Gew.-% und insbesondere 62 Gew.-% besonders bevorzugt sind. In speziellen Ausführungsformen hat sich ein maximaler SiO₂-Gehalt von 61 Gew.-% und insbesondere 59 Gew.-% als besonders geeignet erwiesen. Der Gehalt an Al₂O₃ beträgt mindestens 10 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 12 Gew.-%, wobei mindestens 15 Gew.-% in vielen Fällen besonders geeignet ist. Der maximale Gehalt an Al₂O₃ beträgt für das erfindungsgemäße Glassubstrat maximal 30 Gew.-%, insbesondere 20 Gew.-%, wobei maximal 19 Gew.-% und insbesondere maximal 18 Gew.-% bevorzugt sind. Ganz besonders bevorzugt ist ein Maximalgehalt von 16 Gew.-%. Das erfindungsgemäße Glas kann frei von B₂O₃ sein. Vorzugsweise ist B₂O₃ jedoch zu mindestens 3 Gew.-%, insbesondere mindestens 5 Gew.-% enthalten, wobei mindestens 6 Gew.-% B₂O₃ bevorzugt sind. Der Maximalgehalt an B₂O₃ beträgt 16 Gew.-%, insbesondere maximal 15 Gew.-%, wobei maximal 10 Gew.-% bevorzugt ist. In Einzelfällen können jedoch auch Gehalte von 0 – 1 Gew.-% zweckmäßig sein. Der Mindestgehalt an MgO beträgt 1 Gew.-%, insbesondere mindestens 3 Gew.-%, wobei die maximale Menge 10 Gew.-%, üblicherweise jedoch 8 Gew.-% und vorzugsweise maximal 7 Gew.-% beträgt. In einigen Fällen hat sich ein Gehalt von maximal 5 Gew.-% als zweckmäßig erwiesen. Das erfindungsgemäße Glassubstrat kann ohne Weiteres frei von CaO sein. Es ist jedoch zweckmäßig, dass das erfindungsgemäße Glassubstrat einen Mindestgehalt von 3 Gew.-%, insbesondere von 5 Gew.-% aufweist, wobei sich in einigen Fällen ein Mindestgehalt von 8 Gew.-% und in besonderen Fällen sogar von 11 Gew.-% als zweckmäßig erwiesen hat. Der Maximalgehalt beträgt üblicherweise für CaO 15 Gew.-%, wobei 12 Gew.-% bevorzugt ist. In einigen erfindungsgemäßen Zusammensetzungen hat sich auch ein CaO-Gehalt von maximal 4 Gew.-% als geeignet erwiesen. SrO ist in einer Menge von 0 – 8 Gew.-% enthalten, wobei in vielen Fällen ein Mindestgehalt von 4 Gew.-% und ein Maximalgehalt von 7 Gew.-% bevorzugt ist. BaO ist in einer Menge von 0 – 25 Gew.-% enthalten, wobei mindestens 1 Gew.-% und speziell mindestens 5 Gew.-% bevorzugt sind. In Einzelfällen haben sich Mindestgehalte von 7 Gew.-% als zweckmäßig erwiesen. Der Höchstgehalt an BaO beträgt üblicherweise 25 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 20 Gew.-%, wobei mindestens 11 Gew.-% und insbesondere mindestens 10 Gew.-% besonders bevorzugt ist. In Einzelfällen haben sich Höchstgehalte von 5 Gew.-% als zweckmäßig erwiesen. In einem speziellen Fall ist BaO in einer Menge von 6 – 10 Gew.-% enthalten. Der Gehalt an ZnO kann ohne Weiteres 0 Gew.-% betragen. Bevorzugt ist jedoch ein Mindestgehalt von 1 Gew.-%, insbesondere mindestens 2 Gew.-%, wobei 5 Gew.-% bevorzugt ist. Die Höchstgehalte an ZnO betragen üblicherweise 10 Gew.-% und insbesondere 8 Gew.-%.
• Die für das erfindungsgemäße Glassubstrat besonders wichtigen Additive ZrO₂, TiO₂, CeO₂ und SnO₂ betragen allesamt 0 – 10 Gew.-%, wobei jedoch für ZrO₂ ein Gehalt von 0 – 5 Gew.-% bevorzugt ist. Die Mindestmengen an ZrO₂ betragen üblicherweise minde steps 0,05 Gew.-%, insbesondere mindestens 0,1 Gew.-%. Die bevorzugte Höchstmenge beträgt erfindungsgemäß 3, insbesondere 2 Gew.-%. TiO₂ ist in einer Menge von 0 – 10 Gew.-% enthalten, wobei eine Mindestmenge von 0,05 Gew.-% und insbesondere von 1 Gew.-% bevorzugt ist. Eine bevorzugte Obergrenze für TiO₂ beträgt im erfindungsgemäßen Glassubstrat 3 Gew.-% und insbesondere 2 Gew.-%. Zum Erhalten der erfindungsgemäßen Eigenschaft ist es nun notwendig, dass die Gesamtmenge von ZrO₂ und TiO₂ im Bereich von 0,05 – 12 Gew.-% liegt, wobei 0,1 – 10 Gew.-% bevorzugt ist. Besonders bevorzugt ist ein Mindestgehalt dieser beiden Substanzen von 0,2 Gew.-% und insbesondere von 0,5 Gew.-% bzw. 1 Gew.%, wobei mindestens 1,5 Gew.-% besonders bevorzugt ist. Die Obergrenze hierbei beträgt vorzugsweise maximal 10 Gew.-%, insbesondere maximal 5 Gew.-% und speziell maximal 4 Gew.-%.
• Der Gehalt an CeO₂ beträgt 0 – 5 Gew.-%, wobei ein Mindestgehalt von 0,05 Gew.-% und insbesonders 0,1 Gew.-% bzw. 0,2 Gew.-% bevorzugt ist. Der bevorzugte Maximalgehalt beträgt hier vorzugsweise 5 Gew.%, insbesondere 2 Gew.-%, wobei Gehalte von maximal 1,5 Gew.-%, insbesondere 1 Gew.-% ganz besonders bevorzugt sind. Die Menge an dem im erfindungsgemäßen Glas notwendigerweise enthaltenen Bestandteil SnO₂ beträgt mindestens 0,05 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 Gew.-%, wobei mindestens 0,2 Gew.-% besonders bevorzugt ist. Als besonders zweckmäßig hat sich ein Mindestgehalt von 0,5 Gew.-% erwiesen. Der Gehalt an SnO₂ sollte im erfindungsgemäßen Glas 5 Gew.-% nicht überschreiten. Bevorzugte Maximalge halte sind 3 Gew.-%, insbesondere 2 Gew.-%, wobei ein Maximalgehalt von 1,5 Gew.-%, insbesondere von 1 Gew.-% besonders bevorzugt ist. Für das erfindungsgemäße Glas ist es nun notwendig, dass die Gesamtmenge der Bestandteile CeO₂ + SnO₂ 6 Gew.-% beträgt, wobei maximal 5 Gew.-% und insbesondere maximal 4 Gew.-% besonders bevorzugt ist. In vielen Fällen haben sich Mengen von maximal 2 Gew.-% als völlig ausreichend erwiesen. Die absolute Untergrenze beträgt 0,05 Gew.-%. Übliche Mindestmengen betragen 0,1 Gew.-%, insbesondere 0,2 Gew.-%, wobei mindestens 0,5 Gew.-% CeO₂ + SnO₂ bevorzugt sind.
• Für das erfindungsgemäße Glas ist es ebenfalls wichtig, dass es im Wesentlichen frei von Alkalioxiden ist, d.h. dass diese zu maximal 5 Gew.-% enthalten sein dürfen. Vorzugsweise beträgt die Menge an LiO₂, NaO₂ und K₂O jedoch maximal 3 Gew.-%, insbesondere maximal 2 Gew.-%, wobei maximal 1 Gew.-% und insbesondere maximal 0,5 Gew.-% besonders bevorzugt ist. Als ganz besonders geeignet haben sich Gläser erwiesen, deren Gehalt an Alkalioxiden maximal 0,2 Gew.-% und insbesondere maximal 0,15 Gew.-% bzw. 0,1 Gew.-% beträgt.
• Das erfindungsgemäße Glassubstrat weist üblicherweise eine Transformationstemperatur Tg von mindestens 500°C, insbesondere > 600°C, auf, wobei ein Tg von > 680°C und insbesondere > 700°C erreicht wird. Mit dem erfindungsgemäßen Glassubstrat sind sogar Tg von > 710°C sowie > 720°C erhältlich. In einigen Fällen sind auch Transformationstemperaturen von > 750°C erreichbar.
• Das erfindungsgemäße Glassubstrat weist einen spezifischen E-Modul von E > 25 · 10⁶ m²s^-2, insbesonders von E > 35 · 10⁶ m²s^-2 auf.
• Ein erfindungsgemäßes Glassubstrat mit einer Transformationstemperatur > 500°C enthält

  SiO2	30 – 80 Gew.-%
  Al2O3	10 – 0 Gew.-%
  B2O3	5 – 15 Gew.-%
  MgO	1 – 10 Gew.-%
  CaO	0 – 15 Gew.-%
  SrO	0 – 8 Gew.-%
  BaO	0 – 25 Gew.-%
  ZnO	0 – 10 Gew.-%
  ZrO2	0 – 5 Gew.-%
  TiO2	0 – 10 Gew.-%
  CeO2	0 – 5 Gew.-%
  SnO2	0 – 2 Gew.-%,

  wobei auch hier die obigen Maßgaben der Summenformeln zu beachten sind. Ein weiteres bevorzugtes Glas enthält

  SiO2	30 – 80 Gew.-%
  Al2O3	10 – 30 Gew.-%
  B2O3	5 – 15 Gew.-%
  MgO	1 – 10 Gew.-%
  CaO	0 – 15 Gew.-%
  SrO	0 – 8 Gew.-%
  BaO	1 – 11 Gew.-%
  ZnO	0 – 10 Gew.-%
  ZrO2	0 – 5 Gew.-%
  TiO2	0 – 10 Gew.-%
  CeO2	0 – 5 Gew.-%

  SnO2	0 – 2 Gew.-%.

• Ein erfindungsgemäßes Glas mit einer Transformationstemperatur Tg > 680°C enthält

  SiO2	45 – 65 Gew.-%
  Al2O3	10 – 20 Gew.-%
  B2O3	5 – 15 Gew.-%
  MgO	1 – 8 Gew.-%
  CaO	0 – 15 Gew.-%
  SrO	0 – 8 Gew.-%
  BaO	1 – 11 Gew.-%
  ZnO	0 – 8 Gew.-%
  ZrO2	0 – 2 Gew.-%
  TiO2	0 – 2 Gew.-%
  CeO2	0 – 1,5 Gew.-%
  SnO2	0,05 – 1. Gew.-%.

• Ein erfindungsgemäßes Glas mit einer Transformationstemperatur Tg > 710°C enthält

  SiO2	55 – 59 Gew.-%
  Al2O3	15 – 19 Gew.-%
  B2O3	6 – 10 Gew.-%
  MgO	3 – 7 Gew.-%
  CaO	0 – 4 Gew.-%
  SrO	4 – 8 Gew.-%
  BaO	1 – 5 Gew.-%
  ZrO2	0 – 2 Gew.-%
  TiO2	0 – 2 Gew.-%
  CeO2	0 – 1 Gew.-%
  SnO2	0,05 – 1 Gew.-%.

• Ein erfindungsgemäßes Glas mit einer Transformationstemperatur Tg > 720°C enthält

  SiO2	57 – 61 Gew.-%
  Al2O3	12 – 16 Gew.-%
  B2O3	3 – 7 Gew.-%

  MgO	1 – 5 Gew.-%
  BaO	7 – 11 Gew.-%
  CaO	8 – 12 Gew.-%
  SnO2	0,05 – 1 Gew.-%.

• Ein erfindungsgemäßes Glas mit einer Transformationstemperatur Tg > 750°C enthält

  SiO2	58 – 62 Gew.-%
  Al2O3	15 – 18 Gew.-%
  B2O3	0 – 1 Gew.-%
  MgO	1 – 5 Gew.-%
  BaO	6 – 10 Gew.-%
  CaO	11 – 15 Gew.-%
  ZrO2	0 – 2 Gew.-%
  SO4 2-	0 – 1 Gew.-%
  SnO2	0,05 – 1 Gew.-%.

• Zur Herstellung eines flachen dünnen Glassubstrates für die Anwendung als Datenspeicher, insbesondere als Harddisk, ist es möglich, das Glas nach Schmelze und Läuterung direkt als homogenes, blasen-, schlieren- und einschlussfreies Flachglas zu ziehen bzw. zu floaten. Übliche Techniken hierzu sind insbesondere das Fourcault-Verfahren, das Libbey-Owens-Verfahren, das Pittsburg-Verfahren, Down-Draw- oder Up-Draw-Verfahren, das Overflow-Fusion-Verfahren sowie das Float-Verfahren.
• Das erfindungsgemäße Glassubstrat wird vorzugsweise mittels SnO₂ oder Sulfat geläutert.
• Die erfindungsgemäßen Trägermaterialien bzw. Substratgläser weisen bereits bei der Herstellung, d.h. direkt nach dem Ziehen, eine derart glatte Oberfläche auf, dass kein weiterer Polier- bzw. Glättungsschritt notwendig ist. Ein bevorzugtes Herstellungsverfahren ist dabei das Floatverfahren.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich ohne weiteres Oberflächenrauhigkeiten von weniger als 1 nm, insbesonders weniger als 0,7 nm erreichen, und zwar direkt durch übliche Zieh- bzw. Floatverfahren, d.h. ohne die Gläser einer Polier- bzw. Schleifprozedur zu unterziehen. Üblicherweise beträgt die Oberflächenrauhigkeit maximal 0,6 bzw. 0,5 nm. Häufig lassen sich erfindungsgemäß auch Oberflächenrauhigkeiten von 0,4 nm und darunter problemlos ohne Polieren erreichen. Erfindungsgemäß wurde nun gefunden, dass sich diese geringe Oberflächenrauhigkeit auch bei längerem Erwärmen auf hohe Temperaturen, insbesonders bis auf 10°C unterhalb Tg nicht oder nur ganz geringfügig ändert, was speziell für die modernen Fertigungstechniken von Datenspeichersystemen oder anderen Flachglasprodukten mit aufgebrachten Funktionsschichten wichtig ist, die einen Hochtemperaturprozessschritt bei Temperaturen T > 250 °C enthalten.
• Vorzugsweise enthält der mit dem erfindungsgemäßen Glassubstrat hergestellte Datenträger eine magnetisierbare Schicht. Die Herstellung derartiger magnetisierbarer Schichten ist bekannt und wird beispielsweise unter Verwendung von kobalthaltigen Magnetschichten durchgeführt. Übliche magnetisierbare Funktionsschichten umfassen Zusammensetzungen, die Co, Pt, Cr, Ni, Ta, sowie ggf. Si und Sauerstoff enthalten. Derartige Zusammensetzungen sind dem Fachmann an sich bekannt und beispielsweise in der US-B 6,426,151 beschrieben. Zwischen der Magnetschicht und dem Glassubstrat ist vorzugsweise eine Zwischenschicht angeordnet. Derartige Zwischenschichten sind ebenfalls bekannt und können ggf. auch magnetische Eigenschaften aufweisen. Darüber hinaus kann ein derartiger Datenspeicher weitere übliche bekannte Schutz- und Lubricant- bzw. Gleitfilmschichten enthalten.
• Es hat sich gezeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Substratglas auch bei hohen Temperaturen keine Diffusionsprozesse stattfinden, in denen Glaskomponenten in die darauf angeordneten Schichten hineindiffundieren. Trotzdem sind die aufgebrachten bzw. aufgesputterten Schichten fest mit dem Trägersubstrat verbunden und zeigen auch bei erhöhten Temperaturen keine Ablösungen.
• Die Erfindung betrifft auch die Verwendung des Glases zur Herstellung eines Mediums zum Speichern von elektronisch verarbeitbaren Daten bzw. ein solches Medium selbst. Dabei ist auf dem Glassubstrat ein Schichtpaket angeordnet, das mindestens eine magnetisch, optisch und/oder thermisch zur Speicherung von Daten veränderbare Speicherschicht aufweist, sowie gegebenenfalls eine zwischen Glassubstrat und Speicherschicht angeordnete Zwischenschicht, wobei das Medium auch weitere Hilfsschichten umfassen kann. Ein solches Medium ist dadurch erhältlich, dass auf dem Glassubstrat mindestens eine Schicht mittels Hochtemperaturprozessen aufgebracht wird, wobei das Substrat auf eine Temperatur von 250°C bis 750°C erwärmt wird. Bei einem solchen erfin dungsgemäßen Speichermedium sind Glassubstrat und Schichtpaket so fest miteinander verbunden, dass während des Betriebes über mehrere Stunden in einer Klimatestkammer bei 60°C und bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von > 90 % sich die aufgesputterten Schichten nicht vom Glassubstrat lösen. Darüber hinaus zeigt das Medium nach Herstellung und längerer Lagerung keine Interdiffusionsprozesse zwischen Schicht und Substrat, d.h. dass durch die beim Sputterprozess auftretende Wärmeeinwirkung weder Glasbestandteile in das darüberliegende Schichtpaket eindiffundieren noch Teile des Schichtpaketes in das Glassubstrat.
• Ein solches Medium ist insbesonders zum Betrieb mittels dem sogenannten "heat assisted writing" geeignet. Dabei wird die Magnetisierung bzw. Ausrichtung der Elementarmagnete (Weißsche Bezirke) durch eine kurzzeitige lokale Erhitzung des Substrats mittels Induktion etc. auf Temperaturen nahe dem Curiepunkt der magnetisierbaren Schicht unterstützt.
• Die Erfindung soll anhand der folgenden Beispiele näher erläutert werden:
• Beispiel 1
• Es wurde ein Glas mit der folgenden Zusammensetzung geschmolzen: Glas 1:

  SiO2	57 Gew.-%
  Al2O3	17 Gew.-%
  B2O3	8 Gew.-%
  MgO	5 Gew.-%
  CaO	2 Gew.-%
  SrO	6 Gew.-%
  BaO	3,3 Gew.-%
  ZrO2	0,5 Gew.-%
  TiO2	0,5 Gew.-%
  CeO2	0,2 Gew.-%
  SnO2	0,5 Gew.-%
  Tg =	711 – 722 °C

  und auf einer Floatglasanlage zu einem Flachglas mit der Dicke 1,1 mm gezogen. Das Glas zeigte als Flachglas eine Oberflächenrauhigkeit von 0,32 nm auf. Diese Rauhigkeit wurde beispielsweise als arithmetischer Mittelwert (Ra) der weißlichtinterferometrisch (WLI) bzw. rasterkraftmikroskopisch ermittelten Topographiedaten einer Messfläche bzw. entlang einer willkürlich gewählten Messstrecke bestimmt. Das komplementäre geometrische Mittel (Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate der Messwerte) der Daten wird mit "rms" bzw. "rq" bezeichnet.
• Beispiel 2
• Das erfindungsgemäße Glassubstrat von Beispiel 1 wurde bezüglich der Änderung der Oberflächenrauhig keit bei unterschiedlichen Wärmebehandlungen mit handelsüblichen Gläsern verglichen, die mittels Polieren eine vergleichbare Oberflächenrauhigkeit aufwiesen.
• Vergleichsglas 1 (handelsüblich in polierter Form) hatte einen SiO₂-Gehalt von ca. 63,5 Gew.-%, Al₂O₃ 13,8 Gew.-%, B₂O₃ < 1 Gew.-%, Na₂O 10,2 Gew.-%, K₂O < 0,1 Gew.-%, Li₂O 5,5 Gew.-%, CaO < 0,3 Gew.-%, ZrO₂ 4,3 Gew.-%, Sb₂O₃ 0,4 Gew.-%.
• Das Vergleichsglas 2 (handelsüblich erhältlich in polierter Form enthielt 63,4 Gew.-% SiO₂, 16,4 Gew.-% Al₂O₃ , 9,7 Gew.-% Na₂O , 0,3 Gew.-% K₂O, 16,1 Gew.-% MgO, 3,7 Gew.-% CaO sowie 0,4 Gew.-% Sb₂O₃.
• Die Vergleichsgläser lagen als runde Scheiben mit Innenloch vor (Aussendurchmesser 95 mm, Innendurchmesser 25 mm, Dicke ca. 1 mm), waren poliert und wiesen eine Oberflächenrauhigkeit von 0,7 nm (Vergleichsglas 1) sowie 0,6 nm (Vergleichsglas 2) auf. Die Gläser wurden anschließend, auf einer keramischen Fasermatte (FIBERRAX^®) als Unterlagsmaterial einseitig aufliegend, auf 550°C für 30 Minuten erwärmt und visuell-mikroskopisch und mikroskopisch untersucht. Die Oberflächenrauhigkeit wurde ebenfalls bestimmt. Dabei zeigte das erfindungsgemäße Glas keinerlei Veränderungen. Die Vergleichsgläser des Standes der Technik zeigten unter anderem Verformungen am Innenloch sowie eine Verformung der Platte an sich. Darüber hinaus entstand eine Compaction (Schrumpfen infolge thermischer Behandlung), und es hatten sich an der Oberfläche Spikes (Einschlüsse von Unterlagsmaterial), Pits (Eindrüc ke von Unterlagsmaterial) und Bläschen ausgebildet. Dazu stieg die Oberflächenrauhigkeit bei den Vergleichsgläsern auf 0,7 – 0,8 nm. Eine weitere Erhöhung auf eine Temperatur von 700°C zeigte bei den Vergleichsgläsern eine starke Verformung und eine Zunahme auf eine Oberflächenrauhigkeit von > 3 nm (Vergleichsglas 2) und > 4 nm (Vergleichsglas 1). Bei dem erfindungsgemäßen Glas war lediglich eine Erhöhung der Oberflächenrauhigkeit auf 0,5 nm festzustellen.
• Das erfindungsgemäße Glas von Beispiel 1 wurde einem Sputtertest unterzogen. Dabei wurden auf übliche Weise magnetische Schichtpakete auf der Oberfläche der Gläser abgeschieden. Die Abscheidung erfolgte in einer Zirkulus 12 Sputteranlage unter den für diese Anlage und Schichtpaketen üblichen Bedingungen. Dabei zeigte sich, dass das erfindungsgemäße Glas von Beispiel 1 eine hohe Stabilität bezüglich der Schichtstruktur und Schichthaftung aufwiesen.
• An derart beschichteten Gläsern wurde der Aufbau und die Interdiffusion der Schichten mittels einer Sekundarionenmassenspektroskopie ermittelt. Dabei zeigte sich, dass das beschichtete, erfindungsgemäße Glassubstrat keinerlei Interdiffusionsprozesse zwischen Substrat und den aufgesputterten Schichten zeigte, wohl aber die Glassubstrate des Standes der Technik.
• Derart beschichtete Harddisks wurden nach dem Aufsputtern einem Ablösetest unterzogen. Dabei wurde während des Betriebes in einem Klimatest das besputterte Substrat bei 60 °C über mehrere Stunden einer relativen Luftfeuchtigkeit von > 90 % ausgesetzt. Dabei zeigte sich, dass unter derartigen Bedingungen die aufgesputterten Schichten sich nicht vom Substrat lösen oder sich nachweisbar produktqualitätsmindernd verändern. Es hat sich auch gezeigt, dass sich bereits aufgetragene Unterlagsschichten beim Aufsputtern nachfolgender Schichten ebenfalls nicht lösen. Die auf das erfindungsgemäße Glas aufgesputterten Schichten sind somit fest mit dem Substratträger verbunden.
• Weiterhin wurden die magnetischen Eigenschaften eines Schichtpaktes, das standardmäßig bei 225 °C aufgebracht wird, nach höheren Sputtertemperaturen auf den verschiedenen Substraten untersucht. Dabei hat es sich gezeigt, dass solange die Sputtertemperaturen 235 °C nicht überschreiten, Koerzitivfeld Hc und Remanenzmagnetisierung Mr des Schichtpaktes auf dem untersuchten erfindungsgemäßen Glas von Beispiel 1 und dem Vergleichsglas 1 nicht signifikant verschieden sind. Eine Erhöhung der Sputtertemperatur auf 250 °C, 370 °C bzw. 480 °C führt zu einer deutlichen Erhöhung der Remanenzmagnetisierung Mr. Mit einer Erhöhung der Mr ist auch eine Erhöhung der Signalintensität der geschriebenen magnetischen Information verbunden (erhöhte magnetische Performance).
• Der Verlauf des entsprechenden Koerzitivfeldes Hc (Hc ist ein Maß für den Energieaufwand von Schreib-/Löschprozessen) im Sputtertemperaturbereich T = 250 bis 480 °C zeigt, dass mindestens eine Sputtertemperatur T_opt existiert, bei der gilt:
  Hc (T_opt) = Hc (225°C) und Mr (T_opt) > Mr (225°C).
• Dies bedeutet, dass bei dieser Temperatur T_opt die magnetische Performance des Schichtpaketes bei gleichem Energieaufwand für Schreib-/Löschprozesse gegenüber dem Standardprodukt erhöht ist, was einen Produktvorteil darstellt. Derartige Sputtertemperaturen verträgt das Vergleichsglas 1 nicht ohne Oberflächenqualitätsverlust, wohl aber das erfindungsgemäße Glas von Beispiel 1.

Claims (8)

1. Träger für einen Datenspeicher umfassend ein Glassubstrat mit einem T_G > 500°C und einer Zusammensetzung von SiO₂ 30 – 80 Gew.-% Al₂O₃ 10 – 30 Gew.-% B₂O₃ 5 – 15 Gew.-% MgO 1 – 10 Gew.-% CaO 0 – 15 Gew.-% SrO 0 – 8 Gew.-% BaO 0 – 25 Gew.-% ZnO 0 – 10 Gew.-% ZrO₂ 0 – 5 Gew.-% TiO₂ 0 – 10 Gew.-%, CeO₂ 0 – 5 Gew.-% SnO₂ 0,05 – 2 Gew.-% mit der Maßgabe, dass die Σ ZrO₂ + TiO₂ 0,05 – 12 Gew.-%, die Σ CeO₂ + SnO₂ ≤ 6 Gew.-% und die Σ LiO₂ + Na₂O + K₂O 0 – 5 Gew.-% beträgt.
2. Glassubstrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Σ ZrO₂ + TiO₂ 0,5 – 5 Gew.-% beträgt.
3. Glassubstrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Σ CeO₂ + SnO₂ 0,2 – 2 Gew.-% beträgt.
4. Glassubstrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Σ LiO₂ + Na₂O, K₂O maximal 0,2 Gew.-% beträgt.
5. Glassubstrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens 1 Gew.-% BaO enthält.
6. Glassubstrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es SiO₂ 55 – 59 Al₂O₃ 15 – 19 B₂O₃ 6 – 10 MgO 3 – 7 CaO 0 – 4 SrO 4 – 8 BaO 1 – 5 ZrO₂ 0 – 2 TiO₂ 0 – 2 CeO₂ 0 – 1 SnO₂ 0,05 – 1 Gew.-% enthält.
7. Glassubstrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Tg > 600 °C aufweist.
8. Medium zum Speichern von elektronisch verarbeitbaren Daten umfassend ein Glassubstrat und ein darauf angeordnetes Schichtpaket umfassend mindestens eine magnetisch, optisch und/oder thermisch zur Speicherung von Daten veränderbare Speicherschicht, sowie ggfs. weitere Zwischen- und/oder Hilfsschichten, erhältlich durch Aufbringen mindestens einer Schicht mittels Hochtemperaturprozessen, bei denen das Substrat auf eine Temperatur von > 250°C bis 750°C erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Glassubstrat nach einem der Ansprüche 1 – 7 enthält.