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技術 垂直磁気記録媒体

出願人 富士電機株式会社日本放送協会
発明者 酒井泰志大月章弘大久保恵司榎本一雄渡辺貞幸竹野入俊司玉城孝彦久我淳宮下英一田口亮
出願日 2001年8月23日 (19年3ヶ月経過) 出願番号 2001-253129
公開日 2003年3月7日 (17年8ヶ月経過) 公開番号 2003-067911
状態 拒絶査定
技術分野 磁気記録担体 磁性薄膜
主要キーワード コラム構造 希土類元素濃度 非磁性合金 合金系材料 組成解析 コラム内 結晶質膜 補償点
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この項目の情報は公開日時点(2003年3月7日)のものです。
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図面 (4)

課題

記録再生時に発生する媒体起因のノイズが少なく、高記録密度化に適した垂直磁気記録媒体の提供。

解決手段

非磁性基板上に、少なくとも軟磁性裏打ち層、中間層、磁気記録層、保護層および液体潤滑剤層が順次積層されてなる垂直磁気記録媒体において、前記磁気記録層が希土類遷移金属合金非晶質膜により構成され、該希土類−遷移金属合金非晶質膜は微細コラム構造を有し、該コラムの周囲に境界部が存在し、該境界部の組成が希土類−遷移金属合金非晶質膜の補償点組成近傍の組成であり、および前記コラム内の組成は、前記境界部の組成よりも希土類元素の濃度が低く、かつ遷移金属元素の濃度が高い組成となっており、垂直磁気記録を行う際に前記境界部が補償点組成であるために磁化が固定されており、前記境界部が記録信号磁壁固定部として作用することを特徴とする垂直磁気記録媒体。

概要

背景

磁気ディスク記録装置大容量化に伴って、磁気記録媒体高記録密度化の要求が高まっている。従来の磁気記録方式においては、長手磁気記録方式が主流であるが、最近、磁気記録の高記録密度化を実現する技術として、垂直磁気記録方式が注目されつつある。

垂直磁気記録媒体は、硬質磁性材料磁気記録層と、該磁気記録層への記録に用いられる磁気ヘッドが発生する磁束を集中させる役割を担う軟磁性材料で形成される裏打ち層とを、構成要素として備えている。垂直磁気記録媒体の磁気記録層用の材料としては、現在、主にCoCr系合金結晶質膜が使用されている。該結晶質膜では、現状4000Oe(320kA/m)程度の保磁力(Hc)が最大値であり、さらなる高記録密度化のためにHcをさらに高める必要がある。しかしながら、この要求を満たすためには、技術的な困難を伴う。

一方、光磁気記録用材料として使用されている希土類遷移金属合金非晶質膜は、大きな垂直磁気異方性定数Kuを有しており、垂直磁気記録媒体の磁気記録層用の材料として非常に有望である。ところが、光磁気記録では、該合金補償点近傍の組成が使用されており、この組成域のHcは垂直磁気記録媒体用材料として要求されるHcよりもかなり大きく、そのままでは垂直磁気記録媒体として使用することができない。

概要

記録再生時に発生する媒体起因のノイズが少なく、高記録密度化に適した垂直磁気記録媒体の提供。

非磁性基板上に、少なくとも軟磁性裏打ち層、中間層、磁気記録層、保護層および液体潤滑剤層が順次積層されてなる垂直磁気記録媒体において、前記磁気記録層が希土類−遷移金属合金非晶質膜により構成され、該希土類−遷移金属合金非晶質膜は微細コラム構造を有し、該コラムの周囲に境界部が存在し、該境界部の組成が希土類−遷移金属合金非晶質膜の補償点組成近傍の組成であり、および前記コラム内の組成は、前記境界部の組成よりも希土類元素の濃度が低く、かつ遷移金属元素の濃度が高い組成となっており、垂直磁気記録を行う際に前記境界部が補償点組成であるために磁化が固定されており、前記境界部が記録信号磁壁固定部として作用することを特徴とする垂直磁気記録媒体。

目的

効果

実績

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請求項1

非磁性基板上に、少なくとも軟磁性裏打ち層、中間層、磁気記録層、保護層および液体潤滑剤層が順次積層されてなる垂直磁気記録媒体において、前記磁気記録層が希土類遷移金属合金非晶質膜により構成され、該希土類−遷移金属合金非晶質膜は微細コラム構造を有し、該コラムの周囲に境界部が存在し、該境界部の組成が希土類−遷移金属合金非晶質膜の補償点組成近傍の組成であり、および前記コラム内の組成は、前記境界部の組成よりも希土類元素の濃度が低く、かつ遷移金属元素の濃度が高い組成となっており、垂直磁気記録を行う際に前記境界部が補償点組成であるために磁化が固定されており、前記境界部が記録信号磁壁固定部として作用することを特徴とする垂直磁気記録媒体。

技術分野

0001

本発明は、種々の磁気記録装置に搭載される垂直磁気記録媒体に関する。

背景技術

0002

磁気ディスク記録装置大容量化に伴って、磁気記録媒体高記録密度化の要求が高まっている。従来の磁気記録方式においては、長手磁気記録方式が主流であるが、最近、磁気記録の高記録密度化を実現する技術として、垂直磁気記録方式が注目されつつある。

0003

垂直磁気記録媒体は、硬質磁性材料磁気記録層と、該磁気記録層への記録に用いられる磁気ヘッドが発生する磁束を集中させる役割を担う軟磁性材料で形成される裏打ち層とを、構成要素として備えている。垂直磁気記録媒体の磁気記録層用の材料としては、現在、主にCoCr系合金結晶質膜が使用されている。該結晶質膜では、現状4000Oe(320kA/m)程度の保磁力(Hc)が最大値であり、さらなる高記録密度化のためにHcをさらに高める必要がある。しかしながら、この要求を満たすためには、技術的な困難を伴う。

0004

一方、光磁気記録用材料として使用されている希土類遷移金属合金非晶質膜は、大きな垂直磁気異方性定数Kuを有しており、垂直磁気記録媒体の磁気記録層用の材料として非常に有望である。ところが、光磁気記録では、該合金補償点近傍の組成が使用されており、この組成域のHcは垂直磁気記録媒体用材料として要求されるHcよりもかなり大きく、そのままでは垂直磁気記録媒体として使用することができない。

発明が解決しようとする課題

0005

現在、主に使用されているCo系合金結晶質磁気記録材料の場合、膜厚方向結晶粒成長して構成される柱状構造を有しており、これが、記録再生時に発生する媒体起因のノイズの主原因の1つとなっている。今後の記録の高密度化に伴い、この結晶粒界記録信号に及ぼす影響がますます大きな割合を占めるようになってくる。これに対して、結晶粒径微細化するなどにより、結晶粒界の影響を低減しようとする試みも行われているが、結晶粒径を小さくしすぎると、記録された信号の熱安定性が急激に低下し、場合によっては記録された信号が消えてしまうという、いわゆる熱揺らぎの問題が浮上してくる。

0006

一方、希土類−遷移金属合金非晶質膜を使用した場合、非晶質であるために結晶粒界は存在せず、上記の問題は発生しない。しかしながら、結晶粒界が存在しないために、記録された信号を記録された部位に留めておくための核となるものが存在しない。そして、記録された信号がシフトしたり、あるいは消えてしまうことが発生する。特に、この現象は高い周波数における記録時に発生しやすく、高記録密度化を目標とする垂直磁気記録媒体用材料としては、あまり好ましくない。

課題を解決するための手段

0007

本発明者らは、上記問題を解決するため、鋭意研究を重ねた結果、コラム構造を有する希土類−遷移金属合金非晶質膜の境界部を補償点組成近傍の組成とし、およびコラム内の組成を、境界部組成よりも希土類元素の濃度が低く、かつ遷移金属元素の濃度が高い組成とすることにより、垂直磁気記録を行う際に、補償点組成近傍の組成である境界部の磁化の方向が常に固定されており、該境界部が記録信号の磁壁固定部となることにより、高記録密度化を行うことができることを見いだした。

発明を実施するための最良の形態

0008

以下、本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明の垂直磁気記録媒体の模式的断面図である。垂直磁気記録媒体は、非磁性基板1上に、少なくとも軟磁性裏打ち層2、中間層3、磁気記録層4および保護層5が順に形成された構造を有しており、さらにその上に液体潤滑剤層6が形成されている。

0009

本発明において、非磁性基板1としては、通常の磁気記録媒体に用いられるNiPメッキを施したAl合金、強化ガラス、あるいは結晶化ガラス等を用いることができる。

0010

軟磁性裏打ち層2としては、非晶質Co合金、NiFe合金、あるいはセンダスト(FeSiAl)合金などを用いることができる。特に、非晶質のCo合金、たとえばCoZrNbなどを用いることにより、良好な電磁変換特性を得ることができる。軟磁性裏打ち層2の膜厚は、記録に使用される磁気ヘッドの構造および特性に依存して最適値が変化する。生産性を考慮すると、一般的に10nm以上300nm以下の膜厚を有することが望ましい。

0011

本発明においては、非磁性基板1と軟磁性裏打ち層2との間に、軟磁性裏打ち層2の磁区制御を行うための磁区制御層を設けてもよい。この磁区制御層としては、たとえばMn合金からなる反強磁性材料膜、あるいは非磁性基板1の半径方向に磁化を配向させた硬質磁性層を用いることができる。磁区制御層を設ける場合、その膜厚は、5〜300nm程度であることが好ましい。

0012

中間層3は、軟磁性裏打ち層2と磁気記録層4とを磁気的に分離するために、および磁気記録層4の特性を制御するために用いられる。中間層3用の材料としては、非磁性元素あるいは非磁性合金が適宜用いられる。中間層3は、5〜30nmの膜厚を有することが好ましい。

0013

磁気記録層4は、希土類−遷移金属合金非晶質膜で構成される。その希土類−遷移金属合金非晶質膜として使用される材料は、たとえばTbCo、TbFeCoなどの合金系材料を挙げることができる。磁気記録層4は、10〜50nmの膜厚を有することが好ましい。

0014

本発明の磁気記録層4を構成する非晶質膜は、柱状体コラム部)と該柱状体周囲の境界部とを有するコラム構造を採る。コラム部の合金と境界部の合金とでは、その組成が異なる。本発明において、境界部は、補償点近傍の組成を有する合金で形成される。一方、コラム部は、補償点組成よりも希土類元素濃度が低く、遷移金属元素濃度が高い組成を有する。

0015

TbCo系合金およびTbFeCo系合金においては、見かけ上の全飽和磁化がゼロとなり、保磁力が発散する点、すなわち補償点組成が存在する。その組成は、TbCo系合金の場合には、25℃において、21原子%のTbと79原子%のCoとを含む組成であり、TbFeCo系合金の場合には、21〜23原子%のTbと、75〜77原子%のFeCoとを含む組成であり、FeとCoとの組成比は任意である。本発明において、補償点近傍の組成とは、TbCo合金の場合にはTb濃度にして20〜23原子%であり、TbFeCo合金の場合にはTb濃度にして20〜25原子%であることを意味する。したがって、境界部を構成する合金の組成を補償点近傍の組成とすることにより、境界部を見かけ上磁化を持たない状態にすることができ、多結晶合金の結晶粒界とは異なり、境界部に由来するノイズが発生しない。

0016

本発明において、境界部の組成は、TbCo系合金の場合には、20〜23原子%のTbと77〜80原子%のCoとを含む組成を有することが好ましく、TbFeCo系合金の場合には、20〜25原子%のTbと、75〜80原子%のFeCo(FeとCoの組成比は任意)とを含む組成を有することが好ましい。

0017

一方、コラム部の組成は、補償点近傍の組成である境界部組成に比較して希土類元素濃度が低く、遷移金属元素濃度が高い組成を有する。補償点近傍の組成比では保磁力が大きすぎ、磁気ヘッドによる信号の書込みを行うことができない。これに対し、コラム部を上記組成比とすることにより、垂直磁気媒体として要求される適当な保磁力にすることができる。さらに、本発明で用いられる希土類−遷移金属非晶質合金は、大きな垂直磁気異方性を有するので、垂直磁気記録媒体の磁気記録層として望ましい性質を有している。

0018

本発明において、コラム部の組成は、所望される保磁力と飽和磁化とによって決定される。たとえば、TbCo系合金の場合には、15〜20原子%のTbと80〜85原子%のCoとを含む組成を有することが好ましい。あるいはまた、TbFeCo系合金の場合には、15〜20原子%のTbと、80〜85原子%のFeCo(FeとCoの組成比は任意)を含む組成を有することが好ましい。

0019

補償点近傍の組成を有する境界部は非常に大きい保磁力を有するので、コラム部に記録される磁化の磁壁固定部として機能することができる。したがって、特定のコラム部に記録される磁化は、他のコラム部へと移動することができず、記録信号のシフトあるいは消滅という現象が発生しない。また、補償点近傍の組成を有する境界部の見かけ上の磁化はほぼゼロであるので、境界部に由来するノイズが発生しない。

0020

本発明の磁気記録層4において、コラム部は、15nm以下の直径を有することが好ましい。また、境界部は、1〜5nmの幅を有して、個々のコラム部を離隔することが好ましい。1nm未満の幅を有する場合、磁壁固定部としての機能が低下し、5nmを超える幅を有する場合、磁気記録に用いることができる領域が狭くなり、高記録密度化の障害となる。

0021

上記のようなコラム構造を有する希土類−遷移金属非晶質合金膜は、補償点組成よりも希土類元素濃度が低く、遷移金属元素濃度が高い組成のターゲットを用い、10mTorr(1.33Pa)以上の高いガス圧にて成膜することにより作製することができる。コラム内ならびに境界部の組成は、ターゲット組成と成膜時のガス圧とを調整することにより制御可能である。

0022

保護層5は、保護層用に従来より使用されている材料を用いて形成することができ、たとえばカーボン主体とする材料から形成することができる。保護層5の膜厚などの条件は、通常の磁気記録媒体で用いられる諸条件をそのまま用いることができる。

0023

また、液体潤滑剤層6も、従来より使用されている材料を用いることができる。たとえば、パーフルオロポリエーテル系の潤滑剤を用いることができる。液体潤滑剤層6の膜厚などの条件は、通常の磁気記録媒体で用いられる諸条件をそのまま用いることができる。

0024

以下に、本発明の実施例を説明する。以下の実施例は、本発明を説明するのに好適な代表例にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。

0025

非磁性基板1として、表面が平滑な化学強化ガラス基板(たとえば、HOYA社製N−5ガラス基板)を用いた。該基板洗浄した後にスパッタ装置内に導入し、膜厚200nmのCoZrNb非晶質軟磁性裏打ち層2、および膜厚15nmのTiCr中間層3を順次成膜した。次に、真空を破ることなく、Tb18Co82のターゲットを用いて、膜厚30nmのTbCo磁気記録層4を成膜した。磁気記録層の成膜は、ガス圧20mTorr(2.67Pa)のDCマグネトロンスパッタ法にて行った。最後にカーボンからなる膜厚5nmの保護層5を成膜し、前記各層が成膜された基板をスパッタ装置から取り出した。磁気記録層以外の成膜は、全てガス圧5mTorr以下におけるDCマグネトロンスパッタ法により行った。そして、パーフルオロポリエーテルからなる膜厚2nmの液体潤滑剤層6をディップ法により形成し、垂直磁気記録媒体とした。

0026

完成した垂直磁気記録媒体の電磁変換特性を、スピンスタンドテスターを用い、MRヘッドにより測定を行った。作製した垂直磁気記録媒体の磁気記録層の構造解析を、透過型電子顕微法TEM)を用いた前記サンプルの観察により行った。微細構造に対する組成分析は、エネルギー分散型X線分光法(EDX)により行った。

0027

TEM観察による磁気記録層の構造解析の結果を図2に示す。図2(a)は、断面TEM像を示し、図2(b)は、平面TEM像を示す。断面TEM像および平面TEM像ともに、希土類−遷移金属合金非晶質膜が、コラム構造を有していることを示している。平面TEM像の解析により、コラムの直径が10nm程度であることが分かった。

0028

コラム内部および境界部のそれぞれに対して、EDXにより組成解析を行い、その結果を表1に示す。境界部のTbおよびCoの濃度は、それぞれ21.3原子%および78.7原子%であり、この組成はほぼ補償点組成である。一方、コラム内部のTbおよびCoの濃度は、それぞれ16.7原子%、83.3原子%であり、境界部の組成(すなわち補償点組成)よりも、希土類であるTbの濃度が低く、かつ遷移金属であるCoの濃度が高い。

0029

0030

電磁変換特性の一例として、線記録密度に対するSNR(信号−ノイズ比)の依存性測定結果図3に示した。図3中に、磁気記録層としてコラム構造を有さない希土類−遷移金属合金非晶質膜(17.2原子%のTbと82.8原子%のCoからなる合金)を用いた結果を比較例として示した。図3から明白なように、低い記録密度において、本発明の磁気記録媒体と比較例の磁気記録媒体とは、同程度のSNR特性を有している。しかし、線記録密度の増大に伴い、比較例の磁気記録媒体のSNRは、本発明の磁気記録媒体のSNRよりも急激に低下している。この効果は、比較例の磁気記録層中に、記録された信号の磁化を記録部位に留めておくために必要となる磁壁を固定するための核となるものが存在しないために、磁壁移動による記録信号の移動、あるいは場合によっては信号の消失が発生するためと考えられる。

0031

これに対して本発明の垂直磁気記録媒体を使用した場合、補償点組成近傍の組成を有するコラム構造境界部は、非常に大きな保磁力を有するために、磁気ヘッドによる記録走査を行った場合においても、磁化が常に固定されて磁化反転が発生しない。さらに、補償点組成近傍の組成においては、該境界部の自発磁化はほぼゼロであるので、該境界部がノイズとして観測されることもない。したがって、この境界部が記録信号の磁壁固定部となり、本発明の垂直磁気記録媒体は、図3に示したように高記録密度における良好なSNR特性を示した。

発明の効果

0032

以上記載したように、本発明に基づいて垂直磁気記録媒体の磁気記録層として希土類−遷移金属合金非晶質膜を用いることにより、高記録密度における良好なSNR特性など高記録密度化に必要な特性を実現することができる。この効果は、該希土類−遷移金属合金非晶質膜が、微細のコラム構造を有し、各コラムの周囲に境界部が存在し、該境界部の組成が希土類−遷移金属合金の補償点組成近傍の組成を有し、およびコラム内部の組成が、境界部組成よりも希土類元素の濃度が低く、かつ遷移金属元素の濃度が高い組成を有していることにより実現される。

図面の簡単な説明

0033

図1本発明の垂直磁気記録媒体の構成を示す概略断面図である。
図2(a)は、本発明の実施例の垂直磁気記録媒体サンプルの断面TEM像を示す図であり、(b)は、本発明の実施例の垂直磁気記録媒体サンプルの平面TEM像を示す図である。
図3本発明の実施例および比較例の垂直磁気記録媒体の、SNR特性の線記録密度依存性を示すグラフである。

--

0034

1非磁性基板
2軟磁性裏打ち層
3 中間層
4磁気記録層
5 保護層
6 液体潤滑剤層

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