DE3242015A1

DE3242015A1 - Magnetisches aufzeichnungsmedium

Info

Publication number: DE3242015A1
Application number: DE19823242015
Authority: DE
Inventors: Kazumasa Fukuda; Yoshimi Tokyo Kitahara
Original assignee: Tdk Electronics Co Ltd Tokyo; TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1981-11-16
Filing date: 1982-11-12
Publication date: 1983-05-26
Also published as: GB2110245A; JPS5884411A; US4533603A; GB2110245B; JPH0328805B2; DE3242015C2

Description

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1A-4O39

TDK-202
(861013)

TDK EIJSCTRONICS CO., LTD. Tokyo, Japan

Magnetisches Aufzeichnungsmedium

Die vorliegende Erfindung betrifft ein magnetisches Aufzeichnungsmedium. Die Erfindung betrifft insbesondere ein magnetisches Aufzeichnungsmedium für Magnetaufzeichnungen mit hoher Aufnahmedichte.

In den letzten Jahren hat sich zunehmend ein Bedarf für Aufzeichnungsmedia mit hoher Aufnahmedichte entwickelt. Es wird erwartet, daß anstelle der herkömmlichen magnetischen Aufzeichnungsmedien, welche mit magnetischen Massen beschichtet sind, die zukünftigen Aufzeichnungsmedien dünne, magnetische Metallschichten aufweisen, welche durch Plattierung, Dampfabscheidung oder Sputtern ohne Verwendung eines Bindemittels ausgebildet sind. Die

Grenze der Magnetaufzeichnungsdichte wird in großem Aus= maß beeinflußt durch das Verhältnis von Entmagnetisierungsfeld zu Koerzitivkraft der dünnen Schicht« Die Stärke des Entmagnetisierungsfeldes steht in Beziehung zu der Sättigungsmagnetflußdichte und der Dicke der dünnen Schicht» Es ist ferner notwendig, daß das S/N-Verhältnis zumindest einen zulässigen Pegel aufweist. Verglichen mit den herkömmlichen magnetischen Aufzeichnungsmedien vom Beschichtungstyp weisen die dünnen,, magnetischen Metallschichten eine größere Sättigungsmagnetflußdichte auf, wodurch ein höherer Ausgang erreichbar ist und ein größeres S/N-Verhältnis erzielt werden kann» Darüber hinaus weist die Schicht eine geringe Dicke auf, und es ist eine relativ hohe Koerzitivkraft erreichbar, was es möglich macht, die Entmagnetisierung der Magnetaufzeichnung wesentlich zu reduzieren.

Als Hauptmaterial für die dünnen, magnetischen Metallschichten werden herkömmlicherweise KobaltIegierungen, wie Co-Si, Co-Fe-Ni und Co-Cr₅ verwendet» Bei diesen Materialien bestehen jedoch gewisse Probleme im Hinblick auf ihre Kosten sowie die Unsicherheit einer ständigen Versorgung mit Rohmaterialien in der Zukunft. Diese Schwierigkeiten stellen ein Hindernis für die Massenherstellung dar.

Unter Berücksichtigung des jüngsten Trends zur Energie- und Rohstoffeinsparung wurden verschiedene Untersuchungen der Nicht-Co magnetischen Materialien durchgeführt, d.h. Materialien, bei denen kein Co verwendet wird. So wurde beispielsweise auf dem Gebiet der Permanentmagneten festgestellt, daß ein Magnet aus einer Mn-Al-C-Legierung überlegene Eigenschaften aufweist (JA-AS 31448/79).

Auch auf dem Gebiet der dünnen Schichten ist berichtet worden, daß dünne Mn-Al- und Mn-Al-Cu-Schichten, die durch Dampfabscheidung gebildet wurden, eine maximale Sättigungs magnetflußdichte von 1000 G und eine maximale Koerzitivkraft von 1250 Oe ermöglichen und somit ausgezeichnete Eigenschaften als magnetische Aufzeichnungsmedien aufweisen (z.B. in Journal of Applied Magnetic Science Association, Band 15, Nr. 2, 1981).

Die durch ein Dampfabseheidungs-Verfahren ausgebildeten Mn-Al- und Mn-Al-Cu-Dünnschichten weisen jedoch die folgenden Nachteile auf. Es ist bei dem Dampfabscheidungs-Verfahren erforderlich, das Substrat während der Zeit der Dampfabscheidung bei einer so hohen Temperatur wie 300 bis 40O⁰C zu halten. Daher kann bei diesem Verfahren ein Polymerisatfilm nicht als Substrat verwendet werden, und das Verfahren kann nicht angewendet werden, um ein Magnetband oder eine flexible Scheibe herzustellen. Ein weiterer, wesentlicher Nachteil besteht darin, daß die Sättigungsmagnet flußdichte, die auf diese Weise erzielbar ist, um etwa eine Größenordnung von Zehnern kleiner ist als die, welche mittels eines Co-Dünnfilms erzielbar ist.

Man kann erwarten, daß die Sättigungsmagnetflußdichte gesteigert wird, indem man der Mn-Al-Legierung Kupfer in einer Menge innerhalb eines bestimmten Bereichs einverleibt, wenn auch dadurch die Koerzitivkraft zu einem gewissen Ausmaß verringert werden kann. Von den Erfindern wurden umfangreiche Untersuchungen der Filmbildungstechnik mit dem Ziel durchgeführt, eine dünne, magnetische Metallschicht für ein magnetisches Aufzeichnungsmedium aus einer Mn-Al-Cu-Legierung herzustellen, ohne daß dabei die mit dem oben erwähnten Dampfabscheidungs-Verfahren verbundenen Nachteile auftreten.

Als Ergebnis dieser Untersuchungen wurde festgestellt, daß unter Verwendung eines Sputterverfahrens, insbesondere eines Magnetron-Sputterverfahrens, als Filmbildungstechnik die Herstellung einer dünnen, magnetischen Mn-Al-Cu-Metallschicht möglich ist, die ausgezeichnete Eigenschaften als magnetisches Aufzeichnungsmedium aufweist, und zwar selbst bei einer derartig geringen Substrattemperatur , daß ein Polymerisatfilm als Substrat verwendet werden kann.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein magnetisches Aufzeichnungsmedium geschaffen, das ein Substrat und eine dünne, magnetische Metallschicht umfaßt, welche auf dem Substrat mittels eines Sputterverfahrens ausgebildet ist und im wesentlichen aus Mn, Al und Cu zusammengesetzt ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt:

Fig. 1 eine graphische Darstellung, in der die Änderungen der magnetischen Eigenschaften einer dünnen Mn-Al=Cu=Schicht in Abhängigkeit von der Änderung des Kupferanteils dargestellt sind»

Das Sputterverfahren ist ein Verfahren, bei dem bei Durchführung einer Glühentladung in einer vakuumbeaufschlagten InertgasatmoSphäre die Gasionen angetrieben werden, um mit der Kathode (dob.» dem Target) zu kollidieren und dabei das Kathodenmaterial in Form von Atomen oder Gruppen von Atomen zu verdampfen. Die auf diese Weise gesputterten (verdampften) Metallatome werden auf einem Substrat abgeschieden, das nahe der Anode angeordnet ist, wobei sich auf dem Substrat die dünne Metallschicht ausbildet. Um den Temperaturanstieg des Substrats zu verhindern, hat sich eine Sputtervorrichtung vom Magnetron-Typ als besonders effektiv erwiesen, bei der ein Magnet hinter der

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Kathode (d.h. dem Target) in der Weise angeordnet ist, daß ein magnetisches Feld senkrecht zu dem elektrischen Feld in dem Entladungsraum orientiert wird. Diese Sputtervorrichtung vom Magnetron-Typ ist so gebaut, daß die durch die Entladung erzeugten Elektronen durch das magnetische Feld gedreht werden und ihnen eine Abdrift gestattet wird. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Elektronen zum Substrat strömen, welches der Kathode gegenüberliegend angeordnet ist, wodurch wiederum der Temperaturanstieg des Substrats unterdrückt wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Sputtervorrichtung vom Magnetron-Typ ein Sputtern mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht.

Unerwarteterweise wurde festgestellt, daß bei der Anwendung eines derartigen Sputterverfahrens es nicht nur möglich ist, den Anstieg der Substrattemperatur zu verhindern, sondern daß es auch möglich ist, die Sättigungsmagnetflußdichte zu steigern, und zwar um ein Mehrfaches des Wertes der Mn-Al-Cu-Schieht, die durch das Dampfabscheidungs-Verfahren erhältlich ist. Es wird angenommen, daß dies der Tatsache zuzuschreiben ist, daß die Energie der Atome, die bei dem Sputterverfahren in das Substrat einschlagen, viel größer ist als bei dem Dampfabscheidungsve rfahren.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, das Kupfer in einer Menge von höchstens 25 Gew.% einzuverleiben, wobei der Rest von wenigstens 75 Gew.% zusammengesetzt ist aus Mn und Al mit einer vorbestimmten Proportion sowie unvermeidbaren Verunreinigungen. Das Verhältnis von Mn zu Al liegt innerhalb eines Bereiches von 65:35 bis 75:25 (nach Gewicht). Das optimalste Verhältnis beträgt 71:29 (nach Gewicht). Falls das Verhältnis von dem optimalen Verhältnis abweicht, fallen die magne-

tischen Eigenschaften scharf ab, und falls das Verhältnis von dem obengenannten Bereich abweicht, geht die ferromagnetische Eigenschaft verlorene Kupfer kann, wie oben erwähnt, in einer Menge von höchstens 25 Gew.% einverleibt sein» Vorzugsweise ist es jedoch in einer Menge von 5 bis 20 Gew„% einverleibt.

Die Dicke der Schicht liegt vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 0,1 bis 1,0/um. Falls die Dicke geringer als 0,1/um ist, neigt das S/N-Verhältnis (Signal/Rausch-Verhältnis) dazu, schlechter" zu werden. Falls andererseits die Dicke 1,0/um übersteigt, wird es unmöglich, eine hohe Signaldichte bei der Aufzeichnung zu erzielen.

Das Substrat kann aus jedem Material bestehen, das herkömmlicherweise für magnetische Aufzeichnungsmedien verwendet wird. Bevorzugte Materialien für das Substrat umfassen Polymerisate, wie Polyester, Polyimid und Polyamid.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels näher erläutert.

Beispiel

Eine dünne Mn-Al-Cu-Schicht wird mittels einer Hochfrequenz -Magnetron-Sputtervorrichtung ausgebildet. Die Schicht ist zusammengesetzt aus 7 Gew.% Cu und zum Rest aus 93 Gew.% Mn und Al in einem Gewichtsverhältnis von Mn zu Al von 71s29. Folgende Bedingungen wurden bei dem Sputterverfahren angewendet: der Hintergrundgasdruck betrug 5,0 χ 10 Torr (in der Kammer); die Ar-GasStrömungsrate (ausgedrückt durch den Druck in der Kammer, wenn Ar in einem Gleichgewichtszustand zugeführt wurde) war 4,0 χ 10~* Torr; der Ar-Gasdruck war 4_s0 χ 10"^ Torr (d.h. die direkte Strömung); die hochfrequente elektrische Leistung

war 1,6 kW und die Substrattemperatur betrug 23O⁰C. Bei dem Substrat handelte es sich um eine Polyimidfolie (Film) und die Sputterzeit betrug 5 min.

Die magnetischen Eigenschaften der auf diese Weise gebildeten Schicht wurden bestimmt. Die Koerzitivkraft betrug 520 Oe, die Sättigungsmagnetflußdichte betrug 4270 G und das Winkelverhältnis betrug 0,57. Diese magnetischen Eigenschaften sind für ein magnetisches Aufzeichnungsmedium geeignet. Insbesondere die Sättigungsmagnetflußdichte war um ein Mehrfaches höher als die einer ähnlichen Schicht, welche durch das Dampfabscheidungsverfahren erhalten wurde. Anschließend wurde das Sputtern unter Anwendung der gleichen, obengenannten Bedingungen durchgeführt, wobei jedoch der Kupferanteil variiert wurde. Die magnetischen Eigenschaften der dabei gebildeten Schichten wurden bestimmt. Das den Rest der Zusammensetzung, mit Ausnahme des Kupfers, ausmachende Mn und Al wurde jeweils bei einem konstanten Gewichtsverhältnis von 71:29 gehalten. Die auf diese Weise erhaltenen Ergebnisse sind in der graphischen Darstellung der Fig. 1 gezeigt.

Aus der graphischen Darstellung geht hervor, daß der zweckentsprechende Anteil des Kupfers höchstens 25 Gew.% beträgt. Man sieht, daß innerhalb des Bereichs, in dem der Anteil des Kupfers 5 bis 20 Gew.% beträgt, es möglich ist, Materialien zu erhalten, welche eine hohe Sättigungsmagnetflußdichte aufweisen, ohne daß es zu einer wesentlichen Verringerung der Koerzitivkraft kommt.

Wie vorstehend beschrieben, wird erfindungsgemäß eine dünne, magnetische Mn-Al-Cu-Metallschicht, die für ein magnetisches Aufzeichnungsmedium geeignete magnetische Eigenschaften aufweist, erfolgreich auf einem Polymersub-

strat ausgebildet j und zwar mittels eines Sputterverfahrens y insbesondere eines Magnetron-Sputterverfahrens, ohne daß es zu einem thermischen Abbau oder einer Beschädigung des Substrats kommt. Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine dünne, magnetische Metallschicht herzustellen, die ausschließlich aus leicht verfügbaren Materialien zusammengesetzt ist und für ein Aufzeichnungsmedium mit hoher Signaldichte brauchbar ist, von dem angenommen wird j, daß es in der Zukunft in gesteigertem Maße gefordert wird. Die vorliegende Erfindung leistet somit auf diesem technischen Gebiet einen wesentlichen Beitrag.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

Magnetisches Aufzeichnungsmedium, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Substrat und eine dünne, magnetische Metallschicht umfaßt, die auf dem Substrat mittels eines Sputterverfahrens ausgebildet ist und im wesentlichen aus Mn, Al und Cu zusammengesetzt ist.

2» Magnetisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne, magnetische Metallschicht zusammengesetzt ist aus höchstens 25 Gew.% Cu und einem Rest, bei dem es sich um Mn₉ Al und unvermeidbare Verunreinigungen handelt, wobei das Gewichtsverhältnis von Mn zu Al innerhalb eines Bereichs von 65s35 bis 75s25 liegt,

3. Magnetisches Aufzeichnungsmedium nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne, magnetische Metallschicht eine Dicke von 0,1 bis 1,0/um aufweist»

4. Magnetisches Aufzeichnungsmedium nach einem der Ansprüche 1 bis 3_S dadurch gekennzeichnet, daß die dünne, magnetische Metallschicht mittels eines Magnetron-Sputter-Verfahrens ausgebildet ist.

5. Magnetisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Mn zu Al etwa 71:29 beträgt»

6. Magnetisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Cu=Gehalt in der dünnen, magnetischen Metallschicht 5 bis 20 Gewo?6 beträgt.

7. Magnetisches Aufzeichnungsmedium nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus einem Polymerisats ausgewählt unter Polyester, Polyimid und Polyamid, besteht.