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JP2008034060A - 垂直磁気記録媒体および磁気記憶装置 - Google Patents

垂直磁気記録媒体および磁気記憶装置 Download PDF

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JP2008034060A JP2006208431A JP2006208431A JP2008034060A JP 2008034060 A JP2008034060 A JP 2008034060A JP 2006208431 A JP2006208431 A JP 2006208431A JP 2006208431 A JP2006208431 A JP 2006208431A JP 2008034060 A JP2008034060 A JP 2008034060A
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Abstract

【課題】記録層の磁化容易軸の配向分散を低減し、かつ良好な記録再生特性を有する垂直磁気記録媒体およびこれを備える磁気記憶装置を提供する。
【解決手段】基板11と、基板11上に、軟磁性裏打層12、非晶質層13、配向制御下地層14、配向制御中間層15、第1記録層16、第2記録層17、保護膜18、および潤滑層19を順次積層してなり、第1および第2記録層16、17が、六方細密充填結晶構造を有する強磁性材料を含み、配向制御下地層14が、面心立方結晶構造を有するNiCrまたはNiCuを主成分とする非磁性材料からなる。さらに、配向制御中間層15が六方細密充填結晶構造を有する非磁性材料からなる。
【選択図】図1

Description

本発明は、垂直磁気記録媒体およびこれを備える磁気記憶装置に係り、特に、記録層の下地が複数の層からなる垂直磁気記録媒体およびこれを備えた磁気記憶装置に関する。
近年,磁気記憶装置は,その高いデータ転送能力とストレージキャパシティから、情報化社会の発展に伴い、従来の用途であるパーソナルコンピューター、サーバー以外にも、 カーナビゲーションシステム、ポータブルミュージックプレーヤー、HDDレコーダー、携帯電話機等に用いられ始めている。このため、磁気記憶装置は更なる高容量化、高記録密度化が要求されている。
磁気記憶装置は、従来、その磁気記録媒体として面内記録方式の磁気記録媒体が用いられてきた。この方式は磁気記録媒体の残留磁化膜厚積(tBr)の縮小と、高保磁力(Hc)化により、媒体ノイズの低減が図れることが知られている。tBrの縮小を進めると記録層の結晶粒子が微細化し、記録層の残留磁化が熱エネルギーの影響で次第に減少する、いわゆる熱揺らぎの問題が発生する。また、高Hc化も記録ヘッド磁界の大きさには制限があることから、これ以上の高Hc化は難しいとされている。この様な背景により、面内記録方式の磁気記録媒体のこれ以上の高記録密度化は難しいとされてきた。
近年、磁気記録媒体のさらなる高記録密度化を達成する為に、垂直磁気記録方式の磁気記録媒体(垂直磁気記録媒体)の開発が活発になってきている。垂直磁気記録方式では、垂直磁気記録媒体に記録された記録ビットは、隣接する記録ビットの反磁界の影響により、高記録密度である程、残留磁化の大きさが安定する利点がある。その結果、熱揺らぎ耐性も強化される。
また、垂直記録媒体には、基板と記録層との間に軟磁性材料からなる軟磁性裏打層が付与される。軟磁性裏打層を付与しなくとも記録・再生は可能であるが、単磁極ヘッドと裏打層との組み合わせにより、記録時における記録素子からの発生磁界を従来の面内記録用ヘッドと比較して約1.3倍以上に大幅に増幅出来る。これにより、面内記録媒体よりも高いHcを垂直媒体に付与することが可能となる。また、軟磁性裏打層は記録素子から発生される磁界を急峻に引き込む為、磁界勾配が小さくなり、信号の書き広がりの影響も低減される。この様に垂直磁気記録媒体は、面内磁気記録媒体と比較して、様々な優位性がある。
垂直磁気記録媒体においても高記録密度化を図る為には、媒体ノイズの低減が必須である。媒体ノイズを低減する為には、記録層の磁化容易軸の配向分散を小さくすることが有効である。磁化容易軸の配向分散とは、磁化容易軸が基板面に垂直な方向に対してどの程度ずれて分布しているかを示す。
垂直磁気記録媒体では、さらなる高記録密度化を進めるため、軟磁性裏打層と記録層との間に中間層を設け、中間層による記録層の垂直配向性を制御する手法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1では、軟磁性裏打層と記録層との間に、Cuからなる第1中間層とCoCrを主体とした第2中間層の積層体を設けることが開示されている。
特開2002−216338号公報
ところで、上記特許文献1では、第1および第2中間層により記録層の磁化容易軸の良好な配向分散が期待される。しかし、第2中間層として残留磁化を有する材料(強磁性材料)を使用しているので、媒体ノイズが増加する原因となる。このため、高記録密度では媒体ノイズの増加により記録再生特性が悪化するおそれがあるという問題がある。
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、記録層の磁化容易軸の配向分散を低減し、かつ良好な記録再生特性を有する垂直磁気記録媒体およびこれを備える磁気記憶装置を提供することである。
本発明の一観点によれば、基板と、前記基板上に形成された軟磁性裏打層と、前記軟磁性裏打層上に形成された配向制御下地層と、前記配向制御下地層上に形成された基板面に略垂直な磁化容易軸を有する記録層と、を備え、前記記録層は六方細密充填結晶構造を有する強磁性材料を含み、前記配向制御下地層は、面心立方結晶構造を有するNiCrまたはNiCuを主成分とする非磁性材料からなる垂直磁気記録媒体が提供される。
本発明によれば、配向制御下地層が面心立方(fcc)結晶構造を有するNiCrまたはNiCuを主成分とするので、その上に形成される六方細密充填(hcp)結晶構造の記録層の結晶性が良好となり、さらに、記録層のc軸が基板面に垂直方向となり、そのc軸の配向性も良好となる。また、記録層のc軸は磁化容易軸である。これらのことより、記録層のc軸の配向分散が低減される。また、配向制御下地層は非磁性材料からなるので、媒体ノイズの発生源となることはなくSN比も向上する。したがって、記録層の磁化容易軸の配向分散を低減し、かつ良好な記録再生特性を有する垂直磁気記録媒体が提供される。
前記配向制御下地層と記録層との間に、六方細密充填結晶構造を有する非磁性材料からなる配向制御中間層をさらに備えてもよい。これにより、配向制御下地層がその上に形成されるhcp結晶構造の配向制御中間層の結晶性が良好となり、さらに、結晶配向性も良好となる。その結果、配向制御中間層の上に形成される記録層の結晶性および結晶配向性がいっそう良好となる。そのため、記録層のc軸の配向分散がいっそう低減される。これと同時に、保磁力が大幅に増加し磁気特性も良好となるので記録再生特性が良好になる。なお、本願明細書および特許請求の範囲では、保磁力は特に断らない限り、基板面に垂直な方向の保磁力、いわゆる垂直保磁力である。
本発明の他の観点によれば、上記いずれかの垂直磁気記録媒体と、記録素子と磁気抵抗効果型再生素子を有する記録再生手段と、を備える磁気記憶装置が提供される。
本発明によれば、垂直磁気記録媒体が記録層の磁化容易軸の配向分散を低減し、かつ良好な記録再生特性を有するので高密度記録が可能な磁気記憶装置が提供できる。
本発明によれば、記録層の磁化容易軸の配向分散を低減することで高記録密度化が可能な垂直磁気記録媒体およびこれを備える磁気記憶装置を提供できる。
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る第1例の垂直磁気記録媒体の断面図である。
図1を参照するに、第1の実施の形態に係る第1例の垂直磁気記録媒体10は、基板11と、基板11上に、軟磁性裏打層12、非晶質層13、配向制御下地層14、配向制御中間層15、第1記録層16、第2記録層17、保護膜18、および潤滑層19を順次積層してなる。垂直磁気記録媒体10は、後ほど詳しく説明するように、配向制御下地層14により、第1および第2記録層16,17の磁化容易軸の配向分散を低減し、かつSN比等の記録再生特性を向上して高記録密度化が可能になる。
基板11は、例えば、プラスチック基板、結晶化ガラス基板、強化ガラス基板、Si基板、アルミニウム合金基板などから構成される。垂直磁気記録媒体10がテープ状である場合はポリエステル(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、耐熱性に優れたポリイミド(PI)などのフィルムを用いることができる。本発明では基板加熱を必要としないので、これらの樹脂製基板を用いることができる。
軟磁性裏打層12は、膜厚が、例えば、20nm〜2μmであり、Fe、Co、Ni、Al、Si、Ta、Ti、Zr、Hf、V、Nb、C、およびBから選択された少なくとも1種の元素を含む非晶質もしくは微結晶の軟磁性材料からなる。軟磁性裏打層12は、例えば、CoNbZr,CoTaZr,FeCoB,FeTaC,FeAlSi,およびNiFeのいずれかからなる。このような軟磁性材料を選択することで、記録磁界の飽和を抑制し、サイドイレーズを抑制できる。さらに、軟磁性裏打層12は、1層に限定されず、複数層を積層してもよい。
また、軟磁性裏打層12は、図示を省略するが、上記の軟磁性材料からなる軟磁性層2層でRu膜を挟んだ積層フェリ構造の軟磁性裏打積層体としてもよい。軟磁性裏打積層体は、軟磁性層同士がRu膜を介して反強磁性的に交換結合する。これにより、それぞれの軟磁性層からの漏洩磁界が打ち消されるので、再生時のノイズを低減できる。
非晶質層13は、膜厚が、例えば2.0nm〜10nmであり、Ta、W、およびMoからなる群のうち、いずれか1種を主成分とする非晶質の非磁性材料から選択される。非晶質層13は、この上に形成される配向制御下地層14の結晶粒子の結晶配向性を向上させる。さらに、かかる結晶粒子の粒径を均一化する。
また、非晶質層13は、配向制御下地層14の結晶配向性をいっそう向上させる点で、Taからなることが好ましい。さらに、非晶質層13は、軟磁性裏打層12と記録層15とを近接させる点で、上記の材料の単層膜であることが好ましく、膜厚が1.0nmから5.0nmであることが好ましい。非晶質層13は上記の材料の膜を複数積層させた積層体としてもよい。なお、非晶質層13を設けた方が上述したように好ましいが、省略してもよい。
配向制御下地層14は、fcc結晶構造を有するNiCrまたはNiCuを主成分とする非磁性材料からなる。配向制御下地層14は、fcc結晶構造を有し、(111)結晶面が優先的に成長する。この(111)結晶面の上に、hcp結晶構造を有する配向制御中間層15の(0002)面がエピタキシャル成長する。配向制御下地層14上の配向制御中間層15の成長は、配向制御下地層14の(111)結晶面と配向制御中間層15の(0002)面との格子整合性が良好であるので、配向制御中間層15の結晶性および結晶配向性が極めて良好である。これにより、配向制御中間層15上にエピタキシャル成長する第1および第2記録層16,17のc軸の配向分散を低減できる。なお、第1および第2記録層16,17のc軸は磁化容易軸である。また、配向制御下地層14は、配向制御中間層15を設けない場合は、第1記録層16に直接接するが、この場合も、第1および第2記録層16,17のc軸の配向分散を低減できる。
また、配向制御下地層14はNiCrまたはNiCuを主成分とすることで非磁性となり,Ni,Fe,NiFe等の強磁性材料を用いた場合と比較して、配向制御下地層14自体からのノイズ成分が消失するため、ノイズ低減効果が極めて高い。
配向制御下地層14がNiCrからなる場合、Cr含有量が10原子%〜22原子%であることが好ましい。配向制御下地層14のCr含有量が10原子%を切ると強磁性化し始め、これによるノイズが増加する傾向となる。配向制御下地層14のCr含有量が22原子%を超えるとfcc結晶構造の結晶に体心立方(bcc)結晶構造の結晶が混じる双晶状態化が始まり、配向制御中間層15の結晶配向性に悪影響を及ぼし始める。
また、配向制御下地層14がNiCuからなる場合、Cu含有量が40原子%〜99原子%(さらに好ましくは40原子%〜50原子%)であることが好ましい。Cu含有量が40原子%以上としたのは、40原子%を切ると強磁性化し始めノイズが増加し始めるためである。
また、配向制御下地層14は、Fe、Al、Rh、Pd、Ag、Pt、およびAuからなる群のうち少なくとも1種の元素(添加元素)がさらに添加されてもよい。これらの元素を添加しても、配向制御下地層14の結晶性を劣化させずに格子間隔を制御できるので,その上に形成される配向制御中間層15の格子間隔に適合させることができる。それにより、良好なエピタキシャル成長が可能となり、配向制御中間層15さらには第1および第2記録層16,17の結晶性および結晶配向性が良好となる。なお、添加元素の含有量は、0.5原子%〜20原子の範囲に設定されることが好ましい。なお、配向制御中間層15を設けない場合は、配向制御下地層14は、上記の添加元素により、第1記録層16の格子間隔に適合させることができる。
また、配向制御下地層14は、その膜厚が1nm〜20nmの範囲に設定されることが好ましい。配向制御下地層14の膜厚が1nmを切ると、配向制御下地層14の結晶性が劣化する傾向にあり、20nmを超えると軟磁性裏打層12と記録素子との距離が過度の大きくなるため被ライト性能が劣化する場合があり、好ましくないからである。配向制御下地層14はこのような薄膜に設定することで、配向制御中間層15の結晶性および結晶配向性を向上でき、また、第1および第2記録層16,17の保磁力を大幅に増加できる。
配向制御中間層15は、hcp結晶構造を有する非磁性材料からなる。配向制御中間層15は、例えば、Ru、hcp結晶構造を有する非磁性のRu−X合金(XはCo、Cr、Fe、Ni、Ta、BおよびMnからなる群のうち少なくとも1種からなる。)、およびTiが挙げられる。このように、配向制御中間層15がhcp結晶構造からなるので、fcc結晶構造を有する配向制御下地層14上にエピタキシャル成長し、結晶性および結晶配向性が良好となり、配向制御中間層15自体の結晶性が良好となる。これと共に、c軸の配向が基板面に対して垂直となると共に、その結晶配向性が良好になる。その結果、配向制御中間層15は、第1記録層16、さらには第2記録層17の結晶配向性を向上させる。そのため、第1および第2記録層16,17の磁化容易軸(c軸)の配向分散が低減され、記録再生特性が向上する。
また、配向制御中間層15は、Ru、RuCo、RuCoCr、RuCoB、RuCoCrTaからなる群のうちいずれか一種からなることが好ましい。これらの材料は、その格子間隔が第1記録層16の格子間隔と略同等のため、互いに格子整合が良好となり、第1および第2記録層17の磁化容易軸(c軸)の配向分散が低減され、記録再生特性が向上する。なお、この場合、配向制御中間層15と配向制御下地層14との格子整合も良好となる。
また、配向制御中間層15は、その膜厚に応じて第1および第2記録層16,17の保磁力を増加させる。したがって、所望の第1および第2記録層16,17の保磁力を得るためには、記録層強磁性材料の選択、および配向制御中間層15の膜厚を適宜選択する。また、後ほど実施例において説明するが、配向制御中間層15の下地に配向制御下地層14を設けたことで、第1および第2記録層16,17の保磁力を大幅に増加できる。
なお、上述したように、配向制御中間層15を設ける方が良好な磁気特性および記録特性が得られる点で好ましいが、垂直磁気記録媒体10に要求される特性に応じて必ずしも設ける必要はない。
垂直磁気記録媒体10の記録層は第1および第2記録層16,17からなるが、この2層により記録された情報を保持する。
第1および第2記録層16,17は、hcp結晶構造を有する強磁性材料を含む。このような強磁性材料としては、CoCr、CoPt、CoCrTa、CoCrPt、およびCoCrPt−M(Mは、B、Mo、Nb、Ta、W、およびCuからなる群のうち少なくとも1種から選択される。)が挙げられる(以下、記録層強磁性材料と称する。)。第1および第2記録層16,17は、記録層強磁性材料のみからなる強磁性層、いわゆる連続膜でもよい。
また、第1および第2記録層16,17のいずれかは、記録層強磁性材料をスパッタ法により成膜する際に酸素ガスを含む雰囲気で成膜し、膜中に酸素がとりこまれた強磁性材料でもよい。これにより、磁性粒子同士の界面である粒界部に酸素が取り込まれるので、粒界部の厚さが増大し磁性粒子同士がいっそう離隔される。これにより、媒体ノイズが低減されSN比が向上する。このような第1および第2記録層16,17は、記録層強磁性材料にO(酸素)が含まれる組成を有するが、例えば、CoCr−O、CoCrPt−O、CoCrPt−O、CoCrPt−M−Oである。
また、第1および第2記録層16,17のいずれかは、記録層強磁性材料からなる磁性粒子と、それを取り囲む非磁性材料からなる非固溶層からなる、いわゆるグラニュラー膜でもよい。磁性粒子は、配向制御中間層15の表面から基板面に対して略垂直方向に成長する柱状構造を有し、基板面内方向には互いに非固溶相により離隔されている。非固溶相は、磁性粒子を形成する強磁性材料と固溶しない、あるいは化合物を形成しない非磁性材料から構成される。非固溶相は、Si、Al、Ta、Zr、Y、Ti、及びMgから選択されるいずれか1種の元素と、O、N、及びCから選択される少なくともいずれか1種の元素との化合物からなり、例えば、SiO2、Al23、Ta25、ZrO2、Y23、TiO2、MgOなどの酸化物や、Si34、AlN、TaN、ZrN、TiN、Mg32などの窒化物や、SiC、TaC、ZrC、TiCなどの炭化物が挙げられる。磁性粒子はこのような非磁性材料よりなる非固溶相によって、隣り合う磁性粒子と物理的に離隔されるので磁気的相互作用が低減され、その結果、媒体ノイズが低減されてSN比が向上する。
上記のグラニュラー膜の組成のうち、磁性粒子がCoCrPtおよびCoCrPt−Mのうちのいずれかからなり、非固溶層が酸化物からなることが好ましく、さらに、非固溶層がSiO2またはTiO2からなることが好ましい。この組み合わせにより、磁性粒子が非固溶層により略均一に離隔され、良好な磁気特性および記録再生特性が得られる。
特に、第1記録層16は、上記グラニュラー膜であることが好ましい。配向制御中間層15はその表面が良好な結晶性および結晶配向性を有し、第1記録層16は配向制御中間層15の結晶粒子上にエピタキシャル成長するので、第1記録層16の磁性粒子同士は互いに離隔されて形成され、かつ磁性粒子は結晶性および結晶配向性が良好となる。そのため、第1記録層16自体から生じる媒体ノイズが低減される。さらに、第1記録層16は、第2記録層17の磁性粒子配置、結晶性および結晶配向性に好影響を与えるので、記録層全体の磁性粒子配置、結晶性および結晶配向性が良好となる。その結果、記録層全体からの媒体ノイズが低減され、磁化容易軸の配向分散も低減され、記録再生特性が向上する。
なお、第1記録層16が上記グラニュラー膜の場合、第2記録層17は連続膜か、グラニュラー膜が特に好ましい。第2記録層17が記録層強磁性材料からなる連続膜の場合は、磁性粒子間が粒界部によって分離されているが、磁性粒子間の磁気的な相互作用がグラニュラー膜よりも強いため、第2記録層17の適度な相互作用が第1記録層16の磁性粒子に働き、第1記録層16の磁性粒子の磁化反転を促すため、ヒステリシスループが矩形となり、つまり良好な磁気特性を有する。その結果、垂直磁気記録媒体10の記録再生特性が向上する。
また、第1記録層16および第2記録層17がグラニュラー膜の場合は、媒体ノイズがいっそう低減されるので、SN比がいっそう向上する。なおこの場合、第2記録層17の非固溶層の含有量を第1記録層16の非固溶層の含有量よりも小さく設定することが好ましい。これにより、記録層全体の残留磁化膜厚積を増加して再生出力を十分な確保できる。これと共に、第2記録層17の磁性粒子間に、第1記録層16の磁性粒子間よりも大きな相互作用を働かせ、ヒステリシスループをより矩形として良好な磁気特性とすることができる。その結果、垂直磁気記録媒体10の記録再生特性が向上する。
上記グラニュラー膜の磁性粒子がCoCrPt−Mからなる場合は、Co含有量が50原子%〜80原子%、Pt含有量が15原子%〜30原子%、M濃度が0原子%よりも多くかつ20原子%以下、残りがCr含有量となるように設定することが好ましい。このようにPt含有量を従来の垂直磁気記録媒体と比較して多く含有させることにより、異方性磁界を増加して基板面に対して垂直方向の保磁力を高めることができる。
また、第1および第2記録層16,17のいずれかは、強磁性元素と非磁性元素のそれぞれの薄膜を交互に積層した強磁性人工格子膜でもよい。このような強磁性人工格子膜としては、Co層とPd層を交互に多数積層したCo/Pd人工格子膜や、Co層とPt層を交互に多数積層したCo/Pt人工格子膜が挙げられる。強磁性人工格子膜は膜面に垂直方向に磁化容易軸を有する。強磁性人工格子膜では、一軸異方性定数が上記の記録層強磁性材料よりも大きい材料が得られるので保磁力を容易に増加できる。そのため、配向制御中間層15を薄膜化しても所望の保磁力の垂直磁気記録媒体10が得られるので、軟磁性裏打層12と記録素子との距離を低減でき、その結果、記録磁界を集中させて記録特性を向上できる。なお、Co層、Pd層、およびPt層のそれぞれの繰り返し単位は単層でもよく2層でもよい。
なお、第1および第2記録層16,17は互いに異なる組成の記録層強磁性材料を含む強磁性層からなる。すなわち、第1および第2記録層16,17は互いに異なる元素の組み合わせの記録層強磁性材料、あるいは同じ元素の組み合わせで且つ元素含有量が異なる記録層強磁性材料からなる。
第1および第2記録層16,17の膜厚の総和、すなわち、記録層全体の膜厚は、高記録密度化に適する点で3nm〜20nmの範囲に設定されることが好ましく、5nm〜15nmの範囲に設定されることがさらに好ましい。
第1記録層16の異方性磁界Hk1と第2記録層17の異方性磁界Hk2との関係は、Hk1>Hk2であることが好ましい。記録素子側にある第2記録層17の異方性磁界Hk2を第1記録層16の異方性磁界Hk1よりも低くすることにより記録し易くなる。このような第1記録層16と第2記録層17との組み合わせの例としては、記録層磁性材料がCoCrPtあるいはCoCrPt−Mの場合は、第1記録層16の磁性粒子のPt含有量よりも第2記録層17の磁性粒子のPt含有量を少なくする。Pt含有量に応じて異方性磁界が変化するので、これにより、Hk1>Hk2の関係を満足する。なお、第2記録層17はPtを全く含まなくてもよい。このような例としては、第1および第2記録層16,17がグラニュラー膜からなり、第1記録層16がCoCrPt(磁性粒子)−SiO2(非固溶層)、第2記録層17がCoCr(磁性粒子)−SiO2(非固溶層)である例が挙げられる。
保護膜18は、特に限定されないが、例えば膜厚が0.5nm〜15nmのアモルファスカーボン、水素化カーボン、窒化カーボン、および酸化アルミニウム等のいずれからなる。
潤滑層19は、特に限定されないが、例えば膜厚が0.5nm〜5nmのパーフルオロポリエーテルが主鎖の潤滑剤を用いることができる。潤滑層19は、保護膜18の材料に応じて設けてもよく、設けなくともよい。
第1例の垂直磁気記録媒体10は、配向制御下地層14がfcc結晶構造を有するNiCrまたはNiCuを主成分とする非磁性材料からなるので、その上に形成されるhcp結晶構造の配向制御中間層15の結晶性が良好となり、さらに、結晶配向性も良好となる。その結果、配向制御中間層15の上に形成される第1および第2記録層16,17の結晶性および結晶配向性が良好となる。そのため、第1および第2記録層16,17の磁化容易軸であるc軸の配向分散が低減される。これと同時に磁気特性も良好となるので記録再生特性が良好になる。さらに、配向制御下地層14と配向制御中間層15は非磁性材料からなるので、媒体ノイズの発生源となることはなくSN比も向上する。よって、記録層の磁化容易軸の配向分散を低減し、かつ良好な記録再生特性を有する垂直磁気記録媒体10を実現できる。
また、配向制御下地層14を設けることで、第1および第2記録層16,17の保磁力を大幅に増加できるので、配向制御中間層15の膜厚を薄膜化できる。これにより、軟磁性裏打層12と記録素子との距離を低減できるので、記録磁界の横方向の広がりが抑制され、第1および第2記録層16,17の所望の領域に記録磁界が集中する。その結果、垂直磁気記録媒体10の記録特性が向上する。
なお、配向制御中間層15を設けない場合は、配向制御下地層14上に第1記録層16が形成される。この場合は、配向制御下地層14がfcc結晶構造を有するので、hcp結晶構造を有する第1および第2記録層16,17の結晶配向性を向上させる。
次に、図1を参照しつつ、第1の実施の形態に係る垂直磁気記録媒体の製造方法を説明する。
最初に、基板11の表面を洗浄・乾燥後、基板11上に上述した軟磁性裏打層12を、無電解めっき法、電気めっき法、スパッタ法、真空蒸着法等により形成する。
次いで、軟磁性裏打層12上にスパッタ装置を用いて、上述した材料からなるスパッタターゲットを用いて非晶質層13を形成する。スパッタ装置は予め10-7Paまで排気可能な超高真空スパッタ装置を用いることが好ましい。具体的には、非晶質層13は、例えばDCマグネトロン法により不活性ガス雰囲気、例えばArガス雰囲気で、圧力を例えば0.4Pa、投入電力を例えば0.5kWに設定して形成する。この際、基板11の加熱は行わない方が好ましい。これにより軟磁性裏打層12の結晶化あるいは微結晶の肥大化を抑制することができる。もちろん、軟磁性裏打層12の結晶化あるいは微結晶の肥大化を伴わない程度の温度である150℃以下の温度に加熱してもよい。なお、基板11の温度条件は、配向制御下地層14、配向制御中間層15、第1記録層16、および第2記録層17を形成する工程においても非晶質層13の形成工程と同様である。
次いで、非晶質層13上に、配向制御下地層14、配向制御中間層15、第1記録層16、および第2記録層17を順次上述した材料のスパッタターゲットを用いて形成する。これらの各層14〜17の形成条件は非晶質層13の形成条件と同様である。
なお、第1記録層16または第2記録層17の形成工程において、不活性ガス雰囲気の代わりに、不活性ガスに酸素ガスあるいは窒素ガスを添加した雰囲気あるいは酸素ガスあるいは窒素ガス雰囲気で形成してもよい。これにより、第1記録層16または第2記録層17の磁性粒子同士の分離状態が良好となり、媒体ノイズが低減され、SN比が良好となる。
また、第1記録層16または第2記録層17がグラニュラー膜の場合は、上述した強磁性材料のスパッタターゲットと、非固溶相の非磁性材料のスパッタターゲットを用いて、不活性ガス雰囲気で同時にスパッタして形成する。この際、非磁性材料が酸化物、窒化物、あるいは炭化物の場合は、それぞれ、雰囲気ガスとして、酸素ガス、窒素ガス、炭酸ガスを用いてもよく、不活性ガスに添加してもよい。これにより、非固溶相の酸素、窒素、炭素の各含有量が化学量論的な組成よりも減少するのを抑制でき、良質な記録層が形成できる。その結果、垂直磁気記録媒体10は耐久性や耐蝕性が良好となる。なお、スパッタターゲットは上記の2つのスパッタターゲットの代わりに、強磁性材料と非磁性材料とを複合した材料からなる一つのスパッタターゲットを用いてもよい。これにより記録層16,17の膜の磁性粒子と非固溶相とのモル比の制御が容易になる。
次いで、第2記録層17上に、スパッタ法、CVD法、FCA(Filtered Cathodic Arc)法等を用いて保護膜18を形成する。さらに、保護膜18の表面に、引き上げ法、スピンコート法、液面低下法等により潤滑層19を塗布する。以上により、第1の実施の形態に係る第1例の垂直磁気記録媒体10が形成される。
なお、上述した非晶質層13を形成する工程から第2記録層17の形成工程ではDCマグネトロン法を例に説明したが、他のスパッタ法(例えばRFスパッタ法)や真空蒸着法を用いることができる。
また、上述した非晶質層13を形成する工程から保護膜18を形成する工程までは、真空中あるいは成膜雰囲気に保持することが、基板11あるいは既に形成された各層の表面の清浄性の点で好ましい。
次に第1の実施の形態に係る第2例の垂直磁気記録媒体を説明する。第2例の垂直磁気記録媒体は、第1例の垂直磁気記録媒体の変形例である。
図2は、第1の実施の形態に係る第2例の垂直磁気記録媒体の断面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図2を参照するに、第2例の垂直磁気記録媒体20は、配向制御中間層15上に第1記録層211、第2記録層212、…、第n記録層21nまでを順次積層した記録層21を有し、それ以外は第1例の垂直磁気記録媒体と同様の構成を有する。なおnは3以上の整数である。このように多層化することで、各々の層の膜厚を低減できるので、磁性粒子の粒径の増大が回避されるので、媒体ノイズをいっそう低減できる。
記録層21は、上述した第1例の第1および第2記録層と同様の材料から選択される。また、記録層21の最も基板11に近い層である第1記録層21はグラニュラー膜であることが好ましい。これは、第1例の垂直磁気記録媒体と同様の理由により、第1記録層211は、配向制御中間層15の良好な結晶性および結晶配向性の影響により、第1記録層211自体、さらには第2〜第n記録層212〜21nの磁性粒子配置、結晶性および結晶配向性が良好となる。これにより、記録層21全体から生じる媒体ノイズは減少し、磁化容易軸の配向分散も低減され、記録再生特性が向上する。
第2例の垂直磁気記録媒体20では、このように記録層を多層化した場合でも、第1例の垂直磁気記録媒体と同様に配向制御下地層14により配向制御中間層15を介して、記録層の磁化容易軸の配向分散が低下すると共に記録再生特性が向上する。さらに、記録層多層化により媒体ノイズが低減されるので、SN比がいっそう向上する。
次に、第1の実施の形態に係る実施例を説明する。
[実施例1〜実施例4]
実施例1の磁気ディスクは、先の図1に示す第1例の垂直磁気記録媒体と同様の構成とした。
まず、化学強化ガラス基板を洗浄および乾燥後、DCマグネトロンスパッタ法によりArガス雰囲気、圧力0.399Paに設定して、CoNbZrからなるスパッタターゲットを使用して膜厚50nmの軟磁性裏打層を形成し、さらに、Taからなるパッタターゲットを使用して、膜厚4nmの非晶質層を形成した。
次いで、DCマグネトロンスパッタ法によりArガス雰囲気、ガス圧力0.399Paに設定して、Ni90Cr10からなるスパッタターゲットを使用して膜厚3nmの配向制御下地層を形成し、さらに、Ruからなるスパッタターゲットを使用して膜厚25nmの配向制御中間層を形成した。なお、NiCrの組成の表記は原子%で示している。以下、合金の組成を原子%で示す。
次いで、DCマグネトロンスパッタ法によりArガス雰囲気、ガス圧力0.399Paに設定して、CoCrPt−SiO2からなる複合スパッタターゲットを使用して膜厚10nmの第1記録層を形成し、さらに、CoCrPtBからなるスパッタターゲットを使用して膜厚10nmの第2記録層を形成した。
次いで、DCマグネトロンスパッタ法によりArガス雰囲気、ガス圧力0.399Paに設定して、カーボンからなるスパッタターゲットを使用して膜厚4nmの保護膜を形成した。
次いで,大気中に取り出し、浸漬法によりパーフルオロポリエーテルの膜厚1nmの潤滑膜を保護膜の表面に形成した。以上により、実施例1の磁気ディスクを作製した。なお、軟磁性裏打層から保護膜までの成膜の際にガラス基板の加熱を行わず、この間は真空あるいは減圧雰囲気で成膜あるいは成膜室間の搬送を行った。
実施例2、3、および4の磁気ディスクは、配向制御下地層を、それぞれ、Ni85Cr15、Ni60Cu40、Ni50Cu50のスパッタターゲットを使用した以外は実施例1と同様である。
[比較例1〜比較例2]
また、本発明によらない比較例1および2の磁気ディスクを形成した。比較例1は、配向制御下地層を形成しない以外は実施例1と同様にして形成した。また、比較例2は、配向制御下地層をNi90Cr10の代わりにNiFe(膜厚4nm)を形成した以外は実施例1と同様にして形成した。
図3は、本発明に係る実施例、および比較例の記録層の結晶配向性、磁気特性、および記録再生特性を示す図である。
図3中の結晶配向性は、X線回折法により記録層のCo(0002)結晶面に対応する回折強度(回折線の最大強度)と、その回折線のロッキングカーブの半値幅(Δθ50)を求めた。なお、X線源としてCu−Kαを用いた。
また、磁気特性は、極カー効果を用いたカー効果測定装置を使用して基板面に垂直方向に磁界を印加してヒステリシスループを測定した。ヒステリシスループから保磁力(垂直保磁力)、核生成磁界、および角型比を得た。核生成磁界は、ヒステリシスループの第2象限の磁化が減少し始める磁界の大きさであり、核生成磁界が負でその絶対値が大きいほどヒステリシスループが矩形であり、磁気特性として良好であることを示す。また、角型比は、残留磁化÷飽和磁化であり、1.0に近いほどヒステリシスループが矩形に近く、磁気特性として良好であることを示す。
また、記録再生特性としてのSN比は、記録には単磁極型の記録ヘッドを使用し、再生には強磁性トンネル抵抗効果型の再生ヘッドを使用した。線記録密度を400kbpiとした。
図3を参照するに、結晶配向性については、実施例1〜4は、比較例1に対して回折強度が大きく、Δθ50が極めて小さくなっている。これは、実施例1〜4の磁気ディスクの記録層が、配向制御下地層の影響により、Co(0002)結晶面が基板面に対して平行、すなわち、c軸(磁化容易軸)が基板面に垂直に配向し、配向分散が狭小となっていることが分かる。
また、磁気特性については、実施例1〜4は、比較例1に対して、保磁力(垂直保磁力)は、大幅に増加している。また、実施例1〜4は、比較例1に対して、核生成磁界が負側でかつその絶対値が大きくなっており、また、角型比が1.0になっている。この両方から、ヒステリシスループがより矩形に近くなっており、好ましい磁気特性になっていることが分かることが分かる。
また、記録再生特性については、実施例1〜4は、比較例1に対して、SN比が7dB以上向上している。
以上により、実施例1〜4は、Ni90Cr10、Ni85Cr15、Ni60Cu40、およびNi50Cu50のそれぞれからなる配向制御下地層を設けることにより、設けない場合と比較して、記録層の磁化容易軸に配向分散が低減され、磁気特性が向上し、SN比が大幅に良好となることが分かる。
また、実施例1〜4は、比較例2に対して結晶配向性は略同等であるが、磁気特性はやや良好であり、さらに、SN比が増加していることが分かる。これは比較例2の配向制御下地層が強磁性材料(NiFe)であるため、ノイズ源となっているからである。したがって、実施例1〜4は、配向制御下地層が強磁性材料である場合よりもSN比が向上し優れていることが分かる。
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態は、第1の実施の形態に係る第1例あるいは第2例の垂直磁気記録媒体を備えた磁気記憶装置に係るものである。
図4は、本発明の実施の第2の実施の形態に係る磁気記憶装置の要部を示す図である。図4を参照するに、磁気記憶装置40は大略ハウジング41からなる。ハウジング41内には、スピンドル(図示されず)により駆動されるハブ42、ハブ42に固定され回転される垂直磁気記録媒体43、アクチュエータユニット44、アクチュエータユニット44に取り付けられ垂直磁気記録媒体43の半径方向に移動するアーム44およびサスペンション46、サスペンション46に支持された磁気ヘッド48が設けられている。
磁気ヘッド48は、例えば、単磁極型記録ヘッドとGMR(Giant Magneto Resistive)素子を備えた再生ヘッドから構成される。
単磁極型記録ヘッドは、図示を省略するが、垂直磁気記録媒体43に記録磁界を印加するための、軟磁性材料からなる主磁極と、主磁極に磁気的に接続されたリターンヨークと、主磁極とリターンヨークに記録磁界を誘導するための記録用コイルなどから構成されている。単磁極型記録ヘッドは、主磁極から記録磁界を垂直磁気記録媒体43に対して垂直方向に印加して、垂直磁気記録媒体に垂直方向の磁化を形成する。
また、再生ヘッドはGMR素子を備え、GMR素子は、垂直磁気記録媒体43の磁化が漏洩する磁界の方向を抵抗変化として感知して垂直磁気記録媒体43の記録層に記録された情報を得ることができる。なお、GMR素子の代わりにTMR(Ferromagnetic Tunnel Junction Magneto Resistive)素子等を用いることができる。
第2の実施の形態によれば、垂直磁気記録媒体43は、第1の実施の形態に係る第1例あるいは第2例の垂直磁記録媒体である。垂直磁気記録媒体43は、記録層の磁化容易軸の配向分散を低減し、かつ良好な記録再生特性を有するので高密度記録が可能な磁気記憶装置40が実現される。
なお、第2の実施の形態に係る磁気記憶装置40の基本構成は、図4に示すものに限定されるものではなく、磁気ヘッド48は上述した構成に限定されず、公知の磁気ヘッドを用いることができる。また、垂直磁気記録媒体43は、1枚に限らず、2枚あるいは3枚以上でもよく、このうち、少なくとも1枚が第1の実施の形態に係る第1例あるいは第2例の垂直磁記録媒体であればよい。垂直磁気記録媒体43が磁気テープの場合は、磁気記憶装置40は、図示されないが、公知の磁気テープ装置を用いればよい。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
なお、以上の説明に関してさらに以下の付記を開示する。
(付記1) 基板と、
前記基板上に形成された軟磁性裏打層と、
前記軟磁性裏打層上に形成された配向制御下地層と、
前記配向制御下地層上に形成された基板面に略垂直な磁化容易軸を有する記録層と、を備え、
前記記録層は六方細密充填結晶構造を有する強磁性材料を含み、
前記配向制御下地層は、面心立方結晶構造を有するNiCrまたはNiCuを主成分とする非磁性材料からなる垂直磁気記録媒体。
(付記2) 前記配向制御下地層は、Fe、Al、Rh、Pd、Ag、Pt、およびAuからなる群のうちすくなくとも1種がさらに添加されてなることを特徴とする付記1記載の垂直磁気記録媒体。
(付記3) 前記配向制御下地層は、基板面に平行に(111)結晶面が優先的に成長してなることを特徴とする付記1または2記載の垂直磁気記録媒体。
(付記4) 前記配向制御下地層は、NiCrからなり、Cr含有量が10原子%〜22原子%範囲に設定されてなることを特徴とする付記1〜3のうち、いずれか一項記載の垂直磁気記録媒体。
(付記5) 前記配向制御下地層は、NiCuからなり、Cu含有量が40原子%〜99原子%の範囲に設定されてなることを特徴とする付記1〜3のうち、いずれか一項記載の垂直磁気記録媒体。
(付記6) 前記配向制御下地層は、その膜厚が1nm〜20nmの範囲に設定されてなることを特徴とする付記1〜5のうち、いずれか一項記載の垂直磁気記録媒体。
(付記7) 前記配向制御下地層と記録層との間に、六方細密充填結晶構造を有する非磁性材料からなる配向制御中間層をさらに備えることを特徴とする付記1〜6のうち、いずれか一項記載の垂直磁気記録媒体。
(付記8) 前記配向制御中間層は、Ru、RuCo、RuCoCr、RuCoB、RuCoCrTa、およびTiからなる群のうちいずれか一種からなることを特徴とする付記7記載の垂直磁気記録媒体。
(付記9) 前記軟磁性裏打層と前記配向制御下地層との間に、Ta、W、およびMoからなる群のうち、いずれか1種を主成分とする非磁性材料からなる非晶質層をさらに備えることを特徴とする付記1〜8のうち、いずれか一項記載の垂直磁気記録媒体。
(付記10) 前記記録層の強磁性材料は、CoCr、CoPt、CoCrTa、CoCrPt、およびCoCrPt−M(Mは、B、Mo、Nb、Ta、W、およびCuからなる群のうち少なくとも1種から選択される。)からなる群のうち1種であることを特徴とする付記1〜9のうち、いずれか一項記載の垂直磁気記録媒体。
(付記11) 前記強磁性材料は酸素をさらに含むことを特徴とする付記10記載の垂直磁気記録媒体。
(付記12) 前記記録層は、複数の強磁性層からなり、
前記複数の強磁性層のうち1層が、前記強磁性材料からなる磁性粒子と、それを取り囲む非磁性材料からなる非固溶層からなることを特徴とする付記1〜11のうち、いずれか一項記載の垂直磁気記録媒体。
(付記13) 前記記録層は、複数の強磁性層からなり、
前記複数の強磁性層のうち、基板に最も近い強磁性層が、前記強磁性材料からなる磁性粒子と、それを取り囲む非磁性材料からなる非固溶層からなることを特徴とする付記1〜11のうち、いずれか一項記載の垂直磁気記録媒体。
(付記14) 前記非固溶層は、Si、Al、Ta、Zr、Y、Ti、及びMgから選択されるいずれか1種の元素と、O、N、及びCから選択される少なくともいずれか1種の元素との化合物からなることを特徴とする付記12または13記載の垂直磁気記録媒体。
(付記15) 前記記録層は、強磁性元素と非磁性元素のそれぞれの薄膜を交互に積層した強磁性人工格子膜からなることを特徴とする付記1〜9のうち、いずれか一項記載の垂直磁気記録媒体。
(付記16) 前記記録層は、基板側から第1の記録層および第2の記録層が順次積層されてなり、
前記第1の記録層は、前記強磁性材料からなる磁性粒子と、それを取り囲む非磁性材料からなる非固溶層からなり、
前記第2の記録層は、前記強磁性材料からなる連続膜であることを特徴とする付記1〜10のうち、いずれか一項記載の垂直磁気記録媒体。
(付記17) 前記記録層は、基板側から第1の記録層および第2の記録層が順次積層されてなり、
前記第1の記録層の異方性磁界Hk1と第2の記録層の異方性磁界Hk2との関係がHk1>Hk2であることを特徴とする付記1〜10のうち、いずれか一項記載の垂直磁気記録媒体。
(付記18) 前記第1および第2の記録層は、前記強磁性材料からなる磁性粒子と、それを取り囲む非磁性材料からなる非固溶層からなることを特徴とする付記17記載の垂直磁気記録媒体。
(付記19) 付記1〜18のうち、いずれか一項記載の垂直磁気記録媒体と、
記録素子と磁気抵抗効果型再生素子を有する記録再生手段と、を備える磁気記憶装置。
本発明の第1の実施の形態に係る第1例の垂直磁気記録媒体の断面図である。 第1の実施の形態に係る第2例の垂直磁気記録媒体の断面図である。 本発明に係る実施例、および比較例の記録層の結晶配向性、磁気特性、および記録再生特性を示す図である。 本発明の第2の実施の形態に係る磁気記憶装置の要部を示す平面図である。
符号の説明
10,20,43 垂直磁気記録媒体
11 基板
12 軟磁性裏打層
13 非晶質層
14 配向制御下地層
15 配向制御中間層
16 第1記録層
17 第2記録層
18 保護膜
19 潤滑層
211〜21n 第1〜第n記録層
40 磁気記憶装置
48 磁気ヘッド

Claims (9)

  1. 基板と、
    前記基板上に形成された軟磁性裏打層と、
    前記軟磁性裏打層上に形成された配向制御下地層と、
    前記配向制御下地層上に形成された基板面に略垂直な磁化容易軸を有する記録層と、を備え、
    前記記録層は六方細密充填結晶構造を有する強磁性材料を含み、
    前記配向制御下地層は、面心立方結晶構造を有するNiCrまたはNiCuを主成分とする非磁性材料からなる垂直磁気記録媒体。
  2. 前記配向制御下地層は、Fe、Al、Rh、Pd、Ag、Pt、およびAuからなる群のうち少なくとも1種がさらに添加されてなることを特徴とする請求項1記載の垂直磁気記録媒体。
  3. 前記配向制御下地層は、基板面に平行に(111)結晶面が優先的に成長してなることを特徴とする請求項1または2記載の垂直磁気記録媒体。
  4. 前記配向制御下地層と記録層との間に、六方細密充填結晶構造を有する非磁性材料からなる配向制御中間層をさらに備えることを特徴とする請求項1〜3のうち、いずれか一項記載の垂直磁気記録媒体。
  5. 前記軟磁性裏打層と前記配向制御下地層との間に、Ta、W、およびMoからなる群のうち、いずれか1種を主成分とする非磁性材料からなる非晶質層をさらに備えることを特徴とする請求項1〜4のうち、いずれか一項記載の垂直磁気記録媒体。
  6. 前記記録層の強磁性材料は、CoCr、CoPt、CoCrTa、CoCrPt、およびCoCrPt−M(Mは、B、Mo、Nb、Ta、W、およびCuからなる群のうち少なくとも1種から選択される。)からなる群のうち1種であることを特徴とする請求項1〜5のうち、いずれか一項記載の垂直磁気記録媒体。
  7. 前記記録層は、複数の強磁性層からなり、
    前記複数の強磁性層のうち1層が、前記強磁性材料からなる磁性粒子と、それを取り囲む非磁性材料からなる非固溶層からなることを特徴とする請求項1〜6のうち、いずれか一項記載の垂直磁気記録媒体。
  8. 前記記録層は、基板側から第1の記録層および第2の記録層が順次積層されてなり、
    前記第1の記録層は、前記強磁性材料からなる磁性粒子と、それを取り囲む非磁性材料からなる非固溶層からなり、
    前記第2の記録層は、前記強磁性材料からなる連続膜であることを特徴とする請求項1〜6のうち、いずれか一項記載の垂直磁気記録媒体。
  9. 請求項1〜8のうち、いずれか一項記載の垂直磁気記録媒体と、
    記録素子と磁気抵抗効果型再生素子を有する記録再生手段と、を備える磁気記憶装置。
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