JP3889635B2 - Perpendicular magnetic recording medium - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスク等で用いられる磁気記録媒体に関し、さらに詳しくは、軟磁性下地層の上に磁気記録層として垂直磁化膜が形成された2層垂直磁気記録媒体に関する。
【0002】
【従来の技術】
ハードディスク装置の大容量化が求められている中、次世代の高密度磁気記録技術と位置付けられている垂直磁気記録の研究開発が積極的に行われている。垂直磁気記録に用いられる磁気記録媒体には大きく分けて磁性層が磁気記録層(垂直磁化膜)のみの単層垂直磁気記録媒体と、磁気記録層に加え書き込みをアシストする軟磁性下地層を持つ2層垂直磁気記録媒体の2種類がある。
【0003】
この垂直磁気記録媒体へのデータの書き込みは、単磁極ヘッドが一般に用いられるが、2層垂直磁気記録媒体の場合、この書き込み時の垂直方向のヘッド磁場が大きくなり理想的な垂直記録が可能になる。このため、2層垂直磁気記録媒体は、高密度磁気記録媒体として注目されている。
【0004】
軟磁性下地層を持つ2層垂直磁気記録媒体は、たとえば、図9に示すように、基板1上に、軟磁性下地層2,非磁性層3,垂直磁化膜4を、この順序で成膜した膜構造を有している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
記録の高密度化には、微細で遷移領域が鮮明なビットパターンを垂直磁化膜4に形成することが必要になり、そのために、垂直磁化膜4に急峻なヘッド磁界が作用することが必要となる。しかしながら、従来構造では、垂直磁化膜4の裏側に、全面にわたって高透磁率, 高飽和磁束密度の軟磁性下地層2が存在するため、記録用ヘッドから発生する局所的な磁束が、軟磁性下地層2に向かって広がってしまい、垂直磁化膜4に急峻なヘッド磁界が作用せず、狭トラック化に対応できないという問題がある。
【0006】
本発明は、この問題を解消するためになされたもので、その解決すべき課題は、垂直磁化膜に急峻なヘッド磁界が作用する2層垂直磁気記録媒体を実現することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、図9に示す膜構造において、軟磁性下地層に向かう磁束の向きをコントロールできれば軟磁性下地層に作用する磁界の広がりを小さくすることが可能であることに着目し、このような機能を持つ膜を軟磁性下地層の表面に設けることを想到し、本発明を完成するに至った。
【0008】
すなわち、上記課題を解決する本発明は、軟磁性下地層の上に垂直磁化膜が形成された2層垂直磁気記録媒体であって、前記軟磁性下地層と前記垂直磁化膜との間に、磁性粒子が面内方向において磁気的に孤立化した膜を有することを特徴とするものである。
【0009】
本発明では、磁性粒子が面内方向において磁気的に孤立化した膜の存在によって、記録用ヘッドから出た多くの磁束は、孤立化した磁性粒子部分(高透磁率部)を通って、軟磁性下地層に向かうため、記録用ヘッドに最も近い磁性粒子部分に磁束は集中し、記録用ヘッドから発生する磁束が、軟磁性下地層に向かって広がらず、垂直磁化膜に急峻なヘッド磁界が作用することになり、狭トラック化にも対応できる。
【0010】
軟磁性下地層と垂直磁化膜との間に設ける上記膜は、セミハードのフェライトや、軟磁性グラニュラー膜や、軟磁性ナノ結晶で構成できる。
セミハードのフェライトとしては、針状構造を持つγ-Fe2O3 ,Fe3O4 等が特に適し、軟磁性グラニュラー膜としては、その軟磁性粒子がCo,Fe,Niから選ばれた少なくとも一種類の材料でなり、非磁性母材がSiO2 ,Al2O3 ,C,ZrO2 から選ばれた少なくとも一種類の材料でなるものが好ましい。さらに、軟磁性ナノ結晶としては、アモルファスベース中にα-Fe粒子を含む材料からなるものが好ましい。
【0011】
軟磁性下地層と垂直磁化膜との間に設ける上記膜と、垂直磁化膜との間には、両者の磁気的結合を分断するために非磁性層を設けることが好ましい。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の実施の形態例を示す要部断面図である。この形態例は、基板11上に、軟磁性下地層12,微結晶薄膜13,非磁性層14,垂直磁化膜15および保護膜16を、この順序で成膜した膜構造を有している。
【0013】
基板11としては、通常、ガラス基板が用いられるが、他の材料たとえばAl合金等でなるものを用いてもよい。軟磁性下地層12は、FeTaC,FeC,CoZrNb,NiFe,FeAlO,FeN,FeSiAl等の中から選択した材料からなる。その膜厚は、たとえば200nm 程度である。
【0014】
この軟磁性下地層12の基板11側に隣接して、反強磁性層を形成してもよい。この場合の反強磁性層は、軟磁性下地層12の磁壁を固定し、2層垂直磁気記録媒体に特有のスパイクノイズ等のノイズの低減を図るもので、たとえば膜厚が5nm 程度のIrMn等の材料からなる薄膜で構成する。この反強磁性層と軟磁性下地層12とは交互積層を二層以上含む多層構造で構成しても良い。
【0015】
磁性粒子が面内方向において磁気的に孤立化した膜としての微結晶薄膜13は、セミハードのフェライト、軟磁性グラニュラー膜、軟磁性ナノ結晶等から選択したものから構成される。微結晶薄膜13の材料にセミハードのフェライトを用いる場合には、針状構造を持つγ-Fe2O3 ,Fe3O4 等が特に適している。
【0016】
又、軟磁性グラニュラー膜を微結晶薄膜13として用いる場合は、軟磁性粒子がCo,Fe,Niから選ばれた少なくとも一種類の材料でなり、非磁性母材がSiO2 ,Al2O3 ,C,ZrO2 から選ばれた少なくとも一種類の材料でなるものが好ましい。さらに、微結晶薄膜13の材料に軟磁性ナノ結晶を用いる場合には、アモルファスベース中にα-Fe粒子を含む材料でなるものが良い。
【0017】
軟磁性下地層12そのものを磁気的に孤立化させると軟磁気特性が劣化するため、本発明では、新たに磁気的に孤立化した微結晶薄膜13を軟磁性下地層12上に設けている。微結晶薄膜13を設けたことにより、ヘッド・軟磁性下地層12間のスペーシングが増加して軟磁気特性が劣化する恐れがあるので、その影響を最小限にするため、この膜(微結晶薄膜13)として、薄膜を用いている。すなわち、微結晶薄膜13は、記録用ヘッドと軟磁性下地層12との間にあるので、両者の間隔が大きいと、ヘッド磁界が減少するので、この膜厚を20nm 以下(最も好ましくは10nm 以下)にしている。又、微結晶薄膜13の軟磁性粒子の粒径は、たとえば垂直磁化膜15と同程度とし、20nm 以下に選んでいる。
【0018】
微結晶薄膜13は、従来の軟磁性下地層12への磁束の集中を補助する役割を持つものである。このため、微結晶薄膜13は、膜厚方向で磁気的に結合し、面内方向で磁気的に孤立化している。軟磁性粒子の形状が針状なら、この膜を厚膜で形成することも不可能ではない。
【0019】
非磁性層(中間層)14は、微結晶薄膜13と垂直磁化膜15との間の磁気的相互作用の制御もしくは垂直磁化膜15の結晶成長の制御を行い、再生出力の雑音の低減を図るものである。この非磁性層14の材料としては、膜厚がたとえば10nm 以下のTi,CoZrNb等の薄膜がある。
【0020】
垂直磁化膜15は、代表的には、人工格子膜で形成され、[Co/Pt],[Co/Pd],[CoCrTa/Pd]等の多層膜で形成される。この場合は、Coの膜厚を制御することで、垂直異方性は容易に得られる。人工格子膜としては、たとえば、0.05nm 〜2nm の極薄磁性膜と0.05nm 〜5nm の極薄非磁性膜とをスパッタ法等にて交互に積層し、全体として200nm 以下の膜厚に形成したものを用いる。
【0021】
垂直磁化膜15としては、人工格子膜ではなく、CoCr合金等で構成したものを用いても良く、たとえば、CoCrPt,CoCr,CoCrTa,CoCrTaPt,CoCrNbPt,Co/Pd,TbFeCo,FePtを含む垂直磁気異方性を有する合金等の中から材料を選択し、垂直磁化膜15を成膜しても良い。保護膜16はカーボン(C)でなり、その膜厚は、10nm 程度である。これらの成膜は主にスパッタ法を用いてなされる。
【0022】
図2は記録用ヘッドから図1に示した磁気記録媒体への磁束の流れを示す図である(図1と同一部分には同一符号を付してある)。記録用ヘッド20は、単磁極ヘッド(SPTヘッド)で、横断面形状が矩形のライトポール22と、ライトポール22よりも横断面形状が大きい矩形のリターンポール23と、駆動用のコイル24とから構成されている。
【0023】
微結晶薄膜13は、上記の通り、膜厚方向で磁気的に結合し、面内方向で磁気的に孤立化している。このため、図2に示すように、高透磁率部13aを形成する磁性粒子が、膜厚方向を向いて並ぶとともに面内方向には離間するように、低透磁率部13b中に配列されている。このため、記録用ヘッド20のライトポール22から出た多くの磁束は、図2に示すように、孤立化した磁性粒子部分(高透磁率部13a)を通って、軟磁性下地層12に向かうため、記録用ヘッド20に最も近い磁性粒子部分に磁束は集中する。このため、記録用ヘッド20のライトポール22から発生する磁束は、軟磁性下地層12に向かって広がらず、垂直磁化膜15に急峻なヘッド磁界が作用することになり、狭トラック化にも対応できる。
【0024】
針状構造を持つセミハードのフェライトであるγ-Fe2O3 からなる微結晶薄膜13を用いる場合は、たとえば、ガラスの基板11上に、200nm 程度のFeTaC膜を軟磁性下地層12として形成し、その上に10nm 程度のγ-Fe2O3 膜を微結晶薄膜13として形成後、5nm 程度のTi膜(非磁性層14)、200nm 程度のCoCrPt膜(垂直磁化膜15)および10nm 程度C膜(保護膜16)を成膜する。上記成膜はスパッタ法等にて行う。
【0025】
ここでは、セミハードのフェライトであるγ-Fe2O3 はグラニュラー膜として用いる。γ-Fe2O3 グラニュラー膜は、α-FeOOHを熱処理により酸化還元し、最終生成物であるγ-Fe2O3 を得た後、これを非磁性母材SiO2 と混合する。γ-Fe2O3 の垂直異方性付与は、γ-Fe2O3 グラニュラー膜を成膜後、磁場中熱処理により行う。
【0026】
微結晶薄膜13に用いる針状構造を持つセミハードのフェライトであるγ-Fe2O3 やFe3O4 の磁気特性は、図3に示す通りである。この図3から、γ-Fe2O3 やFe3O4 は、保磁力Hcが200〜450(単位Oe)程度であり、垂直磁化膜15よりも保磁力が十分小さいが、軟磁性下地層12よりは大きく、このため、ある程度粒子が孤立していると考えられる。又、その粒子サイズが0.01〜0.05μm であり、磁化遷移幅に比べ十分小さく、狭トラック化にも有利となる。
【0027】
軟磁性ナノ結晶でもって微結晶薄膜13を形成する場合、軟磁性ナノ結晶としてアモルファスベース中にα-Fe粒子を含む材料を用いる。その材料としては、たとえば、Fe-M-B(M;Zr,Hf,Nb)やFe-M-O(M;Zr,Hf,Nb,Y,Ce)を挙げることができる。これらの材料は、アモルファスマトリクス中のα-Fe粒子が粒径10nm 〜100nm 程度で分散しており、又、添加元素(ここでは、Mに相当)および熱処理条件により、結晶粒径(保磁力が依存する)や透磁率(飽和磁束密度Bsが依存する)を変化させることができる。軟磁性ナノ結晶膜の磁気的な孤立の度合いは、保磁力を測定することにより知ることができる。これは、図4に示すように、保磁力(Hc/Hk)が大きくなるほど磁気的に孤立するという関係が成り立つためである。
【0028】
FeHfO膜でもって微結晶薄膜13を形成する場合は、たとえば、ガラスの基板11上に、200nm 程度のFeTaC膜を軟磁性下地層12として形成し、その上に10nm 程度のFeHfO膜を微結晶薄膜13として形成後、5nm 程度のTi膜(非磁性層14)、200nm 程度のCoCrPt膜(垂直磁化膜15)および10nm 程度C膜(保護膜16)を成膜する。上記成膜はスパッタ法等にて行う。FeHfOへの垂直異方性付与は、磁場中熱処理により行う。FeHfOにCoを添加すると、異方性を強め、異方性分散を小さくできる。
【0029】
従来の構造と本発明の構造による、磁気記録媒体上にかかる磁界分布の違いをマイクロマグネティックスシミュレーションにより求めて比較した。
シミュレーションにおけるモデルは、記録用の単磁極ヘッドが軟磁性下地層と相互作用するため、媒体を除いた単磁極ヘッドと軟磁性下地層のみを取り入れた。又、本発明の構造としては、磁気的に孤立化した微結晶薄膜を従来の軟磁性下地層上に追加したものを用いた。なお、単磁極ヘッドおよび軟磁性下地層の上面図を図5に示した。単磁極ヘッドおよび軟磁性下地層は、粒サイズの単位20×20×20 nm3 からなる。次に、各材料の材料パラメータを示す。
・単磁極ヘッド(ライトポールおよびリターンポール)
飽和磁束密度Bs=1 T
異方性磁界Hkx=10 Oe
ヘッド浮上面から軟磁性下地層(又は本発明で追加する軟磁性薄膜)表面までの距離(磁気スペーシング+媒体膜厚等) 40nm
ギャップ長 800nm
交換相互作用定数A=1.0 merg/cm(Ni80Fe20相当)
・軟磁性下地層
飽和磁束密度Bs=1 T
異方性磁界Hkx=20 Oe
交換相互作用定数A=1.0 merg/cm
膜厚 100nm
・本発明で追加する軟磁性薄膜(微結晶薄膜)
飽和磁束密度Bs=0.57 T
異方性磁界Hky=100 Oe(針状等の形状異方性による垂直方向の異方性)
交換相互作用定数A=0.0 merg/cm
膜厚 20nm
シミュレーションの結果として、図6に各媒体構造の、トラック中心でのヘッド磁界(図5における横方向の中心線Cに沿ったヘッド磁界)を示した。ただし、このヘッド磁界は、軟磁性下地層(従来構造の場合)又は、孤立化した軟磁性薄膜(本発明構造の場合)上方に10nm の位置での値である。本発明の媒体構造では、軟磁性下地層まで20nm のスペーシングロスがあるにも拘わらず、ヘッド磁界は、150 Oe(最大磁界の約5%)増加している。又、図7に、最大磁界位置(図6の(a)点)におけるオフトラック位置(図5において縦方向にずれた位置)でのヘッド磁界を示した。トラックエッジ付近では本発明の媒体構造によると、磁界勾配が10%程度急峻となり、狭トラック化にも優れているという結果が得られた。
【0030】
上記形態例が組み込まれた磁気ディスク装置について、図8を用いて説明する。図8は、ディスクエンクロージャのカバーを外した状態での内部構造を示したものである。図8において、装置内部を密閉するエンクロージャ31の中央には、図示しないスピンドルモータによって回転駆動されるディスク(記録媒体)32が一枚もしくは複数枚積層して配置され、このディスク32の外周部近傍に、キャリッジアーム33が軸34を中心に回転可能に設けられている。キャリッジアーム33の先端は、ディスク32の方向に延出し、そこに、サスペンション35が設けられ、このサスペンション35の先端部近傍に、記録用ヘッドと読み取り用ヘッドとでなる磁気ヘッド(浮上ヘッドスライダ)37が取り付けられている。
【0031】
キャリッジアーム33の基端側には、キャリッジアーム33を回転駆動するアクチュエータ(ボイスコイルモータ)36が設けられている。このアクチュエータ36は、従来から広く用いられているもので、たとえば、エンクロージャ31側に磁気ギャップを有する磁気回路を固定し、キャリッジアーム33にボイスコイル(ムービングコイル)を固着したものである。アクチュエータ36内のボイスコイルに駆動電流を流すと、磁気ギャップ内にあるボイスコイル部分に推力が発生し、キャリッジアーム33が回転し、磁気ヘッド37がディスク32のトラック幅方向Tに移動して、所定のトラック上に位置決めされ、情報の記録や再生を行うことになる。
【0032】
この磁気ディスク装置のディスク32には、本発明の垂直磁気記録媒体が用いられており、狭トラック化が可能になり、大容量化に対応できる。
なお、本発明は、上記形態例で例示した材料や数値に限定されるものではなく、種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、磁性粒子が面内方向において磁気的に孤立化した膜の存在によって、記録用ヘッドから出た多くの磁束は、孤立化した磁性粒子部分(高透磁率部)を通って、軟磁性下地層に向かう。このため、本発明によれば、記録用ヘッドに最も近い磁性粒子部分に磁束は集中し、記録用ヘッドから発生する磁束が、軟磁性下地層に向かって広がらず、垂直磁化膜に急峻なヘッド磁界が作用することになり、狭トラック化にも対応できる垂直磁気記録媒体を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態例を示す要部断面図である。
【図2】記録用ヘッドから図1に示した磁気記録媒体への磁束の流れを示す図である。
【図3】針状構造を持つセミハードのフェライトの磁気特性を示す図である。
【図4】磁気的な孤立の度合いと保磁力(Hc/Hk)の関係を示す図である。
【図5】シミュレーションに用いたモデルの上面図である。
【図6】トラックの中心のヘッド磁界を示す図である。
【図7】最大磁界位置(図6(a))におけるオフトラック位置でのヘッド磁界を示す図である。
【図8】本発明の垂直磁気記録媒体を使用する磁気ディスク装置の一例を示す図である。
【図9】従来の磁気記録媒体を示す要部断面図である。
【符号の説明】
11 基板
12 軟磁性下地層
13 微結晶薄膜
13a 高透磁率部
14 非磁性層
15 垂直磁化膜
16 保護膜
20 記録用ヘッド
22 ライトポール
23 リターンポール
24 コイル
31 エンクロージャ
32 ディスク
33 キャリッジアーム
35 サスペンション
37 磁気ヘッド[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic recording medium used in a magnetic disk or the like, and more particularly to a two-layer perpendicular magnetic recording medium in which a perpendicular magnetization film is formed as a magnetic recording layer on a soft magnetic underlayer.
[0002]
[Prior art]
While there is a demand for an increase in capacity of hard disk drives, research and development of perpendicular magnetic recording, which is positioned as the next-generation high-density magnetic recording technology, is being actively conducted. Magnetic recording media used for perpendicular magnetic recording are roughly divided into a single-layer perpendicular magnetic recording medium whose magnetic layer is only a magnetic recording layer (perpendicular magnetization film) and a soft magnetic underlayer that assists writing in addition to the magnetic recording layer. There are two types of two-layer perpendicular magnetic recording media.
[0003]
For writing data to this perpendicular magnetic recording medium, a single-pole head is generally used. However, in the case of a two-layer perpendicular magnetic recording medium, the perpendicular head magnetic field at the time of writing becomes large and ideal perpendicular recording becomes possible. Become. For this reason, the two-layer perpendicular magnetic recording medium is attracting attention as a high-density magnetic recording medium.
[0004]
For example, as shown in FIG. 9, a two-layer perpendicular magnetic recording medium having a soft magnetic underlayer includes a soft magnetic underlayer 2, a nonmagnetic layer 3, and a perpendicular magnetization film 4 formed in this order on a substrate 1. The film structure is as follows.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In order to increase the recording density, it is necessary to form a bit pattern with a fine and clear transition region on the perpendicular magnetic film 4. For this reason, it is necessary that a steep head magnetic field acts on the perpendicular magnetic film 4. Become. However, in the conventional structure, since the soft magnetic underlayer 2 having a high magnetic permeability and a high saturation magnetic flux density exists on the entire back surface of the perpendicular magnetization film 4, the local magnetic flux generated from the recording head is under the soft magnetism. There is a problem that the magnetic field spreads toward the formation 2 and a steep head magnetic field does not act on the perpendicular magnetization film 4 to cope with narrowing of the track.
[0006]
The present invention has been made to solve this problem, and a problem to be solved is to realize a two-layer perpendicular magnetic recording medium in which a steep head magnetic field acts on a perpendicular magnetization film.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The inventor of the present invention pays attention to the fact that in the film structure shown in FIG. 9, the spread of the magnetic field acting on the soft magnetic underlayer can be reduced if the direction of the magnetic flux toward the soft magnetic underlayer can be controlled. The inventors have conceived of providing a film having such a function on the surface of the soft magnetic underlayer, and have completed the present invention.
[0008]
That is, the present invention for solving the above problem is a two-layer perpendicular magnetic recording medium in which a perpendicular magnetization film is formed on a soft magnetic underlayer, and between the soft magnetic underlayer and the perpendicular magnetization film, The magnetic particle has a film magnetically isolated in the in-plane direction.
[0009]
In the present invention, due to the presence of a film in which magnetic particles are magnetically isolated in the in-plane direction, a large amount of magnetic flux emitted from the recording head passes through the isolated magnetic particle portion (high permeability portion) and softens. Since the magnetic head is directed to the magnetic underlayer, the magnetic flux is concentrated on the magnetic particle portion closest to the recording head, the magnetic flux generated from the recording head does not spread toward the soft magnetic underlayer, and a steep head magnetic field is generated in the perpendicular magnetization film. It will work, and it can cope with narrow track.
[0010]
The film provided between the soft magnetic underlayer and the perpendicular magnetization film can be composed of semi-hard ferrite, soft magnetic granular film, or soft magnetic nanocrystal.
As the semi-hard ferrite, γ-Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 or the like having a needle-like structure is particularly suitable. As the soft magnetic granular film, at least one of the soft magnetic particles selected from Co, Fe, and Ni is used. Preferably, the nonmagnetic base material is made of at least one material selected from SiO 2 , Al 2 O 3 , C, and ZrO 2 . Further, the soft magnetic nanocrystal is preferably made of a material containing α-Fe particles in an amorphous base.
[0011]
A nonmagnetic layer is preferably provided between the above-mentioned film provided between the soft magnetic underlayer and the perpendicular magnetization film and the perpendicular magnetization film in order to break the magnetic coupling between them.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a cross-sectional view of an essential part showing an embodiment of the present invention. This embodiment has a film structure in which a soft magnetic underlayer 12, a microcrystalline thin film 13, a nonmagnetic layer 14, a perpendicular magnetization film 15, and a protective film 16 are formed on a substrate 11 in this order.
[0013]
As the substrate 11, a glass substrate is usually used, but another material such as an Al alloy may be used. The soft magnetic underlayer 12 is made of a material selected from FeTaC, FeC, CoZrNb, NiFe, FeAlO, FeN, FeSiAl, and the like. The film thickness is, for example, about 200 nm.
[0014]
An antiferromagnetic layer may be formed adjacent to the soft magnetic underlayer 12 on the substrate 11 side. The antiferromagnetic layer in this case fixes the domain wall of the soft magnetic underlayer 12 and reduces noise such as spike noise peculiar to the two-layer perpendicular magnetic recording medium. For example, IrMn having a film thickness of about 5 nm or the like. It is comprised with the thin film which consists of material. The antiferromagnetic layer and the soft magnetic underlayer 12 may have a multilayer structure including two or more alternating layers.
[0015]
The microcrystalline thin film 13 as a film in which magnetic particles are magnetically isolated in the in-plane direction is composed of a material selected from semi-hard ferrite, soft magnetic granular film, soft magnetic nanocrystal, and the like. When semi-hard ferrite is used as the material of the microcrystalline thin film 13, γ-Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 or the like having a needle-like structure is particularly suitable.
[0016]
When a soft magnetic granular film is used as the microcrystalline thin film 13, the soft magnetic particles are made of at least one material selected from Co, Fe, and Ni, and the nonmagnetic base material is SiO 2 , Al 2 O 3 , A material made of at least one material selected from C and ZrO 2 is preferred. Further, when soft magnetic nanocrystals are used as the material of the microcrystalline thin film 13, those made of a material containing α-Fe particles in an amorphous base are preferable.
[0017]
Since the soft magnetic characteristics deteriorate when the soft magnetic underlayer 12 itself is magnetically isolated, in the present invention, a newly magnetically isolated microcrystalline thin film 13 is provided on the soft magnetic underlayer 12. Since the microcrystalline thin film 13 is provided, the spacing between the head and the soft magnetic underlayer 12 may increase, and the soft magnetic characteristics may be deteriorated. A thin film is used as the thin film 13). That is, since the microcrystalline thin film 13 is located between the recording head and the soft magnetic underlayer 12, if the distance between the two is large, the head magnetic field decreases, so that the film thickness is 20 nm or less (most preferably 10 nm or less). )I have to. Further, the particle diameter of the soft magnetic particles of the microcrystalline thin film 13 is, for example, approximately the same as that of the perpendicular magnetization film 15 and is selected to be 20 nm or less.
[0018]
The microcrystalline thin film 13 has a role of assisting the concentration of magnetic flux on the conventional soft magnetic underlayer 12. For this reason, the microcrystalline thin film 13 is magnetically coupled in the film thickness direction and magnetically isolated in the in-plane direction. If the shape of the soft magnetic particles is acicular, it is not impossible to form this film as a thick film.
[0019]
The nonmagnetic layer (intermediate layer) 14 controls the magnetic interaction between the microcrystalline thin film 13 and the perpendicular magnetization film 15 or controls the crystal growth of the perpendicular magnetization film 15 to reduce the noise of the reproduction output. Is. Examples of the material of the nonmagnetic layer 14 include a thin film of Ti, CoZrNb or the like having a film thickness of, for example, 10 nm or less.
[0020]
The perpendicular magnetization film 15 is typically formed of an artificial lattice film, and is formed of a multilayer film such as [Co / Pt], [Co / Pd], [CoCrTa / Pd]. In this case, vertical anisotropy can be easily obtained by controlling the film thickness of Co. As an artificial lattice film, for example, an ultrathin magnetic film of 0.05 nm to 2 nm and an ultrathin nonmagnetic film of 0.05 nm to 5 nm are alternately laminated by a sputtering method or the like, so that the total film thickness is 200 nm or less. The formed one is used.
[0021]
The perpendicular magnetization film 15 may be made of a CoCr alloy or the like instead of an artificial lattice film. For example, a perpendicular magnetic film including CoCrPt, CoCr, CoCrTa, CoCrTaPt, CoCrNbPt, Co / Pd, TbFeCo, and FePt may be used. The perpendicular magnetization film 15 may be formed by selecting a material from an alloy having a directivity. The protective film 16 is made of carbon (C) and has a thickness of about 10 nm. These films are mainly formed using a sputtering method.
[0022]
FIG. 2 is a diagram showing the flow of magnetic flux from the recording head to the magnetic recording medium shown in FIG. 1 (the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals). The recording head 20 is a single magnetic pole head (SPT head), and includes a light pole 22 having a rectangular cross section, a rectangular return pole 23 having a larger cross section than the light pole 22, and a driving coil 24. It is configured.
[0023]
As described above, the microcrystalline thin film 13 is magnetically coupled in the film thickness direction and magnetically isolated in the in-plane direction. Therefore, as shown in FIG. 2, the magnetic particles forming the high magnetic permeability portion 13a are arranged in the low magnetic permeability portion 13b so as to be aligned in the film thickness direction and spaced apart in the in-plane direction. Yes. Therefore, a large amount of magnetic flux emitted from the write pole 22 of the recording head 20 travels to the soft magnetic underlayer 12 through the isolated magnetic particle portion (high permeability portion 13a) as shown in FIG. Therefore, the magnetic flux is concentrated on the magnetic particle portion closest to the recording head 20. For this reason, the magnetic flux generated from the write pole 22 of the recording head 20 does not spread toward the soft magnetic underlayer 12, but a steep head magnetic field acts on the perpendicular magnetization film 15, which corresponds to narrowing of the track. it can.
[0024]
When the microcrystalline thin film 13 made of γ-Fe 2 O 3, which is a semi-hard ferrite having an acicular structure, is used, for example, an FeTaC film of about 200 nm is formed as a soft magnetic underlayer 12 on a glass substrate 11. Then, a γ-Fe 2 O 3 film having a thickness of about 10 nm is formed thereon as a microcrystalline thin film 13, a Ti film (nonmagnetic layer 14) having a thickness of about 5 nm, a CoCrPt film (perpendicular magnetization film 15) having a thickness of about 200 nm, and C A film (protective film 16) is formed. The film formation is performed by a sputtering method or the like.
[0025]
Here, γ-Fe 2 O 3 which is a semi-hard ferrite is used as a granular film. In the γ-Fe 2 O 3 granular film, α-FeOOH is oxidized and reduced by heat treatment to obtain γ-Fe 2 O 3 as a final product, which is then mixed with the nonmagnetic base material SiO 2 . perpendicular anisotropy imparting of γ-Fe 2 O 3 after formation of the γ-Fe 2 O 3 granular film, performed by heat treatment in a magnetic field.
[0026]
The magnetic properties of γ-Fe 2 O 3 and Fe 3 O 4 which are semi-hard ferrites having a needle-like structure used for the microcrystalline thin film 13 are as shown in FIG. From FIG. 3, γ-Fe 2 O 3 and Fe 3 O 4 have a coercive force Hc of about 200 to 450 (unit Oe) and a coercive force sufficiently smaller than that of the perpendicular magnetization film 15. Therefore, it is considered that the particles are isolated to some extent. Further, the particle size is 0.01 to 0.05 μm, which is sufficiently smaller than the magnetization transition width, which is advantageous for narrowing the track.
[0027]
When the microcrystalline thin film 13 is formed with soft magnetic nanocrystals, a material containing α-Fe particles in an amorphous base is used as the soft magnetic nanocrystals. Examples of the material include Fe-MB (M; Zr, Hf, Nb) and Fe-MO (M; Zr, Hf, Nb, Y, Ce). In these materials, α-Fe particles in an amorphous matrix are dispersed with a particle size of about 10 nm to 100 nm, and the crystal particle size (coercive force is reduced depending on the additive element (here, equivalent to M) and heat treatment conditions. And the magnetic permeability (depending on the saturation magnetic flux density Bs) can be changed. The degree of magnetic isolation of the soft magnetic nanocrystal film can be known by measuring the coercive force. This is because, as shown in FIG. 4, the relationship that the magnetic coercive force (Hc / Hk) increases becomes magnetically isolated.
[0028]
In the case of forming the microcrystalline thin film 13 with the FeHfO film, for example, an FeTaC film of about 200 nm is formed as the soft magnetic underlayer 12 on the glass substrate 11, and the FeHfO film of about 10 nm is formed thereon. Then, a Ti film (nonmagnetic layer 14) of about 5 nm, a CoCrPt film (perpendicular magnetization film 15) of about 200 nm, and a C film (protective film 16) of about 10 nm are formed. The film formation is performed by a sputtering method or the like. Giving perpendicular anisotropy to FeHfO is performed by heat treatment in a magnetic field. When Co is added to FeHfO, anisotropy can be strengthened and anisotropic dispersion can be reduced.
[0029]
The difference in the magnetic field distribution on the magnetic recording medium between the conventional structure and the structure of the present invention was obtained and compared by micromagnetic simulation.
In the simulation model, since the recording single pole head interacts with the soft magnetic underlayer, only the single pole head excluding the medium and the soft magnetic underlayer are incorporated. As the structure of the present invention, a magnetically isolated microcrystalline thin film added on a conventional soft magnetic underlayer was used. A top view of the single pole head and the soft magnetic underlayer is shown in FIG. The single-pole head and the soft magnetic underlayer are composed of 20 × 20 × 20 nm 3 grain size units. Next, material parameters of each material are shown.
・ Single pole head (light pole and return pole)
Saturation magnetic flux density Bs = 1 T
Anisotropic magnetic field Hkx = 10 Oe
Distance from the head air bearing surface to the surface of the soft magnetic underlayer (or the soft magnetic thin film added in the present invention) (magnetic spacing + medium film thickness, etc.) 40 nm
Gap length 800nm
Exchange interaction constant A = 1.0 merg / cm (equivalent to Ni80Fe20)
・ Soft magnetic underlayer saturation magnetic flux density Bs = 1 T
Anisotropic magnetic field Hkx = 20 Oe
Exchange interaction constant A = 1.0 merg / cm
Film thickness 100nm
-Soft magnetic thin film (microcrystalline thin film) added in the present invention
Saturation magnetic flux density Bs = 0.57 T
Anisotropy magnetic field Hky = 100 Oe (vertical anisotropy due to needle-like shape anisotropy)
Exchange interaction constant A = 0.0 merg / cm
Film thickness 20nm
As a result of the simulation, FIG. 6 shows the head magnetic field at the center of the track (head magnetic field along the horizontal center line C in FIG. 5) of each medium structure. However, this head magnetic field is a value at a position of 10 nm above the soft magnetic underlayer (in the case of the conventional structure) or the isolated soft magnetic thin film (in the case of the structure of the present invention). In the medium structure of the present invention, the head magnetic field is increased by 150 Oe (about 5% of the maximum magnetic field) despite the 20 nm spacing loss up to the soft magnetic underlayer. FIG. 7 shows the head magnetic field at the off-track position (position shifted in the vertical direction in FIG. 5) at the maximum magnetic field position (point (a) in FIG. 6). In the vicinity of the track edge, according to the medium structure of the present invention, the magnetic field gradient was steep by about 10%, and the result was excellent in narrowing the track.
[0030]
A magnetic disk device incorporating the above embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows the internal structure with the disk enclosure cover removed. In FIG. 8, one or more disks (recording media) 32 that are rotationally driven by a spindle motor (not shown) are arranged in the center of an
[0031]
An actuator (voice coil motor) 36 that rotationally drives the carriage arm 33 is provided on the base end side of the carriage arm 33. The actuator 36 has been widely used conventionally. For example, a magnetic circuit having a magnetic gap is fixed on the
[0032]
The disk 32 of this magnetic disk apparatus uses the perpendicular magnetic recording medium of the present invention, which makes it possible to narrow the track and cope with an increase in capacity.
In addition, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the material and numerical value which were illustrated by the said example of a form, A various deformation | transformation is possible.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, due to the presence of the film in which the magnetic particles are magnetically isolated in the in-plane direction, many magnetic fluxes emitted from the recording head are separated from the isolated magnetic particle portion (high magnetic permeability). To the soft magnetic underlayer. Therefore, according to the present invention, the magnetic flux concentrates on the magnetic particle portion closest to the recording head, and the magnetic flux generated from the recording head does not spread toward the soft magnetic underlayer, and the head is steep in the perpendicular magnetization film. A magnetic field acts, and a perpendicular magnetic recording medium that can cope with a narrow track can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an essential part showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the flow of magnetic flux from the recording head to the magnetic recording medium shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing magnetic characteristics of a semi-hard ferrite having a needle-like structure.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the degree of magnetic isolation and the coercive force (Hc / Hk).
FIG. 5 is a top view of a model used for simulation.
FIG. 6 is a diagram showing a head magnetic field at the center of a track.
FIG. 7 is a diagram showing a head magnetic field at an off-track position at a maximum magnetic field position (FIG. 6A).
FIG. 8 is a diagram showing an example of a magnetic disk device using the perpendicular magnetic recording medium of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part showing a conventional magnetic recording medium.
[Explanation of symbols]
11 Substrate 12 Soft magnetic underlayer 13 Microcrystalline thin film 13a High magnetic permeability portion 14 Nonmagnetic layer 15 Perpendicular magnetization film 16 Protective film 20 Recording head 22 Write pole 23 Return pole 24
Claims (2)
前記軟磁性下地層と前記垂直磁化膜との間に設ける膜は、グラニュラー膜であり、このグラニュラー膜は、セミハードのフェライトでなり、このフェライトとして、針状構造を持つγ - Fe 2 O 3 ,Fe 3 O 4 の内の一つを選択したことを特徴とする垂直磁気記録媒体。2-layered perpendicular magnetic recording medium der the perpendicular magnetization film is formed on the soft magnetic underlayer is, magnetically isolated between the perpendicular magnetization film and the soft magnetic underlayer, the magnetic particles in the plane direction In a perpendicular magnetic recording medium having a structured film ,
The film provided between the soft magnetic underlayer and the perpendicular magnetization film is a granular film, and this granular film is made of semi-hard ferrite. As this ferrite, γ − Fe 2 O 3 having a needle-like structure , Fe 3 O 4 A perpendicular magnetic recording medium , wherein one of the above is selected .
前記軟磁性下地層と前記垂直磁化膜との間に設ける膜は、軟磁性ナノ結晶でなり、この軟磁性ナノ結晶は、アモルファスベース中にα - Fe粒子を含む材料でなることを特徴とする垂直磁気記録媒体。 A two-layer perpendicular magnetic recording medium in which a perpendicular magnetic film is formed on a soft magnetic underlayer. Magnetic particles are magnetically isolated in the in-plane direction between the soft magnetic underlayer and the perpendicular magnetic film. In a perpendicular magnetic recording medium having the above film,
The film provided between the soft magnetic underlayer and the perpendicular magnetization film is made of soft magnetic nanocrystals, and the soft magnetic nanocrystals are made of a material containing α - Fe particles in an amorphous base. Perpendicular magnetic recording medium.
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