CN105027203B - 用于磁性记录的Cr合金和溅射靶材以及使用其的垂直磁性记录介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了用于MgO膜用的取向控制层的,具有与MgO的(001)面失配小的晶格常数以及细的、均匀的晶粒分布的包括BCC(体心立方)结构的Cr系合金,和包含该合金的溅射靶材。根据本发明的合金是一种用于磁性记录的Cr合金,所述合金以at.%包含:一种以上选自由以下各项组成的组的元素:Al、Ti、Mo、W、V和Ru,其总量为其中式(1):a3=N/ρΣ(mnAn) (1)[其中a表示晶格常数,N表示阿伏伽德罗数,ρ表示计算密度(g/cm3),m表示在单元晶格中存在的元素的个数,且A表示原子量]中的a值为以上且
Description
[相关申请的交叉引用]
本申请要求在2013年2月25日提交的日本专利申请号2013-34228的优先权,其全部内容通过引用结合在此。
[技术领域]
本发明涉及用于在热辅助磁性记录介质中使用的MgO种晶层的合金和溅射靶材,并涉及其中使用它们的垂直磁性记录介质。特别地,本发明涉及用于在热辅助磁性记录介质中使用的MgO种晶层的取向控制层的合金和溅射靶材,和其中使用它们的垂直磁性记录介质。
[背景技术]
近年来,在磁性记录技术上已经有了显著的进步,因为驱动器容量的增加,磁性记录介质中记录密度的提高已经取得进展。与常用的纵向磁性记录介质相比可以达到更高记录密度的垂直磁性记录系统已经进入实际应用。垂直磁性记录系统是其中易磁化轴在垂直于垂直磁性记录介质的磁性膜的介质表面的方向上取向的系统,并且适用于高记录密度。此外,已经研究了利用热的辅助记录方法,对于该方法,已经应用了垂直磁性记录系统。
随着磁性记录介质的记录密度增加,磁性记录介质体积/比特下降。因此,由于热扰动,出现了记录退磁的问题,并且需要具有更高磁晶各向异性常数(Ku)的磁性记录膜(例如,CoPt、FePt等),而具有高磁晶各向异性的材料不能够在其中可以用目前的记录头记录的磁场中记录。因此,在热辅助记录系统中,通过利用记录材料的磁性随温度一起降低,仅在记录时用激光或近场光加热目标区域,并完成磁性记录。
热辅助记录系统是其中将磁性记录技术和光学记录技术结合的记录系统,记录磁性部分的矫顽力(coercive force)通过由激光照射引起的热局 部地减小,以在其中不可能以常规技术记录的高矫顽力介质上进行记录,并且随后将介质快速冷却至室温并增强矫顽力并完成储存。
在热辅助记录系统中使用的具有FePt等的记录膜具有L1O的晶体结构,其与已常规使用的CoCrPt系记录膜的六方晶体结构不同,并且MgO用作其种晶层。例如,如在日本未审查专利申请公开(PCT申请的翻译)号2010-503139(专利文献1)和日本专利公开公布号2011-60344(专利文献2)中所公开的,使用纯的Cr层和Cr合金层作为用于控制MgO种晶层的取向和晶体粒径的取向控制层。
[引用清单]
[专利文献]
[PTL 1]日本未审查专利申请公开(PCT申请的翻译)号2010-503139
[PTL 2]日本专利公开公布号2011-60344
[发明概述]
然而,使用如上所述的这种材料作为形成取向控制层的材料导致了与MgO失配的大晶格常数,导致了由于没有添加用于控制晶粒的元素而引起的取向控制层中的粗粒子,并且导致了其分散大的膜。因此,MgO膜的取向劣化,从而增大了晶体粒径,磁性膜因此具有类似的倾向,并且不能将记录密度增强到高水平。
本发明是关于如上所述这样的问题的,并且本发明旨在提供用于MgO膜用的,取向控制层的具有与MgO的(001)面失配小的晶格常数以及细的、均匀的晶粒分布的包括BCC(体心立方)结构的Cr系合金,以及由包含该合金的溅射靶材。此外,目的是提供一种垂直磁性记录介质,其中,通过使用这种Cr系合金单层膜作为MgO膜用的取向控制层,晶体粒径细且均匀的磁性膜形成于在(001)面上取向的细MgO上。
作为为了解决上述问题努力研究的结果,本发明的发明人发现了,作为具有与MgO的(001)面失配小的晶格常数以及细且均匀的晶粒分布的包括BCC结构的Cr系合金的一种合金体系,其中通过加入在Cr中形成固溶体的(M)族元素(Al、Ti、Mo、W、V和Ru)降低与MgO的晶格常数失 配,并且通过加入微量的(X)族元素(B、C、P、Si和Sn)调节晶体粒径。
根据本发明的一个实施方案,提供了一种用于磁性记录的Cr合金,所述合金以at.%包含:
一种以上选自由以下各项组成的组的元素:Al、Ti、Mo、W、V和Ru,其总量为其中式(1)中的a值为以上且以下:
a3=N/ρΣ(mnAn) (1)
[其中
a表示晶格常数,
N表示阿伏伽德罗数,
ρ表示计算密度(g/cm3),
m表示在单元晶格中存在的元素的个数,且
A表示原子量]
总共0.1至5%的一种以上选自由以下各项组成的组的元素:B、C、P、Si和Sn;和
余量的Cr和不可避免的杂质。
根据本发明的另一个实施方案,提供了一种用于磁性记录的Cr合金,所述合金以at.%包含:
Al、Ti、Mo、W、V和Ru元素中的一种或两种以上元素,其总量为其中式1中的a值为以上且以下;
总共0.1至5%的B、C、P、Si和Sn元素中的一种或两种以上元素;和
余量的Cr和不可避免的杂质。
a3=N/ρΣ(mnAn) (式1)
在该式中,
a:晶格常数,
N:阿伏伽德罗数,
ρ:计算密度(g/cm3),
m:在单元晶格中存在的元素的个数,且
A:原子量
根据本发明的另一个实施方案,提供了一种包含上述用于磁性记录的 合金的溅射靶材。
根据本发明的再另一个实施方案,提供了一种使用上述用于磁性记录的合金的垂直磁性记录介质。
如上所述,根据本发明,提供了一种具有与MgO的(001)面失配小的晶格常数以及细且均匀的晶粒分布的包括BCC结构的Cr系合金,以及包含该合金的溅射靶材。这样的合金使得在磁性记录介质中MgO膜的取向可以改善并且晶体粒径可以细且均匀地分散。在相关技术中,尚不存在这样的技术构思:允许晶体粒径细且均匀,同时降低作为记录层底涂层膜的MgO层和取向控制层之间的晶格常数失配。这一点是本发明中的特征技术构思。
[实施方案描述]
以下具体解释本发明。除非另作说明,如本文所使用的“%”表示原子%(at.%)。
根据本发明的用于磁性记录的Cr合金包含一种以上选自由以下各项组成的组的元素:Al、Ti、Mo、W、V和Ru,一种以上选自由以下各项组成的组的元素:B、C、P、Si和Sn,和余量的Cr及不可避免的杂质,优选基本上仅由这些元素和不可避免的杂质组成,且更优选由这些元素和不可避免的杂质组成。
以下详细解释本发明。研究了具有与MgO的(001)面失配小的晶格常数以及细且均匀的晶粒分布的包括BCC结构的Cr系合金的组成,并因此发现,通过加入适当量的一种或两种以上的作为形成Cr的固溶体的(M)族元素的Al、Ti、Mo、W、V和Ru,可以使得晶格常数为以上且以下。此外发现,加入微量的一种或两种以上作为(X)族元素的B、C、P、Si和Sn元素,使得能够在保持BCC结构的同时细且均匀地控制晶粒。
以下解释根据本发明的用于磁性记录的Cr合金的限制原因。
(M)族元素(Al、Ti、Mo、W、V和Ru)的添加量
Cr具有的晶格常数,并且在与MgO的晶格常数 之间有-3.3%的失配,其中是晶格常数的2的平方根倍 (倍)的值。因此,向Cr添加适量的(M)族元素(Al、Ti、Mo、W、V和Ru)得到以上且以下的晶格常数,导致失配在±2.0%内,同时保持BCC结构。
导致晶格常数失配在±2.0%内的晶格常数为以上且以下的Cr合金膜的形成使得膜能够顺利地在MgO的(001)面上形成。小于 的晶格常数导致MgO的取向与纯Cr的取向没有区别,而大于 的晶格常数使得观察到MgO的(110)面,导致劣化的取向。
作为实例,以下描述在仅添加一种元素的情况下具体添加量的范围:
Al:9.3至43.4%;
Ti:7.5至35.4%;
Mo:11.7至55.4%;
W:11.2至52.4%;
V:22.8至94.0%;和
Ru:24.5至32.0%。
在两种以上的情况下,添加量类似地处于其中以式(1)计算获得的晶格常数为以上且以下的范围内。
0.1至5%的一种以上的(X)族元素(B、C、P、Si和Sn)的添加
上述元素几乎不在Cr中形成固溶体,是与Cr形成化合物的元素,并且被添加以展现出使得晶粒变细的效果和使粒径均匀化的效果。因此,最佳的添加量设置在0.1%至5%的范围内。小于0.1%的添加量不引起添加效果,而大于5%的添加量导致明显的化合物的产生,妨碍了获得BCC单相。
[实施例]
以下参照实施例具体解释本发明。以表1中所示的各组成,将纯金属(纯度为3N以上)的原料粉末混合,并将混合物用作用于HIP成型(热等静压制)的原料粉末。使用V型共混机进行混合。通过将原料粉末填入直径为200mm且长度为10mm的碳钢中,随后进行真空除气和封闭,制备用于HIP成型的坯料(billet)。将填充了粉末的坯料在温度为1050℃、压力为120MPa且保持时间为2小时的条件下HIP成型。随后,由成型体制备直径为95mm且厚度为2mm的软磁性合金溅射靶材。使用溅射靶材制备薄膜,所述薄膜是在玻璃基板上的粘合层。将腔室的内部抽真空至1×10-4Pa以下,以0.6Pa充入纯度为99.99%的Ar气,以进行溅射。首先,在清洗过的玻璃基板上形成20nm的Cr合金层。
在X射线衍射中,证实了如上所述制备的作为样品的单层膜具有BCC单相,测量晶格常数,并且通过TEM观察进一步观测其平均晶体粒径和其分散。假设比较例1的Cr的值为1,将具有大于0.9的值的平均晶体粒径评价为“差”,将具有0.9至0.8的值的平均晶体粒径值评价为“尚可”,且将具有小于0.8的值的平均晶体粒径值评价为“良好”。至于平均晶体粒径的分散,使用以各平均晶体粒径标准化的值。假设比较例1的Cr的值为1,分别将大于0.9、0.9至0.7、和小于0.7的值评价为差、尚可和良好。结果示于表1中。
[表1]
注1)下划线的数字落在本发明的范围以外。
注2)包括其他不可避免的杂质。
如在表1中所示,1号显示了比较例1,2至24号是本发明例,25至35号是比较例。
比较例25号导致了明显的析出的第二相的产生,妨碍了获得BCC单相,这是因为作为(X)族元素的B的高含量。类似于比较例25号,比较例26号导致了明显的析出的第二相的产生,妨碍了获得BCC单相,这是因为作为(X)族元素的C的高含量。比较例27至28号没有获得使晶粒变细的效果和使粒径均匀化的效果,因为没有添加(X)族元素。比较例29号没有提供使晶粒变细的效果和使粒径均匀化的效果,因为没有添加(X)族元素,此外,晶格常数大于并且导致其中观察到MgO的(110)面的劣化取向。
比较例30号导致使晶粒变细的效果和使粒径均匀化的效果变差,因为没有添加(X)族元素,此外,晶格常数小于并且导致MgO的取向与纯Cr的取向没有差别。因为作为(X)族元素的B和C的总的高含量,比较例31号导致明显的析出的第二相的产生,妨碍了获得BCC单相。此外,因为晶格常数小于没有观察到MgO的取向与纯Cr的取向的差别。比较例32至35导致其中观察到MgO的(110)面的劣化取向,因为每个都具有大于的晶格常数。
相比之下,发现作为本发明例的2至24号能够得到具有与MgO的取向失配小的晶格常数以及细的、均匀的晶粒分布的包括BCC结构的Cr系合金,因为每个都满足本发明的条件。
如上所述,本发明显示了以下出色效果:能够得到一种垂直磁性记录介质,其中通过使用具有与MgO的(001)面失配小的晶格常数以及细的、均匀的晶粒分布的包括BCC结构的Cr系合金作为用于MgO膜的取向控制层,在设置为在(001)面上取向的细MgO上形成具有细且均匀的晶体粒径的软磁性膜。
Claims (5)
1.一种BCC结构的用于磁性记录的Cr合金,所述合金以at.%包含:
一种以上选自由以下各项组成的组的元素:Al、Ti、Mo、W、V和Ru;
总共0.1%至3%的一种以上选自由以下各项组成的组的元素:B、C、P、Si和Sn;和
余量的Cr和不可避免的杂质,
其中,Al、Ti、Mo、W、V、Ru以及Cr的总量为使式(1)中的a值为以上且以下的量:
a3=Σ(mnAn)/ρN (1)
其中
a表示晶格常数,
N表示阿伏伽德罗数,
ρ表示计算密度,单位为g/cm3,
m表示在单元晶格中存在的元素的个数,且
A表示原子量,
n表示Al、Ti、Mo、W、V、Ru和Cr中的各元素。
2.根据权利要求1所述的合金,所述合金用于在垂直磁性记录介质中的取向控制层。
3.根据权利要求1或2所述的合金,所述合金以at.%包含:
在下述范围内的任意一种选自由Al、Ti、Mo、W、V和Ru组成的组的元素:
Al:9.3%至43.4%;
Ti:7.5%至35.4%;
Mo:11.7%至55.4%;
W:11.2%至52.4%;
V:22.8%至94.0%;或
Ru:24.5%至32.0%。
4.一种包含根据权利要求1至3中任一项所述的合金的溅射靶材。
5.一种使用根据权利要求1至3中任一项所述的合金的垂直磁性记录介质。
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