DE3237232C2 - Magnetisches Aufzeichnungsmedium - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein magnetisches Aufzeichnungsmedium gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es ist bereits ein magnetisches Aufzeichnungsmedium bekannt, bei dem ein magnetischer Dünnfilm aus einer Kobaltlegierung auf ein Substratmaterial durch Vakuumverdampfung ausgebildet wird (JP-A-53-39707). Es ist ferner bekannt, bei einem magnetischen Aufzeichnungsmedium einen magnetischen Metalldünnfilm aus einer Kobaltlegierung zu verwenden, welche Vanadium als Legierungsbestandteil enthält (DE-OS 27 18 739).

Von verschiedenen Arbeitskreisen werden zur Zeit umfangreiche Untersuchungen des senkrecht magnetisierbaren, magnetischen Aufzeichnungssystems durchgeführt, das als ein zukünftiges System für Aufzeichnungen mit überragend hoher Aufnahmedichte gilt und von dem erwartet wird, daß es in naher Zukunft im Handel erhältlich sein wird. Bei den herkömmlichen magnetischen Aufzeichnungsmedien wird die magnetische Aufzeichnung in der Weise durchgeführt, daß eine auf einem Substrat ausgebildete, magnetische Schicht in einer horizontalen Richtung der magnetischen Schicht (d. h. Magnetisierung in der Ebene) magnetisiert wird. Falls bei der Aufzeichnung unter horizontaler Magnetisierung die Aufzeichnungsdichte erhöht wird, verstärkt sich das diamagnetische Feld der magnetischen Schicht, was wiederum zu einer Verringerung und Rotation der Restmagnetisierung führt. Als Folge davon ist die Wiedergabe-Ausgangsleistung beträchtlich verringert. Die Steigerung der Aufzeichnungsdichte ist somit einer praktischen Beschränkung unterworfen. Im Hinblick auf diese Situation ist ein Aufzeichnungssystem mit senkrechter Magnetisierung vorgeschlagen worden, bei dem die Magnetisierung in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der magnetischen Schicht (d. h. in Dickenrichtung der magnetischen Schicht) durchgeführt wird. Dieses System vermag die Beschränkungen, die hinsichtlich der Steigerung der Aufzeichnungsdichte bei den Aufzeichnungssystemen mit horizontaler Magnetisierung bestehen, zu durchbrechen. Bei der Aufzeichnung unter senkrechter Magnetisierung wird das Entmagnetisierungsfeld umso kleiner, je kürzer die Wellenlänge der aufgezeichneten Signale ist, d. h. je größer die Aufzeichnungsdichte ist. Demgemäß wird von dem Aufzeichnungssystem mit senkrechter Magnetisierung erwartet, daß es sich vorteilhafter als das Aufzeichnungssystem mit horizontaler Magnetisierung für Aufzeichnungen mit hoher Signaldichte eignet.

Als äußerst wirksames Aufzeichnungsmedium, das für ein derartiges Aufzeichnungssystem mit senkrechter Magnetisierung brauchbar ist, wurde bereits eine durch ein Sputterverfahren gebildete Co-Cr-Schicht vorgeschlagen. Das Sputterverfahren ist eine der bekannten Verfahrensweisen zur Herstellung dünner, magnetischer Metallschichten. Dabei werden bei Durchführung einer Glühentladung in einer unter Unterdruck stehenden Inertgasatmosphäre die Gasionen beschleunigt, um mit der Kathode (d. h. dem Target) zu kollidieren und dabei das Kathodenmaterial in Form von Atomen oder Gruppen von Atomen zu verdampfen. Die so zerstäubten (gesputterten) Metallatome werden auf der Oberfläche des nahe der Anode angeordneten Substrats abgeschieden.

Von den Erfindern wurden Untersuchungen dieser Co-Cr- Schicht durchgeführt, und zwar im Hinblick auf ihre praktischen Anwendungen und die Massenproduktion. Im Verlauf dieser Untersuchungen wurde festgestellt, daß einige praktische Probleme ungelöst sind. Genauer gesagt, besteht erstens das Problem, daß bei Durchführung einer Hochgeschwindigkeitsschichtbildungs- Operation mittels einer Sputtervorrichtung die Koerzitivkraft [Hc (⟂)] dazu neigt, so anzusteigen, daß keine adäquate Überschreibcharakteristik bei der tatsächlichen digitalen Aufzeichnung erreichbar ist, und zweitens, daß die Koerzitivkraft [Hc (⟂)] in hohem Maße abhängig ist von der Temperatur des Substrats zum Zeitpunkt des Schichtbildungsverfahrens und daß infolgedessen bei einer kontinuierlichen Durchführung des Schichtbildungsverfahrens bei der Massenherstellung, wobei die Substrattemperatur unvermeidbar durch Strahlungshitze von dem Target variiert wird, die Koerzitivkraft [Hc (⟂)] sich entsprechend ändert. Dadurch wird es unmöglich, eine Schicht mit einheitlicher Qualität auszubilden.

Erstens muß die Überschreibcharakteristik wenigstens 26 dB betragen. Um die Überschreibcharakteristik mit einem derartigen Niveau zu erhalten, darf die Koerzitivkraft [Hc (⟂)] höchstens 47746 A/m (600 Oe) betragen. Im Falle der Co-Cr- Schicht kann, falls das Schichtbildungsverfahren mit einer geringen Abscheidungsgeschwindigkeit (d. h. weniger als einige zehn mm/min) im Labormaßstab durchgeführt wird, eine Koerzitivkraft [Hc (⟂)] von weniger als 4776 A/m (600 Oe) erhalten werden, indem man das Substrat in zweckentsprechender Weise kühlt. Bei einem industriell brauchbaren Hochgeschwindigkeits-Schichtbildungsverfahren, bei dem die Abscheidungsgeschwindigkeit einige hundert mm/min beträgt, erreicht die Koerzitivkraft jedoch unvermeidbar wenigstens 47746 A/m (600 Oe), und in extremen Fällen wird ein so hohes Niveau wie 95492 A/m (1800 Oe) erreicht. Es ist somit im Falle der Co-Cr-Schicht praktisch unmöglich eine adäquate Überschreibcharakteristik für die tatsächliche Digitalaufzeichnung bei einer Produktionsgeschwindigkeit zu erreichen, die für ein industrielles Verfahren geeignet ist.

Zweitens wurde im Hinblick auf die Abhängigkeit der Koerzitivkraft [Hc (⟂)] von der Substrattemperatur festgestellt, daß im Falle der Co-Cr-Schicht die Koerzitivkraft mit der Zunahme der Substrattemperatur steigt, und zwar im einer Rate von wenigstens 2387 A/m (30 Oe)/10°C. Das Substrat wird hauptsächlich durch die Strahlungshitze, die vom Target ausgeht, aufgeheizt. Im Falle der kontinuierlichen Herstellung ist zu erwarten, daß die Substrattemperatur sich in jedem Moment ändert und es unmöglich ist, eine Schicht mit einheitlicher Charakteristik zu erhalten, solange die Abhängigkeit der Koerzitivkraft von der Substrattemperatur das oben erwähnte Ausmaß hat.

Es wurde auf diesem Gebiet bereits versucht, eine dritte Komponente, wie Rhodium, dem Co-Cr-System einzuverleiben. Auf diese Weise konnten jedoch die oben erwähnten Probleme nicht gelöst werden.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben erwähnten Nachteile zu vermeiden und ein überlegenes, senkrecht magnetisierbares, magnetisches Aufzeichnungsmedium für Magnetaufzeichnungen mit hervorragend hoher Signaldichte zu schaffen, welches sich insbesondere für praktische Anwendungen und die Massenherstellung eignet.

Kobalt weist eine große Kristallanisotropieenergie auf, und es wird angenommen, daß es wegen seiner dem hexagonalen System zugehörigen Kristallstruktur ein Basiselement zur Bildung einer senkrecht magnetisierbaren, magnetischen Schicht darstellt. Von den Erfindern wurden umfangreiche Untersuchungen an Kobaltlegierungen durchgeführt. Dabei wurde festgestellt, daß eine Co-Mo-V-Legierung für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignet ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch ein magnetisches Aufzeichnungsmedium, umfassend ein Substrat und eine auf dem Substrat ausgebildete, magnetische Aufzeichnungsschicht aus einer Kobaltlegierung mit einer Achse leichter Magnetisierung in senkrechter Richtung bezüglich der Oberfläche des Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Aufzeichnungsschicht zusammengesetzt ist aus 75 bis 90 Gew.-% Co, höchstens 15 Gew.-% Mo und 6 bis 15 Gew.-% V, Rest unvermeidbare Verunreinigungen, und wobei die Halbwertsbreite ΔR 50 einer Röntgenstrahlen-Reflexionsschwingungskurve von der (002)-Ebene der magnetischen Aufzeichnungsschicht innerhalb eines Bereichs von 2,8 bis 3,4° liegt.

Zwischen dem Substrat und der magnetischen Aufzeichnungsschicht kann eine Schicht mit hoher magnetischer Permeabilität angeordnet sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert.

Die in Fig. 1 dargestellte Kurve veranschaulicht die Abhängigkeit der magnetischen Eigenschaften (1 Oe 79,5 A/m) der senkrecht magnetisierbaren, magnetischen Aufzeichnungsschicht gemäß vorliegender Erfindung und der herkömmlichen, senkrecht magnetisierbaren, magnetischen Aufzeichnungsschicht von der Substrattemperatur.

Bei der erfindungsgemäßen Co-V-Mo-Schicht liegt die Halbwertsbreite ΔR 50 einer Röntgenstrahl-Reflexionsschwingungskurve von der (002)-Ebene, bei der es sich um den wichtigsten Parameter bei dem senkrecht magnetisierbaren, magnetischen Aufzeichnungsmedium handelt, innerhalb von 5° und ist damit gleich dem der Co-Cr-Schicht. Diese Röntgenstrahl-Reflexionsschwingungskurve stellt den Grad der Streuung entlang der C-Achse der Kristallstruktur der Schicht dar. Darüber hinaus kann die Koerzitivkraft [Hc (⟂)], welche für eine adäquate Überschreibcharakteristik für die digitale Aufzeichnung entscheidend ist, ebenfalls innerhalb eines Bereichs eingestellt werden, der höchstens 600 Oe beträgt und vorzugsweise zwischen 93873 A/m (300 Oe) und 47746 A/m (600 Oe) liegt, indem man die zugesetzte Mo-Menge einstellt. Darüber hinaus kann das Ausmaß der Zunahme der Koerzitivkraft [Hc (⟂)] mit der Erhöhung der Substrattemperatur auf ein Niveau von höchstens 962 A/m (10 Oe)/10° gesenkt werden. Das ist 1/3 oder weniger der korrespondierenden Rate im Falle der Co-Cr-Schicht. Es kann somit bei dem kontinuierlichen Schichtbildungsverfahren die Veränderung der Koerzitivkraft, die abhängig ist von der Änderung der Substrattemperatur aufgrund der Wärmestrahlung vom Target, verglichen mit dem Fall der Co-Cr-Schicht, wesentlich verringert werden.

Bei der Co-Mo-V-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung muß das Co in einer Menge von 75 bis 95 Gew.-% als Basiselement vorliegen, um eine Kristallstruktur zu bilden, welche eine große Kristallanisotropie aufweist, die wiederum für die Bildung eines senkrecht magnetisierbaren, magnetischen Mediums notwendig ist. Falls die Menge weniger als 75 Gew.-% beträgt, ist keine ausreichende senkrechte Magnetisierung erreichbar. Falls andererseits die Menge 95 Gew.-% übersteigt, neigt die Sättigungsmagnetisierung dazu, zu hoch zu werden. Der Rest von 5 bis 25 Gew.-% ist aus Mo und V zusammengesetzt. Falls nur V einverleibt ist, wird die Sättigungsmagnetisierung (Ms) verringert, die h.c.p.-Struktur stabilisiert und das anisotrope, magnetische Feld (Hk) erfüllt, wie im Falle des Cr in der Co-Cr-Schicht, die Bedingung Hk<4 π Ms. Die senkrechte Koerzitivkraft neigt jedoch dazu, zu gering zu werden, und die Halbwertsbreite der Schwingungskurve neigt dazu, sich zu verbreitern. Durch die Zugabe von Mo wird erreicht, daß erstere in einem Bereich von 23873 A/m bis 47746 A/m (300 bis 600 Oe) zu liegen kommt und letztere in einem Bereich von 2,8 bis 3,4° liegt. Es ist somit auf diese Weise möglich, die angestrebte Schicht zu erhalten. Selbst wenn Mo in einer kleinen Menge zugesetzt wird, zeigt es eine Wirksamkeit, die der zugesetzten Menge entspricht. Falls jedoch die Menge des Mo 15% übersteigt, neigt die Koerzitivkraft [Hc (⟂)] dazu, allmählich abzufallen. Mo wird daher in einer Menge von höchstens 15 Gew.-% eingesetzt. Die Koerzitivkraft [Hc (⟂)] kann gegebenenfalls durch Einstellung der zugesetzten Mo-Menge gesteuert werden. Der Rest ist aus V und unvermeidbaren Verunreinigungen zusammengesetzt. Die Menge an V beträgt vorzugsweise 6 bis 16 Gew.-% und die Menge an Mo beträgt vorzugsweise 3 bis 15 Gew.-%. Die jeweiligen Mengen werden gegebenenfalls in Abhängigkeit von den besonderen Verfahrensbedingungen ausgewählt, um die angestrebten Schichteigenschaften zu erhalten.

Die magnetische Aufzeichnungsschicht, d. h. die Co-Mo-V- Schicht, hat vorzugsweise eine Dicke von 0,05 bis 3 µm.

Das erfindungsgemäße magnetische Aufzeichnungsmedium kann mittels einer Sputtervorrichtung hergestellt werden, und zwar in der Weise, daß unter Verwendung eines Target mit einer vorbestimmten Zusammensetzung das Sputtern auf einem Substrat aus beispielsweise Polyimid unter beliebigen Sputterbedingungen durchgeführt wird. Um eine Steigerung der Substrattemperatur zu verhindern, kann vorteilhafterweise eine Sputtervorrichtung vom Magnetron-Typ verwendet werden.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, die senkrecht magnetisierbare, magnetische Aufzeichnungsschicht mit einer Schicht hoher magnetischer Permeabilität zu bedecken (JA-OS 51804/79). Auf diese Weise kann die Aufzeichnung unter senkrechter Magnetisierung in effizienter Weise mittels eines Kopfes vom monopolaren Typ ohne Verwendung eines Hilfsmagnetpols durchgeführt werden. Bei der vorliegenden Erfindung kann eine derartige Schicht hoher magnetischer Permeabilität ebenfalls zwischen dem Substrat und der senkrecht magnetisierbaren, magnetischen Schicht angeordnet sein. Als derartige Schicht hoher magnetischer Permeabilität kann beispielsweise eine Mo-Fe-Ni-Legierung verwendet werden.

Das Substrat kann aus einem beliebigen Material bestehen, welches herkömmlicherweise für magnetische Aufzeichnungsmedien verwendet wird. Bevorzugte Materialien für das Substrat umfassen Polymere, wie Polyester, Polyimid und Polyamid.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiele 1 bis 6

Mittels einer Hochgeschwindigkeits-Sputtervorrichtung werden Schichtbildungsverfahren durchgeführt. Dabei werden die Proportionen der Komponenten der Co-V-Mo-Schichten jeweils variiert. Die Koerzitivkräfte [Hc (⟂)] und die Halbwertsbreiten (ΔR 50) der auf diese Weise erhaltenen Schichten werden bestimmt. Die Bedingungen des Sputterverfahrens sind wie folgt:

Ar-Gasdruck
(8,0×10-3 Torr) 1,06×10-5 bar
elektrische Eingangsleistung	von 3 bis 5 kW
Abstand zwischen den Elektroden	100 mm

Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Vergleichsbeispiele 1 und 2

Es werden Co-V- und Co-Cr-Schichten auf die gleiche Weise wie in den Beispielen 1 bis 6 ausgebildet. Die Koerzitivkräfte [Hc (⟂)] und die Halbwertsbreiten (ΔR 50) der Schichten werden bestimmt. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt.

Tabelle 1

Aus den in Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen geht hervor, daß die Co-V-Mo-Schichten gemäß der vorliegenden Erfindung eine Koerzitivkraft [Hc (⟂)] von weniger als 47746 A/m (600 Oe) aufweisen, wodurch eine adäquate Überschreibcharakteristik erreichbar ist. Dieses Ergebnis wird trotz der Tatsache erzielt, daß die Schichten mit einer hohen Schichtbildungsgeschwindigkeit hergestellt wurden, welche für ein industrielles Verfahren geeignet ist. Außerdem geht aus der Tabelle hervor, daß die Koerzitivkraft [Hc (⟂)] je nach Wunsch innerhalb eines Bereichs von 23873 bis 47746 A/m (300 bis 600 Oe) durch Einstellung der zugesetzten Mo-Menge gesteuert werden kann.

Die Abhängigkeit der magnetischen Eigenschaften der Schichten von der Temperatur der jeweiligen Substrate ist in Tabelle 2 und in der anliegenden Fig. 1 dargesellt. Die Schichtbildungsgeschwindigkeit (d. h. die Abscheidungsgeschwindigkeit) beträgt 520 nm/min.

Tabelle 2

Aus den obigen Ergebnissen geht hervor, daß im Falle der Co-V-Mo-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung selbst bei Steigerung der Substrattemperatur von 20° auf 200°C die Koerzitivkraft [Hc (⟂)] nur um 13528 A/m (170 Oe) zunimmt und daß die Abhängigkeit der Koerzitivkraft von der Temperatur so gering ist wie 795 A/m (10 Oe)/10°. Hierdurch wird überzeugend dargelegt, daß die Änderung der magnetischen Eigenschaften der Co-V-Mo-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung extrem gering ist, selbst wenn die Substrattemperatur durch die Strahlungshitze von dem Target während der kontinuierlichen Herstellung variiert wird. Die Co- V-Mo-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung ist somit für die Massenproduktion geeignet.

Andererseits übersteigt im Falle der Co-Cr-Schicht die Koerzitivkraft [Hc (⟂)] selbst dann 47746 A/m (600 Oe), wenn mit Wasser gekühlt wird. Dadurch ist es nicht nur unmöglich, eine zweckentsprechende Überschreibcharakteristik zu erreichen, die Schicht zeigt darüber hinaus auch eine starke Abhängigkeit von der Substrattemperatur. So steigt die Koerzitivkraft [Hc (⟂)] um 53317 A/m (670 Oe), wenn die Substrattemperatur von 20° auf 200°C erhöht wird. Die Steigerungsrate der Koerzitivkraft ist somit so hoch wie 2864 A/m (36 Oe)/10°C, d. h., sie beträgt wenigstens das Dreifache der Steigerungsrate im Falle der Co-V-Mo-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung.

Erfindungsgemäß wird eine neue, senkrecht magnetisierbare Co-V-Mo-Magnetaufzeichnungsschicht geschaffen, wobei die mit den herkömmlichen Co-Cr-Schichten verbundenen Probleme hinsichtlich der Überschreibcharakteristik zum Zeitpunkt der digitalen Aufzeichnung und hinsichtlich der Abhängigkeit der Koerzitivkraft von der Substrattemperatur gelöst werden. Die senkrecht magnetisierbare, magnetische Aufzeichnungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung eignet sich zur Massenproduktion im industriellen Maßstab. Die vorliegende Erfindung leistet somit einen großen Beitrag auf dem Gebiet der Aufzeichnung mit überragend hoher Signaldichte, dessen marktreife Entwicklung in naher Zukunft erwartet werden kann.

Claims (7)

1. Magnetisches Aufzeichnungsmedium, umfassend ein Substrat und eine auf dem Substrat ausgebildete, magnetische Aufzeichnungsschicht aus einer Kobaltlegierung mit einer Achse leichter Magnetisierung in senkrechter Richtung bezüglich der Oberfläche des Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Aufzeichnungsschicht zusammengesetzt ist aus 75 bis 90 Gew.-% Co, höchstens 15 Gew.-% Mo und 6 bis 15 Gew.-% V, Rest unvermeidbare Verunreinigungen, und wobei die Halbwertsbreite ΔR 50 einer Röntgenstrahlen-Reflexionsschwingungskurve von der (002)-Ebene der magnetischen Aufzeichnungsschicht innerhalb eines Bereichs von 2,8 bis 3,4° liegt.

2. Magnetisches Aufzeichnungsmedium gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Substrat und der magnetischen Aufzeichnungsschicht eine auf dem Substrat ausgebildete Schicht hoher magnetischer Permeabilität vorliegt.

3. Magnetisches Aufzeichnungsmedium gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an Mo von 3 bis 15 Gew.-% und die Menge an V von 6 bis 16 Gew.-% beträgt.

4. Magnetisches Aufzeichnungsmedium gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Aufzeichnungsschicht eine Koerzitivkraft von höchstens 47746 A/m (600 Oe) aufweist.

5. Magnetisches Aufzeichnungsmedium gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Aufzeichnungsschicht eine Koerzitivkraft von 23873 A/m (300 Oe) bis 47746 A/m (600 Oe) aufweist.

6. Magnetisches Aufzeichnungsmedium gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Aufzeichnungsschicht eine Dicke von 0,05 bis 3 µm aufweist.

7. Magnetisches Aufzeichnungsmedium gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht hoher magnetischer Permeabilität aus einer Mo-Fe-Ni-Legierung besteht.