DE3501561C2

DE3501561C2 - Magnetisches Aufzeichnungsmedium

Info

Publication number: DE3501561C2
Application number: DE3501561A
Authority: DE
Inventors: Nobuaki Tamagawa; Hidesuke Miyairi; Kazunori Ozawa; Norio Yokoyama; Hideaki Matsuyama; Kenji Yazawa
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1984-01-20
Filing date: 1985-01-18
Publication date: 1995-08-31
Anticipated expiration: 2005-01-19
Also published as: KR850005665A; NL8500085A; GB2153851A; GB2153851B; FR2558631A1; KR920008414B1; NL192409B; NL192409C; JPS60154323A; DE3501561A1; FR2558631B1; JPH0475577B2; GB8501273D0

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein magnetisches Aufzeich nungsmedium gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

In jüngster Zeit werden magnetische Aufzeichnungsmedien des Dünnfilm-Typs oder Dünnschicht-Typs in starkem Um fang untersucht, d. h. magnetische Aufzeichnungsmedien, die dadurch gebildet werden, daß man eine dünne ferroma gnetische Schicht mit einer Dicke von einigen 10 nm (100 Å) bis etwa 1 µm auf einem nichtmagnetischen Sub strat ausbildet, beispielsweise durch Methoden, wie gal vanische Abscheidung, stromlose Abscheidung, Ionenab scheidung, Aufsputtern und Vakuumbedampfen, um in die ser Weise eine hohe magnetische Aufzeichnungsdichte zu erreichen. Insbesondere ist die in der US-PS 33 42 632 beschriebene Methode des Schrägbedampfens im Vakuum von Interesse, da sie die Bildung von magnetischen Aufzeich nungsmedien mit hoher Koerzitivkraft ermöglicht, wobei verschiedenartige Verbesserungen und Modifizierungen durchgeführt worden sind. Mit anderen Worten wird bei dieser Schrägaufdampfmethode im Vakuum der Dampfstrahl des auf einem Substrat abzuscheidenden magnetischen Me talls schräg auf das Substrat gerichtet. Es hat sich je doch gezeigt, daß bei magnetischen Aufzeichnungsmedien mit einer Magnetschicht aus einem ferromagnetischen Dünnfilm die Videoausgangssignale im kurzen Wellenlän genbereich nicht die erwartete Stärke aufweisen und sich ein hohes Rauschniveau ergibt. Daher ist es nicht möglich gewesen, magnetische Aufzeichnungsmedien zu schaffen, die zufriedenstellende Signal/Rausch-Abstände ermöglichen.

Die DE-A 27 31 924 beschreibt ein magnetisches Aufzeichnungsmedium mit einem nicht-magnetischen Substrat und einer durch physikalisches Aufdampfen auf dem Substrat abgeschiedenen ferromagnetischen Metall schicht, welches säulenförmige Kristalle aufweist, die in bezug auf das Substrat geneigt sind. Die säulenförmigen Kristalle, welche in der Größe der Dicke der ferromagnetischen Metallschicht entsprechen, sind mit ei ner Oxidschicht eines ferromagnetischen Metalls überzogen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein verbesser tes magnetisches Aufzeichnungsmedium oder Speichermedium mit einem dünnen Film aus einer ferromagnetischen Metallschicht zu schaffen, wel ches ein verbessertes Signal/Rausch-Verhältnis aufweist.

Diese Aufgabe wird nun gelöst durch das magnetische Aufzeichnungsme dium gemäß Hauptanspruch. Die Unteransprüche betreffen besonders bevorzugte Ausführungsformen dieses Erfindungsgegenstandes.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein magnetisches Aufzeichnungsme dium mit einem nicht-magnetischen Substrat und einer durch physikali sches Aufdampfen auf dem Substrat abgeschiedenen ferromagnetischen Metallschicht, welche säulenförmige Kristalle aufweist, die in bezug auf das Substrat geneigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der säulen förmigen Kristalle aus ferromagnetischen Metallteilchen und Oxidteil chen des ferromagnetischen Metalls, welche statistisch in den säulenför migen Kristallen verteilt sind, gebildet ist, daß die säulenförmigen Kristal le eine Breite zwischen 5 und 10 nm (50 bis 100 Å) aufweisen und daß die ferromagnetischen Metallteilchen eine Korngröße zwischen 5 und 10 nm (50 bis 100 Å) besitzen.

Die Erfindung sei im folgenden näher unter Bezugnahme auf die beigefüg ten Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der zur Herstellung des erfin dungsgemäßen magnetischen Aufzeichnungsmediums geeigne ten Vakuumabscheidungsvorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Schnittansicht eines säulen förmigen Kristalls, welcher die erfindungsgemäße Magnetschicht bildet.

Da erfindungsgemäß die Oxidteilchen des ferromagnetischen Metalls statistisch in den säulenförmigen Kristallen ver teilt sind, die die Magnetspeicherschicht des Dünnfilm- Typs bilden, können die die säulenförmigen Kristalle bil denden feinen ferromagnetischen Metallkristalle geteilt oder voneinander getrennt oder fraktioniert werden. In dieser Weise wird das Rauschniveau im Hinblick auf die elektromagnetischen Umwandlungseigenschaften verringert und man erhält ein magnetisches Aufzeichnungsmedium des Dünnfilm-Typs mit einem hohen Signal/Rauschverhältnis.

Mit anderen Worten besteht die magnetische Aufzeichnungs schicht des Dünnfilm-Typs aus zusammengelagerten säulen förmigen Kristallstrukturen, wobei jede der säulenförmi gen Kristallstrukturen die ferromagnetischen Metallteil chen und die Oxidteilchen des ferromagnetischen Metalls in statistischer Verteilung enthält.

Bei dem erfindungsgemäßen magnetischen Aufzeichnungsme dium wird das Rauschniveau vermindert und ein hohes Si gnal/Rausch-Verhältnis erzielt. Der Grund dafür, daß das Rauschniveau durch die statistische Verteilung der Oxid teilchen des ferromagnetischen Metalls in der säulenför migen Kristallstruktur der aufgedampften Schicht vermin dert wird, wird auch in der Tatsache gesehen, daß die Korngröße der aufgedampften magnetischen Metallteilchen, die die säulenförmigen Kristalle bilden, verringert wird.

Die Erfindung sei anhand der beigefügten Zeichnung und den nachfolgenden Beispielen näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer für die Herstellung des erfindungsgemäßen magnetischen Aufzeichnungsmediums geeigneten Vakuumabscheidungsvor richtung. Die Vakuumabscheidungsvorrichtung 1 umfaßt eine Vakuumkammer 2 mit einem Vakuum, welches eine vorbestimm te Menge Sauerstoff enthält, eine in der Vakuumkammer 2 angeordnete Metalltrommel 3, ein von einer Zuführungsspu le 5 zugeführtes nichtmagnetisches Substrat 4, welches um die Metalltrommel 3 herumgeführt zu der Aufnahmespule 6 geführt wird, eine Verdampfungsquelle 7 für das magneti sche Metall, wie Co, Ni oder eine Legierung davon, welche der Metalltrommel 3 gegenüberliegend und geeigneterweise darunter angeordnet ist, und eine Blende 8 zwischen der Metalltrommel 3 und der Verdampfungsquelle 7, so daß das von der Verdampfungsquelle 7 verdampfte magnetische Me tall mit Hilfe der Blende 8 schräg auf das nichtmagneti sche Substrat 4 auftrifft und dort mit einem vorbestimm ten Einfallswinkel abgeschieden wird. Im Fall einer Co-Ni- Legierung sollte der Nickelgehalt vorzugsweise nicht mehr als 30 Atom-% betragen.

Beispiel 1

Unter Anwendung der oben beschriebenen Vakuumabscheidungs vorrichtung 1 wird eine Co-Ni-Legierung (80 Atom-% Co und 20 Atom-% Ni) durch Schrägbedampfen auf einem nichtmagne tischen Substrat 4 aus Polyethylenterephthalat (PET) mit einer Dicke von 10 µm unter Anwendung eines Drucks von 1,33 × 10^-4 mbar (1 × 10^-4 Torr) aufgebracht, wobei man Sauerstoffgas (O₂) mit einer Geschwindigkeit von 100 ml/ min zuführt. Der Einfallswinkel bei der Vakuumabscheidung beträgt 40 bis 90°, wobei man als Heizeinrichtung für die Verdampfungsquelle 7 einen Elektronenstrahl anwendet. In der oben beschriebenen Weise bereitet man das vakuumbe schichtete Band des Beispiels 1. Die Eigenschaften dieses Bandes sind die folgenden:

Dicke der vakuumabgeschiedenen Co-Ci-Schicht: 100 nm (1000 Å)

Magnetische Eigenschaften:
Koerzitivkraft (Hc): (820 Oe) 65 253,14 A/m
Sättigungsmagnetflußdichte (Bm): (6800 G) 0,68 T
Restmagnetflußdichte (Br): (4900 G) 0,49 T
Rechteckigkeitsverhältnis (Br/Bm): 0,72

Man untersucht einen Querschnitt des in der obigen Weise erhaltenen Magnetbandes mit Hilfe eines Transmissions elektronenmikroskops (TEM). Man erkennt auf dem mit dem Transmissionselektronenmikroskop erzeugten hellem Bild, daß die abgeschiedene Magnetschicht aus zusammengeballten feinen säulenförmigen Kristallen besteht, wobei sämtliche säulenförmigen Kristalle mit einem Winkel von 60 bis 65° in bezug auf das Substrat angeordnet sind. Weiterhin be trägt die Breite der säulenförmigen Kristalle 5 bis 10 nm (50 bis 100 Å). Andererseits ist aus dem mit dem Transmis sionselektronenmikroskop erzielten dunklen Bild erkennbar, daß in jedem der säulenförmigen Kristalle Co-Ni-Teilchen mit einer Teilchengröße von 5 bis 10 nm (50 bis 100 Å) und Co-Ni-Oxidteilchen mit einer Teilchengröße von 3 bis 7 nm (30 bis 70 Å) in gleichmäßiger Weise verteilt sind.

Die Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Schnittansicht eines säulenförmigen Kristalls, der die Magnetschicht des vakuumbedampften Bandes des Beispiels 1 verdeutlicht. Die in der Fig. 2 angegebene Bezugsziffer 10 steht für den säulenförmigen Kristall, dessen Breite 5 bis 10 nm (50 bis 100 Å) beträgt. Die Bezugsziffer 11 steht für die Co-Ni-Teilchen, deren Größe 5 bis 10 nm (50 bis 100 Å) beträgt, während die Bezugsziffer 12 für die Co-Ni- Oxidteilchen steht, deren Teilchengröße 3 bis 7 nm (30 bis 70 Å) beträgt.

Vergleichsbeispiel 1

Man bedampft ein Band im Vakuum unter Anwendung der Bedin gungen von Beispiel 1, mit dem Unterschied, daß man den Druck auf 1,33 × 10^-5 mbar (1 × 10^-5 Torr) einstellt und kein Sauerstoffgas zuführt, wobei der Einfallswinkel auf 70 bis 90° eingestellt wird. Die Eigenschaften des in die ser Weise hergestellten Magnetbandes sind die folgenden:

Dicke der im Vakuum abgeschiedenen Co-Ni-Schicht: 100 nm (1000 Å)
Magnetische Eigenschaften:
Koerzitivkraft (Hc): (800 Oe) 63 661,6 A/m
Sättigungsmagnetflußdichte (Bm): (6900 G) 0,69 T
Restmagnetflußdichte (Br): (6280 G) 0,628 T
Rechteckigkeitsverhältnis (Br/Bm): 0,91

Untersucht man die Magnetschicht ähnlich der in Beispiel 1 beschriebenen Weise mit Hilfe eines Transmissionselek tronenmikroskops, so ist ersichtlich, daß sie keine gleichmäßig verteilte Struktur aus Metallteilchen und Me talloxidteilchen aufweist, wie man es bei dem Material des Beispiels 1 beobachten kann.

Beispiel 2

Man beschichtet ein Band durch Vakuumbeschichten unter An wendung der in Beispiel 1 angegebenen Bedingungen, mit dem Unterschied, daß man als magnetisches Material Co (100%) verwendet. Die Eigenschaften des in der obigen Weise her gestellten Magnetbandes sind die folgenden:

Dicke der im Vakuum abgeschiedenen Co-Schicht: 100 nm (1000 Å)
Magnetische Eigenschaften:
Koerzitivkraft (Hc): (910 Oe) 72 415 A/m
Sättigungsmagnetflußdichte (Bm): (7300 G) 0,73 T
Restmagnetflußdichte (Br): (5300 G) 0,53 T
Rechteckigkeitsverhältnis (Br/Bm): 0,73

Wenngleich die Schnittstruktur der säulenförmigen Kri stalle, die die Magnetschicht des Materials des Beispiels 2 bilden, nicht gezeigt ist, ist sie ähnlich der in der Fig. 2 gezeigten Struktur, d. h., sie besitzt eine Struk tur mit statistisch verteilten Co-Teilchen und CoO-Teil chen. Weiterhin ist die Größe der Teilchen ähnlich jener des Materials des Beispiels 1, d. h., die Teilchengröße der Co-Teilchen beträgt 5 bis 10 nm (50 bis 100 Å), wäh rend die Teilchengröße der CoO-Teilchen 3 bis 7 nm (30 bis 70 Å) beträgt und die Breite der säulenförmigen Kri stalle 5 bis 10 nm (50 bis 100 Å) beträgt.

Vergleichsbeispiel 2

Man beschichtet ein Band im Vakuum unter Anwendung der Be dingungen von Beispiel 2 mit dem Unterschied, daß man den Druck auf 1,33 × 10^-5 mbar (1 × 10^-5 Torr) einstellt und kein Sauerstoffgas einführt und den Einfallswinkel auf 70 bis 90° einstellt. Die Eigenschaften des in dieser Weise erhaltenen Magnetbandes sind die folgenden:

Dicke der im Vakuum abgeschiedenen Co-Schicht: 100 nm (1000 Å)
Magnetische Eigenschaften:
Koerzitivkraft (Hc): (900 Oe) 71 619,3 A/m
Sättigungsmagnetflußdichte (Bm): (7500 G) 0,75 T
Restmagnetflußdichte (Br): (6800 G) 0,68 T
Rechteckigkeitsverhältnis (Br/Bm): 0,91

Bei der Untersuchung mit Hilfe des Transmissionselektro nenmikroskops läßt sich in ähnlicher Weise erkennen, daß keine gleichmäßige Verteilungsstruktur aus den Kobalt teilchen und den Kobaltoxidteilchen vorliegt.

Die Ergebnisse eines Vergleichs der elektromagnetischen Wandlereigenschaften der gemäß den obigen Beispielen und Vergleichsbeispielen hergestellten Magnetbänder sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt. Die Tabelle ver deutlicht die Ausgangssignale und das Rauschniveau, die mit Hilfe eines Ferritmagnetkopfs mit einer Spaltlänge von 0,2 µm mit einer Bandrelativgeschwindigkeit von 3,8 m/s unter Anwendung eines Spektrumanalysators gemessen worden sind. Jeder in der Tabelle angegebene Wert ist ein Ver gleichswert bei Anwendung eines 5 MHz-Signals, wobei die Ausgangssignale und das Signal/Rausch-Verhältnis des Ban des bei dem Material des Vergleichsbeispiels 1 mit 0 dB festgelegt worden ist.

Tabelle

Vergleicht man das Beispiel 1 mit dem Vergleichsbeispiel 1, die jeweils eine Co-Ni-Magnetschicht aufweisen, so ist die Koerzitivkraft Hc in beiden Fällen im wesentlichen gleich, wobei die Restmagnetflußdichte Br und das Rechteckigkeits verhältnis Br/Bm bei dem Material des Vergleichsbeispiels 1 überlegen sind. Weiterhin ist aus der obigen Tabelle zu erkennen, daß das Ausgangssignal des Bandes von Beispiel 1 geringer ist als das des Vergleichsbeispiels 1 und das Signal/Rausch-Verhältnis des Bandes von Beispiel 1 dem jenigen des Bandes des Vergleichsbeispiels 1 überlegen, so daß sich ein geringeres Rauschen ergibt.

Es ist weiterhin aus der Untersuchung mit Hilfe des Trans missionselektronenmikroskops erkennbar, daß bei dem Mate rial des Beispiels 1 feine Kristalle aus Co-Ni und Co-Ni- Oxid statistisch in den säulenförmigen Kristallen der Ma gnetschicht verteilt sind, wie es in der Fig. 2 darge stellt ist. Im Gegensatz dazu bestehen die säulenförmi gen Kristalle der Magnetschicht des Materials des Ver gleichsbeispiels 1 aus feinen Co-Ni-Kristallen. Bei dem Material des Beispiels 1 sind die feinen Co-Ni-Kristalle, die die säulenförmigen Kristalle bilden, voneinander ge trennt und liegen in Form von feinen Teilchen vor. Im Ge gensatz dazu sind bei dem Material des Vergleichsbeispiels 1 die feinen Co-Ni-Kristalle nicht durch das Co-Ni-Oxid voneinander getrennt. Demzufolge ist bei dem Material des Beispiels 1 die Teilchengröße der feinen magnetischen Co- Ni-Kristalle geringer als bei dem Material des Vergleichs beispiels 1, wobei sich im Hinblick auf die elektromagne tischen Wandlereigenschaften eine Verringerung des Rau schens ergibt.

Vergleicht man das Beispiel 2 mit dem Vergleichsbeispiel 2, die jeweils Bänder mit einer Co-Magnetschicht betreffen, so ist in ähnlicher Weise in beiden Fällen die Koerzitiv kraft Hc im wesentlichen gleich, während die Restmagnet flußdichte Br und das Rechteckigkeitsverhältnis Br/Bm bei dem Material des Vergleichsbeispiels 2 überlegen sind. Wie aus der obigen Tabelle hervorgeht, ist das Ausgangssignal bei dem Material des Beispiels 2 niedriger als bei dem des Vergleichsbeispiels 2 und das Signal/Rausch-Ver hältnis des Materials von Beispiel 2 dem des Materials des Vergleichsbeispiels 2 überlegen, was zu einer Verminderung des Rauschens führt.

Mit Hilfe des Transmissionselektronenmikroskops läßt sich weiterhin erkennen, daß feine Kristalle aus Co und Co-Oxid statistisch in den säulenförmigen Kristallen der Magnet schicht des Materials von Beispiel 2 verteilt sind. Im Ge gensatz dazu bestehen die säulenförmigen Kristalle der Ma gnetschicht des Materials des Vergleichsbeispiels 2 aus feinen Co-Kristallen. Weiterhin sind bei dem Material des Beispiels 2 die feinen Co-Kristalle, die die säulenförmi gen Kristalle bilden, zerkleinert, voneinander getrennt und liegen in Form von feinen Teilchen vor. Andererseits sind bei dem Material des Vergleichsbeispiels 2 die fei nen Co-Kristalle nicht durch das Co-Oxid getrennt. Demzu folge ist bei dem Material des Beispiels 2 die Teilchen größe der feinen magnetischen Co-Kristalle geringer als bei dem Material des Vergleichsbeispiels 2, was zu einer Verminderung des Rauschens bei den elektromagnetischen Eigenschaften führt.

Erfindungsgemäß kann man als ferromagnetisches Metallma terial Kobalt, Nickel oder Legierungen davon verwenden.

Claims

1. Magnetisches Aufzeichnungsmedium mit einem nicht-magnetischen Substrat und einer durch physikalisches Aufdampfen auf dem Substrat abgeschiedenen ferromagnetischen Metallschicht, welche säulenförmige Kristalle aufweist, die in bezug auf das Substrat geneigt sind, dadurch ge kennzeichnet, daß jeder der säulenförmigen Kristalle aus ferromagneti schen Metallteilchen und Oxidteilchen des ferromagnetischen Metalls, welche statistisch in den säulenförmigen Kristallen verteilt sind, gebildet ist, daß die säulenförmigen Kristalle eine Breite zwischen 5 und 10 nm (50 bis 100 Å) aufweisen und daß die ferromagnetischen Metallteilchen eine Korngröße zwischen 5 und 10 nm (50 bis 100 Å) besitzen.

2. Magnetisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß es als ferromagnetisches Metall Kobalt enthält.

3. Magnetisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß es als ferromagnetisches Metall eine Kobalt-Nickel- Legierung, die nicht mehr als 30 Atom-% Nickel enthält, umfaßt.

4. Magnetisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die ferromagnetische Metallschicht durch Abschei dung im Vakuum in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre abgeschieden worden ist.

5. Magnetisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die ferromagnetische Metallschicht eine Dicke zwi schen 30 und 1000 nm (300 bis 10 000 Å) aufweist.

6. Magnetisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Oxidteilchen eine Korngröße zwischen 3 und 7 nm (30 bis 70 Å) aufweisen.