DE3616492C2

DE3616492C2 -

Info

Publication number: DE3616492C2
Application number: DE3616492A
Authority: DE
Inventors: Nakao Akutsu; Masako Akimitsu; Tadashi Tokio/Tokyo Jp Mizoguchi
Original assignee: Research Development Corp of Japan
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1985-05-20
Filing date: 1986-05-16
Publication date: 1992-05-07
Also published as: NL193333B; DE3616492A1; NL193333C; NL8601273A; US4764436A

Description

Die Erfindung betrifft einen magnetischen dünnen Film auf Eisen-Sauerstoff-Basis mit einer ausgezeichneten magnetischen Anisotropie in einer zu seiner Oberfläche senkrechten Richtung, der als orthogonales magnetisches Aufzeichnungsmedium geeignet ist.

Dünne Filme auf Eisen-Sauerstoff-Basis sind aus IEEE Transactions on Magnetics, Vol. Mag-20, No. 1, January 1984, Seiten 90-92 bekannt.

Eines der gängigen Magnetisierungs-Aufzeichnungsverfahren, die allgemein angewendet werden, ist ein In-der-Ebene-Magnetisierungs- Aufzeichnungsverfahren, das für Magnetaufzeichnungsmedien vom Überzugs- und Abscheidungs-Typ angewendet wird. Dieses Verfahren umfaßt die Magnetisierung einer aufzuzeichnenden Information in einer In-der-Ebene- Richtung in einer Ebene auf der Oberfläche eines Magnetaufzeichnungsmediums durch einen Magnetkopf zum Aufzeichnen derselben, es ist doch prinzipiell beschränkt in bezug auf die Aufzeichnungsdichte wegen der Magnetisierungs- Aufzeichnung in einer Ebene.

Andererseits ist auch bereits ein orthogonales (vertikales) Magnetisierungs-Aufzeichnungs-Verfahren entwickelt worden, mit dessen Hilfe es möglich ist, die Aufzeichnungsdichte im Prinzip zu erhöhen. Dieses Verfahren ermöglicht, wie angenommen wird, die Aufzeichnung in einer ultrahohen Dichte durch Kombination eines vertikalen Kopfes mit einem Medium mit einer orthogonalen (vertikalen) magnetischen Anisotropie und neuerdings nimmt man an, daß dieses nicht nur auf Disketten, sondern auch auf Speicher-Platten anwendbar ist.

Einen Überblick über die Entwicklung beider Verfahren gibt IEEE Transactions on Magnetics, Vol. Mag-20, No. 5, Sept. 1984, Seiten 657-662.

Zu repräsentativen magnetischen dünnen Filmen, die als Aufzeichnungsmedium in dem vorstehend beschriebenen orthogonalen Magnetisierungs-Aufzeichnungsverfahren verwendet werden können, gehören dünne Filme einer Legierung auf Co-Cr-Basis und Ba-Ferrit. Bei dem zuerst genannten dünnen Film aus einer Co-Cr-Legierung tritt jedoch das Problem auf, daß er teuer ist, weil er Co und Cr enthält, die jeweils verhältnismäßig teure Elemente darstellen, und weil die Lieferung dieser Elemente als Ausgangsmaterialien unsicher ist. Andererseits sind bei Verwendung eines dünnen Films aus Ba-Ferrit die Bedingungen zur Herstellung des dünnen Films sehr streng in bezug auf die Herstellung eines Kristalls mit einer hohen Orientierung, die nahe verwandt ist mit einer orthogonalen (vertikalen magnetischen Anisotropie, und ein Substrat muß auf eine Temperatur von 500°C oder mehr erhitzt werden, was dazu führt, daß das Verfahren kompliziert ist, daß das Substratmaterial ein solches vom kritischen Typ ist und daß es unmöglich ist, ein billiges Harzsubstrat, wie z. B. PET, zu verwenden.

Die Verwendung von dünnen Filmen auf Eisen-Sauerstoff-Basis ist problematisch, da sie nicht in allen Zusammensetzungen ausgezeichnete magnetische Eigenschaften aufweisen. Insbesondere die Koerzitivkraft nimmt oft zu kleine Werte an, so daß die orthogonale magnetische Anisotropie nicht zufriedenstellend ist.

Unter den derzeitigen Umständen bringen daher dünne Filme aus einer Legierung auf Co-Cr-Basis, aus Ba-Ferrit und auf Eisen-Sauerstoff- Basis eine Reihe von technischen Problemen für Aufzeichnungsmedien mit sich, und man ist eifrig bemüht, ein Aufzeichnungsmedium aus einem neuen Material zu finden.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen magnetischen dünnen Film mit einer ausgezeichneten orthogonalen (vertikalen) magnetischen Anisotropie zu entwickeln, bei dem die beim Stand der Technik auftretenden obengenannten Nachteile vermieden werden und der wirtschaftlich herstellbar ist. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß erreicht durch einen orthogonal (vertikal) magnetisierten anisotropen dünnen Film auf Eisen- und Sauerstoff-Basis mit einer ausgezeichneten magnetischen Anisotropie in einer zu seiner Oberfläche senkrechten Richtung, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er als drittes Element Zinn (Sn) und/oder Germanium (Ge) enthält und die folgende Zusammensetzung (I) hat:

Fe_xO_yM_z (I)

worin M eines oder zwei der Elemente Zinn und Germanium und x, y und z jeweils den Atommengenanteil bedeuten, mit der Maßgabe, daß

0,25 ≦ x ≦ 0,6,
0,3 ≦ y ≦ 0,6 und
0,005 ≦ z ≦ 0,3.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein dünner magnetischer Film, der vertikal magnetisiert ist und die Zusammensetzung (I) hat, worin x, y und z die folgenden Bedeutungen haben

0,25 ≦ x ≦ 0,53,
0,35 ≦ y ≦ 0,6 und
0,015 ≦ z ≦ 0,25.

Das Ziel der Erfindung wird auch erreicht durch einen magnetisch dünnen Film auf Eisen-Sauerstoff-Basis mit einer ausgezeichneten magnetischen Anisotropie in einer zu seiner Oberfläche senkrechten Richtung, der als drittes Element Aluminium (Al) enthält und die folgende Zusammensetzung (II) aufweist:

Fe_xO_yAl_z (II)

worin x, y und z jeweils den Atommengenanteil bedeuten mit der Maßgabe, daß

0,4 ≦ x ≦ 0,6,
0,38 ≦ y ≦ 0,52 und
0 < z ≦ 0,11.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein dünner magnetischer Film, der eine magnetische Anisotropie mit einem magnetischen Anisotropiefeld von 238.7 kA/m oder mehr in einer zu seiner Oberfläche senkrechten Richtung oder eine rechtwinklige magnetische Anisotropie mit einem magnetischen Anisotropiefeld, das ein Entmagnetisierungsfeld übersteigt, in einer zu seiner Oberfläche senkrechten Richtung, aufweist und die Zusammensetzung (II) hat, worin x, y und z die folgenden Bedeutungen haben:

0,4 ≦ x ≦ 0,59,
0,41 ≦ y ≦ 0,52 und
0 < z ≦ 0,08.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Diagramm, das den Bereich der Zusammensetzung eines erfindungsgemäßen dünnen magnetischen Films, dargestellt durch die Formel Fe_xO_yM_z (eines orthogonal magnetisierten anisotropen Films mit einem rechtwinkligen magnetischen Anisotropiefeld von 198.9 kA/m oder mehr und einer Sättigungsmagnetisierung von 1.26 · 10^-7 Wb/cm² (1 emu/cm³) oder mehr) erläutert;

Fig. 2 ein Diagramm, das den Bereich der Zusammensetzung eines erfindungsgemäßen dünnen magnetischen Films, dargestellt durch die Formel Fe_xO_yM_z (eines orthogonal magnetisierten dünnen Films) erläutert;

Fig. 3 und 4 Diagramme, die Magnetisierungskurven für dünne magnetische Filme mit den Zusammensetzungen Fe_0,458O_0,454Sn_0,088 und Fe_0,408O_0,425Ge_0,167 jeweils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erläutern, wobei die Magnetisierungskurven gemessen wurden mittels eines Proben-Magnetometers vom Vibrations-Typ, in denen angegeben sind die Sättigungsmagnetisierung (Ms), die Koerzitivkraft (Hc), das Verhältnis (Mr // / Mr⟂) der Restmagnetisierung als vertikale Magnetisierung und die Dicke, und wobei die Zusammensetzungen der dünnen Filme durch EPMA, ("electron probe microanalyses") quantitativ analysiert wurden;

Fig. 5 ein Diagramm, das den Bereich der Zusammensetzung eines dünnen magnetischen Films, dargestellt durch die Formel Fe_xO_yAl_z gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert; und

Fig. 6 und 7 Diagramme, welche Magnetisierungskurven für dünne magnetische Filme mit den Zusammensetzungen Fe_0,562O_0,438 (nicht erfindungsgemäßes Vergleichsbeispiel) und Fe_0,509Al_0,024O_0,467 (gemäß einer Ausführungsform der Erfindung) erläutern, wobei die Magnetisierungskurven mittels eines Proben-Magnetometers vom Vibrations-Typ gemessen wurden, wobei in diesen Figuren angegeben sind die Sättigungsmagnetisierung (Ms), die Koerzitivkraft (Hc), das Verhältnis (Mr // / Mr⟂) der Restmagnetisierung in der Ebene zur Restmagnetisierung bei vertikaler Magnetisierung und die Dicke und wobei die Zusammensetzungen der dünnen Filme durch EPMA quantitativ analysiert wurden.

Um das erfindungsgemäße Ziel zu erreichen, wurden im Hinblick auf die Tatsache, daß die obengenannten Nachteile des bekannten, vertikal magnetisierten anisotropen dünnen Films auf die strengen Herstellungsbedingungen, die Verwendung eines teueren Materials und die zusammensetzungsabhängige Änderung der magnetischen Eigenschaften zurückzuführen sind, verschiedene grundlegende Versuche durchgeführt, um diese Nachteile zu überwinden, wobei ein dünner magnetischer Film mit einer ausgezeichneten vertikalen magnetischen Anisotropie gefunden wurde, der das Eisen-Sauerstoff-System als vorherrschende Komponenten und ein zugesetztes drittes Element enthält.

Insbesondere wurden Proben unter Anwendung eines bipolaren RF-Spritzverfahrens als Beispiele für solche dünnen magnetischen Filme auf Eisen-Sauerstoff-Basis hergestellt, die zusätzlich Zinn (Sn), Germanium (Ge) und Aluminium (Al) enthalten. In diesem Falle wurden Verbund-Targets aus einem Basis-Target aus Fe₂O₃ oder Fe und einem darauf aufgebrachten Plättchen oder Pellet aus 1 bis 3 Komponenten, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus gesinterten Pellets, wie z. B. Fe, Ge, GeO₂, SnO₂, SnO, Al, Al₂O₃ und Fe₃O₄, verwendet und es wurde die Änderung der Zusammensetzung durch die Kombination der Verbund-Targets dargestellt. Außerdem wurde als Substrat ein mit Wasser gekühltes Pyrex-Glas unter einem Argondruck von 2 Pa und bei einer Elektrodenspannung von 1,5 kV verwendet.

Die Magnetisierungskurven für die resultierenden magnetischen dünnen Probefilme sind dargestellt in der Fig. 3 (Fe_0,458O_0,454Sn_0,088), in der Fig. 4 (Fe_0,408O_0,425Ge_0,167) und in der Fig. 7 (Fe_0,509Al_0,024O_0,467).

Wie aus diesen Figuren hervorgeht, wurde gefunden, daß jeder dünne magnetische Film eine große magnetische Anisotropie in der rechtwinkligen Richtung seiner Oberfläche aufweist und der Bedingung genügt:

Hk < 4π Ms

worin Hk ein rechtwinkliges magnetisches Anisotropiefeld und Ms eine Sättigungsmagnetisierung bedeuten, die als magnetische Eigenschaft für einen orthogonal magnetisierten Film erforderlich ist, und daß es sich somit um einen orthogonal magnetisierten Film handelt. Außerdem wurde gefunden, daß die Koerzititivkraft 57.3 kA/m bei Fe_0,458O_0,454Sn_0,088, 89.1 kA/m bei Fe_0,408O_0,425Ge_0,167, und 49.3 kA/m bei Fe_0,509Al_0,024O_0,467 beträgt und somit jeweils einen ausreichenden Wert für ein orthogonales Magnetaufzeichnungsmedium hat. Es hat sich ferner bestätigt, daß die Sättigungsmagnetisierung dieser Proben der dünnen magnetischen Filme 3.77 · 10^-5 Wb/cm² (300 emu/cm³), 3.64 · 10^-5 Wb/cm² (290 emu/cm³), und 2.39 · 10^-5 Wb/cm² (190 emu/cm³) beträgt und daß diese deshalb jeweils einen ausgezeichneten orthogonal magnetisierten Film darstellen.

Im allgemeinen geht die Änderung der Zusammensetzung einher mit einer Änderung der Magnetisierung, erfindungsgemäß ist die Erhöhung des Sauerstoffanteils jedoch begleitet von einer Verminderung der Magnetisierung. Bei der orthogonalen magnetischen Anisotropie hat nämlich das orthogonale magnetische Anisotropiefeld die Neigung, einen praktisch konstanten Wert auch bei einer Erhöhung des Sauerstoffanteils aufzuweisen. Es wurde daher gefunden, daß der Wert von Hk/4π Ms als spezieller Index der orthogonalen Magnetisierungseigenschaft zunimmt bei Abnahme der Magnetisierung.

Als Ergebnis der Wiederholung verschiedener Untersuchungen auf der Basis der Kennntnisse, die aus den obengenannten Grundexperimenten erhalten wurden, wurde die vorliegende Erfindung gefunden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein orthogonal magnetisierter dünner anisotroper Film mit einer vertikalen magnetischen Anisotropie mit einem orthogonalen magnetischen Anisotropiefeld von 198.9 kA/m oder mehr und mit einer Zusammensetzung, die besteht aus Fe, O und M (worin M eines oder zwei der Elemente Sn und Ge ist) und dargestellt wird durch die allgemeine Formel

Fe_xO_yM_z (I)

worin x, y und z jeweils den Mengenanteil jedes Atoms darstellen, mit der Maßgabe, daß 0,25 ≦ x ≦ 0,6, 0,3 ≦ y ≦ 0,6 und 0,005 ≦ z ≦ 0,3 (vgl. Fig. 1), oder ein orthogonal magnetisierter dünner Film mit einer Sättigungsmagnetisierung von 1.26 · 10^-7 Wb/cm² (1 emu/cm³) oder mehr und mit einer Zusammensetzung (I),
worin x, y und z jeweils den Mengenanteil jedes Atoms bedeuten, mit der Maßgabe, daß 0,25 ≦ x ≦ 0,53, 0,35 ≦ y ≦ 0,6 und 0,015 ≦ z ≦ 0,25 (vgl. Fig. 2).

Nachfolgend werden diese dünnen magnetischen Filme auf Eisen- Sauerstoff-Basis, die Zinn und/oder Germanium enthalten, näher beschrieben.

Der zuletztgenannte dünne magnetische Film der vorliegenden Erfindung (vgl. Fig. 2) weist insbesondere ausgezeichnete orthogonale Magnetisierungseigenschaften auf, indem er die obengenannte Zusammensetzung hat, und dessen Hauptaspekte die folgenden sind:

(1) er besitzt eine orthogonale hohe rechtwinklige Magnetisierung in einer Magnetisierungskurve auf seiner Oberfläche (mit einem Rechtwinkelverhältnis von 0,9 oder mehr),
(2) er weist eine größere Koerzitivkraft (beispielsweise von 8 kA/m bis zu 238.7 kA/m auf;
(3) die orthogonale magnetische Anisotropie ist größer (das orthogonale anisotrope Magnetfeld beträgt beispielsweise 907.2 kA/m beim Maximum)
(4) die Sättigungsmagnetisierung ist größer (sie hat einen Wert von beispielsweise 5.03 · 10^-5 Wb/cm² (400 emu/cm³) beim Maximum); und
(5) er weist einen größeren Wert für Hk/4π Ms (von beispielsweise 9,2 beim Maximum) auf.

Der zuletztgenannte dünne magnetische Film ist somit ein ideales Material als orthogonales magnetisches Aufzeichnungsmedium.

Es sei darauf hingewiesen, daß der Grund dafür, warum die Komponentengehalte x, y und z in Fe_xO_yM_z jeweils auf die obengenannten Bereiche begrenzt sind, der folgende ist:
Wenn die Sauerstoffkonzentration y < 0,6 und die Eisenkonzentration x < 0,25, beträgt die Sättigungsmagnetisierung weniger als 1.26 · 10^-7 Wb/cm² (1 emu/cm³). Wenn die Konzentration des dritten Elements z ≦ 0,3, dann beträgt die Sättigungsmagnetisierung 1.26 · 10^-7 Wb/cm² (1 emu/cm³) oder mehr oder das orthogonale magnetische Anisotropiefeld beträgt 198.9 kA/m oder mehr. Wenn x ≦ 0,6 und y ≦ 0,3, beträgt das orthogonale anisotrope Magnetfeld 198.9 kA/m oder mehr oder die Sättigungsmagnetisierung beträgt 1.26 · 10^-7 Wb/cm² (1 emu/cm³) oder mehr.

Wenn die Bereiche der Eisenkonzentration x, der Sauerstoffkonzentration y und der Konzentration des dritten Elementes z jeweils den folgenden Bedingungen genügen: 0,025 ≦ x ≦ 0,53, 0,35 ≦ y ≦ 0,6 und 0,015 ≦ z ≦ 0,25, dann erhält man einen orthogonal magnetisierten Film.

Erfindungsgemäß sind entsprechend den obengenannten magnetischen Eigenschaften die Bereiche für eine orthogonale magnetische Anisotropie beschränkt auf 0,25 ≦ x ≦ 0,6, 0,3 ≦ y ≦ 0,6 und 0,005 ≦ z ≦ 0,3. Außerdem sind die Bereiche der orthogonalen Magnetisierung beschränkt auf 0,25 ≦ x ≦ 0,53, 0,35 ≦ y ≦ 0,6 und 0,015 ≦ z ≦ 0,25.

Alternativ kann der erfindungsgemäße dünne magnetische Film eine Zusammensetzung haben, die besteht aus Fe, O und Al und die dargestellt wird durch die allgemeine Formel:

Fe_xO_yAl_z (II)

worin x, y und z jeweils den Atommengenanteil bedeuten, mit der Maßgabe, daß 0,4 ≦ x ≦ 0,6, 0,38 ≦ y ≦ 0,52 und 0 < z ≦ 0,11 (vgl. die durchgezogene Linien in der Fig. 5 angezeigten Bereiche), so daß ein orthogonal magnetisierter anisotroper dünner Film mit einer orthogonalen magnetischen Anisotropie mit einem orthogonalen magnetischen Anisotropiefeld von 1.59.2 kA/m oder mehr vorliegen kann. Die vorliegende Erfindung umfaßt auch den Fall, daß ein orthogonal magnetisierter dünner Film oder ein orthogonaler magnetischer Film mit einer orthogonalen magnetischen Anisotropie mit einer Anisotropie mit einem anisotropen Magnetfeld von 238.7 kA/m oder mehr erhalten wird, insbesondere dadurch, daß er eine Zusammensetzung hat (vgl. den in der Fig. 5 durch schräge Linien angezeigten Bereich), bei der in der obigen Formel 0,4 ≦ x ≦ 0,59, 0,41 ≦ y ≦ 0,52 und O < z ≦ 0,08.

Der oben zuletztgenannte dünne magnetische Film weist insbesondere eine ausgezeichnete orthogonale magnetische Anisotropie oder orthogonale Magnetisierungseigenschaften dadurch auf, daß er die obengenannte Zusammensetzung hat und seine Hauptaspekte sind folgende:

(1) er weist eine orthogonale hohe rechtwinklige Magnetisierung in einer Magnetisierungskurve auf seiner Oberfläche auf (mit einem Rechtwinkelverhältnis von 0,9 oder mehr);
(2) er weist eine größere Koerzitivkraft (beispielsweise von 8 kA/m bis zu 73.2 kA/m auf;
(3) die orthogonale magnetische Anisotropie ist größer (das orthogonale anisotrope Magnetfeld hat beispielsweise eine Koerzitivkraft von 318.3 kA/m beim Maximum); und
(4) die Sättigungsmagnetisierung ist größer (mit einem Wert von beispielsweise 3.39 · 10^-5 Wb/cm² (270 emu/cm³) beim Maximum) innerhalb des orthogonal magnetisierten Films.

Dieser dünne magnetische Film ist ein ideales Material als orthogonales magnetisches Aufzeichnungsmedium.

Es sei darauf hingewiesen, daß der Grund dafür, warum die Komponentengehalte x, y und z in Fe_xO_yAl_z auf die oben angegebenen jeweiligen Bereiche beschränkt sind, der folgende ist:
Wenn die Eisenkonzentration x, die Sauerstoffkonzentration y und die Aluminiumkonzentration z jeweils die folgenden Werte haben:
0,4 ≦ x ≦ 0,6, 0,38 ≦ y ≦ 0,52 und 0 < z ≦ 0,11, kann das orthogonale magnetische Anisotropiefeld 159.2 kA/m oder mehr betragen. Insbesondere dann, wenn die Eisenkonzentration x, die Sauerstoffkonzentration y und die Aluminiumkonzentration z innerhalb der folgenden Bereiche liegen: 0,4 ≦ x ≦ 0,59, 0,41 ≦ y ≦ 0,52 und 0 < z ≦ 0,08, erhält man einen orthogonal magnetisch-anisotropen dünnen Magnetfilm oder einen orthogonal magnetisierten Film mit einem weiter erhöhten orthogonalen magnetischen Anisotropiefeld von 238.7 kA/m oder mehr.

Die Bereiche für eine orthogonale magnetische Anisotropie sind erfindungsgemäß beschränkt auf 0,4 ≦ x ≦ 0,6, 0,38 ≦ y ≦ 0,52 und 0 < z ≦ 0,11. Außerdem sind die Bereiche für einen dünnen magnetischen Film mit einer orthogonalen magnetischen Anisotropie mit einem orthogonalen magnetischen Anisotropiefeld von 238.7 kA/m oder mehr oder die Bereiche für einen orthogonal magnetisierten Film mit einer magnetischen Anisotropie mit einem orthogonalen magnetischen Anisotropiefeld, das ein Entmagnetisierungsfeld übersteigt, je nach Konfiguration, beschränkt auf 0,4 ≦ x ≦ 0,59, 0,41 ≦ y ≦ 0,52 und 0 < z ≦ 0,08.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es sei darauf hingewiesen, daß die vorstehend beschriebenen Grundversuche ebenfalls in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen.

Beispiele 1 bis 3

Dünne magnetische Filme, die jeweils die in der Fig. 1 angegebenen Zusammensetzungen Fe_xO_ySn_z, Fe_xO_yGe_z und Fe_xO_y(Sn_z1 + Ge_z2) haben, wurden unter Anwendung eines bipolaren RF-Sprühverfahrens hergestellt.

Im Beispiel 1, in dem ein dünner Film aus Fe_xO_ySn_z hergestellt wurde, wurde ein Verbund-Target verwendet, das bestand aus einer Scheibe aus Fe und gesinterten Pellets aus SnO₂ und Fe₂O₃, die daraufgelegt waren. Im Beispiel 2, in dem ein dünner Film aus Fe_xO_yGe_z hergestellt wurde, wurde ein Verbund-Target verwendet, das bestand aus einer Scheibe aus Fe₂O₃ und Plättchen aus Fe, Plättchen aus Ge und gesinterten Pellets aus GeO₂, die jeweils auf die Scheibe gelegt waren. Im Beispiel 3, in dem ein dünner Film aus Fe_xO_y (Sn_z1 + Ge_z2) hergestellt wurde, wurde ein Target verwendet, das bestand aus einer Scheibe aus Fe₂O₃ und Plättchen aus Fe und gesinterten Pellets aus GeO₂ und SnO₂, die jeweils auf die Scheibe gelegt waren. In jedem Beispiel wurde ein Substrat aus Pyrex-Glas mit Wasser gekühlt und es wurden ein Argondruck von 2 Pa und eine Anodenspannung von 1,5 kV (mit Ausnahme des Beispiels 2, bei dem die Anodenspannung 1,3 kV betrug) verwendet, das angelegte Magnetfeld betrug 4 kA/m und der Abstand zwischen den Elektroden betrug 40 mm.

Die magnetischen Eigenschaften und die Dicke der resultierenden dünnen magnetischen Filme sind in der Tabelle I angegeben. Diejenigen der magnetischen Filme in den Vergleichsbeispielen sowie diejenigen eines konventionellen dünnen Films auf Co-Cr-Basis sind ebenfalls in der Tabelle I angegeben, wobei in dem Vergleichsbeispiel 1 die Fe-Konzentration außerhalb des erfindungsgemäßen Bereiches ausgewählt wurde und in Vergleichsbeispiel 2 die O-Konzentration außerhalb des erfindungsgemäß definierten Bereiches ausgewählt wurde. Es sei darauf hingewiesen, daß die dünnen Filme in dem Vergleichsbeispiel 1 unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 und in dem Vergleichsbeispiel 2 unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 2 hergestellt wurden.

Wie aus der Tabelle I hervorgeht, weist jeder dünne magnetische Film in den erfindungsgemäßen Beispielen eine ausgezeichnete orthogonale magnetische Anisotropie und Eigenschaften auf, die gleich oder besser sind als diejenigen des konventionellen dünnen Films auf Co-Cr- Basis, der bisher als ausgezeichnet angesehen wurde. Dagegen wurde in den Vergleichsbeispielen, in denen die Komponentenkonzentration außerhalb des erfindungsgemäß definierten Bereiches ausgewählt wurde, eine zufriedenstellende orthogonale magnetische Anisotropie nicht erzielt. Es wurde auch bestätigt, daß die dünnen magnetischen Filme in den erfindungsgemäßen Beispielen einen höheren spezifischen elektrischen Widerstand von ≈ 10^-3 Ω · cm oder mehr) und eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit sowie ausgezeichnete mechanische Eigenschaften aufwiesen.

Tabelle I

Beispiele 4 bis 13

Dünne magnetische Filme, die jeweils die in der folgenden Tabelle II angegebene Zusammensetzung Fe_xO_yAl_z hatten, wurden unter Anwendung eines RF-Spritzverfahrens auf die gleiche Weise wie in den Beispielen 1 bis 3 hergestellt. Die Herstellungsbedingungen waren wie folgt: Es wurden ein Verbund-Target aus einer Scheibe aus Fe₂O₃ und Plättchen aus Fe und Plättchen aus Al, die beide auf die Scheibe aufgelegt wurden, und ein Verbund-Target aus einer Scheibe aus Fe und gesinterten Pellets aus Fe₂O₃ und Plättchen aus Al₂O₃, die beide auf die Scheibe gelegt wurden, verwendet. Außerdem wurde in diesen Beispielen ein Substrat aus einem Pyrex-Glas mit Wasser gekühlt und es wurden ein Argondruck von 2 Pa, eine Anodenspannung von 1,3 × 1,8 kV angewendet, das angelegte Magnetfeld betrug 4 kA/m und der Abstand zwischen den Elektroden betrug 40 mm. Die magnetischen Eigenschaften und die Dicken der resultierenden Magnetfilme und die Anodenspannung während der Herstellung der Filme sind in der folgenden Tabelle II angegeben.

Diejenigen der magnetischen Filme in den Vergleichsbeispielen sowie diejenigen des konventionellen dünnen Films auf Co-Cr-Basis sind ebenfalls in der Tabelle II angegeben. Es sei darauf hingewiesen, daß die magnetischen Filme in den Vergleichsbeispielen unter den gleichen Bedingungen wie in diesen Beispielen hergestellt wurden.

Wie aus der Tabelle II hervorgeht, weist jeder dünne magnetische Film in den erfindungsgemäßen Beispielen eine ausgezeichnete orthogonale magnetische Anisotropie und Eigenschaften auf, die gleich oder besser sind als diejenigen des konventionellen dünnen Films auf Co-Cr-Basis, der bisher als ausgezeichnet angesehen wurde. Andererseits konnte in den Vergleichsbeispielen, in denen die Komponentenkonzentration außerhalb des erfindungsgemäß definierten Bereiches lag, eine zufriedenstellende orthogonale magnetische Anisotropie nicht erzielt werden.

Tabelle II

Wie vorstehend im Detail erörtert, wird eine ausgezeichnete orthogonale magnetische Anisotropie erzielt durch Verwendung einer Eisen-Sauerstoff-Basis als vorherrschender Komponente, die ein drittes zugesetztes Element enthält. Das Ausgangssignal ist billig und vor allem ist seine Zugänglichkeit gesichert und der dünne magnetische Film genügt den Anforderungen, die an die massenhafte Verwendung eines Aufzeichnungsmediums gestellt werden. Darüber hinaus ist das Herstellungsverfahren außerordentlich einfach und die Temperatur des Substrats braucht nicht erhöht zu werden und daher unterliegt der Typ des Substrats keinen speziellen Beschränkungen.

Außerdem sind die magnetischen Eigenschaften in breitem Umfang steuerbar und es ist möglich, einen erfindungsgemäßen dünnen magnetischen Film mit ausgezeichneten Eigenschaften herzustellen, der optimal geeignet ist als orthogonal magnetisiertes Aufzeichnungsmedium, und auf diese Weise ist es möglich, eine einheitliche, feine Aufzeichnung auf dem Medium mit hoher Dichte zu erzielen. Mit dem erfindungsgemäßen dünnen magnetischen Film können auch ein hoher spezifischer elektrischer Widerstand und eine hohe Aufzeichnungsgeschwindigkeit erzielt werden und ein solcher Film weist eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und ausgezeichnete mechanische Eigenschaft auf, weil er aus einem Oxid besteht.

Wie vorstehend beschrieben, weist der erfindungsgemäße dünne magnetische Film ausgezeichnete Eigenschaften als orthogonal magnetisiertes Aufzeichnungsmedium auf und stellt ein neues Material dar, das leicht zu einem Film geformt werden kann und geeignet ist für die industrielle Herstellung, dessen Effekt extrem groß ist.

Claims

1. Magnetischer dünner Film auf Eisen-Sauerstoff-Basis mit einer ausgezeichneten magnetischen Anisotropie in einer zu seiner Oberfläche senkrechten Richtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Film als drittes Element Zinn (Sn) und/oder Germanium (Ge) enthält und die folgende Zusammensetzung aufweist: Fe_xO_yM_z (I)worin bedeuten:
M einen oder zwei Vertreter aus der Gruppe Zinn und Germanium und x, y und z jeweils den Atommengenanteil, mit der Maßgabe daß
0,25 ≦ × ≦ 0,6,
0,3 ≦ y ≦ 0,6 und
0,005 ≦ z ≦ 0,3.

2. Magnetischer dünner Film nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Film die folgenden Atommengenanteile aufweist:
0,25 ≦ × ≦ 0,53,
0,35 ≦ y ≦ 0,6 und
0,015 ≦ z ≦ 0,25.

3. Magnetischer dünner Film auf Eisen-Sauerstoff-Basis mit einer ausgezeichneten magnetischen Anisotropie in einer zu seiner Oberfläche senkrechten Richtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Film als drittes Element Aluminium (Al) enthält und die folgende Zusammensetzung aufweist: Fe_xO_yAl_z (II)worin x, y und z jeweils den Atommengenanteil bedeuten, mit der Maßgabe, daß
0,4 ≦ × ≦ 0,6,
0,38 ≦ y ≦ 0,52 und
0 < z ≦ 0,11.

4. Magnetischer dünner Film nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Film die folgenden Atommengenanteile aufweist:
0,4 ≦ × ≦ 0,59,
0,41 ≦ y ≦ 0,52 und
0 ≦ z ≦ 0,08
und daß er eine magnetische Anisotropie mit einem anisotropen magnetischen Feld von 238.7 kA/m in einer zu seiner Oberfläche senkrechten Richtung oder eine magnetische Anisotropie mit einem anisotropen Magnetfeld hat, das ein Entmagnetisierungsfeld des Films in der zu seiner Oberfläche senkrechten Richtung übersteigt.