DE3710477C2 - Dünne Schicht mit senkrechter Magnetisierungsisotropie - Google Patents
Dünne Schicht mit senkrechter MagnetisierungsisotropieInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine dünne Schicht mit senkrechter Magnetisierungsanisotropie.
Eine dünne Schicht mit senkrechter Magnetisierungsanisotropie, welche als Hauptbe
standteile ein magnetisches Metall, wie z. B. Eisen oder Kobalt sowie Sauerstoff enthält,
ist aus der EP 122 030 A1 bekannt.
Für das bekannte Aufzeichnungsmaterial mit magnetischer Anisotropie senkrecht zur
Schichtoberfläche sind eine Legierung auf Co-Cr-Basis und Ba-Ferrite als Aufzeich
nungsmedium hervorgehoben worden, da diese eine große, senkrechte, magnetische
Anisotropieenergie aufweisen.
Bei den herkömmlichen, senkrechten Aufzeichnungsmedien liegen jedoch einige
Schwierigkeiten vor, nämlich: Im Falle der vorgeschlagenen, dünnen Schicht mit einer
Legierung auf Co-Cr-Basis ist der dynamische Reibungskoeffizient groß und der Abnut
zungswiderstand gering, da das Medium Metall ist. Diese Probleme sind bei der prakti
schen Verwendung schwerwiegend. Im Falle dünner Schichten mit einer Legierung auf
Co-Cr-Basis sind die Elemente Co und Cr relativ kostspielig und bezüglich ihrer Liefe
rung nicht stabil. Im Falle einer dünnen Schicht aus Ba-Ferrit ist es erforderlich, den
Träger bis zu 500°C zu erwärmen, um Kristalle zu bilden, die eine starke, eng mit der
senkrechten, magnetischen Anisotropie in Beziehung stehende Orientierung aufweisen
und zusätzlich zunächst stark orientierte Kristalle auf dem Träger zu bilden, wodurch
sich einige Schwierigkeiten im Hinblick auf die Herstellung und die Kosten ergeben. Ins
besondere ist es bei der praktischen Verwendung eine schwerwiegende Schwierigkeit,
daß eine kostengünstige, organische Schicht, wie z. B. PET, für den Träger unbrauchbar
ist.
Ferner sind die magnetischen Eigenschaften dieser dünnen Schichten aus einer Legie
rung auf Co-Cr-Basis und aus Ba-Ferrit noch nicht zufriedenstellend.
Deshalb besteht ein großes Bedürfnis nach einer neuen dünnen Aufzeichnungsschicht
mit senkrechter Magnetisierungsanisotropie, bei der die bei den Medien nach dem
Stand der Technik auftretenden Schwierigkeiten überwunden werden, um das senkrech
te Aufzeichnungsverfahren für die praktische Verwendung besser nutzbar zu machen.
Im Hinblick auf diese Schwierigkeiten ist es deshalb Aufgabe der Er
findung, eine magnetische, dünne Schicht bereitzustellen, die eine ausgezeichnete,
senkrechte, magnetische Anisotropie, eine hohe Magnetisierung, ausgezeichnete Kor
rosions- und Abnutzungsverhalten, einen kleinen, dynamischen Reibungskoeffizienten
und leichte Herstellbarkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
Außer Fe, Si und O können als Bestandteile die folgenden Elemente enthalten sein:
Bor (B), Aluminium (Al), Silicium (Si), Titan (Ti), Vanadium (V), Chrom (Cr), Mangan
(Mn), Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Zink (Zn), Germanium (Ge), Zirkonium (Zr), Niobium (Nb),
Molybdän (Mo), Ruthenium (Ru), Palladium (Pd), Silber (Ag), Cadmium (Cd), Indium
(In), Zinn (Sn), Antimon (Sb), Hafnium (Hf), Tantalum (Ta), Wolfram (W), Rhenium (Re),
Osmium (Os), Platin (Pt), Gold (Au), Blei (Pb), Wismut (Bi) und wenigstens eines der
seltenen Erdmetalle Nd, Sm, Gd, Td, Dy und Ho.
Fig. 1 bis 3 zeigen Magnetisierungskennlinien von anisotropischen, dünnen Schichten mit
senkrechter Magnetisierung, die die folgenden Zusammensetzungen enthal
ten, nämlich:
Fig. 1 Fe56,2, O43,8 (außerhalb der Erfindung)
Fig. 2 Fe52,8, Si5,8, O41,4
Fig. 3 Fe43,2, Si58,9, O47,9
in denen Kennlinien, die einer Magnetisierung in einer Ebene entsprechen, mit
//, und jene, die einer senkrechten Magnetisierung entsprechen, mit ┴ be
zeichnet sind, und
Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Magnetisierung
(Ms) und dem senkrechten, magnetischen Anisotropiefeld (Hk), wenn die
Sauerstoffkonzentration bei Proben dünner Schichten mit 5,5 bis 6,0 at % Si
geändert wird.
Die anisotropische, dünne Schicht mit senkrechter Magnetisierung nach der Erfindung
wird im folgenden im einzelnen näher beschrieben. Die dünne Schicht umfaßt Fe, Si und
O als Hauptbestandteile und ist durch eine magnetische Anisotropie in einer zu der
Schichtoberfläche senkrechten Richtung gekennzeichnet.
Eine anisotropische, dünne Schicht mit senkrechter Magnetisierung auf Fe-Si-O-Basis
wurde bis heute nicht hergestellt.
Irgendwelche anderen, vorgegebenen Elemente können enthalten oder nicht enthalten
sein, solange die dünne Schicht Eisen (Fe), Silicium (Si) und Sauerstoff (O) als Haupt
bestandteile enthält. Die Zusammensetzungsverhältnisse der Elemente können in ge
eigneter Weise ausgewählt werden. In Übereinstimmung mit den ausgewählten Zu
sammensetzungsverhältnissen kann die magnetische, dünne Schicht nach der Erfin
dung sowohl bei einem magnetischen Aufzeichnungsmedium mit der Magnetisierung
innerhalb einer Ebene oder einer senkrechten Magnetisierung eingesetzt werden.
Als von Fe, Si und O verschiedene Bestandteile können die folgenden Elemente enthal
ten sein: Bor (B), Aluminium (Al), Silicium (Si), Titan (Ti), Vanadium (V), Chrom (Cr),
Mangan (Mn), Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Zink (Zn), Germanium (Ge), Zirkonium (Zr), Nio
bium (Nb), Molybdän (Mo), Ruthenium (Ru), Palladium (Pd), Silber (Ag), Cadmium (Cd),
Indium (In), Zinn (Sn), Antimon (Sb), Hafnium (Hf), Tantal (Ta), Wolfram (W), Rhenium
(Re), Osmium (Os), Platin (Pt), Gold (Au), Blei (Pb), Wismut (Bi), und wenigstens eines
der Seltenerdmetalle Nd, Sm, Gd, Tb, Dy und Ho.
Die magnetische, dünne Schicht nach der Erfindung kann mittels üblichem Schichtbil
dungsverfahren, wie z. B. der Aufstäubungstechnik, hergestellt werden. Beim Rufstäu
ben können Fe, ein Blech aus anderen Metallen und ein Sauerstoffpellet als Targetma
terial verwendet werden. Die Herstellungsbedingungen können in geeigneter Weise wie
bei dem herkömmlichen Verfahren ausgewählt werden.
Die magnetische, dünne Schicht, die Fe und O als Hauptbestandteile enthält, weist eine
ausgezeichnete magnetische Anisotropie in einer zu der Schichtoberfläche senkrechten
Richtung auf, wie es noch unter Bezugnahme auf die Beispiele beschrieben werden
wird. Diese ausgezeichnete, senkrechte, magnetische Anisotropie und die ausgezeich
neten senkrechten Magnetisierungseigenschaften können wie folgt zusammengefaßt
werden:
- 1. Ein großes Rechtecksverhältnis bei der senkrechten Magnetisierungskurve (z. B. beträgt das Rechtecksverhältnis 0,9 oder mehr).
- 2. Hohe Koerzitivkraft (z. B. beträgt die Koerzitivkraft 100 Oe oder mehr).
- 3. Hohe Magnetisierungssättigung und hohe senkrechte, magnetische Anisotropie (z. B. beträgt das magnetische Anisotropiefeld 6,8 kOe bei einer magnetischen, dünnen Schicht mit einer Sättigungsmagnetisierung von 560 emu/cm3).
Die obengenannten Eigenschaften zeigen an, daß die magnetische, dünne Schicht
nach der Erfindung ein ideales, magnetisches Material darstellt.
Ferner weist die dünne Schicht einen ausgezeichneten Korrosions- und Abnutzungswi
derstand und einen kleinen, dynamischen Reibungskoeffizienten auf, Eigenschaften, die
wesentliche für magnetische Aufzeichnungsmedien geforderte Merkmale sind. Diese
ausgezeichneten Eigenschaften sind bisher bei herkömmlichen anisotropischen, dün
nen Schichten mit senkrechter Magnetisierung nicht bekanntgeworden.
Zur weiteren Erläuterung der Merkmale der dünnen Schichten nach der Erfindung wer
den im folgenden einige Beispiele angegeben. Jedoch wird darauf hingewiesen, daß die
Erfindung nicht auf nur diese Beispiele begrenzt ist.
Proben, die aus Eisen und Sauerstoff sowie Eisen, Sauerstoff und Silicium bestanden,
wurden mit einem Hochfrequenzaufstäubungsverfahren mit zwei Elektroden hergestellt.
Als zusammengesetzte Targets wurden solche aus einem flächigen Element mit einem
oder zwei der Bestandteile Fe, Si und SiO2 und auf einem Fe2O3- oder Fe-Target ange
ordneten, gesinterten Fe2O3-Pellet verwendet. Die Zusammensetzung wurde durch die
Kombination zusammengesetzter Targets eingestellt. Träger aus Pyrex-Glas wurden mit
Wasser gekühlt, und das Aufstäuben wurde in einer Argonatmosphäre bei einem Druck
von 2 Pa und einer Elektrodenspannung von 1,3 kV durchgeführt.
Die Zusammensetzungen der erhaltenen Proben ergaben:
Probe 1: Fe56,2, O43,8 (nicht erfindungsgemäß)
Probe 2: Fe52,8, Si5,8, O41,4
Probe 3: Fe43,2, Si8,9, O47,9
Probe 2: Fe52,8, Si5,8, O41,4
Probe 3: Fe43,2, Si8,9, O47,9
Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen die Magnetisierungskurven, die beim Ausmessen dieser
Proben mit einem Magnetometer vom Schwingungstyp erhalten wurden. Ferner gibt die
Tabelle 1 die Sättigungsmagnetisierung (Ms), das Anisotropiefeld (Hk), die Koerzitivkraft
(Hc//) in einer Ebene, die senkrechte Koerzitivkraft (Hc┴), das Verhältnis (Mr// / Mr┴)
der restlichen Magnetisierung in einer Ebene zu der senkrechten restlichen Magnetisie
rung und die Schichtdicke an. Ferner wurde die Zusammensetzung der dünnen Schicht
quantitativ mittels eines EPMA bestimmt.
Die Fig. 1 und 3 zeigen deutlich, daß die magnetischen, dünnen Schichten eine
große magnetische Anisotropie in einer Richtung senkrecht zu der Filmoberfläche auf
weisen und die folgende notwendige Bedingung erfüllen, die allgemein bei einer senk
recht magnetisierbaren Schicht erforderlich ist und lautet
Hk ≧ 4 π Ms,
wobei Hk das magnetische Anisotropiefeld und Ms die Sättigungsmagnetisierung be
zeichnet.
Somit ermöglichen diese Proben ein Aufzeichnungsverfahren mit senkrechter Magneti
sierung. Bei einem doppelschichtigen Aufzeichnungsmedium mit senkrechter Magneti
sierung, welches aus einer weichen, magnetischen Schicht und einer senkrecht magne
tisierbaren Schicht besteht, ist die Bedingung weniger starr, da die oben genannte not
wendige Bedingung nicht unbedingt erfüllt werden muß.
Fig. 2 zeigt, obgleich HK < 4 π MS ist, daß das senkrechte, magnetische Anisotropiefeld
5,3 kOe ist und die Magnetisierung bis zu 540 emu/cm3 geht, was anzeigt, daß sich die
Schicht ausgezeichnet für ein Aufzeichnungsmedium mit senkrechter Magnetisierung
eignet.
Ferner ist die Koerzitivkraft in der senkrechten Richtung ausreichend groß, nämlich
920 Oe bei der Probe 2 und 960 Oe bei der Probe 3.
Auch geht die Sättigungsmagnetisierung bei der Vergleichsprobe 1 bis 240 emu/cm3,
bei der Probe 2 bis 540 emu/cm3 und bei der Probe 3 bis 300 emu/cm3, was darauf hin
weist, daß die Schichten eine ausgezeichnete, senkrechte, magnetische Anisotropie
besitzen.
Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen der Magnetisierung und dem senkrechten, magne
tischen Anisotropiefeld, wenn die Sauerstoffkonzentration bei den Proben geändert wird,
bei denen das Atomverhältnis von Silicium innerhalb eines Bereiches von 5,5 bis 6,0%
gehalten wird. Fig. 4 zeigt, daß das magnetische Anisotropiefeld monoton mit zuneh
mender Magnetisierung bis zu Ms = 540 emu/cm3 ansteigt und dann im Gegensatz hier
zu mit zunehmender Magnetisierung abfällt, wenn Ms 540 emu/cm3 überschreitet.
Wie bereits angegeben, werden die dünnen Schichten auf Fe-Si-O-Basis zu Schichten
mit senkrechter, magnetischer Anisotropie, wobei das magnetische Anisotropiefeld
2 kOe oder mehr und die Sättigungsmagnetisierung 10 emu/cm3 oder mehr innerhalb
der folgenden Bereiche beträgt:
Fex' Siy' Oz'
30 ≦ x' ≦ 65
0 < y' ≦ 20
30 ≦ z' ≦ 57,2 (x' + y' + z' = 100)
30 ≦ x' ≦ 65
0 < y' ≦ 20
30 ≦ z' ≦ 57,2 (x' + y' + z' = 100)
Dünne, magnetische Schichten mit den Probennummern 1 bis 13 weisen eine Zusam
mensetzung von Fex', Oy', Siz auf, wie es Tabelle 2 zeigt und wurden mit einem Hochfre
quenzaufstäubungsverfahren hergestellt. Die zusammengesetzten Targets bestanden
aus Fe-Blechen (5 × 5 × 1 t) und flächigen Elementen aus Si oder SiO2 (5 × 5 × 1 t), die
auf einer Fe2O3-Scheibe (80 × 5 t-Einheit: mm) angeordnet wurden und aus gesinter
ten Fe2O3-Pellets (80 × 5 t) und einem flächigen Element (5 × 5 × 1 t) aus SiO2 auf einer
Scheibe aus Eisen (80 × 5 t). Träger aus Pyrex-Glas wurden mit Wasser gekühlt, und
das Aufstäuben wurde in einer Argonatmosphäre bei einem Druck von 2 Pa und einer
Elektrodenspannung von 1,3 kV durchgeführt. Das angelegte Magnetfeld betrug 50 Oe
und der Abstand zwischen den Elektroden war 40 mm.
Tabelle 2 gibt die magnetischen Eigenschaften der erhaltenen dünnen Schichten, die
Schichtdicke und die Anodenspannung bei der Herstellung der Schicht im Vergleich mit
jenen Werten von dünnen Co-Cr-Schichten nach dem Stand der Technik an, die unter
den gleichen Bedingungen wie beim Beispiel 2 hergestellt worden sind.
Tabelle 2 zeigt, daß die magnetischen Schichten nach der Erfindung eine ausgezeich
nete, senkrechte, magnetische Anisotropie aufweisen und magnetische Eigenschaften
besitzen, die jenen bei dünnen Co-Cr-Schichten äquivalent oder überlegen sind. Die
Elemente Fe, Si und O des Grundmaterials sind in stabiler Form erhältlich. Die Herstel
lungskosten sind nicht beträchtlich, und der Abnützungswiderstand ist besser als bei ei
ner herkömmlichen Co-Cr-Legierung. Andererseits ist es unmöglich, eine ausreichende
senkrechte Anisotropie außerhalb des Bereiches zu erhalten, der durch die beschriebe
ne Erfindung festgelegt ist.
Claims (2)
1. Dünne Schicht mit senkrechter Magnetisierungsanisotropie, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Schicht als Hauptbestandteil Eisen (Fe), Silicium (Si) und Sauer
stoff (O) enthält, um eine magnetische Anisotropie senkrecht zur Schichtoberfläche
zu schaffen,
wobei für das Atomverhältnis des Zusammensetzungsbereiches der dünnen
Schicht gilt:
Fex, Siy, Oz,
mit 30 ≦ x' ≦ 65
0 < y' ≦ 20
30 ≦ z' ≦ 57,2
x' + y' + z' = 100.
Fex, Siy, Oz,
mit 30 ≦ x' ≦ 65
0 < y' ≦ 20
30 ≦ z' ≦ 57,2
x' + y' + z' = 100.
2. Dünne Schicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sie ferner wenigstens eines der Elemente B, Al, Si,
Ti, V, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, Ge, Zr, Nb, Mo, Ru, Pd, Ag,
Cd, In, Sn, Sb, Hf, Ta, W, Re, Os, Pt, Au, Pb, Bi und
der Seltenen Erden enthält.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61071047A JPS62234307A (ja) | 1986-03-31 | 1986-03-31 | 垂直磁気異方性薄膜 |
| JP14408586A JPS631010A (ja) | 1986-06-20 | 1986-06-20 | 垂直磁気異方性薄膜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3710477A1 DE3710477A1 (de) | 1987-10-08 |
| DE3710477C2 true DE3710477C2 (de) | 1999-05-12 |
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ID=26412168
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE3710477A Expired - Fee Related DE3710477C2 (de) | 1986-03-31 | 1987-03-30 | Dünne Schicht mit senkrechter Magnetisierungsisotropie |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
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| NL (1) | NL8700756A (de) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3616492A1 (de) * | 1985-05-20 | 1986-12-18 | Masako Akimitsu | Orthogonal magnetisierter anisotroper duenner film auf eisen-sauerstoff-basis |
| CA1315612C (en) * | 1986-03-18 | 1993-04-06 | Shogo Nasu | Perpendicular magnetic storage medium |
| JP2974691B2 (ja) * | 1989-08-30 | 1999-11-10 | ソニー株式会社 | 磁気記録媒体 |
Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| EP0122030A1 (de) * | 1983-03-08 | 1984-10-17 | Nihon Shinku Gijutsu Kabushiki Kaisha | Magnetisches Aufzeichnungsmedium und Herstellungsverfahren für ein derartiges Medium |
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-
1987
- 1987-03-30 DE DE3710477A patent/DE3710477C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1987-03-31 NL NL8700756A patent/NL8700756A/nl not_active Application Discontinuation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0122030A1 (de) * | 1983-03-08 | 1984-10-17 | Nihon Shinku Gijutsu Kabushiki Kaisha | Magnetisches Aufzeichnungsmedium und Herstellungsverfahren für ein derartiges Medium |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| US-Z: IEEE Trans.Magn. MAG-20, Nr. 5, S. 657-662, 1984 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3710477A1 (de) | 1987-10-08 |
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