DE69013281T2

DE69013281T2 - Magnetischer Aufzeichnungsträger.

Info

Publication number: DE69013281T2
Application number: DE69013281T
Authority: DE
Inventors: Koichi Aso; Masatoshi Hayakawa; Kazuhiko Hayashi; Akihiko Okabe
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1989-08-28
Filing date: 1990-08-28
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2010-08-29
Also published as: JPH0384723A; EP0415364A3; US5266418A; DE69013281D1; EP0415364A2; JP2913684B2; EP0415364B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen magnetischen Aufzeichnungsträger, der z.B. für Video oder Audio verwendet werden kann, und spezieller betrifft sie einen Träger mit einem in der Ebene magnetisierbaren Film auf seinem Substrat.

Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik

Unter den herkömmlichen magnetischen Dünnfilm-Aufzeichnungsmedien sind einige Beispiele mit magnetischen Dünnfilmen aus Legierungen wie CoNi, CoRu, CoPt usw. bekannt, die isotrope Eigenschaften mit einer in der Ebene liegenden Magnetisierung aufweisen. Derartige magnetische Dünnfilme aus CoNi und CoPt weisen Hartmagneteigenschaften auf, die durch Verwenden einer Säulenstruktur erhalten werden, wozu eine Sättigungsflußdichte Bs von ungefähr 1 T (10 kG) und eine Koerzitivkraft Hc von ungefähr oder weniger als 79,6 kA/m (1 (kOe)) gehören. Indessen ist für einen magnetischen Dünnfilm aus CoPt ein Beispiel in der Japanischen Patentoffenlegung Nr. 58 (1983)-200513 offenbart, bei dem der Film eine große Koerzitivkraft Hc von mehr als 119,4 kA/m (1,5 (koe)) bei einer Filmdicke von weniger als 300 Ä zeigt; jedoch verringert sich abhängig von einer Zunahme der Filmdicke die Koerzitivkraft Hc auf den geringen Wert von e (Oe)), obwohl die Sättigungsflußdichte Bs auf ungefähr 1 T (10 kG) bleibt.
Es sind auch einige andere magnetische Dünnfilme aus Legierungen wie CoCr, CoMo, CoV und CoRu bekannt, die alle für rechtwinklige Magnetisierung ausgebildet sind. Obwohl in jedem solchen magnetischen Dünnfilm eine große Koerzitivkraft erzielt wird, wenn die Substrattemperatur während der Abscheidung der magnetischen Schicht durch Sputtern oder dergleichen auf 150 ºC erhöht wird, bleibt die Koerzitivkraft auf dem kleinen Wert von etwa 93,9 kA/m (300 (Oe)), wenn die Substrattemperatur zum Zeitpunkt der Schichtabscheidung auf Raumtemperatur gehalten wird. Demgemäß ist es unmöglich, ein billiges Substrat aus Polyethylenterephthalat (PET) zu verwenden, das geringe Wärmebeständigkeitseigenschaften aufweist.

AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung überwindet die vorstehend angegebenen Schwierigkeiten. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten, in der Ebene magnetisierbaren Aufzeichnungsträger zu schaffen, bei dem ein magnetischer Dünnfilm, der unabhängig von seiner Dicke eine große Koerzitivkraft Hc beibehalten kann, hergestellt werden kann, ohne daß die Substrattemperatur während des Abscheidens einer magnetischen Schicht erhöht werden muß.
Der erfindungsgemäße magnetische Aufzeichnungsträger weist einen magnetischen Dünnfilm mit einer Zusammensetzung auf, die als CoaPtbMcIMdII)100-x Ox wiedergegeben wird (wobei a, b, c, d Atom-% und x Gewichts-% sind). Bei einer solchen Zusammensetzung bestehen die folgenden Beziehungen:
a + b + c + d = 100
0 < b ≤ 50
0 < c ≤ 20
0 ≤ d ≤ 20
0 < x ≤ 10
MI ist mindestens ein aus P, Si und Ge ausgewähltes Element; und MII ist mindestens ein aus B, Ga, Al, In, Sn und Sb ausgewähltes Element. Der magnetische Dünnfilm wird so hergestellt, daß er eine große Koerzitivkraft beibehält, ohne daß die Substrattemperatur während des Abscheidens einer magnetischen Schicht erhöht werden muß.
Die vorstehenden und andere Merkmale der Erfindung werden im einzelnen aus der folgenden Beschreibung deutlich, wenn diese zusammen mit den veranschaulichenden, beigefügten Zeichnungen studiert wird.
Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bestimmter bevorzugter Ausführungsbeispiele derselben leicht erkennbar, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden, obwohl Änderungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Schutzbereich der neuartigen Gedanken der Offenbarung abzuweichen, und in denen:

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1, 3 und 4 Diagramme sind, die Koerzitivkraftkurven bei in der Ebene liegender Magnetisierung zeigen, wie durch Messungen erhalten;
Fig. 2 ein Diagramm einer Magnetisierungskurve ist;
Fig. 5 eine Tabelle ausgewerteter Eigenschaften beispielhafter Platten ist; und
Fig. 6 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen dem Sauerstoffgehalt in einem magnetischen Dünnfilm, der Sauerstoffströmungsrate und dem Sauerstoffdruck in einem Sputtergas zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Bei der vorliegenden Erfindung weist der magnetische Dünnfilm eine Zusammensetzung auf, die wie folgt wiedergegeben wird:
(CoaPtbMcIMdII)100-x Ox (1)
(wobei a, b, c, d Atom-% und x Gewichts-% sind).
Bei der obigen Zusammensetzung (1) existieren die folgenden Beziehungen:
a + b + c + d = 100
0 < b ≤ 50
0 < c ≤ 20
0 ≤ d ≤ 20
0 < x ≤ 10 (vorzugsweise 0 < x ≤ 6)
Ferner ist bei der Zusammensetzung (1) MI mindestens ein aus P, Si und Ge ausgewähltes Element; und MII ist mindestens ein aus B, Ga, Al, In, Sn und Sb ausgewähltes Element.
Nachfolgend wird eine Beschreibung für einige beispielhafte Ausführungsformen gegeben, die versuchsweise hergestellt wurden.
Auf einem Substrat, das z.B. aus einer Diaglasplatte bestand, wurde bei jedem der Versuche ein magnetischer Dünnfilm unter Verwendung einer Sputtervorrichtung vom Magnetrontyp ausgebildet, während die Substrattemperatur auf Raumtemperatur gehalten wurde. In diesem Fall wurden die Sputterbedingungen wahlweise wie folgt eingestellt:
Wert des Hintergrundvakuums: 1,33 x 10&supmin;&sup4; Pa
1 x 10&supmin;&sup6; Torr oder weniger
Substratätzvorgang
umgekehrtes Sputtern) : Hochfrequenzwellen, 300 W; 2 Minuten
Sputterleistung: Hochfrequenzwellen, 300 W;
Sputtergasdruck: 2,67 Pa
20 mTorr
Sputtergas-Strömungsrate: ungefähr 180 SCCM (SCCM = Standard Kubikcentimeter pro Minute)
Filmbildungsgeschwindigkeit: ungefähr 700 Å/min
Filmdicke: 500 bis 5.000 Å
Das verwendete Target war dergestalt ausgebildet, daß drei bis sechs Sektorchips aus Pt mit jeweils einer Dicke von 1 mm und einem Mittenwinkel von 60 aus einem Legierungstargetelement aus CoMIMII mit einem Durchmesser von 100 mm (vier Zoll) und einer Dicke von 3 mm angeordnet wurden.
Bei den angegebenen Bedingungen zeigte sich die Beziehung von Fig. 6 zwischen der Sauerstoffströmungsrate ΦO&sub2; im Sputtergas, dem Sauerstoffdruck PO&sub2; in demselben und dem Sauerstoffgehalt x im ausgebildeten Dünnfilm.

Ausführungsbeispiel 1

Durch das vorstehend angegebene Sputterverfahren und mit den angegebenen Bedingungen wurde ein magnetischer Dünnfilm aus Co&sub7;&sub6;Pt21,5P2,5 hergestellt (bei einer Zusammensetzung ohne Angabe von Sauerstoff). (Nachfolgend wird jede Zusammensetzung auf ähnliche Weise ohne Angabe von Sauerstoff angegeben.) In diesem Fall wurde in der Zusammensetzung (1) P als MI mit c = 2,5 (Atom-%) und ohne Zugabe von MII, d.h. d = 0 verwendet. Die in der Ebene gemessene Koerzitivkraft Hc" des magnetischen Dünnfilms wurde für Änderungen der Sauerstoffrömungsrate ΦO&sub2; und des Sauerstoffdrucks PO&sub2; im Sputtergas gemessen. Das Ergebnis solcher Messungen ist durch eine Kurve (1) in Fig. 1 repräsentiert, die einen großen Wert der Koerzitivkraft Hc anzeigt. Durch wahlweises Einstellen der Sauerstoffrömungsrate im Sputtergas wurde der Sauerstoffgehalt x im magnetischen Dünnfilm aus Co&sub7;&sub6;Pt21,5P2,5 auf 4,0 % (gewichtsmäßig) eingestellt. Die Kurve für die in der Ebene liegende Magnetisierung des so erhaltenen magnetischen Dünnfilms ist in Fig. 2 graphisch dargestellt, in der der angegebene Wert für 4 ΦMs etwa 1,3 T (13 kG) beträgt. Bei diesem magnetischen Dünnfilm wurde beinahe keine magnetische Änderung in einem Dickenbereich von 500 bis 5.000 Å beobachtet.

Ausführungsbeispiel 2

Die Zusammensetzung des Ausführungsbeispiels 1 wurde abgeändert, um einen magnetischen Dünnfilm aus Co70Pt20C10 zu erhalten. Die in Fig. 1 dargestellte Kurve (2) repräsentiert das Meßergebnis für die Koerzitivkraft Hc" unter denselben Bedingungen für ΦO&sub2; und PO&sub2; wie beim vorstehenden Fall.

Vergleichsbeispiel 1

Mit demselben Verfahren, wie es beim Ausführungsbeispiel 1 verwendet wurde, wurde ein magnetischer Dünnfilm aus Co&sub7;&sub6;Pt&sub2;&sub1; hergestellt, der in der Zusammensetzung (1) keinerlei MI oder MII enthielt. Die Kurve C1 in Fig. 1 repräsentiert das Meßergebnis für die Koerzitivkraft Hc" für dieses Beispiel unter denselben Bedingungen für ΦO&sub2; und PO&sub2;.

Vergleichsbeispiel 2

Mit demselben Verfahren, wie es beim Ausführungsbeispiel 1 verwendet wurde, wurde ein magne Co&sub7;&sub7;Pt&sub2;&sub0;C&sub3; mit zugesetztem Kohlenstoff C hergestellt, der jedoch in der Zusammensetzung (1) kein MI und MII enthielt.
Die Kurve C2 in Fig. 1 repräsentiert das Meßergebnis für die Koerzitivkraft Hc" unter denselben Bedingungen für ΦO&sub2; und PO&sub2;.

Vergleichsbeispiel 3

Mit demselben Verfahren, wie es beim Ausführungsbeispiel 1 verwendet wurde, wurde ein magne Co&sub5;&sub5;Pt&sub2;&sub0;P&sub2;&sub5; hergestellt, in dem c in der oben genannten Zusammensetzung (1) von 20 auf 25 Atom-% erhöht war. Die Kurve C3 und Fig. 1 repräsentiert das Meßergebnis für die Koerzitivkraft Hc" unter denselben Bedingungen für ΦO&sub2; und PO&sub2;.

Ausführungsbeispiel 3

Mit demselben Verfahren, wie es beim Ausführungsbeispiel 1 verwendet wurde, wurde ein magnetischer Dünnfilm aus Co77,5Pt20,5Si&sub2; hergestellt, bei dem Si als MI in der Zusammensetzung (1) verwendet wurde. Die Kurve (3) in Fig. 1 repräsentiert das Meßergebnis für die Koerzitivkraft Hc" unter denselben Bedingungen für ΦO&sub2; und PO&sub2;.

Ausführungsbeispiel 4

Mit demselben Verfahren, wie es beim Ausführungsbeispiel 1 verwendet wurde, wurde ein magnetischer Dünnfilm aus Co77,5Pt20,5Ge&sub2; hergestellt, bei dem Ge als MI in der Zusammensetzung (1) verwendet wurde. Die Kurve (4) in Fig. 1 repräsentiert das Meßergebnis für die Koerzitivkraft Hc unter denselben Bedingungen für ΦO&sub2; und PO&sub2;.
Wie es aus einem Vergleich der Kurven (1) bis (4) mit den Kurven C1 bis C3 erkennbar ist, sind die in der Ebene liegenden Koerzitivkräfte Hc", wie sie bei den Ausführungsbeispielen 1 bis 4 der Erfindung erhalten werden, größer als diejenigen bei den Vergleichsbeisplelen 1 bis 3.

Ausführungsbeispiel 5

Die Zusammensetzung des Ausführungsbeispiels 1 wurde abgeändert, um einen magnetischen Dünnfilm aus Co&sub7;&sub5;Pt&sub2;&sub1;P&sub4; herzustellen. Die Kurve (5) in Fig. 3 veranschaulicht die Meßergebnisse für die Koerzitivkraft Hc" unter denselben Bedingungen für ΦO&sub2; und PO&sub2;.

Ausführungsbeispiel 7

Die Zusammensetzung des Ausführungsbeispiels 1 wurde abgeändert, um einen magnetischen Dünnfilm aus Co&sub7;&sub7;Pt21,5P1,5 herzustellen. Die Kurve (7) in Fig. 3 veranschaulicht die Meßergebnisse für die Koerzitivkraft Hc" unter denselben Bedingungen für ΦO&sub2; und PO&sub2;.

Vergleichsbeispiel 4

Mit demselben Verfahren, wie es beim Ausführungsbeispiel 1 verwendet wurde, wurde ein magnetischer Dünnfilm aus Co&sub8;&sub3;Pt&sub1;&sub7; hergestellt, der in der oben genannten Zusammensetzung (1) keinerlei MI oder MII enthielt. Die Kurve C4 in Fig. 3 veranschaulicht die Meßergebnisse für die Koerzitivkraft Hc" unter denselben Bedingungen für ΦO&sub2; und PO&sub2;.

Ausführungsbeispiele 8 bis 12

Mit demselben Verfahren, wie es beim Ausführungsbeispiel 1 verwendet wurde, wurden magnetische Dünnfilme hergestellt, die aus Co&sub7;&sub5;Pt21,5P1,5B&sub2; (Ausführungsbeispiel 8), Co&sub7;&sub5;Pt&sub2;&sub0;P2,5B&sub2; (Ausführungsbeispiel 9), Co&sub7;&sub2;Pt20,5P1,5B&sub6; (Ausführungsbeispiel 10), Co&sub7;&sub2;Pt21,5P2,5B&sub2; (Ausführungsbeispiel 11) bzw. Co&sub6;&sub7;Pt&sub2;&sub1;P&sub2;B&sub1;&sub0; (Ausführungsbeispiel 12) bestanden, wobei B in der oben genannten Zusammensetzung (1) als MII verwendet wurden. Die Kurven (8) bis (12) in Fig. 4 repräsentieren die Meßergebnisse für die Koerzitivkraft Hc" unter denselben Bedingungen für ΦO&sub2; und PO&sub2;.

Vergleichsbeispiel 5

Ähnlich wie bei den Ausführungsbeispielen 8 bis 12, die aus einer Co-Pt-P-B-Legierung bestehen, wurde ein magnetischer Dünnfilm aus Co&sub5;&sub2;Pt&sub2;&sub1;P&sub2;B&sub2;&sub5; hergestellt, bei dem d in der Zusammensetzung (1) von 20 auf 25 Atom-% erhöht war. Die Kurve C5 in Fig. 4 repräsentiert das Meßergebnis für die in der Ebene liegende Koerzitivkraft Hc" unter denselben Bedingungen für ΦO&sub2; und PO&sub2;. Bei diesem Beispiel ist die Koerzitivkraft Hc" im Vergleich zu den Werten der Kurven (8) bis (12) in Fig. 4 deutlich verringert.
Der Gehalt x an Sauerstoff O im magnetischen Dünnfilm und demgemäß die Sauerstoffströmungsrate ΦO&sub2; und auch der Sauerstoffdruck PO&sub2; im Sputtergas üben einen gewissen Einf luß auf das rechtwinklig anisotrope Magnetfeld Hk aus, wie es aus Fig. 6 erkennbar ist. Die Beziehung zum Magnetfeld Hk ist in den graphischen Wiedergaben der Fig. 3 und 4 entlang der Abszisse aufgetragen. Wenn das Magnetfeld Hk übermäßig groß ist, ruft es eine Zunahme von Störungen im Aufzeichnungsträger mit in der Ebene liegender Magnetisierung hervor; dagegen ruft ein extrem kleines Magnetfeld Hk eine Verringerung des Ausgangssignals hervor. Es ist daher wünschenswert, daß der Gehalt x (Gewichts-%) an Sauerstoff 0 so ausgewählt wird, daß er der Bedingung 0 < x ≤ 10, bevorzugter 0 < x ≤ 6 genügt.

Ausführungsbeispiel 13

Festplatten wurden als Proben (Nrn. 1 bis 5) hergestellt, bei denen der Sauerstoffgehalt x (Gewichts-%) in einem magnetischen Dünnfilm aus Co&sub7;&sub6;Pt21,5P2,5 geändert wurde, und die Eigenschaften derselben wurden ausgewertet. Die Ergebnisse für eine solche Auswertung sind in der Tabelle von Fig. 5 dargestellt, zusammen mit denen für die Vergleichsbeispiele. Die Vorrichtung zum Bewerten solcher Festplatten wurde mit 3,33 MHz und 3.600 U/min betrieben, und die Daten wurden auf einem Umfang mit einem Radius von 27 mm erhalten. In der Tabelle von Fig. 5 ist S der Spitze-Spitze-Mittelwert, der Wiedergabeausgangsspanung (mVP-P) auf einer Spur und N ist die Störsignalleistung (Effektivwert in uV), die wie folgt gegeben ist:
(wobei NC das Spektrum ausschließlich eines Trägers zum Zeitpunkt des Aufzeichnens mit einem Träger ist und N&epsi; das Spektrum ist, wie es beim Löschen mit Gleichstrom erhalten wird).
Ferner gilt folgendes für Fig. 5: SNR ist 20 log&sub1;&sub0; (SO-P/N) (mit SO-P = S/2); C/N ist das Spektrumsverhältnis von 3,33 MHz bis 2,33 MHz; O/W ist ein Löschratesignal von 1,25 MHz, wenn ein solches Signal mit 3,33 MHz überschrieben wird; Reso ist die Auflösung einer Wiedergabesignalspannung bei 3,33 MHz zu einer Wiedergabesignalspannung bei 1,25 MHz; PW&sub5;&sub0; ist die Impulsdauer, die der Halbwertsbreite einer Einzelwelle entspricht; S ist das Rechteckverhältnis; S* ist das Koerzitivkraft-Rechteckverhältnis; und M'/M" ist das Verhältnls der rechtwinkligen Restmagnetisierung zur in der Ebene liegenden Magnetisierung.
Bei den in der Tabelle von Fig. 5 dargestellten Vergleichsbeispielen ist die Probe Nr. 6 eine Festplatte mit einem magnetlschen Dünnfilm aus einer CoNi-Schicht, die durch Sputtern auf einer Unterschicht aus Bi abgeschieden ist; und die Probe Nr. 7 ist eine Festplatte mit einem magnetischen Dünnfilm aus einer CoNiP-Schicht, die durch Plattieren hergestellt wurde.
Die in dieser Beschreibung angegebenen magnetischen Eigenschaften wurden unter Verwendung eines Probenschwing-Magnetometers unter Anlegen eines maximalen Magnetfelds von 1,35 MA/m (17 kOe) gemessen, und die Filmzusammensetzungen wurden durch eine Kombination aus einer Elektronenstrahlsonde-Mikroanalyse (BPMA) und einer induktiv gekoppelten Plasmaanalyse (ICP) analysiert. Die Sauerstoffkonzentration wurde im Vergleich zu einer Standardprobe gemessen, deren Gehalt sicher bekannt war, und zwar durch eine Kombination aus Sekundärionen-Massenspektroskopie (SIMS) und Elektronenstrahlsonde-Mikroanalyse (BPMA).
Bei jedem der vorstehenden Beispiele besteht der magnetische Dünnfilm aus einer Co-Pt-P-O-Legierung, einer Co-Pt-Si-O-Legierung, einer Co-Pt-Ge-O-Legierung oder einer Co-Pt-P-B-O- Legierung. Jedoch kann bei der Zusammensetzung (1) ein anderes Element wie Ga, Al, In, Sn oder Sb als MII verwendet werden. Es konnte auch bestätigt werden, daß dann, wenn zwei oder mehr Elemente als MI und MII verwendet werden, immer noch eine große Koerzitivkraft und eine zufriedenstellende Sättigungsmagnetisierung in jedem in der Ebene magnetisierbaren Film erzielt werden kann, der dadurch hergestellt wird, daß die vorstehend genannte Beziehung zwischen a, b, c, d (Atom-%) und x (Gewichts-%) wie folgt erstellt wird:
a + b + c + d = 100
0 < b ≤ 50
0 < c ≤ 20
0 ≤ d ≤ 20
0 < x ≤ 10
Demgemäß können beim erfindungsgemäßen in der Ebene magnetisierbaren Aufzeichnungsträger eine große Koerzitivkraft und zufriedenstellende Sättigungsmagnetisierung erzielt werden, und er ist auf alle magnetischen Aufzeichnungsträger wie Bänder, Karten oder Platten anwendbar. Insbesondere dann, wenn die Erfindung auf eine Festplatte angewandt wird, sind beachtliche Vorteile hinsichtlich geringer Störsignale und Eigenschaften mit hohen Ausgangssignalen erzielbar, wie in der Tabelle von Fig. 5 aufgelistet. In diesem Fall besteht kein Bedarf zum Beheizen eines Substrats beim Herstellen des magnetischen Dünnfilms durch Sputtern oder dergleichen, so daß der Freiheitsgrad beim Auswählen des Substratmaterials erhöht ist, was demgemäß die Verwendung eines billigen Materials erlaubt.
Ferner ist, wie dies beim Beispiel Nr. 6 gezeigt ist, keine Unterschicht mehr erforderlich, was letztendlich die Herstellung vereinfacht, was ein anderer Vorteil zum Verringern der Herstellkosten ist. Darüber hinaus wird es möglich, da die Koerzitivkraft im wesentlichen unabhängig von der Filmdicke ist, die Eigenschaften hinsichtlich eines hohen Ausgangssignals durch Erhöhen der Filmdicke zu verbessern.
Obwohl die Erfindung in bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, ist sie nicht darauf beschränkt, so daß Änderungen und Modifizierungen innerhalb des vollen beabsichtigten Schutzbereichs der Erfindung vorgenommen werden können, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Magnetischer Dünnfilm zur Verwendung als Aufzeichnungsträger, mit folgender Zusammensetzung:

(CoaPtbMcIMdII)100-x Ox

(wobei a, b, c, d Atom-% und x Gewichts-% sind), mit

a + b + c + d = 100

0 < b ≤ 50

0 < c ≤ 20

0 ≤ d ≤ 20

0 < x ≤ 10

und wobei MI mindestens ein aus P, Si und Ge ausgewähltes Element ist und MII ein aus B, Ga, Al, In, Sn und Sb ausgewähltes Element ist.

2. Magnetlscher Aufzeichnungsträger, der auf einem Substrat einen magnetischen Dünnfilm mit folgender Zusammensetzung aufweist: