JP2000113442A - 磁気記録媒体 - Google Patents

磁気記録媒体

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JP2000113442A JP10288133A JP28813398A JP2000113442A JP 2000113442 A JP2000113442 A JP 2000113442A JP 10288133 A JP10288133 A JP 10288133A JP 28813398 A JP28813398 A JP 28813398A JP 2000113442 A JP2000113442 A JP 2000113442A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高密度磁気記録に適するように改良された面
内及び垂直磁気記録媒体を提供する。 【解決手段】 主記録層であるCo合金系の磁性膜14
の上下の高磁気異方性エネルギーをもつ磁性膜13,1
5を設けることにより、面内磁気記録媒体においては耐
熱揺らぎ特性の改善を図り、垂直磁気記録媒体において
は媒体ノイズを低減することにより、10Gb/in2
以上の高密度磁気記録で必要な耐熱揺らぎ性と低ノイズ
特性を合わせ持った磁気記録媒体を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高密度磁気記録に
適する磁性膜を有する磁気記録媒体に関する。
【0002】
【従来の技術】現在実用化されている磁気ディスク装置
は、面内磁気記録方式を採用している。面内磁気記録方
式では、ディスク基板面と平行な方向に磁化し易い面内
磁気記録媒体に、基板と平行な面内磁区を高密度に形成
することが技術課題となっている。この面内磁気記録媒
体の記録密度を伸ばすためには、保磁力を向上するとと
もに磁性膜厚を減少しなければならない。しかし、磁性
膜厚を小さくしすぎると、熱の影響で記録磁化が減少し
たり、消失する問題に遭遇する。このような磁化の熱揺
らぎによる影響が顕著になる磁性膜厚は、Co合金系で
は20nm以下とされている。
【0003】一方、垂直磁気記録方式は、磁性膜厚が面
内媒体の場合に比べて大きくとれるため、熱揺らぎに強
くしかも高密度磁気記録に適した方式として注目され、
垂直磁気記録に適した媒体の構造などが提案されてい
る。Co合金系材料からなる垂直磁化膜によれば300
KFCI以上の高線記録密度が実現できることが報告さ
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】面内磁気記録媒体にお
いて、Co合金系磁性膜を用いた記録媒体の高密度化を
進めた場合、これまでのトレンドを延長すると10Gb
/in2以上の記録密度を実現するためには磁性膜の厚
さを20nm以下にしなければならない見通しである。
熱揺らぎの影響を防いで記録密度を向上するためには、
磁性膜の磁気異方性エネルギーがCo合金系材料に比べ
て高いSm−Co,Pt−Coなどの規則合金を代替材
料として使用することが考えられる。しかし、磁気記録
媒体としては、耐熱揺らぎ性に加えて、記録分解能、媒
体ノイズ、耐食性などの他の条件も満足することが必要
であり、Sm−Co,Pt−Coなどの規則合金などで
は必ずしもこれらの条件は実用に耐える段階に至ってい
ない。
【0005】また、垂直磁気記録媒体では、10Gb/
in2の記録密度を達成するためには、媒体ノイズの低
減を図ることが必要になっている。このように、10G
b/in2以上の高密度磁気記録が可能な記録媒体とし
ては、面内磁気記録媒体においては耐熱揺らぎ特性の向
上が、垂直磁気記録媒体においては媒体ノイズの低減が
必要である。本発明は、耐熱揺らぎ性に優れた面内磁気
記録媒体及び低ノイズ化を図った垂直磁気記録媒体を提
供し、これにより10Gb/in2以上の高密度磁気記
録再生装置の実現を容易ならしめることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】面内磁気記録媒体の耐熱
揺らぎ特性を詳細に調べた結果、磁性膜の一部に磁気異
方性エネルギーの低い領域が形成され、この部分から記
録磁化の劣化が進行することが判明した。従って、耐熱
揺らぎ特性を改善するためには、この領域の形成を抑制
することが効果的である。
【0007】また、垂直磁気記録媒体の記録磁化状態を
磁気力顕微鏡や走査型スピン電子検出型顕微鏡によって
調べた結果、大部分のノイズは媒体面に存在する逆磁区
や磁化のミクロ的な揺らぎが原因であることが判明し
た。媒体ノイズを減らすためには、逆磁区を減らすとと
もに、媒体の表面もしくは裏表面に存在するミクロな磁
化の揺らぎを減らすことが必要である。
【0008】実験の結果、上記目的を達成するのに以下
の方法を用いれば良いことが明らかになった。面内磁気
記録及び垂直磁気記録において最も一般的に使用され、
また検討されている媒体の磁性膜材料は六方稠密(hc
p)構造を持つCo合金材料である。Co合金系面内磁
気記録媒体において、磁気異方性エネルギーが低い領域
は膜の下層もしくは上層の界面近傍に存在する。すなわ
ち、磁性膜の成長初期層に相当する下層部分には結晶性
の劣った領域が存在し、かつ上層表面は起伏が存在した
り、磁性膜を構成する元素の偏析減少によって生じた磁
気異方性エネルギーの小さい領域が存在することが明ら
かになった。下層部分に存在する結晶性の劣った領域の
磁気異方性エネルギーも減少していることが確認され
た。
【0009】本発明では、改良された媒体構造を提供す
るため、磁性膜が少なくとも3層からなる磁性膜を採用
することによって、上記の問題を解決するものである。
ここで下層(基板側)と上層(表面側)の磁性膜の磁気
異方性エネルギー(基板側:Kub,表面側:Kus)を
中間の磁性層の磁気異方性エネルギー(Kum)に比べ
て大きくするものである。
【0010】また、垂直磁気記録媒体の主なノイズ要因
は、磁性膜に形成される逆磁区であることが明らかにな
った。この原因は、垂直磁化膜を一方向に垂直磁化する
と媒体表面には強い反磁界が作用し、この反磁界の作用
で、垂直磁化した方向とは逆の向きを持つ、いわゆる逆
磁区が形成されるものである。この逆磁区の形成は、磁
性膜の表面側だけでなく裏面側からも同様に生ずる。こ
の逆磁区の形成を妨げるためには、磁気異方性エネルギ
ーの高い垂直磁化膜を採用する必要がある。磁気異方性
エネルギーとして、3×106erg/cc以上あるこ
とが望ましい。しかし、磁性膜全体を高い磁気異方性エ
ネルギーを持つ材料で構成すると、媒体ノイズが大きく
なったり、あるいは媒体保磁力が大きくなりすぎて記録
ヘッドでの記録が困難になるといった問題が生ずる。
【0011】そこで本発明では、先の面内媒体と同様
に、磁性膜が少なくとも3層からなる磁性膜を採用する
ことによって、上記の問題を解決するものである。ここ
で下層(基板側)と上層(表面側)の磁性膜の磁気異方
性エネルギー(基板側:Kub,表面側:Kus)を中間
の磁性層の磁気異方性エネルギーKumに比べて大きく
するものである。Kub,Kusの望ましい範囲は3×1
6erg/cc≦Kub≦5×107erg/cc、3
×106erg/cc≦Kus≦5×107erg/cc
である。3×106erg/cc以下では、逆磁区の形
成を妨げることが困難になり、また、5×107erg
/ccを越えると記録ヘッドによる記録が困難になった
り、媒体ノイズが増大するという望ましくない効果が生
ずる。
【0012】中間の磁性層の磁気異方性エネルギーKu
mの値としては、1×106erg/cc<Kum<3×
106erg/ccの範囲が適当である。これは低ノイ
ズ特性を持つCo合金系磁性膜の典型的な値であり、実
用的にも使い易い範囲となっている。磁気異方性エネル
ギーの値は磁性膜の組成に依存するため、単層の磁性膜
を形成してこの磁気トルク特性を測定することによって
決定できる。正確な値を求めるためには、それぞれの組
成からなる磁性膜の単結晶膜を形成して、その磁気トル
ク曲線から磁気異方性エネルギーの値を求める方法を採
るのが適当である。
【0013】面内磁気記録媒体においても、それぞれの
磁性膜の磁気異方性エネルギー範囲は上記の垂直磁気記
録媒体と同様に設定すれば、目的の効果が得られること
を確認した。ここで、下層側に設ける磁気異方性エネル
ギーの高い磁性膜層は、中間の層に用いるCo合金磁性
膜と同様な結晶構造であるhcp構造を持つ方が望まし
い。これは、媒体を構成する磁性膜は多結晶膜である
が、多結晶膜を構成する個々の磁性結晶粒は下地膜との
エピタキシャル成長によって成長するため、磁性結晶粒
が下層と中間層で連続して成長するためには同一の結晶
構造を持つ方が望ましいからである。これに対し、上層
に設ける磁気異方性エネルギーの高い膜は必ずしもhc
p構造を用いる必要はない。Co合金以外のPt/C
o,Pd/Coなどの多層膜からなる垂直磁化膜、ある
いはTbFeCoなどの希土類元素を含む非晶質構造を
持つ垂直磁化膜は、磁気異方性エネルギーがいずれも3
×106erg/cc以上であるが、このような膜を用
いることも可能である。
【0014】磁性層の厚さとしては、面内磁気記録媒体
においては10Gb/in2以上の記録密度を実現する
ためには、磁性膜の総厚は5〜25nmの範囲が適当で
ある。上層及び下層の厚さはそれぞれ少なくとも1nm
は必要であり、上層と下層の合計は中間層の厚さより小
さい方が望ましい。垂直磁気記録媒体においては、10
Gb/in2以上の記録密度を実現するためには磁性膜
の総厚は10〜50nmの範囲が適当である。この場合
も、上層及び下層の厚さはそれぞれ少なくとも1nmは
必要であり、上層と下層の合計は中間層の厚さより小さ
い方が望ましい。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図1は、本発明による磁気記録媒
体の構成を示す断面模式図である。非磁性基板11の上
に、磁性膜の結晶配向や磁性結晶粒径の制御を行うため
の下地膜12が形成される。下地膜12は2層以上の多
層膜として形成されることもある。また、垂直磁気記録
媒体においては、下地膜全体もしくは一部に軟磁性膜が
設けられることもある。磁性膜は下層磁性膜13、中間
磁性膜14、及び上層磁性膜15の少なくとも3層から
なり、それぞれの磁気異方性エネルギーの関係は、3×
106erg/cc<Kub,Kus<5×107erg/
cc,1×106erg/cc<Kum<3×106er
g/ccとなっている。ここに磁気異方性エネルギー値
は、基板側:Kub、表面側:Kus、中間の層:Kum
である。上層磁性膜15の上には保護膜16及び潤滑膜
17が形成される。
【0016】
【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。 〔実施例1〕直径2.5インチのガラス基板を用いて、
直流マグネトロンスパッタ法によって、図1に示す断面
構造を持つ面内磁気記録媒体を作製した。基板11上
に、下地層12、下層磁性膜13、中間磁性膜14、上
層磁性膜15、及び保護膜16をこの順序で形成した。
下地用にはCr−10at%Tiターゲット、下層磁性
膜用にCo−5at%Cr−8at%Ptターゲット、
中間磁性膜用にCo−17at%Cr−5at%Pt−
3at%Taターゲット、上層磁性膜用にCo−5at
%Cr−8at%Ptターゲット、保護膜用にカーボン
ターゲットを用いた。スパッタのArガス圧力を3mT
orr、スパッターパワー10W/cm2、基板温度2
50Cの条件でCrTi膜を30nm、下層磁性膜を2
nm、中間磁性膜を16nm、上層磁性膜を2nm、カ
ーボン膜を10nmの厚さ形成した。潤滑膜としてパー
フロロポリエーテル系の膜を塗布した。それぞれの磁性
膜の磁気異方性エネルギー値は、Cr−10at%Ti
下地上にそれぞれの磁性膜を20nmの膜厚形成した試
料の磁気トルク曲線から算出した。
【0017】比較試料として、下層及び中間層それぞれ
単独の20nm厚の磁性膜からなる面内磁気記録媒体を
作製した。これらの磁気記録媒体の保磁力Hcと記録再
生特性の評価を、それぞれ振動型磁力計(VSM)、磁
気トルク計、記録再生分離型の磁気ヘッドを用いて行な
った。記録ヘッドのギャップ長は0.2μm、再生用の
スピンバルブヘッドのシールド間隔は0.2μm、測定
時のスペーシングは0.04μmとした。記録密度は低
周波の再生出力の半分になる出力半減記録密度D50を測
定し、20kFCIの磁気記録を行なった場合のシグナ
ルとノイズの比率S/Nは、比較試料のS/Nに対する
相対値で示した。300kFCIの磁気記録信号の安定
性は、記録直後の再生出力St=0と100時間後の再生
出力St=100の比(St=100/St=0)として評価した。
これらの結果を表1に示す。
【0018】
【表1】
【0019】本実施例の磁気記録媒体は、比較例に比べ
てD50,S/N及び記録信号の安定性の点でバランスが
とれており、高密度磁気記録媒体として望ましいことが
わかった。本実施例で作製した磁気記録媒体を用いて、
再生素子としてスピンバルブヘッドを用いた2.5イン
チの磁気記録再生装置を作製した。面記録密度12Gb
/in2の条件でエラーレート10-9が確保でき、超高
密度記録再生装置として動作することを確認した。
【0020】〔実施例2〕直径2.5インチのシリコン
基板を用いて、直流マグネトロンスパッタ法によって、
図2に示す断面構造を持つ垂直磁気記録媒体を作製し
た。基板21上に、第1下地層22、第2下地層23、
下層垂直磁化膜24、中間垂直磁化膜25、上層垂直磁
化膜26、保護膜27をこの順序で形成した。第1下地
用にはTi−10at%Crターゲット、第2下地用に
はCo−35at%Crターゲット、下層垂直磁化膜用
にCo−5at%Cr−8at%Ptターゲット、中間
垂直磁化膜用にCo−16at%Cr−8at%Pt−
3at%Taターゲット、上層垂直磁化膜用にCoとP
tのターゲット、保護膜用にカーボンターゲットを用い
た。スパッタのArガス圧力を3mTorr、スパッタ
ーパワー10W/cm2、基板温度280Cの条件でT
iCr膜を15nm、CoCr膜を10nm、下層垂直
磁化膜を2nm、中間垂直磁化膜を24nm、上層垂直
磁化膜であるCo/Pt多層膜を4nm、カーボン膜を
7nmの厚さ形成した。ここで上層垂直磁化膜であるC
o/Pt多層膜は、Co、Ptターゲットを交互に用い
てそれぞれ1nmの厚さづつ2サイクル形成し、合計4
nm厚の垂直磁化膜を作製し、図2に断面構造を示す垂
直磁気記録媒体を形成した。
【0021】比較試料として、下層垂直磁化膜、中間垂
直磁化膜及び上層垂直磁化膜それぞれ単独の膜を下地上
に厚さ30nmを設けた以外は同様の構造の磁気記録媒
体を作製した。これらの垂直磁気記録媒体の保磁力Hc
と記録再生特性の評価を、それぞれ振動型磁力計(VS
M)、磁気トルク計、記録再生分離型の磁気ヘッドを用
いて行なった。記録ヘッドのギャップ長は0.2μm、
再生用の巨大磁気抵抗効果型(GMR)ヘッドのシール
ド間隔は0.15μm、測定時のスペーシングは0.0
4μmとした。記録密度は低周波の再生出力の半分にな
る出力半減記録密度(D50)を測定し、20kFCIの
磁気記録を行なった場合のシグナルとノイズの比率S/
Nは、本発明の試料のS/Nに対する相対値で示した。
300kFCIの磁気記録信号の安定性は、記録直後の
再生出力St=0と100時間後の再生出力St=100の比
(St=100/St=0)として評価した。これらの結果を表
2に示す。
【0022】
【表2】
【0023】本実施例の磁気記録媒体は、比較例に比べ
てD50、S/N、信号安定性の全ての特性が高密度磁気
記録媒体として望ましいものであり、特にノイズが減少
した結果、S/Nが改善されている。本実施例で作製し
た磁気記録媒体を用いて、再生素子にGMRヘッドを用
いた2.5インチの磁気記録再生装置を作製した。面記
録密度20Gb/in2の条件でエラーレート10-9
確保でき、超高密度記録再生装置として動作することを
確認した。
【0024】また、上層磁性膜としてCo/Pt多層膜
の代わりに同じ厚さと膜構成のCo/Pd多層膜(Ku
=1.2×107erg/cc)もしくはCoCr5Pt
8(4nm)磁性膜を用いた場合も、ノイズが大幅に低
減し高密度磁気記録媒体として望ましい特性を示すこと
を確認した。
【0025】〔実施例3〕実施例2で試作した垂直磁気
記録媒体において、下層垂直磁化膜と上層垂直磁化膜を
CoCr5Pt8(2nm)とし、中間の垂直磁化膜をC
oCrxTa4(26nm)としてCr組成を5〜20a
t%の範囲で変えた媒体試料を作製した。比較試料とし
て、中間の垂直磁化膜のみで30nmの記録磁性膜を作
製した垂直磁気記録媒体を作製した。CoCrxTa
4(26nm)膜の飽和磁化と磁気異方性エネルギーの
Cr組成依存性及びこれらの垂直磁化膜の保磁力(H
c)、媒体S/Nの測定結果をそれぞれ図3、図4、図
5に示す。
【0026】高密度磁気記録媒体として望ましい高い保
磁力と高い媒体S/Nを示す領域は、中間の垂直磁化膜
の磁気異方性エネルギーKumの値が1×106erg/
cc<Kum<3×106erg/ccの範囲にあること
が明らかになった。Kum<1×106erg/ccでは
高密度磁気記録に必要な2kOe以上の保磁力が得難く
なり、また3×106erg/cc<Kumではノイズが
増大して10Gb/in2以上の記録密度で必要な媒体
ノイズが得られなくなった。またKumが大きくなりす
ぎると、下層と上層のより磁気異方性エネルギーの高い
磁性膜を設ける効果も低減することが分かった。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、磁気記録媒体の耐熱揺
らぎ安定性を確保し、しかも媒体ノイズを低減すること
ができ、磁気ディスク装置の高密度化が可能となる、特
に10Gb/in2以上の高密度磁気記録が可能とな
り、装置の小型化や大容量化が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の磁気記録媒体の断面図。
【図2】本発明の実施例の磁気記録媒体の断面図。
【図3】本発明のCo合金系磁性膜のCr組成と飽和磁
化及び磁気異方性エネルギーの関係を示す図。
【図4】本発明の垂直磁気記録媒体の保磁力とCr組成
の関係を示す図。
【図5】本発明の垂直磁気記録媒体のS/NとCr組成
の関係を示す図。
【符号の説明】
11…基板、12…下地層、13…下層磁性膜、14…
中間磁性膜、15…上層磁性膜、16…保護膜、17…
潤滑膜、21…基板、22…第1下地層、23…第2下
地層、24…下層垂直磁化膜、25…中間直磁化膜、2
6…上層垂直磁化膜、27…保護膜、28…潤滑膜
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成11年7月29日(1999.7.2
9)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲葉 信幸 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 本多 幸雄 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 吉田 和悦 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 竹内 輝明 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Fターム(参考) 5D006 BB01 BB07 BB08 DA03 DA08 FA09

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非磁性基板と該非磁性基板上に下地膜を
    介して形成された磁性膜及び保護膜を備える磁気記録媒
    体において、前記磁性膜は少なくとも3層構造を有し、
    前記磁性膜の基板側の層と表面側の層の磁気異方性エネ
    ルギーが中間の層の磁気異方性エネルギーに比べて大き
    いことを特徴とする磁気記録媒体。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の磁気記録媒体において、
    前記磁性膜は垂直磁化膜であることを特徴とする磁気記
    録媒体。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の磁気記録媒体において、
    前記磁性膜は面内磁化膜であることを特徴とする磁気記
    録媒体。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3のいずれか1項記載の磁気
    記録媒体において、前記基板側の層の磁気異方性エネル
    ギーKub、前記表面側の層の磁気異方性エネルギーK
    s、及び前記中間の層の磁気異方性エネルギーKum
    値が、3×106erg/cc≦Kub≦5×107er
    g/cc,3×106erg/cc≦Kus≦5×107
    erg/cc,1×106erg/cc<Kum<3×1
    6erg/ccの範囲にあることを特徴とする磁気記
    録媒体。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4のいずれか1項記載の磁気
    記録媒体において、前記磁性膜が六方稠密構造を持つC
    o合金材料からなることを特徴とする磁気記録媒体。
  6. 【請求項6】 請求項1〜4のいずれか1項記載の磁気
    記録媒体において、前記基板側及び前記中間の層が六方
    稠密構造を持つCo合金材料からなり、前記表面側の層
    がCoもしくはCo合金とPt,Pdもしくはこれらの
    金属を主成分とする合金からなる積層多層膜からなるこ
    とを特徴とする磁気記録媒体。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6773826B2 (en) 2001-09-19 2004-08-10 Hitachi, Ltd. Perpendicular magnetic recording media and magnetic storage apparatus using the same
US8557409B2 (en) 2010-08-02 2013-10-15 Fuji Electric Co., Ltd. Perpendicular magnetic recording medium
US9129635B2 (en) 2012-04-27 2015-09-08 Hitachi, Ltd. Magnetic recording medium with controlled anisotropic fields and magnetic memory device

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