JP2001101644A

JP2001101644A - 垂直磁気記録媒体及び磁気記録装置

Info

Publication number: JP2001101644A
Application number: JP27745099A
Authority: JP
Inventors: Hideo Ogiwara; 英夫荻原; Kazuyuki Hikosaka; 和志彦坂
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2001-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】非磁性母材中に軟磁性微粒子が分散した構造を
持った軟磁性グラニュラー下地層を設けることにより、
軟磁性膜中の磁壁を無くし、磁壁移動、揺らぎに起因す
るノイズを低減させる垂直磁気記録媒体及び磁気記録装
置を提供することを目的とする。【解決手段】基板２と、この基板２上に少なくとも１層
以上の下地膜を有する磁気記録媒体に於いて、基板上に
設けられた軟磁性下地膜３と、軟磁性下地膜３は、非磁
性母材中に軟磁性金属磁性粒子が分散したグラニュラー
構造を有することを特徴とする。このような軟磁性粒子
を分散させたグラニュラー構造とすることにより、記録
の際に、上層の垂直磁性膜の記録過程に影響を及ぼすこ
とがなく、微細なビットパターンを形成することが可能
な垂直磁気記録媒体を提供することが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスク等と
して用いられる垂直磁気記録媒体に関し、特に記録再生
特性の良好な垂直磁気記録媒体及びこれを含む磁気記録
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータやワーク
ステーションの進歩に伴い、ハードディスクドライブが
大容量化及び小型化しているので、磁気ディスクは、更
なる高面記録密度化を必要としている。近年、高面記録
密度を実現可能である、垂直磁気記録方式が検討されて
いる。

【０００３】垂直磁気記録方式は、磁気テープ、磁気デ
ィスク等の磁気記録媒体の走行方向と垂直方向、すなわ
ち、磁気記録媒体の厚さ方向に磁化容易軸をもった磁気
記録用磁性媒体層（垂直磁化膜）が表面に設けられた垂
直磁気記録媒体を使用する。この磁気記録媒体の厚さ方
向に強い磁化分布を生じる垂直磁気記録用磁気ヘッドを
用い、磁気記録媒体を厚さ方向に磁化し、この方向に磁
性媒体層の磁化を残留させるようにしたものである。

【０００４】また、垂直磁化膜のみを有する垂直磁気記
録媒体よりも、基板上に高透磁率の軟磁性膜を設け、更
にその上に垂直磁化膜を設けた２層構造の垂直磁気記録
媒体の方が、ヘッドと軟磁性との相互作用により、優れ
た記録再生特性を示すことが知られている（例えば、特
開平５２−７８４０３号公報）。従って、垂直磁気記録
媒体の場合、垂直磁化膜の下に軟磁性下地膜（裏打ち
膜）を設ける方法も広く検討されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来、軟磁性
下地膜としては高透磁率かつ高飽和磁束密度であること
が好ましいが、上記従来技術の２層構造の垂直磁気記録
媒体を用いて記録再生実験を行うと、スパイク状ノイズ
が観測される。このスパイク状ノイズは、垂直磁化膜の
みの単層構造の垂直磁気記録媒体では、観測されないこ
とが知られている。このノイズは、軟磁性下地膜と、そ
の上の垂直磁化膜との相互作用により生ずるものではな
く、軟磁性膜に起因したものである。また、このノイズ
は、媒体中で一様に発生するものではなく、磁壁の存在
する部分で発生し、磁壁の無い部分には発生しないこと
が知られている（特公平３−５３６８６号公報）。この
ノイズは、バルクハウゼンノイズと呼ばれ、磁壁移動が
不可逆に起こることに起因している。

【０００６】このバルクハウゼンノイズの発生を抑制す
るためには、その下の軟磁性膜中の磁壁移動を抑制す
る、或いは磁壁を無くせば良い。

【０００７】この磁壁構造を無くすために、軟磁性膜と
してＣｏやＣｏＰｔの微粒子を利用したグラニュラー構
造を有する垂直磁気記録媒体も考えられている。確か
に、そのようなグラニュラー膜中の磁性膜として、高Ｈ
ｋを有したＣｏ、ＣｏＰｔ等のハード磁性粒子を非常に
小さな超常磁性粒子に近い粒径にした場合、室温近傍で
は軟磁性粒子としての振舞いを示させることは、一見可
能であるように見える。しかし、そのようなグラニュラ
ー膜を下地膜として用いた場合、信号を記録する際に
は、ハード層と同様に高速磁化反転でのＨｃ、つまり、
Ｄｙｎａｍｉｃｃｏｅｒｃｉｖｉｔｙ；Ｈｃ０と通
常測定でのＨｃとは大きく異なっていることが分かっ
た。本質的に、ハード磁性体である微小粒子は、記録の
際にはハード膜として作用するために、磁壁はできない
が、ハード膜として上記磁性膜の記録過程に大きく影響
することがわかった。記録転移が磁壁、外乱等による外
乱の影響を受ける以前に、記録段階で記録パターンが影
響を受け、微細なビットパターンを形成できないことが
わかった。従って、グラニュラー構造を持つ下地膜の場
合、磁性膜のＨｋが小さいことが必要である。

【０００８】さらに、グラニュラー下地膜において下地
膜最上層を母材で覆うことで、表面性の良好な磁性膜を
作成することが可能である。

【０００９】そこで、本発明では、非磁性母材中にＨｋ
の小さな軟磁性微粒子が分散した構造を持った軟磁性グ
ラニュラー下地膜を設けることにより、軟磁性膜中の磁
壁を無くし、磁壁移動、揺らぎに起因するノイズを低
減、さらに記録の際の影響を低減することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明では、基板と、この基板上に少
なくとも１層以上の下地膜を有する磁気記録媒体に於い
て、基板上に設けられた軟磁性下地膜と、軟磁性下地膜
は、非磁性母材中に軟磁性金属磁性粒子が分散したグラ
ニュラー構造を有することを特徴とする。

【００１１】このような構成により、グラニュラー構造
とすることで、ノイズを小さくすることができるため、
膜厚を厚くすることも可能であり、軟磁性粒子の粒径、
体積含有率等を調整することで、膜厚を自由に調整で
き、システム設計に適した軟磁性膜厚にすることが可能
である。また、軟磁性粒子を分散させることにより、記
録の際に、上層の垂直磁性膜の記録過程に影響を及ぼす
ことがなく、微細なビットパターンを形成することが可
能な垂直磁気記録媒体を提供することが可能である。さ
らには、軟磁性膜と磁性膜との間に、磁性膜の結晶性・
配向性を制御するために中間層を設けることも可能であ
る。

【００１２】また、請求項４に係る発明では、基板と、
この基板上に少なくも1層以上の下地膜を有する磁気記
録媒体において、基板上に設けられた軟磁性膜と軟磁性
膜下地は、非磁性母材中に軟磁性金属磁性粒子が分散し
たグラニュラー構造を有し、この軟磁性下地膜の母材
は、上層の磁性膜の結晶性・配向性制御層としての役割
を兼ねることを特徴とする。

【００１３】このような構成により、グラニュラー構造
とすることで、ノイズ発生源が少ないため、膜厚を厚く
することも可能であり、さらに、軟磁性粒子の粒径、体
積含有率を調整することで膜厚を自由に制御でき、シス
テム設計に適した軟磁性膜厚にすることが可能である。
また、母材に磁性粒子の分断の役割だけでなく、磁性層
の結晶性・配向性制御の役割を兼用させることが可能に
なり、軟磁性膜と磁性膜、及び記録ヘッド磁極と軟磁性
膜のスペーシングを小さくし、軟磁性膜としての効率を
上げると共により高密度記録が可能になる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下本発明に係る実施の形態を、
図面を参照して説明する。

【００１５】図１は本発明に係る垂直磁気記録媒体の構
成を示す基板断面図である。

【００１６】この垂直磁気記録媒体１は、基板２と、基
板２上に順次、磁壁構造を有しない軟磁性下地膜３と、
垂直磁化膜４とからなる積層構造を備えている。

【００１７】基板としては、ガラス、アルミニウム、シ
リコン、プラスチック、合成樹脂などを用いることがで
きる。基板の形状は、ディスク、テープ、ドラムのいず
れでも良い。本発明の垂直磁気記録媒体を構成する下地
層及び磁性層は、スパッタ法、真空蒸着法、ガス中スパ
ッタ法、ガスフロースパッタ法等の物理蒸着法により形
成することができる。磁性体としては、少なくともＣ
ｏ、Ｆｅ、Ｎｉから選択された少なくとも一種の元素を
含有する強磁性体材料、例えば、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＴ
ａＰｔ、ＣｏＮｉＴａ等が挙げられる。軟磁性下地膜中
の軟磁性体としては、少なくともＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉから
選択された少なくとも一種の元素を含有する軟磁性材
料、例えばＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ等が用い
られる。非磁性母材には、Ａｇ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｃ等の非
磁性金属やその化合物、または酸化物、窒化物、弗化
物、炭化物、例えば、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ
３、ＡｌＮ、ＴｉＮ、ＢＮ、ＣａＦ、ＴｉＣ等が用いら
れる。

【００１８】特に、母材に磁性層の結晶性・配向性制御
の役割を兼用させた材料、例えばＴｉ、ＴｉＮといった
材料を用いた場合、軟磁性膜と磁性膜、及び記録ヘッド
磁極と軟磁性膜のスペーシングを小さくし、軟磁性膜と
しての効率を上げると共により高密度記録が可能にな
る。また、軟磁性膜と磁性膜との間に、Ｔｉ、非磁性Ｃ
ｏＣｒ等の磁性膜の結晶性・配向性を制御するために中
間層を設けることも可能である。

【００１９】次に、以下に示す様にＡ〜Ｆの６種類の磁
気記録媒体を作製し、それぞれの磁気記録媒体を評価し
た。

【００２０】（サンプルＡ）基板として、２．５インチ
ガラス、軟磁性下地膜は軟磁性材料としてＣｏＦｅター
ゲット、非磁性母材としてＴｉＮターゲットを用い、二
元同時マグネトロンスパッタ法で基板を自公転させなが
ら製膜し、連続して、磁性膜としてＣｏＰｔ２０Ｃｒ１
６合金ターゲットを用いて、対向静止マグネトロンスパ
ッタ法で製膜を行った。最後にＣ保護膜を１０ｎｍ製膜
した。軟磁性下地膜はＡｒガス雰囲気中でガラス基板上
に、製膜後のＣｏ２０Ｆｅ８０とＴｉＮとの体積組成比
が７０：３０になるようにスパッタレートを調節し５０
０ｎｍ製膜した。さらに、Ａｒガスに酸素を微量添加し
た混合ガス中でＣｏＰｔ２０Ｃｒ磁性膜を５０ｎｍ製膜
した。

【００２１】（サンプルＢ）サンプルＡの作製と同様に
してグラニュラー軟磁性膜をＣｏ２０Ｆｅ８０とＴｉと
の製膜後のＣｏ２０Ｆｅ８０とＴｉＮの体積組成比が７
０：３０になるように調整したコンポジットターゲット
を用いてＡｒガス雰囲気中で５００ｎｍ製膜した。

【００２２】（サンプルＣ）サンプルＡ作製と同様にし
て、グラニュラー軟磁性膜を製膜するする際に、基板Ｒ
Ｆバイアスを印加して製膜した。

【００２３】（サンプルＤ）サンプルＣにおいて、バイ
アスを印加する代わりに、軟磁性下地膜を製膜する前
に、２００℃で基板加熱を行い、その直後に軟磁性下地
膜を製膜した。

【００２４】それぞれのサンプルに関して軟磁性下地膜
だけを製膜したものも作製した。また、比較媒体とし
て、軟磁性下地膜としてＣｏ２０Ｆｅ８０下地５００ｎ
ｍ（サンプルＥ）とＣｏ２０Ｆｅ８０下地５００ｎｍ上
にＴｉ中間層５０ｎｍを積層したもの（サンプルＦ）
の、それぞれの上にサンプルＡと同様の磁性膜をつけた
サンプルを作製した。さらにサンプルＡにおいて、軟磁
性下地膜の軟磁性粒子としてＣｏＰｔ２０を用いる以外
は同様な構成で磁性膜を作成した（サンプルＧ）。

【００２５】次にサンプルＡ〜Ｄに対してＴＥＭで観察
を行った。図２は、図１におけるＡ部分の拡大模式図で
ある。下地膜部分の平面観察を行ったところ、全てのサ
ンプルにおいて、非磁性母材中に球状の軟磁性金属粒子
が一様に分散していることがわかった。サンプルＡ、Ｂ
はそれぞれＴｉＮ、Ｔｉ母材中に、粒径が約１０〜１３
ｎｍ程度のＣｏＦｅ粒子が、一様に分散していた。サン
プルＣ、Ｄは、同様な構造ではあるが、軟磁性粒子の粒
径が約１５〜２０ｎｍとやや大きくなっていた。サンプ
ルＧも同様な構造であるが、ＣｏＰｔ粒子が５ｎｍ程度
と小さくなっていた。サンプルＣ、Ｄは、バイアス或い
は基板加熱の効果で粒成長が促進され、粒径が大きくな
ったものと考えられる。このことから、バイアスの印加
や基板の加熱によって軟磁性粒子の粒径の大きさをコン
トロールすることが可能である。

【００２６】これらの断面構造を調べたところ、面方向
と同様な構造が観察され、膜面内に均一に球状の軟磁性
粒子が分散したグラニュラー膜構造であることが確認で
きた。

【００２７】図３に本実施の形態で作製したサンプルの
磁気特性表の図を示す。

【００２８】カー効果測定装置を用いて全てのサンプル
の磁性膜の磁化特性を行った。全てのサンプルにおい
て、保磁力Ｈｃでの磁化曲線の傾きは、４πＭｓに非常
に近い値を示した。また、軟磁性下地膜の磁気特性は、
磁性膜を付けないサンプルを作成し、ＶＳＭで測定し
た。軟磁性下地の保磁力Ｈｃは、１．０から２．０Ｏｅ
であった。また、サンプルＡ（グラニュラー下地）とサ
ンプルＥ（ＣｏＦｅ下地）の下地のみをビッター法で観
察したところ、サンプルＡの下地膜では磁壁が観察され
なかったが、サンプルＥの下地膜では磁壁が観察され
た。このことにより、グラニュラー構造をとることによ
り磁壁ができないことが確認された。

【００２９】次に、サンプルＡ、Ｂ、Ｅ、Ｆ、Ｇのノイ
ズ特性を調べた。測定には、再生ギャップ長０．１５μ
ｍ、再生トラック幅０．８μｍのＧＭＲヘッドと、主磁
極膜厚０．４μｍ、記録トラック幅２μｍの単磁極型ヘ
ッドを用いて、浮上量４０ｎｍでスピンスタンドを使用
して測定を行った。記録密度２５０ｋｆｃｉで記録した
時のＳ０／ＮｍＲＭＳを比較した。

【００３０】比較媒体のサンプルＥ、Ｆに対して、Ｓ０
／Ｎｍ、これを微分した分解能ＰＷ５０は、それぞれ、
２４ｄＢ、１２５ｎｍ、２５ｄＢ、１３０ｎｍであっ
た。サンプルＦと比較して、Ｅは、Ｔｉ中間層により配
向性が改善されＳ／Ｎが向上したが、磁気スペーシング
が大きくなったため、ＰＷ５０が大きくなったと考えら
れる。これらの比較媒体に対し、グラニュラー軟磁性下
地膜を付けたものは、Ｓ／Ｎが２〜４ｄＢほど向上して
いた。Ａ、Ｂの特性はほとんど等しく、Ｓ／Ｎは２６ｄ
Ｂ、ＰＷ５０は１２４ｎｍであり、Eと比較して分解能
は変化していないが、ノイズが減少したためＳ／Ｎが向
上したと考えられる。また、オシロスコープで見た再生
信号波形上において、サンプルＥ、Ｆで見られたスパイ
クノイズによると考えられるノイズ成分も、サンプル
Ａ、Ｂでは発生していなかった。また、サンプルＧは、
Ｓ／Ｎ：２０ｄＢ、ＰＷ５０：１５０ｎｍと特性が
悪くなっていた。サンプルＧに関して、ＭＦＭ観察を行
ったところ、ビットパターンの転移領域がジグザグにな
っていた。軟磁性下地膜としてはグラニュラー構造であ
り、構造、磁気特性の点でも他のグラニュラー軟磁性膜
と同様であると考えられる。しかし、軟磁性粒子として
高ＨｋであるＣｏＰｔを用いたことで、ハード膜として
記録の際にビットパターンに影響を与えたと考えられ
る。

【００３１】次に、上述した垂直磁気記録媒体を用いた
磁気記録装置の例について説明する。

【００３２】図３に、飽和磁束密度Ｂｓ＝１．６［Ｔ］
の単磁極ヘッドを用いて、軟磁性下地膜の飽和磁束密度
Ｂｓを変化させた時の分解能ＰＷ５０の変化図を示す。
図において、縦軸はＰＷ５０の値を示し、横軸はＢｓを
示す。縦軸は上に行く程、分解能が低下することを示
す。

【００３３】軟磁性膜のＰＷ５０は、軟磁性膜中の磁性
粒子の体積含有率を変化させたり、軟磁性膜の材料を代
えることで変化させた。磁性膜の飽和磁束密度をＢｓ＝
１．６［Ｔ］から徐々に減少させたところ、Ｂｓ＝１．
０［Ｔ］までは、ＰＷ５０＝１１５（ｎｍ）近辺で、ほ
ぼ一定の値が得られた。しかし、Ｂｓ＝０．８［Ｔ］以
下で、徐々にＰＷ５０が増加し始め、Ｂｓ＝０．６
［Ｔ］では、ＰＷ５０＝１３４（ｎｍ）となり、分解能
が低下することが分かった。

【００３４】図４に、軟磁性膜の飽和磁束密度Ｂｓを
０．８［Ｔ］に固定して、ヘッドの飽和磁束密度Ｂｓを
変化させた時の、分解能ＰＷ５０との関係の図を示す。
図において、縦軸はＰＷ５０の値を示し、横軸はＢｓを
示す。縦軸は上に行く程、分解能が低下することを示
す。

【００３５】この図によれば、軟磁性膜の飽和磁束密度
Ｂｓを０．８［Ｔ］に固定して、ヘッドの飽和磁束密度
Ｂｓを１．３、１．６、２．１［Ｔ］と変化させた。そ
の結果、Ｂｓ＝１．３、１．６［Ｔ］のヘッドでは、分
解能はほとんど変化しなかったのに対し、Ｂｓ＝２．１
［Ｔ］のヘッドを用いたところ分解能が低下した。

【００３６】従って、上述した垂直磁気記録媒体を有す
る磁気記録装置においては、軟磁性膜の飽和磁束密度が
記録ヘッドの飽和磁束密度の１／２以上であることが望
ましいことが分かった。

【００３７】上述した様に、本発明に係るグラニュラー
軟磁性下地膜を用いることによって、磁壁を無くし、磁
壁移動による上層磁性膜の記録パターンへの影響をなく
すことが可能であり、磁壁の揺らぎによるノイズを減少
させることが可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述した発明によれば、グラニュラ
ー軟磁性下地膜を用いることによって、磁壁を無くし、
磁壁移動による上層磁性膜の記録パターンへの影響をな
くすことが可能であり、磁壁の揺らぎによるノイズを減
少させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る垂直磁気記録媒体の構成を示す基
板断面図。

【図２】図１のＡ部分の拡大模式図。

【図３】本実施例で作製したサンプルの磁気特性表の
図。

【図4】軟磁性下地膜の飽和磁束密度を変化させた時の
分解能の変化を示す図。

【図5】ヘッドの飽和磁束密度を変化させた時の分解能
の変化を示す図。

【符号の説明】

１…垂直磁気記録媒体２…基板３…軟磁性下地膜４…垂直磁化膜５…保護膜６…軟磁性粒子７…非磁性母材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、この基板上に少なくとも１層以上
の下地膜を有する磁気記録媒体に於いて、前記基板上に
設けられた軟磁性下地膜と、前記軟磁性下地膜は、非磁
性母材中に軟磁性金属粒子が分散したグラニュラー構造
を有すること、を特徴とした垂直磁気記録媒体。
【請求項2】前記軟磁性下地膜の母材は、非磁性金属や
その化合物、または酸化物、窒化物、弗化物、炭化物か
ら選ばれる少なくとも一種を含んだ材料を用いたことを
特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項3】前記軟磁性下地膜と磁性膜の間に、磁性膜
の結晶性・配向性を制御するための中間層を介すことを
特徴とした請求項１または２に記載の垂直磁気記録媒
体。
【請求項４】基板と、この基板上に少なくも1層以上の
下地膜を有する磁気記録媒体において、前記基板上に設
けられた軟磁性膜と前記軟磁性膜下地は、非磁性母材中
に軟磁性金属磁性粒子が分散したグラニュラー構造を有
し、前記軟磁性下地膜の母材は、上層の磁性膜の結晶性
・配向性制御層としての役割を兼ねることを特徴とした
垂直磁気記録媒体。
【請求項５】請求項１または２または３または４に記載
の垂直磁気記録媒体と、前記垂直記録媒体へ記録を行う
記録ヘッドとを具備する磁気記録装置において、前記垂
直磁気記録媒体の軟磁性下地膜の飽和磁束密度が、前記
垂直記録媒体へ記録を行う記録ヘッドの飽和磁束密度の
１／２以上であることを特徴とした磁気記録装置。