JP2004127502A - 磁気記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】　垂直記録層の高い熱的安定性と高密度記録特性、優秀なＳＮＲ特性などを全部確保できる磁気記録媒体を提供する。
【解決手段】　磁気記録層及び磁気記録層を支持する基板を具備する磁気記録媒体において、前記磁気記録層と基板間に非金属底層が含まれた少なくとも２つ以上の底層による多重底層が介在されている磁気記録媒体。
【選択図】　図５

Description

　本発明は高密度の情報記録が可能な磁気記録媒体に係り、特に、磁気記録層の高い熱的安定性と高密度記録特性、及び優秀なＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ　ｔｏ　Ｎｏｉｓｅ　Ｒａｔｉｏ：ＳＮ比）特性を有する磁気記録媒体に関する。

　現在、記録密度の急上昇を主導している、代表的な磁気情報貯蔵媒体であるＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）は、リング型ヘッド及び水平磁気記録媒体に関する水平磁気記録方式を採択している。

　しかし、このような水平磁気記録方式は、記録媒体の熱的不安定性のために記録密度上昇の限界にぶつかる。そして、新しい記録方式として、垂直磁気記録方法が、記録密度を２００ＧＢ／ｉｎ²以上に増加させ得ると期待されるため、現在開発されている。

　垂直磁気記録方式では、既存の水平磁気記録方式とは違って、記録媒体に記録される単位ビットが基板に垂直の方向に磁化される。下記のような特性を有する垂直磁気記録媒体を用いることによって、記録密度がさらに向上され得る。
　（１）高い垂直磁気異方性エネルギー定数（Ｋｕ＞１×１０⁶ ｅｒｇ／ｃｃ）及び高い保磁力
　（２）小さな結晶粒サイズ
　（３）磁気粒子間の小さな交換結合力

　一般的に垂直磁気記録媒体において、単一磁気層を有する記録媒体は、磁気情報を保存する記録層と、記録層の磁気的／結晶学的特性を向上させるために、記録層を蒸着させる前に基板上に形成される底層とを含む。そして、２重磁気層を有する記録媒体の場合は、磁気記録時に誘導コイルを含むポール状の記録ヘッドにより形成される磁場の強度及び磁場の空間的変化率を増加させるために、前記記録層及び底層以外に軟磁性底層が追加された構造を有する。

　従来の垂直磁気記録媒体には、図１ないし図３に図示されたように、垂直磁気記録層１３、２２４の下に、（記録層１３、２３、２２４に垂直配向性を与えるための）垂直配向底層１２、２２３が設けられ、垂直磁気記録層２３の下に、軟磁性底層２２が設けられる。図１は、単一磁気層を有する垂直磁気記録媒体を図示し、図２及び図３は、２重磁気層を有する垂直磁気記録媒体を図示する。

　まず、図１及び図２を参照すれば、各基板１１、２１上に垂直配向底層１２及び軟磁性底層２２が設けられ、その上に垂直磁気記録層１３、２３が設けられる。各垂直磁気記録層１３、２３上には、これら各々を保護するための保護膜１４、２４が形成され、保護膜１４、２４上には、情報記録／読み取りのためのヘッドスライダーとの衝突から前記保護膜１４、２４及びその下部の垂直磁気記録層１３、２３を保護し、該ヘッドスライダを円滑に摺動させるための潤滑膜１５、２５が形成される。

　図３に図示された従来の２重層を有する垂直磁気記録媒体は、図２に図示された垂直磁気記録媒体と比較して、垂直磁気記録層２２４と軟磁性底層２２２の間に垂直配向底層２２３がさらに付加された構造を有する。

　前記垂直磁気記録膜１３、２３、２２４を形成するために広範囲に使われるＣｏＣｒＰｔＸ（Ｘ＝Ｂ、Ｎｂ、ＴａまたはＯ等）系合金薄膜は、底層の形態及び構造により大きく影響されることが知られている。

　垂直配向底層を形成するために広範囲に使われるＴｉは、垂直磁気記録層のＣｏＣｒＰｔＸ系合金薄膜との比較的大きい結晶格子定数差により垂直磁気記録層と垂直配向底層との間に厚い初期成長膜を形成することが知られており、したがって垂直磁気記録層の配向特性を悪化させる短所がある。

　垂直配向底層の形成に使われるＰｔは、垂直磁気記録層のＣｏＣｒＰｔＸ系合金との格子定数差が比較的小さいため、垂直磁気記録層の垂直配向特性を優れたものとするが、ＣｏＣｒＰｔＸ合金系垂直磁気記録層（特にＰｔ含量が１０原子％またはそれ以上のＣｏＣｒＰｔＸ系合金）の結晶粒サイズを大きくすると同時に、磁気粒子間の交換結合力を顕著に増加させてデータの記録及び読取時のＳＮ比（ＳＮＲ）を減少させる短所がある。Ｐｔ底層の使用により記録層の結晶粒サイズ及び磁気粒子間の交換結合力が増加する程度はＰｔ底層の厚さと密接な関連があるが、厚いＰｔ底層を使用する場合に、前述したように記録層の結晶学的垂直配向性が非常に優秀であることによって、大きい垂直磁気異方性（Ｋｕ）及び保磁力が得られるが、Ｐｔ底層の結晶粒サイズが大きくなるにつれて垂直磁気記録層の結晶粒サイズも大きくなり、同時に磁気粒子間の交換結合力が増加する。一方、薄いＰｔ底層を使用する場合、垂直磁気記録層の結晶粒サイズ及び磁気粒子間の交換結合力の増加度が大きくないが、厚いＰｔ底層を使用する場合に比べて垂直配向性の程度が減少して低い垂直磁気異方性エネルギー定数Ｋｕ及び低い保磁力を表す短所がある。

　本発明は、記録層、底層、軟磁性底層のうち記録層の下に形成される底層の蒸着方法を制御して記録層の記録特性を向上させ得る方法を提示することによって、さらに高い磁気記録密度を達成することにその目的がある。

　前記目的を達成するために、本発明によれば、磁気記録層及び磁気記録層を支持する基板を具備する磁気記録媒体において、前記磁気記録層と基板の間に、非金属底層を含む少なくとも２つ以上の底層による多重底層が介在されていることを特徴とする磁気記録媒体が提供される。

　前記磁気記録層は水平磁気記録層あるいは垂直磁気記録層であるが、望ましくは垂直磁気記録層であり、前記多重の底層と基板間に軟磁性層が形成されている。

　本発明の望ましい一実施形態によれば、前記多重底層は第１底層、第２底層及び第３底層の３つの底層を含み、前記基板側の第１底層は、Ｔｉ，Ｐｔ，Ｔａ，Ｐｄ及びＡｕからなるグループから選択されるいずれか一つの物質またはこれらのグループから選択される少なくとも２つの物質を含む合金で形成され、前記第２底層は炭素、シリコン、シリコン酸化物、シリコン窒化物、金属酸化物、金属窒化物及び金属硫化物からなるグループから選択されるいずれか一つの物質で形成され、前記第３底層はＰｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｐｔ合金、Ｐｄ合金、Ｒｕ合金及びＣｏ合金からなるグループから選択されるいずれか一つの物質で形成される。

　本発明の望ましい他の実施形態によれば、前記多重底層は２つの底層を含み、前記基板側のある底層は炭素、シリコン、シリコン酸化物、シリコン窒化物、金属酸化物、金属窒化物及び金属硫化物からなるグループから選択されるいずれか一つの物質で形成され、前記記録層側の他の底層はＰｔ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｐｔ合金、Ｐｄ合金、Ｒｕ合金及びＣｏ合金からなるグループから選択されるいずれか一つの物質で形成される。

　前記本発明の磁気記録媒体において、前記多重底層の総厚さは、２重磁気層の場合に１５ｎｍ以下に調節することが望ましい。

　本発明によって２重層または３重層などの多層構造の底層を適用することによって記録層の直下にある第３底層により高い垂直磁気異方性Ｋｕを表しつつも第３底層下部の第２底層により小さな結晶粒サイズ及び小さな交換結合力を有する垂直磁気記録層を形成性できる。したがって、垂直記録層の高い熱的安定性、高密度記録特性、及び優秀なＳＮＲ特性などを全部確保できる。

　以下、添付した図面を参照して、本発明の望ましい実施形態による磁気記録媒体について詳細に説明する。以下の実施形態では垂直磁気記録方式の磁気記録媒体が説明されるが、本発明は垂直磁気記録方式だけでなく水平磁気記録方式にも適用でき、したがって、このようなあらゆる方式が本発明の技術的範囲内にあることを理解できる。

　本発明による、単一磁気層を有する磁気記録媒体及び２重層を有する磁気記録媒体の構造を図４ないし図６に示した。単一磁気層を有する垂直磁気記録媒体は、図４に図示されたように、金属材料よりなる第１底層３２、非金属材料よりなる第２底層３３、ＰｔまたはＰｔ合金よりなる第３底層３４が垂直磁気記録層３５と基板３１の間に順次形成された構造を有する。

　本発明の実施形態に係る２重磁気層を有する垂直磁気記録媒体においては、図５に図示されたように、軟磁性底層４２と垂直磁気記録層４６の間に、図４に図示された単一磁気層垂直磁気記録媒体のように、第１底層４３、第２底層４４および第３底層４５が順次形成され、２重磁気層を有する垂直磁気記録媒体の他の実施形態では、図６に図示されたように、軟磁性底層４２と記録層４６の間に、図４に図示された単一磁気層垂直磁気記録媒体のように、第２底層４４および第３底層４５が順次形成されている。

　図４に図示された単一磁気層垂直磁気記録媒体において、第１底層３２は、Ｔｉなどの金属材料で形成される。第１底層３２はガラスまたはＡｌ合金よりなる基板３１の粗面を被覆し、表面欠陥を治し、かつ以後に蒸着される薄膜が安定的に成長できる平坦な表面を提供する平滑層としての役割をする。図５及び図６に図示された２重磁気層を有する垂直磁気記録媒体の場合、垂直磁気記録層４６を蒸着する前に軟磁性底層４２が先に形成され、場合によっては図６に図示されたような垂直磁気記録媒体の構造を得るために前記第１底層の形成工程は省略できる。

　図４及び図５に図示されたように、前記第１底層３２、４３上に、炭素、シリコン、シリコン酸化物／窒化物、金属酸化物／窒化物／硫化物のような非金属物質の薄い蒸着により第２底層３３、４４が形成される。同様に、図６に図示されたように、軟磁性底層４２上に、炭素、シリコン、シリコン酸化物／窒化物、金属酸化物／窒化物／硫化物のような非金属物質の薄い蒸着により第２底層４４が形成される。第２底層３３，４４は、その上に形成されるＰｔまたはＰｔ合金による第３底層３４、４５の結晶粒サイズを小さくする核心的な役割をする。第２底層３３、４４上にＰｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｐｔ合金、Ｐｄ合金、Ｒｕ合金またはＣｏ合金の蒸着により薄い第３底層３４、４５を形成した後、その第３底層の上に記録層３５、４６を形成する。非金属の第２底層３３、４４は、前述したように、第３底層３４、４５の物質、例えばＰｔの結晶粒サイズを小さくすることによって第３底層３４、４５上に成長する垂直磁気記録層３５、４６の結晶粒サイズと磁気粒子間の交換結合力を減少させたりもする。同時に、また、非金属の第２底層３３、４４は、記録層３５、４６の磁区移動を抑制する磁区ピニングサイトを多量形成する役割をすることによって、Ｐｔ第３底層３４、４５が薄くても、第２底層３３、４４を適用しない場合に比べて高い保磁力を有する記録層３５、４６を形成できる。

　要約すれば、図４に図示された単一磁気層を有する垂直磁気記録媒体は、３層の底層３２、３３、３４による多重積層物が適用され、第１底層はＴｉなどの金属材料、第２底層は炭素（Ｃ）などの非金属材料、第３底層はＰｔまたはＰｔ合金で形成される。

　図５及び図６に図示された２重磁気層を有する垂直磁気記録媒体を要約すれば、軟磁性底層４２上に、第１底層４３、第２底層４４、そして第３底層４５が連続的に蒸着されるが、ここで金属材料よりなる第１底層４３は、図６に図示されたように省略できる。

　図７は、本発明によってＰｔ／Ｃ／Ｔｉ積層構造の３層の底層を有する垂直磁気記録媒体及びＰｔ、ＴｉまたはＰｔ／Ｔｉ２重構造の底層を使用した従来の垂直磁気記録媒体の磁気ヒステリシス曲線である。図７に図示されたように、Ｔｉ単一底層を適用した従来の記録媒体は、保磁力及び角形比が非常に低くて垂直磁気記録媒体として使用するには適していないことが分かり、そしてＰｔ単一底層を適用した従来の垂直磁気記録媒体の場合に保磁力は小さくないが、磁化反転時に磁化変化率が大きい（保磁力近傍の磁気ヒステリシス曲線の傾きが大きい）ことから推測して磁気粒子間の交換結合力も大きくなって記録／再生時にノイズが大きいということを予測できる。Ｐｔ／Ｔｉ二層底層を有する従来の垂直磁気記録媒体は、Ｐｔ単一底層を有する場合に比べて保磁力が多少増加するが、本発明によるＰｔ／Ｃ／Ｔｉ積層構造の底層を有する垂直磁気記録媒体は、Ｐｔ／Ｔｉ二層底層を適用した従来の垂直磁気記録媒体に比べてはるかに優秀な磁気的特性、すなわち、大きい保磁力及び磁化反転時の小さな磁化変化率を表すことが分かる。

　図８は、図７で比較した垂直磁気記録媒体のうち、本発明による第３底層（Ｐｔ）／第２底層（Ｃ）／第１底層（Ｔｉ）構造の３重の底層を有する垂直磁気記録媒体及び非金属の第２底層（例えば、Ｃ）を有しないＰｔ／Ｔｉ金属２重層だけで構成された２重底層を有する従来の垂直磁気記録媒体の垂直保磁力ＨＣ^per及び垂直磁気異方性エネルギー定数Ｋｕを表すグラフである。図８に示すように、非金属材料である炭素（Ｃ）を第２底層として含む垂直磁気記録媒体は、第２底層を有しない従来の垂直磁気記録媒体よりも、従来の媒体におけるよりも薄い第３底層（Ｐｔ）を使用しても大きい記録層の保磁力を得られることが分かり、垂直磁気異方性エネルギー定数Ｋｕは第２底層の使用に関係なくほとんど同じ値を表すことが分かる。

　図９Ａ及び図９Ｂは、従来のＣｏＣｒＰｔＸ／Ｐｔ／Ｔｉ３重底層構造と本発明によるＣｏＣｒＰｔＸ／Ｐｔ／Ｃ／Ｔｉ底層構造の上に成長した結晶粒子サイズ及び結晶粒子サイズの分布の違いを示す透過型電子顕微鏡写真である。

　図９Ａに図示されたように、従来の垂直磁気記録膜の結晶粒子の平均直径は１４．９ｎｍである。しかし、図９Ｂに図示されたように、本発明によって第２の非金属物質（例えば、Ｃ）底層を適用した垂直磁気記録媒体では、結晶粒子の平均直径は１１．５ｎｍである。すなわち、本発明による記録層の結晶粒子のサイズは、第２炭素（Ｃ）底層を適用しない従来の垂直磁気記録媒体のそれに比べて縮径する。その上、第２非金属（炭素Ｃ）底層を適用した本発明による垂直磁気記録媒体は、第２非金属（炭素Ｃ）底層を有していない従来の垂直磁気記録媒体に比べて均一かつ狭い粒子サイズの分布を示す。

　図１０は、図８に示した垂直磁気記録媒体のＳＮＲ特性を示す。図１０によれば、炭素を第２底層の材料として使用する垂直磁気記録媒体は、炭素からなる第２底層を有しない従来の垂直磁気記録媒体よりも、高記録密度領域でのＳＮＲが顕著に向上することが分かる。

　前記のような本発明の特徴的要素である２重または３重層の底層の適用は記録方式に制限されず、したがって垂直磁気記録方式はもちろん水平磁気記録方式にも適用できる。

　いくつかの模範的な実施形態が説明されて添付された図面に図示されたが、このような実施形態は単に本発明を例示しただけでこれに限定されることではない。また、本発明は図示及び説明された構造と配列に限定されず、多様な他の修正が当業者により可能である。

　本発明は高密度の情報記録が可能な磁気記録媒体、特に磁気記録層の高い熱的安定性と高密度記録特性、優秀なＳＮＲ特性などを有する磁気記録媒体に適用できる。

従来の単一磁気層を有する垂直磁気記録媒体の積層構造を示す図面である。 従来の２重磁気層を有する垂直磁気記録媒体の積層構造を示す図面である。 従来の他の２重磁気層を有する垂直磁気記録媒体の積層構造を示す図面である。 本発明による３層構造の底層を有する単一磁気層垂直磁気記録媒体の一実施形態の積層構造を示す図面である。 本発明による３層構造の底層が記録層と軟磁性底層の間に設けられた構造を有する２重磁気層垂直磁気記録媒体の一実施形態の積層構造を示す図面である。 本発明によって２層構造の底層を有する２重磁気層垂直磁気記録媒体の一実施形態の積層構造を示す図面である。 従来の構造の底層を有する単一磁気層垂直磁気記録媒体及び本発明によりＰｔ／Ｃ／Ｔｉ ３重底層構造が適用された単一磁気層垂直磁気記録媒体の磁気ヒステリシス曲線を示す図面である。 本発明によるＰｔ／Ｃ／Ｔｉ底層構造が適用された単一磁気層垂直磁気記録媒体と従来のＰｔ／Ｔｉ２層構造の底層を有する垂直磁気記録媒体の垂直保磁力Ｈｃ^perと垂直磁気異方性エネルギー定数Ｋｕとを比較して示したグラフである。 従来のＣｏＣｒＰｔＸ／Ｐｔ／Ｔｉ３層構造の底層上に成長した結晶粒サイズおよび結晶粒の分布を示す透過型電子顕微鏡映像である。 本発明によるＣｏＣｒＰｔＸ／Ｐｔ／Ｃ／Ｔｉ３層構造の底層上に成長した結晶粒サイズおよび結晶粒の分布を示す透過型電子顕微鏡映像である。 図８に示した垂直磁気記録媒体のＳＮＲ特性変化を示したグラフである。

符号の説明

　４１　　　基板
　４２　　　軟磁性底層
　４３　　　第１底層
　４４　　　第２底層
　４５　　　第３底層
　４６　　　垂直磁気記録層
　４７　　　保護膜
　４８　　　潤滑膜

Claims (12)

1. 　磁気記録層及び磁気記録層を支持する基板を具備する磁気記録媒体において、
   　前記磁気記録層と基板の間に非金属底層を含む少なくとも２つ以上の底層による多重底層が介在されていることを特徴とする磁気記録媒体。
2. 　前記磁気記録層は垂直磁気記録層であることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体。
3. 　前記多重の底層と基板間に軟磁性層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体。
4. 　前記底層と基板間に軟磁性層が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の磁気記録媒体。
5. 　前記多重底層は３つの底層を含み、
   　前記基板側の第１底層はＴｉ，Ｐｔ，Ｔａ，Ｐｄ，Ａｕで構成されたグループから選択されたいずれか一つの物質またはこのグループより選択された少なくとも２つの物質を含む合金で形成され、
   　前記第２底層は炭素、シリコン、シリコン酸化物、シリコン窒化物、金属酸化物、金属窒化物、金属硫化物で構成されたグループより選択されたいずれか一つの物質で形成され、
   　前記第３底層はＰｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｐｔ合金、Ｐｄ合金、Ｒｕ合金、Ｃｏ合金で構成されたグループから選択されたいずれか一つの物質で形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の磁気記録媒体。
6. 　前記多重底層は２つの底層を含み、
   　前記基板側のある底層は炭素、シリコン、シリコン酸化物、シリコン窒化物、金属酸化物、金属窒化物、金属硫化物で構成されたグループから選択されたいずれか一つの物質で形成され、
   　前記磁気記録層側の他の底層はＰｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｐｔ合金、Ｐｄ合金、Ｒｕ合金、Ｃｏ合金で構成されたグループから選択されたいずれか一つの物質で形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の磁気記録媒体。
7. 　前記多重の底層の総厚さは１５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の磁気記録媒体。
8. 　磁気記録層と、磁気記録層を支持する基板、前記磁気記録層と基板間に介在される軟磁性底層を具備する磁気記録媒体において、
   　前記磁気記録層と軟磁性底層間に少なくとも非金属底層を含む少なくとも２つ以上の底層による多重底層が介在されていることを特徴とする磁気記録媒体。
9. 　前記磁気記録層は垂直磁気記録層であることを特徴とする請求項８に記載の磁気記録媒体。
10. 　前記多重底層は３つの底層を含み、
    　前記基板側の第１底層はＴｉ，Ｐｔ，Ｔａ，Ｐｄ，Ａｕで構成されたグループから選択されたいずれか一つの物質またはこの物質より選択された少なくとも２つの物質を含む合金で形成され、
    　前記第２底層は炭素、シリコン、シリコン酸化物、シリコン窒化物、金属酸化物、金属窒化物、金属硫化物で構成されたグループから選択されたいずれか一つの物質で形成され、
    　前記第３底層はＰｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｐｔ合金、Ｐｄ合金、Ｒｕ合金、Ｃｏ合金で構成されたグループから選択されたいずれか一つの物質で形成されることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の磁気記録媒体。
11. 　前記多重底層は２つの底層を含み、
    　前記基板側のある底層は炭素、シリコン、シリコン酸化物、シリコン窒化物、金属酸化物、金属窒化物、金属硫化物で構成されたグループから選択されたいずれか一つの物質で形成され、
    　前記記録層側の他の底層はＰｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｐｔ合金、Ｐｄ合金、Ｒｕ合金、Ｃｏ合金で構成されたグループから選択されたいずれか一つの物質で形成されることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の磁気記録媒体。
12. 　前記多重の底層の総厚さは１５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項８ないし請求項１１のいずれか１項に記載の磁気記録媒体。