JP2004152471A - ＦｅＰｔＣ薄膜を利用した高密度磁気記録媒体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】
磁気記録に適合した保磁力と微細な結晶粒及び均一な結晶粒径分布を持った最適組成の炭素が添加されたFePtC合金薄膜からなる磁気記録媒体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】
FePtC合金薄膜に炭素を25 体積体積%添加することによって、高密度磁気記録媒体として好ましい微視的磁気特性及び構造的特性を持った磁気記録媒体を提供し、また、FePtC薄膜を基板温度400℃でdcマグネトロンスパッタリング装置を利用して同時蒸着する方法で形成して、基板の熱処理及び蒸着時間は1時間にすることを特徴とする磁気記録媒体の製造方法を提供することによって、貯蔵密度を高め、ノイズを減らし、工程温度を下げる効果を持つ。
【選択図】 図2
磁気記録に適合した保磁力と微細な結晶粒及び均一な結晶粒径分布を持った最適組成の炭素が添加されたFePtC合金薄膜からなる磁気記録媒体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】
FePtC合金薄膜に炭素を25 体積体積%添加することによって、高密度磁気記録媒体として好ましい微視的磁気特性及び構造的特性を持った磁気記録媒体を提供し、また、FePtC薄膜を基板温度400℃でdcマグネトロンスパッタリング装置を利用して同時蒸着する方法で形成して、基板の熱処理及び蒸着時間は1時間にすることを特徴とする磁気記録媒体の製造方法を提供することによって、貯蔵密度を高め、ノイズを減らし、工程温度を下げる効果を持つ。
【選択図】 図2
Description
本発明は、磁気記録媒体に関するものである。より詳細には、情報記録用磁気記録において情報貯蔵手段に使用されるFePt薄膜に炭素を添加して情報貯蔵密度を高めた情報記録用磁気記録媒体の材料及び磁気記録媒体の製造方法に関するものである。
一般的に情報記録用磁気記録媒体に使用される材料の主要要件は、磁気記録の安定性と記録ヘッド容量を考慮して保磁力の大きさが、2〜5kOe程度で、粒子(Grain)の大きさが小さくなければならないことである。しかし、粒子の大きさが減少すれば粒子の熱的安定性が問題になるため、熱的安定性のために高い磁気異方性が要求される。このため情報記録用磁気記録媒体として注目されている材料中の一つが規則化構造のFePt薄膜である。常温で蒸着されたFePtは、非規則化されたfcc構造(Disordered Face Centered Cubic)を持ち、高い温度で熱処理をすれば高い結晶磁気異方性を持った規則化されたfct構造(Ordered Face Centered Tetragonal)を得られる。
このようなFePt薄膜は、熱処理をする場合規則構造を得られるが、粒子の大きさが大きくなり不規則になる短所がある。そのため、磁気記録物質として最適な性質を得るために熱処理や他の物質を添加する方法が研究されていた。
コフェイ(Coffey)は、1999年の特許で炭素のような物質をFePtに添加させることによって微細構造を変えることができ、雑音を減らすことができる可能性を言及した(特許文献１参照)。しかし、具体的なデータが提示されたものではない。
ジェイ・エイ・クリストドウリデス(J. A. Christodoulides)は、FePtと炭素を多層薄膜に製作して、構造的磁気的特性を発表した(非特許文献１参照)。彼は、炭素の含量を変化させながら保磁力の変化と微細構造の変化を実験した。しかし、この従来技術によれば、多層薄膜製造上の問題によって薄膜を蒸着した後、熱処理する過程で700℃の高い温度を必要とし、このような高い温度は実際の工程上での問題点を発生させることになる。また、FePt粒子の大きさが不均一で雑音が増加する。そして、角形比の値が1以下に減るために磁気記録媒体の雑音が増加する問題点がある。
米国特許 第5,989,728号, 1999年11月23日, Coffey等
J. A. Christodoulides, J. Appl. Phys. 2000年、第87巻、P.6938
本発明は、前記問題点を解決するために情報記録用磁気媒体の材料に使用されるFePt薄膜の熱処理時保磁力値は2〜5kOe、角形比は1の値を持つようにして、FePt 粒子の大きさを小さく均一にする材料を提供し、また、このような材料を製作するための製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、上記の目的を達成するために、情報を記録する情報記録手段及び前記情報記録手段により情報が磁気的に記録される情報貯蔵手段からなる情報記録媒体において、前記情報貯蔵手段が400℃の酸化マグネシウム(MgO)基板上に鉄(Fe)、白金(Pt)、炭素(C)が同時蒸着されたFePtC合金薄膜層を含む磁気記録媒体であることを特徴とする。
また、本発明の磁気記録媒体は、FePtC薄膜を基板温度400℃でdcマグネトロン スパッタリング装置を利用して同時蒸着方法で製作し、前記FeとPtの組成は原子比1:1 を維持した。炭素(C)の比率を0〜85%に変化させることによって高密度磁気記録装置に適合した保磁力と小さな結晶粒径を持った、情報貯蔵媒体として情報貯蔵密度を高め雑音を減らせる比率を探し出し製作されたことを特徴とする。
上記のように、本発明の実施例によれば、dcマグネトロンスパッタリング装置を利用して薄膜を蒸着する。また、蒸着前初期真空度は1×10-6Torr以下になるようにし、スパッタリングガスには純度99.9999%のアルゴンを使用した。
本発明の実施例においては、2インチ直径の鉄(Fe)、炭素(C)ターゲット(target)と縦横5mmの白金(Pt)チップ(chip)が使用される。FePtC薄膜は酸化マグネシウム MgO(100)基板上にFe、Pt、Cを同時に蒸着することによって形成し、蒸着時間は1時間に固定した。
また、蒸着と同時に基板裏面にヒーターを置き、基板の温度を1時間の間、一定にした。MgO基板は熱的安定性が優れているため、このような熱処理を行って物質の基板に使用するのに適当である。ヒーターは基板の裏面に付けて位置させる。これは、高温の熱を加えるための方法であって、接触させない場合には熱の伝達がうまくなされず、高温の熱が蒸着面まで伝達されないためである。そして、ヒーター上側にはセラミックプラグをのせて、ぐらつく懸念のあるヒーターを固定した。ヒーターの抵抗は 1Ωで700℃以上の高温が可能である。
本発明において薄膜の結晶構造及び配向性は、X線回折分析器(XRD)を通して観察し、結晶粒の大きさ及び微細構造はSEM(Scanning Electron Microscope)とTEM(Transmission Electron Microscope)を利用して観察した。薄膜の磁気的特性はVSM(Vibrating Sample Magnetometer)を利用して常温で測定した。薄膜の組成はEDAX(Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy)で分析し、厚みはα-stepを利用して測定した。
本発明によれば、次のような効果を得られる。
第一に、FePtに炭素を添加することによってFePt粒子の大きさを炭素の添加が25体積%の場合5nmから50体積%の添加時には4nmまで減らすことができ、均一な分布が得られる。それで磁気記録物質の記録密度を高め、ノイズを減らせる効果を得る。
第一に、FePtに炭素を添加することによってFePt粒子の大きさを炭素の添加が25体積%の場合5nmから50体積%の添加時には4nmまで減らすことができ、均一な分布が得られる。それで磁気記録物質の記録密度を高め、ノイズを減らせる効果を得る。
第二に、FePtに炭素を25体積%添加すれば、4.4kOeの保磁力が得られる。これは磁気記録に使われる記録ヘッドに加えられる磁気場の大きさと記録媒体の安定性をすべて考慮し、最適な保磁力の値を得た結果と言える。
第三に、炭素の添加は、FePt薄膜の構造に変化を起し、炭素の添加が25体積%の時までは不連続なチャンネル構造を示すことが分かる。このようなチャンネル構造は強い相互作用を起し、保磁力の値を増加させる効果をもたらす。
第四に、同時蒸着を行えば、既存のFePtと炭素の多層薄膜に比べて蒸着と同時に熱処理をできる長所があり、規則構造を形成するようになる温度を下げられる。本発明の実験では多層薄膜の場合より低い400℃の温度でも優れた性質を示す試料を製作できた。
したがって、従来のFePtを使用した場合と比較すると、本発明により炭素を同時蒸着の方法で400℃の基板温度で25体積%で添加すると、保磁力の大きさは4.4 kOeになり、粒の大きさを5nmに減らして分布を均一にできるため、磁気記録に最適な試料が得られる。また、FePtと炭素を多層薄膜に重ねた場合と比較すると、試料を製作する温度を下げ、粒の分布を均一にする効果が得られる。すなわち、情報貯蔵物質において貯蔵密度を高め、ノイズを減らしまた、工程温度を下げられる。
以下、本発明による磁気記録媒体を製作するために炭素の比率を変化させた際の種々の特性を図示した添付図面を参照しながら説明する。
図1は、400℃でFePtに炭素(C)を添加した場合の、その添加した量によるXRD強さの変化を示している。図1に図示されたように炭素の量が増えるにつれてFePtのオーダーリングピーク(Ordering Peak)の大きさは、減ることが分かる。炭素はFePtのfct構造を壊す役割を果たし、50体積%ではfct構造のピークが消えていくことが観察される。
図2は、400℃でFePtに炭素を添加した場合の、その添加した量によるTEMイメージの変化を図示したものである。炭素を添加しなかった時のFePt粒子の模様をみると、大きさは10〜20nm程度で大きな粒子を形成して変化が激しいことが分かる。また、25体積%の炭素を添加した場合、粒子の大きさは5.2nmで小さくなり、変化も標準偏差が1.7nmで小さいことが分かる。このような粒子径の減少は炭素の比率が増加するにつれてさらに目立つようになり、50%の炭素添加時には4nmの粒子径を示す。しかし、完全に形成されない粒子が多く、これは炭素の含量増加によりFePtの結合を妨害する現象が50体積%以上からは明白に現れることを示す結果である。
図3は、400℃でFePtに炭素を添加した場合の、その添加した量によるM-Hループの変化図であり、炭素の含量が増加するほどループの模様は横軸方向に拡がる傾向があることを示している。即ち、飽和磁化の値は減少し保磁力の値は増加する。ところで、33体積%からは保磁力の値が減少するようになるが飽和磁化の値もまた急激に減少するようになりこのような傾向は持続的に起きる。
図4は、400℃でFePtに炭素を添加した場合の、その添加した量による保磁力変化図である。炭素を添加すると保磁力の値は増加する。これは飽和磁化値の減少の影響であると考えられる。25体積%以上添加した場合、試料の保磁力は減少し、炭素による磁気異方性の減少が飽和磁化に比べて保磁力にさらに大きな影響を及ぼすためであると考えられる。磁気記録に適合する保磁力の値は、2〜5kOe程度で、このような条件を25体積%の炭素が添加された試料が満たすことが分かる。また、ノイズに大きな影響を及ぼす角形比も25体積%の炭素が添加された試料までは1に近い値を維持するため、ノイズ的な側面からも25体積%試料は磁気記録に適切であると言える。
図5は、400℃でFePtに炭素を添加した場合の、その添加した量による表面構造の変化を図示したものである。炭素の添加量が25体積%になるまでの表面の構造は、不連続なチャンネル構造が見られる。
図6は、400℃でFePtに炭素を添加した場合の、その添加した量による磁化反転の様子を比較した図面であり、時間経過(0〜15秒)による磁化反転の変化の様子を示す。a)は、炭素を添加しない場合の磁化反転の様子であり、チャンネル構造と類似した形態の様子を示すことが分かる。即ち、チャンネルに沿って強い相互交換力が作用することが分かる。b)は、炭素を25体積%添加した場合の磁化反転の様子である。炭素を添加しない時と比較すると連結されることなく切れた核形成主導の磁化反転の様子が見られる。これは、図5で見られたように、チャンネル形成が炭素を添加することによって弱まりチャンネルに沿って発生する強い相互作用が減少するためである。
したがって、上記の一連の実験結果から、炭素が25体積%程度添加された場合に高密度磁気記録媒体に適合した微視的磁気特性及び構造的特性を持つことが分かる。
本発明は、上述した特定の好ましい実施例に限定されず、本特許請求の範囲に請求する本発明の要旨を逸脱することなしに、当該発明が属する技術分野における当業者であれば多様な変形実施が可能であることはもちろんであり、そのような変更は、本特許請求の範囲の記載範囲内にある。
Claims (8)
- 情報を記録する情報記録手段及び前記情報記録手段により情報が磁気的に記録される情報貯蔵手段からなる磁気記録媒体であって、前記情報貯蔵手段は、鉄(Fe)、白金(Pt)、炭素(C)を同時蒸着したFePtC薄膜を含む、前記磁気記録媒体。
- 炭素の含量が、10〜50体積%である、請求項1に記載の磁気記録媒体。
- 情報を記録する情報記録手段及び前記情報記録手段により情報が磁気的に記録される情報貯蔵手段からなる磁気記録媒体の製造方法であって、前記情報貯蔵手段が、基板上に鉄(Fe)、白金(Pt)、炭素(C)を同時蒸着してFePtC薄膜を形成することによって製造される、磁気記録媒体製造方法。
- FePtC薄膜を、スパッタリング装置を用いて同時蒸着する、請求項3に記載の製造方法。
- 炭素の含量が、25体積%である、請求項3または４に記載の製造方法。
- 基板に酸化マグネシウム(MgO)基板を用い、請求項3〜５のいずれかに記載の製造方法。
- 蒸着と同時に基板を400℃で熱処理する、請求項3〜6のいずれかに記載の製造方法。
- 蒸着及び熱処理を行う時間が、1時間である、請求項7に記載の製造方法。
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