JP2005085387A - 磁性ナノ粒子を用いた磁気記録媒体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】
本発明は、第3元素の添加により規則化温度の低減をせず、磁性ナノ粒子の磁気異方性を高めること、即ち垂直磁気記録媒体において基板面に対して垂直方向への配向性を高めることができる磁気記録媒体の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
磁気ディスク基板へ磁性ナノ粒子を成膜する前の状態で規則化のための熱処理をし、微粒子の状態を確保しつつ、樹脂とともに基板上に成膜する。その際、磁気異方性を高めるため、樹脂を硬化させるまでの間に磁界を印加し、磁性ナノ粒子の磁化方向を揃える。
【選択図】
図1
本発明は、第3元素の添加により規則化温度の低減をせず、磁性ナノ粒子の磁気異方性を高めること、即ち垂直磁気記録媒体において基板面に対して垂直方向への配向性を高めることができる磁気記録媒体の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
磁気ディスク基板へ磁性ナノ粒子を成膜する前の状態で規則化のための熱処理をし、微粒子の状態を確保しつつ、樹脂とともに基板上に成膜する。その際、磁気異方性を高めるため、樹脂を硬化させるまでの間に磁界を印加し、磁性ナノ粒子の磁化方向を揃える。
【選択図】
図1
Description
本発明は、磁性ナノ粒子を用いた磁性材料、特に磁化の方向が揃った磁性材料、磁気記録媒体の製造方法に関わる。
コンピュータの外部記憶装置等に用いられている磁気記録媒体は、記憶される情報量の急速な増加に伴って、大容量化、高速化、低コスト化のニーズが高まっている。かかるニーズを満足させるための最重要課題は、磁気記録媒体の高密度記録化であり、年率100%の伸びを示している。
1T/bit2級の超高密度磁気記録媒体では、記録分解能の向上と高S/N化のために記録層の結晶粒の微細化が必須である。しかし、そのためには一記録単位を担う磁気的クラスタを微小化する必要がある。磁気的クラスタのサイズは、最も小さい場合、結晶の物理的なサイズ、即ち結晶粒径と等しくなる。これまで様々な手法により結晶粒径を微小化する検討が行われている。
しかし、単に結晶粒径の微細化を進めていくと熱揺らぎ耐性が劣化し、磁化として記録した情報が消失してしまうという問題が生じる。熱揺らぎ耐性を確保するためには、結晶粒径の微細化に伴う結晶粒の体積の減少分を補う一軸結晶磁気異方性の増加が必要になる。
これらの問題を解決するために、磁性金属をナノメートルスケールで、かつ粒径が均一な結晶として得る方法として、化学合成法を挙げることができる(参照:特許文献1)。ここでは、Co(コバルト)、Fe(鉄)、Ni(ニッケル)などの磁性材料を含むナノ粒子を規則的な周期的配列を作成し、基板表面上に安定してナノ粒子を配列する手法が提案されている。
fct構造を有し磁性を持っている規則化合金としては、Fe−Pt(鉄−白金)、Fe−Pd(鉄−パラジウム)、Co−Pt(コバルト−白金)があり、中でもFe−Pt規則化合金は、一軸結晶磁気異方性Kuの値が〜108erg/ccのオーダーで従来のCoCrPt合金(コバルト−クロム−白金)より高い。また、結晶粒径が小さい(平均粒径4nm)状態でも熱揺らぎ耐性を有し、従来のスパッタ法などの真空成膜方法により得られる連続金属媒体より化学合成法により得られる結晶粒径の分散は遥かに小さく、自己整列的に均一に配列されるため、ノイズも低減されると期待される。
特開2000−48340号公報
1T/bit2級の超高密度磁気記録媒体では、記録分解能の向上と高S/N化のために記録層の結晶粒の微細化が必須である。しかし、そのためには一記録単位を担う磁気的クラスタを微小化する必要がある。磁気的クラスタのサイズは、最も小さい場合、結晶の物理的なサイズ、即ち結晶粒径と等しくなる。これまで様々な手法により結晶粒径を微小化する検討が行われている。
しかし、単に結晶粒径の微細化を進めていくと熱揺らぎ耐性が劣化し、磁化として記録した情報が消失してしまうという問題が生じる。熱揺らぎ耐性を確保するためには、結晶粒径の微細化に伴う結晶粒の体積の減少分を補う一軸結晶磁気異方性の増加が必要になる。
これらの問題を解決するために、磁性金属をナノメートルスケールで、かつ粒径が均一な結晶として得る方法として、化学合成法を挙げることができる(参照:特許文献1)。ここでは、Co(コバルト)、Fe(鉄)、Ni(ニッケル)などの磁性材料を含むナノ粒子を規則的な周期的配列を作成し、基板表面上に安定してナノ粒子を配列する手法が提案されている。
fct構造を有し磁性を持っている規則化合金としては、Fe−Pt(鉄−白金)、Fe−Pd(鉄−パラジウム)、Co−Pt(コバルト−白金)があり、中でもFe−Pt規則化合金は、一軸結晶磁気異方性Kuの値が〜108erg/ccのオーダーで従来のCoCrPt合金(コバルト−クロム−白金)より高い。また、結晶粒径が小さい(平均粒径4nm)状態でも熱揺らぎ耐性を有し、従来のスパッタ法などの真空成膜方法により得られる連続金属媒体より化学合成法により得られる結晶粒径の分散は遥かに小さく、自己整列的に均一に配列されるため、ノイズも低減されると期待される。
しかしながら、上記の化学合成法によって得られる磁性ナノ粒子は、個々の粒子の結晶は不規則相(Fe−Ptの場合はfcc(面心立法構造))として生成するため、そのままでは磁性体として望ましい性質を示さない。さらに磁気記録媒体として用いる場合、結晶磁気異方性が著しく小さく、このままでは記録情報を保持することができない。
そのため、結晶磁気異方性を高め、磁化容易軸を発現させるためには、結晶を規則化(fccからfctへ結晶構造を変化)させなければならず、そのためには磁性ナノ粒子を磁気ディスク基板上に塗布後、500℃以上の真空中での高温熱処理を必要とされている。
このような高温では、例えば垂直磁気記録媒体を構成する非晶質あるいは微結晶からなる軟磁性層は結晶化あるいは結晶化が促進し、特に高周波透磁率が低下し、記録の際に高速書き込み特性が劣化してしまうという問題がある。また、磁気ディスク基板として用いられるガラス基板は、高温処理により熱変形を起こし、極低浮上で浮上しているヘッドスライダが基板と接触して生じるヘッドクラッシュなどの障害発生の原因となり、HDI(ヘッド・ディスク・インターフェイス)の信頼性を著しく低下してしまうという問題がある。
Fe−Pt規則化合金の規則化温度を低減する試みも行われている(黒部他、“アルコール還元法によるFePt微粒子の合成、日本学術振興会、アモルファス・ナノ材料第147委員会 第79回研究会資料、P20−26)。それによると、Fe−Pt微粒子にSb(アンチモン)、Bi(ビスマス)およびPb(鉛)を添加することで400℃の熱処理温度でもFe−Pt微粒子の規則化を確認している。しかし、第3元素の添加は、本質的に磁性元素の量が減るため、磁性材料としての磁化量が低下を招き、それにより記録媒体からの記録信号磁界の低下、S/Nの低下といった問題を生じる。
本発明は、第3元素を添加せず、磁性ナノ粒子の磁気異方性を高めること、即ち垂直磁気記録媒体において基板面に対して垂直方向への配向性を高めることにより、高密度記録可能な磁気記録媒体の製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
第1の手段としては、
有機スルホン酸塩と磁性ナノ粒子との混合物を調製する工程と、混合物を規則化温度以上で熱処理する工程と、混合物から規則化した磁性ナノ粒子を抽出する工程と、磁性ナノ粒子を熱硬化樹脂あるいは紫外線硬化樹脂に有機溶媒に均一に分散する工程と、熱硬化樹脂あるいは紫外線硬化樹脂の硬化が完了するまでの間に一軸磁気異方性を付加する工程と、を含む磁気記録媒体の製造方法である。
有機スルホン酸塩と磁性ナノ粒子との混合物を調製する工程と、混合物を規則化温度以上で熱処理する工程と、混合物から規則化した磁性ナノ粒子を抽出する工程と、磁性ナノ粒子を熱硬化樹脂あるいは紫外線硬化樹脂に有機溶媒に均一に分散する工程と、熱硬化樹脂あるいは紫外線硬化樹脂の硬化が完了するまでの間に一軸磁気異方性を付加する工程と、を含む磁気記録媒体の製造方法である。
第1の手段によれば、
基板塗布前にナノ粒子の状態を保ったまま磁性ナノ粒子を規則化させることができる。すなわち、磁性ナノ粒子は有機スルホン酸塩と混合させることで、粒子の周りを有機スルホン酸塩で取り囲むことができる。高温熱処理時に有機スルホン酸塩は分解が進み、無機塩となって磁性ナノ粒子の周りを保護し、お互いに粒子が接触することがないので、規則化熱処理後においても記録の最小単位になる磁気的クラスタを小さく保つことができる。
熱処理後の混合物は有機溶媒が気化されているため、磁性ナノ粒子のみ抽出した後、
磁性ナノ粒子は樹脂とともに有機溶媒中に均一に分散させる。前記樹脂は、熱硬化樹脂あるいは紫外線硬化樹脂を用い、所望の膜厚を得るため粘度を調節した後、スピンコート法などにより容易に、かつ安価に基板上に磁性ナノ粒子を塗布することができる。
磁性ナノ粒子は、すでに規則化されているため、樹脂を硬化するまでの間、磁界を印加すれば、磁性ナノ粒子が有機溶媒中を自由に移動あるいは方向を変えることができる。従って、磁界印加方向に大きな一軸結晶磁気異方性を持った磁性薄膜を得ることができる。また、規則化が完了した磁性ナノ粒子を塗布するため、従来必要であった500℃以上の高温での規則化のための熱処理を行う必要がないため、基板の変形といった問題も発生しない。
第2の手段としては、
第1の手段の規則化した磁性ナノ粒子を抽出する方法であって、磁性ナノ粒子を分散安定剤を含んだ非極性有機溶媒に溶解する工程と、さらに極性有機溶媒を混合する工程と、前記極性有機溶媒を混合して生成された沈殿物を分離する工程と、を含む磁気記録媒体の製造方法である。
基板塗布前にナノ粒子の状態を保ったまま磁性ナノ粒子を規則化させることができる。すなわち、磁性ナノ粒子は有機スルホン酸塩と混合させることで、粒子の周りを有機スルホン酸塩で取り囲むことができる。高温熱処理時に有機スルホン酸塩は分解が進み、無機塩となって磁性ナノ粒子の周りを保護し、お互いに粒子が接触することがないので、規則化熱処理後においても記録の最小単位になる磁気的クラスタを小さく保つことができる。
熱処理後の混合物は有機溶媒が気化されているため、磁性ナノ粒子のみ抽出した後、
磁性ナノ粒子は樹脂とともに有機溶媒中に均一に分散させる。前記樹脂は、熱硬化樹脂あるいは紫外線硬化樹脂を用い、所望の膜厚を得るため粘度を調節した後、スピンコート法などにより容易に、かつ安価に基板上に磁性ナノ粒子を塗布することができる。
磁性ナノ粒子は、すでに規則化されているため、樹脂を硬化するまでの間、磁界を印加すれば、磁性ナノ粒子が有機溶媒中を自由に移動あるいは方向を変えることができる。従って、磁界印加方向に大きな一軸結晶磁気異方性を持った磁性薄膜を得ることができる。また、規則化が完了した磁性ナノ粒子を塗布するため、従来必要であった500℃以上の高温での規則化のための熱処理を行う必要がないため、基板の変形といった問題も発生しない。
第2の手段としては、
第1の手段の規則化した磁性ナノ粒子を抽出する方法であって、磁性ナノ粒子を分散安定剤を含んだ非極性有機溶媒に溶解する工程と、さらに極性有機溶媒を混合する工程と、前記極性有機溶媒を混合して生成された沈殿物を分離する工程と、を含む磁気記録媒体の製造方法である。
第2の手段によれば、
第1の手段により得られた熱処理後の混合物に、分散安定剤を含んだ非極性有機溶媒を加えたとき完全に溶解する場合がある。これは磁性ナノ粒子の規則化温度を400℃以下で行った場合、有機スルホン酸塩の分解が十分でないことによるものである。このときの磁性ナノ粒子は、極性有機溶媒(エタノールなど)を加えて磁性ナノ粒子を沈殿させ、有機スルホン酸、ヘキサン、エタノールの上澄み溶液を分離、除去することで抽出することができる。これにより規則化後の磁性ナノ粒子を凝集していない孤立化した粒子として再度抽出することができる。
第1の手段により得られた熱処理後の混合物に、分散安定剤を含んだ非極性有機溶媒を加えたとき完全に溶解する場合がある。これは磁性ナノ粒子の規則化温度を400℃以下で行った場合、有機スルホン酸塩の分解が十分でないことによるものである。このときの磁性ナノ粒子は、極性有機溶媒(エタノールなど)を加えて磁性ナノ粒子を沈殿させ、有機スルホン酸、ヘキサン、エタノールの上澄み溶液を分離、除去することで抽出することができる。これにより規則化後の磁性ナノ粒子を凝集していない孤立化した粒子として再度抽出することができる。
第3の手段としては、
第1の手段の規則化した磁性ナノ粒子を抽出する方法であって、分散安定剤を含んだ非極性有機溶媒に加える工程と、前記有機溶媒を攪拌、粉砕する工程と、有機溶媒に水を混合する工程と、磁性ナノ粒子を含む有機相のみを抽出する工程と、を含む磁気記録媒体の製造方法である。
第1の手段の規則化した磁性ナノ粒子を抽出する方法であって、分散安定剤を含んだ非極性有機溶媒に加える工程と、前記有機溶媒を攪拌、粉砕する工程と、有機溶媒に水を混合する工程と、磁性ナノ粒子を含む有機相のみを抽出する工程と、を含む磁気記録媒体の製造方法である。
第3の手段によれば、
第2の手段の場合と異なり、第1の手段により得られた熱処理後の混合物に、分散安定剤を含んだ非極性有機溶媒を加えたとき完全に溶解しない場合がある。これは磁性ナノ粒子の規則化温度を400℃以上で行った場合、有機スルホン酸塩の分解が十分であることによるものである。このときの磁性ナノ粒子と分散安定剤をなじませた後に粉砕、攪拌を行う。次いで水を追加して無機塩を溶解することで、有機スルホン酸塩の残渣を水相に、磁性ナノ粒子を有機相に分離し、水相を除去することで磁性ナノ粒子のみ抽出できる。これにより第2の手段と同様に、規則化後の磁性ナノ粒子を凝集していない孤立化した粒子として再度抽出することができる。
第4の手段としては、
第1の手段の磁気記録媒体の製造方法であって、前記一軸磁気異方性を付加する方向が基板面垂直方向である磁気記録媒体の製造方法である。
第4の手段によれば、
第1の手段に用いられる磁界印加方向を基板垂直方向とすることで、大きな垂直磁気異方性を持った垂直磁気記録媒体を得ることができ、熱揺らぎ耐性の優れた記録媒体を得ることができる。
第2の手段の場合と異なり、第1の手段により得られた熱処理後の混合物に、分散安定剤を含んだ非極性有機溶媒を加えたとき完全に溶解しない場合がある。これは磁性ナノ粒子の規則化温度を400℃以上で行った場合、有機スルホン酸塩の分解が十分であることによるものである。このときの磁性ナノ粒子と分散安定剤をなじませた後に粉砕、攪拌を行う。次いで水を追加して無機塩を溶解することで、有機スルホン酸塩の残渣を水相に、磁性ナノ粒子を有機相に分離し、水相を除去することで磁性ナノ粒子のみ抽出できる。これにより第2の手段と同様に、規則化後の磁性ナノ粒子を凝集していない孤立化した粒子として再度抽出することができる。
第4の手段としては、
第1の手段の磁気記録媒体の製造方法であって、前記一軸磁気異方性を付加する方向が基板面垂直方向である磁気記録媒体の製造方法である。
第4の手段によれば、
第1の手段に用いられる磁界印加方向を基板垂直方向とすることで、大きな垂直磁気異方性を持った垂直磁気記録媒体を得ることができ、熱揺らぎ耐性の優れた記録媒体を得ることができる。
以上説明したように、Fe−Pt規則化合金のような高い一軸結晶磁気異方性を持つ材料は、規則化温度として500℃以上を必要としたため、基板上に成膜した段階で高温熱処理をすることができず、磁気記録媒体用の材料として適していなかったが、本発明によると、基板に成膜する前段階において規則化することができ、その後基板に成膜することで基板を高温状態にすることなく、磁性ナノ粒子を成膜することができる。
また、従来磁性ナノ粒子が基板に固着した状態で磁場を印加していたが、本発明では磁性ナノ粒子は事前に規則化し磁化されているので、基板上に固着させる段階で磁場を印加することで磁化の方向を容易に揃えることができる。従って、本製造方法によって得られる磁気記録媒体は、大きな一軸結晶磁気異方性を得られるため、熱揺らぎ耐性の優れた磁気記録媒体を製造することができる。
また、従来磁性ナノ粒子が基板に固着した状態で磁場を印加していたが、本発明では磁性ナノ粒子は事前に規則化し磁化されているので、基板上に固着させる段階で磁場を印加することで磁化の方向を容易に揃えることができる。従って、本製造方法によって得られる磁気記録媒体は、大きな一軸結晶磁気異方性を得られるため、熱揺らぎ耐性の優れた磁気記録媒体を製造することができる。
以下に本発明の実施例に則した磁気記録媒体の製造方法を説明する。
図1参照。
図1に本発明の磁性ナノ粒子を用いた磁気記録媒体の製造方法の工程フローを示す。以下、本工程フローに沿って説明する。
(工程A参照)
化学合成法によって調整されたFe−Pt粒子(平均粒径:4.1nm、粒径標準偏差:0.4nm)30mgと有機スルホン酸塩(例えば、sodium dioctyl sulfosuccinate)100mgをヘキサン(非極性有機溶媒)1mL中に加えて攪拌し、これらの混合物を調整する。
図1に本発明の磁性ナノ粒子を用いた磁気記録媒体の製造方法の工程フローを示す。以下、本工程フローに沿って説明する。
(工程A参照)
化学合成法によって調整されたFe−Pt粒子(平均粒径:4.1nm、粒径標準偏差:0.4nm)30mgと有機スルホン酸塩(例えば、sodium dioctyl sulfosuccinate)100mgをヘキサン(非極性有機溶媒)1mL中に加えて攪拌し、これらの混合物を調整する。
Fe−Pt粒子は、分散液の極性が大きくなると粒子の凝集が起こる性質があるため、有機スルホン酸塩は炭素数が8以上の炭化水素鎖を、好ましくは炭素数2以上持ち、極性部分を内側に、炭化水素鎖からなる非極性部分を外側に配した逆ミセルを形成して非極性有機溶媒中に分散する。即ち、混合物は有機スルホン酸塩の逆ミセルとFe−Pt粒子が有機溶媒中に分散した状態となっている。ここで、有機スルホン酸塩は、それぞれの分子の内部に電気的な極性を持つ部分と持たない部分があり、金属(ナトリウムなど)がついている部分は極性があり、炭化水素鎖がついている部分は極性がない。逆ミセルはこの極性のある部分が内側に向いて集まった塊をいい、ミセルは極性部分が外を向いた塊をいう。従って、極性部分同士が集まりやすいため、ミセルは凝集を生じやすく、逆ミセルは分散しやすいことを意味する。逆ミセルの中でも、炭素数が多い炭化水素鎖の方がより非極性状態となり、より分散した状態を意味する。
(工程B参照)
本工程では、前記混合物を熱処理し、Fe−Pt粒子を規則化する。
先ず、前記混合物をルツボなどの容器に移し、70℃、30分間保持してヘキサンを気化させる。気化の方法としては、この混合物を真空中放置により蒸発させる方法もあり、当業者が製造環境など考慮してどちらかを選択して行えばよい。ここまでのFe−Pt粒子は、fcc構造をもった規則化されていない粒子である。
次に前記混合物をアルゴン雰囲気中、700℃、30分の熱処理を行い、Fe−Pt粒子の結晶構造をfcc構造からfct構造へと変化させる規則化処理を行い磁化したFe−Pt粒子を得る。従来規則化のための熱処理は、基板上に成膜した状態で行っていたが、本発明の方法を用いることで成膜前に規則化をすることができる。さらに、磁性ナノ粒子の周囲は無機塩で保護されているため、粒子同士の凝集を生じることなく、孤立化した磁性Fe−Pt粒子を得ることができる。
(工程C、D参照)
本工程では、得られた混合物から磁性ナノ粒子を抽出する。
先ず分散安定剤(例えば、オレイン酸)10μLを含んだ非極性有機溶媒(例えば、ヘキサン)5mLを混合物に加える(工程C)。このとき混合物が完全に溶解する場合とそうでない場合が生じる。これは、規則化のための熱処理時の熱処理温度によって決まるからである。即ち、磁性ナノ粒子は通常500℃以上の温度で規則化するが、添加されている元素によって規則化温度がそれよりも低く、400℃以下の場合もある。よって、非極性有機溶媒に溶解したかどうかによって磁性ナノ粒子を抽出する方法が異なる(工程D)。
(工程E1,F1参照)
本工程は、非極性有機溶媒に溶解した場合の抽出方法である。
400℃以下の熱処理温度で得られた混合物は有機スルホン酸塩が十分に分解されない状態なので、非極性有機溶媒に溶解することができる(工程E1)。そこで極性有機溶媒(例えばエタノール)を追加し、攪拌後遠心分離(例えば、3000rpm、30分間)を行うと、磁性ナノ粒子の沈殿物を得ることができる。上澄み液である有機スルホン酸を分離除去し、沈殿物に非極性有機溶媒(ヘキサン)を1mL加えて磁性ナノ粒子の分散液を調整する(工程F1)。
(工程E2,F2、G2参照)
本工程は、非極性有機溶媒に溶解しなかった場合の抽出方法である。
400℃以上で熱処理温度で得られた混合物は有機スルホン酸塩は十分に分解されている状態なので、非極性有機溶媒を加えても溶解しない。そのときは混合物を粉砕し、分散安定剤となじませた後に、磁性ナノ粒子の表面に分散安定剤がつくように攪拌し(工程E2)、水10mLを加え、再び攪拌すると(工程F2)、磁性ナノ粒子が分散した有機相(ヘキサン相)と、有機スルホン酸の残渣を含んだ水相に分離する。有機相から磁性ナノ粒子を抽出するには、先ず有機相を遠心分離によって異物を沈殿させ、その上澄み液を分取してエタノール15mLを加えて磁性ナノ粒子を凝集させる。再度遠心分離によってこれを沈殿させ上澄み液を除去し、沈殿物に非極性有機溶媒(ヘキサン)を1mL加えて磁性ナノ粒子の分散液を調整する(工程G2)。
以上2通りの方法により得られた磁性ナノ粒子は、平均粒径4.0nm、粒径標準偏差0.41nmであり、熱処理以前と同程度の微粒子が得られる。またX線回折法により結晶構造を測定すると、fct構造に対応した回折ピークが検出できることから、本発明により規則化したFe−Pt磁性ナノ粒子が有機溶媒中に均一に分散した状態を実現できていることを確認できる。
(工程B参照)
本工程では、前記混合物を熱処理し、Fe−Pt粒子を規則化する。
先ず、前記混合物をルツボなどの容器に移し、70℃、30分間保持してヘキサンを気化させる。気化の方法としては、この混合物を真空中放置により蒸発させる方法もあり、当業者が製造環境など考慮してどちらかを選択して行えばよい。ここまでのFe−Pt粒子は、fcc構造をもった規則化されていない粒子である。
次に前記混合物をアルゴン雰囲気中、700℃、30分の熱処理を行い、Fe−Pt粒子の結晶構造をfcc構造からfct構造へと変化させる規則化処理を行い磁化したFe−Pt粒子を得る。従来規則化のための熱処理は、基板上に成膜した状態で行っていたが、本発明の方法を用いることで成膜前に規則化をすることができる。さらに、磁性ナノ粒子の周囲は無機塩で保護されているため、粒子同士の凝集を生じることなく、孤立化した磁性Fe−Pt粒子を得ることができる。
(工程C、D参照)
本工程では、得られた混合物から磁性ナノ粒子を抽出する。
先ず分散安定剤(例えば、オレイン酸)10μLを含んだ非極性有機溶媒(例えば、ヘキサン)5mLを混合物に加える(工程C)。このとき混合物が完全に溶解する場合とそうでない場合が生じる。これは、規則化のための熱処理時の熱処理温度によって決まるからである。即ち、磁性ナノ粒子は通常500℃以上の温度で規則化するが、添加されている元素によって規則化温度がそれよりも低く、400℃以下の場合もある。よって、非極性有機溶媒に溶解したかどうかによって磁性ナノ粒子を抽出する方法が異なる(工程D)。
(工程E1,F1参照)
本工程は、非極性有機溶媒に溶解した場合の抽出方法である。
400℃以下の熱処理温度で得られた混合物は有機スルホン酸塩が十分に分解されない状態なので、非極性有機溶媒に溶解することができる(工程E1)。そこで極性有機溶媒(例えばエタノール)を追加し、攪拌後遠心分離(例えば、3000rpm、30分間)を行うと、磁性ナノ粒子の沈殿物を得ることができる。上澄み液である有機スルホン酸を分離除去し、沈殿物に非極性有機溶媒(ヘキサン)を1mL加えて磁性ナノ粒子の分散液を調整する(工程F1)。
(工程E2,F2、G2参照)
本工程は、非極性有機溶媒に溶解しなかった場合の抽出方法である。
400℃以上で熱処理温度で得られた混合物は有機スルホン酸塩は十分に分解されている状態なので、非極性有機溶媒を加えても溶解しない。そのときは混合物を粉砕し、分散安定剤となじませた後に、磁性ナノ粒子の表面に分散安定剤がつくように攪拌し(工程E2)、水10mLを加え、再び攪拌すると(工程F2)、磁性ナノ粒子が分散した有機相(ヘキサン相)と、有機スルホン酸の残渣を含んだ水相に分離する。有機相から磁性ナノ粒子を抽出するには、先ず有機相を遠心分離によって異物を沈殿させ、その上澄み液を分取してエタノール15mLを加えて磁性ナノ粒子を凝集させる。再度遠心分離によってこれを沈殿させ上澄み液を除去し、沈殿物に非極性有機溶媒(ヘキサン)を1mL加えて磁性ナノ粒子の分散液を調整する(工程G2)。
以上2通りの方法により得られた磁性ナノ粒子は、平均粒径4.0nm、粒径標準偏差0.41nmであり、熱処理以前と同程度の微粒子が得られる。またX線回折法により結晶構造を測定すると、fct構造に対応した回折ピークが検出できることから、本発明により規則化したFe−Pt磁性ナノ粒子が有機溶媒中に均一に分散した状態を実現できていることを確認できる。
図2参照。
図2は、本発明により得られた垂直磁気記録媒体の模式斜視図(A)とその断面図(B)である。図2において、1は基板、2は配向性制御膜、3は軟磁性裏打ち層、4は中間膜、5は記録層、6は保護膜、7は潤滑剤、8は垂直磁気記録媒体である。
次に得られた規則化した磁性ナノ粒子の分散液を基板1上に成膜し垂直磁気記録媒体8を作成するが、基板上に塗布する前に図2を用いて基板上に形成する下地層について以下に説明する。
図2は、本発明により得られた垂直磁気記録媒体の模式斜視図(A)とその断面図(B)である。図2において、1は基板、2は配向性制御膜、3は軟磁性裏打ち層、4は中間膜、5は記録層、6は保護膜、7は潤滑剤、8は垂直磁気記録媒体である。
次に得られた規則化した磁性ナノ粒子の分散液を基板1上に成膜し垂直磁気記録媒体8を作成するが、基板上に塗布する前に図2を用いて基板上に形成する下地層について以下に説明する。
基板1(シリコン基板、アルミ基板、ガラス基板等)を洗浄後、軟磁性裏打ち層3を成膜する。軟磁性裏打ち層3は、例えば、厚さが50nmから2μmであり、Fe(鉄)、Co(コバルト)、Ni(ニッケル)、Al(アルミニウム)、Si(シリコン)、Ta(タンタル)、Ti(チタン)、Zr(ジルコニウム)、Hf(ハフニウム)、V(バナジウム)、Nb(ニオブ)、C(炭素)およびB(ボロン)よりなる元素群から選択されたうち少なくとも1種類の元素を含む非晶質もしくは微結晶の合金、またはこれらの合金の積層膜などの、飽和磁束密度Bsの高い軟磁性材料により構成される。例えば、FeSi(鉄−シリコン)、FeAlSi(鉄−アルミニウム−シリコン)、FeTaC(鉄−タンタル−カーボン)、NiFeNb(ニッケル−鉄−ニオブ)、CoCrNb(コバルト−クロム−ニオブ)などを用いることができる。軟磁性裏打ち層3は、メッキ法、スパッタ法、蒸着法、CVD法(化学気相成長法)などにより形成され、特に材料選択性、量産性の点でスパッタ法を用いることが好ましい。本実施例では、厚さ5nmのNiFe(ニッケル−鉄)スパッタ膜を使用している。軟磁性裏打ち層3は、単磁極ヘッドにより垂直記録する場合に、単磁極ヘッドからの全磁束を吸収するためのもので、飽和記録するためには、飽和磁束密度Bsと膜厚の積が大きい方が好ましい。
軟磁性裏打ち層は軟磁気特性のいい材料、即ち飽和磁束密度、高周波透磁率がともに高い材料が要求される。そのための一手段として軟磁性膜の結晶配向性を向上させる方法があり、同じスパッタ法により連続成膜が可能な配向性制御膜2を軟磁性裏打ち層3の下に設ける。配向性制御膜2としては、使用する軟磁性裏打ち層3の材料に対応して選ばれるが、例えば軟磁性裏打ち層3としてNiFeを用いる場合、軟磁気特性の優れている(111)結晶面を配向させるためには配向性制御膜2としてTaを用いることが好ましく、その成膜方法としてはスパッタ法、蒸着法、CVD法などがあげられるが、上述したように連続成膜が可能なスパッタ法が好ましい。本実施例では、厚さ5nmのスパッタTa膜を使用している。
次いで中間層4を成膜する。中間層4は、軟磁性裏打ち層3と記録層5の静磁気的相互作用を遮断する作用があり、媒体ノイズ低減に効果がある。中間層4は厚さは1nmから50nmであり、Ti、C、Pt(白金)、Ru(ルテニウム)、TiCr(チタン−クロム)、CoCr(コバルト−クロム)、SiO2(酸化シリコン)、MgO(酸化マグネシウム)、Al2O3(酸化アルミニウム)などの非磁性材料により構成される。また、この中間層4は、これらの合金を用いた積層膜であってもよい。この中間層4は、スパッタ法、蒸着法、CVD法などにより形成することができる。本実施例では、厚さ20nmのスパッタRu膜を使用している。
(工程H参照)
本工程は、基板上に塗布するための磁性ナノ粒子と樹脂とを混合する工程である。
(工程H参照)
本工程は、基板上に塗布するための磁性ナノ粒子と樹脂とを混合する工程である。
磁性ナノ粒子は基板上にスピンコート法により塗布成膜するため、熱硬化樹脂やUV(紫外線)硬化樹脂といった外部からの刺激(即ち、熱処理や紫外線照射)によって硬化する樹脂と混合し、所望の膜厚を得るために有機溶媒を加えて粘度を調整する。
(工程I、J参照)
本工程では、得られた混合物を基板上に塗布し、磁気記録媒体を得る方法を示す。
(工程I、J参照)
本工程では、得られた混合物を基板上に塗布し、磁気記録媒体を得る方法を示す。
本発明の磁性ナノ粒子を基板上に塗布し(工程I)、一軸磁気異方性をもった磁気記録媒体を得るためには、樹脂を基板塗布から樹脂を硬化させるまでの間に磁界を印加させる必要がある(工程J)。磁界印加を行うのは、例えばスピンコート時、あるいはスピンコート後の溶媒を乾燥させるためのポストベーク時若しくは樹脂を硬化するときの熱処理時がある。磁界印加手段としては、電磁石あるいは永久磁石を用いる方法があるが、磁界強度を制御可能な電磁石を用いた方がよい。所望の方向に磁界を印加することができるが、Fe−Pt等の規則化合金は基板面垂直方向に磁界を印加し、垂直磁気記録媒体として作成する。樹脂が硬化する前は、磁性ナノ粒子は樹脂の中で自由に方向を変えることが可能であるため、磁性ナノ粒子の磁化方向を容易に揃えることが可能である。特に一軸結晶磁気異方性をもったFe−Pt等の規則化構造の磁性ナノ粒子は、硬化した後では個々の磁性ナノ粒子の磁化方向を揃えるのは困難であるが、本発明によると容易に磁化方向が揃った磁気記録媒体を得ることができる。
(工程K参照)
本工程で、保護膜と潤滑剤を成膜する。
(工程K参照)
本工程で、保護膜と潤滑剤を成膜する。
樹脂の硬化及び磁界印加が完了した後、例えば、厚さ0.5nmから15nmであり、カーボン、水素化カーボン、窒化カーボンなどより構成される保護膜6が成膜される。
さらにこの上に潤滑剤7が、厚さ0.5nmから5nmであり、例えば、パーフルオロポリエーテルが主鎖の潤滑剤などにより構成される。潤滑剤としては、例えば、ZDol(Monte Flous社製、末端基:−OH)、AM3001(アウジモント社製、末端基:ベンゼン環)、あるいは末端基を有さないZ25(Monte Flous社製)等を用いることができる。
1 基板
2 配向性制御膜
3 軟磁性裏打ち層
4 中間膜
5 記録層
6 保護膜
7 潤滑剤
8 垂直磁気記録媒体
2 配向性制御膜
3 軟磁性裏打ち層
4 中間膜
5 記録層
6 保護膜
7 潤滑剤
8 垂直磁気記録媒体
Claims (4)
- 有機スルホン酸塩と磁性ナノ粒子との混合物を調製する工程と、
該混合物を規則化温度以上で熱処理する工程と、
該混合物から規則化した磁性ナノ粒子を抽出する工程と、
該磁性ナノ粒子を熱硬化樹脂あるいは紫外線硬化樹脂に有機溶媒に均一に分散する工程と、
該熱硬化樹脂あるいは該紫外線硬化樹脂の硬化が完了するまでの間に一軸磁気異方性を付加する工程と、
を含む磁気記録媒体の製造方法。 - 請求項1記載の規則化した磁性ナノ粒子を抽出する方法であって、
該磁性ナノ粒子を分散安定剤を含んだ非極性有機溶媒に溶解する工程と、
さらに極性有機溶媒を混合する工程と、
前記極性有機溶媒を混合して生成された沈殿物を分離する工程と、
を含む磁気記録媒体の製造方法。 - 請求項1記載の規則化した磁性ナノ粒子を抽出する方法であって、
分散安定剤を含んだ非極性有機溶媒に加える工程と、
前記有機溶媒を攪拌、粉砕する工程と、
該有機溶媒に水を混合する工程と、
磁性ナノ粒子を含む有機相のみを抽出する工程と、
を含む磁気記録媒体の製造方法。 - 請求項1記載の磁気記録媒体の製造方法であって、前記一軸磁気異方性を付加する方向が基板面垂直方向である磁気記録媒体の製造方法。
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JP2003317199A JP2005085387A (ja) | 2003-09-09 | 2003-09-09 | 磁性ナノ粒子を用いた磁気記録媒体の製造方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN100401435C (zh) * | 2005-12-23 | 2008-07-09 | 上海大学 | 各向异性钕铁硼磁体的制备方法 |
-
2003
- 2003-09-09 JP JP2003317199A patent/JP2005085387A/ja active Pending
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