JP2005196959A

JP2005196959A - 垂直磁気記録媒体

Info

Publication number: JP2005196959A
Application number: JP2005001119A
Authority: JP
Inventors: ▲薫▼ 翔 ▲呉▼; Hoon-Sang Oh; Tae-Hyo Lee; 兌孝李
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-01-09
Filing date: 2005-01-06
Publication date: 2005-07-21
Also published as: CN100538826C; US20050153168A1; KR100601938B1; CN1655242A; KR20050073175A; SG113535A1

Abstract

【課題】優秀な結晶性および磁気的特性を示す垂直磁気記録媒体を提供する。
【解決手段】Ｃｏ系磁気記録層と、前記磁気記録層を支持する基板との間に垂直配向下地層を備える磁気記録媒体において、前記垂直配向下地層を１原子％〜６５原子％のＣｏ含有量を持つＲｕ−Ｃｏ合金により構成する。すなわち、前記垂直磁気記録媒体は、磁気記録層との格子不一致度が小さな垂直配向下地層を持つ。
【選択図】図４Ｅ

Description

本発明は高密度の情報記録が可能な垂直磁気記録媒体に係り、記録層の厚さが薄くても優秀な結晶性および磁気的特性を確保できるとともに、記録密度を高めることが可能なＣｏ系垂直磁気記録媒体に関する。

さまざまな磁気情報記録媒体の中でも昨今の急激な記録密度の上昇を主導している代表的な媒体であるＨＤＤ（Hard Disk Drive）において、現在主に採用されている方式は、リング型ヘッドおよび水平磁気記録媒体を含む水平磁気記録方式である。しかし、従来の水平磁気記録媒体は記録媒体の熱的安定性を確保するために記録密度上昇の限界にぶつかっており、記録密度を２００Ｇｂ／ｉｎ²を超えてはるかに増加させることができると期待される新たな記録方式である垂直磁気記録方式が注目を集め、現在活発に開発が進められている。

垂直磁気記録方式は、既存の水平磁気記録方式とは異なり、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ものである。記録密度をさらに向上させるためには次のような特性を持つ垂直磁気記録媒体が要求される。
（１）記録層の優秀な結晶性確保を通じた高い垂直磁気異方性エネルギー定数（Ｋｕ＞１×１０⁶ｅｒｇ／ｃｃ）および高い保磁力
（２）小さな結晶粒径
（３）磁気粒子間の小さな交換結合力

一般に、垂直磁気記録媒体は、図１Ａに示すような単一磁性層構造を有する磁気記録媒体と、図１Ｂに示すような二重磁性層構造の磁気記録媒体に大別できる。このうち、図１Ａに示す単一磁性層構造の記録媒体は、磁気情報を保存する記録層１０３と、記録層１０３の磁気的／結晶学的特性を向上させるために、記録層１０３の蒸着以前に、基板１０１上に形成される垂直配向下地層１０２を含む。一方、図１Ｂに示す二重磁性層構造の記録媒体は、記録層１１４および垂直配向下地層１１３以外に、磁気記録時に誘導コイルを含むポール型の記録ヘッドからの磁場強度および磁場の空間的変化率を増加させるために基板１１１上に軟磁性下地層１１２が形成された構造を持つ。

前記のような構造を持つ記録媒体の各記録層１０３、１１４の結晶性および微細構造は、記録層１０３、１１４の下部に存在する垂直配向下地層１０２、１１３の結晶構造および格子定数に大きく影響される。

記録層１０３、１１４の結晶構造と垂直配向下地層１０２、１１３の結晶構造とが互いに異なる場合や結晶構造が類似している場合でも格子定数差が大き過ぎると、結晶学的かつ磁気的に不安定な膜である初期成長層が記録層１０３、１１４の成長初期段階で形成されて記録層１０３、１１４の特性を劣化させてしまう。

一方、垂直配向下地層１０２、１１３と記録層１０３、１１４との結晶構造が同一であり、格子定数がほぼ一致して格子不一致度が非常に小さい場合には、記録層１０３、１１４が成長初期から優秀な結晶性を持って成長できるため、記録層１０３、１１４が極めて薄い膜であっても優秀な磁気的特性を得ることができる。

一般に、真空技術により薄膜を蒸着するとき、薄膜の厚さが厚くなるほど結晶粒径が大きくなることが知られており、高記録密度を達成するためには結晶粒径の小さな結晶を形成しなければならない。そのため、薄い厚さでも優秀な結晶性および磁気的特性を示す記録層を製作する方法の開発は記録媒体開発において核心的な部分であるといえる。

従来のＣｏ系垂直磁気記録媒体の垂直配向下地層に多く使用されてきた物質としてはＴｉ、Ｐｔ、Ｒｕなどがある。それら物質とＣｏ系記録層の一種であるＣｏＣｒＰｔＢとの格子不一致度は下記表１に表すようにＴｉ、Ｐｔ、Ｒｕの順に小さくなる。

ＣｏおよびＮｉＦｅは、Ｒｕよりも、ＣｏＣｒＰｔＢとの格子不一致度が小さいが、強磁性材料であるために記録層の下地層として使用するには適さない。これは、強磁性の下地層は記録層との磁気的相互作用により記録特性に予想できない影響を与えられ、読み出し／書き込み工程中に媒体ノイズを増加させる恐れがあるからである。

垂直配向下地層を形成するのに広く用いられてきたＴｉは、垂直磁気記録層であるＣｏ系合金薄膜との結晶格子定数の差が大きく、そのため、初期成長膜が厚く形成され、垂直磁気記録層の配向特性を悪化させることが知られている。

Ｐｔは、垂直磁気記録層との格子定数差が比較的小さいので記録層の優秀な垂直配向特性を保証するが、Ｃｏ系合金垂直磁気記録層（特にＰｔ含有量が１０原子％以上であるＣｏ系合金）の結晶粒径が大きくなるほど磁気粒子間の交換結合力が顕著に増加して信号対雑音比（Signal to Noise Ratio：ＳＮＲ）を低減させてしまうという難点がある。Ｐｔ下地層の使用により記録層の結晶粒径および磁気粒子間の交換結合力が増加する程度は、Ｐｔ下地層の厚さと密接な関連がある。厚いＰｔ下地層を使用する場合、前述したように記録層の結晶学的垂直配向性に非常に優れて大きい垂直磁気異方性エネルギー定数Ｋｕおよび保磁力を示すが、下地層の結晶粒径の増加につれ垂直磁気記録層の結晶粒もやはり増加して達成できる最大記録密度が低くなる。一方、薄いＰｔ下地層を使用する場合、垂直磁気記録層の結晶粒径の増加する程度は大きくないが、厚いＰｔ下地層を使用する場合に比べて垂直配向性が低くなり、垂直磁気異方性エネルギー定数Ｋｕおよび保磁力が低くなってしまうという短所がある。

Ｒｕは、非磁性体のうちＣｏ系合金との格子不一致度が非常に小さいため、現在、Ｃｏ系垂直磁気記録媒体の下地層として広く使われているが、依然としてＣｏ系合金と約４〜５％ほどの格子不一致度を持っているため、このような格子不一致度をさらに低減することができる下地層が、依然として、要求されている。

したがって、本発明は、記録層との格子不一致度が小さな垂直配向下地層を使用した厚さが薄くても優秀な結晶性および磁気的特性を示す垂直磁気記録媒体を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明では、Ｃｏ系磁気記録層と、前記磁気記録層を支持する基板と、前記磁気記録層と前記基板との間に設けられた垂直配向下地層と、を備える磁気記録媒体において、前記垂直配向下地層が１原子％〜６５原子％のＣｏ含有量を持つＲｕ−Ｃｏ合金よりなることを特徴とする垂直磁気記録媒体が提供される。

本発明の垂直磁気記録媒体は前記垂直配向下地層と前記基板との間に軟磁性下地層をさらに形成するものとしてもよい。

図１Ｂに図示したように、垂直配向下地層の下に軟磁性下地層を持つ垂直磁気記録媒体においては、垂直配向層の厚さは、書き込み工程中に強くて鋭い書き込み磁場を得るために記録層の磁気的および結晶学的な配向特性を大幅に損なうことなく最小化する必要があるが、３０ｎｍ未満にすることが望ましい。

本発明では、Ｃｏ系記録層との格子不一致度が小さなＲｕ−Ｃｏ合金下地層を使用することによって高記録密度に適した垂直磁気記録媒体を得ることができる。

本発明は、垂直配向下地層にＲｕ−Ｃｏ合金を適用することによって、そのＲｕ−Ｃｏ合金からなる垂直配向下地層とＣｏ系磁気記録層との格子不一致度を低減して、結晶学的および磁気的に不安定な層がその成長の初期段階で生成されることがない（または、生成されたとしても極めて薄い）垂直磁気記録層を製作できる。したがって、垂直記録層の高い熱的安定性および高密度記録特性、優秀なＳＮＲ特性を確保できる。

以下、添付された図面を参考して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

本発明の垂直磁気記録媒体の積層構造は、既存の垂直磁気記録媒体の構造と類似している。ただし、本発明の垂直磁気記録媒体は、垂直配向下地層を構成する物質として、従来に多く使われてきたＴｉ、Ｐｔ、Ｒｕの代わりにＲｕにＣｏを添加したＲｕ−Ｃｏ合金を使用するということにその特徴がある。

したがって、本発明の垂直磁気記録媒体は、図１Ａおよび図１Ｂに図示すように、基板１０１、１１１の上に垂直磁気記録層１０３、１１４を設け、前記垂直磁気記録層１０３、１１４と基板１０１、１１１との間に垂直配向下地層１０２、１１３を設けし、二重磁性層構造の場合（図１Ｂ参照）には前記垂直配向下地層１１３と前記基板１１１との間に軟磁性下地層１１２をさらに設けた構造を有するものとなる。垂直磁気記録層１０３、１１４上には外部から記録層を保護するための保護膜１０４、１１５を設けてもよく、前記保護膜１０４、１１５上にはＨＤＤの磁気ヘッドとの衝突および摺動によるヘッドおよび保護膜の摩耗を減少させるための潤滑膜１０５、１１６をさらに設けることもできる。

本発明の垂直磁気記録媒体において、垂直磁気記録層１０３、１１４は下記化学式１のＣｏ系合金よりなるが、ここで、ＸはＮｂ、Ｂ、Ｔａ、ＯおよびＳｉＯ₂よりなる群から選択されたいずれか一つであり、ｘは５原子％〜２５原子％、ｙは１０原子％〜２５原子％、ｚはＸがＮｂ、Ｂ、ＴａまたはＯであるときは０原子％〜１０原子％であり、ＸがＮＳｉＯ₂であるときは０〜１５モル％である。

＜化学式１＞
Ｃｏ_100-(x+y+z)Ｃｒ_xＰｔ_yＸ_z

前記垂直磁気記録層１０３、１１４の下部にＲｕ−Ｃｏの垂直配向下地層１０２、１１３が形成されている。ＲｕおよびＣｏは結晶学的に六方最密格子（Hexagonal Close Packed：ＨＣＰ）という同じ格子構造を持つことが知られており、また図２のＲｕ−Ｃｏ合金系の状態図から分かるように全組成領域にわたって固溶体を形成する全率固溶体系であるため、ＲｕにＣｏを均一に添加することができる。このようなＣｏの添加を通じてＲｕの格子定数をＣｏに近い側に変化させることができる。すなわち、Ｃｏを添加することによってＲｕの格子定数を減少させることができるので、垂直磁気記録層１０３、１１４として採択したＣｏＣｒＰｔＸの組成および格子定数によってＣｏ含有量を適切に調節することによって垂直磁気記録層１０３、１１４の格子定数とほぼ同じ格子定数を持つＲｕ−Ｃｏ合金を製作することが可能であり、これを垂直配向下地層１０２、１１３として使用することによって垂直磁気記録層１０３、１１４とほぼ同じ格子定数を持つようになり、垂直磁気記録層１０３、１１４が成長初期から優秀な結晶性を持って成長できるものとなる。

Ｒｕに添加されるＣｏの量は１原子％〜６５原子％であることが望ましい。１原子％未満であればＲｕの格子不一致度を減らす効果が微小ではあるが存在し、６５原子％を超過すればＲｕ−Ｃｏのキュリー温度が常温以上に上昇して常温で強磁性を示す。垂直配向下地層１０２、１１３が強磁性を帯びるようになれば垂直磁気記録層１０３、１１４と垂直配向下地層１０２、１１３とが相互作用を起こして記録／再生特性に予想できない影響を及ぼす恐れがある。

前記のようにＲｕ−Ｃｏ合金内Ｃｏの含有量を適切に調節することによってＲｕ−Ｃｏ合金よりなる垂直配向下地層１０２、１１３とＣｏＣｒＰｔＸ系合金よりなる垂直磁気記録層１０３、１１４の格子定数の差が±４％以内になることが望ましい。

単一磁性層垂直磁気記録媒体の場合（図１Ａ参照）、Ｒｕ−Ｃｏ合金よりなる垂直配向下地層１０２の下に基板の平坦化のためにＴａ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｃｒまたはそれらの合金よりなる下地層（図示せず）をさらに含むものとすることができる。この下地層は、基板の表面欠陥を覆うことによって以後に蒸着される薄膜が安定的に成長できるように平坦な表面を提供する平滑層としての役割を果たすものである。

二重磁性層垂直磁気記録媒体の場合（図１Ｂ参照）、Ｒｕ−Ｃｏ合金よりなる垂直配向下地層１１３の下に軟磁性下地層１１２をさらに含むものとすることもできる。前記軟磁性下地層１１２は、シングルポールヘッドを利用して垂直磁気記録を実施するとき、ヘッドから出る垂直磁気フィールドの磁路を形成して垂直磁気記録層１１４への情報記録を可能にする役割を果たす。軟磁性下地層１１２の材料としては、例えばＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＮｂ、ＮｉＦｅＣｒ、ＦｅＴａＣ、ＦｅＣ、ＦｅＴａＮ、ＦｅＡｌＳｉなどを含むＦｅ系合金や、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＴａＺｒ、ＣｏＦｅを含むＣｏ合金などが挙げられる。

本発明による垂直磁気記録媒体は、垂直磁気記録層１０３、１１４を保護するための保護膜１０４、１１５と、前記保護膜１０４、１１５上に設けたＨＤ潤滑膜１０５、１１６とをさらに含むことができる。

前記垂直磁気記録媒体において、特に軟磁性下地層１１２を含む二重構造の垂直磁気記録媒体においては、垂直配向下地層１１３の厚さは、最小化されなければならず、望ましくは３０ｎｍ未満である。

二重構造の垂直磁気記録媒体では、垂直磁気記録層１１４と軟磁性下地層１１２との間に存在する垂直配向下地層１１３が厚過ぎれば、ポール型の記録ヘッドと軟磁性下地層１１２との間の距離が離れ過ぎて記録磁場の強度および記録磁場の空間変化率を向上させる軟磁性下地層１１２の機能を十分に発揮できなくなるため、超高密度の記録を達成する作用の側面において望ましくない。

以下、実施例を通じて本発明をさらに詳細に説明する。下記実施例は本発明の理解を促進することを目的として具体的に例示するものであり、本発明の技術的範囲がこれに限定されるものではない。

商用化された直径２．５インチのガラス基板上に基板平坦化用下地層としてのＴａを５ｎｍに蒸着させた後、Ｃｏの含有量が１４原子％であるＲｕ−Ｃｏ下地層を１５ｎｍに積層し、その後、その上にＣｏ₆₂Ｃｒ₁₆Ｐｔ₁₈Ｂ₄の合金磁性層を１７ｎｍ厚さに蒸着して垂直磁気記録媒体を製造した。

商用化された直径２．５インチのガラス基板上に基板平坦化用下地層としてのＴａを５ｎｍに蒸着させた後、Ｃｏの含有量が２５原子％であるＲｕ−Ｃｏ下地層を１５ｎｍに積層し、その後、その上にＣｏ₆₂Ｃｒ₁₆Ｐｔ₁₈Ｂ₄の合金磁性層を１７ｎｍ厚さに蒸着して垂直磁気記録媒体を製造した。

＜比較例１＞
商用化された直径２．５インチのガラス基板上にＴｉ下地層を７０ｎｍに積層した後、その上にＣｏ₆₂Ｃｒ₁₆Ｐｔ₁₈Ｂ₄の合金磁性層を３０ｎｍ厚さに蒸着して垂直磁気記録媒体を製造した。
＜比較例２＞
Ｐｔ下地層を４０ｎｍに積層することを除き比較例１と同じ方法で垂直磁気記録媒体を製造した。
＜比較例３＞
基板平坦化のために下地層でＴａを５ｎｍ厚さに蒸着し、かつＲｕ下地層を１５ｎｍに積層した後、その上にＣｏ₆₂Ｃｒ₁₆Ｐｔ₁₈Ｂ₄の合金磁性層を１７ｎｍ厚さに蒸着した。

前記製造した垂直磁気記録媒体に対してＸ線回折分析を行い、その結果を図３に図示した。

図３から分かるように、下地層の格子定数がＣｏＣｒＰｔＢの格子定数に近づくほど下地層のＸ線回折線がＣｏＣｒＰｔＢの回折線に接近することが分かり、Ｒｕ−Ｃｏ下地層を使用した実施例１および実施例２の場合、下地層と記録層との格子定数差が小さ過ぎるために２本の回折線が重なってまるで一本の回折線のように現れる。またＲｕに添加されたＣｏ量が１４原子％から２５原子％に増加するにつれてＲｕ−Ｃｏの格子定数が記録層の格子定数にさらに近く増加することが分かる。

また、前記実施例および比較例で製造した垂直磁気記録媒体の磁気的特性を調べるために、垂直配向下地層ごとの磁気ヒステリシス曲線を図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄに示した。これらのグラフから分かるように、記録層との格子定数差が最も大きいＴｉ下地層を使用した場合（比較例１、図４Ａ参照）には０．７程度の低い角型比および２．９ｋＯｅ程度の小さな保磁力を示すが、下地層の格子定数が記録層の格子定数に近づくほど（比較例２〜３、図４Ｂおよび図４Ｃ参照）角型比および保磁力が増加してＣｏ含有量が２５原子％であるＲｕ−Ｃｏを下地層として使用した場合（実施例１、図４Ｄ参照）、０．９９の優秀な角型比および４．４ｋＯｅの大きい保磁力を示した。

図５Ａおよび図５Ｂには、前記実施例および比較例で製造した垂直磁気記録媒体の磁気的特性パラメータを比較して示した。図５Ａは、保磁力を図示したグラフであり、図５Ｂは、角型比を図示したグラフである。図５から分かるように、下地層の格子定数が記録層の格子定数に近づくほど保磁力および角型比だけでなく記録層の飽和磁化値もやはり一方的に増加することが分かる。これは、下地層と記録層間の格子不一致度が減少するにつれて初期成長層の厚さが減少または消滅することによって記録層全体厚さのうち磁気的に不安定な層の比率が減少したからである。このように下地層の格子定数を調節して記録層の格子定数に接近させることによって既存に比べて薄い厚さに記録層を形成してもさらに優秀な結晶学的／磁気的特性を獲得できることが分かる。

いくつかの模範的な実施例が説明され、かつ添付された図面に図示されたが、これらの実施例は本発明を例示するものにすぎず、本発明を制限するものではない。すなわち、本発明は図示または説明された構造および配列に限定されるものではなく、当業者であれば、さまざまな変形や修正が可能である。

記録層との格子不一致度が小さな垂直配向下地層を使用することによって、厚みが薄くても優秀な結晶性および磁気的特性を示す垂直磁気記録媒体を製造できる。

単一磁性層垂直磁気記録媒体の積層構造を図示した概略図である。二重磁性層垂直磁気記録媒体の積層構造を図示した概略図である。Ｒｕ−Ｃｏ合金系の状態図である。多様な材料の垂直配向下地層上に成長したＣｏ系垂直磁気記録媒体（実施例１〜２、比較例１〜３）のＸ線回折パターンを図示したグラフである。膜厚７０ｎｍのＴｉ垂直配向下地層上に成長したＣｏ系垂直磁気記録媒体（比較例１）の垂直磁気ヒステリシス曲線を図示したグラフである。膜厚４０ｎｍのＰｔ垂直配向下地層上に成長したＣｏ系垂直磁気記録媒体（比較例２）の垂直磁気ヒステリシス曲線を図示したグラフである。膜厚５ｎｍのＴａの下地層および膜厚１５ｎｍのＲｕ垂直配向下地層上に成長したＣｏ系垂直磁気記録媒体（比較例３）の垂直磁気ヒステリシス曲線を図示したグラフである。本発明による実施例１のＣｏ系垂直磁気記録媒体の垂直磁気ヒステリシス曲線を図示したグラフである。本発明による実施例２のＣｏ系垂直磁気記録媒体の垂直磁気ヒステリシス曲線を図示したグラフである。多様な材料の垂直配向下地層上に成長したＣｏ系垂直磁気記録媒体（実施例１〜２、比較例１〜３）の保磁力を図示したグラフである。多様な材料の垂直配向下地層上に成長したＣｏ系垂直磁気記録媒体（実施例１〜２、比較例１〜３）の角型比を図示したグラフである。

符号の説明

１０１、１１１基板
１０２、１１３垂直配向下地層
１０３、１１４垂直磁気記録層
１０４、１１５保護膜
１０５、１１６潤滑膜
１１２軟磁性下地層

Claims

Ｃｏ系磁気記録層と、
前記磁気記録層を支持する基板と、
前記磁気記録層と前記基板との間に設けられた垂直配向下地層と、
を備える磁気記録媒体において、
前記垂直配向下地層が１原子％〜６５原子％のＣｏ含有量を持つＲｕ−Ｃｏ合金よりなるＲｕ−Ｃｏ合金下地層であることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
前記Ｃｏ系磁気記録層が下記化学式１の合金よりなるＲｕ−Ｃｏ合金下地層であることを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体：
＜化学式１＞
Ｃｏ_100-(x+y+z)Ｃｒ_xＰｔ_yＸ_z
前記化学式１で
ＸはＮｂ、Ｂ、Ｔａ、ＯおよびＳｉＯ₂よりなる群から選択されたいずれか一つであり、
ｘは５原子％〜２５原子％、ｙは１０原子％〜２５原子％、ｚはＸがＮｂ、Ｂ、ＴａまたはＯであるときは０原子％〜１０原子％であり、ＸがＮＳｉＯ₂であるときは０モル％〜１５モル％である。
前記Ｃｏ系磁気記録層と前記Ｒｕ−Ｃｏ合金下地層の格子定数間の差が±４％以内であることを特徴とする請求項２に記載の垂直磁気記録媒体。
前記垂直配向下地層と前記基板との間に軟磁性下地層がさらに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
前記垂直配向下地層と前記基板との間または前記垂直配向下地層と前記軟磁性下地層との間に、Ｔａ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｃｒまたはそれらの合金よりなる非磁性体下地層がさらに形成されていることを特徴とする請求項４に記載の垂直磁気記録媒体。
前記垂直配向下地層の厚さが３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体。