JP2007250093A

JP2007250093A - 磁気記録媒体及び磁気記録装置

Info

Publication number: JP2007250093A
Application number: JP2006072923A
Authority: JP
Inventors: Yuji Ito; 祐二伊藤; Toshio Sugimoto; 利夫杉本
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2007-09-27

Abstract

【課題】二層の記録層の間に形成される中間層からの漏洩磁界を抑止し、且つ中間層を厚くしても記録磁界の上昇を防止できる磁気記録媒体及び磁気記録装置を提供すること。
【解決手段】非磁性基材１と、非磁性基材１の上に形成された非磁性下地層３と、非磁性下地層３の上に形成された垂直磁気異方性を有する第１記録層４と、第１記録層４の上に形成され、反強磁性材料からなる中間層５と、中間層の上に形成された垂直磁気異方性を有する第２記録層６とを有する磁気記録媒体１０による。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁気記録媒体及び磁気記録装置に関する。

情報化社会の進展と共に、情報記録装置の中心的役割を担う磁気記録装置では、内蔵される磁気記録媒体に対して更なる高記録密度が求められている。例えば、ハードディスクドライブ(Hard Disk Drive: HDD)では、ハードディスクの記録密度が年率で５０％以上というスピードで向上している。このような高記録密度を実現するには、記録層の磁化が面内方向に向いた面内記録媒体よりも、その磁化が垂直方向に向いた垂直磁気記録媒体が有利であると考えられている。垂直磁気記録媒体では、記録層の隣接するビットの磁化同士が反平行となって互いに強め合うため、高記録密度化を実現し易い。

但し、記録密度が高くなると、１ビットの磁気情報を担う磁区ドメインの面積が減少し、その磁区ドメインにおける磁化の強さが弱くなるので、磁化が熱によって反転して磁気情報が消失する「熱揺らぎ」の問題が顕著となる。熱揺らぎ対策として、磁気異方性エネルギが大きく隣接する磁化同士が強く結合した材料で記録層を構成することも考えられる。しかし、このように磁気異方性が大きいと、記録層に磁気情報を書き込むための記録磁界も大きくなり、記録層の書き込み容易性が低減してしまう。

このように、記録層の熱揺らぎ耐性と書き込み容易性とは互いにトレードオフの関係にあり、これらをいかにして両立させるかが垂直磁気記録媒体の開発に重要となっている。

それらの両立を図る構造として、磁気異方性の強さが異なる記録層を積層する構造がある。その構造では、磁気異方性が弱い一方の記録層において磁化が記録磁界によって容易に反転し、これにつられて磁気異方性が強い他方の記録層の磁化も反転するので、書き込み容易性が向上する。しかも、磁気異方性が強い記録層では、隣接する磁化同士が強く結合しているため各磁化が反転し難く、熱揺らぎ耐性に富む。

しかしながら、この構造においては、各記録層の組成や結晶構造を制御するのが複雑で困難である。

また、記録層の磁化の大きさは、記録層の体積が大きくなるほど増加するので、磁化を大きくして熱揺らぎ耐性を高めるには各記録層の厚さを十分に厚くする必要がある。しかし、記録層がこのように厚くなると磁気ヘッドからの記録磁界が記録層内で弱くなるので、記録磁界を高めなければならないという新たな問題が発生する。

これらの不都合を回避するため、特許文献１では、いわゆるECC(Exchange Coupled Composite)磁気記録媒体が提案されている。

ECC磁気記録媒体は、磁化容易軸が基板に対して垂直と面内、若しくは互いに斜め方向にある二層の記録層を積層し、それらの間に非磁性若しくは高飽和磁性の中間層を挿入することで、各記録層間の交換結合エネルギを制御して、記録磁界の低減を行う媒体である。特許文献１では、非磁性の中間層としてRu（ルテニウム）層が開示され、高飽和磁性の中間層としてCo（コバルト）層が開示されている。

非磁性の中間層としてRu層を形成する場合、中間層が厚すぎると上下の記録層の交換結合エネルギが小さくなってしまい、記録磁界によって一方の記録層の磁化が反転しても他方の記録層の磁化が反転せず、磁気情報を書き込むために記録磁界を強めなければならなくなってしまう。そのため、ECC磁気記録媒体において非磁性の中間層を形成する場合は、記録磁界を低減するために、中間層の厚さを０．２nm以下程度にまで薄くする必要がある。しかしながら、中間層の膜厚を制御してこのように極薄とするのは非常に難しい。

一方、高飽和磁性の中間層としてCo層を形成する場合は、Co層が多少厚くても、各記録層同士の交換結合エネルギがCo層の磁化によって高められるので、Co層の厚さをRu層のように薄くする必要は無い。しかし、Co層は磁性材料であるため、中間層から漏れ磁界が発生し、その磁界によって記録層のドメインが拡大して記録密度が低下するという別の問題を引き起こす。更に、その漏れ磁界によって媒体ノイズが増加するという問題もある。
特開２００５−５６５５５号公報

本発明の目的は、二層の記録層の間に形成される中間層からの漏洩磁界を抑止し、且つ中間層を厚くしても記録磁界の上昇を防止できる磁気記録媒体及び磁気記録装置を提供することにある。

本発明の一観点によれば、基材と、前記基材の上に形成された下地層と、前記下地層の上に形成された垂直磁気異方性を有する第１記録層と、前記第１記録層の上に形成され、反強磁性材料からなる中間層と、前記中間層の上に形成された垂直磁気異方性を有する第２記録層とを有する磁気記録媒体が提供される。

本発明によれば、第１記録層と第２記録層の間に形成される中間層を反強磁性材料で構成する。反強磁性材料においては磁化が互いに反対方向を向いているので、各磁化で発生した磁界は中間層内を還流して外部に大きく漏れなくなる。これにより、Co層等の高飽和磁性層で中間層を構成する場合と比較して、中間層から漏れ出る磁界を低減でき、その磁界に起因する媒体ノイズの増加や記録層のドメイン拡大を抑制することが可能となる。

しかも、第１記録層と第２記録層との間の交換結合エネルギが中間層の磁化によって高められるので、Ru等の非磁性材料で中間層を構成する場合よりも中間層の厚さを厚くしても記録磁界が増加しない。従って、記録磁界を低減するために中間層を極薄にする必要が無いので、制御が容易な厚い膜厚に中間層を形成することができる。

また、本発明の別の観点によれば、基材と、前記基材の上に形成された下地層と、前記下地層の上に形成された垂直磁気異方性を有する第１記録層と、前記第１記録層の上に形成され、反強磁性材料からなる中間層と、前記中間層の上に形成された垂直磁気異方性を有する第２記録層とを備えた磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体に対向して設けられた磁気ヘッドとを有する磁気記録装置が提供される。

本発明によれば、磁気記録媒体の中間層を反強磁性材料で構成するので、中間層から出る漏れ磁界が低減し、その漏れ磁界に起因する媒体ノイズを抑制され、信頼性の高い磁気記録装置が提供される。

本発明によれば、磁気記録媒体の中間層を反強磁性材料で構成するので、中間層から出る漏洩磁界が抑止されると共に、中間層を厚く形成しても記録磁界が上昇し難くなる。

（１）第１実施形態
次に、本発明の実施の形態に係る磁気記録媒体について、その製造工程を追いながら詳細に説明する。

図１〜図２は、本実施形態に係る磁気記録媒体の製造途中の断面図である。

最初に、図１（ａ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。

まず、ガラス基板等の非磁性基材１の上に、軟磁性裏打層２としてスパッタ法によりCoNbZr層を５０〜１００nm、より好ましくは５０nmの厚さに形成する。そのスパッタ法では、基板温度が室温に維持されると共に、スパッタガスとしてArガスが使用され、成膜圧力が３mTorrとされる。

なお、非磁性基材１はガラス基板に限定されない。Al合金基材、表面に熱酸化膜が形成されたシリコン基板、或いはプラスチック基板を非磁性基材１として用いてもよい。

更に、軟磁性裏打層２は単層構造に限定されず、Ru層等の非磁性層で軟磁性裏打層２を分離し、分離された各軟磁性層同士を反強磁性的に結合させ、スパイクノイズの原因となる漏洩磁界が軟磁性裏打層２から出ないようにしてもよい。

次いで、スパッタガスとしてArガスを使用するスパッタ法により、成膜圧力を１０mTorrとする条件で軟磁性裏打層２の上にRu層を２０〜３０nmの厚さに形成し、それを非磁性下地層３とする。この非磁性裏打層３を形成する際、基板温度は室温に維持される。

次に、図１（ｂ）に示すように、酸化シリコン（SiO₂）中にCoCrPt粒子を分散させてなるグラニュラー構造のCoCrPt- SiO₂層をスパッタ法で厚さ約１０nmに形成し、それを第１記録層４とする。なお、この第１記録層４の成膜条件は特に限定されないが、本実施形態では基板温度を室温に維持しながら、スパッタガスとしてArガスを使用し、成膜圧力を５mTorrとする。

ここで、第１記録層４の下のRuよりなる非磁性下地層３は、その結晶構造がhcp(hexagonal close-peaked)であり、第１記録層４中のCoCrPt粒子の配向を垂直方向に揃えるように機能する。その結果、CoCrPt粒子は、非磁性下地層３と同じように垂直方向に延びたhcp構造の結晶構造となると共に、hcp構造の六角柱の高さ方向が磁化容易軸になり、第１記録層４が垂直磁気異方性を呈するようになる。

なお、第１記録層４は、垂直磁気異方性を呈するのであればグラニュラー構造に限定されない。例えば、垂直磁気異方性を呈するCoCr系合金層を第１記録層４として形成してもよい。

続いて、この第１記録層４の上に、反強磁性材料で構成される中間層５としてMnPt層をスパッタ法で形成する。その中間層５の厚さは特に限定されないが、本実施形態では０nmより厚く、且つ１nm以下の厚さに中間層５を形成する。また、そのスパッタ法では、スパッタガスとしてArガスが使用されると共に、基板温度が室温に維持され、成膜圧力が２mTorrとされる。

更に、スパッタガスとしてArガスを使用するスパッタ法により、成膜圧力を３mTorr、基板温度を室温とする条件で中間層５の上にCoCrPt層を厚さ約６nmに形成し、そのCoCrPt層を第２記録層６とする。第１記録層４と同様に、この第２記録層６も垂直磁気異方性を呈する。第１、第２記録層４、６は中間層５を介して互いに強磁性結合し、各記録層４、６の間の交換結合エネルギは中間層５の膜厚によって制御し得る。

なお、これら第１、第２記録層４、６の形成順序は限定されない。これらの形成順序を上記とは逆にしてもよい。更に、上記では各記録層４、６を異なる材料で構成したが、これらの記録層４、６を同じ材料で構成してもよい。

次いで、図２に示すように、C₂H₂ガスを反応ガスとするRF-CVD(Radio Frequency Chemical Vapor Deposition)法により第２記録層６の上に保護層７としてDLC(Diamond Like Carbon)層を厚さ約４nmに形成した後、その上に潤滑剤８を塗布する。

以上により、本実施形態に係る磁気記録媒体１０の基本構造が完成した。

図３は、この磁気記録媒体１０への書き込み動作を説明するための断面図である。

書き込みを行うには、図３に示すように、主磁極１３ｂとリターンヨーク１３ａよりなる磁気ヘッド１３を磁気記録媒体１０に対向させ、断面積の小さな主磁極１３ｂで発生した磁束密度が高い記録磁界Hを第１、第２記録層４、６に通す。このようにすると、垂直磁気異方性を有する各記録層４、６のうち、主磁極１３ｂの直下にある磁区では、この記録磁界Hによって磁化が反転し、情報が書き込まれる。

記録磁界Hは、このように各記録層４、６を垂直に貫いた後、磁気ヘッド１３と共に磁束回路を構成する軟磁性裏打層２を面内方向に走り、再び記録層４、６を通って、断面積の大きなリターンヨーク１３ａに低い磁束密度で帰還される。

そして、磁気記録媒体１０と磁気ヘッド１３とを面内において図のAの方向に相対移動させつつ、記録信号に応じて記録磁界Hの向きを変えることにより、垂直方向に磁化された複数の磁区が記録媒体１０のトラック方向に連なって形成され、記録信号が磁気記録媒体１０に記録されることになる。

上記した本実施形態によれば、第１、第２記録層４、６の間の中間層５を反強磁性材料であるMnPtで構成した。これにより得られる利点について以下に説明する。

図４は、LLG(Landau−Lifshitz−Gilbert)方程式を用いるマイクロマグネティクスシミュレーションにより、各記録層４、６の間の交換結合エネルギJexと記録磁界との関係を求めて得られたグラフである。なお、このシミュレーションでは、第２記録層６の異方性磁界Hkを変え、それによりグラフの傾向がどのように変化するのかも調査された。

図４に示されるように、各記録層４、６の間の交換結合エネルギJexが大きい程、記録磁界を低減できる。

また、その交換結合エネルギJexが小さいときは、記録磁界の大きさは第２記録層６の異方性磁界Hkによらず略一定である。一方、交換結合エネルギJexが１．５erg/cm²の場合は、第２記録層６の異方性磁界Hkを５kOe以下とすることが記録磁界の低減に有効であることが分かる。

図５は、中間層５の膜厚と記録磁界との関係を実験により求めて得られたグラフである。なお、縦軸は、中間層５の厚さが０nmの場合、すなわち中間層５を形成しない場合の記録磁界で規格化している。

また、図６は、この実験で使用した中間層５の材料と膜厚をまとめた図である。図６に示されるように、この実験では、中間層５として反強磁性材料であるMnPtを用いる本実施形態の他に、中間層５として非磁性材料であるRuを用いる従来例１、そして中間層５として高飽和磁性材料であるCoを用いる従来例２のグラフも得た。その従来例２では、スパッタガスとしてArガスを用いるスパッタ法により、基板温度が室温、成膜圧力が３mTorrの条件でCo層を形成した。

更に、比較例として、Co層、厚さ０．２nmのRu層、及びCo層をこの順に形成してなる中間層５についても調査された。その比較例では、Ru層の厚さを一定にしながら、上下のCo層の厚さが変えられた。そのCo層の成膜条件は従来例２と同じである。またRu層は、スパッタガスとしてArガスを用いるスパッタ法により、基板温度が室温、成膜圧力が１０mTorrの条件で形成された。

図５に示されるように、従来例１では、中間層５が厚くなるほど記録磁界が上昇し、記録磁界を十分低減するには中間層５を構成するRu層の厚さを非常に薄くしなければならない。しかし、既述のように、Ru層の厚さを制御してこのように極薄とするのは非常に難しい。

これに対し、従来例２では、中間層５を厚くしても記録磁界が低減しない。しかし、既述のように、中間層５を構成するCo層が磁性材料であるため、従来例２では中間層５から漏れ磁界が発生し、それにより記録層４、６の磁区ドメインが拡大したり媒体ノイズが増加したりするといった問題がある。

一方、反強磁性材料により中間層５を構成する本実施形態では、膜厚の増加と共に記録磁界が低減している。これは、第１記録層４と第２記録層との間の交換結合エネルギが中間層の磁化によって高められているためであると考えら得る。これにより、従来例１のように記録磁界の低減のために中間層５の膜厚を薄くする必要が無く、中間層５の膜厚の制御が容易になる。

しかも、図７の拡大断面図に示すように、反強磁性材料で構成される中間層５では、隣接する磁化Mが互いに反対方向を向いているため、各磁化Mに起因する磁界H₀が中間層５を還流して膜の外に大きく漏れ出さず、漏洩磁界によって各記録層４、６のドメインが拡大したり媒体ノイズが増加したりするといった不都合を回避できる。

なお、図５に示した比較例では、記録磁界の低減の効果が本実施形態よりも優れているが、中間層５を三層構造にしているため、中間層５の成膜工程が複雑で製造コストが上昇するという不都合がある。

図８は、図５の各サンプルの特徴をまとめた図である。なお、図８における「記録磁界の低減度」とは、中間層５を形成しない場合を基準にした場合における、左隣欄の膜厚での記録磁界の低減の割合をいう。

図８に示されるように、本実施形態では、記録層４、６の間の交換結合エネルギJexが従来例１、２よりも大きく、その結果、記録磁界の低減度が従来例１、２よりも大きくなることが分かる。

上記した本実施形態では、中間層５を構成する反強磁性材料の一例としてMnPtを挙げたが、MnPt以外の反強磁性材料を使用してもよい。

次の表１は、本実施形態で使用可能な反強磁性材料とそのブロッキング温度とをまとめたものである。

表１に示されるように、いずれの反強磁性材料のブロッキング温度も比較的高い。よって、これらの材料は、実使用下においても反強磁性を呈し、中間層５の材料として使用し得る。

（２）第２実施形態
本実施形態では、第１実施形態の磁気記録媒体１０を備えた磁気記録装置について説明する。

図９は、その磁気記録装置の平面図である。この磁気記録装置は、パーソナルコンピュータやテレビの録画装置に搭載されるハードディスク装置である。

この磁気記録装置では、磁気記録媒体１０が、スピンドルモータ等によって回転可能な状態でハードディスクとして筐体１７に収められる。更に、筐体１７の内部には、軸１６を中心にしてアクチュエータ等により回転可能なキャッリッジアーム１４が設けられており、このキャリッジアーム１４の先端に設けられた磁気ヘッド１３が磁気記録媒体１０を上方から走査し、磁気記録媒体１０への磁気情報の書き込みと読み取りが行われる。

なお、磁気ヘッド１３の種類は特に限定されず、GMR(Giant Magneto-Resistive)素子やTuMR(Tunneling Magneto-Resistive)素子等の磁気抵抗素子で磁気ヘッドを構成してよい。

本実施形態によれば、図２に示したように、磁気記録媒体１０の記録層４、６の間に形成される中間層５を反強磁性材料で構成するので、中間層５から出る漏洩磁界に起因する媒体ノイズを低減でき、高品位な磁気記録装置を提供することが可能となる。

なお、磁気記録装置は、上記のようなハードディスク装置に限定されず、可撓性のテープ状の磁気記録媒体に対して磁気情報を記録するための装置であってもよい。

以下に、本発明の特徴を付記する。

（付記１）基材と、
前記基材の上に形成された下地層と、
前記下地層の上に形成された垂直磁気異方性を有する第１記録層と、
前記第１記録層の上に形成され、反強磁性材料からなる中間層と、
前記中間層の上に形成された垂直磁気異方性を有する第２記録層と、
を有することを特徴とする磁気記録媒体。

（付記２）前記第１記録層と前記第２記録層は、前記中間層を介して強磁性結合していることを特徴とする付記１に記載の磁気記録媒体。

（付記３）前記中間層は単層構造であることを特徴とする付記１に記載の磁気記録媒体。

（付記４）前記中間層を構成する反強磁性材料は、MnPt、FeMn、FeRh、IrMn、MnPd、及びMnNiのいずれかであることを特徴とする付記１に記載の磁気記録媒体。

（付記５）前記中間層の厚さは、０nmより厚く、且つ１nm以下であることを特徴とする付記１に記載の磁気記録媒体。

（付記６）基材と、
前記基材の上に形成された下地層と、
前記下地層の上に形成された垂直磁気異方性を有する第１記録層と、
前記第１記録層の上に形成され、反強磁性材料からなる中間層と、
前記中間層の上に形成された垂直磁気異方性を有する第２記録層とを備えた磁気記録媒体と、
前記磁気記録媒体に対向して設けられた磁気ヘッドと、
を有することを特徴とする磁気記録装置。

（付記７）前記第１記録層と前記第２記録層は、前記中間層を介して強磁性結合していることを特徴とする付記６に記載の磁気記録装置。

（付記８）前記中間層を構成する反強磁性材料は、MnPt、FeMn、FeRh、IrMn、MnPd、及びMnNiのいずれかであることを特徴とする付記６に記載の磁気記録装置。

図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る磁気記録媒体の製造途中の断面図（その１）である。図２は、本発明の第１実施形態に係る磁気記録媒体の製造途中の断面図（その２）である。図３は、本発明の第１実施形態に係る磁気記録媒体への書き込み動作を説明するための断面図である。図４は、第１記録層と第２記録層の間の交換結合エネルギJexと記録磁界との関係をマイクロマグネティクスシミュレーションにより求めたグラフである。図５は、中間層の膜厚と記録磁界との関係を実験により求めたグラフである。図６は、図５の実験で使用した中間層の材料と膜厚をまとめた図である。図７は、反強磁性材料で構成される中間層から漏洩磁界が発生し難いことを説明するための拡大断面図である。図８は、図５の各サンプルの特徴をまとめた図である。図９は、本発明の第２実施形態に係る磁気記録装置の平面図である。

符号の説明

１…非磁性基材、２…軟磁性裏打層、３…非磁性下地層、４…第１記録層、５…中間層、６…第２記録層、７…保護層、８…潤滑剤、１０…磁気記録媒体、１３…磁気ヘッド、１３ａ…リターンヨーク、１３ｂ…主磁極、１４…キャリッジアーム、１６…軸、１７…筐体。

Claims

基材と、
前記基材の上に形成された下地層と、
前記下地層の上に形成された垂直磁気異方性を有する第１記録層と、
前記第１記録層の上に形成され、反強磁性材料からなる中間層と、
前記中間層の上に形成された垂直磁気異方性を有する第２記録層と、
を有することを特徴とする磁気記録媒体。
前記第１記録層と前記第２記録層は、前記中間層を介して強磁性結合し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。
前記中間層は単層構造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。
前記中間層を構成する反強磁性材料は、MnPt、FeMn、FeRh、IrMn、MnPd、及びMnNiのいずれか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。
基材と、
前記基材の上に形成された下地層と、
前記下地層の上に形成された垂直磁気異方性を有する第１記録層と、
前記第１記録層の上に形成され、反強磁性材料からなる中間層と、
前記中間層の上に形成された垂直磁気異方性を有する第２記録層とを備えた磁気記録媒体と、
前記磁気記録媒体に対向して設けられた磁気ヘッドと、
を有することを特徴とする磁気記録装置。