JP2007250120A - 磁気記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】垂直磁気記録層の結晶性を高めることにより、信号品質の改善を図ることが可能な磁気記録媒体を提供する。
【解決手段】ＮｉＦｅＣｒからなり、Ｃｒの濃度が７〜３５原子％の範囲内である下地層が、非磁性基板上に配置されている。下地層の上に、Ｒｕからなる中間層が配置されている。中間層の上に、垂直磁気記録膜が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気記録媒体に関し、特に垂直磁気記録膜の結晶性及び保磁力を高めると共に、Ｓ／Ｎ比の低下を抑制する磁気記録媒体に関する。

次世代のハードディスクドライブに適用される磁気記録方式として、記録磁化が媒体面に対して垂直である垂直磁気記録媒体を用いた磁気記録方式が注目されている。

垂直磁気記録方式は、従来の面内磁気記録方式と比べて、高密度記録が可能で、かつ高い出力を得ることが可能である。さらに、記録磁化の熱緩和耐性を高くすることが期待される。

下記の特許文献１に、磁気記録層の媒体性能を向上させた垂直磁気記録媒体が開示されている。特許文献１に開示された発明においては、非磁性基板上に、パーマロイ系軟磁性材料からなる下地層を形成し、その上に垂直磁気記録膜が形成される。下地層を配置することにより、磁気記録層の配向性を改善し、高出力化及び低ノイズ化が図られる。

特開２００２−３５８６１７号公報

２００Ｇｂ／ｉｎ^２を超える記録密度を実現するためには、記録及び再生時の信号品質（例えばエラーレートやＳ／Ｎ比）が不足しており、更なる改善が要望されている。信号品質の向上を図るためには、記録ビットの均一性が重要である。記録ビットの均一性を高めるためには、記録層を形成する磁性粒子の幾何学的形状を均一にすると共に、磁気的にも均一化を図る必要がある。

磁性粒子の形状の均一化、及び磁気的均一化を図るために、記録媒体の結晶成長を制御する必要がある。結晶成長を制御するために、磁気記録層の下に下地層や中間層を設けているが、磁性粒子の粒径及び結晶性にばらつきがあり、均一性をより高めることが必要とされている。また、磁気記録層の結晶性を高めるために下地層の構成を最適化すると、Ｓ／Ｎ比が低下してしまう場合がある。

本発明の目的は、垂直磁気記録層の結晶性を高めることにより、信号品質の改善を図ることが可能な磁気記録媒体を提供することである。

本発明の一観点によると、
非磁性基板上に配置され、ＮｉＦｅＣｒからなり、Ｃｒの濃度が７〜３５原子％の範囲内である下地層と、
前記下地層の上に形成されたＲｕ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記録膜と
を有する磁気記録媒体が提供される。

本発明の他の観点によると、
非磁性基板上に配置されたＮｉＦｅＲｕからなる下地層と、
前記下地層の上に形成されたＲｕ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記録膜と
を有する磁気記録媒体が提供される。

下地層を、Ｃｒの濃度が７〜３５原子％の範囲内のＮｉＦｅＣｒ、またはＮｉＦｅＲｕで形成すると、記録層の結晶性を高め、かつ高いＳ／Ｎ比を得ることが可能になる。

図１に、実施例及び比較例による磁気記録媒体の断面図を示す。基板１の上に、軟磁性裏打層２、シード層３、下地層４、中間層５、記録層６、保護層７、及び潤滑層８がこの順番に積層されている。

基板１は、非磁性材料、例えばガラス、非磁性金属等で形成される。裏打層２は、軟磁性材料、例えばＣｏＮｂＺｒ等で形成され、その厚さは５０ｎｍである。シード層３は、Ｔａ等の非磁性材料で形成され、その厚さは例えば３ｎｍである。下地層４は、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＣｒ、ＣｏＦｅＲｕ等のｆｃｃ（面心立方）結晶構造を持つ軟磁性材料で形成される。その詳細な組成及び厚さについては、後述する。中間層５は、Ｒｕ、またはＲｕを主成分とする合金等のｈｃｐ（六方最密充填）結晶構造を持つ非磁性材料で形成され、その厚さは例えば２０ｎｍである。

記録層６は、ＳｉＯ_２膜の中にＣｏＣｒＰｔからなる磁性粒子が離散的に分布したグラニュラ構造を有し、その厚さは例えば１０ｎｍである。記録層６内に分布する各磁性粒子は、ｈｃｐ結晶構造を有する。磁性粒子として、ＣｏＣｒＰｔの他に、ｈｃｐ結晶構造を有する他の垂直磁化用磁性材料を用いてもよい。保護層７は炭素で形成され、その厚さは例えば６ｎｍである。潤滑層８は、例えばパーフルオロポリエーテル系の潤滑剤を用いて形成される。なお、潤滑剤として、磁気記録媒体の潤滑層材料として一般的に用いられる種々の他の材料を用いてもよい。

裏打層２から保護層８までの各層は、例えば、ＤＣマグネトロンスパッタリングにより形成される。なお、基板１を大気中に取り出すことなく真空を維持した状態で、裏打層２から保護層７まで連続的に成膜する。

以下、成膜条件の一例を示す。ＣｏＮｂＺｒからなる裏打層２は、Ａｒガス圧０．５Ｐａ、スパッタ電力１ｋＷの条件で成膜する。Ｔａからなるシード層３は、Ａｒガス圧０．５Ｐａ、スパッタ電力０．４ｋＷの条件で成膜する。下地層４をＮｉＦｅで形成する場合には、Ａｒガス圧０．５Ｐａ、スパッタ電力０．１ｋＷの条件で成膜し、ＮｉＦｅＣｒまたはＮｉＦｅＲｕで形成する場合には、Ａｒガス圧０．５Ｐａ、スパッタ電力０．４ｋＷの条件で成膜する。Ｒｕからなる中間層５は、Ａｒガス圧２．０Ｐａ、スパッタ電力０．４ｋＷの条件で成膜する。記録層６は、ＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ_２ターゲットを用い、Ａｒガス圧４Ｐａ、スパッタ電力０．４ｋＷの条件で成膜する。保護層７は、Ａｒガス圧１．０Ｐａ、スパッタ電力０．８ｋＷの条件で成膜する。

シード層３は、裏打層２と下地層４とを磁気的に分離する機能を有するが、省略することも可能である。中間層５は、ｆｃｃ結晶構造を持つ下地層４と、記録層６内に分布するｈｃｐ結晶構造を持つ磁性粒子との間に配置され、記録層６内の磁性粒子の結晶性を高める機能を有する。

図２Ａ〜図２Ｅに、下地層４をＮｉ８０Ｆｅ２０で形成した比較例による磁気記録媒体の種々の特性の測定結果を、下地層４の厚さの関数として示す。図２Ａ〜図２Ｅの横軸は、下地層４の厚さを、単位「ｎｍ」で表す。ここで、「Ｎｉ８０Ｆｅ２０」は、Ｎｉ濃度が８０原子％、Ｆｅ濃度が２０原子％のＮｉＦｅ合金を意味する。

図２Ａの縦軸は、信号出力のピークツーピーク値を、単位「μＶ」で表す。図２Ｂの縦軸は、媒体ノイズの二乗平均平方根を、単位「μＶ」で表す。図２Ｃの縦軸は、媒体Ｓ／Ｎ比を単位「ｄＢ」で表す。図２Ｄの縦軸は、記録層６の保磁力を単位「ｋＯｅ」で表す。図２Ｅの縦軸は、記録層６のＸ線ロッキングカーブの半値幅を単位「度」で表す。

下地層４を厚くすると、図２Ｄ及び図２Ｅに示すように、記録層６の結晶性が高まり、保持力が大きくなることがわかる。従って、結晶性及び保磁力の観点から、記録層６を厚くすることが好ましい。ところが、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、下地層４を厚くすると、信号出力の低下、及び媒体ノイズの増大を招き、媒体Ｓ／Ｎ比が低下してしまう。Ｓ／Ｎ比の観点からは、下地層４を薄くすることが好ましく、下地層４を挿入しないことが最も好ましい。下地層４を挿入しない場合に、図２Ｄに示したように保磁力が低下するのは、記録層６の磁性粒子の寸法が不均一になり、本来分離して分布すべき磁性粒子同士が一体化してしまうためと考えられる。

このように、下地層４としてＮｉＦｅを用いると、高いＳ／Ｎ比と大きな保磁力とを両立させることが困難である。

次に、第１の実施例による磁気記録媒体について説明する。第１の実施例による磁気記録媒体では、図１に示した下地層４が［Ｎｉ８０Ｆｅ２０］（１−ｘ）Ｃｒ（ｘ）で形成されている。例えば、ＮｉＦｅターゲットとＣｒターゲットとを用いたコスパッタリングにおいて、２つのターゲットに投入するスパッタ電力を制御することによって、下地層４のＣｒ濃度を調整することができる。また、ＤＣマグネトロンスパッタリングのターゲットの組成を調整することによっても、下地層４のＣｒ濃度を調整することができる。実施例においては、コスパッタリングを用いて下地層４の成膜を行った。

図３Ａに、Ｃｒ濃度と媒体ノイズとの関係を示し、図３Ｂに、Ｃｒ濃度とトータルＳ／Ｎ比との関係を示す。いずれのグラフにおいても、横軸はＣｒ濃度を単位「原子％」で表す。また、図中の黒丸、黒四角、及び黒三角が、それぞれ下地層４の厚さを５ｎｍ、１０ｎｍ、及び１５ｎｍにした場合の測定結果を示す。図３Ａの縦軸は、媒体ノイズの二乗平均平方根を単位「μＶ」で表し、図３Ｂの縦軸は、トータルＳ／Ｎ比を単位「ｄＢ」で表す。ここで、「トータルＳ／Ｎ比」とは、媒体ノイズのみならず、評価回路や磁気ヘッドに起因するノイズをも含めた合計のノイズを考慮した場合のＳ／Ｎ比のことである。

下地層４の厚さを５ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍと厚くしていくと、媒体ノイズが大きくなり、Ｓ／Ｎ比が低下している。これは、図２Ｂ及び図２Ｃに示した比較例の場合と同様の傾向である。ところが、第１の実施例では、Ｃｒ濃度を制御することにより、媒体ノイズの増加や、Ｓ／Ｎ比の低下を抑制することができる。

例えば、下地層４の厚さを５ｎｍとした場合、図３Ａに示すように、Ｃｒ濃度を高くすると媒体ノイズが減少している。また、図３Ｂに示すように、Ｓ／Ｎ比は、Ｃｒ濃度を高くすると一旦低下するが、Ｃｒ濃度が５原子％の近傍で極小値をとり、その後は上昇する。Ｃｒ濃度が７原子％以上の範囲では、Ｃｒ濃度が０、すなわち下地層４をＮｉＦｅで形成した比較例に比べて、高いＳ／Ｎ比が得られている。Ｃｒ濃度を２０原子％とすると、比較例に比べてＳ／Ｎが約０．５ｄＢ改善されている。

下地層４の膜厚を１０ｎｍ及び１５ｎｍとしたときには、媒体ノイズは、図３Ａに示すように、Ｃｒ濃度を増加させると、Ｃｒ濃度７〜８原子％近傍で極大値を示し、その後は減少する。Ｓ／Ｎ比も、図３Ｂに示すように、Ｃｒ濃度を増加させると一旦極小値を示し、その後は上昇する。

また、図３Ａに示したように、下地層４を厚さ５ｎｍのＮｉＦｅ層とした比較例（Ｃｒ濃度＝０の点）と、下地層４を厚さ１０ｎｍにし、Ｃｒ濃度を２０原子％にした実施例とを比較すると、実施例の媒体ノイズの方が小さいことがわかる。すなわち、下地層４を厚くしても、下地層４にＣｒを添加することにより、媒体ノイズの増加を防止することができる。

図３Ａ及び図３Ｂでは、下地層４の厚さが５ｎｍ、１０ｎｍ、及び１５ｎｍの場合を示した。比較例の図２Ｃのグラフにおいては、下地層４が５ｎｍより薄い範囲内でも、下地層４が薄くなるに従ってＳ／Ｎ比がより改善されている。この評価結果から、第１の実施例においても下地層４を５ｎｍより薄くするとＳ／Ｎ比がより改善されるであろうと思われる。ただし、記録層６の結晶性を高める効果を維持するために、下地層４の厚さは２ｎｍ以上とすることが好ましい。

図３Ｃに、Ｃｒ濃度と保磁力との関係を、中間層５の厚さを１５ｎｍ、２０ｎｍ、及び２５ｎｍとした場合について示す。横軸はＣｒ濃度を単位「原子％」で表し、縦軸は記録層６の保磁力を単位「ｋＯｅ」で表す。白丸、白四角、及び白三角が、それぞれ中間層５の厚さを１５ｎｍ、２０ｎｍ、及び２５ｎｍにした場合の保磁力を示す。下地層４の厚さは５ｎｍとした。

中間層５の厚さがいずれの場合にも、Ｃｒ濃度を高くするに従って保磁力が大きくなり、Ｃｒ濃度が１５原子％の近傍で極大値を示し、その後は低下する。十分大きな保磁力を維持するために、Ｃｒ濃度を３５原子％以下にすることが好ましい。

図３Ａ及び図３Ｂに示した媒体ノイズとＳ／Ｎ比、及び図３Ｃに示した保磁力とを総合的に参酌すると、Ｃｒ濃度を７〜３５原子％の範囲内とすることが好ましいことが分かる。

図３Ｄに、下地層４のＣｒ濃度と、記録層６のＸ線ロッキングカーブ半値幅との関係を示す。下地層４の厚さは５ｎｍとした。Ｃｒを添加しても、Ｃｒを添加しない場合と比べてＸ線ロキングカーブ半値幅がほとんど変化していないことがわかる。このことから、下地層４にＣｒを添加しても、ＮｉＦｅで形成した場合と比べて記録層６の結晶性は悪くなっていないことが確認された。

比較例の場合には、Ｓ／Ｎ比を高くするために、図２Ｃの評価結果に基づいて下地層４の膜厚を０にすると、図２Ｅに示したように、Ｘ線ロッキングカーブ半値幅が５度程度まで大きくなってしまう。第１の実施例の場合には、Ｓ／Ｎ比を高くするために、図３Ｂの評価結果に基づいてＣｒ濃度を２０原子％にしても、Ｃｒ濃度が０の場合に比べてＸ線ロッキングカーブ半値幅は大きくならない。このように、第１の実施例によれば、Ｘ線ロッキングカーブ半値幅の劣化を招くことなく、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることが可能である。

図４に、下地層４のＣｒ濃度を変化させたときの中間層５のＸ線回折パターンを示す。Ｘ線回折パターンの形状は、Ｃｒ濃度を１０原子％及び４０原子％としても、Ｃｒ濃度が０の場合とほとんど変化がない。Ｃｒ濃度を５０原子％まで増加させると、Ｘ線回折パターンのピーク強度が低下すると共に、その形状が変化する。Ｃｒ濃度が４０原子％以下の範囲であれば、Ｒｕからなる中間層５が、良好なｈｃｐ結晶構造を維持していることが確認された。このことから、下地層４も、良好なｆｃｃ結晶構造を維持しているものと考えられる。

図５に、Ｃｒ濃度と飽和磁化との関係を示す。横軸は、Ｃｒ濃度を単位「原子％」で表し、縦軸は、飽和磁化を単位「ｅｍｕ／ｃｍ^３」で表す。図中の白丸は、Ｓｉ基板上に形成した厚さ２００ｎｍのＮｉＦｅＣｒ膜の飽和磁化を示し、白三角は、ガラス基板上の厚さ３ｎｍのＴａ膜の上に形成した厚さ１０ｎｍのＮｉＦｅＣｒ膜の飽和磁化を示す。

いずれの場合にも、Ｃｒ濃度が高くなるに従って飽和磁化が減少している。図１に示した下地層４が軟磁性を示す場合には、下地層４が軟磁性裏打層２の機能を補強する。従って、下地層４は、完全な非磁性とするよりも、軟磁性とすることが好ましい。ただし、下地層４の飽和磁化が大きくなりすぎると、媒体ノイズが大きくなってしまう。媒体ノイズの増加を抑制するために、下地層４の飽和磁化を２５０ｅｍｕ／ｃｍ^３以下とすることが好ましい。下地層４に軟磁性を残し、かつ媒体ノイズの増加を抑制するために、下地層４のＣｒ濃度を１５〜２５原子％の範囲内とすることが好ましい。

次に、図６Ａ〜図６Ｃを参照して、第２の実施例について説明する。第１の実施例では、下地層４の材料として、ＮｉＦｅにＣｒを添加した磁性材料を用いたが、第２の実施例では、Ｃｒの代わりにＲｕを添加する。図６Ａ〜図６Ｃは、それぞれ第１の実施例の図３Ａ〜図３Ｃのグラフに対応する。いずれのグラフも、横軸はＲｕ濃度を単位「原子％」で表す。図６Ａ及び図６Ｂは、下地層４の厚さを５ｎｍとした場合を示している。図６Ｃの黒丸及び白丸は、それぞれ下地層４の厚さを５ｎｍ及び１０ｎｍとした場合の保磁力を示す。

図６Ａにおいて、Ｒｕ濃度が０〜２０原子％の範囲内で、媒体ノイズの変化は、図３Ａに示した第１の実施例と同様の傾向を示している。図６Ｂにおいても、Ｒｕ濃度が０〜２０原子％の範囲内で、トータルＳ／Ｎ比の変化は、図３Ｂに示した第１の実施例と同様の傾向を示している。Ｒｕ濃度を１０〜２０原子％の範囲内にすると、下地層４をＮｉＦｅで形成した場合に比べて、Ｓ／Ｎ比が約０．３ｄＢ高くなることがわかる。図６Ｃにおいても、Ｒｕ濃度が０〜２０原子％の範囲内で、保磁力の変化は、図３Ｃに示した第１の実施例と同様の傾向を示している。

このように、下地層４の材料としてＮｉＦｅＲｕを用いても、第１の実施例の場合と同様に、保磁力を維持しつつ、Ｓ／Ｎ比を高めることが可能になる。

上記第１及び第２の実施例では、下地層４を形成するベース材料をＮｉ８０Ｆｅ２０としたが、ＮｉとＦｅとの組成比を、その他の比としてもよい。例えば、Ｎｉ：Ｆｅの比を、原子パーセントで６５：３５〜９５：５の範囲としても、ＣｒやＲｕを含有させることによる効果が得られるであろう。

図７に、第１または第２の実施例による磁気記録媒体を用いた磁気記録装置の平面図を示す。筐体５０が、平たい直方体状の内部空間を画定する。この内部空間に、１枚以上の磁気ディスク５１が収容される。磁気ディスク５１は、第１または第２の実施例による磁気記録媒体と同様の構造を有する。磁気ディスク５１は、スピンドルモータ５２の回転軸に装着される。スピンドルモータ５２は、例えば回転数７２００ｒｐｍまたは１００００ｒｐｍ等で磁気ディスク５１を高速回転させる。

スピンドルモータ５２の回転軸と平行な方向に延在する支軸５３に、ヘッドアクチュエータ５５が装着されている。ヘッドアクチュエータ５５は、アーム５６とサスペンション５７とを備える。アーム５６は、支軸５３により、磁気ディスク５１の面に平行な方向に揺動可能に支持されている。サスペンション５７は、アーム５６の先端に取り付けられ、アーム５６から前方に延びる。サスペンション５８の先端に、浮上ヘッドスライダ５８が取り付けられている。

第１または第２の実施例による磁気記録媒体を、磁気ディスク５１に用いることにより、大きな保磁力を維持し、かつ高いＳ／Ｎ比を実現することができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

実施例及び比較例による磁気記録媒体の断面図である。 （２Ａ）は、比較例による磁気記録媒体の下地層の厚さと信号出力との関係を示すグラフであり、（２Ｂ）は、比較例による磁気記録媒体の下地層の厚さと媒体ノイズとの関係を示すグラフであり、（２Ｃ）は、比較例による磁気記録媒体の下地層の厚さと媒体Ｓ／Ｎ比との関係を示すグラフである。 （２Ｄ）は、比較例による磁気記録媒体の下地層の厚さと保磁力との関係を示すグラフであり、（２Ｅ）は、比較例による磁気記録媒体の下地層の厚さとＸ線ロッキングカーブ半値幅との関係を示すグラフである。 （３Ａ）は、第１の実施例による磁気記録媒体の下地層のＣｒ濃度と媒体ノイズとの関係を示すグラフであり、（３Ｂ）は、第１の実施例による磁気記録媒体の下地層のＣｒ濃度とトータルＳ／Ｎ比との関係を示すグラフである。 （３Ｃ）は、第１の実施例による磁気記録媒体の下地層のＣｒ濃度と保磁力との関係を示すグラフであり、（３Ｄ）は、第１の実施例による磁気記録媒体の下地層のＣｒ濃度とＸ線ロッキングカーブ半値幅との関係を示すグラフである。 下地層のＣｒ濃度を変化させたときの中間層のＸ線回折パターンを示すグラフである。 ＮｉＦｅＣｒのＣｒ濃度と飽和磁化との関係を示すグラフである。 （６Ａ）は、第２の実施例による磁気記録媒体の下地層のＲｕ濃度と媒体ノイズとの関係を示すグラフであり、（６Ｂ）は、第２の実施例による磁気記録媒体の下地層のＲｕ濃度とトータルＳ／Ｎ比との関係を示すグラフであり、（６Ｃ）は、第２の実施例による磁気記録媒体の下地層のＲｕ濃度と保磁力との関係を示すグラフである。 第１または第２の実施例による磁気記録媒体を用いた磁気記録装置の平面図である。

符号の説明

１ 基板
２ 裏打層
３ シード層
４ 下地層
５ 中間層
６ 記録層
７ 保護層
８ 潤滑層
５０ 筐体
５１ 磁気ディスク
５２ スピンドルモータ
５３ 支軸
５５ ヘッドアクチュエータ
５６ アーム
５７ サスペンション
５８ 浮上ヘッドスライダ

Claims (4)

1. 非磁性基板上に配置され、ＮｉＦｅＣｒからなり、Ｃｒの濃度が７〜３５原子％の範囲内である下地層と、
   前記下地層の上に形成されたＲｕ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記録膜と
   を有する磁気記録媒体。
2. 前記下地層のＣｒの濃度が、１５〜２５原子％の範囲内である請求項１に記載の磁気記録媒体。
3. 非磁性基板上に配置されたＮｉＦｅＲｕからなる下地層と、
   前記下地層の上に形成されたＲｕ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記録膜と
   を有する磁気記録媒体。
4. 前記下地層のＲｕの濃度が、１０〜２０原子％の範囲内である請求項３に記載の磁気記録媒体。

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