JP2009015959A - 垂直磁気記録媒体および磁気記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱揺らぎ耐性を高めながら，記録に必要な磁界を小さくし、しかも信号ノイズ比を改善できる垂直磁気記録媒体を提供する。
【解決手段】基板上に、第１磁性層と、第２磁性層とを有し、前記第１磁性層および第２磁性層について、一軸磁気異方性定数をＫｕ_１，Ｋｕ_２、飽和磁化をＭｓ_１，Ｍｓ_２、異方性磁界をＨｋ_１＞Ｈｋ_２、厚さをｔ_１，ｔ_２としたとき、Ｋｕ_１およびＫｕ_２が３×１０^６ｅｒｇ／ｃｃ以上，Ｍｓ_１＜Ｍｓ_２，Ｈｋ_１＞Ｈｋ_２，かつｔ_１＞ｔ_２であることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【選択図】 図１

Description

本発明は、垂直磁気記録媒体、およびこの垂直磁気記録媒体を具備した磁気記録再生装置に関する。

ハードディスク装置（ＨＤＤ）の記録密度を高めるためには，磁気記録媒体上における１ビットの大きさを小さくする必要があり，小さくしても正しく信号を読み出せるようにするには，磁気記録層を構成する磁性粒子を微細化する必要がある。粒子径が小さくなるとその体積に比例して，記録した磁化の方向を保持するエネルギーが小さくなり，これが室温の熱エネルギーに近くなると，磁気ヘッドで記録を行わなくても磁化の反転が起きてしまう（熱揺らぎ現象）。

これを防ぐためには，単位体積当りの磁化反転に必要なエネルギー（一軸磁気異方性エネルギー；Ｋｕ）を大きくするという手があるが，記録に必要なヘッド磁界は基本的にはＫｕに比例するので，Ｋｕを大きくした場合にはそれに合わせてヘッド磁界も大きくしないと，十分な記録ができなくなってしまう。しかしながら，磁気ヘッドの飽和磁束は現在ほぼ物理的な限界に近く，１ビットが小さくなるのに伴ってヘッドの磁極先端も小さくなっているため，ヘッドの記録能力を高めるのはかなり困難になってきている。

つまり，記録密度を高めるために磁性粒子を微細化しようとすると，記録が困難になるという状況になってきており，熱揺らぎ耐性を高めながら，記録に必要な磁界を小さくする方法が求められている。

その方法の一つとして，近年，１つの柱状粒子内を上下に硬磁性（高Ｋｕ）の領域と軟磁性（低Ｋｕ）の領域に分けて，それらを適度な相互作用で結合させるという方法が提案された（コンポジットメディア）(非特許文献１)。このような構成にすると，２つの領域が完全に交換結合していないために，外部から磁界を印加した際に２つの領域が一体では反転せず，先に軟磁性の領域が回転を始め，ある程度回転してから，適度な相互作用により硬磁性領域も回転させようとする力を加えて反転する。２つの領域を完全に交換結合させた場合には，外部磁界を印加すると平均したＫｕに対応する磁界（保磁力）で一体で反転するが，結合を適度に弱めることで，これよりも小さい磁界（保磁力）で反転すると報告されている。このコンポジットメディアを実際に作製し，その特性を評価した報告はいくつもなされているが（例えば非特許文献２），どれも最初の提案をベースにしていて一方の領域は軟磁性となっている。

確かに２つの領域間の結合を適度に弱めることにより，完全に結合させた場合に比べて保磁力は下げることはできるが（低下の程度はそれぞれのＫｕや飽和磁化Ｍｓなどに依存する），そのベースはＫｕの平均値（層厚に応じた加重平均）であり，おおまかには保磁力はＫｕの平均値で決まると言える。

ヘッド磁界がすでに上限いっぱいであるとして，保磁力（反転磁界）は記録できる範囲の最大値にするとなると，Ｋｕの平均値はほぼ決まってしまうので，後は２つの領域でどう配分するかが重要になる。

いわゆるコンポジットメディアの考え方としては，軟磁性領域のＫｕがほぼ０で，硬磁性領域のＫｕは軟磁性領域がない時の２倍にできる。言い換えると，コンポジットメディアは，より高Ｋｕの硬磁性層を扱うための方法でもあるが，平均のＫｕは硬磁性層のＫｕよりも大幅に低下してしまう。

一方，現在の垂直ＨＤＤメディアではＣｏＣｒＰｔ−酸化物グラニュラー硬磁性層が主流となっており，Ｃｒを減らすことでＫｕを高めることはできるが，Ｃｒを増やした方がＳＮＲｍ（メディアの信号ノイズ比）の改善やＭｓの低減ができるため，Ｃｒ組成は高めでＫｕは４×１０^６ｅｒｇ／ｃｃ程度に抑えられている。また，ＦｅＰｔ合金など非常に大きなＫｕが得られる材料も検討されているが，ＣｏＣｒＰｔ記録層のような高いＳＮＲｍが得られる目処は立っておらず，硬磁性層のＫｕを高めるのは実質的に難しい状況にある。

上記のほかにも、磁気記録層に２層の磁性層を用いた垂直磁気記録媒体が提案されている（特許文献１および特許文献２）。しかし、熱揺らぎ耐性を高めながら，記録に必要な磁界を小さくし、しかも信号ノイズ比を改善できるまでには至っていない。
R. H. Victora et al., IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 41, p. 537 J. P. Wang et al., IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 41, p. 3181 特開２００３−１６８２０７号公報 特開２００６−４８９００号公報

本発明の目的は、熱揺らぎ耐性を高めながら，記録に必要な磁界を小さくし、しかも信号ノイズ比を改善できる垂直磁気記録媒体を提供することにある。

本発明の一実施形態に係る垂直磁気記録媒体は、基板上に、第１磁性層と、第２磁性層とを有し、前記第１磁性層および第２磁性層について、一軸磁気異方性定数をＫｕ_１，Ｋｕ_２、飽和磁化をＭｓ_１，Ｍｓ_２、異方性磁界をＨｋ_１＞Ｈｋ_２、厚さをｔ_１，ｔ_２としたとき、Ｋｕ_１およびＫｕ_２が３×１０^６ｅｒｇ／ｃｃ以上，Ｍｓ_１＜Ｍｓ_２，Ｈｋ_１＞Ｈｋ_２，かつｔ_１＞ｔ_２であることを特徴とする。

本発明によれば、熱揺らぎ耐性を高めながら，記録に必要な磁界を小さくし、しかも信号ノイズ比を改善できる垂直磁気記録媒体を提供することができる。

磁性層においてＫｕから期待される反転磁界の大きさは，２Ｋｕ／Ｍｓで与えられ，異方性磁界（Ｈｋ）と呼ばれている。コンポジットメディアのポイントは軟磁性領域が先に反転するというところにあり，反転しやすさという意味ではＫｕが０に近づくとＨｋが０に近づくので好ましいが，Ｋｕは必ずしも０に近くなくとも，Ｍｓとのバランスで，Ｈｋが小さければ先に反転が起きる。

そこで我々は，第１磁性層は基本的に現行のＣｏＣｒＰｔ−酸化物グラニュラー硬磁性層のまま，第２磁性層として軟磁性層の代わりにＭｓが高くＨｋの低い「硬」磁性層を用いることを考え出した。

第２磁性層のＨｋを低くすることで先に反転が始まり，第１磁性層の反転を促進して反転磁界（保磁力〜ヘッド記録に必要な磁界）が小さくなることが期待できる（２つの領域の磁気モーメントを各々１つと仮定した理論計算とは異なり，実際には非常に多くの磁気モーメントの集まりなので，領域内のモーメントの向きは一様ではなく，完全に交換結合している場合でも，Ｈｋの低い領域の境界から遠い部分から磁化回転が始まる）。さらに２つの磁性層の間に非磁性中間層を設けて，２つの磁性層間の相互作用を弱めることで，さらに記録に必要な磁界を小さくすることができる。

また，第２磁性層の方が多少でもＫｕが高ければ平均のＫｕが大きくなる分だけ熱揺らぎ耐性を高めることができ，Ｋｕが同程度か低ければ熱揺らぎ耐性も同程度か低下することになるが，Ｋｕが６乗のオーダーであれば，層厚を薄くすることや第１磁性層のＫｕを調整したりすることで，熱揺らぎ耐性の低下は抑制できると考えられる（上述したように，第１磁性層が現行の硬磁性層のままで第２磁性層に軟磁性層を用いた場合には，平均のＫｕが大幅に低下してしまう）。第１，第２磁性層ともＫｕが３×１０^６ｅｒｇ／ｃｃ以上であれば，層厚などの自由度をあまり犠牲にすることなく，高い熱揺らぎ耐性が期待できる。

したがって，この方法により，ＳＮＲｍの良好なＣｏＣｒＰｔ−酸化物グラニュラー硬磁性層を用いたまま，熱揺らぎ耐性をほぼ維持しながら記録に必要な磁界を低減（上書き特性／ＯＷを改善）するか，記録に必要な磁界を維持しながら熱揺らぎ耐性を向上させることができると考えられる。

本発明によれば、垂直磁気記録層を第１磁性層／第２磁性層の２層構造とし，Ｋｕ_１，Ｋｕ_２とも３×１０^６ｅｒｇ／ｃｃ以上，Ｍｓ_１＜Ｍｓ_２，Ｈｋ_１＞Ｈｋ_２，ｔ_１＞ｔ_２とすることにより，媒体ノイズ，熱揺らぎ耐性，上書き特性を改善した磁気記録媒体および面記録密度を向上させた磁気記録再生装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態についてより詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る垂直磁気記録媒体の断面図である。この垂直磁気記録媒体は、基板１上に、下部軟磁性層２ａと非磁性中間層２ｂと上部軟磁性層２ｃとを含む軟磁性裏打ち層２、シード層３、非磁性下地層４、第１磁性層５、非磁性中間層６、第２磁性層７、および保護層８が積層された構造を有する。以下、好適な材料について説明する。

＜基板＞
基板としては、例えばガラス基板、Ａｌ系合金基板、セラミック基板、カーボン基板や、酸化表面を有するＳｉ単結晶基板等を用いることができる。ガラス基板の材料としては、例えばアモルファスガラス、結晶化ガラスがあげられる。アモルファスガラスとしては、例えば汎用のソーダライムガラス、及びアルミノシリケートガラス等を使用できる。また、結晶化ガラスとしては、例えばリチウム系結晶化ガラスを用いることができる。セラミック基板としては、例えば汎用の酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、及び窒化珪素などを主成分とする焼結体や、これらの繊維強化物などが使用可能である。あるいは、基板として、上記金属及び非金属の基板等の表面にメッキ法やスパッタ法を用いてＮｉＰ層が形成されたものを用いることもできる。

＜軟磁性裏打ち層＞
本発明において、高透磁率な軟磁性裏打ち層を設けることにより、軟磁性裏打ち層上に垂直磁気記録層を有するいわゆる垂直二層媒体が構成される。この垂直二層媒体において、軟磁性裏打ち層は、垂直磁気記録層を磁化するための磁気ヘッド例えば単磁極ヘッドからの記録磁界を、水平方向に通して、磁気ヘッド側へ還流させるという磁気ヘッドの機能の一部を担っており、磁気記録層に急峻で充分な垂直磁界を印加させ、記録再生効率を向上させる役目を果たし得る。

軟磁性裏打ち層には、例えばＦｅ、Ｎｉ、及びＣｏを含む材料を用いることができる。このような材料として、ＦｅＣｏ系合金例えばＦｅＣｏ、ＦｅＣｏＶなど、ＦｅＮｉ系合金例えばＦｅＮｉ、ＦｅＮｉＭｏ、ＦｅＮｉＣｒ、ＦｅＮｉＳｉなど、ＦｅＡｌ系合金、ＦｅＳｉ系合金例えばＦｅＡｌ、ＦｅＡｌＳｉ、ＦｅＡｌＳｉＣｒ、ＦｅＡｌＳｉＴｉＲｕ、ＦｅＡｌＯなど、ＦｅＴａ系合金例えばＦｅＴａ、ＦｅＴａＣ、ＦｅＴａＮなど、ＦｅＺｒ系合金例えばＦｅＺｒＮなどを挙げることができる。また、Ｆｅを６０原子％以上含有するＦｅＡｌＯ、ＦｅＭｇＯ、ＦｅＴａＮ、ＦｅＺｒＮ等の微結晶構造、あるいは微細な結晶粒子がマトリクス中に分散されたグラニュラー構造を有する材料を用いることができる。

軟磁性裏打ち層の他の材料として、Ｃｏと、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、及びＹのうち少なくとも１種とを含有するＣｏ合金を用いることができる。Ｃｏは、好ましくは８０原子％以上含まれる。このようなＣｏ合金は、スパッタ法により製膜した場合にアモルファス層が形成されやすく、アモルファス軟磁性材料は、結晶磁気異方性、結晶欠陥および粒界がないため、非常に優れた軟磁性を示す。このようなアモルファス軟磁性材料としては、コバルトを主成分とし，ジルコニウムを副成分として含有する合金例えばＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＮｂ、及びＣｏＺｒＴａなどのＣｏＺｒ系合金を挙げることができる。以上の材料には、アモルファスを形成しやすくするなどの目的で，さらにＢを加えることができる。

軟磁性裏打ち層にアモルファス材料を用いた場合には，アモルファス系の基板と同様に、その上に形成する金属層の結晶配向に直接的な影響をほとんど与えなくなるために，材料を変更しても磁気記録層の構造や結晶性に大きな変化はなく，基本的に同様の磁気特性および記録再生特性が期待できる。ＣｏＺｒ系合金のように３つ目の元素が異なる程度であれば，飽和磁化（Ｍｓ），保磁力（Ｈｃ），及び透磁率（μ）などの違いも小さいので，ほぼ同等の磁気特性および磁気記録再生特性が得られる。

なお、図１に示したように、軟磁性裏打ち層を下部軟磁性層と反強磁性結合層と上部軟磁性層とを含む３層構造とし、下部軟磁性層と上部軟磁性層とを反強磁性結合させてもよい。

＜シード層＞
本発明の垂直磁気記録媒体においては、軟磁性裏打ち層と非磁性下地層との間にシード層を設けてもよい。シード層を設けることにより，非磁性下地層を通して，磁気記録層の結晶粒径や結晶配向を改善することができる。これらの改善によって非磁性下地層を薄くすることができれば，磁気ヘッドと軟磁性裏打ち層の距離（スペーシング）を短くして記録再生特性を改善することもできる。シード層の磁性については，軟磁気特性を持たせることができれば，裏打ち層としても機能するので，さらに磁気ヘッドとの距離を短くすることができて好適である。

シード層の厚さは，好ましくは０．１ないし２０ｎｍ，より好ましくは０．２ないし１０ｎｍである。平均層厚が１原子層以下となると完全に均一に形成できたとしても完全に連続した層とはならないが，島状に点在した構造となっても結晶粒径や結晶配向を改善する効果は期待できる。一方，シード層が良好な特性を示す軟磁性体であればスペーシングの観点からは最大値の制限はなくなるが，磁性がない場合にはスペーシングを増加させてしまうことになる。

シード層の材料としては，ｈｃｐやｆｃｃの金属が結晶配向を高めやすいという利点があるが，ｂｃｃの金属を用いた場合でも下地層との結晶構造の違いにより下地層の結晶粒径を微細化する効果が期待できる。シード層は必須ではないが，設けるのであれば好適な材料は、例えばＰｄ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｔａ，Ｔｉ、及びその合金からなる群から選択される少なくとも１種を含むことができる。さらに特性を改善するために，これらの材料を混ぜ合わせても良いし，別の元素を混ぜても良く，またそれらを積層しても良い。

＜非磁性下地層＞
非磁性下地層としては，例えばＲｕを使用することができる。Ｒｕは記録層の主成分のＣｏと同じｈｃｐであり，Ｃｏとの格子ミスマッチも大き過ぎず，粒径も小さくて柱状成長させやすいなどの点で好ましい。

また，製膜中のＡｒガス圧を高めることにより，さらに粒径を微細化した上に，粒径の分散も改善し，粒子間の分断も促進することができる。この場合，結晶配向は悪化する傾向にあるが，必要に応じて，結晶配向を高めやすい低ガス圧のＲｕと組み合せることでそれを補うことができる。前半を低ガス圧，後半を高ガス圧とする方が好ましく，後半のガス圧については，相対的に前半のガス圧より高ければ同様の効果が期待でき，１０Ｐａ以上でも構わない。また，層圧比は，結晶配向を優先するのであれば低ガス圧層の方を厚く，粒径の微細化などを優先するのであれば高ガス圧層の方を厚くすると良い。

粒子間の分断に関しては，酸化物を添加することによりさらに促進することができる。酸化物としては、特に酸化シリコン、酸化クロム、及び酸化チタンからなる群から選択されるもののうち少なくとも１種が好適である。

非磁性下地層の厚さは，好ましくは２ないし５０ｎｍ，より好ましくは４ないし３０ｎｍである。Ｒｕに限らず，下地層が薄過ぎると十分な連続膜とならず，結晶性も高めにくいために，その上に形成する磁気記録層の微細構造を改善することが難しくなる。厚くした方が結晶性は高めやすくなり，その上の磁気記録層の保磁力も高めやすくなるが，厚くし過ぎるとスペーシングの増加により磁気ヘッドによる記録能力や記録分解能の低下を招くことになる。

なお，ここまでは主にＲｕについて述べたが，非磁性下地層にはｆｃｃの金属を用いても，（１１１）配向とすることによりＣｏ系記録層をｈｃｐ（００．１）配向とすることができるので，Ｃｏとの格子ミスマッチも考慮して例えばＲｈやＰｄ，Ｐｔなどを使用することができる。また，Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、及びＰｔからなる群から選択される少なくとも１種と、Ｃｏ、及びＣｒからなる群より選択された少なくとも一種とからなる合金を使用することもできる。さらに，例えばＢ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｎｂ、Ｈｆ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ｎｄ、Ｚｒ、Ｗ、及びＮｄからなる群より選択された少なくとも一種を添加することができる。

＜垂直磁気記録層＞
本発明に用いられる第１磁性層は例えば強磁性層であり、好ましくは飽和磁化Ｍｓが２００≦Ｍｓ＜７００ｅｍｕ／ｃｃである。

本発明に用いられる第１磁性層としては、例えばＣｏＰｔ系合金を使用することができる。ＣｏＰｔ系合金中におけるＣｏとＰｔの比率は、高い一軸結晶磁気異方性Ｋｕを得るという観点からは、２：１ないし９：１が好ましい。ＣｏＰｔ系合金は、さらにＣｒを含むことが好ましい。

第１磁性層は、さらに酸素を含むことが好ましい。酸素は、酸化物として添加することができる。酸化物としては、特に酸化シリコン、酸化クロム、及び酸化チタンからなる群から選択されるもののうち少なくとも１種が好適である。このような酸化物により、第１磁性層は、Ｃｏを含有する磁性結晶粒子と、その周りを取り囲む非晶質酸化物を含有する粒界相とを含む、いわゆるグラニュラー構造となる。

この磁性結晶粒子は、垂直磁気記録層を上下に貫いた柱状構造であることが好ましい。このような微細構造を形成することにより、垂直磁気記録層の磁性結晶粒子の結晶配向および結晶性を良好なものとし、結果として高密度記録に適した再生信号出力／ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）が得ることができる。

このような微細構造を得るための酸化物の含有量は、Ｃｏ、Ｃｒ、及びＰｔの総量に対して、３ｍｏｌ％ないし２０ｍｏｌ％であることが好ましい。さらに好ましくは５ｍｏｌ％ないし１８ｍｏｌ％である。垂直磁気記録層中の酸化物の含有量として上記範囲が好ましいのは、層を形成した際、磁性結晶粒子の周りに磁性が弱いかほとんどない非晶質粒界層が形成され、磁性結晶粒子の孤立化、微細化をすることができるためである。

第１磁性層は、その酸化物の含有量が２０ｍｏｌ％を超えた場合、酸化物が磁性結晶粒子中に残留し、磁性結晶粒子の配向性、結晶性を損ね、さらには、磁性結晶粒子の上下に酸化物が析出し、結果として、磁性結晶粒子が垂直磁気記録層を上下に貫いた柱状構造が形成されなくなる傾向がある。また、酸化物の含有量が３ｍｏｌ％未満である場合、磁性結晶粒子の分離、微細化が不十分となり、結果として記録再生時におけるノイズが増大し、高密度記録に適した信号／ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）が得られなくなる傾向がある。

第１磁性層は、そのＣｒの含有量が、２原子％ないし３０原子％であることが好ましい。Ｃｒ含有量が上記範囲であると、磁性結晶粒子の一軸結晶磁気異方性定数Ｋｕを下げすぎず、また、高い磁化を維持し、結果として高密度記録に適した記録再生特性と十分な熱揺らぎ特性が得られる傾向がある。Ｃｒ含有量が３０原子％を超えると、磁性結晶粒子のＫｕが小さくなるため熱揺らぎ特性が悪化し、また、磁化が小さくなり再生信号出力が低下することで、結果として記録再生特性が悪くなる傾向がある。

第１磁性層は、そのＰｔの含有量が、１０原子％ないし２５原子％であることが好ましい。Ｐｔ含有量が上記範囲であるのは、垂直磁気記録層に必要なＫｕを得、さらに磁性結晶粒子の結晶性、配向性が良好であり、結果として高密度記録に適した熱揺らぎ特性、記録再生特性が得られるため、好適だからである。

Ｐｔ含有量が２５原子％を超えた場合、磁性結晶粒子中にｆｃｃ構造の層が形成され、結晶性、配向性が損なわれる傾向がある。また、Ｐｔ含有量が１０原子％未満である場合、高密度記録に適した熱揺らぎ特性を得るためのＫｕが得られない傾向がある。

第１磁性層は、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｐｔ、及び酸化物等の主成分のほかに、さらなる副成分としてＢ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｄ、Ｗ、Ｎｂ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｒｕ、及びＲｅから選ばれる１種類以上の元素を含むことができる。上記元素を含む事により、磁性結晶粒子の微細化を促進、あるいは結晶性や配向性を向上させることができ、より高密度記録に適した記録再生特性、熱揺らぎ特性を得ることができる。

上記副成分の合計の含有量は、８原子％以下であることが好ましい。８原子％を超えた場合、磁性結晶粒子中にｈｃｐ相以外の相が形成されるため、磁性結晶粒子の結晶性、配向性が乱れ、結果として高密度記録に適した記録再生特性、熱揺らぎ特性が得られない傾向がある。

また、第１磁性層としては、上記合金の他、他のＣｏＰｔ系合金、ＣｏＣｒ系合金、ＣｏＰｔＣｒ系合金、ＣｏＰｔＯ、ＣｏＰｔＣｒＯ、ＣｏＰｔＳｉ、ＣｏＰｔＣｒＳｉ，およびＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、およびＲｕからなる群より選択された少なくとも一種を主成分とする合金とＣｏとの多層構造、さらに、これらにＣｒ、ＢおよびＯを添加したＣｏＣｒ／ＰｔＣｒ、ＣｏＢ／ＰｄＢ、ＣｏＯ／ＲｈＯなどを使用することができる。いずれにしても，Ｃｏはｈｃｐ構造で一軸結晶磁気異方性を持ち，高い保磁力を得やすいことから，垂直磁気記録層はＣｏを主成分とすることが好ましい。

従来のコンポジットメディアとは異なり、本発明に用いられる第２磁性層は硬磁性層であり、好ましくは飽和磁化Ｍｓが７００≦Ｍｓ≦１４２２ｅｍｕ／ｃｃである。実用的なＣｏＣｒＰｔ−酸化物グラニュラー硬磁性層の膜平均のＭｓは７００ｅｍｕ／ｃｃ未満であるため，７００ｅｍｕ／ｃｃ以上であれば一般に第２磁性層の方が高いＭｓが得られると言える。また，純Ｃｏの理想的な連続膜が形成できた場合にはバルクと同じＭｓ＝１４２２ｅｍｕ／ｃｃが期待できるが，非磁性の粒界層が形成された場合には結晶粒子の充填密度に比例して膜平均のＭｓは小さくなる。例えば，純Ｃｏでも充填密度が５０％であればＭｓ＝７１１ｅｍｕ／ｃｃとなるので，膜平均のＭｓは製膜条件や第１磁性層の構造などに応じて変動する。

第２磁性層としては、高いＭｓと高いＫｕが必要であるため，Ｃｏを主成分とするのが好ましく，Ｍｓが大幅に低下しやすいＣｒを使用することは好ましくない。ＣｏにＰｔを加えた場合，Ｍｓの低下はＰｔの組成にほぼ比例する程度であるのに対し，Ｋｕを高めることができるので，ＣｏＰｔ合金を使用しても良い。Ｐｔの含有量は、０原子％ないし２５原子％であることが好ましい。第２磁性層は純Ｃｏでも構わないので、Ｐｔ含有量は０原子％でも良い。また、Ｐｔ含有量が２５原子％を超えた場合、磁性結晶粒子中にｆｃｃ構造の層が形成され、ｈｃｐ−ＣｏＰｔ合金の結晶性、配向性が損なわれる傾向がある。ＰｄもＰｔと同様な作用を示す。副成分としてＢ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｄ、Ｗ、Ｎｂ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｒｕ、及びＲｅから選ばれる１種類以上の元素を含むことができる。上記元素を含む事により、磁性結晶粒子の微細化を促進、あるいは結晶性や配向性を向上させることができる。

第１磁性層および第２磁性層の一軸磁気異方性定数Ｋｕ_１，Ｋｕ_２はともに３×１０^６ｅｒｇ／ｃｃ以上である。

第１磁性層の厚さは、好ましくは３ないし４０ｎｍ、より好ましくは５ないし２０ｎｍである。この範囲であると、より高記録密度に適した磁気記録再生装置として動作し得る。第１磁性層の厚さが３ｎｍ未満であると、結晶配向も低く偏析も不十分で再生出力も低過ぎるためノイズ成分の方が高くなる傾向があり、第１磁性層の厚さが４０ｎｍを超えると、再生出力が高過ぎて波形を歪ませる傾向がある。第２磁性層は、１ないし１０ｎｍの厚さを有することが好ましい。

垂直磁気記録層の保磁力は、２３７０００Ａ／ｍ（３０００Ｏｅ）以上とすることが好ましい。保磁力が２３７０００Ａ／ｍ（３０００Ｏｅ）未満であると、熱揺らぎ耐性が劣る傾向がある。

垂直磁気記録層の垂直角型比は、０．８以上であることが好ましい。垂直角型比が０．８未満であると、熱揺らぎ耐性に劣る傾向がある。

＜保護層＞
保護層は、垂直磁気記録層の腐食を防ぐとともに、磁気ヘッドが媒体に接触したときに媒体表面の損傷を防ぐことができる。その材料としては、例えばＣ、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２を含むものがあげられる。保護層の厚さは、１ないし１０ｎｍとすることが好ましい。これにより、ヘッドと媒体の距離を小さくできるので、高密度記録に好適である。

また、保護層上には、図示しない潤滑層を設けることができる。潤滑層に使用される潤滑剤としては、従来公知の材料、例えばパーフルオロポリエーテル、フッ化アルコール、フッ素化カルボン酸などを用いることができる。

＜磁気記録再生装置＞
図２に、本発明に係る磁気記録再生装置の一例を一部分解した斜視図を示す。

図示するように、ディスク装置としてのハードディスクドライブ（以下ＨＤＤと称する）は、上面の開口した矩形箱状のケース１１０と、複数のねじによりケースにねじ止めされてケースの上端開口を閉塞する図示しないトップカバーとを有している。

ケース１１０内には、記録媒体としての磁気ディスク１１２、この磁気ディスク１１２を支持および回転させるスピンドルモータ１１３、磁気ディスクに対して情報の記録、再生を行なう例えば単磁極型磁気記録ヘッド等の磁気ヘッド１３３、この磁気ヘッド１３３を本発明に係る磁気ディスク１１２に対して移動自在に支持したヘッドアクチュエータ１１４、ヘッドアクチュエータをピボット１２４の周りに回動させて位置決めするボイスコイルモータ（以下ＶＣＭと称する）１１６、磁気ヘッドが磁気ディスクの最外周に移動した際、磁気ヘッド１３３を磁気ディスク１１２から離間した位置に保持するランプロード機構１１８、ＨＤＤに衝撃等が作用した際、ヘッドアクチュエータを退避位置に保持するイナーシャラッチ機構１２０、およびプリアンプ等の電子部品が実装されたフレキシブルプリント回路基板ユニット（以下、ＦＰＣユニットと称する）１１７が収納されている。

また、ケース１１０の外面には、ＦＰＣユニット１１７を介してスピンドルモータ１１３、ＶＣＭ１１６、および磁気ヘッドの動作を制御する図示しないプリント回路基板がねじ止めされ、ケースの底壁と対向して位置している。

磁気ディスク１１２は、例えば、直径６５ｍｍ（２．５インチ）に形成され、磁気記録層を有している。磁気ディスク１１２は、スピンドルモータ１１３の図示しないハブに嵌合されているとともにクランプばね１２１によりクランプされている。そして、磁気ディスク１１２は、駆動部としてのスピンドルモータ１１３により所定の速度で回転駆動される。

磁気ヘッド１３３は、図示しないほぼ矩形状のスライダに形成されたいわゆる複合型ヘッドであり、単磁極構造のライトヘッドと、ＧＭＲ膜やＴＭＲ膜などを用いたリードヘッドと記録再生用のＭＲ（磁気抵抗）ヘッドとを有し、スライダと共にサスペンション１３２の先端部に形成されたジンバル部に固定されている。

以下、本発明の実施例を説明する。

［実施例１］
＜垂直磁気記録媒体の作製＞
非磁性基板として、ディスク状の洗浄済みのガラス基板（オハラ社製、外直径２．５インチ）を用意した。このガラス基板をマグネトロンスパッタ装置（キヤノンアネルバ社製Ｃ−３０１０）の製膜チャンバ内に収容して、到達真空度２×１０^−５Ｐａ以下となるまで製膜チャンバ内を排気した後、特に断らない限りガス圧約０．６ＰａのＡｒ雰囲気中で、以下のようにマグネトロンスパッタリングを行った。

非磁性基板上に、まず、軟磁性裏打ち層として、厚さ３０ｎｍのＣｏＺｒＮｂ合金，厚さ０．７ｎｍのＲｕ，及び厚さ３０ｎｍのＣｏＺｒＮｂ合金を順次形成した。なお，これら２層のＣｏＺｒＮｂ層は，その間に設けたＲｕにより反強磁性的に結合している。次に、ＣｏＺｒＮｂ層上に、厚さ６ｎｍのＰｄシード層を形成した。続いて、厚さ１０ｎｍのＲｕ層を形成した後，Ａｒガス圧を６Ｐａまで高めてから，さらに厚さ１０ｎｍのＲｕ層を積層して，合計２０ｎｍの非磁性下地層を形成した。その後，第１磁性層，非磁性中間層，および第２磁性層を順次積層して垂直磁気記録層を形成した。

第１磁性層は，（Ｃｏ−１６原子％Ｐｔ−１０原子％Ｃｒ）−８ｍｏｌ％ＳｉＯ_２コンポジットターゲットを用いて，６ＰａのＡｒ雰囲気中でスパッタリングを行うことにより形成し，厚さは１５ｎｍとした。

非磁性中間層としては，厚さ１ｎｍのＰｔを製膜した。

第２磁性層は，ＣｏとＳｉＯ_２の別々のターゲットを同時にスパッタリングすることにより，厚さ３ｎｍのＣｏ−３０ｖｏｌ％ＳｉＯ_２（設計値）を形成した。なお，ここでは，組成の変更がしやすいことからコスパッタリングを行ったが，コンポジットターゲットを用いた方が，放電のタイミングがずれる心配もなく，組成の均一性や再現性，パーティクルなどの観点から好ましいと考えられる。

続いて、厚さ６ｎｍのＣ保護層を積層した。上述のように保護層まで積層した後，製膜チャンバから取り出し、ディッピング法により、保護層上に厚さ１．５ｎｍのパーフルオロポリエーテルからなる潤滑層を形成して、垂直磁気記録媒体を得た。得られた垂直磁気記録媒体は、潤滑層が図示されていないこと以外は、図１の構成を有する。

＜断面ＴＥＭ（透過電子顕微鏡）測定＞
得られた垂直磁気記録媒体の微細構造を調べるため，断面ＴＥＭによる観察を行った。断面ＴＥＭでは電子線の透過方向の粒子の重なりなどから粒径は評価しにくいが，Ｒｕ下地層の粒径は８〜１０ｎｍ程度に見え，第１磁性層においては酸化物による非晶質粒界層の形成と，それにより結晶粒が小さくなっている様子が観察できた。その上の非磁性中間層および第２磁性層は、層厚が薄いこともあり境界は判別しにくいが，Ｒｕ下地層から第２磁性層まで，一つの柱状粒子としてエピタキシャル成長している様子が観察できた。

＜記録再生特性の測定＞
記録再生特性に関しては、リードライトアナライザ及びスピンスタンド（米国ＧＵＺＩＫ社製）を用いて評価を行った。

また、情報の記録再生には、補助磁極先端が主磁極近くまで伸びるように形成された単磁極型（シールデッドポール型）記録素子と巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）再生素子を備えた垂直記録用の複合型ヘッドを用いた。なお、ここではシールデッドポール型の記録素子を用いたが，補助磁極が主磁極から離れた従来型の単磁極型記録素子を用いても良い。また，記録磁極の材料としてはＣｏＦｅＮｉを用いたが、例えばＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＮ，ＮｂＦｅＮｉ，ＦｅＴａＺｒ、及びＦｅＴａＮなどの材料を用いても良い。また、これらの磁性材料を主成分としてさらに添加元素を加えても良い。

得られた垂直磁気記録媒体について，オーバーライトおよび再生信号出力／媒体ノイズ比を測定したところ，それぞれ−４４．３ｄＢ，２２．１ｄＢという良好な値が得られた。

ここで，オーバーライトとは，［線記録密度６０ｋＦＣＩで記録を行った上に線記録密度４５０ｋＦＣＩで記録した時の６０ｋＦＣＩの再生信号出力／元の６０ｋＦＣＩの再生信号出力］であり，上書きすることにより元の信号がどれくらいきれいに消えているか／書き込めているかの指標である（以下，ＯＷと表記）。また，再生信号出力／媒体ノイズ比とは、［線記録密度７５ｋＦＣＩにおける振幅／線記録密度９００ｋＦＣＩで記録を行った時の媒体ノイズの２乗平均値］である（以下，ＳＮＲｍと表記）。

＜磁化曲線の測定＞
得られた垂直磁気記録媒体の磁気特性を調べるため，極Ｋｅｒｒ効果評価装置（ネオアーク社製），ＶＳＭ（振動試料型磁力計；理研電子社製），およびベクトルＶＳＭ（ＡＤＥテクノロジーズ社製）を用いて磁化曲線の測定を行った。

極Ｋｅｒｒ効果評価装置は（軟磁性裏打ち層付きの）垂直磁気記録媒体そのものの磁化曲線を測定することができるが飽和磁化Ｍｓを測定することができない。ＶＳＭは軟磁性裏打ち層が付いている場合，それと垂直磁気記録層を合わせて測定してしまい，必ずしも上手く分離して評価できる訳ではない。そのため，ＶＳＭでＭｓなどを測定する場合には軟磁性裏打ち層は製膜せず，代わりにほぼ同様の磁化曲線を得ることができるほとんど磁性のないＮｉＴａ層を形成したサンプルを用いている。

以下では特に断らない限り，どの磁化曲線も膜面垂直方向の測定結果であり，メジャーループを測定する際の標準的な掃引時間は，極Ｋｅｒｒ効果評価装置が４５秒，ＶＳＭが３分，ベクトルＶＳＭが４０分とした。

図３に，実施例１に係る垂直磁気記録媒体の磁化曲線を示す。実線が測定結果であり，四角プロットと三角プロットは計算結果である（計算については後述）。垂直角型比はほぼ１，Ｍが低下し始める磁界（Ｈｎ）が２〜３ｋＯｅと大きい一方で，飽和磁界Ｈｓ（全ての粒子の反転が完了する磁界）も１０ｋＯｅ以下と小さく，垂直磁気記録媒体として非常に良好な特性を示していることが分かる。

実施例１に係る垂直磁気記録媒体の残留磁化曲線を，印加する外部磁界の垂直方向からの角度を変えて測定し，その時の残留保磁力（Ｈｃｒ）を角度に対してプロットした結果を図４に示す。三角プロットがその測定結果であり，それ以外の測定結果については後で述べる。他の測定結果との比較の都合上０°の時の値で規格化してあるが，約７０°以上においてＨｃｒが０°の時のそれよりも大きくなっていることが分かる。当初提案されたコンポジットメディア（非特許文献１）の計算結果においては，０°から角度が大きくなるにしたがってＨｃｒが増加し続ける角度依存性を示すことから，それに近い傾向が現れているものと考えられる。

図５に，実施例１に係る垂直磁気記録媒体の保磁力Ｈｃの掃引時間依存性を示す。三角プロットがその測定結果であり，それ以外の測定結果については後で述べる。この結果から，いわゆるＳｈａｒｒｏｃｋの式（M. P. Sharrock, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 35, p. 4414）を用いたフィッティングを行い，ヘッドによる磁化反転速度に近い１ｎｓにおける保磁力Ｈ_０，および熱揺らぎ耐性の指標であるｖＫｕ／ｋＴ（ｖ：活性化体積（磁化反転の最小単位の平均値），Ｋｕ：一軸磁気異方性定数，ｋ：ボルツマン定数，Ｔ：絶対温度）を求めたところ，それぞれ，Ｈ_０＝８．４ｋＯｅ，ｖＫｕ／ｋＴ＝１１２という値が得られた。ＨＤＤにおける情報磁化の保持期間からｖＫｕ／ｋＴの下限は６０くらいが目安とされているので，この垂直磁気記録媒体の熱揺らぎ耐性は十分に高いことが分かる。

［比較例１］
非磁性中間層および第２磁性層を製膜しなかった以外は，実施例１と同様にして垂直磁気記録媒体を作製した。

得られた垂直磁気記録媒体について，実施例１と同様にして記録再生特性の測定を行ったところ，ＯＷ，ＳＮＲｍは，それぞれ−２４．０ｄＢ，２０．５ｄＢであった。ＯＷは十分に記録ができているとは言えない値であり，このような時には十分に記録ができたときに比べてＳＮＲｍが低下する傾向にあることを考慮すると，比較例１の本来のポテンシャルとしては必ずしも実施例１に劣るとは限らない。しかしながら，逆の言い方をすると，実施例１において非磁性中間層および第２磁性層を付加したことによるＳＮＲｍの低下はあっても少ないと考えられ，ＯＷの改善も含めて実施例１の方が高いＳＮＲｍを得られていることが分かる。

比較例１に係る垂直磁気記録媒体の磁化曲線を測定した結果を図６に示す。実線が測定結果であり，四角プロットと三角プロットは計算結果である（計算については後述）。垂直角型比はほぼ１，Ｈｎが実施例１よりも大きいのは良いが，Ｈｃが７ｋＯｅ以上，Ｈｓが約１３ｋＯｅというのは，今回用いたヘッドで十分な記録を行うには大き過ぎると予想され，このためにＯＷが悪化したものと考えられる。

比較例１に係る垂直磁気記録媒体の残留保磁力Ｈｃｒの角度依存性は，図４において菱形プロット（破線）で示してある。８５°におけるＨｃｒがほぼ１であり，４５°を中心に左右対称の下に凸の曲線となっていることが分かる。一軸磁気異方性を持つ単磁区粒子の磁化反転モデル（Stoner-Wohlfarthモデル）では，４５°におけるＨｃｒの相対値は０．５であることから，何らかの理想的でない部分はあるものと考えられるが，おおむね磁気記録層の磁性粒子は単磁区になっているものと考えられる。

これに対して実施例１の規格化したＨｃｒは，先程も述べたように，高角側ほど比較例１のそれよりも大きくなる傾向は示すが，当初提案されたコンポジットメディア（非特許文献１）の計算結果においては，０°のＨｃｒが最小で８０°では０°の３．５倍近くにも達することを考えると，実施例１の角度依存はＳＷモデルに近い比較例１の方に似ていると考えられる。

実際，Ｈｃｒの角度依存性が大きく異なると，ヘッドからの磁界が広がりやすいトラック幅方向の記録ビット端部に明らかな変化が現れるはずであるが，実施例１と比較例１ではＯＷの差から予想される以上に大きな記録トラック幅の変化は見られなかった。また，面内方向の磁界が比較的多いシールデッドポール型の記録素子では線方向の記録分解能などに影響が出やすいと考えられるが，こちらでも明らかな変化は見られなかった。つまり，記録再生特性上においても実施例１の角度依存は比較例１のそれに近いとみなして良いと解釈することができ，このことは，ＳＷモデルの磁化反転をベースに設計された現在のヘッドを大幅な変更なしに使用できるという点ではむしろ好ましいと考えられる。

比較例１に係る垂直磁気記録媒体の保磁力Ｈｃの掃引時間依存は，図５において菱形プロット（破線）で示してある。実施例１と同様のフィッティングを行ったところ，Ｈ_０＝１１．５ｋＯｅ，ｖＫｕ／ｋＴ＝１０８となり，熱揺らぎ耐性に関しては，実施例１とほぼ同程度の値が得られた。なお，“ｖＫｕ”という表記は，一般によく用いられているのでここでもそのまま使用しているが，実際には磁化反転のエネルギーバリアΔＥと呼ぶ方が正確で，ＳＷモデルを前提にしてｖとＫｕに分解している。実施例１の結果をｖとＫｕに分解すると，ｖは増えていると考えられるのでＫｕが減っていることになるが，コンポジットメディアの磁化反転はＳＷモデルと異なるので，ｖとＫｕに分解して比較例１と比べるのは適切とは言えない。コンポジットメディアでは，反転磁界に対するエネルギーバリア比が改善する（非特許文献１），熱揺らぎを維持しながら記録のし易さが改善する（非特許文献２），と報告されており，その意味では，比較例１はＨ_０が高過ぎてＯＷが不十分であるのに対し，実施例１はほぼ同じｖＫｕ／ｋＴにおいて大幅なＨ_０の低減が実現でき，良好なＯＷが得られている。

参考までに，比較例１において第１磁性層の層厚を９ｎｍまで薄くして，Ｈｃを実施例１に近づけた媒体の掃引時間依存を，図５中に丸プロットで示してある。Ｋｕの低下もあるとは考えられるが主にｖの低下により，熱揺らぎ耐性が大幅に低下して掃引時間依存が大きくなっており，外挿したＨ_０は１５ｎｍの場合からあまり低下していないことが分かる。つまり，第１磁性層のみで掃引時間が遅いときの磁気特性を揃えても，実施例１と同様の特性は得られないと言える。

したがって，垂直磁気記録層を実施例１のような構成とすることにより，Ｈｃｒの角度依存および熱揺らぎ耐性をほぼ維持したまま，ＯＷおよびＳＮＲｍを改善できるという効果があることが分かった。

［実施例２］
非磁性中間層厚を０〜２ｎｍまで変更した以外は，実施例１と同様にして垂直磁気記録媒体を作製した。

非磁性中間層厚を０ｎｍとした（形成しなかった）垂直磁気記録媒体について，実施例１と同様にして記録再生特性の測定を行ったところ，ＯＷ，ＳＮＲｍは，それぞれ−４０．３ｄＢ，２２．０ｄＢであった。ＯＷは実施例１よりは低下しているが記録が不十分というレベルではなく，ＳＮＲｍは実施例１とほぼ同じであることから，記録再生特性上は良好な媒体であると言える。

非磁性中間層厚を０ｎｍとした（形成しなかった）垂直磁気記録媒体の磁化曲線を測定した結果を図７に示す。実線が測定結果であり，四角プロットと三角プロットは計算結果である（計算については後述）。Ｈｃが約６ｋＯｅ，Ｈｓが約１２ｋＯｅと，どちらも比較例１よりは小さいが，それでも比較例１と同様の磁気記録層が１層のみ（単層）の媒体であれば，ヘッドで十分な記録を行うには大き過ぎると予想される。しかしながら，実際には良好なＯＷが得られており，単層の場合とは異なる磁化反転機構や，ヘッド記録時の反転磁界がＨｃが同じ単層媒体のそれよりも小さくなっていることが期待される。

非磁性中間層厚を０ｎｍとした（形成しなかった）垂直磁気記録媒体の残留保磁力Ｈｃｒの角度依存性は，図４において四角プロットで示してある。この角度依存はほとんど比較例１のそれと重なっており，ＳＷモデルに近いカーブになっている。第１磁性層上に第２磁性層が直接形成され，第１磁性層の粒子と第２磁性層の粒子は十分に交換結合していると考えられることから，柱状粒子中の第２磁性層の領域のみの反転が先に完了するという状態は起きにくく，磁化反転がＳＷモデルに近くなっていることが予想され，それを裏付ける結果となっている。

また，この媒体の記録再生特性評価時のトラック幅は実施例１とほとんど同じであったことから，中間層の有無による角度依存性の実施例１との差（規格化Ｈｃｒの差が４５°で０．１，７５°で０．２程度）は大きな違いではないと解釈することができる。このことは，先に述べた，実施例１と比較例１のトラック幅の差は主にＯＷの差から生じたものであり，実施例１の角度依存は比較例１のそれとほぼ同様とみなして良いという解釈を裏付けている。したがって，Ｈｃｒの角度依存に関しては，非磁性中間層を形成しなかった場合でも形成した媒体と同様の効果が得られると言える。

非磁性中間層厚を０ｎｍとした（形成しなかった）垂直磁気記録媒体の保磁力Ｈｃの掃引時間依存は，図５において四角プロットで示してある。実施例１と同様のフィッティングを行ったところ，Ｈ_０＝９．１ｋＯｅ，ｖＫｕ／ｋＴ＝１０９となり，熱揺らぎ耐性に関しては，実施例１および比較例１とほぼ同程度の値が得られた。実施例１と比較すると，Ｈ_０は０．７ｋＯｅほど高く，ＯＷは４ｄＢほど低下してはいるが，比較例１からの改善は明らかであり，非磁性中間層を形成しなかった場合でも，熱揺らぎ耐性をほぼ維持したまま，ＯＷおよびＳＮＲｍを改善できるという効果が得られることが分かった。

非磁性中間層厚を２ｎｍとした垂直磁気記録媒体の磁化曲線を測定した結果を図８に示す。実線が測定結果であり，四角プロットと三角プロットは計算結果である。磁化曲線が２段になっていることから，第１磁性層と第２磁性層が独立して反転しており，２ｎｍのＰｔ形成により２つの磁性層間の相互作用がなくなったものと考えられる。

＜シミュレーション＞
ここで，第２磁性層の磁気特性および第１磁性層と組み合わせた時の磁化反転機構を検討するために，市販のソフトウェア“LLG Micromagnetics Simulator（M. R. Scheinfein他作成）”を用いてシミュレーションを行った。シミュレーションは磁化反転機構の検討にはもちろん有効であるが，第２磁性層のＫｕなどについても，直接測定するとなると，第１磁性層と合わせて測定してから後から分離するとしてもその方法や精度とか，測定をしやすくするため層厚を厚くした場合や第１磁性層をなくして測定した場合には構造や磁気特性が変わってしまう可能性があるなど様々な困難があるため，その点でも有効な方法と考えられる。

主な計算上のパラメータとしては，サンプルサイズは１９２×１９２×２０ｎｍとし，それを４ｎｍ／辺の立方体のセルで分割した構成とした。１粒子の面内での大きさは８ｎｍ／辺の四角形をベースとしているが，２ｎｍの分散を持たせたVolonoiセルとしたことで，多角形の粒子が密に詰まった構造となっている。また，セルの大きさの都合上，第１磁性層，第２磁性層とも実施例１より１ｎｍ厚く，それぞれ１６ｎｍ，４ｎｍとした。熱揺らぎを考慮して温度は３００Ｋとし，収束しなくなることから反復回数は１０００回で計算を打ち切ることにした。時間刻みは安定した解が得られる範囲でなるべく大きい値としており，減衰定数αは１とした。磁化容易軸の分散は５°とし，ＭｓとＫｕには２０％の分散を持たせた。

なお，第１磁性層の磁気特性の測定に関しては上記のような困難はないので，ＶＳＭおよびトルク磁力計（東英工業社製）による測定を行った結果，Ｍｓ＝５７０ｅｍｕ／ｃｃ，Ｋｕ＝４．２×１０^６ｅｒｇ／ｃｃであった。実媒体ではサンプルによるバラツキもあるということで，計算上はおおまかにＭｓ_１＝６００ｅｍｕ／ｃｃ，Ｋｕ_１＝４×１０^６ｅｒｇ／ｃｃとした。また，粒子内の交換スティフネス定数はＡ＝１．０μｅｒｇ／ｃｍとした。これらのパラメータを用い，粒間結合Ｅｘを変数として第１磁性層との合わせ込みを行った結果が，図６における四角プロット（Ｅｘ＝０．０５μｅｒｇ／ｃｍ）と三角プロット（Ｅｘ＝０．１μｅｒｇ／ｃｍ）である。ＭｓやＥｘの微調整も可能ではあるが，ここでは第１磁性層の粒間結合としておおまかにＥｘ_１＝０．１μｅｒｇ／ｃｍを選ぶこととした。

また，実施例１のＭｓは６５０ｅｍｕ／ｃｃと比較例１のＭｓよりも高かったことから，第２磁性層のＭｓが第１磁性層のそれよりも高いことは明らかであり，第２磁性層のＭｓに関しては層厚平均から逆算を行った結果，Ｍｓ_２もおおまかに８００〜９００ｅｍｕ／ｃｃ（層厚平均すると６４０〜６６０ｅｍｕ／ｃｃ）と幅を持たせることにした。

以上の計算条件に加え，第２磁性層のＭｓ，ＫｕとＥｘ，および非磁性中間層を設ける代わりに第１磁性層と第２磁性層間の交換結合Ａ_１２を変数として，非磁性中間層厚が０，１（実施例１），２ｎｍの場合について，計算値が実測の磁化曲線およびＨｃｒの角度依存に近くなるようにシミュレーションを行った。

その結果，Ｍｓ_２＝８００ｅｍｕ／ｃｃ，Ｋｕ_２＝３×１０^６ｅｒｇ／ｃｃ，Ｅｘ_２＝０．２μｅｒｇ／ｃｍの時，および，Ｍｓ_２＝９００ｅｍｕ／ｃｃ，Ｋｕ_２＝４×１０^６ｅｒｇ／ｃｃ，Ｅｘ_２＝０．２μｅｒｇ／ｃｍの時に，総合的に見て最も実測に近い計算値が得られた。

非磁性中間層厚が０，１（実施例１），２ｎｍの場合について，それぞれＡ_１２が１．０，０．３，０μｅｒｇ／ｃｍとした時の計算結果を，それぞれ図７，図３，図８に示す。それぞれの図中で四角プロットがＭｓ＝８００ｅｍｕ／ｃｃ，Ｋｕ_２＝３×１０^６ｅｒｇ／ｃｃとした時の，三角プロットがＭｓ＝９００ｅｍｕ／ｃｃ，Ｋｕ_２＝４×１０^６ｅｒｇ／ｃｃとした時の計算結果であり，どの図においてもほとんど重なっていることが分かる。

なお，それぞれの計算結果において，Ｍｓ_２だけを１００ｅｍｕ／ｃｃ単位で増減したり，Ｋｕ_２だけを１×１０^６ｅｒｇ／ｃｃ単位で増減したり，Ｅｘ_２だけを０．１μｅｒｇ／ｃｍ単位で増減したりすると，明らかに上記の２通りの計算結果よりも実測値から遠くなった。一方，ＭｓとＫｕを比例して変化させた場合には磁化曲線があまり変化しないという傾向が得られているので，２通りの計算結果の中間においても（例えば，Ｍｓ＝８５０ｅｍｕ／ｃｃ，Ｋｕ_２＝３．５×１０^６ｅｒｇ／ｃｃ）同様に実測に近い結果が得られることが予想できる。以上の結果から，第２磁性層のＫｕは３×１０^６〜４×１０^６ｅｒｇ／ｃｃと，第１磁性層とほぼ同程度の高いＫｕを有していることが推定できた。

バルクのＣｏ（ｈｃｐ）のＫｕは４．５３×１０^６ｅｒｇ／ｃｃであり，バルクで作製することはできないため薄膜で作製されたｆｃｃ−Ｃｏの立方結晶磁気異方性定数は，Ｋ_１＝０．５×１０^６〜０．７×１０^６ｅｒｇ／ｃｃ，Ｋ_２は１×１０^４ｅｒｇ／ｃｃのオーダーと報告されている（T. Suzuki et al., Appl. Phys. Lett. 64, p. 2736 : J. A. Wolf et al., Appl. Phys. Lett. 65, p. 1057）。第２磁性層は３ｎｍと薄いためＸ線や電子線回折で直接結晶構造を分析することは困難であるが，Ｋｕの大きさから第２磁性層のＣｏの結晶構造はｈｃｐになっていると考えるのが妥当と言える。なお，実際の第２磁性層の結晶粒子の組成や充填率は分析が困難なこともあって調べていないが，グラニュラー構造となっていて充填率が低い分だけＫｕは低くなり，Ｐｔ中間層との界面では界面磁気異方性や合金化によりＫｕが高くなっていることが考えられる。特にＰｔが拡散してＣｏＰｔ合金を形成している可能性は高く，中間層をＰｄとした場合でも同様の効果が期待できる。

上述のように第２磁性層のＫｕは大きな値であるが，Ｍｓは第１磁性層のそれよりも大きい。反転磁界の大きさのベースは異方性磁界Ｈｋ＝２Ｋｕ／Ｍｓであるため，Ｈｋを計算すると，Ｈｋ_１＝１３．３ｋＯｅ，Ｈｋ_２＝７．５〜８．９ｋＯｅとなる。つまり，第２磁性層は，Ｋｕは高いもののＭｓが高いことにより，Ｈｋは第１磁性層のそれよりも明らかに小さくなっていることが分かる。

そのため，非磁性中間層を形成して第１磁性層と第２磁性層間の結合を弱めた場合，１つの柱状粒子内でも第２磁性層の領域から先に磁化反転が始まるものと推定できる。実際，シミュレーションにより磁化反転の様子を観察すると，Ａ_１２＝０μｅｒｇ／ｃｍの時には図８からも明らかであるが，第２磁性層が先に反転し，それが完了してから第１磁性層が反転し，Ａ_１２＝０．３μｅｒｇ／ｃｍの時には１つの柱状粒子内で見ると第２磁性層の領域が先に反転してその直後に第１磁性層の領域も反転するという機構となっていた。

さらにＡ_１２＝１．０μｅｒｇ／ｃｍの時についても見てみると，確かに反転する時には柱状粒子内全体が一度に反転するが，第２磁性層の領域が先に傾いている様子が観察できた。これは非特許文献１に示されている反転機構に近く，非特許文献１では半分がＫｕ＝０の軟磁性領域であることや，計算のモデルやパラメータが異なることにより，層間結合の強さの最適値が異なっているようである。それでもＨｋの低い領域が先に反転を開始するという点では共通しており，実際，既に述べたように，単層（比較例１）の場合に比べてＨｃの低減やＯＷの大幅な改善が実現できている。よって，磁化反転機構の点からも，非磁性中間層がなくても，第２磁性層のＨｋが低いことによる効果が得られると言える。

ここで，現在主流となっているＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ_２記録層のＫｕはおよそ４×１０^６ｅｒｇ／ｃｃであるが，今後のＨＤＤの高密度化，記録層の微粒子化，およびそれに伴う熱揺らぎ耐性の向上を考えると，Ｋｕはさらに高める必要はあっても大きく下げるのは好ましくないと考えられる。また，上記実施例において第２磁性層のＫｕが第１磁性層と同程度か多少低い３×１０^６〜４×１０^６ｅｒｇ／ｃｃであったことを考えると，Ｋｕ_１，Ｋｕ_２は３×１０^６ｅｒｇ／ｃｃ以上とするのが好ましいと考えられる。Ｋｕが大きく違わないとすると（例えば１桁），上述の通り，第２磁性層のＭｓを高くすることによりＨｋを低くする点は重要であるが，その範囲内であれば４×１０^６ｅｒｇ／ｃｃ以上であっても同様の効果が得られると推定される。

磁性層厚に関しては，第２磁性層を厚くすると，Ｈｋの低い領域の比率が高まるので，記録層全体のＨｋ，したがってＨｃが低下し，トラック幅が広がるので，高密度化を進める上では好ましくない。また，Ｍｓが大きいため，層厚を厚くすると再生信号および媒体ノイズに影響を与えやすい。ＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ_２記録層も含め，ＣｏＣｒ系の記録層はある程度までＣｒ組成を高めることにより媒体ノイズが低減できることが分かっているが，ＣｒはＭｓを大幅に低下させやすいため，第２磁性層に添加するのは好ましくない。一般的にも，高いＭｓを得るためには，添加物を減らす必要があるので媒体ノイズの低減は難しくなる。したがって，第２磁性層の層厚は第１磁性層よりも薄い方が好ましいと考えられる。

以上のことから，Ｋｕ_１，Ｋｕ_２とも３×１０^６ｅｒｇ／ｃｃ以上，Ｍｓ_１＜Ｍｓ_２，Ｈｋ_１＞Ｈｋ_２，ｔ_１＞ｔ_２とした時に，媒体ノイズ，熱揺らぎ耐性，上書き特性を改善する効果が得られると言える。

また，高Ｍｓと高Ｋｕを両立できる材料は，これまでのＨＤＤメディアの延長で考えると，３ｄ遷移金属のＣｏが好ましく，先に述べたようにＰｔやＰｄが含まれていても良いが，上記の通りＣｒを加えるのは好ましくない。第１磁性層も上記の通り，Ｋｕが高くＳＮＲｍでも実績のあるＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ_２が好ましいと考えられる。

次に，非磁性中間層厚を０〜２ｎｍまで変更した垂直磁気記録媒体について，ＨｃおよびＨｓを中間層厚に対してプロットした結果を図９に示す。非磁性中間層をＰｄに変更した場合についても合わせてプロットしており，Ｐｔ中間層の場合を菱形プロット（Ｈｃ）および四角プロット（Ｈｓ），Ｐｄ中間層の場合を三角プロット（Ｈｃ）および丸プロット（Ｈｓ）で示す。ＰｔをＰｄに変更してもほぼ同様の結果が得られていることから，これらを混ぜ合わせた材料を中間層に用いてもよいと考えられる。

中間層厚が０ｎｍの時の図７の磁化曲線，１ｎｍの時の図３，および２ｎｍで層間結合が切れている時の図８と，図９の連続的な変化を合わせて考えると，層間結合は，反強磁性的になる部分はなく，常に強磁性的であり，中間層厚の増加とともにその強度が低下しているものと推定できる。この図からも層厚１ｎｍ前後は適度に弱く上下層が結合している状態であり，この時にＨｃ，特にＨｓが最も低減できていることが分かる。

上下層が適度に結合している時の磁化反転機構は既に述べたが，柱状粒子中の第２磁性層の領域が先に反転して第１磁性層の領域の反転を促進する機構が，Ｈｃ，Ｈｓの低減に寄与しているものと考えられる。よって，これまでに述べた結果も含め，第１磁性層および第２磁性層間に強磁性的な結合が得られる範囲の層厚で，非磁性中間層を設けた方がさらに良好な結果が得られると言える。

また，先に述べたシミュレーションの結果において，Ｅｘ_１＝０．１μｅｒｇ／ｃｍであるのに対し，Ｅｘ_２＝０．２μｅｒｇ／ｃｍと，第２磁性層の方が粒間結合が強かったことから，この粒間結合も第２磁性層の領域が先に反転するのを助けているものと考えられる。これはシミュレーションからの推定であるが，例えば比較的磁化曲線の傾きが小さい非磁性中間層がない媒体について，Ｈｃにおける傾きαを求めてみると（図７），
α＝４πｄＭ／ｄＨ＝４π・６５０／４５００≒１．８
であり，粒子間結合がない場合の目安のα＝１より明らかに大きく，媒体全体（平均）としてある程度の粒間結合があることは明らかである。垂直角型比Ｒｓをほぼ１にし，なるべく大きい核生成磁界Ｈｎを確保する意味でも，ＳＮＲｍを悪化させない程度の粒子間結合は好ましいと考えられる。

また，第２磁性層の高Ｋｕも，記録層全体平均でのＫｕを下げずにＨｋを高めることで，ＲｓおよびＨｎの増加に寄与している。Ｋｕ＝０の軟磁性層を用いたコンポジットメディアは磁化容易軸を垂直方向から傾けたチルトメディアを比較的容易に作製できる方法としても紹介されているが（非特許文献１），ＲｓおよびＨｎを高めるためには，第２磁性層は垂直磁化となるようにＫｕを高める方が好ましいと考えられる。

［実施例３］
第２磁性層におけるＳｉＯ_２の組成（設計値）を０〜４０ｖｏｌ％まで変更した以外は，実施例１および実施例２において非磁性中間層厚を形成しなかった場合と同様にして垂直磁気記録媒体を作製した。

図１０にＨｃおよびＨｓのＳｉＯ_２組成依存を示す。四角プロット（Ｈｃ）および丸プロット（Ｈｓ）がＰｔ非磁性中間層がある場合であり，菱形プロット（Ｈｃ）および三角プロット（Ｈｓ）が非磁性中間層がない場合である。中間層がある場合のＨｓはやや飽和傾向が見えるが，基本的にはＳｉＯ_２組成の増加とともにＨｃ，Ｈｓは増加傾向にある。ＳｉＯ_２が０ｖｏｌ％の時には中間層があってもなくてもほとんど同じ値となっているが，ＳｉＯ_２の添加とともに差が生じている。Ｐｔ中間層を設けた場合にＳｉＯ_２組成を３０ｖｏｌ％程度にするとＨｓとＨｃの差が小さく傾きの大きい磁化曲線が得られることが分かる。

また，ＳｉＯ_２が０ｖｏｌ％の時のＨｃｒの角度依存は，図４中に菱形プロットで示してある。ＳｉＯ_２がある場合（四角プロット）と比べて磁界の角度を傾けた時にＨｃｒが高くなっていることが分かる。ただし，既に述べたとおり，最もＨｃｒの大きい中間層がある場合（三角プロット）でも，記録再生特性上は単層（破線）と大きな違いが見られておらず，その中間であるので，それらと同様の結果が得られると予想される。

以上の結果から，ＳｉＯ_２添加は，必須ではないが，Ｈｃを増加させる効果や，中間層を設けた場合にＨｓを抑える効果などが得られるため好ましいと考えられる。

また，ＳｉＯ_２の代わりに，Ｃｒ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２を用いた場合でも，同様の結果が得られた。

［実施例４］
第２磁性層の層厚を０〜５ｎｍまで変更した以外は，実施例１および実施例２において非磁性中間層厚を形成しなかった場合と同様にして垂直磁気記録媒体を作製した。

図１１にＨｃおよびＨｓの第２磁性層厚依存を示す。四角プロット（Ｈｃ）および丸プロット（Ｈｓ）がＰｔ非磁性中間層がある場合であり，菱形プロット（Ｈｃ）および三角プロット（Ｈｓ）が非磁性中間層がない場合である。基本的には層厚の増加とともに，Ｈｃ，Ｈｓは減少傾向にあるが，（ＳｉＯ_２組成依存同様）中間層のあり／なしによる差が生じている。Ｐｔ中間層を設けた場合に，第２磁性層厚が３ｎｍ前後でＨｓとＨｃの差が小さく傾きの大きい磁化曲線が得られることが分かる。

層厚５ｎｍでも大きな違いはないが，既に述べた通り，第２磁性層を厚くすると媒体ノイズの増加傾向が予想されるため，少なくとも第１磁性層よりも薄い方が好ましい。

［実施例５］
上記実施例の各垂直磁気記録媒体を，スピンスタンド評価で用いたものと同様のヘッドと組み合わせて磁気記録再生装置を作製した。

記録再生動作を行い、ビット誤り率の評価を行ったところ，上述したＳＮＲｍ改善に対応するビット誤り率の改善が得られた。面内磁気記録用のリングタイプヘッドでも評価を行ったところ，単磁極型ヘッドと比較してビット誤り率が悪化した。記録素子の形状の違いから記録能力の低下などが起こり，ＳＮＲｍや記録分解能が低下したと考えられ，単磁極型ヘッドの方が好ましいことが分かった。

また、ここでは磁気記録再生装置における有効性を示したが，本発明が効果を示す磁気記録媒体の性質上，本発明は，磁気ディスク装置に限らず，テープ媒体やドラム状媒体などを用いた場合など，磁気記録媒体の形状に依存することなく，広く垂直磁気記録方式を採用した磁気記録再生装置全般において，その効果を発揮することが可能である。

本発明の一実施形態に係る垂直磁気記録媒体の断面図。 本発明の一実施形態に係る磁気記録再生装置を一部分解した斜視図。 実施例１における垂直磁気記録媒体の磁化曲線。 実施例１における垂直磁気記録媒体の残留保磁力の傾斜角依存性を示す図。 実施例１における垂直磁気記録媒体の保磁力の掃引時間依存性を示す図。 比較例１における垂直磁気記録媒体の磁化曲線。 実施例２における非磁性中間層厚を０ｎｍとした垂直磁気記録媒体の磁化曲線。 実施例２における非磁性中間層厚を２ｎｍとした垂直磁気記録媒体の磁化曲線。 実施例２における垂直磁気記録媒体について，ＨｃおよびＨｓの中間層厚依存性を示す図。 実施例３における垂直磁気記録媒体について，ＨｃおよびＨｓのＳｉＯ_２組成依存を示す図。 実施例４における垂直磁気記録媒体について，ＨｃおよびＨｓの第２磁性層厚依存を示す図。

符号の説明

１…基板、２…軟磁性裏打ち層、３…シード層、４…非磁性下地層、５…第１磁性層、６…非磁性中間層、７…第２磁性層、８…保護層、１１０…ケース、１１２…磁気ディスク、１１３…スピンドルモータ、１１４…ヘッドアクチュエータ、１１６…ボイスコイルモータ、１１７…ＦＰＣユニット、１１８…ランプロード機構、１２０…イナーシャラッチ機構、１２１…クランプばね、１２４…ピボット、１３２…サスペンション、１３３…磁気ヘッド。

Claims (12)

1. 基板上に、第１磁性層と、第２磁性層とを有し、前記第１磁性層および第２磁性層について、一軸磁気異方性定数をＫｕ_１，Ｋｕ_２、飽和磁化をＭｓ_１，Ｍｓ_２、異方性磁界をＨｋ_１＞Ｈｋ_２、厚さをｔ_１，ｔ_２としたとき、Ｋｕ_１およびＫｕ_２が３×１０^６ｅｒｇ／ｃｃ以上，Ｍｓ_１＜Ｍｓ_２，Ｈｋ_１＞Ｈｋ_２，かつｔ_１＞ｔ_２であることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
2. 前記第１磁性層はＣｏ，ＰｔおよびＣｒを含む結晶粒子と，非晶質粒界層とを有し、前記第２磁性層はＣｏを含みＣｒを含まないことを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
3. 前記第２磁性層は，Ｃｏのみを含むか、またはＣｏとＰｔおよびＰｄのうち少なくとも１種とを含むことを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
4. 前記第２磁性層は非晶質粒界層を有し、前記非晶質粒界層はＳｉ，ＣｒおよびＴｉからなる群より選択される少なくとも１種を結晶粒子よりも多く含むことを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
5. 前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に非磁性中間層を有し，前記第１磁性層と前記第２磁性層は強磁性的に結合し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。
6. 前記非磁性中間層はＰｔおよびＰｄのうち少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項５に記載の垂直磁気記録媒体。
7. 垂直角型比がほぼ１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。
8. 垂直方向の磁化曲線の保磁力Ｈｃにおける傾きαが１以上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。
9. 前記基板と前記第１磁性層との間に，ＣｏおよびＺｒを含む軟磁性裏打ち層を有す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。
10. 前記軟磁性裏打ち層と前記第１磁性層との間に，Ｒｕを含む非磁性下地層を有することを特徴とする請求項９に記載の垂直磁気記録媒体。
11. 前記軟磁性裏打ち層と前記非磁性下地層との間に，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｎｉ，ＴａおよびＴｉからなる群より選択される少なくとも１種を含むシード層を有することを特徴とする請求項１０に記載の垂直磁気記録媒体。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体と、単磁極型磁気記録ヘッドとを具備したことを特徴とする磁気記録再生装置。

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