JP2013196715A - 磁気記録媒体、磁気記録媒体の製造方法、及び磁気記録再生装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】
マイクロ波アシスト方式の磁気記録において、記録をアシストするマイクロ波磁界の周波数を低減した磁気記録媒体、およびその製造方法、また、その記録媒体を組み込んだ磁気記録再生装置を提供する。
【解決手段】
L10型規則合金からなる強磁性粒子と非磁性粒界層とを有するグラニュラ構造を有する記録層の表面からイオンを照射することにより、強磁性粒子の、基板に近い側は高磁気異方性のL10型規則合金であり、媒体表面に近い側は低磁気異方性のA1型不規則合金に変態させた構造であることを特徴とする磁気記録媒体およびその製造方法。
【選択図】図3
マイクロ波アシスト方式の磁気記録において、記録をアシストするマイクロ波磁界の周波数を低減した磁気記録媒体、およびその製造方法、また、その記録媒体を組み込んだ磁気記録再生装置を提供する。
【解決手段】
L10型規則合金からなる強磁性粒子と非磁性粒界層とを有するグラニュラ構造を有する記録層の表面からイオンを照射することにより、強磁性粒子の、基板に近い側は高磁気異方性のL10型規則合金であり、媒体表面に近い側は低磁気異方性のA1型不規則合金に変態させた構造であることを特徴とする磁気記録媒体およびその製造方法。
【選択図】図3
Description
本発明は、マイクロ波アシスト方式で記録を行う磁気記録媒体及び磁気記録媒体の製造方法並びにその磁気記録媒体を組み込んだ磁気記録再生装置に関する。
ハードディスクドライブに代表される磁気記録再生装置の高記録密度化が求められている。高密度化に対応するため、磁気記録媒体は記録層を構成する磁性粒子の寸法を小さくする必要があるが、熱による磁化の消失を防ぐために、磁気異方性エネルギーKuの大きな材料を用いなければならない。しかしながらヘッド磁極の狭小化により、記録に必要なヘッド磁界強度を得ることが困難となりつつある。
近年、高密度記録用の高Ku媒体への信号記録方法として、例えば特開2009−080869号公報(特許文献1)に示されているような、マイクロ波アシスト方式が注目されている。
マイクロ波アシスト方式は、記録ヘッドの近傍に設置されたマイクロ波磁界発生素子から、磁気記録媒体の記録層を構成する磁性粒子のヘッド磁界印加状態における強磁性共鳴周波数に近いマイクロ波磁界を記録層に印加し、磁性粒子のスピンの歳差運動を励起することにより、信号記録(磁性粒子の磁化反転)に必要なヘッド磁界を大幅に低減させ、記録を容易にするものである。
磁性粒子の強磁性共鳴周波数Fresは、(1)式で表される。
Fres=(γ/2π)(Hk−Hext) (1)
γは磁気回転比、Hkは異方性磁界、Hextは記録ヘッドが発生する記録磁界である。Hkは、前述のKuと飽和磁化量Msを用いて、(2)式で表される。
Hk=2Ku/Ms (2)
Fres=(γ/2π)(Hk−Hext) (1)
γは磁気回転比、Hkは異方性磁界、Hextは記録ヘッドが発生する記録磁界である。Hkは、前述のKuと飽和磁化量Msを用いて、(2)式で表される。
Hk=2Ku/Ms (2)
(2)式から、高密度記録に対応するために高Ku磁性材料を用いた記録媒体の異方性磁界Hkは大きくなり、(1)式から、その強磁性共鳴周波数Fresが高くなることが分かる。例えば、2Tbpsiの記録密度を実現するためには、約1×107erg/ccのKuが必要であり、この場合、
飽和磁化Ms=800emu/ccでは、Hk=25kOe
飽和磁化Ms=500emu/ccでは、Hk=40kOe
となる。
飽和磁化Ms=800emu/ccでは、Hk=25kOe
飽和磁化Ms=500emu/ccでは、Hk=40kOe
となる。
記録磁界Hextが10kOeの場合、Hk=25kOeでは、Fresは約45GHz、Hk=40kOeでは、Fresは約90GHzとなり、このような高い周波数を扱うことは困難であり、20GHz以下とすることが望まれている。
記録媒体の実効的なHkを低減させる方法として、例えば、特開2007−272950号公報(特許公報2)に垂直磁気記録媒体の記録層を、厚み方向にHkの異なる領域に分けて、記録性能の向上を図る方法(ECC媒体)が開示されている。この方法では、高Hkの磁性膜(ハード層)に低Hkの磁性膜(ソフト層)を積層することにより、記録層の実効的なHkを低減させることが可能となる。
この方法では、磁気特性の異なる薄膜を積層することにより、垂直磁気記録媒体を作製するが、ECC媒体の実質的な磁気異方性エネルギーは、磁気記録層を構成する各層の磁気異方性エネルギーの和になるため、ハード層の一部をソフト層に置き換える場合、ハード層の磁気異方性エネルギーは、単層の場合よりも大きくする必要がある。例えばソフト層のHkがゼロの場合は、ソフト層の磁気異方性エネルギーもゼロとなる。
したがって磁気記録層の半分をソフト層に置き換えるのであれば、ハード層の磁気異方性エネルギーを2倍にする必要があり、前述の2Tbpsiの記録密度の場合は、ハード層は、Ku=約2×107erg/ccの磁気異方性エネルギーを有する磁性材料を使用する必要がある。
このような高い磁気異方性エネルギーを有する磁性材料としては、FePt合金に代表されるL10型規則合金がある。
L10型規則合金は、高い磁気異方性エネルギーを有するが、規則化のためには成膜後に500℃程度の高温の熱処理が必要である。さらに記録分解能を高めるためには、磁化反転の最小単位であるクラスター寸法を小さくする必要があり、磁性粒子間の交換相互作用を低減するために、非磁性の材料で磁性粒子を分離したグラニュラ構造とする必要がある。
ECC媒体の特性を十分に発揮させるためには、積層する低異方性材料が高異方性材料と一体化したグラニュラ構造であることが望ましいが、高温で熱処理を行ったL10型規則合金に格子整合した低異方性材料を積層する技術は確立していない。
特開2009−301686号公報(特許文献3)に記録媒体の表面層を改質したECC型の記録媒体が開示されているが、L10型規則合金の具体的な改質方法は、明らかにされていない。
また、特開2005−228912号公報(特許文献4)にL10型記録合金に局所的にイオンを照射することにより、照射部の磁気特性を改質する方法が開示されているが、L10型規則合金の厚み方向に磁気特性を変化させる方法は開示されていない。
マイクロ波アシスト方式に対応した磁気記録媒体を実現するためには、記録層に高い磁気異方性を有するL10型の規則合金を用いて、マイクロ波磁界の周波数を実現可能な領域(例えば20GHz以下)に低下させることが必要であるが、その特性を備えた磁気記録媒体の具体的な作成方法は確立していない。
本発明は、前記問題点を鑑みてなされたものであり、記録層に高い磁気異方性を有するL10型の規則合金を用い、その表面側を低異方性のA1型の不規則合金に変態させることにより、マイクロ波磁界の周波数を実現可能な領域に低下させた、マイクロ波アシスト方式に適した磁気記録媒体、及び磁気記録媒体の作製方法、並びに、前記磁気記録媒体を組み込んだ磁気記録再生装置を提供することを目的とする。
前記目的は以下の手段により達成される。
即ち、前記目的を達成する本発明は、基板上に少なくとも軟磁性裏打ち層、非磁性下地層、磁気記録層、保護層を有する磁気記録媒体であって、前記磁気記録層は強磁性結晶粒子と非磁性粒界層とを有するグラニュラ構造であり、前記強磁性結晶粒子は、表面に近い側はL10型結晶構造を有する規則合金であり、基板に近い側はA1型結晶構造を有する不規則合金であることを特徴とする磁気記録媒体である。
前記目的を達成する前記磁気記録媒体において、前記強磁性結晶粒子は、Fe、Coのうちの少なくとも1種の元素とPt、Pdのうちの少なくとも1種の元素を主成分とすることを特徴とする。
前記目的を達成する前記磁気記録媒体において、前記磁気記録層中にB、N、Ar、Cr、Nb、Gaのうちの少なくとも1種以上の元素を含み、その濃度が表面に近い側が高く、基板に近い側は低いことを特徴とする。
前記目的を達成する前記磁気記録媒体において、磁気記録層が少なくとも1層の非磁性層で分離されていることを特徴とする。
また、前記目的を達成する本発明は、前記磁気記録媒体の製造方法であって、前記A1型結晶構造を有する不規則合金を、イオン照射により形成することを特徴とする磁気記録媒体の製造方法である。
前記目的を達成する前記磁気記録媒体の製造方法において、前記イオン照射にて照射するイオン種がB、N、Ar、Cr、Nb、Gaのうちの少なくとも1種以上であることを特徴とする。
また、前記目的を達成する本発明は、前記磁気記録媒体を組み込んだことを特徴とする磁気記録再生装置である。
前記目的を達成する前記磁気記録再生装置において、記録ヘッドから発生する信号記録磁界にマイクロ波磁界発生素子から発生するマイクロ波磁界を畳重して記録媒体に印加して信号を記録することを特徴とする。
本発明によれば、記録層に高密度化に適した高い磁気異方性を有するL10型の規則合金を用いても、マイクロ波アシスト方式においてアシスト効果を発生するマイクロ波磁界の周波数を実用的な領域に低下させることが可能な磁気記録媒体、および磁気記録媒体の作製方法、また、前記磁気記録媒体を組み込んだ磁気記録再生装置が提供される。
以下に、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の第一の実施形態に係る磁気記録媒体の断面図である。この磁気記録媒体は非磁性基板上101に、軟磁性裏打ち層102、シード層103、非磁性下地層104、磁気記録層105、および保護層106が積層された構造を有する。
基板101は、ガラス、NiPで被覆したAl合金、セラミック、酸化表面を有するSi等の非磁性材料から形成することができる。
軟磁性裏打ち層102は、記録ヘッドからの記録磁界を磁気記録媒体100の表面から内部に導き、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一部を担っており、磁気記録層に急峻で十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ている。
軟磁性裏打ち層102は、例えば、Fe合金、Coアモルファス合金、フェライト等を用いることができる。軟磁性裏打ち層2は軟磁性を有する層と非磁性層との積層構造であっても良い。
シード層103は、軟磁性裏打ち層102と非磁性下地層104との間に設けられ、非磁性下地層104を通して、磁気記録層105の結晶粒径や結晶配向を改善することができる。シード層は必須ではないが、設ける場合好適な材料は、例えばCr、Mo、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104は、例えばMgOを使用することができる。
磁気記録層105は、例えば、FePtを主成分とする合金、CoPtを主成分とする合金、FePdを主成分とする合金、及びCoPdを主成分とする合金であり、スパッタ法などで、非磁性下地層104上に成膜される。これらの合金は成膜直後の結晶構造はfccのA1型不規則合金であり、磁気異方性は低い。この不規則合金は高温で熱処理することにより、磁気異方性の高いL10型の結晶構造を有する規則合金に相変化させることができる。
図2は、本発明の第二の実施形態に係る磁気記録媒体の断面図である。この磁気記録媒体は非磁性基板上101に、軟磁性裏打ち層102、シード層103、非磁性下地層104、磁気記録層105a、非磁性層107、磁気記録層105bおよび保護層106が積層された構造を有する。
非磁性層107は、Ru、Rh、Pd、Ir、Ptのうちの少なくとも1種以上の元素を含む薄膜である。
非磁性層107は、Ru、Rh、Pd、Ir、Ptのうちの少なくとも1種以上の元素を含む薄膜である。
図3に、本発明の第一の実施形態でのイオン照射の方法を示す。熱処理を行い、L10型規則合金となった記録層に、イオン照射装置を用いて、B、N、Ar、Cr、Nb、Gaのうちの少なくとも1種のイオンを照射する。イオン照射のエネルギーは、後述のイオン照射シミュレーションで示すように、イオンが記録層の表面側に到達し、記録層の基板側には到達しない範囲の値に設定される。このイオン照射により、記録層の表面側はL10型の規則合金からA1型の不規則合金に変態する。
図4は、本発明の第二の実施形態でのイオン照射の方法を示す。熱処理によりL10型規則合金となった記録層に、イオン照射装置を用いて、B、N、Ar、Cr、Nb、Gaのうちの少なくとも1種のイオンを照射する。イオン照射のエネルギーは、後述のイオン照射シミュレーションで示すように、イオンが非磁性層で分離された記録層の表面側に到達し、非磁性層の基板側の記録層の基板側には到達しない値に設定される。このイオン照射により、記録層の非磁性層で分離された表面側はL10型の規則合金からA1型の不規則合金に変態する。この非磁性層の厚みを調整することにより、イオン照射によって低異方性となった領域と高異方性領域の交換結合の状態を変化させることが可能となり、記録層の実効的な磁気異方性Hkを更に精密に制御することが可能となる。
図5は、L10型規則合金へのイオン照射をモンテカルロ法でシミュレーションした結果の一例であり、FePt合金にB(ボロン)イオンを照射した場合の、イオンの加速電圧とイオンの侵入深さの関係を示している。横軸はイオンの加速電圧であり、縦軸は照射されたイオンが侵入する深さを表している。照射されたイオンは、L10型規則合金の表面から侵入し、合金を構成する原子と衝突を繰り返してそのエネルギーを失い、合金内で停止する。イオンの衝突によるエネルギーは、規則合金を構成する原子の相互拡散を生じさせ、規則合金は不規則合金に変態する。このシミュレーションを用いて、任意のイオンの侵入深さに必要な加速電圧を算出することができる。
以下に、実施例を示し、本発明を具体的に説明する。
基板101として、厚さ0.635mmのガラス基板を用い、その上に軟磁性裏打ち層102を厚さ100nmとなるようにスパッタリング法でNiFeNbを成膜し、さらにその上に非磁性下地層104として厚さ3nmになるようにスパッタリング法でMgOを成膜した。成膜された非磁性下地層104の上に、磁気記録層105としてFePt合金を厚さ10nmになるようにスパッタリング法で成膜した。続いて保護層106を厚さ5nmとなるようにC膜をスパッタリング法で成膜し磁気記録媒体を得た。なお、磁化曲線の測定用として、軟磁性裏打ち層の磁化の影響を避けるために、軟磁性裏打ち層のない試料も作製した。
次に、得られた磁気記録媒体の磁気記録層を規則化するために、5×10−7Torr以下の真空雰囲気中で600℃、3600秒の条件で熱処理を行った。
図6に、SQUID磁力計を用いて測定したイオンの照射によるL10型規則合金の磁化曲線の変化を示す。厚さ10nmのFePt規則合金に加速電圧3keVで1at%のBイオンを照射し、イオン照射による磁化曲線の変化を検討した。図6aが照射前の磁化曲線、図6bが照射後の磁化曲線である。Bイオンの照射により保磁力Hcはほぼゼロになっているが、飽和磁化Msはほとんど変化していないことが分かる。イオン照射はFe原子とPt原子を相互拡散させ、高異方性のL10構造の規則合金が等方的なA1構造の不規則合金に変態した結果、飽和磁化の変化はなく、磁気異方性のみを大きく低減できていることが分かる。
図7は、Bイオンの照射量と規則合金の保磁力の関係を示したものである。SQUID磁力計を用いて、イオン照射量に対する保磁力の変化を調べた。加速電圧3keVでBイオンを照射したところ、照射前は約16kOeであった保磁力が、0.1at%の照射で約6kOeに低下し、0.5at%の照射では約1kOeに1at%以上の照射ではほぼゼロになることが分かる。B以外にもN、Ar、Cr、Nb、Gaについて前述のモンテカルロ法のシミュレーションでそれぞれの加速電圧を最適化し、同様の評価を行なったところ、同等の保磁力の変化が得られることが確認できた。
図8は、Bイオンの照射量と媒体表面の粗さの関係を示したものである。イオン照射量を1〜10at%の範囲で変化させ、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、表面性の変化の関係を調べた。照射量に対する表面性の変化はわずかであり、10at%の照射でも表面性は照射前とほとんど差がないことが分かった。
図9は、イオン照射によるL10型FePt規則合金の結晶構造の変化を、X線回折法を用いて測定した結果である。fct(001)の超格子ピークが規則合金相を示すが、1at%以上のBイオンの照射でピークは完全に消失しており、イオン照射で結晶構造が正方晶系のfctから立法晶系のfccに変態していることが分かる。他の基本格子ピークは、10at%のイオン照射でも消失していないことより、イオン照射により、合金の非晶質化は生じず、等方的なA1構造に変態により、磁気異方性が大きく低下したと考えられる。
図10はマイクロ波アシスト磁気記録方法の原理を説明するための断面図である。磁気記録媒体100は基板101上に軟磁性裏打ち層102、非磁性下地層104、磁気記録層105、保護層106を積層した構造を有する。磁気記録層105は垂直磁気異方性を有するので、磁気記録層105には上向きまたは下向きの磁化データが記録される。
磁気記録媒体100上には磁気ヘッドが配置される。この磁気ヘッドは記録ヘッド400と図示されない再生ヘッドとを含む。
記録ヘッド400は、主磁極401と、リターン磁極であるトレーリングシールド402で形成され、主磁極401とトレーリングシールド402の間にマイクロ波磁界発生素子403が配置される。
マイクロ波磁界発生素子403にマイクロ波励振電流を流すことによって、マイクロ波磁界発生素子403周囲にマイクロ波磁界が発生する。マイクロ磁界波発生素子は磁気ディスク媒体に近接しているため、媒体内において磁気ディスクの略面内方向にマイクロ波磁界501が印加される。記録ヘッド素子400の主磁極401より磁気記録層に印加される垂直記録磁界500に、マイクロ波磁界501を重畳印加することによって、磁気記録層105の保磁力を効率良く低減させることができ、その結果、書込みに必要となる垂直方向の書込み磁界強度を低減することができる。
図11は、本発明の実施例を含めた各種記録媒体にマイクロ波磁界を畳重した場合の記録再生特性をLLG方程式でシミュレーションした結果である。シミュレーションの条件は、線記録密度は1050kFCI、記録トラック幅は60nm、マイクロ波磁界は1000Oeの直線偏光であり、ヘッド磁界の最大強度は11kOeとした。
601は、異方性磁界Hkが40kOe、飽和磁化Msが800emu/cc、厚みtが12nmの規則合金の表面側6nmをイオン照射によって、異方性磁界Hkが0Oe、飽和磁化Msが800emu/ccのA1型の不規則合金に変態させた媒体モデルである。602は、異方性磁界Hkが40kOe、飽和磁化Msが800emu/cc、厚みtが6nmの規則合金に異方性磁界Hkが2kOe、飽和磁化Msが500emu/cc、厚みtが6nmのCoCrPt合金系の低異方性磁性膜を積層した媒体モデルである。603は異方性磁界Hkが20kOe、飽和磁化Msが800emu/cc、厚みtが6nmの単層媒体モデルである。
Hkが20kOeの単層媒体603では、マイクロ波磁界の印加により最大約4dBのS/Nの改善効果が得られるが、効果の得られるマイクロ波磁界の周波数は40〜55GHzと高く実用上問題である。Hkが40kOeのFePt合金にHkが2kOeのCoCrPt合金を積層した602は、マイクロ波磁界の印加により、最大約4dBのS/Nの改善効果があるが、効果の得られるマイクロ波磁界の周波数は、30〜45GHzであり、やはり実用上問題となる。また11kOeのヘッド磁界強度では記録が不十分であり、絶対的なS/Nが低い。Hkが40kOeのFePt規則合金をイオン照射で表面層の異方性磁界Hkをゼロに低下させた601は、20GHz以下の実用的なマイクロ波磁界周波数で、約7dBのS/Nの改善効果が得られており、マイクロ波アシスト方式に適した媒体であることが確認できた。また、高Hkの規則合金を用いたマイクロ波アシストに適した媒体の作製方法としてイオン照射法が非常に有効であることが確認できた。
本発明のいくつかの好ましい実施形態を詳細に説明したが、添付された請求項の趣旨または範囲から逸脱せずに様々な変更及び修正が可能であることを理解されたい。
100・・・記録媒体
101・・・基板
102・・・軟磁性裏打ち層
103・・・シード層
104・・・非磁性下地層
105・・・磁気記録層
105a・・第一の磁気記録層
105b・・第二の磁気記録層
106・・・保護層
107・・・磁気分離層
300・・・加速されたイオン
401・・・主磁極
402・・・トレーリングシールド
403・・・マイクロ波磁界発生素子
500・・・ヘッド記録磁界
501・・・マイクロ波磁界
601・・・イオン照射したFePt規則合金
602・・・FePt規則合金にCoCrPt系合金を積層
603・・・単層媒体
101・・・基板
102・・・軟磁性裏打ち層
103・・・シード層
104・・・非磁性下地層
105・・・磁気記録層
105a・・第一の磁気記録層
105b・・第二の磁気記録層
106・・・保護層
107・・・磁気分離層
300・・・加速されたイオン
401・・・主磁極
402・・・トレーリングシールド
403・・・マイクロ波磁界発生素子
500・・・ヘッド記録磁界
501・・・マイクロ波磁界
601・・・イオン照射したFePt規則合金
602・・・FePt規則合金にCoCrPt系合金を積層
603・・・単層媒体
Claims (8)
- 基板上に少なくとも軟磁性裏打ち層、非磁性下地層、磁気記録層、保護層を有する磁気記録媒体であって、前記磁気記録層は強磁性結晶粒子と非磁性粒界層とを有するグラニュラ構造であり、前記強磁性結晶粒子は、前記磁気記録層の厚み方向において基板に近い側はL10型結晶構造を有する規則合金であり、表面に近い側はA1型結晶構造を有する不規則合金であることを特徴とする磁気記録媒体。
- 前記強磁性結晶粒子は、Fe、Coのうちの少なくとも1種の元素とPt、Pdのうちの少なくとも1種の元素を主成分とすることを特徴とする、請求項1に記載の磁気記録媒体。
- 前記磁気記録層中にB、N、Ar、Cr、Nb、Gaのうちの少なくとも1種以上の元素を含み、その濃度が表面に近い側が高く、基板に近い側は低いことを特徴とする請求項2に記載の磁気記録媒体。
- 磁気記録層が少なくとも1層の非磁性層で分離されていることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の磁気記録媒体。
- 前記磁気記録媒体の製造方法であって、前記A1型結晶構造を有する不規則合金を、イオン照射により形成することを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
- 前記イオン照射にて照射するイオン種がB、N、Ar、Cr、Nb、Gaのうちの少なくとも1種以上であることを特徴とする請求項5に記載の磁気記録媒体の製造方法。
- 請求項1乃至4のいずれかに記載の磁気記録媒体を組み込んだことを特徴とする磁気記録再生装置。
- 記録ヘッドから発生する信号記録磁界にマイクロ波磁界発生素子から発生するマイクロ波磁界を畳重して記録媒体に印加して信号を記録することを特徴とする請求項7に記載の磁気記録再生装置。
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