JP2014075162A - 磁気記録媒体及び磁気記録再生装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】非磁性基板の上に、少なくとも、軟磁性下地層と、直上の層の配向性を制御する配向制御層と、磁化容易軸が前記非磁性基板に対して垂直に配向した、1層又は2層以上の磁性層からなる垂直磁性層とを、この順で具備する磁気記録媒体であって、前記垂直磁性層を構成する少なくとも1層の前記磁性層が、Co、Pt、Rhを含有する磁性合金を含み、前記Rhの含有量が、10〜40原子%の範囲内であることを特徴とする磁気記録媒体。
【選択図】図4
Description
また、本発明に関連する特許文献2には、コバルト、白金、ルテニウムよりなる3元系合金であって、その組成がCoa Ptb Ruc 、20≦a≦70、10≦b≦70、10≦c≦60、a+b+c=100 (ただしa、b、cは原子%による組成比)であり、かつ膜面に垂直な方向に磁化容易軸を有する磁気記録膜が開示されている。
CoCrPt系の磁性合金は、CoPt系の磁性合金をベースとして、書き込み特性の最適化、具体的には飽和磁化(Ms)を低減する目的でCrを添加している。
一方で、CoPt系合金にCrを添加すると合金の磁気異方性定数(Ku)が低下し、これによって熱揺らぎ特性が悪化する問題があった。すなわち、熱揺らぎ特性は、(Ku・V)/(k・T)、(Vは磁性合金の体積、Tは温度、kは定数)で示され、Kuの低下により熱揺らぎ特性も低下する。
このような問題は、CoPt系合金にCrを添加する場合に限らず、特許文献2に記載のように、CoPt系合金にRuを添加する場合にも同様の問題が生じていた。
(2)前記Ptの含有量が、10〜40原子%の範囲内であることを特徴とする上記(1)に記載の磁気記録媒体。
(3)前記磁性合金が、B、Ta、Mo、Cu、Nd、W、Nb、Sm、Tb、Ru、Re、Crの中から選ばれる1種類以上の元素を合計で1〜10原子%の範囲内で含むことを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の磁気記録媒体。
(4)前記磁性合金の磁気異方性定数は8×106erg/cm3以上であり、飽和磁化は700〜1200emu/cm3の範囲内であることを特徴とする上記(1)〜(3)の何れか一項に記載の磁気記録媒体。
なお、本発明における垂直磁性層の構造は、磁性層単層であってもよく、複数の磁性層からなる積層構造としてもよい。垂直磁性層が複数の磁性層からなる場合、そのうちの1層以上がCo、Pt、Rhを含有する磁性合金を含めばよい。
以下、本発明における磁性合金について、本発明者らの検討を併せて説明する。
本結果は、ガラス基板の上に、5nmのTa薄膜、6nmのPt薄膜、20nmのRu薄膜を形成後、CoPtRh系合金、CoPtCr系合金、CoPtRu系合金それぞれの磁性合金薄膜をスパッタリング法を用いて、アルゴンガス圧0.6Pa、成膜速度1nm/秒、膜厚20nmで形成し、その後、炭素膜を7nm成膜し、そのKuを測定して得た。図4(a)は本願発明の磁性合金であるCoPtRh系合金の結果、図4(b)はCoPtCr系合金の結果、図4(c)はCoPtRu系合金の結果である。
図4(a)と、図4(b)(c)との対比から明らかなように、CoPt系合金にCrまたはRuを加えるとKuが著しく減少するのに対し、本願発明のCoPtRh系合金はRh添加によってもKuの減少が極めて少ない。
本結果は、ガラス基板の上に、5nmのTa薄膜、6nmのPt薄膜、20nmのRu薄膜を形成後、上記CoPtRh系合金等の磁性合金薄膜をスパッタリング法を用いて、アルゴンガス圧0.6Pa、成膜速度1nm/秒、膜厚20nmで形成し、その後、炭素膜を7nm成膜し、そのMsを測定して得た。図5(a)は本願発明の磁性合金であるCoPtRh系合金の結果、図5(b)はCoPtCr系合金の結果、図5(c)はCoPtRu系合金の結果である。
図5(a)と、図5(b)(c)との対比から明らかなように、CoPt系合金にCrまたはRuを加えるとMsが著しく減少するのに対し、本願発明のCoPtRh系合金はRh添加によってもMsの減少が少ない。この結果は、本願発明者の検討によると、Cr、Ru原子はCo原子と隣接した場合において分極が生じないのに対し、Rh原子はCo原子と隣接した場合に分極を生じ、これによってMsの減少が緩やかになるものと考えられる。
本結果は、ガラス基板の上に、5nmのTa薄膜、6nmのPt薄膜、20nmのRu薄膜を形成後、CoPtRh系合金の磁性合金薄膜をスパッタリング法を用いて、アルゴンガス圧0.6Pa、成膜速度1nm/秒、膜厚20nmで形成し、その後、炭素膜を7nm成膜し、その飽和磁化(Ms)、Kuを測定して得た。なお、キュリー温度は得られたMsから算出した。
図6中の太線は、それぞれ、CoRh合金、CoPt合金のKuおよびTcを示し、CoRh合金に示されたプロットは、左からRh=50、40、35、30、25、20原子%、CoPt合金に示されたプロットは、左からPt=50、40、35、30、25原子%の場合のKuおよびTcを示す。また、×は純CoのKuおよびTcを示す。
CoRh合金、CoPt合金の太線それぞれの各プロット同士を結ぶ細い線は、CoPtRh合金のKuおよびTcを示し、プロットに付された数字は、PtとRhの合計におけるRhの比率(y原子%:Pt100−yRhy)を示す。例えば、2点破線(プロット“○”:x=50(at.%))は、Co50(Pt100−yRhy)50合金のKuおよびTcの変化を示し、各プロットは、左からy=80,60,40,20,10の値を示す。
従来のCoPt系の材料の場合、70Co30Ptの組成領域にてKuの最大値を発現するが、一方でこの時のキュリー温度は900℃付近と高温である。そして、Ptの添加量を増すと、Tcは低下するが、Kuも大きく変化する。
ここで、CoRh系合金の場合、Rh添加によりTcが低下するが、Kuはそれほど変化せず、磁気特性の変動が少ない。そして、Tcは500℃以下まで下げることが可能である。このような磁性合金の組成変化におけるTcやKuの挙動は、将来有望な熱アシスト媒体用途の合金の磁気特性に適している。
本発明の磁気記録媒体は、例えば、非磁性基板の上に、少なくとも、軟磁性下地層と、直上の層の配向性を制御する配向制御層と、磁化容易軸が前記非磁性基板に対して垂直に配向した垂直磁性層とを、この順で有する。
そして、本発明における垂直磁性層は、1層又は2層以上の磁性層からなり、垂直磁性層を構成する少なくとも1層の磁性層が、Co、Pt、Rhを含有する磁性合金を含むことを特徴とする。
図1は、本発明の磁気記録媒体の一例を示した断面模式図である。また、図2は、図1に示す磁気記録媒体における配向制御層と垂直磁性層の積層構造を説明するための拡大模式図であり、各層の柱状晶が基板面に対して垂直に成長した状態を示した断面図である。なお、図2においては、配向制御層3を構成する第1配向制御層3aおよび第2配向制御層3bと垂直磁性層4以外の部材の記載を省略して示している。図1では、第2配向制御層3bと垂直磁性層4との間に非磁性下地層8を設けているが、この非磁性下地層8も基板面に対して垂直に成長した柱状晶によって構成され、この柱状晶は第2配向制御層3b、垂直磁性層4の柱状晶と連続して形成される。
非磁性基板1としては、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属材料からなる金属基板を用いてもよいし、ガラスや、セラミック、シリコン、シリコンカーバイド、カーボンなどの非金属材料からなる非金属基板を用いてもよい。また、非磁性基板1としては、これら金属基板や非金属基板の表面に、例えばメッキ法やスパッタ法などを用いて、NiP層又はNiP合金層が形成されたものを用いてもよい。
図1に示す磁気記録媒体を製造するには、上記の非磁性基板1の上に、軟磁性下地層2を形成する。軟磁性下地層2の形成方法は特に限られるものではなく、例えば、スパッタリング法などを用いることができる。なお、非磁性基板1と軟磁性下地層2の間に密着層を設ける場合には、軟磁性下地層2を形成する前に、例えば、スパッタリング法などを用いて密着層を形成する。
次に、図2に示すように、軟磁性下地層2の上に配向制御層3を形成する。配向制御層3は、直上の層である垂直磁性層4の配向性を制御するものであり、垂直磁性層4の結晶粒を微細化し、記録再生特性を改善するものである。配向制御層3は、以下に示すように、第1配向制御層3aと、第2配向制御層3bによって形成することができる。
なお、第1配向制御層3aは、図2に示すように、成長面S1aを有する柱状晶S1を有し、軟磁性下地層2(図2には不図示)上に形成されている。
なお、図2に示すように、第2配向制御層3bは、成長面S2aを有する、第2配向制御層3aの柱状晶S1と連続した柱状晶S2として形成されている。
次に、図1に示すように、配向制御層3の上に非磁性下地層8を形成する。非磁性下地層8の形成方法は特に限られるものではなく、例えば、スパッタリング法などを用いることができる。
非磁性下地層8は、配向制御層3の第1配向制御層3aおよび第2配向制御層3bの柱状晶S1,S2と連続した柱状晶として、配向制御層3の第2配向制御層3b上にエピタキシャル成長されている。
非磁性下地層8の厚みは、0.2nm以上3nm以下であることが好ましい。非磁性下地層8の厚さが3nmを超えると、保磁力Hc及び核形成磁界Hnの低下が生じるために好ましくない。
次に、図1に示すように、非磁性下地層8の上に本願発明のCoPtRh系合金を含む垂直磁性層4を形成する。垂直磁性層4の形成方法は特に限られるものではなく、例えば、スパッタリング法などを用いることができる。
なお、上述したように、本発明における垂直磁性層の構造は、磁性層単層であってもよく、複数の磁性層からなる積層構造としてもよいが、本実施形態では、図1に示すように、3層の磁性層4a〜4cから構成される垂直磁性層4について説明する。
各磁性層4a〜4c及び各非磁性層7a,7bを構成する結晶粒子は、図2に示すように、配向制御層3の第1配向制御層3aおよび第2配向制御層3bそれぞれの柱状晶S1、S2と連続した柱状晶S3として、非磁性下地層8(図2には不図示)上にエピタキシャル成長されている。
ここで、本願発明のCoPtRh系磁性合金は、グラニュラー構造の磁性層、非グラニュラー構造の磁性層の何れにも用いてもバランスの取れたKuおよびMs値を得ることができるが、図4(a)、図5(a)に示したKuおよびMsは非グラニュラー構造の磁性合金の結果である。そして、グラニュラー構造のCoPtRh系磁性合金の場合は、含有される酸化物等およびその含有量の影響により、図4(a)、図5(a)とは若干異なる特性となるが、本発明の効果は十分に享受できる。
Co、Pt、Rhを含む磁性合金において、Rhの含有量を10〜40原子%の範囲内とすることにより、Kuを8×106erg/cm3以上とし、Msを700〜1200emu/cm3の範囲内とした磁性合金を得ることができる。より好ましくは、Rhの含有量を20〜30原子%の範囲内とする。
なお、上記のように、Rhの含有量を10〜40原子%とすれば、所望のMsとKuとをバランス良く得ることができるが、さらに、磁性合金のPtの含有量を10〜40原子%の範囲内とし、残部をCoとすることにより、磁気特性をより優れたものとすることができる。
Rhの含有量を40原子%以下とすると、Kuが向上し、より良好な熱揺らぎ特性を確保することが可能となる。また、Ptについても同様に、Kuを向上させることができるため上記範囲内とすることが好ましい。
すなわち、CoPtRh系以外のグラニュラー構造の磁性層としては、Co、Cr、Ptを含む磁性粒子(磁性を有した結晶粒子)と、酸化物とを含むものであることが好ましい。そして、磁性層中のCrの含有量は、4at%以上19at%以下(さらに好ましくは6at%以上17at%以下)であることが好ましい。また、磁性層中のPtの含有量は、8at%以上20at%以下であることが好ましい。具体的な合金組成としては、例えば、90(Co14Cr18Pt)−10(SiO2){Cr含有量14at%、Pt含有量18at%、残部Coからなる磁性粒子を1つの化合物として算出したモル濃度が90mol%、SiO2からなる酸化物組成が10mol%}、92(Co10Cr16Pt)−8(SiO2)、94(Co8Cr14Pt4Nb)−6(Cr2O3)の他、(CoCrPt)−(Ta2O5)、(CoCrPt)−(Cr2O3)−(TiO2)、(CoCrPt)−(Cr2O3)−(SiO2)、(CoCrPt)−(Cr2O3)−(SiO2)−(TiO2)、(CoCrPtMo)−(TiO)、(CoCrPtW)−(TiO2)、(CoCrPtB)−(Al2O3)、(CoCrPtTaNd)−(MgO)、(CoCrPtBCu)−(Y2O3)、(CoCrPtRu)−(SiO2)などの組成物を挙げることができる。
非磁性層7の厚みは、垂直磁性層4を構成する各磁性層の静磁結合を完全に切断しない範囲とされ、具体的には0.1nm以上2nm以下(より好ましくは0.1以上0.8nm以下)とすることが好ましい。
次に、垂直磁性層4上に、例えば、CVD(化学気相成長)法などを用いて保護層5を形成する。
保護層5は、垂直磁性層4の腐食を防ぐとともに、磁気ヘッドが磁気記録媒体に偶発的に接触したときの媒体表面の損傷を防ぐためのものである。保護層5としては、従来公知の材料を使用することができ、例えばC、SiO2、ZrO2を含むものを使用することが可能である。保護層5の厚みは、1〜10nmとすることが、磁気ヘッドと磁気記録媒体との距離を小さくできるので高記録密度の点から好ましい。
次に、保護層5上に、例えば、ディッピング法などを用いて潤滑層6を形成する。
潤滑層6としては、例えば、パーフルオロポリエーテル、フッ素化アルコール、フッ素化カルボン酸などの潤滑剤を用いることが好ましい。
以上の工程により、図1に示す磁気記録媒体が得られる。
図3は、本発明の磁気記録再生装置の一例を示した斜視図である。
この磁気記録再生装置は、上述した図1に示す磁気記録媒体50と、磁気記録媒体50を回転駆動させる媒体駆動部51と、磁気記録媒体50に対する情報の記録再生を行う磁気ヘッド52と、この磁気ヘッド52を磁気記録媒体50に対して相対運動させるヘッド駆動部53と、記録再生信号処理系54とを備えている。
磁気ヘッド52には、再生素子として巨大磁気抵抗効果(GMR)を利用したGMR素子などを有する高記録密度に適した磁気ヘッドを用いることができる。
(実施例1)
以下に示す製造方法により、実施例1の磁気記録媒体を作製し、評価した。
このようにして得られた密着層の上に、Co−20Fe−5Zr−5Ta{Fe含有量20at%、Zr含有量5at%、Ta含有量5at%、残部Co}のターゲットを用いて100℃以下の基板温度で、層厚25nmの軟磁性層を成膜し、この上にRu層を層厚0.7nmで成膜し、さらにCo−20Fe−5Zr−5Taの軟磁性層を層厚25nmで成膜し、これを軟磁性下地層とした。
まず、配向制御層上に、91(Co15Cr16Pt)−6(SiO2)−3(TiO2){Cr含有量15at%、Pt含有量16at%、残部Coの合金を91mol%、SiO2からなる酸化物を6mol%、TiO2からなる酸化物を3mol%}の組成の磁性層を、スパッタリングガス圧を2Paとして層厚9nmで成膜した。
次に、非磁性層の上に、92(Co11Cr18Pt)−5(SiO2)−3(TiO2)からなる磁性層を、スパッタリングガス圧を2Paとして層厚6nmで成膜した。
次に、磁性層の上に、Ruからなる非磁性層を層厚0.3nmで成膜した。
次に、非磁性層の上に、50Co30Pt20Rh{Co含有量50at%、Pt含有量30at%、Rh含有量20at%}からなるターゲットを用いて、スパッタリングガス圧を0.6Paとして磁性層を層厚7nmで成膜した。なお、このRhを含む磁性層のKuは1.2×107erg/cm3、Msは1000emu/cm3であった。
このようにして得られた実施例1の磁気記録媒体について、米国GUZIK社製のリードライトアナライザRWA1632及びスピンスタンドS1701MPを用いて、記録再生特性として信号/ノイズ比(S/N)、記録特性(OW)の各評価を行った。その結果、本実施例1の磁気記録媒体のS/Nは14.12dB、OWは44.43dBで電磁変換特性に優れていた。
また、信号/ノイズ比(S/N)については、記録密度750kFCIとして測定した。
記録特性(OW)については、先ず、750kFCIの信号を書き込み、次いで100kFCIの信号を上書し、周波数フィルターにより高周波成分を取り出し、その残留割合によりデータの書き込み能力を評価した。
上記実施例1の50Co30Pt20Rh磁性層を、65Co18Cr15Pt2B磁性層に変えたこと以外は同様にして磁気記録媒体を製造し電磁変換特性を評価した。その結果、本比較例の磁気記録媒体のS/Nは13.98dB、OWは43.88dBであった。
実施例2では、本願発明の磁性合金を用いてビットパターンドメディアを製造した。
先ず、HD用ガラス基板をセットした真空チャンバを予め1.0×10−5Pa以下に真空排気した。ここで使用したガラス基板は、Li2Si2O5、Al2O3−K2O、Al2O3−K2O、MgO−P2O5、Sb2O3−ZnOを構成成分とする結晶化ガラスを材質とし、外径が65mm、内径が20mm、平均表面粗さ(Ra)が2オングストローム(単位:Å、0.2nm)である。
Claims (5)
- 非磁性基板の上に、少なくとも、軟磁性下地層と、直上の層の配向性を制御する配向制御層と、磁化容易軸が前記非磁性基板に対して垂直に配向した、1層又は2層以上の磁性層からなる垂直磁性層とを、この順で具備する磁気記録媒体であって、
前記垂直磁性層を構成する少なくとも1層の前記磁性層が、Co、Pt、Rhを含有する磁性合金を含み、前記Rhの含有量が、10〜40原子%の範囲内であることを特徴とする磁気記録媒体。 - 前記Ptの含有量が、10〜40原子%の範囲内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。
- 前記磁性合金が、B、Ta、Mo、Cu、Nd、W、Nb、Sm、Tb、Ru、Re、Crの中から選ばれる1種類以上の元素を合計で1〜10原子%の範囲内で含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の磁気記録媒体。
- 前記磁性合金の磁気異方性定数は8×106erg/cm3以上であり、飽和磁化は700〜1200emu/cm3の範囲内であることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の磁気記録媒体。
- 請求項1〜4の何れか一項に記載の磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体に対する情報の記録再生を行う磁気ヘッドとを備えることを特徴とする磁気記録再生装置。
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