JP2015041392A - 磁性材料、垂直磁気記録媒体、磁気記憶装置、磁性材料の製造方法及び垂直磁気記録媒体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の磁気特性を有し安価な材料からなる磁性材料等を提供する。【解決手段】第１シード層１２１は、ＣｏＸＦｅ３−ＸＯ４の格子定数よりわずかに大きい格子定数を有するスピネル型酸化物のＭｇ１＋ＹＴｉ２−ＹＯ４の単結晶膜又は高配向膜からなる。第２シード層１２２のＭｇＯの（００１）結晶面に対して、Ｍｇ１＋ＹＴｉ２−ＹＯ４の単結晶膜又は高配向膜を成膜して第１シード層１２１を形成する。更にＭｇ１＋ＹＴｉ２−ＹＯ４の（００１）結晶面に対して、ＣｏＸＦｅ３−ＸＯ４の単結晶膜又は高配向膜を成膜して磁性層１３を形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、磁性材料、垂直磁気記録媒体、磁気記憶装置、磁性材料の製造方法及び垂直磁気記録媒体の製造方法に関する。

近年の情報処理技術の発達に伴い、磁気記録媒体の記録密度の向上、磁気記録の安定性の向上等が要求されるが、これらの要求を満たす垂直磁気記録方式を採用した磁気記録媒体が開発、商品化されている。現在の垂直磁気記録方式の垂直磁気記録層の材料としては、コバルトクロム白金（ＣｏＣｒＰｔ）合金等が使用されている。また、近い将来には、更に磁気異方性が大きい鉄白金（ＦｅＰｔ）合金を熱アシスト記録用として使用することが検討されている（例えば特許文献１）。

この垂直磁気記録層に用いるコバルトクロム白金合金、鉄白金合金は、いずれも希少金属である白金を使用しているため、材料が高価である。さらに、地球上でこれらの資源が偏在しており、世界情勢により、資源の入手が困難になる虞もある。

これに対して、本出願の発明者らは、磁気異方性が大きいことで知られている安価なＣｏＦｅ_２Ｏ_４（コバルトフェライト）を垂直磁気記録層に使用した垂直磁気記録媒体及び磁気記憶装置に係る発明について出願している（特許文献２）。

特開２００８−１７６９２３号公報 特開２０１１−６０３４６号公報

特許文献２では、ＭｇＯの（００１）結晶面に対して、ＣｏＦｅ_２Ｏ_４（コバルトフェライト）の結晶成長を行って、ＣｏＦｅ_２Ｏ_４の単結晶膜からなる垂直磁気記録層を形成している。発明者らは、このＣｏＦｅ_２Ｏ_４からなる垂直磁気記録層について、十分な大きさの垂直磁気異方性を確認している。

このような垂直磁気記録媒体を構成する磁性材料は、記録情報の安定化等のために磁化曲線が矩形であることが要求される。つまり、残留磁化Ｍｒと飽和磁化Ｍｓの比（Ｍｒ／Ｍｓ）が１に近い値を有するように磁性材料を構成する必要がある。しかし、特許文献２に記載の磁化曲線はＭｒ／Ｍｓが小さく、実用化するためには磁化曲線に現れる磁気特性の改善が必要であった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、所望の磁気特性を有し安価な材料からなる磁性材料等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る磁性材料は、
Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子定数より大きく、且つ、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の（００１）結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有するスピネル型酸化物の単結晶膜又は高配向膜からなる第１シード層と、
前記第１シード層の前記スピネル型酸化物の（００１）結晶面に対して成膜した、Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の単結晶膜又は高配向膜からなる磁性層と、
を有することを特徴とする。

前記第１シード層の前記スピネル型酸化物を、Ｍｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４としてもよい。

Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子定数の１／ｎ（ｎは自然数）より大きく、且つ、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の（００１）結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有する立方晶からなる第２シード層を更に有し、
前記第１シード層は、前記第２シード層の前記立方晶の（００１）結晶面に対して成膜された層としてもよい。

前記第２シード層の立方晶を、ＭｇＯとしてもよい。

前記磁性層は、前記第１シード層の前記スピネル型酸化物の（００１）結晶面に対して、酸素を反応性ガスとし鉄コバルト合金をターゲット金属とした反応性スパッタリングを行って、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４を結晶成長させることにより成膜するようにしてもよい。

前記反応性スパッタリングを行うときの、前記磁性材料の生成場所の温度を、５００±１００℃としてもよい。

Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子定数の１／ｎ（ｎは自然数）より大きく、且つ、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の（００１）結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有する立方晶からなる第２シード層を更に有し、
前記第１シード層は、前記第２シード層の前記立方晶の（００１）結晶面に対して、酸素を反応性ガスとしチタンとマグネシウムをターゲット金属とした反応性スパッタリングを行って、前記Ｍｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４を結晶成長させることにより成膜するようにしてもよい。

また、本発明の第２の観点に係る垂直磁気記録媒体は、
Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子定数より大きく、且つ、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の（００１）結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有するスピネル型酸化物の単結晶膜又は高配向膜からなる第１シード層と、
前記第１シード層の前記スピネル型酸化物の（００１）結晶面に対して成膜した、Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の単結晶膜又は高配向膜からなる垂直磁気記録層と、
を有することを特徴とする。

前記第１シード層の前記スピネル型酸化物を、Ｍｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４としてもよい。

Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子定数の１／ｎ（ｎは自然数）より大きく、且つ、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の（００１）結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有する立方晶からなる第２シード層を更に有し、
前記第１シード層は、前記第２シード層の前記立方晶の（００１）結晶面に対して成膜された層としてもよい。

前記第２シード層の立方晶を、ＭｇＯとしてもよい。

前記垂直磁気記録層は、前記第１シード層の前記スピネル型酸化物の（００１）結晶面に対して、酸素を反応性ガスとし鉄コバルト合金をターゲット金属とした反応性スパッタリングを行って、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４を結晶成長させることにより成膜するようにしてもよい。

前記反応性スパッタリングを行うときの、前記垂直磁気記録媒体の生成場所の温度を、５００±１００℃としてもよい。

Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子定数の１／ｎ（ｎは自然数）より大きく、且つ、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の（００１）結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有する立方晶からなる第２シード層を更に有し、
前記第１シード層は、前記第２シード層の前記立方晶の（００１）結晶面に対して、酸素を反応性ガスとしチタンとマグネシウムをターゲット金属とした反応性スパッタリングを行って、前記Ｍｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４を結晶成長させることにより成膜するようにしてもよい。

また、本発明の第３の観点に係る磁気記憶装置は、前記第２の観点に係る垂直磁気記録媒体と、前記垂直磁気記録媒体に対して情報の記録又は再生を行うヘッドと、を備えることを特徴とする。

また、本発明の第４の観点に係る磁性材料の製造方法は、
Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子定数より大きく、且つ、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の（００１）結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有するスピネル型酸化物の単結晶膜又は高配向膜からなる第１シード層の（００１）結晶面に対して、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の単結晶膜又は高配向膜を成長させることにより磁性層を形成する磁性層形成ステップ、
を有することを特徴とする。

前記磁性層形成ステップは、前記第１シード層の前記スピネル型酸化物の（００１）結晶面に対して、酸素を反応性ガスとしコバルト鉄合金をターゲット金属とした反応性スパッタリングを行って、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４を結晶成長させることにより前記磁性層を形成するようにしてもよい。

前記反応性スパッタリングを行うときの、前記磁性材料の生成場所の温度を、５００±１００℃としてもよい。

Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子定数の１／ｎ（ｎは自然数）より大きく、且つ、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の（００１）結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有する立方晶からなる第２シード層の（００１）結晶面に対して、前記スピネル型酸化物の単結晶膜又は高配向膜を成長させることにより第１シード層を形成する第１シード層形成ステップと、を更に有し、
前記磁性層形成ステップは、前記第１シード層形成ステップで形成した前記第１シード層の（００１）結晶面に対して前記磁性層を形成するようにしてもよい。

前記第２シード層は、ＭｇＯからなり、
前記第２シード層の表面に、前記ＭｇＯの（００１）結晶面が配向するように、ＭｇＯ薄膜を形成することにより、第２シード層を生成する第２シード層形成ステップと、を更に有し、
前記第１シード層形成ステップは、前記第２シード層形成ステップで形成した前記第２シード層の（００１）結晶面に対して前記第１シード層を形成するようにしてもよい。

前記第１シード層は、Ｍｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４からなり、
前記第１シード層形成ステップは、前記第２シード層の前記立方晶の（００１）結晶面に対して、酸素を反応性ガスとしチタンとマグネシウムをターゲット金属とした多元反応性スパッタリングを行って、前記Ｍｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４を結晶成長させることにより前記第１シード層を形成するようにしてもよい。

また、本発明の第５の観点に係る垂直磁気記録媒体の製造方法は、
Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子定数より大きく、且つ、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の（００１）結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有するスピネル型酸化物の単結晶膜又は高配向膜からなる第１シード層の（００１）結晶面に対して、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の単結晶膜又は高配向膜を成長させることにより垂直磁気記録層を形成する垂直磁気記録層形成ステップ、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、所望の磁気特性を有し安価な材料からなる磁性材料等を提供することが可能となる。

実施の形態１に係る磁性材料の断面図である。 Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の結晶構造を説明するための図である。 磁性材料の製造方法を説明するための図である。 磁性材料の製造方法を説明するための図である。 （ａ）磁性材料の面垂直方向の磁化曲線を示す図である。（ｂ）磁性材料の飽和磁化等の測定値を示す表である。 実施の形態２に垂直磁気記録媒体の断面図である。 実施の形態２に係る垂直磁気記録媒体と記録再生ヘッドの外観図である。 実施の形態２に係る磁気記憶装置の外観図である。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１について図１乃至５を参照して詳細に説明する。

本実施の形態に係る磁性材料１０は、図１に示すように、基板１１、シード層１２、磁性層１３の順に積層された構造を有している。シード層１２は基板１１側の第２シード層１２２とその上に積層された第１シード層１２１からなる。

磁性材料１０の基板１１は、非磁性物質から構成され、例えば、ガラス基板、シリコン基板等から構成される。

図２に示すように、第１シード層１２１はＭｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４（酸化チタンマグネシウム）の単結晶膜又は高配向膜から構成され、第２シード層１２２は、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）の単結晶膜又は高配向膜から構成される。第２シード層１２２の第１シード層１２１側との境界面に、ＭｇＯの（００１）結晶面が配向している。ここで、高配向膜とは、結晶軸の配向性が高く、当該膜の機能上、単結晶膜と同等の性能を有する結晶膜である。

第１シード層１２１のＭｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４はスピネル型酸化物であり、第２シード層１２２のＭｇＯの（００１）結晶面上に結晶成長して生成される。これにより、第１シード層１２１の磁性層１３側の境界面に、Ｍｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４の（００１）結晶面を配向させることができる。

ここで、Ｍｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４のＹの値は、１未満の任意の数である。例えば、Ｙが０のＭｇＴｉ_２Ｏ_４が第１シード層１２１を構成する。

磁性層１３は、Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４（コバルトフェライト）の単結晶膜又は高配向膜から構成される。Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４は、磁気異方性が大きく、高保磁力を有する材料として知られているスピネル型酸化物である。

第１シード層１２１のＭｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４の（００１）結晶面上にＣｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の単結晶を成長させることにより、磁性材料１０の表面１０１に、Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の（００１）結晶面を配向させることができる。これにより、磁性材料１０の表面１０１に垂直な方向に、磁性層１３のＣｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４が磁気異方性を有する構成となる。

ここで、Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４のＸの値は、３未満の任意の数であるが、磁性層１３に要求される垂直磁気異方性の大きさに合わせて最適化される。例えば、Ｘが０．７５のＣｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４（コバルトフェライト）が磁性層１３を構成する。

Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の単結晶は、図２に示すように、４配位のサイトＡと６配位のサイトＢに、コバルト原子と鉄原子が入った構造が３次元的に隣接したスピネル型結晶構造を有し、ユニットセルサイズは約０．８３８ｎｍである。コバルト原子数と鉄原子数の比はＸ：３−Ｘである。

またＭｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４の単結晶もＣｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４と同様に、図２の４配位のサイトＡと６配位のサイトＢに、マグネシウム原子とチタン原子が入った構造が３次元的に隣接したスピネル型結晶構造を有する。Ｍｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４のユニットセルサイズはＹ＝０の場合、約０．８５１ｎｍであり、Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４よりわずかに大きい。マグネシウム原子数とチタン原子数の比は１＋Ｙ:２−Ｙである。

ここで、第２シード層１２２のＭｇＯは、単結晶のユニットセルサイズが約０．４２４ｎｍの立方晶である。このユニットセルサイズはＣｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４単結晶のユニットセルサイズの１／２よりわずかに大きく、Ｍｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４のユニットセルサイズの１／２と略同じである。Ｍｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４はＭｇＯの（００１）結晶面に安定して結晶成長することができ、その表面にはユニットセルサイズ０．８５１ｎｍ程度の(００１)結晶面が現れる。

第１シード層１２１のＭｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４の単結晶膜又は高配向膜の(００１)結晶面にＣｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４が形成される場合、Ｍｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４とＣｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子不整合度は、約−１．５％となる。ここで、格子不整合度ｆは、以下の式で定義される。以下の（１）式において、ａは第１シード層１２１の材料の格子定数、ｂは磁性層１３の格子定数、ｎは任意の自然数である。なお、本実施の形態では、Ｍｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４の格子定数はＣｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子定数と略同じであることから、ｎは１である。

ｆ＝（ｂ−ｎ・ａ）／（ｎ・ａ） （１）

なお、第２シード層１２２のＭｇＯはＭｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４の単結晶のユニットセルサイズの１／２と略同じであり、Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４との格子不整合度は、（１）式より約−１．２％となる。このとき、ｎは２である。

Ｍｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４の格子定数がＣｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子定数よりもわずかに大きいために、Ｍｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４とＣｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４との界面でＣｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の膜面内に引っ張り応力が働き、Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の磁気弾性効果により垂直磁気異方性が現れる。また、Ｍｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４とＣｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４は略同じ結晶構造を有しているため逆位相欠陥がほとんど生じず、Ｍｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４の(００１)結晶面に、Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の単結晶膜又は高配向膜を安定して結晶成長させることができる。

次に、磁性材料１０の製造方法について説明する。

まず、基板１１に対してＭｇＯを蒸着法又はスパッタリング法等を用いて、多結晶又はアモルファス状態で堆積させ、その後、アニール処理等を行ってＭｇＯの(００１)結晶面を第２シード層１２２表面に配向させる。

第２シード層１２２に第１シード層１２１と磁性層１３を順に積層する方法、つまり、ＭｇＯの（００１）結晶面にＭｇ_ＹＴｉ_３−ＹＯ_４及びＣｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の単結晶膜又は高配向膜を順に成膜する方法について、図３、４を用いて詳細に説明する。

スパッタリング装置２０は、例えば、ヘリコン波によりプラズマを起こして高周波マグネトロンスパッタリングを行うことができる装置であり、図３、４に示すように、チャンバー２１内に試料台２２、磁石２３、高周波電源２４を備える。また、チャンバー２１内に酸素を導入するための酸素ガス発生装置２５、可変リークバルブ２６、ノズル２７を更に備える。

試料台２２には、基板１１、第２シード層１２２が積層されたものが設置される。磁石２３に沿ってターゲット金属２８１、２８２、２８３が設置されるが、ターゲット金属２８１、２８２、２８３は、試料台２２に対向するように配置される。つまりスパッタリングによる結晶成長の方向に対して垂直の方向にターゲット金属２８１、２８２、２８３を配置するプラナー方式を採用している。プラナー方式は、成膜速度が速いため、量産化に適している。

第２シード層１２２に第１シード層１２１を積層する際には、図３に示すようにターゲット金属２８１としてチタンとターゲット金属２８２としてマグネシウムをそれぞれ設置する。成膜後のＭｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４のチタン（Ｔｉ）とマグネシウム（Ｍｇ）の組成比が、所望の１＋Ｙ：２−Ｙとなるようにそれぞれのターゲットに対する投入電力を調整している。つまり、第１シード層１２１は、チタンとマグネシウムの２元スパッタリングで生成する。

第１シード層１２１上に磁性層１３を積層する際には、図４に示すようにターゲット金属２８３としてコバルト鉄合金を設置する。合金組成比は、生成するＣｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４のコバルト（Ｃｏ）と鉄（Ｆｅ）の組成比がＸ：３−Ｘとなるように調整している。

チャンバー２１内には、アルゴンガスが導入されており、高周波電源２４による電圧印加でアルゴンガスがプラズマ状態となり、アルゴンイオンがターゲット金属２８１、２８２、２８３に衝突し、ターゲット金属２８１、２８２、２８３の原子が試料側に飛ばされ、第２シード層１２２又は第１シード層１２１の（００１）結晶面に堆積する。

この時、ノズル２７より導入される酸素が反応性ガスとして基板上で反応されるため、スピネル型酸化物の単結晶膜又は高配向膜が第２シード層１２２又は第１シード層１２１の（００１）結晶面上に成膜される。すなわち、ここでのスパッタリング法は、酸素を反応性ガスとした反応性スパッタリング法である。

ここで、チャンバー２１内に酸素を導入することにより、ターゲット金属２８１、２８２、２８３の表面が酸化することとなるが、ターゲット金属２８１、２８２、２８３に高周波電圧をかけているために、ターゲット金属２８１、２８２、２８３の表面にアルゴンイオンや電子が停滞するのを防ぐことができ、効率的にスパッタリングを行うことができる。

第２シード層１２２上にターゲット金属２８１、２８２をチタンとマグネシウムとする２元スパッタリングを、Ｍｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４が所定の膜厚になるまで継続し、第１シード層１２１を形成する。さらに、第１シード層１２１上にターゲット金属２８３をコバルト鉄合金とするスパッタリングを、Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４が所定の膜厚になるまで継続し、第１シード層１２１を形成する。

このようなスパッタリングを、磁性材料１０の生成場所の温度つまり基板１１直近の温度を変えて行って生成された磁性材料１０の磁気特性について評価した。評価結果について説明する。

評価した磁性材料１０は、縦１０ｍｍ、横２０ｍｍの大きさのＭｇＯヘキカイ基板又は研磨基板からなる基板１１に対して、酸素ガスを反応性ガスとしたＲＦマグネトロンスパッタリングを行い、第１シード層１２１のＭｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４と磁性層１３のＣｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４を順に積層したものである。第１シード層１２１のＭｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４のスパッタリング時の基板１１直近の温度は６３０℃とした。一方、磁性層１３のＣｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４のスパッタリング時の基板１１直近の温度は３００〜６３０℃の範囲で変化させた。酸素導入後の圧力は０．６Ｐａ、ＲＦパワーは１００Ｗとした。

ｘ＝０．７５，１で、膜厚は１０〜５０ｎｍのＣｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４について評価した。評価結果について、図５を用いて説明する。

図５（ａ）は、ｘ＝０．７５、膜厚５０ｎｍのＣｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４を用いた磁性材料１０の面垂直方向の磁化曲線（ヒステリシスループ）であり、横軸は外部磁化、縦軸は磁束密度である。図５（ａ）から分かるように、磁化曲線はスパッタリング時の基板温度によって変化する。基板１１直近の温度が５００℃の時が最も飽和磁化が大きく、磁化曲線も磁性材料として十分な角形のヒステリシスを有していることが分かる。

また、図５（ｂ）の表に示すように、飽和磁化Ｍｓは約４００［ｅｍｕ／ｃｃ］であり、バルク体相当の値を有していることが分かる。また、残留磁化Ｍｒと飽和磁化Ｍｓとの比Ｍｒ／Ｍｓは０．９５であり、１に近くなっている。このＭｒ／Ｍｓが１に近いとき、面垂直方向の磁化曲線は角形となる。周辺温度についても測定した結果、５００±１００℃の範囲内でＭｒ／Ｍｓは約０．９以上となり、記録媒体用の磁性材料として十分な角形のヒステリシスを有することが分かった。

また、図５（ａ）の磁化曲線のヒステリシスループから算出した保磁力は２０ｋＯｅであった。また、ｘ＝０．７５、１で、膜厚１０〜５０ｎｍの各Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４について、磁気測定により算出した垂直磁気異方性の大きさは、約１×１０^７ｅｒｇ／ｃｍ^３であった。

以上説明したように、本実施の形態においては、ＭｇＯの（００１）結晶面に対して、Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子定数よりわずかに大きい格子定数を有する立方晶からなるＭｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４の単結晶膜又は高配向膜を積層し、更にＭｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４の（００１）結晶面に対して、Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の単結晶膜又は高配向膜を積層することにより、第２シード層１２２、第１シード層１２１、磁性層１３からなる磁性材料を製造することとした。これにより、コバルトフェライトという安価な材料から構成され、飽和磁化も大きく角形の磁化曲線を有する磁性材料を製造することができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について図６乃至８を参照して詳細に説明する。

本実施の形態に係る垂直磁気記録媒体３０は、図６に示すように、基板１１、軟磁性層３４、シード層１２、垂直磁気記録層３３の順に積層された構造を有している。

基板１１の構成は、実施の形態１と同様である。軟磁性層３４は、保磁力が小さく透磁率が大きい物質から構成され、例えば、鉄等から構成される。軟磁性層３４の鉄膜は、周知の蒸着法又はスパッタリング法等によって基板１１上に成膜してものである。

シード層１２は、実施の形態１と同様に第１シード層１２１と第２シード層１２２とからなり、第１シード層１２１は、スピネル型酸化物であるＭｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４の単結晶膜又は高配向膜から構成され、第２シード層１２２は、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）の単結晶膜又は高配向膜から構成される。第１シード層１２１と第２シード層１２２の成膜方法は実施の形態１と同様である。

垂直磁気記録層３３は、実施の形態１の磁性層１３に対応するものであり、Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４（コバルトフェライト）の単結晶膜又は高配向膜から構成される層であり、その構成及び成膜方法は、実施の形態１の磁性層１３と同様である。

垂直磁気記録媒体３０に磁気情報を書き込む際には、図７に示すように、記録再生ヘッド５０の書き込み用ヘッド５１に電流を流すことにより、書き込み用ヘッド５１のメインポール５１１から出た磁力線が、垂直磁気記録層３３、シード層１２を突き抜け、軟磁性層３４を通過した後に、シード層１２、垂直磁気記録層３３を突き抜けて、書き込み用ヘッド５１のリターンポール５１２に戻ってくる。このとき、メインポール５１１から出た直後の磁力線の磁束密度は高く、リターンポール５１２に戻る直前の磁力線の磁束密度は低いため、メインポール５１１の下の垂直磁気記録層３３で磁化反転が起こり、磁気記録される。

垂直磁気記録媒体３０に記録された磁気情報を読み取る際には、読み取り用ヘッド５２で垂直磁気記録層３３の各記録ビットにおける磁束の検出を行う。

以上の手順で製造した垂直磁気記録媒体３０は、例えば、図８に示すような磁気記憶装置７０に組み込まれる。磁気記憶装置７０は、垂直磁気記録媒体３０、記録再生ヘッド５０、ハウジング７３、ハブ７５、サスペンション７８、アーム７９を備える。垂直磁気記録媒体３０は、モータ等により回転するハブ７５に取り付けられている。

記録再生ヘッド５０は、ＭＲ（Magneto Resistive）ヘッドや、ＧＭＲ（Giant Magneto Resistive）ヘッド等の読み取り用ヘッド５２と、インダクティブヘッド等の書き込み用ヘッド５１からなる複合型の記録再生ヘッドである。記録再生ヘッド５０は、アーム７９の先端にサスペンション７８を介して取り付けられている。垂直磁気記録媒体３０は、複数の枚数を適宜隔ててハブ７５に接続してもよく、それぞれの垂直磁気記憶媒体２０ごとに記録再生ヘッド５０、サスペンション７８、アーム７９を設けてもよい。

以上説明したように、本実施の形態においては、第２シード層１２２のＭｇＯの（００１）面に対しＭｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４の単結晶膜又は高配向膜を成膜することで第１シード層１２１を積層し、その第１シード層１２１のＭｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４の（００１）結晶面に対して、Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の単結晶膜又は高配向膜を成膜することで垂直磁気記録層３３を積層することにより、第２シード層１２２、第１シード層１２１、垂直磁気記録層３３を有する垂直磁気記録媒体を製造することとした。これにより、Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４という安価な材料から構成され、安定した磁気記録が可能な垂直磁気記録媒体を製造することができる。

このように本発明は、磁性材料等を、Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子定数より大きく、且つ、Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の（００１）結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有するスピネル型酸化物の単結晶膜又は高配向膜からなる第１シード層と、第１シード層のスピネル型酸化物の単結晶の（００１）面に対して積層されたＣｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の単結晶膜又は高配向膜からなる磁性層と、を備える構成とした。これにより、所望の磁気特性を有し安価な材料からなる磁性材料等を提供することが可能になる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更は勿論可能である。

例えば、上記実施の形態において、第１シード層１２１は、Ｍｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４からなるとしたが、ユニットセルサイズがＣｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４と略同じであるスピネル型酸化物であれば、他の材料でもよい。

ここで、第１シード層１２１の材料の格子定数が、Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子定数に対して大きいと、Ｍｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４との界面で膜面内に引っ張り応力が働き、その引っ張り応力の影響を受けたＣｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の磁気弾性効果により垂直磁気異方性が現れる。したがって、第１シード層１２１の格子定数を反映しながらＭｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４がエピタキシャルに成長する条件でかつ、第１シード層１２１の材料の格子定数が、Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子定数に対して大きい必要がある。これらの条件により、許容される格子定数の範囲が決まる。例えば、１×１０^７ｅｒｇ／ｃｍ^３以上の垂直磁気異方性が要求される場合には、第１シード層１２１の材料の格子定数は、Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子定数に対する格子不整合度がｆ＝（−１±０．７）％の範囲内となるように設定される。

また、第２シード層１２２は、ＭｇＯからなるとしたが、第１シード層１２１の格子定数と略同じで、Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子定数の１／ｎ（ｎは自然数）より大きく、且つ、Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の（００１）結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有する立方晶であり、第２シード層１２２の表面に（００１）結晶面が配向するようにできれば、他の材料でもよい。例えば、第１シード層１２１の材料の格子定数は、Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子定数に対する格子不整合度がｆ＝（−１±０．５）％の範囲内となるように設定される。

また、磁性層１３、垂直磁気記録層３３の生成に使用するスパッタリング法は、高周波マグネトロンスパッタリングであるとしたが、ＤＣ（Direct Current）パルススパッタリングでもよい。このとき、スパッタリングの電源としてＤＣ電源を用い、ＯＮ／ＯＦＦの切替を定期的に行うスイッチを回路上に設ける構成とする。

また、実施の形態２では、１枚の垂直磁気記録媒体の片面のみを磁気記録に用いる構成としたが、両面の表面に垂直磁気記録層を形成し、両面を磁気記録に用いてもよい。

また、実施の形態２では、軟磁性層３４を鉄膜等から構成するとしたが、複数の軟磁性層を含む構成としても良い。例えば、酸化物からなる第１軟磁性層と、絶縁物からなる非磁性層と、金属からなる第２軟磁性層で構成するようにしてもよい。これらは、軟磁性裏打ち層として機能し、垂直磁気記録層３３への記録により発生した第２軟磁性層の残留磁化を、第１軟磁性層との間の反強磁性層間結合により、巨視的な磁束を相殺して読み取り用ヘッド５２への到達を防ぎ、記録磁化の読み取り時のスパイクノイズを抑制することができる。

１０…磁性材料
１０１…磁性材料の表面
１１…基板
１２…シード層
１２１…第１シード層
１２２…第２シード層
１３…磁性層
２０…スパッタリング装置
２１…チャンバー
２２…試料台
２３…磁石
２４…高周波電源
２５…酸素ガス発生装置
２６…可変リークバルブ
２７…ノズル
２８１、２８２、２８３…ターゲット金属
３０…垂直磁気記録媒体
３３…垂直磁気記録層
３４…軟磁性層
５０…記録再生ヘッド
５１…書き込み用ヘッド
５１１…メインポール
５１２…リターンポール
５２…読み取り用ヘッド
７０…磁気記憶装置
７３…ハウジング
７５…ハブ
７８…サスペンション
７９…アーム

Claims (22)

1. Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子定数より大きく、且つ、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の（００１）結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有するスピネル型酸化物の単結晶膜又は高配向膜からなる第１シード層と、
   前記第１シード層の前記スピネル型酸化物の（００１）結晶面に対して成膜した、Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の単結晶膜又は高配向膜からなる磁性層と、
   を有することを特徴とする磁性材料。
2. 前記第１シード層の前記スピネル型酸化物は、Ｍｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁性材料。
3. Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子定数の１／ｎ（ｎは自然数）より大きく、且つ、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の（００１）結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有する立方晶からなる第２シード層を更に有し、
   前記第１シード層は、前記第２シード層の前記立方晶の（００１）結晶面に対して成膜された層である、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の磁性材料。
4. 前記第２シード層の立方晶は、ＭｇＯである、
   ことを特徴とする請求項３に記載の磁性材料。
5. 前記磁性層は、前記第１シード層の前記スピネル型酸化物の（００１）結晶面に対して、酸素を反応性ガスとし鉄コバルト合金をターゲット金属とした反応性スパッタリングを行って、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４を結晶成長させることにより成膜した、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁性材料。
6. 前記反応性スパッタリングを行うときの、前記磁性材料の生成場所の温度が、５００±１００℃である、
   ことを特徴とする請求項５に記載の磁性材料。
7. Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子定数の１／ｎ（ｎは自然数）より大きく、且つ、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の（００１）結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有する立方晶からなる第２シード層を更に有し、
   前記第１シード層は、前記第２シード層の前記立方晶の（００１）結晶面に対して、酸素を反応性ガスとしチタンとマグネシウムをターゲット金属とした反応性スパッタリングを行って、前記Ｍｇ_ＹＴｉ_３−ＹＯ_４を結晶成長させることにより成膜した、
   ことを特徴とする請求項２に記載の磁性材料。
8. Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子定数より大きく、且つ、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の（００１）結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有するスピネル型酸化物の単結晶膜又は高配向膜からなる第１シード層と、
   前記第１シード層の前記スピネル型酸化物の（００１）結晶面に対して成膜した、Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の単結晶膜又は高配向膜からなる垂直磁気記録層と、
   を有することを特徴とする垂直磁気記録媒体。
9. 前記第１シード層の前記スピネル型酸化物は、Ｍｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４である、
   ことを特徴とする請求項８に記載の垂直磁気記録媒体。
10. Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子定数の１／ｎ（ｎは自然数）より大きく、且つ、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の（００１）結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有する立方晶からなる第２シード層を更に有し、
    前記第１シード層は、前記第２シード層の前記立方晶の（００１）結晶面に対して成膜された層である、
    ことを特徴とする請求項８又は９に記載の垂直磁気記録媒体。
11. 前記第２シード層の立方晶は、ＭｇＯである、
    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. 前記垂直磁気記録層は、前記第１シード層の前記スピネル型酸化物の（００１）結晶面に対して、酸素を反応性ガスとし鉄コバルト合金をターゲット金属とした反応性スパッタリングを行って、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４を結晶成長させることにより成膜した、
    ことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体。
13. 前記反応性スパッタリングを行うときの、前記垂直磁気記録媒体の生成場所の温度が、５００±１００℃である、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の垂直磁気記録媒体。
14. Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子定数の１／ｎ（ｎは自然数）より大きく、且つ、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の（００１）結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有する立方晶からなる第２シード層を更に有し、
    前記第１シード層は、前記第２シード層の前記立方晶の（００１）結晶面に対して、酸素を反応性ガスとしチタンとマグネシウムをターゲット金属とした反応性スパッタリングを行って、前記Ｍｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４を結晶成長させることにより成膜した、
    ことを特徴とする請求項９に記載の垂直磁気記録媒体。
15. 請求項８乃至１４のいずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体と、前記垂直磁気記録媒体に対して情報の記録又は再生を行うヘッドと、を備える磁気記憶装置。
16. Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子定数より大きく、且つ、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の（００１）結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有するスピネル型酸化物の単結晶膜又は高配向膜からなる第１シード層の（００１）結晶面に対して、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の単結晶膜又は高配向膜を成長させることにより磁性層を形成する磁性層形成ステップ、
    を有することを特徴とする磁性材料の製造方法。
17. 前記磁性層形成ステップは、前記第１シード層の前記スピネル型酸化物の（００１）結晶面に対して、酸素を反応性ガスとしコバルト鉄合金をターゲット金属とした反応性スパッタリングを行って、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４を結晶成長させることにより前記磁性層を形成する、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の磁性材料の製造方法。
18. 前記反応性スパッタリングを行うときの、前記磁性材料生成場所の温度が、５００±１００℃である、
    ことを特徴とする請求項１７に記載の磁性材料の製造方法。
19. Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子定数の１／ｎ（ｎは自然数）より大きく、且つ、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の（００１）結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有する立方晶からなる第２シード層の（００１）結晶面に対して、前記スピネル型酸化物の単結晶膜又は高配向膜を成長させることにより第１シード層を形成する第１シード層形成ステップと、を更に有し、
    前記磁性層形成ステップは、前記第１シード層形成ステップで形成した前記第１シード層の（００１）結晶面に対して前記磁性層を形成する、
    ことを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載の磁性材料の製造方法。
20. 前記第２シード層は、ＭｇＯからなり、
    前記第２シード層の表面に、前記ＭｇＯの（００１）結晶面が配向するように、ＭｇＯ薄膜を形成することにより、第２シード層を生成する第２シード層形成ステップと、を更に有し、
    前記第１シード層形成ステップは、前記第２シード層形成ステップで形成した前記第２シード層の（００１）結晶面に対して前記第１シード層を形成する、
    ことを特徴とする請求項１９に記載の磁性材料の製造方法。
21. 前記第１シード層は、Ｍｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４からなり、
    前記第１シード層形成ステップは、前記第２シード層の前記立方晶の（００１）結晶面に対して、酸素を反応性ガスとしチタンとマグネシウムをターゲット金属とした多元反応性スパッタリングを行って、前記Ｍｇ_１＋ＹＴｉ_２−ＹＯ_４を結晶成長させることにより前記第１シード層を形成する、
    ことを特徴とする請求項１９又は２０に記載の磁性材料の製造方法。
22. Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の格子定数より大きく、且つ、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の（００１）結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有するスピネル型酸化物の単結晶膜又は高配向膜からなる第１シード層の（００１）結晶面に対して、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_３−ＸＯ_４の単結晶膜又は高配向膜を成長させることにより垂直磁気記録層を形成する垂直磁気記録層形成ステップ、
    を有することを特徴とする垂直磁気記録媒体の製造方法。

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