JP2017027642A - Perpendicular magnetic recording medium and magnetic recording and reproducing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、垂直磁気記録媒体及び磁気記録再生装置に関する。 The present invention relates to a perpendicular magnetic recording medium and a magnetic recording / reproducing apparatus.
近年、ハードディスクドライブ(HDD)等に用いられる磁気記録媒体の分野では、記録密度が驚異的な速度で伸び続けている。記録密度を向上させるキーテクノロジーの一つとして、磁気ヘッドと磁気記録媒体との間における摺動特性を制御する技術が挙げられる。 In recent years, in the field of magnetic recording media used for hard disk drives (HDD) and the like, the recording density has continued to grow at a phenomenal rate. One of key technologies for improving the recording density is a technique for controlling sliding characteristics between a magnetic head and a magnetic recording medium.
すなわち、磁気記録媒体上における磁気ヘッドの接触摺動は、偶発的な場合を含めて、避けることのできないものとなっているため、磁気ヘッドと磁気記録媒体との間のトライボロジーに関する問題が宿命的な技術課題となって現在に至っており、磁気記録媒体の磁性層上に保護層を形成して、磁気記録媒体の耐摩耗性及び耐摺動性を向上させることが磁気記録媒体の信頼性を確保するための大きな柱となっている。 That is, contact sliding of the magnetic head on the magnetic recording medium is unavoidable, including accidental cases, so the problem regarding tribology between the magnetic head and the magnetic recording medium is fatal. As a technical problem, it is now possible to improve the wear resistance and sliding resistance of a magnetic recording medium by forming a protective layer on the magnetic layer of the magnetic recording medium. It has become a major pillar for securing.
保護層を構成する材料としては、様々な材料が提案されているが、成膜性、耐久性等の総合的な見地から、主に炭素が採用されている。そして、保護層の硬度、密度、動摩擦係数等は、磁気記録媒体における磁気ヘッドとのL/UL特性(ロードアンロード特性)に如実に反映されるため、非常に重要である。 Various materials have been proposed as the material constituting the protective layer, but carbon is mainly employed from the comprehensive viewpoints such as film forming properties and durability. The hardness, density, dynamic friction coefficient, etc. of the protective layer are very important because they are reflected in the L / UL characteristics (load / unload characteristics) with the magnetic head in the magnetic recording medium.
一方、磁気記録媒体の記録密度を向上させたり、読み書き速度を向上させたりするためには、磁気ヘッドの飛行高さ(フライングハイト)を低減したり、磁気記録媒体の回転数を増加させたりすることが好ましい。したがって、磁気ヘッドの偶発的な接触等に対応するために、保護層の耐摺動性や平坦性が要求されると共に、磁気記録媒体と磁気ヘッドとのスペーシングロスを低減して記録密度を高めるために、保護層の厚さをできるだけ薄くすることが要求されるようになってきている。 On the other hand, in order to improve the recording density of the magnetic recording medium or improve the read / write speed, the flying height (flying height) of the magnetic head is reduced or the rotational speed of the magnetic recording medium is increased. It is preferable. Therefore, in order to cope with accidental contact of the magnetic head, the protective layer is required to have sliding resistance and flatness, and the recording loss is reduced by reducing the spacing loss between the magnetic recording medium and the magnetic head. In order to increase the thickness, the thickness of the protective layer is required to be as thin as possible.
磁気記録媒体の保護層に用いられる炭素膜は、スパッタリング法、CVD法、イオンビーム蒸着法等により形成されている。 The carbon film used for the protective layer of the magnetic recording medium is formed by sputtering, CVD, ion beam evaporation or the like.
特許文献1には、複数の磁性粒と、複数の磁性粒のうちのそれぞれの磁性粒上に形成された黒鉛状炭素の複数の層を有する磁気データ記録用の磁気媒体が開示されている。このとき、黒鉛状炭素は、黒鉛、グラフェン(黒鉛の単一の単原子層である)、ナノチューブ(円筒形状に巻き付けられたグラフェンのシート)、フラーレン(球等の閉じた形状に巻き付けられたグラフェンのシート)等の様々な形態をとることができる。 Patent Document 1 discloses a magnetic medium for magnetic data recording having a plurality of magnetic grains and a plurality of layers of graphitic carbon formed on each of the plurality of magnetic grains. At this time, graphitic carbon is composed of graphite, graphene (single monolayer of graphite), nanotube (graphene sheet wound in a cylindrical shape), fullerene (graphene wound in a closed shape such as a sphere) And other forms).
特許文献2には、ハードディスク用途のFePt/グラフェンが開示されている。
特許文献3には、グラフェンの低温形成方法が開示されている。
非特許文献1には、グラフェンを構成する炭素原子を窒素原子で置換するグラフェンの窒素ドーピングが記載されている。
Patent Document 2 discloses FePt / graphene for use in hard disks.
Patent Document 3 discloses a method for forming graphene at a low temperature.
Non-Patent Document 1 describes nitrogen doping of graphene in which carbon atoms constituting graphene are replaced with nitrogen atoms.
磁気記録媒体の保護層を改善する努力は、営々と続けられている。現在、磁気記録媒体の保護層としては、主に水素化アモルファスカーボン膜が用いられている。水素化アモルファスカーボン膜は、表面平滑性が高く、比較的硬度が高いという特徴を有している。一方で、水素化アモルファスカーボン膜は、アモルファス構造であるため、膜の特性が幅をもち、成膜条件によって表面の平滑性が変動する問題点がある。また、水素化アモルファスカーボン膜の表面は、基本的に撥水性であるため、潤滑剤が塗布しにくい。このため、水素化アモルファスカーボン膜は、表面の窒化、酸化等の改質が必要となり、これが保護層の薄膜化の障害となっていた。 Efforts to improve the protective layer of magnetic recording media are continuing. Currently, a hydrogenated amorphous carbon film is mainly used as a protective layer of a magnetic recording medium. The hydrogenated amorphous carbon film is characterized by high surface smoothness and relatively high hardness. On the other hand, since the hydrogenated amorphous carbon film has an amorphous structure, there is a problem that the film has a wide range of characteristics and the surface smoothness varies depending on the film forming conditions. Further, since the surface of the hydrogenated amorphous carbon film is basically water-repellent, it is difficult to apply a lubricant. For this reason, the hydrogenated amorphous carbon film requires modification of the surface such as nitridation and oxidation, which has been an obstacle to thinning the protective layer.
本発明の一態様は、グラフェンを用いた、表面の平滑性が高く、薄膜化が可能な保護層有する垂直磁気記録媒体を提供することを目的とする。 An object of one embodiment of the present invention is to provide a perpendicular magnetic recording medium that uses graphene and has a protective layer that has high surface smoothness and can be thinned.
本実施の形態の一観点によれば、非磁性基板上に、垂直磁性層、保護層及び潤滑剤層が、前記垂直磁性層、前記保護層、前記潤滑剤層の順に形成されている垂直磁気記録媒体において、前記保護層はグラフェン及び/又はグラフェンの積層体と、アモルファスカーボンを含み、前記保護層と前記潤滑剤層は接して設けられ、前記保護層の前記潤滑剤層との界面は窒素を含むことを特徴とする。 According to one aspect of this embodiment, a perpendicular magnetic layer, a protective layer, and a lubricant layer are formed on a nonmagnetic substrate in the order of the perpendicular magnetic layer, the protective layer, and the lubricant layer. In the recording medium, the protective layer includes graphene and / or a stack of graphene and amorphous carbon, the protective layer and the lubricant layer are provided in contact with each other, and the interface between the protective layer and the lubricant layer is nitrogen. It is characterized by including.
本発明の一態様によれば、表面の平滑性が高く、薄膜化が可能で、潤滑剤層の結合力が高い保護層を有する垂直磁気記録媒体を提供できるため、高記録密度の磁気記録再生装置を提供することができる。 According to one embodiment of the present invention, a perpendicular magnetic recording medium having a protective layer having a high surface smoothness, a thin film thickness, and a high binding force of a lubricant layer can be provided. An apparatus can be provided.
次に、本発明を実施するための形態を図面と共に説明する。 Next, the form for implementing this invention is demonstrated with drawing.
図1に、本願発明の実施態様に係る垂直磁気記録媒体の一例を示す。 FIG. 1 shows an example of a perpendicular magnetic recording medium according to an embodiment of the present invention.
垂直磁気記録媒体31は、非磁性基板20の両面に、軟磁性層21、中間層22、垂直磁性層23、保護層24及び潤滑剤層25が順次積層されている。そして、本願発明では、保護層24と潤滑剤層25とは接して設けられる。
In the perpendicular
中間層22は、非磁性であってもよいし、磁性(強磁性)であってもよい。
The
垂直磁性層23は、磁化容易軸が非磁性基板20の表面に対して主に垂直に配向している。また、垂直磁性層23は、六方最密充填(hcp)構造を有し、(0002)結晶面が非磁性基板20に平行に配向している層が積層されているのが好ましい。さらに、垂直磁性層23の最上層は、多結晶粒を含み、多結晶粒は、CoCr基合金、CoPt基合金、CoCrPt基合金又はCoPtCr基合金を含むのが好ましい。
The perpendicular
なお、CoCrPt基合金は、PtよりもCrの組成比が大きく、CoPtCr基合金は、CrよりもPtの組成比が大きい。 The CoCrPt-based alloy has a higher Cr composition ratio than Pt, and the CoPtCr-based alloy has a higher Pt composition ratio than Cr.
CoCr基合金中のCrの含有量は、通常、14〜24原子%である。 The content of Cr in the CoCr-based alloy is usually 14 to 24 atomic%.
CoPt基合金中のPtの含有量は、通常、8〜22原子%である。 The content of Pt in the CoPt base alloy is usually 8 to 22 atomic%.
CoCrPt基合金は、通常、Crの含有量が14〜24原子%であり、Ptの含有量が8〜22原子%である。 The CoCrPt-based alloy usually has a Cr content of 14 to 24 atomic% and a Pt content of 8 to 22 atomic%.
CoPtCr基合金は、通常、Ptの含有量が8〜22原子%であり、Crの含有量が7〜21原子%である。 The CoPtCr-based alloy usually has a Pt content of 8 to 22 atomic% and a Cr content of 7 to 21 atomic%.
これらの合金は、B、Ta、Mo、Cu、Nd、W、Nb、Sm、Tb、Ru、Re、Mnの中から選ばれる1種類以上の元素を1〜10原子%の範囲内で含有してもよい。 These alloys contain one or more elements selected from B, Ta, Mo, Cu, Nd, W, Nb, Sm, Tb, Ru, Re, and Mn within a range of 1 to 10 atomic%. May be.
また、本願発明の垂直磁性層23は、L10構造を有し(001)配向をとったFePt基合金又はCoPt基合金を含む磁性層とするのが好ましい。そして、磁性層中のL10構造を有する合金の規則化を促進するため、磁性層形成時の基板温度は600℃以上とすることが望ましい。また、規則化温度を低減するため、L10構造を有する合金に、Ag、Au、Cu、Ni等を添加してもよい。この場合、垂直磁性層形成時の基板温度を400〜500℃程度まで低減できる。
The vertical
保護層24は、垂直磁性層23の最上層に接触して形成されており、グラフェン及び/又はグラフェンの積層体と、アモルファスカーボンを含む。このとき、グラフェン及び/又はグラフェンの積層体は、多結晶粒の個々のhcp構造の(0002)結晶面、又はL10構造の(001)結晶面と平行に結合している。このような構造は、後述のラマンスペクトルによって特定される。
The
ここで、グラフェンは、一般的に、成膜温度が600℃以上であるため、磁気記録媒体の製造に適用することは難しい。また、グラフェンの積層体は、グラファイトと同様に、剥離性がある。 Here, since graphene generally has a film forming temperature of 600 ° C. or higher, it is difficult to apply it to the manufacture of a magnetic recording medium. Further, the graphene laminate is peelable like graphite.
しかしながら、本願発明の垂直磁性層23の最上層に含まれる多結晶粒に触媒活性があるため、グラフェン及び/又はグラフェンの積層体を含む保護層24を600℃より低い温度で成膜することができる。さらに、保護層24がグラフェン及び/又はグラフェンの積層体と共に、アモルファスカーボンを含むため、保護層24の表面の平滑化と、グラフェンの積層体の剥離を低減することができる。
However, since the polycrystalline grains contained in the uppermost layer of the perpendicular
また、グラフェンは、従来の成膜方法を用いた場合は析出速度が遅く、このことはグラフェンを磁気記録媒体に適用することを困難にしていた。 In addition, graphene has a slow deposition rate when a conventional film forming method is used, which makes it difficult to apply graphene to a magnetic recording medium.
本願発明では、保護層24の形成方法として、減圧した成膜室内に炭素を含む原料の気体を導入し、この気体を通電により加熱されたフィラメント状のカソード電極と、その周囲に設けられたアノード電極との間で放電によりイオン化し、このイオン化した気体を加速して成膜基板の表面に照射する方法を採用することができる。これによって、成膜基板の表面にグラフェン及び/又はグラフェンの積層体と、アモルファスカーボンを含む層を、低い基板温度で、高速で形成することができる。
In the present invention, as a method for forming the
以下、本発明の保護層24について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
Hereinafter, the
先ず、本発明を適用した保護層24の形成装置の一例について説明する。
First, an example of an apparatus for forming the
図2は、本発明の保護層24の形成装置を模式的に示す概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram schematically showing an apparatus for forming the
図2に示す保護層24の形成装置10は、イオンビーム蒸着法を用いた成膜装置であり、減圧可能な、側壁を有する成膜室101と、成膜室101内で基板Dを保持可能なホルダ102と、成膜室101内に炭素を含む原料の気体Gを導入する導入管103と、ホルダ102に保持される基板Dに向けてイオンビームを照射するイオン源104により概略構成されている。
A
ここで、中心軸Cは、イオンビームの照射方向(イオンビームの中心部が進む方向)に一致する。成膜室101の中心軸に対してイオン源が対称に配置する場合には、中心軸Cは成膜室101の中心軸に一致する。
Here, the central axis C coincides with the irradiation direction of the ion beam (the direction in which the central portion of the ion beam travels). When the ion source is arranged symmetrically with respect to the central axis of the
また、図2に示すイオン源104は、フィラメント状のカソード電極104aと、カソード電極104aの周囲に配置されたアノード電極104bとを備えている。図2に示す保護層24の形成装置は、カソード電極104aを通電により加熱する第1の電源106と、カソード電極104aとアノード電極104bとの間で放電を生じさせる第2の電源107と、カソード電極104a又はアノード電極104bと基板Dとの間に電位差を与える第3の電源108とを備えている。
Further, the
図2においては、ホルダ102に基板Dが保持された状態を示している。
FIG. 2 shows a state where the substrate D is held by the
側壁は円筒状であることが好ましいが、円筒状には限定されない。 The side wall is preferably cylindrical, but is not limited to a cylindrical shape.
成膜室101は、チャンバ壁101aによって気密に構成されると共に、真空ポンプ(図示せず)に接続された排気管110を通じて内部を減圧排気することが可能となっている。
The
第1の電源106は、カソード電極104aに接続された交流電源であり、保護層24の成膜時にカソード電極104aに電力を供給する。また、第1の電源106には、交流電源に限らず、直流電源を用いてもよい。
The
第2の電源107は、−電極側がカソード電極104aに、+電極側がアノード電極104bに接続された直流電源であり、保護層24の成膜時にカソード電極104aとアノード電極104bとの間で放電を生じさせる。
The
第3の電源108は、+電極側がアノード電極104bに、−電極側がホルダ102に接続された直流電源であり、保護層24の成膜時にアノード電極104bとホルダ102に保持された基板Dとの間に電位差を付与する。また、第3の電源108は、+電極側がカソード電極104aに接続された構成としてもよい。
The
本発明では、基板Dのサイズにもよるが、外径3.5インチの円盤状の基板に保護層24を成膜する場合、第1の電源106については、電圧を10〜200Vの範囲、電流を直流又は交流で5〜50Aの範囲に設定することが好ましく、第2の電源107については、電圧を50〜300Vの範囲、電流を10〜5000mAの範囲に設定することが好ましく、第3の電源108については、電圧を30〜500Vの範囲、電流を10〜200mAの範囲に設定することが好ましい。
In the present invention, although depending on the size of the substrate D, when the
以上のような構成を有する保護層24の形成装置を用いて、基板Dの表面に保護層24を形成する際は、排気管110を通じて減圧された成膜室101の内部に、導入管103を通じて炭素を含む原料の気体Gを導入する。この原料の気体Gは、第1の電源106からの電力の供給により加熱されたカソード電極104aの熱プラズマと、第2の電源107に接続されたカソード電極104aとアノード電極104bとの間で放電により発生したプラズマとによって励起分解されてイオン化した気体(炭素イオン)となる。そして、このプラズマ中で励起された炭素イオンは、第3の電源108によりマイナス電位とされた基板Dに向かって加速しながら、この基板Dの表面に衝突することになる。
When the
なお、図2に示す保護層24の形成装置では、基板Dの片面にのみ保護層24を成膜する構成となっているが、基板Dの両面に保護層24を成膜する構成とすることも可能である。この場合、基板Dの片面にのみ保護層24を成膜する場合と同様の装置構成を、成膜室101内の基板Dを挟んだ両側に配置すればよい。
In the
本発明を適用した保護層24の形成方法では、炭素を含む原料の気体Gとして、例えば炭化水素を含むものを用いることができる。炭化水素としては、低級飽和炭化水素、低級不飽和炭化水素、低級環式炭化水素のうち何れか1種又は2種以上の低炭素炭化水素を用いることが好ましい。なお、ここでいう低級とは、炭素数が1〜10の場合を指す。
In the method for forming the
このうち、低級飽和炭化水素としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、オクタン等を用いることができる。一方、低級不飽和炭化水素としては、イソプレン、エチレン、プロピレン、ブチレン、ブタジエン等を用いることができる。一方、低級環式炭化水素としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、スチレン、ナフタレン、シクロヘキサン、シクロヘキサジエン等を用いることができる。 Among these, methane, ethane, propane, butane, octane, etc. can be used as the lower saturated hydrocarbon. On the other hand, as the lower unsaturated hydrocarbon, isoprene, ethylene, propylene, butylene, butadiene and the like can be used. On the other hand, as the lower cyclic hydrocarbon, benzene, toluene, xylene, styrene, naphthalene, cyclohexane, cyclohexadiene, or the like can be used.
保護層24に含まれるグラフェン及び/又はグラフェンの積層体とアモルファスカーボンとの比率は、例えば、原料ガスによって形成されたプラズマ中に含まれる水素ラジカルの量で制御することができる。すなわち、水素ラジカルは、アモルファスカーボンをエッチングすることができるが、そのエッチング力は、グラフェン及び/又はグラフェンの積層体よりもアモルファスカーボンに対して高い。このため、原料ガスに含まれる水素の量を多くすると、保護層24に含まれるグラフェン及び/又はグラフェンの積層体の比率が高まり、原料ガスに含まれる水素の量を少なくすると、保護層24に含まれるアモルファスカーボンの比率が高まる。
The ratio of the graphene and / or the graphene laminated body contained in the
また、保護層24に含まれるグラフェン及び/又はグラフェンの積層体とアモルファスカーボンとの比率は、保護層24を形成する際の非磁性基板20の温度によっても制御できる場合がある。一般的に、非磁性基板20の温度が高いと、保護層24に含まれるグラフェン及び/又はグラフェンの積層体の比率が高まり、非磁性基板20の温度が低いと、保護層24に含まれるアモルファスカーボンの比率が高まる。
In addition, the ratio of graphene and / or a graphene stack included in the
図3に、保護層24のラマンスペクトルの一例を示す。なお、図3には、アモルファスカーボン膜(水素を含むDLC膜)のラマンスペクトルも示す。
FIG. 3 shows an example of the Raman spectrum of the
保護層24のラマンスペクトルには、1585cm−1付近のグラフェン及び/又はグラフェンの積層体のsp2結合の伸縮振動に係るGバンド、2700cm−1付近のグラフェン及び/又はグラフェンの積層体の六員環構造に係る2Dバンド、1350cm−1付近のグラフェンのアモルファス化に係るDバンドが見られる。すなわち、保護層24のラマンスペクトルでは、グラフェン及び/又はグラフェンの積層体の存在を示すGバンドと2Dバンドが見られる一方、Dバンドと、Dバンド及びGバンドに重畳するブロードなピークが見られる。これは、保護層24が、グラフェン及び/又はグラフェンの積層体と、アモルファスカーボンを含み、また、グラフェン及び/又はグラフェンの積層体が、垂直磁性層23を構成する多結晶粒の個々のhcp構造の(0002)結晶面、又はL10構造の(001)結晶面と平行に結合していることを示している。
In the Raman spectrum of the
これに対して、アモルファスカーボン膜のラマンスペクトルには、膜がアモルファス構造であるため、ブロードなシグナルが見られる。このため、アモルファスカーボン膜は、成膜条件によって膜質が変化しやすく、それにより膜表面の平滑性が変動し、これが保護層の耐摩耗性、耐摺動性、耐腐食性に影響を及ぼす。 On the other hand, the Raman spectrum of the amorphous carbon film shows a broad signal because the film has an amorphous structure. For this reason, the film quality of the amorphous carbon film is likely to change depending on the film formation conditions, and thereby the smoothness of the film surface varies, which affects the wear resistance, sliding resistance, and corrosion resistance of the protective layer.
一方、保護層24は、結晶性のグラフェン及び/又はグラフェンの積層体とアモルファスカーボンとを含むため、平滑な表面が実現され、安定した耐摩耗性、耐摺動性、耐腐食性が得られる。すなわち、アモルファスカーボンから生じ得る凹凸は、原子層の厚さ(約0.3nm)以下であることから、保護層24が形成されている垂直磁気記録媒体31の表面平滑性を高めることができる。
On the other hand, since the
保護層24に含まれるグラフェン及び/又はグラフェンの積層体は、グラフェン及び/又はグラフェンの積層体を構成する六員環の面が垂直磁性層23に含まれる多結晶粒の個々のhcp構造の(0002)面、又はL10構造の(001)結晶面と平行に結合している構造を有する。保護層24を形成する際に、CoCr基合金、CoPt基合金、CoCrPt基合金、CoPtCr基合金、FePt基合金又はCoPt基合金が有する触媒活性を利用する。この際、グラフェン及び/又はグラフェンの積層体は、Co、Fe、Ptと電子的に結合することが推測される。このため、グラフェン及び/又はグラフェンの積層体を構成する六員環の面は、垂直磁性層23に含まれる多結晶粒の個々のhcp構造の(0002)面、又はL10構造の(001)結晶面と平行に結合することとなる。その結果、グラフェン及び/又はグラフェンの積層体を含む保護層24と垂直磁性層23は強固に結合することとなる。
The graphene and / or the graphene stack included in the
本願発明では、保護層24のラマンスペクトルにおいて、2700cm−1付近のグラフェン及び/又はグラフェンの積層体の六員環構造に係る2Dバンドのピーク高さ(2D)と、1585cm−1付近のグラフェン及び/又はグラフェンの積層体のsp2結合の伸縮振動に係るGバンドのピーク高さ(G)との比率(2D/G)を、0.4〜5の範囲内とすることを特徴とする。
In the present invention, in the Raman spectrum of the
ラマンスペクトルの2DバンドとGバンドのピーク高さの比は、グラフェンの積層体の層数を示すことが知られている(例えば、Ferrari, A.C. et al. Raman spectrum of graphene and graphene layers. Phys. Rev. Lett. 97, 187401 (2006).参照)。すなわち、2Dバンドのピーク高さがGバンドのピーク高さよりも大きい場合は、グラフェン単層であり、2Dバンドのピーク高さがGバンドのピーク高さと同一である場合は、グラフェンの積層体の層数がおおよそ2層であり、2Dバンドのピーク高さがGバンドのピーク高さよりも小さい場合は、グラフェンの積層体の層数が3層以上であり、具体的な層数は、2DバンドとGバンドのピーク高さの比から求めることができる。 It is known that the ratio of the peak height of the 2D band and the G band of the Raman spectrum indicates the number of layers of the graphene stack (for example, Ferrari, AC et al. Raman spectrum of graphene and graphene layers. Phys. Rev. Lett. 97, 187401 (2006). That is, when the peak height of the 2D band is larger than the peak height of the G band, it is a graphene single layer, and when the peak height of the 2D band is the same as the peak height of the G band, When the number of layers is approximately two and the peak height of the 2D band is smaller than the peak height of the G band, the number of layers of the graphene stack is three or more, and the specific number of layers is 2D band And the ratio of the peak height of the G band.
本願発明の保護層24は、グラフェン中にアモルファスカーボンを含むため、2D/Gを、0.4〜5の範囲内とすることで、表面の高い平滑性を得ることができる。すなわち、2D/Gが1以下になるとグラフェンが多層膜となり保護層24の耐摺動性が低下するが、保護層24にアモルファスカーボンを含有させることで、保護層24の耐摺動性を向上させることができる。また、2D/Gが1より高くなるとグラフェンの積層体の層数が減少して表面の凹凸が大きくなるが、保護層24にアモルファスカーボンを含有させることで、グラフェンの凹凸を防止し保護層24の平滑性を向上させることができる。
Since the
一方で、2D/Gが0.4より小さくなると、保護層24に含まれるグラフェンの量が減少し、グラフェンを用いる効果が低下する。また、2D/Gが5より大きくなると、アモルファスカーボンの比率が下がることで表面の凹凸が大きくなり、アモルファスカーボンによる平滑化の効果が低下する。
On the other hand, when 2D / G is smaller than 0.4, the amount of graphene contained in the
本願発明で、保護層の2D/Gを制御するためには次の方法を用いることができる。すなわち、経験的に、保護層の成膜室への原料ガスの流量を高めると2D/Gも高まる傾向がある。また、成膜室の反応圧力を高めると2D/Gも高まる傾向がある。また、原料ガスに含まれる炭素原子に対する水素原子の比率を高めると2D/Gも高まる傾向がある。 In the present invention, the following method can be used to control 2D / G of the protective layer. That is, empirically, 2D / G also tends to increase when the flow rate of the source gas into the protective layer deposition chamber is increased. Further, when the reaction pressure in the film formation chamber is increased, 2D / G also tends to increase. Further, when the ratio of hydrogen atoms to carbon atoms contained in the source gas is increased, 2D / G also tends to increase.
垂直磁性層23の最上層は、非グラニュラ構造であることが好ましい。これにより、垂直磁性層23と保護層24との界面において、グラフェン及び/又はグラフェンの積層体と強固に結合するCoCr基合金、CoPt基合金、CoCrPt基合金、CoPtCr基合金、FePt基合金又はCoPt基合金の占める面積比率を高めて、保護層24と垂直磁性層23の密着性を高めることができる。
The uppermost layer of the perpendicular
なお、非グラニュラ構造の磁性層とは、磁性層がCoCr基合金、CoPt基合金、CoCrPt基合金、CoPtCr基合金、FePt基合金又はCoPt基合金の磁性粒子で構成され、かつ、磁性粒子の周囲に、各磁性粒子を分離する酸化物、窒化物、炭化物等を含まない構造をいう。 The non-granular structure magnetic layer is composed of magnetic particles of a CoCr-based alloy, CoPt-based alloy, CoCrPt-based alloy, CoPtCr-based alloy, FePt-based alloy, or CoPt-based alloy, and around the magnetic particles. In addition, it refers to a structure that does not contain oxides, nitrides, carbides and the like that separate the magnetic particles.
また、多結晶粒の孤立化及び微細化を実現するため、垂直磁性層23の最上層以外は、Cr、Si、Ta、Al、B等の酸化物、窒化物、炭化物等を添加して、グラニュラ構造とするのが好ましい。
In addition, in order to realize isolation and refinement of polycrystalline grains, oxides such as Cr, Si, Ta, Al, and B, nitrides, carbides, and the like other than the uppermost layer of the perpendicular
グラフェンの積層体は、グラフェンが2〜10層の範囲内で積層されていることが好ましく、グラフェンが4〜6層の範囲内で積層されていることがさらに好ましい。これにより、グラフェンの積層体は、アモルファスカーボンで保護され、剥離が生じにくくなる。また、グラフェンの積層体が有する耐摩耗性、耐摺動性、耐腐食性が生かしやすくなる。 In the graphene laminate, graphene is preferably laminated within a range of 2 to 10 layers, and more preferably graphene is laminated within a range of 4 to 6 layers. As a result, the graphene laminate is protected by amorphous carbon and is less likely to be peeled off. In addition, the wear resistance, sliding resistance, and corrosion resistance of the graphene laminate are easily utilized.
本願発明では、保護層24の潤滑剤層25との界面に窒素を含有させる。
In the present invention, nitrogen is contained in the interface between the
ここで、従来、保護層として用いられているアモルファスカーボン膜は、表面が基本的には撥水性であることから、潤滑剤を塗布して潤滑剤層を形成するために、表面が窒化、酸化等により改質されていた。そして、表面を窒化、酸化等により改質するためには、ある程度の膜厚が必要であるため、保護層の薄膜化の障害となっていた。また、アモルファスカーボン膜を窒素ドーピングすることも可能ではあるが、アモルファス構造であるため、膜質の悪化や不安定化を引き起こし、保護層の耐摩耗性、耐摺動性及び耐腐食性を低下させていた。 Here, since the surface of the amorphous carbon film conventionally used as a protective layer is basically water-repellent, the surface is nitrided and oxidized to form a lubricant layer by applying a lubricant. Etc. have been modified. In order to modify the surface by nitridation, oxidation or the like, a certain degree of film thickness is required, which has been an obstacle to making the protective layer thinner. Although it is possible to dope the amorphous carbon film with nitrogen, it has an amorphous structure, which causes deterioration and instability of the film quality and reduces the wear resistance, sliding resistance and corrosion resistance of the protective layer. It was.
これに対し、本願発明の保護層24に含まれるグラフェンは、非特許文献1にも開示されているように、六員環構造を保ちながら、炭素原子を置換するように窒素原子を含有させることができるため、グラフェン及び/又はグラフェンの積層体の結晶性を低下させることなく、潤滑剤層25を形成する際の保護層24の潤滑剤に対する濡れ性を高めることができる。すなわち、保護層24に含まれる窒素原子は、潤滑剤層25に含まれる極性基、例えば水酸基と結合するため、本願発明の保護層24に、潤滑剤層25と強固に結合することができる。
On the other hand, the graphene contained in the
また、保護層24は、保護層24に含まれるアモルファスカーボンの内部に窒素原子を取り込むこともできる。これにより、グラフェン及び/又はグラフェンの積層体の結晶性を低下させることなく、潤滑剤層25を形成する際の保護層24の潤滑剤に対する濡れ性を高めることができる。
The
本願発明では、保護層24の潤滑剤層25との界面における窒素含有量を、5原子%〜90原子%の範囲内とするのが好ましい。前述のように、本願発明の保護層24は、グラフェンの炭素原子位置、又は、アモルファスカーボンの内部に窒素原子を取り込むことができるので、保護層24に広い濃度範囲の窒素原子を取り込むことができる。よって、潤滑剤層25に用いる潤滑剤の種類に応じて保護層24内の窒素濃度を設定可能となり、もって保護層24と潤滑剤層25との結合力(ボンデットレシオ)を自由に制御することが可能となる。すなわち、極性基の数が少ない潤滑剤に対しては保護層表面の窒素濃度を高め保護層と潤滑剤層との結合力を補うことが可能となり、また極性基の多い潤滑剤に対しては保護層表面の窒素濃度を下げ、保護層と潤滑剤層との結合力を下げてフリールブ(保護層と結合しない流動性の高い潤滑剤)を増やすことができる。
In the present invention, the nitrogen content at the interface between the
本願発明で、保護層24の潤滑剤層25との界面に窒素を含有させる方法、すなわち、保護層24の表層に窒素を含有させる方法としては公知の方法を用いることができるが、成膜時の炭素原料に窒素を含有させる方法、保護層24の表層に窒素イオンを注入する方法を用いるのが好ましい。特に、保護層24を炭素または水素化炭素で形成後、その表面のみに窒素イオンを注入する方法や、保護層24の表面を窒素プラズマに暴露して窒化する方法を採用するのが好ましい。
In the present invention, a known method can be used as a method for containing nitrogen at the interface between the
本願発明では、保護層24の潤滑剤層25との界面における窒素の含有量を5原子%〜90原子%の範囲内とするが、この含有量は、前述の方法においては、炭素原料に含有させる窒素の濃度、窒素イオンの注入量、窒素プラズマへの暴露時間、窒素プラズマ密度を制御することによって行うことができる。
In the present invention, the content of nitrogen at the interface between the
非磁性基板20を構成する材料としては、特に限定されないが、Al、Al−Mg合金等のAl合金、ソーダガラス、アルミノシリケート系ガラス、結晶化ガラス類、アモルファスガラス類、シリコン、チタン、セラミックス、各種樹脂等が挙げられる。中でも、Al合金、結晶化ガラス等のガラス、シリコンが好ましい。
The material constituting the
非磁性基板20の算術平均粗さ(Ra)は、通常、1nm以下であり、0.5nm以下であることが好ましく、0.1nm以下であることがさらに好ましい。
The arithmetic average roughness (Ra) of the
軟磁性層21を構成する材料としては、特に限定されないが、FeCo基合金(例えば、FeCoB、FeCoSiB、FeCoZr、FeCoZrB、FeCoZrBCu)、CoFe合金、FeTa基合金(例えば、FeTaN、FeTaC)、Co基合金(例えば、CoTaZr、CoZrNB、CoB)等が挙げられる。
The material constituting the soft
中間層22を構成する材料としては、Ru等が挙げられる。
Examples of the material constituting the
垂直磁性層23は、グラニュラ構造の磁性層及び非グラニュラ構造の磁性層を順次積層することにより、形成することができる。
The perpendicular
グラニュラ構造の磁性層を構成する材料としては、特に限定されないが、70Co−5Cr−15Pt−10SiO2合金等が挙げられる。 A material constituting the magnetic layer having the granular structure is not particularly limited, and examples thereof include 70Co-5Cr-15Pt-10SiO 2 alloy.
非グラニュラ構造の磁性層を構成する材料としては、特に限定されないが、70Co−15Cr−15Pt合金等が挙げられる。 A material constituting the magnetic layer having a non-granular structure is not particularly limited, and examples thereof include a 70Co-15Cr-15Pt alloy.
なお、軟磁性層21と中間層22との間に、配向制御層を形成してもよい。
An orientation control layer may be formed between the soft
配向制御層を構成する材料としては、特に限定されないが、Pt、Pd、NiCr合金、NiFeCr合金、NiW合金等が挙げられる。 The material constituting the orientation control layer is not particularly limited, and examples thereof include Pt, Pd, NiCr alloy, NiFeCr alloy, and NiW alloy.
垂直磁性層23の厚さは、通常、3〜20nmであり、5〜15nmであることが好ましい。
The thickness of the perpendicular
垂直磁性層23の厚さは、再生の際に一定以上の出力を得るため、一定以上とすることが好ましい。ただし、記録再生特性を表す諸パラメーターは、通常、出力の上昇と共に、劣化するため、垂直磁性層23の厚さは、磁気記録再生装置の構成に合わせて設定することが好ましい。すなわち、垂直磁性層23は、使用する磁性合金の種類と積層構造に合わせて、十分なヘッド出入力が得られるように形成することが好ましい。
The thickness of the perpendicular
潤滑剤層25は、潤滑剤を塗布することにより形成することができる。
The
潤滑剤としては、特に限定されないが、パーフルオロエーテル(PFPE)等の弗化系液体潤滑剤、脂肪酸等の固体潤滑剤等が挙げられる。 The lubricant is not particularly limited, and examples thereof include fluorinated liquid lubricants such as perfluoroether (PFPE) and solid lubricants such as fatty acids.
潤滑剤の塗布方法としては、特に限定されないが、ディッピング法、スピンコート法等が挙げられる。 The method for applying the lubricant is not particularly limited, and examples thereof include a dipping method and a spin coating method.
潤滑剤層25の厚さは、通常、1〜4nmである。
The thickness of the
垂直磁気記録媒体31は、公知のインライン式成膜装置を用いて、複数の成膜室の間で、非磁性基板20を順次搬送させながら、軟磁性層21、中間層22、垂直磁性層23、保護層24及び潤滑剤層25を順次積層することにより、製造することができる。
The perpendicular
図4に、磁気記録再生装置の一例を示す。 FIG. 4 shows an example of a magnetic recording / reproducing apparatus.
磁気記録再生装置30は、垂直磁気記録媒体31と、垂直磁気記録媒体31を回転駆動させる媒体駆動部32と、磁気ヘッド33と、磁気ヘッド33を駆動するヘッド駆動部34と、記録再生信号処理系35を備える。磁気ヘッド33は、垂直磁気記録媒体31に情報を記録し、垂直磁気記録媒体31に記録されている情報を再生する。記録再生信号処理系35は、入力されたデータを処理して記録信号を磁気ヘッド33に送信し、磁気ヘッド33から送信された再生信号を処理してデータを出力する。
The magnetic recording / reproducing
以下に、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明は、実施例に限定されない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples.
(実施例及び比較例)
垂直磁気記録媒体31(図1参照)を以下のようにして製造した。
(Examples and Comparative Examples)
The perpendicular magnetic recording medium 31 (see FIG. 1) was manufactured as follows.
まず、非磁性基板20として、外径が2.5インチのアモルファスガラス基板を用意した。
First, an amorphous glass substrate having an outer diameter of 2.5 inches was prepared as the
次に、インライン式成膜装置C3010(キャノンアネルバ社製)を用いて、キャリアに装着された非磁性基板20の両面に、軟磁性層21、中間層22及び垂直磁性層23を順次形成した。ここで、軟磁性層21は、厚さが30nmのCoFe合金層(70Co−30Fe)、厚さが5nmのRu層及び厚さが30nmのCoFe合金層(70Co−30Fe)が順次積層されている。また、中間層22は、厚さが7nmのNiW合金層(90Ni−10W)及び厚さが20nmのRu層が順次積層されている。さらに、垂直磁性層23は、厚さが6nmのグラニュラ構造のCoPtCr基合金層(70Co−15Pt−5Cr−10SiO2)及び厚さが6nmの非グラニュラ構造のCoCrPt基合金層(64Co−20Cr−15Pt−1B)が順次積層されている。ここで、グラニュラ構造のCoCrPt基合金層及び非グラニュラ構造のCoCrPt基合金層は、六方最密充填構造を有し、(0002)結晶面が非磁性基板20に対して平行に配向している。
Next, the soft
次に、図2に示す成膜装置を用いて、垂直磁性層23上に保護層24を形成した。具体的には、成膜室101は、外径が180mm、長さが250mmの円筒形状を有し、この成膜室101を構成するチャンバ壁の材質はSUS304である。成膜室101内には、長さ約30mmのタンタルからなるコイル状のカソード電極104aと、カソード電極104aの周囲を囲む円筒状のアノード電極104bとが設けられている。アノード電極104bは、材質がSUS304であり、外径が140mm、長さが40mmである。また、カソード電極104aと非磁性基板との距離は160mmとした。そして、減圧した成膜室101内に炭素を含む原料の気体を導入し、この気体を通電により加熱されたフィラメント状のカソード電極104aと、その周囲に設けられたアノード電極104bとの間で放電によりイオン化した。
Next, the
原料ガスについては、エチレンを用いた。そして、保護層24の成膜条件については、ガス流量、反応圧力、成膜時間を表1のように変化させ、カソード電力を800W、カソード電極104aとアノード電極104b間の電圧を75V、電流を1650mA、イオンの加速電圧を200V、180mA、基板温度を550℃、成膜する保護層24の膜厚を1nmとした。
Ethylene was used as the source gas. As for the film formation conditions of the
その後、保護層24の表層部の窒化処理を行った。すなわち、原料ガスの供給を停止し、成膜室内を2秒間排気した。次いで、窒素をガス流量2SCCM、反応圧力を5Paとし、成膜室内に供給した。そして、カソード電力を128W(AC16V、8A)とした。また、カソード電極とアノード電極間の電圧を75V、電流を1000mA、イオンの加速電圧を200V、90mA、処理時間を1秒として窒素ガスから形成した窒素イオンを、保護層24の表層部に照射した。
Thereafter, the surface layer portion of the
保護層24に関し、表層部の窒化処理前後の2段階で分析を行った。
The
保護層の窒化処理前については、ラマン分光装置(東京インスツルメンツ社製)を用いて分析した。ラマン分光装置においては、高感度冷却CCD検出器(ANDOR Technoliogy社製)及び溝本数が1200/nm、ブレーズ波長が500nmの回折格子を用いた。得られた保護層の2D/Gを表1に示すが、何れも、2Dバンド、Gバンドが見られることから、保護層は、グラフェン及びアモルファスカーボンを含み、グラフェンが、垂直磁性層を構成する多結晶粒の個々の(0002)結晶面に対して平行となっていることが確認された。 Before the nitriding treatment of the protective layer, analysis was performed using a Raman spectroscope (manufactured by Tokyo Instruments). In the Raman spectroscope, a highly sensitive cooled CCD detector (manufactured by ANDOR Technology) and a diffraction grating having a groove number of 1200 / nm and a blaze wavelength of 500 nm were used. 2D / G of the obtained protective layer is shown in Table 1. Since both 2D band and G band are seen, the protective layer contains graphene and amorphous carbon, and graphene constitutes the perpendicular magnetic layer It was confirmed to be parallel to the individual (0002) crystal planes of the polycrystalline grains.
また、AFMを用いて、保護層表面のRmax(測定領域は5μm角)と緻密性を評価した。実施例1〜6の保護層は、2D/Gの上昇と共にRmaxも高まる傾向がみられたが、その平滑性は磁気記録再生装置としての実用に耐えるものであった。また、比較例1の保護層は膜の緻密性が低かった。また、比較例2の保護層は表面の起伏が高く、所々に未被覆箇所が観察された。 Further, by using the AFM, R max of the surface of the protective layer (measurement area is 5μm square) were evaluated as denseness. In the protective layers of Examples 1 to 6, there was a tendency for R max to increase with an increase in 2D / G, but the smoothness was able to withstand practical use as a magnetic recording / reproducing apparatus. Further, the protective layer of Comparative Example 1 had a low film density. Further, the protective layer of Comparative Example 2 had a high surface undulation, and uncoated portions were observed in some places.
保護層の窒化処理後については、その最表面の組成をXPS(ESCA)で測定した。その結果、何れの保護層の最表面についても約40原子%の濃度の窒化がされていた。そして、(2D/G)の値が小さいほど窒化が進行しやすい傾向がみられた。 After the nitriding treatment of the protective layer, the composition of the outermost surface was measured by XPS (ESCA). As a result, nitridation at a concentration of about 40 atomic% was performed on the outermost surface of any protective layer. And the tendency for nitriding to advance easily was seen, so that the value of (2D / G) was small.
次に、ディッピング装置を用いて、窒化処理後の保護層24上に、テトラオール(平均分子量:1800)を塗布して、厚さが1.4nmの潤滑剤層25を形成し、垂直磁気記録媒体31を得た。
Next, using a dipping device, tetraol (average molecular weight: 1800) is applied onto the
得られた垂直磁気記録媒体31においてボンデッドレシオを測定した。ボンデッドレシオは、潤滑剤層を形成後の磁気記録媒体を、フロロカーボン溶媒に5分間浸漬し、同一媒体の同一位置における浸漬前後の1270cm−1付近の吸光度をESCAで測定し、その比の百分率((浸漬後吸光度/浸漬前吸光度)×100)として測定した。フロロカーボン溶媒には、バートレルXF(商品名、三井デュポンフロロケミカル社製)を使用した。ボンデッドレシオの評価結果を表1に示すが、保護層表面の窒化が進むほど、潤滑剤層のボンデッドレシオが高まる傾向がみられた。
The bonded ratio of the obtained perpendicular
実施例で得られた垂直磁気記録媒体は磁気記録再生装置としての実用に耐えるものであった。 The perpendicular magnetic recording media obtained in the examples withstood practical use as a magnetic recording / reproducing apparatus.
20 非磁性基板
21 軟磁性層
22 中間層
23 垂直磁性層
24 保護層
25 潤滑剤層
30 磁気記録再生装置
31 垂直磁気記録媒体
32 媒体駆動部
33 磁気ヘッド
34 ヘッド駆動部
35 記録再生信号処理系
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記保護層はグラフェン及び/又はグラフェンの積層体と、アモルファスカーボンを含み、
前記保護層と前記潤滑剤層は接して設けられ、
前記保護層の前記潤滑剤層との界面は窒素を含むことを特徴とする垂直磁気記録媒体。 In a perpendicular magnetic recording medium in which a perpendicular magnetic layer, a protective layer, and a lubricant layer are formed on a nonmagnetic substrate in the order of the perpendicular magnetic layer, the protective layer, and the lubricant layer.
The protective layer includes graphene and / or a stack of graphene and amorphous carbon,
The protective layer and the lubricant layer are provided in contact with each other,
The perpendicular magnetic recording medium according to claim 1, wherein an interface between the protective layer and the lubricant layer contains nitrogen.
前記多結晶粒は、CoCr基合金、CoPt基合金、CoCrPt基合金又はCoPtCr基合金を含み、
前記保護層は、前記垂直磁性層の最上層と接し、グラフェン及び/又はグラフェンの積層体と、アモルファスカーボンを含み、
前記グラフェン及び/又はグラフェンの積層体は、前記多結晶粒の個々の(0002)結晶面と平行になっていることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の垂直磁気記録媒体。 The uppermost layer of the perpendicular magnetic layer includes polycrystalline grains,
The polycrystalline grains include a CoCr-based alloy, a CoPt-based alloy, a CoCrPt-based alloy, or a CoPtCr-based alloy,
The protective layer is in contact with the uppermost layer of the perpendicular magnetic layer, and includes graphene and / or a stack of graphene, and amorphous carbon.
5. The perpendicular magnetic recording according to claim 1, wherein the graphene and / or the graphene laminate is parallel to individual (0002) crystal planes of the polycrystalline grains. 6. Medium.
前記多結晶粒は、L10構造を有するFePt基合金又はCoPt基合金を含み、
前記保護層は、前記垂直磁性層の最上層に接触し、グラフェン及び/又はグラフェンの積層体と、アモルファスカーボンを含み、
前記グラフェン及び/又はグラフェンの積層体は、前記多結晶粒の個々の(001)結晶面と平行になっていることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の垂直磁気記録媒体。 The uppermost layer of the perpendicular magnetic layer includes polycrystalline grains,
The polycrystalline grains include FePt based alloy or CoPt-based alloy having an L1 0 structure,
The protective layer is in contact with the uppermost layer of the perpendicular magnetic layer, and includes graphene and / or a stack of graphene, and amorphous carbon.
5. The perpendicular magnetic recording according to claim 1, wherein the graphene and / or the graphene laminate is parallel to each (001) crystal plane of the polycrystalline grains. 6. Medium.
前記垂直磁気記録媒体に情報を記録し、前記垂直磁気記録媒体に記録されている情報を再生する磁気ヘッドと、
を有することを特徴とする磁気記録再生装置。 The perpendicular magnetic recording medium according to any one of claims 1 to 6,
A magnetic head for recording information on the perpendicular magnetic recording medium and reproducing the information recorded on the perpendicular magnetic recording medium;
A magnetic recording / reproducing apparatus comprising:
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