JP2017134877A - 磁気記録媒体及び磁気記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気記録層を多層化しても、高い熱揺らぎ特性と記録容易性が得られる磁気記録媒体を提供する。【解決手段】非磁性基板上に少なくとも、軟磁性下地層２と配向制御層３と垂直磁性層４と保護層５が設けられた磁気記録媒体である。垂直磁性層は基板側から第１〜第４の磁性層４ａ〜４ｄをこの順で含み、グラニュラー構造で磁性粒子が連続した柱状晶であり、第１の磁性層と第３の磁性層との間には各々交換結合制御層７ａを有し、第３の磁性層と第４の磁性層は接し、第１の磁性層から第４の磁性層は強磁性結合し、第１から第４の磁性層の磁気異方性定数をＫｕｉ、飽和磁化をＭｓｉ、膜厚をｔｉとしたとき（ｉは第１〜第４の磁性層の数字に対応する。）、Ｋｕｉ＞Ｋｕｉ＋１（ｉ＝１、２）、Ｍｓｉ・ｔｉ＞Ｍｓｉ＋１・ｔｉ＋１（ｉ＝１、２）、Ｋｕｉ＜Ｋｕｉ＋１（ｉ＝３）、Ｍｓｉ・ｔｉ＜Ｍｓｉ＋１・ｔｉ＋１（ｉ＝３）を満たす。【選択図】図１

Description

本発明は、磁気記録媒体及び磁気記録再生装置に関する。

磁気記録再生装置の一種であるハードディスク装置（ＨＤＤ：ｈａｒｄ ｄｉｓｋ ｄｒｉｖｅ）は、現在その記録密度が飛躍的に増えており今後もその傾向は続くと言われている。そのために高記録密度に適した磁気記録媒体、磁気記録用ヘッドの開発が進められている。

現在、市販されている磁気記録再生装置に搭載されている磁気記録媒体は、磁性膜内の磁化容易軸が主に垂直に配向した、いわゆる垂直磁気記録媒体である。垂直磁気記録媒体は、高記録密度化した際にも、記録ビット間の境界領域における反磁界の影響が小さく、鮮明なビット境界が形成されるため、ノイズの増加が抑えられる。しかも、高記録密度化に伴う記録ビット体積の減少が少なくてすむため、熱揺らぎ効果にも強い。そこで、近年大きな注目を集めており、垂直磁気記録に適した媒体の構造が提案されている。

磁気記録媒体の高記録密度化を進めるためには、磁気記録層を構成する結晶粒子の磁気的な分離を促進し、磁化反転単位を小さくしていく必要があるが、これにより磁気記録媒体の熱安定性も低下する。そのため、磁気記録媒体の熱安定性を維持するために磁性粒子を構成する磁性体のＫｕ（磁気異方性定数）を大きくする必要が生ずる。

このような磁気記録媒体を構成するためには、磁気記録層に高Ｋｕ磁性体を用いたグラニュラー構造を採用するのが有利であるが、高Ｋｕ磁性体を用いた磁気記録媒体は記録時に必要となる磁場強度が増加し、磁気記録媒体の記録容易性が低下するという問題点がある。

この問題点を解決するために、複数の磁気記録層を、交換結合制御層を介して積層することで各層を構成する磁性粒子を強磁性結合させ、複数の磁気記録層の内、Ｋｕの低い磁性粒子を先に磁化反転させ、それによりＫｕの高い磁性粒子を磁化反転させることが行われている。即ち、複数の磁気記録層を、交換結合制御層を介さずに積層した場合は、これらの磁気記録層は同時に磁化反転することとなり、磁気記録層の記録容易性が低下するが、一方で、前述の構造を用いることで磁気記録媒体の記録容易性を高めることができる（例えば、特許文献１〜３を参照。）。

また、非特許文献１には、ＣｏＣｒＰｔ系磁性材料の飽和磁化Ｍｓ、異方性磁界Ｈｋが開示されている。

特開２００８−２４３３１６号公報 特開２００８−２８７８５３号公報 特開２００９−８７５００号公報

Ｊ． Ｍａｇｎ． Ｓｏｃ． Ｊｐｎ．， ３４ ２１４−２１９ （２０１０）

磁気記録媒体に対する高記録密度化の要求はとどまることがなく、磁気記録媒体には今まで以上に高い熱揺らぎ特性の向上や記録容易性が求められている。このような要求にこたえるため、磁気記録媒体の磁気記録層の多層化が進み、これに伴い各磁気記録層間の強磁性結合を制御する、交換結合制御層の層数も増加している。

一方で、本願発明者の検討によると、磁気記録層の積層構造で交換結合制御層を多用すると、磁気記録媒体のＡＴＩ／ＦＴＩ（ＡＴＩ：Ａｄｊａｃｅｎｔ Ｔｒａｃｋ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ、ＦＴＩ：Ｆａｒ Ｔｒａｃｋ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）耐性が悪化するという問題点が明らかになった。これは、交換結合制御層の層数が増えると、磁気記録層の特に下層側の磁化反転領域が広がり、ビット境界が乱れることで磁気記録媒体のＡＴＩ／ＦＴＩ耐性が低下するためと考えられる。また、高記録密度化を実現した磁気ヘッドでは主磁極体積が小さいため、磁極の他の位置から記録磁界が漏れ出してしまい、その漏れ磁場が、弱い磁界で磁化反転しやすくなっている磁極位置近接の記録トラックの情報を劣化させているものと考えられる。

よって、磁気記録層を多層化しても、高い熱揺らぎ特性と記録容易性が得られる磁気記録媒体が求められている。

本実施の形態の一観点によれば、非磁性基板上に少なくとも、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、磁化容易軸が非磁性基板に対し主に垂直に配向した垂直磁性層と、保護層が設けられた磁気記録媒体であって、前記垂直磁性層は基板側から第１の磁性層、第２の磁性層、第３の磁性層、第４の磁性層をこの順で含み、前記第１の磁性層から前記第４の磁性層はグラニュラー構造の磁性層であり、前記第１の磁性層から前記第４の磁性層を構成する磁性粒子が連続した柱状晶であり、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間、及び、前記第２の磁性層と前記第３の磁性層との間には各々交換結合制御層を有し、前記第３の磁性層と前記第４の磁性層は接し、前記第１の磁性層から前記第４の磁性層は強磁性結合し、前記第１から第４の磁性層の磁気異方性定数をＫｕ_ｉ、飽和磁化をＭｓ_ｉ、膜厚をｔ_ｉとしたとき（ｉは第１〜第４の磁性層の数字に対応する。）、Ｋｕ_ｉ＞Ｋｕ_ｉ＋１ （ｉ＝１、２）、Ｍｓ_ｉ・ｔ_ｉ＞Ｍｓ_ｉ＋１・ｔ_ｉ＋１ （ｉ＝１、２）、Ｋｕ_ｉ＜Ｋｕ_ｉ＋１ （ｉ＝３）、Ｍｓ_ｉ・ｔ_ｉ＜Ｍｓ_ｉ＋１・ｔ_ｉ＋１ （ｉ＝３）、の関係を満たすことを特徴とする。

本発明に係る磁気記録媒体は、磁気記録層を多層化しても、高い熱揺らぎ特性と記録容易性を得ることができる。

本発明の磁気記録媒体を示す模式図 本発明の磁性層および交換結合制御層の構造を示す模式図 ＣｏＣｒＰｔ系磁性粒子の室温における組成比と飽和磁化Ｍｓとの関係図 ＣｏＣｒＰｔ系磁性粒子の室温における組成比と異方性磁界Ｈｋとの関係図 本発明の磁気記録再生装置を示す模式図

本発明は、本願発明者が、前述した課題を解決するため鋭意努力検討した結果、磁気記録層を多層化しても、高い熱揺らぎ特性と記録容易性が実現可能な磁気記録媒体を完成させたことによるものである。尚、本発明は、非磁性基板上に少なくとも、直上の層の配向性を制御する配向制御層と、磁化容易軸が非磁性基板に対し主に垂直に配向した垂直磁性層と、保護層とが設けられた磁気記録媒体および磁気記録再生装置に関するものである。

以下、本発明の実施の形態に係る磁気記録媒体および磁気記録再生装置について詳細に説明する。

図１は本発明における磁気記録媒体の一例の構造を示す縦断面図である。ここに示す磁気記録媒体は、非磁性基板１上に、軟磁性下地層２と、配向制御層３と、垂直磁性層４と、保護層５と、潤滑層６とが順次形成されている。垂直磁性層４は非磁性基板１側から第１の磁性層４ａ、第２の磁性層４ｂ、第３の磁性層４ｃ、第４の磁性層４ｄ、第５の磁性層４ｅの５層をこの順で含み、第１の磁性層４ａと第２の磁性層４ｂの間、そして第２の磁性層４ｂと第３の磁性層４ｃの間に交換結合制御層７ａ、７ｂを含み、第１の磁性層４ａ、第２の磁性層４ｂ、第３の磁性層４ｃ、第４の磁性層４ｄ、第５の磁性層４ｅを構成する磁性粒子が下層から上層まで連続した柱状晶であり、各磁性層は強磁性結合している。

非磁性基板１としては、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料からなる金属基板を用いてもよいし、ガラス、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。

非磁性基板１としては、上記金属基板、非金属基板の表面にメッキ法やスパッタリング法を用いてＮｉＰ層またはＮｉＰ合金層が形成されたものを用いることもできる。

非磁性基板１と軟磁性下地層２の間に、密着層を設けることが好ましい。基板とＣｏまたはＦｅが主成分となる軟磁性下地膜が接することで、非磁性基板１における基板表面の吸着ガス、水分の影響、または基板成分の拡散により、腐食が進行する可能性がある。密着層を設けることで、抑制することが可能となる。材料としては、Ｃｒ、Ｃｒ合金、Ｔｉ、Ｔｉ合金など適宜選択することが可能である。厚さは３０Å以上であることが好ましい。

軟磁性下地層２は、磁気ヘッドから発生する磁束の基板に対する垂直方向成分を大きくするために、また情報が記録される垂直磁性層４の磁化の方向をより強固に非磁性基板１と垂直な方向に固定するために設けられているものである。この作用は特に記録再生用の磁気ヘッドとして垂直記録用の単磁極ヘッドを用いる場合に、より顕著なものとなるので好ましい。

上記軟磁性下地層２は、軟磁性材料からなるもので、この材料としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏを含む材料を用いることができる。

この材料としては、ＣｏＦｅ系合金（ＣｏＦｅＴａＺｒ、ＣｏＦｅＺｒＮｂなど。）、ＦｅＣｏ系合金（ＦｅＣｏ、ＦｅＣｏＶなど。）、ＦｅＮｉ系合金（ＦｅＮｉ、ＦｅＮｉＭｏ、ＦｅＮｉＣｒ、ＦｅＮｉＳｉなど。）、ＦｅＡｌ系合金（ＦｅＡｌ、ＦｅＡｌＳｉ、ＦｅＡｌＳｉＣｒ、ＦｅＡｌＳｉＴｉＲｕ、ＦｅＡｌＯなど。）、ＦｅＣｒ系合金（ＦｅＣｒ、ＦｅＣｒＴｉ、ＦｅＣｒＣｕなど。）、ＦｅＴａ系合金（ＦｅＴａ、ＦｅＴａＣ、ＦｅＴａＮなど。）、ＦｅＭｇ系合金（ＦｅＭｇＯなど。）、ＦｅＺｒ系合金（ＦｅＺｒＮなど。）、ＦｅＣ系合金、ＦｅＮ系合金、ＦｅＳｉ系合金、ＦｅＰ系合金、ＦｅＮｂ系合金、ＦｅＨｆ系合金、ＦｅＢ系合金などを挙げることができる。

軟磁性下地層２の保磁力Ｈｃは１００（Ｏｅ）以下（好ましくは２０（Ｏｅ）以下。）とするのが好ましい。なお、１Ｏｅは７９Ａ／ｍである。

この保磁力Ｈｃが上記範囲を超えると、軟磁気特性が不十分となり、再生波形がいわゆる矩形波から歪みをもった波形になるため好ましくない。

軟磁性下地層２の飽和磁束密度Ｂｓは、０．６Ｔ以上（好ましくは１Ｔ以上）とするのが好ましい。このＢｓが上記範囲未満であると、再生波形がいわゆる矩形波から歪みをもった波形になるため好ましくない。

また、軟磁性下地層２の飽和磁束密度Ｂｓ（Ｔ）と軟磁性下地層２の層厚ｔ（ｎｍ）との積Ｂｓ・ｔ（Ｔ・ｎｍ）が１５（Ｔ・ｎｍ）以上（好ましくは２５（Ｔ・ｎｍ）以上）であることが好ましい。このＢｓ・ｔが上記範囲未満であると、再生波形が歪みをもつようになり、ＯＷ（ＯｖｅｒＷｒｉｔｅ）特性（記録特性）が悪化するため好ましくない。

軟磁性下地層２は２層の軟磁性膜から構成されており、２層の軟磁性層の間にはＲｕを設けられていることが好ましい。Ｒｕの膜厚を０．４〜１．０ｎｍ、または１．６〜２．６ｎｍの所定の範囲に調整することで、２層の軟磁性膜がＡＦＣ構造となる。ＡＦＣ構造とすることで、いわゆるスパイクノイズを抑制することができる。

軟磁性下地層２上に形成される配向制御層３は、垂直磁性層４の結晶粒を微細化して、記録再生特性を改善することができる。この材料としては、特に限定されるものではないが、ｈｃｐ構造、ｆｃｃ構造、アモルファス構造を有するものが好ましい。特に、Ｒｕ系合金、Ｎｉ系合金、Ｃｏ系合金、Ｐｔ系合金、Ｃｕ系合金が特に好ましく、またこれらの合金を多層化してもより。例えば、基板側からＮｉ系合金とＲｕ系合金との多層構造、Ｃｏ系合金とＲｕ系合金との多層構造、Ｐｔ系合金とＲｕ系合金との多層構造を採用するのが好ましい。

このため、本実施形態の磁気記録媒体では、配向制御層３の厚さを、多層の場合は合計の厚さで、５〜４０ｎｍ（好ましくは８〜３０ｎｍ。）とするのが好ましい。配向制御層３の厚さが５〜４０ｎｍ（好ましくは８〜３０ｎｍ。）の範囲であるとき、垂直磁性層４の垂直配向性が特に高くなり、かつ記録時における磁気ヘッドと軟磁性下地層２との距離を小さくすることができるので、再生信号の分解能を低下させることなく記録再生特性を高めることができる。

本実施の形態においては、垂直磁性層４は、非磁性基板１側から第１の磁性層４ａ、第２の磁性層４ｂ、第３の磁性層４ｃ、第４の磁性層４ｄを含み、第１の磁性層４ａから第４の磁性層４ｄはグラニュラー構造の磁性層であり、第１の磁性層４ａから第４の磁性層４ｄを構成する磁性粒子が連続した柱状晶であり、第１の磁性層４ａと第２の磁性層４ｂの間には交換結合制御層７ａ、第２の磁性層４ｂと第３の磁性層４ｃとの間には交換結合制御層７ｂを有し、第３の磁性層４ｃと第４の磁性層４ｄは接し、第１の磁性層４ａから第４の磁性層４ｄは強磁性結合し、第１から第４の磁性層の磁気異方性定数をＫｕ_ｉ、飽和磁化をＭｓ_ｉ、膜厚をｔ_ｉとしたとき（ｉは第１〜第４の磁性層の数字に対応する。）、Ｋｕ_ｉ＞Ｋｕ_ｉ＋１ （ｉ＝１、２）、Ｍｓ_ｉ・ｔ_ｉ＞Ｍｓ_ｉ＋１・ｔ_ｉ＋１ （ｉ＝１、２）、Ｋｕ_ｉ＜Ｋｕ_ｉ＋１ （ｉ＝３）、Ｍｓ_ｉ・ｔ_ｉ＜Ｍｓ_ｉ＋１・ｔ_ｉ＋１ （ｉ＝３）、の関係を満たすことを特徴とするものである。

従来の垂直磁性層は、多層の磁性層で構成し、各磁性層間に交換結合制御層を設けて、各磁性層の結合を制御していた。そして、各磁性層のＫｕ、Ｍｓ・ｔを、非磁性基板側から保護層側に向けて、徐々に下げていく構造を採っていた。これに対し、本実施の形態においては、垂直磁性層４は、第１の磁性層４ａから第３の磁性層４ｃは、そのような構成を採用するが、第３の磁性層４ｃと第４の磁性層４ｄとの間には、交換結合制御層を設けずに接合し、さらに、第４の磁性層４ｄのＫｕ、Ｍｓ・ｔを、第３の磁性層４ｃに対して高めた構造を採用する。これにより、交換結合制御層を多用することの問題点を解決し、ＡＴＩ／ＦＴＩ耐性に優れた磁気記録媒体を提供可能となる。この理由について本願発明者は、磁気ヘッドによる第４の磁性層４ｄの磁化反転を、第３の磁性層４ｃに対しても直接的に行い、そして、第３の磁性層４ｃの磁化反転、交換結合制御層を用いて弱く結合された第２の磁性層４ｂ、および第１の磁性層４ａの磁化反転を順次進行させることで、多層化した垂直磁性層の磁化反転をスムーズに進行させるためと考えている。

図２に基づき、本実施の形態における垂直磁性層４について説明する。図２は、垂直磁性層４の基板面に対する断面を模式的に示したものである。

本実施の形態における垂直磁性層４を構成する第１の磁性層４ａから第４の磁性層４ｄは、例えばＣｏＣｒＰｔ系磁性粒子と、さらに酸化物４１を含んだ材料とすることができる。ここで酸化物４１としては、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｔａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｂ、Ｒｕの酸化物であることが好ましい。また、酸化物を２種類以上添加した複合酸化物を用いてもよい。

第１の磁性層４ａから第４の磁性層４ｄは、層中に磁性粒子４２が分散していることが好ましい。この磁性粒子４２は、図２に示すように、第１の磁性層４ａ、第２の磁性層４ｂ、第３の磁性層４ｃさらには第４の磁性層４ｄを上下に貫いた柱状構造であることが好ましい。このような構造を形成することにより、垂直磁性層４の磁性粒子４２の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信号／ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）が得ることができる。

このような構造を得るためには、含有させる酸化物４１の量および第１の磁性層４ａから第４の磁性層４ｄの成膜条件が重要となる。

酸化物４１の含有量は、磁性粒子４２を構成する例えばＣｏ、Ｃｒ、Ｐｔ等の合金を１つの化合物として算出したｍｏｌ総量に対して、３ｍｏｌ％以上１８ｍｏｌ％以下であることが好ましい。さらに好ましくは６ｍｏｌ％以上１３ｍｏｌ％以下である。

第１の磁性層４ａ中の酸化物の含有量として上記範囲が好ましいのは、図２に示されるように、層を形成した際、磁性粒子の周りに酸化物が析出し、磁性粒子４２の孤立化、微細化をすることができるためである。酸化物の含有量が上記範囲を超えた場合、酸化物が磁性粒子中に残留し、磁性粒子の配向性、結晶性を損ね、さらには磁性粒子の上下に酸化物が析出し、結果として磁性粒子が磁性層を上下に貫いた柱状構造が形成されなくなるため好ましくない。また、酸化物の含有量が上記範囲未満である場合、磁性粒子の分離、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）が得られなくなるため好ましくない。

本実施の形態においては、第１の磁性層４ａから第４の磁性層４ｄの磁気異方性定数Ｋｕ、飽和磁化Ｍｓ、膜厚ｔを所定の範囲内の値とする必要があるが、例えば磁性粒子にＣｏＣｒＰｔ系を用いる場合は、図３、図４に示される資料を参考にして磁性層を形成することができる（例えば、非特許文献１参照）。ここで、図３はＣｏＣｒＰｔ系磁性粒子の室温における組成比と飽和磁化Ｍｓとの関係を示し、図４はＣｏＣｒＰｔ系磁性粒子の室温における組成比と磁気異方性定数Ｋｕとの関係を示す。

本実施の形態においては、第１の磁性層４ａから第４の磁性層４ｄの磁気異方性定数Ｋｕ、飽和磁化Ｍｓ、膜厚ｔは、好ましくは、第１の磁性層４ａにおけるＭｓ_１が、１２００〜５００ｅｍｕ／ｃｃの範囲内、Ｋｕ_１が、１２×１０^６〜５×１０^６ｅｒｇ／ｃｃの範囲内、第２の磁性層４ｂにおけるＭｓ_２が、１１００〜４００ｅｍｕ／ｃｃの範囲内、Ｋｕ_２が、１１×１０^６〜４×１０^６ｅｒｇ／ｃｃの範囲内、第３の磁性層４ｃにおけるＭｓ_３が、１０００〜３００ｅｍｕ／ｃｃの範囲内、Ｋｕ_３が、１０×１０^６〜４×１０^６ｅｒｇ／ｃｃの範囲内、第４の磁性層４ｄにおけるＭｓ_４が、９００〜２００ｅｍｕ／ｃｃの範囲内、Ｋｕ_４が、９×１０^６〜２×１０^６ｅｒｇ／ｃｃの範囲内、第１の磁性層４ａにおける膜厚ｔ_１、第２の磁性層４ｂにおける膜厚ｔ_２、第３の磁性層４ｃにおける膜厚ｔ_３、第４の磁性層４ｄにおける膜厚ｔ_４が、１〜１０ｎｍの範囲内とする。

第１の磁性層４ａから第４の磁性層４ｄの磁気異方性定数Ｋｕ、飽和磁化Ｍｓ、膜厚ｔをこの範囲内とすることで、垂直磁性層を多層化した磁気記録媒体で、より高い熱揺らぎ特性と記録容易性を実現できる。Ｍｓ、Ｋｕの値が上記範囲以下であると、容易に磁化反転が生じることになり、Ｈｎの低下、熱揺らぎ特性の低下などの問題が生じるために好ましくない。上記範囲を超えると、ヘッド磁界に対して、容易に磁化反転をすることが困難となり、記録容易性が低下する。また、また膜厚ｔが上記の範囲より薄いと、十分な再生出力が得られず、熱揺らぎ特性も低下する。また、上記範囲を超えた場合、垂直磁性層中の磁性粒子の肥大化が生じ、記録再生時におけるノイズが増大し、記録再生特性が悪化するため好ましくない。

第１の磁性層４ａから第４の磁性層４ｄに適した材料としては、例えば、（ＣｏＣｒＰｔ）−（ＳｉＯ_２）、（ＣｏＣｒＰｔＮｂ）−（Ｃｒ_２Ｏ_３）、（ＣｏＣｒＰｔ）−（Ｔａ_２Ｏ_５）、（ＣｏＣｒＰｔ）−（Ｃｒ_２Ｏ_３）−（ＴｉＯ_２）、（ＣｏＣｒＰｔ）−（Ｃｒ_２Ｏ_３）−（ＳｉＯ_２）、（ＣｏＣｒＰｔ）−（Ｃｒ_２Ｏ_３）−（ＳｉＯ_２）−（ＴｉＯ_２）、（ＣｏＣｒＰｔＭｏ）−（ＴｉＯ_２）、（ＣｏＣｒＰｔＷ）−（ＴｉＯ_２）、（ＣｏＣｒＰｔＢ）−（Ａｌ_２Ｏ_３）、（ＣｏＣｒＰｔＴａＮｄ）−（ＭｇＯ）、（ＣｏＣｒＰｔＢＣｕ）−（Ｙ_２Ｏ_３）、（ＣｏＣｒＰｔＲｕ）−（ＳｉＯ_２）などをあげることができる。

本実施の形態においては、第１の磁性層４ａと第２の磁性層４ｂの間に交換結合制御層７ａを、第２の磁性層４ｂと第３の磁性層４ｃの間に交換結合制御層７ｂを設ける。交換結合制御層７ａ、７ｂを設けることで、第１の磁性層４ａ、第２の磁性層４ｂ、第３の磁性層４ｃの磁化反転が容易になり、磁性粒子全体の磁化反転の分散を小さくすることができる。その結果Ｓ／Ｎ比をより向上させることが可能となる。

交換結合制御層７ａ、７ｂとしては、ｈｃｐ構造を有する材料を用いるのが好ましい。例えば、Ｒｕ、Ｒｕ合金、ＲｕＣｏ、ＣｏＣｒ合金やＣｏＣｒＸ１合金（Ｘ１：Ｐｔ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｒｅ，Ｒｕ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｏ、Ｎ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｂから選ばれる１種または２種以上）を用いるのが好適である。

交換結合制御層７ａ、７ｂの厚さは、第１の磁性層４ａ、第２の磁性層４ｂ、第３の磁性層４ｃの強磁性結合を完全に切断しない範囲とする必要がある。垂直磁性層の強磁性結合が切れた際には、Ｍ−Ｈループが２段階に反転するループになるために容易に判別可能である。この２段ループが生じた場合は、ヘッドからの磁界に対して磁気グレインが一斉に反転しないことを意味しており、その結果再生時のＳ／Ｎ比の著しい悪化や分解能の低下が生ずる。交換結合制御層７ａ、７ｂの厚さは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。

本実施の形態においては、第４の磁性層４ｄと保護層５との間に第５の磁性層４ｅを設け、第５の磁性層４ｅは非グラニュラー構造の磁性層とし、第１の磁性層４ａから第５の磁性層４ｅを構成する磁性粒子を連続した柱状晶とし、第４の磁性層４ｄと第５の磁性層４ｅは接して設け、第１の磁性層４ａから第５の磁性層４ｅは強磁性結合させ、第５の磁性層４ｅの磁気異方性定数Ｋｕ_５、飽和磁化Ｍｓ_５、膜厚ｔ_５について、Ｋｕ_４＞Ｋｕ_５、Ｍｓ_４・ｔ_４＞Ｍｓ_５・ｔ_５、の関係を満足させるのが、高い熱揺らぎ特性と記録容易性が実現可能な磁気記録媒体を製造する上で好ましく、また、Ｋｕ_３＞Ｋｕ_５、Ｍｓ_３・ｔ_３＜Ｍｓ_５・ｔ_５、の関係を満足させることで、より高い熱揺らぎ特性と記録容易性が実現可能な磁気記録媒体を製造可能となる。

第５の磁性層４ｅは、酸化物等を含まない非グラニュラー構造とし、図２に示すように、層中の磁性粒子４２が第１の磁性層４ａ中の磁性粒子４２から柱状にエピタキシャル成長している構造とする。この場合、第１の磁性層４ａ、第２の磁性層４ｂ、第３の磁性層４ｃ、第４の磁性層４ｄ、第５の磁性層４ｅの磁性粒子が、各層において１対１に対応して、柱状にエピタキシャル成長するのが好ましい。

第５の磁性層４ｅの磁性粒子４２が第１の磁性層４ａ中の磁性粒子４２からエピタキシャル成長していることで、第５の磁性層４ｅの磁性粒子４２が微細化され、さらに結晶性、配向性がより向上するため好適である。

本実施の形態においては、第５の磁性層４ｅの磁気異方性定数Ｋｕ_５、飽和磁化Ｍｓ_５、膜厚ｔ_５を所定の範囲内の値とする必要があるが、例えば磁性粒子にＣｏＣｒＰｔ系を用いる場合は、図３、図４に示す資料を参考にして磁性層を形成することができる。

第５の磁性層４ｅに適した材料としては、ＣｏＣｒＰｔ系の他、ＣｏＣｒＰｔＢ系、ＣｏＣｒＰｔＢＮｄ系、ＣｏＣｒＰｔＴａＮｄ系、ＣｏＣｒＰｔＮｂ系、ＣｏＣｒＰｔＢＷ系、ＣｏＣｒＰｔＭｏ系、ＣｏＣｒＰｔＣｕＲｕ系、ＣｏＣｒＰｔＲｅ系などの材料をあげることができる。

第５の磁性層４ｅのＭｓ_５は、９５０〜２５０ｅｍｕ／ｃｃの範囲内、Ｋｕ_５は、８×１０^６〜１×１０^６ｅｒｇ／ｃｃの範囲内とするのが好ましい。Ｍｓ_５、Ｋｕ_５の値が上記範囲以下であると、容易に磁化反転が生じることになり、Ｈｎの低下、熱揺らぎ特性の低下などの問題が生じるために好ましくない。また、上記範囲を超えると、ヘッド磁界に対して、容易に磁化反転をすることが困難となり、書き込み容易性の低下がみられるために好ましくない。

保護層５は垂直磁性層４の腐食を防ぐとともに、磁気ヘッドが媒体に接触したときに媒体表面の損傷を防ぐためのもので、従来からの材料を使用でき、例えば硬質炭素膜を含むものが使用可能である。

保護層５の厚さは、１〜１０ｎｍとするのがヘッドと媒体の距離を小さくできるので高記録密度の点から望ましい。

潤滑層６には、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のが好ましい。

上記構成の磁気記録媒体を製造するには、例えば、非磁性基板１上に、軟磁性下地層２、配向制御層３、垂直磁性層４を順次、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法などにより形成する。次いで保護層５を、例えば、プラズマＣＶＤ法、イオンビーム法、スパッタリング法により形成する。

図５は本実施の形態における磁気記録再生装置の一例を示す概略図である。ここに示す磁気記録再生装置は、本実施の形態における磁気記録媒体１０と、磁気記録媒体１０を回転駆動させる媒体駆動部１１と、磁気記録媒体１０に情報を記録再生する磁気ヘッド１２と、この磁気ヘッド１２を磁気記録媒体１０に対して相対運動させるヘッド駆動部１３と、記録再生信号処理系１４とを備えている。記録再生信号処理系１４は、外部から入力されたデータを処理して記録信号を磁気ヘッド１２に送り、磁気ヘッド１２からの再生信号を処理してデータを外部に送ることができるようになっている。本実施の形態における磁気記録再生装置に用いる磁気ヘッド１２には、再生素子として巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を利用したＧＭＲ素子などを有した、より高記録密度に適したヘッドを用いることができる。

（実施例１〜４、比較例１〜６）
実施例１〜４、比較例１〜６における磁気記録媒体は、以下の方法により作製した。

洗浄済みのガラス基板（ＨＯＹＡ製、外形２．５インチ）をＤＣマグネトロンスパッタリング装置（アネルバ社製Ｃ−３０４０）の成膜チャンバ内に収容して、到達真空度１×１０^−５Ｐａとなるまで成膜チャンバ内を排気した後、このガラス基板上にＣｒターゲットを用いて、１０ｎｍ密着層を成膜した。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２５ｎｍの軟磁性層を形成し、この上にＲｕ層を０．７ｎｍ成膜した後、さらにＣｏ−２０Ｆｅ−５Ｚｒ−５Ｔａの軟磁性層を２５ｎｍ成膜して、軟磁性下地層２とした。

上記軟磁性下地層２の上にＮｉ−６Ｗ｛Ｗ含有量６ａｔ％、残部Ｎｉ｝ターゲット、Ｒｕターゲットを用いて、それぞれ５ｎｍ、２０ｎｍの厚さで順に成膜し、配向制御層３とした。

配向制御層３の上に、表１〜表３に示される磁性層等により形成される垂直磁性層をスパッタリング法によりアルゴンガス圧力２Ｐａとして成膜した。

次いでイオンビーム法により膜厚３．０ｎｍの保護層５を形成した。次いで、ディッピング法によりパーフルオロポリエーテルからなる潤滑層６を形成し、磁気記録媒体を得た。

得られた磁気記録媒体の記録容易性（ＯＷ）を評価した。評価は、米国ＧＵＺＩＫ社製リードライトアナライザＲＷＡ１６３２、およびスピンスタンドＳ１７０１ＭＰを用いて測定した。ヘッドは、書き込みをシングルポール磁極、再生部にＴＭＲ素子を用いたヘッドを使用した。まず、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とりだし、その残留割合によりデータの書き込み能力を評価した。

熱揺らぎ特性の評価は、７０℃の条件下で記録密度５０ｋＦＣＩにて書き込みを行ったあと、書き込み後１秒後の再生出力に対する出力の減衰率を（Ｓｏ−Ｓ）×１００／（Ｓｏ）に基いて算出した。この式においてＳｏは書き込み後、１秒経過時の再生出力を示し、Ｓは１００００秒後の再生出力を示す。

また、ＡＴＩ、ＦＴＩについても同様に、米国ＧＵＺＩＫ社製リードライトアナライザＲＷＡ１６３２、およびスピンスタンドＳ１７０１ＭＰを用いて測定した。結果を表３に示す。

また、ＯＷ、熱揺らぎ、ＡＴＩ、ＦＴＩの測定結果に基づいた総合評価を表３に示す。これらの測定結果は、それぞれトレードオフの関係があるため、これらの測定結果に基づいて磁気記録媒体の特性を総合的に判断する必要がある。そして、ＯＷが３２．５ｄＢ以上であり、熱揺らぎが９．３％以下であり、ＡＴＩが１．６７ｏｒｄｅｒ以下であり、ＦＴＩが０．９５ｏｒｄｅｒ以下であるものを優れた磁気記録媒体（○）とし、それ以外を不可（×）とした。

表３に示すとおり、実施例１〜４における磁気記録媒体においては、ＯＷを維持しつつ、ＡＴＩ及びＦＴＩを改善することができる。尚、実施例３、４における磁気記録媒体の結果に示されるように、第５磁性層の磁気異方性定数Ｋｕ_５及び飽和磁化Ｍｓ_５を変化させても有効である。比較例１は、従来からある構造の基準となる磁気記録媒体である。尚、比較例２の磁気記録媒体の結果に示されるように、単純に第３の磁性層の磁気異方性定数Ｋｕ_３を下げると、ＯＷは向上するが、ＡＴＩ及びＦＴＩが悪くなる。比較例３の磁気記録媒体の結果に示されるように、単純に第３の磁性層の磁気異方性定数Ｋｕ_３を上げると、ＡＴＩ及びＦＴＩは改善するが、ＯＷが悪くなる。比較例４の磁気記録媒体の結果に示されるように、第４の磁性層の飽和磁化Ｍｓ_４及び磁気異方性定数Ｋｕ_４が低いと、スムーズに磁化反転ができず、所望の効果を得るとができない。比較例５の磁気記録媒体の結果に示されるように、第３の磁性層と第４の磁性層の間に交換結合制御層を挿入した場合、ＯＷは向上するが、ＡＴＩ及びＦＴＩが悪くなる。比較例６の磁気記録媒体の結果に示されるように、第３の磁性層と第４の磁性層の間、及び、第４の磁性層と第５の磁性層の間に交換結合制御層を挿入した場合、ＯＷは向上するが、ＡＴＩ及びＦＴＩが悪くなる。

以上より、本実施の形態における磁気記録媒体となる実施例１〜４における磁気記録媒体においては、優れた電磁変換特性を有する、高記録密度に対応できる磁気記録媒体が得られた。

１ 非磁性基板
２ 軟磁性下地層
３ 配向制御層
４ 垂直磁性層
５ 保護層
６ 潤滑層
４ａ 第１の磁性層
４ｂ 第２の磁性層
４ｃ 第３の磁性層
４ｄ 第４の磁性層
４ｅ 第５の磁性層
７ａ、７ｂ 交換結合制御層
８ 非磁性下地層
１０ 磁気記録媒体
１１ 媒体駆動部
１２ 磁気ヘッド
１３ ヘッド駆動部
１４ 記録再生信号処理系
４１ 酸化物
４２ 粒子（層４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅにおいては磁性粒子、層７ａ、７ｂにおいては非磁性粒子。）

Claims (6)

1. 非磁性基板上に少なくとも、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、磁化容易軸が非磁性基板に対し主に垂直に配向した垂直磁性層と、保護層が設けられた磁気記録媒体であって、前記垂直磁性層は基板側から第１の磁性層、第２の磁性層、第３の磁性層、第４の磁性層をこの順で含み、
   前記第１の磁性層から前記第４の磁性層はグラニュラー構造の磁性層であり、
   前記第１の磁性層から前記第４の磁性層を構成する磁性粒子が連続した柱状晶であり、
   前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間、及び、前記第２の磁性層と前記第３の磁性層との間には各々交換結合制御層を有し、
   前記第３の磁性層と前記第４の磁性層は接し、
   前記第１の磁性層から前記第４の磁性層は強磁性結合し、
   前記第１から第４の磁性層の磁気異方性定数をＫｕ_ｉ、飽和磁化をＭｓ_ｉ、膜厚をｔ_ｉとしたとき（ｉは第１〜第４の磁性層の数字に対応する。）、
   Ｋｕ_ｉ＞Ｋｕ_ｉ＋１ （ｉ＝１、２）、
   Ｍｓ_ｉ・ｔ_ｉ＞Ｍｓ_ｉ＋１・ｔ_ｉ＋１ （ｉ＝１、２）、
   Ｋｕ_ｉ＜Ｋｕ_ｉ＋１ （ｉ＝３）、
   Ｍｓ_ｉ・ｔ_ｉ＜Ｍｓ_ｉ＋１・ｔ_ｉ＋１ （ｉ＝３）、
   の関係を満たすことを特徴とする磁気記録媒体。
2. 前記Ｍｓ_１が、１２００〜５００ｅｍｕ／ｃｃの範囲内、
   前記Ｋｕ_１が、１２×１０^６〜５×１０^６ｅｒｇ／ｃｃの範囲内、
   前記Ｍｓ_２が、１１００〜４００ｅｍｕ／ｃｃの範囲内、
   前記Ｋｕ_２が、１１×１０^６〜４×１０^６ｅｒｇ／ｃｃの範囲内、
   前記Ｍｓ_３が、１０００〜３００ｅｍｕ／ｃｃの範囲内、
   前記Ｋｕ_３が、１０×１０^６〜４×１０^６ｅｒｇ／ｃｃの範囲内、
   前記Ｍｓ_４が、９００〜２００ｅｍｕ／ｃｃの範囲内、
   前記Ｋｕ_４が、９×１０^６〜２×１０^６ｅｒｇ／ｃｃの範囲内、
   前記ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、ｔ_４が、１〜１０ｎｍ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。
3. 前記第４の磁性層と保護層との間に第５の磁性層を含み、
   前記第５の磁性層は非グラニュラー構造の磁性層であり、
   前記第１の磁性層から前記第５の磁性層を構成する磁性粒子が連続した柱状晶であり、
   前記第４の磁性層と前記第５の磁性層は接し、
   前記第１の磁性層から前記第５の磁性層は強磁性結合し、
   前記第５の磁性層の磁気異方性定数をＫｕ_５、飽和磁化をＭｓ_５、膜厚をｔ_５としたとき、
   Ｋｕ_４＞Ｋｕ_５、
   Ｍｓ_４・ｔ_４＞Ｍｓ_５・ｔ_５、
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気記録媒体。
4. 前記第５の磁性層の磁気異方性定数をＫｕ_５、飽和磁化をＭｓ_５、膜厚をｔ_５が、
   Ｋｕ_３＞Ｋｕ_５、
   Ｍｓ_３・ｔ_３＜Ｍｓ_５・ｔ_５、
   の関係を満たすことを特徴とする請求項３に記載の磁気記録媒体。
5. 前記Ｍｓ_５が、９５０〜２５０ｅｍｕ／ｃｃの範囲内、
   前記Ｋｕ_５が、８×１０^６〜１×１０^６ｅｒｇ／ｃｃの範囲内、
   前記ｔ_５が、１〜１０ｎｍの範囲内、
   であることを特徴とする請求項３または４に記載の磁気記録媒体。
6. 磁気記録媒体と、
   該磁気記録媒体に情報を記録再生する磁気ヘッドとを備えた磁気記録再生装置であって、
   前記磁気記録媒体が請求項１から５のいずれか１項に記載の磁気記録媒体であることを特徴とする磁気記録再生装置。

Images