JP2017510929A - 核形成層を用いることのない磁気媒体用の保護オーバーコートとしてのグラフェン - Google Patents

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Abstract

磁気媒体に対する防蝕性保護媒体として使用されるグラフェン層は、磁気媒体に対する炭素製オーバーコート層の厚みを減じるという既存の問題を克服する。防蝕層として普通に使用されているアモルファス炭素とは違って、あらゆる既知のガス状物質に対するグラフェンの不透過性は、例えばグラフェンの単層と同程度に薄くてもよいグラフェン層による、下方の磁気媒体の完全な防蝕を可能とする。該グラフェンと該磁性層との得られる界面が、不純物との接触から保護されるように、磁気記録ディスクへのグラフェンの乾式転写が可能とされる。

Description

（関連出願との相互引照）
本件特許出願は、2014年4月7日付で出願された米国仮特許出願第61/976,240号に係る利益を主張するものであり、該特許出願の全教示を、言及によりここに組入れる。
トランジスタにおけるより高いクロック速度及び磁気記録ディスクにおけるより高いデータ記憶密度に対する要求は、これらの制限を克服するために、デバイス寸法の縮小へと導く。磁気記録ディスクにおけるより高いデータ記憶密度を得るための手掛かりは、その磁気読取りヘッドとその磁気媒体との間の距離を最小化することにある。従来、該磁気読取りヘッドと該磁気媒体との間の空間は、該磁気媒体に記憶されている情報を保護するための耐蝕性材料としてのアモルファス炭素で覆われている。
本発明の一変形に従えば、磁気媒体用の耐蝕性保護媒体として使用されるグラフェン層は、磁気媒体に対する該炭素製オーバーコート層の厚みの低減に係る既存の問題を克服する。耐蝕性層として目下のところ使用されているアモルファス炭素とは異なり、あらゆる公知のガス状物質に対するグラフェンの不透過性は、例えば単一のグラフェン層と同程度に薄いものであり得るグラフェン層を用いて、その下方にある磁気媒体を完全に防蝕することを可能とする。該グラフェンと該磁性層との得られる界面が、不純物と接触しないように、グラフェンの磁気記録ディスクへの乾式転写を可能とする。
本発明の一変法に従えば、磁気デバイスは、磁性基板、及び熱剥離テープ(thermal release tape)とグラフェンとを含有するグラフェン転写スタック(graphene transfer stack)を含む。該グラフェン転写スタックのグラフェンの表面は、(i) 該磁性基板及び(ii) 該磁性基板の酸化被膜の内の少なくとも一つの表面と接触状態にある。
更なる関連する変法において、上記グラフェン転写スタックのグラフェンは、一つの及び唯一つのグラフェン層を含むことができ、あるいは複数のグラフェン層を含むことができる。上記熱剥離テープの表面は、該一つの及び唯一つのグラフェン層あるいは該複数のグラフェン層の表面と接触状態にあってもよい。該グラフェン転写スタックは更にポリマーを含むこともできる。上記磁気デバイスは例えば磁気媒体を含むことができ、また上記磁性基板は該磁気媒体の磁性層を含むことができ、あるいは該磁気デバイスは磁気ヘッドを含むことができ、また該磁性基板は該磁気ヘッドの磁気トランスデューサを含むことができる。上記酸化被膜(oxidation coating)は、炭素薄膜、例えばダイヤモンド状炭素を含むことができる。該グラフェン転写スタックがポリマーを含む場合、該ポリマーが、該磁気デバイスにおける潤滑層として使用されるのにふさわしいように、該ポリマーは、トライボロジー的性質を具備することができる。該ポリマーは、例えばポリビニリデンフルオライド-co-トリフルオロエチレン又はポリ(メチルメタクリレート)を含むことができる。該ポリマーは、約1nm〜約2μmの間の厚みを備えることができる。
本発明のもう一つの変法によれば、磁気デバイスの製法が提供される。該方法は、グラフェン転写スタックのグラフェンの表面と、(i) 磁性基板及び(ii) 磁性基板の酸化被膜の内の少なくとも一方の表面とを接触させる工程、ここで該グラフェン転写スタックは、熱剥離テープ及び該グラフェンを含み；及び該熱剥離テープから、該グラフェン転写スタックのグラフェンを剥離して、該グラフェン転写スタックのグラフェンを、(i) 該磁性基板及び(ii) 該磁性基板の酸化被膜の内の該少なくとも一方の該表面に転写させる工程を含む。
更なる関連する変法において、上記方法は、一つ及び唯一つのグラフェン層又は複数のグラフェン層を、(i) 前記磁性基板及び(ii) 該磁性基板の酸化被膜の少なくとも一方の上記表面に転写させる工程を含む。該方法は、該グラフェン転写スタックに熱及び圧力を適用して、上記熱剥離テープから、該グラフェン転写スタックのグラフェンを剥離する工程を含むことができる。該熱及び圧力の適用は、ロール-ツー-ロールプレスの該グラフェン転写スタックに対する適用、及びホットプレスの該グラフェン転写スタックに対する適用の少なくとも一方を含むことができる。該方法は、更に熱剥離テープを、(i) 金属基板上のグラフェンの表面及び(ii) 金属基板上のグラフェンの表面を覆う少なくとも一層のポリマー層の表面の内の少なくとも一方に適用し、及び該金属基板から該グラフェン転写スタックを剥離することにより、該グラフェン転写スタックを形成する工程を含むことができる。該グラフェン転写スタックからのグラフェンを、(i) 該磁性基板及び(ii) 該磁性基板の酸化被膜の内の少なくとも一方の該表面に転写させた結果として得られる該グラフェン層は、100x100μm2当たり約5個未満の欠陥という、クラック面密度(areal crack density)を具備することができる。
以上のことは、添付図面に例示された如き本発明の実例的態様(example embodiments)に係る以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。該添付図において、同様な参照符号は、該様々な図全体を通して、同一の部品を示す。該図面は、必ずしも縮尺通りに製図されておらず、その代わりに本発明の態様を例示する際に、強調がなされている。
図1は、従来技術に従う、典型的な磁気ハードディスク媒体の断面図であり、磁気ヘッドが、該磁気媒体の上面の上部を浮動している。 図2は、本発明の一変形に従う、保護オーバーコートとしてグラフェンフィルムを備えた、磁気媒体の断面図である。 図3は、本発明の一変形に従う、磁気媒体上にグラフェンを堆積するための工程系統図である。 図4Aは、本発明の一変形に従う、単一層グラフェンに係るグラフェン転写スタックの製造、及び該グラフェンの、標的磁気ディスク基板への転写に関する模式的な工程系統図である。図4Bは、本発明の一変形に従う、多層グラフェンに係るグラフェン転写スタックの製造、及び該グラフェンの、標的磁性基板への転写に関する模式的な工程系統図である。 図5A-5Dは、本発明の一変形に従う、グラフェン転写スタックの模式的な層構造であり、ここで図5Aは、熱剥離テープと組合された単一層グラフェンを示し、図5Bは、支持ポリマー及び熱剥離テープを備えた単一層グラフェンを示し、図5Cは、多層グラフェン及び熱剥離テープを示し、及び図5Dは、支持ポリマー及び熱剥離テープを備えた多層グラフェンを示す。 図6A及び6Bは、本発明の一変形に従う、磁性基板に適用されているグラフェン転写スタックの模式的な層構造である。 図7は、本発明の一変形に従う、磁気デバイスの製造方法に係る模式的な工程系統図である。 図8Aは、本発明の一変形に従う、熱剥離テープ技術を介して磁気媒体基板上に転写された、グラフェンの単一層内の欠陥分布のプロットである。図8Bは、本発明の一変形に従う、CVDグラフェン対磁性基板上に転写されたグラフェンに関する腐蝕密度(corrosion density)に係る比較棒グラフプロットである。
図1は、従来技術に従う、磁気ディスク100の上面上に浮動する磁気ヘッド101を備えている、典型的な磁気ヘッドディスク媒体(又は磁気ディスク)100の断面図である。磁気ディスク100は、磁気ヘッド101からのシグナル出力を通してデータを記録するのに使用され、該磁気ヘッドは、磁気トランスデューサ106を含む。磁気ディスク100は、基板102を含み、該基板は、例えばガラス、アルミニウム又はアルミニウム-マグネシウム合金で製造し得る。ディスク100の磁性層103は、例えば、スパッタリングにより堆積された、コバルト等の強磁性金属製の多層で形成し得る。磁性層103の上方には、典型的には炭素フィルムである保護オーバーコート104が、例えばプラズマ-促進化学気相蒸着法(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)(PECVD)、スパッタリング法、イオンビーム蒸着法(Ion Beam Deposition)(IBD)又はその他の形態の薄膜堆積法により堆積される。保護オーバーコート104は、慣習的に、厚み約2nm未満である。最後に、フッ素-ベースの潤滑剤105の薄層(例えば、厚み1nm未満)が、例えば蒸着法又は浸漬及び引上げ(dip-and-pull)法を介して堆積される。円形磁気ディスク100は、高速にて、例えば5,000rpmを超える速度にて回転する。磁気ヘッド101は、磁気ディスク100の表面から離れること10nm未満という、図1においてHFとして示される高さにおいて、ディスク100上を浮動する。
電蝕が、磁気ディスク100内で起こる傾向にある。これは、磁性層103の金属製磁性薄膜間の導電性電極を構成する水分によるものである。保護オーバーコート104の上記炭素薄膜は、磁性層103に対する保護シールドとして作用する。磁気ヘッド101が磁気ディスク100と極めて近接していることから、磁気ヘッド101は、磁気ディスク100が組入れられているハードディスクドライブの僅かな動きによってさえも、磁気ディスク100に打撃を与えるであろう。
保護オーバーコート104の上記炭素薄膜は、できる限り薄くすべきであり、従って磁気ヘッド101は磁性層103により近接して浮動している。磁気ヘッド101を、磁気ディスク100の表面により近接して浮動させることにより、磁気ヘッドの間隔における低下のために、磁気ディスク100に係るより高い面密度を得ることができる。
本発明の一変形は、磁気ヘッドの間隔における低下を可能とし、一方で上記保護層の耐蝕性をも維持する。
本発明の実例的態様の説明は、以下にある。
図2は、本発明の一変形に従う、保護オーバーコート104としてのグラフェンフィルムを備えた磁気媒体200に係る断面図である。図2の該変形においては、従来の炭素製保護オーバーコート104(図1参照)に対して、あるいは上記磁性基板上で直接成長させられるグラフェンオーバーコートに対して典型的に要求されるような、保護オーバーコート204の下面に核形成層を適用する必要性なしに、グラフェンの薄層が、保護オーバーコート204として使用される。核形成層の使用及びグラフェン薄層の使用を回避し得ることの結果として、本発明による一変形に係るグラフェン保護オーバーコート204は、従来のアモルファス炭素製保護オーバーコート104よりも薄くすることができる。同様に、図2の変形は、基板202、磁性層203及び潤滑剤薄膜205を含み、これらは、例えば、図1の基板102、磁性層103及び潤滑剤薄膜104について上述した従来技術によって形成し得る。磁気ヘッド201、その組入れられた磁気トランスデューサ206、及び磁気ヘッド浮動高さHFも示されている。
一般に、磁気媒体に対する磁気間隔(magnetic spacing)は、以下のように計算し得る：
TC + TL + HF = M (式 1)
ここで、TCは上記磁気媒体の炭素製オーバーコートの厚みであり、TLは上記潤滑剤フィルムの厚みであり、HFは上記磁気ヘッドの浮動高さであり、及びMは該磁気媒体の磁気間隔である。
式(1)から、他の点が同等であれば、上記磁気媒体の炭素製オーバーコートの厚みTCを最小化することは、磁気間隔Mの低下をもたらし、またそれ故にこのハードディスクに関するより高い面密度容量(areal density capacity)を生出すであろうことを理解することができる。従って、より薄い保護オーバーコート204を持たせることにより、図2の変形に係る磁気媒体200は、より薄い磁気媒体の炭素製オーバーコートの厚みTCを持たせることによって、より高い面密度を持つことができ、該厚みは、保護オーバーコート204の厚みである。図2のより薄い保護オーバーコート204は、核形成層を必要とせず、また単一のグラフェン層の厚みと同程度に薄い厚みを持つことができ、この厚みは、結晶性炭素に係る最も薄い既知の形態である。
以下において更に詳細に説明されるように、本発明の一変形に従えば、保護オーバーコート204を形成するために、グラフェンフィルムが、乾式転写法を通して磁気ディスクに転写される。該乾式転写は、熱剥離テープの使用を通して簡略化される。該グラフェンが上記磁気媒体層構造に転写される場合、グラフェン成長のために、触媒層に対する必要性はない。一方の側にグラフェンを有する該熱剥離テープは、炭素薄膜の核形成層を持たない、又は単に薄い酸化バリアであり、かつ極めて薄くて単独では効果的な防蝕層ではありえない炭素フィルムを備えた該磁気媒体上に配置される。熱及び圧力は、該熱剥離テープからの該グラフェン層の剥離を容易にする。より良好な結果を得るためには、該磁気媒体の表面は、該グラフェン層の適用に先立って、プラズマエッチング処理して、あらゆる酸化膜を除去することができる。炭素フィルムの極めて薄い酸化バリア層は、酸化を防止するために、該磁気媒体表面に堆積することができる。この炭素薄膜の厚みは、例えば製造中の即時の酸化過程を阻害又は遅らせるのに十分であるが、長期間に及ぶ腐蝕を防止するのに十分に厚くはないものであるべきである。
本発明の一変形に従えば、耐蝕保護媒体として使用される上記グラフェン層は、上記炭素製オーバーコート層の厚みを減じるという既存の問題を克服する。目下のところ耐蝕層(例えば、図1の従来の保護オーバーコート104)として使用されているアモルファス炭素とは違って、あらゆる公知のガス状物質に対するグラフェンの不透過性は、例えば究極の最も薄い炭素層を表すグラフェンの単一層による、下層の磁気媒体に係る完全な防蝕を可能とする。グラフェンの適用法は、通常湿式転写技術又はグラフェンの核形成層上での直接的成長の何れかを必要とする。しかし、これらの技術は、磁気メモリーディスクとは相容れず、その理由は、これらが、核形成層が使用される場合の如く、その磁気読取りヘッドとその磁気媒体との間の距離を増大するか、又は金属系核形成層の場合には、磁気情報を選別し；又は湿式転写技術が使用される場合には、該磁性層の保全性が弱められるように、湿分及び/又は水分を該磁気ディスクに導入することにある。
本発明の一変形に従う方法は、グラフェンと上記磁性層との間に結果として生じる界面が、不純物との接触から保護されるように、磁気記録ディスクへの該グラフェンの乾式転写を行うことを可能とする。該グラフェンは、該製造工程における特定の段階において、該磁気ハードディスク内に埋設されている。一例を図3に描写する。
図3は、本発明の一変形に従う、磁気媒体上にグラフェンを堆積するための工程系統図である。段階310において、磁性層203(図2を参照)は、基板202上に堆積される。段階311aにおいて、例えばダイヤモンド状炭素でできた薄い酸化被膜は、例えば製造中の即座の酸化過程を防止又は弱めるのに十分であるが、長期間に及ぶ腐蝕を防止するのに十分には厚くない厚み、例えば約6Å未満、又は約0.1〜約0.6Åの間の厚みで、堆積することができる。段階311bにおいては、プラズマエッチング装置を使用して、磁性層203の表面上のあらゆる酸化フィルムを除去することができる。段階312において、グラフェンは、熱剥離テープを使用して、該磁気媒体の上部に配置される。段階313において、熱及び圧力を使用する方法、例えばホットプレス法は、該熱剥離テープからのグラフェンを該磁気媒体に転写するのに使用される。段階314において、磁気媒体のポストプロセス加工、例えば潤滑工程、紫外光工程、テスト工程及び任意の他のポストプロセス加工が継続される。
ここにおいて使用されるように、「グラフェン転写スタック(graphene transfer stack)」とは、少なくともグラフェンを含み、かつグラフェンを磁気デバイス、例えば磁気媒体、例えば磁気ハードディスクの表面に転写するのに使用される物質のスタックを言う。該グラフェン転写スタックは、熱剥離テープを含むことができる。例えば、該グラフェン転写スタックは、図5A-5Dにおいて示されたものの何れかであり得、これらは以下において更に論じられる。
図4Aは、本発明の一変形に従う、単一層グラフェンに係るグラフェン転写スタックの製造、及び該グラフェンの、標的磁気ディスク基板への転写に関する、模式的な工程系統図である。図4Bは、本発明の一変形に従う、多層グラフェンに係るグラフェン転写スタックの製造、及び該グラフェンの、標的磁性基板への転写に関する模式的な工程系統図である。
図4A及び4Bの工程系統図は、図5A-5Dに示されたグラフェン転写スタックを製造するのに使用し得る、可能な工程系統図の例であるが、その他の工程系統図も使用可能であることが理解されよう。簡単に言えば、図4A及び4Bの段階420a/420bにおいては、グラフェンを、銅等の金属基板の1又はそれ以上の表面上で成長させる。図4A及び4Bの段階421a/421bにおいては、該グラフェン上にポリマーを塗布することができ、また図4A及び4Bの段階422a/422bにおいては、熱剥離テープが、例えば貼り合せ法により該ポリマー被覆上に適用される。図4A及び4Bの段階423a/423bにおいては、該金属基板が、該スタックから層間剥離される。図4Aにおいて、これは、結果として423aにおいて示されたグラフェン転写スタックをもたらし、該スタックは、グラフェンの単一層の上部に、該被覆されたポリマー及び熱剥離テープを含むことができる。423aのこのグラフェン転写スタックは、図4Aのアイテム424aにおいて示されているように、グラフェン製単一層の磁気媒体への転写を可能とする。あるいはまた、図4Bに示されているように、層間剥離されたスタック423bと更なるグラフェン/金属基板結合系421bとの組合せとして、マルチスタック425bを形成し、また所定数のグラフェン層が形成されるまで、層間剥離処理423b及び多積層処理425bを繰返すことによって、グラフェンの多層が転写スタック上に形成される。該多層化されたグラフェンは、一度最終形状となったら、図4Bのアイテム424bにおいて示されているように、磁気媒体に転写される。
図5A-5Dは、本発明の一変形に従うグラフェン転写スタックの模式的な層構造であり、ここにおいて図5Aは、熱剥離テープ507aと組合された単一層グラフェン504aを示し、図5Bは、支持ポリマー508b及び熱剥離テープ507bを備えた単一層グラフェン504bを示し、図5Cは、多層グラフェン504c及び熱剥離テープ507cを示し、また図5Dは、支持ポリマー508d及び熱剥離テープ507dを備えた多層グラフェン504dを示す。
図6A及び6Bは、本発明の一変形に従う、磁性基板に適用されているグラフェン転写スタックの模式的な層構造である。図6Aにおいて、グラフェン転写スタック609aは、熱剥離テープ607a及びグラフェン604aを含み、また磁性基板603aの表面と接触状態にある。図6Bにおいて、グラフェン転写スタック609bは、熱剥離テープ607b及びグラフェン604bを含み、また磁性基板603bの酸化被膜631と接触状態にある。
図7は、本発明の一変形に従う、磁気デバイスの製造方法に係る模式的な工程系統図である。段階741において、該方法は、グラフェン転写スタックのグラフェンの表面と、磁性基板の表面又は磁性基板の酸化被膜の表面とを接触させる工程を含む。該グラフェン転写スタックは、熱剥離テープ及び該グラフェンを含む。段階742において、該方法は、該熱剥離テープから該グラフェン転写スタックのグラフェンを剥離させて、該グラフェン転写スタックのグラフェンを、該磁性基板又は該磁性基板の酸化被膜の該表面に転写する工程を含む。
本発明の一変形に従う、図5A-5Dに示されたもの等の、上記グラフェン転写スタックを製造する方法に係る諸段階の更なる詳細は、次の通り、以下の項目(i)〜(vii)にある：
(i) 最適な出発物質は金属基板であり、ここで単一層グラフェン(SLG)は、該金属基板表面の少なくとも一つの上で成長させているが、他の基板及び他の型のグラフェン(例えば、二層又は多層グラフェン)を使用することも可能である。該SLG表面上の汚染物を最小化するための清浄化段階を実行することができる。これら段階は、溶媒洗浄、プラズマ処理及び熱的アニール処理を含むことができるが、これらに限定されない。
(ii) 適当な適用法(例えば、貼り合せ法)を介する、グラフェン504aに対する熱剥離テープ507aの直接的適用は、図5Aに描写されているように、結果として転写スタックをもたらすであろう。あるいはまた、該転写スタックを形成することになるSLGの上部へのポリマー層の堆積を利用することができ、これは結果として図5Bの転写スタックをもたらす。バーコーティング又は表面上に薄いポリマー層508bの堆積をもたらす任意の他の方法、例えばスピン塗布、吹付け塗布、ポリマー蒸着、ラングミュア-ブロジェット(Langmuir-Blodgett)堆積又はメルトからの直接的堆積を含むが、これらに制限されない方法を利用して、図5Bに示したもの等の、転写スタック上へのポリマー層508bの堆積を完了することができる。
(iii) 銅製ホイル、SLG及びポリマースタックの上面への上記熱剥離テープの、例えば貼り合せ法による適用。本発明の変形に従って使用することのできる熱剥離テープ507aの一例は、日本国、大阪のニットーデンコウ社(Nitto Denko Corporation)により販売されているレバルファ(REVALPHA)テープである。その他の熱剥離テープも使用可能であることが理解されよう。図5Bの転写スタックを形成するポリマー508bは、これが、上記グラフェン転写の特性及び特徴に寄与するであろうように選択し得る。本発明による一変形において、薄いポリマー層508bは、該ポリマーが、上記磁気デバイスにおける潤滑層として使用するのにふさわしいように、トライボロジー的特性を構成し得る。薄いポリマー層508bの少なくとも一部が、上記磁性基板に転写した後にも、該グラフェンと共に残るように意図することができ、そのため該グラフェンは、例えば磁気読取りヘッドによる磨耗に対して機能化される。本発明に従う一変形において、ポリマー層508bは、コポリマーのポリビニリデンフルオライド-co-トリフルオロエチレン(以降P(VDF-TrFEと呼ぶ)又はポリ(メチルメタクリレート)(以降PMMAと呼ぶ)を含むことができる。ポリマー508bの厚みは、最適の転写特性に応じて調節されるが、通常は1nmを超えかつ2μm未満の厚みを持つ。
(iv) 上記銅ホイル製基板からの上記グラフェン転写スタックの層間剥離(図4A及び4Bの423a/423b参照)。この段階は、該銅の化学的除去又は化学的層間剥離等であるが、これらに限定されない方法により完了することができる。
(v) 多層グラフェン転写スタックが、図4Bにおいて描写された如く製造される。要求通りの特性を得るのに適した表面処理及び/又は表面の機能化を可能とする方法は、連続的な層間剥離及び多積層段階423b/425bの向上を可能とする。
(vi) 図2の磁性層203等の上記標的基板に対する上記グラフェン転写スタックの適用。該グラフェン転写スタックは、例えば図5A-5Dにおいて描写されたような構造を持つ。該グラフェン転写スタックは、熱剥離テープ507a-dの最適な剥離にとって適した環境条件下で適用される。該グラフェン転写スタックの表面への適用は、通常圧力及び/又は熱の適用に基くものであろう。その他の適用法、例えば静電結合であるがこれに限定されない適用法を、同様にグラフェン層504a-dの最適な剥離のために実行してもよい。該グラフェン転写スタックの適用に先立って、上記磁気ディスク表面へのグラフェン504a-dの付着/結合を促進するために、洗浄及び/又はプラズマ処理によって、該標的表面を処理して、汚染物の存在を最小化することができる。圧力は、該グラフェン転写スタックと該目的表面との良好な結合の実現を支援する。熱も、同様に、グラフェンと該基板との間の良好な接続の実現を支援するであろうが、そればかりか、これは、該グラフェン又はポリマーフィルムから該転写テープを層間剥離するためのメカニズムでもあり得る。該グラフェン転写スタックの層間剥離後に、該テープからの如何なる残渣も、該目的表面上に残すべきではない。該グラフェン転写スタックは、ロール-ツー-ロール法又はホットプレス法等の技術により適用することができる。例えば、ホットプレス法は、該テープ対照の剥離温度よりも5℃高い温度にて行うことができ、従って該テープが、該テープの規格に従って120℃以上にて剥離する場合には、該ホットプレス温度は、従って約125℃に設定されるべきである。例えば、ホットプレス法は、約10MPa以下、典型的には5MPa近傍の圧力を利用することができる。一例において、以下の参考文献(1)において教示されているホットプレス技術を使用することができる。この参考文献の教示を、言及することにより、全体としてここに組入れる。もう一つの例において、以下の参考文献(2)において教示されているロール-ツー-ロール技術が使用可能である。この参考文献の教示を、言及することにより、全体としてここに組入れる。
(vii) 一度上記グラフェンが上記表面に適用されたら、上記ポリマー又は上記グラフェン層の何れかに対して、適用後の変性工程を行うことができる。これらは、電気分極又はアニールを含むことができるが、これらに限定されない。このような方法は、その堆積構造に係る特性の改善、あるいは該グラフェン上面における追加の層に係る付着力の改善において助けとなり得る。
本発明の一変形に従って磁気媒体を組立てる際に、該磁性層に対する酸化が、スパッタリング装置から該磁気媒体を取り出す際に起こる可能性がある。これは、プラズマエッチング装置を使用して、該酸化物(oxidation)を除去することにより克服し得る。あるいはまた、炭素フィルムの極めて薄い層を、該磁気媒体上に、上において図3に関連して論じたように、即座の酸化に対して保護するのに十分であるが、長期に及ぶ腐蝕に対しては十分でない厚みにて、被覆することができる。
本発明の変形に従って、磁気ディスクをグラフェンで被覆する場合、グラフェンは、その磁気媒体表面を完全に覆い、又は実質上完全に覆っていてもよい。一例として、図8Aは、約6.35cm(2.5in)の径を持つ丸形の磁性媒体基板上に、本発明の一変形に従う熱剥離テープ技術を介して転写されているグラフェンの単層における欠陥(即ち、孔又はクラック)の分布をプロットしたものである。結果は、y-軸上の100x100μm2当たりのクラック密度対x-軸上のクラック面積(μm2)として示されている。可視光学技術を使用して、グラフェンの被覆面積は、99.5％であるものと決定され、また欠陥の面密度は、100x100μm2当たり3.8クラック/孔であった。本発明による一変形において、上記グラフェン転写スタック由来のグラフェンの、(i) 該磁性基板及び(ii) 該磁性基板の酸化被膜の少なくとも一つの上記表面に対する転写に起因する上記グラフェン層は、100x100μm2当たり約5未満の欠陥(即ち、孔又はクラック)というクラック面密度を有し得る。
図8Bは、防蝕バリアとしての、類似の性質を持つグラフェンの有効性を描写するものである。業界標準の腐蝕テストは、類似性能を持つCVDグラフェン(図8B、左)の標準サンプル及び本発明の一変形に従って、磁性基板上に転写されたグラフェン(図8B、右)について実施された。腐蝕密度(mm2)は、y-軸上に示されている。これらのテスト結果は、本発明の一変形に従って転写されたグラフェンが、業界標準に従う磁性基板の適当な防蝕層であることを立証している。
本発明に従う一変形は、磁気媒体の炭素フィルムの厚みを減じるという利点を与え、また磁気間隔を増大する核形成層の利用を回避し、また同様に結果として該磁気媒体に対する腐蝕をもたらす可能性のある該核形成層を、エッチングにより除去するための化学物質の使用を回避する。従って、本発明に従う一変形は、各磁気媒体に関するより高い面密度の達成を可能とする。工業的用途は、例えばハードディスクドライブ磁気媒体又は磁気ヘッド上の保護被膜を含む。
ここにおいて使用するような用語「グラフェン」は、単一層のグラフェン(SLG)、二層グラフェン(BLG)及び多層グラフェン(MLG)を表すために使用される。
ここにおいて使用するような用語「酸化被膜(oxidation coating)」は、例えば製造中の、下方の基板に係る即座の酸化過程を防止又は弱めるのに十分厚いが、長期に渡る該下方の基板の腐蝕を防止するには十分に厚くない、例えば約6Å未満、又は約0.1〜約0.6nmの間の厚みを持つ被膜を表すのに使用される。例えば、このような酸化被膜は、炭素、例えばダイヤモンド状炭素の極めて薄いフィルム、例えば約0.1〜約0.6nmの間の厚みを持つ炭素フィルムを含むことができる。
ここにおいて使用するような、「熱剥離テープ(thermal release tape)」は、ことによると圧力との組合せで熱を適用した際に、下方の基板から剥離されるテープである。
ここにおいて使用するような、「磁気デバイス(magnetic device)」とは、任意の型の磁気媒体並びに磁気ヘッドを含む。例えば、該磁気デバイスが磁気媒体である場合、該媒体は、磁性層、例えば強磁性物質を含有する層203を含むことができ、該磁性層は、例えばハードディスクにおける記録媒体として使用し得る。あらゆる種類の磁気媒体が、該用語「磁気デバイス」及び「磁気媒体」に含まれるものと意図されていることが理解されるであろう。もう一つの例において、該「磁気デバイス」という用語は、磁気ヘッドを表すことができ、これは磁気トランスデューサ、例えばディスクの読取り及び/又は書込みヘッド、及びより詳しくはハードディスクの読取り/書込みヘッドを含むことが可能である。あらゆる種類のこのようなデバイス、磁気ヘッド及び磁気トランスデューサが、ここにおいて教示された技術に従いグラフェンで被覆し得ることが理解されよう。ここにおいて使用するような用語「磁性基板」は、磁性である磁気デバイスの一部を含み、即ち例えば磁気媒体において、その磁性基板は、図2の203等の磁性層であり得、一方磁気デバイスにおいて、その磁性基板は、図2の206等の磁気トランスデューサであり得る。
参考文献：
(1) Hong等の、「ホットプレス法を利用してグラフェンを転写するための方法(Method for Transferring Graphene Using a Hot Press)」と題する、米国特許第8,916,013 B2号。
(2) Hong等の、「グラフェンのロール-ツー-ロール転写法、該方法により製造されるグラフェンロール、及びグラフェンのためのロール-ツー-ロール転写装置(Roll-to-roll Transfer Method of Graphene, Graphene Roll Produced by the Method, and Roll-to-Roll Transfer Equipment for Graphene)」と題する、米国特許第8,916,057 B2号。
全ての特許、公開された出願及び引用されている参考文献の教示は、言及することにより、全体としてここに組入れる。
本発明を、具体的に示し、かつその実例的態様を参照しつつ説明してきたが、当業者には、形態及び細部における様々な変更が、添付された特許請求の範囲に含まれる本発明の範囲を逸脱することなしに、該態様においてなし得るものと理解されよう。
本発明を、具体的に示し、かつその実例的態様を参照しつつ説明してきたが、当業者には、形態及び細部における様々な変更が、添付された特許請求の範囲に含まれる本発明の範囲を逸脱することなしに、該態様においてなし得るものと理解されよう。
本発明の別の態様は、以下の通りである。
〔１〕磁気デバイスであって、
磁性基板、及び
熱剥離テープ及びグラフェンを含むグラフェン転写スタック、
を含み、
該グラフェン転写スタックのグラフェンの表面が、(i) 該磁性基板及び(ii)該磁性基板の酸化被膜の少なくとも一つの表面と接触していることを特徴とする磁気デバイス。
〔２〕前記グラフェン転写スタックの前記グラフェンが、グラフェンの一層及び唯一層のみを含む、前記〔1〕記載のデバイス。
〔３〕前記熱剥離テープの表面が、前記グラフェンの一層及び唯一層のみの表面と接触状態にある、前記〔2〕記載のデバイス。
〔４〕前記グラフェン転写スタックが、更にポリマーをも含む、前記〔2〕記載のデバイス。
〔５〕前記グラフェン転写スタックの前記グラフェンが、グラフェンの複数の層を含む、前記〔1〕記載のデバイス。
〔６〕前記熱剥離テープの表面が、前記複数のグラフェン層の内の一層の表面と接触している、前記〔5〕記載のデバイス。
〔７〕前記グラフェン転写スタックが、更にポリマーをも含む、前記〔5〕記載のデバイス。
〔８〕前記磁気デバイスが、磁気媒体を含み、かつ前記磁性基板が、該磁気媒体の磁性層を含む、前記〔1〕記載のデバイス。
〔９〕前記磁気デバイスが、磁気ヘッドを含み、かつ前記磁性基板が、該磁気ヘッドの磁気トランスデューサを含む、前記〔1〕記載のデバイス。
〔１０〕前記酸化被膜が、炭素薄膜を含む、前記〔1〕記載のデバイス。
〔１１〕前記炭素薄膜が、ダイヤモンド状炭素を含む、前記〔10〕記載のデバイス。
〔１２〕前記グラフェン転写スタックが、更にポリマーをも含む、前記〔1〕記載のデバイス。
〔１３〕前記ポリマーが、ポリビニリデンフルオライド-co-トリフルオロエチレン及びポリ(メチルメタクリレート)の内の少なくとも一つを含む、前記〔12〕記載のデバイス。
〔１４〕前記ポリマーが、約1nm〜約2μmの間の厚みを有する、前記〔12〕記載のデバイス。
〔１５〕前記ポリマーが、前記磁気デバイスにおける潤滑層として使用されるのに適したトライボロジー特性を有する、前記〔12〕記載のデバイス。
〔１６〕磁気デバイスの製造方法であって、該方法が、
グラフェン転写スタックのグラフェンの表面と、(i) 磁性基板及び(ii) 磁性基板の酸化被膜の内の少なくとも一つの表面とを接触させる工程であって、該グラフェン転写スタックが、熱剥離テープ及び該グラフェンを含む工程、及び
該熱剥離テープから該グラフェン転写スタックの該グラフェンを剥離して、該グラフェン転写スタックの該グラフェンを、(i) 該磁性基板及び(ii) 該磁性基板の該酸化被膜の内の少なくとも一つの該表面に転写させる工程、
を含む、前記方法。
〔１７〕グラフェンの一層及びその唯一層のみを、(i) 前記磁性基板及び(ii) 前記磁性基板の酸化被膜の内の少なくとも一つの前記表面に転写させる工程を含む、前記〔16〕記載の方法。
〔１８〕グラフェンの複数の層を、(i) 前記磁性基板及び(ii) 前記磁性基板の酸化被膜の内の少なくとも一つの前記表面に転写させる工程を含む、前記〔16〕記載の方法。
〔１９〕前記グラフェン転写スタックに熱及び圧力を適用して、前記熱剥離テープから、該グラフェン転写スタックのグラフェンを剥離する工程を含む、前記〔16〕記載の方法。
〔２０〕前記熱及び圧力の適用が、ロール-ツー-ロールプレスの前記グラフェン転写スタックに対する適用、及びホットプレスの該グラフェン転写スタックに対する適用の少なくとも一方を含む、前記〔19〕記載の方法。
〔２１〕更に、熱剥離テープを、(i) 金属基板上のグラフェンの表面及び(ii) 金属基板上のグラフェンの表面の上にある少なくとも一つのポリマー層の表面の内の少なくとも一方に適用し、及び
該金属基板から前記グラフェン転写スタックを層間剥離する、
ことにより、該グラフェン転写スタックを形成する工程を含む、前記〔16〕記載の方法。
〔２２〕前記グラフェン転写スタックのグラフェンを、(i) 前記磁性基板及び(ii) 該磁性基板の酸化被膜の内の少なくとも一つの前記表面に転写させた結果として生成されるグラフェン層が、100ｘ100μｍ２当たり約5個未満の欠陥という、クラック面密度を有する、前記〔16〕記載の方法。

Claims (22)

  1. 磁気デバイスであって、
    磁性基板、及び
    熱剥離テープ及びグラフェンを含むグラフェン転写スタック、
    を含み、
    該グラフェン転写スタックのグラフェンの表面が、(i) 該磁性基板及び(ii)該磁性基板の酸化被膜の少なくとも一つの表面と接触していることを特徴とする磁気デバイス。
  2. 前記グラフェン転写スタックの前記グラフェンが、グラフェンの一層及び唯一層のみを含む、請求項1記載のデバイス。
  3. 前記熱剥離テープの表面が、前記グラフェンの一層及び唯一層のみの表面と接触状態にある、請求項2記載のデバイス。
  4. 前記グラフェン転写スタックが、更にポリマーをも含む、請求項2記載のデバイス。
  5. 前記グラフェン転写スタックの前記グラフェンが、グラフェンの複数の層を含む、請求項1記載のデバイス。
  6. 前記熱剥離テープの表面が、前記複数のグラフェン層の内の一層の表面と接触している、請求項5記載のデバイス。
  7. 前記グラフェン転写スタックが、更にポリマーをも含む、請求項5記載のデバイス。
  8. 前記磁気デバイスが、磁気媒体を含み、かつ前記磁性基板が、該磁気媒体の磁性層を含む、請求項1記載のデバイス。
  9. 前記磁気デバイスが、磁気ヘッドを含み、かつ前記磁性基板が、該磁気ヘッドの磁気トランスデューサを含む、請求項1記載のデバイス。
  10. 前記酸化被膜が、炭素薄膜を含む、請求項1記載のデバイス。
  11. 前記炭素薄膜が、ダイヤモンド状炭素を含む、請求項10記載のデバイス。
  12. 前記グラフェン転写スタックが、更にポリマーをも含む、請求項1記載のデバイス。
  13. 前記ポリマーが、ポリビニリデンフルオライド-co-トリフルオロエチレン及びポリ(メチルメタクリレート)の内の少なくとも一つを含む、請求項12記載のデバイス。
  14. 前記ポリマーが、約1nm〜約2μmの間の厚みを有する、請求項12記載のデバイス。
  15. 前記ポリマーが、前記磁気デバイスにおける潤滑層として使用されるのに適したトライボロジー特性を有する、請求項12記載のデバイス。
  16. 磁気デバイスの製造方法であって、該方法が、
    グラフェン転写スタックのグラフェンの表面と、(i) 磁性基板及び(ii) 磁性基板の酸化被膜の内の少なくとも一つの表面とを接触させる工程であって、該グラフェン転写スタックが、熱剥離テープ及び該グラフェンを含む工程、及び
    該熱剥離テープから該グラフェン転写スタックの該グラフェンを剥離して、該グラフェン転写スタックの該グラフェンを、(i) 該磁性基板及び(ii) 該磁性基板の該酸化被膜の内の少なくとも一つの該表面に転写させる工程、
    を含む、前記方法。
  17. グラフェンの一層及びその唯一層のみを、(i) 前記磁性基板及び(ii) 前記磁性基板の酸化被膜の内の少なくとも一つの前記表面に転写させる工程を含む、請求項16記載の方法。
  18. グラフェンの複数の層を、(i) 前記磁性基板及び(ii) 前記磁性基板の酸化被膜の内の少なくとも一つの前記表面に転写させる工程を含む、請求項16記載の方法。
  19. 前記グラフェン転写スタックに熱及び圧力を適用して、前記熱剥離テープから、該グラフェン転写スタックのグラフェンを剥離する工程を含む、請求項16記載の方法。
  20. 前記熱及び圧力の適用が、ロール-ツー-ロールプレスの前記グラフェン転写スタックに対する適用、及びホットプレスの該グラフェン転写スタックに対する適用の少なくとも一方を含む、請求項19記載の方法。
  21. 更に、熱剥離テープを、(i) 金属基板上のグラフェンの表面及び(ii) 金属基板上のグラフェンの表面の上にある少なくとも一つのポリマー層の表面の内の少なくとも一方に適用し、及び
    該金属基板から前記グラフェン転写スタックを層間剥離する、
    ことにより、該グラフェン転写スタックを形成する工程を含む、請求項16記載の方法。
  22. 前記グラフェン転写スタックのグラフェンを、(i) 前記磁性基板及び(ii) 該磁性基板の酸化被膜の内の少なくとも一つの前記表面に転写させた結果として生成されるグラフェン層が、100ｘ100μｍ２当たり約5個未満の欠陥という、クラック面密度を有する、請求項16記載の方法。
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