JP2020184393A - 磁気記録媒体および磁気記録再生装置 - Google Patents

磁気記録媒体および磁気記録再生装置 Download PDF

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Abstract

【課題】表面平滑性が高く、うねりが小さい磁気記録媒体を提供する。【解決手段】磁気記録媒体501は、基板101と、基板101の上に形成されている下地層と、下地層の上に形成されている磁性層107を有する。磁性層107は、L10構造を有する合金を含む。下地層は、MoとRuを含み、Ruの含有量が5at%〜30at%の範囲内である第1の下地層104と、BCC構造を有する材料を含む第2の下地層103を含む。第2の下地層103は、第1の下地層104と、基板101との間に形成されている。【選択図】図1

Description

本発明は、磁気記録媒体および磁気記録再生装置に関する。
近年、磁気記録媒体に近接場光等を照射して表面を局所的に加熱することにより、磁気記録媒体の保磁力を低下させて、情報を記録する熱アシスト記録方式やマイクロ波アシスト記録方式が、1Tbit/inchクラスの面記録密度を実現することができる次世代記録方式として注目されている。
熱アシスト記録方式やマイクロ波アシスト記録方式を用いる場合、室温における保磁力が数十kOeの磁気記録媒体であっても、磁気ヘッドの記録磁界により容易に情報を記録することができる。このため、磁気記録媒体では、磁性層に10J/m台の高い結晶磁気異方性定数(Ku)を有する材料(高Ku材料)を使用することができ、その結果、熱安定性を維持したまま、磁性粒子の粒径を6nm以下にまで微細化することができる。
高Ku材料としては、FePt合金(Ku〜7×10J/m)、CoPt合金(Ku〜5×10J/m)等のL1構造を有する合金が知られている。
L1構造を有する合金を含む磁性層を有する磁気記録媒体では、下地層を構成する材料として、Cr、W、Mo等のBCC構造を有する材料や、MgO等のNaCl型構造を有する材料が用いられる場合が多い。
例えば、特許文献1では、基板の側から、第1の下地層、第2の下地層、第3の下地層、第4の下地層を構成する材料として、それぞれCr合金、Cr合金、MoRu合金、MgOが用いられている。
特開2013−157071号公報
前述したように、L1構造を有する合金を含む磁性層を有する磁気記録媒体では、下地層を構成する材料として、Cr、W、Mo等のBCC構造を有する材料や、MgO等のNaCl型構造を有する材料が用いられる場合が多い。これは、(100)配向している、BCC構造またはNaCl型構造を有する材料は、(001)配向しているL1構造を有する合金との格子整合性が高いためである。
ところで、L1構造を有する合金を含む磁性層を成膜するためには、磁性層を成膜する前に基板を高温に加熱する必要がある。また、下地層を構成する材料として、前述したように、BCC構造またはNaCl型構造を有する材料が用いられる場合が多いが、これらの材料は、一般的に、融点が高く、下地層を成膜する際に、加熱する場合が多い。
しかしながら、発明者の検討によると、下地層を成膜する際の加熱や、磁性層を成膜する前の加熱により、磁気記録媒体の表面平滑性が低下し、うねりが大きくなることが明らかになった。
この理由について、発明者は、次のように考えている。
L1構造を有する合金を含む磁性層を有する磁気記録媒体では、L1構造を有する合金のc軸配向性((001)配向性)を向上させる必要がある。このため、下地層を構成する材料には、L1構造を有する合金との格子整合性が高いことが求められる。しかしながら、このような下地層を単層構造で形成することは難しく、通常は、下地層を積層構造で形成する。具体的には、基板と磁性層の間に形成される複数の下地層を構成する材料の間の格子整合性を向上させ、かつ格子歪を緩和しながら、最上層の下地層を構成する材料と、磁性層に含まれるL1構造を有する合金の間の格子整合性を向上させる。
しかしながら、下地層の積層構造は完全ではなく、特に、下地層を成膜する際の加熱や、磁性層を成膜する前の加熱により、下地層を構成する材料の結晶化が進行して、複数の下地層を構成する材料の間に格子歪が発生し、その結果、磁気記録媒体の表面平滑性が低下し、うねりが大きくなると考えられる。
本発明の一態様は、表面平滑性が高く、うねりが小さい磁気記録媒体を提供することを目的とする。
(1)基板と、前記基板の上に形成されている下地層と、前記下地層の上に形成されている磁性層を有し、前記磁性層は、L1構造を有する合金を含み、前記下地層は、MoとRuを含み、Ruの含有量が5at%〜30at%の範囲内である第1の下地層と、BCC構造を有する材料を含む第2の下地層を含み、前記第2の下地層は、前記第1の下地層と、前記基板との間に形成されていることを特徴とする磁気記録媒体。
(2)前記第1の下地層は、V、W、TaおよびNbからなる群より選択される1種以上の元素をさらに含むことを特徴とする(1)に記載の磁気記録媒体。
(3)前記BCC構造を有する材料は、CrまたはCr合金であることを特徴とする(1)または(2)に記載の磁気記録媒体。
(4)前記第2の下地層は、Ti、V、Mo、W、RuおよびMnからなる群より選択される1種以上の元素をさらに含むことを特徴とする(1)〜(3)の何れか1項に記載の磁気記録媒体。
(5)前記L1構造を有する合金は、FePt合金またはCoPt合金であることを特徴とする(1)〜(4)の何れか1項に記載の磁気記録媒体。
(6)前記磁性層は、B、SiO、TiO、Cr、Al、Ta、ZrO、Y、CeO、MnO、TiO、ZnO、C、BNおよびHfOからなる群より選択される1種以上の材料をさらに含むことを特徴とする(1)〜(5)の何れか1項に記載の磁気記録媒体。
(7)前記第1の下地層と、前記磁性層との間に、MgOを含む第3の下地層がさらに形成されていることを特徴とする(1)〜(6)の何れか1項に記載の磁気記録媒体。
(8)前記第3の下地層は、B、SiO、TiO、Cr、Al、Ta、ZrO、Y、CeO、MnO、TiO、ZnO、C、SiC、VC、BC、Si、VN、BN、TiNおよびAlNからなる群より選択される1種以上の材料をさらに含むことを特徴とする(7)に記載の磁気記録媒体。
(9)前記第1の下地層と、前記第3の下地層の間に、BCC構造を有する合金を含む第4の下地層がさらに形成されており、前記BCC構造を有する合金は、V、Mo、W、TaおよびNbからなる群より選択される1種以上の元素を含むことを特徴とする(7)または(8)に記載の磁気記録媒体。
(10)(1)〜(9)の何れか一項に記載の磁気記録媒体を有することを特徴とする磁気記録再生装置。
本発明の一態様によれば、表面平滑性が高く、うねりが小さい磁気記録媒体を提供することができる。
本実施形態の磁気記録媒体の層構成の一例を示す断面図である。 本実施形態の磁気記録再生装置の構成の一例を示す斜視図である。 図2の磁気ヘッドの構造を模式的に示す断面図である。
以下、本実施形態の磁気記録媒体および磁気記録再生装置について、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等が実際と同じであるとは限らない。
[磁気記録媒体]
図1に、本実施形態の磁気記録媒体の層構成の一例を示す。
磁気記録媒体501は、基板101と、基板101の上に形成されている下地層108と、下地層108の上に形成されている磁性層107を有する。磁性層107は、L1構造を有する合金を含む。下地層108は、MoとRuを含み、Ruの含有量が5at%〜30at%の範囲内である第1の下地層104と、BCC構造を有する材料を含む第2の下地層103を含む。第2の下地層103は、第1の下地層104と、基板101との間に形成されている。このため、磁気記録媒体501は、表面平滑性が高く、うねりが小さい。すなわち、磁気記録媒体501は、基板101の上に、BCC構造を有する材料を含む第2の下地層103、MoとRuを含み、Ruの含有量が5at%〜30at%の範囲内である第1の下地層104、L1構造を有する合金を含む磁性層107が、この順で積層されているため、各層を構成する材料の間の格子整合性が高くなる。このため、成膜時に加熱プロセスを伴っても、各層を構成する材料の間で格子歪が発生しにくくなり、その結果、磁気記録媒体の表面平滑性が高くなり、うねりが小さくなる。これにより、磁気記録媒体と磁気ヘッドとの間のスペーシングロスが低減されるため、SNRが高くなり、磁気記録再生装置の面記録密度が高くなる。
第1の下地層104中のRuの含有量は、5at%〜30at%の範囲内であるが、6at%〜20at%の範囲内であることが好ましく、8at%〜15at%の範囲内であることがさらに好ましい。第1の下地層104中のRuの含有量が5at%〜30at%の範囲内であると、磁気記録媒体501の表面平滑性が高くなり、うねりが小さくなる。
第1の下地層104の厚さは、1nm〜50nmの範囲内であることが好ましく、3nm〜30nmの範囲内であることがさらに好ましい。第1の下地層104の厚さが1nm〜50nmの範囲内であると、磁気記録媒体501の表面平滑性がさらに高くなり、うねりがさらに小さくなる。
第1の下地層104は、V、W、TaおよびNbからなる群より選択される1種以上の元素をさらに含むことが好ましい。これにより、各層を構成する材料の間の格子整合性がさらに高くなる。
第1の下地層104中の上記元素の総含有量は、1at%〜15at%の範囲内であることが好ましく、3at%〜9at%の範囲内であることがさらに好ましい。第1の下地層104中の上記元素の総含有量が1at%〜15at%の範囲内であると、Mo−Ru合金の結晶性を損なわずに、格子間距離を調整することができる。
第2の下地層103に含まれるBCC構造を有する材料は、CrまたはCr合金であることが好ましい。ここで、CrまたはCr合金は、BCC構造を有し、(100)面配向しやすい。また、第1の下地層104を構成する材料もBCC構造を有し、(100)面配向しやす。このため、第2の下地層103に含まれるCrまたはCr合金と、第1の下地層104を構成する材料の間の格子整合性がさらに高くなり、各層を構成する材料の間の格子整合性がさらに高くなる。
第2の下地層103の厚さは、4nm〜30nmの範囲内であることが好ましく、8nm〜15nmの範囲内であることがさらに好ましい。第2の下地層103の厚さが4nm〜30nmの範囲内であると、第2の下地層103を構成する材料と、第1の下地層104を構成する材料の間の格子整合性がさらに高くなり、各層を構成する材料の間の格子整合性がさらに高くなる。
第2の下地層103は、Ti、V、Mo、W、RuおよびMnからなる群より選択される1種以上の元素をさらに含むことが好ましい。これにより、各層を構成する材料の間の格子整合性がさらに高くなる。
第2の下地層103中の上記元素の総含有量は、1at%〜15at%の範囲内であることが好ましく、3at%〜9at%の範囲内であることがさらに好ましい。第2の下地層103中の上記元素の総含有量が1at%〜15at%の範囲内であると。Cr合金の結晶性を損なわずに、格子間距離を調整することができる。
磁性層107に含まれるL1構造を有する合金は、FePt合金またはCoPt合金であることが好ましい。これらの合金は、基板101の表面に対してc軸配向、すなわち、(001)面配向させやすいことに加え、下地層108を構成する材料との間の格子整合性がさらに高くなる。
磁性層107の厚さは、1nm〜20nmの範囲内であることが好ましく、3nm〜15nmの範囲内であることがさらに好ましい。磁性層107の厚さが1nm以上であると、再生出力を高くすることができ、20nm以下であると、結晶粒子の肥大化を抑制することができる。
なお、磁性層107が多層構造を有する場合、磁性層107の厚さは、磁性層107を構成する複数の層の厚さの総和を意味する。
磁性層107は、B、SiO、TiO、Cr、Al、Ta、ZrO、Y、CeO、MnO、TiO、ZnO、C、BNおよびHfOからなる群より選択される1種以上の材料をさらに含むことが好ましい。これにより、L1構造を有する合金で構成される磁性粒子が、粒界偏析材料で囲まれているグラニュラー構造をとることができ、磁性層107を構成する磁性粒子の結晶磁気異方性および保磁力がさらに高くなる。
磁性層107中の上記材料の含有量は、25vol%〜50vol%の範囲内であることが好ましく、35vol%〜45vol%の範囲内であることがさらに好ましい。磁性層107中の上記材料の含有量が25vol%〜50vol%の範囲内であると、磁性層107を構成する磁性粒子の結晶磁気異方性および保磁力がさらに高くなる。
磁気記録媒体501は、第1の下地層104と、磁性層107との間に、MgOを含む第3の下地層106がさらに形成されている。ここで、MgOは、NaCl型構造を有し、(100)面配向しやすい。このため、(100)面配向しているBCC構造を有する材料との間の格子整合性が高い。また、磁性層107に含まれるL1構造を有する合金を(001)面配向させることができる。
第3の下地層106の厚さは、1nm〜10nmの範囲内であることが好ましく、2nm〜8nmの範囲内であることがさらに好ましい。第3の下地層106の厚さが1nm〜10nmの範囲内であると、磁性層107に含まれるL1構造を有する合金の(001)面配向性がさらに高くなる。
第3の下地層106は、B、SiO、TiO、Cr、Al、Ta、ZrO、Y、CeO、MnO、TiO、ZnO、C、SiC、VC、BC、Si、VN、BN、TiNおよびAlNからなる群より選択される1種以上の材料をさらに含むことが好ましい。これにより、磁性層107を構成する磁性粒子の結晶磁気異方性がさらに高くなり、磁性層107に含まれるL1構造を有する合金との間の格子整合性がさらに高くなる。
第3の下地層106中の上記材料の総含有量は、1vol%〜15vol%の範囲内であることが好ましく、3vol%〜9vol%の範囲内であることがさらに好ましい。第3の下地層106中の上記材料の総含有量が1vol%〜15vol%の範囲内であると、磁性層107を構成する磁性粒子の結晶磁気異方性がさらに高くなり、磁性層107に含まれるL1構造を有する合金との間の格子整合性がさらに高くなる。
磁気記録媒体501は、第1の下地層104と、第3の下地層106の間に、BCC構造を有する合金を含む第4の下地層105がさらに形成されており、BCC構造を有する合金は、V、Mo、W、TaおよびNbからなる群より選択される1種以上の元素を含むことが好ましい。これにより、第1の下地層104を構成する材料と、第3の下地層106を構成する材料との間の格子整合性が高くなる。
第4の下地層105の厚さは、10nm〜90nmの範囲内であることが好ましく、30nm〜70nmの範囲内であることがさらに好ましい。第4の下地層105の厚さが10nm〜90nmの範囲内であると、第1の下地層104を構成する材料と、第3の下地層106を構成する材料との間の格子整合性がさらに高くなる。
磁気記録媒体501は、書き込み特性を改善するために、基板101と、第2の下地層103の間に、CoまたはFeを含み、非晶質または微結晶構造を有する材料を含む軟磁性下地層102がさらに形成されている。
軟磁性下地層102に含まれる非晶質または微結晶構造を有する材料は、Ta、B、Si、Zr、AlおよびCからなる群より選択される1種以上の元素をさらに含む軟磁性合金であることが好ましい。
軟磁性合金としては、例えば、CoTaZr合金、CoNbZr合金、CoFeTaZr合金、CoFeTaB合金、CoFeTaSi合金、CoFeZrSi合金、CoFeZrB合金、FeAlSi合金、FeTaC合金等が挙げられる。
軟磁性下地層102は、単層構造であってもよいし、Ru層を挟んで反強磁性結合している積層構造であってもよい。
軟磁性下地層102は、下地層108を(100)配向させることができるため、第1〜第4の下地層の間に形成されていてもよい。
軟磁性下地層102の厚さは、20nm〜100nmの範囲内であることが好ましく、40nm〜80nmの範囲内であることがさらに好ましい。
なお、磁気記録媒体501は、必要に応じて、第3の下地層106、第4の下地層105、軟磁性下地層102は、必要に応じて、省略することができる。
磁気記録媒体501は、磁性層107の上に、保護層がさらに形成されていてもよい。
保護層としては、例えば、硬質炭素膜等が挙げられる。
保護層の形成方法としては、例えば、炭化水素からなる原料ガスを高周波プラズマで分解して成膜するRF−CVD(Radio Frequency−Chemical Vapor Deposition)法、フィラメントから放出された電子で原料ガスをイオン化して成膜するIBD(Ion Beam Deposition)法、原料ガスを用いずに、固体炭素ターゲットを用いて成膜するFCVA(Filtered Cathodic Vacuum Arc)法等が挙げられる。
保護層の厚さは、1nm〜6nmの範囲内であることが好ましい。保護層の厚さが1nm以上であると、磁気ヘッドの浮上特性が良好となり、6nm以下であると、磁気スペーシングが小さくなり、SNRが高くなる。
磁気記録媒体501は、潤滑剤層が表面に形成されていてもよい。
潤滑剤としては、例えば、パーフルオルポリエーテル系の潤滑剤等が挙げられる。
潤滑剤層の形成方法としては、例えば、潤滑剤を塗布する方法等が挙げられる。
本実施形態の磁気記録媒体は、ハードディスク装置(HDD)等の磁気記録再生装置に適用することができ、熱アシスト記録方式やマイクロ波アシスト記録方式の磁気記録再生装置に適用することが好ましい。
[磁気記録再生装置]
図2に、本実施形態の磁気記録再生装置の構成の一例を示す。
磁気記録再生装置500は、磁気記録媒体501と、磁気記録媒体501を回転させるための媒体駆動部502と、磁気記録媒体501に対して記録動作と再生動作とを行う磁気ヘッド503と、磁気ヘッド503を磁気記録媒体501に対して相対移動させるためのヘッド駆動部504と、磁気ヘッド503に入力する記録信号と磁気ヘッド503から出力される再生信号とを処理するための記録再生信号処理系505とから概略構成される。
図3に、磁気ヘッド503の構造を示す。
磁気ヘッド503は、記録ヘッド601と再生ヘッド602とを備える。
記録ヘッド601は、主磁極603と、補助磁極604と、主磁極603と補助磁極604の間に挟まれているPSIM(Planar Solid Immersion Mirror)605から構成される。記録ヘッド601は、PSIM605のグレーティング部606に、レーザー光源607(例えば、レーザーダイオード等)が発する波長650nmのレーザー光Lを照射し、PSIM605の先端部(近接場光発生部)から発生した近接場光Nにより、磁気記録媒体501を加熱しながら、情報を記録する。
一方、再生ヘッド602は、上部シールド608と、下部シールド609と、上部シールド608と下部シールド609の間に挟まれているTMR素子610から構成される。
以下の実施例および比較例により、本発明をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例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できる。
[実施例1]
ガラス基板上に、厚さ100nmのCr−50at%Ti合金層と、厚さ30nmのCo−27at%Fe−5at%Zr−5at%B合金層(軟磁性下地層)とを順次形成した。次に、ガラス基板を250℃まで加熱した後、厚さ10nmのCr層(第2の下地層)と、厚さ10nmのMo−10at%Ru層(第1の下地層)と、厚さ50nmのW層(第4の下地層)と、厚さ2nmのMgO層(第3の下地層)とを順次形成した。次に、ガラス基板を450℃まで加熱した後、厚さ0.2nmのFe−55at%Pt合金層(磁性層)と、厚さ3nmのカーボン層(保護層)を順次形成し、磁気記録媒体を作製した。
[実施例2〜16、比較例1〜3]
第1の下地層の組成および厚さを、表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして、磁気記録媒体を作製した。
次に、磁気記録媒体の表面平滑性、うねり、SNRを評価した。
[磁気記録媒体の表面平滑性]
原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、磁気記録媒体の算術平均粗さRaを測定し、磁気記録媒体の表面平滑性を評価した。
[磁気記録媒体のうねり]
原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、磁気記録媒体の二乗平方根高さRqを測定し、磁気記録媒体のうねりを評価した。
[SNR]
図3の磁気ヘッドを用いて、線記録密度1500kFCIのオールワンパターン信号を磁気記録媒体に記録し、SNRを測定した。ここで、レーザーダイオードに投入するパワーは、トラックプロファイルの半値幅と定義したトラック幅MWWが60nmとなるように調整した。
表1に、磁気記録媒体の表面平滑性、うねり、SNRの評価結果を示す。
表1から、実施例1〜16の磁気記録媒体は、RaおよびRqが小さいことがわかる。
これに対して、比較例1、2の磁気記録媒体は、第1の下地層中のRuの含有量が0〜2at%であるため、Rqが大きい。
また、比較例3の磁気記録媒体は、第1の下地層中のRuの含有量が40at%であるため、Rqが大きい。
101 基板
102 軟磁性下地層
103 第2の下地層
104 第1の下地層
105 第4の下地層
106 第3の下地層
107 磁性層
500 磁気記録再生装置
501 磁気記録媒体
502 媒体駆動部
503 磁気ヘッド
504 ヘッド駆動部
505 記録再生信号処理系
601 記録ヘッド
602 再生ヘッド
603 主磁極
604 補助磁極
605 PSIM(Planar Solid Immersion Mirror)
606 グレーティング部
607 レーザー光源
608 上部シールド
609 下部シールド
610 TMR素子
L レーザー光
N 近接場光

Claims (10)

  1. 基板と、
    前記基板の上に形成されている下地層と、
    前記下地層の上に形成されている磁性層を有し、
    前記磁性層は、L1構造を有する合金を含み、
    前記下地層は、MoとRuを含み、Ruの含有量が5at%〜30at%の範囲内である第1の下地層と、BCC構造を有する材料を含む第2の下地層を含み、
    前記第2の下地層は、前記第1の下地層と、前記基板との間に形成されていることを特徴とする磁気記録媒体。
  2. 前記第1の下地層は、V、W、TaおよびNbからなる群より選択される1種以上の元素をさらに含む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BCC構造を有する材料は、CrまたはCr合金である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2の下地層は、Ti、V、Mo、W、RuおよびMnからなる群より選択される1種以上の元素をさらに含むことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の磁気記録媒体。
  5. 前記L1構造を有する合金は、FePt合金またはCoPt合金であることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の磁気記録媒体。
  6. 前記磁性層は、B、SiO、TiO、Cr、Al、Ta、ZrO、Y、CeO、MnO、TiO、ZnO、C、BNおよびHfOからなる群より選択される1種以上の材料をさらに含むことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の磁気記録媒体。
  7. 前記第1の下地層と、前記磁性層との間に、MgOを含む第3の下地層がさらに形成されていることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の磁気記録媒体。
  8. 前記第3の下地層は、B、SiO、TiO、Cr、Al、Ta、ZrO、Y、CeO、MnO、TiO、ZnO、C、SiC、VC、BC、Si、VN、BN、TiNおよびAlNからなる群より選択される1種以上の材料をさらに含むことを特徴とする請求項7に記載の磁気記録媒体。
  9. 前記第1の下地層と、前記第3の下地層の間に、BCC構造を有する合金を含む第4の下地層がさらに形成されており、
    前記BCC構造を有する合金は、V、Mo、W、TaおよびNbからなる群より選択される1種以上の元素を含むことを特徴とする請求項7または8に記載の磁気記録媒体。
  10. 請求項1〜9の何れか一項に記載の磁気記録媒体を有することを特徴とする磁気記録再生装置。
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