JP2021180059A - Rare earth compound, and magnetic recording medium using the same, and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、希土類化合物及びこれを用いた磁気記録媒体並びにこれらの製造方法に関する。 The present invention relates to a rare earth compound, a magnetic recording medium using the rare earth compound, and a method for producing the same.
クラウドコンピューティングや家電製品のデジタル化などにより、世界で取り扱われる情報量は爆発的に増加している。これらデータを格納するデバイスとして最も重要なのが、ハードディスクドライブ(HDD)である。HDDは、安価・大容量・不揮発という長所を兼ね備えているので、当分の間大容量データのストレージデバイスとして使われると考えられている。 Due to cloud computing and the digitization of home appliances, the amount of information handled in the world is increasing explosively. The most important device for storing such data is a hard disk drive (HDD). HDDs have the advantages of low cost, large capacity, and non-volatile memory, and are therefore considered to be used as storage devices for large capacity data for the time being.
HDDの中で情報を記録する部分を磁気記録媒体と呼ぶが、現在使われている媒体は約8nmのサイズのCoCrPt合金微粒子がSiO2の非磁性マトリックス中に均一に分散したような微細組織を持っている。現在の記録密度は約1.5Tbit/in2であるが、4Tbit/in2を超える密度を実現することが期待されている。媒体の高密度化には、CoCrPt合金の更なる微粒子化が必要である。しかし、CoCrPt合金の磁気異方性は小さく、4Tbit/in2を実現するのに必要とされる5nm以下のサイズでは熱エネルギーによる確率的な磁化反転が起こる(KuV≦kBT,KuVは強磁性微粒子の異方性エネルギー、kBTは熱エネルギー)ため、熱擾乱の問題が生じる。これを克服するには、Kuの大きな材料を媒体に使う必要がある。 The part of the HDD that records information is called a magnetic recording medium, and the medium currently used has a fine structure in which CoCrPt alloy fine particles having a size of about 8 nm are uniformly dispersed in the non-magnetic matrix of SiO 2. have. The current recording density is about 1.5 Tbit / in 2 , but it is expected to achieve a density exceeding 4 Tbit / in 2. Further fine particle formation of the CoCrPt alloy is required to increase the density of the medium. However, the magnetic anisotropy of the CoCrPt alloy is small, 4Tbit / in stochastic magnetization reversal due to thermal energy occurs 2 5nm less size required to implement the (K u V ≦ k B T , K u V anisotropic energy, k B T of the ferromagnetic fine particles for thermal energy), the thermal disturbance problems. To overcome this, it is necessary to use a material having a large K u to medium.
そのような材料として注目されているのがL10の規則構造を持つFePtである。FePtは、7×107erg/ccと、CoCrPt合金よりも一桁高い磁気異方性を持つので、4nmまでサイズを低減することが可能である。しかし、微粒子サイズを小さくすると同時に、磁化反転磁場が3T以上の大きな値になり、書き込み用の磁気ヘッドが生成できる磁場(約1.5T)を上回り、現行の記録方式では書き込みができない。この問題を解決する新しい磁気記録方式として、書き込みの時のみ局所的に媒体をキュリー点(強磁性が消滅する温度)まで温度を上げ、書き込みを行うという熱アシスト磁気記録(Heat Assisted Magnetic Recording,HAMR)が提案されている。FePtはHAMR媒体として着目されており、現在までにSeagate社により1.5Tbit/in2の記録密度がデモンストレーションされた例がある。 What is attracting attention as such a material is a FePt having an L1 0 ordered structure. Since FePt has a magnetic anisotropy of 7 × 10 7 erg / cc, which is an order of magnitude higher than that of the CoCrPt alloy, it is possible to reduce the size to 4 nm. However, at the same time as reducing the size of the fine particles, the magnetization reversal magnetic field becomes a large value of 3T or more, which exceeds the magnetic field (about 1.5T) that can be generated by the magnetic head for writing, and writing cannot be performed by the current recording method. As a new magnetic recording method that solves this problem, heat-assisted magnetic recording (HAMR) is performed by locally raising the temperature of the medium to the curry point (the temperature at which ferromagnetism disappears) only during writing. ) Has been proposed. FePt is attracting attention as a HAMR medium, and there is an example in which Seagate has demonstrated a recording density of 1.5 Tbit / in 2.
早期の実用化が期待されるHAMRではあるが、媒体の温度を局所的にキュリー点付近(〜700K)にまで上げる動作を繰り返すために、信頼性に問題がある。そのため、キュリー点が低くかつ高い磁気異方性を示す媒体材料の開発が急務となっている。 Although HAMR is expected to be put into practical use at an early stage, there is a problem in reliability because the operation of locally raising the temperature of the medium to near the Curie point (~ 700K) is repeated. Therefore, there is an urgent need to develop a medium material that has a low Curie point and exhibits high magnetic anisotropy.
そこで、本発明は、Sm(Fe0.8Co0.2)12化合物に代表されるThMn12型構造を有する希土類化合物を用いて、磁気記録媒体に適用可能な磁気特性を有する新規な化合物とこれを用いた磁気記録媒体、並びにそれらの製造方法を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention uses a rare earth compound having a ThMn 12- type structure represented by a Sm (Fe 0.8 Co 0.2 ) 12 compound, and a novel compound having magnetic properties applicable to a magnetic recording medium. It is an object of the present invention to provide a magnetic recording medium using this and a method for manufacturing them.
ThMn12型構造を有するSm(Fe0.8Co0.2)12化合物は、Nd2Fe14B磁石を超える永久磁石の候補材料として期待されている。例えば、非特許文献1では、Sm(Fe0.8Co0.2)12化合物は、飽和磁化が1.78T、異方性磁場が12T、キュリー温度が859Kを有し、いずれもNd2Fe14Bを上回る値であることが報告されている。また、非特許文献2では、Cu−GaやMg−Znなどの低融点の共晶合金をSm(Fe0.8Co0.2)12粒界に拡散させることにより、0.87Tの保磁力が得られたことが報告されている。
The Sm (Fe 0.8 Co 0.2 ) 12 compound having a ThMn 12- type structure is expected as a candidate material for permanent magnets exceeding the Nd 2 Fe 14 B magnet. For example, in
本発明者らは、鋭意検討を行なった結果、ThMn12型構造を有する希土類化合物の組成に所定量のホウ素(B)を含有させることにより、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent studies, the present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by containing a predetermined amount of boron (B) in the composition of a rare earth compound having a ThMn 12 type structure, and the present invention has been developed. It came to be completed.
すなわち、本発明は、以下の[1]〜[10]を要旨とする。 That is, the gist of the present invention is the following [1] to [10].
[1] 全体組成が、式1:(R1 (1−x)R2 x)aTbMc(上記式中、R1は、Sm、Pm、Er、Tm、及び、Ybからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、R2は、Zr、Y、La、Ce、Pr、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、及び、Luからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、TはFe、Co、及び、Niからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、Mはホウ素であり、xは、0〜0.5の数であり、aは6.0〜13.7原子%の数であり、cは0原子%より大きく、12原子%以下の数であり、bは、100−a−c原子%で表される数である。)で表され、ThMn12型の結晶相を主相とし、前記主相間に存在するアモルファスの粒界相を有する希土類化合物。
[2] 前記主相中のホウ素の含有量と前記粒界相中のホウ素の含有量の差の絶対値が、1.0原子%以上である[1]に記載の希土類化合物。
[3] 前記R1が、少なくともSmを含む、[1]又は[2]に記載の希土類化合物。
[4] 実質的にTi、V、Mo、Nb、Cr、及び、Wのいずれも含有しない[1]〜[3]のいずれかに記載の希土類化合物。
[5] 前記TがFe、及び、Coである、[1]〜[4]のいずれかに記載の希土類化合物。
[6] 所定の方向に沿って、結晶方位、及び、磁化容易軸からなる群より選択される少なくとも一方が優先配向している[1]〜[5]のいずれかに記載の希土類化合物。
希土類化合物
[7] 前記aが、6.0〜10.0原子%である、[1]〜[6]のいずれかに記載の希土類化合物。
[8] 磁性層に[1]〜[7]のいずれかに記載の希土類化合物を用いた磁気記録媒体。
[9] 前記磁性層の結晶方位が、[001]方向に優先配向している[8]に記載の磁気記録媒体。
[10] 基板上に[1]〜[7]のいずれかに記載の希土類化合物を含有する磁性層をスパッタリング法によって製造する方法であって、前記基板を250〜400℃に加熱して、前記希土類化合物を構成する元素(R1、R2、T、及び、M)を含むターゲットをスパッタした後、前記基板加熱温度未満の温度で冷却する方法。
[1] The overall composition is a group consisting of formula 1: (R 1 (1-x) R 2 x ) a T b M c (in the above formula, R 1 is Sm, Pm, Er, Tm, and Yb. at least one element more selective, at least 1 R 2 is, Zr, Y, La, Ce , Pr, Nd, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, and selected from the group consisting of Lu An element of the species, T is at least one element selected from the group consisting of Fe, Co, and Ni, M is boron, x is a number from 0 to 0.5, a. Is a number of 6.0 to 13.7 atomic%, c is a number larger than 0 atomic% and 12 atomic% or less, and b is a number represented by 100-a-c atomic%. ), A rare earth compound having a ThMn 12 type crystal phase as a main phase and having an amorphous grain boundary phase existing between the main phases.
[2] The rare earth compound according to [1], wherein the absolute value of the difference between the boron content in the main phase and the boron content in the grain boundary phase is 1.0 atomic% or more.
[3] The rare earth compound according to [1] or [2], wherein R 1 contains at least Sm.
[4] The rare earth compound according to any one of [1] to [3], which contains substantially none of Ti, V, Mo, Nb, Cr, and W.
[5] The rare earth compound according to any one of [1] to [4], wherein T is Fe and Co.
[6] The rare earth compound according to any one of [1] to [5], wherein at least one selected from the group consisting of a crystal orientation and an easy magnetization axis is preferentially oriented along a predetermined direction.
Rare earth compound [7] The rare earth compound according to any one of [1] to [6], wherein a is 6.0 to 10.0 atomic%.
[8] A magnetic recording medium using the rare earth compound according to any one of [1] to [7] in the magnetic layer.
[9] The magnetic recording medium according to [8], wherein the crystal orientation of the magnetic layer is preferentially oriented in the [001] direction.
[10] A method for producing a magnetic layer containing the rare earth compound according to any one of [1] to [7] on a substrate by a sputtering method, wherein the substrate is heated to 250 to 400 ° C. A method in which a target containing elements (R 1 , R 2 , T, and M) constituting a rare earth compound is sputtered and then cooled at a temperature lower than the substrate heating temperature.
本発明によれば、ThMn12型構造を有する希土類化合物の組成に所定量のホウ素(B)を含有させることにより、ThMn12型の結晶相を主相とし、当該結晶相間にアモルファスの粒界相が存在するグラニュラー構造を形成することができる。
このため、本発明によれば、優れた保磁力を有する希土類化合物を提供することができ、この希土類化合物を、キュリー点が低くかつ高い磁気異方性を示す媒体材料として、磁気記録媒体の磁性層に用いることができる。
また、本発明によれば、この希土類化合物を含有する磁性層をスパッタリング法によって簡便に製造することができる。
According to the present invention, by adding a predetermined amount of boron (B) to the composition of a rare earth compound having a ThMn 12 type structure, a ThMn 12 type crystal phase is used as a main phase, and an amorphous grain boundary phase is formed between the crystal phases. Can form a granular structure in which is present.
Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a rare earth compound having an excellent coercive force, and the rare earth compound is used as a medium material having a low Curie point and exhibiting a high magnetic anisotropy, and the magnetism of a magnetic recording medium is used. Can be used for layers.
Further, according to the present invention, the magnetic layer containing this rare earth compound can be easily produced by a sputtering method.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施形態に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に制限されるものではない。
なお、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、特に断らない限り「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含有する範囲を意味する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The description of the constituent elements described below may be based on a representative embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to such embodiments.
In the present specification, the numerical range represented by using "~" means a range including the numerical values before and after "~" as the lower limit value and the upper limit value unless otherwise specified.
[希土類化合物]
本発明の実施形態に係る希土類化合物(以下、「本実施形態の希土類化合物」ともいう。)は、全体組成が、式1:(R1 (1−x)R2 x)aTbMcで表され、ThMn12型の結晶相を主相とし、前記主相間に存在するアモルファスの粒界相を有する。
ここで、上記式中、R1は、Sm、Pm、Er、Tm、及び、Ybからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、R2は、Zr、La、Ce、Pr、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、及び、Luからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、TはFe、Co、及び、Niからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、Mはホウ素であり、xは、0〜0.5の数であり(0≦x≦0.5)、aは6.0〜13.7原子%の数であり(6.0≦a≦13.7)、cは0原子%より大きく、12原子%以下の数であり(0<c≦12)、bは、100−a−c原子%で表される数である。
[Rare earth compounds]
The rare earth compound according to the embodiment of the present invention (hereinafter, also referred to as “rare earth compound of the present embodiment”) has an overall composition of the formula 1: (R 1 (1-x) R 2 x ) a T b M c. It is represented by a ThMn 12 type crystal phase as a main phase, and has an amorphous grain boundary phase existing between the main phases.
Here, in the above formula, R 1 is at least one element selected from the group consisting of Sm, Pm, Er, Tm, and Yb, and R 2 is Zr, La, Ce, Pr, Nd. , Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, and at least one element selected from the group consisting of Lu, and T is at least one element selected from the group consisting of Fe, Co, and Ni. M is boron, x is a number from 0 to 0.5 (0 ≦ x ≦ 0.5), and a is a number from 6.0 to 13.7 atomic% (6.0). ≤a≤13.7), c is a number greater than 0 atomic% and 12 atomic% or less (0 <c≤12), and b is a number represented by 100-ac atomic%.
以下、本実施形態の希土類化合物の構成について詳述する。 Hereinafter, the composition of the rare earth compound of the present embodiment will be described in detail.
〔全体組成〕
本実施形態の希土類化合物の全体組成は、(R1 (1−x)R2 x)aTbMcで表される。
本明細書において、「全体組成」は、ICP発光分光分析装置(Inductivity coupled plasma optical emission spectrometer ; ICP−OES)により求められ、その測定方法は後述する実施例に記載したとおりである。
[Overall composition]
The overall composition of the rare earth compound of this embodiment is represented by (R 1 (1-x) R 2 x ) a T b M c .
In the present specification, the "overall composition" is determined by an ICP emission spectrophotometer (ICP-OES), and the measuring method thereof is as described in Examples described later.
・全体組成中のR1
式1中、R1は、Sm(サマリウム)、Pm(プロメチウム)、Er(エルビウム)、Tm(ツリウム)、及び、Yb(イッテルビウム)からなる群より選択される少なくとも1種の元素(以下、「特定希土類元素」ともいう。)である。R1の特定希土類元素は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
・ R 1 in the overall composition
In
特定希土類元素は、スティーブンス因子を有する希土類元素である。スティーブンス因子とは、希土類元素の内殻にある4f電子の電化密度(形状)に関する物理量である。これが負であると対称軸に対して縮んだ形、正であると球対称から伸びた形になる。4f電子雲は周りのイオンからの結晶場を受けて、その安定方向が決まるため、電子雲の形状は磁気異方性の向きを決定づける。
本実施形態の希土類化合物は、スティーブンス因子が正である元素を含有するため、優れた磁気特性を有する。
The specific rare earth element is a rare earth element having a Stevens factor. The Stevens factor is a physical quantity related to the electrification density (shape) of 4f electrons in the inner shell of a rare earth element. If this is negative, it will be a shape that contracts with respect to the axis of symmetry, and if it is positive, it will be a shape that extends from spherical symmetry. Since the 4f electron cloud receives a crystal field from surrounding ions and its stable direction is determined, the shape of the electron cloud determines the direction of magnetic anisotropy.
Since the rare earth compound of the present embodiment contains an element in which the Stevens factor is positive, it has excellent magnetic properties.
なかでも、より優れた本発明の効果を有する希土類化合物が得られる点で、R1としては、スティーブンス因子が正であるSm、Yb、Tm、及び、Pmからなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、Sm、Yb、及び、Tmからなる群より選択される少なくとも1種がより好ましく、Sm、及び、Ybからなる群より選択される少なくとも1種が更に好ましい。 Among them, in that the rare earth compound having an effect of better present invention is obtained, as the R 1, at least 1 Stevens factor positive matrix Sm, Yb, Tm, and selected from the group consisting of Pm Species are preferred, at least one selected from the group consisting of Sm, Yb, and Tm is more preferred, and even more preferably at least one selected from the group consisting of Sm, Yb.
なかでも、Smは、スティーブンス因子が正で、基底状態では後述するTで表される原子と強磁性的な結合をすると推測され、R1がSmを含有すると、得られる希土類化合物はより優れた本発明の効果を有する。
従って、本実施形態の希土類化合物は、R1として、少なくともSmを含有することが好ましい。
Among them, Sm is presumed to have a positive Stevens factor and a ferromagnetic bond with an atom represented by T described later in the ground state, and when R 1 contains Sm, the obtained rare earth compound is more excellent. It also has the effect of the present invention.
Therefore, rare earth compound of the present embodiment, as R 1, it is preferable to contain at least Sm.
・全体組成中のR2
式1中、R2は、Zr(ジルコニウム)、Y(イットリウム)、La(ランタン)、Ce(セリウム)、Pr(プラセオジム)、Nd(ネオジム)、Eu(ユウロピウム)、Gd(ガドリニウム)、Tb(テルビウム)、Dy(ジスプロシウム)、Ho(ホルミウム)、及び、Lu(ルテチウム)からなる群より選択される少なくとも1種(以下、「特定元素」ともいう。)である。R2の特定元素は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
・ R 2 in the overall composition
In
R2は本実施形態の希土類化合物が有するThMn12型の結晶相の安定化に寄与する成分である。
このうち、Y、及び、Ce(中でも、Ce(IV)が好ましい。)は、それ自体は磁性を有さない元素であるものの、希土類化合物がR2として上記を含有することによって、得られる希土類化合物は優れた安定性を有する。
R 2 is a component that contributes to the stabilization of ThMn 12 type crystal phase having the rare earth compound of the present embodiment.
Among, Y, and, Ce (among others, Ce (IV) is preferred.), Although it itself is an element having no magnetism, by rare earth compound contains such as R 2, obtained rare earth The compound has excellent stability.
Gd、及び、Zrは、得られる希土類化合物の安定性をより向上させる機能を有し、特に、R1がSmを含有する場合に、その効果がより顕著である。すなわち、本実施形態の希土類化合物が、R1として少なくともSmを含有する場合、本実施形態の希土類化合物は、R2として、Gd、及び、Zrからなる群より選択される少なくとも1種の特定元素を含有することが好ましい。 Gd and Zr have a function of further improving the stability of the obtained rare earth compound, and the effect is more remarkable especially when R 1 contains Sm. That is, when the rare earth compound of the present embodiment contains at least Sm as R 1 , the rare earth compound of the present embodiment is at least one specific element selected from the group consisting of Gd and Zr as R 2. Is preferably contained.
La、Ce、Pr、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、及び、Luは、スティーブンス因子が負、又は、ゼロであり、本実施形態の希土類化合物が有するThMn12型の結晶相の安定化に寄与する。一方で、R2元素は、R1元素に由来する磁気異方性を弱める作用もまた有するため、結晶相の安定性と、磁気特性の両面から、その含有量を調整することが好ましい。 La, Ce, Pr, Nd, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, and Lu have a negative or zero Stevens factor, and are of the ThMn 12 type crystal phase of the rare earth compound of the present embodiment. Contributes to stabilization. On the other hand, since the R 2 element also has an action of weakening the magnetic anisotropy derived from the R 1 element, it is preferable to adjust the content thereof from both the stability of the crystal phase and the magnetic characteristics.
具体的には、本実施形態の希土類化合物におけるR1、及び、R2の含有量の合計に対するR2の原子%(at%)基準の含有量の比(式中xで表される数)は0.5以下であり、0.4以下が好ましく、0.3以下が更に好ましい。
なお、下限としては特に制限されないが、本実施形態の希土類化合物は、R2を含有していなくてもよい。すなわち、本実施形態の希土類化合物においては、0≦x≦0.5であり、0≦x≦0.4が好ましく、0≦x≦0.3がより好ましい。
Specifically, the ratio of the content of R 2 based on the atomic% (at%) to the total content of R 1 and R 2 in the rare earth compound of the present embodiment (number represented by x in the formula). Is 0.5 or less, preferably 0.4 or less, and more preferably 0.3 or less.
Although not particularly limited as lower limit, rare earth compound of the present embodiment may not contain R 2. That is, in the rare earth compound of the present embodiment, 0 ≦ x ≦ 0.5, 0 ≦ x ≦ 0.4 is preferable, and 0 ≦ x ≦ 0.3 is more preferable.
全体組成中におけるR1とR2との原子%基準の合計含有量aは6.0≦a≦13.7である。より優れた本発明の効果を有する希土類化合物が得られる点で、aとしては、6.0≦a≦10であることが好ましい。 The total content a of R 1 and R 2 on an atomic% basis in the overall composition is 6.0 ≦ a ≦ 13.7. In terms of obtaining a rare earth compound having a better effect of the present invention, a is preferably 6.0 ≦ a ≦ 10.
・全体組成中のT
式1中、Tは、Fe(鉄)、Co(コバルト)、及び、Ni(ニッケル)からなる群より選択される少なくとも1種の元素である。これらは鉄族元素に分類され、常温、及び、常圧において、強磁性を示す点で共通の性質を有する。従って、TとしてのFe、Co、及び、Niは互いに置換可能であり、Tとしては上記鉄族元素を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
全体組成中のTの含有量としては、上述したa、及び、後述するcとの関係で100−a−cを満足すれば特に制限されないが、一般に50〜95原子%が好ましく、60〜85原子%がより好ましい。
・ T in the overall composition
In
The content of T in the overall composition is not particularly limited as long as it satisfies 100-ac in relation to a described above and c described later, but is generally preferably 50 to 95 atomic%, preferably 60 to 85. Atomic% is more preferred.
Tとしては、より優れた本発明の効果を有する希土類化合物が得られる点で、Fe、及び、Coからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含むことが好ましく、Fe、及び、Coを併用することが好ましい。
TとしてCoを含有する場合、希土類化合物の磁化がより向上し、キュリー温度がより上昇する。言い換えると、本実施形態の希土類化合物では、TとしてのCoの含有量を調整することによって、磁気特性を損なわずにキュリー点を制御することができる。
T preferably contains at least one element selected from the group consisting of Fe and Co, in that a rare earth compound having a more excellent effect of the present invention can be obtained, and Fe and Co are used. It is preferable to use them together.
When Co is contained as T, the magnetization of the rare earth compound is further improved, and the Curie temperature is further increased. In other words, in the rare earth compound of the present embodiment, the Curie point can be controlled without impairing the magnetic properties by adjusting the content of Co as T.
Tは、Fe、及び、Coであることが好ましい。すなわち、本実施形態の希土類化合物の全体組成としては、式2:(R1 (1−x)R2 x)a(FepCo1−p)bMcで表されることが好ましい。このとき、pは、0.5〜1.0の数である。
なかでも、より優れた本発明の効果を有する希土類化合物が得られる点で、本実施形態の希土類化合物の全体組成としては、式3:(Sm1−xR2 x)a(FepCo1−p)bMcで表されることがより好ましい。このとき、pは、0.5〜1.0の数であり、好ましくは、0.9〜1.0の数である。
T is preferably Fe and Co. That is, the overall composition of the rare earth compound of the present embodiment is preferably represented by the formula 2: (R 1 (1-x) R 2 x ) a (Fe p Co 1-p ) b M c. At this time, p is a number of 0.5 to 1.0.
Among them, in that a rare earth compound having a more excellent effect of the present invention can be obtained, the overall composition of the rare earth compound of the present embodiment is as follows: Formula 3: (Sm 1-x R 2 x ) a (Fe p Co 1). it is more preferably represented by -p) b M c. At this time, p is a number of 0.5 to 1.0, preferably 0.9 to 1.0.
・全体組成中のM
Mはホウ素(ホウ素元素、B)である。全体組成中のホウ素の含有量としては、0原子%より大きく、12原子%以下が好ましい。
・ M in the overall composition
M is boron (boron element, B). The content of boron in the overall composition is preferably larger than 0 atomic% and preferably 12 atomic% or less.
従来、ホウ素のような軽元素を1−12相(ThMn12型の結晶相)に添加することによれば、磁気異方性が面内に変化するために得られる希土類化合物の保磁力が低下してしまうと考えられてきた。
しかし、本発明者らは上記のような技術常識にとらわれずに、様々な元素の可能性を多面的な視点で検討してきた。その努力の結果、所定量のホウ素を含有する式1で表される全体組成を有する希土類化合物であれば、優れた保磁力を有することを見出し、本発明を完成させた。
Conventionally, by adding a light element such as boron to the 1-12 phase (ThMn 12 type crystal phase), the coercive force of the rare earth compound obtained due to the change in magnetic anisotropy in the plane is lowered. It has been thought that it would be done.
However, the present inventors have examined the possibility of various elements from a multifaceted viewpoint without being bound by the above-mentioned common general technical knowledge. As a result of these efforts, it was found that a rare earth compound having an overall composition represented by the
更に、本実施形態の希土類化合物は、驚くべきことに、後述する実施例で示すように、構造中に、1−12相のほかにα−Fe(α−(Fe,Co))相等の結晶相を有するにもかかわらず、優れた保磁力を有している。一般に、1−12相を主相とする希土類化合物の構造中に、上記他の結晶相が混在することは、保磁力を低減させたり、減磁曲線の角形性を低下させたりする原因となり得ると考えられてきたが、本発明者らの鋭意の検討によって、本実施形態の希土類化合物については、上記他の結晶相が含有されている場合であっても、当業者の予想し得ない特に優れた特性を有することが明らかにされた。 Further, the rare earth compound of the present embodiment is surprisingly composed of crystals such as α-Fe (α- (Fe, Co)) phase in addition to the 1-12 phase in the structure, as shown in Examples described later. Despite having a phase, it has an excellent coercive force. In general, the mixture of the above other crystal phases in the structure of a rare earth compound having a phase 1-12 as a main phase may cause a decrease in coercive force or a decrease in the angularity of a demagnetization curve. However, due to the diligent studies of the present inventors, the rare earth compounds of the present embodiment may be unpredictable by those skilled in the art even when the above-mentioned other crystal phases are contained. It was revealed that it has excellent properties.
結晶相として1−12相のほかにα−Fe(α−(Fe,Co))相等を有する場合でも優れた保磁力が発揮される理由は必ずしも明らかではないが、後述する実施例で示す構造解析の結果から、本発明者らは以下の通り推測している。すなわち、ホウ素を添加することにより1−12相を主相とする結晶相の粒界にホウ素濃度が高いアモルファス相(B濃化相)が形成され、α−Fe(α−(Fe,Co))相等の軟磁性相が形成されても、当該アモルファスの粒界相(B濃化相)に含まれる非磁性のホウ素化合物により磁壁の移動が制限されたため、あるいは当該アモルファス相と主相間の磁壁エネルギー差が急峻なため保磁力が増加したと考えられる。 The reason why the excellent coercive force is exhibited even when the crystal phase has an α-Fe (α- (Fe, Co)) phase in addition to the 1-12 phase is not always clear, but the structure shown in Examples described later. From the results of the analysis, the present inventors infer as follows. That is, by adding boron, an amorphous phase (B-concentrated phase) having a high boron concentration is formed at the grain boundary of the crystal phase having the 1-12 phase as the main phase, and α-Fe (α- (Fe, Co)). Even if a soft magnetic phase such as the phase) is formed, the movement of the magnetic wall is restricted by the non-magnetic boron compound contained in the amorphous grain boundary phase (B-concentrated phase), or the magnetic wall between the amorphous phase and the main phase. It is considered that the coercive force increased because the energy difference was steep.
また、上記アモルファスの粒界相(B濃化相)による保磁力の向上効果をより確実に得る観点から、主相(1−12相)中のホウ素の含有量と当該アモルファスの粒界相(B濃化相)中のホウ素の含有量の差の絶対値は、1.0原子%以上であることが好ましい。また、当該ホウ素の含有量の差の絶対値は、全体組成中のホウ素の含有量に応じてより大きい値であってもよく、例えば、1.5原子%以上であってもよく、2.0原子%以上であってもよく、3.0原子%以上であってもよく、4.0原子%以上であってもよく、5.0原子%以上であってもよく、7.5原子%以上であってもよく、10原子%以上であってもよい。 Further, from the viewpoint of more reliably obtaining the effect of improving the coercive force by the amorphous grain boundary phase (B-concentrated phase), the content of boron in the main phase (1-12 phase) and the amorphous grain boundary phase (the amorphous grain boundary phase). The absolute value of the difference in the content of boron in the B-enriched phase) is preferably 1.0 atomic% or more. Further, the absolute value of the difference in the content of the boron may be a larger value depending on the content of boron in the overall composition, and may be, for example, 1.5 atomic% or more. It may be 0 atom% or more, 3.0 atom% or more, 4.0 atom% or more, 5.0 atom% or more, 7.5 atom% or more. It may be% or more, and may be 10 atomic% or more.
より具体的には、主相(1−12相)中のホウ素の含有量は0原子%超である。従って、上記アモルファスの粒界相(B濃化相)中のホウ素の含有量は、1.0原子%超であることが好ましい。また、上記アモルファスの粒界相(B濃化相)中のホウ素の含有量は、1.5原子%以上であってもよく、2.0原子%以上であってもよく、3.0原子%以上であってもよく、4.0原子%以上であってもよく、5.0原子%以上であってもよく、7.5原子%以上であってもよく、10原子%以上であってもよい。 More specifically, the content of boron in the main phase (1-12 phase) is more than 0 atomic%. Therefore, the content of boron in the amorphous grain boundary phase (B-concentrated phase) is preferably more than 1.0 atomic%. Further, the content of boron in the amorphous grain boundary phase (B-concentrated phase) may be 1.5 atomic% or more, 2.0 atomic% or more, or 3.0 atoms. % Or more, 4.0 atomic% or more, 5.0 atomic% or more, 7.5 atomic% or more, 10 atomic% or more. You may.
主相(1−12相)中のホウ素の含有量の上限としては、全体組成中のホウ素の含有量(原子%)を基準として、その半分の値から1.0を除算して得た値未満の値であることが好ましい。例えば、本実施形態の希土類化合物の全体組成中のホウ素の含有量が12原子%である態様では、主相(1−12相)中のホウ素の含有量は、5.0原子%未満が好ましく、4.0原子%以下がより好ましく、3.0原子%以下が更に好ましく、2.0原子%以下が特に好ましく、1.0原子%以下が最も好ましく、0.5原子%以下がより最も好ましい。 The upper limit of the boron content in the main phase (1-12 phase) is a value obtained by dividing 1.0 from half the value based on the boron content (atomic%) in the overall composition. The value is preferably less than. For example, in the embodiment in which the boron content in the overall composition of the rare earth compound of the present embodiment is 12 atomic%, the boron content in the main phase (1-12 phase) is preferably less than 5.0 atomic%. 4.0 atomic% or less is more preferable, 3.0 atomic% or less is further preferable, 2.0 atomic% or less is particularly preferable, 1.0 atomic% or less is most preferable, and 0.5 atomic% or less is more most preferable. preferable.
上記アモルファスの粒界相(B濃化相)中のホウ素の含有量は、全体組成中のホウ素の含有量(原子%)を基準として、その半分の値以上の値であることが好ましい。例えば、本実施形態の希土類化合物の全体組成中のホウ素の含有量が12原子%である態様では、上記アモルファスの粒界相(B濃化相)中のホウ素の含有量は、6.0原子%以上が好ましく、6.5原子%以上がより好ましく、7.0原子%以上が更に好ましく、8.0原子%以上が特に好ましく、9.0原子%以上が最も好ましく、10原子%以上がより最も好ましく、10.5原子%以上が更に最も好ましい。なお、上記アモルファスの粒界相(B濃化相)中のホウ素の含有量の上限としては特に制限されず、全体組成中のホウ素の含有量によって変動し得ることが理解されるべきである。 The boron content in the amorphous grain boundary phase (B-concentrated phase) is preferably a value equal to or more than half of the boron content (atomic%) in the overall composition. For example, in the embodiment in which the content of boron in the overall composition of the rare earth compound of the present embodiment is 12 atomic%, the content of boron in the amorphous grain boundary phase (B-concentrated phase) is 6.0 atoms. % Or more is preferable, 6.5 atomic% or more is more preferable, 7.0 atomic% or more is further preferable, 8.0 atomic% or more is particularly preferable, 9.0 atomic% or more is most preferable, and 10 atomic% or more is more preferable. More preferably, 10.5 atomic% or more is even more preferable. It should be understood that the upper limit of the boron content in the amorphous grain boundary phase (B-concentrated phase) is not particularly limited and may vary depending on the boron content in the overall composition.
また、より優れた本発明の効果を有する希土類化合物が得られる点で、本実施形態の希土類化合物は、Ti(チタン)、V(バナジウム)、Mo(モリブデン)、Nb(ニオブ)、Cr(クロム)、及び、W(タングステン)(以下、「除外元素」ともいう。)のいずれをも実質的に含有しないことが好ましい。上記除外元素を実質的に含有しない希土類化合物は、より優れた最大磁気エネルギー積(BH)maxおよび保磁力を有する。 Further, the rare earth compound of the present embodiment is Ti (tungsten), V (vanadium), Mo (molybdenum), Nb (niobium), Cr (chromium) in that a rare earth compound having a better effect of the present invention can be obtained. ) And W (tungsten) (hereinafter, also referred to as “excluded element”) are preferably not substantially contained. Rare earth compounds that are substantially free of the above excluded elements have a better maximum magnetic energy product (BH) max and coercive force.
なお、本明細書において、実質的に含有しないとは、ICP−OES分析によって主相中に含まれる元素を分析した場合に、除外元素の含有量が、全原子中の0.1原子%以下であることを意味し、0.01原子%以下であることがより好ましく、0.001原子%以下であることが更に好ましい、
なお、上記主相が2種以上の除外元素を含有する場合、上記2種以上の除外元素の合計が上記数値範囲内であることが好ましい。
In the present specification, "substantially free" means that the content of the excluded element is 0.1 atomic% or less of all atoms when the elements contained in the main phase are analyzed by ICP-OES analysis. It is more preferably 0.01 atomic% or less, and further preferably 0.001 atomic% or less.
When the main phase contains two or more kinds of excluded elements, it is preferable that the total of the two or more kinds of excluded elements is within the above numerical range.
本実施形態の希土類化合物は、ThMn12型の結晶相を有していれば他の結晶相を有していてもよい。他の結晶相としては特に制限されないが、例えば、全体組成がSm(Fe0.8Co0.2)12Bで表される場合、α−Fe、α−(Fe,Co)、Sm(FeCo)7、及び、Sm2(FeCo)17相等が挙げられる。
より優れた本発明の効果が得られやすい点で、本実施形態の希土類化合物は、ThMn12型の結晶相を主相とし、α−Fe、α−(Fe,Co)、Sm(FeCo)7、及び、Sm2(FeCo)17相等を他の結晶相とする構造であることが好ましい。
なお、本明細書において、主相とは希土類化合物のX線回折測定において、検出されるピーク強度が最も大きい相を意味する。
The rare earth compound of the present embodiment may have another crystal phase as long as it has a ThMn 12 type crystal phase. The other crystal phase is not particularly limited, but for example, when the overall composition is represented by Sm (Fe 0.8 Co 0.2 ) 12 B, α-Fe, α- (Fe, Co), Sm (FeCo). ) 7 and Sm 2 (FeCo) 17 phase and the like.
The rare earth compound of the present embodiment has a ChMn 12 type crystal phase as a main phase, and α-Fe, α- (Fe, Co), Sm (FeCo) 7 in that a better effect of the present invention can be easily obtained. , And Sm 2 (FeCo) 17 phases and the like are preferable as other crystal phases.
In the present specification, the main phase means the phase having the highest peak intensity detected in the X-ray diffraction measurement of the rare earth compound.
本実施形態の希土類化合物において、結晶方位、及び、磁化容易軸の配向状態としては特に制限されないが、最大エネルギー積(BH)maxがより大きくなりやすい点で、結晶方位、及び、磁化容易軸からなる群より選択される少なくとも一方が、所定の方向に沿って優先配向していることが好ましい。結晶方位、及び、磁化容易軸からなる群より選択される少なくとも一方が所定の方向に沿って優先配向した希土類化合物を、本明細書においては、磁気異方性を有する希土類化合物ともいう。
すなわち、本実施形態の希土類化合物は、磁気異方性を有する希土類化合物であることが好ましい。
In the rare earth compound of the present embodiment, the crystal orientation and the orientation state of the easy magnetization axis are not particularly limited, but from the crystal orientation and the easy magnetization axis in that the maximum energy product (BH) max tends to be larger. It is preferable that at least one selected from the group is preferentially oriented along a predetermined direction. A rare earth compound in which at least one selected from the group consisting of a crystal orientation and an easy magnetization axis is preferentially oriented along a predetermined direction is also referred to as a rare earth compound having magnetic anisotropy in the present specification.
That is, the rare earth compound of the present embodiment is preferably a rare earth compound having magnetic anisotropy.
例えば、ThMn12型の結晶相を有する磁性化合物であるSm(Fe0.8Co0.2)12は、[001]方向が磁化容易軸であり、上記磁化容易軸が所定の方向に優先配向している場合、より優れた最大エネルギー積(BH)maxが得られる。
本実施形態の希土類化合物は、ThMn12型の結晶相を有しており、この結晶方位、及び/又は、磁化容易軸が所定の方向に優先配向していると、より優れた本発明の効果を有する希土類化合物が得られやすい。
For example, in Sm (Fe 0.8 Co 0.2 ) 12 , which is a magnetic compound having a ThMn 12 type crystal phase, the [001] direction is the easy magnetization axis, and the easy magnetization axis is preferentially oriented in a predetermined direction. If so, a better maximum energy product (BH) max is obtained.
The rare earth compound of the present embodiment has a ThMn 12 type crystal phase, and when the crystal orientation and / or the easy magnetization axis is preferentially oriented in a predetermined direction, the effect of the present invention is more excellent. It is easy to obtain a rare earth compound having.
なお、本明細書において、「優先配向」とは、XRD(X−ray diffraction)の面内測定(In−Plane XRD)、又は、通常の薄膜X線回折(面外(Out−of−Plane)XRD)において、検出されるThMn12型の結晶相以外の相(第2相)のピーク強度に対する、ThMn12型の結晶相の(00L)からの回折線のピーク強度が、1以上であることを意味し、2以上であることが好ましい。
本実施形態の希土類化合物は、ThMn12型の結晶相以外の相(すでに説明したα−Fe相等)を有していてもよく、この場合、α−Fe相に由来するピークは、ThMn12型の結晶相の所定の結晶方位等に由来するピークには含まれない。
In addition, in this specification, "priority orientation" means in-plane measurement (In-Plane XRD) of XRD (X-ray diffraction), or ordinary thin film X-ray diffraction (out-of-plane). In XRD), the peak intensity of the diffraction line from (00L) of the ThMn 12 type crystal phase with respect to the peak intensity of the phase (second phase) other than the detected ThMn 12 type crystal phase is 1 or more. It means, and it is preferable that it is 2 or more.
The rare earth compound of the present embodiment may have a phase other than the ThMn 12 type crystal phase (such as the α-Fe phase already described), and in this case, the peak derived from the α-Fe phase is the ThMn 12 type. It is not included in the peak derived from the predetermined crystal orientation of the crystal phase of.
〔希土類化合物の用途〕
本実施形態の希土類化合物は、優れた保磁力を有するため、キュリー点が低くかつ高い磁気異方性を示す媒体材料として、磁気記録媒体の磁性層に好ましく用いることができる。
[Use of rare earth compounds]
Since the rare earth compound of the present embodiment has an excellent coercive force, it can be preferably used for the magnetic layer of a magnetic recording medium as a medium material having a low Curie point and exhibiting high magnetic anisotropy.
[磁気記録媒体]
図1は、本発明の実施形態に係る磁気記録媒体(以下、「本実施形態の磁気記録媒体」ともいう。)の層構造を示す模式図である。
図1において、本実施形態の磁気記録媒体10(垂直磁気記録媒体)は、基板20上に、熱吸収層30、下地層40、及び、磁性層50をこの順に備えている。
[Magnetic recording medium]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a layered structure of a magnetic recording medium according to an embodiment of the present invention (hereinafter, also referred to as “magnetic recording medium of the present embodiment”).
In FIG. 1, the magnetic recording medium 10 (perpendicular magnetic recording medium) of the present embodiment includes a
基板20としては、限定されるものではないが、MgO単結晶基板、又は、ガラス基板が好ましく用いられる。基板用ガラスとしては、アルミノシリケートガラス、アルミノボロシリケートガラス、ソーダタイムガラス等が挙げられるが、なかでもアルミノシリケートガラスが好適である。また、アモルファスガラス、結晶化ガラスを用いることができる。なお、化学強化したガラスを用いると、剛性が高く好ましい。本実施形態において、基板主表面の表面粗さはRmaxで10nm以下、Raで0.3nm以下であることが好ましい。
The
熱アシスト磁気記録装置においては、磁気記録媒体への書き込み時にレーザーによって書き込み領域が一時的に600K以上の高温になるため、本実施形態の磁気記録媒体においては、基板20上に熱吸収層30を設けることが好ましい。熱吸収層30の材料としては、高熱伝導性の材料を用いることができ、具体的には、Ta、Cu(TaとCuの積層膜を含む)、NiTa合金のような金属が挙げられる。熱吸収層30の膜厚は、50〜100nm程度の範囲とすることが適当である。熱吸収層30は、スパッタリング法を用いて形成することができる。
In the heat-assisted magnetic recording device, the writing area temporarily becomes a high temperature of 600 K or more due to the laser when writing to the magnetic recording medium. Therefore, in the magnetic recording medium of the present embodiment, the
基板20上、好ましくは熱吸収層30を設けた基板20上には、下地層40(配向制御層)が設けられている。下地層40は、その上に形成される磁性層50(垂直磁気記録層)におけるThMn12型構造の磁化容易軸の垂直配向性(結晶配向を基板面に対して垂直方向に配向させる)、結晶粒径の均一な微細化、及び、主相(1−12相)がアモルファス粒界相に囲まれたグラニュラー構造を形成するための粒界偏析、等を好適に制御するために用いられる。
An underlayer 40 (orientation control layer) is provided on the
また、本実施形態においては、下地層40は、上層の磁性層50の格子ミスマッチによる格子欠陥を低減し、結晶性を改善できる形態が好ましい。すなわち、下地層40の材料は、磁性層50の格子定数と同程度であるものがより好ましく、磁性層50中のThMn12型構造の希土類化合物との格子定数ミスマッチが10%以内であるものが特に好適である。下地層40が、磁性層50中の希土類化合物との格子不整合が上記範囲内であることにより、下地層40による希土類化合物を主成分とする材料からなる磁性層50の結晶配向性の乱れを抑制し、微細構造を改善する効果が良好に発揮される。
Further, in the present embodiment, the
下地層40の材料は、単結晶であっても多結晶であってもよいが、より優れた本発明の効果を有する磁気記録媒体が得られる点で、単結晶であることが好ましい。単結晶である下地層40を用いることにより、その上に形成される磁性層50が、よりエピタキシャル成長しやすく、結果として、より優れた本発明の効果を有する磁気記録媒体が得られる。
The material of the
具体的には、本実施形態においては、下地層40として、MgO/X、又は、Mg−Ti−O/Xの2層構造を有する膜が好ましく用いられる。ここで、上記Xは、Pt、TiN、Ag、Au、Cr、Mo、V、Ti、Ta、Nb、及び、Wからなる群より選択される少なくとも1種の金属又は化合物である。
Specifically, in the present embodiment, a film having a two-layer structure of MgO / X or Mg—Ti—O / X is preferably used as the
また、本実施形態においては、下地層40として、CrRu、Pt、Cr、Vを用いてもよく、この場合、下地層40は単層でもよく、複数層からなっていてもよい。複数層の場合、同じ材料の組み合わせはもちろん、異種材料を組み合わせることもできる。その場合、固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物、及び、これらの混合物のいずれであってもよい。
Further, in the present embodiment, CrRu, Pt, Cr, V may be used as the
また、下地層40の膜厚は、特に制限されないが、磁性層50の構造制御を行うのに必要最小限の膜厚とすることが望ましく、例えば全体で5〜30nm程度の範囲とすることが適当である。下地層40はスパッタリング法を用いて形成することができる。
The film thickness of the
磁性層50は、上述した本発明の実施形態に係る希土類化合物を主成分とする材料からなる。磁性層50は、上記希土類化合物を含有していればよく、その好適形態は上述した通りである。また、本実施形態においては、磁性層50の結晶方位が、[001]方向に優先配向していることが好ましい。
The
本実施形態において、磁性層50はスパッタリング法を用いて形成することができる。以下、スパッタリング法により磁性層50を形成する形態について詳述する。
In this embodiment, the
スパッタリングを行う際の成膜装置のチャンバ内の圧力としては特に制限されないが、得られる磁性層50中の意図しない成分の混入をより減少させる観点で、10−6Pa以下が好ましく、10−8Pa以下がより好ましい。
The pressure in the chamber of the film forming apparatus during sputtering is not particularly limited, but is preferably 10-6 Pa or less, preferably 10-8 Pa or less, from the viewpoint of further reducing the mixing of unintended components in the obtained
また、スパッタリング法により基板20上に熱吸収層30、下地層40、及び、磁性層50を積層する場合、予め基板20の表面を清浄化することが好ましい。基板20の表面を清浄化する方法としては特に制限されないが、例えば、基板20自体をスパッタリングする方法等が挙げられる。上記によれば基板20上に形成された酸化被膜、及び、有機物等を除去できる。また、基板20を所定の温度(例えば、600〜800℃程度)に加熱し、所定時間(例えば、10〜30分間程度)保持して熱処理を施すことにより、基板20表面を清浄化してもよい。
Further, when the
スパッタリングの方法としては特に制限されないが、より低圧のAr雰囲気でスパッタリングが可能となるマグネトロン・スパッタリング法が好ましい。ここで、ターゲット材の厚みを調整することで、マグネトロン・スパッタリングの漏れ磁束の低減をより抑制し、スパッタリングをより容易にできる。スパッタリングの電源は、DC、及び、RFどちらでも使用可能であり、ターゲット材に応じて適宜選択できる。 The sputtering method is not particularly limited, but a magnetron sputtering method that enables sputtering in a lower pressure Ar atmosphere is preferable. Here, by adjusting the thickness of the target material, the reduction of the leakage flux of the magnetron sputtering can be further suppressed, and the sputtering can be made easier. The power source for sputtering can be either DC or RF, and can be appropriately selected depending on the target material.
磁性層50を形成する際の基板加熱温度(基板20の加熱温度)、成膜レート、及び、成膜時間としては特に制限されず、必要な磁性層50の厚みに応じて適宜調整すればよい。成膜レートは、スパッタリングのパワー、及び/又は、時間により調整可能である。
基板加熱温度は、上述した構造を有する本実施形態の磁気記録媒体がより効率的に得られる観点で、250〜400℃が好ましく、300〜350℃がより好ましい。
また、磁性層50の成膜(磁性層50の積層)後、基板加熱温度未満の温度で冷却することが好ましい。これにより、本実施形態の磁気記録媒体の効果をより確実に得ることができる。なお、上記基板加熱温度未満の温度で冷却する際の冷却手段及び冷却時間は特に制限されない。例えば、磁性層50の成膜後、基板20の加熱及び冷却を行わずに、自然冷却してもよい。上記自然冷却の場合、基板加熱温度の値や成膜装置のチャンバ内の雰囲気等によって異なるが、例えば、基板加熱温度が300〜350℃の条件では、約20〜50分後に基板20の温度は約50〜70℃まで低下する。
また、磁性層50の成膜後、基板加熱手段の温度を、基板加熱温度未満の温度に設定し、所定時間保持することで基板20を冷却してもよい。この場合において、基板加熱手段の設定温度は上記基板加熱温度未満の温度であれば任意の温度であってよく、保持時間も任意の時間であってよい。
また、上述した基板加熱手段による冷却と自然冷却を組み合わせてもよい。
さらに、磁性層50の成膜後、窒素ガス等の冷却媒体を用いて基板20を冷却してもよく、これにより、より短い製造時間で本実施形態の磁気記録媒体を得ることができる。上記冷却媒体を用いる冷却の場合、冷却媒体の種類や基板加熱温度の値等によって異なるが、例えば窒素ガスを用いた場合、数分〜10分程度で基板20の温度は20℃程度まで低下する。
なお、上述した冷却条件について、磁性層50の成膜時の基板加熱温度と冷却終了時の基板温度(基板20の温度)との差を冷却時間で除算して得られる平均冷却速度(℃/分)のおおよその目安としては、約3〜85℃/分であってよい。
The substrate heating temperature (heating temperature of the substrate 20), the film formation rate, and the film formation time when forming the
The substrate heating temperature is preferably 250 to 400 ° C, more preferably 300 to 350 ° C, from the viewpoint of more efficiently obtaining the magnetic recording medium of the present embodiment having the above-mentioned structure.
Further, after the formation of the magnetic layer 50 (lamination of the magnetic layer 50), it is preferable to cool the
Further, after the
Further, the cooling by the substrate heating means described above and the natural cooling may be combined.
Further, after the
Regarding the above-mentioned cooling conditions, the average cooling rate (° C./° C.) obtained by dividing the difference between the substrate heating temperature at the time of film formation of the
また、磁性層50(垂直磁気記録層)の上には、保護層(図示せず)を設けることが好ましい。保護層を設けることにより、磁気記録媒体上を浮上飛行する磁気ヘッドから磁気記録媒体表面を保護することができる。保護層の材料としては、たとえば炭素系保護層が好適である。また、保護層の膜厚は3〜7nm程度が好適である。保護層は、例えばプラズマCVD法やスパッタリング法で形成することができる。 Further, it is preferable to provide a protective layer (not shown) on the magnetic layer 50 (perpendicular magnetic recording layer). By providing the protective layer, the surface of the magnetic recording medium can be protected from the magnetic head floating and flying on the magnetic recording medium. As the material of the protective layer, for example, a carbon-based protective layer is suitable. The film thickness of the protective layer is preferably about 3 to 7 nm. The protective layer can be formed by, for example, a plasma CVD method or a sputtering method.
また、上記保護層の上には、更に潤滑層(図示せず)を設けることが好ましい。潤滑層を設けることにより、磁気ヘッドと磁気記録媒体間の磨耗を抑止でき、磁気記録媒体の耐久性を向上させることができる。潤滑層の材料としては、たとえばパーフロロポリエーテル(PFPE)系化合物が好ましく用いられる。潤滑層は、例えばディップコート法で形成することができる。潤滑層の膜厚は0〜10nm程度が好適である。 Further, it is preferable to further provide a lubricating layer (not shown) on the protective layer. By providing the lubricating layer, wear between the magnetic head and the magnetic recording medium can be suppressed, and the durability of the magnetic recording medium can be improved. As the material of the lubricating layer, for example, a perfluoropolyether (PFPE) -based compound is preferably used. The lubricating layer can be formed, for example, by a dip coating method. The thickness of the lubricating layer is preferably about 0 to 10 nm.
以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。
以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples.
The materials, amounts used, ratios, treatment contents, treatment procedures, etc. shown in the following examples can be appropriately changed as long as they do not deviate from the gist of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as limiting by the examples shown below.
〔全体組成がSm(Fe0.8Co0.2)12Bで表される希土類化合物を含有するエピタキシャル薄膜の作製〕
薄膜の作製には、DCマグネトロンスパッタ法を用いた。
0.167Pa(1.30mTorr)のAr雰囲気下、超高真空(UHV)対応のDCマグネトロンスパッタ装置のチャンバ内の圧力を10−8Pa以下とし、MgO(100)単結晶基板を700℃で20分間熱処理し、表面を清浄化した。その後、325℃の基板温度にて、このMgO(100)単結晶基板上に、下地層として、Sm(Fe0.8Co0.2)12と格子ミスマッチの小さいV(厚み=20nm)を配置した(以下、上記下地層を配置したMgO(100)単結晶基板を単に「基板」ともいう。)。
続いて、上記と同じ325℃の基板温度にて、Sm、Fe、Fe50Co50、Fe80B20ターゲットを同時にスパッタすることによりSm(Fe0.8Co0.2)12B層を成膜した。更に、酸化防止のためキャップ層としてV(厚み=10nm)を堆積した。
[Preparation of an epitaxial thin film containing a rare earth compound whose overall composition is Sm (Fe 0.8 Co 0.2 ) 12 B]
The DC magnetron sputtering method was used to prepare the thin film.
Under an Ar atmosphere of 0.167 Pa (1.30 mTorr), the pressure in the chamber of the DC magnetron sputtering device compatible with ultra high vacuum (UHV) was set to 10-8 Pa or less, and the MgO (100) single crystal substrate was 20 at 700 ° C. The surface was cleaned by heat treatment for a minute. Then, at a substrate temperature of 325 ° C., Sm (Fe 0.8 Co 0.2 ) 12 and V (thickness = 20 nm) having a small lattice mismatch are arranged on this MgO (100) single crystal substrate as a base layer. (Hereinafter, the MgO (100) single crystal substrate on which the above-mentioned base layer is arranged is also simply referred to as a "substrate").
Subsequently, the Sm, Fe, Fe 50 Co 50 , and Fe 80 B 20 targets are simultaneously sputtered at the same substrate temperature of 325 ° C. to form a Sm (Fe 0.8 Co 0.2 ) 12 B layer. It was a film. Further, V (thickness = 10 nm) was deposited as a cap layer to prevent oxidation.
なお、予めDCマグネトロンスパッタ装置の設定条件と、成膜レートとの関係を段差計を用いて測定し、この結果を用いて、各試料膜におけるホウ素の導入量を成膜レートから見積もった。
すなわち、同じ厚みの膜であっても、成膜レートを制御することでホウ素の導入量を制御でき、成膜レートを一定とすれば、一定のホウ素含有量を有し膜の厚みの異なる試料を成膜することもできる。なお、本発明者らの予備実験によれば、上記の材料、成膜条件、及び、成膜装置を用いて、基板上に5nm以上の厚みを有するSm(Fe0.8Co0.2)12B層を成膜することができることが確認されている。また、必要に応じて、Sm(Fe0.8Co0.2)12B層の厚みを5nm未満とすることも可能である。
The relationship between the setting conditions of the DC magnetron sputtering apparatus and the film formation rate was measured in advance using a step meter, and using this result, the amount of boron introduced in each sample film was estimated from the film formation rate.
That is, even if the films have the same thickness, the amount of boron introduced can be controlled by controlling the film formation rate, and if the film formation rate is constant, the samples having a constant boron content and different film thicknesses. Can also be formed. According to the preliminary experiments by the present inventors, Sm (Fe 0.8 Co 0.2 ) having a thickness of 5 nm or more on the substrate using the above materials, film forming conditions, and film forming apparatus. 12 It has been confirmed that the B layer can be formed. Further, if necessary, the thickness of the Sm (Fe 0.8 Co 0.2 ) 12 B layer can be set to less than 5 nm.
ICP−OES分析は、以下の手順によって実施した。
まず、試料を石英ビーカーに採取し、硝酸と水との1:1(体積)溶液の5ml、塩酸と水との1:1(体積)溶液の10ml、及び、硫酸と水との1:1(体積)溶液の3mlを加え、120℃で30分間加熱して溶解させ、放冷後100mlに定容した。この溶液中の各元素の含有量をアジレント社製ICP−OES装置「720−ES ICP−OES」により測定した。
ICP-OES analysis was performed by the following procedure.
First, a sample is taken in a quartz beaker, 5 ml of a 1: 1 (volume) solution of nitric acid and water, 10 ml of a 1: 1 (volume) solution of hydrochloric acid and water, and 1: 1 of sulfuric acid and water. (Volume) 3 ml of the solution was added, heated at 120 ° C. for 30 minutes to dissolve, allowed to cool, and then set to 100 ml. The content of each element in this solution was measured by an ICP-OES apparatus "720-ES ICP-OES" manufactured by Agilent.
(例1〜例2)
ホウ素(B)の導入(目標)量を0体積%から1.5体積%まで変化させて、基板上に100nmの厚みを有するSm(Fe0.8Co0.2)12B膜を作製した。以下では、Bの含有量が0体積%である試料(Sm(Fe0.8Co0.2)12膜;例1)、及び、Bの含有量が0.5体積%である試料(Sm(Fe0.8Co0.2)12B0.5膜;例2)の特性について説明する。
(Examples 1 to 2)
Boron introduction of (B) (target) amount was varied from 0 vol% to 1.5 vol%, to prepare a Sm (Fe 0.8 Co 0.2) 12 B film having a thickness of 100nm on the substrate .. In the following, a sample having a B content of 0% by volume (Sm (Fe 0.8 Co 0.2 ) 12 membranes; Example 1) and a sample having a B content of 0.5% by volume (Sm). The characteristics of (Fe 0.8 Co 0.2 ) 12 B 0.5 film; Example 2) will be described.
図2(a)及び(b)には、それぞれ、膜の厚みが100nmである例1及び例2の薄膜の、面内(In−Plane(IP))及び面直(Out−of−Plane(OOP))方向の磁化曲線を示した。磁気特性の測定には、超伝導量子干渉磁束計(SQUID)を用い、室温下で±7T(70kOe)の範囲で磁場を印加した。後述する図11、図12、図16、図21についても同様である。 2 (a) and 2 (b) show in-plane (In-Plane (IP)) and straight (Out-of-Plane) (In-Plane (IP)) and in-plane (Out-Plane (IP)) of the thin films of Example 1 and Example 2 having a film thickness of 100 nm, respectively. The magnetization curve in the OOP)) direction is shown. A superconducting quantum interference magnetic flux meter (SQUID) was used to measure the magnetic characteristics, and a magnetic field was applied in the range of ± 7T (70 kOe) at room temperature. The same applies to FIGS. 11, 12, 16 and 21 which will be described later.
図2(a)によれば、Bが0体積%である例1の膜は強い垂直異方性を示している。保磁力は0.1Tであり、ゼロ磁場での残留磁化は0.2Tであった。
図2(b)によれば、Bが0.5体積%である例2の膜は、例1の膜に匹敵する強い垂直異方性を示し、例1の膜を有意に上回る1.2Tの保磁力を示した。また、ゼロ磁場での残留磁化は1.50Tであった。加えて、300〜500K(27〜227℃)の温度範囲における例2の膜の保磁力の温度係数(β)は、−0.22%/℃と計算された。従来報告されている異方性Nd−Fe−B系磁石の保磁力の温度係数(β)は約−0.4〜−0.6%/℃であるので、例2の膜に関して得られた上記温度係数の絶対値は従来のNd−Fe−B系磁石よりも非常に小さく、このことは、本発明の実施形態に係る希土類化合物を含有する膜が、従来のNd−Fe−B系磁石に比べて保磁力の熱安定性に優れることを示している。
According to FIG. 2A, the film of Example 1 in which B is 0% by volume shows strong vertical anisotropy. The coercive force was 0.1T and the residual magnetization at zero magnetic field was 0.2T.
According to FIG. 2 (b), the film of Example 2 in which B is 0.5% by volume shows a strong vertical anisotropy comparable to that of Example 1 and 1.2T significantly higher than that of Example 1. The coercive force of was shown. The residual magnetization in the zero magnetic field was 1.50 T. In addition, the temperature coefficient (β) of the coercive force of the film of Example 2 in the temperature range of 300 to 500 K (27 to 227 ° C) was calculated to be −0.22% / ° C. Since the temperature coefficient (β) of the coercive force of the previously reported anisotropic Nd-Fe-B magnet is about -0.4 to -0.6% / ° C., it was obtained for the film of Example 2. The absolute value of the temperature coefficient is much smaller than that of the conventional Nd-Fe-B magnet, which means that the film containing the rare earth compound according to the embodiment of the present invention is the conventional Nd-Fe-B magnet. It is shown that the thermal stability of the coercive force is superior to that of the above.
なお、例2の膜の磁化曲線(図2(b))については、後述する薄膜の微細構造解析の結果に基づき、減磁率を0.83とする反磁界補正を行っている。例2の膜で得られたゼロ磁場での残留磁化の値(1.50T)は、従来報告されている異方性Nd2Fe14B/FeCoナノコンポジット薄膜での値(1.61T)と比べてやや小さいものの、本発明者らが知る限りにおいて、異方性Sm(Fe0.8Co0.2)12膜の中では最大の値である。また、XRDの回折パターン(データ示さず。)から、Bが0体積%である例1の膜では、格子定数a、c、及び、c/aは、それぞれ、a=0.8524nm、c=0.4811nm、c/a=0.564であり、Bが0.5体積%である例2の膜では、a=0.8656nm、c=0.4755nm、c/a=0.549であった。 Regarding the magnetization curve of the film of Example 2 (FIG. 2 (b)), the demagnetization rate is set to 0.83 and the demagnetization rate is corrected based on the result of the microstructure analysis of the thin film described later. The value of residual magnetization at zero magnetic field (1.50T) obtained from the film of Example 2 is the value (1.61T) of the previously reported anisotropic Nd 2 Fe 14 B / FeCo nanocomposite thin film. Although it is slightly smaller than the above, it is the largest value among the anisotropic Sm (Fe 0.8 Co 0.2 ) 12 films as far as the present inventors know. Further, from the XRD diffraction pattern (data not shown), in the film of Example 1 in which B is 0% by volume, the lattice constants a, c, and c / a are a = 0.8524 nm and c =, respectively. In the film of Example 2 in which 0.4811 nm, c / a = 0.564, and B is 0.5% by volume, a = 0.8656 nm, c = 0.4755 nm, and c / a = 0.549. rice field.
図3(a)及び(b)には、それぞれ、例1及び例2の薄膜の、面内及び断面の透過型電子顕微鏡像(BF−TEM像)を示した。 3 (a) and 3 (b) show in-plane and cross-sectional transmission electron microscope images (BF-TEM images) of the thin films of Examples 1 and 2, respectively.
図3(a)(例1の膜)では、上側の面内像からは薄膜が連続的であり、下側の断面像からは柱状構造を持っていることがわかる。柱状構造を持つ粒子の間には粒界相は観察されない。
これに対して、図3(b)(例2の膜)では、柱状のSmFe12系結晶粒が確認された。この柱状粒の平均粒径は、約40〜50nmであり、高さと幅(平均粒径)の比率は、約2.5:1(平均アスペクト比約2.5)であった。また、この柱状粒を主相として、主相間に一定の幅(約1nm以上)を有する粒界相が存在する構造であることがわかる。
これらのBF−TEM像から、本発明の実施形態に係る希土類化合物を含有する膜では、所定量のホウ素が添加されることにより、主相のThMn12型の結晶相(1−12相)が柱状成長すると共に柱状結晶相間に一定の厚みを有する粒界相が形成され、このような微細構造によって高い保磁力が発揮されることが示唆された。
In FIG. 3A (film of Example 1), it can be seen from the upper in-plane image that the thin film is continuous and from the lower cross-sectional image that it has a columnar structure. No grain boundary phase is observed between the particles having a columnar structure.
On the other hand, in FIG. 3 (b) (film of Example 2), columnar SmFe 12- based crystal grains were confirmed. The average particle size of the columnar grains was about 40 to 50 nm, and the ratio of height to width (average particle size) was about 2.5: 1 (average aspect ratio of about 2.5). Further, it can be seen that the structure is such that the columnar grains are used as the main phase and grain boundary phases having a certain width (about 1 nm or more) exist between the main phases.
From these BF-TEM images, in the film containing the rare earth compound according to the embodiment of the present invention, a predetermined amount of boron is added to obtain a ThMn 12 type crystal phase (1-12 phase) as the main phase. It was suggested that a grain boundary phase having a certain thickness was formed between the columnar crystal phases as the columnar growth occurred, and that such a fine structure exerted a high coercive force.
図4(a)〜(d)に、高角度環状暗視野走査透過型電子顕微鏡(HAADF−STEM)像を示した。図4(a)及び(b)は、例1の薄膜(Sm(Fe0.8Co0.2)12膜)のHAADF−STEM像であり、図4(c)及び(d)は、例2の薄膜(Sm(Fe0.8Co0.2)12B0.5膜)のHAADF−STEM像である。 FIGS. 4 (a) to 4 (d) show images of a high-angle annular dark-field scanning transmission electron microscope (HAADF-STEM). 4 (a) and 4 (b) are HAADF-STEM images of the thin film (Sm (Fe 0.8 Co 0.2 ) 12 film) of Example 1, and FIGS. 4 (c) and 4 (d) are examples. It is a HAADF-STEM image of the thin film of 2 (Sm (Fe 0.8 Co 0.2 ) 12 B 0.5 film).
図4(a)によれば、例1の膜では、2つのSm(Fe,Co)12結晶粒の間には明確な相は見られず、2つの結晶粒が互いに直接接触していることがわかる。図4(b)は、例1の膜におけるSm(Fe,Co)12結晶粒の[100]の晶帯軸(図4(a)の紙面上方向)に沿って得た高倍率画像である。HAADF−STEM像では試料中に含まれる元素の原子数に起因してコントラストが生じるので、画像中、より明るいスポットとして見られるのは、より重い元素の原子カラムに対応する、すなわち、Sm(Fe,Co)12化合物中のSmであると考えられる。また、図4(b)中に記号iで示した領域のナノビーム電子回折パターン(右上)、及び、原子分解能STEM−EDSマッピングの結果を投影することにより、例1の膜におけるSm(Fe,Co)12結晶粒はThMn12型構造を有することが示された。しかしながら、例1の膜では、図4(b)中に記号iiで示すように、ナノビーム電子回折パターン(左上)、及び、原子分解能STEM−EDSマッピングの結果が異なる領域も存在している。 According to FIG. 4A, in the film of Example 1, no clear phase was observed between the two Sm (Fe, Co) 12 crystal grains, and the two crystal grains were in direct contact with each other. I understand. FIG. 4B is a high-magnification image obtained along the crystal zone axis of [100] of the Sm (Fe, Co) 12 crystal grains in the film of Example 1 (direction on the paper surface of FIG. 4A). .. Since contrast occurs in the HAADF-STEM image due to the number of atomic atoms of the elements contained in the sample, what is seen as a brighter spot in the image corresponds to the atomic column of the heavier element, ie Sm (Fe). , Co) It is considered to be Sm in 12 compounds. Further, by projecting the nanobeam electron diffraction pattern (upper right) in the region indicated by the symbol i in FIG. 4 (b) and the result of the atomic resolution STEM-EDS mapping, Sm (Fe, Co) in the film of Example 1 is projected. ) 12 crystal grains were shown to have a ThMn 12 type structure. However, in the film of Example 1, as shown by the symbol ii in FIG. 4 (b), there are regions where the results of the nanobeam electron diffraction pattern (upper left) and the atomic resolution STEM-EDS mapping are different.
図4(c)によれば、例2の膜では、2つのSm(Fe,Co)12結晶粒の間に約3nmの厚みを有するアモルファスの粒界相(GB)が確認された。図4(d)は、例2の膜におけるSm(Fe,Co)12結晶粒の[100]の晶帯軸(図4(c)の紙面上方向)に沿って得た高倍率画像である。図4(d)中に挿入したナノビーム電子回折パターン(右上及び左上)から、上記粒界相によって隔てられている2つのSm(Fe,Co)12結晶粒はいずれもThMn12型構造を有し、ミスアラインメントは2°程度と小さく、両者の近接するSm(Fe0.8Co0.2)12結晶粒の[001]方向(c軸)が上向き(図4(d)の紙面上方向)に配向していることが示された。 According to FIG. 4 (c), in the film of Example 2, an amorphous grain boundary phase (GB) having a thickness of about 3 nm was confirmed between two Sm (Fe, Co) 12 crystal grains. FIG. 4D is a high-magnification image obtained along the crystal zone axis of [100] of the Sm (Fe, Co) 12 crystal grains in the film of Example 2 (direction on the paper surface of FIG. 4C). .. From the nanobeam electron diffraction patterns (upper right and upper left) inserted in FIG. 4 (d), the two Sm (Fe, Co) 12 crystal grains separated by the grain boundary phase both have a ThMn 12 type structure. The misalignment is as small as about 2 °, and the [001] direction (c-axis) of the Sm (Fe 0.8 Co 0.2 ) 12 crystal grains that are close to each other is upward (upward on the paper surface in FIG. 4 (d)). It was shown to be oriented to.
図5(a)及び(b)には、それぞれ、例1及び例2の薄膜の、面内及び断面の走査透過型電子顕微鏡−エネルギー分散型X線分析の結果(STEM−EDS像)を示した。 5 (a) and 5 (b) show the results (STEM-EDS image) of the in-plane and cross-sectional scanning transmission electron microscope-energy dispersive X-ray analysis of the thin films of Examples 1 and 2, respectively. rice field.
図5(a)によれば、例1の膜では、Sm、Fe及びCoが膜中に均一に分布していることがわかる。なお、部分的にSmの濃度が異なる部分が見られるが、当該部分は、主相とは異なる第2相の存在に起因するものであり、当該第2相は、図4(b)に示すHAADF−STEM像から、Th2Mn17型相(Sm2(FeCo)17相)又はTbCu7型相(Sm(FeCo)7相)のいずれかであると考えられる。
図5(b)によれば、例2の膜では、不均一なCoの分布が確認され、Coの濃度が低い部分は、図3(b)に示すBF−TEM像を参照して説明した粒界相に対応する部分であることが確認された。なお、エネルギー分散型X線分析装置の検出限界により、STEM−EDS像からはBの分布に関する情報は得られていない。
According to FIG. 5A, it can be seen that in the film of Example 1, Sm, Fe and Co are uniformly distributed in the film. In addition, although a portion having a partially different concentration of Sm is observed, the portion is due to the existence of a second phase different from the main phase, and the second phase is shown in FIG. 4 (b). From the HAADF-STEM image, it is considered to be either a Th 2 Mn 17 type phase (Sm 2 (FeCo) 17 phase) or a TbCu 7 type phase (Sm (FeCo) 7 phase).
According to FIG. 5 (b), a non-uniform Co distribution was confirmed in the film of Example 2, and the portion where the Co concentration was low was explained with reference to the BF-TEM image shown in FIG. 3 (b). It was confirmed that it is the part corresponding to the grain boundary phase. Due to the detection limit of the energy dispersive X-ray analyzer, information on the distribution of B is not obtained from the STEM-EDS image.
図6(a)及び(b)には、例1の膜の、3次元アトムプローブ(3DAP)による分析結果を示した。図6(a)に示す3DAPマップは、薄膜の面に対して平行にプローブを走査して得た。図6(b)は、図6(a)中の直方体で示した領域におけるSmの3DAPマップ(上段)、当該領域のSm、Co及びFeの組成プロファイル(中段)、及び、中段に示すSmの組成プロファイルを拡大したもの(下段)である。 6 (a) and 6 (b) show the results of analysis of the membrane of Example 1 by a three-dimensional atom probe (3DAP). The 3DAP map shown in FIG. 6A was obtained by scanning the probe parallel to the plane of the thin film. FIG. 6B shows a 3DAP map of Sm in the rectangular parallelepiped region in FIG. 6A (upper row), a composition profile of Sm, Co and Fe in the region (middle row), and Sm shown in the middle row. It is an enlarged version of the composition profile (lower).
図6(a)及び(b)によれば、例1の膜では、CoとFeの原子%(at%)基準の含有量比は1:4であり、成膜条件から予測される組成比の値であった。Smの含有量に関しては、図5(a)に示すSTEM−EDS像を参照して説明したように、部分的にSmの濃度が異なる部分が見られ、当該部分ではSmの含有量は約10〜11原子%であったが、Smの平均含有量としては約7.95原子%であり、この値は、ThMn12型構造を有する異方性Sm(Fe0.8Co0.2)12相におけるSmの組成と一致している。 According to FIGS. 6A and 6B, in the film of Example 1, the content ratio of Co and Fe based on the atomic% (at%) is 1: 4, and the composition ratio predicted from the film forming conditions. It was the value of. Regarding the Sm content, as explained with reference to the STEM-EDS image shown in FIG. 5 (a), a portion where the Sm concentration is partially different is observed, and the Sm content is about 10 in this portion. Although it was ~ 11 atomic%, the average content of Sm was about 7.95 atomic%, and this value is an anisotropic Sm (Fe 0.8 Co 0.2 ) 12 having a ThMn 12 type structure. It is consistent with the composition of Sm in the phase.
図7(a)及び(b)には、例2の膜の、3次元アトムプローブ(3DAP)による分析結果を示した。図7(a)に示す3DAPマップは、薄膜の面に対して平行にプローブを走査して得た。つまり、図7(a)の紙面貫通方向が、薄膜の面直方向である。図7(b)は、図7(a)中の直方体で示した領域における構成元素(Sm、Co、Fe及びB)の組成プロファイルである。 7 (a) and 7 (b) show the analysis result of the membrane of Example 2 by a three-dimensional atom probe (3DAP). The 3DAP map shown in FIG. 7A was obtained by scanning the probe parallel to the plane of the thin film. That is, the paper surface penetration direction in FIG. 7A is the plane perpendicular direction of the thin film. FIG. 7 (b) is a composition profile of the constituent elements (Sm, Co, Fe and B) in the region shown by the rectangular parallelepiped in FIG. 7 (a).
図7(a)によれば、図5(b)に示すSTEM−EDS像を参照して説明した、Coの濃度が低い部分において、Bが多く分布していることがわかる。また、このことは、図7(b)に示す原子%(at%)基準の組成プロファイルからもはっきりと確認することができる。
より具体的には、図7(b)によれば、Bは、主相(1−12相)及び粒界相(GB)の両方に分布し、特に粒界相に偏って分布する(偏在している)ことがわかる。言い換えると、例2の膜では、主相とは元素組成が明確に異なる粒界相が存在し、当該粒界相は、B濃化相であることが確認された。なお、図7(b)に示す組成プロファイルに基づいて計算された粒界相におけるBの含有量は、約10.3原子%であった。
According to FIG. 7 (a), it can be seen that a large amount of B is distributed in the portion where the concentration of Co is low, which is explained with reference to the STEM-EDS image shown in FIG. 5 (b). This can also be clearly confirmed from the composition profile based on atomic% (at%) shown in FIG. 7 (b).
More specifically, according to FIG. 7 (b), B is distributed in both the main phase (1-12 phase) and the grain boundary phase (GB), and is particularly unevenly distributed in the grain boundary phase (uneven distribution). I understand that. In other words, in the film of Example 2, it was confirmed that a grain boundary phase having a distinctly different elemental composition from the main phase was present, and that the grain boundary phase was a B-enriched phase. The content of B in the grain boundary phase calculated based on the composition profile shown in FIG. 7 (b) was about 10.3 atomic%.
主相である1−12相(ThMn12型の結晶相)におけるSmの平均含有量は、約8.0原子%であり、1−12相の化学量論組成と一致した。一方、粒界相におけるSmの平均含有量は1−12相より若干低く、約5.8原子%であった。上述したように、Bは主相中にも分布するが、その量は無視できる程度に低い。Coの含有量は、1−12相の中央部において約19.8原子%であるが、B濃化相である粒界相では約10.6原子%であった。 The average content of Sm in the main phase 1-12 phase (ThMn 12 type crystal phase) was about 8.0 atomic%, which was consistent with the stoichiometric composition of the 1-12 phase. On the other hand, the average content of Sm in the grain boundary phase was slightly lower than that in the 1-12 phase, which was about 5.8 atomic%. As mentioned above, B is also distributed in the main phase, but its amount is negligibly low. The Co content was about 19.8 atomic% in the central portion of the 1-12 phase, but was about 10.6 atomic% in the grain boundary phase, which is the B-enriched phase.
例2の膜についてICP−OES分析を行った結果、膜の全体組成は、Sm7.7Fe72.1Co16.5B3.7(原子%)であり、主相の1−12相及びアモルファスの粒界相の組成は、それぞれ、Sm8.0Fe71.9Co19.8B0.3及びSm5.8Fe73.3Co10.6B10.3(いずれも原子%)であった。また、粒界相におけるFeとCoの合計含有量が約84%であることから、当該粒界相は強磁性であると考えられる。加えて、Nd−Fe−B磁石について確認されているように、当該粒界相は磁壁移動の障壁として作用し得ることが、1.2Tの高い保磁力を示した要因であると考えられる。そして、例2の膜において、すべての相は、Vの下地層上で[001]方向に優先配向しているため、1.50Tの残留磁化が得られたと考えられる。 As a result of ICP-OES analysis on the membrane of Example 2, the overall composition of the membrane was Sm 7.7 Fe 72.1 Co 16.5 B 3.7 (atomic%), and the main phase 1-12 phase. And the composition of the amorphous grain boundary phase is Sm 8.0 Fe 71.9 Co 19.8 B 0.3 and Sm 5.8 Fe 73.3 Co 10.6 B 10.3 (both atomic%). )Met. Further, since the total content of Fe and Co in the grain boundary phase is about 84%, it is considered that the grain boundary phase is ferromagnetic. In addition, as confirmed for Nd-Fe-B magnets, it is considered that the grain boundary phase can act as a barrier for domain wall movement, which is a factor showing a high coercive force of 1.2T. Then, in the film of Example 2, since all the phases are preferentially oriented in the [001] direction on the underlayer of V, it is considered that 1.50 T of residual magnetization was obtained.
図8には、上述した特性分析の結果から導かれる、例1及び例2の薄膜の微細構造の模式図を示した。図8の左側が、例1の薄膜(Sm(Fe0.8Co0.2)12膜、保磁力(μ0Hc=0.1T))であり、右側が、例2の薄膜(Sm(Fe0.8Co0.2)12B0.5膜、保磁力(μ0Hc=1.2T))である。 FIG. 8 shows a schematic diagram of the fine structure of the thin films of Examples 1 and 2 derived from the results of the above-mentioned characteristic analysis. The left side of FIG. 8 is the thin film of Example 1 (Sm (Fe 0.8 Co 0.2 ) 12 film, coercive force (μ 0 H c = 0.1 T)), and the right side is the thin film of Example 2 (Sm). (Fe 0.8 Co 0.2 ) 12 B 0.5 film, coercive force (μ 0 H c = 1.2 T)).
例1の膜では、部分的に主相とはSm含有量が異なる第2相が存在し得るが、当該第2相以外に、主相の1−12相と構造的かつ組成上明確に区別できるような相は存在しない。 In the film of Example 1, there may be a second phase having a Sm content partially different from that of the main phase, but in addition to the second phase, it is structurally and structurally clearly distinguished from the 1-12 phases of the main phase. There is no such phase.
これに対して、例2の膜では、Bを含有するSm(Fe,Co)12膜であることにより、主相(1−12相)としてThMn12型構造を有する異方性の結晶粒を含み、当該主相は、一定の厚みを有するアモルファスの粒界相に囲まれており、当該粒界相は、B濃化相である。具体的には、例2の膜では、3.7原子%のBを含有するSm(Fe,Co)12膜であることにより、平均粒径が約40〜50nmの柱状の1−12相を有し、当該1−12相は、平均で約3nm程度の厚みを有するアモルファスの粒界相に囲まれており、当該粒界相は、約10.3原子%のB含有量を有するB濃化相である。そして、このような微細構造を有することにより、例2の膜は、従来のBを含まないSm(Fe,Co)12膜では得られなかった1.2Tの保磁力を示した。 On the other hand, in the film of Example 2, since it is a Sm (Fe, Co) 12 film containing B, anisotropic crystal grains having a ThMn 12 type structure as the main phase (1-12 phase) are formed. The main phase is surrounded by an amorphous grain boundary phase having a certain thickness, and the grain boundary phase is a B-concentrated phase. Specifically, the film of Example 2 is a Sm (Fe, Co) 12 film containing 3.7 atomic% B, so that a columnar 1-12 phase having an average grain size of about 40 to 50 nm is formed. The 1-12 phase is surrounded by an amorphous grain boundary phase having an average thickness of about 3 nm, and the grain boundary phase has a B concentration of about 10.3 atomic%. It is a chemical phase. By having such a fine structure, the film of Example 2 exhibited a coercive force of 1.2 T, which was not obtained with the conventional Sm (Fe, Co) 12 film containing no B.
(例3)
次に、上記例2と同様の材料、及び、成膜装置を用いて、100nmの厚みを有し、Bの含有量が0.5体積%である試料(Sm(Fe0.8Co0.2)12B0.5膜)を作製した。例3では、成膜条件として、Sm(Fe0.8Co0.2)12B層の成膜時の基板温度を350℃とし、Vのキャップ層(10nm)を堆積した後の温度条件を以下の(a)〜(i)のように設定して、計9種類の試料を作製した。
(a)自然冷却(30分間で60℃まで冷却)
(b)窒素ガスによる冷却(4分間で20℃まで冷却後、30分間保持)
(c)200℃で60分間保持した後、自然冷却(30分間で50℃まで冷却)
(d)250℃で60分間保持した後、自然冷却(30分間で60℃まで冷却)
(e)300℃で60分間保持した後、自然冷却(30分間で65℃まで冷却)
(f)350℃で60分間保持した後、自然冷却(30分間で65℃まで冷却)
(g)400℃で60分間保持した後、自然冷却(30分間で70℃まで冷却)
(h)450℃で60分間保持した後、自然冷却(30分間で70℃まで冷却)
(i)500℃で60分間保持した後、自然冷却(30分間で80℃まで冷却)
(Example 3)
Next, using the same material as in Example 2 and the film forming apparatus, a sample having a thickness of 100 nm and a B content of 0.5% by volume (Sm (Fe 0.8 Co 0.). 2 ) 12 B 0.5 film) was prepared. In Example 3, as the film forming conditions, the substrate temperature at the time of forming the Sm (Fe 0.8 Co 0.2 ) 12 B layer is 350 ° C., and the temperature conditions after depositing the V cap layer (10 nm) are set. A total of 9 types of samples were prepared by setting as described in (a) to (i) below.
(A) Natural cooling (cooling to 60 ° C in 30 minutes)
(B) Cooling with nitrogen gas (cooling to 20 ° C in 4 minutes, then holding for 30 minutes)
(C) After holding at 200 ° C for 60 minutes, natural cooling (cooling to 50 ° C in 30 minutes)
(D) After holding at 250 ° C. for 60 minutes, natural cooling (cooling to 60 ° C. in 30 minutes)
(E) After holding at 300 ° C. for 60 minutes, natural cooling (cooling to 65 ° C. in 30 minutes)
(F) After holding at 350 ° C for 60 minutes, natural cooling (cooling to 65 ° C in 30 minutes)
(G) After holding at 400 ° C for 60 minutes, natural cooling (cooling to 70 ° C in 30 minutes)
(H) After holding at 450 ° C. for 60 minutes, natural cooling (cooling to 70 ° C. in 30 minutes)
(I) After holding at 500 ° C for 60 minutes, natural cooling (cooling to 80 ° C in 30 minutes)
上記(a)〜(i)の温度条件に関し、以下では、条件(a)を通常のプロセス(Normal process)とし、条件(b)〜(i)については、Sm(Fe0.8Co0.2)12B層の成膜時の基板温度(350℃)を基準として、当該温度未満のもの((b)〜(e))を冷却条件(Cooling)、当該温度以上のもの((f)〜(i))を加熱条件(Annealing)と分類して、各条件で作製した試料の特性について説明する。 Regarding the temperature conditions of (a) to (i) above, in the following, the condition (a) is set as a normal process (Normal process), and the conditions (b) to (i) are Sm (Fe 0.8 Co 0. 2) 12 (based on 350 ° C.), of less than the temperature ((b) the substrate temperature for forming the layer B ~ (e)) the cooling conditions (cooling), more than the temperature ((f) ~ (I)) will be classified as heating conditions (Annealing), and the characteristics of the samples prepared under each condition will be described.
図9には、条件(a)、及び、条件(b)〜(e)の冷却条件(Cooling)によって得られた膜の面外(Out−of−Plane)XRDパターンを示した。 FIG. 9 shows the out-of-plane XRD pattern of the film obtained by the cooling conditions (Cooling) of the conditions (a) and the conditions (b) to (e).
図9によれば、いずれの試料でも、(002)及び(004)に由来する回折パターン(図中、下向き白三角印で示す。)が観測され、(001)面が強く配向したThMn12型の結晶相が主相であること、すなわち、Sm(Fe0.8Co0.2)12B層の結晶方位が[001]方向に優先配向していることがわかった。また、条件(a)と条件(b)〜(e)との比較では、主相のピーク強度及び位置に大きな変化は見られなかった。 According to FIG. 9, in each sample, a diffraction pattern derived from (002) and (004) (indicated by a downward white triangle mark in the figure) was observed, and the (001) plane was strongly oriented ThMn 12 type. It was found that the crystal phase of Sm (Fe 0.8 Co 0.2 ) 12 B layer is the main phase, that is, the crystal orientation of the Sm (Fe 0.8 Co 0.2) 12 B layer is preferentially oriented in the [001] direction. Moreover, in the comparison between the condition (a) and the conditions (b) to (e), no significant change was observed in the peak intensity and position of the main phase.
図10には、条件(a)、及び、条件(f)〜(i)の加熱条件(Annealing)によって得られた膜のOut−of−Plane XRDパターンを示した。 FIG. 10 shows the Out-of-Plane XRD pattern of the film obtained by the conditions (a) and the heating conditions (Annealing) of the conditions (f) to (i).
図10によれば、いずれの試料でも、(002)及び(004)に由来する回折パターン(図中、下向き白三角印で示す。)が観測され、(001)面が強く配向したThMn12型の結晶相が主相であること、すなわち、Sm(Fe0.8Co0.2)12B層の結晶方位が[001]方向に優先配向していることがわかった。また、条件(a)と条件(f)〜(i)との比較では、主相のピークの強度及び位置に大きな変化は見られなかった。一方、条件(f)〜(i)の試料では、第2相(α−Fe、Sm(FeCo)7、Sm2(FeCo)17相等)のピーク(図中、下向き黒三角印で示す。)のピーク強度が増加する傾向が見られた。また、下地層及びキャップ層に用いたVのピーク強度が減少する傾向が見られた。このことから、加熱条件(Annealing)では、V層が主相内に拡散していることが示唆される。 According to FIG. 10, in each sample, a diffraction pattern derived from (002) and (004) (indicated by a downward white triangle mark in the figure) was observed, and the (001) plane was strongly oriented ThMn 12 type. It was found that the crystal phase of Sm (Fe 0.8 Co 0.2 ) 12 B layer is the main phase, that is, the crystal orientation of the Sm (Fe 0.8 Co 0.2) 12 B layer is preferentially oriented in the [001] direction. Moreover, in the comparison between the condition (a) and the conditions (f) to (i), no significant change was observed in the intensity and position of the peak of the main phase. On the other hand, in the samples under the conditions (f) to (i), the peak of the second phase (α-Fe, Sm (FeCo) 7 , Sm 2 (FeCo) 17 phase, etc.) (indicated by the downward black triangle mark in the figure). There was a tendency for the peak intensity of to increase. In addition, the peak intensity of V used for the base layer and the cap layer tended to decrease. This suggests that the V layer is diffused in the main phase under the heating conditions (Annealing).
図11には、条件(a)、及び、条件(b)〜(e)の冷却条件(Cooling)によって得られた膜の、面内及び面直方向の磁化曲線を示した。 FIG. 11 shows the in-plane and anti-plane magnetization curves of the film obtained by the conditions (a) and the cooling conditions (Cooling) of the conditions (b) to (e).
図11によれば、いずれの試料でも、1.16T(図中ではエルステッド単位Oeを用いて11.6kOeと表している)の保磁力を有することが確認された。 According to FIG. 11, it was confirmed that all the samples had a coercive force of 1.16T (expressed as 11.6 kOe using the oersted unit Oe in the figure).
図12には、条件(a)、及び、条件(f)〜(i)の加熱条件(Annealing)によって得られた膜の、面内及び面直方向の磁化曲線を示した。 FIG. 12 shows the in-plane and in-plane magnetization curves of the film obtained by the conditions (a) and the heating conditions (Annealing) of the conditions (f) to (i).
図12によれば、条件(f)〜(i)の試料では、保磁力の値は条件(a)の試料で得られた値(11.6kOe)よりも低く、保持温度が高いほどその値は低い結果であった。 According to FIG. 12, in the samples of the conditions (f) to (i), the coercive force value is lower than the value (11.6 kOe) obtained in the sample of the condition (a), and the higher the holding temperature, the lower the value. Was a low result.
図13(a)〜(d)には、それぞれ、条件(c)〜(i)の試料の磁気特性(飽和磁化、保磁力、ゼロ磁場での残留磁化比、及び、垂直異方性)を示した。 13 (a) to 13 (d) show the magnetic properties (saturation magnetization, coercive force, residual magnetization ratio at zero magnetic field, and vertical anisotropy) of the samples under the conditions (c) to (i), respectively. Indicated.
図13(a)によれば、飽和磁化(Ms)は、保持温度の増加に伴い線形に増加する傾向が見られた。
図13(b)によれば、保磁力(Hc)は、保持温度が350℃以上の加熱条件(Annealing)において減少することが確認された。
図13(c)によれば、ゼロ磁場での残留磁化比(Mr/Ms)は、保磁力と同様に、保持温度が350℃以上の加熱条件(Annealing)において減少することが確認された。
図13(d)によれば、垂直異方性(Ku)は、保持温度が350℃以上の加熱条件(Annealing)において増加するものの、保持温度が500℃の条件(i)では減少することが確認された。
According to FIG. 13 (a), the saturation magnetization ( Ms ) tended to increase linearly as the holding temperature increased.
According to FIG. 13 (b), it was confirmed that the coercive force (H c ) decreases under the heating condition (Annealing) in which the holding temperature is 350 ° C. or higher.
According to FIG. 13 (c), it was confirmed that the residual magnetization ratio (Mr / M s ) in a zero magnetic field decreases under heating conditions (Annealing) in which the holding temperature is 350 ° C. or higher, similar to the coercive force. rice field.
According to FIG. 13 (d), the perpendicular anisotropy (K u), although the holding temperature is increased at 350 ° C. or more heating conditions (Annealing), the holding temperature is decreased at the 500 ° C. Conditions (i) Was confirmed.
これらの結果、及び、図11及び図12を参照して説明した各条件での保磁力の結果から、上述したアモルファスの粒界相(B濃化相)は、Sm(Fe0.8Co0.2)12B層の成膜時に形成されることが示唆された。また、本発明の実施形態に係る磁気記録媒体の製造方法において、基板上に本発明の実施形態に係る希土類化合物を含有する磁石層をスパッタリング法によって成膜する場合には、基板を所定の温度に加熱して当該希土類化合物を構成する元素を含むターゲットをスパッタした後、当該基板の加熱温度未満の温度で冷却することが望ましいことが確認された。 From these results and the results of the coercive force under each condition described with reference to FIGS. 11 and 12, the above-mentioned amorphous grain boundary phase (B-concentrated phase) is Sm (Fe 0.8 Co 0). .2) it is formed has been suggested during the formation of the 12 B layer. Further, in the method for manufacturing a magnetic recording medium according to an embodiment of the present invention, when a magnet layer containing a rare earth compound according to the embodiment of the present invention is formed on a substrate by a sputtering method, the temperature of the substrate is set to a predetermined temperature. It was confirmed that it is desirable to cool the target at a temperature lower than the heating temperature of the substrate after sputtering the target containing the elements constituting the rare earth compound.
(例4〜例12)
次に、上記例2と同様の材料、及び、成膜装置を用いて、膜の厚みを20nmから200nmまで変化させて、Bの含有量が5.0体積%である試料(Sm(Fe0.8Co0.2)12B膜)を作製した。
(Examples 4 to 12)
Next, using the same material as in Example 2 and the film forming apparatus, the thickness of the film was changed from 20 nm to 200 nm, and the sample having a B content of 5.0% by volume (Sm (Fe 0)). .8 Co 0.2 ) 12 B film) was prepared.
(例13〜例21)
また、上記例2と同様の材料、及び、成膜装置を用いて、ホウ素(B)の導入(目標)量を0体積%から8.0体積%まで変化させて、50nmの厚みを有する試料(Sm(Fe0.8Co0.2)12B膜)を作製した。
(Examples 13 to 21)
Further, using the same material as in Example 2 and the film forming apparatus, the amount of introduction (target) of boron (B) is changed from 0% by volume to 8.0% by volume, and the sample has a thickness of 50 nm. (Sm (Fe 0.8 Co 0.2 ) 12 B film) was prepared.
以下の表1には、例4〜例21の試料の、ホウ素(B)の導入(目標)量、及び、ICP−OESによる元素分析結果をまとめて示した。 Table 1 below summarizes the amount of boron (B) introduced (target) in the samples of Examples 4 to 21 and the results of elemental analysis by ICP-OES.
なお、表1中、「−」はICP−OES測定を実施しなかったことを示す。また、表中「at%」は原子%を表す。 In Table 1, "-" indicates that ICP-OES measurement was not performed. In addition, "at%" in the table represents atomic%.
図14には、膜の厚みを20nmから200nmまで変化させた例4、例7〜10及び例12の薄膜のOut−of−Plane XRDパターンを示した。
(002)及び(004)からの回折線(図中、下向き白三角印で示す。)の強度は膜の厚みの増加とともに増加する。一方で、65°付近に観測される第2相(α−Fe、Sm(FeCo)7、Sm2(FeCo)17)からの回折線(図中、下向き黒三角印で示す。)の強度は膜の厚みによって変化しなかった。
FIG. 14 shows the Out-of-Plane XRD patterns of the thin films of Examples 4, 7 to 10 and Example 12 in which the thickness of the film was changed from 20 nm to 200 nm.
The intensity of the diffraction lines from (002) and (004) (indicated by the downward white triangle mark in the figure) increases as the thickness of the film increases. On the other hand, the intensity of the diffraction line (indicated by the downward black triangle mark in the figure) from the second phase (α-Fe, Sm (FeCo) 7 , Sm 2 (FeCo) 17) observed near 65 ° is It did not change depending on the thickness of the film.
図15には、膜の厚み(tSFC)を変化させた例4〜12の薄膜の格子定数a、c、及び、c/aの変化を示した。aは30nmの8.70Åまで増加するが、その後80nmまでは8.70Åの一定値を示し、その後減少した。
一方、cは30nmの4.75Åまで減少し、その後、4.75Åの一定値を示した。c/aは30nmまで減少するが、その後、一定値を示した。
FIG. 15 shows changes in the lattice constants a, c, and c / a of the thin films of Examples 4 to 12 in which the film thickness (t SFC) was changed. a increased to 8.70 Å at 30 nm, then showed a constant value of 8.70 Å up to 80 nm, and then decreased.
On the other hand, c decreased to 4.75 Å at 30 nm and then showed a constant value of 4.75 Å. c / a decreased to 30 nm, but then showed a constant value.
図16に、膜の厚みを変化させた例4、例7〜10及び例12の薄膜の磁化曲線を示す。いずれも垂直磁化膜であった。膜の厚みの増加とともに垂直方向の保磁力が増加し、100nmのときに0.94Tの最大値を示す。この値は例4〜例21の膜の中では最大の値だった。 FIG. 16 shows the magnetization curves of the thin films of Examples 4, 7 to 10 and Example 12 in which the thickness of the film was changed. Both were perpendicularly magnetized films. The coercive force in the vertical direction increases with the increase in the thickness of the film, and shows a maximum value of 0.94 T at 100 nm. This value was the largest value among the films of Examples 4 to 21.
なお、膜の厚みが100nmのとき、磁化の値は1.55Tと比較的高い値を示している。更にB濃度を増加させると、保磁力は低下した。 When the thickness of the film is 100 nm, the magnetization value is 1.55 T, which is a relatively high value. When the B concentration was further increased, the coercive force decreased.
図17に、Bの含有量を一定とした薄膜の磁化(Ms)、ゼロ磁場での残留磁化比(Mr/Ms)、保磁力(Hc)、垂直異方性(Ku)の膜の厚み(tSFC)に対する依存性を示した。 FIG. 17 shows the magnetization of a thin film with a constant B content (M s ), the residual magnetization ratio in a zero magnetic field ( Mr / M s ), the coercive force (H c ), and the vertical anisotropy ( Ku ). Dependence on the thickness of the film (t SFC ) was shown.
図18に保磁力の温度依存性を示した。図中、横軸は温度(K)、縦軸は保磁力(T)を示している。保磁力の温度依存性の測定には、試料振動型磁力計を備えたSQUID−VSMを用い、温度を50〜700Kの範囲で変化させて測定した。
黒色の丸のプロットがホウ素の含有量が5体積%となるよう成膜条件を調整して得られた試料、黒色の四角のプロットがSm(Fe0.8Co0.2)12にCu拡散をしたもの、黒色の三角のプロットがSm(Fe0.8Co0.2)12にCu−Ga拡散をしたものである。
黒色の実線、黒色の破線2本の計3本は商用のNd2Fe14B磁石(NMX−36(Dy含有量8%)、NMX−43(Dy含有量4%)、NMX−52(Dyフリー))の温度依存性を表している。図18によれば、Sm(FeCo)12磁石はNd2Fe14B磁石よりも小さい温度依存性を示すことがわかる。Sm(FeCo)12磁石の中でも、ホウ素を5体積%含む試料は全温度領域にわたって高い保磁力を示し、300〜700Kの温度範囲における保磁力の温度係数(β)は最も低い値(−0.15%/K)であった。
FIG. 18 shows the temperature dependence of the coercive force. In the figure, the horizontal axis represents temperature (K) and the vertical axis represents coercive force (T). For the measurement of the temperature dependence of the coercive force, a SQUID-VSM equipped with a sample vibration type magnetometer was used, and the temperature was changed in the range of 50 to 700 K.
The black circle plot shows the sample obtained by adjusting the film formation conditions so that the boron content is 5% by volume, and the black square plot shows Cu diffusion into Sm (Fe 0.8 Co 0.2 ) 12. The black triangular plot is Sm (Fe 0.8 Co 0.2 ) 12 with Cu-Ga diffusion.
A total of three black solid lines and two black broken lines are commercial Nd 2 Fe 14 B magnets (NMX-36 (
なお、例2の薄膜に関して図4(c)及び(d)を参照して説明したような微細構造、及び、図5(b)、図7(a)及び(b)を参照して説明したような構成元素の分布及び組成プロファイルは、例9の薄膜のHAADF−STEM像、ナノビーム電子回折パターン、STEM−EDS像、及び、3DAPによる分析結果からも確認された(データ示さず。)。 The thin film of Example 2 was described with reference to the microstructure as described with reference to FIGS. 4 (c) and 4 (d), and FIGS. 5 (b), 7 (a) and (b). The distribution and composition profile of such constituent elements were also confirmed from the HAADF-STEM image of the thin film of Example 9, the nanobeam electron diffraction pattern, the STEM-EDS image, and the analysis results by 3DAP (data not shown).
図19には、膜の厚みを50nmとした例13及び例15〜21のSm(Fe0.8Co0.2)12B膜のOut−of−Plane XRDパターンを示した。Out−of−Plane XRDの結果より、(002)及び(004)に由来する回折パターン(図中、下向き白三角印で示す。)が観測され、ThMn12型の結晶相の(001)面が強く配向していること、すなわち、Sm(Fe0.8Co0.2)12B層の結晶方位が[001]方向に優先配向していることがわかった。 Figure 19 showed the Out-of-Plane XRD pattern of Sm (Fe 0.8 Co 0.2) 12 B film of Example 13 and Example 15-21 were the 50nm thick film. From the results of Out-of-Plane XRD, diffraction patterns derived from (002) and (004) (indicated by downward white triangles in the figure) were observed, and the (001) plane of the ThMn 12 type crystal phase was observed. It was found that the crystals were strongly oriented, that is, the crystal orientation of the Sm (Fe 0.8 Co 0.2 ) 12 B layer was preferentially oriented in the [001] direction.
ここで、Bの含有量を増やしていくと(002)、(004)からの回折線は高角側へシフトするとともに、α−Fe、Sm(FeCo)7、Sm2(FeCo)17に起因するピーク(図中、下向き黒三角印で示す。)が2θ=65°付近に観測された。また、その強度はBの含有量の増加とともに増加した。 Here, when the content of B is increased (002), the diffraction line from (004) shifts to the high angle side, and is caused by α-Fe, Sm (FeCo) 7 , and Sm 2 (FeCo) 17. A peak (indicated by a downward black triangle in the figure) was observed near 2θ = 65 °. Moreover, the strength increased with the increase of the content of B.
図20には、膜の厚みを一定(50nm)とした例13〜18及び例21の薄膜の格子定数a、c、及び、c/a(縦軸)と、Bの含有量(横軸)との関係を示した。aはBの含有量が4体積%までは約8.56Å(オングストローム)でほぼ一定値を示すが、Bが4体積%を超えると急激に増加した。一方、c、及び、c/aはBの含有量の増加とともに単調に減少した。 In FIG. 20, the lattice constants a, c, and c / a (vertical axis) and the content of B (horizontal axis) of the thin films of Examples 13 to 18 and Example 21 in which the film thickness is constant (50 nm) are shown. The relationship with was shown. a showed an almost constant value at about 8.56 Å (angstrom) up to a content of B up to 4% by volume, but increased sharply when B exceeded 4% by volume. On the other hand, c and c / a decreased monotonically with the increase in the content of B.
図21に、膜の厚みを一定としてBの含有量を変化させた例13及び例15〜21の薄膜の、面内及び面直方向の磁化曲線を示した。
図21によれば、Bが0体積%では強い垂直異方性を示している。保磁力は0.14Tである。
図21によれば、Bの含有量の増加とともに面直方向の保磁力が増加し、Bの含有量が5.0体積%で0.75Tの保磁力を示した。また、上記においては1.59Tの高い磁化を示した。更に、面内成分も増加した。
FIG. 21 shows the in-plane and in-plane magnetization curves of the thin films of Examples 13 and 15 to 21 in which the B content was changed while the film thickness was constant.
According to FIG. 21, when B is 0% by volume, it shows strong vertical anisotropy. The coercive force is 0.14T.
According to FIG. 21, the coercive force in the direction perpendicular to the plane increased with the increase in the content of B, and the coercive force of 0.75 T was shown when the content of B was 5.0% by volume. Moreover, in the above, it showed a high magnetization of 1.59T. Furthermore, the in-plane component also increased.
更にBの含有量を増加させると面直方向の保磁力は減少し、磁化容易方向が面内へと変化した。
図22には、膜の厚みを一定とした薄膜の磁化(Ms)、ゼロ磁場での残留磁化比(Mr/Ms)、保磁力(Hc)、及び、垂直異方性(Ku)のBの含有量への依存性を示した。なお、図22には、例13〜21のB導入目標量とは異なる成膜条件で作製した試料の結果も併せて示した。
Further, when the content of B was increased, the coercive force in the direction perpendicular to the plane decreased, and the direction in which the magnetization was easy changed into the plane.
In FIG. 22, the magnetization of the thin film having a constant film thickness (M s ), the residual magnetization ratio in a zero magnetic field ( Mr / M s ), the coercive force (H c ), and the vertical anisotropy (K) are shown. The dependence of u ) on the B content was shown. In addition, FIG. 22 also shows the results of the samples prepared under the film forming conditions different from the B introduction target amount of Examples 13 to 21.
本発明の希土類化合物は優れた保磁力を有するため、特にHDD等の磁気ディスク装置に搭載される垂直磁気記録ディスク用の垂直磁気記録媒体に用いられる媒体材料として好適である。また、現状の垂直磁気記録媒体の情報記録密度をさらに上回る超高記録密度を実現するための媒体として有望視されているディスクリートトラックメディア(DTM)やビットパターンドメディア(BPM)向けの媒体材料として、あるいは垂直磁気記録方式による情報記録密度をさらに上回る超高記録密度を達成できる熱アシスト磁気記録(HAMR)向けの媒体材料として特に好適に用いられる。 Since the rare earth compound of the present invention has an excellent coercive force, it is particularly suitable as a medium material used for a perpendicular magnetic recording medium for a perpendicular magnetic recording disk mounted on a magnetic disk device such as an HDD. In addition, as a medium material for discrete track media (DTM) and bit-patterned media (BPM), which are promising media for achieving ultra-high recording densities that exceed the information recording densities of current perpendicular magnetic recording media. Alternatively, it is particularly preferably used as a medium material for heat-assisted magnetic recording (HAMR) that can achieve an ultra-high recording density that further exceeds the information recording density by the perpendicular magnetic recording method.
10 磁気記録媒体(垂直磁気記録媒体)
20 基板
30 熱吸収層
40 下地層(配向制御層)
50 磁性層(垂直磁気記録層)
10 Magnetic recording medium (perpendicular magnetic recording medium)
20
50 Magnetic layer (perpendicular magnetic recording layer)
Claims (10)
(上記式中、R1は、Sm、Pm、Er、Tm、及び、Ybからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、R2は、Zr、Y、La、Ce、Pr、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、及び、Luからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、TはFe、Co、及び、Niからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、Mはホウ素であり、xは、0〜0.5の数であり、aは6.0〜13.7原子%の数であり、cは0原子%より大きく、12原子%以下の数であり、bは、100−a−c原子%で表される数である。)
で表され、ThMn12型の結晶相を主相とし、前記主相間に存在するアモルファスの粒界相を有する希土類化合物。 The overall composition is Formula 1: (R 1 (1-x) R 2 x ) a T b M c
(In the above formula, R 1 is at least one element selected from the group consisting of Sm, Pm, Er, Tm, and Yb, and R 2 is Zr, Y, La, Ce, Pr, Nd. , Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, and at least one element selected from the group consisting of Lu, and T is at least one element selected from the group consisting of Fe, Co, and Ni. M is boron, x is a number from 0 to 0.5, a is a number from 6.0 to 13.7 atomic%, and c is greater than 0 atomic% and 12 atomic% or less. B is a number represented by 100-ac atomic%.)
A rare earth compound having a ThMn 12- type crystal phase as a main phase and having an amorphous grain boundary phase existing between the main phases.
前記基板を250〜400℃に加熱して、前記希土類化合物を構成する元素(R1、R2、T、及び、M)を含むターゲットをスパッタした後、前記基板加熱温度未満の温度で冷却する方法。 A method for producing a magnetic layer containing the rare earth compound according to any one of claims 1 to 7 on a substrate by a sputtering method.
The substrate is heated to 250 to 400 ° C. to sputter a target containing the elements (R 1 , R 2 , T, and M) constituting the rare earth compound, and then cooled at a temperature lower than the substrate heating temperature. Method.
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