JP2507574B2

JP2507574B2 - 垂直磁気記録媒体とその製造方法及びそれを用いた記録再生装置

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Publication number: JP2507574B2
Application number: JP63326376A
Authority: JP
Inventors: 和悦吉田; 孝信高山
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Maxell Ltd
Priority date: 1988-12-26
Filing date: 1988-12-26
Publication date: 1996-06-12
Anticipated expiration: 2011-06-12
Also published as: JPH02173926A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は垂直磁気記録媒体とその製造方法及びそれを
用いた磁気記録再生装置に関する。

〔従来の技術〕

垂直磁気記録媒体としては、Co−Cr合金が知られてお
り、磁気異方性、飽和磁化ともに大きく、垂直磁気記録
媒体として優れた特性を備えている。ところが金属膜で
あるため摩耗に弱く、磁気ヘッドの摺動特性を低下する
という問題があった。この点を解消し、耐摩耗性の観点
から例えばCoの部分酸化膜が検討され、磁気異方性の大
きな垂直磁化膜が得られている。この種の磁気記録媒体
に関連するものとして、例えば特開昭59−140629号及び
ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライト・フィジ
ックス,23巻、No.6,L397（1984年）〔Jpn.J.Appl.Phy
s.,Vol.23,No.6,L397（1984）〕等が挙げられる。

〔本発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記Co系磁性金属の部分酸化膜は、飽和磁化
が1000kA/m以下の範囲で垂直磁化膜が実現するものの、
実際に記録再生を行うと、再生出力及び出力半減記録密
度ともに低く、磁気記録媒体としては不十分な特性しか
得られていない。

本発明の目的はこの問題を解消することにあり、その
第１の目的は記録再生特性を向上させた改良された垂直
磁気記録媒体を、第２の目的はそれを製造する方法を、
そして第３の目的はこの垂直磁気記録媒体を用いた磁気
記録再生装置をそれぞれ提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記第１の目的は、所定の形状を有する非磁性基体上
に、直接もしくは高透磁率層を介して少なくともコバル
ト及びその酸化物を含む混合体から成る垂直磁気記録用
磁性膜を形成した磁気記録媒体であって、この磁性膜の
膜面に対して垂直方向に磁場を印加して磁化曲線を測定
した時の、第１象限における減磁曲線に対して印加磁場
零付近で第１の接線を引いた時、この減磁曲線のショル
ダ部が前記第１の接線と交わるか、もしくは交わらなく
とも高磁場の飽和磁化領域で引いた第２の接線と前記第
１の接線と減磁曲線のショルダ部で囲まれた面積Ｓを飽
和磁化Msで除した値Ｒ＝S/Msが10kA/m以下である特性を
有する垂直磁気記録媒体により、達成される。

つまり、本発明者らは、磁性膜面に垂直方向に磁場を
印加して測定した時の磁化曲線が、上述のとおりある特
定形状を有していることが極めて有効であることを見出
した。本発明はこの知見に基づいてなされたもので、以
下図面によりこの特性改善の要因となる磁化曲線の形状
について説明する。

第１図及び第２図は本発明の磁性膜の典型的な垂直方
向の磁化曲線を示したものである。そして、第３図は従
来の垂直磁性膜の例を示したものである。

まず、第３図に示した従来の垂直磁化膜においては、
磁場を減少させながら測定した磁化曲線の減磁曲線６の
ショルダ部４の形状が丸味をおびており、この部分にお
ける磁化反転が極めて緩慢に起こっている。

これに対し、第１図に示した本発明による垂直磁性膜
の磁化曲線では、印加磁場が零付近で引いた第１の接線
１と減磁曲線６のショルダ部２とが交差し、ショルダ部
２は接線１の左側の低磁場領域に存在している。また、
ショルダ部が接線１の左側に存在しない場合でも、第２
図に示したようにショルダ部３における減磁曲線が、零
磁場付近での第１の接線１と、高磁場の飽和磁化領域で
引いた第２の接線５との交点の極めて近くに存在してい
る。

本発明者らは、このようにショルダ部３もしくは４が
第１の接線１の右側に存在する場合、これら第１の接線
１と第２の接線５と減磁曲線のショルダ部３もしくは４
とで囲まれた領域の面積をＳとしたとき、このＳを飽和
磁化Msで除した値Ｒ＝S/Msが小さいほど記録再生特性が
優れており、実用上上述のとおりＲ＝10kA/m以下（零を
含む）が好ましいことを見出したものである。それ故、
前述の第３図のＲ値は、第２図のそれと比較して著しく
大きいことがわかる。この面積Ｓは、第１、第２の接線
１もしくは５とショルダ部３もしくは４の減磁曲線から
容易に求めることができる。上記第１図と第２図に示し
た垂直磁化膜に共通していることは、磁化曲線（減磁曲
線）のショルダ部２、３の形状の角形性が極めて鋭く、
この部分での磁化反転が極めて急峻である点にある。

また、上記第２の目的は、非磁性基体上に、酸素含有
雰囲気中で少なくともコバルトを含む金属粒子を蒸着す
ることにより、部分酸化コバルト金属粒子を含む飽和磁
化Msが400〜1200kA/m、より好ましくは600〜1100kA/mの
磁性膜を形成する工程と、前記磁性膜を非還元性雰囲気
中、150〜220℃にて熱処理する工程とを有して成る垂直
磁気記録媒体の製造方法により、達成される。

上記飽和磁化Msの調整は、蒸着時の雰囲気中における
酸素分圧を調整することにより、周知の方法で任意にコ
ントロールすることができる。なお、蒸着時の非磁性基
体は、常温に保持してもよいが、好ましくは30〜80℃で
ある。80℃を越え例えば100℃のような高温では特性向
上が望めず好ましくない。

さらにまた、上記第３の目的は、上記垂直磁気記録媒
体を磁気記録再生媒体とした磁気記録再生装置に用いる
ことにより、達成される。これにより、記録再生特性が
大幅に改善され、極めて高い記録密度を有する磁気記録
再生装置を実現することができる。また、上記磁気記録
再生装置において、記録再生媒体への信号の記録を磁気
ヘッドで、信号の読出しを例えばファラディもしくはカ
ー効果などの光学的手段を用いた光学ヘッドで構成する
ことにより、高密度で転送速度の速い光磁気記録再生装
置を実現することができる。

〔作用〕

本発明の垂直磁化膜を用いることにより記録再生特性
が向上する詳細な理由は明らかでないが、以下のように
推察できる。本発明による垂直磁化膜の特徴は、第１
図、第２図に示したように、磁化曲線のショルダ部の角
形性が鋭角的になっている点にある。このことは前述し
たように、磁化反転が極めて急峻に起こっていることを
示している。このような特性を持つ磁気記録媒体では、
磁気記録を行った時の空間分解能が向上し、その結果、
記録密度特性の向上と再生出力の大幅な向上がもたらさ
れたものと考えられる。

次に、光磁気記録装置に本発明による磁性薄膜を記録
媒体として用いた時の、各構成要素の作用を説明する。
第４図に本発明による光磁気記録装置の一例を示した。
この例は、垂直磁化膜が、その飽和磁化が約800kA/m以
下の時に光の透過性がよくなる性質を利用したものであ
る。まず、光透過性のよい基板８の上に、磁性膜を形成
し記録媒体とする。この記録媒体は一定速（ｖ）で送ら
れ、磁気ヘッド10を通過する時に磁気記録と同じ原理に
基づき信号の記録が行われる。この時、信号は磁性膜の
大きな垂直磁気異方性により、磁化方向は矢印で示した
ように上向きあるいは下向きとして記録される。次に信
号情報の読出しは、ファラディ効果を利用してなされ
る。すなわち偏向子11を通って直線偏向された光12は磁
性膜の一点に収束され、磁性膜に対して垂直入射し、磁
性膜を透過して基板の裏面に到達する。この時、磁化方
向の上向き、下向きに対応して光の偏向面が回転する。
この偏向面の回転を検光子13によって読取り、それを電
気信号に変換することによって信号の再生が行われる。

上記した光磁気記録再生のシステムは、本発明の垂直
磁性膜が光を透過し易い性質を用いたものであり、ま
た、信号の記録に磁気ヘッドを用いたのは、磁性膜のキ
ュリー点が300℃以上であり、通常の光磁気記録で用い
られているレーザ加熱による熱記録方式が採用できない
ためである。

また、第４図で示した方法の他に、光の反射を用いた
カー（Kerr）効果により信号の再生を行う方法を用いれ
ば、光が透過しない磁性膜でも記録媒体として用いるこ
とが可能となる。

以上、本発明による垂直磁性膜の効果とその機能を説
明したが、この磁性膜は成膜時における基板温度が80℃
以下、好ましくは30〜60℃の条件で、飽和磁化Msの範囲
を400〜1200kA/m、より好ましくは600〜1100kA/mに設定
することによって作製することができる。さらに、これ
らの磁性膜を例えば空気中、あるいは窒素ガスのごとき
不活性ガス中といった非還元性雰囲気中、150〜220℃の
範囲で熱処理することによって、磁化曲線のショルダ部
がより鋭角的になり、記録再生特性を向上させることが
可能となる。特に飽和磁化Msが400〜600kA/mの磁性膜に
ついては、この熱処理が必須であり極めて有効である。
もちろんMsが600kA/m以上の磁性膜についても、この熱
処理は有効であるが、このようにMsの大きいものの場合
には熱処理を省略することも可能である。

〔実施例〕

以下、本発明の詳細を実施例を用いて説明する。

実施例１第５図に示した真空蒸着装置を用いて、微量な酸素を
導入しながらCoの蒸着を行った。金属Coを電子ビーム加
熱法（蒸着源14）により溶解し、蒸着速度が約1nm/sに
なるようにフィラメント電流を調整した。また酸素の導
入量はニードルバルブ15により調節して酸素分圧を３×
10^-3〜10^-2Paの範囲で変化させ、種々の飽和磁化値をも
つ試料を作製した。つまり、周知のように酸素分圧の大
きさと飽和磁化Msの大きさとは相反するものであるた
め、分圧を大きくすればMsは小さくなり、分圧を小さく
すればMsは大きくなる。したがって飽和磁化の調整は試
料に見合った酸素分圧に制御することにより行った。基
板16には、厚さ20μｍのポリイドミフィルムを用いた。
また、基板温度は30℃とした。このような条件で、飽和
磁化の異なる５種類（試料番号＃１〜＃５）の膜厚250n
mのCo/Co酸化物混合垂直磁性膜を作製した。これらの試
料の磁気特性を試料振動型磁力計（VSM）を用いて測定
した。その結果を第１表に示した。

なお、表中に示した⊥、はそれぞれ印加磁界が膜面
に垂直方向、膜面内方向であることを示している。

なお、この表中には各試料の磁化曲線の形状をも示し
ており、Ａは本発明の実施例となる第１図に示した形
状、Ｂも本発明の実施例となる第２図に示した形状、そ
してＣは比較例となる従来の第３図に示した形状になっ
ていることを表わしている。形状Ｂ、Ｃについては、シ
ョルダ部における角形性の程度を表わすために、第３図
に示した斜線部分の面積Ｓを飽和磁化Msで除した値Ｒ＝
S/Ms（単位はkA/m）をも併記した。この値Ｒが小さいも
のほど角形性に優れていることを示している。

この表から、明らかなように試料＃２及び＃３は角形
性が優れており熱処理前においても磁化曲線Ａ、Ｂを示
している。一方、試料＃４は熱処理前はＣであるが、熱
処理後はＢであり、Ｒ値も15から２に向上している。試
料＃１及び＃５は熱処理を施してもＣであり、十分な特
性が得られない。

なお、熱処理は、各試料を空気中、200℃において15
分間行った。熱処理を行ったことによって、飽和磁化等
のマクロな磁気特性には大きな変化がみられなかった
が、上述のとおり＃２〜＃４の試料については磁化曲線
の形状に変化が見られ、ショルダ部の角形性が鋭角的に
なった。

実施例２上記実施例１で作製した試料を円板状に切り抜き、記
録再生特性の評価を行った。用いた磁気ヘッドは非晶質
状のCo−Nb−Zr薄膜をMn−Znフェライトのブロックでは
さみ込んだMIG（Metal in Gap）タイプのものであり、
そのギャップ長は0.2μｍである。記録再生特性は、相
対速度2m/sとし、媒体表面に潤滑剤を塗布し、磁気ヘッ
ドを接触させながら測定した。

代表的な記録再生特性として試料＃３と＃５の再生出
力の記録密度依存性を第６図に示した。図から明らかな
ごとく、磁化曲線のショルダ部が鋭角的な磁化変化をす
る試料＃３の方が、高密度領域における再生出力が高
く、出力半減記録密度（D₅₀）も150kFCIと優れている。
また＃３の試料では孤立再生波形が双峰状になって、典
型的な垂直磁気記録がされているのに対して、＃５の試
料では、マクロな磁気特性においては垂直磁化膜になっ
ているにもかかわらず、孤立再生波形は単峰状で垂直磁
気記録が行われていない。第７図に試料＃１〜＃５とそ
れらを熱処理した時の、飽和磁化と線記録密度10kFCIに
おける再生出力（E_10k）の関係、第８図に飽和磁化と出
力半減線記録密度（D₅₀）の関係を示した。

まず、熱処理前の試料（実線で示す）においては、磁
化曲線の形状が鋭角的な＃２と＃３の試料において、高
い再生出力と記録密度特性の得られることがわかる。さ
らにこれらの試料を熱処理すると、＃１と＃５を除いて
他の試料で記録再生特性が向上する。特に＃４の試料で
の特性向上が著しい。これは熱処理によって磁化曲線の
形状がタイプＣからタイプＢへと変化し、ショルダ部が
鋭角的な変化を示すようになったためである。

次に本発明による垂直磁化膜を光磁気記録再生装置に
応用した例について述べる。

実施例３第４図に示したようにテープ送り機構（図面省略）
と、信号記録用の磁気ヘッド10と光再生システム11、1
2、13を備えた装置を作製した。また記録媒体は、酸素
分圧が９×10^-3Pa、膜厚が50nmであること以外は、実施
例１と同じ条件で作製した。磁性膜の熱処理も空気中、
200℃で15分間施した。作製した試料の磁気特性はMs＝6
20kA/m、抗磁力Hc⊥72kA/m、Hc25kA/m、角形比（Mr/M
s）⊥＝0.2、（Mr/Ms）＝0.1、Ｒ＝2kA/mで磁化曲線
のショルダ部の形状は第２図に示したＢタイプのもので
あった。また使用した磁気ヘッドのタイプは前述したも
のと同じであるがギャップ長は0.5μｍ、トラック幅は
５μｍとした。光磁気記録においてはトラック幅は１μ
ｍ程度あれば十分であり、このトラック幅は狭い方が望
ましいが、本実施例ではヘッド加工の都合上５μｍ程度
としたものである。光再生系に用いた光源（図示省略）
は、波長830nmの半導体レーザであり１μｍのスポット
径に集光されている。記録媒体試料をテープ状に切り取
り、作製した光磁気記録再生装置でその記録再生特性を
評価したところ、0.7μｍのビット長において、信号対
雑音比（S/N比）約45dB（ノイズ帯域30kHz）の良好な特
性が得られた。

本実施例では記録媒体中の透過光を利用するファラデ
ィ効果を用いて信号の読出しを行ったが、カー効果によ
る読出し方式を用いれば、反射光を利用するので磁性膜
の膜厚を0.1μｍ以上にできるため、比較的長いビット
長からも反磁界が減少することが期待でき、書込む磁化
量が増える点で有利となる。また、カー効果読出し方式
を用いれば次のような利点もある。本実施例では信号の
記録をリングヘッドを用いて行ったが、磁性層と基板の
間にパーマロイなどの高透磁率層を設けた、いわゆる２
層膜媒体を用いることが可能となり、その場合には信号
の記録を単磁極型ヘッドを用いて行えばより理想的な垂
直磁気記録が可能となり、高いS/N特性を得ることが可
能となる。

さらに、２層膜媒体を用いた場合には、高透磁率層を
光の反射層として用いることが可能となり、磁性層の厚
さを薄くした場合にカー回転角のエンハンスメント効果
を期待することができる。

なお、本発明による磁性膜は十分に強い摺動強度をも
つが、磁性層の表面にカーボン、ホウ素、炭化物、窒化
物、ホウ化物などの保護膜を形成すればより強い記録媒
体を得ることが可能である。特に光磁気記録において
は、記録ビット長が比較的長いため、保護膜が光を透過
するのであれば、50nm以上の厚さであっても、磁気記録
は可能である。

実施例４第９図は、磁化曲線のショルダ部の形状を示すＲ値＝
S/Msと低周波規格化再生出力（E_10k）の関係を示す。試
料の磁化膜は実施例１と同様にして作成したものであ
り、曲線ａは飽和磁化Msが800〜1100kA/mの範囲のも
の、ｂはMs600〜800kA/m、ｃはMs400〜600kA/mの試料に
ついて測定した結果である。

第10図は、Ｒ値と出力半減線記録密度D₅₀の関係を示
したものであり、曲線ａ、ｂ、ｃはそれぞれ第９図と同
一の試料についての測定結果である。

これら、第９図、第10図から、好ましい記録再生特性
であるE_10kが0.07μV_pp／μｍ、m/s、turn以上、D₅₀が1
40kFCI以上の両特性を得るためには、Ｒが10kA/m以下に
することが必要なことがわかる。

第11図は、蒸着後の磁化膜に施す熱処理と記録再生特
性の関係を示したものである。試料は実施例１と同様に
して作成したが、成膜時の飽和磁化Msは、730kA/mのも
のである。図から明らかなように熱処理温度が150℃以
上になるとE_10k、D₅₀ともに向上する。熱処理温度は200
℃近傍で最も大きくなるが、余り温度が高くなるとMsが
変動し易くなる、基板との間に歪が生じる、基板が樹脂
からなる場合にその耐熱性などの理由から実用上、その
上限は220℃程度となる。

以上の実施例においてはCoとCoの酸化物混合垂直磁化
膜を例にあげたが、その他Coに例えばFeやNiのごとき磁
性金属を添加した磁性膜においても上記実施例と同様の
効果が得られていることを確認している。また添加元素
として非磁性のTi、Cr、Mn、Cu、Zr、Ｖ、Al、Mo、Ｗ、
Re、Ru、Pt、Nb、Bi等を添加した場合にも同様である。
特にBiについては、光磁気効果を向上させる働きのある
ことも確認されている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、以上説明したように少なくともコバ
ルト金属とその酸化物とを含む混合垂直磁化膜の記録再
生特性を大幅に向上させることが可能となる。したがっ
てそれを用いた磁気記録再生装置の再生出力と記録密度
とを向上させることができる。

また、本発明による磁性膜が50nm程度の厚さで光をよ
く透過する性質と、光磁気効果をもつ性質を用いること
により、磁気ヘッド書込み、光再生のシステムをもつ光
磁気記録再生装置が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による垂直磁化膜の膜面垂直方向におけ
る磁化曲線、第２図は本発明による垂直磁化膜の膜面垂
直方向における他の磁化曲線の例、第３図は比較例とな
る従来の垂直磁化膜の磁化曲線、第４図は本発明による
磁性膜を用いた光磁気記録再生装置の概略図、第５図は
磁性膜を作製するのに用いた真空蒸着装置の概略図、第
６図は本発明による垂直磁化膜の再生出力の記録密度依
存性とその比較例、第７図は本発明による垂直磁化膜の
飽和磁化と低周波規格化再生出力の関係を示した特性曲
線図、第８図は同じく飽和磁化と出力半減線記録密度の
関係を示した特性曲線図、第９図はＲ値と再生出力との
関係を示した特性曲線図、第10図は同じくＲ値と出力半
減線記録密度の関係を示した特性曲線図、そして、第11
図は磁化膜の熱処理温度と記録再生出力との関係を示し
た特性曲線図である。１…減磁曲線の磁場零付近における第１の接線２、３、４…減磁曲線の“ショルダ部” ５…減磁曲線の高磁場における第２の接線６…試料の膜面垂直方向に磁場を印加した時の磁化曲線
において、磁場を減少させながら測定した減磁曲線

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の形状を有する非磁性基体上に、直接
もしくは高透磁率層を介して少なくともコバルト及びそ
の酸化物を含む混合体から成る垂直磁気記録用磁性膜を
形成した磁気記録媒体であって、この磁性膜の膜面に対
して垂直方向に磁場を印加して磁化曲線を測定した時
の、第１象限における減磁曲線に対して印加磁場零付近
で第１の接線を引いた時、この減磁曲線のショルダ部が
前記第１の接線と交わるか、もしくは交わらなくとも高
磁場の飽和磁化領域で引いた第２の接線と前記第１の接
線と減磁曲線のショルダ部で囲まれた面積Ｓを飽和磁化
Msで除した値Ｒ＝S/Msが10kA/m以下である特性を有する
垂直磁気記録媒体。
【請求項２】上記磁性膜の飽和磁化Msを600〜1200kA/m
とした請求項１記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項３】非磁性基体上に、酸素含有雰囲気中で少な
くともコバルトを含む金属粒子を蒸着することにより、
部分酸化コバルト金属粒子を含む飽和磁化Msが400〜120
0kA/mの磁性膜を形成する工程と、前記磁性膜を非還元
性雰囲気中、150〜220℃にて熱処理する工程とを有して
成る垂直磁気記録媒体の製造方法。
【請求項４】請求項１もしくは２記載の垂直磁気記録媒
体を磁気記録再生媒体とした磁気記録再生装置。
【請求項５】請求項４記載の磁気記録再生装置におい
て、信号の記録は磁気ヘッドで、信号の読出しは光学ヘ
ッドで行う構成とした光磁気記録再生装置。