JP2763913B2 - 磁性膜及びその製造方法 - Google Patents

磁性膜及びその製造方法

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    • H01F10/08Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザー光のような光により記録、再生を行
なう光磁気記録は勿論、垂直磁気ヘッドにより記録、再
生を行なう垂直磁気記録にも適用可能な高密度記録用磁
性膜及びその製造方法に関する。
〔従来技術〕
磁性膜を非磁性支持体上に形成したものは磁気記録媒
体や光磁気記録媒体として利用されている。こゝで磁性
膜の材料としては特に化学的安定性に優れていること、
その他、飽和磁化が大きいこと及びS/Nを大きくし易い
ことから窒化鉄が多く使われている。
このような窒化鉄は従来はバインダー樹脂と共に磁性
膜を形成することが多かったが、近年は樹脂を併用せ
ず、単独で磁性膜を形成することが多くなった。
後者の窒化鉄単独の磁性膜については特開昭59-22870
5号公報ではAr,N2等の混合気流中でFeをスパッタリング
するこにより、六方晶形のε相窒化鉄薄膜を高密度記録
用として好適な垂直磁化膜として得ている。しかしこの
方法は0.1μm以下の薄厚では垂直磁化膜は得られない
し、また垂直磁化膜であっても飽和磁化を大きくとって
いるので、角型比Mr/Ms(印は膜面に垂直方向を表
わす。)が小さく、従って磁気光学効果(ファラデー効
果)も小さいという欠点がある。更にこの方法は耐食性
を向上させるためCr,Ni,Co,Al等の金属元素を含有させ
ることが好ましいとしているが、これらの元素を添加す
ると、六方晶構造がくずれ易いこと及び飽和磁化が著し
く小さくなることから、添加量を10原子%以下に限定し
ている。
また特開昭60-76021号公報では公知の方法によりFe薄
膜を形成後、この膜中にNイオンを注入してFe8Nの窒化
鉄薄膜を得ているが、この磁性膜は水平磁化膜(Fe8Nは
六方晶形ではない)であって、高密度記録には不適当で
あるし、またこの方法は光磁気記録に好適な結晶配向
(これにより光透過率が向上する)を全く考慮していな
い。
更に特開昭61-120348号公報では同様に鉄の蒸着膜を
形成後、その膜中にNイオンを注入してFe4N結晶(支持
体に対し垂直な結晶で、結晶構造はbcc構造であって、
六方晶形窒化鉄のhcp構造とは異なるし、またキュリー
温度も488℃と高く、光磁気記録用として使い難い。)
の薄膜を得ているが、この磁性膜も水平磁化膜であり、
従って良好な光磁気記録用としては勿論、垂直な磁気記
録用とはなり得ないし、またCoやNi等を併用することも
できない。なおいずれの方法で得られる磁性膜も結晶学
的には全面均一な薄膜である。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は従来技術における以上のような欠点を
除去し、良好な垂直磁気異方性を有し、且つ大きな光磁
気効果が得られ、従って特に光磁気記録用として好適な
磁性膜及びその製造方法を提供することである。
〔発明の構成・動作〕
本発明の磁性膜は、一般式MxN(但しMはFe,Co及びNi
よりなる群から選ばれた少くとも1種の金属、xは1〜
20の値を表わす。)で示される強磁性金属窒化物からな
り、且つ少くとも一部が膜面に垂直に又はこれに若干傾
いて結晶配向していることを特徴とするものである。
また本発明の磁性膜の製造方法は前記一般式で示され
る強磁性金属窒化物の薄膜に垂直に又はこれに若干傾け
て窒素にイオンビームを注入して少くとも一部を結晶配
向させることを特徴とするものである。
前述のように従来の窒化鉄磁性膜は垂直磁化膜であっ
ても他の金属元素を多量に添加することはできず、また
磁気光学効果も低かった。そこで本発明者はこれらの欠
点を解消するものとして先に特願昭63-281991号におい
てイオンビームスパッタ法により本発明と同じ組成の強
磁性金属窒化物からなるC軸配向した磁性膜を提案し
た。この提案の磁性膜も従来品と同じく結晶学的には全
面均一な薄膜である。
これに対し本発明の磁性膜は少くとも一部、膜面に垂
直に又はこれに若干傾いて結晶配向している。なお少く
とも一部、結晶配向するとは膜の厚さ方向又は面方向に
部分的に又は全部分、結晶配向することを意味するが、
前述のように結晶の配向方向は膜面に対し垂直方向(C
軸)に限らず、垂直方向とは若干傾いた任意の方向であ
ってもよい。
本発明はいったんPVD,CVD等の方法で前記一般式の強
磁性金属窒化物薄膜を形成した後、イオン注入器を用い
てNイオンを膜面に対し垂直方向に注入すると、C面が
成長するという知見に基づいて達成されるたものであ
る。またこのイオンの注入量によってC面が成長すると
共に、注入前の薄膜が結晶である場合はC面以外は消滅
することも見出された。こうしてC面が成長すると、窒
化物膜はε相MxN(X=1〜20)の結晶形をとり、垂直
磁化膜となると同時に透明性が大巾に向上し、従ってフ
ァラデー効果を有する光磁気記録材料となる。
従来のPVDやCVDによる薄膜形成法では全面均一な膜し
かできなかったが、本発明の製造法によれば例えば次の
ような2つの特殊な膜を形成できるので、従来の全面均
一な膜に比べて有利である。
1)部分配向させた磁性膜: 第1図(図中1は配向部、2は未配向部、3は磁性
膜、4は支持体)に示すように、膜3の表面から矢印の
厚さ方向に配向度を変化できる。このため、例えば支持
体上にFeやCoやFe,Co,Ni以外に少量の希土類を含むアモ
ルファス合金磁性膜を設けた光磁気記録媒体の表面を窒
化配向して化学的安定性を大巾に向上させ、且つ磁気光
学効果として、透明部1によるファラデー効果と不透明
部2によるカー効果とが加わった大きな回転角を得るこ
とができる。また最表面部から最底辺部に向かって配向
度を連続的に変化させ、最底辺部では完全なアモルファ
ス状態(不透明状態)でカー効果が大きく、一方最表面
部は完全配向した状態(透明状態)でファラデー効果や
化学的安定性を向上することもできる。
また第2図に示すように、デイスク状光磁気記録媒体
(光磁気デイスク)では外周と内周とでヘッド周速が異
なることがあるが、この周速の違いに対応して磁性膜3
の配向性を変化させれば、全周で均一なS/N比が得られ
る。
更に第3図に示すように、磁性膜3を同心円状又はス
パイラル状に配向させ、それ以外の部分を腐食によるエ
ッチングでとり除くと、比磁気ディスクで行なわれてい
るサーボのための基板のグループが不要となる(配向部
はアモルファスより腐食しにくいため)。或いは配向部
は光透明率が高く、未配向部は光透明率が低いのでエッ
チングしないくても同心円状配向をトラックサーボに利
用できる。
2)配向方向を変化させた磁性膜: 従来の一般的な窒化物薄膜形成法、即ちスパッタ法、
蒸着法、イオンプレーティング法(PVD法やCVD法)を用
いた場合、得られる窒化物膜〔ε相MxN(X=2〜
3)〕のC軸は膜面又は支持体面に対し垂直であるが、
本発明方法によれば第4図及び第5図に示すようにNイ
オンの注入方向にC軸が揃うので、垂直方向とは若干傾
斜させることができる(1′,1″は傾斜した配向部)。
これによってレーザー光をC軸に沿って入射させる場合
(入射方向は結晶の配向方向と同じ)には同一膜厚でも
光路が長くなりフアラデー回転角が大きくなる。またデ
ィスク毎に前記傾斜角が異なれば、再生器が違うと読め
ないので、秘密保持が可能となる。更に第5図のような
磁性膜構成は多層多重記録にとってS/N比が高くなるの
で好ましい。なおこの場合、未配向部2は波長によって
透過率が異なる選択透過膜となる。
以上のようにして得られる磁性膜の厚さは500〜5000
Åが好ましい。
本発明の磁性膜には飽和磁化を減少せしめて垂直磁気
異方性を向上させるためにTi,Al,V,Cr,Mn等を金属Mに
対し30原子%以下加えることができる。これら元素は窒
化してhcp構造をとるものである。同様に磁性膜の飽和
酸化を減少させるためにO,C,F,B等の非磁性元素を加え
てもよい。また更に垂直磁気異方性を向上させるために
希土類元素を加えてもよい。
本発明の磁性膜は通常、支持体に支持されて光磁気記
録媒体として使用されるが、垂直磁気記録媒体としても
使用できる。支持体の材料としてはプラスチック、セラ
ミックス、金属、ガラスなどの非磁性材料が用いられ
る。なお支持体用プラスチックとしてポリイミド、ポリ
アミド、ポリエーテルサルホン等の耐熱性プラスチック
の他、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、
三酢酸セルロース、ポリカーボネート、ポリメチルメタ
クリレート等の通常のプラスチックも使用できる。また
支持体の形状はシート状、カード状、ディスク状、ドラ
ム体、長尺テープ状等、任意の形状でよい。
また磁性膜と支持体との間には下地層を、また磁性層
上には保護層を設けることができる。
下地層の材料としてはTi,Zr,Mg,ZnOや軟磁性材料が使
用できるが、層自体は、アルモファスよりも結晶性の薄
膜の方が効果的に配向するので、結晶性、特に磁性膜と
同じく六方晶形薄膜が好ましい。結晶性軟磁性層を用い
てもよい。
保護層の材料としてはSiO2,TiO2、窒化シリコン、窒
化アルミニウム、アモルファスSi等の誘電体やカーボ
ン、二硫化タングステン等の潤滑剤が挙げられる。
なお磁性膜中に注入する元素はNが好ましいが、目的
によってはAr等の不活性ガスを用いてもC面の成長は可
能である。
以下に本発明を実施例によって詳しく説明する。
実施例1 ガラス基板上にイオンビームスパッタ装置を用いて下
記条件で厚さ2000Åの窒化鉄膜を形成した。
ターゲット材料:99.99%の純鉄 基 板 温 度:150℃ イオン化ガス:N2+Ar(50:50)の混合ガス イオン銃電圧:4KV イオン銃電流:7mA ビーム入射角:30度 得られた窒化鉄膜をX線回折法で調べたところ、回折
ピークは見出されず、アモルファス薄膜であった。
ついで基板を冷却しながら、薄膜に対し垂直に下記条
件で窒素イオンの注入を行ない、磁性膜を作製した。
加速電圧:50KV 電流密度2μA/cm2 注 入 量:2×1017N+/cm3 窒素イオン注入前の薄膜の光透過率(λ=800nm)は
6%であったが、注入後は21%へと向上した。注入後の
薄膜をX線回折法で調べたところ、FexN(X=2〜3)
の(002)の回折ピークが観察された。他のピークは観
察されなかった。また注入前の磁気光学効果(λ=800n
m)による反射光の回転角θFRは0.14degであったが、注
入後の回転角θFRは0.40degであった。なお注入前の薄
膜をVSMで測定したところ、Hc(抗磁力)=120Oe、Hc
(抗磁力)=250Oeの水平磁化膜であったが、注入後
はHc=230Oe、Hc =1600Oeの垂直磁化膜であった。
これらの測定値は半年後も変化しなかった。
実施例2 窒化鉄膜へのイオン注入のための加速電圧を80KVとし
た他は実施例1と同じ方法で磁性膜を作製した。注入後
の光透過率は28%へと向上した。
厚さ薬2000ÅのFexN(X=2〜3)の配向膜をイオン
ビームスパッタ法で作製すると、光透過率は40〜50%な
ので、実施例1及び2の薄膜はFexN(X=2〜3)の配
向成分とアモルファス成分とが混在しているものと考え
られる。注入後の磁気光学効果測定による回転角θFR
0.55degであった。
実施例3 ターゲット材料としてFeCo(Fe:50atomic%)を用い
た他は実施例1と同じ方法で磁性膜を作製した。注入前
後の光透過率は11%から19%へと向上した。また回転角
θFRは窒素イオン注入によって0.14degから0.38degへと
向上した。注入後の窒化鉄膜は垂直磁化膜であった。
実施例4 窒素イオンの注入方向を膜面に垂直から約6度傾けて
注入した他は実施例1と同じ方法で磁性膜を作製した。
注入後磁気光学効果を測定したところ、レーザビーム
を膜面に垂直に入射して測定した場合(回転角θFR0.34
deg)より約6度傾けて入射させた場合の方が回転角θ
FRは大きく0.42degであった。
〔発明の作用効果〕 本発明の磁性膜はCo,Ni及び/又はFeの窒化物を主成
分として垂直磁気異方性を有しているので、大きな磁気
光学効果が認められ、また半導体レーザー波長域での吸
収と透過との比率が良好である。従って高密度の光磁気
記録が行なえるばかりでなく、レーザー光を用いない一
般の磁気記録への適用も可能である。
また本発明方法は0.1μm以下の膜厚でも垂直磁化膜
を形成できるし、10atomic%以上のCo,Ni等をFeと混合
しても窒化物磁性膜を作製できる。
更に本発明の磁性膜は従来の全面均一な窒化鉄系磁性
膜とは異なり、一部不均質な部分も含有できるので、部
分的な光磁気特性及び化学的安定性の向上、S/N比の均
一化、秘密保持等の点で有利である。
更にまた本発明の磁性膜は強磁性金属窒化物からなる
ので、耐摩耗性にすぐれ、且つ極めて酸化されにくいた
め、長期に亘って安定であり、しかも低い支持体温度で
成膜できることから、多種の支持体が選択でき、応用範
囲が広いという利点もある。
【図面の簡単な説明】
第1〜5図は各々本発明磁性膜の一例の構成図である。 1……配向部(垂直配向)、2……未配向部 3……磁性膜、4……支持体 1′,1″……配向部(傾斜配向)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01F 41/16 H01F 41/16

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式MxN(但しMはFe,Co及びNiよりなる
    群から選ばれた少くとも1種の金属、xは1〜20の値を
    表わす。)で示される強磁性金属窒化物からなり、且つ
    少くとも一部が膜面に垂直に又はこれに若干傾いて結晶
    配向していることを特徴とする磁性膜。
  2. 【請求項2】一般式MxN(但しMはFe,Co及びNiよりなる
    群から選ばれた少くとも1種の金属、xは1〜20の値を
    表わす。)で示される強磁性金属窒化物の薄膜に垂直に
    又はこれに若干傾けて窒素にイオンビームを注入して少
    くとも一部を結晶配向させることを特徴とする磁性膜の
    製造方法。
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