JP2991688B2 - 磁気記録媒体及び磁気記録再生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、垂直磁気異方性を
有する強磁性薄膜を記録層として用いた磁気記録媒体に
関わり、高密度記録において高い信号対出力比（Ｓ／
Ｎ）を有するとともに、熱揺らぎに対しても安定した特
性をもつ磁気記録媒体とそれを用いた磁気記録再生装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の情報量の増大には目覚ましいもの
があり、ファイルメディアとして用いられる磁気ディス
クやフロッピーディスク、磁気テープの記憶容量の飛躍
的な向上が強く望まれている。このような情勢の中で、
磁気記録媒体は微細な磁性粉を用いた塗布型媒体から、
強磁性金属薄膜を用いた薄膜型媒体へと移行している。

【０００３】ところで、磁気記録においては、情報の記
録は記録媒体となる強磁性層の微小領域の磁化の向きを
反転させることによって行われる。現行においては、磁
化の向きを媒体面に対して平行に書き込む、いわゆる長
手記録方式が広く用いられている。この記録方式におい
ては、その高記録密度化は媒体の保磁力を高めるか、磁
性層の厚さを薄くすることによって進められている。し
かし、現行の長手記録媒体においては既にその厚さは３
０ｎｍ以下であり、さらに薄膜化するにはトライボロジ
的に強度があり、かつ欠陥の少ない膜を形成する高度な
製膜技術が必要となる。またそれに加えて、記録・再生
特性の面から見ても、薄膜化による再生出力の低下及び
信号対雑音比の劣化を避けることは困難である。さらに
高記録密度化に伴う信号対雑音比の劣化を防ぐために
は、記録薄膜を構成する結晶粒子を微粒化する必要があ
るため熱的な撹乱に弱くなり、長時間経過すると記録情
報が失われる、いわゆる熱減磁が大きな問題となりつつ
ある。

【０００４】一方、上記した欠点を解決する方法とし
て、記録磁化を媒体膜面に対して垂直方向に磁化する垂
直記録方式が提案されている。この方式では膜面垂直方
向に強い磁気異方性をもつ材料が必要であり、Ｃｏ−Ｃ
ｒ合金に代表される厚さ０．０２〜０．５μｍの比較的
厚めの合金磁性膜が広く用いられている。この記録方式
の優れた点は、記録密度が高くなるほど記録された磁化
がエネルギー的に安定となり、本質的に高密度記録に向
いていることにある。しかも、この方式では長手記録方
式と異なり、記録密度を上げるために膜厚を薄くした
り、保磁力を高める必要がないという製造上の利点を持
っている。また膜厚を薄くする必要がないことは、薄膜
を構成する微結晶の体積を長手記録媒体に比較し大きく
設定できることを意味しており、熱揺らぎの観点からも
優れた特長を持っている。

【０００５】この垂直記録用磁気記録媒体は、特開昭５
７−１０９１２７号公報、日本応用磁気学会誌、９巻２
号、５７〜６０ページ（１９８５年）、あるいは IEEE
Trans., MAG-24, No.6, pp.2706-2708(1988)等に示され
ているように、Ｃｏ−Ｃｒ系の合金薄膜が用いられてお
り、媒体を構成する微小粒子の粒界に非磁性のＣｒ原子
を偏析させることが好ましいとされている。これは、粒
子表面にＣｒ濃度の高い領域を作ることによって、耐食
性が向上すること、及び長手記録媒体の場合と同様に非
磁性のＣｒ原子が粒界に偏析することにより粒子間の磁
気的な交換相互作用が断ち切られ、磁区が微細化し媒体
雑音が低減するためと考えられているからである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リング
ヘッドと単層垂直磁気記録媒体の組み合わせにおいて
は、Ｃｒ原子の偏析が進行した条件で磁気記録媒体を作
製したとしても、必ずしも低雑音で、かつ熱揺らぎに強
い媒体が得られている訳ではなく、垂直記録の利点を十
分に引き出すまでには至っていなかった。本発明の目的
は、上記した垂直磁気記録の問題点を解決し、記録ヘッ
ドとしてリングヘッドを用いた場合においても、雑音が
少なくかつ熱揺らぎに対して安定した特性を有する磁気
記録媒体及びそれを用いた磁気記録再生装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を達成するための手段】発明者等は、垂直磁気記
録媒体の磁気記録再生特性と媒体特性の関係について鋭
意検討した結果、媒体雑音と熱揺らぎに対する安定性
は、磁化曲線の形状と密接に関係していることを見出し
た。すなわち、膜面垂直方向に測定した時の磁化曲線に
おいて、非可逆な磁化反転が起こり始める磁界の大き
さ、すなわち磁化曲線の肩の位置が磁化曲線の第２象限
にあり、前記磁化曲線の肩の位置の磁界が、最初に印加
した磁界方向を正として、逆の負の値をとる特性を持つ
時に、媒体雑音が低くかつ熱揺らぎに対しても安定した
特性をもつことを見出し、本発明を完成するに至った。

【０００８】本発明による磁気記録媒体は、垂直磁気記
録に用いられる磁気記録媒体において、膜面垂直方向に
磁界を印加して測定した時の磁化曲線が非可逆な磁化反
転を起こし始める磁界の大きさ、すなわち磁化曲線の肩
の位置が磁化曲線の第２象限にあることを特徴とする。
磁化曲線の肩の位置における磁界の大きさは絶対値で５
０Ｏｅ以上、特に１００Ｏｅ以上であるのが好ましい。

【０００９】前記特性を有する磁気記録媒体は、垂直磁
化記録膜の表面に厚さ０．３〜５ｎｍ、好ましくは１〜
３ｎｍのＣｏＰｔ系薄膜を形成することによって作製す
ることができる。ＣｏＰｔ系薄膜は、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ
薄膜、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｐｔ薄膜、Ｃｏ−Ｖ−Ｐｔ薄膜など
とすることができる。このＣｏＰｔ系薄膜は極薄い膜で
も十分な効果を達成することができる。逆に、ＣｏＰｔ
系薄膜の膜厚が厚すぎると、保磁力が大きくなりすぎて
磁気ヘッドによる書き込みが困難になる。

【００１０】前記特性を有する磁気記録媒体は、垂直磁
化記録膜の表面をエッチング処理によて除去することで
作製することができる。このときエッチングによって除
去する表面層の厚さは１〜３ｎｍ程度で十分である。本
発明による磁気記録再生装置は、磁気記録媒体と、磁気
記録媒体を回転駆動する駆動部と、記録再生用の磁気ヘ
ッドと、磁気ヘッドを磁気記録媒体に対して相対運動さ
せる手段と、磁気ヘッドからの出力信号再生を行う手段
とを含む磁気記録再生装置において、磁気記録媒体とし
て前述した本発明による磁気記録媒体を用いたことを特
徴とする。

【００１１】本発明によると、垂直磁気記録用Ｃｏ−Ｃ
ｒ系薄膜媒体の膜表面の磁気特性を改善することによ
り、高い再生出力と低い媒体雑音特性が得られ、信号対
雑音比（Ｓ／Ｎ）の大幅な改善が可能となるとともに、
熱揺らぎに対する安定性を向上することができる。ま
た、磁気記録再生装置に本発明による磁気記録媒体を用
いることで、高い再生出力とＳ／Ｎ比、ならびに優れた
記録保持寿命特性を有する磁気記録再生装置が得られ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。 ＜実施の形態１＞ニッケル（Ｎｉ）と燐（Ｐ）合金めっ
き膜が施された、Ａｌ−Ｍｇ合金からなるディスク基板
上に、スパッタリング法によって下地膜、磁気記録層、
ＣｏＰｔ系薄膜、保護層を成膜して垂直磁気記録媒体を
作製した。スパッタリング条件は、基板温度２６０℃、
アルゴン圧２ｍＴｏｒｒ、膜の堆積速度は約１ｎｍ／ｓ
であり、下地膜から保護膜までスパッタリング装置の真
空を破ることなく連続して成膜した。最初、ディスク基
板上に厚さ３０ｎｍのＴｉ−１０ａｔ％Ｃｒ合金膜を形
成した後、Ｃｏ−３５ａｔ％Ｃｒの組成を持つ厚さ０．
０２μｍの非磁性Ｃｏ−Ｃｒ合金薄膜からなる下地層を
形成した。その後、厚さ３０ｎｍのＣｏ−１９ａｔ％Ｃ
ｒ−１０ａｔ％Ｐｔ−２ａｔ％Ｔａの４元合金を磁気記
録層として形成した。さらに、その上に磁化曲線の角形
性を改善する目的を持って、膜厚２ｎｍの極薄のＣｏと
Ｐｔを主成分とするＣｏ−５ａｔ％Ｃｒ−２０ａｔ％Ｐ
ｔ合金磁性層を形成した。最後に保護膜として厚さ１５
ｎｍのカーボン膜を形成した。こうして作製した試料を
磁気ディスクＳ１とする。

【００１３】さらに、磁気記録層の上に形成するＣｏ−
５ａｔ％Ｃｒ−２０ａｔ％Ｐｔ合金磁性層の厚さを１ｎ
ｍとした以外は磁気ディスクＳ１と同じ構造の試料を同
じ条件で作製し、磁気ディスクＳ２とした。また、比較
用として、磁気記録層の上に極薄のＣｏ−５ａｔ％Ｃｒ
−２０ａｔ％Ｐｔ合金層を形成しない点を除いて磁気デ
ィスクＳ１と同じ構造の試料を同じ条件で作製し、ディ
スクＲ１とした。

【００１４】上記した方法で作製した磁気ディスクＳ
１，Ｓ２，Ｒ１のＣｏ−１９ａｔ％Ｃｒ−１０ａｔ％Ｐ
ｔ−２ａｔ％Ｔａ磁気記録層及びＣｏ−５ａｔ％Ｃｒ−
２０ａｔ％Ｐｔ合金磁性層（磁気ディスクＲ１は除く）
は、その結晶構造がともに六方晶であり、そのｃ軸が膜
面に対して垂直方向に配向していることを、Ｘ−線回折
装置により確認した。このようにして作製した試料の磁
気特性を、振動試料型磁力計（ＶＳＭ）で測定し、飽和
磁化（Ｍｓ）、保磁力（Ｈｃ）を求めた。なお、磁界の
印加方向は膜面垂直方向とした。その結果を、図１の磁
化曲線とともに、下記の表１にまとめて示す。

【００１５】図１から明らかなように、磁気ディスクＳ
１は磁界方向が逆転しても、約５００Ｏｅの強さまで磁
化の値ははぼ一定しており、５００Ｏｅ付近に磁化曲線
の肩ができ、それ以上の磁界になると非可逆な磁化反転
が起こり、一様に磁化が減少し始める。すなわち、磁気
ディスクＳ１においては、磁化曲線の肩が第２象限と第
３象限にできる。これに対して磁気ディスクＲ１では、
磁化曲線の肩は第１象限と第４象限にあり、磁界方向が
逆転する直前ですでに非可逆な磁化反転が始まってい
る。このように本発明による磁気ディスクＳ１と比較用
の磁気ディスクＲ１とでは、磁化曲線における肩の位置
での磁界の大きさに大きな違いが見られる。なお、磁気
ディスクＳ２の磁化曲線は、肩の位置が第２象限でみて
−４７０Ｏｅと磁気ディスクＳ１の場合の−５３０Ｏｅ
とわずかに異なっていたが、全体として磁気ディスクＳ
１の磁化曲線とほとんど同じ形状をしていた。

【００１６】次に、これらの磁気ディスクＳ１，Ｓ２，
Ｒ１の記録再生特性を、磁気ディスク記録再生テスター
を用いて評価した。記録と再生に用いた磁気ヘッドは、
ギャップ長０．２μｍ、トラック幅４．５μｍ、コイル
巻数３０ターンの薄膜ヘッドである。ヘッドの媒体対向
面と媒体表面の距離、浮上高さを０．０４μｍ、周速１
０ｍ／ｓとし、線記録密度２００ｋＦＣＩの条件で、
‘オール１’の信号を記録した時の再生出力と媒体雑音
を測定した。また、２００ｋＦＣＩの記録を行った後そ
のまま放置し、再生出力の径時変化を調べた。結果を表
１に示した。

【００１７】表１に示したように、記録再生特性は再生
出力と媒体雑音のどちらにおいても、本発明による磁気
ディスクＳ１とＳ２の方が比較用の磁気ディスクＲ１よ
り優れていた。特に、媒体雑音の低減に大きな効果が見
られ、その結果、Ｓ／Ｎは比較用磁気ディスクＲ１のＳ
／Ｎを０ｄＢとしたとき、本発明による磁気ディスクＳ
１は３．７ｄＢ、磁気ディスクＳ２は２．９ｄＢであっ
た。また、１００時間後の再生出力を比較しても、比較
用磁気ディスクＲ１の出力が８．０％低下しているのに
対して、本発明による磁気ディスクＳ１とＳ２ではそれ
ぞれ０．３％、０．６％の低下と出力の低下をほとんど
認めることが出来なかった。

【００１８】以上の結果は、非可逆な磁化反転を起こす
磁界、すなわち磁化曲線の肩部の位置が最初に印加した
磁界方向とは逆であり（肩部が磁化曲線の第２象限と第
３象限にあり）、なおかつその絶対値が大きいほど磁気
記録媒体としての記録再生特性が優れること、また熱的
な揺らぎに対しても安定していることを示している。

【００１９】磁気ディスクＳ１とＳ２でこのような磁気
特性が得られたのは、磁気記録膜の表面に垂直磁気異方
性の大きなＣｏＰｔ系の薄膜を形成したことによる。こ
の膜は、ここで示した例のように、厚さ１ｎｍないしは
２ｎｍと非常に薄くても、膜表面での非可逆的な磁化反
転を起こす原因となるニュークリエーションサイト、す
なわち逆磁区の発生を抑える上で大きな効果を持つもの
と推定される。この逆磁区は媒体雑音の主原因であり、
逆磁区が生じにくくなることによって媒体雑音も低減し
たものと考えられる。また、同様に、逆磁区が生じにく
いことが熱的な安定性を改善する上で良い効果をもたら
したものと考えられる。

【００２０】実施の形態１においては、垂直記録膜の表
面に垂直磁気異方性の大きな極薄の磁性膜を施すことに
よって、表面磁気特性を改善する方法を示した。次の、
実施の形態２においては、ＣｏＰｔ系の薄膜を用いずに
ＣｏＣｒＴａＰｔ系合金膜表面の磁気特性を改質する手
法を示す。

【００２１】＜実施の形態２＞試料の作製法は実施の形
態１と同じであるが、ここでは、Ｃｏ−１９ａｔ％Ｃｒ
−１０ａｔ％Ｐｔ−２ａｔ％Ｔａの４元合金を磁気記録
層として形成した後、真空を破らない条件でディスク試
料の表面をアルゴンガスで表面を約２ｎｍエッチングし
た。エッチングは、アルゴンガス圧３ｍｍＴｏｒｒ、投
入電力０．３Ｗ／ｃｍ²で逆スパッタにより行った。そ
の後、磁気記録層上へのＣｏＰｔ系薄膜等の磁性膜の形
成を省略し、カーボン保護膜を形成し、磁気ディスクＳ
３とした。本実施例による磁気ディスクＳ３は、比較用
磁気ディスクＲ１の磁気記録層表面をエッチングで除去
したものに相当する。実施の形態１と同様の方法で磁気
ディスクＳ３の磁気特性と記録再生特性を測定した。そ
の結果を表１にまとめて示す。

【００２２】表１に示したように、磁気ディスクＳ３の
Ｓ／Ｎは、比較用磁気ディスクＲ１のＳ／Ｎを０ｄＢと
して１．７であった。また、１００時間後の再生出力は
２．２％低下したが、比較用磁気ディスクＲ１の出力低
下８．０％と比較すると大きく改善されていた。これ
は、磁気記録層の表面をエッチングした磁気ディスクＳ
３においてもニュークリエーション磁界の値が負となっ
て（磁化曲線の肩の位置が第２象限及び第３象限にあ
る）、比較用磁気ディスクＲ１より逆磁区が発生しにく
くなっており、これに伴い、記録再生特性と熱揺らぎに
対する安定性がともに比較用磁気ディスクＲ１より向上
したためである。これは、磁気ディスクＳ１，Ｓ２ほど
ではないが、磁気記録層の表面エッチングが磁気記録層
表面の磁気特性を改善する上で効果を持っていることを
示している。

【００２３】

【表１】 * 符号は、最初に印加した磁界方向をプラスとした。こ
こで、ニュークリエーション磁界とは、磁化曲線が非可
逆な磁化反転を起こし始める磁界の大きさ、すなわち磁
化曲線の肩の位置の磁界である。 **比較用磁気ディスクＲ１の値を０ｄＢとした。

【００２４】＜実施の形態３＞図２は、本発明による磁
気ディスク装置の一例の模式図である。ヘッド・ディス
ク・アッセンブリ４中に、複数枚の磁気ディスク１がス
ピンドル軸に取り付けられており、媒体駆動系（モー
タ）５により高速回転される。この磁気ディスク１とし
て、上記の実施の形態１で作製した磁気ディスクＳ１，
Ｓ２，Ｓ３を用いた。磁気ディスク１の磁気記録面に対
して信号を記録・再生する磁気ヘッド２が配置されてお
り、そのうちの１個はサーボヘッドとして作用する。磁
気ヘッド２は、ヘッド駆動系６により、アクチュエータ
３を介して磁気ディスク１の略半径方向に移動される。
さらに、本装置には、データの記録再生を行う記録再生
系７、その信号を処理する信号処理系８、これら及び上
記駆動系を制御するための制御系９、上位装置とのデー
タのやり取りを行う装置Ｉ／Ｆ部１０等が設けられてい
る。

【００２５】この磁気ディスク装置を用い、上記の実施
の形態で作製した磁気ディスクにより読み出しを行った
ところ、いずれも十分に高い再生出力と、低い媒体雑音
を得ることができた。また、情報を記録した後１００時
間以上放置しても再生出力の減少は殆ど認められず、熱
的な安定性も優れていることが分かった。なお、この時
用いた記録ヘッドはトラック幅３μｍの薄膜ヘッドであ
り、ヘッド・媒体間の空隙距離は０．０７μｍ条件で、
線記録密度は１５０ｋｆｃｉとした。再生は、シールド
間隔０．３μｍの磁気抵抗効果型ヘッドを用いて行っ
た。記録直後における平均再生出力は９９．５μＶｐｐ
であり、１００時間経過後の出力は９８．５μＶと、出
力の減少は無視し得るほどであった。

【００２６】

【発明の効果】本発明によると、垂直磁気記録媒体の再
生出力を向上するとともに媒体雑音を減少することがで
きる。さらに、熱的な安定性を改善して、記録情報の保
持寿命特性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によって表面磁気特性を改善した試料と
比較用試料の磁化曲線を示す図。

【図２】磁気記録再生装置の一例を示す模式図。

【符号の説明】

１…磁気ディスク、２…磁気ヘッド、３…アクチュエー
タ、４…ヘッド・ディスク・アッセンブリ、５…媒体駆
動系、６…ヘッド駆動系、７…記録再生系、８…信号処
理系、９…制御系、１０…装置Ｉ／Ｆ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 郁夫 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社 日立製作所 中央研究所内 (72)発明者 二本 正昭 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社 日立製作所 中央研究所内 (56)参考文献 特開 平７−176027（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−53346（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G11B 5/66 G11B 5/84

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】垂直磁気記録に用いられる磁気記録媒体に
   おいて、膜面垂直方向に磁界を印加して測定した時の磁
   化曲線が非可逆な磁化反転を起こし始める位置、すなわ
   ち磁界方向が逆転した後、磁化の減少が始まる位置が磁
   化曲線の第２象限にあり、前記位置における磁界の大き
   さが絶対値で１００Ｏｅ以上であることを特徴とする磁
   気記録媒体。
2. 【請求項２】請求項１記載の磁気記録媒体において、垂
   直磁化記録膜の表面に厚さ０．３〜５ｎｍのＣｏＰｔ系
   薄膜を形成したことを特徴とする磁気記録媒体。
3. 【請求項３】請求項１記載の磁気記録媒体において、垂
   直磁化記録膜の表面をエッチング処理したことを特徴と
   する磁気記録媒体。
4. 【請求項４】磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体を回転
   駆動する駆動部と、記録再生用の磁気ヘッドと、前記磁
   気ヘッドを前記磁気記録媒体に対して相対運動させる手
   段と、前記磁気ヘッドからの出力信号再生を行う手段と
   を含む磁気記録再生装置において、前記磁気記録媒体と
   して請求項１〜３のいずれか１項記載の磁気記録媒体を
   用いたことを特徴とする磁気記録再生装置。