JP3141109B2

JP3141109B2 - 磁気記録媒体及び磁気記録媒体の製造方法

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Publication number: JP3141109B2
Application number: JP11110363A
Authority: JP
Inventors: 島田　　寛; 北上　　修; 岡本　　聡
Original assignee: 東北大学長
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 1999-04-19
Publication date: 2001-03-05
Anticipated expiration: 2019-04-19
Also published as: JP2000306228A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気記録媒体及び
磁気記録媒体の製造方法に関し、さらに詳しくはハード
ディスクなどの高記録密度媒体などに好適に使用するこ
とのできる、磁気記録媒体及び磁気記録媒体の製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】情報社会の発展に伴い、高密度記録技術
の開発が切望されている。特に、ビット単価が安く、不
揮発かつ大容量記録の可能な磁気記録においては、高密
度記録の可能な磁気記録媒体の開発が強く要求され、種
々の研究開発によりここ数年で著しい高密度化が実現さ
れた。しかし、将来的に更なる進化が期待される情報化
社会において、例えば十年, 二十年先の市場要求に対応
できる技術的見通しは殆ど得られていない。この技術的
行き詰まりの最も大きな原因の一つに、現行磁気記録媒
体が抱える以下のような原理的問題がある。

【０００３】現行の磁気記録媒体用薄膜は、ＣｏＣｒを
主体とする合金薄膜であるが、この薄膜においては磁性
を担う微小領域の磁気的分離が不十分なため、磁気的に
結合した比較的に大きな磁気集団（クラスター) が形成
される。そのサイズはサブミクロンからミクロンオーダ
ーにも達する。現行の磁気記録技術における最小ビット
サイズがサブミクロンオーダーであり、上記磁気クラス
ターサイズと同程度であることを考えると、記録分解能
という点では既に限界に近づいているということができ
る。現行技術のこのような限界を打破するには, 記録媒
体内の磁性粒子を効率よく磁気絶縁し、磁気クラスター
の極小化を図る必要がある。

【０００４】この間題に対する一つのブレークスルーと
して、グラニュラー型の磁気記録媒体が提案された。グ
ラニュラー媒体は、酸化物等の非磁性マトリクス中に磁
性微粒子を析出させた構造を有し、磁性粒子間が非磁性
物質の介在によりほぼ完全に磁気的に絶縁されている。
したがって、個々の粒子（10〜30ｎｍ程度) が最小の磁
化単位となり、少なくともこの程度のサイズまで微小な
高密度記録が可能となる。実際、最近の研究によれば、
ＳｉＯ₂ 非磁性マトリクス中に磁性粒子を分散析出させ
たグラニュラー媒体において、高密度記録が可能なこ
と、そして粗大クラスター形成の回避によるノイズの顕
著な低減効果が確認されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、グラニ
ュラー型の磁気記録媒体は次世代高密度記録媒体として
大変有望な候補であるが、その反面、記録状態の熱擾乱
という一層深刻な問題を抱えている。一般に磁性体は、
結晶格子の空間的対称性を反映した結晶磁気異方性を示
す。例えば、六方最密構造を有するコバルトでは, 結晶
主軸（ｃ軸）方向にスピンが向いた場合がもっとも磁気
的エネルギーが低く、その方向からずれるとエネルギー
が高くなり、直交方向では最大となる。つまり、外場に
よる強制がなければ、常にスピンはｃ軸方向の二方向の
いずれかを向くことになる。このスピンの向きの二値情
報を活用したものが、磁気記録の基本である。

【０００６】一個の磁性粒子に着目した場合、その磁気
異方性エネルギーは、物質そのものにより決まる磁気異
方性定数に粒子体積を乗じたものが、全エネルギーとな
る。このエネルギーが安定方向へのスピン拘束度を支配
し、記録状態の保存につながるわけである。もし、磁性
粒子の体積が極端に小さくなり、磁気異方性エネルギー
が熱エネルギーと同程度になった場合を考えると、熱擾
乱によりスピンの向き（つまり記録状態) は常に揺らい
だものとなり、もはや記録状態を安定に維持できなくな
る。上記グラニュラー媒体は、極微小な粒子が非磁性物
によりほぼ完全に孤立化されてるため、この熱擾乱が極
めて深刻な問題となる。このために、グラニュラー媒体
では、記録情報の長期保存が困難となり、その実用化は
困難視されていた。

【０００７】本発明は、非磁性マトリックス中に磁性微
粒子が析出して磁気的に分離されてなる、いわゆるグラ
ニュラー型の磁気記録媒体における記録状態の熱擾乱を
抑制し、高密度記録が可能なグラニュラー型の磁気記録
媒体を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、非磁性物質か
らなるマトリックス中に、磁性微粒子が析出してなるグ
ラニュラー型の磁気記録媒体であって、前記非磁性物質
は、希土類酸化物、希土類窒化物、及び希土類炭化物か
ら選ばれる少なくとも１種であって、前記磁性微粒子は
鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、及びニッケル（Ｎｉ）
から選ばれる少なくとも１種の元素と、希土類元素から
選ばれる少なくとも１種の元素とからなることを特徴と
する、磁気記録媒体である。

【０００９】本発明者らは、グラニュラー型の磁気記録
媒体の熱擾乱を抑制して、この媒体が潜在的に有してい
る高密度記録を達成すべく鋭意検討した。そして、広範
な材料探索の過程において、以下の事実を発見した。す
なわち、磁性微粒子の主成分であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉに
対し、希土類元素を所定量添加する。そして、グラニュ
ラー型の磁気記録媒体を構成する非磁性物質マトリック
スを希土類酸化物、希土類窒化物、及び希土類炭化物か
ら選ばれる少なくとも１種から構成する。すると、驚く
べきことに磁性微粒子の熱擾乱が著しく低減されること
を見いだした。本発明は広範な研究過程において発見さ
れた上記事実に基づいてなされたものである。

【００１０】本発明によれば、非磁性物質からなるマト
リックス中における磁性微粒子の粒子サイズを、例えば
前記したような１０〜３０ｎｍ程度以下に微細化した場
合においても、以下の実施例において示すように十分大
きな磁気異方性を有するため、磁性微粒子の熱擾乱によ
る影響は極めて少ない。したがって、安定した高密度記
録が可能となり、信頼性に富むいわゆるグラニュラー型
の磁気記録媒体の提供が可能となる。

【００１１】このように安定した高密度記録のグラニュ
ラー型磁気記録媒体が得られる理由については明確では
ないが、以下のように考えられる。すなわち、本発明の
磁性微粒子を構成する希土類元素から選ばれる少なくと
も１種の元素は、３ｄ遷移元素に比べ非常に大きいスピ
ンと軌道との相互作用を有し、同時にこれらの元素の電
子状態は主たる３ｄ遷移元素のそれと強く混成する。そ
して、磁気モーメントを主として発現する３ｄ元素のス
ピンは、上記元素との強い混成、そしてスピン−軌道相
互作用を介して結晶格子状態（原子配列）を強く感じる
ことになる。特に磁性体表面に於ては、電子配列の空間
的対称性が破れるために、その効果は著しく、粒子表面
には強い表面磁気異方性が現れる。

【００１２】換言すれば、本発明の微粒子では３ｄ系が
磁気モーメントを主に担い、希土類系がその強いスピン
−軌道相互作用により、全体の表面磁気異方性を強調す
る。そして、本発明においては、マトリックスをも非磁
性の希土類化合物から構成しているため、上記スピンー
軌道相互作用はさらに強くなり、これによって上記表面
磁気異方性がさらに増大するものと推察される。

【００１３】また、希土類元素は極めて反応性に富むた
め、非磁性物質を他の材料、例えば二酸化珪素（ＳｉＯ
₂ ）や、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃ ）などから構成すると、
この酸素が解離して磁性微粒子中の希土類元素と結合し
て酸化してしまう。しかしながら、本発明においては、
上記非磁性物質を前述したように希土類酸化物などから
構成している。したがって、希土類酸化物などを構成す
る酸素などは、この希土類酸化物を構成している希土類
自体と強く結合するため、前記希土類酸化物から解離し
なくなる。このため、磁性微粒子中における希土類元素
によるスピンー軌道相互作用はさらに増長され、これに
よって磁気記録媒体の表面磁気異方性はさらに増大す
る。この結果、磁性微粒子全体の表面磁気異方性の増加
により保磁力が増大し、更に、熱擾乱を生じさせること
なく高密度記録が可能となったものと考えられる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を発明の実施の形態
に則して詳細に説明する。本発明の磁気記録媒体におけ
る磁性微粒子を構成する希土類元素としては、ランタノ
イド系列であるランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、
プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウ
ム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅ
ｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジ
スプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウ
ム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙ
ｂ）及びルテチウム（Ｌｕ）の他、周期律表第３Ａ族で
あるスカンジウム（Ｓｃ）及びイットリウム（Ｙ）など
を例示することができる。

【００１５】前記同様に磁性微粒子の表面磁気異方性を
向上させて、熱擾乱を抑制し、さらなる高密度記録を達
成するためには、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅ
ｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、及びＴｍを使用す
ることが好ましい。

【００１６】本発明の磁気記録媒体における、上記希土
類元素などの含有量は、本発明の目的を達成することが
できれば特に限定されるものではない。しかしながら、
前記磁性微粒子中における前記希土類元素の含有量の下
限は５原子％であることが好ましく、さらには１０原子
％であることが好ましい。

【００１７】前記希土類元素の含有量の下限を上記のよ
うに設定することによって、本発明の磁気記録媒体を構
成する磁気微粒子の表面磁気異方性をより効果的に向上
させ、常温、すなわち室温における保磁力を十分に大き
くすることができる。この結果、磁性微粒子の熱擾乱の
影響をほとんど無視することができるため、磁性微粒子
の大きさをｎｍオーダの大きさにまで小さくした場合に
おいても、安定した記録が可能となる。

【００１８】また、磁性微粒子中における、前記希土類
元素の含有量の上限は７５原子％であることが好まし
く、さらには５５原子％であることが好ましい。前記希
土類元素の含有量が上記値を超えてしまうと、磁性微粒
子中に占めるＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉの含有量が相対的に
減少してしまう結果、磁性微粒子自体の磁化が減少して
しまう。この結果、磁気記録媒体に実際に書き込みを行
った場合において、信号強度が減少してしまう場合があ
る。

【００１９】本発明の磁気記録媒体中における非磁性物
質の含有量ついても、本発明の目的を達成することがで
きれば特に限定されるものではない。しかしながら、非
磁性の物質の磁気記録媒体中における含有量の下限は、
５体積％であることが好ましく、さらには４０体積％で
あることが好ましく、特には５０体積％であることが好
ましい。これによって、磁性微粒子の磁気的分離を極め
て完全に行うことができ、本発明の磁気記録媒体をグラ
ニュラー型のものとすることができる。

【００２０】また、非磁性物質の磁気記録媒体中におけ
る含有量の上限は、８０体積％であることが好ましく、
さらには７０体積％であることが好ましい。非磁性物質
の含有量が上記値を超えると、磁気記録媒体中に占める
磁性微粒子の含有量が減少していまうため、グラニュラ
ー型磁気記録媒体に特有の高密度記録を行うことができ
なくなってしまう。

【００２１】本発明の磁気記録媒体は、上述したように
室温において十分大きな保磁力を有し、これによって熱
擾乱を抑制することができる。熱擾乱を防止することが
できれば、前記保磁力の大きさは特に限定されない。し
かしながら、前記保持力の大きさが、８００エルステッ
ド（Ｏｅ）以上であることが好ましく、さらには１５０
０エルステッド以上であることが好ましい。これによっ
て、磁性微粒子の大きさをｎｍオーダにまで小さくした
場合においても、熱擾乱を効果的に抑制することがで
き、安定した記録再生が可能となる。

【００２２】前記保磁力の値は、磁気記録媒体における
磁性微粒子の粒子サイズ、及び磁性微粒子中における希
土類元素の含有量、さらには磁気記録媒体を作製する際
の諸条件を適宜に設定することによって達成することが
できる。

【００２３】本発明によれば、グラニュラー型の磁気記
録媒体における熱擾乱を効果的に抑制することができる
ので、磁性微粒子を２０ｎｍ以下、さらには１５ｎｍ以
下、特には１０ｎｍ以下にまで微細化して書き込むこと
ができる。したがって、従来は困難とされていた高密度
記録が可能となる。

【００２４】磁性微粒子の大きさの制御は、磁気記録媒
体を作製する際における基板温度や、成膜速度、あるい
は熱処理温度及びその時間を、適宜に設定することによ
って行うことができる。また、磁性微粒子を構成するＦ
ｅなどの含有量を非磁性物質に対して適宜に設定したり
することによっても行うことができる。一般に、磁性微
粒子の大きさを小さくするためには、磁性金属元素の含
有率を低くしたり、基板温度あるいは熱処理温度を低く
したりする。

【００２５】本発明の磁気記録媒体の製造方法は特に限
定されるものではなく、あらゆる手法を用いて形成する
ことができる。しかしながら、膜厚制御の容易性や組成
の均一性、さらには作製時間を短くすることができると
いう観点から、真空蒸着法、イオンプレーティング法、
及びスパッタリング法などの物理蒸着法によって、基板
上に厚さ２〜１００ｎｍの薄膜状に形成することが好ま
しい。この場合においては、希土類酸化物、希土類窒化
物、及び希土類炭化物から選ばれる少なくとも１種の非
磁性物質と、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選ばれる少なく
とも１種の元素と、希土類元素から選ばれる少なくとも
１種とを含有してなる蒸発源を用いる。

【００２６】スパッタリング法は組成制御性や膜全体に
おける特性が均一となるという観点から、本発明の磁気
記録媒体を作製するに当たって、特に好ましく用いるこ
とができる。したがって、この場合、蒸発源としてター
ゲットを用いる。ターゲットとしては、Ｆｅ又はＣｏな
どの金属ターゲット上に、希土類酸化物などの非磁性物
質のチップ、並びに希土類元素などからなるチップを所
定量載置した複合ターゲットや、あらかじめＦｅや希土
類元素などが所定量に配合された合金ターゲット上に、
非磁性物質のチップを載置してなる複合ターゲットを用
いることができる。特に、本発明の磁気記録媒体を作製
するに当たっては、後者の形態の複合ターゲットを用い
ることが好ましい。

【００２７】そして、上記物理蒸着法によって前記元素
をランダムに含有してなる薄膜を形成した後、この薄膜
を好ましくは１０^-2ｔｏｒｒ、さらに好ましくは１０^-4
ｔｏｒｒ以上の真空度において、好ましくは４００℃以
上、さらに好ましくは５００℃以上で熱処理を行う。こ
れによって、前記非磁性物質からなるマトリックス中に
Ｆｅなどと希土類元素とからなる磁性微粒子が析出し
た、グラニュラー型の磁気記録媒体を作製することがで
きる。熱処理時間は、熱処理温度及び得ようとする磁性
微粒子の大きさに依存するが、一般には５〜６０分行
う。

【００２８】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。実施例１及び２（磁気記録媒体の作製）Ｆｅ−９原子％Ｔｂ及びＦｅ−３３原子％Ｔｂの合金タ
ーゲット上に、七酸化四テルビウム（Ｔｂ₄Ｏ₇ ）（直
径１０ミリ）を４２個載置した。基板としては、熱酸化
Ｓｉウエハ（１００）を使用した。この基板に６０Ｗの
高周波バイアスを印加しながら、高周波マグネトロンス
パッタリングを実施し、前記基板上に厚さ５０ｎｍの薄
膜を形成した。スパッタは、アルゴンガスを用いて行
い、圧力は４ｍＴｏｒｒに設定した。このようにして得
た薄膜に対して、１×１０^―６Ｔｏｒｒ以下の圧力の真
空中において熱処理を実施し、磁気記録媒体を作製し
た。なお、熱処理温度は６００℃とし、処理時間は３０
分とした

【００２９】（磁気記録媒体の特性評価）得られた磁気記録媒体をＥＰＭＡ（電子線ブローブマイ
クロアナリシス）法によって分析したところ、Ｔｂ酸化
物を主体とするマトリックス中に、ＦｅとＴｂとからな
る磁性微粒子が析出し、グラニュラー型の磁気記録媒体
が作製されていることが判明した。同じく、磁気記録媒
体における非磁性Ｔｂ酸化物の含有量を飽和磁気モーメ
ントから評価したところ、５０体積％であった。また、
磁性微粒子中におけるＴｂの含有量はそれぞれ表１に示
すような値を示した。さらに、各磁気記録媒体の室温に
保磁力を（ＶＳＭ）によって調べたところ、それぞれ表
１に示すような値を示した。また、各磁気記録媒体にお
ける磁性微粒子の大きさを透過型電子顕微鏡によって実
測したところ、それぞれ表１に示すような値を示した。

【００３０】得られた磁気記録媒体に記録密度２００ｋ
ＦＣＩ（１インチ当たりの書き込みビット数）、トラッ
ク幅２μｍの条件で書き込みを行ったその後、この磁気
記録媒体を大気中、６０℃で１週間放置した後、再生出
力の劣化を調べた。結果を表１に示す。

【００３１】比較例直径１００mmのＣｏターゲット上にＷなどのチップ（５
mm角）を載置することなく、Ｃｏのみからなる磁性微粒
子を二酸化珪素マトリックス中に析出させて、グラニュ
ラー型の磁気記録媒体を作製した。磁気記録媒体の作製
条件は前記実施例と同条件にて実施した。磁気記録媒体
の特性評価及び磁気記録媒体の熱擾乱性についても実施
例同様に評価した。結果を表１に示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】以上、実施例１及び２、並びに比較例から
明らかなように、本発明にしたがって磁性微粒子を、Ｃ
ｏとＴｂなどの希土類元素とから構成することによっ
て、磁気記録媒体の保磁力が向上し、熱擾乱の影響を極
めて小さくできることが分かる。したがって、表１に示
すような大きさの磁性微粒子に対して書き込むことがで
き、高密度記録が可能なことが分かる。

【００３４】以上、具体例を示しながら発明の実施の形
態に則して本発明を説明してきたが、本発明は上記内容
に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない
範囲において、あらゆる変形や変更が可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁気記録
媒体では、非磁性物質中にＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選ばれ
る少なくとも１種の元素と、希土類元素から選ばれる少
なくとも１種の元素とからなる磁性微粒子が析出した、
グラニュラー型を呈する。したがって、本発明の磁気記
録媒体は磁性微粒子を小さくした場合においても、室温
において十分高い保磁力を有する。このため、熱擾乱の
影響が少なく、安定な高密度記録が可能となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平11−97224（ＪＰ，Ａ) 特開平８−83418（ＪＰ，Ａ) 特開平９−16934（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 5/65 G11B 5/851 H01F 10/10 H01F 41/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】非磁性物質からなるマトリックス中に、
磁性微粒子が析出してなるグラニュラー型の磁気記録媒
体であって、前記非磁性物質は、希土類酸化物、希土類窒化物、及び
希土類炭化物から選ばれる少なくとも１種であって、前
記磁性微粒子は鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、及びニ
ッケル（Ｎｉ）から選ばれる少なくとも１種の元素と、
希土類元素から選ばれる少なくとも１種の元素とからな
ることを特徴とする、磁気記録媒体。
【請求項２】前記磁性微粒子中における前記希土類元
素は、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオ
ジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓ
ｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、
テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミ
ウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、又はツリウム（Ｔ
ｍ）であることを特徴とする、請求項１に記載の磁気記
録媒体。
【請求項３】前記磁性微粒子における前記希土類元素
の含有量が５〜７５原子％であることを特徴とする、請
求項１又は２に記載の磁気記録媒体。
【請求項４】磁気記録媒体中における前記非磁性物質
の含有量が５体積％以上であることを特徴とする、請求
項１〜３のいずれか一に記載の磁気記録媒体。
【請求項５】磁気記録媒体中における前記非磁性物質
の含有量が４０〜７０体積％であることを特徴とする、
請求項４に記載の磁気記録媒体。
【請求項６】室温における保磁力（Ｈｃ）が８００エ
ルステッド（Ｏｅ）以上であることを特徴とする、請求
項１〜５のいずれか一に記載の磁気記録媒体。
【請求項７】前記磁性微粒子の平均粒径が２０ｎｍ以
下であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一
に記載の磁気記録媒体。
【請求項８】希土類酸化物、希土類窒化物、及び希土
類炭化物から選ばれる少なくとも１種の非磁性物質と、
鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、及びニッケル（Ｎｉ）
から選ばれる少なくとも１種の元素と、希土類元素から
選ばれる少なくとも１種の元素とを含有してなる蒸発源
から、物理蒸着法によって、基板上に前記非磁性物質を
構成する元素と、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、及び
ニッケル（Ｎｉ）から選ばれる前記少なくとも１種の元
素と、希土類元素から選ばれる前記少なくとも１種の元
素とがランダムに配列してなる薄膜を形成した後、この
薄膜を１０^−２ｔｏｒｒ以上の真空度において、４００
℃以上で熱処理を行い、前記非磁性物質からなるマトリ
ックス中に、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、及びニッ
ケル（Ｎｉ）から選ばれる前記少なくとも１種の元素
と、希土類元素から選ばれる前記少なくとも１種の元素
とからなる磁性微粒子を析出させることを特徴とする、
グラニュラー型の磁気記録媒体の製造方法。
【請求項９】前記蒸発源はターゲットであり、前記物
理蒸着法はスパッタリング法であることを特徴とする、
請求項８に記載の磁気記録媒体の製造方法。
【請求項１０】前記ターゲットは、前記非磁性物質を
構成する希土類酸化物、希土類窒化物、及び希土類炭化
物から選ばれる前記少なくとも１種からなるチップを、
鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、及びニッケル（Ｎｉ）
から選ばれる前記少なくとも１種の元素と、希土類元素
から選ばれる前記少なくとも１種の元素とからなる合金
ターゲット上に載置してなる複合ターゲットであること
を特徴とする、請求項９に記載の磁気記録媒体の製造方
法。