JP3285558B2 - 垂直磁気記録媒体及び磁気記憶装置 - Google Patents

垂直磁気記録媒体及び磁気記憶装置

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JP3285558B2
JP3285558B2 JP19172099A JP19172099A JP3285558B2 JP 3285558 B2 JP3285558 B2 JP 3285558B2 JP 19172099 A JP19172099 A JP 19172099A JP 19172099 A JP19172099 A JP 19172099A JP 3285558 B2 JP3285558 B2 JP 3285558B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高密度磁気記録に
適する磁性膜を有する磁気記録媒体及びこれを用いた磁
気記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】現在実用化されている磁気ディスク装置
は、面内磁気記録方式を採用している。面内磁気記録方
式では、ディスク基板面と平行な方向に磁化し易い面内
磁気記録媒体に基板と平行な面内磁区を高密度に形成す
ることが技術課題となっている。面内記録では、磁化が
互いに逆向きで隣接するため、線記録密度を伸ばすため
には、記録膜の保磁力を増大させるとともに膜厚を減少
していくことが必要である。記録膜の膜厚が小さくなる
と熱揺らぎのために記録磁化強度が減少し、極端な場合
には記録情報が失われるという問題が発生する。面内記
録方式では、従来から用いられているCo合金系の記録
膜を用いた場合、20Gb/in2以上の面記録密度の
実現が困難になる。
【0003】垂直磁気記録方式は、薄膜媒体の膜面に垂
直に磁化を形成する方式で、記録原理や媒体ノイズの発
現機構が従来の面内磁気記録媒体の場合とは異なるが、
隣接する磁化が向き合わないために、本質的に高密度磁
気記録に適した方式として注目され、垂直磁気記録に適
した媒体の構造などが提案されている。Co合金材料か
らなる垂直磁化膜の垂直配向性を改善するために垂直磁
化膜と基板との間に非磁性材料下地を設ける方法が検討
されている。例えば、特開昭58−77025号公報、
特開昭58−141435号公報にはCo−Cr磁性膜
の下地層としてTi膜を形成する方法が、特開昭60−
214417号公報には下地層としてGe,Si材料を
用いる方法が、特開昭60−064413号公報にはC
oO,NiO等の酸化物下地層材料が開示されている。
【0004】また、単磁極型の記録ヘッドと組み合わせ
て用いられる垂直磁気記録媒体として、基板と垂直磁化
膜の間にパーマロイなどの軟磁性膜層を設けた媒体が検
討されている。また、垂直磁気記録媒体のノイズを低減
したり記録分解能を向上させる手段として、Co合金材
料からなる垂直磁化膜の途中に非磁性のCoCr膜やT
i膜を導入することが有効である。このような技術は、
例えば第5回垂直磁気記録シンポジウム会議資料集(1
996年10月23−25日)95〜100頁の「単層
垂直磁気ディスク媒体の高S/N化」と題する論文に記
載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】20Gb/in2以上
の高密度磁気記録が可能な垂直磁気記録媒体としては、
線記録密度分解能が大きいことに加えて媒体ノイズが小
さいことが必要である。このためには、前述したように
垂直磁化膜と基板の間に非磁性のCo−Cr下地を導入
する、あるいはCo合金磁性膜の添加元素としてTa等
の非磁性元素を添加する、磁性結晶粒径を小さくするこ
とが有効であることが知られている。このような対策を
行なうことで媒体ノイズをかなり低減できるが、さらに
ノイズを低減できれば磁気記録装置の記録密度をより容
易に伸ばすことが可能となる。
【0006】本発明は、30Gb/in2以上の高記録
密度を実現するための低ノイズ特性をもつ垂直磁気記録
媒体を提供し、高密度記録再生装置の実現を容易ならし
めることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】垂直磁気記録媒体の記録
磁化状態を磁気力顕微鏡や走査型スピン電子検出型顕微
鏡によって調べた結果、大部分のノイズは媒体面に存在
するミクロ的な磁化の揺らぎが原因であることが判明し
た。ミクロな磁化の揺らぎとは、媒体表面の磁化の強さ
がミクロン(μm)レベルで場所によって変動している
ことを示す。媒体ノイズを減らすためには、媒体の表面
に存在するミクロな磁化の揺らぎを減らさなければなら
ない。このためには、垂直磁化膜を構成する磁性結晶粒
子を微細化するとともに磁気的分離を促進することが有
効である。
【0008】上記目的を達成するために、本発明では垂
直磁化膜の途中に少なくとも1層のAl膜もしくはAl
合金膜を導入することにより、磁性結晶粒子の微細化及
び磁気的分離を促進することを特徴とする。この構造
は、非磁性基板上に非磁性下地層を介して垂直磁化膜と
保護膜を形成した単層垂直磁気記録媒体に対しても、非
磁性基板上に裏打磁性膜層を介して垂直磁化膜と保護膜
を形成した2層垂直磁気記録媒体に対しても有効であ
る。
【0009】Alの原子間距離は0.286nmであ
り、垂直磁化膜に用いられるCo−Cr合金の平均の原
子間距離の0.25〜0.27nmに近く、しかも最稠
密面の原子配列がCo−Cr合金の原子配列に類似して
いるため、0.5nmから数nm程度の極薄膜をCo−
Cr合金膜上に形成しても膜厚が均一な連続膜として成
長しやすい性質を持つ。また、Alは非磁性元素であ
り、この層が介在することによりCo−Cr合金膜が上
下に分断され、さらにAlはCo−Cr合金膜の結晶粒
界に拡散しやすいため、磁性結晶粒子の微細化と磁気分
離を促進することができる。
【0010】さらに、AlにB,C,Cr,Cu,G
e,Hf,Ir,Mg,Mn,Siなどの元素を添加し
たAl合金を用いると上記の効果はさらに増大される。
これは、添加元素が入ることによって、純Alに比べて
Alもしくは添加元素が結晶粒界に拡散する能力が増幅
されること、及びAl合金化することによってCo−C
r合金磁性膜との格子定数の不整合が調整される効果な
どによるものである。Alに添加する前記元素の量は少
なくとも0.5at%以上25at%未満であることが
必要である。添加量が0.5at%未満では添加元素の
効果が顕著ではなく、また25at%を超えるとAl基
合金の結晶構造と異なる構造をもつ第2相の介在比率が
増大するため、前記の効果が大幅に減少するためであ
る。
【0011】30Gb/in2以上の記録密度を実現す
るためには、最大線記録密度を300kFCI以上とす
る必要がある。このときビット長は80nm以下とな
り、このためには垂直磁気記録媒体を構成する垂直磁化
膜の磁性結晶粒子の直径を20nm以下望ましくは15
nm以下とすることが必要となる。本発明者らの実験に
よると、このためには垂直磁化膜の全膜厚を40nm未
満とする必要があることが分かった。しかし、膜厚が1
0nm未満になると熱揺らぎにより低記録密度領域の記
録磁化強度が減少する問題も発生することが明らかにな
った。従って、望ましい垂直磁化膜の全厚さは10nm
以上40nm未満である。ここで垂直磁化膜の全厚さと
は、Co−Cr合金系垂直磁化膜の総厚であり、中間に
少なくとも1層導入したAl膜もしくはAl合金膜の厚
さは含まない。
【0012】なお、保護膜とCo−Cr垂直磁化膜の間
に別の組成を持つCo−Cr合金系垂直磁化膜やPt/
Co多層膜、Fe−Pt強磁性膜などを設けて、さらに
ノイズ低減を図ることも可能である。
【0013】また、上記目的を達成するために、本発明
では垂直磁化膜の途中に少なくとも1層のCr,Au,
Cu,Hf,Ir,Pd,Pt,Ru,Re,Rh,T
i,V又はZr、もしくはこれらのいずれかの元素を主
成分とする合金からなる膜厚が0.3nm以上5nm未
満の層を導入することにより、磁性結晶粒子の微細化及
び磁気的分離を促進することを特徴とする。この構造
は、非磁性基板上に非磁性下地層を介して垂直磁化膜と
保護膜を形成した単層垂直磁気記録媒体に対しても、非
磁性基板上に裏打磁性膜層を介して垂直磁化膜と保護膜
を形成した2層垂直磁気記録媒体に対しても有効であ
る。
【0014】この場合の垂直磁化膜としては、Co基の
合金が適当である。垂直磁気異方性を持つCo基合金膜
においては六方稠密構造(Hexagonal Closed-Packed St
ructure:HCP)の最稠密面である(0001)面が
基板と平行になり、膜の成長方位は[0001]となっ
ている。HCP構造を持つCo基合金の成長の過程でA
u,Cu,Ir,Pd,Ptなどの面心立方構造(Face
Centered Cubic Structure:FCC)の金属膜を形成
すると、FCC構造の最稠密面である(111)面の原
子配列はHCP構造の(0001)面の原子配列と同一
であるため、結晶成長が連続して進行するヘテロエピタ
キシャル成長が実現される。このような成長は両材料間
で格子定数が大きく異なると起こり難いが、膜厚が数n
m以下と小さい場合は格子が歪むことによってエピタキ
シャル成長が確保される。Ru,Re,RhなどCo基
合金と同様なHCP構造を持つ材料の場合、FCC構造
を持つ材料に比べて格子定数により大きな違いがあって
もエピタキシャル成長は確保される。また、Cr,V,
Zr,Hfなどの体心立方構造(Body Centered Cubic
Structure:BCC)の場合、形成する膜厚が5nm以
下と小さい場合はCo基合金のHCP構造とヘテロエピ
タキシャル関係を保って膜を成長させることが可能であ
る。
【0015】このような非磁性金属からなるFCC,H
CP,BCC材料の極薄膜を形成した後、再びCo基合
金からなる材料を形成すると、エピタキシャル成長が継
続進行し、その成長方位を[0001]とすることがで
きる。HCP構造を持つCo基合金の[0001]方位
は磁化容易軸であり、良好な垂直磁気特性を得るために
は、この軸が基板と垂直になるように膜形成を行う必要
がある。Co基合金膜がこのような非磁性金属の極薄膜
で分離されると、磁気的にも分離されることになり、磁
性結晶粒の単位が微細化し、媒体の低ノイズ化が可能と
なる。非磁性金属膜の厚さは、0.3nm〜5nmの範
囲、より望ましくは0.5nm〜3nmの範囲が良い。
【0016】媒体の低ノイズ化のためには、膜の成長方
向の磁気的分離ばかりではなく膜の面内方向の分離を促
進することが必要である。Co合金垂直磁化膜は多結晶
膜であり、結晶粒界が存在する。膜の面内方向の磁気的
分離を促進するためには、結晶粒界に非磁性元素を偏析
させることによって、非磁性元素からなる薄い膜を形成
する必要がある。Co基合金の成長過程で前記のような
非磁性金属元素の極薄膜を形成すると、膜形成時の基板
温度が高い場合には、非磁性元素が結晶粒界に拡散して
粒界に偏析する効果が生ずる。さらに上記金属元素に拡
散しやすい元素を添加した材料を膜形成の過程で用いる
ことにより、このような効果を促進することができる。
【0017】上記金属元素に添加する元素及びその量と
しては、基本的には金属元素の持つFCC,HCP,B
CC構造を破壊しないことが望ましい。添加元素として
は、B,C,Si,Mn,Alが有効であるが、B,
C,Siの場合では添加量が数at%以上になると合金
が非晶質化したり、結晶構造が変わったりするため、よ
り多くの量が添加可能なMnあるいはAlが望ましい。
Mnの場合、添加可能な最大量を各非磁性元素ごとに示
すと、Au(10at%),Cr(45at%),Cu
(48at%),Hf(3at%),Ir(35at
%),Pd(28at%),Pt(38at%),Ru
(10at%),Rh(10at%),Re(2at
%),Ti(2at%),V(45at%),Zr(1
3at%)である。Alの場合には、Au(15at
%),Cr(48at%),Cu(20at%),Hf
(30at%),Ir(10at%),Pd(20at
%),Pt(12at%),Ru(4at%),Rh
(3at%),Re(3at%),Ti(20at
%),V(49at%),Zr(21at%)である。
添加元素を加えることによって磁性膜の結晶粒界への非
磁性元素の偏析促進の効果を有効に発揮するための最小
の添加量として、少なくとも0.5at%必要である。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態により
詳細に説明する。 [実施の形態1]直径2.5インチのガラス基板を用い
て、直流マグネトロンスパッタ法によって、図1に示す
断面構造を持つ垂直磁気記録媒体を作製した。基板11
上に、非磁性下地層12を形成した後、垂直磁化膜1
3、非磁性膜14、垂直磁化膜15、保護膜16を形成
した。非磁性下地12用にはTi−10.2at%Cr
ターゲット、垂直磁化膜13用にはCo−16at%C
r−4at%Taターゲット、非磁性膜14用にはAl
ターゲット、垂直磁化膜15用にCo−20at%Cr
−10at%Pt−1.5at%Taターゲット、保護
膜16用にカーボンターゲットを用いた。スパッタのA
rガス圧力を3mTorr、スパッタパワー10W/c
2、基板温度280℃の条件で、Cr−Ti膜を30
nm、Co−Cr−Ta膜を30nm,非磁性膜を1.
5nm、Co−Cr−Pt−Ta垂直磁化膜を5nm、
カーボン膜を5nmの厚さ形成した。
【0019】同様な条件で、非磁性膜14のターゲット
として、Al−2at%B,Al−1.5at%C,A
l−2.5at%Cr,Al−3.6at%Cu,Al
−3at%Ge,Al−2at%Hf,Al−1.8a
t%Ir,Al−24at%Mg,Al−3at%M
n,Al−4at%Siを用いた以外は前記と同様な垂
直媒体を作製した。
【0020】非磁性膜としてAl−3.6at%Cuを
用いた垂直媒体試料の断面構造を透過型電子顕微鏡で観
察した結果、図2に示す構造が実現されていることを確
認した。基板21上に形成したTi−Cr非磁性下地層
22上に[0001]方向を成長方位に持つCo−Cr
−Ta結晶粒23が成長し、この上に同様の結晶直径を
持つAl−Cu層24が形成され、その上に同様に[0
001]方向を成長方位に持つCo−Cr−Pt−Ta
結晶粒が、さらにカーボン保護膜26が形成されてい
た。また、互いに隣接する磁性膜結晶粒間にはCr,A
l,Cuなどの非磁性元素が結晶粒内に比べ多量に析出
していた。
【0021】比較試料として、非磁性膜を設けない垂直
磁気記録媒体を作製した。これらの磁気記録媒体の記録
再生特性を、記録再生分離型の磁気ヘッドを用いて評価
した。記録ヘッドのギャップ長は0.2μm、再生用の
巨大磁気抵抗効果型(GMR)ヘッドのシールド間隔は
0.15μm、測定時のスペーシングは0.02μmと
した。記録密度は低周波の再生出力の半分になる出力半
減記録密度(D50)を測定し、20kFCIの磁気記録
を行なった場合のS/Nを、比較試料のS/Nに対する
相対値で示した。これらの結果を表1に示す。
【0022】
【表1】
【0023】表1から、本実施の形態の磁気記録媒体
は、比較例に比べてD50が向上し、しかも媒体S/Nが
向上しており、高密度磁気記録媒体として望ましいこと
がわかった。本実施の形態で作製した直径2.5インチ
の磁気記録媒体を用い、再生素子としてGMRヘッドを
用いた磁気記録再生装置を作製した。面記録密度30G
b/in2の条件でエラーレート10-9が確保でき、超
高密度記録再生装置として動作することを確認した。
【0024】[実施の形態2]実施の形態1と同様な断
面構造を持つ垂直磁気記録媒体を同様の手順で作成し
た。ここで非磁性膜としてAl−Mg合金を用いて、そ
の膜厚と合金組成を変えた試料を作成した。Al−Mg
合金としてAl−8at%Mgを用いて膜厚を0〜10
nmの範囲で変化させた試料を作成し、その記録分解能
(D50)と媒体S/Nを実施の形態1で作成した比較例
と比較した。結果を図3と図4に示す。
【0025】図3に示すように、分解能はAl−Mg合
金非磁性膜の厚さが増大するにしたがって向上したのち
減少した。膜厚が5nmを超えると比較試料に比べて分
解能が低下する傾向が確認された。一方、図4に示すよ
うに、S/Nは膜厚の増大にしたがって増大した。これ
らの結果から、高い分解能と高いS/Nが得られる膜厚
の範囲は5nm以下であることを確認した。また膜厚が
0.5nm未満になると、試料の分解能及びS/Nは比
較試料との差が殆どなくなり、顕著な改善効果を得るた
めには少なくとも0.5nmの膜厚が必要であることが
分かった。
【0026】ついで、非磁性膜厚を1.5nmの一定値
に保って、Al−Mg合金の組成をMgの添加量0〜5
0at%の範囲で変化させた試料を作成し、同様な条件
で分解能とS/Nを測定した。結果を図5と図6に示
す。図5に示すように、Mgの添加量を増すにつれて分
解能は向上するが、Mgの添加量が25at%を超える
と分解能が比較試料に比べて低くなる傾向が認められ
た。一方、図6に示すように、Mgを添加することでS
/Nは比較試料より改善されることが分かった。また添
加量が0.5at%未満になると、試料の分解能及びS
/Nは比較試料との差が殆どなくなり、顕著な改善効果
を得るためには少なくとも0.5at%の添加量が必要
であることが分かった。
【0027】磁気記録媒体として厚さが1.5nmのA
l−20at%Mg非磁性膜を形成した直径2.5イン
チの垂直磁気記録媒体を用い、再生素子としてGMRヘ
ッドを用いて磁気記録再生装置を作製した。面記録密度
45Gb/in2の条件でエラーレート10-9が確保で
き、超高密度記録再生装置として動作することを確認し
た。
【0028】[実施の形態3]直径2.5インチのガラ
ス基板を用いて、直流マグネトロンスパッタ法によっ
て、図7に示す断面構造を持つ垂直磁気記録媒体を作製
した。この媒体は、基板31上に裏打磁性膜、中間層、
多層垂直磁化膜及び保護膜を順次形成した、いわゆる2
層垂直磁気記録媒体である。ここで、裏打磁性膜は膜厚
が5nmのHfからなるシード層32、膜厚10nmの
Fe−45at%Ptからなる強磁性層33、膜厚が3
nmのSiからなる非磁性層34、及び膜厚が150n
mのCo−5at%Nb−3at%Zrからなる軟磁性
膜35から構成した。垂直磁化膜を形成する前に中間層
36として厚さが5nmのSi膜を形成した。
【0029】垂直磁化膜は下部垂直磁化膜37、非磁性
膜38、中部垂直磁化膜39、非磁性膜40、及び上部
垂直磁化膜41から構成した。それぞれの膜を形成する
ためのターゲットとして、Co−17at%Cr−4a
t%Nb,Al−2at%Mn,Co−19at%Cr
−7at%Pt−3at%Ta−1.5at%B,Al
−2at%Mn,Fe−50at%Ptを用いた。膜厚
はそれぞれ、15nm,1nm,5nm,0.8nm,
3nmとした。垂直磁化膜の上にカーボンターゲットを
用いて保護膜42を厚さ5nm形成し、垂直磁気記録媒
体を作成した。各膜は、スパッタのArガス圧力3mT
orr、スパッタパワー20W/cm2、基板温度25
0℃の条件で形成した。
【0030】この垂直磁気記録媒体に対して、記録用に
トラック幅が0.4μmの単磁極型の記録ヘッド、再生
用にトラック幅が0.35μm、シールド間隔が0.1
2μmのGMRヘッドを用いて、ヘッドと媒体のスペー
シングを15nmとして記録再生実験を行った結果、記
録分解能(D50)として380kFCI,300kFC
Iの信号を記録したときの媒体S/Nとして32dBの
値が得られた。信号の再生波形をEEPR4系の信号処
理回路を通してエラーレートを評価したところ、面記録
密度60Gb/in2の条件でエラーレート10-8が確
保でき、超高密度記録再生装置として動作することを確
認した。
【0031】[実施の形態4]実施の形態3で試作した
垂直磁気記録媒体とトンネル型磁気抵抗効果(TMR)
を用いた高感度再生素子を持つ録再分離ヘッドを用いて
図8に示す磁気記憶装置を作製した。この磁気記憶装置
は、図8(a)に概略平面図を、図8(b)にそのA
A′断面図を示すように、磁気記録媒体駆動部52によ
り回転駆動される磁気記録媒体51、磁気ヘッド駆動部
54により駆動されて磁気記録媒体51に対して記録及
び再生を行う磁気ヘッド53、磁気ヘッド53の記録信
号及び再生信号を処理する信号処理部55を備える周知
の構成の装置である。
【0032】記録ヘッドのトラック幅を0.3μm、再
生用のTMRヘッド素子のトラック幅を0.26μm、
磁気ヘッド53と磁気記録媒体51のスペーシングを1
05nmとした。信号処理方式としてEEPR4方式を
採用し、75Gb/in2の面記録密度の条件で装置を
動作させたところ、10-8以下の誤り率が得られた。
【0033】[実施の形態5]直径2.5インチのガラ
ス基板を用いて、直流マグネトロンスパッタ法によっ
て、図9に示す断面構造を持つ垂直磁気記録媒体を作製
した。基板61上に、非磁性下地層62を形成した後、
垂直磁化膜63、非磁性膜64、垂直磁化膜65、保護
膜66を形成した。非磁性下地62用にはTi−10a
t%Crターゲット、垂直磁化膜63用にはCo−17
at%Cr−3.2at%Taターゲット、非磁性膜6
4用にはAuターゲット、垂直磁化膜65用にCo−1
9at%Cr−8at%Pt−2at%Taターゲッ
ト、保護膜66用にカーボンターゲットを用いた。スパ
ッタのArガス圧力を2.8mTorr、スパッタパワ
ー12W/cm2、基板温度275℃の条件でCr−T
i膜を30nm、Co−Cr−Ta膜を25nm,非磁
性膜を0.5nm、Co−Cr−Pt−Ta垂直磁化膜
を5nm、カーボン膜を5nmの厚さ形成した。
【0034】同様な条件で、非磁性膜64のターゲット
として、Cr,Cu,Hf,Ir,Pd,Pt,Ru,
Rh,Re,Ti,V,Zrを用いた以外は前記と同様
な構造の垂直媒体を作製した。また、比較試料として、
非磁性膜を設けない垂直磁気記録媒体を作製した。
【0035】これらの磁気記録媒体の記録再生特性を、
記録再生分離型の磁気ヘッドを用いて評価した。記録用
の薄膜ヘッドのギャップ長は0.22μm、再生用の巨
大磁気抵抗効果型(GMR)ヘッドのシールド間隔は
0.16μm、測定時のスペーシングは0.02μmと
した。記録密度は低周波の再生出力の半分になる出力半
減記録密度(D50)を測定し、200kFCIの磁気記
録を行なった場合のS/Nを、比較試料のS/Nに対す
る相対値で示した。これらの結果を表2に示す。
【0036】
【表2】
【0037】表2に示すように、本実施の形態の磁気記
録媒体は、比較例に比べてD50が向上し、しかも媒体S
/Nが向上しており、高密度磁気記録媒体として望まし
いことがわかった。本実施の形態で作製した直径2.5
インチの磁気記録媒体を用い、再生素子としてGMRヘ
ッドを用いて磁気記録再生装置を作製したところ、面記
録密度30Gb/in2の条件でエラーレート10-9
確保でき、超高密度記録再生装置として動作することを
確認した。
【0038】[実施の形態6]実施の形態5と同様な断
面構造を持つ垂直磁気記録媒体を、同様の手順で作成し
た。ここで非磁性膜としてCu−Mn合金を用いて、そ
の膜厚と合金組成を変えた試料を作成した。Cu−Mn
合金としてCu−10at%Mnを用いて膜厚を0〜1
0nmの範囲で変化させた試料を作成し、その記録分解
能(D50)と媒体S/Nを実施の形態5で作成した比較
例と比較した。結果を図10と図11に示す。
【0039】図10に示すように、分解能はCu−Mn
合金非磁性膜の厚さが増大するにしたがって向上したの
ち減少した。膜厚が5nmを超えると比較試料に比べて
分解能が低下する傾向が確認された。一方、図11に示
すように、S/Nは膜厚の増大にしたがって増大した。
これらの結果から、高い分解能と高いS/Nが得られる
膜厚の範囲は5nm未満であり、さらに望ましい範囲は
0.5nm以上3nm以下であることを確認した。Cu
−Mn合金非磁性膜の膜厚が0.3nm未満になると分
解能及びS/Nは比較試料との差が殆どなくなり、顕著
な改善効果を得るためには少なくとも0.3nmの膜厚
が必要であることが分かった。
【0040】ついで 非磁性膜厚を1.2nmの一定値
に保って、Cu−Mn合金の組成をMnの添加量0〜6
0at%の範囲で変化させた試料を作成し、同様な条件
で分解能とS/Nを測定した。結果を図12と図13に
示す。図12に示すように、Mnを添加すると分解能は
向上するが、Mnの添加量が50at%を超えると分解
能が比較試料に比べて低くなる傾向が認められた。ま
た、Mn添加の効果は、添加量を0.5at%以上とす
るとき顕著になることが分かった。また図13に示すよ
うに、Mnを添加することでS/Nは比較試料より向上
することが分かった。
【0041】磁気記録媒体として厚さが1.2nmのC
u−12at%Mn非磁性膜を形成した直径2.5イン
チの垂直磁気記録媒体を用い、再生素子としてGMRヘ
ッドを用いて磁気記録再生装置を作製した。面記録密度
30Gb/in2の条件でエラーレート10-8が確保で
き、超高密度記録再生装置として動作することを確認し
た。
【0042】[実施の形態7]直径2.5インチのガラ
ス基板を用いて、直流マグネトロンスパッタ法によっ
て、図14に示す断面構造を持つ垂直磁気記録媒体を作
製した。この媒体は、基板71上に裏打磁性膜、中間
層、多層垂直磁化膜、及び保護膜を順次形成した、いわ
ゆる2層垂直磁気記録媒体である。ここで裏打磁性膜は
膜厚が5nmのCrからなるシード層72、膜厚8nm
のFe−45at%Ptからなる強磁性層73、膜厚が
3nmのSiからなる非磁性層74、及び膜厚が200
nmのCo−5at%Nb−4at%Zrからなる軟磁
性膜75から構成した。垂直磁化膜を形成する前に中間
層76として厚さが3nmのSi−15at%Ge膜を
形成した。
【0043】垂直磁化膜は下部垂直磁化膜77、非磁性
膜78、中部垂直磁化膜79、非磁性膜80、及び上部
垂直磁化膜81から構成した。下部垂直磁化膜、中部垂
直磁化膜及び上部垂直磁化膜を形成するためのターゲッ
トとしてそれぞれ、Co−17at%Cr−4at%T
a,Co−19at%Cr−8at%Pt−3at%T
a−2at%B,Co−17at%Cr−12at%P
tを用いた。それぞれの垂直磁化膜の膜厚は15nm,
5nm,3nmとした。
【0044】非磁性膜78,80として、Au−7at
%Mn,Cr−35at%Mn,Cu−43at%M
n,Hf−2at%Mn,Ir−18at%Mn,Pd
−27at%Mn,Pt−28at%Mn,Ru−9a
t%Mn,Rh−7at%Mn,Re−1.5at%M
n,Ti−2at%Mn,V−45at%Mn,Zr−
12at%Mn,Au−12at%Al,Cr−25a
t%Al,Cu−17at%Al,Hf−22at%A
l,Ir−10at%Al,Pd−17at%Al,P
t−11at%Al,Ru−3at%Al,Rh−2a
t%Al,Re−1.5at%Al,Ti−18at%
Al,V−46at%Al,Zr−16at%Al,C
r−10at%Mn−5at%Al,Cu−25at%
Mn−8at%Al,Pt−20at%Mn−5at%
Al,Ti−1at%Mn−5at%Al,Cr−1a
t%B,Cu−0.8at%C,Cu−1.4at%S
i−1at%Bを各々用いて膜を形成した。これら非磁
性膜の厚さは0.8nmとした。
【0045】保護膜82用にカーボンターゲットを用い
て厚さ5nm形成し、垂直磁気記録媒体を作成した。各
膜は、スパッタのArガス圧力を3mTorr、スパッ
タパワー20W/cm2、基板温度250℃の条件で形
成した。また、比較試料として非磁性膜78,80を設
けない以外は同様の構造を持つ垂直磁気記録媒体を作成
した。これらの垂直磁気記録媒体の分解能と媒体S/N
を、実施の形態5と同様の条件で測定した。結果を表3
に示す。
【0046】
【表3】
【0047】さらに、これらの垂直磁気記録媒体を記録
用にトラック幅が0.4μmの単磁極型の薄膜記録ヘッ
ド、再生用にトラック幅が0.35μm、シールド間隔
が0.12μmのGMRヘッドを用いて、ヘッドと媒体
のスペーシングを15nmとして記録再生実験を行っ
た。信号の再生波形をEEPR4系の信号処理回路を通
してエラーレート評価を行ったところ、本発明による垂
直磁気記録媒体はいずれも面記録密度50Gb/in2
の条件で10-8以下のエラーレート値が得られた。
【0048】[実施の形態8]実施の形態7で試作した
垂直磁気記録媒体とトンネル型磁気抵抗効果(TMR)
を用いた高感度再生素子を持つ録再分離ヘッドを用いて
図8に示す磁気記録再生装置を作製した。記録ヘッドの
トラック幅0.3μm,再生用のTMRヘッド素子のト
ラック幅0.26μm、ヘッドと媒体のスペーシング1
0nmとした。信号処理としてEEPR4方式を採用
し、75Gb/in2の面記録密度の条件で装置を動作
させたところ、10-8以下の誤り率が得られた。
【0049】
【発明の効果】本発明によれば、垂直磁気記録媒体のノ
イズを低減することができ、この結果高いS/N比が得
られるので、磁気ディスク装置の高密度化が可能とな
る、特に30Gb/in2以上の高密度磁気記録が可能
となり、装置の小型化や大容量化が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による磁気記録媒体の一例を示す断面
図。
【図2】本発明による磁気記録媒体の一例を示す断面
図。
【図3】本発明による垂直磁気記録媒体の一例の特性評
価結果を示す図。
【図4】本発明による垂直磁気記録媒体の一例の特性評
価結果を示す図。
【図5】本発明による垂直磁気記録媒体の一例の特性評
価結果を示す図。
【図6】本発明による垂直磁気記録媒体の一例の特性評
価結果を示す図。
【図7】本発明による磁気記録媒体の他の例を示す断面
図。
【図8】磁気記憶装置の構成図。
【図9】本発明による磁気記録媒体の他の例を示す断面
図。
【図10】本発明による垂直磁気記録媒体の一例の特性
評価結果を示す図。
【図11】本発明による垂直磁気記録媒体の一例の特性
評価結果を示す図。
【図12】本発明による垂直磁気記録媒体の一例の特性
評価結果を示す図。
【図13】本発明による垂直磁気記録媒体の一例の特性
評価結果を示す図。
【図14】本発明による磁気記録媒体の他の例を示す断
面図。
【符号の説明】
11…基板、12…非磁性下地層、13…垂直磁化膜、
14…非磁性膜、15…垂直磁化膜、16…保護膜、2
1…基板、22…非磁性下地層、23…垂直磁化膜、2
4…非磁性膜、25…垂直磁化膜、26…保護膜、31
…基板、32…シード層、33…強磁性膜、34…非磁
性層、35…軟磁性膜、36…中間層、37…下部垂直
磁化膜、38…非磁性膜、39…中部垂直磁化膜、40
…非磁性膜、41…上部垂直磁化膜、42…保護膜、5
1…磁気記録媒体、52…磁気記録媒体駆動部、53…
磁気ヘッド、54…磁気ヘッド駆動部、55…信号処理
部 61…基板、62…非磁性下地層、63…垂直磁化膜、
64…非磁性膜、65…垂直磁化膜、66…保護膜、7
1…基板、72…シード層、73…強磁性膜、74…非
磁性層、75…軟磁性膜、76…中間層、77…下部垂
直磁化膜、78…非磁性膜、79…中部垂直磁化膜、8
0…非磁性膜、81…上部垂直磁化膜、82…保護膜
フロントページの続き (72)発明者 菊川 敦 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4−369204(JP,A) 特開 平7−176027(JP,A) 特開 平10−334440(JP,A) 特開2001−56923(JP,A) 特開 平5−67322(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11B 5/62 - 5/82

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非磁性基板上に非磁性下地層もしくは裏
    打磁性膜層を介して垂直磁化膜が設けられた垂直磁気記
    録媒体において、前記垂直磁化膜が少なくとも1層のA
    l合金膜で複数の層に分離されており、前記Al合金が
    Al−B,Al−C,Al−Cu,Al−Cr,Al−
    Ge,Al−Hf,Al−Ir,Al−Si,Al−M
    n,Al−Mgのいずれかからなり、Alに対する合金
    元素の添加量が0.5at%以上25at%未満である
    ことを特徴とする垂直磁気記録媒体。
  2. 【請求項2】 請求項記載の磁気記録媒体において、
    前記垂直磁化膜がCo基合金であることを特徴とする垂
    直磁気記録媒体。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の磁気記録媒体にお
    いて、Al合金膜の1層の厚さが0.5nm以上5nm
    未満であり、前記Al合金膜を除く前記垂直磁化膜の全
    厚さが10nm以上40nm未満であることを特徴とす
    る垂直磁気記録媒体。
  4. 【請求項4】 磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体を駆
    動する磁気記録媒体駆動部と、前記磁気記録媒体に対し
    て記録及び再生を行う磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを
    駆動する磁気ヘッド駆動部と、前記磁気ヘッドの記録信
    号及び再生信号を処理する記録再生信号処理系とを備え
    る磁気記憶装置において、前記磁気記録媒体として請求
    項1〜のいずれか1項記載の垂直磁気記録媒体を用
    い、前記磁気ヘッドは薄膜型の記録用ヘッドと巨大磁気
    抵抗効果もしくは磁気トンネル効果を用いた再生用素子
    を備え、面記録密度30Gb/in2以上で磁気記録再
    生を行なうことを特徴とする磁気記憶装置。
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