JP3559332B2

JP3559332B2 - 磁性多層膜およびその製造方法ならびに光磁気記録媒体

Info

Publication number: JP3559332B2
Application number: JP33918794A
Authority: JP
Inventors: 啓安藤森; 弘毅高梨; 誠司三谷; 英雄中嶋; 正志佐野; 明大沢; 勝昭佐藤; 潔野口
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2019-09-02
Also published as: JPH08186022A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、磁気光学カー回転を示す磁性多層膜およびその製造方法と、この磁性多層膜を光磁気記録膜として有する光磁気記録媒体とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
異種金属を原子層レベルで交互に積層し得る今日の薄膜作製技術により、熱平衡状態では存在しないような規則的積層構造をもつ多層膜、すなわち金属人工格子の作製が可能となっている。一方、熱平衡状態でＬ１_０型規則合金となるＦｅＰｔ合金は、垂直磁気異方性をもち、大きな磁気光学カー回転が得られるため、注目されている。
【０００３】
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６２，６３９（１９９３）（以下、文献１）では、スパッタ法で１００℃にて［Ｆｅ（１６ＭＬ）／Ｐｔ（１５ＭＬ）］_８薄膜を作製し、４７５℃で１４時間アニールを施して正方晶ＦｅＰｔ相を形成し、垂直磁化膜としている。ここで、ＭＬは単原子層を示し、Ｆｅ（１６ＭＬ）の厚さは２３Ａ、Ｐｔ（１５ＭＬ）の厚さは３０Ａである。この垂直磁化膜は、（００１）優先配向のＦｅＰｔ規則相を有するものであり、膜面に垂直な方向の保磁力Ｈｃ⊥が約１．８ｋＯｅ（ＦＩＧ．４）、実効的な垂直磁気異方性定数が８×１０^６ｅｒｇ／ｃｍ^３以上であることが報告されている。
【０００４】
しかし、文献１の膜では、Ｘ線回折チャート（ＦＩＧ．２）の２θ＝４７度の位置にＰｔＦｅ（２００）面のピークが認められ、十分な配向性が得られているとはいえない。また、実効的な垂直磁気異方性定数も十分に大きくはないので、磁化曲線の角形比（残留磁化Ｍｒ／飽和磁化Ｍｓ）が低い。
【０００５】
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６３，１４３８（１９９３）（以下、文献２）では、厚さ２３ＡのＦｅ（００１）と厚さ２９ＡのＰｔ（００１）とからなる積層膜を８層重ねた多層膜を作製し、アニール後にカー回転角を測定している。この結果を示すＦＩＧ．１（ｂ）では、磁界強度と波長６３３ｎｍでのカー回転角との関係を表わすヒステリシス曲線において、保磁力（カー回転角が０度となる磁界強度）が４ｋＯｅ、飽和カー回転角が０．６度、残留カー回転角（磁界強度ゼロでのカー回転角）が０．５度となっている。また、この文献には、［Ｆｅ（１ＭＬ）／Ｐｔ（１ＭＬ）］_１２８を作製したところ、均質で無秩序な合金となり、カー回転角がバルクのＰｔＦｅ無秩序合金と同様となったことが記載されている。
【０００６】
しかし、文献２の膜では、カーループの角形比（残留カー回転角／飽和カー回転角）が約０．８５と小さく、カー回転角も十分に大きいとはいえない。また、文献２の膜のＸ線回折チャート｛ＦＩＧ．１（ａ）｝には、文献１の膜のＸ線回折チャート（ＦＩＧ．２）と同様に２θ＝４７度の位置にピークが認められる。これは、文献１の膜と同様にＰｔＦｅ（２００）面のピークであると考えられるので、やはり十分な配向性が得られているとはいえない。
【０００７】
Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ．５０，３４１９（１９９４）（以下、文献３）では、ＦｅとＰｔとを超高真空中で共蒸着することにより、（００１）高配向ＦｅＰｔ規則相をもつ膜が得られたことが報告されている。５００℃で蒸着されたＦｅ_５２Ｐｔ_４８膜では、光子エネルギー２ｅＶ（波長６３３ｎｍ）におけるカー回転角が０．８度となっている。
【０００８】
しかし、文献３の膜では、Ｘ線回折チャートにＦｅＰｔ（１１１）面のピークおよびＦｅＰｔ（２００）面のピークがあり、配向の乱れが認められる。また、文献３では実効的な垂直磁気異方性定数を測定していないが、膜面に垂直な方向の保磁力Ｈｃ⊥は約１ｋＯｅ（ＦＩＧ．２）にすぎず、また、カーループの角形比は約０．３５（ＦＩＧ．２）と小さいので、光磁気記録膜として実用化するには特性が不十分である。
【０００９】
上記のように、従来のＦｅ／Ｐｔ磁性多層膜では、大きなカー回転角と、カーループの高い角形比（１．０）と、大きな垂直磁気異方性とを共に得ることはできていない。また、従来のＦｅ／Ｐｔ多層膜では、層厚比Ｆｅ／Ｐｔを１／４〜１／３としなければ、カーループの角形比が１．０である垂直磁化膜にはならなかった。しかし、Ｆｅ層が薄いとカー回転角が小さくなってしまうため、層厚比Ｆｅ／Ｐｔをより大きくした場合にも角形比が１．０となる垂直磁化膜が望まれている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、垂直磁気異方性が大きく、膜面に垂直な方向の保磁力が大きく、カーループの角形比が１．０であり、しかもカー回転角の大きい磁性多層膜と、この磁性多層膜を光磁気記録膜に用いた光磁気記録媒体とを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記（１）〜（５）のいずれかの構成により達成される。
（１）Ｆｅ単原子層とＰｔ単原子層とが１層づつ積層されており、（００１）面配向を有する磁性多層膜。
（２）Ｘ線回折チャートにおいて、（００１）面配向を示すピークだけが認められる上記（１）の磁性多層膜。
（３）温度を５００℃以上とした基板上に、蒸着法によりＦｅ単原子層とＰｔ単原子層とを交互に積層して規則合金膜を形成する磁性多層膜の製造方法。
（４）上記（１）または（２）の磁性多層膜が形成される上記（３）の磁性多層膜の製造方法。
（５）上記（１）または（２）の磁性多層膜を光磁気記録膜として有する光磁気記録媒体。
【００１２】
【作用および効果】
本発明では、Ｆｅ単原子層とＰｔ単原子層とを交互に１層づつ積層し、（００１）面配向を有する規則合金と等価である磁性人工格子多層膜を得る。この磁性多層膜は、超高真空蒸着法により形成することが好ましい。蒸着時の基板温度は、５００℃程度以上とすることが好ましい。
【００１３】
このようにして作製された多層膜は、垂直磁気異方性、膜面に垂直な方向の保磁力Ｈｃ⊥およびカー回転角がいずれも大きく、しかもカーループの角形比が１．０であるため、光磁気記録膜として有用である。
【００１４】
なお、上記した文献２記載の［Ｆｅ（１ＭＬ）／Ｐｔ（１ＭＬ）］_１２８膜は、実際にはＦｅ単原子層とＰｔ単原子層との積層膜ではなく、均質で無秩序な合金であり、カー回転角がバルクのＰｔＦｅ無秩序合金と同様であるので、本発明の磁性多層膜とは全く異なるものである。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を挙げ、本発明を詳細に説明する。
【００１６】
到達真空度を３×１０^−１０Ｔｏｒｒとし、ＭｇＯ（００１）基板上に、２×１０^−９Ｔｏｒｒ未満の圧力下で厚さ２５０ＡのＰｔ（００１）バッファ層を蒸着により形成した。バッファ層形成時の基板温度（Ｔｓ）は５００℃とした。基板としては、ＭｇＯ（００１）の他、ＧａＡｓ（００１）、Ｓｉ（００１）等を用いてもよい。バッファ層としては、Ｐｔ（００１）の他、Ａｕ（００１）、Ａｇ（００１）等を用いてもよい。バッファ層の厚さは、１５０〜３０００Ａ程度とすることが好ましい。バッファ層形成時の基板温度は、通常、室温〜８００℃とすることが好ましい。
【００１７】
次いで、バッファ層の上に、前記圧力下で［Ｆｅ（１ＭＬ）／Ｐｔ（１ＭＬ）］_１００多層膜を形成した。基板温度は５００℃とした。蒸着装置には、２つの独立した電子銃をもつものを用いた。１ＭＬは単原子層を意味する。Ｆｅ（１ＭＬ）の厚さは１．４Ａ、Ｐｔ（１ＭＬ）の厚さは２．０Ａであり、この多層膜は、Ｆｅ（１ＭＬ）＋Ｐｔ（１ＭＬ）を１単位として１００単位積層したものである。蒸着レートは０．１Ａ／ｍｉｎとした。蒸着中には、ＲＨＥＥＤ（ＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎＨｉｇｈＥｎｅｒｇｙＥｌｅｃｔｒｏｎＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）パターンをモニターし、（００１）配向の単原子層が１層づつエピタキシャル成長した膜が形成されていることを確認した。
【００１８】
多層膜形成時の基板温度は、通常、２５０〜８００℃、好ましくは５００〜８００℃とする。また、Ｆｅ（１ＭＬ）＋Ｐｔ（１ＭＬ）を１単位としたときの積層単位数は特に限定されないが、通常、１０〜３００程度とすることが好ましい。なお、多層膜形成時の圧力は、好ましくは１×１０^−８Ｔｏｒｒ以下とし、より好ましくは１×１０^−１０〜３×１０^−９Ｔｏｒｒ程度とする。
【００１９】
図１（ａ）に、この多層膜の最上層であるＰｔ層のＲＨＥＥＤパターンを示す。縞状のパターンは、この多層膜の表面が、原子スケールでかなり平坦であることを意味する。基板温度５００℃で蒸着したために、Ｆｅ単原子層およびＰｔ単原子層は表面拡散によって一層づつエピタキシャル成長したと考えられる。図２に、この多層膜のＸ線回折チャートを示す。図２中には、一部のピークを拡大して示してある。このＸ線回折チャートには、図１（ａ）のＲＨＥＥＤパターンから期待されるように、（００１）面配向を示すピークが認められ、しかも他の配向を示すピークは認められない。このことから、原子レベルで規則構造をもつ膜が形成されていることがわかる。
【００２０】
これに対し、基板温度を室温（Ｒ．Ｔ．）とした以外は上記と同様にして形成した多層膜では、図１（ｂ）に示されるようにＲＨＥＥＤパターンが斑点状であった。これは、室温では島状成長が生じたことを示す。なお、図１は、すべて［１１０］入射のものである。また、このＲＨＥＥＤパターンに一致して、Ｘ線回折では、ＦｅＰｔ（００１）面配向を示すピークは室温で成長させたこのＦｅ／Ｐｔ多層膜では認められなかった。
【００２１】
多層膜の磁気異方性を、室温でＳＱＵＩＤ磁気メータにより測定した。図３に、５００℃で成長させた［Ｆｅ（１ＭＬ）／Ｐｔ（１ＭＬ）］_１００膜の、膜面に対して平行（Ｈ／／）および垂直（Ｈ⊥）方向の磁化カーブを示す。５５ｋＯｅにおいても飽和していない膜面内（Ｈ／／）の磁化カーブは、この多層膜の大きな垂直磁気異方性を示す。
【００２２】
多層膜の波長（λ）６３３ｎｍでの磁気光学カー回転角（θ_ｋ）を、室温で測定した。図４に、磁界強度とカー回転角との関係を示すカーループを示す。同図に示されるように、５００℃で成長させた［Ｆｅ（１ＭＬ）／Ｐｔ（１ＭＬ）］_１００膜の６３３ｎｍでの飽和カー回転角は０．６９度と大きい。また、このカーループでは、残留カー回転角（磁界強度ゼロでのカー回転角）が飽和カー回転角と同じで角形比が１．０であり、保磁力（カー回転角がゼロとなる磁界強度）が３ｋＯｅと大きい。したがって、この多層膜では、光磁気磁気記録膜としての実用的な特性が得られていることがわかる。
【００２３】
これに対し、室温で成長させた［Ｆｅ（１ＭＬ）／Ｐｔ（１ＭＬ）］_１００多層膜の垂直磁気異方性およびカー回転角は、５００℃で成長させたものに比べ非常に小さかった。
【００２４】
垂直磁気異方性および６３３ｎｍでのカー回転角は、［Ｆｅ（１ＭＬ）／Ｐｔ（１ＭＬ）］_１００多層膜の規則度の増大に伴なって増大する。この規則度は、Ｘ線回折チャートのピーク強度比Ｉ_００１／Ｉ_００２によって評価される。Ｉ_００１およびＩ_００２は、それぞれＦｅＰｔ（００１）面のピーク強度および（００２）面のピーク強度である。Ｉ_００１／Ｉ_００２が０．１以上であれば、実用上十分な垂直磁気異方性およびカー回転角が得られる。
【００２５】
図５に、［Ｆｅ（１ＭＬ）／Ｐｔ（１ＭＬ）］_１００膜のＩ_００１／Ｉ_００２と、実効的な垂直磁気異方性定数Ｋｕ、このＫｕに形状異方性２πＭｓ^２を加えた本質的な垂直磁気異方性定数Ｋ⊥および６３３ｎｍでのカー回転角との関係を示す。なお、Ｍｓは飽和磁化である。この実施例では、Ｋ⊥＝５．５×１０^７ｅｒｇ／ｃｍ^３、Ｋｕ＝４．７×１０^７ｅｒｇ／ｃｍ^３、Ｍｓ＝１１６０ｅｍｕ／ｃｃが得られている。なお、前記文献１における実効的な垂直磁気異方性定数（８×１０^６ｅｒｇ／ｃｍ^３以上）は、この実施例におけるＫｕと比較されるものである。したがって、明らかに本発明において大きな値が得られていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】結晶構造を表わす図面代用写真であって、（ａ）および（ｂ）は、それぞれ基板温度５００℃および室温で形成された［Ｆｅ（１ＭＬ）／Ｐｔ（１ＭＬ）］_１０。多層膜の最上層であるＰｔ層のＲＨＥＥＤパターンである。
【図２】基板温度５００℃で形成された［Ｆｅ（１ＭＬ）／Ｐｔ（１ＭＬ）］_１００多層膜のＸ線回折チャートである。
【図３】基板温度５００℃で形成された［Ｆｅ（１ＭＬ）／Ｐｔ（１ＭＬ）］_１００多層膜の磁化ループである。
【図４】基板温度５００℃で形成された［Ｆｅ（１ＭＬ）／Ｐｔ（１ＭＬ）］_１００多層膜のカーループである。
【図５】［Ｆｅ（１ＭＬ）／Ｐｔ（１ＭＬ）］_１００多層膜のＩ_００１／Ｉ_００２と、実効的な垂直磁気異方性定数Ｋｕ、本質的な垂直磁気異方性定数Ｋ⊥および６３３ｎｍでのカー回転角との関係を示すグラフである。

Claims

Ｆｅ単原子層とＰｔ単原子層とが１層づつ積層されており、（００１）面配向を有する磁性多層膜。
Ｘ線回折チャートにおいて、（００１）面配向を示すピークだけが認められる請求項１の磁性多層膜。
温度を５００℃以上とした基板上に、蒸着法によりＦｅ単原子層とＰｔ単原子層とを交互に積層して規則合金膜を形成する磁性多層膜の製造方法。
請求項１または２の磁性多層膜が形成される請求項３の磁性多層膜の製造方法。
請求項１または２の磁性多層膜を光磁気記録膜として有する光磁気記録媒体。