JP3625865B2 - 磁気記録媒体及び磁気記録再生装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、強磁性金属薄膜磁気記録媒体に係り、特に、電磁変換特性に優れた磁気記録媒体および大容量の磁気記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気記録媒体の記録密度の向上、高出力化、低ノイズ化には塗布型媒体では磁性粉、薄膜媒体では結晶粒子の微細化が不可欠である。たとえば、従来より検討されてきた鉄粉を用いた媒体では、微細化が進み、現在では長軸長約２００ｎｍ、軸径約３０ｎｍの微細粉を用いたＨｉ−８（８ｍｍ高密度磁気テープ）などの高性能テープが実用化されつつある。ところで、磁性媒体の磁性粉あるいは結晶粒子が微細でも、磁性粉がクラスター状の塊になっていたり、結晶粒子間の相互作用が強い場合には、複数の粒子が一団となって磁化反転して記録されるようになる。このように、複数の粒子が一団となって磁化反転し、磁化反転単位が大きくなると、再生時のノイズが増す。このため、高密度化の大きな障害になる。
【０００３】
磁化反転単位の大きさは磁気粘性と関連がある。すなわち、磁気粘性の揺らぎ場が大きいほど磁化反転単位は小さいと考えられている。磁気粘性の揺らぎ場の意味については、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｆ： Ｍｅｔａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ １４巻Ｌ１５５〜Ｌ１５９頁（１９８４年発行）に記載されている。さらに、詳細な測定条件については、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ ａｎｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ １２７巻２３３〜２４０頁（１９９３年発行）に記載されている。以下に、磁気粘性の揺らぎ場の測定原理を説明する。
【０００４】
磁性材料に新たな磁場を印加すると、磁化Ｉ（ｔ）は磁場印加時間の対数 ｌｎ ｔに対して、
Ｉ（ｔ）＝ｃｏｎｓｔ．＋Ｓ・ｌｎｔ （１）
の関係で変化する場合が多い。ここで、Ｉ（ｔ）は単位体積あたりの磁気モーメントであり、ｔは新たな磁場を印加した後の経過時間である。粘性係数Ｓは磁場を正方向にシフトして印加したときには正、負にシフトしたときには負の値をもつ。Ｓは非可逆磁化率χ_ｉｒｒ と揺らぎ場Ｈ_ｆ との積で表せることが知られている。すなわち、
Ｓ＝χ_ｉｒｒ・Ｈｆ （２）
が成立する。したがって、実験からＳ及びχ_ｉｒｒ を求めれば、揺らぎ場が求まる。揺らぎ場は熱揺らぎの影響の大小を示す量であり、揺らぎ場が大きいことは熱揺らぎの影響を受けやすく、磁化反転単位の大きさが小さいことを意味する。
【０００５】
磁界強度が保磁力ないしは残留磁化保磁力に等しいところでの揺らぎ場は、保磁力Ｈｃないしは残留磁化保磁力Ｈｒの磁場印加時間依存性からも求めることができる。保磁力ないしは残留磁化保磁力は、磁場印加時間ｔとともに、
Ｈｃ（又はＨｒ）＝−Ａ・ｌｎｔ＋ｃｏｎｓｔ． （３）
の関係で印加時間とともに低下する場合が多い。本明細書に記載した試料では、すべて式（３）の関係が成立した。式（３）にしたがって保磁力ないしは残留磁化保磁力が磁場印加時間ｔとともに変化する場合、Ａは磁場強度が保磁力ないしは残留磁化保磁力に等しいところでの揺らぎ場Ｈ_ｆ とほとんど同じ値を示すことが知られている。この方法は、簡便かつ再現性がよい。そこで、本発明ではＡの値を磁気粘性の揺らぎ場とした。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来法に従って、無電解メッキのＮｉ−Ｐで被覆したＡｌ−Ｍｇ合金からなる鏡面研磨した円板上にＣｒ下地層を形成し、ついでＣｏＣｒＴａ磁性層、さらにカーボン保護膜を形成して磁気ディスクを作製した。Ｃｒ下地層、磁性層、保護膜はともにＡｒガスを用いたスパッタリングで形成した。この際、基板温度は３００℃、Ａｒ圧力は２．０ミリＴｏｒｒとした。Ｃｒ下地層の厚さは５０ｎｍ、磁性層は２５ｎｍ、保護膜は１０ｎｍである。ＣｏＣｒＴａ磁性層の組成は原子％で表し、Ｃｏ：８０％、Ｃｒ：１６％、Ｔａ：４％である。この組成を以下本明細書ではＣｏＣｒ_１６Ｔａ_４ のように表す。この媒体の保磁力Ｈｃは１６４５エールステッド、残留磁化保磁力Ｈｒは１６５５エールステッドであった。また、保磁力と等しい磁界強度での２５℃における磁気粘性の揺らぎ場は１３．５エールステッド、残留磁化保磁力と等しい磁界強度での２５℃における磁気粘性の揺らぎ場は１３．２エールステッドであった。このように、保磁力と等しい磁界強度での２５℃における磁気粘性の揺らぎ場と残留磁化保磁力と等しい磁界強度での２５℃における磁気粘性の揺らぎ場とはほとんど同じ値を示す。以下本明細書ではこれらを単に揺らぎ場と呼ぶ。なお、揺らぎ場の測定時間は０〜３０分とした。
【０００７】
上記媒体に、ギャップ長が０．４μｍ、巻線数が２４ターンのパーマロイヘッドを用いて磁気情報を記録し、パーマロイ磁気抵抗ヘッドを用いて再生して電磁変換特性を調べた。この際、記録および再生時の浮上高さは８０ｎｍとした。測定の結果、線記録密度１５０ｋＦＣＩ（ｋｉｌｏ Ｆｌｕｘ Ｃｈａｎｇｅ ｐｅｒ Ｉｎｃｈ）でのノイズは２２μＶｒｍｓであった。
【０００８】
この媒体を用いると３００メガビット／平方インチの記録密度を有する磁気ディスク装置を作製することができたが、１ギガビット／平方インチの記録密度を有する磁気ディスク装置を作製することはできなかった。
本発明の目的は、再生時のノイズを低減し、高密度記録に適する磁気記録媒体及び磁気記録再生装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明による磁気記録媒体の拡大断面図である。図１で、１はＮｉ−Ｐを被着したアルミニウム、Ｎｉ−Ｐを被着したアルミニウム−マグネシウム合金、ガラス、カーボン等の非磁性基板である。２は磁性膜の結晶方向および結晶粒子サイズを制御するための非磁性下地層で、Ｃｒ，Ｃｒ−Ｍｏ，Ｃｒ−Ｗ，Ｃｒ−Ｔｉ，Ｃｒ−Ｖなどの金属層からなる。３はＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ，Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ，Ｃｏ−Ｏ，Ｃｏ−Ｎｉ，Ｃｏ−Ｃｒ，Ｃｏ−Ｍｏ，Ｃｏ−Ｔａ，Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ，Ｃｏ−Ｎｉ−Ｏ等のコバルトを主成分とする強磁性薄膜である。４は保護潤滑層で、炭素膜、酸化膜、プラズマ重合膜、脂肪酸、パーフルオロカルボン酸、パーフルオロポリエーテル等を単独ないしは複合体として用いることができる。磁性層３には、残留磁化保磁力ないしは保磁力と等しい磁界強度での２５℃における磁気粘性の揺らぎ場が１５エールステッド以上であり、保磁力が２０００エールステッド以上である強磁性薄膜を用い、磁性層の厚さは５ｎｍ以上、３０ｎｍ以下とするのが望ましい。残留磁化保磁力ないしは保磁力と等しい磁界強度での２５℃における磁気粘性の揺らぎ場は２０エールステッド以上であることがより望ましい。強磁性薄膜はＣｒ，Ｔａ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｓｉ，Ｗ，Ｏからなる群のすくなくとも一種を含むコバルト基磁性合金薄膜、例えばＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ，Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ，Ｃｏ−Ｏ，Ｃｏ−Ｎｉ，Ｃｏ−Ｃｒ，Ｃｏ−Ｍｏ，Ｃｏ−Ｔａ，Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ，Ｃｏ−Ｎｉ−Ｏ等のコバルトを含有する薄膜であることが望ましい。
【００１０】
本発明における揺らぎ場の具体的測定方法は、以下の通りである。
揺らぎ場Ａを求めるため、磁気ディスクから切り出した７ｍｍ角の試料片に−１００００エールステッドの磁場を印加して直流消磁したのち、保磁力ないしは残留磁化保磁力よりもわずかに低い正の磁場を印加し、磁化ないしは残留磁化がゼロになるまでの時間ｔを求める。この操作を直流消磁後に印加する正の磁場を少しずつ低くして繰り返す。こうして求めた保磁力ないしは残留磁化保磁力の磁場印加時間依存性から式（３）にしたがって揺らぎ場Ａの値が求まる。保磁力の磁場印加時間依存性から求めた揺らぎ場は、残留磁化保磁力の磁場印加時間依存性から求めた揺らぎ場とほとんど同じ値を示す。測定が容易であることから、本発明においては残留磁化保磁力の磁場印加時間依存性から揺らぎ場Ａを求めた。測定はＤＭＳ（Ｄｅｇｉｔａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ）社製の振動型磁束計を用いて行った。この際、測定温度は２５℃、直流消磁後の磁場印加時間は０から３０分とした。
上記の例では、磁気ディスクを対象としているが、磁気テープなどの磁気記録媒体でも本発明は有効である。
【００１１】
【作用】
残留磁化保磁力ないしは保磁力と等しい磁界強度での２５℃における磁気粘性の揺らぎ場が、１５エールステッド以上であり、保磁力が２０００エールステッド以上である強磁性薄膜を用い、磁性層の厚さを５ｎｍ以上、３０ｎｍ以下とすることにより、磁化反転の際のクラスタサイズを小さくできるので、ノイズレベルが低く、Ｓ／Ｎを高くすることができる。
磁極の一部に金属磁性膜を用いた磁気ヘッドと組み合わせることにより、急峻に記録できる媒体の性能を引き出せるので大容量の記録再生装置を提供することができる。
【００１２】
【実施例】
以下に、本発明の内容を実施例によって詳細に説明する。
〔参考例１〕
無電解メッキのＮｉ−Ｐで被覆したＡｌ−Ｍｇ合金からなる鏡面研磨した円板上にＣｒ合金下地層を形成し、ついでＣｏＣｒＴａ磁性層、さらにカーボン保護膜を形成して磁気ディスクを作製した。
【００１３】
Ｃｒ合金下地層、磁性層、保護膜はともにＡｒガスを用いたスパッタリングで形成した。この際、Ａｒ圧力は２．０ミリＴｏｒｒとした。Ｃｒ合金下地層にはＣｒ−Ｖ、Ｃｒ−Ｗ、Ｃｒ−Ｔｉ、Ｃｒ−Ｓｉ、Ｃｒ−Ｍｏを用い、下地組成の異なる試料を合計２０箇用意した。Ｃｒ合金層の厚さは５０ｎｍ、磁性層は２５ｎｍ、保護膜は１０ｎｍである。ＣｏＣｒＴａ磁性層の組成はＣｏＣｒ_１６Ｔａ_４ とした。Ｃｒ合金下地層およびカーボン保護膜形成時の基板温度は３００℃とし、磁性層形成時の基板温度は２５０−３００℃とした。
【００１４】
こうして得られた媒体の保磁力Ｈｃは１５００〜２４００エールステッドの範囲に分布した。また、揺らぎ場は１１．３〜１６．５エールステッドの範囲に分布した。
上記媒体に、ギャップ長が０．４μｍ、巻線数が２４ターンのパーマロイヘッドを用いて磁気情報を記録し、パーマロイＭＲヘッドで再生して電磁変換特性を調べた。この際、記録および再生時の浮上高さは８０ｎｍとした。測定した結果、線記録密度１５０ｋＦＣＩでのノイズは１８〜２５μＶｒｍｓであった。測定結果を表１にまとめて示す。
【００１５】
【表１】

【００１６】
また、図２に揺らぎ場と保磁力およびノイズの相関を示した。図２から明らかなように、揺らぎ場が大きな値を示す媒体のノイズは低い値を持つ。揺らぎ場が１５エールステッド以上の媒体では従来以上の高いＳ／Ｎを示した。このため、記録密度を従来以上に高めることが可能である。揺らぎ場が１５．０エールステッド以上の媒体を用いると、１ギガビット／平方インチの記録密度を持つ磁気ディスク装置を作製することができた。
【００１７】
〔参考例２〕
参考例１と同様、無電解めっきでＮｉ−Ｐ被覆したＡｌ−Ｍｇ合金からなる鏡面研磨した円板上にＣｒ下地層を形成し、ついでＣｏＣｒＰｔ磁性層、さらにカーボン保護膜を形成して磁気ディスクを作製した。
Ｃｒ下地層、磁性層、保護膜はともにＡｒガスを用いたスパッタリングで形成した。この際、Ａｒ圧力は２．０ミリＴｏｒｒとし、ＣｏＣｒＰｔ磁性層のＣｒ含量を変え、ＣｏＣｒ_１５Ｐｔ_８ からＣｏＣｒ_２３Ｐｔ_８ の組成を持つ試料を合計２０箇用意した。Ｃｒ下地層の厚さは５０ｎｍ、磁性層は２５ｎｍ、保護膜は１０ｎｍとした。Ｃｒ下地層、磁性層およびカーボン保護膜形成時の基板温度は３００℃とした。こうして得られた媒体の保磁力Ｈｃは１８００〜２８００エールステッドの範囲に分布した。揺らぎ場は１２．０〜２０．５エールステッドの範囲に分布した。
【００１８】
参考例１と同様にして、電磁変換特性を測定した結果、線記録密度１５０ｋＦＣＩでのノイズは１７．９〜３０μＶｒｍｓの範囲に分布した。測定結果を表２にまとめて示す。
【００１９】
【表２】

【００２０】
また、図３に揺らぎ場と保磁力およびノイズの相関を示した。図３から明らかなように、参考例１と同様、揺らぎ場が大きな値を示す媒体はノイズが低い値を持つ。揺らぎ場が１５エールステッド以上の媒体では従来以上の高いＳ／Ｎを示した。揺らぎ場が１５エールステッド以上の媒体では、１ギガビット／平方インチ記録密度を持つ磁気ディスク装置を作製することができた。また、揺らぎ場が２０．５エールステッド、保磁力が２７５０エールステッドの媒体では、１．５ギガビット／平方インチの記録密度を持つ磁気ディスク装置を作製することができた。しかし、本参考例に示したどの媒体を用いても２ギガビット／平方インチの記録密度を持つ磁気ディスク装置を作製することはできなかった。
【００２１】
〔実施例１〕
鏡面研磨したガラス円板上にＣｒ下地層を形成し、ついでＣｏＣｒＰｔ磁性層、さらにカーボン保護膜を形成して磁気ディスクを作製した。
Ｃｒ下地層、磁性層、保護膜はともにＡｒガスを用いたスパッタリングで形成した。この際、Ａｒ圧力は２．０ミリＴｏｒｒ、ＣｏＣｒＰｔ磁性層の組成はＣｏＣｒ_１９Ｐｔ_８ とした。Ｃｒ下地層の厚さを３〜５０ｎｍまで、磁性層の膜厚を３〜３０ｎｍまで変え、保護膜を１０ｎｍとした合計３０箇の試料を用意した。Ｃｒ下地層、磁性層およびカーボン保護膜形成時の基板温度は３００℃とした。
【００２２】
こうして得られた媒体の保磁力Ｈｃは１２００〜２９００エールステッドの範囲に分布した。揺らぎ場は１１．２〜６８．３エールステッドの範囲に分布した。
参考例１と同様にして、電磁変換特性を測定した結果、線記録密度１５０ｋＦＣＩでのノイズは８〜３１μＶｒｍｓの広い範囲に分布した。測定結果を表３にまとめて示す。
【００２３】
【表３】

【００２４】
また、図４に揺らぎ場と保磁力およびノイズの相関を示した。図４から明らかなように、参考例１および２と同様、揺らぎ場が大きな値を示す媒体はノイズが低い値を持つ。磁性膜の膜厚が１０〜２７ｎｍであり、揺らぎ場が１５エールステッド以上、保磁力が２０００エールステッド以上の媒体では１ギガビット／平方インチの記録密度を持つ磁気ディスク装置を作製することができた。また、磁性膜の膜厚が１０〜２５ｎｍであり、揺らぎ場が２０エールステッド以上、保磁力が２０００エールステッド以上の媒体では１．５ギガビット／平方インチ相当の記録密度を持つ磁気ディスク装置を作製することができた。さらに、磁性膜の膜厚が１０〜２２ｎｍであり、揺らぎ場が３０エールステッド以上、保磁力が２０００エールステッド以上の媒体を用いて、２ギガビット／平方インチの記録密度を持つ磁気ディスク装置を作製することができた。本実施例においては、揺らぎ場が６０エールステッドを超えると、保磁力が２０００エールステッド以上の媒体が得られなくなり、２０００エールステッド未満の媒体では出力が低く、ノイズが低くても、１ギガビット／平方インチ以上の記録密度を持つ磁気ディスク装置を作製することができなかった。しかし、揺らぎ場が６０エールステッドを超えても、２０００あるいは３０００エールステッド以上の保磁力を持つ媒体を作製できれば、２ギガあるいはそれ以上の記録密度を持つ磁気ディスク装置を作製することが可能と考えられる。ただし、揺らぎ場が保磁力の２０分の１を超えると、熱揺らぎの影響が大きすぎ、実用上使用不可能になる。なお、磁性膜の膜厚が５ｎｍ未満の媒体では、ノイズは低下したが、十分な出力を得ることができず、１ギガビット／平方インチ以上の記録密度を持つ磁気ディスクを作製することができなかった。さらに、３０ｎｍを超える場合には、膜厚が厚いことによる記録減磁が大きく、１ギガビット／平方インチ以上の記録密度を持つ磁気ディスク装置を作製することができなかった。
【００２５】
〔実施例２〕
本発明による媒体を使用して作製した磁気ディスク装置の断面構造を図５に示す。図５において、５は本発明による磁気記録媒体、６は磁気記録媒体駆動部、７は磁気ヘッド、８は磁気ヘッド駆動部、９は記録再生信号処理系を示す。前記参考例１、２、実施例１の磁気記録媒体を用いることにより、記録密度を１ギガビット／平方インチ以上にすることができた。
【００２６】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、残留磁化保磁力ないしは保磁力と等しい磁界強度での２５℃における磁気粘性の揺らぎ場が、１５エールステッド以上であり、その保磁力が２０００エールステッド以上である強磁性薄膜を用いると、媒体のＳ／Ｎを著しく向上させることができ、高密度記録が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の磁気記録媒体の断面図。
【図２】揺らぎ場と保磁力およびノイズとの関係を示す特性図。
【図３】揺らぎ場と保磁力およびノイズとの関係を示す特性図。
【図４】揺らぎ場と保磁力およびノイズとの関係を示す特性図。
【図５】磁気ディスク装置の断面構造図。
【符号の説明】
１…非磁性基板、２…非磁性下地層、３…強磁性薄膜、４…保護潤滑層、５…磁気記録媒体、６…磁気記録媒体駆動部、７…磁気ヘッド、８…磁気ヘッド駆動部、９…記録再生信号処理系

Claims (3)

1. 基板上に形成された下地層と、該下地層の上に形成されたＣｏとＣｒとＰｔとを含む磁性膜と、該磁性膜の上に形成された保護膜とを有し、該磁性膜は、膜厚が１０ｎｍ以上、２２ｎｍ以下であり、かつ保磁力が２０００エールステッド以上であり、残留磁化保磁力又は保磁力と等しい磁界強度での２５℃における磁気粘性の揺らぎ場が３０エールステッド以上であることを特徴とする磁気ディスク媒体。
2. 請求項１に記載の磁気ディスク媒体を用いたことを特徴とする磁気ディスク装置。
3. 強磁性薄膜を磁極の一部とする磁気ヘッドと、
   基板上に形成された下地層と、該下地層の上に形成されたＣｏとＣｒとＰｔとを含む磁性膜と、該磁性膜の上に形成された保護膜とを有し、該磁性膜は、膜厚が１０ｎｍ以上、２２ｎｍ以下であり、かつ保磁力が２０００エールステッド以上であり、残留磁化保磁力又は保磁力と等しい磁界強度での２５℃における磁気粘性の揺らぎ場が３０エールステッド以上である磁気ディスク媒体とを備え、
   ２ギガビット／平方インチ以上の記録密度で情報を記録、再生することを特徴とする磁気ディスク装置。

Images