JP3641611B2 - 磁気記録媒体及びその製造方法並びに磁気記録装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、磁気的に情報を記録する磁気記録媒体及びそれを備える磁気記録装置に関し、特に、熱的安定性に優れ、高性能で且つ高信頼性を有する磁気記録媒体及びそれを備える磁気記録装置に関する。
背景技術
近年の高度情報化社会の進展にはめざましいものがあり、各種形態の情報を統合したマルチメディアが急速に普及してきている。マルチメディアの一つとしてコンピュータ等に装着される磁気ディスク装置が知られている。現在、磁気ディスク装置は、記録密度を向上させつつ小型化する方向に開発が進められている。また、それに並行して装置の低価格化も急速に進められている。
磁気ディスクの高密度化を実現するためには、１）ディスクと磁気ヘッドとの距離を狭めること、２）磁気記録媒体の保磁力を増大させること、３）信号処理方法を高速化すること、４）磁気記録媒体の熱揺らぎを低減すること、等が要望されている。
磁気記録媒体において高密度磁気記録を実現するには、磁性膜の保磁力の増大が必要である。磁気記録媒体の磁性膜には、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（−Ｔａ）系の材料が広く用いられていた。この材料は、２０ｎｍ程度のＣｏの結晶粒子が析出した結晶質材料である。かかる材料を磁性膜に用いた磁気記録媒体において、例えば、４０Ｇｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ²を超える面記録密度を実現するには、記録時や消去時に磁化反転が生じる単位（磁気クラスター）を更に小さくするとともに、その粒子サイズの分布を小さくして、磁性膜の構造や組織を精密に制御しなければならない。このように制御することにより、再生時に媒体から発生するノイズを低減することができる。しかし、結晶粒子サイズにばらつきが生じ、特に、磁性膜中にサイズの小さな粒子が存在していると、熱減磁や熱揺らぎが生じて、磁性膜に形成した磁区が安定に存在できない場合があった。特に、記録密度の増大に伴って磁区が微細化されると熱減磁や熱揺らぎの影響は著しい。結晶粒子を微細化して媒体から発生するノイズを低減しようとすると、熱揺らぎが急激に大きくなり、特に、結晶粒子径が１０ｎｍ〜８ｎｍ以下になると、熱揺らぎの発生が顕著であった。それゆえ、熱減磁や熱揺らぎの低減の観点から、結晶粒子サイズの分布を制御することが重要な技術になりつつある。それを実現する方法として、例えば、米国特許４６５２４９９号には基板と磁性膜との間にシード膜を設ける方法が開示されている。
しかしながら、磁性膜として強磁性膜を用いた磁気ディスクにおいては、上述のシード膜を設ける方法を用いて磁性膜における磁性粒子径及びその分布を制御することには限界があった。例えば、４０Ｇｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ²を超える超高密度記録を行なう場合に、シード膜材料、成膜条件、シード膜の構造等を調整しても、粒子径分布はブロードであり、粗大化した粒子や微細化した粒子が混在していた。情報を記録する場合（磁化を反転させる場合）、微細化した粒子は周囲の磁性粒子からの漏洩磁界の影響を受ける。一方、粗大化した粒子は周囲の磁性粒子に相互作用を与える。また、磁性粒子中、平均より大きな粒子径の磁性粒子は、記録／再生の際にノイズの増大を引き起こし、平均より小さな粒子径の磁性粒子は、記録／再生の際に熱揺らぎを増大させることもある。これにより確実に情報を記録することが困難であった。また、磁性粒子中に様々な大きさの磁性粒子が混在する結果、磁化反転の起きた領域と起きていない領域との境界線は全体として粗いジグザグのパターンを呈し、これもまたノイズ増大の一因となる。
また、高密度記録のためには磁性層が熱的に安定であることも重要である。磁性層の熱的安定性については、（Ｋｕ・Ｖ）／（ｋ・Ｔ）で表される値を指標とすることができる。ここで、Ｋｕ：磁気異方性エネルギー、Ｖ：活性化体積、ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：温度である。この値が大きいほど、磁性層は熱的に安定である。それゆえ、磁性層の熱的安定性を高めるには、活性化体積Ｖ及び磁気異方性エネルギーＫｕを大きくする必要がある。このことはＣｏ−Ｃｒ系の垂直磁気記録用の磁性膜においても同様である。
また、Ｃｏ系の結晶質の材料においては、磁性粒子が微細化すると磁性結晶粒子の有する磁性が、メゾスコピックな領域に入るために変化すると予想される。その結果、磁性膜の耐熱性の確保が更に困難になる。
このような要求を満足するために、希土類元素と鉄族元素からなるフェリ磁性体の非晶質合金を、情報記録用の磁性膜に用いることが検討されている。例えば、第２３回日本応用磁気学会学術講演会（8aB11 1999）において、熱安定性に優れ、高密度記録に好適な磁性材料として非晶質材料の希土類−鉄族合金が有望であることが報告されている。また、「InterMag2000 HA-04」には、熱揺らぎに強い磁気記録媒体として、希土類−鉄族系の非晶質合金を記録膜に用いた媒体が開示されている。しかし、かかる非晶質合金は熱安定性に優れているが、磁壁が移動しやすいために、情報記録時に磁界を印加して情報を記録する場合に、磁性層に微小磁区を安定して形成することが困難であった。それゆえ、情報記録時に磁区の位置を正確に確定できるように磁壁位置（情報ビット位置に相当）を高精度に決定する必要があった。これは、希土類−遷移金属合金が磁壁移動型の磁性材料であることに起因している。
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、本発明の第１の目的は、磁性膜の活性化体積が大きく且つ熱的安定性が高く、再生性能に優れた磁気記録媒体及びそれを備える磁気記録装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、磁化遷移領域において磁区の形状がジグザグパターンになりにくくするとともに、このジグザグパターンを反映しない低ノイズの磁気記録媒体及びそれを備える磁気記録装置を提供することにある。
本発明の第３の目的は、磁気異方性が大きく、記録した情報の安定性に優れ、微小磁区を確実に形成することが可能な磁気記録媒体及びそれを備える磁気記録装置を提供することにある。
本発明の第４の目的は、簡素化された積層構造を有し、量産に適した磁気記録媒体及びそれを備える磁気記録装置を提供することにある。
本発明の第５の目的は、情報記録時に非晶質の磁性膜に形成される磁壁の位置（すなわち磁区の位置）を高精度に決定できる磁気記録媒体及びそれを備える磁気記録装置を提供することにある。
本発明の第６の目的は、４０Ｇｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ²（６．２０Ｇｂｉｔｓ／ｃｍ²）を超える超高密度記録に好適な磁気記録媒体及びそれを備える磁気記録装置を提供することにある。
発明の開示
本発明の第１の態様に従えば、磁気ヘッドを用いて情報が再生される磁気記録媒体において、
基板と；
情報記録用の非晶質磁性膜と；
強磁性膜とを備える磁気記録媒体が提供される。
本発明の第１の態様の磁気記録媒体は、非晶質の磁性材料から構成された非晶質磁性膜を備え、かかる非晶質磁性膜に情報が記録される。非晶質磁性膜は、例えば、基板面に対して垂直な方向の磁化容易軸を有するフェリ磁性材料を用いて構成され得る。かかる非晶質磁性膜は、結晶粒界の存在しない非晶質構造であるために熱揺らぎに強く、またフェリ磁性材料から構成されているために異方性も大きい。それゆえ、かかる非晶質磁性膜を、情報を記録するための記録層として備える本発明の磁気記録媒体は、微小磁区の形成が可能であるので、高密度に情報を記録することが可能となり熱安定性にも優れる。非晶質磁性膜に記録された情報は磁気ヘッドを用いて再生される。
本発明の第１の態様の磁気記録媒体において、強磁性膜は、非晶質磁性膜と接し且つ磁気ヘッドに近い側に形成され得る。例えば、基板と反対側に磁気ヘッドが配置されて記録再生される場合は、基板上に非晶質磁性膜及び強磁性膜をこの順で形成した構造にし得る。この場合、強磁性膜は、基板面に対して垂直な方向の磁化容易軸を有し、非晶質磁性膜の飽和磁化よりも大きな飽和磁化を有することが好ましい。強磁性膜を非晶質磁性膜と接して設けることにより非晶質磁性膜と強磁性膜は磁気的に結合し、情報再生時に、非晶質磁性膜の磁化が強磁性膜に磁気的に転写される。したがって、情報再生時に、再生用の磁気ヘッドを用いて、強磁性膜からの磁気フラックスの大きさ、または磁気フラックスの変化量を検出すれば、非晶質磁性膜に記録された情報を大きな再生信号強度で再生することができる。このように、強磁性膜は、非晶質磁性膜から発生する磁気フラックスを実質的に増幅させることが可能な再生層として機能する。
かかる強磁性膜は、Ｃｏを主体とする合金あるいはＣｏの酸化物を主体とする磁性薄膜が好適であり、これらに、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｓｉ及びＴｉのうちより選ばれる少なくとも１種類の元素が含まれても良い。かかる材料から形成される強磁性膜は、非晶質磁性膜をサビや腐食から防止することもできる。
また、強磁性膜は、単層の状態において垂直磁気異方性エネルギーが小さく垂直磁化膜にならないような材料を用いて構成することもでき、この場合は、情報記録膜と磁気的に結合させることによって垂直磁気異方性を誘起させるようにすればよい。
本発明の第１の態様の磁気記録媒体において、非晶質磁性膜を構成する材料は、希土類−遷移金属（鉄族元素）材料が好ましい。かかる希土類−遷移金属材料において、希土類元素には、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｄｙ及びＨｏのうちの少なくとも一種が好ましく、遷移金属はＦｅ、Ｃｏ及びＮｉのうちの少なくとも一種が好ましい。
本発明において、「非晶質」とは、原子が不規則に配列した構造を有することを意味し、例えばＸ線回折を行なったときに結晶構造に基づく回折ピークが観測されないような構造を有することを意味する。
用語「非晶質磁性膜」とは、上述の「非晶質」の磁性材料から構成される磁性膜を意味し、非晶質の磁性層を交互に積層して構成された交互積層膜や、非晶質磁性材料から構成された人工格子膜を含む概念である。非晶質磁性材料から構成された人工格子膜は、例えば、鉄族元素から構成される非晶質薄膜と希土類元素から構成される非晶質薄膜とを交互に積層して、膜厚方向において結晶と同じような周期性を持たせた構造にし得る。人工格子膜は、異なる物質から構成された層が膜厚方向に交互に積層された構造を有する多層膜（交互積層多層膜）だけではなく、異なる物質の領域が膜面方向において特定パターンで周期的に現れる構造を有する人工格子膜も含み得る。かかる人工格子膜を用いて非晶質磁性膜を構成すると、当該人工格子膜と同じ磁性材料を用い、単層の状態で非晶質磁性膜を構成した場合よりも熱揺らぎに強くなる。更に、非晶質磁性膜を人工格子膜を用いて構成した場合は、非晶質磁性膜をフェリ磁性材料の合金薄膜を用いて構成した場合よりも異方性を大きくすることができるので、熱的安定性に優れ、高密度記録に極めて好適である。
非晶質磁性膜を、鉄族元素と希土類元素とからなる人工格子膜で構成した場合、鉄族元素にはＦｅ、Ｃｏ及びＮｉの内より選ばれる少なくとも１種類の元素が好適であり、希土類元素にはＴｂ、Ｇｄ、Ｄｙ及びＨｏの内より選ばれる少なくとも１種類の元素が好適である。また鉄族元素から構成される薄膜は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちより選ばれる少なくとも２種類の元素からなる２層膜を用いてもよい。また、人工格子膜において、鉄族元素から構成される薄膜は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちより選ばれる少なくとも２種類の元素から構成された合金薄膜を用いて形成しても良い。また、鉄族元素から構成される薄膜の副格子磁化と希土類元素から構成される薄膜の副格子磁化の向きが反平行になるように、かかる人工格子膜を構成することが好ましい。また、再生信号出力の大きさに寄与する飽和磁化が大きくなるように、鉄族元素の副格子磁化が希土類元素の副格子磁化より優勢になるように構成することが最も好ましい。
本発明の第１の態様の磁気記録媒体において、強磁性膜は、非晶質磁性膜に形成された記録磁区の磁壁の移動を抑制する効果（ピン止め効果）をも有する。
本発明の第１の態様の磁気記録媒体は、非晶質磁性膜に形成された記録磁区の磁壁の移動を抑制するための磁壁移動制御層（ピン止め層）を更に別に備え得る。すなわち、磁気記録媒体を、情報を記録するための非晶質磁性膜と、当該非晶質磁性膜から発生する磁気フラックスを実質的に増大させる強磁性膜と、非晶質磁性膜に形成された記録磁区の磁壁の移動を抑制するための磁壁移動制御層とを備える構成にし得る。非晶質磁性膜に磁壁移動型の磁性材料を用いた場合は、情報記録により形成される磁壁の位置が定まりにくくなる。これを防止するためには磁壁移動制御層に磁化回転型の材料を用いることが好ましい。このように、非晶質磁性膜には磁壁移動型材料を、磁壁移動制御層には磁化回転型材料を用いることが特に好ましい。
本発明において、磁壁移動制御層は、磁気記録媒体中の任意の位置に設けることが可能であるが、磁壁移動制御層と強磁性膜との間に非晶質磁性膜が位置するように形成されていることが好ましく、強磁性膜が情報を再生するための磁気ヘッドに近い側に、磁壁移動制御層が磁気ヘッドに遠い側に位置するように積層されていることが望ましい。また、非晶質磁性膜と強磁性膜と磁壁移動制御層との磁化容易軸は、それら各層が磁気記録媒体を構成している状態で、いずれも同じ向きであることが好ましい。
本発明において、非晶質磁性膜と強磁性膜と磁壁移動制御層は、それぞれの層が有する保磁力を比較した場合に、非晶質磁性膜の保磁力が最も大きくなるように構成されることが好ましい。
また、非晶質磁性膜と強磁性膜と磁壁移動制御層のそれぞれの層が有する飽和磁化を比較した場合、強磁性が最も大きな飽和磁化を有することが好ましい。これにより非晶質磁性膜に記録された情報をより一層大きな再生信号強度で再生することができる。
磁壁移動制御層は、磁化回転型の磁性材料から構成されていることが好ましく、例えば、Ｃｏ、Ｃｏ酸化物またはＣｏ−Ｃｒ合金を主体とし、これにＰｔ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｎｂ及びＴｉから選ばれる少なくとも一種類の元素を含む合金から構成されていることが好ましい。かかる材料を用いて磁壁移動制御層を構成することにより、非晶質磁性膜に形成される記録磁区の磁壁の位置を高精度に確定することができるとともに、記録磁区のサイズや形状を所望のサイズや形状にすることができる。これにより非晶質磁性膜に超高密度に情報を記録することができ、記録した情報を低ノイズで再生することができる。
本発明の第１の態様の磁気記録媒体において、非晶質磁性膜の有する磁気異方性は、高密度記録の観点から、基板面に垂直方向の垂直磁気異方性エネルギーが、３×１０⁶ｅｒｇ／ｃｍ³（０．３Ｊ／ｃｍ³）以上であることが好ましく、特に６×１０⁶ｅｒｇ／ｃｍ³（０．６Ｊ／ｃｍ³）以上であることが好ましい。
また、非晶質磁性膜を形成する材料は、飽和磁化が１００ｅｍｕ／ｃｍ³以上で、保磁力が３ｋＯｅ（約２３８．７４ｋＡ／ｍ）以上であるような磁気特性を有することが好ましく、また、膜厚は１００ｎｍ以下であることが好適である。ここで、非晶質磁性膜の飽和磁化や保磁力の値は、それを構成する材料の組成を変化させることにより調節することができる。これにより、磁気記録装置の磁気ヘッドの特性に合わせた磁気特性を有する磁気記録媒体を提供できる。
本発明において、非晶質磁性膜の熱的安定性を高めるという観点から、ＫｕＶ／ｋＴ（Ｋｕ：磁気異方性定数、Ｖ：活性化体積、ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：温度）で表される関係において、非晶質磁性膜における活性化体積Ｖが当該非晶質磁性膜に形成される１つの記録磁区の体積とほぼ等しくなるように、非晶質磁性膜を構成する材料を選択することが好ましい。かかる材料としては、例えば、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｔｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｔｂ−Ｇｄ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｇｄ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｇｄ−Ｈｏ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｄｙ−Ｈｏ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｈｏ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｄｙ−Ｆｅ−Ｃｏが好適である。また、非晶質磁性膜を人工格子膜として構成する場合には、希土類元素とＦｅとＣｏの交互積層膜、希土類元素とＦｅＣｏ合金の交互積層膜、特にＴｂ／Ｆｅ／Ｃｏ膜が好適である。
本発明において、強磁性膜は、Ｃｏを主体とする合金またはＣｏの酸化物を主体とする磁性薄膜から構成することができ、それらにＣｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｓｉ及びＴｉのうちの少なくとも１種類の元素が含まれていても良い。あるいは、強磁性膜は、Ｃｏ、Ｎｉ及びＦｅのうちの少なくとも１種類の元素とＰｔ、Ｐｄ及びＲｈのうちの少なくとも１種類の元素とを交互に積層した交互積層多層膜を用いて構成しても良い。若しくは、強磁性膜は、Ｃｏ、Ｎｉ及びＦｅのうちの少なくとも１種類の元素とＰｔ、Ｐｄ及びＲｈのうちの少なくとも１種類の元素とを用いて構成される合金層と、Ｐｔ、Ｐｄ及びＲｈのうちの少なくとも１種類の元素を用いて構成される層とを交互に積層した交互積層多層膜を用いて構成しても良い。
本発明の第２の態様に従えば、磁気記録媒体において、
基板と、情報が記録される磁性膜とを備え、
該磁性膜が、酸素及び窒素の少なくとも一方の元素を含有する非晶質膜であることを特徴とする磁気記録媒体が提供される。
本発明の磁気記録媒体は、非晶質構造を有する情報記録用の磁性膜の中に酸素または窒素の少なくとも一方を、不純物レベルではなく有意の量で含有している。磁性膜中に含まれる有意量の酸素または窒素は、磁性膜中で単体としてまたは磁性膜を構成する材料との化合物（酸化物や窒化物）として分散して存在する。磁性膜中の酸素または窒素の化合物若しくは単体は、その磁気的性質が弱くなっているか、または消失しているので、磁性膜に形成された磁壁の移動を有効に防止することができる。
従来、非晶質膜のような磁壁移動型の磁性膜に磁区を形成すると、図１０（Ｂ）に模式的に示すように、隣同士の磁区によって形成される磁壁が面内方向に容易に移動してしまうために、記録した磁区のエッジ位置が揺らいでいた。そのため、磁性膜中に形成される磁区の形状や位置を高精度に決定することが困難であった。本発明では、図１０（Ａ）に示すように、酸素または窒素の化合物若しくは単体が磁性膜中で異物となって分散し、それぞれの化合物または単体が存在している領域がピンニングサイトを構成している。かかる磁性膜に磁区を形成すると磁性膜中のピンニングサイトが磁壁の移動の妨げとなるので、磁性膜に形成された磁区は揺らぐことなく所望の位置に所望の形状で正確に形成される。
本発明において、磁性膜中で酸素または窒素をピンニングサイトとして有効に機能させるための、磁性膜中の酸素及び窒素の少なくとも一方の含有量は、例えばＥＳＣＡ（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）またはＡＥＳ（Auger Electron Spectroscopy）の分析結果からすると、少なくとも１ａｔ％以上であり、好ましくは１ａｔ％〜２０ａｔ％である。
本発明において、磁性膜は、例えば、酸素または窒素を有意の量で含む層と、酸素及び窒素を実質的に含まない層とから構成することができ、それらの層を周期的に積層した構造にすることができる。酸素または窒素を含む層は、当該層を平面から観察したときに酸素または窒素を含む領域が、面内でアイランド状に分散して形成されていることが特に好ましいが、面内全体にわたって形成されていてもよい。酸素及び窒素を実質的に含まない層の膜厚は３ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましく、酸素または窒素を含む層の膜厚は、０．０５ｎｍ以上０．５ｎｍ以下であることが好ましい。
本発明の第２の態様の磁気記録媒体において、非晶質の磁性膜には、例えば、希土類元素と鉄族元素とから構成されたフェリ磁性材料を用いることができる。磁性膜を垂直磁化膜として構成する場合、希土類元素としては、例えばＧｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏのうちより選ばれる少なくとも１種類の元素が好適であり、鉄族元素としてはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちより選ばれる少なくとも１種類の元素が好適である。また、磁性膜を面内磁化膜として構成する場合は、希土類元素として、例えばＥｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ及びＹから選ばれる少なくとも一種類の元素が好適であり、鉄族元素としてはＦｅ、Ｃｏ及びＮｉから選ばれる少なくとも１種類の元素が好適である。かかる構成の場合、磁性膜中に含まれる酸素または窒素は、希土類元素と結合していることが好ましい。
本発明の第２の態様の磁気記録媒体において、磁性膜は、前述した人工格子膜を用いて構成し得る。人工格子膜は、例えば、希土類元素から構成される薄膜と鉄族元素から構成される薄膜とを交互に積層した構造にし得る。希土類元素としては、例えばＧｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏのうちより選ばれる少なくとも１種類の元素が好適であり、鉄族元素としてはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちより選ばれる少なくとも１種類の元素が好適である。かかる構成の場合、酸素または窒素は、鉄族元素から構成される薄膜の中に含有されていることが好ましく、上述の鉄族元素のうちＣｏ層であることが最も好ましい。これは、Ｃｏが鉄族元素の中で最も磁気的相互作用が強いからであり、酸素や窒素をＣｏに添加することにより非磁性を示すようにすることができる。その結果、非磁性領域が磁性膜内において無数に点在するようになり交換結合力を低下させることができる。これにより磁性膜に極めて微小な磁区を形成することが可能となるので超高密度記録を実現することができる。
また、人工格子膜は、白金属元素から構成される薄膜と鉄族元素から構成される薄膜とを交互に積層してなる人工格子膜（交互積層多層膜）にもし得る。白金族元素には、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈのうちより選ばれる少なくとも１種類の元素が好適であり、鉄族元素にはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちより選ばれる少なくとも１種類の元素が好適である。この場合も、人工格子膜を構成する層の中で、鉄族元素から構成される層の中に酸素あるいは窒素を含有させることが好ましく、特に、Ｃｏからなる層に酸素または窒素を含有させることが最も好ましい。
本発明の第２の態様において、磁性膜は、基板表面に対して垂直な方向に磁化容易軸が向くような垂直磁気異方性を有することが好ましい。
本発明の第３の態様に従えば、磁気記録媒体の製造方法において、
基板を提供することと；
上記基板上に非晶質の磁性膜をスパッタリングにより形成することとを含み、
上記スパッタリングが、酸素及び窒素の少なくとも一方を不活性ガス中に含有した雰囲気で行われることを特徴とする製造方法が提供される。
本発明の第３の態様の製造方法によれば、磁性膜中に酸素及び窒素の少なくとも一方を有意量で含ませることができるので、本発明の第２の態様に従う磁気記録媒体を製造する方法として極めて好適である。
本発明の第３の態様に従う製造方法において、スパッタを行なう際のスパッタガス雰囲気中に酸素及び窒素の少なくとも一方を０．１ｖｏｌ％〜２０ｖｏｌ％の濃度で含ませることが好ましい。
また、本発明の製造方法においては、スパッタ成膜室の真空度を通常よりも意図的に低下させることによっても、結果としてスパッタガス雰囲気中に酸素または窒素を含ませることができる。
また、本発明の第３の態様の製造方法では、スパッタを行なう際に酸素または窒素を含ませているので、ターゲットを構成する材料中にそれらと反応しやすい材料がある場合、所望の組成の磁性膜を形成することができなくなる恐れがある。それゆえ、酸素または窒素と反応する材料の組成比を予め調整しておいてからターゲット材料を構成することが望ましい。
本発明の第４の態様に従えば、磁気記録媒体の製造方法において、
基板を提供することと；
上記基板上に非晶質の磁性膜を不活性ガス雰囲気中でスパッタリングにより形成することを含み、
上記スパッタリングは、スパッタリングを一時的に中断した後、再開することを含むことを特徴とする製造方法が提供される。
本発明の第４の態様の製造方法では、磁性膜を成膜する際に、スパッタ操作を一時的に中断することにより、成膜された磁性膜表面を、不活性ガス雰囲気中に不純物として含まれる酸素または窒素で自然酸化または自然窒化させる。また、スパッタする操作と、スパッタを一時的に中断する操作を複数回繰り返して行なうことにより、成膜される磁性膜を、酸素または窒素を有意量で含む層と、酸素及び窒素を実質的に含まない層とを交互に積層した構造にすることができる。それゆえ本発明の第２の態様に従う磁気記録媒体を製造する方法として極めて好適である。
本発明の第５の態様に従えば、磁気記録媒体において、
基板上に、磁性膜と非磁性膜とが交互に積層された構造を有する情報記録膜を備え、
上記非磁性膜の膜厚が１ｎｍ以下であることを特徴とする磁気記録媒体が提供される。
本発明の第５の態様の磁気記録媒体は、磁性膜と、膜厚が１ｎｍ以下の非磁性膜とを交互に積層した構造を有する情報記録膜を備える。「非磁性膜の膜厚が１ｎｍ以下である」状態は、非磁性膜が連続膜として形成された状態だけでなく、非磁性材料からなる複数の領域がアイランド状に分散している状態や、連続膜中に複数の開口部が分散している状態をも含む。通常、非磁性膜を１ｎｍ以下で形成すると、非磁性膜の断面は実質的に層状であるように観察されるが、平面を観察すると非磁性材料からなる領域が平面上でアイランド状に分散したような構造をしていることがわかる。かかるアイランド状の非磁性領域は、情報記録膜中の磁性膜を磁気的に分断するのでピンニングサイトとして機能する。すなわち、図１６の断面模式図に示すように、アイランド状の非磁性領域が存在する部分Ｂでは、その上下に位置する磁性膜は非磁性領域を介して静磁結合しているので、非磁性領域の存在する部分では磁性膜の磁気的結合が弱くなっている。一方、非磁性領域の存在しない部分Ａでは磁性膜は交換結合し、磁気的結合が強くなっている。このように、情報記録膜中には、磁気的結合力の強い部分と弱い部分が無数に点在することになる。かかる磁気的結合力の違いのために、情報記録膜に形成される磁壁は、膜内で移動することが抑制される。それゆえ情報記録膜内において、記録磁区の位置を高精度に固定することが可能となり、微小磁区を確実に形成することが可能となる。
情報記録膜を構成する非磁性膜は、１層のみであってもピンニングサイトとして機能するが、ピンニング効果を高めるためには非磁性膜を多層で設けることが好ましい。また、アイランド状の非磁性材料の領域（非磁性領域）は、数ｎｍ〜５ｎｍ程度の寸法を有することが好ましく、磁気記録媒体を構成する各膜の膜厚や磁気記録媒体上を浮上する磁気ヘッドの安定性などを考慮すると２〜３ｎｍ程度の粒状であることが最も好ましい。
本発明において、情報記録膜の非磁性膜の膜厚は、磁性膜の膜厚の５％以上、２０％以下であることが好ましい。非磁性膜の膜厚をかかる範囲にすることにより磁壁のピンニング効果を十分に発揮させることができる。非磁性膜の膜厚は、０．２ｎｍ〜０．５ｎｍが最も好ましい。
本発明において、情報記録膜を構成する磁性膜は非晶質膜にすることが好ましい。非晶質膜には、例えば、希土類元素と鉄族元素とから構成されたフェリ磁性材料を用いることができる。磁性膜を垂直磁化膜として構成する場合は、希土類元素として、例えばＧｄ、Ｔｂ、Ｄｙ及びＨｏから選ばれる少なくとも１種類の元素が好適であり、鉄族元素としてはＦｅ、Ｃｏ及びＮｉから選ばれる少なくとも１種類の元素が好適である。また、磁性膜を面内磁化膜として構成する場合は、希土類元素として、例えばＥｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ及びＹから選ばれる少なくとも一種類の元素が好適であり、鉄族元素としてはＦｅ、Ｃｏ及びＮｉから選ばれる少なくとも１種類の元素が好適である。
本発明の第５の態様の磁気記録媒体において、情報記録膜を構成する磁性膜は、既述した人工格子膜を用いて形成され得る。人工格子膜は、例えば、希土類元素から構成される層と鉄族元素から構成される層とを交互に積層した構造にし得る。希土類元素としては、例えばＧｄ、Ｔｂ、Ｄｙ及びＨｏの中から選ばれる少なくとも１種類の元素が好適であり、鉄族元素としてはＦｅ、Ｃｏ及びＮｉの中から選ばれる少なくとも１種類の元素が好適である。
また、情報記録膜を構成する磁性膜は、白金属元素から構成される層と鉄族元素から構成される層とを交互に積層してなる人工格子膜（交互積層多層膜）にもし得る。白金族元素には、Ｐｔ、Ｐｄ及びＲｈの中から選ばれる少なくとも１種類の元素が好適であり、鉄族元素にはＦｅ、Ｃｏ及びＮｉの中から選ばれる少なくとも１種類の元素が好適である。
本発明において、情報記録膜の非磁性膜を構成する材料には、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｚｒ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｗ、Ｉｒ、Ｖ及びＣｕから選ばれる少なくとも１種類の元素や、窒化アルミニウム、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどが好適である。
本発明において、情報記録膜の磁性膜は、基板面に垂直な方向の磁化容易軸を有する垂直磁気異方性を有することが好ましく、Ｘ線回折を行なったときに結晶構造に基づく回折ピークが観測されないような構造を有することが好ましい。
本発明において、情報記録膜は、例えばドライプロセスやウェットプロセスにより磁性材料と非磁性材料とを交互に成膜することにより作製することができる。また、磁性材料中に非磁性材料を均一に分散して有する材料をドライプロセスやウェットプロセスにより成膜してもよい。かかる方法により作製された情報記録膜は、非磁性材料からなる複数の領域がアイランド状に分散した状態の非磁性膜と磁性膜とが実質的に交互に積層された膜となっている。また、例えば、鉄族元素中に非磁性材料を分散させた膜と希土類元素（または白金族元素）からなる膜とを交互に成膜することによっても情報記録膜を作製することができる。
本発明の第１、第２及び第５の態様の磁気記録媒体において、基板は、例えば、ガラス、樹脂またはＡ１合金から構成することができる。また、基板は、表面に凹凸のテクスチャを有することが好ましい。基板表面のテクスチャは、記録や消去の際に記録磁区の磁壁の移動の障壁になるので、記録磁区の記録や消去に伴う磁壁の移動が抑制され、記録再生時のノイズを減少させることができる。また、非晶質磁性膜、磁性膜または情報記録膜に形成される磁区の媒体上における位置を所望の位置に制御できるので、高密度記録に好適である。また、かかるテクスチャを有する基板を用いることで、基板上に形成される情報記録膜の磁気異方性の向きも制御することができる。また、テクスチャは、基板表面を加工することにより構成しても、基板上に凹凸を有する薄膜を形成することにより構成してもよい。
本発明の第１、第２及び第５の態様の磁気記録媒体において、情報を記録するための膜（非晶質磁性膜、磁性膜及び情報記録膜。以下、適宜、情報記録膜と称する）は、下記式（１）で表されるδＭ（Ｈ）を測定磁界Ｈに対してプロットしてδＭ曲線を得たときに、実質的にピークが得られないか（すなわちδＭの値が実質的にゼロである）、あるいは、ピークが得られたときの磁界強度（δＭが最大となる磁界強度）が情報記録膜の保磁力の３０％以下であるような磁気特性を示すことが好ましい。
δＭ（Ｈ）＝Ｉｄ（Ｈ）−［１−２Ｉｒ（Ｈ）］・・・（１）
ここで、Ｉｄ（Ｈ）は、直流消磁残留磁化曲線（ＤＣ demagnetisation remanence curve）であり、Ｉｒ（Ｈ）は、等温残留磁化曲線（isothermal remanent magnetisation curve）である。直流消磁残留磁化曲線Ｉｄ（Ｈ）は、予め一定方向に飽和磁化させた試料に、磁化した方向と逆方向の磁界（Ｈ）を徐々に増大させて印加させることによって、印加磁界の大きさに対する残留磁化を規格化してプロットすることにより得られる曲線である。また、等温残留磁化曲線Ｉｒ（Ｈ）は、予め消磁した試料に磁界（Ｈ）を徐々に増大させながら印加し、印加磁界の大きさに対する残留磁化を規格化してプロットすることによって得られる曲線である。
かかる直流残留磁化曲線及び等温残留磁化曲線に基づいて得られるδＭプロットは、従来のＣｏ系結晶質材料やグラニュラー材料の結晶粒子間の磁気的結合力の強さを表す方法として用いられることが知られている。δＭプロットについては、例えば、「K．O'Grady at al.，IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS，VOL.29，NO.1，JANUARY（1993）」を参照することができる。
本発明者らは、結晶質系の材料に限らず、非晶質材料においても、非晶質材料を構成する原子または分子が微小な集合体を構成し、それがあたかも結晶粒子（クラスター）のような挙動を示していると考え、それら微小な集合体の間において発生する磁気的結合力の高さを上記δＭプロットを使って表した。非晶質材料のδＭプロットの曲線において、ピークが存在しない場合は、微小な集合体の間には磁気的結合力が働かないと考えられ、ピークが得られたときの磁界強度が小さい場合は微小な集合体の間の磁気的結合力が小さいと考えられる。上記δＭプロットを使って特定した磁気特性を有する磁性材料を情報記録膜として用いることにより、情報記録の際に微小な磁区を形成することができるとともに、情報の重ね書きや消去を容易に行なうことができる。すなわち、磁気記録媒体の情報記録膜を上記条件を満足するように、例えば情報記録膜を成膜する際のガス圧を高めたり、情報記録膜中に非磁性成分や無機化合物、酸化物、窒化物を分散させたりすることにより、高密度記録に好適な磁気記録媒体を提供することができる。
本発明の第６の態様に従えば、本発明の第１、第２及び第５のいずれかの態様に従う磁気記録媒体と、
情報を記録または再生するための磁気ヘッドと、
磁気記録媒体を駆動するための駆動装置とを備えることを特徴とする磁気記録装置が提供される。
本発明の磁気記録装置は、本発明の第１、第２及び第５のいずれかの態様の磁気記録媒体を装着しているので、画像や音声、コードデータなどの情報を超高密度に且つ正確に記録することができる。それゆえ大記憶容量の磁気記録装置を提供することができる。
本発明の磁気記録装置の磁気ヘッドは、磁気記録媒体から発生する磁気フラックス（磁束）の変化に対応して抵抗が変化する特性（磁気抵抗効果）を有する再生素子、例えば、ＭＲ素子（Magneto Resistive素子；磁気抵抗効果素子）やＧＭＲ素子（Giant Magneto Resistive素子；巨大磁気抵抗効果素子）、ＴＭＲ素子（Tunneling Magneto Resistive素子；磁気トンネル型磁気抵抗効果素子）を塔載することができる。これらの再生素子を用いることにより磁気記録媒体に記録された情報を高いＳ／Ｎで再生することができる。
本発明の磁気記録装置は、少なくとも情報を記録する際に磁気記録媒体を加熱するための光を照射する光ヘッドを備えることが好ましい。かかる光ヘッドから発生させる光としては、パルス状に変調された光パルスを用いることが好ましく、特に、一定幅のパルスの集合体であるマルチパルスであることが最も好ましい。
また、かかる磁気記録装置は、情報の記録を行なう際に、磁気記録媒体にパルス状の光を照射すると同時に、光照射領域に磁気ヘッドから磁界を印加して情報の記録を行なうことができる。このとき、磁気記録媒体に印加する磁界は光パルスに同期したパルス磁界にし得る。このように、情報記録の際に、磁気記録媒体にパルス状の光を照射すると同時に、磁気ギャップの狭い磁気ヘッドにより磁界を印加して、高い周波数で記録を行なうことにより、微小記録磁区を形成することが可能である。例えば、磁気ヘッドの記録周波数を３０ＭＨｚ以上、より好適には５０ＭＨｚ以上にすることができ、これにより高密度に情報を記録することができる。これは、光ヘッドからのレーザー光を磁気記録媒体に照射すると、磁気記録媒体の情報記録膜（非晶質磁性膜または磁性膜）は、光エネルギーが熱エネルギーに変換されて情報記録膜の光照射領域の保磁力が低下する。保磁力の低下した情報記録膜に磁気ヘッドから高い記録周波数で磁界を印加することにより高速に記録を行なうことが必要である。このように本発明の磁気記録装置では、情報記録時に光加熱により情報記録膜の保磁力を低下させることができるので、高保磁力を有する情報記録膜を備える磁気記録媒体を用いても確実に情報を記録することができる。すなわち、通常の磁気ヘッドでは５ｋＯｅ（約３９７．９ｋＡ／ｍ）程度の磁界を発生できることから、５ｋＯｅ（約３９７．９ｋＡ／ｍ）よりも高保磁力の情報記録膜を備える磁気記録媒体に情報を記録することができる。それゆえ高密度記録用の磁気記録装置として好適である。
また、かかる磁気記録装置は、記録用の磁気ヘッドを用いて、一定幅、一定長さの磁区を形成することにより情報の記録あるいは消去を行なうことができる。そして、情報記録膜に形成される記録磁区のトラック方向における幅が記録用の磁気ヘッドのギャップ幅よりも狭くなるように記録磁区を形成することができる。すなわち、光ヘッドからの光照射により情報記録膜の保磁力を低下させつつ磁界を印加することによって、情報記録膜に極めて微小な磁区を形成することができる。従来、磁気記録方式において、磁気記録媒体に形成される磁区を微小化するには、磁気ヘッドのギャップ長を短くするとともに、トラック幅を狭くしなければならなかった。しかしながら磁気ヘッドの加工の問題やサーボ上の限界があるために磁区を微小化することは困難であった。また、微小化した磁区を安定に存在させるためには磁性膜の保磁力を高めなければならない。しかし、現状の磁気ヘッドでは、発生可能な磁界強度も限界があり、高保磁力の磁性膜を磁化させることは困難であった。また、光磁気記録方式のように、磁気光学効果を利用した再生方式の場合は、光の波長の制約が大きく、必ずしも高密度記録には適していない。それゆえ、上述の磁気記録装置のように、光照射により媒体を加熱しつつ磁界を印加して情報を記録、再生および消去する方法は、高密度記録を実現するための有効な手段である。
本発明の磁気記録装置には、各種形態の情報を記録、再生あるいは消去することができる。記録、再生あるいは消去する情報としては、例えば、音声情報、コードデータ、画像情報、磁気記録装置を制御するための制御情報のうちから選ばれる少なくとも１種の情報であることが特に好ましい。
本発明の磁気記録装置は、磁気記録媒体の面記録密度が４０Ｇｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ²（６．２０Ｇｂｉｔｓ／ｃｍ²）を超える高密度記録を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に従う磁気記録媒体の断面構造を模式的に示す図である。
図２は、本発明の一例である磁気記録装置の上面の概略構成図である。
図３は、図２の磁気記録装置のＡ−Ａ’方向における概略断面図である。
図４は、ＭＦＭの観察による記録部分の磁化状態の様子を模式的に示した図であり、図４（Ａ）は本発明の磁気記録媒体の記録部分の磁化状態の様子であり、図４（Ｂ）はＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系の磁性膜を情報記録膜として備える従来の磁気記録媒体の記録部分の磁化状態の様子である。
図５は、実施例５において用いた、光ヘッドを備える磁気記録装置の概略構成図であり、図５（Ａ）は、磁気記録装置の上面の概略構成図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示した磁気記録装置の磁気ヘッド近傍の部分拡大断面図である。
図６は、光ヘッドを備える磁気記録装置の実施例５とは別の概略構成図であり、磁気ヘッドと光ヘッドが磁気ディスクに対して同じ側に配置されている様子を示す。
図７は、実施例８で作製した磁気記録媒体の断面構造を模式的に示す図である。
図８は、実施例で作製した磁気記録媒体の断面構造を模式的に示す図である。
図９は、ＭＦＭの観察による記録部分の磁化状態の様子を模式的に示した図であり、本発明の磁気記録媒体の記録部分の磁化状態の様子と、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系の磁性膜を情報記録膜として備える従来の磁気記録媒体の記録部分の磁化状態の様子である。
図１０は、磁性膜中の磁壁移動について説明するための図であり、図１０（Ａ）は、磁性膜中に酸化物または窒化物が含まれている本発明の場合であり、図１０（Ｂ）は従来の場合である。
図１１は、実施例３で作製した磁気記録媒体の磁性膜の断面をオージェ解析した結果を模式的に示すグラフである。
図１２は、ＡＣ消磁後、酸素を含む層と含まない層が交互に積層された磁性膜の表面をＭＦＭ（磁気力顕微鏡）により観察して得られたＭＦＭ像である。
図１３は、ＡＣ消磁後、酸素を含まない従来の磁性膜の表面をＭＦＭにより観察して得られたＭＦＭ像である。
図１４は、基板回転型のスパッタ装置の基板とターゲットとの位置関係を模式的に示した平面図及びそのスパッタ装置をＸの方向から見た概略断面図である。
図１５は、実施例で作製した磁気記録媒体の断面構造を模式的に示す図である。
図１６は、ＴＥＭ観察により得られる情報記録膜の断面構造を模式的に示した図である。
図１７は、実施例１６において、異なる放電ガス圧で成膜された情報記録膜のδＭプロットの測定結果である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の磁気記録媒体及びそれを備える磁気記録装置の具体的について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施例１
本実施例では、本発明の第１の態様に従う磁気記録媒体として、図１の概略断面図に示すような断面構造を有する磁気記録媒体を作製した。磁気記録媒体１０は、基板１上に下地膜２、情報記録膜３、強磁性膜４及び保護膜５を順次積層した構造を有する。図１において、情報記録膜３はＴｂ／Ｆｅ／Ｃｏ人工格子膜から構成され、強磁性膜４はＣｏ−Ｃｒ合金膜から構成される。以下、磁気記録媒体１０の製造方法について説明する。
〔下地膜の成膜〕
まず、基板１として、直径２．５インチ（約６．３５ｃｍ）のガラス基板を用意した。次いで、この基板１上に、下地膜２として窒化シリコン膜を膜厚１０ｎｍで形成した。下地膜２は、情報記録膜３の保護や基板１との接着性を向上するために設けられる層である。下地膜２の成膜には、マグネトロンスパッタ法を用いた。ターゲットにはＳｉ₃Ｎ₄を用い、放電ガスにはＡｒを用いた。放電ガス圧力は１０ｍＴｏｒｒ（約１．３３Ｐａ）、投入ＲＦ電力は１ｋＷ／１５０ｍｍφとした。
〔情報記録膜の成膜〕
つぎに、下地膜２上に情報記録膜３を成膜した。情報記録膜３は、Ｔｂ層、Ｆｅ層及びＣｏ層からなる三層構造の薄膜を周期的に積層した人工格子膜である。三層構造薄膜の各層の膜厚は、Ｆｅ（１ｎｍ）／Ｃｏ（０．１ｎｍ）／Ｔｂ（０．２ｎｍ）である。かかる情報記録膜（人工格子膜）３の成膜法として、Ｔｂ、Ｆｅ及びＣｏの３源からなる多源同時スパッタ法を用いた。三層構造薄膜の各層の膜厚は、基板の公転速度とスパッタ時の投入電力の組合せにより所望の値に精密に制御できる。ここでは、投入ＤＣ電力を、Ｔｂ成膜時に０．３ｋＷ、Ｃｏ成膜時に０．１５ｋＷ、そして、Ｆｅ成膜時に０．７ｋＷとした。基板の回転数は３０ｒｐｍとした。また、放電ガスには高純度のＡｒガスを用い、スパッタ時の放電ガス圧力は３ｍＴｏｒｒ（約３９９ｍＰａ）とした。かかるスパッタ条件のもとで、三層構造薄膜Ｆｅ（１ｎｍ）／Ｃｏ（０．１ｎｍ）／Ｔｂ（０．２ｎｍ）を周期的に積層した構造を有する人工格子膜（情報記録膜）を約４０ｎｍ膜厚で形成した。この人工格子膜は磁壁移動型の非晶質の磁性膜である。
このような人工格子膜を成膜する場合、初期排気時の真空度が重要である。ここでは、４×１０^-9Ｔｏｒｒ（約５３２×１０^-9Ｐａ）まで排気した後に成膜を行なった。ここで、情報記録膜３を成膜する際の数値は絶対的なものではなく、スパッタの方式などにより変化する。このように情報記録膜３を人工格子膜として構成することにより、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ非晶質合金膜を情報記録膜として用いた場合と比べて、垂直磁気異方性エネルギーを増大することができ、情報記録膜の熱的安定性を向上させることができる。また、かかる情報記録膜３の磁化は、遷移金属の磁化と希土類元素の磁化の差となり、本実施例では、遷移金属の磁化が希土類元素の磁化よりも優勢になるように構成した。
〔強磁性膜の成膜〕
つぎに、情報記録膜３上に強磁性膜４としてＣｏ₆₇Ｃｒ₃₃膜を形成した。強磁性膜４は、情報記録膜３と磁気的な交換相互作用を生じるように、膜厚１５ｎｍにて成膜した。この膜厚は、情報記録膜３と交換結合力が及ぶ最大の膜厚である。強磁性膜４の成膜では、磁気的な結合を生じさせるために、情報記録膜３であるＴｂ／Ｆｅ／Ｃｏ人工格子膜を形成した後に、途中真空を破ることなく連続で成膜を行なった。
ここで、強磁性膜４であるＣｏ−Ｃｒ膜は、結晶化させないと良好な磁性を示さないことから、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）スパッタ法に代表される共鳴吸収を利用したスパッタ法を用いた。すなわち、共鳴吸収により励起した粒子をターゲットに衝突させ、発生したスパッタ粒子を一定の引き込み電圧をバイアスとしてターゲットと基板の間に印加することにより粒子の有するエネルギーを一定に揃えてスパッタした。スパッタの条件として、スパッタ時の圧力を０．３ｍＴｏｒｒ（約３９．９ｍＰａ）、投入マイクロ波電力を０．７ｋＷとした。また、マイクロ波により励起されたプラズマを引き込むために５００ＶのＤＣバイアス電圧を印加した。スパッタガスにはＡｒを使用した。
かかる方法を用いれば、基板温度を高くすることなく低温で成膜することができるので、Ｔｂ／Ｆｅ／Ｃｏ人工格子膜との間で発生する層間拡散を抑制できる。かかる層間拡散が生じると、特に、垂直磁気異方性エネルギーの低下や保磁力の低下をきたす恐れがあるので、成膜時の基板温度は低くすることが望ましい。したがって、上述のＥＣＲスパッタ法は、Ｃｏ−Ｃｒ系磁性膜のような結晶質磁性膜を低温で形成する方法として有効な成膜手法である。また、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ非晶質合金を用いた場合も、この薄膜を結晶化することなくＣｏ−Ｃｒ膜を形成できる。
〔保護膜の成膜〕
最後に、こうして得られた強磁性膜４上に、保護膜５としてＣ（カーボン）膜を５ｎｍの膜厚にて成膜した。成膜にはマイクロ波を用いたＥＣＲスパッタ法を用いた。ターゲット材料にはＣ（カーボン）を、放電ガスにはＡｒをそれぞれ用いた。スパッタ時の圧力は０．３ｍＴｏｒｒ（約３９．９ｍＰａ）、投入マイクロ波電力は０．５ｋＷである。また、マイクロ波により励起されたプラズマを引き込むために５００ＶのＤＣバイアス電圧を印加した。カーボン膜の膜質は、このようなスパッタの条件や電極構造に大きく依存しているので、この条件は絶対的なものではない。こうして図１に示す積層構造を有する磁気記録媒体を得た。
〔磁気特性の測定〕
つぎに、作製した磁気記録媒体１０の磁気特性を測定した。ＶＳＭ（Vibration Sample Magnetometer）による測定からＭ−Ｈループを得た。その結果から角型比Ｓ及びＳ^*ともに１．０であり、良好な角型性を有していた。また、保磁力：Ｈｃは３．９ｋＯｅ（約３１０．３６２ｋＡ／ｍ）であった。また、情報記録膜の、基板面に垂直な方向の垂直磁気異方性エネルギーが４×１０⁷ｅｒｇ／ｃｍ³であった。
〔活性化体積の測定〕
次いで、磁気記録媒体１０の活性化体積を測定した。活性化体積の測定では、情報記録膜に記録された磁区を、ＭＦＭや偏光顕微鏡を用いて観察し、磁区の寸法を測定することによって求めた。活性化体積の測定の結果、本実施例の磁気記録媒体の情報記録膜の活性化体積は、磁気記録媒体として広く用いられているＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系磁性膜における値の約５倍と著しく大きかった。このことは、本実施例の情報記録膜は、熱揺らぎや熱減磁が小さく、熱的安定性に優れていることを示している。
〔飽和磁化の測定〕
つぎに情報記録膜３と強磁性膜４の飽和磁化を求めた。強磁性膜４の飽和磁化は３８０ｅｍｕ／ｃｍ³であり、情報記録膜３の飽和磁化２３０ｅｍｕ／ｃｍ³よりも大きな値であった。また、情報記録膜３と強磁性膜４の交換結合力は強く、情報記録膜３と強磁性膜４が磁気的に単層膜のように振舞うことが、振動試料型の磁力計（ＶＳＭ）による測定よりわかった。このように、情報記録膜３より大きな飽和磁化を有する材料を強磁性膜４として用いるのは、情報記録膜３に形成された磁区からの磁束を強磁性膜４で増大させるためである。これにより、磁気記録媒体を、磁気ヘッドを用いて再生したときに大きな再生出力が得られる。
つぎに、情報記録膜３及び強磁性膜４の構造をＸ線回折法により調べた。その結果、強磁性膜４のＣｏ−Ｃｒによる回折ピークのみが得られた。また、高分解能透過型電子顕微鏡（高分解能ＴＥＭ）により情報記録膜３及び強磁性膜４の組織や構造を調べたところ、明確な格子が見られたのは強磁性膜４であるＣｏ−Ｃｒ膜のみであった。この結果から、その他の膜は、非晶質であるか、極微細な組織の集合体であることがわかった。特に、情報記録膜３は、Ｆｅ（１ｎｍ）／Ｃｏ（０．１ｎｍ）／Ｔｂ（０．２ｎｍ）三層構造薄膜からなる所望の膜厚の人工格子膜となっていることがわかった。三層構造薄膜の各層の膜厚はＸ線を用いた測定値とも良く一致していた。
〔磁気記録装置〕
つぎに、保護膜５上に潤滑剤を塗布することによって磁気ディスクを完成させた。そして同様のプロセスにより複数の磁気ディスクを作製し、磁気記録装置に同軸上に組み込んだ。磁気記録装置の概略構成を図２及び図３に示す。図２は磁気記録装置２００の上面の図であり、図３は、磁気記録装置２００の図２における破線Ａ−Ａ’方向の断面図である。記録用磁気ヘッドとして、２．１Ｔの高飽和磁束密度を有する軟磁性膜を用いた薄膜磁気ヘッドを用いた。また、記録信号は、巨大磁気抵抗効果を有するデュアルスピンバルブ型ＧＭＲ磁気ヘッドにより再生した。磁気ヘッドのギャップ長は０．１２μｍであった。記録用磁気ヘッド及び再生用磁気ヘッドは一体化されており、図２及び図３では磁気ヘッド５３として示した。この一体型磁気ヘッドは磁気ヘッド用駆動系５４により制御される。複数の磁気ディスク１０はスピンドル５２により同軸回転される。磁気ヘッド面と非晶質磁性膜との距離は１２ｎｍに保った。
この磁気ディスク１０に４０Ｇｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ²（６．２０Ｇｂｉｔｓ／ｃｍ²）に相当する信号（７００ｋＦＣＩ）を記録してディスクのＳ／Ｎを評価したところ、３４ｄＢの再生出力が得られた。また、この磁気ディスクの欠陥レートを測定したところ、信号処理を行なわない場合の値で、１×１０^-5以下であった。
〔磁化状態のＭＦＭ観察〕
ここで、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）を用いて、記録部分（記録磁区）の磁化状態を観察した。観察の結果、磁化遷移領域に特有なジグザグパターンが観測されなかった。図４（Ａ）に、記録部分の磁化状態の様子を模式的に示した。本実施例の磁気記録媒体には磁化遷移領域に特有なジグザグパターンが殆ど存在しないために、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系の情報記録膜を備える従来の磁気記録媒体に比べてノイズレベルが著しく小さくなったと考えられる。更には、情報記録膜が微細粒子の集合体であることもノイズレベルが低い原因であると考えられる。なお、比較のために、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系の情報記録膜を備える従来の磁気記録媒体について同様の記録を行ない、情報記録膜の記録部分の磁化状態を観察した。図４（Ｂ）に、磁化状態の様子を模式的に示した。図４（Ｂ）に示したように、隣同士の記録磁区の間や記録磁区の中に、周囲と逆向きの磁化を有する微小な逆磁区が観察された。一方、本実施例の磁気記録媒体では、図４（Ａ）に示したように、隣同士の記録磁区の間や記録磁区の中に、微小な逆磁区は殆ど観察されなかった。隣同士の記録磁区の間や記録磁区の中に、微小な逆磁区が殆ど存在しないこともノイズレベルが低い原因の１つである。
本実施例では、情報記録膜を構成する人工格子膜としてＴｂ／Ｆｅ／Ｃｏ系を用いた場合を示したが、Ｔｂの代わりにＧｄ、ＤｙまたはＨｏのいずれの希土類元素を用いてもよく、Ｇｄ−Ｔｂ、Ｇｄ−Ｄｙ、Ｇｄ−Ｈｏ、Ｔｂ−ＤｙまたはＴｂ−Ｈｏのような２種類の希土類元素を用いて構成してもよい。また、人工格子膜を構成する鉄族金属膜として、Ｆｅからなる薄膜とＣｏからなる薄膜のＦｅ／Ｃｏ二層膜を用いたが、Ｆｅ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｃｏ−Ｎｉなどの合金からなる単層膜を用いて構成することもできる。
図１に示す積層構造において下地膜２は必ず形成しなければならない膜ではなく、かかる下地膜２の代わりに、情報記録膜に形成される記録磁区の磁壁の移動を制御するための磁壁移動制御膜を形成することも可能である。
また、下地膜２の成膜では、Ｓｉをターゲットに、Ａｒ／Ｎ₂を放電ガスに用いた反応性スパッタ法により成膜してもよい。また、下地膜には、窒化シリコン以外に、酸化シリコンなどの酸化物膜や窒化シリコン以外の窒化物（例えば窒化アルミニウム）、更にはＳｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎなどの酸窒化物を用いても良い。
また、情報記録膜の成膜ではＤＣマグネトロンスパッタ法により作製したが、ここでは、ＲＦマグネトロンスパッタ法やエレクトロンサイクロトロンレゾナンスを利用したスパッタ法（ＥＣＲスパッタ法）を用いて行ってもよい。
また、本実施例では、強磁性膜としてＣｏ−Ｃｒ系を用いたが、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ系やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｔａ系などの強磁性膜を用いてもよい。この場合、Ｃｏの濃度とそれ以外の元素の濃度の割合が重要であり、その割合が垂直磁気異方性エネルギーを決定する。強磁性膜中のＣｏの濃度は６０ａｔ％〜７０ａｔ％程度が好ましい。また、本実施例において、強磁性膜としてＣｏ系の材料を用いたのは、Ｆｅ系の材料より飽和磁化が大きいからである。
また、強磁性膜には、例えば垂直磁気異方性を有し且つ情報記録膜よりも大きな飽和磁化を有するＣｏＯやＣｏ−ＣｏＯ系の強磁性材料を用いることもできる。
また、保護膜の成膜では、スパッタガスにＡｒを使用したが、窒素を含むガスを用いて成膜してもよい。窒素を含むガスを用いると、粒子が微細化するとともに、得られる保護膜（カーボン膜）が緻密化し、保護性能を更に向上させることができる。また、保護膜の作製にＥＣＲスパッタ法を用いたのは、２〜３ｎｍの極薄膜でも、緻密で且つピンホールフリーで、しかも、カバレージの良いカーボン膜が得られるからである。これに加えて、保護膜を作製する場合に情報記録膜が受けるダメージを著しく小さくすることができるという特徴もある。高密度化の進行とともに、情報記録膜の薄膜化が進むので、成膜時に受けるダメージによる磁気特性の低下は致命的になる。保護膜の成膜には、ＥＣＲスパッタ法の他にＤＣスパッタ法を用いても良い。この場合、形成する保護膜の膜厚が５ｎｍ以上の場合に用いることが望ましい。これより薄い場合は不向きな場合がある。これは、１）情報記録膜表面のカバレージが悪くなる恐れがある、２）保護膜の密度や硬度が十分でなくなる恐れがある、などの理由による。
実施例２
本実施例では、実施例１と同様に、図１の概略断面図に示すような断面構造を有する磁気記録媒体を作製した。図１において、情報記録膜３はＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ非晶質合金膜から構成され、強磁性膜４はＣｏ−Ｃｒ合金膜から構成される。以下、磁気記録媒体１０の製造方法について説明する。
〔下地膜の成膜〕
まず、基板１として、直径２．５インチ（６．３５ｃｍ）のガラス基板を用意した。次いで、この基板１上に、下地膜２として窒化シリコン膜を膜厚１０ｎｍで形成した。下地膜２は、情報記録膜３の保護や基板１との接着性を向上するために設けられる層である。下地膜２の成膜には、マグネトロンスパッタ法を用いた。ターゲットにはＳｉ₃Ｎ₄を用い、放電ガスにはＡｒを用いた。放電ガス圧力は１０ｍＴｏｒｒ（約１．３３Ｐａ）、投入ＲＦ電力は１ｋＷ／１５０ｍｍφとした。
〔情報記録膜の成膜〕
つぎに、下地膜２上に情報記録膜３としてＴｂ₁₉Ｆｅ₇₁Ｃｏ₁₀膜をマグネトロンスパッタ法を用いて膜厚２０ｎｍで成膜した。スパッタターゲットとして、遷移金属の副格子磁化が優勢側の組成を有するＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ合金を用い、放電ガスに純Ａｒを用いた。スパッタ時の放電ガス圧力は５ｍＴｏｒｒ（約６６５ｍＰａ）、投入ＲＦ電力は１ｋＷ／１５０ｍｍφとした。
〔強磁性膜の成膜〕
つぎに、情報記録膜３上に強磁性膜４としてＣｏ₆₇Ｃｒ₃₃膜を形成した。強磁性膜４は、情報記録膜３と磁気的な交換相互作用を生じるように、膜厚８ｎｍにて成膜した。この膜厚は、情報記録膜３と交換結合力が及び最大の膜厚である。強磁性膜４の成膜では、磁気的な結合を生じさせるために、情報記録膜３であるＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ膜を形成した後に、途中真空を破ることなく連続で成膜を行なった。
強磁性膜４であるＣｏ−Ｃｒ膜の成膜には、実施例１と同様にＥＣＲスパッタ法を用いた。スパッタの条件として、スパッタ時の圧力を３ｍＴｏｒｒ（約３９９ｍＰａ）、投入マイクロ波電力を１ｋＷとした。また、マイクロ波により励起されたプラズマを引き込むために５００ＶのＤＣバイアス電圧を印加した。スパッタガスにはＡｒを使用した。
強磁性膜であるＣｏ−Ｃｒ膜の飽和磁化の値は３８０ｅｍｕ／ｃｍ³であり、情報記録膜であるＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ膜の飽和磁化は２３０ｅｍｕ／ｃｍ³であった。強磁性膜の飽和磁化が情報記録膜の飽和磁化よりも大きかった。また、Ｃｏ−Ｃｏ膜とＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ膜は交換結合力が強く、磁気的には単層膜のように振舞うことが振動試料型の磁力計（ＶＳＭ）による測定からわかった。
〔保護膜の成膜〕
最後に、強磁性膜４上に、保護膜５としてＣ（カーボン）膜を５ｎｍの膜厚にて成膜した。成膜にはマイクロ波を用いたＥＣＲスパッタ法を用いた。ターゲット材料にはＣ（カーボン）を、放電ガスにはＡｒをそれぞれ用いた。スパッタ時の圧力は３ｍＴｏｒｒ（約３９９ｍＰａ）、投入マイクロ波電力は１ｋＷである。また、マイクロ波により励起されたプラズマを引き込むために５００ＶのＤＣバイアス電圧を印加した。カーボン膜の膜質は、このようなスパッタの条件や電極構造に大きく依存しているので、この条件は絶対的なものではない。こうして図１に示す積層構造を有する磁気記録媒体を得た。
〔磁気特性の測定〕
つぎに、作製した磁気記録媒体の磁気特性を測定した。ＶＳＭ（Vibration Sample Magnetometer）による測定からＭ−Ｈループを得た。その結果から角型比Ｓ及びＳ^*ともに１．０であり、良好な角型性を有していた。また、保磁力：Ｈｃは３．５ｋＯｅ（約２７８．５３ｋＡ／ｍ）であった。また、情報記録膜の、基板面に垂直な方向の垂直磁気異方性エネルギーが２×１０⁷ｅｒｇ／ｃｍ³であり、基板面に平行な方向の面内磁気異方性エネルギーが１×１０⁴ｅｒｇ／ｃｍ³であった。
〔活性化体積の測定〕
次いで、磁気記録媒体の活性化体積を測定した。活性化体積の測定では、情報記録膜に記録された磁区を、ＭＦＭや偏光顕微鏡を用いて観察し、磁区の寸法を測定することによって求めた。活性化体積の測定の結果、本実施例の磁気記録媒体の情報記録膜の活性化体積は、磁気記録媒体として広く用いられているＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系磁性膜における値の約４０倍と著しく大きかった。このことは、本実施例の情報記録膜は、熱揺らぎや熱減磁が小さく、熱的安定性に優れていることを示している。
つぎに、情報記録膜３及び強磁性膜４の構造をＸ線回折法により調べた。その結果、強磁性膜４のＣｏ−Ｃｒによる回折ピークのみが得られた。また、高分解能透過型電子顕微鏡（高分解能ＴＥＭ）により情報記録膜３及び強磁性膜４の組織や構造を調べたところ、明確な格子が見られたのは強磁性膜４であるＣｏ−Ｃｒ膜のみであった。この結果から、その他の膜は、非晶質であるか、極微細な組織の集合体であることがわかった。
〔磁気記録装置〕
つぎに、実施例１と同様に、保護層上に潤滑剤を塗布して磁気ディスクを複数作製し、得られた複数の磁気ディスクを磁気記録装置に同軸上に組み込んだ。磁気記録装置の構成は実施例１と同様であり、図２及び図３に示すような構成にした。
磁気記録装置を駆動し、磁気ディスクの記録再生特性を評価した。記録再生特性の評価では、磁気ヘッドと磁気記録媒体との距離を１２ｎｍに保ち、このディスクに４０Ｇｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ²（６．２０Ｇｂｉｔｓ／ｃｍ²）に相当する信号（７００ｋＦＣＩ）を記録してディスクのＳ／Ｎの評価を行なった。その結果、３４ｄＢの再生出力が得られた。また、このディスクの欠陥レートを測定したところ、信号処理を行なわない場合の値で、１×１０^-5以下であった。
〔磁化状態のＭＦＭ観察〕
ここで、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）を用いて、記録部分（記録磁区）の磁化状態を観察した。観察の結果、磁化遷移領域に特有なジグザグパターンが観測されなかった。本実施例の磁気記録媒体には磁化遷移領域に特有なジグザグパターンが殆ど存在しないために、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系の情報記録膜を備える従来の磁気記録媒体に比べてノイズレベルが著しく小さくなったと考えられる。更には、情報記録膜が非晶質であることもノイズレベルが低い原因であると考えられる。なお、比較のために、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系の情報記録膜を備える従来の磁気記録媒体について同様の記録を行ない、情報記録膜の記録部分の磁化状態を観察した。観察の結果、隣同士の記録磁区の間や記録磁区の中に、周囲と逆向きの磁化を有する微小な逆磁区が観察された。一方、本実施例の磁気記録媒体では、隣同士の記録磁区の間や記録磁区の中に、微小な逆磁区は殆ど観察されなかった。隣同士の記録磁区の間や記録磁区の中に、微小な逆磁区が殆ど存在しないこともノイズレベルが低い原因の１つである。
本実施例では、情報記録膜としてＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ系の磁性材料を用いた場合を示したが、Ｔｂの代わりにＧｄ、ＤｙまたはＨｏのいずれの希土類元素を用いてもよく、Ｇｄ−Ｔｂ、Ｇｄ−Ｄｙ、Ｇｄ−Ｈｏ、Ｔｂ−ＤｙまたＴｂ−Ｈｏのような２種類の希土類元素を用いて構成してもよい。また、鉄族金属膜として、Ｆｅ−Ｃｏ合金を用いたが、Ｆｅ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｃｏ−Ｎｉなどの合金を用いて構成することもできる。
また、下地膜２の成膜では、Ｓｉをターゲットに、Ａｒ／Ｎ₂を放電ガスに用いた反応性スパッタ法により成膜してもよい。また、下地膜には、窒化シリコン以外に、酸化シリコンなどの酸化物膜や窒化シリコン以外の窒化物（例えば窒化アルミニウム）、更にはＳｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎなどの酸窒化物を用いても良い。
また、強磁性膜４として、Ｃｏ−Ｃｒ系の磁性材料を用いたが、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ系やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系の磁性材料を用いてもよい。
実施例３
本実施例は、基板表面に凹凸のテクスチャを有する基板を用いた以外は、実施例１と同様の材料及び方法を用いて、図１と同様の積層構造を有する磁気記録媒体を作製した。基板表面へのテクスチャの形成には、例えば、１）基板の表面を研磨と同時に設ける方法、２）アイランド状の極薄の薄膜を形成し、これをテクスチャとして用いる方法、などがあり、いずれの方法を用いても良い。このようなテクスチャを有する基板上に、図１に示した各層２〜５を実施例１と同様に積層して磁気記録媒体を作製した。
得られた磁気記録媒体について磁気特性を調べたところ、実施例１で作製した磁気記録媒体と同様の磁気特性を有していることがわかった。次いで、実施例１と同様に、磁気ディスクを複数作製し、得られた複数の磁気ディスクを磁気記録装置に同軸上に組み込んだ。磁気記録装置の構成は実施例１と同様であり、図２及び図３に示すような構成にした。
磁気記録装置を駆動して、磁気ディスクの記録再生特性を評価した。その結果、実施例１の磁気ディスクよりもノイズレベルが約１ｄＢ低かった。このようにノイズレベルが低下したのは、ＭＦＭによる解析の結果から、基板表面に形成されたテクスチャの凹凸のために、記録磁区の磁壁の移動が抑制され、情報を記録した後の磁化反転領域のジグザグパターンが平坦になったためであることがわかった。
この基板のテクスチャによる磁壁の移動の抑制効果は、用いる磁性材料に依存することはない。また、基板表面にテクスチャを設ける代わりに、情報記録膜の形成の前に下地膜の表面に凹凸を形成しても良い。本実施例から、表面にテクスチャを有する基板は、記録磁区の形成精度の向上及びノイズの低減に効果があることがわかる。
実施例４
この実施例では、強磁性膜にＣｏ／Ｐｔ交互積層多層膜を用いた以外は、実施例１と同様の材料及び方法を用いて磁気記録媒体を製造した。磁気記録媒体の構造は、実施例１の磁気記録媒体と同様であり、図１を参照することができる。以下、強磁性膜であるＣｏ／Ｐｔ交互積層多層膜の成膜方法についてのみ説明し、強磁性膜以外の層の成膜方法については実施例１と同様であるので説明を省略する。
〔強磁性膜の成膜〕
情報記録膜３上に強磁性膜４としてＰｔ／Ｃｏ交互積層多層膜を８ｎｍの膜厚にて成膜した。Ｐｔ／Ｃｏ交互積層多層膜は、Ｐｔ薄膜とＣｏ薄膜からなる２層構造薄膜を周期的に順次積層して得られる。Ｐｔ／Ｃｏ交互積層多層膜の成膜には、Ｐｔ及びＣｏの２源からなる多源同時スパッタ法を用いた。ここで、２層構造薄膜の各層の膜厚はＰｔ（０．５ｎｍ）／Ｃｏ（０．９ｎｍ）とした。２層構造薄膜の各層の膜厚は、基板の公転速度とスパッタ時の投入電力の組合せにより所望の値に精密に制御できる。本実施例では、投入ＤＣ電力を、Ｐｔ成膜時に０．３ｋＷに、Ｃｏ成膜時に０．６ｋＷに制御した。成膜時の基板の回転数は３０ｒｐｍである。また、スパッタ時の放電ガス圧力は３ｍＴｏｒｒ（約３９９ｍＰａ）、放電ガスには高純度のＡｒガスを用いた。
このような交互積層多層膜を作製する場合、初期排気時の真空度が重要であり、本実施例では、４×１０^-9Ｔｏｒｒまで排気した後に成膜を開始した。これらの値は絶対的なものではなく、スパッタの方式などに応じて変更することができる。ここで、交互積層多層膜の成膜に、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いたが、ＲＦマグネトロンスパッタ法やエレクトロンサイクロトロンレゾナンスを利用したスパッタ法（ＥＣＲスパッタ法）を用いてもよい。特に、微細な結晶の集合体となるＣｏ層を成膜する場合には、ＥＣＲスパッタを用いることが効果的である。
〔磁気特性の測定〕
つぎに、作製した磁気記録媒体の磁気特性を測定した。ＶＳＭの測定によるＭ−Ｈループから、角型比ＳおよびＳ^*ともに１．０であり、良好な角型性が得られた。また、保磁力：Ｈｃは３．９ｋＯｅ（約３１０．３６２ｋＡ／ｍ）であった。また、情報記録膜の磁気異方性は、基板表面に平行な方向の面内磁気異方性エネルギーが１×１０⁴ｅｒｇ／ｃｍ³であり、基板表面に垂直な方向の垂直磁気異方性エネルギーは４×１０⁷ｅｒｇ／ｃｍ³であった。また、磁気記録媒体の活性化体積を測定したところ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系磁性膜を備える磁気記録媒体の約５倍と著しく大きな値を有していた。このことは、情報記録膜を構成している材料が、熱揺らぎや熱減磁が小さく熱的安定性に優れていることを示している。
また、情報記録膜及び強磁性膜の構造をＸ線回折法により調べたところ、回折ピークは得られなかった。このことから、情報記録膜及び強磁性膜全体が、非晶質であるか、あるいは、微結晶の集合体であることがわかる。また、高分解能透過型電子顕微鏡（高分解能ＴＥＭ）により情報記録膜及び強磁性膜の組織や構造を調べたところ、格子が観察されたのは情報記録膜及び強磁性膜に含まれるＦｅ及びＣｏ粒子のみであり、それ以外の部分は非晶質構造を有していることがわかった。特に、情報記録膜は、Ｆｅ（１ｎｍ）／Ｃｏ（０．１ｎｍ）／Ｔｂ（０．２ｎｍ）の三層構造薄膜が周期的に積層された所望の膜厚を有する人工格子膜であることがわかった。三層構造薄膜の各層の膜厚はＸ線を用いた測定値とも良く一致していた。また、強磁性膜もＰｔ／Ｃｏの交互積層多層膜となっていた。
つぎに、実施例１と同様の方法により、磁気記録媒体の活性化体積を測定したところ、磁気記録媒体として広く用いられているＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系磁性膜における値の約５倍と大きかった。このことは、情報記録膜が熱的安定性に優れていることを示している。
つぎに、実施例１と同様に、保護層上に潤滑剤を塗布して磁気ディスクを複数作製し、得られた複数の磁気ディスクを磁気記録装置に同軸上に組み込んだ。磁気記録装置の構成は実施例１と同様であり、図２及び図３に示すような構成にした。
磁気記録装置を駆動し、磁気ディスクの記録再生特性を評価した。記録再生特性の評価では、磁気ヘッドと磁気記録媒体との距離を１２ｎｍに保ち、このディスクに４０Ｇｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ²（６．２０Ｇｂｉｔｓ／ｃｍ²）に相当する信号（７００ｋＦＣＩ）を記録してディスクのＳ／Ｎの評価を行なった。その結果、３４ｄＢの再生出力が得られた。また、このディスクの欠陥レートを測定したところ、信号処理を行なわない場合の値で、１×１０^-5以下であった。
ここで、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）を用いて、記録部分（記録磁区）の磁化状態を観察したところ、磁化遷移領域に特有なジグザグパターンが観測されなかった。本実施例の磁気記録媒体には磁化遷移領域に特有なジグザグパターンが殆ど存在しないために、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系の磁性膜を備える磁気記録媒体に比べてノイズレベルが著しく小さくなっていると考えられる。更には、磁性膜が微細粒子の集合体であることもノイズレベルが低い原因であると考えられる。本実施例の磁気記録媒体では、隣同士の記録磁区の間や記録磁区の中に、周囲と逆向きの磁化を有する微小な逆磁区は観察されなかった。このことも、ノイズレベルが低い原因の１つである。
本実施例は、強磁性膜にＣｏ／Ｐｔ系の交互積層磁性膜を用いたが、Ｃｏの代わりにＦｅやＮｉを用いても良い。また、Ｐｔの代わりにＰｄやＲｈを用いることも可能であり、同様の効果が得られる。
実施例５
本実施例では、情報記録膜の保磁力を高めるために、情報記録膜であるＴｂ／Ｆｅ／Ｃｏ人工格子膜を形成しているＴｂ層、Ｆｅ層及びＣｏ層の各層の膜厚を調整した以外は、実施例１と同様の積層構造を有する磁気記録媒体（図１参照）を実施例１と同様の方法により作製した。情報が記録される情報記録膜の保磁力を高めることにより更なる高密度記録が可能である。
かかる磁気記録媒体の磁気特性を測定した。ＶＳＭの測定によって得られたＭ−Ｈループから、角型比Ｓ及びＳ^*はともに１．０であり、良好な角型性を示していた。また、保磁力：Ｈｃは３．９ｋＯｅ（約３１０．３６２ｋＡ／ｍ）であった。また、情報記録膜のキュリー温度は２６０℃、補償温度は室温以下であり、鉄族元素の副格子磁化が優勢な組成であった。かかる情報記録膜の磁気異方性を求めたところ、基板表面と平行方向の面内磁気異方性エネルギーが１×１０⁴ｅｒｇ／ｃｍ³であり、基板と垂直方向の垂直磁気異方性エネルギーが４×１０⁷ｅｒｇ／ｃｍ³であった。この垂直磁気異方性エネルギーの値は、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ非晶質合金の値の４倍以上であった。
つぎに、磁気記録媒体の活性化体積を測定した。活性化体積の測定は、実施例１と同様である。活性化体積の測定の結果、本実施例の磁気記録媒体の情報記録膜の活性化体積は、磁気記録媒体として広く用いられているＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系磁性膜における値の約６倍と著しく大きかった。また、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ系非晶質合金における値の１．２倍であった。このことは、本実施例の情報記録膜が、熱揺らぎや熱減磁の小さい熱的安定性に優れた膜であることを示している。
次いで、情報記録膜及び強磁性膜の構造をＸ線回折法により調べたところ、Ｃｏ−Ｃｒによる回折ピークのみが得られた。更に、高分解能透過型電子顕微鏡（高分解能ＴＥＭ）により情報記録膜及び強磁性膜の組織や構造を調べたところ、明確な格子が見られたのは強磁性膜であるＣｏ−Ｃｒ膜のみであり、その他の膜は、非晶質であるか、極微細な組織の集合体であることがわかった。特に、情報記録膜は、所望の膜厚の人工格子膜となっていることがわかった。人工格子膜の各層の膜厚はＸ線を用いた測定値とも良く一致していた。
〔磁気記録装置〕
つぎに、磁気記録媒体の表面にテープクリーニングを行なった後、潤滑剤を塗布して磁気ディスクを完成させた。そして同様のプロセスにより複数の磁気ディスクを作製した。本実施例では、得られた磁気ディスクを図５に示すような磁気記録装置に同軸上に組み込んだ。図５（Ａ）は磁気記録装置３００の上面の図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示した磁気記録装置３００の磁気ヘッド５３近傍の部分拡大断面図である。
磁気記録装置３００において、光ヘッド５５と磁気ヘッド５３は、図５（Ｂ）に示すように、磁気ディスク５１を介して互いに対向するように配置されている。光ヘッド５５は、波長：６３０ｎｍの半導体レーザー（不図示）と、開口比：ＮＡが０．６０のレンズ５６を備える。図５（Ａ）及び（Ｂ）において磁気ヘッド５３は、記録用磁気ヘッド及び再生用磁気ヘッドが一体化された一体型の磁気ヘッドである。記録用磁気ヘッドには、２．１Ｔの高飽和磁束密度を有する軟磁性膜を用いた薄膜磁気ヘッドを用いた。記録用磁気ヘッドのギャップ長は０．１２μｍであった。再生用磁気ヘッドには、巨大磁気抵抗効果を有するデュアルスピンバルブ型ＧＭＲ磁気ヘッドを用いた。この一体型磁気ヘッド５３は磁気ヘッド用駆動系５４により制御され、磁気ヘッド駆動系５４で用いた制御情報に基づいて光ヘッド５５の位置の制御が行なわれる。複数の磁気ディスク５１はスピンドル５２により同軸回転される。磁気ヘッド５３は、情報の記録時または再生時に、磁気ヘッド５３の底面と磁気ディスク５１の表面との距離が１２ｎｍになるように制御される。
かかる磁気記録装置３００を駆動させて、磁気ディスク５１に４０Ｇｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ²（６．２０Ｇｂｉｔｓ／ｃｍ²）に相当する信号（７００ｋＦＣＩ）を記録した後、記録した情報を再生したところ、３６ｄＢの再生出力が得られた。また、この磁気ディスクの欠陥レートを測定したところ、信号処理を行なわない場合の値で、６×１０^-6以下であった。ここでの情報記録では、光ヘッド５５により、磁気ディスク５１にレーザーパワー６ｍＷ、パルス間隔２０ｎｓのマルチパルスレーザー光を連続して照射するとともに、磁気ヘッド５３により一定変調させた磁界を印加した。なお、光ヘッドから、レーザーパワー１５ｍＷ、パルス間隔１０ｎｓの微小光パルスを照射するとともに、当該微小光パルスに同期したパルス磁界を、磁気ヘッドを用いて印加することによって磁気ディスクに情報を記録することもできる。更には、光ヘッドからのレーザー光をデフォーカスさせた状態で磁気ディスクに照射しつつ、磁気ヘッドを用いて磁界を印加することによって情報の記録を行なうこともできる。
本実施例の磁気記録装置のように、情報記録時に、磁気ディスクにレーザー光を照射すると、情報記録膜の光照射領域において光吸収が生じ、光エネルギーが熱エネルギーに変換される。これにより情報記録膜の光照射部分では、温度が上昇して保磁力が低下する。同時に、かかる情報記録膜の光照射部分に、薄膜磁気ヘッドから記録情報に応じた極性の磁界を印加することによって情報を記録する。本実施例の磁気記録装置では、磁気記録媒体を構成する情報記録膜の保磁力が磁気ヘッドの印加磁界強度よりも高くても確実に且つ高密度に情報を記録することができる。
ここで、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）を用いて、記録部分（記録磁区）の磁化状態を観察した。観察の結果、磁化遷移領域に特有なジグザグパターンは観測されなかった。また、形成されていた記録磁区のサイズは、トラック方向の幅が７０ｎｍであり、磁気ヘッドのギャップ長よりも短かった。また、パルス磁界とパルス光を用いて情報の記録を行った場合には、形成された記録磁区は、トラック方向の幅が５０ｎｍであり、磁気ヘッドのギャップ長よりも更に短かった。
実施例６
本実施例では、実施例５と同一の磁気記録媒体を用い、かかる磁気記録媒体を、図６に示すように磁気ヘッド５３’及び光ヘッド５５’が磁気ディスク５１に対して同じ側に配置されている以外は、実施例５の磁気記録装置（図５（Ａ）参照）と同じ構造を有する磁気記録装置に組み込んだ。そして磁気記録装置を駆動して記録／再生／消去を行なった。
本実施例の磁気記録装置では、光ヘッド５５’から出射する光は、磁気ディスク５１の基板側から入射するのではなく、基板と反対側から入射する。かかる磁気記録装置は、光ヘッドと磁気ヘッドをマージすることができるので、ヘッドのサーボ機構を単純にすることができ、装置構成を簡素化することができる。
かかる磁気記録装置を駆動して、磁気ディスクに４０Ｇｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ²（６．２０Ｇｂｉｔｓ／ｃｍ²）に相当する信号（７００ｋＦＣＩ）を記録した。情報の記録では、磁気ヘッドの底面と磁気ディスク表面との距離を１２ｎｍに保った。また、磁気記録媒体に、光ヘッドから２０ｎｓ間隔のマルチパルス光をレーザーパワー６ｍＷにて連続して照射すると同時に、磁気ヘッドから一定の変調した磁界を印加して情報を記録した。かかる方法を用いて磁気ディスクに情報を記録し、記録した情報を再生したところ３６ｄＢの再生出力が得られた。また、光ヘッドから出射させる光として、パルス間隔１０ｎｓ、パワー１５ｍＷの微小光パルスを用い、磁気ヘッドから発生させるパルス磁界を微小パルスと同期させることによって磁気ディスクに情報を記録することもできる。
また、磁気ディスクに記録された記録磁区を、実施例１と同様にＭＦＭにより観察したところ、磁気ヘッドのギャップ幅よりも更に小さい磁区が形成されていた。本実施例の磁気記録装置では、磁気記録媒体の磁性膜が磁気ヘッドの印加磁界強度よりも高い保磁力を有していても、レーザー光照射による加熱により磁性膜の保磁力を低下させて記録することができる。最後に、このディスクの欠陥レートを測定したところ、信号処理を行なわない場合の値で、１×１０^-5以下であった。
実施例７
この実施例では、図７に示すような断面構造を有する磁気記録媒体を作製した。磁気記録媒体７０は、基板７１上に下地膜７２、第１磁性膜７３、第２磁性膜７４、第３磁性膜７５及び保護膜７６を順次積層した構造を有する。第１磁性膜７３は第２磁性膜に形成される磁壁の移動を抑制するための層（磁壁移動制御層）であり、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ膜を用いて構成される。第２磁性膜７４は情報が記録される層（情報記録膜）であり、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ膜を用いて構成される。第３磁性膜は再生時に再生信号出力を高めるための層（再生層）であり、Ｐｔ／Ｃｏ交互積層多層膜を用いて構成される。以下、磁気記録媒体７０の製造方法について説明する。
〔下地膜の成膜〕
まず、基板７１として、直径２．５インチ（約６．３５ｃｍ）のガラス基板を用意した。かかる基板７１上に、下地膜７２としてＣｒ₈₀Ｔｉ₂₀合金膜をＤＣマグネトロンスパッタ法により形成した。下地膜７２は、第１磁性膜７３の配向性を制御することができる。ターゲット材料にはＣｒ−Ｔｉ合金を、放電ガスには純Ａｒをそれぞれ使用した。スパッタ時の圧力は３ｍＴｏｒｒ（約３９９ｍＰａ）、投入ＤＣ電力は１ｋＷ／１５０ｍｍφである。また、スパッタは室温にて行なった。スパッタを室温にて行なうことにより、形成される合金膜が微細になり、その結果、下地膜７２上に形成される第１磁性膜７３の結晶粒子を微細化することができるからである。下地膜７２の膜厚は１０ｎｍとした。
〔第１磁性膜の成膜〕
次いで、下地膜７２上に第１磁性膜７３として、Ｃｏ₅₃Ｃｒ₃₅Ｐｔ₁₂からなる垂直磁化膜をＤＣスパッタ法により形成した。ターゲット材料にはＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金を、放電ガスには純Ａｒをそれぞれ使用した。スパッタ時の圧力は３ｍＴｏｒｒ（約３９９ｍＰａ）、投入ＤＣ電力は１ｋＷ／１５０ｍｍφである。また、成膜時の基板温度は２００℃とした。
ここで、成膜された第１磁性膜７３の断面構造を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察したところ、第１磁性膜７３の膜厚は１０ｎｍであり、Ｃｒ−Ｔｉ膜（下地膜）からエピタキシャル成長していることがわかった。
次いで、第１磁性膜単体の磁気特性を調べたところ、保磁力は２．８ｋＯｅ（約２２２．８２４ｋＡ／ｍ）であり、垂直磁気異方性エネルギーは８×１０⁵ｅｒｇ／ｃｍ³、飽和磁化は３００ｅｍｕ／ｍｌであった。
また、成膜された第１磁性膜７３の表面には、磁性膜中の結晶粒子に対応した凹凸が形成されていた。かかる凹凸の寸法を調べたところ、ある一つの山（凸部）の頂点（凸部の中央）から最も近い山の頂点（凸部の中央）までの基板面に平行な方向の距離は２μｍであった。また、山（凸部の中央）と谷（凹部の中央）との距離は４ｎｍであった。
〔第２磁性膜の成膜〕
次いで、第１磁性膜７３上に第２磁性膜７４としてＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ非晶質膜を、第１磁性膜７３の成膜後に真空を破ることなく形成した。第２磁性膜７４の組成はＴｂ₂₁Ｆｅ₆₉Ｃｏ₁₀であり、遷移金属の副格子磁化が優勢の組成である。第２磁性膜７４の成膜にはＲＦマグネトロンスパッタ法を用いた。スパッタリングでは、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ合金をターゲット材料に、純Ａｒを放電ガスにそれぞれ使用した。成膜した第２磁性膜７４の膜厚は２０ｎｍである。スパッタ時の圧力は３ｍＴｏｒｒ（約３９９ｍＰａ）、投入ＤＣ電力は１ｋＷ／１５０ｍｍφである。
得られた第２磁性膜７４の保磁力は３．５ｋＯｅ（約２７８．５３ｋＡ／ｍ）であり、飽和磁化は２５０ｅｍｕ／ｍｌ、垂直磁気異方性エネルギーは７×１０⁶ｅｒｇ／ｃｍ³以上であった。
〔第３磁性膜の成膜〕
次いで、第２磁性膜７４上に第３磁性膜７５としてＰｔ／Ｃｏ交互積層多層膜を形成した。第３磁性膜７５は再生特性を向上させるための層である。Ｐｔ／Ｃｏ交互積層多層膜は、Ｐｔ薄膜とＣｏ薄膜からなる２層構造薄膜を周期的に順次積層して得られる。Ｐｔ／Ｃｏ交互積層多層膜の成膜には、Ｐｔ及びＣｏの２源のターゲットからなる２源同時スパッタ法を用いた。ここで、２層構造薄膜の各層の膜厚はＰｔ（０．５ｎｍ）／Ｃｏ（０．９ｎｍ）とした。２層構造薄膜の各層の膜厚は、基板の公転速度とスパッタ時の投入電力の組合せにより所望の値に精密に制御できる。本実施例では、投入ＤＣ電力を、Ｐｔ成膜時に０．３ｋＷに、Ｃｏ成膜時に０．６ｋＷに制御した。成膜時の基板の回転数は３０ｒｐｍである。また、スパッタ時の放電ガス圧力は３ｍＴｏｒｒ（約３９９ｍＰａ）、放電ガスには高純度のＡｒガスを用いた。成膜された第３磁性膜全体の膜厚は１０ｎｍとした。
かかる第３磁性膜単体の保磁力は２ｋＯｅ（約１５９．１６ｋＡ／ｍ）であり、垂直磁気異方性エネルギーは４×１０⁵ｅｒｇ／ｃｍ³以上、飽和磁化は５００ｅｍｕ／ｍｌであった。
〔保護膜の成膜〕
最後に、第３磁性膜７５上に保護膜７６としてＣ（カーボン）膜を５ｎｍの膜厚でＥＣＲスパッタ法により形成した。ターゲット材料にＣを、放電ガスにＡｒをそれぞれ用いた。スパッタ時の圧力は０．３ｍＴｏｒｒ（約３９９ｍＰａ）、投入マイクロ波電力は０．７ｋＷである。また、マイクロ波により励起されたプラズマを引き込むために５００ＷのＲＦバイアス電圧を印加した。
〔磁気特性の測定〕
こうして図７に示す積層構造を有する磁気記録媒体７０を作製し、得られた磁気記録媒体７０の磁気特性を測定した。ＶＳＭ（Vibration Sample Magnetometer）による測定からＭ−Ｈループを得た。その結果から、角型比Ｓ及びＳ^*は１．０であり、良好な角型性が得られたことがわかった。また、保磁力：Ｈｃは４．５ｋＯｅ（約３５８．１１ｋＡ／ｍ）、飽和磁化：Ｍｓは３００ｅｍｕ／ｃｍ³であった。また、Ｍ−Ｈループの形状から、第１〜第３磁性膜は交換結合していることがわかった。また、基板面に垂直な方向の垂直磁気異方性エネルギーが８×１０⁶ｅｒｇ／ｃｍ³であり、基板面に対して垂直な方向に大きな磁気異方性を有することがわかった。また、磁気記録媒体の磁性膜の活性化体積を測定して、ＫｕＶ／ｋＴを求めたところ２５０であった。このことは、磁気記録媒体の磁性膜が熱的安定性に優れていることを示している。
〔磁気記録装置〕
つぎに、磁気記録媒体７０の表面上に潤滑剤を塗布することによって磁気ディスクを完成させた。そして同様のプロセスにより複数の磁気ディスクを作製し、実施例１と同様に、図２及び３に示す磁気記録装置に同軸上に組み込んだ。かかる磁気記録装置を駆動して情報の記録及び再生を行った。記録及び再生時には磁気ヘッド面と磁性膜との距離を１２ｎｍに保った。磁気ディスクに４０Ｇｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ²に相当する信号（７００ｋＦＣＩ）を記録してディスクのＳ／Ｎを評価したところ、３４ｄＢの再生出力が得られた。
次いで、磁気ディスクに一定のパターンを記録し、タイムインターバルアナライザにより磁性膜に形成された磁区のエッジの揺らぎを測定した。測定の結果、第１磁性膜を備えない磁気ディスクよりも揺らぎを１／１０以下に低減することができた。また、磁気ディスクの欠陥レートを測定したところ、信号処理を行なわない場合の値で１×１０^-5以下であった。ここで、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）により、記録した部分の磁化状態を観察したところ、磁化遷移領域に特有なジグザグパターンが観測されなかった。そのために、ノイズレベルを低減できたと考えられる。また、情報を記録するための第２磁性膜が非晶質であることもノイズレベルを低減できた一因である。
本実施例では、第２磁性膜に形成される磁区のサイズや位置を制御するための第１磁性膜としてＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系の垂直磁化膜を用いたが、かかる材料に、例えば、Ｃｏ粒界でのＣｒの偏析を促進させるためのＴａやＮｂなどを添加した４源系合金や５源系合金を用いても良い。この場合、結晶粒子間の磁気的相互作用が更に低減されるので、第２磁性膜に形成される磁区の位置決めの精度を向上させることができる。第１磁性膜を構成する材料は、磁壁移動型の磁性膜に用いられるような材料ではなく、磁壁の移動を抑制するピンニングサイトが存在し、磁性粒子同士の磁気的相互作用が弱くなっているような材料が好適である。そして第１磁性膜の異方性の向きは、第２磁性膜と同一であることが好ましい。
第１磁性膜を構成する材料は、Ｃｏ合金系以外の材料を用いることもでき、例えば、Ｃｏ−ＣｏＯ部分酸化膜などの磁性膜や、１０ｎｍφに粒子化させた希土類−鉄族元素の非晶質合金膜を用いても良い。このような粒子化により磁壁移動のピンニングサイトを磁性膜内に形成することができる。
また、この実施例では、第２磁性膜にＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ系の非晶質のフェリ磁性膜を用いたが、Ｔｂの代わりにＤｙやＨｏ、Ｇｄなどを用いても同様の効果が得られた。これらの元素の中で、Ｔｂが最も大きな垂直磁気異方性が得られ、Ｄｙ＞Ｈｏ＞Ｇｄの順で垂直磁気異方性の大きさが変化する。また、希土類元素をＴｂだけで構成する代わりに、複数の希土類元素を組み合わせて、例えば、Ｔｂ−Ｇｄ、Ｔｂ−Ｄｙ、Ｔｂ−Ｈｏ、Ｇｄ−Ｄｙ、Ｇｄ−Ｈｏ、Ｄｙ−Ｈｏなどの２元素合金、更には３元素以上の合金を用いても良い。これにより、垂直磁気異方性エネルギーの制御を行なうことができる。ここで、希土類元素の組成は、垂直磁化膜となる２０ａｔ％以上、３０ａｔ％以下が好ましい。かかる範囲にすることにより、基板面に垂直な方向に磁化容易軸を有するフェリ磁性体を得ることができるからである。
また、遷移金属としてＦｅ−Ｃｏ合金を用いたが、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｃｏ−Ｎｉなどの合金を用いても良い。これらの合金は、Ｆｅ−Ｃｏ＞Ｆｅ−Ｎｉ＞Ｃｏ−Ｎｉの順で異方性エネルギーは減少する。
実施例８
本実施例では、面内磁気記録タイプの磁気記録媒体を作製した。磁気記録媒体の断面構造は図１の磁気記録媒体と同様であり、基板１上に下地膜２、情報記録膜３、強磁性膜４及び保護膜５を順次積層した構造を有する。情報記録膜３はＥｒ／Ｆｅ／Ｃｏ人工格子膜から構成され、基板面に平行な方向に磁化容易軸を有する面内磁化膜である。強磁性膜４はＣｏ−Ｐｔ合金膜から構成される。以下、面内磁気記録タイプの磁気記録媒体の製造方法について図１を参照しながら説明する。
〔下地膜の成膜〕
まず、基板１として、直径２．５インチ（６．３５ｃｍ）のガラス基板を用意した。次いで、この基板１上に、下地膜２として窒化シリコン膜を膜厚１０ｎｍで形成した。下地膜２は、情報記録膜３の保護や基板１との接着性を向上するために設けられる層である。下地膜２の成膜には、マグネトロンスパッタ法を用いた。ターゲットにはＳｉ₃Ｎ₄を用い、放電ガスにはＡｒを用いた。放電ガス圧力は１０ｍＴｏｒｒ（約１．３３Ｐａ）、投入ＲＦ電力は１ｋＷ／１５０ｍｍφとした。
〔情報記録膜の成膜〕
つぎに、下地膜２上に情報記録膜３を成膜した。情報記録膜３は、Ｅｒ層、Ｆｅ層及びＣｏ層からなる三層構造の薄膜を周期的に積層した人工格子膜である。三層構造薄膜の各層の膜厚は、Ｆｅ（１ｎｍ）／Ｃｏ（０．１ｎｍ）／Ｅｒ（０．２ｎｍ）である。かかる情報記録膜（人工格子膜）３の成膜法として、Ｅｒ、Ｆｅ及びＣｏの３源からなる多源同時スパッタ法を用いた。三層構造薄膜の各層の膜厚は、基板の公転速度とスパッタ時の投入電力の組合せにより所望の値に精密に制御できる。ここでは、投入ＤＣ電力を、Ｅｒ成膜時に０．３ｋＷ、Ｃｏ成膜時に０．１５ｋＷ、そして、Ｆｅ成膜時に０．７ｋＷとした。基板の回転数は３０ｒｐｍとした。また、放電ガスには高純度のＡｒガスを用い、スパッタ時の放電ガス圧力は３ｍＴｏｒｒ（約３９９ｍＰａ）とした。かかるスパッタ条件のもとで、三層構造薄膜Ｆｅ（１ｎｍ）／Ｃｏ（０．１ｎｍ）／Ｅｒ（０．２ｎｍ）を周期的に積層した構造を有する人工格子膜（情報記録膜）を約２０ｎｍ膜厚で形成した。
ここで、スパッタ時のガス圧力は、磁気クラスター間の磁気的相互作用に影響を及ぼす。ガスの圧力が高い条件でスパッタを行なうと、磁気的相互作用の小さい膜が得られ、かかる膜は磁気記録用の膜として好適である。しかし、最適なガス圧力は、用いる成膜装置により異なり、成膜装置に応じてガス圧は調整される。成膜装置によるガス圧の違いは、ターゲットのカソート構造が異なったり、真空槽内のガス流が異なることに起因すると考えられる。
このような人工格子膜を成膜する場合、初期排気時の真空度が重要である。ここでは、４×１０^-9Ｔｏｒｒ（約５３２×１０^-9Ｐａ）まで排気した後に成膜を行なった。ここで、情報記録膜３を成膜する際の数値は絶対的なものではなく、スパッタの方式などにより変化する。このように情報記録膜３を人工格子膜として構成することにより、Ｅｒ−Ｆｅ−Ｃｏ非晶質合金膜を情報記録膜として用いた場合と比べて、基板と平行方向の面内磁気異方性エネルギーを増大することができ、情報記録膜の熱的安定性を向上させることができる。また、かかる情報記録膜３の磁化は、遷移金属の磁化と希土類元素の磁化の差となり、本実施例では、遷移金属の磁化が希土類元素の磁化よりも優勢になるように構成した。
〔強磁性膜の成膜〕
つぎに、情報記録膜３上に強磁性膜４としてＣｏ₅₅Ｐｔ₄₅膜を形成した。強磁性膜４は、情報記録膜３と磁気的な交換相互作用を生じるように、膜厚１０ｎｍにて成膜した。情報記録膜３との交換結合力の及ぶ強磁性膜の膜厚の範囲は、本実施例の場合は最大１５ｎｍである。強磁性膜４の成膜では、磁気的な結合を生じさせるために、情報記録膜３であるＥｒ／Ｆｅ／Ｃｏ人工格子膜を形成した後に、途中真空を破ることなく連続して成膜を行なった。
ここで、強磁性膜４であるＣｏ−Ｐｔ膜は、結晶化させないと良好な磁性を示さないことから、ＥＣＲスパッタ法を用いた。スパッタの条件として、スパッタ時の圧力を０．３ｍＴｏｒｒ（約３９．９ｍＰａ）、投入マイクロ波電力を０．７ｋＷとした。また、マイクロ波により励起されたプラズマを引き込むために５００ＶのＤＣバイアス電圧を印加した。スパッタガスにはＡｒを使用した。
ＥＣＲスパッタ法を用いれば、基板温度を高くすることなく低温で成膜することができるので、Ｅｒ／Ｆｅ／Ｃｏ人工格子膜との間で発生する層間拡散を抑制できる。かかる層間拡散が生じると、特に、垂直磁気異方性エネルギーの低下や保磁力の低下をきたす恐れがある。製造の観点からすると、異方性エネルギーの値は安定していることが好ましいので、層間拡散が低減するように成膜することが好ましい。また、層間拡散による保磁力の低下は再生信号出力の低下や信頼性の低下を引き起こすので、この点からも層間拡散を低減することが望ましい。それゆえ、成膜時の基板温度は低くすることが望ましい。上述のＥＣＲスパッタ法は、強磁性膜４であるＣｏ−Ｐｔ系磁性膜のように、磁性を発現させるために熱処理が必要な材料の成膜に有効であり、ナノメートル（ｎｍ）オーダーの薄膜（或いは多層膜）を形成する成膜法として好適である。
〔保護膜の成膜〕
最後に、強磁性膜４上に、保護膜５としてＣ（カーボン）膜を５ｎｍの膜厚にて成膜した。成膜にはマイクロ波を用いたＥＣＲスパッタ法を用いた。ターゲット材料にはＣ（カーボン）を、放電ガスにはＡｒをそれぞれ用いた。スパッタ時の圧力は０．３ｍＴｏｒｒ（約３９．９ｍＰａ）、投入マイクロ波電力は０．５ｋＷである。また、マイクロ波により励起されたプラズマを引き込むために５００ＶのＤＣバイアス電圧を印加した。カーボン膜の膜質は、このようなスパッタの条件や電極構造に大きく依存しているので、この条件は絶対的なものではない。こうして図１に示す積層構造を有する磁気記録媒体を得た。
つぎに、作製した磁気記録媒体の磁気特性を測定した。ＶＳＭによるＭ−Ｈループから、角型比ＳおよびＳ^*ともに１．０であり、良好な角型性を有していた。また、保磁力：Ｈｃは３．９ｋＯｅ（約３１０．３６２ｋＡ／ｍ）であった。また、情報記録膜の磁気異方性エネルギーは、基板面に平行な方向の面内磁気異方性エネルギーが３×１０⁶ｅｒｇ／ｃｍ³であった。
次いで、磁気記録媒体の活性化体積を実施例１と同様の方法により測定した。活性化体積の測定の結果、本実施例の磁気記録媒体の情報記録膜の活性化体積は、磁気記録媒体として広く用いられているＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系磁性膜における値の約５０倍と著しく大きかった。このことは、本実施例の情報記録膜は、熱揺らぎや熱減磁の小さく、熱的安定性に優れていることを示している。
つぎに情報記録膜３と強磁性膜４の飽和磁化を求めた。Ｃｏ−Ｐｔ系の強磁性膜４の飽和磁化は６００ｅｍｕ／ｃｍ³であり、情報記録膜３の飽和磁化３８０ｅｍｕ／ｃｍ³よりも大きな値であった。また、情報記録膜３と強磁性膜４の交換結合力は強く、情報記録膜３と強磁性膜４が磁気的に単層膜のように振舞うことがＶＳＭによる測定からわかった。このように、情報記録膜３より大きな飽和磁化を有する材料を強磁性膜４として用いるのは、情報記録膜３に形成された磁区からの磁束を強磁性膜４で増大させるためである。これにより、磁気記録媒体を、磁気ヘッドを用いて再生したときに大きな再生出力が得られる。
つぎに、情報記録膜３及び強磁性膜４の組織や構造を高分解能透過型電子顕微鏡を用いて調べたところ、明確な格子は見られなかった。このことから、情報記録膜３及び強磁性膜４のいずれ膜も、非晶質であるか、極微細な組織の集合体であることがわかった。特に、情報記録膜３は、Ｆｅ（１ｎｍ）／Ｃｏ（０．１ｎｍ）／Ｅｒ（０．２ｎｍ）三層構造薄膜からなる所望の膜厚の人工格子膜となっていることがわかった。三層構造薄膜の各層の膜厚はＸ線を用いた測定値とも良く一致していた。
つぎに、保護膜５上に潤滑剤を塗布することによって磁気ディスクを完成させた。そして同様のプロセスにより複数の磁気ディスクを作製し、実施例１と同様の構成を有する磁気記録装置（図２及び図３参照）に同軸上に組み込んだ。磁気記録装置を駆動して、磁気ディスクに４０Ｇｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ²（６．２０Ｇｂｉｔｓ／ｃｍ²）に相当する信号（７００ｋＦＣＩ）を記録してディスクのＳ／Ｎを評価したところ、３４ｄＢの再生出力が得られた。また、この磁気ディスクの欠陥レートを測定したところ、信号処理を行なわない場合の値で、１×１０^-5以下であった。
ここで、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）を用いて、記録部分（記録磁区）の磁化状態を観察した。観察の結果、磁化遷移領域に特有なジグザグパターンが観測されなかった。図９に、記録部分の磁化状態の様子を模式的に示した。なお、図９には比較のためにＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系の情報記録膜を備える従来の磁気記録媒体（比較例）について同様の記録を行なったときの情報記録膜の記録部分の磁化状態の様子を模式的に示してある。本実施例の磁気記録媒体には磁化遷移領域に特有なジグザグパターンが殆ど存在しないために、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系の情報記録膜を備える磁気記録媒体（比較例）に比べてノイズレベルが著しく小さくなったと考えられる。更には、情報記録膜が微細粒子の集合体であることもノイズレベルが低い原因であると考えられる。また、本実施例の磁気記録媒体には、隣同士の記録磁区の間や記録磁区の中に、微小な逆磁区は殆ど観察されなかった。このこともノイズレベルが低い原因の１つである。
本実施例では、情報記録膜を構成する人工格子膜としてＥｒ／Ｆｅ／Ｃｏ系を用いた場合を示したが、Ｅｒの代わりにＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｍ、Ｙｂ、ＬｕまたはＹの他の希土類元素を用いた場合も同様の特性が得られた。特に、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｍ及びＹｂを用いて構成した磁気記録膜は、Ｅｒを用いて構成した磁気記録膜に次いで好適な磁気特性を示していた。また、人工格子膜を構成する希土類元素を、Ｅｒ−Ｐｒ、Ｅｒ−ＮｄまたはＥｒ−Ｓｍ、Ｅｒ−Ｔｍに代表される２元素合金を用いて構成してもよい。また、人工格子膜を構成する遷移金属膜として、Ｆｅからなる薄膜とＣｏからなる薄膜とのＦｅ／Ｃｏ二層膜を用いたが、Ｆｅ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｃｏ−Ｎｉなどの合金からなる単層膜を用いて構成することもできる。
図１に示す積層構造において下地膜２は必ず形成しなければならない膜ではなく、かかる下地膜２の代わりに、情報記録膜に形成される記録磁区の磁壁の移動を制御するための制御膜を形成することも可能である。また、下地膜２の成膜では、Ｓｉをターゲットに、Ａｒ／Ｎ₂を放電ガスに用いた反応性スパッタ法により成膜してもよい。また、下地膜には、窒化シリコン以外に、酸化シリコンなどの酸化物膜や窒化シリコン以外の窒化物（例えば窒化アルミニウム）、更にはＳｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎなどの酸窒化物を用いても良い。
また、情報記録膜の成膜ではＤＣマグネトロンスパッタ法により作製したが、ここでは、ＲＦマグネトロンスパッタ法やエレクトロンサイクロトロンレゾナンスを利用したスパッタ法（ＥＣＲスパッタ法）を用いて行ってもよい。
また、本実施例では、強磁性膜としてＣｏ−Ｐｔ系を用いたが、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ系やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｔａ系などの強磁性膜を用いてもよい。またＣｏ−Ｐｄ、Ｃｏ−Ｒｈなどの合金、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄ、Ｃｏ／Ｒｈなどの交互積層多層膜（人工格子膜）を用いてもよい。また、本実施例において、強磁性膜としてＣｏ系の材料を用いたのは、Ｆｅ系の材料より飽和磁化が大きいからである。
実施例９
本実施例では、面内磁気記録タイプの磁気記録媒体を作製した。磁気記録媒体の断面構造は図７の磁気記録媒体と同様であり、基板７１上に下地膜７２、第１磁性膜７３、第２磁性膜７４、第３磁性膜７５及び保護膜７６を順次積層した構造を有する。図７において、第１磁性膜７３は第２磁性膜に形成される磁壁の移動を抑制するための層であり、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ膜を用いて構成される。第２磁性膜７４は情報が記録される層であり、Ｅｒ−Ｆｅ−Ｃｏ膜を用いて構成される。第３磁性膜７５は再生時に再生信号出力を高めるための層であり、Ｐｔ−Ｃｏ合金膜を用いて構成される。以下、磁気記録媒体７０の製造方法について説明する。
〔下地膜の成膜〕
まず、基板７１として、直径２．５インチ（約６．３５ｃｍ）のガラス基板を用意した。かかる基板７１上に、下地膜７２としてＣｒ₈₅Ｔｉ₁₅合金膜をＤＣマグネトロンスパッタ法により５０ｎｍの膜厚にて形成した。下地膜７２は、第１磁性膜７３の配向性を制御することができる。ターゲット材料にはＣｒ−Ｔｉ合金を、放電ガスには純Ａｒをそれぞれ使用した。スパッタ時の圧力は３ｍＴｏｒｒ（約３９９ｍＰａ）、投入ＤＣ電力は１ｋＷ／１５０ｍｍφである。また、スパッタは室温にて行なった。
〔第１磁性膜の成膜〕
次いで、下地膜７２上に第１磁性膜７３として、Ｃｏ₆₉Ｃｒ₁₉Ｐｔ₁₂からなる磁性膜をＤＣマグネトロンスパッタ法により形成した。ターゲット材料にはＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金を、放電ガスには純Ａｒをそれぞれ使用した。スパッタ時の圧力は３０ｍＴｏｒｒ（約３．９９Ｐａ）、投入ＤＣ電力は１ｋＷ／１５０ｍｍφである。また、成膜時の基板温度は室温とした。第１磁性膜単体の磁気特性を調べたところ、保磁力は２．５ｋＯｅ（約１９８．９５ｋＡ／ｍ）であり、飽和磁化は３６０ｅｍｕ／ｍｌであった。
〔第２磁性膜の成膜〕
次いで、第１磁性膜７３上に第２磁性膜７４として、Ｅｒ−Ｆｅ−Ｃｏ非晶質膜を形成した。第２磁性膜７４の組成はＥｒ₁₉Ｆｅ₇₁Ｃｏ₁₀であり、遷移金属の副格子磁化が優勢の組成である。第２磁性膜７４の成膜にはＲＦマグネトロンスパッタ法を用いた。スパッタリングでは、Ｅｒ−Ｆｅ−Ｃｏ合金をターゲット材料に、純Ａｒを放電ガスにそれぞれ使用した。成膜した第２磁性膜７４の膜厚は２０ｎｍである。スパッタ時の圧力は３ｍＴｏｒｒ（約３９９ｍＰａ）、投入ＲＦ電力は１ｋＷ／１５０ｍｍφである。ここではＲＦマグネトロンスパッタ法を用いて成膜したが、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いてもよい。
得られた第２磁性膜７４の保磁力は３．８ｋＯｅ（約３０２．４０４ｋＡ／ｍ）であり、飽和磁化は４５０ｅｍｕ／ｍｌであった。また、面内磁気異方性エネルギーは７×１０⁶ｅｒｇ／ｃｍ³以上であり、基板面に平行な方向に磁気異方性を有する磁性体であった。
〔第３磁性膜〕
次いで、第２磁性膜７４上に第３磁性膜７５としてＰｔ₂₀Ｃｏ₈₀合金膜を、第２磁性膜の成膜と同様にＲＦマグネトロンスパッタ法を用いて形成した。第３磁性膜７５は再生特性を向上させるための層である。スパッタ時の放電ガス圧力は３ｍＴｏｒｒ（約３９９ｍＰａ）、投入ＲＦ電力は１ｋＷ／１５０ｍｍφである。第３磁性膜７５の膜厚は５ｎｍとした。第２磁性膜７４からの交換結合力が働く範囲には限界があり、第２磁性膜７４からの交換結合力を第３磁性膜７５に確実に働かせるためには、第３磁性膜７５の膜厚は最大で１５ｎｍである。かかる第３磁性膜７５の磁気特性を測定したところ、保磁力は１ｋＯｅ（約７９．５８ｋＡ／ｍ）であり、飽和磁化は５６０ｅｍｕ／ｍｌであった。
〔保護膜の成膜〕
最後に、第３磁性膜７５上に保護膜７６としてＣ（カーボン）膜を５ｎｍの膜厚でＥＣＲスパッタ法により形成した。ターゲット材料にＣを、放電ガスにＡｒをそれぞれ用いた。スパッタ時の圧力は０．３ｍＴｏｒｒ（約３９．９ｍＰａ）、投入マイクロ波電力は０．５ｋＷである。また、マイクロ波により励起されたプラズマを引き込むために５００ＶのＤＣバイアス電圧を印加した。
〔磁気特性の測定〕
こうして図７に示す積層構造を有する磁気記録媒体を作製し、得られた磁気記録媒体の磁気特性を測定した。ＶＳＭ（Vibration Sample Magnetometer）による測定からＭ−Ｈループを得た。その結果から、角型比Ｓ及びＳ^*は１．０であり、良好な角型性が得られたことがわかった。また、保磁力：Ｈｃは３．５ｋＯｅ（約２７８．５３ｋＡ／ｍ）、飽和磁化：Ｍｓは４５０ｅｍｕ／ｃｍ³であった。また、基板面に平行な方向の面内磁気異方性エネルギーが４×１０⁵ｅｒｇ／ｃｍ³であり、基板面に平行な方向に大きな磁気異方性を有することがわかった。また、磁気記録媒体の磁性膜の活性化体積を測定し、ＫｕＶ／ｋＴの値を求めたところ３５０であり、従来の磁気記録媒体として広く用いられているＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系の磁性膜における値（６０〜１２０程度）よりも大きい値であった。このことは、磁気記録媒体の磁性膜が熱的安定性に優れていることを示している。
〔磁気記録装置〕
つぎに、磁気記録媒体の表面上に潤滑剤を塗布することによって磁気ディスクを完成させた。そして同様のプロセスにより複数の磁気ディスクを作製し、実施例１と同様に、図２及び３に示す磁気記録装置に同軸上に組み込んだ。かかる磁気記録装置を用いて情報の記録及び再生を行った。記録及び再生時には磁気ヘッド面と磁性膜との距離を１２ｎｍに保った。磁気ディスクに４０Ｇｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ²に相当する信号（７００ｋＦＣＩ）を記録してディスクのＳ／Ｎを評価したところ、３６ｄＢの再生出力が得られた。ここで、Ｃｏ−Ｃｒ合金（第３磁性膜）を有していない磁気ディスクに同様に記録を行なって、記録した情報を再生したところ、再生出力は３４ｄＢであり２ｄＢ小さかった。
次いで、磁気ディスクに一定のパターンを記録し、タイムインターバルアナライザにより磁性膜に形成された磁区のエッジの揺らぎを測定した。測定の結果、第１磁性膜を備えない磁気ディスクよりも揺らぎを１／１０以下に低減することができた。この結果から、情報記録時に第２磁性膜の磁壁が移動し記録磁区の位置が揺らぐことに起因して発生するジッタを、第１磁性膜を設けることにより低減できることがわかった。また、磁気ディスクの欠陥レートを測定したところ、信号処理を行なわない場合の値で１×１０^-5以下であった。
ここで、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）により、記録した部分の磁化状態を観察したところ、磁化遷移領域に特有なジグザグパターンが観測されなかった。そのため、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系の従来の磁気記録媒体に比べてノイズレベルを低減できた。また、情報を記録するための第２磁性膜が非晶質であることもノイズレベルを低減できた一因である。
本実施例では、第２磁性膜に形成される磁区のサイズや位置を制御するための第１磁性膜としてＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系の磁性膜を用いたが、かかる材料にＴａやＮｂなどを添加した４源系合金や５源系合金を用いても良い。また、Ｐｔ以外に、ＰｄやＲｈを用いても良く、耐食性や磁性粒子の微細化の観点からＰ、ＢまたはＳｉなどの元素を２〜３％添加してもよい。
また、この実施例では、第２磁性膜にＥｒ−Ｆｅ−Ｃｏ系の非晶質のフェリ磁性膜を用いたが、Ｅｒの代わりにＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｍ、Ｙｂ、ＬｕまたはＹなどを用いても同様の効果が得られる。例えば、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｄｙ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｈｏ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｇｄ−Ｆｅ−Ｃｏなどの非晶質フェリ磁性材料を用いることができる。また、第２磁性膜を構成する希土類元素をＥｒだけで構成する代わりに、２元素合金、更には３元素以上の合金のように複数の希土類元素を組み合わせて構成した合金を用いても良い。具体的には、Ｔｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｔｂ−Ｇｄ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｔｂ−Ｈｏ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｇｄ−Ｈｏ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｇｄ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｄｙ−Ｈｏ−Ｆｅ−Ｃｏのようなフェリ磁性膜を用いて第２磁性膜を構成してもよい。かかるフェリ磁性非晶質膜の成膜には、例えば真空蒸着法や、ＤＣマグネトロンスパッタ法、ＲＦマグネトロンスパッタ法などのスパッタ法を用いることができる。また、遷移金属としてＦｅ−Ｃｏ合金を用いたが、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｃｏ−Ｎｉなどの合金を用いても良い。
また、第３磁性膜に、Ｐｔ−Ｃｏ合金を用いたが、Ｐｔの代わりにＰｄやＲｈなどの元素を用いても良く、Ｐｔ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ｒｈ、Ｐｄ−Ｒｈなどの２元素からなる合金を用いてもよい。また、Ｃｏの代わりにＮｉを用いることも可能である。或いはＣｏの代わりにＦｅを用いても良く、この場合は第１磁性膜よりも大きな飽和磁化が得られる組成領域にすることが好ましい。更に、ＰｔとＣｏの合金に限らず、Ｐｔ系の層とＣｏ系の層を交互に積層して構成される交互積層多層膜（人工格子膜）にしても同様の効果が得られる。
実施例１０
この実施例では、本発明の第２の態様に従う磁気記録媒体として、図８の概略断面図に示すような断面構造を有する磁気記録媒体を作製した。磁気記録媒体８０は、基板８１上に下地膜８２、磁性膜（情報記録膜）８３及び保護膜８４を順次積層した構造を有する。以下、磁気記録媒体８０の製造方法について説明する。
〔基板の準備〕
まず、基板８１として、直径２．５インチ（約６．３５ｃｍ）のガラス基板を用意した。ここで用いた基板は一例であり、いずれのサイズのディスク基板を用いてもよく、ＡｌやＡｌ合金などの金属の基板を用いてもよい。用いる基板の材質やサイズに本発明の効果は左右されない。また、ガラス、ＡｌやＡｌ合金の基板上にメッキ法やスパッタ法によりＮｉＰ層を形成した基板を用いても良い。
〔下地膜の成膜〕
つぎに、この基板８１上に、下地膜８２として窒化シリコン膜をＲＦマグネトロンスパッタ法により５０ｎｍの膜厚で形成した。下地膜８２は、基板８１と磁性膜８３との接着性を向上させることができる。ターゲット材料にはシリコンを、放電ガスにはＡｒ−Ｎ₂混合ガス（Ａｒ／Ｎ₂分圧比：９０／１０）をそれぞれ使用した。スパッタ時の圧力は３ｍＴｏｒｒ（約３９９ｍＰａ）、投入ＲＦ電力は１ｋＷ／１５０ｍｍφである。また、スパッタは室温にて行った。
下地膜８２は、磁性膜８３に外部から磁界を印加して磁区を形成する際のニュークリエイションサイト（磁区形成時の核となる位置）としての機能や、磁壁移動の障害としての効果がある。かかる効果は、下地膜８２を構成する材料に依存する以外に、成膜の条件にも依存している。下地膜８２の材料も窒化シリコンに限ることはなく、Ｎｉ−Ｐ、Ａｌ、Ａｌ−Ｃｒ合金、Ａｌ−Ｔｉ合金、Ｃｒ、Ｃｒ−Ｔｉ合金などの金属膜を用いても良く、あるいは、ＡｌＮ、ＺｒＯ₂、ＢＮなどの無機化合物を用いても良い。
〔磁性膜の成膜〕
つぎに、下地膜８２上に磁性膜８３としてのＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ非晶質膜を、下地膜８２の成膜後に真空を破ることなく連続して形成した。磁性膜８３の組成はＴｂ₁₇Ｆｅ₇₄Ｃｏ₉であり、遷移金属の副格子磁化が優勢側である。磁性膜８３の成膜にはＲＦマグネトロンスパッタ法を用いた。スパッタリングでは、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ合金をターゲット材料に、Ａｒ−Ｏ₂混合ガス（分圧比：９８／２）を放電ガスにそれぞれ使用した。成膜した磁性膜８３の厚さは２０ｎｍである。スパッタ時の放電ガス圧力は１０ｍＴｏｒｒ（約１．３３Ｐａ）、投入ＲＦ電力は１ｋＷ／１５０ｍｍφである。
得られた磁性膜８３の保磁力は３．５ｋＯｅ（約２７８．５３ｋＡ／ｍ）であり、飽和磁化は２５０ｅｍｕ／ｍｌ、垂直磁気異方性エネルギーは５×１０⁶ｅｒｇ／ｃｍ³であった。
〔保護膜の成膜〕
最後に、磁性膜８３上に保護膜８４としてＣ（カーボン）膜を５ｎｍの膜厚でＥＣＲスパッタ法により形成した。ターゲット材料にＣを、放電ガスにＡｒをそれぞれ用いた。スパッタ時の圧力は０．３ｍＴｏｒｒ、投入マイクロ波電力は０．７ｋＷである。また、マイクロ波により励起されたプラズマを引き込むために５００ＷのＲＦバイアス電圧を印加した。作製した保護膜８４の硬度をハイジトロン社製の硬度測定器により測定したところ２１ＧＰａであった。また、ラマン分光の結果よりｓｐ３結合が中心となっていることがわかった。
保護膜８４の成膜では、スパッタガスにＡｒを使用したが、窒素を含むガスを用いて成膜してもよい。窒素を含むガスを用いると、粒子が微細化するとともに、得られるＣ膜が緻密化し、保護性能を更に向上させることができる。このように、保護膜の膜質はスパッタ条件や電極構造に大きく依存しているので、上述の条件は絶対的なものではなく、使用する装置に応じて適宜調整することが望ましい。
〔磁気特性の測定〕
こうして図８に示す積層構造を有する磁気記録媒体８０を作製し、得られた磁気記録媒体８０の磁気特性を測定した。ＶＳＭ（Vibration Sample Magnetometer）による測定からＭ−Ｈループを得た。その結果から、角型比Ｓ及びＳ^*は１．０であり、良好な角型性が得られたことがわかった。また、保磁力：Ｈｃは３．５ｋＯｅ（約２７８．５３ｋＡ／ｍ）、飽和磁化：Ｍｓは２５０ｅｍｕ／ｃｍ³であった。また、基板表面に対して垂直な方向の垂直磁気異方性エネルギーが３×１０⁶ｅｒｇ／ｃｍ³であった。また、磁気記録媒体の磁性膜の活性化体積を測定し、ＫｕＶ／ｋＴの値を求めたところ２８０であった。このことは、磁気記録媒体の磁性膜が熱的安定性に優れていることを示している。
つぎに、磁気記録媒体の磁性膜の断面構造をオージェ電子分光法により解析した。解析の結果、磁性膜中に酸素が均一に存在していることがわかった。また、磁性膜中の酸素の含有量をＥＳＣＡにより求めたところ１０ａｔ％であった。また、磁性膜の平面構造を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察したところ、３ｎｍ程度のＴｂ酸化物の粒子が１００ｎｍ四方に１個程度の割合で存在していた。また、磁性膜の断面構造を観察したところ、かかる粒子が３次元的にランダムに分散して存在していることがわかった。
〔磁気記録装置〕
つぎに、磁気記録媒体の表面上に潤滑剤を塗布することによって磁気ディスクを完成させた。そして同様のプロセスにより複数の磁気ディスクを作製し、実施例１と同様の構成を有する磁気記録装置（図２及び図３参照）に同軸上に組み込んだ。
磁気記録装置を駆動して、磁気ディスクに４０Ｇｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ²（約６．２０Ｇｂｉｔｓ／ｃｍ²）に相当する信号（７００ｋＦＣＩ）を記録して磁気ディスクのＳ／Ｎを評価したところ、３４ｄＢの再生出力が得られた。ここで、磁性膜中に酸素を実質的に含まない磁気記録媒体に同様に信号を記録してＳ／Ｎを評価したところ、ノイズが全周波数領域で約５ｄＢ高くなった。このように、磁性膜中に酸素を含ませることによりノイズを低減する効果が得られた。
次いで、本発明の磁気ディスクに一定のパターンを記録し、タイムインターバルアナライザにより磁性膜に形成された磁区のエッジの揺らぎを測定した。測定の結果、磁性膜中に酸素を実質的に含まない従来の磁気ディスクよりも揺らぎを１／１０以下に低減できた。また、磁性膜中に含まれる酸素の濃度を種々の値に変更して作製した磁気ディスクに、同様の方法により磁区のエッジの揺らぎを測定したところ、エッジの揺らぎの低減の効果が現れたのは、酸素濃度が０．１ａｔ％の磁性膜を備える磁気ディスクであった。磁性膜中の酸素濃度（酸素含有量）が０．１ａｔ％〜５ａｔ％の磁気ディスクの場合、従来の磁気ディスクよりもエッジの揺らぎが約１／２以下に低減されており、磁性膜中の酸素濃度が５ａｔ％〜１０ａｔ％の磁気ディスクの場合は１／３〜１／４に低減されていた。更に、磁性膜中の酸素濃度が１０ａｔ％〜２０ａｔ％の磁気ディスクの場合、１／１０に低減されており極めて良好な特性を示していた。磁性膜中の酸素濃度が２０ａｔ％を越える磁気ディスクの場合、磁性膜の垂直磁気異方性エネルギーが急激に減少し、垂直磁化を示さなくなった。また、磁気ディスクの欠陥レートを測定したところ、信号処理を行なわない場合の値で１×１０^-5以下であった。ここで、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）により、記録した部分の磁化状態を観察したところ、磁化遷移領域に特有なジグザグパターンが観測されなかった。そのために、ノイズレベルを低減できたと考えられる。
本実施例では、磁性膜中に酸素を添加してＴｂの酸化物を形成したが、酸素の代わりに窒素を添加することによってＴｂの窒化物を形成しても同様の効果を得ることができる。窒素を添加することにより、磁性膜の耐食性が大きく向上した。これは窒素の一部がＦｅ中に固溶したためであると考えられる。
また、実施例では、磁性膜にＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ系の非晶質のフェリ磁性膜を用いたが、Ｔｂの代わりにＤｙやＨｏ、Ｇｄなどを用いても同様の結果が得られた。これらの元素の中で、Ｔｂが最も大きな垂直磁気異方性が得られ、Ｄｙ＞Ｈｏ＞Ｇｄの順で垂直磁気異方性の大きさが変化する。また、希土類元素をＴｂだけで構成する代わりに、複数の希土類元素を組み合わせて、例えば、Ｔｂ−Ｇｄ、Ｔｂ−Ｄｙ、Ｔｂ−Ｈｏ、Ｇｄ−Ｄｙ、Ｇｄ−Ｈｏ、Ｄｙ−Ｈｏなどの２元素合金、更には３元素以上の合金を用いても良い。これにより、垂直磁気異方性エネルギーの制御を行なうことができる。ここで、希土類元素の組成は、垂直磁化膜となる２０ａｔ％以上、３０ａｔ％以下が好ましい。かかる範囲にすることにより、基板面に垂直な方向に磁化容易軸を有するフェリ磁性体を得ることができるからである。
また、遷移金属としてＦｅ−Ｃｏ合金を用いたが、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｃｏ−Ｎｉなどの合金を用いても良い。これらの合金は、Ｆｅ−Ｃｏ＞Ｆｅ−Ｎｉ＞Ｃｏ−Ｎｉの順で異方性エネルギーは減少する。
実施例１１
この実施例では、Ｔｂ／Ｆｅ／Ｃｏ人工格子膜を用いて磁性膜を構成した以外は、実施例１０で作製した磁気記録媒体（図８参照）と同様の積層構造を有する磁気記録媒体を作製した。磁性膜以外の成膜方法は実施例１０と同様であるので説明を省略し、磁性膜（Ｔｂ／Ｆｅ／Ｃｏ人工格子膜）の成膜方法について以下に説明する。
〔磁性膜の成膜方法〕
磁性膜８３の成膜では、Ｔｂ、Ｆｅ及びＣｏの３源からなる多源同時スパッタ法を用いた。各層の膜厚は、Ｆｅ（１ｎｍ）／Ｃｏ（０．１ｎｍ）／Ｔｂ（０．２ｎｍ）である。各層の膜厚は、基板の公転速度とスパッタ時の投入電力を適当に組み合わせることにより所望の値に精密に制御できる。ここでは、投入ＤＣ電力をＴｂが０．３ｋＷ、Ｃｏが０．１５ｋＷ、そして、Ｆｅが０．７ｋＷに設定した。基板の回転数は３０ｒｐｍである。また、スパッタ時の放電ガス圧力は３ｍＴｏｒｒ、放電ガスにはＡｒ−Ｎ₂混合ガスを用いた。こうしてＦｅ（１ｎｍ）／Ｃｏ（０．１ｎｍ）Ｔｂ（０．２ｎｍ）から構成される積層体を周期的に積層して全体で約４０ｎｍになるように人工格子膜を形成した。
このような人工格子膜を作製する場合、重要なことは初期排気時の真空度で、ここでは、４×１０^-9Ｔｏｒｒまで排気した後に作製した。かかる値は絶対的なものではなくスパッタの方式などにより変化するものである。また、ここではＤＣマグネトロンスパッタ法により作製したが、ＲＦマグネトロンスパッタ法やエレクトロンサイクロトロンレゾナンスを利用したスパッタ法（ＥＣＲスパッタ法）を用いて行ってもよい。
このように、磁性膜に人工格子膜を用いると、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ系の非晶質合金膜を磁性膜として用いた場合と比べて、垂直磁気異方性エネルギーを増大することができるとともに、磁性膜の熱的安定性を向上させることができる。この磁性膜は、ＦｅやＣｏなどの遷移金属とＴｂなどの希土類元素から構成されるフェリ磁性体と実質的に同じ磁気特性を示し、かかる磁性膜の磁性は、遷移金属薄膜層の磁化と希土類元素薄膜層の磁化の差となって現れる。この実施例で作製した磁性膜は、遷移金属の磁化が優勢な磁性膜である。また、磁性膜を成膜する際にＡｒ−Ｎ₂混合ガスを用いたことにより、混合ガス中の窒素の一部が、成膜された磁性膜のＣｏ中に存在していた。
〔磁気特性の測定〕
つぎに、かかる人工格子膜を磁性膜として備える磁気記録媒体の磁気特性を測定した。ＶＳＭ（Vibrating Sample Magnetometer）による測定からＭ−Ｈループを得た。その結果から、角型比Ｓ及びＳ^*はともに１．０であり、良好な角型性が得られたことがわかった。また、保磁力Ｈｃは３．５ｋＯｅ（約２７８．５３ｋＡ／ｍ）であった。また、磁性膜の磁気異方性エネルギーは、基板表面に対して垂直な方向の垂直磁気異方性エネルギーが５×１０⁶ｅｒｇ／ｃｍ³であった。更に、磁気記録媒体の活性化体積Ｖを測定し、磁性層の熱的安定性の指標となる値ＫｕＶ／ｋＴを求めたところ４００であった。このことは、この磁性膜が熱揺らぎや熱減磁が小さく、熱的安定性に優れた材料であることを示している。
また、磁性膜を高分解能透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察したところ、Ｆｅ（１ｎｍ）／Ｃｏ（０．１ｎｍ）／Ｔｂ（０．２ｎｍ）からなる積層体が所望の膜厚で周期的に積層された人工格子膜となっていることがわかった。
つぎに、磁気記録媒体の表面上に潤滑剤を塗布することによって磁気ディスクを完成させた。そして同様のプロセスにより複数の磁気ディスクを作製し、実施例１と同様に、図２及び３に示す磁気記録装置に同軸上に組み込んだ。かかる磁気記録装置を用いて情報の記録及び再生を行った。記録時及び再生時には磁気ヘッド面と磁性膜との距離を１２ｎｍに保った。磁気ディスクに４０Ｇｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ²に相当する信号（７００ｋＦＣＩ）を記録してディスクのＳ／Ｎを評価したところ、３６ｄＢの再生出力が得られた。また、この磁気ディスクの欠陥レートを測定したところ、信号処理を行なわない場合の値で、１×１０^-5以下であった。
本実施例では、磁性膜としてＴｂ／Ｆｅ／Ｃｏ系の人工格子膜を用いた場合を示したが、Ｔｂ以外にＧｄ、Ｄｙ、Ｈｏのうちの１種類の元素を用いても、または、Ｇｄ−Ｔｂ、Ｇｄ−Ｄｙ、Ｇｄ−Ｈｏ、Ｔｂ−Ｄｙ、Ｔｂ−Ｈｏなどの合金を用いても同様の効果が得られる。また、遷移金属としてＦｅ／Ｃｏの２層膜を用いて人工格子膜を構成したが、Ｆｅ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｃｏ−Ｎｉなどの合金とＴｂなどの希土類元素との交互積層多層膜を用いても、同様の特性を有する磁性膜を得ることができる。
実施例１２
この実施例では、磁性膜を、酸素を含む層と含まない層とを交互に積層して構成した以外は、実施例１０で作製した磁気記録媒体（図８参照）と同様の積層構造を有する磁気記録媒体を作製した。磁性膜以外の成膜方法は実施例１０と同様であるので説明を省略し、磁性膜の成膜方法について以下に説明する。
〔磁性膜の成膜方法〕
この実施例で用いた磁性膜の組成は、Ｔｂ₁₅Ｆｅ₇₅Ｃｏ₁₀であり、遷移金属の副格子磁化が優勢側の組成である。磁性膜の成膜にはＲＦマグネトロンスパッタ法を用い、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ合金をターゲットに、純Ａｒを放電ガスにそれぞれ使用した。形成した磁性膜の厚さは２０ｎｍである。
磁性膜の成膜においては、膜厚が５ｎｍになったところでスパッタを一時的に中断し、５分間そのまま放置した。その後、成膜を再開し、更に膜厚が５ｎｍになった時点で再び成膜を中断し、５分間そのまま放置した。このような成膜と放置を繰り返し行って、磁性膜の膜厚が所望の膜厚（約２０ｎｍ）になるまで成膜した。スパッタ時の圧力は１０ｍＴｏｒｒ（約３．９９Ｐａ）、投入ＲＦ電力は１ｋＷ／１５０ｍｍφである。得られた磁性膜の保磁力は３．５ｋＯｅ（約２７８．５ｋＡ／ｍ）であり、飽和磁化は２５０ｅｍｕ／ｍｌ、垂直磁気異方性エネルギーは５×１０⁶ｅｒｇ／ｃｍ³であった。
かかる磁性膜を備える磁気記録媒体の磁気特性を測定した。ＶＳＭによるＭ−Ｈループから、角型比Ｓ及びＳ^*は１．０であり、良好な角型性が得られた。また、保磁力：Ｈｃは３．５ｋＯｅ（約２７８．５３ｋＡ／ｍ）、飽和磁化：Ｍｓは２５０ｅｍｕ／ｃｍ³であった。また、垂直磁気異方性エネルギーが５×１０⁶ｅｒｇ／ｃｍ³であった。磁気記録媒体の活性化体積を測定し、ＫｕＶ／ｋＴの値を求めたところ３００であった。このことは、磁性膜が熱的安定性に優れていることを示している。
つぎに、磁性膜の断面構造をオージェ電子分光法により解析した。解析結果のグラフの模式図を図１１に示す。図１１の解析結果から、磁性膜中に、酸素濃度の高い領域が存在しており、酸素濃度の高い部分と低い部分（酸素を実質的に含まない部分）とが層状に交互に存在していると考えられる。このことから、磁性膜の成膜において、スパッタを一時的に中断しながら成膜を行なうことにより、磁性膜中に酸素濃度の高い部分と低い部分とを形成させることができた。
〔ＭＦＭ観察〕
つぎに、磁性膜にＡＣ（交流）消磁を行なった後、磁性膜表面を磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）を用いて観察した。図１２に、ＭＦＭ観察によって得られたＭＦＭ像を示す。なお、ここで観察した磁性膜は、酸素を含む層が磁性膜中で２層形成された時点でスパッタを止めることにより得られた磁性膜である。また、比較として、図１３に、成膜の際にスパッタ操作を中断することなく成膜した磁性膜表面のＭＦＭ像を示した。
図１２及び図１３のＭＦＭ像において、濃淡は磁性膜の磁化の強さを示している。それぞれの図中、濃い部分（黒い領域）と淡い部分（白い領域）が磁化の最小反転単位と考えられる。図１２のＭＦＭ像では、濃淡の濃い部分と淡い部分の大きさが極めて小さく、その寸法は平均で８０ｎｍ程度であった。このことから、かかる磁性膜は磁化反転単位が小さく、微小な磁区を形成することができると考えられる。一方、図１３のＭＦＭ像では、濃い部分と淡い部分の大きさが大きく、その寸法は平均で２００ｎｍ以上あった。かかる磁性膜には、微小な磁区を形成することが困難であると考えられる。このように、磁性膜の成膜において、磁性膜中に酸素濃度の高い領域が層状に断続的に形成されるように、成膜と放置を繰り返して成膜を行なうことによって磁性膜の磁化反転単位を小さくすることができる。
つぎに、このような磁気特性を有する磁気記録媒体を用いた磁気ディスクの表面に潤滑剤を塗布して磁気ディスクを完成させた。そして同様のプロセスにより複数の磁気ディスクを作製し、実施例１と同様に、図２及び３に示す磁気記録装置に同軸上に組み込んだ。かかる磁気記録装置を用いて情報の記録及び再生を行なって、磁気ディスクの記録再生特性を評価した。記録時及び再生時には磁気ヘッド面と磁性膜との距離を１２ｎｍに保った。この磁気ディスクに４０Ｇｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ²に相当する信号（７００ｋＦＣＩ）を記録してディスクのＳ／Ｎを評価したところ、３４ｄＢの再生出力が得られた。ここで、磁性膜中に酸素濃度の分布を形成させないで作製した磁気ディスクでは、ノイズが全周波数領域で約５ｄＢ高くなった。このように、磁性膜中に酸素濃度の高い領域を形成することにより、ノイズを低減する効果が得られた。
次いで、磁気ディスクに一定のパターンを記録し、タイムインターバルアナライザにより磁性膜に形成された磁区のエッジの揺らぎを測定した。測定の結果、磁性膜中に酸素濃度の分布のない磁気ディスクよりも揺らぎを１／１０以下に低減できた。また、磁気ディスクの欠陥レートを測定したところ、信号処理を行なわない場合の値で１×１０^-5以下であった。ここで、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）により、記録した部分の磁化状態を観察したところ、磁化遷移領域に特有なジグザグパターンが観測されなかった。そのために、ノイズレベルを低減できたと考えられる。
本実施例では、磁性膜を成膜する際に、成膜を一時的に中断することによって、途中まで成膜された磁性膜の表面を、雰囲気中に含まれる不純物としての酸素により自然酸化させたが、成膜中断後、途中まで成膜された磁性膜を酸素雰囲気、あるいは酸素含有雰囲気中に放置することによって積極的に表面を酸化させても良い。この場合は、磁性膜の表面の酸化が一層促進され、酸素濃度を一層高めることができる。これにより、磁性膜に形成される磁区のエッジの揺らぎを更に低減できる。
また、酸素を含む層と含まない層を交互に積層してなる磁性膜は、例えば、基板回転型のスパッタ装置を用いて成膜することもできる。基板回転型のスパッタ装置では、通常、基板ホルダ及びターゲットが、図１４の概略平面図に示すように配置されている。なお、図１４に示した各ターゲット材料Ｔ１〜Ｔ３は、基板上に成膜される下地膜、磁性膜及び保護膜などのターゲット材料である。磁性膜を成膜する場合には、基板ホルダを高速回転させながら磁性膜用のターゲットをスパッタすることにより、基板ホルダに装着されている基板上に磁性膜を成膜する。かかるスパッタ装置を用いて酸素を含む層と含まない層を交互に積層してなる磁性膜を成膜するには、例えば成膜中の基板ホルダの回転数を低下させればよい。基板ホルダの回転数を低下させると、放電している領域（成膜がなされる領域）を通過した後、再びその領域に進入するまで時間がかかるので、放電している領域外にある間、磁性膜は成膜されず、磁性膜表面が自然酸化される。かかるスパッタ装置では、磁性膜を成膜する際に放電を一時的に停止する必要はなく、基板ホルダの回転数を制御するのみで酸素を含む層と含まない層を交互に積層してなる磁性膜を成膜することできる。
実施例１３
本実施例では、実施例１２とは異なる方法で、磁性膜としてのＴｂ／Ｆｅ／Ｃｏ人工格子膜を成膜して、図８と同じ積層構造を有する磁気記録媒体を作製した。以下、磁性膜の成膜方法について説明する。
〔磁性膜の成膜方法〕
磁性膜の作製法として、実施例１２と同様に、Ｔｂ、Ｆｅ、Ｃｏの３源からなる多源同時スパッタ法を用いた。各層の膜厚は、Ｆｅ（１ｎｍ）／Ｃｏ（０．１ｎｍ）／Ｔｂ（０．２ｎｍ）である。各層の膜厚は、基板の公転速度とスパッタ時の投入電力の組合せにより所望の値に精密に制御できる。ここでは、投入ＤＣ電力をＴｂ成膜時に０．３ｋＷ、Ｃｏ成膜時に０．１５ｋＷ、そして、Ｆｅ成膜時に０．７ｋＷとした。基板の回転数は３０ｒｐｍである。また、スパッタ時の放電ガス圧力は３ｍＴｏｒｒ（約３９９ｍＰａ）、放電ガスには高純度のＡｒガスを用いた。更に、Ｔｂ層を形成した時点でスパッタ操作を一時中断して、成膜されたＴｂ層の表面を自然酸化させた。ここでの自然酸化は、放電ガスに用いた高純度のＡｒガス中に不純物として含まれる酸素による酸化である。また、Ｔｂ層を酸化させたのは、Ｆｅ、Ｔｂ、Ｃｏの中でＴｂが最も酸化されやすいからである。こうしてＦｅ（１ｎｍ）／Ｃｏ（０．１ｎｍ）／Ｔｂ（０．２ｎｍ）から構成される積層体を周期的に積層して全膜厚が約４０ｎｍになるように人工格子膜を形成した。磁性膜をＴＥＭにより観察したところ、Ｆｅ（１ｎｍ）／Ｃｏ（０．１ｎｍ）／Ｔｂ（０．２ｎｍ）なる所望の膜厚の人工格子膜となっていることがわかった。
つぎに、かかる磁性膜を備える磁気記録媒体の磁気特性を測定した。ＶＳＭにより測定されたＭ−Ｈループから、角型比Ｓ及びＳ^*はともに１．０であり、良好な角型性が得られた。また、保磁力：Ｈｃは３．９ｋＯｅであった。また、磁性膜の有する基板と垂直方向の垂直磁気異方性エネルギーが７×１０⁶ｅｒｇ／ｃｍ³であった。この磁気記録媒体の活性化体積を測定して、ＫｕＶ／ｋＴの値を求めたところ４００であった。このことは、磁性膜が熱揺らぎや熱減磁が小さく、熱的安定性に優れた材料であることを示している。
つぎに、このような磁気特性を有する磁気記録媒体を用いた磁気ディスクの表面に潤滑剤を塗布して磁気ディスクを完成させた。そして同様のプロセスにより複数の磁気ディスクを作製し、実施例１と同様に、図２及び３に示す磁気記録装置に同軸上に組み込んだ。かかる磁気記録装置を駆動して情報の記録及び再生を行なって、磁気ディスクの記録再生特性を評価した。記録時及び再生時には磁気ヘッド面と磁性膜との距離を１２ｎｍに保った。この磁気ディスクに４０Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ²に相当する信号（７００ｋＦＣＩ）を記録してディスクのＳ／Ｎを評価したところ、３６ｄＢの再生出力が得られた。また、このディスクの欠陥レートを測定したところ、信号処理を行なわない場合の値で、１×１０^-5以下であった。
本実施例では、高純度Ａｒガス雰囲気中（残留ガス中）で、スパッタを一時的に中断する操作を繰り返し行なうことによって、高純度Ａｒがス雰囲気中に含まれる不純物としての水や酸素により磁性膜中に酸素の分布を設けたが、磁性膜中に窒素の分布を設けることも可能である。その場合、残留ガス中の窒素の量は水や酸素よりも少ないので、窒素含有雰囲気中にてスパッタ操作を一時的に中断して成膜途中の磁性膜を自然窒化させることが最も好ましい。
実施例１４
この実施例では、本発明の第３の態様に従う磁気記録媒体を作製した。磁気記録媒体の断面構造を図１５に示す。図１５において、情報記録膜９３は、Ｔｂ−Ｃｏ−Ｆｅ系の非晶質合金膜とＳｉ膜とを交互に積層した構造を有する。以下、磁気記録媒体９０の製造方法について説明する。
〔基板の準備〕
まず、基板９１として、直径２．５インチ（約６．３５ｃｍ）のガラス基板を用意した。ここで用いた基板は一例であり、いずれのサイズのディスク基板を用いてもよく、ＡｌやＡｌ合金などの金属の基板を用いてもよい。用いる基板の材質やサイズに本発明の効果は左右されない。また、ガラス、ＡｌやＡｌ合金の基板上にメッキ法やスパッタ法によりＮｉＰ層を形成した基板を用いても良い。
〔下地膜の成膜〕
つぎに、基板９１上に、下地膜９２として窒化シリコン膜をＲＦマグネトロンスパッタ法により５０ｎｍの膜厚で形成した。ターゲット材料にはシリコンを、放電ガスにはＡｒ−Ｎ₂混合ガス（Ａｒ／Ｎ₂分圧比：９０／１０）をそれぞれ使用した。スパッタ時の圧力は３ｍＴｏｒｒ（約３９９ｍＰａ）、投入ＲＦ電力は１ｋＷ／１５０ｍｍφである。また、スパッタは室温にて行った。
下地膜９２は、基板９１と情報記録膜９３との接着性を向上させることができるとともに、情報記録膜９３に外部から磁界を印加して磁区を形成する際のニュークリエイションサイトとしての機能や、磁壁移動の障害としての効果がある。かかる効果は、下地膜９２を構成する材料に依存する以外に、成膜の条件にも依存している。下地膜９２の材料も窒化シリコンに限ることはなく、Ｎｉ−Ｐ、Ａｌ、Ａｌ−Ｃｒ合金、Ｃｒ、Ｃｒ−Ｔｉ合金などの金属膜を用いても良く、あるいは、ＡｌＮ、ＺｒＯ₂、ＢＮなどの無機化合物を用いても良い。
〔情報記録膜の成膜〕
つぎに、下地膜９２上に情報記録膜９３としてＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ系の非晶質合金膜とＳｉ膜とが交互に積層された膜を、下地膜９２の成膜後に真空を破ることなく形成した。情報記録膜９３を構成するＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ系の非晶質合金膜の組成はＴｂ₁₅Ｆｅ₇₅Ｃｏ₁₀であり、遷移金属の副格子磁化が優勢である。情報記録膜９３の成膜にはＲＦマグネトロンスパッタ法を用いた。Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ系の非晶質合金膜のスパッタリングでは、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ合金をターゲット材料に、純Ａｒを放電ガスにそれぞれ使用した。また、Ｓｉ膜のスパッタリングではＳｉをターゲット材料に、純Ａｒを放電ガスにそれぞれ使用した。
情報記録膜９３の成膜では、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏを５ｎｍの膜厚で形成した後に、Ｓｉ膜を０．２ｎｍの膜厚で形成する操作を繰り返し行なって、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ膜とＳｉ膜とを交互に積層した。そして、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ膜の膜厚が合計で２０ｎｍになるまで成膜した。スパッタ時の放電ガス圧力は１０ｍＴｏｒｒ（約１．３３Ｐａ）、投入ＲＦ電力は１ｋＷ／１５０ｍｍφである。
得られた情報記録膜９３の保磁力は３．５ｋＯｅ（約２７８．５３ｋＡ／ｍ）であり、飽和磁化は２５０ｅｍｕ／ｍｌ、垂直磁気異方性エネルギーは５×１０⁶ｅｒｇ／ｃｍ³であった。
〔保護膜の成膜〕
最後に、情報記録膜９３上に保護膜９４としてＣ（カーボン）膜を５ｎｍの膜厚でＥＣＲスパッタ法により形成した。ターゲット材料にＣを、放電ガスにＡｒをそれぞれ用いた。スパッタ時の圧力は０．３ｍＴｏｒｒ、投入マイクロ波電力は０．７ｋＷである。また、マイクロ波により励起されたプラズマを引き込むために５００ＷのＲＦバイアス電圧を印加した。作製した保護膜９４の硬度をハイジトロン社製の硬度測定器により測定したところ２１ＧＰａであった。また、ラマン分光の結果よりｓｐ３結合が中心となっていることがわかった。
保護膜９４の成膜では、スパッタガスにＡｒを使用したが、窒素を含むガスを用いて成膜してもよい。窒素を含むガスを用いると、粒子が微細化するとともに、得られるＣ膜が緻密化し、保護性能を更に向上させることができる。このように、保護膜の膜質はスパッタ条件や電極構造に大きく依存しているので、上述の条件は絶対的なものではなく、使用する装置に応じて適宜調整することが望ましい。
〔磁気特性の測定〕
こうして図１５に示す積層構造を有する磁気記録媒体９０を作製し、得られた磁気記録媒体９０の磁気特性を測定した。ＶＳＭによる測定からＭ−Ｈループを得た。その結果から、角型比Ｓ及びＳ^*は１．０であり、良好な角型性が得られたことがわかった。また、保磁力：Ｈｃは３．５ｋＯｅ（約２７８．５３ｋＡ／ｍ）、飽和磁化：Ｍｓは２５０ｅｍｕ／ｃｍ³であった。また、基板表面に対して垂直な方向の垂直磁気異方性エネルギーが５×１０⁶ｅｒｇ／ｃｍ³であった。また、磁気記録媒体の情報記録膜の活性化体積を測定し、ＫｕＶ／ｋＴの値を求めたところ３００であった。このことは、磁気記録媒体の情報記録膜が熱的安定性に優れていることを示している。
つぎに、磁気記録媒体の情報記録膜の断面構造を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察した。図１６に、観察した様子の模式図を示す。観察の結果から、Ｓｉ膜９６とＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ膜９５が交互に積層されていることがわかる。また、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ膜が非晶質であることも、かかるＴＥＭ観察からわかった。
〔磁気記録装置〕
つぎに、磁気記録媒体の表面上に潤滑剤を塗布することによって磁気ディスクを完成させた。そして同様のプロセスにより複数の磁気ディスクを作製し、実施例１と同様に、図２及び３に示す磁気記録装置に同軸上に組み込んだ。かかる磁気記録装置を用いて情報の記録及び再生を行なって、磁気ディスクの記録再生特性を評価した。記録時及び再生時には磁気ヘッド面と磁性膜との距離を１２ｎｍに保った。磁気ディスクに４０Ｇｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ²（約６．２０Ｇｂｉｔｓ／ｃｍ²）に相当する信号（７００ｋＦＣＩ）を記録して磁気ディスクのＳ／Ｎを評価したところ、３４ｄＢの再生出力が得られた。ここで、情報記録膜をＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ系非晶質合金膜のみで構成した磁気記録媒体に同様に信号を記録してＳ／Ｎを評価したところ、ノイズが全周波数領域で約５ｄＢ高くなった。
次いで、本発明の磁気ディスクに一定のパターンを記録し、タイムインターバルアナライザにより情報記録膜に形成された磁区のエッジの揺らぎを測定した。測定の結果、情報記録膜をＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ系の非晶質合金膜のみで構成した従来の磁気ディスクよりも揺らぎを１／１０以下に低減できた。また、磁気ディスクの欠陥レートを測定したところ、信号処理を行なわない場合の値で１×１０^-5以下であった。ここで、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）により、記録した部分の磁化状態を観察したところ、磁化遷移領域に特有なジグザグパターンが観測されなかった。そのために、ノイズレベルを低減できたものと考えられる。
本実施例では、情報記録膜を構成する非磁性膜の材料としてＳｉを用いたが、Ｓｉの代わりに、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｚｒ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｗ、Ｉｒ、Ｖ、Ｃｕなどの元素を用いても同様の効果を得ることができる。また、これらの材料を用いることによって情報記録膜の耐食性を向上させることができた。これは、磁性膜と交互に積層される非磁性膜が、磁性膜中に不純物として含まれる酸素の拡散を抑制できるからである。
また、本実施例では、情報記録膜を構成する磁性膜にＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ系の非晶質のフェリ磁性膜を用いたが、Ｔｂの代わりにＤｙやＨｏ、Ｇｄなどを用いても同様の効果が得られた。これらの元素の中で、Ｔｂが最も大きな垂直磁気異方性が得られ、Ｄｙ＞Ｈｏ＞Ｇｄの順で垂直磁気異方性の大きさが変化する。また、磁性膜を構成する希土類元素をＴｂだけで構成する代わりに、例えば、Ｔｂ−Ｇｄ、Ｔｂ−Ｄｙ、Ｔｂ−Ｈｏ、Ｇｄ−Ｄｙ、Ｇｄ−Ｈｏ、Ｄｙ−Ｈｏなどの２元素合金、更には３元素以上の合金のように、複数の希土類元素を組み合わせて用いても良い。これにより、垂直磁気異方性エネルギーの制御を行なうことができる。ここで、希土類元素の組成は、垂直磁化膜となる２０ａｔ％以上、３０ａｔ％以下が好ましい。かかる範囲にすることにより、基板面に垂直な方向に磁化容易軸を有するフェリ磁性体を得ることができるからである。
また、遷移金属としてＦｅ−Ｃｏ合金を用いたが、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｃｏ−Ｎｉなどの合金を用いても良い。これらの合金は、Ｆｅ−Ｃｏ＞Ｆｅ−Ｎｉ＞Ｃｏ−Ｎｉの順で異方性エネルギーは減少する。
実施例１５
この実施例では、情報記録膜を構成する磁性膜としてＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ系の非晶質合金膜の代わりにＴｂ／Ｆｅ／Ｃｏ人工格子膜を用い、Ｓｉ膜の代わりにＮｂ膜を用いた以外は、実施例１４で作製した磁気記録媒体（図１５参照）と同様の積層構造を有する磁気記録媒体を作製した。情報記録膜以外の成膜方法は実施例１４と同様であるので説明を省略し、Ｔｂ／Ｆｅ／Ｃｏ人工格子膜とＮｂ膜とを交互に積層した構造を有する情報記録膜の成膜方法について以下に説明する。
〔情報記録膜の成膜方法〕
情報記録膜中のＴｂ／Ｆｅ／Ｃｏ人工格子膜の成膜では、Ｔｂ、Ｆｅ及びＣｏの３源からなるＤＣの多源同時スパッタ法を用いた。各層の膜厚は、Ｆｅ（１ｎｍ）／Ｃｏ（０．１ｎｍ）／Ｔｂ（０．２ｎｍ）である。各層の膜厚は、基板の公転速度とスパッタ時の投入電力を適当に組み合わせることにより所望の値に精密に制御できる。ここでは、投入ＤＣ電力を、Ｔｂ層の成膜の場合が０．３ｋＷ、Ｃｏ層の成膜の場合が０．１５ｋＷ、そして、Ｆｅ層の成膜の場合が０．７ｋＷになるように設定した。基板の回転数は３０ｒｐｍである。また、スパッタ時の放電ガス圧力は３ｍＴｏｒｒ、放電ガスには高純度のＡｒガスを用いた。また、Ｎｂ膜の成膜では、ＤＣスパッタ法を用いた。スパッタ時の放電ガス圧力は３ｍＴｏｒｒ（約３９９ｍＰａ）、基板回転数は３０ｒｐｍ、投入ＤＣ電力は０．７ｋＷとし、ターゲットにはＮｂを、放電ガスには純Ａｒを用いた。
情報記録膜の成膜では、Ｆｅ（１ｎｍ）／Ｃｏ（０．１ｎｍ）／Ｔｂ（０．２ｎｍ）の人工格子膜を約４ｎｍの膜厚で形成した後、Ｎｂ膜を約０．３ｎｍの膜厚で形成した。Ｔｂ／Ｆｅ／Ｃｏ人工格子膜の成膜とＮｂ膜の成膜を繰り返し行なって人工格子膜の全膜厚が２０ｎｍになるまで成膜した。ここで、Ｔｂ／Ｆｅ／Ｃｏ人工格子膜上に成膜されたＮｂ膜は、それを平面から見たときに、Ｔｂ／Ｆｅ／Ｃｏ人工格子膜の膜面上をアイランド状に覆っている。ここで、情報記録膜を、Ｔｂ／Ｆｅ／Ｃｏ人工格子膜とＮｂ膜とを交互に積層して構成する代わりに、非磁性元素であるＮｂをＴｂ／Ｆｅ／Ｃｏ人工格子膜のＦｅ層中に分散させて構成しても同様の効果が得られる。
上記Ｔｂ／Ｆｅ／Ｃｏ人工格子膜を作製する場合に重要なことは初期排気時の真空度で、ここでは、４×１０^-9Ｔｏｒｒまで排気した後に作製した。かかる値は絶対的なものではなくスパッタの方式などにより変化するものである。また、ここではＤＣマグネトロンスパッタ法により作製したが、ＲＦマグネトロンスパッタ法やエレクトロンサイクロトロンレゾナンスを利用したスパッタ法（ＥＣＲスパッタ法）を用いて行ってもよい。
このような人工格子膜を情報記録膜中の磁性膜に用いると、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ系の非晶質合金膜を用いた場合に比べて、垂直磁気異方性エネルギーを増大することができるとともに、熱的安定性を向上させることができる。この人工格子膜は、ＦｅやＣｏなどの遷移金属とＴｂなどの希土類元素とから構成されるフェリ磁性体と実質的に同じ磁気特性を示し、かかる人工格子膜の磁性は、遷移金属薄膜層の磁化と希土類元素薄膜層の磁化の差となって現れる。この実施例で作製した人工格子膜は、遷移金属の磁化が優勢な人工格子膜である。
〔磁気特性の測定〕
つぎに、Ｔｂ／Ｆｅ／Ｃｏ人工格子膜とＮｂ膜とから構成された情報記録膜を備える磁気記録媒体の磁気特性を測定した。ＶＳＭ（Vibrating Sample Magnetometer）による測定からＭ−Ｈループを得た。その結果から、角型比Ｓ及びＳ^*はともに１．０であり、良好な角型性が得られたことがわかった。また、保磁力Ｈｃは３．９ｋＯｅ（約３１０．３６２ｋＡ／ｍ）であった。また、情報記録膜の磁気異方性エネルギーは、基板面に垂直な方向の垂直磁気異方性エネルギーが１×１０⁷ｅｒｇ／ｃｍ³であった。更に、磁気記録媒体の活性化体積Ｖを測定し、情報記録膜の熱的安定性の指標となる値ＫｕＶ／ｋＴを求めたところ４００であった。このことは、情報記録膜が熱揺らぎや熱減磁が小さく、熱的安定性に優れた材料であることを示している。
また、情報記録膜の断面構造を高分解能透過型電子顕微鏡（高分解能ＴＥＭ）により観察したところ、Ｆｅ（１ｎｍ）／Ｃｏ（０．１ｎｍ）／Ｔｂ（０．２ｎｍ）の人工格子膜とＮｂ膜とが所望の膜厚で周期的に積層された構造を有していることがわかった。
つぎに、磁気記録媒体の表面上に潤滑剤を塗布することによって磁気ディスクを完成させた。そして同様のプロセスにより複数の磁気ディスクを作製し、実施例１と同様に、図２及び３に示す磁気記録装置に同軸上に組み込んだ。かかる磁気記録装置を用いて情報の記録及び再生を行った。記録及び再生時には磁気ヘッド面と情報記録膜との距離を１２ｎｍに保った。磁気ディスクに４０Ｇｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ²（約６．２０Ｇｂｉｔｓ／ｃｍ²）に相当する信号（７００ｋＦＣＩ）を記録してディスクのＳ／Ｎを評価したところ、３６ｄＢの再生出力が得られた。また、このディスクの欠陥レートを測定したところ、信号処理を行なわない場合の値で、１×１０^-5以下であった。
本実施例では、情報記録膜の磁性膜としてＴｂ／Ｆｅ／Ｃｏ系の人工格子膜を用いた場合を示したが、Ｔｂ以外にＧｄ、Ｄｙ、Ｈｏのうちの１種類の元素を用いても、または、Ｇｄ−Ｔｂ、Ｇｄ−Ｄｙ、Ｇｄ−Ｈｏ、Ｔｂ−Ｄｙ、Ｔｂ−Ｈｏなどの合金を用いても同様の効果が得られる。また、遷移金属としてＦｅ／Ｃｏの２層膜を用いて人工格子膜を構成したが、Ｆｅ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｃｏ−Ｎｉなどの合金とＴｂなどの希土類元素との交互積層多層膜を用いても、同様の特性を有する磁性膜を得ることができる。
実施例１６
本実施例では、情報記録膜を成膜する際の放電ガス圧を５ｍＴｏｒｒ（約６６５ｍＰａ）、１０ｍＴｏｒｒ（約１．３３Ｐａ）、２０ｍＴｏｒｒ（約２．６６Ｐａ）の３種類に変更した以外は、実施例１５と同様にして３種類の磁気記録媒体を作製した。それぞれの磁気記録媒体の情報記録膜の保磁力を測定したところ、いずれも３．９ｋＯｅ（約３０８．１ｋＡ／ｍ）であった。
〔δＭプロット〕
得られた３種類の磁気記録媒体についてδＭプロットを行った。δＭプロットの測定方法について以下に説明する。まず、ＶＳＭを用いて、磁気記録媒体の情報記録膜のＭ−Ｈ曲線を求め、得られたＭ−Ｈ曲線からレマネンス（残留磁化）を求めた。次いで、直流消磁残留磁化曲線Ｉｄ（Ｈ）（ＤＣ demagnetization remanence curve）と等温残留磁化曲線Ｉｒ（Ｈ）（isothermal remanence magnetization curve）を求め、得られたＩｄ（Ｈ）及びＩｒ（Ｈ）から、
δＭ（Ｈ）＝Ｉｄ（Ｈ）−［１−２Ｉｒ（Ｈ）］
を計算し、印加磁界Ｈに対してδＭ（Ｈ）の値をプロットした。
得られたδＭプロット曲線を図１７に示す。図１７のδＭプロット曲線から、２０ｍＴｏｒｒの放電ガス圧で情報記録膜を作製した磁気記録媒体では、δＭ（Ｈ）は、磁界強度Ｈに依存することなくゼロのままであり、δＭプロット曲線にピークは観測されなかった。一方、１０ｍＴｏｒｒや５ｍＴｏｒｒの放電ガス圧で情報記録膜を成膜した磁気記録媒体の場合、δＭプロット曲線において、８００Ｏｅ（約６３．６６ｋＡ／ｍ）、２．４ｋＯｅ（約１９０．９９ｋＡ／ｍ）にピークが得られた。このことから、１０ｍＴｏｒｒ及び５ｍＴｏｒｒの放電ガス圧で情報記録膜を成膜した磁気記録媒体では、情報記録膜に強い交換結合力が作用していることがわかる。上記結果から、高い放電ガス圧で情報記録膜を成膜すると交換結合を著しく低下させることができることがわかった。これは、スパッタ時のガス圧が高いとスパッタ粒子がクラスター化し、情報記録膜の嵩密度が低下するためであると推定される。
このように、放電ガス圧力を変更して情報記録膜を成膜する以外に、情報記録膜中に形成されているＮｂ層の膜厚を変更してもδＭプロット曲線におけるピーク位置を制御できる。しかし、情報記録膜を構成するＮｂ層の全膜厚が２ｎｍ以上になると、情報記録膜の示す磁性が急激に消失する。このことは、情報記録膜中のＮｂ膜に最適の膜厚が存在していることを示している。また、情報記録膜中にＮｂを層状にして形成する代わりに、Ｆｅ層やＣｏ層、更には、希土類元素の層中にＮｂを合金として添加しても良い。また、高い放電ガス圧で成膜することにより生じる交換結合力の低下は、磁性膜と非磁性膜とを交互に積層して構成された情報記録膜の成膜に限らない。例えば、単層で構成された非晶質合金膜（例えばＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ非晶質合金膜）を高い放電ガス圧で成膜することによっても、非晶質合金膜のδＭプロット曲線のピーク位置を低磁界側に、またはピークなしにすることができ、非晶質合金膜の交換結合力を低下させることができる。
つぎに、２０ｍＴｏｒｒの放電ガス圧で情報記録膜を成膜した磁気記録媒体の表面上に潤滑剤を塗布することによって磁気ディスクを完成させた。そして同様のプロセスにより複数の磁気ディスクを作製し、実施例１と同様に、図２及び図３に示す磁気記録装置に同軸上に組み込んだ。かかる磁気記録装置を用いて情報の記録及び再生を行った。記録及び再生時には磁気ヘッド面と情報記録膜との距離を１２ｎｍに保った。磁気ディスクに５０Ｇｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ²に相当する信号（８００ｋＦＣＩ）を記録してディスクのＳ／Ｎを評価したところ、３６ｄＢの再生出力が得られた。また、このディスクの欠陥レートを測定したところ、信号処理を行なわない場合の値で、１×１０^-5以下であった。
以上、本発明に従う磁気記録媒体及びそれを備える磁気記録装置について実施例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の改良例及び変形例を含み得る。
例えば、上記実施例１０〜１５においてそれぞれ作製した磁気記録媒体において、Ｓ／Ｎの向上を図ることを目的として、Ｐｔ−Ｃｏ合金膜を情報記録膜上に形成しても良い。Ｐｔ−Ｃｏ合金膜の成膜には、例えば、Ｐｔ、Ｃｏの２源のターゲットからなる２源同時スパッタ法を用いることができる。また、２源同時スパッタ法以外に、ＲＦマグネトロンスパッタ法やＤＣマグネトロンスパッタ法、共鳴吸収法を用いたＥＣＲスパッタ法を用いてもよい。
また、実施例１０〜１６では、情報記録膜（または磁性膜）を、基板面に垂直な方向に磁化容易軸を有する垂直磁化膜を用いて構成して垂直磁気記録タイプの磁気記録媒体としたが、実施例８及び９の磁気記録媒体の情報記録膜で用いた面内磁化膜を用いて、面内磁気記録タイプの磁気記録媒体として構成することも可能である。
また、磁気記録媒体の積層構造も上記実施例に限定されるものではなく、例えば軟磁性材料からなる軟磁性膜を形成することも可能である。かかる軟磁性膜は、当該軟磁性膜と磁気ヘッドとの間に情報記録膜が介在するように形成することが好ましい。また、軟磁性膜は、磁気記録媒体を構成する層のうち、磁性を有する層と接することなく形成されることが望ましい。例えば上記実施例１〜７の場合には、軟磁性膜は、情報記録膜や強磁性膜、第１〜第３磁性膜と接することなく、非磁性層を介在させて形成されることが望ましい。これにより、情報記録時に、磁気ヘッドと軟磁性膜との間で磁気回路が形成され、磁気記録膜に対して、磁気ヘッドからの磁場が膜面に垂直な方向にのみ印加される。また、磁気ヘッドと軟磁性膜との間で磁気的カップリングが生じるので、磁気ヘッドからの磁場が、情報記録膜の狭い領域にのみ、大きな磁界強度で印加される。それゆえ、微小な記録磁区を磁気記録膜に形成することができる。かかる軟磁性膜には、例えば、Ｎｉ−ＦｅやＦｅ−Ｔａ−Ｃ、Ｆｅ−Ｈｆ−Ｎ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｆｅ、Ｇｄ−Ｆｅ、Ｇｄ−Ｆｅ−Ｃｏなどの磁性材料を用いることができる。
磁気記録装置（ハードディスク装置）の構造の詳細は、米国特許第５，８５１，６４３号に開示されており、指定国または選択国の法令が許す限りこの文献の内容を援用して本文の記載の一部とする。
産業上の利用可能性
本発明の第１の態様の磁気記録媒体は、大きな活性化体積を有し、熱減磁及び熱揺らぎが小さく熱的安定性に優れる非晶質磁性膜を情報記録膜として備えるので、高密度記録用の磁気記録媒体として極めて好適である。また、非晶質磁性膜よりも飽和磁化の大きな強磁性膜を備えるので、非晶質磁性膜に微小な磁区を形成しても、強磁性膜から増幅された再生信号出力を得ることができ、情報を確実に再生することができる。また、非晶質磁性膜は非晶質構造を有するので、磁性膜の結晶配向性を制御するためのシード層を形成する必要がなく、磁気記録媒体の積層構造を簡素化できる。それゆえ、本発明の磁気記録媒体を大量に且つ低価格で提供することができる。
また、非晶質磁性膜を、基板面に垂直な方向の磁化容易軸を有する人工格子膜を用いて構成することにより、更に磁気異方性が大きく熱安定性に優れた磁気記録媒体を提供することができる。
更に、本発明の第１の態様の磁気記録媒体は、磁壁移動型の非晶質磁性膜の磁壁の移動を抑制するための磁壁移動制御層を備え得るので、非晶質磁性膜に、微小な記録磁区を所望のエッジ形状で形成できるとともに、エッジの位置を高精度に位置付けることができる。それゆえ、非晶質磁性膜に形成された記録磁区の揺らぎを低減でき、高密度記録された情報を確実に再生することができる。
本発明の第２の態様の磁気記録媒体は、非晶質膜のような磁壁移動型の磁性膜の中に酸素または窒素の少なくとも一方を有意の量で含ませることにより磁性膜中にピンニングサイトを分散させて形成しているので、磁性膜中の磁壁の移動が防止され、記録磁区を磁性膜の所望の位置に高精度に形成することができる。
また、微小な記録磁区であっても磁区のエッジを所望の形状にできるとともに、エッジ位置を高精度に位置付けることができるので、記録磁区の揺らぎを低減することができる。それゆえ超高密度に情報を記録することができるとともに、高密度記録された情報を確実に再生することができる。
また、希土類−鉄族元素からなるフェリ磁性体を用いて磁性膜を構成することにより、熱減磁や熱揺らぎの小さい、熱安定性に優れた磁気記録媒体を提供することができる。
本発明の第３及び第４の態様の製造方法によれば、磁性膜中に酸素及び窒素の少なくとも一方を所望の濃度で含有させることができるので、本発明の第２の態様に従う磁気記録媒体を製造する方法として極めて好適である。
本発明の第５の態様の磁気記録媒体は、磁性材料からなる磁性膜と、膜厚が１ｎｍ以下の非磁性材料からなる非磁性膜とを交互に積層した構造を有する情報記録膜を備えており、非磁性膜は膜面内でアイランド状に分散している。かかるアイランド状の非磁性膜はピンニングサイトとして機能するので、情報記録膜中の磁壁の移動が防止され、情報記録膜に形成した記録磁区を高精度に位置付け且つその位置を安定して維持することができる。
また、微小な記録磁区であっても磁区のエッジ形状を所望の形状にすることができるとともに、エッジ位置を高精度に位置付けることができるので、記録磁区の揺らぎを低減することができる。それゆえ超高密度に情報を記録することができるとともに、高密度記録された情報を確実に再生することができる。
本発明の磁気記録装置は、高保磁力を有する磁気記録媒体に確実に情報を記録することができるので、超高密度記録用の次世代磁気記録装置として極めて好適であり、４０Ｇｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ²（６．２０Ｇｂｉｔｓ／ｃｍ²）を超える面記録密度を実現することができる。

Claims (30)

1. 磁気ヘッドを用いて情報が再生される磁気記録媒体において、
   基板と；
   基板面に垂直な方向の磁化容易軸を有する情報記録用の非晶質磁性膜と；
   強磁性膜と；
   磁化回転型の磁性材料を用いて構成され、上記非晶質磁性膜に形成された磁壁の移動を抑制するための磁壁移動制御層とを備え、
   上記強磁性膜は、基板面に垂直な方向の磁化容易軸を有するとともに、上記非晶質磁性膜の飽和磁化よりも大きな飽和磁化を有し、上記非晶質磁性膜と接し且つ上記磁気ヘッドに対して上記非晶質磁性膜よりも近い側に形成されており、
   上記磁壁移動制御層は、Ｃｏ、Ｃｏの部分酸化物及びＣｏ−Ｃｒ合金のいずれか一種の材料を主体とし、これにＰｔ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｎｂ及びＴｉからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含む合金から構成されていることを特徴とする磁気記録媒体。
2. 磁気ヘッドを用いて情報が再生される磁気記録媒体において、
   基板と；
   基板面に垂直な方向の磁化容易軸を有する情報記録用の非晶質磁性膜と；
   強磁性膜と；
   磁化回転型の磁性材料を用いて構成され、上記非晶質磁性膜に形成された磁壁の移動を抑制するための磁壁移動制御層とを備え、
   上記強磁性膜は、基板面に垂直な方向の磁化容易軸を有するとともに、上記非晶質磁性膜の飽和磁化よりも大きな飽和磁化を有し且つ上記非晶質磁性膜と接して形成されており、
   上記強磁性膜と磁壁移動制御層との間に非晶質磁性膜が位置するとともに、上記磁気ヘッドに近い側に強磁性膜が位置し、磁気ヘッドに遠い側に磁壁移動制御層が位置するようにそれらが積層されていることを特徴とする磁気記録媒体。
3. 上記非晶質磁性膜は、鉄族元素と希土類元素とからなる合金から構成され、該鉄族元素がＦｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選ばれる少なくとも一種類の元素であり、該希土類元素がＴｂ、Ｇｄ、Ｄｙ及びＨｏからなる群から選ばれる少なくとも一種類の元素であることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気記録媒体。
4. 上記非晶質磁性膜はフェリ磁性材料を用いて構成され、該フェリ磁性材料は、鉄族元素を含み且つ鉄族元素の副格子磁化が優勢であることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気記録媒体。
5. 上記非晶質磁性膜は人工格子膜であり、該人工格子膜が、鉄族元素から構成される層と希土類元素から構成される層とを交互に積層した構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載の磁気記録媒体。
6. 上記鉄族元素は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選ばれる少なくとも一種類の元素であり、上記希土類元素はＴｂ、Ｇｄ、Ｄｙ及びＨｏからなる群から選ばれる少なくとも一種類の元素であることを特徴とする請求項５に記載の磁気記録媒体。
7. 上記鉄族元素から構成される層は複数の層から構成され、該複数の層は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選ばれる少なくとも２種類の元素から構成される２層膜であることを特徴とする請求項５に記載の磁気記録媒体。
8. 上記鉄族元素から構成される層が、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選ばれる少なくとも２種類の元素からなる合金から構成された薄膜であることを特徴とする請求項５に記載の磁気記録媒体。
9. 上記磁壁移動制御層は、Ｃｏ、Ｃｏの部分酸化物及びＣｏ−Ｃｒ合金のいずれか一種の材料を主体とし、これにＰｔ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｎｂ及びＴｉからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含む合金から構成されていることを特徴とする請求項２に記載の磁気記録媒体。
10. 上記非晶質磁性膜、強磁性膜及び磁壁移動制御層の磁化容易軸の向きが同じであることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気記録媒体。
11. 上記非晶質磁性膜、強磁性膜及び磁壁移動制御層の保磁力のうち、非晶質磁性膜の保磁力が最も大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気記録媒体。
12. 上記非晶質磁性膜、強磁性膜及び磁壁移動制御層の飽和磁化のうち、強磁性膜の飽和磁化が最も大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気記録媒体。
13. 上記強磁性膜と磁壁移動制御層との間に非晶質磁性膜が位置するとともに、上記磁気ヘッドに近い側に強磁性膜が位置し、磁気ヘッドに遠い側に磁壁移動制御層が位置するようにそれらが積層されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体。
14. 上記強磁性膜は、Ｃｏを主体とする合金、またはＣｏとＣｏの酸化物との混合物を主体とする磁性薄膜から構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気記録媒体。
15. 上記強磁性膜は、更に、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｓｉ及びＴｉからなる群から選ばれた少なくとも１種類の元素を含むことを特徴とする請求項１４に記載の磁気記録媒体。
16. 上記強磁性膜は、Ｃｏ、Ｎｉ及びＦｅからなる群から選ばれる少なくとも１種類の元素から構成される層と、Ｐｔ、Ｐｄ及びＲｈからなる群から選ばれる少なくとも１種類の元素から構成される層とを交互に積層した交互積層多層膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気記録媒体。
17. 上記強磁性膜は、Ｃｏ、Ｎｉ及びＦｅからなる群から選ばれる少なくとも１種類の元素とＰｔ、Ｐｄ及びＲｈからなる群から選ばれる少なくとも１種類の元素とから構成される合金層と、Ｐｔ、Ｐｄ及びＲｈからなる群から選ばれる少なくとも１種類の元素から構成される層とを交互に積層した交互積層多層膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気記録媒体。
18. 上記基板が、ガラス、樹脂及びＡｌ合金からなる群から選ばれた材料を用いて形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気記録媒体。
19. 上記基板の表面に凹凸のテクスチャを有することを特徴とする請求項１または２に記載の磁気記録媒体。
20. 上記テクスチャにより、情報記録時における記録磁区の磁壁の移動が抑制されることを特徴とする請求項１９に記載の磁気記録媒体。
21. 更に、カーボンからなる保護層を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気記録媒体。
22. 請求項１または２に記載の磁気記録媒体と、
    情報を記録または再生するための磁気ヘッドと、
    磁気記録媒体を駆動するための駆動装置とを備えることを特徴とする磁気記録装置。
23. 上記磁気ヘッドを用いて上記情報記録媒体に一定幅、一定長さの磁区を形成して情報の記録を行なうことを特徴とする請求項２２に記載の磁気記録装置。
24. 上記磁気ヘッドは、磁気フラックスの変化に応じて抵抗が変化する素子を備え、該素子を用いて情報を再生することを特徴とする請求項２２に記載の磁気記録装置。
25. 更に、磁気記録媒体に光を照射するための光ヘッドを備えることを特徴とする請求項２２に記載の磁気記録装置。
26. 情報記録時に上記光ヘッドにより磁気記録媒体に光を照射して加熱しつつ、上記磁気ヘッドにより磁界を印加して情報の記録または消去を行なうこと特徴とする請求項２５に記載の磁気記録装置。
27. 上記光ヘッドは、パルス状の光を磁気記録媒体に照射することを特徴とする請求項２６に記載の磁気記録装置。
28. 上記パルス状の光は一定幅のパルスから構成されるマルチパルスであることを特徴とする請求項２７に記載の磁気記録装置。
29. 上記磁気ヘッドは、上記パルス状の光に同期したパルス状の磁界を磁気記録媒体に印加することを特徴とする請求項２７に記載の磁気記録装置。
30. 磁気記録媒体のトラックに形成される記録磁区のトラック方向における幅が磁気ヘッドのギャップ幅よりも狭くなるように記録を行なうことを特徴とする請求項２２に記載の磁気記録装置。

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