JP3652976B2

JP3652976B2 - 垂直磁気記録媒体及びこれを用いた磁気記憶装置

Info

Publication number: JP3652976B2
Application number: JP2000296764A
Authority: JP
Inventors: 朋生山本; 一郎玉井; 石川　　晃
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2020-09-28
Also published as: US20040043258A1; US6638648B2; US6881504B2; US20020058161A1; JP2002109720A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ドラム、磁気テープ、磁気ディスク、磁気カード等の磁気記録媒体及び磁気記憶装置に係り、特に1平方インチあたり50ギガビット以上の超高密度記録に適した垂直磁気記録媒体、及びその磁気記録媒体を用いた磁気記憶装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のインターネットの普及により、パソコンの出荷台数の伸びと共に、磁気ディスク装置の需要が伸びている。インターネットへの接続はパソコンだけでなく、携帯端末からも可能であるが、携帯端末自体にさらなる利便性を追求するためには、磁気ディスク装置を内蔵させることが不可欠であり、将来的にはこちらの分野での需要も伸びることが予想される。また、テレビ放送のディジタル化を間近に控え、磁気ディスク装置を録画装置として用いる動きが本格化している。このように、磁気ディスク装置の利用分野は益々拡大しているが、ユーザからはさらなる小型・大容量化が求められている。
【０００３】
これまでの磁気ディスク装置では、面内記録方式が採用されてきた。面内記録では、記録する磁化の方向は面内で、かつ、隣接する磁化は逆極性となる。このため、隣接する記録ビットの間では、静磁気的エネルギーを小さくするため、磁化遷移領域が形成される。この磁化遷移領域の幅が大きいと、ノイズが増大する原因となるため、これを小さくするためには、磁性膜の薄膜化と磁性結晶粒径の微細化が有効とされている。したがって、面内記録媒体の高記録密度化に対するアプローチは、記録ビットを構成する微小磁石の体積を如何にして小さくするかを主眼としている。しかし、今後のさらなる高記録密度化に対しては、面内記録媒体は物理的限界によって対応が困難であるとの見方が強い。すなわち、面内記録媒体は、記録ビットを構成する微小磁石の微細化に伴う磁化の熱揺らぎ現象によって、記録情報を保存するという基本的性能に問題を生じるであろうと考えられている。
【０００４】
以上の理由から、最近になって、垂直磁気記録媒体が再度見直されてきている。垂直記録では記録磁化の方向が膜面に対して垂直であり、隣接する記録ビット間に強いチャージが存在しないため、磁化遷移領域幅が面内媒体ほど大きくなることはない。このため、さらなる磁気ディスク装置の高密度化を見据えて、垂直磁気記録方式の可能性に対して期待が高まってきている。
【０００５】
垂直磁気記録媒体は大別して、単層垂直媒体と二層垂直媒体とがある。二層垂直媒体は情報を保存するための磁性膜と基板との間に軟磁性膜を設けてあり、両者の違いはこの軟磁性膜があるかないかの違いである。それぞれの媒体にメリット、デメリットはあるが、現在では二層垂直媒体と単磁極ヘッドを組み合わせる方式が最も有望とされている。
【０００６】
現実問題として、垂直磁気記録媒体においても、磁化の熱揺らぎにより再生出力が減少する問題がある。この課題を解決するためには、六方稠密（h.c.p.）構造を有するCoを主成分とした磁性膜に関し、磁化容易軸（c軸）の垂直配向性を高めることが重要となる。
【０００７】
従来の垂直媒体では、垂直配向性を高めるため、基板と磁性膜との間に非磁性で、かつ、h.c.p.構造を有する下地膜を設ける技術が提案されている。例えば、TiCr下地膜（Journal of Magnetism and Magnetic Materials，193，pp.253-257(1999)）はこれに該当する。TiCr下地膜の主成分はTiであり、Crを20at.%以下添加したものである。この下地膜のc軸を膜面に対して垂直となるように結晶成長させ、この上に磁性膜をヘテロエピタキシャル成長させることで、磁性膜の磁化容易軸の垂直配向性が高められる。非磁性h.c.p.下地膜の他にも、Ptからなる下地膜を設けた技術も提案されている（日本応用磁気学会誌，24，pp.267-270(2000)）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
垂直磁気記録媒体の熱揺らぎ対策には、磁化容易軸の垂直配向性を高めるだけでなく、同時に角型比を少なくとも0.9以上に高めることが重要である。角型比はVSM測定によりM-HループにおけるMr/Msから求める方法と、カー効果測定により求める方法の二つの手法がある。前述のTiCr下地膜は垂直配向性の観点からはある程度満足したものが得られるが、角型比が小さいため、熱揺らぎの影響が大きく、再生出力が減少してしまう。一方、Pt下地膜に関しては、Pt下地膜の(111)配向は強いが、磁性膜の結晶格子との大きさが異なることから、格子間の整合性が悪く、垂直配向性が期待するほど改善されないといった問題がある。
【０００９】
さらに、垂直磁気記録媒体の高記録密度化には、媒体ノイズの低減が重要な技術課題となる。低ノイズ化には磁性膜の結晶粒径を小さくすることが効果的である。磁性膜は下地膜上にヘテロエピタキシャル成長していることから、磁性膜の結晶粒径を微細化するためには、当然、下地膜の粒径を微細化することが重要な技術課題となる。
尚、我々の発明の媒体は従来媒体に比べて、複雑な層構成となるため、これまで述べてきた下地膜は便宜上これ以降、非磁性中間層と呼ぶことにする。
【００１０】
本発明の第一の目的は、磁化容易軸の膜面に対する垂直配向性を高めると同時に、磁性結晶粒を微細化する非磁性中間層を開発し、これにより、低ノイズ性と耐熱揺らぎ性を兼ね備えた垂直磁気記録媒体を提供することである。
本発明の第二の目的は、この磁気記録媒体の性能を充分に活かし、1平方インチあたり50ギガビット以上の記録密度を有する磁気記憶装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記第一の目的は、非磁性中間層、磁気記録層を順次形成する垂直磁気記録媒体において、非磁性中間層を面心立方構造を有しPtを除く非磁性元素を含有する層、具体的にはAl，Cu，Rh，Pd，Ag，Ir，Auの群から選ばれる少なくとも一種の元素を主たる成分とし、かつ、面心立方（f.c.c.）構造を有する膜で構成し、磁気記録層は少なくともCoとCrとPtとを含有し、かつ、六方稠密（h.c.p.）構造を有する膜で構成することによって達成される。
【００１２】
f.c.c.構造を有する膜が、膜面に対して垂直に[111]が成長した場合、膜面内には(111)が成長することになる。一方、h.c.p.構造を有する膜が、膜面に対して垂直に[0001]が成長した場合、膜面内は(00.1)となる。図2に示すように、f.c.c.(111)とh.c.p.(00.1)の原子の並びは同様な最密充填面である。それぞれの膜の結晶成長の過程を、原子層のオーダーで詳細に見ていくと、最初の第1原子層（A面）、その上に成長する第2原子層（B面）まではf.c.c.とh.c.p.で違いはない。第2原子層の上に成長する第3原子面において、h.c.p.は第1原子層の原子と同じ位置に重なるように第3原子層の原子が配列する。すなわち、h.c.p.[0001]方向に垂直な原子面の並びとしては、A面、B面、A面、B面、…の繰り返しとなる。一方、f.c.c.の第3原子層は第1原子層、第2原子層の原子位置と重ならない新たな配列の面となる（C面）。第3原子層の上に積層した第4原子層は、第1原子層と同じ原子配列の面となるため、f.c.c.[111]方向に垂直な原子面の並びとしては、A面、B面、C面、A面、B面、C面…の繰り返しとなる。以上のことから、膜面に対して垂直に[0001]が配向したh.c.p.と、[111]が配向したf.c.c.では上述した違いがあるだけで、ある任意の層だけを取り出せば、同様な最密充填構造を有する原子配列の面となる。
【００１３】
したがって、f.c.c.(111)とh.c.p.(00.1)は同様な最密充填面であることから、f.c.c.(111)上にh.c.p.(00.1)がヘテロエピタキシャル成長すると考えられる。すなわち、f.c.c.構造を有する元素としてはAl，Cu，Rh，Pd，Ag，Ir，Pt，Auがあり、これらの元素が(111)配向すれば、磁気記録層の磁化容易軸を垂直に配向させることができる。f.c.c.を有する膜をスパッタリング等で形成した場合、一般に最密充填面が面内に配向する、すなわち、(111)配向が容易に得られるため、磁気記録層の垂直配向も容易に得られることになる。
【００１４】
Al，Cu，Rh，Pd，Ag，Ir，Pt，Auの(111)とCoの(00.1)との格子整合性は、最隣接原子間距離に依存する。最隣接原子間距離とは図3に示すように、隣接する原子の中心位置の距離である。h.c.p.構造を有する磁気記録層の(00.1)が膜面と平行になる配向性を強くするためには、Coの最隣接原子間距離に近いf.c.c.構造を有する中間層を見付けることが重要となる。h.c.p.とf.c.c.における最隣接原子間距離は図4に示すように、それぞれa軸長（h.c.p.）、√2・a/2（f.c.c.）となる。表1にf.c.c.構造を有する元素の√2・a/2を示すが、Coのa軸（0.2506nm）に対して、Cuの√2・a/2は0.2556nmと最も近い値である。実際の磁性膜にはCoにPt等の元素を添加したものを用いることが一般的であるが、この場合、磁性膜の最隣接原子間距離は伸長するため、Cuの最隣接原子間距離にほぼ一致することになる。したがって、Al，Cu，Rh，Pd，Ag，Ir，Pt，Auの中では、磁気記録層の配向性を高める上でCuが最も好ましいことになる。
【００１５】
【表１】

【００１６】
一方、Al，Cu，Rh，Pd，Ag，Ir，Pt，Auのうち、Ptは軟磁性層との相性が悪く、好ましくない。我々の検討によると、軟磁性層に隣接してf.c.c.構造を有する非磁性中間層を設けることが、磁気記録層の配向性を高める上で重要であることがわかった。一般的に、軟磁性層にはCo、もしくはFeが含まれている。軟磁性層の磁区制御を行うためには媒体の熱処理を必要とする場合があるが、その際、軟磁性層とPt非磁性中間層との界面で拡散が起こり、軟磁性層の表面層が高保磁力化する。これは、永久磁石材料として良く知られているCo-Pt、もしくはFe-Ptと同様な構造が界面で形成されたことによるものと考えられる。また、軟磁性層の磁区制御に熱処理を必要としない場合にも、スパッタリングによってPt非磁性中間層を形成すると、スパッタリング粒子のエネルギーによっては軟磁性層との界面においてミキシングが起こり、高保磁力化を生じる原因となる。軟磁性層の高保磁力化は、媒体ノイズを大きくするため好ましくない。さらに、軟磁性層を設けない場合においても、同様な現象が生ずる。f.c.c.構造を有する非磁性中間層の上層には、非磁性h.c.p.中間層か、もしくは直接磁気記録層が形成されるが、どちらの層においてもCoが含まれる。したがって、これらの層に含まれるCoとPt中間層との界面で拡散が起こり、様々な問題を引き起こす。以上のことから、Ptはf.c.c.構造を有しているが、除外する必要があり、非磁性中間層を構成する元素としてはAl，Cu，Rh，Pd，Ag，Ir，Auから選択することが重要である。
【００１７】
磁気記録層に添加する元素の種類によっては、磁気記録層が有する最隣接原子間距離が著しく大きくなる場合もあり、その場合にはそれに応じた格子サイズを有する非磁性中間層の元素を選択する必要がある。また、これまで述べてきたような結晶学的観点のみを考慮して元素を選択するのではなく、化学的安定性も考慮して、Al，Cu，Rh，Pd，Ag，Ir，Auの群から選ばれた少なくとも一種を選択することが重要である。これらの元素を複数選択し、合金化しても構わないが、その場合にはその合金の結晶構造がf.c.c.であることが重要である。
【００１８】
Cu非磁性中間層の結晶粒径の微細化について検討した。スパッタリングにより形成する膜の結晶粒径を制御する上では、その膜を構成する元素の融点が重要な要素となる。表1に示すように、Cuの融点は1085℃であり、それ程高いとは言えない。一般に、融点が低い場合には、スパッタリング粒子が基板に付着した後の移動度が高いため、結晶粒は肥大化する傾向にある。結晶粒の肥大化は媒体ノイズの増加を招くため、結晶粒はある程度微細化する必要がある。Cu非磁性中間層の結晶粒を微細化するためには、V，Cr，Nb，Mo，Ta，Wから選ばれた少なくとも1種の元素を0.5at.%以上、30at.%以下添加することが好ましい。
【００１９】
V，Cr，Nb，Mo，Ta，Wの融点はそれぞれ1905℃，1875℃，2468℃，2615℃，2998℃，3380℃であり、Cuに比べて融点が高い。これらの相対的に高融点である元素を0.5at.%以上、30at.%以下添加することで、Cu結晶粒の肥大化を阻害できる。また、これらの添加元素は単体ではすべて体心立方（b.c.c.）構造を有する元素であり、Cuとの二元状態図を調べると二相分離系である。一般に、二相分離系となる元素の添加は、結晶粒径の微細化に対して効果があり、相図の観点からも微細化に有効であると考えられる。
【００２０】
本発明の媒体に用いる軟磁性層の材料は特に限定しない。本発明のポイントは軟磁性層上にCu等の前記非磁性中間層を設けることで、磁気記録層の結晶配向性を制御する点であり、この効果は軟磁性層の材料によって失われるものではない。本発明の検討において、FeNi，CoTaZr，FeTaC等の軟磁性層を用いたが、Cu等の非磁性中間層が磁気記録層の結晶配向性を高める効果に変わりはなかった。
【００２１】
特開平6-76260号公報には、Cu非磁性中間層を用いた技術が開示されている。この公知例では、軟磁性層はCu中間層と磁気記録層との間に設けられているが、これに対し本発明では、軟磁性層は基板とCu中間層との間に設けており、この点において大きく異なる。我々の検討によると、軟磁性層の上に磁気記録層を直接積層すると、二つの層が磁気的に結合してしまい、磁気記録層の保磁力を低下させる原因となることが明らかとなった。そのため、軟磁性層と磁気記録層との間には、非磁性からなる中間層を設けることが重要であるとの結論に達した。すなわち、Cu非磁性中間層には、磁気記録層の結晶配向性を制御するという機能の他に、軟磁性層と磁気記録層の磁気的結合を切るという付加機能があり、特開平6-76260号公報から本発明を類推することはできない。媒体の層構成が違えば、全く異なる性質を持ったものとなる。さらに、特開平6-76260号公報は磁性膜にCoPtBOを用いており、本発明のようにCrが含まれていない。我々の検討結果によると、媒体の高保磁力化、及び低ノイズ化にはCr添加が必須であるため、この点においても公知例と相違がある。
【００２２】
磁気記録層はCoを主成分とし、少なくともCrを15at.%以上、25at.%以下、及び、Ptを10at.%以上、20at.%以下含むことが媒体を高保磁力化、かつ、低ノイズ化を実現する上で重要である。さらに低ノイズ化のためにB，Ti，Nb，Taを添加する場合、これらの元素の合計濃度を8at.%以下とすることが、磁性膜の非磁性化を防止する上で重要である。磁性膜組成のうち、少なくともCoは62at.%以上である必要がある。Co濃度が62at.%以下となると残留磁束密度の低下が著しく、媒体から漏洩する磁束が減少し、磁気ヘッドでの信号の読み出しが困難となる。
【００２３】
Cu等の前記した非磁性f.c.c.中間層と磁気記録層との間に、少なくともCoとCrを含み、かつ、該Crの添加濃度を28at.%以上、45at.%以下とした非磁性h.c.p.中間層を設けることが、高保磁力化と角型比を高める上で好ましい。角型比を高めることは、熱揺らぎの影響による再生出力の経時的減少を抑制する効果がある。Cu等の前記非磁性f.c.c.中間層の(111)と磁気記録層の(00.1)は、同様な最密充填構造を有する原子配列ではあるが、f.c.c.とh.c.p.という異種の結晶構造であるため、その界面ではヘテロエピタキシャル成長において多少の乱れが生じる。そのため、磁気記録層と同じh.c.p.構造を有し、かつ、非磁性である第二の中間層を設けることで、さらに磁気記録層の結晶配向性を高めることができる。CoとCrからなる非磁性中間層を用いる場合、中間層をh.c.p.構造を保ったまま非磁性化するために、Crの添加濃度を28at.%以上、45at.%以下とする必要がある。
【００２４】
非磁性中間層の膜厚は0.3nm以上、25nm以下とする必要がある。Cu等の前記非磁性f.c.c.中間層と非磁性h.c.p.中間層の二層構造とした場合には、合計の膜厚がこの範囲内である必要がある。膜厚が0.3nm以下では中間層自体を安定した結晶膜として形成できない、また、生産管理が難しいといったことから好ましくない。一方、25nmを越える厚さでは、軟磁性層と磁気記録層とスペーシングロスが大きくなってしまい、記録磁界を急峻にして、媒体に形成される磁化遷移領域幅を狭くすることができなくなる。すなわち、高密度記録化が実現できなくなる。軟磁性層を設ける重要なポイントのひとつが、記録磁界を引き込み、記録磁界を急峻にすることであり、本来の目的を達成するためにも、中間層の厚さは合計でも25nm以下とする必要がある。
【００２５】
上記第二の目的を達成するためには、磁気記録媒体と、磁気記録媒体を記録方向に駆動する駆動部と、記録部と再生部からなる磁気ヘッドと、磁気ヘッドを磁気記録媒体に対して相対的に運動させる手段と、磁気ヘッドに対する入力信号及び出力信号を波形処理する記録再生信号処理手段とを含む磁気記憶装置に、記録媒体として上記本発明の垂直磁気記録媒体を用いる。本発明の磁気記憶装置は、1平方インチあたり50ギガビット以上の記録密度を達成することができる。このとき、垂直磁気記録媒体として軟磁性層を備えない本発明による単層垂直媒体を用い、磁気ヘッドとして記録部をリングヘッドで構成した磁気ヘッドを用いることができる。また、垂直磁気記録媒体として軟磁性層を備える本発明による二層垂直媒体を用い、磁気ヘッドとして記録部を単磁極ヘッドで構成した磁気ヘッドを用いることができる。磁気ヘッドの再生部は磁気抵抗効果型の素子で構成するのが好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
〔実施例１〕
本発明による磁気記録媒体の一実施例の断面図を図1に示す。本実施例の磁気記録媒体の基本的な層構成は次の通りである。外径65mmφのガラス基板10上に、Co-10at.%Ta-2at.%Zr軟磁性層11，11’を200nm形成する。次いで、Cu非磁性中間層12，12’を5nm形成し、Co-40at.%Cr非磁性中間層13，13’を15nm設ける。Co-21at.%Cr-14at.%Pt-4at.%B磁気記録層14，14’を25nm設けた後、最後にC保護膜15，15’を5nm形成し、潤滑剤を塗布した。ここで、各層の組成の記載方法について説明すると、各元素の前に付した数字はその元素の原子濃度を示す。本実施例では、各層を全てDCマグネトロンスパッタリング法で作製した。基本的なスパッタリング条件は、Arガス圧力：0.27Pa、投入電力密度：39.5kW/m²とした。
比較例1として、上記実施例1においてCu非磁性中間層12，12’を設けない以外は実施例1の媒体と同様の媒体を作製した。
【００２７】
実施例1の媒体と比較例1の媒体について、X線回折法（θ-2θ）を用いて結晶配向性を調べた結果を図5に示す。実施例1の媒体の方がCoCrPtB磁性膜の(00.2)回折強度が強いことがわかる。但し、CoCrPtB(00.2)のピーク位置はCu(111)のピーク位置に近いことから、ガラス基板上にCo-10at.%Ta-2at.%Zr軟磁性層を200nm、Cu非磁性中間層を5nm形成した試料（Cu止め試料）を作製し、これとの対比も行った。Cu止め試料から求められるCu(111)強度を実施例1の媒体から差し引いても、比較例1に比べてCoCrPtB(00.2)強度は充分に強いことがわかる。また、CoCr中間層は(00.2)の面間隔が狭いため、Cu(111)よりも高角側にピークが現れる。実施例1ではCoCr中間層の(00.2)ピークが認められるのに対し、比較例1では認められない。これはCu中間層が存在することによって、CoCr非磁性中間層についても(00.2)配向が強まったことを示唆している。以上のことから、f.c.c.構造を有するCu(111)が、h.c.p.構造を有するCoCrPtB磁気記録層やCoCr中間層の(00.1)配向性を高めることを証明できた。
なお、本実施例では、非磁性中間層としてCuを用いた例を示したが、Al，Rh，Pd，Ag，Ir，Auを用いた場合にも、Cuと同様に磁気記録層の(00.1)配向性が高まることを確認した。
【００２８】
〔実施例２〕
実施例2-1の磁気記録媒体の層構成について、図1を用いて説明する。外径65mmφのガラス基板10上に、Co-10at.%Ta-2at.%Zr軟磁性層11，11’を200nm形成する。次いで、Cu非磁性中間層12，12’を10nm形成し、Co-40at.%Cr非磁性中間層13，13’を15nm設ける。Co-19at.%Cr-10at.%Pt-5at.%B磁気記録層14，14’を25nm設けた後、最後にC保護膜15，15’を5nm形成し、潤滑剤を塗布した。また、実施例2-2の媒体として、上記実施例2-1の媒体においてCo-40at.%Cr非磁性中間層を設けない媒体を作製した。
【００２９】
比較例2-1の媒体として、上記実施例2-1の媒体において、Cu非磁性中間層の代わりにTi-10at.%Cr非磁性中間層を設けた以外は実施例2-1の媒体と同じ媒体を作製した。さらに、比較例2-2の媒体として、上記実施例2-1の媒体において、Cu非磁性中間層の代わりにPt非磁性中間層を設けた媒体を作製した。
本実施例の媒体と比較例の媒体について、カー効果を利用した装置を用いて測定した保磁力と角型比を表2に示す。
【００３０】
【表２】

【００３１】
1平方インチあたり50ギガビット以上の超高密度記録を実現するためには、保磁力は238.7kA/m以上とする必要がある。また、熱揺らぎの影響による再生出力の低下を防ぐためには、角型比は少なくとも0.9以上とする必要がある。実施例2-1，2-2は保磁力、角型比共にこの基準を満たしている。しかし、実施例2-1と2-2の比較から、実施例2-2の媒体はCoCr非磁性中間層がないことで、保磁力、角型比共に実施例2-1の媒体より若干特性が劣化することがわかった。一方、比較例2-1，2-2の媒体は保磁力、角型比共に基準を満たしていない。TiCr非磁性中間層を用いた比較例2-1は、垂直配向性の観点からはある程度満足したものが得られたことで、保磁力は若干劣る程度であったが、角型比は著しく小さい。Pt非磁性中間層を用いた比較例2-2に関しては、Pt (111)配向性は強いが、磁気記録層との結晶格子とのミスマッチから、磁気記録層の垂直配向性があまり改善されなかったため、保磁力、角型比共に低い値となったと考えられる。さらに、Ptに関しては、その上下に配置される軟磁性層や非磁性h.c.p.との相性に問題があり、加熱処理等を施した場合に不安があるため、好ましくない。
【００３２】
〔実施例３〕
本実施例ではCu非磁性中間層に、b.c.c.構造を有する元素を添加することによる低ノイズ化に関する検討を行った。実施例1の構造の媒体において、Cu非磁性中間層にCrを濃度を変化させて添加したときの媒体ノイズの変化を図6に示す。媒体ノイズの測定に当たり、単磁極ヘッドを用いて記録密度500kFCIで信号を記録し、浮上高さ40nm以下で安定浮上させたGMRヘッドを用いて再生した。図6のグラフには、媒体ノイズの変化を、Crを全く添加しない試料を1とする相対変化で示した。
【００３３】
図6から、Cr添加濃度が0.5at.%以上、30at.%以下の領域において、媒体ノイズが低下する現象が認められる。Cr濃度を0.5at.%以下とした場合には、非磁性中間層の結晶粒径の微細化に効果がない。一方、30at.%を越える領域では、Crがb.c.c.構造を有する結晶粒として非磁性中間層中に存在し、磁気記録層の垂直配向性を乱してしまったと考えられる。CuとCr等のb.c.c.構造を有する元素の二元状態図は、二相分離系にあるため、多量のb.c.c.元素の添加は磁気記録層の配向性を乱す結果となった。
【００３４】
次に、b.c.c.元素の種類を変えて媒体ノイズの変化を調べた結果を表3に示す。このとき、b.c.c.元素の添加濃度は15at.%一定とした。媒体ノイズの減少効果にばらつきはあるものの、V，Cr，Nb，Mo，Ta，Wのいずれの元素を添加しても媒体ノイズが低下することを確認した。Cr以外の元素についても、その最適な添加濃度は0.5at.%以上、30at.%以下とほぼ同じであった。尚、Cuに対してb.c.c.構造を有する元素を複数選択して添加しても構わない。この場合には、V，Cr，Nb，Mo，Ta，Wから選ばれた添加元素の合計を0.5at.%以上、30at.%以下とすれば良い。
【００３５】
【表３】

【００３６】
〔実施例４〕
本実施例では、中間層の膜厚に関する検討を行った。本実施例で検討した媒体の構成を図1を用いて説明する。外径65mmφのガラス基板10上に、Fe-8at.%Ta-12at.%C軟磁性層11，11’を400nm形成する。次いで、Cu-15at.%Nb非磁性中間層12，12’の膜厚を変えて形成し、Co-35at.%Cr非磁性中間層13，13’を0nm、もしくは10nm設ける。Co-21at.%Cr-12at.%Pt-2at.%Ta磁気記録層14，14’を25nm設けた後、最後にC保護膜15，15’を5nm形成し、潤滑剤を塗布した。
【００３７】
図7に示すように、CoCr中間層の厚さを0nm，10nmとしたいずれの媒体も、CuNb非磁性中間層の膜厚の増加と共に保磁力と角型比が増加している。磁気特性の観点からは、中間層の厚さは0.3nm以上とすることが好ましいことがわかった。膜厚が0.3nm以下ではスパッタリングにおける放電の安定性、中間層の結晶性が悪くなるため好ましくない。一方、中間層の膜厚の上限は再生出力の低下によって制限される。CoCr中間層の膜厚を0nm、CuNb中間層の膜厚を0nmとしたときの再生出力を1として、非磁性中間層の膜厚を変えたときの再生出力の大きさを相対的な値で表した結果を表4に示す。信号は、単磁極ヘッドを用いて記録密度500kFCIで記録し、浮上高さ40nm以下で安定浮上させたGMRヘッドを用いて再生した。
【００３８】
【表４】

【００３９】
再生出力の低下は0.85まで許容できるが、それ以上の低下は後段の回路によって信号処理を行う上で好ましくない。表４から、CoCr中間層を0nmとした場合には、CuNb非磁性中間層は25nm、CoCr中間層を10nmとした場合には、CuNb非磁性中間層は15nmまでが許容範囲であることがわかる。すなわち、CoCr中間層とCuNb非磁性中間層の合計の膜厚が、25nm以下であることが重要である。これは、中間層の総厚が25nmを越えると、軟磁性層と磁気記録層とスペーシングロスが大きくなってしまい、軟磁性層からの漏洩磁束が磁気ヘッドに誘導されなくなってしまうことに起因する。また、軟磁性層と磁気記録層とスペーシングロスが大きくなると、記録磁界を急峻にして、媒体に形成される磁化遷移領域幅を狭くすることができなくなり、高密度記録ができなくなるといった問題もある。
【００４０】
〔実施例５〕
本発明による垂直磁気記録媒体を用いた磁気記憶装置の一例の上面図を図8(a)に、そのAA'線断面図を図8(b)に略示する。垂直磁気記録媒体80は、磁気記録媒体駆動部81に連結する保持具によって保持され、垂直磁気記録媒体80のそれぞれの面に対向して、磁気ヘッド82が配置される。磁気ヘッド82の記録部は単磁極ヘッドで構成され、再生部はGMRやTMR等の磁気抵抗効果型の素子で構成される。また、磁気ヘッド82は浮上高さ40nm以下で安定低浮上させ、さらに0.5μm以下のヘッド位置決め精度で所望のトラックに磁気ヘッド駆動部83により駆動される。
【００４１】
図9は、単磁極ヘッドによる垂直磁気記録媒体への磁気記録の様子を示す断面模式図である。垂直磁気記録媒体80は、前記実施例にて説明した、基板85上に軟磁性層86、非磁性中間層87、磁気記録層88を形成した媒体である。非磁性中間層87は、２層構造の非磁性中間層であっても、単層の非磁性中間層であってもよい。また、磁気ヘッド82は、基板91上に形成された下部シールド層92と上部シールド層94とで磁気抵抗効果素子93を挟んでなる再生部と、主磁極97、補助磁極95及びコイル96からなる単磁極ヘッド（記録部）を備える。
【００４２】
記録時、単磁極ヘッドの主磁極97から媒体80に向かって記録磁界98が発生され、その磁束は垂直磁気記録媒体80の磁気記録層88及びその下の軟磁性層86を通って補助磁極95に戻る。単磁極ヘッドは、このように主磁極97と軟磁性層86とで媒体の磁気記録層88を挟んで、主磁極97から軟磁性層86へ向かう磁束によって磁気記録層88に記録磁化99を形成して磁気記録を行うものである。
【００４３】
リングヘッドが上部磁極から下部磁極へ環流する磁束の垂直成分を使用して記録するのに対し、単磁極ヘッドはほぼ垂直成分だけからなる磁束を発生することができる。したがって、リングヘッドより単磁極ヘッドの方が強い垂直方向の記録磁界が得られる。発生した磁束は必ずどこかへ環流しなければならないので、磁束が戻るための補助磁極95が設けられているが、軟磁性層86から補助磁極95へ戻る磁束によっては記録は行われない。その理由は、磁束が吸い込まれる補助磁極95の面積は、磁束が出て行く主磁極97の面積よりも大きいので、軟磁性層86から補助磁極96へ戻る磁束の磁界の強さ（磁束密度）は主磁極97から軟磁性層86へ流れる磁束の磁束密度よりも小さくなり、補助磁極95に戻る磁界によっては磁気記録層88の磁化反転が生じないためである。
【００４４】
磁気ヘッド82の磁気抵抗効果素子93によって再生された信号は、記録再生信号処理系84によって波形処理される。記録再生信号処理系84は増幅器、アナログ等化器、ADコンバータ、ディジタル等化器、最尤復号器等で構成されている。磁気抵抗効果を利用したヘッドの再生波形は、ヘッドの特性により正と負の大きさが非対称となったり、記録再生系の周波数特性の影響を受けたりして、記録した信号とは異なった信号に読み誤られることがある。アナログ等化器は再生波形を整えて、これを修復する機能を有する。この修復された波形はADコンバータを通してディジタル変換され、ディジタル等化器によってさらに波形を整えられる。最後に、この修復された信号を最尤復号器によって、最も確からしいデータに復調する。以上の構成の再生信号処理系によって、極めて低いエラーレートで信号の記録再生が行われる。尚、等化器や最尤復号器は既存のものを用いても構わない。
【００４５】
以上の装置構成にすることによって、1平方インチあたりの記録密度を50ギガビット以上に対応することができ、従来の磁気記憶装置に比べ3倍以上の記憶容量を持った高密度磁気記憶装置を実現することができた。
また、本発明による単層垂直磁気記録媒体とリングヘッドとを組み合わせた磁気記憶装置を作成した。磁気記憶装置の構造は、垂直磁気記録媒体が軟磁性層と有しないことと、磁気ヘッドの記録部としてリングヘッドを用いたこと以外、図8と同様である。
【００４６】
図10は、リングヘッドによる垂直磁気記録媒体への磁気記録の様子を示す断面模式図である。垂直磁気記録媒体100は、基板85上に非磁性中間層87、磁気記録層88を形成した媒体であり、軟磁性層が無いことを除いて、非磁性中間層87や磁気記録層88の成膜法、材料、膜厚等は、前記実施例にて説明した媒体の場合と同様である。非磁性中間層87は、２層構造の非磁性中間層であっても、単層の非磁性中間層であってもよい。また、磁気ヘッド110は、基板91上に形成された下部シールド層92と上部シールド層94とで磁気抵抗効果素子93を挟んでなる再生部と、上部磁極107、下部磁極105及びコイル106からなるリングヘッド（記録部）を備える。リングヘッドは、上部磁極107から下部磁極105へ環流する記録磁界108の垂直成分を用いて磁気記録層88に記録磁化109を形成して垂直記録を行う。そのため、単磁極ヘッドに比較すると弱い記録磁界しか得られないが、二層媒体を使用する必要が無いので軟磁性層に起因するノイズの問題は回避できる。
【００４７】
磁気ヘッド82の磁気抵抗効果素子93によって再生された信号は、前記と同様に記録再生信号処理系84によって波形処理した。以上の装置構成にすることによって、1平方インチあたりの記録密度を50ギガビット以上に対応することができたが、単磁極ヘッドを用いた装置構成に比べて若干Ｓ／Ｎ比は劣っていた。
【００４８】
以上の実施例では、ディスク状の磁気記録媒体とそれを用いた磁気記憶装置について例を述べてきたが、本発明は片面のみに磁気記録層を有するテープ状、カード状の磁気記録媒体、及びそれら磁気記録媒体を用いた磁気記憶装置にも適用できることは言うまでもない。
さらに、磁気記録媒体の作製方法に関してもDCマグネトロンスパッタリング法に限らず、ECRスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、真空蒸着法、プラズマCVD法、塗布法、メッキ法等如何なる手法を用いても構わない。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によると、面心立方構造を有する非磁性中間層の上に磁気記録層を形成することにより、高保磁力、低ノイズで、しかも熱揺らぎの影響が小さな媒体を実現できる。さらに、非磁性中間層と磁気記録層との間に、非磁性h.c.p.中間層を設けることで、磁気記録層の垂直配向性をより高めることができる。また、この垂直磁気記録媒体と、記録部を単磁極ヘッドで構成し、かつ、再生部をGMRやTMR等の磁気抵抗効果型の素子で構成した磁気抵抗効果を利用した再生専用の素子を有する磁気ヘッドとを組み合わせることによって、1平方インチあたり50ギガビット以上の記録密度を有する磁気記憶装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による垂直磁気記録媒体の一例の断面模式図。
【図２】 h.c.p.構造とf.c.c.構造における原子の並びを示す図。
【図３】最密充填面における最隣接原子間距離を説明する図。
【図４】 h.c.p.構造とf.c.c.構造における最隣接原子間距離を示す図。
【図５】 Cu非磁性中間層の有無による結晶配向性の違いを示す図。
【図６】 Cu非磁性中間層に添加するCr濃度を変えたときの媒体ノイズの変化を示す図。
【図７】非磁性中間層の膜厚を変えたときの保磁力と角型比の変化を示す図。
【図８】磁気記憶装置の構造の一例を示す模式図。
【図９】単磁極ヘッドによる垂直磁気記録媒体への磁気記録の様子を示す断面模式図。
【図１０】リングヘッドによる垂直磁気記録媒体への磁気記録の様子を示す断面模式図。
【符号の説明】
10…基板、11，11’…軟磁性層、12，12’…Cu非磁性中間層、13，13’…非磁性h.c.p.中間層、14，14’…磁気記録層、15，15’…保護膜、80…垂直磁気記録媒体、81…磁気記録媒体駆動部、82…磁気ヘッド、83…磁気ヘッド駆動部、84…記録再生信号処理系、85…基板、86…軟磁性層、87…非磁性中間層、88…磁気記録層、91…基板、92…下部シールド層、93磁気抵抗効果素子…、94…上部シールド層、95…補助磁極、96…コイル、97…主磁極、98…記録磁界、99…記録磁化、100…垂直磁気記録媒体、105…下部磁極、106…コイル、107…上部磁極、108…記録磁界、109…記録磁化、110…磁気ヘッド

Claims

基板と、
前記基板上に形成された軟磁性層と、
前記軟磁性層上に形成され、面心立方構造を有し、 Cu を主成分とし、 Cr ， Nb ， Mo ， Ta ， W から選ばれる少なくとも１種の添加元素とを含有する第１の非磁性中間層と、
前記第１の中間層上に形成された少なくともCoとCrとPtとを含有し、かつ、六方稠密構造を有する磁気記録層とを備えることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
前記添加元素の合計は、0.5at.%以上、30at.%以下であることを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録媒体。
請求項１項記載の垂直磁気記録媒体において、前記第１の非磁性中間層は(111)配向していることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
請求項１記載の垂直磁気記録媒体において、前記第１の非磁性中間層と磁気記録層との間に、六方稠密構造を有する非磁性の第２の中間層が設けられていることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
請求項１記載の垂直磁気記録媒体において、前記第１の非磁性中間層と磁気記録層との間に、28at.%以上、45at.%以下のCrが添加されたCoを主成分とする第２の中間層が設けられていることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
垂直磁気記録媒体と、前記垂直磁気記録媒体を駆動する駆動部と、再生部および単磁極ヘッドを有する記録部を備えた磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを前記垂直磁気記録媒体に対して相対的に運動させる手段と、前記磁気ヘッドへの入力信号または前記磁気ヘッドからの出力信号を波形処理する信号処理手段とを備え、
前記垂直磁気記録媒体は、基板上に形成された軟磁性層と、前記軟磁性層上に形成され、面心立方構造を有し、 Cu を主成分とし、 Cr ， Nb ， Mo ， Ta ， W から選ばれる少なくとも１種の添加元素とを含有する第１の非磁性中間層と、前記第１の中間層上に形成された少なくとも Co と Cr と Pt とを含有し、かつ、六方稠密構造を有する磁気記録層とを備えること
を特徴とする磁気記憶装置。
前記垂直磁気記録媒体は、該第１の非磁性中間層と該磁気記録層との間に六方稠密構造を有する非磁性の第２の中間層を有することを特徴とする請求項６記載の磁気記憶装置。