JP3653039B2 - 磁気記録再生装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、再生ノイズが小さく高密度磁気記録に好適な垂直磁気記録媒体及び磁気記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、実用的に用いられている磁気記録方式は、磁気記録媒体面に平行に、かつ磁極のＮ極とＮ極、Ｓ極とＳ極を互いに突き合わせる方向に磁化して磁気記録を行う面内磁気記録方式である。面内磁気記録において記録密度を上げるには、記録時の反磁界の影響を減少するために記録媒体である磁性膜の膜厚を薄くし、保磁力を増大する必要がある。また磁性膜の磁化容易軸を基板面に平行に配向させる必要がある。さらに望ましくは、磁化容易軸を一様な方向に配向させる。
【０００３】
しかしながら、面内磁気記録では、本質的に記録ビットの境界にジグザク構造の磁区が形成され、これが線記録密度の向上や再生ノイズ低減の障害になっている。
一方、垂直磁気記録方式は、磁気記録媒体面に垂直方向に、かつ隣合う記録ビットが互いに反平行に磁区を形成する記録方式であり、高密度記録に際して各記録ビット境界での反磁界が小さいため、境界が鮮明な記録磁区が形成され、磁気記録密度の向上に適した方式であり、将来の数Ｇｂ／ｉｎ²オーダーの高密度磁気記録の有力な記録方式の一つである。
【０００４】
垂直磁気記録方式のための磁気記録媒体としては、ＣｏＣｒ，Ｃｏ−Ｖ，Ｃｏ−Ｍｏ，ＣｏＣｒＴａ，Ｃｏ−ＣｏＯ，ＣｏＣｒＲｈなどのＣｏを主成分としたＣｏ基合金薄膜が用いられている。これらの磁性薄膜を構成するＣｏ基合金は六方稠密格子構造（以下、ｈｃｐ構造という）を持ち、この結晶のｃ軸、＜００・１＞方向に磁化容易軸を持つ。この磁性薄膜を真空蒸着法やスパッタリング法などで形成したとき、薄膜を構成する微結晶粒が基板面に垂直方向にｃ軸配向し易い性質がある。磁気記録したときの記録密度や再生出力を向上し、再生ノイズを低下するなど磁気記録特性を上げるには、これらＣｏ基合金薄膜のｃ軸配向性を向上すると共に、結晶粒径の制御などが必要である。
【０００５】
従来用いられている垂直磁気記録媒体は、ＮｉＰ被覆したＡｌ基板、ガラス板、あるいはポリイミドやポリエチレンテレフタレートなどのプラスチックフィルム製非磁性基板上に直接Ｃｏ基合金薄膜を形成しているが、非磁性基板上に直接形成したＣｏ基合金薄膜は、磁化容易軸であるｃ軸が全く不揃いで、結晶粒径も不揃いであり、磁性膜の保磁力も１０００Ｏｅ（エルステッド）以下と小さく、高密度磁気記録用媒体としての性能特性が良くない。
【０００６】
IEEE Trans. Magnetics, MAG-15,1456（1979）の“複合異方性膜による垂直磁気記録（Perpendicular Magnetic Recording with Composite Anisotropy Film)”と題する論文には、磁気記録の再生感度を上げるためにＣｏ基合金薄膜の下部にパーマロイなどの軟磁性材料薄膜を設ける方法が記載されている。
一方、磁性層であるＣｏ基合金薄膜結晶のｃ軸を基板面に垂直方向に高配向化する目的から、基板上にＴｉなどのｈｃｐ構造の下地層、又はＳｉ，Ｇｅなどの非晶質状の下地層を形成し、その上にＣｏ基合金磁性薄膜を形成する方法が提案され、磁性結晶粒のｃ軸配向性を改善し、これにより高い線記録密度が実現されている。
【０００７】
しかしながら、数Ｇｂ／ｉｎ²以上の高密度磁気記録を実現するには、線記録密度の向上の他に再生信号に含まれるノイズ、特に媒体の微細構造に起因する媒体ノイズの低減が重要である。このためには磁性薄膜の結晶配向に加えてより高度の微細な薄膜構造の制御が必要である。
再生信号における媒体ノイズは磁気記録パターンの構造と密接な関係があり、それは磁性膜を構成する粒子間の磁気的な相互作用の強さや磁気異方性の分散などによって大きな影響を受ける。媒体ノイズの低減のために従来様々の改良が試みられている。例えば、（１）磁性粒子間の磁気的相互作用を小さくするためにＣｏＣｒ系合金中の非磁性Ｃｒを増加させて過飽和のＣｒを結晶粒界に偏析させる方法、（２）スパッタリングガスの圧力を制御することにより構造制御用の下地層を形態的に孤立させ、この上に形成する磁性膜の磁性粒子間の相互作用を低下する方法などである。
【０００８】
さらに媒体ノイズを低減するために、磁性膜の平面方向だけでなく、例えばＣｏＣｒ系合金磁性膜の間にＣｒのような非磁性の中間層を設けて膜厚方向においても磁性粒子間の磁気的相互作用を小さくする方法が提案されている。しかし、従来のごとく単に磁性膜の間に非磁性層を設ける方法では、同じ厚さの単層の磁性膜に比べて保磁力が著しく低下する欠点があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、基板上に形成する垂直磁化膜としてのＣｏ基合金薄膜の結晶配向や磁気異方性、あるいは磁性粒子間の相互作用を制御することによって、磁気記録したときの微細な磁区構造を制御し、優れた低ノイズ特性を有し超高密度磁気記録に好適な垂直磁気記録媒体を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、磁性薄膜の結晶成長を制御する下地層を基板又は基板上に形成した軟磁性薄膜の上に設け、この下地層の上に同一組成又は異なる組成の２種以上の磁性薄膜を非磁性中間層を介してエピタキシャル的に多層に積層し、積層磁性膜の磁気異方性を制御することにより前記目的を達成する。
【００１１】
積層磁性膜は、組成の異なる２種以上の磁性薄膜を互いに界面を接して積層し、それを非磁性中間層を介して多層に積層したものでもよい。
磁性薄膜はＣｏを主成分とし、これにＣｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｔａ，Ｐｔ，Ｓｉ，Ｂ，Ｉｒ，Ｗ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｒｕ，Ｔｉ，Ｎｉ，ＣｏＯ及び希土類元素の中から選ばれる少なくとも１種類以上の元素又は化合物を含んだ材料から構成される。
【００１２】
構造制御用下地層は、この上に形成する磁性膜と結晶格子の整合性の良い材料、例えばＴｉ，Ｔａ，Ｒｕ，Ｈｆ，Ｃｏ、又はこれにＣｒ，Ｖ，Ｗなどを添加したｈｃｐ構造の材料、又はＳｉ，Ｇｅなどの非晶質状の材料から構成される。あるいは、Ｓｉ，Ｇｅなどの非晶質状の下地層の上にＴｉ，Ｔａ，Ｒｕ，Ｈｆ，Ｃｏ、又はこれにＣｒ，Ｖ，Ｗなどを添加したｈｃｐ構造の下地層を形成することもできる。
【００１３】
最も一般的には、基板上にｈｃｐ構造下地層を形成し、この上にＣｏ基合金磁性薄膜を形成する。このＣｏ基合金薄膜のｃ軸を垂直方向に配向させるには、＜００・２＞配向したｈｃｐ下地層、又はＳｉ，Ｇｅを主成分とする非晶質状下地層が望ましい。
また薄膜形成時に蒸着粒子の入射角を傾斜させることにより、磁性膜の磁化容易軸を基板面の特定の方向に傾斜させることができる。磁化容易軸の基板面に垂直な方向からの傾斜角は、磁気ヘッドの走行方向に０〜４５度の範囲が望ましい。
【００１４】
非磁性中間層はＣｏ，Ｔｉ，Ｒｕ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｐｔ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｂから選ばれた少なくとも１種類を含む材料、もしくはこれを含む合金材料からなり、磁性膜のエピタキシャル成長を促進するｈｃｐ構造、面心立方構造あるいは体心立方構造、もしくは非晶質構造を有する材料を選択する。非磁性層の厚さｔ_mは、０＜ｔ_m≦８ｎｍの範囲が、磁性膜の膜厚方向においての磁気的な相互作用の強さを制御するのに好適である。
【００１５】
基板に近い側の磁性膜ａのａ軸の長さ（ａ₁）及び磁気異方性定数（Ｋｕ_a）と、基板から遠い側の磁性膜ｂのａ軸の長さ（ａ₂）及び磁気異方性定数（Ｋｕ_b）の間には、下記（１）及び（２）の関係が成立するようにする。ただし、ａ₁及びａ₂は、ｈｃｐ構造結晶の六角形の底面の一辺の長さである。
ａ₂≧ａ₁ （１）
Ｋｕ_b≧Ｋｕ_a （２）
【００１６】
組成の異なる２種以上の磁性薄膜を互いに界面を接して積層した積層磁性薄膜の上層と下層の積層膜厚比は目的により任意に設定でき、積層膜厚比１：３〜３：１の範囲で保磁力２０００Ｏｅ以上を得ることができる。また、非磁性層を介して形成する積層磁性薄膜は、上層と下層でその膜厚を変化することも可能であり、下層に比べて上層の保磁力を大きく設定したり、あるいは飽和磁化の値を大きく設定することができる。
【００１７】
前記多層の磁気記録媒体の磁化容易軸方向の磁化−磁界曲線（Ｍ−Ｈ曲線）において、飽和磁化（Ｍｓ）と反磁界補正を加えない残留磁化（Ｍｒ）の間に下記（４）の関係をもたせる。また、この薄膜のＭ−Ｈ曲線を飽和磁化と保磁力で規格化して新たに作成した規格化Ｍ−Ｈ曲線において、磁化ゼロを通過する曲線の接線と磁界軸のなす角（θ）の間に下記（５）の関係が成り立つように構成する。
Ｍｒ／Ｍｓ≧０．８ （４）
３５°≦θ≦９０° （５）
【００１８】
また、非磁性中間層を介して多層に形成した前記多層膜磁気記録媒体において、各層における磁性薄膜の結晶粒径（ｄ）と磁性膜の厚さ（δ）の間には、下記（６）の関係が成り立つのが好ましい。
δ＞ｄ （６）
基板に近い側の磁性膜ａの保磁力（Ｈｃ_a）と基板から遠い側の磁性膜ｂの保磁力（Ｈｃ_b）との間には、下記（７）の関係が成立するのが好ましく、基板に近い側の磁性膜ａの飽和磁化（Ｍｓ_a）と基板から遠い側の磁性膜ｂの飽和磁化（Ｍｓ_b）との間には、下記（８）の関係が成立するのが好ましい。
Ｈｃ_b≧Ｈｃ_a （７）
Ｍｓ_b≧Ｍｓ_a （８）
【００１９】
１Ｇｂ／ｉｎ²以上の超高密度磁気記録を実現するには記録媒体表面と磁気ヘッドとの間のスペーシングは数十ｎｍと小さく設定されるため、磁性膜表面の起伏はできるだけ小さく、望ましくは１０ｎｍ以下が良い。このためには上記磁性膜の構造制御用下地層の厚さはできるだけ薄い方が好適であり、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下が良い。実用的に高い再現性を得るには１０〜５０ｎｍが望ましい。
【００２０】
構造制御用下地層は２層以上の層で構成しても良い。例えば、基板上にＳｉ，Ｇｅなどの非晶質状の層を形成し、この上にｈｃｐ構造の下地層を形成する。この２種類の下地層の形成条件（温度、スパッタリングガス圧力、形成速度、組成など）を変化することにより下地層の粒径制御ができ、その結果、この上に形成する磁性膜の結晶粒径の制御も可能になる。
薄膜の形成方法は、真空蒸着法、高周波スパッタリング法、イオンビームスパッタリング法などの物理蒸着法を用いることができる。
【００２１】
【作用】
ｈｃｐ構造のＣｏ基合金はそのｃ軸方向に大きな結晶磁気異方性を有し、垂直磁気記録媒体はこのｃ軸を基板面に垂直、もしくは垂直方向から磁気ヘッドの走行方向に０〜４５度の範囲に傾斜した方向に配向させる。これは、垂直記録磁区の形成には、垂直磁気ヘッド（単磁極ヘッド）を用いるのが好適であるが、一般には、従来の面内記録と同じリング型の磁気ヘッドが用いられ、リング型の磁気ヘッドを用いた場合、磁気記録に寄与するヘッドからの漏洩磁束は記録媒体面に対して傾斜しているので、この傾いた漏洩磁束を有効に活用して垂直記録を行うには、記録媒体薄膜の磁化容易軸を法線に対して傾斜させた方がよいからである。傾斜の角度は、垂直記録を行うことを考慮すると基板面の法線に対して０〜４５度であり、また傾斜の向きはヘッドの走行方向に沿った向きが良い。このＣｏ基合金のｃ軸を上記の方向に高配向させるために、磁性薄膜の構造制御用下地層を用いる。下地層は、この上に形成するＣｏ基磁性薄膜の結晶粒径や結晶配向を制御するための構造制御用薄膜として作用し、Ｃｏ基磁性薄膜は下地層の上にエピタキシャル的に成長する。
【００２２】
構造制御用薄膜としてはＴｉ，Ｔａ，Ｒｕ，Ｈｆ，Ｃｏを主成分とし、これにＣｒ，Ｖ，Ｗなどを添加した合金薄膜を用いることにより、ｈｃｐ構造の材料単独の薄膜の場合に比べて結晶粒径を小さくでき、従って、この上に形成する磁性薄膜の結晶粒径も小さく制御できる。高密度磁気記録に適した磁性薄膜は、磁化容易軸のｃ軸が基板面に垂直、又は磁気ヘッドの走行方向に０〜４５度の範囲に傾斜した方向に配向しており、また磁性粒子が夫れ夫れ磁気的に孤立していることが望ましく、このためには構造制御用薄膜を構成する一個の結晶粒の上に各々一個の磁性結晶が形成されるのが好適である。
【００２３】
また、１Ｇｂ／ｉｎ²以上の超高密度記録用の媒体としては、磁性薄膜の粒径は５〜５０ｎｍの範囲で均一であり、磁性粒子が孤立していることが望ましい。このためには磁性膜の構造制御用の下地層薄膜の結晶粒径も、５〜５０ｎｍの範囲で均一に分布していることが望ましい。
１Ｇｂ／ｉｎ²以上の超高密度磁気記録においては、記録ビット長は０．２μｍ以下と小さくなり、磁気記録時の反磁界の影響を小さくし安定な高密度記録を実現するには、磁性膜の一層の膜厚は磁性結晶粒径より大きいことが望ましい。
【００２４】
磁性膜を非磁性中間層を介して多層に構成することにより、磁性膜の膜厚方向においての磁気的な相互作用の強さを制御でき、垂直記録したときの逆磁区（記録磁化の向きと逆方向に形成される磁区）の発生を抑制する効果があり、再生ノイズを低減できる。すなわち、従来の面内磁気記録では、記録ビット境界のジグザグ構造の磁区形成と隣接記録ビット間の磁気干渉が再生ノイズの原因であった。垂直記録では記録磁区の内部の逆磁区の形成が再生ノイズの原因の一つと考えられるが、本発明の磁気記録媒体は、逆磁区の発生を抑制し、再生ノイズを低減できる効果がある。
前記（１）及び（２）の関係を満たすことにより、多層化による保磁力と異方性磁界の低下を防止でき、また磁気記録したとき記録ビット内部に形成される逆磁区による再生ノイズを低減でき、高密度磁気記録に好適な磁気記録媒体が得られる。
【００２５】
すなわち、本発明の多層磁性膜において、膜面垂直方向の垂直磁気異方性はＣｏ基磁性膜の結晶磁気異方性と磁性粒子の形態からくる形状磁気異方性、及び格子定数の異なる磁性膜を積層することにより界面に発生するストレスに起因する磁気異方性からなる。膜面から磁気ヘッドにより磁気記録を行う場合、ヘッド端面に近いほど強い磁束が発生し、良好な垂直記録を実現するには上層の磁性層の磁気異方性を大きくするのが有効である。積層磁性膜により界面に発生するストレスに起因する磁気異方性については、ａ₂＞ａ₁の関係をもち、ａ軸長の異なる磁性膜を積層したとき、軸長の大きい磁性膜はａ軸の長さを縮小する方向に力を受け、その結果この磁性膜のｃ軸を引き伸ばす作用が働き磁気異方性を高める効果がある。積層磁性膜のａ軸をａ₂＞ａ₁とすることにより、磁気ヘッドに近い側、すなわち基板から遠い磁性膜の磁気異方性を大きくすることができる。
【００２６】
磁性薄膜の結晶格子定数は組成により変化でき、例えばＣｏＣｒ合金にＰｔを添加した場合、添加量により格子定数は１〜３％変化する。したがって、組成の異なる（格子定数の異なる）磁性膜を界面を接してエピタキシャル成長させることにより、境界に発生するストレスにより磁性膜の保磁力を向上できる。
また、（ａ₂−ａ₁）／ａ₁の値は０．０１〜０．０５の範囲にあることが好ましい。（ａ₂−ａ₁）／ａ₁の値が０．０１未満ではエピタキシャル膜界面にストレスを与えることができないからであり、０．０５を超えると望ましいエピタキシャル成長を達成することができなくなるからである。
【００２７】
ａ₁＝ａ₂の場合には、非磁性中間層の材料を適当に選択することにより同様の作用効果を得ることができる。
前記（４）及び（５）の関係を満足することにより、磁気記録の際に記録ビット内部に形成される逆磁区の形成を防止でき、再生ノイズの低い高密度記録が実現できる。
【００２８】
すなわち、垂直記録における再生ノイズの主たる原因は、記録ビット内部に形成される逆磁区の発生である。一般に用いられるＣｏＣｒ系の垂直磁化膜のＭ−Ｈ曲線では、Ｍｒ／Ｍｓ＜０．３である。これは磁性膜に発生する反磁界の影響が原因であり、これにより磁気記録したときに記録ビット内部に逆磁区が形成される。逆磁区の発生を防止するには、膜面垂直方向の磁気異方性を強くし、Ｍｒ／Ｍｓの値を大きくすることが有効である。理想的にはＭｒ／Ｍｓ＝１であるが、Ｍｒ／Ｍｓ≧０．８の条件を満たせば、例え逆磁区が発生しても磁区サイズが微小なため、再生ノイズを従来の記録媒体に比べて小さくできる。Ｍｒ／Ｍｓ≧０．８の条件を満たせば、３５°≦θ≦９０°が同時に満たされる。
【００２９】
前記（６）の関係を満足することにより、膜厚方向に形状磁気異方性を与えることができる。
膜面から磁気ヘッドにより磁気記録を行う場合、ヘッド端面に近いほど強い磁束が発生し、基板面に近いほど記録ヘッド磁界は弱くなる。飽和記録を行い良好なオーバーライト特性を得るには、膜面に近いほど磁性膜の保磁力を大きくするのが望ましい。また、記録媒体表面からの漏洩磁束を大きくし、再生出力を大きくするには、膜の表面の記録磁化が大きいことが望ましい。前記（７）及び（８）の関係を満足することにより、良好なオーバーライト特性及び大きな再生出力を得ることができる。
【００３０】
【実施例】
以下に本発明の実施例を挙げ、図面を参照しながら詳細に説明する。図において、同一の符号を付したものは、同じ性能特性を有する部分を示す。
〔実施例１〕
図１に示すごとく、洗浄したガラス基板１上に磁性膜の構造制御用として下地層２を形成し、この上にＣｏ基磁性薄膜を設けた垂直磁気記録媒体を以下に示す手順で作製した。
【００３１】
洗浄したガラス基板１をスパッタリング装置に設置し、２×１０^-7Ｔｏｒｒの真空まで排気した。続いて基板１を２００℃に加熱して、磁性膜の構造制御用として厚さ３０ｎｍの下地層２を形成した。下地層２は、最も一般的にはＴｉ，Ｔａ，Ｒｕ，Ｈｆ，Ｃｏなどのｈｃｐ構造の材料を用いるが、これにＣｒ，Ｖ，Ｗなどを添加したｈｃｐ構造の下地層、又はＳｉ，Ｇｅなどの非晶質状の下地層などの材料を選択することも可能である。本実施例では、Ｔｉ−１０ａｔ％Ｃｒ合金を用いた。下地層２はｈｃｐ構造を有し、その成長方位は＜００・２＞方位であった。
【００３２】
この上に引き続き同一真空中で厚さ５０ｎｍの第１磁性膜３、非磁性中間層４、厚さ５０ｎｍの第２磁性膜５を順次形成して図１（ａ）に示すごとく構成した多層膜媒体Ａ６を作製した。この多層膜媒体Ａの上に膜厚１０ｎｍのカーボン保護膜７を形成した。非磁性中間層４は、０〜１３ｎｍまで種々の膜厚のものを用意した。
【００３３】
本実施例では、第１磁性膜３としてＣｏ−１５ａｔ％Ｃｒ−６ａｔ％Ｐｔ−３ａｔ％Ｓｉ系磁性膜を、第２磁性膜５としてＣｏ−１０ａｔ％Ｃｒ−１５ａｔ％Ｐｔ系磁性膜を用いたが、磁性膜はＣｏを主成分とし、これにＣｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｔａ，Ｐｔ，Ｓｉ，Ｂ，Ｉｒ，Ｗ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｒｕ，Ｔｉ，Ｎｉ，ＣｏＯ及び希土類元素の中から選ばれる少なくとも１種類以上の元素又は化合物を含んだ材料から構成しても同様の効果を得ることができる。
【００３４】
非磁性中間層としてはＲｕを用いたが、Ｔｉ，Ｈｆ，Ｔａ，ＣｏあるいはこれにＣｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｒｕ，Ｗ，Ｍｏ，Ｐｔ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｂから選ばれた少なくとも１種類を含む材料、もしくはこれを含む合金材料なる六方稠密構造の材料、又はＰｔ，Ｐｄなどの面心立方構造あるいはＣｒなどの体心立方構造の材料、もしくはＳｉ，Ｇｅ，Ｂなどの非晶質状構造の材料を選んでも、エピタキシャル成長の条件を大きく妨げなければ同様の効果を得ることができる。
第１磁性膜３の膜厚（δ_a）と第２磁性膜の膜厚（δ_b）は任意に選択できる。
【００３５】
本実施例では、薄膜の形成をスパッタリング法によって行ったが、スパッタリング法の他にも真空蒸着法、イオンビームスパッタリング法などを用いることができる。
また、本実施例では、磁性膜は２層を例に挙げて説明したが、非磁性層を介して２層以上の磁性膜を積層して用いても同様の効果が得られる。
【００３６】
〔比較例〕
比較用として、上記下地層２の上に全磁性膜の厚さ（δ）を（δ＝δ_a＋δ_b）に設定した１種類の磁性膜、すなわち実施例１の第１磁性膜３と同一組成のＣｏ−１５ａｔ％Ｃｒ−６ａｔ％Ｐｔ−３ａｔ％Ｓｉ系磁性膜のみから構成された図１（ｂ）の構成の単層磁性膜Ａ８からなる試料を作製した。
【００３７】
上記実施例１の多層磁気記録媒体にリング型磁気ヘッドによって磁気記録を行い、相対再生出力９と再生ノイズ１０の特性に及ぼす非磁性中間層の効果を調べた。その結果を、単層磁性膜Ａ８の特性で規格化して図２に示す。
図２から明らかなように、２種類の磁性膜を非磁性中間層を介して積層して構成した多層膜媒体６は、１種類の磁性膜のみから構成された単層磁性膜に比べて何れの非磁性中間層膜厚においても再生ノイズ１０を低下させる効果がある。特に、非磁性中間層の厚さｔ_mが０＜ｔ_m≦８ｎｍの範囲では再生ノイズ低減の効果が高く、また再生信号の出力低下も１０％以下に抑制できる効果が認められる。
【００３８】
本実施例の多層磁性膜の構造を電子顕微鏡で観察し、微細構造を調べた。電子線回折像と格子像観察から磁性膜と中間層はエピタキシャル的に成長しており、第１磁性膜のａ軸長（ａ₁）と第２磁性膜のａ軸長（ａ₂）の間にはａ₂＞ａ₁の関係が成り立っており、ａ₂がａ₁に比べて約２％大きい値であった。磁化容易軸のｃ軸は膜面垂直方向であることが確認された。また薄膜断面の組成分析の結果、磁性層と中間層の境界は鮮明に分離されており、また磁性膜中のＣｏ微粒子の周囲に非磁性Ｃｒが偏析した構造が観察された。この非磁性Ｃｒの偏析構造は隣接磁性粒子間の磁気的相互作用の強さを弱める効果があり、また第１磁性層と第２磁性層の間が非磁性中間層で分離した構造は、膜厚方向の磁気的相互作用の強さを弱める効果があり、磁気記録したときの逆磁区形成による再生ノイズの増加を抑止することができる。
【００３９】
図１に示した構成の多層膜媒体と単層膜媒体において、直流消去の後、磁気記録を行い、記録磁化状態を磁気力顕微鏡により観察し比較した結果を図３に模式的に示す。図中、矢印の長さが長いほど、また円内の濃淡の濃い部分ほど磁化の強さが強いことを表す。
図３（ａ）に示すごとく、１種類の磁性膜で構成した単層膜媒体においては、記録磁区の境界１１を境に互いに反平行の磁化方向１２、１２’をもつ磁気記録が実現される。この場合、記録磁区の境界１１では互いに反平行に磁化され、この領域では反磁界の影響が打ち消し合うように作用するため、相対的に強い記録磁化（磁化方向と同じ向きの磁化）１３が形成される。しかしながら、記録磁区の境界１１から離れると共に反磁界の影響が強くなり、記録ビットの内部に磁化方向１２、１２’と逆向きの磁化、すなわち逆磁区１４が形成される。またこの逆磁区１４のサイズは隣接磁性粒子間の相互作用の強さに依存し、Ｃｏ基合金に非磁性元素、例えばＣｒなどを添加して偏析構造を形成することが逆磁区形成を抑止するのに有効である。
【００４０】
この逆磁区１４の発生が、再生信号のノイズの原因となる。記録磁化１３及び逆磁区１４は、薄膜の飽和磁化（Ｍｓ）又は残留磁化（Ｍｒ）と磁性膜厚δの積に依存する。従って、逆磁区１４を小さくするには、再生出力を低下しない範囲で磁性膜厚δを小さくするのが有効である。
図３（ｂ）は、２種類の磁性膜を非磁性中間層４で分離した構造の多層膜媒体の記録磁化状態を模式的に示したものである。この場合、記録磁区の境界１１は、前記単層膜媒体に較べて鮮明な構造となる。この場合においても、記録磁化方向１２、１２’と逆向きの磁化、すなわち逆磁区１４が形成されるが、２種類の磁性膜の間に設けた適正な膜厚（ｔ_m）の非磁性中間層により逆磁区１４の形成に寄与する磁性膜厚（δ_a又はδ_b）を小さくできる。このため、記録ビット内部に形成される逆磁区１４の強さを弱める効果があり、その結果、再生信号におけるノイズを低減できる。
【００４１】
また多層磁性膜媒体において、磁性結晶粒径（ｄ）と多層の磁性膜の厚さ（δ_a又はδ_b）の間には、
（δ_a又はδ_b）＞ｄ
の関係を与えることが膜面垂直方向の磁気異方性を持たせるのに有効である。本実施例の場合、磁性結晶粒径ｄの平均は３０ｎｍであり、上記関係を満足している。
【００４２】
また、複数の磁性結晶粒からなる磁気クラスタで記録磁化１３が形成される場合、
（δ_a又はδ_b）＞磁気クラスタ
の関係が成り立つように設定する。
さらに、この構成の多層磁性膜媒体において第１磁性膜３の磁気異方性定数（Ｋｕ_a）と第２磁性膜５の磁気異方性定数（Ｋｕ_b）の間は、Ｋｕ_b≧Ｋｕ_aの関係を与えることが磁気記録の際の逆磁区の発生を抑止する効果があり、高密度垂直磁気記録に好適である。本実施例の場合、Ｋｕ_a＝１．５×１０⁶ｅｒｇ／ｃｃ、Ｋｕ_b＝３×１０⁶ｅｒｇ／ｃｃであった。
【００４３】
本実施例の多層膜垂直磁気記録媒体と、図１（ｂ）に示した比較例の単層膜垂直磁気記録媒体の磁化−磁界特性（Ｍ−Ｈ特性）を図４により説明する。
図４は、磁化容易軸方向、本実施例では膜面垂直方向のＭ−Ｈ特性を振動試料型磁力計（ＶＳＭ）で測定し、各々の媒体の磁化を飽和磁化（Ｍｓ）で規格化し、磁界の強さを保磁力（Ｈｃ）で規格化して作成した規格化Ｍ−Ｈ特性を示す。従って、磁化が飽和した値を規格化飽和磁化（Ｍｓ^*）、磁界ゼロのときの磁化の値を規格化残留磁化（Ｍｒ^*）、Ｍ−Ｈ特性が磁界軸と交差するときの磁界を規格化保磁力（Ｈｃ^*）として表している。
【００４４】
比較例の単層膜垂直磁気記録媒体では、図４（ａ）に示したように、規格化残留磁化（Ｍｒ^*）の値は、規格化飽和磁化（Ｍｓ^*）に較べて遥かに小さく、結晶粒の磁化容易軸を膜面垂直方向に高配向しても角型比、すなわちＭｒ^*／Ｍｓ^*は０．１７〜０．３程度である。高配向の垂直磁化膜を用いて磁気記録したときの記録磁化、すなわち残留磁化を大きくするためには、飽和磁化を大きくする必要がある。この構成の媒体では、前記のごとく磁気記録したときに形成される実効的な磁化の向きと反対方向に逆磁化が形成され、これが再生信号のノイズの原因になる。
【００４５】
一方、本発明の多層膜垂直磁気記録媒体では、Ｍｒ^*／Ｍｓ^*の比が０．８≦Ｍｒ^*／Ｍｓ^*≦１と大きい試料が作製でき、また磁気異方性（Ｋｕ）も上記の単層膜垂直磁気記録媒体に較べて数倍以上大きくできる。また、縦軸と横軸のスケールを同じにしたとき、この規格化Ｍ−Ｈ特性が磁界軸と交差するときの磁界、規格化保磁力（Ｈｃ^*）において曲線が磁界軸と交差する角（θ）も３５〜９０度と大きくすることができる。すなわち、本発明の多層膜垂直磁気記録媒体は、Ｍｒ^*やＫｕが大きいため、比較的薄い記録膜でも高い記録磁化が得られ、高い再生出力を得ることができる。またＫｕを大きくできるため、磁気記録したときに逆磁区の発生領域を減少でき、その結果再生ノイズも低下できる。さらには記録磁区の境界が鋭く形成でき、高密度の磁気記録が可能である。
【００４６】
〔実施例２〕
第１磁性膜３と第２磁性膜５の膜厚をδ_a＝δ_b＝５０ｎｍに設定し、第１磁性膜３としてＣｏ−１７ａｔ％Ｃｒ−４ａｔ％Ｔａ、第２磁性膜としてＣｏ−１０ａｔ％Ｃｒ−１５ａｔ％Ｐｔ系磁性膜、非磁性中間層としてＰｔを用い、図１（ａ）の構成の多層膜を形成した。
【００４７】
本実施例の多層膜の場合、（ａ₂−ａ₁）／ａ₁＝０．０２５、Ｋｕ_a＝０．９×１０⁶ｅｒｇ／ｃｃ、Ｋｕ_b＝３×１０⁶ｅｒｇ／ｃｃ、Ｍｒ^*／Ｍｓ^*＝０．９、θ＝８５°、第１の磁性膜の飽和磁化と第２の磁性膜の飽和磁化の比Ｍｓ_a／Ｍｓ_b＝０．６５であった。
非磁性中間層の膜厚ｔ_mを変化させて、再生ノイズ及び再生出力を測定した結果、図２と同様の傾向が得られた。
本実施例では、δ_aとδ_bを同じに設定したが、δ_a：δ_bを１：３〜３：１の間で変化させても同じ効果が得られた。
【００４８】
〔実施例３〕
本発明の他の実施例を図５により説明する。
基板１の上に非晶質状の下地層２を形成した。非晶質状下地層としては、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｂ又はこれらの合金を用いることができる。同一真空中でこの上に粒径制御層２１を形成する。粒径制御層としては、ｈｃｐ構造の材料が望ましい。この場合、非晶質状下地層の上に自由核生成して、最稠密面の（００・１）面を基板に接した結晶成長が促進される効果がある。例えばＴｉ−Ｃｒ合金を用いた場合、この合金の組成、形成温度、形成速度あるいはスパッタリングガスの圧力により前記粒径制御層２１の径を制御できる。引き続いて、この上に第１磁性膜３、中間層４、第２磁性膜５の順に積層した多層膜媒体Ｂ２２を形成する。
【００４９】
例えば、第１磁性膜３、第２磁性膜５としてＣｏ−（ｘ）ａｔ％Ｃｒ−４ａｔ％Ｔａ系の磁性膜を形成したすると、薄膜中のＣｒ濃度（ｘ）により２層の磁性膜の飽和磁化の値を変化できる。基板面に近い磁性膜のＣｒ濃度を大きく設定することにより、膜厚方向に順次飽和磁化の大きさを変化できる。
本実施例では、第１磁性膜としてＣｏ−１７ａｔ％Ｃｒ−４ａｔ％Ｔａを３０ｎｍ形成し、第２磁性膜としてＣｏ−１０ａｔ％Ｃｒ−４ａｔ％Ｔａを５０ｎｍ形成した。非磁性中間層としては５ｎｍのＴｉ−Ｖ合金を用いた。この様にして形成した多層磁性膜は、前記粒径制御層２１の結晶粒の上にエピタキシャル的に成長しており、磁性膜の粒径は粒径制御層２１により均一に制御できる。
【００５０】
本実施例の多層膜の場合、（ａ₂−ａ₁）／ａ₁＝０．０１、Ｋｕ_a＝０．９×１０⁶ｅｒｇ／ｃｃ、Ｋｕ_b＝１．２×１０⁶ｅｒｇ／ｃｃ、Ｍｒ^*／Ｍｓ^*＝０．９１、θ＝８８°、第１の磁性膜の飽和磁化と第２の磁性膜の飽和磁化の比Ｍｓ_a／Ｍｓ_b＝０．６であった。
非磁性中間層の膜厚ｔ_mを変化させて、再生ノイズ及び再生出力を測定した結果、図２と同様の傾向が得られた。
【００５１】
〔実施例４〕
図６は、本発明の多層磁性膜媒体の他の実施例の説明図である。
図５で説明したごとく、基板上に下地層２、粒径制御層２１の順に形成し、この上に磁性膜ａ，ｂ，ｃを非磁性中間層４を介して多層に繰り返し積層した多層膜媒体ｃ２３を作成した。磁性膜ａ，ｂ，ｃは、それぞれＣｏ又はＣｏＣｒを主成分とし、これにＭｏ，Ｖ，Ｔａ，Ｐｔ，Ｓｉ，Ｂ，Ｉｒ，Ｗ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｒｕ，Ｔｉ，Ｎｉを添加した同一組成の材料とした。非磁性中間層４としては、Ｐｄを用いたが、Ｐｄ以外にもＰｔ等の面心立方の材料が使用できる。非磁性中間層４の厚さｔ_mは１〜７ｎｍが好適である。磁性膜ａ，ｂ，ｃの膜厚は８ｎｍとしたが、膜厚方向に順次変化して構成することもできる。
【００５２】
複数の磁性膜が同一組成である場合には、本実施例のように非磁性中間層の材料を適当に選択することにより磁性膜と非磁性中間層のエピタキシャル膜界面にストレスを発生させて磁気異方性を与えることが可能である。
磁性膜ａ，ｂ，ｃとしてＣｏを用いた本実施例の多層膜の場合、ａ₁＝ａ₂＝ａ₃＝０．２５０７ｎｍ、Ｋｕ_a＝Ｋｕ_b＝Ｋｕ_c＝４．４×１０⁶ｅｒｇ／ｃｃ、Ｍｒ^*／Ｍｓ^*＝０．９７、θ＝８８°、Ｍｓ_a＝Ｍｓ_b＝Ｍｓ_cである。
非磁性中間層４の膜厚ｔ_mを変化させて、再生ノイズ及び再生出力を測定した結果、図２と同様の傾向が得られた。
【００５３】
〔実施例５〕
本発明の他の実施例を図７を用いて説明する。
基板１上に構造制御用下地層２を形成し、続いて組成の異なる磁性膜Ｌ₁ ３１、磁性膜Ｈ₁ ３２を互いに境界を接して形成した第１積層膜３３を作成する。磁性膜Ｌ₁ ３１、磁性膜Ｈ₁ ３２は、Ｃｏを主成分とし、これにＣｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｔａ，Ｐｔ，Ｓｉ，Ｂ，Ｉｒ，Ｗ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｒｕ，Ｔｉ，Ｎｉ，ＣｏＯ及び希土類元素の中から選ばれる少なくとも１種類以上の元素を含んだ材料から構成する。例えば、磁性膜Ｌ₁ ３１としてＣｏ−１５ａｔ％Ｃｒ−６ａｔ％Ｐｔ−３ａｔ％Ｓｉ系磁性膜を磁性膜Ｈ₁ ３２としてＣｏ−１０ａｔ％Ｃｒ−１５ａｔ％Ｐｔ系磁性膜などのｈｃｐ構造の材料を用い、結晶のａ軸長は基板から遠い側の膜が大きくなるように設定する。さらにこの上に非磁性中間層４を介して組成の異なる磁性膜Ｌ₂ ３４、磁性膜Ｈ₂ ３５を互いに境界を接して形成した第２積層膜３６を作成し、この上にカーボン保護層７を設けて多層膜媒体Ｄ３７とする。磁性膜Ｌ₂ ３４、磁性膜Ｈ₂ ３５は、磁性膜Ｌ₁ ３１、磁性膜Ｈ₁ ３２と同じ構成でも、あるいは別の構成で用いても良い。この場合も結晶のａ軸長は基板から遠い側の膜が大きくなるように設定する。なお、第１積層膜３３のａ軸長の平均値をａ₁ ^*とし、第２積層膜３６のａ軸長の平均値をａ₂ ^*とするとき、ａ₂ ^*＞ａ₁ ^*の関係が成立するようにする。
【００５４】
本実施例のごとく異なる組成の磁性膜を互いに境界を接して構成した積層膜を多層にすることにより高い保磁力の媒体を比較的容易に形成でき、また膜厚方向でも保磁力を制御し易い利点がある。同様の構成で、例えば磁性膜Ｌ₁ ３１、磁性膜Ｈ₁ ３２を同一材料とすることができるのは言うまでもない。
【００５５】
〔実施例６〕
本発明の他の実施例を図８により説明する。
基板１上に下地層２を形成し、この上に基板面の法線に対して傾斜した方向、例えば０〜４５度の方向から磁性材料を蒸着し、第１磁性膜３、中間層４、第２磁性膜５からなる多層膜媒体Ｅ３８を作成する。磁性膜としては、Ｃｏ−ＣｏＯの混合膜やＣｏを主成分とするＣｏ基合金を用いることができる。この場合、この多層膜媒体Ｅ３８の磁化容易軸は、薄膜形成のときの磁性粒子の入射方向にほぼ一致する。
【００５６】
本実施例では、下地層２として酸化コバルトを５０ｎｍ形成し、その上に第１磁性層としてＣｏ−ＣｏＯ混合膜を５０ｎｍ、中間層としてＣｏＯを４ｎｍ、第２磁性層としてＣｏ−２０ａｔ％Ｃｒ合金を５０ｎｍ積層した多層膜媒体Ｅ３８を形成し、さらに保護膜としてＣｏＯを５ｎｍ形成した。蒸着方向は基板面に対して６０度とした。
この媒体にリング型磁気ヘッドで記録再生を行った場合、磁気ヘッドの漏洩磁束に沿った記録磁化が形成され易く、その結果低ノイズで高い再生出力の高密度磁気記録が可能である。
【００５７】
本実施例の多層膜の場合、磁化容易軸方向は、基板面に対して約６０度傾斜した方向であった。また、Ｋｕ_a＝０．９×１０⁶ｅｒｇ／ｃｃ、Ｋｕ_b＝１．３×１０⁶ｅｒｇ／ｃｃであった。
非磁性中間層の膜厚ｔ_mを変化させて、再生ノイズ及び再生出力を測定した結果、図２と同様の傾向が得られた。
【００５８】
〔実施例７〕
本発明の他の実施例を図９により説明する。
基板１上に高い透磁率をもった軟磁性層膜３９を形成し、この上に例えば図１（ａ）と同様の構成の磁性膜を形成してなる多層膜媒体Ｆ４０として用いることができる。軟磁性層膜３９としては、パーマロイ、センダスト、あるいはＣｏ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｗ，Ｆｅなどを含む非晶質構造の軟磁性材料を用いることができる。この構成の媒体は、単磁極型磁気ヘッドにより理想的な垂直磁気記録ができ、高い再生出力、低ノイズの高密度磁気記録が可能である。
【００５９】
〔実施例８〕
図１０は、磁気記録装置の一実施例の模式図である。磁気記録媒体７１は、モータにより回転する保持具に保持され、それぞれの各磁性膜に対応して情報の書き込み、読み出しのための磁気抵抗効果素子再生複合ヘッド７２が配置されている。この磁気抵抗効果素子再生複合ヘッド７２の磁気記録媒体７１に対する位置をアクチュエータ７３とボイスコイルモータ７４により移動させる。さらに、これらを制御するために記録再生回路７５、位置決め回路７６、インターフェイス制御回路７７が設けられている。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したごとく、本発明の磁気記録媒体によれば、基板上に磁性薄膜の構造制御用の下地層を形成し、この上に組成の異なる少なくとも２層以上からなる磁性膜を非磁性中間層を介して多層に積層して構成した多層膜構造の記録媒体を用いることにより、記録再生ノイズ特性の小さい超高密度磁気記録に好適な磁気記録媒体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明による多層膜構造記録媒体の基本構成図、（ｂ）は従来の単層膜構造記録媒体の構成図。
【図２】中間層の効果を説明する図。
【図３】記録磁化状態を説明する模式図であり、（ａ）は従来の単層膜構造記録媒体の記録磁化状態を説明する模式図、（ｂ）は多層膜構造記録媒体の記録磁化状態を説明する模式図。
【図４】磁化−磁界特性を説明する図であり、（ａ）は従来の単層膜構造記録媒体の磁化−磁界特性を説明する図、（ｂ）は本発明の多層膜構造記録媒体の磁化−磁界特性の一例を説明する図。
【図５】本発明の他の実施例の多層構造媒体の断面模式図。
【図６】本発明の他の実施例の多層構造媒体の断面模式図。
【図７】本発明の他の実施例の多層構造媒体の断面模式図。
【図８】本発明の他の実施例の多層構造媒体の断面模式図。
【図９】本発明の他の実施例の多層構造媒体の断面模式図。
【図１０】磁気記録装置の一例の模式図。
【符号の説明】
１…基板、２…下地層、３…第１磁性膜、４…中間層、５…第２磁性膜、６…多層膜媒体Ａ、７…保護膜、８…単層磁性膜Ａ、９…相対再生出力、１０…再生ノイズ、１１…記録磁区の境界、１２、１２’…磁化方向、１３…記録磁化、１４…逆磁区、２１…粒径制御層、２２…多層膜媒体Ｂ、２３…磁性膜、２４…多層膜媒体Ｃ、３１…磁性膜Ｌ₁、３２…磁性膜Ｈ₁、３３…第１積層膜、３４…磁性膜Ｌ₂、３５…磁性膜Ｈ₂、３６…第２積層膜、３７…多層膜媒体Ｄ、３８…多層膜媒体Ｅ、３９…軟磁性膜、４０…多層膜媒体Ｆ、７１…磁気記録媒体、７２…磁気抵抗効果素子再生複合ヘッド、７３…アクチュエータ、７４…ボイスコイルモータ、７５…記録再生回路、７６…位置決め回路、７７…インターフェイス回路

Claims (5)

1. 磁気記録媒体と、記録ヘッドと、再生ヘッドとを備えた磁気記録再生装置において、前記磁気記録媒体は、下地層と、該下地層上に形成される磁性膜ａと、該磁性膜ａ上に非磁性中間層を介して積層される磁性膜ｂとを有する磁気記録媒体であって、磁気記録媒体の磁化容易方向の磁化−磁界曲線において、飽和磁化（Ｍｓ）と反磁界補正を加えない残留磁化（Ｍｒ）がＭｒ／Ｍｓ≧０．８の関係を有し、磁界の強さを保磁力で規格化し、磁化を飽和磁化で規格化した磁化−磁界曲線において、磁化ゼロの点を通過する曲線の接線と規格化磁界軸のなす角（θ）が３５°≦θ≦９０°の範囲にあり、前記磁性膜ａの磁気異方性定数Ｋｕ _a と前記磁性膜ｂの磁気異方性定数Ｋｕ _b とがＫｕ _b ≧Ｋｕ _a の関係を有することを特徴とする磁気記録再生装置。
2. 磁気記録媒体と、記録ヘッドと、再生ヘッドとを備えた磁気記録再生装置において、前記磁気記録媒体は、下地層と、該下地層上に形成される磁性膜ａと、該磁性膜ａ上に非磁性中間層を介して積層される磁性膜ｂとを有する磁気記録媒体であって、磁気記録媒体の磁化容易方向の磁化−磁界曲線において、飽和磁化（Ｍｓ）と反磁界補正を加えない残留磁化（Ｍｒ）がＭｒ／Ｍｓ≧０．８の関係を有し、磁界の強さを保磁力で規格化し、磁化を飽和磁化で規格化した磁化−磁界曲線において、磁化ゼロの点を通過する曲線の接線と規格化磁界軸のなす角（θ）が３５°≦θ≦９０°の範囲にあり、前記磁性膜ａ、磁性膜ｂは六方稠密構造の磁性結晶粒からなり、前記磁性膜ａに含まれる磁性結晶粒の六方稠密構造のａ軸の長さａ₁と磁性膜ｂに含まれる磁性結晶粒の六方稠密構造のａ軸の長さａ₂とがａ₂≧ａ₁の関係を有することを特徴とする磁気記録再生装置。
3. 請求項１または２に記載の磁気記録再生装置において、前記下地層の下部に設けられた軟磁性薄膜と、磁気ヘッドとして設けられた単磁極ヘッドを有することを特徴とする磁気記録再生装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気記録再生装置において、前記非磁性中間層はＣｏ，Ｔｉ，Ｒｕ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｂから選ばれた少なくとも１種類を含む材料、又はこれを含む合金材料からなることを特徴とする磁気記録再生装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の磁気記録再生装置において、前記非磁性中間層の厚さｔ_mは、０＜ｔ_m≦８ｎｍであることを特徴とする磁気記録再生装置。

Images