JP3665261B2

JP3665261B2 - 垂直磁気記録媒体および磁気記憶装置

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Publication number: JP3665261B2
Application number: JP2000266093A
Authority: JP
Inventors: 究棚橋; 敦菊川; 幸雄本多; 正昭二本; 石川　　晃
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2005-06-29
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気記憶装置および磁気記録媒体に係り、特に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と、これを実現するための磁気記録媒体に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、コンピュータの扱う情報量は増加の一途をたどっており、外部記憶装置である磁気ディスク装置には、ますますの大容量化と高速転送化が求められている。現在のところ最高1平方インチあたり10ギガビットクラスの記録密度を持つ磁気ディスク装置が製品化されるに到っている。こうした磁気ディスク装置は面内記録方式を採用しているが、記録密度が高まるにつれ、微小化した記録ビットが持つ磁気エネルギーが減少し、ビット境界に働く反磁界と周囲の熱により記録された磁化が反転してしまう、いわゆる熱揺らぎの影響が顕著になったきた。このため、従来からのCo合金系記録層を用いた面内記録方式では、1平方インチあたり40ギガビットを超える面記録密度を達成することが困難と考えられている。
【０００３】
一方、垂直記録方式は、記録媒体膜面に垂直に、かつ隣り合う記録ビットが互いに反平行になるように磁化を形成する磁気記録方式であり、面内記録方式と異なりビット境界の反磁界が小さく、高密度記録ほど磁化が安定に保たれる特性がある。このため垂直記録方式は、現行の面内記録方式の熱揺らぎ限界を超える高記録密度を達成するための有力な手段の一つと考えられている。垂直記録方式で用いられる媒体は、基板上に非磁性の下地層を介して垂直記録層を形成した単層垂直記録媒体と、基板上に軟磁性の下地層を形成し、この上に直接もしくは非磁性の中間層を介して垂直記録層を形成した二層垂直記録媒体がある。単層垂直記録媒体では、一般的に現行の面内記録媒体と同じリング型ヘッドが用いられるが、垂直記録磁界の勾配が急峻でないため、記録分解能が伸びない問題がある。一方、二層垂直記録媒体では、強い垂直記録磁界と急峻な磁界勾配が得られる単磁極型ヘッドを利用でき、単層垂直媒体に比べ記録分解能が伸びる利点がある。こうした理由により、二層垂直記録媒体と単磁極型ヘッドとの組合わせが、垂直記録方式を実用化する上で有効と考えられている。
【０００４】
二層垂直記録媒体は高い記録分解能が得られる反面、単層垂直記録媒体でも見られる記録層に起因するノイズに加え、軟磁性下地層に起因するノイズが問題となる。このノイズは大別して、軟磁性下地層の磁壁から発生するスパイク状のノイズと、軟磁性下地層の磁化状態により記録層の磁化遷移が揺らぐ、いわゆる遷移性ノイズがある。前者のスパイクノイズに関しては、例えば特開平7-129946号公報、特開平11-191217号公報に開示されているように、軟磁性下地層と基板の間に硬磁性ピニング層を設け、軟磁性下地層の磁区構造を制御し、スパイクノイズを低減する方法がある。一方、後者の遷移性ノイズは、記録層自体の結晶配向や結晶粒径および磁気的相互作用の大きさ等に起因する遷移性ノイズとの重ね合せで観察されるため、軟磁性下地層の磁化状態が、記録層の磁化遷移の揺らぎにどの程度影響を及ぼしているかの詳細は明らかになっていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
面内記録方式の熱揺らぎ限界を超える記録密度で、二層垂直媒体と単磁極ヘッドとの組合わせによる垂直記録方式が適用されることを考慮すると、記録層起因の媒体ノイズと軟磁性下地層起因の媒体ノイズの両方を低減する必要がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。より具体的には、1平方インチあたり50ギガビット以上の記録密度で高い媒体S/Nを有する垂直磁気記録媒体を提供し、高密度磁気記憶装置の実現を容易ならしめることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
記録層起因の媒体ノイズの低減は、基板上に軟磁性下地層、中間層、垂直記録層を順次積層してなる垂直磁気記録媒体において、前記中間層をNiを主成分として、Zrを含有する非磁性の非晶質合金とすることで達成される。ここで、非晶質とは、薄膜Ｘ線回折によリブロードな散乱が観察されること、または、電子線回折によりハローパターンが観察されることを指す。
【０００７】
これまで単層垂直記録媒体において、垂直記録層の垂直配向性を改善するために垂直記録層と基板との間に非磁性材料の下地層を設ける方法が検討されてきた。例えば、特開昭58-77025号公報、特開昭58-141435号公報にはCoCr垂直記録層の下地層としてTiを用いる方法が、特開昭60-214417号公報には下地層としてGe、Siを用いる方法が、特開昭60-064413号公報には下地層としてCoO、NiO等の酸化物を用いる方法が、あるいは特開2000-30236号公報にはMgOを用いる方法が開示されている。
【０００８】
本発明者らが、こうした非磁性下地材料を二層垂直記録媒体の中間層に適用することを検討したところ、種々の問題点が明らかとなった。二層垂直記録媒体では、軟磁性下地層の上に中間層を形成するため、軟磁性下地層として、NiFeやFeAlSi等の多結晶材料を使う場合と、CoNbZr、CoTaZr等の非晶質材料を使う場合で、中間層の微細構造が影響を受け、その結果、垂直記録層の結晶配向性および磁気特性が大幅に変化する。例えば、Tiを中間層に用いた場合、非晶質の軟磁性下地層の上では比較的良好な特性を示すものの、多結晶の軟磁性下地層の上では、垂直記録層の結晶配向性が劣化し、十分な磁気特性が得られない傾向がある。また、二層垂直記録媒体では、記録および再生効率を高めるため、中間層の膜厚を薄くすることが有効であるが、例えばGe等の非晶質材料を中間層に用いた場合、界面で容易に拡散が起こるため、中間層の薄膜化が困難である。
【０００９】
本発明者らは、軟磁性下地層と垂直記録層の間に形成する中間層材料を種々検討したところ、Niを主成分とし、Zrを含有する非磁性の非晶質合金を用いた場合、軟磁性下地層の微細構造が多結晶、非晶質にかかわらず、垂直記録層の垂直配向性が強く、かつ、微細な粒径が得られることを見出した。NiZr系合金中間層の組成は、非磁性で非晶質であれば上記効果が得られるが、Nb、Taのうち少なくとも一種類の元素を添加することで、幅広い製膜プロセス条件において非磁性で非晶質な中間層を形成することができる。本発明の中間層を用いると、中間層膜厚による磁気特性の変化が小さく、膜厚が2nmと薄い場合でも磁気特性の劣化が見られない。すなわち、軟磁性下地層の構造および磁性が垂直記録層に及ぼす影響を効率良く断ち切ることができる。この理由としては、本発明の中間層材料は、Ge、SiあるいはC等の非晶質材料に比べ界面拡散が小さく、かつ、被覆率が高いためと考えられる。中間層の膜厚は、軟磁性下地層と垂直記録層の磁気的な結合を切り、かつ、記録・再生効率を高める上で、2nm以上、20nm以下とすることが好ましい。また、本発明の中間層材料は、単層垂直記録媒体の下地層に用いることもできる。
【００１０】
軟磁性下地層起因の媒体ノイズの低減は、基板上に軟磁性下地層、中間層、垂直記録層を順次積層してなる垂直磁気記録媒体において、軟磁性下地層を熱処理により析出した強磁性微結晶により構成することで達成される。
【００１１】
これまで軟磁性下地層の材料としては、NiFe、FeAlSi等の多結晶材料や、CoNbZr、CoTaZr等の非晶質材料が提案されている。本発明者らは、膜形成時には実質的に非晶質であり、飽和磁束密度が小さいが、熱処理を施すことで強磁性の微結晶が析出し、高い飽和磁束密度が得られる材料を軟磁性下地層に用いることで、従来の軟磁性下地層材料で見られるスパイク状のノイズを低減でき、さらに、軟磁性下地層起因の遷移性ノイズも低減できることを見出した。析出する強磁性微結晶としては、α-Fe、fcc-Co、hcp-Coの何れであっても効果があるが、容易に低い保磁力と高い飽和磁束密度が得られる点でα-Feが最も望ましい。例えばα-Feの微結晶を析出させた軟磁性下地層を採用する場合、軟磁性下地層材料としては、α-Feの微結晶が析出する材料であれば、特に元素と組成を限定するものではないが、具体例を挙げればFe-Ta-C合金、Fe-Hf-C合金、Fe-Zr-C合金、Fe-Nb-C合金、Fe-Ti-C合金等を用い、その材料に合せた熱処理を施すことにより、微細なα-Fe結晶を均一に析出させることができる。また、Fe-Ta合金やFe-Hf合金をAr/N₂混合ガス中でスパッタリング製膜することでもα-Feの微結晶を得ることができる。
【００１２】
一般的に述べると、軟磁性下地層は、第1の元素としてＦｅを、第２の元素としてＣまたはＮの少なくとも一方を、第３の元素としてＴａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒの中から選択される少なくとも一種の元素を含有するものとすることができる。こうして作製した軟磁性下地層はそのまま用いてもスパイク状のノイズは小さいが、軟磁性下地層と基板との間に、層間の反強磁性結合もしくは強磁性結合を利用したピニング層を設け、軟磁性下地層の磁区制御をすることは、さらなるスパイクノイズ低減に有効である。
【００１３】
本発明の垂直磁気記録媒体に用いる垂直記録層としては、Co-Cr-Pt合金、Co-Cr-Pt-Ta合金、Co-Cr-Pt-B合金等を用いることができる。垂直記録層の保護層としては、カーボンを主成分とする厚さ3nm以上、10nm以下の膜を形成し、更にパーフルオロアルキルポリエーテル等の潤滑層を1nm以上、10nm以下の厚さで形成することにより、信頼性の高い垂直磁気記録媒体が得られる。
【００１４】
本発明の磁気記憶装置は、前述した垂直磁気記録媒体と、これ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、磁気ヘッドを垂直磁気記録媒体に対して相対運動させる手段と、磁気ヘッドの信号入力と該磁気ヘッドからの出力信号再生を行なうための記録再生処理手段を有する磁気記憶装置において、磁気ヘッドの再生部を巨大磁気抵抗効果もしくは磁気トンネル効果を利用した高感度素子で構成する。これにより、１平方インチあたり50ギガビット以上の記録密度で高い信頼性を有する磁気記憶装置を実現することができる。
【００１５】
【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〕
図１に、本実施例の磁気記録媒体の層構成を示す。基板１１にはアルカリ洗浄した2.5インチ型のガラス基板を用い、軟磁性下地層１２、中間層１３、垂直記録層１４、保護層１５をDCマグネトロンスパッタリング法により順次形成した。軟磁性下地層１２には、Fe-8at%Ta-12at%Cターゲットを、中間層１３にはNi-37.5at%Ta-10at%Zrターゲットを、垂直記録層１４にはCo-22at%Cr-10at%Ptターゲット、Co-22at%Cr-12at%PtターゲットおよびCo-22at%Cr-14at%Ptターゲットを、保護層１５にはカーボンターゲットをそれぞれ用いた。製膜条件は、Arガス圧を0.5Paとし、軟磁性下地層１２を形成後、赤外線ランプヒーターにより、1600wで12sの熱処理（基板到達温度：約450-500℃）を行なった。垂直記録層１４形成時の基板温度は約270℃であった。各層の膜厚はそれぞれ、軟磁性下地層１２が474nm、中間層１３が2nmから30nm、垂直記録層１４が20nm、保護層１５が5nmである。潤滑層１６は、パーフルオロアルキルポリエーテル系の材料をフルオロカーボン材料で希釈し塗布した。
【００１６】
また、比較例１として、図２に示すように軟磁性下地層１２上に直接垂直記録層１４を形成した媒体を本実施例と同様な製膜条件で作製した。図２において、図１に示した層と対応する層には同じ番号を付して示した。更に、比較例２として本実施例と同様な層構成で中間層１３にTi-10at%Crターゲットを用いた媒体を本実施例と同様な製膜条件で作製した。
【００１７】
まず、Fe-8at%Ta-12at%Cターゲットを用いてガラス基板上に軟磁性下地層のみを形成した試料を用いて、薄膜Ｘ線回折法（Cu-Kα線使用、Ｘ線入射角度θ：2deg）および透過型電子顕微鏡（TEM）によりFeTaC膜の微細構造を調べた。
薄膜Ｘ線回折法による分析の結果、図３に示すように、熱処理前では43度付近にブロードな散乱が見られたが、熱処理後ではα-Feの110回折ピーク、200回折ピークおよび211回折ピークが確認できた。
【００１８】
図４はTEMによる観察結果を示し、図４(a)(c)(e)はTEMの明視野像、図４(b)(d)(f)は電子線回折パターンを表す。図４(a)(b)は熱処理前の観察結果、図４(c)(d)は熱処理後のFeTaC膜を膜面に垂直方向から電子線を入射して観察した結果、図４(e)(f)は熱処理後のFeTaC膜を膜面に平行方向から電子線を入射して観察した結果である。
【００１９】
図示するように、熱処理前では平面TEMの明視野像（図４(a)）にはコントラストがなく、電子線回折パターン（図４(b)）はハローであったが、熱処理後では明視野像（図４(c)）には微結晶のコントラストが見られ、電子線回折パターン（図４(d)）にはα-Feの110回折リング、200回折リング、211回折リングが見られた。更に熱処理後のFeTaC膜の断面をTEMにより観察したところ、平面TEMの明視野像と同様な微結晶のコントラスト（図４(e)）が見られ、電子線回折パターン（図４(f)）にはα-Feの110回折リング、200回折リング、211回折リングが見られた。
【００２０】
以上の結果より、軟磁性下地層として用いたFeTaC膜は、膜形成時には非晶質であり、熱処理によりα-Fe微結晶が析出した微細構造となることがわかる。こうした微細構造を有するFeTaC膜の飽和磁束密度(Bs)は、熱処理前では0.5テスラ(T)であったが、熱処理後には1.6Tと大幅に増加した。このBsの変化は、熱処理により飽和磁化の大きなα-Fe微結晶が析出したことによる。なお、本実施例で用いた熱処理は、α-Fe微結晶を析出させるためのものであり、その条件は軟磁性下地層に用いる材料および組成に依存する。
【００２１】
図５に、垂直記録層としてCo-22at%Cr-14at%Pt膜を用いた本実施例の媒体と比較例１の媒体の垂直保磁力(Hc)をKerr効果型磁力計で測定した結果を示す。軟磁性下地層の上に直接垂直記録層を形成した比較例１の媒体では、Hcが約1.2kOeと低かったが、本実施例の媒体では、膜厚が2nmの中間層を形成することによりHcが約2.8kOeと高い値が得られ、中間層の膜厚によるHcの変化は小さかった。中間層の膜厚を5nmとした本実施例の媒体の結晶配向性をＸ線回折法により調べたところ、図６に示すようにθ-2θスキャンではCoCrPt膜の強い0002回折ピークが観察され、θスキャンより求めたCo 0002回折ピークのΔθ₅₀は4.4度であった。比較例１および２の媒体でもCoCrPt膜の0002回折ピークが観察されたが、そのピーク強度は本実施例の媒体に比べ小さく、また、Δθ₅₀は本実施例の媒体に比べ大きかった。このように中間層に膜厚が5nmのNiTaZr膜を用いることで、垂直記録層の垂直配向性を高めることができ、その結果、強い垂直磁気異方性が得られる。なお、ここでは垂直記録層としてCo-22at%Cr-14at%Pt膜を例に説明したが、Co-22at%Cr-12at%Pt膜およびCo-22at%Cr-10at%Pt膜を用いた場合でも同様な結果が得られた。
【００２２】
次に、このようなNiTaZr膜の優れた特性の要因を明らかにするため，ガラス基板上にNiTaZr膜のみを形成した試料を用い、薄膜X線回折法（Cu-Kα線使用、Ｘ線入射角度θ：2deg）および原子間力顕微鏡（AFM）によりNiTaZr膜の微細構造を調べた。図７に示すように、NiTaZr膜は41度付近に非晶質特有のブロードな散乱が見られ、表面形態は粒子状の凹凸が観察されず平坦であった。こうしたNiTaZr膜の微細構造が、垂直記録層の垂直配向性向上に寄与したと考えられる。
【００２３】
本実施例の媒体と比較例２の媒体の記録再生特性を、記録再生分離型の磁気ヘッドを用いて評価した。記録用のリングヘッドのギャップ長は0.3μm、記録トラック幅は1.7μm、再生用のGMRヘッドのシールド間隔は0.16μm、再生トラック幅は1.3μm、浮上量は20nmとした。20kFCIの再生出力(Slf)と200kFCIの媒体ノイズ(N)を用い、その比(Slf/N)で媒体S/Nを評価した。結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】

【００２５】
表１から明らかなように、本実施例の媒体は、垂直記録層の組成によらず良好な媒体S/Nが得られたが、比較例２の媒体は垂直記録層にCo-22at%Cr-14at%Pt膜を用いた場合以外は、媒体S/Nが大幅に劣化した。このように、中間層に非晶質のNiTaZr膜を用いることにより、垂直記録層に用いる材料の選択肢が増える。
【００２６】
垂直記録層にCo-22at%Cr-14at%Pt膜を用いた本実施例の媒体と、記録用にトラック幅が0.25μmの単磁極ヘッド、再生用にシールド間隔が0.08μmでトラック幅が0.22μmのGMRヘッドを用いて、ヘッド浮上量が10nmの条件で記録再生を行なった。信号の再生波形をEEPR4系の信号処理回路を通してエラーレート評価を行なったところ、面記録密度50Gb/in²の条件で10^-6以下のエラーレート値が得られた。なお、この評価に用いた記録再生分離型ヘッドは、図8に示すように主磁極８１、記録コイル８２、補助磁極兼上部シールド８３、ＧＭＲ素子８４および下部シールド８５を有してなる周知の構成を持つものである。
【００２７】
〔実施例２〕
実施例１と同様な層構成（図１参照）で、中間層１３を形成後、99%Ar-1%O₂混合ガスの雰囲気（0.36Pa〜3.6Pa）に5秒間曝し、その後、垂直記録層１４、保護層１５をDCマグネトロンスパッタリング法により順次形成した。軟磁性下地層１２には、Fe-8at%Ta-12at%Cターゲットを、中間層１３にはNi-37.5at%Ta-10at%Zrターゲットを、垂直記録層１４にはCo-22at%Cr-14at%Ptターゲットを、保護層１５にはカーボンターゲットをそれぞれ用いた。製膜条件および各層の膜厚は、中間層を5nmと固定した以外は実施例１と同様である。
本実施例の媒体を、実施例１と同様な条件（リングヘッド記録／GMR再生）で記録再生特性を評価した。結果を表２に示す。
【００２８】
【表２】

【００２９】
本実施例の媒体は実施例１の媒体に比べ媒体S/Nが向上することが確認できた。これは、NiTaZr膜表面のZrが選択的に酸化され、その部分が粒径肥大化を抑制するサイトとして働き、垂直記録層の粒径が微細化したためと考えられる。
【００３０】
99%Ar-1%O₂混合ガスの圧力を1.1Paとした本実施例の媒体と、記録用にトラック幅が0.25μmの単磁極ヘッド、再生用にシールド間隔が0.08μmでトラック幅が0.22μmのGMRヘッドを用いて、磁気スペーシングが20nmの条件で記録再生を行なった。信号の再生波形をEEPR系の信号処理回路を通してエラーレート評価を行なったところ、面記録密度60Gb/in²の条件で10^-6以下のエラーレート値が得られた。
【００３１】
〔実施例３〕
実施例１と同様な層構成（図１参照）で、軟磁性下地層１２には、Fe-8at%Ta-12at%Cターゲット、Fe-8at%Hf-12at%Cターゲット、Fe-10at%Nb-12at%Cターゲット、Fe-13at%Ti-12at%CターゲットおよびFe-8at%Zr-12at%Cターゲットを、中間層にはNi-13.5at%Nb-10at%Zrターゲットを、垂直記録層にはCo-22at%Cr-14at%Ptターゲットを、保護層にはカーボンターゲットをそれぞれ用いた。製膜条件、各層の膜厚および潤滑層１６は実施例１と同様である。
【００３２】
ガラス基板上に軟磁性下地層のみ形成した試料を用いて薄膜Ｘ線回折法（Cu-Kα線使用、Ｘ線入射角度θ：2deg）により結晶性を調べた。熱処理前ではいずれの試料も非晶質特有のブロードな散乱のみが見られたが、熱処理後ではいずれの試料もα-Feの110回折ピーク、200回折ピークおよび211回折ピークが確認できた。すなわち、本実施例の軟磁性下地層に用いた材料は、実施例１で示したFeTaC膜と同様に、膜形成時には非晶質であり、熱処理によりα-Fe微結晶が析出した微細構造となることがわかる。
【００３３】
次に本実施例の媒体の結晶配向性をＸ線回折法により調べたところ、軟磁性下地層材料にかかわらず、θ-2θスキャンではCoCrPt膜の強い0002回折ピークが観察された。一方、中間層として用いたNiNbZr膜の薄膜Ｘ線回折パターン（Cu-Kα線使用、Ｘ線入射角度θ：2deg）には、実施例１のNiTaZr膜と同様に非晶質特有のブロードな散乱が見られた。このように、非晶質構造を有するNiNbZr膜を中間層に用いることは、垂直記録層の垂直配向性向上に有効である。
【００３４】
実施例１と同様な条件（リングヘッド記録／GMR再生）で本実施例の媒体の記録再生特性を評価した。結果を表３に示す。軟磁性下地層にFeTiC膜を用いた場合に媒体S/Nがやや低いものの、実施例１の媒体とほぼ同等な媒体S/Nが得られた。
【００３５】
【表３】

【００３６】
軟磁性下地層にFeHfC膜を用いた本実施例の媒体と、記録用にトラック幅が0.25μmの単磁極ヘッド、再生用にシールド間隔が0.08μmでトラック幅が0.22μmのGMRヘッドを用いて、ヘッド浮上量が10nmの条件で記録再生を行なった。信号の再生波形をEEPR4系の信号処理回路を通してエラーレート評価を行なったところ、面記録密度50Gb/in²の条件で10^-6以下のエラーレート値が得られた。
【００３７】
〔実施例４〕
実施例１と同様な層構成（図１参照）で、軟磁性下地層１２には、Fe-10at%TaターゲットおよびFe-10at%Hfターゲットを、中間層にはNi-37.5at%Ta-10at%Zrターゲットを、垂直記録層にはCo-22at%Cr-14at%Ptターゲットを、保護層にはカーボンターゲットをそれぞれ用いた。ここで、軟磁性下地層１２は、90%Ar-10%N₂混合ガスを用い、ガス圧0.5Paの条件で、反応性スパッタリングにより形成した。その他の製膜条件および各層の膜厚および潤滑層１６は実施例１と同様である。また、比較例３として、95%Ar-5%N₂混合ガスを用い軟磁性下地層を形成した媒体を本実施例と同様な製膜条件で作製した。
【００３８】
ガラス基板上に軟磁性下地層のみ形成した試料を用いて薄膜Ｘ線回折法（Cu-Kα線使用、Ｘ線入射角度θ：2deg）により結晶性を調べた。90%Ar-10%N₂混合ガスを用いた場合には、熱処理前ではFeTaN膜とFeHfN膜はともに非晶質特有のブロードな散乱のみで、熱処理後、α-Feの110回折ピーク、200回折ピークおよび211回折ピークが確認できた。一方、95%Ar-5%N₂混合ガスを用いた場合には、熱処理前にFeTaN膜もFeHfN膜もα-Feの110回折ピークが見られ、膜形成時に結晶化していた。このように、Ar-N₂混合ガスを用いた反応性スパッタリング法により形成した膜の熱処理前の微細構造は、Ar-N₂混合ガスのN₂濃度を高めることで結晶質から非晶質に変化する。
【００３９】
実施例１と同様な条件（リングヘッド記録／GMR再生）で本実施例の媒体と比較例３の媒体の記録再生特性を評価した。結果を表４に示す。本実施例の媒体では、実施例１および実施例３の媒体とほぼ同等な媒体S/Nが得られたが、比較例３の媒体では媒体S/Nが大幅に劣化した。この結果より、軟磁性下地層としては、膜形成時には非晶質であり、熱処理によりα-Fe微結晶が析出した微細構造を持つことが、媒体S/Nを向上させる上で有効と考えられる。
【００４０】
【表４】

【００４１】
軟磁性下地層にFeTaN膜を用いた本実施例の媒体と、記録用にトラック幅が0.25μmの単磁極ヘッド、再生用にシールド間隔が0.08μmでトラック幅が0.22μmのGMRヘッドを用いて、ヘッド浮上量が10nmの条件で記録再生を行なった。信号の再生波形をEEPR4系の信号処理回路を通してエラーレート評価を行なったところ、面記録密度50Gb/in²の条件で10^-6以下のエラーレート値が得られた。
【００４２】
〔実施例５〕
本発明による磁気記憶装置を図9により説明する。図9(a)は磁気記憶装置の平面模式図、図9(b)はそのＡ−Ａ′断面模式図である。この装置は、垂直磁気記録媒体９１と、これを回転駆動する駆動部９２と、磁気ヘッド９３およびその駆動手段９４と、前記磁気ヘッドの記録再生信号処理手段９５を有してなる周知の構成を持つ磁気記憶装置である。前記磁気ヘッドは磁気ヘッドスライダの上に形成された記録再生分離型の磁気ヘッドである。単磁極型の記録ヘッドのトラック幅は0.25μm、再生用のGMRヘッドのシールド間隔は0.08μm、トラック幅は0.22μmである。
【００４３】
実施例1においてCo-22at%Cr-14at%Pt垂直記録層を用いた媒体を上記磁気記憶装置に組み込んでヘッド浮上量10nm、線記録密度590kBPI、トラック密度89kTPIの条件で記録再生特性を評価したところ、10℃から50℃の温度範囲において、52.5Gb/in²の面記録密度の記録再生特性仕様を十分満たした。
【００４４】
〔実施例６〕
実施例６の磁気記憶装置と同様な構成で、再生ヘッドに磁気トンネル効果を利用した高感度素子を用いた磁気記憶装置に、実施例２において99%Ar-1%O₂混合ガスの圧力を1.1Paとした媒体を組み込んでヘッド浮上量10nm、線記録密度674kBPI、トラック密度89kTPIの条件で記録再生特性を評価したところ、10℃から50℃の温度範囲において、60Gb/in²の面記録密度の記録再生特性仕様を十分満たした。なお、この評価に用いた磁気トンネル効果を利用した高感度素子は、図１０に示すように上部電極１０１、反強磁性層１０２、磁化固定層１０３、絶縁層１０４、磁化自由層１０５および下部電極１０６を有してなる周知の構成を持つものである。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によると、１平方インチあたり50ギガビット以上の記録密度でエラーレートの低い信頼性に優れた磁気記憶装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の垂直磁気記録媒体の層構成を示す図。
【図２】比較例の垂直磁気記録媒体の層構成を示す図。
【図３】 FeTaC膜の薄膜Ｘ線回折パターンを示す図。
【図４】 FeTaC膜の平面TEM像と電子線回折パターンを示す図。
【図５】垂直保磁力と中間層膜厚との関係を示す図。
【図６】垂直磁気記録媒体のＸ線回折パターン（θ-2θスキャン）を示す図。
【図７】 NiTaZr膜の薄膜Ｘ線回折パターンを示す図。
【図８】記録再生分離型ヘッドの断面模式図。
【図９】磁気記憶装置の平面模式図およびそのA-A’縦断面図。
【図１０】磁気トンネル効果を利用した高感度素子の層構成例を示す図。
【符号の説明】
１１…基板、１２…軟磁性下地層、１３…中間層、１４…垂直記録層、１５…保護層、１６…潤滑層、８１…主磁極、８２…記録コイル、８３…補助磁極兼上部シールド、８４…ＧＭＲ素子、８５…下部シールド、９１…垂直磁気記録媒体、９２…磁気記録媒体駆動部、９３…磁気ヘッド、９４…磁気ヘッド駆動部、９５…記録再生処理系、１０１…上部電極、１０２…反強磁性層、１０３…磁化固定層、１０４…絶縁層、１０５…磁化自由層、１０６…下部電極

Claims

基板上に形成された強磁性微結晶を有する軟磁性下地層と、該軟磁性下地層上に形成されたＮｉを含有する非磁性の非晶質金属層と、該Ｎｉを含有する非磁性の非晶質金属層上に形成された垂直記録層を有し、
前記軟磁性下地層は、第１の元素としてＦｅを、第２の元素としてＣまたはＮの少なくとも一方を、第３の元素としてＴａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒの中から選択される少なくとも一種の元素を含有することを特徴とする垂直磁気記録媒体。
請求項１に記載の垂直磁気記録媒体において、前記Ｎｉを含有する非磁性の非晶質金属層はＺｒを含有することを特徴とする垂直磁気記録媒体。
請求項２に記載の垂直磁気記録媒体において、前記Ｎｉを含有する非晶質金属層は、更にＮｂとＴａの少なくとも一方を含有することを特徴とする垂直磁気記録媒体。
前記軟磁性下地層は、膜面垂直方向から電子線を入射して測定した透過電子顕微鏡像と、膜面平行方向から電子線を入射して測定した透過電子顕微鏡像とに、微結晶のコントラストが観測されることを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
前記軟磁性下地層は、Ｘ線入射角度θを２°に固定して測定した薄膜Ｘ線回折プロファイルに、α−Ｆｅの１１０、２００、２１１回折ピークが現れることを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
前記軟磁性下地層は、膜面垂直方向から電子線を入射して測定した電子線回折像および膜面平行方向から電子線を入射して測定した電子線回折像に、α−Ｆｅの１１０、２００、２１１回折リングが観測されることを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
ＦｅとＴａとＣを含有する軟磁性下地層と、該軟磁性下地層上に形成されたＮｉとＴａとＺｒを含有する非磁性の非晶質中間層と、該非磁性の非晶質中間層上に形成された垂直記録層とを有することを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
α−Ｆｅ微結晶を有する軟磁性下地層と該軟磁性下地層上に形成されたＮｉを含有する非磁性の非晶質金属層と該Ｎｉを含有する非磁性の非晶質金属層上に形成された垂直記録層とを有する垂直磁気記録媒体と、該垂直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、前記磁気ヘッドを前記垂直磁気記録媒体に対して相対運動させる手段と、前記磁気ヘッドの信号入力と該磁気ヘッドからの出力信号再生を行なうための記録再生処理手段を有し、前記磁気ヘッド再生部が磁気抵抗効果もしくは磁気トンネル効果を利用した高感度素子で構成されることを特徴とする磁気記憶装置。