JP3947771B2

JP3947771B2 - 磁気記録媒体

Info

Publication number: JP3947771B2
Application number: JP2004292954A
Authority: JP
Inventors: 隆千葉; 順有明; 直樹本多
Original assignee: Akita Prefecture; Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Akita Prefecture; Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2004-10-05
Filing date: 2004-10-05
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2024-10-05
Also published as: US20070243420A1; WO2006038630A1; JP2006107626A

Description

本発明は磁気記録媒体に関し、より詳細には、コンピューター、ビデオレコーダーなどの各種記録機器に搭載される磁気記録媒体に関する。

磁気記録密度をより高める技術として、垂直磁気記録方式が注目されている。垂直磁気記録に用いる記録媒体として、Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒの結晶粒をＳｉＯ₂が取り巻くグラニュラー構造を有する記録層を用いる媒体が開示されている（特許文献１参照）。この媒体は、強磁性体であるＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒのおのおのの結晶粒が、ＳｉＯ₂によって完全に分断されるならば、磁性粒子間の磁気的な相互作用が小さくなることから、低ノイズ特性が得られると期待されている。また、ｃ軸が膜面垂直方向に配向したＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒ結晶が持つ高い結晶磁気異方性が、磁性粒子間の磁気的相互作用を小さくすることによって、高い垂直抗磁力を発現すると考えられている。
特開２００３−１７８４１３号公報

上記の記録層を製造する方法として、Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ合金とＳｉＯ₂とを混合させた材料をターゲットとするスパッタリングが報告されている。金属と酸化物の混合材料からなるターゲットを用いて成膜した場合、金属粒子を酸化物が取り巻くグラニュラー構造の膜が得られる。

しかし、得られた膜の垂直方向のＭ−Ｈループの傾きパラメータα（ここで、α＝４π（ｄＭ／ｄＨ）と定義される）が約２であることから、粒子間に大きな磁気的結合が残っていると考えられる。また、金属粒子中に酸化物の構成元素が多少なりとも混入する可能性は否定できない。上記のようにＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒ合金とＳｉＯ₂とを混合させた材料からなるターゲットを用いて成膜された膜中の磁性粒子にＳｉが混入した場合、膜の垂直抗磁力を大幅に減少させると考えられる。酸化物元素の磁性粒子への混入が多少なりとも避けられないことを前提としたとき、成膜される膜の垂直抗磁力の劣化の度合いを極力小さくすることが必要となる。

本発明の目的は、磁性粒子間の磁気的結合を小さくして、高い垂直抗磁力を発現できる磁気記録媒体を提供することにある。

本発明に係る磁気記録媒体は、下記一般式
［（Ｃｏ_1-mＰｔ_m）_1-nＣｒ_n］_100-x-yＴｉ_xＯ_y
（ここで、ｍ、ｎは原子比で、ｍは０．２以上０．４以下、ｎは０以上０．１以下、ｘは９ａｔ．％以上１３ａｔ．％以下、ｙ／ｘは１．８以上２．３以下である）
で表される強磁性体からなる記録層を有することを特徴とする。

本発明において、前記記録層は垂直磁気異方性を持つことが好ましい。また、本発明の磁気記録媒体において、前記記録層は４Ｐａ以上９Ｐａ以下のＡｒガス圧力雰囲気下で成膜されることが好ましい。

本発明の磁気記録媒体は、磁性粒子間の磁気的結合を小さくでき、高い垂直抗磁力を発現できる。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について説明する。

図１は、本発明に係る磁気記録媒体の一例を示す断面図である。基板１上に、下地層２、Ｃｏ−Ｐｔ系合金の結晶粒とそれを取り巻くＴｉＯ₂からなる記録層３、保護層４が順次形成された構造を有する。

基板１としては、容易に破損しない力学的強度を有し、かつ表面が平滑であるならばどのような材料を用いてもよく、例として、ガラス、金属、プラスチックなどを用いることができる。下地層２はなくてもよく、また多層構造であってもよい。例として、記録時の補助として用いられるＮｉ−Ｆｅなどの軟磁性層や、記録層の結晶配向性を確保するためのＰｔ，Ｒｕなどの非磁性膜などを用いることができる。下地層２の厚さは特に限定されない。

保護層４はなくてもよく、また多層構造であってもよい。例として、カーボンやＴｉＮなどの硬質膜、さらに最表面に液体や固体の潤滑剤を用いてもよい。ただし、磁気ヘッド先端から記録層表面までの距離をできるだけ小さくすることが記録特性上好ましいので、これらの厚さは薄いほどよい。

記録層３は、Ｃｏ−Ｐｔ系合金の結晶粒とそれを取り巻くＴｉＯ₂の粒界からなるグラニュラー構造の膜である。結晶粒や粒界の状態や、それぞれの元素組成の詳細を別個に知ることは困難であるが、この層全体の元素の構成として、Ｔｉが９ａｔ．％以上１３ａｔ．％以下であり、ＯとＴｉの比率が原子比で１．８以上２．３以下であり、ＴｉとＯを除く全元素中、ＣｏとＰｔの合計が９０ａｔ．％以上、Ｃｒが１０ａｔ．％以下であり、かつＣｏとＰｔの合計のうちＰｔの比率は原子比で０．２以上０．４以下であることが必要である。

Ｔｉが９ａｔ．％未満の場合には、酸化物の絶対量が結晶粒の間に非磁性粒界を構成するのに不十分であり、Ｔｉが１３ａｔ．％を超える場合には、結晶粒の結晶配向性の維持が困難になる。

膜中のＯとＴｉの全てがＴｉ酸化物を形成し、他の形態では存在しないとすると、ＯとＴｉの比率は原子比で２．０となる。膜中のＯとＴｉの比率が１．８未満の場合、Ｔｉ原子のかなりの部分が金属状態でＣｏＰｔ合金磁性粒子中に侵入し、記録層の磁気特性を劣化させる。逆に膜中のＴｉに対するＯの比率が２．３以上の場合は、Ｏ原子のかなりの部分がＣｏＰｔ合金磁性粒子中に侵入し、Ｃｏを酸化させ、記録層の磁気特性を劣化させる。

また、ＴｉとＯを除く全元素、すなわち結晶粒を構成すると考えられる元素中、ＣｏとＰｔの合計が９０ａｔ．％未満の場合には、垂直磁気異方性が劣化する。ただし、低ノイズ化などの目的で、記録層中のＴｉとＯを除く全元素中、合計１０ａｔ．％以下で、Ｃｏ、Ｐｔ以外の元素、例えばＣｒなどを添加することができる。

さらに、ＣｏＰｔ系合金では、ＣｏとＰｔの合計中、Ｐｔの原子比が０．２以上０．４以下の範囲で高い抗磁力が得られるが、Ｐｔの比率がこの範囲より小さい場合、または大きい場合のいずれでも抗磁力は劣化する。よって、膜中のＣｏとＰｔの合計のうち、Ｐｔの比率は原子比で０．２以上０．４以下であることが必要である。

［予備検討］
ＣｏＰｔ合金について、ＣｏとＰｔの適切な比率を知るため、Ｐｔの比率を０ａｔ．％から５３．５ａｔ．％の範囲で変化させた厚さ約３０ｎｍのＣｏＰｔ合金膜を作製し、その垂直抗磁力を調べた。結果を図２に示す。Ｐｔの比率が０．２以上０．４以下の範囲で２．５Ｏｅ以上の高い抗磁力が得られるが、Ｐｔの比率がこの範囲より小さい場合または大きい場合のいずれでも垂直抗磁力は劣化することがわかる。

以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。

［実施例１］
本実施例では図３に示す磁気記録媒体を作製した。基板１１として２．５インチのガラスディスクを用い、Ａｒガス圧力１Ｐａで厚さ約２ｎｍのカーボン膜１２、Ａｒガス圧力０．０７Ｐａで厚さ約５ｎｍのＰｔ膜１３、Ａｒガス圧力３Ｐａで厚さ約１５ｎｍのＲｕ膜１４を順次成膜して下地層とした。続いて、Ｃｏ₈₀Ｐｔ₂₀（ａｔ．％）のターゲット表面にＴｉＯ₂のチップを配置し、ＤＣマグネトロンスパッタ法により、Ａｒガス圧力１〜１０Ｐａで厚さ約１５ｎｍの記録層１５を形成した。全ての層の成膜において、基板の加熱は行っていない。

媒体の記録層中の元素組成は、表面５ｎｍをスパッタエッチングした後、Ｘ線光電子分光分析で、垂直抗磁力は試料振動型磁力計でそれぞれ測定した。図４に、記録層成膜時のＡｒガス圧力に対する、膜中のＴｉおよびＯの元素量を示す。記録層成膜時のＡｒガス圧力を変えることにより、膜中の元素量が変わり、ガス圧力の上昇に伴い酸化物量が増大することがわかる。図５に膜中Ｔｉ量に対する垂直抗磁力Ｈｃの値の変化を示す。Ｔｉ量が９〜１３ａｔ．％の範囲において３ｋＯｅ以上の高い垂直抗磁力が発現した。図６に膜中のＯとＴｉの原子比を示す。本実施例においては、ＯとＴｉの原子比は１．８から２．３の範囲であった。また、最大のＨｃを示した試料では、膜の垂直方向のＭ−Ｈループの傾きパラメータαが１．４と小さい値であった。

［実施例２］
ガラスディスク基板上に、実施例１と同様にしてカーボン、Ｐｔ、Ｒｕの各下地層を成膜した後、Ｃｏ₈₀Ｐｔ₂₀（ａｔ．％）のターゲット表面にＴｉＯ₂およびＣｒのチップを配置し、ＲＦマグネトロンスパッタ法により、Ａｒガス圧力５Ｐａで厚さ約１５ｎｍの記録層を形成した。この膜中の元素組成はＣｏ４８．２ａｔ．％、Ｐｔ１３．１ａｔ．％、Ｃｒ６．０ａｔ．％、Ｔｉ９．８ａｔ．％、Ｏ２２．９ａｔ．％であり、ＴｉとＯを除く元素中でのＣｒの比率は８．９ａｔ．％であった。また、この膜のＨｃは３３１２Ｏｅであった。

記録層に金属元素としてＣｏとＰｔの他にＣｒを加えることにより、Ｈｃは減少したが、しかし３ｋＯｅ以上の値を保っており、結晶粒の構成元素として、ＣｏとＰｔ以外の元素を少量添加しても、良好な磁気特性を維持できることがわかる。

［比較例１］
ガラスディスク基板上に、実施例１と同様にしてカーボン、Ｐｔ、Ｒｕの各下地層を成膜した後、Ｃｏ₈₀Ｐｔ₂₀（ａｔ．％）の体積比が７０％、ＳｉＯ₂の体積比が３０％のターゲットを用いて、Ａｒガス圧力３〜１０Ｐａで厚さ約１５ｎｍの記録層を形成した。垂直抗磁力は成膜Ａｒガス圧力により変化し、７Ｐａにおいて最大値（参考文献１の開示に近い値）が得られた。この最大のＨｃを示した試料は、Ｍ−Ｈループの傾きパラメータαが２．０であり、実施例１よりも大きい値であった。

［比較例２］
ガラスディスク基板上に、実施例１と同様にしてカーボン、Ｐｔ、Ｒｕの各下地層を成膜した後、Ｃｏ₈₀Ｐｔ₂₀（ａｔ．％）のターゲット表面にＣｒ₂Ｏ₃のチップを配置し、ＤＣマグネトロンスパッタ法により、Ａｒガス圧力３〜１０Ｐａで厚さ約１５ｎｍの記録層を形成した。垂直抗磁力は成膜Ａｒガス圧力により変化し、５ＰａにおいてＨｃが最大となった。この最大のＨｃを示した試料は、Ｍ−Ｈループの傾きパラメータαが１．９であり、実施例１よりも大きい値であった。
図７に、実施例１、比較例１および比較例２の評価結果をまとめて示す。

以上のように、記録層を構成する酸化物としてＴｉＯ₂を用いた媒体は、成膜条件によって膜中のＴｉおよびＯを適当量に調整することにより、記録層を構成する酸化物としてＳｉＯ₂やＣｒ₂Ｏ₃を用いた媒体と比較して、高い垂直抗磁力および小さいＭ−Ｈループの傾きパラメータαを示した。このことは、ＴｉＯ₂酸化物を用いた媒体が、ＳｉＯ₂やＣｒ₂Ｏ₃を用いた媒体と比較し、磁性粒子間の磁気的相互作用がより小さいことを示唆している。また、記録層中にＣｒ６．０ａｔ．％（ＴｉとＯを除いた元素中で８．９ａｔ．％）を含有する媒体も３ｋＯｅ以上の高い垂直抗磁力を示した。

本発明に係る磁気記録媒体の一例を示す断面図。ＣｏＰｔ合金膜中のＰｔの原子比に対する膜の垂直抗磁力の変化を示す図。実施例において作製した磁気記録媒体を示す断面図。実施例１の磁気記録媒体について、記録層成膜時のＡｒガス圧力に対する膜中のＴｉおよびＯの元素量を示す図。実施例１の磁気記録媒体について、膜中Ｔｉ量に対する垂直抗磁力Ｈｃの値の変化を示す図。実施例１の磁気記録媒体について、膜中のＯとＴｉの原子比に対する垂直抗磁力Ｈｃの値の変化を示す図。実施例１、比較例１および比較例２の評価結果をまとめて示す図。

符号の説明

１…基板、２…下地層、３…記録層、４…保護層、１１…基板、１２…カーボン膜、１３…Ｐｔ膜、１４…Ｒｕ膜、１５…記録層。

Claims

下記一般式
［（Ｃｏ_1-mＰｔ_m）_1-nＣｒ_n］_100-x-yＴｉ_xＯ_y
（ここで、ｍ、ｎは原子比で、ｍは０．２以上０．４以下、ｎは０以上０．１以下、ｘは９ａｔ．％以上１３ａｔ．％以下、ｙ／ｘは１．８以上２．３以下である）
で表される強磁性体からなる記録層を有することを特徴とする磁気記録媒体。
前記記録層は垂直磁気異方性を持つことを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体。