JP4154341B2 - 磁気記録媒体及び磁気記憶装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気記録媒体及び磁気記憶装置に係り、特に記録磁性層の熱安定性を向上させることを目的として、記録磁性層を安定化させるために熱的に不安定な層を用いる面内磁気記録媒体と、そのような磁気記録媒体を用いる磁気記憶装置に関する。

磁気記録媒体の記憶容量を増大する要求に伴い、記録磁性層の磁性粒子の成長と磁気特性の両方を適切にスケーリングしたり、設計の革新を行うことで、薄膜磁気ディスクが開発されてきた。これは、近年開発され特開２００１−５６９２４公報で提案されているシンセティックフェリ磁性媒体（ＳＦＭ：Synthetic Ferrimagnetic Media）や、Abarra et al., "Longitudinal magnetic recording media
with thermal stabilization layers", Applied Physics Letters, Vol.77,
No.16, pp.2581-2583, October 15, 2000や、Fullerton et al., "Antiferromagnetically coupled magnetic media layers for
thermally stable high-density recording", Applied Physics Letters, Vol.77,
No.23, pp.3806-3808, December 4, 2000等で報告されている知見から容易に理解されよう。

磁気記録密度が非常に高くなり単位面積内に記録される情報量が非常に多くなると、記録磁性層の寸法をスケーリングにより縮小する必要がある。記録磁性層をより薄くすることは、粒子サイズを小さくすると共に、遷移パラメータをこれに応じて小さくする上では有利である。しかし、粒子サイズ及び異方性エネルギーを小さくするには限界があり、記録磁性層の寸法を小さくし続けると異方性エネルギーが小さくなりすぎて、いずれはある温度（通常、室温）で熱エネルギーの方が勝ってしまう。従って、他の設計方法を実現するには、特開２００１−５６９２４公報で提案されているシンセティックフェリ磁性媒体等の磁気記録媒体を更に改善する必要がある。

本発明は、上記の問題を大幅に軽減できる磁気記録媒体及び磁気記憶装置を提供することを概括的目的とする。

本発明のより具体的な目的は、シンセティックフェリ磁性構造を有するシンセティックフェリ磁性媒体（ＳＦＭ）の上側記録磁性層を安定化するのに用いる異なる種類の磁性層を提案することにある。この目的は、強磁性層の代わりに、薄膜超常磁性層を用いることで達成できる。適切な超常磁性層を用いることで、ｔＢ_ｒ（Ｇμｍ）を適切な低い範囲に設定して記録密度を増加させることができる。

本発明の更に他の目的は、記録磁性層の熱安定性を同じレベルに保つか、或いは、向上しつつ、媒体性能を向上することにある。更に、本発明においては、従来の単層磁性構造の磁気記録媒体と比較すると、信号対雑音比（ＳＮＲ）も同じレベルに保つか、或いは、向上することができる点も重要な点である。

本発明の他の目的は、シンセティックフェリ磁性構造の下側磁性層の結合強度と層間特性を利用することでＳＦＭの特性を更に向上することにある。

更に本発明の他の目的は、ベース構造と、該ベース構造上に設けられ、記録層を構成するシンセティックフェリ磁性構造とを備え、該シンセティックフェリ磁性構造は、非磁性スペーサ層を介して反強磁性結合している少なくとも下側磁性層と上側磁性層とを含み、該下側磁性層は超常磁性層からなり、該上側磁性層は強磁性材料からなり、該下側及び上側磁性層の磁気モーメントは、印加される外部磁界がゼロである残留磁化状態で反平行の向きとなっている磁気記録媒体を提供することにある。

本発明の他の目的は、ベース構造と、該ベース構造上に設けられ、記録層を構成するシンセティックフェリ磁性構造とを備え、該シンセティックフェリ磁性構造は非磁性スペーサ層を介して反強磁性結合している少なくとも下側磁性層と上側磁性層とを含み、該下側磁性層は超常磁性層からなり、該上側磁性層は強磁性材料からなり、該下側及び上側磁性層の磁気モーメントは印加される外部磁界がゼロである残留磁化状態で反平行の向きとなっている少なくとも１つの磁気記録媒体と、該磁気記録媒体に対して情報の書き込み及び情報の読み出しを行うトランスデューサとを備えた磁気記憶装置を提供することにある。

本発明の他の目的及び特長は、以下に図面と共に述べる説明より明らかとなろう。

本発明によれば、安定化層に超常磁性層を用いる磁気記録媒体及び磁気記憶装置を実現することができる。この安定化層は、ＳＦＭ方式において上側磁性層の磁化を熱的に安定化させることができる。安定化層に適切な超常磁性層を用いれば、ＳＮＲを向上して１００Ｇｂｉｔｓ／ｉｎ^２を超える高記録密度を実現できると共に、低ｔＢｒ値においても必要とされる熱安定性を確保することができる。このように、ｔＢｒ値を低く抑えながら熱安定性の向上及びＳＮＲの向上を図れることが、本発明の重要な効果である。

本発明になる磁気記録媒体の第１実施例の要部を示す断面図である。 ２層シンセティックフェリ磁性構造で用いる反強磁性結合方式を、残留磁化位置での磁気モーメントの状態、即ち、印加される外部磁界がゼロの場合について説明する図である。 ３層シンセティックフェリ磁性構造で用いる反強磁性結合方式を、残留磁化位置での磁気モーメントの状態、即ち、印加される外部磁界がゼロの場合について説明する図である。 本発明になる磁気記録媒体の第２実施例の要部を示す断面図である。 本発明になる磁気記録媒体の第３実施例の要部を示す断面図である。 本発明になる磁気記録媒体の第４実施例の要部を示す断面図である。 典型的な強磁性材料を用いるシンセティックフェリ磁性構造の磁化ループ及び保磁力を示す図である。 典型的な強磁性材料を用いるシンセティックフェリ磁性構造の磁化ループ及び保磁力を示す図である。 典型的な超常磁性材料を用いたシンセティックフェリ磁性構造の磁化ループ及び保磁力を示す図である。 典型的な超常磁性材料を用いたシンセティックフェリ磁性構造の磁化ループ及び保磁力を示す図である。 超常磁性層の膜厚が増加して強磁性状態に達する場合の交換磁界の値をＨｅｘ値について示す図である。 下側磁性層が超常磁性である場合の磁化ループ及び保磁力を示す図である。 超常磁性層の膜厚を増加させた場合のＣＣＰＢ系の磁化の値を示す図である。 超常磁性層の膜厚を増加させた場合のＣＣＰＢ系の交換結合強度の値を示す図である。 超常磁性層の膜厚を増加させた場合に向上する保磁力を示す図である。 交換結合強度の値を強磁性層の膜厚の増加に対応して増加させた場合の熱安定性の向上を示す図である。 交換磁界強度の値を超常磁性層の膜厚の増加に対応して増加させた場合の熱安定性の向上を示す図である。 超常磁性層の膜厚を増加させた場合の総信号対雑音比を示す図である。 本発明になる磁気記憶装置の一実施例の要部を示す断面図である。 磁気記憶装置の一実施例の要部を示す平面図である。

本発明は、２つの強磁性層が例えばＲｕからなる非磁性スペーサ層を介して反平行に結合している場合の上記シンセティックフェリ磁性媒体（ＳＦＭ）に適用される。本発明は、結合している強磁性層のうち下側の層が超常磁性層からなるという新たな形態に寄与する。

本明細書では、用語の意味を統一するため、用語を次のように定義する。尚、これらの定義は、"A Dictionary of Physical Sciences", Towman
& Allanheld, 1983から得たものである。

「モーメント」とは、力又は合力による軸を中心とした回動させる効果を言う。１つの力は、力とその作用線の軸からの垂直距離との積に等しいモーメントを有する。

「常磁性」とは、温度と反比例する比較的低い正の磁化率を有する材料の磁気的振る舞いの一種を言う。常磁性のサンプルは、印加された磁界の方向に移動する傾向を有する。このような傾向は、原子又は分子の不対電子のスピンが原子に磁気モーメントを付加することで生じる。常磁性の効果は、常に固体の反磁性の振る舞いを上回る。

「強磁性」とは、温度に依存する非常に高い磁化率を有する材料の磁気的な振る舞いの一種を言う。強磁性は、常磁性の場合と同様に、不対電子により生じる。不対電子は、小さな基本磁石として作用し、強磁性材料においては交換力と呼ばれる分子間力により固体の磁区と呼ばれる領域において互いに平行に整列されている。従って、各磁区は小さな磁石とみなすことができる。磁化されていないサンプルでは、磁区はランダムに配置されているので、サンプルは有効磁気モーメントを有さない。外部磁界を印加すると、基本磁石は外部磁界に沿って整列する傾向があり、磁気モーメントが外部磁界に沿った磁区は近接する磁区を犠牲にして成長する。外部磁界が十分大きい場合には、全ての基本磁石が外部磁界の方向を向き、サンプルは飽和磁化状態となる。

「超常磁性」の定義は、B.D. Cullity,
"Magnetism and Magnetic Materials", Addison Wesley Publishing Company
Inc., 1972から得られる。強磁性体の粒子サイズがある値より小さくなると、粒子の熱エネルギーが粒子内に存在する他のエネルギー（異方性エネルギー等）を上回るので、保磁力はゼロになる。この熱エネルギーは、既に磁化されている粒子の集合を自然に消磁するのに十分な高さを有する。このような粒子は、超常磁性粒子と呼ばれる。

「超常磁性」の操作的定義は、少なくとも２つの要求事項を含むことになる。第１に、磁化曲線は、熱平衡の特性ではないので、ヒステリシスを示してはいけない。第２に、粒子相互効果を除き、等方性サンプルの磁化曲線は、自発磁化の温度依存性に対する補正の後、Ｈ／Ｔについてプロットすると異なる温度に対する曲線が略重なる程度温度に依存するものでなくてはならない。ここで、Ｈは印加される磁界を示し、Ｔは温度を示す。

本発明になる磁気記録媒体は、向上された熱安定性と向上された記録特性で、好ましくは現在の記録限界である１００Ｇｂｉｔｓ／ｉｎ^２を超える面内高密度記録を行うのに適している。特に、本発明になる磁気記録媒体は、記録磁性層の熱安定性を向上させることを目的として、記録磁性層を安定化させるたに熱的に不安定な層を用いる。この熱的に不安定な層、即ち、超常磁性層は、通常面内記録で用いられる下地層構造を有する機械的テキスチャを施された、或いは、アモルファスガラスの基板の上に形成することができる。このような構造は、磁気記録媒体の２つの強磁性層がＲｕ等の非磁性スペーサ層で分離されているＳＦＭに適用され、残留磁化状態ではこれらの強磁性層の磁化は反強磁性結合されている。本発明は、上側磁性層を安定化させるために、強磁性層の代わりに超常磁性層を用いる。超常磁性層に用いる材料を適切に選定することにより、高い信号対雑音比（ＳＮＲ）及び良好なオーバーライト特性を有するすぐれた高密度記録特性を実現することができる。

超常磁性層の超常磁性は２７３Ｋ以上で発生する。ある材料が超常磁性となるためには、上記の如く測定温度を特定すると共に、超常磁性層の磁化の磁界依存性を特定する必要がある。又、超常磁性層の保磁力Ｈｃは室温以上でＨｃ＝０であり、その測定時間は１秒以上である。通常、特定の材料が超常磁性状態にあることを証明するためには、保磁力Ｈｃがゼロであり有限の磁化が得られることを実験的に確認する必要がある。しかし、保磁力Ｈｃは時間にも依存するパラメータであるため、測定時間も特定する必要がある。保磁力Ｈｃが１秒でゼロであれば、保磁力Ｈｃはそれより上の全てのタイムスケールでもゼロである。ここで、タイムスケールとは、磁気記録媒体に印加される外部磁界が変化する割合を言う。

ところが、後述するように、定めるべき最も重要なパラメータは、超常磁性層の体積（又は、粒子サイズ）である。体積（粒子サイズ）がある値より小さくなると、超常磁性がどのような温度でも発現する。このように超常磁性が発現する体積（又は、粒子サイズ）は、超常磁性層に用いる材料に依存する。

図１は、本発明になる磁気記録媒体の第１実施例の要部を示す断面図である。図１及び後述する図４〜図６において、各層の膜厚は共通の縮尺で図示されたものではない。

図１に示す磁気記録媒体は、Ａｌ、ガラス又は適切な基板材料からなる基板１０を含む。シード層１１は、基板１０上に形成されている。本実施例では、シード層１１は、ＮｉＰ，Ｃｒ，ＣｏＮｉＺｒやＣｏＮｂＺｒ等のＣｏ合金、又はそれらの合金で構成されていても良く、好ましくは５ｎｍから１００ｎｍの範囲の膜厚を有する。シード層１１は、単一層で構成されていても、組成の異なる２以上の層が互いに積層された組み合わせで構成されていても良い。下地層１２は、シード層１１上に形成されている。下地層１２は、Ｃｒ、又は、ＣｒＶ，ＣｒＷ，ＣｒＭｏ等のＣｒ合金で構成されていても良い。例えば、下地層１２がＣｒＭｏ，ＣｒＭｏＷ，ＣｒＶ又はＣｒＷで構成されている場合、Ｍｏ含有量、Ｗ含有量又はＶ含有量は１ａｔ．％から３０ａｔ．％の範囲に選定され、Ｃｒ含有量は残りのａｔ．％からなる。下地層１２は、単一層で構成されていても、組成の異なる２以上の層が互いに積層された組み合わせで構成されていても良い。本実施例の磁気記録媒体の下地層１２及びシード層１１に求められるのは、後に形成される六方晶系磁性層の配向をＣｏ（１１２０）にすることである。

シード層１１と下地層１２に加え、Ｃｒ含有量が２５ａｔ．％≦Ｃｒ≦４５ａｔ．％のＣｏＣｒ又はＣｏＣｒＴａ等のＣｒ含有量が１０ａｔ．％から４０ａｔ．％でＴａ含有量が１ａｔ．％から１０ａｔ．％のＣｏＣｒ合金からなる中間層１３を設けることが好ましい。中間層１３を設けることで、下地層（１１，１２及び１３）と後に形成され非磁性スペーサ層１５で分離される超常磁性層１４及び強磁性層１６との格子整合を向上させることができる。例えば、非磁性スペーサ層１５はＲｕ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｕ，Ｒｅ又はそれらの合金からなる。スパッタされたＣ又はＣＶＤで形成されたＣからなり、４ｎｍから５ｎｍの膜厚を有する保護層１７が、磁性層の上に形成されて化学的及び機械的な劣化から保護している。本実施例では、保護層１７は強磁性層１６上に形成されている。勿論、保護層１７は、Ｃ層と、Ｃ層上に形成された潤滑層からなる２層構造を有するものであっても良い。

下地層（１１，１２及び１３）、超常磁性層１４及び強磁性層１６は、基板温度Ｔｓが１５０℃＜Ｔｓ＜３００℃、基板バイアス電圧Ｖｂが０Ｖ＜Ｖｂ＜−３００Ｖ、不活性ガス圧（通常、Ａｒ）が２ｍＴｏｒｒから１００ｍＴｏｒｒの状態でｄｃスパッタ工程により形成可能である。

ＮｉＰがコーティングされたＡｌ又はガラス基板で機械的テキスチャリングが施されている場合、Ｃｏのｃ軸及びＣｒ＜１１０＞の方位配列は周方向に沿って発生する。この場合、ＳＮＲと記録ビットの熱安定性の両方が向上する。

図４は、本発明になる磁気記録媒体の第２実施例の要部を示す断面図である。同図中、図１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図４に示すように、第１の超常磁性層１４−１が下地層１２又は中間層１３上に形成され、第１の非磁性スペーサ層１５−１が第１の超常磁性層１４−１上に形成されている。又、第２の超常磁性層１４−２が第１の非磁性スペーサ層１５−１上に形成され、第２の非磁性スペーサ層１５−２が第２の超常磁性層１４−２上に形成されている。強磁性層１６は、第２の非磁性スペーサ層１５−２上に形成されている。

図５は、本発明になる磁気記録媒体の第３実施例の要部を示す断面図である。同図中、図４と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図５に示すように、強磁性層１４−３が図４における第１の超常磁性層１４−１の代わりに設けられている。

図６は、本発明になる磁気記録媒体の第４実施例の要部を示す断面図である。同図中、図４及び図５と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図６に示すように、強磁性層１４−３が図４における第２の超常磁性層１４−２の代わりに設けられている。

図１及び図４〜図６では、説明の便宜上、超常磁性層１４，１４−１は超常磁性層（材料）Ｌ１で構成され、超常磁性層１４−２は超常磁性層（材料）Ｌ１−１で構成され、強磁性層１４−３は強磁性層（材料）Ｌ１’で構成され、強磁性層１６は強磁性層（材料）Ｌ２で構成されているものとする。

上記第１〜第４実施例においては、実際に磁気記録が行われる磁性構造は複数の層で構成されている。上述の如く、特開２００１−５６９２４公報は、磁気記録媒体における粒子サイズがどんどん小さくなるにつれて熱エネルギーにより記録ビットが不安定となる不都合を克服する独創的な多層シンセティックフェリ磁性構造を有するシンセティックフェリ磁性媒体（ＳＦＭ）を提案している。高密度記録においては熱安定性の低下を克服する必要があるが、ＳＦＭはその点で効果的である。

特開２００１−５６９２４公報に記載されているシンセティックフェリ磁性構造を有するＳＦＭでは、図２及び図３に示すように、２つの強磁性層５０１が例えばＲｕからなる非磁性スペーサ層５０２を介して反強磁性結合している。図２は、２層シンセティックフェリ磁性構造で用いる反強磁性結合方式を、残留磁化位置での磁気モーメントの状態、即ち、印加される外部磁界がゼロの場合について説明する図である。同様に、図３は、３層シンセティックフェリ磁性構造で用いる反強磁性結合方式を、残留磁化位置での磁気モーメントの状態、即ち、印加される外部磁界がゼロの場合について説明する図である。図３においては、更に強磁性層５０３が設けられている。反強磁性結合を採用することにより、記録密度を増加させるのに必要な残留磁化と膜厚の積Ｍｒｔを減少させることができる。反平行結合により、高いＳＮＲを維持しつつ熱安定性の低下を大幅に抑制可能な磁気記録媒体を作成することができる。これは、Ｍｒｔ値がかなり低い従来の単層磁性構造の磁気記録媒体と比較すると、大幅な改善である。

例えば上記第１実施例では、シンセティックフェリ磁性構造において、図２に示す下側強磁性層５０１の代わりに図１に示す超常磁性層１４が設けられている。超常磁性層を用いる場合と強磁性層を用いる場合の２つの場合は、保磁力を得るための磁化ループを特にマイナーループから観察し、磁化の温度依存性と磁化の測定時間を観察することで差別化することができる。保磁力は磁気記録媒体の外部パラメータであるため、強磁性領域と比較して超常磁性の形態を多くの方法で特定することが重要である。

第１〜第４実施例は、基本的にはＳＦＭの改良である。この場合、安定化層として機能し層Ｌ１からなる下側超常磁性層は、層Ｌ２からなる上側強磁性層に比較して本質的に超常磁性特性を有する。超常磁性層L１は、軟磁性材料からなるものであっても、硬磁性材料からなるものであっても良い。硬磁性材料は、高い保磁力と比較的に大きな磁化を有する。軟磁性材料は、より大きな磁化と非常に低い保磁力を有する。安定化層の超常磁性特性は、その有限の膜厚に起因しており、ＣｏＣｒＰｔＢ等の組成の場合は通常５ｎｍ未満である。本発明者が調べたところ、実施例の構造的及び記録特性は、技術を超常磁性層Ｌ１からなる安定化層まで拡張してもシンセティックフェリ磁性構造の長所を生かせることを示していた。又、安定化層の材料に依存する特性の制御方法が２つ発見された。

第１の方法は、安定化層を構成するＬ１の材料に、上側強磁性層を構成するＬ２の材料と比較して異方性の値がかなり低く高Ｃｏ含有量の材料を用いて、ｔＢ_ｒ値を減少させるものである。ここで、ｔは安定化層の膜厚を示し、Ｂ_ｒは残留磁束を示す。この場合、高記録密度が実現でき、上側強磁性層を構成する層Ｌ２からも安定化が図られる。

第２の方法は、上側強磁性層を構成するＬ２の材料と比較して異方性の値が略同じか或いは高い材料を層Ｌ１又は層Ｌ１及びＬ１−１に用いて、磁性層の残留磁化と膜厚の積Ｍｒｔを減少させるものである。この場合、上側強磁性層のみが設けられている単層磁性構造の場合と比較すると、安定化層の異方性エネルギーの寄与を活用することにより磁性構造のＫ_ｕＶ／ｋ_ＢＴ値が大幅に増加する。ここで、Ｋ_ｕは材料の異方性定数、Ｖは体積、ｋ_Ｂはボルツマン定数を示す。

例えば、安定化層がＰｔ含有量が非常に低いか或いはＰｔを含有しない超常磁性層Ｌ１で構成される場合には、安定化は主に層Ｌ２で構成されている上側強磁性層に起因するものである。Ｐｔ含有量が８％を超え１６％までの超常磁性層Ｌ１で構成された安定化層の膜厚を増加させることで、安定化を安定化層から引き出すこともできる。反強磁性結合の残留磁化状態では安定化層は高い逆飽和磁化を有するので、残留磁化と膜厚の積Ｍｒｔを減少させることも容易にできる。又、ここで重要なのは、上側強磁性層の残留磁化と膜厚の積Ｍｒ_１ｔ_１は確定した値となるのに対し、安定化層の残留磁化と膜厚の積Ｍｒｔはゼロになることである。これにもかかわらず、磁化が反平行であると残留磁化と膜厚の積Ｍｒｔは減少する。これは、残留磁化状態では、安定化層からの逆の高飽和磁気モーメントが、残留磁化と膜厚の積Ｍｒｔの減少に寄与するからである。

材料の成長について見ると、下地層構造（Ｃｒ又はその合金）はその（００２）面が面内方向であり、磁性層は超常磁性及び強磁性のＣｏ層の両方がその（１１２０）面が面内方向である。しかし、記録層が（１０１０）結晶面であり、対応する下地層が（１１２）結晶面となるような成長工程を採用するようにしても良い。これは、ガラス又はＡｌ等の適切な基板上に堆積したＮｉＡｌ又はＦｅＡｌ等のＢ２構造の材料をシード層に用いることで実現できる。

安定化層の高磁気モーメント特性により、残留磁化と膜厚の積Ｍｒｔは、高い熱安定性を維持しながら実現できる。単層磁性構造に比べて熱安定性が向上するのは、Acharya et al., Appl. Phys. Lett., vol.80, p.85,
2002でも説明されているように、主に安定化層からの有限な異方性エネルギーの寄与による。強磁性層について提案されている２層又は３層構造の場合と同様に、安定化層を利用する２層又は３層のシンセティックフェリ磁性構造を容易に実現できることは、図１及び図４〜図６からも理解されよう。第１〜第４実施例によれば、記録層に単層構造を用いる場合と比較すると、熱安定性及びＳＮＲが向上する。

超常磁性層Ｌ１又はＬ１−１は、例えば室温では保磁力及び残磁性を有さない。しかし、超常磁性層Ｌ１又はＬ１−１に大きな磁界を印加すると、磁化が発生する。つまり、印加される磁界がゼロであると、磁化はゼロになる。このような超常磁性層Ｌ１又はＬ１−１の典型的な特性は、後述する図１０に示されている。室温でのＶＳＭによるタイムスケールでの測定では、超常磁性層Ｌ１又はＬ１−１の保磁力の値は図１０においてゼロである。他方、特開２００１−５６９２４公報では、有限の保磁力と磁化を有する強磁性層がシンセティックフェリ磁性構造を実現するのに用いられている。

図７Ａ及び図７Ｂは、典型的な強磁性材料を用いるシンセティックフェリ磁性構造の磁化ループ及び保磁力を示す図である。図７Ａ中、縦軸は磁化（ｅｍｕ）を示し、横軸は印加される磁界（Ｏｅ）を示す。図７Ｂ中、縦軸はマイナーループからの磁化（ｅｍｕ）を示し、横軸は印加される磁界（Ｏｅ）を示す。

特開２００１−５６９２４公報において説明されているように、図７Ａに示すヒステリシスループは、反強磁性結合によるそれに対応する３つの部分からなる。下側磁性層に強磁性層を用いる典型的なシンセティックフェリ磁性構造では、そのマイナーループは、図７Ａ及び図７Ｂにおける点２１から２３で示されているように、保磁力が下側磁性層によるものであることを示している。図７Ｂのマイナーループに示す点２２及び２３は、磁性材料の反転磁界Ｈｓｗ及び交換磁界Ｈｅｘの特性を表すのに用いられる。反転磁界Ｈｓｗは、ｄＭ／ｄＨ曲線のピーク位置から求められる。他方、交換磁界Ｈｅｘは、上側磁性層が下側磁性層から受けるものであり、Ｈｅｘ＝Ｊ／Ｍ＊ｔから計算される。ここで、Ｊは反強磁性交換結合強度を示し、Ｍは磁化を示し、ｔは下側磁性層の膜厚を示す。交換磁界Ｈｅｘ及び反転磁界Ｈｓｗは互いに異なり、下側磁性層が強磁性であることを示している。

他方、図８Ａ及び図８Ｂは、典型的な超常磁性材料を用いた合成強磁性構造の磁化ループ及び保磁力を示す図である。図８Ａ中、縦軸は磁化（ｅｍｕ）を示し、横軸は印加される磁界（Ｏｅ）を示す。図８Ｂ中、縦軸はマイナーループからの磁化（ｅｍｕ）を示し、横軸は印加される磁界（Ｏｅ）を示す。

図８Ｂに示すマイナーループから得られる交換磁界の値は、下側磁性層が超常磁性であり保磁力がゼロであることを表している。このようにして、シンセティックフェリ磁性構造で用いられている材料の種類を容易に特定することができる。又、ここで注目するべきことは、超常磁性層の粒子サイズが十分に小さいので単磁区しか含まれないということである。このような材料の特性は、保磁力がゼロであることを特定するものである。超常磁性層内の粒子又は粒子の集合のエネルギー障壁は非常に低いので、超常磁性層のＫ_ｕＶ／ｋ_ＢＴ値は２５未満となる。外部磁界がない状態では、熱エネルギーが材料内に存在する異方性エネルギーを容易に克服することができるので、磁化は発生しない。つまり、角形比ＳがＳ＝０になる。

図９及び図１０は、下側磁性層が超常磁性である場合の磁化ループ及び保磁力を示す図である。図９中、縦軸は交換磁界Ｈｅｘ及び反転磁界ＨｓｗをＯｅで示し、横軸は下側磁性層、即ち、超常磁性層（安定化層）の膜厚を示す。交換磁界Ｈｅｘは「白抜き丸」印で示され、反転磁界Ｈｓｗは「白抜き三角」印で示されている。図９では、安定化層が超常磁性の場合と強磁性の場合の交換磁界Ｈｅｘ及び反転磁界Ｈｓｗの典型的な値が示されている。ヒステリシスループ及びマイナーループの測定により得られるＨｓｗ値とＨｅｘ値は、このような特性を示す。Ｈｓｗ＝Ｈｅｘであると、図８Ａ及び図８Ｂで示したように下側磁性層は超常磁性である。通常、Ｈｓｗ値及びＨｅｘ値は、ＳＱＵＩＤ、ＶＳＭやその他の磁力計を用いたヒステリシスループの測定により求められる。図９において、下側磁性層の膜厚が５ｎｍまでは、粒子サイズは単磁区超常磁性状態であるのに十分な程度小さい。

有限のサイズ効果により、磁化の値は下側磁性層の膜厚が１０ｎｍより小さくなると減少する。これは主に、磁性層と非磁性スペーサ層との間のインタフェースでのスピン密度の低下に起因するものである。従って、下側磁性層の膜厚ｔは、０＜ｔ＜１０ｎｍの範囲であることが好ましいことがわかる。超常磁性状態は単磁区粒子で発生するため、図９及び図１０からもわかるように、磁化の値の低下は下側磁性層の膜厚の減少により起こる。図９は、超常磁性層の膜厚が増加して強磁性状態に達する場合の交換磁界の値をＨｅｘ値について示す図である。

図１１及び図１２に示す単層磁気測定結果からもわかるように、上記領域においては保磁力の値もゼロになる。図１１は、超常磁性層の膜厚を増加させた場合のＣＣＰＢ系の磁化の値を示す図である。図１１中、縦軸は磁化Ｍｓ（ｅｍｕ／ｃｃ）を示し、横軸は下側磁性層、即ち、超常磁性層（又は、安定化層）の膜厚（ｎｍ）を示す。図１２は、超常磁性層の膜厚を増加させた場合のＣＣＰＢ系の交換磁界強度の値を示す図である。図１２中、縦軸は反強磁性交換結合強度Ｊ（ｅｒｇ／ｃｍ^２）を示し、横軸は下側磁性層、即ち、超常磁性層（又は、安定化層）の膜厚（ｎｍ）を示す。２つの磁性層の間で、図１１に示す磁化Ｍｓの減少が、図１２に示す交換磁界強度Ｊを減少させる。

図１３は、超常磁性層の膜厚を増加させた場合に向上するＣＣＰＢ系の保磁力を示す図である。同図中、縦軸は保磁力Ｈｃ（Ｏｅ）を示し、横軸は下側磁性層、即ち、超常磁性層（又は、安定化層）の膜厚（ｎｍ）を示す。

超常磁性層の残留磁化はゼロであるにもかかわらず、シンセティックフェリ磁性構造の残留磁化状態では、超常磁性層であり安定化層として機能する下側磁性層は逆飽和状態にである。このため、残留磁化と膜厚の積Ｍｒｔの低下は常に生じる。超常磁性層の膜厚が約６ｎｍ以下の場合の保磁力Ｈｃは、あまり変化しないか、或いは、多少増加する程度であるため、このような超常磁性層を用いてもオーバーライト特性は影響されない。

図１４は、特開２００１−５６９２４公報で提案されているシンセティックフェリ磁性構造を有するＳＦＭにおいて反強磁性交換結合強度の値を強磁性層の膜厚の増加に対応して増加させた場合の熱安定性の向上を示す図である。同図中、縦軸はＫ_ｕＶ／ｋ_ＢＴ値を示し、横軸はｔＢｒ値（Ｇμｍ）を示す。「黒丸」印はＳＦＭのＫ_ｕＶ／ｋ_ＢＴ値を示し、比較のために、「黒三角」印は記録層が単一の磁性層からなる従来の単層構造の媒体のＫ_ｕＶ／ｋ_ＢＴ値を示す。

図１５は、シンセティックフェリ磁性構造を有する第１実施例の磁気記録媒体において反強磁性交換結合強度の値を超常磁性層の膜厚の増加に対応して増加させた場合の熱安定性の向上を示す図である。同図中、縦軸はＫ_ｕＶ／ｋ_ＢＴ値を示し、横軸はｔＢｒ値（Ｇμｍ）を示す。「白抜き丸」印は第１実施例の磁気記録媒体のＫ_ｕＶ／ｋ_ＢＴ値を示し、比較のために、「黒三角」印は記録層が単一の磁性層からなる従来の単層構造の媒体のＫ_ｕＶ／ｋ_ＢＴ値を示す。

超常磁性層を適切に選定することにより、ＳＮＲは特開２００１−５６９２４公報で提案されているＳＦＭと略同じレベルにとどめるか、或いは、それより増加させることができる。本発明者が図１４、図１５及び図１６の結果を含めて調べたところ、Ｋ_ｕＶ／ｋ_ＢＴ値は、下側磁性層、即ち、超常磁性層（安定化層）がＣｏＣｒＰｔＢ，ＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＣｒＴａ，ＣｏＣｒＰｔＴａ，ＣｏＣｒＰｔＴａＢ，ＣｏＣｒＰｔＢＣｕ等のＰｔを含有するＣｏ合金からなり、Ｃｒ含有量は５ａｔ．％から４０ａｔ．％、Ｐｔ含有量は８ａｔ．％から１６ａｔ．％、Ｂ含有量は０から１５ａｔ．％、Ｃｕ含有量は０から６ａｔ．％であり、そして残りがＣｏであると増加することが確認された。又、Ｃｏ合金のＰｔ含有量は、上記組成範囲に対して０であっても良いことが確認された。つまり、超常磁性層はＣｏＣｒＢ，ＣｏＣｒ，ＣｏＣｒＴａ，ＣｏＣｒＴａＢ，ＣｏＣｒＢＣｕ等のＣｏ合金で構成されていても良く、この場合、Ｃｒ含有量は５ａｔ．％から４０ａｔ．％、Ｂ含有量は０から１５ａｔ．％、Ｃｕ含有量は０から６ａｔ．％、そして残りがＣｏである。

図１６は、超常磁性層の膜厚を増加させた場合の総信号対雑音比（ＳＮＲ）を示す図である。同図中、縦軸は総ＳＮＲ、Ｓ／Ｎｔ（ｄＢ）を示し、横軸は下側磁性層、即ち、超常磁性層（安定化層）の膜厚を示す。超常磁性層の膜厚が増加しても約６ｎｍまではＳ／Ｎｔが向上するが、超常磁性層の膜厚が約６ｎｍを超えて更に増加するとＳ／Ｎｔは低下して強磁性となることが確認された。従って、この場合は、超常磁性層の膜厚は約６ｎｍ以下であることが更に望ましいことが分かる。

安定化層として機能するシンセティックフェリ磁性構造の磁性層の材料は、ＣｏＣｒＰｔＢ等のＣｏ合金から選定しても良い。しかし、一般的には上述の如く２種類の安定化層を採用可能である。ＳＮＲの安定化及び向上は、安定化層の異方性及び磁気モーメントの値に応じて達成することができる。

次に、本発明になる磁気記憶装置の一実施例を、図１７及び図１８と共に説明する。図１７は、磁気記憶装置の本実施例の要部を示す断面図であり、図１８は、磁気記憶装置の本実施例の要部を示す平面図である。

図１７及び図１８に示すように、磁気記憶装置はハウジング１１３内に設けられたモータ１１４、ハブ１１６、複数の磁気記録媒体１１６、複数の記録再生ヘッド１１７、複数のサスペンション１１８、複数のアーム１１９及びアクチュエータ装置１２０からなる。磁気記録媒体１１６は、モータ１１４により回転されるハブ１１５に取り付けられている。記録再生ヘッド１１７は、ＭＲ又はＧＭＲヘッド等の再生ヘッドと、インダクティブヘッド等の記録ヘッドから構成されている。各記録再生ヘッド１１７は、対応するアーム１１９の先端にサスペンション１１８を介して取り付けられている。アーム１１９は、アクチュエータ装置１２０により移動される。このような磁気記憶装置の基本構成自体は周知であり、本明細書ではその詳細な説明は省略する。

磁気記憶装置の本実施例は、磁気記録媒体１１６に特徴がある。各磁気記録媒体１１６は、図１及び図４〜図６と共に説明したいずれの実施例の構造を有するものであっても良い。磁気記録媒体１１６の数は３枚に限定されるものではなく、２枚であっても、４枚以上であっても良い。

磁気記憶装置の基本構成は、図１７及び図１８に示すものに限定されない。又、本発明で用いられる磁気記録媒体は磁気ディスクに限定されるものではない。

以上、本発明を実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であることは、言うまでもない。

Claims (12)

1. ベース構造と、
   該ベース構造上に設けられ、記録層を構成するシンセティックフェリ磁性構造とを備え、
   該シンセティックフェリ磁性構造は、非磁性スペーサ層を介して反強磁性結合している少なくとも下側磁性層と上側磁性層とを含み、
   該下側磁性層は超常磁性層からなり、該上側磁性層は強磁性材料からなり、
   該下側及び上側磁性層の磁気モーメントは、印加される外部磁界がゼロである残留磁化状態で反平行の向きとなっている、磁気記録媒体。
2. 該シンセティックフェリ磁性構造は、該ベース構造と該下側磁性層との間に順次積層されている他の磁性層と他の非磁性スペーサ層とを更に含み、該他の磁性層は強磁性材料からなる、請求項１記載の磁気記録媒体。
3. 該ベース構造は、基板と、該基板上に設けられ主に（００２）結晶面を付与するシード層と、該シード層上に設けられＢＣＣ金属又はそれらの合金からなる非磁性下地層とを含む、請求項１又は２記載の磁気記録媒体。
4. 該ベース構造は、該下地層上に設けられ主に（１１２０）結晶面を付与する非磁性Ｃｏを含有する中間層を更に含む、請求項３記載の磁気記録媒体。
5. 前記超常磁性層は、硬磁性材料及び軟磁性材料からなる群から選択された材料からなる、請求項１〜４のいずれか１項記載の磁気記録媒体。
6. 該下側磁性層は、用いられる前記超常磁性層に応じて０＜ｔ＜１０ｎｍの範囲の膜厚ｔを有する、請求項１〜５のいずれか１項記載の磁気記録媒体。
7. 該下側磁性層は、ＣｏＣｒＰｔＢ，ＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＣｒＴａ，ＣｏＣｒＰｔＴａ，ＣｏＣｒＰｔＴａＢ，ＣｏＣｒＰｔＢＣｕを含むＰｔを含有するＣｏ合金からなり、Ｃｒ含有量は５ａｔ．％から４０ａｔ．％、Ｐｔ含有量は８ａｔ．％から１６ａｔ．％、Ｂ含有量は０から１５ａｔ．％、Ｃｕ含有量は０から６ａｔ．％、そして残りがＣｏである、請求項１〜６のいずれか１項記載の磁気記録媒体。
8. 該下側磁性層は、ＣｏＣｒＢ，ＣｏＣｒ，ＣｏＣｒＴａ，ＣｏＣｒＴａＢ，ＣｏＣｒＢＣｕを含むＣｏ合金からなり、Ｃｒ含有量は５ａｔ．％から４０ａｔ．％、Ｂ含有量は０から１５ａｔ．％、Ｃｕ含有量は０から６ａｔ．％、そして残りはＣｏである、請求項１〜６のいずれか１項記載の磁気記録媒体。
9. 該非磁性スペーサ層は、Ｒｕ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｕ，Ｒｅ及びそれらの合金からなる群から選択された材料からなる、請求項１〜８のいずれか１項記載の磁気記録媒体。
10. 該上側及び下側磁性層において、超常磁性粒子と強磁性粒子との間で反強磁性結合が存在する、請求項１〜９のいずれか１項記載の磁気記録媒体。
11. ベース構造と、該ベース構造上に設けられ、記録層を構成するシンセティックフェリ磁性構造とを備え、該シンセティックフェリ磁性構造は非磁性スペーサ層を介して反強磁性結合している少なくとも下側磁性層と上側磁性層とを含み、該下側磁性層は超常磁性層からなり、該上側磁性層は強磁性材料からなり、該下側及び上側磁性層の磁気モーメントは印加される外部磁界がゼロである残留磁化状態で反平行の向きとなっている少なくとも１つの磁気記録媒体と、
    該磁気記録媒体に対して情報の書き込み及び情報の読み出しを行うトランスデューサとを備えた、磁気記憶装置。
12. 該磁気記録媒体の該シンセティックフェリ磁性構造は、該ベース構造と該下側磁性層との間に順次積層されている他の磁性層と他の非磁性スペーサ層とを更に含み、該他の磁性層は強磁性材料からなる、請求項１１記載の磁気記憶装置。

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