JP4429628B2 - Magnetic recording medium and method for manufacturing the same - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性ナノ粒子を利用して基板上に磁性層を形成した、非常に高い記録密度を有する磁気記録媒体と、その製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
磁気記録媒体の記録密度を向上させるために、磁性粒子の粒子サイズを微小化する検討がなされている。ハードディスク媒体では、用いられる磁性材料はCoCrPt等の合金であるが、結晶異方性エネルギー(Ku)が106erg/cm3程度であるため、熱揺らぎの観点から実用可能な粒子サイズは10nm程度と考えられている。
【0003】
粒子サイズをさらに微小化するためには、より高いKuを有する磁性材料を用いることが重要である。該磁性材料としてはCo3Pt、CoPt、CoPt3、Fe3Pt、FePt、FePt3、FePd、MnBi、MnAl、SmCo5、Sm2Co17などの金属間化合物、合金が挙げられる。近年、これらの材料を用いたスパッタ法による成膜の検討が盛んであるが、得られる粒子サイズ分布が広いので、信号対雑音比(S/N比)は低いのが現状である。
【0004】
一方、粒子サイズ分布が非常に狭いナノサイズの磁性粒子(磁性ナノ粒子)を作る有用な方法として、液相合成法が挙げられる。例えば、直径が3〜10nmの範囲のFePt単分散磁性粒子を作る方法が、スンらによって報告されている(非特許文献1参照)。非特許文献1では、サイズ分布の標準偏差が5%以下であることが報告されている。非特許文献1記載の方法によって生成される粒子のサイズ分布は、スパッタ法によって生成される粒子のサイズ分布に比較して極めて狭い。
【0005】
このようなナノサイズの磁性粒子を基板上に均一に配置させる方法は、特許文献1に開示されている。具体的には、液相合成法によって得られた粒子を有機安定化剤で被覆し、液中に安定に分散させた後、基板上に均一に展開し、溶媒を低速で乾燥させる。特許文献1記載の方法は、均一な粒子間距離で粒子が整然と配置した、規則的な構造体を形成できるのが特徴である。
【0006】
一般に、ハードディスクではヘッドとの摺動による磨耗から媒体を保護するために、物理的手法によってダイヤモンド様炭素(DLC)が付加されている。特許文献1記載のナノ粒子を用いた磁気記録媒体においても同様に、磁性粒子の層の上に保護膜としてDLC膜が設けられる。
【0007】
特許文献1記載の磁気記録媒体では、保護膜の材料として、DLC以外にアモルファスカーボン、アモルファスシリコン、酸化シリコン等を用いることもできる。いずれの場合も、保護膜はプラズマ化学気相成長(プラズマCVD)や反応性スパッタリング等により形成される。
【0008】
【特許文献1】
特開2000−48340号公報
【特許文献2】
特開平8−124148号公報
【非特許文献1】
S. Sun, C. B. Murray, D. Weller, L. Folks, A. Moser, Science 2000, 287, p.1989
【非特許文献2】
V. L. Colvin, J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, p.5221
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特許文献1記載の方法は、DLCあるいは他の材料からなる保護膜を形成する工程の前に、磁性粒子を被覆する有機安定化剤を除去する工程を有する。有機安定化剤は真空下加熱、紫外光露光または水素プラズマへの曝露により除去される。真空加熱では粒子間の焼結が起こる場合があり、紫外光露光や水素プラズマへの曝露では磁性粒子の酸化、損傷などが起こる場合がある。
【0010】
一方、有機安定化剤を除去しない場合には、保護膜と磁性粒子の層との密着性が乏しくなり、保護膜による保護の効果が得られない。したがって、磁性粒子の損傷を抑えて、磁性粒子の層と保護膜との密着性を確保するのは困難である。磁性ナノ粒子を用いた磁気記録媒体において、機械的な衝撃や応力に対抗する保護膜は重要であり、保護膜を形成する効果的な手法の確立が望まれている。磁性ナノ粒子は金属材料からなるため、酸化等により腐食すると、磁気異方性が減少する。したがって、このような腐食を抑える上でも保護膜の形成が重要である。
【0011】
磁気記録媒体の保護膜形成方法として、特許文献1記載の方法以外に、ゾルゲル法がある(特許文献2参照)。特許文献2記載の磁気記録媒体は、磁性層が蒸着等の方法で形成されるため、磁性ナノ粒子を用いた磁気記録媒体と磁性層の構成が異なる。特許文献2では磁性層として、例えば斜方蒸着により形成されたCo−Ni膜が用いられる。
【0012】
このような磁性層は少なくとも表面が酸化されているため、ゾルゲル法により保護膜が成長する。一方、磁性ナノ粒子の層の上に直接、特許文献2記載の方法に従って保護膜を形成しようとすると、酸化されていない金属材料からなる磁性ナノ粒子の表面には、保護膜が成長しない。
【0013】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、したがって本発明は、磁性ナノ粒子からなる高記録密度の磁性層と、磁性層に耐腐食性および耐磨耗性を付与する保護膜を有する磁気記録媒体を提供することを目的とする。
また、本発明は、磁性ナノ粒子を損傷させずに、磁性ナノ粒子からなる磁性層の上に保護膜を形成できる磁気記録媒体の製造方法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の磁気記録媒体は、基板と、前記基板上に形成され、磁性ナノ粒子が結合する親和性材料層と、前記親和性材料層上に層状に配置された前記磁性ナノ粒子と、前記磁性ナノ粒子上に形成された、シランカップリング剤、チタニウムカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、ジルコニウムカップリング剤、又はこれらの2以上の組み合わせから選択されるカップリング剤層と、前記カップリング剤層上にゾルゲル法により形成された無機質保護膜とを有することを特徴とする。
【0015】
好適には、前記無機質保護膜は金属酸化物、金属水酸化物及び有機金属を含む混相からなる。特に好適には、前記無機質保護膜はジルコニウム、シリコン、チタン、アルミニウムの酸化物、水酸化物及び有機物を含む混相、またはそれらの組み合わせからなる。
【0016】
これにより、磁性ナノ粒子の層の上に形成される保護膜(無機質保護膜)の密着性を高くすることができ、磁性ナノ粒子が摩耗や腐食から保護される。また、磁性ナノ粒子を被覆する有機安定化剤はカップリング剤層の形成過程で除去されるため、加熱やプラズマ処理がなく、磁性ナノ粒子の損傷が防止される。
【0017】
また、上記の目的を達成するため、本発明の磁気記録媒体の製造方法は、磁性ナノ粒子が結合する親和性材料層を基板上に形成する工程と、有機安定化剤で被覆された前記磁性ナノ粒子を、前記親和性材料層上に層状に配置する工程と、前記磁性ナノ粒子を被覆する前記有機安定化剤を、カップリング剤と置換させ、前記磁性ナノ粒子上にカップリング剤層を形成する工程と、前記カップリング剤層上にゾルゲル法により無機質保護膜を形成する工程とを有することを特徴とする。
【0018】
好適には、前記無機質保護膜を形成する工程は、ジルコニウム、シリコン、チタン、アルミニウムのいずれかの金属のアルコキシドを出発物質とし、前記出発物質を含む溶液中における前記出発物質の加水分解および脱水縮合により、前記金属の酸化物、水酸化物及び有機物を含む混相を堆積させる工程を含む。
【0019】
あるいは、好適には、前記無機質保護膜を形成する工程は、ケイ酸塩を出発物質とし、前記ケイ酸塩水溶液中における前記出発物質の脱水縮合により酸化シリコンを堆積させる工程を含む。
【0020】
これにより、磁性ナノ粒子の層を摩耗や腐食から保護する無機質保護膜を形成することが可能となる。本発明の磁気記録媒体の製造方法によれば、磁性ナノ粒子の上にカップリング剤層を介して、ゾルゲル法により無機質保護膜を形成する。カップリング剤層が設けられることにより、磁性ナノ粒子の層と無機質保護膜がより密着し、層間の剥離が防止される。また、本発明によれば、比較的穏和な条件で無機質保護膜を形成できるため、磁性ナノ粒子の損傷が防止される。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の磁気記録媒体の実施の形態について、図面を参照して説明する。図1は、本発明に係る磁気記録媒体の断面図の一例を示したものである。図1に示すように、基板1上に親和性材料からなる層(親和性材料層2)が形成され、その上に磁性ナノ粒子3が単層で一定の間隔を保って配置している。磁性ナノ粒子上にシランカップリング剤層4、さらにその上に無機質保護膜5が存在する。シランカップリング剤層4は磁性ナノ粒子3の上だけでなく、粒子間に入り込んで形成されていても構わない。
【0022】
次に、上記の磁気記録媒体の各層について、詳細に説明する。基板1としては、従来公知の材料からなる基板がいずれも使用可能である。基板1の形態はディスク状、カード状など何ら限定されない。基板1としては例えば、シリコン、酸化シリコン(SiO2)、酸化マグネシウム(MgO)などのハード基板、また、ポリイミドなどのソフト基板などが挙げられる。
【0023】
親和性材料層2は、磁性ナノ粒子3を引きつけて保持する親和性材料を含む。親和性材料層2は、磁性ナノ粒子と結合または吸着する官能基を表面に有する。親和性材料層2が磁性ナノ粒子3を引きつけて保持することにより、磁性ナノ粒子3を単層に配置することが可能となっている。また、親和性材料層2が磁性ナノ粒子3を保持するため、シランカップリング剤層4を形成する際の磁性ナノ粒子3の脱落が抑制される。
【0024】
親和性材料層2は、親和性材料を溶解させた溶液(親和性材料溶液)に基板1を浸すことにより、あるいは親和性材料溶液をスピンコート等の方法で基板1に塗布することにより形成される。あるいは、ラングミュア・ブロジェット法により親和性材料層2を形成することもできる。親和性材料は次式(2)で表される。
【0025】
【化2】
2−R2−Y2 ・・・(2)
【0026】
式中R2は3〜18個の炭素原子を含むハイドロカーボン鎖およびフルオロカーボン鎖を示し、X2およびY2は−SO2OH、−SOOH、−POOH、−OPO(OH)2、−COOH、-NH2から選択される。また、親和性材料はシランカップリング剤層4に用いられるシランカップリング剤から選択されてもよい。
【0027】
なお、親和性材料層2を構成する親和性材料がチオール基を含有する場合、磁性ナノ粒子3の磁性が変化し、磁気記録媒体の記録特性が損なわれる可能性がある。非特許文献2には、金基板上にヘキサンジチオールの自己組織化単分子膜を形成し、膜表面に存在するチオール基にCdSナノ粒子を固定化したことが報告されている。
【0028】
しかしながら、同様に磁性ナノ粒子をチオール基に吸着させると、磁性ナノ粒子に含まれる遷移金属がイオン化し、チオール基と遷移金属イオンが錯体を形成する。磁性ナノ粒子から溶液中に遷移金属が溶け出すことにより、磁性ナノ粒子の合金組成が変化すると、磁性ナノ粒子3の磁性が劣化する場合がある。したがって、親和性材料は磁性ナノ粒子3を変質させないものが好ましい(特願2002−249854号明細書参照)。
【0029】
磁性ナノ粒子3は親和性材料層2の上に単層または多層の層状で配置される。磁性ナノ粒子3は、元素Co、Fe、Ni、Mn、Sm、Al、Pd、Pt、これらの元素の金属間化合物、またはこれらの元素の二元合金、三元合金といった多元合金等の磁性材料を含む。
【0030】
本実施形態の磁気記録媒体に用いられる磁性ナノ粒子3は、液相合成されたものが好ましい。液相合成法とは金属塩、有機金属などを液中に溶解させ、還元あるいは分解などにより、粒子を析出させる方法である(非特許文献1参照)。微粒子を合成する公知の液相合成法として共沈法、ホットソープ法、逆ミセル法などがある。粒子直径は好ましくは10nm以下である。粒子直径の標準偏差は20%以下、好ましくは10%以下、さらに好ましくは5%以下である。粒子直径の標準偏差が狭いほど再生時の媒体ノイズが低下し、高いS/N比が得られる。
【0031】
図2(a)は本実施形態の磁気記録媒体の製造工程を示す断面図であり、親和性材料層2の上に磁性ナノ粒子3を層状に配置した状態を示す。図2(a)に示すように、磁性ナノ粒子3は有機安定化剤6で被覆され、磁性ナノ粒子同士は一定の間隔をあけて規則的に配置される。親和性材料層2の表面に存在する官能基が磁性ナノ粒子3と優先的に結合・吸着するため、磁性ナノ粒子3と親和性材料層2の界面では、有機安定化剤6が磁性ナノ粒子3から脱落する。
【0032】
図2(a)に示す磁性ナノ粒子3の層は、例えば特許文献1に記載された方法と同様にして形成できる。すなわち、磁性ナノ粒子3を有機安定化剤6で被覆して、液中に安定に分散させ、基板上に展開してから、溶媒を低速で乾燥させて形成される。
【0033】
好適には、有機安定化剤6は次式(3)で表される。
【化3】
3−X3 ・・・(3)
【0034】
式中R3は6〜22個の炭素原子を含む長鎖または分岐ハイドロカーボン鎖、あるいは6〜22個の炭素原子を含む長鎖または分岐フルオロカーボン鎖を示す。X3は磁性ナノ粒子の表面に吸着する基であり、カルボン酸、ホスホン酸、ホスフィン酸、スルホン酸、スルフィン酸、アミン、ジアミンを示す。
【0035】
図2(b)は図2(a)の有機安定化剤6を拡大した模式図である。図2(a)および(b)に示すように、有機安定化剤6は式(3)のX3で示される末端の官能基が磁性ナノ粒子3と結合または吸着する。また、式(3)のR3で示される側が溶液側に位置し、磁性ナノ粒子同士の凝集を抑制している。
【0036】
シランカップリング剤層4は、所定の濃度でシランカップリング剤を溶解させた溶液(シランカップリング剤溶液)に基板を浸すことにより、あるいはシランカップリング剤溶液を磁性ナノ粒子3の層の上に塗布することにより形成される。シランカップリング剤層4を構成するシランカップリング剤は、式(1)で示される。
【0037】
【化4】
(R1O)aY1 3-aSi-(CH2)l-(C6H4)m-(CH2)n-X1 ・・・(1)
【0038】
式中、R1は炭素数が1〜3の低級アルキル基、あるいは水素を表し、Y1は低級アルキル基、フェニル基または塩素を表し、X1は-NH2、-NH-(CH2)x-NH2(x=2〜6)、-NH-(CH2)2-NH-(CH2)2-NH2、-NH-CO-NH2、-NH-(CH2)x-CH3(x=0〜3)、-NH-CH-(CH3)2、-NH-C6H5、-NH-(C2H4OH)、-NH-CH2-CH=CH2、-N-(CH3)2、-N-(C2H5)2、-N-(C2H4OH)2、-COOH、-OPO(OH)2、-POOH、-SO2OHまたは-SOOHを表し、aは1〜3の整数、l, m, nは0〜17の整数を表す。C6H4はフェニル基を表す。
【0039】
上記のシランカップリング剤は末端の官能基X1が磁性ナノ粒子3と結合し、他端のアルコキシド、あるいはアルコキシドの加水分解により生成したシラノール基を磁性ナノ粒子3と反対側に向けた形態で存在する。シランカップリング剤層4のアルコキシド及びシラノール基はゾルゲル法による成膜において、無機質保護膜5が成長する起点となる。
【0040】
なお、磁性ナノ粒子3を変質させずに磁性ナノ粒子3と吸着し、かつゾルゲル法により無機質保護膜5が成長する限り、シランカップリング剤層4のかわりに、他のカップリング剤からなる層を形成してもよい。シランカップリング剤以外のカップリング剤としては、例えばチタニウムカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、ジルコニウムカップリング剤が挙げられる。
【0041】
図2(c)は本実施形態の磁気記録媒体の製造工程を示す断面図であり、磁性ナノ粒子3の層の上にシランカップリング剤層4を形成した状態を示す。図2(a)の有機安定化剤6は、図2(c)に示すように、シランカップリング剤層4を構成するシランカップリング剤の官能基によって置換され、脱離する。シランカップリング剤層4はシランカップリング剤の官能基を介して磁性ナノ粒子3と結合する。
【0042】
無機質保護膜5はゾルゲル法を用いて形成される。無機質保護膜5を形成する際、シランカップリング剤層4の表面にはアルコキシ基、あるいはアルコキシ基が加水分解されて生成したシラノール基や、それらの縮合物などが露出する。シランカップリング剤層4の表面に存在するアルコキシドやシラノール基が起点となって、シランカップリング剤層4の表面でアルコキシドの加水分解や縮重合が起こる。これにより、図1に示すように、無機質保護膜5が形成される。
【0043】
無機質保護膜5は金属酸化物、金属水酸化物および有機金属を含む混相からなる。無機質保護膜5は磁性ナノ粒子3からなる層の耐磨耗性および耐腐食性を向上させる。無機質保護膜5はジルコニウム、シリコン、チタニウム、アルミニウムの酸化物、水酸化物および有機金属を含む混相からなる材料のいずれか、あるいはそれらの組み合わせからなる薄膜であることが好ましい。
【0044】
ゾルゲル法を用いた無機質保護膜5の形成においては、金属のアルコキシドを出発物質とし、溶液中での加水分解、脱水縮合を利用してシランカップリング剤層4の上に該金属の酸化物、水酸化物および有機金属を含む混相を堆積させる。金属アルコキシドとしてはテトラメトキシジルコニウム、テトラエトキシシラン、トリイソプロポキシアルミニウム、テトライソプロポキシチタン等が用いられる。
【0045】
金属アルコキシドの溶媒としては有機溶媒と水の混合溶媒で、pHは9〜12に調整されることが好ましい。有機溶媒の種類は金属アルコキシドを溶解させ、水と任意に混合するものであれば何ら限定されないが、エタノール、メタノール、イソプロパノール、n−プロパノール、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノールなどが好ましい。無機質保護膜5は金属アルコキシド溶液中に基板を一定時間浸漬させることによって表面に生成する。
【0046】
また、ケイ酸塩水溶液を出発物質とし、シランカップリング剤層4の上に無機質保護膜5として酸化シリコン(シリカ)を堆積させることも可能である。この場合、溶液のpHは8〜11に設定される。ケイ酸塩水溶液としてはケイ酸ナトリウム溶液が好ましい。シリカ膜は、金属アルコキシド溶液を用いる場合と同様に、基板を一定時間ケイ酸塩水溶液に浸漬することによって表面に生成する。
【0047】
無機質保護膜5の膜厚は20nm以下が好ましい。膜厚が20nm以上であると、磁性ナノ粒子3からの信号強度が顕著に低下し、S/N比に重大な支障をきたす。無機質保護膜5の膜厚は、金属アルコキシドを出発物質にする場合には、アルコキシド濃度、水の含有量、pH、浸漬時間によって制御される。一方、ケイ酸塩水溶液を出発物質にする場合には、溶液濃度、pH、浸漬時間によって制御される。
【0048】
本実施形態の磁気記録媒体において、無機質保護膜5上に潤滑剤層を設けると、磁気記録媒体の耐摩耗性をより向上させることができ、好適である。潤滑剤としては、従来公知のものを使用でき、例えば高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸、フルオロカーボン類、ジアルキルポリシロキサン、フルオロアルキルポリシロキサンなどのシリコンオイル並びにこれらのオリゴマーの何れか、またはこれらの組み合わせが挙げられる。潤滑剤層は上記のような潤滑剤を有機溶媒に溶解させた溶液を、例えばスピンコートにより無機質保護膜5上に塗布して形成できる。
【0049】
図3は本発明の磁気記録媒体の製造方法を示すフローチャートである。図3に示すように、まず、基板上に親和性材料層を形成する(ステップ(ST)1)。溶液に磁性ナノ粒子を有機安定化剤で分散させ(ステップ2)、基板を溶液に浸漬するか、あるいは溶液を親和性材料層上に塗布して、磁性ナノ粒子を親和性材料層上に層状に配置する(ステップ3)。このとき、磁性ナノ粒子は、親和性材料層との界面を除き、有機安定化剤で被覆されている。次に、シランカップリング剤で有機安定化剤を置換して、磁性ナノ粒子の層の上にシランカップリング剤層を形成する(ステップ4)。その後、シランカップリング剤層上にウェットプロセス(ゾルゲル法)で無機質保護膜を形成する(ステップ5)。
【0050】
図3のフローチャートの比較例として、特許文献1記載の磁気記憶媒体の製造方法を図4および図5に示す。図4は基板と磁性ナノ粒子の層の間に親和性材料層を形成しない場合のフローチャートであり、図5はこの親和性材料層を形成する場合のフローチャートである。特許文献1記載の方法では、親和性材料層の形成は必須ではない。
【0051】
図4に示す製造方法の場合、まず、溶液に磁性ナノ粒子を有機安定化剤で分散させ(ステップ(ST)1)、有機安定化剤で被覆された磁性ナノ粒子を基板上に層状に配置する(ステップ2)。次に、真空下加熱、紫外光露光または水素プラズマへの曝露により有機安定化剤を除去する(ステップ3)。その後、磁性ナノ粒子の層の上にドライプロセス、具体的にはCVDや反応性スパッタリング等の真空薄膜形成技術によって保護膜を形成する(ステップ4)。
【0052】
一方、図5に示す製造方法の場合、まず、基板上に親和性材料層を形成する(ステップ(ST)1)。次に、溶液に磁性ナノ粒子を有機安定化剤で分散させ(ステップ2)、有機安定化剤で被覆された磁性ナノ粒子を親和性材料層上に層状に配置する(ステップ3)。次に、真空下加熱、紫外光露光または水素プラズマへの曝露により有機安定化剤を除去する(ステップ4)。その後、磁性ナノ粒子の層の上にドライプロセス、具体的にはCVDや反応性スパッタリング等の真空薄膜形成技術によって保護膜を形成する(ステップ5)。
【0053】
図3と図4または図5を比較すると明らかなように、図3に示す本発明のフローによれば、無機質保護膜の形成前に物理的な有機安定化剤の除去工程を経ないため、磁性ナノ粒子の損傷が防止される。また、シランカップリング剤層を形成することにより(図3のステップ4)、ゾルゲル法での無機質保護膜の形成(ステップ5)が可能となる。
【0054】
【実施例】
以下に実施例に基づき本発明を説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
熱酸化膜付シリコンウエハ(表面粗さRa=0.2nm)上に、親和性材料層として3−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン(APTS,(CH3O)3Si(CH23NHCH2CH2NH2)層を形成した。これを第1のAPTS層とする。
【0055】
続いて、液相で合成した粒子直径3nmの磁性ナノ粒子(FePt粒子)を、第1のAPTS層の上に単層で配置した。図6にFePt粒子を第1のAPTS層の上に配置した媒体の走査型電子顕微鏡(SEM)写真を示す。有機化合物であるAPTSに比較して、金属からなるFePt粒子の方が反射率が高いため、SEM像ではAPTSの部分が暗くなり、FePt粒子の部分が白くなる。
【0056】
図6に示すように、FePt粒子は凝集せずに、第1のAPTS層の上に分散している。図6のSEM写真と、X線反射率からFePt粒子の層の厚みを求め、FePt粒子が単層に配置していることを確認した。FePt粒子を分散させる有機安定化剤としては、オレイン酸を用いた。
【0057】
FePt粒子の単層が形成された基板を、APTSのエタノール溶液に浸漬し、30分後に取り出した。これにより、シランカップリング剤層として第2のAPTS層を形成した。シランカップリング剤層が形成された基板を、テトラエトキシシラン(TES)の0.1vol%エタノール/水混合溶液に20時間浸漬し、ゾルゲル法により無機質保護膜を成長させた。
【0058】
ここで、エタノール/水比は4、NH3によりpHは10に調整した。基板をTESの溶液に浸漬した後、溶媒で基板を洗浄して乾燥させ、さらに大気下、120℃で加熱処理した。これにより、無機質保護膜として、シリコンの酸化物および水酸化物を含むシリコン化合物膜が形成された。このシリコン化合物膜には、TESのアルコキシ基(エトキシ基)も一部残留する。
【0059】
TESのエトキシ基が完全に加水分解され、エトキシ基の加水分解により生成したシラノール基が完全に脱水縮合すれば、シリコン化合物膜の組成は酸化シリコン(SiO2)となるが、実際の反応条件で、これらの反応が完全に進行することはない。したがって、混相のシリコン化合物膜が得られる。
【0060】
図7(a)にFePt粒子の上にシランカップリング剤層を形成し、さらにその上層に無機質保護膜を形成した媒体の原子間力顕微鏡(AFM)像を示す。図7(b)にFePt粒子の上にシランカップリング剤層を形成し、無機質保護膜を形成していない媒体のAFM像を示す。図7(c)にFePt粒子のみを配置し、FePt粒子の上にシランカップリング剤層および無機質保護膜を形成していない媒体のAFM像を示す。
【0061】
図7(b)のシランカップリング剤層を形成しただけの媒体は、図7(c)のFePt粒子のみの媒体のAFM像とほぼ同等である。それに対して、図7(a)の無機質保護膜を形成した媒体では、表面に粒子状の析出物が認められた。図7(a)で白く点在する部分が、粒子状の析出物に対応する。
【0062】
図8に、実施例1の磁気記録媒体の断面透過型電子顕微鏡(断面TEM)像を示す。図8から、FePt粒子3の上にシランカップリング剤層(第2のAPTS層)4と無機質保護膜(シリコン化合物膜)5の積層膜が、計15nm程度の厚みで形成されていることが確認できる。
【0063】
なお、APTS層とシリコン化合物膜の密度が近く、コントラストの差がないため、断面TEM像でこれらの層を分離して識別することはできない。また、図8から、FePt粒子3と基板(熱酸化膜付シリコンウェハ)1の間に、親和性材料層(第1のAPTS層)が介在していることを確認できる。
【0064】
(実施例2)
熱酸化膜付シリコンウエハ(表面粗さRa=0.2nm)上に、親和性材料層として第1のAPTS層を形成した。続いて、液相で合成した粒子直径3nmのFePt粒子を、第1のAPTS層の上に単層で配置した。FePt粒子の単層が形成された基板を、APTSのエタノール溶液に浸漬し、30分後に取り出した。これにより、シランカップリング剤層として第2のAPTS層を形成した。以上の工程は、実施例1と同様に行った。
【0065】
シランカップリング剤層が形成された基板を、ケイ酸ナトリウムの1wt%水溶液に4時間浸漬し、ゾルゲル法により無機質保護膜を成長させた。ここで、溶液のpHは陰イオン交換樹脂により10に調整した。ケイ酸ナトリウムの水溶液は酸化シリコン(SiO2)の析出を防ぐため、pH12〜14のアルカリ性に調整される。pHが高い場合、ゾルゲル法による成膜が進行しにくく、必要に応じて溶液のpHを調整する。pHを調整する手段は陰イオン交換樹脂に限定されず、例えば酸を加えることによりpHを調整してもよい。
【0066】
基板をケイ酸ナトリウムの溶液に浸漬した後、溶媒で基板を洗浄して乾燥させ、さらに大気下、120℃で加熱処理した。これにより、無機質保護膜として、シリコンの酸化物および水酸化物を含むシリコン化合物膜が形成された。この場合も実施例1と同様に、シリコン化合物の組成を完全に制御することは困難であり、シリコン化合物膜として混相のアモルファス膜が得られる。上記のように作製された実施例2の磁気記録媒体についても、断面TEM観察により、FePt粒子上にシランカップリング剤層と無機質保護膜が計15nmの厚みで形成されていることを確認した。
【0067】
(実施例3)
熱酸化膜付シリコンウエハ(表面粗さRa=0.2nm)上に、親和性材料層として第1のAPTS層を形成した。続いて、液相で合成した粒子直径3nmのFePt粒子を、第1のAPTS層の上に単層で配置した。FePt粒子の単層が形成された基板を、APTSのエタノール溶液に浸漬し、30分後に取り出した。これにより、シランカップリング剤層として第2のAPTS層を形成した。以上の工程は、実施例1と同様に行った。
【0068】
シランカップリング剤層が形成された基板を、60℃に加熱したテトライソプロポキシアルミニウムの0.1vol%イソプロパノール/水溶液に2時間浸漬し、ゾルゲル法により無機質保護膜を成長させた。ここで、イソプロパノール/水比は100、NH3によりpHは10に調整した。
【0069】
基板をテトライソプロポキシアルミニウムの溶液に浸漬した後、溶媒で基板を洗浄して乾燥させ、さらに大気下、120℃で加熱処理した。これにより、無機質保護膜として、アルミニウムの酸化物および水酸化物を含むアルミニウム化合物膜が形成された。
【0070】
この場合も実施例1と同様に、アルミニウム化合物の組成を完全に制御することは困難であり、アルミニウム化合物膜として混相のアモルファス膜が得られる。上記のように作製された実施例3の磁気記録媒体についても、断面TEM観察により、FePt粒子上にシランカップリング剤層と無機質保護膜が計10nmの厚みで形成されていることを確認した。
【0071】
上記の本発明の実施形態の磁気記録媒体によれば、磁性ナノ粒子の層が無機質保護膜によって被覆され、磁性ナノ粒子の層の摩耗や、磁性ナノ粒子の腐食が防止される。したがって、磁気記録媒体の磁気特性の劣化が防止される。
また、上記の本発明の実施形態の磁気記録媒体の製造方法によれば、液相中におけるゾルゲル反応を利用して、磁気記録媒体の表面に無機質保護膜をナノメートルのオーダーで形成でき、耐摩耗性および耐腐食性に優れた磁気記録媒体を製造できる。
【0072】
本発明の磁気記録媒体の実施形態は、上記の説明に限定されない。例えば、磁性ナノ粒子の上に形成されるシランカップリング剤層と無機質保護膜の厚みは、耐摩耗性あるいは耐腐食性などを考慮して、適宜変更できる。また、無機質保護膜の成膜条件は、用いられる材料に応じて適宜変更できる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【0073】
【発明の効果】
本発明の磁気記録媒体によれば、磁性ナノ粒子からなる高記録密度の磁性層が、摩耗及び腐食から無機質保護膜によって保護される。
本発明の磁気記録媒体の製造方法によれば、磁性ナノ粒子を損傷させずに、磁性ナノ粒子の層の上に無機質保護膜を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の磁気記録媒体の断面図である。
【図2】図2(a)および(c)は本発明の磁気記録媒体の製造方法の製造工程を示す断面図であり、図2(b)は図2(a)の有機安定化剤を示す図である。
【図3】図3は本発明の磁気記録媒体の製造方法を示すフローチャートである。
【図4】図4は本発明の磁気記録媒体の製造方法の比較例を示すフローチャートである。
【図5】図5は本発明の磁気記録媒体の製造方法の比較例を示すフローチャートである。
【図6】図6は本発明の実施例1に係り、親和性材料層(第1のAPTS層)上に磁性ナノ粒子(FePt粒子)を配置した磁気記録媒体のSEM写真を示す。
【図7】図7(a)〜(c)は本発明の実施例1に係る磁気記録媒体のAFM像を示す。
【図8】図8は本発明の実施例1に係る磁気記録媒体の断面TEM像を示す。
【符号の説明】
1…基板、2…親和性材料層、3…磁性ナノ粒子、4…シランカップリング剤、5…無機質保護膜、6…有機安定化剤。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic recording medium having a very high recording density in which a magnetic layer is formed on a substrate using magnetic nanoparticles, and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
In order to improve the recording density of the magnetic recording medium, studies have been made to reduce the particle size of the magnetic particles. In a hard disk medium, the magnetic material used is an alloy such as CoCrPt, but the crystal anisotropy energy (Ku) is 106erg / cmThreeTherefore, the practical particle size is considered to be about 10 nm from the viewpoint of thermal fluctuation.
[0003]
In order to further reduce the particle size, it is important to use a magnetic material having a higher Ku. The magnetic material is CoThreePt, CoPt, CoPtThree, FeThreePt, FePt, FePtThree, FePd, MnBi, MnAl, SmCoFive, Sm2Co17And intermetallic compounds and alloys. In recent years, film formation by sputtering using these materials has been actively studied, but since the obtained particle size distribution is wide, the signal-to-noise ratio (S / N ratio) is low at present.
[0004]
On the other hand, a useful method for producing nano-sized magnetic particles (magnetic nanoparticles) having a very narrow particle size distribution is a liquid phase synthesis method. For example, Sun et al. Reported a method for producing FePt monodisperse magnetic particles having a diameter in the range of 3 to 10 nm (see Non-Patent Document 1). Non-Patent Document 1 reports that the standard deviation of the size distribution is 5% or less. The size distribution of particles generated by the method described in Non-Patent Document 1 is extremely narrow compared to the size distribution of particles generated by sputtering.
[0005]
Patent Document 1 discloses a method for uniformly arranging such nano-sized magnetic particles on a substrate. Specifically, the particles obtained by the liquid phase synthesis method are coated with an organic stabilizer, dispersed stably in the liquid, then uniformly spread on the substrate, and the solvent is dried at a low speed. The method described in Patent Document 1 is characterized in that it can form a regular structure in which particles are regularly arranged at a uniform interparticle distance.
[0006]
In general, in a hard disk, diamond-like carbon (DLC) is added by a physical method in order to protect a medium from abrasion due to sliding with a head. Similarly, in the magnetic recording medium using the nanoparticles described in Patent Document 1, a DLC film is provided as a protective film on the magnetic particle layer.
[0007]
In the magnetic recording medium described in Patent Document 1, amorphous carbon, amorphous silicon, silicon oxide, or the like can be used in addition to DLC as a material for the protective film. In either case, the protective film is formed by plasma chemical vapor deposition (plasma CVD), reactive sputtering, or the like.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2000-48340 A
[Patent Document 2]
JP-A-8-124148
[Non-Patent Document 1]
S. Sun, C. B. Murray, D. Weller, L. Folks, A. Moser, Science 2000, 287, p. 1989
[Non-Patent Document 2]
V. L. Colvin, J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, p.5221
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The method described in Patent Document 1 has a step of removing the organic stabilizer that covers the magnetic particles before the step of forming the protective film made of DLC or another material. The organic stabilizer is removed by heating under vacuum, ultraviolet light exposure or exposure to hydrogen plasma. Sintering between particles may occur in vacuum heating, and oxidation and damage of magnetic particles may occur in exposure to ultraviolet light and hydrogen plasma.
[0010]
On the other hand, when the organic stabilizer is not removed, the adhesion between the protective film and the magnetic particle layer becomes poor, and the protective effect of the protective film cannot be obtained. Therefore, it is difficult to prevent the magnetic particles from being damaged and ensure the adhesion between the magnetic particle layer and the protective film. In a magnetic recording medium using magnetic nanoparticles, a protective film that resists mechanical shock and stress is important, and establishment of an effective method for forming the protective film is desired. Since magnetic nanoparticles are made of a metal material, the magnetic anisotropy decreases when corroded by oxidation or the like. Therefore, it is important to form a protective film in order to suppress such corrosion.
[0011]
In addition to the method described in Patent Document 1, there is a sol-gel method as a method for forming a protective film on a magnetic recording medium (see Patent Document 2). In the magnetic recording medium described in Patent Document 2, since the magnetic layer is formed by a method such as vapor deposition, the structure of the magnetic recording medium using magnetic nanoparticles is different from that of the magnetic layer. In Patent Document 2, a Co—Ni film formed by, for example, oblique vapor deposition is used as the magnetic layer.
[0012]
Since at least the surface of such a magnetic layer is oxidized, a protective film grows by the sol-gel method. On the other hand, when an attempt is made to form a protective film directly on the magnetic nanoparticle layer according to the method described in Patent Document 2, the protective film does not grow on the surface of the magnetic nanoparticle made of an unoxidized metal material.
[0013]
The present invention has been made in view of the above problems. Therefore, the present invention provides a high recording density magnetic layer made of magnetic nanoparticles and a protective film that imparts corrosion resistance and wear resistance to the magnetic layer. It is an object to provide a magnetic recording medium having the following.
It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a magnetic recording medium that can form a protective film on a magnetic layer made of magnetic nanoparticles without damaging the magnetic nanoparticles.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, a magnetic recording medium of the present invention includes a substrate, an affinity material layer formed on the substrate, to which magnetic nanoparticles are bound, and a layer formed on the affinity material layer. The magnetic nanoparticles and the magnetic nanoparticles formed on the magnetic nanoparticles, A silane coupling agent, a titanium coupling agent, an aluminum coupling agent, a zirconium coupling agent, or a combination of two or more thereofIt has a coupling agent layer and an inorganic protective film formed on the coupling agent layer by a sol-gel method.
[0015]
Preferably, the inorganic protective film is made of a mixed phase containing a metal oxide, a metal hydroxide, and an organic metal. Particularly preferably, the inorganic protective film is made of a mixed phase containing oxides, hydroxides and organic substances of zirconium, silicon, titanium and aluminum, or a combination thereof.
[0016]
  Thereby, the adhesiveness of the protective film (inorganic protective film) formed on the magnetic nanoparticle layer can be increased, and the magnetic nanoparticles are protected from abrasion and corrosion. Magnetic nanoparticlesOrganic stabilizers for coatingSince it is removed in the process of forming the coupling agent layer, there is no heating or plasma treatment, and damage to the magnetic nanoparticles is prevented.
[0017]
In order to achieve the above object, the method for producing a magnetic recording medium of the present invention includes a step of forming an affinity material layer to which magnetic nanoparticles are bonded on a substrate, and the magnetic material coated with an organic stabilizer. A step of arranging nanoparticles in a layer form on the affinity material layer, and replacing the organic stabilizer covering the magnetic nanoparticles with a coupling agent, and providing a coupling agent layer on the magnetic nanoparticles And a step of forming an inorganic protective film on the coupling agent layer by a sol-gel method.
[0018]
Preferably, the step of forming the inorganic protective film starts with hydrolysis and dehydration condensation of the starting material in a solution containing the starting material, starting from an alkoxide of any metal of zirconium, silicon, titanium, and aluminum. The step of depositing a mixed phase containing the oxide, hydroxide and organic substance of the metal is included.
[0019]
Alternatively, preferably, the step of forming the inorganic protective film includes a step of depositing silicon oxide by dehydration condensation of the starting material in the aqueous silicate solution using the silicate as a starting material.
[0020]
This makes it possible to form an inorganic protective film that protects the magnetic nanoparticle layer from abrasion and corrosion. According to the method for producing a magnetic recording medium of the present invention, an inorganic protective film is formed on a magnetic nanoparticle by a sol-gel method through a coupling agent layer. By providing the coupling agent layer, the magnetic nanoparticle layer and the inorganic protective film are more closely adhered to each other, and peeling between the layers is prevented. In addition, according to the present invention, since the inorganic protective film can be formed under relatively mild conditions, damage to the magnetic nanoparticles is prevented.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the magnetic recording medium of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of a cross-sectional view of a magnetic recording medium according to the present invention. As shown in FIG. 1, a layer made of an affinity material (affinity material layer 2) is formed on a substrate 1, and magnetic nanoparticles 3 are arranged as a single layer on the substrate 1 at a constant interval. A silane coupling agent layer 4 is present on the magnetic nanoparticles, and an inorganic protective film 5 is further present thereon. The silane coupling agent layer 4 may be formed not only on the magnetic nanoparticles 3 but also between the particles.
[0022]
Next, each layer of the magnetic recording medium will be described in detail. As the substrate 1, any substrate made of a conventionally known material can be used. The form of the substrate 1 is not limited to a disk shape or a card shape. Examples of the substrate 1 include silicon and silicon oxide (SiO2), A hard substrate such as magnesium oxide (MgO), and a soft substrate such as polyimide.
[0023]
The affinity material layer 2 includes an affinity material that attracts and holds the magnetic nanoparticles 3. The affinity material layer 2 has a functional group that binds or adsorbs to magnetic nanoparticles on the surface. The affinity material layer 2 attracts and holds the magnetic nanoparticles 3 so that the magnetic nanoparticles 3 can be arranged in a single layer. In addition, since the affinity material layer 2 holds the magnetic nanoparticles 3, dropping of the magnetic nanoparticles 3 when the silane coupling agent layer 4 is formed is suppressed.
[0024]
The affinity material layer 2 is formed by immersing the substrate 1 in a solution (affinity material solution) in which the affinity material is dissolved, or by applying the affinity material solution to the substrate 1 by a method such as spin coating. The Alternatively, the affinity material layer 2 can be formed by the Langmuir-Blodgett method. The affinity material is represented by the following formula (2).
[0025]
[Chemical 2]
X2-R2-Y2  ... (2)
[0026]
Where R2Represents hydrocarbon and fluorocarbon chains containing 3 to 18 carbon atoms, X2And Y2Is -SO2OH, -SOOH, -POOH, -OPO (OH)2, -COOH, -NH2Selected from. The affinity material may be selected from silane coupling agents used for the silane coupling agent layer 4.
[0027]
In addition, when the affinity material which comprises the affinity material layer 2 contains a thiol group, the magnetism of the magnetic nanoparticle 3 may change, and the recording characteristics of a magnetic recording medium may be impaired. Non-Patent Document 2 reports that a self-assembled monolayer of hexanedithiol was formed on a gold substrate, and CdS nanoparticles were immobilized on thiol groups present on the film surface.
[0028]
However, when the magnetic nanoparticles are similarly adsorbed to the thiol group, the transition metal contained in the magnetic nanoparticles is ionized, and the thiol group and the transition metal ion form a complex. When the transition metal dissolves into the solution from the magnetic nanoparticles and the alloy composition of the magnetic nanoparticles changes, the magnetism of the magnetic nanoparticles 3 may deteriorate. Therefore, it is preferable that the affinity material does not alter the magnetic nanoparticles 3 (see Japanese Patent Application No. 2002-249854).
[0029]
The magnetic nanoparticles 3 are arranged on the affinity material layer 2 in the form of a single layer or multiple layers. Magnetic nanoparticles 3 are made of magnetic materials such as elements Co, Fe, Ni, Mn, Sm, Al, Pd, Pt, intermetallic compounds of these elements, or multi-element alloys such as binary alloys and ternary alloys of these elements. including.
[0030]
The magnetic nanoparticles 3 used in the magnetic recording medium of this embodiment are preferably those synthesized in a liquid phase. The liquid phase synthesis method is a method in which a metal salt, an organic metal, or the like is dissolved in a liquid and particles are precipitated by reduction or decomposition (see Non-Patent Document 1). Known liquid phase synthesis methods for synthesizing fine particles include a coprecipitation method, a hot soap method, and a reverse micelle method. The particle diameter is preferably 10 nm or less. The standard deviation of the particle diameter is 20% or less, preferably 10% or less, more preferably 5% or less. The narrower the standard deviation of the particle diameter, the lower the medium noise during reproduction, and a higher S / N ratio can be obtained.
[0031]
FIG. 2A is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the magnetic recording medium of the present embodiment, and shows a state in which the magnetic nanoparticles 3 are arranged in layers on the affinity material layer 2. As shown in FIG. 2 (a), the magnetic nanoparticles 3 are coated with an organic stabilizer 6, and the magnetic nanoparticles are regularly arranged with a certain distance therebetween. Since the functional group present on the surface of the affinity material layer 2 preferentially binds and adsorbs to the magnetic nanoparticles 3, the organic stabilizer 6 is formed at the interface between the magnetic nanoparticles 3 and the affinity material layer 2. Drop off from 3.
[0032]
The layer of the magnetic nanoparticles 3 shown in FIG. 2A can be formed in the same manner as the method described in Patent Document 1, for example. That is, it is formed by coating the magnetic nanoparticles 3 with the organic stabilizer 6, stably dispersing in the liquid, spreading on the substrate, and drying the solvent at a low speed.
[0033]
Preferably, the organic stabilizer 6 is represented by the following formula (3).
[Chemical Formula 3]
RThree-XThree  ... (3)
[0034]
Where RThreeRepresents a long or branched hydrocarbon chain containing 6 to 22 carbon atoms, or a long or branched fluorocarbon chain containing 6 to 22 carbon atoms. XThreeIs a group adsorbed on the surface of the magnetic nanoparticle and represents carboxylic acid, phosphonic acid, phosphinic acid, sulfonic acid, sulfinic acid, amine, or diamine.
[0035]
FIG.2 (b) is the schematic diagram which expanded the organic stabilizer 6 of Fig.2 (a). As shown in FIGS. 2 (a) and (b), the organic stabilizer 6 is an X of the formula (3).ThreeThe terminal functional group represented by is bonded to or adsorbed to the magnetic nanoparticles 3. Further, R in the formula (3)ThreeIs located on the solution side and suppresses aggregation of the magnetic nanoparticles.
[0036]
The silane coupling agent layer 4 is obtained by immersing the substrate in a solution (silane coupling agent solution) in which the silane coupling agent is dissolved at a predetermined concentration, or the silane coupling agent solution is placed on the magnetic nanoparticle 3 layer. It is formed by applying to. The silane coupling agent which comprises the silane coupling agent layer 4 is shown by Formula (1).
[0037]
[Formula 4]
(R1O)aY1 3-aSi- (CH2)l-(C6HFour)m-(CH2)n-X1  ... (1)
[0038]
Where R1Represents a lower alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or hydrogen, Y1Represents a lower alkyl group, a phenyl group or chlorine, and X1Is -NH2, -NH- (CH2)x-NH2(X = 2-6), -NH- (CH2)2-NH- (CH2)2-NH2, -NH-CO-NH2, -NH- (CH2)x-CHThree(X = 0-3), -NH-CH- (CHThree)2, -NH-C6HFive, -NH- (C2HFourOH), -NH-CH2-CH = CH2, -N- (CHThree)2, -N- (C2HFive)2, -N- (C2HFourOH)2, -COOH, -OPO (OH)2, -POOH, -SO2OH or -SOOH is represented, a represents an integer of 1 to 3, and l, m, and n represent an integer of 0 to 17. C6HFourRepresents a phenyl group.
[0039]
The above silane coupling agent has a terminal functional group X1Is bonded to the magnetic nanoparticle 3 and exists in a form in which the alkoxide at the other end or a silanol group generated by hydrolysis of the alkoxide is directed to the opposite side to the magnetic nanoparticle 3. The alkoxide and silanol group of the silane coupling agent layer 4 serve as a starting point for the growth of the inorganic protective film 5 in the film formation by the sol-gel method.
[0040]
As long as the magnetic nanoparticles 3 are adsorbed to the magnetic nanoparticles 3 without alteration and the inorganic protective film 5 is grown by the sol-gel method, a layer made of another coupling agent is used instead of the silane coupling agent layer 4. May be formed. Examples of the coupling agent other than the silane coupling agent include a titanium coupling agent, an aluminum coupling agent, and a zirconium coupling agent.
[0041]
FIG. 2C is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the magnetic recording medium of this embodiment, and shows a state in which the silane coupling agent layer 4 is formed on the magnetic nanoparticle 3 layer. As shown in FIG. 2C, the organic stabilizer 6 in FIG. 2A is substituted by the functional group of the silane coupling agent constituting the silane coupling agent layer 4 and desorbed. The silane coupling agent layer 4 is bonded to the magnetic nanoparticles 3 through the functional group of the silane coupling agent.
[0042]
The inorganic protective film 5 is formed using a sol-gel method. When the inorganic protective film 5 is formed, the surface of the silane coupling agent layer 4 is exposed to alkoxy groups, silanol groups generated by hydrolysis of alkoxy groups, condensates thereof, or the like. An alkoxide or silanol group present on the surface of the silane coupling agent layer 4 is the starting point, and hydrolysis or condensation polymerization of the alkoxide occurs on the surface of the silane coupling agent layer 4. Thereby, the inorganic protective film 5 is formed as shown in FIG.
[0043]
The inorganic protective film 5 is made of a mixed phase containing a metal oxide, a metal hydroxide and an organic metal. The inorganic protective film 5 improves the wear resistance and corrosion resistance of the layer made of the magnetic nanoparticles 3. The inorganic protective film 5 is preferably a thin film made of any one of a mixed phase material containing zirconium, silicon, titanium, aluminum oxide, hydroxide and organic metal, or a combination thereof.
[0044]
In the formation of the inorganic protective film 5 using the sol-gel method, a metal alkoxide is used as a starting material, and the metal oxide is formed on the silane coupling agent layer 4 using hydrolysis and dehydration condensation in a solution. A mixed phase comprising a hydroxide and an organometallic is deposited. As the metal alkoxide, tetramethoxyzirconium, tetraethoxysilane, triisopropoxyaluminum, tetraisopropoxytitanium, or the like is used.
[0045]
The metal alkoxide solvent is a mixed solvent of an organic solvent and water, and the pH is preferably adjusted to 9-12. The type of organic solvent is not particularly limited as long as it dissolves metal alkoxide and is arbitrarily mixed with water, but ethanol, methanol, isopropanol, n-propanol, 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol and the like are preferable. The inorganic protective film 5 is formed on the surface by immersing the substrate in a metal alkoxide solution for a predetermined time.
[0046]
It is also possible to deposit silicon oxide (silica) as an inorganic protective film 5 on the silane coupling agent layer 4 using an aqueous silicate solution as a starting material. In this case, the pH of the solution is set to 8-11. As the silicate aqueous solution, a sodium silicate solution is preferable. As in the case of using a metal alkoxide solution, the silica film is formed on the surface by immersing the substrate in an aqueous silicate solution for a certain time.
[0047]
The thickness of the inorganic protective film 5 is preferably 20 nm or less. When the film thickness is 20 nm or more, the signal intensity from the magnetic nanoparticle 3 is remarkably lowered, which seriously hinders the S / N ratio. When the metal alkoxide is used as a starting material, the thickness of the inorganic protective film 5 is controlled by the alkoxide concentration, water content, pH, and immersion time. On the other hand, when an aqueous silicate solution is used as a starting material, the concentration is controlled by the solution concentration, pH, and immersion time.
[0048]
In the magnetic recording medium of the present embodiment, it is preferable to provide a lubricant layer on the inorganic protective film 5 because the wear resistance of the magnetic recording medium can be further improved. As the lubricant, conventionally known ones can be used, and examples thereof include silicone oils such as higher fatty acid esters, higher fatty acids, fluorocarbons, dialkylpolysiloxanes, fluoroalkylpolysiloxanes, and oligomers thereof, or combinations thereof. It is done. The lubricant layer can be formed by applying a solution obtained by dissolving the above-described lubricant in an organic solvent onto the inorganic protective film 5 by, for example, spin coating.
[0049]
FIG. 3 is a flowchart showing a method of manufacturing a magnetic recording medium according to the present invention. As shown in FIG. 3, first, an affinity material layer is formed on a substrate (step (ST) 1). Disperse the magnetic nanoparticles in the solution with an organic stabilizer (step 2) and immerse the substrate in the solution, or apply the solution on the affinity material layer and layer the magnetic nanoparticles on the affinity material layer. (Step 3). At this time, the magnetic nanoparticles are coated with an organic stabilizer except for the interface with the affinity material layer. Next, the organic stabilizer is replaced with a silane coupling agent to form a silane coupling agent layer on the magnetic nanoparticle layer (step 4). Thereafter, an inorganic protective film is formed on the silane coupling agent layer by a wet process (sol-gel method) (step 5).
[0050]
As a comparative example of the flowchart of FIG. 3, a method of manufacturing a magnetic storage medium described in Patent Document 1 is shown in FIGS. FIG. 4 is a flowchart when an affinity material layer is not formed between the substrate and the magnetic nanoparticle layer, and FIG. 5 is a flowchart when this affinity material layer is formed. In the method described in Patent Document 1, the formation of the affinity material layer is not essential.
[0051]
In the case of the manufacturing method shown in FIG. 4, first, magnetic nanoparticles are dispersed in a solution with an organic stabilizer (step (ST) 1), and the magnetic nanoparticles coated with the organic stabilizer are arranged in layers on the substrate. (Step 2). Next, the organic stabilizer is removed by heating under vacuum, ultraviolet light exposure or exposure to hydrogen plasma (step 3). Thereafter, a protective film is formed on the magnetic nanoparticle layer by a dry process, specifically, a vacuum thin film forming technique such as CVD or reactive sputtering (step 4).
[0052]
On the other hand, in the case of the manufacturing method shown in FIG. 5, first, an affinity material layer is formed on a substrate (step (ST) 1). Next, the magnetic nanoparticles are dispersed in the solution with an organic stabilizer (step 2), and the magnetic nanoparticles coated with the organic stabilizer are arranged in layers on the affinity material layer (step 3). Next, the organic stabilizer is removed by heating under vacuum, ultraviolet light exposure or exposure to hydrogen plasma (step 4). Thereafter, a protective film is formed on the magnetic nanoparticle layer by a dry process, specifically, a vacuum thin film forming technique such as CVD or reactive sputtering (step 5).
[0053]
As is clear when comparing FIG. 3 with FIG. 4 or FIG. 5, according to the flow of the present invention shown in FIG. 3, the physical organic stabilizer is not removed before the formation of the inorganic protective film. Damage to the magnetic nanoparticles is prevented. Further, by forming a silane coupling agent layer (step 4 in FIG. 3), it is possible to form an inorganic protective film by the sol-gel method (step 5).
[0054]
【Example】
The present invention will be described below based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
Example 1
3- (2-aminoethyl) aminopropyltrimethoxysilane (APTS, (CH) as an affinity material layer on a silicon wafer with a thermal oxide film (surface roughness Ra = 0.2 nm)ThreeO)ThreeSi (CH2)ThreeNHCH2CH2NH2) Layer was formed. This is the first APTS layer.
[0055]
Subsequently, magnetic nanoparticles (FePt particles) having a particle diameter of 3 nm synthesized in the liquid phase were arranged in a single layer on the first APTS layer. FIG. 6 shows a scanning electron microscope (SEM) photograph of a medium in which FePt particles are arranged on the first APTS layer. Compared to APTS, which is an organic compound, FePt particles made of metal have higher reflectance, so in the SEM image, the APTS part becomes dark and the FePt particle part becomes white.
[0056]
As shown in FIG. 6, the FePt particles are not aggregated but are dispersed on the first APTS layer. The thickness of the layer of FePt particles was obtained from the SEM photograph of FIG. 6 and the X-ray reflectivity, and it was confirmed that the FePt particles were arranged in a single layer. As the organic stabilizer for dispersing the FePt particles, oleic acid was used.
[0057]
The substrate on which the single layer of FePt particles was formed was immersed in an APTS ethanol solution and taken out after 30 minutes. Thereby, the 2nd APTS layer was formed as a silane coupling agent layer. The substrate on which the silane coupling agent layer was formed was immersed in a 0.1 vol% ethanol / water mixed solution of tetraethoxysilane (TES) for 20 hours, and an inorganic protective film was grown by a sol-gel method.
[0058]
Where ethanol / water ratio is 4, NHThreeThe pH was adjusted to 10. After immersing the substrate in the TES solution, the substrate was washed with a solvent and dried, and further heat-treated at 120 ° C. in the atmosphere. Thus, a silicon compound film containing silicon oxide and hydroxide was formed as the inorganic protective film. A part of the alkoxy group (ethoxy group) of TES also remains in this silicon compound film.
[0059]
If the ethoxy group of TES is completely hydrolyzed and the silanol group generated by hydrolysis of the ethoxy group is completely dehydrated and condensed, the composition of the silicon compound film is silicon oxide (SiO 22However, under the actual reaction conditions, these reactions do not proceed completely. Therefore, a mixed phase silicon compound film is obtained.
[0060]
FIG. 7A shows an atomic force microscope (AFM) image of a medium in which a silane coupling agent layer is formed on FePt particles and an inorganic protective film is further formed thereon. FIG. 7B shows an AFM image of a medium in which the silane coupling agent layer is formed on the FePt particles and the inorganic protective film is not formed. FIG. 7C shows an AFM image of a medium in which only FePt particles are arranged and a silane coupling agent layer and an inorganic protective film are not formed on the FePt particles.
[0061]
The medium in which the silane coupling agent layer in FIG. 7B is formed is almost equivalent to the AFM image of the medium having only FePt particles in FIG. In contrast, in the medium on which the inorganic protective film in FIG. 7A was formed, particulate precipitates were observed on the surface. In FIG. 7A, white dotted portions correspond to particulate precipitates.
[0062]
FIG. 8 shows a cross-sectional transmission electron microscope (cross-section TEM) image of the magnetic recording medium of Example 1. From FIG. 8, it can be seen that a laminated film of a silane coupling agent layer (second APTS layer) 4 and an inorganic protective film (silicon compound film) 5 is formed on the FePt particles 3 with a total thickness of about 15 nm. I can confirm.
[0063]
Since the APTS layer and the silicon compound film are close in density and have no difference in contrast, these layers cannot be separated and identified by a cross-sectional TEM image. Further, it can be confirmed from FIG. 8 that an affinity material layer (first APTS layer) is interposed between the FePt particles 3 and the substrate (silicon wafer with thermal oxide film) 1.
[0064]
(Example 2)
A first APTS layer was formed as an affinity material layer on a silicon wafer with a thermal oxide film (surface roughness Ra = 0.2 nm). Subsequently, FePt particles with a particle diameter of 3 nm synthesized in the liquid phase were arranged in a single layer on the first APTS layer. The substrate on which the single layer of FePt particles was formed was immersed in an APTS ethanol solution and taken out after 30 minutes. Thereby, the 2nd APTS layer was formed as a silane coupling agent layer. The above steps were performed in the same manner as in Example 1.
[0065]
The substrate on which the silane coupling agent layer was formed was immersed in a 1 wt% aqueous solution of sodium silicate for 4 hours, and an inorganic protective film was grown by a sol-gel method. Here, the pH of the solution was adjusted to 10 with an anion exchange resin. The aqueous solution of sodium silicate is silicon oxide (SiO2In order to prevent the precipitation of), the pH is adjusted to alkaline of 12-14. When the pH is high, film formation by the sol-gel method is difficult to proceed, and the pH of the solution is adjusted as necessary. The means for adjusting the pH is not limited to the anion exchange resin, and for example, the pH may be adjusted by adding an acid.
[0066]
After immersing the substrate in a sodium silicate solution, the substrate was washed with a solvent and dried, and further heat-treated at 120 ° C. in the air. Thus, a silicon compound film containing silicon oxide and hydroxide was formed as the inorganic protective film. Also in this case, as in Example 1, it is difficult to completely control the composition of the silicon compound, and a mixed phase amorphous film is obtained as the silicon compound film. Also for the magnetic recording medium of Example 2 produced as described above, it was confirmed by cross-sectional TEM observation that a silane coupling agent layer and an inorganic protective film were formed on the FePt particles with a total thickness of 15 nm.
[0067]
(Example 3)
A first APTS layer was formed as an affinity material layer on a silicon wafer with a thermal oxide film (surface roughness Ra = 0.2 nm). Subsequently, FePt particles with a particle diameter of 3 nm synthesized in the liquid phase were arranged in a single layer on the first APTS layer. The substrate on which the single layer of FePt particles was formed was immersed in an APTS ethanol solution and taken out after 30 minutes. Thereby, the 2nd APTS layer was formed as a silane coupling agent layer. The above steps were performed in the same manner as in Example 1.
[0068]
The substrate on which the silane coupling agent layer was formed was immersed in a 0.1 vol% isopropanol / water solution of tetraisopropoxyaluminum heated to 60 ° C. for 2 hours, and an inorganic protective film was grown by a sol-gel method. Where the isopropanol / water ratio is 100, NHThreeThe pH was adjusted to 10.
[0069]
After the substrate was immersed in a solution of tetraisopropoxyaluminum, the substrate was washed with a solvent and dried, and further heat-treated at 120 ° C. in the atmosphere. As a result, an aluminum compound film containing aluminum oxide and hydroxide was formed as the inorganic protective film.
[0070]
Also in this case, as in Example 1, it is difficult to completely control the composition of the aluminum compound, and a mixed-phase amorphous film can be obtained as the aluminum compound film. Also for the magnetic recording medium of Example 3 produced as described above, it was confirmed by cross-sectional TEM observation that a silane coupling agent layer and an inorganic protective film were formed on the FePt particles with a total thickness of 10 nm.
[0071]
According to the magnetic recording medium of the above-described embodiment of the present invention, the magnetic nanoparticle layer is covered with the inorganic protective film, and wear of the magnetic nanoparticle layer and corrosion of the magnetic nanoparticle are prevented. Therefore, deterioration of the magnetic characteristics of the magnetic recording medium is prevented.
In addition, according to the method for manufacturing a magnetic recording medium of the above-described embodiment of the present invention, an inorganic protective film can be formed on the surface of the magnetic recording medium on the order of nanometers by utilizing a sol-gel reaction in a liquid phase. A magnetic recording medium having excellent wear and corrosion resistance can be produced.
[0072]
Embodiments of the magnetic recording medium of the present invention are not limited to the above description. For example, the thickness of the silane coupling agent layer and the inorganic protective film formed on the magnetic nanoparticles can be appropriately changed in consideration of wear resistance or corrosion resistance. Moreover, the film-forming conditions of an inorganic protective film can be suitably changed according to the material used. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0073]
【The invention's effect】
According to the magnetic recording medium of the present invention, the high recording density magnetic layer made of magnetic nanoparticles is protected from abrasion and corrosion by the inorganic protective film.
According to the method for producing a magnetic recording medium of the present invention, an inorganic protective film can be formed on a layer of magnetic nanoparticles without damaging the magnetic nanoparticles.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a magnetic recording medium of the present invention.
2 (a) and 2 (c) are cross-sectional views showing the production steps of the method for producing a magnetic recording medium of the present invention, and FIG. 2 (b) shows the organic stabilizer of FIG. 2 (a). FIG.
FIG. 3 is a flowchart showing a method for manufacturing a magnetic recording medium of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing a comparative example of a method for manufacturing a magnetic recording medium according to the present invention.
FIG. 5 is a flowchart showing a comparative example of a method for manufacturing a magnetic recording medium according to the present invention.
6 shows an SEM photograph of a magnetic recording medium according to Example 1 of the present invention in which magnetic nanoparticles (FePt particles) are arranged on an affinity material layer (first APTS layer). FIG.
7A to 7C show AFM images of the magnetic recording medium according to Example 1 of the present invention. FIG.
FIG. 8 shows a cross-sectional TEM image of the magnetic recording medium according to Example 1 of the invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate, 2 ... Affinity material layer, 3 ... Magnetic nanoparticle, 4 ... Silane coupling agent, 5 ... Inorganic protective film, 6 ... Organic stabilizer.

Claims (20)

基板と、
前記基板上に形成され、磁性ナノ粒子が結合する親和性材料層と、
前記親和性材料層上に層状に配置された前記磁性ナノ粒子と、
前記磁性ナノ粒子上に形成された、シランカップリング剤、チタニウムカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、ジルコニウムカップリング剤、又はこれらの2以上の組み合わせから選択されるカップリング剤層と、
前記カップリング剤層上にゾルゲル法により形成された無機質保護膜とを有する
磁気記録媒体。
A substrate,
An affinity material layer formed on the substrate to which magnetic nanoparticles are bound;
The magnetic nanoparticles arranged in layers on the affinity material layer;
A coupling agent layer formed on the magnetic nanoparticles and selected from a silane coupling agent, a titanium coupling agent, an aluminum coupling agent, a zirconium coupling agent, or a combination of two or more thereof ;
A magnetic recording medium comprising an inorganic protective film formed by a sol-gel method on the coupling agent layer.
前記無機質保護膜は金属酸化物、金属水酸化物及び有機金属を含む混相からなる
請求項1記載の磁気記録媒体。
The magnetic recording medium according to claim 1, wherein the inorganic protective film is made of a mixed phase containing a metal oxide, a metal hydroxide, and an organic metal.
前記無機質保護膜はジルコニウム(Zr)、シリコン(Si)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)の酸化物、水酸化物及び有機物を含む混相、またはそれらの組み合わせからなる
請求項2記載の磁気記録媒体。
The magnetic recording according to claim 2, wherein the inorganic protective film is made of zirconium (Zr), silicon (Si), titanium (Ti), aluminum (Al) oxide, a mixed phase containing a hydroxide and an organic substance, or a combination thereof. Medium.
前記無機質保護膜の厚みは20nm以下である
請求項1記載の磁気記録媒体。
The magnetic recording medium according to claim 1, wherein the inorganic protective film has a thickness of 20 nm or less.
前記親和性材料層上に前記磁性ナノ粒子が単層で配置されている
請求項1記載の磁気記録媒体。
The magnetic recording medium according to claim 1, wherein the magnetic nanoparticles are arranged in a single layer on the affinity material layer.
前記親和性材料層上に前記磁性ナノ粒子が多層で配置されている
請求項1記載の磁気記録媒体。
The magnetic recording medium according to claim 1, wherein the magnetic nanoparticles are arranged in multiple layers on the affinity material layer.
前記カップリング剤層は前記磁性ナノ粒子間にも形成されている
請求項1記載の磁気記録媒体。
The magnetic recording medium according to claim 1, wherein the coupling agent layer is also formed between the magnetic nanoparticles.
前記磁性ナノ粒子は元素コバルト(Co)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、サマリウム(Sm)、アルミニウム、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、前記元素の金属間化合物、前記元素の二元合金以上の多元合金からなる群から選択された磁性材料を含む
請求項1記載の磁気記録媒体。
The magnetic nanoparticles include elemental cobalt (Co), iron (Fe), nickel (Ni), manganese (Mn), samarium (Sm), aluminum, palladium (Pd), platinum (Pt), an intermetallic compound of the element, The magnetic recording medium according to claim 1, comprising a magnetic material selected from the group consisting of multi-element alloys of binary elements or more of the elements.
前記磁性ナノ粒子の直径は10nm以下である
請求項1記載の磁気記録媒体。
The magnetic recording medium according to claim 1, wherein the magnetic nanoparticles have a diameter of 10 nm or less.
前記カップリング剤層はシランカップリング剤を含む
請求項1記載の磁気記録媒体。
The magnetic recording medium according to claim 1, wherein the coupling agent layer includes a silane coupling agent.
前記シランカップリング剤は次式(1)で表される
Figure 0004429628
(式中、Rは炭素数が1〜3の低級アルキル基、あるいは水素を表し、Yは低級アルキル基、フェニル基または塩素を表し、Xは−NH、−NH−(CH−NH(x=2〜6)、−NH−(CH−NH−(CH−NH、−NH−CO−NH、−NH−(CH−CH(x=0〜3)、−NH−CH−(CH、−NH−C、−NH−(COH)、−NH−CH−CH=CH、−N−(CH、−N−(C、−N−(COH)、−COOH、−OPO(OH)、−POOH、−SOOHまたは−SOOHを表し、aは1〜3の整数、l,m,nは0〜17の整数を表す。Cはフェニル基を表す。)
請求項10記載の磁気記録媒体。
The silane coupling agent is represented by the following formula (1).
Figure 0004429628
(In the formula, R 1 represents a lower alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or hydrogen, Y 1 represents a lower alkyl group, a phenyl group or chlorine, and X 1 represents —NH 2 , —NH— (CH 2 ) x -NH 2 (x = 2~6 ), - NH- (CH 2) 2 -NH- (CH 2) 2 -NH 2, -NH-CO-NH 2, -NH- (CH 2) x - CH 3 (x = 0~3), - NH-CH- (CH 3) 2, -NH-C 6 H 5, -NH- (C 2 H 4 OH), - NH-CH 2 -CH = CH 2 , -N- (CH 3) 2, -N- (C 2 H 5) 2, -N- (C 2 H 4 OH) 2, -COOH, -OPO (OH) 2, -POOH, -SO 2 OH or an -SOOH, a is .C 6 H 4 1 to 3 of an integer, l, m, n is an integer of 0 to 17 represents a phenyl group )
The magnetic recording medium according to claim 10.
前記無機質保護膜上に潤滑剤を含有する潤滑剤層をさらに有する
請求項1記載の磁気記録媒体。
The magnetic recording medium according to claim 1, further comprising a lubricant layer containing a lubricant on the inorganic protective film.
前記潤滑剤層は高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸、フルオロカーボン類、ジアルキルポリシロキサン、フルオロアルキルポリシロキサンからなる群から選択される一つ以上のもののシリコンオイルまたはオリゴマーを含む
請求項12記載の磁気記録媒体。
The magnetic recording medium according to claim 12, wherein the lubricant layer contains one or more silicon oils or oligomers selected from the group consisting of higher fatty acid esters, higher fatty acids, fluorocarbons, dialkylpolysiloxanes, and fluoroalkylpolysiloxanes.
磁性ナノ粒子が結合する親和性材料層を基板上に形成する工程と、
有機安定化剤で被覆された前記磁性ナノ粒子を前記親和性材料層上に層状に配置する工程と、
前記磁性ナノ粒子を被覆する前記有機安定化剤を、カップリング剤と置換させ、前記磁性ナノ粒子上にカップリング剤層を形成する工程と、
前記カップリング剤層上にゾルゲル法により無機質保護膜を形成する工程とを有する
磁気記録媒体の製造方法。
Forming on the substrate an affinity material layer to which the magnetic nanoparticles bind;
Arranging the magnetic nanoparticles coated with an organic stabilizer in layers on the affinity material layer;
Replacing the organic stabilizer that coats the magnetic nanoparticles with a coupling agent to form a coupling agent layer on the magnetic nanoparticles;
And a step of forming an inorganic protective film on the coupling agent layer by a sol-gel method.
前記無機質保護膜を形成する工程は、ジルコニウム、シリコン、チタン、アルミニウムのいずれかの金属のアルコキシドを出発物質とし、前記出発物質を含む溶液中における前記出発物質の加水分解および脱水縮合により、前記金属の酸化物、水酸化物及び有機物を含む混相を堆積させる工程を含む
請求項14記載の磁気記録媒体の製造方法。
The step of forming the inorganic protective film includes starting with an alkoxide of a metal of zirconium, silicon, titanium, or aluminum as a starting material, and performing hydrolysis and dehydration condensation of the starting material in a solution containing the starting material. The method for producing a magnetic recording medium according to claim 14, further comprising the step of depositing a mixed phase containing the oxide, hydroxide and organic substance.
前記出発物質を含む前記溶液の溶媒はアルコールと水を含む混合溶媒であり、前記溶液のpHは9〜12である
請求項15記載の磁気記録媒体の製造方法。
The method for producing a magnetic recording medium according to claim 15, wherein the solvent of the solution containing the starting material is a mixed solvent containing alcohol and water, and the pH of the solution is 9 to 12.
前記無機質保護膜を形成する工程は、ケイ酸塩を出発物質とし、前記ケイ酸塩水溶液中における前記出発物質の脱水縮合により酸化シリコンを堆積させる工程を含む
請求項14記載の磁気記録媒体の製造方法。
The process of forming the said inorganic protective film includes the process of depositing a silicon oxide by dehydration condensation of the said starting material in the said silicate aqueous solution using the silicate as a starting material. Method.
前記水溶液のpHは8〜11である
請求項17記載の磁気記録媒体の製造方法。
The method of manufacturing a magnetic recording medium according to claim 17, wherein the pH of the aqueous solution is 8 to 11.
前記磁性ナノ粒子を前記親和性材料層上に層状に配置する工程は、前記磁性ナノ粒子および前記有機安定化剤を含む溶液に、前記基板を浸漬する工程を含む
請求項14記載の磁気記録媒体の製造方法。
The magnetic recording medium according to claim 14, wherein the step of arranging the magnetic nanoparticles in the form of a layer on the affinity material layer includes a step of immersing the substrate in a solution containing the magnetic nanoparticles and the organic stabilizer. Manufacturing method.
前記磁性ナノ粒子を前記親和性材料層上に層状に配置する工程は、前記磁性ナノ粒子および前記有機安定化剤を含む溶液を、前記親和性材料層上に塗布する工程を含む
請求項14記載の磁気記録媒体の製造方法。
15. The step of arranging the magnetic nanoparticles in a layer form on the affinity material layer includes a step of applying a solution containing the magnetic nanoparticles and the organic stabilizer on the affinity material layer. Manufacturing method of magnetic recording medium.
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