JP5243835B2 - 垂直磁気記録媒体及びそれを用いた磁気記憶装置 - Google Patents

Description

本発明は、大容量の情報記録が可能な磁気記録媒体及びそれを用いた磁気記憶装置に関するものである。

近年、ハードディスク装置の大容量化が一段と求められている。さらに、家庭用の電気製品へのハードディスク装置の搭載が進むことにより、ハードディスク装置の小型化、大容量化の要望は強くなる一方である。面内記録方式を用いたハードディスク装置は１平方センチあたり２０ギガビットを超える面記録密度を達成してきたが、この方式を用いてさらに記録密度を向上させるのは困難となったため、これに代わる方式として垂直記録方式が用いられている。垂直記録方式は面内記録方式に比べて高密度記録領域での反磁界の影響が小さく、高密度化に有利と考えられている。

垂直記録方式に用いる垂直磁気記録媒体に関して、従来は面内記録媒体で用いられているＣｏＣｒＰｔ系合金からなる記録層が検討されてきた。しかし、更にノイズを低減するために、ＣｏＣｒＰｔ合金に酸素あるいは酸化物を添加したグラニュラ型の記録層が提案され、注目を集めている。このグラニュラ型の記録層に関しては、例えば特開２００１−２２２８０９号公報、特開２００３−１７８４１３号公報に記載されている。従来のＣｏＣｒＰｔ系合金からなる記録層の場合には、ＣｏとＣｒの相分離を利用してＣｒを主とする非磁性材料を粒界に偏析させることにより、磁性結晶粒の磁気的な孤立化を図ってノイズを低減してきた。ノイズ低減の効果をより大きくするためにはＣｒを多く添加する必要があるが、その場合には磁性結晶粒内にもＣｒが多く残り、磁気異方性エネルギーが低下し、記録信号の安定性が劣化することが問題であった。それに対して、ＣｏＣｒＰｔ合金に酸素や酸化物を添加したグラニュラ型の記録層の場合には、酸化物が磁性結晶粒と容易に分離するため、酸化物粒界形成のきっかけとなるテンプレートが下地層として形成されていれば、酸化物が磁性結晶粒を取り囲む構造をＣｒの多量添加なしに形成することができる。磁性結晶粒に含まれるＣｒ量を低減できるため、磁気異方性エネルギーを低下させることなくノイズの低減が可能である。

この垂直記録方式は、記録層と基板の間に軟磁性層を設けた磁気記録媒体と単磁極ヘッドを組み合わせることで、垂直方向の記録再生効率を高めることができる。この単磁極ヘッドには、記録磁界勾配を向上させるために主磁極のトレーリング側にシールドを設けた構造の磁気ヘッド（ＴＳヘッド）や、主磁極の周囲を取り囲むようにシールドを設けた構造の磁気ヘッド（ＷＡＳヘッド）がある。このようなシールドを設けた磁気ヘッドを用いると記録磁界勾配は向上するが、同時に記録磁界強度が低下するため、ノイズ低減を目的にグラニュラ記録層の粒間相互作用を十分低減したような媒体では十分なオーバーライト特性が得られない。そこでグラニュラ記録層の上に厚い非グラニュラ構造の強磁性層を形成することで、オーバーライト特性の改善が図られている（特開２００４−３１０９１０号公報、特開２００６−３５１０５５号公報）。

また、グラニュラ記録層の改良による低ノイズ化の検討も盛んに行われている。その一例として、グラニュラ記録層の粒界を形成する酸化物を２種類以上とすることが提案されている（特開２００５−１００５３７号公報、特開２００６−１６４４４０号公報）。

特開２００１−２２２８０９号公報 特開２００３−１７８４１３号公報 特開２００４−３１０９１０号公報 特開２００６−３５１０５５号公報 特開２００５−１００５３７号公報 特開２００６−１６４４４０号公報

上記のようにＣｏＣｒＰｔ合金に酸素あるいは酸化物を添加したグラニュラ型の記録層は粒界形成が良好であり、ノイズ低減に適した記録層と言える。またグラニュラ構造の記録層の上に非グラニュラ構造の記録層を形成することで、シールドを設けた磁気ヘッドを用いても十分なオーバーライト特性が得られる。しかしながら、より高密度記録を達成するには更なる改善が要求されている。また、磁気ヘッドの狭トラック化により記録磁界強度の減少が懸念されるため、磁気ヘッドと軟磁性層の距離を狭くする必要がある。その場合、中間層を必要以上に薄くすると記録層の配向性劣化や、粒界形成のきっかけとなるテンプレート構造を形成することが困難となってノイズが増加するため、記録層、保護層の薄膜化も重要である。

本発明の第一の目的は、グラニュラ型記録層を用いた垂直磁気記録媒体において、ノイズを低減し、かつ記録層を薄膜化することで高密度記録が可能な垂直磁気記録媒体を提供することにある。

本発明の第二の目的は、この垂直磁気記録媒体の性能を十分活かした磁気記憶装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明では、材料の異なる記録層を三層以上積層し、中間層に隣接するグラニュラ記録層の酸化物を複合酸化物とする。

本発明の垂直磁気記録媒体は、基板上に少なくとも軟磁性層、非磁性中間層、垂直記録層及び保護層が順次形成され、垂直記録層を三層以上で構成し、基板に近い側から第一の記録層、第二の記録層、第三の記録層とした場合、第一の記録層及び第二の記録層はＣｏとＰｔを含有する強磁性結晶粒子を酸化物の粒界が取り巻くグラニュラ構造を有し、第三の記録層はＣｏを主成分とし、酸化物を含有しない非グラニュラ構造を有し、第一の記録層の粒界はＳｉ、Ｃｒ及び酸素を含有し、かつＴｉ、Ｔａ及びＮｂより選ばれた少なくとも１種の元素を含有し、第二の記録層の粒界はＣｒ及び酸素を含有するか、あるいはＣｒ及び酸素を含有し、かつＳｉ、Ｗ、Ｖより選ばれた１種の元素を含有することで達成される。

グラニュラ記録層のノイズを低減するには粒界形成が重要であり、これまでの検討からＳｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａなどの酸化物が粒界材料に適していることがわかっている。しかしながら、粒界幅を厚くしてノイズを低減するには酸化物を多く添加する必要があり、いずれの酸化物でも多量に添加すると結晶粒の成長を阻害してサブグレイン化し、特性が劣化する問題があった。また、結晶粒がサブグレイン化していなくても粒界幅が厚くなると、その上に形成する非グラニュラ構造の記録層を厚くしなければ十分なオーバーライト特性を確保できない。非グラニュラ構造の記録層を厚く形成すると磁気的クラスタサイズが大きくなるため、ノイズ増大の要因となる。このような問題に対し、本発明者らは、中間層上に形成する第一の記録層の粒界はＳｉ、Ｃｒ及び酸素を含有し、さらにＴｉ、Ｔａ及びＮｂから選ばれた少なくとも１種以上の元素を含有することで、多量の酸化物を添加しなくても粒間相互作用を低減できることを見出した。ただし、この複合酸化物を用いたグラニュラ記録層の上に非グラニュラ構造の記録層を直接形成すると、十分なオーバーライト特性を得るためには比較的厚い非グラニュラ構造の記録層を形成する必要があった。そこで、第一の記録層と非グラニュラ構造の記録層の間に第二の記録層を形成し、第二の記録層の粒界はＣｒ及び酸素を含有するか、あるいはＣｒ及び酸素を含有し、かつＳｉ、Ｗ、Ｖより選ばれた１種の元素を含むことで、非グラニュラ構造の記録層を薄く形成しても十分なオーバーライト特性が得られることを見出し、本発明に至った。

上記第二の記録層の膜厚は０．２ｎｍ以上５ｎｍ以下とすることが望ましい。第二の記録層の膜厚が０．２ｎｍよりも薄くなると非グラニュラ構造の記録層を厚く形成する必要があり、５ｎｍよりも厚く形成すると記録層全体に占める第二の記録層の割合が増してノイズが増加するため好ましくない。

上記第一の記録層に含まれるＣｒ濃度は４at.%よりも多く１４at.%よりも少ないことが望ましい。Ｃｒ濃度を４at.%以下とすると、粒界に存在するＣｒ酸化物の割合が減り、酸化物を複合させた効果が小さくなるため好ましくない。またＣｒ濃度を１４at.%以上とすると、結晶粒内に多量のＣｒが存在することとなり、結晶粒の磁気異方性定数が極端に低下して耐熱減磁特性が劣化するため好ましくない。

上記第二の記録層に含まれる酸化物濃度は１０vol.%よりも多く、３０vol.%よりも少なくすることが望ましい。添加濃度が１０vol.%よりも少ないと第二の記録層の粒間相互作用が強くなってノイズが増大するため好ましくない。また酸化物濃度を３０vol.%以上とすると第三の記録層の効果が不十分となり、オーバーライト特性が劣化するため好ましくない。

さらに、上記本発明の垂直磁気記録媒体と、磁気記録媒体を記録方向に駆動する手段と、記録部と再生部からなる磁気ヘッドと、磁気ヘッドを磁気記録媒体に対して相対的に駆動する手段と、磁気ヘッドに対する入力信号及び出力信号を波形処理する信号処理手段とを有する磁気記憶装置を構成することで、１平方センチあたり７０ギガビット以上の記録密度を有する磁気記憶装置を達成することができる。

以下、本発明を実施例と比較例に基づいて詳細に説明する。

［実施例１］
図１は、本発明の一実施例である垂直磁気記録媒体の断面を模式的に表した図である。本実施例の垂直磁気記録媒体はアネルバ株式会社製のスパッタリング装置（Ｃ−３０１０）を用いて作製した。このスパッタリング装置は１０個のプロセスチャンバーと１個の基板導入チャンバからなり、各チャンバは独立に排気されている。全てのチャンバを２×１０^-5Ｐａ以下の真空度まで排気した後、基板を載せたキャリアを各プロセスチャンバーに移動させて順次プロセスを実施した。基板１０上に軟磁性層１１、ｆｃｃシード層１２、中間層１３、第一の記録層１４、第二の記録層１５、第三の記録層１６、保護層１７をＤＣマグネトロンスパッタリング法を用いて順次積層した。基板１０には厚さ０．６３５ｍｍ、直径６５ｍｍのガラス基板を用いた。基板の加熱は行わず、Ａｒガス圧０．７Ｐａの条件で、軟磁性層１１として厚さ０．６ｎｍのＲｕ膜を介して厚さ１５ｎｍのＦｅ−３４at.%Ｃｏ−１０at.%Ｔａ−５at.%Ｚｒ合金膜を２層積層した膜を、ｆｃｃシード層１２として厚さ７ｎｍのＮｉ−７at.%Ｗ膜を形成した。中間層１３として厚さ８ｎｍのＲｕ膜をＡｒガス圧１Ｐａの条件で形成した上に、厚さ８ｎｍのＲｕ膜をＡｒガス圧５Ｐａの条件で積層した。第一の記録層１４として、アルゴンに１．５％の酸素を混合したガスを用いてガス圧５Ｐａの条件で１０ｎｍ形成した。第二の記録層１５として、Ｃｏ−１４at.%Ｃｒ−１８at.%Ｐｔ合金にＳｉＯ₂を１０mol%添加したターゲットを用い、Ａｒガス圧４Ｐａの条件で３ｎｍ形成した。第三の記録層１６として厚さ４ｎｍのＣｏ−１２at.%Ｃｒ−１２at.%Ｐｔ−１０at.%Ｂ膜をＡｒガス圧０．７Ｐａの条件で形成し、最後に保護層１７としてアルゴンに８％の窒素を混合したガスを用いて０．６Ｐａの条件で厚さ３．５ｎｍカーボン膜を形成した。

第一の記録層として、Ｃｏ−１４at.%Ｃｒ−１８at.%Ｐｔ合金に５mol%ＳｉＯ₂＋５mol%ＴｉＯ₂、５mol%ＳｉＯ₂＋１．５mol%Ｔａ₂Ｏ₅、５mol%ＳｉＯ₂＋１．５mol%Ｎｂ₂Ｏ₅、４mol%ＳｉＯ₂＋４mol%ＴｉＯ₂＋０．５mol%Ｔａ₂Ｏ₅、４mol%ＳｉＯ₂＋１．５mol%Ｔａ₂Ｏ₅＋０．５mol%Ｎｂ₂Ｏ₅、４mol%ＳｉＯ₂＋４mol%ＴｉＯ₂＋０．５mol%Ｎｂ₂Ｏ₅、３mol%ＳｉＯ₂＋４mol%ＴｉＯ₂＋０．５mol%Ｔａ₂Ｏ₅＋０．５mol%Ｎｂ₂Ｏ₅をそれぞれ添加したターゲットを用いて媒体を作製した。

比較例１−１〜１−９として、第一の記録層１４に添加する酸化物を変えた媒体を作製した。作製条件は第一の記録層１４以外は全て同じであり、本実施例の媒体はＳｉＯ₂とＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｎｂ₂Ｏ₅を混合した酸化物を用いたのに対し、比較例の媒体は単一の酸化物、あるいは異なる酸化物を混合させたことが相違点である。

媒体の磁気特性の測定にはカー効果型磁力計を用いた。磁界をサンプルの膜面垂直方向に印加しながらカー回転角を検出してカーループを測定した。磁界の掃印は一定速度でプラス２０００ｋＡ／ｍからマイナス２０００ｋＡ／ｍ、そしてマイナス２０００ｋＡ／ｍからプラス２０００ｋＡ／ｍまでを３０秒間で行った。

記録再生特性はスピンスタンドによって評価した。評価にはトラック幅７０ｎｍの単磁極タイプの記録素子とトラック幅６０ｎｍの巨大磁気抵抗効果を利用した再生素子を有する磁気ヘッドを用い、周速は１０ｍ／ｓ、スキュー角０度、磁気的スペーシング約８ｎｍの条件で行った。媒体ＳＮＲは７８７４ｆｒ／ｍｍの信号を記録したときの再生出力と５５１２０ｆｒ／ｍｍの信号を記録したときの積分ノイズの比とした。表１に本実施例媒体と比較例媒体の磁気特性と記録再生特性を示す。

本実施例と比較例１−１〜１−４を比較することで、各酸化物を個別に用いるよりも混合させたほうがＨｃは僅かに高く、媒体ＳＮＲが優れていることがわかる。また、本実施例と比較例１−５〜１−９を比較することで、媒体ＳＮＲの改善に効果のある酸化物の組み合わせがわかる。すなわちＳｉＯ₂を必ず含み、さらにＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｎｂ₂Ｏ₅より選ばれた１種以上の酸化物を組み合わせることで、高い媒体ＳＮＲが得られた。ＳｉＯ₂を含まないＴｉＯ₂とＴａ₂Ｏ₅、Ｔａ₂Ｏ₅とＮｂ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂とＮｂ₂Ｏ₅のような組み合わせでは媒体ＳＮＲ改善の効果がなく、ＳｉＯ₂を含んでもＡｌ₂Ｏ₃やＭｇＯでは酸化物を混合させたことによる媒体ＳＮＲ改善の効果は見られない。

本実施例媒体の第一の記録層を透過型電子顕微鏡で観察したところ、実施例１−１〜１−７の平均粒径は７．９〜８．２ｎｍであり、比較例１−１の平均粒径８．１ｎｍと同等であった。また粒界幅を比較すると本実施例は０．６〜０．７ｎｍであり、比較例１−１の粒界幅０．７ｎｍと同等であった。他の比較例媒体と比べても極端な違いは見られなかった。本実施例１−１の媒体について第一の記録層をＴＥＭ−ＥＥＬＳで組成分析を行ったところ、粒界には結晶粒内に比べてＳｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｏが多く存在することが確認された。また、結晶粒内と粒界部分それぞれのＣｒ／Ｃｏ比率を比較すると、実施例１−１は０．１７と０．４５であった。同様に組成分析を行った比較例１−１の媒体は０．１９と０．３７であった。それぞれ１０％程度の分布は見られたが、本実施例媒体のほうが粒界部分におけるＣｏ濃度が低いことが確認された。粒界部分のＣｏ濃度が高い場合、粒界幅が広く形成されても粒間相互作用が強く働くため磁気クラスタサイズは大きくなり、ノイズ増大の要因となる。本発明のような粒界部分のＣｏ濃度が低い記録層は、結晶粒径、粒界幅に違いは見られなくても磁気クラスタサイズが小さくなったことでノイズが低減したと考えられる。また、他の実施例媒体も同様に第一の記録層の粒界部分におけるＣｏ濃度が低いことが確認された。

次に、上述した構造の媒体において、第一の記録層１４の酸化物濃度を変えた媒体を作製した。この場合の酸化物の組み合わせはＳｉＯ₂とＴｉＯ₂とした。また、同様に比較例１−１０〜１−１４として、第一の記録層の酸化物をＴｉＯ₂とＴａ₂Ｏ₅の組み合わせで組成を変えた媒体も作製した。表２に記録再生特性を示す。

本実施例媒体はどの組成においても高い媒体ＳＮＲが得られることがわかった。それに対して比較例１−１０〜１−１４はどれも同等の媒体ＳＮＲであり、いずれの組成でも本実施例に比べて低い媒体ＳＮＲであった。よって、酸化物の混合比率は影響せず、混合させる酸化物の種類が重要であると考えられる。

［実施例２］
上記実施例１と同様な構造の媒体において、第一の記録層１４と第二の記録層１５を変えた媒体を作製した。比較例２−１〜２−３として、第二の記録層１５の酸化物を変えた媒体を作製した。比較例２−４〜２−６として、第二の記録層１５に第一の記録層と同じ（Ｃｏ−１４at.%Ｃｒ−１８at.%Ｐｔ）−５mol%ＳｉＯ₂−５mol%ＴｉＯ₂を形成し、第三の記録層１６の膜厚を変えた媒体を作製した。記録再生特性として上記実施例１と同様に評価した媒体ＳＮＲの他に、オーバーライト特性（ＯＷ）として２７５６０ｆｒ／ｍｍの信号の上に４５９０ｆｒ／ｍｍの信号を重ね書きし、２７５６０ｆｒ／ｍｍの信号の消え残り成分と４５９０ｆｒ／ｍｍの信号強度比を求めた。さらに、隣接トラックに記録した場合の信号劣化量（ＡＴＩ）を、次の方法で評価した。まず、５５１２０ｆｒ／ｍｍの線記録密度でデータを記録して１０の８乗ビットのデータを読み出したときのLog₁₀（誤りビット数／読み出しビット数）を、ビット誤り率（ＢＥＲ）として求めた。次に、５５１２０ｆｒ／ｍｍの線記録密度の信号を、トラック間隔を変えて複数のトラックに記録した際、ＢＥＲが−３以下となるオフトラック許容量がトラック間隔の３０％となるときのトラック間隔からトラック密度を決定した。あるトラックにデータを記録し、前記トラック密度を用いてその隣接トラックにデータを１回記録した後の元のトラックのビット誤り率（BER1）を測定し、同様に隣接トラックにデータを１００００回記録した後の元のトラックのビット誤り率（BER10000）を測定し、これらの差（BER10000−BER1）をＡＴＩとした。表３に記録再生特性を示す。ここで、tmag1は第一の記録層の膜厚、tmag2は第二の記録層の膜厚、tmag3は第三の記録層の膜厚を表す。

本実施例媒体は、いずれも良好なＯＷ、媒体ＳＮＲが得られている。それに対し、比較例２−１〜２−４はＯＷが不十分であり、媒体ＳＮＲも劣化している。グラニュラ構造の記録層上に非グラニュラ構造の記録層を形成する場合、酸化物粒界の上に金属粒子が成長しにくくなる。この比較例のような酸化物を用いたグラニュラ記録層は酸化物粒界の表面エネルギーが小さく、特に金属粒子が成長しにくくなったと考えられる。また、比較例２−４〜２−６のように、第二の記録層に第一の記録層のような粒界形成が良好な記録層を用いても、第三の記録層を厚く形成することで良好なＯＷ、媒体ＳＮＲは得られるが、ＡＴＩが急激に劣化するため好ましくない。第三の記録層を厚く形成すると反転磁界が減少することで十分なＯＷが得られるが、それは同時に磁気的クラスタサイズが大きくなって隣接トラックの影響を受けやすくなるため好ましくない。よって、第二の記録層の粒界にはＳｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｖなどの酸化物が適していると考えられる。他の比較例と比べると、酸化物の標準生成自由エネルギーの絶対値がＳｉ以下であることが重要と考えられる。

次に、上述した構造の媒体において、第二の記録層１５の膜厚を変えた媒体を作製した。実施例２−１３〜２−１７は第一の記録層１４と第二の記録層１５の総膜厚を１３ｎｍとし、実施例２−１８〜２−２２は第一の記録層１４を１０ｎｍに固定して第二の記録層１５の膜厚を変えた。表４に記録再生特性を示す。

本実施例の媒体はどれも良好な媒体ＳＮＲが得られている。実施例２−１３、２−１８と比較例２−７を比較すると、第二の記録層を僅か０．２ｎｍでも形成することでＯＷを十分改善できて高い媒体ＳＮＲが得られることがわかる。本実施例の媒体と比較例２−８〜２−１１とを比較すると、第二の記録層を５ｎｍよりも厚く形成するとＯＷは十分得られるが媒体ＳＮＲが低下する。よって、本発明のような媒体構造において、第二の記録層は０．２ｎｍ以上５ｎｍ以下とした場合に効果を発揮することがわかった。

次に、上述した構造の媒体において、第一の記録層１４のＣｒ濃度を変えた媒体を作製した。ターゲット組成と成膜した膜の組成は異なり、特にＣｒ濃度は低下するため記録層の組成はエックス線光電子分光法を用いて求めた。加速電圧５００Ｖのイオン銃でサンプル表面からスパッタして深さ方向に掘り進み、アルミニウムのＫα線をエックス線源として、長さ１．５ｍｍで幅０．１ｍｍの範囲を分析した。Ｃの１ｓ電子、Ｏの１ｓ電子、Ｓｉの２ｓ電子、Ｃｒの２ｐ電子、Ｃｏの２ｐ電子、Ｒｕの３ｄ電子、Ｐｔの４ｆ電子などのそれぞれに対応するエネルギー近傍のスペクトルを検出することにより各元素の含有率を求めた。図２に媒体ＳＮＲ、磁気異方性定数（Ｋｕ）を示す。グラフの横軸は第一の記録層に含まれるＣｒ濃度で表した。

図２から明らかなように、第一の記録層にＣｒを４％以上添加することで高い媒体ＳＮＲが得られる。しかし、第一の記録層のＣｒ濃度が１４％を超えるとＫｕが急激に劣化する。Ｋｕが高い記録層は薄膜化しても高いＨｃが得られ、高密度化に有利である。Ｋｕが低い記録層は薄膜化によるＨｃの低下が顕著になり、耐熱減磁特性の劣化が懸念されるため好ましくない。よって、第一の記録層に含まれるＣｒ濃度は４at.%よりも多く、１４at.%よりも少なくすることが好ましい。また第一の記録層の酸化物濃度は、所望の粒径、粒界幅に合わせて調節すれば良い。結晶粒径を６ｎｍ、粒界幅を１ｎｍとするには酸化物の総量を３０vol.%程度にすれば良く、その場合、添加する酸化物の分子量、密度を考慮して調節する必要がある。例えばＳｉＯ₂のみでは１１mol%、Ｔａ₂Ｏ₅のみでは５．５mol%で３０vol.%の粒界に相当する。ただし、記録層形成時に酸素を添加するとＣｒ酸化物も生成されるため、Ｃｒ酸化物が増えることを考慮した酸化物濃度の調節が必要である。

本実施例では基板１０に直接軟磁性層１１を形成したが、基板と軟磁性層との密着性を確保するためにプリコート層を用いることも可能である。それにはＮｉ合金、Ａｌ合金、Ｃｏ合金などが適当であり、密着性を確保できれば特に材料、組成を限定するものではない。また、本実施例の軟磁性層１１はＦｅ−３４at.%Ｃｏ−１０at.%Ｔａ−５at.%Ｚｒ合金を用いたが、この組成に限らず、他のＦｅＣｏＴａＺｒ合金、ＦｅＣｏＢ合金、ＦｅＣｏＴａＺｒＢ合金、ＣｏＴａＺｒ合金、ＦｅＣｏＴａＣｒＺｒ合金、ＣｏＮｂＺｒ合金などを用いることも可能である。また、本実施例ではｆｃｃシード層１２としてＮｉ−７at.%Ｗ合金を用いたが、非磁性、かつｆｃｃ構造であれば良く、この組成に限るものではない。他にもｆｃｃ構造を有する金属としてＰｔ合金、Ｐｄ合金、Ｃｕ合金、Ｎｉ合金などを用いても良い。このｆｃｃシード層の粒径、表面凹凸はＲｕ、記録層の微細構造に反映されるため、所望の粒径を得るために３ｎｍから１２ｎｍ程度の範囲で膜厚を変えることが可能である。また、本実施例では中間層１３としてＲｕを用いたが、ｈｃｐ構造であり、かつ記録層の酸化物粒界の偏析を促進することが可能であれば良い。それにはＲｕ合金、あるいはＣｏＣｒを主成分とした非磁性のグラニュラ中間層などを用いることも可能である。

［実施例３］
上記実施例１と同様な構造の媒体において、第二の記録層１５を変えた媒体を作製した。第二の記録層としてＣｏ−７at.%Ｃｒ−１８at.%Ｐｔ合金、Ｃｏ−１０at.%Ｃｒ−１８at.%Ｐｔ合金、Ｃｏ−１７at.%Ｃｒ−１８at.%Ｐｔ合金、Ｃｏ−２１at.%Ｃｒ−１８at.%Ｐｔ合金にそれぞれＳｉＯ₂添加濃度を変えたターゲットを用いて媒体を作製した。

図３にＯＷと媒体ＳＮＲを示す。グラフの横軸は第二の記録層に含まれる酸化物濃度で示した。図３から明らかなように、第二の記録層に含まれるＣｒ濃度による違いは見られず、酸化物濃度が高くなるとＯＷが急激に劣化する。第二の記録層に多量の酸化物を添加すると、第三の記録層が連続膜となるには厚い膜厚が必要になるためと考えられる。媒体ＳＮＲはいずれのＣｒ濃度においても酸化物濃度が１０vol.%から３０vol.%の範囲で良好な特性が得られる。酸化物濃度が高い場合はＯＷが不十分なために媒体ＳＮＲが劣化し、酸化物濃度が低すぎると第二の記録層の粒間相互作用が強くなるためにノイズが増大すると考えられる。よって、第二の記録層に含まれる酸化物濃度は１０vol.%よりも多く３０vol.%よりも少なくすることが好ましい。

次に上述した構造の媒体において、第二の記録層１５の酸化物を変えた場合について同様に酸化物濃度を変えた媒体を作製した。表５に磁気特性と記録再生特性を示す。

実施例媒体はいずれも良好な媒体ＳＮＲが得られることがわかる。それに対して比較例３−１、３−３、３−５は酸化物濃度が高すぎるためにＯＷが不十分となり、媒体ＳＮＲが劣化するため好ましくない。また比較例３−２、３−４、３−６に見るように、酸化物濃度が少ない場合は第二の記録層の粒間相互作用が大きくなるためＨｃが低下し、ＯＷは十分得られるが媒体ＳＮＲが劣化する。よって、これらの酸化物を用いた場合でも第二の記録層に添加する酸化物の濃度は１０vol.%よりも多く３０vol.%よりも少なくすることが好ましい。

［実施例４］
上記実施例１と同様な構造の媒体において、第三の記録層１６を変えた媒体を作製した。第三の記録層としてＣｏＣｒＰｔＢ合金、ＣｏＣｒＰｔＢＭｏ合金、ＣｏＣｒＰｔＴａ合金、ＣｏＣｒＰｔＴｉ合金を用いた。

第三の記録層の飽和磁化（Ｍｓ）は、軟磁性層がなく第三の記録層のみを形成した評価用サンプルを別に作製して、８ｍｍ角に切り出した後、振動試料型磁力計を用いて求めた。サンプル膜面の垂直方向に最大１０３５ｋＡ／ｍの磁化を印加して測定した磁化曲線から飽和磁化を求めた。記録再生特性として、上述した評価の他に分解能（Ｒｅ）を評価した。２７５６０ｆｒ／ｍｍの信号と７８７４ｆｒ／ｍｍの信号を測定し、その比率を求めた。表６に磁気特性と記録再生特性を示す。

実施例４−１〜４−３と比較例４−１〜４−３を比較すると、同じ組成の第三の記録層を用いても膜厚を厚く形成することによって特性が大きく変わることがわかる。本実施例の媒体のほうが分解能、媒体ＳＮＲが高く、ＡＴＩが優れていることがわかる。それに対して比較例４−１〜４−３は、第三の記録層が厚いことで高いＯＷは得られるが、分解能が低下し、ＡＴＩも劣化する。グラニュラ記録層の粒間相互作用を十分低減しても、非グラニュラ構造の記録層を厚く形成すると磁気クラスタサイズが大きくなり、隣接トラックの影響を受けやすくなるためＡＴＩの急激な劣化を生じたと考えられる。

また、実施例４−５、４−７と比較例４−１は、第三の記録層の膜厚が同じであっても特性が大きく異なる。これらの媒体は第三の記録層のＭｓが異なるため、それぞれ最適な膜厚の範囲が異なる。すなわち、Ｍｓと膜厚の積（Ｍｓ・ｔ）を調節する必要があると考えられる。実施例４−８〜４−１０は、第三の記録層を構成する元素を変えた媒体だが、Ｍｓ・ｔを適度な範囲に調節したために良好な特性が得られている。それに対して比較例４−６〜４−９は、同じ材料を用いてもＭｓが低いために４ｎｍのような薄い領域ではＯＷが不十分となり、厚く形成して同等のＭｓ・ｔとするとＯＷは十分得られるが、分解能の低下、ＡＴＩの低下を招くため好ましくない。

よって第三の記録層は膜厚を厚く形成せずにＭｓ・ｔを調節することが重要であり、添加する元素はそれほど重要ではない。ただし、本実施例では軟磁性層の膜厚を３０ｎｍとした条件で比較したため、軟磁性層の膜厚を変えるとヘッド磁界勾配も変わるため、それぞれの条件に合わせた調節が必要である。

［実施例５］
本発明の一実施例である磁気記憶装置の断面模式図を図４に示す。磁気記録媒体４０は上記実施例の媒体で構成され、この磁気記録媒体を駆動する駆動部４１と、記録部と再生部からなる磁気ヘッド４２と、磁気ヘッドを磁気記録媒体に対して相対運動させる手段４３と、磁気ヘッドへの信号の入出力を行うための手段４４で構成した。

磁気ヘッド４２と磁気記録媒体４０の関係を図５に示す。磁気ヘッドの磁気的な浮上量を８ｎｍとし、再生部５０の再生素子５１にはトンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ）を使用しており、記録部５２の主磁極５３の周りにはラップアラウンドシールド５４が形成されたヘッドとした。このように、記録部の主磁極の周りにシールドを形成した磁気ヘッドを用いることで高い媒体Ｓ／Ｎを維持しつつオーバーライト特性を改善でき、１ｃｍ当たりの線記録密度を６３００００ビット、１ｃｍ当たりのトラック密度を１１１４２０トラックとすることによって１平方センチあたり７０．１ギガビットでの動作を確認できた。

また、図５に示す再生素子５１は他にＣＰＰ−ＧＭＲ素子を用いても同様の効果が得られる。

本発明によれば、グラニュラ記録層の酸化物を過度に添加することなく媒体Ｓ／Ｎを向上させることが出来るので、高密度記録が可能でかつ長期間の使用にも耐えうる信頼性の高い垂直磁気記録媒体を提供できる。このような垂直磁気記録媒体を用いることで、小型かつ大容量の磁気記憶装置を提供できる。

本発明の一実施例である垂直磁気記録媒体の層構成を示す断面模式図。 媒体ＳＮＲ、Ｋｕと第一の記録層のＣｒ濃度の関係を示す図。 ＯＷ、媒体ＳＮＲと第二の記録層の酸化物濃度の関係を示す図。 本発明の一実施例である磁気記憶装置を示す断面模式図。 磁気ヘッドと磁気記録媒体の関係を示す模式図。

符号の説明

１０ 基板
１１ 軟磁性層
１２ ｆｃｃシード層
１３ 中間層
１４ 第一の記録層
１５ 第二の記録層
１６ 第三の記録層
１７ 保護層
４０ 磁気記録媒体
４１ 磁気記録媒体駆動部
４２ 磁気ヘッド
４３ 磁気ヘッド駆動部
４４ 信号処理系
５０ 再生部
５１ 再生素子
５２ 記録部
５３ 主磁極
５４ ラップアラウンドシールド

Claims (5)

1. 基板上に少なくとも軟磁性層、非磁性中間層、垂直記録層及び保護層が順次形成された垂直磁気記録媒体において、
   前記垂直記録層は三層以上で構成され、前記基板に近い側から第一の記録層、第二の記録層、第三の記録層とするとき、前記第一の記録層及び第二の記録層はＣｏとＰｔを含有する強磁性結晶粒子を酸化物の粒界が取り巻くグラニュラ構造を有し、前記第三の記録層はＣｏを主成分として酸化物を含有しない非グラニュラ構造を有し、前記第一の記録層の粒界はＳｉ、Ｃｒ及び酸素を含有し、かつＴｉ、Ｔａ及びＮｂより選ばれた少なくとも１種の元素を含有し、前記第二の記録層の粒界は、Ｃｒ及び酸素を含有し、かつＷ、Ｖより選ばれた１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。
2. 請求項１記載の垂直磁気記録媒体において、前記第二の記録層の膜厚は０．２ｎｍ以上５ｎｍ以下であることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
3. 請求項１もしくは２記載の垂直磁気記録媒体において、前記第一の記録層に含まれるＣｒの濃度が４at.%よりも多く、１４at.%よりも少ないことを特徴とする垂直磁気記録媒体。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の垂直磁気記録媒体において、前記第二の記録層に含まれる酸化物の濃度は１０vol.%よりも多く、３０vol.%よりも少ないことを特徴とする垂直磁気記録媒体。
5. 磁気記録媒体と、
   前記磁気記録媒体を記録方向に駆動する手段と、
   記録部と再生部を備える磁気ヘッドと、
   前記磁気ヘッドを前記磁気記録媒体に対して相対的に駆動する手段と、
   前記磁気ヘッドに対する入力信号及び出力信号を波形処理する信号処理手段とを有し、
   前記磁気記録媒体は、基板上に少なくとも軟磁性層、非磁性中間層、垂直記録層及び保護層が順次形成された垂直磁気記録媒体であり、前記垂直記録層は三層以上で構成され、前記基板に近い側から第一の記録層、第二の記録層、第三の記録層とするとき、前記第一の記録層及び第二の記録層はＣｏとＰｔを含有する強磁性結晶粒子を酸化物の粒界が取り巻くグラニュラ構造を有し、前記第三の記録層はＣｏを主成分として酸化物を含有しない非グラニュラ構造を有し、前記第一の記録層の粒界はＳｉ、Ｃｒ及び酸素を含有し、かつＴｉ、Ｔａ及びＮｂより選ばれた少なくとも１種の元素を含有し、前記第二の記録層の粒界は、Ｃｒ及び酸素を含有し、かつＷ、Ｖより選ばれた１種の元素を含有することを特徴とする磁気記憶装置。

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