JP5561766B2 - 熱アシスト磁気記録媒体及び磁気記憶装置 - Google Patents

熱アシスト磁気記録媒体及び磁気記憶装置 Download PDF

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Description

本発明は熱アシスト磁気記録媒体、及びそれを用いた磁気記憶装置に関する。
媒体に近接場光等を照射して表面を局所的に加熱し、媒体の保磁力を低下させて書き込みを行う熱アシスト記録は、1Tbit/inchクラスの面記録密度を実現できる次世代記録方式として注目されている。熱アシスト記録を用いた場合、室温における保磁力が数十kOeの記録媒体でも、現状ヘッドの記録磁界により容易に書き込みを行うことができる。このため、記録層に10J/m台の高い結晶磁気異方性Kuを有する材料を使用することが可能となり、熱安定性を維持したまま、磁性粒径を6nm以下まで微細化できる。このような高Ku材料としては、L1型結晶構造を有するFePt合金(Ku〜7×10J/m)や、CoPt合金(Ku〜5×10J/m)等が知られている。
磁性層に、L1型結晶構造を有するFePt合金を用いる場合、該FePt層は(001)配向をとっている必要がある。このため、下地層には(100)配向したMgOを用いるのが望ましい。MgOの(100)面は、L1型FePtの(001)面と格子整合性が良いため、(100)配向したMgO下地層上にL1型FePt磁性層を形成することにより、該磁性層に(001)配向をとらせることができる。
一方、熱アシスト記録媒体においても、媒体ノイズを低減しSN比を向上させるためには、磁性粒径の微細化が必須である。磁性粒径を微細化するには、磁性層にSiO等の酸化物からなる粒界偏析材料を添加することが効果的である。これは、磁性層が、FePt結晶がSiOで囲まれたグラニュラー構造となるためである。磁性結晶の粒径は、粒界偏析材料の添加量を増やすことによって微細化できる。非特許文献1には、FePtに20体積%のTiOを添加することにより、磁性粒径を5nmまで低減できることが記載されている。また、非特許文献2には、FePtに50体積%のSiOを添加することにより、磁性粒径を2.9nmまで低減できることが記載されている。
J. Appl. Phys. 104, 023904, 2008 IEEE. Trans. Magn., vol.45, 839, 2008
熱アシスト記録媒体の磁性層には、高いKuを有するL1構造のFePt合金等を用いるのが望ましい。また、高い媒体SN比を実現するには、磁性結晶粒を微細化すると同時に、磁性粒子間の交換結合を十分に低減する必要がある。これを実現するには、磁性層にSiOやC等の粒界偏析材料を添加することが有効である。磁性粒径を概ね6nm以下まで微細化し、かつ、交換結合を十分に低減するには、30−40体積%以上の粒界偏析材料を添加する必要がある。しかし、粒界偏析材料を多量に添加すると、L1構造を有するFePt結晶の規則度が劣化し、Kuが低下する。このため、L1−FePt結晶粒の高い規則度を維持したまま、磁性結晶粒を微細化し、粒子間の交換結合を低減する必要がある。
また、粒界偏析材料を多量に添加すると、保磁力分散が著しく増大する。これは、粒径分散や、粒界幅分散が増大するためと考えられる。よって、保磁力分散の低減も、高い媒体SN比を実現する上での重要な課題である。
本発明は、以下の手段を提供する。
(1)基板と、該基板上に形成された複数の下地層と、L1構造を有する合金を主成分とする磁性層からなる磁気記録媒体において、該下地層の少なくとも一つが、MgOを主成分とし、かつ、SiO、TiO、Cr、Al、Ta、ZrO、Y、CeO、MnO、TiO、ZnOから選択される少なくとも一種類の酸化物を含有していることを特徴とする熱アシスト磁気記録媒体。
(2)MgOを主成分とする下地層に添加する酸化物の量が、2mol%〜40mol%の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の熱アシスト磁気記録媒体。
(3)MgOを主成分とする下地層が、Cr、もしくはCrを主成分とするBCC構造を有する下地層上に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の熱アシスト磁気記録媒体。
(4)MgOを主成分とする下地層が、Ta下地層上に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の熱アシスト磁気記録媒体。
(5)磁性層がL1構造を有するFePtまたはCoPt合金を主成分とし、かつ、SiO、TiO、Cr、Al、Ta、ZrO、Y、CeO、MnO、TiO、ZnO、Cから選択される少なくとも一種類の酸化物または元素を含有していることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の熱アシスト磁気記録媒体。
(6)磁性層に添加する酸化物の量が、10mol%以上、40mol%以下の範囲内であることを特徴とする請求項5に記載の熱アシスト磁気記録媒体。
(7)磁性層に添加するCの量が、10at%以上、70at%以下の範囲内であることを特徴とする請求項5に記載の熱アシスト磁気記録媒体。
(8)磁気記録媒体と、該磁気記録媒体を回転させるための駆動部と、該磁気記録媒体を加熱するためのレーザー発生部と、該レーザー発生部から発生したレーザー光をヘッド先端まで導く導波路と、ヘッド先端に取り付けられた近接場光発生部を備えた磁気ヘッドと、該磁気ヘッドを移動させるための駆動部と、記録再生信号処理系から構成さる磁気記憶装置において、該磁気記録媒体が請求項1乃至7の何れか1項に記載の熱アシスト媒体であることを特徴とする磁気記憶装置。
本発明により、磁性結晶粒が微細で粒径分散が低く、磁性粒子間の交換結合が十分に弱く、かつ、保磁力分散が低い熱アシスト記録媒体が実現され、これを用いた磁気記憶装置を提供することができる。
本発明の磁気記録媒体の層構成の一例を表す図 本発明の磁気記録媒体の層構成の一例を表す図 本発明に係わる磁気記憶装置の傾視図 本本発明に係わる磁気ヘッドを表す図
以下、本発明を適用した熱アシスト磁気記録媒体及び磁気記憶装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
本願発明の熱アシスト磁気記録媒体は、基板と、該基板上に形成された複数の下地層と、L1構造を有する合金を主成分とする磁性層からなる磁気記録媒体において、該下地層の少なくとも一つが、MgOを主成分とし、かつ、SiO、TiO、Cr、Al、Ta、ZrO、Y、CeO、MnO、TiO、ZnOから選択される少なくとも一種類の酸化物を含有していることを特徴とする。
磁性粒子間の交換結合の低減が不十分であるのは、複数の磁性結晶粒が一つの大きなMgO下地層上に形成されているためである。MgO下地層の粒径を微細化することによって、一つのMgO結晶粒の上に一つの磁性結晶粒が成長する“One by one成長”が促進される。これにより、磁性粒子間の分離が促進され、交換結合を低減できる。また、磁性粒径も均一化されるため、保磁力分散も低減できる。MgO下地層の粒径は、SiO、TiO、Cr、Al、Ta、ZrO、Y、CeO、MnO、TiO、ZnOの酸化物を添加することによって微細化できる。
磁性結晶粒の分離を十分に促進するには、MgO下地層の粒径を概ね10nm以下とするのが好ましい。但し、1Tbit/inch以上の面記録密度を実現するには、磁性粒径を概ね6nm以下に微細化する必要がある。よって、MgO下地層の粒径も6nm以下とすることがより好ましい。MgOへ添加する酸化物の添加量は、MgO下地層のNaCl構造と、(100)配向を大幅に劣化させない範囲内であれば特に制限はないが、添加量の合計は、2mol%〜40mol%の範囲内とするのが望ましい。2mol%を下回ると、MgOの微細化が不十分となり、40mol%を上回ると、NaCl構造が劣化するため、望ましくない。
磁性層には、L1構造を有するFePt合金、もしくはCoPt合金を用いることができる。また、前記合金に粒界偏析材料として、SiO、TiO、Cr、Al、Ta、ZrO、Y、CeO、MnO、TiO、ZnO等の酸化物や、C、もしくはこれらの混合物を添加してもよい。この場合、磁性層は、L1構造を有するFePt合金、もしくはCoPt合金が、前記粒界偏析材料によって分断されたグラニュラー構造をとる。
また、粒界偏析材料の合計含有率は30体積%以上であることが好ましいが、磁性粒子間の分離幅をより広げるには、40体積%以上であることがより好ましい。但し、粒界偏析材料を過度に添加すると、L1構造が劣化するため、粒界偏析材料の含有率の上限を60体積%とするのが好ましい。
尚、粒界偏析材料に用いる酸化物の1mol%当りの体積は、酸化物の種類によって異なるため、各酸化物のmol分率は、体積分率が上記範囲内となるように換算する必要がある。例えば、粒界偏析材料にSiOを用いた場合、添加量は概ね10mol%から30mol%とするのが望ましい。他の酸化物に関しても、概ね10mol%から40mol%程度が望ましい。
上記粒界偏析材料を添加することにより、FePt合金の結晶粒径を6nm以下に微細化できると同時に、粒界幅を1nm以上とし、磁性粒子間の交換結合を十分に低減することができる。
L1構造を有するFePtに(001)配向をとらせるため、MgO下地層は、(100)配向をとっていることが好ましい。MgO下地層に(100)配向をとらせるには、例えば、ガラス基板上にTa下地層を形成し、該Ta下地層の上にMgOを形成すればよい。また、加熱したガラス基板上にCr、もしくはCrを主成分とするBCC構造の合金層を形成した場合、該Cr、もしくはCr合金層は(100)配向を示す。よって、この上にMgO層を形成することによっても、該MgO層に(100)配向をとらせることができる。上記Cr合金としては、具体的にCrTi、CrMo、CrV、CrW、CrMo、CrRu、CrMn等を用いることができる。
上記配向制御層以外にも、Cu、Ag、Al、もしくはこれらを主成分とする熱伝導率の高い合金材料をヒートシンク層として形成してもよい。また、書き込み特性を改善するため、Co、もしくはCoを主成分とする軟磁性下地層を設けてもよい。更に、基板との密着性を改善するための密着層を形成することもできる。
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
(実施例1−1〜1−14、比較例1)
図1に本実施例で作製した磁気記録媒体の層構成の一例を示す。本実施例では耐熱ガラス基板101上に30nmのNi−50原子%Ti合金下地層102、25nmのCo−20at%Ta−5at%B合金からなる軟磁性下地層103を形成し、250℃まで加熱したのち、10nmのCr層104を形成した。その後、MgOを主成分とする下地層105を5nm形成し、基板を420℃まで加熱した後、6nmの(Fe−55at%Pt)−18mol%TiO磁性層106、3nmのカーボン保護膜107を形成した。MgOを主成分とする下地層には、MgO−10mol%SiO、MgO−2mol%TiO、MgO−5mol%SiO−5molTiO、MgO−8mol%Cr、MgO−5mol%Al、MgO−2mol%Ta、MgO−5mol%SiO−5mol%Ta、MgO−15mol%ZrO、MgO−10mol%Y、MgO−10mol%Y−10molTiO、MgO−5mol%CeO、MgO−12mol%MnO、MgO−20mol%TiO、MgO−15mol%ZnOを使用した。また、比較例として、酸化物を添加しないMgO下地層を使用した媒体を作製した。
本実施例媒体のX線回折測定を行ったところ、何れの媒体においても、Cr下地層からの強いBCC(200)ピークが観測された。また、磁性層からは強いL1−FePt(001)回折ピーク、及びL1−FePt(002)ピークとFCC−Fe(200)ピークの混合ピークが観測された。後者の混合ピークに対する前者のピークの積分強度比は1.6〜1.8で、規則度の高いL1型FePt合金結晶が形成されていることがわかった。
表1に本実施例媒体、及び比較例媒体の保磁力Hc、及び保磁力分散ΔHc/Hcの値を示す。ここで、ΔHc/Hcは、IEEE Trans. Magn., vol. 27, pp4975−4977, 1991に記載の方法を用いて室温で測定した。具体的には、メジャーループ及びマイナーループにおいて、磁化の値が飽和値の50%となるときの磁界を測定し、両者の差分から、Hc分布がガウス分布であると仮定してΔHc/Hcを算出した。
本実施例媒体のΔHc/Hcは、いずれも0.3以下の低い値であったのに対し、比較例媒体のΔHc/Hcは、0.52と実施例媒体よりも著しく高い値を示した。これより、MgO下地層に、SiO等の酸化物を添加することによって、保磁力分散を低減できることがわかった。
尚、磁性層には、上記FePt−TiOの他に、FePt−SiO、FePt−Cr、FePt−Al、FePt−Ta、FePt−ZrO、FePt−Y、FePt−CeO、FePt−MnO、FePt−TiO、FePt−ZnOを用いてもよい。また、L1構造を有するCoPt合金と上記酸化物、もしくはCからなる磁性層を用いても良い。
Figure 0005561766
(実施例2−1〜2−8)
図2に本実施例で作製した磁気記録媒体の層構成の一例を示す。本実施例では耐熱ガラス基板201上に10nmのNi−50at%Ta合金シード層202、50nmのCo−28at%Fe−5at%Zr−3at%Ta合金からなる軟磁性下地層203、7nmのTa下地層204を形成した。その後、MgOを主成分とする下地層205を3nm形成し、基板を450℃まで加熱した後、10nmの(Fe−50at%Pt−10at%Cu)−40at%C磁性層206、3nmのカーボン保護膜207を形成した。MgOを主成分とする下地層には、MgO−18mol%SiO、MgO−5mol%SiO−5mol%Cr、MgO−5mol%TiO−Cr、MgO−4mol%TiO−3at%ZrO、MgO−8mol%Cr、MgO−10mol%Al−3at%Ta、MgO−5mol%Y、MgO−10at%TiO−2molZnOを使用した。また、比較例として、酸化物を添加しないMgO下地層を使用した媒体を作製した。更に、MgOを主成分とする下地層の平面TEM観察を行うため、該MgOを主成分とする下地層の上に磁性層を形成しない試料を作製した。
上記磁性層を形成しない試料を用いて、MgOを主成分とする下地層の平面TEM観察を行い、平均粒径を測定したところ、MgOを主成分とする下地層の平均粒径は概ね5−10nmであった。一方、酸化物を添加しないMgO下地層の平均粒径は30nm以上であった。
次に磁性層を形成した本実施例媒体の平面TEM観察を行った。表2に本実施例媒体の磁性層の平均粒径<D>、及び平均粒径で規格化した粒径分散σ/<D>の値を示す。本実施例媒体の平均粒径はいずれも5.5−6.4nmの範囲内であった。また、平均粒径で規格化した粒径分散σ/<D>は、0.22以下の低い値を示した。これに対して比較例媒体の磁性層の平均粒径は本実施例媒体とほぼ同程度であったが、平均粒径で規格化した粒径分散σ/<D>は0.32であり、実施例媒体に比べて著しく高かった。これは、上述の様に、酸化物を添加しないMgO下地層の結晶粒径が、実施例媒体に比べて大きくなっているためと考えられる。以上より、MgOに酸化物を添加した下地層を用いることにより、粒径分散が低減され、磁性層中の結晶粒の粒子サイズを均一化できることが明らかになった。
Figure 0005561766
(電磁変換特性評価)
上記実施例2−1〜2−8で示した媒体にパーフルオルポリエーテル系の潤滑剤を塗布したのち、図3に示した磁気記憶装置に組み込んだ。本磁気記憶装置は、磁気記録媒体701と、磁気記録媒体を回転させるための駆動部702と、磁気ヘッド703と、ヘッドを移動させるための駆動部70と、記録再生信号処理系705から構成される。
図4に磁気ヘッドの構成を示す。記録用ヘッド801は、上部磁極802、下部磁極803、及び両者の間に挟まれたPSIM(Planar Solid Immersion Mirror)804から構成される。PSIMは、例えばJpn., J. Appl. Phys., Vol45, no.2B, pp1314−1320 (2006)に記載されているような構造のものを用いることができる。すなわち、PSIMの先端部には、近接場光発生部805が形成されている。そして、PSIMのGrating部806にレーザー光源807から、例えば波長650nmの半導体レーザー808を照射し、PSIM先端部の近接場光発生部にレーザー光を集光させ、近接場光発生部から発生した近接場光809により媒体810を加熱できる。尚、レーザー波長は、近接場光発生部の材質、形状によって決まる最適な励起波長に近い波長を選択するが望ましい。再生ヘッドは811、上部シールド812と下部シールド813で挟まれたTMR素子814で構成されている。
上記ヘッドで、本実施例媒体を加熱し、線記録密度1600kFCI(kilo Flux changes per Inch)の信号を記録し、電磁変換特性を測定した。表3に測定結果を示す。ここで、重ね書き特性(OW)は、800kFCIの信号を書き込んだ後、107kFCIの信号を重ねが帰し、800kFCIの信号の残り成分を評価した。本実施例媒体は、いずれも、15.3dB以上の高い媒体SN比(SNR)と、30.1dB以上の良好な重ね書き特性を示した。一方、酸化物を添加しないMgO下地層を用いた比較例媒体のSNRと重ね書き特性は、実施例媒体に比べて大幅に低かった。これは、磁性結晶の粒径分散が大きかったためと考えられる。以上より、MgOに酸化物を添加した下地層を用いることにより、高い媒体SNと良好な重ね書き特性を有する熱アシスト媒体が得られることがわかった。
Figure 0005561766
101…ガラス基板
102…NiTi下地層
103…軟磁性下地層
104…Cr下地層
105…MgOを主成分とする層
106…磁性層
107…カーボン保護膜
201…ガラス基板
202…NiTa下地層
203…軟磁性下地層
204…Ta下地層
205…MgOを主成分とする層
206…磁性層
207…カーボン保護膜
701…磁気記録媒体
702…媒体駆動部
703…磁気ヘッド
70…ヘッド駆動部
705…記録再生信号処理系
801…記録ヘッド
802…上部磁極
803…下部磁極
804…PSIM(Planar Solid Immersion Mirror)
805…近接場光発生部
806…Grating部
807…レーザー光源
808…半導体レーザー
809…近接場光
810…媒体
811…再生ヘッド
812…上部シールド
813…下部シールド
814…TMR素子

Claims (7)

  1. 基板と、該基板上に形成された複数の下地層と、L1構造を有する合金を主成分とする磁性層からなる磁気記録媒体において、該下地層の少なくとも一つが、MgOを主成分とし、かつ、SiO、TiO、Cr、Al、Ta、ZrO、Y、CeO、MnO、TiO、ZnOから選択される少なくとも一種類の酸化物を含有し、MgOを主成分とする下地層に添加する酸化物の量が、2mol%〜20mol%の範囲内であることを特徴とする熱アシスト磁気記録媒体。
  2. MgOを主成分とする下地層が、Cr、もしくはCrを主成分とするBCC構造を有する下地層上に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の熱アシスト磁気記録媒体。
  3. MgOを主成分とする下地層が、Ta下地層上に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の熱アシスト磁気記録媒体。
  4. 磁性層がL1構造を有するFePtまたはCoPt合金を主成分とし、かつ、SiO、TiO、Cr、Al、Ta、ZrO、Y、CeO、MnO、TiO、ZnO、Cから選択される少なくとも一種類の酸化物または元素を含有していることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の熱アシスト磁気記録媒体。
  5. 磁性層に添加する酸化物の量が、10mol%以上、40mol%以下の範囲内であることを特徴とする請求項4に記載の熱アシスト磁気記録媒体。
  6. 磁性層に添加するCの量が、10at%以上、70at%以下の範囲内であることを特徴とする請求項4に記載の熱アシスト磁気記録媒体。
  7. 磁気記録媒体と、該磁気記録媒体を回転させるための駆動部と、該磁気記録媒体を加熱するためのレーザー発生部と、該レーザー発生部から発生したレーザー光をヘッド先端まで導く導波路と、ヘッド先端に取り付けられた近接場光発生部を備えた磁気ヘッドと、該磁気ヘッドを移動させるための駆動部と、記録再生信号処理系から構成さる磁気記憶装置において、該磁気記録媒体が請求項1乃至6の何れか1項に記載の熱アシスト媒体であることを特徴とする磁気記憶装置。
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