JP5685983B2

JP5685983B2 - 磁気記録媒体

Info

Publication number: JP5685983B2
Application number: JP2011037464A
Authority: JP
Inventors: 由沢　剛; 剛由沢
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2015-03-18
Anticipated expiration: 2031-02-23
Also published as: JP2012174321A

Description

本発明は熱アシスト磁気記録装置に用いられる磁気記録媒体に関する。

従来より、磁気記録装置の記録方式として、磁気記録媒体の磁気記録層(磁化膜)の表面に対して垂直に磁化する垂直磁気記録方式が用いられている。垂直磁気記録方式に用いられる磁気記録媒体（以下、垂直磁気記録媒体）は、主に、保護層、高磁性材料で形成されていて保護層により保護される磁気記録層、磁気記録層の磁化を垂直方向に配向させるための中間層、ヘッド記録磁界のリターンパスとしての軟磁性裏打ち層、および基板から構成されている。

磁気記録媒体の記録密度を向上させるため、その特性の変更および改良が継続的に行われてきた。その主なものは、磁気記録層を構成する磁性粒子のサイズの漸進的な縮小化である。その結果、今日の磁性粒子のサイズは、周囲の熱の影響により磁化を安定に保つことができなくなる超常磁性限界と呼ばれる物性限界に近づきつつある。

磁気記録媒体の熱安定性は、高い磁気異方性を有する材料を磁気記録層として使用することにより改良可能である。磁気記録媒体の熱安定性は、磁気異方性定数をＫｕ、磁性粒子体積をＶ、ボルツマン因子をｋｂＴ（ｋｂ:ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度）としたとき、ＫｕＶ／ｋｂＴで表わされる。記録情報を１０年間安定に保つためには、ＫｕＶ／ｋｂＴは６０以上であることが必要であると見積もられている。

ところで、上述の超常磁性限界の問題を克服する手段として、高い磁気異方性を有する材料を使用することが考えられている。しかしながら、高い磁気異方性を有する材料を使用すると、記録の際に磁化反転に必要な記録磁界が増加するので、通常の記録方式では記録が難しくなる。

このような問題を解決するため、熱アシスト記録方式が提案されている。この方式は、高い磁気異方性を有するため常温では記録できない磁気記録層への記録を、熱によりアシストするものである。熱アシスト記録方式で記録を行う場合には、まず磁気記録媒体の所定の領域をレーザー光、特に近接場光により局所加熱し、記録磁界がヘッド磁界以下となる程度に磁気記録層の磁気異方性を低下させる。そして同時にヘッドにより磁気記録層に磁界を印加して前記領域を所定の方向に磁化する。記録後、前記領域が冷却されることにより磁気記録層は高い磁気異方性を有する元の状態に戻り、磁化は安定に保たれる。

熱アシスト垂直磁気記録媒体の磁気記録層の配向性を向上することに関連して、放熱層（Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ等）／下地層（Ｒｕ等）／磁気記録層の構成が提案されている（特許文献１を参照）。この熱アシスト垂直磁気記録媒体において、下地層は、磁気記録層（特に下層記録層）の配向性を向上するために形成されており、膜厚１５〜２５ｎｍのＲｕ層とされていて、放熱層の直上に配置されている。また、基板と磁気記録層との間に軟磁性裏打ち層、下地層、およびヒートシンク層（Ｃｕ、Ａｇ等）を配置した熱アシスト磁気記録媒体も提案されている（特許文献２を参照）。この熱アシスト磁気記録媒体においても、下地層が磁気記録層の配向性を向上する目的で形成されており、ヒートシンク層が磁気記録層の直下に配置されている。

特開２００８−２１０４４７号公報特開２０１０−１２９１６３号公報

加熱される領域を如何に限定するかは熱アシスト記録において重要な問題である。たとえば、トラックピッチに対して加熱領域が大きすぎると、隣接トラックが加熱されて減磁されるサイドイレーズが起こる。サイドイレーズは、磁気記録装置のデータの信頼性を著しく損なう。

加熱領域の寸法を見積もる場合、光スポットのサイズだけでなく、磁気記録媒体内での熱拡散の影響も考慮する必要がある。加熱領域は、磁気記録媒体の面内方向の熱拡散により、光スポットのサイズよりも一般に大きくなる。したがって、面内方向の熱拡散を抑えることは、加熱領域を限定し、サイドイレーズを抑制するために重要である。

面内方向の熱拡散を抑えるために、高い熱伝導率を有する材料からなる放熱層を形成し、磁気記録層の熱を基板に向けて逃がすことが提案されている。ここで、放熱層は厚ければ厚いほどより大きな放熱効果が得られる。しかしながら、放熱層が結晶質材料で形成される場合、厚膜化は結晶成長を促進し、上層の磁気記録層の微細構造（特に結晶配向性および磁性結晶粒子のサイズ制御）に悪影響を及ぼす。すなわち、単純に放熱層を形成しただけでは、放熱層が肝心の記録特性に放熱効果等の良い影響だけでなく結晶配向性の低下等の悪い影響も及ぼしてしまう。

このように、熱アシスト記録方式は、記録密度の限界を打破できる可能性を有しているものの、実際に高密度の磁気記録を行うためには、加熱領域を限定して隣接トラックへの影響を低減し、磁性結晶粒子サイズを微細かつ均一に形成して良好な電磁変換特性を有する磁気記録媒体を形成する必要がある。

本発明は上述の問題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、熱アシスト磁気記録装置に用いられる高記録密度化が可能な磁気記録媒体を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の磁気記録媒体は、熱アシスト磁気記録装置に用いられる磁気記録媒体であって、前記磁気記録媒体が、非磁性基体、バッファ層、放熱層、軟磁性裏打ち層、および磁気記録層をこの順に含み、前記バッファ層が、非磁性かつ非晶質の材料からなることを特徴とする。

ここで、前記非磁性かつ非晶質の材料が、ＣｒＴｉ、ＣｒＺｒ、ＣｒＴａ、およびＣｒＷからなる群から選択されることが好ましい。また、前記バッファ層が、３０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有することが好ましい。更に、前記バッファ層が、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の膜厚を有することが好ましい。更に、前記放熱層が、Ｃｕ単体、Ａｇ単体、Ａｕ単体、およびこれらを主体とする合金からなる群から選択される材料から形成されていることが好ましい。

本発明の磁気記録媒体によれば、放熱層と磁気記録層との間にバッファ層が介在することにより、放熱層を厚膜化した場合でも放熱層が磁気記録層に与える影響を適切に抑制することができる。特に、バッファ層が非晶質の材料からなるため、放熱層の結晶構造が、上層である磁気記録層の微細構造、特に結晶配向性および磁性結晶粒子のサイズ制御に影響を与え難くすることができる。また、バッファ層が非磁性の材料からなるため、上層である軟磁性裏打ち層への磁気的影響を抑えることができる。

特に、前記バッファ層が３０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有すると、磁気記録層と放熱層との間の熱伝達を更に良好に保つことが可能となる。また、前記バッファ層が５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の膜厚を有すると、磁気記録層と放熱層との間の熱伝達を更に良好に保つことが可能となる。

本発明の磁気記録媒体の構成例を示す図である。

以下、図１に基づいて本発明を実施するための形態を説明する。図１に示された磁気記録媒体は、非磁性基体１、放熱層２、バッファ層３、軟磁性裏打ち層４、下地層５、磁気記録層６、および保護層７をこの順に含む。

非磁性基体１は、通常の磁気記録媒体に用いられるＮｉＰめっきを施したＡｌ合金またはガラス、結晶化ガラス、あるいはＳｉ基板を用いることがでる。

放熱層２は、熱伝導率の高い材料で形成されることが好ましく、たとえばＣｕ単体、Ａｇ単体、Ａｕ単体、またはそれらを主体とする（５０ｗｔ％以上の含有量の）合金材料で形成されることが好ましい。またその熱伝導率は３０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。

前述したように、放熱層２はＣｕ単体、Ａｇ単体、Ａｕ単体、またはそれらの合金から構成されているため、その結晶構造は磁気記録層６の微細構造（特に結晶配向性および磁性結晶粒子のサイズ制御）に少なからず影響を及ぼす。バッファ層３はその影響を抑えるために設けられており、そのため非晶質である。また、軟磁性裏打ち層４への磁気的影響を抑えるため、バッファ層３は非磁性であることが要求される。そのような非晶質かつ非磁性の材料としては、Ｃｒをベースとする合金、たとえばＣｒＴｉ、ＣｒＺｒ、ＣｒＴａ、ＣｒＷ等を用いることができる。バッファ層３は、スパッタリング法により容易に形成できることが好ましい。

また、バッファ層３は、磁気記録層６から放熱層２への熱の移動の妨げにならないように、適度な熱伝導率を有する材料で形成されることが好ましい。経験上、熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上であれば、磁気記録層６と放熱層２との間の熱の移動を良好に保つ効果が得られることが分かっている。そのため、バッファ層３に用いられる材料の熱伝導率は、３０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。また、バッファ層３の膜厚は、磁気記録層６から放熱層２への熱の移動の妨げにならないように、適度な厚さに制限されていることが好ましい。経験上、バッファ層３の膜厚が５ｎｍ以上であれば磁気記録層６の微細構造（特に結晶配向性および磁性結晶粒子のサイズ制御）への影響を抑えることができ、膜厚が２０ｎｍ以下であれば、磁気記録層６と放熱層２との間の熱の移動を良好に保つ効果が得られることが分かっている。そのため、バッファ層３の膜厚は、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。

軟磁性裏打ち層４は、従来の垂直磁気記録方式と同様、磁気ヘッドからの磁束を通過させて、記録特性を向上するために形成される層である。軟磁性裏打ち層４としては、たとえば結晶質のＮｉＦｅ合金、センダスト（ＦｅＳｉＡｌ）合金、ＣｏＦｅ合金等、微結晶質のＦｅＴａＣ、ＣｏＦｅＮｉ、ＣｏＮｉＰ等を用いることができる。記録特性を向上するためには、軟磁性裏打ち層４の飽和磁化が大きいことが好ましい。なお軟磁性裏打ち層４の膜厚は、磁気記録に用いられる磁気ヘッドの構造および特性により変化するが、５０ｎｍ以下であることが好ましい。軟磁性裏打ち層４の成膜方法として、通常用いられるスパッタリング法を用いることができる。

下地層５は、（１）磁気記録層６の結晶粒子径および結晶配向の制御、および（２）軟磁性裏打ち層４および磁気記録層６の磁気的な結合の防止のために用いられる層である。したがって、下地層５は、非磁性であることが好ましい。下地層５の結晶構造は、磁気記録層６の材料に合わせて適宜選択する必要があるが、非結晶構造とすることも可能である。たとえば、直上に位置する磁気記録層６が、六方最密充填（ｈｃｐ）構造を有するＣｏを主体とした材料から形成される場合は、同じ六方最密充填構造もしくは面心六方（ｆｃｃ）構造を有する材料から下地層５を形成することができる。具体的には、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、またはこれらを含む合金が下地層５の材料として好ましく用いられる。下地層５は薄ければ薄いほど書込み性能は向上する。しかしながら、（１）および（２）の指針を考慮すれば、下地層５はある程度の膜厚を必要とし、３〜３０ｎｍの範囲内の膜厚を有することが好ましい。

磁気記録層６としては、結晶系の磁性材料が好ましくは用いられる。この場合、磁気記録層６は、少なくともＣｏとＰｔを含む合金の強磁性材料を用いて形成することができる。強磁性材料の磁化容易軸は、磁気記録を行う方向に向かって配向していることが必要である。例えば、垂直磁気記録を行うためには、磁気記録層６の材料の磁化容易軸（ｈｃｐ構造のｃ軸）が、磁気記録媒体の表面（すなわち非磁性基体の主平面）に垂直方向に配向していることが必要である。

あるいはまた、磁気記録層６は、磁性結晶粒子が非磁性体で隔てられた構造を有することが好ましい。この場合、磁性結晶粒子は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉなどの磁性元素を主体とし、直径数ｎｍの柱状であることが好ましい。非磁性体はサブｎｍ程度の厚さを有することが好ましい。磁性結晶粒子としては、ＣｏＰｔ合金にＣｒ、Ｂ、Ｔａ、Ｗなどの金属を添加した材料が好ましくは用いられる。非磁性体としては、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、またはＴａの酸化物あるいは窒化物などを添加したものが好ましくは用いられる。磁気記録層６の成膜方法は、たとえばマグネトロンスパッタリング法とすることができる。下地層５の結晶部分上に磁性結晶粒子がエピタキシャル成長し、下地層５の粒界部分上に前記非磁性体が位置するような、それぞれ対応関係を有する結晶成長構造が好ましい。

保護層７は、従来使用されている材料を用いて形成することができ、たとえば、カーボンを主体とする材料を用いて形成することができる。保護層７は、単層としても良いが、たとえば異なる性質の２層カーボン、金属膜およびカーボン膜、酸化膜およびカーボン膜等の積層膜とすることもできる。

なお、図には示されていないが、保護層７の上に潤滑層を形成しても良い。潤滑層はヘッドが磁気記録媒体上を摺動する際に、両者の間に介在して磁気記録媒体の表面が磨耗することを防ぐ役割を担う。このような材料としてはフッ素系の液体潤滑剤が好適である。

以下に本発明の実施例および比較例を説明する。なお、実施例は本発明の代表例に過ぎず、本発明は実施例の記載に限定されるものではない。

［実施例］
非磁性基体１として表面が平滑な円盤状のガラス基板を用いた。これを洗浄後、スパッタリング装置内に導入し、Ｃｕターゲットを用いて、５ｍＴｏｒｒのＡｒガス圧下で膜厚５０ｎｍの放熱層２を形成した。次に、Ｃｒ_６０Ｔｉ_４０ターゲットを用いて、基板温度２５０℃および５ｍＴｏｒｒのＡｒガス圧下で膜厚１０ｎｍのバッファ層３を形成した。引き続いてＣｏ_８８Ｎｂ_７Ｚｒ_５ターゲットを用いて５ｍＴｏｒｒのＡｒガス圧下で膜厚５０ｎｍのＣｏＮｂＺｒ軟磁性裏打ち層４を形成した。

続いてＲｕターゲットを用いて３０ｍＴｏｒｒのＡｒガス圧下で膜厚２０ｎｍのＲｕ下地層５を形成した。その後（Ｃｏ_７５Ｐｔ_２５）_９１（ＳｉＯ_２）_９ターゲットを用いて、６０ｍＴｏｒｒのＡｒガス圧下で膜厚１５ｎｍのＣｏＰｔ−ＳｉＯ_２磁気記録層６を形成した。次に磁気記録層６を形成した積層体を、真空を破ることなしに、ＣＶＤ装置に移動させた。続いてＣＶＤ法によりカーボンからなる膜厚３ｎｍの保護層７を形成した後、これをＣＶＤ装置から取り出した。その後、パーフルオロポリエーテルからなる膜厚２ｎｍの液体潤滑層をディップ法により形成し、磁気記録媒体とした。

また、これとは別に、物性値測定用のサンプルを上記磁気記録媒体と同一の手順で作成し、バッファ層３の熱伝導率をパルス加熱サーモリフレクタンス法で測定した。その結果、熱伝導率は８２．３Ｗ／ｍＫであり、これは必要な熱伝導率の条件（３０Ｗ／ｍＫ以上）を満足していることが分かった。

［比較例］
放熱層２の上にバッファ層３を形成せずに軟磁性裏打ち層４を直接形成したことを除いて、実施例と同一の手順を繰り返して磁気記録媒体を形成した。

以下、実施例および比較例の磁気記録媒体の性能評価結果について述べる。第１表には、実施例および比較例の磁気記録媒体のバッファ層膜厚、放熱層膜厚、ＳＮＲ、ＯＷ、およびサイドイレーズ（隣接トラック消去）の評価結果をまとめて示す。

第１表実施例／比較例の特性比較

なお、ＯＷは電磁変換特性を示す指標として用いた。ＯＷの評価は、レーザスポット加熱機構を搭載しＧＭＲヘッドを備えたスピンスタンドテスターを用いて行った。レーザーパワーは、磁気記録層の温度が２００℃となるように設定し、記録時にＯＮとし、再生時にＯＦＦとした。ＧＭＲヘッドは、１４０ｎｍの記録トラック幅および９０ｎｍの再生トラック幅を有するものを使用した。ＯＷは、最初に、トラックに記録密度５１０ｋｆｃｉの第１信号を記録し、その信号の信号出力（Ｔ１）を測定し、次いで、同一トラックに記録密度６８ｋｆｃｉの第２信号を上書きし、上書き後の第１信号の消し残り信号出力（Ｔ２）を測定し、以下の式（「ｌｏｇ」は常用対数を示す）によって得られる値として評価した。

ＯＷ＝２０×ｌｏｇ（Ｔ２／Ｔ１）［単位：ｄＢ］
このように高密度記録信号上に低密度記録信号を上書きするＯＷはリバースオーバーライトと呼ばれ、垂直磁気記録媒体における記録容易性を明確に評価できる指標となっている。隣接トラック消去については、読み出しトラックに隣接するトラックに１０^５回書込みを行った後の信号出力減衰量を評価した。

第１表によれば、ＳＮＲの結果に関して、実施例は比較例と比べて大幅に優れている。これは、放熱層材料として使用したＣｕの結晶構造が上層の磁気記録層の微細構造（粒径および配向）に与える影響の差によるものと考えられる。具体的には、実施例においてはバッファ層が介在しているので、比較例と比べてＣｕの結晶構造への影響が少ない。これがＳＮＲの差として現れているものと考えられる。

ＯＷは、実施例および比較例においてほぼ同等である。これは、軟磁性裏打ち層の膜厚が実施例および比較例において等しいため、ヘッドからの磁束の引き込み量もほぼ同等なためと考えられる。

サイドイレーズは、実施例および比較例においてほぼ同等である。厳密には実施例のほうがやや劣るが、問題となるようなレベルではない。

以上の結果、放熱層が結晶成長することによる磁気記録層の微細構造への影響を少なくできる一方、従来の構成と同等の放熱効果を維持できることがわかった。また、熱アシスト磁気記録方式に適した磁気記録媒体が提供され、高密度記録が可能となることが見出された。

１非磁性基体
２放熱層
３バッファ層
４軟磁性裏打ち層
５下地層
６磁気記録層
７保護層

Claims

熱アシスト磁気記録装置に用いられる磁気記録媒体であって、前記磁気記録媒体が、非磁性基体、放熱層、バッファ層、軟磁性裏打ち層、および磁気記録層をこの順に含み、前記バッファ層が、非磁性かつ非晶質の材料からなることを特徴とする磁気記録媒体。
前記非磁性かつ非晶質の材料が、ＣｒＴｉ、ＣｒＺｒ、ＣｒＴａ、およびＣｒＷからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体。
前記バッファ層が、３０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有することを特徴とする請求項１または２に記載の磁気記録媒体。
前記バッファ層が、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の膜厚を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気記録媒体。
前記放熱層が、Ｃｕ単体、Ａｇ単体、Ａｕ単体、およびこれらを主体とする合金からなる群から選択される材料から形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の磁気記録媒体。