JP6182833B2

JP6182833B2 - 垂直磁気記録媒体

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Publication number: JP6182833B2
Application number: JP2012165954A
Authority: JP
Inventors: 祐樹稲葉; 広瀬　隆之; 隆之広瀬
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2012-07-26
Publication date: 2017-08-23
Anticipated expiration: 2032-07-26
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Description

本発明は垂直磁気記録媒体に関し、好適にはコンピュータの外部記録装置をはじめとする各種磁気記録装置に搭載される垂直磁気記録媒体に関する。

ハードディスク、光磁気記録（ＭＯ）、磁気テープなどの磁気記録装置に用いられる磁気記録方式には、面内磁気記録方式と垂直磁気記録方式の２つの方式がある。いずれの方式においても、記録密度を向上するために重要な点が２つある。

１つ目は磁性結晶粒同士の静磁気的な結合力を小さくし、微小領域に信号を書き込むことを可能にする点である。例えば面内磁気記録媒体および初期の垂直磁気記録媒体においては、CoにCrを添加した材料系が多く用いられていた。この材料では、薄膜形成時に基板を加熱することで磁気的な相分離を促進することで、薄膜内にCr-rich領域とCr-poor領域を形成することが可能である。Crは非磁性であり、その組成を調節することでCr-poorな強磁性結晶粒の周りをCr-richな非磁性領域で取り囲んだ構造を実現することができる。この方法により特性を向上し、記録再生特性を向上することが非特許文献１，２において開示されている。

また、基板加熱による相分離を利用せず、完全非固溶である非磁性体を強磁性材料に混合し、強制的に強磁性結晶粒の周りを非磁性材料で取り囲むグラニュラ構造を実現した例もある。例えばCoをベースとした材料系にSiO₂に代表される酸化物を添加したり、Feをベースとした材料系にCを添加したりする例が盛んに検討されており、種々の方法が非特許文献３，４に開示されている。上記構造は近年の高密度磁気記録媒体、特に垂直磁気記録媒体においては標準的な構造となっている。

２つ目は、磁性結晶粒のサイズを小さくすることで微小領域への信号の書き込みに対応する点である。磁性結晶粒子サイズの微細化には、その直下に用いる層（下地層）の結晶粒径の微細化が有効であり、これまでに種々の下地層が検討されている（例えば非特許文献３、５）。磁性層のみならず、下地層についても種々の材料を添加してグラニュラ構造をとることで特性の向上を開示したものもある（非特許文献６）。

前項にて例示した非特許文献６では、RuにSiO₂を添加して下地層のグラニュラ構造を実現することで、磁性結晶粒の静磁気的相互作用の低減と微細化を実現し垂直磁気記録媒体の特性向上を行う手法が開示されている。また、非特許文献７〜９に示すように、近年では特性の異なる層を多数積層することで磁気記録媒体の特性を向上させる手法が採られている。さらに、非特許文献１０に示すように、磁性層において所望の特性を得るため、下地層を多層積層した構造を採ることも少なくない。仮に磁性層あるいは下地層が２つの層から構成されているとすると、下部層は上部層に対して下地層としても振舞うことになる。そのため、グラニュラ材料特性が微細構造、ひいては記録再生特性におよぼす影響を定量的に理解し、材料選択を簡便に実施することが、磁気記録媒体の高密度化において希求されていた。

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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、磁性結晶粒の静磁気的相互作用の低減と微細化を両立させ、高記録密度の垂直磁気記録媒体を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の垂直磁気記録媒体は、第１層（２０）および前記第１層（２０）の直下に位置する第２層（１８）を、非磁性基体（１２）上に含む垂直磁気記録媒体であって、前記第１層（２０）は、第１磁性結晶材料または第１非磁性結晶材料（１）の周りを第１非磁性非晶質材料（２）が取り囲むグラニュラ構造を有し、前記第２層（１８）は、第２磁性結晶材料または第２非磁性結晶材料（３）の周りを第２非磁性非晶質材料（４）が取り囲むグラニュラ構造を有し、前記第１磁性結晶材料または第１非磁性結晶材料（１）を材料１、前記第１非磁性非晶質材料（２）を材料２、前記第２磁性結晶材料または第２非磁性結晶材料（３）を材料３、前記第２非磁性非晶質材料（４）を材料４とし、異なる材料a,bが接した際の界面エネルギーをEi(a//b)、材料aが単独で存在する際の表面エネルギーをEs(a)、界面エネルギーから表面エネルギーの総和(ΣEs)を差し引いたエネルギーをG(a//b)と定義したとき、少なくとも下記の条件を満足することを特徴とする。G(1//3)<G(1//4)が成立するときは、G(2//4)あるいはG(1//3)のいずれかがG(1//3)，G(1//4)，G(2//3)，G(2//4)の中で最低となり、G(1//3)<G(1//4)が成立しないときは、G(2//4)がG(1//3)，G(1//4)，G(2//3)，G(2//4)の中で最低となる。

このとき、好ましくは前述の垂直磁気記録媒体が、前記第１層（２０）の直上に位置する第３層（２６）を更に含み、前記第３層（２６）は、第３磁性結晶材料または第３非磁性結晶材料（５）の周りを第３非磁性非晶質材料（６）が取り囲むグラニュラ構造を有し、前記第３磁性結晶材料または第３非磁性結晶材料（５）を材料５、前記第３非磁性非晶質材料（６）を材料６としたとき、少なくとも下記の条件を満足することを特徴とする。G(5//1)<G(5//2)が成立するときは、G(6//2)あるいはG(5//1)のいずれかがG(5//1)，G(5//2)，G(6//1)，G(6//2)の中で最低となり、G(5//1)<G(5//2)が成立しないときは、G(6//2)がG(5//1)，G(5//2)，G(6//1)，G(6//2)の中で最低となる。

また、前述の垂直磁気記録媒体において、前記第２磁性結晶材料または第２非磁性結晶材料（３）は、前記第１磁性結晶材料または第１非磁性結晶材料（１）の直下に位置していて前記第２非磁性非晶質材料（４）とは異なる材料によって形成されていることが好ましい。さらに、前記第１層（２０）が磁性層であり、前記第２層（１８）が非磁性下地層であることが好ましい。さらに、前述の垂直磁気記録媒体において、前記第３層（２６）が磁性層であることが好ましい。

本発明によれば、磁性結晶粒の静磁気的相互作用の低減と微細化を両立させ、高記録密度の垂直磁気記録媒体を提供することができる。

本発明の垂直磁気記録媒体の構成例を示す概略断面図である。本発明の垂直磁気記録媒体中の磁性層および非磁性下地層の構成例を示す概略平面図である。本発明の垂直磁気記録媒体中の磁性層および非磁性下地層の構成例を示す概略断面図である。本発明の垂直磁気記録媒体中の磁性層および非磁性下地層の更なる構成例を示す概略断面図である。実施例および比較例で得られた媒体の磁性層平面TEM像である。

図１は、本発明の垂直磁気記録媒体の構成例を示す概略断面図である。

垂直磁気記録媒体１０は、磁性層２０（第１層の具体例）およびこの磁性層２０の直下に位置する非磁性下地層１８（第２層の具体例）を、非磁性基体１２上に含む垂直磁気記録媒体である。

非磁性基体１２として、Al基板、表面酸化Siウエハ、石英基板、プラスチック樹脂基板等が使用可能である。なお、以下に示す実施例および比較例においては、非磁性基体１２として用いた基板は全て２．５インチガラスディスクであるが、以下に示す実施例が基板材料を限定するものではない。

非磁性基体１２上には、軟磁性裏打ち層１４、非磁性シード層１６、非磁性下地層１８、磁性層２０、保護層２２、液体潤滑層２４がこの順に形成されている。本発明において、軟磁性裏打ち層１４、非磁性シード層１６、保護層２２、液体潤滑層２４は任意であり、これらは従来の垂直磁気記録媒体に用いられている組成および製法で作製することができる。

図２は、本発明の垂直磁気記録媒体中の磁性層および非磁性下地層の構成例を示す概略平面図である。図３は、本発明の垂直磁気記録媒体中の磁性層および非磁性下地層の構成例を示す概略断面図である。

図２、３に示すように、磁性層２０は、磁性結晶粒１（第１磁性結晶材料の具体例）の周りを非磁性非晶質材料２（第１非磁性非晶質材料）で取り囲んだグラニュラ構造をとっている。磁性結晶粒１としては、FePt、FePd、CoPt、FeNi、CoPtCr等を用いることができる。磁性結晶粒１は強磁性材料から形成されることが好ましい。非磁性非晶質材料２としては、C、TiN、MgO、SiO₂、TiO₂、Ta₂O₅、Al₂O₃等を用いることができる。なお、磁性結晶粒１の周りを非磁性非晶質材料２で取り囲むためには、磁性結晶粒１と非磁性非晶質材料２の体積比が９０：１０〜５０：５０であることが好ましい。なお、非特許文献１３には、CoPtCr（磁性結晶材料）にSiO₂（非磁性非晶質材料）を添加したグラニュラ媒体において、種々のSiO₂添加量に対する磁気特性および記録再生特性の変化について開示されている。SiO₂添加量が少ない領域ではCoPtCrを取り囲むことが出来ず、良好なグラニュラ構造が実現できていない。その結果磁性結晶粒同士の磁気的な結合力が低減できず、S/Nが劣化してしまう。一方、SiO₂添加量が多い領域では磁性結晶粒サイズが極度に微細化し、熱擾乱、すなわち熱エネルギーの大きさが磁気異方性エネルギーよりも大きくなることで記録信号が不安定となってしまう。その結果S/Nが劣化する。なお、磁性結晶粒サイズが小さい場合において熱安定性を高めるためには、磁気異方性エネルギーの大きな材料を用いることが有効である。さらに、磁性結晶粒が持つ磁気異方性エネルギーに応じて非晶質材料添加量を設定して熱安定性を維持するとともに、併せて、前述したG値の関係を満たすように構成することで、特に非晶質材料が少ない領域においても良好なグラニュラ構造を得ることが可能となる。

図２、３に示すように、非磁性下地層１８は、非磁性結晶粒３（第２非磁性結晶材料の具体例）の周りを非磁性非晶質材料４（第２非磁性非晶質材料）で取り囲んだグラニュラ構造をとっている。非磁性結晶粒３としては、MgO、TiN、CrN、Ru、Pt等を用いることができる。非磁性非晶質材料４としては、TiN、VN、MgO、C、TiO₂、Ta₂O₅、Al₂O₃等を用いることができる。なお、非磁性結晶粒３の周りを非磁性非晶質材料４で取り囲むためには、非磁性結晶粒３と非磁性非晶質材料４の体積比が９０：１０〜５０：５０であることが好ましい。優れた信号品質を有する垂直磁気記録媒体を実現するためには、非磁性下地層に含まれる非磁性結晶粒と、その直上の磁性層に含まれる磁性結晶粒とは１つの柱状構造を形成することが好ましい。そのためには両者が同等の粒子サイズを有することが好ましく、体積比についても磁性層中の磁性結晶粒と非磁性非晶質材料の体積比に順ずることが好ましい。

非磁性下地層１８中の非磁性結晶粒３の上に磁性層２０中の磁性結晶粒１が成長した構造をとっているが、非磁性結晶粒３は、磁性結晶粒１の直下に位置していて非磁性非晶質材料４とは異なる材料によって形成されていることが好ましい。ここで示した磁性層２０あるいは非磁性下地層１８は、少なくとも組成が異なる隣接する２つの層から成っていてもよい。

ここで、磁性層２０中の磁性結晶粒１を材料１、その周りを取り囲む非磁性非晶質材料２を材料２、非磁性下地層１８中の非磁性結晶粒３を材料３、その周りを取り囲む非磁性非晶質材料４を材料４とし、異なる材料a,bが接した際の界面エネルギーをEi(a//b)、材料aが単独で存在する際の表面エネルギーをEs(a)と定義する。さらに、界面エネルギーから表面エネルギーの総和（ΣEs）を差し引いたエネルギーをG(a//b)と定義する。ここでG<0は界面エネルギーが表面エネルギーの総和よりも小さくなり、界面を形成したほうが安定であることを意味する。このとき、磁性層２０に添加した非磁性非晶質材料２が非磁性下地層１８中の非磁性非晶質材料４の上に安定に配置されるためには、次式が成立する必要がある。
G(2//4)<G(2//3) …式１

上記条件が満たされた状態で、磁性層２０中の磁性結晶粒１の成長を考えた場合、下記２つの状況が考えられる。
１．非磁性下地層中の非磁性結晶粒上に成長しようとする場合
２．非磁性下地層中の非磁性非晶質材料上に成長しようとする場合

上記１の場合、次式が成立することと同値である。
G(1//3)<G(1//4)かつG(1//3)<G(2//3) …式２

式１，２を同時に満足するためには、G(1//3)，G(1//4)，G(2//3)，G(2//4)の組み合わせにおいて、G(2//4)またはG(1//3)のいずれか一方が最低となっていれば良い。

上記２の場合には、次式が成立することと同値である。
G(1//4)<G(1//3) …式３

このとき、G(2//4)<G(1//4)が成立する、すなわちG(1//3)，G(1//4)，G(2//3)，G(2//4)の材料の組み合わせにおいてG(2//4)が最低となっていれば、磁性層２０に存在する磁性結晶粒１よりも非磁性非晶質材料２が優先的に非磁性下地層１８に存在する非磁性非晶質材料４上に結合し、磁性結晶粒１は非磁性下地層１８の非磁性結晶粒３上に成長することとなる。

本検討における表面エネルギーならびに界面エネルギーの計算は、非特許文献１１、１２を参考にした。

（表面エネルギーの計算）
FePtの表面エネルギーは、非特許文献１１を参考にし、以下の式を用いて計算する。なお、本提案におけるFePtはFeとPtが等量含まれたFe₅₀Pt₅₀組成について考える。
γ_FePt=(E^tot(N_Fe,N_Pt)−N_Fe・μ_FePt _(bulk)−ΔNμ_Pt(bulk)−ΔN [μ_Pt−μ_Pt(bulk)])/2A …式４
E^tot(N_Fe,N_Pt)：FePt表面モデルの全エネルギー
N_Fe ,N_Pt：表面モデルに含まれているFeやPtの個数
μ_FePt _(bulk)：FePtの化学ポテンシャル
μ_Pt(bulk)：バルクPtの化学ポテンシャル
μ_Pt：FePt内のPtの化学ポテンシャル
ΔN：N_Pt-N_Fe（本検討ではΔN＝0の場合のみ実施）
A：界面の面積

本検討で表面エネルギーを計算した概略を以下に記載する。

はじめに、FePtのバルクモデルを第一原理計算によって構造最適化し、バルクモデルの全エネルギーを求め、そこからμ_FePt _(bulk)を得る。次に、バルクモデルから表面（例えば(001)表面）を切り出し、真空層を15Åとした表面モデルを作成する。この表面モデルを第一原理計算によって構造最適化し、表面モデルの全エネルギー（E^tot(N_Fe,N_Pt)）を得る。

得られたエネルギーを式２に代入し、FePtの表面エネルギー（γ_FePt）を算出する。

この方法によって、MgOやTiN、Cなどについても基本的に同様に計算できる。

（界面エネルギーの計算）
例えば、MgO上に成長したFePtを想定すると、FePtとMgOの界面エネルギーは次式により計算できる。
γ_FePt/MgO=(E^tot__FePt/MgO−N_Fe・μ_FePt _(bulk)−N_Mg・μ_MgO(bulk))/A−γ_FePt−γ_MgO …式６

本検討では、次のようにモデル化を行って界面エネルギーの計算を実施した。

FePtとMgOが隣接している場合、片側にはFePtおよびMgOのそれぞれの表面が出ているため、両者の表面エネルギーを差し引いている。μ_FePt _(bulk)およびμ_MgO _(bulk)は表面エネルギーの場合と同じである。それぞれのバルクモデルからFePt/MgOの界面モデルを作成する。その際、面方位は両者とも実験データを考慮して(001)とし、FePt格子長をMgO格子長に一致させた。FePt/MgOの界面モデルを構造最適化し、界面モデルの全エネルギーを計算した。式４のFePtの表面エネルギーについては、構造最適化後の界面モデルからFePtだけを抜取ったモデルを用いて計算した。得られた界面モデル、表面モデル、バルクモデルの全エネルギーから界面エネルギーを計算した。

MgO/C等の界面モデルでも基本的に同様に計算できる。

第１表には、FePtを例として上記方法により算出したエネルギーを非特許文献１１に記載されている文献値と共に示す。

上記計算により求めた値は文献値と定性的に良く一致していることがわかり、エネルギー差による成長様式の違いの傾向を議論するのに十分な信頼性を有している。

図４は、本発明の垂直磁気記録媒体中の磁性層および非磁性下地層の更なる構成例を示す概略断面図である。図４の垂直磁気記録媒体は、磁性層２０（第１層の具体例）および磁性層２０の直下に位置する磁性層１８（第２層の具体例）を、非磁性基体（図示省略）上に含む垂直磁気記録媒体である。この垂直磁気記録媒体は、磁性層２０の直上に位置する磁性層２６（第３層の具体例）を更に含む。

磁性層２６は、磁性結晶粒５（第３磁性結晶材料の具体例）の周りを非磁性非晶質材料６（第３非磁性非晶質材料の具体例）が取り囲むグラニュラ構造を有している。磁性層２０中の磁性結晶粒１の上に磁性層２６中の磁性結晶粒５が成長した構造をとっているが、磁性層２０中の磁性結晶粒１は、磁性層２６中の磁性結晶粒５の直下に位置していて磁性層２０中の非磁性非晶質材料２とは異なる材料によって形成されていることが好ましい。

ここで、磁性結晶粒５を材料５、非磁性非晶質材料６を材料６としたとき、少なくとも下記の条件を満足する必要がある。
G(5//1)<G(5//2)が成立するときは、G(6//2)あるいはG(5//1)のいずれかがG(5//1)，G(5//2)，G(6//1)，G(6//2)の中で最低となり、G(5//1)<G(5//2)が成立しないときは、G(6//2)がG(5//1)，G(5//2)，G(6//1)，G(6//2)の中で最低となる。

磁性層２６、磁性結晶粒５、非磁性非晶質材料６、および垂直磁気記録媒体中の他の層の具体的な構成および製法については、図１〜３の磁性層２０、磁性結晶粒１、非磁性非晶質材料２、および垂直磁気記録媒体中の他の層と同様な構成および製法をそれぞれ採用でき、上記界面エネルギー、表面エネルギー、Ｇの値も図１〜３の層と同様な構成を採用できるため、その説明を省略する。

上記エネルギーの議論の妥当性を実証するため、非磁性下地層および磁性層がともに１層のみからなる場合、および少なくともいずれかの層が２層以上になる場合（非磁性下地層と磁性層とを合わせると３層以上の層になる場合）とに分けて考え、下記実施例および比較例を用いて実験を行った。なお、各例における成膜条件および材料組成は、本提案の効果を示す一例に過ぎず、本願発明を限定するものではない。

Ｉ．非磁性下地層および磁性層がともに１層のみの場合
［実施例１］
超高真空（UHV）DC/RFマグネトロンスパッタ装置（ANELVA,E8001）を用いて試料を作成した。成膜を始める前の到達真空度は7.0x10^-7Pa以下である。プロセスガスには、不純物濃度が2〜3ppbの超高純度Arガスを用いた。ガラス基板上に薄膜の付着強度を強めるため、Taを5nm付与し、その上にMgOを1nm付与した。その後非磁性シード層としてCr20nmをMgO上に付与した。その上に非磁性下地層としてTiNを添加したMgO20nmを300℃で形成した。TiNの添加量はMgOの周りをTiNが取り囲む構造を実現できるよう、体積率で30%程度に調節している。なお、以下の実施例および比較例において「添加」という場合は、添加される材料が体積率で全体積中30％程度に調節されていることを意味する。各層を成膜する際のArガス圧は0.3Pa一定とした。MgO源としてMgとOを1:1で含むMgOから成るターゲットを用いており、成膜時に用いたガスは酸素を添加しないArとした。形成された膜組成はターゲット組成と同じ、すなわち、MgとOを1:1で含む組成となることをEDX(Energy Dispersive X-ray Spectrometer)による組成分析から確認している。同様に、TiN源としてTiとNを1:1で含むTiNから成るターゲットを用いており、成膜時に用いたガスは窒素を添加しないArとした。EDXによる組成分析から、膜組成はTiNであることを確認している。非磁性下地層成膜時の基板温度については作成装置および条件に応じて変化させるべき値であり、この温度が本実施例の効果を限定するものではない。

磁性層として、Fe、PtおよびCを同時スパッタさせることにより、Cを添加したFePt合金を4nm形成した。FePtの組成はFe55at.%、Pt45at.%とし、EDXからもほぼ同じ組成比となっていることを確認した。Cの添加量はFePt磁性結晶粒の回りをCが取り囲む構造を実現できるように体積率で30%程度に調節した。この添加量は非磁性下地層に用いたMgO-TiNにおけるTiNの添加量と同量である。磁性層成膜時のArガス圧は3.0Paで一定とし、基板温度は300℃とした。次いでCVD法を用いてカーボン（C）保護膜を3nm形成し、液体潤滑層1nmを付与してヘッド浮上が可能な垂直磁気記録媒体を作成した。なお、ここで磁性層に用いたFePtは本発明の効果を示すための一例として用いたに過ぎず、本実施例の効果を限定するものではない。

［実施例２］
非磁性下地層としてVNを添加したMgOを用いた。VNの添加量はMgOの周りをVNが取り囲む構造を実現できるよう、体積率で30%程度に調節した。なお、成膜に用いたVNは、VとNを1:1で含む組成のものを用いており、作成した薄膜の組成もターゲットと同組成になっていることをEDXにより確認している。上記以外は実施例１と同様な条件で垂直磁気記録媒体を作製した。

［比較例１］
非磁性下地層としてMgOを添加したTiNを用いた。MgOの添加量はTiNの周りをMgOが取り囲む構造を実現できるよう、体積率で30%程度に調節した。上記以外は実施例１と同様な条件で垂直磁気記録媒体を作製した。

第２表に実施例１、２および比較例１の層構成をまとめた。また、第３表に実施例１、２および比較例１で用いた材料の表面エネルギーの値をまとめ、第４表には実施例１、２および比較例１で用いた材料を組み合わせた際のGの値をまとめた。なお、Gを算出する際の表面および界面エネルギーについては、結晶成長面を考慮した値を採用した。

実施例１においてはMgO上にFePtが成長することを期待している。磁性結晶粒のG値を見ると、G(FePt//TiN)<G(FePt//MgO)となっており、このままではFePtが非磁性下地層に添加した非磁性非晶質材料（ここではTiN）上に成長してしまう。しかし、磁性層に添加したCに着目すると、全エネルギー中G(C//TiN)が最低となっているため、Cは優先的に非磁性下地層中のTiN上に成長し、結果としてFePtがMgO上に成長することとなる。

同様に実施例２でも、Gの関係からFePtがVN上に成長するほうが安定であるが、CがVN上に成長するため、結果としてMgO上にFePtが成長することとなる。一方、比較例１ではTiN上にFePtが成長することを期待している。しかし、G(C//TiN)<G(C//MgO)となっているため、磁性層に添加したCは、エネルギー的にはTiN上の方が安定となってしまい、TiN上のFePtの成長を阻害することが予想される。

図５に実施例１，２および比較例１における磁性層の平面TEM像を示す。実施例１，２では、どちらもエネルギーの関係から予想されるように、明瞭な結晶粒界を有するグラニュラ構造が実現できており、非磁性下地層の結晶粒界には、磁性層の結晶粒界に位置する材料との結びつきが強い材料を配置することが重要であることがわかる。なお、断面TEM観察からも非磁性下地層の非磁性結晶粒の上に磁性層の磁性結晶粒が成長する構造となっていることを確認している。一方比較例１では、FePtの結晶粒界は明瞭ではなく、いくつかの粒子がつながった構造が確認される。結晶粒界の厚さは均一ではなく、磁性層に添加したCがエネルギー的に安定なTiN上へ積極的に移動することで、複雑な粒子構造が形成されたと考えられる。

第５表に、実施例１、２および比較例１で得られた媒体について、磁性層および非磁性下地層の平面TEM像から解析した結晶粒の平均粒子径、粒子径分散および記録密度1000kFCIにおけるS/N比の値をそれぞれ示す。実施例２は実施例１に対し、磁性層の平均粒子径および粒子径分散が小さくなっており、この結果を受け、S/N比も大きな値となっている。ここで、磁性層に添加したグラニュラ添加材（非磁性非晶質材料）と非磁性下地層に用いた非磁性非晶質材料との間のG値について見てみると、実施例１ではG(C//TiN)とG(C//MgO)の差分が3.491erg/cm²であるのに対し、実施例２ではG(C//VN)とG(C//MgO)の差分は4.583erg/cm²と大きい。エネルギー差が大きいほど、磁性層に添加したグラニュラ添加材が非磁性下地層に添加したグラニュラ添加材上に位置しやすく、エネルギー差が構造および記録再生特性の差に反映された形となっている。一方比較例１では非磁性下地層の粒子径分散は実施例と同等であるが、磁性層の粒子径分散が著しく大きくなり、その結果S/N比が劣化するという結果になっている。ゆえに、材料の持つ表面および界面エネルギーを適切に判断し、選択することが媒体の高性能化に重要であり、本実施例の優位性が示された結果となっている。

ＩＩ．非磁性下地層および磁性層のうち少なくともいずれかの層が２層以上になる場合（少なくとも３層のグラニュラ層が隣接する場合）
非磁性下地層および磁性層のうち少なくともいずれかの層が２層以上になり、結果として３層以上のグラニュラ層が隣接する場合には、隣接する２層間で式１〜３を満たすか否かに関して下記４つのパターンが考えられる。ここで、層を下から順にX〜Zと決め、X層が良好なグラニュラ組織を有していることとする。X層が良好なグラニュラ構造を有していない場合には、いかなる条件においても上に成長させる層は良好なグラニュラ構造を持たず、媒体としての特性が劣化するためである。
１．X//Y,Y//Zともに式１を満たす場合
２．X//Yでは式１〜３を満たすが、Y//Zでは満たされない場合
３．X//Yでは式１〜３を満たさず、Y//Zにおいて式１〜３を満たす場合
４．X//Y,Y//Zのいずれも式１〜３を満たさない場合

上記１の場合、XからZまで良好なグラニュラ構造が形成されることが期待される。上記２の場合には、Y層はX層上に良好なグラニュラ組織を形成して成長することが期待されるが、Z層は良好なグラニュラ構造を示さないことが予想される。一方上記３においてはY層がX層上にうまく成長せず、その結果、Y層上に成長するZ層も良好なグラニュラ組織を形成できないことが考えられる。上記４の場合、いずれの層も良好なグラニュラ組織を形成できないことが予想される。

以下に示す実施例３、４および比較例２、３では、近年の垂直磁気記録媒体の高密度化に特に重要である多層磁性層構造を想定し、１層の非磁性下地層（非磁性下地層Xとする）上に組成が異なる隣接する２層の磁性層（下から順に磁性層Y、磁性層Zとする）が成長する場合について検討することとした。なお、本議論は磁性層が１層のみ、かつ、非磁性下地層が２層以上となる場合においても適用できることは言うまでも無い。

［実施例３］
非磁性下地層としてTiNを添加したMgO20nmを形成し、その上に磁性層としてCを添加したFePt合金を4nm形成した。さらに、磁性層としてFeおよびPdおよびCを同時スパッタさせることでCを添加したFePd合金を4nm形成した。FePdの組成はFe50at.%、Pd50at.%とし、EDXからもほぼ同じ組成比となっていることを確認した。Cの添加量はFePd磁性結晶粒の回りをCが取り囲む構造を実現できるように体積率で30%程度に調節した。この添加量は非磁性下地層に用いたMgO-TiNにおけるTiNの添加量と同量である。上記以外は実施例１と同様な条件で垂直磁気記録媒体を作製した。

［比較例２］
非磁性下地層としてMgOを添加したTiN20nmを形成し、その上に磁性層としてCを添加したFePt合金を4nm形成した。さらにその上に磁性層としてTiNを添加したFePd合金を4nm形成した。上記以外は実施例３と同様な条件で垂直磁気記録媒体を作製した。

［実施例４］
非磁性下地層としてTiNを添加したMgO20nmを形成し、その上に磁性層としてCを添加したFePt合金を4nm形成した。さらにその上に磁性層としてMgOを添加したFePd合金を4nm形成した。上記以外は実施例３と同様な条件で垂直磁気記録媒体を作製した。

［比較例３］
非磁性下地層としてMgOを添加したTiN20nmを形成し、その上に磁性層としてCを添加したFePt合金を4nm形成した。さらにその上に磁性層としてMgOを添加したFePd合金を4nm形成した。上記以外は実施例３と同様な条件で垂直磁気記録媒体を作製した。

第６表に、実施例３、４および比較例２、３の層構成をまとめ、第７表に、実施例３、４および比較例２、３における材料を組み合わせた際のGの値をまとめた。また、第８表には実施例３、４および比較例２、３における1000kFCIでのS/Nの値を示す。Gの値の比較から、実施例３、４では全ての磁性層が良好なグラニュラ構造を有することが予想される。実施例４のS/Nが実施例３に比べて劣っている理由として、実施例４の２つの磁性層（磁性層１、２）における2//3のＧ値が、2//4のＧ値よりも低い、すなわち2//3が2//4よりも安定になっていることによると考えられる。

比較例３では全ての磁性層のグラニュラ構造が崩れていることが示唆され、1000kFCIにおけるS/Nが最も小さな値となっていることからも、構造の劣化が裏付けられている。

また比較例２においては、磁性層Yが非磁性下地層X上に良好なグラニュラ構造を形成できず、その結果磁性層Zの構造も崩れてしまうことが示唆される。比較例２のS/Nが比較例３に比べて大きい値となっている理由は、エネルギーの関係から見れば磁性層Zは磁性層Y上に良好なグラニュラ構造を有することによると推察される。しかしながら全ての層が良好なグラニュラ構造を有する実施例３，４に比べるとS/Nが小さくなっている。

最後に実施例および比較例で得られた知見がもたらす効果について述べる。

垂直磁気記録媒体の高密度化には磁性層の静磁気的な結合力を小さくし、かつ、そのサイズを小さくすることが重要であることはすでに述べた通りである。通常の垂直磁気記録媒体では、磁性結晶粒の結晶学的な特性を向上させることで磁気特性の向上を図っているが、そのためには非磁性下地層材料の選択および形成条件が非常に重要となる。特に記録再生特性の向上には、非磁性下地層においても結晶粒の分離度が高く、サイズが小さいことが要求されるが、本比較例の結果を見てわかるように、分離度が高く、サイズが小さい非磁性下地層を用いれば特性の良い磁性層が得られるわけではない。本願発明者らは、本願発明で定義したＧ値が、垂直磁気記録媒体製造の際の重要な指標となることを見出した。具体的には、本願発明者らは、界面エネルギーから表面エネルギーの総和を差し引いたエネルギーであるＧ値が、隣接する上下間の各材料の安定性のみでなく、隣接する上下間ではない（斜めのまたはずれた位置にある）各材料の安定性についても高精度な予測を可能とし、それら各Ｇ値を比較することによって実際の垂直磁気記録媒体の安定構造を相当程度に予測できることを見出したのである。本件の方式に従い、磁性層および非磁性下地層に用いる材料の表面・界面エネルギーを良く吟味し、材料の選択に生かすことが、将来の高密度な垂直磁気記録媒体形成に大きく寄与するのである。

１、５磁性結晶粒
２、４、６非磁性非晶質材料
３非磁性結晶粒
１０垂直磁気記録媒体
１２非磁性基体
１４軟磁性裏打ち層
１６非磁性シード層
１８非磁性下地層
２０、２６磁性層
２２保護層
２４液体潤滑層

Claims

第１層（２０）および前記第１層（２０）の直下に位置する第２層（１８）を、非磁性基体（１２）上に含む垂直磁気記録媒体であって、
前記第１層（２０）は、第１磁性結晶材料または第１非磁性結晶材料（１）の周りを第１非磁性非晶質材料（２）が取り囲むグラニュラ構造を有し、
前記第２層（１８）は、第２非磁性結晶材料（３）の周りを第２非磁性非晶質材料（４）が取り囲むグラニュラ構造を有するとともに、前記第２非磁性結晶材料（３）として、ＭｇＯ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、Ｒｕ、およびＰｔからなる群から選択された１つが用いられており、
前記第１磁性結晶材料または第１非磁性結晶材料（１）を材料１、前記第１非磁性非晶質材料（２）を材料２、前記第２非磁性結晶材料（３）を材料３、前記第２非磁性非晶質材料（４）を材料４とし、異なる材料a,bが接した際の界面エネルギーをEi(a//b)、材料aが単独で存在する際の表面エネルギーをEs(a)、界面エネルギーから表面エネルギーの総和(ΣEs)を差し引いたエネルギーをG(a//b)と定義したとき、少なくとも下記の条件を満足することを特徴とする垂直磁気記録媒体：
G(1//3)<G(1//4)が成立するときは、G(2//4)あるいはG(1//3)のいずれかがG(1//3)，G(1//4)，G(2//3)，G(2//4)の中で最低となり、G(1//3)<G(1//4)が成立しないときは、G(2//4)がG(1//3)，G(1//4)，G(2//3)，G(2//4)の中で最低となる。
請求項１に記載の垂直磁気記録媒体であって、
前記第１層（２０）の直上に位置する第３層（２６）を更に含み、
前記第３層（２６）は、第３磁性結晶材料または第３非磁性結晶材料（５）の周りを第３非磁性非晶質材料（６）が取り囲むグラニュラ構造を有し、
前記第３磁性結晶材料または第３非磁性結晶材料（５）を材料５、前記第３非磁性非晶質材料（６）を材料６としたとき、少なくとも下記の条件を満足することを特徴とする垂直磁気記録媒体：
G(5//1)<G(5//2)が成立するときは、G(6//2)あるいはG(5//1)のいずれかがG(5//1)，G(5//2)，G(6//1)，G(6//2)の中で最低となり、G(5//1)<G(5//2)が成立しないときは、G(6//2)がG(5//1)，G(5//2)，G(6//1)，G(6//2)の中で最低となる。
請求項２に記載の垂直磁気記録媒体であって、前記第３層（２６）が磁性層であることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体であって、前記第２非磁性結晶材料（３）は、前記第１磁性結晶材料または第１非磁性結晶材料（１）の直下に位置していて前記第２非磁性非晶質材料（４）とは異なる材料によって形成されていることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体であって、前記第１層（２０）が磁性層であり、前記第２層（１８）が非磁性下地層であることを特徴とする垂直磁気記録媒体。