JP7076555B2 - スパッタリングターゲット、磁性膜および垂直磁気記録媒体 - Google Patents

スパッタリングターゲット、磁性膜および垂直磁気記録媒体 Download PDF

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Description

この明細書は、スパッタリングターゲット、磁性膜および垂直磁気記録媒体に関する技術について開示するものである。
記録面に対して垂直方向に磁気を記録する垂直磁気記録媒体等の磁気記録媒体は、上部記録層及び下部記録層を含む記録層並びにその他の層からなる複数の層で構成されることがある。これらの層はそれぞれ、各層に応じたスパッタリングターゲットを用いて、基板上にスパッタリングすることにより順次に成膜して形成するが、そのなかで、金属相がCoを主成分とした金属からなり酸化物相が所定の金属酸化物を含むスパッタリングターゲットを用いる場合がある。このようなスパッタリングターゲットとしては、特許文献1~12に記載されたもの等がある。
ここで、上部記録層等の所定の層は、所望の飽和磁化と垂直磁気異方性を付与された磁性粒子を高い結晶配向性と、良好な磁性粒子間の分離を伴って形成することが求められる。
かかる層は一般に、たとえば特許文献1~10に記載されているような、Pt、CrやRu等の非磁性金属を添加したスパッタリングターゲットにより形成されている。これは、Pt、CrやRuは結晶配向性を良好に保ちながら飽和磁化と垂直磁気異方性を制御することができることによるものである。これにより、記録容易性と記録保持性の両立を制御することができる。また、SiO2、TiO2、B23等の金属酸化物が同時にスパッタリングされ、磁性粒子間に満たされることによりいわゆるグラニュラ構造を形成して、磁性粒子間の交換結合を弱めることで高密度な記録ビットを保持できる記録層としている。
特開2011-208169号公報 特開2011-174174号公報 特開2011-175725号公報 特開2012-117147号公報 特許第4885333号公報 米国特許出願公開第2013/0134038号明細書 国際公開第2012/086388号 米国特許出願公開第2013/0213802号明細書 国際公開第2015/064761号 米国特許出願公開第2016/0276143号明細書 特開2011-208169号公報 国際公開第2014/141737号
しかし、上述したようなPt、CrやRuにSiO2、TiO2、B23等の金属酸化物を添加したスパッタリングターゲットでは、さらなる記録密度向上には磁性粒子の分離性が不十分になっている。それ故に、この種のスパッタリングターゲットは更なる改善の余地があるといえる。
この明細書は、このような問題を解決するため、飽和磁化と磁気異方性の制御と、磁性粒子の結晶配向及び磁性粒子の分離性に寄与する非磁性金属及び酸化物を添加したスパッタリングターゲット、磁性膜および垂直磁気記録媒体を提案するものである。
この明細書で開示するスパッタリングターゲットは、Biを0.05at%以上含有し、金属酸化物の合計含有量が10vol%~60vol%であり、残部に少なくともCo及びPtを含み、Mnを含まないものである。
この明細書で開示する磁性膜は、垂直磁気記録方式の磁気記録媒体用の磁性膜であって、Biを0.5at%以上含有し、金属酸化物の合計含有量が10vol%~60vol%であり、残部に少なくともCo及びPtを含み、Mnを含まないものである。
この明細書で開示する垂直磁気記録媒体は、上記の磁性膜を備えるものである。
上記のスパッタリングターゲットを用いて作製した磁性膜および垂直磁気記録媒体によれば、磁性粒子の結晶配向を維持しながら、磁性粒子の粒子成長を抑え、磁性粒子の粒径分散及び磁性粒子間の分離性を向上させることができる。
実施例並びに比較例のスパッタリングターゲットを用いて成膜した各試料の、Bi及びCrの添加量に対する磁気パラメータの変化を示すグラフである。 図1のグラフの横軸の一部の領域を拡大して示すグラフである。 実施例5のスパッタリングターゲットを用いて成膜した各試料のTEM像である。 比較例6のスパッタリングターゲットを用いて成膜した各試料のTEM像である。 実施例並びに比較例のスパッタリングターゲットを用いて成膜した各試料の、Bi及びCrの添加量に対する平均粒子径及び粒径分散の変化を示すグラフである。 図5のグラフの横軸の一部の領域を拡大して示すグラフである。 実施例並びに比較例のスパッタリングターゲットを用いて成膜した各試料の、Bi及びCrの添加量に対する平均粒子径及び粒径分散の変化を示すグラフである。 図7のグラフの横軸の一部の領域を拡大して示すグラフである。 実施例並びに比較例のスパッタリングターゲットを用いて成膜した各試料の、Co、Pt、Bi、Crの含有量について線分析を行った結果を示すグラフである。 実施例並びに比較例のスパッタリングターゲットを用いて成膜した各試料のX線回折のhcp構造のCoに由来する出力のピーク強度を示すグラフである。 実施例並びに比較例のスパッタリングターゲットを用いて成膜した各試料のX線回折のhcp構造のCoに由来する出力の半値幅を示すグラフである。
以下に、上述したスパッタリングターゲット、磁性膜および垂直磁気記録媒体の実施の形態について詳細に説明する。
一の実施形態のスパッタリングターゲットは、Biを0.05at%以上含有し、金属酸化物の合計含有量が10vol%~60vol%であり、残部に少なくともCo及びPtを含むものである。このようにBiを添加したスパッタリングターゲットを用いてスパッタリングすることにより、結晶配向性を維持したまま磁性粒の分離の良い膜を得ることができる。
(スパッタリングターゲットの組成)
スパッタリングターゲットの金属成分は主としてCo及びPtを含むが、それに加えて、Biを含むことが肝要である。Biを含むことにより、磁性粒子の成長を抑制することができる。これにより、より小さい磁性粒子を持った記録層を容易に作成することができる。また、結晶性を良くするために高い基板温度で成膜しても磁性粒子のサイズが大きくならず、小さな粒子サイズと結晶性を両立できる。さらに、金属酸化物が粒界に偏析しやすくなるだけでなく、粒界幅の分散が少ない膜を作ることができる。これにより、粒径分散のそろった微細な磁性粒子を均一な幅を持った酸化物粒界を介して分散させることができる。
これは、Bi及びBi酸化物自身の融点が低いだけでなく、Bi酸化物が他の主要な酸化物と結合して融点を下げられることと、BiとCoが合金を作りにくい一方で、CoとBi酸化物の濡れ性が良いことによると考えられる。一般に粒子サイズ分散が大きくなる一因として融点の高い金属酸化物が先に固化してCoを主体とする磁性粒子の成長を妨げることが考えられるが、金属酸化物の融点を下げることで、金属酸化物が移動しやすくなって粒子の成長が妨げられなくなり、粒径サイズ分散が低減することが期待できる。さらに、Bi酸化物とCoの濡れ性が良いことから酸化物に囲まれた磁性粒子が丸くなることが抑えられ、多角形の磁性粒子の周りに均一な幅の酸化物が形成された膜になることが期待できる。加えて、BiとCoは合金を作りにくい性質があるため、磁性粒とBi酸化物が接触してもBiが磁性粒内に不必要に拡散すること、Coが酸化して粒界の酸化物相に拡散することが防がれていると考えられる。このため、CoPtを主体とする磁性粒内の組成分布が均一になると考えられる。
これにより、磁性粒子ごとの合金組成が均一になり磁気特性の分散が小さくなることが期待できる。また、CoPt比から期待される磁気異方性を得られると考えられる。以上のようなことが考えられるが、このような理論に限定されるものではない。
Biの含有量は、Bi当量で0.05at%以上とする。Biは金属成分として、また酸化物成分として含まれることがあるが、金属成分及び酸化物成分の両方の成分として含まれる場合は、上記の含有量はそれらの成分中のBi元素の合計を意味する。
Biの含有量が0.05at%未満である場合は、磁性粒子間の磁気的分離性の改善が十分ではない。一方、Biの含有量が多すぎると、磁性粒子のhcp構造が安定しないことが懸念される。そのため、Biの含有量は、0.5at%以上とすることが好ましく、たとえば0.5at%~10at%とすることができる。
Biを添加することの先述した効果より、Biはその一部または全部が金属酸化物として含有されていることが好適である。
スパッタリングターゲットは、金属成分として少なくともCo及びPtを含む。Ptの含有量は所望の磁気異方性を実現するため任意に選択することができる。一般的に金属Co成分に対するPtのモル比率を金属Co:Pt=3:1にするともっとも高い磁気異方性が得られることが知られているが、金属Co:Ptの比率は10:0から2:1の範囲であれば実施形態のスパッタリングターゲットを実現することが可能である。
スパッタリングターゲットの金属成分は、飽和磁化、磁気異方性、磁性粒子と粒界酸化物との濡れ性の適正化のために、上記のCo、Bi及びPtの他、必要に応じてさらに、Au、Ag、B、Cu、Cr、Ge、Ir、Mn、Mo、Nb、Ni、Pd、Re、Rh、Ru、Ta、W及びVからなる群から選択される一種以上を合計0.5at%~30at%含有することができる。
スパッタリングターゲットは、一般に上述した金属に金属酸化物が分散したグラニュラ構造になり、金属酸化物を含有する。金属酸化物の合計含有量は、体積率で10vol%~60vol%とする。なお、金属酸化物の合計含有量は1mol%~20mol%とすることができる。金属酸化物が少なすぎる場合は、磁性粒子の分離が不十分で磁気クラスタサイズが大きくなる可能性がある。一方、金属酸化物が多すぎる場合は、磁性粒子の割合が少なく十分な飽和磁化および磁気異方性が得られず、再生信号強度や熱安定性が不十分となることがある。
酸化物体積率は、スパッタリングターゲットに含まれる各成分の密度、分子量から計算によって求めることもできるが、スパッタリングターゲットの任意の切断面における、酸化物相の面積比率から求めることもできる。この場合、スパッタリングターゲット中の酸化物相の体積比率は、切断面での面積比率とすることができる。
上記の金属酸化物として具体的には、Co、Cr、Si、Ti、Bの酸化物を挙げることができる。したがって、スパッタリングターゲットは、Co、Cr、Si、Ti及びBからなる群から選択される少なくとも一種の元素の酸化物を含んでもよい。このような金属酸化物としては、たとえば、SiO2、TiO2、B23等を挙げることができる。
なかでも、Tiの酸化物を含む場合は、磁性粒子の分離性が良くなることから、スパッタリングターゲットは、TiO2等のTiの酸化物を含むことが好適である。
また、Si及びBの酸化物は酸化物層を非晶質化することができ均一な幅と磁性粒子の形状に沿った粒界形成に寄与するため、スパッタリングターゲットには、SiO2またはB23のいずれかの酸化物を含むことが好適である。
さらに、Biが酸化物の形態でターゲットに存在してもよい。つまり、上記の金属酸化物にはBiが含まれることがある。Biの酸化物は他の金属酸化物と複合酸化物を形成して融点を下げ、ターゲットの焼結性を向上することが期待できる。また、スパッタ膜の状態でも酸化物の粒径への偏折を促進することが期待できる。
(スパッタリングターゲットの製造方法)
以上に述べたスパッタリングターゲットは、たとえば粉末焼結法により製造することができ、その具体的な製造方法の例を次に述べる。
はじめに、金属粉末として、Co粉末と、Bi粉末と、Pt粉末と、さらに必要に応じて、Au、Ag、B、Cu、Cr、Ge、Ir、Mn、Mo、Nb、Ni、Pd、Re、Rh、Ru、Ta、W及びVからなる群から選択される一種以上の粉末とを用意する。
金属粉末は、単元素のみならず合金の粉末であってもよく、その粒径が1μm~150μmの範囲内のものであることが、均一な混合を可能にして偏析と粗大結晶化を防止できる点で好ましい。金属粉末の粒径が150μmより大きい場合は、後述の酸化物粒子が均一に分散しないことがあり、また、1μmより小さい場合は、金属粉末の酸化の影響でスパッタリングターゲットが所望の組成から外れたものになるおそれがある。
また、酸化物粉末として、たとえば、TiO2粉末、SiO2粉末、Bi23及び/又はB23粉末等を用意する。酸化物粉末は粒径が1μm~30μmの範囲のものとすることが好ましい。それにより、上記の金属粉末と混合して加圧焼結した際に、金属相中に酸化物粒子をより均一に分散させることができる。酸化物粉末の粒径が30μmより大きい場合は、加圧焼結後に粗大な酸化物粒子が生じることがあり、この一方で、1μmより小さい場合は、酸化物粉末同士の凝集が生じることがある。
次いで、上記の金属粉末及び酸化物粉末を、所望の組成になるように秤量し、ボールミル等の公知の手法を用いて混合するとともに粉砕する。このとき、混合・粉砕に用いる容器の内部を不活性ガスで充満させて、原料粉末の酸化をできる限り抑制することが望ましい。これにより、所定の金属粉末と酸化物粉末とが均一に混合した混合粉末を得ることができる。
その後、このようにして得られた混合粉末を、真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気下で加圧して焼結させ、円盤状等の所定の形状に成型する。ここでは、ホットプレス焼結法、熱間静水圧焼結法、プラズマ放電焼結法等の様々な加圧焼結方法を使用することができる。なかでも、熱間静水圧焼結法は焼結体の密度向上の観点から有効である。
焼結時の保持温度は、好ましくは600~1500℃の温度範囲とし、より好ましくは700℃~1400℃とする。そして、この範囲の温度に保持する時間は、1時間以上とすることが好適である。
また焼結時の加圧力は、好ましくは10MPa以上、より好ましくは20MPa以上とする。
それにより、金属相中に酸化物粒子をより均一に分散させることができる。
上記の加圧焼結により得られた焼結体に対し、旋盤等を用いて所望の形状にする切削その他の機械加工を施すことにより、円盤状等のスパッタリングターゲットを製造することができる。
(磁性膜)
先に述べたようなスパッタリングターゲットを用いて、スパッタリング装置、一般にはマグネトロンスパッタリング装置にてスパッタリングを行うことにより、磁性膜を成膜することができる。
このような磁性膜は、上述のスパッタリングターゲットと実質的に同様の組成を有するものとなる。
より詳細には、磁性膜は、Biを0.05at%以上、好ましくは0.5at%以上を含有するとともに、CoとPtを主体とする多数の磁性粒子の周りに金属酸化物を合計、10vol%~60vol%で含有する所謂グラニュラ膜である。磁性膜中の金属酸化物の合計含有量は、1mol%~20mol%とすることができる。Biの添加量は所望の値を得るために調整することができる。Biの添加量を増やすと記録層の設計パラメータである飽和磁化、磁気異方性、保磁力が小さくなるが、これらのパラメータは他の非磁性金属、酸化物量にも依存する。そのため、一概にBiの最大添加量を規定することは難しいが、Biを10at%程度添加すると飽和磁化と磁気異方性が低下して記録層としての役割を担うことは難しいと考えられる。したがって、磁性膜中のBiの含有量は、たとえば0.5at%~10at%とすることができる。
磁性膜中の金属酸化物には、Co、Cr、Si、Ti及びBからなる群から選択される少なくとも一種の元素の酸化物が含まれることがある。このなかでも、当該金属酸化物として、Ti、Si、Bの酸化物を含むことが好ましい。金属酸化物の合計含有量は、10vol%~60vol%とする。
磁性膜は、さらに、Au、Ag、B、Cu、Cr、Ge、Ir、Mn、Mo、Nb、Ni、Pd、Re、Rh、Ru、Ta、W及びVからなる群から選択される一種以上を、合計0.5at%~30at%含有することができる。
かかる磁性膜は、種々の用途に用いることができるが、たとえば、垂直磁気記録方式の磁気記録媒体(すなわち、垂直磁気記録媒体)を構成する基板上の密着層、軟磁性層、Seed層、Ru層などの下地層、中間層、記録層および保護層のうち、記録層として用いることが好適である。特に記録層が、熱安定性を担う下部記録層と記録容易性を担う上部記録層を含むものとする場合は、上部記録層を上記の磁性膜とすることが好ましい。上部記録層は、飽和磁化と磁気異方性を調整でき、磁性粒の分離に優れ、結晶配向が揃っている膜が作れる材料が求められるところ、上記の磁性膜であればこのような要求を満たすことができるからである。
(垂直磁気記録媒体)
垂直磁気記録媒体は、これまでの記録面に対して水平方向に磁気を記録する水平磁気記録方式とは異なり、記録面に対して垂直方向に磁気を記録することから、より高密度の記録が可能であるとして、ハードディスクドライブ等で広く採用されている。垂直磁気記録方式の磁気記録媒体は具体的には、たとえば、アルミニウムやガラス等の基板上に密着層、軟磁性層、Seed層、Ru層などの下地層、中間層、記録層および保護層等を順次に積層して構成される。このうち、記録層は、上部記録層及び下部記録層を含んで構成することができる。上述したスパッタリングターゲットは、このうちの記録層の成膜に適している。
次に、上述したスパッタリングターゲットを試作し、その性能を確認したので以下に説明する。但し、ここでの説明は単なる例示を目的としたものであり、それに限定されることを意図するものではない。
実施例及び比較例としてCo-Pt-Bi-TiO2-SiO2のスパッタリングターゲットと、Co-Pt-Bi23-TiO2-SiO2のスパッタリングターゲットを、また比較例としてCo-Pt-TiO2-SiO2及びCo-Pt-Cr-TiO2-SiO2スパッタリングターゲットをそれぞれ作製した。各スパッタリングターゲットの組成を表1に示す。
Figure 0007076555000001
これらのスパッタリングターゲットの具体的な製造方法について詳説すると、はじめに、所定の金属粉末及び金属酸化物粉末を秤量し、粉砕媒体のジルコニアボールとともに容量10リットルのボールミルポットに封入して、24時間回転させて混合した。そして、ボールミルから取り出した混合粉末を直径190mmのカーボン製の円柱状の型に充填し、ホットプレスで焼結させた。ホットプレスの条件は、真空雰囲気、昇温速度300℃/時間、保持温度1000℃、保持時間2時間とし、昇温開始時から保持終了まで30MPaで加圧した。保持終了後はチャンバー内でそのまま自然冷却させた。これにより得られた焼結体を切削し、スパッタリングターゲットとした。
なお原料として、実施例1~8と比較例11ではBi金属粉末を、実施例9~16と比較例21ではBi酸化物粉末をそれぞれ使用し、また、比較例2~10ではCr金属粉末を、比較例12~20ではCr酸化物粉末をそれぞれ使用した。
マグネトロンスパッタリング装置(キャノンアネルバ(株)製C-3010)によりガラス基板上にCr-Ti(6nm)、Ni-W(5nm)、Ru(20nm)をこの順序で成膜したものに、上述した各スパッタリングターゲットをAr5.0Pa雰囲気下にて300Wでスパッタリングして膜厚が11nmの各磁性膜を成膜した後、磁性膜の酸化を防ぐため保護膜としてRu(3nm)成膜して、各層を形成した。
これにより得られた各試料について、飽和磁化Ms、保磁力Hc、磁気異方性Kuを測定した。なお、測定装置については(株)玉川製作所製の試料振動型磁力計(VSM)及び磁気トルク計(TRQ)により測定した。
Bi及びCrの添加量を横軸として整理したこれらの磁気パラメータの結果を図1及び2にグラフで示す。横軸のBiとCrは、Msが同じになるように各々異なる座標軸を用いた。Biを0.5at%以下添加した場合は、Crを添加した場合に比べて同じMsで比べた場合、Kuが大きいがHcはほとんど変わらない。これは、Biを添加することにより磁性粒子の結晶性が劣化せずに、磁性粒間の分離性が良くなっていることを示している。さらに、Biを0.5at%以上添加した場合はHcもわずかに大きくなる。これは、分離性の改善は飽和するが結晶性の良さは持続していることを示している。
実施例5と比較例6について、日本電子(株)製透過型電子顕微鏡を用いたエネルギー分散型X線分光法(TEM-EDX)により得られたTEM像を図3及び4に示し、また、画像解析により求めた磁性粒子の平均粒子径と粒径分散をBiとCrの添加量で整理したものを図5~8に示す。また、EDXを用いてCo、Pt、Bi、Crの各元素について線分析を行った結果を図9に示す。これによると、Biを添加した場合は、Crを添加した場合に比べて磁性粒子の粒径が小さく、磁性粒子内のBiの分布がCrよりも均一で組成分散が小さいことがわかる。
上記の各資料をリガク社のX線回折装置(SmartLab)を用いてX線回折測定を行った。θ/2θ測定により、hcp構造を持つCoPt磁性粒子の(002)回折ピークの2θ値を計測し、この2θ値でロッキングカーブを測定し、半値幅を求めた。その結果を図10及び11に示す。Biを添加した場合、Crを添加した場合に比べて2θの値が小さく、また半値幅が小さいことから磁性粒子の結晶性が良いことがわかる。
以上より、実施例のスパッタリングターゲットによれば、磁性膜の磁性粒子の成長が抑制され、金属酸化物が粒界に偏析しやすくなり、粒界幅の分散が少ない膜を作ることができることが解った。また、これにより、粒径分散のそろった微細な磁性粒子を均一な幅を持った酸化物粒界を介して分散させることができることが解かった。また、磁性粒子の結晶性が優れており、磁性粒子の磁気特性の分散も抑えられることが解った。

Claims (10)

  1. Biを0.05at%以上含有し、金属酸化物の合計含有量が10vol%~60vol%であり、残部に少なくともCo及びPtを含み、Mnを含まないスパッタリングターゲット。
  2. Biの一部または全部を金属酸化物として含有してなる請求項1に記載のスパッタリングターゲット。
  3. Biを0.5at%以上含有してなる請求項1又は2に記載のスパッタリングターゲット。
  4. 前記金属酸化物が、Co、Cr、Si、Ti及びBからなる群から選択される少なくとも一種の元素の酸化物を含んでなる請求項1~3のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット。
  5. さらに、Au、Ag、B、Cu、Cr、Ge、Ir、Mo、Nb、Ni、Pd、Re、Rh、Ru、Ta、W及びVからなる群から選択される一種以上を、0.5at%~30at%含有してなる請求項1~4のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット。
  6. 垂直磁気記録方式の磁気記録媒体用の磁性膜であって、Biを0.5at%以上含有し、金属酸化物の合計含有量が10vol%~60vol%であり、残部に少なくともCo及びPtを含み、Mnを含まない磁性膜。
  7. (削除)
  8. 前記金属酸化物が、Co、Cr、Si、Ti及びBからなる群から選択される少なくとも一種の元素の酸化物を含んでなる請求項6に記載の磁性膜。
  9. さらに、Au、Ag、B、Cu、Cr、Ge、Ir、Mo、Nb、Ni、Pd、Re、Rh、Ru、Ta、W及びVからなる群から選択される一種以上を、0.5at%~30at%含有してなる請求項6又は8に記載の磁性膜。
  10. 請求項6、8、9のいずれか一項に記載の磁性膜を備える垂直磁気記録媒体。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI727322B (zh) * 2018-08-09 2021-05-11 日商Jx金屬股份有限公司 濺鍍靶及磁性膜

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001256631A (ja) 2000-01-05 2001-09-21 Naruse Atsushi 磁気記録媒体およびその製造方法
JP2006155861A (ja) 2004-10-29 2006-06-15 Showa Denko Kk 垂直磁気記録媒体及びその製造方法並びに磁気記録再生装置
JP5275233B2 (ja) 2006-08-21 2013-08-28 インターデイジタル テクノロジー コーポレーション Lteにおける可変データレートサービスのための動的リソース割り振り、スケジューリング、およびシグナリング
WO2014141737A1 (ja) 2013-03-12 2014-09-18 Jx日鉱日石金属株式会社 スパッタリングターゲット
JP2016115379A (ja) 2014-12-15 2016-06-23 昭和電工株式会社 垂直記録媒体、垂直記録再生装置

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60228637A (ja) * 1984-04-25 1985-11-13 Toshiba Corp 磁気記録媒体用Co基合金
JP3259844B2 (ja) * 1990-03-27 2002-02-25 株式会社豊田中央研究所 異方性ナノ複合材料およびその製造方法
JPH04218906A (ja) * 1990-03-29 1992-08-10 Mitsui Petrochem Ind Ltd 光磁気記録媒体
JPH05275233A (ja) * 1992-03-30 1993-10-22 Toshiba Corp 軟磁性薄膜
JP2002358616A (ja) * 2000-06-12 2002-12-13 Toshiba Corp 磁気記録媒体および磁気記録装置
JP4221484B2 (ja) * 2003-09-09 2009-02-12 Dowaエレクトロニクス株式会社 金属磁性粉末およびその製造法
JP2009087501A (ja) * 2007-10-03 2009-04-23 Showa Denko Kk 垂直磁気記録媒体および磁気記録再生装置
JP2011081873A (ja) * 2009-10-07 2011-04-21 Ulvac Japan Ltd 垂直磁気記録媒体用記録層、垂直磁気記録媒体、及び強磁性金属膜の作製方法
JP2011174174A (ja) 2010-01-26 2011-09-08 Mitsubishi Materials Corp 磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットおよびその製造方法
JP2011175725A (ja) 2010-01-26 2011-09-08 Mitsubishi Materials Corp 磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットおよびその製造方法
JP5375707B2 (ja) 2010-03-28 2013-12-25 三菱マテリアル株式会社 磁気記録膜形成用スパッタリングターゲットおよびその製造方法
US20130134038A1 (en) 2010-09-03 2013-05-30 Jx Nippon Mining & Metals Corporation Ferromagnetic Material Sputtering Target
JP2012117147A (ja) 2010-11-12 2012-06-21 Jx Nippon Mining & Metals Corp コバルト酸化物が残留したスパッタリングターゲット
WO2012086388A1 (ja) 2010-12-22 2012-06-28 Jx日鉱日石金属株式会社 焼結体スパッタリングターゲット
WO2015064761A1 (ja) 2013-10-29 2015-05-07 田中貴金属工業株式会社 マグネトロンスパッタリング用ターゲット
JP6260517B2 (ja) * 2014-11-20 2018-01-17 富士電機株式会社 磁気記録媒体およびその製造方法
JP6042520B1 (ja) * 2015-11-05 2016-12-14 デクセリアルズ株式会社 Mn−Zn−O系スパッタリングターゲット及びその製造方法
CN109923610B (zh) * 2016-11-01 2021-01-29 田中贵金属工业株式会社 磁记录介质用溅射靶

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001256631A (ja) 2000-01-05 2001-09-21 Naruse Atsushi 磁気記録媒体およびその製造方法
JP2006155861A (ja) 2004-10-29 2006-06-15 Showa Denko Kk 垂直磁気記録媒体及びその製造方法並びに磁気記録再生装置
JP5275233B2 (ja) 2006-08-21 2013-08-28 インターデイジタル テクノロジー コーポレーション Lteにおける可変データレートサービスのための動的リソース割り振り、スケジューリング、およびシグナリング
WO2014141737A1 (ja) 2013-03-12 2014-09-18 Jx日鉱日石金属株式会社 スパッタリングターゲット
JP2016115379A (ja) 2014-12-15 2016-06-23 昭和電工株式会社 垂直記録媒体、垂直記録再生装置

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