JPH02130721A - 磁気ディスク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は磁気ディスクに関し、さらに詳しくは基体との
密着性に優れ、かつ硬度が高く、耐摩耗性と潤滑性とを
兼備えた表面保護膜を有する磁気ディスクに関する。

［従来の技術］ 磁気ディスクや磁気ヘッドは、磁気ディスク装置に組込
み、コンピュータ端末の情報記憶装置として広く用いら
れている。

このうら磁気ディスクは、アルミニウム等の金属ないし
はプラスチック等の基板上に、フェライトや鉄、コバル
ト、ニッケルないしはこれらの化合物、またはネオジミ
ウム、ガドリニウム、テルビウム等の希土類金属や、こ
れらからなる磁性体を塗布法ヤスバッタ法等により薄い
膜状に付着させて磁気記録媒体としたものが用いられて
いる。

磁気ヘッドは種々の構造がおるが、例えばアルミニウム
粉末と炭化チタンとの混合粉末を板状に成形焼結した焼
結基板上に、薄膜状でコイルやヨークを形成する薄膜磁
気ヘッドが高密度磁気記録ヘッドとして採用されつつお
る。この磁気ヘッドは、記録媒体に書込まれた磁化の向
きに応じた磁束の変化を信号として取出すもので、可能
な限り磁気ディスク面に近づけて使用されるものである
。

この時、磁気ディスクは回転と停止を頻繁に繰返し、そ
の結果、磁気ヘッドと磁気ディスク面は互いに接触、摩
擦を繰返す。このため、磁気ディスクの表面に発生する
傷等から記録媒体を保護するだめの保護膜を必要とする
。

保護膜の備えるべき要点は、耐摩耗性に優れていること
、基板ないしは下地との密着性が高いこと、表面の潤滑
性に優れていること等が挙げられる。膜の硬度は耐摩耗
性の評価に用いることができ、硬度が高いほど耐摩耗性
に優れている。密着性は、磁気ヘッドの接触時あるいは
摩擦時に保護膜が剥離しないために重要で、磁気ディス
ク媒体の作製方法によってその表面性状が異なるために
、媒体の表面性状にあった保護膜材料および作製方法を
選択することが必要である。潤滑性は磁気ヘッドと磁気
ディスク媒体との摩擦で生ずるトルクを小ざくし、磁気
ディスクの高速回転動作の安定性や信頼性を保つために
重要でおる。

従来この保護膜としては、厚み８００人程度の二酸化珪
素（Ｓ　ｉ　０２　）　ヤ７／Ｉ、ｔミｔ　（Ａｊ’　
２０３　）等の酸化物や、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）ない
しはカーボン膜等が用いられている。Ｓ　ｉ　０２やＡ
２２０３は通常シリコンやアルミニウムの有機金属化合
物を溶媒中に溶解したものをコーティング塗布し、乾燥
後熱処理する方法や、アルゴンと酸素等の混合ガス中で
スパッタリングするか、ないしは蒸着法で作られる。

カーボン膜は、特開昭５２−９０２８１＠公報等に記載
されているような炭素電極を用いた放電によって作られ
る炭素イオンビーム蒸着法、ないしは１９８０年発行の
ジャーナル・オブ・ノンクリスタリン・ソリッド誌（Ｊ
ｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｎｏｎ　Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ
Ｓｏｌｉｄｓ）　、第３５および３６巻、４３５頁に記
載されているような炭素の蒸発付着等の方法で作られて
いた。

磁気ディスク表面に炭素を主成分とする被膜を設けた例
としては、例えば特願昭５２−５８１４０号にみられる
ように、磁性記録媒体の無い部分に炭素を主成分とする
被膜を設けたり、磁気ヘッドとの衝突摩擦の生じやすい
領域に被膜を厚くし、記憶領域ではその被膜を薄く設け
た構成のものもある。

この時、被膜の厚みは５００〜１ｏｏｏ人を記憶領域に
、１ｏｏｏ〜１００００人を磁気ヘッドが停止する領域
に設けていた。

近年の高度に発達した情報処理技術は、ますます大容量
の情報記録技術を必要としており、これに伴って高密度
磁気記録媒体およびその表面保護膜技術は重要な位置を
占めている。特に保護膜技術は一層薄膜化し、１００Å
以下の厚みを有するものであることが要望されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の保護膜材料は、十分な硬度、
密着性、耐摩耗性、潤滑性を有しておらず、例えばビッ
カース硬度の値はＳｉＯ２保護膜で、２０００　Ｋｙ／
ｍｍ２　、フルミナで３０００　Ｋｇ／ｍｍ２であり、
また、スパッタ法によるカーボン膜おるいは窒化珪素で
３０００　Ｋｇ／ｍｍ２程度で密着性も良好とはいえな
かった。例えば磁気ヘッドを約１０９程度の荷重で膜表
面に押付け、摩擦による傷の発生を調べる試験方法では
、５００　Ｋｍ程度の走行距離以内で摩耗傷が発生して
しまうという問題がめった。

また、保護膜の厚みも５００人程度が最小厚みで、これ
以下の膜厚では、その硬度、耐摩耗性や耐腐食性は格段
に低下してしまう欠陥を持っていた。

このため、特願昭５２−５８１４０号にみられるような
特殊の構造とする必要が生じ、加工技術上製造コストが
高くなる問題点もあった。

本発明は以上述べたような従来の欠点を改善し、高硬度
で、特にＣｏ−４４ｉ−Ｐ系の磁気記録媒体上に付着せ
しめた時、耐摩耗性および基体との密着性に優れ、かつ
潤滑性も良好な表面保護膜を有する磁気ディスクを提供
することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、表面に保護膜が形成された磁気ディスクにお
いて、保護膜が、磁気ディスク基体上に形成された燐ド
ープしたシリコン被膜と、該シリコン被膜上に形成され
た水素、シリコンおよびフッ素を含有する硬質非晶質炭
素膜とからなることを特徴とする磁気ディスクである。

本発明における磁気ディスクは、その保護膜として、燐
（Ｐ）ドープしたシリコン被膜層と、水素、シリコンお
よびフッ素を含有する硬質非晶質炭素膜層の多層構造を
用いることによって、記録媒体との密着性に優れ、かつ
硬度が高く、耐摩耗性と、潤滑性に優れた保護膜が形成
されていることをその要旨とする。

本発明において、燐ドープシリコン被膜中の燐含有但は
、１００原子ｐｐｍ〜１原子％であることが好ましい。

この範囲外となると、基体との密着性が悪くなる場合が
ある。また、最適の耐摩耗性を有するためには、硬質非
晶質炭素膜中の水素、シリコンおよびフッ素の含有量は
、それぞれ１０〜３０原子％、１００原子ｐｐｍ　−０
，１原子％および５００〜１０００原子ｐｐｍであるこ
とが好ましい。なお、上記元素中、フッ素の含有量が上
記範囲外の場合には、摩擦係数が大きくなり、潤滑性も
悪くなりやすい。

第１図は本発明の基本的構成を示す磁気ディスクの平面
図（第１図（ａ））およびｘ−ｘ′線による縦断面図（
第１図（ｂ））である。同図に基づいて本発明を説明す
ると、磁気ディスク１１は、基板１２の表面に設けられ
た磁気媒体層１３上に、はぼ全面にわたって、リンドー
プ・シリコン被膜１４を設け、その上に更に水素、シリ
コンおよびフッ素を含有する硬質非晶質炭素膜１５を設
けたものである。

基板１２としては、有機フィルムや、アルミニウム等の
金属ないしは合金を用いることが可能であり、磁気記録
媒体層１３を保持できるものであれば特に材質は問題と
ならない。磁気記録媒体層１３の厚みは、通常１０ＩＪ
Ｉｎないしはそれ以下の厚みとし、記録された情報を保
持するために必要な厚みとされるものである。

リンドープ・シリコン被ｌｌ９１４と硬質非晶質炭素膜
１５を両者併せて保護膜と称する。保護膜の厚みは可能
な限り薄いことが望ましいことはいうまでもない。リン
ドープ・シリコン被膜１４を形成する方法は、均質な被
膜が形成される方法であれば特にその作製方法が制限さ
れるものではない。蒸着ヤスバッタおるいはシリコン化
合物、例えばシラン（Ｓ　ｉ　Ｈ４）の熱分解ないしは
プラズマ気相化学析出法等も使用できる。磁気記録媒体
層１３とシリコン被膜１４との密着性の良好な手法とし
ては、プラズマを用いる手法が好ましい。

硬質非晶質炭素膜１５は、例えば原料ガスとして水素で
希釈した炭化水素ガスを用い、シリコンおよびフッ素は
、シラン（ＳｉＨ４）、フッ化炭素（ＣＦ４）等の形で
ガス状に混合させた混合気体を用いた直流グロー放電プ
ラズマ気相合成法によって成膜することができる。硬質
非晶質炭素膜１５を直流グロー放電プラズマ気相合成法
によって成膜した場合は、均一性に優れ、かつ表面平坦
性の極めて良好な膜が形成できるので、この方法は特に
望ましいものである。

［作用］ 従来の炭素を主成分とする保護膜においては、特願昭５
２−５８１４０号に見られる如く、記録媒体に直接付着
させて用いているが、この方法では先に述べたように密
着性が悪く、また付着させた炭素膜の均一性も良好とは
言えなかった。この原因は、詳細については不明の点も
あるが、炭素膜と記録媒体間の結合力が関係していると
考えられ、二酸化珪素（ＳｉＯ２）やアルミナ（Ａｆｆ
ｉ　２０３　）等の膜をシリコン被膜の代わりに用いて
も同様の事態が発生し、密着性に問題がめる。

通常メタン等の炭化水素と水素の混合ガスを直流グロー
放電させることによって得られる膜は非晶質で、約２０
％以上の水素を含有している。水素は炭素原子のダング
リングボンドの部分に入り、炭素の結合を閉じることに
よって非晶質状態を安定化させている構造とされている
。

本発明者らは、このような非晶質膜の高硬度化と潤滑性
の良好な材料を得るために、種々の添加元素の添加効果
について、炭素原子のダングリングボンドの一部を水素
以外の金属元素または非金属元素で閉じることを意図し
て鋭意研究を進めた結果、特にＧｏ−Ｎ　ｒ　−ｐ系の
磁気記録媒体上で密着性の向上と高硬度化と潤滑性に効
果的で、かつ表面平坦性に優れた膜材料として、リンド
ープしたシリコン被膜上に、シリコンおよびフッ素を添
加した非晶質炭素膜を形成することで所望の性能をもつ
磁気ディスク保護膜が得られることを見出した。

このシリコンおよびフッ素原子の添加による密磁性や潤
滑性の向上と高硬度化のメカニズムについては、シリコ
ンあるいはフッ素原子と炭素との結合や基板媒体元素と
保護膜界面での化学結合が形成されることによっている
ものと考えられる。

即ち、ｃｏ−Ｎｉ−Ｐ系磁気記録媒体とリンドープ・シ
リコン被膜の界面、およびシリコン被膜と硬質非晶質炭
素膜との界面において何らかの化学結合力が働き、例え
ばシリコンカーバイトないしはその不定比化合物５ｉｘ
Ｃ等が生成し、薄膜の密着性をよくする働きを生じさせ
ているものと考えられる。実際、硬質非晶質炭素膜とシ
リコン層の界面に５ｉｘＣのようなシリコンと炭素との
合金層が形成されている場合に良好な結果が得られやす
かった。

また硬質非晶質炭素膜の成膜を直流グロー放電プラズマ
気相合成法によって行った場合には、主放電部分から離
れた位置でのプラズマを利用するため、基板付近の電界
強度が最適の値に制御でき、イオン衝撃等による基板の
損傷や付着した膜のエツチング等の問題がなく、磁気デ
ィスク保護膜としても実用可能な表面平坦性の極めて良
好な膜が生成でき、また均一性にも優れたものが得られ
る。

［実施例］ 次に本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。

本実施例の磁気ディスクの作製には、まずアルミニウム
合金基板上にＣｏ−Ｎ１−Ｐ系の磁性媒体を成膜した上
に、マグネトロンスパッタ法で約８０人のリンドープ・
シリコン被膜を形成した。

次に硬質非晶質炭素膜の合成には第２図に示すような直
流グロー放電プラズマ気相合成装置を用いた。

第２図において、真空反応槽２１内に設置した基板支持
台２２上に基板２５を設置し、直流電源２３によって、
基板支持台２２の側面に設置した電極２４との間に直流
電圧を印加できるようにする。真空反応槽２１内は排気
装置２６によって排気し、０．Ｉ　Ｔｏｒｒから５０　
Ｔｏｒｒ程度の真空度に保持する。原料ガスは、ボンベ
２８ａ〜２８ｄ内に充填したものをガス供給口２７を通
して、真空反応槽２１内に導入する。側面に設置した電
極２４には正、および基板支持台２２側は負の電位とな
るようにして上記圧力範囲にてグロー放電を発生させる
。最も強いグロー放電は側面電極２４に最も近い部分２
９で発生するが、上記のような配置とすることで基板上
に弱電界のプラズマガスを表面付近にほぼ均一な厚みに
作ることができる。

直流グロー放電は基体を設置していない側の電極を正極
として数百ボルトの電圧を印加した。放電電流密度は０
．１〜１　　ｍＡ／ｃｍ２とした。反応ガスはメタンを
用い、水素ガスによって１体積％〜５体積％になるよう
に流量で制御した。シリコンは水素で２体積％に希釈し
たシランガスを用いた。

フッ素は同じく水素ガスで１体積％に希釈したフッ化炭
素（ＣＦ４　）を用いた。圧力は０．１〜５０　Ｔｏｒ
ｒ、例えば１〜１０ＴＯｒｒの範囲とし、基体の温度は
ほぼ室温とし、約５分間反応させた。

混合ガスは、上記の基板上に直流グロー放電によって発
生した弱電界プラズマガス中で、励起分解やイオン化を
起し、直流電界中で加速を受けて基板表面に付着し、添
加元素を均一に含有した非晶質炭素状態の保護膜となる
。

この結果、得られた膜は厚み１００〜１ｏｏｏ八で、均
一な干渉色を呈しており、表面平坦性に優れた膜でおる
ことを示していた。膜が非晶質であることは、透過電子
顕微鏡で確認した。炭素、水素。

シリコン、リンおよびフッ素はイオンマイクロアナライ
ザー、ラザフオード後方散乱法、プロトンリコイル検出
法等によって含有量を評価した。

非晶質炭素膜中の水素の含有量が１０原子％から３０原
子％、シリコンが１００原子ｐｐｍ　−０，１原子％、
フッ素が５００〜１０００原子ｐｐｍの磁気ディスクに
ついて膜硬度を評価したところ、ビッカース硬度で８０
００〜１１０００Ｋｇ／ｌ１１ｍ２が得られた。

この値は従来の非晶質炭素膜の２〜３倍の値で、しかも
基体のＣｏ−Ｎ　ｉ−ｐ系の磁気記録媒体上での密着性
の高い膜であった。

本実施例で得られた磁気ディスクの耐摩耗性は以下に述
べる磁気ヘッドと磁気ディスクの接触摩擦試験法で評価
した。即ち、磁気ヘッドとしてアルミニウムと炭化チタ
ンからなる硬度Ｈｖ＝４０００に’ｊ／ｍ１ｙ２の焼結
体基板を加工して作製し、磁気ディスク表面の保護膜上
に荷重的６０ｇで押付け、次に磁気ディスクを磁気ヘッ
ドが浮上するまで高速回転させ、浮上後回転を停止し、
再びヘッドをディスク面に接触させることを繰返すいわ
ゆるコンタクトスダートストップ（Ｃ３５）試験法では
、１０万回後も摩耗痕跡が発生しなかった。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の磁気ディスクは極めて硬
度が高く、かつ耐摩耗性および記録媒体との密着性に優
れていると共に、潤滑性も良好な保護膜を有しており、
実用上極めて有益である。

また、硬質非晶質炭素膜中に含有させる金属元素または
非金属元素の種類および／または量によって基体との密
着性も制御できるので、各種の基体に対しても応用が可
能である等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の磁気ディスクを示したもので、第１図
（ａ）はその平面図、第１図（ｂ）は（ａ）におけるＸ
−Ｘ＝線による断面図、第２図は本発明の磁気ディスク
の作製に用いられる装置の一例の概略構成図でおる。 １１・・・磁気ディスク　　　１２．２５・・・基板１
３・・・磁気記録媒体層 １４・・・リンドープ・シリコン被膜 １５・・・硬質非晶質炭素膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面に保護膜が形成された磁気ディスクにおいて
   、保護膜が、磁気ディスク基体上に形成された燐ドープ
   したシリコン被膜と、該シリコン被膜上に形成された水
   素、シリコンおよびフツ素を含有する硬質非晶質炭素膜
   とからなることを特徴とする磁気ディスク。