JPH031509A - 磁性膜 - 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〕 本発明は磁性膜に関し、詳しくは、光磁気記録媒体とし
て特に有用であり、更には、レーザー光を利用しないで
記録・再生を行なう磁気記録媒体や、その他、書換え可
能なホログラフィ−用メモリ材料としても適用可能な磁
性膜に関する。

〔従来の技術〕

磁性膜（磁性体薄膜）を適当な基板（非磁性支持体）上
に形成したものは記録媒体（磁気記録媒体、光磁気記録
媒体）として利用されるでいる。殊に、光磁気記録方式
に採用される記録媒体（光磁気記録媒体）には、記録感
度が高いこと、磁気光学効果（ファラデー効果、カー効
果）が大きいこと、大面積のものが均質かつ安価に製作
できること、安定性にすぐれていること等が要求される
。これに加えて、磁気光学効果の大きさは磁化の向きと
光の進行方向とが平行なとき最も大きくなり、また、面
に垂直な磁化という条件は垂直磁気記録の要件も満たし
ているため高密度記録にも適する。従って、媒体の面に
垂直に磁化をもつ材料が選択されねばならない。

こうした要請から、光磁気記録媒体における磁性膜の材
料として（１）垂直磁気記録媒体で採用されている磁性
材料（代表的な六方晶最密充填（ｈｃｐ）構造のマグネ
トプラムバイト型Ｂａフェライト）を使用したり、（２
）ＭｎＢｉ、　ＭｎＣｕＢ１．　ＭｎＧａＧｅ、　Ｍｎ
ＡＱＧｅ、ＰｔＣｏ　（以上多結晶）；（ＹＢｉ）ｉ　
（ＦｅＧａ）ｓｏｘｚ　（単結晶）　；ＧｄＣ０１Ｇｄ
Ｆｅ、　ＴｂＦｅ、　ＧｄＴｂＦｅ、　ＴｂＤｙＦｅ（
以上アモルファス）などが使用されたりしている。

だが、前記（１）（２）の磁性膜は、その材料によって
は、製膜が低基板温度で行ないにくかったり、半導体レ
ーザーの波長域（例えば７８０ｎｍ、８３０１など）で
は大きな磁気光学効果を得ることができなかったり、高
いＳ／Ｎ比が得られなかったり、或いは、安定性に不安
があったりする、等のいずれかの欠点を有している。

〔発明が解決しようとする課題〕

かかる不都合な現象のない磁性材料の開発が進められて
きた結果、近時は、窒化鉄が注目されている。この窒化
鉄は錆びることなく、強磁性体であり、しかも基板に対
して垂直方向に磁気異方性を有するため録音テープ、ビ
デオテープ、コンピュータ用の大容量記憶装置などの高
密度磁気記録媒体に応用することが提案されている（特
開昭５５−３３０９３号、同５９−２２８７０５号、同
６０−７６０２１号、同６１−１１０３２８号、同６２
−１０３８２１号などの公報）。

しかし、これまで提案されてきた窒化物磁性材料は、主
として、その垂直磁気異方性に注目した垂直磁気記録媒
体に対してであって、光磁気記録媒体への応用は大方見
送られているのが実情である。

本発明の目的は、膜構造を制御することによって光磁気
記録媒体としての特性を向上させ、更に。

容易には熱分解が起らない磁性膜を提供するものである
。本発明の他の目的は、特にファラデー効果による再生
効率が高められた磁性膜を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は非磁性支持体上に形成されるＦｅ−Ｃｏ及びＮ
ｉから選ばれる金属（Ｍ）の少なくとも１種の窒化物Ｃ
ＭＩＮ（２＜Ｘ≦３）〕を主成分とした磁性膜において
。

該磁性膜は柱状構造を呈しており、かつ、その柱状構造
内にはアモルファス状非磁性体に包囲されたＣ軸配向の
該金属窒化物を有していることを特徴としている。

ちなみに、本発明者は前記金属窒化物［ＭｘＮ（２（Ｘ
≦３）］膜中に炭素、酸素、弗素等を適当量含有させる
ことによって透光性が向上できることを見出し、これに
ついては先に提案したが、比の度、本発明者は、これら
元素の含有とは無関係に又はこれら元素の含有と併せて
、膜構造（前記［ＭＸＮ（２＜Ｘ≦３）〕を主成分とし
た磁性膜の構造）を限定することにより、より良好な磁
性膜が得られることを確めた。本発明はこれに基づいて
なされたものであ机 以下に、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の磁
性膜（磁性体薄膜）は、一般には直接又は反射層を介し
て非磁性支持体上に形成されて、主として光磁気記録媒
体に供されるが、前記磁性体薄膜と前記非磁性支持体と
の間に、前記反射層に代えて、アモルファス希土類・遷
移元素合金薄膜を形成することもできる。

ところで、先に従来技術のところで触れた特開昭５９−
２２８７０５号公報には、垂直磁気異方性を有する六方
晶系窒化鉄を主体とする磁気記録媒体が記載されている
が、そこにはＮｉ、　Ｃｏ等を１０ａｔｏｍｉｃ％以下
の範囲で含有させること、磁性膜中の窒素含有率は２０
〜３２ａｔｏｍｉｅ％が好ましいこと、等が明らかにさ
れている。そして、後者の磁性膜中の窒素含有量が２０
〜３２ａｔｏｍｉｃ％と制限しているのは、膜全体が窒
化鉄（Ｆｅ、　Ｎ及び／又はＦｅ２Ｎ）としているから
に他ならない。また、この文献には熱に対する特性やキ
ュリー温度（磁化が消失する温度）についても明記され
ておらず、ただ、膜構造はＧｏ−Ｃｒ膜のように膜面に
垂直に結晶粒子が成長した柱状構造が望ましいことの旨
は記述されている。

六方晶系窒化鉄（六方晶系窒化コバルト、六方晶系窒化
ニッケルについても同じ）はその膜が加熱されていくと
２００〜３００℃にキュリー温度をもつが、キュリー温
度以上に加熱すると膜中がら窒素が抜は出してα−Ｆｅ
となり垂直磁化膜から水平磁化膜へと移行してゆき、飽
和磁化も２〜３倍と大きくなっていく０例えば、窒化鉄
は約２９５℃にキュリー温度（Ｔｃ）を示すが、この窒
化鉄がキュリー温度（Ｔｃ）以上に加熱されると、第２
図にみられるように、飽和磁化は著しく増大する。この
飽和磁化の増大した窒化鉄膜のＸ線回折を行なうと、Ｍ
ｘＮの６面である（００２）の回折ピークがなくなり、
α−Ｆｅの回折ピークが現われてくる。この状態にある
窒化鉄膜は、磁気ヘッドを用いて加熱によらない記録・
再生・消去のための垂直磁気記録媒体には利用可能であ
っても、レーザー光で加熱し記録する光磁気記録媒体と
しては有用であるとはいえない。

それにも拘らず、本発明磁性膜にそうした不都合がみら
れないのは、特定な膜構造が採用されたため、加熱によ
って膜中から窒素が抜けないか又は抜けにくいことを示
唆している。

かかる現象は強磁性金属（Ｆｅ、　Ｃｏ、　Ｎｉ）の六
方晶系窒化物に各種の元素を加えて飽和磁化を減少させ
、より垂直磁気異方性磁界（Ｈｋ）を高めることの検討
の上に見出されたものであり、第３図にモデル化して示
したように、膜構造が非磁性支持体３の表面の直上から
形成された柱状構造（非磁性支持体３から垂直に上方に
延びた縦線はそれら線と線とで挾まれたところが柱状構
造を呈していることを意味している）を有し、窒化物［
：ＭｘＮ　（２＜ｘ≦３）〕はＣ軸配向し、更に、前記
元素に代えてアモルファス状非磁性体が採用されること
によって、本発明目的の達成されることが明らかとなっ
た。

第３図において、個々のまちまちの形の粒子１ａはいず
れも前記式（Ｍｘ（２＜ｘ≦３）〕で表わした窒化物を
示している。結晶子（Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｔｅ：単結晶
の粒子）の大きさは約５０人であり、柱状構造の柱の径
は約１５０〜３００人くらいである。基板１とは反対側
の頂部は″膜表面″である。そして、個々の窒化物粒子
１ａの間の空隙にはアモルファス状非磁性元素１ｂが充
填されたかたちが採られている。

ここにおいて、個々の窒化物粒子１ａはＥ相定化物の結
晶であり、Ｃ軸配向している。柱状構造内部では、窒化
物の配向結晶は磁気的には密につながっている。なお、
面間隙は、窒化鉄２．１９人、窒化コバルト２．１７人
、窒化ニッケル２．１４人である６実際に、膜断面を数
百万倍の倍率でＴＥＭ　（透過型電子顕微鏡）で見ると
柱状形状は明確に認められるが、粒子１ａの境界（粒界
）は図面（第３図）に示したほどには明確とはなってい
ない。この理由はＥ和室化物中にも非磁性元素が多少入
りこむ為、結晶粒界では必ずしも十分良好ではないから
と思ゎれる。この非磁性元素は例えばＣ，Ｏ，Ｂ、Ｆ、
Ｈ，Ｓｉ、Ｓ、Ｐ等特に制限されない。また、Ｆｅ、　
Ｇｏ、　Ｎｉ等強磁性金属元素が、Ｆｅ−０等非磁性の
結合を有して含まれていてもかまわない。

この第３図（断面モデル図）にみられるような構造が採
用されることによって、反磁界がキャンセルされやすく
なり、レーザー光の透過性が向上し、成長した個々の柱
の間の界面のために熱は横方向より縦方向に広がりやす
くなって記録領域の面方向への広がりが少なくなり、さ
らに高密度な記録が行なえるようになる。

また、本発明に係る磁性膜によれば、前記ＭｘＮ（２〈
ｘ≦３）で表わされる窒化物１ａはその周囲がアモルフ
ァス状非磁性体１ｂで覆われた形態を呈しているので、
加熱によって膜中から窒素が抜けることがないか又は殆
んどなく、従って、第４図に示されたごとき飽和磁化に
大きな変化をもたらすようなキュリー温度を示さないが
、加熱によって抗磁力は低下するので、これら現象を利
用してレーザー光で加熱し、磁界を印加して書込むこと
ができる光磁気記録材料となる。

第５図は窒化鉄の例であり、結晶部分の配向性がより向
上することにより垂直磁気異方性磁界（Ｈｋ）がより大
きくなっていることを意味している。

本発明の磁性膜におけるアモルファス部１ｂは、本発明
磁性膜が光磁気記録媒体として用いられるときは透光性
が必要であるので、金属より非金属元素が好ましい。ま
た、第５図に表わされた磁性膜のようにＣ軸配向性が向
上すると光は膜面に対し垂直に透過しやすくなる。

垂直磁気異方性磁界（Ｉ（ｋ）は、これまでは例えば４
ＫＯｅ程度が最大値といわれていたが、第３図及び第５
図に示したような膜構造が採用された本発明磁性膜によ
ればその飽和磁化は大幅に減少し、従って、垂直磁気異
方性磁界（Ｈｋ）は４ＫＯｅ以上となり、特にＭｘＮ（
２＜ｘ≦３）のうちの強磁性金属Ｍ（Ｆｅ、　Ｃｏ、　
Ｎｉ）成分の割合を多くしていけば５ＫＯｅ以上の値を
容易に得ることができる。磁性層の膜厚はｓｏｏ八〜へ
μｍが適当であり、好ましくは１ｏｏｏλ〜３０００人
が好ましい。製膜には各種ＰＶＤ、　ＣＶＤ法が用いら
れるが、特にイオンビームスパッタ法が好ましい。

本発明磁性膜は、上記のような構成が採用されたことに
より、熱的安定性が更に向上しているのが認められる。

その理由は、必ずしも明らかでないが、 （ｉ）アモルファス状非磁性体の存在の為に結晶成長が
抑えられること、 （？Ｌ）高配向性をとった結晶部分は磁歪が小さくなる
こと、 （ｉｉｉ）結晶部に入り込んだアモルファス部構成元素
の存在によること などが考えられる。

実際に本発明に係る磁性膜を製膜するには、非磁性支持
体上に直接又は反射層を介して形成せしめればよい。こ
うした磁性膜の製膜法は前記のとおりであるが、その際
、ＣＯ□ガスを用いＮ２、Ａｒのイオン化ガスの総ガス
圧力を最適化することによって、所望の膜構造を得るこ
とができる。

かくして製膜されたアモルファス性非磁性成分を含有し
たｉ　８　Ｍ　ｘ　Ｎ　（２＜　ｘ≦３、Ｍ：Ｆｅ、　
Ｃｏ又はＮｉ）の柱状磁性膜は、耐熱性が大幅に向上し
ており、膜は緻密で耐摩擦特性、耐蝕性が良好で１機械
的にも化学的にも安定なものとなっている。

非磁性体支持体３にはプラスチックフィルム（ポリイミ
ド、ポリアミド、ポリエーテルサルホン等の耐熱性プラ
スチックフィルムやポリエチレンテレフタレート、ポリ
塩化ビニル、三酢酸セルロース、ポリカーボネート、ポ
リメチルメタクリレートなど）、セラミック、金属、ガ
ラスなどが用いられ、その形態としては例えばフィルム
状、テープ状、シート状、ディスク状、カード状、ドラ
ム状などである。

反射層２はＡｕ、　ＡＱ、　Ａｇ、　Ｐｔ、　Ｃｒ、　
Ｎｄ、　Ｇｅ、　Ｒｈ、　Ｃｕ、　ＴｉＮなどの材料を
用い、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法等の各種蒸着法やイオ
ンブーティング、スパッタリング、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法
などの薄膜形成法により製膜される。反射層２の厚さは
１声以下好ましくは０．０５〜０．５ｍ＜らいが適当で
ある。

なお、図示されていないが、磁性膜１の上面又は下面に
誘電体層（Ｓｉｎ２、Ｔｉｅ、、窒化シリコン、窒化ア
ルミニウム、アモルファスＳＬなどの薄膜）を設けてエ
ンハンス効果を出すようにしてもよい。

また、表面層（■第１図の例では磁性膜であり、■図面
されていないが、層構成が透明非磁性支持体上に磁性膜
、反射層を順次形成されたものでは反射層であり、■こ
れら■■の上面に誘電体層が設けられたものではその誘
電体層である）上には、必要に応じて、保護層が設けら
れていてもよい。

保護層の材料は一部が前記誘電体層のものと重複するが
、ＳｉＮ、　ＹｘＯｓ　、　ＡＱｘＯｓ、ＺｎＳ、　Ｓ
ｉｎ、　Ｓｉｎ、、　ＡＱＮ、　ＡＱなどがあげられる
。これら誘電体層及び保護層の厚さは１牌以下好ましく
は０．０３〜０．５声くらいが適当である。

〔実施例〕

次に実施例及び比較例を示すが、本発明磁性膜はこの実
施例に限られるものではない。

実施例１ イオンビームスパッタ装置を用い下記の条件でガラＸ　
（＃７０５９）　ニ厚さ約２０００人の磁性膜（Ｆｅ　
、！：、　Ｎｉ　トの窒化物膜）を製膜した。

ターゲット材料　　ＦｅＮｉ合金（Ｆｅ含有量７５原子
％）ターゲットと基板との距離１５ｍｍ 真空槽の背圧　　Ｉ　Ｘ　１０−”　Ｔｏｒｒイオン銃
電圧　　９ＫＶ イオン銃電流　　２ｍＡ イオン化ガス　　Ｎ２　（２５％）＋Ａｒ（７５％）導
入ガス　　　　ＣＯ。

製膜時全ガス圧方　　１．５ＸｌＯ−’Ｔｏｒｒターゲ
ットへのイオン入射角　　３０度この磁性膜をＸ線回折
法で調べたところ、２θ＝４２．２ｄｅｇ付近に強い回
折ピークがｗｔ察された。ピーク分離により窒化鉄と窒
化ニッケルの（００２）の回折ピークであり、それぞれ
ｄ＝２．１９、ｄ＝２．１４であることがわかった。（
００２）のロッキング曲線から求められたΔθ５゜は０
．７８ｄｅｇで高配向膜であった。

ＴＥＮ像も調べたところ、柱状組織の径は約２００人で
あり、柱状組織内部には５０〜１００人の粒径のＣ軸配
向したε相窒化物が１１９され、その回りはアモルファ
ス状の物質が存在していた。

ｘｐｓで用いて求めた組成はＦｅ　２７．６ｆｉ子で、
Ｎ８．３原子％、Ｎｉ　２５．３原子％、０２７．２原
子％、Ｃ１１，６原子％であった・ ＶＳＭで調べた磁気特性は抗磁力（Ｈｅ上）＝９０００
ｅ、抗磁力（Ｈｅ／　）＝１５００ｓ、角型化（Ｓｑ上
）”０．１７、角型比（Ｓｑ、、）＝０．０６．垂直磁
気異方性磁界（Ｈｋ）＝４．９ＫＯｅで正しく垂直磁化
膜であり、波長７８０ｎｍのレーザー光で測定したファ
ラデー回転角（ＯＦ）は３．６ｄｅｇ／声であった（１
２ＫＯｅ印加）。５００℃まで上記膜を加熱して飽和磁
化の変化を調べたところ、常温で７４ｅｍｕ／ｇであり
、加熱と共に少しづつ低下したが、５００℃でも６１ｅ
ｍｕ／ｇであった。なお、８００ｎｍの光の透過率は３
８％であった。

比較例 製膜時の全ガス圧力を０．８　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ及
び２．２×１０−’　Ｔｏｒｒとした以外は実施例１と
まったく同様にして磁性膜を作製した０作製した膜には
窒化鉄や窒化ニッケルの（００２）の回折ピーク以外に
微小な回折ピーク、例えばＦｅｘＮ　（ｘ＝２−３）の
（１０１）等が見られ、膜の透明性は劣り、８００ｎｍ
の光の透過率は２３％と２８％であった。ＴＥＮ像を調
べたところ、柱状組織は両試料にも見られたが、ε相窒
化物の結晶相が明確には見出されなく、従って、非磁性
アモルファス相との境界は全く不明であった。（００２
）面のΔθ５ｏは１．９ｄｅｇと２　、５ｄｅｇと大き
かった。

組成はいずれもほぼ同様であったが、全ガス圧力が大き
い程わずかにＯ（酸素）の量が多くなる傾向であった。

ＶＳＭで測定した垂直磁気異方性磁界（Ｈｋ）は３．６
　ＫＯｅと３．８ＫＯｅとであり、垂直磁化膜ではある
が垂直磁気異方性は低下していた。θ１は３　、　Ｏｄ
ｅｇ／−と２，９ｄｅｇ／４とであった。

また、前記実施例との明瞭な違いは、いずれの膜も３０
０〜３５０℃の加熱中に窒素が分解してα−ＦａｌｌＩ
Ｘとなり、水平磁化膜となってしまったことである。

常温での飽和磁化は８２ｅｍｕ／ｇであり、５００℃加
熱後の飽和磁化は１８０ｅｍｕ／ｇであった・〔発明の
効果〕 本発明の鉄族窒化物磁性膜は垂直磁気異方性磁界（Ｈｋ
）が大きく、しかも、加熱によって窒素の分解・逸散も
なく、光磁気記録媒体への応用にはすこぶる有利である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は光磁気記録媒体の代表的な一例の断面図である
。第２図及び及び第４図はともに飽和磁化と加熱温度と
の関連を表わしたグラフである。第３図及び第５図は基
板（非磁性支持体）上に本発明に係る柱状構造の磁性膜
が形成されていることを説明するための図である。 １・・・磁性層（窒化物層）　　２・・・反射膜３・・
・非磁性支持体 特許出願人　株式会社　リ　　コ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）非磁性支持体上に形成されるＦｅ、Ｃｏ及びＮｉ
   から選ばれる金属（Ｍ）の少なくとも１種の窒化物〔Ｍ
   ＿ｘＮ（２＜ｘ≦３）〕を主成分とした膜であって、柱
   状構造を呈しており、かつ、その柱状構造内にはアモル
   ファス状非磁性体に包囲されたＣ軸配向の該金属窒化物
   を有していることを特徴とする磁性膜。