JPH0413219A - 磁気特性に優れた磁気ディスク及びその製造法 - Google Patents

磁気特性に優れた磁気ディスク及びその製造法

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JPH0413219A
JPH0413219A JP11604690A JP11604690A JPH0413219A JP H0413219 A JPH0413219 A JP H0413219A JP 11604690 A JP11604690 A JP 11604690A JP 11604690 A JP11604690 A JP 11604690A JP H0413219 A JPH0413219 A JP H0413219A
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JP
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magnetic
disk
layer
film
magnetic disk
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JP11604690A
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English (en)
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Fuminori Higami
樋上 文範
Atsushi Kawamoto
淳 川本
Kenji Yamada
賢治 山田
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Nippon Steel Corp
Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Sumitomo Metal Industries Ltd
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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】 (技術分野) 本発明は、磁気特性に優れた磁気ディスク及びその製造
法に係り、特にハードディスクと称される磁気ディスク
の記録再生特性の改良に関するものである。
(背景技術) 近年、情報処理システムにおけるファイルメモリとして
広く用いられている磁気ディスクには、その大容量化の
ために、記録密度を向上せしめることが要請されている
。而して、磁気ディスク媒体の高記録密度化を図るには
、磁気ディスクと磁気ヘッドとの間の距離を小さくする
こと及び磁気ディスクの記録再生特性(SN比及び出力
)を大きくすることが必要となるのであるが、それら二
つの要求は全(相反する関係にあるのである。けだし、
磁気ディスクと磁気へ・ンドとの間の距離を小さくする
には、ディスク面の表面粗さを小さくすることが有効で
あるが、両者の吸着を回避すること及び磁気ディスクの
記録再生特性に影響する磁気異方性を高めるためには、
表面粗さを大きくすることが好ましいからである。
ところで、磁気ディスクの記録再生特性を良くするには
、媒体の保磁力を大きくすること、円周方向が磁化容易
軸となる媒体、即ち磁気異方性を有する媒体とすること
が必要である。そこで、従来では、媒体の保磁力を高め
るべく、金属磁性材料の成分と成膜法を制御することが
検討され、例えばCoCrTa系またはCoNiCr系
金属磁性材料を用いてバイアススパッタ成膜を行えば、
15000e以上となることが、電気通信学会研究会資
料:CPM88−92 (198B)p、23に明らか
にされている。
また、磁気ディスクに磁気異方性を付与するには、AI
!板等の非磁性体基板上に、略同心円状の微細な溝を設
けることが有効であり、そしてそのような同心円状の微
細な溝によって、■記録再生時のSN比が向上されるこ
と、■記録再生時に出力が増加せしめられること、等の
効果が奏され得ることが明らかにされ(米国磁気特性第
4735840号明細書、特開昭62−146434号
公報等参照)、更にこのような記録再生特性とは別に、
上記のような微細な溝を設けることによって、ハードデ
ィスクの磁気ヘッドとの摩擦に対する耐久性が向上せし
められ得ることが明らかにされ(特開昭61−2023
24号公報)、記録再生特性を良くする手段として知ら
れているのである。
特に、上記米国磁気特性では、結晶磁気異方性を得るた
めに、微細な溝の凹凸によってスパッタ粒子のシャドウ
効果を誘起して、その上に形成されるCr中間層を(1
10)面がディスク面と平行となるようにし、更にその
上、に形成される磁性膜の結晶配向を生じさせることに
より、角型比が改善されるとされているが、その場合、
表面あらさば、あらさ計測定値で50Å以上である必要
があり、それ以下では磁性膜のC軸の方位が一定でなく
、角型比が低下することが、明らかにされている。
なお、微細な溝を設けるための産業上利用できる装置と
しては、上記米国磁気特性にも示されているように、A
N板等の基板を回転させながら、研磨テープまたは遊離
砥粒を表面に押し付けることによって、微細な溝を再現
性よく形成するようにした装置があり、これによって、
例えば0.001〜0、2 p mの深さで、100〜
2000本/Inl11のピッチの微細な溝が形成され
ている。
しかしながら、目的とする磁気ディスクを製造するに際
して、上記のように、Al1板等の基板に単に同心円状
の微細な溝を設けるだけでは、大きな磁気異方性が得ら
れず、磁気異方性の大きさは1〜3 X 10−3er
g /ccと小さく、角型比の向上は大きく望めなかっ
たのである。また、溝の形状(深さ1幅)及び溝の密度
(半径方向単位長さ当りの溝の本数)については、前記
特開昭61−202324号公報に示されているが、そ
こに明らかにされた深さ: O,OO1〜0.2μm、
密度:400〜1600本/rtmの範囲においては、
磁性層を与える成膜媒体の記録再生特性はあまり変化せ
ず、従って同心円状の溝を設けるだけでは、設けないよ
りも記録再生特性に関して効果はあるものの、その効果
は限られていたのである。特に、保磁力が大きい場合、
具体的にはI 3000e以上の場合に、単に溝を設け
るだけでは、角型比が0.75〜0.88とあまり大き
くならず、不充分であり、それ故に更なる再生出力の向
上が望まれているのである。
このように、従来から提案されている手法は、磁性膜の
結晶磁気異方性を用いて角型比を向上せしめようとする
ものであったが、その目的を充分に達成するものではな
かったのである。
(解決課題) ここにおいて、本発明者らは、上述の事情に鑑み、同心
円状の溝を有する基板上に磁性膜を形成した場合に生じ
る磁気異方性の発現メカニズムについて詳細に検討した
結果、円周方向を磁化容易軸とする磁気異方性は、磁性
膜に生じる歪の異方性を利用して、逆磁歪効果によって
高められ得、これにより従来より大きな磁気異方性を得
ることが出来、角型比の更なる改善、更には記録再生特
性の改善が可能となる事実を見い出し、本発明を完成す
るに至ったのである。
従って、本発明の解決課題とするところは、磁気特性に
優れた磁気ディスク及びその製造法を提供することにあ
り、また媒体の記録再生特性のうち、再往出力電圧値、
SN比に優れた磁気記録媒体(磁気ディスク)を提供す
ることにあり、特に高密度記録用の高保磁カバードディ
スクにおける改善を図ることにある。
(解決手段) そして、本発明は、かかる課題解決のために、剛性のあ
るディスク状の非磁性基板上に、多結晶体金属薄膜から
なる磁性層が形成された磁気ディスクにおいて、該金属
薄膜の磁歪定数が−1,5×10−5以下であり、且つ
ディスクの半径方向の格子歪と円周方向の格子歪との差
が0.1〜0.7%であることを特徴とするものである
なお、このような磁気ディスクにおいては、磁性層は、
有利には、150〜1000人の厚さを有する、Crを
主成分とする中間層上に、形成されることとなる。
また、本発明は、かかる磁気ディスクを製造するために
、先ず、剛性のあるディスク状の非磁性基板に下地層と
してN1−Pメツキ層を形成した後、かかるN1−Pメ
ツキ層の表面を物理的に研磨して、ピッチが500Å程
度以下、深さが10〜50人程度の超微細な溝を円周方
向に設け、次いで、該N1−Pメツキ層上にCrを主成
分とする中間層を150〜1000人の厚さでスパッタ
成膜し、更にその後、該中間層上に、磁歪定数が1.5
X10−5以下の金属磁性材料をスパッタ成膜すること
により、ディスクの半径方向の格子歪と円周方向の格子
歪との差が0.1〜0.7%の磁性層を形成することか
らなる手法を、採用するものである。
(具体的構成・作用) 要するに、゛本発明は、磁性膜に生じる歪の異方性を利
用して、逆磁歪効果により磁気異方性を高めるものであ
って、次のような考え方に立脚するものである。
すなわち、先ず、逆磁歪効果による面内磁気異方性の大
きさ(Ku)は、次式にて表すことが出来る。
Ku□=3/2λE(Eθ−Cr) 但し、λ:磁歪定数 E:弾性率 862円周方向結晶格子歪 Cr:半径方向結晶格子歪 従って、逆磁歪効果により結晶磁気異方性を高めるには
、(a)λ〉0且つ(εθ−εr)〉0であり、λの大
きい磁性膜を用いて、且つ円周方向に大きな引張り歪を
付与する手法と、(b)λく0且つ(εθ−εr)〈0
であり、lλ1の大きい磁性膜を用いて円周方向に大き
な圧縮歪を付与する手法とが考えられるが、現在、媒体
として利用できる磁性膜の磁歪定数は負であるところか
ら、前記(a)の手法は実現が困難であり、そのため、
本発明では、上記(b)の手法を利用したのである。
そして、このような(b)の手法を実現するために、本
発明では、磁気ディスクの磁性層を与える多結晶体金属
薄膜の磁歪定数が−1,5X 10以下となるようにし
たのであり、これよりも磁歪定数が大きくなると、逆磁
歪効果が小さくなり、本発明の目的を充分に達成し得な
くなるのである。
なお、そのような多結晶体金属薄膜の磁歪定数は、磁性
金属材料により決まるものである。
このように、上記(b)の手法を実現するために、磁歪
定数が負で且つその絶対値(Iλ1)を増大させるには
、Co系磁性材料の場合、λく0であるが、Cr及びT
a、W、V等、Coに添加する元素によりIλ1が低下
するところから、通常、これらの添加元素は、磁壁移動
を抑えるためのピンニングサイトとして、保磁力の向上
、更には記録再生時のSN比の向上等を目的として、添
加されているが、この1λ1の低下を抑えるためには、
これらの添加量を減らして、その代わりにバイアススパ
ッタ法を用い、CO系磁性膜中の転位密度を増大せしめ
て、これをピンニングサイトとする保磁力の向上対策が
好適に採用されることとなる。
また、本発明にあっては、ディスクの半径方向の格子歪
(Cr)と円周方向の格子歪(εθ)との差が0.1〜
0.7%となるようにされるが、これは(εr−εθ)
〉0とすると共に、円周方向に大きな圧縮歪を付与しで
いるのである。なお、かかる(εr−εθ)の値が0.
1%よりも小さくなると逆磁歪効果が低くなり、また(
εr−εθ)の値が0.7%を越えるようになると、オ
ーバーライド特性が劣化する等の問題を惹起する。また
、(εr−εθ)〉0と為し、且つその値を増大させる
方策としては、例えばN1−Pメツキ層等の下地層を物
理的に研磨して、円周方向に超微細な溝を設けることが
ある。なお、ここで言う超微細な溝とは、従来から提案
されているような表面粗さ計で計測出来る溝ではなく、
走査型トンネル顕微鏡を用いて測定する表面の凹凸のこ
とを意味しているのである。要するに、従来からの凹凸
よりも遥かに小さな凹凸にて構成される溝を円周方向に
設けて、磁性膜に円周方向の圧縮歪を誘起させるのであ
る。そして、このような超微細な溝を設けた基板上にC
r膜等の中間金属層を成膜し、更にその上に、Co合金
系等の磁性膜を成膜することによって(εr−εθ)を
充分大きな値と為して、逆磁歪効果を効果的に発現せし
め得るのである。
ところで、かかる本発明に従う磁気ディスク、特にハー
ドディスクは、剛性のあるディスク状の非磁性基板上に
一般にN1−Pメツキ層等の下地層を有し、そしてこの
下地層の上に、CrまたはTiまたはそれらを主成分と
する合金からなる非磁性金属中間層を有し、更にこの上
に金属薄膜磁性層、更にはその上に保護膜や潤滑膜が設
けられているものであるが、そのような磁気ディスクの
製造に際して用いられる非磁性基板としては、Al若し
くはその合金、ガラス、セラミックス、エンジニアリン
グプラスチック等の公知のものの中から適宜に選択され
る。また、かかる基板の厚さは、一般に0.5 mm 
〜1.911n程度であり、ドーナツ型円板形状におい
て用いられるものである。なかでも、基板材質としては
、上記材質のうち/1合金が一般的であり、そのような
基板上に、所定の下地層、例えばN1−Pメツキ層が無
電解メツキ手法にて形成されることとなる。
そして、このような下地層を設けた基板には、従来と同
様に、適当な研磨操作が施され、磁気ヘッドの浮上量か
ら定められる磁気ディスクの表面粗さとされる。一般に
、ヘッド浮上時に基板上の突起と衝突しないようにする
には、表面粗さを低減することがを効であり、一方ヘッ
ドが基板と接触して生じる吸着を回避するには、表面粗
さを増大させる必要があるのであり、それ故表面粗さ:
Ra値は、ディスクドライブのモータ起動トルク値の大
きさ、またヘッド浮上量から適正となるように選定され
る。
次いで、この通常の研磨操作が施された基板の下地層上
には、その凹凸の上に、(εr−εθ)〉0と為し、且
つその値を増大させるべく、物理的な研磨によって円周
方向に超微細な溝が形成される。この超微細な溝は、前
述したように、従来の如き表面粗さ計で計測し得る溝(
凹凸)ではなく、それよりも遥かに小さなものであって
、それは、走査型トンネル顕微鏡を用いて測定して(例
えば、ナノスコープを用いて、横1.5X10’倍/縦
106倍)、通常言われている従来の如き溝のピッチ:
0.2μmより遥かに細かい、500Å程度以下のピッ
チを有し、また深さ(高さ)にあっても、10〜50人
程度の皮取あり、そのような超微細な溝が同心円状に存
在することによって、N1−Pメツキ層等の下地層表面
に引張歪を誘起させる作用を有するものである。
なお、このように、超微細な溝は、従来の溝とは識別さ
れ得るところから、表面粗さ計を用いて計測される従来
の溝が、円周方向に設けられていても、また円周方向で
なく半径方向に沿って設けられていても、或いは等方的
に設けられていても、その上に上記の如き微細な溝が円
周方向に設けられておれば、磁性膜に圧縮歪を誘起させ
る作用を充分に発揮させることが可能である。
また、かくの如き超微細な溝を設けた基板上には、一般
に、中間金属層として、Crを主成分とするCr系膜等
が成膜され、更にその上に、CO合金系等の磁性膜(磁
性層)が成膜される。なお、中間金属層としてのCr系
膜の結晶配向は、従来例においては(110)面がディ
スク面に平行であったのに対して、本発明においては(
100)面がディスク面に平行となるようにされる。そ
のためには、従来においてCr系膜や磁性膜のスパッタ
成膜時の加熱温度が150〜250°Cであるのに対し
、それを250〜300°Cに高め、またスパッタチャ
ンバの到達真空度が5 X 10−6Torrであった
のに対して、本発明では、I X 10−6T。
rr以下、好ましくは2 X 10−7Torr以下と
されるのである。また、スパッタ時のArガス圧力は、
Cr系膜及び磁性膜の何れの成膜に際しても、2〜10
 anTorrが好適に採用される。なお、スパッタ時
のArガス圧力(スパッタ雰囲気圧力)が20〜40 
mmTorrとなると、コバルト合金系等の磁性膜のC
軸はディスク面内にあるものの、その方向はランダムと
なる。
また、本発明においては、かかるスパッタ手法にて成膜
されるCr系膜等の中間金属層の膜厚が薄い方が(εr
−εθ)の値が大きくなり、従って角型比が良くなるこ
とが認められているが、かかる膜厚が薄くなり過ぎると
、保磁力が低下して好ましくないのである。本発明にお
いて、(εr−εθ)が充分太き(、逆磁歪効果を有利
に発現せしめるために、Cr系膜等の膜厚は、150人
〜1000人とされることとなる。
その後、かかる磁性膜(磁性層)がスパッタ成膜された
後においては、その上に、更に、カーボン保護膜や潤滑
膜が、従来と同様にして順次成膜され、以て目的とする
磁気ディスクとされるのである。
(実施例) 以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、本発明を更に
具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのよ
うな実施例の記載によって何等の制約をも受けるもので
ないことは、言うまでもないところである。
また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記
の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限り
において、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正
、改良等の加え得るものであることが、理解されるべき
である。
先ず、直径:130mm、厚さ:1.92閣のA1−M
g合金(JIS−A5024合金)基板を用い、この基
板上に、厚さ:18μmのN1−P下地層を公知の無電
解メツキ法にて形成した。その後、アルミナ遊離砥粒を
研磨材として、テキスチャ装置(米国: 5trass
bau社製)を用いてテキスチャ研磨を行ない、N1−
Pメツキ下地層の表面に凹凸を付けた。このテキスチャ
研磨した下地層表面は、2.5μm角の触針を用いた表
面粗さ計にて測定される半径方向の表面粗さ(Ra)に
おいて40人であり、また円周方向の表面粗さ(Ra)
では40人であった。
次いで、かかるテキスチャ研磨の施されたディスク基板
に対して、更に次のようにして超微細な凹凸を形成した
。即ち、市販のファイナルテープポリッシュマシン(米
国: Exclusive Design Compa
ny社製)を用い、基板を回転させながら研磨テープを
押し付け、基板表面に同心円状の超微細な凹凸を付けた
。なお、研磨テープとしては、ポリエステル系樹脂テー
プを用い、600回/分の回転数、コンタクト圧カニ2
kg/cm”で、1分間加工した。また、加工中は焼付
防止のため、冷却用潤滑油を付与した。
かくして得られたディスク基板において、その表面粗さ
は、上記超微細な凹凸加工が施されたにも拘わらず、そ
の加工工程前と変化なく、Raは半径方向及び円周方向
共に40人であった。しかしながら、この超微細な凹凸
加工工程を実施した場合(発明例1)とそのような工程
を省略した場合(比較例1)において、それぞれの基板
をスパッタ成膜した後の走査型トンネル顕微鏡を用いて
観察した結果を、第1図及び第2図に示すが、超微細な
凹凸加工の施された発明例1の場合にあっては、ピッチ
:80人で、高さ二30皮取度の凹凸が円周方向に生じ
ているのが認められる。
そして、かくして得られた超微細な凹凸加工の施された
ディスク基板に対して、金属中間層、磁性層及びカーボ
ン保護層を順次スパッタ成膜した。
即ち、それら金属中間層、磁性層及びカーボン保護膜は
、ディスク基板を真空チャンバに入れ、円形のターゲッ
トと基板が同軸にて静止、対向した状態において、到達
真空度がI X 10−7Torrとなるまで真空度を
上げた後、基板温度を290℃まで上昇せしめて、連続
してスパッタ成膜して形成した。なお、金属中間層はC
r膜とし、2その膜厚は300人であった。また、磁性
層は、Co:90原子%、Cr:8原子%、Ta:2原
子%なる組成のCo系合金を用い、500人の膜厚にお
いて設けた。更に、カーボン保護膜の膜厚は400人で
あった。また、成膜時のArガス圧力は何れも5 mm
Torr、 D C電力は何れも3KWであった。
かくして得られた磁気ディスクを発明例1とする一方、
前記超微細な凹凸加工が施されず、他は同様にして得ら
れた磁気ディスクを比較例1として、後の性能比較に用
いた。
また、金属中間層としてのCr膜の膜厚を800人とし
たものを発明例2とすると共に、スパッタ時の加熱温度
を295°Cとし、且つCr膜の膜厚を200人とした
磁気ディスクを発明例3とした。
一方、上記と同様な工程においてCr膜の膜厚が300
0人とされた磁気ディスクを比較例2とし、また真空チ
ャンバの到達真空度を1×10Torr、スパッタ時の
加熱温度を200°Cとして得られた磁気ディスクを比
較例3とした。更に、CO:82原子%、Cr:16原
子%、Ta:2原子%なる組成のCo系合金を用いて、
スパッタ成膜して得られる磁歪定数の絶対値が小さな磁
性層を有する磁気ディスクを比較例4とした。
また、前記N1−Pメツキ下地層が形成されたディスク
基板に対して、前記の如きテキスチャ装置を用いずに、
テープ研磨装置(米国: ExclusiveDesi
gn Company社製)を用いて、ポリッシングテ
ープ番手#4000、コンタクト圧カニ0.8kg/c
m2、オシレーションなし、ワーク回転数=140回/
分にてテープ研磨を実施し、かかるディスク基板に円周
方向の溝を形成した後、到達真空度: I X 10−
5Torr、加熱温度:200°Cにて、Cr膜(金属
中間層)、及びCo:90原子%、Cr:8原子%、T
a:2原子%なる組成のC。
系合金からなる磁性層を成膜せしめ、かかるCr膜厚が
3000人のものを比較例5.500人のものを比較例
6とした。
かくして得られた発明例1〜3の磁気ディスク及ヒ比較
例1〜6の磁気ディスクについて、半径方向と円周方向
との格子歪の差(εr−εθ)についてそれぞれ測定し
て、その結果を、それぞれの磁気ディスクの記録再生特
性や磁気特性と共に、下記第1表に示した。
なお、磁気ディスクの磁性膜(層)の格子歪は、シュル
ツ法によるX線回折を用い、Co (1011)の格子
面間隔を半径方向及び円周方向の二方向(α′=50°
、β−0°、90°)で測定して、次の関係式に従って
(εr−εθ)の値を求めた。
但し、dr:半径方向、α′=50°で測定した格子間
隔 dθ:円周方向、α′−50°で測定した格子間隔 下記第1表から明らかなように、発明例1〜3に係る磁
気ディスクは、記録再生特性(出力、分解能、SN比、
オーバーライド)及び磁気特性(角型比)の何れにおい
ても、比較例1〜6の磁気ディスクに比較して、優れて
いることが認められるのである。
(発明の効果) 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、磁気
特性、特に記録再生特性、そのうちでも、再生出力電圧
値やSN比に優れた磁気ディスクが提供され得、以て磁
気ディスクの高密度記録の実現に大きく寄与し得ること
となったのである。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は、それぞれ、実施例において得られ
た発明例1及び比較例1の磁気ディスクの表面の走査型
トンネル顕微鏡像を示すグラフである。 出願人  住友軽金属工業株式会社 同   住友金属鉱山株式会社 同   住友金属工業株式会社

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)剛性のあるディスク状の非磁性基板上に、多結晶
    体金属薄膜からなる磁性層が形成された磁気ディスクに
    して、かかる金属薄膜の磁歪定数が−1.5×10^−
    ^5以下であり、且つディスクの半径方向の格子歪と円
    周方向の格子歪との差が0.1〜0.7%であることを
    特徴とする磁気特性に優れた磁気ディスク。
  2. (2)前記磁性層が、150〜1000Åの厚さを有す
    る、Crを主成分とする中間層上に、形成されているこ
    とを特徴とする請求項(1)記載の磁気ディスク。
  3. (3)剛性のあるディスク状の非磁性基板に下地層とし
    てNi−Pメッキ層を形成した後、かかるNi−Pメッ
    キ層の表面を物理的に研磨して、ピッチが500Å程度
    以下、深さが10〜50Å程度の超微細な溝を円周方向
    に設け、次いで該Ni−Pメッキ層上にCrを主成分と
    する中間層を150〜1000Åの厚さでスパッタ成膜
    し、更にその後、該中間層上に、磁歪定数が−1.5×
    10^−^5以下の金属磁性材料をスパッタ成膜するこ
    とにより、ディスクの半径方向の格子歪と円周方向の格
    子歪との差が0.1〜0.7%の磁性層を形成すること
    を特徴とする磁気特性に優れた磁気ディスクの製造法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6849164B2 (en) 2001-05-11 2005-02-01 Fuji Electric Co., Ltd. Magnetic recording medium and method of manufacturing the same

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