JPH056532A

JPH056532A - 磁気デイスク

Info

Publication number: JPH056532A
Application number: JP18419291A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Shohata; 伸明正畑; Kazuhiro Baba; 和宏馬場; Takeshi Obata; 毅小畑
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1993-01-14

Abstract

(57)【要約】【目的】硬度が高く、密着性に優れ、耐摩耗性と潤滑
性とを兼ね備えた表面保護層を備えた磁気ディスクを提
供する。【構成】磁気ディスク基体上にタングステンカ―バイ
ド（Ｗ_xＣ）皮膜を設け、次に水素、シリコンおよびフ
ッ素を含有する硬質非晶質炭素膜を設ける。硬質非晶質
炭素膜の水素含有量は１０原子％〜３０原子％、シリコ
ン含有量は１００原子ｐｐｍ〜０．１原子％、フッ素含
有量は５００原子ｐｐｍ〜１０００原子ｐｐｍがよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、硬度が高く、密着性に
優れ、耐摩耗性と潤滑性とを兼ね備えた表面保護層を有
する磁気ディスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスクや磁気ヘッドは、磁気ディ
スク装置に組み込まれ、コンピュ―タ―端末の情報記憶
装置として広く用いられている。磁気ディスクはアルミ
ニウム金属基板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、それらからなる種々の磁性体を磁気
記録媒体として、塗布法やスパッタ法等により薄い膜状
に付着させて用いられる。磁気ヘッドは種々の方式があ
るが、例えばアルミニウム粉末と炭化チタンとの混合粉
末を板状に成型焼結した焼結基板上に、薄膜状にコイル
やヨ―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ある。この磁気ヘッドは、記録
媒体に書き込まれた磁化の向きに応じた磁束の変化を信
号として取り出すもので、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り返すが、このため磁気ヘッド
と磁気ディスク面は互いに接触、摩擦を繰り返し、磁気
ディスクの記録媒体上に発生する傷等から記録媒体を保
護するための保護膜を必要とする。

【０００３】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さく
し、磁気ディスクの高速回転動作の安定性や信頼性を保
つために重要である。従来この保護膜としては、厚み８
００オングストロ―ム程度の二酸化硅素（ＳｉＯ₂）や
アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の酸化物や、窒化硅素（Ｓｉ₃
Ｎ₄）ないしはスパッタ―カ―ボン膜が用いられてい
る。ＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃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―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。

【０００４】カ―ボン膜は、炭素電極を用いた放電によ
って作られる炭素イオンビ―ム蒸着法（特開昭５２−９
０２８１号公報）ないしは１９８０年発行のジャ―ナル
・オブ・ノンクリスタリン・ソリッド誌（Journal of N
on Crystalline Solids）第３５および３６巻、第４３
５ペ―ジに記載されているような炭素の蒸発付着ないし
はカ―ボンをタ―ゲットとした高周波スパッタ法等の方
法で作られていた。磁気ディスク表面に炭素を主成分と
する皮膜を設けた例としては、例えば特願昭５２−５８
１４０号にみられるように、磁性記録媒体のない部分に
炭素を主成分とする皮膜を設けたり、磁気ヘッドとの衝
突摩擦の生じ易い領域に皮膜を厚くし、記憶領域ではそ
の皮膜を薄く設けた構成のものもある。この時、皮膜の
厚みは５００〜１０００オングストロ―ムを記憶領域
に、１０００〜１００００オングストロ―ムを磁気ヘッ
ドが停止する領域に設けるものであった。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、１００オングストロ―ム以下
の厚みも要望されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、先に述
べたような種々の保護膜材料は、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―ス硬
度の値は、ＳｉＯ₂保護膜で２０００ｋｇ／ｍｍ²、アル
ミナで３０００ｋｇ／ｍｍ²、またスパッタ法によるカ
―ボン膜あるいは窒化硅素で３０００ｋｇ／ｍｍ²程度
で、密着性も良好とはいえなかった。耐摩耗性について
も、例えば磁気ヘッドを約１０ｇ程度の荷重で膜表面に
押し付け、摩擦による傷の発生を調べる試験方法では、
５００ｋｍ程度の走行距離以内で摩耗傷が発生してしま
うという問題があった。また、保護膜の厚みも５００オ
ングストロ―ム程度が最小厚みで、これ以下の膜厚で
は、その硬度、耐摩耗性や耐腐蝕性は格段に低下してし
まう欠陥を持っていた。このような特性の保護膜である
ために、特願昭５２−５８１４０号にみられるような特
殊な構造とする必要が生じ、加工技術上製造コストが高
くなる問題点もあり、５００オングストロ―ム以下でも
良好な性能の保護膜は実現されていなかった。本発明は
以上の欠点を改善し、高硬度で、特にＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ
系の磁気記録媒体上に付着せしめ、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にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、磁気ディスク
基体上に、タングステンカ―バイド（Ｗ_xＣ）皮膜と、
水素、シリコンおよびフッ素を含有する硬質非晶質炭素
膜とを順次形成したことを特徴とする磁気ディスクであ
る。また、硬質非晶質炭素膜中に含有する水素の量が１
０原子％〜３０原子％、シリコンが１００原子ｐｐｍ〜
０．１原子％、フッ素が５００原子ｐｐｍ〜１０００原
子ｐｐｍであることを好適とする。

【０００７】以下、図面に基づいて本発明を説明する。
図１は本発明による磁気ディスクの構造を示す図であ
る。図１（ａ）は磁気ディスクの平面図を示し、図１
（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ´線での断面を示す図であ
る。図１（ｂ）で、基板１の表面に中間緩衝層２を介し
て設けられた磁気記録媒体層３上に、ほぼ全面にわたっ
てタングステンカ―バイト（Ｗ_xＣ）皮膜４を設け、そ
の上にさらに水素、シリコン及びフッ素を含有する硬質
非晶質炭素膜５を設けたものである。基板１としては、
有機フィルムやアルミニウムなど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３を保持する
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３の厚みは通常１０μｍ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。タングステンカ―バイト（Ｗ_xＣ）皮膜
４と硬質非晶質炭素膜５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。タングステンカ―バイト（Ｗ_xＣ）皮膜
４を形成する方法は、均質な皮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
やスパッタ、あるいはタングステン化合物、例えばフッ
化タングステン（ＷＦ₆）とメタンガスの熱分解ないし
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３とタングステンカ―バイト（Ｗ_xＣ）皮膜４との
密着性の良好な手法としては、プラズマを用いるタング
ステンカ―バイトタ―ゲットのスパッタ等の手法が好結
果を与えた。

【０００８】硬質非晶質炭素膜５は水素（Ｈ₂）中にメ
タン（ＣＨ₄）ガスを０．１体積％から５体積％の範囲
で混合した気体を直流グロ―放電プラズマ気相合成装置
内に導入することで該基体上に合成する方法が使用でき
る。原料ガスは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、例えばシラン（ＳｉＨ₄）およ
びフッ化炭素（ＣＦ₄）の形でガス状で混合すればよ
い。これらの混合ガスは、上記の基板上に直流グロ―放
電によって発生したプラズマガス中で、励起分解やイオ
ン化を起こし、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。タングステンカ―バイト（Ｗ_xＣ）皮膜層は
上記非晶質炭素膜を形成する前にタングステンカ―バイ
ト（Ｗ_xＣ）タ―ゲットを用いてスパッタ法によって形
成しておけばよい。

【０００９】

【作用】従来の炭素を主成分とする保護膜においては、
記録媒体に直接付着させて用いているが（特願昭５２−
５８１４０号）、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。通
常、メタン等の炭化水素と水素の混合ガスを直流グロ―
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しる。水素は炭素原子のタング
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。

【００１０】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で閉じることを意図して鋭
意研究を進め、特にＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ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、タングステンカ―バ
イト（Ｗ_xＣ）皮膜上に、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い出すに至った。
第二、第三金属元素の添加による密着性や潤滑性の向上
と高硬度化のメカニズムについては不明の点もあるが、
金属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−Ｃｒ−Ｔａ系磁気記録媒体とタングス
テンカ―バイト（Ｗ_xＣ）皮膜の界面、およびＷ_xＣ皮膜
と硬質非晶質炭素膜との界面において何等かの化学結合
力が働き、例えばシリコンカ―バイトないしはその不定
比化合物（Ｓｉ_xＣ）やタングステン・カ―バイト（Ｗ_x
Ｃ）等の混合層が生成し、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
炭素膜とタングステン層の界面にＷ_xＣやＷ−Ｓｉ−Ｃ
のようなタングステンと炭素およびＳｉとの合金層の形
成されている場合に良好な結果が得られた。

【００１１】

【実施例】次に本発明の実施例について説明する。本発
明の多層膜の作製には、まず表面に中間緩衝層が形成さ
れたアルミニウム合金基板上にＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ系の磁
性媒体を直流スパッタ法で成膜した上に、マグネトロン
スパッタ法で約８０オングストロ―ムのタングステンカ
―バイト（Ｗ_xＣ）皮膜を形成した。次に硬質非晶質炭
素膜の合成には図２に示すような装置を用いた。図２に
おいて、真空反応槽１０内に基板７を設置し、直流電源
１１によって、基板の側面に設置した電極６に直流電圧
を印加できるようにする。真空反応槽１０内は、０．１
〜１０Ｔｏｒｒ程度の真空度に保つため、排気装置９に
よって排気しておく。原料ガスは、ボンベ１３，１４，
１５および１６内に充填したものをガス供給口１２を通
して、真空反応槽１０内に導入する。側面に設置した電
極６は正、基板７は負の電位となるようにして上記圧力
範囲にてグロ―放電を発生させる。最も強いグロ―放電
は基板表面に亘って発生できるが、上記のような配置と
することで、基板の表面付近にプラズマガスをほぼ均一
な厚みに作ることができる。

【００１２】直流グロ―放電は電極を正極として１ない
し４００ボルトの電圧を印加した。放電電流密度は０．
１〜２ｍＡ／ｃｍ²とした。反応ガスはメタンを用い、
水素ガスによって１〜５体積％になるように流量で制御
した。シリコンの添加量は水素で２体積％に希釈したシ
ランガスを用いて調整した。フッ素は同じく水素ガスで
２体積％に希釈したフッ化炭素（ＣＦ₄）を用いた。圧
力は１〜１０Ｔｏｒｒの範囲とし、基体の温度はほぼ室
温とし、約１０秒から５分間反応させた。この結果得ら
れた膜は、厚み１００〜１０００オングストロ―ムで、
均一な干渉色を呈しており、表面平坦性に優れた膜であ
ることを示していた。膜が非晶質であることは、透過電
子顕微鏡で調べた。炭素、水素、シリコンおよびフッ素
はイオンマイクロアナライザ―、ラザフォ―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１０〜３０原子
％、シリコンが１００原子ｐｐｍ〜０．１原子％、フッ
素が５００〜１０００原子ｐｐｍのものについて膜硬度
を評価したところ、ビッカ―ス硬度で８０００〜１１０
００ｋｇ／ｍｍ²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−Ｃｒ−Ｔａ
系の磁気記録媒体上での密着性の高い膜であった。膜の
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Ｈ_v＝４０００ｋｇ
／ｍｍ²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約６０ｇで押し付け、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
ことを繰り返す、いわゆるコンタクトスタ―トストップ
（ｃｓｓ）試験法で１０万回後も摩擦痕跡が発生しない
ことを確かめた。なお、保護膜を本実施例に記載した方
法で成膜すると、磁気ディスクの両面に同時に成膜する
ことも容易で、磁気ディスク保護膜作製法として実用性
が高い。また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。

【００１３】

【発明の効果】このように、本発明によるタングステン
カ―バイト（Ｗ_xＣ）皮膜上に水素、シリコンおよびフ
ッ素を含有する硬質非晶質炭素膜を多層構造に形成した
保護膜を有する磁気ディスクは、きわめて硬度が高く、
磁気記録媒体層との密着性も良好な表面保護膜を有する
もので、実用上有益である。またこの表面保護膜は、含
有する金属元素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、実用的価値は
きわめて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の平面図と断面図である。

【図２】本発明による磁気ディスクの表面保護膜の成膜
に用いられる装置の一例の構成図である。

【符号の説明】

１，７基板２中間緩衝層３磁気記録媒体層４タングステンカ―バイド（Ｗ_xＣ）皮膜５硬質非晶質炭素膜６電極８磁気記録媒体層とタングステンカ―バイド（Ｗ
_xＣ）皮膜層で保護膜を形成すべき保護膜被着面９排気装置１０真空反応槽１１直流電源１２ガス供給口１３，１４，１５，１６ボンベ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気ディスク基体上に、タングステンカ
―バイド（Ｗ_xＣ）皮膜と、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とを順次形成したことを
特徴とする磁気ディスク。
【請求項２】硬質非晶質炭素膜中に含有する水素の量
が１０原子％〜３０原子％、シリコンが１００原子ｐｐ
ｍ〜０．１原子％、フッ素が５００原子ｐｐｍ〜１００
０原子ｐｐｍである請求項１記載の磁気ディスク。