JPH0573900A

JPH0573900A - 磁気デイスク

Info

Publication number: JPH0573900A
Application number: JP23315591A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Obata; 小畑毅
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1991-09-12
Filing date: 1991-09-12
Publication date: 1993-03-26
Anticipated expiration: 2013-03-18
Also published as: JP2727817B2

Abstract

(57)【要約】【目的】厚さ５００Ａ以下においても、きわめて高い
硬度を持ち、さらに密着性、耐摩耗性、潤滑性に優れて
おり、高密度記録技術の要求に十分耐え得る実用性の高
い磁気ディスク保護膜を提供する。【構成】磁気ディスク基体上にシリコン被膜を設け、
次に該シリコン被膜の上に水素を含有する硬質非晶質炭
素保護膜を設け、さらに該硬質非晶質炭素膜の表面に水
素、ホウ素ならびに窒素を含有する非晶質炭素膜を設け
ることにより、シリコン被膜による磁気ディスク基体と
保護膜との優れた密着性、硬質非晶質炭素膜による優れ
た耐摩耗性、そして水素、ホウ素ならびに窒素を含有す
る非晶質炭素膜による優れた潤滑性を兼ね備え、５００
Ａ以下の厚さにおいてもきわめて均一かつ良好な磁気デ
ィスク保護膜を形成することが可能となる。

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、潤
滑性ならびに耐摩耗性に優れた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、コンピュ
ーターの情報記憶装置に広く用いられている。磁気ディ
スクはアルミニウムあるい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、サマリウム、ガドリニウ
ム、テルビウム等の希土類金属やそれからなる化合物を
磁気記録媒体として塗布法やスパッタ法等により薄膜状
に付着させて用いられている。磁気ヘッドは種々の方式
があるが、いずれも記憶媒体に書き込まれた磁化の向き
に応じた磁束の変化を電気信号として取り出すもので、
この際磁気ヘッドは可能な限り磁気ディスクに近づけて
使用される。また、この時磁気ディスクは回転と停止を
頻繁に繰り返すので、その度に磁気ヘッドと磁気ディス
クは互いに接触、摩擦を繰り返すことになる。従って、
通常磁気ディスク上には磁気ヘッドによる磁気記録媒体
の摩耗損傷を防止するための保護膜が必要とされる。

【０００３】磁気ディスクの保護膜に必要とされる特性
は、基板ないしは下地との密着性、表面の潤滑性、そし
て耐摩耗性に優れていること等である。良好な密着性は
磁気ディスクと磁気ヘッドとの接触、あるいは摩擦時に
保護膜が剥離しないために重要となる。優れた潤滑性は
磁気ディスクと磁気ヘッド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。潤滑性は摩擦係数によって評
価することが可能で、摩擦係数が小さいほど保護膜とし
て優れている。耐摩耗性の評価には硬度を指標とする事
ができ、硬度が高いほど耐摩耗性は優れている。従って
基板との密着性が良好で、しかも高硬度、低摩擦係数を
有することが優れた保護膜としての条件であるといえ
る。

【０００４】従来、磁気ディスクの保護膜としては、二
酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、
アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の酸化物や窒化物、もしくは
炭素膜が用いられている。ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄および
Ａｌ₂Ｏ₃保護膜は、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塗布乾燥後、熱
処理する方法、アルゴンと酸素の混合ガス中ないしは窒
素中でスパッタリングする方法、あるいは蒸着法等によ
り形成される。また、炭素保護膜の形成方法としては、
スパッタ法および炭化水素ガスを用いた化学的気相成長
（ＣＶＤ）法がある。これらの保護膜は、保護膜として
の特性を維持するために通常５００〜１０００Ａ程度の
厚さを必要とし、さらにその上には厚さ数十Ａの有機物
からなる潤滑剤を摩擦係数低減のために塗布して使用さ
れている。

【０００５】一方、近年の高度に発達した情報処理技術
は、ますます大容量化を必要としており、高密度記録媒
体技術はより重要性を増している。特に磁気ディスクの
保護膜は、磁気ヘッドと磁気記録媒体とのスペースの縮
小化に伴い１００Ａ以下の薄膜化が要求されつつある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上で説明した従来の
保護膜では硬度、密着性、耐摩耗性そして潤滑性は十分
とは言えない。例えば、ビッカース硬度はＳｉＯ₂では
２０００ｋｇ／ｍｍ²、Ａｌ₂Ｏ₃やＳｉ₃Ｎ₄では３
０００ｋｇ／ｍｍ²程度である。さらに、これらの保護
膜の厚さは５００Ａが下限であり、それ以下の厚さでは
膜の硬度、耐摩耗性および耐腐食性は格段に低下してし
まうという欠点がある。

【０００７】これに対し、近年高硬度で潤滑性に優れた
保護膜材料として、スパッタ法あるいはＣＶＤ法で作ら
れる硬質炭素膜が注目されている。しかしながらその潤
滑性はまだ不十分である。例えば、１９９０年の日本国
際潤滑会議予稿集（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔ
ｈｅＪａｐａｎＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＴｒ
ｉｂｏｌｏｇｙＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）の１８８１ペ
ージに見られるように、磁気ヘッドと炭素保護膜とが接
触、摩擦を繰り返すうちに保護膜の摩擦係数が大きくな
り潤滑性が劣化するという問題がある。

【０００８】本発明は以上の欠点を改善し、５００Ａ以
下の厚さに於いても、高硬度で耐摩耗性、密着性、そし
て潤滑性に優れた磁気ディスク保護膜を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、磁気ディスク
基体上にシリコン被膜を設け、次に該シリコン被膜の上
に水素を含有する硬質非晶質炭素保護膜を設け、又は該
硬質非晶質炭素膜の表面に水素とホウ素ならびに窒素を
含有する非晶質炭素膜を設けることを特徴とする磁気デ
ィスク保護膜である。

【００１０】以下図面に基づいて本発明を説明する。図
１は本発明になる磁気ディスク保護膜の構造を示す図で
ある。

【００１１】図１（ａ）は磁気ディスク１１の平面図
を、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｙ線での磁気ディス
クの断面図を示している。図１（ｂ）では、磁気ディス
ク基板１２の表面に設けられた磁気記録媒体層１３上
に、ほぼ全面にわたってシリコン被膜１４を設け、さら
その上に硬質非晶質炭素膜１５を設けた様子を示してあ
る。ここでシリコン被膜１４は磁気記録媒体１３と硬質
非晶質炭素膜１５との密着性を向上させる為に設けてあ
る。加えて、硬質非晶質炭素膜１５の表面には望ましく
は水素、ホウ素ならびに窒素を含有する非晶質炭素膜１
６が形成される。磁気ディスク基板１２の材料としては
磁気記録媒体層１３を保持するものであれば特に問題は
なく、有機フィルムやアルミニウム等の金属ないしは合
金等を用いることができる。磁気記録媒体１３の厚さ
は、通常１０μｍないしそれ以下であり、記録された情
報を保持するのに必要とされる厚さである。

【００１２】シリコン被膜１４の形成方法は、均質な被
膜が形成される方法であれば特別な制限はなく、蒸着
法、プラズマＣＶＤ法ないしはスパッタ法等を用いるこ
とができるが、中でも、スパッタ法が特に良好な結果を
与えた。

【００１３】硬質非晶質炭素膜１５はメタン（ＣＨ₄）
と水素（Ｈ₂）との混合ガスを使った直流グロー放電プ
ラズマＣＶＤ法で形成するのが、特に良好な結果を与え
た。図２はそれに用いられる装置の一例を示す図であ
る。

【００１４】図２において真空槽２１に陰極となる磁気
ディスク基板２５を設置し、磁気ディスク基板２５の上
下両面に平行に陽極となる対向電極２２を設置する。原
料気体であるＣＨ₄及びＨ₂はガス導入口２４を通して
メタンガスボンベ２７と水素ガスボンベ２８から供給さ
れる。真空槽２１内は排気装置２６により適当な圧力に
調整される。磁気ディスク基板２５と対向電極２２との
間には直流電源２３により直流電圧が印加され、直流グ
ロー放電が発生し、シリコン被膜１４上に硬質非晶質炭
素膜１５が形成される。

【００１５】形成される硬質非晶質炭素膜の膜質は、原
料気体の混合比、真空槽２１内の圧力や直流電源２３に
より印加される電圧等により大きく変化するが、ＣＨ₄
とＨ₂との体積混合比ＣＨ₄／Ｈ₂が０．０１〜０．
１、真空槽２１内圧力が０．１Ｔｏｒｒ〜２０Ｔｏｒｒ
そして直流電源２３により印加される電圧値は正常グロ
ー放電が維持できる値の時に均一で良質の膜を得ること
ができる。

【００１６】水素、ホウ素ならびに窒素を含有する非晶
質炭素膜１６は硬質非晶質炭素膜１５と同様な方法で、
原料気体としてＣＨ₄、Ｈ₂、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）な
らびにアンモニア（ＮＨ₃）を用いて形成される。図２
においてＢ₂Ｈ₆、ＮＨ₃はそれぞれジボランガスボン
ベ２９、アンモニアガスボンベ３０から供給される。

【００１７】

【作用】このような手段により、シリコン被膜による磁
気ディスク基体と保護膜との優れた密着性、硬質非晶質
炭素膜による優れた耐摩耗性、そして水素、ホウ素なら
びに窒素を含有する非晶質炭素膜による優れた潤滑性を
兼ね備え、５００Ａ以下の厚さにおいてもきわめて均一
かつ良好な保護膜を形成することが可能となる。

【００１８】

【実施例】以下本発明の実施例について説明する。

【００１９】磁気ディスク基体として、アルミニウム合
金製の磁気ディスク基板上に、コバルト・クロム・タン
タルを含む磁気記録媒体層をスパッタ法により約２０μ
ｍ形成させたものを用いた。また、シリコン被膜は室温
でアルゴンガスを用いたｒｆスパッタ法により、アルゴ
ンガス圧力を１０^{- 3}〜１０^{- 2}Ｔｏｒｒ、ｒｆ電力を
１００〜１５０Ｗという条件下で約５０Ａ形成させた。

【００２０】硬質非晶質炭素膜は図２に示した装置を用
いて形成した。排気装置２６で真空槽２１を１０^{- 6}Ｔ
ｏｒｒ台まで排気した後、原料気体としてＣＨ₄とＨ₂
とを体積混合比ＣＨ₄／Ｈ₂が０．０１〜０．１の範囲
で導入し、真空槽２１内の気体の全圧を０．１〜２０Ｔ
ｏｒｒとした。陰極となる磁気ディスク基板２５はアー
ス電位とし、陽極である対向電極２２に直流電源２３に
より電圧を印加し、直流グロー放電を発生させた。この
時印加する電圧は、放電電流密度が０．１〜３ｍＡ／ｃ
ｍ²となるように設定した。また、グロー放電中の磁気
ディスク基板２５は特に外部からの加熱を行わず、硬質
非晶質炭素膜１５の厚さは１００Ａ〜２００Ａとした。

【００２１】水素、ホウ素ならびに窒素を含有する非晶
質炭素膜１６も硬質非晶質炭素膜と同様の方法で図２に
示した装置を用いて形成した。硬質非晶質炭素膜１５を
形成後、排気装置２６により真空槽２１を１０^{- 6}Ｔｏ
ｒｒ台まで排気した後、原料気体としてＣＨ₄、Ｈ₂、
Ｂ₂Ｈ₆ならびにＮＨ₃を導入し、真空槽２１内の気体
の全圧を０．１〜２０Ｔｏｒｒとした。この時の各気体
の混合の割合はＨ₂においては９０体積％〜９９体積％
とし、残りの１体積％〜１０体積％をＣＨ₄、Ｂ₂Ｈ₆
ならびにＮＨ₃とした。また、残りの１体積％〜１０体
積％のうちＣＨ₄がその７０体積％〜９０体積％を、さ
らに残りの１０体積％〜３０体積％をＢ₂Ｈ₆とＮＨ₃
とが体積比にして１対２で占めるようにした。なお、水
素、ホウ素ならびに窒素を含む非晶質炭素膜１６の厚さ
は５０Ａ〜１００Ａとし、その他の合成条件は硬質非晶
質炭素膜１５形成時と同じとした。

【００２２】このようにして形成した保護膜は、エリプ
ソメトリーを用いた膜厚測定結果により、面内の膜厚む
らが保護膜厚の１０％以内と優れた平坦性を持つことが
分かった。また、透過型電子顕微鏡を用いた構造観察に
より、保護膜は非晶質であることが分かった。

【００２３】次に、厚さ１００Ａの硬質非晶質炭素膜
と、厚さ５０Ａの水素、ホウ素ならびに窒素を含有する
非晶質炭素膜とをもつ保護膜数枚についてまずビッカー
ス硬度を測定した。ビッカース硬度測定は、微小硬度計
を用い、ダイヤモンド圧子で０．２ｇ〜０．３ｇの押し
込み荷重で測定した。さらに、磁気ヘッドを磁気ディス
クに押しつけた後、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、浮上後再び停止し、再度磁気ヘッ
ドをディスク面に接触させるという動作を繰り返すコン
タクト・スタート・ストップ（ＣＳＳ）試験と摩擦係数
測定が同時に実施可能なＣＳＳ−μ試験により耐摩耗性
および潤滑性を評価した。ＣＳＳ試験には、磁気ヘッド
としてアルミニウムと炭化チタンからなる焼結体基板を
加工したものを用い、磁気ヘッドの接触荷重を２０ｇ、
また磁気ディスクの最高回転数を３６００ｒｐｍとして
試験を実施した。水素の含有量が１０原子％以上３０原
子％以下の硬質非晶質炭素膜と、水素の含有量が１０原
子％以上３０原子％以下の、ホウ素、窒素がともに５原
子％以下の水素、ホウ素ならびに窒素を含有する非晶質
炭素膜とを持つ保護膜が特に良好な結果を与えた。水
素、ホウ素ならびに窒素がこの範囲をはずれると摩擦係
数が大きくなってしまう。それらの結果を表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】本実施例では、潤滑剤を用いることなく２
万回のＣＳＳ試験後も、磁気ディスク表面には摩耗によ
る損傷や膜のはがれ等は認められず、また、摩擦係数も
０．２以下と、保護膜は優れた耐摩耗性、密着性と潤滑
性を持つことが分かった。さらに硬度も従来の炭素膜よ
りも大きい、天然のダイヤモンドに匹敵する値が得られ
た。

【００２６】また、比較のために、同様の方法で、水
素、ホウ素ならびに窒素を含有する非晶質炭素膜のみを
設けなかった保護膜についてもＣＳＳ−μ試験を行っ
た。その結果、２万回後も摩耗損傷こそ認められなかっ
たものの、摩擦係数は試験開始直後においては０．４、
２万回後においては０．６と大きいことがわかった。

【００２７】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明になる磁気デ
ィスク保護膜は厚さ５００Ａ以下においても、きわめて
高い硬度を持ち、さらに密着性、耐摩耗性、潤滑性に優
れており、高密度記録技術の要求に十分耐え得る実用性
の高いものといえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる磁気ディスク保護膜の平面図およ
び断面図である。

【図２】本発明になる磁気ディスク保護膜の形成に用い
られる装置の一例図である。

【符号の説明】

１１磁気ディスク１２磁気ディスク基板１３磁気記録媒体層１４シリコン被膜１５水素を含有する硬質非晶質炭素膜層１６水素、ホウ素ならびに窒素を含有する非晶質炭素
膜２１真空槽２２対向電極２３直流電源２４ガス導入口２５磁気ディスク基板２６排気装置２７メタンガスボンベ２８水素ガスボンベ２９ジボランガスボンベ３０アンモニアガスボンベ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気ディスク基体上にシリコン被膜を設
け、次に該シリコン被膜の上に水素を含有する硬質非晶
質炭素保護膜を設け、さらに該硬質非晶質炭素膜の表面
に水素、ホウ素ならびに窒素を含有する非晶質炭素膜を
設けることを特徴とする磁気ディスク。
【請求項２】請求項１記載の硬質非晶質炭素膜におい
て、水素の含有量を１０原子％以上３０原子％以下とす
ることを特徴とする磁気ディスク。
【請求項３】水素、ホウ素ならびに窒素を含有する非
晶質炭素膜において、水素の含有量を１０原子％以上３
０原子％以下、ホウ素ならびに窒素の含有量をそれぞれ
５原子％以下とすることを特徴とする請求項１の磁気デ
ィスク。