JPH06302431A

JPH06302431A - 超微粒子配列薄膜

Info

Publication number: JPH06302431A
Application number: JP10894393A
Authority: JP
Inventors: Tadao Katsuragawa; 忠雄桂川
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1993-04-12
Filing date: 1993-04-12
Publication date: 1994-10-28

Abstract

(57)【要約】【目的】微粒子磁性体１個を記録単位として多数配列
せしめ高密度記録が行なえるようにした磁性薄膜を提供
する。【構成】粒径１０〜３００Åの強磁性金属超微粒子が
非磁性マトリックス中に配列され、それら配列された超
微粒子は結晶でかつ結晶方位がすべて同一であることを
特徴とする超微粒子配列薄膜。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超微粒子配列薄膜に関
し、詳しくは、レーザ光を利用する光磁気記録媒体とし
て、またレーザ光を利用しないで記録・再生を行なうこ
とのできる磁気記録媒体、その他、書きかえ可能なホロ
グラフィー用メモリにも適用可能な超微粒子配列薄膜に
関する。

【０００２】

【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）として大いに利用されている。ま
た、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、殊に、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、膜面に対して垂直に磁化
をもつ材料が選択されねばならない。

【０００３】こうした要請から、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、ＭｎＣｕＢｉ、ＭｎＧａＧｅ、
ＭｎＡｌＧｅ、ＰｔＣｏ（以上多結晶）；（ＹＢｉ）₃
（ＦｅＧａ）₅Ｏ₁₂（単結晶）；ＧｄＣｏ、ＧｄＦｅ、
ＴｂＦｅ、ＧｄＴｂＦｅ、ＴｂＤｙＦｅ（以上アモルフ
ァス）などが使用されたりしている。

【０００４】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、８
３０ｎｍ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、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。

【０００５】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、Ｆｅ、Ｎｉ及び／又はＣｏの部
分酸化物を金属鉄、金属ニッケル、金属コバルトなどと
もに膜中に存在せした磁性膜が提案された。しかし、こ
れらは磁性材料が異なるだけで、その膜構造は記録部位
が連続して基体上に設けられているというもので、新た
な工夫は認められていない。

【０００６】本発明者は高密度記録を行なうための磁気
記録媒体の研究を長期にわたって行なってきたが、記録
単位のとり方を工夫することでそれがなし得ると考え
た。その一例が「柱状構造を有する透明マトリックス中
に粒径１００Å以下の強磁性金属超微粒子が分散され、
かつ、膜面に対して垂直方向に磁気的に繋がって垂直磁
気異方性を示す磁性膜」である（特開平４−３３６４０
４号公報）。この磁性膜においては、超微粒子が非磁性
柱状マトリックス中に分散しているものの縦方向には繋
がっている。このため、この磁性膜には形状異方性が発
現し垂直方向に磁化しやすい反面、柱の位置をコントロ
ールして任意の場合につくることには困難さが伴なうと
いった問題を残している。

【０００７】加えて、前記の特開平４−３３６４０４号
公報で明らかにした磁性膜では、そこで用いられてい
る強磁性金属微粒子はアモルファスでも結晶でも混合物
でもよく、結晶微粒子は結晶方位がランダムであり、
また粒子サイズは５０〜３００Åである。しかしなが
ら、本発明者が提案したこの磁性膜の欠点は強磁性金属
微粒子ひとつひとつの磁気特性がバラバラなことであ
る。これらの微粒子への記録・再生はＭＦＭ（Magnetic
Force Microscope、磁気力顕微鏡）によるが、非常に
小さい磁気力の差を用いるので磁気力が揃っているかど
うかは重要である。微粒子の磁気力を決めるのは粒径、
結晶性（結晶化度、結晶の方位）、粒子の形などであ
る。粒径、粒子の形はなるべく揃えるにしても、現行技
術ではかなり難しいのが実情である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、強磁
性金属超微粒子１個を記録単位として多数配列せしめ高
密度記録が行なえるようにして薄膜を提供するものであ
る。本発明の他の目的は、垂直磁気ヘッドと称される単
磁極ヘッドによっても記録・再生が行なわれる超微粒子
配列薄膜を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の超微粒子配列薄
膜は、粒径１０〜３００Å好ましくは５０〜１００Åの
強磁性金属超微粒子が非磁性マトリックス中に配列さ
れ、それら配列された微粒子は結晶方位がすべて同一で
あることを特徴とする。ここでの“強磁性金属微粒子”
としてはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ又はこれら強磁性金属元素と
他の元素との合金或いは金属間化合物の使用が特に望ま
しい。

【００１０】以下に本発明をさらに詳細に説明する。先
に触れたように、超微粒子一つを記録単位とする磁気記
録方式はこれまで報告されていない。従来、微粒子とい
っても磁気記録媒体の分野においては、粒径３００〜１
０００Å位のものが報告されているにすぎない。粒径３
００Å以下の微粒子は通常の薄膜形成法ではできないか
らである。粒径３００Å以下のものは真空中に金属を蒸
発させ急冷して微粒子にして集めるというものがあり、
これを液中で分散した磁気シールド用の磁性コロイド等
は既に実用化されている。このようにして得られた金属
微粒子を用いて磁気記録媒体を作製した場合には、記録
部位が連続して基体上に設けられることになる。その結
果、連続磁気記録媒体は記録適性は全く同一の為、記録
ビットは、平面上どの位置に記録されても良かった。記
録ビットサイズを決めるものは磁気ヘッドによる磁界の
広がりや、加熱の為の光のビームサイズであった。磁界
は磁気ヘッドの電流によっってつくりだされ、磁界の変
化は電流の流れる向によって変わるのであって、この方
式では容易に考えられるように、磁界の変化を明瞭に小
さくすることは困難である。つぎに、光による書込み、
読みだしに於いては、ビーム径は光の波長以下にはなら
ない。このため、青色レーザーの良品質のものがない現
状では高密度化には限度があるし、磁気記録媒体も短波
長に感度の良い（カー回転角が小さい為）ものはない。
また、連続磁気記録媒体にＭＦＭのヘッドで記録する
と、記録磁界は広がっているので記録部位は広がってし
まい高密度化しにくくなる。これに対して、本発明の薄
膜は金属結晶微粒子が非磁性体マトリックス中に正しく
又はほぼ規則的に並べられている点で、従来の磁性薄膜
とはその構造において大きく相違している。

【００１１】本発明においての超微粒子磁性体の並べ方
は一列又は二列といったように線状であっても、あるい
は円状や半円状であってもかまわない。超微粒子磁性体
は強磁性体であれば非結晶でも準結晶でもかまわない
が、好ましくは結晶のものである。超微粒子同士の間隔
は５０Åくらいあればよい。実際の形態では、微粒子磁
性体は非磁性マトリックス中に分散配列されている。非
磁性マトリックスは結晶・非晶質を問わない。例えば、
非磁性酸化物、窒化物、フッ化物、炭化物、金属等であ
り、アモルファスＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ｆｅ₃Ｏ₄等であ
ってもかまわない。

【００１２】本発明では、前記の薄膜を高透磁率層を下
地層としたものの上に設けるのが望ましい。超微粒子は
粒径約６０Å以下くらいで非磁性体になってしまうが、
高透磁率層上に本発明の超微粒子配列薄膜を設けるよう
にすれば、その超微粒子磁性体の粒径を１０Å程度まで
小さくすることが可能となる。

【００１３】高透磁率層は５Ｏｅ以下、好ましくは１．
０〜０．０５Ｏｅの抗磁力を有し、例えばパーマロイ、
センダストやＣｏとＺｒまたはＮｂの合金等の金属磁性
薄膜から形成することができる。パーマロイはＮｉ：５
０〜８０％、Ｆｅ：１５〜５０％、Ｍｏ：０〜１％、Ｃ
ｕ：０〜１５％、Ｍｎ：０〜５％からなる合金であり、
センダストはＡｌ：４〜１３％、Ｓｉ：４〜１３％、Ｆ
ｅ７５〜９２％からなる合金である。この高透磁率層は
真空蒸着法等のＰＶＤ法（物理的気相成長法）などによ
り、支持体温度１００〜３０℃程度で、上記のような磁
性体により形成することができる。高透磁率層は結晶性
の必要がなく、アモルファス状で十分である。

【００１４】本発明で使用される製膜法はスパッタ法、
イオンビームスパッタ法、イオンプレーテイング法、真
空蒸着法、ＭＢＥ法等のＰＶＤ法やＣＶＤ法が材料に応
じて適用される。特に重要なことは強磁性体微粒子の非
磁性マトリックス中への配列法である。これは電子顕微
鏡のように電子ビームを任意の位置に１０〜３００Å位
にしぼり込んで非磁性マトリックス層に（真空中で）照
射することによって可能となる。膜作製後電子ビーム照
射位置に目的とする粒径の粒子を成長させることによっ
てつくる。この場合、電子線源を複数設ければより好ま
しい。膜作製中同時に電子線照射してもよい。電子ビー
ム以外でも極部加熱できればよいが、現状では光やイオ
ン中性子線では難しい。

【００１５】なお、高透磁率層の有無に関係なく、微粒
子磁性体を膜面に対して縦方向に連続させてゆけば、よ
り小さな磁性体でも使用でき記録、再生に供することが
可能である。これはＳＴＭ（Scanning Tunneling Micro
scope）から発展した技術であるＭＦＭが用いられる。
即ち、個々の微粒子磁性体は磁化されるか又はされない
かが１、０に対応し、デジタル記録される。一般的に、
ＭＦＭは磁化の大きさに対応して表面のモルフォロジー
を表わすが、本発明ではＭＦＭのヘッドを磁化し、微粒
子磁性体に近づければ微粒子磁性体が磁化し、近づかな
かった微粒子磁性体は磁化していないことによって１、
０の記録を行なう。この記録方式については日本応用磁
気学会研究会資料（ＭＳＪ７２−６、１９９１）の第
３５〜４３頁について詳しく説明されている。

【００１６】これまでの記述からみて理解されるよう
に、本発明の超微粒子配列薄膜は微粒子すべてを結晶粒
子にすること、ついで結晶方位を揃えることによって膜
中微粒子すべての磁気力をより均一にして記録・再生時
のＳ／Ｎ比を向上させるものである。Ｆｅは体心立方格
子、Ｎｉは面心立方格子、コバルトは最密六方晶の結晶
型のものにする。これらの強磁性や結晶方位によって磁
気特性が異なったものとなる。微粒子磁性体は本発明で
は小さいので単結晶になっていることが多い。コバルト
は特に結晶方位によって磁気特性が異なる。また、コバ
ルトはＣ軸が磁化容易軸であり、ポイント磁気記録（Ｐ
ＭＲ）の記録方法ではこの軸がどちらを向いているかが
重要である。ＦｅやＮｉは容易軸はＦｅ：〔１００〕、
Ｎｉ：〔１１１〕である。再生時も同様に結晶方位が異
なると磁気力が異なってくる。本発明はこの磁気力を単
結晶微粒子の結晶方位を粒子成長時に制御する。薄膜は
例えば小さな酸素分圧中でＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びこれら
の合金、金属間化合物をターゲットとして、Ａｒイオン
ビームによるイオンビームスパッタ法で作製する。薄膜
は例えばＦｅ、Ｏの原子で構成される。これに真空中で
１０〜３００Åくらいにしぼった電子線をつくりたい薄
膜の場所に照射する。すると、電子線照射部位にα−Ｆ
ｅの結晶微粒子が電子線の線巾に応じてできる。

【００１７】また、本発明はこの電子線照射時に膜のう
しろに磁石による磁場を設け結晶方位がそろうように
し、この磁場の磁力線の向きは膜に垂直又は水平にする
のが良い。Ｃｏの場合は垂直にしＣ面を膜に平行にする
と、高透磁率層の存在と相俟って、より微粒子化が可能
になるという相乗効果がみられる。この効果はＦｅ、Ｎ
ｉについても同様である。

【００１８】本発明に係る超微粒子配列薄膜は、一般に
は、直接又は高透明磁率層を介して非磁性支持体上に形
成されて、磁気記録媒体に供される。必要に応じ更に、
磁性膜上に酸化防止膜が設けられ、酸化防止膜の上面又
は磁性膜の下面に誘電体層、潤滑層などが設けられる。

【００１９】非磁性支持体としてはプラスチックフィル
ム、セラミックス、金属、ガラスなどが用いられる。こ
こでの非磁性支持体用プラスチックスとしては、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
ラスチックは勿論のこと、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のごときプラスチック
も使用できる。また、非磁性支持体の形状としては、シ
ート状、カード状、ディスク状、ドラム状、長尺テープ
状等の任意の形状をとることができる。

【００２０】誘電体層の材料としてはＳｉＯ₂、Ｔｉ
Ｏ₂、窒化シリコン、窒化アルミニウム、アモルファス
Ｓｉなどをあげることができ、潤滑層の材料としてはカ
ーボン層、二酸化モリブデン、二硫化タングステン、α
−オレフィン重合物、常温で液体の不飽和炭化水素（ｎ
−オレフィン二重結合が末端の炭素に結合した化合物；
炭素数約２０）、炭素数１２〜２０の一塩基性脂肪酸と
炭素数３〜１２の一価アルコールよりなる脂肪酸エステ
ル類などをあげることができる。

【００２１】次に実施例を示し、本発明をさらに具体的
に説明する。

【００２２】実施例１真空蒸着装置を用いて下記条件によりシリコンウエハ
（０．５ｍｍ厚）上に約３００Åのパーマロ膜を形成し
た。蒸発材料Ｎｉ−Ｆｅ合金支持体温度１５０℃ 真空槽の背圧１×１０^-6 ｔｏｒｒ蒸発源間隔２６ｃｍ作製したパーマロイ膜の保磁力は１．４Ｏｅであった。
ついで、このパーマロイ膜上にイオンビームスパッタ法
を用い、次の条件で約１５０Å厚の薄膜を作製し。基板
は１０×１０ｍｍにカットした。ターゲット：Ｃｏ（９９．９９％）、導入ガス：Ａｒ
（９９．９９９％）４×１０^-3ｔｏｒｒ、基板温度:常
温、ベースプレッシャー:５×１０^-7ｔｏｒｒ、ターゲ
ット−基板間距離：１５ｍｍ、イオン銃：１．５ｍＡ×
９ＫＶ、イオン銃入射角：３０度製膜時チャンバー内には５×１０^-7ｔｏｒｒの酸素ガス
を導入した。作製した膜はほとんど透明であった。Ｘ線
回折法ではピークは見られなかった。一方、上記パーマ
ロイ膜を設けないシリコンウェハ上に同様にして、Ｃｏ
の薄膜を設けた。Ｘ線回折ピークは同様に観察されなか
った。市販の走査電子顕微鏡を解像して電子ビーム照射
装置とした。電子銃ＬａＢ₆フィラメントプローブ電流８×１０^-12Ａ以上加速電圧０．５〜３ＫＶ最小ビーム径３０Å デジタルスキャンモードで約１００Åのビーム径で約２
００Å間隔で直線上にビーム照射し約１４０Å径の微粒
子を配列した膜を作製した。微粒子は電子線回折の結
果、いずれもＣｏの微粒子であること及び各粒子はＣ面
が膜表面と平行になるように配列していることがわかっ
た。続いて、ＳＴＭを改造したＭＦＭ装置を作製し、ヘ
ッド部はＣｏで作製した。補助ヘッドとしてＣｏヘッド
とは記録膜の反対側にコイルを設け微粒子磁性体を１つ
おきに磁化し、記録した。ついで、各微粒子磁性体の磁
化を測定した。磁化された微粒子では磁気力が磁化され
ていない微粒子より強く、これらはアナログ記録の１と
０に対応する信号とすることができた。このＭＦＭ装置
の記録再生の結果は、パーマロイ層の有無によらず良好
であったが、パーマロイ層がある方が磁気力の差が大き
かった。

【００２６】

【発明の結果】本発明は１０Å〜３００Åの粒径を有す
る強磁性体結晶微粒子を結晶方位を同一にして設け、ま
た、望ましくは下地層として高透磁率層を設けたので、
従来より微小な強磁性体粒子でも記録可能となり高密度
化でき、かつ、より小さい磁界でも記録可能となり高感
度化できた。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粒径１０〜３００Åの強磁性金属超微粒
子が非磁性マトリックス中に配列され、それら配列され
た超微粒子は結晶でかつ結晶方位がすべて同一であるこ
とを特徴とする超微粒子配列薄膜。
【請求項２】前記金属超微粒子がＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ又
はこれら強磁性金属元素と他の元素との合金或いは金属
間化合物のいずれかである請求項１記載の超微粒子配列
薄膜。
【請求項３】前記薄膜が下地層としての高透磁率層上
に設けられた請求項１又は２記載の超微粒子配列薄膜。