JPH0661130B2 - 垂直磁気記録媒体とその製造方法 - Google Patents

垂直磁気記録媒体とその製造方法

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JPH0661130B2
JPH0661130B2 JP58200973A JP20097383A JPH0661130B2 JP H0661130 B2 JPH0661130 B2 JP H0661130B2 JP 58200973 A JP58200973 A JP 58200973A JP 20097383 A JP20097383 A JP 20097383A JP H0661130 B2 JPH0661130 B2 JP H0661130B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は鉄酸化物を主成分とする垂直磁気記録媒体に係
り、特に安価で耐久性の良い垂直磁気記録媒体に関す
る。
〔発明の背景〕
高密度磁気記録については、垂直磁気記録方式の出現に
より、現在用いられている面内記録方式を大きく上まわ
る記録密度が期待されて注目を集め、精力的に研究が進
められている。
この垂直磁気記録を実現するには、記録媒体として、磁
性膜面に対して垂直方向の磁化容易軸を有する垂直磁化
膜が必要であり、現在、そのような磁気特性を持つ磁性
膜としては、スパッタ法あるいは真空蒸着法で作成した
Co−Cr,Co−Cr−Rh,Co−V,Co−RuあるいはCo−O系
の合金膜が知られている。しかし、このような垂直磁化
膜は、いずれもCoをベースとしており、Coは資源が少な
いことからコストならびに安定供給上の問題があり、し
かも、合金系膜であるが故に酸化等の化学的安定性につ
いてもまた問題があるといえる。なお、公知の磁気記録
媒体として、例えば特開昭54−145105号公報な
どが挙げられる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、コスト、安定供給、耐久性等に問題の
あるCoを中心とした垂直磁化膜に代わり、マグネタイト
等の鉄酸化物を用いた垂直磁気記録媒体とその製造方法
を提供することにある。
〔発明の概要〕
Co−Cr磁性膜において、垂直磁化膜となる理由について
はつぎのように考えられている。スパッタ法あるいは真
空蒸着法で作成したCo−Cr磁性膜の断面をSEMで観察
すると、膜面に垂直方向に結晶粒子が成長した柱状構造
が観測される。垂直磁気異方性の優れたCo−Cr膜は、こ
の柱状方向に沿ってCoのC軸が配向していることがX線
回折法によって解析、確認されている。Co−Cr磁性膜の
垂直磁気異方性は、このC軸が垂直配向していることに
一つの要因があり、さらに、その垂直磁気異方性の大き
さが、膜面に垂直方向に磁化が向いた時の静磁エネルギ
ーより大となっているという条件を満たしているという
ことがもう一つの要因である。
本発明者らは前記の内容を考案検討した結果、垂直磁気
異方性膜作成材料の条件としては、Coに代表される六方
晶系の構造を有する材料を使用するだけにとどまらず、
形状異方性を持つ材料の結晶を柱状にして基板に垂直に
配向せしめるか、または、結晶異方性を有する材料を基
板に対して垂直に形成すれば垂直磁方性膜が得られるの
ではないかと考えた。
前記の考えに基づき検討を重ねた結果、マグネタイト等
の鉄酸化物を基板に垂直に柱状に配向せしめることによ
り、良好な磁気特性を有する垂直磁化膜が得られること
を見出した。
第1図に示すように、このような垂直磁化膜1は、非磁
性基板2の表面に直接被着することもできるが、非磁性
基板2にあらかじめ、パーマロイ、センダスト、(Fe,
Co,Ni)−(Si,B,C,P,Al−B)系非晶質合金
などの高透磁率磁性材料薄膜3を0.2〜2μmの厚さに
被着せしめ、この表面に前記垂直磁化膜1を形成する方
法は磁気ヘッドによる記録再生の効率を高め、出力を大
きくする効果があるのでより好ましい。
垂直磁化膜の飽和磁束密度(4πMs)は、500〜5
000G(ガウス)の範囲が好ましく、1000〜40
00Gの範囲がより好ましい。この範囲が好ましいのは
1000G以下では記録再生出力が小さくなり、400
0G以上では垂直磁化膜が得にくいためである。
垂直磁化膜の膜厚は0.1〜1.0μmの範囲が好ましく、0.
1〜0.5μmの範囲がより好ましい。この範囲が好ましい
理由は、0.1μm以下では垂直磁化膜が得にくく、ま
た、耐久性、膜厚の均一性に問題があるためであり、1.
0μm以上では磁気ヘッドによる記録再生効率が悪くな
るためである。
マグネタイト等の薄膜の結晶粒構造としては、上述の基
板面に垂直に形成された柱状結晶粒の直径が0.01〜0.3
μmの範囲にあることが望ましい。これはこの範囲にお
いて垂直磁気異方性が容易に得られるためである。
マグネタイト等の鉄酸化物の垂直磁化膜製造方法として
は、マグネタイト等の鉄酸化物をターゲットとして、Ar
気流中、Ar,O2混合気流中またはAr、水素混合気流中で
各々のガス分圧等を調整しながらスパッタリングを行
う。この時、基板側にアースを基準にして−20V〜−
200Vのバイアス電圧を印加することにより、垂直磁
化膜の製造が容易になる。
なお、前記スパッタリングによる垂直磁化膜の形成にお
いては、適当で実効的なガス分圧が存在するが、この値
は装置ならびにスパッタ速度により変化する。したがっ
て、用いる装置、その他の条件を予め確認して、これら
の値を定めて用いるようにすることが必要である。本発
明者らの実験では基本となるArガスの分圧は5〜50ミ
リTorrが良かった。これに10%未満の範囲でH2ガスを
加えると、被着されるマグネタイト等の鉄酸化物膜の相
も安定する傾向があり好ましいが、必ずしも必要なもの
ではない。また、O2ガスについては5%未満の範囲でこ
れを加えた場合、被着された膜の硬度をやや向上させ得
るが、膜の飽和磁束密度等とも関係し、また先に述べた
ように装置ならびにスパッタ条件によっても変化するの
で一概に決めることはできない。
さらにまた、Feをターゲットとして用いることもでき
る。このときには雰囲気としてArと酸素の所定割合の混
合ガス気流を用いる。
また、十分な垂直磁気異方性を有し、垂直磁気記録媒体
として使用できるのは、一般に、垂直磁化膜の面に垂直
方向の残留磁束密度(Mr⊥)と面内方向の残留磁束密度
(Mr)との比(Mr⊥/Mr)、あるいは(Mr⊥/Ms)
と(Mr/Ms)との比(Ms:飽和磁束密度)が0.8以上
のものであることが知られている。さらに垂直磁気異方
性の有無は磁気異方性測定装置(トルクメータ)により
知ることができる。
〔実施例〕
以下に本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発
明はこれらの実施例によってなんらの制限を加えられる
ものではない。
実施例1. 第3図に示したRFスパッタ装置を用い、非磁性基板上
にマグネタイト(Fe3O4)のスパッタリングを行った。
同図において、4は真空容器、5は真空排気管、6はガ
スコントロールバルブをもったガス導入管で、ガス導入
管6からはAr,O2,H2混合比を調節して導入できるよう
になっている。7は非磁性基板8を取り付けた金属電極
で、−500〜0Vのバイアス電圧が印加できるように
なっている。また、9はスパッタ用ターゲット10を載
置した金属電極で、これには13.5MHzのRFが印加でき
るようになっている。
この装置を用いて、プレス成形した直径100φのマグ
ネタイト・ターゲット9を用い、10ミリTorrのArガス
雰囲気中で、基板8側電極7にアースに対して0〜−2
50Vの範囲でバイアス電圧を印加しながら、約20Å
/minの速度で、光学研摩したガラス基板8上に膜厚0.3
μm前後のマグネタイト膜11を被着させた。これらの
マグネタイト膜について、試料振動型磁束計(VMS)
により、膜の面内方向および面に垂直方向に磁場を印加
したときの膜の磁気特性を測定した結果を第4図に示
す。図中、⊥,はそれぞれ印加磁界が膜面に垂直方
向、膜面内方向であることを示す。
第4図からわかるように、このマグネタイト膜は印加し
たバイアス電圧0〜−150Vの間で角型比および保磁
力によって示される垂直磁気異方性成分が面内方向のそ
れを大きく上まわり、特に−100Vを印加した試料N
o.3においては、Mr⊥/MsとMr/Msとの比が3.5を示
している。このことは明らかに垂直磁化膜が実現してい
ることを示している。また、同図から、磁化膜作成時に
おいてのバイアス電圧印加の効果は明らかであるが、そ
の最適バイアス電圧は、装置その他の実験条件によって
若干異なるが、−20〜−50Vの範囲が最適である。
上述のスパッタ法で被着されたマグネタイト薄膜の断面
を現出して、その結晶粒構造を調べたところ、垂直磁気
異方性を示すマグネタイト薄膜は直径が0.02〜0.3μm
の柱状結晶粒よりなる多結晶膜であることが判明した。
柱状結晶粒の形状、寸法は前記スパッタ時におけるバイ
アス電圧の大きさに著しく依存し、バイアス電圧が零の
場合には柱状晶として発達しない。バイアス電圧が印加
されると、Fe3O4の<001>方向を軸とする柱状晶と
なり、バイアス電圧の増大とともに柱状晶の<001>
軸が基板に対してより垂直となり、バイアス電圧が−1
00Vで柱状晶の発達が最も大きくなる。柱状晶の結晶
粒径は基板に近い部分では、0.02〜0.05μmと小さい
が、膜厚の増大とともに基板に対してFe3O4の<001
>軸が垂直に近い結晶粒ほど発達しやすく、柱状晶の粒
径は、0.1〜0.3μmとなる。柱状晶の寸法がこの範囲内
にある場合には、Mr⊥/MsとMr/Msの比が2以上とな
り、垂直磁化膜として実用可能な特性を示す。一方、バ
イアス電圧が−180V以上になると、再び柱状晶の発
達が悪くなり、垂直磁気異方性が低下する。
実施例2. 実施例1と同様な条件で非磁性基板上にマグネタイト
(Fe3O4)膜を作成した。ただし、スパッタ時間を変化
させることにより膜厚をコントロールした。また、バイ
アス電圧は、−100Vに固定した。その特性測定結果
を第5図に示した。当然ながら膜厚の違いによる磁気特
性の差違が認められるが、いずれも垂直磁化膜が実現さ
れていることを示している。また、磁気特性選択の幅の
広さ、容易さをも示している。
実施例3. バイアス電圧を−100V、スパッタ雰囲気をArガス中
に5〜10%のH2ガスを添加した混合ガスの10ミリTo
rrの雰囲気とし、かつバイアス電圧を印加しないで、実
施例1と同様にしてマグネタイト磁化膜を作成した。そ
の結果を第6図に示した。この結果から、保磁力の点で
はやや劣るが、飽和磁束密度はH2添加量の増加と共に大
となり、またArのみの場合よりも大きくなる。
また、少量の酸素とArの混合気流中でマグネタイト・ス
パッタ膜を形成すると、磁気特性は実施例1,2の場合
と余り変わらないが、膜の表面硬度が向上する効果があ
る。
以上の実施例で述べたマグネタイト薄膜の作製条件、例
えばAr分圧は、用いるスパッタ装置、ターゲット、スパ
ッタ速度との関係によって定まるものであり、以上の実
施例によって制限を受けるものではない。
また、本発明の実施例においては述べなかったが、マグ
ネタイト以外にγ-Fe2O3、ベルトライト型FeOx(4/3
<x<3/2)等の鉄酸化物および主として飽和磁束密
度の制御を目的としてCo添加鉄酸化物についても優れた
垂直磁化膜が得られる。
なお、磁化膜形成用非磁性基体材料としては、上述の実
施例で用いたガラス以外に、ポリエステル、ポリイミド
などの有機ポリマー、あるいはAlなどの金属を用いる
ことができる。また、基体の形状は、通常、長尺状もし
くは円板状とするが、必要に応じて任意の形状としても
よい。さらに、基体表面にパーマロイ等の高透磁率特性
を有する厚さ0.2〜2μmの薄膜を形成し、その上にマ
グネタイト等の鉄酸化物を主体とする垂直磁化膜を被着
した、いわゆる2層垂直磁気記録媒体にも本発明を適用
できることはいうまでもない。
さらに、以上では、RFスパッタ法による実施例のみを
示したが、真空蒸着法、CVD法、マグネトロンスパッ
タ法、イオンビームスパッタ法など従来周知のいずれの
薄膜形成技術も使用可能である。
〔発明の効果〕
以上説明したところから明らかなように、本発明による
垂直磁化膜は製造方法が簡単であり、原料としては安価
な鉄又は鉄酸化物だけですみ、しかも磁気特性も良好な
ものを得ることができるうえに、膜そのものが金属と異
なり、酸化物であるため化学的安定性にすぐれ、したが
って耐久性も良好であり、実用上の利点は大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は本発明の垂直磁気記録媒体の断面図、
第3図は本発明の垂直磁気記録媒体の製造に用いた高周
波スパッタ装置の概略説明図、第4図、第5図、第6図
は本発明の製造方法によって得られた垂直磁化膜の磁気
特性を示す表図である。 図において、 1…垂直磁化膜、2…非磁性基板 3…高透磁率磁性材料薄膜 4…真空容器、5…真空排気管 6…ガス導入管、7…金属電極 8…非磁性基板、9…金属電極 10…スパッタ用ターゲット 11…マグネタイト膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 朝田 誠一 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 伊藤 由喜男 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 新原 敏夫 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭54−51810(JP,A) 特開 昭57−54309(JP,A) 特開 昭57−167131(JP,A)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】非磁性基体上に、直接もしくは高透磁率磁
    性体薄膜を介して、前記基体に対してほぼ垂直で、柱状
    晶の直径が0.02〜0.3μmの柱状晶構造を有するFe3O4
    FeOx(ただし、4/3<x<3/2)、γ-Fe2O3のうち
    より選ばれる少なくとも1種の鉄酸化物を主体とし、膜
    厚が0.1〜1.0μmの垂直磁気異方性の薄膜磁性体を有
    し、該薄膜磁性体の飽和磁束密度が1000ガウス以上であ
    ることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
  2. 【請求項2】非磁性基体上に、直接もしくは高透磁率磁
    性体薄膜を介して、前記基体に対してほぼ垂直で、柱状
    晶の直径が0.02〜0.3μmの柱状晶構造の鉄酸化物を主
    体とし、膜厚が0.1〜1.0μmの垂直磁気異方性の薄膜磁
    性体を有する垂直磁気記録媒体を製造する方法におい
    て、Fe3O4、FeOx(ただし、4/3<x<3/2)、γ-
    Fe2O3のうちから選ばれる少なくとも1種の鉄酸化物を
    スパッタ用ターゲットとして用い、所定圧力に保たれた
    Ar気流中、もしくはArと酸素の所定割合の混合気流中、
    もしくはArと水素の所定割合の混合気流中で、前記非磁
    性基体側にアースを基準にして150V以下の負のバイ
    アス電圧を印加しながらスパッタリングを行い、前記鉄
    酸化物の少なくとも1種を主体とする柱状晶構造の薄膜
    磁性体を形成することを特徴とする垂直磁気記録媒体の
    製造方法。
  3. 【請求項3】非磁性基体上に、直接もしくは高透磁率磁
    性体薄膜を介して、前記基体に対してほぼ垂直で、柱状
    晶の直径が0.02〜0.3μmの柱状晶構造の鉄酸化物を主
    体とし、膜厚が0.1〜1.0μmの垂直磁気異方性の薄膜磁
    性体を有する垂直磁気記録媒体を製造する方法におい
    て、Feをスパッタ用ターゲットとして用い、所定圧力に
    保たれたArと酸素の所定割合の混合気流中で、前記非磁
    性基体側にアースを基準にして150V以下の負のバイ
    アス電圧を印加しながらスパッタリングを行い、Fe
    3O4、FeOx(ただし、4/3<x<3/2)、γ-Fe2O3
    のうちから選ばれる少なくとも1種の鉄酸化物を主体と
    する前記柱状晶構造の薄膜磁性体を形成することを特徴
    とする垂直磁気記録媒体の製造方法。
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JPS6095721A JPS6095721A (ja) 1985-05-29
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