JPH10233015A

JPH10233015A - 磁気記録媒体およびその製法およびこの磁気記録媒体を用いる磁気記録装置

Info

Publication number: JPH10233015A
Application number: JP3605397A
Authority: JP
Inventors: Chizumi Oginoya; 千積萩野谷; Kazuyuki Koike; 和幸小池; Hideo Matsuyama; 秀生松山; Teruo Takahashi; 照生孝橋; Takashi Furukawa; 貴司古川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-02-20
Filing date: 1997-02-20
Publication date: 1998-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】磁性体の磁化容易軸が揃った磁性媒体を提供
すること。【解決手段】下地基板１１に孔１２を形成した後加熱
した状態で磁歪定数が正である物質を上方より蒸着後、
冷却し室温に戻す。孔１２の磁性体１３に対して作用す
る圧縮応力１４による磁歪効果により磁化容易軸を形成
させる。【効果】アスペクト比が小さくても大きな磁気異方性
を持った高密度磁気記録媒体が製作可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は制御された磁化磁化
容易軸を有する磁気記録媒体およびその製造方法、さら
にはその磁気記録媒体を使用した記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、多くの磁気記録媒体は下地基板上
に一様な磁性膜を蒸着することにより作製されている。
このような一様な磁性膜に対し、磁性粒子を磁気的に孤
立化させることにより、磁気記録媒体の低ノイズ化を図
る試みがなされている。例えば、ジャーナル・オブ・ア
プライド・フィジックス７６（１９９４年）６６７３頁
から６６７５頁（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７６
（１９９４）ｐｐ．６６７３−６６７５）では、量
子磁気ディスク（ＱＭＤ）として、孤立磁性粒子を配列
させることにより、低ノイズ、高密度記録が行える可能
性が論じられている。磁気記録媒体においては磁性体の
磁化容易軸の方向を揃える必要があるが、本論文中では
めっきを用いて磁性粒子を成長させ、形状異方性を利用
して磁化容易軸を生じさせている。

【０００３】磁気的に孤立させた磁性粒子を配列させる
ためには、孔の掘られた非磁性体の下地基板、もしくは
非磁性体で作られた孔のあるマスクを用いて作製するの
が効果的である。すなわち、孔の掘られた非磁性体の下
地基板、もしくは下地基板上に微細な孔の空いた非磁性
体マスクを配置されたものを用い、この孔の中にめっ
き、もしくは蒸着により磁性体を埋めこむことが考えら
れている。現在、磁気記録媒体として用いられている物
質はスパッタ蒸着により作製されるものが多い。これは
スパッタ蒸着はめっきに比べ合金の磁性膜を容易に作る
ことが可能なためである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】磁気記録媒体において
は磁性体の磁化容易軸の方向を揃える必要がある。この
ために、孤立した磁性粒子を持つ記録媒体においては、
磁性体の形状異方性を用いて横方向の長さ（記録媒体の
面方向の長さ）に対して縦方向の長さ（記録媒体の深さ
方向の長さ）の大きいアスペクト比の大きな磁性粒子を
用いることが簡単である。磁性粒子成長の手段として、
めっきを用いた場合、形状異方性をつけることは比較的
容易であるが、特に２種類以上の元素の含まれた磁性粒
子を均一に成長させることは困難である。また、スパッ
タなどの蒸着を用いた場合、２種類以上の元素を成長さ
せる際には有効であるが、高密度記録を行うための直径
数百〜数十ｎｍ以下の小孔にアスペクト比の大きな柱状
の磁性体を作製することは困難である。

【０００５】めっき、もしくは蒸着により、比較的アス
ペクト比の大きな磁性粒子を作ることができた場合で
も、結晶異方性などにより磁化容易軸の方向を制御する
ことが困難な場合もある。

【０００６】形状異方性や結晶異方性により磁化容易軸
を持った磁性粒子を成長させることができた場合でも、
記録密度向上のため粒子サイズを小さくしていくと、熱
揺らぎのために磁化方向の反転が起こりやすくなる。こ
れを避けるためには磁性粒子に強い異方性を与えればよ
い。しかし従来技術では、より大きな異方性を得ること
は困難である。

【０００７】また、何らかの方法で強い異方性をつける
ことができた場合でも、強い異方性のある媒体は記録保
持には安定であるが、書き込みが困難になるという欠点
を有する。

【０００８】本発明の目的は異方性をもった磁性粒子を
容易に作製すること、磁性粒子が小さくなった際の熱揺
らぎ耐性の大きな粒子を作ること、また、書き込み時に
は異方性を弱くすることにより容易に書き込みが可能と
なる磁気記録媒体およびこの磁気記録媒体を用いる磁気
記録装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では磁歪効果を用
いて磁化容易軸の方向が揃った磁性媒体を提供する。

【００１０】配列した微粒子磁性体とそれを取り囲むよ
うに配置された非磁性体の下地基板で、熱膨張率の異な
る物質を用いる。媒体作成時には実際に媒体を使用する
温度とは異なった温度で磁性体を成長させる。磁性体成
長時には下地基板から磁性体には応力は加わらないが、
媒体を読み出しに使用する温度では下地基板から磁性体
に圧縮応力、または引っ張り応力が働く。応力を受けた
磁性体は磁歪により異方性を持つため、微粒子に磁化容
易軸を持たせることが可能となる。

【００１１】本発明によると、応力を変化させることに
より、異方性の大きさも制御できる。応力の加わってい
ない状態では、室温程度でも熱揺らぎにより磁化方向が
安定しない大きさの微粒子でも、応力により強い異方性
を持たせることで安定に情報を記録しておくことが可能
となる。

【００１２】一方、強すぎる異方性は書き込みを困難に
するが、通常の読み出し時よりも、磁性体成長時に近い
温度にして書き込みを行うことにより、材料の熱膨張率
の差異による応力が低下して異方性が弱まり、キュリー
点に近づくことによる保持力の低下と相俟って、容易に
書き込みが行えるようになる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施例を図面を用い
て説明する実施例1 図１は微粒子磁性体に記録媒体表面と平行な圧縮応力が
作用するようにした実施例である。図１において、下地
基板１１はアルミニウムよりなり、（ａ）に示すよう
に、表面に対し規則的に配列された多数の垂直な円柱状
の孔１２が配置される。この孔は、たとえば、電子線リ
ソグラフィにより形成され、孔径が１００ｎｍ、深さが
１００ｎｍである。下地基板１１をたとえば５００℃に
加熱することにより、（ｂ）に示すように、下地基板１
１とともに孔１２は膨張する。この状態で、（ｃ）に示
すように、鉄１３（磁歪定数が正である物質）を下地基
板１１の表面から垂直方向より蒸着する。この結果、孔
１２の内部が鉄により充填されるとともに、下地基板１
１の表面にも鉄１３が堆積される。孔１２の内部が鉄に
より充填されるに十分な蒸着時間の経過後、室温に戻す
と、（ｄ）に示すように、全体が収縮するが、下地基板
１１を構成するアルミニウムの線膨張率は２３．１×１
０^-6（２９３Ｋ）であり、孔１２に埋めこまれた鉄の線
膨張率１１．８×１０^-6（２９３Ｋ）に比較して大きい
ため、柱状の鉄１３は周りから、矢印で示す圧縮応力１
４を受けることになる。側面から圧縮応力１４を受けた
柱状の鉄１３は磁化容易軸の方向が下地基板１１の表面
に対し垂直向きとなる。孔１２以外の部分に蒸着された
鉄を機械研磨、または化学的機械研磨などの手法により
除去することにより、（ｅ）に示すように、垂直異方性
を持ったアスペクト比１の小さな鉄粒子が得られる。

【００１４】このアスペクト比では、形状異方性による
大きな保持力は期待しにくい。しかし、常温での使用状
態では、柱状の鉄１３は周りから、矢印で示す圧縮応力
１４を受けることになるから、圧縮応力１４に起因する
磁歪によりおおきな垂直異方性を持ち、大きな保持力が
得られるなお、下地基板１１の形状としてはディスク状の他、シ
ート状、カード状等の任意の形状をとることができる。
また、微粒子を構成する物質は、正の磁歪定数を持ち、
かつ下地基板よりも熱膨張率の小さい磁性体であれば、
合金、混合物や酸化物、窒化物を始めとする化合物な
ど、鉄以外でもよい。下地基板を構成する物質は磁性体
よりも熱膨張率の大きな物であればアルミニウム以外で
もよい。

【００１５】実施例２図２は微粒子磁性体に記録媒体表面と平行な引っ張り応
力が作用するようにした実施例である。図２において、
下地基板２１に表面に対し規則的に配列された多数の垂
直な円柱状の孔２２を配置し、下地基板２１をたとえば
５００℃まで加熱することにより、下地基板２１ととも
に孔２２を膨張させることは図２の（ａ）、（ｂ）に示
すように、図１と同じであるが、本実施例では下地基板
２１はシリコンである点が異なる。本実施例でも、この
孔は、たとえば、電子線リソグラフィにより形成され、
孔径が１００ｎｍ、深さが１００ｎｍである。この状態
で（ｃ）に示すように、コバルト２３（磁歪定数が負で
ある物質）を下地基板２１の表面から垂直方向より蒸着
する。この結果、実施例１と同様に、下地基板２１の孔
２２がコバルト２３で埋められるとともに、下地基板２
１の表面にもコバルト２３が堆積する。下地基板２１の
孔２２がコバルト２３で埋められるに十分な蒸着時間の
経過後、温度を制御しつつ昇温し、７５０℃で５秒間保
持する。その結果、（ｄ）に示すように、コバルト２３
と下地基板２１の境界部２５が合金化される。その後、
室温に戻すと、（ｅ）に示すように全体が収縮するが、
下地基板２１を構成するシリコンの線膨張率は２．６×
１０^-6（２９３Ｋ）であり、孔２２に埋めこまれたコバ
ルト２３の線膨張率１３．０×１０^-6（２９３Ｋ）に比
較して小さいため、磁性粒子であるコバルト２３はコバ
ルト−シリコン合金２５を介して周辺部の下地基板２１
から引っ張り応力２４を受けることになる。円柱上の磁
性粒子の半径方向に引っ張り応力２４を受けたコバルト
２３は磁化容易軸の方向が下地基板２１の表面に対し垂
直向きとなる。これにより、垂直異方性を持ったアスペ
クト比１の小さな鉄粒子が得られる。

【００１６】このアスペクト比では、形状異方性による
大きな保持力は期待しにくい。しかし、常温での使用状
態では、柱状のコバルト２３は周りから矢印で示す引っ
張り応力２４を受けることになるから、引っ張り応力２
４によるおおきな垂直異方性を持ち、大きな保持力が得
られる。

【００１７】なお、蒸着された磁性体２３と下地基板２
１を合金化する際、磁性体２３の磁歪定数が負であり、
強い磁性を持つ組成であるならば、周辺部だけでなく、
柱状磁性体の全体を合金化してもよい。

【００１８】実施例３図３は微粒子磁性体に記録媒体表面と垂直な圧縮応力が
作用するようにした実施例である。図３において、下地
基板３１はシリコンよりなり、（ａ）に示すように、ま
ず、断面が台形状の規則的に配列された多数の孔３２を
配置される。この孔は、たとえば、電子線リソグラフィ
を行うさいのエッチングの条件を変えることにより形成
され、上側の孔径が１５０ｎｍ、下側の孔径が１００ｎ
ｍ、深さが１００ｎｍである。下地基板３１に断面が逆
台形状の孔３２が形成された後、（ｂ）に示すように下
地基板３１を反転させて上面開口側の孔の口径が小さく
なるようにして、底面に下地基板３１と同じ材料のシリ
コン３７を接合して底板を形成する。この状態で、下地
基板３１を５００℃まで加熱することにより、下地基板
３１とともに孔３２が膨張する。この状態で、（ｄ）に
示すように、コバルト３３（磁歪定数が負である物質）
を下地基板３１の表面の孔径の小さい方から垂直方向に
蒸着する。この実施例の場合、孔３２の開口が小さいた
め、孔３２全体がコバルト３３で充填されることはな
く、孔３２の内周面が空間として残る。孔３２の深さ方
向に十分な蒸着がなされる時間の経過後、（ｅ）に示す
ように、高温状態のまま表面の不要部分を研磨する。さ
らに、この状態で、（ｆ）に示すように、透明なカバー
板３４を下地基板３１の表面上に固定する。室温に戻す
と、（ｇ）に示すように、全体が収縮するが、下地基板
３１を構成するシリコンの線膨張率は孔３２に埋めこま
れたコバルトの線膨張率に比較して小さいため、コバル
ト３３は下地基板３１およびカバー板３４より圧縮応力
３５をうける。孔３２内には空間が残っているから、柱
状磁性体であるコバルト３３は下地基板３１の側面から
半径方向の力を受けることはない。上下から圧縮応力３
５を受けた柱状のコバルトは磁化容易軸の方向が下地基
板３１の表面に対し垂直向きとなる。これにより、垂直
異方性を持ったアスペクト比１の小さなコバルト粒子が
得られ、光磁気記録媒体として用いることができる。

【００１９】このアスペクト比では、形状異方性による
大きな保持力は期待しにくい。しかし、常温での使用状
態では、柱状のコバルト３３は上、下面から、矢印で示
す圧縮応力３５を受けることになるから、圧縮応力３５
によるおおきな垂直異方性を持ち、大きな保持力が得ら
れる図４（ａ）（ｂ）および（ｃ）は、実施例１−３のよう
にして作製された磁気記録媒体による記録情報を読み出
す例を示す。（ａ）は垂直記録用の磁気ヘッド４４によ
る例、（ｂ）は光ヘッド４５と磁性粒子４１からの反射
光の偏光状態を検出するフイルタ４８および検出器４７
による例、（ｃ）は磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）探針４６に
よる例である。図４では実施例1により記録磁性体４１
に圧縮応力４３が作用して強い垂直異方性４２が得られ
ている基板を例にとって示したが、他の実施例において
も同様に安定な磁気記録による情報が得られる。

【００２０】高密度化に対応する読み出しという点で
は、（ｃ）の例ではたとえば、（ｂ）の検出機構と同じ
ような反射光の偏光状態を検出する機構を付け加えれ
ば、磁気力顕微鏡の探針４６に代えて、走査型近接場光
顕微鏡（ＳＮＯＭ）などの走査型プローブ顕微鏡の探針
を用いることもできる。

【００２１】実施例４図５に本発明の実施例として情報の書き込みの方法の例
を示す。

【００２２】（ａ）は磁気ヘッド５１を用いて書き込む
例である。書き込み時には、磁気ヘッド５１の反対側か
らレーザー光５２を照射して磁性粒子（磁気記録ビッ
ト）４１を加熱する。図４（ａ）における応力４３と磁
気異方性４２とを、対照して明らかなように、レーザー
光５２の照射により、書き込みの対象となる磁気記録媒
体４１とその周辺部は温度が高くなるから、応力４３は
低下し、これに応じて磁気異方性４２も低下するから、
容易に書き込みが行える。レーザー光５２の照射は、た
とえば筆先記録として知られる手法により、書き込みの
対象となる磁性粒子４１とその周辺部のみが加熱され、
隣接する磁性粒子４１にはレーザー光５２の照射が影響
しないようにすることは当然である。

【００２３】この実施例では、レーザー光５２の照射を
基板の反対側から行うものであるが、磁気ヘッド４４と
レーザー光５２の照射のヘッドを一体的に構成して、レ
ーザー光５２を磁気ヘッド４４と同じ側から照射するも
のとすることもできる。この場合は、基板の底面部を介
在させてのレーザー光の照射ではなく、磁性粒子に直接
レーザー光を照射できるから、より効果的に記録ができ
る。

【００２４】（ｂ）は磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）探針４６
を書き込み用とし、これに加えて加熱用の走査型トンネ
ル顕微鏡（ＳＴＭ）の探針５３を基板の反対側に設けた
例である。書き込み時には、走査型トンネル顕微鏡（Ｓ
ＴＭ）の探針５３によってトンネル電流を流し、書き込
みの対象となる磁性粒子４１とその周辺部のみを加熱す
るものである。

【００２５】（ｃ）は磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）探針４６
を書き込み用とし、加熱用にレーザー光５２の照射のヘ
ッドを使用した例である。

【００２６】なお、図４および図５では磁性粒子に圧縮
応力が働く様子が描かれているが、引っ張り応力により
異方性を生じさせる機構の場合も同様に読み出し、書き
込みが行える。もちろん、十分に大きな外部磁場を１磁
性粒子に絞り込んで印加することができれば、加熱機構
は必ずしも必要ではない。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、構造上磁気異方性を制
御することが困難である磁性粒子に対し、磁化容易軸の
方向を制御することが可能となる。これにより、微小記
録ビットの作製が可能となり、磁気記録媒体の高密度化
を図ることができる。

【００２８】また、常温においては応力が働き、強い異
方性がつくため、磁気的情報を乱す熱揺らぎなどに対し
て強い耐性を示す。これは超常磁性になる限界を小さく
することにつながるため、磁気記録の高密度化に有効で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による磁気記録媒体の製作手順の一実施
例を示す断面図である。

【図２】本発明による磁気記録媒体の製作手順の他の実
施例を示す断面図である。

【図３】本発明による磁気記録媒体の製作手順の他の実
施例を示す断面図である。

【図４】本発明による磁気記録媒体による記録情報の読
み出し例を説明するための断面図である。

【図５】本発明による磁気記録媒体による記録情報の書
き込みの実施例を説明するための断面図である。

【符号の説明】

１１：下地基板、１２：孔、１３：磁歪定数が正である
物質、１４：圧縮応力の方向、２１：下地基板、２２：
孔、２３：磁歪定数が負である物質、２４：磁性体と
下地基板の合金、２５：引っ張り応力の方向、３１：下
地基板、３２：孔、３３：磁歪定数が負である物質、３
４：基盤、３５：圧縮応力の方向、４１：磁性粒子、４
２：磁化容易軸の方向、４３：応力の方向、４４：磁気
ヘッド、４５：レーザー光、４６：磁気力顕微鏡（ＭＦ
Ｍ）探針、４７：偏光検出器、４８：偏光フイルタ、５
１：書き込み用磁気ヘッド、５２：加熱用レーザー光、
５３：加熱用ＳＴＭ探針。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者孝橋照生埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地株式会社日立製作所基礎研究所内 (72)発明者古川貴司埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地株式会社日立製作所基礎研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下地基板内に形成された独立の磁性粒子を
持った記録媒体であって、各磁性粒子には常温において
圧縮または引っ張り応力が作用して磁気異方性が与えら
れていることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項２】磁性粒子が磁歪定数が正である物質である
請求項1記載の磁気記録媒体。
【請求項３】磁性粒子が磁歪定数が負である物質である
請求項1記載の磁気記録媒体。
【請求項４】下地基板内に形成された独立の磁性粒子を
持った記録媒体であって、各磁性粒子と下地基板との境
界面が両者の合金であって各磁性粒子には常温において
引っ張り応力が作用して磁気異方性が与えられているこ
とを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項５】下地基板内に形成された独立の磁性粒子を
持った記録媒体であって、各磁性粒子には常温において
上下面から圧縮応力が作用して磁気異方性が与えられて
いることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項６】上面から圧縮応力を作用させるための基板
が透光性の物質である請求項５記載の磁気記録媒体。
【請求項７】下地基板に表面に対し規則的に配列された
多数の垂直な孔を形成すること、該下地基板を所定の温
度に加熱すること、該加熱された下地基板に磁性材料を
下地基板１１の表面から垂直方向より蒸着すること、前
記孔の内部が磁性材料により充填されるに十分な蒸着時
間の経過後室温に戻すこと、その後前記下地基板の表面
側を研磨することとよりなる磁気異方性を持った磁気記
録媒体の製造方法。
【請求項８】下地基板に表面に対し規則的に配列され且
つ両面の開口口径を異にする多数の垂直な断面台形状の
貫通孔を形成すること、該下地基板の大きい口径の開口
を有する面に該下地基板と同じ材料の薄板を接合するこ
と、該下地基板を所定の温度に加熱すること、該加熱さ
れた下地基板の小さい口径の開口を有する面から磁性材
料を下地基板１１の表面から垂直方向より蒸着するこ
と、前記孔の内部が磁性材料により充填されるに十分な
蒸着時間の経過後前記下地基板の蒸着面側を研磨するこ
と、前記下地基板の蒸着面側に透光材料である薄板を接
合すること、その後室温に戻すこと、よりなる磁気異方
性を持った磁気記録媒体の製造方法。
【請求項９】常温において下地基板内に形成された独立
の磁性粒子の各磁性粒子に圧縮または引っ張り応力が作
用して磁気異方性が与えられている磁気記録媒体、該磁
気記録媒体の各磁性粒子に磁気情報を記録するためのヘ
ッド、該磁気記録媒体の各磁性粒子に記録された磁気情
報を読み出すためのヘッド、前記磁気記録媒体の各磁性
粒子に磁気情報を記録するとき記録対象の磁性粒子とそ
の周辺のみを加熱するためのヘッドよりなることを特徴
とする磁気記録装置。
【請求項１０】前記磁性粒子およびその周辺部を加熱す
るヘッドがレーザ光を供給するものである請求項9記載
の磁気記録装置。