JPS5942642A - 磁気記録媒体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は主に磁気記録媒体のＭ遣方法に関するものであ
る。

凭去ｎ昌枠誇姦１ξ問題点 磁気記録媒体としては、従来よシγＦｅ２Ｏ３を代表と
する磁性粉体を高分子のバインダー中に分散して基体上
に形成したいわゆる塗布型媒体が主流であったが、近年
高密度記録の要求とともに生産技術の発展にともない、
真空蒸着法、１４．気メッキ法やスパッタリング法など
を用いて、連続薄膜媒体の実現を見るに至った。その中
でも特に真空蒸着法や電気メツキ法によって作製される
金属薄膜や、スパッタリング法によるγＦｅ２Ｏ３全磁
性体とするものが主流と々りつつある。前者の例として
はコバルト・ニッケル合金薄膜を斜入射法と酸素雰囲気
中蒸着という二つの手法を組合せて作製したものがすで
にマイクロカセット用磁気テーグとして市販されており
、また後者においては電子計算機の補助記憶装置の磁気
ディスク用媒体に用いる試みがなされている。

しかし、金属薄膜型磁気記録媒体におりでは、良好な磁
気特性を得えようとすれば、斜入射の角度を大きくしな
ければならず、成膜効率の点で問題が生じる。また、入
射角が大きくなるとイｑられた薄膜の体積充填率が小さ
くなり、さらに酸素を導入すると薄膜の一部が酸化され
るので、媒体の見掛上の飽和磁束密度の低下が避けられ
ない。一方５体積充填率が低下することは薄膜の信頼性
に影響を与える。なぜならば、薄膜中に空隙が多く存在
することとなり、膜全体として見た場合１表面積が増大
して、外界との相互作用に起因する因子により信頼性が
悪くなるという傾向がある。高信頼性の薄膜強磁性体と
するためには磁気特性を牲 犠怜とするような防錆能力のある元素を添加する方法と
か、薄膜表面上を他の安定な化合物で被覆する方法とか
、防錆用のインヒビターと称されるなどの補助的な手段
と組合せる必要がある。

しかしながら、これらの方法は実用上磁性薄膜媒体と磁
気ヘッドとの摺動時の電磁変換特性の面から見て必ずし
も好ましいとはいえない。高信頼性の磁性薄膜を得るた
めの正統的な考え方としては、磁性薄膜自体を信頼性の
高い構造とするのがもっともよいわけであるけれども、
従来では前述の種々の補助的手法を使用することによっ
てはじめて安定な磁性薄膜が得られていた。

発明の目的 本発明は、上述のような手法を使用することなく、高い
信頼性を有する高残留磁束密度、高抗磁力の磁気記録媒
体を作製する製造方法を提供することを目的としている
。

発明の構成 本発明は、強磁性金属もしくは強磁性合金と。

前記金属もしくは合金と固溶しないか、あるいは１０％
以下の割合で固溶する非磁性金属もしくは非磁性合金の
おのおのの原子が一様でかつ無秩序に分布しているとこ
ろの磁性薄膜で１組成式がＡ　１−ＸＢ　、ｘ　（Ａは
Ｆ　ｅ　、　Ｃｏ　、　Ｎ　ｉのうちのいずれかまたは
２種以上、　ＢＦｉＡｑ　、Ｐｂ　、Ａｕ　、Ｃｕのう
ちのいずれかまたは２種以上、０．３≦Ｘ≦ｏ、８）を
ＩＸ１Φ−’　Ｔｏｒｒ以下の高真空中で加熱処理する
ことにより高残留磁束密度で高抗磁力の磁気記録媒体が
得られることを見出した。加熱処理によ＃）ｔ一様であ
った薄膜内で原子拡散が生じ。

原子が分離析出する。この分離析出過程を制御すること
によって、目的とする磁気記録媒体を得ることができる
。この制御の方法は薄膜の加熱時の温度を十分に管理す
ることであり、本発明においては構造変化を生じ始める
１ｏｏＣ，またはそれよシ高い温度に保持することによ
って達成される。

第１図は本発明の方法によって得られる磁気記録媒体の
構造を示す。

図において、ａかな点を付した部分１は薄膜を構成する
磁性金属の原子と非磁性金属の原子が微視的におのおの
一様にかつ無秩序に混合分布している領域であり、黒丸
の部分２は磁性金属の微細結晶を示し、斜線を付した丸
の部分３は非磁性金属の微細結晶を示している。これら
は支持基体上に層状に形成されている。磁性金属の微細
結晶２はほぼ単磁区構造となり得る大きさであり、　　
Ｆｅからなる場合はぼ２００人程程度大きさである。

金属原子が無秩序に混合分布している領域１も強磁性を
示すが、結晶粒になっていないか、あるいは結晶粒にな
っていても非常に微細で、一様に混合されているとみな
し得るところで、抗磁力も小さくて数エルステッドであ
る。その一様な領域１中に本質的に単磁区構造の磁性金
属の微細結晶２が析出すると、抗磁力が増加する。また
非磁性金属の析出した微細結晶３も原子が一様に混合分
布した領域の磁化反転を妨げるいわゆるピンニング中心
となり、また強磁性微細粒子間の磁気的相互作用を弱め
るのでこれまた抗磁力の増大に寄与する。最後に領域１
が消失すると同時に抗磁力が増大し、さらに抗磁力は析
出する結晶粒径に依存する。このような薄膜の構造によ
り、従来の斜入射蒸着法などの特殊な方法を採用しなく
ても、垂直入射方法で、抗磁力の大きな薄膜全作製でき
る。

また薄膜の構造上９体積充填率が１００％に近いので、
耐腐食性に曖れている。

このことは産業上非常に大切なことで、有用であること
がわかる。

次に上記の構造と性質を有する薄膜の製造方法について
述べる。

まず、磁性金属と非磁性金属よりなる薄膜全体が微視的
にはおのおのの原子が一様かつ無秩序に混合分布してい
る磁性薄膜全作製する。このとき基板の温度を上ケ１さ
せないようにすることが必要である。具体的には基板温
度−＜１ｏＯｃ以下に保持することが望ましい。

基本的には第２図に示すような２源蒸着装置を用いる。

図中、４はＦｅなとの磁性金属を蒸発させるための蒸発
分で、ここでは電子ビーム加熱法を示しているが、この
方法に限定する必要はなく。

抵抗加熱法などの通常の方法を用いればよい。６はＡｑ
などの非磁性材料を蒸発させるための蒸発源であり、蒸
発源４と同様な加熱方法を用いる。

６は基板であり、ヒータ７によシ加熱される。９は水晶
振動子を用いた膜厚モニターで、磁性金属と非磁性金属
を独立してモニターできるよう装置内ＶＣ２ケ所配置さ
れている。１０は排気装置で。

１１はリークパルプである。

第３図は蒸着時に基板６０幅度を電温以下に保持するた
めの手段を備えた装置の構造を示しており１第２図に示
した装置と基本的には同じ構造であるが、基板６を冷却
するための寒剤１２とそれを加熱するためのヒータ１３
とが設けられている点で異なる。なお、対応する構成要
素には同じ符号を付している。寒剤には液体窒素や、ド
ライアイスとエチルアルコールとの混合液のようなもの
を所望の温度に合せて適宜選択することができる。

はぼ同一の特性を有する微視的には原子が一様かつ無秩
序に混合分布している磁性薄膜は蒸着法以外、スパッタ
リング法でも作製可能である。

第４図（ａ）にスパッタリング装置の構造の概略を示す
。図において、６は基板、７は基板加熱用のヒータ、１
２は基板冷却に用いる液体窒素などの寒剤、１３は寒剤
を加熱するヒータ、１４はターゲラ）、１５．１６はそ
れぞれ名−ゲット冷却水の入口と出口である。ターゲッ
トは１４は同図（＃に示すように磁性金属２０と非磁性
金属２１のスパッタ効率を考慮した上で、得られる薄膜
の組成が目指すものになるような両者の面積比に構成さ
れている。

同じスパッタリング法を用いる場合でも、２源スパツタ
リング装置も用いることができる。第５図にその構造の
概略を示す。この装置は基板回転が可能で、しかも基板
ホルダー内に寒剤を入れて基板を冷却できるようになっ
ている。図において６は基板、１０は排気装置、１１は
冷却用寒剤。

１３はターゲット、１７は寒剤の入シロ、１８は基板回
転駆動用のモータ１９はおのおの独立して制御できるス
パッタリングの電源である。

以上のように第２図から第６図までに示した装置によシ
作製した薄膜は抗磁力が１０エルステツド以下と非常に
小さく、典型値としては６エルステツド以下である。こ
の磁性薄膜は第１図の領域１におけるような、微視的に
は磁性金属原子と非磁性金属原子がおのおの一様かつ無
秩序（【混合分布している構造である。その結果、抗磁
力が非常に小さくなっているものと考えられる。混合系
薄第２番目の工程は得られた磁性薄膜を高真空中で熱処
理することである。この工程で抗磁力が増大する。熱処
理温度は材料の組成にも依存するが１００ｐ以上おおよ
そ１５０Ｃ〜６００Ｃの範囲内であるが、これに限定さ
れるものではなく、その特性を考慮して熱処理温度は決
定されるべきものである。

組成に関しては、非磁性金属原子かそれと磁性金属原子
との合削量に対して０．３〜０．８であるとき−大きな
抗磁力が得られる。

真空度に関しては、薄膜が高温度下で酸化しないことが
必要であるので％１０　’　Ｔｏｒｒ以下より好ましく
は１０〜５Ｔｏｒｒ以下の高真空であればよとの真空中
で薄膜を熱処理することにょハ薄膜の構造に変化が生じ
、抗磁力が数１００工ルステツド以上に増加する。、抗
磁力が増加する機構として推測されることは以下のとお
りである。基板温度１００Ｃ以下で作製された磁性薄膜
では前述のように構成元素が本質的に固溶しない準安定
系であるので、熱処理することによって安定相である分
離系へ移ることになる。そこで、熱処理温度と時間を適
当に選択して、磁気特性が最適となる゛ようにする。原
子が分離して、磁性金属と非磁性金属の別々の粒子にな
る。その様子が第１図に示されているのであるが、抗磁
力を増加させるためには、数エルステッド以下の抗磁力
を有する領域が消失した方がよい。磁性金属微粒子の大
きさは。

磁気特性が最大になるような大きさ、つまり個々の粒子
の大きさが単磁区構造となる大きさがよくたとえば球状
の鉄粒子では２００八である。

抗磁力を増大させるためには、単磁区構造以外に、磁気
異方性エネルギーを増加させる必要がある。結晶磁気異
方性エネルギーが大きなｈａｐ構造を有するＣＯを除い
て、立方晶系のＦｅなどでＱよ形状異方性を大きくしな
ければ異方性エネルギーの増加はない。形状異方性エネ
ルギーを大きくするためには、析出粒子を針状にして形
状比を大きくすればよい。粒子そのものが針状でなくて
も１球状粒子が鎖状に連らなって見掛上の形状比が大き
くなっても同様の効果が得られる。本発明に゛よる磁気
記録媒体は、このような鎖状球が微視的に一様なところ
に分散しているような構造をとるかまたは非磁性析出結
晶粒子に囲まれた構造となることにより磁気的相互作用
が弱められて、抗磁力が増加するようになる。ただし、
析出強磁性結晶粒子の大きさが単磁区限界を越える程結
晶成長すると１個々の粒子が多磁区化して抗磁力は減少
してしまうので、熱処理条件には最適値がある。

本発明は基本的には低温で蒸着して、高温で熱処理する
のであるが、蒸着時に基板を加熱しておいて同時に熱処
理することも考えられる。後者の方法では基板温度が高
いので、前述の結晶成長が進みすぎてしまって肥大化し
た結晶粒となり１抗磁力が本発明によるものに比べて小
さくなる。これからも蒸着時の基板温度の管理が重要で
あることがわかる。

結晶粒子の成長は、Ｘ線回折の回折線の幅を追跡するこ
とによっても確認することができる。つまり、蒸着後処
理をしないものでは回折線の幅が広くまた回折線の数も
少ないので、粒径が数１０八以下であるが、熱処理をす
ると回転線の幅が狭くなり、丑だ回折線の数も増加する
。このことからなんらかの結晶粒の成長が生じているこ
とが推察できる。

以」二述べたように１本発明の特徴は本質的に固溶しな
い金属の混合系薄膜を低温で蒸着し、ｌＸ１０’Ｔｏｒ
ｒ以下の真空中において１００Ｃ以上で熱処理すること
に特徴があることがわかる。以下に具体的に実施例にも
とづき説明する。

実施例の説明 実施例１ 第２図に示す装置でＦ　ｅ　−Ａ　ｇ混合薄膜を作製し
た。作製条件を以下に示す。

真空度　　　　ｌＸ１０　　Ｔｏｒｒ 基板温度　　　３０Ｃ 基　板　　　　　ソーダーガラス、耐熱性高分子フィル
ム蒸着速度　　　Ｆｅ　　３００八／分（一定）Ａｇ　
　　０−２０００人／分（可変）得られた薄膜でＦｅ１
　、Ａｇｘ（０，３≦Ｘ≦０．８）の範囲内では抗磁力
は１ｏエルステツド以下である。

これらの薄膜を真空中で熱処理した。

まずＦｅ０．４Ａ０．６の組成を有する薄膜について、
その熱処理温度、熱処理時間と抗磁力との関係を求めた
。なお、熱処理時間を１５分、３０分。

６０分、１２０分とした。結果全第６図に示す。

熱処理時間によらず、熱処理温度が１０ｏＣを越えると
抗磁力の増加が認めら扛る。熱処理時間が６０分のとき
に抗磁力が最大となる。熱処理時間が長すぎると、薄膜
の抗磁力がかえって低下する傾向を示す。

第７図にＦｅ０．４Ａｑ０．６混合薄膜を温度２５０Ｃ
で６０分間熱処理したときの真空度と抗磁力。

飽和磁束密度との関係を示す。真空度か１０Ｔｏｒｒ台
以下のところでは酸化の影響がないが。

１Ｏ−３Ｔｏｒｒ台以上では顕著な酸化の影響と推測さ
れる飽和磁束密度の減少と抗磁力の減少が認められる。

第８図にＦｅ−Ａｇ混合薄膜の組成と抗磁力の関係につ
いて熱処理温度６０Ｃ，１００Ｃ，２００の組成依存性
の例全第９図に示す。磁性金属としてＦｅ　　　Ｎｉ　
　　、Ｆｅ　　　Ｃｏ　　　、Ｃｏｆ選０．８　　　０
．２　　　　　　０．６　　　０．４び、装置には第３
図の装置を用い基板温度は一６０Ｃである。熱処理温度
は２６０Ｃ，同時間は６０分である。

図から明らかなように、Ｆｅ−Ａｇ系とほぼ同様の傾向
が見られるが、磁性金属もしくは合金の種類によって多
少の差が存在する。Ｆｅ０．６ＣＣｂ、４で抗磁力が最
大になるのは、この組成で飽和磁束密度がＦ　ｅ　Ｃｏ
合金で最大になるからである。

電磁変換特注は実施例１で示したのとほぼ同等であるが
、抗磁力の大きくなったものは、その分だけ周波数特性
がよくなり、また小さくなったものはその分だけ減少す
る。

実施例３ 磁性金属Ｆｅに対して非磁性金属を変えたときの組成依
存性の例を第１０図に示す。装置には第４図を用いた。

基板温度は一１７０Ｃである。熱処理温度を２５’ＯＣ
熱処理時間を６０分一定とした。

図から明らかなようにＦｅと全く固溶しないｐｂと比べ
て、室温から熱処理温度の範囲内で多少固溶するＣｕと
Ａｕでは抗磁力の低下が若干見られるが１本質的に抗磁
力の生じる機構は同じであると考えられる。

実施例４ 非磁金属をＡｇとｐｂの混合物、磁性金属を（Ｆ　ｅｏ
　、　ｅ　Ｃｏ　ｏ　、　４）　ｏ　、　９Ｎ　１　　
としたときの組成抗磁力との関係を第１１図に示す。熱
処理温度を５０Ｃ，１００ｔＺ’　、２００Ｃとし、処
理時間を６０分とした。なお、Ａｑとｐｂは蒸気圧が異
るのでｐｂとＡ（Ｊを別々の蒸着ヒータから蒸着させた
。

装置には第３図に示す装置で３蒸発源としたものを使用
した。

第１１図から明らかなように、Ｐｂが添加されると、融
点が低くなることもあって、低温で熱処理しても効果が
生じることがわかる。

実施例６ 第６図ニ示す装置を用いて（（Ｆｅ０．６ｃｏ。、４）
０．８”０．２）０．４　（ＡｑＯ，６Ｃｕ０．４）の
組成を持つ薄膜を作製した。作製時の基板温度を一１′
７０Ｃ９蒸着速度を６０八／分、熱処理温度を２２０Ｃ
とした。第１２図に基板の回転速度による抗磁力の依頼
性を示す。

図から明らかなように、抗磁力は基板回転数が成膜速度
が毎分６０八では毎分１００回転を越えると大きくなる
ことがわかる。

なお実施例１〜５では数種の材料について述べただけで
あるが、他の組合せでもほぼ同様の結果が得られること
を確めている。

発明の効果 以上に述べたように、本発明による製造方法を用いると
抗磁力の大きな薄膜型の磁気記録媒体を作製することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法によって得られる磁気記録媒体の
構造の模式断面図、第２図から第５図までは本発明の方
法を実施するだめの装置の代表例を示す断面図、第６図
から第１２図までは本発明の実施例で得られた磁気記録
媒体の特性を示す図である。 １・・・・・・磁性金属原子と非磁性金属原子とが一様
にかつ無秩序に分布している領域、２・・・・・・磁性
金属の微細結晶、３・・・・・・非磁性金属の微細結晶
。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 １２図 第３図 （ａ） 第５図 第６図 ｏ　　Ｈｏｏ　　簿　３ρρ　＃６１／細幅（′Ｃ） 第７図 義乞＞ｔ７ｏｖｒ） Ｉ　　　　ρ、２　　　／４　　　　ρｌ　　　　ρ、
６　　　／、ρ第９図 θ　ρ、２　σ、４　ρ、６　ρ：ｌ　　／、θ第１０
図 第１１図 ０　　　　　　ρ、ど　　　　　ρ４　　　　　０．６
　　　　　　　θ・θ　　　　　／、？第１２図 芸才友ｒＪ聚祈（（シ分〕 ２１９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 強磁性金属もしくは強磁性合金と、前記金属もしくは合
   金と本質的に固溶しないか、あるいは１０％以下の割合
   で固溶する非磁性金属もしくは非磁性合金のおのおのの
   原子が一様でかつ無秩序に分布しているところの組成式
   Ａ　１ｘ　Ｂ　ｘ　　（Ａ　：　Ｆ　ｅ　＋Ｃｏ　、　
   Ｎ　ｉのいずれかまたは２種以上；Ｂ：Ａｑ。 Ｐｂ、Ａｕ、Ｃｕのいずれがまた（４．２種以上、ただ
   しχは原子比、ｏ、３≦Ｘ≦Ｏ−８）　ｔ！”、Ｂ磁性
   薄膜をＩ　Ｘ１０　’　Ｔｏｒｒ以下の真空中において
   １００ｃ以上に加熱し熱処理することを特徴とする磁気
   記録媒体の製造方法。