JPS62128017A - 垂直磁気記録媒体 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、磁気テープ、リジッド磁気ディスク。

フロッピー磁気ディスクなどに好適な鉄系合金薄膜から
なる垂直磁気記録媒体に関する。

〔発明の背景〕

磁気記録の分野における記録密度の向上は著しいものが
ある。特に、東北大学の岩崎らによって提案された垂直
磁気記録方式では、記録線密度を高くした場合にも記録
磁化自体からの反磁界による自己減磁が現用の面内磁気
記録方式にくらべて少ないので、高密度磁気記録に適し
ていると考えられている。垂直磁気記録媒体には、膜面
の垂直方向に磁化容易軸を有する磁化膜（垂直磁化膜）
が必要である。垂直磁化膜には６方晶系のＣｏ　−Ｃｒ
膜などのＧｏ系材料が知られているが、垂直磁気異方性
への結晶磁気異方性の寄与が大きく。

かつ結晶磁気異方性の圧力変化や温度変化の大きいＧｏ
系では加圧減磁や加熱減磁が問題になる可能性がある〔
松岡茂登他、ｆｌ！子通信学会技術研究報告ＭＲ８３−
３２１１（１９８３））。このため、垂直磁気異方性へ
の結晶磁気異方性の寄与の小さく、形状異方性が支配的
なＦｅベースの材料の開発が望まれている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、加熱減磁や加圧減磁のおそれがあるＣ
ｏ系の代りに、Ｆｅをベースとした垂直磁化膜を用いた
垂直磁気記録媒体を提供することにある。

〔発明の概要〕

Ｃｏ−Ｃｒ膜が垂直磁化膜になる理由については、次の
ように考えられている。スパッタ法あるいは真空蒸着法
で作製したＣ　ｏ　−Ｃｒ膜をＳＥＭで１１ＦＮすると
、膜面の垂直方向に結晶粒子が成長した柱状構造がＷｔ
察される。垂直磁気異方性に優れたＣ　ｏ　−Ｃｒ膜は
、この柱状方向に沿って六方晶ＣＯのＣ軸が配向してい
ることがＸ線回折法で確認されている。このＣ軸配向に
よって膜面の垂直方向に大きな結晶磁気異方性をもつこ
とが、Ｃｏ　−Ｃｒ膜の垂直磁気異方性の一因である。

さらに、その垂直磁気異方性の大きさくＫｕ）が、膜面
に垂直方向に磁化が向いた時の静磁エネルギー、２πＭ
　ｓ２（Ｍ　ｓ　：飽和磁化）より大となるという下記
（１）式の関係が満たされていることがＣｏ−Ｃｒｔ摸
が垂直磁化膜になる二番目の理由である。

Ｋｕ＞２ｘＭｓ２　　　　　　　　　・＝　（１）しか
し、上述のようにＣｏ　−Ｃｒ膜の場合には。

Ｋｕに対する結晶磁気異方性の寄与が大きく、かつ、結
晶磁気異方性の圧力変化、温度変化が大きいため、加熱
減磁などが問題になる可能性があった。

一方、Ｆｅの場合には結晶磁気異方性の寄与が小さく、
主に形状異方性によって垂直異方性が決定される。すな
わち、柱状構造のＦｅの膜のＫｕは形状磁気異方性（π
Ｍ　ｇ　、　ｚｒｅ　、ただし、Ｍｓ。

ＦＱ、はＦｅの飽和磁化）にほぼ等しくなる。純Ｆｅの
連続膜の場合には、　Ｋ　ｕ　（＝　πＭｓｔ　２Ｆｅ
）〈２πＭｇ、　２Ｆｅｙの関係にあるため垂直磁化膜
にならない。しかしながら、Ｆｅ柱状晶の間に柱状晶の
底辺の長さの約２割以上に相当する非磁性層を介在させ
るとＭｓ＋　２！１１１　ＣＭｓｙ　ｅｘｔ　：　　膜
の飽和って、Ｋ　ｕ　（＝　πＭｇ、　”Ｆ（１）　＞
　２　Ｍｓ＋　”ｅｘｔの関係を満足し、Ｆ　ｅ　−Ｍ
　（Ｍ　：非磁性元素）で表わされるＦｅ基合金は垂直
磁化膜になる。

垂直磁化膜になるＦｅ基合金にはＦ　ｅ　−Ｃｒ合金（
Ｃｒ：３２〜４０原子％、第８回日本応用磁気学会学術
講演概要集、　Ｐ９　（１９８４，１１）　）が知られ
ている。しかし、Ｆｅ−Ｃｒ合金薄膜の場合にはＣｒが
柱状晶を形成するＦｅ中に多量に固溶し、柱状品目体の
飽和磁化を大幅に下げるために柱状晶のＫｕが小さくな
る。そのため、Ｆｅ−Ｃｒ合金薄膜が垂直磁化膜になる
飽和磁化は３６００　Ｇ以下と小さくなる。

そこで、柱状晶を形成するＦｅ中への固溶が少なく、か
つ、固溶した場合にも飽和磁化の低下の少ない合金化元
素（Ｍ）を探索した結果、Ｂｅ。

Ｓ　ｃ　ｍ　Ｔ　ｘ　＋　Ｚ　ｒ　＋　Ｒｕ　ｒ　Ｒｅ
　＋　Ｏｓのようにそれ自体が６方晶系の結晶構造をも
つ金属元素が有効であることを見いだした。二九により
、飽和磁束密度（４πＭｇ）が３６０００以上でも垂直
磁化膜が得られるようになった。

Ｆｅ−Ｍ合金薄膜中のＭの含有量は１５以下４５原子％
以上が好ましく、２０原子％以上３５原子％以下より好
ましい。この範囲が好ましいのは。

Ｍの含有量が１５原子％未満ではＦｅ−Ｍ合金薄膜が垂
直磁化膜になりにくく、４５原子％より大では飽和磁束
密度が小さくなるためである。

Ｆｓ−Ｍ薄膜の飽和磁束密度（４πＭｇ）　は１５００
Ｇ以上８０００　Ｇ以下ノ範囲が好ましく、２５０００
以上８０００　Ｇ以下がより好ましい。この範囲が好ま
しいのは１５００Ｇ未満では記録再生した場合の再生出
力が小さくなり、８０００　Ｇより大では垂直磁化膜が
得にくいためである。

また、前記Ｆ　ｅ　−Ｍ合金薄膜に、総量で１０Ｍ子％
以下のｃ　ｒ　ｇ　Ｎ　ｘ　＊　ｃ　ｏ　ｗ　Ｏｅ　Ｎ
　＠　Ｂｉｅ白金族元素（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｏ
ｓｓ　Ｉ　Ｓ。

Ｐ　ｔ　）　ｅ　Ｔ　ａ　ｇ　Ｎ　ｂ　ｙ　Ｚ　ｒ’　
ｅ　Ａ　ＩＩ　ｍ　Ｗなどの耐食性向上に効果のある元
素の少なくとも一つを含有させることは、垂直磁化膜の
耐食性向上および飽和磁束密度の制御を行う上で好まし
い、Ｆｅと上述の六方晶構造をもつ元素ＣＭ）以外の元
素の添加量が１０原子％以下が好ましい理由は、Ｏｒな
どの添加量が１０原子％を越えると飽和磁束密度が著し
く小さくなるためである。

垂直磁化膜の膜厚は０．１μｍ以上１．０μｍ以下の範
囲が好ましく、０．１μｍ以上〜０．５μｍ以下の範囲
がより好ましい。この範囲が好ましい理由は、０．１μ
ｍ未満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より大で
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
。

垂直磁化膜の製造法としては、高周波スパッタ法、マグ
ネトロンスパッタ法、イオンビームスパッタ法、ＤＣス
パッタ法、ＤＣ対向スパッタ法、蒸着法などの物理蒸着
法（ＰＶＤ法）、化学蒸着法（ＣＶＤ法）、めっき法な
どがある。このうち。

物理蒸着法が垂直磁化膜を得やすいのでより好ましい。

また、スパッタ法でＦｅ−Ｍ合金薄膜を形成する際に−
５０ないし一５ｏｏｖのバイアスを基板に印加すること
により垂直磁化膜の製造が容易になる。

膜が垂直磁化膜であるか否かは、磁気ヘッドを用いて記
録再生実験を行い、再生出力の波形が垂直磁化膜に固有
な波形を示すか否かによって評価できる。すなわち、再
生波形が垂直磁化膜に固有なダイパルスであれば膜は垂
直磁化膜である。また、単層膜（下地層に高透磁率材料
を含まない膜）では、膜の磁化履歴曲線から膜が垂直磁
化膜であるか否かを簡易に評価できる。すなわち、膜面
の垂直方向の残留磁束密度（４πＭｒ、）　　と面内方
向の残留磁束密度（４πＭｒ／／）　　との比（Ｍｒ工
／Ｍ　ｒ、’７）が０．８　以上で、垂直方向の保磁力
（Ｈｃ上）が面内方向の保磁力（ＨＯ２−）　　より大
きい膜は垂直磁化膜であり、上述の再生波形はダイパル
スになる。

垂直磁化膜を非磁性基板表面に直接被着することもでき
るが、非磁性基板にあらかじめ、フェライト、パーマロ
イ、センダスト＊　　（Ｆｅ、Ｃｏ。

Ｎ１）−（Ｓｉ、Ｂ、Ｃ，Ｐ、ＡＱ−Ｂ）系非晶質合金
、（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ１）−（Ｚｒ、Ｈｆ。

Ｙ、　Ｔｉ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｗ、　Ｖ、　Ｍｏ、　
Ｃｒ）系非晶質合金などの高透磁率磁性材料を被着せし
め、この上に垂直磁化膜を形成することもできる。垂直
磁化膜と高透磁率膜の二層膜では、磁気ヘッドの記録・
再生効率が高く出力が大きいので、高出力の要求される
媒体には二層膜が好まれる。

また、垂直磁化膜と高透磁率材料の間および／または高
透磁率材料と非磁性基板の間にＣｒ。

Ｔｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、５ｎＣ）ｚなどの電導性中間膜を形
成させれば垂直磁化膜の垂直異方性が高くなるので、目
的により中間膜を形成させることができる。垂直磁化膜
と高透磁率材料の間に形成させる中間膜としては中間膜
と垂直磁化膜の最近接原子間距離の比が０．９　以上１
．１　以下のものがより好ましく、０．９５以上１．０
５以下のものがさらに好ましい。

垂直磁化膜の保護膜として、５０Å以上１０００人のＳ
ｉ、Ｃｒ、５ｉ−Ｇｅ、Ｒｈなど無機物質および／また
はパーフロロポリエーテル、ＭＯ５２などの無機または
有機潤滑性物質を形成させれば耐食性、耐久性が向上す
るのでより好ましい。

〔発明の実施例〕

以下に、本発明を実施例によって説明するが、この実施
例は本発明になんらの制限を加えるものではない。

実施例１ 第１図に示した高周波スパッタ装置を用い、非磁性基板
上にＦ　ｅ　＋　Ｔ　ｉ＋合金薄膜磁性体のスパッタリ
ングを行った。第１図において、１は非磁性基板でこの
基板には一５００ｖないしｏｖのバイアス電圧を印加で
きる構造をもつ。２はスパッタリングターゲットでター
ゲットには１３．５ＭＩＩｚの高周波をかけられる構造
をもつ。３はニードルバルブでＡｒの流量を調節できる
構造になっている。

上述の装置を使用し、１００φの純鉄上に８φｘｏ、ｓ
　　ｔの合金化元素のＴｉ、チップを２０ないし７０個
装いたものをターゲットに用い、５０人／ｍｉｎの速度
で光学研磨したガラス基板上に膜厚０．３μｍのＦｅ−
Ｔｉ合金薄膜を被着させた。スパッタ時のＡｒ圧は５　
Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒである。

なお、鋸板にはアースをノ＆市に一１５０ｖのバイアス
電圧を印加した。

これらのＦ　ｅ　、−Ｔ　４合金薄膜の組成分析結果と
、試料振動型磁束計（Ｖ　Ｓ　Ｍ　）により、前記膜の
面内方向（／／）および膜に垂直方向（±）に磁場を印
加した時の間膜の磁気特性の評価結果を第１表に示す。

第１表からあきらかなように、Ｔｉの含有率が１５〜４
５原子％、飽和磁束密度が８００００以上１５００Ｇ以
下のＦ　ｅ　−Ｔ　ｉ薄膜は、ＭｒＩＭｓがＭ　ｒ　／
／　／　Ｍ　Ｓ　　より大きく、かつ、Ｈｃ　ｈがＨＱ
　／／より大きいので、垂直磁化膜である。Ｔｉ含有率
が５０ａｔ％のＦｅ−Ｔｉ膜も垂直磁化膜であるが、４
πＭｓ、ＨＣｈが非常に小さく実用的な値ではない。

以上の実施例からあきらかなように、Ｔｉの含有率が１
５原子％以上４５原子％以下、飽和磁束密度（４７ＣＭ
９）が８００００以上１５００Ｇ以下のＦｅ−Ｔｉ薄膜
は垂直磁化膜になり、磁気特性も実用的な値を示す。

実施例２ 第２表に示したバイアス電圧を印加したと非磁性基板と
膜の間に０．０５　μｍのＴｉ中間膜を設けたことを除
き、第１表Ｎｏ、６と同様な条件でＦｅ−Ｔｉ薄膜を作
製した。

第２表からあきらかなように、スパッタ時にバイアス電
圧を印加すると、垂直方向のＭ　ｒ　／　Ｍ　ｓおよび
Ｈｃが大きくなる。印加するバイアス電圧が一５０Ｖよ
りも低いところで顕著な効果がみられる。また、電位を
一３００ｖより低くするとその効果はほぼ横ばいになる
のでバイアス電圧は一５００Ｖまでが適当である。この
結果から、−５０■よりも低いバイアス電圧を印加すれ
ばより良好な垂直磁化膜が得られることはあきらかであ
る。また、表ＩＮｏ、６と表２Ｎｏ、１３の比較から中
間膜にＴｉを使用することにより、Ｆｅ−Ｔ　ｉ膜のＭ
　ｒ　Ｌ　／　Ｍ　ｓとＨｃ上が高くなることがあきら
かである。

実施例３ ターゲットとして純鉄上にＴｉと共にＣｒチップを置い
たものを用いたことを除き、実施例１の第１表Ｎｏ、６
と同様にしてＣｒ入Ｆｅ　−Ｔ　ｉ合金薄膜を作製した
。得られた薄膜の磁気特性と、この薄膜を６０℃、相対
温度９０％の空気中に１週間放置した際の飽和磁化の維
持率（Ｍ　ｔ　／　Ｍ　ｏ　）を第３表に示した。第３
表には比１咬のために、Ｃｒを添加しなかった試料につ
いてもあわせ示した。

第３表からあきらかなように、Ｃｒ入Ｆｅ−Ｔｉ膜も良
好な垂直磁化膜であり、しかも、良好な耐食性を示す。

実施例４ ターゲットとして純鉄上に８φのＢｅ、Ｓｃ。

Ｚ　ｒ　＋　Ｒｕ　＋　Ｒｅ　＋　Ｏｓチップ４２個を
置いたもの用いたことを除き、実施例２Ｎｏ、１２と同
様にしてＦｅ−Ｍ　（Ｍ＝Ｂｅ＋　Ｓｃ、Ｚｒ、Ｒｕ。

Ｒｅ、Ｏｓ）薄膜を作製した。得られた薄膜の磁気特性
を第４表に示す。

第４表からあきらかなように、合金化前の含有率が３３
〜２８原子％飽和磁束密度が４０１０〜４９５０ＧのＦ
　ｅ　−Ｍ　（Ｍ　＝　Ｂ　ｅ　、　Ｓ　ｃ　、　Ｚ　
ｒ　、　Ｒｕ　。

Ｒｅ、Ｏｓ）薄膜はいずれも垂直磁化膜である。

実施例５ 非磁性基板上にあらかじめ１．０　μｍ厚のパーマロイ
膜を形成し、この上にＦ　ｅ　−Ｔ　ｉ膜を被着したこ
とを除き実施例１の第２表Ｎｏ、６と同様にしてＦ　ｅ
　−Ｔ　ｉとパーマロイの２層膜を作製した。この薄膜
の再生波形を調べた結果、再生波形はダイパルスであっ
た。また、再生出力は、単層膜の再生出力の約２倍であ
った。

この結果からあきらかなように、パーマロイ高透磁率性
材料との２層膜の場合にもＦ　ｅ　−Ｔ　ｉ　”Ｊｌ膜
は垂直磁化膜であり、再生出力は約２倍に向上する。

なお、 実施例１〜５にはＦｅ−薄膜の磁気特性のみを示したが
、これらの膜の１００℃１時間放置後の加熱減磁と、５
　Ｘ　１０９ｄｙｎｅ／　ａｌの外圧をかけた後の加圧
減磁も評価した。その結果、いずれのサンプルも減磁量
はサンプルも減磁量は１％以下であった。

以上詳述した実施例から、Ｆｅ−Ｍ　（Ｍ＝Ｂｅ。

Ｓ　ｃ　＋　Ｔ　ｉ＋　Ｚ　ｒ　ｒ　Ｒｕ　＋　Ｒｅ　
＋　Ｏｓ　）薄膜が実用に酎える垂直磁化膜になる条件
はつぎのようである。

（１）合金化元素の含有率は】５原子％以上４５原子％
以下である。

（２）　　Ｆ　ｅ−Ｍ薄膜の飽和磁束密度（４ｚＭｓ）
が１５００Ｇ以上８０００　Ｇ以下の間にある。

なお、以上の実施例で述べたＦｅ−Ｍ薄膜の作製条件、
例えば、スパッタ時のＡｒ圧は、使用する装置によって
決まるものであり、以上の実施例の制限を受けるもので
はない。また、ターゲットにはＦｅ上に合金元素のチッ
プを置いたものを使用したが、合金ターゲットが使用で
きることは言までもない。

また、本発明の実施例にも述べたように、ＦｅＭ薄膜の
耐食性向上および飽和磁束密度の制限を目的としてＯｒ
などの異種元素を混入させることもできる。

薄膜形成基板としては、本発明に述べたガラス基板の他
にも、ポリエステル、ポリイシドなどの有機ポリマー、
Ａα板などの非磁性金属板、パーマロイなどの高透磁率
材料の薄膜または板なども用いることができる。また、
基板の形状は通常。

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、基板表面にパーマロイなどの重送磁率特性を有
する簿膜を形成し、その上に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
とは言うまでもない。

また、本発明ではＲＦスパッタ法による実施例のみを示
したが、蒸着法、ＣＶＤ法、マグネットロンスパッタ法
、ＤＣスパッタ法、ＤＣ対向スパッタ法、イオンビーム
スパッタ法など従来公知のいずれの薄膜形成技術を使用
できる。

その他、本明細書に特に記載していない事項については
既に知られている知見を適用しても差支えない。

〔発明の効果〕

以上説明したところからあきらかなように、本発明によ
る垂直磁化膜は製造が容易であり、・しかも加圧減磁や
加熱減磁がほとんどないので、垂直磁気記録媒体として
実用上の利点は大きい。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の実施例における鉄基垂直磁化膜の作
製に用いた高周波スパッタ装置の概略断面図である。 １・・・非磁性基板、２・・・スパッタターゲット、３
・・・ニードルバルブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板と、該基板上に高透磁率磁性材料を介してまた
   は介さずに被着された、垂直磁気異方性を有するＦｅ−
   Ｍ（Ｍ＝Ｂｅ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｏｓの
   いずれか）合金薄膜磁性体からなる垂直磁気記録媒体。 ２、特許請求の範囲第１項記載の垂直磁気記録媒体にお
   いて、前記合金薄膜磁性体中の合金化金属（Ｍ）の含有
   量が１５原子％以上４５原子％以下であることを特徴と
   する垂直磁気記録媒体。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項記載の垂直磁気
   記録媒体において、前記薄膜磁性体の飽和磁束密度が１
   ５００Ｇ以上８０００Ｇ以下であることを特徴とする垂
   直磁気記録媒体。