JPS631010A - 垂直磁気異方性薄膜 - 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】 （技術の分野） 、この発明は、垂直磁気異方性の強磁性薄膜に関づるも
のである。さらに詳しくは、膜面に垂直の方向に優れた
磁気異方性を右し、磁化が大ぎく、しかも耐食性、耐ｌ
亨耗性に例れ、動摩隙係数が小さな、磁化記録媒体、面
内おＪ：び重直磁化記１．ｆ媒体として有用な強磁性薄
膜に関するものである。

（技術の背朗） これまで磁気記録の方式としては、塗布型記録媒体を用
いた面内記録方式が一般的に採用されている。この塗布
型の記録媒体としては、針状の磁性粉を面内のＱ４ｊ定
の方向に配向させて塗布したものが主に用いられてぎて
いる。この場合の針状の磁性粉の代表的なものはγ−「
ｅ２０３である。

このγ−「ｅ２０３媒体は劃−デイ副テープ、ビデオテ
ープ、フロッピーディスク等に広く用いられてきている
が、その特性、いずれの用途においても）！１足できる
ものではない。克服づべき数多くの問題をかかえている
のが現状でおる。

たとえば、フロッピーディスク用のγ−Ｆｅ２Ｑ３媒体
の場合には、１１状のγ−Ｆｅ′２０３が面内である特
定の方向に配向しているために、再生時にディスクの場
所によって出力に山と谷が現われる。このため、平均的
なＳ／Ｎ比の低下が起る。

また、近年、オーディオビデ刺のデジタル化が進んでお
り、これに対応して記録媒体の高記録密度化が必要にな
っている。γ−Ｆｅ２０３！Ａ！体は、このようなデジ
タル記録・再生、高密度記Ｈのニーズに対応覆るには原
理的にも不利なしのである。

使方、磁化記録方式として一般的な面内磁化記録の方式
では平面内の磁化記録であるため、高記録密度にすると
減磁作用によって再生出力が低下するという問題がある
。

このような問題を解決覆るしのとして、原理的により一
層の高密度記録が可能な垂直磁気記録方式が提案され、
その実用化のための開発も話発に進められている。この
垂直磁気記録については、この方式に用いる磁気記録媒
体としては膜面内に磁化するより−ｂ乗直に磁化した場
合の方がエネルギー的に低いことが望ましいことから、
ｃｏ−Ｃｒ系１合金、１３ａフ１ライトが記録媒体とし
て有望視されてもいる。

ｃｏ−Ｃｒ系合金の薄膜は、現在はスパッタ法または蒸
着法で、またＢａフェライト薄膜はスパッタ法でｆｆ￥
Ｊされており、これら媒体を用いた垂直磁気記録方式に
よって優れた高密度記録ら実現されている。たとえば、
Ｃｏ−Ｃｒ合金のスパッタ薄膜を媒体とした垂直磁気記
録方式によるフ１」ツピーディスクで１００ＫＢＰＩ　
（キ［Ｉ・ビット・パー・インチ）の超高密度記録が可
能となったことも報告されている（　Ｉ　Ｅ　Ｅ　Ｅ　
、　Ｔ　ｒａｎｓ、ｏｎＭａｏｎ　ＭＡＧ−２０，Ｎｏ
、５．　ｐｐ６５７−６６２、９８４＞。

しかしながら、現在の垂直磁気記録１１式の媒体として
提案されているｃｏ−Ｃｒ系合金の場合には、媒体が全
屈であるため動産Ｉ察が大きく、？ｒＪ摩耗性に問題が
おる。この点は、実用上の観点からは極めて重大な問題
である。Ｊ：た、このＣ０−Ｃｒ系合金）ｉシ膜の場合
には、Ｃｏとともに、供給の安定性、価格の安定性に不
安の人さいＣｒを用いることが必要になる。

３ａフエライト薄膜の場合には、垂直磁気異方性と密接
に関係する高配向性結晶を形成するために基板の）５４
度を５００　’Ｃ程度にまで高温加熱する必要が必り、
また、基板にあらかじめ高配向性結晶をイ」着させてお
く必要がある。このため、製造条件、価格の面で３ａフ
１ライ１〜薄膜には問題が多い。特に、実用−し、安価
なＰＦＴ等の右１３フイルムを使用覆ることができない
ことは重大な問題である。

さらにまた、ｃｏ−Ｃｒ系合金ｄ３よび［３ａ）１−ラ
イトの薄膜のいずれの場合においても、磁気特性は依然
として満足できるものではない。

このため、記録方式として今後の発展の可能ｅ［が大き
い垂直磁気記録方式を実用技術として可能とげるために
、以上の従来技術の問題を克服した、新しい磁気記録媒
体とぞのためのａ、９膜の実現が強く望まれていた。

（発明の「１的） この発明は、以上のとおりの事情を鑑みてなされ、！こ
らのであり、垂直磁気異方［生に優れ、ｆｊｄ化が大き
く、しかも耐Ｉ！？：耗性、耐食外にＦワれ、動摩１寮
係数が小さく、その製造が容易な垂直磁気異方性の強磁
性）１．９膜を提供づることを目的としている。

（発明の（を成） この発明の垂直磁気異方性の強磁性薄膜は、上記の目的
を実現するために、鉄（ＦＣ）Ｊ５よび／またはコバル
ト（Ｃｏ　）と酸素（０）とを主とづる組成を右し、膜
面に垂直の方向に磁気異方性を有することを特徴として
いる。

この鉄（ＦＣ）−コバルト（Ｃｏ　）−酸素（０）系の
垂直磁気異方性薄膜はこの発明の発明者ににってはじめ
て実現されたものでおり、この鉄（Ｆｅ）、コバルト（
Ｃｏ　）および酸素（０）を薄膜組成の主元素としてい
るものである。

鉄（「０）おＪ：び／またはコバル１〜（ＣＯ）、そし
て酸素（０）を組成にＯｖる限り、他の任意の元素をさ
らに含有してもよいし、あるいは含有しなくともよい。

各元素の組成比について・し適宜に選択することができ
る。組成比に対応して、この発明の強磁性薄膜は、面内
もしくは垂直磁化記録媒体として好適に用いることがで
きる。

鉄（Ｆｌ−コバルト（Ｇｏ　）−酸素（０）の組成から
なる乙のとしては、次の（ｉ＞の組成範囲にあるもが特
に好ましいものである。

（Ｉ）ＦｃｘＣｏｙＯｚ （ここで、ｘ、ｙ、ｚは次の原子比範囲にある。

０≦Ｘ≦９０゜ Ｏ≦ｙ≦９０゜ １０≦ｚ≦５０゜ ただし、ｘ＝ｙ＝ｏとなることはない。）もちろん、こ
の発明は、この範囲に限定されるものではない。この（
Ｉ＞の組成のものが、強磁４４　ＲｊＪ　膜として好適
に用いられるのである。

５Ｘ（Ｆｃ）、］コバルトＣｏ）によびＭ、Ｉｊ（０）
以外の他の元素を薄膜の組成成分として用いる場合には
、Ｂ（Ｃ１う素）、ＡＩ　　（アルミニウム）、Ｓｉ　
（けい素＞、−ｒｚチタン）、■（バナジウム）、Ｃｒ
（クロム）、Ｍｎ（？ンガン＞、Ｎｒにッケル）、ＣＩ
（銅）、Ｚｎ（亜’ｌ＋’＋　）　、Ｇ　ｅ（、ゲルマ
ニウム）、Ｚｒ　（ジルコニウム）、Ｎｂ（ニオブ）、
ＭＯ（モリブデン）、ＲｌＪ（ルテニウム）、Ｐｂ（パ
ラジウム）、Ａｇ　（銀）、Ｃｄ（カドミウム）、Ｉｎ
　　（インジウム）、ＳＬ！（錫）、Ｓｂ　（アンチモ
ン）、トＩｆ　　（ハフニウム）、Ｔａ　（タンタル）
、Ｗ（タングステン）、Ｒｅ（レニウム）、ＯＳ（オス
ミウム）、Ｐｔ（白金）、ＡＵ　　（金）、Ｐｂ　（鎗
）、Ｂｉ　（ビスマス）およびレア・アースの１種また
は２種以上の元素を好適に含有さけることができる。レ
ア・アースとしては、Ｎｄ　、　Ｓｍ　、　Ｇｄ　、　
ＴＬＩ　、　ＤＶ　、１−１ｏなどを組成に含有させる
ことができる。

これら元素の比率は適宜に選択することができるが、た
とえば、好適には、次の組成範囲において用いることが
できる。

（Ｈ）　　　（ＦｅｘＣｏｙＯｚ　　）　　１−Ａ　　
ＭへＸＸ１００（は上記の元素の１種Ｊ：たは２（！１
以上を示万。Ａ、ｘ、ｙ、ｚは、次の範囲にある。

Ｏ≦Ａ≦０．２５ ０≦Ｘ≦９０ ０≦ｙ≦９０ １０≦７≦５５ ただし、ｘ＝ｙ＝ｏとなることはない。）この発明の強
磁性薄膜は、通常のスパッタ法等の薄１１Ｄｉの形成の
方法によって製造することができる。スパッタ法の場合
には、鉄、コバルト、その他元素の金鼠シート、酸化物
ペレットなどをターゲット月わ１として用いることがで
きる。製造条１′［は、通常の方法に基づいて適宜に選
択することができる。

鉄（「ｅ）−コバルＩ−（Ｃｏ）−酸素（０）とを主と
する組成からなるこの発明の強磁１（［肪Ｂｒ、”４は
、後述の実施例にも示すとおり膜面に垂直の方向にｆつ
れた磁気異方性を右している。この例れた重ｉ′ｉ！１
磁気異方・ｉ／ｌまたは匝直磁化特↑）［は、１！ｒに
次の点にａ′３いできわたっている。

■膜面に重直な磁化曲線における高角型比。

（たとえば、角型比０．９以上を右する）■大きな保磁
力。

（たとえば、１０００ｃ以上を有する）■飽和磁化、垂
直磁気異方性がともに大きい。

（たとえば、飽和磁化５６０ｅｍｕ／ｃｃの滋ｆｌ薄膜
にｄ３いて、垂直磁気異方性磁界６．８　ｋＣ＋ｅを有
する） これらの諸点から明らかなように、この発明の磁性薄膜
は理想的な祠お１といえるものである。

また、この薄膜は、磁気記録媒体として使用する場合に
欠かｔ！ない特性である耐食性、耐摩耗性に優れ、動摩
擦係数が小さい。

このような諸特性を付する垂直磁気異方ｉ生薄膜は、こ
れまで全く知られていないものである。

以下、さらに詳しくこの発明を説明するために実施例を
示す。この実施例は、いくつかの例を示すものであり、
この発明がこれら実施例に限られるものでないことはい
うまで：ｂない。

実施例１ ＲＦ２ＪｉＲスパッタ法にＪ、す、鉄（Ｆｌ−：ｌパル
１〜（Ｃｏ　”）−酸素（０）の薄膜を作成した。

ターゲットとしては、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ、’Ｃｏｏ。

またはＣＯ３Ｏ４ターグツ１−の上にのＵたＦＣ１Ｃｏ
シート（５Ｘ５×１１）、「Ｃ２０３、Ｃ００、Ｃｏ　
３０４カ冒、ペレッ１〜（３ｔ×８φ）のうらの１種ま
たは２種のシートもしくはペレットからなる複合ターゲ
ット、または、Ｆｅ　、Ｃｏ、Ｆｃ　２０３　、Ｃｏ　
Ｏの粉末のうらの２杆または３種からなる混合粉末を焼
結したターゲットを用いた。組成は、投合ターゲットの
組合け、または、粉末の割合を変えることにより調整し
た。作成のための条例は、アルゴン圧２Ｐａとし、水冷
されたパイレックスガラスを塁仮に用いた。

１９られた薄膜の組成は、次のとおりであった。

Ｆｅ　５３，３ｏ４６．７　（１） Ｆｅ　３８．３ｃ０１４．５ｏ４７．２　（２＞Ｆ０４
３．ＩＣ０１４，６０４２，３（３）Ｆｅ５６．３Ｃ０
１３゜１０３０．７（４）この１〜４の試１１薄膜につ
いて、振動試料型磁力計によって測定した磁化曲線は、
それぞれ誰何した第１図、第２図、第３図および第４図
に示１と、おりであった。

飽和磁化（ＭＳ）、異方’＋ｌＬｍ界（ｔ−１ｋ　）　
、垂１ｉｆｆｌ方向の保磁力（＋−１ｃ上）、面内の保
磁力Ｎ−ＩＣ／）面内方向と、垂直方向に磁化させた場
合の残留磁化の比（Ｍｒ　／　／Ｍｒ　−Ｌ　）　、膜
厚、Ｒ＝　２　ａｎのり”ファイアに２９の圧力を加え
て測定した動摩擦係数等の値は、第１表に示すと２１ゴ
っであった。

なお、薄膜の組成は、ＥＰＭＡににって定量分析した。

第１図〜第３図より明らかなように、磁性薄膜は、膜面
に垂直の方向に大ぎな磁気異方性を有している。また、
−般に垂直磁化膜として必要な条件でおる ト１ｋ　≧　４　πＭ　５ Ｎ−１に：異方性磁界、ＭＳ：飽和磁化）をｉ！：１足
しており、垂直磁化記録方式を可能とする薄膜であるこ
とがわかる。

さらに、軟磁性層を実行らして二層（１η造とした垂直
磁気記録媒体では、この必要条件を満足する必要がない
ことから、１〜４の薄膜はざらに有利なものとなる。

第４図においては、１−１ｋ＜４足Ｍｓであるが、飽和
磁化が９７０　ｅｍｕ／ｃｃと非常に大ぎいにしかかわ
らず、垂直磁気異方↑（１磁界は３．７　ｋＱｅあり、
垂直磁気記録媒体としてｔりれた磁性薄膜である。

第１表 また、垂直方向の保磁力としても、薄形）１が６７００
ｅ　、２１ｆｉ７２００ｅ　、３１ｆｉ１３２０ｏＯ１
４が７８０ｏ（！を示し、十分な値を有している。

さらに飽和磁化も薄膜１がｉ　９　Ｑ　０１ｌｌｊｌ／
ＣＣｌ２が２０　Ｑ　ｅｍｕ／ｃｃ、　３が４７０ｃｍ
ｕ／ｃｃ、　Ａが９７０ｅｍｕ／ｃｃと大ぎく、優れた
垂直磁気異方性）ｉｑ膜である。

この実施例から：ｂ明らかなように、辞ｎ’ｒ＞の組成
の変化は、磁気特性の変化をと・しなうのが−殻内であ
るが、この発明の磁性薄膜に４３いては、低酸素濃度の
組成の場合には酸素の比率の減少にともなって磁化は増
加づる傾向にある。

この酸素１ｆｉｌＵの変化による特性の変化を示したも
のが第５図である。

この第５図の場合には、コバルト（ＣＯ）の原子比を１
２〜１５％に保ら、酸素温度を変化ざＵ、試お１薄膜の
磁化と垂直異方性磁界との関係を示している。

芽６図は、この第５図の関係を、磁化と異方性磁界につ
いて示したものである。第５図７６よび第６図からみて
、Ｍ素の原子比率は、１０〜５０％とＪるのが、特に好
ましいことがわかる。

実施例２ ＲＦ２極スパッタ法で、ＦｃｘＣｏｙＯｚ　、おヨヒ（
ＦｅｘＣｏｙＯｚ　）　ＨＭＡｘｌＯＯ（ここで、Ｏ≦
Ｘ≦９０、Ｏ≦ｙ≦９０、０≦７≦５５で、ｘ＝ｙ＝Ｏ
となることはない。また、Ｏく△≦０．２５でおる）か
らなる組成の磁性薄膜を作成した。

作成は実施例１と同様にして行った。

電＋ｂｉ圧は１．３〜２ｋＶ、印加磁場５０　（〉ｅ、
電極間距離４０〜５０ｎｍｒとした。

（ワられた磁性薄膜の磁気特性、成膜時における電（ル
ミ圧を第２表および第３表に示した。なお、従来例とし
て、Ｃｏ−ＣｒＲ，９膜についても併記した。

この第２表および第３表に示した薄膜の膜厚は約１．５
μ７ｎである。

また、１７られた薄膜について耐食性能についても試験
した。試験に用いた試料は、Ｆｅ１２．２ＣＯ３，６０
４６，２・Ｆ０３Ｂ、３Ｃ０１４，５０４７，２・Ｆ０
３９，３Ｃｏ　３．５　Ｓｒｌ　９、０４８、とした口
この３種の試料を５ｗｔ％塩化プトリウム水溶液に７２
０４間浸Ｕぎし、空気中で７２時間放置した。

磁気特性を測定した結果、特↑（１の変化１吋１つたく
みら机なかった。

また、Ｒ＝　２　ｍｍのりファイアに２ｇの圧力を加え
て動摩隙係数も測定した。上記の３　Ｈ’の試料にＪ３
いては０、３〜０、５の値であり、従来例のｃｏ−Ｃｒ
垂直磁化膜の０．８に比べてはるかに小さな値であり、
この発明の磁性薄１／３が耐摩耗性に極めて優れたもの
であることがわかる。

第２表および第３表から−ｂ明らかなように、この実施
例のいずれの磁性薄膜も優れた垂直磁気異方性を示し、
従来のｃｏ−Ｃｒ薄膜と同等以上の持廿を示してもいる
。

（発明の効、果） 以上詳しく示したように、この発明の磁性薄膜は、優れ
た垂直磁気異方性を有するとともに、耐食性、耐摩耗性
に優れており、面内および垂直磁化記録媒体として極め
て有用な薄膜である゛。

鉄（ＦＣ）−コバルト（Ｃｏ　）−酸素（０）から主と
してなるこの発明の強磁性薄膜は、垂直磁化記録の実用
展開に大ぎく寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図はこの発明の薄膜１の具体例についての
磁化曲線を示したものでおる。 第５図および第６図は、酸素）開度と磁気′１７ｒ性と
の関係を示したものである。 代理人　　弁理士　　西　澤　利　夫 第　　１　　図 第２図 第　　３　　図 第　　４　　図 第　　５　　図 酸素原子比（％） 第　　６　　図 Ｍｓ（ｅｍｕ／ｇ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）鉄（Ｆｅ）および／またはコバルト（Ｃｏ）と酸
   素（Ｏ）とを主とする組成を有し、膜面に垂直の方向に
   磁気異方性を有することを特徴とする垂直磁気異方性薄
   膜。
2. （２）鉄（Ｆｅ）および／またはコバルト（Ｃｏ）と酸
   素（Ｏ）からなる組成を右し、その組成が原子比で、 Ｆｅ＿ｘＣｏ＿ｙＯ＿ｚ （０≦ｘ≦９０、０≦ｙ≦９０、１０≦ｚ≦５０。 ただし、ｘ＝ｙ＝０となることはない） の範囲のある特許請求の範囲第１項記載の垂直磁気異方
   性薄膜。
3. （３）Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、
   Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａ
   ｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、
   Ｏｓ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｂｉおよびレア・アースのう
   らの１種または２種以上の元素をその組成に有する特許
   請求の範囲第１項記載の垂直磁気異方性薄膜。
4. （４）その組成が原子比で、 （Ｆｅ＿ｘＣｏ＿ｙＯ＿ｚ）＿１＿−＿ＡＭＡＸ１００
   （Ｍは、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ
   、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、
   Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ
   、Ｏｓ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｂｉおよびレア・アースの
   １種または２種以上の元素を示す。また、Ａ、ｘ、ｙお
   よびｚは次の範囲にある。 ０＜Ａ≦０．２５、０≦ｘ≦９０、０≦ｙ≦９０、１０
   ≦ｚ≦５５で、ｘ＝ｙ＝０となることはない）の範囲に
   ある特許請求の範囲第３項記載の垂直磁気異方性薄膜。