KR0185431B1 - 자기기록매체, 자기헤드 및 자기기록장치 - Google Patents

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KR0185431B1
KR0185431B1 KR1019940022944A KR19940022944A KR0185431B1 KR 0185431 B1 KR0185431 B1 KR 0185431B1 KR 1019940022944 A KR1019940022944 A KR 1019940022944A KR 19940022944 A KR19940022944 A KR 19940022944A KR 0185431 B1 KR0185431 B1 KR 0185431B1
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film
hydrogen
magnetic
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카쓰미 키우찌
에이신 야마카와
요시토 키다모토
마코토 와타나베
마사히로 타카기
아키라 키쿠찌
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세끼자와 다다시
후지쓰 가부시끼가이샤
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Abstract

정보를 기억하는 자기 기록층, 비자성 기판 상에 순차적으로 형성되는 자기 기록층의 손상을 방지하는 탄소계 보호층과 윤활층을 갖춘 자기 기록 매체에서, 탄소 보호층은 윤활층측이 자기기록층측보다 상대적으로 적은 수소함유량을 갖는다. 전자 변환소자를 탑재한 자기헤드 슬라이더에서, 적어도 슬라이딩면측에 탄소보호층을 적층하고 이 탄소계 보호층상에 윤활층을 형성한다. 정보를 기억하는 기록 매체와 이 기억 매체에/로부터 정보를 기록 또는 재생하는 자기헤드를 갖춘 기록장치에서, 초기층인 하부보다 표면층인 상부가 더 낮은 수소함유량을 갖는 탄소보호막을 기록매체 또는 자기헤드의 슬라이딩부에 형성한다.

Description

자기기록매체, 자기헤드 및 자기기록장치
제1a도, 제1b도는 본 발명의 실시예에 의한 자기기록매체를 종래구성과 비교하여 나타낸 모형단면도.
제2도는 제1a도, 제1b도에 나타낸 본 발명의 실시예의 특성을 종래구성과 비교하여 나타낸 표.
제3도는 제2도의 결과를 그래프화한 도면.
제4도는 수소함유량과 탄소계 보호막의 막 경도간의 관계를 나타낸 그래프.
제5a도, 제5b도는 수소함유량이 서로 다른 2층을 연속 스퍼터하는 장치를 나타낸 모형도.
제6a도, 제6b도는 본 발명에 의한 자기기록매체의 제조방법과 비교하여 나타낸 자기기록매체의 모형단면도.
제7도는 제6a도, 제6b도에 나타낸 본 발명의 방법과 종래방법을 비교하여 나타낸 표.
제8a도∼제8d도는 자외선 조사시간과 윤활제 부착량간의 관계를 나타낸 측정결과를 나타낸 도면.
제9a도∼제9c도는 본 발명의 각종 실시예에 의한 자기헤드의 요부단면도.
제10a도, 제10b도는 각각 평가용 자기헤드의 모형단면도.
제11a도, 제11b도는 수소함유량이 서로 다른 2층을 연속 스퍼터링하는 장치를 나타낸 모형도.
제12a도, 제12b도는 자외선조사에 의한 자기헤드 제조방법과 자외선조사 없는 자기헤드 제조방법을 비교하여 나타낸 모형단면도.
제13도는 종래의 박막형 자기헤드의 사시도.
제14도는 박막자기헤드의 양산방법을 나타낸 모형도.
제15a도, 제15b도는 각각 슬라이더 블록상태(slider block state)를 나타낸 측면도.
제16도는 본 발명에 의한 자기디스크장치용의 탄소보호막을 나타낸 단면도.
제17도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 자기디스크장치용의 탄소보호막을 나타낸 단면도.
제18도는 수소함유 탄소보호막의 CH4농도와 Id/Ig간의 관계를 나타낸 라만분광도.
제19도는 수소함유 탄소보호막의 CH4농도와 막저항간의 관계를 나타낸 측정결과의 그래프.
제20a도, 제20b도는 각각 수소함유 탄소보호막의 형성장치를 나타낸 측면도와 정면도.
제21도는 기판바이어스 전압인가법으로 제조된 자기디스크를 나타낸 단면도.
제22도는 수소함유 탄소보호막이 기판바이어스 전압 인가법으로 제조되는 경우의 CH4 농도와 Id/Ig간의 관계를 나타낸 라만분광도.
제23a도, 제23b도는 자기디스크상에서의 특성변동을 측정한 결과를 나타내며, 제23a도는 종래에, 제23b도는 본 발명에 의해 기판바이어스 전압을 인가한 예를 나타낸 도면.
제24도는 자기디스크의 탄소보호막 Cm의 막적항의 측정결과를 나타낸 도면.
제25도는 제22도와 마찬가지로 기판바이어스 전압인가법으로 수소함유 탄소보호막으로 제조할 경우, Id/Ig의 CH4농도 및 바이어스 전압에 대한 의존성을 평가하기 위하여 라만분광의 측정결과를 나타낸 도면.
제26도는 수직방향의 자장을 저감하기 위한 스퍼터링실내의 평면도.
제27도는 기판온도를 저온으로 유지했을 경우의 CH4농도와 Id/Ig를 측정하여 얻어진 라만비를 나타낸 그래프.
제28도는 자기디스크장치의 내부구조의 전반적인 구조를 나타낸 평면도.
제29도는 자기디스크의 확대단면도.
제30a도∼제30f도는 종래기술에 의한 박막 자기디스크의 제조방법을 공정순으로 나타낸 단면도.
본 발명은 자기기록매체, 자기헤드 및 자기기록장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은 자기디스크장치, 플로피디스크장치, 자기테이프장치 등에서의 자기헤드상의 자기기록매체의 슬라이딩면에 사용되는 탄소보호막에 관한 것이다.
최근에 와서 자기디스크장치에 대한 보다 높은 기록밀도, 대용량화가 요구되고 있ㄷ. 이러한 고밀도화와 대용량화를 촉진하기 위해서 헤드와 매체의 성능을 개선하고 헤드와 매체간의 부상간극(floating gap)을 줄여야 한다. 실제로 각 제조회사는 헤드/매체계에 자기저항헤드를 사용한다거나 수직기록용의 신규 헤드/매체계를 사용하는 시도를 해왔다. 한편, 헤드와 매체간의 부상거리는 약 0.1㎛로 줄어들었다.
최근의 자기디스크장치에 대한 대용량화와 소형화의 요구에 따라 MR소자(또는 MR헤드)를 이용한 ㄷ자기헤드가 개발되었다. 이 소자에 전류를 직접 흐르게 하기 위해서는 MR헤드면의 슬라이딩부에 절연부에 절연보호막을 필요로 한다. 자기디스크상의 보호막에 대해서도 뛰어난 절연특성을 갖는 보호막이 마찬가지로 요구된다.
또한 자기디스크장치의 신뢰도의 향상이 요구되므로 헤드의 내파괴성과 내구성이 큰 자기디스크와 자기헤드가 요구되고 있으며, 수소함유 탄소막 등의 고경도를 갖는 보호막이 현재 개발중에 있다.
제28도는 자기디스크장치의 내부구조를 나타낸 평면도이다. 자기디스크(M)가 고속회전하고 있는 상태에서 자기헤드(h)가 거의 반경방향으로 이동하여 탐색동작(seek operation)을 행하여 정보의 기록/재생이 이루어진다.
제29도는 자기헤드(h)의 부분에서 절단하여 확대한 자기디스크(M)의 확대단면도이다. 이 박막형의 자기디스크(M)에서 1은 알루미늄, 유리 등 비자성체로 된 기판을 표시한다. 이 기판의 표면에 기계적 강도를 높이기 위하여 NiP 도금층(2)을 형성한 상태에서 Co합금의 수평배향성을 높이기 위한 Cr 기층(3)을 1000Å정도의 막두께로 형성되어 있다.
CoCrTa, CoNiCr 등의 자성체를 500Å정도의 두께로 스퍼터링하여 박막 자성막(4)을 형성한 후에 보호막(5)으로서 탄소를 300Å정도의 두께로 스퍼터링한다. 마지막으로 퍼플루오르 폴리에테르 등의 불소계 윤활층(6)을 수십 Å정도 피복하여 제품을 완성한다.
이 자기디스크(M)를 화살표(a1), 방향으로 고속회전시키면 유입경사면 S로부터 유입한 공기류에 의해 자기헤드슬라이더(7)가 미소량 부상하므로 슬라이딩하지 않은 상태에서 전자변화소자(8)에 의해 자기디스크의 자성막(4)에 정보의 기록, 재생을 할 수가 있다.
자기헤드의 슬라이더(7)는 짐벌(gimbal)(10)을 통해 스프링암(11)에 부착되어 캐리지(carriage)(12)상의 구동암(13)에 의해 탐색동작이 이루어진다. 상기와 같이 기구가 간편하므로 장치의 기동, 정지시에는 코어 슬라이더(core slider)가 윤활층(6)상에서 슬라이드하는 CSS(Contact Star Stop)방식이 보급되어 있다.
제30a∼제30f도는 종래기술에 의한 박막형 자기디스크의 제좌방법을 공정순으로 나타낸 단면도이며, 또 이 방법은 본 발명의 출원인에 의해 이전에 제출된 일본특허출원 No. 3-336459에도 기재되어 있다. 제30a도에 나타낸 공정에서 1은 알루미늄 등의 비자성체로 된 도넛모양의 기판을 표시한다. 이 기판은 만들고자 하는 자기디스크와 같은 크기의 형상으로 만든다.
예를 들어, 2.5in인 소직경의 자기디스크를 제조할 경우에는 2.5in직경의 비자성체디스크(1)를 사용한다.
제30b도에 나타낸 공정에서는 비자성체디스크(1)의 양면에 NiP도금기층(2)을 형성하고, 제30c도에 나타낸 바와 같이 회전하는 비자성체기판의 판(sheet)면에 연마테이프를 밀어붙여서 원주방향으로 미세한 텍스처홈(texture groove)(8)을 형성한다.
제30d도에 나타낸 다음 스템에서는 텍스처홈(8)상에 Co 합금의 수평배향성을 높이기 위한 Cr기층(30을 1000Å정도의 두께로 형성하고, 제30e도에 나타낸 바와 같이 이 Cr기층(3)상에 예를 들어 Co합금 등으로 된 자성막(4)이 500Å정도의 두께로 형성된다. 제30f도에 나타낸 바와 같이 이 자성막(4)에 보호막으로서 수소함유 탄소막(5)을 300Å정도의 두께로 형성하고, 마지막으로 불소계의 윤활층(6)이 탄소막(5)상에 형성된다. Cr층(3), 박막형 자성막(4) 및 탄소막(5)은 스퍼터링 등의 박막형성기술로 형성된다.
제30c도에 나타낸 공정에서 형성한 텍스처 홈(8)은 정보를 기록, 재생할 때의 전자변환특성이 향상되도록 자기이방성을 제공하기 위해 형성하는 것이다.
탄소막(50도 텍스처홈(8)에 의해 영향을 받으므로 윤활제는 자기헤드가 자기헤드와 자기헤드면간의 흡착되는 것을 막을 수가 있고, 또 자기헤드와 자기헤드면간의 마찰을 감소시킬 수 있다.
최근의 헤드는 헤드와 매체간의 부상거리가 감소해졌기 때문에 헤드가 매체와 접촉하는 확률이 커졌다. 따라서 이러한 헤드와 매체를 제조하기 위해서는 뛰어난 내구성을 갖도록 보호, 윤활처리의 개발이 불가결하게 되었다.
이 내구성을 향상시키는 수법으로서 무정형탄소막을 스퍼터링형성하는 수법, 수소를 탄소막중에 도입하여 막구조를 다이아몬드모양으로 하여 막경도, 내충격성을 높혀서 기계적 특성을 개선하는 수법, 윤활제로서 기층과의 관능기를 갖는 퍼플루오르 폴리에테르를 적용하는 수법 등의 여러가지가 종래에 제안되었으며, 이들 수법중 일부는 실용화되고 있다.
상기한 바와 같이 수소함유 탄소막의 적용은 기계적 특성의 개선에는 유효하다는 것이 확인되고 있다.
그러나 본 발명의 발명자들이 예의조사한 바 특징 이상의 수소량을 함유하면 윤활제와의 부착성이 저하한다는 것이 판명되었다.
보호막과 윤활제간의 부착성 저하는 CSS(Contact Start Stop)방식이나 고속회전이 채용되는 자기디스크장치에서는 윤활층의 막줄어듬이 현저해져서 내구성, 신뢰성의 저하를 가져온다.
제29도에 나타낸 자기헤드는 단일체형(monolithic type)인데 비해 제13도에 나타낸 헤드는 박막자기헤드이다. 헤드소자부(14)는 박막기술로 형성되고, 또 Al2O3등의 보호막으로 덮혀 있다. 슬라이더(7)는 슬라이드면의 좌우에 부상레일(15, 16)을 가지고 있으며, 그 헤드소자부(14)의 반대측에 공기류를 들어오게 하는 유입경사면(15s, 16s)이 형성되어 있다.
제14도, 제15a도, 제15b도는 제13도에 예시한 바와 같은 박막자기헤드의 양산방법을 설명하는데 유효한 모형도이다. 제14도는 기판상에 다수의 헤드소자부(14)를 박막기술로 우선 형성한 후에 절단선(18, 19)의 위치로부터 하나씩 분리하면, 제13도에 나타낸 박막자기헤드가 완성된다. 그러나 제조순서로서는 우선 가로방향의 절단선(18)의 위치에서 절단분리하여 헤드소자부(14)가 일렬로 늘어선 코어슬라이더블록(20)을 형성한다.
이렇게 분리된 슬라이더블록(20)을 한개씩 연삭가공함으로써 제15a도에 나타낸 바와 같이 부상레일(15, 16)을 형성한다. 즉 좌우의 부상레일(15, 16)간의 홈(21)이나, 인접하는 슬라이더간의 홈(22)을 형성한다.
이어서 홈(22)의 중심이 절단선(19)의 위치에서 1개씩 절단분리한 상태에서 제15b도에 나타낸 바와 같이 치구(23)에 일정간격으로 접착시키고, 고무정반(24)에 접착된 래핑테이프(lapping tape)(25)에 밀어붙여서 슬라이드시키고 부상레일(15, 16)의 외주의 가장자리를 연마하여 R모다기 한다. R모따기 후에 슬라이더를 치구(233)로부터 떼어내서 제29도에 나타낸 바와 같이 스프링암(11)의 선단의 짐벌(10)에 하나씩 접착, 고정한다. 다음에 자기디스크가 고속회전할 때의 풍력으로 슬라이더(7)가 미소거리(G)만큼 부상한 상태에서 정보의 기록, 재생이 이루어진다.
CSS 방식의 장치에서는 자기디스크의 회전개시시나 정지시에는 풍력에 의한 부상력은 발생하지 않으므로 슬라이더(7)는 자기디스크의 윤활층(6)상을 슬라이드하게 된다. 이 때문에 윤활층(6)과 코어슬라이더(7)의 쌍방에서 서서히 마모가 진행하여 최악의 경우에는 자기디스크의 자기막(4)의 정보가 손실된다.
이러한 문제를 방지하기 위하여 제29도에 나타낸 바와 같이 자기디스크 표면에 탄소계보호층(5)을 형성하고, 이 탄소계보호막(5)상에 다시 윤활제의 층(6)을 형성하여 자기디스크 표면의 마모를 감소시키고 있다. 그러나 자기디스크장치의 개인적인 사용이 늘어남에 따라 기동/정지의 빈도가 증가하는 소형의 장치에서는 CSS빈도도 대형장치에 비해 월등하게 많기 때문에 마모에 대한 대책이 더욱 필요하게 되었다.
자기디스크장치에서 자기디스크 표면의 마모가 진행하여 마모가루가 증가하면, 이 가루는 자기디스크 표면의 윤활제와 혼합하여 데브리(debris)로 변한다. 즉 윤활제의 점성으로 인해 마모가루가 한구데로 모아져서 덩어리로 된다. 마모가루와 윤활제의 덩어리인 데브리는 진흙형상으로서 제29도에 나타낸 바와 같이 슬라이더(7)에 26과 같이 부착하여 슬라이더의 균형을 해친다. 그러므로 안정된 부상이 곤란해지고, 자기디스크면에 충돌하여 헤드가 파괴돌 우려가 있다. 또 제13도에 나타낸 바와 같이 데브리가 유입경사면(15s, 16s)에 부착하면 부상거리가 저하하여 자기디스크와 접촉하기 쉬어진다.
데브리가 자기디스크면에 부착하면 CSS동작시에 자기디스크면과 슬라이더가 밀착하게 되어 기도잇에 모터의 부하가 너무 커진다. 따라서 자기디스크는 회전불능이 된다거나 슬라이더를 자기디스크면으로부터 떼어낼 때의 반동으로 자기디스크면에 충돌하여 헤드가 파괴된다거나 또는 자기디스크면이 손상하게 된다.
반면에 자기디스크장치의 대용량화와 소형화에 대한 요구를 충족시키기 위해 자기저항형자기헤드(MR헤드)가 개발되었다. 이 MR헤드의 경우에는 MR소자가 제13도에 나타낸 헤드소자부(14)에 형성된다.
자기헤드의 부상높이가 낮아서 자기헤드가 자기디스크와 충돌하기 쉬울 경우나 MR헤드를 사용하는 플로피디스크장치의 경우, 또는 자기테이프장치나 슬라이딩 빈도가 높거나 슬라이딩이 항상 일어나는 장치의 경우에는 헤드의 파괴를 방지하고 내구성을 높일 필요가 있다. 그러나, 종래의 탄소막은 충분한 내마모성을 갖고 있지 않았다.
따라서 300Å∼400Å정도의 범위의 두께를 갖는 두꺼운 보호막이 필요해지나 막이 두꺼워지면 전자변환소자와 기록층간의 거리가 증가하여 기록, 재생특성이 악화된다. 이 때문에 보호막의 두께는 100∼200Å정도로 낮출 필요가 있다.
또한 종래의 탄소막은 절연특성이 낮으므로 MR소자에 직접 인가되는 전류는 자기디스크 등에 누설하기 쉬어진다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 제거하고 기계적 강도가 높은 보호막과 이 보호막과 윤활제간에 부착서을 갖는 자기기록매체를 제공하는데 있다.
봄 발명의 다른 목적은 자기디스크면과 자기헤드간의 슬라이딩성을 높이는 데 있다.
본 발명의 정보를 기억하는 자기기록층과, 이 자기기록층의 손상을 방지하는 탄소계보호층과 비자성체상에 순차적으로 적층된 윤활층으로 되며, 탄소계보호층은 윤활층측과 자기기록층측간에 다른 수소함유량을 갖는 자기기록매체를 제공한다.
또한, 본 발명은 전자변환소자가 탑재된 자기헤드 슬라이더의 적어도 슬라이딩면측에 적층된 탄소계 보호층으로 된 자기헤드를 제공한다.
그리고, 또한 본 발명은 정보를 기억하는 자기기록매체와 이 기록매체에 정보를 기록, 재생하는 자기헤드로 되며, 탄소계보호막은 그 표면측인 상부와 초기층인 하부간에 다른 수소함유량을 갖는 기록매체 또는 자기헤드의 슬라이딩부에 형성되어 있는 자기기록장치를 제공한다.
본 발명에 의한 자기기록매체에서 탄소계보호층은 수소함유량이 20%(또는 C-H량이 0.4×1022㎝-3)이상인 자기기록층(4)측의 제1탄소막(51)과, 수소함유량이 20%(또는 C-H량이 0.4×1022㎝-3)미만인 윤활층(6)측의 제2탄소막(52)으로 되는 것이 바람직하다. 단 이 명세서에서 사용하는 수소함유량이라는 용어는 평균치를 표시한다.
탄소계 보호층은 자기기록층(4)측과 윤활층(6)간의 수소함유량이 서서히 변화하도록 연속적으로 형성한다.
또한 탄소계 보호층에서 자기기록층(4)측이 수소함유량 20%(또는 C-H량이 0.4×1022㎝-3)미만으로 하여도 된다.
윤활층(6)을 구성하는 윤활제는 관능기를 가진 퍼플루오르 폴리에테르로 된다. 이 플루오르 폴리에테르의 관능기는 수산기나 방향족이 바람직하다.
비자성기판상에 정보를 기억하는 자기기록층과 이 자기기록층의 손상을 방지하는 탄소계보호층 및 윤활층을 순차적으로 형상한 자기기록매체를 제조할 때에, 이 윤활유를 피복한 후에 윤활층을 자외선을 조사하여 본 발명에 의한 자기기록매체를 제조할 수가 있다.
상기한 본 발명의 방법에서 윤활층은 용매린스후의 윤활막 두께/린스전의 윤활막두께로 정의되는 비율이 0.4%이상의 것이 바람직하다.
본 발명의 자기기록매체에서는 이미 설명한 바와 같이 탄소계보호층의 자기기록층(4)측이 윤활층(6)측보다 상대적으로 수소함유량이 많기 때문에 자기헤드가 충돌할 때의 내충격성 등의 기계적 특성이 높아서 내구성이 뛰어나다. 한편, 윤활층(6)측의 탄소계보호층은 수소함유량이 적으므로 윤활제와의 부착력이 강해서 윤활작용을 장기간 유지할 수 있다.
탄소계 보호층의 자기기록층(4)측과 윤활층(6)측간의 수소함유량이 서서히 변화하도록 연속적으로 형성됨으로써 탄소계의 보호층의 막내부 결합력이 높아진다.
윤활제로서 수산기 또는 방향족을 관능기로 하는 퍼플루오르 폴리에테르를 사용하는 경우에는 화학반응성이 높으므로 반응시간을 단축할 수 있어서, 자기기록매체 제조의 소요시간을 단축할 수가 있다.
또한 윤활제와 탄소계보호층간의 결합력도 높아진다.
본 발명의 자기기록매체의 제조방법에 의하면 탄소계보호층상에 윤활제를 피복한 후에 자외선을 조사함으로써 탄소보호막과 윤활제간의 화학결합력이 촉진되므로 윤활제층의 막 줄어듬 현상이 억제되어 장기간에 걸쳐 윤활성능을 유지할 수 있다.
자외선이 조사되는 자기기록매체에서의 탄소계 보호층이 20%이상의 수소 또는 0.4×1022㎝-3이상의 C-H량을 함유한 수소함유 탄소막일 경우, 기계적 특성이 뛰어남과 동시에 윤활제와의 결합력이 강하기 때문에 윤활제의 수명이 길어진다.
자외선이 조사되는 자기기록매체에서의 탄소보호층은 자기기록층측에 수소함유량 20%(또는 C-H량이 0.4×1022㎝-3)이상을 가질 경우, 기계적 특성이 뛰어난 보호층이 된다. 또, 윤활층측에 수소함유량 20%(또는 C-H량이 0.4×1022㎝-3)미만을 가질 경우에는, 탄소계보호층과 윤활제와의 부착서이 높아져서 윤활성능의 수명이 길어진다.
또한, 윤활층이 관능기를 갖는 퍼플루오르 폴리에테르이며, 특히 수산기 또는 방향족을 관능기로 하는 퍼플루오르 폴리에테르일 경우에는 보호층과 윤활제간의 부착력이 강해져서 윤활층의 수명이 길어짐과 동시에 제조소요시간도 단축된다.
윤활제의 특성으로서 용매린스후의 윤활막두께/린스전의 윤활막두께로 정의되는 비율이 0.4%이상일 경우에는 보호층과 윤활제간의 부착력이 강해져서 긴 수명의 윤활층이 된다.
다음에 본 발명에 의한 자기기록매체와 그 제조방법이 실제로 어떻게 구체화되는가를 실시예를 참조해서 설명한다.
자기기록매체에 대하여
제1a도, 제1b도는 본 발명에 의한 자기기록매체의 실시예를 종래기술에 의한 자기기록매체와 비교해서 나타낸 모형단면도이다. 제2도는 양자의 탄소계보호층(5, 51)의 수소함유량을 파라미터로 하여 윤활층(6)과의 부착성을 조사한 결과를 나타낸다.
제1b도에 나타낸 종래기술 구성의 평가 샘플은 스퍼터링 장치를 사용하여 Ni-P도금처리를 한 알루미늄으로 된 비자성디스크기판상에 Cr기층(3)을 1000Å, CoCrTa기록층(4)을 500Å, 수소함유 탄소보호막(5)을 300Å 순차적으로 적층하여 제조하였다. 다음에 이 수소함유 탄소보호막(5)상에 방향족을 관능기로 갖는 퍼플푸오르 폴리에테르(상표명 : Phonbrin AM 3001 Monte Cassini Co 제)를 약 25Å의 두께로 피복하여 완성하였다.
또한, 탄소계 보호막(5)의 수소함유량은 Ar과 메탄가스의 혼합비를 변화시킴으로써 제어하고, 또, 윤활제의 부착성은 불소계 용매에 의한 린스후의 잔존량에 의해 평가하였다.
제2도로부터 명백한 바와 같이 탄소막(5)중의 수소함유량이 20%를 넘어서 33%, 52%, 54%가 되면, 초기 막두께 25Å의 윤활층이 린스후에는 5Å정도 밖에 남지 않아서 관능기를 갖는 윤활제라 하여도 그 부착성이 현저히 저하해 버림을 알 수 있다.
즉, 종래의 수소함유량 20% 이상의 탄소보호층은 기계적 특성은 뛰어나나 윤활제와의 부착력이 약하다.
제3도는 제2도의 측정결과를 그래프화하여 탄소계 보호층 중의 수소함유량과 윤활제간의 부착성의 관계를 나타낸 것이다. 이 그래프로부터 명백한 바와 같이 탄소계보호층중의 수소함유량이 감소할수록 용매린스후의 잔존윤활제의 막두께가 두꺼워지는 경향이 있으며, 윤활제 부착성의 효과가 나타나 있다.
제4도는 제16회 일본응용자기학회 학술강연개요집(1992) P.529에 소개되어 있는 내용이며, 횡축은 탄소계막중의 수소함유량(%), 종축은 막의 비커스(Vickers) 경도이다. 이 그래프로부터 명백한 바와 같이 수소함유량이 52% 정도 이하에서는 수소함유량이 증가할수록 탄소막경도가 증가해서 내마모성, 슬라이딩 특성이 향상된다.
제1a도에 나타낸 바와 같이 본 발며에 의한 자기기록매체도 스퍼터링장치를 사용하여 Ni-P도금처리한 알루미늄으로 된 비자성디스크판(1)상에 Cr기층(3)을 1000Å, CoCrTa 기록층(4)을 500Å을 순차적으로 적층형성하기까지는 상기한 종래기술과 마찬가지이다.
그러나, 본 발명의 실시예에서는 수소함유 탄소보호막이 수소함유량이 다른 2층 구성으로 되어 있다. 즉, 자기기록층(4)측의 제1탄소막(51)은 수소함유량이 20%(또는 C-H량이 0.4×1022㎝-3)이상이며, 윤활층(6)측의 제2탄소막(52)은 수소함유량이 20%(도는 C-H량이 0.4×1022㎝-3)미만이다.
윤활층(6)은 관능기를 갖는 퍼플루오르 폴리에테르로 구성되어 있다.
제2도로부터 명백한 바와 같이 수소함유량이 20%를 넘으면, 윤활제의 부착성은 떨어지나, 기계적 특성이 뛰어나다. 한편, 수소함유량이 20%미만, 즉 16%의 경우에는 용매로 린스후에도 10Å의 윤활제가 남아 있어서, 부착성이 뛰어나다는 것을 알 수 있다.
따라서 본 발명의 2층의 적층구조에 의하면 수소함유량이 20%이상으로 기계적 특성이 뛰어난 제1탄소막(51)상에 수소함유량이 20%미만으로 윤활제와의 부착성이 뛰어난 제2탄소막(52)을 적층한 2층 구조로 함으로써, 기계적 특성이 좋고 내구성이 뛰어나며 또한 윤활제와의 부착성이 좋아서 윤활작용이 지속되는 자기기록매체를 실현할 수가 있어서 내구성과 신뢰성의 쌍방의 요구를 동시에 충족시킬 수가 있다.
탄소계 보호층의 두께가 두꺼워질수록 자기헤드와 자기기록층(4)간의 거리가 증대하여 전자변환효율이 저하하므로 2층 보호층(51, 52)을 합친 막 두께는 500Å이하로 하는 것이 바람직하다. 또한 윤활층(6)측의 탄소계 보호층(52)은 윤활제의 부착성이 높아지는 정도의 막두께이면 되고, 한편, 기계적 강도를 높이기 위한 자기기록층(4)측의 제1탄소막(51)은 상대적으로 두꺼운 막두께로 하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 탄소계보호층의 형성법으로서 메탄가스를 혼합한 스퍼터링법을 이용하고 있으나, 수소를 함유한 혼합가스이면 되고, 또 스퍼터링법에 대신해서 CVD법 등을 이용해도 된다. 윤활제로서는 Phonbrin AM 3001 뿐만 아니라 Phonbrin Zdol 등과 같은 다른 관능기를 갖는 퍼플루오로폴리에테르를 사용하여도 마찬가지로 효과가 얻어진다.
제1a도에 대한 설명에서는 제1탄소막(51)과 제2탄소막(52)간의 경계면에서 수소함유량이 변화하고 있으나, 수소함유량을 조금씩 변화시킬수도 있다. 이 경우에는 자기기록층(4)측의 수소함유량을 20%이상으로 하고 점차 수소함유량을 줄임으로써 윤활층(6)측의 수소함유량을 20%이하로 한다. 이와 같이 수소함유량이 차차 감소하는 탄소계보호층으로 하여 경계를 없앰으로써 탄소계보호층내부의 밀착강도를 높일 수가 있다.
제1a도에서의 Cr기층(3), 기록층(4), 탄소계보호층(51, 52)의 형성은 제5a도에 나타낸 바와 같이 기판홀더(8)에 디스크(1)를 지지하게 한 상태에서 캐리어(9)를 제5b도에 나타낸 바와 같은 Cr타겟(t1), 자성재타겟(t2), 수소함유 탄소타겟(t3, t4)의 앞을 통과시켜서 각디스크(1)의 양면에 순차적으로 적층해간다.
제5b도에서 스퍼터실(10)중의 수소함유 탄소타겟(t3)은 제1도에 나타낸 제1수소함유 탄소막(51)을 형성하기 위한 것으로서 수소함유량이 20%이상이 되도록 스퍼터실(10)중의 메탄가스혼합비가 105이상으로 설정된다. 다음의 스퍼터실(11)중의 수소함유 탄소타겟(t4)은 제1도에 나타낸 제2수소함유 탄소막(52)을 형성하기 위한 것으로서 수소함유량이 20%미만이 되도록 스퍼터실(11)중의 메탄가스혼합비가 105미만으로 설정된다.
양 스퍼터실(10, 11)간의 칸막이 구멍(12)을 가능한 한 좁게 하면 제1a도와 같이 제1탄소막(51)과 제2탄소막(52)간에 수소함유량이 다른 막형성이 이루어진다.
자기기록매체의 제조방법에 대하여
제6a도, 제6b도는 본 발명에 의한 자기기록매체의 제조방법의 실시예를 종래기술의 방법과 비교해서 나타낸 모형단면도이다. 제7도는 양자의 탄소계보호층의 수소함유량 및 자외선 조사시간을 파라미터로 하여 윤활제와의 부착성을 조사한 결과를 나타낸다.
제6b도에 나타낸 종래기술 구성의 평가샘플은 스퍼터링장치를 사용하여 Ni-P 도금처리한 알루미늄으로 된 비자성디스크판(1)상에 Cr기층(3)을 1000Å, CoCrTa 기록층(4)을 500Å, 수소함유 탄소보호막(5)을 300Å순차적층한 후, 이 수소함유 탄소보호막(5)상에 방향족을 관능기로 갖는 퍼플루오르폴리에테르(상품명 : Phonbrin AM 3001 Monte Cassini Co 제)를 약 25Å의 두께로 피복하여 제조하였다. 탄소계보호막(5)의 수소함유량은 Ar과 메탄가스의 혼합비를 변경함으로써 제어하고, 또 불소계용매에 의한 린스후의 잔존량에 의해 평가하였다.
제7도로부터 명백한 바와 같이 탄소막(5)중의 수소함유량이 20%를 넘어 33%가 되면 초기막 두께 25Å의 윤활제가 린스 후에는 5Å정도 밖에 남지 않아서 관능기를 갖는 윤활제라 하더라도 그 부착성이 현저히 저하한다는 것을 알 수 있다.
반대로 제6a도와 같이 스퍼터링 장치를 사용하여 Ni-P 도금처리를 한 알루미늄으로 된 비자성디스크기판(1)상에 Cr기층(3)을 1000Å, CoCrTa기록층(4)을 500Å 순차적으로 적층형성하고, 퍼플루오르 폴리에테르로 된 윤활제에 자외선 조사하면 제7도와 같이 수소함유량이 33%의 경우라도 윤활제의 잔량은 2배이상으로 증가되어 있다. 또한 자외선으로서는 185㎚와 254㎚의 파장 성분의 것을 사용하였다.
제8a도∼제8d도는 다른 측정 결과를 나타낸 것이다. 횡축은 자외선 조사시간, 종축은 윤활층의 두게이며, 사선영역은 용매린스후에 남은 막 두께이다. 제8a도와 제8b도는 윤활층의 막 두께는 서로 다르나 수소함유량이 20%미만의 통상탄소의 예이다. 이 경우에도 자외선을 30초이상 조사하면 윤활제의 부착성이 향상된다.
제8c도와 제8d도는 윤활층의 막두께는 서로 다르나 수소함유량이 20%이상의 다이아몬드 탄소의 예이다. 이경우에도 자외선을 30초이상 조사하면 윤활제의 부착성이 향상된다.
본 발명은 상기의 조사결과에 의거해서 종래 기술과 비료해서 수소함유량이 20%이상의 탄소계 보호층(5)을 갖는 자기기록매체에 윤활제를 피복한 후 자외선을 조사하여 자기기록매체를 완성하였다. 부착성의 지표로서 용매린스후의 윤활제 두께/린스전의 윤활제 두께의 비율을 사용했을 경우에 종래 기술의 순 Ar분위기로 스퍼터링 형성한 탄소막상의 윤활제는 약 40%이며, 본 발명의 자기기록매체도 자외선 조사에 의해 그 비율을 40%이상으로 설정할 수가 있게 된다. 또한 탄소계 보호층(5)의 막 두께는 자기헤드와 자기기록층(4)간의 거리가 증대하여 신호품질이 저하하지 않도록 500Å이하로 하는 것이 좋다
제5도의 스퍼터링 장치르 사용하여 자기기록층측의 수소함유량 20%이상의 제1탄소막(51)상에 수소함유량 20%미만의 제2탄소막(52)을 적층하고 윤활제를 피복한 후에 자외선을 조사하면 자외선 조사와 제2탄소막(52)의 윤활제 부착력의 상승작용에 의해 윤활제와 수소함유 탄소계보호층간의 부착성이 보다 향상된다.
상기한 실시예에서는 메탄가스의 혼합가스를 사용한 스퍼터링 방법을 이요하였다. 그러나 수소를 함유한 혼합가스이면 되고, 또한 스퍼터링법 대신에 CVD법 등을 이요하여도 된다. 또한 윤활제도 Phonbirn AM3001 뿐만 아니라 Phonbirn Zidol 등의 다른 관능기를 가진 퍼플루오르 폴리에테르를 사용하여도 마찬가지 효과가 얻어진다. 윤활제층의 평가는 20Å이상의 막두께에서 이루어졌으나, 20Å이하의 막두께도 가능하며, 특히 본 발명에 의해 윤활제의 부착성이 높아진다면 10Å이하도 가능하다.
본 발명의 자기기록매체에 의하면 탄소계 보호층이 윤활층(6)측보다 자기기록층(4)측의 수소함유량이 상대적으로 많은 구성을 갖는다. 따라서 자기기록층이 내충격성 등의 기계적 특성이 높고 내구성이 뛰어나다. 또한 윤활층(6)측의 수소함유량이 적어 탄소계 보호층과 윤활제간의 부착성이 향상하므로 윤활작용을 장기간 유지할 수 있다. 따라서 보호층으로서의 기계적 강도와 윤활제의 부착성이 쌍방의 요구를 충족할 수가 있으므로 장기적으로 신뢰성이 높은 자기기록매체를 실현할 수가 있다.
탄소계 보호막과 윤활층간의 부착성이 향상되므로 윤활막의 막 줄어듬은 억제할 수 있다. 따라서 막줄어듬을 고려한 양만큼 윤활층이나 탄소계 보호층의 막두께를 줄일 수 있다. 그 결과 자기헤드와 자기기록층간의 거리를 단축할 수가 있어 전자변환 특성이 개선되고, 신호품질이 향상함과 동시에 자기기록매체의 막도 줄일 수가 있다.
탄소계 보호층이 자기기록층측과 윤활층측간에서 수소함유량이 서서히 변화하도록 연속적으로 형성되면 탄소계보호막 내부의 막 결합력도 높아진다.
윤활제의 피복후에 자외선을 조사하는 자기기록매체 제조방법에 의하면 기계적 특성이 뛰어난 수소함유량 20%이상의 탄소계보호층을 사용한 경우라도 윤활제와 이 탄소계 보호층간의 화학적 결합력이 촉진되므로 윤활층의 막 줄어듬 현상이 억제되어 상기의 자기기록매체의 발명과 마찬가지로 윤활작용이 길고 내구성이 뛰어난 신뢰성 높은 자기기록매체를 실현할 수 있다.
본 발명의 제2태양에 의한 자기헤드에 의하면 탄소계 보호층은 수소함유량이 20%(또는 C-H량이 0.4×1022㎝-3)이상의 수소함유량을 갖는 제1탄소막(271)과 윤활층(28)측에 20%(또는 C-H량이 0.4×1022㎝-3)미만의 수소함유량을 갖는 제2탄소막(272)으로 되는 것이 바람직하다.
또한 이 수소함유 탄소막은 수소함유량이 자기헤드슬라이더(7)측으로부터 윤활층(28)측으로 서서히 변화하도록 연속적으로 형성된다.
또는 수소함유 탄소막은 자기헤드슬라이더 측에 20%(또는 C-H량이 0.4×1022㎝-3)이상의 수소함유량과 윤활층(28)측에 205(또는 C-H량이 0.4×1022㎝-3)미만의 수소함유량으로 할 수도 있다.
윤활층(28)은 수산기, 방향족 등의 관능기를 갖는 퍼플루오로폴리에테르로 된 것이 바람직하다.
제9c도에 예시한 바와 같이 본 발명에 의한 자기헤드는 전자변환소자를 탑재한 보호막(27) 및 윤활층(28)을 순차적으로 적층한 자기헤드를 제조할 때에 이 윤활층을 피복한 후에 자외선을 조사하여 제조할 수가 있다.
본 발명에 의한 제조방법에서는 윤활층(28)측이 자기헤드슬라이더(7)측보다 상대적으로 수소함유량이 적도록 막형성을 행하고 이 윤활층을 피복한 후에 자외선을 조사할 수도 있다. 자외선조사후에는 용매에 의한 린스처리를 한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의한 자기헤드는 탄소계보호층(270을 자기헤드슬라이더의 적어도 슬라이딩면 측에 적층하고, 이 보호층(27)상에 윤활제층을 형성하는 구조로 되어 있다. 따라서 뛰어난 기계적 특성을 갖는 탄소계 보호층(27)이 자기디스크면에 대향하므로 헤드파괴 등과 같은 슬라이더의 슬라이딩면에 대한 손상을 방지할 수가 있다. 또한 탄소계보호층과 윤활제간의 부착력이 강하기 때문에 마모가루도 거의 생기지 않는다.
수소함유량이 205이상 또는 C-H량이 0.4×1022㎝-3이상을 갖는 수소함유 탄소막으로 된 슬라이더의 슬라이딩면 상의 탄소계 보호층을 사용할 경우에는 경도, 내충격성 등의 기계적 특성이 뛰어나서 헤드파괴 등이 생기지 않으며 윤활제가 표면에 부착되어 있기 때문에 자기디스크면에 대한 슬라이드성이 높아진다.
또한 수소함유 탄소막의 슬라이더(7)측이 윤활층(28)측보다 수소함유량이 많기 때문에 자기헤드가 자기디스크면에 충돌할 때의 내충격성 등의 기계적 특성이 높아서 헤드파괴 등이 생기지 않고 내구성이 뛰어나다.
한편 윤활층(28)측의 수소함유 탄소막은 수소함유량이 적기 때문에 관능기를 갖는 퍼플루오로폴리에테르 등의 윤활제의 부착력이 매우 강해서 윤활작용을 자기간 유지할 수 있다. 이렇게 하여 본 발명에 의한 자기헤드는 자기디스크면에 접촉했을 때 보호층으로서의 기계적 강도와 자기디스크면과의 윤활작용을 관장하는 윤활제의 부착성의 쌍방의 요구를 충족시킬 수 있다.
수소함유 탄소막의 슬라이더(7)측과 윤활층(28)측간의 수소함유량이 서서히 변화하도록 연속적으로 막이 형성되면 수소함유 탄소막의 막내 결합력이 높아져서 자기헤드의 내구성이 향상된다.
윤활제로서 수산기 또는 방향족을 관능기로 하는 퍼플루오로폴리에테르를 사용할 경우에는 화학반응성이 높으므로 반응시간을 단축할 수가 있어 자기헤드 제조의 소요시간을 단축시킬 수 있다. 또한 윤활제와 탄소계 보호층간의 결합력도 높아져서 슬라이더 슬라이딩면의 윤활층의 수명이 길어진다.
자기헤드슬라이더의 탄소계보호층(27)상에 윤활층(28)을 피복한 후에 자외선늘 조사하면 탄소계보호막(27)과 윤활층(28)간의 화학결합력이 촉진되므로 코어슬라이더 표면의 윤활제의 막줄어듬 현상이 억제되어 장기간에 걸쳐서 윤활성능을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 마모가루에 의한 데브리의 발생을 억제할 수 있다.
또한 자외선조사후에 용매린스처리를 하면 탄소계 보호층과의 화학흡착력이 강한 윤활제만이 잔존하므로 보다 장기간에 걸쳐서 윤활작용을 유지할 수 있다.
다음에 본 발명의 자기헤드와 그 제조방법이 실제로 어떻게 구체화되는가를 실시예를 참조하여 설명한다.
자기헤드에 대하여
제9a도는 본 발명의 제1실시예에 의한 자기헤드의 요부단면도이다. 전자변환소자(14)를 탑재한 자기헤드슬라이더(7)에서 탄소계보호층(27)은 적어도 그 슬라이딩면(7a)측에 적층되고 이 보호층(27)상에 윤활제층(28)이 적층되어 있다.
이 탄소계보호층(27)과 윤활층(28)은 슬라이더 표면의 자기디스크 D와 접촉할 우려가 있는 표면, 즉 슬라이더의 적어도 슬라이딩면 측에 형성하기만 하면 된다. 탄소계보호층(27)은 스퍼터링법으로 형성하고, 윤활제층(28)은 피복방법으로 용이하게 형성하는 것이 바람직하다.
슬라이더의 슬라이딩면에 탄소계보호층(27)과 윤활층(28)을 적층하는 방법으로서는 제13도와 같은 자기헤드를 완성한 후에 마지막으로 1개씩 적층하여도 좋으나, 제15a도와 같이 연결되어 있는 블록의 1개 또는 복수개를 치구에 부착시켜 탄소계 보호막(27)을 스퍼터링하여도 된다. 윤활제의 피복은 블록상태로 실시하여도 되고, 완성후에 피복하여도 된다. 또 제15b도에 나타낸 바와 같이 R모따기를 할 경우에는 R모따기 후에 복수개의 슬라이더를 치구에 부착시켜 한꺼번에 탄소계 보호층(27)과 윤활층(28)을 적층한다.
제9a도에 나타낸 슬라이더에서의 탄소계보호층(27)은 20%이상의 수소 또는 0.4×1022㎝-3이상의 C-H량을 함유한 수소함유 탄소막으로 구성하면 종래구성의 통상 탄소보다 경도나 내충격성 등의 기계적 특성이 뛰어나기 때문에 헤드 파괴 등이 생기지 않는다. 또 표면에 윤활제가 부착되어 있으므로 자기디스크면과의 슬라이드성이 향상된다. 또한 본 발명은 슬라이더 형상이나 재료가 다른 각종의 슬라이더에 적용할 수 있다.
본 발명의 자기헤드에 대한 평가에 대해서
다음에 본 발명과 같이 슬라이더의 슬라이딩면에 탄소계 보호층(27)과 윤활층(28)을 적층하는 데 따른 작용, 효과를 실시예에 의거해서 설명한다. 제10a도, 제10b도는 작용, 효과의 평가용으로 제작한 자기헤드슬라이더이다. 제10a도에서는 자기슬라이더(7)의 적어도 슬라이딩면(27a)측에 탄소계보호층(27)을 적층하고, 이 보호층(27)상에 윤활제층(28)을 형성하고 있다.
제10b도에서는 자기헤드 슬라이더(7)측에 수소함유량 20%(또는 C-H량이 0.4×1022㎝-3)이상의 제1탄소막(271)을 형성하고, 제1탄소막(271)상에 수소함유량 20%(또는 C-H량이 0.4×1022㎝-3)미만의 제2탄소막(272)을 형성하고 윤활층(28)을 적층하고 있다.
이와 같이 층 구조가 다른 2종류의 평가용 샘플을 수종류 제조하여 각각의 샘플의 탄소계 보호층(271, 272)의 수소함유량을 파라미터로 하여 윤활층(28)과의 부착성을 조사하였다. 그 결과를 제3도에 나타내었다.
제10a도에 나타낸 탄소계 보호층이 1층으로 구성된 평가 샘플은 스퍼터링 장치를 사용하여 Al2O3TiC제의 기판상에 수소함유 탄소보호막(27)을 500Å 스퍼터링 형성한 후에 그 위에 방향족을 관능기로 갖는 퍼플로오로 폴리에테르(상품명 : Phonbrin AM3001 Monte Cassini Co.제)를 약 25Å의 두께로 피복하여 완성하였다. 또한 탄소계 보호막(27)의 수소함유량은 Ar과 메탄가스의 혼합비를 변경하여 제어하고, 또 윤활제의 부착성은 불소계 용제에 의한 린스후의 잔존량에 의해 평가하였다.
제2도로부터 명백한 바와 같이 수소함유 탄소막(27)중의 수소함유량이 20%를 넘어 33%, 52%, 54%가 되면 초기 막두께 25Å의 윤활층이 린스후에는 5Å정도 밖에 남지 않아서 관능기를 가진 윤활제라 하더라고 그 부착성이 현저히 저하되는 것을 알 수 있다. 즉 수소함유량 20%이상의 탄소계 보호층은 기계적 특성은 뛰어나나 윤활제와의 부착력이 약하다.
또한 제3도로부터 명백한 바와 같이 탄소계 보호층중의 수소함유량이 감소할수록 용매 린스후의 잔존 윤활제의 막두께가 두꺼워지는 경향이 있으며, 윤활제 부착성의 효과가 나타난다.
제4도로부터 명백한 바와 같이 수소함유량이 약 52%이하에서는 수소함유량이 증가할수록 탄소막 경도가 증가하여 내 마모성, 내충격성이 향상된다.
제10b도에 나타낸 바와 같이 탄소계 보호층이 제1탄소막(271)과 제2탄소막(272)의 2층으로 구성된 자기헤드슬라이더도 스퍼터링장치를 사용하여 Al2O3TiC기판상에 수소함유량이 20%(또는 C-H량이 0.4×1022cm-3)이상의 제1탄소막(271)을 형성하고 이 제1탄소막(271)상에 수소함유량 20%(또는 C-H량이 0.4×1022cm-3)미만의 제2탄소막(272)을 형성하여, 윤활층(28)으로서 관능기를 갖는 퍼플루오로 폴리에테르를 피복한다.
제2도로부터 명백한 바와 같이 수소함유량이 20%를 넘으면 윤활제의 부착성이 떨어지나 기계적 특성이 뛰어나다. 한편 수소함유량이 20%미만, 즉 16%인 경우에는 용매로 린스한 후에도 10Å의 윤활제가 남아 있어 부착성이 뛰어나다는 것을 알 수 있다.
따라서 수소함유량이 20%이상으로 기계적 특성이 뛰어난 제1탄소막(271)상에 수소함유량이 20%미만으로 윤활제와의 부착성이 뛰어난 제2탄소막(272)을 적층한 2층 구조로 하면 기계적 특성이 좋고 내구성이 뛰어나며, 또한 윤활제와의 부착성이 좋아서 윤활작용이 긴 자기헤드를 실현할 수 있으므로 내구성과 신뢰성의 쌍방의 요구를 실현할 수 있다.
탄소계 보호층이 두꺼워질수록 자기헤드의 헤드소자부(14)와 자기디스크(D)간의 거리가 증대하여 전자 변환효율이 저하하므로 2층의 보호층(271, 272)을 합친 막 두께는 500Å이하로 하는 것이 바람직하다. 또한 윤활제측의 탄소계 보호층(272)은 윤활제의 부착성이 높아지는 정도의 막 두께면 되며, 기계적 강도를 높이기 위한 슬라이더측과 탄소계 보호막(271)은 보다 두껍게 형성하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 탄소계 보호층의 형성법으로서 메탄가스를 혼합한 스퍼터링법을 사용하고 있으나 수소를 함유한 혼합가스이면 되고, 또 스퍼터링법 대신에 CVD법 등을 이용하여도 된다. 또한 윤활제도 Phonbrin AM3001 뿐만 아니라 Phonbrin Zdol 등의 다른 관능기를 갖는 퍼플루오로 폴리에테를 사용하여도 마찬가지 효과가 얻어진다.
제10b도의 설명에서는 제1탄소막(271)과 제2탄소막(272)간의 경계면에서 수소함유량이 변화하고 있으나, 수소 함유량을 조금씩 변화시킬 수도있다. 이 경우에는 슬라이더(7)측의 수소함유량을 20%이상으로 하고, 점차 수소함유량을 줄임으로써 윤활층(28)측의 수소함유량을 20%이하로 한다.
상기한 바와 같이 수소함유량이 점차 감소하는 탄소계 보호층으로 하여 경계를 없앰으로써 탄소계 보호층 내부의 밀착강도를 높일 수가 있다. 따라서 제9b도에 나타낸 실시예에서의 슬라이더 슬라이딩면상의 탄소계 보호층(271, 272)간의 경계가 없어지도록 수소함유량을 연속적으로 변화시키는 것도 유효하다.
제10b도에 나타낸 바와 같이 제1탄소막(271)상에 제2탄소막(272)을 형성하기 위해서는 제11a도에 나타낸 바와 같이 치구 홀더(29)에 슬라이더 블록을 부착시킨 치구(34)를 지지시킨 상태에서 캐리어(30)를 Cr 타겟(t1), 자성재 타겟(t2), 수소함유 타겟(t3, t4)의 앞을 통과시켜서 슬라이더 블록의 슬라이딩면측으로 순차적으로 적층해 간다.
제11b도에서 스퍼터실(31)중의 수소함유타겟(t3)은 제10b도에서의 제1수소함유 탄소막(271)을 형성하기 위한 것으로서 스퍼터실(31)중의 메탄가스 혼합비가 10%이상으로 설정된다. 다음 스퍼터실(32)중의 수소함유 타겟(t4)은 제10b도에서의 제2수소함유 탄소막(272)을 형성하기 위한 것으로서 스퍼터실(32)중의 메탄가스 혼합비가 10%미만으로 설정된다.
양 스퍼터실(31, 32)간의 칸막이 구성(33)을 가능한 한 좁게 하면 제10b도와 같이 제1탄소막(271)과 제2탄소막(272)간에 수소함유량이 다른 박막형성이 이루어진다.
자기헤드의 제조방법에 대하여
다음에 자외선 조사에 의한 자기헤드의 제조방법에 대하여 설명한다. 본 발명의 자기헤드는 제9c도에서 나타낸 바와 같이 전자변환소자(14)를 탑재한 자기헤드 슬라이더(7)에서 적어도 슬라이더면측에 탄소계 보호층(27) 및 윤활층(28)을 순차적으로 적층한 자기헤드를 제조할 때 이 윤활층(28)을 피복한 후에 자외선을 조사하여 완성한다. 이와 같이 자외선 조사에 의한 작용, 효과를 평가하기 위하여 제12a도, 제12b도와 같은 평가용 자기헤드를 제조하였다.
제12a도는 슬라이더(7)에 탄소계 보호막(27)을 형성후에 윤활제를 피복하여 자외선을 조사한 자기헤드 제12b도는 윤활제 피복후에 자외선을 조사하지 않은 자기헤드이다. 양자의 탄소계 보호막(27)의 수소함유량 및 자외선 조사시간을 파라미터로 하여 윤활제와의 부착성을 조사하고, 그 결과를 제7도에 나타낸다.
제12b도에 나타낸 자외선 조사를 하지 않은 평가 샘플은 스퍼터링장치를 사용하여 Al2O3TiC기판상에 수소함유 탄소보호막(27)을 500Å로 순차적으로 적층형성한 후에 이 탄소보호막(27)상에 방향족을 관능기로 갖는 퍼플루오로 폴리에테르(상표명 : Phonbrin AM3001, Monte Cassini Co. 제)를 약 25Å의 두께로 피복하여 제작하였다. 또한 탄소계 보호막(27)의 수소함유량은 Ar과 메탄가스의 혼합비를 변화하여 제어하고, 또 윤활제의 부착성은 불소계 용매에 의한 린스후의 잔존량에 의해 평가하였다.
제7도로부터 명백한 바와 같이 탄소막(27)중의 수소함유량이 20%를 넘어 33%가 되면 자외선조사가 없는 경우에는 초기 막두께 25Å의 윤활제가 린스후에는 5Å정도 밖에 남지 않아서 관능기를 갖는 윤활제라 하더라도 그 부착성이 현저히 저하된다는 것을 알 수 있다.
이에 반하여 제12a도와 같이 스퍼터링 장치를 사용하여 Al2O3TiC기판상에 수소함유 탄소계 보호막(27)을 500Å로 형성하고 퍼플루오로폴리에테르로 된 윤활제를 피복하여 자외선 조사를 50초, 60초 실시하면 제7도와 같이 수소함유량이 33%의 경우라도 윤활제의 잔량은 2배이상으로 증가한다. 윤활제의 부착성의 지표로서 용매린스 후의 윤활 막두께/린스전의 윤활막 두께의 비율을 사용했을 경우에 제7도와 같이 수소함유량이 20%미만의 통상의 탄소막상의 윤활제는 약40%이나, 제12a도에 나타낸 평가용 자기헤드도 자외선 조사의 조건에 의해 그 비율을 40%이상으로 설정할 수가 있다. 또한 자외선으로서는 조도가 8mw, 파장성분이 185nm와 254nm의 것을 사용하였다.
조사시간과 윤활층 두께간의 관계는 제8도에 나타낸 것과 동일하다.
상기의 조사 결과에 의거해서 본 발명의 발명자들은 제9c도와 같이 슬라이더의 슬라이딩면에 수소함유량 20%미만의 통상 탄소보호층(27)을 형성하고 또 윤활제를 피복한 후에 자외선을 조사하여 자기헤드를 완성하였다. 제7도, 제8a도, 제8b도의 결과로부터 명백한 바와 같이 통상 탄소막에 윤활제를 피복한 후에 자외선을 조사한 경우에는 윤활제의 부착성이 더욱 향상되어 있으므로 윤활작용의 수명이 더욱 길어진다.
이에 반해서 제7도, 제8c도, 제8d도의 결과로부터도 명백한 바와 같이 수소함유량 20%이상의 수소함유 탄소막에 윤활제를 피복하여 자외선을 조사했을 때도 마찬가지로 윤활제의 부착성이 향상하므로 슬라이더의 슬라이딩면에 수소함유량 20%이상의 수소함유 탄소막(27)을 스퍼터링형성하고 또 윤활제를 피복한 후에 자외선을 조사하면 윤활제의 부착성이 향상할 뿐만 아니라 수소함유량 20% 이상의 수소함유 탄소막은 기계적 강도로 높으므로 경도나 내충격성이 뛰어난 자기헤드가 얻어진다.
제11a도, 제11b도에 나타낸 스퍼터링 장치를 사용하여 수소함유량 20%이상의 제1탄소막(271)상에 수소함유량 20%미만의 제2탄소막(272)을 적층하고 윤활제를 피복한 후에 자외선을 조사하면 자외선 조사와 수소함유량이 적은 제2탄소막(272)의 윤활제 부착작용이 상승작용을 일으켜 윤활제와 수소함유 탄소계보호층간의 부착성이 보다 향상된다. 따라서 슬라이더의 슬라이딩면상에 수소함유량이 많은 제1탄소막과 수소함유량이 적은 제2탄소막을 형성하고 또 윤활제 피복후에 자외선을 조사하면 윤활제의 부착성을 높일 수가 있다.
평가용 샘플을 제조할 때에는 탄소계 보호층의 형성법으로서 메탄가스를 혼합한 스퍼터링법을 사용하고 있으나, 수소를 함유한 혼합 가스이면 되고, 또 스퍼터링법에 대신하여 CVD 등을 이용하여도 된다. 또한 윤활제도 Phonbrin AM3001 뿐만 아니라 Phonbrin Zdon 등의 다른 관능기를 가진 퍼플루오로 폴리에테르를 사용하여도 마찬가지 결과가 얻어진다. 윤활제층의 평가는 20Å 이상의 막두께에 대하여 행하였으나 20Å 이하의 막두께의 경우도 가능하며, 특히 본 발명에 의해 부착성이 높아지면 10Å 이하도 가능하다.
본 발명의 자기헤드와 같이 자기헤드 슬라이더의 적어도 슬라이딩면에 수소함유량이 20%이상의 또는 슬라이더 측과 윤활층 측간에 수소함유량이 다른 재질 등의 탄소보호층을 형성하고 그 위에 윤활제의 층을 적층하는 구성에 의하면 기계적 특성이 뛰어난 탄소계 보호층이 자기기록매체면과 대향하므로 헤드파괴 등의 슬라이더 슬라이딩면의 손상을 방지할 수 있다. 또한 탄소계 보호층과 윤활층간의 부착성이 높기 때문에 마모가루나 데브리가 발생하기 어렵고 또 데브리가 발생하더라도 슬라이더의 슬라이딩면에 부착하지 않는다.
자기헤드 슬라이더의 탄소계 보호층상에 윤활층을 피복한 후에 자외선을 조사하는 자기헤드 제조방법에 의하면 탄소계 보호막과 윤활제간의 화학 결합력이 촉진되므로 코어슬라이더 표면의 윤활제의 막 줄어듬 현상이 억제되고, 장기간에 걸쳐서 윤활성능을 유지할 수 있을 뿐 아니라 마모가루에 의한 데브리의 발생을 억제할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명은 자기기록 매체의 내마모성을 향상시키기 위해 내마모성이 높은 수소함유 탄소막을 개발하였다. 그러나 본 발명자들의 계속적인 조사결과에 의해 수소함유 탄소층의 절연저항이 MR 헤드용으로서는 불충분한 경우도 있다는 것을 발견하였다.
본 발명의 제3태양에 의하면 자기디스크 장치나 플로피디스크 장치, 자기테이프 장치 등에서의 기록 매체나 자기헤드의 슬라이딩면에 사용되는 탄소보호막으로서 고저항과 고경도의 쌍방을 충족시킬 수 있는 수소함유 탄소보호막을 실현하고 또한 안전된 품질의 것을 제공할 수가 있다.
본 발명의 제3태양에 의한 자기기록 장치에서는 막의 하부에서의 수소함유량은 20%이상이고, 상부에서의 수소함유량은 20%미만이 바람직하다.
즉 본 발명에 의한 장치에서는 탄소보호막의 수소 농도가 초기층인 보호막 하부에서 높게 되어 있다. 따라서 저항치가 높아져서 MR헤드나 MR헤드용의 자기디스크에 현저한 효과를 나타낼 수가 있다. 이에 반해 표면측의 보호막 상부는 수소 농도가 낮으므로 슬라이딩면인 보호막 상부의 내마모성이 향상하여 내구성이 개선된다. 그 결과 내마모성과 고저항의 쌍방을 충족할 수 있는 탄소보호막이 된다. 이 효과는 보호막하부의 수소함유량ㅇ이 20%이상, 보호막 상부의 수소함유량이 20%미만일 경우에 특히 현저하다.
본 기록장치의 기록매체 또는 자기헤드의 슬라이딩부로 사용되는 탄소보호막을 형성할 경우에는 우선 이 탄소보호막을 수소를 함유한 분위기중에서 형성하여 막중의 수소농도가 보호막의 초기층인 하부에서 높아지고 표면측의 보호막 상부층에서 낮아지도록 수소분압을 제어하여 이 탄소보호막을 형성한다.
수소를 함유한 분위기중에서 수소분압을 제어할 때에는 막중의 수소농도가 보호막의 하부(Cm1)에서는 높고 표면측의 보호막 하부(Cm2)에서는 낮도록 형성한다.
탄소막을 형성하는데 사용되는 수소를 함유한 분위기는 CmHn을 함유한 불활성 가스 분위기가 바람직하다. 이 경우에 처음에는 CmHn량을 20%이상 포함한 CmHn- 불활성가스 분위기중에서 형성하여 초기층인 보호막하부(Cm1)를 형성하고, 이어서 CmHn량이 20%미만인 CmHn- 불활성 가스 분위기 중에서 형성하여 표면측의 보호막 상부(Cm2)를 형성한다. 이렇게 하여 그 상부와 하부간에 상이한 수소함유량을 갖는 탄소보호막을 쉽게 제조할수가 있다.
또는 상기의 탄소보호막을 형성할 때 처음에는 CmHn량을 20%이상 함유한 CmHn- 불활성가스 분위기중에서 형성하여 초기층인 보호막 하부(Cm1)를 형성하고, 이어서 CmHn량이 10-20%미만의 CmHn- 불활성 가스 분위기중에서 형성하여 표면측의 보호막 상부(Cm2)를 형성할 수도 있다.
탄소보호막을 형성하는 CmHn- 불활성 가스는 처음에는 CmHn량을 20%이상 함유한 CmHn- 불활성 가스분위기로 하고 막형성 중에 서서히 불활성 가스를 증가시키도록 할 수 있다.
탄소보호막의 상하부에서 CmHn- 불활성 가스 분위기중의 CmHn 농도를 변경할 때에 상하부에서 수소농도가 다른 탄소막은 초기에는 CmHn을 20%이상 함유한 CmHn- 불활성가스분위기로 하고 막 형성중에 서서히 불활성가스를 증가시켜서 CmHn을 희석함으로써 용이하게 실현할 수 있다.
본 발명에 의한 기록장치의 기록매체나 자기헤드의 슬라이딩 부에 사용되는 탄소보호막은 CmHn 불활성가스 분위기중에서 형성되며, CmHn량을 20%이상 함유한 CmHn- 불활성가스 분위기중에서 보호막하부(Cm1)를 형성한 후에 탄소보호막이 형성되는 기판에 부의 직류 바이어스를 인가하여 보호막상부(Cm2)를 형성하는 방법에 의하면 CmHn농도를 제어하지 않아도 탄소보호막의 상하부에서의 수소농도를 변경할 수가 있다.
탄소보호막을 형성할 때는 기판온도를 150℃ 이하로 하고 저온에서 스퍼터링 등에 의해 막을 형성한다. 이 방법에 의하면 탄소원자의 결합이 다이아몬드 모양으로 되고 막 강도가 향상되고, 막 저항도 높아진다.
탄소보호막을 형성할 때에는 기층막 및 자성막을 형성한 것과 같은 장치에서 형성하고, 또 탄소보호막 형성전에 고압의 불활성 가스분위기 중에서 일정시간 방치하여 냉각하는 방법에 의하면 기판으로부터 열이 전달하기 쉽게 되어 냉각효과가 향상된다.
또한 탄소보호막을 수소를 함유한 분위기중에서 형성하고 또한 탄소보호막이 형성되는 기판측에 부의 직류전압을 인가함으로써 수소량(수소분압)에 대한 막특성(Id/Ig)을 낮고 또한 일정하게 유지할 수도 있다.
일반적으로 수소분압이 높은 분위기 중에서 형성된 탄소막일수록 그 결합이 유기물화되고 또 Id/Ig의 증가(막경도의 저하)를 가져온다. 여기에서 기판측에 부의 바이어스 전압을 인가하면 스퍼터입자의 에너지 상태를 보다 활성화하여 기판상에서의 결합성을 향상시킬 수 있다.
이 때문에 높은 결합성(다이아몬드성)을 갖는 탄소막을 형성할 수 있어 유기물화를 억제할 수가 있다. 따라서 수소분압에 상관없이 낮은 Id/Ig를 갖는 탄소보호막의 형성을 실현할 수 있으므로 이 보호막의 안정제조가 가능해진다.
막 저항은 바이어스 전압에 상관없이 수소량(CH4량)의 증가에 따라 증대하는 경향에 있다. 이는 막 저항이 막 중의 수소량에 의존하고 또한 막중의 수소량은 막형성 분위기에만 의존하기 때문에 바이어스 전압 인가시에도 높은 막저항이 얻어진다. 즉 높은 수소분압하에서는 바이어스를 인가함으로써 고경도이고 고저항을 갖는 보호막이 실현된다.
상기의 이유로 인해 수소분압의 변동에 상관없이 고경도의 수소함유 탄소막을 안정하게 제조할 수가 있다. 또 자기디스크면 내에서의 특성 변동을 억제할 수 있어 그 품질향상이 가능해진다. 또한 보호막의 박막화에 대응해서 고경도이고 고저항의 보호막을 실현할 수 있다. 그 결과 자기디스크 장치의 대용량 및 고품질의 실현이 가능해진다.
수소를 함유한 분위기로서 CmHn- 불활성가스를 사용하여 CmHn량을 20%이상 함유한 CmHn- 불활성가스 분위기 중에서 보호막하부를 형성하여 수소분압을 용이하게 제어해서 막특성(Id/Ig)을 낮게 또한 일정하게 유지할 수가 있다.
탄소보호막의 형성시의 기판 바이어스를 -50∼-300V의 범위로 하면 제22도, 제27도에 나타낸 바와 같이 CmHn농도가 증가하여도 Id/Ig가 증대하는 것을 억제할 수가 있어 내구성이 향상된다.
CmHn- 불활성가스 분위기 중에서 탄소보호막을 형성할 때에 수소량이 많아질수록 기판 바이어스 전압을 낮게 하여 기판에 투입되는 소비전력을 일정하게 유지할 수가 있다. 이렇게 하여 기판 바이어스에 의한 이온 어시스트(ion assist)의 효과를 최적화하여 고품질의 보호막을 임의의 수소량으로 형성할 수 있다.
CmHn- 불활성가스 분위기 중에서 탄소보호막을 형성할 때에 수소량이 많을수록 타겟 표면의 수직방향 자장을 보다 약하게 하여 기판 바이어스 이외의 방법으로도 Id/Ig의 증가를 억제하여 내구성을 향상시킬 수 있다.
기판 바이어스 전압을 -50∼-150V의 범위로 하고 탄소보호막 형성시의 기판온도를 150℃ 이하의 저온으로 함으로써 라만분광에 의한 Id/Ig가 적어져서 막강도가 향상되고 또 막 저항도 높아진다.
기판 바이어스 전압의 인가시에 기판측에 흐르는 전류치를 0.6A로 억제하면 형성되는 탄소보호막에 대한 손상을 억제할 수 있다.
기판 바이어스 전압을 펄스형상으로 일정한 주기로 인가하면 기판 바이어스 전압인가시의 제어가 쉬워진다.
수소함유 탄소보호막을 자기디스크와 자기헤드의 쌍방으로 형성할 때에 자기헤드의 탄소보호막 형성시보다 자기디스크의 탄소보호막 형성시의 기판 바이어스 전압을 낮게 설정하여 자기디스크의 탄소보호막의 마모특성을 자기헤드의 탄소보호막보다 양호하게 할 수 있다. 이렇게 하여 자기디스크의 탄소보호막을 보다 얇게 할 수가 있어서 기록재생특성이 뛰어난 매체의 가공이 가능해진다.
탄소보호막을 형성할 때에 기층막 및 자성막을 형성하는 장치와 동일 장치내에서 이 탄소보호막을 형성할 수 있으므로 막형성장치를 공용할 수 있으며 또한 탄소보호막 형성전에 높은 압력의 불활성 가스 분위기중에 방치하여 냉각하므로 기판으로부터 열이 전달하기 쉬어져서 냉각효과가 향상되고 저온 막형성에 의한 막 성능의 향상이 현저해진다.
다음에 본 발명에 의한 자기디스크 장치의 탄소보호막과 그 제조방법이 실제로 어떻게 구체화되는가를 실시예를 참조하여 설명한다.
자기디스크 장치용의 탄소보호막의 실시예
제16도는 본 발명에 의한 자기기록장치의 탄소보호막의 기본 구조를 나타낸 단면도이다.
제17도는 본 발명에 의한 탄소보호막이 적용되는 자기디스크의 단면도이다.
알루미늄 등의 비자성체로 된 기판(1)의 표면에 형성한 Ni-P도금층(2)상에 Cr기층(3)의 500∼3000Å, CoCr계 합금의 기록층(4)의 300∼500Å정도가 각각 Ar분위기중에서 스퍼터링법에 의해 형성된다. 그리고 기록층(4)상에 수소함유 탄소보호막(Cm)이 100∼300Å정도가 CH4-Ar분위기 중에서 스퍼터링법에 의해 형성된다.
여기에서 탄소보호막은 초기에 35%정도의 CH4를 함유한 CH4-Ar분위기 중에서 100Å정도 형성하고, 이어서 같은 분위기중의 순 Ar가스를 증가시켜서 CH4량이 15%정도가 되도록 조정한다. 또한 기층(3) 및 기록층(4)은 가스압 5∼30mTorr, 기판온도 150∼260℃정도의 조건에서, 탄소보호막 Cm은 가스압5∼30mTorr, 기판온도 150∼200℃ 정도의 조건에서 각각 형성하였다.
상기한 바와 같이 탄소보호막 Cm을 형성할 때에 CH4-Ar분위기중의 CH4 가스농도를 보호막 하부를 형성하는 초기에 35%정도로 하고, 보호막 상부를 형성할 때는 순 Ar가스량을 증가시켜서 CH4량을 15%정도로 하면 수소함유 탄소보호막의 막중의 수소농도가 보호막 하부에서 높아지고, 보호막 상부에서 낮아진다.
수소농도와 내마모성의 관계를 시험한 결과, 수소함유 탄소보호막중의 수소/탄소의 비가 0.45893의 경우 즉 수소농도가 너무 높아지면 내마모율은 45.7%로 낮고 135Å로 마모하는데 비해, 수소/탄소 비가 0.38142의 경우의 내마모율은 75.2%로 향상하고 마모량은 62Å로 감소한다. 따라서 자기헤드와 슬라이드하는 보호막 상부는 보호막하부에 비해 수소농도를 낮게 하는 것이 유효하다.
다음에 수소함유 탄소보호막의 형성중의 수소량(수소분압)과 내마모성 및 저항치과의 관계를 검증한다. 제18도는 막형성중의 CH4-Ar 분위기중의 수소량과 라만분광과의 관계를 나타낸 실험결과이며 횡축이 CH4가스농도(%), 종축이 라만분광에 의한 Id/Ig이다.
여기에서 라만분광에 의한 Id/Ig는 탄소원자의 결합성을 표시하는 지침으로 하고 그 값이 적을수록 다이아몬드성의 결합량이 증가하는 것이라고 생각된다. 즉 Id/Ig가 적을수록 경도가 높고 내마모성이 뛰어나다는 것을 시사하고 있다.
제18도의 실험결과에 의하면 CH4-Ar분위기중의 CH4가스농도가 15∼25%정도의 범위에서는 라만분광에 의한 Id/Ig가 적고 막경도가 높으나, 15%이하의 경우 및 25%이상의 경우에는 막경도가 저하한다는 것이 관찰된다. 제19도는 막형성중의 CH4-Ar분위기중의 수소량과 막저항치와의 관계를 나타낸 실험결과이며, 횡축이 CH4가스농도(%), 종축이 저항치이다. 그래프로부터 명백한 바와 같이 막저항은 막형성중의 수소량(CH4)의 증가와 더불어 증가하는 것이 관찰된다. 이와 같이 막 저항치는 수소량의 증가와 더불어 증가하는데 비해, 제18도로부터 명백한 바와 같이 막경도는 CH4량이 약 25%를 넘으면 저하하므로 고저항과 내마모성의 쌍방을 만족할 수 있는 보호막의 형성은 곤란하다고 생각된다.
그러나 본 발명에 의하면 탄소보호막을 형성할 때의 수소농도를 보호막하부의 형성시에는 높고 보호막상부의 형성시에는 낮아지도록 수소분압을 제조함으로써, 탄소보호막의 막중의 수소농도를 보호막하부에서는 높게 하고 보호막 상부에서는 낮게 한다.
그 결과 수소함유 탄소보호막의 하부에서는 내마모성은 낮으나 저항치가 높으므로 MR헤드에도 적용할 수 있는 정도까지 고저항을 실현할 수 있고, 자기헤드가 슬라이드하는 보호막상부에서는 저항치는 낮으나 내마모성이 높으므로 내구성이 향상된다. 이와 같이 본 발명에 의하면 탄소보호막중의 수소농도를 상부보다 하부가 높도록 함으로써 고저항과 내마모성의 쌍방을 만족시키게 된다.
또한 수소함유 탄소보호막은 3층 이상으로 할 수도 있고, 또 형성조건을 서서히 변경하여 수소농도가 연속적으로 다른 탄소보호막으로 하여도 된다.
수소농도제어에 의한 탄소보호막의 제조방법의 실시예
상기와 같이 탄소보호막의 상부측과 하부측에서 수소농도를 변경할 때에 상부의 수소(CH4가스) 농도를 내마모성이 가장 양호한 범위로 설정하고, 하부의 수소(CH4가스)농도는 상부형성시보다 높게 설정함으로써 고저항과 내마모성의 쌍방을 최적치로 할 수가 있다.
즉 보호막 상부를 형성할 때의 CH4-Ar분위기중의 CH4량을 10∼20%로 할 경우에 보호막 하부를 형성할 때의 CH4-Ar분위기중의 CH4량을 20%이상으로 한다. 이 경우에 보호막 상부와 보호막 하부의 수소함유량을 변경할 필요가 있으므로 보호막 상부를 형성할 때와 보호막하부를 형성할 때의 CH4량의 차가 큰 것이 바람직하다. 또한 보호막상부를 형성할 때의 수소량을 보호막하부 형성시보다 줄이는 데는 Ar 가스를 서서히 증가시켜 가면 용이하게 실현될 수 있다.
제20a도, 제20b도는 본 발명의 방법의 다른 실시예이며, 제20a도는 기판홀더의 측면도, 제20b도는 정면도이다. 이 실시예에서는 보호막 상부를 형성할 때에 CH4-Ar 분위기중의 CH4가스농도를 제어함이 없이 기판측에 부의 직류전압을 인가하도록 되어 있다.
즉 탄소보호막을 스퍼터링 형성할 때에 자성막이 형성된 기판(1m)을 기판홀더(17)에 지지하여 양측의 탄소타겟(20, 20)간에서 기판홀더(17)를 금속레일(18)상에 주행시키는데, 금속레일(18)에는 직류전원(19)이 접속되어 있다.
CH4량을 20%이상 함유한 CH4-Ar분위기중에서 보호막하부를 형성하고 이어서 보호막상부를 형성할 때에 금속레일(18)에 부의 전압을 인가하면 금속제의 차륜(21), 기판홀더(17)를 통해서 각 기판(1m)에 부의 전압이 인가된다. 이와 같이 스퍼터링 막형성시에 기판(1m)에 부의 기판바이어스전압을 인가하면 기판(1m)에 부착하는 수소량이 감소하여, 실질적으로 CH4가스농도를 저하시킨 것과 같은 효과가 얻어진다.
따라서 보호막하부와 동일농도의 수소분위기중에서 보호막상부를 형성할 경우에는 일정한 막두께 이상에 달한 시점에서 기판측에 부의 직류바이어스를 인가하기만 하면 되므로 쌍방의 탄소보호막형성시의 수소분압을 변경할 필요가 없어 제어가 간단해진다.
이외에도 수소함유 탄소보호막을 형성할 때의 기판온도를 150℃정도 이하의 저온으로 함으로써 막성능의 향상을 도모할 수 있다. 즉 기판온도를 낮게 하여 저온에서 스퍼터링 막형성한 편이 라만분광에 의한 Id/Ig가 적어져서 탄소원자의 결합이 다이아몬드모양으로 되어 막강도가 향상된다. 또 막저항과 내마모성의 쌍방이 다 향상된다. 그러나 막형성온도가 낮으면 막과 기판간의 밀착성이 저하하므로 밀착성을 확보하고 또한 막강도를 높일 수 있는 범위의 저온으로 하게 된다.
상기와 같이 기판온도를 저온으로 하는 데는 보호막 형성전에 냉각을 가능케 하는 냉각실을 스퍼터링장치에 설치하는 것이 유효하다. 예를 들어 수소함유 탄소보호막을 형성할 때에 기층막 및 자성막을 형성하는 장치와 동일 장치내에서 탄소보호막을 형성함으로써 스퍼터링장치를 공용한다.
그리고, 탄소보호막 형성전에 높은 압력의 불활성가스 분위기중에서 일정시간 방치하여 냉각시킨다. 이와 같이 불활성가스의 압력을 높게 하면 기판으로부터 열을 전달하기 쉬워져서 냉각효과가 향상된다.
기판바이어스 전압인가에 의한 탄소보호막 제조방법의 실시예
제21도는 본 발명의 방법으로 제조한 자기디스크의 단면도이다. 비자성의 기판(1)의 표면에 형성한 Ni-P도금층(2)상에 Cr기층(3)의 500∼300Å, CoCr계 합금의 기록층(4)의 300∼500Å정도가 각각 Ar분위기중에서 스퍼터링법에 의해 형성된다. 그리고 기록층(4)상에 수소함유 탄소보호막(Cm)의 100∼300Å정도가 CH4-Ar 분위기중에서 기판측에 -50∼-300V의 직류전압을 인가한 상태에서 스퍼터링법에 의해 형성된다.
또한 기층(3) 및 기록층(4)은 가스압 5∼30mTorr, 기판온도 150∼260℃ 정도의 조건에서, 탄소보호막(Cm)은 가스압 5∼30mTorr, 기판온도 150∼200℃ 정도의 조건에서 각각 형성하였다.
제22도는 상기 방법으로 형성된 제6도의 수소함유 탄소보호막의 CH4량 및 바이어스 전압의 의존성을 평가하기 위하여 라만분광의 측정결과를 나타낸 것이다. 횡축은 CH4-Ar 분위기중에서의 농도(%), 종축은 라만 분광에 의한 Id/Ig 값이다. Id/Ig의 값이 적을수록 탄소원자의 다이아몬드성의 결합량이 증가하여 경도가 높아지는 것은 상기한 바와 같다.
제18도와 같이 기판 바이어스 전압을 인가하지 않는 경우에는 CH4 농도가 20%를 넘으면 Id/Ig가 증가하여 막 강도가 저하하는데 비해, 제22도의 0표로 나타낸 바와 같이 기판 바이어스 전압이 -150V의 경우에도, 또한 ◇표로 나타낸 바와 같이 -300V의 경우에도 CH4가스농도가 20%를 넘어도 Id/Ig는 증가하지 않는다.
상기한 바와 같이 기판에 부의 바이어스 전압을 인가하면 CH4 가스농도가 20%이상으로 증가하여도 Id/Ig는 0.8정도의 낮은 값으로 유지된다. 또 자기디스상의 부위에 의한 특성변동도 0.05 정도로서 거의 없으며, 종래의 0.15와 비교하면 양호한 결과가 얻어진다.
제23A도, 제23B도는 자기디스트 상에서의 특성 변동을 측정한 결과이며, 제23A도는 종래기술예, 제23B도는 본 발명에 의한 기판 바이어스를 인가한 예이다. 제23A도와 같이 기판 바이어스 전압을 인가하지 않는 경우에도 Id/Ig가 0.75로부터 0.89까지 크게 변동하고 있는 데 반해, 제23B도와 같이 기판 바이어스 전압을 인가하면 Id/Ig는 0.78로부터 0.83의 변동폭으로 축소되는 것을 알수가 있다.
제24도는 제21도에 나타낸 자기지스크의 탄소보호막(Cm)의 막저항의 측정결과를 나타낸다. 막 저항은 -150V의 기판 바이어스 전압을 인가했을 때도 제19와 같이 바이어스 전압을 인가하지 않았을 경우에도 큰 차이가 없다. 즉 바이어스 전압에 비해 막형성시의 CH4량에 크게 의존하고 있다는 것을 알수 있다. 또한 막형성시의 CH4량이 많아지미에 다라 막저항이 현저히 증가하고 있으며, 높은 수소분압 분위기(고CH4)중에서 형성된 보호막은 고경도 및 고정항을 실현할 수가 있다.
제25도는 수소함유 탄소보호막의 CH4량 및 바이어스전압의 의존성을 평가히기 위하여 라만분광의 측정 결과를 나타낸 것이다. 그래프는 부의 기판 바이어스전압을 결과를 나타낸 것이다. 그래스는 부의 기판 바이어스 전압을 인가하지 않는 경우와, -50∼150V의 기판 바이어스 전압을 인가한 경우를 표시한다.
이 그래프로부터 명백한 바와 같이 기판 바이어스전압을 인가하지 않는 0표의 곡선은 CH4농도가 높아지면 Id/Ig가 증가하여 막 경도가 악화하나, ◇표의 곡선으로 나타낸 바와 같이 -50V를 인가했을 경우, □표의 곡선으로 나타낸 바와 같이 -100V를 인가했을 경우, ×표의 곡선으로 나타낸 바와 같이 -150V를 인가했을 경우에는 다같이 CH4농도가 증가하여도 Id/Ig는 증대하지 않아서 제22도의 라만분광과 마찬가지 경향의 관찰된다.
따라서 제25도와 제22도의 결과를 종합하면 기판바이어스전압은 -50∼300V 정도가 최적범위나, 기판 바이어스 전압이 너무 높으면 기판측에 형성된 기록층의 역 스퍼터링 효과가 현저해지므로 -300V 정도로 넘는 것은 바람지가하지 않다.
상기한 바와 같이 부의 기판 바이어스 전압을 인가할때에 기판측에 흐르는 전류치를 0.6A로 억제함으로써 형성되는 탄소보호막에 대한 손상을 억제할 수가 있다. 구체적인 수치는 막형성시이 전압과 막두계에 의해 결정되나, 전류치가 0.6A보다 크면 막에 대한 손상이 커지므로 0.6A이하로 하는 것이 유효한다.
본 발명에 의한 부의 기판바이어스 전압은 연속해서 인가하여도 좋으나 필스형상으로 일정한 주기로 인가하는 것도 상관이 없다. 이와 같이 펄스 형상으로 전압을 인가하면 기판 바이어스 전압인가시의 제어가 용이해진다.
상기에서는 자기디스크에 수소함유 탄소보호막을 형성하는 경우에 대해서 설명하였으나, 자기헤드의 슬라이드면에 수소함유 탄소보호막을 형성하는 경우에도 그래도 적용할 수가 있다. 자기디스크와 자기헤드의 쌍방에 수소함유 탄소보호막을 형성할 때에는 자기헤드의 탄소보호막 형성시의 기판 바이어스 전압에 비해 자기디스크의 탄소보호막형성시의 기판 바이어스 전압을 낮게 설정하는 것이 유효하다.
이렇게 해서 자기디스크의 탄소보호막의 내마모성을 자기헤드의 탄소보호막보다 양호하게 할 수 있으며 그 결과 자기디스크의 탄소보호막을 보다 얇게 할 수 있어 기록 재생특성이 뛰어난 매체의 제공이 가능해진다.
Id/Ig의 증가를 억제하기 위해서는 기판 바이어스 전압을 인가하는 방법 대신에 ;타겟 표면의 수직방향의 자장을 감소시키는 것도 유효하다. 제26도는 스퍼터실내의 평면도이며, 탄소보호막이 형성되는 기판을 지지하는 기판 홀더(17)의 양측에 전자석(22, 23)이 배설되어 있다.
전자석(22, 23)은 코일(1), 코일(2), 코일(3)을 갖추고 있으나 코일(3)의 전류를 적게 ;하면 수직자장을 약하게 할수있다. 일반적으로 20∼40A의 전류에서 수직자장이 수백Gauss정도이나, CH4량이 많을 수록 전류치를 낮게 하여 수직자장을 낮추면 Id/Ig의 증대를 억제할 수 있다는 것이 확인되었다. 구체적인 수치는 탄소보호막의 막두께와 CH4량에 의해 최적화할 필요가 있다.
CH4-Ar 분위기 중에서 -50∼300V의 기판바이어스 전압을 인가하여 탄소보호막을 형성할 때에 기판온도를 150℃이하의 저온으로 하면 막 성능의 향상을 도모할 수 있다. 즉 수소 농도 제어법에 의한 탄소보호막 형성의 실시예에서도 설명한 바와 같이 기판온도를 낮게 하여 저온에서 스퍼터링 형성하는 편이 라만분광에 의한 Id/Ig가 적어져서 막강도가 향상된다. 또 막 저항과 내마모성의 쌍방의 모두 향상된다.
제27도는 기판온도를 150℃로 했을 경우의 CH4농도와 Id/Ig를 측정하여 라만비를 나타낸 것이다. 기판바이어스 전압이 -150V의 경우 및 -300V의 경우에, CH4농도가 20%이상으로 증가하여도 Id/Ig는 증가하지 않고 오히려 감소하는 경향에 있으며 기판온도를 저온으로 한 효과가 확인된다.
상기한 바와 같이 기판온도를 저온으로 하는데는 보호막 형성전에 냉각을 가능케하는 냉각실을 스퍼터링장치 등에 설치하는 것이 유효하다. 예를 들어 수소　유 탄소보호막을 형성할 때에 기층막 및 자성막을 형성하는 장치와 동일 장치내에서 이 탄소보호막을 형성함으로써 스퍼터링 장치를 공용한다.
그리고 탄소막형성전에 높은 압력의 불활성 가스 분위기중에서 일정시간 방치하여 냉각한다.
CH4는 안전하고 C-H량을 제어하기 쉬우므로 상기한 각실시예에서는 탄소보호막을 형성할때의수소를 함유한 분위기로서 CH4를 함유한 분위를 채용하였으나, 이외에 C2H2, C2H2, C2H6, C4H10등을 사용할 수도 있다. CmHn- 불활성가스를 구성하는 불활성 가스로서 안전성이 뛰어난 Ar을 예시하였으나 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한 각 실시예는 자기헤드의 슬라이딩면에 수소함유 탄소보호막을 형성하는 경우에도 그래도 적용된다.
또한 각 실시예에서 자기디스크용의 비자성기판(1)으로 서는 알루미늄외에 유리나 세라믹 등의 기판을 사용하여도 좋으며 기층의 재료, 막두께, 형성 방법 등은 각각의 기능을 다하는 것이며 실시예에 한정되는 것이 아니며, 도한 필요에 따라 탄소보호막 Cm의 상부에 윤활층을 형성하여도 좋다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면 자기디스크나 자기헤드 슬라이딩면의 보호막을 수소로 함유한 분위기중에서 형성하고 또한 초기층일수록 수소농도를 높게 하여 자성막측일수록 고저항이며 내마모성이 뛰어난 특성을 얻을 수가 있다. 따라서 자성막(자기헤드의 경우에는 자기회로를 포함한다)의 내구성을 향상시킬 수 있고, 보호막을 200∼300A정도까지 박막화할 수가 있다. 그 결과 전자 변환효율이 향상하므로 보다 고기록밀도의 실현이 가능해진다.
수소를 함유한 분위기중에서 탄소보호막을 형성할 때에 기판측에 부위 직류 바이어스를 인가함으로써 수소분압에 상관없이 안정된 고경도 보호막이 실현된다. 즉 각 자기디스크 및 자기헤드의 품질을 안정화시켜 제조 수율의 향상을 도모할 수가 있다. 또한 보호막의 박막화에 대응해서 보다 고저항이고 고경도의 보호막을 실현할 수가 있다.

Claims (12)

  1. 비자성 기판상에 순차적으로 형성된, 정보를 기억하기 위한 자기기록층과, 상기 자기기록층의 손상을 방지하기 위한 탄소보호층 및 윤활층을 포함하여 이루어진 기록매체에 있어서,
    상기 탄소보호층은 상기 자기기록층측의 수소함유량과 다른 상기 윤활층측의 수소함유량을 가지며, 상기 자기기록층측에 탄소원자함유량의 20% 이상의 수소원자함유량(또는 04.×1022cm-3이상의C-H량)을 갖는 제1수소함유탄소막과, 상기 윤활층측에 탄소원자함유량의 20% 미만의 수소원자함유량(또는 0.4×1022cm-3미만의 C-H량)을 갖는 제2수소함유탄소막으로 구성되며,
    상기 윤활층은 상기 탄소보호층에 대한 상기 윤활층의 부착성을 높이도록 자외선으로 조사되는 것을 특징으로 하는 기록매체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 윤활층을 구성하는 윤활제는 퍼플루오로 폴리에테르인 것을 특징으로 하는 기록매체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 퍼플루오로 폴리에테르는 수산기 또는 방향족의 관능기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기록매체.
  4. 전자변환소자가 탑재한 자기헤드 슬라이더의 적어도 슬라이딩측상에 적츨된 탄소보호층과, 상기 탄소보호층상에 형성된 윤활층을 포함하여 이루어진 자기헤드에 있어서,
    상기 탄소보호층은 상기 자기헤드 슬라이더측의 수소함유량과 다른 상기 윤활층측의 수소함유량을 가지며, 상기 자기헤드 슬라이더측에 탄소원자함유량의 20% 이상의 수소원자 함유량(또는 0.4×1022cm-3이상의 C-H량)을 갖는 제2수소함유탄소막으로 구성되며,
    상기 윤활층은 상기 탄소보호층에 대한 상기 윤활층의 부착성을 높이도록 자외선으로 조사되는 것을 특징으로 하는 기록매체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 윤활층을 구성하는 윤활제는 퍼플루오로 폴리에테르인 것을 특징으로 하는 자기헤드.
  6. 제5항에 있어서, 상기 퍼플루오로 폴리에테르는 수산기 또는 방향족의 관능기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기헤드.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 수소함유탄소막은, 수소함유량이 상기 자기기록측과 상기 윤홀층측 사이에서 점차 변화하도록 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 기록매체.
  8. 제7항에 있어서, 상기 윤활층을 구성하는 윤활제는 퍼플루오로 폴리에테르인 것을 특징으로 하는 자기헤드.
  9. 제8항에 있어서, 상기 퍼플루오로 폴리에테르는 수산기 또는 방향족의 관능기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기록매체.
  10. 제10항에 있어서, 상기 제1 및 제2 수소함유탄소막은, 수소함유량이 상기 자기헤드 슬라이더측과 상기 윤활층측 사이에서 점차 변화하도록 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기헤드.
  11. 제10항에 있어서, 상기 윤활층을 구성하는 윤활제는 퍼플루오로 폴리에테르인 것을 특징으로 하는 자기헤드.
  12. 제11항에 있어서, 상기 퍼플루오로 폴리에테르는 수산기 또는 방향족의 관능기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기헤드.
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