KR100617283B1 - 다결정 구조체 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
다결정 구조체(24)는 기판(23)의 표면에 확장되는 하지층(31)을 구비한다. 하지층(31)의 표면에는 미세한 자성 결정립(32)이 산재한다. 자성 결정립(32)은 규칙 합금으로 구성된다. 자성 결정립(32)들은 하지층(31)의 표면에서 서로 이격된다. 자성 결정립(32)에서는 충분한 결정 자기 이방성 에너지가 확보되므로, 자성 결정립(32)이 더욱 미세화되어도 자성 결정립(32) 내에서 자화는 확실하게 유지된다. 또한, 자성 결정립(32)들 사이에는 공간적인 간격이 확보된다. 자성 결정립(32)은 각각 독립하여 배치된다. 인접하는 자성 결정립(32)들 사이에서 자기적 상호 작용은 확실히 단절된다. 각각의 자성 결정립(32)마다 자구(磁區)가 확립된다.
다결정 구조체, 기판, 하지층, 자성 결정립
Description
본 발명은, 예를 들면 하드 디스크(HD)와 같은 자기 기록 매체의 자기 기록층에 사용될 수 있는 다결정 구조체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
자기 기록 매체의 기술 분야에서는 이른바 자기 기록층에 다결정 구조 연속막이 널리 이용된다. 다결정 구조 연속막은, 이른바 에피택셜 성장(epitaxy)에 의거하여 하지층의 표면을 따라 형성되는 미세한 Co 합금 결정립을 포함한다. 이러한 다결정 구조 연속막에서는 Co 합금 결정립들 사이에 입계(粒界)를 따라 Cr이 편석(偏析)된다. 이렇게 해서 형성되는 비자성벽의 작용으로 Co 합금 결정립들의 자기적 상호 작용은 확실히 방지된다. 각각의 결정립마다 자구(磁區)가 확립된다. 공지되어 있는 바와 같이, Co 합금 결정립이 미세화되면, 자기 정보의 판독 시에 노이즈는 확실히 저감될 수 있다.
예를 들면, Fe50Pt50(원자%)과 같은 규칙 합금에서는, Co 합금에 비해서 현저하게 큰 결정 자기 이방성 에너지(예를 들면, 1x1O6 J/m3 이상)가 확보된다. 이렇게 해서 충분한 결정 자기 이방성 에너지가 확보되면, 결정립이 다시 미세화되어도 결정립 내에 확실하게 자화(磁化)가 유지될 수 있다. 한편으로는, 결정 자기 이방성 에너지가 작으면, 이른바 열 교란에 의거하여 결정립 내의 자화는 손실된다. 결정립의 미세화 시에 Co 합금을 대신하여 규칙 합금의 이용이 바람직하다. 그렇지만, 규칙 합금으로 구성되는 다결정 구조 연속막에서는, 전술한 바와 같이 입계를 따라 비자성 원자의 편석이 실현되는 것은 불가능하다. 규칙 합금으로 형성되는 결정립들 사이에서의 자기적 상호 작용을 확실하게 단절시키는 기술이 모색된다.
본 발명은, 상기 실상을 감안하여 이루어진 것으로, 확실히 자성 결정립의 미세화에 공헌할 수 있는 다결정 구조체 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의하면, 하지층과 규칙 합금으로 구성되고, 하지층의 표면에서 서로 이격된 복수의 자성 결정립을 구비하는 것을 특징으로 하는 다결정 구조체가 제공된다.
이러한 다결정 구조체에서는 자성 결정립은 규칙 합금으로 구성된다. 자성 결정립에서는 Co 합금에 비해서 현저하게 큰 결정 자기 이방성 에너지(예를 들면, 1xlO6 J/m3 이상)가 확보된다. 이렇게 해서 충분한 결정 자기 이방성 에너지가 확보되면, 자성 결정립이 더욱 미세화되어도 자성 결정립 내에 확실하게 자화가 유지될 수 있다. 규칙 합금은, 예를 들어 L10 구조를 가지면 좋다. 이러한 규칙 합금은 예를 들면, Fe50Pt50, Fe50Pd50 및 Co50Pt50(모두 원자%)으로 대표될 수 있다.
또한, 이러한 다결정 구조체에 의하면, 하지층 상에서 인접하는 자성 결정립들의 사이에 공간적인 간격이 확보된다. 즉, 자성 결정립들의 사이에는 임의의 간격이 구획된다. 이렇게 해서 자성 결정립은 각각 독립하여 배치되는 점에서, 인접하는 자성 결정립들의 사이에서 자기적 상호 작용이 확실히 단절될 수 있다. 각각의 자성 결정립마다 자구가 확립될 수 있다.
이러한 다결정 구조체는 예를 들면 자기 디스크와 같은 자기 기록 매체로 이용될 수 있다. 자기 기록 매체에서는, 예를 들면 기판과 같은 지지체의 표면에 전술의 하지층 및 자성 결정립이 적층 형성되면 좋다. 전술한 바와 같이 자기적으로 이격된 미세한 자성 결정립에 의하면, 자기 기록 매체의 표면에서 규정되는 기록 트랙들의 사이에서 천이 노이즈가 극력(極力) 저감될 수 있다. 이러한 다결정 구조체는 기록 트랙의 고밀도화 즉 자기 기록 매체의 대용량화에 크게 공헌할 수 있다.
여기서, 하지층은, 소정의 배향(配向)으로 정렬된 비자성 결정으로 구성되면 좋다. 이러한 하지층의 작용으로 자성 결정립의 배향은 소정의 방향으로 정렬할 수 있다. 하지층은 확실히 자성 결정립의 배향을 제어할 수 있다.
다결정 구조체는, 하지층의 표면에서 자성 결정립에 피복되는 분리층과, 규칙 합금으로 구성되고, 분리층의 표면에서 서로 이격된 복수의 자성 결정립을 더 구비해도 좋다. 이러한 다결정 구조체에서는, 상하의 자성 결정립의 사이에 분리층이 개재하지만, 다결정 구조체 전체에서 자성 결정립의 막 두께는 증대될 수 있다. 이렇게 해서 다결정 구조체로부터 빠져 나오는 자계는 강하게 할 수 있다. 이러한 다결정 구조체는 기록 트랙의 고밀도화 즉 자기 기록 매체의 대용량화에 한층 크게 공헌할 수 있다. 분리층은, 전술한 하지층과 마찬가지로, 소정의 배향으로 정렬된 비자성 결정으로 구성되면 좋다.
또한, 다결정 구조체는, 하지층의 표면에서 자성 결정립에 피복되는 제 1 분리층과, 규칙 합금으로 구성되고, 제 1 분리층의 표면에서 서로 이격된 복수의 자성 결정립과, 제 1 분리층의 표면에서 자성 결정립에 피복되는 제 2 분리층과, 규칙 합금으로 구성되어, 제 2 분리층의 표면에서 서로 이격된 복수의 자성 결정립을 더 구비해도 좋다. 이러한 다결정 구조체에 의하면, 전술한 바와 같이 다결정 구조체 전체로 자성 결정립의 막 두께는 증대될 수 있다. 다결정 구조체로부터 빠져 나오는 자계는 확실히 강하게 할 수 있다. 기타, 분리층과 자성 결정립은 몇 겹으로 겹쳐 쌓여도 좋다. 여기서, 제 1 및 제 2 분리층은, 전술한 하지층과 마찬가지로, 소정의 배향으로 정렬된 비자성 결정으로 구성되면 좋다.
이상과 같은 다결정 구조체의 제조 시에, 예를 들어 하지층의 표면에 소정의 비율로 제 1 및 제 2 금속 원자를 퇴적시키는 공정과, 가열에 의하여, 하지층의 표면에서 제 1 및 제 2 금속 원자를 포함하는 규칙 합금의 자성 결정립을 형성하는 공정을 구비하는 다결정 구조체의 제조 방법이 제공되어도 좋다.
이러한 제조 방법에 의하면, 가열에 의하여 하지층의 표면에서는 제 1 및 제 2 금속 원자의 열 응집이 일어난다. 이렇게 해서 하지층의 표면에는, 제 1 및 제 2 금속 원자를 포함하는 규칙 합금의 자성 결정립이 형성될 수 있다. 이 자성 결정립의 형성 시에 제 1 및 제 2 금속 원자의 이동이 일어나는 점에서, 인접하는 자성 결정립들의 사이에는 임의의 간격이 형성된다. 또한, 편향하지 않고 균일하게 자성 결정립이 배치될 수 있다. 제 1 및 제 2 금속 원자의 퇴적과 가열이 반복되면, 기존의 자성 결정립을 향하여 제 1 및 제 2 금속 원자의 열 응집이 일어난다. 이러한 열 응집의 결과, 자성 결정립은 한층 크게 성장한다. 이렇게 해서 자성 결정립의 입경은 제어될 수 있다. 자성 결정립의 균일한 배치는 유지된다. 이 때, 제 1 및 제 2 금속 원자의 퇴적량은, 예를 들어 막 두께 1.0nm 미만(바람직하게는 0.5nm 미만)으로 설정되는 것이 바람직하다.
하지층에는, 소정의 배향으로 정렬된 결정으로 구성되는 결정층이 이용된다. 이러한 결정층에 의하면, 열 응집 시에 규칙 합금의 배향은 특정 방향으로 제어될 수 있다. 이렇게 해서 자성 결정립 내에서는 자화 용이축(容易軸)의 방향은 조정될 수 있다. 이러한 결정층은 예를 들면 Mg0로 구성되면 좋다. 상온에서 Mg0의 스퍼터링이 실시되면, 퇴적하는 Mg0의 결정에서는 이른바 (100)면의 배향이 확립된다. 이러한 결정에 의하면, 자성 결정립에서는 이른바 (001)면의 배향이 확립될 수 있다.
이상과 같은 다결정 구조체의 제조 방법에서는, 제 1 및 제 2 금속 원자의 퇴적에 앞서, 기존의 자성 결정립에 피복되는 분리층이 형성되어도 좋다. 이러한 분리층에 의하면, 새로운 자성 결정립의 형성 시에, 제 1 및 제 2 금속 원자는 기존의 자성 결정립의 영향을 받지 않는다. 따라서, 새롭게 적층되는 제 1 및 제 2 금속 원자의 열 응집은 기존의 자성 결정립의 영향을 받지 않고 실현된다. 기존의 자성 결정립의 비대화는 회피될 수 있다. 분리층 상에서 새롭게 자성 결정립이 형성된다. 따라서, 인접하는 자성 결정립들의 사이에는, 기존의 자성 결정립과 마찬가지로 임의의 간격이 형성된다. 또한, 편향하지 않고 균일하게 자성 결정립은 배 치될 수 있다.
분리층에는, 전술한 하지층과 마찬가지로, 소정의 배향으로 정렬된 결정으로 구성되는 결정층이 이용되면 좋다. 이러한 결정층에 의하면, 열 응집 시에 규칙 합금의 배향은 특정 방향으로 제어될 수 있다. 이렇게 해서 자성 결정립 내에서는 자화 용이축의 방면이 조정될 수 있다. 이러한 결정층은, 예를 들면 Mg0로 구성되면 좋다. 상온에서 Mg0의 스퍼터링이 실시되면, 적층하는 Mg0의 결정에서는 이른바 (100)면의 배향이 확립된다. 이러한 결정에 의하면, 자성 결정립에서는 이른바 (001)면의 배향이 확립될 수 있다.
이상의 제조 방법에서는, 제 1 및 제 2 금속 원자는 각각 50원자%의 비율로 하지층의 표면에 퇴적될 수 있다. 제 l 및 제 2 금속 원자는, Fe 및 Pt의 조합, Fe 및 Pd의 조합 및 Co 및 Pt의 조합 중의 어느 것에서 선택되면 좋다.
도 1은 자기 기록 매체 구동 장치의 구체적인 하나의 예, 즉 하드 디스크 구동 장치(HDD)의 구조를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자기 디스크의 구조를 상세하게 나타내는 확대 부분 단면도이다.
도 3은 기판 상에서 하지층을 형성하는 공정을 개략적으로 나타내는 기판의 확대 부분 단면도이다.
도 4는 기판 상에서 Fe50Pt50 합금층을 형성하는 공정을 개략적으로 나타내는 기판의 확대 부분 단면도이다.
도 5는 가열에 의하여 자성 결정립을 형성하는 공정을 개략적으로 나타내는 기판의 확대 부분 단면도이다.
도 6은 기판 상에서 자성 결정립을 피복하는 Fe50Pt50 합금층을 형성하는 공정을 개략적으로 나타내는 기판의 확대 부분 단면도이다.
도 7은 가열에 의하여 자성 결정립을 성장시키는 공정을 개략적으로 나타내는 기판의 확대 부분 단면도이다.
도 8은 제 1 실시예에 따른 자기 디스크로 자성 결정립의 입경 분포를 나타내는 그래프이다.
도 9는 비교예에 따른 자기 디스크로 자성 결정립의 입경 분포를 나타내는 그래프이다.
제 10은 X선 회절에 의한 검증 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자기 디스크의 구조를 상세하게 나타내는 확대 부분 단면도이다.
도 12는 기판 상에서 자성 결정립을 피복하는 제 1 분리층을 형성하는 공정을 개략적으로 나타내는 기판의 확대 부분 단면도이다.
도 13은 제 1 분리층의 표면에 Fe50Pt50 합금층을 형성하는 공정을 개략적으로 나타내는 기판의 확대 부분 단면도이다.
도 14는 가열에 의하여 제 1 분리층 상에서 자성 결정립을 형성하는 공정을 개략적으로 나타내는 기판의 확대 부분 단면도이다.
도 15는 제 2 실시예에 따른 자기 디스크로 제 1 구체적인 예의 자성 결정립의 입경 분포를 나타내는 그래프이다.
도 16은 제 2 실시예에 따른 자기 디스크로 제 2 구체적인 예의 자성 결정립의 입경 분포를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 자기 기록 매체 구동 장치의 구체적인 하나의 예, 즉 하드 디스크 구동 장치(HDD)(11)의 내부 구조를 개략적으로 나타낸다. 이 HDD(11)는, 예를 들면 평평한 직방체의 내부 공간을 구획하는 상자형의 광체(筐體) 본체(12)를 구비한다. 수용 공간에는, 자기 기록 매체로서의 1매 이상의 자기 디스크(13)가 수용된다. 자기 디스크(l3)는 스핀들 모터(14)의 회전축에 장착된다. 스핀들 모터(14)는, 예를 들면 7200rpm이나 10000rpm과 같은 고속도로 자기 디스크(13)를 회전시킬 수 있다. 광체 본체(12)에는, 광체 본체(12)와의 사이에서 수용 공간을 밀폐하는 덮개 즉, 커버(도시되지 않음)가 결합된다.
수용 공간에는, 수직 방향으로 연장되는 지축(15) 회전에서 요동하는 캐리지(16)가 다시 수용된다. 이 캐리지(16)는, 지축(15)으로부터 수평 방향으로 연장되는 강체(剛體)의 요동 암(17)과, 이 요동 암(17)의 선단에 부착되어 요동 암(17)으로부터 전방으로 연장되는 탄성 서스펜션(18)을 구비한다. 주지와 같이, 탄성 서스펜션(18)의 선단에서는, 이른바 짐벌(gimbal) 스프링(도시되지 않음)의 작용으로 부상 헤드 슬라이더(19)는 캔틸레버 지지된다. 부상 헤드 슬라이더(19)에는, 자기 디스크(13)의 표면을 향해 탄성 서스펜션(18)으로부터 가압력이 작용한다. 자기 디스크(13)의 회전에 의하여 자기 디스크(13)의 표면에서 생성되는 기류의 작용으로 부상 헤드 슬라이더(19)에는 부력이 작용한다. 탄성 서스펜션(18)이 가압력과 부력의 밸런스로 자기 디스크(13)의 회전 중에 비교적 높은 강성으로 부상 헤드 슬라이더(19)는 계속 부상(浮上)할 수 있다.
이러한 부상 헤드 슬라이더(19)의 부상 중에, 캐리지(16)가 지축(15) 회전으로 요동하면, 부상 헤드 슬라이더(19)는 반경 방향으로 자기 디스크(13)의 표면을 횡단할 수 있다. 이러한 이동에 의하여 부상 헤드 슬라이더(19)는 자기 디스크(13) 상의 원하는 기록 트랙에 위치 결정된다. 이 때, 캐리지(16)의 요동은, 예를 들면 음성 코일 모터(VCM)와 같은 액추에이터(21)의 작용을 통해서 실현되면 좋다. 주지와 같이, 복수 매(枚)의 자기 디스크(13)가 광체 본체(12) 내에 수용되는 경우에는, 인접하는 자기 디스크(13)들의 사이로 2개의 요동암(17) 즉 2개의 부상 헤드 슬라이더(19)가 탑재된다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자기 디스크(13)의 단면 구조를 상세하게 나타낸다. 이 자기 디스크(13)는, 지지체로서의 기판(23)과, 이 기판(23)의 표리면(表裏面)에 펼쳐지는 다결정 구조체(24)를 구비한다. 기판(23)은, 예를 들면, 디스크형의 Si본체(25)와, Si본체(25)의 표리면에 확장되는 비품질의 SiO2 막(26)으로 구성되면 좋다. 다만, 기판(23)에는 유리 기판이나 알루미늄 기판이 이용되어도 좋다. 다결정 구조체(24)로 자기 정보가 기록된다. 다결정 구조체(24)의 표면은 보호막(27)이나 윤활막(28)으로 피복된다. 보호막(27)에는, 예를 들면 다이아몬드 라이크 카본(DLC)과 같은 탄소 재료가 이용되면 좋다.
다결정 구조체(24)는, 기판(23)의 표면으로 확장되는 하지층(31)을 구비한다. 이 하지층(31), 소정의 배향으로 정렬된 결정층으로 구성된다. 이 결정층은 비자성을 나타낸다. 이러한 결정층의 확립 시에 하지층(31)에는, 예를 들면 MgO가 이용되면 좋다. Mg0의 각 결정에서는 (100)면의 배향이 확립된다.
하지층(31)의 표면에는 다수의 섬 형상 자성 결정립(32)이 산재한다. 인접하는 자성 결정립(32)들은 하지층(31)의 표면에서 서로 이격될 수 있다. 즉, 자성 결정립(32)들의 사이에는 임의의 간격이 구획된다. 이러한 자성 결정립(32)은 규칙 합금으로 구성된다. 규칙 합금은 이른바 L10 구조를 가지면 좋다. 이러한 종류의 규칙 합금은, 예를 들면 1x1O6 J/m3 이상의 결정 자기 이방성 에너지를 확보할 수 있다. 규칙 합금은, 예를 들면 Fe50Pt50, Fe50Pd50 및 Co50Pt50(모두 원자%)의 어느 것으로부터 선택되면 좋다. 각 자성 결정립(32)에서는 (001)면의 배향이 확립된다. 따라서, 기판(23)의 표면에 수직 방향으로 자화 용이축은 정렬된다.
이러한 다결정 구조체(24)에서는, 후술하는 바와 같이, 현저하게 미세한 자성 결정립(32)이 실현될 수 있다. 또한, 자성 결정립(32)들은 각각 독립하여 배치되기 때문에, 인접하는 자성 결정립(32)들의 사이에서 자기적 상호 작용은 확실하게 단절될 수 있다. 각각의 자성 결정립(32)마다 자구가 확립될 수 있다. 이렇게 해서 자기적으로 이격된 미세한 자성 결정립(32)에 의하면, 자기 디스크(l3)의 표면에서 규정되는 기록 트랙들의 사이에서 천이(遷移) 노이즈는 극력 저감될 수 있다. 이렇게 해서 미세화된 자성 결정립(32)은 기록 트랙의 고밀도화, 즉 자기 디스크(13)의 대용량화에 크게 공헌할 수 있다.
다음으로 자기 디스크(13)의 제조 방법을 상술한다. 우선, 디스크형의 기판(23)이 준비된다. 기판(23)은 스퍼터링 장치에 장착된다. 스퍼터링 장치 내에는 진공 환경이 확립된다. 기판(23)에는 예를 들면 350℃ 정도로 2분간의 가열이 실시된다. 이렇게 해서 기판(23)의 표면으로부터 자연 흡착 가스는 제거된다. 그 후에, 기판(23)은 상온(이른바 실온)까지 냉각된다.
스퍼터링 장치에서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 진공 환경 하에서 기판(23)의 표면에 MgO가 퇴적된다. 이른바 RF(고주파) 스퍼터링이 실시된다. 이렇게 해서 기판(23)의 표면에는 막 두께 7.5nm 정도로 MgO의 하지층(31)이 적층 형성된다. RF 스퍼터링 시에 실온이 유지되는 결과, 하지층(3l)에서는, (100)면의 배향으로 정렬된 비자성 결정이 확립된다.
그 후에, 스퍼터링 장치에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 진공 환경 하에서 하지층(31)의 표면에, 예를 들면 Fe원자 및 Pt원자가 퇴적된다. 여기에서는, 이른바 DC(직류) 스퍼터링에 의하여 제 1 및 제 2 금속 원자, 즉 Fe원자 및 Pt원자가 소정의 비율로 퇴적되게 할 수 있다. 퇴적 시에 DC 스퍼터링의 타깃에는 각각 50원자%의 비율로 Fe원자 및 Pt원자가 포함되면 좋다. 이렇게 해서 하지층(31)의 표면에는 막 두께 0.5nm 정도로 Fe50Pt50 합금층(33)이 형성된다.
이렇게 해서 기판(23) 상에 형성된 Fe50Pt50 합금층(33)에는 열처리가 실시된다. Fe50Pt50 합금층(33)은 진공 환경하에서 450℃의 열에 노출된다. 열처리는 4분간에 걸쳐서 지속된다. 이러한 가열에 의하여 하지층(31) 상에서는 Fe50Pt50 합금층(33)의 열 응집이 일어난다. 열 응집의 결과, 예를 들면 도 5에 나타내는 바와 같이, 하지층(31)의 표면에는, Fe원자 및 Pt원자를 포함하는 규칙 합금의 자성 결정립(32)이 형성된다. 이 자성 결정립(32)의 형성 시에 Fe원자나 Pt원자의 이동이 일어나는 점에서, 인접하는 자성 결정립(32)들의 사이에는 임의의 간격이 형성된다. 또한, 편향하지 않고 균일하게 자성 결정립(32)이 배치된다. 각각의 자성 결정립 (32)에서는 MgO의 작용으로 (001)면의 배향이 확립된다.
그 후, 하지층(31)의 표면에는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 다시 DC 스퍼터링에 의하여 진공 환경하에서 Fe원자 및 Pt원자가 퇴적된다. 전술한 바와 같이, Fe원자 및 Pt원자가 소정의 비율로 퇴적되게 할 수 있다. 퇴적 시에 DC 스퍼터링의 타깃에는 각각 50원자%의 비율로 Fe원자 및 Pt원자가 포함되면 좋다. 이렇게 해서 하지층(31)의 표면에는 막 두께 0.5nm정도로 Fe50Pt50 합금층(34)이 형성된다. Fe50Pt50 합금층(34)은 자성 결정립(32)에 피복된다. 여기에서는, Fe원자나 Pt원자의 퇴적 시에 기판(23)의 가열 상태는 유지되어도 좋다.
이렇게 해서 다시 적층 형성된 Fe50Pt50 합금층(34)에는 열처리가 실시된다. Fe50Pt50 합금층(34)은 진공 환경 하에서 450℃의 열에 노출된다. 열처리는 1분간에 걸쳐서 지속된다. 이러한 가열에 의하여 하지층(31) 상에서는 기존의 자성 결정립(32)을 향하여 Fe50Pt50 합금층(34)의 열 응집이 일어난다. 열 응집의 결과, 예를 들면 도 7에 나타내는 바와 같이, 하지층(31)의 표면에서 규칙 합금의 자성 결정립(32)은 한층 크게 성장한다. 자성 결정립(32)의 밀도나 입경은 Fe50Pt50 합금층(33, 34)의 막 두께나 퇴적 및 가열의 반복 회수에 의하여 조정될 수 있다.
본 발명자는, 이상과 같이 제조된 다결정 구조체(24)를 검증했다. 이 검증에서는, 전술한 바와 같이, 기판(23)의 표면에서 자성 결정립(32)이 형성되었다. 검증 시에 발명자는 비교예를 준비했다. 이 비교예에서는, 450℃로 가열된 기판 상에 스퍼터링에 의하여 1회에 l.0nm의 막 두께로 Fe50Pt50 합금층이 퇴적되게 했다. 퇴적 중에 생기는 열 응집에 의하여 자성 결정립은 형성되었다.
이렇게 해서 얻은 기판의 표면 상에서 자성 결정립의 입경 분포가 측정되었다. 이 측정 시에 기판의 고분해능 주사형 전자 현미경상(顯微鏡像)이 이용되었다. 전자 현미경상 위에서 자성 결정립의 입경 및 개수가 관찰되었다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 관련되는 자성 결정립에서는 평균 입경 14.5nm를 얻을 수 있었다. 대수 정규 분포에 의하여 분산값 2.1nm가 산출되었다. 평균 입경에 대한 분산값의 비율 0.15를 얻을 수 있었다. 한편, 도 9에 나타내는 바와 같이, 비교예에 따른 자성 결정립에서는 평균 입경 15.6nm 및 분산값 4.8nm를 얻을 수 있었다. 평균 입경에 대한 분산값의 비율 0.31을 얻을 수 있었다. 본 실시예에 의하면, 분 산값의 비율은 현저하게 개선되었다. 자성 결정립(32)은 현저하게 미세화되는 것이 확인되었다. 자성 결정립(32)의 입경은 균일화되는 것이 확인되었다.
본 발명자는, 동시에 X선 회절에 의하여 자성 결정립(32)을 관찰했다. 그 결과, 도 10에 나타내는 바와 같이, 자성 결정립(32)에서는, FePt 합금의 (001)면에 대응하는 피크가 확인되었다. 또한, FePt 합금의 (111)면에 대응하는 피크는 확인되지 않았다. 즉, 자성 결정립(32)은 소정의 규칙 합금으로 구성되는 것이 확인되었다. 한편으로는, 가열에 앞서 형성되는 Fe50Pt50 합금층의 막 두께(t)가 증대하면, FePt 합금의 (111)면에 대응하는 피크가 서서히 나타나는 것이 확인되었다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자기 디스크(13)의 단면 구조를 상세하게 나타낸다. 이 자기 디스크(13)에서, 다결정 구조체(24a)는, 하지층(31)의 표면에서 자성 결정립(32)으로 피복되는 제 1 분리층(35)을 구비한다. 제 1 분리층(35)의 표면에는 다수의 섬 형상 자성 결정립(36)이 산재한다. 제 1 분리층(35)의 표면에서는, 마찬가지로 제 2 분리층(37)이 자성 결정립(36)으로 피복된다. 제 2 분리층(37)의 표면에는, 이와 같이 다수의 섬 형상 자성 결정립(38)이 산재한다. 다결정 구조체(24a)의 표면은, 전술한 바와 같이 보호막(27)이나 윤활막(28)으로 피복된다. 여기서, 전술한 제 1 실시예의 구성이나 구조와 균등한 구성이나 구조에는 동일한 참조 부호가 붙여진다.
제 1 분리층(35)이나 제 2 분리층(37)은, 하지층(31)과 마찬가지로, 소정의 배향으로 정렬된 결정층으로 구성된다. 이 결정층은 비자성을 나타낸다. 이러한 결정층의 확립 시에 제 1 분리층(35)이나 제 2 분리층(37)에는, 예를 들면 MgO가 이용되면 좋다. Mg0의 각 결정(結晶)에서는 (100)면의 배향이 확립된다.
전술한 바와 같이, 인접하는 자성 결정립(36)들은 제 1 분리층(35)의 표면에서 서로 이격될 수 있다. 즉, 자성 결정립(36)들의 사이에는 임의의 간격이 구획된다. 마찬가지로, 인접하는 자성 결정립(38)들은 제 2 분리층(37)의 표면에서 서로 이격될 수 있다. 즉, 자성 결정립(38)들의 사이에는 임의의 간격이 구획된다. 이들 자성 결정립(36, 38)은 규칙 합금으로 구성된다. 규칙 합금은 이른바 L10 구조를 가지면 좋다. 규칙 합금은, 예를 들면 Fe50Pt50, Fe50Pd50 및 Co50Pt50(모두 원자%)의 어느 것에서 선택하면 좋다. 각 자성 결정립(36, 38)에서는 (001)면의 배향이 확립된다.
이러한 다결정 구조체(24a)에서는, 각 층마다 현저하게 미세한 자성 결정립(32, 36, 38)이 실현될 수 있다. 또한, 자성 결정립(32, 36, 38)들은 각각 독립하여 배치됨으로써, 인접하는 자성 결정립(32, 36, 38)들의 사이에 자기적 상호 작용이 확실히 단절될 수 있다. 각각의 자성 결정립(32, 36, 38)마다 자구가 확립될 수 있다. 이렇게 해서 자기적으로 이격된 미세한 자성 결정립(32, 36, 38)에 의하면, 자기 디스크(13)의 표면에 규정되는 기록 트랙들의 사이에서 천이 노이즈는 극력 저감될 수 있다. 이렇게 해서 미세화된 자성 결정립(32, 36, 38)은 기록 트랙의 고밀도화, 즉 자기 디스크(13)의 대용량화에 크게 공헌할 수 있다.
또한, 이 다결정 구조체(24a)에서는, 상하의 자성 결정립(32, 36, 38)의 사이에 비자성의 분리층(35, 37)이 개재되지만, 다결정 구조체(24a) 전체로 자성 결 정립(32, 36, 38)의 막 두께는 증대될 수 있다. 이렇게 해서 다결정 구조체(24a)로부터 빠져 나오는 신호 자계를 강하게 할 수 있다. 이러한 다결정 구조체(24a)는 기록 트랙의 고밀도화, 즉 자기 디스크(13)의 대용량화에 한층 크게 공헌할 수 있다.
이러한 자기 디스크(13)의 제조 시에, 전술한 바와 같이 하지층(31)의 표면에는, Fe원자 및 Pt원자를 포함하는 규칙 합금의 자성 결정립(32)이 형성된다. 자성 결정립(32)의 형성 후에, 하지층(31)의 표면에는, 도 12에 나타내는 바와 같이, 진공 환경 하에서 MgO가 퇴적된다. 여기에서는, 전술한 바와 같이 이른바 RF(고주파) 스퍼터링이 실시된다. 이렇게 해서 하지층(31)의 표면에는 막 두께 2.5nm 정도로 MgO의 제 1 분리층(35)이 적층 형성된다. 제 1 분리층(35)은 하지층(31)의 표면에서 자성 결정립(32)으로 피복된다. RF 스퍼터링 시에 실온이 유지되는 결과, 제 1 분리층(35)에서는, (100)면의 배향으로 정렬된 비자성 결정이 확립된다.
제 1 분리층(35)의 표면에는, 도 13에 나타내는 바와 같이, 다시 DC 스퍼터링에 의하여 진공 환경하에서 Fe원자 및 Pt원자가 퇴적된다. 전술한 바와 같이, Fe원자 및 Pt원자가 소정의 비율로 퇴적되게 할 수 있다. 퇴적 시에 DC 스퍼터링의 타깃에는 각각 50원자%의 비율로 Fe원자 및 Pt원자가 포함되면 좋다. 이렇게 해서 제 1 분리층(35)의 표면에는 막 두께 0.5nm 정도로 Fe50Pt50 합금층(41)이 다시 형성된다. 여기에서는, Fe원자나 Pt원자의 퇴적 시에 기판(23)의 가열 상태는 유지되어도 좋다.
이렇게 해서 다시 적층 형성된 Fe50Pt50 합금층(41)에는 열처리가 실시된다. Fe50Pt50 합금층(41)은 진공 환경 하에서 450℃의 열에 노출된다. 열처리는 1분간에 걸쳐서 지속된다. 이러한 가열에 의하여 제 1 분리층(35) 상에서는 Fe50Pt50 합금층(41)의 열 응집이 일어난다. 열 응집의 결과, 예를 들면 도 14에 나타내는 바와 같이, 제 1 분리층(35)의 표면에는, Fe원자 및 Pt원자를 포함하는 규칙 합금의 자성 결정립(36)이 형성된다. 이 때, 열 응집은, 기존의 자성 결정립(32)의 영향을 받지 않고 실현될 수 있다. 따라서, 자성 결정립(32)의 비대화는 회피된다. 제 1 분리층(35) 상에서 새롭게 자성 결정립(36)이 형성된다. 따라서, 인접하는 자성 결정립(36)들의 사이에는, 자성 결정립(32)과 마찬가지로, 임의의 간격이 형성된다. 또한, 편향하지 않고 균일하게 자성 결정립(36)이 배치된다. 각각의 자성 결정립(36)에서는 MgO의 작용으로 (001)면의 배향이 확립된다.
자성 결정립(36)의 형성 이후에, 제 1 분리층(35)의 표면에는 진공 환경 하에서 다시 MgO가 퇴적된다. 전술한 바와 같이 제 1 분리층(35)의 표면에는 막 두께 2.5nm 정도로 MgO의 제 2 분리층(37)이 적층 형성된다. 제 2 분리층(37)은 제 1 분리층(35)의 표면에서 자성 결정립(36)으로 피복된다. 제 2 분리층(37)의 표면에는, 전술한 바와 같이 다시 DC 스퍼터링에 의하여 진공 환경 하에서 Fe원자 및 Pt원자가 퇴적된다. 이렇게 해서 제 2 분리층(37)의 표면에는 막 두께 0.5nm 정도로 Fe50Pt50 합금층이 다시 형성된다. 그 후, 제 2 분리층(37) 상에서는 Fe50
Pt50 합금층의 열 응집이 야기된다. 열 응집의 결과, 제 2 분리층(37)의 표면에는, Fe원자 및 Pt원자를 포함하는 규칙 합금의 자성 결정립(38)이 형성된다. 이렇게 해서 전술의 다결정 구조체(24a)는 형성될 수 있다.
본 발명자는, 이상과 같이 제조된 다결정 구조체(24a)를 검증했다. 이 검증에서는 2개의 구체적인 예가 준비되었다. 제 1 구체적인 예에서는, 자성 결정립(32)의 형성 시에 하지층(31)의 표면에는 막 두께 0.40nm의 Fe50Pt50 합금층(34)이 형성되었다. 가열에 의하여 자성 결정립(32)이 형성된 이후에, 전술한 바와 같이, 막 두께 2.5nm의 MgO 분리층(35)이 형성되었다. 분리층(35)의 표면에는 자성 결정립(36)이 형성되었다. 이 자성 결정립(36)의 형성 시에 분리층(35)의 표면에는 막 두께 0.35nm의 Fe50Pt50 합금층(41)이 형성되었다. 자성 결정립(36)으로 피복되는 분리층(37)이나 자성 결정립(38)은 형성되지 않았다. 마찬가지로, 제 2 구체적인 예에서는, 자성 결정립(32)의 형성 시에 막 두께 0.40nm의 Fe50Pt50 합금층(34)이 형성되었다. 자성 결정립(36)의 형성 시에 분리층(35)의 표면에는 막 두께 0.25nm의 Fe50Pt50 합금층(41)이 형성되었다. 이 제 2 구체적인 예로 자성 결정립(36)으로 피복되는 분리층(37)이나 자성 결정립(38)은 형성되지 않았다.
이렇게 해서 얻어진 기판(23)의 표면 상에서 자성 결정립(36)의 입경 분포가 측정되었다. 이 측정 시에 기판(23)의 고분해능 주사(走査)형 전자 현미경상이 이용되었다. 전자 현미경상 상에서 자성 결정립(36)의 입경 및 개수가 관찰되었다. 도 15에 나타내는 바와 같이, 제 1 구체적인 예의 자성 결정립(36)에서는 평균 입경 9.6nm를 얻을 수 있었다. 대수 정규 분포에 의하여 분산값 1.7nm가 산출되었다. 평균 입경에 대한 분산값의 비율 0.18을 얻을 수 있었다. 기판(23)의 수직 방향으로 160kA/m 정도의 보자력(保磁力)이 확보되었다. 마찬가지로, 도 16에 나타내는 바와 같이, 제 2 구체적인 예의 자성 결정립(36)에서는 평균 입경 6.6nm 및 분산값 1.3nm를 얻을 수 있었다. 평균 입경에 대한 분산값의 비율 0.20을 얻을 수 있었다. 이 제 2 구체적인 예에서는, 기판(23)의 수직 방향으로 215kA/m 정도의 보자력이 확보되었다. 어느 경우에도, 분산값의 비율은 현저하게 개선되었다. 자성 결정립(36)의 미세화에도 관계없이 충분한 보자력의 확보가 확인되었다.
또한, 이상과 같은 다결정 구조체(24, 24a)에서는, 자성 결정립(32, 36, 38) 중에서 면내 방향으로 자화 용이축이 구비되어도 좋다. 이러한 자화 용이축의 설정 시에 Fe50Pt50 자성 결정립(32, 36, 38)에서는, (100)면의 배향이 확립되면 좋다. 이러한 배향은 Mg0의 배향에 의하여 제어될 수 있다. 또한, 예를 들면 Si본체(25)의 화학 반응이 충분히 저지되는 한, 기판(23)의 표면에는 반드시 SiO2막(26)이 형성될 필요는 없다. 또한, Fe50Pt50(원자%)를 대신하여, Fe50Pd50
(원자%), Co50Pt50(원자%) 기타의 규칙 합금이 자성 결정립(32, 36, 38)으로 이용되는 경우라도, 전술한 제조 방법은 마찬가지로 이용될 수 있다.
Claims (20)
- 하지층과, 규칙 합금으로 구성되고, 하지층의 표면에서 서로 이격된 복수의 자성 결정립을 구비하는 것을 특징으로 하는 다결정 구조체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 규칙 합금은 L10 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 다결정 구조체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 하지층은 소정의 배향(配向)으로 정렬되는 비자성 결정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다결정 구조체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 하지층의 표면에서 상기 자성 결정립에 피복되는 분리층과, 규칙 합금으로 구성되고, 분리층의 표면에서 서로 이격된 복수의 자성 결정립을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다결정 구조체.
- 제 4 항에 있어서, 상기 분리층은 소정의 배향으로 정렬되는 비자성 결정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다결정 구조체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 하지층의 표면에서 상기 자성 결정립에 피복되는 제 1 분리층과, 규칙 합금으로 구성되고, 제 1 분리층의 표면에서 서로 이격된 복수의 자성 결정립과, 제 1 분리층의 표면에서 자성 결정립에 피복되는 제 2 분리층과, 규칙 합금으로 구성되고, 제 2 분리층의 표면에서 서로 이격된 복수의 자성 결정립을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다결정 구조체.
- 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 분리층은 소정의 배향으로 정렬되는 비자성 결정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다결정 구조체.
- 지지체와, 지지체의 표면으로 확장되는 하지층과, 규칙 합금으로 구성되고, 하지층의 표면에서 서로 이격된 복수의 자성 결정립을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
- 제 8 항에 있어서, 상기 규칙 합금은 L10 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
- 제 8 항에 있어서, 상기 하지층은 소정의 배향으로 정렬되는 비자성 결정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
- 제 8 항에 있어서, 상기 하지층의 표면에서 상기 자성 결정립에 피복되는 분리층과, 규칙 합금으로 구성되어, 분리층의 표면에서 서로 이격된 복수의 자성 결정립을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
- 제 11 항에 있어서, 상기 분리층은 소정의 배향으로 정렬되는 비자성 결정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
- 하지층의 표면에 소정의 비율로 제 1 및 제 2 금속 원자를 퇴적시키는 공정과, 가열에 의하여 하지층의 표면에서 제 1 및 제 2 금속 원자를 포함하는 규칙 합금의 자성 결정립을 형성하는 공정을 구비하고, 제 1 및 제 2 금속 원자의 퇴적과 가열을 반복하는 것을 특징으로 하는 다결정 구조체의 제조 방법.
- 제 13 항에 있어서, 상기 하지층에는 소정의 배향으로 정렬된 결정으로 구성되는 결정층이 이용되는 것을 특징으로 하는 다결정 구조체의 제조 방법.
- 제 14 항에 있어서, 상기 결정층은 Mg0로 구성되는 것을 특징으로 하는 다결정 구조체의 제조 방법.
- 제 13 항에 있어서, 상기 제 l 및 제 2 금속 원자의 퇴적에 앞서, 기존의 상기 자성 결정립에 피복되는 분리층을 형성하는 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다결정 구조체의 제조 방법.
- 제 16 항에 있어서, 상기 분리층에는 소정의 배향으로 정렬된 결정으로 구성되는 결정층이 이용되는 것을 특징으로 하는 다결정 구조체의 제조 방법.
- 제 17 항에 있어서, 상기 결정층은 Mg0로 구성되는 것을 특징으로 하는 다결정 구조체의 제조 방법.
- 제 13 항에 있어서, 상기 제 l 및 제 2 금속 원자는 각각 50원자%의 비율로 하지층의 표면에 퇴적되는 것을 특징으로 하는 다결정 구조체의 제조 방법.
- 제 19 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 금속 원자는 Fe 및 Pt의 조합, Fe 및 Pd의 조합, Co 및 Pt의 조합의 어느 것으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 다결정 구조체의 제조 방법.
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