KR100693855B1 - 다결정 구조막 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

섬형상 자성 결정립(32)은 제1 분리층(33)에 덮어진다. 섬형상 자성 결정립(36, 38)은 결정층(35, 41)상에 형성된다. 결정층(35,41)의 기능으로 자성 결정립(36, 38)의 배향은 정렬된다. 결정층(35) 및 자성 결정립(32)의 사이나 결정층(41) 및 자성 결정립(36)의 사이에는 비정질층(34, 39)이 개재한다. 비정질층(34, 39)에 따르면 제조 과정에서 자성 결정립(32, 36) 및 결정층(35, 41)의 사이에서 계면 반응은 충분히 억제된다. 자성 결정립(32, 36)의 배향은 확실하게 유지된다.

Description

다결정 구조막 및 그 제조 방법{POLYCRYSTAL STRUCTURE FILM AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은, 예컨대 하드디스크(HD)라는 자기 기록 매체의 자기 기록층에 사용될 수 있는 다결정 구조막 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
자기 기록 매체의 기술 분야에서는 소위 자기 기록층에 다결정 구조 연속막은 널리 이용된다. 다결정 구조 연속막은 소위 에피텍샬 성장에 기초하여 기초층의 표면에 따라서 형성되는 미세한 Co 합금 결정립을 포함한다. 이와 같은 다결정 구조 연속막으로서는 Co 합금 결정립끼리의 사이에서 입계에 따라서 Cr가 편석된다. 이렇게 해서 형성되는 비자성벽의 기능으로 Co 합금 결정립끼리의 자기적 상호 작용은 확실하게 방지된다. 개개의 결정립마다 자구가 확립된다. 널리 알려진 바와 같이, Co 합금 결정립이 미세화되면 자기 정보의 독출에 있어서 노이즈는 확실하게 저감될 수 있다.
예컨대 Fe50Pt50(원자%)라는 규칙 합금에서는 Co 합금에 비교해서 현저히 큰 결정 자기 이방성 에너지(예컨대 1x106 J/m3 이상)가 확보된다. 이렇게 해서 충분한 결정 자기 이방성 에너지가 확보되면, 결정립이 더욱 미세화되더라도 결정립내에 확실하게 자화는 유지될 수 있다. 한편, 결정 자기 이방성 에너지가 작으면, 소위 열교란에 기초하여 결정립내의 자화는 없어져 버린다. 결정립의 미세화에 있어 Co 합금 대신에 규칙 합금의 이용이 요구된다. 그러나, 규칙 합금으로 구성되는 다결정 구조 연속막에서는 전술한 바와 같이 입계에 따라서 비자성 원자의 편석을 실현할 수 없다. 규칙 합금으로 형성되는 결정립끼리의 사이에서 자기적 상호 작용을 확실하게 단절하는 방법이 모색된다.
본 발명은 상기 실상에 감안하여 이루어진 것으로, 확실하게 자성 결정립의 미세화에 공헌할 수 있는 다결정 구조막 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 제1 발명에 따르면 기초층의 표면에서 서로 이격되는 복수의 자성 결정립과, 자성 결정립에 덮이는 비정질 물질과, 기초층의 표면에서 자성 결정립 및 비정질 물질에 덮이고, 소정의 배향으로 정렬되는 비자성 결정으로 구성되는 배향 제어층과, 배향 제어층의 표면에서 서로 이격되고, 소정의 배향으로 정렬되는 복수의 자성 결정립을 구비하는 것을 특징으로 하는 다결정 구조막이 제공된다. 여기서, 비정질 물질은 예컨대 SiO2라고 하는 비자성체로 구성되면 좋다. 그 외, 비정질 물질은 금속 산화물이나 금속 질화물로 구성되더라도 좋다.
이와 같은 다결정 구조막에 따르면, 기초층상이나 배향 제어층의 표면에서 인접하는 자성 결정립끼리의 사이에 공간적인 거리가 확보된다. 즉, 자성 결정립끼리의 사이에는 임의의 간격이 구획된다. 이렇게 해서 자성 결정립은 개개에 독립적으로 배치되기 때문에 인접하는 자성 결정립끼리의 사이에서 자기적 상호 작용은 확실하게 절단할 수 있다. 개개의 자성 결정립마다 자구는 확립될 수 있다.
더구나, 이 다결정 구조막에서는 상하의 자성 결정립의 사이에 비정질 물질 및 배향 제어층이 개재하지만, 다결정 구조막 전체로 자성 결정립의 막 두께는 증대할 수 있다. 게다가, 개개의 자성 결정립의 배향은 정렬되기 때문에, 다결정 구조막으로부터 누설하는 자계는 강화할 수 있다.
자성 결정립은 규칙 합금으로 구성되면 좋다. 자성 결정립에서는 비규칙 Co 합금에 비교해서 현저히 큰 결정 자기 이방성 에너지(예컨대 1x106 J/m3 이상)가 확보된다. 이렇게 해서 충분한 결정 자기 이방성 에너지가 확보되면, 자성 결정립이 더욱 미세화되더라도 자성 결정립내에 확실하게 자화는 유지될 수 있다. 규칙 합금은 예컨대 L10 구조를 가지면 좋다. 이와 같은 규칙 합금은 예컨대 Fe50Pt50, Fe50Pd50 및 Co50Pt50(모두 원자%)로 대표될 수 있다.
제1 발명에 따른 다결정 구조막의 제조에 있어서, 예컨대, 기초층의 표면에 서로 이격되는 복수의 제1 자성 결정립을 형성하는 공정과, 제1 자성 결정립에 덮이는 비정질층을 형성하는 공정과, 비정질층상에 소정의 배향으로 정렬되는 결정층을 형성하는 공정과, 결정층의 표면에 서로 이격되는 복수의 제2 자성 결정립을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 구조막의 제조 방법이 제공되더라도 좋다.
이와 같은 제조 방법에 따르면, 소정의 배향으로 정렬되는 결정층의 표면에서 제2 자성 결정립이 형성되기 때문에 제2 자성 결정립의 배향은 확실하게 정렬할 수 있다. 더구나, 제1 자성 결정립 및 결정층의 사이에는 비정질층이 개재한다. 이와 같은 비정질층에 따르면, 제1 자성 결정립 및 결정층의 사이에서 계면 반응은 충분히 경감될 수 있다. 따라서, 후속하는 제조 과정에서 제1 자성 결정립의 배향은 확실하게 유지될 수 있다.
제1 자성 결정립의 형성에 있어서 다결정 구조막의 제조 방법은 기초층의 표면에 소정의 비율로 제1 및 제2 금속 원자를 퇴적시키는 공정과, 퇴적한 제1 및 제2 금속 원자에 열을 가하는 공정을 더 포함하더라도 좋다. 가열에 기초하여 기초층상에서는 제1 및 제2 금속 원자의 열응집이 야기된다. 열응집의 결과, 기초층의 표면에는 제1 및 제2 금속 원자를 포함하는 제1 자성 결정립은 형성된다. 제1 자성 결정립의 형성에 있어서 제1 금속 원자나 제2 금속 원자의 이동이 야기되기 때문에 인접하는 제1 자성 결정립끼리의 사이에는 임의의 간격이 형성된다. 더구나, 기우는 일없이 균일하게 제1 자성 결정립은 배치된다.
마찬가지로, 제2 자성 결정립의 형성에 있어서 다결정 구조막의 제조 방법은 결정층의 표면에 소정의 비율로 제1 및 제2 금속 원자를 퇴적시키는 공정과, 퇴적한 제1 및 제2 금속 원자에 열을 가하는 공정을 더 포함하더라도 좋다. 가열에 기초하여 결정층상에서는 제1 및 제2 금속 원자의 열응집이 야기된다. 열응집의 결과, 결정층의 표면에는 제1 및 제2 금속 원자를 포함하는 제2 자성 결정립은 형성된다. 제2 자성 결정립의 형성에 있어서 제1 금속 원자나 제2 금속 원자의 이동이 야기되기 때문에 인접하는 제2 자성 결정립끼리의 사이에는 임의의 간격이 형성된다. 더구나, 기우는 일없이 균일하게 제2 자성 결정립은 배치된다.
이 때, 제1 및 제2 금속 원자의 퇴적과 가열이 반복되면 기존의 자성 결정립을 향하여 제1 및 제2 금속 원자의 열응집이 야기된다. 이러한 열응집의 결과, 자성 결정립은 훨씬 크게 성장한다. 이렇게 해서 자성 결정립의 입자 지름은 제어될 수 있다. 자성 결정립이 균일한 배치는 유지된다. 이 때, 제1 및 제2 금속 원자의 퇴적량은 예컨대 막 두께 1.0 nm 미만(바람직하게는 0.5 nm 미만)으로 설정되는 것이 요구된다.
전술한 결정층에 의하면, 새로운 자성 결정립의 형성에 있어서 제1 및 제2 금속 원자는 기존의 자성 결정립의 영향을 받지 않는다. 따라서, 새롭게 적층되는 제1 및 제2 금속 원자의 열응집은 기존의 자성 결정립의 영향을 받지 않고서 실현된다. 기존의 자성 결정립의 비대화는 피할 수 있다. 결정층상에서 다시 자성 결정립은 형성된다. 따라서, 인접하는 자성 결정립끼리의 사이에는 기존의 자성 결정립과 같이 임의의 간격이 형성된다. 더구나, 기우는 일없이 균일하게 자성 결정립은 배치될 수 있다.
이 때, 제2 자성 결정립의 형성에 있어서 가해지는 열의 에너지는 제1 자성 결정립의 형성에 있어서 가해지는 열의 에너지보다도 작게 설정되면 좋다. 제2 자성 결정립의 형성에 있어서 전술한 바와 같이 열이 가해지면, 기존의 제1 자성 결정립은 충분히 열을 복사한다. 그 결과, 제1 자성 결정립의 형성후에는 비교적으로 작은 열에너지의 가열로 충분히 제2 자성 결정립의 열응집은 실현될 수 있다.
결정층은 예컨대 Mg0로 구성되면 좋다. 이 경우에는, 결정층의 형성에 앞서서 비정질층은 제열(除熱)되더라도 좋다. 상온에서 Mg0의 스퍼터링이 실시되면, 퇴적하는 Mg0의 결정에서는 소위 (100)면의 배향이 확립된다. 이와 같은 결정에 따르면, 자성 결정립에서는 소위 (001)면의 배향이 확립될 수 있다. 결정층상에서는 개개의 자성 결정립마다 확실하게 배향은 정렬할 수 있다.
제2 발명에 따르면, 기초층의 표면에서 서로 이격되는 복수의 자성 결정립과, 자성 결정립의 표면에 분포되어, 자성 결정립에 포함되는 원자에 기초하여 생성되는 비자성 물질과, 기초층의 표면에서 자성 결정립 및 비자성 물질에 덮여, 소정의 배향으로 정렬하는 비자성 결정으로 구성되는 배향 제어층과, 배향 제어층의 표면에서 서로 이격되고, 소정의 배향으로 정렬하는 복수의 자성 결정립을 구비하는 것을 특징으로 하는 다결정 구조막이 제공된다. 여기서, 비자성 물질은 산화물이나 질화물로 구성되면 좋다.
이와 같은 다결정 구조막에 따르면, 전술한 바와 같이 인접하는 자성 결정립끼리의 사이에서 자기적 상호 작용은 확실하게 절단할 수 있다. 개개의 자성 결정립마다 자구는 확립될 수 있다. 더구나, 다결정 구조막 전체로 자성 결정립의 막 두께는 증대할 수 있다. 게다가, 개개의 자성 결정립의 배향은 정렬하기 때문에 다결정 구조막으로부터 누설하는 자계는 강화할 수 있다. 제1 발명과 같이, 자성 결정립은 규칙 합금으로 구성되면 좋고, 규칙 합금은 L10 구조를 가지면 좋다.
제2 발명에 따른 다결정 구조막의 제조에 있어서, 예컨대, 기초층의 표면에 서로 이격되는 복수의 제1 자성 결정립을 형성하는 공정과, 제1 자성 결정립의 표면에서 자성 결정립에 포함되는 원자에 기초하여 비자성 물질을 생성하는 공정과, 비자성 물질상에 소정의 배향으로 정렬하는 결정층을 형성하는 공정과, 결정층의 표면에 서로 이격되는 복수의 제2 자성 결정립을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 구조막의 제조 방법이 제공되더라도 좋다.
이와 같은 제조 방법에 따르면, 전술한 바와 같이 제2 자성 결정립의 배향은 확실하게 정렬할 수 있다. 더구나, 제1 자성 결정립 및 결정층의 사이에는 비자성 물질이 개재한다. 이와 같은 비자성 물질에 따르면, 제1 자성 결정립 및 결정층의 사이에서 계면 반응은 충분히 경감될 수 있다. 따라서, 후속하는 제조 과정에서 제1 자성 결정립의 배향은 확실하게 유지될 수 있다.
제1 자성 결정립의 형성에 있어서, 전술한 바와 같이 기초층의 표면에 소정의 비율로 제1 및 제2 금속 원자를 퇴적시키는 공정과, 퇴적한 제1 및 제2 금속 원자에 열을 가하는 공정이 실시되면 좋다. 마찬가지로, 제2 자성 결정립의 형성에 있어서, 전술한 바와 같이 결정층의 표면에 소정의 비율로 제1 및 제2 금속 원자를 퇴적시키는 공정과, 퇴적한 제1 및 제2 금속 원자에 열을 가하는 공정이 실시되면 좋다. 이 때, 제2 자성 결정립의 형성에 있어서 가해지는 열의 에너지는 제1 자성 결정립의 형성에 있어서 가해지는 열의 에너지보다도 작게 설정되면 좋다.
이상과 같은 다결정 구조막은 예컨대 자기 디스크라고 하는 자기 기록 매체로 이용될 수 있다. 자기 기록 매체로서는, 예컨대 기판이라고 하는 지지체의 표면에 전술한 기초층, 자성 결정립, 비정질 물질이나 비자성 물질 및 배향 제어층이 적층 형성되면 좋다. 전술한 바와 같이 자기적으로 이격된 미세한 자성 결정립에 따르면, 자기 기록 매체의 표면에서 규정되는 기록 트랙끼리의 사이에서 천이 노이즈는 극력 저감될 수 있다. 이러한 다결정 구조막은 기록 트랙의 고밀도화 즉 자기 기록 매체의 대용량화에 대단히 공헌할 수 있다.
도 1은 자기 기록 매체 구동 장치의 일구체예, 즉 하드디스크 구동 장치(HDD)의 구조를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 다결정 구조막을 포함하는 자기 디스크의 구조를 상세히 나타내는 확대 부분 단면도이다.
도 3은 기판상에서 기초층을 형성하는 공정을 개략적으로 나타내는 기판의 확대 부분 단면도이다.
도 4는 기판상에서 Fe50Pt50 합금층을 형성하는 공정을 개략적으로 나타내는 기판의 확대 부분 단면도이다.
도 5는 가열에 기초하여 자성 결정립을 형성하는 공정을 개략적으로 나타내는 기판의 확대 부분 단면도이다.
도 6은 기판상에서 자성 결정립을 덮는 Fe50Pt50 합금층을 형성하는 공정을 개략적으로 나타내는 기판의 확대 부분 단면도이다.
도 7은 가열에 기초하여 자성 결정립을 성장시키는 공정을 개략적으로 나타 내는 기판의 확대 부분 단면도이다.
도 8은 자성 결정립을 덮는 SiO2층을 형성하는 공정을 개략적으로 나타내는 기판의 확대 부분 단면도이다.
도 9는 SiO2층의 표면에 MgO막을 형성하는 공정을 개략적으로 나타내는 기판의 확대 부분 단면도이다.
도 10은 제1 분리층의 표면에 Fe50Pt50 합금층을 형성하는 공정을 개략적으로 나타내는 기판의 확대 부분 단면도이다.
도 11은 가열에 기초하여 제1 분리층상에서 자성 결정립을 형성하는 공정을 개략적으로 나타내는 기판의 확대 부분 단면도이다.
도 12는 X선 회절에 기초하여 자성 결정립의 배향성을 특정하는 그래프이다.
도 13은 X선 회절에 기초하여 MgO의 배향성을 특정하는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 다결정 구조막의 구조를 상세히 나타내는 확대 부분 단면도이다.
도 15는 자성 결정립의 표면에서 산화물을 생성하는 공정을 개략적으로 나타내는 기판의 확대 부분 단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태를 설명한다.
도 1은 자기 기록 매체 구동 장치의 일구체예 즉 하드디스크 구동 장치(HDD)(11)의 내부 구조를 개략적으로 나타낸다. 이 HDD(11)는, 예컨대 평평한 직방 체의 내부 공간을 구획하는 상자형의 광체 본체(12)를 구비한다. 수용 공간에는 자기 기록 매체로서의 1장 이상의 자기 디스크(13)가 수용된다. 자기 디스크(13)는 스핀들 모터(4)의 회전축에 장착된다. 스핀들 모터(4)는 예컨대 7200 rpm이나 10000 rpm이라고 하는 고속도로 자기 디스크(13)를 회전시킬 수 있다. 개체 본체(12)에는 개체 본체(12)와의 사이에서 수용 공간을 밀폐하는 덮개 즉 커버(도시되지 않음)가 결합된다.
수용 공간에서는 수직 방향으로 연장되는 지지축(15)에 헤드 액츄에이터(16)가 장착된다. 헤드 액츄에이터(16)는 지지축(15)으로부터 수평 방향으로 연장되는 강체의 액츄에이터 아암(17)과, 이 액츄에이터 아암(17)의 선단에 부착되어 액츄에이터 아암(17)으로부터 전방으로 연장되는 탄성 서스펜션(18)을 구비한다. 주지와 같이, 탄성 서스펜션(18)의 선단에서는, 소위 짐벌(Gimbal)(도시되지 않음)의 기능으로 부상 헤드 슬라이더(19)는 캐틸레버 지지된다. 부상 헤드 슬라이더(19)에는 자기 디스크(13)의 표면을 향하여 탄성 서스펜션(18)으로부터 압박력이 작용한다. 자기 디스크(13)가 회전하면, 자기 디스크(13)의 표면에서 생성되는 기류의 기능으로 부상 헤드 슬라이더(19)에는 부력이 작용한다. 탄성 서스펜션(18)의 압박력과 부력과의 밸런스로 자기 디스크(13)의 회전중에 비교적 높은 강성으로 부상 헤드 슬라이더(19)는 부상을 계속할 수 있다.
부상 헤드 슬라이더(19)에는 주지와 같이 독출 기록 헤드(도시되지 않음)가 탑재된다. 독출 기록 헤드에는 독출 헤드 소자 및 기록 헤드 소자가 삽입된다. 독출 헤드 소자는, 예컨대, 자기 디스크(13)로부터 작용하는 자계의 방향에 따라서 변화되는 전기 저항에 기초하여 2치 정보를 식별하는 거대 자기 저항 효과(GMR) 소자나 터널 접합 자기 저항 효과(TMR) 소자로 구성되면 좋다. 기록 헤드 소자는, 예컨대 박막 코일 패턴으로 생성되는 자계를 이용하여 자기 디스크(13)에 2치 정보(비트 데이터)를 기록하는 박막 자기 헤드로 구성되면 좋다.
부상 헤드 슬라이더(19)의 부상중에 헤드 액츄에이터(16)가 지지축(15) 주위에서 회전하면, 부상 헤드 슬라이더(19)는 반경 방향에 자기 디스크(13)의 표면을 가로 지를 수 있다. 이러한 이동에 기초하여 부상 헤드 슬라이더(19)상의 독출 기록 헤드는 자기 디스크(13)상의 원하는 기록 트랙에 위치 결정된다. 헤드 액츄에이터(16)의 회전은 예컨대 보이스 코일 모터(VCM)라고 하는 구동원(21)의 기능을 통하여 실현되면 좋다. 주지와 같이, 복수매의 자기 디스크(13)가 광체 본체(12)내에 삽입되는 경우에는 인접하는 자기 디스크(13)끼리의 사이에서 2개의 액츄에이터 아암(17) 즉 2개의 부상 헤드 슬라이더(19)가 배치된다.
도 2는 자기 디스크(13)의 단면 구조를 상세히 나타낸다. 이 자기 디스크(13)는 지지체로서의 기판(23)과, 이 기판(23)의 표리면에 넓게 퍼지는 다결정 구조막(24)을 구비한다. 기판(23)은, 예컨대, 디스크형태의 Si 본체(25)와, Si 본체(25)의 표리면에 넓게 퍼지는 비정질의 SiO2막(26)으로 구성되면 좋다. 다만, 기판(23)에는 유리 기판이나 알루미늄 기판이 이용되더라도 좋다. 다결정 구조막(24)에 자기 정보는 기록된다. 다결정 구조막(24)의 표면은 보호막(27)이나 윤활막(28)으로 피복된다. 보호막(27)에는 예컨대 다이아몬드형 카본(DLC)이라고 하는 탄소 재 료가 이용되면 좋다.
본 발명의 제1 실시형태에 따른 다결정 구조막(24)은 기판(23)의 표면에 넓게 퍼지는 기초층(31)을 구비한다. 이 기초층(31)은 소정의 배향으로 정렬하는 결정층으로 구성된다. 이 결정층은 비자성을 나타낸다. 이와 같은 결정층의 확립에 있어서 기초층(31)에는 예컨대 MgO가 이용되면 좋다. MgO의 각 결정에서는 (100)면의 배향이 확립된다.
기초층(31)의 표면에는 다수의 제1 자성 결정립(32)이 산재한다. 인접하는 제1 자성 결정립(32)끼리는 기초층(31)의 표면에서 서로 이격된다. 즉, 제1 자성 결정립(32)끼리의 사이에는 임의의 간격이 구획된다. 제1 자성 결정립(32)은 규칙 합금으로 형성된다. 규칙 합금은 소위 L10 구조를 가지면 좋다. 이런 종류의 규칙 합금은 예컨대 1x106 J/m3 이상의 결정 자기 이방성 에너지를 확보할 수 있다. 규칙 합금은 예컨대 Fe50Pt50, Fe50Pd50 및 Co50Pt50(모두 원자%) 중 어느 하나로부터 선택되면 좋다. 제1 자성 결정립(32)에서는 (001)면의 배향이 확립된다. 따라서, 기판(23)의 표면에 수직 방향으로 자화 용이축은 정렬한다.
이 다결정 구조막(24)은 기초층(31)의 표면에서 제1 자성 결정립(32)에 덮이는 제1 분리층(33)을 구비한다. 제1 분리층(33)은 기초층(31)의 표면에서 제1 자성 결정립(32)에 덮이는 비정질층(34)과, 마찬가지로 기초층(31)의 표면에서 제1 자성 결정립(32) 및 비정질층(34)에 덮이는 결정층(35)으로 구성된다. 비정질층(34)은 예컨대 SiO2라고 하는 비자성 재료로 구성되면 좋다. 그 외, 비정질층(34)의 형성에 있어서 금속 산화물이나 금속 질화물이 이용되더라도 좋다. 결정층(35)은 예컨대 비자성을 나타낸다. 결정층(35)에서는 개개의 결정마다 소정의 방향으로 배향이 정렬한다. 결정층(35)에는 예컨대 MgO막이 이용되면 좋다. MgO막의 각 결정에서는 (100)면의 배향이 확립된다.
제1 분리층(33)의 표면에는 다수의 제2 자성 결정립(36)이 산재한다. 인접하는 제2 자성 결정립(36)끼리는 제1 분리층(33)의 표면에서 서로 이격된다. 즉, 제2 자성 결정립(36)끼리의 사이에는 임의의 간격이 구획된다. 제2 자성 결정립(36)은 전술한 제1 자성 결정립(32)과 같은 구조를 갖는다. 제2 자성 결정립(36)에서는 (001)면의 배향이 확립된다. 따라서, 기판(23)의 표면에 수직 방향으로 자화 용이축은 정렬한다.
이 다결정 구조막(24)에서는 제1 분리층(33)의 표면에서 제2 자성 결정립(36)에 덮이는 제2 분리층(37)이나, 제2 분리층(37)의 표면에 산재하는 제3 자성 결정립(38)이 확립된다. 제2 분리층(37)은 제1 분리층(33)과 같이, 비정질층(39)과 결정층(41)으로 구성되면 좋다. 제3 자성 결정립(38)은 제1 및 제2 자성 결정립(32, 36)과 같이 구성되면 좋다. 결정층(41)의 기능으로 제3 자성 결정립(38)에서는 (001)면의 배향이 확립된다.
이와 같은 다결정 구조막(24)에서는 분리층(33, 37)으로 구획되는 각 층마다 현저하게 미세한 자성 결정립(32, 36, 38)은 실현될 수 있다. 더구나, 자성 결정립(32, 36, 38)끼리는 개개에 독립적으로 배치되기 때문에 인접하는 자성 결정립(32, 36, 38)끼리의 사이에서 자기적 상호 작용은 확실하게 절단할 수 있다. 개개의 자 성 결정립(32, 36, 38)마다 자구는 확립될 수 있다. 이렇게 해서 자기적으로 이격된 미세한 자성 결정립(32, 36, 38)에 따르면 자기 디스크(13)의 표면에서 규정되는 기록 트랙끼리의 사이에서 천이 노이즈는 극력 저감될 수 있다. 자성 결정립(32, 36, 38)은 기록 트랙의 고밀도화 즉 자기 디스크(13)의 대용량화에 대단히 공헌할 수 있다.
더구나, 이 다결정 구조막(24)에서는 상하의 자성 결정립(32, 36, 38)의 사이에 비자성의 분리층(33, 37)이 개재하지만, 다결정 구조막(24) 전체로 자성 결정립(32, 36, 38)의 막 두께는 증대할 수 있다. 게다가, 자성 결정립(32, 36, 38)의 자화 용이축은 수직 방향으로 정렬하기 때문에 다결정 구조막(24)으로부터 누설하는 신호 자계는 충분히 강화할 수 있다. 이와 같은 다결정 구조막(24)은 기록 트랙의 고밀도화 즉 자기 디스크(13)의 대용량화에 더욱 크게 공헌할 수 있다.
다음에 자기 디스크(13)의 제조 방법을 상술한다. 우선, 디스크형의 기판(23)이 준비된다. 기판(23)은 스퍼터링 장치에 장착된다. 스퍼터링 장치내에는 진공 환경이 확립된다. 기판(23)에는 예컨대 350℃ 정도로 2분간의 가열이 실시된다. 이렇게 해서 기판(23)의 표면에서 자연 흡착 가스는 제거된다. 그 후, 기판(23)은 상온(소위 실온)까지 냉각된다.
스퍼터링 장치에서는 도 3에 도시된 바와 같이 진공 환경하에서 기판(23)의 표면에 MgO가 퇴적된다. 소위 RF(고주파) 스퍼터링이 실시된다. 이렇게 해서 기판(23)의 표면에는 막 두께 7.5 nm 정도로 MgO의 기초층(31)이 적층 형성된다. RF 스퍼터링에 있어서 실온이 유지되는 결과, 기초층(31)에서는 (100)면의 배향으로 정 렬한 비자성 결정이 확립된다.
그 후, 스퍼터링 장치에는 도 4에 도시된 바와 같이 진공 환경하에서 기초층(31)의 표면에 예컨대 Fe 원자 및 Pt 원자가 퇴적된다. 여기서는, 소위 DC(직류) 스퍼터링에 기초하여 제1 및 제2 금속 원자 즉 Fe 원자 및 Pt 원자가 소정의 비율로 퇴적된다. 퇴적에 있어서 DC 스퍼터링의 타겟에는 각각 50 원자%의 비율로 Fe 원자 및 Pt 원자가 포함되면 좋다. 이렇게 해서 기초층(31)의 표면에는 막 두께 0.5 nm 정도로 Fe50Pt50 합금층(42)이 형성된다.
이렇게 해서 기판(23)상에 형성된 Fe50Pt50 합금층(42)에는 열처리가 실시된다. Fe50Pt50 합금층(42)은 진공 환경하에서 450℃의 열에 노출된다. 열처리는 5분간에 걸쳐 지속된다. 이러한 가열에 기초하여 기초층(31)상에서는 Fe50Pt50 합금층(42)의 열응집이 야기된다. 열응집의 결과, 예컨대 도 5에 도시된 바와 같이 기초층(31)의 표면에는 Fe 원자 및 Pt 원자를 포함하는 규칙 합금의 제1 자성 결정립(32)이 형성된다. 이 제1 자성 결정립(32)의 형성에 있어서 Fe 원자나 Pt 원자의 이동이 야기되기 때문에 인접하는 제1 자성 결정립(32)끼리의 사이에는 임의의 간격이 형성된다. 더구나, 기우는 일없이 균일하게 제1 자성 결정립(32)은 배치된다. 개개의 제1 자성 결정립(32)에서는 MgO의 기능으로 (001)면의 배향이 확립된다.
그 후, 기초층(31)의 표면에는 도 6에 도시된 바와 같이 다시 DC 스퍼터링에 기초하여 진공 환경하에서 Fe 원자 및 Pt 원자가 퇴적된다. 전술한 바와 같이, Fe 원자 및 Pt 원자가 소정의 비율로 퇴적된다. 퇴적에 있어서 DC 스퍼터링의 타겟에 는 각각 50 원자%의 비율로 Fe 원자 및 Pt 원자가 포함되면 좋다. 이렇게 해서 기초층(31)의 표면에는 막 두께 0.5 nm 정도로 Fe50Pt50 합금층(43)이 형성된다. Fe50Pt50 합금층(43)은 제1 자성 결정립(32)에 덮인다. 여기서는, Fe 원자나 Pt 원자의 퇴적에 있어서 기판(23)의 가열 상태는 유지되더라도 좋다.
이렇게 해서 다시 적층 형성된 Fe50Pt50 합금층(43)에는 열처리가 실시된다. Fe50Pt50 합금층(43)은 진공 환경하에서 450℃의 열에 노출된다. 열처리는 1분간에 걸쳐 지속된다. 이러한 가열에 기초하여 기초층(31)상에서는 기존의 제1 자성 결정립(32)을 향하여 Fe50Pt50 합금층(43)의 열응집이 야기된다. 열응집의 결과, 예컨대 도 7에 도시된 바와 같이 기초층(31)의 표면에서 규칙 합금의 자성 결정립(32)은 훨씬 크게 성장한다. 제1 자성 결정립(32)의 밀도나 입자 지름은 Fe50Pt50 합금층(42, 43)의 막 두께나 퇴적 및 가열의 반복 횟수에 기초하여 조정될 수 있다.
제1 자성 결정립(32)의 형성후, 기초층(31)의 표면에는 도 8에 도시된 바와 같이 진공 환경하에서 SiO2가 퇴적된다. RF 스퍼터링이 실시된다. 이렇게 해서 막 두께 2.0 nm 정도로 SiO2의 비정질층(34)이 적층 형성된다. 비정질층(34)은 기초층(31)의 표면에서 제1 자성 결정립(32)에 덮인다.
형성된 비정질층(34)은 제열된다. 비정질층(34)은 상온(소위 실온)까지 냉각된다. 그 후, 비정질층(34)의 표면에는 도 9에 도시된 바와 같이 RF 스퍼터링에 기초하여 진공 환경하에서 MgO가 퇴적된다. 이렇게 해서 비정질층(34)의 표면에는 막 두께 5.0 nm 정도로 MgO의 결정층(35)이 적층 형성된다. RF 스퍼터링에 있어서 실온이 유지되는 결과, 결정층(35)에서는 (100)면의 배향으로 정렬한 비자성 결정이 확립된다. 이렇게 해서 제1 분리층(33)은 적층 형성된다. 제1 분리층(33)의 형성후, 제1 분리층(33)을 포함하는 기판(23)에는 가열이 실시되더라도 좋다.
제1 분리층(33)의 표면에는 도 10에 도시된 바와 같이 다시 DC 스퍼터링에 기초하여 진공 환경하에서 Fe 원자 및 Pt 원자가 퇴적된다. 전술한 바와 같이, Fe 원자 및 Pt 원자가 소정의 비율로 퇴적된다. 퇴적에 있어서 DC 스퍼터링의 타겟에는 각각 50 원자%의 비율로 Fe 원자 및 Pt 원자가 포함되면 좋다. 이렇게 해서 제1 분리층(33)의 표면에는 막 두께 0.4 nm 정도로 Fe50Pt50 합금층(44)이 다시 형성된다. 여기서는, Fe 원자나 Pt 원자의 퇴적에 있어서 기판(23)의 가열 상태는 유지되더라도 좋다.
이렇게 해서 다시 적층 형성된 Fe50Pt50 합금층(44)에는 열처리가 실시된다. Fe50Pt50 합금층(44)은 진공 환경하에서 450℃의 열에 노출된다. 열처리는 1분간에 걸쳐 지속된다. 이러한 가열에 기초하여 제1 분리층(33)상에서는 Fe50Pt50 합금층(44)의 열응집이 야기된다. 열응집의 결과, 예컨대 도 11에 도시된 바와 같이 제1 분리층(33)의 표면에는 Fe 원자 및 Pt 원자를 포함하는 규칙 합금의 제2 자성 결정립(36)은 형성된다. 이 때, 열응집은 기존의 제1 자성 결정립(32)의 영향을 받지 않고서 실현될 수 있다. 따라서, 제1 자성 결정립(32)의 비대화는 회피된다. 제1 분리층(33)상에서 다시 제2 자성 결정립(36)은 형성된다. 따라서, 인접하는 자성 결정립(36)끼리의 사이에는 제1 자성 결정립(32)과 같이 임의의 간격이 형성된다. 더구나, 기우는 일없이 균일하게 제2 자성 결정립(36)은 배치된다. 개개의 제2 자성 결정립(36)에서는 MgO의 기능으로 (001)면의 배향이 확립된다.
이 때, 제1 자성 결정립(32) 및 결정층(35)의 사이에는 비정질층(34)이 개재한다. 이와 같은 비정질층(34)에 따르면 제1 자성 결정립(32) 및 결정층(35)의 사이에서 계면 반응은 충분히 경감될 수 있다. 따라서, 제1 자성 결정립(32)의 배향은 확실하게 유지될 수 있다.
전술한 바와 같이 제1 자성 결정립(32)의 형성에서는 450℃의 가열이 5분간에 걸쳐 지속된다. 한편, 본 발명자의 검증에 따르면 자성 결정립(32)의 형성후에는 1분간의 가열로 충분히 제2 자성 결정립(36)의 열응집은 실현되는 것이 확인되었다. 바꿔 말하면, 제2 자성 결정립(36)의 형성에 있어서 가해지는 열의 에너지는 제1 자성 결정립(32)의 형성에 있어서 가해지는 열의 에너지보다도 작게 설정되면 좋다. 제1 자성 결정립(32)의 열복사에 기초하여 제2 자성 결정립(36)의 형성은 비교적으로 작은 열에너지의 가열로 실현되는 것이 확인되었다.
그 후, 제1 분리층(33)의 표면에는 전술한 바와 같이 막 두께 2.0 nm 정도의 비정질층(39)이나 막 두께 5.0 nm 정도의 결정층(41)이 적층 형성된다. 이렇게 해서 제2 분리층(37)은 확립된다. 제2 분리층(37)의 표면에는 제2 자성 결정립(36)의 형성과 같이 Fe 원자 및 Pt 원자를 포함하는 제3 자성 결정립(38)은 형성된다. 이렇게 해서 전술한 다결정 구조막(24)은 형성될 수 있다.
본 발명자는 이상과 같은 제조 방법으로 형성된 다결정 구조막(24)의 일구체 예를 검증했다. 검증에 있어서 고분해능 주사 전자 현미경(HR-SEM)은 이용되었다. 그 결과, 제1∼제3 자성 결정립(32, 36, 38)은 분명히 섬형상으로 산재하는 것이 확인되었다.
다음에, 본 발명자는 X선 회절에 기초하여 자성 결정립(32, 36, 38)을 관찰했다. 그 결과, 도 12에 도시된 바와 같이 자성 결정립(32, 36, 38)에서는 FePt 합금의 (001)면에 대응하는 피크가 확인되었다. 더구나, FePt 합금의 (111)면에 대응하는 피크는 확인되지 않았다. 자성 결정립(32, 36, 38)은 소정의 규칙 합금으로 구성되는 것이 확인되었다. 한편, 가열에 앞서서 형성되는 Fe50Pt50 합금층의 막 두께가 증대하면, FePt 합금의 (111)면에 대응하는 피크가 서서히 나타나는 것이 확인되었다.
여기서, 본 발명자는 X선 회절에 기초하여 MgO막과 FePt 자성 결정립과의 관련을 관찰했다. 3종류의 구체예가 준비되었다. 제1 구체예에서는 MgO막의 형성에 있어서 스퍼터링의 챔버내에서 기판은 실온으로 유지되었다. 챔버내에서 기판과 MgO 타겟과의 간격은 45.0 mm로 설정되었다. 제2 구체예에서는 MgO막의 형성에 있어서 스퍼터링의 챔버내에서 기판은 500℃로 가열되었다. 기판과 MgO 타겟과의 간격은 45.0 mm로 설정되었다. 마찬가지로, 제3 구체예로에는 MgO막의 형성에 있어서 스퍼터링의 챔버내에서 기판은 500℃로 가열되었다. 기판과 MgO 타겟과의 간격은 100.0 mm로 설정되었다. 도 13으로부터 분명한 바와 같이, 제1 구체예에서는 MgO의 (200)면에 대응하는 피크가 확인되었다. 한편, 제2 및 제3 구체예에서는 MgO의 (200)면에 대응하는 피크는 관찰되지 않았다. MgO막이 실온으로 형성된 결과, Mg0막에서는 한 방향으로 배향이 정렬하는 것이 확인되었다.
도 14는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 다결정 구조막(24a)의 단면 구조를 상세히 나타낸다. 이 다결정 구조막(24a)에서는 자성 결정립(32, 36)의 표면에 비자성 물질(45)이 분포한다. 이 비자성 물질(45)은 후술되는 바와 같이 자성 결정립(32, 36)에 포함되는 원자에 기초하여 생성되는 산화물이나 질화물이면 좋다. 그 외, 전술한 제1 실시형태의 구성이나 구조와 균등한 구성이나 구조에는 동일한 참조 부호가 첨부된다.
다결정 구조막(24a)의 형성에 있어서, 전술한 바와 같이 기초층(31)의 표면에는 Fe 원자 및 Pt 원자를 포함하는 제1 자성 결정립(32)은 형성된다. 그 후, 제1 자성 결정립(32)의 표면은, 예컨대 도 15에 도시된 바와 같이 산화 분위기에 노출된다. 산화 분위기의 확립에 있어서 챔버내에는 예컨대 산소 가스나 대기가 도입되면 좋다. 이렇게 해서 제1 자성 결정립(32)의 표면은 산화된다. 자성 결정립(32)의 표면에서 산화물 즉 비자성 물질은 생성된다. 그 외, 챔버내에는 질화 분위기가 확립되더라도 좋다. 이 경우에는, 챔버내에는 질소 가스나 대기가 도입되면 좋다. 제1 자성 결정립(32)의 표면에서는 질화물 즉 비자성 물질은 생성된다.
그 후, 전술한 바와 같이 기초층(31)의 표면에서는 MgO의 결정층(35)이 형성된다. 이렇게 해서 제1 분리층은 확립된다. 제1 분리층의 표면에서는 전술한 바와 같이 제2 자성 결정립(36)이나 결정층(41), 제3 자성 결정립(38)이 순서대로 적층 형성된다. 여기서, 결정층(41)의 형성에 앞서서, 제2 자성 결정립(36)의 표면은 산 화 분위기나 질화 분위기에 노출된다. 이렇게 해서 제2 자성 결정립(36)의 표면에서는 산화물이나 질화물 즉 비자성 물질이 생성된다.
제2 자성 결정립(36)이나 제3 자성 결정립(38)의 형성의 과정에서, 제1 자성 결정립(32) 및 결정층(35)의 사이나 제2 자성 결정립(36) 및 결정층(41)의 사이에는 산화물이나 질화물이라고 하는 비자성 물질이 개재한다. 이와 같은 비자성 물질에 따르면, 제1 자성 결정립(32) 및 결정층(35)의 사이에서 계면 반응은 충분히 경감될 수 있다. 마찬가지로, 제2 자성 결정립(36) 및 결정층(41)의 사이에서 계면 반응은 충분히 경감될 수 있다. 따라서, 제1 자성 결정립(32)의 배향이나 제2 자성 결정립(36)의 배향은 확실하게 유지될 수 있다.
또, 이상과 같은 다결정 구조막(24, 24a)에서는 자성 결정립(32, 36, 38)중에서 면내 방향으로 자화 용이축이 정렬하더라도 좋다. 이와 같은 자화 용이축의 설정에 있어서 Fe50Pt50 자성 결정립(32, 36, 38)에서는 (100)면의 배향이 확립되면 좋다. 이와 같은 배향은 Mg0의 배향에 기초하여 제어될 수 있다. 또한, 예컨대 Si 본체(25)의 화학 반응이 충분히 저지되는 한, 기판(23)의 표면에는 반드시 SiO2막(26)이 형성될 필요는 없다. 또한, Fe50Pt50(원자%)대신에, Fe50Pd50(원자%), Co50Pt50(원자%) 그 밖의 규칙 합금이 자성 결정립(32, 36, 38)에 이용되는 경우라도 전술한 제조 방법은 마찬가지로 이용될 수 있다. 이상과 같은 다결정 구조막(24, 24a)에서는 다결정 구조막 즉 자기 기록층의 막 두께의 허용 범위내에서 분리층은 몇 층 형성되더라도 좋다.

Claims (22)

  1. 기초층의 표면에서 서로 이격되는 복수의 자성 결정립과,
    상기 자성 결정립에 덮이는 비정질 물질과,
    상기 기초층의 표면에서 상기 자성 결정립 및 비정질 물질에 덮여, 일정한 배향으로 정렬하는 비자성 결정으로 구성되는 배향 제어층과,
    상기 배향 제어층의 표면에서 서로 이격되고, 일정한 배향으로 정렬하는 복수의 자성 결정립을 구비하는 것을 특징으로 하는 다결정 구조막.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비정질 물질은 비자성체로 구성되는 것을 특징으로 하는 다결정 구조막.
  3. 제2항에 있어서, 상기 자성 결정립은 규칙 합금으로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 다결정 구조막.
  4. 제3항에 있어서, 상기 규칙 합금은 L10 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 다결정 구조막.
  5. 지지체와,
    지지체의 표면에 넓어지는 기초층과,
    상기 기초층의 표면에서 서로 이격되는 복수의 자성 결정립과,
    상기 자성 결정립에 덮이는 비정질 물질과,
    상기 기초층의 표면에서 자성 결정립 및 비정질 물질에 덮여, 일정한 배향으로 정렬하는 비자성 결정으로 구성되는 배향 제어층과,
    상기 배향 제어층의 표면에서 서로 이격되고, 일정한 배향으로 정렬하는 복수의 자성 결정립을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
  6. 기초층의 표면에서 서로 이격되는 복수의 자성 결정립과,
    상기 자성 결정립의 표면에 분포되어, 상기 자성 결정립에 포함되는 원자에 기초하여 생성되는 비자성 물질과,
    상기 기초층의 표면에서 자성 결정립 및 비자성 물질에 덮여, 일정한 배향으로 정렬하는 비자성 결정으로 구성되는 배향 제어층과,
    상기 배향 제어층의 표면에서 서로 이격되고, 일정한 배향으로 정렬하는 복수의 자성 결정립을 구비하는 것을 특징으로 하는 다결정 구조막.
  7. 제6항에 있어서, 상기 자성 결정립은 규칙 합금으로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 다결정 구조막.
  8. 제7항에 있어서, 상기 규칙 합금은 L10 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 다결정 구조막.
  9. 지지체와,
    상기 지지체의 표면에 넓어지는 기초층과,
    상기 기초층의 표면에서 서로 이격되는 복수의 자성 결정립과,
    상기 자성 결정립의 표면에 분포되어, 상기 자성 결정립에 포함되는 원자에 기초하여 생성되는 비자성 물질과,
    상기 기초층의 표면에서 자성 결정립 및 비자성 물질에 덮여, 일정한 배향으로 정렬하는 비자성 결정으로 구성되는 배향 제어층과,
    상기 배향 제어층의 표면에서 서로 이격되고, 일정한 배향으로 정렬하는 복수의 자성 결정립을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
  10. 기초층의 표면에 서로 이격되는 복수의 제1 자성 결정립을 형성하는 공정과,
    제1 자성 결정립에 덮이는 비정질층을 형성하는 공정과,
    상기 비정질층상에 일정한 배향으로 정렬하는 결정층을 형성하는 공정과,
    상기 결정층의 표면에 서로 이격되는 복수의 제2 자성 결정립을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 구조막의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 제1 자성 결정립의 형성에 있어서 기초층의 표면에 일정한 비율로 제1 및 제2 금속 원자를 퇴적시키는 공정과,
    퇴적한 제1 및 제2 금속 원자에 열을 가하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 구조막의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 제2 자성 결정립의 형성에 있어서 결정층의 표면에 일정한 비율로 제1 및 제2 금속 원자를 퇴적시키는 공정과,
    퇴적한 제1 및 제2 금속 원자에 열을 가하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 구조막의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 제2 자성 결정립의 형성에 있어서 가해지는 열의 에너지는 제1 자성 결정립의 형성에 있어서 가해지는 열의 에너지보다도 작은 것을 특징으로 하는 다결정 구조막의 제조 방법.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결정층은 Mg0으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다결정 구조막의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 결정층의 형성에 앞서서 비정질층은 제열되는 것을 특징으로 하는 다결정 구조막의 제조 방법.
  16. 기초층의 표면에 서로 이격되는 복수의 제1 자성 결정립을 형성하는 공정과,
    상기 제1 자성 결정립의 표면에서 제1 자성 결정립에 포함되는 원자에 기초하여 비자성 물질을 생성하는 공정과,
    상기 비자성 물질 상에 일정한 배향으로 정렬하는 결정층을 형성하는 공정과,
    상기 결정층의 표면에 서로 이격되는 복수의 제2 자성 결정립을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 구조막의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 비자성 물질의 생성에 있어서 상기 제1 자성 결정립은 적어도 산화 분위기 및 질화 분위기 중 어느 하나에 노출되는 것을 특징으로 하는 다결정 구조막의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 제1 자성 결정립의 형성에 있어서 기초층의 표면에 일정한 비율로 제1 및 제2 금속 원자를 퇴적시키는 공정과,
    퇴적한 제1 및 제2 금속 원자에 열을 가하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 구조막의 제조 방법.
  19. 제18항에 기재한 다결정 구조막의 제조 방법에 있어서, 제2 자성 결정립의 형성에 있어서 결정층의 표면에 일정한 비율로 제1 및 제2 금속 원자를 퇴적시키는 공정과,
    퇴적한 제1 및 제2 금속 원자에 열을 가하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 구조막의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서, 제2 자성 결정립의 형성에 있어서 가해지는 열의 에너지는 제1 자성 결정립의 형성에 있어서 가해지는 열의 에너지보다도 작은 것을 특징으로 하는 다결정 구조막의 제조 방법.
  21. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결정층은 Mg0으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다결정 구조막의 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 결정층의 형성에 앞서서 기존의 자성 결정립은 제열되는 것을 특징으로 하는 다결정 구조막의 제조 방법.
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