KR20070019515A - 자기 디바이스용 자성막, 하드디스크 드라이브용 자기헤드, 및 고체 디바이스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 포화자화가 2.46 테슬러 이상의 높은 포화자화를 구비하는 자극 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이에 따라 자기 헤드에 의한 기록 매체에의 기록 밀도를 향상시키고, 각종 고체 디바이스에의 응용 이용을 가능하게 한다.
철과 코발트와 팔라듐으로 이루어지는 합금막으로서, 상기 팔라듐의 몰 함유율이 0.7 % 이상 1.0 % 미만으로 설정되고, 드라이 프로세스법에 의해 형성되어 이루어진다.
Description
도 1은 Fe70Co30에의 Pd의 첨가량을 바꾼 스퍼터막에 관해서 포화자화를 측정한 결과를 도시하는 그래프.
도 2는 자기 디바이스용 자성막을 사용하는 자기 헤드의 구성을 도시하는 설명도.
도 3은 고체 디바이스의 구성예를 도시하는 설명도.
도 4는 고체 디바이스의 다른 구성예를 도시하는 설명도.
본 발명은 포화자화가 높은 자기 디바이스용 자성막, 및 이를 이용한 하드디스크 드라이브용 자기 헤드 및 고체 디바이스에 관한 것이다.
하드디스크 드라이브의 기록 밀도를 향상시키기 위해서는, 기록 헤드가 발생하는 자계를 보다 강하게 해야 한다. 현재 사용되고 있는 기록 헤드는 대부분이 강 자성체를 자극(코어)으로 하고, 그것을 둘러싸듯이 감긴 코일에 전류를 흘려 유도 자계를 발생시키며, 이 유도 자계를 상기 자극 내에 수속시킴으로써 강한 기록 자계를 한 방향으로 방출시키도록 구성되어 있다.
코일을 발생할 수 있는 유도 자계의 강도를 일정하게 하면, 기록 자계를 강화하기 위해서는 상기 자극의 포화자화를 높이거나, 상기 유도 자계를 효율적으로 수속시키는 헤드 구조를 실현하는 것 이외의 방법은 없다.
이러한 목적에 맞는 높은 포화자화 재료로서 지금까지 제안되었던 것은 니켈-철 합금(퍼멀로이), 철-알루미늄-실리콘(규소) 합금(센더스트), Fe-Co-Si-B 등의 비정질 합금, 코발트-니켈-철 합금, 코발트-철 합금 등이다.
하드디스크 드라이브용의 기록 헤드가 실용화된 당초에는, 자극 재료로서 Ni-Zn 페라이트가 이용되었다. 이것은 자기 기록 매체라고 하면 자기 테이프밖에 없었던 시대의 것으로, 내마모성이나 내식성이 좋고, 저항율이 높으며, 과전류 손해가 발생하지 않는 등의 이점이 있기 때문에 사용되었었다. 그러나, Ni-Zn 페라이트는 자극 재료로서는 포화자화가 0.4 T(T는 테슬러. 이하 동일)로 작다는 결점이 있었다.
한편, 당시는 기계 가공으로 자극을 제작하였었지만, 헤드의 사이즈가 작아짐에 따라 기계 가공이 곤란해지고, 포토리소그래피의 기술을 쓸 수 있는 퍼멀로이 등의 금속 재료로 대신할 수 있게 되었다. 퍼멀로이는 19세기부터 사용되었던 연자성 재료로, 비교적 내식성이 좋고 페라이트보다도 포화자화가 크기 때문에 페라이트에 계속되는 자극 재료로 사용되었지만, 포화자화가 1.0 T로, 이윽고 기록 자계 가 모자라게 되어 한층 더 높은 포화자화의 재료에 서서히 시프트되어 갔다.
현재, 자극 재료로서는 단체로 최대의 포화자화 2.45 T를 갖는 것으로 알려진 Fe70Co30 합금이 주로 이용되고 있다. 지금까지 Fe70Co30 합금을 넘는 포화자화를 갖는 재료는 발견되고 있지 않다. 예외로서, 철-질소 화합물의 Fe16N2 막이 2.8～3.0 T의 포화자화를 갖는다는 실험 데이터가 보고된 예는 있지만(비 특허 문헌 1), 현재로서 이 값은 의문으로 보고 있고, 크더라도 2.4 T가 타당한 값이라고 되어 있다(비 특허 문헌 2). 이 값은 Fe70Co30 합금의 포화자화 2.45 T보다 작다.
또한, 본 발명에 관한 자기 디바이스용 자성막에 의한 것과 유사한 실험 데이터로서, Pd 안에 Fe를 분산한 희박 합금, Fe/Pd 다층막, FeCo/Pd 다층막에서, Fe 또는 FeCo의 1 원자 당 포화 자기 모멘트가 최대 10 μB로까지 증대되어 있다는 보고가 있다(단체의 Fe의 1 원자 당 포화 자기 모멘트는 2.2 μB, Fe70Co30은 2.46 μB). 이것은 Fe 원자와 Pd 원자 사이의 계면에서 자기 모멘트가 증대하는 현상에 따른다고 설명되어 있다. 그러나, 지금까지 보고된 실험 데이터로는 전체를 Fe-Pd 합금(또는 Fe-Co-Pd 합금)으로 간주한 경우에 Pd의 함유율이 Fe의 함유율보다 훨씬 많게 설정되어 있기 때문에, 전체로서는 포화자화의 값이 매우 작아져 버리고, 자극 재료로 이용하기 위해서는 실용성에 부족했었다. 또한, 어떤 경우도 높은 포화자화가 관측된 것은 액체 헬륨의 기화 온도인 4.2 K 전후이며, 실온으로 포화 자기 모멘트가 증대하였다는 보고예는 없다.
또한, 본원 출원인이 2004년에 출원한 특허 문헌 1에는 Fe와 Co와 Pd를 포함 하는 합금막이 적절한 조성 범위에서, 상기 Fe70Co30을 웃도는 포화자화를 갖는 것이 나타나있다. 이것은 Pd가 Fe와 합금화됨으로써, Fe 원자가 갖는 자기 모멘트가 여기되어 전체의 포화자화를 높이기 때문이라고 설명되어 있다.
[비 특허 문헌 1] M.Komuro et al., Journal of Applied Physics, vol.67, No.9, pp.5126(1990)
[비 특허 문헌 2] M.Takahashi et al., Journal of Applied Physics, vol.79, No.8, pp.5546(1996)
[비 특허 문헌 3] Physical Review, vol.125, No.2, pp.541(1962)
[비 특허 문헌 4] Journal of Applied Physics, vol.77, No.8, pp.3965(1995)
[비 특허 문헌 5] IEEE Transactions on Magnetism, vol.28, No.5, pp.2766(1992)
[비 특허 문헌 6] Journal of Applied Physics, vol.92, No.5, pp.2634(2002)
[특허 문헌 1] 특허 출원 2004-168502호
하드디스크 드라이브의 기록 밀도의 향상에는 기록 헤드에 높은 포화 자극 재료를 사용하는 것이 효율적이다. 그러나 전술한 바와 같이, 종래 실용되고 있는 최고의 포화자화를 갖는 자극 재료는 포화자화 2.45 T를 갖는 Fe70Co30 합금으로서, 이 이상의 포화자화를 갖는 재료는 없다.
본 발명자는 Fe-Co-Pd 막에 관한 조성을 검토하는 동시에, 특허 문헌 1에 나타난 방법을 발전시킴으로써 본 발명을 이룬 것이며, 본 발명은 포화자화가 2.46 T 이상이라는 종래의 Fe70Co30 합금이 갖는 포화자화를 넘는 동시에, 실용에 견디는 자극 재료를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 과제를 달성하기 위해 다음의 구성을 구비한다.
즉, 본 발명에 관한 자기 디바이스용 자성막은 철과 코발트와 팔라듐으로 이루어지고, 포화자화가 2.46 테슬러 이상으로 되어있는 합금막이다. 또한, 철과 코발트와 팔라듐으로 이루어지고, 상기 팔라듐의 몰 함유율이 0.7 % 이상 1.0 % 미만으로 설정되며, 드라이 프로세스법에 의해 형성되어 이루어지는 합금막이다. 또한, 상기 합금막 중의 철과 코발트의 함유 몰량의 비(CFe/CCo)가 0.667 내지 9.0으로 되어있는 합금막이다. 또한, 철과 코발트와 팔라듐으로 이루어지고, 그 주된 결정 구조가 체심 입방 구조가 되도록 설정된 합금막이다.
또한, 상기 합금막이 체심 입방 구조의 결정 구조를 갖는 하지층 위에 형성되어 있다.
또한, 상기 하지층이 체심 입방 구조를 갖는 크롬, 바나듐, 몰리브덴, 니오브, 텅스텐, 니켈, 또는 이들 중 적어도 2 종류를 함유하는 합금 또는 이 합금에 티탄 또는 니켈을 첨가한 합금으로 이루어진다.
또한, 상기 합금막은 드라이 프로세스법, 즉 스퍼터법, 진공 증착법, 화학 기상 성장법 중 어느 하나를 이용하여 형성된다.
또한, 본 발명에 관한 하드디스크 드라이브용 자기 헤드는 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 자기 디바이스용 자성막을 이용한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 고체 디바이스는 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 자기 디바이스용 자성막을 이용한 것을 특징으로 한다.
(실시예)
이하, 본 발명에 관한 자기 디바이스용 자성막, 및 이를 이용한 하드디스크 드라이브용 자기 헤드 및 고체 디바이스의 실시예에 관해서 설명한다.
도 1은 본 실시예에 관한 자기 디바이스용 자성막으로서, Fe70Co30에의 Pd의 첨가량을 바꾼 타겟을 준비하고, 스퍼터 조건 1000 W, 0.4 Pa로 한 스퍼터법에 의해 스퍼터막 두께 50 nm에 성막한 스퍼터막에 관해서, 포화자화(Bs)를 측정한 결과를 도시한다. 도 1에 도시하는 측정 결과는 Pd가 함유되어 있지 않은 경우의 스퍼터막의 포화자화(Bs)가 2.45 T인데 대하여, Pd를 0.8 % 첨가한 스퍼터막으로는 2.59 T인 것을 도시한다. 본원 발명자는 Pd의 몰 함유율이 0.7 % 이상 1.0 % 미만, 특히 0.8 %인 경우에 포화자화가 매우 높아지는 것을 발견하였다.
또한, 상기 Pd를 지나치게 첨가하면 포화자화(Bs)가 내려가 버리기 때문에, Fe70Co30에 Pd를 첨가한 합금을 타겟으로서 형성한 스퍼터막의 포화자화(Bs)가 2.45 T를 웃돌도록 하기 위해서는 첨가하는 Pd의 양은 7 % 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예에 관한 자기 디바이스용 자성막은 철과 코발트의 함유 몰량의 비(CFe/CCo)를 0.667 내지 9.0으로 하고 있다.
또한, 본 실시예에 관한 자기 디바이스용 자성막은 막 안의 주된 결정 구조가 체심 입방 구조로 되어있다.
본원 발명자는 이 것이 높은 포화자화를 실현하는 데에 있어서 매우 효율적이라는 것을 발견하였다. 또한, 반대로 Pd를 지나치게 첨가한 막, 예컨대 Pd의 몰 함유율이 10 %가 된 막에는 면심 입방 구조의 결정이 형성되기 때문에, 포화자화가 현저히 감소되어 버린다.
이 체심 입방 구조의 결정의 성장을 재촉하기 위해, 적절한 결정 구조를 갖는 하지층의 위에 FeCoPd의 막을 형성한다. 재료로서는 체심 입방 구조를 갖는 크롬, 바나듐, 몰리브덴, 니오브, 텅스텐 및 이들 합금이 FeCoPd 막의 하지층으로서 효율적인 것을 알 수 있다. 또한 FeCoPd 막과의 결정 격자의 미스매치를 완화할 목적으로, 이들 하지층에 티탄이나 니켈을 첨가하는 것도 좋고, 적절한 조성비의 크롬-니켈 합금이 특히 효과적인 것을 알 수 있다.
본 실시예에 관한 자기 디바이스용 자성막인 FeCoPd 막에서의, 도 1에 도시한 바와 같은 포화자화(Bs)의 증대는 Pd 안에 Fe를 분산시킨 희박 합금으로 일어나고 있는 포화 자기 모멘트(μB)의 증대만으로는 설명할 수 없다. 본 실시예에 관한 자기 디바이스용 자성막에서는 Pd가 FeCo 결정의 격자점을 치환 또는 격자 사이에 침입시켜 FeCo의 결정 격자를 넓힘으로써 전자 상태가 변화하고 있는 결과로 추정된다.
또한, 본 발명에 관한 자기 디바이스용 자성막의 형성법으로서 적합한 것은 드라이 프로세스법이다. 이것에는 상기 스퍼터법 외, 진공 증착법, 화학 기상 성장법, 또는 이들에 상당하는 방법이 포함된다.
스퍼터법에 의하면, 모재가 되는 타겟의 조성을 적정하게 함으로써, 막 안의 팔라듐의 몰 함유율을 0.1 %의 오더로 제어하는 것은 용이하다. 철과 코발트와 팔라듐으로 이루어지는 타겟을 팔라듐이 소정의 몰 함유율이 되는 합금으로서 미리 형성해 두면, 스퍼터막 안에서의 팔라듐의 조성은 타겟에서의 팔라듐의 조성에 의해 규정되기 때문에, 소정의 몰 함유율로 정확히 제어할 수 있다. 또한, 스퍼터 처리 조작을 통하여 스퍼터막 안의 팔라듐의 몰 함유율이 변동하지 않는다고 하는 이점도 있다.
또한 진공 증착법으로는 막 안에서의 팔라듐의 조성은 증착원에서의 팔라듐의 조성에 의해 규정되기 때문에, 소정의 몰 함유율로 정확히 제어할 수 있다.
또한, 화학 기상 성장법으로는 반응 챔버에 수송하는 유기 금속의 유량을 제어함으로써 막 안에서의 팔라듐의 조성을 소정의 몰 함유율로 정확히 제어할 수 있다.
또한, 하드디스크 드라이브용 기록 헤드의 자극에 사용되는 자성막의 작성에는 현재 주로 도금법이 사용되고 있지만, 본 발명에 관한 자성막의 형성법으로서 도금법은 부적합하다. 자극에 사용되는 자성막은 수 100 nm에서 수 μm의 두께지만, 도금법으로는 FeCoPd 막이 생기기 시작할 때와 막이 다 생겼을 때 조성의 변조가 발생하기 쉽다. 왜냐하면, Pd는 Fe> Co>> Pd> Au> Pt의 순으로 이온화 경향이 작아지기 때문에, Fe나 Co와의 합금을 제작하고자 하면 Pd가 먼저 석출되기 쉽고, 이 때문에 막이 생기기 시작할 때와 막이 다 생겼을 때에서 도금욕 중의 Fe, Co와 Pd의 이온량의 비가 변해 버리기 때문이다. 이를 억제하기 위해서는 사카린 등의 첨가제를 도금욕으로 혼합해야 하지만, 완성된 막의 포화자화가 내려가 버린다. 2.45 T를 넘는 높은 포화자화를 얻기 위해서는 Pd의 함유율의 엄밀한 제어가 필요하게 되지만, 도금법은 이와 같은 제어에는 적합하지 않다고 할 수 있다.
이상 설명한 자기 디바이스용 자성막은 높은 포화자화를 갖기 때문에, 하드디스크 드라이브용 자기 헤드 혹은 고체 디바이스 등에 적합하게 이용할 수 있다.
도 2는 하드디스크 드라이브용 자기 헤드(30)의 구성예를 도시한다. 도시한 자기 헤드(30)는 면내 기록용으로서 구성된 예로, 기록 헤드부(20)로서 하부 자극(21)과 상부 자극(22)을 구비하고, 코어부(22a)에 쇄교하도록 코일(24)이 배치되어 있다.
이 기록 헤드부(20)를 구성하는 하부 자극(21)을 전술한 Fe70Co30에 Pd를 몰 함유율로서 0.7 % 이상 1.0 % 미만(보다 적합하게는 0.8 % 정도) 첨가하여 스퍼터법에 의해 형성한 합금막에 의해 형성함으로써, 자기 헤드(30)를 작성할 수 있다.
본 발명에 관한 자기 디바이스용 자성막은 코어 자극 재료로서 종래, 주류로 서 사용되고 있는 Fe70Co30 합금보다도 우수한 2.46 T 이상의 포화자화를 갖기 때문에, 하부 자극(21)에 사용함으로써 효과적으로 기록 자계 강도를 향상시킬 수 있고, 기록 매체(26)에 대한 기록 밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.
물론, 본 발명에 관한 자기 디바이스용 자성막은 자기 헤드(30)의 하부 자극(21)으로서 사용하는 것 외, 상부 자극(22)을 구성하는 자극 재료로서 사용할 수 있다.
도 3, 4는 본 발명에 관한 자기 디바이스용 자성막을 고체 디바이스로서 사용한 예를 도시한다. 즉, 도 3은 팔라듐으로 이루어지는 기체부(42)에 세선형으로 형성한 철-코발트로 이루어지는 양자 세선(43)을 소정 간격을 두고 정렬시켜 배치한 고체 디바이스(40)이다. 도 4는 팔라듐으로 이루어지는 기체부(42)에 도트형으로 형성된 철-코발트로 이루어지는 양자 도트(45)를 상호 소정 간격을 두고 배열한 고체 디바이스(41)를 도시한다. 이들의 고체 디바이스(40, 41)는 Fe70Co30에 Pd를 몰 함유율로서 0.7 % 이상 1.0 % 미만(보다 적합하게는 0.8 % 정도) 첨가하여 스퍼터법으로 합금막을 형성함으로써 작성할 수 있다.
도 3, 도 4에 도시하는 고체 디바이스(40, 41)는 자기 기록용 디바이스로서 이용하는 것이 가능하며, 특히 전술한 자기 디바이스용 자성막(10)의 구성을 구비하고, 매우 큰 포화자화를 구비하기 때문에, 정보의 고밀도 기록용으로서 효과적으로 이용하는 것이 가능해진다. 특히, 도 4에 도시하는 고체 디바이스(41)같은 도트 구조가 될수록, 자성체 단위 체적 당 포화자화가 증대한 것으로 생각된다.
본 발명에 관한 자기 디바이스용 자성막은 자극 재료로서 종래 가장 큰 포화자화로서 2.45 T를 갖는 Fe70Co30 합금보다 더 큰 포화자화를 갖는 자성막으로 제공할 수 있다. 이에 따라, 고밀도 기록을 가능하게 하는 하드디스크 드라이브용 자기 헤드, 또한 고밀도 기록이 가능한 고체 디바이스에 응용 이용하는 것이 가능해진다.
Claims (19)
- 철과 코발트와 팔라듐으로 이루어지는 합금막으로서, 드라이 프로세스법에 의해 형성되고, 포화자화가 2.46 테슬러 이상인 것을 특징으로 하는 자기 디바이스용 자성막.
- 철과 코발트와 팔라듐으로 이루어지는 합금막으로서, 상기 팔라듐의 몰 함유율이 0.7 % 이상 1.0 % 미만으로 설정되고, 드라이 프로세스법에 의해 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기 디바이스용 자성막.
- 제2항에 있어서, 철과 코발트의 함유 몰량의 비(CFe/CCo)는 0.667 내지 9.0인 것을 특징으로 하는 자기 디바이스용 자성막.
- 제2항에 있어서, 상기 합금막의 주된 결정 구조는 체심 입방 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기 디바이스용 자성막.
- 제2항에 있어서, 상기 합금막은 체심 입방 구조의 결정 구조를 갖는 하지층 위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 디바이스용 자성막.
- 제5항에 있어서, 상기 하지층은 체심 입방 구조를 갖는 크롬, 바나듐, 몰리브덴, 니오브, 텅스텐, 니켈, 또는 이들 중 적어도 2 종류를 포함하는 합금 혹은 이 합금에 티탄 또는 니켈을 첨가한 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기 디바이스용 자성막.
- 제2항에 있어서, 상기 드라이 프로세스법으로서 스퍼터법을 이용하고 있는 것을 특징으로 하는 자기 디바이스용 자성막.
- 제2항에 있어서, 상기 드라이 프로세스법으로서 진공 증착법을 이용하고 있는 것을 특징으로 하는 자기 디바이스용 자성막.
- 제2항에 있어서, 상기 드라이 프로세스법으로서 화학 기상 성장법을 이용하고 있는 것을 특징으로 하는 자기 디바이스용 자성막.
- 제2항에 기재된 자기 디바이스용 자성막을 이용한 하드디스크 드라이브용 자기 헤드.
- 제2항에 기재된 자기 디바이스용 자성막을 이용한 고체 디바이스.
- 철과 코발트와 팔라듐으로 이루어지는 합금막으로서, 주된 결정 구조가 체심 입방 구조이며, 드라이 프로세스법에 의해 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기 디바이스용 자성막.
- 제12항에 있어서, 상기 합금막은 체심 입방 구조의 결정 구조를 갖는 하지층 위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 디바이스용 자성막.
- 제13항에 있어서, 상기 하지층은 체심 입방 구조를 갖는 크롬, 바나듐, 몰리브덴, 니오브, 텅스텐, 니켈, 또는 이들 중 적어도 2 종류를 포함하는 합금 혹은 이 합금에 티탄 또는 니켈을 첨가한 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기 디바이스용 자성막.
- 제12항에 있어서, 상기 드라이 프로세스법으로서 스퍼터법을 이용하고 있는 것을 특징으로 하는 자기 디바이스용 자성막.
- 제12항에 있어서, 상기 드라이 프로세스법으로서 진공 증착법을 이용하고 있는 것을 특징으로 하는 자기 디바이스용 자성막.
- 제12항에 있어서, 상기 드라이 프로세스법으로서 화학 기상 성장법을 이용하고 있는 것을 특징으로 하는 자기 디바이스용 자성막.
- 제12항에 기재된 자기 디바이스용 자성막을 이용한 하드디스크 드라이브용 자기 헤드.
- 제12항에 기재된 자기 디바이스용 자성막을 이용한 고체 디바이스.
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- 2005-12-14 KR KR1020050123031A patent/KR20070019515A/ko not_active Application Discontinuation
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