KR20070098425A - 수직 자기 기록 매체 및 자기 기억 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양호한 기록 용이성을 확보하면서 고기록 밀도화가 가능함과 동시에 잔류 자화의 열 안정성의 향상을 도모하는 수직 자기 기록 매체 및 자기 기억 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 기판(11)과, 기판(11)상에 연자성 보강 적층체(12), 분리층(16), 기초층(18), 중간층(19), 기록층(21), 보호막(28) 및 윤활층(29)을 순차 적층하여 이루어진다. 기록층(21)은 중간층(19)측에서 제1 자성층(22), 제2 자성층(23), 비자성 결합층(24) 및 제3 자성층(25)이 이 순서로 적층되어 이루어진다. 제1∼제3 자성층은 각각 hcp 결정 구조의 Co 합금으로 이루어진 강자성 재료로 이루어지고, 기판면에 대략 수직인 방향으로 자화 용이축이 배향되어 있다. 또한, 제2 자성층(23)과 제3 자성층(25)이 비자성 결합층(24)을 통해 반강자성적으로 교환 결합한 반강자성 교환 결합 구조를 갖는다.

Description

수직 자기 기록 매체 및 자기 기억 장치{PERPENDICULAR MAGNETIC RECORDING MEDIUM AND MAGNETIC MEMORY APPARATUS}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 예의 수직 자기 기록 매체의 단면도.
도 2는 제1 실시예에 따른 제2 예의 수직 자기 기록 매체의 단면도.
도 3은 제1 실시예에 따른 제3 예의 수직 자기 기록 매체의 단면도.
도 4는 제1 실시예에 따른 제4 예의 수직 자기 기록 매체의 단면도.
도 5a는 실시예 1의 수직 자기 기록 매체의 히스테리시스 곡선의 일례를 도시한 도면.
도 5b는 실시예 1의 수직 자기 기록 매체의 자기 특성을 도시한 도면.
도 6은 실시예 1의 기록 재생 특성을 도시한 도면.
도 7은 실시예 2의 수직 자기 기록 매체의 히스테리시스 곡선의 일례를 도시한 도면.
도 8은 실시예 2의 기록 재생 특성을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 제2 실시예의 자기 기억 장치의 주요부 평면도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
10, 30, 40, 50, 73 : 수직 자기 기록 매체
11 : 기판
12 : 연자성 보강 적층체
13, 15 : 비정질 연자성층
14, 24, 34, 43, 53, 54 : 비자성 결합층
16 : 분리층
18 : 기초층
19 : 중간층
21, 21A, 41, 51 : 기록층
22, 42 : 제1 자성층
23, 44 : 제2 자성층
25, 45 : 제3 자성층
28 : 보호막
29 : 윤활층
521∼52n : 제1∼제n 자성층
70 : 자기 기억 장치
78 : 자기 헤드
본 발명은 수직 자기 기록 매체 및 자기 기억 장치에 관한 것이다.
자기 기억 장치는 대규모 시스템으로부터 개인 사용 컴퓨터나 통신 기기 등의 여러 가지 기기에 사용되고 있다. 그리고, 자기 기억 장치에는 그 모든 용도에 있어서 정보의 한층 더 고밀도 기록 및 고속도 전송이 요구되고 있다.
수직 자기 기록 방식은 자기 기록 매체의 기록층을 기판 면에 수직인 방향으로 자화시켜 정보를 기록하기 위해서 기록 밀도를 높이더라도 1 비트의 길이가 변하지 않기 때문에, 반자계가 증가하지 않는다. 그 때문에, 수직 자기 기록 방식은 기록된 비트가 면내 기록 방식보다도 소실되기 어렵고, 소위 기록된 비트의 열 안정성(잔류 자화의 열 안정성)이 양호하다. 그 때문에, 수직 자기 기록 방식에서는, 면내 방식보다도 더 높은 밀도에서의 기록 재생의 달성 가능이 기대되고 있다.
수직 자기 기록 매체에서는 기록층에 강자성 재료를 이용한 연속막이나, 강자성 재료로 이루어진 자성 입자를 비자성 재료로 둘러싼, 소위 그래뉼러막(granular layer)이 이용되고 있다. 수직 자기 기록 방식에서도 고밀도 기록에 있어서 양호한 기록 재생특성을 확보함과 동시에 잔류 자화의 열 안정성을 확보하기 위해서, 이방성 자계가 높은 강자성 재료가 이용되고 있다. 이방성 자계가 높은 강자성 재료에서는 기록층의 자화를 반전시키기 위한 자계 강도, 소위 반전 자계 강도가 높아지게 되어 자화를 반전시키기 위해서 충분한 기록 자계 강도가 필요하게 된다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 2003-45015호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 2002-260208호 공보
그러나, 기록 자계 강도를 증가시키기 위해서 자기 헤드의 기록 소자의 자극에는 보다 높은 포화 자속 밀도를 갖는 연자성 재료의 채용이 필요하게 된다. 그와 같은 연자성 재료의 탐색은 어려움을 수반한다. 그 때문에, 충분한 기록 자계 강도를 갖는 기록 소자를 얻을 수 없고, 기록층의 자화를 충분히 반전할 수 없다고 하는 문제가 생긴다. 그 때문에, 기록층의 반전 자계 강도의 증가를 억제하는 것, 즉 수직 자기 기록 매체의 양호한 기록 용이성을 확보하는 것이 바람직하다.
그래서, 본 발명은 상기 문제점에 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 양호한 기록 용이성을 확보하면서 고기록 밀도화가 가능함과 동시에 잔류 자화의 열 안정성의 향상을 도모하는 수직 자기 기록 매체 및 자기 기억 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일관점에 따르면, 기판과, 상기 기판상에 형성되어 기판면에 대략 수직인 방향으로 자화 용이축을 갖고, hcp 결정 구조의 Co 합금을 포함하는 3층 이상의 자성층으로 이루어지는 기록층을 구비하며, 상기 기록층은 2층의 자성층 사이에 비자성 결합층을 갖고, 상기 2층의 자성층이 비자성 결합층을 통해 반강자성적으로 교환 결합한 반강자성 교환 결합 구조를 형성하며, 상기 2층의 자성층 각각의 자화가 외부에서 자계가 인가되어 있지 않은 상태에서 상호 반평행(反平行)한 수직 자기 기록 매체가 제공된다.
본 발명에 따르면, 기록층의 3층 이상의 자성층의 각각이 hcp(육방 세밀 충 전) 결정 구조의 Co 합금으로 이루어진 강자성 재료로 이루어지고, Co의 (0002) 결정면이 양호한 격자 정합을 수반하여 형성되어 있다. 따라서, 각각의 자성층의 자화 용이축의 배향성이 양호해지고 수직 보자력이 증가한다. 또한, 기록층은 반강자성 교환 결합 구조를 갖는다. 이들에 의해 잔류 자화의 열 안정성이 양호해진다. 한편, 수직 보자력이 증가하기 때문에 이방성 자계를 낮게 설정할 수 있기 때문에 양호한 기록 용이성을 확보할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 자기 헤드를 갖는 기록 재생 수단과, 전술한 수직 자기 기록 매체를 구비하는 자기 기억 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면 자기 기록 매체가 양호한 기록 용이성을 갖게 되고, 잔류 자화의 열 안정성이 양호하기 때문에, 고기록 밀도화가 가능하고 신뢰성이 높은 자기 기억 장치를 제공할 수 있다.
이하 도면을 참조하면서 실시예를 설명한다.
(제1 실시예)
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 예의 수직 자기 기록 매체의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 제1 예의 수직 자기 기록 매체(10)는 기판(11)과, 기판(11)상에 연자성 보강 적층체(12), 분리층(16), 기초층(18), 중간층(19), 기록층(21), 보호막(28) 및 윤활층(29)을 순차 적층하여 이루어진다. 기록층(21)은 중간층(19)측에서 제1 자성층(22), 제2 자성층(23), 비자성 결합층(24) 및 제3 자성층(25)이 이 순서로 적층되어 이루어지고, 제2 자성층(23)과 제3 자성 층(25)이 비자성 결합층(24)을 통해 반강자성적으로 교환 결합한 반강자성 교환 결합 구조를 갖는다.
기판(11)은, 예컨대 플라스틱 기판, 결정화 유리 기판, 강화 유리 기판, Si 기판, 알루미늄 합금 기판 등으로 구성된다. 수직 자기 기록 매체(10)가 자기 디스크인 경우는, 원반 형상의 기판이 이용된다. 또한, 수직 자기 기록 매체(10)가 자기테이프인 경우는 폴리에스테르(PET), 폴리에틸렌나프타레이트(PEN), 내열성에 우수한 폴리이미드(PI) 등의 필름을 기판(11)으로서 이용할 수 있다.
연자성 보강 적층체(12)는 2개의 비정질 연자성층(13, 15)과 이들 사이에 형성된 비자성 결합층(14)으로 이루어진다. 비정질 연자성층(13, 15) 각각의 자화는 비자성 결합층(14)을 통해 반강자성적으로 결합해 있다. 비정질 연자성층(13, 15)은 각각 예컨대 막 두께가 50 nm∼2 ㎛이며, Fe, Co, Ni, A1, Si, Ta, Ti, Zr, Hf, V, Nb, C 및 B에서 선택된 적어도 1종의 원소를 포함하는 비정질의 연자성 재료로 이루어진다. 비정질 연자성층(13, 15)의 구체적인 재료로서는, 예컨대 FeSi, FeAlSi, FeTaC, CoNbZr, CoCrNb, CoFeB 및 NiFeNb 등을 들 수 있다.
비정질 연자성층(13, 15)은 기판(11)이 원반 형상인 경우, 자화 용이축이 직경 방향으로 설정되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 잔류 자화 상태에서는, 예컨대 비정질 연자성층(13)의 자화 방향이 내주 방향, 비정질 연자성층(15)의 자화 방향이 외주 방향이 된다. 이렇게 구성함으로써, 비정질 연자성층(13, 15) 중에 자구(magnetic domain)의 형성을 억제하고, 자구와 자구의 계면으로부터 누설 자계가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
비정질 연자성층(13 및 15)은 상호 동일한 조성의 연자성 재료를 이용하는 것이 바람직하고, 게다가 비정질 연자성층(13, 15) 각각의 막 두께는 상호 동등 한 것이 바람직하다. 이에 따라, 2개의 비정질 연자성층(13, 15)으로부터 누설되는 자계가 상호 서로 상쇄하기 때문에, 자기 헤드의 재생 소자의 노이즈가 억제된다. 또, 비정질 연자성층(13 및 15)은 상호 다른 조성의 연자성 재료를 이용해도 좋다.
비자성 결합층(14)은 Ru, Cu, Cr, Rh, Ir, Ru계 합금, Rh계 합금 및 Ir계 합금으로 이루어지는 군 중 어느 하나의 비자성 재료로부터 선택된다. Ru 계 합금으로서는 Ru에, Co, Cr, Fe, Ni 및 Mn 중 어느 하나를 적어도 포함하는 비자성 재료가 적합하다. 비자성 결합층(14)은 그 막 두께가 비정질 연자성층(13, 15)이 반강자성적으로 교환 결합하는 범위로 설정된다. 그 범위는 0.4 nm∼1.5 nm이다.
또한, 연자성 보강 적층체(12)는 비정질 연자성층(15)의 위에 추가로 비자성 결합층과 비정질 연자성층과의 적층체를 설치한 구성으로 해도 좋고, 또한 이 적층체를 복수 적층한 구성으로 해도 좋다. 단, 이 경우, 연자성 보강 적층체(12)의 각각의 비정질 연자성층(15)의 단위 체적당의 잔류 자화와 막 두께와의 곱의 총합을대략 0(영)으로 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 연자성 보강 적층체(12)로부터의 누설 자속을 대략 0(영)으로 할 수 있다.
또한, 연자성 보강 적층체(12)는 상기한 구성이 바람직하지만, 비정질 연자성층(13 및 15)의 대신에 예컨대 NiFe 나 NiFe 합금 등의 결정질의 연자성층을 이용해도 좋다. 또한, 연자성 보강 적층체(12)는 비정질 연자성층(13)만으로도 좋고, 게다가 자기 헤드의 기록 소자의 구조에 따라서는 연자성 보강 적층체(12)를 생략 가능하다.
분리층(16)은, 예컨대 막 두께가 2.0 nm∼10 nm이며, Ta, Ti, Mo, W, Re, Os, Hf, Mg 및 Pt으로 이루어지는 군 중 적어도 1종의 비정질의 비자성 재료로 이루어진다. 분리층(16)은 비정질 상태이기 때문에, 기초층(18)의 결정 배향에 영향을 주지 않는다. 그 때문에, 기초층(18)이 자기 조직적으로 결정 배향되기 쉬워지고, 결정 배향성이 향상된다. 또한, 분리층(16)은 기초층(18)의 결정 입자의 입자 지름 분포를 균일화시킨다. 또한, 분리층(16)은 비자성 재료이기 때문에, 비정질 연자성층(15)과 기초층(18)과의 자기적인 결합을 분단한다.
기초층(18)은 그 위의 중간층(19)의 결정 배향성을 양호하게 하는 결정질 재료이라면 특별히 한정되지 않는다. 기초층(18)의 재료로서는, 예컨대, A1, Cu, Ni, Pt, NiFe 및 NiFe-X2 를 들 수 있다. 여기서, X2는 Cr, Ru, Cu, Si, O, N 및 SiO2로 이루어지는 군 중 적어도 1종으로 이루어진다. 기초층(18)은 Ni, NiFe 및 NiFe-X2로 이루어지는 군 중 어느 1종으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 이 경우, 기초층(18)은 (111) 결정면이 성장면이 되기 때문에, 중간층(19)이 Ru 또는 후술하는 Ru-X1 합금으로부터 이루어지는 경우, 매우 양호한 격자 정합에 의해 중간층(19)이 결정 성장한다. 이에 따라, 중간층(19)상의 기록층(21)의 결정성 및 결정 배향성이 양호해져서 수직 보자력이 향상된다. 그 결과, 잔류 자화의 열 안정성이 양호해진다.
중간층(19)은 기초층(18)상에 결정 성장하고, 또한 중간층(19)의 표면에 기 록층(21)을 결정 성장시키는 재료이라면 특별히 한정되지 않는다. 중간층(19)의 재료로서, 예컨대, Ru, Pd, Pt 및 Ru 합금으로 이루어지는 군 중 어느 1종의 비자성재료가 선택되는 것이 바람직하다. 여기서, Ru 합금은 hcp(육방 세밀 충전) 결정 구조를 갖는 Ru-X1 합금(X1은 Ta, Nb, Co, Cr, Fe, Ni, Mn, SiO2 및 C로 이루어지는 군 중 적어도 1종으로 이루어진다)으로 된다.
또한, 중간층(19)은 나중에 설명하는 기록층(21)의 각 자성층이 hcp 결정 구조의 Co 합금으로 이루어지는 자성 입자를 갖기 때문에, 격자 정합이 양호한 점에서 Ru 또는 Ru-X1 합금이 선택되는 것이 바람직하다. Ru의 (0002) 결정면에 Co의 (0002) 결정면이 성장하여 c 축(자화 용이축)을 기판면에 수직으로 양호하게 배향시킬 수 있다.
또한, 중간층(19)은 Ru 또는 Ru-X1 합금으로 이루어지는 결정 입자(이하, 「Ru 결정 입자」라고 약칭한다)가 상호 공간에 의해 격리된 구조(「중간층 구조 A」라고 칭한다)를 갖더라도 좋다. Ru 결정 입자가 상호 대략 균등하게 격리되기 때문에, 기록층(21)을 구성하는 자성 입자가 Ru 결정 입자의 배치를 이어받아, 자성 입자의 입자 지름 분포의 분포 폭을 좁게 할 수 있다. 그 결과, 매체 노이즈가 저감되어 SN 비가 향상된다. 또, Ru 결정 입자는 상술한 바와 같이 (0002) 결정면이 성장하기 때문에, 기록층(21)이 Co 또는 Co를 주성분으로 하는 Co 합금인 경우는, Co의 (0002) 결정면이 성장하여 c 축(자화 용이축)을 기판면에 수직으로 배향시킬 수 있다. 이러한 중간층(19)의 형성 방법은 스퍼터법에 의해, 상술한 Ru 또는 Ru-X1 합금으로 이루어지는 스퍼터 타겟을 이용하고, 불활성 가스(예컨대 Ar 가스) 분위기에서 퇴적 속도를 2 nm/초 이하의 범위로, 또한 분위기 가스 압력을 2.66 Pa 이상의 범위로 설정하여 성막한다. 단, 퇴적 속도는 생산 효율이 과도하게 저하하지 않는 점에서, O.1 nm/초 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 또, 불활성 가스에 산소 가스를 첨가해도 되고, 이에 따라 Ru 결정 입자끼리의 분리가 양호해진다.
또한, 중간층(19)은 Ru 결정 입자를 비고체 용융층이 둘러싸고, Ru 결정 입자끼리를 상호 격리하는 구조(「중간층 구조 B」라고 칭한다)를 갖더라도 좋다. 이러한 구조에 의해서도, Ru 결정 입자가 상호 대략 균등하게 격리되기 때문에, 기록층(21)을 구성하는 자성 입자가 Ru 결정 입자의 배치를 이어받아, 자성 입자의 입자 지름 분포의 분포 폭을 좁게 할 수 있다. 그 결과, 매체 노이즈가 저감되어 SN 비가 향상된다. 비고체 용융층은 Ru 또는 Ru-X1 합금과 고체 용융하지 않는 재료이라면 특별히 한정되지 않지만, Si, Al, Ta, Zr, Y, Ti 및 Mg에서 선택되는 어느 1종의 원소와, O, N 및 C에서 선택되는 적어도 어느 1종의 원소와의 화합물로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 비자성 재료로서는, 예컨대, SiO2, A12O3, Ta2O5, ZrO2, Y2O3, TiO2, MgO 등의 산화물이나, Si3N4, AlN, TaN, ZrN, TiN, Mg3N2 등의 질화물이나, SiC, TaC, ZrC, TiC 등의 탄화물을 들 수 있다.
기록층(21)은 제1 자성층(22), 제2 자성층(23), 비자성 결합층(24) 및 제3 자성층(25)이 이 순서로 적층되어 이루어진다. 제1∼제3 자성층(22, 23, 25)은 각각 hcp 결정 구조의 Co 합금으로 이루어진 강자성 재료를 포함하는 재료로 이루어 진다. 제1∼제3 자성층(22, 23, 25)은 Co (0002) 결정면이 우선적으로 성장 방향이 되고, 자화 용이축인 c 축이 기판면에 대하여 대략 수직으로 배향해 있다. 제1∼제3 자성층(22, 23, 25)의 결정 배향은 중간층(19)의 결정 배향의 영향에 의해 형성된다.
제1∼제3 자성층(22, 23, 25)의 구체적인 재료로서는, CoCr, CoPt, CoCrTa, CoCrPt 및 CoCrPt-M을 들 수 있다. 여기서, M은 B, Ta, Cu, W, Mo 및 Nb로 이루어지는 군 중 적어도 1종으로부터 선택된다. 제1∼제3 자성층(22, 23, 25)으로서, hcp 결정 구조의 Co 합금으로 이루어진 강자성 재료의 자성 입자(강자성의 결정 입자)가 입계부(粒界部)를 통해 밀접한 강자성막(이하, 「강자성 연속막」이라고 칭한다)을 들 수 있다. 특히, 제3 자성층(25)은 CoCr로 이루어지는 것이 바람직하다. CoCr는 입계편석(粒界偏析) 구조를 취함과 동시에, Co 및 Cr 이외의 원소를 포함하지 않기 때문에 결정성이 매우 양호하다. 또한 CoCr는 Co 및 Cr 이외의 원소를 포함하지 않기 때문에 포화 자속 밀도를 높게 설정할 수 있다. 또한, CoCr의 조성은 Cr 함유량이 낮을수록 포화 자화가 높아지기 때문에, 15 at% 이하인 것이 바람직하다. 또, Cr 함유량이 15 at%보다도 많고, 또한 30 at% 이하의 범위에서는, 포화 자화가 감소하지만 편석 구조가 촉진되기 때문에, 15 at% 이하의 경우보다도 막 두께를 두껍게 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 제1 자성층(22) 및 제2 자성층(23)은 적어도 어느 한쪽이 hcp 결정 구조의 Co 합금으로 이루어진 강자성 재료로 이루어지는 자성 입자와, 자성 입자를 비고체 용융층이 둘러싸고, 자성 입자끼리를 서로 격리하는 구조를 갖는 막(이하, 「강자성 그래뉼러 구조막」이라고 칭한다)으로 해도 좋다. 기록층(21)은 강자성 그래뉼러 구조막을 구비함으로써, 자성 입자가 상호 대략 균등하게 격리되기 때문에, 매체 노이즈가 저감된다. 또, Co를 주성분으로 하는 Co 합금은 상술한 재료와 마찬가지이다. 비고체 용융층은 자성 입자의 재료와 고체 용융하지 않는 재료라면 특별히 한정되지 않지만, 상술한 중간층 구조 B의 비고체 용융층의 재료와 같은 재료로부터 선택된다.
또한, 제1 자성층(22)과 제2 자성층(23)은 제1 자성층(22)에 접하여 제2 자성층(23)이 퇴적되어 이루어지기 때문에, 상호 강자성적으로 교환 결합한 교환 결합 구조(「강자성 교환 결합 구조」라고 칭한다)를 갖는다. 또한, 제2 자성층(23)과 제3 자성층(25)은 비자성 결합층(24)을 통해 반강자성적으로 교환 결합한 교환 결합 구조(「반강자성 교환 결합 구조」라고 칭한다)를 갖는다. 즉, 도 1 중에 화살표로 잔류 자화 상태의 일례를 도시하고 있지만, 제1 자성층(22)의 자화와 제2 자성층(23)의 자화가 평행해지고, 이들 자화에 대하여 제3 자성층(25)의 자화가 반평행으로 되어 있다. 이와 같이 기록층(21)은 반강자성 교환 결합 구조를 구비함으로써 기록층(21) 전체의 잔류 자화의 열 안정성을 높일 수 있다. 즉, 기록된 1비트가 상관하는 체적은 제1∼제3 자성층(22, 23, 25)의 막 두께의 총합에 비례하기 때문에, 기록된 1비트가 상관하는 체적이 증가하여 잔류 자화의 열 안정성의 지표인 KuV/kBT이 증가하기 때문이다. 여기서, Ku는 일축 이방성 정수, V는 체적, kB가 볼츠만 상수, T가 온도이며, KuV/kBT가 클수록 열 안정성이 크다.
또한, 기록층(21)은 반강자성 교환 결합 구조를 구비함으로써 반자계를 저감할 수 있다. 반자계는 제1 자성층(22) 및 제2 자성층(23)의 잔류 자화의 방향과 반대 방향으로 유도된다. 이에 따라, 인접한 잔류 자화 영역 사이에 형성되는 자화 천이 영역의 폭을 저감할 수 있기 때문에, 고기록 밀도에 있어서 유리해진다.
제1∼제3 자성층(22, 23, 25)의 잔류 자화를 각각 Mr1∼Mr3, 제1∼제3 자성층(22, 23, 25)의 막 두께를 각각 t1∼t3이라고 하면, 잔류 자화막 두께 곱의 관계는 Mr1× t1 + Mr2× t2> Mr3× t3로 설정되는 것이 바람직하다. 상호 강자성적으로 교환 결합한 제1 자성층(22) 및 제2 자성층(23)으로부터의 자계가 신호 자계가 되기 때문에 양호한 재생 특성을 얻을 수 있다.
상술한 잔류 자화막 두께 곱의 관계에 있어서, 또한 t1 + t2> t3의 관계로 설정되는 것이 바람직하다. 이와 같이 설정함으로써, 제3 자성층(25)을 설치하지 않는 경우보다도, 제1 및 제2 자성층(23)의 막 두께를 증가할 수 있기 때문에, 제1 자성층(22) 및 제2 자성층(23)의 각각의 결정성 및 결정 배향성이 향상되고, 또한,제1 자성층(22)의 양호한 결정성 및 결정 배향성의 영향으로 제2 자성층(23)의 결정성 및 결정 배향성이 더욱 양호해진다.
또한, 바람직한 기록층(21)의 구성을 다음에 설명한다. 기록층(21)의 적합한 구성으로서, 제1 자성층(22)이 강자성 그래뉼러 구조막, 제2 자성층(23)이 강자성 연속막, 및 제3 자성층(25)이 강자성 연속막인 경우를 들 수 있다. 이렇게 구성함으로써, 제1 자성층(22)이 중간층(19)의 결정 입자의 배치를 이어받아, 자성 입자 가 상호 격리된 매체 노이즈가 낮은 자성층이 된다. 또한, 제2 자성층(23)은 제1 자성층(22)의 자성 입자의 배치 및 결정 배향성을 이어받아, 제2 자성층(23)의 자성 입자의 입자 지름 분포 폭이 협소화됨과 동시에, 양호한 결정 배향성을 얻을 수 있다. 이와 함께 제2 자성층(23) 및 제1 자성층(22)보다도 비고체 용융층이 포함되지 않는 분만큼 잔류 자속 밀도가 크기 때문에 재생 출력을 증가시키기 쉽다. 또한 제3 자성층(25)은 제2 자성층(23)의 자성 입자의 배치 및 결정 배향성을 이어받는다. 이에 따라, 제1 자성층(22) 및 제2 자성층(23)의 수직 보자력이 한층 더 증가한다. 이 경우, 제1 자성층(22) 및 제2 자성층(23)의 이방성 자계는 대략 일정하므로, 반전 자계 강도는 대략 변화하지 않기 때문에, 기록 용이성이 악화되지 않고 수직 보자력의 증가로 인해 잔류 자화의 열 안정성을 높일 수 있다.
보호막(28)은 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 막 두께가 0.5 nm∼15 nm의 비정질 탄소, 수소화 탄소, 질화 탄소 및 산화알루미늄 등으로부터 선택된다. 윤활층(29)은 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 막 두께가 0.5 nm∼5 nm인 퍼플루오로 폴리에테르가 주요 체인인 윤활제를 이용할 수 있다. 윤활층(29)은 윤활제를 용매에 의해 희석한 용액을 침지법이나 스프레이법 등에 의해 보호막(28)의 표면에 도포한다. 윤활층(29)은 보호막(28)의 재료에 따라서 설치해도 되고, 설치하지 않아도 된다.
또, 상술한 바와 같이 기초층(18) 및 중간층(19)을 설치하는 쪽이 기록층(21)을 형성한다, 제1∼제3 자성층(22, 23, 25)의 결정 배향성이 양호해져서 바람직하지만, 반드시 기초층(18) 및 중간층(19)을 설치하지 않아도 된다. 중간 층(19)을 설치하지 않는 경우는, 제1∼제3 자성층(22, 23, 25)의 결정 배향은 기초층(18)의 결정 배향의 영향에 의해 형성되고, 자화 용이축이 기판면에 대하여 대략 수직으로 배향한다. 또한, 기초층(18) 및 중간층(19)을 설치하지 않는 경우는, 제1 자성층(22)은 분리층(16)상에 자기 형성적으로 자화 용이축이 기판면에 대하여 대략 수직으로 결정 배향하여 형성된다.
제1 예의 수직 자기 기록 매체(10)의 각 층의 형성 방법은, 특히 상술한 것 외에는 각 층의 재료로 이루어지는 스퍼터 타겟을 이용하여 스퍼터법에 의해 불활성 가스, 예컨대 Ar 가스 분위기로 성막한다. 성막시에는, 연자성 보강 적층체(12)의 비정질 연자성층(13, 15)이 결정화하는 것을 피하기 위해서 기판(11)의 가열은 행하지 않는 것이 바람직하다. 물론, 비정질 연자성층(13, 15)의 결정화가 회피되는 온도로 가열해도 되고, 비정질 연자성층(13, 15)을 형성하기 전에 기판(11)의 표면 등의 수분 등을 제거하기 위한 가열 처리를 해도 된다. 단, 그 후에 기판(11)의 냉각이 필요하다. 또, 수직 자기 기록 매체(10)의 형성 방법은 이하에 설명하는 제2 예∼제4 예의 수직 자기 기록 매체에서도 마찬가지이기 때문에, 그 설명을 생략한다.
제1 예의 수직 자기 기록 매체(10)는 기록층(21)의 각 자성층이 hcp 결정 구조의 Co 합금으로 이루어진 강자성 재료로 이루어지고, Co의 (0002) 결정면이 양호한 격자 정합을 수반하여 형성된다. 따라서, 자화 용이축의 배향성이 양호해져서 수직 보자력이 증가한다. 또한, 기록층(21)은 반강자성 교환 결합 구조를 갖는다. 이들에 의해, 수직 보자력의 증가 및 반강자성적 교환 결합에 의해 잔류 자화의 열 안정성이 양호해진다. 한편, 수직 보자력이 증가하기 때문에 이방성 자계를 낮게 설정할 수 있기 때문에 양호한 기록 용이성을 확보할 수 있다.
또한, 제1 예의 수직 자기 기록 매체(10)는 기록층(21)의 보호막(28)측에 반강자성 교환 결합 구조를 갖는다. 그 때문에, 잔류 자화의 열 안정성이 한층 더 양호해진다. 또한, 교환 결합 자계 강도를 적절하게 선택함으로써, 기록시에 제1 자성층(22) 및 제2 자성층(23)의 자화 반전을 용이화하는 것이 기대된다.
다음에 제1 실시예에 따른 제2 예의 수직 자기 기록 매체를 설명한다. 제2 예의 수직 자기 기록 매체는 제1 예의 수직 자기 기록 매체의 변형예이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 제2 예의 수직 자기 기록 매체의 단면도이다. 도면 중, 먼저 설명한 부분에 대응하는 부분에는 동일한 참조 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 2를 참조하면, 수직 자기 기록 매체(30)는 기록층(21A)이 중간층(19)측에서, 제1 자성층(22), 비자성 결합층(34), 제2 자성층(23), 비자성 결합층(24) 및 제3 자성층(25)이 이 순서로 적층되어 이루어진다. 기록층(21A)은 제1 자성층(22)과 제2 자성층(23)이 비자성 결합층(34)을 통해 강자성적으로 교환 결합한 강자성 교환 결합 구조를 갖고, 또한, 제2 자성층(23)과 제3 자성층(25)이 비자성 결합층(24)을 통해 반강자성적으로 교환 결합한 반강자성 교환 결합 구조를 갖는다. 기록층(21A)은 비자성 결합층(34)을 갖는 것 외에는, 도 1에 도시하는 제1 예의 수직 자기 기록 매체(10)의 기록층(21)과 같은 구성을 갖는다.
비자성 결합층(34)은 비자성 결합층(24)과 같은 재료로부터 선택된다. 비자 성 결합층(34)은 그 막 두께에 따라서 제1 자성층(22)과 제2 자성층(23)의 강자성적인 교환 결합의 교환 결합 자계 강도를 제어한다. 예컨대, 비자성 결합층(34)의 막 두께를 0 nm보다 증가해 나가면 점차로 교환 결합 자계 강도가 감소한다. 교환 결합 자계 강도를 저감함으로써, 기록층(21A) 전체의 보자력을 저감할 수 있고, 양호한 기록 용이성을 확보할 수 있다. 비자성 결합층(34)의 막 두께는 제1 자성층(22) 및 제2 자성층(23)의 재료나 막 두께에 따라서 적절하게 결정되지만, 0 nm보다도 크게 설정되고, 또한 0.2 nm∼2.5 nm의 범위로 설정되는 것이 바람직하다. 비자성 결합층(34)은 RKKY(Ruderman-Kitte1-Kasuya-Yoshida) 상호 작용에 의해 제1 자성층(22)과 제2 자성층(23)을 강자성적으로 결합시킬 수 있다.
제2 예의 수직 자기 기록 매체(30)는 제1 예의 수직 기록 매체와 동일한 효과를 갖고, 또한 비자성 결합층에 의해 제1 자성층(22)과 제2 자성층(23)의 강자성적인 교환 결합의 교환 결합 자계 강도를 제어함으로써 기록층(21A) 전체의 반전자계 강도를 제어할 수 있다. 특히, 비자성 결합층(31)에 의해 반전 자계 강도를 저감하는 방향으로 제어함으로써 양호한 기록 용이성을 확보할 수 있다.
다음에 제1 실시예에 따른 제3 예의 수직 자기 기록 매체를 설명한다. 제3 예의 수직 자기 기록 매체는 제1 예의 수직 자기 기록 매체의 변형예이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 제3 예의 수직 자기 기록 매체의 단면도이다. 도면 중 먼저 설명한 부분에 대응하는 부분에는 동일한 참조 부호를 붙이고, 설명을 생략한다.
도 3을 참조하면, 제3 예의 수직 자기 기록 매체(40)는 기판(11)과, 기 판(11)상에 연자성 보강 적층체(12), 분리층(16), 기초층(18), 중간층(19), 기록층(41), 보호막(28) 및 윤활층(29)을 순차 적층하여 이루어진다. 기록층(41)은 중간층(19)측부터 제1 자성층(42), 비자성 결합층(43), 제2 자성층(44) 및 제3 자성층(45)이 이 순서로 적층되어 이루어지고, 제1 자성층(42)과 제2 자성층(44)이 비자성 결합층(43)을 통해 반강자성적으로 교환 결합한 반강자성 교환 결합 구조를 갖는다. 수직 자기 기록 매체(40)는 반강자성 교환 결합 구조가 중간층(19)측에 있는 것 이외는 제1 예의 수직 자기 기록 매체와 마찬가지다.
제1∼제3 자성층(42, 44, 45)은 도 1에 도시하는 제1 예의 수직 자기 기록 매체(10)의 제1∼제3 자성층(22, 23, 25)과 같은 재료로 이루어진다. 또한, 제1 자성층(42), 비자성 결합층(43), 제2 자성층(44) 및 제3 자성층(45)은 각각 도 1에 도시하는 제1 예의 수직 자기 기록 매체(10)의 제3 자성층(25), 비자성 결합층(24), 제1 자성층(22), 제2 자성층(22)에 대응한다.
제3 예의 수직 자기 기록 매체(40)는 기록층(41)의 각 자성층(42, 44, 45)이 hcp 결정 구조의 Co 합금으로 이루어진 강자성 재료로 이루어지고, Co의 (0002) 결정면이 양호한 격자 정합을 수반하여 형성되어 있다. 따라서, 각 자성층(42, 44, 45)의 자화 용이축의 배향성이 양호해지고, 수직 보자력이 증가한다. 또한, 기록층(41)은 반강자성 교환 결합 구조를 갖는다. 이로 인해, 수직 보자력의 증가 및 반강자성적 교환 결합에 의해 잔류 자화의 열 안정성이 양호해진다. 한편, 수직 보자력이 증가하기 때문에 이방성 자계를 낮게 설정할 수 있기 때문에 양호한 기록 용이성을 확보할 수 있다.
또한, 수직 자기 기록 매체(40)는 반강자성 교환 결합 구조가 중간층(19)측에 형성되어 있다. 그 제1 자성층(42)은 그 자성 입자의 입자 지름과 입자 지름 분포를 적절하게 선택함으로써, 그 위에 형성되는 제2 자성층(44) 및 제3 자성층(45)의 자성 입자의 입자 지름과 입자 지름 분포를 제어할 수 있다. 그 결과, 기록층(41) 전체의 자기 특성이 향상되고, 또한 매체 노이즈를 저감할 수 있다.
또한, 수직 자기 기록 매체(40)는 또한 기록층(41)의 제2 자성층(44)과 제3 자성층(45) 사이에 도 2에 도시하는 제2 예의 수직 자기 기록 매체(30)의 기록층(21A)의 비자성 결합층(34)을 설치해도 된다. 제2 자성층(44)과 제3 자성층(45)의 강자성적인 교환 결합의 강도를 제어할 수 있다.
다음에 제1 실시예에 따른 제4 예의 수직 자기 기록 매체를 설명한다. 제4 예의 수직 자기 기록 매체는 제1 예의 수직 자기 기록 매체의 변형예이다.
도 4는 제1 실시예에 따른 제4 예의 수직 자기 기록 매체의 단면도이다. 도면 중 먼저 설명한 부분에 대응하는 부분에는 동일한 참조 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 4를 참조하면, 제1 실시예에 따른 제4 예의 수직 자기 기록 매체(50)는 기판(11)과, 기판(11)상에 연자성 보강 적층체(12), 분리층(16), 기초층(18), 중간층(19), 기록층(51), 보호막(28) 및 윤활층(29)을 순차 적층하여 이루어진다. 기록층(51)은 중간층(19)측에서 제1 자성층(521), 제2 자성층(522), …, 제(n-2) 자성층(52n-2), 비자성 결합층(53), 제(n-1) 자성층(52n-1), 비자성 결합층(54), 제n 자성 층(52n)이 이 순서로 적층되어 이루어진다. 단, n은 4 이상의 정수이다. 기록층은 제(n-2) 자성층(52n-2)과 제(n-1) 자성층(52n-1)이 비자성 결합층(53)을 통해 반강자성적으로 교환 결합하고, 또한 제(n-1) 자성층(52n-1)과 제n 자성층(52n)이 비자성 결합층(54)을 통해 반강자성적으로 교환 결합한 반강자성 교환 결합 구조를 갖는다.
제1∼제n 자성층(521∼52n)은 도 1에 도시하는 제1 예의 수직 자기 기록 매체의 제1∼제3 자성층(22, 23, 25)과 같은 재료로부터 선택된다. 비자성 결합층(53, 54)은 도 1에 도시하는 제1 예의 수직 자기 기록 매체(10)의 비자성 결합층(24)과 같은 재료로부터 선택된다. 기록층(51)은 보호막(28)측에 2개의 반강자성 교환 결합 구조를 갖고, 제(n-1) 자성층(52n-1)이 잔류 자화의 방향이 다른 자성층(521∼52n-2, 52n)과 반평행해진다. 따라서, 수직 보자력의 증가 및 반강자성적 교환 결합에 의해 잔류 자화의 열 안정성이 양호해진다. 한편, 수직 보자력이 증가하기 때문에 이방성 자계를 낮게 설정할 수 있으므로 양호한 기록 용이성을 확보할 수 있다.
수직 자기 기록 매체(50)는 제1 예의 수직 기록 매체와 동일한 효과를 갖는다. 또한, 수직 자기 기록 매체(50)는 n층의 자성층(521∼52n)을 설치함으로써, 각각의 자성층(521∼52n-2)을 제1 예의 수직 자기 기록 매체보다도 박막으로 할 수 있기 때문에 자성 입자의 비대화를 억제할 수 있다. 그 결과, 수직 자기 기록 매 체(50)는 매체 노이즈를 저감할 수 있고, SN 비를 향상할 수 있다.
또, 반강자성 교환 결합 구조를 형성하는 비자성 결합층(53, 54)은 다른 자성 층간에 설치해도 되고, 또한 가능하면 비자성 결합층을 3층 이상 설치해도 된다.
다음에 제1 실시예에 따른 실시예를 설명한다.
[실시예 1]
다음에 제1 실시예에 따른 실시예 1로서 이하 구성의 수직 자기 디스크를 제작했다. 실시예 1의 수직 자기 디스크는 도 1에 도시하는 제1 예의 수직 자기 기록 매체와 같은 구성으로 했다. 하기에 도 1의 각 층의 부호를 합쳐서 도시한다. 또한, 괄호 안 수치는 막 두께를 나타내고 있다.
기판(11) : 유리 기판
연자성 보강 적층체(12)
비정질 연자성층(13, 15) : CoNbZr막(각 25 nm)
비자성 결합층(14) : Ru막(0.6 nm)
분리층(16) : Ta막(3 nm)
기초층(18) : NiFe-Cr막(3 nm)
중간층(19) : Ru막(20 nm)
기록층(21)
제1 자성층(22) : CoCrPt-SiO2막(10 nm)
제2 자성층(23) : CoCrPtB막(6 nm)
비자성 결합층(24) : Ru막(0.6 nm)
제3 자성층(25) : CoCr막
보호막(28) : 탄소막(4.5 nm)
윤활층(29) : 퍼플루오로폴리테르(1.5 nm)
또, 실시예 1의 수직 자기 디스크는 제3 자성층(25)의 CoCr막은 1 nm∼3 nm의 범위에서 1 nm마다 다르게 한 수직 자기 디스크를 제작했다.
실시예 1의 수직 자기 디스크는 세정한 유리 기판을 스퍼터 장치의 성막실로 반송하여, 기판 가열을 하지 않고 윤활층 이외의 상기 구성의 각 층을 DC 마그네트론법에 의해 형성했다. 아르곤 가스를 성막실 내로 도입하고, 압력 0.7 Pa에 설정하여 각 층을 형성했다. 또한, 침지법에 의해 윤활층을 도포했다.
도 5a는 실시예 1의 수직 자기 기록 매체의 히스테리시스 곡선의 일례를 도시한 도면, 도 5b는 실시예 1의 수직 자기 기록 매체의 자기 특성을 도시한 도면이다. 도 5a는 제3 자성층의 CoCr막의 막 두께가 2 nm인 경우를 도시하고 있다. 히스테리시스 곡선은 인가 자계를 0(영)→ +1OkOe → O(영)→ -1OkOe → O의 순서로 소인(掃引)하여 커 회전각을 측정했다. 또, 나중에 설명하는 실시예 2에서도 이와 같은 측정 조건으로 했다.
도 5a를 참조하면, 도면 중 A에서 도시하는 단차는 CoCr막에 작동하는 교환 결합 자계가 인가 자계보다도 커지고 CoCr막의 자화가 반전하기 때문에 생긴다. 교환 결합 자계는 도 5a의 히스테리시스 곡선의 경우, 상기한 순서로 인가 자계를 인 가하여 -2kOe 부근에서 0(영) 또한 +2kOe로 변화시킴으로써 얻은 마이너 루프(minor loop)로부터 얻어진다. 이 히스테리시스 곡선에서는 교환 결합 자계가 700 Oe이다. 또한, 핵 형성 자계는 도 5a에서는 1600 Oe이다.
도 5b를 참조하면, 교환 결합 자계는 CoCr막의 막 두께가 1 nm 및 2 nm인 경우는 플러스 값, 3 nm에서는 마이너스 값을 나타내고 있다. 교환 결합 자계가 플러스 값인 경우는, 잔류 자화 상태(외부에서 자계를 인가하지 않는 상태)에서 CoCr막이 제1 자성층의 CoCrPt-SiO2막 및 CoCrPtB막에 대하여 자화의 방향이 반대 방향으로 되어 있다. 따라서, CoCr막의 막 두께는 2 nm 이하인 것이 바람직한 것을 알 수 있다. 또한, 교환 결합 자계의 곡선의 경향으로부터 CoCr막의 막 두께를 0.2 nm 정도로 해도 좋을 것으로 기대된다.
또한, 핵 형성 자계는 히스테리시스 곡선의 각 형성을 나타내고 있고, 플러스 값에서는 보다 작을수록 바람직하고, 또한 마이너스의 값에서 절대치가 클수록 더욱 바람직하다. 핵 형성 자계의 CoCr막의 막 두께와의 관계로부터 CoCr막이 얇을수록 각 형성이 양호한 것을 알 수 있다.
도 6은 실시예 1의 기록 재생 특성을 도시한 도면이다. 또, S8/Nm은 112 kBPI의 선 기록 밀도에 있어서의 평균 출력 S8와 매체 노이즈 Nm과의 SN 비이며, S/Nt는 450 kBPI의 선 기록 밀도에 있어서의 평균 출력 S와 총 노이즈(= 매체 노이즈 + 기기 노이즈)와의 SN 비이다. 오버라이트 특성, S8/Nm 및 S/Nt는 시판되는 스핀 스탠드를 이용하고, 유도형 기록 소자와 GMR 소자로 이루어지는 복합 헤드를 이 용하여 측정했다. 또, 나중에 설명하는 실시예 2에서도 이와 같은 측정 조건으로 했다.
도 6을 참조하면, CoCr막의 막 두께가 1 nm∼3 nm의 범위에서는 -46 dB의 오버라이트가 확보되어 있다. 또한, S8/Nm 및 S/Nt는 CoCr막의 막 두께가 얇을수록 양호한 SN 비를 나타내고 있다.
따라서, 자기 특성 및 기록 재생 특성으로부터 CoCr막의 막 두께는 0.2 nm 이상 2.0 nm 이하로 설정하는 것이 바람직하며, 0.2 nm 이상 1.5 nm 이하로 설정하는 것이 보다 바람직하다.
[실시예 2]
제1 실시예에 따른 실시예 2로서 이하 구성의 수직 자기 디스크를 형성했다. 실시예 2의 수직 자기 디스크는 도 3에 도시하는 제3 예의 수직 자기 기록 매체와 같은 구성으로 한 하기에 도 3의 각 층의 부호를 합쳐서 도시한다. 또한, 괄호 안 수치는 막 두께를 나타내고 있다.
기판(11) : 유리 기판
연자성 보강 적층체(12)
비정질 연자성층(13, 15) : CoNbZr막(각 25 nm)
비자성 결합층(14) : Ru막(0.6 nm)
분리층(16) : Ta막(3 nm)
기초층(18) : NiFe-Cr막(3 nm)
중간층(19) : Ru막(20 nm)
기록층(21)
제1 자성층(42) : CoCr막
비자성 결합층(43) : Ru막(0.6 nm)
제2 자성층(44) : CoCrPt-SiO2막(10 nm)
제3 자성층(45) : CoCrPtB막(6 nm)
보호막(28) : 탄소막(4.5 nm)
윤활층(29) : 퍼플루오로폴리테르(1.5 nm)
또한, 제1 자성층(42)의 CoCr막은 1 nm 및 2 nm의 수직 자기 디스크(실시예 2-1, 2-2)를 제작했다. 실시예 2의 수직 자기 디스크의 제작 방법은 실시예 1과 대략 동일하다. 또한, 제2 자성층의 CoCrPt-SiO2막 및 제3 자성층의 CoCrPtB막은 각각 실시예 1의 제1 자성층, 제2 자성층과 동일한 조성이다.
도 7은 실시예 2의 수직 자기 기록 매체의 히스테리시스 곡선의 일례를 도시한 도면이다. 도 7은 제1 자성층의 CoCr막의 막 두께가 2 nm인 경우를 도시하고 있다.
도 7을 참조하면, 제1 자성층의 CoCr막의 막 두께가 2 nm인 경우는, 단차가 인정되어 교환 자계는 2400 Oe이다. 또한, 도시를 생략하고 있지만, 제1 자성층의 CoCr막의 막 두께가 1 nm인 경우는, 단차가 인정되지 않아 교환 자계를 얻을 수 없었다. 이는 측정 감도가 충분하지 않기 때문이며, CoCr막은 반강자성적으로 교환 결합하고 있는 것을 충분히 추측할 수 있다.
도 8은 실시예 2의 기록 재생 특성을 도시한 도면이다. 도 8을 참조하면, CoCr막의 막 두께가 1 nm∼2 nm인 범위에서는 -45 dB나 그보다도 양호한 오버라이트가 확보되어 있다. 또한, S8/Nm 및 S/Nt는 CoCr막의 막 두께가 얇을수록 양호한 SN 비를 나타내고 있다.
(제2 실시예)
본 발명의 제2 실시예는 제1 실시예에 따른 제1 예∼제4 예 중 어느 하나의 수직 자기 기록 매체를 구비한 자기 기억 장치에 관한 것이다.
도 9는 본 발명의 실시의 제2 실시예에 따른 자기 기억 장치의 주요부를 도시한 도면이다. 도 9를 참조하면, 자기 기억 장치(70)는 대략 하우징(71)으로 이루어진다. 하우징(71) 내에는 스핀들(도시 생략)에 의해 구동되는 허브(72), 허브(72)에 고정되어 회전되는 수직 자기 기록 매체(73), 액츄에이터 유닛(74), 액츄에이터 유닛(74)에 부착되어 수직 자기 기록 매체(73)의 반경 방향으로 이동하는 아암(75) 및 서스펜션(76), 서스펜션(76)에 지지된 자기 헤드(78)가 설치된다.
자기 헤드(78)는, 예컨대 단자극형 기록 헤드와 GMR(Giant Magneto Resistive) 소자를 구비한 재생 헤드로 구성된다.
단자극형 기록 헤드는 도시를 생략하지만, 수직 자기 기록 매체(73)에 기록 자계를 인가하기 위한 연자성 재료로 이루어지는 주자극과 주자극에 자기적으로 접속된 리턴 요크와, 주자극과 리턴 요크에 기록 자계를 유도하기 위한 기록용 코일 등으로 구성된다. 단자극형 기록 헤드는 주자극으로부터 기록 자계를 수직 자기 기록 매체에 대하여 수직 방향으로 인가하여 수직 자기 기록 매체(73)에 수직 방향인 자화를 형성한다.
또한, 재생 헤드는 GMR 소자를 구비하고, GMR 소자는 수직 자기 기록 매체(73)의 자화가 누설되는 자계의 방향을 저항 변화로서 감지하여 수직 자기 기록 매체(73)의 기록층에 기록된 정보를 얻을 수 있다. 또, GMR 소자를 대신해서 TMR(Ferromagnetic Tunnel Junction Magneto Resistive) 소자 등을 이용할 수 있다.
수직 자기 기록 매체(73)는 제1 실시예에 따른 제1 예∼제4 예의 수직 자기 기록 매체 중 어느 하나이다. 수직 자기 기록 매체(73)는 양호한 기록 용이성을 가지며, 잔류 자화의 열 안정성이 양호하다.
또한, 제2 실시예에 따른 자기 기억 장치(70)의 기본 구성은 도 9에 도시하는 것에 한정되는 것은 아니며, 자기 헤드(78)는 상술한 구성에 한정되지 않고, 공지의 자기 헤드를 이용할 수 있다. 또한, 본 발명에서 이용하는 수직 자기 기록 매체(73)는 자기 디스크에 한정되지 않고 자기 테이프라도 좋다.
제2 실시예에 따르면 수직 자기 기록 매체(73)가 양호한 기록 용이성을 갖고, 잔류 자화의 열 안정성이 양호하기 때문에, 자기 기억 장치(70)는 고기록 밀도화가 가능하고 신뢰성이 높다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상술하였으나, 본 발명은 이러한 특정한 실시예에 한정되는 것이 아니며, 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 범위 내에서 여러 가지의 변형·변경이 가능하다.
또한, 이상의 설명에 관해서 추가로 이하의 부기를 개시한다.
(부기 1) 기판과,
상기 기판상에 형성되어 기판면에 대략 수직인 방향으로 자화 용이축을 갖고, hcp 결정 구조의 Co 합금을 포함하는 3층 이상의 자성층으로 이루어지는 기록층을 구비하고,
상기 기록층은 2층의 자성층 사이에 비자성 결합층을 갖고, 상기 2층의 자성층이 비자성 결합층을 통해 반강자성적으로 교환 결합한 반강자성 교환 결합 구조를 형성하고, 상기 2층의 자성층 각각의 자화가 외부에서 자계가 인가되어 있지 않은 상태에서 상호 반평행한 것인 수직 자기 기록 매체.
(부기 2) 상기 자성층은 hcp 결정 구조의 Co 합금으로 이루어지는 자성 입자를 포함하고, 상기 기록층은 아래쪽 자성층의 자성 입자상에 상측 자성층의 자성 입자가 결정 성장함과 동시에, 상호 인접한 2개의 자성층의 자성 입자끼리는 반강자성적으로 교환 결합하는 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재된 수직 자기 기록 매체.
(부기 3) 상기 반강자성 교환 결합 구조는 기록층의 가장 기판에 가까운 측, 또는 가장 기판으로부터 먼 측의 2개의 자성층에 의해 형성되고, 다른 상호 인접한 자성층은 강자성적으로 교환 결합하는 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재된 수직 자기 기록 매체.
(부기 4) 상기 반강자성 교환 결합 구조를 형성하는 2개의 자성층 중 외부에서 자계가 인가되지 않는 상태로 기록 자계 방향에 대하여 반대 방향의 자화를 갖는 자성층은 다른 쪽 자성층보다도 포화 자속 밀도가 높은 강자성 재료로 이루어지 는 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재된 수직 자기 기록 매체.
(부기 5) 상기 자성층은 hcp 결정 구조의 Co 합금의 복수의 자성 입자로 이루어짐과 동시에, 비자성의 입계부에 의해 상호 격리 배치되는 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재된 수직 자기 기록 매체.
(부기 6) 상기 자성층은 hcp 결정 구조의 Co 합금으로 이루어지는 복수의 자성 입자로 이루어짐과 동시에, 상기 자성 입자끼리는 공극부 또는 비고체 용융층에 의해 상호 격리 배치되는 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재된 수직 자기 기록 매체.
(부기 7) hcp 결정 구조의 Co 합금은 CoCr, CoPt, CoCrTa, CoCrPt 및 CoCrPt-M으로 이루어지는 군 중 어느 1종으로부터 선택되고, M은 B, Ta, Cu, W, Mo 및 Nb으로 이루어지는 군 중 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재된 수직 자기 기록 매체.
(부기 8) 상기 기록층은 기판측에서 제1 자성층, 제2 자성층, 비자성 결합층 및 제3 자성층으로 이루어지고,
상기 제2 자성층과 제3 자성층은 반강자성 교환 결합 구조를 형성하고, 제3 자성층은 제2 자성층보다도 포화 자속 밀도가 높은 강자성 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재된 수직 자기 기록 매체.
(부기 9) 상기 제2 자성층은 hcp 결정 구조의 Co 합금으로 이루어지는 복수의 자성 입자로 이루어짐과 동시에, 상기 자성 입자끼리는 공극부 또는 비고체 용융층에 의해 상호 격리 배치되고,
상기 제3 자성층은 hcp 결정 구조의 Co 합금의 복수의 자성 입자로 이루어짐과 동시에, 비자성의 입계부에 의해 상호 격리 배치되는 부기 8에 기재된 수직 자기 기록 매체.
(부기 10) 상기 기록층은 기판측에서 제1 자성층, 비자성 결합층, 제2 자성층 및 제3 자성층으로 이루어지고,
상기 제1 자성층과 제2 자성층은 반강자성 교환 결합 구조를 형성하고, 제1 자성층은 제2 자성층보다도 포화 자속 밀도가 높은 강자성 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재된 수직 자기 기록 매체.
(부기 11) 상기 제1 자성층은 hcp 결정 구조의 Co 합금으로 이루어지는 복수의 자성 입자로 이루어짐과 동시에, 상기 자성 입자끼리는 공극부 또는 비고체 용융층에 의해 상호 격리 배치되고,
상기 제2 자성층은 hcp 결정 구조의 Co 합금의 복수의 자성 입자로 이루어짐과 동시에, 비자성의 입계부에 의해 상호 격리 배치되는 부기 10에 기재된 수직 자기 기록 매체.
(부기 12) 상기 비자성 결합층은 Ru, Cu, Cr, Rh, Ir, Ru합금, Rh합금 및 Ir 합금으로 이루어지는 군 중 어느 1종으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재된 수직 자기 기록 매체.
(부기 13) 상기 기판과 상기 기록층 사이에 기판측에서 연자성 보강층 및 분리층을 이 순서로 퇴적하고,
상기 연자성 보강 적층체는 기판측에서 제1 연자성층과 그 밖의 비자성 결합 층과 제2 자성층이 이 순서로 적층하여 이루어지고,
상기 제1 연자성층 및 제2 연자성층은 면내에 자화 용이축을 갖는 동시에, 상기 제1 연자성층의 자화 및 제2 연자성층의 자화는 면내에 배향함과 동시에, 상호 반강자성적으로 결합하는 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재된 수직 자기 기록 매체.
(부기 14) 상기 분리층은 Ta, Ti, C, Mo, W, Re, Os, Hf, Mg 및 Pt로 이루어지는 군 중 적어도 1종의 비정질의 비자성 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부기 13에 기재된 수직 자기 기록 매체.
(부기 15) 상기 기록층의 아래쪽에 중간층을 더 구비하고,
상기 중간층은 기록층의 자성층을 결정 성장시키는 결정질 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재된 수직 자기 기록 매체.
(부기 16) 상기 중간층은 Ru, Pd, Pt 및 Ru-X1 합금으로 이루어지는 군 중 적어도 1종으로 이루어지고, X1은 Ta, Nb, Co, Cr, Fe, Ni, Mn 및 C로 이루어지는 군 중 어느 1종의 비자성 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부기 15에 기재된 수직 자기 기록 매체.
(부기 17) 상기 중간층은 기판면에 대하여 수직 방향으로 연장하는 복수의 결정 입자를 갖고, 상기 결정 입자가 공극부 또는 비고체 용융상을 통해 상호 격리 배치되는 것을 특징으로 하는 부기 16에 기재된 수직 자기 기록 매체.
(부기 18) 상기 중간층의 결정 입자는 Ru 또는 Ru-X1 합금으로 이루어지는 군 중 적어도 1종으로 이루어지고, X1이 Ta, Nb, Co, Cr, Fe, Ni, Mn, SiO2 및 C로 이루어지는 군 중 어느 1종의 비자성 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부기 13에 기재된 수직 자기 기록 매체.
(부기 19) 상기 중간층의 아래쪽에 결정질 재료로 이루어지는 기초층을 더 구비하고,
상기 기초층은 Ni, NiFe 및 NiFe-X2로 이루어지는 군 중 어느 1종으로 이루어지고, X2가 Cr, Ru, Cu, Si, O, N 및 SiO2로 이루어지는 군 중 어느 1종의 비자성 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부기 6에 기재된 수직 자기 기록 매체.
(부기 20) 자기 헤드를 갖는 기록 재생 수단과, 부기 1에 기재된 수직 자기 기록 매체를 구비하는 자기 기억 장치.
본 발명에 따르면, 양호한 기록 용이성을 확보하면서 고기록 밀도화가 가능함과 동시에 잔류 자화의 열 안정성의 향상을 도모하는 수직 자기 기록 매체 및 자기 기억 장치를 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. 기판과,
    상기 기판상에 형성되어 기판면에 대략 수직인 방향으로 자화 용이축을 갖고, hcp 결정 구조의 Co 합금을 포함하는 3층 이상의 자성층을 포함하는 기록층을 구비하며,
    상기 기록층은 2층의 자성층 사이에 비자성 결합층을 갖고, 상기 2층의 자성층이 비자성 결합층을 통해 반강자성적으로 교환 결합한 반강자성 교환 결합 구조를 형성하고, 상기 2층의 자성층 각각의 자화는 외부에서 자계가 인가되어 있지 않은 상태에서 상호 반평행(反平行)한 수직 자기 기록 매체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반강자성 교환 결합 구조는 기록층의 가장 기판에 가까운 측 또는 가장 기판으로부터 먼 측의 2개의 자성층에 의해 형성되고, 다른 상호 인접한 자성층은 강자성적으로 교환 결합하는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반강자성 교환 결합 구조를 형성하는 2개의 자성층 중 외부에서 자계가 인가되지 않은 상태에서 기록 자계 방향에 대하여 반대 방향의 자화를 갖는 자성층은 다른 쪽 자성층보다도 포화 자속 밀도가 높은 강자성 재료를 포함하는 것을 특 징으로 하는 수직 자기 기록 매체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자성층은 hcp 결정 구조의 Co 합금의 복수의 자성 입자를 포함함과 동시에, 비자성의 입계부에 의해 상호 격리 배치되는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자성층은 hcp 결정 구조의 Co 합금으로 이루어지는 복수의 자성 입자를 포함함과 동시에, 상기 자성 입자끼리는 공극부 또는 비고체 용융층에 의해 상호 격리 배치되는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기록층은 기판측에서부터 제1 자성층, 제2 자성층, 비자성 결합층 및 제3 자성층을 포함하고,
    상기 제2 자성층과 제3 자성층은 반강자성 교환 결합 구조를 형성하며, 제3 자성층은 제2 자성층보다도 포화 자속 밀도가 높은 강자성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기록층은 기판측에서부터 제1 자성층, 비자성 결합층, 제2 자성층 및 제3 자성층을 포함하고,
    상기 제1 자성층과 제2 자성층은 반강자성 교환 결합 구조를 형성하며, 제1 자성층은 제2 자성층보다도 포화 자속 밀도가 높은 강자성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기록층의 아래쪽에 중간층을 더 구비하고,
    상기 중간층은 기록층의 자성층을 결정 성장시키는 결정질 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 중간층의 아래쪽에 결정질 재료를 포함하는 기초층을 더 구비하고,
    상기 기초층은 Ni, NiFe 및 NiFe-X2로 이루어지는 군 중 어느 1종의 비자성재료를 포함하고, X2는 Cr, Ru, Cu, Si, O, N 및 SiO2로 이루어지는 군 중 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체.
  10. 자기 헤드를 갖는 기록 재생 수단과, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 수직 자기 기록 매체를 구비하는 자기 기억 장치.
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