KR20090031229A

KR20090031229A - 자기기록매체

Info

Publication number: KR20090031229A
Application number: KR1020080088212A
Authority: KR
Inventors: 사다유키 와타나베
Original assignee: 후지 덴키 디바이스 테크놀로지 가부시키가이샤
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2008-09-08
Publication date: 2009-03-25
Also published as: CN101393750A; US8277961B2; JP2014222560A; JP5195189B2; JP2013101746A; JP2009093780A; CN101393750B; JP5762448B2; KR101344407B1; US20090081484A1; JP5892213B2

Abstract

본 발명의 과제는, 고밀도의 기입(writing) 및 양호한 온도특성의 제어를 양립시키는 열 어시스트 기록용 자기기록매체를 제공하는 것이다.

본 발명은, 비자성 기판상에 적어도 하지층(underlayer), 자기기록층, 보호층이 순차적으로 적층되어 이루어지는 자기기록매체에 있어서, 자기기록층이, 2층의 자성층과, 이들 자성층간에 삽입되며, 또한 자성층과 자기적으로 결합되어 있는 교환 결합 제어층을 포함하는 구조를 가지고, 신호기입시의 결합 에너지(J_W) 및 신호유지상태에서의 결합 에너지(J_r)이, 0 < J_W <J_r 의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 열 어시스트(thermally assisted) 기록용 자기기록매체에 관한 것이다.

Description

자기기록매체{MAGNETIC RECORDING MEDIUM}

본 발명은, 각종 자기기록장치에 탑재되는 자기기록매체에 관한 것이다.

자기기록의 고(高)기록밀도를 실현하는 기술로서, 「수직 자기기록방식」이 최근 실용화되었다. 이것은, 기록 자화가 기록매체의 면내(面內) 방향에 대하여 수직인 것으로, 종래의 기록 자화가 면내 방향에 대하여 평행이었던 세로 자기기록방식(longitudinal magnetic recording system)과 치환되고 있다. 수직 자기기록에 이용되는 수직 자기기록매체(간단히‘수직매체’)는, 주로, 경질자성재료의 자기기록층과, 자기기록층의 기록 자화를 수직방향으로 배향시키기 위한 하지층, 자기기록층의 표면을 보호하는 보호층, 그리고 상기 기록층에 대한 기록에 이용되는 자기헤드가 발생하는 자속을 집중시키는 역할을 담당하는 연자성재료의 받침층(backing layer)으로 구성된다.

고밀도화를 위한 매체설계의 지침 중 하나로서, 자기기록층을 구성하는 자성 입자의 자기적인 분리도를 높이고, 자화반전 단위를 작게 해 가는 것을 들 수 있다. 기본적으로, 자기기록층의 막 두께는 매체 면내 방향으로 균일하기 때문에, 자화반전 단위를 작게 해 가는 것은, 자화반전 단위의 높이가 일정하면서 단면적을 작게 하는 것을 의미한다. 그 결과, 그 자신에게 작용하는 반(反)자계가 작아지고, 반전 자계는 커진다. 이와 같이, 자화반전 단위의 형상을 고려했을 때, 기록 밀도를 높이는 것은, 보다 큰 기입 자계를 필요로 한다. 한편, 기록신호의 장기 안정성을 위해서는, 열 에너지(kT)에 대한 입자의 에너지(KuV)의 값을 충분히 높일 필요가 있음이 알려져 있다(여기에서, k는 볼츠만 정수, T는 절대온도, Ku는 결정 자기 이방성 정수, V는 활성화 체적을 나타낸다). 앞서 진술한 자화반전 단위 사이즈의 저감은, V의 저하를 의미하며, 이러한 영향에 의해 신호 불안정성, 소위 「열 요동(thermal fluctuation)」의 문제가 발생한다. 이를 회피하기 위해서는 Ku를 증대할 필요가 있는데, 일반적으로 Ku와 반전 자계는 비례 관계에 있기 때문에, 이것 역시 기입 자계의 증대를 초래하는 결과가 된다.

이러한 과제에 대하여, 자성층을 적어도 2층 이상의 구조로 하고, 각 자성층간의 교환 결합 에너지를 약화시킴으로써, 열 안정성을 거의 열화(劣化)시키지 않고 반전 자계를 저감시키는 방법이 제안된 바 있다. 이러한 매체를 ‘교환 결합 제어매체’라고 부른다. 예컨대, 비특허문헌 1에 따르면, 2층의 자성층을 직접 적층(교환 결합 에너지 무한대)함으로써, 결합 에너지를 약화시켜, 어느 최적의 결합 에너지에서 반전 자계는 극소값을 취하고, 결합 에너지 0을 향해 다시 반전 자계가 증가하는 결과가 나타나 있다. 이러한 현상은, 2층의 자화가 약한 결합을 유지하면서도, 각각 다른 자화 반전(비간섭성(incoherent) 자화 반전)을 수행하기 때문에 일어난다. 따라서, 상하 층의 물성치(physical properties)(포화 자화(Ms와 Ku))에 따라, 결합 에너지의 최적값(반전 자계의 저감율)이 다르다. 실용적으로는, 결 합 에너지 제어층을 형성하여 결합 에너지를 변화시키는 동시에, 상하 자성층의 물성치가 최적화된다.

한편, 기입 능력의 과제에 대한 다른 접근 방법으로서, 자기헤드와의 조합을 고려한 열 어시스트 기록이라는 기록방식이 제안된 바 있다. 이 방식은, 자성재료에서의 Ku의 온도 의존성, 즉 고온일수록 Ku가 작다는 특성을 이용한 것이다. 즉, 자기기록층을 가열하여 일시적으로 Ku를 저하시킴으로써 반전 자계를 저감시키고, 그 동안에 기입을 수행하는 것이다. 온도가 되돌아 간(내려간) 후에는 Ku가 원래의 높은 값으로 되돌아가기 때문에, 안정적으로 기록신호를 유지할 수 있다. 이러한 새로운 기록방식을 상정할 경우, 자기기록층의 설계로서는, 종래의 지침에 덧붙여, 온도특성을 고려할 필요가 생긴다. 비특허문헌 2에서는, 기록 비트(recording bit)의 천이 폭(transition width)은, 헤드 자계 구배와 온도 구배에 의해 결정되는 것이 진술되어 있다. 온도변화는 클수록 Ku값의 차가 증가하기 때문에, 기입시-유지상태의 차만큼이 증가하여, 얻어지는 게인(gain)도 크다고 생각된다. 이에 관하여, 현재 수직매체에서 주로 이용되며, 페로자성(ferromagnetic) 재료로 분류되는 CoPt 합금계 자성재료에서는, 온도에 대한 반전 자계의 변화는 직선적인 것이 알려져 있으며, 그 온도 구배도 조성 등에 의한 변화는 비교적 작아, 대략 -20 Oe/℃보다 작다. 이에 반해, 일반적으로 광자기(magneto-optical) 기록매체에 이용되며, 페리자성(ferrimagnetic) 재료로 분류되는 TbFeCo 등의 자성재료에서는, 조성 의존성이 크고, 예를 들어 보상 온도를 기록 온도 부근에 설정함으로써, -100 Oe/℃보다 큰 반전 자계의 온도 구배를 얻을 수 있다. 재료선택 이외에, 상기 페로자 성 및 페리자성 재료 등을 복수층 적층한 구조로 하고, 특히 페리자성, 혹은 그에 준한 재료를 스위칭층으로서 이용하여, 기록시의 온도에서 교환 결합 에너지가 생기거나, 혹은 반대로 없어짐으로써, 전체 온도변화를 제어하는 방법이 있으며, 예컨대, 특허문헌 1에서는, 다양한 층구성이 제안된 바 있다.

[특허문헌 1] 일본특허공개공보 제2005-310368호

[비특허문헌 1] J. Magn.Soc.Jpn.,31,178 (2007)

[비특허문헌 2] Technical Report Of IECE., MR2004-39(2004)

교환 결합 제어매체는, 기존의 CoPt 합금 자성재료를 이용하여, 각 층에서 조성의 조합을 연구함으로써 반전 자계와 열 안정성의 균형을 제어하지만, Ms와 Ku라는 물성치의 제약으로 인해 한계가 생긴다.

한편, 열 어시스트 기록에서는, 특히 중요해지는 온도변화의 제어에 관해서는, 종래의 CoPt 합금 자성재료를 단순하게 이용했을 경우, 반전 자계의 온도 구배를 -20 Oe/℃ 이상으로 하는 것은 곤란하다. 한편, 페리자성재료를 이용한 경우에는 온도제어가 용이하다. 그러나, 천이-희토류 아모퍼스 합금재료를 이용한 경우, 그 자화기구는 소위 자벽 이동형이며, 비트와 비트의 경계가 되는 자벽을 고정하기가 어렵다. 고밀도화의 관점에서는 비트 경계가 흔들리는 것은 바람직하지 않다. 또한, 기록 밀도를 향상시키기 위해서는 자벽 폭을 좁힐 필요가 있는데, 미립자계에서 비트의 경계가 되는 것으로 생각되는 결정 입계폭(grain boundary width)(약 1nm) 정도까지 저감하는 것은 곤란하다. 또한, 비자성체를 첨가하고, CoPt 합금 자성재료에서 볼 수 있는, 자성 입자를 비자성체가 둘러싸는 미세구조를 형성하기가 어렵다.

또한, 발명자의 검토에 의해, 교환 결합 제어매체와 열 어시스트 기록을 조합시킨 경우에는, 교환 결합 에너지를 약화시킨 매체일수록 온도 구배가 작아지는 것이 명백해졌다. 즉, 교환 결합 매체를 단순히 열 어시스트 기록에 적용한 경우에는, 가열시의 반전 자계는 비가열시에 비해 큰 차이가 없어, 열 어시스트 기록방 식의 최대 목적이 달성되지 않은 것을 의미한다. 그리고, 이것은 교환 결합 에너지 자체가, 온도에 대하여 거의 변화되지 않기 때문에 일어나는 것으로 생각되었다. 즉, 가열시에 변화된 상하 자성층의 물성치에 대하여, 결합 에너지의 최적값이 바뀌기 때문으로 생각되었다.

이와 같이, 자기기록장치의 고밀도화를 위해서는, 현행의 기록방식에 대하여 열 어시스트 기록으로 그 한계를 타파할 수 있는 가능성이 있지만, 이 기록방식에 대응하는 매체로서, 고밀도의 기입과, 온도특성의 제어를 양립시키는 것이 필요하게 되었다.

본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 신호기입을 신호유지상태보다 높은 온도에서 수행하는 자기기록장치에 이용되는, 고기록 밀도화가 가능한 자기기록매체를 제공하는 데 있다.

본 발명은, 신호기입을 신호유지상태보다 높은 온도에서 수행하는 자기기록장치에 이용되는, 비자성 기판(基體, substrate) 상에 적어도 하지층, 자기기록층, 보호층이 순차적으로 적층되어 이루어지는 자기기록매체에 있어서, 상기 자기기록층에, 2층의 자성층 사이에 교환 결합 제어층이 삽입된 구조를 포함하고, 또한 상기 2층의 자성층은 교환 결합 제어층을 통해 자기적으로 결합되어 있으며, 신호기입시와 신호유지상태에 있어서 상기 결합 에너지가 다르고, 신호기입시의 결합 에너지를 J_W, 신호유지상태의 결합 에너지를 J_r로 나타낼 때, 0 < J_W <J_r인 것을 특징 으로 한다.

또한, 상기 자기기록매체의 자기기록층에 있어서, 교환 결합 제어층에 적어도 자성원소를 포함하며, 신호기입시에서의 교환 결합 제어층의 포화 자화를 M_se, 상하에 배치되는 자성층의 포화 자화를 각각 M_s1, M_s2라고 나타낼 때, M_se < M_s1 이며 M_se < M_s2인 것이 바람직하다.

또한, 상기 자기기록매체의 자기기록층에 있어서, 자성층 및 교환 결합 제어층은 각각 자성 결정입자가 비자성체로 둘러싸인 구조를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 교환 결합 제어층의 결정 자기 이방성 정수(Ku)가 1.0×10⁶erg/cc이상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 교환 결합 제어층이 자성원소에 산화물 혹은 질화물의 비자성재료를 첨가한 막과, 비자성재료로 이루어진 막과의 다층 적층막으로 이루어진 것이 바람직하다.

신호기입시와 신호유지상태에서, 2층의 자성층간의 교환 결합 에너지를 변화시킨다. 신호유지상태에서는 2층의 결합 에너지는 강하고, 반전 자계도 크다. 신호기입시, 즉 고온시에 교환 결합이 약해짐에 따라, 이때의 자성층 물성치에 대응한 최적의 교환 결합 에너지가 됨으로써, 반전 자계 저감 효과를 발휘한다. 이에 따라, 기입시와 유지상태에서 교환 결합 에너지가 거의 변화되지 않는 경우에 비해, 큰 온도변화가 얻어지기 때문에, 신호기입을 신호유지상태보다 높은 온도에서 수행하는 새로운 기록방식에 유용하다. 또한, 교환 결합 제어층으로서, 적어도 신호기입시에 있어서, 그 포화 자화가, 상하의 자성층보다 작은 층을 이용함에 따라, 교환 결합 에너지의 온도변화가 증대한다. 또한, 그 재료로서 아모퍼스(amorphous)계 재료가 아니라, 자성 결정입자가 비자성체에 의해 둘러싸인 구조를 이용한다. 이에 따라, 새로운 기록방식에 적합한 매체가 제공되어 고밀도 기록이 가능해진다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다.

도 1은, 본 발명의 자기기록매체의 구성예를 설명하기 위한 도면으로, 연자성 받침층을 가진 경우의 구성을 나타내는 단면도이다. 자기기록매체는, 비자성 기판(10) 상에, 연자성 받침층(20), 하지층(30), 자기기록층(40), 보호층(50)이 순차적으로 적층된다. 또, 보호층(50) 상에는 윤활제층을 더욱 형성해도 된다. 또한, 연자성 받침층(20)을 제외한 구성으로 할 수도 있다. 여기에서, 본 발명의 특징은, 자기기록층(40)이, 도 1에 나타낸 바와 같은, 자성층(41), 자성층(43), 및 교환 결합 제어층(42)으로 이루어진 구조를 포함하는 것이다. 더욱이, 자성층(41), 자성층(43) 및 교환 결합 제어층(42)은 각각 자성 결정입자가 비자성체에 의해 둘러싸인 구조를 취하는 것이 바람직하다. 도 2 및 도 3은, 본 발명에서의 자기기록층(40)의 구성예를 설명하기 위한 것으로, 자성층(41), 자성층(43), 및 교환 결합 제어층(42)의 3층으로 이루어지는 경우의 구성을 나타내는 도면이다. 도 2는 단면도, 도 3은 평면도이다. 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 자성부분(4A; 바람직하게는, 자성 결정입자)과 비자성부분(4B; 즉, 결정 입자 사이에 존재하는 비자성체)은 상기 3층 모두에서 같은 곳에 위치하고, 자성부분이 하지층으로부터 각 층을 관통하여 기둥형상(柱狀)으로 성장한 구조로 할 수가 있다. 이러한 구조로 하면, 자성부분에서는 상하의 자성층이 교환 결합 제어층을 통해 결합하고, 각각이 비자성체로 분리됨으로써 독립된 자화반전 단위가 된다.

이하, 도 1에 기초하여 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다.

본 발명의 자기기록매체에 있어서, 비자성 기판(10)으로서는, 특히 통상의 자기기록매체용으로 이용되는 NiP 도금을 실시한 Al 합금이나 강화 유리, 혹은 결정화 유리 등을 이용할 수가 있다. 막 형성시나 기록시의 기판온도를 100℃ 정도 이내로 억제하는 경우에는, 폴리카보네이트, 폴리올레핀 등의 수지로 이루어진 플라스틱 기판을 이용할 수도 있다. 그 밖에, Si 기판도 이용할 수 있다.

연자성 받침층(20)은, 현행의 수직 자기기록방식과 마찬가지로, 자기헤드로부터의 자속을 제어하여 기록·재생 특성을 향상시키기 위해 형성하는 것이 바람직한 층이지만, 이 층은 생략할 수도 있다. 연자성 받침층(20)으로서는, 예컨대, 결정질의 NiFe 합금, 센더스트(FeSiAl) 합금, CoFe 합금 등, 미결정질의 FeTaC, CoFeNi, CoNiP 등을 이용할 수가 있다. 기록 능력을 향상시키기 위해서는, 연자성 받침층(20)의 포화 자화는 큰 쪽이 바람직하다. 또한, 연자성 받침층(20)의 막 두께의 최적값은, 자기기록에 이용되는 자기헤드의 구조와 특성에 따라 변화되지만, 다른 층과 연속하여 막 형성하는 경우 등에는, 생산성과의 균형을 고려하여 10nm 이상 500nm 이하인 것이 바람직하다. 막 형성방법으로서는, 통상적으로 이용되는 스퍼터법 이외에, 도금법에 의해 형성할 수도 있다. 연자성 받침층(20)에서 막 두께를 비교적 크게 할 경우에는, 자벽을 형성하는 것 이외에, 기록층 근방의 자화가 변동되거나 하여 수직성분의 자화를 발생하고, 노이즈원이 되는 경우가 있다. 이러한 현상을 억제하기 위해서는, 연자성 받침층(20)을 단자구(single magnetic domain)화하는 것이 바람직하고, 반(反)강자성층 혹은 경자성(硬磁性)층을 부여하는 것이 가능하다. 부여하는 것은, 연자성 받침층(20)의 바로 아래, 바로 위, 층 사이 모두에서 가능하며, 양층의 적층도 가능하다. 기타, 연자성 받침층(20)을, 비자성층과 적층하는 구성을 이용할 수도 있다. 특히, 비자성층의 막 두께를 제어하고, 비자성층을 통한 반강자성 결합을 이용하거나 하여 수직성분자화를 억제할 수도 있다.

하지층(30)은, (1) 상층 기록층 재료의 결정 입자직경과 결정배향을 제어하는 것, 및 (2) 연자성 받침층(20)과 자기기록층(40)의 자기적인 결합을 방지하는 것을 목적으로 하여 이용되는 층이다. 따라서, 비자성인 것이 바람직하고, 결정 구조는 상층의 자기기록층 재료에 맞게 적당히 선택할 필요가 있는데, 비정질구조에서도 이용할 수 있다. 예를 들어, 바로 위의 자성층에, 육방최밀 충전(hexagonal closest packed, hcp) 구조를 취하는 Co를 주체로 한 자기기록층 재료를 이용하는 경우에는, 같은 hcp 구조 혹은 면심입방(fcc) 구조를 취하는 재료가 바람직하게 이용된다. 구체적으로는, Ru, Re, Rh, Pt, Pd, Ir, Ni, Co 혹은 이들을 포함하는 합금재료가 바람직하게 이용된다. 막 두께는, 얇을수록 기입 용이성 은 향상되는데, 상기 (1) 및 (2)의 목적을 고려할 때, 어느 정도의 막 두께가 필요하고, 3∼30nm의 범위내로 하는 것이 바람직하다.

자기기록층(40)은, 2층의 자성층(41, 43) 및 교환 결합 제어층(42)을 포함한다. 본 발명의 효과를 나타내기 위해서는, 2층의 자성층(41, 43)은 교환 결합 제어층(42)을 통해 자기적으로 결합되어 있으며, 신호기입시의 결합 에너지(J_W) 및 신호유지상태의 결합 에너지(J_r)가 0 < J_W <J_r 의 관계를 만족시킨다. 또한, 교환 결합 제어층(42)에 적어도 자성원소를 포함하며, 신호기입시에서의 교환 결합 제어층(42)의 포화 자화를 M_se, 상하에 배치되는 자성층(41, 43)의 포화 자화를 각각 M_s1, M_s2로 나타낼 때, M_se < M_s1 이며 M_se < M_s2인 것이 바람직하다. 더욱이, 자성층(41, 43) 및 교환 결합 제어층(42)은 각각 자성부분(4A)을 자성 결정입자로 구성하며, 자성부분(4A)이 비자성체의 비자성부분(4B)으로 둘러싸인 구조를 취하는 것이 바람직하다.

자성층(41, 43)의 재료로서는, 일반적으로 이용되는 결정계의 자성층 재료가 바람직하게 이용된다. Co, Fe, Ni 등의 자성원소를 주체로 한 직경이 수 nm인 기둥형상의 결정 입자가, 서브 나노미터(sub-nanometer, 1nm 미만) 정도의 두께를 가진 비자성체에 의해 분리된 구조를 취하는 것이 바람직하다. 예컨대, 자성 결정입자로서는, CoPt 합금에 Cr, B, Ta, W 등의 금속을 첨가한 재료, 비자성체로서는 Si, Cr, Co, Ti 혹은 Ta에 산화물이나 질화물 등을 첨가한 것이 바람직하게 이용된다. 막 형성방법으로서는, 예컨대 마그네트론 스퍼터링법 등을 들 수 있다. 바람 직하게는, 상기 하지층(30)의 결정 부분 상에 자성 결정입자(자성부분(4A))가 에피택셜 성장하고, 하지층(30)의 입계(粒界) 부분 상에 상기 비자성체(비자성부분(4B))가 배치되는 1대 1의 결정성장을 하는 구조가 바람직하다. 자기기록층(40)에 포함되는 자성층(41, 43) 중, 적어도 1층은 결정 자기 이방성 정수가 큰 재료가 바람직하고, 적어도 5.0×10⁶erg/cm³ 이상, 더욱 바람직하게는 1.0×10⁷erg/cm³ 이상인 것이 바람직하다. 각 자성층의 막 두께로서는, 20nm 이하로 하는 것이 바람직하고, 10nm 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

교환 결합 제어층(42)의 재료로서는, 적어도 Co, Fe, Ni 중 어느 하나와 비자성 금속을 포함하는 합금재료를 이용한다. 상하에 배치되는 자성층(41, 43)의 자성 결정입자로서 hcp 구조의 결정 입자로 하는 경우에는, 동일한 hcp 구조, 혹은 fcc 구조로 하는 것이 바람직하다. 양호한 결정배향성을 얻기 위해서, 함유하는 비자성 금속 원소로서는 Cr, Pt, Pd, Ru, W, Ta 등이 특히 바람직하다. 이러한 재료로서는, 예컨대 NiCr, NiPt, NiPd, CoPd, CoPt, NiCoPt 등을 이용할 수 있다. 상기 자성층(41, 43)과 마찬가지로, Si, Cr, Co, Ti 혹은 Ta의 산화물이나 질화물 등을 첨가한 것이 바람직하게 이용된다. 또한, 이러한 재료와 동일한 성질을 나타내는 것으로서는, Co나 Ni에 비자성 산화물이나 질화물을 첨가한 재료와, 비자성 재료와의 다층 적층막도 바람직하게 이용된다. 예를 들면, Co-TiO₂막과 Pd막을 적층하고, 이 적층체를 더욱 수회 반복하여 적층한 다층 적층막, 혹은, Ni-SiO₂막과 Pt막을 적층하고, 이 적층체를 더욱 반복하여 적층한 다층 적층막 등을 예로서 들 수 있다. 이때, 교환 결합 제어층에 요구되는 성질상, 다층 적층막을 구성하는 각 막의 막 두께는 각각 2.0nm 이하, 바람직하게는 1.0nm 이하로 제어될 필요가 있다. 앞서 진술한 대로, 신호기입시에 있어서, 자성층(41, 43)보다 작은 포화 자화인 것이 필요하다. 즉, 교환 결합 제어층(42) 자신의 자화는, 신호기입시에 있어서 자기기록층(40) 전체의 자화량 및 자기 이방성에 미치는 영향이 작고, 상하의 자성층간의 교환 결합을 약화시키기 위해 작용할 필요가 있다. 포화 자화가 큰 경우에는, 교환 결합 제어층(42)의 특성이 영향을 미치고, 주로 열 안정성 열화의 폐해가 생긴다. 신호기입시의 포화 자화량으로서는, 100emu/cm³ 이하가 바람직하고, 20emu/ cm³ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. 포화 자화량이 작은 경우에도, 막 두께가 지나치게 크면 상기한 바와 같이 교환 결합 제어층(42)의 자기특성이 출현하기 때문에 막두께는 얇은 쪽이 바람직하고, 5nm 이하로 하는 것이 바람직하며, 3nm 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기한 성질에 덧붙여, 신호유지상태인 상온에서의 결정 자기 이방성 정수(Ku)가 10⁶erg/cc 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이에 따라, 상온에서의 열 안정성의 향상에 기여할 수 있다.

보호층(50)은, 종래 사용되고 있는 보호막을 이용할 수 있으며, 예컨대, 카본을 주체로 하는 보호막을 이용할 수 있다. 단층이 아니라, 예를 들어 성질이 다른 2층 카본이나, 금속막과 카본막, 산화막과 카본의 적층막으로 할 수도 있다.

이하, 본 발명의 수직 자기기록매체의 제조방법의 실시예에 대해서 설명한다. 또, 이들의 실시예는, 본 발명의 자기기록매체의 제조방법을 적합하게 설명하 기 위한 대표예에 지나지 않으며, 이들에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

(실시예 1)

비자성 기판(10)으로서 표면이 평활한 원반형상의 유리기판을 이용하여, 이것을 세정한 후, 스퍼터링 장치 내에 도입하고, Co₈₈Nb₇Zr₅ 타겟을 이용하여 Ar 가스압 5mTorr하에서 CoNbZr막을 80nm 형성하고, CoNbZr로 이루어진 연자성 받침층(20)을 형성하였다. 계속해서, Ru 타겟을 이용하여 Ar 가스압 30mTorr하에서 Ru 하지층(30)을 20nm의 막두께로 막 형성하였다. 그 후, (Co₇₅Pt₂₀Cr₅)₉₄(SiO₂)₆타겟을 이용하여, Ar 가스압 60mTorr에서 CoPtCr-SiO₂로 이루어진 자성층(41)을 8nm 형성하고, 계속해서 교환 결합 제어층(42)으로서 (Ni₉₄Cr₆)₉₄(SiO₂)₆ 타겟을 이용하여 Ar 가스압 30mTorr에서 NiCr-SiO₂층을 1nm 형성하고, (Co₇₅Cr₂₀Pt₅)₉₄(SiO₂)₆타겟을 더욱 이용하여, Ar 가스압 60mTorr에서 CoPtCr-SiO₂로 이루어진 자성층(43)을 8nm 형성하고, CoPtCr-SiO₂/NiCr-SiO₂/CoCrPt-SiO₂ 자기기록층(40)을 형성하였다. 다음으로, CVD법에 의해 카본으로 이루어진 보호층(50)을 4nm 막 형성한 후, 기판을 진공장치로부터 꺼냈다. 그 후, 과불화폴리에테르(perfluoropolyether)로 이루어진 액체 윤활재층 2nm를 침지법(dip-coating method)에 의해 형성하고, 자기기록매체로 하였다. 또한, 스퍼터링에 있어서는, 자성층의 막 형성에는 RF 마그네트론 스퍼터링, 기타의 층은 DC 마그네트론 스퍼터링법에 의해 행하였다.

(비교예 1）

NiCr-SiO₂ 교환 결합 제어층(42)을 형성하지 않은 것 이외에는 모두 실시예 1과 마찬가지로 하여 자기기록매체로 하였다.

(비교예 2）

NiCr- SiO₂ 교환 결합 제어층(42)의 막 두께를 8nm로 한 것 이외에는 모두 실시예 1과 마찬가지로 하여 자기기록매체로 하였다.

(비교예 3)

교환 결합 제어층(42)으로서 NiCr- SiO₂ 대신에, (Co₉₅Cr₅)₉₄(SiO₂)₆ 타겟을 이용하여 CoCr- SiO₂ 층을 형성한 것 이외에는 모두 실시예 1과 마찬가지로 하여 자기기록매체로 하였다.

(비교예 4)

교환 결합 제어층(42)으로서 NiCr- SiO₂ 대신에, TbFe 타겟을 이용하여 TbFe 층을 형성한 것 이외에는 모두 실시예 1과 마찬가지로 하여 자기기록매체로 하였다.

(비교예 5)

교환 결합 제어층(42)으로서 NiCr- SiO₂ 대신에, Ru₉₄(SiO₂)₆타겟을 이용하여 Ru-SiO₂층을 0.20nm 형성한 것 이외에는 모두 실시예 1과 마찬가지로 하여 자기기록매체로 하였다.

(평가 1)

먼저, 각 실시예 및 비교예에서 이용한 자성층(41, 43), 및 교환 결합 제어층(42)의 기초 특성을 파악하기 위하여, 각각 단층의 결정 구조 및 자기특성을 평가한 결과에 대하여 설명한다. 층 구성은, 기판/Ta/Ru/자성층 혹은 교환 결합 제어층으로 하고, 자성층 혹은 교환 결합 제어층의 막 두께는 20nm로 하였다. 또한, 결정 구조 평가에는 X선 회절장치, 자기특성평가에는 VSM(vibrating sample magnetometer)을 이용하였다. 자성층 (Co₇₅Pt₂₀Cr₅)₉₄(SiO₂)₆은, 결정 구조가 hcp이고, 200℃에서의 포화 자화는 568emu/cm³이었다. 자성층 (Co₇₅Cr₂₀Pt₅)₉₄(SiO₂)₆은, 결정 구조가 hcp이고, 200℃에서의 포화 자화는 393emu/cm³이었다. 각 교환 결합 제어층의 결과에 대해서는, 제1표에 정리하였다.

이하, 본 실시예 및 비교예에 따른 수직매체의 성능평가 결과에 대하여 설명한다. 제2표는, 각 실시예 및 비교예의 자기특성 및 전자변환특성의 결과를 나타낸 것이다. 또, 자기특성평가(보자력)는, 온도 의존성을 측정할 수 있는 Kerr효과 측정장치를 이용하여 실시하였다. 한편, 전자변환 특성평가(신호 잡음비(SNR) 및 오버라이트 특성(OW))는, 레이저 스폿 가열기구를 탑재한 스핀 스탠드 테스터(spinning stand tester)에 의해, GMR(giant magnetoresistance) 헤드를 이용하여 실시하였다. 레이저 파워는 기록층 온도가 200℃가 되도록 설정하고, 기록시 혹은 겹쳐쓰기시에 레이저 파워를 ON으로 하고, 판독시에는 레이저 파워를 OFF로 하였다. 자기헤드는, 기록 트랙폭이 140nm이고, 재생 트랙폭이 90nm인 것을 이용하였다.

실시예 1은, 다른 비교예에 비해, 실온으로부터 200℃에서의 보자력의 저감율이 가장 크고, 기록 밀도의 지표가 되는 SNR값이 가장 높다. 이번에 이용한 헤드에서는, OW값이 35[-dB] 이상이면 충분히 기입 성능이 있는 것으로 생각할 수 있고, 그에 대응하는 매체 보자력은 대략 4.5[kOe] 이하임을 알 수 있다. 이것으로부터, 실시예 1에서는, 가열에 의해 충분히 기입할 수 있는 보자력까지 저감한 상태에서 기록함으로써, 매체가 가진 퍼텐셜을 살려 양호한 SNR값이 얻어져 있다.

이에 반해, 비교예 1에서는, 가열시의 보자력이 5.9[kOe]로 높다. 그 결과 OW가 35[-dB]를 대폭 밑돌아, 포화 기록이 불가능하기 때문에 SNR도 대폭 열화되어 있다. 비교예 1은 실시예 1과 실온의 보자력이 거의 동등하기 때문에, 매체의 기록밀도 능력은 거의 동등한 것으로 생각되지만, 그 퍼텐셜이 살려져 있지 않음을 알 수 있다.

비교예 2는, 실온에서의 보자력이 실시예 1에 비해 대폭 작다. 이는, 기록층 전체에 미치는 교환 결합 제어층(42)의 자기특성의 영향이 크고, 매체의 기록 밀도 능력을 크게 손상하고 있기 때문에 일어나고 있다. 이는, 실시예 1에 비해 교환 결합 제어층(42)의 막 두께가 크고, 전체 자화량이 크기 때문으로 생각된다. 결과적으로서, OW는 45[-dB]로 충분한 기입 성능을 가지지만, SNR은 9.3[dB]로 매우 나쁜 값으로 되어 있다.

비교예 3은, 실시예 1에 비해 가열시의 보자력 저하율이 작고, OW가 불충분 하며 SNR이 나쁘다. 이러한 특성은 교환 결합 제어층(42)을 이용하지 않은 비교예 1의 결과와 아주 비슷하다. 제1표에서, 가열시의 포화 자화가 자성층(43)의 그것을 상회하고 있다. 즉, 가열시에도 자성층(41, 43)간의 교환 결합이 매우 강하고, 교환 결합 제어층(42)을 부여하지 않은 경우와 거의 동일한 보자력 저감율이 되는 것을 알 수 있다. 반대로 보면, 가열시에 자성층간의 교환 결합 에너지가 약해지는 실시예 1의 효과가 명백하다.

비교예 4에서는, 실온의 보자력이 실시예 1에 비해 대폭 작다. 이것은, 교환 결합 제어층(42) 상의 자성층(43)의 미세구조가 열화되어 있기 때문에 일어나고 있다. 즉, 실시예 1, 비교예 1∼3, 5의 경우와 달리, 결정 구조가 아모퍼스 구조이고, 하지층(30)으로부터의 hcp/hcp 혹은 hcp/fcc, fcc/hcp의 에피택셜 성장이 중단되기 때문에 일어난다. 그 결과, 교환 결합 제어층(42) 상의 자성층(43)은 결정 배향이 악화되는 동시에, 자성 입자와 비자성체의 분리 구조도 악화되며, 이것은 매체의 기록 밀도 특성의 열화를 의미한다. 이를 반영하여, 비교예 4에서도, OW는 비교적 높은 값을 나타내지만, SNR은 매우 작은 값으로 되어 있었다.

비교예 5에서는, 실시예 1에 비해 실온의 보자력은 작지만, 이것은 비교예 2 및 비교예 4와 같이 매체의 기록 밀도 특성의 열화에 의한 것은 아니고, 상하 자성층(41, 43)의 교환 결합 에너지가 적당히 약해져, 보자력 저감 효과가 생기고 있기 때문이다. SNR이 비교예 2와 4에 비해 큰 값을 나타내고 있는 것도 그것을 나타낸다. 단, 실시예 1보다 밑돌고 있으며, 이것은 200℃에서의 보자력이 크고, OW가 뒤떨어져 기입능력이 열화되었기 때문이다. 즉, 비자성의 교환 결합 제어층(42)을 이용한 경우에는, 온도상승에서의 교환 결합 에너지(J)의 변화가 거의 없고, 상하 자성층의 물성치 변화(Ku의 저하)로부터만 유래하는 보자력의 저하가 일어나는 것으로 생각된다. 그 결과와 비교하면, 교환 결합 에너지가 온도에 따라 변화되는 실시예 1의 효과가 명백하다.

(실시예 2)

교환 결합 제어층의 결정 자기 이방성 정수를 변화시킨 예이다. 교환 결합 제어층으로서 NiCr-SiO₂ 대신에, Co-TiO₂ 타겟, Pd 타겟을 이용하여 Co-TiO₂를 0.3nm, Pd를 0.4nm, 교대로 5회 반복하여 적층함으로써 [Co-TiO₂/Pd]₅층을 형성하는 것 이외에는 모두 실시예 1과 마찬가지로 하여 자기기록매체로 하였다.

(평가 2)

실시예 1, 실시예 2, 비교예 5를 이용하여, 열 안정성을 비교하였다. 전술한 것과 동일한 스핀 스탠드 테스터를 이용하여, 200℃에서의 가열하에서 100 kFCI의 신호를 기입하고, 신호 출력의 감쇠를 평가하였다. 그 결과, 실시예 1에서는 -0.003(%/decade·sec), 실시예 2에서는 -0.0001(%/decade·sec), 비교예 5에서는 -0.02(%/decade·sec)이었다. 즉, 열 안정성은 실시예 2가 가장 높고, 다음에 실시예 1, 비교예 5의 순서대로 높다. 이것은, 교환 결합 제어층의 열 안정성이 기여하고 있는 것으로 생각할 수 있다. 교환 결합 제어층의 Ku를 토크 미터로 평가한 결과, 실시예 1은 0.6×10⁶erg/cc, 실시예 2는 2.3×10⁶erg/cc, 비교예 5는 0으로, 열 안정성의 높이에 대응한 결과가 얻어졌다. 또한, 실시예 2의 SNR은 15.0[- dB], OW는 39.6[-dB]로, 실시예 1과 거의 동등한 값이었다.

이상과 같이, 본 실시예에 따르면, 고밀도화에 유리한 자성 입자가 비자성체에 의해 둘러싸인 미세구조를 가지는 자기기록층에서, 온도변화가 큰 자기특성의 실현이 가능해진다. 그 결과, 신호기입을 신호유지상태보다 높은 온도에서 수행하는 자기기록장치에 이용되는, 고기록밀도화가 가능한 자기기록매체를 제공할 수 있다.

각 실시예에서의 교환 결합 제어층

	재료	막두께[nm]	결정구조	200℃에서의 포화 자화 [emu/cm³]
실시예 1	(Ni₉₄Cr₆)₉₄(SiO₂)₆	1	fcc	20
비교예 1	없음	-	-	-
비교예 2	(Ni₉₄Cr₆)₉₄(SiO₂)₆	8	fcc	21
비교예 3	(Co₉₅Cr₅)₉₄(SiO₂)₆	1	hcp	523
비교예 4	TbFe	1	아모퍼스	18
비교예 5	Ru	0.2	hcp	0

각 실시예에서의 평가 결과

	보자력 [kOe]		SNR [dB]	OW [-dB]
	실온	200℃	SNR [dB]	OW [-dB]
실시예 1	9.0	3.7	15.1	40.1
비교예 1	9.1	5.9	12.1	21.6
비교예 2	4.2	2.1	9.3	45.0
비교예 3	9.3	6.1	11.9	20.1
비교예 4	4.8	4.4	7.9	38.2
비교예 5	7.2	4.9	13.5	32.3

도 1은 본 발명에 관한, 자기기록매체의 모식적 단면도이다.

도 2는 본 발명에 관한, 자기기록매체에서의 자기기록층의 모식적 단면도이다.

도 3은 본 발명에 관한, 자기기록매체에서의 자기기록층의 모식적 평면도다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 비자성 기판(基體) 20 : 연자성 받침층

30 : 하지층 40 : 자기기록층

41, 43 : 자성층 4A : 자성부분

4B : 비자성부분 42 : 교환 결합 제어층

50 :보호층

Claims

신호기입을 신호유지상태보다 높은 온도에서 행하는 자기기록장치에 이용되는, 비자성 기판상에 적어도 하지층, 자기기록층, 보호층이 순차적으로 적층되어 이루어지는 자기기록매체로서, 상기 자기기록층에, 2층의 자성층 간에 교환 결합 제어층이 삽입된 구조를 포함하고, 또한 상기 2층의 자성층은 교환 결합 제어층을 통해 자기적으로 결합되어 있으며, 신호기입시와 신호유지상태에 있어서 상기 결합에너지가 다르고, 신호기입시의 결합 에너지를 J_W, 신호유지상태의 결합 에너지를 J_r로 나타낼 때, 0 < J_W <J_r인 것을 특징으로 하는 자기기록매체.
제 1항에 있어서,

교환 결합 제어층에 자성원소를 포함하며, 신호기입시에서의 교환 결합 제어층의 포화 자화를 M_se, 상하에 배치되는 자성층의 포화 자화를 각각 M_s1, M_s2로 나타낼 때, M_se < M_s1 이며 M_se < M_s2인 것을 특징으로 하는 자기기록매체.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

자성층 및 교환 결합 제어층은 각각 자성 결정입자가 비자성체에 의해 둘러싸인 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기기록매체.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 교환 결합 제어층의 결정 자기 이방성 정수(Ku)가 1.0×10⁶erg/cc 이상인 것을 특징으로 하는 자기기록매체.
제 4항에 있어서,

상기 교환 결합 제어층이 자성원소에 산화물 혹은 질화물의 비자성재료를 첨가한 막과, 비자성재료로 이루어진 막과의 다층 적층막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기기록매체.