TW201337005A - 垂直磁記錄媒體之軟磁性薄膜層用合金以及濺鍍靶材以及具有軟磁性薄膜層之垂直磁記錄媒體 - Google Patents
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Abstract
提供一種在室溫表現低飽和磁通密度，同時在高溫該飽和磁通密度的下降為小的垂直磁記錄媒體用軟磁性合金。該合金，係以at%，構成有：1種或是2種以上之Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Ni、Cu、Al、B、C、Si、P、Zn、Ga、Ge、Sn；剩餘部分Co、Fe；以及，不可避免的雜質；全部滿足下述的數學式(1)~(3)：(1)0≦Fe%/(Fe%+Co%)≦0.5、(2)5≦Ti%+Zr%+Hf%+V%+Nb%+Ta%+B%/2、(3)0.3≦0.813×Fe%/(Fe%+Co%)-0.062×TNM+1.751≦1.2(數學式中，Fe%/(Fe%+Co%)為Fe的含量、與合計Fe與Co的含量之比；TNM為Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Ni、Cu、Al、B、C、Si、P、Zn、Ga、Ge、Sn的添加量的合計%，但是，使用B僅為1/2倍的值)。
Description
該申請，係根據在2011年9月28日申請之日本專利申請2011-212045號案主張優先權之申請案，參閱其整體的揭示內容載入到本說明書中。
本發明，係有關垂直磁記錄媒體之軟磁性薄膜層用合金及濺鍍靶材。
近年來，磁記錄技術顯著進步，為了裝置的大容量化，早已持續朝磁記錄媒體的高記錄密度化演進，可以實現比以往曾普及過一陣子的縱向磁記錄媒體更高記錄密度的垂直磁記錄方式實用化中。所謂垂直磁記錄方式，乃是針對垂直磁記錄媒體的磁性膜中的媒體面形成易磁化軸配向在垂直方向上之方式，適用在高記錄密度之方法。還有，在垂直磁記錄方式中，具有提高記錄敏感度的磁記錄膜層與軟磁性膜層之2層記錄媒體正在開發中。該磁記錄膜層方面，一般使用CoCrPt-SiO2系合金。
另一方面，在以往的軟磁性膜層方面，高飽和磁通密度(以下，記為Bs)與高非晶質形成能(以下，記為非晶質性)是有必要，更進一步根據垂直磁記錄媒體的用途或使用環境，可以附加要求高耐蝕性、高硬度等各式各樣
的特性。在上述的要求特性中，特別是高Bs是為重要，例如，也在日本特開2008-299905號專利公報(專利文獻1)或日本特開2011-68985號專利公報(專利文獻2)及日本特開2011-99166號專利公報(專利文獻3)中著眼於高Bs，也在任一之實施例為1.1T以上，限於非晶質狀態的話為1.3T以上，所以可以聽聞到實際上在垂直磁記錄媒體中使用作為濺鍍膜之際，大致1.3T以上的Bs是有必要。
像這樣要求高Bs的理由，係為了安定化記錄膜的磁化，考慮到了一定值以上的Bs是有必要，且在記錄媒體的平面方向上強烈具有磁向異性(以下，記為平面磁向異性(Hk))。特別是高Hk為減低雜訊之重要的因子，已知一般都是軟磁性膜的Bs高的話，是為較大的值。
但是，也是有使用高Bs的軟磁性膜所致的弊病。亦即，在利用寫入用頭而被著磁的狀態下，使用高Bs的軟磁性膜的話，因為磁通密度高的緣故，除了必要之外的周圍廣範圍都被磁影響到，其結果在每單位記錄資訊的寫入必要的空間有必要取得較大，也有難以提高記錄密度之課題。該現象亦被稱為「滲寫」。
[專利文獻1]日本特開2008-299905號專利公報
[專利文獻2]日本特開2011-68985號專利公報
[專利文獻3]日本特開2011-99166號專利公報
從如上述般之背景，本發明們，雖然具有使記錄膜的磁化安定之最低限度的Bs，但是發現到了既使比較低的Bs也具有高Hk之軟磁性合金，可以兼顧到減低因高Hk所致雜訊、及抑制「滲寫」來得到高記錄密度。因此，為了使Hk增加，檢討高Bs以外的影響因子，發現可以實現軟磁性非晶質合金是為重要。
在此，並不是如以往般利用高Bs得到高Hk，檢討過對Hk之其他影響因子的結果，推測判定高Bs的溫度特性(高居禮點)為有效，根據該技術思想，以使用低Bs與高Bs的高溫特性的合金的方式，發現到可以兼顧高Hk與減低滲寫，進而完成本發明。
因此，本發明的目的，係提供有表現出在室溫的低飽和磁通密度，同時在高溫該飽和磁通密度的下降為較小的垂直磁記錄媒體用軟磁性合金、及用以製作該合金的薄膜之濺鍍靶材。
根據本發明之其中一樣態，提供有一種用於垂直磁記錄媒體內的軟磁性薄膜層之合金，前述合金為以at%，包含(comprising)：1種或是2種以上之Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Ni、Cu、Al、B、C、Si、P、Zn、Ga、Ge、Sn；剩餘部分Co、Fe；以及，不可避免的雜質；較佳為實質上由這些元素來組成(consisting essentially
of)；更佳為僅由這些元素來組成(consisting of)；全部滿足下述的數學式(1)~(3)：(1)0≦Fe%/(Fe%+Co%)≦0.5
(2)5≦Ti%+Zr%+Hf%+V%+Nb%+Ta%+B%/2
(3)0.3≦0.813×Fe%/(Fe%+Co%)-0.062×TNM+1.751≦1.2(數學式中，Fe%/(Fe%+Co%)為Fe的含量、與合計Fe與Co的含量之比；TNM為Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Ni、Cu、Al、B、C、Si、P、Zn、Ga、Ge、Sn的添加量的合計%，但是，使用B僅為1/2倍的值)。
根據本發明之另一樣態，提供有利用上述合金所構成之軟磁性薄膜層。根據本發明之更進一步另外的樣態，提供有具有上述軟磁性薄膜層之垂直磁記錄媒體。根據本發明之更進一步另外的樣態，提供有利用上述合金所構成的濺鍍靶材。根據本發明之更進一步其他的樣態，提供有利用上述濺鍍靶材所成膜之軟磁性薄膜層。根據本發明之更進一步其他的樣態，提供有具有上述軟磁性薄膜層之垂直磁記錄媒體。
根據這樣的本發明，可以提供有表現出在室溫的低Bs，同時在高溫中Bs的下降為較小的垂直磁記錄媒體用軟磁性合金、及用以製作該合金的薄膜之濺鍍靶材。經由使用本發明的合金在垂直磁記錄媒體，充分發揮軟磁性合金具有的磁特性，可以充分提高軟磁性薄膜層的功能，其結果可以提升垂直磁記錄媒體的性能。
以下，詳細說明有關本發明。只要是沒有特別明示，在本說明書中「%」表示為at%。
首先，從濺鍍膜為薄膜開始，在Hk方面去磁磁場(diamagnetic field)的影響大，亦即，預想到去磁因數(demagnetization factor)與磁化的強度的效果高。在此，去磁因數係以薄膜的形狀所決定的外部因子；磁化的強度係相當於軟磁性膜的Bs。因此，如上所述，Hk與軟磁性膜的Bs是有相關的。但是，在這方面的考慮，為了高Hk而高Bs是有必要，變成跟以往的高Bs軟磁性合金的必要性相同。
在此，進行發現除了Bs外影響到Hk的因子的檢討。在後述的實施例、比較例中，關於若干的軟磁性非晶質合金組成，製作濺鍍膜，評量Hk的結果，如以往所考慮的，以高Bs得到高Hk，但是在一部份的組成中發現到Hk變得極端地小的現象。關於該結果在詳細地解析過後，明瞭到特別是在因濺鍍而成膜時的基板的溫度中，Bs幾乎為零之組成，如上所述Hk變得極端地小。
由上述，考慮到了不是在以往那樣的室溫的Bs，縮小成膜時的溫度的Bs之從室溫開始的下降幅度是為重要。亦即，適用在室溫的Bs為低，但是在濺鍍成膜時的溫度為約150℃的溫度，從室溫開始的Bs的下降幅度小的合金，暗示到了具有高Hk的同時可以縮小「滲寫」。根
據這樣的思想，檢討在室溫的Bs為0.3~1.2T的話是比以往的軟磁性膜還要低，而且，在相對於室溫的Bs之在150℃的Bs的下降幅度小的合金，完成了本發明。
尚且，作為評量相對於室溫的Bs之在150℃的Bs的下降幅度的指標，使用了(150℃的Bs)/(室溫的Bs)×100%。亦即，表示該Bs比為越接近100%之較大的值的話，因溫度上升所致Bs的下降幅度越小。以下，簡單記為「Bs比」。
本發明之合金，係滿足數學式(1)：0≦Fe%/(Fe%+Co%)≦0.5。上限值更正確為0.50。在本合金中，Fe及Co係為了使記錄膜的磁化安定，用以維持最低限度之必要的磁化之元素；Bs與Fe%/(Fe%+Co%)的行徑被表現在所謂的斯雷特-鮑林曲線(Slater-Pauling curve)等。本發明中最重要的真知灼見，係發現到以如上述作為高Bs比的方式，在室溫下既使比較低的Bs的軟磁性膜也可以得到高Hk，更進一步經由降低Fe%/(Fe%+Co%)，發現到可以保持高Bs比。
有關具有非晶質構造的本合金之該現象的詳細原因不明，不過是有考慮到與Fe原子與Co原子的3d電子的軌道分布有關。特別是，Fe%/(Fe%+Co%)超過0.5的話，得不到充分的Bs比。尚且，一般在垂直磁記錄媒體中的軟磁性膜之間，事先插入薄的Ru膜，利用軟磁性膜與Ru膜的反鐵磁性偶合，具有對硬碟使用環境下之來自外部的弱雜訊磁場之耐受性。因為有使用Fe來改善該反鐵磁性偶
合之情況，含有某種程度的Fe為佳的情況是較多的。但是，因為高Bs比所以減少Fe為佳。因此，Fe%/(Fe%+Co%)之較佳範圍，係超過0%為0.45%以下者，更佳為0.1%以上0.40%以下者。
本發明之合金，係滿足數學式(2)：5≦Ti%+Zr%+Hf%+V%+Nb%+Ta%+B%/2。在本合金中，Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、B係用以提高非晶質性之元素；這些合計未滿5的話無法得到充分的非晶質性。尚且，使用結晶質的合金的話，遺憾有來自磁記錄媒體所產生的雜訊之原因。但是，B為非晶質促進效果特別高之元素，以其他元素之一半的添加量可以得到同等近似的效果，所以在合計的數學式中，B僅使用1/2的值。為了得到充分的非晶質性，較佳為9%以上，更佳為13%以上。
本發明之合金，係亦滿足數學式(3)：0.3≦0.813×Fe%/(Fe%+Co%)-0.062×TNM+1.751≦1.2。下限值及上限值更正確的話分別為0.30及1.20。在本合金中，Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Ni、Cu、Al、B、C、Si、P、Zn、Ga、Ge、Sn，任一個皆為使Bs減低的元素。本合金系的Bs為大致近似於「0.813×Fe%/(Fe%+Co%)-0.062×TNM+1.751」。尚且，該數學式係在後述的實施例中，把在0≦Fe%/(Fe%+Co%)≦0.50的範圍所得到的Bs，利用Fe%/(Fe%+Co%)與TNM做多元迴歸分析(multiple regression analysis)的結果，是為以高相關係數所得之數學式；以把該數學式的值定在0.3~1.2的範圍
的方式，0.3~1.2T的話，是得到比起以往的軟磁性膜具有比較低的Bs之軟磁性合金。但是，未滿0.3的話無法得到充分的Hk，超過1.2的話會跟以往的高Bs的軟磁性膜同樣，「滲寫」會變大。又，因B所致減低Bs的效果，係因為只要其他元素約一半的緣故，所以算出TNM方面B僅使用1/2的值。尚且，較佳的是0.4~1.1，更佳為0.5~1.0。
以下，有關本發明藉由實施例具體說明。
於表1表示在組成下利用氣體霧化(gas atomized)法所製作出的合金粉末。熔解母材為25kg，在已減壓的Ar環境氣體中感應熔解，從直徑8mm的注口倒出合金熔液，之後馬上噴霧高壓的Ar氣體做霧化。把該粉末分級到500μm以下，使用作為HIP成形(熱均壓)的原料粉末。HIP成形用柸料，係充填原料粉末到直徑200mm、長度100mm的碳鋼製的罐之後，真空脫氣、密封而製作出的。把充填過該粉末之柸料，以成形溫度為1000℃、壓力為120MPa、保持時間為2小時的條件下進行HIP成形。之後，由成形體製作出直徑95mm、厚度2mm的濺鍍靶材。使用該濺鍍靶材製作出薄膜。
將腔室內真空排氣到1×10-4Pa以下，純度為99.99%的Ar氣體投入到氣壓為0.6Pa，進行濺鍍。使薄膜以1.5μm的厚度產生在玻璃基板上。尚且，在濺鍍時，經由
濺鍍氣體的電漿照射，薄膜產生中的基板的溫度達150℃左右。有關該薄膜試料，使用VSM(振動試樣磁力計)測定在室溫(30℃)及在150℃的Bs，評量相對在150℃的Bs之在30℃的Bs的百分比(以下，記為「Bs比」或「(在150℃的Bs)/(在30℃的Bs)×100%」))。
更進一步，針對薄膜面，也測定各自磁化在垂直方向及平面方向上的B-H曲線，關於各自的方向，用以使磁化飽和之必要的施加磁場的差，亦即，把從在垂直方向上之必要的施加磁場減掉在平面方向上之必要的施加磁場的結果，作為因磁化方向所致向異性磁場Hk，進行評量。結晶構造係利用X射線繞射進行評量。X射線源為Cu-kα射線，掃描速度為4°/min，進行測定。在該繞射圖案中，沒看到結晶質的波峰的話給○，看到結晶質的波峰的話給×，來評量結晶構造適當與否。
如表1所示，No.1~22係本發明例，No.23~35係比較例。
首先，實施例之數學式(3)「0.813×Fe%/(Fe%+Co%)-0.062×TNM+1.751」的值，係一致表示出室溫的Bs為良好，本數學式為有效，在本數學式的值為0.3~1.2下，比以往的軟磁性膜還要低，確認得到具有0.3~1.2T的Bs的合金。尚且，如比較例No.25、26之Fe%/(Fe%+Co%)為
大，對有關脫離本發明範圍的組成來說，本數學式不為有效。
接著，本發明例No.7~16，係把Fe%/(Fe%+Co%)固定在0.3的基礎上，把使Bs下降的TNM變化在13~27，使室溫的Bs變化在0.34~1.18之試料。這些試料的Hk係同時與Bs變化，比起以往所知的「以高Bs得到高Hk的現象」，也確認到如本發明那樣未滿1.2T，比以往還低的Bs範圍。
在此，以本發明例、比較例展示本發明的重點。本發明例No.3、5、6、12、18、21及比較例No.23~29，係顯示出無論哪一個在室溫皆是為0.7T左右的Bs，比以往的軟磁性膜還低。但是，本發明例No.3、5、6、12、18、21的Hk係為550A/m以上，是為較大；相對於此，比較例No.23~29的Hk係90A/m以下，顯著較低，在150℃ Bs幾乎為零之比較例No.26的Hk是極端地低。
更進一步，確認到這些試料的Hk的大小明確是與Fe%/(Fe%+Co%)為逆相關，與Bs比為正相關。有關該現象的理由並無定論，但是，推測薄膜也在濺鍍時受到來自外部的磁場，所以是有影響在150℃前後的溫度下成膜之際的磁化行徑。如此，除了從以往所知的「以高Bs得到高Hk的現象」之外，發現到「以作為大的Bs比得到高Hk」之現象。又，也明白到以設定Fe%/(Fe%+Co%)成較低的方式，得到高Bs比的合金。
以下，說明有關各個比較例。比較例No.23~29，係
無論哪一個Fe%/(Fe%+Co%)皆超過0.50的緣故，Bs比為低，Hk為低。比較例No.30~32係非晶質促進元素的合計為低的緣故，確認到了X射線繞射的結果、結晶波峰。比較例No.33係室溫的Bs為低的緣故，Bs比為低，Hk為低。
更進一步，詳細說明有關比較例No.34、35。使直徑1mm、長度10mm的棒狀鐵氧磁體(ferrite magnet)的端部接觸到本發明例No.7、10、12及比較例No.34、35的薄膜中央後拿掉，在從接觸過鐵氧磁體的位置起算離開10mm的薄膜表面，利用磁強計(gaussmeter)測定殘留磁化，此時，令本發明例No.12的殘留磁化為1.0的話，本發明例No.10為1.2，本發明例No.7為1.5，比較例No.34、35皆為2.5。如此，比較例No.34、35係顯示出在室溫的Bs為高的緣故，拿掉外部磁場後在較廣的範圍受到磁影響，「滲寫」為大。
相對於此，本發明例No.1~22，係明白到室溫的Bs為0.3~1.2T，比以往的垂直磁記錄媒體之軟磁性膜還要低，而且，相對於室溫的Bs之150℃的Bs的比例為高的緣故，具有高Hk。
Claims (8)
- 一種用於垂直磁記錄媒體內的軟磁性薄膜層之合金，前述合金為以at%，包含：1種或是2種以上之Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Ni、Cu、Al、B、C、Si、P、Zn、Ga、Ge、Sn；剩餘部分Co、Fe；以及，不可避免的雜質；全部滿足下述的數學式(1)~(3)：(1)0≦Fe%/(Fe%+Co%)≦0.5(2)5≦Ti%+Zr%+Hf%+V%+Nb%+Ta%+B%/2(3)0.3≦0.813×Fe%/(Fe%+Co%)-0.062×TNM+1.751≦1.2(數學式中，Fe%/(Fe%+Co%)為Fe的含量、與合計Fe與Co的含量之比；TNM為Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Ni、Cu、Al、B、C、Si、P、Zn、Ga、Ge、Sn的添加量的合計%，但是，使用B僅為1/2倍的值)。
- 如請求項1之合金，其中：前述合金為實質上由下述來組成：1種或2種以上之Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Ni、Cu、Al、B、C、Si、P、Zn、Ga、Ge、Sn；剩餘部分Co、Fe；以及，不可避免的雜質。
- 如請求項1之合金，其中：前述合金為僅由下述來組成：1種或2種以上之Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Ni、Cu、Al、B、C、Si、P、Zn、Ga、Ge、Sn；剩餘部分Co、Fe；以 及，不可避免的雜質。
- 一種利用如請求項1所記載的合金所構成之軟磁性薄膜層。
- 一種具有如請求項1所記載的軟磁性薄膜層之垂直磁記錄媒體。
- 一種利用如請求項1所記載的合金所構成之濺鍍靶材。
- 一種利用如請求項6所記載的濺鍍靶材所成膜之軟磁性薄膜層。
- 一種具有如請求項7所記載的軟磁性薄膜層之垂直磁記錄媒體。
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