WO1996027187A1

WO1996027187A1 - Support d'enregistrement magnetique et dispositif de stockage magnetique

Info

Publication number: WO1996027187A1
Application number: PCT/JP1995/000297
Authority: WO
Inventors: Tomoo Yamamoto; Nobuyuki Inaba; Kazusuke Yamanaka; Emi Mangyo; Masaaki Futamoto; Yuzuru Hosoe
Original assignee: Hitachi, Ltd.
Priority date: 1995-02-27
Filing date: 1995-02-27
Publication date: 1996-09-06
Also published as: JP3222141B2

Description

明細書磁気記録媒体及び磁気記憶装置技術分野

こ発明は、磁気ドラム、磁気テープ、磁気ディスク、磁気カード等の磁気記録媒体及び磁気記憶装置に係り、特に超高密度記録に適した薄膜型磁気記録媒体及びこれを用いた磁気記憶装置に関する。背景技術

近年、計算機が広く一般に浸透した結果、高度情報化社会が発達し、個人で扱う情報量は増加の一途を迪つている。これに伴い、外部記憶装置の小型大容 *化、高速アクセス化、低ビットコスト化は必要不可欠な課題となっている。特に、磁気ディスク装置は情報の書き換えが可能で、記録情報へのアクセスが高速であり、しかも大容量に適しており、外部記憶装置の主流であると言える。実際これまでに面記録密度を 1 0年で約 1 0倍のトレンドで高密度化し、磁気ディスク装置は外部記憶装置の主流であり続けている。磁気記憧装置に用いられる磁気記録媒体としては、酸化物磁性体の粉末を基板上に塗布した塗布型磁気記録媒体と、金属磁性体の薄膜を基板上に蒸着又はスパッタリングした薄膜磁気記録媒体とが知られている。この薄膜磁気記録媒体は、塗布型磁気記録媒体に比べて記録膜中の磁性体の密度が高くよリ高密度の記録に適している。そのため、例えば磁気デイスク装置ではその大半が薄膜磁気記録媒体を用いている。

薄膜磁気記録媒体の一般的な構造としては、特開昭 6 2 - 2 2 6 4 1 4号、特開昭 6 3 - 2 0 1 9 1 1号に記載されるような基板上に、下地膜、磁性膜、保護膜を順次積層した構造がよく知られている。また、最近、よリ優れたノイズ特性を有する媒体として、特開昭 6 3 - 2 4 1 7 1 7号、特開平 1— 1 7 3 3 1 3号に記載されるような基板上に下地膜を形成し、この上に磁性層と非磁性中間層とを交互に積層する多層磁気記録媒体が知られている。

磁気ディスク装置の記憶容量を増大するためには、薄膜磁気記録媒体の保磁力を高くする必要がある。この保磁力を高くする手法として、下地膜や磁性膜の成膜時に基板に負のバイアス電圧を印加し、成膜と同時に基板面にスパッタガスを衝突させるバイアススパッタリング法が最近注目されている。これらは例えばアイ ·ィ一 ·ィ一トランザクションオンマグネテイクス、 2 6巻、 1 2 8 2頁、 1 9 9 0発行や、日本応用磁気学会誌、 1 6巻、 5 4 1頁、 1 9 9 2年発行に記載されている < 今後、 1平方インチ当たり 1ギガビット以上の高密度記録を実現するには、ビット境界からの反磁界を小さくするために、磁気記録媒体の残留磁束密度と磁性体の膜厚の積（以下、残留磁束密度磁性体膜厚積と略記する）を 1 5 0 G · μ πι以下にすることが必須条件である。このとき保磁力は、最低でも 2 0 0 0 0 eを確保する必要がある。さらに、保磁力を高くできても、媒体のノイズを小さくできなければ、結果として記録再生特性が不充分となり、磁気記録媒体として使用できない。従来の手法のみでは上記の条件を満足することは非常に困難である。

この問題を解決するため、本願発明では、磁性膜の結晶成長を制御する下地膜を改良し、さらに磁性膜との結晶の整合性を高め、これにより磁性膜の保磁力を高め、媒体ノイズを小さくする。従来の技術では、下地膜と磁性膜の結晶格子の整合性についてはいずれも言及されていないこの整合性の向上により優れた記録再生特性を有する磁気記録媒体を提供できる。

磁気記録媒体の残留磁束密度膜厚積が 1 5 0 G · μ πι以下になると、従来の誘導型磁気へッドゃ磁気抵効果を用いて再生する記録再生分離型ヘッドでは、感度が必ずしも充分ではない。そこで、さらに再生感度の高いヘッドを使用することが望ましい。また、信号変調 Z復調回路も高密度記録に対応する方式がより好ましい。

本発明の第 1の目的は、保磁力が高く高密度記録時における媒体のノィズが小さな磁気記録媒体を提供することにある。また、本発明の第 2 の目的は、磁気記録媒体の特性を充分に活かすした大容量の磁気記憶装置を提供することにある。発明の開示

上記第 1の目的は、非磁性基板上に立方晶からなる下地層、六方晶からなる磁性層を少なくとも順次形成する磁気記録媒体（面内記録媒体）において、その残留磁束密度膜厚積が 1 0 G · μ πι以上 1 5 0 G · m 以下、保磁力が 2 0 0 O O e以上であり、磁性層は C oを主たる成分とし、磁性層の c軸長が 4 . 1 0 5オングストローム以上であり、下地層の a軸長の長さの（ 2 ) 倍が磁性層の c軸長よりも 0 . 1 %以上 1 . 5 %以下の範囲で大となる構成によって達成される。

下地膜の膜厚は、磁性膜の結晶粒径を小さくするために 5 0 n m以下であることが好ましく、 2 8 n m以下であることがよリ好ましい。但し、下地膜の膜厚が 1 n m以下であると良好な結晶成長ができず好ましくない

磁気記録媒体の磁性膜は一軸異方性を有することが好ましく、稠密六方格子の結晶構造をもつ C oでは c軸が磁化容易軸となり、この c軸方向に一軸異方性を有する。この c軸の方向を下地膜により制御して、優れた記録再生特性をもつ磁気記録媒体を作製する。

磁性膜である C 0の c軸の方向の制御のためには、下地膜は体心立方格子を有する結晶であることが好ましいが、下地膜は面心立方格子及び N a C 1 ¾の結晶であっても、 C 0の c軸の方向の制御は原理的には可 271

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能である。体心立方格子の構造をもつ下地膜としては、 V、 C r、 Z r、 Nb、 Mo、 H f 、 T a、 Wから選ばれた少なくとも 1種を主たる成分とすることが好ましい。また、これらを合金として用いる場合には、 C r一 P、 C r一 T i、 C r一 V、 C r一 Z r、 C r一 Nb、 C r— Mo、 C r一 H f 、 C r— T a、 C r一 W、 C r一 F e、 Mo— Nb、 Mo - P t、 Mo— Ge、 W— T a、 W— S i等が特に好ましいが、下地膜の結晶が体心立方格子を呈していれば、これら組成に限定するものではない。

下地膜の a軸長の長さの、f 2) 倍を、磁性層の c軸長よりも 0. 1 %以上 1. 5%以下の範囲で大とする手法としては、上述したような下地膜に別の元素を添加する合金化の他に、成膜時に基板側にも電圧を印加するバイアススパッタリングを採用できる。むろんバイアスの印加の手法としては、 DCバイアス、 RFバイアスのどちらを用いてもよい。バイアススパッタリングを行って作製した膜の特徴としては、バイアススパッタリングを行わずに作製した膜に比べ、膜中から検出されるスパッタガスの濃度が高くなる。バイアススパッタリングを行って作製した膜から検出されるスパッタガスの澳度は、およそ 1 00 p pm以上である。

下地膜の a軸長の変化させる調整方法としては、上記の他に、スパッタガスを H e、 N e、 A r、 K r、 Xe、 Rnと変えて成膜する、スパッタ時のガス圧力、基板温度、成膜時の投入電力、成膜レート等成膜条件を変更する手法もある。成膜条件を変化させた場合にも、膜中から検出されるスパッタガスの濃度が変化する力、'、バイアススパッタリングを行なう場合ほど取り込まれない。

以上説明した下地膜の a軸長を調整する手法を、磁性層の c軸長を 4. 1 05オングストロ一ム以上にするための手法として用いてもよい。媒体ノイズを小さくするために磁性層の組成を、 C o C r T a、 Co C r P t、 Co S i T a、 C o S i P t、 C oC r P t T a, C o C r T a S i、 CoC r P t S i、 C o C r T aB、 C oC r P t Bとすることが特に好ましい。

磁性層は、単層又は多層とするが、磁性層を多層構造とする場合には、磁性層の間に非磁性中間層を設けるのが好ましい。非磁性中間層は上述の下地層と同様なアプローチで作製する。磁性層の組成が 1層目と 2層目の組成が異なる場合には、非磁性中間層はその上に成膜される磁性層との関係で a軸長を決める必要がある。さらに、磁性膜の組成が 1層目と 2層目が同じ場合にも、非磁性中間層と下地層の組成又は成膜条件を変えてもよい。

基板と下地層の間には下地制御膜を設けてもよい。下地制御膜としては、 P、 N i、 V、 C r、 Z r、 Nb、 Mo、 H f 、 T a、 Wから選ばれた少なくとも 1種を主成分とすることが好ましい。また、これらの元素を合金として用いる場合には、 N i— P、 C r一 P、 C r— T i、 C r—V、 C r一 Z r、 C r一 Nb、 C r一 Mo、 C r— H f 、 C r— T a、 C r— W、 C r— F e、 Mo— Nb、 Mo— P t、 Mo— Ge、 W — T a、 W-S 〖等が、下地膜の結晶配向を制御する上で特に好ましい。上記第 2の目的は、本発明の媒体と、少なくとも磁極の一部に 1. 2 T以上の飽和磁束密度を有する磁性材料を用いた記録専用の誘導型磁気へッドと、巨大磁気抵抗素子を備える再生専用の磁気抵抗効果へッドとを組み合わせた磁気へッドを使用して達成される。磁気へッドに対する入力信号及び出力信号を波形処理する記録再生信号処理手段は、最尤符号による信号処理回路、及び巨大磁気抵抗効果を利用した磁気へッドの再生信号の非対称性を修正する回路を含み、磁気へッドが搭載されるスライダの浮上高さを 0. 05 m以下にすることが好ましい。

下地膜は、磁性膜の結晶成長の制御のために設けている。例えば、下地膜に体心立方構造をもつ C rを用い、磁性膜に稠密六方構造をもつ C o系合金を用いた場合、下地膜と磁性膜の間には、（ 1 ) C r ( 1 00 ) 面が基板と平行に成長し、 Co ( 1 1 0) 面がェピタキシャル成長する、 (2 ) C r ( 1 1 0 ) 面が基板と平行に成長し、 C o ( 1 00) 面、 C 0 ( 00 1 ) 面、 Co ( 1 0 1 ) 面がェピタキシャル成長する、というェピタキシャル成長の関係がある。これは下地膜、磁性膜が上記の（ 1 ) 、（ 2) の関係で成長したときに、それぞれの面の格子定数が最も近くなるためである。この関係をうまく利用して磁性膜の結晶成長を制御できる。

磁性膜は一般的には純粋な C 0のみでは用いられず、保磁力の向上又は記録再生特性のノイズの低下を目的として、例えば、 C r、 T a、 P t等の元素が添加される。純粋な C oの c軸長（（00 1 ) 面の面間隔）は 4. 046オングストロームである力、'、上記の元素を添加した場合には c軸長は大きくなる。すなわち、上記の元素の添加により磁性膜の格子が大きくなる。従って、前述した下地膜との格子の整合性が合わなくなり、磁性膜の結晶成長（配向）の制御ができなくなる。そこで、下地膜の格子の大きさも磁性膜の格子の大きさに合わせて調整する必要がある。

また、下地膜の格子の大きさと磁性膜の格子の大きさを同じにするよりは、下地膜の格子の大きさを、 0. 1 %以上 1. 5%以下の範囲で大きくする方力、'、保磁力は高くなリ、ノイズが小さくなる。この範囲よりも格子を大きくすると、逆に保磁力は劣化し、ノイズは大きくなる。この理由は明確ではないが、格子に歪みを与えたことによって、磁気歪みが程好く誘起されたためと考えられる。格子の歪みをさらに大きくするために、下地膜の格子の大きさをさらに大きくすると、上述した下地膜と磁性膜の整合性が悪くなリ、ェピタキシャルな関係が壊れ、結晶成長 (配向）の制御ができなくなる。そのために、下地膜の格子の大きさを 0. 1 %以上1. 5%以下の範囲で大きくすることが好ましい。下地膜及び磁性膜の格子の大きさを制御する手法としては、（ 1 ) 別の元素を添加して合金化する、（ 2) バイアススパッタリングを行う (磁性膜中にスパッタガスが取り込まれ、実質的な基板温度の上昇を伴う）、（ 3 ) スパッタガスを H e、 N e、 A r、 K r、 Xe、 Rnと変えて成膜する、（それぞれのガスを 1 00%の純ガスとして用いず、混合ガスとしてもよい。ガスの種類によって原子半径が異なるため、膜中に取り込まれた際に格子の歪みが変化する）、（4) スパッタ時のガス圧力、基板温度、成膜時の投入電力、成膜レート等の成膜条件を最適化する、等がある。この他にも様々な手法が考えられるが、基本的には下地層が実質的に立方格子の結晶構造をもつ結晶粒からなり、磁性膜は実質的に稠密六方格子の結晶構造をもつ結晶粒からなるという条件を遵守すれば、どのような手法を用いてもよい。さらに、下地層は、体心立方格子の結晶構造であることが好ましいが、原理的には面心立方格子及び NaC 1型の結晶構造でもよい。

磁性膜の c軸の配向は、面内に寝かせる、つまり基板と平行に c軸を向かせる必要がなく、一部垂直に立っているものが混在してもよい。本発明では下地膜と磁性膜の結晶格子の大きさの関係の一つの目安として、基板と平行な C r ( 1 00) 面が C 0 ( 1 1 0 ) 面とェビタキシャル成長する点に着目し、これを規定するものである。つまり、結晶のある特定の軸のみが大きくなったのではなく、結晶全体が大きくなったと考え、この関係にある下地膜と磁性膜の結晶格子が大きくなれば、他の面の結晶格子も大きくなリ、そちらの面の整合性も向上していると考える。ただし、結晶の全ての軸が同じ割合で大きくなっているかは不明である。通常の X線等の評価方法では、基板と平行な面の下地膜の a軸長の測定は困難であるため、上記理由から基板と平行な面と垂直な a軸長を測定して代用することができる。平面 TEM (透過電子顕微鏡）像の D i f f r a c t i 0 nパターンから、本来知りたい基板と平行な面の下地膜の a軸長を測定できる。

本発明の磁気記録媒体では、保磁力を 200 OO e以上に保持したまま、残留磁束密度膜厚積を 1 50G · 以下にでき、高い SZN (信号対雑音比）を確保できる。しかし、残留磁束密度膜厚積を 1 0G · μ mよリ小さくすると、熱揺らぎの影響が大きくなり著しく保磁力が劣化する。しかも、残留磁束密度膜厚積を 1 0G · tm以下とすると、あまリにも再生出力が小さくなり好ましくない。

下地膜の結晶粒径の大きさは、ほぼ磁性膜の結晶粒径を決定し、ノィズを小とするには下地膜の結晶粒径を小さくした方がよい。下地膜の結晶粒径を制御するためには、組成や成膜条件にもよるが、膜厚も大きな要因の一つである。あまり膜厚を厚くし過ぎると、結晶粒が肥大化するので、下地膜の膜厚は 1 nm以上 50 nm以下が好ましい。さらに、 1 nm以上 28 nm以下とする方がより好ましい。

媒体ノイズを小さくするために磁性層の組成は、 C o C r T a、 C o C r P t、 C o S i T a、 C o S i P t、 C o C r P t T a、 C o C r T a S i、 C oC r P t S i、 C oC r T a B、 C oC r P t Bとすることが特に好ましい。

本手法を用いて作製する媒体の構造は、下地層、磁性層、保護層といつた磁性層が单層である構造だけではなく、下地層、磁性層、非磁性中間層、磁性層、非磁性中間層、 ……、保護層とする多層構造であってもよい。多層磁性構造では個々の磁性層を薄くし、磁性層間に膜厚 0. 1 nm以上の非磁性中間層を介在させて、結晶粒を微細化したまま磁性層を積層でき、しかも実質的に各層をほぼ独立とみなせるまでに交換相互作用を低減できる。この場合には、磁性層間の磁気的な相互作用も弱めることもでき、ノイズを統計和に従って減少でき、単層媒体に比べてさらに低ノイズ化を実現できる。出力に関しても、磁性層を多層積層して再生出力を高めることができる。非磁性中間層は上述した下地層と同様なアプローチで作製すればよい < 磁性層の 1層目と 2層目の組成が異なる場合には、非磁性中間層はその上に成膜される磁性層との関係で a軸長を決める必要がある。さらに、磁性膜の組成が 1層目と 2層目が同じ場合にも、ノイズの低減等を目的に、非磁性中間層と下地層の組成又は成膜条件を変えてもよい。

基板と下地層の間には、下地制御膜を設けてもよい。例えば、下地膜の組成や成膜条件を同じにしても、基板を変えることによって結晶配向性等が変化することがある。逆に、基板を同じにしても下地膜の組成や成膜条件を変化させることによつても、結晶配向性等が変化することがある。このような現象を極力なくすためには、下地制御膜を設けることが有効である。

本発明の媒体と、少なくとも磁極の一部に 1 . 2 T以上の飽和磁束密度を有する磁性材料を用いた記録専用の誘導型磁気へッドと、巨大磁気抵抗素子を備える再生専用の磁気抵抗効果へッドを組み合わせた磁気へッドを用いることにより、高品位の再生出力が得られ、従来に比べて 2 倍以上の大容量磁気記憶装置を実現できる。

これは、少なくとも磁極の一部に 1 . 2 T以上の飽和磁束密度を有する磁性材料を用いた記録専用の誘導型磁気へッドでは、飽和磁束密度が 1 . 0 T程度である従来の磁気ヘッドに比べ記録磁界が大きくなり、高い保磁力の媒体でも充分な記録が可能となり、オーバーライト特性が著しく向上する。これは記録磁界が急峻になり媒体ノイズが低く抑えられたことによる。さらに、巨大磁気抵抗効果を利用した再生専用の磁気へッドでは、従来の誘導型磁気へッドに比べ 5倍以上の再生出力が得られることも大きな要因の一つである。この磁気記録媒体と磁気へッドの組み合わせに、さらに最尤符号による信号処理回路、及び巨大磁気抵抗効果を利用した磁気へッドの再生信号の非対称性を修正する回路を組み合わせ、磁気ヘッドが搭載されるスライダの浮上高さを 0 . 0 5 μ πι以下とすることにより、従来に比べて 3倍以上の大容量磁気記憶装置を実現できる。

本発明の磁気記録媒体は、 C oを主たる成分とする磁性膜を用い、 h c p構造を呈する該磁性膜の c軸長を 4 . 1 0 5オングストローム以上とし、立方晶からなる下地膜の a軸の長さの 2 ) 倍を磁性膜の c軸長よりも 0 . 1 %以上1 . 5 %以下の範囲で大きくすることにより、残留磁束密度膜厚積が 1 5 0 G · μ πι以下となっても、 2 0 0 0 Ο e以上の高い保磁力を有し、高密度記録に対応する記録再生特性を実現できる。さらに、この磁気記録媒体と少なくとも磁極の一部に 1 . 2 T以上の飽和磁束密度を有する磁性材料を用いた記録専用の磁気へッド、巨大磁気抵抗効果を利用した再生専用の磁気へッド、最尤復号による信号処理回路、及び巨大磁気抵抗効果を利用した磁気へッドの再生信号の非対称性を修正する回路を組み合わせ、磁気へッドのスライダの浮上高さを 0 . 0 5 μ πι以下とすることにより、高品位な再生出力、及び極めて低いェラーレー卜が得られ、従来の磁気記憶装置に比較して大容量高密度の磁気記憶装置が得られる。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明による磁気記録媒体の一実施例の断面を模式的に示す図であり、第 2図は、実施例 1の磁気記録媒体での磁性膜の X線回折図であり、第 3図は、実施例 1の磁気記録媒体の保磁力と下地膜の、f 2 ) aの関係を示す図であり、第 4図は、本発明による下地膜 C rに添加する元素濃度と、f 2 ) aの関係を示す図であり、第 5図は、実施例 2の磁気記録媒体の磁性膜の c軸長と保磁力の関係を示す図であリ、第 6図は、本発明による磁気記録媒体の下地膜の a軸長を、スパッタガスの変更により、変化させた下地膜の X回折図であり、第 7図は、本発明による磁気記録媒体の下地制御膜の有無による結晶配向性の相違を示す X回折図であり、第 8図、第 9図はそれぞれ、本発明の記録再生分離型磁気ヘッドの構造を示す模式的に示す図であり、第 1 0図は、本発明の磁気記憶装置の構造を示す模式的に示す図であり、第 1 1図は、記録再生信号処理系の一例を示すプロック図である。発明を実施するための最良の形態

本発明をより詳細に説明するために、添付の図面に従ってこれを説明する。なお、本実施例に示す磁気記録媒体の残留磁束密度膜厚積は全て 1 50G · m以下であり、残留磁束密度膜厚積は以下の各実施例では、 1 00 G · μπιから 1 20 G · μπιの範囲であった。（実施例 1 ) 本発明による磁気記録媒体の一実施例の断面図を第 1図に示す。以下に本実施例の磁気記録媒体の作製方法を述べる。外径 951111110の1^ 1 一 Ρメツキ A 1合金からなる基板 1 1に、 R F 30 Wにて 1 0秒間の条件でエッチングを施した後、基板温度を 300°C、 A rガス圧力を 2. 5mT o r r、投入電力密度を 5 WZ c m²とする成膜条件で、 DCマグネトロンスパッタリング法により下地層 1 2、 1 2' として C r—x a t % T i (x = 0、 5、 1 0、 1 5、 20 ) を 50 n m成膜した。次いで、同成膜条件のもとで、磁性層 1 3、 1 3' として C o— 1 9 a t %C r— 8 a t % P tを 25 n m成膜し、最後に保護層 1 4、 14' として Cを 1 0 nm成膜した後、ディップ法により 3 nmのパーフルォロアルキルポリエーテル系の潤滑層 1 5、 1 5' を形成した。

まず、本実施例で用いた C 0 - 1 9 a t % C r - 8 a t % P t磁性膜の c軸長を測定した。通常、 N i— Pメツキ A 1合金上に基板温度 30 0°Cで下地膜、磁性膜と順次形成した場合、磁性膜は稠密六方格子（h c p ) の結晶構造を呈し、その配向は基板と平行な面が（ 1 1 0 ) となる。つまり、 c軸が面内（基板と平行）にある状態となる。面間隔の測定は一般には X線の Θ - 20スキャン法を用いるが、本測定法では基板と平行な面の面間隔を測定するため、 c軸の長さが測定できない。しかも、基板に N i— Pメツキ A 1合金を用いると、丁度（ 002 ) 面の 2 0位置に N i—Pのピークが重なってしまう。そこで、基板温度は 30 0°Cにし、ガラス基板上に直接磁性膜のみを成膜した試料を作製し、この試料の c軸長を測定した。測定結果を第 2図に示す。

第 2図から、（ 002 ) 面の面間隔が 2. 054オングストロームであることがわかる。従って、 c軸の長さはこの 2倍の 4. 1 08オングス卜ロームとなる。

本磁性膜を用いて、下地層の C rに T iの添加濃度を変えて作製した媒体の保磁力を調べて見ると、第 3図に示す結果となった。 T iの添加濃度が 10 a t %で保磁力は最大値を示している。これを下地膜の（ 2 ) a (体心立方格子（ b c c ) 構造の a軸の（ 2 ) 倍）との関係を調べて見ると、下地膜の（^2 ) aは 4. 1 38オングストロームである。およそ磁性膜の c軸長よりも 0. 73%大きい。さらに下地膜の ( 2) aを大きくしていくと、下地膜の、f 2) aが磁性膜の c軸長よりも 1. 5%以上大きくなると、保磁は 2000 (0 e ) よりも低くなる。

以上の結果から、少なくとも基板と平行な面に垂直な下地膜（立方晶）の a軸の長さの 2) 倍が、磁性膜（六方晶）の c軸長よりも 0. 1 %以上 1. 5%以下の大きさのときに、保磁力が高くなることがわかつた。

なお、先に示した実施例では下地膜の C rに T i を添加して、基板と平行な面に垂直な a軸長を大きくしたが、代表的な元素として第 4図に示すように Mo、 W、 Vを用いても同様な結果となることがわかる。また、この他にも Z r、 H f 、 Nb、 T a、についても同様な結果が得られた。主成分である C rは b c cの結晶構造を呈し、この結晶構造が崩れない程度に他の元素を添加する限りには、如何なる元素を用いて a軸長を大きくしてもよい。さらに言えば、主成分を C rに限定する必要はなく、例えば C rと同じ b c c構造を呈する V、 Z r、 Nb、 o, H f 、 T a、 Wを主成分としてもよい。合金下地膜を用いる場合には、 C r— P、 C r— T i、 C r一 V、 C r一 Z r、 C r一 Nb、 C r一 Mo、 C r一 H f 、 C r— T a、 C r一 T a、 C r— W、 C r— F e、 Mo— Nb、 Mo— P t、 Mo— Ge、 W— T a、 W— S i等が結晶を制御する上で特に好ましい。

また、磁性層の結晶配向を制御する上では、 b c c構造のみが有効であるのでなく、例えば面心立方格子（ f c c ) や N aC 1型の結晶構造のものであってもよい。

(実施例 2 )

実施例 2の媒体として、実施例 1と同様な第 1図に示すような媒体を作製した。以下、本実施例の媒体の作製方法を詳細に説明する。外径 6 50 1110の1^〖ー？メッキ八 1合金からなる基板 1 1に、基板温度を 3 00°C、 A rガス圧力を 2. OmT 0 r r、投入電力密度を 6 WZ cm ²とする成膜条件で、 DCマグネトロンスパッタリング法によリ下地層 1 2、 1 2' を 2 5 nm成膜し、次いで磁性層 1 3、 1 3' を 20 nm、保護層 1 4、 1 4' を 5 nm順次形成した後、ディップ法により潤滑層 1 5、 1 5' を形成した。このとき、磁性層 1 3、 1 3' としては c軸長を変化させるために様々な組成のものを用いた。例えば、 C o— l 6 a t % C r - 4 a t % T a , C o— 1 6 a t %C r - 6 a t %T a、 C o - l 6 a t % C r - 8 a t % T , C o - 1 9 a t % C r - 8 a t % P t、 C o— 1 5 a t %C r— I 2 a t %P t、 C o - 1 9 a t %C r 一 1 2 a t % P t等を用いた。これら磁性膜を用いたときに実施例 1で示したように、立方晶からなる下地膜の a軸の長さの 2 ) 倍が、 h c p構造を呈する磁性膜の c軸長よりも 0. 1 %以上 1. 5%以下の大きさになるように、下地膜の組成を調整した。本実施例によリ作製した媒体の保磁力を第 5図に示す。第 5図から、 20000 e以上の保磁力を確保するためには、 c軸長が 4. 1 05ォングストローム以上必要であることがわかる。磁性膜の組成としては本実施例に示したものに限定する訳ではなく、 c軸長が 4. 1 05オングストローム以上あればいずれの組成のものでもよい。但し、媒体ノイズを小さくする上では、磁性膜組成を C 0 C r T a、 Co C r P t、 C o S i T a、 Co S i P t、 Co C r P t T a, C o C r T a S i、 C o C r P t S i、 C oC r T aB、 C o C r P t Bとした方がより好ましい。

立方格子を呈する下地膜の a軸長を大きくする手法として、元素添加によるものを説明してきたが、他の手法によっても可能である。その一例を第 6図に示す。第 6図は、 N i— Pメツキ A 1合金基板上に下地膜として C r - 1 5 a t %T iを成膜した媒体の X線回折の測定結果を示している。第 6図に示す回折チヤ一卜の下から順に、 1 ) スパッタガスに A rを用いた媒体（比較例）、 2) 下地膜成膜時に基板側に負の DC バイアスを 200 V印加して作製した媒体、 3 ) スパッタガスに K rを用いた媒体、 4 ) スパッタガスに X eを用いた媒体の結果を、それぞれ示している。上の 3つの媒体ではいずれも単なる A rで作製した媒体よりも、 C r T i ( 200 ) の 20角度が低角側へシフトしている。この結果を数値で第 1表に表す（第 1表中で、 Aはオングストロームの単位を示す）。

(以下余白）第 1表

A rで作製した媒体の 2 ) aは 4. 1 46オングストロ一ム、 A r を用いバイアスを印加した媒体では 4. 1 7 8オングストローム、 K r で作製した媒体では 4. 1 63オングストローム、 Xeで作製した媒体では 4. 1 97オングストロームである。以上のことから、基板バイァスの印加ゃスパッタガスの変更も下地膜の a軸長を調整するのに有効であることがわかる。また、スパッタガスに H e、 N e、 Rnを用いても、同様な効果が得られることは言うまでもない。

この内、 H eと N eは A rよりも a軸長を小さくする作用がある。その他にも、スパッタ時のガス圧力や、基板温度、成膜時の投入電力、成膜レート等下地膜の a軸長の調整には様々な手法を用いることができる。むろん磁性膜の c軸長を変化させる手法としても、これらの手法を使用できることは言うまでもない。ただし、 h c p構造の磁性膜の c軸長は 4. 1 05オングストローム以上とし、下地膜（立方晶）の a軸の長さの（^2 ) 倍が、磁性膜の c軸長よりも 0. 1 %以上 1. 5%以下の範囲で大きくなるように調整する必要がある。

なお、本発明の媒体を非磁性中間層を設けた多層磁気記録媒体に応用 1

1 6

することも充分に可能である。この場合には、非磁性中間層を上述した下地膜と同様なアプローチで作製すればよい。 1層目と 2層目の磁性膜の組成が異なった場合には、非磁性中間層としては上に成膜される磁性層との関係で a軸長を決める必要がある。さらに、磁性膜の組成が 1層目と 2層目が同じであっても、媒体のノイズ特性等の改善のために、わざと非磁性中間層の組成又は成膜条件を下地膜とは変えて、結果として a軸長を揃えるような手法を用いてもよい。

(実施例 3 )

実施例 3として下地制御膜の効果について述べる。以下に本実施例として作製した媒体（媒体の構造は第 1図と同じである）の作製法を説明する。外径 65mm0の強化ガラスからなる基板 1 1に、基板温度を室温、 A rガス圧力を 1. 7 mT 0 r r、投入電力密度を 6 W/ c m²とする成膜条件で、 DCマグネトロンスパッタリング法により成膜した C rの表面を僅かに酸化させた下地制御膜を設け、これを新たな基板 1 1 として用いた。本基板上に基板温度を 300°C、 A rガス圧力を 1. 7 mT o r r、投入電力密度を 6 W/cm²とする成膜条件で、 DCマグネトロンスパッタリング法にょリ下地層 1 2、 1 2' 、磁性層 1 3、 1 3' 、保護層 14、 14' を順次形成した後、ディップ法により潤滑層 1 5、 1 5' を形成した。このとき、下地層 1 2、 1 2' として C rを用い、磁性層 1 3、 1 3' としては C 0 - 1 6 a t % C r - 4 a t % T aを用いた。

第 7図に下地制御膜の有無による結晶配向性の違いを示す。第 7図から下地制御膜の有無により、結晶配向に大きな違いがあることがわかる下地制御膜を設けない媒体では、 C r ( 200 ) の X線強度が弱く、下地制御膜を設けた媒体では、 C r ( 200) の X線強度が強い。このように、下地制御膜を設けることによって、基板材質にかかわらず結晶配向性を制御できる。なお、これらの媒体のどちらの結晶配向が良いかは一概には言えず、記録密度（記録ビット長）や信号処理回路等を含めた装置の設計思想によって最適にする必要がある。

この下地制御膜の材料については、必ずしも下地膜と同じ組成に合わせる必要はなく、 P、 N i、 V、 C r、 Z r、 Nb、 Mo, H f 、 T a、 Wを主成分とすることが好ましい。また、これら元素を合金として用いる場合には、 N i— P、 C r— P、 C r一 T i、 C r一 V、 C r— Z r、 C r— Nb、 C r— Mo、 C r一 H f 、 C r— T a、 C r— T a、 C r 一 W、 C r— F e、 Mo— Nb、 Mo— P t、 Mo— Ge、 W— T a、 W— S i等が下地膜の結晶配向を制御する上で特に好ましい。

(実施例 4)

前記実施例 1及び実施例 2記載の磁気記録媒体の記録再生特性を、第 8図に略示する記録再生分離型磁気へッドを用いて測定した。記録用磁気ヘッドは、一対の記録磁極 8 1、 82とそれに鎖交するコイル 83力、らなる誘導型薄膜磁気へッドであり、磁極が飽和するのを回避するために磁極 8 1、 82の一部に 1. 2 T以上の飽和磁束密度を有する C 0 N 1 6等の磁性材料84、 85を用いている。 1. 2 T以上の飽和磁束密度を有する磁性材料は、一方の磁極のみに設けてもよいし、磁極全体を 1. 2 T以上の飽和磁束密度を有する磁性材料で作製してもよい。再生専用の磁気へッドは、 N i F eに N i O等を積層した巨大磁気抵抗効果素子 86と、電極となる導体層 87からなる磁気抵抗効果へッドであり、一対の磁気シールド層 88、 89によって挟まれている。この磁気へッドは磁気へッドスライダ基体 8 1 0上に設けられている。

記録再生特性の測定条件としては、線記録密度は 200 k FC I、トラック幅は 2 μπι、記録用ヘッドのギャップ長は 0. 4 μπ、再生用へッドのシールド間隔は 0. 3 μπι、磁気ヘッドのスライダの浮上高さは 0. 04 μ mとした。

このような記録再生条件のもとで測定した SZN (信号対雑音比）は、実施例 1の媒体では、 C r— 1 0 a t °/oT i下地膜のものが最も優れ、 26 dBを確保できた。これに対し、 C r下地の媒体では 20 d B程度しか得られなかった。また、実施例 2の媒体では、 c軸が最も大きい媒体が優れ、 28 d Bを確保できた。磁性膜の c軸長を 4. 1 05オングストローム以上とし、 h c P構造を呈する磁性膜の c軸長よりも立方晶からなる下地膜の a軸の長さの（ "2 ) 倍が、 0. 1 %以上 1. 5%以下の範囲で大きくした媒体では、優れた記録再生特性をもつことがわかつた。

なお、記録再生分離型磁気ヘッドとして、第 9図に示すような記録用の下部磁極と、再生用の磁気抵抗効果へッドを挟む磁気シールドの片側を兼用した層 92を設けた構造のへッドでも、同様な結果が得られた。第 9図において、 9 1は記録磁極、 93はコイル、 94は飽和磁束密度の大きな磁性材料、 95は巨大磁気抵抗効果素子、 96は導体層、 97 は磁気シールド層、 98はスライダ基体である。（実施例 5 )

磁気記憶装置の一例の上面図を第 1 0図（ a) に、その AA' 線断面図を第 1 0図（b ) に略示する。磁気記録媒体 10 1は、磁気記録媒体駆動部 1 02に連結する保持具によつて保持され、磁気記録媒体 1 0 1 のそれぞれの面に対向して、第 8図もしくは第 9図に略示する磁気へッド 1 03が配置される。磁気へッド 1 03は浮上高さ 0. 05 μπι以下で安定低浮上させ、さらに 0. 4 μπι以下のヘッド位置決め精度で所望のトラックに磁気へッド駆動部 1 05により駆動される。

磁気へッド 1 03によって再生した信号は、記録再生信号処理系 1 0 4によって波形処理される。記録再生信号処理系は、第 1 1図に示すような増幅器 1、アナログ等価器 2、 A Dコンバータ 3、ディジタル等価器 4、最尤復号器 5を含んで構成されている。巨大磁気抵抗効果を利用したへッドの再生波形は、へッドの特性によリ正と負の大きさが非対称となったり、記録再生系の周波数特性の影響を受けたりして、記録した信号とは異なった信号として誤読されることがある。アナログ等価器 2 は再生波形を整えて、再生波形を修復する機能を有する。この修復された波形を A Dコンバータ 3を通してディジタル変換し、ディジタル等価器 4によってさらに波形を整える。最後にこの修復された信号を最尤復号器 5によって、最も確からしいデータに復調する。以上の構成の再生信号処理系によって、極めて低いエラーレー卜で信号の記録再生が行われる。なお、等価器や最尤復号器は既存のものを用いてもよい。

以上の装置構成により、従来の磁気記憶装置に比べ 3倍以上の記憶容量を持った高密度磁気記憶装置を実現できた。また、記録再生信号処理系から最尤復号器を取り除き、従来の波形弁別回路に変えた場合にも従来に比べ 2倍以上の記憶容量を持つた磁気記憶装置を実現できた。以上の実施例では、ディスク状の磁気記録媒体とそれを用いた磁気記憶装置について例を述べてきたが、本発明は片面のみに磁性層を有するテープ状、カード状の磁気記録媒体、及びそれら磁気記録媒体を用いた磁気記憶装置にも適用できることは言うまでもない。

さらに、磁気記録媒体の作製方法に関しても D Cマグネトロンスパッタリング法に限らず、 E C Rスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、真空蒸着法、プラズマ C V D法、塗布法、メツキ法等如何なる手法を用いてもよい。 E C Rスパッタリング法では、金属材料の結晶成長を容易に制御できるので、とくに好ましい。

Claims

請求の範囲

1. 非磁性基板（ 1 1 ) 上に、立方晶からなる下地層（ 1 2、 1 2' ) 、六方晶からなる磁性層（ 1 3、 1 3' ) とを少なくとも順次形成する磁気記録媒体（ 1 0 1 ) において、該磁気記録媒体の残留磁束密度と前記磁性層（ 1 3、 1 3' ) の膜厚の積が 1 0 G · μ m以上 1 50 G . m以下、保磁力が 2000◦ e以上であり、前記磁性層（ 1 3、 1 3' ) は C 0を主成分とし c軸長が 4. 1 05オングストローム以上であり、前記下地層（ 1 2、 1 2' ) の a軸長の 2) 倍が、前記磁性層（ 1

3、 1 3' ) の。軸長ょリも0. 1 %以上1. 5%以下の範囲で大であることを特徴とする磁気記録媒体。

2. 前記下地層の膜厚が 1 nm以上 50 n m以下であることを特徴とする請求項 1項記載の磁気記録媒体。

3. 前記下地層の膜厚が 1 n m以上 28 n m以下であることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の磁気記録媒体。

4. 前記磁性層は稠密六方格子の結晶構造をもつ結晶粒からなることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の磁気記録媒体。

5. 前記下地層は体心立方格子の結晶構造をもつ結晶粒からなることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の磁気記録媒体。

6. 前記下地層は V、 C r、 Z r、 Nb、 Mo、 H f 、 T a、 Wから選ばれた少なくとも 1種を主たる成分とすることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の磁気記録媒体。

7. 前記下地層は C r— P、 C r— T i、 C r— V、 C r— Z r、 C r—Nb、 C r— Mo、 C r— H f 、 C r一 T a、 C r— W、 C r— F e、 Mo—Nb、 Mo— P t、 Mo— Ge、 W-T a、又は W— S iであることを特徴とする請求の範囲第 1記載の磁気記録媒体。

8. 前記下地層は面心立方格子の結晶構造をもつ結晶粒からなることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の磁気記録媒体。

9. 前記下地層は N aC 1型の結晶構造をもつ結晶粒からなることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の磁気記録媒体。

10. 前記磁性層の組成が C oC r T a、 C oC r P t、 Co S i T a、 C o S i P t、 C o C r P t T a, Co C r T a S i、 Co C r P t S i、 C oC r T aB、 C o C r P t Bであることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の磁気記録媒体。

1 1. 前記磁性層中、下地層中の少なくとも一方には H e、 Ne、 K r、 Xe、 Rnからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素が含まれていることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の磁気記録媒体。

1 2. 前記磁性層中、下地層中の少なくとも一方には H e、 Ne、 A r、 Kr、 Xe、 Rnからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素の溏度が 1 0 O p pm以上であることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の磁気記録媒体。

1 3. 前記磁性層を複数層有し、前記磁性層の各々の間に非磁性の中間層を設けたことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の磁気記録媒体。

14. 前記基板と前記下地層の間に下地制御膜を設けたことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の磁気記録媒体。

1 5. 前記基板と前記下地層の間に下地制御膜が設けられ、該下地制御膜は P、 Nし V、 C r、 Z r、 Nb、 Mo、 H f 、 T a、 Wから選ばれた少なくとも 1種を主たる成分とすることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の磁気記録媒体。

1 6. 請求の範囲第 1項記載の磁気記録媒体（ 1 0 1 ) と、該磁気記録媒体を記録方向に駆動する駆動部（ 1 02 ) と、該磁気記録媒体のそれぞれの面に対向して配置された磁気ヘッド（ 1 03 ) と、該磁気へッド（ 1 03 ) を前記磁気記録媒体に対して相対運動させる手段と、前記磁気へッドに対する入力信号及び出力信号を波形処理する記録再生信号処理手段とを含むことを特徴とする磁気記憶装置。

1 7 . 前記磁気へッドは誘導型磁気へッドと、磁気抵抗効果を利用したへッドとを備える記録再生分離型へッドであることを特徴とする請求の範囲第 1 6項記載の磁気記憶装置。

1 8 . 前記磁気へッドは誘導型磁気へッドと、磁気抵抗効果を利用したへッドとを備える記録再生分離型へッドであり、前記誘導型磁気へッドは磁極の少なくとも一部に 1 . 2 T以上の飽和磁束密度を有する磁性材料を有し、前記磁気抵抗効果を利用したへッドは巨大磁気抵抗効果素子を備えることを特徴とする請求の範囲第 1 6記載の磁気記憶装置。

1 9 . 前記記録再生信号処理手段は最尤復号による信号処理回路及び巨大磁気抵抗効果を利用した磁気へッドの再生信号の非対称性を修正する回路を含み、磁気ヘッドが搭載されるスライダの浮上高さは 0 . 0 5 m以下であることを特徴とする請求の範囲第 1 6項記載の磁気記憶装置。