DE3501819C2

DE3501819C2 -

Info

Publication number: DE3501819C2
Application number: DE3501819A
Authority: DE
Inventors: Haruyuki Morita; Jiro Saku Nagano Jp Yoshinari; Kazumasa Komoro Nagano Jp Fukuda
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1984-01-26
Filing date: 1985-01-21
Publication date: 1989-06-01
Also published as: DE3501819A1; US4636448A; JPS60157715A

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetaufzeichnungsmedium, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

In den letzten Jahren sind einige "Senkrechtaufzeichnungs medien", die so genannt werden, weil das Aufzeichnungsmedium senkrecht zu der Oberfläche seines magnetisierbaren Dünnfilms magnetisiert wird, zur Verbesserung der Magnetaufzeichnungs dichte bekannt geworden. Die japanische Patentveröffentlichung No. 58-91 offenbart ein Senkrechtaufzeichnungsmedium, das aus einem Polyimidträger und einem darauf ausgebildeten zweischichtigen magnetischen Dünnfilm besteht, wobei die eine Schicht auf dem Träger eine eine niedrige Koerzitivkraft aufweisende Schicht aus Molybdän/Eisen/Nickel und die andere darauf befindliche Schicht eine Magnetaufzeichnungsschicht aus Kobalt/Chrom ist. Magnetische Dünnfilme mit dieser zwei schichtigen Struktur haben eine Reihe von Vorzügen. Da der magnetische Kreis auf der Rückseite des senkrecht magneti sierbaren Kobalt/Chrom-Films durch die eine hohe Permeabili tät und niedrige Koerzitivkraft aufweisende Magnetschicht teilweise geschlossen ist, wird die Magnetisierung vergrößert.

Magnetische Dünnfilme mit den insgesamt gewünschten Eigen schaften können erhalten werden, indem man den magnetischen Dünnfilm mehrschichtig aus Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften gestaltet.

Es ist bislang üblich gewesen, einen magnetischen Dünnfilm mit derart zweischichtiger Struktur durch Erhitzen des nichtmagnetischen Trägers auf Temperaturen oberhalb Raum temperatur (250° C gemäß der japanischen Patentveröffent lichung No. 58-91), Ausbilden einer Magnetschicht mit niedri ger Koerzitivkraft und hoher Permeabilität darauf durch Kathodenzerstäubung und weiterhin Ausbilden einer Magnet aufzeichnungsschicht aus Kobalt/Chrom darauf durch Kathoden zerstäubung herzustellen. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 der beigefügten Zeichnung hat eine auf diese Weise ausgebildete Magnetschicht 1 mit niedriger Koerzitivkraft und hoher Permea bilität einen durchschnittlichen Korndurchmesser B, der gleich oder größer ist als der durchschnittliche Korndurch messer A einer Kobalt/Chrom-Schicht 2. Noch deutlicher gesagt, ist die Oberfläche der darunter liegenden Magnetschicht 1 mit hoher Permeabilität so unregelmäßig, daß die darüber liegende Kobalt/Chrom-Schicht 2 beeinträchtigt wird, was zu einer ungeordneten Orientierung der säulenförmigen Kobalt/ Chrom-Körner mit gestörter Oberflächenebenheit führt.

Ferner liegen verschiedene Kristallebenen, einschließlich (110), (111) und (100), an der Oberfläche der Magnetschicht mit niedriger Koerzitivkraft und hoher Permeabilität frei. Wenn ein für die Senkrechtmagnetisierung bestimmtes Magnet aufzeichnungsmedium auf dieser Magnetschicht mit hoher Permeabilität ausgebildet wird, beeinträchtigen die regel losen Kristallebenen auf der Oberfläche der darunter liegenden Magnetschicht die darüber liegende Magnetaufzeichnungsschicht, die besonders am Anfangsstadium des Verfahrens ausgebildet wird. Wenn ein Permalloyfilm für die Magnetschicht mit niedriger Koerzitivkraft und hoher Permeabilität und ein Kobalt/Chrom-Film für die für die Senkrechtmagnetisierung bestimmte Magnetaufzeichnungsschicht verwendet wird, besteht die Wahrscheinlichkeit, daß die Kobalt/Chrom-Körner mit ihrer (001)-Ebene im Gleichmaß mit der (111)-Ebene der Permalloykörner wachsen. Das bedeutet, daß die Kobalt/Chrom- Körner dazu neigen, in Richtung der in Fig. 2 angegebenen Pfeile zu wachsen. Die Folge davon ist, daß die Kobalt/Chrom- Körner unter Bildung eines Kobalt/Chrom-Films mit unregel mäßiger Oberfläche, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, regellos orientiert sind.

Aus der japanischen Patentanmeldung 57-2 08 631 sind zwar bereits Magnetaufzeichnungsmedien mit einem zweischichtigen Magnetfilm bekannt, wobei jedoch die eine Schicht aus hexa gonalen, kristallinen Teilchen und die andere Schicht aus amorphen Teilchen besteht. Eine deutlich verbesserte Orientie rung ist jedoch mit derartigen Verhältnissen nicht erzielbar.

Aus der DE-OS 34 43 601 ist schließlich ein Magnetaufzeichnungs medium für die Senkrechtaufzeichnung bekannt, das aus einem nichtmagnetischen Träger und einem auf dessen Oberfläche ausge bildeten magnetischen Dünnfilm mit einer Dicke von nicht mehr als etwa 10 µm und mit niedriger Koerzitivkraft und hoher magne tischer Permeabilität besteht, wobei der Dünnfilm aus mindestens zwei Schichten besteht mit einer ersten, aus einer Eisen-Nickel- Molybdän-Legierung bestehenden Schicht auf dem Träger und einer zweiten, kristallinen, aus einer Kobalt-Chrom-Legierung bestehen den Schicht, die auf der ersten Schicht aufliegt. Hierbei ist auch die erste Schicht kristallin und an ihrer der zweiten Schicht zugekehrten Oberfläche amorphisiert. Aber auch solche Magnetaufzeichnungsmedien werden den an sie gestellten Anforde rungen nicht in vollem Umfang gerecht.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Magnet aufzeichnungsmedium anzugeben, bei dem der magnetische Dünnfilm derart aus mehreren Schichten aufgebaut ist, daß eine erheblich verbesserte Oberflächenglätte und Orientierung erhalten werden.

Diese Aufgabe wird überraschenderweise durch ein Magnetauf zeichnungsmedium gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patent anspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen eines solchen Magnetaufzeichnungs mediums sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 4.

Die Erfindung wird durch die beigefügte Zeichnung im ein zelnen erläutert. In dieser ist:

Fig. 1 eine vergrößerte schematische Ansicht, die die Kornstruktur eines bekannten Magnetaufzeichnungs mediums für die Senkrechtmagnetisierung zeigt;

Fig. 2 die Darstellung einiger Körner auf der hochpermeablen Schicht des Mediums nach Fig. 1, wobei die Körner regellos orientiert sind;

Fig. 3 eine schematische Ansicht, die die Kornstruktur eines Magnetaufzeichnungsmediums für die Senkrechtmagne tisierung gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 4 eine graphische Darstellung, die den durchschnitt lichen Korndurchmesser B der hochpermeablen Schicht in Beziehung zu der Trägertemperatur zeigt;

Fig. 5 eine graphische Darstellung, die die Orientierung des senkrecht magnetisierbaren Films in Beziehung zu dem durchschnittlichen Korndurchmesser B der hochpermeablen Schicht zeigt;

Fig. 6 eine Mikrophotographie, die die Oberflächenstruktur des gemäß dem Erfindungsbeispiel hergestellten magne tischen Dünnfilms zeigt; und

Fig. 7 eine Mikrophotographie, die die Oberflächenstruktur des gemäß dem Vergleichsbeispiel hergestellten magne tischen Dünnfilms zeigt.

Gemäß der Erfindung ist der durchschnittliche Korndurch messer B der unteren magnetischen Metallschicht kleiner als die Hälfte (1/2) des durchschnittlichen Korndurchmessers A der oberen magnetischen Metallschicht. Die obere Schicht sollte an die untere Schicht angrenzen oder in direktem Kontakt mit ihr sein, wobei die untere Schicht näher an dem Träger befindlich ist, vorzugsweise auf diesem aufliegt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, ist der durchschnittliche Korndurchmesser B der unteren Magnetschicht ausreichend kleiner als der der oberen Schicht. Die mikroskopischen Oberflächenunregelmäßig keiten der unteren Schicht werden dann auf einem Minimum gehalten, und die Einwirkung von verschiedenen Kristallebenen der unteren Schicht wird auf einem vernachlässigbaren Ausmaß gehalten. Dies erbringt eine obere Schicht mit ausgezeichne ter Oberflächenglätte ohne Störung der Orientierung ihrer Körner während des Wachstums.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Senkrecht- oder Waagerecht-Aufzeichnungsmedium durch Ausbilden einer Magnetschicht mit niedriger Koerzitivkraft und hoher Permeabilität mit kleinerem durchschnittlichem Korndurchmesser B auf der Oberfläche eines nichtmagnetischen Trägers und Ausbilden einer senkrecht magnetisierbaren Schicht mit größerem durchschnittlichem Korndurchmesser A auf der Oberseite des hochpermeablen Films hergestellt. Die unteren Magnetschichten mit niedriger Koerzitivkraft und hoher Permeabilität können aus Legierungen, wie Nickel-Eisen- Legierung mit 35-90% Ni, Eisen-Aluminium-Legierung mit 17% Al und Eisen-Aluminium-Silizium-Legierung mit 4-7% Al und 7-13% Si, verschiedenen Arten von Ferriten od. dgl. hergestellt werden. Die vorstehend genannte Nickel-Eisen-Legierung ist wegen ihrer hohen magnetischen Permeabilität besonders geeignet.

Die Magnetschichten mit niedriger Koerzitivkraft und hoher Permeabilität können in einer Dicke in dem Bereich von etwa 0,1 bis 1,0 µm durch jedes einschlägig bekannte Verfahren, wie durch Kathodenzerstäubung, Vakuumabscheidung oder Auf dampfen, Plattieren und chemische Dampfabscheidung (CVD) ausgebildet werden. Wenn die Magnetschicht durch Kathoden zerstäubung ausgebildet wird, kann ihr durchschnittlicher Korndurchmesser B durch eine geeignete Kombination von Trägertemperatur, Gasentladungsleistung, Argongasdruck usw. gesteuert werden. Je niedriger die Trägertemperatur, die Gasentladungsleistung und der Argondruck sind, desto kleiner ist der durchschnittliche Korndurchmesser B. Eine geeignete Auswahl dieser Faktoren kann den durchschnittlichen Korn durchmesser B auf weniger als die Hälfte (1/2), insbesondere auf weniger als ein Fünftel (1/5) des durchschnittlichen Korndurchmessers A der oberen Schicht herabsetzen.

Wie in den Beispielen noch im einzelnen erläutert wird, wird, da der durchschnittliche Korndurchmesser B des Magnet films mit niedriger Koerzitivkraft und hoher Permeabilität kleiner wird als der durchschnittliche Korndurchmesser A des senkrecht magnetisierbaren Films, die Halbwertbreite Δ R₅₀ der Sperrkurve der Hep(002)-Ebene, die das Ausmaß der Orientierung der Körner des senkrecht magnetisierbaren Films anzeigt, herabgesetzt, was zu senkrecht magnetisier baren Filmen mit verbesserter Kornorientierung führt. Wenn B kleiner ist als 1/2 von A, ist Δ R₅₀ kleiner als 5°, d. h. der Film ist für die Senkrechtaufzeichnung geeignet. Der Film ist dann besonders gut für die Senkrechtaufzeichnung geeignet, wenn B kleiner als 1/5 von A ist, weil dann Δ R₅₀ weniger als 3° beträgt.

Die senkrecht magnetisierbaren Filme können aus Legierungen, wie Kobalt-Chrom (Co-Cr), Kobalt-Vanadin (Co-V) usw., Kobalt-Phosphor (Co-P) u. dgl. hergestellt werden. Die Ver wendung von Kobalt-Chrom ist besonders angebracht, weil dann die Senkrechtanisotropie leichter kontrollierbarer wird.

Der senkrecht magnetisierbare Film kann auch bis zu einer Dicke im Bereich von etwa 0,1 bis 1,0 µm durch jedes ein schlägig bekannte Verfahren, wie Kathodenzerstäubung, Vakuum abscheidung oder Aufdampfen, Plattieren und chemische Dampf abscheidung (CVD) ausgebildet werden.

Der durchschnittliche Korndurchmesser der erfindungsgemäß ausgebildeten Filme kann direkt durch Beobachten von Film abschnitten unter dem Rasterelektronenmikroskop (SEM) oder einem Durchdringungselektronenmikroskop (TEM) ermittelt werden. Der durchschnittliche Korndurchmesser kann auch indirekt durch Röntgenbeugung gemessen werden (vgl. Kality "X-Ray Diffraction", veröffentlicht von Agne, Kap. 9), wenn auch diese Methode wegen ihrer geringen Genauigkeit nicht empfehlenswert ist.

Typischerweise liegt der durchschnittliche Korndurchmesser in Bereichen von 7 bis 40 nm bei Nickel-Legierung und von 20 bis 80 nm bei Kobalt-Chrom-Legierungen, in beiden Fällen nach Kathodenzerstäubung. Diese Werte sind lediglich beispielhaft; die Erfindung wird dadurch in keiner Weise beschränkt.

Der hier verwendete nichtmagnetische Träger kann ein Film aus einem Kunststoffmaterial, wie Polyimid und Polyester, typischerweise Polyäthylenterephthalat, oder eine Platte aus Metall, wie Aluminium, oder einem anorganischen Material, wie Glas, sein.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und auf eine Vielzahl von Magnetschichten anwendbar. Weiterhin ist man erfindungsgemäß in der Lage, magnetische Aufzeichnungsmedien mit mehrschichti gem magnetischem Dünnfilm mit verbesserter Oberflächenglätte und Orientierung zu erzeugen. Der hier verwendete Dünnfilm hat eine Dicke von nicht mehr als 10 µm.

Die nachfolgenden Beispiele dienen der näheren Erläuterung der Erfindung und bedeuten keinerlei Einschränkung des Erfindungsbereiches.

Erfindungsbeispiel

Ein Träger in Form eines 50 µm dicken Polyimidfilms, der auf eine Halterung montiert war, wurde in eine Vakuumkammer ein gebracht, die auf 2,66 × l0^-6 mbar evakuiert wurde. Dann wurde Argongas bis zu einem Druck von 1,33 × 10^-3 mbar einge leitet, und der Träger wurde durch ein in seiner Nähe zirku lierendes Kühlmittel auf unterschiedliche Temperaturen abge kühlt. Mit einer Leistung von 50 W wurde durch Hochfrequenz kathodenzerstäubung 15 Minuten lang ein Nickel-Eisen-Legierungsfilm auf den Träger aufgebracht. Der erhaltene Legierungsfilm hatte eine Fe/Ni/Mo-Zusammensetzung von 17 : 78 : 5 (gewichtsmäßig) und eine Dicke von 0,5 µm. Die durchschnittlichen Korndurch messer B der bei unterschiedlichen Trägertemperaturen erhalte nen Eisen-Nickel-Legierungsfilme wurden durch Beobachten eines Filmabschnit tes unter dem TEM gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 4 aufgetragen. Wie aus der Kurve ersehen werden kann, kann der durchschnittliche Korndurchmesser B des Legierungsfilms durch Senken der Trägertemperatur von 0 bis auf -100° C von 34 nm bis auf 7 nm gesteuert werden.

Danach wurde auf verschiedene bei unterschiedlichen Träger temperaturen erhaltene Permalloyfilme durch Hochfrequenz kathodenzerstäubung für 10 Minuten in einer Argonatmosphäre bei einem Druck von 6,5 × 10^-3 mbar bei einer Leistung von 200 W eine Kobalt-Chrom-Legierung aufgebracht, wobei der Träger auf Raumtemperatur gehalten wurde. Auf diese Weise wurden Kobalt-Chrom-Legierungsfilme auf den Permalloyfilmen ausgebildet, wodurch zweischichtige Filme erhalten wurden. Die Kobalt-Chrom-Filme hatten eine Co/Cr-Zusammensetzung von 80 : 20 und eine Dicke von 0,5 µm. Durch Beobachten eines Filmabschnittes unter dem TEM wurde gemessen, daß die Kobalt- Chrom-Filme unabhängig von der Trägertemperatur während der Ausbildung der Permalloyfilme stets einen Korngrößendurch messer A von 50 nm hatten.

Die Röntgenbeugungsanalyse dieser zweischichtigen Filme zeigte, daß die (001)-Achse von Co-Cr senkrecht zu der Film oberfläche orientiert ist. Auf der Grundlage der Sperrkurve der Hcp(002)-Ebene wurde die Halbwertbreite Δ R₅₀ gegen den durchschnittlichen Korngrößendurchmesser B der Permalloy filme aufgetragen, wobei die in Fig. 5 gezeigte Kurve erhal ten wurde. Diese Kurve zeigt, daß, wenn das Verhältnis des durchschnittlichen Korngrößendurchmessers A des Co-Cr-Films, d. h. B/A, kleiner ist als 1/2, dann Δ R₅₀ weniger als 5° beträgt, d. h. die Filme sind geeignet für die Senkrecht aufzeichnung. Diese Filme sind dann besonders gut für die Senkrechtaufzeichnung geeignet, wenn B/A kleiner als 1/5 ist, weil dann Δ R₅₀ weniger als 3° beträgt.

Fig. 6 zeigt eine Mikrophotographie (X 125) einer Probe mit einem B/A-Verhältnis von 2/5, was anzeigt, daß dieser Film eine ebene und glatte Oberfläche hat.

Vergleichsbeispiel

Ein Träger in Form eines 50 µm dicken Polyimidfilms wurde auf eine Halterung montiert und in eine Vakuumkammer einge bracht, die auf 2,66 × l0^-6 mbar evakuiert wurde. Dann wurde Argongas bis zu einem Druck von 6,5 × 10^-3 mbar eingeleitet und der Träger auf 250° C erhitzt. 10 Minuten lang wurde bei einer Leistung von 50 W durch Hochfrequenzkathoden zerstäubung ein Nickel-Eisen-Mo-Legierungsfilm auf den Träger aufgebracht. Der so erhaltene Film hatte eine Ni/Fe/Mo-Zusammen setzung von 87 : 17 : 5 (gewichtsmäßig) und eine Dicke von 0,5 µm. Durch Beobachten eines Filmabschnittes unter dem TEM wurde gemessen, daß der Legierungsfilm einen durchschnittlichen Korndurchmesser B von 60 nm hatte.

Danach wurde unter den im Erfindungsbeispiel beschriebenen Bedingungen, d. h. daß auch die Trägertemperatur Raumtemperatur betrug, ein Kobalt-Chrom-Legierungsfilm auf den Nickel-Eisen-Legierungsfilm durch Kathodenzerstäubung aufgebracht. Der erhaltene Kobalt- Chrom-Film hatte eine Co/Cr-Zusammensetzung von 80 : 20 und eine Dicke von 0,5 µm. Durch Beobachten eines Film abschnittes unter dem TEM wurde gemessen, daß der Kobalt- Chrom-Film einen durchschnittlichen Korndurchmesser von 50 nm hatte.

Die Röntgenbeugungsanalyse des erhaltenen zweischichtigen Films zeigte, daß die Halbwertbreite Δ R₅₀ in der Sperrkurve der Hcp(002)-Ebene mit 12° äußerst groß war, d. h. die Co-Cr- Körner waren ziemlich schlecht orientiert.

Fig. 7 zeigt eine Mikrophotographie (X 125) dieser Probe, und es wird deutlich, daß die Filmoberfläche unregelmäßig ist.

Bei diesem Beispiel hatten die Co-Cr-Filme ohne Rücksicht auf die durchschnittlichen Korndurchmesser B der Nickel-Eisen-Legierungs filme stets einen durchschnittlichen Korndurchmesser A von 50 nm. Bei zusätzlichen Durchläufen wurden unter Verwendung unterschiedlicher Co-Cr-Zusammensetzungen und veränderter Aufdampfbedingungen Co-Cr-Filme mit unterschiedlichen Korn durchmessern A auf den Ni-Fe-Filmen des Erfindungsbeispiels abgeschieden. Es wurde gefunden, daß für durchschnittliche Korndurchmesser A im Bereich von 20 bis 100 nm der Korn durchmesser B vorzugsweise weniger als 1/2, insbesondere weniger als 1/5 von A beträgt.

Diese Tatsachen zeigen, daß eine verbesserte Oberflächen glätte und Orientierung durch bloßes Senken der durchschnitt lichen Korndurchmesser von sowohl Nickel-Eisen-Legierungsfilmen als auch Co-Cr- Filmen nicht erreicht wird, sondern nur dann, wenn beide Durchmesser in wechselseitiger Beziehung gesteuert werden. Wenn beispielsweise kleine Körner des Nickel-Eisen-Legierungsfilms kleine Körner von ähnlicher Größe des Co-Cr-Films tragen, wird die Orientierung der letzteren Körner nicht ausreichend verbessert. Es wird angenommen, daß, wenn jedes Korn des Co-Cr- Films von einer Vielzahl von kleinen Körnern des Ni-Fe-Films getragen wird, durch solch eine Vielzahl von Körnern definierte Oberflächensegmente nivelliert werden, was dann die verbesserte Orientierung der Co-Cr-Körner ergibt. Diese Hypothese scheint für die Interpretation der Versuchswerte brauchbar.

Wie vorstehend erläutert, schafft die Erfindung senkrecht magnetisierbare Magnetaufzeichnungsmedien mit verbesserter Oberflächenglätte und Orientierung.

Claims

1. Magnetaufzeichnungsmedium für die Senkrechtaufzeichnung, bestehend aus einem nichtmagnetischen Träger und einem auf dessen Oberfläche ausgebildeten magnetischen Dünnfilm, der aus mindestens zwei Schichten besteht, wobei die obere, aus einer Kobalt-Chrom-Legierung bestehende Magnetschicht ein senkrecht magnetisierbarer Film aus kristallinen Teil chen mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser A und die untere Schicht aus Teilchen mit einem durchschnitt lichen Korndurchmesser B besteht und ein Magnetfilm mit niedriger Koerzitivkraft und hoher Permeabilität ist, die an die obere Schicht angrenzt und näher bei dem nichtmagnetischen Träger befindlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die untere, aus einer Nickel-Eisen-Legierung mit ca. 5-90% Ni bestehende Schicht aus kristallinen Teilchen mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser B von mindestens 7 nm und die obere Schicht aus Teilchen mit einem durchschnitt lichen Korndurchmesser A von 20 bis 80 nm besteht, mit der Maßgabe, daß B weniger als die Hälfte von A beträgt.

2. Magnetaufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß B weniger als ein Fünftel von A beträgt.

3. Magnetaufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die obere Magnetschicht aus Kobalt-Vanadin- Legierung oder aus Kobalt-Phosphor-Legierung besteht.

4. Magnetaufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die untere Magnetschicht aus Eisen-Aluminium- Legierung mit 17% Al oder aus Eisen-Aluminium-Silicium- Legierung mit 4-7% Al und 7-13% Si besteht.