JP2004227717A - 磁気記録媒体およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】非磁性の下地層2を、優先結晶配向面がbcc(110)面である体心立方結晶構造とし、この下磁層2とグラニュラー磁性層4との間に、六方細密充填構造でhcp(100)またはhcp(200)面を優先配向面とする非磁性中間層3を設けることとした。さらに、非磁性中間層3とグラニュラー磁性層4との間の結晶格子のミスフィット量が、a軸およびc軸のそれぞれについて10%以下となるようにした。これにより、hcp構造をもつグラニュラー磁性層4中の強磁性結晶のエピタキシャル成長が助長されて磁性層の結晶性が高められ、高保磁力化と低ノイズ化とを同時に実現可能となる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気記録媒体およびその製造方法に関し、より詳細には、高保磁力化と低ノイズ化とを同時に実現し、かつ、製造コストの低い磁気記録媒体およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
高い記録密度と低ノイズとが要求される磁気記録媒体に対しては、従来からさまざまな磁性層の組成や構造及び非磁性下地層の材料等が検討され提案されてきている。特に近年では、磁性結晶粒の周囲を酸化物や窒化物のような非磁性非金属物質で囲んだ構造をもつ磁性層である「グラニュラー磁性層」が多く提案されている。
【0003】
例えば、特許文献1には、非磁性膜と強磁性膜と非磁性膜とを順次積層した後に加熱処理を行なうことで、非磁性膜中に強磁性の結晶粒が分散したグラニュラー磁性層(記録層)を形成し、これにより低ノイズ化を図ることが提案されている。この場合の非磁性膜には、シリコンの酸化物や窒化物等が用いられている。
【0004】
また、特許文献2には、予めSiO2等の酸化物を添加したCoNiPtターゲットを用い、RFスパッタリングで記録層を成膜することで、磁性結晶粒が非磁性の酸化物で囲まれて個々に分離した構造を持つグラニュラー磁性層が形成でき、高い保磁力(Hc)と低ノイズ化が実現されることが記載されている。
【0005】
また、特許文献3には、hcp構造を有するCoを主成分とした合金と、3〜50mol%以下の酸化物または窒化物から構成され、磁化容易軸が実質的に基板面と略平行方向に配向しているグラニュラー磁性層が開示されており、これにより高い保磁力化と低ノイズ化が可能であることが記載されている。
【0006】
さらに、特許文献4には、記録層を、例えばCo80Pt15Cr5の組成の合金からなる複数の強磁性の結晶粒体がSiO2マトリックス中に配列されてなるグラニュラー磁性層で構成し、これによりオーバーライト特性が良好な磁気記録媒体を実現した例が報告されている。
【0007】
このようなグラニュラー磁性層では、非磁性非金属の粒界相が磁性粒子を相互に物理的(空間的)に分離するため磁性粒子間の磁気的な相互作用が低下し、記録ビットの遷移領域に生じるジグザグ磁壁の形成を抑制するため、低ノイズ特性が得られるものと考えられている。
【0008】
従来用いられてきたCoCr系の金属磁性膜では、高温で成膜することによりCrがCo系磁性粒から析出して粒界に偏析し、磁性粒子間の磁気的相互作用を低減させるが、グラニュラー磁性層の場合には、粒界相として非磁性非金属の物質を利用しているため、従来のCoCr系の金属磁性膜中のCrに比べて偏析し易く、比較的容易に磁性粒の孤立化が促進できる。また、従来のCoCr系金属磁性層において充分なCr偏析を担保するためには成膜時の基板温度を200℃以上に設定することが必要不可欠なのに対し、グラニュラー磁性層の場合には基板加熱なしで磁性層を成膜した場合においても非磁性非金属の物質を粒界に偏析させることが可能であるという利点もある。
【0009】
【特許文献1】
特開平8−255342号公報
【0010】
【特許文献2】
米国特許第5,679,473号明細書
【0011】
【特許文献3】
特開2001−101651号公報
【0012】
【特許文献4】
特開2000−276729号公報
【0013】
【特許文献5】
特開2002−015417号公報
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、グラニュラー磁性層を備えた磁気記録媒体は、所望の磁気特性(特に高保磁力Hc)を実現するためには高価なPtを比較的多量にCo合金に添加する必要が生じるという問題がある。例えば、前出の特許文献2に記載されている磁気記録媒体で2400Oe程度のHcを実現するためには11at%もの多量のPtを必要としているのに対し、従来のCoCr系金属磁性膜で同程度のHcを実現するためには、高々5at%程度のPt添加で足りる。近年の磁気記録の高密度化に伴い、磁気記録媒体には3000Oe以上の非常に高いHcが要求されてきている状況にあって、高Hc化のために高価なPtを多量に必要とするグラニュラー磁性層は、製造コストを上昇させてしまうという問題がある。
【0015】
また、このような高記録密度化に伴って媒体ノイズのさらなる低減が求められており、グラニュラー磁性層の磁性結晶粒径や偏析構造等の微細構造を細密に制御する必要性が高まっている。例えば、特許文献5には、グラニュラー磁性層と非磁性の下地層との間に、結晶構造がhcp構造である非磁性金属または合金の非磁性中間層を形成することで、高Hcおよび低媒体ノイズ化を実現することが可能であることが開示されているが、さらなる低ノイズ化のためには、各層相互間の結晶格子の配向状態やミスフィット量の制御といった原子レベルでの結晶設計が必要とされている。
【0016】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、高保磁力化と低ノイズ化とを同時に実現し、かつ、製造コストの低い磁気記録媒体およびその製造方法を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、非磁性基体上に、少なくとも、非磁性の下地層とグラニュラー磁性層と保護層と液体潤滑剤層とが順次積層されて構成されている磁気記録媒体であって、前記下地層は、優先結晶配向面がbcc(110)面である体心立方結晶構造を有し、当該下磁層と前記グラニュラー磁性層との間には、六方細密充填構造でhcp(100)またはhcp(200)面を優先配向面とする非磁性中間層を備えていることを特徴とする。
【0018】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の磁気記録媒体において、前記非磁性中間層が、少なくともGeを含み、かつ、FeまたはMnのうちの少なくとも一方を含む合金であることを特徴とする。
【0019】
また、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の磁気記録媒体において、前記非磁性中間層が、少なくともCoを含み、かつ、WまたはMoのうちの少なくとも一方を含む合金であることを特徴とする。
【0020】
また、請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の磁気記録媒体において、前記非磁性中間層が、少なくともTiを含み、かつ、Pd、GaまたはAlのうちの少なくとも1種を含む合金であることを特徴とする。
【0021】
また、請求項5に記載の発明は、請求項1に記載の磁気記録媒体において、前記非磁性中間層が、少なくともNiを含み、かつ、Zr、SnまたはInのうちの少なくとも1種を含む合金であることを特徴とする。
【0022】
また、請求項6に記載の発明は、請求項1に記載の磁気記録媒体において、前記非磁性中間層が、FeとSnの合金であることを特徴とする。
【0023】
また、請求項7に記載の発明は、請求項1に記載の磁気記録媒体において、前記非磁性中間層が、Co、NiまたはFeの炭化物もしくは窒化物のうちの少なくとも1種を含む化合物であることを特徴とする。
【0024】
また、請求項8に記載の発明は、請求項1に記載の磁気記録媒体において、前記非磁性中間層が、Ni3Sn型またAuCd型の規則格子構造を有する合金であることを特徴とする。
【0025】
また、請求項9に記載の発明は、請求項1〜8の何れかに記載の磁気記録媒体において、前記非磁性中間層と前記グラニュラー磁性層との間の結晶格子のミスフィット量がa軸およびc軸のそれぞれについて10%以下であることを特徴とする。
【0026】
また、請求項10に記載の発明は、請求項1〜9の何れかに記載の磁気記録媒体において、前記グラニュラー磁性層中の非磁性粒界が、Cr,Co,Si,Al,Ti,Ta,HfまたはZrのうちの少なくとも1種の元素の酸化物からなることを特徴とする。
【0027】
また、請求項11に記載の発明は、請求項1〜10の何れかに記載の磁気記録媒体において、前記グラニュラー磁性層中の強磁性を有する結晶がCoPt合金であり、当該CoPt合金には、Cr,NiまたはTaのうちの少なくとも1種の元素が添加されていることを特徴とする。
【0028】
また、請求項12に記載の発明は、請求項1〜11の何れかに記載の磁気記録媒体において、前記下地層が、Ta、Cr、W、MoまたはVの金属、CrMo、CrTi、CrVまたはCrWのCr合金、あるいは、10at%以上60at%以下のTiを含む、TiW、TiMo、TiCr、TiVのTi合金、の何れかであることを特徴とする。
【0029】
また、請求項13に記載の発明は、請求項1〜12の何れかに記載の磁気記録媒体において、前記非磁性基体がプラスチック樹脂からなることを特徴とする。
【0030】
さらに、請求項14に記載の発明は、請求項1〜13記載の磁気記録媒体を製造するための方法であって、前記非磁性基体を事前に加熱せずに成膜プロセスを行なうことを特徴とする。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の垂直磁気記録媒体およびその製造方法について説明する。
【0032】
本発明者は、グラニュラー磁性層の高保磁力化と低ノイズ化および低コスト化のために鋭意検討した結果、グラニュラー磁性層と非磁性下地層との間に、結晶構造が六方細密充填(hcp)構造の合金からなる非磁性中間層を設けることで、高価なPtの添加量を増やすことなく高保磁力化と低ノイズ化が可能であることを見出した。同様の着想は特許文献5にも開示されているが、本発明においてはRuやIrなどの高価な貴金属を含有する合金で非磁性中間層を構成するのではなく、比較的安価な、Ge、Co、Ti、Niなどの金属を含有する合金で非磁性中間層を構成するとともに、磁性層との間の結晶格子の配向状態とミスフィット量とを考慮して非磁性中間層の結晶設計を行なっている。
【0033】
非磁性中間層の具体的な合金組成については後述するが、本発明の磁気記録媒体を構成する非磁性の下地層は体心立方(bcc)構造のbcc(110)面に優先配向しており、この上に設けられる非磁性中間層はhcp(100)面またはhcp(200)面に容易に配向する。その結果、非磁性中間層の上にはグラニュラー磁性層のエピタキシャル成長が助長されてhcp(100)面の面内配向が容易化する。
【0034】
図1は本発明の磁気記録媒体の断面略図である。この磁気記録媒体は、非磁性基体1上に、非磁性の下地層2と非磁性中間層3とグラニュラー磁性層4と保護膜5とが順次積層された構造を有しており、保護層5の上には液体潤滑剤層6が形成されている。
【0035】
非磁性基体1としては、通常の磁気記録媒体用基板として用いられる、NiPメッキを施したAl合金や強化ガラス、あるいは、結晶化ガラス等を用いることができるほか、後述する理由により必ずしも基板加熱を必要としないことから、ポリカーボネートやポリオレフィンなどのプラスチック樹脂を射出成形で作製した基板をも用いることができる。
【0036】
非磁性の下地層2は、bcc(110)面に優先配向したNiAlやCr等を含有する非磁性体で構成され、Ta、Cr、W、Mo、Vなどの金属や、CrMo、CrTi、CrV、CrWなどのCr合金、あるいは、10at%以上60at%以下のTiを含む、TiW、TiMo、TiCr、TiVなどのTi合金を用いることが好ましい。特に、後述する非磁性中間層3を用いたことの効果を高めるためにはTiW合金またはTiMo合金が好ましい。なお、下地層2の膜厚に特に制限はないが、良好な記録再生特性を得る観点からは5〜50nm程度に設定することが好ましい。
【0037】
グラニュラー磁性層4は、hcp構造を有し強磁性の結晶粒とそれを取り巻く非磁性粒界からなり、かつ、その非磁性粒界には金属の酸化物または窒化物が存在して結晶粒相互間を空間的に分離している。このようなグラニュラー構造は、例えば、非磁性粒界を構成する酸化物を含有する強磁性金属をターゲットとしてスパッタリング成膜したり、酸素を含有するArガス中で強磁性金属をターゲットとして反応性スパッタリング成膜することにより得ることが可能である。
【0038】
強磁性を有する結晶粒の構成材料についての制限は特にないが、好ましくはCoPt系合金が選択される。特に、媒体ノイズの低減の観点からは、CoPt合金にCr,Ni,Taのうちの少なくとも1種の元素を添加することが好ましい。
【0039】
一方、安定なグラニュラー構造を形成するための非磁性粒界の構成材料としては、Cr,Co,Si,Al,Ti,Ta,Hf,Zrのうちの少なくとも1種の元素の酸化物が望ましい。なお、磁性層の膜厚は特に制限はなく、記録再生時に充分なヘッド再生出力を得るための膜厚であればよい。
【0040】
保護膜5には、例えばカーボンを主体とする薄膜が用いられる。また、液体潤滑剤層6には、例えばパーフルオロポリエーテル系の潤滑剤を用いることができる。
【0041】
本発明の磁気記録媒体が備える非磁性中間層3は、結晶構造がhcp構造でhcp(100)面もしくはhcp(200)面に優先配向した合金(または金属)であることが必要であり、具体的には、▲1▼少なくともGeを含み、かつ、FeまたはMnのうちの少なくとも一方を含む合金、▲2▼少なくともCoを含み、かつ、WまたはMoのうちの少なくとも一方を含む合金、▲3▼少なくともTiを含み、かつ、Pd、GaまたはAlのうちの少なくとも1種を含む合金、▲4▼少なくともNiを含み、かつ、Zr、SnまたはInのうちの少なくとも1種を含む合金、▲5▼FeとSnの合金、▲6▼Co、NiまたはFeの炭化物もしくは窒化物のうちの少なくとも1種を含む化合物、▲7▼Ni3Sn型(D019型)またAuCd型(B19型)の規則格子構造を有する合金、であることが好ましい。
【0042】
このような非磁性中間層3を設けることにより磁気特性が向上するのは、グラニュラー磁性層4の成膜の下地としてhcp構造を有する非磁性中間層3が予め存在することとなるため、hcp構造をもつグラニュラー磁性層4中の強磁性結晶のエピタキシャル成長が助長されて磁性層の結晶性が高められるという効果に加え、磁性層の初期成長状態が好ましく制御されるためであると考えられる。なお、非磁性中間層3の膜厚には特に制限はないが、1〜50nm程度が好適である。
【0043】
また、よりエピタキシャル成長度を高めて高い磁気特性を得るためには、非磁性中間層3とグラニュラー磁性層4との間の結晶格子のミスフィット量を以下のように設定することが好ましい。すなわち、非磁性中間層3のa軸とc軸の格子定数をaおよびcとし、グラニュラー磁性層4のa軸とc軸の格子定数をa´およびc´とした場合に、a軸の格子定数aがa≦3Åの場合にはA値をa(A=a)とする一方a>3Åの場合にはA値をa/2(A=a/2)としてA値を求め、c軸の格子定数cがc≦5Åの場合にはC値をc(C=c)とする一方c>5Åの場合にはC値をc/2(C=c/2)としてC値を求め、これらの値を基に、a軸方向でのミスフィット量(%)を|(A−a´)/A|×100、c軸方向でのミスフィット量(%)を|(C−c´)/C|×100と定義する。そしてこれらのミスフィット量を10%以下になるように非磁性中間層の結晶を設計するのである。
【0044】
このような図1に示した磁気記録媒体の製造にあたっては、従来の磁気記録媒体の製造工程で必須である基板加熱工程を省略しても、高Hc化と低媒体ノイズ化を図ることが可能となり、製造工程の簡略化に伴って製造コストの低減が可能となる。
【0045】
以下に、実施例により本発明をより詳細に説明する。
(実施例)
非磁性基体1として、射出成形されたポリカーボネート基板(3.5”ディスク形状)を用い、これを洗浄後スパッタ装置内に導入し、Arガス圧5mTorr下で、Cr−20at%Mo組成の下地層2を膜厚15nmで形成する。この下地層2の上に、各種の組成を有する非磁性中間層3を、何れの非磁性中間層3についてもArガス圧5mTorr下で膜厚30nmで成膜した。
【0046】
引き続き、SiO2を10mol%添加したCoCr12Pt12ターゲットを用いてRFスパッタ法によりArガス圧5mTorr下でグラニュラー磁性層4を膜厚20nmで成膜後、カーボンの保護層5を10nm積層してスパッタ装置から取り出し、その後、液体潤滑剤6を1.5nm塗布して、図1に示す構成の磁気記録媒体を作製した。これらの成膜に先立つ基板加熱は行なっていない。
【0047】
なお、比較のために、非磁性中間層3を設けない構成の磁気記録媒体(比較例1)、および、hcp構造を有する非磁性の70Ir30Crを非磁性中間層3として膜厚20nmで設けた構成の磁気記録媒体(比較例2)も作製した。
【0048】
表1は、各磁気記録媒体の非磁性中間層3の組成と結晶構造、および、各磁気特性を纏めたものである。
【0049】
【表1】
【0050】
ここで、Hcは保磁力、BrδはVSMにより測定した残留磁束密度と膜厚の積、SNRは信号雑音比である。また、再生出力はGMRヘッドを用いスピンスタンドテスタで測定した孤立再生波形の再生出力であり、媒体ノイズは線記録密度200kFCIで測定した値である。
【0051】
非磁性中間層3を設けていない磁気記録媒体(比較例1)のHcは1680OeでありSNRは20.25dBであるのに対し、hcp構造を有する非磁性の70Ir30Crを20nm付与した磁気記録媒体(比較例2)では、Hcが2765Oeとなっており、比較例1に比べてHcが1000Oe程度向上すると共にSNR値も24.13dBと4dB程度高くなっている。
【0052】
さらに、hcp構造でかつ規則格子構造のD019型若しくはB19型の結晶構造を有する非磁性中間層3を備えた本実施例の磁気記録媒体(実施例1〜9)では、何れも3100Oeを越える高いHcと略27dBを上回るSNRが得られており、従来用いられてきたIr−Cr合金等に比較して、Hcで約500Oe、SNRでは約3dBの特性向上が確認された。
【0053】
表2は、実施例1〜9の磁気記録媒体が備える非磁性中間層の組成と各非磁性中間層のa軸およびc軸の格子定数(aおよびc)を基に、グラニュラー磁性層4との格子とのミスフィット量(%)を求めた結果を纏めたものである。
【0054】
【表2】
【0055】
ここで、非磁性中間層の本来の格子定数は、Co合金であるグラニュラー磁性層の格子定数よりも大きいが、a軸の格子定数aがa≦3Åの場合にはA値をa(A=a)とする一方a>3Åの場合にはA値をa/2(A=a/2)としてA値を求め、c軸の格子定数cがc≦5Åの場合にはC値をc(C=c)とする一方c>5Åの場合にはC値をc/2(C=c/2)としてC値を求めている。
【0056】
このようにして求めたA値およびC値からC/Aを求めると、何れの磁気記録媒体もC/Aが1.5〜1.9の間の値を示し、かつ、グラニュラー磁性層との格子ミスフィット量はa軸、c軸ともに、10%以下の極めて小さな値となることがわかる。
【0057】
図2は、Wの下地層と66Fe34Cの非磁性中間層とを備えた本発明の磁気記録媒体について、放射光を用いて測定したX線面内回折パターンである。この回折パターンから、W−bcc(110)/66Fe34C−hcp(002)/磁性層Co合金hcp(002)のエピタキシャル成長した積層構造となっていることがわかる。なお、この回折パターンはX線面内回折により得られたものであり、hcp(002)面は従来のθ−2θ測定法におけるhcp(100)面に相当している。
【0058】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の磁気記録媒体においては、非磁性の下地層を、優先結晶配向面がbcc(110)面である体心立方結晶構造とし、この下磁層とグラニュラー磁性層との間に、六方細密充填構造でhcp(100)またはhcp(200)面を優先配向面とする非磁性中間層を設けることとし、さらに、非磁性中間層とグラニュラー磁性層との間の結晶格子のミスフィット量がa軸およびc軸のそれぞれについて10%以下となるようにしたので、高保磁力化と低ノイズ化とを同時に実現するに際しての、磁性層組成中のPt量の低減、および、比較的安価な材料で非磁性中間層を構成すること、が可能となり大幅な低コスト化が図れる。また、本発明の磁気記録媒体の製造に際しては必ずしも基板加熱が必要ではなくなるため、安価なプラスチックを基板として使用することも可能となる。
【0059】
このように、本発明によれば、高保磁力化と低ノイズ化とを同時に実現し、かつ、製造コストの低い磁気記録媒体およびその製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の磁気記録媒体の断面略図である。
【図2】Wの下地層と66Fe34Cの非磁性中間層とを備えた本発明の磁気記録媒体のX線面内回折パターンを示す図である。
【符号の説明】
1 非磁性基体
2 下地層
3 非磁性中間層
4 グラニュラー磁性層
5 保護膜
6 液体潤滑剤層
Claims (14)
- 非磁性基体上に、少なくとも、非磁性の下地層とグラニュラー磁性層と保護層と液体潤滑剤層とが順次積層されて構成されている磁気記録媒体であって、
前記下地層は、優先結晶配向面がbcc(110)面である体心立方結晶構造を有し、
当該下磁層と前記グラニュラー磁性層との間には、六方細密充填構造でhcp(100)またはhcp(200)面を優先配向面とする非磁性中間層を備えていることを特徴とする磁気記録媒体。 - 前記非磁性中間層が、少なくともGeを含み、かつ、FeまたはMnのうちの少なくとも一方を含む合金であることを特徴とする請求項1に記載の磁気記録媒体。
- 前記非磁性中間層が、少なくともCoを含み、かつ、WまたはMoのうちの少なくとも一方を含む合金であることを特徴とする請求項1に記載の磁気記録媒体。
- 前記非磁性中間層が、少なくともTiを含み、かつ、Pd、GaまたはAlのうちの少なくとも1種を含む合金であることを特徴とする請求項1に記載の磁気記録媒体。
- 前記非磁性中間層が、少なくともNiを含み、かつ、Zr、SnまたはInのうちの少なくとも1種を含む合金であることを特徴とする請求項1に記載の磁気記録媒体。
- 前記非磁性中間層が、FeとSnの合金であることを特徴とする請求項1に記載の磁気記録媒体。
- 前記非磁性中間層が、Co、NiまたはFeの炭化物もしくは窒化物のうちの少なくとも1種を含む化合物であることを特徴とする請求項1に記載の磁気記録媒体。
- 前記非磁性中間層が、Ni3Sn型またAuCd型の規則格子構造を有する合金であることを特徴とする請求項1に記載の磁気記録媒体。
- 前記非磁性中間層と前記グラニュラー磁性層との間の結晶格子のミスフィット量がa軸およびc軸のそれぞれについて10%以下であることを特徴とする請求項1〜8の何れかに記載の磁気記録媒体。
- 前記グラニュラー磁性層中の非磁性粒界が、Cr,Co,Si,Al,Ti,Ta,HfまたはZrのうちの少なくとも1種の元素の酸化物からなることを特徴とする請求項1〜9の何れかに記載の磁気記録媒体。
- 前記グラニュラー磁性層中の強磁性を有する結晶がCoPt合金であり、
当該CoPt合金には、Cr,NiまたはTaのうちの少なくとも1種の元素が添加されていることを特徴とする請求項1〜10の何れかに記載の磁気記録媒体。 - 前記下地層が、Ta、Cr、W、MoまたはVの金属、CrMo、CrTi、CrVまたはCrWのCr合金、あるいは、10at%以上60at%以下のTiを含む、TiW、TiMo、TiCr、TiVのTi合金、の何れかであることを特徴とする請求項1〜11の何れかに記載の磁気記録媒体。
- 前記非磁性基体がプラスチック樹脂からなることを特徴とする請求項1〜12の何れかに記載の磁気記録媒体。
- 請求項1〜13記載の磁気記録媒体を製造するための方法であって、前記非磁性基体を事前に加熱せずに成膜プロセスを行なうことを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
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