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JP2014059943A - Perpendicular magnetic recording medium, magnetic storage device, and method for manufacturing perpendicular magnetic recording medium - Google Patents

Perpendicular magnetic recording medium, magnetic storage device, and method for manufacturing perpendicular magnetic recording medium Download PDF

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JP2014059943A
JP2014059943A JP2013170685A JP2013170685A JP2014059943A JP 2014059943 A JP2014059943 A JP 2014059943A JP 2013170685 A JP2013170685 A JP 2013170685A JP 2013170685 A JP2013170685 A JP 2013170685A JP 2014059943 A JP2014059943 A JP 2014059943A
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JP
Japan
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magnetic recording
recording medium
perpendicular magnetic
layer
seed layer
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Pending
Application number
JP2013170685A
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Japanese (ja)
Inventor
Eiji Kita
英治 喜多
Hideto Yanagihara
英人 柳原
Tomohiko Niizeki
智彦 新関
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University of Tsukuba NUC
Original Assignee
University of Tsukuba NUC
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a perpendicular magnetic recording medium or the like capable of being formed in a short time by using an inexpensive material.SOLUTION: A soft magnetic layer 12 is laminated on a substrate 11, and a shield layer 13 is formed by forming a single crystal film or a highly oriented film of a magnesium oxide being a cubic crystal having grating constant which is a little larger than 1/2 of the grating constant of cobalt ferrite on the laminated soft magnetic layer. On a (001) crystal surface of the magnesium oxide, high frequency magnetron sputtering is performed in which oxygen is used as reactive gas and an iron cobalt alloy is used as a target metal, and a perpendicular magnetic recording layer 14 is formed by growing the single crystal film or the highly oriented film of cobalt ferrite.

Description

本発明は、垂直磁気記録媒体、磁気記憶装置及び垂直磁気記録媒体の製造方法に関する。   The present invention relates to a perpendicular magnetic recording medium, a magnetic storage device, and a method for manufacturing a perpendicular magnetic recording medium.

近年の情報処理技術の発達に伴い、磁気記録媒体の記録密度の向上、磁気記録の安定性の向上等が要求されるが、これらの要求を満たす垂直磁気記録方式を採用した磁気記録媒体が開発、商品化されている。現在の垂直磁気記録方式の垂直磁気記録層の材料としては、コバルトクロム白金(CoCrPt)合金等が使用されている。また、近い将来には、更に磁気異方性が大きい鉄白金(FePt)合金を熱アシスト記録用として使用することが検討されている(例えば引用文献1、2)。   With the recent development of information processing technology, it is required to improve the recording density of magnetic recording media, improve the stability of magnetic recording, etc., but magnetic recording media adopting the perpendicular magnetic recording method that meets these requirements have been developed Have been commercialized. Cobalt chromium platinum (CoCrPt) alloy or the like is used as a material for the perpendicular magnetic recording layer of the current perpendicular magnetic recording system. In the near future, it has been studied to use an iron platinum (FePt) alloy having a larger magnetic anisotropy for thermal assist recording (for example, cited documents 1 and 2).

この垂直磁気記録層に用いるコバルトクロム白金合金、鉄白金合金は、いずれも希少金属である白金を使用しているため、材料が高価である。さらに、地球上でこれらの資源が偏在しており、世界情勢により、資源の入手が困難になる虞もある。   The cobalt chromium platinum alloy and the iron platinum alloy used for the perpendicular magnetic recording layer are both expensive because platinum, which is a rare metal, is used. Furthermore, these resources are unevenly distributed on the earth, and it may be difficult to obtain resources due to the global situation.

これに対して、本出願の発明者らは、磁気異方性が大きいことで知られている安価なコバルトフェライト(CoFe)を垂直磁気記録層に使用した垂直磁気記録媒体及び磁気記憶装置に係る発明について出願している(特許文献3)。 On the other hand, the inventors of the present application have disclosed a perpendicular magnetic recording medium and a magnetic memory using inexpensive cobalt ferrite (CoFe 2 O 4 ), which is known for its large magnetic anisotropy, as a perpendicular magnetic recording layer. An application has been filed for an invention relating to a device (Patent Document 3).

特開2004−79058号公報JP 2004-79058 A 特開2008−176923号公報JP 2008-176923 A 特開2011−60346号公報JP 2011-60346 A

特許文献3では、純オゾンを酸化源とし、鉄、コバルトを原材料とした分子線エピタキシー法により、酸化マグネシウムの001結晶面に対し、コバルトフェライト(CoFe)の結晶成長を行い、コバルトフェライトの単結晶膜からなる垂直磁気記録層を生成している。発明者らは、この手法により成長した垂直磁気記録層について、高い垂直磁気異方性を確認している。 In Patent Document 3, cobalt ferrite (CoFe 2 O 4 ) is grown on a 001 crystal plane of magnesium oxide by molecular beam epitaxy using pure ozone as an oxidation source and iron and cobalt as raw materials. A perpendicular magnetic recording layer made of a single crystal film is produced. The inventors have confirmed high perpendicular magnetic anisotropy for the perpendicular magnetic recording layer grown by this method.

この垂直磁気記録層を、軟磁性裏打ち層の上に形成することにより、白金などの希少金属を用いることなく垂直磁気記録媒体を生成することができる。   By forming this perpendicular magnetic recording layer on the soft magnetic backing layer, a perpendicular magnetic recording medium can be produced without using a rare metal such as platinum.

しかし、特許文献3に記載の分子線エピタキシー法によるコバルトフェライトの結晶成長には、長時間がかかり量産には適さないため、これまでの白金を使用した垂直磁気記録層に代替できるほどの費用効果はなかった。   However, since the cobalt ferrite crystal growth by molecular beam epitaxy described in Patent Document 3 takes a long time and is not suitable for mass production, it is cost-effective enough to replace a perpendicular magnetic recording layer using platinum so far. There was no.

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、短時間で、安価な材料を使用して生成することができる垂直磁気記録媒体等を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a perpendicular magnetic recording medium and the like that can be produced in a short time using an inexpensive material.

上記目的を達成するため、本発明の第1の観点に係る垂直磁気記録媒体は、
コバルトフェライトの格子定数の1/n(nは自然数)より大きく、且つ、前記コバルトフェライトの001結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有する立方晶からなるシード層の001結晶面に対して、酸素を反応性ガスとし鉄コバルト合金をターゲット金属とした反応性スパッタリングを行って、前記コバルトフェライトの単結晶膜又は高配向膜を成長させることにより形成した垂直磁気記録層を有する、
ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a perpendicular magnetic recording medium according to the first aspect of the present invention provides:
001 crystal plane of a seed layer made of a cubic crystal having a lattice constant larger than 1 / n (n is a natural number) of cobalt ferrite and having a lattice mismatch within a predetermined range with respect to the 001 crystal plane of the cobalt ferrite. In contrast, by performing reactive sputtering using oxygen as a reactive gas and iron cobalt alloy as a target metal, and having a perpendicular magnetic recording layer formed by growing a single crystal film or a highly oriented film of cobalt ferrite,
It is characterized by that.

前記シード層は、酸化マグネシウム又は窒化チタンを含むようにしてもよい。   The seed layer may include magnesium oxide or titanium nitride.

前記反応性スパッタリングは、高周波マグネトロンスパッタリング又はDCパルスマグネトロンスパッタリングであってもよい。   The reactive sputtering may be radio frequency magnetron sputtering or DC pulse magnetron sputtering.

前記反応性スパッタリングは、前記シード層の001結晶面に対して対向する位置に鉄コバルト合金を配置したプラナー型スパッタリングであってもよい。   The reactive sputtering may be planar sputtering in which an iron cobalt alloy is disposed at a position facing the 001 crystal plane of the seed layer.

前記反応性スパッタリング時の前記垂直磁気記録媒体の生成場所の温度を、600℃以上としてもよい。   The temperature at which the perpendicular magnetic recording medium is generated during the reactive sputtering may be 600 ° C. or higher.

スピネル型又は逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物からなる第1軟磁性層と、単体で強磁性を有する金属又は単体で強磁性を有する金属を含む合金からなる第2軟磁性層と、を含む軟磁性裏打ち層を更に有し、
前記第2軟磁性層の、前記第1軟磁性層と逆側の面に前記シード層が積層されるようにしてもよい。
A first soft magnetic layer made of an oxide having a spinel-type or inverse spinel-type ionic crystal structure; and a second soft magnetic layer made of a single metal having ferromagnetism or an alloy containing a single metal having ferromagnetism; A soft magnetic backing layer comprising
The seed layer may be laminated on a surface of the second soft magnetic layer opposite to the first soft magnetic layer.

前記酸化物は、四酸化三鉄又はマグヘマイトを含む酸化物であり、前記金属が鉄であり、前記金属を含む合金が鉄を含む合金であり、
前記軟磁性裏打ち層は、前記第1軟磁性層と前記第2軟磁性層の間に絶縁物からなる非磁性層を更に有してもよい。
The oxide is an oxide containing triiron tetroxide or maghemite, the metal is iron, and the alloy containing the metal is an alloy containing iron,
The soft magnetic backing layer may further include a nonmagnetic layer made of an insulator between the first soft magnetic layer and the second soft magnetic layer.

また、本発明の第2の観点に係る磁気記憶装置は、第1の観点に係る垂直磁気記録媒体と、前記垂直磁気記録媒体に対して、情報の記録又は再生を行うヘッドと、を備える、ことを特徴とする。   A magnetic storage device according to a second aspect of the present invention includes the perpendicular magnetic recording medium according to the first aspect and a head that records or reproduces information on the perpendicular magnetic recording medium. It is characterized by that.

また、本発明の第3の観点に係る垂直磁気記録媒体の製造方法は、
コバルトフェライトからなる垂直磁気記録層を有する垂直磁気記録媒体の製造方法であって、
前記コバルトフェライトの格子定数の1/n(nは自然数)より大きく、且つ、前記コバルトフェライトの001結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有する立方晶からなるシード層の001結晶面に対して、酸素を反応性ガスとし鉄コバルト合金をターゲット金属とした反応性スパッタリングを行って、前記コバルトフェライトの単結晶膜又は高配向膜を成長させることにより前記垂直磁気記録層を形成する工程を有する、
ことを特徴とする。
A method for manufacturing a perpendicular magnetic recording medium according to the third aspect of the present invention includes:
A method of manufacturing a perpendicular magnetic recording medium having a perpendicular magnetic recording layer made of cobalt ferrite,
001 crystal of a seed layer made of a cubic crystal having a lattice constant larger than 1 / n (n is a natural number) of the cobalt ferrite and having a lattice mismatch with respect to the 001 crystal plane of the cobalt ferrite within a predetermined range. Reactive sputtering using oxygen as a reactive gas and an iron cobalt alloy as a target metal is performed on the surface to grow the single crystal film or highly oriented film of cobalt ferrite, thereby forming the perpendicular magnetic recording layer Having steps,
It is characterized by that.

前記シード層は、酸化マグネシウムを含み、
前記シード層の表面に、前記酸化マグネシウムの001結晶面が配向するように、酸化マグネシウム薄膜を形成することにより、シード層を生成する工程を更に有するようにしてもよい。
The seed layer includes magnesium oxide;
You may make it further have the process of producing | generating a seed layer by forming a magnesium oxide thin film so that the 001 crystal plane of the magnesium oxide may orientate on the surface of the seed layer.

前記シード層は、酸化マグネシウム及び窒化チタンを含み、
前記酸化マグネシウムの001結晶面が表面に配向するように、酸化マグネシウム薄膜を形成した後に、前記酸化マグネシウムの001結晶面に前記窒化チタンを成膜することにより、前記シード層の表面に前記窒化チタンの001結晶面が配向するようにシード層を生成する工程を更に有するようにしてもよい。
The seed layer includes magnesium oxide and titanium nitride,
After forming a magnesium oxide thin film so that the 001 crystal plane of the magnesium oxide is oriented on the surface, the titanium nitride is deposited on the 001 crystal plane of the magnesium oxide, thereby forming the titanium nitride on the surface of the seed layer. You may make it further have the process of producing | generating a seed layer so that the 001 crystal plane may be orientated.

前記反応性スパッタリングは、RFマグネトロンスパッタリング又はDCパルスマグネトロンスパッタリングであってもよい。   The reactive sputtering may be RF magnetron sputtering or DC pulse magnetron sputtering.

前記反応性スパッタリングは、前記シード層の001結晶面に対して対向する位置に鉄コバルト合金を配置したプラナー型スパッタリングであってもよい。   The reactive sputtering may be planar sputtering in which an iron cobalt alloy is disposed at a position facing the 001 crystal plane of the seed layer.

前記反応性スパッタリング時の前記垂直磁気記録媒体の生成場所の温度を、600℃以上としてもよい。   The temperature at which the perpendicular magnetic recording medium is generated during the reactive sputtering may be 600 ° C. or higher.

スピネル型又は逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物からなる第1軟磁性層を生成する工程と、
前記第1軟磁性層に上に絶縁物からなる非磁性層を生成する工程と、
前記非磁性層の上に単体で強磁性を有する金属又は単体で強磁性を有する金属を含む合金からなる第2軟磁性層を生成する工程と、を更に有し、
前記第2軟磁性層の上に前記シード層を生成してもよい。
Producing a first soft magnetic layer made of an oxide having a spinel-type or inverse spinel-type ionic crystal structure;
Forming a nonmagnetic layer made of an insulator on the first soft magnetic layer;
Producing a second soft magnetic layer made of a metal having ferromagnetic property alone or an alloy containing a metal having ferromagnetic property alone on the non-magnetic layer, and
The seed layer may be formed on the second soft magnetic layer.

前記酸化物は、四酸化三鉄又はマグヘマイトを含む酸化物であり、前記絶縁物は酸化マグネシウムであり、前記金属は鉄であり、前記金属を含む合金は鉄を含む合金であってもよい。   The oxide may be an oxide containing triiron tetroxide or maghemite, the insulator may be magnesium oxide, the metal may be iron, and the alloy containing the metal may be an alloy containing iron.

本発明によれば、短時間で、安価な材料を使用して生成することができる垂直磁気記録媒体等を提供することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide a perpendicular magnetic recording medium or the like that can be produced using an inexpensive material in a short time.

実施の形態1に係る垂直磁気記録媒体と記録再生ヘッドの外観図である。1 is an external view of a perpendicular magnetic recording medium and a recording / reproducing head according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る垂直磁気記録媒体の断面図である。1 is a cross-sectional view of a perpendicular magnetic recording medium according to Embodiment 1. FIG. コバルトフェライトの結晶構造を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the crystal structure of cobalt ferrite. 実施の形態1に係る垂直磁気記録媒体の製造方法を説明するための図である。6 is a diagram for explaining a method of manufacturing the perpendicular magnetic recording medium according to Embodiment 1. FIG. (a)は基板の温度を変えたときの磁化曲線の変化を示す図であり、(b)は垂直磁気記録層の膜厚を変えたときの磁化曲線の変化を示す図である。(A) is a figure which shows the change of the magnetization curve when changing the temperature of a board | substrate, (b) is a figure which shows the change of the magnetization curve when changing the film thickness of a perpendicular magnetic recording layer. 実施の形態に係る磁気記憶装置の外観図である。1 is an external view of a magnetic storage device according to an embodiment. 実施の形態2に係る垂直磁気記録媒体の断面図である。6 is a cross-sectional view of a perpendicular magnetic recording medium according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態3に係る垂直磁気記録媒体の断面図である。6 is a cross-sectional view of a perpendicular magnetic recording medium according to Embodiment 3. FIG. 実施の形態3に係る垂直磁気記録媒体と記録再生ヘッドの外観図である。FIG. 6 is an external view of a perpendicular magnetic recording medium and a recording / reproducing head according to Embodiment 3.

(実施の形態1)
本発明の実施の形態1について図1乃至6を参照して詳細に説明する。
(Embodiment 1)
Embodiment 1 of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

本実施の形態に係る垂直磁気記録媒体10は、図1、図2に示すように、基板11、軟磁性層12、シード層13、垂直磁気記録層14から構成される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the perpendicular magnetic recording medium 10 according to the present embodiment includes a substrate 11, a soft magnetic layer 12, a seed layer 13, and a perpendicular magnetic recording layer 14.

垂直磁気記録媒体10に磁気情報を書き込む際には、図1に示すように、記録再生ヘッド50の書き込み用ヘッド51に電流を流すことにより、書き込み用ヘッド51のメインポール511から出た磁力線が、垂直磁気記録層14、シード層13を突き抜け、軟磁性層12を通過した後に、シード層13、垂直磁気記録層14を突き抜けて、書き込み用ヘッド51のリターンポール512に戻ってくる。このとき、メインポール511から出た直後の磁力線の磁束密度は高く、リターンポール512に戻る直前の磁力線の磁束密度は低いため、メインポール511の下の垂直磁気記録層14で磁化反転が起こり、磁気記録される。   When writing magnetic information on the perpendicular magnetic recording medium 10, as shown in FIG. 1, a current flows through the write head 51 of the recording / reproducing head 50, so that the lines of magnetic force emitted from the main pole 511 of the write head 51 After passing through the perpendicular magnetic recording layer 14 and the seed layer 13 and passing through the soft magnetic layer 12, the seed layer 13 and the perpendicular magnetic recording layer 14 are penetrated to return to the return pole 512 of the write head 51. At this time, the magnetic flux density of the magnetic lines immediately after coming out of the main pole 511 is high, and the magnetic flux density of the magnetic lines just before returning to the return pole 512 is low. Therefore, magnetization reversal occurs in the perpendicular magnetic recording layer 14 below the main pole 511, Magnetically recorded.

垂直磁気記録媒体10に記録された磁気情報を読み取る際には、読み取り用ヘッド52で垂直磁気記録層14の各記録ビットにおける磁束の検出を行う。   When reading the magnetic information recorded on the perpendicular magnetic recording medium 10, the reading head 52 detects the magnetic flux in each recording bit of the perpendicular magnetic recording layer 14.

垂直磁気記録媒体10の基板11は、非磁性物質から構成され、例えば、ガラス基板、シリコン基板等から構成される。軟磁性層12は、保磁力が小さく透磁率が大きい物質から構成され、例えば、鉄等から構成される。本実施の形態では、軟磁性層12が鉄膜から構成されている場合について説明する。   The substrate 11 of the perpendicular magnetic recording medium 10 is made of a nonmagnetic material, such as a glass substrate or a silicon substrate. The soft magnetic layer 12 is made of a material having a small coercive force and a high magnetic permeability, and is made of, for example, iron. In the present embodiment, a case where the soft magnetic layer 12 is made of an iron film will be described.

シード層13は、酸化マグネシウム(MgO)の単結晶膜又は高配向膜から構成され、シード層13の垂直磁気記録層14側の境界面に、酸化マグネシウムの001結晶面が配向している。ここで、高配向膜とは、結晶軸の配向性が高く、当該膜の機能上、単結晶膜と同等の性能を有する結晶膜である。   The seed layer 13 is composed of a single crystal film or highly oriented film of magnesium oxide (MgO), and the 001 crystal plane of magnesium oxide is oriented on the boundary surface of the seed layer 13 on the perpendicular magnetic recording layer 14 side. Here, the highly oriented film is a crystal film having a high crystal axis orientation and a function equivalent to that of a single crystal film in terms of the function of the film.

垂直磁気記録層14は、コバルトフェライト(CoFe3−X)の単結晶膜又は高配向膜から構成される。コバルトフェライトは、磁気異方性が大きく、高保磁力を有する材料として知られているスピネル型酸化物である。 The perpendicular magnetic recording layer 14 is composed of a single crystal film or a highly oriented film of cobalt ferrite (Co X Fe 3 -X O 4 ). Cobalt ferrite is a spinel oxide known as a material having a large magnetic anisotropy and a high coercive force.

酸化マグネシウムの001結晶面上にコバルトフェライトの単結晶膜又は高配向膜を成長させることにより、垂直磁気記録媒体10の表面101に、コバルトフェライトの001結晶面を配向させることができる。これにより、垂直磁気記録媒体10の表面101に垂直な方向に、垂直磁気記録層14のコバルトフェライトが磁気異方性を有する構成となる。   By growing a cobalt ferrite single crystal film or a highly oriented film on the 001 crystal plane of magnesium oxide, the 001 crystal plane of cobalt ferrite can be oriented on the surface 101 of the perpendicular magnetic recording medium 10. As a result, the cobalt ferrite of the perpendicular magnetic recording layer 14 has a magnetic anisotropy in a direction perpendicular to the surface 101 of the perpendicular magnetic recording medium 10.

ここで、コバルトフェライト(CoFe3−X)のXの値は、3未満の任意の数であるが、垂直磁気記録層14に要求される垂直磁気異方性の大きさに合わせて最適化される。本実施の形態では、例えば、Xが1のコバルトフェライト(CoFe)が垂直磁気記録層14を構成する。 Here, the value of X of cobalt ferrite (Co X Fe 3 -X O 4 ) is an arbitrary number less than 3, but according to the size of perpendicular magnetic anisotropy required for the perpendicular magnetic recording layer 14 Optimized. In this embodiment, for example, cobalt ferrite (CoFe 2 O 4 ) with X = 1 constitutes the perpendicular magnetic recording layer 14.

コバルトフェライト(CoFe3−X)の単結晶は、図3に示すように、4配位のサイトAと6配位のサイトBに、コバルト原子と鉄原子が入った構造が3次元的に隣接した結晶構造を有し、ユニットセルサイズは約0.838nmである。コバルト原子数と鉄原子数の比はX:3−Xである。 As shown in FIG. 3, the single crystal of cobalt ferrite (Co X Fe 3 -X O 4 ) has a structure in which a cobalt atom and an iron atom are contained in a 4-coordinate site A and a 6-coordinate site B. It has a dimensionally adjacent crystal structure and the unit cell size is about 0.838 nm. The ratio of the number of cobalt atoms to the number of iron atoms is X: 3-X.

ここで、立方晶である、酸化マグネシウム(MgO)の単結晶のユニットセルサイズは、約0.424nmであり、コバルトフェライトの単結晶のユニットセルサイズの1/2より大きく、格子不整合度が、約−1%となる。ここで、格子不整合度fは、以下の式で定義される。以下の(1)式において、aはシード層13の材料の格子定数、bは垂直磁気記録層14の材料の格子定数、nは任意の自然数である。なお、本実施の形態では、コバルトフェライトの格子定数が酸化マグネシウムの格子定数の約2倍であることから、nは2となる。   Here, the unit cell size of a single crystal of magnesium oxide (MgO) which is a cubic crystal is about 0.424 nm, which is larger than ½ of the unit cell size of a single crystal of cobalt ferrite and has a lattice mismatch degree. About -1%. Here, the lattice mismatch degree f is defined by the following equation. In the following formula (1), a is a lattice constant of the material of the seed layer 13, b is a lattice constant of the material of the perpendicular magnetic recording layer 14, and n is an arbitrary natural number. In the present embodiment, n is 2 because the lattice constant of cobalt ferrite is about twice the lattice constant of magnesium oxide.

f=(b−n・a)/(n・a) (1)   f = (b−n · a) / (n · a) (1)

つまり、酸化マグネシウムの格子定数がコバルトフェライトの格子定数の1/2よりもわずかに大きいために、酸化マグネシウムとコバルトフェライトとの界面でコバルトフェライトの膜面内に引っ張り応力が働き、コバルトフェライトの磁気弾性効果により垂直磁気異方性が現れる。また、結晶不整合度が十分小さいため、酸化マグネシウムの001結晶面に、コバルトフェライトの単結晶膜又は高配向膜を安定して結晶成長させることができる。   In other words, since the lattice constant of magnesium oxide is slightly larger than 1/2 of the lattice constant of cobalt ferrite, tensile stress acts on the film surface of cobalt ferrite at the interface between magnesium oxide and cobalt ferrite, and the magnetic properties of cobalt ferrite. Perpendicular magnetic anisotropy appears due to the elastic effect. In addition, since the degree of crystal mismatch is sufficiently small, a single crystal film or a highly oriented film of cobalt ferrite can be stably grown on the 001 crystal plane of magnesium oxide.

次に、垂直磁気記録媒体10の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the perpendicular magnetic recording medium 10 will be described.

まず、軟磁性層12の鉄膜を基板11上に生成する。鉄膜の成膜方法は、周知の蒸着法又はスパッタリング法等でよい。その後、鉄膜上に酸化マグネシウムを蒸着法又はスパッタリング法等を用いて、多結晶又はアモルファス状態で堆積させ、その後、アニール処理等を行って酸化マグネシウムの001結晶面をシード層13表面に配向させる。   First, an iron film of the soft magnetic layer 12 is formed on the substrate 11. The deposition method of the iron film may be a well-known vapor deposition method or sputtering method. Thereafter, magnesium oxide is deposited on the iron film in a polycrystalline or amorphous state by using a vapor deposition method or a sputtering method, and then annealed to orient the 001 crystal plane of the magnesium oxide on the surface of the seed layer 13. .

酸化マグネシウムの001結晶面にコバルトフェライトの単結晶膜又は高配向膜を成膜する方法について、図4を用いて詳細に説明する。   A method of forming a cobalt ferrite single crystal film or highly oriented film on the 001 crystal plane of magnesium oxide will be described in detail with reference to FIG.

スパッタリング装置20は、例えば、ヘリコン波によりプラズマを起こして高周波マグネトロンスパッタリングを行うことができる装置であり、チャンバー21内に試料台22、磁石23、高周波電源24を備える。また、チャンバー21内に酸素を導入するための酸素ガス発生装置25、可変リークバルブ26、ノズル27を更に備える。   The sputtering apparatus 20 is an apparatus capable of generating plasma by helicon waves and performing high-frequency magnetron sputtering, for example, and includes a sample stage 22, a magnet 23, and a high-frequency power source 24 in a chamber 21. The apparatus further includes an oxygen gas generator 25 for introducing oxygen into the chamber 21, a variable leak valve 26, and a nozzle 27.

試料台22には、基板11、軟磁性層12、シード層13が積層されたものが設置される。磁石23に沿ってターゲット金属28が設置されるが、ターゲット金属28は、試料台22に対向するように配置される。つまりスパッタリングによる結晶成長の方向に対して垂直の方向にターゲット金属28を配置するプラナー方式を採用している。プラナー方式は、成膜速度が速いため、量産化に適している。   A sample table 22 is provided with a substrate 11, a soft magnetic layer 12, and a seed layer 13 stacked thereon. A target metal 28 is installed along the magnet 23, and the target metal 28 is arranged to face the sample stage 22. That is, a planar method is employed in which the target metal 28 is arranged in a direction perpendicular to the direction of crystal growth by sputtering. The planar method is suitable for mass production because the film forming speed is high.

ターゲット金属28は、コバルト鉄合金であり、生成するコバルトフェライトのコバルトと鉄の組成比がX:3−Xとなるように、合金組成比を調整している。   The target metal 28 is a cobalt iron alloy, and the alloy composition ratio is adjusted so that the composition ratio of cobalt and iron in the generated cobalt ferrite is X: 3-X.

チャンバー21内には、アルゴンガスが導入されており、高周波電源24による電圧印加でアルゴンガスがプラズマ状態となり、アルゴンイオンがターゲット金属28に衝突し、コバルト原子、鉄原子が試料側に飛ばされ、酸化マグネシウムの001結晶面に堆積する。この時、ノズル27より導入される酸素が反応性ガスとして基板上で反応されるため、コバルトフェライトの単結晶膜又は高配向膜が酸化マグネシウムの001結晶面上に成膜される。すなわち、ここでのスパッタリング法は、酸素を反応性ガスとした反応性スパッタリング法である。   Argon gas is introduced into the chamber 21, and the argon gas enters a plasma state when voltage is applied by the high frequency power supply 24, the argon ions collide with the target metal 28, and cobalt atoms and iron atoms are blown to the sample side. Deposited on the 001 crystal plane of magnesium oxide. At this time, since oxygen introduced from the nozzle 27 is reacted as a reactive gas on the substrate, a single crystal film or a highly oriented film of cobalt ferrite is formed on the 001 crystal plane of magnesium oxide. That is, the sputtering method here is a reactive sputtering method using oxygen as a reactive gas.

ここで、チャンバー21内に酸素を導入することにより、ターゲット金属28の表面が酸化することとなるが、ターゲット金属28に高周波電圧をかけているために、ターゲット金属28の表面にアルゴンイオンや電子が停滞するのを防ぐことができ、効率的にスパッタリングを行うことができる。   Here, when oxygen is introduced into the chamber 21, the surface of the target metal 28 is oxidized. Since a high frequency voltage is applied to the target metal 28, argon ions and electrons are applied to the surface of the target metal 28. Can be prevented, and sputtering can be performed efficiently.

このようなスパッタリングを、コバルトフェライトが所定の膜厚になるまで継続し、垂直磁気記録層14を形成する。   Such sputtering is continued until the cobalt ferrite has a predetermined thickness, and the perpendicular magnetic recording layer 14 is formed.

以上のような方法で製造した垂直磁気記録媒体10の垂直磁気記録層14の磁気特性を評価した。実験のために、縦10mm、横20mmの大きさの酸化マグネシウムヘキカイ基板に対して、酸素ガスを反応性ガスとしたRFマグネトロンスパッタリングを行ったものについて磁気測定を行った。   The magnetic characteristics of the perpendicular magnetic recording layer 14 of the perpendicular magnetic recording medium 10 manufactured by the above method were evaluated. For the experiment, magnetic measurements were performed on RF magnesiumtron sputtering using oxygen gas as a reactive gas on a magnesium oxide hexkai substrate having a length of 10 mm and a width of 20 mm.

スパッタリング時の垂直磁気記録媒体10の生成場所の温度つまりヘキカイ基板の直近の温度を300〜630℃の範囲で変えて垂直磁気記録層14を形成した。ここで、垂直磁気記録媒体10の生成場所の温度は、ヘキカイ基板の裏面に設置したヒータ付近の温度を熱電対により測定により取得したヒータの指示温度である。   The perpendicular magnetic recording layer 14 was formed by changing the temperature at which the perpendicular magnetic recording medium 10 was produced at the time of sputtering, that is, the temperature closest to the hekikai substrate, in the range of 300 to 630 ° C. Here, the temperature at the production location of the perpendicular magnetic recording medium 10 is the indicated temperature of the heater obtained by measuring the temperature in the vicinity of the heater installed on the back surface of the hekikai substrate with a thermocouple.

スパッタリングの他の条件は、チャンバー21に酸素導入した後の圧力を0.6Paとし、RFパワーを100Wとした。以下、評価結果について説明する。   Other sputtering conditions were such that the pressure after introducing oxygen into the chamber 21 was 0.6 Pa, and the RF power was 100 W. Hereinafter, the evaluation results will be described.

x=0.75で、膜厚が60〜100nmのコバルトフェライトについて評価した。評価結果について、図5を用いて説明する。図5において、横軸は外部磁化、縦軸は磁束密度である。   Evaluation was made on cobalt ferrite with x = 0.75 and a film thickness of 60 to 100 nm. The evaluation result will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the horizontal axis represents external magnetization, and the vertical axis represents magnetic flux density.

図5(a)は、x=0.75、膜厚67nmのコバルトフェライトからなる垂直磁気記録層14の面垂直方向の磁化曲線(ヒステリシスループ)である。図5(a)から分かるように、磁化曲線はスパッタリング時のヘキカイ基板の直近の温度、すなわち垂直磁気記録媒体10の生成場所の温度によって変化する。ヘキカイ基板の直近の温度が600℃の時が最も飽和磁化が大きく、磁化曲線のヒステリシスも角形となっている。残留磁化Mrと飽和磁化Msの比Mr/Msは0.85であり、1に近くなっている。   FIG. 5A shows a magnetization curve (hysteresis loop) in the perpendicular direction of the perpendicular magnetic recording layer 14 made of cobalt ferrite having x = 0.75 and a film thickness of 67 nm. As can be seen from FIG. 5A, the magnetization curve changes depending on the temperature closest to the hekikai substrate during sputtering, that is, the temperature at which the perpendicular magnetic recording medium 10 is generated. The saturation magnetization is the largest when the temperature near the Hekikai substrate is 600 ° C., and the hysteresis of the magnetization curve is also square. The ratio Mr / Ms between the residual magnetization Mr and the saturation magnetization Ms is 0.85, which is close to 1.

また、垂直磁気記録層14の膜厚が67nmの時と100nmの時の磁化曲線を図5(b)に示す。ヘキカイ基板の直近の温度は600℃とした。図5(b)から分かるように、膜厚100nmのときの磁化曲線のヒステリシスは、膜厚67nmよりも更に角形になった。残留磁化Mrと飽和磁化Msの比Mr/Msも0.95であり、更に1に近くなった。この温度600℃、膜厚100nmのときの磁化曲線のヒステリシスは、記録媒体用の磁性材料として十分な特性と言える。   Further, FIG. 5B shows magnetization curves when the thickness of the perpendicular magnetic recording layer 14 is 67 nm and when it is 100 nm. The immediate temperature of the substrate was 600 ° C. As can be seen from FIG. 5B, the hysteresis of the magnetization curve when the film thickness is 100 nm is more square than the film thickness of 67 nm. The ratio Mr / Ms between the remanent magnetization Mr and the saturation magnetization Ms was 0.95, which was further closer to 1. It can be said that the hysteresis of the magnetization curve when the temperature is 600 ° C. and the film thickness is 100 nm is a sufficient characteristic as a magnetic material for a recording medium.

また、飽和磁化Msは約400[emu/cc]であり、バルク体相当の値を有していることが分かる。また、図5(a)の磁化曲線のヒステリシスループから算出した保磁力は20kOeであった。また、x=0.75で、膜厚60〜100nmの各コバルトフェライトについて、磁気測定により算出した垂直磁気異方性の大きさは、約1×10erg/cmであった。 Further, it can be seen that the saturation magnetization Ms is about 400 [emu / cc] and has a value corresponding to the bulk body. Moreover, the coercive force calculated from the hysteresis loop of the magnetization curve in FIG. 5A was 20 kOe. The magnitude of perpendicular magnetic anisotropy calculated by magnetic measurement was about 1 × 10 7 erg / cm 3 for each cobalt ferrite with x = 0.75 and a film thickness of 60 to 100 nm.

なお、ここではコバルトフェライト(CoFe3−X)のXの値が0.75の場合について評価を行ったが、Xの値を増減することでコバルトの割合を制御すると垂直磁気異方性の大きさをチューニングすることができる。 Here, the value of X of cobalt ferrite (Co X Fe 3-X O 4) was evaluated for the case of 0.75, the vertical magnetic anisotropy by controlling the ratio of cobalt by increasing or decreasing the value of X The magnitude of directionality can be tuned.

以上の評価結果より、スパッタリング時の垂直磁気記録媒体10の生成場所の温度を600℃以上まで上げることによって、角形の磁化曲線を有する垂直磁気記録層14を製造することができる。なお、今回実験で用いたスパッタリング装置は温度が630℃までしか上がらないため、それ以上の温度については測定していないが、650℃以上の温度になると、コバルトフェライトの結晶構造が崩れ垂直磁気異方性が劣化するため、650℃以上の温度は望ましくない。   From the above evaluation results, the perpendicular magnetic recording layer 14 having a square magnetization curve can be manufactured by raising the temperature of the production location of the perpendicular magnetic recording medium 10 during sputtering to 600 ° C. or higher. The temperature of the sputtering apparatus used in this experiment only rises up to 630 ° C, and no higher temperature was measured. However, when the temperature exceeded 650 ° C, the cobalt ferrite crystal structure collapsed and perpendicular magnetic anomalies were observed. A temperature of 650 ° C. or higher is not desirable because the directionality deteriorates.

以上のような磁気特性を有する垂直磁気記録層14を備えた垂直磁気記録媒体10は、例えば、図6に示すような磁気記憶装置1に組み込まれる。磁気記憶装置1は、垂直磁気記録媒体10、記録再生ヘッド50、ハウジング73、ハブ75、サスペンション78、アーム79を備える。垂直磁気記録媒体10は、モータ等により回転するハブ75に取り付けられている。   The perpendicular magnetic recording medium 10 provided with the perpendicular magnetic recording layer 14 having the above magnetic characteristics is incorporated in a magnetic storage device 1 as shown in FIG. 6, for example. The magnetic storage device 1 includes a perpendicular magnetic recording medium 10, a recording / reproducing head 50, a housing 73, a hub 75, a suspension 78, and an arm 79. The perpendicular magnetic recording medium 10 is attached to a hub 75 that is rotated by a motor or the like.

記録再生ヘッド50は、MR(Magneto Resistive)ヘッドや、GMR(Giant Magneto Resistive)ヘッド等の読み取り用ヘッド52と、インダクティブヘッド等の書き込み用ヘッド51からなる複合型の記録再生ヘッドである。記録再生ヘッド50は、アーム79の先端にサスペンション78を介して取り付けられている。垂直磁気記録媒体10は、複数の枚数を適宜隔ててハブ75に接続してもよく、それぞれの垂直磁気記憶媒体10ごとに記録再生ヘッド50、サスペンション78、アーム79を設けてもよい。   The recording / reproducing head 50 is a composite recording / reproducing head including a reading head 52 such as an MR (Magneto Resistive) head or a GMR (Giant Magneto Resistive) head and a writing head 51 such as an inductive head. The recording / reproducing head 50 is attached to the tip of an arm 79 via a suspension 78. A plurality of the perpendicular magnetic recording media 10 may be connected to the hub 75 with an appropriate separation, and a recording / reproducing head 50, a suspension 78, and an arm 79 may be provided for each perpendicular magnetic recording medium 10.

以上説明したように、本実施の形態においては、コバルトフェライトの格子定数の1/2よりわずかに大きい格子定数を有する立方晶からなる酸化マグネシウムの001結晶面に対して、酸素を反応性ガスとし鉄コバルト合金をターゲット金属28とした反応性スパッタリングを行って、コバルトフェライトの単結晶膜又は高配向膜を成長させることにより、酸化マグネシウムからなるシード層13とコバルトフェライトからなる垂直磁気記録層14を形成して垂直磁気記録媒体10を製造することとした。これにより、コバルトフェライトという安価な材料から構成される垂直磁気記録媒体を短時間で製造することができる。   As described above, in this embodiment, oxygen is used as a reactive gas with respect to the 001 crystal plane of magnesium oxide having cubic lattice constant slightly larger than 1/2 of the lattice constant of cobalt ferrite. Reactive sputtering using an iron-cobalt alloy as the target metal 28 is performed to grow a single crystal film or highly oriented film of cobalt ferrite, thereby forming a seed layer 13 made of magnesium oxide and a perpendicular magnetic recording layer 14 made of cobalt ferrite. Thus, the perpendicular magnetic recording medium 10 was manufactured. Thereby, a perpendicular magnetic recording medium composed of an inexpensive material called cobalt ferrite can be manufactured in a short time.

(実施の形態2)
本発明の実施の形態2について図7を参照して詳細に説明する。
(Embodiment 2)
The second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

本実施の形態に係る垂直磁気記録媒体30は、実施の形態1と同様に、基板11、軟磁性層12、シード層13、垂直磁気記録層14を備えるが、シード層13の構成が実施の形態1と異なる。シード層13は、図7に示すように、酸化マグネシウム(MgO)の単結晶膜又は高配向膜からなる第1層131と、窒化チタン(TiN)の単結晶膜又は高配向膜からなる第2層132から構成される。   The perpendicular magnetic recording medium 30 according to the present embodiment includes a substrate 11, a soft magnetic layer 12, a seed layer 13, and a perpendicular magnetic recording layer 14 as in the first embodiment, but the configuration of the seed layer 13 is implemented. Different from Form 1. As shown in FIG. 7, the seed layer 13 includes a first layer 131 made of a magnesium oxide (MgO) single crystal film or a highly oriented film, and a second layer made of titanium nitride (TiN) single crystal film or a highly oriented film. It is composed of layer 132.

立方晶である、酸化マグネシウムと窒化チタンの単結晶のユニットセルサイズは、0.424nmであり、コバルトフェライトのユニットセルサイズの1/2よりわずかに大きいため、窒化チタンの001結晶面に、コバルトフェライトの単結晶膜又は高配向膜を安定して結晶成長させるとともに、コバルトフェライトに垂直磁気異方性を発現させることができる。   The unit cell size of the cubic single crystal of magnesium oxide and titanium nitride is 0.424 nm, which is slightly larger than ½ of the unit cell size of cobalt ferrite. A single crystal film or highly oriented film of ferrite can be stably grown and perpendicular magnetic anisotropy can be expressed in cobalt ferrite.

本実施の形態に係る垂直磁気記録媒体30の製造方法について説明する。   A method for manufacturing the perpendicular magnetic recording medium 30 according to the present embodiment will be described.

まず、軟磁性層12の鉄膜を基板11上に生成する。鉄膜の成膜方法は、周知の蒸着法又はスパッタリング法等でよい。その後、鉄膜上に酸化マグネシウムを、蒸着法又はスパッタリング法等により多結晶又はアモルファス状態で薄く堆積させ、その後、アニール処理を行って酸化マグネシウムの001結晶面を第1層131表面に配向させる。   First, an iron film of the soft magnetic layer 12 is formed on the substrate 11. The deposition method of the iron film may be a well-known vapor deposition method or sputtering method. Thereafter, magnesium oxide is thinly deposited in a polycrystalline or amorphous state on the iron film by a vapor deposition method, a sputtering method, or the like, and then an annealing process is performed to orient the 001 crystal plane of magnesium oxide on the surface of the first layer 131.

その後、酸化マグネシウムの001結晶面に、蒸着法又はスパッタリング法等により窒化チタンの単結晶膜又は高配向膜を結晶成長させる。これにより、第2層132の表面、つまり、シード層13の表面に窒化チタンの001結晶面が配向した状態のシード層13を生成することができる。ここで、酸化マグネシウムより窒化チタンの成膜速度の方が早いため、酸化マグネシウムのみでシード層13を構成する場合より、酸化マグネシウムと窒化チタンとでシード層13を構成した場合の方が、製造時間を短縮することができる。   Thereafter, a single crystal film or highly oriented film of titanium nitride is grown on the 001 crystal plane of magnesium oxide by vapor deposition or sputtering. Thereby, the seed layer 13 in which the 001 crystal plane of titanium nitride is oriented on the surface of the second layer 132, that is, the surface of the seed layer 13, can be generated. Here, since the film formation rate of titanium nitride is faster than that of magnesium oxide, the case where the seed layer 13 is composed of magnesium oxide and titanium nitride is manufactured rather than the case where the seed layer 13 is composed of magnesium oxide alone. Time can be shortened.

このようにして生成したシード層13の窒化チタンの001結晶面に対して、コバルトフェライトからなる垂直磁気記録層14を生成する。コバルトフェライトの成膜方法は、実施の形態1と同様である。   A perpendicular magnetic recording layer 14 made of cobalt ferrite is formed on the 001 crystal plane of titanium nitride of the seed layer 13 thus formed. The cobalt ferrite film forming method is the same as in the first embodiment.

以上説明したように、本実施の形態においては、コバルトフェライトの格子定数の1/2よりわずかに大きい格子定数を有する立方晶からなる酸化マグネシウムの001結晶面に対して、窒化チタンを成膜し、窒化チタンの001結晶面上に垂直磁気記録層14を形成することとした。これにより、シード層13の生成時間を短縮でき、より短時間で垂直磁気記録媒体30を製造することができる。   As described above, in this embodiment, titanium nitride is formed on the 001 crystal plane of magnesium oxide having cubic lattice constant slightly larger than 1/2 of the lattice constant of cobalt ferrite. The perpendicular magnetic recording layer 14 was formed on the 001 crystal plane of titanium nitride. Thereby, the generation time of the seed layer 13 can be shortened, and the perpendicular magnetic recording medium 30 can be manufactured in a shorter time.

(実施の形態3)
本発明の実施の形態3について図8、9を参照して詳細に説明する。
(Embodiment 3)
A third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

本実施の形態に係る垂直磁気記録媒体40は、図8に示すように、基板11、軟磁性裏打ち層41、シード層13、垂直磁気記録層14から構成される。軟磁性裏打ち層41は、第1軟磁性層411、非磁性層412、第2軟磁性層413から構成される。   As shown in FIG. 8, the perpendicular magnetic recording medium 40 according to the present embodiment includes a substrate 11, a soft magnetic backing layer 41, a seed layer 13, and a perpendicular magnetic recording layer 14. The soft magnetic backing layer 41 includes a first soft magnetic layer 411, a nonmagnetic layer 412, and a second soft magnetic layer 413.

非磁性層412は反強磁性層間結合層として機能し、垂直磁気記録層14への記録により発生した第2軟磁性層413の残留磁化を、第1軟磁性層411の反平行磁化と結合させる。この反強磁性層間結合により、巨視的な磁束を相殺して読み取り用ヘッド52への到達を防ぎ、記録磁化の読み取り時のスパイクノイズを抑制することができる(図9)。   The nonmagnetic layer 412 functions as an antiferromagnetic interlayer coupling layer, and couples the remanent magnetization of the second soft magnetic layer 413 generated by recording on the perpendicular magnetic recording layer 14 with the antiparallel magnetization of the first soft magnetic layer 411. . By this antiferromagnetic interlayer coupling, macroscopic magnetic flux can be canceled to prevent the magnetic head from reaching the reading head 52, and spike noise during reading of the recorded magnetization can be suppressed (FIG. 9).

ここで、第1軟磁性層411はスピネル型又は逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物層であり、例えば、マグヘマイト(γ−Fe)又は四酸化三鉄(Fe)から構成される。非磁性層412は、絶縁物層であり、例えば、酸化マグネシウム(MgO)から構成される。第2軟磁性層413は金属層であり、例えば、鉄(Fe)から構成される。これらの層は、従来のルテニウムや白金等の希少材料を使用せず、安価な材料から構成されるため、垂直磁気記録媒体40の更なる低コスト化に寄与することができる。 Here, the first soft magnetic layer 411 is an oxide layer having a spinel type or inverse spinel type ionic crystal structure, for example, maghemite (γ-Fe 2 O 3 ) or triiron tetroxide (Fe 5 O 4 ). Consists of The nonmagnetic layer 412 is an insulator layer and is made of, for example, magnesium oxide (MgO). The second soft magnetic layer 413 is a metal layer and is made of, for example, iron (Fe). These layers do not use a conventional rare material such as ruthenium or platinum, but are made of an inexpensive material, which can contribute to further cost reduction of the perpendicular magnetic recording medium 40.

本実施の形態に係る垂直磁気記録媒体40の製造方法について説明する。   A method for manufacturing the perpendicular magnetic recording medium 40 according to the present embodiment will be described.

まず、第1軟磁性層411の酸化物膜を基板11上に生成する。第1軟磁性層411を四酸化三鉄(Fe)で構成する場合には、純酸素ガスを反応性ガスとした鉄の反応性蒸着又は反応性スパッタリングにより成膜し、第1軟磁性層411をマグヘマイト(γ−Fe)で構成する場合には、純オゾンガスを反応性ガスとした鉄の反応性蒸着又は反応性スパッタリングにより成膜する。 First, an oxide film of the first soft magnetic layer 411 is formed on the substrate 11. When the first soft magnetic layer 411 is composed of triiron tetroxide (Fe 5 O 4 ), the first soft magnetic layer 411 is formed by reactive deposition or reactive sputtering of iron using a pure oxygen gas as a reactive gas. When the magnetic layer 411 is composed of maghemite (γ-Fe 2 O 3 ), it is formed by reactive deposition or reactive sputtering of iron using pure ozone gas as a reactive gas.

その後、酸化マグネシウム、鉄を順に成膜する。酸化マグネシウム、鉄の成膜方法は、周知の蒸着方法又はスパッタリング方法等である。   Thereafter, magnesium oxide and iron are sequentially formed. The film formation method of magnesium oxide and iron is a well-known vapor deposition method or sputtering method.

その後、酸化マグネシウムからなるシード層13を生成する。具体的には、蒸着法又はスパッタリング法により酸化マグネシウムを多結晶又はアモルファス状態で堆積させ、その後、アニール処理を行って酸化マグネシウムの001結晶面をシード層13表面に配向させる。   Thereafter, a seed layer 13 made of magnesium oxide is generated. Specifically, magnesium oxide is deposited in a polycrystalline or amorphous state by an evaporation method or a sputtering method, and then an annealing process is performed to orient the 001 crystal plane of magnesium oxide on the surface of the seed layer 13.

シード層13の酸化マグネシウムの001結晶面にコバルトフェライトからなる垂直磁気記録層14を生成するが、コバルトフェライトの成膜方法は実施の形態1と同様である。   The perpendicular magnetic recording layer 14 made of cobalt ferrite is formed on the 001 crystal plane of the magnesium oxide of the seed layer 13, and the method of forming the cobalt ferrite is the same as in the first embodiment.

以上説明したように、本実施の形態においては、スピネル型又は逆スピネル型酸化物膜からなる第1軟磁性層411と絶縁物からなる非磁性層412と金属膜からなる第2軟磁性層413を順に積層した軟磁性裏打ち層41の上に、酸化マグネシウムから構成されるシード層13と、コバルトフェライトから構成される垂直磁気記録層14を積層して垂直磁気記録媒体40を製造することとした。これにより、安価な材料から構成される垂直磁気記録媒体40において、記録磁化の読み取り時のスパイクノイズを抑制することができる。   As described above, in the present embodiment, the first soft magnetic layer 411 made of a spinel or reverse spinel oxide film, the nonmagnetic layer 412 made of an insulator, and the second soft magnetic layer 413 made of a metal film. The perpendicular magnetic recording medium 40 is manufactured by laminating the seed layer 13 made of magnesium oxide and the perpendicular magnetic recording layer 14 made of cobalt ferrite on the soft magnetic backing layer 41 laminated in order. . Thereby, in the perpendicular magnetic recording medium 40 made of an inexpensive material, spike noise at the time of reading the recording magnetization can be suppressed.

このように本発明は、コバルトフェライトの格子定数の1/n(nは自然数)より大きく、且つ、前記コバルトフェライトの001結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有する立方晶からなるシード層の001結晶面に対して、酸素を反応性ガスとし鉄コバルト合金をターゲット金属とした反応性スパッタリングを行って、前記コバルトフェライトの単結晶膜又は高配向膜を成長させることにより垂直磁気記録層を形成することとした。これにより、短時間で、安価な材料から構成される垂直磁気記録媒体を提供することができる。   Thus, the present invention is a cubic crystal having a lattice constant larger than 1 / n (n is a natural number) of cobalt ferrite and having a lattice mismatch with respect to the 001 crystal plane of the cobalt ferrite within a predetermined range. The 001 crystal plane of the seed layer is subjected to reactive sputtering using oxygen as a reactive gas and an iron-cobalt alloy as a target metal to grow a single crystal film or a highly oriented film of the cobalt ferrite, thereby generating perpendicular magnetism. A recording layer was formed. Thereby, a perpendicular magnetic recording medium composed of an inexpensive material can be provided in a short time.

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更は勿論可能である。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Of course, the various change in the range which does not deviate from the summary of this invention is possible.

例えば、上記実施の形態では、1枚の垂直磁気記録媒体の片面のみを磁気記録に用いる構成としたが、両面の表面に垂直磁気記録層を形成し、両面を磁気記録に用いてもよい。   For example, in the above embodiment, only one surface of one perpendicular magnetic recording medium is used for magnetic recording. However, a perpendicular magnetic recording layer may be formed on both surfaces and both surfaces may be used for magnetic recording.

また、上記実施の形態において、シード層13は、酸化マグネシウム又は窒化チタンからなるとしたが、コバルトフェライトの格子定数の1/n(nは自然数)より大きく、且つ、前記コバルトフェライトの001結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有する立方晶であり、シード層13の表面に001結晶面が配向するようにできれば、他の材料でもよい。ここで、シード層13の材料の格子定数が、コバルトフェライトの格子定数の1/nに対して大きいと、界面で膜面内に引っ張り応力が働き、コバルトフェライトの磁気弾性効果により垂直磁気異方性が現れる。したがって、シード層13の格子定数を反映しながらコバルトフェライトがエピタキシャルに成長する条件でかつ、シード層13の材料の格子定数が、コバルトフェライトの格子定数の1/nに対して大きい必要がある。これらの条件により、許容される格子定数の範囲が決まる。例えば、1×10erg/cm以上の垂直磁気異方性が要求される場合には、シード層13の材料の格子定数は、コバルトフェライトの格子定数の1/nに対する格子不整合度がf=(−1±0.5)%の範囲内となるように設定される。 In the above embodiment, the seed layer 13 is made of magnesium oxide or titanium nitride. However, the seed layer 13 is larger than 1 / n (n is a natural number) of the lattice constant of cobalt ferrite, and is equal to the 001 crystal plane of the cobalt ferrite. Other materials may be used as long as the lattice mismatch is a cubic crystal having a lattice constant within a predetermined range and the 001 crystal plane is oriented on the surface of the seed layer 13. Here, if the lattice constant of the material of the seed layer 13 is larger than 1 / n of the lattice constant of cobalt ferrite, tensile stress acts in the film surface at the interface, and perpendicular magnetic anisotropy is caused by the magnetoelastic effect of cobalt ferrite. Sex appears. Accordingly, it is necessary that the lattice constant of the material of the seed layer 13 is larger than 1 / n of the lattice constant of the cobalt ferrite under the condition that the cobalt ferrite grows epitaxially while reflecting the lattice constant of the seed layer 13. These conditions determine the range of allowable lattice constants. For example, when the perpendicular magnetic anisotropy of 1 × 10 7 erg / cm 3 or more is required, the lattice constant of the material of the seed layer 13 is such that the degree of lattice mismatch with respect to 1 / n of the lattice constant of cobalt ferrite. It is set to be within the range of f = (− 1 ± 0.5)%.

また、垂直磁気記録層14の生成に使用するスパッタリング法は、高周波マグネトロンスパッタリングであるとしたが、DC(Direct Current)パルススパッタリングでもよい。このとき、スパッタリングの電源としてDC電源を用い、ON/OFFの切替を定期的に行うスイッチを回路上に設ける構成とする。   In addition, although the sputtering method used for generating the perpendicular magnetic recording layer 14 is high-frequency magnetron sputtering, it may be DC (Direct Current) pulse sputtering. At this time, a DC power source is used as a sputtering power source, and a switch that periodically switches ON / OFF is provided on the circuit.

また、実施の形態3では、酸化物からなる第1軟磁性層411と、絶縁物からなる非磁性層412と、金属からなる第2軟磁性層413で構成される軟磁性裏打ち層41の上にシード層13、垂直磁気記録層14を形成するとしたが、軟磁性裏打ち層41の構成はこれに限られない。シード層13の表面に001結晶面が配向するようにシード層13を形成することができるような構成であれば、他の材料からなる軟磁性裏打ち層41であってもよい。   In the third embodiment, the soft magnetic backing layer 41 is composed of the first soft magnetic layer 411 made of an oxide, the nonmagnetic layer 412 made of an insulator, and the second soft magnetic layer 413 made of a metal. Although the seed layer 13 and the perpendicular magnetic recording layer 14 are formed on the substrate, the configuration of the soft magnetic backing layer 41 is not limited to this. As long as the seed layer 13 can be formed so that the 001 crystal plane is oriented on the surface of the seed layer 13, the soft magnetic backing layer 41 made of another material may be used.

また、実施の形態3では、軟磁性裏打ち層41の上に形成するシード層13を酸化マグネシウムで構成するとしたが、実施の形態2と同様にシード層13を酸化マグネシウムからなる第1層131と窒化チタンからなる第2層132から構成されるようにしてもよい。   In the third embodiment, the seed layer 13 formed on the soft magnetic backing layer 41 is composed of magnesium oxide. However, as in the second embodiment, the seed layer 13 is composed of the first layer 131 made of magnesium oxide and the first layer 131. You may make it comprise the 2nd layer 132 which consists of titanium nitride.

1…磁気記憶装置
10、30、40…垂直磁気記録媒体
101…垂直磁気記録媒体の表面
11…基板
12…軟磁性層
13…シード層
131…第1層
132…第2層
14…垂直磁気記録層
20…スパッタリング装置
21…チャンバー
22…試料台
23…磁石
24…高周波電源
25…酸素ガス発生装置
26…可変リークバルブ
27…ノズル
28…ターゲット金属
41…軟磁性裏打ち層
411…第1軟磁性層
412…非磁性層
413…第2軟磁性層
50…記録再生ヘッド
51…書き込み用ヘッド
511…メインポール
512…リターンポール
52…読み取り用ヘッド
73…ハウジング
75…ハブ
78…サスペンション
79…アーム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetic storage device 10, 30, 40 ... Perpendicular magnetic recording medium 101 ... Surface of perpendicular magnetic recording medium 11 ... Substrate 12 ... Soft magnetic layer 13 ... Seed layer 131 ... First layer 132 ... Second layer 14 ... Perpendicular magnetic recording Layer 20 ... Sputtering device 21 ... Chamber 22 ... Sample stand 23 ... Magnet 24 ... High frequency power supply 25 ... Oxygen gas generator 26 ... Variable leak valve 27 ... Nozzle 28 ... Target metal 41 ... Soft magnetic backing layer 411 ... First soft magnetic layer 412: Non-magnetic layer 413: Second soft magnetic layer 50: Recording / reproducing head 51 ... Write head 511 ... Main pole 512 ... Return pole 52 ... Read head 73 ... Housing 75 ... Hub 78 ... Suspension 79 ... Arm

Claims (16)

コバルトフェライトの格子定数の1/n(nは自然数)より大きく、且つ、前記コバルトフェライトの001結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有する立方晶からなるシード層の001結晶面に対して、酸素を反応性ガスとし鉄コバルト合金をターゲット金属とした反応性スパッタリングを行って、前記コバルトフェライトの単結晶膜又は高配向膜を成長させることにより形成した垂直磁気記録層を有する、
ことを特徴とする垂直磁気記録媒体。
001 crystal plane of a seed layer made of a cubic crystal having a lattice constant larger than 1 / n (n is a natural number) of cobalt ferrite and having a lattice mismatch within a predetermined range with respect to the 001 crystal plane of the cobalt ferrite. In contrast, by performing reactive sputtering using oxygen as a reactive gas and iron cobalt alloy as a target metal, and having a perpendicular magnetic recording layer formed by growing a single crystal film or a highly oriented film of cobalt ferrite,
A perpendicular magnetic recording medium.
前記シード層は、酸化マグネシウム又は窒化チタンを含む、
ことを特徴とする請求項1に記載の垂直磁気記録媒体。
The seed layer includes magnesium oxide or titanium nitride.
The perpendicular magnetic recording medium according to claim 1.
前記反応性スパッタリングは、高周波マグネトロンスパッタリング又はDCパルスマグネトロンスパッタリングである、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の垂直磁気記録媒体。
The reactive sputtering is radio frequency magnetron sputtering or DC pulse magnetron sputtering.
The perpendicular magnetic recording medium according to claim 1, wherein the perpendicular magnetic recording medium is a magnetic recording medium.
前記反応性スパッタリングは、前記シード層の001結晶面に対して対向する位置に鉄コバルト合金を配置したプラナー型スパッタリングである、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の垂直磁気記録媒体。
The reactive sputtering is planar sputtering in which an iron-cobalt alloy is disposed at a position facing the 001 crystal plane of the seed layer.
The perpendicular magnetic recording medium according to claim 1, wherein the perpendicular magnetic recording medium is a magnetic recording medium.
前記反応性スパッタリング時の前記垂直磁気記録媒体の生成場所の温度は、600℃以上である、
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の垂直磁気記録媒体。
The temperature of the production place of the perpendicular magnetic recording medium during the reactive sputtering is 600 ° C. or higher.
The perpendicular magnetic recording medium according to claim 1, wherein the perpendicular magnetic recording medium is a magnetic recording medium.
スピネル型又は逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物からなる第1軟磁性層と、単体で強磁性を有する金属又は単体で強磁性を有する金属を含む合金からなる第2軟磁性層と、を含む軟磁性裏打ち層を更に有し、
前記第2軟磁性層の、前記第1軟磁性層と逆側の面に前記シード層が積層されている、
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の垂直磁気記録媒体。
A first soft magnetic layer made of an oxide having a spinel-type or inverse spinel-type ionic crystal structure; and a second soft magnetic layer made of a single metal having ferromagnetism or an alloy containing a single metal having ferromagnetism; A soft magnetic backing layer comprising
The seed layer is laminated on a surface of the second soft magnetic layer opposite to the first soft magnetic layer;
The perpendicular magnetic recording medium according to claim 1, wherein the perpendicular magnetic recording medium is a magnetic recording medium.
前記酸化物は、四酸化三鉄又はマグヘマイトを含む酸化物であり、前記金属が鉄であり、前記金属を含む合金が鉄を含む合金であり、
前記軟磁性裏打ち層は、前記第1軟磁性層と前記第2軟磁性層の間に絶縁物からなる非磁性層を更に有する、
ことを特徴とする請求項6に記載の垂直磁気記録媒体。
The oxide is an oxide containing triiron tetroxide or maghemite, the metal is iron, and the alloy containing the metal is an alloy containing iron,
The soft magnetic backing layer further includes a nonmagnetic layer made of an insulator between the first soft magnetic layer and the second soft magnetic layer.
The perpendicular magnetic recording medium according to claim 6.
請求項1乃至7のいずれか1項に記載の垂直磁気記録媒体と、前記垂直磁気記録媒体に対して、情報の記録又は再生を行うヘッドと、を備えた磁気記憶装置。   A magnetic storage device comprising: the perpendicular magnetic recording medium according to claim 1; and a head that records or reproduces information on the perpendicular magnetic recording medium. コバルトフェライトからなる垂直磁気記録層を有する垂直磁気記録媒体の製造方法であって、
前記コバルトフェライトの格子定数の1/n(nは自然数)より大きく、且つ、前記コバルトフェライトの001結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有する立方晶からなるシード層の001結晶面に対して、酸素を反応性ガスとし鉄コバルト合金をターゲット金属とした反応性スパッタリングを行って、前記コバルトフェライトの単結晶膜又は高配向膜を成長させることにより前記垂直磁気記録層を形成する工程を有する、
ことを特徴とする垂直磁気記録媒体の製造方法。
A method of manufacturing a perpendicular magnetic recording medium having a perpendicular magnetic recording layer made of cobalt ferrite,
001 crystal of a seed layer made of a cubic crystal having a lattice constant larger than 1 / n (n is a natural number) of the cobalt ferrite and having a lattice mismatch with respect to the 001 crystal plane of the cobalt ferrite within a predetermined range. Reactive sputtering using oxygen as a reactive gas and an iron cobalt alloy as a target metal is performed on the surface to grow the single crystal film or highly oriented film of cobalt ferrite, thereby forming the perpendicular magnetic recording layer Having steps,
A method of manufacturing a perpendicular magnetic recording medium.
前記シード層は、酸化マグネシウムを含み、
前記シード層の表面に、前記酸化マグネシウムの001結晶面が配向するように、酸化マグネシウム薄膜を形成することにより、シード層を生成する工程を更に有する、
ことを特徴とする請求項9に記載の垂直磁気記録媒体の製造方法。
The seed layer includes magnesium oxide;
A step of generating a seed layer by forming a magnesium oxide thin film so that a 001 crystal plane of the magnesium oxide is oriented on the surface of the seed layer;
The method of manufacturing a perpendicular magnetic recording medium according to claim 9.
前記シード層は、酸化マグネシウム及び窒化チタンを含み、
前記酸化マグネシウムの001結晶面が表面に配向するように、酸化マグネシウム薄膜を形成した後に、前記酸化マグネシウムの001結晶面に前記窒化チタンを成膜することにより、前記シード層の表面に前記窒化チタンの001結晶面が配向するようにシード層を生成する工程を更に有する、
ことを特徴とする請求項9に記載の垂直磁気記録媒体の製造方法。
The seed layer includes magnesium oxide and titanium nitride,
After forming a magnesium oxide thin film so that the 001 crystal plane of the magnesium oxide is oriented on the surface, the titanium nitride is deposited on the 001 crystal plane of the magnesium oxide, thereby forming the titanium nitride on the surface of the seed layer. A step of generating a seed layer so that the 001 crystal plane is oriented.
The method of manufacturing a perpendicular magnetic recording medium according to claim 9.
前記反応性スパッタリングは、RFマグネトロンスパッタリング又はDCパルスマグネトロンスパッタリングである、
ことを特徴とする請求項9乃至11のいずれか1項に記載の垂直磁気記録媒体の製造方法。
The reactive sputtering is RF magnetron sputtering or DC pulse magnetron sputtering.
12. The method of manufacturing a perpendicular magnetic recording medium according to claim 9, wherein
前記反応性スパッタリングは、前記シード層の001結晶面に対して対向する位置に鉄コバルト合金を配置したプラナー型スパッタリングである、
ことを特徴とする請求項9乃至12のいずれか1項に記載の垂直磁気記録媒体の製造方法。
The reactive sputtering is planar sputtering in which an iron-cobalt alloy is disposed at a position facing the 001 crystal plane of the seed layer.
The method for manufacturing a perpendicular magnetic recording medium according to claim 9, wherein:
前記反応性スパッタリング時の前記垂直磁気記録媒体の生成場所の温度は、600℃以上である、
ことを特徴とする請求項9乃至13のいずれか1項に記載の垂直磁気記録媒体の磁性材料製造方法。
The temperature of the production place of the perpendicular magnetic recording medium during the reactive sputtering is 600 ° C. or higher.
14. The method of manufacturing a magnetic material for a perpendicular magnetic recording medium according to claim 9, wherein the magnetic material is a magnetic material.
スピネル型又は逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物からなる第1軟磁性層を生成する工程と、
前記第1軟磁性層に上に絶縁物からなる非磁性層を生成する工程と、
前記非磁性層の上に単体で強磁性を有する金属又は単体で強磁性を有する金属を含む合金からなる第2軟磁性層を生成する工程と、を更に有し、
前記第2軟磁性層の上に前記シード層を生成する、
ことを特徴とする請求項9乃至14のいずれか1項に記載の垂直磁気記録媒体の製造方法。
Producing a first soft magnetic layer made of an oxide having a spinel-type or inverse spinel-type ionic crystal structure;
Forming a nonmagnetic layer made of an insulator on the first soft magnetic layer;
Producing a second soft magnetic layer made of a metal having ferromagnetic property alone or an alloy containing a metal having ferromagnetic property alone on the non-magnetic layer, and
Generating the seed layer on the second soft magnetic layer;
15. The method of manufacturing a perpendicular magnetic recording medium according to claim 9, wherein
前記酸化物は、四酸化三鉄又はマグヘマイトを含む酸化物であり、前記絶縁物は酸化マグネシウムであり、前記金属は鉄であり、前記金属を含む合金は鉄を含む合金である、
ことを特徴とする請求項15に記載の垂直磁気記録媒体の製造方法。
The oxide is an oxide containing triiron tetroxide or maghemite, the insulator is magnesium oxide, the metal is iron, and the alloy containing the metal is an alloy containing iron.
The method of manufacturing a perpendicular magnetic recording medium according to claim 15.
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