JP2001523032A - 高度に配向された磁気薄膜、これを用いた記録媒体、変換器、デバイス、および製造方法 - Google Patents
高度に配向された磁気薄膜、これを用いた記録媒体、変換器、デバイス、および製造方法Info
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Abstract
Description
rant No.ECD−8907068により部分的に援助された。米国政府
はこの発明に対して相当の権利を有する。発明の背景 本発明は、概して薄膜、この膜を有する磁気記録媒体、変換器およびデバイス
に関し、より詳細には、磁気記録媒体および変換器において用いるための、高度
に配向されたコバルトまたはコバルト合金磁性体層を促進させる薄膜に関する。
えず増加し続けている。この要求に応えるため、記録媒体に関連するノイズを低
下させながら記憶容量を実質的に増加させた、増大した記録密度、およびより明
確な結晶粒構造を有する記録媒体が開発されてきた。しかし、過去20年間の記
録密度の急速な増加は、パーソナルコンピュータの増加とともに、より低いノイ
ズおよびコストのさらに高い記憶容量の記録媒体に対する要求をあおるのみであ
った。
において用いられている。その例としては、スーパーコンピュータ、パーソナル
デスクトップおよびポータブルラップトップコンピュータ、ファイルサーバー、
パーソナルデータ補助手段、データ収集装置、物品追跡システム、ビデオ記録器
、デジタルオーディオ記録器、さらに電話応答機器が挙げられる。共通の構造的
特徴は、これらがすべて中央プロセシングユニット、入力−出力インターフェー
ス、種々のレベルの一時メモリー、および通常はある形態の永久データ記憶デバ
イスを有することである。永久データ記憶デバイスの本質的特徴は、電力が失わ
れるか除かれた場合でも情報がそのまま残ることである。データは、永久データ
記憶デバイスに光学的にまたは磁気的に記憶される。より一般的に用いられてい
るデータ記憶デバイスは、消去可能かつ再記録可能な磁性体に基づくものである
。すべての磁気データ記憶デバイスに共通するものは、記録および読み出し変換
器、データを記憶する磁気媒体、および媒体または変換器を互いに配置するメカ
ニズムである。
ックの磁気ビットにデータが記憶される、フロッピーディスクドライブ、ハード
ディスクドライブ、および磁気光学ディスクドライブが挙げられる。磁気媒体は
回転し、変換器は動かないかまたは放射状に動いて、媒体上のある位置において
、データの読み出しまたは書き込みを行う。
させ、一方変換器は動かなくてもよく、移動する媒体を横切って動いてもよく、
あるいは媒体に対して螺旋状の弧を描いて動いてもよい。また将来は、非常に大
量のデータを、媒体または変換器が互いに二次元デカルト座標または弧を描いて
データにアクセスする物理的に非常に小さいフォーマットで記憶しうると考えら
れている。
を特定の方向で磁化することによりデータを記録し、磁化された媒体の方向を検
出することによりデータを読み出すのに用いられる誘導性磁気ヘッドであった。
最近は、データパターンを記録するために誘導性磁気ヘッドを用い、データを読
み出すために耐磁性センサーを用いる。多くの磁気光学的記憶デバイスにおいて
、記録変換器の絶対に必要な部分は、媒体表面において光学的熱源を用いて表面
を加熱しながら磁界を発生する部材である。次に、媒体を冷却したとき、媒体は
記録変換器により発生した磁界の磁気配向で磁気を帯びる。あるシステムでは、
この配向磁界は隣接する磁性体により提供される。
は一般に優先的配向で磁化される。したがって、ほとんどすべての磁気データ記
憶媒体においては、記録およびプレイバック変換器の動作配向に整合する方向に
磁気媒体を配向させることが望ましい。さらに、磁性体は一般に、磁化容易軸と
して知られる軸に沿った優先的配向でより容易に磁化されるであろう。
)は、媒体の記録性能に重要である。これらの磁気特性は、固定された組成につ
いては、主として膜のミクロ構造に依存する。薄膜縦磁気記録媒体に関しては、
磁化層は好ましくは単軸結晶異方性および主として膜の平面(すなわち平面内)
上でc−軸に沿った方向の磁化容易軸を有する。層の主要な結晶学的配向は、結
晶学的集合組織(texture)、もしくは本明細書において使用される場合
には集合組織として知られ、これは、表面の機械的粗さを記述するために"テク スチャー"との用語を用いるものとは異なる。すなわち、表面および表面に平行 な結晶学的平面を有する結晶は、表面に垂直な方向ベクトルにより記述される集
合組織を有すると言われる。通常、平面内c−軸配向がよければよいほど、縦記
録に用いられる磁性体層の保磁力は高い。高い残留磁気を達成するためには高い
保磁力が必要である。同様に、垂直磁気記録媒体については、Co合金の望まし
い結晶構造は単軸異方性および膜平面に対して垂直な結晶c−軸を有する六方最
密("hcp")である。
。媒体の配向と変換器を整列させることにより、データビットをより低いエネル
ギーの変換器磁界で記録させることができ、より容易に媒体を磁化しうる能力は
、媒体のより強く磁化された部分を提供する。これらの2つの効果の組み合わせ
により、データビットをより局所化されているが、より高度に磁化された媒体の
部分に記録しそこから読み出すことが可能となる。すなわち、変換器および媒体
の相対的磁気配向を整列させることにより、増加した記録密度および記憶容量を
達成することができる。このことにより、媒体上のより小さな面積中により多く
のデータを記憶することが可能となるため、より高い性能のデータ記憶デバイス
が得られる。また、このことにより、同等のまたはより大きい容量の記憶デバイ
スを構築するために必要な部材がより少ないため、データビットあたりのコスト
がより低くなり、そしておそらくはより低いコストの記憶デバイスを得ることが
可能となる。多くの場合、記憶システムの物理的サイズがより小さくなるため、
記憶されたデータの特定の部分に到達するためのアクセス時間も減少する。
ランダム平行または一定であるか、または配向が媒体表面に対して垂直であるこ
とが望ましい。媒体が変換器に対して回転するため、これらの配向のそれぞれに
おいて、磁気媒体と変換器との相対配向は変化しない。媒体と変換器の相対配向
の変動により、信号の記録および読み出しが変動し、これは信号変調として知ら
れる。
の平面中でほぼランダムである。しかし、回転する磁気媒体は、基体表面の機械
的粗さのため、しばしば記録トラック方向に沿ってあるわずかな程度の配向を有
する。垂直磁気媒体については、配向は、記録および読み出し変換器の磁界配向
と整合させるために、媒体平面に対して垂直方向によく配向しなければならない
。磁気光学的記録、磁気光学的ファラデー効果、またはカー効果は、光が磁化方
向に平行に伝搬される場合、さらに大きくなる。通常光は媒体表面に対して垂直
方向に伝えらるため、媒体の磁気配向がこれと同じであることが望ましい。同様
に、テープおよびシートの磁気記録システムについては、媒体の好ましい磁気配
向は変換器の磁界配向に平行である。
気膜から構成される。薄膜は一般に、種々の技術、例えば熱もしくは電子ビーム
蒸発、RFもしくはDCダイオードまたはマグネトロンスパッタリング、イオン
ビーム蒸着、レーザー切断、または化学的蒸気相蒸着により、基体上に真空蒸着
される。しかし、膜は、電気化学的蒸着によっても製造されてきた。ハードディ
スクにおいて用いられるもののようなほとんどの磁気記録媒体においては、薄膜
層は多結晶質である。ほとんどの商業的な磁気光学的記録媒体においては、磁気
薄膜層は非晶質希土類遷移金属合金からなるが、多結晶質超格子もまた用いられ
ている。
セラミック製でありうるが、より慣用的には表面に非電着性金属析出させたNi
P層を有するAlMg合金である。典型的には、1つまたはそれ以上の非磁性下
層、例えばCr、追加の合金元素X(X=C、Mg、Al、Si、Ti、V、C
o、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、La、Ce、Mn、Nd、Gd、Tb、D
y、Er、Ta、およびW)を含むCr、Ti、W、Mo、NiP、およびB2
規則格子構造、例えばNiAlおよびFeAlを、磁性体層を蒸着する前に基体
上に蒸着して特定の配向を促進し、および/または、典型的にはCo合金からな
る磁性体層の結晶粒サイズを調節する。
晶粒分離である。個々の結晶粒のサイズおよび分離が、媒体ノイズおよび層上で
達成可能な記録密度に影響を与えるのみならず、分離はまた、記録されたデータ
の移行もしくは信号の達成可能な分離にも影響を与え、その重複の程度は信号中
に追加の媒体ノイズを誘導する。
垂直磁気媒体において慣用的に用いられている。例えば、非磁性元素、例えばC
rは、慣用的に磁気膜中にバルクでドーピングして磁化を低下させる。これは、
磁化を媒体膜平面に対して垂直に配向させるために、合金の磁気モーメントに伴
う減磁エネルギーが磁気結晶異方性エネルギーより低くなければならない垂直磁
気媒体では特に重要である。縦磁気媒体においては、同じ技術を用いて磁束転移
減磁エネルギーを低くし、このことによりより短い磁束転移長さ、したがってよ
り高い記録密度を得る。しかし、さらに重要なことには、コバルト結晶粒間の磁
化交換カップリングを制限するため、非磁性元素をCo−合金中に導入して非強
磁性体の拡散による結晶粒と結晶粒との単離を提供する。
増加とともに増加する。しかし、大きい結晶粒はより大きいノイズをもたらす。
大きい結晶粒に伴うノイズの増加なしに高い保磁力を達成することが求められて
いる。低ノイズ磁気媒体を得るためには、Co合金薄膜は、隣接結晶粒と磁気的
に単離することができる結晶粒界を有する均一なサイズの小さい結晶粒を有して
いなければならない。この種のミクロ構造、配向および結晶学的集合組織は、通
常、蒸着工程を操作することにより、基体表面に溝を掘ることにより、コバルト
合金組成を変化させることにより、または下層を適正に使用することにより、達
成することができる。
、磁性体層結晶粒のエピタキシャル結晶成長を誘導することにより促進される。
磁気薄膜層の結晶粒サイズおよび配向の質は、その層が蒸着されつつある層の結
晶粒サイズおよび集合組織の質に大きく依存する。前の層が第2の層に集合組織
を誘導しうる程度は、部分的には、各層の材料の相対サイズまたは格子間隔およ
び結晶構造によって決定される。予測されるように、結晶サイズと層の構造との
間に実質的な変動がある場合、結晶学的集合組織は複製されず、層は非晶質構造
および/または下層および最低エネルギー状態の代表値、すなわち材料によって
異なる最密構造とは無関係な結晶構造の配向で蒸着されるであろう。
あり、配向がCr晶子上でのCo下層の準エピタキシャル成長により幾分決定さ
れるため、CrがCo合金にとって良好な結晶学的集合組織を提供することが見
いだされている。磁性体層として用いられている特定のCo合金によって、下層
合金組成は、原子結晶格子パラメータがCo合金の格子間隔とよりよく整合する
ように選択することができる。例えば、米国特許4,652,499は、バナジ
ウム(V)をCrに添加してその格子定数を変化させ、このことによりhcpC
o合金、例えばCoPtまたはCoPtCrと体心立方("bcc")CrV下 層との間によりよい格子整合を促進することにより、縦磁気媒体の下層を改良す
る努力を開示する。他の研究者は、他の同様に可溶の原子半径の大きい材料、例
えばTiおよびMoをCrのbcc構造に添加することにより同様な結果が得ら
れることを議論している。格子整合は、Co合金が面心立方("fcc")構造 ではなく、hcp構造で成長することを促進する。
とは、磁気媒体において高い保磁力を成するために必要である。回転媒体用途に
おいては、信号変調を防止するため、Co合金はbccCr晶子の平面配向中で
ランダムにエピタキシャル成長させる。すなわち、Coは基体表面平面に平行な
好ましい組み合わせの結晶平面で配向させなければならない。いくつかのCr集
合組織は、Coを膜平面内でまたはその近くでその磁化容易軸で成長させること
に適している。例えば、K.Hono,B.Wong,and D.E.Lau
ghlin,"Crystallography of Co/Cr bila yer magnetic thin films",Journal of Applied Physics 68(9),p.4734(1990)は、
bccCr下層上に蒸着したhcpCo合金薄膜の結晶粒から結晶粒へのエピタ
キシャル成長を促進するbccCr下層を記載し、Co合金[0002]c−軸
、したがって磁化容易軸の配向は、Cr合金下層の結晶学的集合組織と直接関係
する。Cr合金とCo合金との間のこれらの集合組織関係の最も慣用的なものを
以下にまとめる。 四結晶(quadcrystal): Co(101 ̄1)[1 ̄21 ̄0]||Cr(110)[11 ̄0]または Co(101 ̄1)(1 ̄21 ̄0]||Cr(110)[1 ̄10] 二結晶(bicrystal): Co(112 ̄0)[0001]||Cr(002)[110]または Co(112 ̄0)[0001]||Cr(002)[11 ̄0] 一結晶(unicrystal): Co(101 ̄0)[0001]||Cr(112)[11 ̄0] なお、本明細書においては、結晶構造に関する記号
金のc−軸[0002]を膜平面内に誘導するが、最も容易に形成されるCr(
110)集合組織により、c−軸は表面に対して±28°傾く。したがって、(
110)Cr集合組織上で成長したCoはc−軸が記録平面に平行ではないため
、保磁力がより低い。また、Coのc−軸をCr(002)およびCr(110
)集合組織上に配置することができる多数の方向がある。したがって、一つの(
002)集合組織のCr結晶粒においては2つの可能なc−軸配向が成長するこ
とができるのに対し(二結晶)、一つの(110)集合組織のCr結晶粒におい
てはCrの4つの可能なc−軸配向が成長することができる(四結晶)。これら
の変種が一つのCr合金結晶粒上に共存する場合、二結晶および四結晶は印加さ
れた磁界に同時に平行なc−軸を有することができず、結晶粒の保磁力は低下す
るであろう。一方、非常にめずらしい一結晶Co(101 ̄0)//Cr(11
2)集合組織関係のみが、Cr結晶粒の単一配向を可能とし、Cr結晶粒が膜平
面においてランダムに配向していても記録磁界方向に平行に配向していても、よ
り高い保磁力が得られる。
されている場合、Cr(110)集合組織が発達する傾向にあり、Cr合金とC
o合金結晶との間に合理的な格子整合が存在する場合、四結晶hcpCoが成長
する傾向にあることが経験的に見いだされている。同様に、Crを高温で蒸着し
たとき、X線回折により限られた程度のCr(002)が観察され、幾分Co二
結晶が成長する傾向にあることも見いだされている。しかし、これらの場合のそ
れぞれにおいて、Crの集合組織に、およびCo磁性体層のこれらの磁化容易軸
の得られた配向に、かなりの分散および変動が存在する。望ましいCr(112
)集合組織は、一結晶を得るために必要であるが、これはCrが媒体にとって不
適切に厚く形成され、このとき、Cr晶子はすべての方向に成長し、膜は通常多
結晶質粉体と同様の多数の集合組織を示す場合を除いてあまり見られない。
てここに引用する)に記載されるように、(002)配向を有するよく集合組織
化されたCr層は多結晶質MgO種晶層を用いて製造することができることを見
いだした。さらに、本出願人はまた、米国特許出願08/315,096(本明
細書の一部としてここに引用する)に記載されるように、Crを(112)配向
B2体心立方誘導体材料、例えばNiAlおよびFeAl上でエピタキシャル成
長させることにより、Cr(112)を製造しうることを見いだした。また、N
akamuraらは、単結晶MgO、NaCl構造の結晶研究の間に(002)
および(112)Crを製造している(Jpn.J.Applied Phys
ics,Vol.32,part 2,No.10A,L1410(Octob
er,1993)およびJpn.J.Appl.Phys.Vol.34(19
95)pp.2307−2311)。
る改良が認められた。また、下層と基体との間に種晶層を組み込んで、下層の構
造をさらに制御し、膜の粗さを制御し、基体不純物による下層の汚染を防止する
ことができる。本明細書においては、多数の種晶層、多数の下層および中間層を
まとめて下層構造と称する。さらに、得られる膜の磁気特性の変化を生じさせる
ために、非強磁性内層、例えばCrまたはCr合金により分離されていてもされ
ていなくてもよい多数の磁性体層が、しばしば用いられる。本明細書においては
、磁性体層および間に挟まれている内層をまとめて磁性体層構造と称する。多層
の下層および磁性体層構造の使用により、結晶粒サイズ、結晶粒と結晶粒との単
離、および続く層のエピタキシャル成長および磁性体層の表面粗さをさらに制御
することができる。しかし、追加の層を使用することはまた、全体のコストおよ
び製造工程の複雑性を増加させるであろう。
とが望ましい。これは、Co合金が(0002)集合組織を有し、[0002]
結晶方向が膜平面に対して垂直であることを意味する。Coが十分に厚く成長す
ると、この集合組織は原子の(0002)平面が最密となるように自然に発達す
ることが見いだされている。しかし、この配向における分散が大きくなり、これ
らの膜の第1の部分がランダムなまたは非常に悪い配向となるため、これは媒体
にとっては不適切である。
、(0002)結晶集合組織の配向したhcp下層またはfcc下層への、結晶
粒から結晶粒への準エピタキシャル成長により得られている。TiおよびTi90 Cr10at%はしばしばこの目的のために最良の種晶層または下層として引用され るが、この構造を誘導するために、他の種晶層、例えばPt、CoOおよび厚い
非磁性hcpCoCr35at%が用いられてきた。"Compositional separation of CoCrPt/Cr films for l
ongitudinal recording and CoCr/Ti fi
lms for perpenticular recording"IEEE Trans.Magn.,Vol.27,no.6,part 2,pp.4
718−4720(1991);およびIEEE Trans.Magn.Vo
l.30,no.6,pp.4020−4022(Nov.1994)を参照の
こと。
有するため、垂直磁気記録のためには配向の程度が非常に良好でなければならな
い。これまで、縦薄膜記録製品に関して匹敵する、垂直磁気薄膜記録媒体を用い
た商業的に実行可能な製品はなかった。
配の困難性を解決するための多くの試みがなされてきた。軟質層を用いて高い透
磁率の磁束帰還路を提供して垂直極−ヘッド磁界勾配を鋭くし、これは記録され
たパターンにおけるデータ移行を鋭くする。しかし、軟質磁性層は媒体に複雑さ
を加え、その質が不完全または欠失しているために、そして得られるドメイン壁
運動バルクハウゼン現象のため、一般に媒体ノイズを増加させる。
Nx、FeAlNx、FeTaNx、FeSi合金、NiFe合金またはFeCo 合金からなる。媒体と同様に、高性能変換器を製造するためには、結晶学的配向
、磁気異方性の大きさおよび配向、および結晶粒サイズ、ならびに磁気ひずみお
よび磁気弾性特性、および材料中の局所的応力を制御することが必要である。こ
れらの属性および因子を制御しないと、変換器は望ましくないほど大きなヒステ
リシス特性を有し、ドライブ信号が除かれた後も磁化されたまま残り、バルクハ
ウゼン現象または遅れたノイズスパイクを示し、あるいは磁界信号に対して非線
形の応答を示すであろう。
蒸着種晶層を用いてfccNi合金が(111)集合組織を有するよう誘導する
。NiFe合金等の材料については、磁化容易軸は<111>方向に沿って位置
しており、(111)集合組織が誘導されると容易軸は膜平面からわずか19°
に位置する。この配向の質は、これらの層における磁気スピン回転または磁気ド
メイン壁運動の均一性を決定する上で著しい役割を果たす。
いて用いられるものと非常に類似した硬質磁性体を用いて、軟質磁性材料に対す
る磁気バイアスを提供することが一般的である。例えば、米国特許4,902,
583は、この目的のためにCoPtを使用することを記載する。磁気媒体の場
合と同様に、これらのデバイス要素の異方性および保磁力を改良するためには、
集合組織の質を制御することが望ましい。磁気データ記憶変換器の性能を改良す
るためには、高い程度の配向および磁気膜特性の均一性を与えるであろう方法、
材料および薄膜デバイス構造を開発することが非常に要求されている。
の低い記憶デバイスに対する継続的な要求がある。この要求を満たすためには、
下層は著しく高い程度の結晶学的配向を示さなければならず、このことにより高
い程度の磁気配向が得られるであろう。今日のハードディスクドライブ、他の磁
気記憶デバイスを有する変換器、および他の用途において用いるために、これら
のデバイスはより高い記憶密度およびより高い記録および読み出しの質および効
率を提供しなければならない。発明の概要 本発明は、薄膜、この膜を組み込んだ磁気および磁気光学的記録媒体、変換器
およびデバイスに関する。薄膜材料構造は、一般に、基体と、下層を含み1つま
たはそれ以上の追加の下層、種晶および/または湿潤層および中間層を含んでい
てもよい下層構造と、および磁性体層を含み1つまたはそれ以上の追加の磁性体
層および磁性体層の間に配置されている内部非磁性体層を含んでいてもよい磁性
体層構造とを含む。
o系材料、例えばCoまたは1もしくはそれ以上のCo合金からなる磁気記録層
、基体、fcc構造および(110)結晶集合組織を有し、基体と磁気記録層と
の間に配置されている第1の下層を含む。また、bcc構造および(112)結
晶集合組織を有する第2の下層が、磁気記録層と第1の下層との間に配置されて
いる。好ましい態様においては、第1の下層および第2の下層は、それぞれAg
およびCrからなり、基体は(110)配向を有する単結晶Si基体である。ま
た、(110)結晶集合組織で基体に蒸着された多結晶質fcc構造の種晶層ま
たは下層を有する慣用の基体を用いることができる。
によく原子配列した基体上でおよび互いの上でエピタキシャル成長させて、長距
離の原子配列を有する高度に配向された磁気晶子を製造しうることを見いだした
。膜のこの高い程度の配列および単一の集合組織により、優れた配向特性を有す
る磁気膜が得られる。この配向の程度および長距離にわたる特性の均一性は、磁
気特性、例えば残留磁気、保磁力、S、およびS*を改良する。
u、およびfcc誘導体構造、例えばL10およびL12構造が、非酸化Si表面
上でエピタキシャル成長しうることが見いだされた。fccAgとA4(ダイヤ
モンド)Siとの間の、1つの単位格子から1つの単位格子への整合は非常に悪
いが、Ag単位格子距離の倍数はSi表面上で非常によく適合する。したがって
、Siの単結晶表面の非常に長い範囲の配列のため、Agのエピタキシャル成長
が生ずる。Bcc構造、例えばCr、またはbcc誘導体、例えばNiAl、F
eAl(B2)、またはFe3Al、AlNi2Ta、AlNi2Nb(DO3) 、AlNi2Ti(DO3+B2)またはL21構造は、fcc構造上でエピタキ
シャル成長することができる。
材料、例えばCoまたは1つまたはそれ以上のCo合金からなる磁気記録層、基
体、fcc構造および(001)結晶集合組織を有し、基体と磁気記録層との間
に配置されている第1の下層を含む。bcc構造および(001)結晶集合組織
を有する第2の下層もまた、磁気記録層と第1の下層との間に配置される。好ま
しい態様においては、第1の下層および第2の下層は、それぞれAgおよびCr
からなり、基体は(001)結晶集合組織を有する単結晶Si基体、または(0
01)結晶集合組織を有する多結晶質種晶層、例えばMgOを有する慣用の基体
である。
系材料、例えばCoまたは1つもしくはそれ以上のCo合金からなる磁気記録層
、基体、fcc構造および(111)結晶集合組織を有し、基体と磁気記録層と
の間に配置されている第1の下層を含む。
記録層と第1の下層との間に配置される。好ましい態様においては、第1の下層
および第2の下層は、それぞれAgおよびCrからなり、基体は(111)配向
を有する単結晶Si基体、または(110)結晶集合組織を有する基体上に蒸着
された多結晶質bcc構造の種晶層もしくは下層を有する慣用の基体である。
p(0002)テンプレート、または互換性があるように整合し、さらにAg(
111)層上に蒸着されていてもよいCu等のfcc(111)構造上に蒸着さ
れた、(0002)結晶集合組織を有する硬質磁性体層、例えばCo系材料を含
む。Si(111)基体を用いて、fcc(111)構造の成長のためのテンプ
レート、または(110)結晶集合組織で基体に蒸着された多結晶質bcc構造
の種晶層または下層を有する慣用の基体を提供することができる。
はAg(111)上のCu(111)に蒸着された軟質磁性材料、例えばNiF
e合金を用いて垂直磁気媒体および変換器を構築することができる。配向した軟
質磁性層を、特定の用途に応じて、硬質磁性体層の存在下または不在下で変換器
および記録媒体中に組み込むことができる。
るための、高い保磁力および低ノイズを有し低コストの記録媒体および変換器を
組み込んだ、高度に配向された磁気記録媒体、変換器およびデータ記憶デバイス
を提供する。これらの利点および他の利点は、以下の詳細な説明から明らかにな
るであろう。発明の詳細な説明 本発明の材料構造は、記録媒体上にデータを書き込みおよび読み出すために用
いられる記録媒体および変換器として具体化することができる。記録媒体は、回
転する、移動する、または不動のデータ記憶デバイス、例えばコンピュータのデ
ィスクドライブ中に組み込まれている剛体の磁気ハードディスク(図示せず)に
おいて用いることができる。
10および変換器11を含み、これは図1に示されるように、固定されているか
またはヘッドを媒体10の表面上で移動させるために用いられる懸架アセンブリ
中の可動アーム上に支持されている。変換器11は、正常動作の間、媒体10の
表面に近接してこれと平行の関係に保持される。ヘッドと媒体との間の典型的な
距離は10μinまたはそれ以下である。Mee,C.D.and Danie
l,E.D.,Magnetic Recording,Vols.I−III
(McGraw−Hill pub.1987);F.Jorgenson,T
he Complete Handbook of Magnetic Rec
ording,Chapter 16(3rd.ed.1988)、および米国
特許No.5,062,021(その関連する開示を本明細書の一部としてここ
に引用する)を参照されたい。
、以下に記載される述語を有するであろう。図2(a)を参照すると、本発明の
記録媒体10および変換器11の材料構造は、基体12、下層14および磁性体
層16からなる。材料構造はそれぞれ下層構造および磁性体層構造を規定する複
数の下層および/または磁性体層を含むであろう。図2(b)に示されるように
、下層構造はまた、基体12上に、または下層構造中の任意の場所に配置されて
いる種晶層および/または湿潤層18、追加の下層20および磁性体層構造に隣
接した下層14上に配置されている中間層22を含むことができる。磁性体層1
6は、上層24、続いて保護被膜26および有機潤滑剤28を含む上層構造で被
覆されていてもよい。湿潤層18は、非晶質材料、または結晶構造を発達させる
には薄すぎる膜、またはその集合組織が後に生ずる層について全体的格子不整合
を与える膜であることができる。
の内層30により分離されていてもよい追加の磁性体層(16′および16″)
を含んでいてもよい。垂直磁気記録用途においては、追加の磁性体層16′およ
び16″は、磁気的に硬質の材料であってもよい磁性体層16を囲む軟質磁性保
磁子層であってもよい。変換器用途においては、図2(a)中の磁性体層16は
、媒体10上でデータを読み出しまたは記録するために用いられている変換器1
1中の層の機能に依存して磁気的に硬質のまたは軟質の材料であることができる
。
ラスセラミック、セラミック、またはSiCで被覆されたアルミニウム合金で形
成される。しかし、本発明においては、媒体10中における所望の特性に依存し
て、好ましい結晶配向または集合組織を有する単結晶、例えばSiを用いること
が望ましい。
がそのような磁性体層の平面に実質的に平行であるように蒸着される。本発明の
磁性体層16において用いられる磁気的に硬質の材料は、好ましくはCoまたは
Co合金膜、例えばCoCr、CoSm、CoPr、CoP、CoNi、CoP
t、CoNiCr、CoNiZr、CoPtNi、CoCrTa、CoCrPt
、CoCrP、CoCrTaSi、CoCrPtSi、CoCrPtB、CoC
rPtTa、CoCrPtTaB、CoCrPtTaNbまたは他の既知のCo
合金磁気膜である。縦記録媒体用途については、磁性体層16はそれぞれ約2.
5−60nm(25−600Å)の厚さである。また磁性体層16は、特に垂直
磁気記録用途においては、軟質磁性材料、例えばNiFe合金を含んでいてもよ
く、これは本明細書でさらに議論される。
湿潤または種晶層が用いられるかに依存して、それぞれ前の膜の集合組織を破壊
するか、またはその上で次の層がエピタキシャル成長するであろう異なる集合組
織を提供することができる。下層14および20は一般に磁性体層16のエピタ
キシャル成長を生成するのに適当な材料からなり、これは以下にさらに議論され
る。
することができる。上層24は好ましくは1−10nm(10−100Å)の厚
さであり、W、Ta、Zr、Ti、Y、Pt、Cr、Mn、Mn合金またはこれ
らの任意の組み合わせから形成することができる。
に、上層24が磁性体層16または16′と保護被膜24との間に位置するよう
に提供される。保護被膜26は、機械的摩擦層を提供し、2.5−30nm(2
5−300Å)の厚さである。これは好ましくはセラミック材料またはダイヤモ
ンド様炭素、例えばSiO2、SiC、CHx、またはCNx(ここでx<1であ る)、ZrO2またはCからなる。有機潤滑剤28は、保護被膜26上に配置す ることができる。潤滑剤28は1nmから10nm(10から100Å)の厚さ
であり、好ましくはフッ化塩化炭素またはパーフルオロエーテルである。例とし
ては、CCl2FCClF2、CF3(CF2)4CF3、CF3(CF2)5CF3、C
F3(CF2)10CF3、およびCF3(CF2)16CF3が挙げられる。
合金多結晶質薄膜磁性体層は、薄膜縦記録媒体について現在最も一般的な構造で
ある。これらの構造は、現在の産業界の記録密度要求を満たすのに十分に高い保
磁力を有する。材料の達成可能な保磁力を評価するための重要なパラメータは、
異方性磁界定数HKであり、これは2K1/MS(ここで、K1は単軸異方性定数で
あり、MSは飽和磁化であり、いずれも固有の材料特性である)と定義される。
イン結晶粒からなる理想的な非配向多結晶質Co薄膜においては、概念的に実現
しうる最も高い保磁力HCは、回転磁化のStoner−Wohlfarthモ デルで決定して、0.51HKである。しかし、単一ドメイン結晶粒が三次元で ランダムに配向している場合、最大の達成可能な保磁力は0.51HKよりかな り低い。現在の産業界の努力は、二次元ランダム多結晶質Co膜についてこの理
想的なHCに近づくよう試みることに向けられている。
ることが証明されているが、これらの構造により達成可能な最大の保磁力は、す
ぐにこれらを産業界および消費者の増加し続ける面積記録密度の要求を満たすに
は不適切なものとするであろう。したがって、将来の高密度記録に必要な増加し
た保磁力を構想し、磁性体、特にCo系材料の磁気結晶異方性のより完全な理解
を開発しようとする現在の産業界の努力を越えて動くことが必要である。例えば
、垂直磁気媒体等における単一の単軸磁化容易軸配向を有する磁性材料において
は、HCは概念的には1.0HKに達することができ、このことは、磁気媒体の潜
在的に達成可能な保磁力を2倍にすることが可能であることを意味する。
る原子格子間隔を有する第1の下層上で、(112 ̄0)結晶集合組織(図3)
で成長しうることを見いだした。本明細書において用いられ、さらに説明される
ように、互換性のある原子格子構造とは、一対一単位格子配列または単位格子の
繰り返し可能なメッシュにわたる配列を可能とするように、種々の結晶方向に沿
って、同等のまたは整数倍異なる原子間隔を有する構造を表す。
ならびにこれらの純粋な元素と、fcc単位格子と類似する単位格子を有する誘
導体構造を有する合金、例えばL10およびL12との固溶体を包含することを理
解するであろう。そのように、本明細書における"fcc"および"fcc構 造"との用語の使用は、特に記載のないかぎり、面心立方構造または面心立方誘 導体構造を有する組成物を含むものと理解すべきである。他の組成物、例えばダ
イヤモンド(図5)およびNaClは、fccブラヴェ格子に基づく異なる単位
格子構造を有する。これらの組成物はfcc構造ではないが、組成物はfccで
あるブラヴェ格子を有するといわれ、これらの構造はfccブラヴェ格子組成物
と称されるであろう。
しいが、fcc構造を有する他の適当な材料としては、Ag、Cu、Al、Au
およびそれらの固溶体および合金の組み合わせが挙げられる。当業者はまた、f
cc構造下層材料の精密な選択は、磁性体層の所望の組成および配向に依存する
ことを理解するであろう。これらについては本明細書においてさらに明確となる
であろう。
、体心立方構造(図6)および(001)結晶集合組織および互換性のある原子
間隔を有する第2の下層のエピタキシャル成長を誘導することができ、次に第2
の下層は、hcp構造を(112 ̄0)結晶配向で有する材料の成長を誘導する
ことができる。
びにこれらの純粋元素と、誘導体構造、例えばbcc単位格子と類似する単位格
子を有するB2、DO3およびL21を有する合金との固溶体を包含することが 理解されるであろう。そのように、本明細書における"bcc構造"および"b cc"との用語の使用は、体心立方構造または体心立方誘導体構造を有する組成 物を含有することを理解すべきである。
Cr合金、例えばCrV、CrTi、CrMo、CrWおよびCrMn、および
B2規則構造材料、例えばNiAlおよびFeAlが挙げられる。B2規則構造
およびNiAl(a=0.2887nm)、FeAl(a=0.291nm)お
よびCr(a=0.2884nm)と匹敵する格子定数を有する他の相もまた、
本発明のbcc下層として良好な候補であると考えられる。そのような材料は、
AlCo(a=0.286nm)、FeTi(a=0.298nm)、CoFe
(a=0.285nm)、CoTi(a=0.299nm)、CoHf(a=0
.316nm)、CoZr(a=0.319nm)、NiTi(a=0.301
nm)、CuBe(a=0.270nm)、CuZn(a=0.295nm)、
AlMn(a=0.297nm)、AlRe(a=0.288nm)、AgMg
(a=0.328nm)、Al2FeMn2(a=0.296nm)、Fe3Al 、AlNi2Ta、AlNi2Nb、AlNi2Tiおよびそれらの組み合わせで ある。下層はまた、上述の一覧の中の異なる材料の2またはそれ以上の層からな
っていてもよい。材料の種々の組み合わせを用いて、各層が上述の下層材料のい
ずれかである多層を製造することができる。
構造では、Co結晶粒の2つの結晶学的に直行する変種の磁化容易軸(すなわち
c軸もしくは[0001]方向)は、下層の[110]または[11 ̄0]方向
に沿って位置する。2つの変種の体積分率が等しい場合、磁気特性およびトルク
カーブの平面内角依存性における4倍対称性が予測される。2つの有効容易軸が
[100]および[010]方向に沿って現れ、より高い値の保磁力(Hc)、
残留磁気直角度(squareness)(S)および保磁力直角度(S*)が 得られ、一方、[110]および[11 ̄0]方向はより低いHC、SおよびS* を有する有効困難軸となる。
磁気記録層を直接、またはhcpCo系磁気記録層が(112 ̄0)結晶配向で
成長することをさらに誘導するであろう(001)結晶配向を有するbccCr
下層を誘導するであろうことを見いだした。層の結晶学的構造および格子定数は
、以下のとおりである:Ag(fcc,a=4.09Å)、Cr(bcc,a=
2.88Å)、およびCo(hcp,a=2.507Å,c=4.07Å;fc
c,a=3.544)。Ag(001)下層集合組織をテンプレートとして用い
て蒸着したとき、Coの単位格子は(112 ̄0)集合組織でエピタキシャル成
長する傾向にある。これは、Ag(001)およびCo(112 ̄0)の原子間
隔が互換性があり、各構造中の原子はそれぞれの結晶平面内で同様に位置するた
めである。
い。しかし、Crが(001)配向であるとき、単位格子は回転することができ
、Cr(001)面の斜交格子寸法は4.08であり、これはAgの格子定数と
非常によく釣り合う。そのように、(001)Crは、Ag(001)配向構造
をテンプレートとして用いて蒸着したとき、回転(001)配向でエピタキシャ
ル成長する傾向にある。同様に、Coの単位格子は、回転Cr(001)配向構
造をテンプレートとして用いて蒸着したとき、(112 ̄0)配向でエピタキシ
ャル成長する傾向にある。Co単位格子はCr単位格子から回転し、Ag単位格
子と整列することに注意すべきである。
の格子間隔を変化させうることを理解するであろう。例えば、CrはしばしばC
oとの固溶体として用いて、Co層の磁化を減少させ、Co系層中における結晶
粒のよりよい分離を与える。また、TaおよびPtはしばしばCoと合金化して
、純粋なCoより大きい原子格子間隔を有するCo合金磁性体層を形成する。同
様に、VをCrに加えてCr/V固溶体の原子格子間隔を変化させることができ
る。
fcc(001)配向Ag層のほぼ理想的な結晶が成長しうることを見いだした
。AgとSiとの原子格子間隔および単位格子構造の不整合にもかかわらず、A
gのほぼ理想的な結晶(001)配向fcc構造が存在する。Agの格子定数(
fcc,a=4.09Å)とSiの格子定数(ダイヤモンド立方,a=5.43
Å)との間の不適合は−24.7%である。しかし、Ag単位格子の4x4メッ
シュは、Si単位格子の3x3メッシュと幾何学的に配列し、ここで不整合はわ
ずか0.4%である。Si基体の使用は、ウェーハーが容易に入手可能であり低
価格であり、このためウェーハーは磁気媒体用途のための基体材料として用いる
のに理想的であるため、興味深い。
テムでrfダイオードスパッタリングにより、Si(001)単結晶ウェーハー
上に順番に蒸着する試験を行った。これらの界面のそれぞれにおける格子不整合
は、示されている原子間間隔から計算することができる:CrからAg=−0.
2%,Co84Cr13Ta3からCr=7.8%(Coのc軸に対して垂直)およ び2.0%(Coのc軸に沿う)。先の議論に基づき、予測される配向は、図7
に示されるように、Cr(001)[100]||Ag(001)[110]上
の(112 ̄0)二結晶CoCrTaであり、ここで、Si[110]およびS
i[11 ̄0]は有効困難軸の方向となり、Si[100]およびSi[010
]は有効容易軸の方向となる。
ingans,J.Appl.Phys.66,419(1989)により議論
されているように、膜の蒸着の前に、Si基体をフッ化水素酸でエッチングして
、通常は基体表面を覆っているSiO2膜を除去して、再構成のない水素末端表 面を存在させる。具体的には、Si(001)ウェーハーをまず有機溶媒中で超
音波洗浄し、脱イオン水ですすぐことにより用意する。次に清浄なウェーハーを
49%HFに3分間浸漬して、自然のSiO2を除去し、水素末端表面を得て、 次にN2ガスで吹きつけ乾燥する。あるいは、(001)配向Si層上に(00 1)配向Agを蒸着するために、SiO2膜をアニーリング、真空中煮沸、また は他の慣用の方法、例えばP.Xu,P.Miller,and J.Silc
ox,Mater.Res.Soc.Symp.Proc.202,19(19
91)により記載されている方法により除去することができる。
蒸着の前に真空下で約250℃に加熱した。ベース圧は約5x10-7Torrで
あった。Arスパッタリングガス圧は10mTorrで固定し、スパッタリング
動力密度は約2.3W/cm2であった。AgまたはCr蒸着の間にバイアスは 印加しなかったが、Y.Deng,D.N.Lambeth,X.Sui,L.
−L.Lee,and D.E.Laughlin,J.Appl.Phys.
73,5557(1993)の記載にしたがって、CoCrTa膜の蒸着の間に
は−170Vの基体バイアスを印加した。
Philips EM420T透過型電子顕微鏡により調べた。X線回折計スキ
ャンはすべてRigaku Theta/Theta回折計で、標的真空チュー
ブから35kVおよび20maでCu Kアルファ照射して動作して得た。スキ
ャンは0.05°ステップ、ステップあたり2秒で得た。一連のスリットを用い
て平行ビームを確実にした。用いた発散およびスキャッタスリットは1°であり
、受容スリットは0.3mmであった。(0002)平面から回折するカーブし
たグラファイトモノクロメータを用いた(曲率半径224mm)。NaIシンチ
レーション検出器は、ベースライン54ボルト、ウインドウ102ボルトにセッ
トしたパルス高さ分析器を用いて、760ボルトのバイアスで動作させた。X線
ビームの断面は約32mm2であった。本明細書においてはこの方法を薄膜XR D法と称する。
調べた。磁気測定は、Digital Measurement System
sの振動試料/トルク磁力計を用いて行った。
トルを図8(a)に示す。Ag膜については強い(002)回折ピークのみが認
められる。Si[001]ゾーン軸電子回折パターン(図8(b))において、
XRDスペクトル中に示されるエピタキシが確認され、これは図8(c)に示さ
れる模擬パターンとよく一致する。図8(b)の低い強度の二重回折スポットの
複雑であるが規則正しい分布は、おそらくAgの格子定数とSiの格子定数との
間のほぼ25%の格子不整合によるものであり、固定された配向関係を有する重
複する二層構造に特徴的なものである。X線回折はまた、調べた50−1500
Åの範囲の厚さの全体にわたり、Ag膜が強い(002)ピークのみを示すこと
を表し、このことから、非常に薄い膜中でSi(001)での良好なエピタキシ
が確立され膜がより厚く成長するのにつれて続くと考えられる。
タノフ(Stranski−Krastanov)もしくは層−パルス−アイラ
ンドモードであると提唱されている。このモードにおいては、最初に1つまたは
いくつかの2D単層が形成された後、アイランドの3D成長が始まるか、または
Agアイランドが不完全Si表面上の特定の部位で核となり、次に追加の材料が
蒸着されるのに伴いアイランドが接するまでの大きさで成長する。図9(a)に
示されるように、50ÅのAg膜の表面トポグラフはアイランド構造を明らかに
示す。これらの小さい厚さにおいてAg膜が不連続であるという事実は、おそら
くは、SiO2の不完全な除去のためであろう。酸化物のより完全な除去により 、50Åより小さい厚さの連続的Ag膜が得られるであろう。膜厚が増加するに
つれて、隣接するアイランドが癒着し始め、図9(b)に示されるように、12
5Åでウエブ様ネットワークを形成する。Ag膜の厚さを250Åに増加すると
、より連続様の膜が形成する。さらに厚さを増加させると、ほぼ連続的なAg表
面が得られ、これは500Åの膜と類似の組織形態学を維持する((図9(c)
))が、ただし、表面特性サイズは定常的に増加する。
表面の2乗平均粗さ(Rrms)対膜厚が裸のHFエッチングSi表面の約4Åの Rrmsと比較して示されている。50ÅのAg膜については、57ÅのRrmsは、
名目上の膜厚より高いことが見いだされた。表面粗さは104Åまで増加し、1
25ÅのAg膜の膜厚ではより小さくなった。膜厚を250Åに増加すると、粗
さは劇的に減少し(Rrms=17Å)、これは連続Ag層の形成と一致し、次に 、Ag膜厚がさらに増加するとほぼ定常にとどまる。
膜は、Ag下層テンプレートなしで通常観察されるものよりはるかに大きいCr
(002)およびCoCrTa(112 ̄0)回折ピークを示す。すべてのAg
膜厚で良好なAg/Si(001)エピタキシが達成されるが(図10(a−b
))、連続的Agテンプレートを提供するのに十分な厚さを有するAg下層上に
蒸着されたCoCrTa膜は、より高い保磁力を示す。
より大きいが(しかし膜厚に対するRrmsの比はより小さい)、接続するウエブ 様表面構造は、アイランド構造と比較したとき、CoCrTa(200Å)/C
r(300Å)膜のエピタキシャル成長および保磁力を増強するようである。非
常に厚いAgテンプレートにおける保磁力の減少はまた、著しく拡張されたAg
表面特性を伴う。異なる厚さで異なる表面形態を有するAgテンプレート上での
Cr膜の成長は、CoCrTa膜の磁気特性において役割を果たしているようで
ある。明らかに、Ag膜のプロセス条件、例えば基体の清浄度および粗さ、蒸着
速度、および基体バイアスおよび温度を変化させることにより、ウエブ様構造を
幾分連続的に形成することができ、このことにより異なる膜厚についてCo/C
r集合組織が対応して変化する。
ターンを示し、これは図11(b)の模擬パターンとよく一致する。図11(c
)に示される磁気特性の周期変化は、CoCrTa膜の二結晶性のさらなる証拠
である。また、Cr[100]方向とSi[110]方向との間には平行関係が
存在するようである。さらに、平面内トルクカーブの90°の周期性(図11(
d))は、二結晶構造を示すのみならず、2つのCoCrTa配向変種の体積分
率がほぼ等しいことを示す。現在のプロセスを用いて保磁力を最大にし、表面粗
さを最小にするために必要なAgテンプレートの厚さは、約500−1000Å
である。
0]||Cr(110)[11 ̄0]または[1 ̄10]で製造される構造を製
造しようとする研究が続けられた。すなわち、単結晶(110)配向Siを上で
議論した方法により製造した。ここでも、(110)配向における結晶格子間隔
の長距離での互換性のため、Si(110)配向をテンプレートとして用いて蒸
着したとき、Agもまたエピタキシャル成長する。Ag(110)配向層上にC
rおよびCo層を順番に蒸着した。
101 ̄1)ではない。Crは、Ag層の(110)配向をテンプレートとして
用いて蒸着すると、(112)配向でエピタキシャル成長する。次に、Cr(1
12)配向をテンプレートとして用いて蒸着すると、Co層がエピタキシャル成
長して、一結晶(101 ̄0)配向を有するCo層が生成する。
述べたように、Crの斜交格子面間隔がAg(4.08Å−4.09Å)とほぼ
同一であり、Agの斜交格子面間隔はCrの原子間隔(5.76Å−2.88Å
)の2倍であることを明らかにする。したがって、SiおよびAgに関して観察
されるメッシュ適合の観点から、bcc(110)層がfcc(110)層テン
プレートから2対1メッシュでエピタキシャル成長することが予測される。
ルギー状態を有する配向は(110)である。しかし、bcc(110)配向に
おいては、中心原子が存在する(図6)が、一方、対応する(110)fcc配
向においては中心原子が存在しない(図4を参照)。(110)fccにおいて
中心原子がないことは、(110)bccのエネルギー状態を増加させ、このこ
とにより(110)Ag上に蒸着したときにはるかに望ましくないものとなると
考えられる。
cc(110)配向と類似した原子配置が可能であるようなものである。(11
2)平面における一方の寸法は斜交格子面間隔であり、他方の寸法はbcc構造
における角の原子と中心原子との間の最密充填距離であり、これは原子半径の2
倍である。
.08Åおよび2.50Åである。したがって、Cr(112)配向はまた、A
g[110]||Cr[111]方向に沿って、Ag層と7対3メッシュで約1
%以内で整合した格子でありうる。Cr(112)集合組織における原子の間隔
とAg(110)集合組織は、とうていCr(110)単位格子寸法ほどよく整
合しない。しかし、(112)配向において中心原子がないことは、(110)
fccテンプレートとの界面におけるその格子エネルギー状態を、それが(11
0)配向よりも小さくなるように減少させると考えられる。したがって、bcc
は(112)配向でエピタキシャル成長するであろう。
110)を用いて、Co系膜において(101 ̄0)集合組織を誘導しうると考
えられる。例えば、(112)Crと(101 ̄0)Coの原子間隔の類似性か
らみて、(101 ̄0)Co系材料は(110)fccAg上で直接成長するは
ずである。さらに、多結晶質膜においてはbcc(110)集合組織が望ましい
ため、原子間隔の互換性が設計され、bcc(110)原子間隔がfcc(11
1)集合組織を誘導する中心原子が存在しないようなものである場合、大きな格
子定数のbcc(110)膜を用いて、fcc膜において(110)集合組織を
誘導することができる。したがって、次により小さい格子定数のbcc(112
)が(110)集合組織上で成長する。得られる膜層および集合組織は、Co(
101 ̄0)/bcc(112)/fcc(110)/bcc(110)/湿潤
層である。
しうることである。単結晶基体、例えばSiを用いて、制御された配向の記録媒
体および変換器を製造することができる。単結晶基体を用いて、選択された配向
を有する磁性体層において最高点に達するほぼ理想的な下層をエピタキシャル成
長させることができる。
一結晶のエピタキシャル成長を誘導するであろうほぼ理想的な(112)bcc
層を製造することにより、線形にアドレスされる単結晶記録媒体を製造すること
ができる。単結晶基体は、単結晶構造を、下層構造を通して磁性体層構造まで成
長させる。これを磁性体層構造の単一方向配向と組合わせて、各晶子の磁気軸が
平行である記録媒体または変換器が得られる。磁化容易軸が平行に配列すること
により、信号変調がほとんどまたは全くない、線形にアドレス可能な記録媒体が
提供される。さらに、線形アドレス可能な記録媒体の配向され配列された構造は
、より低い媒体ノイズおよび理論的にはHKに到達可能な増加した保磁力の可能 性を提供する。
p結晶の特性を評価するために、Co/Cr/Ag/Si層を用いて多数の試験
を行った。Co(101 ̄0)[0001]||Cr(112)[101 ̄0]
||Ag(110)[001]||Si(110)[001]のエピタキシャル
配向関係は図12に示される。先に議論したように、AgおよびSiが共通の結
晶配向を有する場合、Ag/Si界面で0.4%というわずかに小さい不整合を
有する4対3の格子整合が達成される。Cr/AgおよびCo/Cr界面におけ
る格子不整合は、原子間間隔から計算することができる。1対1では、Cr対A
g=−0.2%(Ag[001]方向に沿って)および13.5%(Ag[00
1]方向に対して垂直)であり、純粋Co対Cr=−0.5%(Coのc−軸に
沿って)および0.4%(Coのc−軸に対して垂直)である。上述したとおり
、CrとAgとを7:3の比率または繰り返し単位で調和させたとき、Ag[0
01]方向に垂直なCr対Agの不整合は約1%である。
または合金)薄膜を、上述したように、Leybold−Heraeus Z−
400スパッタリングシステムにより、RFダイオードスパッタリングで順番に
蒸着させた。
ンXRDを用いて、層のエピタキシャル配向関係を調べた。Co膜の磁気特性お
よびトルクカーブは、Digital Measurement System
sの振動試料/トルク磁気計を用いて測定した。一結晶Co膜のトルクカーブか
ら、材料の単軸異方性定数を決定することができる。
)は以下の式で与えられる。
Si(110)上で成長した代表的なAg、Cr/Ag、およびCo/Cr/A
g膜のθ/θXRDスペクトルは、それぞれ図14(a−c)に示される。これ
らのスペクトルでは強いAg(220)、Cr(112)およびCo(101 ̄
0)回折ピークのみが観察され、このことは、これらの膜のエピタキシャル性を
強く暗示する。Co/Cr/Ag/HF−Si試料のψ−スキャンスペクトルを
、スペクトルの解釈に必要な立方結晶(110)、(112)、およびCo(1
01 ̄0)平射図法とともに、図15に示す。図15(a′)の立方結晶(11
0)平射図法から予測されるように、単結晶Si(110)基体のSi{004
}−極スキャンスペクトルにおいて、180°離れた2つの回折ピークが観察さ
れる(図15(a))。Ag{004}極に対応する2つのピークもまた180
°離れており(図15(b))、これは図15(b′)の平射図法とよく一致す
る。これらは、Si{004}−極スペクトルにおける2つのピークと同じψ位
置に現れ、Si[001]方向とAg[001]方向との平行関係が確認される
。Cr{110}−極スペクトル(図15(c))は、図15(c′)の投影図
と一致する、やはり180°離れた2つのピークを含む。ピークの位置は、Ag
{110}−極スキャンの2つのピークと比較したとき、90°シフトしており
、このことは、Cr[11 ̄0]方向がAg[001]方向と平行であることを
示す。
す。しかし、Cr{002}−極スキャンにおいて2つの回折ピークが観察され
、このことは、図15(c′)において(001)′として示される余分の極を
示す。これは、図16に図示されるように(結晶学的平面および方向はすべてド
メインIに関して表示されている)、Cr(112)膜においてCr結晶粒の2
つのドメインが存在することを示唆する。この2つのドメインは、Crが互いに
鏡像である2つの異なる原子立体配置で成長を始めたとき、Cr/Agエピタキ
シャル界面から現れるのかもしれない。また、この2つのドメインは、Cr成長
双晶化の結果であるかもしれない。bcc金属においては、(112)平面が最
も普通の双晶化平面であり、図16に示されるように、双晶化方向は[111 ̄
]である。得られるCr結晶粒の2つのドメインは、基体平面と平行の(112
)平面を有するが、原子立体配置は双晶化方向に垂直な平面に関して鏡像である
。
0)投影(図15(d′))との間には、よい一致が存在する。Co[0001
]||Cr[11 ̄0]の配向関係は、Coスペクトルにおける2つのピークが
Crスペクトルにおける位置と同じ位置に現れるという観察からも決定される。
小さいピーク幅は、Co結晶粒の容易軸が一般に単一の配向を有することを示す
。
ヌソイドカーブに似ている。カーブから決定した異方性定数は、バルクCo単結
晶について報告されている値(4.2−4.5x106ergs/cm3)より小
さい。トルク測定値の大きさは、Co結晶粒の容易軸の良好な配列を示す。しか
し、K1は、表Iに示されるように、増加する基体バイアスで製造した純粋なC o膜中で増加することが観察されている。これは、それでなければhcpである
Co結晶構造におけるfccのスタッキングの失敗の存在を示すのかもしれない
。
て磁界を印加して測定した(図18を参照)。純粋なCo膜については、容易軸
に沿って約200Oeの保磁力を有する正方形形状のループが観察され、壁運動
に伴う保磁力メカニズムを示す。困難軸ループは事実上ゼロ開放の、残留磁気直
角度S=0.02のカーブを示す。このことから、ψ−スキャンにおいて示され
る良好な容易軸配列が確認される。困難軸ループはほぼ完全に黒丸上にのり、こ
のことはトルク測定から決定した異方性定数を用いた計算値と非常によく一致す
ることを示す。
カーブ(図19を参照)から決定した異方性定数もまた表Iに示される。この試
料のヒステリシスループは図20に示される。非常に角張った容易軸ヒステリシ
スループについては、1080Oeの保磁力が得られ、困難軸ループの直線状の
挙動は、減少したK2を暗示し、これはトルク分析と一致する。
)、Cr(001)、およびCo(112 ̄0)層に関して上述した成長と類似
する。したがって、保磁力を最大にし表面粗さを最小にするためには連続Agテ
ンプレートが望ましい。
fccテンプレートとして使用することをさらに試験し、(111)配向Agが
(111)配向Si上でエピタキシャル成長しうることもまた見いだされた。
の層がエピタキシャル成長することができる。図6に示されるように、bcc層
の(111)配向もまた三角形の原子構造を提供する。しかし、bcc層は(1
11)fcc層上に蒸着したとき(111)配向を発達させず、(110)結晶
集合組織を発達させる。(110)bcc面は中心原子を有する矩形形状の原子
構造を有する。上で議論したように、(110)配向はbcc層の最低エネルギ
ー状態である。したがって、fccおよびbcc層の相対的原子格子間隔に依存
して、bcc層については(111)配向ではなく(110)配向を仮定するこ
とがエネルギー的により望ましい。(111)fcc集合組織の三角形の形状は
3倍の対称性を有するため、bccの<110>方向は対称に配列される。
有するCo層が得られる。ほぼ理想的な結晶上の結晶粒のhcp四結晶配向の発
達は、単結晶Si上でエピタキシャル成長したAgに関して4つの方向を示す磁
化容易軸を有する磁性体層を与える。その結果、この構造は12の可能な容易軸
方向を有する。さらに、薄膜層の減磁界は保磁力と幾分妥協する傾向にあるが、
磁界もまた、磁化容易軸を膜の平面内に持ってくる傾向にある。この配置におい
ては、媒体の磁化配向は、12の可能な方向に分かれているが、円周変動はほと
んどない。このように、回転記憶デバイス用途、例えばハードディスクおよびフ
ロッピーディスクにおいて用いることができる、縦に配向したCo系磁気記録媒
体を製造することが可能であり、これは現在用いられているいくぶん二次元的に
ランダムに配向されたCo系媒体の限定された保磁力を越えて達成可能な保磁力
を増加させるはずである。
金薄膜は、最も広く研究されている将来のハードディスク用の垂直磁気媒体であ
る。Co結晶粒の垂直c軸配向および高い保磁力は、高密度で一結晶および低ノ
イズの記録特性を達成するための鍵となる要因の2つである。
を有するため、記録された変化(transition)は鋭敏でない傾向にあ
る。しかし、垂直磁気媒体が、Co晶子のc軸においてほとんど分散なしに非常
に高度に配向されている場合、これは理想的とはいえない記録ヘッド磁界勾配を
補償しうる。したがって、垂直磁気記録媒体において用いるための高度に配向さ
れた(0002)垂直Co層を製造することが望ましい。
である。したがって、Co系材料は、材料上に異なる配向(集合組織)を誘導す
るエピタキシャル界面がない場合には、弱い(0002)集合組織で自然に成長
する傾向にある。Tiを用いてCo層により質の高い(0002)集合組織を誘
導しようという試みが研究されてきた。しかし、CoCrPt/Ti/ガラスお
よびCoCrPt/Ti/酸化−SiのそれぞれのX線回折パターンに示される
ように(図21(a)および21(b))、Ti層は一般によく配向しない。し
たがって、Tiは種晶層として作用せず、本質的に基体またはCo系層の下に先
に蒸着された層の配向の影響を排除する湿潤層として作用すると推論することが
できる。
および先のfcc層の配向を発達させるCo系材料が得られる。(111)配向
においては、fcc構造は最低エネルギー状態にあり、したがって、Co系層は
強いfcc(111)結晶学的集合組織を発達させそうであり、これは立方構造
のために低い保磁力の磁気膜となるであろう。
ンプレートとして用いて、非常によく配向した(0002)Co系層をエピタキ
シャル成長させうることを見いだした。特に、Tiを(111)Ag上に蒸着す
ると、図22に示されるように、Tiはfcc(111)配向と類似する原子面
格子を有する(0002)配向をとるであろう。Tiの(0002)配向はCo
系層が(0002)配向でエピタキシャル成長することを著しく改良して、ほぼ
理想的に垂直に配向した記録層を有する記録媒体を生成する。Tiの格子定数(
a=2.9512,c=4.6845)とCoの格子定数(a=2.507,c
=4.070)の比較は格子間の不整合を明らかにする。しかし、Agの長距離
の配向および得られるTi層は、6x6メッシュのCo単位格子と5x5メッシ
ュのTi単位格子の配列を提供する。
が所望の磁性体層の格子間隔に必ず依存することに注意するであろう。例えば、
hcpテンプレート層はfcc層と互換性のある格子間隔を有しなくてはならず
、蒸着温度の範囲および加工条件において安定なfcc相を有していてはならな
い。例えば、異なるCo合金を磁性体層において用いた場合、hcpテンプレー
ト下層として異なる組成を用いて、hcpテンプレートの格子サイズを変えるこ
とができる。
成長と類似する他のfcc構造のエピタキシャル成長を誘導することができる。
特に、軟質磁性材料、例えばNiおよびNiFeパーマロイは、fccテンプレ
ート上でエピタキシャル成長することができる。これらのfcc構造においては
、磁化容易軸は(111)平面の近くに位置する。したがって、軟質磁性層は垂
直磁気記録の間に層に垂直に生成した磁界の平面内に近い帰路を提供するであろ
う。軟質磁性材料は、(0002)hcpテンプレートおよび(0002)hc
pCo系層について、(111)配向を伝達することができる。
ピタキシャル成長させるよう誘導するテンプレートを提供して、垂直磁気媒体の
ための薄い先端保磁子層を形成する。保磁子層もまた主として層の平面内に磁化
容易軸を有するであろうことに注意されたい。
を製造し、Ag、Ti、およびCo68Cr20Pt12薄膜を上述した方法で蒸着し
た。上述したように、Rigaku X線回折計でCu Kα照射を用いてθ/
θおよびψ−スキャン法の両方で、エピタキシャル配向関係を調べた。Digi
tal Measurement Systemsの振動試料磁力計を用いてC
oCrPt膜の磁気特性を測定した。Co−合金中のCrおよびPt含有量は飽
和磁化を有効に減少させ、したがってこれは垂直磁気記録(すなわちKu>2π
MS2)についてより適している。
i(50nm)/Ag(12nm)膜のX線回折スペクトルを図23(a)に示
す。これらのスペクトルにおいては、CoCrPt(0002)、Ti(000
2)、およびAg(111)平面に対応するピークのみが観察され、このことは
膜の配向が良好であることを示す。比較として、CoCrPt(50nm)/T
i(50nm)膜を、薄いAgテンプレートなしでHF−Si(111)上で直
接成長させた。図23(b)のX線スペクトルは、良好であるがより弱いTi(
0002)ピークを示す。薄いAg層の存在は、Tiのエピタキシャル成長を促
進し、その結果、CoCrPt(0002)ピークが増強される。Ag(111
)の回折ピークは、Ti(0002)ピークと同じ角度にあることに注目すべき
である。しかし、12nmのAg膜を用いたため、Agピークはピークの高さに
は実質的に影響しなかったはずである。図23(c)は、非常に強い集合組織を
示すCoCrPt/Ag(111)/HF−Si(111)の回折ピークを示し
、これは以下にさらに検討する。
有する試料のψ−スキャンスペクトルを、スペクトルの解釈に必要な立方結晶(
111)およびCo(0001)平射図法とともに示す。(111)平射図法(
図24(a′))から予測されるように、単結晶Si(111)基体については
、Si{220}−極スキャンスペクトルにおいて120°離れた3つの回折ピ
ークが認められる(図24(a))。
つの(110)極を示すのみである。しかし、Ag{220}−極スキャンにお
いて6個の回折ピークが観察され、このことは、図24(b′)の断面図で表さ
れるように余分の極を示す。このことは、Ag(111)膜中にAg結晶粒の2
つの結晶学的ドメインが存在することを示唆する。2つのドメインはおそらく、
Agが互いに鏡像である2つの異なる原子立体配置で成長し始めるときにAg/
Siエピタキシャル界面から現れるのであろう。2つのドメインはまた、Ag成
長双晶化の結果であるかもしれない。fcc金属においては、(111)平面は
最も一般的な双晶化平面であり、双晶化方向は[112 ̄]である。得られるA
g結晶粒の2つのドメインは基体平面と平行な(111)平面を有するが、原子
立体配置は双晶化方向に垂直な平面に関して鏡像である。Ag{220}−極ス
キャンスペクトルにおける第1、第3および第5のピークは、Si{220}ス
キャンにおける3つのピークと同じ位置に現れ、Si[112 ̄]方向とAg[
112 ̄]方向の間の平行関係が確認される。
−極スキャンスペクトルにおいては、6つのピークが観察され、これは平射図法
(図24(c′))とよく一致する。また、Ti[101 ̄0]方向とAg[1
12 ̄]方向の平行関係が確認される。CoCrPt{101 ̄1}−極スキャ
ン[図24(d)](Co/Ti/Ag/HF−Si)とCo結晶(0001)
投影[図24(d′)]との間にもまたよい一致が見られる。また、Coスペク
トルの6つのピークがTiスペクトルにおける場合と同じψ位置に現れるという
知見から、CoCrPt[101 ̄0]||Ti[101 ̄0]の配向関係が決
定される。
)試料の磁気特性を4つの他の試料の磁気特性と比較する。膜平面に垂直に印加
された磁界を用いて保磁力(Hc┴)を測定した。
容易軸)および平面内(困難軸)ヒステリシスループを示す。減磁界のため垂直
方向に沿って歪んだ矩形ループが観察される。困難軸平面内ループにおける開放
およびゼロではない保磁力は、粒子間相互作用によるものであるかもしれず、ま
たは単に最大印加磁界強度が試料を飽和させるのに不十分であるのかもしれない
。困難軸ループの湾曲は、上でCo(1010)膜に関して議論したように、お
そらくは異方性定数K2のゼロではない値のためであろう。
物により被覆されたSi(111)ウェーハー上に蒸着されたCoCrPt/T
i膜である。試料のXRDスペクトル(図21(a)および21(b))は、先
に議論したように、いずれの試料においてもTi結晶集合組織を示さない。また
、試料AおよびBの保磁力は弱く、これはおそらく、Co層は(0002)配向
でエピタキシャル成長しなかったが、膜が厚くなるにつれてある種の(0002
)集合組織を自然にゆっくり発達させ、このためc軸配向で分散が生じたためで
あろう。より不十分な配向はまた、図25(a1−b1)および(a2−b2)
に示されるヒステリシスループの形状によっても表される。より高い保磁力およ
びより理想的なヒステリシスループの形状は、試料CおよびDで得られ(図25
(c1−d1)および(c2−d2))、ここでは、配向された膜はHF−エッ
チングSi(111)上で成長した。このことは図23(a−b)に示される試
料CおよびDのXRDスペクトルと一致する。
厚さのAg層は、TiおよびCo合金の配向を改良する。XRDスペクトル(図
23(a))は、試料Cのスペクトル(図23(b))と比較してTi(000
2)ピークが非常に増強されたことを示す。Co膜の改良された配向は、10n
m程度の厚さのAgを有する試料で強く見ることができ、それより厚いすべての
試料についてなお有効であった。Ag層を用いて改良されたCo(0002)配
向は、10nm厚さ未満まで、おそらくは連続層が維持される限り、持続すると
考えられる。しかし、試験装置の限界のため、この範囲の下限はこれ以上明確に
規定することはできない。
つれて増加することを示す。高い程度の配向と一致して、より厚いAg層につい
て同様の保磁力の結果が得られた。
Pt膜を直接蒸着することにより製造し、CoCrPt/Ti/Ag/Si膜と
の比較を試験した。試料Eのヒステリシスカーブは図25(e1およびe2)に
示される。XRDスペクトル(図23(c))は、CoCrPt膜について非常
に強い結晶集合組織を示す。しかし、試料Eの保磁力はAgありまたはなしでT
i上で成長した試料と比べて低く、このことはCo相がおそらくfcc構造とし
て存在することを示す。
膜、Co/Ag(111)/HF−Si(111)はAg膜上で成長することが
認められた。しかし、純粋Coの高い4πMs2のため(2πMs2>Ku)、基
体平面内で磁化された。高磁化により、上で議論した縦一結晶純粋Co膜の値と
近い、大きいK2値を有する純粋なCo垂直磁気膜を得ることができる。磁界検 出デバイスにおいて用いるための層を製造するためには、Crまたは他の磁性希
釈剤をCo膜に含有させることが必要であろう。保磁力が十分に低いことが認め
られた場合、磁気バブル膜もまた可能であろう。
とができる。CuはCoの格子間隔と互換性があり、Agとの互換性がより低い
原子格子間隔を有する。Co(1000Å)/Cu(500Å)/Ag(300
Å)/Si(111)膜を製造して試験した。図26(a)に示されるように、
Cu(111)層およびCo(0002)層の両方ともAg(111)テンプレ
ートから例外的に強いエピタキシャル成長を示した。これに対し、Cuの原子格
子間隔は、一般にSiの原子格子間隔との互換性が低い。すなわち、図26(b
)に示されるように、Co(1000Å)/Cu(500Å)/Si(111)
膜からは、Cu層またはCo層のいずれにおいても強い集合組織が得られない。
ピンバルブヘッドにおいては、非常に軟質の磁気特性を可能とするために、(1
11)集合組織を有するNiFeを製造することが一般に望ましい。理想的には
、パーマロイおよび他の軟質磁性材料を(111)配向で製造して、3倍配向し
た基体平面近くに置かれた磁化容易(111)軸が得られる。
磁性下層および/または軟質上層(保磁子化媒体)を有する垂直磁気媒体を製造
しうると考えられる。例えば、CoCrPtTa(0002)/Ti(0002
)/Ag(111)/NiFe(111)/Cu(111)/Ag(111)/
HF−Si(111)は、配向された軟質磁性の下層および高度に配向された垂
直磁気硬質磁性体層の両方を与えるであろう。
用い、ただし蒸着の前に膜を260℃に加熱して、HF洗浄Si(111)基体
上の異なる下層にスパッター蒸着した。パーマロイ膜の組成は以下の表IIIに
示す。
示されるように、(111)Si上に蒸着したとき、NiFeは弱い(111)
集合組織のみを発達させる。しかし、パーマロイの蒸着の前にfcc(111)
Agテンプレート下層を(111)Si上に蒸着すると、XRD試験の間に検出
された計数の20倍の増加から明らかなように、NiFe層中で強い(111)
集合組織が発達する。
Fe(fcc),a=3.65Å)は、Ag(a=4.08Å)よりよい格子整
合を有する(111)fcc、例えばCu(a=3.61Å)の使用によりさら
に増加させることができる。図27(c−e)に示されるように、Cu下層はN
iFe膜の(111)集合組織をさらに増加させる。
テンプレート上に蒸着して、NiFe(111)集合組織との比較を行った。磁
気特性はBHループトレーサーにより特徴決定した。試料EおよびFの平面内保
磁力を決定し、これを以下に示す。
った保磁力は3Oeより小さく、一方、Cu/Ag/Si(100)テンプレー
ト上のNiFe(100)膜の平面内保磁力は30Oeに近い。このことは、こ
のNiFe合金の容易軸は<111>方向であり、材料の異方性定数K1は負で あることを示し、さらに、これらの高度に配向された(111)NiFe膜にお
いて、非常に軟質の磁性特性を達成しうることを示す。さらに、磁界を印加しな
がらこの蒸着を行うことにより、保磁力はさらに低下するであろう。
下層に伴う媒体ノイズである。伝統的な非配向NiFe軟質膜の、結晶粒境界に
固着したNiFeドメイン壁に伴うバルクハウゼンノイズは、問題であった。(
111)単結晶Si上でのエピタキシャル成長に起因する3倍平面内配向が、こ
のノイズ源を減少させるのに役立つかもしれないと考えられる。同様に、軟質磁
性保磁子層をCo−合金の最上部に配置すること、例えばNiFe(111)/
Cu(111)/Ag(111)/CoCrPtTa(0002)/Ti(00
02)/Ag(111)/NiFe(111)/Cu(111)/Ag(111
)/HF−Si(111)が可能であろう。
多層が、数年の間研究されてきた。単結晶Si(111)基体上に描かれた構造
を用いることにより、これらのタイプのはるかに大きく配向した膜を成長させる
ことが可能であるはずである。下層/基体構造、例えばAg(111)/Si(
111)、Ti(0002)/Ag(111)/Si(111)またはTi(0
002)/Si(111)が適当であろう。Al(111)/Ag(111)/
HF−Si(111)膜もまたアノード化して高度に自己整列した多孔質構造を
製造し、この中にCo合金を電気メッキして自己組立(self−assemb
led)整列磁気アレイ(SOMA)を形成しうると考えられる。
ぼ理想的な(111)単結晶Siの代わりに格子整合(110)bcc構造を用
いて製造しうることを見いだした。単結晶がない場合、(111)集合組織の強
度は(110)集合組織の強度に依存するであろう。すなわち、Ag(111)
を、強い(111)集合組織を有するCrまたは(110)集合組織化されたC
rMn上で成長させることができ、次にこれを用いて、上述したように、強く集
合組織化された(111)NiFeまたは(110)bcc、(0002)また
は(101 ̄1)Co系層を成長させることができる。さらに、原子最密表面構
造のために妥当な質の(110)bcc集合組織を得ることができるため、これ
らの層の上にいくつかの質の高い(集合組織を得ることができる。例えば、多結 晶質一結晶コバルトは、Co(101 ̄0)/bcc(112)/fcc(11
0)/bcc(110)層、さらにはCo(101 ̄0)/bcc(112)/
bcc(110)の妥当な格子互換性を介して誘導することができる。特に、a
〜5.0(Ba、BaCaなど)、a〜3.5(La、β−Zr)またはa〜3
.75(LaZn、LaAg、NdAl、CeAg)の単位格子パラメーターを
有する(110)bccおよびbcc誘導体は、fcc(110)構造、例えば
Ni、Co、およびCuと適切に釣り合い、a〜5.7(Rb)を有する(11
0)bcc構造はAg(110)と適切に釣り合って、以下のものが得られる:
Co(101 ̄0)/Cr(112)[111]/Ag(110)[110]/
Rb(110)[100];Co(1010)/Cr(112)[111]/B
a(110)[100];およびCo(1010)/Cr(112)[111]
/Ni(110)[110]/Ba(110)[100]。
で成長した種々のAg(111)下層膜のX線回折スペクトルを示す。図28(
a)においては、fcc構造の低エネルギー(111)配向が支配的な配向であ
るが、(111)集合組織は弱く、スペクトルでは他の配向も観察される。これ
に対し、図28(b)は、bcc層なしの(111)集合組織の7倍に近い強度
で、CrMn層上のAg(111)集合組織が強く発達することを示す。
れたCu膜上に260℃で蒸着したNiFe50nm膜のXRDスペクトルを示
す。予測されたように、いずれの膜も強い集合組織を発達させず、NiFe/ガ
ラス膜については(111)および(200)の両方のNiFe配向について弱
いピークが観察される。これに対し、図29(c−d)は、室温で蒸着されたC
u(100nm)/Ag(100nm)/Cr(30nm)/ガラスおよびCu
(100nm)/Cr(30nm)/ガラスのXRDスペクトルを示し、これは
膜中の強い(111)集合組織を表す強いピークを示す。
の強さは、単結晶Si(111)上におけるものより弱い。しかし、格子の釣り
合うbcc層を使用することにより、基体選択において融通性が増加し、非常に
強い(111)集合組織を誘導するのに用いることができる多結晶質層が得られ
る。例えば、四結晶(101 ̄1)または(0002)垂直配向を有するCo系
層を慣用の回転記録媒体上に製造することができ、ここで、結晶は媒体の平面中
でランダムであり、結晶中で四結晶または垂直配列を有する。
々の厚さの典型的なCr膜のXRDスキャンを示す。(110)ピークは膜厚に
伴っていくぶん直線的に増加し、より厚い膜からはより多くのX線が透過されず
に回折される。一方、最高最低変動またはバックグラウンド信号のノイズは、比
較的定常である。50nmの厚膜の(110)信号ピーク高さと最高最低ノイズ
を比較すると、比率は10より小さいことがわかる。同様に、より厚い膜につい
て信号ピークをとり、膜厚と50nmとの比で割ると、ほぼ同じピーク信号対ノ
イズ比が得られる。したがって、50nmの膜については、x−線回折ピークの
典型的なSN比は1より低いことがわかる。しかし、一般に、これらのSN比は
、遅い蒸着速度でバイアスを用いて加工するか、または湿潤層上に蒸着させるこ
とにより、幾分改良することができる。しかし、これらの改良されたピークはと
うてい本発明の膜において示されるほど強くない。fccAgの(110)Cr
上への蒸着および続くAg上へのCrの蒸着により、図28および29の結果に
示されるような、はるかに強い集合組織が得られる。ここでは、Agの集合組織
は、Cr(110)層により顕著に改良されている。
する。したがって、本発明の膜は、本明細書に記載される薄膜XRD法を用いて
測定して、膜厚50nmあたり少なくとも10−1のXRD SN比を有するこ
とが好ましい。本発明はより低いSN比を有する膜を用いて実施することができ
るが、本発明の利点は、より高い比を有する膜についてと同程度には得られない
であろう。
下層および磁気構造、例えばCoCrPtTa(0002)/Ti(0002)
/Ag(111)/Cr(110)/ガラス)を用いた、垂直磁気記録用途にお
いて用いるための、慣用の磁気媒体中に取り込ませることができる強い(000
2)配向を有するCo系層を提供する。これらの層は、軟質磁性下層構造および
保磁子媒体上層を有するかまたは有しない磁気光媒体および垂直磁気媒体の両方
において有用であるはずである。
集合組織表面が最低エネルギーの最密の表面であるため、一般に容易に得ること
ができる。Cr(110)は室温で遅い蒸着速度を用いて非常に厚い層を蒸着さ
せることにより、または最も好ましくはスパッター蒸着の間に基体バイアス電圧
を用いることにより、製造しうることが示されている。
の観点に多くの改変および変更が可能であることを理解するであろう。上の明細
書および以下の特許請求の範囲は、そのような改変および変更をカバーすること
を意図するものである。
。
す。
び二結晶CoCrTa(112 ̄0)格子の間の配向および原子間間隔の関係を
示す。
ペクトル、(b)Ag(500Å)/HF−Si膜のSi[001]ゾーン軸電
子回折パターン、および(c)Ag(001)[110]||Si(001)[
110]二層の模擬的Si[001]ゾーン軸電子回折パターンを示す。
F−Si膜のXRDスペクトル、および(b)CoCrTa/Cr膜のSi[1
10]およびSi[100]方向に沿ったAgテンプレートの厚さに対する保磁
力の依存性を示す。CoCrTaおよびCr厚さは、それぞれ200および30
0Åで固定されている。
5Å、(c)500ÅでのAg/HF−Si膜の表面のAFM像、および(d)
Ag表面粗さ対Ag膜厚のプロット(図中、0Åの厚さにおける黒丸は、裸のH
F−Siを示す)を示す。
成長したCoCrTa/Cr膜のCr[001]ゾーン軸電子回折パターン、お
よび(b)二結晶Co/Cr二層の模擬的Co[112 ̄0]/Cr[001]
ゾーン軸電子回折パターンを示す。(c)は、磁気特性の平面内角変動を示し、
(d)はCoCrTa(200Å)/Cr(300Å)/Ag(500Å)/H
F−Si膜の平面内トルクカーブを示す。
、およびCo(101 ̄0)の結晶学的平面を示す。
Si、および(c)Co/Cr/Ag/Si膜のXRDスペクトルを示す。
Ag、Cr、およびCoのψ−スキャン結果および平射図法を示す。
。
磁化容易軸および困難軸についてのヒステリシスカーブを示す。
よび硬質磁気軸のヒステリシスカーブを示す。
よび(b)CoCrPt/Ti/酸化SiのXRDスペクトルを示す。
)、およびCo(0001)の結晶学的平面を示す。
(50nm)/Ag(12nm)/HF−Si、(b)CoCrPt(50nm
)/Ti(50nm)//HF−Si、およびCoCrPt(50nm)/Ag
(12nm)/HF−SiのXRDスペクトルを示す。
g、Ti、およびCoのψ−スキャン結果および平射図法を示す。
Eのそれぞれ磁化容易軸および困難軸についてのヒステリシスカーブを示す。
0Å)/Ag(300Å)/HF−Si(111)および(b)Co(1000
Å)/Cu(500Å)/HF−Si(111)のXRDスペクトルを示す。
ルを示す。
b)Ag(500Å)/CrMn(500Å)/ガラスのXRDスペクトルを示
す。
(b)NiFe(500Å)/Cu(1000Å)/ガラス、(b)Cu(10
00Å)/Cr(300Å)/ガラス、およびCu(1000Å)/Ag(10
00Å)/Cr(300Å)/ガラスのXRDスペクトルを示す。
り製造した種々の厚さの典型的なCr膜のXRDスキャンを示す。
Claims (65)
- 【請求項1】 基体と; (101 ̄0)結晶集合組織を有し、磁気記録層を形成しているCoまたはCo
合金膜と; (i)面心立方構造および(110)結晶集合組織を有し、前記基体と前記磁性
体層との間に配置されている少なくとも1つの第1の下層、および (ii)体心立方構造および(112)結晶集合組織を有し、前記第1の下層と
前記磁性体層との間に配置されている少なくとも1つの第2の下層 を有する下層構造と、 を含む記録媒体。 - 【請求項2】 前記第2の下層がCr合金固溶体を含む、請求項1記載の記録媒
体。 - 【請求項3】 前記第2の下層がB2、DO3、およびL21体心立方誘導体構 造からなる群より選択される材料を含む、請求項1記載の記録媒体。
- 【請求項4】 前記第2の下層がCr、Cr合金およびB2規則構造および実質
的にCrに匹敵する格子定数を有する材料からなる群より選択される材料からな
る、請求項1記載の記録媒体。 - 【請求項5】 前記第2の下層が、Cr、CrV、CrMo、CrW、CrTi
、CrMn、NiAl、AlCo、FeAl、FeTi、CoFe、CoTi、
CoHf、CoZr、NiTi、CuBe、CuZn、AlMn、AlRe、A
gMg、Al2FeMn2、AlNi2Ta、AlNi2Nb、AlNi2Ti、F e3Al、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される材料からなる、 請求項1記載の記録媒体。 - 【請求項6】 前記第1の下層がL10およびL12面心立方誘導体構造を含む、
請求項1記載の記録媒体。 - 【請求項7】 前記第1の下層が、Ag、Au、Cu、Al、およびそれらの組
み合わせを含む群より選択される材料からなる、請求項1記載の記録媒体。 - 【請求項8】 前記第1の下層がAgからなる、請求項1記載の記録媒体。
- 【請求項9】 前記第1の下層がAgからなり;前記第2の下層がCrからなり
;そして前記基体がSi(110)単結晶からなる、請求項1記載の記録媒体。 - 【請求項10】 前記基体と前記磁気記録層との間に配置されている種晶層をさ
らに含む、請求項1記載の記録媒体。 - 【請求項11】 前記基体と前記磁気記録層との間に配置されている湿潤層をさ
らに含む、請求項1記載の記録媒体。 - 【請求項12】 前記基体がその上に配置されている前記湿潤層を有する多結晶
質基体であり、さらに体心立方構造および(110)結晶集合組織を有し、前記
湿潤層と前記第1の下層との間に配置されている第3の下層を含む、請求項11
記載の記録媒体。 - 【請求項13】 前記基体が非酸化Si(110)単結晶を含む、請求項1記載
の記録媒体。 - 【請求項14】 前記第1の下層がAg、Au、Cu、Al、およびそれらの組
み合わせを含む群より選択される材料からなる、請求項13記載の記録媒体。 - 【請求項15】 前記磁性体層がCoCr、CoSm、CoPr、CoP、Co
Ni、CoPt、CoNiCr、CoNiZr、CoPtNi、CoCrTa、
CoCrPt、CoCrP、CoCrTaSi、CoCrPtSi、CoCrP
tB、CoCrPtTa、CoCrPtTaB、CoCrPtTaNb、および
それらの組み合わせからなる群より選択されるCo合金を含む、請求項1記載の
記録媒体。 - 【請求項16】 前記下層構造が、前記第2の下層と前記磁気記録層との間にさ
らに中間層を含む、請求項1記載の記録媒体。 - 【請求項17】 CoまたはCo−合金からなる第2の磁気記録層、および前記
第1の磁気記録層と第2の磁気記録層との間に内層をさらに含む、請求項1記載
の記録媒体。 - 【請求項18】 前記媒体の結晶集合組織が、薄膜XRD法により決定して、5
0nm厚さあたり少なくとも10−1のXRDのSN比を有する、請求項1記載
の記録媒体。 - 【請求項19】 基体と; (101 ̄0)結晶集合組織を有し、磁気記録層を形成しているCoまたはCo
合金膜と; (i)体心立方構造および(110)結晶集合組織を有し、前記基体と前記磁性
体層との間に配置されている少なくとも1つの第1の下層、および (ii)体心立方構造および(112)結晶集合組織を有し、前記第1の下層と
前記磁性体層との間に配置されている少なくとも1つの第2の下層、 を有する下層構造と、 を有する記録媒体。 - 【請求項20】 請求項1−19のいずれかに記載の記録媒体;および 前記媒体の近くに配置され、前記媒体にデータを記録し、前記媒体からデータを
読み出す磁気変換器、 を含むデータ記憶用装置。 - 【請求項21】 基体と; (101 ̄0)結晶集合組織を有し、磁気記録層を形成しているCoまたはCo
合金膜と; (i)面心立方構造および(110)結晶集合組織を有し、前記基体と前記磁性
体層との間に配置されている少なくとも1つの第1の下層、および (ii)体心立方構造および(112)結晶集合組織を有し、前記第1の下層と
前記磁性体層との間に配置されている少なくとも1つの第2の下層; を有する下層構造と、 を含む記録媒体;および 前記媒体の近くに配置され、前記媒体にデータを記録し、前記媒体からデータを
読み出す磁気変換器、 を含むデータ記憶用装置。 - 【請求項22】 (101 ̄0)結晶集合組織を有するCoまたはCo合金磁性
体層を基体上に製造する方法であって、 面心立方構造および(110)結晶集合組織を有する少なくとも1つの第1の下
層を基体上に提供し、そして体心立方構造および(112)結晶集合組織を有す
る少なくとも1つの第2の下層を第1の下層から成長させることにより下層構造
を提供し;そして CoまたはCo合金磁性体層を第2の下層上に蒸着する、 ことを含む方法。 - 【請求項23】 前記方法が、(110)結晶集合組織を有する基体を提供する
ことをさらに含み、 第1の下層の前記提供が、(110)結晶集合組織を有する第1の下層を基体上
で成長させることを含む、請求項22記載の方法。 - 【請求項24】 さらに、(110)結晶集合組織を有する非酸化単結晶Si基
体を提供することを含み、 第1の下層の前記提供が、(110)結晶集合組織を有するAgからなる第1の
下層を基体上で成長させることを含み;かつ 第2の下層の前記提供が、(112)結晶集合組織を有する第2の下層を基体上
で成長させることを含み、前記第2の下層はCr、Cr合金またはB2規則構造
および実質的にCrと匹敵する格子定数を有する材料からなる、 ことを特徴とする請求項22記載の方法。 - 【請求項25】 基体と; (0002)結晶集合組織を有し、磁気記録層を形成しているCoまたはCo合
金膜と; (i)面心立方構造および(111)結晶集合組織を有し、前記基体と前記磁性
体層との間に配置されている少なくとも1つの第1の下層:および (ii)前記第1の下層と前記磁気記録層との間に配置されて前記磁気記録層中
に(0002)結晶集合組織を誘導する少なくとも1つの第2の下層、 を有する第1の下層構造と、 を含む記録媒体。 - 【請求項26】 体心立方構造および(110)結晶集合組織を有し、前記第1
の下層と第2の下層との間に位置する第3の下層をさらに含む、請求項25記載
の記録媒体。 - 【請求項27】 前記第2の下層が六方最密構造および(0002)結晶集合組
織を含む、請求項25記載の記録媒体。 - 【請求項28】 前記第1の下層がAgからなり、前記基体がSi(111)単
結晶を含む、請求項25記載の記録媒体。 - 【請求項29】 前記第2の下層がTiからなる、請求項29記載の記録媒体。
- 【請求項30】 前記第2の下層が(111)結晶集合組織および前記磁気記録
層に匹敵する原子間隔を有する面心立方構造を含む、請求項25記載の記録媒体
。 - 【請求項31】 面心立方構造および(111)結晶集合組織を有し、前記磁気
記録層と前記第1の下層との間に配置されている軟質磁性層をさらに含む、請求
項25−30のいずれかに記載の記録媒体。 - 【請求項32】 前記軟質磁性層がNiFe製である、請求項31記載の記録媒
体。 - 【請求項33】 前記基体が、 ガラス、NiP被覆Al、ガラスセラミック、セラミック、およびSiCからな
る群より選択される基体材料;および 体心立方構造および(110)結晶集合組織を有し、前記基体材料上に配置され
ている第3の下層 を含む、請求項25記載の記録媒体。 - 【請求項34】 前記第3の下層がCr、Cr合金、またはB2規則構造を有す
る材料からなる、請求項33記載の記録媒体。 - 【請求項35】 さらに、 前記磁性体層と前記第1の下層構造との間に配置されている第2の下層構造;お
よび 面心立方構造および(111)結晶集合組織を有し、前記第1の下層構造と前記
第2の下層構造との間に配置されている軟質磁性層、 を含む、請求項25記載の記録媒体。 - 【請求項36】 前記第2の下層構造が、 (i)面心立方構造および(111)結晶集合組織を有する第1の下層、および
(ii)六方最密構造および(0002)結晶集合組織を有する第2の下層;を
有し、 前記第1の下層構造の前記第2の下層が(111)結晶集合組織を有する面心立
方構造である、請求項35記載の記録媒体。 - 【請求項37】 前記軟質磁性層がNiFeからなり;前記第1の下層構造およ
び第2の下層構造のそれぞれの前記第1の下層がAgであり;前記第1の下層構
造の前記第2の下層がCuであり;前記第2の下層構造の前記第2の下層がTi
であり;そして前記基体がSi(111)単結晶を含む、請求項36記載の記録
媒体。 - 【請求項38】 請求項25−37のいずれかに記載の記録媒体を含む磁気光学
的データ記憶デバイス。 - 【請求項39】 請求項25−37のいずれかに記載の記録媒体を含むデータ記
憶用装置。 - 【請求項40】 基体と; 面心立方構造および(111)結晶集合組織を有する軟質磁性層と; 体心立方構造および(110)結晶集合組織を有し、前記基体と前記軟質磁性層
との間に配置されている第1の下層と; 面心立方構造および(111)結晶集合組織を有し、前記第1の下層と前記軟質
磁性層との間に配置されている第2の下層と、 を含む変換器。 - 【請求項41】 前記第1の下層がCrからなり;前記第2の下層がAgまたは
Cuからなり;そして前記軟質磁性層がNi、NiFe合金、面心立方Coまた
は面心立方Co合金からなる、請求項40記載の変換器。 - 【請求項42】 前記基体がSi(111)単結晶である、請求項40または4
1に記載の変換器。 - 【請求項43】 基体と; (101 ̄1)または(101 ̄0)結晶集合組織を有し、磁気記録層を形成し
ているCoまたはCo合金膜と; (i)面心立方構造および(111)結晶集合組織を有し、前記基体と前記磁気
記録層との間に配置されている少なくとも1つの第1の下層、および (ii)体心立方構造および(110)結晶集合組織を有し、前記第1の下層と
前記磁気記録層との間に配置されている少なくとも1つの第2の下層 を有する下層構造と、 を含む記録媒体。 - 【請求項44】 前記基体がSi(111)単結晶である、請求項43記載の記
録媒体。 - 【請求項45】 前記第1の下層がAgであり;前記第2の下層がCrであり;
そして前記基体がSi(111)単結晶である、請求項43記載の記録媒体。 - 【請求項46】 さらに、多結晶質体心立方構造および(110)結晶集合組織
を有し、前記基体上に配置されている第3の下層を含む、請求項43記載の記録
媒体。 - 【請求項47】 請求項43−46のいずれかに記載の記録媒体、および 前記媒体の近くに配置され、前記媒体にデータを記録し、前記媒体からデータを
読み出す磁気変換器、 を含むデータ記憶用装置。 - 【請求項48】 下層構造;および 下層構造上に配置されている磁性体層構造;および 下層構造の下に配置されている基体、 を含む記録媒体であって、 基体が(111)結晶集合組織または(110)結晶集合組織の1つを有する単
結晶Siであることを特徴とする記録媒体。 - 【請求項49】 前記磁性体層構造が、規則正しい磁気アレイからなる、請求項
48記載の記録媒体。 - 【請求項50】 基体がSi(111)であり、 下層構造が、 面心立方構造および(111)結晶集合組織を有し、前記基体と前記磁性体層と
の間に配置されている少なくとも1つの第1の下層;および 前記第1の下層と前記磁性体層構造との間に配置されている少なくとも1つの第
2の下層、 により特徴づけられる、請求項48記載の記録媒体。 - 【請求項51】 さらに、前記第1の下層と第2の下層との間に配置されている
軟質磁性層を含む、請求項50記載の記録媒体。 - 【請求項52】 基体がSi(111)であり、 下層構造が、 面心立方構造および(111)結晶集合組織を有し、前記基体と前記磁性体層と
の間に配置されている第1の下層;および 体心立方構造および(110)結晶集合組織を有し、前記第1の下層と前記磁性
体層構造との間に配置されている第2の下層、 により特徴づけられる、請求項48記載の記録媒体。 - 【請求項53】 前記磁性体層構造が(0002)結晶集合組織を有するCoま
たはCo合金系材料を含む、請求項48記載の記録媒体。 - 【請求項54】 さらに、(0002)結晶集合組織を有する六方最密構造から
なり、前記第2の下層と前記磁性体層構造との間に配置されている第3の下層を
含む、請求項53記載の記録媒体。 - 【請求項55】 前記磁性体層構造が、(101 ̄1)結晶集合組織を有するC
oまたはCo合金系材料を含む、請求項48記載の記録媒体。 - 【請求項56】 基体がSi(110)であり、 下層構造が、 面心立方構造および(110)結晶集合組織を有し、前記基体と前記磁性体層と
の間に配置されている少なくとも1つの第1の下層;および 体心立方構造および(112)結晶集合組織を有し、前記第1の下層と前記磁性
体層構造との間に配置されている少なくとも1つの第2の下層、 により特徴づけられる、請求項48記載の記録媒体。 - 【請求項57】 前記磁性体層構造が、(101 ̄0)結晶集合組織を有するC
oまたはCo合金系材料を含む、請求項48記載の記録媒体。 - 【請求項58】 基体がSi(111)であり、 下層構造が、 (101 ̄1)結晶集合組織を有し、磁気記録層を形成しているCoまたはCo
合金膜; 面心立方構造および(111)結晶集合組織を有し、前記基体と前記磁気記録層
との間に配置されている第1の下層;および 体心立方構造および(110)結晶集合組織を有し、前記第1の下層と前記磁気
記録層との間に配置されている第2の下層、 により特徴づけられる、請求項48記載の記録媒体。 - 【請求項59】 さらに、前記磁性体層構造上に配置されている軟質磁性保磁子
層を含む、請求項48−58のいずれかに記載の記録媒体。 - 【請求項60】 請求項48−59のいずれかに記載の記録媒体、および 前記媒体の近くに配置され、前記媒体にデータを記録し、前記媒体からデータを
読み出す磁気変換器、 を含む、データ記憶用装置。 - 【請求項61】 下層構造; 下層構造上に配置されている磁性体層構造;および 下層構造の下に配置されている基体、 を含む変換器であって、 基体が(111)結晶集合組織または(110)結晶集合組織の1つを有する単
結晶Siであることを特徴とする変換器。 - 【請求項62】 下層構造;および 下層構造上に配置されている超格子多層磁性体層構造;および 下層構造の下に配置されている基体、 を含む記録媒体であって、基体が(111)結晶集合組織または(110)結晶
集合組織の1つを有する単結晶Siであることを特徴とする、記録媒体。 - 【請求項63】 下層構造が、 (i)面心立方構造および(111)結晶集合組織を有する少なくとも1つの第
1の下層;(ii)前記第1の下層上に配置され、面心立方構造および(111
)結晶集合組織を有する少なくとも1つの第2の下層;(iii)前記第2の下
層上に配置されている軟質磁性層;および(iv)前記軟質磁性層上に配置され
、(0002)結晶集合組織を有する六方最密構造または(111)結晶集合組
織を有する面心立方構造のいずれかを有する少なくとも1つの第3の下層、 により特徴づけられる、請求項62記載の記録媒体。 - 【請求項64】 前記第1の下層がAgであり、前記第2の下層がCuであり、
前記軟質磁性層がNiFeであり、前記第3の下層がTi、非磁性CoCr合金
またはAgであり、前記基体がSi(111)である、請求項63記載の記録媒
体。 - 【請求項65】 前記磁性体層が、CoおよびPt多層、CoおよびPd多層お
よびそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項62記載の記録媒体
。
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