JPS61110329A - 垂直磁気記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、磁気ディスク、フロッピーなどの垂直磁気記
録に好適な、高透磁率磁性材料とＦｅｘＮ（ｘ＝２〜３
）膜とからなる磁気記録媒体に関する。

なお、本明細書ではＦｅｘＮに１０Ｊ７ｔｌ子％以下の
Ｃｒなどを添加したものも一括してＦｅｘＮと呼ぶ。

〔発明の背景〕

磁気記録の分野における記録密度の向上は著しいものが
ある。特に、東北大の岩崎らにより提案された垂直磁気
記録方式は、現在実用化されている面内記録方式と異な
り、記録密度が高くなるほど、自己減磁作用が小さくな
るという特徴を有し。

将来の高密度磁気記録方式として注目を集め、精力的な
研究がなされている。

この垂直磁気記録を実現するには、記録媒体として、磁
性膜面に対して垂直方向の磁化容易軸を有する垂直磁化
膜が必要である。また、この垂直磁化膜の下に高透率磁
率磁性膜を被着させた、いわゆる２層媒体は、垂直磁化
膜のみからなる。いわゆる単層媒体にくらべて、磁気ヘ
ッドを用いて記録再生した際の再生出力が２倍以上と高
いので実用性が高いと考えられている。

高透磁率磁性膜としては、フェライト、　Ｆａ工、Ｎ２
゜パーマロイ、センダスト、（Ｆｅ、Ｇｏｏ　Ｎ１）−
（ｓｉ、Ｂ、ＣＩ　ＰＴ　ＡＱ−Ｂ）系非晶質合金。

（Ｆａ、Ｃｏ、Ｎ１）−（Ｚｒ、Ｈｆ＋　Ｙ＋　Ｔｉｔ
Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ＋　Ｖ＋　Ｍｏ、Ｃｒ）系非晶質合金。

ＦｅｘＣ等の磁気ヘッド用などで公知の高透磁率磁性材
料を被着せしめたものが使用される。その膜厚は通常０
６５〜２．０　μｍのものが使用される。

垂直磁化膜としては、物理蒸着法（スパッタ法。

真空蒸着法など）、めっき法または化学蒸着法（ＣＶＤ
法）で作製したＧｏ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｒｈ、Ｇｏ−
Ｖ＋　Ｃｏ−Ｒｕ、Ｇｏ−Ｏｒ　ＣｏｔＧ　ｏ　−Ｎ　
ｉ　−Ｍ　ｎ　−Ｐなどの合金膜が知られている。

しかし、このような垂直磁化膜は、いずれもＣｏをベー
スとしており、Ｃｏは資源が少ないことからコストなら
びに供給安定上の問題があった。

また、Ｃｏ系では加熱減磁、加圧減磁の心配があった。

これらの問題を解決しようとする方法の一つに。

ｃｏの代りにＦｅをベースとして用いたＦｅｘＮ垂直磁
化膜がある（特願昭５８−１０２６７５）　、　Ｌ、か
じ、この方法で得られたＦ８ＸＮ膜の磁気特性は代表的
垂直磁化膜であるＧｏ−Ｃｒ膜に比べて若干劣っている
。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、高透磁率磁性膜とＦｅｘＮ垂直磁垂直
磁化量に少なくとも１層の平均、！＆近接原子間距離が
２．５〜３．２　人の金属、金属窒化物、金属酸化物な
どを中間膜を被着させた。特性のより垂直磁気記録媒体
を提供することにある。

２層膜媒体は、磁気ヘッドで記録再生した時の再生出力
が高いが、若干剛性が高いので主に磁気ディスクに用い
られるが、磁気テープ、フロッピーなどに用いることを
妨げるものではない。

〔発明の概要〕

Ｆ　ａ　ｘＮ　（ｘ＝２〜３）膜が垂直磁化膜になる理
由についてはつぎのように考えられる。物理蒸着法で作
製したＦｅｘＮ膜の断面をＳＥＭで観察すると、膜面に
垂直方向に結晶粒子が成長した柱状構造がＷＲ察される
。ＦｅｘＮ膜が垂直磁化膜になる原因の一つはこの柱状
晶による微視的形状異方性（個々の柱状晶の形状に基づ
く異方性）である、さらに、その垂直異方性の大きさく
Ｋｕ）が。

膜面に垂直方向に磁化が向いた時の静磁エネルギー２π
Ｍｇ”（Ｍｓ：飽和磁化）より大となるという下記（１
）式の関係が満たされていることが２番目の理由である
。

Ｋｕ＞２ｇＭ５”　　　　　　　　　　−（１）普通、
Ｆｅ薄膜の場合、Ｆｅの柱状晶が理想的に膜面に垂直配
向したとしてもＫｕ、Ｍｓにバルクの値を用いるとして
、（１）式の左辺、右辺の値はそれぞれ９　Ｘ　１０＠
ｅｒｇ／ｃｃ、　１．８　　Ｘ　１０’ｅｒｇ　／ｃｃ
程度となり、（１）式の関係を満足することはできない
、また、理想的な柱状晶（長軸長／短軸長〜ｏｏ）が膜
面の垂直方向に完全に配向することはないので、（１）
式の左辺は９　Ｘ　１０’ｅｒｇ　／ｃｃよりもかなり
小さくなると予想される。

Ｎを添加することの効果は、柱状晶が膜面に垂直配向す
るのを促し、かつ、Ｍｓを（１）式が成立する程度にま
で低下させることにあると考えられる。柱状晶の粒界に
Ｎが偏析することもＦｅｘＮ膜が垂直磁化膜になる原因
の一つと考えられる。

その際、ＦｅｘＮが六方晶系の結晶構造をもち、かつ、
そのＣ軸が膜面に垂直配向しておれば、六方晶系Ｆａｘ
Ｎの結晶異方性が上述の微視的形状異方性に加算される
ので垂直磁気異方性（Ｋｕ。

（１）式の左辺）が大きくなり、Ｍｓが大きくてもＦｅ
ｘＮ膜は垂直磁化膜になる。しかし、特願昭５８−１０
２６７５で示された方法で得たＦｅｘＮ膜ではｃｍの配
向がみら九なかった。これが、　ＦｅｘＮ膜が垂直磁化
膜になる飽和磁束密度（Ｂｓ＝４πＭｓ）の上限値（６
５００Ｇ）が代表的垂直磁化膜であるＧｏ−Ｃｒ膜のＢ
ｓの上限値にくらべて若干小さい原因と考えられる。

ＦｅｘＮ膜の特性向上を目的にＦｅｘＮ膜と高透磁率磁
性膜との間の中間膜について検討した。

その結果、中間膜として、電気抵抗がＩ　Ｘ　１０−’
Ω口以下で、平均最近接原子間距離が２．５〜３．２　
人の金属、金属窒化物、金属酸化物などの膜を使用する
ことにより、六方晶系ＦｅｘＮ膜のＣ軸が膜面に垂直配
向し、ＦｅｘＮ膜が垂直磁化膜になるＢｓの上限値が高
くなることがあきらかになった。これは、上述の結晶異
方性が微視的形状異方性に加算されて垂直磁気異方性が
大きくなったためと考えられる。

第１図は、中間膜の最近接原子間距離とＦｅｘＮ膜が垂
直磁化膜になるＢｓの最大値との関係をプロットしたも
のである。第１図かられかるように、平均最近接原子間
距離（ＤＣＡ）が２．５〜３．２人の中間膜を使用する
とＦｅｘＮ膜が垂直磁化膜になるＢｓの上限値が７００
００以上と大きくなる。

これをＸＪ！回折で調べた結果、ＦｅｘＮ膜のＣ軸が膜
面の垂直方向に配向していることが明らかになった。こ
のＣ軸配向がＦｅｘＮ膜が垂直磁化膜になるＢｓの上限
値が大きくなった原因の一つと考えられる。

平均最近接原子間距離が２．６Ｓ〜２．８５　人のもの
ではＦｅｘＮ膜が垂直磁化膜になるＢ８の上限値がさら
に大きくなり、最大で８００００以上になる。

ＤＣＡが２．５〜３．２　人の膜とシテはＶ。

Ｒｕ、Ｚｎ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉ　ｒ、Ｍｏ、Ｗｔ　Ｒｅ。

Ｐｔ＋　　Ｎｂ＋　　Ｓｎ、Ｔａ、Ａｎ、Ａｕ、Ａｇ５
Ｔｉおよびこれらの元素の窒化物、酸化物などがある。

このうち、Ｚｎ、Ｍｏ、ｗｌ　Ｎｂ＋　ＴａｎＡｌ、Ｔ
ｉ、ＳｎまたはＳｎ酸化物は安価であるのでより好まし
い。

２種以上の元素を混合して平均的最近接原子間距離を２
．５〜３．２人としても効果のあることはいうまでもな
い、この中間膜が高透磁率膜であればより好ましい、こ
れらの金属、金属酸化物。

金属窒化物などの結晶構造にはｂｃｐ、ｔｃｃ。

ｂｃｅ、非晶質などがあるが、ｈｃｐと非晶質がより好
ましい。

中間膜の膜厚としては０．０１〜０．１　μｍが好まし
く、０．０１〜０．０５　μｍがより好ましい。０．０
１〜０．１　μｍの膜厚がよいのは。

０．０１　μｍ未満では中間膜としての効果が小さく、
０．１　μｍを越えると高透磁率磁性膜とＦａｘＮ垂直
磁化膜との磁気的相互作用が小さくなり、磁気ヘッドで
記録再生した際の再生出力が小さくなるためである。こ
の中間膜は１層でもよいが、全膜厚が０．０１〜０．１
　μｍとなる範囲で２層にすることを排除するものでは
ない。

中１１ＪＩＩ膜の形成後には、物理蒸着法（スパッタ法
。

蒸着法など）、化学蒸着法（ＣＶＤ法）、めっき法、無
電解メッキ法などの電着法などがあるが、全体のプロセ
スを考えて任意に選ぶことができる。

ＦｅｘＮ膜としては、膜厚が０．１　μｍ以上で、Ｎの
含有量が２０〜３２原子％で、飽和磁束密度が２０００
〜１００００　Ｇのものであればいずれでもよいが、Ｎ
の含有量が２２〜２８原子％、Ｂｓが６５００〜１００
００　Ｇのものは再生出力が大きくなるのでより好まし
い、また、ＦｅｘＮ膜の耐食性向上を目的に、１０原子
％以下のＣｒ、Ｎｉ、Ｃｏ＋　Ｂｉｔ白金属元素、Ｚｒ
、Ｔａ、Ｎｂ＋　ＡＡ、Ｗの少なくとも一つを含有させ
ることもできる。これらの元素のうち、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａ
ｌ、Ｗは安価であるので好ましい。

ＦｅｘＮ膜の形成法としては、Ｆ　ｅ　＋　Ｆ　８４　
Ｎ　＊Ｆ　ｅ、Ｎ　ｙ　Ｆ　ｅｘ　〜３ＮＩ　Ｆ　ａ、
ＮのようなＦｅまたはその窒化物の中から選ばれた少な
くとも１つの粉末、粉末焼結体、バルクを原料としてＡ
ｒｆｉ流中、Ａｒと窒素の混合気流中、窒素気流中もし
くはこれらと水素の混合気流中で物理蒸着させる方法が
通常用いられるが、化学蒸着法などを排除するものでは
ない、また、Ａｒの代用としてＮｅ。

Ｋｒ、Ｘθを用いることも可能である。

ＦｅｘＮ膜中にＣｒなどの上述の元素を含ませる方法と
しては上述のＦａまたは窒化鉄にＣｒなどを混合、熔融
したものを原料とするか、Ｆｅまたは窒化鉄上にＯｒな
どのチップを置いたものを原料とすればよい。

Ｆ８ＸＮまたはＣｒなどを含有するＦｅｘＮ膜の膜厚は
０．１〜１．０　μｍのものがより好まれる。この範囲
のものがより好まれる理由は０．１μｍ以下の膜厚では
垂直磁化膜になりにくく、１．０　μｍ以上では磁気ヘ
ッドによる記録がむずかしくなるためである。

上述のＦｅｘＮまたはＣｒなどを含有したＦｅｘＮ１１
９！の形成時にアースを基準にして一５００Ｖ〜−５０
Ｖのバイアス電圧を基板に印加すれば゛　磁性膜の特性
が向上するのでより好ましい。

ＦａｘＮｉｉが垂直磁化膜になっている否かは再生波形
を観察することによって判断される（電気通信学会磁気
記録研究会資料ＭＲ７６−１６゜ｐ１９）、ｆｌ易な判
別法としては、高透磁率磁性膜をつけたいわゆる２ＮＮ
膜体を作製する際に。

高透磁率磁性膜を除いた中間膜上に形成したＦｅｘＮ＠
モニタの垂直方向の残留磁束密度と面内方向の残留磁束
密度との比（Ｂｒ□／Ｂｒ、）が用いた（モニタ膜から
高透磁率磁性材を除いたのは、高透磁率材があると垂直
磁化膜の磁気特性が測定しにくかったためである）。通
常Ｂｒよ／Ｂｒｚが０．８以上であれば垂直磁化膜にな
ると考えられ、実際に磁気ヘッドによる再生波形とＢｒ
□／　Ｂ　ｒ　ｚによる簡易な判別法ではほとんど差が
なかった（再生波形から判断された上記Ｂ’　ｓの上限
値の方がＢ　ｒ　、／　Ｂ　ｒ　＃から判断された上記
Ｂｓより３００Ｇ程度大きかったが本質的な差ではない
であろう）。

〔発明の実施例〕

以下に本発明を実施例によって説明するが、この実施例
は本発明になんらの制限を加えるものではない。

実施例１ 第２図に示したＲＦスパッタ装置を用い、非磁性基板上
にパーマロイ（高透磁率磁性膜）を被着させ、この上に
いろいろな中間膜を介してＦｅｘＮのスパッタリングを
行なった。なお、磁気特性測定用モニタ上にはシャッタ
をっけパーマロイのみを除いた膜をつけた。

第２図において、１は非磁性基板で、この基板にはアー
スを基準にして、　−５００〜Ｏｖのバイアス電圧を印
加できる構造をもつ、また、基板上のモニタ部にはシャ
ッターがつけられており、モニタ部にパーマロイがつか
ないようにできる構造になっている。２はスパッタター
ゲットでターゲットには１３．５ＭＨｚのＲＦがかけら
れる構造をもつ、また、３つのターゲットが同時に入れ
られる構造になっており、高透磁率膜、中間膜。

ＦｅｘＮ膜を連続的にスパッタできる。３はニードルバ
ルブでＡｒ、Ｎ、、Ｈ□の混合比を調節できる構造にな
っている。

上記の装置を使用し、１００φのターゲットを用いて５
　Ｘ　１０−”ＴｏｒｒのＡｒ中で光学研摩したガラス
基板上に約１．０　μｍのパーマロイを被着させ、つい
で、Ｏ，ＯＳ　　μｍの中間金属膜を被着させた。つぎ
に、１００φのＦｅ、Ｎ圧粉体ターゲットを用いて１０
　Ｘ　１０−’ＴｏｒｒのＡｒ［微量のＮ８　（０〜５
ｖｏＱ％）を含む〕中で上記中間膜上に約０．４　　μ
ｍの窒化鉄を被着させた。窒化鉄を被着する際にはアー
スを基準にして一１５０ｖのバイアスを基板に印加した
。

なお、到達真空度は、パーマロイ、中間膜、窒化鉄のい
ずれの場合にもＩ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒとした。

中間膜には、Ｍ　ｎ　（最近接原子間比ｉｌｌ　：　２
．２４人）。

Ｖ（２，６３人）、Ｒｕ　（２，６５人）、０ｓ（２，
６８人）、Ｒｈ　（２，６９人）、Ｉｒ（２，７１人）
、Ｍｏ　　（２，７３人）　、　Ｗ　（２，７４人）、
Ｒｅ　　（２，７４人）、Ｐｄ　　（２，７５人）。

Ｐｔ　　（２，７８人）、Ｎｂ　　（２，８６人）、Ｔ
ａ（２，８６人）　、　Ａｆｌ　　（２，８６人）　、
　Ａｕ（２，８８人）、Ａｇ　（２，８９人）＋Ｔｉ（
２，８９人）、Ｓｎ　（３，０１人）、Ｇｄ（３，５６
人）を使用し、最近原子間比＠　（ＯＣＡ）とＦｅｘＮ
が垂直磁化膜になるＢｓの上限値との関係を図１に示し
た。Ｂｓの上限値はＦｅｘＮ膜のＸを２〜３（Ｎ：２０
〜３３原子％）の間で変化させ膜のＢｒよ／　Ｂ　ｒ　
ｚが０．８以上になるＢｓから求めた。

第１図からあきらかなように、ＤＣＡが２．５〜３．２
　人の中間膜を使用するとＦｅｘＮ膜が垂直磁化膜にな
るＢｓは、急激に大きくなる。このようにＢｓの大きい
ＦｅｘＮ膜は再生出力を大きくできるので垂直磁気記録
材料として有利であると考えられる。ＯＣＡが２．６５
〜２．８５　人の中間膜では上述のＢｓの値はさらに大
きくなる。

第１表には、中間膜なしくこの場合はパーマロイを非常
に薄＜　（０，０５μｍ）被着し、パーマロイとＦｅｘ
Ｎ膜の混合されたＢ−Ｈ特性からＦｅｘＮ膜のみの特性
を推定した）、Ｒｅ、Ｗお第１表 第２表 よびＴｉを中間膜として作製したＦａｘＮの磁気特性を
示す、第１表からあきらがなように、中間膜を被着した
ＦｅｘＮ膜はＢｓが大きくてもＢｒよ／Ｂｒ、（（Ｂｒ
、／Ｂｓ）／　（Ｂｒ、／Ｂｓ））が０．８　以上であ
り、垂直磁化膜になっている。

第１表では中間膜を被着させるとＲｅ工の若干の増大が
Ｉｔ察されるが、これはＦｅｘＮのＣ軸が膜面の垂直方
向に配向したことと関係があると考えられる。

実施例２ 中間膜としてＳｎＯ，（ＤＣＡ３．１９　　人）、Ｔｉ
Ｎ　（同３．０３　人）を使用し、実施例１と同様にＦ
ｅｘＮ膜を形成した場合の結果を第２表に示す。

第２表からあきらかなように、ＯＣＡが２．５〜３．２
　人の酸化物、窒化物を使用した場合にもＦｅｘＮ膜が
垂直磁化膜になるＢｓの上限値は中間膜なしにくらべて
増大する。

実施例３ 膜厚が０〜０．１８　μｍのＲｅを中間膜として、この
中間膜上に５原子％のＣｒを含むＦｅｘＮ膜を実施例１
と同様に形成し、この垂直記録媒体の再生出力を評価し
た。高透磁率磁性膜には１．０μｍのＣｏ＠＊Ｚｒｇ　
、ＪＯｌａ　、ｓ　を使用した。第３図に中間膜厚と再
生出力との関係を示す（磁気ヘッドは単磁極型ヘッドで
、主磁極膜厚が０．３　　μｍのものを用い、相対速度
２．５ｍ／ｓで測定した記録電流は記録密度Ｉ　ＫＰＣ
Ｉにおける出力が最大になるように選んだ）、第３図か
らあきらかなように、中間膜の膜厚をＯから０．０１　
μｍに厚くすると再生出力は急激に増大し、膜厚が０．
０３　μｍ付近で再生出力が最大になり、それ以上膜厚
を増大させると再生出力は徐々に減少し、膜厚が０．１
μｍ以上では膜厚の増加とともに再生出力が急激に減少
する。この結果から、中間膜の膜厚は０．０１〜０．１
　μｍがよいことがわかる。

実施例４ 下地膜に０．０５　μｍのＭｏを使用し、磁性膜として
Ｒｕをｌ０ＪＸ子％含有するＦｅｘＮ膜を実施例１と同
様に被着させた。ＦｅｘＮ膜の被着時にアースを基準に
して一５００〜Ｏｖのバイアスを基板に印加した。結果
を第３表に示す、第３表からあきらかなように、−５０
０〜−５０Ｖのバイアスを基板に印加するとＦｅｘＮ膜
のＨＱ　Ａ　ｒＢ　ｒ　Ａ　／　Ｂ　ｓが増大し、Ｂｒ
ｚ／Ｂｇは若干減少する。これらはＦｅｘＮ膜を垂直磁
気記録媒体にした時の周波数特性の向上に有利であると
考えられる。

第３表 以上述べた実施例から、平均最近接原子間距離が２．５
〜３．２人の金属、金属窒化物、金属酸化物を中間膜と
することにより中間膜上に形成されたＦａｘＮｌｌが垂
直酸化膜になるＢｓの上限値は高くなり、また、Ｂｓを
一定の値にすると垂直磁化膜の特性が向上することがわ
かった。この中間膜の厚さは、再生出力から判断して０
．０１〜０．１　μｍがよいことがあきらかになった。

以上の実施例では、高周波スパッタ法で高透磁率磁性膜
、中間膜およびＦｅｘＮ膜を形成したが目的により蒸着
法、マグネトロンスパッタ、イオンビームスパッタ、Ｃ
ＶＤ法、電着法も使用できる。

また、１層の中間膜を使用した場合についての実施例の
みを示したが、目的により中間膜を２層にすることもで
きる。

薄膜形成基板としては１本発明に使用したガラス基板以
外にも、ポリエステルフィルム、ポリイミドフィルムな
どの有機ポリマーあるいはＡＱなどの金属板、薄帯など
が用いられる。また、基板は長尺状もしくは円板上とす
る必要に応じて任意の形状としてもよい。

その他、本明細書に特に記載していない事項（膜と基板
、膜間の密着性向上のための中間膜。

耐久性向上のための無機または有機保護膜、潤滑膜など
）については、既に知られている知見を適用しても差支
えない。

〔発明の効果〕

以上説明したことからあきらかなように１本発明による
中間膜を用いることにより、ＦｅｘＮ膜が垂直磁化膜に
なるＢｓの範囲（すなわち、ＦｅｘＮのＸの範囲）が広
くなるので、実用上の利点が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の一実施例における中間膜の最近接原
子間距離とＦｅｘＮ膜が垂直磁化膜になるＢｓの上限値
との関係を示した説明図、第２図は１本発明の一実施例
における高透磁率膜、中間膜、ｌ！化鉄の作製に用いた
高周波スパッタ装置の概略図、第３図は、中間膜厚と再
生出力との関係を示した説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非磁性基板と、高透磁率磁性材料と、少なくとも１
   層の中間膜を介して被着された垂直磁気異方性を有する
   窒化鉄を主体とする薄膜磁性体とからなることを特徴と
   する垂直磁気記録媒体。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の垂直磁気記録媒体に
   おいて、前記中間膜の最近接原子間距離が２．５〜３．
   ２Åで、中間膜の全厚が０．０１〜０．１μｍであるこ
   とを特徴とする垂直磁気記録媒体。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項に記載の垂直磁
   気記録媒体において、前記中間膜がＶ、Ｒｕ、Ｚｎ、Ｏ
   ｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｂ、
   Ｔａ、Ｓｎ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔｉおよびこれらの元
   素の窒化物、酸化物の中から選ばれた少なくとも一つを
   含むことを特徴とする垂直記録媒体。 ４、特許請求の範囲第１項または第２項に記載の垂直磁
   気記録媒体において、薄膜磁性体の膜厚が０．１〜１．
   ０μｍ、窒素含有量が２０〜３２原子％、飽和磁化が２
   ０００〜１００００Ｇの窒化鉄を主体とする垂直磁化膜
   であることを特徴とする垂直磁気記録媒体。 ５、特許請求の範囲第１項または第２項に記載の垂直磁
   気記録媒体において、薄膜磁性体が鉄とともにＣｒ、Ｎ
   ｉ、Ｃｏ、Ｂｉ、白金属元素、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ａｌ
   、Ｗの少なくとも一つを１０原子％以下含むことを特徴
   とする垂直記録媒体。