KR100666516B1

KR100666516B1 - 수직 자기 기록 매체 및 자기 기억 장치

Info

Publication number: KR100666516B1
Application number: KR1020010008185A
Authority: KR
Inventors: 다나하시기와무; 기꾸가와아쯔시; 혼다유끼오; 후따모또마사아끼; 이시까와아끼라
Original assignee: 가부시끼가이샤 히다찌 글로벌 스토리지 테크놀로지 니뽄
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2001-02-19
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2021-02-19
Also published as: US7138195B2; JP2002074648A; JP3665261B2; US20040197607A1; KR20020018542A; US6759148B2; US20020048693A1

Abstract

1 평방인치당 50 기가비트 이상의 기록 밀도로 높은 매체 S/N을 갖는 2층 수직 자기 기록 매체와, 에러 레이트가 낮고, 신뢰성이 우수한 자기 기억 장치를 제공한다.

기판(11) 상에 연자성 기저층(12), 중간층(13), 수직 기록층(14)을 순차 적층하여 이루어지는 수직 자기 기록 매체에 있어서, 중간층(13)을 Ni를 주성분으로 하고 Zr을 함유하는 비자성의 비정질 합금으로 하고, 또한 연자성 기저층(12)을 열처리에 의해 석출(析出)한 강자성 미결정에 의해 구성한다.

연자성 기록층, 자기 기억 장치, 수직 자기 기록 매체, 수직 기록층, 강자성 미결정

Description

수직 자기 기록 매체 및 자기 기억 장치{PERPENDICULAR MAGNETIC RECORDING MEDIA AND MAGNETIC STORAGE APPARATUS USING THE SAME}

도 1은 본 발명의 일실시예의 수직 자기 기록 매체의 층 구성을 나타낸 도면.

도 2는 비교예의 수직 자기 기록 매체의 층 구성을 나타낸 도면.

도 3은 FeTaC 막의 박막 X 선 회절 패턴을 나타낸 도면.

도 4는 FeTaC 막의 평면 TEM 상과 전자선 회절 패턴을 나타낸 도면.

도 5는 수직 보자력과 중간층 막두께와의 관계를 나타낸 도면.

도 6은 수직 자기 기록 매체의 X 선 회절 패턴(θ-2θ 스캔)을 나타낸 도면.

도 7은 NiTaZr 막의 박막 X선 회절 패턴을 나타낸 도면.

도 8은 기록 재생 분리형 헤드의 단면 모식도.

도 9는 자기 기억 장치의 평면 모식도 및 그의 A-A' 종단면도.

도 10은 자기 터널 효과를 이용한 고감도 소자의 층 구성예를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11 : 기판

12 : 연자성 기저층

13 : 중간층

14 : 수직 기록층

15 : 보호층

16 : 윤활층

81 : 주자극

82 : 기록 코일

83 : 보조 자극 겸 상부 실드

84 : GMR 소자

85 : 하부 실드

91 : 수직 자기 기록 매체

92 : 자기 기록 매체 구동부

93 : 자기 헤드

94 : 자기 헤드 구동부

95 : 기록 재생 처리계

101 : 상부 전극

102 : 반강자성층

103 : 자화 고정층

104 : 절연층

105 : 자화 자유층

106 : 하부 전극

본 발명은 자기 기억 장치 및 자기 기록 매체에 관한 것으로서, 특히 1 평방 인치당 50 기가비트 이상의 기록 밀도를 갖는 자기 기억 장치와, 이를 실현하기 위한 자기 기록 매체에 관한 것이다.

근년, 컴퓨터가 처리하는 정보량은 증가 일로에 있고, 외부 기억 장치인 자기 디스크 장치에는 점점더 대용량화와 고속 전송화가 요구되고 있다. 현재로서는, 최고 1 평방 인치당 10 기가비트급의 기록 밀도를 갖는 자기 디스크 장치가 제품화되는데 이르고 있다. 이러한 자기 디스크 장치는 면내(面內) 기록 방식을 채용하고 있지만, 기록 밀도가 높아짐에 따라 미소화(微小化)한 기록 비트가 갖는 자기 에너지(magnetic energy)가 감소하고, 비트 경계(bit-transition)에 작용하는 반자계(反磁界)와 주위의 열에 의해 기록된 자화(磁化)가 반전해 버리는, 소위 열 요동(thermal fluctuation)의 영향이 현저하게 되었다. 이 때문에, 종래부터의 Co 합금계 기록층을 사용한 면내 기록 방식에서는, 1 평방 인치당 40 기가비트를 넘는 면 기록 밀도를 달성하는 것이 곤란하다고 생각되고 있다.

한편, 수직 기록 방식은 기록 매체 막면에 수직으로 또한 인접하는 기록 비트가 서로 반평행으로 되도록 자화를 형성하는 자기 기록 방식으로서, 면내 기록 방식과 달리 비트 경계의 반자계가 작고, 고밀도 기록일수록 자화가 안정하게 보유되는 특성이 있다. 이 때문에, 수직 기록 방식은 현행의 면내 기록 방식의 열 요동 한계를 넘는 고 기록 밀도를 달성하기 위한 유력한 수단 중 하나라고 생각되고 있다. 수직 기록 방식에 사용되는 매체는 기판상에 비자성의 기저층을 개재하여 수직 기록층을 형성한 단층 수직 기록 매체와, 기판상에 연자성의 기저층을 형성하고 이 위에 직접 또는 비자성의 중간층을 개재하여 수직 기록층을 형성한 2층 수직 기록 매체가 있다. 단층 수직 기록 매체에서는, 일반적으로 현행의 면내 기록 매체와 동일하게 링형 헤드가 이용되지만, 수직 기록 자계의 기울기(勾配)가 급준(急峻)하지 않기 때문에, 기록 분해능이 향상되지 않는 문제가 있다. 한편, 2층 수직 기록 매체에서는, 강한 수직 기록 자계와 급준한 자계 기울기가 얻어지는 단자극형 헤드를 이용할 수 있고, 단층 수직 매체에 비해 기록 분해능이 향상되는 잇점이 있다. 이러한 이유로, 2층 수직 기록 매체와 단자극형 헤드와의 조합이 수직 기록 방식을 실용화해본 바, 유효한 것으로 생각되고 있다.

2층 수직 기록 매체는 높은 기록 분해능이 얻어지는 반면, 단층 수직 기록 매체에서도 보여지는 기록층에 기인하는 노이즈가 증가하고, 연자성 기저층에 기인하는 노이즈가 문제로 된다. 이 노이즈는 대별하여 연자성 기저층의 자벽에서 발생하는 스파이크형의 노이즈(spike noise)와, 연자성 기저층의 자화 상태에 의해 기록층의 자화 천이가 요동하는, 소위 천이성 노이즈가 있다. 전자의 스파이크 노이즈에 관해서는, 예를 들면 특개평7-129946호 공보, 특개평11-191217호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 연자성 기저층과 기판 사이에 경자성 피닝층(pinning layer)을 설치하고, 연자성 기저층의 자구 구조를 제어하여 스파이크 노이즈를 저감하는 방법이 있다. 한편, 후자의 천이성 노이즈는 기록층 자체의 결정 배향(配向)이나 결정 입경 및 자기적 상호 작용의 크기 등에 기인하는 천이성 노이즈와 중첩하여 관찰되기 때문에, 연자성 기저층의 자화 상태가 기록층의 자화 천이의 요동에 어느 정도 영향을 미치고 있는지에 대한 상세한 것은 명확하지가 않다.

면내 기록 방식의 열 요동 한계를 넘는 기록 밀도로, 2층 수직 매체와 단자극 헤드(single-pole type head)와의 조합에 의한 수직 기록 방식이 적용되는 것을 고려하면, 기록층 기인의 매체 노이즈와 연자성 기저층 기인의 매체 노이즈의 양쪽을 저감시킬 필요가 있다. 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이다. 보다 구체적으로는, 1 평방 인치당 50 기가비트 이상의 기록 밀도로 높은 매체 S/N을 갖는 수직 자기 기록 매체를 제공하고, 고밀도 자기 기억 장치의 실현을 용이하게 달성하는 것을 목적으로 한다.

기록층 기인의 매체 노이즈의 저감은, 기판상에 연자성 기저층, 중간층, 수직 기록층을 순차 적층하여 이루어지는 수직 자기 기록 매체에 있어서, 상기 중간층을 Ni를 주성분으로 하여 Zr을 함유하는 비자성의 비정질 합금으로 하는 것으로 달성된다. 여기에서, 비정질이라는 것은, 박막 X선 회절에 의해 브로드(broad)한 산란이 관찰되는 것, 또는 전자선 회절에 의해 할로(halo) 패턴이 관찰되는 것을 가리킨다.

지금까지, 단층 수직 기록 매체에서, 수직 기록층의 수직 배향성을 개선하기 위해 수직 기록층과 기판과의 사이에 비자성 재료의 기저층을 설치하는 방법이 검토되어 왔다. 예를 들면, 특개소58-77025호 공보, 특개소58-141435호 공보에는 CoCr 수직 기록층의 기저층으로서 Ti를 이용하는 방법이, 특개소60-214417호 공보에는 기저층으로서 Ge, Si를 이용하는 방법이, 특개소60-064413호 공보에는 기저층 으로서 CoO, NiO 등의 산화물을 이용하는 방법이, 또는 특개2000-30236호 공보에는 MgO를 이용하는 방법이 개시되어 있다.

본 발명자들이 이러한 비자성 기저 재료를 2층 수직 기록 매체의 중간층에 적용하는 것을 검토한바, 여러 가지의 문제점이 드러나게 되었다. 2층 수직 기록 매체에서는, 연자성 기저층 위에 중간층을 형성하기 때문에, 연자성 기저층으로서 NiFe나 FeAlSi 등의 다결정 재료를 사용하는 경우와, CoNbZr, CoTaZr 등의 비정질 재료를 사용하는 경우에, 중간층의 미세 구조(microstructure)가 영향을 받고, 그 결과 수직 기록층의 결정 배향성 및 자기 특성이 대폭 변화한다. 예를 들면, Ti를 중간층에 사용한 경우, 비정질의 연자성 기저층 위에서는 비교적 양호한 특성을 나타내는 반면, 다결정의 연자성 기저층 위에서는, 수직 기록층의 결정 배향성이 열화하고, 충분한 자기 특성이 얻어지지 않는 경향이 있다. 또한, 2층 수직 기록 매체에서는, 기록 및 재생 효율을 높이기 위해, 중간층의 막두께를 얇게 하는 것이 유효하지만, 예를 들면 Ge 등의 비정질 재료를 중간층에 사용한 경우, 계면에서 용이하게 확산이 일어나기 때문에, 중간층의 박막화가 곤란하다.

본 발명자들은 연자성 기저층과 수직 기록층 사이에 형성하는 중간층 재료를 여러가지 검토한 바, Ni를 주성분으로 하고, Zr을 함유하는 비자성의 비정질 합금을 이용한 경우, 연자성 기저층의 미세 구조가 다결정, 비정질에 관계없이 수직 기록층의 수직 배향성이 강하고, 또한 미세한 입경이 얻어지는 것을 발견하였다. NiZr계 합금 중간층의 조성은 비자성이고 비정질이면 상기 효과가 얻어지지만, Nb, Ta 중 적어도 1종류의 원소를 첨가하는 것으로, 폭넓은 막제조 프로세스 조건에서 비자성이고 비정질인 중간층을 형성할 수 있다. 본 발명의 중간층을 사용하면, 중간층 막두께에 의한 자기 특성의 열화가 작고, 막두께가 2nm로 얇은 경우에도 자기 특성의 열화가 나타나지 않는다. 즉, 연자성 기저층의 구조 및 자성이 수직 기록층에 미치는 영향을 효율좋게 차단할 수 있다. 이 이유로서는, 본 발명의 중간층 재료는 Ge, Si 또는 C 등의 비정질 재료에 비해 계면 확산이 작고, 또한 피복율이 높기 때문이라고 생각된다. 중간층의 막두께는 연자성 기저층과 수직 기록층의 자기적인 결합을 끊고, 또한 기록·재생 효율을 높이는 결과, 2nm 이상, 20nm 이하로하는 것이 양호하다. 또한, 본 발명의 중간층 재료는 단층 수직 기록 매체의 기저층에 이용할 수도 있다.

연자성 기저층 기인의 매체 노이즈의 저감은, 기판상에 연자성 기저층, 중간층, 수직 기록층을 순차 적층하여 이루어지는 수직 자기 기록 매체에 있어서, 연자성 기저층을 열처리(annealing)에 의해 석출(析出)한 강자성 미결정에 의해 구성하는 것으로 달성된다.

지금까지 연자성 기저층의 재료로서는, NiFe, FeAlSi 등의 다결정 재료나, CoNbZr, CoTaZr 등의 비정질 재료가 제안되어 있다. 본 발명자들은 막 형성시에는 실질적으로 비정질이고, 포화 자속 밀도(saturation magnetic flux density)가 작지만, 열처리를 실시함으로써 강자성의 미결정이 석출하고, 높은 포화 자속 밀도가 얻어지는 재료를 연자성 기저층에 이용함으로써 종래의 연자성 기저층 재료에서 나타나는 스파이크형의 노이즈를 저감시킬 수 있고, 또한 연자성 기저층 기인의 천이성 노이즈도 저감시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 석출하는 강자성 미결정으로서는, α-Fe, fcc-Co, hcp-Co 중 어느 것이라도 효과가 있지만, 용이하게 낮은 보자력(coercivity)과 높은 포화 자속 밀도가 얻어지는 점에서 α-Fe가 가장 바람직하다. 예를 들면, α-Fe의 미결정을 적출시킨 연자성 기저층을 채용하는 경우, 연자성 기저층 재료로서는, α-Fe의 미결정이 석출하는 재료이면, 특히 원소와 조성을 한정하는 것은 아니지만, 구체예를 열거하면, Fe-Ta-C 합금, Fe-Hf-C 합금, Fe-Zr-C 합금, Fe-Nb-C 합금, Fe-Ti-C 합금 등을 사용하고, 그 재료에 맞는 열처리를 실시함으로써, 미세한 α-Fe 결정을 균일하게 석출시킬 수 있다. 또한, Fe-Ta 합금이나 Fe-Hf 합금을 Ar/N₂ 혼합 가스 중에서 스퍼터링 막 형성하는 것으로도 α-Fe의 미결정을 얻을 수 있다.

일반적으로 말하면, 연자성 기저층은 제1의 원소로서 Fe를, 제2의 원소로서 C 또는 N의 적어도 한쪽을, 제3의 원소로서 Ta, Hf, Nb, Ti, Zr 중에서 선택되는 적어도 1 종류의 원소를 함유하는 것으로 할 수 있다. 이와 같이 하여 제작한 연자성 기저층은 그대로 이용하여도 스파이크형의 노이즈는 작지만, 연자성 기저층과 기판과의 사이에 층간의 반강자성 결합 또는 강자성 결합을 이용한 피닝 층을 설치하여 연자성 기저층의 자구 제어를 하는 것은 더욱 스파이크 노이즈 저감에 유효하다.

본 발명의 수직 자기 기록 매체에 이용되는 수직 기록층으로서는, Co-Cr-Pt 합금, Co-Cr-Pt-Ta 합금, Co-Cr-Pt-B 합금 등을 이용할 수 있다. 수직 기록층의 보호층으로서는, 카본을 주성분으로 하는 막두께 3nm 이상, 10nm 이하의 막을 형성하고, 또한 파플루오르알킬폴리에테르(perfluoroalkylpolyether) 등의 윤활층을 1nm 이상, 10nm 이하의 두께로 형성함으로써, 신뢰성이 높은 수직 자기 기록 매체가 얻어진다.

본 발명의 자기 기록 장치는 전술한 수직 자기 기록 매체와, 이를 기록 방향으로 구동하는 구동부(driver)와, 기록부와 재생부로 이루어지는 자기 헤드와, 자기 헤드를 수직 자기 기록 매체에 대해 상대 운동시키는 수단과, 자기 헤드의 신호 입력과 상기 자기 헤드로부터의 출력 신호 재생을 행하기 위한 기록 재생 처리 수단을 갖는 자기 기록 장치에 있어서, 자기 헤드의 재생부를 거대 자기 저항 효과 또는 자기 터널 효과를 이용한 고감도 소자로 구성한다. 이에 의해, 1 평방 인치당 50 기가비트 이상의 기록 밀도로 높은 신뢰성을 갖는 자기 기억 장치를 실현할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시의 형태를 설명한다.

<실시예 1>

도 1은 본 실시예의 자기 기록 매체의 층 구성을 도시한다. 기판(11)에는 알칼리 세정한 2.5 인치형의 글라스 기판을 이용하고, 연자성 기저층(12), 중간층(13), 수직 기록층(14), 보호층(15)을 DC 마그네트론 스퍼터링법에 의해 순차 형성하였다.

연자성 기저층(12)에는, Fe-8at%Ta-12at%C 타겟을, 중간층(13)에는 Ni-37.5at%Ta-10at%Zr 타겟을, 수직 기록층(14)에는 Co-22at%Cr-10at%Pt 타겟 및 Co-22at%Cr-14at%Pt 타겟을, 보호층(15)에는 카본 타겟을 각각 이용하였다. 막 형성 조건은 Ar 가스압을 0.5 Pa로 하고, 연자성 기저층(12)을 형성한 후, 적외선 램프 히터에 의해 1600W에서 12초의 열처리(기판 도달 온도: 약 450-500℃)를 행하였다. 수직 기록층(14) 형성시의 기판 온도는 약 270℃ 이었다. 각 층의 막 두께는 각각, 연자성 기저층(12)이 474nm, 중간층(13)이 2nm 내지 30nm, 수직 기록층(14)이 20nm, 보호층(15)이 5nm 이다.

윤활층(16)은 파플루오르알킬폴리에테르계의 재료를 플루오르카본(fluorocarbon) 재료로 희석하여 도포하였다.

또한, 비교예 1로서, 도 2에 도시한 바와 같이, 연자성 기저층(12)상에 직접 수직 기록층(14)을 형성한 매체를 본 실시예와 마찬가지의 막형성 조건에서 제작하였다. 도 2에서, 도 1에 도시한 층과 대응하는 층에는 동일 번호를 붙여 나타내었다. 또한, 비교예 2로서 본 실시예와 마찬가지의 층구성에서 중간층(13)에 Ti-10at%Cr 타겟을 사용한 매체를 본 실시예와 마찬가지의 막 형성 조건에서 제작하였다.

우선, Fe-8at%Ta-12at% 타겟을 이용하여 글라스 기판상에 연자성 기저층만을 형성한 시료를 이용하여, 박막 X선 회절법(Cu-Kα선 사용, X선 입사 각도 θ: 2도) 및 투과형 전자 현미경(TEM)에 의해 FeTaC 막의 미세 구조를 조사하였다.

박막 X선 회절법에 의한 분석의 결과, 도 3에 도시한 바와 같이, 열처리 전에는 43도 부근에 브로드한 산란이 나타났지만, 열처리 후에는 α-Fe의 110 회절 피크, 200 회절 피크 및 211 회절 피크를 확인할 수 있었다.

도 4는 TEM에 의한 관찰 결과를 나타낸 것으로, 도 4의 (a), (c), (e)는 TEM의 명시야상, 도 4의 (b), (d), (f)는 전자선 회절 패턴을 나타낸다. 도 4의 (a), (b)는 열처리 전의 관찰 결과, 도 4의 (c), (d)는 열처리 후의 FeTaC 막을 막면에 수직 방향으로부터 전자선을 입사하여 관찰한 결과, 도 4의 (e), (f)는 열처리 후의 FeTaC 막을 막면에 평행 방향으로부터 전자선을 입사하여 관찰한 결과이다.

도시한 바와 같이, 열처리 전에 평면 TEM의 명시야상(도 4의 (a))에는 콘트라스트가 없고, 전자선 회절 패턴(도 4의 (b))은 할로(halo)이었지만, 열처리 후에는 명시야상(도 4의 (c))에는 미결정의 콘트라스트가 나타나고, 전자선 회절 패턴(도 4의 (d))에는 α-Fe의 110 회절 링, 200 회절 링, 211 회절 링이 나타났다. 또한, 열처리 후의 FeTaC 막의 단면을 TEM에 의해 관찰한바, 평면 TEM의 명시야상과 마찬가지의 미결정의 콘트라스트(도 4의 (e))가 나타나고, 전자선 회절 패턴(도 4의 (f))에는 α-Fe의 110 회절 링, 200 회절 링, 211 회절 링이 나타났다.

이상의 결과로부터, 연자성 기저층으로서 이용한 FeTaC 막은 막 형성시에는 비정질이고, 열처리에 의해 α-Fe 미결정이 석출되는 미세 구조로 되는 것을 알 수 있다. 이러한 미세 구조를 갖는 FeTaC 막의 포화 자속 밀도(Bs)는 열처리 전에는 0.5 테슬라(T) 이었지만, 열처리 후에는 1.6T로 대폭 증가하였다. 이 Bs의 변화는 열처리에 의해 포화 자화가 큰 α-Fe 미결정이 석출되었기 때문이다. 또한, 본 실시예에서 이용한 열처리는 α-Fe 미결정을 석출시키기 위한 것으로, 그 조건은 연자성 기저층에 이용되는 재료 및 조성에 의존한다.

도 5는, 수직 기록층으로서 Co-22at%Cr-14at%Pt 막을 이용한 본 실시예의 매체와 비교예 1의 매체의 수직 보자력(Hc)을 Kerr 효과형 자력계로 측정한 결과를 도시한다. 연자성 기저층 위에 직접 수직 기록층을 형성한 비교예 1의 매체에서는, Hc가 약 1.2kOe로 낮았지만, 본 실시예의 매체에서는 막 두께가 2nm인 중간층을 형성함으로써 Hc가 약 2.8kOe로 높은 값이 얻어지며, 중간층의 막 두께에 의한 Hc의 변화는 작았다. 중간층의 막 두께를 5nm로 한 본 실시예의 매체의 결정 배향성을 X선 회절법에 의해 조사한 바, 도 6에 도시한 바와 같이, θ-2θ 스캔에서는 CoCrPt 막의 강한 0002 회절 피크가 관찰되고, θ 스캔에 의해 구한 Co 0002 회절 피크의 Δθ₅₀은 약 4.4도이었다. 비교예 1 및 2의 매체에서도 CoCrPt 막의 0002 회절 피크가 관찰되었지만, 그 피크 강도는 본 실시예의 매체에 비해 작고, 또한 Δθ₅₀은 본 실시예의 매체에 비해 크다. 이와 같이, 중간층에 막 두께가 5nm인 NiTaZr 막을 이용하는 것으로 수직 기록층의 수직 배향성을 높일 수 있고, 그 결과 강한 수직 자기 이방성이 얻어진다. 또한, 여기에서는 수직 기록층으로서 Co-22at%Cr-10at%Pt 막을 예로 설명하였지만, Co-22at%Cr12-at%Pt 막 및 Co-22at%Cr-10at%Pt 막을 이용한 경우에도 마찬가지의 결과가 얻어진다.

다음에, 이러한 NiTaZr 막의 우수한 특성의 요인을 명확히 하기 위해, 글라스 기판 상에 NiTaZr 막만을 형성한 시료를 사용하여 박막 X 선 회절법(Cu-Kα선 사용, X선 입사 각도 θ: 2도) 및 원자간력(原子間力) 현미경(AFM)에 의해 NiTaZr 막의 미세 구조를 조사하였다. 도 7에 도시한 바와 같이, NiTaZr 막은 41도 부근에서 비정질 특유의 브로드한 산란이 나타나고, 표면 형태는 입자상의 요철이 관찰되지 않고 평탄하였다. 이러한 NiTaZr 막의 미세 구조가 수직 기록층의 수직 배향성 향상이 기여한 것으로 생각된다.

본 실시예의 매체와 비교예 2의 매체의 기록 재생 특성을, 기록 재생 분리형의 자기 헤드를 이용하여 평가하였다. 기록용의 링 헤드의 갭 길이는 0.3μm, 기록 트랙폭은 1.7μm, 재생용의 GMR 헤드의 실드 간격은 0.16μm, 재생 트랙폭은 1.3μm, 부상량(浮上量)은 20nm로 하였다. 20kFCI의 재생 출력(Slf)과 200kFCI의 매체 노이즈(N)를 이용하여 그 비(Slf/N)로 매체 S/N을 평가하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

표 1로부터 명백한 바와 같이, 본 실시예의 매체는 수직 기록층의 조성에 관계없이 양호한 매체 S/N이 얻어졌지만, 비교예 2의 매체는 수직 기록층에 Co-22at%Cr-10at%Pt 막을 이용한 경우 이외에는 매체 S/N이 큰 폭으로 열화하였다. 이와 같이, 중간층에 비정질의 NiTaZr 막을 이용함으로써, 수직 기록층에 이용되는 재료의 선택 종류가 증가한다.

수직 기록층에 Co-22at%Cr-10at%Pt 막을 이용한 본 실시예의 매체와, 기록용에 트랙폭이 0.25μm의 단자극 헤드, 재생용에 실드 간격이 0.08μm인 GMR 헤드를 이용하여 헤드 부상량이 10nm인 조건에서 기록 재생을 행하였다. 신호가 재생 파형을 EEPR4계의 신호 처리 회로를 통하여 에러 레이트 평가를 행한 바, 면기록 밀도 50Gb/in²의 조건에서 10^-6 이하의 에러 레이트값이 얻어졌다. 또한, 이 평가에 이용한 기록 재생 분리형 헤드는 도 8에 도시한 바와 같이, 주자극(81), 기록 코일(82), 보조 자극겸 상부 실드(83), GMR 소자(84) 및 하부 실드(85)를 가지고 이루어지는 주지의 구성을 갖는 것이다.

<실시예 2>

실시예 1과 마찬가지의 층 구성(도 1 참조)으로 중간층(13)을 형성한 후, 99%Ar-1%O₂ 혼합 가스의 분위기(0.36Pa∼3.6Pa)에서 5초간 노출하고, 그 후 수직 기록층(14), 보호층(15)을 DC 마그네트론 스퍼터링법에 의해 순차 형성하였다. 연자성 기저층(12)에는 Fe-8at%Ta-12at%C 타겟을, 중간층(13)에는 Ni-37.5at%Ta-10at%Zr 타겟을, 수직 기록층(14)에는 Co-22at%Cr-15at%Pt 타겟을, 보호층(15)에는 카본 타겟을 각각 사용하였다. 막 형성 조건 및 각 층의 막 두께는 중간층을 5nm로 고정한 것 이외에는 실시예 1과 동일하다.

본 실시예의 매체를 실시예 1과 마찬가지의 조건(링 헤드 기록/GMR 재생)에서 기록 재생 특성을 평가하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.

본 실시예의 매체는 실시예 1의 매체에 비해 매체 S/N이 향상하는 것을 확인할 수 있었다. 이것은, NiTaZr 막 표면의 Zr이 선택적으로 산화되고, 그 부분이 입경 비대화를 억제하는 사이트로서 작용하고, 수직 기록층의 입경이 미세화하였기 때문이라고 생각된다.

99%Ar-1%O₂ 혼합 가스의 압력을 1.1Pa로 한 본 실시예의 매체와, 기록용에 트랙폭이 0.25㎛인 단자극 헤드, 재생용에 실드 간격이 0.08㎛이고 트랙폭이 0.22㎛인 GMR 헤드를 사용하여 자기 스페이싱이 20nm인 조건에서 기록 재생을 행하였다. 신호의 재생 파형을 EEPR계의 신호 처리 회로를 통해 에러 레이트 평가를 행한 바, 면기록 밀도 60Gb/in²의 조건에서 10^-6 이하의 에러 레이트값이 얻어졌다.

<실시예 3>

실시예 1과 마찬가지의 층 구성(도 1 참조)에서, 연자성 기저층(12)에는 Fe-8at%Ta-12at%C 타겟, Fe-8at%Hf-12at%C 타겟, Fe-8at%Nb-12at%C 타겟, Fe-8at%Ti-12at%C 타겟 및 Fe-8at%Zr-12at%C 타겟을, 중간층에는 Ni-13.5at%Nb-10at%Zr 타겟을, 수직 기록층에는 Co-22at%Cr-14at%Pt 타겟을, 보호층에는 카본 타겟을 각각 사용하였다. 막 형성 조건, 각 층의 막 두께 및 윤활층(16)은 실시예 1과 동일하다.

글라스 기판상에 연자성 기저층만 형성한 시료를 사용하여 박막 X선 회절법(Cu-Kα선 사용, X선 입사 각도 θ: 2도)에 의해 결정성을 조사하였다. 열처리 전에는 어떤 시료도 비정질 특유의 브로드한 산란만이 나타났지만, 열처리 후에는 어떤 시료도 α-Fe의 110 회절 피크, 200 회절 피크 및 211 회절 피크를 확인할 수 있었다. 즉, 본 실시예의 연자성 기저층에 사용한 재료는 실시예 1에 나타낸 FeTaC 막과 마찬가지로, 막 형성시에는 비정질이고, 열처리에 의해 α-Fe 미결정이 석출되는 미세 구조로 되는 것을 알 수 있다.

다음에, 본 실시예의 매체의 결정 배향성을 X선 회절법에 의해 조사한 바, 연자성 기저층 재료에 관계없이, θ-2θ 스캔에서는 CoCrPt 막의 강한 0002 회절 피크가 관찰되었다. 한편, 중간층으로 사용한 NiNbZr 막의 박막 X선 회절 패턴(Cu-αK선 사용, X선 입사 각도 θ: 2도)에는, 실시예 1의 NiTaZr 막과 마찬가지로 비정질 특유의 브로드한 산란이 나타났다. 이와 같이, 비정질 구조를 갖는 NiNbZr 막을 중간층으로 사용하는 것은 수직 기록층의 수직 배향성 향상에 유효하다.

실시예 1과 마찬가지의 조건(링 헤드 기록/GMR 재생)에서 본 실시예의 매체의 기록 재생 특성을 평가하였다. 결과를 표 3에 나타낸다. 연자성 기저층에 FeTiC 막을 사용한 경우에 매체 S/N이 약간 낮아졌지만, 실시예 1의 매체와 거의 동등한 매체 S/N이 얻어졌다.

연자성 기저층에 FeHfC 막을 사용한 본 실시예의 매체와, 기록용에 트랙폭이 0.25㎛인 단자극 헤드, 재생용에 실드 간격이 0.08㎛이고 트랙폭이 0.22㎛인 GMR 헤드를 사용하여 헤드 부상량이 10nm인 조건에서 기록 재생을 행하였다. 신호의 재생 파형을 EEPR4계의 신호 처리 회로를 통해 에러 레이트 평가를 행한 바, 면기록 밀도 50Gb/in²의 조건에서 10^-6 이하의 에러 레이트값이 얻어졌다.

<실시예 4>

실시예 1과 마찬가지의 층 구성(도 1 참조)에서, 연자성 기저층(12)에는 Fe-10at%Ta 및 Fe-10at%Hf 타겟을, 중간층에는 Ni-37.5at%Ta-10at%Zr 타겟을, 수직 기록층에는 Co-22at%Cr-14at%Pt 타겟을, 보호층에는 카본 타겟을 각각 사용하였다. 여기에서, 연자성 기저층(12)은, 90%Ar-10%N₂ 혼합 가스를 사용하고, 가스 압력 0.5Pa의 조건에서, 반응성 스퍼터링에 의해 형성하였다. 그 외의 막 형성 조건 및 각 층의 막 두께 및 윤활층(16)은 실시예 1과 동일하다. 또한, 비교예 3으로서, 95%Ar-5%N₂ 혼합 가스를 사용하여 연자성 기저층을 형성한 매체를 본 실시예와 동일한 막 형성 조건에서 제작하였다.

글라스 기판상에 연자성 기저층만 형성한 시료를 사용하여 박막 X선 회절법(Cu-Kα선 사용, X선 입사 각도 θ: 2도)에 의해 결정성을 조사하였다. 90%Ar-10%N₂ 혼합 가스를 사용한 경우에는, 열처리 전에는 FeTaN 막과 FeHfN 막은 함께 비정질 특유의 브로드한 산란뿐이고, 열처리 후에는 α-Fe의 110 회절 피크, 200 회절 피크 및 211 회절 피크를 확인할 수 있었다. 한편, 95%Ar-5%N₂ 혼합 가스를 사용한 경우에는, 열처리 전에는 FeTaN 막도 FeHfN 막도 α-Fe의 110 회절 피크가 나타나고, 막 형성시에 결정화하였다. 이와 같이, Ar-N₂ 혼합 가스를 사용한 반응성 스퍼터링법에 의해 형성한 막의 열처리 전의 미세 구조는 Ar-N₂ 혼합 가스의 N₂ 농도를 높임으로써 결정질로부터 비정질로 변화한다.

실시예 1과 마찬가지의 조건(링 헤드 기록/GMR 재생)에서 본 실시예의 매체와 비교예 3의 매체의 기록 재생 특성을 평가하였다. 결과를 표 4에 나타낸다. 본 실시예의 매체에서는, 실시예 1 및 실시예 3의 매체와 거의 동등한 매체 S/N이 얻어졌지만, 비교예 3의 매체에서는 매체 S/N이 대폭 열화하였다. 이 결과에 의해, 연자성 기저층으로서는, 막 형성시에는 비정질이고, 열처리에 의해 α-Fe 미결정이 석출되는 미세 구조를 갖는 것이 매체 S/N을 향상시키는 데 유효한 것으로 생각된다.

연자성 기저층에 FeTaN 막을 이용한 본 실시예의 매체와, 기록용에 트랙폭이 0.25㎛인 단자극 헤드, 재생용에 실드 간격이 0.08㎛이고 트랙폭이 0.22㎛인 GMR 헤드를 사용하여 헤드 부상량이 10nm인 조건에서 기록 재생을 행하였다. 신호의 재생 파형을 EEPR4계의 신호 처리 회로를 통해 에러 레이트 평가를 행한 바, 면기록 밀도 50Gb/in²의 조건에서 10^-6 이하의 에러 레이트값이 얻어졌다.

<실시예 5>

본 발명에 의한 자기 기억 장치를, 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9(a)는 자기 기억 장치의 평면 모식도이고, 도 9(b)는 그 A-A' 단면 모식도이다. 이 장치는, 수직 자기 기록 매체(91)와, 이를 회전 구동하는 구동부(92)와, 자기 헤드(93) 및 그 구동 수단(94)과, 상기 자기 헤드의 기록 재생 신호 처리 수단(95)을 포함하는 주지의 구성을 갖는 자기 기억 장치이다. 상기 자기 헤드는 자기 헤드 슬라이더 상에 형성된 기록 재생 분리형의 자기 헤드이다. 단자극형의 기록 헤드의 트랙폭은 0.25㎛, 재생용의 GMR 헤드의 실드 간격은 0.08㎛, 트랙폭은 0.22㎛이다.

실시예 1에서 Co-22at%Cr-14at%Pt 수직 기록층을 이용한 매체를 상기 자기 기억 장치에 내장하여 헤드 부상량 10nm, 선기록 밀도 590kBPI, 트랙 밀도 89kTPI의 조건에서 기록 재생 특성을 평가한 바, 10℃에서 50℃의 온도 범위에서 52.5Gb/in²의 면기록 밀도의 기록 재생 특성 사양을 충분히 만족하였다.

<실시예 6>

실시예 6의 자기 기억 장치와 마찬가지의 구성으로, 재생 헤드에 자기 터널 효과를 이용한 고감도 소자를 이용한 자기 기억 장치에, 실시예 2에서 99%Ar-1%O₂ 혼합 가스의 압력을 1.1Pa로 한 매체를 내장하고 헤드 부상량 10nm, 선기록 밀도 674kBPI, 트랙 밀도 89kTPI의 조건에서 기록 재생 특성을 평가한 바, 10℃에서 50℃의 온도 범위에서 60Gb/in²의 면기록 밀도의 기록 재생 특성 사양을 충분히 만족하였다.

또한, 이 평가를 사용한 자기 터널 효과를 이용한 고감도 소자는 도 10에 도시한 바와 같이 상부 전극(101), 반강자성층(102), 자화 고정층(103), 절연층(104), 자화 자유층(105) 및 하부 전극(106)을 가지고 이루어지는 주지의 구성을 갖는 것이다.

본 발명에 의하면, 1 평방 인치당 50 기가비트 이상의 기록 밀도로 에러 레이트가 낮은 신뢰성이 우수한 자기 기억 장치를 실현할 수 있다.

Claims

삭제
기판 상에 형성된 강자성 미결정(微結晶)을 갖는 연자성 기저층과,

상기 연자성 기저층 상에 형성된 Ni를 함유하는 비자성의 비정질 금속층과,

상기 Ni를 함유하는 비자성의 비정질 금속층 상에 형성된 수직 기록층

을 포함하고,

상기 연자성 기저층은, 제1 원소로서 Fe를, 제2 원소로서 C 또는 N 중 적어도 한쪽을, 제3 원소로서 Ta, Hf, Nb, Ti, Zr 중에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체.
제2항에 있어서,

상기 Ni를 함유하는 비자성의 비정질 금속층은 Zr을 함유하는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체.
제3항에 있어서,

상기 Ni를 함유하는 비정질 금속층은 또한 Nb와 Ta 중 적어도 한쪽을 함유하는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체.
삭제
제2항에 있어서,

상기 연자성 기저층은, 막면(膜面) 수직 방향으로부터 전자선을 입사하여 측정한 투과 전자 현미경 상(像) 및 막면 평행 방향으로부터 전자선을 입사하여 측정한 투과 전자현미경 상(像)에, 미결정의 콘트라스트가 관측되는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체.
제2항에 있어서,

상기 연자성 기저층은, X선 입사 각도 θ를 2°로 고정하여 측정한 박막 X선 회절 프로파일에, α-Fe의 110, 200, 211 회절 피크가 나타나는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체.
제2항에 있어서,

상기 연자성 기저층은, 막면 수직 방향으로부터 전자선을 입사하여 측정한 전자선 회절 상(像) 및 막면 평행 방향으로부터 전자선을 입사하여 측정한 전자선 회절 상(像)에, α-Fe의 110, 200, 211 회절 링이 관측되는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체.
삭제
제2항에 있어서,

Fe와 Ta와 C를 함유하는 연자성 기저층과,

상기 연자성 기저층 상에 형성된 Ni와 Ta와 Zr을 함유하는 비자성의 비정질 중간층과,

상기 비자성의 비정질 중간층 상에 형성된 수직 기록층을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체.
α-Fe 미결정을 갖는 연자성 기저층과 상기 연자성 기저층 상에 형성된 Ni를 함유하는 비자성의 비정질 금속층과 상기 Ni를 함유하는 비자성의 비정질 금속층 상에 형성된 수직 기록층을 포함하는 수직 자기 기록 매체와,

상기 수직 자기 기록 매체를 기록 방향으로 구동하는 구동부와,

기록부와 재생부로 이루어지는 자기 헤드와,

상기 자기 헤드를 상기 수직 자기 기록 매체에 대해 상대 운동시키는 수단과,

상기 자기 헤드의 신호 입력과 상기 자기 헤드로부터의 출력 신호 재생을 행하기 위한 기록 재생 처리 수단

을 포함하고,

상기 자기 헤드 재생부가 자기 저항 효과 또는 자기 터널 효과를 이용한 고감도 소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 기억 장치.
삭제