Brevet FR2613110A1 — publié le 19880930

La présente invention concerne un milieu d'enregistrement magnétique dans lequel un film ferromagnétique comprenant essen- tiellement du Co, Ni, Fe ou un alliage de ces éLéments est utilisé comme couche magnétique. Dans le domaine de l'enregistrement magnétique, il est bénéfique d'améliorer la densité d'enregistrement, par exemple il est envisagé d'employer le milieu d'enregistrement magnétique employant le film ferromagnétique comme couche magnétique (dénommé ci-après milieu d'enregistrement magnétique du type à film mince) à la place du milieu d'enregistrement magnétique du type à revêtement conventionnel. Le milieu d'enregistrement magnétique du type à film mince est formé par dépôt du matériau métallique ferromagnétique, tel que Co-Ni, sur le substrat en un film mince par dépôt physique en phase vapeur par exemple par la méthode d'évaparation sous vide pour former une couche magnétique. Etant donné que le liant à poids moléculaire élevé n'est pas utilisé comme dans le cas du milieu d'enregistrement magnétique du type à revêtement, une densité élevée de flux magnétique résiduel est obtenue, tandis que les caractéristiques de niveau de sortie élevé et de réponse supérieure aux longueurs d'ondes courtes peuvent être obtenues étant donné qu'une épaisseur extrêmement mince du film ferromagnétique peut être obtenue. IL est à noter que, dans le milieu d'enregistrement magnétique du type à film mince décrit ci-dessus, il est difficile de procurer une force coercitive par simple évaporation du matériau métallique ferromagnétique, tel que Co-Ni, sur le substrat non- magnétique, de sorte qu'il est courant de former le film ferro- magnétique par évaporation oblique, mais l'efficacité d'évaporation inférieure n'est pas désirable dans ce cas compte tenu de la pro- ductivité. Dans le cas d'un milieu d'enregistrement magnétique en forme de disque utilisé intensivement comme milieu d'enregistrement pour les ordinateurs, les problèmes se rencontrent dans les carac- téristiques d'orientation obtenues par l'évaporation oblique men- 2 613110 tionnée ci-dessus. Ces caractéristiques d'orientation sont accep- tables dans une certaine mesure avec un milieu d'enregistrement magnétique allongé tel que les bandes magnétiques, mais de telles caractéristiques d'orientation dans le milieu d'enregistrement ferromagnétique en forme de disque conduisent à une modulation accrue dans la forme de l'enveloppe d'onde dans la sortie de lecture. La demanderesse a proposé un milieu d'enregistrement magnétique dans la publication du brevet japonais ouverte au public n 204831/1986 selon lequel un métal à bas point de fusion (métal non-magnétique) est déposé au préalable sous la forme d'un film et le matériau métallique ferromagnétique est déposé sous la forme d'un film dans une direction sensiblement perpendiculaire par éva- poration sous vide. Ce milieu d'enregistrement magnétique exhibe des caractéristiques supérieures en ce qui concerne l'efficacité de l'évaporation et les caractéristiques d'orientation ainsi que la force coercitive requise. Il n'est pas besoin de rappeler que les caractéristiques rectangulaires supérieures de la boucle d'hystérésis sont requises pour le milieu d'enregistrement magnétique employé dans le domaine de la technologie d'enregistrement magnétique digital employée par exemple dans l'enregistrement des données. Ceci veut dire que la distribution de la force coercitive est uniforme. Il est facile de prédire que le plus gros effort pour améliorer le milieu d'enregis- trement magnétique a été dépensé pour améliorer lesdites caracté- ristiques. A la lumière de ce qui précède, te milieu d'enregistre- ment magnétique mentionné ci-dessus laisse beaucoup à désirer et ainsi un perfectionnement est désirable. Compte tenu de ce qui précède, la présente invention a pour objet un milieu d'enregistrement magnétique ayant une distri- bution de force coercitive excellente et des caractéristiques rec- tangulaires supérieures de la boucle d'hystérésis. Comme résultat de longues recherches difficiles pour développer un milieu d'enregistrement magnétique ayant une distri- bution de force coercitive supérieure, les présents inventeurs ont trouvé que l'état de distribution des métaux non-magnétiques dans le film ferromagnétique est critique. La présente invention a été réalisée sur la base de cette découverte et est caractérisée en ce que le métal nonmagnétique et/ou l'oxyde métallique non-magnétique sont distribués dans le film ferromagnétique formé sur le substrat de façon que la distribution de la concentration soit substantiel- lement uniforme dans la direction de l'épaisseur du film. Conformément à la présente invention, le métal non- magnétique est diffusé dans le film ferromagnétique de façon qu'il exhibe une distribution de concentration sensiblement uniforme dans la direction de l'épaisseur du film, de sorte que la distribution de force coercitive du film est réduite et qu'un milieu d'enregis- trement magnétique peut être fourni avec des caractéristiques excellentes de conversion éLectromagnétique et des propriétés magnétiques excellentes et par-dessus tout, le rapport rectangu- laire. Si l'on se réfère aux dessins ci-joints: - la figure 1 est un graphique caractéristique montrant la distribution de concentration dans la direction de l'épaisseur du film ferromagnétique de l'exemple, mesurée par l'analyse selon Auger. - la figure 2 est un graphique caractéristique montrant une courbe de magnétisation pour expliquer les caractéristiques magnétiques mesurées. - la figure 3 est une vue schématique montrant la struc- ture du film ferromagnétique de l'exemple. Comme matériau métallique ferromagnétique qui constitue le film ferromagnétique de la couche magnétique, dans le milieu d'enregistrement magnétique selon la présente invention, on peut employer n'importe quel matériau habituellement employé dans ce type de milieu, incluant les métaux tels que Fe, Co ou Ni, les alliages Co-Ni, les alliages Fe-Co, les alliages Fe-Co-Ni, les alliages Fe-Co-B ou les alliages Co-Ni-Fe-B, éventuellement en 26131 10 mélange avec des éléments métalliques tels que Cr, AL, Pt, Ta, W ou g. Les métaux non-magnétiques diffusés à L'intérieur du film ferromagnétique mentionné ci-dessus peuvent inclure les suivants: Bi, Sb, Pb, Sn, Ga, In, Cd, Ge, Si et TL. Les métaux non-magnétiques et/ou les oxydes de ces métaux non-magnétiques mentionnés ci-dessus diffusent dans le film ferro- magnétique mentionné ci-dessus, avec une distribution de concentra- tion uniforme dans la direction de l'épaisseur du film. Bien que l'on ait qualifié d'uniforme la distribution de la concentration, ces métaux nonmagnétiques n'existent pas sous la forme de solution solide dans le film ferromagnétique, mais le métal non-magnétique existe d'une manière inégale dans l'entourage du grain, par exemple du grain de cristal de Co- Ni de sorte que la distribution de la concentration, d'une manière globale est sensiblement uniforme dans la direction de l'épaisseur du film. La taille des grains de cris- taux (dénommée taille de grain) du matériau métallique ferro- magnétique constituant le film ferromagnétique est de préférence dans l'intervalle de plusieurs dizaines à 200 A. Avec une taille de grain trop grande, le grain de cristal tend à être un grain avec de multiples domaines magnétiques résultant en une interaction magné- tique accrue et en une force coercitive réduite. En vue de produire la structure de film mentionnée ci- dessus, la couche de base du métal non-magnétique est préalablement formée et un film ferromagnétique peut être déposé par pulvérisa- tion cathodique sur cette couche de base. L'épaisseur du film ferromagnétique peut être de 100 à 3 000 A environ d'une manière pratique, et de préférence dans l'intervalle de 400 à 1 000 A. Durant l'opération de pulvérisation cathodique du film ferromagnétique, une distribution optimale de force coercitive peut être obtenue en ajustant les conditions de pulvérisation catho- dique, tandis que les caractéristiques de conversion électro- magnétique sont également excellentes et supérieures à celles obtenues par évaporation. Par exemple, la température du substrat durant la puLvé- risation cathodique est de préférence non-inférieure à 150 C. Avec une température ne dépassant pas 150 C, la diffusion prescrite ne se produit pas, tandis que les caractéristiques magnétiques du film ferromagnétique produit sont détériorées. Par-dessus tout, il est difficile de procurer une force coercitive. La puissance appliquée est de préférence non-inférieure à 1 000 W/62,5 cm. Avec une puissance appliquée non-inférieure à 1 000 W/62,5 cm2, la structure de film mentionnée ci-dessus est formée. Au contraire avec une puissance appliquée inférieure à I 000 W/62,5 cm2, les particules pulvérisées cathodiquement ont une énergie réduite de sorte qu'une diffusion suffisante n'a pas lieu mais la concentration du métal nonmagnétique devient supérieure du côté du substrat et ainsi il devient difficile de procurer les caractéristiques magnétiques prescrites. La pression de pulvérisation cathodique (pression de gaz Ar) est seulement suffisante pour que la pulvérisation cathodique normale puisse se produire et elle est habituellement fixée à une -2 valeur non- supérieure à 1 x 10 2 Pa. La valeur de la pression de pulvérisation cathodique diffère légèrement avec le système de pulvérisation cathodique employé. Par exemple, la pression est -2 -1 -1 fixée à une valeur égale à environ 102 à 101 Pa et à 101 à 1 Pa pour la pulvérisation cathodique haute fréquence et pour la pulvé- risation cathodique en courant continu, respectivement. La couche de base du métal non-magnétique est de 40 o A environ, selon la méthode employée, telle que la pulvérisa- tion cathodique ou l'évaporation sous vide, mais elle est formée de préférence par pulvérisation cathodique. Lorsque le vide de l'appareil est cassé après le dépôt du métal non-magnétique, la surface de la couche de métaL non- magnétique est oxydée pour supprimer la diffusion précédente. Il est donc préférable que Le degré de vide soit maintenu jusqu'à ce que le film ferromagnétique soit déposé par pulvérisation catho- dique. Conformément à la méthode précédente, le métal non- magnétique est diffusé dans le film ferromagnétique et une. struc- ture de film est formée dans laquelle le métal non-magnétique est présent d'une manière irrégulière au voisinage du grain de cristal Co-Ni. Dans ce cas, il est préférable que la couche de base du métal non-magnétique soit complètement diffusée, mais il peut éga- lement rester un peu de couche de base. L'état de distribution dans le plan du métal non-magnétique est de préférence sensiblement uni- forme, mais ceci n'est pas indispensable. Pour former la structure de film, en plus de la méthode mentionnée ci-dessus de pulvérisation cathodique du film ferro- magnétique sur le film de métal non-magnétique en tant que couche de base, on pourrait également employer une méthode selon laquelle le métal nonmagnétique et le matériau métallique ferromagnétique sont pulvérisés cathodiquement ou évaporés simultanément. Toute- fois, dans ce cas, le métal non-magnétique (par exemple Bi) et le métal ferromagnétique (tel que Co-Ni) sont simplement mélangés ensemble de sorte que, magnétiquement il est difficile de procurer la force coercitive. Bien que la présente invention soit applicable à tous les types de milieux d'enregistrement magnétique, tels que bande ou disques, l'effet sera maximum lorsque l'application est faite sur un milieu d'enregistrement magnétique en forme de disque. Le substrat non-magnétique sur lequel est appliqué le film ferromagnétique inclut un susbtrat de haut polymère élastique exemplifié par le téréphtalate de polyethylène, le naphtalate de polyéthylene, une résine de polyamide aromatique ou de polyimide, et un substrat rigide tel que le silicium, le verre ou les métaux légers tels que l'aluminium, incluant leurs alliages. Par-dessus tout, lorsqu'on utilise des substrats rigides comme ceux utilisés pour les disques durs, il est préférable que le substrat présente des saillies et des cavités minuscules sur sa surface. Par exemple, lorsque l'on utilise un substrat muni de cavités d'environ 0,1 pm ou moins de diamètre et de 0,03 pm de profondeur sur sa surface tel qu'un substrat d'alumite chromatée (aluminium à surface anodisée 2 613110 traité à l'acide chromique), Le film ferromagnétique est pulvérisé magnétiquement par la surface à cavités minuscules donnant ainsi un rapport signal/bruit supérieur. Il est à noter que le milieu d'enregistrement magnétique selon la présente invention est composé principalement du substrat mentionné ci- dessus et du film ferromagnétique, mais la couche de revêtement arrière, la couche de base ou la couche de revêtement de dessus bien connue, incluant un agent lubrifiant ou un agent anti- rouille, peut être occasionnellement formée si l'occasion le requiert. Lorsque le disque est un disque dur, un film protecteur dur peut être formé, tel qu'un film protecteur au carbone. L'opération globale est la suivante. Lorsque le film ferromagnétique (tel que le film de Co-Ni) est déposé par pulvéri- sation cathodique sur la couche de base composée de métaux non- magnétiques (tels que Bi), la température du substrat est élevée, tandis que le film de Bi est mobile, de sorte que les atomes de Bi diffusent à l'intérieur du film de Co-Ni. Etant donné la grande taille des atomes de Bi, la diffusion se fait à travers le réseau de Co-Ni mais à travers les défauts de ce film, par exemple les portions structuralement affaiblies, telles que l'entourage des grains. Ainsi, Bi existe d'une manière irrégulière dans l'entou- rage du grain de cristal du film de Co-Ni. En parlant simplement, les atomes de Bi diffusés sont introduits dans les défauts struc- turaux du film de Co-Ni pour pulvériser le film de Co-Ni en grains de cristal fins. Comme résultat, du point de vue magnétisme, les grains ferromagnétiques de Co-Ni sont pulvérisés par le Bi non-magnétique, de sorte qu'ils exhibent une interaction magnétique plus faible, agissant ainsi comme des particules fines exhibant seulement une interaction faible entre les particules. De même, les grains de cristaux de Co-Ni sont pulvérisés jusqu'à atteindre le domaine magnétique simple et vraisemblablement la force coercitive est accrue. Au contraire, lorsque le film ferromagnétique et Le métal non-magnétique sont évaporés ou pulvérisés cathodiquement et simul-. tanément, la distribution de la concentration de Bi et de Co-Ni est uniforme depuis le moment de génération du film. Ainsi il n'y a pas de facteur de diffusion du Bi, car la concentration et la chaleur sont les mêmes, de sorte que Bi est simplement mélangé au Co-Ni. Les grains de cristaux de Co-Ni sont des particules avec des domaines magnétiques multiples supérieures à celui des particules du domaine magnétique simple, de sorte que la force coercitive est réduite. La présente invention sera expLiquée en référence aux exemples spécifiques, et il est entendu que la présente invention n'est pas limitée à ces exemples. Exemple On emploie un substrat d'aluminium plaqué de Ni-P en forme de pet-denonne ayant un diamètre extérieur de 95 mm et un diamètre intérieur de 25 mm, et des conditions incluant une tempé- rature de chauffage du substrat de 160 C et une pression de gaz argon de 4 x 101 Pa, et on forme la couche de base de Bi, le film de Co-Ni et le film protecteur de carbone dans cet ordre par pulvé- risation cathodique. Les épaisseurs de film de la couche de base de Bi, du film de Co-Ni et du film protecteur de carbone sont de 55 A, O O 550 A et 350 A, respectivement. La composition de film pour le film de CoNi est de 65 % atomique pour le Co et de 35 % atomique pour le Ni. Exemple comparatif En employant le même substrat que celui utilisé dans l'exemple précédent, et une température de chauffage du substrat de C dans un évaporateur sous vide, on forme la couche de base de Bi, le film de Co-Ni et le film protecteur de carbone ayant des épaisseurs de film de 55 A, 550 A et 350 A, respectivement, dans cet ordre. Les propriétés magnétiques statiques sont ensuite mesurées sur les disques magnétiques selon l'exemple et selon l'exemple comparatif. Les propriétés magnétiques statiques mesurées sont les suivantes: force coercitive Hc, rapport rectangulaire Rs, le rapport rectangulaire de la force coercitive S, magnétisation résiduelle mr et magnétisation de saturation m s. Il est à noter que le rapport rectangulaire R et S sont donnés par l'équation sui- vante sur la base des valeurs de Hc, HA, mr et ms montrées à la figure 2. m r R - x 100 (%).... (1) $ m S HA S - x 100 ().... (2) HC Les résultats sont montrés dans le tableau 1. TABLEAU 1 H R S magnétisation magnétisation C S (Oe) (%) (%) résiduelle de saturation (79,57 A/m) (emu) (emu) Exemple 680 86,6 93,4 3,71x103 4,28x103 Exemple comparatif 605 82,8 82,8 4,08x103 4,68x10 3 (Dans le tableau, les valeurs de magnétisation résiduelle et de magnétisation de saturation sont données par unité de sur- face). En outre, les caractéristiques de conversion électro- magnétique sont mesurées dans les conditions suivantes. Les carac- téristiques électromagnétiques sont mesurées au niveau du diamètre extérieur (DE: position 90 0) et au niveau de la portion ce dia- mètre intérieur CDI: position 56 0). Tête d'essai: tête du type minicomposite largeur de piste Tw: 18 pm longueur de l'entrefer: 1 pm tête flottante: 0,35 pm vitesse: 10 m/s Le courant enregistré au niveau de la portion de diamètre extérieur est de 56 mApp tandis que celui de la portion de dia- p-p mètre intérieur est de 40 mApp. Comme procédé de mesure, le signal à 1,25 MHz (1F) est enregistré pour trouver L'amplitude moyenne de piste (TAA), puis le signal de 2,5 MHz (2F) est enregistré, l'am- plitude moyenne de piste TAA est trouvée et la valeur RES (réso- tion) est calculée selon l'équation suivante: 2F TAA RES = x 100 (%).... (3) 1F TAA Les résultats sont montrés dans le tableau 2. TABLEAU 2 DE DI ________________________________________________________________ 1F TAA RES 0/W 2F TAA RES 0/W mVp-p (%) (dB) mVp-p (%) (dB) ----______ Exemple 0,53 81 -29 0,25 63 -33 Exemple comparatif 0,58 76 -32 0,20 50 32 0/W = rapport de superposition 2 613110 D'après les tableaux 1 et 2, la différence entre Les caractéristiques de conversion magnétique statique et électro- magnétique des deux types de disque magnétique est mis en évidence. Dans les exemples dans lesquels le film ferromagnétique a été déposé par la méthode de pulvérisation cathodique, les caractéris- tiques de conversion électromagnétique (RES) sont remarquablement améliorées. En vue de déterminer si cette différence est due ou non à la différence de La structure du film, on conduit une analyse éLé- mentaire dans la direction de l'épaisseur du film par la méthode d'analyse Auger. Cette analyse a révélé que la structure du film incluant le film ferromagnétique déposé produit par pulvérisation cathodique exhibe des concentrations sensiblement constantes de Co, Ni et Bi dans la direction de l'épaisseur du film, comme montré à la figure 1. D'après cela, on peut présumer que le film obtenu par pulvérisation cathodique exhibe une composition plus uniforme dans la direction de l'épaisseur du film de sorte que le film exhibe des caractéristiques magnétiques similairement uniformes. En outre, pour clarifier les causes de la force coerci- tive élevée isotrope du film ferromagnétique, l'analyse de la structure du film est faite par observation au moyen d'un micros- cope électronique de transmission. Cette observation révèle que, comme montré à la figure 3, la structure de film du film ferro- magnétique peut être décrite comme contenant le Bi(2) amorphe non- magnétique (incluant les oxydes) diffusé dans l'espace compris entre les grains (1) de cristaux de Co-Ni. REVENDICATIONS 1. Un milieu d'enregistrement magnétique caractérisé en ce que le métaL non-magnétique et/ou l'oxyde de métal non- magnétique sont diffusés à l'intérieur du film ferromagnétique formé sur un substrat de sorte que la distribution de concentration devient sensiblement uniforme dans la direction de l'épaisseur du film. 2. Un milieu d'enregistrement magnétique selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que le métal non-magnétique et/ou L'oxyde de métal non-magnétique sont présents de manière irrégu- lière dans l'entourage du grain de cristal du film ferromagnétique. 3. Un milieu d'enregistrement magnétique selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que le film ferromagnétique est formé par pulvérisation cathodique sur la couche de base du métal non- magnétique. 4. Un milieu magnétique selon la revendication 3, carac- térisé en ce que la température du substrat durant le dépôt par pulvérisation cathodique n'est pas inférieure à 150 C. 5. Un milieu d'enregistrement magnétique selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que le film ferromagnétique contient au moins l'un des éléments Co, Ni et Fe. 6. Un milieu d'enregistrement magnétique selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que le métal non-magnétique est l'un au moins des éléments suivants: Bi, Sb, Pb, Sn, Ga, In, Cd, Ge, Si et Tl. 7. Un milieu d'enregistrement magnétique selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que le métal non-magnétique est le Bi.