(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、下地層と、非磁性母材中に磁性金属粒子を分散させた構造を有する磁性層とを具備した磁気記録媒体において、前記下地層がＳｉＯ2、ＳｉＯ、Ｓｉ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＴｉＮ、ＢＮ、ＣａＦ2およびＴｉＣからなる群より選択される非磁性母材中にＣｒ、ＶおよびＴｉからなる群より選択される非磁性金属粒子を分散させた構造を有することを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項２】
前記基板と前記下地層との間に、金属層を設けたことを特徴とする請求項１記載の磁気記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、計算機周辺記憶装置、画像・音声記録などに用いられる磁気記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のコンピュータの高性能化、画像・音声のディジタル化、高画質化に伴い、特に計算機周辺記憶装置（ＨＤＤ）、画像・音声記録装置（ＤＶＴＲ）などの分野において、より高密度の記録・再生が可能な磁気記録媒体が要求されるようになってきている。
【０００３】
磁気記録媒体の高密度化を実現するためには、磁性層中において磁性結晶粒子間の磁気的交換相互作用を十分に分断し、磁性層全体の保磁力Ｈｃを高くするとともに、高分解能で急峻な磁化転移を起こさせて媒体ノイズを低減させることが必要になる。特に、磁気抵抗効果素子を用いた再生ヘッド（ＭＲヘッドやＧＭＲヘッド）の採用に伴ってシステムノイズが低減する傾向にあるため、媒体ノイズをさらに低減することが要求されている。
【０００４】
上記のように磁性結晶粒子間の交換相互作用を分断させるために、非磁性母材中に磁性金属粒子を分散させた構造を有する分散型磁性層を用いることが研究されている。しかし、分散型磁性層中における磁性金属粒子の分散性および結晶性がそれほど良好ではなく、期待されるほど媒体ノイズの低減を実現できているわけではない。
【０００５】
一方、従来より、磁性層の保磁力Ｈｃを増加させるために、基板と磁性層との間に下地層を設け、下地層の結晶性を利用して磁性層の結晶性を制御することに関して多くの研究がなされている。たとえば、特開平５−９４６１３号には、非晶質または多結晶の表面を有する下地層の上に、ＨＣＰ相ＣｏＰｔ系の磁性層を形成した磁気記録媒体が開示されている。しかし、多結晶下地層は結晶粒子どうしが面接触した連続膜であるため、その上に形成される磁性層も磁性金属粒子どうしが面接触した構造となる。このため、多結晶下地層上に分散型磁性層を形成することは困難である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、低ノイズで、かつ高密度記録が可能な磁気記録媒体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気記録媒体は、基板上に、下地層と、非磁性母材中に磁性金属粒子を分散させた構造を有する磁性層とを具備した磁気記録媒体において、前記下地層がＳｉＯ2、ＳｉＯ、Ｓｉ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＴｉＮ、ＢＮ、ＣａＦ2およびＴｉＣからなる群より選択される非磁性母材中にＣｒ、ＶおよびＴｉからなる群より選択される非磁性金属粒子を分散させた構造を有することを特徴とする。
本発明の磁気記録媒体においては、基板と下地層との間に、金属層を設けてもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明に係る磁気記録媒体の例を図１および図２に示す。図１の磁気記録媒体は、基板１上に下地層２、磁性層３および保護層４を形成したものである。下地層２は、非磁性母材中に非磁性金属粒子を分散させた構造を有する。磁性層３は、非磁性母材中に磁性金属粒子を分散させた構造を有する。図２の磁気記録媒体は、基板１と下地層２との間に金属層５を設けた以外は図１の磁気記録媒体と同様の構造を有する。
【０００９】
下地層を構成する非磁性母材としては、ＳｉＯ2、ＳｉＯ、Ｓｉ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＴｉＮ、ＢＮ、ＣａＦ2、ＴｉＣが挙げられる。下地層を構成する非磁性金属粒子としては、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉが用いられる。非磁性母材中に分散される非磁性金属粒子の形状は特に限定されず、球状もしくは楕円球状でもよいし、柱状でもよい。
【００１０】
磁性層を構成する非磁性母材としては、酸化物、窒化物、弗化物、炭化物、有機高分子化合物などが用いられ、下地層の非磁性母材と同種の材料でも異種の材料でもよい。具体的には、ＳｉＯ2、ＳｉＯ、Ｓｉ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＴｉＮ、ＢＮ、ＣａＦ2、ＴｉＣなどが挙げられる。磁性層を構成する磁性金属粒子としては、Ｃｏ、ＦｅおよびＮｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含有する強磁性材料が用いられる。具体的には、ＣｏＰｔＣｒ、ＣｏＴａＣｒ、ＣｏＴａＰｔ、ＣｏＮｉＴａ、ＣｏＰｔなどが挙げられる。
【００１１】
なお、基板と下地層との間に必要に応じて設けられる金属層としては、下地層の非磁性金属粒子と同種の金属を用いてもよいし異種の金属を用いてもよい。
本発明の磁気記録媒体では、下地層中の非磁性金属粒子の粒径、分散性を制御することにより、その上に形成される磁性層中の磁性金属粒子の粒径、分散性を制御することができる。
【００１２】
次に、本発明における磁気記録媒体を用いて高密度記録を実現するために、磁性層が満たすべきその他の条件について説明する。以下においては、磁性層の物性のうち、体積含有率、電気抵抗率、および磁性層全体の磁気特性について説明する。
【００１３】
（１）体積含有率
非磁性母材中における磁性粒子の体積含有率は磁性層の硬度、磁気特性などに重要な影響を及ぼす。いま、磁性粒子が円柱形状であり、底面から見た粒子の配列がｈｃｐであると仮定すると、体積含有率ｐは粒子の半径ａおよび粒子間の間隔ｂを用いて、ｐ＝２πａ2 ／（３1/2 ・（２ａ＋ｂ）2 ）で表される。現在用いられている典型的な磁性薄膜中の結晶粒径は４０ｎｍであり、粒子間の交換相互作用を分断するために要する距離は少なくとも約１ｎｍであることが知られている。これらの値を代入して計算すると、体積含有率ｐは０．７（７０％）以下となる。より完全に交換相互作用を分断して媒体ノイズを低減するためには、体積含有率の値は０．５（５０％）以下であることが好ましい。磁性粒子の底面から見た配列が、ｈｃｐではなくｆｃｃであっても、同様の計算により、体積含有率の値が０．７以下で磁性粒子の交換相互作用を有効に分断できる。ただし、体積含有率の最適値はハードディスクドライブの仕様によって決定される。
【００１４】
なお、磁性層の垂直方向に沿って体積含有率を変化させることにより、種々の特性を改善することもできる。
例えば、磁性層の垂直方向に沿って体積含有率の高い部分と低い部分とが交互に現れるようにすると、内部応力を分散させることができる。磁性層の内部応力が緩和されると、基板に対する磁性層の密着性が向上するので磁気記録媒体の耐久性が向上し、バーストノイズの原因となる欠陥を減少させることもできる。なお、このような体積含有率の変化のさせ方は一例であって、磁性層の成膜条件によって内部応力の値は異なるので、それぞれの場合によって適切な変化を与えればよい。
【００１５】
また、基板面から磁性層表面に向かって体積含有率が低くなるようにすると、非磁性母材の割合が増え、磁気記録媒体の表面の硬度が向上するなどの効果により、ヘッドクラッシュなどに対する磁気記録媒体の耐久性をより向上させることができる。この場合、ヘッドを接触させて記録・再生を行っても十分な耐久性を有するので、高密度記録が可能になる。
【００１６】
逆に、基板面から磁性層表面に向かって体積含有率が増加するようにすると、磁性層の表面における磁化が大きくなるため、再生出力を大きくすることができる。また、基板と非磁性母材とが類似した材料からなり、両者の熱膨張係数などが類似している場合には、基板と磁性層との密着性を向上させることができる。
【００１７】
さらに、磁性層と磁気ヘッドとを接触させて記録する場合には、磁性層の表面における硬度および絶縁性が高いことがより重要になってくる。したがって、磁性層の表面における磁性粒子の割合も重要なパラメータの１つである。磁性層の表面における（磁性粒子の面積）／（非磁性母材の面積）の値は、磁性粒子の体積含有率と同様に、０．７以下、さらには０．５以下であることが好ましい。
【００１８】
（２）電気抵抗率
磁性層の電気抵抗率は、磁性粒子の体積含有率、または非磁性母材中の添加元素によって、制御することができる。
【００１９】
磁性層の電気抵抗率が１Ω・ｃｍ以上であれば、ヘッドの導体部分に比べて十分に絶縁体とみなすことができ、ヘッドが磁性層に接触したときの電流リークによるヘッドの破壊を防ぐことができる。ＭＲヘッドのようにヘッドの導体部分が微細化されている場合には、その微細部分での抵抗が増加するので、磁性層の電気抵抗率は１０5 Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。さらに、完全な絶縁性を保つためには、電気抵抗率は１０10Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。
【００２０】
一方、ガラスディスク上に磁性層が形成された媒体を高速に回転させると、大気との摩擦によってディスク上に電荷が発生する。ディスク上にたまった電荷が磁気へッドへ放電するとへッド素子が破壊される可能性がある。電荷量が少ない場合でも、磁気へッドの導体部分の断面積が小さいと電流密度が増加する。このため、素子の集積化が高まるにつれて、ヘッド素子の破壊が問題となってくる。この問題に対しては、媒体はある程度の導電性を有することが好ましい。ただし、媒体が導体であると、へッド素子からの電流リークが発生する。したがって、電気抵抗率は１０-4以上１０5 Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
【００２１】
１０-4Ω・ｃｍ以上の電気抵抗率を持つ母材材料としてはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）がある。また、１０-2Ω・ｃｍ以上の電気抵抗率を持つ母材材料としては、Ｔｉ−Ｎ、Ｔａ−Ｎ、Ｔｉ−Ｃなどの遷移金属の窒化物がある。それ以上の電気抵抗率を持つものは、通常の絶縁材料、例えばＳｉ−Ｏ、Ａｌ−Ｎ、Ｂ−Ｎなどを用いればよい。
【００２２】
ただし、磁性層の絶縁性と電気伝導性のバランスは、用いるへッドやディスクドライブなどのシステム構成によって決定される。
磁性層の電気抵抗率の要求仕様は、スピンドルとへッドのいかなる導体部分との間においても満たされるのが好ましい。したがって、へッドを媒体に接触させた状態で、スピンドルとへッドの複数個所との間で電気抵抗率を測定して評価する。
【００２３】
（３）磁性層全体の磁気特性
磁性層の保磁力Ｈｃは、１Ｇｂ／ｉｎ2 以上の高密度記録を可能にするためには２ｋＯｅ以上、１０Ｇｂ／ｉｎ2 級の超高記録密度を達成するためには３ｋＯｅ以上であることが好ましい。磁性層のＨｃは、記録へッドの飽和磁束密度Ｂｓと密接に関係する。ここで、計算機シミュレーションにより、記録トラック幅３μｍ、ギャップ長０．２５μｍ、スペーシング０．０６μｍとして、所定のＢｓ値を有するヘッドで最高の記録密度が達成できるＨｃの値を求めたところ、以下の結果が得られた。すなわちＨｃの値は、Ｂｓ＝０．８Ｔで２２００Ｏｅ、Ｂｓ＝１．０Ｔで２８００Ｏｅ、Ｂｓ＝１．２Ｔで３５００Ｏｅ、Ｂｓ＝１．６Ｔで４５００Ｏｅとなる。これらの結果から、磁気記録媒体のＨｃは、ＣＧＳ単位系でへッドのＢｓの１／２以下、さらにはｌ／４以下であることがより好ましいことがわかる。
【００２４】
さらに、本発明の磁気記録媒体を用いて高密度記録を実現するために、磁性粒子自体が満たすべき種々の物性について検討する。
（ａ）磁性粒子の体積
一般に磁性体が非常に小さくなると、熱ゆらぎによって、磁化を一定の向きに揃えておくことができなくなることが知られている。磁気異方性エネルギーＫｕを持つ体積ｖの磁性体の熱ゆらぎによる磁化Ｉの時間変化は、
Ｉ（ｔ）＝Ｉｓ・ｅｘｐ（−ｔ／τ）
で表される。ここで、ｔは時間、τは緩和時間、Ｉｓは最初の磁化の値である。さらにτは
τ＝τ0 ・ｅｘｐ（ｖ・Ｋｕ／ｋＴ）
で表される。ここで、τ0 は約１０-9、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度である。τは、実用的な記録保持時間である１０年以上であることが要求される。室温（Ｔ＝３００Ｋ）において、τが１０年以上の値を満足する条件は、ｖ・Ｋｕ＞１．７×１０-19 Ｊとなる。ＳｍＣｏを例にとりＫｕに９．５×１０6 Ｊ／ｍ3 を代入すると、ｖ＝１．８×１０-26 ｍ3 となる。したがって、磁性粒子がこの値以上の体積を有していれば、熱ゆらぎによる磁化の消失がなく、磁気記録媒体として好ましく用いることができる。
【００２５】
（ｂ）磁気クラスターのサイズ
磁気ヘッドからの磁界によって磁性層上に磁区が形成され、これが情報の記録の１単位となる。磁性層の最小の磁区サイズが、形成されるべき磁区よりも大きいと、信号のＳ／Ｎ比が劣化し、最悪の場合再生不可能となる。最小磁区サイズは磁気記録媒体を交流消磁した場合の磁気クラスターサイズで見積もることができる。１Ｇｂ／ｉｎ2 の記録密度を達成する記録磁区の線方向の長さは１５０ｎｍ（Murdock, IEEE Trans. Magn., Vol. 28, p.3078(1992))である。したがって、この磁気クラスターの平均サイズをこの値より小さくすれば、１ＧＢ／ｉｎ2 以上の高密度記録が可能となる。ただし、実用的には、磁区の短辺に数個の磁気クラスターが入る程度でないと、ノイズレベルが大きくなる。したがって、磁気クラスターの大きさは１００ｎｍ以下、さらに５０ｎｍ以下であることが好ましい。高Ｓ／Ｎ比の再生を実現するためには、３０ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００２６】
（ｃ）磁性粒子の粒径
分散型磁性層では、磁性粒子どうしが交換相互作用が働かない程度に離れているため、磁性粒子が磁化反転の最小単位となる。磁性粒子の粒径が磁性層を交流消磁したときの磁気クラスターサイズと同程度またはそれ以上である場合、磁性層に形成される磁区の形状はヘッドからの磁界を反映することができないため、媒体ノイズの原因になる。この場合、面内の磁性粒子の平均粒径（楕円の場合には長軸の平均長さ）が交流消磁をしたときの平均磁気クラスターサイズの１／１０以下であれば、媒体ノイズを低減することができる。
【００２７】
次いで、上述した磁性層の条件に対応して下地層が満たすべき条件について説明する。
下地層において、非磁性母材中に分散される非磁性金属粒子の体積含有率は、３０〜７０％程度、さらに５０±１０％程度であることが好ましい。ただし、下地層中の非磁性金属粒子の体積含有率は、磁性層中の磁性粒子の体積含有率と同程度にするのが最も好ましい。非磁性金属粒子の含有率が低すぎると、分散性は十分であるが、磁性層の磁性粒子の結晶性を向上させる効果が少なくなる。一方、非磁性金属粒子の含有率が高すぎると、分散性を制御する効果が小さくなる。また、下地層中の非磁性金属粒子の粒径とその分散度合により、その上の磁性層中の磁性粒子の粒径および分散性が制御されるため、非磁性金属粒子の粒径は磁性粒子と同程度の大きさかそれ以下であることが望ましい。
【００２８】
また、下地層の最表面に非磁性金属粒子が露出した場合は、その上に磁性金属粒子が選択的に成長しやすくなる。なお、下地層の最表面に非磁性金属粒子が露出していない場合でも、数ｎｍの非磁性母材を介して磁性粒子との間で交換相互作用が働くかまたはその表面形状の効果によって、磁性粒子の分散性を制御できる。
【００２９】
本発明の磁気記録媒体を構成する下地層および磁性層は、スパッタ法、真空蒸着法、ガス中蒸着法、ガスフロースパッタ法などの物理的蒸着法により形成することができる。そして、たとえばスパッタ法を用いた場合に基板にバイアスを印加することにより、下地層中の非磁性金属粒子または磁性層中の磁性金属粒子の凝集を促進させることができ、粒子の粒径、分散性を制御することができる。
【００３０】
【実施例】
以下に示すようにＡ〜Ｄの４種の磁気記録媒体を作製し、それぞれの磁気記録媒体を評価した。
（ディスクＡ）
マグネトロンスパッタ装置に、２．５インチ径のガラスディスク基板、非磁性金属としてＣｒターゲット、磁性金属としてＣｏＰｔ合金ターゲット、非磁性母材としてＳｉＯ2 ターゲットを装着した。
【００３１】
まず、Ａｒガス２ｍＴｏｒｒの雰囲気中で、Ｃｒターゲットに１．５ＡのＤＣ電流およびＳｉＯ2 ターゲットに６００ＷのＲＦ電力を１０分間投入して二元同時スパッタを行い、ガラスディスク基板上に分散型の下地層を形成した。次に、４００Ｗの基板バイアスを印加しながら、ＣｏＰｔターゲットに０．２ＡのＤＣ電流およびＳｉＯ2 ターゲットに６００ＷのＲＦ電力を１０分間投入して二元同時スパッタを行い、下地層上に分散型の磁性層を形成した。最後に、１０ｎｍのカーボンからなる保護層を形成した。
【００３２】
（ディスクＢ）
非磁性金属としてＶターゲットを用い、Ｖターゲットに１ＡのＤＣ電流およびＳｉＯ2 ターゲットに６００ＷのＲＦ電力を１０分間投入して二元同時スパッタを行い、ガラス基板上に分散型の下地層を形成した。その後、ディスクＡと同様に磁性層および保護層を形成した。
【００３３】
（ディスクＣ）
下地層成膜中に４００Ｗの基板バイアスを印加した以外はディスクＢと同様にして下地層を形成した。その後、ディスクＡと同様に磁性層および保護層を形成した。
【００３４】
（ディスクＤ）
まず、ＶターゲットにＤＣ電流を５分間投入して、ガラスディスク基板上にＶ金属層を形成した。その後、ディスクＢと同様に下地層、磁性層および保護層を形成した。
【００３５】
ディスクＡの断面をＴＥＭで観察した。下地層はＳｉＯ2 母材中にＣｒ粒子が一様に分散した構造を有していた。下地層と磁性層との境界付近では、下地層中のＣｒ粒子上に磁性層中のＣｏＰｔ粒子が選択的に成長していた。このような構造を有することから、下地層中のＣｒ粒子の分散性が磁性層中のＣｏＰｔ粒子の分散性に影響を与えていることが予想された。
【００３６】
次に、ディスクＡ〜Ｄの静磁気特性、すなわち保磁力Ｈｃ、残留磁化・膜厚積Ｍrt、保磁力角形比Ｓ* 、活性化磁気モーメントvIsbを測定した結果を表１に示す。
【００３７】
【表１】
0003684047.tif 000002
【００３８】
ディスクＡとディスクＢでは、ＭrtおよびvIsbがほぼ等しいことから、磁性金属粒子の粒径および分散性はほぼ同様であると思われる。一方、ディスクＡよりもディスクＢの方がＨｃ、Ｓ* が若干向上している。これは、下地層の非磁性金属に着目して、ＣｒよりもＶの方がＣｏＰｔとの結晶整合性が良好であるためと考えられる。
【００３９】
ディスクＣはＳ* およびvIsbが大きくなっている。これは、下地層成膜時に基板バイアスを印加したことにより下地層中のＶ粒子の凝集が促進されて粒径が大きくなり分散性も向上し、さらにその上の磁性層中の磁性金属粒子の粒径が大きくなり分散性も向上したためであると考えられる。
【００４０】
ディスクＤはＨｃおよびＳ* が向上している。これは、基板上に金属層を設けたことにより、その上の下地層中のＶ粒子の結晶性が向上したためであると考えられる。ディスクＤのvIsbの向上も、ディスクＣと同様に、磁性層中の磁性金属粒子の粒径の増大に関係していると考えられる。
【００４１】
次いで、ディスクＡ〜Ｄについて、スピンスタンドタイプのディスク評価装置を用いて電磁変換特性を評価した。記録には記録ギャップ長０．３μｍ、記録トラック幅４．０μｍのＭＩＧヘッドを用い、再生には再生ギャップ長０．１４μｍ、再生トラック幅２．７μｍのＭＲヘッドを用いて、浮上量４０ｎｍで記録・再生を行った。
【００４２】
記録密度２００ｋｆｃｉで記録した信号の規格化媒体ノイズ（Ｎｍ／Ｓ0 ）および媒体Ｓ／Ｎ（Ｓ／Ｎｍ）を測定した。ディスクＡ〜Ｃでは、規格化媒体ノイズが０．０１５〜０．０２μｍ1/2 μＶrms ／μＶpp程度の低い値であり、非常に良好な結果が得られた。ディスクＤでは、規格化媒体ノイズが０．０２４μｍ1/2 μＶrms ／μＶppであり、他のディスクと比較してやや高い値であるが、従来の金属媒体よりは低い値を示した。これは、基板上に金属層を設けた影響を受けて、磁性層の金属的な性質が強まったためであると考えられる。
【００４３】
媒体Ｓ／Ｎは、ディスクＡで２０ｄＢ、ディスクＢで２３ｄＢ、ディスクＣで２５ｄＢ、ディスクＤで２４ｄＢであり、高記録密度でも良好な値を示した。
さらに、記録密度３４ｋｆｃｉで記録した上に、２００ｋｆｃｉで記録してオーバーライト特性を測定した。
【００４４】
ディスクＢ〜Ｄは記録電流３０ｍＡで−４０ｄＢ以上と非常に良好な値を示した。ディスクＡは−４０ｄＢ以上を達成するためには、４０ｍＡと他のディスクより大きい記録電流が必要であった。これは、ディスクＡでは保磁力角形比Ｓ* が０．６とやや小さいことに起因していると考えられる。
【００４５】
以上のように、本発明に係る磁気記録媒体で良好なＮｍ／Ｓ0 およびＳ／Ｎｍが得られるのは、分散型の下地層中の非磁性金属粒子の結晶性および分散性を向上させることにより、その上の磁性層中の磁性金属粒子の結晶性および分散性を改善できるためであることがわかる。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の磁気記録媒体は、分散型の下地層を設けたことにより、磁性層中の磁性金属粒子の分散性が良好になって磁性金属粒子間の交換相互作用を十分に分断できるとともに、磁性金属粒子の結晶性が良好になり、低ノイズで高密度記録を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁気記録媒体の断面図。
【図２】本発明に係る他の磁気記録媒体の断面図。
【符号の説明】
１…基板
２…下地層
３…磁性層
４…保護層
５…金属層
【図１】
0003684047.tif 000003
【図２】
0003684047.tif 000004