(57)【要約】【課題】２０ＧＨｚ以上の高い周波数で発振する高周波発振子材料や、垂直磁気記録媒体の軟磁性裏打ち層材料として好適な、強い負の異方性を有する磁性薄膜を実現する。【解決手段】少なくとも非磁性基板の上に、１層以上の金属もしくは金属化合物からなるシード層と、直情の層の配向性を制御するルテニウム下地層と、膜面垂直法線方向に負の異方性を有するＣｏとＩｒの２種類を主成分とする磁性層を有する磁性薄膜において、前期磁性層におけるＩｒの添加元素濃度が１０ａｔ％以上４５ａｔ％以下であることを特徴とする−６×１０６ｅｒｇ／ｃｍ３以下の負の異方性を有する磁性薄膜。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性基板、
該非磁性基板上に設けられたルテニウム下地層、及び
該ルテニウム下地層上に接触して形成され、膜面垂直法線方向に−６×１０６ｅｒｇ／ｃｍ３ないし−１．２×１０７ｅｒｇ／ｃｍ３（−６×１０８ｎＪ／ｃｍ３ないし−１．２×１０９ｎＪ／ｃｍ３）の負の異方性を有し、Ｃｏ１−ｘＩｒｘ（但し、ｘ＝１０ａｔ％ないし４５ａｔ％）を主成分とする磁性層を具備する磁性薄膜。
【請求項２】
前記ルテニウム下地層は４００℃以上６５０℃未満の温度で加熱処理されることを特徴とする請求項１に記載の磁性薄膜。
【請求項３】
前記非磁性基板と前記ルテニウム下地層の間に、タンタル、プラチナ、チタン、及びニッケルから選択される少なくとも１種のシード層をさらに具備することを特徴とする請求項１または２に記載の磁性薄膜。
【請求項４】
非磁性基板上に、ルテニウム下地層を形成する工程、
該ルテニウム下地層に４００℃以上６５０℃未満の温度で加熱処理を行なう工程、及び
該加熱処理されたルテニウム下地層に接触してＣｏ１−ｘＩｒｘ（但し、ｘ＝１０ａｔ％ないし４５ａｔ％）を主成分とする磁性層を形成する工程を具備する磁性薄膜の製造方法。
【請求項５】
非磁性基板上に、ルテニウム下地層を形成する工程の前に、
タンタル、プラチナ、チタン、及びニッケルから選択される少なくとも１種のシード層を形成する工程をさらに具備する請求項４に記載の磁性薄膜の製造方法。
【請求項６】
第１の電極、
該第１の電極上に設けられたルテニウム下地層、及び
該ルテニウム下地層上に接触して形成され、膜面垂直法線方向に−６×１０６ｅｒｇ／ｃｍ３ないし−１．２×１０７ｅｒｇ／ｃｍ３（−６×１０８ｎＪ／ｃｍ３ないし−１．２×１０９ｎＪ／ｃｍ３）の負の異方性を有し、Ｃｏ１−ｘＩｒｘ（但し、ｘ＝１０ａｔ％ないし４５ａｔ％）を主成分とする第１の磁性層、
該第１の磁性層上に形成された非磁性中間層、
該非磁性中間層上に形成され、垂直磁気異方性を有し、鉄，コバルト、及びニッケルからなる群から選択される少なくとも１種の磁性材料を含む第２の磁性層、及び
該第２の磁性層上に設けられた第２の電極を具備することを特徴とする高周波発振素子。
【請求項７】
前記ルテニウム下地層は４００℃以上６５０℃未満の温度で加熱処理されていることを特徴とする請求項６に記載の高周波発振素子。
【請求項８】
前記非磁性基板と前記ルテニウム下地層の間に、タンタル、プラチナ、チタン、及びニッケルから選択される少なくとも１種のシード層をさらに具備することを特徴とする請求項６または７に記載の高周波発振素子。
【請求項９】
主磁極、
該主磁極と磁気回路を形成する記録磁極、及び
該主磁極と記録磁極間に設けられた、請求項６ないし８のいずれか１項に記載の高周波発振素子を具備する磁気ヘッド。
【請求項１０】
前記請求項９に記載の磁気ヘッドを含むことを特徴とする磁気記録再生装置。
【請求項１１】
非磁性基板、
該非磁性基板上に設けられたルテニウム下地層、及び
該ルテニウム下地層上に接触して形成され、膜面垂直法線方向に−６×１０６ｅｒｇ／ｃｍ３ないし−１．２×１０７ｅｒｇ／ｃｍ３（−６×１０８ｎＪ／ｃｍ３ないし−１．２×１０９ｎＪ／ｃｍ３）の負の異方性を有し、Ｃｏ１−ｘＩｒｘ（但し、ｘ＝１０ａｔ％ないし４５ａｔ％）を主成分とする軟磁性裏打ち層、及び
該軟磁性裏打ち層上に形成されたコバルト、クロム、及び白金を含有する垂直磁気記録層を具備することを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項１２】
前記ルテニウム下地層は４００℃以上６５０℃未満の温度で加熱処理されていることを特徴とする請求項１１に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項１３】
前記非磁性基板と前記ルテニウム下地層の間に、タンタル、プラチナ、チタン、及びニッケルから選択される少なくとも１種のシード層をさらに具備することを特徴とする請求項１１または１２に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項１４】
請求項１３に記載の垂直磁気記録媒体と、磁気ヘッドとを具備することを特徴とする磁気記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁性薄膜、その製造方法、磁性薄膜を用いた、高周波発振素子、磁気ヘッド、磁気記録媒体、及び磁気記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気記録再生装置の一種であるハードディスク装置（ＨＤＤ）は、現在その記録密度が年率５０％以上で増えており、今後もその傾向は続くと言われている。それに伴って高記録密度化に適した磁気ヘッド及び磁気記録媒体の開発が進められている。
【０００３】
現在、市販されている磁気記録再生装置において、その記録容量を増大するため、磁気記録媒体に記録される記録密度の高密度化がすすめられているが、今後高密度化をすすめていくと、磁気記録媒体の磁性粒子の微細化による熱揺らぎ限界、また、磁気ヘッドの狭トラック化に伴う記録能力の減衰による現行記録方式の高密度化限界が危惧されており、この記録密度限界を打破する記録方式として、熱アシスト記録や高周波アシスト記録等のアシスト記録方式が注目されている。
【０００４】
高周波アシスト記録方式は磁性薄膜の強磁性共鳴を応用したもので、記録ヘッド内にスピントルク発振素子と呼ばれる高周波発振素子を具備し、この高周波発振素子周囲に生じる高周波磁界を磁気記録媒体に照射する。このとき、磁気記録媒体の磁気共鳴周波数に近い帯域の高周波磁界であれば、媒体磁化が共鳴して反転しやすくなるため、記録ヘッド内で高周波発振素子に近接して記録磁極を設けると、記録磁極から媒体に加わる直流磁界は媒体保磁力に対しさほど大きくなくても、媒体磁化の記録磁化方向を、記録磁極方向に一致されることが出来る。これにより媒体磁化への情報記録が容易となる。
【０００５】
この高周波アシスト記録に用いられる高周波発振素子の構成についてはいくつかの提案がある。例えば負の異方性を有する磁性層を磁化発振層として用いる提案がなされている。この素子は膜面に対し垂直磁気異方性を有するスピン注入層と、負の異方性を有する磁化発振層とが非磁性の中間層を介して積層されている。またこの積層磁性膜に対して、膜面垂直方向に電流を通電されるための電極が積層膜両端に具備されており、この積層磁性膜からなる発振素子に電流を流すと、スピン注入層を透過、もしくはスピン注入層で反射される電子は、スピン注入層の磁化の極性に応じて、どちらか一方の極性にスピン分極した電子が非磁性中間層を介し、負の異方性を有する磁化発振層へと流れ込む。
【０００６】
この分極した電子スピンは磁化発振層の磁化を一定方向へと回転させるスピントルク力を生じる。このスピントルク力により磁化発振層は膜面内で常に一定方向へと回転を続ける。この回転周期は一般に数ＧＨｚから数十ＧＨｚの範囲で生じるため、これにより数ＧＨｚ帯から数十ＧＨｚ対の高周波発振素子が実現できる。
【０００７】
このとき素子の発振周波数は、磁化発振層を形成する磁性薄膜のダンピング定数α、磁気異方性Ｋｕ、素子を導通する電流密度等により決まる。磁化発振層の磁気異方性が負方向に強いほど、また電流密度が高いほど、素子の発振周波数は高くなる。
【０００８】
高周波アシスト記録に用いる高周波発振素子を設計する場合、その発振周波数を磁気記録媒体の磁気共鳴周波数に近づける必要がある。一般にＨｋ＝１５ｋＯｅ以上の高い正の異方性磁界を有する磁気記録媒体の磁気共鳴周波数は２０ＧＨｚ以上である。このため高周波発振素子の発振周波数も２０ＧＨｚ以上にする必要がある。しかしながら、従来の負の異方性が大きな磁性材料では、その異方性はＫｕ＝−４×１０６ｅｒｇ／ｃｃ（−４×１０８ｎＪ／ｃｃ）程度までであり、このような高周波発振素子に適用するには、負の異方性が弱い。
【０００９】
もちろん、先に述べたように高周波発振素子の発振周波数をあげる方法は、材料の負の異方性を強くするほかにも、素子に通電する電流密度を上げることでも実現できる。しかしながら、発振素子は主に積層された磁性薄膜からなるため、通電する電流密度をあげすぎるとその発熱により素子が溶解してしまうため、一定の制限以下の電流密度を実現することは困難である。これらの事情により、高周波アシスト記録に用いる高周波発振子を実現するためには、より強い負の異方性を有する磁性薄膜の実現が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−１８９００２号公報
【特許文献２】特許第４０５０２４５号公報
【特許文献３】特開２００６−３５１０５８号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】吉田ら:ＩＥＥＥ  トランザクション  オン  マグネティクス（IEEE Transactions on magnetics）, 第４６号第６巻２０１０年第２４６６頁ないし第２４６９頁「ＭＡＭＲのための負の異方性材料を有するスピントルク発振素子」（“Spin torque oscillator with a negative anisotropy materials for MAMR”）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の実施形態は、負の磁気異方性の強い磁性薄膜を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
実施形態によれば、非磁性基板、
該非磁性基板上に設けられたルテニウム下地層、及び
該ルテニウム下地層上に接触して形成され、膜面垂直法線方向に−６×１０６ｅｒｇ／ｃｍ３ないし−１．２×１０７ｅｒｇ／ｃｍ３（−６×１０８ｎＪ／ｃｍ３ないし−１．２×１０９ｎＪ／ｃｍ３）の負の異方性を有し、Ｃｏ１−ｘＩｒｘ（但し、ｘ＝１０ａｔ％ないし４５ａｔ％）を主成分とする磁性層を具備する磁性薄膜が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態にかかる磁性薄膜の一例の構成を模式的に表す断面図である。
【図２】磁性薄膜の磁気異方性の基板加熱温度依存性を表すグラフ図である。
【図３】磁性薄膜のＩｎ−Ｐｌａｎｅ測定でのＸ線回折図である。
【図４】磁性薄膜のＯｕｔ  ｏｆ  Ｐｌａｎｅ測定でのＸ線回折図である。
【図５】（００．１）回折線と（００．２）回折線のピーク強度比である。
【図６】磁気薄膜の磁性層の組成と磁気異方性との関係を表すグラフである。
【図７】第３の実施形態にかかるスピントルク発振素子の基本的な構成を模式的に表す図である。
【図８】比較例３に係るスピントルク発振素子の発振周波数スペクトルを表すグラフである。
【図９】実施例３に係るスピントルク発振素子の発振周波数スペクトルを表すグラフである。
【図１０】第４の実施形態にかかる磁気ヘッドの構造の一例を表す模式図である。
【図１１】第５の実施形態にかかる磁気記録再生装置の一例を一部分解した斜視図である。
【図１２】第６の実施形態にかかる磁気記録媒体の構成の一例を模式的に表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
第１の実施形態にかかる磁性薄膜は、非磁性基板、該非磁性基板上に設けられた下地層、及び下地層上に接触して形成された磁性層を含む。
【００１６】
第１の実施形態に使用される下地層はルテニウムから実質的になる。第１の実施形態に使用される磁性層は、膜面垂直法線方向に−６×１０６ｅｒｇ／ｃｍ３ないし−１．２×１０７ｅｒｇ／ｃｍ３（−６×１０８ｎＪ／ｃｍ３ないし−１．２×１０９ｎＪ／ｃｍ３）の負の異方性を有し、Ｃｏ１−ｘＩｒｘ（但し、ｘ＝１０ａｔ％ないし４５ａｔ％）を主成分とする。
【００１７】
なお、ここでいう磁性層の主成分とは磁性層を実質的に構成する成分であり、磁性層はこの主成分以外にその物性に影響のない範囲で不純物を含むことができる。
【００１８】
第１の実施形態によれば、ルテニウム下地層と、磁性層をルテニウム下地層上に直接設けられたＣｏ１−ｘＩｒｘ（但し、ｘ＝１０ａｔ％ないし４５ａｔ％）を主成分とする磁性層とを適用することにより、膜面垂直法線方向に−６×１０６ｅｒｇ／ｃｍ３ないし−１．２×１０７ｅｒｇ／ｃｍ３（−６×１０８ｎＪ／ｃｍ３ないし−１．２×１０９ｎＪ／ｃｍ３）の強い負の異方性を有する磁性薄膜が得られる。
【００１９】
第２の実施形態に係る磁性薄膜の製造方法によれば、非磁性基板上に、下地層を形成する工程、下地層上に磁性層を形成する工程を具備する磁性薄膜の製造方法が得られる。
【００２０】
第２の実施形態に使用される下地層はルテニウムから実質的になる。また、下地層には４００℃以上６５０℃未満の温度で加熱処理を行なう。さらに、磁性層は加熱処理されたルテニウム下地層に接触して形成され、Ｃｏ１−ｘＩｒｘ（但し、ｘ＝１０ａｔ％ないし４５ａｔ％）を主成分とする。
【００２１】
第２の実施形態によれば、ルテニウム下地層上に４００℃以上６５０℃未満の温度で加熱処理を行なった後、Ｃｏ１−ｘＩｒｘ（但し、ｘ＝１０ａｔ％ないし４５ａｔ％）を主成分とする磁性層をルテニウム下地層上に接触して形成することにより、膜面垂直法線方向に強い負の異方性を有する磁性薄膜が得られる。
【００２２】
第３の実施形態は、第１の実施形態に係る磁性薄膜の応用例であって、非磁性基板として第１の電極を使用した磁性薄膜からなる第１の磁性層、第１の磁性層上に形成された非磁性中間層、非磁性中間層上に形成された第２の磁性層、第２の磁性層上に設けられた第２の電極を含む。
【００２３】
第３の実施形態に使用される第１の磁性層は、第１の電極と、第１の電極上に設けられたルテニウム下地層と、ルテニウム下地層上に接触して形成され、膜面垂直法線方向に−６×１０６ｅｒｇ／ｃｍ３ないし−１．２×１０７ｅｒｇ／ｃｍ３（−６×１０８ｎＪ／ｃｍ３ないし−１．２×１０９ｎＪ／ｃｍ３）の負の異方性を有し、Ｃｏ１−ｘＩｒｘ（但し、ｘ＝１０ａｔ％ないし４５ａｔ％）を主成分とする磁性層とを含む。
【００２４】
第２の磁性層は非磁性中間層上に形成され、垂直磁気異方性を有し、鉄，コバルト、及びニッケルからなる群から選択される少なくとも１種の磁性材料を含む。
【００２５】
第３の実施形態によれば、第１及び第２の電極に電圧をかけて第１、及び第２の磁性層に対して膜面垂直方向に通電させることで、第２の磁性層から第１の磁性層へと流入する電子のスピントルクにより第１の磁性層が高周波で発振する高周波発振素子が得られる。
【００２６】
第４の実施形態にかかる磁気ヘッドは、主磁極、主磁極と磁気回路を形成する記録磁極、及び主磁極と記録磁極間に設けられた上述の高周波発振素子を含む。
【００２７】
第５の実施形態にかかる磁気記録再生装置は、主磁極、主磁極と磁気回路を形成する記録磁極、及び主磁極と記録磁極間に設けられた上述の高周波発振素子を有する磁気ヘッドを含む。
【００２８】
第４及び第５の実施形態によれば、膜面垂直法線方向に強い負の異方性を有する磁性薄膜を用いることにより、２０ＧＨｚ以上の高い周波数で発振する高周波発振子が得られ、発振周波数を磁気記録媒体の磁気共鳴周波数に近づけることができるため、高周波アシスト記録に適する高周波発振素子及び磁気ヘッドが得られる。
【００２９】
第４実施形態及び第５の実施形態によれば、高周波アシスト記録の実現により、従来の磁気記録装置よりも高い情報記録密度を有する磁気記録再生装置の実現が可能となるという利点がある。
【００３０】
また、第６の実施形態にかかる垂直磁気記録媒体は、非磁性基板、非磁性基板上に設けられたルテニウム下地層、及びルテニウム下地層上に接触して形成された軟磁性裏打ち層、及び軟磁性裏打ち層上に形成された垂直磁気記録層を含む。
【００３１】
軟磁性裏打ち層は、膜面垂直法線方向に−６×１０６ｅｒｇ／ｃｍ３ないし−１．２×１０７ｅｒｇ／ｃｍ３（−６×１０８ｎＪ／ｃｍ３ないし−１．２×１０９ｎＪ／ｃｍ３）の負の異方性を有し、Ｃｏ１−ｘＩｒｘ（但し、ｘ＝１０ａｔ％ないし４５ａｔ％）を主成分とする。
【００３２】
垂直磁気記録層は、コバルト、クロム、及び白金を含有する。
【００３３】
第７の実施形態にかかる磁気記録再生装置は、上記垂直磁気記録媒体と磁気ヘッドを含む。
【００３４】
第６及び第７の実施形態に示すように、実施形態に用いられる強い負の異方性を有する磁性層は、磁気記録媒体の一部として機能させることも可能である。現在ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）に代表される磁気記録装置に用いられている垂直磁気記録媒体は、軟磁性薄膜からなる裏打ち層（ソフトアンダーレイヤー：ＳＵＬ）、磁気記録層の配向性を高める例えばシード層およびルテニウム下地層、垂直磁気記録層、及び保護層から構成され得る。この軟磁性裏打ち層（ＳＵＬ）は磁気ヘッドとあわせて磁路を形成するのに用いられるため、出来るだけ磁気記録層に近い方が、垂直記録媒体上を走行する磁気ヘッドとＳＵＬの磁気的なカップリングを強めることが出来る。しかしながら一般的なＳＵＬに用いられる軟磁性薄膜はＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等を含んだアモルファス材料からなるため、垂直磁気記録層の磁性粒子配向性を高めるため、磁気記録層と同じ六方最密充填格子を形成するルテニウム下地層を１０ｎｍ〜２０ｎｍ程度の厚みで磁気記録層直下に形成する必要がある。
【００３５】
第１の実施形態で得られる負の磁気異方性を有する磁性薄膜の磁性層は、垂直磁気記録媒体の軟磁性裏打ち層の代替材料として用いることも可能である。更に、負の磁気異方性を有する磁性層として、ＣｏＩｒを主成分とする磁性層を用いた場合、その結晶構造は一般的な垂直磁気記録層に用いられるＣｏＰｔＣｒ合金に極めて近い六方最密充填格子となるため、負の異方性を有する代替裏打ち層と垂直磁気記録層の間のルテニウム下地層を無くす、あるいは限りなく薄くすることが可能である。これにより、より磁気ヘッドとのカップリングが強い代替裏打ち層を提供することが出来る。
【００３６】
第６及び第７の実施形態において、代替裏打ち層と磁気記録層は直接接触させることができる。あるいは、軟磁性裏打ち層と磁気記録層との間に０より大きく５ｎｍ以下のルテニウム下地層を設けることができる。
【００３７】
非磁性基板は、平滑性を有する基板例えばガラス基板、Ｓｉ基板、及びＡｌ基板等から選択することができる。
【００３８】
実施形態において、磁性薄膜の非磁性基板とＲｕ下地層の間に、Ｔａ、Ｐｔ、Ｔｉ、及びＮｉのうち少なくとも１種を含むシード層をさらに設けることができる。
【００３９】
上記シード層は、例えばＴａ層とＰｔ層との積層にすることができる。
【００４０】
シード層としては、Ｒｕ下地層のｈｃｐ配向を阻害しないものを使用することができる。シード層として例えばＴｉ、Ｎｉ、またはその合金などから選択される任意の１層以上の金属もしくは金属化合物を適用することが出来る。
【００４１】
上記シード層を設けることにより、シード層上部のＲｕ下地層のＲｕ粒子の結晶配向性がより均質となり、さらにその上部の磁性層の均質性が向上するという利点がある。
【００４２】
非磁性中間層としては、０．３ｎｍないし５ｎｍの非磁性の金属導電体薄膜を使用することができる。非磁性中間層の材料として例えばＣｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，及びＰｄ等が挙げられる。非磁性中間層が０．３ｎｍ未満であると、薄すぎて中間層を形成する金属粒子が層構造をなすことが出来ず、電気伝導体としての安定した特性が出せない傾向があり、５ｎｍを越えると磁性層を透過、もしくは反射して偏極したスピン電流のスピン偏極効果が落ちる傾向がある。
【００４３】
第１の電極及び第２の電極としては、例えばＣｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｔａ等が使用できる。第１の電極及び第２の電極には、互いに同じ材料を使用しても異なる材料を用いても良い。
【００４４】
以下、図面を参照し、実施形態をより詳細に説明する。
【００４５】
図１は、第１の実施形態にかかる磁性薄膜の一例の構成を模式的に表す断面図を示す。
【００４６】
図示するように、この磁性薄膜１００は、ガラス等からなる非磁性基板１０４と、非磁性基板１０４上に順に積層された、例えば５ｎｍ〜１０ｎｍ厚のＴａ層及び例えば５ｎｍ〜１０ｎｍ厚のＰｔ層の積層からなるシード層１０３、例えば１０ｎｍ〜２０ｎｍの厚さを有するＲｕ層からなる下地層１０２、及び２０ｎｍのＣｏＩｒ合金１０１を有する。
【００４７】
この磁性薄膜１００では、Ｒｕ層形成後、基板全体を温度Ｔｃ例えば４００℃以上６５０℃にて加熱した後にＣｏＩｒ系合金１０１を製膜することができる。
【実施例】
【００４８】
実施例１
まず、厚さ０．８００ｍｍ、大きさ６３．５ｍｍ径のドーナツ型円盤形状のガラス等からなる非磁性基板１０４上に、シード層として、Ｔａ層５ｎｍ及びＰｔ層６ｎｍをスパッタ法にて積積層し、さらに、Ｐｔ層上に、Ｒｕ層を２０ｎｍスパッタにより成膜した。
【００４９】
Ｒｕ層製膜後に基板全体を温度Ｔｃにて５分間加熱し、アニールを行った。その後、基板温度が室温同等になるまで冷却し、Ｒｕ層上にＣｏ８０ａｔ％とＩｒ２０ａｔ％の合金を２０ｎｍの厚さでスパッタにより成膜し、図１と同様の構成を有する磁性薄膜を得た。
【００５０】
ここで、温度Ｔｃは、各々、室温、３００℃，４００℃，５００℃，６００℃，及び６５０℃に変化させた。得られた磁性薄膜について、飽和磁化、及び磁気異方性を測定した。薄膜試料の飽和磁化の測定にはＶＳＭ（振動型試料磁力計）、磁気異方性（Ｋｕ）の測定には磁気トルク計を用いた。飽和磁化は、９００ｅｍｕ／ｃｍ３（９００×１０３Ａ／ｍ）であった。
【００５１】
図２に、磁気異方性の基板加熱温度依存性を表すグラフ図を示す。
【００５２】
図示するように、Ｒｕ層製膜後の基板加熱温度を４００℃以上にすることでさらに負の磁気異方性が強まり、−７×１０６ｅｒｇ／ｃｍ３（−７×１０８ｎＪ／ｃｍ３）前後の特性を得ることが可能となった。このようにＲｕ成膜後ＣｏＩｒ成膜前に基板加熱を挟むことによる磁気異方性の負方向への強化は、シード層Ｔａ厚３ｎｍから１０ｎｍ、Ｐｔ厚３ｎｍから１０ｎｍ、下地層Ｒｕ厚６ｎｍから３０ｎｍの範囲においても同様の傾向が観察された。なお、実験の都合上、加熱温度は６５０℃までの実験を行ったが、それ以上の加熱は実験設備の制限により行えていない。
【００５３】
比較例１
実施例１と同様に非磁性基板上に、Ｔａ層５ｎｍ、Ｐｔ層１０ｎｍ、及びＲｕ層２０ｎｍ、及びＣｏ８０ａｔ％とＩｒ２０ａｔ％の合金層を２０ｎｍの厚さでスパッタ法にて積層した。Ｒｕ層製膜後加熱は行っていない。得られた磁気記録媒体の磁性特性を評価した。
【００５４】
比較例１では飽和磁化（Ｍｓ）は９００ｅｍｕ／ｃｍ３、磁気異方性は−４×１０６ｅｒｇ／ｃｍ３（−４×１０８ｎＪ／ｃｍ３）であった。
【００５５】
磁性薄膜の負の異方性をどのくらい強めることが出来るかは、ＣｏＩｒ合金の結晶性がどの程度規則的かによると考えられる。
【００５６】
実施例２
実施例２として、実施例１と同様のガラス基板を用意し、シード層の厚みをＴａ層１０ｎｍ、Ｐｔ層１０ｎｍとし、及び下地層の厚さをＲｕ層２０ｎｍとしてスパッタにより成膜した。Ｒｕ層成膜後、基板温度を、６００℃まで加熱して５分間アニールを行った。ＣｏＩｒ製膜前のＣｏＩｒ中のＩｒの組成比を０，１０，１５，１９，２３，２７，３４，４１，４７，５３，５８，６３，６８，７２，及び７６ａｔ％に各々変化させて、厚さ２０ｎｍでスパッタにより成膜すること以外は、実施例１と同様にして磁性薄膜を形成した。
【００５７】
得られた磁性薄膜について、ＣｏＩｒ薄膜の結晶構造を評価するためにＸ線回折測定を行った。
【００５８】
薄膜の結晶構造解析においてＩｎ−ｐｌａｎｅ測定のＸ線回折図とＯｕｔ  ｏｆ  ｐｌａｉｎ測定のＸ線回折図を用いた。
【００５９】
ここで、Ｉｎ−ｐｌａｎｅ測定とは、薄膜試料に対するＸ線の入射角を全反射臨界角度付近（０．２度から０．５度）の小さな角度に固定して測定するものであり、薄膜試料表面に対して垂直な格子面を評価する手法であり、Ｏｕｔ  ｏｆ  ｐｌａｉｎ測定とは、薄膜試料に対し５度から９０度の角度範囲で入射Ｘ線と検出気を走査し、薄膜試料に対して平行な格子面をＸ線回折から評価する手法である。
【００６０】
作成した磁性薄膜それぞれに対するＩｎ−Ｐｌａｎｅ測定でのＸ線回折図を図３に、Ｏｕｔ  ｏｆ  Ｐｌａｎｅ測定でのＸ線回折図を図４に示す。図３よりＩｒ添加量が４０ａｔ％ぐらいまでの範囲においてＣｏＩｒ（１０．０）の回折ピークが観察されている。また、図４においてＩｒ添加量が１０ａｔ％から３４ａｔ％の範囲においてＣｏＩｒ（００．１）およびＣｏＩｒ（００．２）の回折線が発現している。
【００６１】
比較例２
また、比較例２として、Ｒｕ層成膜後、基板を加熱しないこと以外は実施例２と同様にして磁性薄膜を形成した。
【００６２】
これらの回折ピーク強度は成膜時の基板加熱を行っていない比較例２においては明瞭に観察されなかった。この時の（００．１）回折線と（００．２）回折線のピーク強度比を実施例２と比較例２とでそれぞれＩｒ組成別にプロットしたグラフを図５に示す。図中、１０８は実施例２、１０９は比較例２を各々示す。
【００６３】
比較例２ではＩｒ組成によらず（００．１）回折線ピークが表れていないが、成膜時に基板加熱を行った実施例２ではＩｒ組成範囲が１０％から４５％の範囲において、（００．１）規則線が観察されることがわかる。
【００６４】
比較例２、実施例２において合わせて磁気異方性の測定を行った。
【００６５】
磁気薄膜の磁性層の組成と磁気異方性との関係を表すグラフを図６に示す。
【００６６】
グラフ１１２に示す比較例２に対し、グラフ１１１に示す実施例２ではＩｒ添加量が１０％から４５％の範囲においてより強い負の磁気異方性を示しており、図５の回折規則線が現れる範囲に対応して、負の磁気異方性が強まることが見て取れる。つまり、ＣｏＩｒ成膜前の基板加熱により製膜されるＣｏＩｒ薄膜に規則相が形成され、この規則相がＣｏＩｒ薄膜の負の磁気異方性を強めることが確認された。この結果、Ｉｒ組成比２０％前後では−８×１０６ｅｒｇ／ｃｍ３（−８×１０８ｎＪ／ｃｍ３）を超えるような過去に報告例のない強い磁気異方性を実現できることが確認された。
【００６７】
実施例３
次に、強い負の磁気異方性を有する磁性薄膜を用いた応用例について説明する。まずは、第３の実施形態の一例として、この強い負の磁気異方性を有する磁性薄膜を、スピントルク発振素子の発振層に用いた場合について述べる。
【００６８】
図７は、第３の実施形態にかかるスピントルク発振素子の基本的な構成を模式的に表す図を示す。
【００６９】
このスピントルク発振素子２００は、第１の電極７０１ａ及び第２の電極７０１ｂ間に、発振層に磁界を印加する垂直磁化膜７０２、Ｒｕ下地層１０２、ＣｏＩｒ薄膜からなる負の異方性を有する第１の磁性層１０１、金属導体薄膜からなる中間層７０３、及び垂直異方性を持つ垂直磁化膜からなるスピン注入層としての第２の磁性層７０４を順に積層した積層構造を有する。ここで、１１４、１１５、１１６の矢印は各磁性層における磁化の向きを示している。
【００７０】
二つの電極７０１ａ及び７０１ｂ間に電流を通電することによりＣｏＩｒ層１０１の磁化を発振させるスピントルク発振素子である。ここで垂直磁化膜７０２を省き、その代わりに外部からの印加磁界によって発振層１０１に磁界を印加することもできる。
【００７１】
このスピントルク発振素子２００を製造するために、まず、ＡｌＯｘ基板上にメッキ製膜されたＣｕ電極７０１ａを用意し、次に、Ｃｕ電極７０１ａ上に、ＣｏＰｔ垂直磁化膜を２０ｎｍ、Ｒｕ下地層を２０ｎｍ積層した。Ｒｕ下地層成膜後、６００℃の基板加熱を５分間行った。その後、基板温度を室温同等まで冷却させた後、Ｃｏ８０％Ｉｒ２０％薄膜を１０ｎｍ、中間層としてＣｕ３ｎｍ、スピン注入層として、厚さ０．４ｎｍのＣｏ膜と厚さ０．８ｎｍのＰｔとの二層膜を８回繰り返して積層して得られた人工格子膜を、最上部に保護層としてＰｄ３ｎｍをそれぞれ順にスパッタ成膜して、積層素子を得た。これらの積層素子をマスクミリングにより６０ｎｍ×６０ｎｍの正方寸法に加工し、素子周辺をＳｉＯ２絶縁膜にて埋め込んだ後、Ｃｕ電極７０２ｂを素子上部にメッキ製膜した。
【００７２】
７０２の垂直磁化膜としては、強い飽和磁化と強い正の磁気異方性を有する磁性薄膜を使用することができ、例えばＣｏＰｔ、Ｃｏ膜とＰｔ膜の積層膜、Ｃｏ合金膜とＦｅ合金膜の積層膜、ＣｏＣｒＰｔ、及びＳｍＣｏ等の磁性薄膜を用いることができる。
【００７３】
また、第２の磁性層としてのスピン注入層７０４には、中間層７０３との界面で強いスピン分極を生じるような垂直磁化膜を使用することができる。スピン注入層には、垂直磁化膜７０２と推する材料例えばＣｏＰｔ、Ｃｏ膜とＰｔ膜の積層膜、Ｃｏ合金膜とＦｅ合金膜の積層膜、ＣｏＣｒＰｔ、及びＳｍＣｏ等の磁性薄膜等を用いることが可能である。ただし、一般に電流によるスピントルクの効果は極めて微小なサイズであるほど効率が良く、素子寸法は５ｎｍ×５ｎｍないし１００ｎｍ×１００ｎｍ、電極を除いた総膜厚は１０ｎｍないし１００ｎｍにすることが好ましい。素子寸法が５ｎｍ×５ｎｍ未満であると、発振層１０１の総体積が小さすぎるため、十分なマイクロ発振波を創出できないという傾向があり、１００ｎｍ×１００ｎｍを越えると、発振層１０１の磁化が均一で発振できず、十分な発振特性が得られない傾向がある。また、電極を除いた総膜厚が１０ｎｍ未満であると、やはり発振層１０１の総体積が小さすぎるため、十分なマイクロ発振波を創出できないという傾向があり、１００ｎｍを越えると、発振子の形状アスペクト比（膜厚対素子幅）が１以上となり、素子加工が困難であったり、発振が安定しないといった課題がある。
【００７４】
比較例３として、１０２のＲｕ成膜後、１０１のＣｏＩｒ成膜前に６００℃の基板加熱を行なわずに発振素子を形成した。
【００７５】
このスピントルク発振素子に対し、矢印１１３に示すように、膜垂直方向に電圧を印加すると各層に電流が流れる。この時スピン注入層７０４が一様に磁化していた場合には、スピン偏極効果によりその注入層を透過する電子は磁化スピンと同方向に、注入層を反射する電子は、磁化スピンと逆方向に偏極した電子の流れにかわる。
【００７６】
このようにスピン注入層を介して、どちらか一方向にスピン偏極した電流を発振層に流入させると、発振層内の磁化は偏極した電子と同じ方向のスピンモーメントに揃おうとするスピントルク力が発生する。垂直磁化膜７０２から印加される磁界の強さと、このスピントルク力が正対する方向で釣り合っている時、発振層内の磁化は収束することなく歳差運動を継続する。これがスピントルク発振素子が発振した状態である。この発振周波数は磁化歳差運動周波数であり、発振層の負の異方性の強さに対応して変化する。
【００７７】
作成したスピントルク発振素子の素子抵抗は２０Ω程度である。このスピントルク発振素子に１００ｍＶの電圧を印加し、その発振周波数のスペクトル測定を行った。
【００７８】
図８に比較例３に係るスピントルク発振素子の発振周波数スペクトルを表すグラフを示す。
【００７９】
図９に実施例３に係るスピントルク発振素子の発振周波数スペクトルを表すグラフを示す。
【００８０】
図示するように、比較例３のスピントルク発振素子の発振周波数は１４ＧＨｚ付近にピークを有するのに対し、実施例３のスピントルク発振素子は２８ＧＨｚ付近にピークを有し、非常に高い周波数の発振を実現できていることがわかる。
【００８１】
次に、ここで説明したスピントルク発振素子を用いて、磁気記録媒体に高周波アシスト記録を行う形態について述べる。
【００８２】
図１０は、第４の実施形態にかかる磁気ヘッドの構造の一例を表す模式図を示す。
【００８３】
磁気ヘッド４００は磁気記録媒体９５上に浮上するように、近接して配置される。磁気ヘッド４００は記録部４０１と再生ヘッド部４０２とを有する。記録ヘッド部４０１は、磁気コイル９１によって記録磁界が励起される記録主磁極９２とトレーリングシールド９３、およびそれらの記録磁極ギャップ部周辺に配置されるスピントルク発振素子７０を有する。スピントルク発振素子７０の構成は図７にて示したものと同様である。この磁気ヘッド４００では記録主磁極９２からトレーリングシールド９３に電流を印加することにより、スピントルク発振素子の電極７０１ａを記録主磁極９２が、電極７０１ｂをトレーリングシールド９３がそれぞれ兼ねることが出来る。なお、図中、矢印１１５はヘッド進行方向、矢印１１６はリーディング方向、矢印１１７はトレーリング方向を各々示す。
【００８４】
このスピントルク発振素子７０を用いて、磁気記録媒体９５に高周波アシスト記録を行う形態について説明する。通常の磁気記録ヘッドでは磁気コイル９１に励起する電流を流すことで記録主磁極９２から磁気記録媒体への記録磁界を発生させるが、実施形態にかかる高周波アシスト記録用磁気ヘッド４００では磁気コイル９１への電流励起と合わせて、記録磁極９２から、スピントルク発振素子７０トレーリングシールド９３へと別の直流電流を印加する。この電流印加によりスピントルク発振素子７０から励起される数十ＧＨｚの高周波磁界により、媒体磁化の歳差振動を喚起することにより、比較的微弱な記録磁界であっても、媒体磁化反転記録を実現するものである。
【００８５】
一般に磁気記録媒体に用いられるＣｏＰｔＣｒ合金を含んだ強磁性体はＨｋ＝１５ｋＯｅ以上の高い異方性磁界を有しており、その磁気共鳴周波数は２２ＧＨｚ以上となる。スピントルク発振素子から媒体に印加される高周波磁界周波数は、この媒体磁気共鳴周波数に近いほど磁化反転効率が上がる。このことより実施例３にかかるスピントルク発振素子は、比較例３のスピントルク発振素子よりもその周波数の観点より、より高周波アシスト記録に好適であることは自明である。
【００８６】
図１１に第５の実施形態にかかる磁気記録再生装置の一例を一部分解した斜視図を示す。
【００８７】
第５の実施形態にかかる磁気記録再生装置は、上述の第４の実施形態にかかる磁気ヘッドを有する。
【００８８】
実施形態にかかる磁気記録再生装置５００において、実施形態にかかる情報を記録するための剛構成の磁気ディスク６２はスピンドル６３に装着されており、図示しないスピンドルモータによって一定回転数で回転駆動される。磁気ディスク６２にアクセスして情報の記録再生を行う第４の実施形態にかかる磁気ヘッドを搭載したスライダー６４は、薄板状の板ばねからなるサスペンション６５の先端に取付けられている。サスペンション６５は図示しない駆動コイルを保持するボビン部等を有するアーム６６の一端側に接続されている。
【００８９】
アーム６６の他端側には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ６７が設けられている。ボイスコイルモータ６７は、アーム６６のボビン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、それを挟み込むように対向して配置された永久磁石および対向ヨークにより構成される磁気回路とから構成されている。
【００９０】
アーム６６は、固定軸の上下２カ所に設けられた図示しないボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ６７によって回転揺動駆動される。すなわち、磁気ディスク６２上におけるスライダー６４の位置は、ボイスコイルモータ６７によって制御される。なお、図１１中、６１は筐体を示している。
【００９１】
さらに第１の実施形態に係る強い負の磁気異方性を有する磁性薄膜を用いた別の応用例について説明する。
【００９２】
第６の実施形態にかかる磁気記録媒体として、この強い負の磁気異方性を有する磁性薄膜を磁気記録媒体の軟磁性裏打ち層として用いた例を示す。
【００９３】
実施例４
第６の実施形態にかかる強い負の磁気異方性を有する磁性薄膜を用いた磁気記録媒体の構成の一例を模式的に表す図を図１２に示す。
【００９４】
ガラスもしくはアルミ基板上２１に、スパッタ法により、１層以上の金属もしくは金属化合物からなるシード層１０３と、直上の層の配向性を制御するルテニウム下地層１０２とＣｏ８０％Ｉｒ２０％合金層１０１を順次製膜し、この１０１層の上に直接ＣｏＰｔＣｒ系合金からなる垂直磁気記録層３１を設けることにより磁気記録媒体を得た。ここでは金属シード層１０３はＰｔ５ｎｍ、下地層１０２はＲｕ２０ｎｍ、下地層１０２の成膜後基板温度を６００℃に加熱後にＣｏＩｒ合金層１０１を２０ｎｍ、垂直磁気記録層１０１としてＣｏＰｔＣｒ−ＳｉＯ２層を１５ｎｍ積層した。ＣｏＩｒ合金層は実施例１で示したように強い負の磁気異方性を有するため膜面に対して面内方向に磁化が回転し、磁気記録ヘッドからの記録磁界を戻す軟磁性裏打ち層の役割を担うことが出来る。
【００９５】
また、ＣｏＩｒ合金層はＲｕ下地層やＣｏＰｔＣｒ合金と同じくｈｃｐ構造を有するために、ＣｏＩｒ層上にさらにＲｕ下地層を介在させなくても、直接ＣｏＰｔＣｒを主成分とする垂直磁気記録層３１を設けることにより良好な磁気特性を維持することが出来ることがわかった。これにより、実施例４では、比較例４に対し金属シード層１０３およびＲｕ下地層１０２の膜厚分だけ、媒体表面から軟磁性裏打ち層までの距離を短縮することが出来ることがわかった。
【００９６】
磁気ディスク６２として、実施例４及び比較例４の磁気記録媒体を各々適用し、磁気ヘッドとして、第４の実施形態に係る磁気ヘッドの代わりに、図１０においてスピントルク発振素子７０を取り除き単なる空隙とした一般的な構成を有する磁気ヘッドを使用し、図１１に示す磁気記録装置に組み込んだ。同じ磁気ヘッド５３を用いて比較した場合、比較例４では垂直磁気記録層の保磁力が５．０ｋＯｅまで情報の記録再生が可能であったが、それ以上保持力の高い垂直磁気記録層を適用した場合には情報の記録が出来なかった。一方で、実施例４を用いた場合には、保磁力が５．６ｋＯｅの垂直磁気記録層を適用しても安定な情報の記録再生を行うことが出来、より長期間安定な情報を保持できる磁気記録再生装置を実現することが出来た。
【００９７】
なお、記録再生特性として、記録再生信号のＳ／Ｎ比（孤立波再生出力と交流消去時再生ノイズの比）を測定したところ、比較例４では保磁力５．０ｋＯｅの媒体との組合せでＳ／Ｎ比が２０．５ｄＢであったのに対し、実施例４では保磁力５．６ｋＯｅの媒体との組合せでＳ／Ｎ比が２３ｄＢとなり、良好な結果得られた。
【００９８】
垂直磁気記録層として、ＣｏＰｔＣｒ−ＳｉＯ２の他、ＣｏＰｔＣｒ−ＴａＯｘ等を使用することもできる。
【００９９】
比較例４
ガラスもしくはアルミ基板上に、スパッタにより、ＣｏＺｒＮｂ系合金アモルファス性軟磁性材料からなる軟磁性裏打ち層を２０ｎｍ形成し、さらに、軟磁性裏打ち層上にＮｉＴａ合金、もしくはＮｉＣｒ合金からなる金属シード層を５ｎｍ形成し、金属シード層上にＲｕを主成分とする下地層を２０ｎｍ形成し、Ｒｕ下地層上にＣｏＰｔＣｒを主成分とする垂直磁気記録層を１５ｎｍ形成し、さらにその表面にカーボンからなる保護膜２４を２ｎｍ形成して、磁気記録媒体を得た。
【０１００】
ディスク面内方向に容易軸を持つ軟磁性裏打ち層は、垂直磁気記録層を磁化するための磁気ヘッドからの記録磁界を環流させるといった磁気ヘッド機能の一部を担っている。
【０１０１】
磁気記録媒体表面の保護層から軟磁性裏打ち層までの距離は短ければ短いほど記録磁束の効率が良くなる。しかしながら、ＣｏＰｔＣｒ系垂直磁気記録層で良好な磁気特性を実現するためには下地層からｈｃｐ配向成長を維持することが効果的なため、良好な磁気特性を実現するためにはＣｏＰｔＣｒ系垂直磁気記録層と軟磁性裏打ち層との間に１０ｎｍ厚以上のＲｕ下地層必須であり、この下地層膜厚が媒体表面から軟磁性裏打ち層までの距離を低減するうえで制限要因となる。
【０１０２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０３】
２１…基板、２４…保護膜、３１…垂直磁気記録層、７０…電極、９１…磁気コイル、９２…主磁極、９３…トレーリングシールド、１００，２００，３００…磁性薄膜、１０１…ＣｏＩｒ系合金、１０２…下地層、１０３…シード層、１０４…基板、４００…磁気ヘッド、５００…磁気記録再生装置、７０１ａ…第１の電極、７０１ｂ…第２の電極、、７０２…垂直磁化膜、７０３…中間層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014103172.tif 000009
【図８】
2014103172.tif 000010
【図９】
2014103172.tif 000011
【図１０】
2014103172.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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