(57)【要約】      （修正有）【課題】  熱的に安定した垂直磁気記録媒体を提供する。【解決手段】  下部膜と上部膜との間に垂直磁気記録膜を具備する垂直磁気記録媒体において、前記垂直磁気記録膜の厚さｔ１、ｔ２は、2006120253.tif 000020このような垂直記録媒体はＫが大きく、そのエネルギー障壁がＫＶによらない場合にも熱的特性が安定した所定の厚さを有する垂直磁気記録膜を含んでいるので、書き込まれたデータを１０年以上長期間安全に保存できる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部膜と上部膜との間に垂直磁気記録膜を具備する垂直磁気記録媒体において、
前記垂直磁気記録膜の厚さｔ１は次の関係式を満足することを特徴とする垂直磁気記録媒体：
2006120253.tif 000018
【請求項２】
前記垂直磁気記録膜は単一強磁性膜、または少なくとも１つの強磁性膜を含む多層磁性体膜であることを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項３】
前記下部膜は基板および前記基板上に形成された垂直配向膜を含むことを特徴とする請求項２に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項４】
前記垂直配向膜と前記基板との間に軟磁性膜がさらに具備されたことを特徴とする請求項３に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項５】
前記上部膜は保護膜および潤滑膜を含むことを特徴とする請求項３に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項６】
前記上部膜は保護膜および潤滑膜を含むことを特徴とする請求項４に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項７】
下部膜と上部膜との間に垂直磁気記録膜を具備する垂直磁気記録媒体において、
前記垂直磁気記録膜の厚さｔ２は次の関係式を満足することを特徴とする垂直磁気記録媒体：
2006120253.tif 000019
【請求項８】
前記垂直磁気記録膜は単一強磁性膜または少なくとも１つの強磁性膜を含む多層磁性膜であることを特徴とする請求項７に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項９】
前記下部膜は基板および前記基板上に形成された垂直配向膜を含むことを特徴とする請求項８に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項１０】
前記垂直配向膜と前記基板との間に軟磁性膜がさらに具備されたことを特徴とする請求項９に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項１１】
前記上部膜は保護膜および潤滑膜を含むことを特徴とする請求項９に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項１２】
前記上部膜は保護膜および潤滑膜を含むことを特徴とする請求項１０に記載の垂直磁気記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録媒体に係り、より詳しくは、熱的に安定した垂直磁気記録媒体（垂直磁気記録膜）に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にハードディスクドライブ（ＨＤＤ）には水平磁気記録媒体が使われる。水平磁気記録媒体では、データはトラックに沿って水平に書き込まれる。
【０００３】
水平磁気記録媒体の場合、水平磁気記録膜の厚さと単位ビットを書き込むのに使われる水平磁化領域の長さとの間の関係（長さ＞厚さ）による制約がある。すなわち、水平磁気記録媒体にデータを高密度に書き込むために、前記水平磁化領域の長さを短くすることが望ましいが、前記水平磁化領域の長さを短くするには、水平磁気記録膜をさらに薄くしなければならないので、水平磁気記録媒体のデータ記録密度を高めるのには限界がある。
【０００４】
そのため、前記水平磁気記録媒体が有する前記制約を考慮する必要がない記録媒体、例えばトラック表面に垂直方向にデータを書き込む垂直磁気記録媒体に対する関心が高まっている。
【０００５】
垂直磁気記録媒体の一般的な構成は、図１に示す通りである。
【０００６】
図１を参照すれば、垂直磁気記録媒体は、一般に、基板１０と、磁化容易軸を垂直に配向させる垂直配向下層膜１２と、垂直磁気記録膜１４と、保護膜１６と潤滑膜１８とが順次に積層された構成を有する。
【０００７】
このような構成を有する垂直磁気記録媒体が熱的に安定するためには、垂直磁気記録膜１４の熱的安定性が確保されねばならない。垂直磁気記録膜１４の熱的安定性は次の数式１に表現される熱的磁化反転率Ｒを通じて確認できる。
【０００８】
【数１】
2006120253.tif 000002
【０００９】
数式１でｆ0は磁化反転を起こせる試み周波数を、ＥBは、エネルギー障壁であって、磁化反転を起こすのに必要なエネルギーを、ｋBはボルツマン定数を、Ｔは絶対温度（ケルビン温度）を表す。
【００１０】
2006120253.tif 000003
この時、ＥBはＫＶとして知られている（ＥB＝ＫＶ）。
ここで、Ｋは、垂直磁気記録媒体でデータが書き込まれる磁性体層の磁気異方性定数を表し、Ｖは、前記磁性層のグレイン体積を表す。
【００１１】
ところが、Ｋの大きい垂直磁気記録媒体で垂直磁気記録膜の厚さが一定厚さ以上になれば、エネルギー障壁ＥBはそれ以上ＫＶにしたがわず、非線形的に変化することが知られている（非特許文献１参照）。
【００１２】
したがって、エネルギー障壁がＫＶであるとして設計された従来の垂直磁気記録媒体は、現実のエネルギー障壁がＫＶより小さい場合があるために熱的に不安定になることがあり、その結果、データを安定して保存できる期間も既定の期間より短くなることがある。
【非特許文献１】ディーター・ズエス、トマス・シュレフル、ヨゼフ・フィドラー（Dieter Suess, Thomas Schrefl, and Josef Fidler）共著「リバーサル・モーズ、サーマル・スタビリティ・アンド・エクスチェンジ・レングス・イン・パーペンディキュラー・レコーディング・メディア（Reversal Modes, Thermal Stability and Exchange Length in Perpendicular Recording Media）」、アイトリプリー・トランザクションズ・オン・マグネティクス（IEEE Transactions on Magnetics）、アメリカ合衆国、２００１年、第３７巻、第４号、ｐ．１６６４−１６６６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明が解決しようとする技術的課題は、前述した従来技術の問題点を改善するためのものであって、熱的に安定して書き込まれたデータをより長く保存できる超高密度の垂直磁気記録媒体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記技術的課題を達成するために、本発明は上部膜と下部膜間に所定厚さの垂直磁気記録膜を具備する垂直磁気記録媒体において、前記垂直磁気記録膜の厚さｔ１は次の関係式を満足することを特徴とする垂直磁気記録媒体を提供する。
2006120253.tif 000004
この時、Ｄは前記垂直磁気記録膜のグレイン直径であり、Ａは記録膜材料の交換定数であり、その値は、Ａ＝１０4ｅｒｇ／ｃｍである。
【００１５】
前記垂直磁気記録膜は単一強磁性膜、または少なくとも１つの強磁性膜を含む多層磁性膜である。
【００１６】
前記上部膜は順次に積層された保護膜および潤滑膜を含み、前記下部膜は順次に積層された基板と軟磁性層と垂直配向膜とを含む。
【００１７】
また、本発明は前記技術的課題を達成するために、上部膜と下部膜との間に所定厚さの垂直磁気記録膜を具備する垂直磁気記録媒体において、前記垂直磁気記録膜の厚さｔ２は次の関係式を満足することを特徴とする垂直磁気記録媒体を提供する。
2006120253.tif 000005
【発明の効果】
【００１８】
本発明の垂直磁気記録媒体を利用すれば、垂直磁気記録媒体に具備された垂直磁気記録膜の熱的特性が安定して書き込まれたデータを長期間熱的に安定した状態で保存できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例による熱的に安定した垂直磁気記録媒体を、図面を参照して詳細に説明する。この過程で図面に示した層や領域の厚さはわかりやすさの観点から誇張して示すものである。
【００２０】
本発明者は数値スキーム研究を通じて垂直磁気記録媒体に具備された垂直磁気記録膜（以下、記録膜）、すなわち磁性体層の異方性定数（Ｋ［ｅｒｇ／ｃｍ3］）が所定の値、例えば１０5ｅｒｇ／ｃｍ3以上である場合、前記記録膜の熱的磁化反転状態は記録膜の厚さによって異なることを見出した。
【００２１】
具体的には、単層または多層に構成された前記記録膜の厚さが臨界値以下である場合に、前記記録膜の熱的磁化反転は図２に示すようなコヒレントモードによって行われる。すなわち、記録膜に所定の熱が加わりながら記録膜のドメイン４０に含まれた磁気モーメント４０ａは同時に反転される。
【００２２】
一方、前記記録膜の厚さが臨界値より大きい場合に、前記記録膜の磁化反転は図３に示されたようにインコヒレントモードによって行われる。すなわち、最終的にはドメインの磁化状態はコヒレントモードによる場合と同一になるが、その過程は前記コヒレントモードと全く異なる。
【００２３】
図３に示すように、記録膜に所定の熱を加えると、前記記録膜のドメイン４２の磁化状態が磁気モーメント別に異なるものとなる。すなわち、ドメイン４２の第１磁気モーメント４４は前記所定の熱が加わると反転されるが、第２磁気モーメント４４ａは第１磁気モーメント４４が完全に反転された後、反転を開始して所定の時間が流れた後で完全に反転される。
【００２４】
言い換えれば、インコヒレントモードの場合、ドメイン４２の第１磁気モーメント４４および第２磁気モーメント４４ａの磁化状態は時差をおいて反転される。
【００２５】
前記インコヒレントモードによる反転中に、第１磁気モーメント４４および第２磁気モーメント４４ａの磁化状態が正反対になる状態が存在する。これによってドメイン４２に記録膜の厚さ方向に偶数個のドメイン壁Ｗが形成される。したがって、前記インコヒレントモードによる反転中にドメイン４２のエネルギー障壁はドメイン壁エネルギーのＮ倍になる。ここで、Ｎは２，４，６，・・・である。
【００２６】
図４を参照すれば、記録膜の厚さが臨界値以上である場合、すなわち記録膜の磁化反転がインコヒレントモードによって起こる場合のエネルギー障壁（以下、第２エネルギー障壁）は、記録膜の磁化反転がコヒレントモードによって起きる場合のエネルギー障壁（以下、第１エネルギー障壁）と比べて、常に同じか、小さくなる。したがって、記録膜の厚さが臨界値以上である場合に、
2006120253.tif 000006
を求めることができる。
【００２７】
次に、このような新しい厚さ範囲を求めるために実施した数値スキーム（numeral scheme）の結果を図５を参照して説明する。
【００２８】
図５で横軸は、記録膜の厚さをドメイン壁厚δwに正規化したものを表し、縦軸は、エネルギー障壁をドメイン壁エネルギーＥwに正規化したものを表す。前記ドメイン壁厚δwおよびドメイン壁エネルギーＥwはそれぞれ次の数式２および３に表現される。
【００２９】
【数２】
2006120253.tif 000007
【００３０】
【数３】
2006120253.tif 000008
【００３１】
図５で、第１グラフ Ｇ１は従来の記録膜のエネルギー障壁（ＥB＝ＫＶ）を表し、第２グラフ Ｇ２は本発明による階段式に変化する記録膜のエネルギー障壁を表す。
【００３２】
第１グラフＧ１および第２グラフＧ２を相互比較すると、本発明による記録膜のエネルギー障壁の第１階段 Ｓ１が始まる厚さは２δw／πであることが分かる。この厚さで、熱に対する記録膜の磁化状態はコヒレントモードおよびインコヒレントモードによって転移される。以下、この厚さを転移厚さｔc（transition thickness）という。
【００３３】
垂直磁気記録媒体の記録膜厚さが転移厚さｔc以下である時、第１グラフＧ１および第２グラフＧ２の何れでもエネルギー障壁はＫＶとして表現されることが分かる。このような事実から、転移厚さｔc以下で前記記録膜が熱的に安定化されるためには、前記記録膜の厚さｔは、次の数式４を満足するものでなければならないことになる。
【００３４】
【数４】
2006120253.tif 000009
【００３５】
数式４でｋBは、ボルツマン定数（１.３８１×１０-16ｅｒｇ／Ｋｅｌｖｉｎ）を、Ｔは、記録膜の絶対温度を、Ｋは、前記記録膜の異方性定数を、Ｄは、前記記録膜の平均グレイン直径を表す。
【００３６】
一方、数式４が満足されるためには、次の数式５が成立している必要がある。
【００３７】
【数５】
2006120253.tif 000010
【００３８】
数式２のドメイン壁厚δWと転移厚さｔCとの関係を利用して数式５を整理すれば、次の数式６によってグレインサイズＤに対する前提条件が得られる。
【００３９】
【数６】
2006120253.tif 000011
【００４０】
結局、数式６と同じ前提条件を満足しながら熱的に安定した記録膜の厚さｔ１の範囲は、数式４に数式２のドメイン壁厚δWと転移厚さｔCとの関係を適用することによって次の数式７で与えられる。
【００４１】
【数７】
2006120253.tif 000012
【００４２】
一方、数式６のような前提条件を満足しない場合、すなわち、前記記録膜の平均グレイン直径Ｄが次の数式８を満足する場合、前記記録膜のエネルギー障壁はドメイン壁エネルギーの２ｎ（ｎは１，２，３，・・・）倍になって前記記録膜の厚さが数式７で与えられたとしても熱的に安定化できない。
【００４３】
【数８】
2006120253.tif 000013
【００４４】
このような場合に第２グラフＧ２の第１階段Ｓ１のエネルギー障壁が熱的安定化条件、
2006120253.tif 000014
判断の結果、第１階段Ｓ１のエネルギー障壁が前記熱的安定化条件を満足しない場合、第２段階Ｓ２、第３段階Ｓ３、第４階段Ｓ４、・・・のエネルギー障壁が前記熱的安定化条件を満足するか否かを順次に判断する。すなわち、第１段階ないし第４階段Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４でエネルギー障壁ＥBが６０ｋBＴより大きい領域があるか否かを判断する。
【００４５】
このような判断を通じて第１段階ないし第４階段Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４で前記熱的安定化条件と数式８とを満足する領域、すなわち記録膜の厚さ範囲を求めることができるが、記録媒体の小型化傾向を考慮する時、記録膜の厚さはできるだけ薄いことが望ましい。したがって第２段階ないし第４階段Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４よりは第１階段Ｓ１で発見された、前記熱的安定化条件と数式８とを満足する記録膜の厚さ範囲を利用することが望ましく、第１階段Ｓ１のうちでもできるだけ薄い前側部分に属する記録膜の厚さ範囲を利用することがさらに望ましい。第２段階ないし第４階段Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４で発見された記録膜の厚さ範囲を利用しようとする場合にも、同じ趣旨で各階段の前側部分に属する記録膜の厚さ範囲を利用することが望ましい。
【００４６】
次の数式９は、前記判断過程を通じて第１階段Ｓ１の前側部分、すなわち転移厚さｔCに近接した部分で発見された記録膜の厚さｔ２範囲を表す。
【００４７】
【数９】
2006120253.tif 000015
【００４８】
数式９で、ｎは次の数式１０を満足する最小の定数（整数）である。
【００４９】
【数１０】
2006120253.tif 000016
【００５０】
図６は、前述した数値スキームの結果に基づいた本発明の実施例による垂直磁気記録媒体の構成を示す断面図であり、参照番号５０、５２、５４は、それぞれ下部膜、記録膜、上部膜を示す。
【００５１】
下部膜５０は、基板とその上に形成された多様な物質膜を含む。例えば、下部膜５０は基板と前記基板上に形成された垂直配向膜を含むものとしてもよい。この垂直配向膜は、記録膜５２の磁化容易軸を記録膜５２表面に垂直に配向させる作用を有するものである。この時、前記基板と前記垂直配向膜間に軟磁性膜をさらに含むものとしてもよい。上部膜５４も多様な物質膜で構成することができるが、例えば保護膜および潤滑膜が順次に積層されて構成されたものとすることができる。
【００５２】
一方、記録膜５２は多様な磁性体膜により構成することができるが、たとえば、異方性定数ＫがＫ＞１０5ｅｒｇ／ｃｍ3である単一強磁性体膜、または少なくとも１枚の強磁性体膜を含む多層磁性体膜とすることができる。このような記録膜５２の全体厚さは数式６および７を満足する厚さｔ１であるか、数式８および９を満足する厚さｔ２であることが望ましい。
【００５３】
前記数式で、Ａは、記録膜材料の交換定数であり、その値は、１０4ｅｒｇ／ｃｍである。
【００５４】
次は前記数式６ないし９を特定記録膜に適用して該当記録膜の熱的に安定した厚さ範囲を求めるために実施した数値スキームについて説明する。
【００５５】
本数値スキームでは、垂直磁気記録媒体の記録膜であって、異方性定数Ｋが６６×１０6ｅｒｇ／ｃｍ3である白金化鉄膜を使用した。この時、温度Ｔは３００Ｋとした。そして、数値スキームはグレイン直径別に区分して実施し、前記グレイン直径は１ｎｍから１０ｎｍに設定した。
【００５６】
下の表１は、本数値スキームの結果を示す。
【００５７】
【表１】
2006120253.tif 000017
【００５８】
表１でｎは数式１０により求め、各グレインサイズでの最小定数（整数）を表す。ケースＩは磁化反転がコヒレントモードによる場合を、ケースＩＩはインコヒレントモードによる場合を表す。
【００５９】
表１を参照すれば、グレイン直径が１ｎｍまたは２ｎｍであり、ｎが５または２である時、ケースＩＩが現れるが、表１に記載された厚さ範囲で（最小エネルギー障壁／ｋBＴ）が６０以上であることが分かる。これはグレイン直径が１ｎｍおよび２ｎｍである場合、ケースＩＩが現れるが、最小定数ｎがそれぞれ５および２であり、白金化鉄膜の厚さが表１に記載された厚さの範囲に属する場合であれば、前記白金化鉄膜は１０年以上の長期間熱的に安定できることを意味する。
【００６０】
一方、グレイン直径が３ｎｍ〜１０ｎｍである場合にも、白金化鉄膜の厚さが表１に記載された厚さ範囲に属する場合、白金化鉄膜の（最小エネルギー障壁／ｋBＴ）は６０以上であるので、白金化鉄膜は１０年以上の長期間熱的に安定できる。
【００６１】
このような結果は、白金化鉄膜が何れのケースによるかを問わず、グレイン直径別の厚さが表１に記載された厚さの範囲に属する場合、該当厚さを有する白金化鉄膜は熱的に安定していることを意味する。
【００６２】
したがって表１に記載された厚さの範囲に属する厚さを有する白金化鉄膜に書き込まれたデータは長期間熱的に安定して保存される。
【００６３】
本発明による垂直磁気記録媒体の記録膜は、平均グレイン直径Ｄが数式６を満足する時には、数式７で与えられる厚さを採用し、平均グレイン直径が数式８を満足する時には、数式９で与えられる厚さを採用することで、熱的に安定した厚さを有するものとなる。それにより、データ保存年限が従来に比べてはるかに長い垂直磁気記録媒体が具現でき、１０年以上の期間にわたり、記録膜に書き込まれたデータを熱的に安全に保存できる。また、数式６ないし数式９を利用することによって、垂直磁気記録媒体の製造過程でグレインサイズによる熱的に安定した記録膜の厚さをより正確に決定できる。
【００６４】
前記説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは発明の範囲を限定するより、望ましい実施例の例示として解釈されねばならない。例えば、この分野で当業者であれば、数式７または数式９の厚さ範囲を僅かに外れる厚さを有する記録膜を含む垂直磁気記録媒体が具現できる。また、第１段階ないし第４階段Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の間の厚さの差はｎｍ単位を有する程に小さいので、当業者であれば、垂直磁気記録媒体に含まれた垂直磁気記録膜に第１階段Ｓ１の後側で発見された厚さ範囲、または第２階段ないし第４階段Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４で発見された厚さ範囲を有する記録膜を適用する場合もある。それゆえに、本発明の範囲は上述の実施例によって定められるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明はデータの書込み、再生および消去可能なデータ記録装置、例えばハードディスクドライブの記録媒体、各種携帯用情報通信機器のデータ記録媒体、メモリ機能を有する家電製品に内蔵されたデータ記録媒体などで使用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】一般的な垂直磁気記録媒体の構成を示す断面図である。
【図２】垂直磁気記録媒体に具備された垂直磁気記録膜のドメインについての熱的磁化反転を示す模式図であり、コヒレントモードによる磁化反転を示す図である。
【図３】垂直磁気記録媒体に具備された垂直磁気記録膜のドメインに対する熱的磁化反転を示す模式図であり、インコヒレントモードによる磁化反転を示す図である。
【図４】垂直磁気記録媒体に具備された垂直磁気記録膜の磁化反転モード別のエネルギー障壁変化を示すグラフである。
【図５】従来および本発明の実施例による垂直磁気記録媒体に対するエネルギー障壁の変化を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例による熱的に安定した垂直磁気記録媒体の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
５０    下部膜
５２    記録膜
５４    上部膜
【図１】
2006120253.tif 000021
【図２】
2006120253.tif 000022
【図３】
2006120253.tif 000023
【図４】
2006120253.tif 000024
【図５】
2006120253.tif 000025
【図６】
2006120253.tif 000026