(57)【要約】 【課題】熱安定性と記録容易性を両立させ，高い面記録密度が得られる垂直磁気記録媒体を提供する。【解決手段】垂直磁気記録媒体は、基板上に順に設けられた、結晶粒子間の粒界幅が０．５ｎｍ未満である下地層、及び下地層上に接触して形成された、磁性層と非磁性層とを交互に各々二層以上積層した多層磁気記録層を備える。磁性層と非磁性層はそれぞれ連続層である。磁性層は、Ｃｏを主成分とする磁性結晶粒子と、磁性層全体に分散された酸化物からなる複数のピニングサイトとを有する。垂直磁気記録媒体は、保磁力付近における磁化曲線の傾きαが５以上となる磁気特性を有する。【選択図】図１
2015097137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、及び
該基板上に設けられ、結晶粒子からなり、該結晶粒子間の粒界幅が０．５ｎｍ未満である下地層、および該下地層上に接触して形成された、磁性層と非磁性層とを交互に各々二層以上積層した多層磁気記録層を備え、
前記磁性層は、Ｃｏを主成分とする磁性結晶粒子と、該磁性層全体に分散された酸化物からなり、磁壁をピン止めすることのできる複数のピニングサイトとを有し、
磁気記録層全体にわたり面内方向で交換結合している磁気的に連続した膜であり、
保磁力付近における磁化曲線の傾きαが５以上となる磁気特性を有する垂直磁気記録媒体。
【請求項２】
前記非磁性層は、プラチナまたはパラジウムを主成分とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項３】
前記酸化物は，コバルト酸化物，チタン酸化物，ケイ素酸化物，タングステン酸化物，及びタンタル酸化物からなる群から選択される少なくとも１種である請求項１または２に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項４】
前記酸化物は，チタン酸化物である請求項３に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項５】
前記磁性結晶粒子は、２ｎｍ以上１０ｎｍ以下の平均直径を有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項６】
前記非磁性層は、非磁性結晶粒子と、非磁性層全体に分散された酸化物からなるピニングサイトを含み、該非磁性層中のピニングサイトは、隣接する磁性層中のピニングサイトと互いに連結して柱状になっている請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項７】
前記下地層は，ルテニウムを主成分とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項８】
前記下地層の製膜時のＡｒガス圧が０．１ないし１．５Ｐａである請求項７に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体と、単磁極型の記録素子を有する磁気ヘッドとを具備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、垂直磁気記録媒体、及び磁気記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在，ＨＤＤの媒体にはＣｏＣｒＰｔ−酸化物グラニュラ型の磁気記録層が用いられているが，面記録密度を高めるためにはＣｏＣｒＰｔ磁性粒子を小さくする必要がある。しかし，磁性粒子を小さくすると熱安定性が低下し，データが消失しやすくなる。熱安定性は垂直磁気異方性を高めることにより改善することができるが，高速磁化反転時の保磁力も高くなって，ヘッドの記録磁界より大きくなると十分な記録ができなくなってしまう。
【０００３】
ＢＰＭ（Ｂｉｔ  Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｍｅｄｉａ）という解決策も検討されているが，磁気記録層を加工する際に媒体表面の平坦性が悪化してヘッドとメディアの接触が発生しやすくなるため，表面加工を行わない媒体の方が好ましい。また，ＢＰＭでは加工時にサーボやデータビットの位置が決まってしまうが，媒体完成後に自由に設定できる方が望ましい。
【０００４】
このようなことから、ＰＰＭ（Ｐｅｒｃｏｌａｔｅｄ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｍｅｄｉａ）という媒体が提案されている。ＰＰＭでは、磁壁移動型の磁性層中に空孔や非磁性のピニングサイトを形成して磁壁をピン止めすることによりビットを維持する。磁壁に囲まれた１ビットが熱揺らぎの単位となるため熱安定性が高く，磁壁移動により保磁力が低くなるので記録のしやすさが期待できる。しかしながら、実験的には，例えばＣｏＰｔ−酸化物ベースのＰＰＭは垂直磁気異方性不足と加熱の問題があり，Ｃｏ／Ｐｔ−空孔型のＰＰＭは基板を加工するため表面の平坦性に問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２５０３２号公報
【特許文献２】特開２００４−３４２１５５号公報
【特許文献３】特開２００４−３４２１５６号公報
【特許文献４】特開２００５−２０９３０３号公報
【特許文献５】特開２０１２−２２６７９２号公報
【特許文献６】特許第４５８０８１７号公報
【特許文献７】米国特許第７６９５８３２号明細書
【特許文献８】特許第４３２７７１０号公報
【特許文献９】特許第５０７５９９３号公報
【特許文献１０】米国特許第７６６６５３１号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｄｉｅｔｅｒ  Ｓｕｅｓｓ  ｅｔ  ａｌ，「ジャーナル・オブ・アプライドフィジクス（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ）」  ９９巻，  ｐ．８Ｇ９０５  （２００６）
【非特許文献２】Ｊｉａｎ−Ｇａｎｇ  Ｚｈｕ  ｅｔ  ａｌ．，「ＩＥＥＥ  トランサクション・オン・マグネティクス（ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ）」  ４３巻，  ｐ．６８７  （２００７）
【非特許文献３】Ｄａｖｉｄ  Ｅ．  Ｌａｕｇｈｌｉｎ  ｅｔ  ａｌ．，  「ＩＥＥＥ  トランサクション・オン・マグネティクス（ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ）」４３巻，  ｐ．６９３  （２００７）
【非特許文献４】Ｍ．Ｔｏｆｉｚｕｒ  Ｒａｈｍａｎ  ｅｔ  ａｌ．，  「アプライド・フィジクス・レター（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒ）」９２巻，  ｐ．１３２５０５  （２００７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の実施形態は、熱安定性と記録容易性を両立させ，高い面記録密度が得られる垂直磁気記録媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態によれば、基板、及び
該基板上に設けられ、結晶粒子からなり、該結晶粒子間の粒界幅が０．５ｎｍ未満である下地層、および該下地層上に接触して形成された、磁性層と非磁性層とを交互に各々二層以上積層した多層磁気記録層を備え，
前記磁性層は、Ｃｏを主成分とする磁性結晶粒子と、該磁性層全体に分散された酸化物からなり，磁壁をピン止めすることのできる複数のピニングサイトとを有し，
磁気記録層全体にわたり面内方向で交換結合している磁気的に連続した膜であり、
保磁力付近における磁化曲線の傾きαが５以上となる磁気特性を有する垂直磁気記録媒体が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の一例を表す模式的な断面図である。
【図２】第２の実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の他の一例を表す模式的な断面図である。
【図３】図１の多層垂直磁気記録層を平面から見た構造を模式的に表す図である
【図４】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５】実施形態に用いられる下地層の平面ＴＥＭ画像写真である。
【図６】実施形態にかかる磁気記録媒体の一例の断面構造を表すＤＦ−ＳＴＥＭ画像写真である。
【図７】実施形態にかかる磁気記録媒体の磁化曲線を表す図である。
【図８】実施形態にかかる磁気記録媒体の一例の酸化物添加量と磁気特性との関係を表すグラフである。
【図９】実施形態にかかる磁気記録媒体の他の一例の断面構造を表すＤＦ−ＳＴＥＭ画像写真である。
【図１０】実施形態にかかる磁気記録媒体の多層磁気記録層の平面構造を表すＤＦ−ＳＴＥＭ画像写真である。
【図１１】実施形態にかかる磁気記録媒体の他の一例の酸化物添加量と磁気特性との関係を表すグラフである。
【図１２】比較の磁気記録媒体の磁化曲線を表す図である。
【図１３】実施形態にかかる磁気記録媒体の他の一例の酸化物添加量と磁気特性との関係を表すグラフである。
【図１４】実施形態にかかる磁気記録媒体の他の一例の酸化物添加量と磁気特性との関係を表すグラフである。
【図１５】実施形態にかかる磁気記録媒体の他の一例の酸化物添加量と磁気特性との関係を表すグラフである。
【図１６】実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の一例のマイクロマグネティクスシミュレーション計算モデルを上から見た図である。
【図１７】第１の実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の一例の面内方向のマイクロマグネティクスシミュレーション計算モデルの一例を表す画像を示す写真である。
【図１８】第１の実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の他の一例の面内方向のマイクロマグネティクスシミュレーション計算モデルの一例を表す画像を示す写真である。
【図１９】第２の実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の一例のマイクロマグネティクスシミュレーション計算モデルの斜視図である。
【図２０】第２の実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の一例の面内方向のマイクロマグネティクスシミュレーション計算モデルの一例を表す画像を示す写真である。
【図２１】第２の実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の一例の面内方向のマイクロマグネティクスシミュレーション計算モデルの一例を表す画像を示す写真である。
【図２２】実施形態にかかる磁気記録媒体の他の一例の酸化物添加量と磁気特性との関係を表すグラフである。
【図２３】実施形態にかかる磁気記録媒体の他の一例の酸化物添加量と磁気特性との関係を表すグラフである。
【図２４】実施形態にかかる磁気記録媒体の他の一例の酸化物添加量と磁気特性との関係を表すグラフである。
【図２５】実施形態にかかる磁気記録媒体の他の一例の酸化物添加量と磁気特性との関係を表すグラフである。
【図２６】実施形態にかかる磁気記録媒体の他の一例の酸化物添加量と磁気特性との関係を表すグラフである。
【図２７】実施形態にかかる磁気記録媒体の他の一例の酸化物添加量と磁気特性との関係を表すグラフである。
【図２８】実施形態にかかる磁気記録媒体の他の一例の酸化物添加量と磁気特性との関係を表すグラフである。
【図２９】実施形態にかかる磁気記録媒体の他の一例の酸化物添加量と磁気特性との関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施の形態について説明する。
【００１１】
実施形態によれば、基板と、基板上に設けられた、下地層と、下地層に接触して設けられ、磁性層と非磁性層とを交互に各々二層以上積層した多層磁気記録層とを備えた垂直磁気記録媒体が提供される。
【００１２】
下地層は、結晶粒子からなり、結晶粒子間の粒界幅が０．５ｎｍ未満である。多層磁気記録層の磁性層と非磁性層はそれぞれ連続層である。磁性層は、Ｃｏを主成分とする磁性結晶粒子と、磁性層全体に分散された酸化物からなり，磁壁をピン止めすることのできる複数のピニングサイトとを有する。また、この垂直磁気記録媒体は、保磁力付近における磁化曲線の傾きαが５以上となる磁気特性を有する。
【００１３】
尚、ここでは、主成分とは、物を構成する材料の中に一番多く含まれる成分例えば元素あるいは化合物等のことをいう。
【００１４】
また、実施形態によれば、上記垂直磁気記録媒体と磁気ヘッドを備えた磁気記録再生装置が提供される。
【００１５】
実施形態によれば、垂直磁気記録媒体の磁気記録層にピニングサイトを有する多層膜を用いることで，高い熱安定性と記録容易性を両立させ，高い面記録密度が得られる。
【００１６】
実施形態に係る垂直磁気記録媒体では，高い垂直磁気異方性の得られる人工格子をベースに，磁性金属とは非固溶のピニングサイトを埋め込むことができる。
【００１７】
また、実施形態によれば、ピニングサイトとして粒界に析出しやすい酸化物を使用しても、磁性粒子を取り囲んで孤立化させる構造にせず，粒界の厚さを意図的に不均一にして特定の箇所に集中させることで、良好なピニングサイトとして機能し得る。
【００１８】
＜基板＞
基板としては、例えばガラス基板、Ａｌ系合金基板、セラミック基板、カーボン基板や、酸化表面を有するＳｉ単結晶基板等を用いることができる。
【００１９】
ガラス基板の材料としては、例えばアモルファスガラス、結晶化ガラスがあげられる。アモルファスガラスとしては、例えば汎用のソーダライムガラス、及びアルミノシリケートガラス等を使用できる。また、結晶化ガラスとしては、例えばリチウム系結晶化ガラスを用いることができる。セラミック基板としては、例えば汎用の酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、及び窒化珪素などを主成分とする焼結体や、これらの繊維強化物などが使用可能である。
【００２０】
あるいは、基板として、上記金属及び非金属の基板等の表面にメッキ法やスパッタ法を用いてＮｉＰ層が形成されたものを用いることもできる。
【００２１】
また、基板上への薄膜の形成方法として、スパッタリング法のみを取り上げたが，真空蒸着法や電解メッキ法などでも同様の効果を得ることができる。
【００２２】
＜軟磁性裏打ち層＞
実施形態において、基板と垂直磁気記録層との間に高透磁率な軟磁性裏打ち層を設けることにより、いわゆる垂直二層媒体を構成することができる。この垂直二層媒体において、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例えば単磁極ヘッドからの記録磁界を、水平方向に通して、磁気ヘッド側へ還流させるという磁気ヘッドの機能の一部を担っており、磁気記録層に急峻で充分な垂直磁界を印加させ、記録再生効率を向上させる役目を果たし得る。
【００２３】
軟磁性裏打ち層には、例えばＦｅ、Ｎｉ、及びＣｏを含む材料を用いることができる。
【００２４】
このような材料として、ＦｅＣｏ系合金例えばＦｅＣｏ、ＦｅＣｏＶなど、ＦｅＮｉ系合金例えばＦｅＮｉ、ＦｅＮｉＭｏ、ＦｅＮｉＣｒ、ＦｅＮｉＳｉなど、ＦｅＡｌ系合金、ＦｅＳｉ系合金例えばＦｅＡｌ、ＦｅＡｌＳｉ、ＦｅＡｌＳｉＣｒ、ＦｅＡｌＳｉＴｉＲｕ、ＦｅＡｌＯなど、ＦｅＴａ系合金例えばＦｅＴａ、ＦｅＴａＣ、ＦｅＴａＮなど、ＦｅＺｒ系合金例えばＦｅＺｒＮなどを挙げることができる。
【００２５】
また、Ｆｅを６０原子％以上含有するＦｅＡｌＯ、ＦｅＭｇＯ、ＦｅＴａＮ、ＦｅＺｒＮ等の微結晶構造、あるいは微細な結晶粒子がマトリクス中に分散されたグラニュラ構造を有する材料を用いることができる。
【００２６】
軟磁性裏打ち層の他の材料として、Ｃｏと、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、及びＹのうち少なくとも１種とを含有するＣｏ合金を用いることができる。Ｃｏは、好ましくは８０原子％以上含まれる。このようなＣｏ合金は、スパッタ法により製膜した場合にアモルファス層が形成されやすく、アモルファス軟磁性材料は、結晶磁気異方性、結晶欠陥および粒界がないため、非常に優れた軟磁性を示す。
【００２７】
このようなアモルファス軟磁性材料としては、コバルトを主成分とし，ジルコニウムを副成分として含有する合金例えばＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＮｂ、及びＣｏＺｒＴａなどのＣｏＺｒ系合金を挙げることができる。以上の材料には、アモルファスを形成しやすくするなどの目的で，さらにＢを加えることができる。
【００２８】
また、軟磁性裏打ち層にアモルファス材料を用いた場合には，アモルファス系の基板と同様に、その上に形成する金属層の結晶配向に直接的な影響をほとんど与えなくなるために，材料を変更しても磁気記録層の構造や結晶性に大きな変化はなく，基本的に同様の磁気特性および記録再生特性が期待できる。ＣｏＺｒ系合金のように３つ目の元素が異なる程度であれば，飽和磁化（Ｍｓ），保磁力（Ｈｃ），及び透磁率（μ）などの違いも小さいので，ほぼ同等の磁気特性および磁気記録再生特性が得られる。
【００２９】
＜下地層＞
実施形態にかかる垂直磁気記録媒体において、基板あるいは基板上に設けられた軟磁性裏打ち層と、垂直磁気記録層との間に下地層を設けることができる。
【００３０】
下地層としては，例えばｈｃｐやｆｃｃ構造の金属であるＲｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，ＰｔやＴｉを使用することができる。これらは記録層の主成分のＣｏやＰｔ，Ｐｄと同じ最密結晶構造であり，格子ミスマッチも大き過ぎず，最密面が膜面と平行に成長しやすく，柱状成長させやすいなどの点で好ましい。また，Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＴｉからなる群から選択される少なくとも１種と、Ｃｏ、及びＣｒからなる群より選択された少なくとも一種とからなる合金を使用することもできる。さらに，例えばＢ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｎｂ、Ｈｆ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ｎｄ、Ｚｒ、Ｗ、及びＮｄからなる群より選択された少なくとも一種を添加することができる。
【００３１】
磁気記録層の磁性粒子を磁気的に孤立させる従来のグラニュラ媒体では，下地層の結晶粒子間も構造的に分離させていた。特に高ガス圧中で製膜したＲｕ下地層を用いることで，およそ１ｎｍかそれ以上の比較的均一な粒界層に磁性粒子が取り囲まれたＣｏＰｔＣｒ−酸化物グラニュラ型磁性層を形成し得る。酸化物を用いてＰＰＭを作製する場合，酸化物は磁性結晶粒子の周辺に偏析する傾向があるけれども，磁気的に孤立した粒子にならない方がよい。むしろ粒界層厚は不均一で，隣接粒子と部分的には粒界層が薄く磁気的に結合しており，一方では酸化物が集中して粒子間に大きな塊ができ、磁壁のピニングサイトとして機能する方が好ましい。そのため，ＰＰＭでは下地層を低ガス圧で製膜することにより，下地層の結晶粒子間に隙間ができないようにするか、あるいは下地層の粒界幅を狭くすることが考えられる。下地層を成膜する際の適当なガス圧は製膜装置にも依存するが，例えば好ましくは０．０５ないし３Ｐａであり，ガス圧が０．０５Ｐａ未満であると、放電が発生しにくくスパッタリングが困難となる傾向があり、３Ｐａを越えると、下地層の粒子間に隙間ができて磁性粒子が孤立化しやすくなる傾向がある。ガス圧はより好ましくは０．１ないし１．５Ｐａである。粒界には実質的に厚みがないのが良く，粒界幅は厚くても０．５ｎｍ未満であることが好ましい。通常スパッタリングに用いられる遷移金属の最近接原子間距離は０．２５〜０．３ｎｍであり， 結晶粒子内ではこの間隔で格子を組んでいる。多結晶膜において粒界は結晶格子の欠陥であるため，粒界における原子間距離は最近接よりも大きくなるが，２倍の０．５ｎｍ未満であれば結晶粒子間にほとんど隙間がないとみなすことができる。
【００３２】
また，この垂直磁気記録媒体は、複数の下地層を積層して，磁気記録層の結晶粒径や結晶配向を改善することができる。これらの改善によって下地層を薄くすることができれば，磁気ヘッドと軟磁性裏打ち層の距離（スペーシング）を短くして記録再生特性を改善することもできる。軟磁性裏打ち層に近い側の下地層については，軟磁気特性を持たせることができれば，裏打ち層としても機能するので，さらに磁気ヘッドとの距離を短くすることができて好適である。
【００３３】
実施形態における下地層の材料としては，ｈｃｐやｆｃｃの金属が結晶配向を高めやすいという利点があるが，垂直磁気記録層と接しない側の下地層にはｂｃｃの金属を用いることが可能で，結晶構造の違いにより下地層の結晶粒径を微細化する効果が期待できる。複数材料の積層は必須ではないが，設けるのであれば好適な材料は、例えばＲｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｔｉ，Ａｌ及びその合金からなる群から選択される少なくとも１種を含むことができる。さらに特性を改善するために，これらの材料を混ぜ合わせても良いし，別の元素を混ぜても良く，またそれらを積層しても良い。
【００３４】
特にＲｕを下地層の材料として用いた場合，結晶粒径を微細化するためにＲｕの下に積層するシード層として，Ｔｉ／ＣｕやＡｌＳｉ／Ｐｄが報告されている。従来の酸化物を含むＣｏＰｔＣｒグラニュラ媒体で下地層のＲｕ結晶粒子１個の上に磁性粒子１個が成長する場合などにおいて，Ｒｕの粒径を小さくして磁性粒子を微細化すると，粒径分散が大きくなったり粒界層厚が不均一になったりする傾向があった。先にも述べたように，酸化物をピニングサイトとして利用するＰＰＭにおいて，この傾向はむしろ好ましいと考えられる。また，実施形態にかかるＰＰＭでは磁気記録層にＣｏ系の多層膜を想定しているが，従来のＣｏＰｔＣｒ記録層と材料は類似しているので，Ｒｕ下地層を用いた場合，多層膜の粒子はＲｕ粒子と１対１の関係で成長しやすいと考えられる。その場合，下地層の粒径によって記録層の粒径を制御しやすくなる点も好ましい。シード層によって粒径やその分散は異なったとしても，酸化物を用いたＰＰＭにおいて下地層の粒径微細化は好ましいと考えられる。多層膜の非磁性層にＰｔやＰｄを用いた場合には，下地層の材料は，粒径を微細化できるのであれば，格子マッチングの観点から，ＲｕよりもＰｔやＰｄの方が好ましいと考えられる。
【００３５】
下地層の厚さは，好ましくは０．１ないし５０ｎｍ，より好ましくは４ないし３０ｎｍである。Ｒｕに限らず，一般に下地層は厚くした方が結晶性が高めやすくなるため好ましいが，平均層厚が１原子層以下で島状に点在した構造となっても結晶粒径や結晶配向を改善する効果が期待できる場合がある。しかし、０．１ｎｍ未満であると、磁性層の構造を改善するのが困難となる傾向がある。下地層が良好な特性を示す軟磁性体であればスペーシングの観点からは最大値の制限はなくなるが，通常、下地層の厚さが５０ｎｍを越えると、磁性がない場合には厚くし過ぎるとスペーシングの増加により磁気ヘッドによる記録能力や記録分解能の低下を招くこと傾向がある。
【００３６】
＜垂直磁気記録層＞
図１に、実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の一例を表す模式的な断面図を示す。
【００３７】
図２に、実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の他の一例を表す模式的な断面図を示す。
【００３８】
図３に、図１の多層垂直磁気記録層を平面から見た構造を模式的に表す図を示す。
【００３９】
一実施形態にかかる垂直磁気記録層１０は，図１に示すように，基板１上に、非磁性層２−１，２−２，２−３，２−４，２−５と磁性層３−１，３−２，３−３，３−４とを交互に積層した多層構造となっている。磁性層３−１，３−２，３−３，３−４は、磁性材料部に分散され、前記非磁性層の主成分である非磁性材料とは異なる非磁性金属からなる複数のピニングサイトを有する。また、非磁性層２−１，２−２，２−３，２−４，２−５は、非磁性材料部内に分散され、非磁性材料とは異なる非磁性金属からなる複数のピニングサイトを含み、非磁性層中のピニングサイトは、隣接する磁性層中のピニングサイトと互いに連結して柱状のピニングサイト４を構成している。なお、図１では模式的に柱状のピニングサイトが多層磁気記録層を膜面に垂直に貫いているが，曲がったり不連続であったりしても良い。
【００４０】
また、他の実施形態にかかる垂直磁気記録媒体２０は、図２に示すように、基板１上に、非磁性層１２−１，１２−２，１２−３，１２−４，１２−５と磁性層１３−１，１３−２，１３−３，１３−４とを交互に積層した多層構造となっている。磁性層１３−１，１３−２，１３−３，１３−４は、磁性材料部に分散され、前記非磁性層の主成分である非磁性材料とは異なる非磁性金属からなる複数のピニングサイト１４を有する。ピニングサイト１４は磁性層１３−１，１３−２，１３−３，１３−４の膜面内に分散して点在した構造となっている。
【００４１】
磁性層が膜面内で磁気的に強く結合していて磁化反転が磁壁移動によって行われる媒体では，上記のような非磁性の領域は磁壁の移動を抑制するピニングサイトとして働く。図１のようにピニングサイトが柱状である場合には，より大きな磁壁のピン止め効果が期待できる。図２のようにピニングサイトが点在している場合には，その磁性層を何層か重ねて上から見ると膜面の至る所にピニングサイトが存在することになる。その場合，磁壁の止まる位置，つまり記録ビットの境界が比較的自由に決めることができるため，高密度記録に適していると思われる。ピニングサイトは図３のように規則的に配列することが好ましいが，通常のスパッタプロセスでは規則配列は困難であり，図２のように不規則な配列でも良い。
【００４２】
なお，磁壁の厚さがピニングサイトの直径より厚いとピニングされない傾向があり，マイクロマグネティクスシミュレーションにより計算してもそのような結果が得られるので，磁壁厚はピニングサイト径よりも薄くする必要がある。
【００４３】
例えば３Ｔｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ２程度の面記録密度の場合，ヘッド走行方向のビット長は（トラック幅にもよるが）１０ｎｍ程度になるため，ビット間の遷移領域となる磁壁の厚さは５ｎｍ以下が必要になると予想される。
【００４４】
磁壁の厚さδは，交換スティフネス定数Ａと磁気異方性定数Ｋにより，下記式（１）
δ＝π√（Ａ／Ｋ）…（１）
で与えられるので，例えば交換結合が強い場合（Ａ＝１μｅｒｇ／ｃｍ）に磁壁厚を５ｎｍとするためには，Ｋ＝４×１０７ｅｒｇ／ｃｃのかなり高い磁気異方性が必要となる。面記録密度が低い場合や，Ａを小さくしたりすることにより，要求されるＫの値を小さくすることはできるが，ここでは例えば１×１０７ｅｒｇ／ｃｃ以上が好ましい。
【００４５】
ピニングサイト径はＫｕ（一軸結晶磁気異方性定数；結晶軸が膜面垂直方向を向いている場合には垂直磁気異方性）次第だが，大きい方がピニングエネルギーが高く熱安定性を高めることができる。一方，記録密度が高まると１ビットも小さくなるのでピニングサイト径も小さくする必要があり，例えば１ないし１０ｎｍが好ましい。ピニングの強度は磁壁の厚さにも依存するが，面記録密度１Ｔｂｉｔ／ｉｎｃｈ２以上であればピニングサイト径は２ないし６ｎｍが好ましい。ピニングサイトの充填密度はピニングサイト径や要求される面記録密度次第ではあるが，例えば１０ないし５０％，好ましくは２０ないし４０％くらいが目安となる。
【００４６】
（材料）
多層磁気記録層における磁性層の材料としては，高い磁気異方性Ｋｕが得られるＣｏを主成分とする。ＣｏはＦｅや希土類と比較して耐食性が高いという利点を有する。Ｃｏ系多層膜における非磁性層の材料には，ＰｔやＰｄを用いると，通常結晶質で最密面が配向した場合に１×１０７ｅｒｇ／ｃｃ以上の特に高いＫｕが得られ，薄い磁壁厚，しがたって狭いビット間遷移領域が得られるので，高い面記録密度が期待できる。Ｎｉは磁性体であるが，非磁性層の領域にＮｉを用いても良い。［Ｃｏ／Ｎｉ］多層膜はＰｔやＰｄの場合よりＫｕは低くなるが，層間が磁気的に結合することで高い熱安定性や，磁性体であることで再生出力の増加が期待できる。その他，多層構造で高Ｋｕが得られるのであれば，他の材料を用いることも可能である。
【００４７】
非磁性ピニングサイトの材料は磁性層とは混じらない必要がある。磁性粒子にＣｏのような金属を用いる場合，分離しやすい材料として一般には酸化物が選ばれることが多いが，従来のグラニュラ型の磁性層のように粒界に偏析しやすい傾向にある。従来はそれを利用して，磁性粒子間の交換結合を切るように厚く均一な酸化物粒界層を目指していた。しかしながらＰＰＭでは図３のように非磁性ピニングサイトが点在している構造を目指しているので，酸化物は特定の箇所に集中している方が好ましい。合金と酸化物を組み合わせた系では強力な加熱により図３に近い構造を作ることも可能であるが，多層構造が崩れたり媒体表面の平坦性が悪化したりするほどの加熱を行わないことを前提としている本願では，それほど極端に酸化物は１ヶ所に固まらない。
【００４８】
そこで実施形態では，下地層の段落でも述べたように，あえて酸化物粒界層厚を不均一にした磁気記録層を考案した。下地層を微細化して結晶粒子の隙間を詰め，磁性層の結晶粒子の隙間も詰まるようにした状態で酸化物を添加すると，磁性層の粒界層厚は薄くなる部分と，それでは入りきれなくなった酸化物が集まる部分とができると考えられる。粒界層の薄い部分では粒子間の交換結合が切れていないので，このように膜全体がどこかで磁気的に繋がっている構造となることで，磁壁が形成され磁化反転は磁壁移動によって行われる。一方，酸化物が集中した部分は磁壁の移動を抑制するように働き，磁化曲線上では保磁力Ｈｃが増加し，ヘッドによる記録の際には磁壁をピン止めして高密度記録を可能にする。部分的には粒子間に隙間がなくても良いが，薄くても粒界層があると，上記式（１）のＡが小さくなって粒界層では磁壁が薄くなり，磁壁が粒界で留まりやすくなると考えられる。従来のグラニュラ媒体の経験から，隣接する磁性粒子間の最も近い部分で粒界層厚が１ｎｍ以上あると，交換結合はほぼ切れていると考えられる。そのため，実施形態における隣接する磁性結晶粒子間の粒界幅は，最も近い部分で厚くても０ないし１ｎｍ未満，最も離れている部分では１ｎｍ以上あることが好ましい。最も離れている部分の最大値は先に述べたピニングサイト径程度になるはずである。
【００４９】
磁性結晶粒子については，図２のようにピニングサイトがランダムに入っている構造であれば，先に述べた通り記録ビットの境界が粒子形状に比較的依存しないので，粒子の大きさの制約は少ない。これに対してピニングサイトが図１のように柱状である場合には，ビットの境界はピニングサイトを結んだ線上や粒界層などになり，記録密度を高めるためには粒径が小さい方が良いことになる。その場合，好ましい磁性粒子径（平均直径）は，面記録密度次第ではあるが，例えば１Ｔｂｉｔ／ｉｎｃｈ２以上であれば，２ないし１０ｎｍ，より好ましくは４ないし８ｎｍである。磁性粒子径が２ｎｍ未満であると、粒子の結晶性が低下して磁気特性が劣化すると予想され、磁性粒子径が８ｎｍを越えると高い面記録密度の実現が困難となる傾向がある。
【００５０】
多層磁気記録層に添加する酸化物は，ＴｉＯ，ＴｉＯ２，ＳｉＯ２，ＷＯ３，Ｔａ２Ｏ５及びＣｏＯから選ばれる１種類以上の元素を含むことができる。特にＴｉの酸化物を用いると，高Ｈｃや高Ｓ／Ｎ比が得られて好ましい。酸化物材料は，ターゲットの時点では化学量論組成の酸化物であるはずだが，スパッタされた時点で一度分解され，製膜後の膜中では必ずしも元の酸化物の組成にはなっていない状態で，アモルファスの粒界に多く存在する。多層膜中の磁性層のＣｏも酸化しやすい材料であり，一部は酸化物材料に含まれる酸素と結合すると考えられる。その場合，Ｃｏの酸化物も粒界の一部を形成し，ピニングサイトとして機能することになる。
【００５１】
多層磁気記録層は、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、及び酸化物等の主成分のほかに、副成分としてＴｉ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｃｕ，Ａｇ，及びＡｕから選ばれる１種類以上の元素を含むことができる。Ｃｏと非固溶の非磁性材料の場合には，それが酸化してもしなくてもピニングサイトとして機能することが期待できる。Ｃｏと合金や化合物を形成する材料の場合には，それに加えて，Ｃｏの交換結合を低下させて磁性粒子中の磁壁を薄くする効果も期待できる。例えばＣｒを添加した場合には，一部はＣｏと合金を形成し，一部は酸化するものと予想される。また，上記元素を含む事により、磁性結晶粒子の微細化を促進、あるいは結晶性や配向性を向上させる可能性がある。
【００５２】
（磁化曲線の傾きα）
磁性層の層厚は，一般に薄いほど高Ｋｕが得られるが，１原子層程度約０．２ｎｍよりも薄くしすぎると逆にＫｕが低下する傾向があるため，０．２ないし１ｎｍが好ましい。例えば０．４ｎｍにすることができる。
【００５３】
非磁性層の層厚は，高Ｋｕが得られるように最適化するのが良い。垂直磁気記録層に用いられる材料の他，下地層の材料などにも依存するが，［Ｃｏ／Ｐｔ］や［Ｃｏ／Ｐｄ］多層膜であれば，非磁性層の層厚は、好ましくは０．２ないし２ｎｍ，より好ましくは０．４ないし１．２ｎｍである。０．２ｎｍ未満であると、高Ｋｕを得にくい傾向があり、２ｎｍを越えると垂直磁気記録層の層厚が厚過ぎてヘッド磁界が十分に届かなくなる傾向がある。
【００５４】
なお，多層磁気記録層においては，磁性層が十分に非磁性層に挟まれることで大きな界面磁気異方性が得られるため，磁性層の厚さは非磁性層の厚さと同等あるいはそれ以下が好ましい。
【００５５】
磁性層や非磁性層の層厚は，１層目から最上層まで全て同じである必要はなく，各層厚を調整することで膜厚方向のＫｕやＭｓを変化させ異方性磁界Ｈｋ（＝２Ｋｕ／Ｍｓ）を適宜調節することができる。例えば磁気ヘッドで記録を行う際，垂直磁気記録層のヘッドに近い部分は記録磁界が大きくヘッドから遠いほど小さくなるので，それに合わせて記録層上部のＨｋを高く下部のＨｋを低めに設定することができる。
【００５６】
多層磁気記録層の層数は、好ましくは３ないし４０層、より好ましくは５ないし２０層である。この範囲であると、より高記録密度に適した磁気記録再生装置として動作し得る。多層磁気記録層の層数が３層未満であると、磁性層の層数が少なく再生出力が低過ぎてシステムノイズの比率が高くなる傾向があり、多層磁気記録層の層数が４０層を超えると、再生出力が高過ぎて波形を歪ませる傾向がある。
【００５７】
垂直磁気記録層の保磁力Ｈｃは、２ｋＯｅ以上とすることが好ましい。保磁力Ｈｃが２ｋＯｅ未満であると、ピニングが不十分で高い面記録密度を得にくい傾向がある。
【００５８】
垂直磁気記録層の垂直角型比は、０．９以上であることが好ましい。垂直角型比が０．９未満であると、結晶配向が悪化しているか，部分的に熱安定性が低下した構造が形成されている可能性がある。
【００５９】
Ｈｃ付近における磁化曲線の接線と負の飽和値との交点の磁界を核生成磁界Ｈｎとすると，ＨｎはＨｃより小さくなるが，再生出力，熱揺らぎ耐性，隣接トラック記録時の情報消去耐性などの観点からはなるべく大きい方が好ましい。しかしながら，Ｈｎを大きくすると言うことは，Ｈｃ付近における磁化曲線の傾きαを大きくするということになるが，従来のグラニュラ型の垂直磁気記録媒体ではαを大きくするとＳ／Ｎ比が低下する傾向があり好ましくなかった。
【００６０】
ここで，一般に保磁力Ｈｃ付近における磁化曲線の傾きαは，下記式（２）のように表記される。
【００６１】
α＝ｄＭ／ｄＨ｜Ｈ＝Ｈｃ…（２）
実施形態では，ＣＧＳ単位系のＭｓ（ｅｍｕ／ｃｃ），Ｈｃ，Ｈｎ（Ｏｅ）を用いて下記式（３）のように定義する。
【００６２】
α＝４πＭｓ／（Ｈｃ−Ｈｎ）…（３）
なお，磁気記録層が磁性層と非磁性層を交互に積層した多層構造の場合，磁性層のみの体積を用いてＭｓを計算する場合が多いが，ここではグラニュラのような単層の磁性層との比較も考慮して，Ｍｓおよびαの数値を表示する際には，基本的には非磁性層も含めた多層磁気記録層全体の体積を用いることにする。
【００６３】
垂直磁気記録層のＨｃ付近における磁化曲線の傾きαは，磁性粒子間の交換結合が静磁結合に比べて十分に小さくなった場合にほぼ１になることが知られている。交換結合が強くなると（Ｈｃ−Ｈｎ）が小さくなり，αは１より大きくなる。現在実用化されているグラニュラ型の垂直磁気記録媒体では，多少粒子間結合を強めた方が総合的に良好な記録再生特性が得られるため，αは２前後となっている。しかしながら，基本的には粒子間結合が弱い方が高い線記録密度で高いＳ／Ｎ比が得られる傾向があり，グラニュラ型の垂直磁気記録媒体では，αが３よりも大きくなるような強い粒子間結合は好ましくない。αが５以上ともなると，磁性粒子はそれぞれ独立した磁化反転ではなく，隣接する粒子の反転に引っ張られて反転する傾向が強くなると言える。
【００６４】
ここで，磁壁移動型の磁化反転でよく知られている軟磁性体ではＨｃやＨｎの値が小さいこともあって，αは１０００から１００００と言ったような大きい値になる。磁気記録層に用いられる硬磁性体は，磁気異方性が大きいために磁化回転しやすく磁壁に相当する遷移領域も格段に薄くなることから，αが大きい場合でも磁壁移動型と表現するのが適切でない場合も考えられるが，αが５以上ともなると磁化反転の進行過程はほぼ磁壁移動型と同様と考えられる。
【００６５】
実施形態にかかる磁気記録媒体は，従来のグラニュラ媒体の磁化回転型ではなく，磁壁移動型の磁化反転を前提としているため，Ｈｃ付近における磁化曲線の傾きαは５以上であり，Ｈｎを大きく確保できるため好ましい。
【００６６】
＜保護層＞
保護層は、垂直磁気記録層の腐食を防ぐとともに、磁気ヘッドが媒体に接触したときに媒体表面の損傷を防ぐことができる。その材料としては、例えばＣ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２を含むものがあげられる。
【００６７】
保護層の厚さは、１ないし６ｎｍとすることが好ましい。これにより、ヘッドと媒体の距離を小さくできるので、高密度記録に好適である。保護層の厚さは、１ｎｍ未満であると磁気記録層の腐食や損傷を防ぐ効果が不十分となる傾向があり、６ｎｍを越えると、ヘッドと磁気記録層の距離が遠くて高密度での記録再生が困難となる傾向がある。
【００６８】
また、保護層上には、図示しない潤滑層を設けることができる。
【００６９】
潤滑層に使用される潤滑剤としては、例えばパーフルオロポリエーテル、フッ化アルコール、フッ素化カルボン酸などを用いることができる。
【００７０】
＜磁気記録再生装置＞
図４に、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。
【００７１】
図４に示されるように、実施形態にかかる垂直磁気記録装置３０は、上面の開口した矩形箱状の筐体３１と、複数のねじにより筐体３１にねじ止めされる筐体の上端開口を閉塞する図示しないトップカバーを有している。
【００７２】
筐体３１内には、実施形態にかかる垂直磁気記録媒体３２、この垂直磁気記録媒体３２を支持及び回転させる駆動手段としてのスピンドルモータ３３、磁気記録媒体３２に対して磁気信号の記録及び再生を行う磁気ヘッド３４、磁気ヘッド３４を先端に搭載したサスペンションを有し且つ磁気ヘッド３４を垂直磁気記録媒体３２に対して移動自在に支持するヘッドアクチュエータ３５、ヘッドアクチュエータ３５を回転自在に支持する回転軸３６、回転軸３６を介してヘッドアクチュエータ３５を回転、位置決めするボイスコイルモータ３７、及びヘッドアンプ回路３８等が収納されている。
【００７３】
磁気ヘッド３４は、図示しないほぼ矩形状のスライダに形成されたいわゆる複合型ヘッドであり、単磁極構造のライトヘッドと、ＧＭＲ膜やＴＭＲ膜などを用いたリードヘッドと記録再生用のＭＲ（磁気抵抗）ヘッドとを有する。
【００７４】
磁壁移動型の垂直磁化膜の場合，垂直方向に磁界を印加した時に保磁力は最小になり，垂直方向と印加磁界のなす角が大きくなるほど磁化反転に必要な磁界は大きくなる。そのため，垂直方向に磁界を印加しやすい単磁極構造のライトヘッドを用いると，記録がしやすいため好ましい。  
［実施例］  
【実施例１】
【００７５】
非磁性基板として、ディスク状の洗浄済みのガラス基板（オハラ社製、外直径２．５インチ）を用意した。このガラス基板をマグネトロンスパッタ装置（キヤノンアネルバ社製Ｃ−３０１０）の製膜チャンバ内に収容して、到達真空度４×１０−５Ｐａ以下となるまで製膜チャンバ内を排気した後、特に断らない限りガス圧約０．６ＰａのＡｒ雰囲気中で、以下のようにＤＣマグネトロンスパッタリングを行った。
【００７６】
非磁性基板上に、まず、軟磁性裏打ち層の代わりとして、厚さ１０ｎｍのＮｉＴａ合金を形成した。
【００７７】
次に、ＮｉＴａ層上に、厚さ８ｎｍのＴｉ層、厚さ１ｎｍ相当のＣｕ、及び下地層として厚さ１０ｎｍのＲｕ層を順次積層した。ＣｕはＴｉ層上で島が点在する構造となっており、Ｒｕ層の微細化に寄与している。
【００７８】
（下地層の平面構造）
ここでＲｕ層の構造について説明する。分析しやすくするためＲｕ層の厚さを２０ｎｍとし、磁気記録層を製膜せずＣ保護層を形成したサンプルについて、平面ＴＥＭ分析を行った。
【００７９】
Ｒｕより下の層を削り取り、Ｒｕ層のみを観察した平面ＴＥＭ像を図５に示す。
【００８０】
結晶粒子径は１０ｎｍくらいであり、低ガス圧で製膜したことにより、粒子間に隙間はほとんどなく実質的に粒界に厚みがないことが分かる。結晶粒子間に白または黒の線状に見える粒界もあるが，拡大すると結晶格子が整合していない境界がジグザグに形成されており，格子間隔の２倍以上の０．５ｎｍ以上の隙間が集中している箇所はないように見える。後に磁気記録層も含めた断面ＳＴＥＭ像を示すが、少なくとも厚さ１０ｎｍから２０ｎｍの範囲では粒子はまっすぐ成長しており、粒子構造に明らかな変化はないことが分かる。
【００８１】
Ｒｕ下地層を１０ｎｍ形成した後，Ａｒガス圧を３Ｐａまで高めてから，以下のような手順で多層磁気記録層の製膜を行った。
【００８２】
まず厚さ０．８ｎｍのＰｔ非磁性層を製膜し，続いて厚さ０．４ｎｍ相当のＣｏと厚さ０．１７ｎｍ相当のＴｉＯ２を同時にスパッタリングして磁性層を形成した。この時、磁性層の組成の設計値はＣｏ−３０体積％ＴｉＯ２となる。
【００８３】
以上のような手順を１２回繰り返した後，最後の磁性層上にさらに厚さ２ｎｍのＰｄ層を積層して多層磁気記録層を形成した。このようにして得られた多層磁気記録層をここでは［Ｐｔ／Ｃｏ−３０体積％ＴｉＯ２］１２と表示する。
【００８４】
続いて、多層磁気記録層上に、厚さ６ｎｍのＣ保護層を積層した。得られた垂直磁気記録媒体は、基板／ＮｉＴａ／Ｔｉ／Ｃｕ／Ｒｕ／［Ｐｔ／Ｃｏ−３０体積％ＴｉＯ２］１２／Ｐｄ／Ｃの順に積層されている。
【００８５】
上述のように保護層まで積層した後，製膜チャンバから取り出し、ディッピング法により、保護層上に厚さ１．５ｎｍのパーフルオロポリエーテルからなる潤滑層を形成して、垂直磁気記録媒体を得た。得られた垂直磁気記録媒体は、潤滑層が図示されていないこと以外は、図２と同様の構成を有する。
【００８６】
（媒体の断面構造）
実施例１の媒体の断面構造について，走査型透過電子顕微鏡による暗視野像（ＤＦ−ＳＴＥＭ像）を図６に示す。
【００８７】
ＤＦ−ＳＴＥＭ像では，平均原子番号の小さい原子は黒っぽく見え，大きくなるにつれて白く見える。多層磁気記録層中で黒っぽく不連続に点在している領域はＯを多く含む酸化物であり、グレーに見えるＣｏと白っぽく見えるＰｔの多層構造が形成されていることが分かる。Ｒｕ下地層の表面には凹凸が観察でき、基本的には谷になっている所が結晶粒界になっている。Ｃｏ／Ｐｔの結晶粒子は膜厚方向に成長しており、酸化物はＲｕの粒界の位置に入り易いように見える。断面像においては分析サンプルの厚さ方向（図の奥行き方向）の重なりもあるので、酸化物は色の黒さも明瞭でない面内方向の幅１ｎｍ未満の領域が多いように見えるが、幅が１ｎｍ以上ある領域も観察することができる。Ｃｏ−Ｐｔは全率固溶系であるので，Ｃｏ層上のＰｔ，Ｐｔ層上のＣｏともに，アイランドを形成せず表面を覆うように成長しやすい。互いに拡散して組成変調がかかったような層構造になっているとしても，ＣｏとＰｔは膜面内で連続的に層を形成していると考えられる。
【００８８】
（磁気特性）
得られた垂直磁気記録媒体について，極Ｋｅｒｒ効果評価装置（ネオアーク社製），ＶＳＭ（振動試料型磁力計；理研電子社製），およびトルク磁力計（東英工業社製）を用いて磁気特性の測定を行った。
【００８９】
極Ｋｅｒｒ効果評価装置は，（軟磁性裏打ち層付きの）垂直磁気記録媒体の表面側にある磁気記録層の磁化曲線を測定することができるが，その飽和磁化Ｍｓを測定することができない。ＶＳＭやトルク磁力計では，軟磁性裏打ち層が付いている場合，それと垂直磁気記録層を合わせて測定してしまい，上手く分離して評価することは困難である。そのため，ＶＳＭでＭｓやトルク磁力計でＫｕなどを測定する場合には軟磁性裏打ち層は製膜せず，代わりにほぼ同様の磁化曲線を得ることができるほとんど磁性のないＮｉＴａ層を形成したサンプルを用いている。
【００９０】
以下では特に断らない限り，どの磁化曲線も膜面垂直方向の測定結果であり，メジャーループを測定する際の標準的な掃引時間は，極Ｋｅｒｒ効果評価装置が４５秒，ＶＳＭが３分とした。
【００９１】
実施例１の媒体について極Ｋｅｒｒ効果評価装置により測定した磁化曲線を図７に示す。
【００９２】
ここで，保磁力Ｈｃはループの横軸との交点であり，核生成磁界ＨｎはＨｃにおける接線と負の飽和値との交点の磁界，飽和磁界Ｈｓは飽和値の９０〜９５％の領域の近似直線と正の飽和値との交点である。実施例１の媒体では，Ｈｃ＝３．０ｋＯｅ，Ｈｎ＝２．８ｋＯｅ，Ｈｓ＝３．３ｋＯｅであった。従来のグラニュラ型媒体の場合，Ｈｃ＝３ｋＯｅであれば，Ｈｎ≒１ｋＯｅ，Ｈｓ≒５ｋＯｅとなる。磁気ヘッドではＨｓより大きい記録磁界を出さないと飽和記録できない。ＰＰＭは，同じＨｃに対して大幅にＨｓを小さくできることから記録容易性を改善することができる。
【００９３】
また，この時Ｍｓは４１０ｅｍｕ／ｃｃであり，Ｈｃにおける磁化曲線の傾きαは約２６であった。記録層の膜面内方向での磁気的結合は非常に強く，磁壁移動によって磁化反転が行われていることが分かる。図６の断面ＳＴＥＭ像においては粒子間に隙間のある部分も見られるが，磁気的に粒子は孤立しておらず，膜面内方向のいずれかの部分では磁気的に結合していることになる。
【００９４】
（記録再生特性）
記録再生特性に関しては、日立ハイテクノロジーズ社製  スピンスタンド  ＲＨ４１６０Ｅを用いて評価を行った。また、情報の記録再生には、補助磁極先端が主磁極近くまで近付けるように形成された単磁極型の記録素子とトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）再生素子を備えた垂直記録用の複合型ヘッドを用いた。なお，ＰＰＭに対しては，主磁極と補助磁極間のギャップは，例えば１００ｎｍ以上と広い方が好ましいと考えられる。記録磁極の材料としてはＣｏＦｅＮｉを用いたが、例えばＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＮ，ＮｂＦｅＮｉ，ＦｅＴａＺｒ、及びＦｅＴａＮなどの材料を用いることもできる。また、これらの磁性材料を主成分としてさらに添加元素を加えることもできる。
【００９５】
記録素子の主磁極と再生素子のトラック方向の幅は，それぞれ約３００ｎｍと約９０ｎｍのヘッドを用いた。半径位置は２３ｍｍ，回転数は５４００ｒｐｍで，円周方向に２２０ｋＦＣＩ（１インチ当り  ２２万回磁束が変化する記録密度）の密度で記録した時の，再生信号出力／ノイズ比（以下，ＳＮＲと表記）を測定した。実施例１の媒体のＳＮＲは１８．１ｄＢと，良好な値が得られた。
【実施例２】
【００９６】
実施例２として，Ｒｕ層厚を２０ｎｍ、多層磁気記録層のＡｒガス圧を２Ｐａ、Ｃｏ層の部分にＣｒを添加してＣｏ−１０原子％Ｃｒ、層数を８層とし、ＴｉＯ２の添加量を変化させた以外は実施例１と同様にして垂直磁気記録媒体を作製した。
【００９７】
ＴｉＯ２添加量と保磁力Ｈｃ、核生成磁界Ｈｎ，飽和磁界Ｈｓとの関係を表すグラフを図８に示す。
【００９８】
図８中、１０１は保磁力Ｈｃ、１０２は核生成磁界Ｈｎ，１０３は飽和磁界Ｈｓを各々示す。
【００９９】
Ｒｕ層厚、Ａｒガス圧、Ｃｒ添加、層数の変更に関しては、保磁力Ｈｃなどの絶対値に変化はあるものの、ＴｉＯ２の添加に対する増減に大きな違いはなく，実施例１と同様の効果が得られる。
【０１００】
図８から、Ｃｏ層へのＴｉＯ２添加量の増加とともに、Ｈｃ、Ｈｎ，Ｈｓが同様に増加し、３０体積％の時には０％の時の約２倍以上となっていることが分かる。この時、Ｈｃ，Ｈｎ，Ｈｓの差分にほとんど変化がないことから、Ｈｃにおける磁化曲線の傾きは大きい値を維持しており、磁壁移動型の磁化反転のままであることが分かる。磁壁移動型のままＨｃが増えているということは、ＴｉＯ２添加により磁壁の移動が抑制されているということであり、多層磁気記録層中に形成された酸化物がピニングサイトとして機能していると考えられる。なお，ＴｉＯ２添加量が０体積％および３０体積％の時，Ｈｃにおける磁化曲線の傾きαはそれぞれ２６および２３であった。
【０１０１】
また，実施例１と同様に記録再生特性の評価を行ったところ，ＴｉＯ２添加量が０体積％および３０体積％の時，ＳＮＲはそれぞれ−１７．８ｄＢおよび１６．８ｄＢであった。ＴｉＯ２添加量が０体積％の時にはＳＮＲが負になっているが，これは再生信号出力がほとんどない状態であり，記録できていないか記録できても磁区が保持できず消滅したものと考えられる。このことからＣｏ層へのＴｉＯ２添加効果は非常に大きく，磁壁のピニングにより優れた記録再生特性が得られることが分かる。
【実施例３】
【０１０２】
非磁性基板上に、まず、軟磁性裏打ち層として、厚さ２０ｎｍのＣｏＴａＺｒ合金，厚さ０．８ｎｍのＲｕ，及び厚さ２０ｎｍのＣｏＴａＺｒ合金を順次形成した。なお，これら２層のＣｏＴａＺｒ層は，その間に設けたＲｕにより反強磁性的に結合している。次に、ＣｏＴａＺｒ層上に、厚さ８ｎｍのＴｉ層、厚さ１ｎｍ相当のＣｕ、及び下地層としてＡｒガス圧が０．６Ｐａのまま厚さ２０ｎｍのＲｕ層を順次形成した。ＣｕはＴｉ層上で島が点在する構造となっており、Ｒｕ層の微細化に寄与している。
【０１０３】
別途、同様にしてＣｏＴａＺｒ合金，Ｒｕ，及びＣｏＴａＺｒ合金、Ｔｉ層、Ｃｕ層、及びＲｕ層を順次形成し、実施例１と同様にしてＲｕの平面構造を調べたところ、粒界の厚さはほとんどなかった。
【０１０４】
その後，Ａｒガス圧を２Ｐａまで高めてから，以下のような手順で多層磁気記録層の製膜を行った。
【０１０５】
まず厚さ０．８ｎｍ相当のＰｔと厚さ０．２ｎｍ相当のＴｉＯ２を同時にスパッタリングして非磁性層を形成し，続いて厚さ０．４ｎｍ相当のＣｏと厚さ０．０４ｎｍ相当のＴｉＯ２を同時にスパッタリングして磁性層を形成した。この時、非磁性層の組成の設計値はＰｔ−２０体積％ＴｉＯ２となり，磁性層の組成の設計値はＣｏ−１０体積％ＴｉＯ２となる。
【０１０６】
以上のような手順を８回繰り返した後，最後の磁性層上にさらに厚さ２ｎｍのＰｄ層を積層して多層磁気記録層を形成した。
【０１０７】
続いて、多層磁気記録層上に、厚さ６ｎｍのＣ保護層を積層した。得られた垂直磁気記録媒体は、基板／ＣｏＴａＺｒ／Ｒｕ／ＣｏＴａＺｒ／Ｔｉ／Ｃｕ／Ｒｕ／［Ｐｔ−２０体積％ＴｉＯ２／Ｃｏ−１０体積％ＴｉＯ２］８／Ｐｄ／Ｃの順に積層されている。
【０１０８】
実施例３の媒体の断面構造について，走査型透過電子顕微鏡による暗視野像（ＤＦ−ＳＴＥＭ像）を図９に示す。
【０１０９】
ＤＦ−ＳＴＥＭ像では，平均原子番号の小さい原子は黒っぽく見え，大きくなるにつれて白く見える。多層磁気記録層中で黒っぽく膜厚方向に細長く伸びている領域はＯを多く含む酸化物であり、グレーに見えるＣｏと白っぽく見えるＰｔの多層構造が形成されていることが分かる。Ｒｕ下地層の表面には凹凸が観察でき、基本的には谷になっている所が結晶粒界になっている。Ｃｏ／Ｐｔの結晶粒子は膜厚方向に成長しており、酸化物はＲｕの粒界の位置に入り易いように見える。実施例１の図６と比較して柱状の酸化物が多い様子が観察できる。Ｃｏ層だけでなくＰｔ層にもＴｉＯ２を添加したことにより，それぞれの層の酸化物がつながって柱状に成長しやすくなったものと考えられる。その結果，酸化物の一塊の体積が大きくなっており，ピニング効果が高まることが期待できる。
【０１１０】
実施例３の媒体の多層磁気記録層の平面構造について，走査型透過電子顕微鏡による暗視野像（ＤＦ−ＳＴＥＭ像）を図１０に示す。
【０１１１】
ＤＦ−ＳＴＥＭ像では，平均原子番号の小さい原子は黒っぽく見え，大きくなるにつれて白く見える。白っぽい領域はＣｏとＰｔの多層構造からなる磁性粒子であり，その隙間に見える黒っぽい領域はＯを多く含む酸化物である。幅が１ｎｍ以上ある酸化物は記録層を貫いていると考えられるが，図９の断面を見ても分かるように，多層構造なので酸化物は膜厚方向に貫いているものばかりではない。磁性粒子内に見えるひびのような黒い線は膜厚方向に不連続な酸化物を平均化した結果と推定される。
【０１１２】
厚みのある酸化層は粒界に形成されているが，各粒子は隣接する粒子と部分的にはくっついている様子が観察できる。理想的なグラニュラのように均一な厚さの粒界層が磁性粒を取り囲んでいる構造ではなく，酸化物が集中している部分と粒界層厚がほとんどない部分のある不均一な構造となっていることが分かる。一般に酸化物は粒界に偏析しやすいが，粒界幅を敢えて不均一に作ることで，粒界の狭いところでは磁気的に結合し，酸化物が集中しているところは磁壁をピン止めするピニングサイトとして機能すると考えられる。
【０１１３】
また，磁性粒子のくっつき具合によってはどこまでを１粒子とみなすかの判別が難しい部分もあるが，概ね粒径は１０ｎｍ以下であり，微細な磁性粒子が形成できていることが分かる。不均一な粒界と微細な粒子を含めたこのような記録層の構造は，Ｒｕ粒子を微細化し低ガス圧により粒界を詰めた下地層の効果である。
【０１１４】
実施例３の媒体について極Ｋｅｒｒ効果評価装置により磁化曲線を測定したところ，Ｈｃ＝３．１ｋＯｅ，Ｈｎ＝２．８ｋＯｅ，Ｈｓ＝３．７ｋＯｅであった。従来のグラニュラ型媒体の場合，Ｈｃ＝３ｋＯｅであれば，Ｈｎ≒１ｋＯｅ，Ｈｓ≒５ｋＯｅとなる。磁気ヘッドではＨｓより大きい記録磁界を出さないと飽和記録できない。ＰＰＭは，同じＨｃに対して大幅にＨｓを小さくできることから記録容易性を改善することができる。
【０１１５】
また，この時Ｍｓは３６０ｅｍｕ／ｃｃであり，Ｈｃにおける磁化曲線の傾きαは約１４であった。記録層の膜面内方向での磁気的結合は非常に強く，磁壁移動によって磁化反転が行われていることが分かる。図１０の平面ＳＴＥＭ像において粒子は構造的に繋がっているように見えるが，磁気的にも粒子は孤立しておらず，膜面内方向で磁気的に結合していることと対応している。
【０１１６】
実施例１と同様に記録再生特性の評価を行ったところ，実施例３の媒体のＳＮＲは２０．２ｄＢと，良好な値が得られた。上記のような構造と磁気特性により，磁壁のピニングが有効に機能してビット間の磁化変化が急峻なパターンを記録できたことが分かる。
【実施例４】
【０１１７】
実施例４として，Ｒｕ層厚を１０ｎｍ、Ｐｔ層へのＴｉＯ２の添加量を変化させた以外は実施例３と同様にして垂直磁気記録媒体を作製した。
【０１１８】
保磁力Ｈｃ、核生成磁界Ｈｎ，飽和磁界ＨｓのＴｉＯ２添加量依存性を図１１に示す。
【０１１９】
図中、１０４は保磁力Ｈｃ、１０５は核生成磁界Ｈｎ，１０６は飽和磁界Ｈｓを各々示す。
【０１２０】
Ｒｕ層厚の変更に関しては、保磁力Ｈｃなどの絶対値に変化はあるものの、ＴｉＯ２の添加に対する増減に大きな違いはなく，実施例１と同様の効果が得られる。
【０１２１】
図１１から、Ｐｔ層へのＴｉＯ２添加量の増加とともに、Ｈｃ、Ｈｎ，Ｈｓが同様に増加し、２０体積％以上では０％の時の約２倍となっていることが分かる。この時、Ｈｃ，Ｈｎ，Ｈｓの差分にほとんど変化がないことから、Ｈｃにおける磁化曲線の傾きは大きい値を維持しており、磁壁移動型の磁化反転のままであることが分かる。磁壁移動型のままＨｃが増えているということは、ＴｉＯ２添加により磁壁の移動が抑制されているということであり、多層磁気記録層中に形成された酸化物がピニングサイトとして機能していると考えられる。なお，ＴｉＯ２添加量が０体積％および２０体積％の時，Ｈｃにおける磁化曲線の傾きαはそれぞれ２８および２２であった。
【０１２２】
また，実施例１と同様に記録再生特性の評価を行ったところ，Ｐｔ層へのＴｉＯ２添加量が０体積％および２０体積％の時，ＳＮＲはそれぞれ５．３ｄＢおよび１９．０ｄＢであった。ＴｉＯ２添加量が２０体積％の時のＳＮＲは，０体積％に対してはもちろん，実施例１や２よりも高く，断面構造のところで述べたように酸化物の一塊の体積が大きくなってピニング効果が高まった結果と考えられる。これら結果からＰｔ層へのＴｉＯ２添加は磁壁のピニング改善に効果があり，Ｃｏ層のみへの添加よりさらに優れた記録再生特性が得られることが分かる。
【比較例１】
【０１２３】
非磁性基板上に、まず、軟磁性裏打ち層として、厚さ２０ｎｍのＣｏＴａＺｒ合金，厚さ０．８ｎｍのＲｕ，及び厚さ２０ｎｍのＣｏＴａＺｒ合金を順次形成した。なお，これら２層のＣｏＴａＺｒ層は，その間に設けたＲｕにより反強磁性的に結合している。次に、ＣｏＴａＺｒ層上に、厚さ８ｎｍのＴｉ層、厚さ１ｎｍ相当のＣｕを形成した。続いてＡｒガス圧０．６Ｐａのまま厚さ１０ｎｍのＲｕ層を，その上にＡｒガス圧を６Ｐａまで高めてから再度厚さ１０ｎｍのＲｕ層を製膜し，下地層として計２０ｎｍのＲｕ層を形成した。これは従来のグラニュラ媒体と同様の下地層の製膜方法であり，ＴＥＭ分析から，Ｒｕ層には高ガス圧製膜によりＲｕ粒子間に約０．５ｎｍ以上の幅の粒界が形成されている様子が観察できた。
【０１２４】
その後，Ａｒガス圧を３Ｐａまで高めてから，以下のような手順で多層磁気記録層の製膜を行った。
【０１２５】
まず厚さ０．５４ｎｍ相当のＰｔと厚さ０．３７ｎｍ相当の［Ｃｏ−３ａｔ％Ｃｒ］−８ｍｏｌ％ＳｉＯ２を同時にスパッタリングして非磁性層を形成し，続いて厚さ０．６ｎｍの［Ｃｏ−３ａｔ％Ｃｒ］−８ｍｏｌ％ＳｉＯ２磁性層を製膜した。Ｐｔを主成分とする層とＣｏを主成分とする層の両方にＳｉＯ２を添加したことにより，それぞれの層の酸化物はつながって柱状に成長している。この比較例では下地層のＲｕ粒子間に隙間を設けたこと，および従来のグラニュラ媒体と同様なＣｏＣｒ−ＳｉＯ２ターゲットを用いた製法により，記録層の酸化物が磁性粒子間に均等に入りやすくなり，磁性粒子の分離が進んだ構造となっている。
【０１２６】
以上のような手順を８回繰り返した後，最後の磁性層上にさらに厚さ２ｎｍのＰｄ層を積層して多層磁気記録層を形成した。続いて、多層磁気記録層上に、厚さ６ｎｍのＣ保護層を積層した。
【０１２７】
比較例１の媒体について極Ｋｅｒｒ効果評価装置により測定した磁化曲線を図１２に示す。
【０１２８】
磁気特性は，Ｈｃ＝３．３ｋＯｅ，Ｈｎ＝２．１ｋＯｅ，Ｈｓ＝７．２ｋＯｅ，Ｍｓは４７０ｅｍｕ／ｃｃであり，Ｈｃにおける磁化曲線の傾きαは約４．８であった。このくらい傾きαが小さくなると，Ｈｓ近辺で裾を引くように飽和していく特性からも，磁化反転モードが磁壁移動型よりも磁化回転型に近づいていると推定できる。このような磁気的に粒子間の結合が弱くなって見える磁化曲線は，構造的にも磁性粒子の分離が進んだ構造と対応していると考えられる。しかしながら，膜面内方向での磁気的結合が強くなりやすい磁性多層膜では，従来のＣｏ合金グラニュラのように磁性粒子が均一に孤立した構造を作るのは困難である。一方，グラニュラ構造をベースにして，ヘッドで記録しやすくするために飽和磁界Ｈｓを減らそうとして粒子間の結合を強くすると，ＳＮＲが低下してしまうことは良く知られている。粒子間の結合の強さは酸化物の添加量で調整できるが，酸化物は粒界に入りやすいため粒界層の厚さが変わるだけであった。そのため，比較例１のような構造と磁気特性をベースにして記録容易性とＳＮＲ改善を両立することは困難であった。
【比較例２】
【０１２９】
非磁性基板上に、まず、軟磁性裏打ち層の代わりとして、厚さ１０ｎｍのＮｉＴａ合金を形成した。
【０１３０】
次に、ＮｉＴａ層上に、厚さ１２ｎｍのＰｄ層、厚さ１０ｎｍのＲｕ層，および厚さ５ｎｍのＴｉ層を，Ａｒガス圧０．６Ｐａのまま順次積層した。
【０１３１】
その後，Ａｒガス圧を２Ｐａまで高めてから，以下のような手順で多層磁気記録層の製膜を行った。
【０１３２】
まず厚さ０．８ｎｍのＰｔ非磁性層を形成し，続いて厚さ０．４ｎｍ相当のＣｏと製膜量を変化させたＴｉＯを同時にスパッタリングして磁性層を形成した。以上のような手順を８回繰り返した後，最後の磁性層上にさらに厚さ２ｎｍのＰｄ層を積層して多層磁気記録層を形成した。続いて、多層磁気記録層上に、厚さ６ｎｍのＣ保護層を積層した。
【０１３３】
保磁力Ｈｃ、核生成磁界Ｈｎ，飽和磁界ＨｓのＴｉＯ添加量依存性を図１３に示す。
【０１３４】
図中、１０７は保磁力Ｈｃ、１０８は核生成磁界Ｈｎ，１０９は飽和磁界Ｈｓを各々示す。
【０１３５】
ＴｉＯを添加していない状態では，ＨｎとＨｓの差が小さくＨｃにおける磁化曲線の傾きが大きくて，磁性粒子間の結合が強く磁壁移動型になっていることが分かる。これに対し，ＴｉＯの添加量を増やしていくとＨｎとＨｓの差が大きくなりＨｃにおける磁化曲線の傾きが小さくなって，磁性粒子間の結合が弱くなり磁化回転型に変化している様子が観察できる。このような変化は，従来のＣｏ合金グラニュラ媒体において一般的に見られる傾向であり，酸化物が結晶粒子を取り囲むように偏析しやすいために磁性粒子の磁気的な孤立が促進される。
【０１３６】
なお，ＴｉＯ添加によりＨｃが低下しているのは下地層に依存した効果であり，比較例２ではＲｕ層と多層磁気記録層の間にＴｉ層を挟んでいるが，下地層には改良の余地がある。
【比較例３】
【０１３７】
比較例３として，Ｐｄシード層の部分を，厚さ８ｎｍのＴｉ層および厚さ１ｎｍ相当のＣｕに置き換えた以外は比較例２と同様にして垂直磁気記録媒体を作製した。ＣｕはＴｉ層上で島が点在する構造となっており、Ｒｕ層の微細化に寄与している。
【０１３８】
保磁力Ｈｃ、核生成磁界Ｈｎ，飽和磁界ＨｓのＴｉＯ添加量依存性を図１４に示す。
【０１３９】
図中、１１０は保磁力Ｈｃ、１１１は核生成磁界Ｈｎ，１１２は飽和磁界Ｈｓを各々示す。
【０１４０】
比較例２と比べて，ＴｉＯ添加量に対してＨｃが減少していく傾向は似ているが，シード層を変えたことでＨｃの絶対値は下がっているものの，酸化物の添加量を増やしてもＨｎとＨｓの差が広がらずＨｃにおける磁化曲線の傾きが大きい状態が維持されていることが分かる。この磁気特性の変化は，記録層の粒子が磁気的に孤立しておらず，酸化物が十分に結晶粒子を取り囲んでいないことを示している。比較例２と比較例３の違いはシード層のみであることから，下地層の粒径が微細化された結果，記録層の酸化物が粒界に均一に入りにくくなったものと考えられる。
【０１４１】
これは従来から一般的に見られた傾向ではなく，この結果から，下地層の構造を制御することで，酸化物をピニングサイトにした磁壁移動型の媒体を実現できる可能性を思い付いた。磁壁がピニングされるためには磁壁がピニングサイトより薄い必要があるが，［Ｃｏ／Ｐｔ］のような磁性多層膜は高い垂直磁気異方性が得られるため磁壁を薄くすることができる。また，膜面内方向の磁気的な結合が強いことから，酸化物の量を増やしても磁化反転モードが磁壁移動から変化しにくい。記録層を何層にも薄く分割して製膜するため，酸化物の配置を制御しやすい，などの利点が期待できる。
【０１４２】
比較例１のような酸化物グラニュラ型の構造と磁気特性をベースにして記録容易性と高記録密度を両立しながら改善を進めていくことは困難と考えていたが，発想を変えて，グラニュラに向かない酸化物が不均一になりやすい下地層と，グラニュラとは異なる磁壁移動型の磁性多層膜，および金属粒子に対して粒界に偏析しやすい酸化物を組み合わせることで，飽和磁界Ｈｓが小さく微細な磁区が形成できる媒体が実現可能と考えられる。このようにして，実施例１や３のような媒体を作製することができ，記録容易性と高記録密度を両立した垂直磁気記録媒体およびそれを用いた磁気記録再生装置を提供することができる。
【０１４３】
なお，実施形態では磁壁移動型の媒体を想定しているので，比較例１のような磁化曲線の傾きが５未満の媒体は適していない。
【比較例４】
【０１４４】
比較例４を以下のようにして作製した。
【０１４５】
非磁性基板上に、まず、軟磁性裏打ち層として、厚さ２０ｎｍのＣｏＴａＺｒ合金，厚さ０．８ｎｍのＲｕ，及び厚さ２０ｎｍのＣｏＴａＺｒ合金を順次形成した。なお，これら２層のＣｏＴａＺｒ層は，その間に設けたＲｕにより反強磁性的に結合している。次に、ＣｏＴａＺｒ層上に、厚さ１２ｎｍのＰｄ層、厚さ１０ｎｍのＲｕ層，および厚さ５ｎｍのＴｉ層を，Ａｒガス圧０．６Ｐａのまま順次積層した。
【０１４６】
その後，Ａｒガス圧を３Ｐａまで高めてから，以下のような手順で多層磁気記録層の製膜を行った。
【０１４７】
まず，厚さ０．４相当のＡｇのスパッタリングを行った。次に，厚さ０．８ｎｍのＰｔ層を製膜し，さらに厚さ０．４ｎｍのＣｏ層を積層した。以上のような手順を８回繰り返した後，最後のＣｏ層の上にさらに厚さ２ｎｍのＰｄ層を積層して多層磁気記録層を形成した。
【０１４８】
続いて、多層磁気記録層上に、厚さ６ｎｍのＣ保護層を積層した。
【０１４９】
比較例４の媒体について極Ｋｅｒｒ効果評価装置により磁化曲線を測定したところ，Ｈｃ＝５．８ｋＯｅ，Ｈｎ＝５．５ｋＯｅ，Ｈｓ＝６．７ｋＯｅであった。この媒体も磁壁移動型であり，Ｈｃが高い割にはＨｓが小さく，非磁性金属であるＡｇが記録層中に分散しピニングサイトとして機能している。
【０１５０】
実施例１と同様に記録再生特性の評価を行ったところ，比較例４の媒体のＳＮＲは１３．０ｄＢであった。実施形態にかかる実施例１や３の媒体の方が大幅にＳＮＲを改善できていることが分かる。
【実施例５】
【０１５１】
非磁性基板上に、まず、軟磁性裏打ち層の代わりとして、厚さ１０ｎｍのＮｉＴａ合金を形成した。  次に、ＮｉＴａ層上に、厚さ５ｎｍのＡｌ−４４ａｔ％Ｓｉ層、厚さ６ｎｍのＰｄ層を順次形成した。続いてＡｒガス圧０．６Ｐａのまま厚さ１０ｎｍのＲｕ層を，その上にＡｒガス圧を０．６〜２Ｐａに変化させて再度厚さ１０ｎｍのＲｕ層を製膜し，下地層として計２０ｎｍのＲｕ層を形成した。ＡｌＳｉ層とＰｄ層は反応して化合物を作り、Ｒｕ層の微細化に寄与している。また，Ｒｕ層の上半分のＡｒガス圧を上げて製膜することにより，Ｒｕ粒子間には隙間が形成されやすくなり，その上に酸化物を含む磁性層を製膜すると磁性粒子の分離が促進される傾向がある。
【０１５２】
その後の多層磁気記録層以降は実施例３と同様にして垂直磁気記録媒体を作製した。得られた垂直磁気記録媒体は、基板／ＮｉＴａ／ＡｌＳｉ／Ｐｄ／Ｒｕ／［Ｐｔ−２０体積％ＴｉＯ２／Ｃｏ−１０体積％ＴｉＯ２］８／Ｐｄ／Ｃの順に積層されている。
【０１５３】
保磁力Ｈｃ、核生成磁界Ｈｎ，飽和磁界ＨｓのＲｕ下地層製膜時のＡｒガス圧依存性を図１５に示す。
【０１５４】
図中、１１３は保磁力Ｈｃ、１１４は核生成磁界Ｈｎ，１１５は飽和磁界Ｈｓを各々示す。
【０１５５】
Ａｒガス圧を高めていくとＨｎとＨｓの差が開いていく傾向が見られるが，これは従来のＣｏ合金グラニュラ媒体においてＲｕ粒子間の隙間が大きくなると記録層成長の初期段階から磁性粒子の分離が促進されるケースと類似している。一方，従来のグラニュラ媒体では粒子間結合が強い状態から孤立化が進むことでＨｃが増加するが，実施例５の媒体では逆に低下傾向を示している。これは，既に述べたような多層磁気記録層において酸化物が不均一に偏析した構造と関連していると考えられ，Ｈｃが低下し傾きαが減少する方向は好ましくない。
【０１５６】
実施例１と同様に記録再生特性の評価を行ったところ，Ａｒガス圧０．６Ｐａ，１．５Ｐａ，２Ｐａの時のＳＮＲは，それぞれ２０．５ｄＢ，２０．４ｄＢ，１９．２ｄＢであった。２ＰａのＳＮＲは絶対値として悪い訳ではないが，磁気特性が徐々に悪化していく傾向に加えてＳＮＲが１．５Ｐａから明確に落ち込んでいるので，Ｒｕ層製膜時のＡｒガス圧は１．５Ｐａ以下が好ましいと考えられる。
【実施例６】
【０１５７】
実施例６として，Ｃｏ層に添加する酸化物をＴｉＯ２からＴｉＯに変更し，組成の設計値を［Ｐｔ−２０体積％ＴｉＯ２／Ｃｏ−２０体積％ＴｉＯ］とした以外は実施例３と同様にして垂直磁気記録媒体を作製した。ＴｉＯ２は絶縁体であるためＲＦでのスパッタリングが必要になるが，ＴｉＯはＤＣで放電するため製造プロセス上使い勝手が良い点で好ましい。実施例１と同様に記録再生特性の評価を行ったところ，実施例６の媒体のＳＮＲは２０．０ｄＢと良好な値が得られた。
【実施例７】
【０１５８】
実施例７として，Ｒｕ層厚を１０ｎｍ，多層磁気記録層中のＴｉＯ２をＳｉＯ２に変更し，Ｃｏ層へのＳｉＯ２の添加量を変化させた以外は実施例２と同様にして垂直磁気記録媒体を作製した。
【０１５９】
保磁力Ｈｃ、核生成磁界Ｈｎ，飽和磁界ＨｓのＳｉＯ２添加量依存性を図２２に示す。
【０１６０】
図中、１１６は保磁力Ｈｃ、１１７は核生成磁界Ｈｎ，１１８は飽和磁界Ｈｓを各々示す。
【０１６１】
Ｒｕ層厚の変更に関しては、保磁力Ｈｃなどの絶対値に変化はあるものの、ＳｉＯ２の添加に対する増減に大きな違いはなく，実施例２と同様の効果が得られる。
【０１６２】
ＳｉＯ２の場合には，設計値で５０体積％まで添加してもＨｃが増加し続け，ＴｉＯ２のようにＨｃが減少に転じる傾向は見られなかった。多量に添加できた方がピニングサイトを大きくしやすいので，ＳｉＯ２は好ましい材料の一つと考えられる。
【０１６３】
多層磁気記録層を［Ｐｔ／Ｃｏ−５０体積％ＳｉＯ２］とした垂直磁気記録媒体について，実施例１と同様に記録再生特性の評価を行ったところ，ＳＮＲは１４．０ｄＢであった。ＴｉＯ２添加に比べるとＳＮＲは低いが，Ｃｏ層へのＳｉＯ２添加により良好な記録再生特性が得られた。
【０１６４】
また，多層磁気記録層中のＴｉＯ２をＳｉＯ２に変更し，Ｐｔ層へのＳｉＯ２の添加量を変化させた以外は実施例３と同様にして垂直磁気記録媒体を作製した。
【０１６５】
保磁力Ｈｃ、核生成磁界Ｈｎ，飽和磁界ＨｓのＳｉＯ２添加量依存性を図２３に示す。
【０１６６】
図中、１１９は保磁力Ｈｃ、１２０は核生成磁界Ｈｎ，１２１は飽和磁界Ｈｓを各々示す。
【０１６７】
図２３から３０体積％までＨｃが増加する傾向が見られ，酸化物をＳｉＯ２とした場合でも磁壁のピニング効果が得られることが分かる。
【０１６８】
多層磁気記録層を［Ｐｔ−３０体積％ＳｉＯ２／Ｃｏ−３０体積％ＳｉＯ２］とした垂直磁気記録媒体について，実施例１と同様に記録再生特性の評価を行ったところ，ＳＮＲは１５．５ｄＢであった。ＴｉＯ２添加に比べるとＳＮＲは低いが，Ｐｔ層へのＳｉＯ２添加により良好な記録再生特性が得られた。
【実施例８】
【０１６９】
実施例８として，多層磁気記録層中のＴｉＯ２をＷＯ３に変更し，Ｃｏ層へのＷＯ３の添加量を変化させた以外は実施例２と同様にして垂直磁気記録媒体を作製した。
【０１７０】
保磁力Ｈｃ、核生成磁界Ｈｎ，飽和磁界ＨｓのＷＯ３添加量依存性を図２４に示す。
【０１７１】
図中、１２２は保磁力Ｈｃ、１２３は核生成磁界Ｈｎ，１２４は飽和磁界Ｈｓを各々示す。
【０１７２】
図２４から３０〜４０体積％の添加で明確なＨｃの増加が見られ，酸化物をＷＯ３とした場合でも磁壁のピニング効果が得られることが分かる。
【０１７３】
多層磁気記録層を［Ｐｔ／Ｃｏ−５０体積％ＷＯ３］とした垂直磁気記録媒体について，実施例１と同様に記録再生特性の評価を行ったところ，ＳＮＲは１８．９ｄＢであった。Ｃｏ層へのＷＯ３添加によりＴｉＯ２添加と同様の優れた記録再生特性が得られた。
【０１７４】
また，多層磁気記録層中のＴｉＯ２をＷＯ３に変更し，Ｐｔ層へのＷＯ３の添加量を変化させた以外は実施例３と同様にして垂直磁気記録媒体を作製した。
【０１７５】
保磁力Ｈｃ、核生成磁界Ｈｎ，飽和磁界ＨｓのＷＯ３添加量依存性を図２５に示す。
【０１７６】
図中、１２５は保磁力Ｈｃ、１２６は核生成磁界Ｈｎ，１２７は飽和磁界Ｈｓを各々示す。
【０１７７】
図２５から２０体積％までＨｃが増加する傾向が見られ，酸化物をＷＯ３とした場合でも磁壁のピニング効果が得られることが分かる。
【０１７８】
多層磁気記録層を［Ｐｔ−２０体積％ＷＯ３／Ｃｏ−３０体積％ＷＯ３］とした垂直磁気記録媒体について，実施例１と同様に記録再生特性の評価を行ったところ，ＳＮＲは１９．１ｄＢであった。Ｐｔ層へのＷＯ３添加によりＴｉＯ２添加と同様の優れた記録再生特性が得られた。
【実施例９】
【０１７９】
実施例９として，多層磁気記録層のＡｒガス圧を３Ｐａ，多層磁気記録層中のＴｉＯ２をＴａ２Ｏ５に変更し，Ｃｏ層へのＴａ２Ｏ５の添加量を変化させた以外は実施例２と同様にして垂直磁気記録媒体を作製した。
【０１８０】
保磁力Ｈｃ、核生成磁界Ｈｎ，飽和磁界ＨｓのＴａ２Ｏ５添加量依存性を図２６に示す。
【０１８１】
図中、１２７は保磁力Ｈｃ、１２８は核生成磁界Ｈｎ，１２９は飽和磁界Ｈｓを各々示す。
【０１８２】
Ａｒ圧を高めると酸化物の添加によるＨｃの増加量が小さくなる傾向があるため，明確なＨｃの増加は見えていないが，２０体積％まで少なくともＨｃは維持され，４０体積％での低下もそれほど大きくなかった。
【０１８３】
多層磁気記録層を［Ｐｔ／Ｃｏ−２０体積％Ｔａ２Ｏ５］とした垂直磁気記録媒体について，実施例１と同様に記録再生特性の評価を行ったところ，ＳＮＲは１７．１ｄＢであった。ＴｉＯ２添加に比べると若干ＳＮＲは低いが，Ｃｏ層へのＴａ２Ｏ５添加により良好な記録再生特性が得られた。
【０１８４】
また，多層磁気記録層中のＴｉＯ２をＴａ２Ｏ５に変更し，Ｐｔ層へのＴａ２Ｏ５の添加量を変化させた以外は実施例３と同様にして垂直磁気記録媒体を作製した。
【０１８５】
保磁力Ｈｃ、核生成磁界Ｈｎ，飽和磁界ＨｓのＴａ２Ｏ５添加量依存性を図２７に示す。
【０１８６】
図中、１３０は保磁力Ｈｃ、１３１は核生成磁界Ｈｎ，１３２は飽和磁界Ｈｓを各々示す。
【０１８７】
図２７から３０体積％までは磁化曲線の傾きが大きいままＨｃが増加するが，それ以上添加するとＨｓとＨｎの差が大きくなる，つまり磁化曲線の傾きが小さくなる傾向が見られた。Ｔａ２Ｏ５をＰｔ層に添加し過ぎると磁性粒子間の結合を分断するように偏析が進むものと考えられる。
【０１８８】
多層磁気記録層を［Ｐｔ−４０体積％Ｔａ２Ｏ５／Ｃｏ−２０体積％Ｔａ２Ｏ５］とした垂直磁気記録媒体について，実施例１と同様に記録再生特性の評価を行ったところ，ＳＮＲは１９．１ｄＢであった。Ｐｔ層へのＴａ２Ｏ５添加によりＴｉＯ２添加と同様の優れた記録再生特性が得られた。
【実施例１０】
【０１８９】
実施例１０として，多層磁気記録層中のＴｉＯ２をＣｏＯに変更し，Ｃｏ層へのＣｏＯの添加量を変化させた以外は実施例２と同様にして垂直磁気記録媒体を作製した。
【０１９０】
保磁力Ｈｃ、核生成磁界Ｈｎ，飽和磁界ＨｓのＣｏＯ添加量依存性を図２８に示す。
【０１９１】
図中、１３３は保磁力Ｈｃ、１３４は核生成磁界Ｈｎ，１３５は飽和磁界Ｈｓを各々示す。
【０１９２】
図２８から添加量の増加と共にＨｃが増加する傾向が見られ，酸化物をＣｏＯとした場合でも磁壁のピニング効果が得られることが分かる。なお，ＣｏＯはスパッタリングにより分解されて，ＣｏとしてＣｏ磁性層の層厚を増やしたり，元のＣｏ層のＣｏが酸化されることも考えられるが，ＣｏＯの添加量によるＭｓの変化はほとんどないことから，添加量に応じて粒界物質が増えているものと考えられる。
【０１９３】
多層磁気記録層を［Ｐｔ／Ｃｏ−６０体積％ＣｏＯ］とした垂直磁気記録媒体について，実施例１と同様に記録再生特性の評価を行ったところ，ＳＮＲは１７．７ｄＢであった。Ｃｏ層へのＣｏＯ添加によりＴｉＯ２添加と同様の優れた記録再生特性が得られた。
【０１９４】
また，多層磁気記録層中のＴｉＯ２をＣｏＯに変更し，Ｐｔ層へのＣｏＯの添加量を変化させた以外は実施例３と同様にして垂直磁気記録媒体を作製した。
【０１９５】
保磁力Ｈｃ、核生成磁界Ｈｎ，飽和磁界ＨｓのＣｏＯ添加量依存性を図２９に示す。
【０１９６】
図中、１３６は保磁力Ｈｃ、１３７は核生成磁界Ｈｎ，１３８は飽和磁界Ｈｓを各々示す。
【０１９７】
図２９から４０体積％で磁化曲線の傾きを維持したままＨｃの増加が得られた後，それ以上の添加ではＨｓとＨｎの差が大きくなる，つまり磁化曲線の傾きが小さくなる傾向が見られた。ＣｏＯをＰｔ層に添加し過ぎると磁性粒子間の結合を分断するように偏析が進むものと考えられる。
【０１９８】
多層磁気記録層を［Ｐｔ−４０体積％ＣｏＯ／Ｃｏ−４０体積％ＣｏＯ］とした垂直磁気記録媒体について，実施例１と同様に記録再生特性の評価を行ったところ，ＳＮＲは１９．３ｄＢであった。Ｐｔ層へのＣｏＯ添加によりＴｉＯ２添加と同様の優れた記録再生特性が得られた。
【実施例１１】
【０１９９】
実施例１１として，多層磁気記録層中のＰｔをＰｄに変更した以外は実施例１と同様にして垂直磁気記録媒体を作製した。実施例１と同様に記録再生特性の評価を行ったところ，実施例１１の媒体のＳＮＲは１６．１ｄＢであった。Ｐｔに比べるとＳＮＲは低いが，［Ｃｏ／Ｐｄ］多層膜は［Ｃｏ／Ｐｔ］よりも高い垂直磁気異方性が得られる傾向があり，好ましい材料の一つと考えられる。
【実施例１２】
【０２００】
（マイクロマグネティクスシミュレーション）
３Ｔｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ２級のビット記録および安定性を調べるため，市販のソフトウェア“ＬＬＧ  Ｍｉｃｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓ  Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ（Ｍ．Ｒ．Ｓｃｈｅｉｎｆｅｉｎほか作）”を用いてマイクロマグネティクスシミュレーションを行った。計算モデルのサイズは３２×３２×８ｎｍとし，それを１ｎｍ／辺の立方体のセルで分割した構成とした。面内方向には周期境界条件を適用したため，実質的に膜面が無限に広い場合と同様の反磁界が得られる。１粒子の面内での大きさは４ｎｍ／辺の四角形をベースとし，ピニングサイトは１粒子おきに磁化をなくした構造とした。
【０２０１】
図１６に実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の一例のマイクロマグネティクスシミュレーション計算モデルを上から見た図を示す。
【０２０２】
２１がピニングサイトであり，それ以外の２２の部分が４ｎｍ／辺の磁性粒子を想定している。各磁性粒子２２の内部は、図示しない１ｎｍ／辺の立方体のセルで分割されており，各セル間（磁性粒子内に対応）の交換スティフネス定数はＡ＝０．５または１μｅｒｇ／ｃｍとし，粒子間ではＡ＝０．５μｅｒｇ／ｃｍとした。Ｍｓ＝１０００ｅｍｕ／ｃｃ，磁化容易軸のみ分散を持たせΔθ５０＝５°とした。ギルバート減衰定数αは１，温度は熱揺らぎを考慮して３００Ｋとした。ヘッド磁界はモデルの中央の点線で表された２０×１０ｎｍの長方形の領域２３に０．１ｎｓ印加し，その後ヘッド磁界をなくしてから０．１ｎｓ後の磁化状態を計算した。
【０２０３】
図１７は，柱状のピニングサイトを有する第１の実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の一例の面内方向のマイクロマグネティクスシミュレーション計算モデルの一例を表す画像である。
【０２０４】
セル間はＡ＝１μｅｒｇ／ｃｍ，粒子間はＡ＝０．５μｅｒｇ／ｃｍ，Ｋｕ＝４×１０７ｅｒｇ／ｃｃとした時の計算結果である。
【０２０５】
黒い部分がピニングサイト、赤い部分が上向きのスピンを示す磁性粒子、青い部分が下向きのスピンを示す磁性粒子を表している。
【０２０６】
実験との対応では，Ａの大きさはセルサイズに依存することもあってはっきりしていないが，Ｃｏ系材料で使われることが多い１μｅｒｇ／ｃｍを採用した。粒子間はその半分であるので，実験的にはＡｒガス圧を上げて粒子間結合を弱めＨｃを高めた場合に相当する。記録を行った位置からピニングサイトで固定されやすい位置までドメインの位置がずれているが，長方形のドメインが安定して形成されていることが分かる。ドメインのサイズは２０×１２ｎｍと少し大きくなっているが，Ｋｕ＝４×１０７ｅｒｇ／ｃｃの時，４ｎｍ径程度のピニングサイトが２５％程度の面密度で配置されていれば，３Ｔｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ２級のビットが室温でも安定して保持可能であることが分かる。したがって，磁気記録層にピニングサイトを有する連続膜を用いて，高い面記録密度と高い熱安定性とを両立させた垂直磁気記録媒体およびそれを用いた磁気記録再生装置を提供することができる。
【０２０７】
図１８は，柱状のピニングサイトを有する第１の実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の一例の面内方向のマイクロマグネティクスシミュレーション計算モデルの他の一例を表す画像である。
【０２０８】
図１８は，セル間，粒子間ともにＡ＝０．５μｅｒｇ／ｃｍ，Ｋｕ＝３×１０７ｅｒｇ／ｃｃとした時の計算結果である。いくつかの実験と計算との比較から，粒子内のＡを０．５μｅｒｇ／ｃｍ程度まで下げた方が実験に近い可能性が考えられたため，Ａ＝０．５μｅｒｇ／ｃｍでの計算も行った。粒子間のＡについては，粒子内よりも小さくした方がドメインが安定することが分かっているが，あえて粒子間の結合も十分に強い（磁気的に均一な連続膜となる）厳しい条件で計算を行った。ドメインの周辺を図２１と見比べると，磁壁が粒界で止まらず境界がぼやけているが，ドメインは時間と共に縮小せず安定して保持されることが分かった。ドメインの大きさが少し広がっているので３Ｔｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ２の面記録密度には足りないが，粒子間結合を弱めない厳しい条件でも微小なビットを室温でも安定して保持可能であることが分かった。したがって，磁気記録層にピニングサイトを有する連続膜を用いて，高い面記録密度と高い熱安定性とを両立させた垂直磁気記録媒体およびそれを用いた磁気記録再生装置を提供することができる。
【０２０９】
次に，８ｎｍの層厚を４ｎｍごとの２層に分けて，ピニングサイトの位置を上下層で変えた場合の計算を行った。
【０２１０】
図１９に第２の実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の一例のマイクロマグネティクスシミュレーション計算モデルの斜視図を表す画像を示す。
【０２１１】
なお、矢印は各セルの中心の磁気モーメントを表す。
【０２１２】
図２０は，図１９の上層のマイクロマグネティクスシミュレーション計算モデルの一例を表す画像である。
【０２１３】
図２１は，図１９の下層のマイクロマグネティクスシミュレーション計算モデルの一例を表す画像である。
【０２１４】
セル間，粒子間ともにＡ＝０．５μｅｒｇ／ｃｍ，Ｋｕ＝３×１０７ｅｒｇ／ｃｃと基本的には図１８の場合と同様であるが，上下層間の交換結合は０．２μｅｒｇ／ｃｍと弱めに設定した。この計算条件は，多層磁気記録層において，磁性層が非磁性層を挟んで弱く結合し，ピニングサイトが柱状ではなく３次元的に点在している状態を想定している。
【０２１５】
図２０は界面直上の層厚４〜５ｎｍの層におけるドメインであり，図２１は界面直下の層厚３〜４ｎｍの層におけるドメインを表している。上下層のピニングサイトの位置が違ってもドメインの位置は重なっていることが分かる。層間結合がない場合には上下層のドメインの位置がずれるので，層間結合を導入した効果があることが分かった。また，薄膜化することでピニング力が弱くなることが懸念されたが，図１８と比較して明らかに遷移領域の幅が広がる様子は見られなかった。
【０２１６】
また，図２０と図２１のドメインの境界において，一方のピニングサイトの上または下に膜が存在する箇所に注目してみると，その膜の部分でドメインが特に広がっている訳ではないことが分かる。そのため，磁性層の部分のみにしかピニングサイトを形成しない場合でも，例えばＰｔ層中へのＣｏの拡散も含め，ピニングサイトの上下に磁壁が回り込んでも構わないと考えられる。したがって，図２のように非磁性層にピニングサイトがなく，磁性層を柱状に貫いていなくとも，高い面記録密度と高い熱安定性とを両立させた垂直磁気記録媒体およびそれを用いた磁気記録再生装置を提供することができる。
【０２１７】
実施形態によれば、表面が平坦でヘッドの浮上が良好な非加工型連続媒体として，磁気記録層にピニングサイトを有する多層膜を用いることで，高い熱安定性と記録容易性を両立させ，高い面記録密度が得られる垂直磁気記録媒体およびそれを用いた磁気記録再生装置を提供することができる。
【０２１８】
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】
【０２１９】
１…基板、２−１，２−２，２−３，２−４，２−５，１２−１，１２−２，１２−３，１２−４，１２−５…非磁性層、３−１，３−２，３−３，３−４，３−５，１３−１，１３−２，１３−３，１３−４，１３−５…磁性層、４，１４…ピニングサイト
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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