(57)【要約】【課題】Ｃｏ、Ｒｕなどの希少金属を用いることなく、磁気的に反平行状態で結合した構造を含む磁気記録媒体、垂直磁気記録媒体、磁気記憶装置、磁気メモリセルを提供すること。【解決手段】第１磁性層と第２磁性層とが非磁性層を介さず、磁気的に反平行状態で結合した構造を含む磁気記録媒体磁気記録媒体ならびに垂直磁気記録媒体、磁気記憶装置、磁気メモリセルであって、第１磁性層がスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物からなり、第２磁性層が単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１磁性層と、第２磁性層とが非磁性層を介さず、磁気的に反平行状態で結合した構造を含む磁気記録媒体であって、
前記第１磁性層がスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物からなり、
前記第２磁性層が単体で強磁性を有する金属又は、単体で強磁性を有する金属を含む合金からなる磁気記録媒体。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気記録媒体であって、
前記酸化物が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）または四酸化三鉄を含む酸化物であり、
前記金属が鉄（Ｆｅ）膜であり、前記合金が鉄を含む合金からなる金属である磁気記録媒体。
【請求項３】
垂直磁気記録層と軟磁性裏打ち層とを有する垂直磁気記録媒体であって、
前記軟磁性裏打ち層は第１軟磁性層と、第２軟磁性層とが非磁性層を介さず、磁気的に反平行状態で結合した構造を含む膜を有し、
前記第１軟磁性層がスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物からなり、
前記第２軟磁性層が単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金からなる垂直磁気記録媒体。
【請求項４】
請求項３に記載の垂直磁気記録媒体であって、
前記酸化物が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）または四酸化三鉄を含む酸化物であり、
前記金属が鉄（Ｆｅ）膜であり、前記合金が鉄を含む合金からなる金属である垂直磁気記録媒体。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の磁気記録媒体又は垂直磁気記録媒体と、該磁気記録媒体又は垂直磁気記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生を行うヘッドとを備えた、磁気記憶装置。
【請求項６】
磁気記憶領域を有する磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記磁気記憶領域は第１磁性層と、第２磁性層とが非磁性層を介さず、磁気的に反平行状態で結合した構造を含む膜を有し、
前記第１磁性層がスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物からなり、
前記第２磁性層が単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金からなる磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項７】
請求項６に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記酸化物が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）または四酸化三鉄を含む酸化物であり、
前記金属が鉄（Ｆｅ）膜であり、前記合金が鉄を含む合金からなる金属である磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項８】
真空層内に置いた基板表面に、鉄を蒸着するとともに、基板に向けて酸素ガスを供給し、前記基板表面に、前記鉄を酸化しながら四酸化三鉄膜を成膜する、酸化鉄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反強磁性的層間結合磁性膜を用いた磁気記録媒体及び磁気記憶装置に関する。さらに詳しくは、磁気的に反平行状態で結合した構造を含む磁気記録媒体、垂直磁気記録媒体、磁気記憶装置、磁気メモリセル及び酸化鉄膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報処理技術の発達に伴い、磁気記録媒体の記録密度の向上が求められている。高密度化の要求を満たす磁気記録媒体に必要な特性には、例えばハードディスクでは、熱安定性の向上と低ノイズ化がある。特定の膜厚を有するＲｕ（ルテニウム）などの非磁性層を介して反平行の磁化方向で交換結合する２層の強磁性層を構成し、これら２層に発生する反強磁性的層間結合を利用して、記録ビットの熱安定性を向上し、媒体ノイズを低減しうることが知られている（特許文献１等参照）。
【０００３】
垂直磁気記録方式の構成に含まれる軟磁性裏打ち層の内部に、Ｒｕなどの非磁性層を含む反強磁性的層間結合層を設けることにより、１つの軟磁性層の残留磁化を、別の軟磁性層の反平行磁化と結合させ、軟磁性裏打ち層に由来する巨視的な磁束を相殺して読み取りヘッドに到達しないようにすることで、記録磁化の読み取り時にスパイクノイズを抑制しうることが知られている（特許文献２等参照）。
【０００４】
磁気ランダムアクセスメモリ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）に含まれる磁気メモリセルにおいては、フリー層または固定層の内部に、Ｒｕなどの非磁性層を介した反強磁性的層間結合を利用する層構造が含まれることが知られている（非特許文献１等参照）。
【０００５】
なお、発明者らは、単結晶酸化鉄膜を成膜する装置を用いて目的基板上に金属鉄膜を成膜しうるとともに、前記鉄をオゾンガスで酸化しながら単結晶絶縁酸化鉄膜を成膜しうる発明を出願している（特許文献３参照）。
【特許文献１】特許第３８４８０７２号
【特許文献２】特許第３７３１６４０号
【特許文献３】特開平２００６−３２７９２０
【非特許文献１】Ｗ．Ｊ．Ｇａｌｌａｇｈｅｒ  ａｎｄ  Ｓ．Ｓ．Ｐ．Ｐａｒｋｉｎ，  ＩＢＭ  ＲＥＳ．＆ＤＥＶ．，  ＮＯ．１  ｐａｇｅ  ５〜２３Ａ（２００６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ＣｏやＲｕは希少金属であり、情報処理技術の発達によりコンピュータ用ハードディスク装置などの高密度の磁気記録媒体の需要が高まって価格が上昇し、また、産出地域の偏在や、政治情勢などの要因によりこれらの原料価格の高騰、供給不安定などの問題があった。
【０００７】
本発明は、Ｃｏ、Ｒｕなどの希少金属を用いることなく、磁気的に反平行状態で結合した構造を含む磁気記録媒体、垂直磁気記録媒体、磁気記憶装置、磁気メモリセル及び酸化鉄膜の製造方法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】
本発明者らは、蒸着法でエピタキシャル四酸化三鉄膜を成膜しうる装置を開発し、鉄薄膜と直接結合させた磁性膜において該２膜に反強磁性的層間結合が生じることを見出し、層間結合強度の絶対値は１ミリジュール／平方メートル以上であって、室温環境において反強磁性的層間結合を利用しうることを見出したことによって、本発明を完成するに至った。
【０００９】
（１）  第１磁性層と第２磁性層とが非磁性層を介さず、磁気的に反平行状態で結合した構造を含む磁気記録媒体であって、第１磁性層がスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物からなり、第２磁性層が単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金からなる、磁気記録媒体。
【００１０】
（１）の第１磁性層には、スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物として、例えばＦｅＣｒＯ２を用いることができる。逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物としては、例えばＦｅ３Ｏ４、Ｆｅ２ＮｉＯ４を用いることができる。第１磁性層に含まれる磁性酸化物は、スピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造を有すればよく、他の酸化物、例えばＭｎＦｅ２Ｏ４、ＣｕＦｅ２Ｏ４、ＭｇＦｅ２Ｏ４でもよい。
【００１１】
（１）の第２磁性層には、例えばＦｅ、Ｎｉ、またはこれらを含む合金を用いることができる。第２磁性層に含まれる金属または合金は、単体で強磁性を有する金属を含むものであれば何でもよい。
【００１２】
（２）  （１）に記載の磁気記録媒体であって、第１磁性層が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）または四酸化三鉄を含む酸化物膜であり、第２磁性層が鉄（Ｆｅ）または鉄を含む合金からなる金属膜である磁気記録媒体。
【００１３】
（２）の第１磁性層は、真空蒸着装置などを用いて成膜した四酸化三鉄または四酸化三鉄を含む酸化物膜を用いることができる。あらかじめ四酸化三鉄の結晶を用意してもよく、鉄と酸素とを反応させて得られる四酸化三鉄を膜状に並べてもよい。
【００１４】
（２）の第２磁性層は、真空蒸着装置などを用いて成膜したＦｅ膜またはＦｅを含む合金膜を用いることができる。
【００１５】
（２）の第２磁性層の磁化容易方向は、真空蒸着法により成膜したＦｅ結晶においてはＦｅの容易磁化方向である結晶［１００］方向が膜面と平行になることが知られている。本発明の磁気記録媒体に含まれる第２磁性層の成膜においては、容易磁化方向を膜面と略並行に設けうる成膜法を適宜選択して用いることができる。
【００１６】
本発明の磁気記録媒体に含まれる磁性膜の第１磁性層を製作する方法の好ましい例としては、基板材料として酸化マグネシウム（００１）面を用いる。該基板は、例えば酸化マグネシウムヘキカイ基板および研磨基板を用いることができる。到達真空度０．０００００１３３Ｐａ程度の真空槽を用いて基板を７００℃で１時間熱処理した後、基板温度２２０℃、酸素圧力０．０００４Ｐａ以上においてＦｅの反応性蒸着により四酸化三鉄層を基板上に成長させる。前記鉄は鉄成分が９９．９５％の金属鉄であり、前記酸化源である酸素ガスは酸素成分が１００％の純酸素であることが好ましい。
【００１７】
本発明の磁気記録媒体に含まれる磁性膜の製作においては、前記のように基板上に四酸化三鉄膜を成膜した後にＦｅ膜を成膜してもよく、基板上にＦｅ膜を成膜した後に四酸化三鉄膜を成膜してもよい。
【００１８】
本発明の磁気記録媒体においては、金属膜／酸化物膜、特に鉄膜／四酸化三鉄膜の磁性層の構成があればよく、これらの一方または両方の、結合面でない膜面に、他の金属、合金、磁性体、非磁性体、絶縁体、電気的良導体が接触していてもよい。
【００１９】
本発明の磁気記録媒体においては、金属膜／酸化膜の１層を用いてもよく、複数の層を重ねて多層膜を構成してもよく、多層膜を構成する際に磁性膜と磁性膜の間に本発明の磁性膜以外の構成による膜構造を介在させてもよく、反強磁性的層間結合を有する薄膜構造が本発明の磁性膜によれば、他の構造物の組成と構造は特に問わない。
【００２０】
本発明の磁気記録媒体は、コンピュータ用ハードディスクなどの磁気記録媒体の磁気記録層において、従来のＲｕ等を用いた非磁性層をもつ磁性多層膜を含む磁気記録層に置き換えて使用することができる。本発明の磁気記録媒体は、磁気情報の記録層の一部または全体に用いることができる。本発明の磁気記録媒体に含まれる磁気記録層の層構造の数は特に問わない。
【００２１】
（３）  垂直磁気記録層と軟磁性裏打ち層とを有する垂直磁気記録媒体であって、軟磁性裏打ち層は第１軟磁性層と、第２軟磁性層とが非磁性層を介さず、磁気的に反平行状態で結合した構造を含む膜を有し、第１軟磁性層がスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物からなり、前記第２軟磁性層が単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金からなる垂直磁気記録媒体。
【００２２】
（３）の軟磁性裏打ち層を構成する第１軟磁性層には、スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物として、例えばＦｅＣｒＯ２を用いることができる。また、第１軟磁性層には逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物として、例えばＦｅ３Ｏ４、Ｆｅ２ＮｉＯ４を用いることができる。第１軟磁性層に含まれる磁性酸化物は、スピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造を有すればよく、他の酸化物、例えばＭｎＦｅ２Ｏ４、ＣｕＦｅ２Ｏ４，ＭｇＦｅ２Ｏ４でもよい。
【００２３】
（３）の第２軟磁性層には、例えばＦｅ、Ｎｉ、またはこれらを含む合金を用いることができる。第２磁性層に含まれる金属または合金は、単体で強磁性を有する金属を含むものであれば何でもよい。
【００２４】
（４）  （３）の垂直磁気記録媒体であって、第１軟磁性層が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）または四酸化三鉄を含む酸化物膜であり、第２軟磁性層が鉄（Ｆｅ）または鉄を含む合金からなる金属膜である垂直磁気記録媒体。
【００２５】
（４）の第１軟磁性層は、真空蒸着装置などを用いて成膜した四酸化三鉄または四酸化三鉄を含む酸化物膜を用いることができる。あらかじめ四酸化三鉄の結晶を用意してもよく、鉄と酸素とを反応させて得られる四酸化三鉄を膜状に並べてもよい。
【００２６】
（４）の第２軟磁性層は、真空蒸着装置などを用いて成膜したＦｅ膜またはＦｅを含む合金膜を用いることができる。
【００２７】
本発明に係る磁性膜を含む、垂直磁気記録方式の軟磁性裏打ち層は、従来のＲｕ等を用いた非磁性層をもつ軟磁性裏打ち層に置き換えて使用することができる。本発明に係る磁性膜は、軟磁性裏打ち層の一部または全体に用いることができる。軟磁性裏打ち層に含まれる磁性膜の層の数は特に問わない。
【００２８】
（５）  （１）から（４）のいずれかの磁気記録媒体又は垂直磁気記録媒体と、該磁気記録媒体又は垂直磁気記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生を行うヘッドとを備えた、磁気記憶装置。
【００２９】
（５）の磁気記憶装置は、円板状の基板の上に磁気記録媒体を製作し、円板状の磁気記録媒体を回転させ、記録ヘッドを用いて磁気記録媒体の表面に磁気記録を書き込み、再生ヘッドを用いて記録磁気を読み取ることが知られている。コンピュータハードディスクなどで用いられている磁気記憶装置の基本構成自体は公知であり、その詳細な説明は本明細書では省略する。
【００３０】
（５）の磁気記憶装置に含まれる磁気記録媒体の枚数は１枚に限らず２枚でもよく、３枚でもよく、枚数は問わない。１枚の磁気記録媒体の片面のみを磁気記録に用いてもよく、両面を磁気記録に用いてもよい。また、磁気記憶装置に含まれる磁気記憶媒体の形状は円板に限ったものではなく、細長いテープ状でもよく、形状は問わない。
【００３１】
（６）  磁気記憶領域を有する磁気ランダムアクセスメモリであって、磁気記憶領域は第１磁性層と、第２磁性層とが非磁性層を介さず、磁気的に反平行状態で結合した構造を含む膜を有し、第１磁性層がスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物からなり、第２磁性層が単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金からなる磁気ランダムアクセスメモリ。
【００３２】
（６）の磁気ランダムアクセスメモリの磁気記憶領域に含まれる、反平行結合した磁性膜の第１磁性層には、スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物として、例えばＦｅＣｒＯ２を用いることができる。また、第１軟磁性層には逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物として、例えばＦｅ３Ｏ４、Ｆｅ２ＮｉＯ４を用いることができる。第１軟磁性層に含まれる磁性酸化物は、スピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造を有すればよく、他の酸化物、例えばＭｎＦｅ２Ｏ４、ＣｕＦｅ２Ｏ４，ＭｇＦｅ２Ｏ４でもよい。
【００３３】
（６）の第２軟磁性層には、例えばＦｅ、Ｎｉ、またはこれらを含む合金を用いることができる。第２磁性層に含まれる金属または合金は、単体で強磁性を有する金属を含むものであれば何でもよい。
【００３４】
（７）  （６）の磁気ランダムアクセスメモリであって、第１磁性層が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）または四酸化三鉄を含む酸化物膜であり、第２磁性層が鉄（Ｆｅ）または鉄を含む合金からなる金属膜である磁気ランダムアクセスメモリ。
【００３５】
（７）の第１磁性層は、真空蒸着装置などを用いて成膜した四酸化三鉄または四酸化三鉄を含む酸化物膜を用いることができる。あらかじめ四酸化三鉄の結晶を用意してもよく、鉄と酸素とを反応させて得られる四酸化三鉄を膜状に並べてもよい。
【００３６】
（７）の第２磁性層は、真空蒸着装置などを用いて成膜したＦｅ膜またはＦｅを含む合金膜を用いることができる。
【００３７】
本発明の磁気記録媒体は、磁気ランダムアクセスメモリの磁気メモリセルにおいて、従来のＲｕ等を用いた非磁性層をもつ磁性層に置き換えて使用することができる。磁気メモリセルにおける磁性層の数は特に問わない。
【００３８】
（８）  真空層内に置いた基板表面に、鉄を蒸着するとともに、基板に向けて酸素ガスを供給し、前記基板表面に、前記鉄を酸化しながら四酸化三鉄膜を成膜する、酸化鉄膜の製造方法。
【００３９】
（８）の製造方法には、発明者らが出願済みの、オゾンガスで金属Ｆｅを酸化して単結晶三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）膜を成膜する装置において、酸化源ガスとして純酸素ガスを用い、酸素ガス圧０．００００４Ｐａ以上、基板温度２２０℃の製造条件で、四酸化三鉄膜を成膜できる。目的基板上に四酸化三鉄膜を成膜しうる製造条件であれば、酸素ガスの純度、酸素ガス圧、基板温度、基板材質等を適宜選択できる。
【００４０】
（８）の製造方法においては、基板表面に鉄、四酸化三鉄を蒸着して成膜できればよく、同一の真空槽の中に他の材料を基板上に蒸着する装置を含んでもよく、基板上に成膜する材料の組成は問わない。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、Ｃｏ、Ｒｕなどの希少金属を使用することなく、反強磁性的層間結合を有する磁性膜を活用した応用品を提供することができる。すなわち、希少金属を使用することなく熱安定性の向上と低ノイズ化を図った磁気記録媒体を構成できる。また、希少金属を使用することなく、磁気記録媒体のスパイクノイズを抑制しうる軟磁性裏打ち層を有した垂直磁気記録方式による高密度記録が可能な垂直磁気記録媒体を提供できる。並びにこれらの磁気記録媒体を活用した磁気記憶装置を提供することができる。さらに、希少金属を使用することなく、反強磁性的層間結合を有する磁気メモリセルで構成した磁気ランダムアクセスメモリを提供することができる。
【００４２】
本発明によれば、Ｃｏ、Ｒｕなどの希少金属の使用に伴う問題、すなわち、需要増加に伴い価格上昇し、また、産出地域の偏在や、政治情勢などの要因により原料価格の高騰、供給不安定などの問題を避けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、これはあくまでも一例であって、本発明の技術的範囲はこれに限られるものではない。
【００４４】
＜実施例１＞
実施例１では、本発明の磁気記録媒体の製造方法により、製作した磁性膜に反強磁性的層間結合が発生することを示す。
【００４５】
図１は、本発明の磁気記録媒体の構成を示す図であり、該磁気記録媒体は、基板３の上に第１磁性層２、第２磁性層３を設ける構成を有する。図２は、本発明の磁気記録媒体に含まれる磁性膜を製作するための成膜装置を示す図である。図３は、本発明の磁気記録媒体の酸化物膜を構成しうる四酸化三鉄のイオン結晶構造を示す図である。
【００４６】
図２を用い、基板上に四酸化三鉄膜と鉄薄膜からなる磁性膜を製作する手順を示す。基板としては、例えば、縦１０ｍｍ、横２０ｍｍの大きさの酸化マグネシウムヘキカイ基板および研磨基板を用意し、これらのＭｇＯ（００１）面を用いることができる。
【００４７】
到達真空度０．０００００１３３Ｐａ程度の真空槽１３内において、原材料である鉄１４はるつぼ１５内に入れて、電子銃１６の電子ビーム１７を照射、加熱して蒸発させる。基板１１は、四酸化三鉄膜２が成膜されるべき表面が鉄１４の蒸発面を向くよう、真空槽１３内に設置される。
【００４８】
可変リークバルブ２１を閉じた状態で、ヒータ２５を用いて基板１１を７００℃で１時間熱処理した後、基板温度を２２０℃に維持する。次いで、可変リークバルブ２１を開き、酸素発生装置１９からノズル２２を経由して真空槽１３内へ酸素ガスを導入する。ノズル２２は真空槽１３内において基板１１の方向を向くように配置されている。真空槽内の酸素ガス圧が０．０００４Ｐａ以上となるよう、可変リークバルブ２１を調節する。Ｆｅの反応性蒸着によって四酸化三鉄層を膜厚１３ｎｍまで製作させる。この際に、Ｆｅの成長レートを０．００５ｎｍ毎秒に制御すると、成長後の膜の電気抵抗率が最小になり、Ｖｅｒｗｅｙ転移として知られる四酸化三鉄の金属絶縁物転移温度における電気伝導度変化が、Ｆｅの成長レートの異なる場合の膜製作と比べて急峻に表れることから、前記Ｆｅの成長レートにおいて構造が均一で良質な薄膜を得ることができる。
【００４９】
図３は、四酸化三鉄のイオン結晶を模式的に示す図である。４配位のサイトＡと６配位のサイトＢに鉄原子が入った構造が３次元的に隣接し、ユニットセルサイズ０．８４ｎｍの単位格子を形成し、絶対温度１２０Ｋで金属絶縁物転移（Ｖｅｒｗｅｙ転移）が見られることが知られている。
【００５０】
図４に、本発明の磁気記録媒体の製造法により成膜した、四酸化三鉄膜の温度対電気抵抗率を示す。酸化源に純酸素ガスを使用して製作した四酸化三鉄膜の温度対電気抵抗特性７においては、横軸の絶対温度１２０Ｋ付近に注目すると、四酸化三鉄に特徴的なＶｅｒｗｅｙ転移にともなう電気抵抗変化が明瞭である。室温２９７Ｋ付近に注目すると、縦軸の電気抵抗率の値は１Ωｍ以下である。
【００５１】
一方、図４において、酸化源に１０％オゾンガス、９０％酸素ガスを使用して製作した四酸化三鉄膜の温度対電気抵抗率特性８に注目すると、絶対温度１２０Ｋ付近でのＶｅｒｗｅｙ転移は不明瞭であり、室温付近での電気抵抗率は、純酸素で酸化した四酸化三鉄膜よりも高い値を示す。これらの現象は、純酸素で酸化した四酸化三鉄膜の結晶が、９０％酸素ガスで酸化した四酸化三鉄膜の結晶よりも高い均一度をもつことを示唆する。すなわち、本発明の磁気記録媒体の製造方法は、酸化ガスとして純酸素を用いることにより、四酸化三鉄膜と鉄薄膜が結合した磁性膜における反強磁性的層間結合を最大限に利用しうる。
【００５２】
図５に、本発明の磁気記録媒体に含まれる四酸化三鉄膜の成膜中における、ＲＨＥＥＤ（反射高速電子線回折）像強度の時間変化の状況を示す。
【００５３】
図５が振動波形を有することから、本発明の磁気記録媒体の製造方法においては、四酸化三鉄膜の表面は格子面方位がそろった状態で成長している。また、図５の振動波形の周期は、経過時間とＦｅ成長レートとの積から計算される、膜厚の０．２１ｎｍごとの成長に相当する。像強度が一定速度の膜厚の成長にしたがい周期変化することから、本発明の製造装置と製造方法で作成した四酸化三鉄膜は、１層が形成された後にその上に次の層が形成されるように成長していることが明らかである。
【００５４】
さらに、図３に示したように、四酸化三鉄結晶のユニットセルサイズは０．８４ｎｍであり、ＲＨＥＥＤ像強度の周期振動が示す膜厚０．２１ｎｍの値は、格子定数の４分の一に相当することから、製作した四酸化三鉄膜の表面は格子定数の４分の一程度の平坦性をもつと考えられ、本発明の磁気記録媒体の製造方法を用いることで、良好な平坦性を有する四酸化三鉄膜を製作できる。
【００５５】
四酸化三鉄膜を製作した後に、基板温度を室温まで下げ、鉄のみを膜厚３ｎｍ程度に蒸着して、本発明の磁性膜が製作される。鉄の蒸着法は周知であり、その詳細な説明は本明細書では省略する。
【００５６】
以上述べたように、本発明の磁気記録媒体の製造法により、図１に示すような基板上に第１磁性層、第２磁性層を設けた磁気記録媒体を製造できる。本発明の磁気記録媒体には、用途に応じてキャップ層、電気配線層などを含むことができる。直接結合した鉄膜／四酸化三鉄は単一の層として使用してもよく、複数の鉄膜／四酸化三鉄を積層して使用してもよく、積層間に絶縁層または非磁性層を含んでもよい。
【００５７】
図６を用いて、本発明の磁気記録媒体に係る、膜厚１３ｎｍの四酸化三鉄膜の上に膜厚３ｎｍの鉄膜を成膜した磁性膜の磁化特性を示す。外部磁場を印加した際に磁性膜に誘発されて生じる磁化の強度は、磁気円二色性計測法を用い、鉄膜表面での偏光の反射を観測することで計測できる。
【００５８】
図６において、外部磁場をゼロから一方向に増加させていくと磁気円二色性強度の絶対値も増加するが、外部磁場の絶対値が増加するに従い、磁気円二色性強度の増加はゆるやかになる。外部磁場を減少し、ゼロ磁場を経由して極性を反転させると、磁気円二色性強度は符号反転して前記の磁気飽和と同様の状況を逆符号の領域でも示す。
【００５９】
図７に、膜厚１３ｎｍの四酸化三鉄膜の上に、膜厚１．４ｎｍのＭｇＯ膜を成膜し、さらにその上に膜厚３ｎｍの鉄膜を成膜した磁性膜の磁化曲線を、鉄膜表面における磁気円二色性強度として示す。図７においては、横軸に示す外部磁場がゼロの値において、縦軸の磁気円二色性強度が、図６に示した本発明に係る磁性膜よりも有意に大きな絶対値をもつ値を有している。ＭｇＯ膜が介在すると、鉄膜表面においては、外部磁化を取り去った後も、四酸化三鉄と鉄膜が直接結合した磁性膜よりも大きな残留磁化が発生することが明らかである。
【００６０】
また、図７において、横軸に示す外部磁場の絶対値が５×７９．６×１０００［Ａ／ｍ］を超える領域では、縦軸の磁気円二色性強度はほとんど変化せず、鉄膜が磁気飽和したことが示されている。
【００６１】
一方、図６においては、横軸に示す外部磁場の絶対値が５×７９．６×１０００［Ａ／ｍ］を超える領域においても、縦軸の磁気円二色性強度には増減が表れていることから、本発明に係る磁気記録媒体の磁性膜は磁束飽和に達していないことが明らかである。
【００６２】
すなわち、本発明に該当しないＭｇＯ膜上に成膜した鉄膜の場合の残留磁化、磁束飽和の状況とは異なり、本発明の磁気記録媒体に含まれる鉄膜／四酸化三鉄膜からなる磁性膜においては、残留磁化が抑圧され、磁気飽和点の上昇が見られる。本発明の磁気記録媒体に含まれる、非磁性層を介しない鉄膜／四酸化三鉄膜からなる磁性膜においては、鉄膜と四酸化三鉄膜との２膜に反強磁性的層間結合が発生したことが明らかである。
【００６３】
さらに、図６に示された磁化曲線において鉄膜／四酸化三鉄膜からなる磁性膜の磁化の符号と外部磁場の符号の関係は、図７に示された磁化曲線において表れたＭｇＯ介在積層膜に含まれる鉄膜の磁化の符号と外部磁場の符号の関係に等しく、鉄膜／四酸化三鉄膜からなる磁性膜の磁化の符号は反転しない。
【００６４】
従来の磁性積層膜は、例えば、Ｒｕなどの非磁性層を介して反強磁性的層間結合を発生させ、外部磁界にもっとも接近した磁性層が最大の残留磁化をもつよう構成されている。本発明に係る磁性膜は、Ｒｕなどの希少材料を用いることなく、反強磁性的層間結合を利用する磁性膜を提供できる。
【００６５】
＜実施例２＞
実施例２では、本発明に係る、鉄膜と四酸化三鉄膜との反強磁性的層間結合において、該２膜を直接結合させた構成が層間結合を最大に利用しうることを示す。
【００６６】
非磁性体であるＭｇＯは、反強磁性的層間結合を生じる磁性層間の非磁性層に用いうることが知られており、本発明において結合状態で反平行に磁性結合した鉄膜／四酸化三鉄膜の間にＭｇＯ膜を介在させれば、ＭｇＯ膜厚を制御することで層間結合を制御しうることは十分に予想しうる。
【００６７】
図８に、鉄膜（膜厚３ｎｍ）／ＭｇＯ膜／四酸化三鉄膜（膜厚１３ｎｍ）からなる積層膜について計測した、鉄膜と四酸化三鉄膜との反強磁性的層間結合定数のＭｇＯ膜厚依存性を示す。なお、ＭｇＯ膜は、公知の真空蒸着法により製作できる。
【００６８】
まず、層間結合定数の算出について説明する。磁気異方性を無視し、２つの磁性層の物理的配置が平行と仮定し、鉄膜の飽和磁化が四酸化三鉄膜の飽和磁化と比べて十分大きいと仮定し、次式を層間結合定数として定義する。
【数１】
2008287837.tif 000003
ここに、Ｊは層間結合定数［ジュール／平方メートル］、Ｈｓは飽和磁場［アンペア／メートル］、Ｍｓは磁性層の飽和磁化［テスラ、または、ｋｇ毎秒毎秒毎アンペア］、ｔは四酸化三鉄層の膜厚［メートル］である。
【００６９】
一例として、図６に矢印Ｍ点で示した計測点における層間結合定数Ｊ値の算出を示す。横軸からＨｓの値は１０×７９．６×１０００［Ａ／ｍ］、Ｍｓの値は約０．２３［テスラ］相当、鉄膜の膜厚は３［ｎｍ］であるので、式１を用いて層間結合定数Ｊ値として約１．１［ｍＪ／平方メートル］が得られる。
【００７０】
ＭｇＯ膜厚の異なる磁性多層膜を製作し、各試料について求めたＪ値を補間することにより、図８に示した、鉄膜／四酸化三鉄膜における反強磁性的層間結合定数のＭｇＯ膜厚依存性が得られる。
【００７１】
図８においては、層間結合定数Ｊが、非磁性層であるＭｇＯ膜の厚さに依存することが示され、その最大値はＭｇＯ膜厚がゼロ近傍、すなわち鉄膜と四酸化三鉄膜とが介在物なしに直接結合した場合に得られることが明らかである。
【００７２】
すなわち、本発明の磁気記録媒体に含まれる、鉄膜と四酸化三鉄膜を用いる磁性膜においては、該２膜を直接結合させることにより、反強磁性的層間結合を最大に得ることができる。
【００７３】
本発明においては、反強磁性的層間結合の強度を最大に利用しうる条件は、磁性薄膜の間に非磁性層を必要としない構成であるので、Ｒｕなどの希少金属を用いることなく反強磁性的層間結合を有する磁性薄膜を提供できる。
【００７４】
図８の計測結果は、鉄膜と四酸化三鉄膜との膜間隔が、四酸化三鉄膜の平坦性の程度かそれ以内に接近して直接結合した構成において、該２膜の反強磁性的層間結合力が最大となりうることを示している。すなわち、鉄膜と四酸化三鉄膜とがＲｕ層などの介在なしに直接結合した構成は、本発明に係る反強磁性的層間結合を利用する磁性膜の構造においてもっとも適していることを示している。
【００７５】
図９は、本発明の磁気記録媒体における反強磁性的層間結合の温度依存性を示す図である。図９は、本発明の磁気記録媒体においては、磁性膜に含まれる四酸化三鉄の金属絶縁物転移（Ｖｅｒｗｅｙ転移）温度以上の温度領域において、反強磁性的層間結合の結合定数の顕著な減少がないことを示しており、このことから、本発明の磁気記録媒体に含まれる磁性膜は、室温または室温に近い温度環境下で、磁気記録媒体、軟磁性裏打ち層、磁気記憶装置、磁気ランダムアクセスメモリなどの形態に含まれて動作する場合に、反強磁性的層間結合を維持しうることは明らかである。
【００７６】
以上示したように、本発明の磁気記録媒体においては、鉄膜／四酸化三鉄膜がＲｕ層などの介在物なしに直接結合した状態において、該２膜に反強磁性的層間結合が発生し、該２膜が逆平行に磁化された状態を維持し、とりわけ室温近辺の温度環境において反強磁性的層間結合を維持しうる。
【００７７】
＜実施例３＞
実施例３は、本発明に係る磁性膜を含む、垂直磁気記録方式の軟磁性裏打ち層に関するものである。
【００７８】
図１０を用いて、本発明の磁気記録媒体に係る、垂直磁気記録方式に含まれる軟磁性裏打ち層の構成を説明する。
【００７９】
高密度記録が可能な垂直磁気記録方式の磁気記録媒体においては、記録ビット３９を保持する垂直磁気記録層４１、軟磁性裏打ち層４２が存在し、磁気情報の書き込み時には書き込みヘッド３７、磁気記録層４１、軟磁性裏打ち層４２が磁気回路を構成する。書き込みヘッド３７が移動して記録磁化が供給されなくなると、軟磁性裏打ち層４２を構成する金属層４０には残留磁化が生じるが、金属層４０と反強磁性的層間結合を有する酸化物層４４に生じる反平行の磁化によって相殺され、軟磁性裏打ち層４２に由来する巨視的な静磁化は減少する。これにより、磁気情報の読み取り時に、読み取りヘッド３８に到達する軟磁性裏打ち層４２由来の磁束を低減できる。典型的にはスパイクノイズとして読み取られる軟磁性裏打ち層４２由来の磁束を低減することで、記録ビット３９由来の磁束の読み出しをより安定に高精度に行える。
【００８０】
図１０に示した、本発明に係る軟磁性裏打ち層４２を含む垂直磁気記録方式の磁気記録媒体においては、読み取りヘッド３８が拾うノイズを低減する目的で反強磁性的層間結合を利用するにあたり、Ｒｕなどの希少金属を用いる非磁性層を含む必要はない。
【００８１】
本発明に係る垂直磁気記録方式の磁気記録媒体においては、従来型の軟磁性裏打ち層を、本発明に係る磁性膜を含む軟磁性裏打ち層で置き換えた構成を有する。本発明に係る磁性膜を含む垂直磁気記録方式の磁気記録媒体においては、Ｒｕなどの希少金属を必要とせずに、垂直磁気記録媒体における軟磁性裏打ち層を構成しうる。
【００８２】
本発明の金属膜／酸化物膜からなる磁性膜を含む垂直磁気記録方式の磁気記録媒体においては、軟磁性裏打ち層にＲｕ等の非磁性層を含まないことによって、製造プロセスにおける該非磁性層の成膜工程を除くことができ、製造過程における工数の一部を削減しうる。
【００８３】
本発明の金属膜／酸化物膜からなる磁性膜の１層を軟磁性裏打ち層に含んでもよく、複数の層を積層して含んでもよく、層間に磁性材、非磁性材、絶縁材、導体などを介在させてもよい。
【００８４】
非磁性基板４３には、前記の磁気記録媒体において示したように、例えばＡｌ基板、ガラス基板、またはＳｉ基板を用いることができ、これらの基板上にテクスチャ処理を施してもよい。
＜実施例４＞
実施例４は、本発明に係る金属膜／酸化物膜の磁性膜を含む磁気記録媒体に関するものである。
【００８５】
図１１を用いて、本発明に係る金属膜／酸化物膜を含む、磁気記録媒体の磁気記録層の構成を説明する。磁気記録媒体は非磁性基板４３上に下から順に、シード層４９、下地層３５、非磁性中間層３４、金属／酸化物層３１、保護層２９を設けた構造を有している。保護層２９上にはさらに潤滑層２８を設けてもよい。
【００８６】
上記非磁性基板４３は、例えばＡｌ基板、ガラス基板、またはＳｉ基板からなる。この基板上にテクスチャ処理を施してもよい。
【００８７】
シード層４９は、例えば、非磁性基板４３がＡｌまたはＡｌ合金の場合は、ＮｉＰを用いることができる。非磁性基板４３がガラスからなる場合にはＮｉＡｌ、ＦｅＡｌなどを用いることができる。このシード層にテクスチャ処理または酸化処理を施してもよい。シード層４９は、この上に設けられる下地層３５の配向を良好にするために設けられる。下地層３５にはＣｒまたはＣｒ系合金などを用いることができる。
【００８８】
非磁性中間層３４は、この上に設けられる磁性多層膜の成膜および配向の均一性を促進するために設けられる。四酸化三鉄膜の成膜においてはＭｇＯ（００１）面を非磁性中間層３４として用いることができるが、非磁性中間層３４の材質はこれに限ったものではなく、本発明に係る磁性膜を成膜しうるものであれば何でもよい。
【００８９】
保護層２９、潤滑層２８は磁気記録媒体上の保護層構造を構成するもので、材質は特に問わない。
【００９０】
図６、図７を用いて前述したように、非磁性層を介しない鉄膜／四酸化三鉄膜からなる磁性膜においては、鉄膜と四酸化三鉄膜との２膜に反強磁性的層間結合が発生したことが明らかであるので、従来の反強磁性的層間結合を有する積層膜に代替することが可能である。すなわち、本発明に係る磁性膜は、Ｒｕなどの希少材料を用いることなく、反強磁性的層間結合を利用する磁気記録媒体を提供できる。
【００９１】
以上示したように、本発明に係る金属層／酸化物層が直接結合した磁気記録媒体においては、金属／酸化物層３１は、金属層３０と酸化物層３２を１層ずつ含んでもよく、金属層３０と酸化物層３２とが結合した磁性結合層を任意の枚数だけ適宜積層してもよい。１の金属層３０と１の酸化物層３２とが介在物なしに直接結合していれば、該結合層の上下に他の磁性層、非磁性層、導電物、絶縁物などを積層してもよく、それらの化学組成、表面形状、順序は問わない。
【００９２】
本発明に係る磁気記録媒体は、従来型の反強磁性的層間結合を利用するために磁気記録層が含んでいるＲｕ層などの非磁性絶縁層を不要とし、従来型の反強磁性的層間結合を利用する磁気記録媒体に代替して使用できる。
【００９３】
＜実施例５＞
実施例５は、本発明の磁性膜を含む、磁気記憶装置に関するものである。
【００９４】
図１３は、本発明に係る磁気記憶装置の要部を示す平面図である。磁気記憶装置は大略ハウジング７３、ハブ７５、磁気記録媒体７６、記録再生ヘッド７７、サスペンション７８、アーム７９が設けられている。磁気記録媒体７６は、モータ（図示せず）により回転するハブ７５に取り付けられている。記録再生ヘッド７７は、ＭＲヘッドや、ＧＭＲヘッド等の読み取りヘッドと、インダクティブヘッド等の記録ヘッドからなる複合型の記録再生ヘッドである。記録再生ヘッド７７は、アーム７９の先端にサスペンション７８を介して取り付けられている。磁気記録媒体７６は、複数の枚数を適宜隔ててハブ７５に接続してもよく、それぞれの磁気記憶媒体ごとに記録再生ヘッド、サスペンション、アームを設けてもよい。この磁気記憶装置の基本構成自体は公知であり、その詳細な説明は本明細書では省略する。
【００９５】
前記磁気記憶装置の実施例で、磁気記録媒体７６として、図１１で説明した構成を有する磁気記録媒体を用いることができる。ハウジング７３に収める磁気記録媒体７６の枚数は１枚に限らず２枚でもよく、３枚でもよく、枚数は問わない。１枚の磁気記録媒体の片面のみを磁気記録に用いてもよく、両面を磁気記録に用いてもよい。
【００９６】
本発明の磁気記録媒体を含む磁気記憶装置は、図１３に示すものに限定されるものではない。また、本発明で用いる磁気記憶媒体は磁気ディスクに限定されるものではない。
【００９７】
＜実施例６＞
実施例６は、本発明の磁性膜を含む、磁気ランダムアクセスメモリに関するものである。
【００９８】
図１２は、本発明に係る磁気ランダムアクセスメモリの磁気メモリセルの構成を示す図であり、基板６３、シード層６２、下地層６１、反強磁性層５６、固定層５３、トンネル接合層６０、フリー層５２が積層された構造を有し、固定層５３は金属層５４、酸化物層５５からなる。
本発明に係る磁気ランダムアクセスメモリの磁気メモリセルにおいては、反強磁性的層間結合を利用して磁極が固定されている固定層５３において、Ｒｕ等の非磁性層を介することなく固定層を構成できる。
【００９９】
本発明に係る磁気ランダムアクセスメモリの磁気メモリセルにおいては、固定層５３は金属／酸化物からなる１つの層を用いてもよく、複数の磁性多層膜を積層して用いてもよい。フリー層５２と固定層５３の間に、また固定層５３とピン層５６の間に、非磁性層または絶縁層を介在してもよい。
【０１００】
本発明に係る磁性膜は、従来方式の磁気ランダムアクセスメモリの磁気メモリセルにおいて、反強磁性的層間結合を利用するために内部にＲｕ等の非磁性層を必要とした箇所に置き換えて、用いることができる。
【０１０１】
また、本発明に係る磁性膜は、磁気ランダムアクセスメモリの磁気メモリセルにおいて、反強磁性的層間結合を利用する磁性多層膜の組成にＣｏを必要とせず、希少金属の供給不安に係る問題を解消しうる。
【０１０２】
以上、本発明の実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることができる。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。例えば、酸化物としてＦｅ２ＮｉＯ４を用い、金属としてＦｅを用い、それぞれを順次成膜して製作される酸化物／金属磁性膜にも同様に対応することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明の磁気記録媒体に含まれる磁性膜、とりわけ鉄膜／四酸化三鉄膜からなる磁性膜は、Ｃｏ、Ｒｕなどの希少金属を用いることなく、反強磁性的層間結合を利用する磁性多層膜として使用できるので、該層間結合を利用する磁気記録媒体、垂直磁化記録方式における軟磁性裏打ち層、磁気記憶装置、磁気メモリセルなどに使用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の反強磁性的層間結合を有する磁気記録媒体の構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る磁性膜を製作するための成膜装置を示す図である。
【図３】公知の四酸化三鉄の分子構造モデルを示す模式図である。
【図４】本発明の磁性多層膜に含まれる四酸化三鉄膜の温度対電気抵抗率の酸素濃度による差を示す図である。
【図５】本発明の磁気記録媒体の製造における、四酸化三鉄膜の成膜中ＲＨＥＥＤ像強度の時間変化を示す図である。
【図６】本発明に係る鉄膜／四酸化三鉄膜における鉄膜の磁化曲線を示す図である。
【図７】鉄膜／ＭｇＯ膜／四酸化三鉄膜における、鉄膜の磁化曲線を示す図である。
【図８】鉄膜／ＭｇＯ膜／四酸化三鉄膜における、層間結合定数のＭｇＯ膜厚依存性を示す図である。
【図９】本発明に係る鉄膜／四酸化三鉄膜における層間結合定数の温度特性を示す図である。
【図１０】本発明に係る磁性膜を用いた、磁気記録媒体の磁気記録層を示す図である。
【図１１】本発明に係る磁性膜を用いた、垂直磁気記録方式における軟磁性裏打ち層を示す図である。
【図１２】本発明に係る磁性膜を用いた、磁気ランダムアクセスメモリの磁気メモリセルを示す図である。
【図１３】本発明に係る磁性膜を用いた、磁気記憶装置を示す図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１  基板
２  第１磁性層（酸化物層）
３  第２磁性層（金属層）
７  酸化源に純酸素ガスを使用して製作した結合膜の温度対電気抵抗率特性
８  酸化源に１０％オゾンガス、９０％酸素ガスを使用して製作した結合膜の温度対電気抵抗率特性
１１  基板
１３  真空槽
１４  原材料である鉄
１５  るつぼ
１６  電子銃
１７  電子ビーム
１８  真空蒸着装置
１９  酸化源ガス発生装置
２０  配管
２１  可変リークバルブ
２２  ノズル
２３  酸素ガス
２４  鉄の蒸気
２５  ヒータ
２８  潤滑層
２９  保護層
３０  金属層
３１  金属／酸化物層
３２  酸化物層
３４  非磁性中間層
３５  下地層
３７  垂直記録用ヘッド
３８  読み取りヘッド
３９  記録ビット
４０  金属層
４１  垂直磁気記録層
４２  軟磁性裏打ち層
４３  非磁性基板
４４  酸化物層
４９  シード層
５２  フリー層
５３  固定層
５４  金属層
５５  酸化物層
５６  反強磁性層
６０  トンネル接合層
６１  下地層
６２  シード層
６３  基板
７３  ハウジング
７５  ハブ
７６  磁気記録媒体
７７  記録再生ヘッド
７８  サスペンション
７９  アーム
【図１】
2008287837.tif 000004
【図２】
2008287837.tif 000005
【図３】
2008287837.tif 000006
【図４】
2008287837.tif 000007
【図５】
2008287837.tif 000008
【図６】
2008287837.tif 000009
【図７】
2008287837.tif 000010
【図８】
2008287837.tif 000011
【図９】
2008287837.tif 000012
【図１０】
2008287837.tif 000013
【図１１】
2008287837.tif 000014
【図１２】
2008287837.tif 000015
【図１３】
2008287837.tif 000016