(57)【要約】【課題】  高密度化に必須の高密度でのS/Nが高い磁気記録媒体、及び大容量でしかもアクセス速度が速い磁気記録再生装置を提供する。【解決手段】  非磁性基板上に形成された少なくとも一層の磁性層を有する薄膜型磁気記録媒体であって、記録方向の角型比が0.8以上1以下、単位遷移当たりの規格化ノイズ係数の絶対値が2.5×10-8(μＶrms)(inch)(μｍ)0.5/(μＶpp)以下である磁気記録媒体を用いる。【効果】  本発明の磁気記録媒体、磁気記録再生装置を用いることにより高速かつ大容量の記録再生が初めて可能となる。【選択図】  図１
2004199865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性基板上に形成された少なくとも一層の磁性層を有する薄膜型磁気記録媒体であって、記録方向の角型比が0.8以上1以下、単位遷移当たりの規格化ノイズ係数の絶対値が2.5×10-8(μＶrms)(inch)(μｍ)0.5/(μＶpp)以下であることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項２】
媒体各位置での略記録方向に沿って角型比が最も高いことを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項３】
上記異方的な形状の平均軸比が1.5以上10以下であることを特徴とする請求項１または２記載の磁気記録媒体。
【請求項４】
上記磁性層がCo、Fe、Niからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素を50at%以上含む結晶質磁性体を含み、更に、Cr、Mo、W、Ta、V、Nb、Ta、Ti、Ge、Si、Co、Niからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素を50at%以上含む非磁性下地膜上に形成されたことを特徴とする請求項１または２記載の磁気記録媒体。
【請求項５】
非磁性基板上に形成された少なくとも一層の磁性層を有する薄膜型磁気記録媒体であって、上記磁性層がCo、Fe、Niと希土類磁性元素からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素を含む非晶質磁性体であり、記録方向の角型比が0.９以上1以下、単位遷移当たりの規格化ノイズ係数の絶対値が3×10-8(μＶrms)(inch)(μｍ)0.5/(μＶpp)以下であることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項６】
上記磁性層が、Cr、Mo、W、Ta、V、Nb、Ta、Zr、Hf、Ti、Ge、Si、Co、Ni、C、Bからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素を50at%以上含む非磁性中間層を介して積層されたことを特徴とする請求項１、２または５記載の磁気記録媒体。
【請求項７】
巨大磁気抵抗効果素子あるいは、磁気抵抗効果を示すトンネル接合膜を用い、実効トラック幅が０．５μｍ以下である再生素子を有する磁気ヘッドと請求項１ないし６記載の磁気記録媒体とを組み合わせて磁気情報の再生を行うことを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項８】
発熱部を具備した磁気ヘッドで記録を行うことを特徴とする請求項７記載の磁気記憶装置。
【請求項９】
磁気記録媒体に熱を印加した直後に磁気記録を行い、上記巨大磁気抵抗効果素子あるいは、磁気抵抗効果を示すトンネル接合膜を用いた素子で再生を行うことを特徴とする請求項８記載の磁気記憶装置。
【請求項１０】
上記発熱部が、位置補正機能を具備した半導体レーザチップであることを特徴とする請求項８または９記載の磁気記憶装置。
【請求項１１】
面記録密度15Gb/in2以上、平均アクセス時間５ｍｓ以下で記録再生することを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項１２】
半導体レーザチップを搭載した磁気ヘッドの実効容積が０．６立方ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１１記載の磁気記憶装置。
【請求項１３】
記録部に、飽和磁束密度が１．５Ｔ以上の磁極を用いたヘッドを用いることを特徴とする請求項９記載の磁気記憶装置。
【請求項１４】
ロータリアクチュエータを具備したことを特徴とする請求項７ないし１３のいずれかに記載の磁気ディスク装置。
【請求項１５】
粗動、微動の２種のヘッドアクセス手段を有することを特徴とする請求項１４記載の磁気記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子計算機及び情報処理装置等に用いられる磁気ディスク装置、ディジタルＶＴＲ等の情報家電用の磁気記憶装置及びその磁気記録媒体に係り、特に、高速アクセス、高密度記録を実現する上で好適な磁気記録媒体およびこれを用いた磁気記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報機器の記憶（記録）装置には、半導体メモリと磁性体メモリ等が用いられる。高速アクセス性の観点から内部記憶装置には半導体メモリが用いられ、大容量・低コストかつ不揮発性の観点から外部記録装置として磁性体メモリが用いられている。磁性体メモリの主流は、磁気ディスク装置、及び磁気テープ、磁気カード装置である。磁気ディスク、磁気テープや磁気カードといった記録媒体に磁気情報を書き込むため、強磁界を発生する磁気記録部が用いられる。更に、高密度で記録された磁気情報を再生するため、磁気抵抗現象ないしは、電磁誘導現象を利用した再生部が用いられる。最近では、巨大磁気抵抗効果、トンネル型磁気抵抗効果も検討され始めている。これら機能部は、磁気ヘッドと呼ばれる入出力用部品に共に設けられている。
【０００３】
図１０に磁気ディスク装置の基本構成を示す。同図（ａ）は、装置の平面図、（ｂ）は断面図を示す。記録媒体１０１は、回転軸受け１０４に固定され、モータ１００により回転する。図１０では１―４の４枚の磁気ディスク、８本の磁気ヘッドを搭載した例を示したが、磁気ディスク１枚以上、磁気ヘッド１本以上であれば良い。１０２は、回転する記録媒体面上を移動する。磁気ヘッドは、アーム１００１を介してロータリアクチュエータ１０３に支持される。サスペンション１００３は、磁気ヘッド１０２を記録媒体１０１に所定の荷重で押しつける機能を有する。再生信号の処理及び情報の入出力には、所定の電気回路が必要である。最近では、PRML(Partial Response Maximum Likelihood)、あるいはこれをエンハンスしたEPRML(Extended PRML)と言った、高密度化時の波形干渉を積極的に活用した信号処理回路が導入され、高密度化に大きく寄与している。これらは
、ケース１００２等に取り付けられる。
【０００４】
磁気ヘッドに搭載される情報の書き込み及び再生機能部は、例えば図１１（ａ）に示す構造から構成される。書き込み部１１１は、渦巻き型コイル１１６とこれを上下に包みかつ磁気的に結合された磁極１１７と磁極１１８から構成される。磁極１１７と磁極１１８は、共に磁性膜パターンから構成される。再生部１１２は、磁気抵抗効果素子１１３と同素子に定電流を流し、かつ抵抗変化を検出するための電極１１９から構成される。これら書き込み部と再生部の間には、磁気的なシールド層を兼ねる磁極１１８が設けられている。磁気抵抗効果素子１１３の下層にはさらにシールド層１１５が設けられている。再生分解能は、このシールド層１１５と磁極(シールド層兼用)１１８との間隙長により決定される。以上の機能部は、上記磁気ヘッドスライダ１１１０（同図b）上に下地層１１４を介
して形成されている。なお本磁気ヘッドスライダは、同図(b)に示すように、ジンバル１１１１、サスペンション１１１３に取り付けられ、媒体面上を浮上しつつ移動し、モータに接続されたアーム１１１４によって任意の場所に位置決めした後、導体１１１１、１１１５を通じて磁気情報の書き込み、ないしは再生機能を実現する。これを制御する電気回路も前記信号処理回路と共に存在する。
【０００５】
図１２に記録媒体の詳細な構成図を示すが、特開平３−１６０１３号公報に記載のように、従来NiPめっきAlやガラス、高硬度セラミックス、平坦化Si等の非磁性基板ないしは樹脂テープ基板１２１上に、Co-Cr-Ta、Co-Cr-Pt等の磁性薄膜１２３をスパッタ法、蒸着法、メッキ法等で製膜したものが多く使われている。通常、配向性制御用等のCr、Cr合金等の下地膜１２２が基板との間に形成されることが多い。更に、耐摺動信頼性を確保するために、窒素や水素を添加した硬質炭素、SiO２、SiN、ZrO２等から為る保護膜１２４、更に、吸着性や反応性の末端基を有するパーフルオロアルキルポリエーテル、有機脂肪酸等の潤滑膜１２５が設けられる。
【０００６】
これら磁気記録装置とは別に、磁気記録媒体に光で記録再生を行う光磁気記録装置も実用化されている。これには、光だけで変調を行う方式と、変調磁界の助けを借りながら光で記録再生を行う方式とがあるが、いずれも光学系が複雑で、質量が大きいため高速のアクセスが出来ず、主にバックアップ等に採用されているだけであった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
記憶装置の性能は、記憶容量と入出力動作時のスピードとによって決まり、製品競争力を高めるためには、記録情報を高密度で行うことによる大容量化と、高速回転化、高速シーク化、高周波記録化などによるアクセス時間の短縮化とが必須である。本発明が解決しようとする最大の課題は、特にアクセス速度が速く、更に高密度化に必須の高密度でのS/Nが高い磁気記録媒体及び装置を提供することである。
【０００８】
この要求を満足するためには、記録再生用のヘッドが１．２×１．０×０．３立方ｍｍ以下と小型で、ヘッド駆動用のアクチュエータも小型・軽量化できる磁気記録装置の改良が必須であり、更に高密度で高い出力が得られる磁気記録媒体が必要である。従来の磁気記録媒体では、高密度で高い出力を得るために、E.M.Rossi ,et al:Journal of Applied Physics Vol.55 No6(1984)p2254-2256に記載されているように、磁気ディスク基板表面に粘着防止用等のテクスチャを設け、この上に更に、低圧酸素等の雰囲気中で、斜め蒸着法によりFe-Co-Ni(42.5/42.5/15wt.wt%)磁性膜、更にCr、Rh保護膜、潤滑膜を設ける事で、0.9以上の高い周方向角型比S(=Mr/Ms)、保磁力角型比S*、及び耐摺動信頼性、耐食性、出力記録密度特性を有する磁気記録媒体を形成していた。ところが、高い線記録密度でこれらの薄膜媒体に磁気記録を行うと、結晶粒間の交換相互作用が強く、記録ビットの境界に不規則な鋸歯状の磁区構造が形成されてしまい、線記録密度と共に媒体からのノイズが増大し、高密度での記録の妨げになっていた。これは特に面内方式の磁気記録媒体で典型的な課題である。このため、特開昭６３−１４８４１１、特開平３−１６０１３、特開昭６３−２３４４０７号各公報に記載の様に、結晶粒界での非磁性成分の偏析を促進し、相互作用を低減することで、保磁力角型比S*を0.85以下にしたり、回転ヒステリシスロスRHを0.4-1.3に制御し、低ノイズ化を図る事が提案、実施されて来た。まだ広くは実用化されてはいないが、垂直磁気記録方式でも低ノイズ化は重要な課題であり、特開昭５８−１９０７２９号公報などでは多層化による対策が提案されていた。
【０００９】
しかし、最近の年率60%もの効率でさらに記録密度を高め1５Gb/in2程度以上の面記録密度で記録再生しようとすると、従来技術による媒体ではノイズが異常に大きく、高品位な記録再生ができない事が判明した。この原因について鋭意追求した結果、結晶粒界での非磁性成分の偏析を促進し、相互作用を低減すると、通常の膜構造では、高密度記録時に記録ビット境界からのノイズは低減できるが、角型比Sが劣化し、記録ビット内部からのノイズがかえって増大してしまうことが分かった。また、ディスク媒体ではディスク位置毎に周方向の磁気特性は一定であり、またテープ状媒体ではヘッド走行方向に同一である。そのため、特に最近の磁気ディスク装置では高速アクセスの為に、図１０に示したように、ヘッド移動、位置決め方式としてロータリアクチュエータを採用しており、ディスク半径位置に応じてヨー角と呼ばれるヘッド走行方向からのずれが発生し、書きにじみ、消しにじみが場所毎に異なり、高密度化の妨げになっていた。特に15Gb/in2以上の高密度で記録再生を行う為には、熱揺らぎ等に対抗するために、従来法に比べ線密度を高めるよりも、トラック密度を高めた方が有利である為、高密度化のためには、この問題を解決する事が最重要の課題であった。
【００１０】
本発明の目的は、高密度記録時に記録ビット境界だけでなく、記録ビット内部からのノイズも低く、更に書きにじみ、消しにじみも小さく、高密度記録に好適な磁気記録媒体、及びこの媒体等を用いた場合に実現される大容量磁気記憶装置において、高速アクセスにより情報の読み書きが大容量化にふさわしく十分高速な高密度磁気記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を実現するため、媒体構造、材料、プロセス、及びヘッド等の装置関係技術に付いて鋭意検討を進め、下記の手段が極めて効果が高いことを発見した。
【００１２】
媒体製膜方向に斜め成分が優位的に含まれる製膜装置により、基板温度、雰囲気、製膜速度、製膜時の粒子飛翔方向等の製膜条件、熱処理条件、磁性膜もしくは下地膜組成、膜厚、結晶性、層数等を鋭意制御することで、上記磁性層を、優位的に所定の方向に揃って配置した異方的な形状で、かつその平均粒径が15nm以下2nm以上の微細結晶粒から優位的に構成せしめる事が出来、記録方向の角型比を0.8以上１以下、単位遷移当たりの規格化ノイズ係数の絶対値が2.5×10-8(μＶrms)(inch)(μｍ)0.5/(μＶpp)以下とする事が出来る。また、粒子の実効的な飛翔方向を下地と磁性膜とで独立に制御する事により、上記とは別の効果として、媒体各位置での略記録方向に沿って、角型比が最も高い磁気記録媒体を作製出来る。これにより、消しにじみ、書きにじみ、記録遷移幅等を媒体の各位置毎で最適化でき、ヘッドロータリアクチュエータ方式の磁気ディスク装置において著しく記録密度を高める事も出来る。ここで、ヘッドアクセス方式を少なくとも粗動、微動の２種とする事で、高速性を維持したままアクセス時の位置決め精度を高める事が出来る。上記の効果は、結晶質の面内、垂直媒体に対して顕著である。磁性膜が非晶質状態の場合にも、媒体製膜方向に斜め成分を優位的に含ませる事で、面内の磁気的異方性を制御でき、磁壁、磁区構造に面内異方性を付与でき、記録方向の角型比を0.９以上１以下、単位遷移当たりの規格化ノイズ係数の絶対値が3×10-8(μＶrms)(inch)(μｍ)0.5/(μＶpp)以下とする事が出来る。
【００１３】
記録された情報の再生には、巨大磁気抵抗効果素子あるいは、磁気抵抗効果を示すトンネル接合膜を用い、実効トラック幅が０．５μｍ以下である再生素子を有する磁気ヘッドとを組み合わせて磁気情報の再生を行う事で、信号処理方式の助けを借りて、装置動作に必要な20dB以上の装置S/Nが得られ、EPRMLやEEPRML、トレリス符号、ECC等と組み合わせる事で面記録密度15Gb/in2以上で記録再生する事が出来る。更に、磁気ディスクの直径を3.5以下、磁気ヘッドの実効体積を1.0×0.8×0.2ｍｍ3とする事で、平均アクセス時間５ｍｓ以下とする事が出来る。
【００１４】
更に、発熱部を具備した磁気ヘッドで媒体を略５０℃−２５０℃程度に瞬間的に加熱し、高周波での保磁力を低減する事で、記録をアシストする事が出来る。すなわち、記録部、記録磁極材料への負担が軽減でき、記録トラック幅を０．５μｍ以下としても、飽和磁束密度１Ｔ程度の磁極材料で、１５Gb/in2以上の高密度記録が出来、特に有利であった。上記発熱部を半導体レーザチップとする事で、実効的なヘッド体積を小さく出来るので好ましい。更に、レーザチップ位置補正機能を具備せしめる事で、隣接トラックへの干渉を抑えられるので特に好ましい。また、実効的なヘッド体積を０．６立方ｍｍ以下にする事で高速シークが可能になり、平均アクセス時間を５ｍｓ以下として記録再生出来るので特に好ましい。ここで、アクセス時間を短く、更に高精度で位置決めをする為には、ロータリーアクチュエータ方式で、更にヘッドを粗動、微動の少なくとも２段階で位置決めする事が特に有効である。
【００１５】
非磁性基板上に形成された少なくとも一層の磁性層を有する薄膜型磁気記録媒体において、媒体製膜方向に斜め成分が優位的に含まれる製膜装置により、基板温度、雰囲気、製膜速度、製膜時の粒子飛翔方向等の製膜条件、熱処理条件、磁性膜もしくは下地膜組成、膜厚、結晶性、層数等を鋭意制御することで、上記磁性層を、優位的に所定の方向に揃って配置した異方的な形状で、かつその平均粒径が15nm以下2nm以上の微細結晶粒から優位的に構成せしめることが出来、記録方向の角型比を0.8以上１以下、単位遷移当たりの規格化ノイズ係数の絶対値が2.5×10-8(μＶrms)(inch)(μｍ)0.5/(μＶpp)以下とすることが出来ることを見出した。また、粒子の実効的な飛翔方向を下地と磁性膜とで独立に制御することにより、上記とは別の効果として、媒体各位置での略記録方向に沿って、角型比が最も高い磁気記録媒体を作製出来ることを発見した。これにより、消しにじみ、書きにじみ、記録遷移幅等を媒体の各位置毎で最適化でき、ヘッドロータリアクチュエータ方式の磁気ディスク装置において著しく記録密度を高めることも出来る。ここで、ヘッドアクセス方式を少なくとも粗動、微動の２種とすることで、高速性を維持したままアクセス時の位置決め精度を高めることが出来るので、本効果は特に顕著である。優位的に結晶質の媒体における上記効果は、上記磁性層がCo-Cr-Pt、Co-Cr-Pt、Co-Pt、Fe-Co-Ni合金等のCo、Fe、Niから為る群から選ばれた少なくとも１種の金属元素を50at%以上含み、更に、Cr、Mo、W、Ta、V、Nb、Ta、Ti、Ge、Si、Co、Niから為る群から選ばれた少なくとも１種の元素を50%以上含む、Cr、CrTi合金、CrMo合金、NiCr合金、非磁性CoCr/CrTi積層下地、非磁性CoCrTa/CrTi/Cr積層下地等の非磁性下地膜上に形成せしめることにより、まず下地の形状を制御し、その上にヘテロエピタキシャル的に成長する磁性層結晶粒の基本形状を決定し、更に磁性結晶粒間の交換相互作用や微調としての磁気異方性は、磁性粒材料の組成、製膜プロセスで独立に制御出来るので、特に顕著な効果が得られる。多層下地であれば、制御の自由度が更に増え、特に熱揺らぎの低減等での見地で、更に好ましい。また、SiO2やZrO2などの非磁性体とCoPtやCoNiPt等の高結晶磁気異方生材料とを同時スパッタ製膜し、300℃程度の高温で熱処理して高結晶磁気異方生材料を析出、分散させる、いわゆるグラニュラ型の媒体でも同様の効果を確認している。更により好ましくは、上記異方的な形状の平均軸比を1.5以上10以下とすれば、出力も高く、隣接トラックとの干渉を抑制出来るので好ましい。なお、結晶質の粒子を有する媒体では特に面内保磁力の制御が効果的に出来るため、上記の効果は、面内磁気異方性を有する媒体に対して特に顕著であるが、CoCr系等の結晶質垂直媒体でも同様である。ただし後者の場合にはノイズのＤＣ成分、すなわち記録ビット内部の磁化揺らぎ起因のノイズが顕著であるため、垂直方向の角型比を高めることが特に重要で、０.９以上より好ましくは０．９５以上とすることが必要である。
【００１６】
一方、磁性膜が非晶質状態の場合にも、媒体製膜方向に斜め成分を優位的に含ませることで、面内の磁気的異方性を制御でき、磁壁、磁区構造に面内異方性を付与できることを発見した。このため、記録ビット間の遷移領域をより平坦にすることが出来、記録方向の角型比を0.９以上１以下、単位遷移当たりの規格化ノイズ係数の絶対値が3×10-8(μＶrms)(inch)(μｍ)0.5/(μＶpp)以下とすることが出来る。特に、この効果については、垂直磁気異方性を有する非晶質の媒体に対して顕著で、この場合にもノイズのＤＣ成分、すなわち記録ビット内部の磁化揺らぎ起因のノイズが顕著であるため、記録方向の角型比を高める事が特に重要で、0.９以上より好ましくは０．９５以上とすることが必要であった。ただしその替わり、単位遷移当たりの規格化ノイズ係数の絶対値が3×10-8(μＶrms)(inch)(μｍ)0.5/(μＶpp)であれば、トータルとしての性能は十分であった。ここで、前記の様な、下地と磁性膜の面内配向状態とを独立に制御出来ることによる効果は同じであることは言うまでもない。
【００１７】
上記のいずれの場合も、上記磁性層が、Cr、Mo、W、Ta、V、Nb、Ta、Zr、Hf、Ti、Ge、Si、Co、Ni、C、Bから為る群から選ばれた少なくとも１種の元素を50%以上含む非磁性中間層を介して積層された場合に、信号が統計的に加算される為、ノイズが著しく低減でき、S/N的に特に有利であった。ただし、重ね書き特性、ビットシフト等は逆に制御くなることが分かり、これを回避する為に、記録部に、飽和磁束密度が１．５Ｔ以上の特に大きな磁極を用いたヘッドとの併用がより効果的であることを見出した。
【００１８】
記録された情報の再生には、巨大磁気抵抗効果素子あるいは、磁気抵抗効果を示すトンネル接合膜を用い、実効トラック幅が０．５μｍ以下である再生素子を有する磁気ヘッドとを組み合わせて磁気情報の再生を行うことで、信号処理方式の助けを借りて、装置動作に必要な20dB以上の装置S/Nが得られ、EPRMLやEEPRML、トレリス符号、ECC等と組み合わせることで面記録密度15Gb/in2以上で記録再生することが出来た。ここで、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ）、及びトンネル型磁気ヘッドについては、特開昭６１−０９７９０６、特開平０２−６１５７２、特開平０４−３５８３１０、特開平０７−３３３０１５、及び特開平０２−１４８６４３、０２−２１８９０４号各公報に記載されている技術であり、ＫｒＦステッパによるリソグラフィ、もしくはＦＩＢ加工技術等を駆使して実効トラック幅が０．５μｍ以下を実現した。更に、磁気ディスクの直径を3.5以下、磁気ヘッドの実効体積を1.0×0.8×0.2ｍｍ3とすることで、平均アクセス時間５ｍｓ以下とすることも出来た。
【００１９】
磁気ディスク装置として上記の系は極めて高性能であったが、発熱部を具備した磁気ヘッドで媒体を略５０℃−２５０℃程度に瞬間的に加熱し、高周波での保磁力を低減することで、記録をアシストすることが出来、更に効果的であった。すなわち、記録部、記録磁極材料への負担が軽減でき、記録トラック幅を０．５μｍ以下としても、飽和磁束密度１Ｔの磁極材料でも、１５Gb/in2以上の高密度、１５０ＭＨｚ級の高速記録が出来、特に有利であった。本効果は、 磁気記録媒体に熱を印加した直後に磁気記録を行い、上記の巨大磁気抵抗効果素子あるいは、磁気抵抗効果を示すトンネル接合膜を用いた素子で再生を行うことで、アクセス時間も短縮出来るので、特に好ましい。
更に、上記発熱部を半導体レーザチップとすることで、実効的なヘッド体積を小さく出来るので好ましい。更に、位置補正機能を具備せしめることで、隣接トラックへの干渉を抑えられるので特に好ましい。また、実効的なヘッド体積を０．６立方ｍｍ以下にすることで高速シークが可能になり、平均アクセス時間を５ｍｓ以下として記録再生出来るので特に好ましい。ここで、アクセス時間を短く、更に高精度で位置決めをする為には、ロータリーアクチュエータ方式で、更にヘッドを粗動、微動の少なくとも2段階で位置決めすることが特に有効である。
【００２０】
【特許文献１】特開昭６３−１４８４１１号公報
【００２１】
【特許文献２】特開昭５８−１９０７２９号公報
【特許文献３】特開昭６１−０９７９０６号公報
【特許文献４】特開昭６３−２３４４０７号公報
【特許文献５】特開平０２−０６１５７２号公報
【特許文献６】特開平０２−１４８６４３号公報
【特許文献７】特開平０２−２１８９０４号公報
【特許文献８】特開平０３−０１６０１３号公報
【特許文献９】特開平０４−３５８３１０号公報
【特許文献１０】特開平０７−３３３０１５号公報
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明の内容を実施例および比較例によって詳細に説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１を用いて本発明の第１の実施例を述べる。図は、本発明を実施した磁気ディスクの概念図である。１１はガラス、NiPメッキAl、セラミックス、Si、プラスチック等からなり、3.5、2.5、1.8、1径等の円盤状もしくはテープ、カード上の非磁性基板、１２及び１３は、斜め成長成分を有する製膜装置で形成された本発明の、Cr、Mo、W、Ta、V、Nb、Ta、Ti、Ge、Si、Co、Niからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素を50%以上含む、Cr、Mo、W、CrMo、CrTi、CrCo、NiCr、Ta、CoCr、Ta、TiCr、C、Ge、TiNb等の非磁性下地層、及び、Co、Fe、Niからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素を50at%以上含む、CoCrPt、CoCrTa、CoNiPt、CoPt-SiO2、FeNiCo、CoFeTa、NiTa、CoW、CoNb、GdFeCo、GdTbFeCo、Fe-N、Co-CoO等の結晶質磁性体を含み、更に記録方向の角型比が0.8以上1以下、単位遷移当たりの規格化ノイズ係数の絶対値が2.5×10-8(μＶrms)(inch)(μｍ)0.5/(μＶpp)以下であることを特徴とする硬質強磁性材料、１４はＮ添加Ｃ、Ｈ添加Ｃ、ＢＮ、ZrNbN等の保護膜、１５はOH、NH2等の吸着性、もしくは反応性の末端基を有するパーフルオロアルキルポリエーテル、金属脂肪酸等の潤滑剤である。１２と１３との間には、更に組成を調整した、より磁性膜との格子常数のマッチングがとりやすい第２の非磁性下地層を設けても良く、上記磁性層が、Cr、Mo、W、Ta、V、Nb、Ta、Zr、Hf、Ti、Ge、Si、Co、Ni、C、Bから為る群から選ばれた少なくとも１種の元素を50at%以上含む非磁性中間層で分割されていれば、その総数の平方根に略比例してノイズが減少するので更に好ましい。
【００２４】
以下、更に詳細に本実施例について説明する。2.5径のガラス円板上に下記のCr合金、Mo合金、 Ti合金、W合金等のCr、Mo、W、Ta、V、Nb、Ta、Ti、Ge、Si、Co、Niからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素を50at%以上含む下地層を形成し、次いでCoCrPt、CoCrPtTa、CoPt-SiO2、FeCoNi、NiFeCr、FeNiTa等のCo、Fe、Niからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素を50at%以上含む単層、２層、多層磁性層、さらに10at%N添加カーボン保護膜を10nm、最後に表面処理後に−OH基を有するパーフルオロアルキルポリエーテル潤滑層を５ｎｍ形成して本発明の磁気ディスクとした。
ここで、下地膜、磁性層はともに基板92上に、低圧のArガスを用い、斜めマスク93、93、93等を設け、平均自由行程が短くなるように設計し、かつ別のマスク99をターゲット91、91、91の直上に設置し、図9に示すようなDCマグネトロンスパッタリング装置で形成し、更に保護膜は窒素雰囲気中でプラズマ励起型反応性マグネトロンスパッタ法で形成した。特に本発明では、基板92とターゲット91との相対位置関係を従来のように直上（法線からの見込み角:0度）とするのではなく、同図(b)に示すように、製膜中に半径方向等に移動可能なマスク93等の位置、角度を変えて、スパッタ粒子の入射の相対的な見込み角θを５度ないし７０度とし、平均自由行程の程度で基板に粒子が到達できる様にした。なお、本設備では、下地と磁性膜とで独立にパラメータを変えられる様にしてある。この際、本設備では、 Ar圧力は1-10mTorr、基板温度は100-300℃、製膜速度0.1-1nm/sとした。下地層にはCr、Ta、Nb、V、Si、Geの他に、Co60Cr40、Mo90-Cr10、Ta90-Cr10、Ni50Cr50、Cr90-V10、Cr90-Ti10、Ti95-Cr5、Ti-Ta15、Ti-Nb15、TiPd20、TiPt15等の合金を単層ないしは異種の金属層からなる２層として用い、下地組成の異なる試料を用意した。下地層の総膜厚は10から100nm、CoCrPtないしはCoCrPt(Ta,V)等の磁性層は10から100nm、保護層は10nmである。Co合金系磁性層のCr含量は19から23原子パーセント、Pt含量は４から２０原子パーセント、V、Ta含量は２から５原子パーセントとした。 多層媒体として、5nｍのCoCr10Pt6と2nmのPtを１０層積層し70nmとした媒体も試作した。
ここで、平均的な粒子飛翔方向を面内に投射したときの方向φ(図9(a))として、下地、磁性膜のそれぞれについて独立に円周方向から半径方向まで変えて実験した。平均的な粒子飛翔方向を面内に投射したときの方向として、半径方向を０度として反時計周りに角度をとる事とし、下地、磁性膜に対してそれぞれの値を変えて製膜した場合の、本発明からなる媒体の製膜条件を表１に纏めて示す。ここで面内に投射したときの方向半径方向を記録再生に係る面内円周方向の磁気的異方性は、下地膜材料、磁性膜材料の種類によって変化し、下地は半径方向に、磁性膜は円周方向方向に製膜した場合に特に良好な特性が得られた。次いで両者とも略円周方向、その中間、両者とも略半径方向に製膜した場合の順であった。尚、比較例として表2に示すように、斜め蒸着装置、従来スパッタ装置による製膜
した同寸法の媒体も同様の条件で作製した。ここでAr圧が未記入のものは、斜め蒸着によるものであり、Ar圧の記載があるものは通常のDCマグネトロンスパッタ法で形成したものである。
【００２５】
上記媒体を、飽和磁束密度1.5Tの45Ni-55FeをＦＩＢ(Focused Ion Beam)加工
技術によりトラック幅0.5μmの磁極材とし、記録ギャップ長0.25μｍ(ギャップ材：Al2O3)としたた記録部と、ＮｉＦｅ／Ｃo(4nm)、Ｃｕ(2.5nm)、固定層ＣoＦｅ(3nm)、ＣｒＭｎＰｔ(20nm)を順次積層し、矩形状にパタン化した後に、その両端部に、Co80-Cr15-Pt5(10nm)/Cr(10nm)永久磁石およびTa電極膜(100nm)を配置し、ＫｒＦステッパリソグラフィ技術により電極で規定したトラック幅を0.4μmとした巨大磁気抵抗効果素子を2μｍのNi80-Fe20シールド膜で挟んだ構造（シールド間隔:0.2μｍ、ギャップ材:Al2O3）の再生部とを有する磁気ヘッド素子を、Al2O3-TiC製の大きさの1.0×0.8×0.2ｍｍ3のスライダに形成した磁気ヘッドを用い、図３に示す本発明の磁気ディスク装置に実装して評価した。なおスライダは微小突起を３ヶ所設けた負圧型とし、浮上面にはＣ−H保護膜を設けたもので、また図３（ａ）は、装置の平面図、（ｂ）は断面図である。本発明の上記記録媒体３１は、回転軸受け３４に固定され、モータ３１０により回転する。図３では３１−１〜４の４枚の磁気ディスク、８本の磁気ヘッド３２を搭載した例を示したが、磁気ディスク１枚以上、磁気ヘッド１本以上であれば良く、本実施例では、ヘッド１〜30本、磁気ディスク１〜１５枚とした。３２は、回転する記録媒体面上を移動する磁気ヘッドで、アーム３１１を介してロータリアクチュエータ３３に支持される。サスペンション３１４は、１０μｍ程度の位置補正が高速で出来る電磁駆動型微調部３１３の助けを借りて、ロータリアクチュエータ３３の粗動機能とともに、磁気ヘッド３２を記録媒体３１の所定の位置に高速で位置決めする機能を有する。３１３部については、電磁駆動型には限らず、圧電駆動型、磁歪駆動型等の微動手段であれば良い。再生信号の処理及び情報の入出力には、従来技術と同じ所定の電気回路が必要である。ここでは、EEPRML(Extended Extended Partial Response Maximum Likelihood)をエンハンスし、ECC機能を強化したMEEPRML(Modified PRML)と言う、高密度化時の波形干渉を積極的に活用した信号処理回路を導入した。また非磁性下地媒体に対する垂直磁気記録の場合にはPR5信号処理方式で、磁性下地媒体の場合には光ディスクと同じ信号処理方式で再生した。これらは、筐体３１２等に取り付けた。装置の回転数は1分間に1万2千〜1万8千回とし、磁気ヘッドの浮上量は20nmとした。なお、平均記録周波数は１５０ＭＨｚ程度以上であった。
なお、記録磁極を従来の1T(80Ni-20Fe組成)、1.3T(FeTaC)、1.7T(FeNiN)としたヘッドでも評価したが、1T、1.3Tでは重ね書き特性が20dBと低く、十分な急峻な記録が行えず、ノイズも極めて大きく実用に堪えず、1.5T、1.7Tの場合にだけ良好な記録を確認できた。以上から1.5T以上は必要である事がわかった。表１の結果は、重ね書き特性が30dB以上と良好な結果が得られた場合だけを示してある。更に特開平０２−１４８６４３、０２−２１８９０４号各公報に記載された技術により試作した、再生トラック幅０．４μｍのトンネル型磁気ヘッドで特性を評価した場合には全く同様の結果が得られたが、同じトラック幅の従来型ＭＲヘッドでは、十分な再生感度が得られず、評価に堪えなかった。
【００２６】
【表１】
2004199865.tif 000003
【００２７】
【表２】
2004199865.tif 000004
【００２８】
以下に表１、表2の媒体の特性評価結果を説明する事で、本発明の効果を詳細に述べる。
まずディスク各位置の記録再生特性としては、下地膜と磁性膜の製膜方向を変えた時にディスク全体として最も良好な特性が得られ、特にヘッドヨー角に略合致させて方向を制御した場合が、類似条件の本発明の媒体の中でもっとも良好な特性が得られた（実施例で角度を0〜15の様に幅で示したもので、#4〜13、15、16、19、22が該当。）図１０の従来型装置では、面密度で略１．５倍の改善が、図３に示した本発明の別の実施例の装置構造では、略２倍の20Gb/in2の面密度が可能であった。装置性能としては、いずれもアクセス速度が4.5ms以下であり、特に１万８千回転の場合には4.1ms以下と良好であった。またヘッド本数との関係として、本数が少ないほどアクセス時間は短縮され、ヘッド１本、媒体１枚とした時に最高で3.2msまで高速化出来たが、装置トータルとしての容量がヘッド本数に比例して減少するので、目的に応じて使い分ける必要がある。
上記効果は、これらの試料では、磁性粒の巨視的な形状は極力記録ビットの形状の様に半径方向に大きく、にじみ量を小さく制御できる為で、この場合にも保磁力、角型比をディスク位置毎の所定の記録方向に高くする為には磁性膜の製膜条件を変えることが極めて効果的なためである。表2に示した従来構造の媒体では本効果は認められなかった。
一方、各記録トラック位置での特性については、高密度で高品位・高Ｓ／Ｎの記録を行うため、記録磁界を急峻にすると共に、媒体内の結晶粒を微細化、結晶粒間の相互作用を低減して記録ビット境界での鋸歯状磁区を規則的にし、記録密度に比例して増大するビット境界からのノイズを低減すると共に、角形比を高くし、磁化の揺らぎを制限することで、記録ビット内部からのノイズも低減することが必須である。本発明によりこれが達成されている様子を、図４に纏めた。以下図面を用いて詳細に説明する。従来の面内媒体構造では、単位遷移当たりの規格化ノイズ係数の絶対値を小さくするためには、粒間の相互作用を低減せざるを得ず、その結果角形比が小さくなってしまう。そのため、図５に示す様に、角形比の減少と共に急激にＤＣノイズが大きくなってしまう。しかし、本実施例では、粒間の相互作用が小さくなっても、粒内の形状、もしくは配向性起因の磁気的異方性が高くなり、単位遷移当たりの規格化ノイズ係数の絶対値が小さくなっても高い角形比を維持でき、図５に示すように十分低いＤＣノイズを得ることが出来た。本効果は、特に単位遷移当たりの規格化ノイズ係数の絶対値が2.5×10-8(μＶrms)(inch)(μｍ)0.5/(μＶpp)以下の時に、記録方向の角型比を０．８以上１以下に出来ると言う点で優れていた。本効果は垂直媒体でも同様で、この場合にはノイズのＤＣ成分、すなわち記録ビット内部の磁化揺らぎ起因のノイズが顕著であるため、記録方向の角型比を高める事が特に重要で、0.９以上より好ましくは０．９５以上とする事が必要である事が分かる。本発明の磁気記録媒体を、SEM、もしくはTEMで評価した所、面内、垂直いずれの場合も磁性層は、優位的に所定の方向に揃って配置した異方的な形状で、かつその平均粒径が15nm以下2nm以上の微細結晶粒から優位的に構成されていたが、従来法の媒体ではいずれもほとんどが等方的な形状であり、Arガス圧を高くして下地を形成した場合にのみ楕円状の形状であったが、その場合でも主軸の方向は等方的な配列であった。図６に平均結晶粒径と相対ノイズ係数との関係を示すように、単位遷移当たりの規格化ノイズが15nm以下であれば記録後一時間以内であれば小さいが、2nmよりも小さいと１週間後には大きくなってしまい、好ましく無く、平均結晶粒径は2nm以上とすべき事が解る。更に、上記異方的な形状の平均軸比が1.5以上であれば角形比が十分大きくとれが、10よりも大きいと、隣接トッラクに対する書きにじみが大きくなるので、10以下とすることが特に好ましいことが解った。
上記の結果は、上記５番目の実施例と同条件で、CoCrPtTa磁性層を、Cr、Mo、W、Ta、V、Nb、Ta、Zr、Hf、Ti、Ge、Si、Co、Ni、C、B単独、もしくはCr-Ti10、Mo-Cr10、W-Si5、Ta-Si5、Nb-Zr10、Ta-Cr5、Zr-Hf10、Hf-Ti5、Ti-Si10、Ge-Pt5、Si-Ru11、Co-Cr30、C-N10、B-N10等の上記群から選ばれた少なくとも１種の元素を50%以上含む非磁性中間層で２層に分割せしめた別の実施例の媒体を作成したが、ノイズは略７０％に減少し、本効果はより顕著に現われた。上記の効果はいずれもディスク径や円板、テープ、カードと言った形状に依らないことは言うまでもない。
【実施例２】
【００２９】
図２を用いて本発明の第２の実施例を述べる。図は、本発明を実施した磁気ディスクの概念図である。２１はガラス、NiPメッキAl、セラミックス、ポリオレフィン、ポリカーボネート等のプラスチックス、Si等からなり、3.5、2.5、1.8、1径等の円板状、もしくはカード、テープ状の非磁性基板、２２及び２３は、斜め成長成分を有する製膜装置で形成された本発明の、Cr、Mo、Ta、V、Nb、Ta、Ti、Ge、Si、Co、Al、Znから為る群から選ばれた少なくとも１種の元素を50%以上含む、Cr、Mo、W、CrMo、CrTi、CrCo、ZnS、Ta、SiN、Al2O3、Ta、TiCr、TiNb，ZnS等の非磁性下地層、及び、Co、Fe、Niと希土類磁性元素から為る群から選ばれた少なくとも１種の金属元素を含む非晶質磁性体であり、記録方向の角型比が０.９以上１以下、単位遷移当たりの規格化ノイズ係数の絶対値が3×10-8(μＶrms)(inch)(μｍ)0.5/(μＶpp)以下であることを特徴とする硬質強磁性材料、１４はＮ添加Ｃ、Ｈ添加Ｃ、ＢＮ、ZrNbN、AlN、SiAlON、Si3N3等の保護膜、２５はOH、NH2等の吸着性、もしくは反応性の末端基を有するパーフルオロアルキルポリエーテル、金属脂肪酸等の潤滑剤である。２２と２３との間には、更に組成を調整した、第２の非磁性下地層を設けても良く、上記磁性層が、Cr、Mo、Ta、V、Nb、Ta、Zr、Hf、Ti、Ge、Si、Co、Ni、Al、Zn、C、B単独、もしくはこれらから為る群から選ばれた少なくとも１種の元素を50at%以上含む、Cr-Ti10、Mo-Cr10、W-Si5、Ta-Si5、Nb-Zr10、Ta-Cr5、Zr-Hf10、Hf-Ti5、Ti-Si10、Ge-Pt5、Si-Ru11、Co-Cr30、C-N10、B-N10等の非磁性中間層で分割されていれば、その総数の略平方根に略比例してノイズが減少するので更に好ましい。
【００３０】
以下、更に詳細に本実施例について説明する。１.8径のSi円板上にSiN、Cr合金等の非磁性下地層を形成し、次いでTbFeCo、DyFeCo、NdTbFeCo、TbFeCoNb、TbFeCoPt等の非晶質磁性層、さらに15at%N添加カーボン保護膜を形成して磁気ディスクを作製した。
ここで、SiN、Cr合金等の下地膜、磁性層はともに、Arガスを用いた斜めマスクを設けた、実施例１と同様のRFマグネトロンスパッタリング装置で形成し、更に保護膜は窒素雰囲気中でプラズマ励起型反応性マグネトロンスパッタ法で形成した。スパッタ粒子の入射の相対的な見込み角は10度ないし80度とした。この際、 Ar圧力は0.5-10mTorr、基板温度は50-200℃、製膜速度略3nm/sとした。下地層にはSiN、Crの他に、Al2O3、Cr-Tiを単層ないしは異種の下地層からなる２層として用い、下地組成の異なる試料を用意した。下地層の総膜厚は10から200nm、TbFeCo、DyFeCo、NdTbFeCo、TbFeCoNb、TbFeCoPt、TbFeCoBi等の非晶質磁性層は20から700nm、保護層は8nmである。Fe含量は36から80原子パーセント、Tb，Dy含量は10から30原子パーセント、Co含量は5から42原子パーセント、Nb、Pt含量は1から5原子パーセント、Nd含量は5から30原子パーセントとした。光磁気ディスクで用いられている通常の組成よりもFe濃度が高い方が飽和磁化が大きく、媒体膜厚を相対的に薄く出来るので記録の点で有利であった。試作したディスクの条件を表３に示す。
【００３１】
【表３】
2004199865.tif 000005
【００３２】
上記媒体を、飽和磁束密度1.5Tの40Ni-55Fe-5Nbをトラック幅0.4μmの磁極材とし、記録ギャップ長0.20μｍ(ギャップ材：Al2O3-3%SiO2)とした記録部と、ＮｉＦｅ／CoFe(5nm)、CuNi(2.5nm)、固定層ＣoＦｅ/Ｒｕ/CoFe(5nm)、ＭｎＩｒ(10nm)を順次積層し、矩形状にパタン化した後に、その両端部に、Co75-Ni15-Pt10(10nm)/CrTi(5nm)永久磁石およびNb電極膜(80nm)を配置し、電極で規定したトラック幅を0.35μmとした巨大磁気抵抗効果素子を2μｍのNi80-Fe20シールド膜で挟んだ構造（シールド間隔:0.15μｍ、ギャップ材:Zr2O3）の再生部とを有する磁気ヘッド素子を、Al2O3-TiC製の大きさの1.0×0.8×0.2ｍｍ3のスライダに形成した磁気ヘッドを、図３に示した本発明の磁気ディスク装置に実装して評価した。ここで媒体は１〜２０枚、ヘッドは１〜４０本の組み合わせとした。なお、スライダは微小突起を３ヶ所設けた負圧型とし、浮上面にはＣ−N保護膜を3nm設けた。情報の記録、再生信号の処理及び情報の入出力には、従来技術と同じ所定の電気回路を設け、PR5信号処理方式で再生した。これらは、ケース３１２等に取り付けた。評価時の磁気ヘッドの浮上量は18nm、回転数は１分間に１万５千、２万５千回転とした。なお磁極を従来の1T(80Ni-20Fe組成)としたヘッドでも評価した。
本実施例の媒体は磁性膜がいずれも非晶質の垂直媒体であり、媒体製膜方向に本発明のように、斜め成分を優位的に含ませたことで、垂直媒体においても面内の磁気的異方性を付与できることを発見した。このため、記録ビット間の遷移領域をより平坦にすることが出来、図７に示すように、垂直方向の角型比を0.９以上１以下、単位遷移当たりの規格化ノイズ係数を3〜−3×10-8(μＶrms)(inch)(μｍ)0.5/(μＶpp)とすることが出来た。垂直媒体では一般にノイズ係数が負になるが、面内異方性が大きい場合には正となる場合もあった。また、この効果ノイズ低減効果は、ノイズのＤＣ成分、すなわち記録ビット内部の磁化揺らぎ起因のノイズが著しく低減する為であり、この為には垂直方向の角型比を高めることが特に重要で、角型比が０．９５以上の媒体は、特にノイズが低く好ましかった。上記のノイズ低減に関する結果は、上記５番目の実施例と同条件で、磁性層を、Cr、Mo、W、Ta、V、Nb、Ta、Zr、Hf、Ti、Ge、Si、Co、Ni、C、B単独、もしくはCr-Ti10、Mo-Cr10、W-Si5、Ta-Si5、Nb-Zr10、Ta-Cr5、Zr-Hf10、Hf-Ti5、Ti-Si10、Ge-Pt5、Si-Ru11、Co-Cr30-Pt5、C-N10、B-N10、Si-N50等の非磁性中間層で２層に分割せしめた別の実施例の媒体を作成したが、ノイズはいずれも６５〜７５％に減少し、特に好ましかった。
また、ディスク各位置の記録再生特性としては、下地膜と磁性膜の製膜方向を変えた時にディスク全体として最も良好な特性が得られ、特にヘッドヨー角に略合致させて方向を制御した場合が、類似条件の本発明の媒体の中でもっとも良好な特性が得られた（実施例で角度を0〜15の様に幅で示したもので、#4〜13、15、16、19〜22が該当。）図１０の従来型装置では、いずれもアクセス速度は4.1ms以下であり、特に２万５千回転の場合には3.7ms以下と良好であった。またヘッド本数との関係として、本数が少ないほどアクセス時間は短縮され、ヘッド１本、媒体１枚とした時に最高で2.8msまで高速化出来たが、装置トータルとしての容量がヘッド本数に比例して減少するので、目的に応じて使い分ける必要がある。一方、記録密度に関しては、本媒体により面密度で15Gb/in2以上の動作が、図３に示した本発明の実施例の装置構造では、略20Gb/in2の面密度での動作が可能であった。上記高密度化の効果は、上記条件の媒体を3.5径のSi基板上に形成した場合や、磁気テープでも認められた。なお3.5ディスク装置の場合には、アクセス時間は4.9ms以下であった。
【実施例３】
【００３３】
図８及び図３を用いて本発明の第３の実施例を以下に述べる。
図８に示すように、0.3mm角程度のレーザチップ８２、８２‘を圧電型、電磁駆動型もしくは磁歪型の位置補正マウント８１、８１’に装着したものを、図８(a)(b)に示すようにヘッドスライダ８０、８０‘に搭載し、記録再生素子部８３、８３’とレーザ光位置８４、８４‘とが略同一記録トラック８５、８５’上に位置するように調整出来る様にした。Al2O3-TiC製の大きさのスライダは微小突起を３ヶ所設けた負圧型とし、浮上面にはＣ−N保護膜を3nm設け、その体積は1.0×0.7×0.2ｍｍ3、さらにレーザチップを含めた体積は1.0×0.9×0.2ｍｍ3、補正可能距離は最大２０μmであった。ここで補正機構ががなくても良いが、再現性に対するマージンが低くなるので余り好ましくなかった。なおレーザの波長は830、780、650、630nm、パワーは5〜50mWのものを用い、レーザ端面には劣化防止のための保護膜を設けた。レーザ光の形状は８４、８４‘に示すように略楕円形であり、同図に示したように、略１μmの短軸方向が記録トラック８５、８５’に略平行、垂直の２種の場合について検討し、浮上量は１０ｎｍとした。なお記録再生素子部８３、８３‘としては、以下のものを用いた。飽和磁束密度1.７Tの３６Ni-６２Fe-２Nbをトラック幅０.３５μmの磁極材とし、記録ギャップ長0.１５μｍ(ギャップ材：Al2O3-５%SiO2)とした記録部と、ＮｉＦｅ／CoFe(４nm)、CuNi(2.5nm)、固定層ＣoＦｅ/Ｒｕ/CoFe(４nm)、ＭｎＩｒ(10nm)を順次積層し、矩形状にパタン化した後に、その両端部に、Co75-Ni15-Pt10-５%HfO２(10nm)永久磁石およびNb-Ta電極膜(70nm)を配置し、電極で規定したトラック幅を０．３０μmとした巨大磁気抵抗効果素子を２.５μｍのNi80-Fe20シールド膜で挟んだ構造（シールド間隔:0.13μｍ、ギャップ材:Ta2O5）の再生部とを有する磁気ヘッド素子とした。
表１ないし３記載の媒体を１０枚、図３の構造で３１として搭載、さらに上記のヘッドを３２として２０本搭載し、情報記録時にレーザでの局所加熱により媒体保磁力を制御しながら、磁気ヘッドからの磁界で記録を行った。ここで回転数は１分間に２〜３万回転とし、局所加熱による媒体記録位置での温度上昇は、略50℃から300℃の範囲で最適に制御した。なお本方法では、記録条件が外部温度の変動を受け易いので、記録初期ないしは動作後の所定時間後毎に、試し書きをしてレーザパワーを最適化することが望ましかった。
いずれの媒体に対しても、トラック方向にレーザの長軸をほほ一致させた場合に隣接トラックとの干渉が少なく、最も良好な特性が得られたが、短軸を一致させた場合にでも従来技術に比べ略３倍以上の高密度化が実現できた。すなわち、表1の実施例の媒体に対しては、30Gb/in2以上の面密度が達成でき、表3の実施例の媒体に関しては40Gb/in2以上の面密度が達成できた。表２の従来型媒体を用いた場合にさえ、15Gb/in2以上の面密度が実現できることを確認した。ここで、前記の磁性層を２層に分割した媒体を搭載した装置では、記録密度は約20%向上でき、特に好ましかった。なお、表１、２の媒体を用いた装置では平均アクセス時間は4.6ｍｓ，表３に示した媒体の場合は4.2ｍｓと極めて良好であった。一方、表１、表３と同条件で3.5のNiPメッキAl基板、1径のSi基板上に形成した媒体を搭載した装置では、アクセス時間はそれぞれ5ms、2msであった。これに対し、ディスク径が3.5以上例えば5.25と大きくなると、アクセス時間は5msよりも短縮することはできなかった。また、記録磁極を従来の1T(80Ni-20Fe組成)、1.3T(FeTaC)、1.7T(FeNiN)としたヘッドでも評価したが、加熱により記録時の媒体保磁力を適正化出来るので、本装置では、1T、1.3Tの場合にも十分急峻な記録が行え、良好な記録を確認でき、実用に耐えることも発見した。
【００３４】
以上述べた１から３の実施例は、本発明で開示する類似の発明を代表するものであり、本発明から同業者が容易に類推できる例においても本発明の範囲に入るものである。例えば、RFマグネトロンスパッタ法、ECRスパッタ法、ヘリコンスパッタ法等でも同様の効果があり、また、酸素雰囲気中での斜め蒸着法、クラスタイオンビーム法でも、ディスクの半径毎に入射位置を変えても同様の効果が得られ、更にヘッドに熱電効果型素子を設け、加熱しても同様の効果が得られることは言うまでもない。また、本発明で開示する磁気記録媒体によれば15Gb/in2以上の記録密度での記録再生が初めて可能となる。したがって、本発明の磁気記録媒体で可能となる磁気テープ、磁気カード、光磁気ディスク等を用いた磁気記録再生装置についても本発明の範囲にはいる。
以上、本発明の磁気記録媒体、磁気記録再生装置を用いることにより高速かつ大容量の記録再生が初めて可能となる。これにより、商品競争力の極めて強い磁気記録再生装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の磁気記録媒体の主要部概念図。
【図２】本発明の別の実施例の磁気記録媒体の主要部概念図。
【図３】本発明の磁気記録装置の概念図。
【図４】従来の磁気ヘッド構造の概念図。
【図５】本発明の磁気記録媒体と従来構造の磁気記録媒体における角型比等の特性の比較を示す図。
【図６】本発明の磁気記録媒体と従来構造の磁気記録媒体におけるノイズ特性の比較を示す図。
【図７】本発明の別の実施例の磁気記録媒体と従来構造の磁気記録媒体における角型比等の特性の比較を示す図。
【図８】本発明の磁気ヘッドの概念図。
【図９】本発明の磁気記録媒体の一製造法の概念図。
【図１０】従来磁気ディスク装置の概念図。
【図１１】従来磁気ヘッドの概念図。
【図１２】従来磁気記録媒体の概念図。
【符号の説明】
【００３６】
11…非磁性基板、12…本発明の非磁性下地層、13…本発明硬質強磁性材料、14…保護膜、15…潤滑層、21…非磁性基板、22…本発明の非磁性下地層、23…本発明硬質強磁性材料、24…保護膜、25…潤滑層、31…本発明の記録媒体、32…磁気ヘッド、33…ロータリアクチュエータ、34…回転軸受け、310…モータ、311…アーム、312…筐体、313…位置補正が高速で出来る位置微調部、80、80…ヘッドスライダ、81、81…圧電型、電磁駆動型もしくは磁歪型の位置補正マウント、82、82…半導体レーザチップ、83、83…記録再生素子部、84、84…レーザ光位置、85、85…記録トラック、91…ターゲット、92…基板、93、93、93…斜めマスク、95〜98…マスク移動方向の例、99、99、99…別のマスク、101…記録媒体、102…磁気ヘッド、103…ロータリアクチュエータ、104…回転軸受け、105…アーム、106…サスペンション、108…筐体、111…書き込み部、112…再生部、113…磁気抵抗素子、114…下地層、115…シールド層、116…渦巻き型コイル、117…磁極、118…磁極(シールド層兼用)、119…電極、121…非磁性基板、122…非磁性下地、123…磁性薄膜、124…保護膜、125…潤滑膜。
【図１】
2004199865.tif 000006
【図２】
2004199865.tif 000007
【図３】
2004199865.tif 000008
【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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【手続補正書】
【提出日】平成16年3月29日(2004.3.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、基板上に形成された下地層と、前記下地層上に形成された少なくとも一層の磁性層を有する磁気記録媒体であって、
上記磁性層は、所定の方向に異方性を有し、
記録方向の角型比が０.８以上、１以下であり、単位遷移当たりの規格化ノイズ係数の絶対値が6.35×10-10(μＶrms)(m)(μｍ)0.5/(μＶpp)以下であることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項２】
上記磁性層の結晶粒は、半径方向に異方性を有することを特徴とする請求項１記載の磁気記録媒体。
【請求項３】
前記磁性層において、異方的な形状の微細結晶粒の平均軸比が１.５以上、１０以下であることを特徴とする請求項２記載の磁気記録媒体。
【請求項４】
前記磁性層は、前記基板と磁性層ターゲットとの間に配置され、磁性層ターゲット粒子の入射角を制御するマスクを介して形成されることを特徴とする請求項１記載の磁気記録媒体。
【請求項５】
上記マスクは、磁性層ターゲット粒子の法線入射角θを制御していることを特徴とする請求項４記載の磁気記録媒体。
【請求項６】
前記磁性層が、平均粒径が２ｎｍ以上、１５ｎｍ以下の微結晶粒であることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体。
【請求項７】
前記磁性層が、非晶質であることを特徴とする請求項１記載の磁気記録媒体。
【請求項８】
前記磁性層が、グラニュラ構造であることを特徴とする請求項１記載の磁気記録媒体。
【請求項９】
前記磁性層が面内配向した面内磁気記録媒体であることを特徴とする請求項１記載の磁気記録媒体。
【請求項１０】
前記磁性層が垂直配向した垂直磁気記録媒体であることを特徴とする請求項１記載の磁気記録媒体。
【請求項１１】
前記磁性層が、多層構造であることを特徴とする請求項１記載の磁気記録媒体。
【請求項１２】
上記磁性層が、Co、Fe、Niからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素を50at%以上含む結晶質磁性体を含有することを特徴とする請求項１記載の磁気記録媒体。
【請求項１３】
上記磁性層が、Co、Fe、Niと希土類磁性元素からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素を含む非晶質磁性体であり、上記角型比が０.９以上１以下、単位遷移当たりの規格化ノイズ係数の絶対値が7.62×10-10(μＶrms)(m)(μｍ)0.5/(μＶpp)以下であることを特徴とする請求項１記載の磁気記録媒体。
【請求項１４】
上記非磁性基板上に、Cr、Mo、W、Ta、V、Nb、Ta、Ti、Ge、Si、Co、Niからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素を５０at%以上含む非磁性下地膜が形成され、該非磁性下地膜上に上記磁性層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の磁気記録媒体。
【請求項１５】
請求項１ないし１４の何れかに記載の磁気記録媒体と、
実効トラック幅が０.５μｍ以下である再生素子及び記録部とを備える磁気ヘッドとを
備えることを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項１６】
上記磁気ヘッドは、発熱部を具備することを特徴とする請求項１５記載の磁気記憶装置。
【請求項１７】
上記磁気ヘッドの記録部は、飽和磁束密度が１.５Ｔ以上の磁極を有することを特徴とする請求項１６記載の磁気記憶装置。
【請求項１８】
前記磁気ヘッドの実効的体積を（０.６ｍｍ）３以下とすることを特徴とする請求項１５記載の磁気記憶装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子計算機及び情報処理装置等に用いられる磁気ディスク装置、ディジタルＶＴＲ等の情報家電用の磁気記憶装置及びその磁気記録媒体に係り、特に、高速アクセス、高密度記録を実現する上で好適な磁気記録媒体およびこれを用いた磁気記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報機器の記憶（記録）装置には、半導体メモリと磁性体メモリ等が用いられる。高速アクセス性の観点から内部記憶装置には半導体メモリが用いられ、大容量で低コストかつ不揮発性の観点から外部記録装置として磁性体メモリが用いられている。磁性体メモリの主流は、磁気ディスク装置、及び磁気テープ、磁気カード装置である。磁気ディスク、磁気テープや磁気カードといった記録媒体に磁気情報を書き込むため、強磁界を発生する磁気記録部が用いられる。更に、高密度で記録された磁気情報を再生するため、磁気抵抗現象ないしは、電磁誘導現象を利用した再生部が用いられる。最近では、巨大磁気抵抗効果、トンネル型磁気抵抗効果も検討され始めている。これら機能部は、磁気ヘッドと呼ばれる入出力用部品に共に設けられている。
【０００３】
図１０に磁気ディスク装置の基本構成を示す。同図（ａ）は、装置の平面図、（ｂ）は断面図を示す。記録媒体１０１は、回転軸受け１０４に固定され、モータ１００により回転する。図１０では１０１−１〜１０１−４の４枚の磁気ディスク、８本の磁気ヘッドを搭載した例を示したが、磁気ディスク１枚以上、磁気ヘッド１本以上であれば良い。１０２は、回転する記録媒体面上を移動する。磁気ヘッドは、アーム１０５を介してロータリアクチュエータ１０３に支持される。サスペンション１０６は、磁気ヘッド１０２を記録媒体１０１に所定の荷重で押しつける機能を有する。再生信号の処理及び情報の入出力には、所定の電気回路が必要である。最近では、ＰＲＭＬ(Partial Response Maximum Likelihood)、あるいはこれをエンハンスしたＥＰＲＭＬ(Extended PRML)と言った、高密度化時の波形干渉を積極的に活用した信号処理回路が導入され、高密度化に大きく寄与している。これらは、ケース１０８等に取り付けられる。
【０００４】
磁気ヘッドに搭載される情報の書き込み及び再生機能部は、例えば図１１（ａ）に示す構造から構成される。書き込み部１１１は、渦巻き型コイル１１６とこれを上下に包みかつ磁気的に結合された磁極１１７と磁極１１８から構成される。磁極１１７と磁極１１８は、共に磁性膜パターンから構成される。再生部１１２は、磁気抵抗効果素子１１３と同素子に定電流を流し、かつ抵抗変化を検出するための電極１１９から構成される。これら書き込み部と再生部の間には、磁気的なシールド層を兼ねる磁極１１８が設けられている。磁気抵抗効果素子１１３の下層にはさらにシールド層１１５が設けられている。再生分解能は、このシールド層１１５と磁極(シールド層兼用)１１８との間隙長により決定される。以上の機能部は、上記磁気ヘッドスライダ１１１０（同図b）上に下地層１１４を介して形成されている。なお本磁気ヘッドスライダは、同図(b)に示すように、ジバル１１１１、サスペンション１１１３に取り付けられ、媒体面上を浮上しつつ移動し、モータに接続されたアーム１１１４によって任意の場所に位置決めした後、導体１１１１、１１１５を通じて磁気情報の書き込み、ないしは再生機能を実現する。これを制御する電気回路も前記信号処理回路と共に存在する。
【０００５】
図１２に記録媒体の詳細な構成図を示すが、特開平３−１６０１３号公報に記載のように、従来NiPめっきAlやガラス、高硬度セラミックス、平坦化Si等の非磁性基板ないしは樹脂テープ基板１２１上に、Co-Cr-Ta、Co-Cr-Pt等の磁性薄膜１２３をスパッタ法、蒸着法、メッキ法等で製膜したものが多く使われている。通常、配向性制御用等のCr、Cr合金等の下地膜１２２が基板との間に形成されることが多い。更に、耐摺動信頼性を確保するために、窒素や水素を添加した硬質炭素、SiO２、SiN、ZrO２等から為る保護膜１２４、更に、吸着性や反応性の末端基を有するパーフルオロアルキルポリエーテル、有機脂肪酸等の潤滑膜１２５が設けられる。
【０００６】
これら磁気記録装置とは別に、磁気記録媒体に光で記録再生を行う光磁気記録装置も実用化されている。これには、光だけで変調を行う方式と、変調磁界の助けを借りながら光で記録再生を行う方式とがあるが、いずれも光学系が複雑で、質量が大きいため高速のアクセスが出来ず、主にバックアップ等に採用されているだけであった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
記憶装置の性能は、記憶容量と入出力動作時のスピードとによって決まり、製品競争力を高めるためには、記録情報を高密度で行うことによる大容量化と、高速回転化、高速シーク化、高周波記録化などによるアクセス時間の短縮化とが必須である。本発明が解決しようとする最大の課題は、特にアクセス速度が速く、更に高密度化に必須の高密度でのＳ／Ｎが高い磁気記録媒体及び装置を提供することである。
【０００８】
この要求を満足するためには、記録再生用のヘッドが１．２×１.０×０.３立方ｍｍ以下と小型で、ヘッド駆動用のアクチュエータも小型・軽量化できる磁気記録装置の改良が必須であり、更に高密度で高い出力が得られる磁気記録媒体が必要である。従来の磁気記録媒体では、高密度で高い出力を得るために、E.M. Rossi ,et al:Journal of Applied Physics Vol.55 No6(1984)p2254-2256に記載されているように、磁気ディスク基板表面に粘着防止用等のテクスチャを設け、この上に更に、低圧酸素等の雰囲気中で、斜め蒸着法によりFe-Co-Ni(42.5/42.5/15wt%)磁性膜、更にCr、Rh保護膜、潤滑膜を設ける事で、0.9以上の高い周方向角型比S(=Mr/Ms)、保磁力角型比S*、及び耐摺動信頼性、耐食性、出力記録密度特性を有する磁気記録媒体を形成していた。ところが、高い線記録密度でこれらの薄膜媒体に磁気記録を行うと、結晶粒間の交換相互作用が強く、記録ビットの境界に不規則な鋸歯状の磁区構造が形成されてしまい、線記録密度と共に媒体からのノイズが増大し、高密度での記録の妨げになっていた。これは特に面内方式の磁気記録媒体で典型的な課題である。このため、特開昭６３−１４８４１１号、特開平３−１６０１３号、特開昭６３−２３４４０７号各公報に記載の様に、結晶粒界での非磁性成分の偏析を促進し、相互作用を低減することで、保磁力角型比S*を０.８５以下にしたり、回転ヒステリシスロスRHを0.4-1.3に制御し、低ノイズ化を図る事が提案、実施されて来た。まだ広くは実用化されてはいないが、垂直磁気記録方式でも低ノイズ化は重要な課題であり、特開昭５８−１９０７２９号公報などでは多層化による対策が提案されていた。
【０００９】
しかし、最近の年率６０％もの高率でさらに記録密度を高め1５Gb/in2程度以上の面記録密度で記録再生しようとすると、従来技術による媒体ではノイズが異常にきく、高品位な記録再生ができない事が判明した。この原因について鋭意追求した結果、結晶粒界での非磁性成分の偏析を促進し、相互作用を低減すると、通常の膜構造では、高密度記録時に記録ビット境界からのノイズは低減できるが、角型比Sが劣化し、記録ビット内部からのノイズがかえって増大してしまうことが分かった。また、ディスク媒体ではディスク位置毎に周方向の磁気特性は一定であり、またテープ状媒体ではヘッド走行方向に同一である。そのため、特に最近の磁気ディスク装置では高速アクセスの為に、図１０に示したように、ヘッド移動、位置決め方式としてロータリアクチュエータを採用しており、ディスク半径位置に応じてヨー角と呼ばれるヘッド走行方向からのずれが発生し、書きにじみ、消しにじみが場所毎に異なり、高密度化の妨げになっていた。特に１５Gb/in2以上の高密度で記録再生を行う為には、熱揺らぎ等に対抗するために、従来法に比べ線密度を高めるよりも、トラック密度を高めた方が有利である為、高密度化のためには、この問題を解決する事が最重要の課題であった。
【００１０】
本発明の目的は、高密度記録時に記録ビット境界だけでなく、記録ビット内部からのノイズも低く、更に書きにじみ、消しにじみも小さく、高密度記録に好適な磁気記録媒体、及びこの媒体等を用いた場合に実現される大容量磁気記憶装置において、高速アクセスにより情報の読み書きが大容量化にふさわしく十分高速な高密度磁気記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を実現するため、媒体構造、材料、プロセス、及びヘッド等の装置関係技術に付いて鋭意検討を進め、下記の手段が極めて効果が高いことを発見した。
【００１２】
媒体製膜方向に斜め成分が優位的に含まれる製膜装置により、基板温度、雰囲気、製膜速度、製膜時の粒子飛翔方向等の製膜条件、熱処理条件、磁性膜もしくは下地膜組成、膜厚、結晶性、層数等を鋭意制御することで、上記磁性層を、優位的に所定の方向に揃って配置した異方的な形状で、かつその平均粒径が１５nm以下２nm以上の微細結晶粒から優位的に構成せしめる事が出来、記録方向の角型比を0.8以上１以下、単位遷移当たりの規格化ノイズ係数の絶対値が2.5×10-8(μＶrms)(inch)(μｍ)0.5/(μＶpp)以下とする事が出来る。また、粒子の実効的な飛翔方向を下地と磁性膜とで独立に制御する事により、上記とは別の効果として、媒体各位置での略記録方向に沿って、角型比が最も高い磁気記録媒体を作製出来る。これにより、消しにじみ、書きにじみ、記録遷移幅等を媒体の各位置毎で最適化でき、ヘッドロータリアクチュエータ方式の磁気ディスク装置において著しく記録密度を高める事も出来る。ここで、ヘッドアクセス方式を少なくとも粗動、微動の２種とする事で、高速性を維持したままアクセス時の位置決め精度を高める事が出来る。上記の効果は、結晶質の面内、垂直媒体に対して顕著である。磁性膜が非晶質状態の場合にも、媒体製膜方向に斜め成分を優位的に含ませる事で、面内の磁気的異方性を制御でき、磁壁、磁区構造に面内異方性を付与でき、記録方向の角型比を0.９以上１以下、単位遷移当たりの規格化ノイズ係数の絶対値が3×10-8(μＶrms)(inch)(μｍ)0.5/(μＶpp)以下とする事が出来る。
【００１３】
記録された情報の再生には、巨大磁気抵抗効果素子あるいは、磁気抵抗効果を示すトンネル接合膜を用い、実効トラック幅が０.５μｍ以下である再生素子を有する磁気ヘッドとを組み合わせて磁気情報の再生を行う事で、信号処理方式の助けを借りて、装置動作に必要な２０dB以上の装置Ｓ／Ｎが得られ、ＥＰＲＭＬやＥＥＰＲＭＬ、トレリス符号、ＥＣＣ等と組み合わせる事で面記録密度１５Gb/in2以上で記録再生する事が出来る。更に、磁気ディスクの直径を3.5inch以下、磁気ヘッドの実効体積を1.0×0.8×0.2ｍｍ3とする事で、平均アクセス時間５ｍｓ以下とする事が出来る。
【００１４】
更に、発熱部を具備した磁気ヘッドで媒体を略５０℃−２５０℃程度に瞬間的に加熱し、高周波での保磁力を低減する事で、記録をアシストする事が出来る。すなわち、記録部、記録磁極材料への負担が軽減でき、記録トラック幅を０.５μｍ以下としても、飽和磁束密度１Ｔ程度の磁極材料で、１５Gb/in2以上の高密度記録が出来、特に有利であった。上記発熱部を半導体レーザチップとする事で、実効的なヘッド体積を小さく出来るので好ましい。更に、レーザチップ位置補正機能を具備せしめる事で、隣接トラックへの干渉を抑えられるので特に好ましい。また、実効的なヘッド体積を０.６立方ｍｍ以下にする事で高速シークが可能になり、平均アクセス時間を５ｍｓ以下として記録再生出来るので特に好ましい。ここで、アクセス時間を短く、更に高精度で位置決めをする為には、ロータリーアクチュエータ方式で、更にヘッドを粗動、微動の少なくとも２段階で位置決めする事が特に有効である。
【００１５】
非磁性基板上に形成された少なくとも一層の磁性層を有する薄膜型磁気記録媒体において、媒体製膜方向に斜め成分が優位的に含まれる製膜装置により、基板温度、雰囲気、製膜速度、製膜時の粒子飛翔方向等の製膜条件、熱処理条件、磁性膜もしくは下地膜組成、膜厚、結晶性、層数等を鋭意制御することで、上記磁性層を、優位的に所定の方向に揃って配置した異方的な形状で、かつその平均粒径が１５nm以下２nm以上の微細結晶粒から優位的に構成せしめることが出来、記録方向の角型比を0.8以上１以下、単位遷移当たりの規格化ノイズ係数の絶対値が2.5×10-8(μＶrms)(inch)(μｍ)0.5/(μＶpp)以下とすることが出来ることを見出した。また、粒子の実効的な飛翔方向を下地と磁性膜とで独立に制御することにより、上記とは別の効果として、媒体各位置での略記録方向に沿って、角型比が最も高い磁気記録媒体を作製出来ることを発見した。これにより、消しにじみ、書きにじみ、記録遷移幅等を媒体の各位置毎で最適化でき、ヘッドロータリアクチュエータ方式の磁気ディスク装置において著しく記録密度を高めることも出来る。ここで、ヘッドアクセス方式を少なくとも粗動、微動の２種とすることで、高速性を維持したままアクセス時の位置決め精度を高めることが出来るので、本効果は特に顕著である。優位的に結晶質の媒体における上記効果は、上記磁性層がCo-Cr-Pt、Co-Cr-Pt、Co-Pt、Fe-Co-Ni合金等のCo、Fe、Niから為る群から選ばれた少なくとも１種の金属元素を５０at%以上含み、更に、Cr、Mo、W、Ta、V、Nb、Ta、Ti、Ge、Si、Co、Niから為る群から選ばれた少なくとも１種の元素を50%以上含む、Cr、CrTi合金、CrMo合金、NiCr合金、非磁性CoCr/CrTi積層下地、非磁性CoCrTa/CrTi/Cr積層下地等の非磁性下地膜上に形成せしめることにより、まず下地の形状を制御し、その上にヘテロエピタキシャル的に成長する磁性層結晶粒の基本形状を決定し、更に磁性結晶粒間の交換相互作用や微調としての磁気異方性は、磁性粒材料の組成、製膜プロセスで独立に制御出来るので、特に顕著な効果が得られる。多層下地であれば、制御の自由度が更に増え、特に熱揺らぎの低減等での見地で、更に好ましい。また、SiO2やZrO2などの非磁性体とCoPtやCoNiPt等の高結晶磁気異方生材料とを同時スパッタ製膜し、300℃程度の高温で熱処理して高結晶磁気異方生材料を析出、分散させる、いわゆるグラニュラ型の媒体でも同様の効果を確認している。更により好ましくは、上記異方的な形状の平均軸比を１.５以上１０以下とすれば、出力も高く、隣接トラックとの干渉を抑制出来るので好ましい。なお、結晶質の粒子を有する媒体では特に面内保磁力の制御が効果的に出来るため、上記の効果は、面内磁気異方性を有する媒体に対して特に顕著であるが、CoCr系等の結晶質垂直媒体でも同様である。ただし後者の場合にはノイズのＤＣ成分、すなわち記録ビット内部の磁化揺らぎ起因のノイズが顕著であるため、垂直方向の角型比を高めることが特に重要で、０.９以上より好ましくは０.９５以上とすることが必要である。
【００１６】
一方、磁性膜が非晶質状態の場合にも、媒体製膜方向に斜め成分を優位的に含ませることで、面内の磁気的異方性を制御でき、磁壁、磁区構造に面内異方性を付与できることを発見した。このため、記録ビット間の遷移領域をより平坦にすることが出来、記録方向の角型比を０.９以上１以下、単位遷移当たりの規格化ノイズ係数の絶対値が3×10-8(μＶrms)(inch)(μｍ)0.5/(μＶpp)以下とすることが出来る。特に、この効果については、垂直磁気異方性を有する非晶質の媒体に対して顕著で、この場合にもノイズのＤＣ成分、すなわち記録ビット内部の磁化揺らぎ起因のノイズが顕著であるため、記録方向の角型比を高める事が特に重要で、０.９以上より好ましくは０.９５以上とすることが必要であった。ただしその替わり、単位遷移当たりの規格化ノイズ係数の絶対値が3×10-8(μＶrms)(inch)(μｍ)0.5/(μＶpp)であれば、トータルとしての性能は十分であった。ここで、前記の様な、下地と磁性膜の面内配向状態とを独立に制御出来ることによる効果は同じであることは言うまでもない。
【００１７】
上記のいずれの場合も、上記磁性層が、Cr、Mo、W、Ta、V、Nb、Ta、Zr、Hf、Ti、Ge、Si、Co、Ni、C、Bから為る群から選ばれた少なくとも１種の元素を５０％以上含む非磁性中間層を介して積層された場合に、信号が統計的に加算される為、ノイズが著しく低減でき、Ｓ／Ｎ的に特に有利であった。ただし、重ね書き特性、ビットシフト等は逆に制御くなることが分かり、これを回避する為に、記録部に、飽和磁束密度が１.５Ｔ以上の特に大きな磁極を用いたヘッドとの併用がより効果的であることを見出した。
【００１８】
記録された情報の再生には、巨大磁気抵抗効果素子あるいは、磁気抵抗効果を示すトンネル接合膜を用い、実効トラック幅が０.５μｍ以下である再生素子を有する磁気ヘッドとを組み合わせて磁気情報の再生を行うことで、信号処理方式の助けを借りて、装置動作に必要な２０dB以上の装置Ｓ／Ｎが得られ、EPRMLやEEPRML、トレリス符号、ECC等と組み合わせることで面記録密度１５Gb/in2以上で記録再生することが出来た。ここで、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ）、及びトンネル型磁気ヘッドについては、特開昭６１−０９７９０６号、特開平０２−６１５７２号、特開平０４−３５８３１０号、特開平０７−３３３０１５号、及び特開平０２−１４８６４３号、０２−２１８９０４号各公報に記載されている技術であり、ＫｒＦステッパによるリソグラフィ、もしくはＦＩＢ加工技術等を駆使して実効トラック幅が０.５μｍ以下を実現した。更に、磁気ディスクの直径を3.5inch以下、磁気ヘッドの実効体積を1.0×0.8×0.2ｍｍ3とすることで、平均アクセス時間５ｍｓ以下とすることも出来た。
【００１９】
磁気ディスク装置として上記の系は極めて高性能であったが、発熱部を具備した磁気ヘッドで媒体を略５０℃−２５０℃程度に瞬間的に加熱し、高周波での保磁力を低減することで、記録をアシストすることが出来、更に効果的であった。すなわち、記録部、記録磁極材料への負担が軽減でき、記録トラック幅を０.５μｍ以下としても、飽和磁束密度１Ｔの磁極材料でも、１５Gb/in2以上の高密度、１５０ＭＨｚ級の高速記録が出来、特に有利であった。本効果は、 磁気記録媒体に熱を印加した直後に磁気記録を行い、上記の巨大磁気抵抗効果素子あるいは、磁気抵抗効果を示すトンネル接合膜を用いた素子で再生を行うことで、アクセス時間も短縮出来るので、特に好ましい。
【００２０】
更に、上記発熱部を半導体レーザチップとすることで、実効的なヘッド体積を小さく出来るので好ましい。更に、位置補正機能を具備せしめることで、隣接トラックへの干渉を抑えられるので特に好ましい。また、実効的なヘッド体積を０.６立方ｍｍ以下にすることで高速シークが可能になり、平均アクセス時間を５ｍｓ以下として記録再生出来るので特に好ましい。ここで、アクセス時間を短く、更に高精度で位置決めをする為には、ロータリーアクチュエータ方式で、更にヘッドを粗動、微動の少なくとも２段階で位置決めすることが特に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の内容を実施例および比較例によって詳細に説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１を用いて本発明の第１の実施例を述べる。図は、本発明を実施した磁気ディスクの概念図である。１１はガラス、NiPメッキAl、セラミックス、Si、プラスチック等からなり、3.5、2.5、1.8、1径等の円盤状もしくはテープ、カード上の非磁性基板、１２及び１３は、斜め成長成分を有する製膜装置で形成された本発明の、Cr、Mo、W、Ta、V、Nb、Ta、Ti、Ge、Si、Co、Niからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素を５０％以上含む、Cr、Mo、W、CrMo、CrTi、CrCo、NiCr、Ta、CoCr、Ta、TiCr、C、Ge、TiNb等の非磁性下地層、及び、Co、Fe、Niからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素を５０at%以上含む、CoCrPt、CoCrTa、CoNiPt、CoPt-SiO2、FeNiCo、CoFeTa、NiTa、CoW、CoNb、GdFeCo、GdTbFeCo、Fe-N、Co-CoO等の結晶質磁性体を含み、更に記録方向の角型比が０.８以上１以下、単位遷移当たりの規格化ノイズ係数の絶対値が2.5×10-8(μＶrms)(inch)(μｍ) 0.5/(μＶpp)以下であることを特徴とする硬質強磁性材料、１４はＮ添加Ｃ、Ｈ添加Ｃ、ＢＮ、ZrNbN等の保護膜、１５はOH、NH2等の吸着性、もしくは反応性の末端基を有するパーフルオロアルキルポリエーテル、金属脂肪酸等の潤滑剤である。１２と１３との間には、更に組成を調整した、より磁性膜との格子常数のマッチングがとりやすい第２の非磁性下地層を設けても良く、上記磁性層が、CrMo、W、Ta、V、Nb、Ta、Zr、Hf、Ti、Ge、Si、Co、Ni、C、Bから為る群から選ばれた少なくとも１種の元素を５０at%以上含む非磁性中間層で分割されていれば、その総数の平方根に略比例してノイズが減少するので更に好ましい。
【００２３】
以下、更に詳細に本実施例について説明する。２.５径のガラス円板上に下記のCr合金、Mo合金、 Ti合金、W合金等のCr、Mo、W、Ta、V、Nb、Ta、Ti、Ge、Si、Co、Niからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素を50at%以上含む下地層を形成し、次いでCoCrPt、CoCrPtTa、CoPt-SiO2、FeCoNi、NiFeCr、FeNiTa等のCo、Fe、Niからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素を50at%以上含む単層、２層、多層磁性層、さらに１０at%N添加カーボン保護膜を１０nm、最後に表面処理後に−OH基を有するパーフルオロアルキルポリエーテル潤滑層を５ｎｍ形成して本発明の磁気ディスクとした。
【００２４】
ここで、下地膜、磁性層はともに基板92上に、低圧のArガスを用い、斜めマスク93、93'、93''等を設け、平均自由行程が短くなるように設計し、かつ別のマスク99をターゲット91、91'、91''の直上に設置し、図９に示すようなＤＣマグネトロンスパッタリング装置で形成し、更に保護膜は窒素雰囲気中でプラズマ励起型反応性マグネトロンスパッタ法で形成した。特に本発明では、基板92とターゲット91との相対位置関係を従来のように直上（法線からの見込み角：０度）とするのではなく、同図(b)に示すように、製膜中に半径方向等に移動可能なマスク93等の位置、角度を変えて、スパッタ粒子の入射の相対的な見込み角θを５度ないし７０度とし、平均自由行程の程度で基板に粒子が到達できる様にした。なお、本設備では、下地と磁性膜とで独立にパラメータを変えられる様にしてある。この際、本設備では、 Ar圧力は１−１０mTorr、基板温度は１００−３００℃、製膜速度０.１-１nm/sとした。下地層にはCr、Ta、Nb、V、Si、Geの他に、Co60Cr40、Mo90-Cr10、Ta90-Cr10、Ni50-Cr50、Cr90-V10、Cr90-Ti10、Ti95-Cr5、Ti-Ta15、Ti-Nb15、Ti-Pd20、Ti-Pt15等の合金を単層ないしは異種の金属層からなる２層として用い、下地組成の異なる試料を用意した。下地層の総膜厚は１０から１００nm、CoCrPtないしはCoCrPt(Ta,V)等の磁性層は１０から１００nm、保護層は１０nmである。Co合金系磁性層のCr含量は19から23原子パーセント、Pt含量は４から２０原子パーセント、V、Ta含量は２から５原子パーセントとした。 多層媒体として、５nｍのCoCr10Pt6と２nmのPtを１０層積層し７０nmとした媒体も試作した。
【００２５】
ここで、平均的な粒子飛翔方向を面内に投射したときの方向φ(図９(a))として、下地、磁性膜のそれぞれについて独立に円周方向から半径方向まで変えて実験した。平均的な粒子飛翔方向を面内に投射したときの方向として、半径方向を0度として反時計周りに角度をとる事とし、下地、磁性膜に対してそれぞれの値を変えて製膜した場合の、本発明からなる媒体の製膜条件を表１に纏めて示す。ここで面内に投射したときの方向半径方向を記録再生に係る面内円周方向の磁気的異方性は、下地膜材料、磁性膜材料の種類によって変化し、下地は半径方向に、磁性膜は円周方向方向に製膜した場合に特に良好な特性が得られた。次いで両者とも略円周方向、その中間、両者とも略半径方向に製膜した場合の順であった。尚、比較例として表２に示すように、斜め蒸着装置、従来スパッタ装置による製膜した同寸法の媒体も同様の条件で作製した。ここでAr圧が未記入のものは、斜め蒸着によるものであり、Ar圧の記載があるものは通常のＤＣマグネトロンスパッタ法で形成したものである。
【００２６】
上記媒体を、飽和磁束密度１.５Ｔの45Ni-55FeをＦＩＢ(Focused Ion Beam)加工技術によりトラック幅０.５μmの磁極材とし、記録ギャップ長０.２５μｍ(ギャップ材：Al2O3)としたた記録部と、ＮｉＦｅ／Ｃo(4nm)、Ｃｕ(2.5nm)、固定層ＣoＦｅ(３nm)、ＣｒＭｎＰｔ(２０nm)を順次積層し、矩形状にパタン化した後に、その両端部に、Co80-Cr15-Pt5(１０nm)/Cr(１０nm)永久磁石およびTa電極膜(１００nm)を配置し、ＫｒＦステッパリソグラフィ技術により電極で規定したトラック幅を０.４μmとした巨大磁気抵抗効果素子を２μｍのNi80-Fe20シールド膜で挟んだ構造（シールド間隔:０.２μｍ、ギャップ材:Al2O3）の再生部とを有する磁気ヘッド素子を、Al2O3-TiC製の大きさの1.0×0.8×0.2ｍｍ3のスライダに形成した磁気ヘッドを用い、図３に示す本発明の磁気ディスク装置に実装して評価した。なおスライダは微小突起を３ヶ所設けた負圧型とし、浮上面にはＣ−Ｈ保護膜を設けたもので、また図３（ａ）は、装置の平面図、（ｂ）は断面図である。本発明の上記記録媒体３１は、回転軸受け３４に固定され、モータ３１０により回転する。図３では３１−１〜４の４枚の磁気ディスク、８本の磁気ヘッド３２を搭載した例を示したが、磁気ディスク１枚以上、磁気ヘッド１本以上であれば良く、本実施例では、ヘッド１〜３０本、磁気ディスク１〜１５枚とした。３２は、回転する記録媒体面上を移動する磁気ヘッドで、アーム３１１を介してロータリアクチュエータ３３に支持される。サスペンション３１４は、１０μｍ程度の位置補正が高速で出来る電磁駆動型微調部３１３の助けを借りて、ロータリアクチュエータ３３の粗動機能とともに、磁気ヘッド３２を記録媒体３１の所定の位置に高速で位置決めする機能を有する。３１３部については、電磁駆動型には限らず、圧電駆動型、磁歪駆動型等の微動手段であれば良い。再生信号の処理及び情報の入出力には、従来技術と同じ所定の電気回路が必要である。ここでは、ＥＥＰＲＭＬ(Extended Extended Partial Response Maximum Likelihood)をエンハンスし、ＥＣＣ機能を強化したＭＥＥＰＲＭＬ(Modified PRML)と言う、高密度化時の波形干渉を積極的に活用した信号処理回路を導入した。また非磁性下地媒体に対する垂直磁気記録の場合にはPR5信号処理方式で、磁性下地媒体の場合には光ディスクと同じ信号処理方式で再生した。これらは、筐体３１２等に取り付けた。装置の回転数は１分間に１万２千〜１万８千回とし、磁気ヘッドの浮上量は２０nmとした。なお、平均記録周波数は１５０ＭＨｚ程度以上であった。なお、記録磁極を従来の１Ｔ(80Ni-20Fe組成)、１.３Ｔ(FeTaC)、１.７Ｔ(FeNiN)としたヘッドでも評価したが、１Ｔ、１.３Ｔでは重ね書き特性が２０dBと低く、十分な急峻な記録が行えず、ノイズも極めて大きく実用に堪えず、１.５Ｔ、１.７Ｔの場合にだけ良好な記録を確認できた。以上から１.５Ｔ以上は必要である事がわかった。表１の結果は、重ね書き特性が３０dB以上と良好な結果が得られた場合だけを示してある。更に特開平０２−１４８６４３号、特開平０２−２１８９０４号各公報に記載された技術により試作した、再生トラック幅０.４μｍのトンネル型磁気ヘッドで特性を評価した場合には全く同様の結果が得られたが、同じトラック幅の従来型ＭＲヘッドでは、十分な再生感度が得られず、評価に堪えなか���た。
【００２７】
【表１】
2004199865.tif 000018
【００２８】
【表２】
2004199865.tif 000019
【００２９】
以下に表１、表２の媒体の特性評価結果を説明する事で、本発明の効果を詳細に述べる。
【００３０】
まずディスク各位置の記録再生特性としては、下地膜と磁性膜の製膜方向を変えた時にディスク全体として最も良好な特性が得られ、特にヘッドヨー角に略合致させて方向を制御した場合が、類似条件の本発明の媒体の中でもっとも良好な特性が得られた（実施例で角度を０〜１５の様に幅で示したもので、#4〜13、15、16、19、22が該当。）図１０の従来型装置では、面密度で略1.5倍の改善が、図3に示した本発明の別の実施例の装置構造では、略２倍の２０Gb/in2の面密度が可能であった。装置性能としては、いずれもアクセス速度が４.５ms以下であり、特に１万８千回転の場合には４.１ｍｓ以下と良好であった。またヘッド本数との関係として、本数が少ないほどアクセス時間は短縮され、ヘッド１本、媒体１枚とした時に最高で３.２msまで高速化出来たが、装置トータルとしての容量がヘッド本数に比例して減少するので、目的に応じて使い分ける必要がある。
【００３１】
上記効果は、これらの試料では、磁性粒の巨視的な形状は極力記録ビットの形状の様に半径方向に大きく、にじみ量を小さく制御できる為で、この場合にも保磁力、角型比をディスク位置毎の所定の記録方向に高くする為には磁性膜の製膜条件を変えることが極めて効果的なためである。表2に示した従来構造の媒体では本効果は認められなかった。
【００３２】
一方、各記録トラック位置での特性については、高密度で高品位・高Ｓ／Ｎの記録を行うため、記録磁界を急峻にすると共に、媒体内の結晶粒を微細化、結晶粒間の相互作用を低減して記録ビット境界での鋸歯状磁区を規則的にし、記録密度に比例して増大するビット境界からのノイズを低減すると共に、角形比を高くし、磁化の揺らぎを制限することで、記録ビット内部からのノイズも低減することが必須である。本発明によりこれが達成されている様子を、図４に纏めた。以下図面を用いて詳細に説明する。従来の面内媒体構造では、単位遷移当たりの規格化ノイズ係数の絶対値を小さくするためには、粒間の相互作用を低減せざるを得ず、その結果角形比が小さくなってしまう。そのため、図５に示す様に、角形比の減少と共に急激にＤＣノイズが大きくなってしまう。しかし、本実施例では、粒間の相互作用が小さくなっても、粒内の形状、もしくは配向性起因の磁気的異方性が高くなり、単位遷移当たりの規格化ノイズ係数の絶対値が小さくなっても高い角形比を維持でき、図５に示すように十分低いＤＣノイズを得ることが出来た。本効果は、特に単位遷移当たりの規格化ノイズ係数の絶対値が2.5×10-8(μＶrms)(inch)(μｍ)0.5/(μＶpp)以下の時に、記録方向の角型比を０.８以上１以下に出来ると言う点で優れていた。本効果は垂直媒体でも同様で、この場合にはノイズのＤＣ成分、すなわち記録ビット内部の磁化揺らぎ起因のノイズが顕著であるため、記録方向の角型比を高める事が特に重要で、０.９以上より好ましくは０.９５以上とする事が必要である事が分かる。本発明の磁気記録媒体を、SEM、もしくはTEMで評価した所、面内、垂直いずれの場合も磁性層は、優位的に所定の方向に揃って配置した異方的な形状で、かつその平均粒径が１５nm以下２nm以上の微細結晶粒から優位的に構成されていたが、従来法の媒体ではいずれもほとんどが等方的な形状であり、Arガス圧を高くして下地を形成した場合にのみ楕円状の形状であったが、その場合でも主軸の方向は等方的な配列であった。図６に平均結晶粒径と相対ノイズ係数との関係を示すように、単位遷移当たりの規格化ノイズは、平均結晶粒径が１５nm以下であれば記録後一時間以内であれば小さいが、平均結晶粒径が２nmよりも小さいと１週間後には大きくなってしまい、好ましく無く、平均結晶粒径は2nm以上とすべき事が解る。更に、上記異方的な形状の平均軸比が１.５以上であれば角形比が十分大きくとれが、１０よりも大きいと、隣接トッラクに対する書きにじみが大きくなるので、１０以下とすることが特に好ましいことが解った。
【００３３】
上記の結果は、上記５番目の実施例と同条件で、CoCrPtTa磁性層を、Cr、Mo、W、Ta、V、Nb、Ta、Zr、Hf、Ti、Ge、Si、Co、Ni、C、B単独、もしくはCr-Ti10、Mo-Cr10、W-Si5、Ta-Si5、Nb-Zr10、Ta-Cr5、Zr-Hf10、Hf-Ti5、Ti-Si10、Ge-Pt5、Si-Ru11、Co-Cr30、C-N10、B-N10等の上記群から選ばれた少なくとも１種の元素を５０％以上含む非磁性中間層で２層に分割せしめた別の実施例の媒体を作成したが、ノイズは略７０％に減少し、本効果はより顕著に現われた。上記の効果はいずれもディスク径や円板、テープ、カードと言った形状に依らないことは言うまでもない。
【実施例２】
【００３４】
図２を用いて本発明の第２の実施例を述べる。図は、本発明を実施した磁気ディスクの概念図である。２１はガラス、NiPメッキAl、セラミックス、ポリオレフィン、ポリカーボネート等のプラスチックス、Si等からなり、3.5、2.5、1.8、１inch径等の円板状、もしくはカード、テープ状の非磁性基板、２２及び２３は、斜め成長成分を有する製膜装置で形成された本発明の、Cr、Mo、Ta、V、Nb、Ta、Ti、Ge、Si、Co、Al、Znから為る群から選ばれた少なくとも１種の元素を５０％以上含む、Cr、Mo、W、CrMo、CrTi、CrCo、ZnS、Ta、SiN、Al2O3、Ta、TiCr、TiNb，ZnS等の非磁性下地層、及び、Co、Fe、Niと希土類磁性元素から為る群から選ばれた少なくとも１種の金属元素を含む非晶質磁性体であり、記録方向の角型比が０.９以上1以下、単位遷移当たりの規格化ノイズ係数の絶対値が3×10-8(μＶrms)(inch)(μｍ)0.5/(μＶpp)以下であることを特徴とする硬質強磁性材料、１４はＮ添加Ｃ、Ｈ添加Ｃ、ＢＮ、ZrNbN、AlN、SiAlON、Si3N3等の保護膜、２５はOH、NH2等の吸着性、もしくは反応性の末端基を有するパーフルオロアルキルポリエーテル、金属脂肪酸等の潤滑剤である。２２と２３との間には、更に組成を調整した、第２の非磁性下地層を設けても良く、上記磁性層が、Cr、Mo、Ta、V、Nb、Ta、Zr、Hf、Ti、Ge、Si、Co、Ni、Al、Zn、C、B単独、もしくはこれらから為る群から選ばれた少なくとも１種の元素を５０at%以上含む、Cr-Ti10、Mo-Cr10、W-Si5、Ta-Si5、Nb-Zr10、Ta-Cr5、Zr-Hf10、Hf-Ti5、Ti-Si10、Ge-Pt5、Si-Ru11、Co-Cr30、C-N10、B-N10等の非磁性中間層で分割されていれば、その総数の略平方根に略比例してノイズが減少するので更に好ましい。
【００３５】
以下、更に詳細に本実施例について説明する。１.８inch径のSi円板上にSiN、Cr合金等の非磁性下地層を形成し、次いでTbFeCo、DyFeCo、NdTbFeCo、TbFeCoNb、TbFeCoPt等の非晶質磁性層、さらに１５at%N添加カーボン保護膜を形成して磁気ディスクを作製した。
【００３６】
ここで、SiN、Cr合金等の下地膜、磁性層はともに、Arガスを用いた斜めマスクを設けた、実施例１と同様のRFマグネトロンスパッタリング装置で形成し、更に保護膜は窒素雰囲気中でプラズマ励起型反応性マグネトロンスパッタ法で形成した。スパッタ粒子の入射の相対的な見込み角は10度ないし80度とした。この際、Ar圧力は０.５−１０mTorr、基板温度は50-200℃、製膜速度略３nm/sとした。下地層にはSiN、Crの他に、Al2O3、Cr-Tiを単層ないしは異種の下地層からなる２層として用い、下地組成の異なる試料を用意した。下地層の総膜厚は１０から２００nm、TbFeCo、DyFeCo、NdTbFeCo、TbFeCoNb、TbFeCoPt、TbFeCoBi等の非晶質磁性層は２０から７００nm、保護層は８nmである。Fe含量は３６から８０原子パーセント、Tb，Dy含量は10から30原子パーセント、Co含量は5から42原子パーセント、Nb、Pt含量は１から５原子パーセント、Nd含量は５から３０原子パーセントとした。光磁気ディスクで用いられている通常の組成よりもFe濃度が高い方が飽和磁化が大きく、媒体膜厚を相対的に薄く出来るので記録の点で有利であった。試作したディスクの条件を表３に示す。
【００３７】
【表３】
2004199865.tif 000020
【００３８】
上記媒体を、飽和磁束密度１.５Ｔの40Ni-55Fe-5Nbをトラック幅０.４μmの磁極材とし、記録ギャップ長０.２０μｍ(ギャップ材：Al2O3-3%SiO2)とした記録部と、ＮｉＦｅ／CoFe(5nm)、CuNi(2.5nm)、固定層ＣoＦｅ/Ｒｕ/CoFe(5nm)、ＭｎＩｒ(10nm)を順次積層し、矩形状にパタン化した後に、その両端部に、Co75-Ni15-Pt10(10nm)/CrTi(5nm)永久磁石およびNb電極膜(80nm)を配置し、電極で規定したトラック幅を０.３５μmとした巨大磁気抵抗効果素子を２μｍのNi80-Fe20シールド膜で挟んだ構造（シールド間隔:０.１５μｍ、ギャップ材:Zr2O3）の再生部とを有する磁気ヘッド素子を、Al2O3-TiC製の大きさの1.0×0.8×0.2ｍｍ3のスライダに形成した磁気ヘッドを、図３に示した本発明の磁気ディスク装置に実装して評価した。ここで媒体は１〜２０枚、ヘッドは１〜４０本の組み合わせとした。なお、スライダは微小突起を３ヶ所設けた負圧型とし、浮上面にはＣ−N保護膜を３nm設けた。情報の記録、再生信号の処理及び情報の入出力には、従来技術と同じ所定の電気回路を設け、PR5信号処理方式で再生した。これらは、ケース３１２等に取り付けた。評価時の磁気ヘッドの浮上量は１８nm、回転数は１分間に１万５千、２万５千回転とした。なお磁極を従来の１Ｔ(80Ni-20Fe組成)としたヘッドでも評価した。
【００３９】
本実施例の媒体は磁性膜がいずれも非晶質の垂直媒体であり、媒体製膜方向に本発明のように、斜め成分を優位的に含ませたことで、垂直媒体においても面内の磁気的異方性を付与できることを発見した。このため、記録ビット間の遷移領域をより平坦にすることが出来、図７に示すように、垂直方向の角型比を０.９以上１以下、単位遷移当たりの規格化ノイズ係数を3〜−3×10-8(μＶrms)(inch)(μｍ)0.5/(μＶpp)とすることが出来た。垂直媒体では一般にノイズ係数が負になるが、面内異方性が大きい場合には正となる場合もあった。また、この効果ノイズ低減効果は、ノイズのＤＣ成分、すなわち記録ビット内部の磁化揺らぎ起因のノイズが著しく低減する為であり、この為には垂直方向の角型比を高めることが特に重要で、角型比が０．９５以上の媒体は、特にノイズが低く好ましかった。上記のノイズ低減に関する結果は、上記５番目の実施例と同条件で、磁性層を、Cr、Mo、W、Ta、V、Nb、Ta、Zr、Hf、Ti、Ge、Si、Co、Ni、C、B単独、もしくはCr-Ti10、Mo-Cr10、W-Si5、Ta-Si5、Nb-Zr10、Ta-Cr5、Zr-Hf10、Hf-Ti5、Ti-Si10、Ge-Pt5、Si-Ru11、Co-Cr30-Pt5、C-N10、B-N10、Si-N50等の非磁性中間層で２層に分割せしめた別の実施例の媒体を作成したが、ノイズはいずれも６５〜７５％に減少し、特に好ましかった。
【００４０】
また、ディスク各位置の記録再生特性としては、下地膜と磁性膜の製膜方向を変えた時にディスク全体として最も良好な特性が得られ、特にヘッドヨー角に略合致させて方向を制御した場合が、類似条件の本発明の媒体の中でもっとも良好な特性が得られた（実施例で角度を０〜１５の様に幅で示したもので、#4〜13、15、16、19〜22が該当。）図１０の従来型装置では、いずれもアクセス速度は４．１ms以下であり、特に２万５千回転の場合には３.７ms以下と良好であった。またヘッド本数との関係として、本数が少ないほどアクセス時間は短縮され、ヘッド１本、媒体１枚とした時に最高で２.８msまで高速化出来たが、装置トータルとしての容量がヘッド本数に比例して減少するので、目的に応じて使い分ける必要がある。一方、記録密度に関しては、本媒体により面密度で１５Gb/in2以上の動作が、図3に示した本発明の実施例の装置構造では、略２０Gb/in2の面密度での動作が可能であった。上記高密度化の効果は、上記条件の媒体を3.5径のSi基板上に形成した場合や、磁気テープでも認められた。なお3.5ディスク装置の場合には、アクセス時間は４.９ms以下であった。
【実施例３】
【００４１】
図８及び図３を用いて本発明の第３の実施例を以下に述べる。図８に示すように、0.3mm角程度のレーザチップ８２、８２を圧電型、電磁駆動型もしくは磁歪型の位置補正マウント８１、８１'に装着したものを、図８(a)(b)に示すようにヘッドスライダ８０、８０に搭載し、記録再生素子部８３、８３'とレーザ光位置８４、８４とが略同一記録トラック８５、８５'上に位置するように調整出来る様にした。Al2O3-TiC製の大きさのスライダは微小突起を３ヶ所設けた負圧型とし、浮上面にはＣ−N保護膜を３nm設け、その体積は1.0×0.7×0.2ｍｍ3、さらにレーザチップを含めた体積は1.0×.9×0.2ｍｍ3、補正可能距離は最大２０μmであった。ここで補正機構がなくても良いが、再現性に対するマージンが低くなるので余り好ましくなかった。なおレーザの波長は830、780、650、630nm、パワーは5〜50mWのものを用い、レーザ端面には劣化防止のための保護膜を設けた。レーザ光の形状は84,84'に示すように略楕円形であり、同図に示したように、略１μmの短軸方向が記録トラック８５、８５'に略平行、垂直の２種の場合について検討し、浮上量は１０ｎｍとした。なお記録再生素子部83,83'としては、以下のものを用いた。飽和磁束密度１.７Ｔの３６Ni-６２Fe-２Nbをトラック幅0.３５μmの磁極材とし、記録ギャップ長０.１５μｍ(ギャップ材：Al2O3-５%SiO2)とした記録部と、ＮｉＦｅ／CoFe(４nm)、CuNi(2.5nm)、固定層ＣoＦｅ/Ｒｕ/CoFe(４nm)、ＭｎＩｒ(10nm)を順次積層し、矩形状にパタン化した後に、その両端部に、Co75-Ni15-Pt10-５%HfO２(10nm)永久磁石およびNb-Ta電極膜(７0nm)を配置し、電極で規定したトラック幅を０.３０μmとした巨大磁気抵抗効果素子を２.５μｍのNi80-Fe20シールド膜で挟んだ構造（シールド間隔：０.１３μｍ、ギャップ材:Ta2O5）の再生部とを有する磁気ヘッド素子とした。
【００４２】
表１ないし３記載の媒体を１０枚、図３の構造で３１として搭載、さらに上記のヘッドを３２として回転とし、２０本搭載し、情報記録時にレーザでの局所加熱により媒体保磁力を制御しながら、磁気ヘッドからの磁界で記録を行った。ここで回転数は１分間に２〜３万局所加熱による媒体記録位置での温度上昇は、略50℃から300℃の範囲で最適に制御した。なお本方法では、記録条件が外部温度の変動を受け易いので、記録初期ないしは動作後の所定時間後毎に、試し書きをしてレーザパワーを最適化することが望ましかった。
【００４３】
いずれの媒体に対しても、トラック方向にレーザの長軸をほぼ一致させた場合に隣接トラックとの干渉が少なく、最も良好な特性が得られたが、短軸を一致させた場合にでも従来技術に比べ略３倍以上の高密度化が実現できた。すなわち、表1の実施例の媒体に対しては、３０Gb/in2以上の面密度が達成でき、表３の実施例の媒体に関しては４０Gb/in2以上の面密度が達成できた。表２の従来型媒体を用いた場合にさえ、１５Gb/in2以上の面密度が実現できることを確認した。ここで、前記の磁性層を2層に分割した媒体を搭載した装置では、記録密度は約２０％向上でき、特に好ましかった。なお、表１、２の媒体を用いた装置では平均アクセス時間は4.6ｍｓ，表3に示した媒体の場合は4.2msと極めて良好であった。一方、表１、表３と同条件で3.5inchのNiPメッキAl基板、１径のSi基板上に形成した媒体を搭載した装置では、アクセス時間はそれぞれ５ms、２msであった。これに対し、ディスク径が3.5inch以上例えば5.25inchと大きくなると、アクセス時間は５msよりも短縮することはできなかった。また、記録磁極を従来の１Ｔ(80Ni-20Fe組成)、１.３Ｔ(FeTaC)、１.７Ｔ(FeNiN)としたヘッドでも評価したが、加熱により記録時の媒体保磁力を適正化出来るので、本装置では、１Ｔ、１.３Ｔの場合にも十分急峻な記録が行え、良好な記録を確認でき、実用に耐えることも発見した。
【００４４】
以上述べた１から３の実施例は、本発明で開示する類似の発明を代表するものであり、本発明から同業者が容易に類推できる例においても本発明の範囲に入るものである。例えば、RFマグネトロンスパッタ法、ECRスパッタ法、ヘリコンスパッタ法等でも同様の効果があり、また、酸素雰囲気中での斜め蒸着法、クラスタイオンビーム法でも、ディスクの半径毎に入射位置を変えても同様の効果が得られ、更にヘッドに熱電効果型素子を設け、加熱しても同様の効果が得られることは言うまでもない。また、本発明で開示する磁気記録媒体によれば１５Gb/in2以上の記録密度での記録再生が初めて可能となる。したがって、本発明の磁気記録媒体で可能となる磁気テープ、磁気カード、光磁気ディスク等を用いた磁気記録再生装置についても本発明の範囲にはいる。
【００４５】
以上、本発明の磁気記録媒体、磁気記録再生装置を用いることにより高速かつ大容量の記録再生が初めて可能となる。これにより、商品競争力の極めて強い磁気記録再生装置を実現できる。
【００４６】
【特許文献１】特開平０３−１６０１３号公報
【００４７】
【非特許文献１】E.M. Rossi ,et al:Journal of Applied Physics Vol.55 No6(1984)p2254-2256
【特許文献２】特開昭６３−１４８４１１号公報
【特許文献３】特開昭６３−２３４４０７号公報
【特許文献４】特開昭５８−１９０７２９号公報
【特許文献５】特開昭６１−０９７９０６号公報
【特許文献６】特開平０２−０６１５７２号公報
【特許文献７】特開平０４−３５８３１０号公報
【特許文献８】特開平０７−３３３０１５号公報
【特許文献９】特開平０２−１４８６４３号公報
【特許文献１０】特開平０２−２１８９０４号公報
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の磁気記録媒体の主要部概念図。
【図２】本発明の別の実施例の磁気記録媒体の主要部概念図。
【図３】本発明の磁気記録装置の概念図。
【図４】従来の磁気ヘッド構造の概念図。
【図５】本発明の磁気記録媒体と従来構造の磁気記録媒体における角型比等の特性の比較を示す図。
【図６】本発明の磁気記録媒体と従来構造の磁気記録媒体におけるノイズ特性の比較を示す図。
【図７】本発明の別の実施例の磁気記録媒体と従来構造の磁気記録媒体における角型比等の特性の比較を示す図。
【図８】本発明の磁気ヘッドの概念図。
【図９】本発明の磁気記録媒体の一製造法の概念図。
【図１０】従来磁気ディスク装置の概念図。
【図１１】従来磁気ヘッドの概念図。
【図１２】従来磁気記録媒体の概念図。
【符号の説明】
【００４９】
11  非磁性基板、12  本発明の非磁性下地層、13  本発明硬質強磁性材料、14  保護膜、15  潤滑層、21  非磁性基板、22  本発明の非磁性下地層、23  本発明硬質強磁性材料、24  保護膜、25  潤滑層、31  本発明の記録媒体、32  磁気ヘッド、33  ロータリアクチュエータ、34  回転軸受け、310  モータ、311  アーム、312  筐体、313  位置補正が高速で出来る位置微調部、80,80'  ヘッドスライダ、81,81'  圧電型、電磁駆動型もしくは磁歪型の位置補正マウント、82,82'  半導体レーザチップ、83,83'  記録再生素子部、84,84'  レーザ光位置、85,85'  記録トラック、91  ターゲット、92  基板、93,93',93''  斜めマスク、95〜98  マスク移動方向の例、99,99',99''  別のマスク、101  記録媒体、102  磁気ヘッド、103  ロータリアクチュエータ、104  回転軸受け、105  アーム、106  サスペンション、108  筐体、111  書き込み部、112  再生部、113  磁気抵抗素子、114  下地層、115  シールド層、116  渦巻き型コイル、117  磁極、118  磁極(シールド層兼用)、119  電極、121  非磁性基板、122  非磁性下地、123  磁性薄膜、124  保護膜、125  潤滑膜。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2004199865.tif 000021