(57)【要約】【課題】  垂直に揃った結晶軸を有する磁性体を含む磁性構造体を提供する。【解決手段】  基板と、前記基板上に形成された磁性層とを具備する磁性構造体である。前記磁性層は、非磁性体からなる隔離相により隔離され、大きさのバラツキが±１０％以内の複数の磁性結晶体を含み、前記磁性結晶体の磁気結晶軸は、前記基板表面に対して９０±５°以内であり、前記隔離相の壁面に凹凸を有することを特徴とする。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に形成された磁性層とを具備し、
前記磁性層は、非磁性体からなる隔離相により隔離され、大きさのバラツキが±１０％以内の複数の磁性結晶体を含み、前記磁性結晶体の磁気結晶軸は、前記基板表面に対して９０±５°以内であり、前記隔離相の壁面に凹凸を有することを特徴とする磁性構造体。
【請求項２】
熱または酸での処理により除去可能な平均粒子径が２ｎｍを越え１０００ｎｍ未満の第１の粒子と、前記第１の粒子の５倍を越え１００倍未満の体積で配合され、前記第１の粒子より小さく、前記処理により除去されない非磁性材料からなる平均粒子径が１ｎｍを越え２０ｎｍ未満の第２の粒子とを分散媒に分散させて、分散液を得る工程、
前記分散液を基板の（１００）面方位を有する表面に塗布して、前記第１の粒子と前記第２の粒子とを含み、前記第１の粒子が単層で配置された粒子層を形成する工程、
前記第１の粒子を除去して、この第１の粒子痕からなり底面に前記基板表面が露出したポアを前記粒子層に形成する工程、
前記ポア内に磁性材料の結晶を析出する工程、および
前記磁性材料の結晶が形成された基板を、１００℃を越え１０００℃未満の温度で加熱する工程を具備することを特徴とする磁性構造体の製造方法。
【請求項３】
前記第１の粒子が単層で配置された前記粒子層は、前記分散液をスピンコート法により前記基板上に塗布して形成されることを特徴とする請求項２に記載の磁性構造体の製造方法。
【請求項４】
前記基板は、表面の一部に親水性の突出部からなる粒子付着防止領域を有し、前記分散液は、前記第１の粒子および前記第２の粒子を非水溶媒に分散することにより調製されることを特徴とする請求項２または３に記載の磁性構造体の製造方法。
【請求項５】
前記基板は、表面の一部に疎水性の突出部からなる粒子付着防止領域を有し、前記分散液は、前記第１の粒子および前記第２の粒子を水系溶媒に分散することにより調製されることを特徴とする請求項２または３に記載の磁性構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性構造体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気記録媒体における記録密度を高めるには、磁性結晶が分離され、しかも磁性の記録軸が基板面に対して垂直な磁気記録層とすることが重要となっている。
【０００３】
こうした磁気記録層となり得る磁性膜の形成方法の一つとして、基板上に磁性結晶を形成してエッチングにより削り、その間隙を非磁性体で埋めるといった方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法は、磁性体の結晶軸を垂直に揃えやすい点では有利である。しかしながら、磁性膜を削らなければならず、磁性物質の利用率が低い。削り取った磁性物質を回収すれば磁性物質の利用率を高めることができるものの、コストの増加につながる。
【０００４】
また、加熱により磁性を生じる粒子に表面処理を施して、表面に有機物層を付着させた粒子を用いる方法が提案されている（例えば、粒子の合成について特許文献２、またその応用について非特許文献１参照）。こうした粒子を基板上に塗布した後、加熱することによって有機物層を非磁性体物へ改質するとともに、粒子の磁性体化が行なわれる。これにおいては、磁性結晶を削ることがなく磁性物質を有効に用いることができる。しかしながら、加熱後の基板を一方向磁場の磁気装置内で長時間処理して、磁性軸を垂直方向に向かせなければ、磁性体の磁性記録軸を基板面に対して垂直とすることが困難である。
【特許文献１】特開２００３−１５５３６５号公報
【特許文献２】特開２０００−５４０１２号公報
【非特許文献１】ＳＣＩＥＮＣＥ  ｖｏｌ２８７、ｐｐ．１９８９〜ｐｐ．１９９２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、基板面に対して垂直な磁性記録軸を有する磁性結晶を含む磁性膜の形成方法は、いずれもプロセスが煩雑でありコストも高い。これは、磁性構造体を用いる磁気記録媒体の製造効率を低下させ、製造コストを引き上げることになる。
【０００６】
そこで本発明は、垂直に揃った結晶軸を有する磁性体を含む磁性構造体、およびこうした磁性構造体を低コストで製造する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】
【０００７】
本発明の一態様にかかる磁性構造体は、基板と、前記基板上に形成された磁性層とを具備し、前記磁性層は、非磁性体からなる隔離相により隔離され、大きさのバラツキが±１０％以内の複数の磁性結晶体を含み、前記磁性結晶体の磁気結晶軸は、前記基板表面に対して９０±５°以内であり、前記隔離相の壁面に凹凸を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の他の態様にかかる磁性構造体の製造方法は、熱または酸での処理により除去可能な平均粒子径が２ｎｍを越え１０００ｎｍ未満の第１の粒子と、前記第１の粒子の５倍を越え１００倍未満の体積で配合され、前記第１の粒子より小さく、前記処理により除去されない非磁性材料からなる平均粒子径が１ｎｍを越え２０ｎｍ未満の第２の粒子とを分散媒に分散させて、分散液を得る工程、
前記分散液を基板の（１００）面方位を有する表面に塗布して、前記第１の粒子と前記第２の粒子とを含み、前記第１の粒子が単層で配置された粒子層を形成する工程、
前記第１の粒子を除去して、この第１の粒子痕からなり底面に前記基板表面が露出したポアを前記粒子層に形成する工程、
前記ポア内に磁性材料の結晶を析出する工程、および
前記磁性材料の結晶が形成された基板を、１００℃を越え１０００℃未満の温度で加熱する工程を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の態様によれば、垂直に揃った結晶軸を有する磁性体を含む磁性構造体、およびこうした磁性構造体を低コストで製造する方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
本発明の実施形態にかかる磁性構造体の製造方法においては、大きさおよび材質の異なる２種類の粒子を含有する分散液が用いられる。第１の粒子は、熱または酸での処理により除去可能であり、その平均粒子径は２ｎｍを越え１０００ｎｍ未満の範囲内である。第１の粒子の平均粒子径が２ｎｍ以下の場合には、後の工程で形成するポアの壁からの成長抑止効果が大きくなるため、後述する磁性体の結晶軸を垂直とすることが困難となる。一方、１０００ｎｍ以上であると、第一の粒子同士が付着しやすくなり薄膜化がしにくくなるおそれがある。好ましくは、第１の粒子の平均粒子径は５ｎｍ〜２０ｎｍである。粒子の平均粒子径は、例えば、電子顕微鏡による観察により求めることができる。この第１の粒子は、または酸での処理により除去できることが必要であり、第１の粒子痕がポアとなる。大きさの揃ったポアを形成するために、第１の粒子の大きさのバラツキは±１０％以内であることが望まれる。±１０％以内のバラツキであれば、全てのポアは実質的に同じ大きさであるということができる。第１の粒子としては、例えば、ポリスチレンやアクリルなど有機物、あるいは、アルミ、銅、銀、鉄などの金属を用いることができる。
【００１２】
一方、第２の粒子は、第１の粒子より小さく、平均粒子径は１ｎｍを越え２０ｎｍ未満の範囲である。平均粒子径が１ｎｍ以下の場合には取り扱いが困難であり、一方、２０ｎｍ以上の場合には、粒子間の隙間を生じやすくなるおそれがある。好ましくは、第２の粒子の平均粒子径は２ｎｍ〜１０ｎｍである。この第２の粒子は、熱または酸での処理によって除去されない非磁性材料からなり、例えば、シリカ、アルミナおよびチタニアなどのセラミックス粒子、炭素粒子とすることができる。粒子の平均粒子径は、例えば、顕微鏡観察による場合に、任意に抽出した約１００個の粒子について、径を平均して得た。
【００１３】
第１の粒子と第２の粒子とは、重量比で第１の粒子：第２の粒子＝１：５〜１：１００となるよう配合して用いられる。第１および第２の粒子の重量比は、好ましくは１：１０〜１：５０である。すなわち、第２の粒子は、第１の粒子の５倍を越え１００倍未満の堆積で配合される。
【００１４】
こうした粒子を、水等の分散媒に分散させることによって、分散液が調製される。分散媒は、後述するように、基板表面の特性に応じて非水溶媒および水系溶媒のいずれかを選択することができる。分散液中における全粒子の濃度は、０．５ｗｔ％〜５０ｗｔ％の範囲内とすることが望まれる。０．５ｗｔ％未満の場合には、基板上に均一に塗ることが困難となる。一方、５０ｗｔ％を越えると、基板上でダマとなるおそれがある。
【００１５】
本発明の実施形態において用いられる基板は、（１００）方位面を有することが必要である。こうした基板としては、例えば、ＭｇＯ基板、ＭｇＯ基板に白金を蒸着させた基板、およびガラス基板にＴｉＮを蒸着させた基板など表面に結晶構造を有する基板が挙げられる。（１００）方位面は、磁性体の結晶軸と面に対して垂直にした結晶を形成できることから、本発明の実施形態にかかる方法に好適に用いられる。
【００１６】
上述したように準備された分散液および基板を用いて、図１に示す工程にしたがって本発明の実施形態にかかる方法により磁性構造体を製造することができる。  
まず、図１（ａ）に示すように、基板１の（１００）方位面に、前述の分散液を塗布して、第１の粒子が単層で配置された粒子層２を形成する。こうした粒子層２は、例えば、回転数１００〜１０００ｒｐｍ、回転時間１〜６０秒間という条件で、スピンコート法により塗膜を形成した後、加熱して溶媒を揮発除去することにより得られる。加熱温度は、溶媒の種類に応じて選択することができ、例えば、水の場合には８０℃とし、ヘキサン、トルエン、エタノールといった有機溶媒の場合には６０℃程度とすればよい。
【００１７】
次に、第１の粒子を除去して、図１（ｂ）に示すように第１の粒子痕からなるポア４を粒子層２に形成する。第１の粒子は、その材質に応じた手法で除去することができ、有機物の場合には融点以上に加熱して溶融し、金属であれば酸を用いて溶解する。例えば、ポリスチレンは、５００℃以上に加熱することにより溶融する。また、銀等の金属は、塩酸などの酸性溶液に浸漬すれば溶解する。第１の粒子を除去してポア４が形成された粒子層２は、アルコール等で洗浄しておくことが望まれる。
【００１８】
こうして、図１（ｂ）に示すように、粒子層２にポア４が形成される。ポア４の大きさは、第１の粒子のサイズと同程度であり、ポアの底部には基板表面が露出している。個々のポア４は、非磁性の第２の粒子からなる隔離相３によって隔てられているということができる。したがって、ポア４の側面には、第２の粒子のサイズと同等の大きさで凹凸が存在している。
【００１９】
続いて、図１（ｃ）に示すように、ポア４内に磁性材料の結晶５を析出させる。磁性材料としては、Ｆｅ，Ｐｄ，Ｃｏ，ＣｒおよびＰｔからなる群から選ばれる少なくとも２種の金属を含む合金が挙げられる。具体的には、ＦｅＰｔ，ＣｏＣｒ，ＣｏＰｔ，ＣｏＰｄ、ＣｏＣｒＰｔ、およびＦｅＰｄなどであり、磁気異方性エネルギーが大きいことからＦｅＰｔが最も好ましい。
【００２０】
磁性材料は、電解めっき、ＣＶＤ法、スパッタリング法、および液相還元法といった任意の方法によりポア４内に析出させることができる。ポア底には基板１の（１００）方位面が露出しているので、磁性材料５は、その面方位にしたがって結晶成長する。その結果、基板表面に対してＣ軸が垂直に配向した結晶が得られる。
【００２１】
場合によっては、所望しない角度に配向した結晶が存在することがある。例えば、図１（ｄ）に示すように、ヒーター６を用いて加熱処理を施すことにより、実質的に全ての結晶軸の角度を基板表面に対して９０±５°以内とすることができる。結晶軸の角度が基板表面に対して９０±５°以内であれば、実質的に全ての結晶軸が基板に垂直であるとみなすことができる。加熱には、ホットプレート、オーブン、赤外線ランプ等を用いてもよく、その条件は、磁性材料の種類に応じて選択される。例えば、ＦｅＰｔの場合は、１００を越え１０００℃未満の温度で１〜１００分程度の加熱を行なえばよい。１００℃以下または１分未満の加熱では、結晶軸を９０±５°以内にそろえることを十分に行なうことが困難である。一方、１０００℃以上の場合、または１０分を越えた加熱を行なうと、一部金属が蒸発するおそれがある。
【００２２】
こうして、非磁性体からなる隔離相４により隔離され、基板表面に対して９０±５°以内の磁気結晶軸を有する複数の磁性結晶体７を含む磁性層が基板１上に設けられてなる本発明の実施形態にかかる磁性構造体が得られる。しかも、複数の磁気結晶体７は、平均径５ｎｍ〜１０００ｎｍで、大きさのバラツキが±１０％以内であり、隔離相３の壁面には、１ｎｍ〜２０ｎｍの凸部を有する凹凸が生じている。
【００２３】
必要に応じて、磁性層の上に保護膜を形成し、磁気記録媒体が得られる。保護膜は、例えば、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）等を用いてゾルゲル法といった手法により１〜１００ｎｍ程度の膜厚で形成することができる。  
上述したように、本発明の実施形態にかかる方法により、垂直に揃った結晶軸を含む磁性構造体を、低コストで製造することが可能となった。
【００２４】
なお、用いる基板の表面に加工を施しておくことによって、基板の所定の領域に選択的に磁性構造体を形成することもできる。図２を参照して、これについて説明する。  
図２（ａ）に示すように、表面の所定の領域に突出部からなる粒子付着防止領域が設けられた基板９を用意する。形成後の表面に段差を生じさせないために、突出部の高さは、第１の粒子の平均粒子径と同程度の高さとなるように形成する。
【００２５】
突出部は、疎水性または親水性のいずれかとし、突出部には粒子層が形成されないように分散媒を選択する。例えば、本来は疎水性である白金基板の表面に親水化処理を施した後、所定の領域に疎水性のシリコン膜を堆積することによって、疎水性の突出部を形成することができる。親水化処理としては、例えばシラノールあるいは表面処理剤ＯＡＰ（東京応化工業製、物質名ヘキサメチルジシラザン）等を用いて処理を行なえばよい。この場合には、ＴＥＯＳ等の水系溶媒を分散媒として用いることによって、突出部以外の領域に粒子層を形成することができる。
【００２６】
一方、白金基板の表面に、親水性のシリカ膜を堆積することによって、親水性の突出部が形成される。この場合には、ヘキサン、トルエン等の非水溶媒を用いればよい。  
いずれの突出部の場合も、それに応じた分散液を用いて、図２（ｂ）乃至図２（ｄ）にしたがって前述と同様の手法により、突出部以外の領域に磁性構造体を形成することができる。
【００２７】
以下、具体例を示して本発明を説明する。  
第１の粒子としてのポリスチレン（平均粒子径２０ｎｍ）と、第２の粒子としてのシリカ粒子（平均粒子径５ｎｍ）とを、分散媒としての水に分散させて分散液を調製した。２種類の粒子の配合割合は、体積比で第１の粒子：第２の粒子＝１：２０とし、分散液における全粒子の濃度、１０ｗｔ％とした。
【００２８】
一方、ＭｇＯ基板上に白金を蒸着させて、（１００）方位面を表面とする基板を準備した。この（１００）方位面に、前述の分散液をスピンコート法により塗布して、塗膜を形成した。スピンコートの条件は、回転数８００ｒｐｍ、回転時間５秒とした。塗膜が形成された基板は、８０℃のオーブン中に配置して３０分間乾燥させることにより分散媒としての水を完全に除去した。その結果、第１の粒子としてのポリスチレンと第２の粒子としてのシリカ粒子とを含む粒子層が、基板上に形成された。
【００２９】
電子顕微鏡による観察の結果、得られた粒子層においては、ポリスチレン粒子が単層で規則的に配置され、そのポリスチレン粒子の間をシリカ粒子が埋めていることが確認された。
【００３０】
その後、粒子層が形成された基板を５００℃の電気炉中で６０分加熱して、第１の粒子を構成しているポリスチレンをほぼ完全に気化させた。ポリスチレン粒子が除去されたことによって、シリカ粒子からなる隔離相で隔てられた複数のポアが生じた。電子顕微鏡による観察の結果、ポアの大きさはポリスチレン粒子と同等の２０ｎｍであり、大きさのバラツキは±１０％以内であり、ポア内の側面には、シリカ粒子に起因した５ｎｍ程度の凹凸が存在することが確認された。また、ポアの底部には、白金の（１００）面が露出していた。
【００３１】
こうして得られたポア内には、電解めっきにより磁性材料の結晶を析出させた。めっき液は、１ｇの硫酸鉄および４ｇの塩化白金酸を、１００ｇの純水に溶解して調製した。ポアが形成された基板をめっき液中に浸漬して、溶液に電気を通電させることにより電解めっきを行なった。その結果、ポア内部にはＦｅＰｔ結晶が析出した。このＦｅＰｔ結晶は、基板として用いている白金基板の（１００）面方位にしたがって成長し、基板表面に対してＣ軸が垂直に配向した結晶であることが、電子顕微鏡観察により確認された。
【００３２】
さらに、ヒーター上に配置して、６５０℃で３０分間の加熱を行なった。これにより、実質的に全てのＦｅＰｔ結晶の軸は、基板表面に対して９０±５°の角度であり、ほぼ完全にＬ１０規則相に変化していた。なお、Ｌ１０規則相であることは、高い磁気異方性エネルギーをもつことを意味している。
【００３３】
最後に、ゾルゲル法により表面に膜厚１０ｎｍの平滑な保護膜を形成して、磁性構造体が完成した。
【００３４】
磁性構造体の製造に要した時間は、磁性体膜をエッチングする従来の方法の約２／３以下であった。一時間あたりの処理量は１．５倍以上となり、製造コストを２／３以下に低減することができた。また、磁性粒子を塗布する従来の方法と比較すると、プロセス時間は約４／５以下となった。この場合、一時間あたりの処理量は１．２倍以上となり、製造コストを４／５以下に低減された。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態にかかる磁性構造体の製造方法を示す工程断面図。
【図２】本発明の他の実施形態にかかる磁性構造体の製造方法を示す工程断面図。
【符号の説明】
【００３６】
１，９…基板；  ２…粒子層；  ３…隔離相；  ４…ポア；  ５…磁性結晶
６…ヒーター；  ７…基板に垂直配向した磁性結晶；  ８…粒子付着抑止領域。
【図１】
2005235301.tif 000002
【図２】
2005235301.tif 000003