(57)【要約】改良された磁性媒体（１００、１１０）は、磁性媒体の表面が金属または半導体表面に結合したフラーレン分子の略単層（１０４）を備える、金属または半導体表面（１０２、１１４）を有する。フラーレン分子と表面との間の結合強度は、フラーレン−フラーレン分子間結合強度よりも強い。磁性媒体は、データ保存装置（２００）用部品、特に磁気トランスデューサを備えるヘッド（２１８、２５０）および磁気ディスクまたは光磁気ディスク（２０８、３００、３２６）の製造に用いることができる。フラーレン被覆を形成する方法において、フラーレン分子の略単層を実質的に不純物フリーの金属または半導体表面上に堆積する。
2004519800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材料と、磁性材料の表面を保護するための手段とを備えることを特徴とするディスクドライブ・データ保存装置。
【請求項２】
金属、半導体、およびそれらの混合物からなる群より選択される材料の被覆表面を有する磁性材料を備えるディスクドライブ・データ保存装置であって、前記被覆表面がフラーレン−フラーレン分子間結合強度より大きい結合強度で被覆表面に結合したフラーレン分子の略単層を有することを特徴とするディスクドライブ・データ保存装置。
【請求項３】
請求項２に記載のディスクドライブ・データ保存装置であって、前記磁性材料がコバルト金属またはコバルト合金を含むことを特徴とするディスクドライブ・データ保存装置。
【請求項４】
請求項２に記載のディスクドライブ・データ保存装置であって、前記磁性材料がＣｏ−Ｎｉ、Ｃｏ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｂ、Ｃｏ−Ｐ、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｐ、これらの混合物、およびこれらの合金類からなる群より選択される金属組成物を含むことを特徴とするディスクドライブ・データ保存装置。
【請求項５】
請求項２に記載のディスクドライブ・データ保存装置であって、前記フラーレン分子が、少なくとも約７００Ｋの単層からのフラーレン脱離温度に相当する結合強度で被覆表面に結合していることを特徴とするディスクドライブ・データ保存装置。
【請求項６】
請求項２に記載のディスクドライブ・データ保存装置であって、前記フラーレンがＣ６０を含むことを特徴とするディスクドライブ・データ保存装置。
【請求項７】
請求項２に記載のディスクドライブ・データ保存装置であって、ヘッドを備え、かつ前記磁性材料が前記ヘッドの表面に位置することを特徴とするディスクドライブ・データ保存装置。
【請求項８】
請求項７に記載のディスクドライブ・データ保存装置であって、前記磁性材料がトランスデューサを形成し、かつ前記磁性材料がコバルトまたはコバルト合金を含むことを特徴とするディスクドライブ・データ保存装置。
【請求項９】
請求項７に記載のディスクドライブ・データ保存装置であって、フラーレン分子が前記ヘッドの空気ベアリング表面の全体にわたって結合していることを特徴とするディスクドライブ・データ保存装置。
【請求項１０】
請求項７に記載のディスクドライブ・データ保存装置であって、フラーレン分子が前記空気ベアリング表面に沿った磁性材料のみと結合していることを特徴とするディスクドライブ・データ保存装置。
【請求項１１】
請求項２に記載のディスクドライブ・データ保存装置であって、磁気ディスクを備え、かつ前記磁性材料が前記磁気ディスクの表面に位置することを特徴とするディスクドライブ・データ保存装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載のディスクドライブ・データ保存装置であって、前記ディスク表面がパターンを施されていることを特徴とするディスクドライブ・データ保存装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載のディスクドライブ・データ保存装置であって、フラーレンの前記略単層が、ディスク表面の一部を覆っていることを特徴とするディスクドライブ・データ保存装置。
【請求項１４】
請求項２に記載のディスクドライブ・データ保存装置であって、ヘッドおよび磁気ディスクを備え、かつ前記磁性材料が前記ヘッドの表面に位置し、かつ第２の磁性材料が前記磁気ディスクの表面に位置することを特徴とするディスクドライブ・データ保存装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載のディスクドライブ・データ保存装置であって、前記磁気ディスクの表面に潤滑剤を有しないことを特徴とするディスクドライブ・データ保存装置。
【請求項１６】
ディスクドライブ・データ保存装置中の磁性材料の表面を保護する方法であって、前記方法がフラーレン分子の略単層を磁性材料の表面上に堆積することを含み、前記表面が金属、半導体、およびこれらの混合物からなる群より選択される材料からなり、かつ前記表面が実質的に汚染物質フリーであることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載方法であって、堆積を行う前に、酸化物フリーの磁性材料の表面を形成することをさらに含む方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、酸化物フリーの磁性材料の表面の形成が、制御環境中で表面を清浄化してあらゆる酸化物を除去することにより行われることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、前記清浄化がイオンスパッタリングにより行われることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１７に記載の方法であって、酸化物フリーの磁性材料の表面の形成が、酸化物が形成されない条件のもと、制御環境中で表面を堆積することにより行われることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１６に記載の方法であって、前記フラーレンの堆積が約１×１０−７トール以下の圧力の超高真空下で行われることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１６に記載の方法であって、前記フラーレンの堆積が約１×１０−９トール以下の圧力の超高真空下で行われることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１６に記載の方法であって、前記フラーレンの堆積に続いて、フラーレン間の分子間結合よりも強い結合強度で、前記フラーレンが磁性材料の表面に結合することを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項１６に記載の方法であって、前記フラーレンの堆積が、前記フラーレンを昇華することを含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項１６に記載の方法であって、前記磁性材料の表面が、ヘッドの表面に位置することを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項１６に記載の方法であって、前記磁性材料の表面が、磁気ディスクの表面に位置することを特徴とする方法。
【請求項２７】
ディスクドライブ・データ保存装置中の磁性材料の表面を保護する方法であって、約１×１０−７トール以下の圧力の超高真空下で、フラーレン分子を磁性材料の表面上に堆積することを含むことを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２７に記載の方法であって、前記フラーレン分子の堆積の前に、前記磁性材料の表面が汚染物質フリーであることを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２７に記載の方法であって、前記フラーレン分子が、前記フラーレンを昇華することにより堆積されることを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項２７に記載の方法であって、前記フラーレンが略単層であることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
この発明は、ディスクドライブ・データ保存装置用部品のための保護被覆に関する。特に、この発明は、例えば読取り／書込み磁気ヘッドおよび磁気ディスクを含む、データの保存および／または検索用ディスクドライブ装置において用いられる磁性材料のための保護被覆に関する。
【０００２】
多くの技術における進歩により、種々のデバイスの生産に用いられる材料に対する要求はより一層高いものとなってきた。具体的には、小型化により要求性能が高まる一方で、許容水準が低下している。さらに、被覆を用いて、下にある基板の好ましい特性を維持しつつ、複合材料の表面特性を変えることができるため、被覆技術は非常に重要となっている。特に、薄膜を用いて、下にある基板を種々の外襲から保護することもできる。
【０００３】
磁気データ保存装置および光学磁気データ保存装置は、通常データ保存ディスク、および読取りおよび／または書込み磁気ヘッドを用いる。使用にあたって、ヘッドは、ディスクが高速で回転している際、その真上を「飛行」する。読取り／書込み磁気ヘッドは、通常ディスク表面に対向している空気ベアリング面を含む。ディスクが回転すると、ディスクは空気ベアリング面に沿って、空気を引き込む。空気ベアリング面に沿って空気が移動すると、ディスク表面と空気ベアリング面との間の気圧によって、スライダまたはヘッドがディスク表面に対して浮上する原因となる流体力学的揚力が生じる。流体力学的揚力および対応する飛行高度は、ディスクの回転速度と、読取り／書込みヘッドの空気ベアリング面の形状と、ヘッドを支持するジンバルアセンブリにより、予めヘッドにかかる力とによって左右される。
【０００４】
読取り／書込みヘッドは通常、磁気データディスクからデータを読取り、および／または書き込むのに、磁気トランスデューサを用いる。磁気抵抗要素を備えるヘッドを用いて、ヘッドがディスク表面の隆起部や不完全部に接触した後の電気抵抗の変化を見分けることによって、回転するディスク表面上の不完全部を同定する厳正な検査を行うこともできる。許容できない不完全部が検知された場合、ディスクを滑面化または廃棄することができる。同様に、磁気トランスデューサを備えるヘッドを、コンビネーション磁気光学ディスク保存装置に用いることが可能である。
【０００５】
データ保存用ディスクドライブには、情報保存のための磁気化可能な媒体を備えるディスクを１枚またはそれ以上用いることができる。磁気媒体は通常、非磁性基板上の比較的薄い磁性層により形成されている。典型的には、データは、コンセントリック・データトラックに沿った特定の位置に保存される。磁気データ保存用ディスクドライブアセンブリは、ディスク表面に並んだヘッドジンバルアセンブリを含む。ヘッド／ジンバルアセンブリは、ディスク表面付近のデータトラックからデータを読取り、かつデータを書込むための、例えば磁気抵抗要素等のトランスデューサを支持する。情報は磁気媒体のデータ保存領域内に保存される。
【０００６】
ヘッドとディスク表面との断続接触は、ディスク表面およびヘッドの摩耗の原因となる。摩耗および腐食からディスク表面および／またはヘッドを保護するため、ディスク表面および／またはヘッド表面上の磁気媒体を覆う被覆を施すことができる。好適な被覆は、回転中および離陸および着陸の際の、ヘッドとディスク表面との適切な流体力学的相互作用を維持しつつ、摩耗、摩擦、および酸化を低減する。保護被覆も、処理中および組立の際にヘッドを保護する。
【０００７】
より高い保存密度をディスク表面上に得るため、読取り／書込みヘッドとディスク表面との間の飛行高度は低下されてきている。飛行高度の低下はヘッドとディスク表面との間の磁気相互作用を向上し、これに対応してより高いデータ保存密度を可能にする。したがって保護被覆は、ヘッドの磁気トランスデューサとディスク表面付近の磁性材料との間の有効距離が過度に増加しないよう、十分薄いことが重要である。
【０００８】
基板上に保護層を形成するのに、炭素被覆が用いられている。しかし炭素被覆は、表面と下にある基板との間隙を増大する。したがって、例えば磁気ディスク等の製造において、飛行高度を低下することにより得られるいかなる性能の向上も、磁気媒体とディスク表面との距離を増大させる結果となる保護被覆等が存在すれば逆に低下する。
【０００９】
（発明の要約）
第一の側面において、この発明は磁性材料と、磁性材料の表面を保護するための手段とを備えることを特徴とするディスクドライブ・データ保存装置に関する。
【００１０】
さらなる側面において、この発明は金属、半導体、およびそれらの混合物からなる群より選択される材料の被覆表面を有する磁性材料を備えるディスクドライブ・データ保存装置に関する。前記被覆表面は、フラーレン−フラーレン分子間結合強度より大きい結合強度で被覆表面に結合したフラーレン分子の略単層を有する。
【００１１】
さらに別の側面において、この発明は、ディスクドライブ・データ保存装置中の磁性材料の表面を保護する方法に関する。前記方法はフラーレン分子の略単層を磁性材料の表面上に堆積することを含む。前記表面は金属、半導体、およびこれらの混合物からなる群より選択される材料からなり、かつ前記表面は実質的に汚染物質フリーである。
【００１２】
他の側面において、この発明はディスクドライブ・データ保存装置中の磁性材料の表面を保護する方法に関する。この方法は、約１×１０−７トール以下の圧力の超高真空下で、フラーレン分子を磁性材料の表面上に堆積することを含む。
【００１３】
（好適な実施例の詳細な説明）
極薄保護被覆は、フラーレンが表面に強力に結合した、清浄金属または半導体基板表面上の精製フラーレンの略単層で作ることができる。保護フラーレン層の形成において、酸化物等の存在によりフラーレンが表面への強力に結合することが妨げられるため、表面を酸化物および他の汚染物質に関して清浄にすることが重要である。改善された、強力に結合したフラーレン被覆を、磁性材料を有する材料に適用することが好ましい。フラーレン単層は、十分な潤滑を提供しつつ、水蒸気および摩耗から磁性材料を保護する。特に、これらの被覆は磁気データ保存装置部品および光学磁気データ保存装置部品、特に読取り／書込みヘッドおよび磁気ディスクの保護に適している。
【００１４】
磁気および光学磁気保存技術により、データ保存装置の回転部品間の距離が縮小されてきた。特に、読取りおよび／または書込みヘッドは高速で回転する磁気データディスクの間近で「飛行」する。ヘッドとディスクとの間の距離が小さいため、不完全部または飛行高度の変動によって、ヘッドとディスクとの偶発的な接触が起こる。接触による損傷から磁性材料を保護するため、保護被覆および／または潤滑剤が典型的に用いられる。さらに、基板表面の腐食、特に水蒸気による酸化を防ぎ、他の化学的外襲を抑えるため、保護被覆が選択されている。
【００１５】
データ保存を改善し、データ密度を増大させるために、磁性材料用保護被覆の厚みはできるだけ小さいことが好ましい。ここに説明される単層フラーレン被覆は非常に薄いが、耐久性に優れかつ安定である。フラーレンは、分子の表面に沿った五員環および六員環を特徴とする、炭素ケージ分子である。周知のフラーレンには、Ｃ６０（バックミンスターフラーレン）が含まれる。好適なフラーレン被覆には、約５オングストロームから約１０オングストローム（約０．５ナノメートルから約１ナノメートル）の範囲の厚みを有するフラーレンの略単層が含まれる。
【００１６】
単層フラーレン被覆は極薄であるが、フラーレンと清浄金属または半導体基板との間に強力な結合を形成し、これにより被覆は耐久性のある保護を提供する。あらゆる酸化物を除去するための、基板表面の適切な清浄化により、表面への強力な結合が得られる。金属および半導体に対するフラーレンの化学作用により、基板表面への強力な結合が生じる。フラーレンは本来、化学的に安定しており、かつ概して不活性なため、得られる被覆は安定している。さらに、フラーレンは疎水性であるため、水蒸気が下にある材料に接触するのを防ぎ、したがって、優れた耐腐食性を与える。
【００１７】
金属／半導体基板との所望の程度の結合を得るために、フラーレンを堆積するのに先立って、基板を清浄化することができる。他の実施態様において、金属／半導体表面をフラーレンの堆積に先立って形成するので、フラーレンの堆積の前に表面は酸化物および他の不純物に関して清浄なままである。さらにフラーレンは、例えばフラーレンの精製粉からのフラーレンの昇華により、極めて純粋な形で堆積されるべきである。特に、金属／シリコン基板の酸化は、基板表面への強力な結合を妨げるため、堆積の際に、例えばＯ２または水蒸気としての酸素が存在しないことを確保することが重要である。好適な堆積方法を以下に詳細に説明する。
【００１８】
基板表面は清浄、かつ酸化物フリーでなければならないため、基板は真空チャンバまたは汚染物質、酸素、水蒸気フリーの他の制御環境において清浄化されることが好ましい。他の方法において、基板表面は制御環境内で形成され、それにより表面は酸化物および他の不純物フリーとなる。不純物フリーの表面を形成した後、好ましくは制御環境から基板を移動させずに、フラーレンの略単層を堆積させる。この処理は、約１×１０−９トール以下の圧力の超高真空下で行われることが特に好ましい。基板はフラーレン分子で被覆されたのち、酸化および他の外襲から基板表面を保護する被覆を伴った状態で、被覆された基板を制御環境から移動させることができる。
【００１９】
フラーレン分子は、ディスクドライブ・データ保存装置の部品上の磁気表面を形成する磁性材料に適用されることが好ましい。磁気表面は、磁気ヘッドの表面またはその一部とすることができる。例えば、磁気表面はヘッド、特に読取り／書込みヘッドの空気ベアリング表面にあるトランスデューサの表面とすることができる。さらに、磁気表面は、磁気または光学磁気データ保存装置用のデータ保存ディスクの表面またはその一部とすることができる。
【００２０】
磁気データ保存装置のためのヘッドおよび媒体
被覆された材料は、金属または半導体表面と、それら金属または半導体表面上に直接強力に結合したフラーレンの単層とを備える基板を含むことが好ましい。適当な半導体材料には、例えばシリコンが含まれる。好適な金属には、例えば、磁気金属および磁気合金が含まれる。フラーレンの強力な結合を妨げる酸化物や、他の不純物がないことが好ましい。基板が、強力なフラーレン−表面結合の形成のために適切な表面組成を含まない場合、シリコン等の、金属または半導体の薄い接着層を基板の表面に付加し、接着層にフラーレンの強力な結合を与える。好適な実施例において、基板は、磁気データ保存の目的に適した磁性材料を含む。通常、磁性材料は特に水蒸気による腐食に弱いため、不動態／保護被覆が望ましい。
【００２１】
読取り／書込みヘッドおよび磁気または光学磁気データ保存ディスクに用いられる磁性材料は、性能許容範囲が厳密であるので、特に関心がある。特に、読取り／書込みヘッドと回転するディスク表面とを分離する飛行高度は、次第に低下している。設計許容範囲の減少により、データ保存装置中の磁性材料の間の距離を減少するいかなる試みも、データ密度の増加に関して有用である。したがって、厚みが減少した有効な不動態被覆が高く望まれている。
【００２２】
図１を参照し、被覆された材料１００は基板１０２およびフラーレン被覆１０４を含む。基板１０２は、金属または半導体から形成されることが好ましく、これにより基板とフラーレンとの間に強力な結合が形成される。好適な実施態様において、基板１０２はその表面に磁性材料を含む。表面の磁性材料は表面の真上または、例えば接着層などの、１またはそれ以上の薄い被覆層の下の表面付近にあることができる。図２の略側面図を参照し、フラーレン被覆１０４はフラーレンの略単層であることが好ましい。図３に示される他の実施態様において、被覆された材料１１０は、基板１１２、接着層１１４、およびフラーレン被覆１１６を含む。接着層１１４は、フラーレン単層および下にある基板と強力な結合を形成する、金属または半導体材料であることが好ましい。
【００２３】
被覆された基板は、特にデータ保存装置用部品の生産において有用である。特に、フラーレン被覆は、磁気読取り／書込みヘッド、データ保存ディスク、およびその一部に用いることができる。同様に、フラーレン保護被覆は、磁気抵抗要素を備える隆起検出ヘッドと光学磁気データ保存装置の部品を被覆するのに用いることができる。
【００２４】
いくつかの実施態様において、フラーレン被覆は磁性材料に適用される。種々の磁性材料がディスクドライブ・データ保存の用途に用いられることができ、それらは次々と改良されている。磁性材料は金属または合金であることができる。金属、特にその表面の結合特性を著しく変化させない限り、材料全体に微量の不純物が存在してもよい。
【００２５】
磁性材料の選択は、具体的用途および性能パラメータにも左右される。磁気ヘッドに適した強磁性材料には、例えばＮｉ、Ｃｏ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ、ＮｉＦｅＣｒ、ＡｌＳｉＦｅ、ＮｉＦｅＲｅ、それらの混合物およびそれらの合金類が含まれる。磁気ディスクに適した磁性材料には、コバルトおよびコバルト合金、すなわち、Ｃｏ−Ｎｉ、Ｃｏ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｂ、Ｃｏ−Ｐ、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｐ、その他同様の材料、これらの混合物、およびこれらの合金類等の金属が含まれる。読取り／書込みヘッドに用いられる他の金属および合金には、例えば、ＰｔＭｎ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｔａ、ＣｏＰｔ、ＣｏＣｕＰｔ、Ａｕ等が含まれる。
【００２６】
光学−磁気ディスクは、１層またはそれ以上の強磁性合金の層を有する磁気層を含む。これらの用途に好適な強磁性合金は、１種またはそれ以上の希土類元素および１種またはそれ以上の遷移金属類から形成される。適切な強磁性合金の例には、例えば、ＴｂＦｅＣｏ、ＧｄＦｅＣｏ、ＴｂＦｅＣｏＺｒ、ＤｙＦｅＣｏ、およびＧｄＤｙＦｅＣｏ等が含まれる。合金の特定組成を選択して、所望のキュリー温度および磁気保磁力を得る。
【００２７】
いくつかの実施態様において、強磁性合金は、強磁性合金上の点に比較的強力なレーザー光を放射することにより到達可能なキュリー温度を有する。同様に、熱的効果によりデータ消失が生じることのないよう、キュリー温度はディスクドライブの実用温度よりもは著しく高くすべきである。キュリー温度の適正な範囲は、約２５０℃〜約３５０℃、好ましくは３００℃付近である。
【００２８】
図４は、ドライブユニット２０２、アクチュエータアセンブリ２０４、およびコントローラ２０６を含むディスクドライブ・装置２００を示す。ドライブユニット２０２は、スピンドルモーターに接続した、ディスク２０８およびスピンドル２１０を含む。図示した実施態様において、アクチュエータアセンブリ２０４は、アクチュエータ２１２、支持アーム２１４、ロードビーム２１６、およびジンバル／ヘッドアセンブリ２１８を含む。アクチュエータ２１２は、支持アーム２１４を回転または側方に移動することにより、ディスク２０８の上方において、ジンバル／ヘッドアセンブリ２１８の位置を制御する。ロードビーム２１６は、支持アーム２１４の端部に位置し、ジンバル／ヘッドアセンブリ２１８はロードビーム２１６の端部に位置する。コントローラ２０６は、ディスク２０８の上方における支持アーム２１４の位置に関して、アクチュエータ２１２誘導し、スピンドルモーターの制御に関して、ドライブユニット２０２を誘導する。
【００２９】
好適な実施態様において、フラーレン被覆はヘッド２１８および／またはディスク２０８の表面またはその一部に適用される。ヘッド２１８は、例えば、読取りヘッド、読取り／書込みヘッド、またはグライドヘッドとすることができる。データ保存ヘッドおよびそれらに対応する磁気トランスデューサ用に、種々の設計が用いられ、次々と開発されている。ここに説明されるフラーレン被覆は、厳密なヘッド設計から通常独立したヘッドに用いることができる。
【００３０】
読取り／書込みヘッドの実施態様を図５に示す。ヘッド２５０は、スライダボディ２５２および後縁構造２５４を含む。トランスデューサは通常後縁構造２５４内に位置している。ヘッド２５０の一面は、ディスクドライブ・データ保存ユニット中のデータ保存ディスクに隣接して設置される空気ベアリング面２５６である。空気ベアリング面２５６は、高速で回転するディスク表面に隣接してヘッドが飛行している際に所望の空気力学的性能を提供するため、通常レール等で縁取られている。
【００３１】
図５に示される実施態様において、ヘッドは、後縁構造２５４中の２個のレール２５８、２６０に沿った空気ベアリング面２５６上に設置された複数の磁気トランスデューサを含む。具体的には、レール２５８、２６０はそれぞれ、書込みトランスデューサ２６２、読取りトランスデューサ２６４、共有ポール２６６、および低磁気抵抗シールド２６８を含む。通常、磁気トランスデューサ２６２，２６４、２６６、２６８は、コバルトおよびコバルト合金等の磁気抵抗金属から形成される。磁気トランスデューサ２６２、２６４、２６６、２６８は後縁付近の空気ベアリング面に設置され、これにより使用中、ディスク表面に近接して飛行する。
【００３２】
従来のヘッドにおいて、空気ベアリング面はダイヤモンド状の炭素等の保護被覆によって覆われている。ダイヤモンド状の炭素被覆は通常およそ２０〜５０オングストローム（２〜５ナノメートル）程度の厚みを有する。ダイヤモンド状被覆の代わりとして、ここに説明されるフラーレン被覆を空気ベアリング面全体またはその一部に施すことができる。特に、単層フラーレン被覆はトランスデューサ２６２、２６４、２６６、および２６８の磁性材料の金属への強力な結合を形成する。フラーレン単層は、空気ベアリング面全体、トランスデューサ面のみ、または空気ベアリング面の他の部分に施すことができる。トランスデューサから離れた空気ベアリング面には、フラーレンとの結合を容易にするため、接着層を施すことができる。空気ベアリング面に適した接着層には、約１０〜約１５オングストロームの厚みを有することが可能なシリコンの薄層が含まれる。
【００３３】
他の好適な実施態様において、磁気保存ディスクまたは光学磁気ディスクにはフラーレン被覆が施される。図６を参照し、ディスク３００はフラーレン被覆３０２を含む。種々のデータ保存ディスク構造は、ここに説明されるフラーレン被覆の使用と整合している。図７に示される一実施態様において、ベース基板３０４は、上記の磁性材料を含むことができる磁気層３０６を有する。フラーレン単層は、保護被覆層および／または潤滑剤層を置換することができる。
【００３４】
フラーレン単層は、図８に示されるとおり、鋭利な地形を含むディスク表面の地形と一致させるべきである。具体的には、フラーレン単層をパターンを施した媒体と一致させるべきである。図８を参照し、フラーレン単層３２０は、ディスク３２６上の磁性材料３２４のパターンを施された面３２２上に配置されている。
【００３５】
データ保存ディスクの表面は、随意的にフラーレン保護層を覆って潤滑剤層をさらに含むことができる。適当な潤滑剤層には、例えばペルフルオロポリエーテルおよびそれらの誘導体等のフッ素化ポリマーなどの、ポリマーが含まれる。適当なペルフルオロポリエーテルポリマーには、例えば、Ｆｏｍｂｌｉｎ（登録商標）Ｚ−６０（平均分子量（ＡＭＷ）＝約６０，０００原子質量単位（ＡＭＵ）すなわちダルトン）、Ｆｏｍｂｌｉｎ（登録商標）Ｚ−２５（ＡＭＷ＝約２５，０００ＡＭＵ、およびＦｏｍｂｌｉｎ（登録商標）Ｚ−１５（ＡＭＷ＝約１５，０００ＡＭＵ）が含まれる。モンテディソン社製（アウジモント  Ａｕｓｉｍｏｎｔ）Ｓ．Ｐ．Ａ．、ミラノ、イタリア、Ｆｏｍｂｌｉｎ（登録商標）ペルフルオロポリエーテルは、ＣＦ３Ｏ（ＣＦ２ＣＦ２Ｏ）ｎ（ＣＦ２Ｏ）ｍＣＦ３の分子式を有し、ｎおよびｍを変えることで、指定値の平均分子量を有する特定の製品が得られる。
【００３６】
特に好適な実施態様において、ヘッド表面およびディスク表面は共に、フラーレン単層を有する。フラーレン分子間の相互作用が弱いため、フラーレンで被覆されたヘッドは、フラーレンで被覆されたディスクに強力に接着しない。特にこれら実施態様は、所望の摩擦学的性能を得るのに、ディスク表面上の潤滑剤層を必要としない。
【００３７】
フラーレン被覆の特性
略フラーレン単層と金属または半導体表面との間の強力な結合を、ここに説明される改良された被覆の形成に利用することができる。これら改良されたフラーレン単層の形成において、不純物はフラーレンと金属／半導体材料との間の強度の結合を破壊し得るので、極めて清浄な表面上にフラーレン単層が形成されることが重要である。被覆は、下にある金属／半導体へ非常に強力に結合しており、腐食を抑え、適度な摩擦学的特性を備えることが望ましい。
【００３８】
フラーレンは、開いたケージ構造を備える炭素クラスター分子である。炭素原子は、分子の表面上にサッカーボール状の五員環および六員環の多角形を形成する。最もよく研究されているフラーレンはＣ６０、バックミンスターフラーレンである。他の公知のフラーレンには、例えばＣ７０、Ｃ８０、およびＣ８４が含まれる。上記のフラーレンおよびそれらの混合物を含むフラーレンは通常、ここに説明される被覆を形成するのに有用である。
【００３９】
フラーレン分子は、他のフラーレン分子に対してよりも、金属または半導体表面に対してより強い結合を形成する。したがって、フラーレンの略単層でフラーレン被覆を形成することが好ましい。若干単層に満たないものが被覆されても、被覆の特性は顕著な影響を受けないが、被覆が著しく単層に満たない場合、表面の一部は腐食および摩耗に影響されやすくなる可能性がある。同様に、単層の上のフラーレンの量が少なければ、性能には影響を与えないが、単層より著しく多い量の場合、ヘッドまでの距離を不必要に増加させ、これに対応して磁気シグナルを低下するであろう。
【００４０】
通常ここでは、フラーレンの略単層には、単層の特性に近い性能特性を備えるフラーレン被覆を含むことを意図している。フラーレン分子の単層は通常、表面上に二次元結晶構造を成す。単層はいかなる場所においても単一のフラーレン分子の厚みを有する。もちろん、単層において軽度の格子欠陥を有するフラーレン被覆は、フラーレン層の所望の特性を変えず、略単層と考えられるであろう。金属／半導体基板とフラーレン単層との間の強力な結合の形成は、Ｈａｍｚａら、「Ｃ６０を用いたアルミニウムの反応および不動態化（Ｒｅａｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｗｉｔｈ  Ｃ６０）」、表面科学（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ）、３１８号、３６８〜３７８ページ（１９９４年）にさらに説明されている。これを参照によりここに援用する。
【００４１】
フラーレンは電気絶縁体に対して強力に結合しないため、金属または半導体表面の酸化は、結合強度を大幅に低下させ、対応してフラーレン被覆の効果を劇的に減少させる。裸金属表面は非常に酸化しやすいため、フラーレンの添加に先立って、いかなる酸化物質をもフリーとした清浄な表面を調製するための適切な努力が必要となる。この点について、以下でさらに説明する。他の不純物も同様に、フラーレン分子と金属／半導体基板との結合強度を破壊する可能性がある。
【００４２】
磁気ディスクドライブ部品用の保護層としてのフラーレン被膜を形成することに関する従来の試みは、フラーレンと金属／半導体基板との間の強力な結合を利用することができなかった。特に、基板の表面が酸化している場合、それが比較的少ない度合いであっても、表面の電気絶縁特性により強力なフラーレン結合が妨げられる。少量の表面酸化は磁気特性に影響を与えないかもしれないが、そのような表面酸化はフラーレンへの結合に顕著な影響を及ぼす。
【００４３】
特に、Ｂｕｔｈｕｎｅらの、「連続フラーレンフィルムおよび保護被覆を有する磁気記録ディスク」という名称の米国特許第５，３７４，４６３号（以下’４６３号特許）には、磁性材料上にフラーレンを堆積することが記載されている。この特許を参照によりここに援用する。’４６３号特許に記載の通り、フラーレン堆積に先立って清浄化されなかったディスク表面では、所望の強度で表面に結合していなかった。具体的には、厚みの大きいフラーレン層は、厚みの少ない層よりも耐摩耗性が優れていた。このことは、フラーレンが、他のフラーレン分子よりも、金属／半導体基板により強力に結合するということと矛盾している。この観察結果に対する説明は、表面が酸化等の不純物を有していたということである。
【００４４】
したがって、本発明の好適な実施態様において、フラーレンの略単層を有するフラーレン被覆に強力に結合する清浄な金属／半導体表面を用いた構造を形成する。これら実施態様において阻害要因となる不純物がないため、金属リガンド結合の類似結合と考えられる、フラーレンと金属／半導体との直接結合が形成される。したがって、フラーレン−フラーレン結合強度を超える、強力な結合がフラーレン分子で達成される。
【００４５】
表面（または多層フラーレン被覆における隣接したフラーレン）とフラーレンとの結合強度は、フラーレンが表面から脱離する温度により推定可能である。脱離温度はフラーレン分子と表面との間の結合強度に関係している。結合強度がより大きい場合、脱離温度はより大きくなる。いくつかの表面では、表面およびフラーレンは、脱離温度より低い温度で反応する場合がある。この反応温度により、結合強度がより低くなる。
【００４６】
表面上の多層フラーレン分子の場合、フラーレン−フラーレン分子間結合強度を示すフラーレン脱離温度は、５００Ｋ〜５７０Ｋの間である。したがって、フラーレン−フラーレン相互作用よりも強いフラーレン−表面相互作用は、５７０Ｋより高い脱離温度をもたらす。好適な実施態様において、単層からのフラーレンの脱離温度は少なくとも６２５Ｋであることが好ましく、より好適には、少なくとも７００Ｋであり、さらに好適には、少なくとも約７２５Ｋである。フラーレン−金属／半導体結合強度は、少なくとも約３５キロカロリー／モル（ｋｃａｌ／ｍｏｌ）であることが好ましく、より好適には、少なくとも約４０ｋｃａｌ／ｍｏｌであり、さらに好適には、少なくとも約４４ｋｃａｌ／ｍｏｌである。フラーレン被覆の安定性は通常、結合強度（脱離温度）の数値に関して非常に非線形であり、例えば、ｋｃａｌ／ｍｏｌで約１０％〜３０％結合強度が増加すると、被覆安定性が著しく増加し得る。
【００４７】
フラーレンと金属／半導体との高強度結合は、耐久性に優れ安定な保護被覆をもたらす。フラーレンは疎水性であり、したがって水蒸気による外襲から、磁性金属／合金等の、下にある金属を絶縁するのに効果的である。基板から水蒸気を絶縁することにより、表面は酸化から保護される。フラーレンは多くの一般的化合物に対しても化学的に不活性である。したがって、フラーレン単層も、他の汚染物質から基板を保護する。
【００４８】
炭素材料は、その保護力と、ディスクヘッド界面の摩擦学的特性を同様に向上させることから、磁気ディスクドライブにおける表面被覆として長く用いられてきた。所望の潤滑特性を与える種々の炭素材料が知られてきた。薄膜ポリマー層を潤滑剤としてフラーレン層上に施すことができる一方、フラーレン単層はそれ自体で十分な潤滑特性を提供することができるため、さらなる被覆は必要ではない。したがって、強力に結合したフラーレン単層は、約５オングストローム〜約１０オングストローム（約０．５ｎｍ〜約１．０ｎｍ）の厚みを付加するだけで、優れた保護および潤滑特性を提供する。
【００４９】
好適なフラーレン被覆を堆積する方法
好適な実施態様において、フラーレン単層被覆は金属／半導体表面に強力に結合している。強力なフラーレン−表面結合の形成を可能にするため、表面全体は本質的に不純物フリーである。表面が確実に不純物フリーとなるよう、フラーレンの被覆は全体を通して、制御環境内で行われる。同様に、制御環境内で基板を清浄化することによって、または制御環境内で基板表面を形成することによって、清浄な基板表面を形成することができる。
【００５０】
制御環境は、例えば真空チャンバ、好ましくは超高真空チャンバ、または代替の気密チャンバによって供給可能である。真空チャンバ内で、ポンプによって維持される低圧で操作することによって気体不純物を除去する。他の気密チャンバ内で、チャンバ内の気体を、アルゴン等の適切な不活性ガスに置換することにより、気体不純物を除去することができる。特に、制御環境中の気体は、実質的に水蒸気フリーおよびＯ２フリーであることが好ましい。本発明のプロセスへの適用に適したチャンバは、市販されている。
【００５１】
表面調製に関して、少なくとも最終表面調製ステップは全体を通して、フラーレン堆積が行われることになる、制御環境中で行われるべきである。これにより表面を、汚染されていない表面として、フラーレン結合のために適切に調製することができる。フラーレン堆積に先立つ最終表面調製ステップとして、表面清浄化または表面堆積を行うことができる。
【００５２】
表面清浄化は全体として、細かい層の材料の除去を伴い、それによりいかなる酸化物、他の表面変形、および他の表面汚染物質が除去される。特に、表面清浄化は、例えば、約０．１〜約１０ＫｅＶでスパッタリングするＡｒ＋、または電子衝撃により行うことができる。円滑な均一表面を確保するため、清浄化に続いて基板を加熱することにより基板をアニールすることができる。さらに、表面を清浄化するため、研磨ステップを行うことができる。しかし、研磨を行った場合、研磨自体が不適切な汚染をもたらすことのないよう、いかなる研磨組成も選択されるべきである。例えば、溶媒を用いない、または非水溶媒を用いたセラミック粒子は、研磨組成に適しているであろう。
【００５３】
表面清浄化の他の方法として、制御環境内で表面を調製することができる。これらの実施態様において、少なくとも最終堆積ステップは制御環境中で行われ、汚染物質フリーの最終表面材料を堆積する。必要に応じて、フラーレン堆積に先立って、同一の制御環境内で複数の表面調製ステップを行うことができる。例えば、後縁構造（図５  ２５４）の加工全体は、制御環境中で行うことができる。さらに、空気ベアリング面の輪郭削りおよび／または１またはそれ以上のラッピング処理を制御環境中で行うことができる。
【００５４】
接着層を施した場合、この接着層は基板表面として機能する。したがって、接着層の適用は構造上の懸念と同時に加工の問題点にもなり得る。具体的には、接着層を用いた場合、フラーレン堆積に先立って清浄化されるか、または接着層を制御環境中で堆積することができる。言い換えると、接着層は構造の他のすべての表面層と同等に処理される。いくつかの実施態様において、基板の一部に接着層が施されている。例えば、フラーレンがトランスデューサのみでなく空気ベアリング表面全体に強力に結合しるよう、ヘッドの空気ベアリング面に接着層を施すことができる。
【００５５】
フラーレンは、テキサス州ヒューストンのＳＥＳリサーチより市販されている。あるいは、フラーレンを合成する周知の方法がある。例えば、グラファイトを、１５０トールのＨｅ等の不活性雰囲気中でアーク加熱すると、炭素クラスターが得られ、これより高温のトルエンを用いてフラーレンを抽出することができる。さらに、シリカまたはアルミナカラムを用いる等の、フラーレンの有機分散剤のカラムクロマトグラフィにより、フラーレンを精製し、精製フラーレンを作ることができる。
【００５６】
超高真空チャンバを含む適した真空チャンバは、約１×１０−７トール以下の圧力で操作されることが好ましい。いくつかの実施例において、真空チャンバは約２×１０−８トール未満の圧力で操作され、いくつかの実施例においては、約２×１０−１０トール未満の圧力で操作された。これら低圧では、水およびＯ２などの気体汚染物質が表面を汚染するのに十分な量で存在しない。したがって、気体汚染物質による再汚染の危険性なしに、金属／半導体表面を調製する表面ステップを行うことができる。
【００５７】
いくつかの実施態様において、フラーレンは昇華により堆積される。低圧、好ましくは約１×１０−６トール未満で、約４５０℃より高い温度でフラーレンを加熱することにより、フラーレン粉末からのフラーレンの昇華が得られる。好適な昇華温度は、約４５０℃〜約５５０℃の範囲であることが好ましい。表面が清浄であり、かつ雰囲気が不活性である場合には、フラーレンの昇華を低圧で行う必要はないが、昇華温度は幾分高くなるであろう。フラーレン粉末をまず低温、好ましくは約２００℃〜約３５０℃に加熱し、すべての残留溶媒および他の不純物を除去する。基板がフラーレン昇華温度に加熱されるまでは、基板をフラーレン材料から保護することができる。好ましくは、フラーレンの昇華を約１×１０−８トール未満の圧力の超高真空下で行う。
【００５８】
昇華したフラーレンを用いて被覆を行うため、加熱したフラーレンを多孔質容器またはチューブ内に配置することができる。次いで、昇華容器からのフラーレン上記を受容するよう、基板表面を配置することができる。基板表面がフラーレンの昇華温度未満の温度である場合には、フラーレンは基板表面上に凝集し、表面に対して所望の結合を形成する。必要な場合には、適切な速度で、基板をフラーレン源を通過させることができる。堆積時間およびジオメトリーを経験的に調整して、基板表面上に所望のフラーレン単層を得ることができる。
【００５９】
フラーレンは清浄な金属／半導体表面に強力に結合するため、単層を超える過剰なフラーレンがあれば、フラーレンの堆積後に材料を加熱することにより、選択的に除去することができる。具体的には、材料を十分に加熱して、フラーレン単層を壊すことなくフラーレン−フラーレン結合を切り離す。単層を超える過剰なフラーレンの脱離は通常、約２２５℃〜約３００℃の温度で加熱することを伴う。
【００６０】
被覆が完了すると、基板を制御環境から取り出すことができる。フラーレン被覆自体が、その後の外襲から表面を保護する。次いで、被覆した基板を含む部品を組み立てるか、または加工して、ディスクドライブ・データ保存装置製品を完成させることができる。
【００６１】
本発明を好適な実施態様を参照して説明してきたが、当業者であれば、本発明の精神および範囲を離れることなく、形態および細部に変更を施すことができることを理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
フラーレン単層被覆を備える基板の斜視図である。
【図２】
フラーレン単層被覆を備える基板の略側断面図である。
【図３】
接着層およびフラーレン単層被覆を備える基板の略側断面図である。
【図４】
ディスクドライブ装置の略上面図である。
【図５】
フラーレン単層被覆を備える磁気書込みヘッドの略斜視図である。
【図６】
フラーレン単層被覆を備える磁気保存ディスクの斜視図である。
【図７】
フラーレン単層被覆を備える磁気保存ディスクの部分側面図である。
【図８】
フラーレン単層被覆を備えるパターンを施した磁気保存ディスクの部分側面図である。
【国際公開パンフレット】
2004519800.tif 000003
2004519800.tif 000004
2004519800.tif 000005
2004519800.tif 000006
2004519800.tif 000007
2004519800.tif 000008
2004519800.tif 000009
2004519800.tif 000010
2004519800.tif 000011
2004519800.tif 000012
2004519800.tif 000013
2004519800.tif 000014
2004519800.tif 000015
2004519800.tif 000016
2004519800.tif 000017
2004519800.tif 000018
2004519800.tif 000019
2004519800.tif 000020
2004519800.tif 000021
2004519800.tif 000022
2004519800.tif 000023
2004519800.tif 000024
2004519800.tif 000025
2004519800.tif 000026
2004519800.tif 000027
2004519800.tif 000028
2004519800.tif 000029
2004519800.tif 000030
2004519800.tif 000031
2004519800.tif 000032
2004519800.tif 000033
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004519800.tif 000034
2004519800.tif 000035
【国際調査報告】
2004519800.tif 000036
2004519800.tif 000037
2004519800.tif 000038
2004519800.tif 000039