(57)【要約】【課題】  各磁性体セルの磁化方向の形状を特定することにより、微小磁性体セルの磁化反転磁界を減少させることができる磁性構造体を提供する。【解決手段】  互いに分離独立しかつ単磁区化したナノサイズの磁性体セル１２を有し、前記磁性体セル１２の磁化方向１４に対して垂直方向の端面部１５の断面径に対して中央部１６の断面径が小さい磁気構造体。前記磁性体セルの中央部に、前記磁性体セルの磁化方向に対して垂直方向の端面部の断面径に対して断面径が小さい部分を少なくとも１つ以上有することが好ましい。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに分離独立しかつ単磁区化したナノサイズの磁性体セルを有し、前記磁性体セルの磁化方向に対して垂直方向の端面部の断面径に対して中央部の断面径が小さいことを特徴とする磁気構造体。
【請求項２】
前記磁性体セルの中央部に、前記磁性体セルの磁化方向に対して垂直方向の端面部の断面径に対して断面径が小さい部分を少なくとも１つ以上有することを特徴とする請求項１に記載の磁気構造体。
【請求項３】
前記磁性体セルの磁化方向に対して垂直方向のセル断面の最も大きな断面径Ｄｃが、Ｄｃ＝２．０８×Ａ1/2 ／Ｍｓ（Ａは交換スティフネス定数、Ｍｓは飽和磁化を表す。）以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気構造体。
【請求項４】
前記磁性体セルの磁化方向に対して垂直方向のセル断面の最も大きな断面径がＤｃ以上であり、かつ前記磁性体セルの磁化方向に対して垂直方向のセル断面の最も小さい断面径がＤｃ未満であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載の磁気構造体。
【請求項５】
前記磁性体セルの磁化方向の長さが１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載の磁気構造体。
【請求項６】
前記磁性体セル間に非磁性体が配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの項に記載の磁気構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小な磁性体セルを有する磁気構造体に関するものである。本発明の磁気構造体は、磁気メモリや磁気センサなどの磁性体製品、特に高密度磁気記録媒体に利用可能である。
【背景技術】
【０００２】
近年の情報化により、大量の情報を蓄積するための磁気テープやハードディスクなどの磁気記録媒体は急激な大容量化・高密度化が進んでおり、それとともに記録ビットは微細化の一途をたどっている。このような流れの中で、さらなる高密度化を図れる垂直磁気記録方式による記録媒体が注目を浴びている。この垂直磁気記録方式は記録層の磁化が膜面に対して垂直方向を向いている記録方式である。従来の膜面方向に記録磁化が向いていて、磁化が互いに突合せになるような長手磁気記録方式に対してより急峻な磁化遷移を実現することが出来るため、さらなる高密度化が期待できる。
【０００３】
現在の典型的な垂直磁気記録媒体においては、面に垂直に磁化容易軸を持つナノサイズの磁性微結晶粒を形成し、多数の結晶粒の集団からなるドメインで１ビットを構成する連続膜媒体である。このような結晶粒は大きさや形状が不均一なため、さらなる高密度化および急峻な磁化遷移のためには結晶粒をますます微小化しなければならない。しかし、微小化が進むに従い、各結晶粒のもつ磁気的なエネルギーと室温での熱エネルギーの差が少なくなるため、熱擾乱の影響（熱揺らぎ）で磁化の反転が起こり易くなり、記録磁化情報が消失してしまう。
【０００４】
一般に、熱揺らぎの影響は、Ｋｕ・Ｖ／ｋ・Ｔ（Ｋｕ：一軸磁気異方性定数、Ｖ：磁性結晶粒体積、ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度）の値が小さいほど大きくなる。経験的にＫｕ・Ｖ／ｋ・Ｔ＜７０程度では熱揺らぎによる記録情報の消失が起こり始めると言われている。そこで、Ｋｕの大きな磁性材料を用いるか、磁性結晶粒の体積を増加することで熱揺らぎの影響を少なくし、記録磁化の安定化を目指すことになる。
【０００５】
そこで、磁性結晶粒の体積を増加する手段の１つとしてパターンドメディアが研究されている。パターンドメディアは上記の磁気微結晶粒を精度良く加工し、均一かつ整然と配列させることにより、１つの結晶粒で１ビットを実現しようとする媒体である。これにより同じ記録密度の媒体でも結晶粒の体積を大きくすることが出来るため、熱安定性が高くなる。もちろん、結晶粒（この場合はもはや記録ピットという方が適当）の配置を精度良く制御することは非常に困難である。困難であるが、フォトリソグラフィーや電子線露光などの半導体加工技術や自己組織的に形成される構造を利用した方法などが研究され、実現化に向かっている。しかし、このパターンドメディアにおいても記録ピットの体積は非常に小さいため、連続膜媒体と同様、熱揺らぎの影響を受けやすく、できるだけＫｕの大きな磁性材料を用いることで熱揺らぎの影響を緩和させる手段が採られる。
【０００６】
しかし、Ｋｕが大きければいいというわけでもない。確かに高Ｋｕ磁性材料を用いることは熱揺らぎの影響を軽減し、媒体の記録保持能力を向上させるためには有効である。反面、Ｋｕが大きいために記録時に非常に強い書き込み磁界が必要となるため、現状の記録ヘッドでは書き込むことが出来なくなってしまうという別の課題が現れてくる。一般に記録ビットの磁化を反転させるために必要な（書き込みに必要な）磁界Ｈｃは２・Ｋｕ／Ｍｓ［Ｏｅ］（Ｍｓ：飽和磁化）で表わされ、これにより書き込み磁界に上限がある場合はむやみにＫｕの大きな材料を使えばいいというわけではないことが分かる。また、読み出し時について見てみると、微小な記録ビットから十分な大きさの再生信号を確保するためにはＭｓが大きな材料である必要もある。
【０００７】
このように、磁気記録媒体としての最適な磁気材料の選択には、媒体や記録・読み出しヘッドといったトータルな磁気記録システムを考慮する必要がある。そのため、磁性材料の選択により記録媒体特性をコントロールする方法があれば非常に有用である。特に、Ｋｕの大きな材料を用いた場合にはＨｃが大きくなりすぎるため、これを減少させる方法が必要である。
【０００８】
従来の磁気記録媒体は非磁性体層表面にマスク処理を施し、表面からエッチングすることによりホールを形成する。そこに磁性材料を埋設したり（特許文献１参照）、磁性体層表面にマスク処理を施し、活性な反応ガスや反応液にさらすことにより、マスクされていない部分を非磁性化（たとえば特許文献２参照）させて作成する。
【０００９】
これらの磁気記録媒体においては、マスク処理により各セルの配置を制御し、表面形状を円形や楕円形、あるいは四角形などの多角形に加工している。図５に従来の磁気記録媒体の斜視図を示す。図５に示す様に、強磁性体セル１２の磁化方向（膜厚方向）の断面形状は直線的で膜厚方向に平行な形状をしている。
【特許文献１】特開２０００−２７７３３０号公報
【特許文献２】特開２００２−３５９１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上、磁気記録媒体について述べたが、このような磁化反転磁界Ｈｃを減少させる方法は磁気記録媒体のみに限定するものではなく、磁性体を用いた磁気メモリや磁気センサなどその他の磁性体製品においても有用なものである。そこで、以下では上記のような機能を持つ磁性体のひとまとまりの機能素子を磁性体セルと称し、この磁性体セルの磁界Ｈｃを減少させることが必要とされている。
【００１１】
そこで、本発明は上記のような現状を鑑み、各磁性体セルの磁化方向の形状を特定することにより、微小磁性体セルの磁化反転磁界を減少させることができる磁気構造体を提供するものである。
【００１２】
また、本発明は、磁気メモリや磁気センサなどの磁性体製品、特に高密度磁気記録媒に用いることができる磁気構造体を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
すなわち、本発明は、互いに分離独立しかつ単磁区化したナノサイズの磁性体セルを有し、前記磁性体セルの磁化方向に対して垂直方向の端面部の断面径に対して中央部の断面径が小さいことを特徴とする磁気構造体である。
【００１４】
前記磁性体セルの中央部に、前記磁性体セルの磁化方向に対して垂直方向の端面部の断面径に対して断面径が小さい部分を少なくとも１つ以上有することが好ましい。
前記磁性体セルの磁化方向に対して垂直方向のセル断面の最も大きな断面径Ｄｃが、Ｄｃ＝２．０８×Ａ1/2 ／Ｍｓ（Ａは交換スティフネス定数、Ｍｓは飽和磁化を表す。）以上であることが好ましい。
【００１５】
前記磁性体セルの磁化方向に対して垂直方向のセル断面の最も大きな断面径がＤｃ以上であり、かつ前記磁性体セルの磁化方向に対して垂直方向のセル断面の最も小さい断面径がＤｃ未満であることが好ましい。
【００１６】
前記磁性体セルの磁化方向の長さが１００ｎｍ以下であることが好ましい。
前記磁性体セル間に非磁性体が配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、各磁性体セルの磁化方向の形状形状を特定することにより、微小磁性体セルの磁化反転磁界を減少させることができる磁気構造体を提供することができる。
また、本発明は、磁気メモリや磁気センサなどの磁性体製品、特に高密度磁気記録媒に用いることができる磁気構造体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の磁気構造体は、互いに分離独立しかつ単磁区化したナノサイズの磁性体セルを有し、前記磁性体セルの磁化方向に対して垂直方向の端面部の断面径に対して中央部の断面径が小さいことを特徴とする。
【００１９】
まず、本発明における特定の形状の磁性体セルを有する磁気構造体を製造する方法の一つとして、陽極酸化アルミナナノホールを用いた磁気構造体の製造方法について説明する。なお、ここに挙げる実施の形態は本発明の一例であり、この形態に限定されるものではない。
【００２０】
まずＳｉ基板上に下地電極層を配置し、その上にアルミニウムを配置する。その後、モールドでプレスすることによりナノホール（細孔）のパターンの開始点となる窪みを形成し、これをシュウ酸水溶液中で陽極酸化することによりナノホールを形成する。この後、リン酸水溶液中に浸すことでポアワイド処理を行う。このとき、基板上に配置するアルミニウムの代わりにアルミニウムとアルミニウム合金を使用して組成、或いは組成比が基板に対して垂直方向に変調した基体を用いることで基板に垂直方向に窪んだ細孔を形成する。アルミニウム合金は、アルミニウムハフニウム合金やアルミニウムタングステン合金である。また、細孔の磁化方向に垂直方向の断面の形状は円形に限らず、楕円形、多角形等々であっても良く、プレスするモールドにより制御すればよい。このようにして作製するナノホールに電着法により磁性体を埋め込むことにより形状を制御した磁気構造体を得る。この時、磁化方向を法線とするほぼ平行な平面（端面）ができる。
【００２１】
図１は本発明の磁気構造体の一実施態様を示す概略図である。図１（ａ）は磁気構造体の部分平面図、図１（ｂ）はＸＸ’線断面図を示す。同図１において、１１は基板、１２は磁性体セル、１３は非磁性体である。
【００２２】
本発明の磁気構造体は、図１に示すように、互いに分離独立しかつ単磁区化したナノサイズの磁性体セル１２を有し、前記磁性体セル１２の磁化方向１４に対して垂直方向の端面部１５の断面径に対して中央部１６の断面径が小さいことを特徴とする。なお、ナノサイズとは、数ｎｍから１００ｎｍのサイズである。単磁区化とは、領域内の磁化が一方向にそろった状態になることを表す。
【００２３】
図２は本発明の磁気構造体の他の実施態様を示す断面図である。図２（ａ）は磁性体セルの磁化方向の断面図を示す。ここで、断面径とは円形の場合は直径、楕円の場合は長径、多角形の場合は２頂点間の最大距離を指すものとする。
【００２４】
また、磁性体としては強磁性、フェリ磁性はもちろん、軟磁性体でも良い。軟磁性体はナノサイズの構造体になると形状異方性、交換結合異方性の影響が大きく、強磁性材料的に用いることが可能である。磁性体の外部形状により磁化の安定性に影響を与える要因としては、自己減磁界が考えられる。自己減磁界とは有限の大きさの物体が磁気モーメントを持つ場合に物体の両端に磁極が誘起され、この磁極が物体の内部に磁化とは逆方向に作り出す磁界のことであり、磁化の大きさ・向きあるいは磁性体形状によって大きく変化する。そこで、この自己減磁界を大きくし、方向を内部で不均一にすることにより、磁性体の磁化の安定性つまりＨｃを変化させることが出来る。とくに本形態の形状では磁性体セルの端面の周縁部において自己減磁界のゆがみが大きく、このことにより効果的にＨｃが下がっていると考えられる。
【００２５】
また、互いに分離独立し、かつ単磁区化したナノサイズの磁性体セルを有し、前記磁性体セルの磁化方向に対して垂直な端面の断面径より小さな断面径を１つ以上有する磁気構造体も好ましい。図２（ｂ）は、磁性体セルの中央部に、前記磁性体セルの磁化方向に対して垂直方向の端面部の断面径に対して断面径が小さい部分を有する。第１の形態に記したような外部形状を持つ構造において自己減磁界をゆがめることができるが、このような形状を複数有す構造でももちろんこの効果が現れる。
【００２６】
さらに、前記磁性体セルの磁化方向に対して垂直方向のセル断面の最も大きな断面径Ｄｃが、Ｄｃ＝２．０８×Ａ1/2 ／Ｍｓ以上である磁気構造体（図２（ｃ）参照）は特に好ましい。ここで、Ａは交換スティフネス定数［ｅｒｇ／ｃｍ］、Ｍｓは飽和磁化［ｅｍｕ／ｃｃ］を表わす。単磁区磁性体の磁化反転モードにはいくつかのモードが知られているが、これらのモードによりＨｃは大きく変わる。そこで、磁性体の磁化方向に垂直な面の断面径の一部を大きくすることにより、一斉回転モードからより磁化反転の起こりやすいカーリングモードへと反転モードを変えてやることにより、Ｈｃは大きく減少する。このモードの変化が起こる境界径がＤｃであり、断面径をＤｃより大きくすることによりＨｃが下がる。また、そのようなＤｃよりも断面径が大きい断面が磁化方向に垂直な端面であれば、非常に好ましい。
【００２７】
また、前記磁性体セルの磁化方向に対して垂直方向のセル断面の最も大きな断面径がＤｃ以上であり、かつ前記磁性体セルの磁化方向に対して垂直方向のセル断面の最も小さい断面径Ｄ’がＤｃ未満である磁気構造体も好ましい（図２（ｄ）参照）。
【００２８】
さらに、前記磁性体セルの磁化方向のサイズは特に限定されるものではないが、単磁区にするために１００ｎｍ以下、好ましくは４×Ｄｃ程度以下であることが好ましい。
また、磁性体セルの分離独立性を保ち、相互作用を最小限にするため、磁性体セル間には材料の存在しない方が好ましいが、セル間に非磁性体を充填することにより、構造の物理的強度を増加させることは好ましい。非磁性体とは少なくとも強磁性体としての磁気特性を失っている領域であり、非磁性体、反強磁性体あるいは常磁性体的な特性をもつ領域をいう。もちろん、このような非磁性体領域が存在する場合は、基板は必ずしも必要ではなく、基板のない構造体でも良い。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。
実施例１
本実施例の磁気構造体として、図１に示す磁気構造体について説明する。本実施例の形態は図１（ａ）に示すように、磁化方向に垂直な端面の断面径に対して中央部の断面径が小さい形状を有する。
【００３０】
本実施例の磁気構造体の作製は、Ｓｉ基板上に下地電極層を配置し、その上にアルミニウム、アルミニウムハフニウム合金膜、アルミニウムと積層させる。その後、モールドでプレスすることで窪みを形成し、これを０．３ｍｏｌ／Ｌシュウ酸溶液中で４０Ｖの電圧を印加して陽極酸化することによりナノホールを形成する。このときに、電圧を変化させることにより、孔径の制御を行う。陽極酸化の手法については、特開２００３−３０５７００を参考にして行えばよい。この後、リン酸水溶液中に浸すことでポアワイド処理を行う。これにより所望の磁気構造体を得る。
【００３１】
このようなセル構造をもつ磁気構造体の磁性体セルの形状によるＨｃの比較を以下行う。実際に作製した媒体を用いると、今回のような微小なセル１つ１つの性能評価は現実では困難であるため、ここではモデル化した磁性体セルに関してシミュレーションを行った。今回行ったシミュレーションはＬＬＧ（Ｌａｎｄａｕ−Ｌｉｆｓｈｉｔｓ−Ｇｉｌｂｅｒｔ）方程式に基づくマイクロマグネティクスシミュレーションである。磁性体は７０００程度の計算セルに分割し、各計算セルの磁化の挙動をＬＬＧ方程式に従って計算する。
【００３２】
ここでの計算セルは各辺が１ｎｍの立方体であり、各々の計算セル内の磁化が一様とみなせるようなサイズである。また、Ｈｃの決定方法としては、まず容易軸方向に十分に磁化が飽和する程度の外部磁界を加え、磁化の挙動が安定化させる。その後、磁界をあるステップ幅で掃引していき、磁化反転が起こったときの外部磁界の値をＨｃとした。このとき、各磁界の値ごとに磁化の挙動を安定化させており、安定化したことを確認してから、次のステップの磁界に移っている。磁性体の材料物性値としては飽和磁化１４２３［ｅｕｍ／ｃｃ］、交換スティフネス定数１．３ｅ−６［ｅｒｇ／ｃｍ］、一軸磁気異方性定数４．６ｅ６［ｅｒｇ／ｃｃ］を用いた。また、容易軸は磁化方向に一様に向いているとした。また、効果の比較のための基準となる磁性体セルとして、直径１５ｎｍ、高さ２０ｎｍの磁性体円柱セルを採用した（図３（ａ）参照）。材料物性値については上記のものを用いている。以下ではこの磁性体円柱セルを基準セルと呼ぶこととする。なお、基準セルおよび以下の実施例の磁性体セルは全てゼロ磁界中で単磁区化されており、磁化はほとんど容易軸方向を向いている事を確認している。
【００３３】
本実施例では中央部の断面径を基準セル断面径の９５％の１４．３ｎｍとし、基準セルと体積が等しくなるように端面の断面径を決めた（図３（ｂ）参照）。これにより、端面の断面径は１６．４ｎｍとした。このとき、Ｈｃを計算したところ、図４に示す様に、基準セルの９５％となり、５％の減少が見られた。
【００３４】
実施例２
実施例１と同様にして、さらに中央部の断面積を小さくした磁性体セルについて計算した。本実施例では中央部の断面径を基準セル断面径の８０％の１２ｎｍとし、基準セルと体積が等しくなるように端面の断面径を決めた（図３（ｃ））。これにより、端面の断面径Ｄｅは１９．６ｎｍとした。本実施例での材料物性値よりＤｃを求めると、１６．７ｎｍとなり、Ｄｅ＞Ｄｃである。このとき、Ｈｃを計算したところ、図４に示す様に、基準セルの７３％となり、２７％の減少となった。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の磁気構造体は、各磁性体セルの形状を特定することにより、従来のセル形状のものに比べ微小磁性体セルの磁化反転磁界を減少させることができるので、磁気メモリや磁気センサなどの磁性体製品、特に高密度磁気記録媒体に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の磁気構造体の一実施態様を示す概略図である。
【図２】本発明の磁気構造体の他の実施態様を示す断面図である。
【図３】本発明における実施例の磁性体セルの磁化方向の断面図である。
【図４】本発明における磁気構造体の磁化曲線を示す図である。
【図５】従来におけるパターンドメディアを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３７】
１１  基板
１２  磁性体セル
１３  非磁性体
１４  磁化方向
１５  端面部
１６  中央部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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