(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性下地層の上に垂直磁化膜が形成された２層垂直磁気記録媒体であり、前記軟磁性下地層と前記垂直磁化膜との間に、磁性粒子が面内方向において磁気的に孤立化した膜を有する垂直磁気記録媒体において、
前記軟磁性下地層と前記垂直磁化膜との間に設ける膜は、グラニュラー膜であり、このグラニュラー膜は、セミハードのフェライトでなり、このフェライトとして、針状構造を持つγ-Ｆｅ2Ｏ3 ，Ｆｅ3Ｏ4 の内の一つを選択したことを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項２】
軟磁性下地層の上に垂直磁化膜が形成された２層垂直磁気記録媒体であり、前記軟磁性下地層と前記垂直磁化膜との間に、磁性粒子が面内方向において磁気的に孤立化した膜を有する垂直磁気記録媒体でおいて、
前記軟磁性下地層と前記垂直磁化膜との間に設ける膜は、軟磁性ナノ結晶でなり、この軟磁性ナノ結晶は、アモルファスベース中にα-Ｆｅ粒子を含む材料でなることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスク等で用いられる磁気記録媒体に関し、さらに詳しくは、軟磁性下地層の上に磁気記録層として垂直磁化膜が形成された２層垂直磁気記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスク装置の大容量化が求められている中、次世代の高密度磁気記録技術と位置付けられている垂直磁気記録の研究開発が積極的に行われている。垂直磁気記録に用いられる磁気記録媒体には大きく分けて磁性層が磁気記録層（垂直磁化膜）のみの単層垂直磁気記録媒体と、磁気記録層に加え書き込みをアシストする軟磁性下地層を持つ２層垂直磁気記録媒体の２種類がある。
【０００３】
この垂直磁気記録媒体へのデータの書き込みは、単磁極ヘッドが一般に用いられるが、２層垂直磁気記録媒体の場合、この書き込み時の垂直方向のヘッド磁場が大きくなり理想的な垂直記録が可能になる。このため、２層垂直磁気記録媒体は、高密度磁気記録媒体として注目されている。
【０００４】
軟磁性下地層を持つ２層垂直磁気記録媒体は、たとえば、図９に示すように、基板１上に、軟磁性下地層２，非磁性層３，垂直磁化膜４を、この順序で成膜した膜構造を有している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
記録の高密度化には、微細で遷移領域が鮮明なビットパターンを垂直磁化膜４に形成することが必要になり、そのために、垂直磁化膜４に急峻なヘッド磁界が作用することが必要となる。しかしながら、従来構造では、垂直磁化膜４の裏側に、全面にわたって高透磁率, 高飽和磁束密度の軟磁性下地層２が存在するため、記録用ヘッドから発生する局所的な磁束が、軟磁性下地層２に向かって広がってしまい、垂直磁化膜４に急峻なヘッド磁界が作用せず、狭トラック化に対応できないという問題がある。
【０００６】
本発明は、この問題を解消するためになされたもので、その解決すべき課題は、垂直磁化膜に急峻なヘッド磁界が作用する２層垂直磁気記録媒体を実現することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、図９に示す膜構造において、軟磁性下地層に向かう磁束の向きをコントロールできれば軟磁性下地層に作用する磁界の広がりを小さくすることが可能であることに着目し、このような機能を持つ膜を軟磁性下地層の表面に設けることを想到し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、上記課題を解決する本発明は、軟磁性下地層の上に垂直磁化膜が形成された２層垂直磁気記録媒体であって、前記軟磁性下地層と前記垂直磁化膜との間に、磁性粒子が面内方向において磁気的に孤立化した膜を有することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明では、磁性粒子が面内方向において磁気的に孤立化した膜の存在によって、記録用ヘッドから出た多くの磁束は、孤立化した磁性粒子部分（高透磁率部）を通って、軟磁性下地層に向かうため、記録用ヘッドに最も近い磁性粒子部分に磁束は集中し、記録用ヘッドから発生する磁束が、軟磁性下地層に向かって広がらず、垂直磁化膜に急峻なヘッド磁界が作用することになり、狭トラック化にも対応できる。
【００１０】
軟磁性下地層と垂直磁化膜との間に設ける上記膜は、セミハードのフェライトや、軟磁性グラニュラー膜や、軟磁性ナノ結晶で構成できる。
セミハードのフェライトとしては、針状構造を持つγ-Ｆｅ2Ｏ3 ，Ｆｅ3Ｏ4 等が特に適し、軟磁性グラニュラー膜としては、その軟磁性粒子がＣｏ，Ｆｅ，Ｎｉから選ばれた少なくとも一種類の材料でなり、非磁性母材がＳｉＯ2 ，Ａｌ2Ｏ3 ，Ｃ，ＺｒＯ2 から選ばれた少なくとも一種類の材料でなるものが好ましい。さらに、軟磁性ナノ結晶としては、アモルファスベース中にα-Ｆｅ粒子を含む材料からなるものが好ましい。
【００１１】
軟磁性下地層と垂直磁化膜との間に設ける上記膜と、垂直磁化膜との間には、両者の磁気的結合を分断するために非磁性層を設けることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態例を示す要部断面図である。この形態例は、基板１１上に、軟磁性下地層１２，微結晶薄膜１３，非磁性層１４，垂直磁化膜１５および保護膜１６を、この順序で成膜した膜構造を有している。
【００１３】
基板１１としては、通常、ガラス基板が用いられるが、他の材料たとえばＡｌ合金等でなるものを用いてもよい。軟磁性下地層１２は、ＦｅＴａＣ，ＦｅＣ，ＣｏＺｒＮｂ，ＮｉＦｅ，ＦｅＡｌＯ，ＦｅＮ，ＦｅＳｉＡｌ等の中から選択した材料からなる。その膜厚は、たとえば２００nm 程度である。
【００１４】
この軟磁性下地層１２の基板１１側に隣接して、反強磁性層を形成してもよい。この場合の反強磁性層は、軟磁性下地層１２の磁壁を固定し、２層垂直磁気記録媒体に特有のスパイクノイズ等のノイズの低減を図るもので、たとえば膜厚が５nm 程度のＩｒＭｎ等の材料からなる薄膜で構成する。この反強磁性層と軟磁性下地層１２とは交互積層を二層以上含む多層構造で構成しても良い。
【００１５】
磁性粒子が面内方向において磁気的に孤立化した膜としての微結晶薄膜１３は、セミハードのフェライト、軟磁性グラニュラー膜、軟磁性ナノ結晶等から選択したものから構成される。微結晶薄膜１３の材料にセミハードのフェライトを用いる場合には、針状構造を持つγ-Ｆｅ2Ｏ3 ，Ｆｅ3Ｏ4 等が特に適している。
【００１６】
又、軟磁性グラニュラー膜を微結晶薄膜１３として用いる場合は、軟磁性粒子がＣｏ，Ｆｅ，Ｎｉから選ばれた少なくとも一種類の材料でなり、非磁性母材がＳｉＯ2 ，Ａｌ2Ｏ3 ，Ｃ，ＺｒＯ2 から選ばれた少なくとも一種類の材料でなるものが好ましい。さらに、微結晶薄膜１３の材料に軟磁性ナノ結晶を用いる場合には、アモルファスベース中にα-Ｆｅ粒子を含む材料でなるものが良い。
【００１７】
軟磁性下地層１２そのものを磁気的に孤立化させると軟磁気特性が劣化するため、本発明では、新たに磁気的に孤立化した微結晶薄膜１３を軟磁性下地層１２上に設けている。微結晶薄膜１３を設けたことにより、ヘッド・軟磁性下地層１２間のスペーシングが増加して軟磁気特性が劣化する恐れがあるので、その影響を最小限にするため、この膜（微結晶薄膜１３）として、薄膜を用いている。すなわち、微結晶薄膜１３は、記録用ヘッドと軟磁性下地層１２との間にあるので、両者の間隔が大きいと、ヘッド磁界が減少するので、この膜厚を２０nm 以下（最も好ましくは１０nm 以下）にしている。又、微結晶薄膜１３の軟磁性粒子の粒径は、たとえば垂直磁化膜１５と同程度とし、２０nm 以下に選んでいる。
【００１８】
微結晶薄膜１３は、従来の軟磁性下地層１２への磁束の集中を補助する役割を持つものである。このため、微結晶薄膜１３は、膜厚方向で磁気的に結合し、面内方向で磁気的に孤立化している。軟磁性粒子の形状が針状なら、この膜を厚膜で形成することも不可能ではない。
【００１９】
非磁性層（中間層）１４は、微結晶薄膜１３と垂直磁化膜１５との間の磁気的相互作用の制御もしくは垂直磁化膜１５の結晶成長の制御を行い、再生出力の雑音の低減を図るものである。この非磁性層１４の材料としては、膜厚がたとえば１０nm 以下のＴｉ，ＣｏＺｒＮｂ等の薄膜がある。
【００２０】
垂直磁化膜１５は、代表的には、人工格子膜で形成され、［Ｃｏ／Ｐｔ］，［Ｃｏ／Ｐｄ］，［ＣｏＣｒＴａ／Ｐｄ］等の多層膜で形成される。この場合は、Ｃｏの膜厚を制御することで、垂直異方性は容易に得られる。人工格子膜としては、たとえば、０．０５nm 〜２nm の極薄磁性膜と０．０５nm 〜５nm の極薄非磁性膜とをスパッタ法等にて交互に積層し、全体として２００nm 以下の膜厚に形成したものを用いる。
【００２１】
垂直磁化膜１５としては、人工格子膜ではなく、ＣｏＣｒ合金等で構成したものを用いても良く、たとえば、ＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＣｒ，ＣｏＣｒＴａ，ＣｏＣｒＴａＰｔ，ＣｏＣｒＮｂＰｔ，Ｃｏ/Ｐｄ，ＴｂＦｅＣｏ，ＦｅＰｔを含む垂直磁気異方性を有する合金等の中から材料を選択し、垂直磁化膜１５を成膜しても良い。保護膜１６はカーボン(Ｃ)でなり、その膜厚は、１０nm 程度である。これらの成膜は主にスパッタ法を用いてなされる。
【００２２】
図２は記録用ヘッドから図１に示した磁気記録媒体への磁束の流れを示す図である（図１と同一部分には同一符号を付してある）。記録用ヘッド２０は、単磁極ヘッド（ＳＰＴヘッド）で、横断面形状が矩形のライトポール２２と、ライトポール２２よりも横断面形状が大きい矩形のリターンポール２３と、駆動用のコイル２４とから構成されている。
【００２３】
微結晶薄膜１３は、上記の通り、膜厚方向で磁気的に結合し、面内方向で磁気的に孤立化している。このため、図２に示すように、高透磁率部１３ａを形成する磁性粒子が、膜厚方向を向いて並ぶとともに面内方向には離間するように、低透磁率部１３ｂ中に配列されている。このため、記録用ヘッド２０のライトポール２２から出た多くの磁束は、図２に示すように、孤立化した磁性粒子部分（高透磁率部１３ａ）を通って、軟磁性下地層１２に向かうため、記録用ヘッド２０に最も近い磁性粒子部分に磁束は集中する。このため、記録用ヘッド２０のライトポール２２から発生する磁束は、軟磁性下地層１２に向かって広がらず、垂直磁化膜１５に急峻なヘッド磁界が作用することになり、狭トラック化にも対応できる。
【００２４】
針状構造を持つセミハードのフェライトであるγ-Ｆｅ2Ｏ3 からなる微結晶薄膜１３を用いる場合は、たとえば、ガラスの基板１１上に、２００nm 程度のＦｅＴａＣ膜を軟磁性下地層１２として形成し、その上に１０nm 程度のγ-Ｆｅ2Ｏ3 膜を微結晶薄膜１３として形成後、５nm 程度のＴｉ膜（非磁性層１４）、２００nm 程度のＣｏＣｒＰｔ膜（垂直磁化膜１５）および１０nm 程度Ｃ膜（保護膜１６）を成膜する。上記成膜はスパッタ法等にて行う。
【００２５】
ここでは、セミハードのフェライトであるγ-Ｆｅ2Ｏ3 はグラニュラー膜として用いる。γ-Ｆｅ2Ｏ3 グラニュラー膜は、α-ＦｅＯＯＨを熱処理により酸化還元し、最終生成物であるγ-Ｆｅ2Ｏ3 を得た後、これを非磁性母材ＳｉＯ2 と混合する。γ-Ｆｅ2Ｏ3 の垂直異方性付与は、γ-Ｆｅ2Ｏ3 グラニュラー膜を成膜後、磁場中熱処理により行う。
【００２６】
微結晶薄膜１３に用いる針状構造を持つセミハードのフェライトであるγ-Ｆｅ2Ｏ3 やＦｅ3Ｏ4 の磁気特性は、図３に示す通りである。この図３から、γ-Ｆｅ2Ｏ3 やＦｅ3Ｏ4 は、保磁力Ｈｃが２００〜４５０（単位Ｏｅ）程度であり、垂直磁化膜１５よりも保磁力が十分小さいが、軟磁性下地層１２よりは大きく、このため、ある程度粒子が孤立していると考えられる。又、その粒子サイズが０．０１〜０．０５μm であり、磁化遷移幅に比べ十分小さく、狭トラック化にも有利となる。
【００２７】
軟磁性ナノ結晶でもって微結晶薄膜１３を形成する場合、軟磁性ナノ結晶としてアモルファスベース中にα-Ｆｅ粒子を含む材料を用いる。その材料としては、たとえば、Ｆｅ-Ｍ-Ｂ（Ｍ；Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ）やＦｅ-Ｍ-Ｏ（Ｍ；Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｙ，Ｃｅ）を挙げることができる。これらの材料は、アモルファスマトリクス中のα-Ｆｅ粒子が粒径１０nm 〜１００nm 程度で分散しており、又、添加元素(ここでは、Ｍに相当)および熱処理条件により、結晶粒径(保磁力が依存する)や透磁率(飽和磁束密度Ｂｓが依存する)を変化させることができる。軟磁性ナノ結晶膜の磁気的な孤立の度合いは、保磁力を測定することにより知ることができる。これは、図４に示すように、保磁力(Hc/Hk)が大きくなるほど磁気的に孤立するという関係が成り立つためである。
【００２８】
ＦｅＨｆＯ膜でもって微結晶薄膜１３を形成する場合は、たとえば、ガラスの基板１１上に、２００nm 程度のＦｅＴａＣ膜を軟磁性下地層１２として形成し、その上に１０nm 程度のＦｅＨｆＯ膜を微結晶薄膜１３として形成後、５nm 程度のＴｉ膜（非磁性層１４）、２００nm 程度のＣｏＣｒＰｔ膜（垂直磁化膜１５）および１０nm 程度Ｃ膜（保護膜１６）を成膜する。上記成膜はスパッタ法等にて行う。ＦｅＨｆＯへの垂直異方性付与は、磁場中熱処理により行う。ＦｅＨｆＯにＣｏを添加すると、異方性を強め、異方性分散を小さくできる。
【００２９】
従来の構造と本発明の構造による、磁気記録媒体上にかかる磁界分布の違いをマイクロマグネティックスシミュレーションにより求めて比較した。
シミュレーションにおけるモデルは、記録用の単磁極ヘッドが軟磁性下地層と相互作用するため、媒体を除いた単磁極ヘッドと軟磁性下地層のみを取り入れた。又、本発明の構造としては、磁気的に孤立化した微結晶薄膜を従来の軟磁性下地層上に追加したものを用いた。なお、単磁極ヘッドおよび軟磁性下地層の上面図を図５に示した。単磁極ヘッドおよび軟磁性下地層は、粒サイズの単位20×20×20 nm3 からなる。次に、各材料の材料パラメータを示す。
・単磁極ヘッド(ライトポールおよびリターンポール)
飽和磁束密度Ｂｓ＝１ Ｔ
異方性磁界Ｈｋｘ＝１０ Ｏｅ
ヘッド浮上面から軟磁性下地層（又は本発明で追加する軟磁性薄膜）表面までの距離（磁気スペーシング＋媒体膜厚等）  ４０nm
ギャップ長  ８００nm
交換相互作用定数Ａ＝１．０ merg/cm（Ｎｉ８０Ｆｅ２０相当）
・軟磁性下地層
飽和磁束密度Ｂｓ＝１ Ｔ
異方性磁界Ｈｋｘ＝２０ Ｏｅ
交換相互作用定数Ａ＝１．０ merg/cm
膜厚  １００nm
・本発明で追加する軟磁性薄膜（微結晶薄膜）
飽和磁束密度Ｂｓ＝０．５７ Ｔ
異方性磁界Ｈｋｙ＝１００ Ｏｅ（針状等の形状異方性による垂直方向の異方性）
交換相互作用定数Ａ＝０．０ merg/cm
膜厚  ２０nm
シミュレーションの結果として、図６に各媒体構造の、トラック中心でのヘッド磁界（図５における横方向の中心線Ｃに沿ったヘッド磁界）を示した。ただし、このヘッド磁界は、軟磁性下地層（従来構造の場合）又は、孤立化した軟磁性薄膜（本発明構造の場合）上方に１０nm の位置での値である。本発明の媒体構造では、軟磁性下地層まで２０nm のスペーシングロスがあるにも拘わらず、ヘッド磁界は、１５０ Ｏｅ（最大磁界の約５％）増加している。又、図７に、最大磁界位置（図６の(ａ）点）におけるオフトラック位置（図５において縦方向にずれた位置）でのヘッド磁界を示した。トラックエッジ付近では本発明の媒体構造によると、磁界勾配が１０％程度急峻となり、狭トラック化にも優れているという結果が得られた。
【００３０】
上記形態例が組み込まれた磁気ディスク装置について、図８を用いて説明する。図８は、ディスクエンクロージャのカバーを外した状態での内部構造を示したものである。図８において、装置内部を密閉するエンクロージャ３１の中央には、図示しないスピンドルモータによって回転駆動されるディスク（記録媒体）３２が一枚もしくは複数枚積層して配置され、このディスク３２の外周部近傍に、キャリッジアーム３３が軸３４を中心に回転可能に設けられている。キャリッジアーム３３の先端は、ディスク３２の方向に延出し、そこに、サスペンション３５が設けられ、このサスペンション３５の先端部近傍に、記録用ヘッドと読み取り用ヘッドとでなる磁気ヘッド（浮上ヘッドスライダ）３７が取り付けられている。
【００３１】
キャリッジアーム３３の基端側には、キャリッジアーム３３を回転駆動するアクチュエータ（ボイスコイルモータ）３６が設けられている。このアクチュエータ３６は、従来から広く用いられているもので、たとえば、エンクロージャ３１側に磁気ギャップを有する磁気回路を固定し、キャリッジアーム３３にボイスコイル（ムービングコイル）を固着したものである。アクチュエータ３６内のボイスコイルに駆動電流を流すと、磁気ギャップ内にあるボイスコイル部分に推力が発生し、キャリッジアーム３３が回転し、磁気ヘッド３７がディスク３２のトラック幅方向Ｔに移動して、所定のトラック上に位置決めされ、情報の記録や再生を行うことになる。
【００３２】
この磁気ディスク装置のディスク３２には、本発明の垂直磁気記録媒体が用いられており、狭トラック化が可能になり、大容量化に対応できる。
なお、本発明は、上記形態例で例示した材料や数値に限定されるものではなく、種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、磁性粒子が面内方向において磁気的に孤立化した膜の存在によって、記録用ヘッドから出た多くの磁束は、孤立化した磁性粒子部分（高透磁率部）を通って、軟磁性下地層に向かう。このため、本発明によれば、記録用ヘッドに最も近い磁性粒子部分に磁束は集中し、記録用ヘッドから発生する磁束が、軟磁性下地層に向かって広がらず、垂直磁化膜に急峻なヘッド磁界が作用することになり、狭トラック化にも対応できる垂直磁気記録媒体を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例を示す要部断面図である。
【図２】記録用ヘッドから図１に示した磁気記録媒体への磁束の流れを示す図である。
【図３】針状構造を持つセミハードのフェライトの磁気特性を示す図である。
【図４】磁気的な孤立の度合いと保磁力(Ｈｃ／Ｈｋ)の関係を示す図である。
【図５】シミュレーションに用いたモデルの上面図である。
【図６】トラックの中心のヘッド磁界を示す図である。
【図７】最大磁界位置（図６(a)）におけるオフトラック位置でのヘッド磁界を示す図である。
【図８】本発明の垂直磁気記録媒体を使用する磁気ディスク装置の一例を示す図である。
【図９】従来の磁気記録媒体を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１１             基板
１２             軟磁性下地層
１３             微結晶薄膜
１３ａ           高透磁率部
１４             非磁性層
１５             垂直磁化膜
１６             保護膜
２０             記録用ヘッド
２２             ライトポール
２３             リターンポール
２４             コイル
３１             エンクロージャ
３２             ディスク
３３             キャリッジアーム
３５             サスペンション
３７             磁気ヘッド
【図１】
0003889635.tif 000002
【図２】
0003889635.tif 000003
【図３】
0003889635.tif 000004
【図４】
0003889635.tif 000005
【図５】
0003889635.tif 000006
【図６】
0003889635.tif 000007
【図７】
0003889635.tif 000008
【図８】
0003889635.tif 000009
【図９】
0003889635.tif 000010