(57)【要約】【課題】ＭＥ効果を応用した磁気記録において、繰り返し記録に対して信頼性が向上した磁気記録デバイスを提供すること。【解決手段】基板、基板上に設けられ、かつ、電気磁気効果を有する、反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせを主として含む第一の記録媒体層、及び、第一の記録媒体層上に設けられ、かつ、第一の記録媒体層に記録された磁気情報が転写され、読み取りに必要な強さの磁化を発生する、強磁性体を主として含む第二の記録媒体層を含み、基板と第二の記録媒体層との間の層構成が積層構造である記録媒体と、記録媒体に対して電界を印加する電界印加装置と、記録媒体に対して磁界を印加する磁界印加装置と、を備える、磁気記録デバイス。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、前記基板上に設けられ、かつ、電気磁気効果を有する、反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせを主として含む第一の記録媒体層、及び、前記第一の記録媒体層上に設けられ、かつ、前記第一の記録媒体層に記録された磁気情報が転写され、読み取りに必要な強さの磁化を発生する、強磁性体を主として含む第二の記録媒体層を含み、前記基板と前記第二の記録媒体層との間の層構成が積層構造である記録媒体と、
前記記録媒体に対して電界を印加する電界印加装置と、
前記記録媒体に対して磁界を印加する磁界印加装置と、を備える、
磁気記録デバイス。
【請求項２】
前記第一の記録媒体層が積層構造であり、
前記第二の記録媒体層に最も近い層は、前記基板に対して略垂直方向に成長した結晶構造を有し、
少なくとも一つの、前記第二の記録媒体層に最も近い層以外の層は、隣接する他の層に対して異なる角度で成長した結晶構造を有する、請求項１に記載の磁気記録デバイス。
【請求項３】
前記第一の記録媒体層が積層構造であり、
前記第二の記録媒体層に最も近い層は、前記基板に対して略垂直方向に成長した結晶構造を有し、
前記基板に最も近い層は、前記第二の記録媒体層に最も近い層が有する結晶構造とは異なる角度で成長した結晶構造を有する、請求項１又は２に記載の磁気記録デバイス。
【請求項４】
前記記録媒体が、前記基板と前記第一の記録媒体層との間に、非磁性体を主として含む非磁性絶縁層をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気記録デバイス。
【請求項５】
前記非磁性絶縁層の絶縁破壊電界が、前記第一の記録媒体層の絶縁破壊電界より大きい、請求項４に記載の磁気記録デバイス。
【請求項６】
前記非磁性絶縁層がアモルファス領域を含む、請求項４又は５に記載の磁気記録デバイス。
【請求項７】
前記記録媒体が、前記基板と前記第一の記録媒体層との間に、反強磁性半導体を主として含む反強磁性半導体層をさらに含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の磁気記録デバイス。
【請求項８】
前記反強磁性半導体層に主として含まれる反強磁性半導体のネール温度が、前記第一の記録媒体層に主として含まれる反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせのネール温度以上である、請求項７に記載の磁気記録デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気記録デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスクを代表とする磁気記録システムは、コンピュータネットワークの発展、特にクラウドコンピューティングに対応した大規模データセンター向け用途の拡大とともに、大容量化が強く求められている。
【０００３】
これまで進化を続けてきたハードディスクは、工学的な限界も近く、記録磁界を実質的に有効にする熱アシスト（特許文献１）やマイクロ波アシスト(特許文献２)の記録技術の実用化が検討されている。
【０００４】
一方、従来の信号の記録や保持とは異なる原理に基づく磁気記録技術に着目し、非特許文献１に開示された、電気と磁気の交差相関である電気磁気効果（以下、「ＭＥ効果」という。）を応用したスピンバルブやＴＭＲ素子などの磁気抵抗効果素子などが提案されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−５６６３１号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２９０８４号公報
【特許文献３】米国特許第７，７１９，８８３号明細書
【特許文献４】米国特許第８，７２４，４２４号明細書
【０００６】
【非特許文献１】Ｘ．Ｈｅ．  ｅｔ．ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，９，５７９（２０１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ハードディスクドライブのような磁気記録デバイスにおいては、記録媒体上の所望の領域の磁化の方向を選択的に操作することによって情報の記録を行うため、磁化の方向の操作に加えて、任意の領域の磁化のみを操作する技術が必要とされる。そのため、ハードディスクドライブのような磁気記録デバイスにＭＥ効果を応用するには、磁気記録デバイスの構成を詳細に検討する必要がある。
【０００８】
例えば、本発明者らは、記録媒体として、ＭＥ効果を有する、反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせを主成分として含む第一の記録媒体層と、それに隣接するように配置した強磁性体を主として含む第二の記録媒体層と、を含む積層膜を用いることを検討している（特許文献４）。
【０００９】
ＭＥ効果を応用した新たな方式による磁気記録を可能にするためには、従来のハードディスクでは用いられていない、電界と磁界を重畳させる技術が必要である。このような技術の下では、第一の記録媒体層には、優れた絶縁性能と、反強磁性状態又はフェリ磁性状態を維持しうる熱的安定性との両立が求められる。
【００１０】
データセンターのように、使用環境がほぼ一定の場合には、使用時に外部から受ける熱の影響が少ないため、繰り返し記録に対する信頼性が特に重要である。中でも、第一の記録媒体層が薄膜で構成された場合、例えば、微小欠陥部が第一の記録媒体層に含まれると、絶縁性能が低下し、繰り返し記録に対して影響を及ぼすものと考えられる。そのため、第一の記録媒体層自体の絶縁性能を高めることや、第一の記録媒体層の絶縁性能を補強することが重要である。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ＭＥ効果を応用した磁気記録において、繰り返し記録に対する信頼性の向上した磁気記録デバイス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】
【００１２】
本発明は、基板、基板上に設けられ、かつ、電気磁気効果を有する、反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせを主として含む第一の記録媒体層、及び、第一の記録媒体層上に設けられ、かつ、第一の記録媒体層に記録された磁気情報が転写され、読み取りに必要な強さの磁化を発生する、強磁性体を主として含む第二の記録媒体層を含み、基板と第二の記録媒体層との間の層構成が積層構造である記録媒体と、記録媒体に対して電界を印加する電界印加装置と、記録媒体に対して磁界を印加する磁界印加装置と、を備える、磁気記録デバイスを提供する。
【００１３】
本発明によれば、基板と第二の記録媒体層との間の層構成が積層構造であることにより、一層ごとには膜欠陥部を仮にゼロにできなくとも、積層構造により膜欠陥部が重なる確率を低減できることから、その確率を可能な限り小さくして、繰り返し書き換え記録における、第一の記録媒体層の絶縁破壊を防ぎ、ＭＥ効果を応用した磁気記録デバイスを実用に供することが可能となる。
【００１４】
ここで、第一の記録媒体層が積層構造であり、第二の記録媒体層に最も近い層は、基板に対して略垂直方向に成長した結晶構造を有し、少なくとも一つの、第二の記録媒体層に最も近い層以外の層は、隣接する他の層に対して異なる角度で成長した結晶構造を有してもよい。
【００１５】
第二の記録媒体層に最も近い層が、基板に対して略垂直方向に成長した結晶構造を有し、少なくとも一つの、第二の記録媒体層に最も近い層以外の層は、隣接する他の層に対して異なる角度で成長した結晶構造を有することにより、第一の記録媒体層は、第二の記録媒体層へ、確実に磁気的な転写記録作用を及ぼすことができ、かつ、ある層における膜欠陥が一定方向に結晶成長することによって生じる、他の層への膜欠陥が抑制される。これにより、繰り返し書き換えにおける信頼性がより向上した磁気記録デバイスを提供することができる。
【００１６】
さらに、第一の記録媒体層が積層構造であり、第二の記録媒体層に最も近い層は、基板に対して略垂直方向に成長した結晶構造を有し、基板に最も近い層は、第二の記録媒体層に最も近い層が有する結晶構造とは異なる角度で成長した結晶構造を有してもよい。
【００１７】
第一の記録媒体層において、基板に最も近い層を、略垂直とは異なる方向に結晶成長させると、例えば、基板上に付着した不純物が存在しても、欠陥部の発生が緩和される。これにより、繰り返し記録に対して信頼性がより一層向上した磁気記録デバイスを提供することができる。
【００１８】
また、記録媒体が、基板と第一の記録媒体層との間に、非磁性体を主として含む非磁性絶縁層をさらに含んでもよい。
【００１９】
本発明によれば、第一の記録媒体層の裏打ち層として非磁性絶縁層が設けられていることにより、第二の記録媒体層から印加される電圧が、第一の記録媒体層及び非磁性絶縁層それぞれの層に対し、各誘電率に応じて配分されることとなる。これにより、第一の記録媒体層において絶縁性能の低下した領域が存在しても、裏打ち層としての非磁性絶縁層によって、絶縁破壊に至る電流パスの生成を防ぐことができる。
【００２０】
ここで、非磁性絶縁層の絶縁破壊電界を、第一の記録媒体層の絶縁破壊電界より大きくすることができる。これにより、第一の記録媒体層において絶縁性能の低下した領域が存在しても、非磁性絶縁層が絶縁破壊に対する保護層として効果的に作用し、磁気記録デバイスの繰り返し記録に対する信頼性をより向上させることができる。
【００２１】
さらに、非磁性絶縁層がアモルファス領域を含んでもよい。アモルファス領域においては明確な粒界が存在しないため、結晶に比べ微小欠陥部が生じにくいと推察する。そのため、非磁性絶縁層は、絶縁破壊に対する保護層としてより一層効果的に機能するものと考えられる。これにより、磁気記録デバイスの繰り返し記録に対する信頼性をより向上させることができる。
【００２２】
また、記録媒体が、基板と第一の記録媒体層との間に、反強磁性半導体を主として含む反強磁性半導体層をさらに含んでもよい。
【００２３】
本発明によれば、記録媒体が、基板と第一の記録媒体層との間に、反強磁性半導体を主として含む反強磁性半導体層をさらに含むことにより、第一の記録媒体層に電圧がかかる一方で、電流の流れにくい層が基板と第一の記録媒体層との間に付加されることになるため、第一の記録媒体層において絶縁性能の低下した領域が存在しても、絶縁破壊に至る電流パスの生成を効果的に防ぐことができる。上記作用を有する反強磁性半導体層は、電極として用いることもできる。この場合も、同様の理由により、通常用いられる導電性の高い電極を用いる場合と比較して、絶縁破壊に対する耐性が向上する。
また、反強磁性半導体層の上に第一の記録媒体層が設けられていることにより、使用時等に過剰な熱負荷がかかった場合にも、反強磁性半導体のスピンが第一の記録媒体層に発生しているスピンを保持するように作用するためか、第一の記録媒体層の熱的安定性をより向上させることができる。
【００２４】
これにより、繰り返し記録に対する信頼性のみならず、熱的安定性も向上した磁気記録デバイスを提供することができる。
【００２５】
さらに、反強磁性半導体層に主として含まれる反強磁性半導体のネール温度が、第一の記録媒体層に主として含まれる反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせのネール温度以上であってもよい。
【００２６】
反強磁性半導体層に主として含まれる反強磁性半導体のネール温度が、第一の記録媒体層に主として含まれる反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせのネール温度以上であることにより、反強磁性半導体のスピンが第一の記録媒体層に発生しているスピンをより安定的に保持できるためか、使用時等に過剰な熱負荷がかかった場合にも、第一の記録媒体層の熱的安定性をより向上させることが可能になる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ＭＥ効果を応用した磁気記録において、繰り返し書き換えにおける信頼性が向上した磁気記録デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施形態に係る磁気記録デバイスにおける磁気記録の基本原理を示す模式図である。
【図２】第一実施形態に係る記録媒体の一例を示す模式図である。
【図３】第一実施形態に係る記録媒体の他の一例を示す模式図である。
【図４】第一実施形態に係る記録媒体の他の一例を示す模式図である。
【図５】図２に示す、第二の記録媒体層１０２に最も近い層１０１１の拡大図である。
【図６】第二実施形態に係る記録媒体を示す模式図である。
【図７】第三実施形態に係る記録媒体を示す模式図である。
【図８】第一の記録媒体層として二層構造のＣｒ２Ｏ３を用いた時のビットエラーの変化を示す図である。
【図９】第一の記録媒体層として二層構造のＢｉＦｅＯ３を用いた時のビットエラーの変化を示す図である。
【図１０】第一の記録媒体層として二層構造のＡｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３を用いた時のビットエラーの変化を示す図である。
【図１１】記録印加電界値に対する、ビットエラーが初期値の１０倍になる記録再生回数の変化を示す図である。
【図１２】第一の記録媒体層及び非磁性絶縁層として用いられる材料の絶縁性能を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。以下の説明は本発明の実施形態の一部を例示するものであり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。また、本発明の技術的思想を有するものである限り、実施形態は本発明の範囲に含まれる。各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせなどは一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。なお、以下の説明では、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３０】
［第一実施形態］
以下、第一実施形態に係る磁気記録デバイスについて詳述する。
＜＜磁気記録デバイス＞＞
本実施形態に係る磁気記録デバイスにおける磁気記録の基本原理について図１を参照して説明する。磁気記録デバイス２００を構成する基本要素は、電気磁気効果（以下、「ＭＥ効果」という）を利用して磁気情報が記録される記録媒体１、記録媒体１に対して磁界を印加する磁界印加装置２、及び、記録媒体１に対して電界を印加する電界印加装置３を備える。本実施形態に係る磁気記録デバイス２００における磁気情報の記録は、記録媒体１に対して磁界と電界とを同時に印加することによって行う。ここで、「電界と磁界とを同時に印加する」とは、記録媒体１に、より正確には記録媒体１に含まれる第一の記録媒体層１０１に対して、電界と磁界とが重なった部分（以下、「重畳領域」という場合がある。）を一時的に形成することを意味する。本実施形態において、「ＭＥ記録」を、「記録媒体に対して電界と磁界との重ね合わせを生じさせ、電界又は磁界のいずれか一方を反転させることによって記録媒体の磁化方向を操作する記録方法」と定義する。
【００３１】
ＭＥ効果を利用して記録媒体１に磁気情報を記録するには、印加する磁界と電界とを空間的に狭い領域でのみ重畳し、さらに、この重畳領域を記録媒体１上の任意の場所に移動する機構が必要とされる。これには、ハードディスクに利用されているヘッド・アセンブリ技術を基本に用いることができる。
【００３２】
具体的には、図１に示すように、記録媒体１に、磁界印加装置２から放射される空間的に限定された磁界２５と、第一の電極３１と第二の電極３２との間に加えられた電界３５と、が重なる領域、すなわち、重畳領域４５が形成されている。そして、記録媒体１が、重畳領域４５を移動することができるように配置され、例えば記録媒体１を移動させながら、重畳領域の磁界と電界を適宜切り替えることで、磁化情報を連続して記録媒体１の第一の記録媒体層１０１に記録させることが可能である。
【００３３】
＜記録媒体＞
記録媒体１は、基板４０と、第一の電極３１と、第一の記録媒体層１０１と、第二の記録媒体層１０２とをこの順に備えて構成され、基板４０と第二の記録媒体層１０２との間の層構成が積層構造である。本実施形態においては、第一の記録媒体層１０１が積層構造である。基板４０は、第一の電極３１、第一の記録媒体層１０１、及び、第二の記録媒体層１０２を保持する。第一の電極３１は、磁界印加領域を絞り込むうえで、軟磁性層で構成するのがよく、金属層と軟磁性層の積層体で構成することもできる。ただし、基板４０が電極として作用する性能を有する場合には、第一の電極３１を省くこともできる。
【００３４】
（基板）
基板４０としては、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料からなる金属基板を用いてもよく、ガラス、セラミック、シリコン、シリコンカーバイド、カーボン等の非金属材料からなる非金属基板を用いてもよい。ガラス基板としては、アモルファスガラス、結晶化ガラスがあり、アモルファスガラスとしては汎用のソーダライムガラス、アルミノシリケートガラスなどを使用できる。また、結晶化ガラスとしては、リチウム系結晶化ガラスなどを用いることができる。セラミック基板としては、酸化アルミニウム等の金属酸化物を主成分とする単結晶、汎用の酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素などを主成分とする焼結体や、これらの繊維強化物などが使用可能である。
【００３５】
ここで、基板４０は平均表面粗さＲａが２ｎｍ以下、好ましくは１ｎｍ以下であることが望ましい。基板の表面は、微小うねり（Ｗａ）が０．３ｎｍ以下であるとよく、０．２５ｎｍ以下であることが好ましい。これらの数値範囲は、記録ヘッドを低浮上量で安定させる観点から好ましい。なお、表面の微少うねり（Ｗａ）は、測定範囲１００μｍで触針式表面平均粗さ計により測定した値である。
【００３６】
（第一の記録媒体層）
第一の記録媒体層１０１は、ＭＥ効果を有し、反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらを主として含み、外部から印加される電界と磁界の重ね合わせに応答して磁気情報を保存する機能を有する。ここで、「主として含む」とは、反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせが、第一の記録媒体層１０１としてＭＥ効果を発現する程度の量含まれることを意味する。
【００３７】
第一の記録媒体層１０１に記録された磁気情報は、後に詳述する、強磁性体を主として含む第二の記録媒体層１０２に転写され、第二の記録媒体層１０２において読み取りに必要な強さの磁化が発生する。すなわち、交換結合を介して、第一の記録媒体層１０１と第二の記録媒体層１０２とが磁気的に接続されることにより、記録媒体１に情報が記録されることとなる。
【００３８】
一般に、反強磁性体では、スピンの配列状態は二つとることができる。ＭＥ効果を有する第一の記録媒体層１０１に外部から電界と磁界とが同時に印加された場合、印加された電界と磁界の関係が概平行であるか、又は、概反平行であるかによって、一方のスピン配列状態が他方のスピン配列状態よりもエネルギー的により安定になる。すなわち、第一の記録媒体層１０１のスピン配列状態を能動的に制御することができ、結果として上述の交換結合を介して、隣接する第二の記録媒体層１０２の磁化状態を操作することができるようになる。スピンの並び方から区別した場合、反強磁性体とフェリ磁性体の性質が近似することから、本発明において、ＭＥ効果を有する反強磁性体とＭＥ効果を有するフェリ磁性体とは同質の材料として位置付けることができ、第一の記録媒体層１０１にＭＥ効果を有する反強磁性体が主として含まれる場合のみならず、ＭＥ効果を有するフェリ磁性体が主として含まれる場合や、ＭＥ効果を有する反強磁性体とＭＥ効果を有するフェリ磁性体とが主として含まれる場合にも、同様の作用効果が奏される。
【００３９】
ここで、第一の記録媒体層１０１の構造について詳細に説明する。図２〜４に示すように、第一の記録媒体層１０１は積層構造である。第一の記録媒体層１０１は、図２の記録媒体１においては２層構造であり、図３の記録媒体１においては３層構造であり、図４の記録媒体１においては４層構造である。本発明において、積層構造の第一の記録媒体層１０１を構成する一つの層は、結晶の成長方位が一定方向に揃った層を意味する。ここで、一定方向とは、基板４０に対する特定の方向を基準として、−５°から＋５°までのばらつきを含む方向を意味する。第一の記録媒体層１０１を構成する各層１０１１，１０１２，１０１３，１０１４において、区画され、かつ、一定の方位に向かって配列した複数の領域は、その一つ一つがそれぞれ結晶粒子である。
【００４０】
積層構造の第一の記録媒体層１０１を構成する層のうち、第二の記録媒体層１０２に最も近い層１０１１は、基板４０に対して略垂直方向に成長した結晶構造を有し、第二の記録媒体層１０２に最も近い層１０１１以外の層１０１２，１０１３，１０１４は、各々の層が、各々の層に隣接する他の層を構成する結晶の成長方向に対して、異なる角度で成長した結晶構造を有することが好ましい。
【００４１】
ここで、略垂直とは、９０°に対して、−５°から＋５°までのばらつきを含めた角度を意味する。すなわち、後に詳述する、第二の記録媒体層１０２に最も近い層１０１１における結晶の成長方向を示すベクトルＣ１の角度α１は、８５°〜９５°とすることができる。第二の記録媒体層１０２に最も近い層１０１１が、基板４０に対して略垂直方向に成長した結晶構造を有することにより、記録媒体１の記録再生に際し、第二の記録媒体層１０２に、基板４０に対して略垂直方向の磁化を発生させることができ、第二の記録媒体層１０２に対して、第一の記録媒体層１０１からの磁気的な転写記録作用をより確実に及ぼすことができる。上記観点から、α１は９０°であることがより好ましい。
【００４２】
各層における結晶の成長方向は、図２〜４に模式的に示すような記録媒体１の積層方向に沿った切断面を、高分解能の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、下記の方法により測定する。
【００４３】
図５は、図２に示す、第二の記録媒体層１０２に最も近い層１０１１の拡大図である。図２及び図５を参照し、第二の記録媒体層１０２に最も近い層１０１１を例として、結晶の成長方向の角度の定義、及び、角度の測定方法を具体的に説明する。
【００４４】
まず、「層１０１１が有する結晶構造の基板４０に対する角度」を、基板４０が有する面のうち、第一の記録媒体層１０１側に配置された面を基準として、時計回りの方向に０°から１８０°まで測定される角度と定義する。
【００４５】
次に、上記角度を、下記（ｉ）〜（ｉｉｉ）の通り定義する。
（ｉ）層１０１１の任意の場所において１０個の結晶粒子（ａ１〜ａ１０）を選択することにより領域Ａを定める。
（ｉｉ）領域Ａにおいて、層１０１１における層１０２との界面に相当する部分の線分Ｌ１、及び、層１０１１における層１０１２との界面に相当する部分の線分Ｌ２について、それぞれの中点（Ｍ１及びＭ２）を結んだ線分ＬＭ１，Ｍ２の方向を、層１０１１が有する結晶の成長方向とする。
（ｉｉｉ）上記（ｉｉ）で定められた結晶の成長方向を示すベクトルの始点を、基板４０が有する面のうち、第一の記録媒体層１０１側に配置された面上の点とする。
【００４６】
すなわち、「層１０１１が有する結晶構造の基板４０に対する角度」とは、基板４０が有する面のうち、第一の記録媒体層１０１側に配置された面上の点を始点とした、線分ＬＭ１，Ｍ２に平行なベクトルＣ１の、基板４０に対する角度α１のことである。
【００４７】
以上、第二の記録媒体層１０２に最も近い層１０１１について、結晶の成長方向の角度の定義、及び、当該角度の測定方法について具体的に説明したが、第二の記録媒体層１０２に最も近い層１０１１以外の層１０１２，１０１３，１０１４についても、同様の定義及び測定方法にて、結晶構造の角度を定めることができる。
【００４８】
第一の記録媒体層１０１全体の厚さは、１ｎｍ〜１μｍとすることができ、好ましくは５〜５００ｎｍであり、より好ましくは１０〜２５０ｎｍである。第一の記録媒体層１０１の積層構造を構成する一層の厚さは、一層の厚さが均等な場合には、第一の記録媒体層１０１の分割数によって求めることができる。分割数（積層数）は２〜４であることが好ましい。分割数が４を超えることがあってもよいが、本発明の効果の観点から、分割数は２〜３であることがより好ましい。それぞれの層の厚みは均等でなくてもよく、ＭＥ効果の利用にあたっては、第二の記録媒体層１０２に最も近い層１０１１が、第一の記録媒体層１０１全体の４０％から６０％を占めるように構成するのが好ましい。
【００４９】
第二の記録媒体層１０２に最も近い層以外の層１０１２，１０１３，１０１４においては、結晶の成長方向を示すベクトルＣ２，Ｃ３，Ｃ４の角度α２，α３，α４が、それぞれ４５°以上７５°以下、又は、１０５°以上１３５°以下であることが好ましく、６０°以上７０°以下、又は１１０°以上１２０°以下であることがより好ましい。
【００５０】
繰り返し記録による絶縁破壊に対する耐久性を付与するためには、第一の記録媒体層１０１の第二の記録媒体層１０２側における欠陥部が少ないこと、欠陥部が基板４０側から第二の記録媒体層１０２側へ亘って発生しにくいことが重要である。例えば、第一の記録媒体層１０１が、一定方向へ結晶成長した結晶構造を有する単層構造である場合、又は、積層構造を構成する複数の層がいずれも略垂直方向へ結晶成長した結晶構造を有する場合には、第一の記録媒体層１０１の製膜時に、基板４０側で欠陥が発生すると、結晶成長に伴い、基板４０側から第二の記録媒体層１０２側へ、欠陥部が連続的に形成されてしまうことが懸念される。そこで、好ましくは、積層構造の第一の記録媒体層１０１において、第二の記録媒体層１０２に最も近い層１０１１が、基板４０に対して略垂直方向に成長した結晶構造を有し、少なくとも一つの、第二の記録媒体層に最も近い層１０１１以外の層１０１２，１０１３，１０１４が、隣接する他の層に対して異なる角度で成長した結晶構造を有することにより、第一の記録媒体層１０１は、第二の記録媒体層１０２へ、確実に磁気的な転写記録作用を及ぼすことができ、かつ、特定の層における欠陥からの他の層への影響を抑制できる。これにより、繰り返し書き換えにおける信頼性がより向上した磁気記録デバイスを提供することができる。
【００５１】
さらに好ましくは、第一の記録媒体層１０１の基板４０に最も近い層において、略垂直とは異なる方向に結晶成長させると、例えば基板４０上に付着した不純物が存在しても、上述のような欠陥部の発生は抑制されることとなる。理由は明らかではないが、例えば、略垂直とは異なる方向に結晶成長させるためには、基板４０の表面に対して斜め方向から第一の記録媒体層１０１の結晶の原料を照射することとなるため、基板４０の表面に平行な運動量成分が結晶の原料に与えられ、不純物の裏側にも結晶の原料が回り込み、欠陥部の発生が抑制されるものと推察される。これにより、繰り返し記録に対して信頼性がより一層向上した磁気記録デバイスを提供することができる。
【００５２】
上記効果のうち欠陥部の発生を抑制する効果をさらに確実に得るためには、第二の記録媒体層１０２に最も近い層１０１１以外の層１０１２，１０１３，１０１４における、各々の層を構成する結晶の成長方向を示すベクトルＣ２、Ｃ３、Ｃ４の角度α２、α３、α４は、例えば、α２が略垂直よりも小さい角度である場合には、α３は略垂直よりも大きい角度であり、α４は略垂直よりも小さい角度であることが好ましく、また、α２が略垂直よりも大きい角度である場合には、α３は略垂直よりも小さい角度であり、α４は略垂直よりも大きい角度であることが好ましい。すなわち、互いに隣接する層（層１０１２，１０１３，１０１４）における結晶の成長方向が、略垂直方向を境に、互いに交互に配向することが好ましい。一方、第二の記録媒体層１０２への磁気的転写記録作用をさらに確実に得るためには、上述のように互いに交互に配向した隣接層の間に、結晶の成長方向が略垂直方向である層を設けてもよい。欠陥部の発生を抑制する効果と、確実な第二の記録媒体層１０２への磁気的転写記録作用とを高度に両立する観点から、隣接する層における角度の差は、３０°〜９０°であることが好ましく、４０°〜６０°であることがより好ましい。なお、このような層構造は、第二の記録媒体層１０２に最も近い層１０１１以外の層が２層、又は、４層以上の時にも同様に好適に用いることができる。
【００５３】
第一の記録媒体層１０１は、外部から印加される電界と磁界の重ね合わせに応答して、磁気情報を書込まれる機能と、その情報を第二の記録媒体層１０２へ転写することによる情報の記録を担う機能と、を有する。第一の記録媒体層１０１に好適な特性としては、電気と磁気の結合係数が大きいこと、及び、広い温度範囲で十分な強度の交換結合を発現できることが挙げられる。
【００５４】
上記特性は、ＭＥ効果を有する材料を単独で用いることにより得ることができるが、ＭＥ効果を有する反強磁性体又はフェリ磁性体と、より高いネール温度を持つ別の反強磁性体と、を組み合わせた複合材料を用いることにより得ることもできる。ただし、本実施形態においては、スピンの配列を均一化する観点からは、単一材料で構成することが好ましい。
【００５５】
第一の記録媒体層１０１は、例えば（ａ）Ｃｒ２Ｏ３、ＢｉＦｅＯ３等ＭＥ効果を有する酸化物反強磁性体、及び、Ａｌ１−ｘ―ｙＧａｘＦｅ１＋ｙＯ３（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．３、０≦ｘ＋ｙ≦１）等ＭＥ効果を有する酸化物フェリ磁性体の少なくとも一つを含む薄膜材料とすることが可能である。また、（ｂ）Ｃｒ２Ｏ３、ＢｉＦｅＯ３等ＭＥ効果を有する酸化物反強磁性体、及び、Ａｌ１−ｘ―ｙＧａｘＦｅ１＋ｙＯ３（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．３、０≦ｘ＋ｙ≦１）等ＭＥ効果を有する酸化物フェリ磁性体の少なくとも１種を母体とする混晶体も可能である。
【００５６】
また、（ｃ）上記（ａ）に記載された化合物及び上記（ｂ）に記載された混晶体のうちの少なくとも１種と、上記（ａ）に記載された化合物及び上記（ｂ）に記載された混晶体より高いネール温度を有する反強磁性材料との複合材料（積層体又は混合体）としてもよい。この場合、第一の記録媒体層１０１と第二の記録媒体層１０２との間に発現する交換結合の熱的・時間的安定性が向上する傾向にある。これらの複合材料は、所定の温度領域での交換結合を最大にできるように、材料の構造や層の厚み、磁気特性（反強磁性体の異方性エネルギーやネール温度など）などを調整できる。
【００５７】
上記反強磁性材料としては、公知のネール温度の高い反強磁性材料を適宜選択して用いることができる。代表的にはＦｅ２Ｏ３、（１−ｘ）Ｆｅ２Ｏ３−ｘＲｈ２Ｏ３、（１−ｘ）Ｆｅ２Ｏ３−ｘＲｕＯ２、（１−ｘ）Ｆｅ２Ｏ３−ｘＩｒＯ２（ただしｘは０＜ｘ＜１）のような酸化物反強磁性体、又は、ＩｒＭｎ、ＦｅＭｎなどのような金属反強磁性体を用いることができる。
【００５８】
上述した材料の組み合わせにおいて、ＭＥ効果を出現、制御するためには、上記第一の記録媒体層１０１が絶縁性を有することが望ましい。上記第一の記録媒体層１０１が絶縁性を有するように、上述した材料の配合量を調整するとよい。また、第一の記録媒体層１０１には、全体としてＭＥ効果及び交換相互作用を発現する限り、他の材料を主成分として構成される層を含むことができる。
【００５９】
（第二の記録媒体層）
第二の記録媒体層１０２は、強磁性体を主として含み、第一の記録媒体層１０１と交換結合を介して磁気的に接続されることにより、第一の記録媒体層１０１に記録された磁気情報が転写され、第二の記録媒体層１０２には、読み取りに必要な強さの磁化を発生する。これにより、記録媒体１に情報が記録されることとなる。ここで、「主として含む」とは、強磁性体が第二の記録媒体層１０２に、第二の記録媒体層１０２として第一の記録媒体層１０１との交換結合を発現し、第一の記録媒体層１０１に書込まれた磁気情報を外部に読み出すために必要な強さの磁化が発生する程度の量含まれることを意味する。
【００６０】
第二の記録媒体層１０２は、第一の記録媒体層１０１に書込まれた磁気情報を読み出すための磁界を発生する機能を有する。第二の記録媒体層１０２に主として含まれる強磁性体としては、このような機能を有する合金、又は、規則合金から成る硬質磁性材料を適宜選択して使用できる。これらは単層であっても、積層体であってもよい。例えば、ＣｏＰｔ、ＦｅＰｔ及び、その合金も好適に用いられる。特に、ＣｏＣｒＰｔ系、ＣｏＣｒＰｔＢ系を用いることができる。ＣｏＣｒＰｔ系では、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（Ｃｒ含有量１４〜２４ａｔ％、Ｐｔ含有量８〜２２ａｔ％、残部Ｃｏ）、ＣｏＣｒＰｔＢ系では、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ（Ｃｒ含有量１０〜２４ａｔ％、Ｐｔ含有量８〜２２ａｔ％、Ｂ含有量０．５〜１６ａｔ％、残部Ｃｏ）が好ましい。
【００６１】
第二の記録媒体層１０２は、任意の軟磁性材料を含んでもよい。軟磁性材料は非晶質であっても微結晶であってもよい。第二の記録媒体層１０２に用いる軟磁性材料としては飽和磁束密度Ｂｓの値が大きいほうが好ましい。軟磁性材料は、公知の保磁力の小さな軟磁気特性を示す材料を適宜選択して用いることができる。例えば、Ｆｅ、Ｃｏ等の金属、ＣｏＴａＺｒ等のコバルト系合金、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＣｒＦｅＢ、ＦｅＣｏＮ、ＦｅＣｏＶ、ＦｅＣｏＴａＺｒ、ＣｏＦｅＺｒＮｂ等のＣｏＦｅ系合金、ＮｉＦｅ、［ＮｉＦｅ／Ｓｎ］ｎ多層構造や、ＦｅＮｉＭｏ、ＦｅＮｉＣｒ、ＦｅＮｉＳｉ等のＮｉＦｅ系合金、ＦｅＣｒ、ＦｅＣｒＴｉ、ＦｅＣｒＣｕ等のＣｒＦｅ系合金、ＦｅＴａ、ＦｅＴａＣ、ＦｅＴａＮ等のＴａＦｅ系合金、ＦｅＡｌＳｉ、ＦｅＡｌ、ＦｅＡｌＳｉＣｒ、ＦｅＡｌＳｉＴｉＲｕ、ＦｅＡｌＯ等のＦｅＡｌ系合金、ＦｅＭｇＯ等のＦｅＭｇ系合金、ＦｅＺｒＮ等のＦｅＺｒ系合金、ＦｅＣ系合金、ＦｅＮ系合金、ＦｅＳｉ系合金、ＦｅＰ系合金、ＦｅＮｂ系合金、ＦｅＨｆ系合金、ＦｅＢ系合金、ＭｎＺｎ系合金等を、単独であるいは二種以上を組み合わせて用いることができる。また、Ｃｏを８０ａｔ％以上含有し、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ等のうち少なくとも１種を含有し、アモルファス構造を有するＣｏ合金を用いることができる。
【００６２】
また、第二の記録媒体層１０２は、上記硬質磁性材料と軟磁性材料の積層膜、あるいは傾斜組成膜であってもよい。さらに、第二の記録媒体層１０２は、いわゆるＥＣＣ（Ｅｘｃｈａｎｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）方式の垂直磁気記録媒体に用いられる記録層であってもよい。
【００６３】
第二の記録媒体層１０２の全体は１０〜１００ｎｍ程度の厚みであってよい。
【００６４】
第一の記録媒体層１０１、第二の記録媒体層１０２、及び、必要に応じて第一の電極３１は、例えばスパッタリング法、パルス・レーザ堆積法（ＰＬＤ）、イオンビーム堆積法（ＩＢＤ）、又は化学気相堆積法（ＣＶＤ）等任意の物理的又は化学的堆積プロセスから適宜選択した方法で形成することができる。
【００６５】
記録媒体１には、さらに従来の記録媒体に使用されていた表面保護層や、表面潤滑層を用いることができる。表面保護層は第二の記録媒体層１０２の腐食を防ぐとともに、記録ヘッド７が記録媒体１に接触したときに記録媒体１表面の損傷を防ぐためのもので、従来公知の材料を使用でき、例えばダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の炭素系硬質材料、アモルファスＳｉ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２を含むもの等を適宜使用可能である。表面保護層の厚さは、１〜１０ｎｍとするのが記録ヘッド７と記録媒体１との距離を小さくできるため高記録密度の点から望ましい。表面潤滑層は、パーフルオロポリエーテル、フッ素化アルコール、フッ素化カルボン酸などの潤滑剤を１〜５ｎｍ塗布して形成することができる。
【００６６】
上記のような構造を有する記録媒体１は、磁気記録デバイス２００において、以下のような効果を奏する。すなわち、第一の記録媒体層１０１が積層構造であることにより、一層ごとには膜欠陥部を仮にゼロにできなくとも、積層数を増すことにより、膜欠陥部が重なる確率を低減できることから、その確率を可能な限り小さくして、繰り返し書き換え記録における、第一の記録媒体層１０１の絶縁破壊を防ぎ、ＭＥ効果を応用した磁気記録デバイス２００を実用に供することが可能となる。
【００６７】
＜記録装置＞
ａ．磁界印加装置
磁界印加装置２は、通常、磁気ヘッド７の一部として設けられ、ビット長にかかわる要件から設計される高周波磁界を供給する記録用磁界発生部２２を有する。
【００６８】
記録用磁界発生部２２から発生する磁界の周波数は、例えば、従来の垂直磁気記録方式で用いられる記録磁界の周波数と同程度とすることができ、例えば、数ＭＨｚ〜２ＧＨｚである。
【００６９】
ｂ．電界印加装置
電界印加装置３は第二の電極３２と電極保持部３４とを備える。電界印加装置３から発生する電界を記録媒体１に印加するためには、電界印加装置３の第二の電極３２の対極となる電極が必要であるため、第一の電極３１と第二の電極３２との間に、第一の記録媒体層１０１と第二の記録媒体層１０２が配置されるように記録媒体１は配置される。
【００７０】
第一の電極３１と第二の電極３２は電源３３に接続される。このとき第一の電極３１は電源３３に接続されるだけでもよいが、同時に接地電位に接続されていることが望ましい。
【００７１】
磁界印加装置２及び電界印加装置３の少なくとも一方は、記録媒体１の表面（第二の記録媒体層１０２側の表面）における任意の場所に移動可能な機能が付加されている。また、磁界印加装置２及び電界印加装置３の少なくとも一方には、磁界又は電界の印加方向を制御する機能が付加されている。ＭＥ効果を利用できる限りにおいて、磁界と電界は、お互いに対して多少の傾きを有して印加されていてもよい。磁界印加装置２、電界印加装置３は、使用又は未使用時に関わらず、記録媒体１の表面と物理的に接触しないように保持される。
【００７２】
（再生装置）
記録情報を利用するための再生装置については、記録情報を再生する機能を有していれば、通常用いられる磁気ヘッド７に搭載されたものでもよく、これまで知られている技術を利用して磁気ヘッド７とは区別して、再生用の装置として設けられてもよい。
【００７３】
＜磁気記録動作＞
図１に示すように、電界印加装置３によって第一の電極３１と第二の電極３２との間に加えられた電界は、電気伝導性を有する第二の記録媒体層１０２の存在によって、第二の電極３２と第二の記録媒体層１０２に挟まれたギャップ部分にかかる電界３５と、第一の電極３１と第二の記録媒体層１０２に挟まれた第一の記録媒体層１０１にかかる電界３６とに分割される。
【００７４】
このとき電界３６は第一の記録媒体層１０１の広い範囲に拡散して印加される（電界の方向は図１に模式的に示した方向ａかｂのいずれかになる）が、空間的に限定された印加磁界２５と組み合わせることで、電界と磁界とが重なって印加される領域４５を狭く限定することが可能である。重畳領域４５に存在する第一の記録媒体層１０１は、所定の電界と磁界が付与されることでＭＥ効果により反強磁性体又はフェリ磁性体のスピン配列状態の方向が決定される。
【００７５】
なお、印加磁界２５の磁界分布を尖鋭化するとともに、磁界強度を可能な限り大きく配分し、電界強度を可能な限り小さくすることによって、第一の記録媒体層１０１の絶縁破壊をより一層抑制できる効果が得られる。
【００７６】
図１では、Ａ〜Ｇまであるセルの中で左から３番目だけ（セルＣ）のスピンの配列方向だけが電界と磁界の印加によって反転した状態を示している。しかし、この第一の記録媒体層１０１は、反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせを主として含み、全体として二つのスピンの方向が打ち消しあうために外部からその磁化状態を読み出すことは困難である。
【００７７】
そこで、第一の記録媒体層１０１と交換結合可能な、強磁性体を主として含む第二の記録媒体層１０２を、第一の記録媒体層１０１と隣接させて配置し、第一の記録媒体層１０１における第二の記録媒体層１０２に隣接するスピンの情報を第二の記録媒体層１０２に転写させることにより、外部から第二の記録媒体層１０２の磁化状態を読み出すことが可能となる。
【００７８】
具体的には、図１のように、セルＣを除きセルＡ〜Ｇの範囲内にある第二の記録媒体層１０２は、すべて上向きの磁化方向を示すが、セルＣだけは、第一の記録媒体層１０１における第二の記録媒体層１０２に隣接するスピンの状態に対応して下向きとなっている。
【００７９】
これにより、磁気情報を再生するに当たっては、第二の記録媒体層１０２の磁化方向を判別することによって、第一の記録媒体層１０１に記録された磁化情報を読み出すことが可能となる。
【００８０】
なお、第一の記録媒体層１０１と第二の記録媒体層１０２の間の交換結合が維持される限りにおいて、その間に別の層を設けることは可能である。
【００８１】
本実施形態に係る磁気記録デバイス２００によれば、印加する電界と磁界の関係が、概平行か、概反平行か、を操作することによって、記録される磁化の方向を制御できる。このとき、重畳領域のみ磁化の反転が生ずる。
【００８２】
この現象は、第二の記録媒体層１０２に主として含まれる強磁性体の結晶粒子の大きさや粒界の存在とは無関係に発生するため、一つの結晶粒子内の一部分と他の部分とにおいて異なる磁化の方向を実現させることも可能である。重畳領域の大きさや幅は、第一の記録媒体層１０１が磁化変化を記録できる限りにおいて自由に設定可能であるが、記録密度を高める観点からは、できるだけ微細にすることが望ましい。
【００８３】
記録媒体１において、重畳領域４５の一方の幅（図１の紙面奥行き方向への幅）は、記録媒体１のトラック幅ＴＷの方向であり、また重畳領域４５のもう一方の幅は、ビット長ＢＬの方向である。トラック幅ＴＷと、ビット長ＢＬのサイズは特に限定されないが、高密度記録の観点から、第一の記録媒体層１０１として後述する材料を用いた場合には、トラック幅ＴＷ及びビット長ＢＬは、それぞれ１ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましい。なお、重畳領域４５の大きさは幅ではなく面積で特定することも可能であり、本実施形態としては、１（ｎｍ）２〜４００００（ｎｍ）２の範囲で実施可能である。
【００８４】
効率よくＭＥ記録、再生を行なう観点から、記録媒体１と対向して設けられた磁界印加装置２は、磁気ヘッド７の先端から記録媒体１における記録動作側の最表面との間のスペーシングとして、１ｎｍ〜３０ｎｍとなるように配置されることが好ましい。
【００８５】
本発明に係る磁気記録デバイスは、ハードディスクドライブとして知られている形態で好適に使用できるが、本技術思想を半導体記録デバイスにも使用することができる。本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明と同一および均等の範囲内において、上記実施形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【００８６】
［第二実施形態］
続いて、第二実施形態に係る磁気記録デバイスについて詳述する。ここで、第一実施形態と重複する記載については省略する。
図６は、本実施形態に係る記録媒体１を示す模式図である。記録媒体１は、基板４０と、第一の電極３１と、非磁性絶縁層１０３と、第一の記録媒体層１０１と、第二の記録媒体層１０２とをこの順に備えて構成される。以下、非磁性絶縁層１０３について説明する。
【００８７】
（非磁性絶縁層）
本実施形態における記録媒体１においては、第一の記録媒体層１０１を基板４０側から裏打ちする材料（裏打ち層）として、非磁性絶縁層１０３が設けられることを特徴とする。非磁性絶縁層１０３は、非磁性体を主として含む。本発明において非磁性体とは、常磁性体、反強磁性体、又は、反磁性体のように、印加される磁界との相互作用の結果、強磁性体のような大きな磁化を生じない性質を示すものである。非磁性絶縁層１０３は、絶縁性能が高く、かつ、非磁性を示し、より具体的には、使用環境下において、導電率が１×１０−１２Ω−１・ｃｍ−１以下であって、常磁性体、反強磁性体、又は、反磁性体のように、印加される磁界との相互作用の結果、強磁性体のような大きな磁化を生じない性質を示す。ここで、「主として含む」とは、非磁性体が非磁性絶縁層１０３に、層全体として上記性質を示す程度に含まれることを意味する。このような非磁性絶縁層１０３は、第一の記録媒体層１０１の機能を損なうことなく、絶縁性能を補強することができる。すなわち、第二の記録媒体層１０２と第一の電極３１との間に印加される電圧が、第一の記録媒体層１０１及び非磁性絶縁層１０３それぞれの層に対し、各誘電率に応じて配分されることとなり、第一の記録媒体層１０１において絶縁性能の低下した領域が存在しても、裏打ち層としての非磁性絶縁層１０３によって、絶縁破壊に至る電流パスの生成を防ぐことができる。
【００８８】
絶縁性能の補強に関し、より具体的には、第一の記録媒体層１０１に電界がかかった時、第一の記録媒体層１０１に微小欠陥部が内在していると、その微小欠陥部がトリガーとなって第一の記録媒体層１０１の絶縁性能が劣化する。絶縁性能の劣化が許容レベルを超えると、記録容量が使用途中で減少する不具合が生じ、記録媒体１における記録再生が困難になってしまう。非磁性絶縁層１０３を有する記録媒体１を用いることにより、上述のような問題を解消することができる。
【００８９】
非磁性絶縁層１０３の絶縁破壊電界は、第一の記録媒体層１０１の絶縁破壊電界より大きいことが好ましい。これにより、第一の記録媒体層１０１において絶縁性能の低下した領域が存在しても、非磁性絶縁層１０３が絶縁破壊に対する保護層として効果的に作用し、磁気記録デバイス２００の繰り返し記録に対する信頼性をより向上させることができる。
【００９０】
さらに、非磁性絶縁層１０３は、第一の記録媒体層１０１に対して基板４０側に設けられていることにより、例えば駆動によって基板４０側から発生した熱の伝導を妨げ、第一の記録媒体層１０１の温度上昇を抑制することができ、第一の記録媒体層１０１の熱的安定性をも維持することができる。
【００９１】
非磁性体は、具体的には、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ３、ＳｒＴｉＯ３から構成されることが好ましい。ＤＬＣは、ダイヤモンド成分（Ｄ）とグラファイト成分（Ｇ）とから構成されるが、繰り返し記録に対する信頼性の観点から、ダイヤモンド成分（Ｄ）とグラファイト成分（Ｇ）との比率（Ｄ：Ｇ）は、１．０：５．０よりもグラファイト成分（Ｇ）が少ないのが好ましく、１．０：３．０よりもグラファイト成分（Ｇ）が少ないのがより好ましく、１．０：２．５よりもグラファイト成分（Ｇ）が少ないのがさらに好ましく、１．５：１．０よりもグラファイト成分が少ないことが特に好ましい。
【００９２】
繰り返し記録に対する信頼性と熱的安定性とを十分両立しながら実用に供するためには、非磁性絶縁層１０３の厚さは、１００ｎｍ〜１０００ｎｍであることが好ましく、１５０ｎｍ〜８００ｎｍであることがより好ましく、２００ｎｍ〜６００ｎｍであることがさらに好ましい。
【００９３】
また、非磁性絶縁層１０３は、アモルファス領域を含むことが好ましい。アモルファス領域においては明確な粒界が存在しないため、結晶に比べ微小欠陥部が生じにくいと推察される。そのため、非磁性絶縁層１０３は、絶縁破壊に対する保護層としてより一層効果的に機能するものと考えられる。これにより、磁気記録デバイス２００の繰り返し記録に対する信頼性をより向上させることができる。
【００９４】
本実施形態において、第一の記録媒体層１０１は、単層であっても、第一実施形態のような積層構造であってよいが、より一層優れた絶縁性を得る観点からは、積層構造であることが好ましい。
【００９５】
上記のような構造を有する記録媒体１は、磁気記録デバイス２００において、以下のような効果を奏する。すなわち、第一の記録媒体層１０１の裏打ち層として非磁性絶縁層１０３が設けられていることにより、第二の記録媒体層１０２から印加される電圧が、第一の記録媒体層１０１及び非磁性絶縁層１０３それぞれの層に対し、各誘電率に応じて配分されることとなる。これにより、第一の記録媒体層１０１において絶縁性能の低下した領域が存在しても、裏打ち層としての非磁性絶縁層１０３によって、絶縁破壊に至る電流パスの生成を防ぐことができる。これにより、繰り返し記録に対する信頼性の向上した、ＭＥ記録を応用した磁気記録デバイス２００を提供することができる。
【００９６】
［第三実施形態］
続いて、第三実施形態に係る磁気記録デバイスについて詳述する。ここで、第一、第二実施形態と重複する記載については省略する。
図７は、本実施形態に係る記録媒体１を示す模式図である。記録媒体１は、基板４０と、第一の電極３１として設けられた、反強磁性半導体を主として含む反強磁性半導体層と、第一の記録媒体層１０１と、第二の記録媒体層１０２とをこの順に備えて構成される。第一の電極３１として設けられた反強磁性半導体層は、以下、「反強磁性半導体層３１」又は「反磁性半導体電極３１」という。
【００９７】
（反強磁性半導体層）
反強磁性半導体層３１は、反強磁性半導体を主として含む。反強磁性半導体は、使用環境下において、導電率が、１×１０−１０〜１×１０３Ω−１・ｃｍ−１である、反強磁性体である。反強磁性半導体としては、ＮｉＯ、ＣｕＦｅＳ２、ＦｅＳ等が挙げられる。ここで、「主として含む」とは、反強磁性半導体が第一の電極３１に、第一の電極３１として反強磁性半導体の性質を発現する程度の量含まれることを意味する。
【００９８】
反強磁性半導体層３１は、第一の記録媒体層１０１に電圧をかけることができる一方で、電流は流れにくいため、第一の記録媒体層１０１において絶縁性能の低下した領域が存在しても、絶縁破壊に至る電流パスの生成を効果的に防ぐことができる。また、反強磁性半導体層３１上に第一の記録媒体層１０１が設けられていることにより、使用時等に過剰な熱負荷がかかった場合にも、反強磁性半導体のスピンが、第一の記録媒体層１０１に主として含まれる、反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせのスピンを保持するように作用するためか、第一の記録媒体層１０１の熱的安定性をより向上させることができる。
【００９９】
本実施形態に係る磁気記録デバイス２００によれば、上記構造を有する記録媒体１を備えることにより、ＭＥ効果を応用した磁気記録において、繰り返し記録に対する信頼性と熱的安定性とを両立し、特に繰り返し記録に対する信頼性を向上させることができる。
【０１００】
ここで、反強磁性半導体層３１に主として含まれる反強磁性半導体のネール温度は、第一の記録媒体層１０１に主として含まれる反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせのネール温度以上であることが好ましい。
【０１０１】
反強磁性半導体層３１に主として含まれる反強磁性半導体のネール温度が、第一の記録媒体層１０１に主として含まれる反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせのネール温度以上であることにより、反強磁性半導体のスピンが第一の記録媒体層１０１に発生しているスピンをより安定的に保持できるためか、使用時等に過剰な熱負荷がかかった場合にも、第一の記録媒体層１０１の熱的安定性をより向上させることが可能になる。
【０１０２】
反強磁性半導体層３１に主として含まれる反強磁性半導体のネール温度は、ＮｉＯが５２０Ｋ、ＣｕＦｅＳ２が８５３Ｋであり、第一の記録媒体層１０１に主として含まれる反強磁性体及びフェリ磁性体のネール温度は、Ｃｒ２Ｏ３が３０７Ｋ、ＢｉＦｅＯ３が６５０Ｋ、Ａｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３が３２５Ｋである。反強磁性半導体層３１に主として含まれる反強磁性半導体のネール温度が、第一の記録媒体層１０１に主として含まれる反強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらの組み合わせのネール温度以上となるように、反強磁性半導体と、反強磁性体、フェリ磁性体又はこれらの組み合わせとを、選択して用いればよい。
【０１０３】
なお、記録媒体１は、上述した層から構成された形態に限定されず、例えば、磁界印加装置２から放射される磁界を絞り込む目的で、反強磁性半導体層３１と基板４０との間に軟磁性層を設けてもよい。また、本実施形態においては、反強磁性半導体層を第一の電極３１として用いているが、反強磁性半導体層を第一の電極３１として用いることなく、反強磁性半導体層と基板４０との間に設け、Ａｌ、Ｐｔ等の金属又はその合金等の高い電気伝導性を有する金属又は合金を、第一の電極３１として設けてもよい。
【０１０４】
本実施形態において、第一の記録媒体層１０１は、単層であっても、第一実施形態のような積層構造であってよいが、より一層優れた絶縁性を得る観点からは、積層構造であることが好ましい。
【０１０５】
また、信頼性をより向上させる観点から、反強磁性半導体電極３１と第一の記録媒体層１０１との間に、第二実施形態のような非磁性絶縁層１０３を設けてもよい。ただしその場合には、反強磁性半導体電極３１による第一の記録媒体層１０１の熱的安定性の向上効果を損なわないように、非磁性絶縁層１０３の厚さ等を調整する必要がある。
【０１０６】
実施例
以下、本発明を具体的な実施例をもとに説明する。
【０１０７】
Ａ．第一の記録媒体層が積層構造である実施例
図２〜４に示した記録媒体１を模した測定サンプルを作製した。以下に、その詳細を説明する。基板４０は直径１インチのサファイア基板であり、電極３１はＦｅＣｒ系合金（Ｆｅ含有量６５ａｔ％）からなる軟磁性体層である。第一の記録媒体層１０１は、ＭＥ効果を有する、２層構造、３層構造、又は４層構造の酸化物反強磁性体層又は酸化物フェリ磁性体層であり、第二の記録媒体層１０２はＣｏＰｔ系合金からなる金属強磁性体層である。
【０１０８】
ａ‐１．電極の形成
まず、ステップ出しを行なったサファイア基板（平均表面粗さ１ｎｍ）の表面に、イオンビームデポジション法により、厚さ１８０ｎｍのＦｅＣｒ（電極３１）を形成した。
【０１０９】
ａ‐２．第一の記録媒体層の形成
次に、電極３１の表面に、パルスレーザ堆積法（ＰＬＤ法）により、酸素雰囲気中、圧力０．１Ｐａにて、基板４０及び電極３１を６００℃に加熱しながら、エキシマレーザをＣｒ２Ｏ３、ＢｉＦｅＯ３、又は、Ａｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３ターゲットに集束照射した。照射方向及び基板の角度を調整可能とし、移動式の開口部を有するマスキングを併用して、第一の記録媒体層１０１の各層の成長方向を制御した。
【０１１０】
ａ‐３．第二の記録媒体層の形成
次に、室温、アルゴン雰囲気中でイオンビーム堆積（ＩＢＤ）法により、厚さ２０ｎｍのＣｏＰｔ系合金（Ｃｏ含有率７５ａｔ％）からなる垂直磁化膜を形成した。この膜を第二の記録媒体層１０２とした。基板加熱温度、及び、イオンビームデポジションレートの条件の組み合わせを変化させることによって、第二の記録媒体層１０２の保磁力を、一定の値（５０００（Ｏｅ））にした。さらに、第二の記録媒体層１０２の上に、表面保護層及び表面潤滑層を形成し、これを測定サンプルとした。
【０１１１】
（実施例Ａ‐１）
上記ａ‐１〜ａ‐３の工程を経て、第一の記録媒体層１０１として、図２に示すような二層構造のＣｒ２Ｏ３を有する記録媒体を準備した。第二の記録媒体層１０２に近い側の層１０１１における、基板４０に対する結晶の成長方向を示す角度α１を９０°とし、基板４０に近い側の層１０１２における、基板４０に対する結晶の成長方向を示す角度α２を６０°として、評価用の記録媒体を作製した。それぞれの層の厚さを１５０（ｎｍ）とし、第一の記録媒体層１０１全体の厚さを３００（ｎｍ）とした。
【０１１２】
（実施例Ａ‐２）
基板４０に近い側の層１０１２における、基板４０に対する結晶の成長方向を示す角度α２を７０°とした以外は実施例Ａ‐１と同様にして、評価用の記録媒体を作製した。
【０１１３】
（実施例Ａ‐３）
基板４０に近い側の層１０１２における、基板４０に対する結晶の成長方向を示す角度α２を７５°とした以外は実施例Ａ‐１と同様にして、評価用の記録媒体を作製した。
【０１１４】
（実施例Ａ‐４）
第一の記録媒体層１０１として、Ｃｒ２Ｏ３に代えてＢｉＦｅＯ３を用いた以外は実施例Ａ‐１と同様にして、評価用の記録媒体を作製した。
【０１１５】
（実施例Ａ‐５）
第一の記録媒体層１０１として、Ｃｒ２Ｏ３に代えてＢｉＦｅＯ３を用いた以外は実施例Ａ‐２と同様にして、評価用の記録媒体を作製した。
【０１１６】
（実施例Ａ‐６）
第一の記録媒体層１０１として、Ｃｒ２Ｏ３に代えてＢｉＦｅＯ３を用いた以外は実施例３と同様にして、評価用の記録媒体を作製した。
【０１１７】
（実施例Ａ‐７）
第一の記録媒体層１０１として、Ｃｒ２Ｏ３に代えてＡｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３を用いた以外は実施例Ａ‐１と同様にして、評価用の記録媒体を作製した。
【０１１８】
（実施例Ａ‐８）
第一の記録媒体層１０１として、Ｃｒ２Ｏ３に代えてＡｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３を用いた以外は実施例Ａ‐２と同様にして、評価用の記録媒体を作製した。
【０１１９】
（実施例Ａ‐９）
第一の記録媒体層１０１として、Ｃｒ２Ｏ３に代えてＡｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３を用いた以外は実施例Ａ‐３と同様にして、評価用の記録媒体を作製した。
【０１２０】
（比較例Ａ‐１）
第二の記録媒体層１０２に近い側の層１０１１における、基板４０に対する結晶の成長方向を示す角度α１を８８°とし、基板４０に近い側の層１０１２における、基板４０に対する結晶の成長方向を示す角度α２を９２°とした以外は実施例Ａ‐１と同様にして、記録媒体を作製した。
【０１２１】
（比較例Ａ‐２）
第一の記録媒体層１０１として単層構造のＣｒ２Ｏ３を用い、基板４０に対する結晶の成長方向を示す角度を９０°、層の厚みを３００（ｎｍ）とした以外は実施例Ａ‐１と同様にして、評価用の記録媒体を作製した。
【０１２２】
（比較例Ａ‐３）
第一の記録媒体層１０１として、Ｃｒ２Ｏ３に代えてＢｉＦｅＯ３を用いた以外は比較例Ａ‐１と同様にして評価用の記録媒体を作製した。
【０１２３】
（比較例Ａ‐４）
第一の記録媒体層１０１として、Ｃｒ２Ｏ３に代えてＢｉＦｅＯ３を用いた以外は比較例Ａ‐２と同様にして評価用の記録媒体を作製した。
【０１２４】
（比較例Ａ‐５）
第一の記録媒体層１０１として、Ｃｒ２Ｏ３に代えてＡｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３を用いた以外は比較例Ａ‐１と同様にして、評価用の記録媒体を作製した。
【０１２５】
（比較例Ａ‐６）
第一の記録媒体層１０１として、Ｃｒ２Ｏ３に代えてＡｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３を用いた以外は比較例Ａ‐２と同様にして、評価用の記録媒体を作製した。
【０１２６】
＜記録再生回数に対するビットエラーの変化＞
実施例Ａ‐１〜Ａ‐９、比較例Ａ‐１〜Ａ‐６の記録媒体の表面上にエアーギャップを挟んで、電界印加装置３、及び、磁界印加装置２（磁気ヘッド７）を設置した。ハードディスクスピンスタンドを改造して、実施例Ａ‐１〜Ａ‐９、比較例Ａ‐１〜Ａ‐６の記録媒体を用い、１インチディスクにおける記録再生を繰り返した。トラック幅１００ｎｍ、ビット長１０ｎｍにて、記録再生を繰り返した際のビットエラーを測定した。ビットエラーの値は、初期値に対する相対値（初期値相対比）として評価した。
【０１２７】
（測定条件）
評価環境温度：２０℃
印加電界：ＭＥ記録が可能となる電界の２．０倍となるように設定し、加速試験として本発明の効果を確認した。
記録再生回数：４０００回
【０１２８】
図８は、第一の記録媒体層１０１としてＣｒ２Ｏ３を用いた実施例Ａ‐１〜Ａ‐３及び比較例Ａ‐１、Ａ‐２の記録再生回数に対するビットエラー変化を示し、図９は、第一の記録媒体層１０１としてＢｉＦｅＯ３を用いた実施例Ａ‐４〜Ａ‐６及び比較例Ａ‐３、Ａ‐４の記録再生回数に対するビットエラー変化を示し、図１０は、第一の記録媒体層１０１としてＡｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３を用いた実施例Ａ‐７〜Ａ‐９及び比較例Ａ‐５、Ａ‐６の記録再生回数に対するビットエラー変化を示す。図８〜１０の斜線で示された領域は、条件の違いによるばらつきを示す。
【０１２９】
Ｃｒ２Ｏ３（図８）、ＢｉＦｅＯ３（図９）、及び、Ａｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３（図１０）それぞれの実施例及び比較例について、記録再生回数を４０００回繰り返した時、最もビットエラーが高い値（ワーストケース）を比較すると、実施例は、比較例に対して常に向上した。
【０１３０】
（実施例Ａ‐１０）
第一の記録媒体層１０１として、図３に示すような三層構造のＣｒ２Ｏ３を用い、第二の記録媒体層１０２に最も近い層１０１１における、基板４０に対する結晶の成長方向を示す角度α１を９０°とし、層１０１１に隣接して配置された層１０１２における、基板４０に対する結晶の成長方向を示す角度α２を７０°とし、基板４０に最も近い層１０１３における、基板４０に対する結晶の成長方向を示す角度α３を１２０°とし評価用の記録媒体を作製した。それぞれの層の厚さを１００（ｎｍ）とし、第一の記録媒体層１０１全体の厚さを３００（ｎｍ）とした。
【０１３１】
（実施例Ａ‐１１）
第一の記録媒体層１０１として、Ｃｒ２Ｏ３に代えてＢｉＦｅＯ３を用いた以外は実施例Ａ‐１０と同様にして、評価用の記録媒体を作製した。
【０１３２】
（実施例Ａ‐１２）
第一の記録媒体層１０１として、Ｃｒ２Ｏ３に代えてＡｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３を用いた以外は実施例Ａ‐１０と同様にして、評価用の記録媒体を作製した。
【０１３３】
（実施例Ａ‐１３）
第一の記録媒体層１０１として、図４に示すような四層構造のＣｒ２Ｏ３を用い、第二の記録媒体層１０２に最も近い層１０１１における、基板４０に対する結晶の成長方向を示す角度α１を９０°とし、層１０１１に隣接する層１０１２における、基板４０に対する結晶の成長方向を示す角度α２を７０°とし、層１０１１に隣接する層１０１２における、基板４０に対する結晶の成長方向を示す角度α３を１２０°とし、基板４０に最も近い層１０１４における、基板４０に対する結晶の成長方向を示す角度α４を７０°とし、評価用の記録媒体を作製した。それぞれの層の厚さを、基板側から６０ｎｍ（層１０１４）、７０ｎｍ（層１０１３）、７０ｎｍ（層１０１２）、１００ｎｍ（層１０１１）とし、第一の記録媒体層１０１全体の厚さを３００（ｎｍ）とした。
【０１３４】
実施例Ａ‐２、Ａ‐５、Ａ‐８、Ａ‐１０〜Ａ‐１３の絶縁性能を、さらに、別の方法によって評価した。結果を図１１に示す。いずれの実施例においても、記録のために印加する電界強度の値（記録印加電界値）を高めていくと、ビットエラーが初期値の１０倍になる記録再生回数は、絶縁性能の劣化によって低下した。積層構造の数は、２層と３層の間で、大きな向上効果が見受けられた。積層構造の数が同じ場合には、材料によって絶縁性能に差異がみられるが、この差異は、ビットエラーを補正する回路技術との組み合わせで吸収することができると考えられる。また、単層から二層以上の積層構造にすることによって、トラック間のばらつきも抑制されたことを確認することができた。
【０１３５】
Ｂ．非磁性絶縁層を含む実施例
＜絶縁破壊電界の測定＞
まず、第一の記録媒体層１０１として用いる材料と、非磁性絶縁層１０３として用いる材料を選定するために、これらの材料の絶縁破壊電界の測定を行った。サファイア基板上に、Ｃｕ電極をスパッタリング法により１μｍ形成した。その後、当該Ｃｕ電極上に、測定対象であるＣｒ２Ｏ３、Ａｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２を、反応性ＲＦスパッタリング法により、それぞれ厚さ３００ｎｍで形成した。測定対象の材料上に、互いに分離した複数のドット状Ｃｕ電極をスパッタリング法により３００ｎｍ形成した。
【０１３６】
測定対象の材料を上下に挟むＣｕ電極に、端子を一つずつ接続し、エレクトロメータ（Ｋｅｉｔｈｌｅｙ社製６５１７型）を用いて絶縁破壊電界の測定を行った。一つのドット状Ｃｕ電極について一回測定し、合計五カ所のドット状Ｃｕ電極について測定した。その平均値を評価結果とした。本測定においては、電圧‐電流曲線の電流値が不連続に急激に増加する、グラフの立ち上がり部分の電圧値を絶縁破壊電界とした。測定は、すべて大気中、室温にて行った。
【０１３７】
図１２に示すように、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２の絶縁破壊電界は、Ｃｒ２Ｏ３、及び、Ａｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３の絶縁破壊電界よりも大きかった。すなわち、第一の記録媒体層１０１としてＣｒ２Ｏ３、又は、Ａｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３を用いる場合には、非磁性絶縁層１０３として、絶縁破壊電界がＣｒ２Ｏ３、及び、Ａｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３より大きな、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２を用いるのが好ましいと推察される。
【０１３８】
＜測定サンプルの作製＞
次に、図６に示す記録媒体１を模した測定サンプルを作製した。以下に、その詳細を説明する。
基板４０は直径１インチのサファイア基板であり、電極３１はＦｅＣｒ系合金（Ｆｅ含有量６５ａｔ％）からなる軟磁性体層であり、非磁性絶縁層１０３は、ダイヤモンド状炭素膜、Ａｌ２Ｏ３膜、ＴｉＯ２膜、又は、ＳｉＯ２膜であり、第一の記録媒体層１０１はＣｒ２Ｏ３からなるＭＥ効果を有する酸化物反強磁性体層、又は、Ａｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３からなるＭＥ効果を有する酸化物フェリ磁性体層であり、第二の記録媒体層１０２はＣｏＰｔ系合金からなる金属強磁性体層である。
【０１３９】
ｂ−１．電極の形成
まず、ステップ出しを行なったサファイア基板（平均表面粗さ１ｎｍ）の表面に、ＲＦスパッタリング法により、厚さ１８０ｎｍのＦｅＣｒ系合金層（電極３１）を形成した。
【０１４０】
ｂ−２．非磁性絶縁層の形成
次に、電極３１の表面に、非磁性絶縁層１０３として、ダイヤモンド状炭素膜、実質的に結晶からなる結晶状態、又は、結晶とアモルファスを含む微結晶状態のＡｌ２Ｏ３膜、ＴｉＯ２膜、及び、ＳｉＯ２膜を形成した。
【０１４１】
非磁性絶縁層１０３としてダイヤモンド状炭素膜を形成する場合、Ｃ２Ｈ２とアルゴンガスを１３．５６ＭＨｚの高周波プラズマによって活性化し、Ｈ２分圧と基板温度とを調整することにより、ダイヤモンド成分とグラファイト成分の比率が異なる膜を形成した。ダイヤモンド状炭素膜における、ダイヤモンド成分とグラファイト成分の比率は、ラマンスペクトルにより、ダイヤモンドに相当するピーク強度と、グラファイトに相当するピーク強度の比率により求めた。
【０１４２】
非磁性絶縁層１０３として、実質的に結晶からなる結晶状態であるＡｌ２Ｏ３膜、ＴｉＯ２膜、及び、ＳｉＯ２膜を形成する場合、反応性ＲＦスパッタリング法を用い、プラズマパワー１５０Ｗの条件で、基板温度６００℃、０．３Ｐａ、アルゴン・酸素雰囲気中（流量比：Ｏ２／Ａｒ＋Ｏ２＝０．３０）にて、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、又は、ＳｉＯ２ターゲットを用いて作製した。また、結晶とアモルファスを含む微結晶状態であるＡｌ２Ｏ３膜、ＴｉＯ２膜、及び、ＳｉＯ２膜を形成する場合、基板温度、及び、プラズマパワーを調整することにより作製した。
【０１４３】
ｂ−３．第一の記録媒体層の形成
次に、非磁性絶縁層１０３の表面に、６００℃、０．３Ｐａ、アルゴン・酸素雰囲気中（流量比：Ｏ２／Ａｒ＋Ｏ２＝０．１０）、１３．５６ＭＨｚの高周波プラズマを、パワー１２０Ｗの条件で、Ｃｒ２Ｏ３、又は、Ａｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３ターゲットを用いた反応性ＲＦスパッタリング法にて、厚さ３００ｎｍのＣｒ２Ｏ３、又は、Ａｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３をそれぞれ形成した。
【０１４４】
ｂ−４．第二の記録媒体層の形成
次に、第一の記録媒体層１０１の表面に、第二の記録媒体層１０２として、ＣｏＰｔ系合金層（Ｃｏ含有率７５ａｔ％）を形成した。この膜を第二の記録媒体層１０２とした。室温、アルゴン雰囲気中にて、イオンビーム堆積（ＩＢＤ）法を用い、第二の記録媒体層１０２の保磁力が５０００（Ｏｅ）、厚さが６０ｎｍとなるように、基板加熱温度、及び、スパッタリングレートの条件の組み合わせを調整した。さらに、第二の記録媒体層１０２の上に、表面保護層及び表面潤滑層を形成し、これを測定サンプルとした。
【０１４５】
（実施例Ｂ‐１）
上記ｂ‐１〜ｂ‐４の工程を経て、測定サンプルを作製した。なお、第一の記録媒体層１０１としてＣｒ２Ｏ３、非磁性絶縁層１０３として、膜厚が３００ｎｍであって、ダイヤモンド成分（Ｄ）とグラファイト成分（Ｇ）との比率（Ｄ：Ｇ）が１．０：１．０であるダイヤモンド状炭素膜を用いた。
【０１４６】
（実施例Ｂ‐２）
非磁性絶縁層１０３として、ダイヤモンド成分（Ｄ）とグラファイト成分（Ｇ）との比率（Ｄ：Ｇ）が１．２：１．０であるダイヤモンド状炭素膜を用いた以外は実施例Ｂ‐１と同様にして、測定サンプルを作製した。
【０１４７】
（実施例Ｂ‐３）
非磁性絶縁層１０３として、ダイヤモンド成分（Ｄ）とグラファイト成分（Ｇ）との比率（Ｄ／Ｇ）が１．６：１．０であるダイヤモンド状炭素膜を用いた以外は実施例Ｂ‐１と同様にして、測定サンプルを作製した。
【０１４８】
（実施例Ｂ‐４）
非磁性絶縁層１０３として、膜厚が４５０ｎｍであって、ダイヤモンド成分（Ｄ）とグラファイト成分（Ｇ）との比率（Ｄ：Ｇ）が１．４：１．０であるダイヤモンド状炭素膜を用いた以外は実施例Ｂ‐１と同様にして、測定サンプルを作製した。
【０１４９】
（実施例Ｂ‐５）
非磁性絶縁層１０３として、ダイヤモンド成分（Ｄ）とグラファイト成分（Ｇ）との比率（Ｄ：Ｇ）が０．６０：１．２であるダイヤモンド状炭素膜を用いた以外は実施例Ｂ‐１と同様にして、測定サンプルを作製した。
【０１５０】
（実施例Ｂ‐６）
非磁性絶縁層１０３として、膜厚が４５０ｎｍであるＡｌ２Ｏ３膜を用いた以外は実施例Ｂ‐１と同様にして、測定サンプルを作製した。なお、製膜条件の調整により、Ａｌ２Ｏ３膜は、結晶状態であった。
【０１５１】
（実施例Ｂ‐７）
非磁性絶縁層１０３として、膜厚が６００ｎｍである微結晶状態のＡｌ２Ｏ３膜を用いた以外は実施例Ｂ‐１と同様にして、測定サンプルを作製した。
【０１５２】
（実施例Ｂ‐８）
非磁性絶縁層１０３として、膜厚が２００ｎｍである微結晶状態のＡｌ２Ｏ３膜を用いた以外は実施例Ｂ‐１と同様にして、測定サンプルを作製した。
【０１５３】
（実施例Ｂ‐９）
非磁性絶縁層１０３として、膜厚が４００ｎｍであるＳｉＯ２膜を用いた以外は実施例Ｂ‐１と同様にして、測定サンプルを作製した。なお、製膜条件の調整により、ＳｉＯ２膜は、結晶状態であった。
【０１５４】
（実施例Ｂ‐１０）
非磁性絶縁層１０３として、膜厚が６００ｎｍである微結晶状態のＳｉＯ２膜を用いた以外は実施例Ｂ‐１と同様にして、測定サンプルを作製した。
【０１５５】
（実施例Ｂ‐１１）
非磁性絶縁層１０３として、膜厚が３００ｎｍである微結晶状態のＳｉＯ２膜を用いた以外は実施例Ｂ‐１と同様にして、測定サンプルを作製した。
【０１５６】
（実施例Ｂ‐１２）
非磁性絶縁層１０３として、膜厚が６００ｎｍであるＴｉＯ２膜を用いた以外は実施例Ｂ‐１と同様にして、測定サンプルを作製した。なお、製膜条件の調整により、ＴｉＯ２膜は、結晶状態であった。
【０１５７】
（実施例Ｂ‐１３）
非磁性絶縁層１０３として、膜厚が３００ｎｍである微結晶状態のＴｉＯ２膜を用いた以外は実施例Ｂ‐１と同様にして、測定サンプルを作製した。
【０１５８】
(比較例Ｂ‐１)
非磁性絶縁層１０３を設けなかった以外は実施例Ｂ‐１と同様にして、測定サンプルを作製した。
【０１５９】
（実施例Ｂ‐１４）
上記ｃ工程において、第一の記録媒体層１０１としてＡｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３を用いた以外は実施例Ｂ‐１と同様にして、測定サンプルを作製した。
【０１６０】
（実施例Ｂ‐１５）
非磁性絶縁層１０３として、ダイヤモンド成分（Ｄ）とグラファイト成分（Ｇ）との比率（Ｄ：Ｇ）が１．５：１．０であるダイヤモンド状炭素膜を用いた以外は実施例Ｂ‐１４と同様にして、測定サンプルを作製した。
【０１６１】
（実施例Ｂ‐１６）
非磁性絶縁層１０３として、ダイヤモンド成分（Ｄ）とグラファイト成分（Ｇ）との比率（Ｄ：Ｇ）が１．６：１．０であるダイヤモンド状炭素膜を用いた以外は実施例Ｂ‐１４と同様にして、測定サンプルを作製した。
【０１６２】
（実施例Ｂ‐１７）
非磁性絶縁層１０３として、膜厚が６００ｎｍであるＡｌ２Ｏ３膜を用いた以外は実施例Ｂ‐１４と同様にして、測定サンプルを作製した。なお、製膜条件の調整により、Ａｌ２Ｏ３膜は結晶状態であった。
【０１６３】
（実施例Ｂ‐１８）
非磁性絶縁層１０３として、膜厚が３００ｎｍである微結晶状態のＡｌ２Ｏ３膜を用いた以外は実施例Ｂ‐１４と同様にして、測定サンプルを作製した。
【０１６４】
（実施例Ｂ‐１９）
非磁性絶縁層１０３として、膜厚が６００ｎｍであるＳｉＯ２膜を用いた以外は実施例Ｂ‐１４と同様にして、測定サンプルを作製した。なお、製膜条件の調整により、ＳｉＯ２膜は、結晶状態であった。
【０１６５】
（実施例Ｂ‐２０）
非磁性絶縁層１０３として、膜厚が４００ｎｍである微結晶状態のＳｉＯ２膜を用いた以外は実施例Ｂ‐１４と同様にして、測定サンプルを作製した。
【０１６６】
（実施例Ｂ‐２１）
非磁性絶縁層１０３として、膜厚が２００ｎｍである微結晶状態のＳｉＯ２膜を用いた以外は実施例Ｂ‐１４と同様にして、測定サンプルを作製した。
【０１６７】
（実施例Ｂ‐２２）
非磁性絶縁層１０３として、膜厚が６００ｎｍであるＴｉＯ２膜を用いた以外は実施例Ｂ‐１４と同様にして、測定サンプルを作製した。なお、製膜条件の調整により、ＴｉＯ２膜は、結晶状態であった。
【０１６８】
（実施例Ｂ‐２３）
非磁性絶縁層１０３として、膜厚が３００ｎｍである微結晶状態のＴｉＯ２膜を用いた以外は実施例Ｂ‐１４と同様にして、測定サンプルを作製した。
【０１６９】
(比較例Ｂ‐２)
非磁性絶縁層１０３を設けなかった以外は実施例Ｂ‐１４と同様にして、測定サンプルを作製した。
【０１７０】
＜ビットエラー率（初期値）の測定＞
実施例Ｂ‐１〜Ｂ‐２３、及び、比較例Ｂ‐１、Ｂ‐２の記録媒体を用い、ハードディスクスピンスタンドを改造して、１インチディスクにおける記録再生を１回行った。任意に選んだ５トラックにおいて、トラック幅１００ｎｍ、ビット長１０ｎｍにて記録し、再生時のビットエラーを測定した。下記式（１）に基づいてビットエラー率を算出し、５トラックの最大値をビットエラー率の初期値とした。評価環境は２５℃であった。結果を表１、２に示す。
ビットエラー率＝１トラックのエラービット数／１トラックの総ビット数…（１）
【０１７１】
＜ビットエラー率が初期値の１０倍になる記録再生回数＞
実施例Ｂ‐１〜Ｂ‐２３、及び、比較例Ｂ‐１、Ｂ‐２の記録媒体を用い、ビットエラー率が初期値の１０倍になる記録再生回数を測定した。評価環境は２５℃であり、５トラックの平均値を評価結果として用いた。結果を表１、２に示す。
【０１７２】
【表１】
2016157502.tif 000003
【０１７３】
【表２】
2016157502.tif 000004
【０１７４】
表１、２から、繰り返し記録再生によるビットエラー率の増加を抑制する効果は、第一の記録媒体層１０１がＣｒ２Ｏ３であるか、Ａｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３であるかによらず、裏打ち非磁性絶縁層１０３としてアモルファス領域が含まれている場合に効果的であることがわかる。
【０１７５】
また、ビットエラー率の初期値に関し、第一の記録媒体層１０１がＣｒ２Ｏ３であり、裏打ち非磁性絶縁層１０３がＡｌ２Ｏ３である場合に（実施例Ｂ‐６〜Ｂ‐８）、良好な数値を示している。この結果はＡｌ２Ｏ３とＣｒ２Ｏ３の結晶構造がほぼ近いことに起因しているものと推定される。
【０１７６】
Ｃ．反強磁性半導体層を含む実施例
図７に示す記録媒体１を模したサンプルを作製した。以下に、その詳細を説明する。
基板４０は直径１インチの単結晶基板である。第一の電極３１は、実施例においては、ＮｉＯ膜、又は、ＣｕＦｅＳ２膜であり、比較例においては、Ｎｉ膜、Ｃｕ膜、又は、ＦｅＣｒ膜である。第一の記録媒体層１０１は、Ｃｒ２Ｏ３、ＢｉＦｅＯ３からなるＭＥ効果を有する酸化物反強磁性体層、又は、Ａｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３からなるＭＥ効果を有する酸化物フェリ磁性体層である。第二の記録媒体層１０２は、ＣｏＰｔ系合金からなる金属強磁性体層である。
【０１７７】
ｃ‐１．第一の電極の形成
（ｉ）反強磁性半導体電極
ステップ出しを行なった単結晶基板（平均表面粗さ１ｎｍ）の表面に、パルスレーザーデポジション法により、第一の電極３１として、ＮｉＯ膜、又は、ＣｕＦｅＳ２膜を形成した。材料の種類に応じて、エキシマレーザーの照射光束密度、成膜圧力、基板温度の最適化を行い、反強磁性半導体電極の導電率を１０〜５０Ω−１・ｃｍ−１に制御した。
（ｉｉ）金属電極
ステップ出しを行なった単結晶基板（平均表面粗さ１ｎｍ）の表面に、高周波スパッタリング法により、Ｎｉ膜、Ｃｕ膜、又は、ＦｅＣｒ膜を形成した。
【０１７８】
ｃ‐２．第一の記録媒体層の形成
次に、第一の電極３１の表面に、第一の記録媒体層１０１として、Ｃｒ２Ｏ３層、ＢｉＦｅＯ３層、又は、Ａｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３層を形成した。Ｃｒ２Ｏ３層は、Ｃｒ金属をターゲットとした反応性ＲＦスパッタリング法を用い、６００℃、０．３Ｐａ、アルゴン・酸素雰囲気中（Ａｒ：Ｏ２流量比＝９．０：０．９）にて、１３．５６ＭＨｚの高周波プラズマをパワー１２０Ｗとして、厚さが３００ｎｍとなるように形成した。ＢｉＦｅＯ３層、Ａｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３層についても、類似の条件にてそれぞれ形成した。
【０１７９】
ｃ‐３．第二の記録媒体層の形成
次に、第一の記録媒体層１０１の表面に、第二の記録媒体層１０２として、ＣｏＰｔ系合金層（Ｃｏ含有率７５ａｔ％）を形成した。室温、アルゴン雰囲気中にて、イオンビーム堆積（ＩＢＤ）法を用い、第二の記録媒体層１０２の保磁力が５０００（Ｏｅ）、厚さが６０ｎｍとなるように、基板加熱温度、及び、デポジションレートの条件の組み合わせを調整した。
【０１８０】
（実施例Ｃ‐１）
上記ｃ‐１（ｉ）、ｃ‐２、ｃ‐３工程を経て、測定サンプルを作製した。なお、反強磁性半導体電極３１として厚さ４００ｎｍのＮｉＯ膜、第一の記録媒体層１０１としてＣｒ２Ｏ３を用いた。
【０１８１】
（実施例Ｃ‐２）
反強磁性半導体電極３１の厚さを６００ｎｍとした以外は実施例Ｃ‐１と同様にして、測定サンプルを作製した。
【０１８２】
（実施例Ｃ‐３）
反強磁性半導体電極３１としてＣｕＦｅＳ２膜を用いた以外は実施例Ｃ‐１と同様にして、測定サンプルを作製した。
【０１８３】
（実施例Ｃ‐４）
反強磁性半導体電極３１の厚さを６００ｎｍとした以外は実施例Ｃ‐３と同様にして、測定サンプルを作製した。
【０１８４】
（実施例Ｃ‐５）
第一の記録媒体層１０１としてＢｉＦｅＯ３を用いた以外は実施例Ｃ‐１と同様にして、測定サンプルを作製した。
【０１８５】
（実施例Ｃ‐６）
第一の記録媒体層１０１としてＢｉＦｅＯ３を用いた以外は実施例Ｃ‐３と同様にして、測定サンプルを作製した。
【０１８６】
（実施例Ｃ‐７）
第一の記録媒体層１０１としてＡｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３を用いた以外は実施例Ｃ‐１と同様にして、測定サンプルを作製した。
【０１８７】
（実施例Ｃ‐８）
第一の記録媒体層１０１としてＡｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３を用いた以外は実施例Ｃ‐３と同様にして、測定サンプルを作製した。
【０１８８】
（比較例Ｃ‐１）
上記ｃ‐１（ｉｉ）、ｃ‐２、ｃ‐３工程を経て、測定サンプルを作製した。なお、第一の記録媒体層１０１としてＣｒ２Ｏ３を用い、第一の電極３１として、厚さ４００ｎｍのＮｉ膜を用いた。
【０１８９】
（比較例Ｃ‐２）
上記ｃ‐１（ｉｉ）、ｃ‐２、ｃ‐３工程を経て、測定サンプルを作製した。なお、第一の記録媒体層１０１としてＢｉＦｅＯ３を用い、第一の電極３１として、厚さ４００ｎｍのＣｕ膜を用いた。
【０１９０】
（比較例Ｃ‐３）
上記ｃ‐１（ｉｉ）、ｃ‐２、ｃ‐３工程を経て、測定サンプルを作製した。なお、第一の記録媒体層１０１としてＡｌ０．６Ｇａ０．２Ｆｅ１．２Ｏ３を用い、第一の電極３１として、厚さ４００ｎｍのＦｅＣｒ膜を用いた。
【０１９１】
実施例Ｃ‐１〜Ｃ‐８、及び、比較例Ｃ‐１〜Ｃ‐３の第一の記録媒体層１０１を構成する材料と層の厚み、並びに、反強磁性半導体電極３１を構成する材料と層の厚みを表３に示す。
【０１９２】
【表３】
2016157502.tif 000005
【０１９３】
＜ビットエラー率（初期値）の測定＞
実施例Ｃ‐１〜Ｃ‐８、及び、比較例Ｃ‐１〜Ｃ‐３の記録媒体の表面上にエアーギャップを挟んで、電界印加装置３、及び、磁界印加装置２（磁気ヘッド７）を設置した。ハードディスクスピンスタンドを改造して、実施例Ｃ‐１〜Ｃ‐８、及び、比較例Ｃ‐１〜Ｃ‐３の記録媒体を用い、１インチディスクにおける記録再生を１回行った。任意に選んだ５トラックにおいて、トラック幅９０ｎｍ、ビット長８ｎｍにて記録し、再生時のビットエラーを測定した。下記式（１）に基づいてビットエラー率を算出し、５トラックの最大値をビットエラー率の初期値とした。評価環境は２５℃であった。結果を表４に示す。
ビットエラー率＝１トラックのエラービット数／１トラックの総ビット数…（１）
【０１９４】
＜高温保存後のビットエラー率の測定＞
上述のようにして２５℃にて記録を１回行った後、１３０℃にて５００時間保存、又は、１４０℃にて５００時間保存した後の再生時のビットエラー率を測定した。測定は、初期値の測定と同様にして行った。結果を表４に示す。
【０１９５】
＜ビットエラー率が初期値の１０倍になる記録再生回数＞
実施例Ｃ‐１〜Ｃ‐８、及び、比較例Ｃ‐１〜Ｃ‐３の記録媒体を用い、ビットエラー率が初期値の１０倍になる記録再生回数を測定した。評価環境は２５℃であり、５トラックの平均値を評価結果として用いた。結果を表４に示す。
【０１９６】
【表４】
2016157502.tif 000006
【０１９７】
実施例Ｃ‐１〜Ｃ‐８と比較例Ｃ‐１〜Ｃ‐３とを対比すると、実施例のビットエラー率の初期値は、比較例のそれに対して１／７〜１／２程度にすぎないものの、繰り返し使用においては、ビットエラーの発生を大幅に抑制することができ、繰り返し記録再生における信頼性が向上した。半導体は金属に比較して電子の供給源となりにくいため、第一の電極３１として反強磁性半導体を用いた実施例は、金属を用いた比較例に比べて、第一の記録媒体層１０１に微小な欠陥があったとしても、それがトリガーになって絶縁性能がわずかずつ低下していき、必要な電界がかからなくなってＭＥ効果が消失してしまうことを抑制できるものと推察される。
【０１９８】
高温保存後における実施例のビットエラー率は、対初期値として、１３０℃、５００時間、及び、１４０℃、５００時間の保存後において、わずかなビットエラーの増加しか認められないのに対して、比較例のビットエラー率は、１３０℃、５００時間の保存後においては、一桁〜二桁増加し、１４０℃、５００時間の保存後においては、二桁〜三桁増加した。この違いは、反強磁性半導体のスピンが第一の記録媒体層１０１における反強磁性体又はフェリ磁性体のスピンを保持するように作用するため、第一の記録媒体層１０１の熱的安定性を向上させたものと推察される。
【０１９９】
また、反強磁性半導体のネール温度が、反強磁性体又はフェリ磁性体のネール温度以上である実施例Ｃ‐１〜Ｃ‐４、Ｃ‐６〜Ｃ‐８は、反強磁性半導体のスピンが第一の記録媒体層１０１に発生しているスピンをより安定的に保持できるためか、実施例Ｃ‐５に比べて、第一の記録媒体層１０１の熱的安定性をより向上させることが可能になったと考えられる。
【０２００】
以上、実施例に基づいて本発明を説明したが、特許請求の範囲に記載した発明の範囲から逸脱しない範囲であれば、これまでの説明に対して種々の変更を行なうことが可能である。
【符号の説明】
【０２０１】
１…記録媒体、２…磁界印加装置、３…電界印加装置、７…磁気ヘッド、２２…記録用磁界発生部、２５…磁界、３１…第一の電極（反強磁性半導体層、反強磁性半導体電極）、３２…第二の電極、３３…電源、３４…電極保持部、３５，３６…電界、４０…基板、４５…重畳領域、１０１…第一の記録媒体層、１０２…第二の記録媒体層、１０３…非磁性絶縁層、２００…磁気記録デバイス。
【図１】
2016157502.tif 000007
【図２】
2016157502.tif 000008
【図３】
2016157502.tif 000009
【図４】
2016157502.tif 000010
【図５】
2016157502.tif 000011
【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】
2016157502.tif 000016
【図１１】
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【図１２】
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