(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、 前記基板上のホスト層であって、第１強磁性体フィルムと、前記第１強磁性フィルム上にあり、それと接触する非強磁性体スペーサ・フィルムと、
前記スペーサ・フィルム上にあり、それと接触する第２強磁性体フィルムとを備え、前記第２強磁性体フィルムが前記スペーサ・フィルムを挟んで前記第１強磁性体フィルムに反強磁性的に交換結合されているホスト層と、
前記ホスト層の前記第２強磁性体フィルム上の磁気記録層であって、前記第２強磁性体フィルムの組成と異なる組成を有する磁気記録層とを備え、
前記第１強磁性体フィルムが厚さＴ１と磁化Ｍ１を有し、前記第２強磁性体フィルムが厚さＴ２と磁化Ｍ２を有し、前記第１強磁性体フィルムと前記第２強磁性体フィルムの単位面積当りの磁気モーメント（Ｍ１×ｔ１）および（Ｍ２×ｔ２）がそれぞれ互いに異なる磁気記録媒体。
【請求項２】
前記ホスト層の前記スペーサ・フィルムが、ルテニウム（Ｒｕ）、クロム（Ｃｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、銅（Ｃｕ）、およびそれらの合金からなる群から選択された材料で形成される、請求項１に記載の磁気記録媒体。
【請求項３】
前記ホスト層の前記第１強磁性体フィルムおよび前記第２強磁性体フィルムがＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、およびそれらの合金からなる群から選択された材料製である、請求項１ないし２のいずれか一項に記載の磁気記録媒体。
【請求項４】
前記ホスト層の前記第１強磁性体フィルムが、前記第１強磁性体フィルムと前記スペーサ・フィルムの界面に置かれた本質的にコバルトからなる界面フィルムを含む、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の磁気記録媒体。
【請求項５】
前記ホスト層の前記第２強磁性体フィルムが、前記第２強磁性体フィルムと前記スペーサ・フィルムの界面に置かれた本質的にコバルトからなる界面フィルムを含む、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の磁気記録媒体。
【請求項６】
前記磁気記録層の上に形成された保護オーバーコートをさらに備える、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の磁気記録媒体。
【請求項７】
前記第１強磁性体フィルムと前記第２強磁性体フィルムが同じ材料で形成され、Ｔ１がＴ２と異なる、請求項１に記載の磁気記録媒体。
【請求項８】
前記第１強磁性体フィルムと前記第２強磁性体フィルムとが異なる材料で形成されており、Ｔ１とＴ２がほぼ同じ厚さである、請求項１に記載の磁気記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に磁気記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハード・ディスク駆動装置の磁気記録ディスクなど従来の磁気記録媒体は、一般に、スパッタ付着コバルト−白金（ＣｏＰｔ）合金などの粒状強磁性層を、記録媒体として使用する。磁気記録層の各磁区は、多くの小さい磁性粒子からなる。磁区間の遷移は、記録されたデータの「ビット」を表す。米国特許第４７８９５９８号および同第５５２３１７３号はこのタイプの従来の剛性ディスクを記載している。
【０００３】
磁気記録ディスクの記憶密度が増大するにつれて、残留磁化Ｍｒ（強磁性材料の単位体積当りの磁気モーメント）と磁性層の厚さｔの積は減少する。同様に、磁性層の保磁力場または保磁力（Ｈc）は増加する。これは比Ｍｒｔ／Ｈcの減少をもたらす。Ｍｒｔの減少を達成するため、磁性層の厚さｔを減少させることができるが、ある程度までに限られる。層内の磁化が熱崩壊を受けやすくなるからである。この崩壊は、小さい磁性粒子の熱活性化（超常磁性効果）に帰せられてきた。磁性粒子の熱安定性は、主にＫuＶによって決まる。ただし、Ｋuは磁性層の磁気異方性定数であり、Ｖは磁性粒子の体積である。磁性層の厚さが減少すると、Ｖは減少する。したがって、磁性層の厚さが薄すぎると、記憶される磁気情報は、通常のディスク駆動装置の動作条件でもはや安定ではなくなる。
【０００４】
この問題の解決策に対する１つの手法は高い異方性材料（高Ｋu）に移行することである。しかし、Ｋuの増加は、Ｋu／Ｍｒにほぼ等しい保磁力Ｈcが従来の記録ヘッドによって書き込むには大きすぎるようになる点が限界となる。同様な手法は層厚を固定して磁性層のＭｒを減らすことであるが、これも書き込むことができる保磁力が限界となる。他の解決策は、磁性粒子の有効磁性体積Ｖが増大するように、粒子間交換を増やすことである。しかし、この手法は、磁性層の固有信号対雑音比（ＳＮＲ）を劣化させることが判明している。
【０００５】
１９９９年１０月８日出願の本発明者等の同時係属の米国特許出願第０９／４１６３６４号は、従来の単一磁気記録層を、非強磁性スペーサ・フィルムを挟んで反強磁性的に結合された２つの強磁性フィルムと置き換えることにより熱安定性の問題に対処している。２つの反強磁性体結合フィルムの磁気モーメントが逆平行に配向しているため、この記録層の正味残留−厚さ積（Ｍｒｔ）は、２つの強磁性体フィルムのＭｒｔ値の差である。しかし、Ｍｒｔのこの減少は、記録層の熱安定性（ＫuＶで表される）の減少なしで達成される。２つの別々の反強磁性結合フィルムの各々における粒子の体積Ｖが、強め合うように加算されるからである。この手法は有望に思われるものの、この非従来型の記録層の磁気特性および記録／再生特性に関する新しい１組の未知数が導入される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
良好な熱安定性を保持しながら、極めて高密度の記録をサポートし、しかも単一層粒状Ｃｏ合金磁性材料などの従来の磁気記録材料の周知の磁気特性および記録／再生特性が利用できる、磁気記録媒体が求められている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
したがって、本発明は、基板と、基板上のホスト層であって、第１強磁性体フィルム、第１強磁性体フィルム上にありそれと接触する非強磁性体スペーサ・フィルム、およびスペーサ・フィルム上にありそれと接触する第２強磁性体フィルムを備え、第２強磁性体フィルムがスペーサ・フィルムを挟んで第１強磁性体フィルムと反強磁性的に交換結合されているホスト層と、ホスト層の第２強磁性体フィルム上の磁気記録層であって、第２強磁性体フィルムの組成とは組成が異なる磁気記録層とを備える磁気記録媒体を提供する。
【０００８】
好ましい実施形態では、２つの強磁性体フィルムの厚さおよび材料は、個々の強磁性体フィルムからのモーメントが本質的に打ち消されるように選択される。したがって、ホスト層は正味磁気モーメントを有さず、あるいは極めて小さい非ゼロのモーメントを有し、したがって磁気記録層のＭｒｔに寄与しない。
【０００９】
磁気記録層は、ホスト層における上部強磁性体フィルムとは異なる組成を有し、ホスト層の上部強磁性体フィルムに強磁性的に結合されている。熱安定性を決定する複合構造（磁気記録層とホスト層）の磁気体積Ｖは、磁気記録層における粒子の体積とホスト層のＡＦ結合強磁性体フィルム体積のほぼ合計である。しかし、複合構造の磁気モーメントは、磁気記録層からのモーメントだけである。ホスト層は正味磁気モーメントを本質的に持たないように設計されているからである。したがって、ホスト層の２つの強磁性体フィルムの間の反強磁性結合が、複合構造の正味Ｍｒｔ値を増やすことなく複合構造の有効厚さを増やす機構を提供する。
【００１０】
代替実施形態では、ホスト層の２つのＡＦ結合フィルムは、依然として逆平行に配向しているが、ホスト層が正味磁気モーメントを持つように意図的に大きさが異なる磁気モーメントを有する。これは記録性能を最適化し、熱崩壊を減少させ、あるいは製造工程を変更せずにある値の磁気モーメントおよび保磁力に媒体を設計するために行うことができる。
【００１１】
本発明の性質および利点をより完全に理解するため、その実施形態についての以下の詳細な説明を添付図面と併せ参照されたい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、単層Ｃｏ合金磁気記録層１５を有する従来技術のディスク１０の断面層構造を示している。ディスクのデータ記録域を形成するため、基板１１の少なくとも一方、好ましくは両方の平らな表面上に薄いフィルム層がスパッタ付着される。ディスク基板１１は、ガラス、ＳｉＣ／Ｓｉ、セラミック、水晶、またはＮｉＰ表面コーティングを有するＡｌＭｇ合金ベースなど適当な任意の材料製とすることができる。シード層１２は、下層１３の成長を、したがって磁性層１４の保磁力などの磁気特性を改善するために使用できる任意選択の層である。シード層１２は、基板１１が、ガラスなど非金属であるとき最も一般的に使用される。シード層１２は、厚さが約５〜５０ｎｍの範囲であり、後で付着する層の幾つかの好ましい結晶配向における成長を促進するシード材料として有効なことが従来技術で知られているＴａ、ＣｒＴｉ、ＮｉＡｌなどの材料の１つである。下層１３は、シード層が存在するならばその上に、そうでない場合は基板１１上に直接付着され、クロムあるいはＣｒＶやＣｒＴｉのようなクロム合金などの非磁性材料である。下層１３の厚さが変動すると、保磁力など磁性層１５の磁気特性が変化する。下層１３は厚さが１ｎｍないし１０ｎｍの範囲であり、典型的な値は約２０ｎｍである。
【００１３】
磁性層１５の付着前に、通常は極めて薄い（典型的には０．５〜５ｎｍ）Ｃｏ合金オンセットまたは核形成層１４を、下層１３上に付着する。核形成層１４は、Ｃ軸が層の平面内に配向するように六方最密充填（ＨＣＰ）Ｃｏ合金磁性層１５の成長を強化すべく選択された組成を有する。核形成層１４は、核形成層１４を非強磁性にまたはごく僅かに強磁性にするように選択されたＣｒ組成層を有するＣｏＣｒ合金でよい。あるいは、核形成層１４は、強磁性Ｃｏ合金でもよく、その場合は核形成層１４は磁性層１５の磁気特性に影響を与える。Ｃｏ合金磁気記録層１５は、白金４〜２５原子％、クロム１０〜２３原子％、および臭素２〜２０原子％を含むＣｏＰｔＣｒＢ合金でもよい。磁性層１５がＣｏＰｔＣｒＢである場合、核形成層１４はＣｏＰｔＣｒまたは６原子％未満のＢを有するＣｏＰｔＣｒＢでよい。磁性層１５は一般に厚さが５〜２０ｎｍの範囲である。
【００１４】
保護オーバーコート１６は、任意選択で水素または窒素あるいはその両方でドープされた本質的に非晶質の炭素からなる通常のオーバーコートでよい。オーバーコートは一般に厚さ１５ｎｍ未満である。上に説明したシード層１２からオーバーコート１６までの層はすべて、複数のスパッタリング・ターゲット容量を有する市販の単一ディスク・システムなどのインライン・スパッタリング・システムまたは単一ディスク・システムの連続工程でスパッタすることができる。各層のスパッタ付着は、当分野の技術者に周知の標準のターゲットおよび技法を使用して上記の変更を加えて実施することができる。
【００１５】
【好ましい実施形態】
本実施形態の磁気記録媒体は、特別の多層ホスト層上に形成された磁気記録層を有する。ホスト層は、非強磁性体スペーサ・フィルムを挟んで互いに反強磁性的（ＡＦ）に交換結合された少なくとも２つの強磁性体フィルムを備えている。
【００１６】
好ましい実施形態では、ホスト層の２つのＡＦ結合フィルムは、大きさがほぼ等しいが、ホスト層が正味磁気モーメントをほぼ有さないように逆平行に配向している磁気モーメントを有する。しかし、正確な厚さまでフィルムを製造するのが困難なため、ホスト層は、何らかの非ゼロ正味磁気モーメントを有してもよい。
【００１７】
本発明による磁気記録ディスク２０を、図２に断面略図で示す。この図では、ホスト層３０が図１の従来技術の構造のオンセットまたは核形成層１４と置き換わっている。図２に略図で示すように、記録層２５はホスト層３０上に付着される。ホスト層３０は非強磁性体スペーサ・フィルム３６で分離された２つの強磁性体フィルム３２、３４製からなる。非強磁性体スペーサ・フィルム３６は隣接するフィルム３２、３４の磁気モーメント４２、４４がそれぞれ非強磁性体スペーサ・フィルム３６を介してＡＦ結合され、ゼロ印加磁場において逆平行であるように選択された厚さおよび組成を有する。強磁性体フィルム３２、３４はそれぞれＭｒ1ｔ1およびＭｒ2ｔ2の磁気モーメント値を有し、Ｍｒ1ｔ1とＭｒ2ｔ2はほぼ等しい。（残留磁化Ｍｒが強磁性体材料の単位体積当りの磁気モーメントとして表されるので、積Ｍｒｔは厚さｔの磁性層の単位面積当りの磁気モーメントである）。
【００１８】
好ましい実施形態では、各強磁性体フィルム３２、３４は、ほぼ同じ厚さｔを有し、同じＭｒをもつように実質上同じ強磁性体材料製である。したがって、磁気モーメント４２、４４は互いにほぼ補償または打ち消し合い、ホスト層３０は正味磁気モーメントを実質上有さない。
【００１９】
非強磁性体遷移金属スペーサ・フィルムによる強磁性体フィルムのＡＦ結合は詳しく研究され、文献に記載されている。一般に、交換結合は、スペーサ・フィルムの厚さが増加するにつれて強磁性から反強磁性へ振動する。選択された材料の組合せでのこの振動結合関係は、パーキン（Parkin）等、「Oscillations in Exchange Coupling and Magnetoresistance in Metallic Superlattice Structures：Ｃｏ／Ｒｕ、Ｃｏ／ＣｒおよびＦｅ／Ｃｒ」（Phys. Rev. Lett.、Vol64、p.2034（1990））に記載されている。この材料の組合せは、Ｃｏ、Ｆｅ、ＮｉおよびＮｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｃｏなどその合金製の強磁性体フィルムとルテニウム（Ｒｕ）、クロム（Ｃｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、銅（Ｃｕ）、およびその合金などの非強磁性体スペーサ・フィルムを含む。このような材料の各組合せについて、振動交換結合関係がまだわかっていない場合は決定しなければならず、したがって非強磁性スペーサ・フィルムの厚さは、２つの強磁性体フィルムの間の反強磁性結合を確保するように選択される。振動の周期は非強磁性体スペーサ材料に依存するが、振動結合の強度および位相は強磁性体材料と界面品質にも依存する。強磁性体フィルムの振動反強磁性結合は、その磁気モーメントがヘッドの動作中逆平行に強固に結合される連続磁化反強磁性結合フィルムを設計するために、スピン・バルブ型の巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）記録ヘッドに使用されてきた。これらのタイプのスピン・バルブ構造は、米国特許第５４０８３７７号および同第５４６５１８５号に記載されている。スピン・バルブ・ヘッドに使用され、図２のホスト層３０構造に示されているような、極めて薄い非強磁性体スペーサ・フィルムを挟んで反強磁性的に結合された２つの強磁性体フィルムのこのタイプの磁気構造は「合成反強磁石」とも呼ばれる。個々の強磁性体フィルムからのモーメントが打ち消されるため構造が正味磁気モーメントを有さない場合には、この構造を「補償された」合成反強磁石と呼ぶことができる。
【００２０】
ホスト層３０のこのＡＦ結合構造では、隣接するフィルム３２、３４の磁気モーメント４２、４４の配向はそれぞれ逆平行に整列し、したがって弱め合うように加算される。矢印４２、４４はＡＦ結合フィルム３６を挟んで互いに直接上下にある個々の磁区のモーメントの向きを表す。印加磁場がない場合、下層２３上の下部強磁性体フィルム３４は、個々の磁区のモーメントがフィルム平面内で本質的にランダムに配向した粒子構造を有する。強磁性体フィルム３２の粒子はＡＦ結合フィルム３６を挟んで直接対向する強磁性体フィルム３４のモーメントの配向に対して逆平行のモーメントの配向を有する磁区を形成する。
【００２１】
強磁性体材料のタイプと強磁性体フィルム３２、３４の厚さ値ｔ1、ｔ2は、ゼロ印加磁場における正味モーメントが本質的にゼロになるように選択される。ホスト層３０のＭｒｔはＭｒ1ｔ1−Ｍｒ2ｔ2によって与えられる。好ましい実施形態では、Ｍｒ1ｔ1はＭｒ2ｔ2と等しいはずである。これは２つのフィルム３２、３４で同じ強磁性体材料を使用し、ｔ1をｔ2と同じにすることにより達成される。異なる強磁性体材料組成物を２つのフィルム３２、３４に使用して、２つの強磁性体フィルムの磁化（材料の単位体積当りの磁気モーメント）が異なるようにした場合、厚さはそれに応じて調節される。図２は単一のスペーサ・フィルムからなる２フィルム構造を有するホスト層３０について示してあるが、本発明は複数のスペーサ・フィルムと複数の強磁性体フィルムを有するホスト層構造に拡張できる。
【００２２】
磁気記録層２５は、磁性層２５のオンセットまたは核形成層としても働く上部強磁性体フィルム３２上に直接付着される。ホスト層３０は補償された合成反強磁石として機能することを意図しているため、フィルム３２上部の磁性層２５の組成はフィルム３２の組成と異なっていなければならない。好ましい実施形態では、磁性層２５はＣｏＰｔＣｒＢ合金であり、ホスト層３０の強磁性体フィルム３２、３４もＣｏＰｔＣｒＢ合金であるが、組成が異なり、たとえば、Ｂは磁性層２５より十分小さい量で存在する。あるいは、フィルム３２、３４はＣｏＣｒ合金またはＣｏＰｔＣｒ合金でもよい。フィルム３２、３４は厚さが０．５〜５ｎｍの範囲でよい。ホスト層３０中の非強磁性体スペーサ・フィルム３６は０．６ｎｍのＲｕフィルムである。Ｒｕスペーサ・フィルムのこの厚さは、振動結合関係における第１反強磁性ピークとなるように選択された。ＣｏＰｔＣｒＢ強磁性体フィルム３２、３４の各々がＲｕスペーサ・フィルム３６との界面で０．５ｎｍのＣｏから本質的になる界面フィルムを含むことも望ましいかもしれない。これらの超薄Ｃｏフィルムは強磁性体フィルムとスペーサ・フィルムの間の界面モーメントを増大させ、強化された反強磁性体結合をもたらす。しかし、反強磁性体交換結合は、ＣｏＰｔＣｒＢ強磁性体フィルム３２、３４にＣｏ界面フィルムを組み込まずに起こる。
【００２３】
上部強磁性体フィルム３２は磁性層２５に強磁性的に交換結合され、スペーサ・フィルム３６を挟んで下部強磁性体フィルム３４に弱く反強磁性的に結合されている。書き込みヘッドからの磁場が磁性層２５内の粒子の磁化方向を切り換えると、上部フィルム３２の磁化方向も、これら粒子と交換結合されているため、切り換わる。下部フィルム３４の磁化方向も上部フィルム３２と弱く反強磁性結合しているため、切り換わる。したがって、ホスト層３０の上部にある磁性層２５内の粒子の磁化方向に関わらず、フィルム３２、３４のモーメントは逆平行のままとなる。
【００２４】
好ましい実施形態の複合構造（磁性層２５とホスト層３０）の熱安定性が単一磁性層と比べて高まっているのは、フィルム４２、４４の磁気モーメントが逆平行であっても両方のフィルム３２および３４内の粒子の異方性がほぼ単軸であり、したがって強め合うように加算できるからである。熱安定性を決定する複合構造の磁気体積Ｖは、ほぼ磁性層２５とＡＦ結合フィルム３２および３４内の粒子の体積の合計である。しかし、ホスト層３０は本質的に正味磁気モーメントを持たないので、複合構造の磁気モーメントは磁性層２５からの磁気モーメントだけである。２つの強磁性体フィルム３２、３４の間の反強磁性結合は、複合構造の正味Ｍｒｔ値を減らす一方、複合構造の有効膜厚を増大させる機構を提供する。したがって強磁性体フィルムは極めて小さい直径の粒子を含むことができ、熱安定性を維持できる。
【００２５】
代替実施形態では、ホスト層の２つのＡＦ結合フィルムはやはり逆平行に配向しているが、意図的に大きさが異なる磁気モーメントをもち、ホスト層が正味非ゼロ磁気モーメントをもつ（Ｍｒ1ｔ1がＭｒ2ｔ2と等しくない）。このような実施形態の１つの理由は、この構造の最適記録パフォーマンス・レベルが、ホスト層における下側強磁性体フィルムの厚さが上側強磁性体フィルムの厚さと等しくない点で生じ得ることである。これら両方のフィルムに同じ材料を使用（Ｍｒ1＝Ｍｒ2）すると、Ｍｒ1ｔ1はＭｒ2ｔ2と等しくなくなる。磁気記録層に対する録音雑音を発生させない薄さにホスト層の上部フィルムを維持する必要があり、かつホスト層の底部フィルムを所望の平面内Ｃ軸配向をより強く発現させるため十分に厚くする必要もある場合がそうであろう。この代替実施形態の第２の理由は媒体の熱安定性に関する。媒体における記録磁気遷移は、隣接する遷移を消磁し、したがって熱崩壊を容易にする傾向がある方向に磁場を発生させる。本発明のホスト層においては、この消磁場と反対向きで、したがって熱崩壊を低減させる磁場を作り出す遷移が低強磁性フィルム内で生じる。この代替実施形態の第３の理由は、媒体の信号レベルまたはＭｒｔを調節することである。Ｍｒｔまたは保磁力（Ｈc）の要求された値に従ってディスクを設計するのがディスク駆動装置業界では普通である。しかし、ＭｒｔとＨcは相関している。したがって、Ｍｒｔ値が与えられている場合、媒体のＨc設計点に達するための従来の手法は、下層厚さや付着温度などの処理条件を変えることであるが、それは記録特性に有害なことがあり得る。本発明によれば、Ｍｒｔは異なる方法で、すなわちＭｒ1ｔ1およびＭｒ2ｔ2の相対値を変えることにより調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  単層磁気記録層を有する従来技術の磁気記録ディスクの略断面図である。
【図２】  本発明の一実施形態の磁気記録ディスクの略断面図である。
【図１】
0003836373.tif 000002
【図２】
0003836373.tif 000003