JP6168066B2 - 垂直磁気記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は垂直磁気記録媒体に関し、特にＧｅ酸化物を含有する垂直磁気記録媒体に関する。

従来より、磁気記録装置の記録方式として、磁気記録媒体の磁気記録層(磁化膜)の表面に対して垂直に磁化する垂直磁気記録方式が用いられている。垂直磁気記録方式に用いられる磁気記録媒体（以下、垂直磁気記録媒体）は、非磁性基板および磁性材料で形成されている磁気記録層等から構成されている。

垂直磁気記録媒体の記録密度を向上させるため、その特性の変更および改良が継続的に行われてきた。その主なものは、磁気記録層を構成する磁性結晶粒のサイズの漸進的な縮小化である。その結果、今日の磁性結晶粒のサイズは、周囲の熱の影響により磁化を安定に保つことができなくなる超常磁性限界と呼ばれる物性限界に近づきつつある。

垂直磁気記録媒体の熱安定性は、強い磁気異方性を有する材料を磁気記録層として使用することにより改良可能である。この垂直磁気記録媒体の熱安定性指数は、磁気異方性定数をＫｕ、磁性結晶粒の体積をＶ、ｋ_bをボルツマン定数、Ｔを絶対温度としたとき、ＫｕＶ／ｋ_bＴで表わされる。記録情報を１０年間安定に保つためには、ＫｕＶ／ｋ_bＴは６０以上であることが必要であると見積もられている。上述の超常磁性限界の問題を克服する手段として、高い磁気異方性定数Ｋｕを有する材料を使用することが求められている。

さらに、磁気記録層を高密度化するための一方式として、磁性結晶粒の周囲を酸化物や窒化物のような非磁性結晶粒界で囲んだグラニュラー構造を用いる方法が提案されている。

特許文献１には、合金の結晶粒の間に非磁性物質を介在させて磁性薄膜をグラニュラー膜とした構成が記載されている。このグラニュラー膜を形成するために用いられる非磁性物質として、ＳｉＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、及びＡｌ₂Ｏ₃などが挙げられている。これらの非磁性物質は、Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃ系合金の結晶粒を磁気的に分離する可能性が高い。

特許文献２には、グラニュラー構造を備えた磁性薄膜が記載されている。このグラニュラー構造は、Ｌ１₁型の原子の規則構造を有するＣｏ−Ｍ−Ｐｔ合金（前記Ｍは単一若しくは複数のＣｏ，Ｐｔ以外の金属元素を示す。）を主成分とする強磁性結晶粒と、それを取り囲む非磁性粒界とからなる。前記合金は、グラニュラー構造を持つＣｏＦｅＰｔ等の３元系規則合金である。

このようなグラニュラー構造を有する磁気記録層においては、非磁性結晶粒界が磁性結晶粒を物理的に分離して、磁性結晶粒間の磁気的な相互作用を低下させている。磁気的な相互作用の低下は、記録単位の遷移領域に生じるジグザグ磁壁の形成を抑制して、低ノイズ特性の実現を可能にする。

特開２０１０−１３５６１０号公報 特開２０１０−３４１８２号公報

Ｒ．Ｆ．Ｐｅｎｏｙｅｒ：Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒ．３０（１９５９）７１１ 強磁性体の物理（下）近角聰信＿裳華房 ｐ１０−２１

グラニュラー構造を有する磁気記録層を形成する場合、従来用いていた非磁性非金属物質では、垂直磁気記録媒体の磁気異方性定数および保磁力が満足いくものではなかった。例えば、従来ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂等の材料がＦｅＰｔ等の規則合金をグラニュラー化するのに用いられていた。しかしながら、これらの材料では当該合金の規則化および粒分離が不十分で磁気異方性が低下し、保磁力が減少していた。それゆえ、特に高い磁気特性を有する新規な垂直磁気記録媒体が望まれている。

また、ＦｅＰｔ規則合金をグラニュラー化した垂直磁気記録層では、様々な課題があった。例えば、保磁力が高く、熱アシスト記録を行う温度が高くなってしまい、かつ、高温で記録しようとすると反転磁界勾配が小さくなっていた。

本発明は上述の問題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、磁性結晶粒が十分に規則化および粒分離されており、高い磁気異方性定数を有する垂直磁気記録媒体を提供することである。

本発明の更なる目的は、記録を保存する常温領域において高い保磁力を有する垂直磁気記録媒体を提供することである。

本発明の更なる目的は、記録を行う高温領域において反転磁界の低下が可能な垂直磁気記録媒体を提供することである。

本発明の更なる目的は、記録を行う高温領域において反転磁界の温度勾配を大きくすることが可能な垂直磁気記録媒体を提供することである。

本発明の課題を解決するための手段の一例は、非磁性基板と、磁気記録層とを含む垂直磁気記録媒体において、前記磁気記録層は、磁性結晶粒と、前記磁性結晶粒を取り囲む非磁性結晶粒界とを有するグラニュラー構造を有し、前記磁性結晶粒は規則合金を含み、前記非磁性結晶粒界はＧｅ酸化物を含むことを特徴とする垂直磁気記録媒体である。

ここで、前記非磁性結晶粒界は、Ｍｎ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｂ酸化物およびＴｉ酸化物からなる群から選択された少なくとも１つをさらに含んでも良い。また、前記磁性結晶粒が、Ｌ１_０型の規則合金を含むことが好ましい。更に、前記Ｌ１_０型の規則合金は、ＦｅおよびＰｔを含むことが好ましい。なお、前記Ｌ１_０型の規則合金は、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、ＡｇおよびＡｕからなる群から選択された少なくとも１つをさらに含んでも良い。

本発明の課題を解決するための手段の別の例は、非磁性基板、第１磁気記録層および第２磁気記録層をこの順に含む垂直磁気記録媒体において、前記第１磁気記録層は、第１磁性結晶粒と、前記第１磁性結晶粒を取り囲む第１非磁性結晶粒界とを有するグラニュラー構造を有し、前記第１磁性結晶粒は規則合金を含み、前記第１非磁性結晶粒界はＣを含み、前記第２磁気記録層は、第２磁性結晶粒と、前記第２磁性結晶粒を取り囲む第２非磁性結晶粒界とを有するグラニュラー構造を有し、前記第２磁性結晶粒は規則合金を含み、前記第２非磁性結晶粒界はＧｅ酸化物を含むことを特徴とする垂直磁気記録媒体である。

ここで、前記第２非磁性結晶粒界は、Ｍｎ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｂ酸化物およびＴｉ酸化物からなる群から選択された少なくとも１つをさらに含んでも良い。また、前記第１磁性結晶粒および前記第２磁性結晶粒の少なくとも１つが、Ｌ１_０型の規則合金を含むことが好ましい。更に、前記Ｌ１_０型の規則合金は、ＦｅおよびＰｔを含むことが好ましい。なお、前記Ｌ１_０型の規則合金は、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、ＡｇおよびＡｕからなる群から選択された少なくとも１つをさらに含んでも良い。

本発明によれば、磁性結晶粒が微細化されて十分に規則化および粒分離された垂直磁気記録媒体を提供できる。本発明によれば、高い磁気異方性定数Ｋｕを有する垂直磁気記録媒体を提供できる。本発明によれば、高い保磁力Ｈｃを有する垂直磁気記録媒体を提供できる。

更に本発明においては、特にＭｎが添加された磁性結晶粒と、Ｇｅ酸化物を含む非磁性結晶粒界とを有する磁気記録層を採用すると、キュリー温度の低下により反転磁界を低下させることができ、熱アシスト記録が容易となる。

また、Ｃ（カーボン）を主とした粒界材料を含むグラニュラー層、およびその層の上のＧｅを主として含む酸化物を含むグラニュラー層を形成し、これらの層の磁性結晶粒に異なる添加材料を添加することで、熱アシスト記録温度を低くし、かつ、反転磁界を小さくすることができる。また、反転磁界勾配を大きくすることができる。

本発明の垂直磁気記録媒体の構成例を示す概略断面図である。 本発明の垂直磁気記録媒体中の磁気記録層の構成例を示す概略平面図である。 本発明の垂直磁気記録媒体の更なる構成例を示す概略断面図である。 実施例４（鎖線）および実施例５（実線）の反転磁界の温度依存性を示す。

図１は、本発明の垂直磁気記録媒体の構成例を示す概略断面図である。

垂直磁気記録媒体１０は、非磁性基板１１上に、密着層１２、下地層１３、シード層１４、磁気記録層１５、および保護層１６をこの順に有する。なお、本発明において、密着層１２、下地層１３、シード層１４、および保護層１６は任意選択的に形成される層である。

非磁性基板１１として、表面が平滑である様々な基板を使用することができる。たとえば、磁気記録媒体に一般的に用いられる材料（ＮｉＰメッキを施したＡｌ合金、強化ガラス、結晶化ガラス等）を用いて、非磁性基板１１を形成することができる。なお、以下に示す実施例においては、非磁性基板１１として用いた基板は全てガラス基板である。しかしながら、以下に示す実施例が本発明の非磁性基板の材料を限定するものではない。

密着層１２は、密着層を挿入する２層間の密着性を確保するための層である。図１の構成例では、非磁性基板１１と下地層１３との間に挿入している。密着層１２を形成するための材料は、Ｔａ、Ｎｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｒｕなどの金属、前述の金属を含む合金から選択することができる。密着層は、単一の層から形成されていてもよいし、複数の層の積層構造を有していてもよい。

密着層１２上に軟磁性裏打ち層（不図示）を任意選択的に設けてもよい。軟磁性裏打ち層は、磁気ヘッドからの磁束を制御して、垂直磁気記録媒体の記録・再生特性を向上させる。軟磁性裏打ち層を形成するための材料は、ＮｉＦｅ合金、センダスト（ＦｅＳｉＡｌ）合金、ＣｏＦｅ合金などの結晶質材料、ＦｅＴａＣ、ＣｏＦｅＮｉ、ＣｏＮｉＰなどの微結晶質材料、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＴａＺｒなどのＣｏ合金を含む非晶質材料を含む。軟磁性裏打ち層の膜厚の最適値は、磁気記録に用いる磁気ヘッドの構造および特性に依存する。他の層と連続成膜で軟磁性裏打ち層を形成する場合、生産性との兼ね合いから、軟磁性裏打ち層が１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内（両端を含む）の膜厚を有することが好ましい。

下地層１３は、上方に成膜する磁気記録層１５の結晶性または結晶軸方位の制御を目的として形成される層である。下地層１３は、単層であっても多層であってもよい。下地層１３は、Ｃｒまたは主成分たるＣｒにＭｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、およびＭｎのうちの少なくとも１種以上が添加された合金またはこれらの混合物から形成される非磁性膜であることが好ましい。また、下地層１３を構成する材料は、磁気記録層１５の結晶格子間隔に近い結晶格子間隔を有することが好ましい。磁気記録層１５の組成に応じて下地層１３の構成材料を適宜選択することが好ましい。下地層１３は、ＤＣマグネトロンスパッタリング法、電子ビーム蒸着法等の慣用の方法により形成することができる。

シード層１４は、下地層１３と磁気記録層１５との間の密着性を確保し、上層である磁気記録層１５の磁性結晶粒１５ａの粒径および結晶配向を制御するための層である。シード層１４は非磁性であることが望ましい。シード層１４の材料は、磁性結晶粒１５ａの材料に合わせて適宜選択される。たとえば、磁性結晶粒１５ａがＦｅＰｔ、ＣｏＰｔなどのＬ１_０型規則合金で形成される場合、シード層１４はＭｇＯ、ＴｉＮ、ＮｉＷ、Ｃｒ、ＳｒＴｉＯ₃、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄またはそれらの混合物から形成することができる。シード層１４は、ＤＣマグネトロンスパッタリング法、ＲＦマグネトロンスパッタリングなどを含むスパッタ法、真空蒸着法などの当該技術において知られている任意の方法を用いて形成することができる。

図２は、本発明の垂直磁気記録媒体中の磁気記録層の構成例を示す概略平面図である。磁気記録層１５は、磁性結晶粒１５ａの周りを非磁性結晶粒界１５ｂで取り囲んだグラニュラー構造を有している。

磁性結晶粒１５ａは強磁性材料から形成されることが好ましい。磁性結晶粒１５ａとしては、ＦｅおよびＣｏから選択される少なくとも一種の元素と、ＰｔおよびＰｄから選択される少なくとも一種の元素とを含む規則合金であることが好ましい。例えば、ＦｅＰｔ、ＦｅＰｄ、ＣｏＰｔ等のＬ１_０型規則合金を用いることができる。磁性結晶粒１５ａの特性変調を目的として、磁性結晶粒１５ａに対してＮｉ、Ｍｎ、Ｃｒ，Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどの金属を添加しても良い。Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒを添加することにより、磁気的相互作用が低減して磁気異方性やキュリー温度などの磁気特性を変化させることができるため、所望の磁気特性に調整することができる。また、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕを添加することにより、規則化温度を低減し、磁気異方性を向上させる効果を得ることができる。

磁性結晶粒は必ずしもすべての原子が規則構造を有していなくてもよい。規則構造の程度を表わす規則度Ｓが所定の値以上であれば良い。規則度Ｓは、磁気記録媒体をＸＲＤにより測定し、測定値と完全に規則化した際の理論値との比により算出される。例えばＬ１₀型規則合金の場合は、規則合金由来の（００１）および（００２）ピークの積分強度を用いて算出する。測定された（００２）ピーク積分強度に対する（００１）ピーク積分強度の比の値を、完全に規則化した際に理論的に算出される（００２）ピーク積分強度に対する（００１）ピーク積分強度の比で割り、その平方根をとることで規則度Ｓを得ることができる。このようにして得られた規則度Ｓが０．５以上であれば、磁気記録媒体として実用的な磁気異方性定数Ｋｕを有する。

非磁性結晶粒界１５ｂとしては、Ｇｅ酸化物が用いられる。Ｇｅ酸化物は、Ｇｅ（Ｍ₁、Ｍ₂、…）Ｏｘで表される酸化物である。Ｍ₁、Ｍ₂、…は例えばＳｉ、Ａｌである。典型的なＧｅ酸化物は、例えばＧｅＯ₂、ＧｅＳｉＯ₂、ＧｅＡｌＯ₂である。好ましくは、Ｇｅ酸化物はＧｅを主として含む酸化物であり、これはＧｅ、Ｍ₁、Ｍ₂、…のうちＧｅが５０％以上であることを意味する。好ましくは、磁性結晶粒１５ａおよび非磁性結晶粒界１５ｂの組成比は、磁性結晶粒１５ａ：非磁性結晶粒界１５ｂ＝８０：２０〜５０：５０である。磁性結晶粒１５ａの比率が５０ｖｏｌ％以上かつ非磁性結晶粒界１５ｂの比率が５０ｖｏｌ％以下であると高い磁気異方性を有するという理由で好ましい。磁性結晶粒１５ａの比率が８０ｖｏｌ％以下かつ非磁性結晶粒界１５ｂの比率が２０ｖｏｌ％以上であると磁性結晶粒の分離が十分になされるという理由で好ましい。なお、ビットパターンドメディア（ＢＰＭ）の構成を採用して記録ビット間の磁気的な相互作用の低減を優先する場合には、磁性結晶粒１５ａの比率を５０ｖｏｌ％未満とすることもできる。

Ｇｅは電気陰性度が高いために、Ｇｅ酸化物、好適にはＧｅを主として含む酸化物は、従来のグラニュラー材料よりも共有結合性が高い。そのため、規則合金を構成する例えばＦｅおよびＰｔへの酸素の影響を少なくすることができる。Ｇｅ酸化物は、規則合金の規則化を阻害することがなく、これにより低温成膜での規則化が可能となる。更に、Ｇｅ酸化物は融点が低く、表面エネルギーが小さいため、Ｇｅ酸化物が磁性結晶粒の粒界に形成されて、磁性結晶粒を十分に分離させることが可能である。

非磁性結晶粒界１５ｂは、Ｍｎ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｂ酸化物およびＴｉ酸化物からなる群から選択された少なくとも１つをさらに含んでも良い。これらの酸化物を含むことで、共有結合性および表面エネルギーを調整できるため、磁気異方性をさらに向上し、および／または、磁性結晶粒の分離性をさらに向上することが可能になる。

ここで、特にＭｎが添加された磁性結晶粒と、Ｇｅ酸化物を含む非磁性結晶粒界とを有する磁気記録層を採用すると、キュリー温度の低下により反転磁界を低下させることができ、熱アシスト記録が容易となる。すなわち、磁性結晶粒にＭｎを添加してＧｅ酸化物を含む非磁性結晶粒界と組み合わせると、反転磁界Ｈｓｗの温度依存性がキュリー温度付近で大きく変化し、磁気ヘッドが発生する記録磁界以下となり、従来よりも大幅に低い温度で熱アシスト記録が可能となる。また、この温度領域で反転磁界の温度勾配が大きくなり、熱アシスト記録時の記録分解能を向上することが可能となる。

磁気記録層１５の膜厚は、好ましくは４〜１６ｎｍ、典型的には１０ｎｍである。磁気記録層１５の膜厚が４ｎｍ以上であると信号再生に必要な磁気モーメント量が確保できるという理由で好ましい。磁気記録層１５の膜厚が１６ｎｍ以下であると磁化の一斉反転がなされるという理由で好ましい。特に、磁気記録層１５が単層で形成されると磁性結晶粒の連続性が保たれるという理由で好ましい。

保護層（保護膜）１６は、磁気記録媒体の分野で慣用的に使用されているカーボンを主体とする材料などを用いて形成することができる。また、保護層１６は、単層であってもよく、積層構造を有してもよい。積層構造は、たとえば、特性の異なる２種のカーボン系材料の積層構造、金属とカーボン系材料との積層構造、または金属酸化物膜とカーボン系材料との積層構造であってもよい。保護層１６は、ＣＶＤ法、スパッタリング法（ＤＣマグネトロンスパッタリング法などを含む）、真空蒸着法などの当該技術において知られている任意の方法を用いて形成することができる。

また、任意選択的に、本発明の垂直磁気記録媒体は、保護層１６の上に設けられる液体潤滑剤層（不図示）をさらに含んでもよい。液体潤滑剤層は、垂直磁気記録媒体の分野で慣用的に使用されている材料（たとえば、パーフルオロポリエーテル系の潤滑剤など）を用いて形成することができる。液体潤滑剤層は、たとえば、ディップコート法、スピンコート法などの塗布法を用いて形成することができる。

図３は、本発明の垂直磁気記録媒体の更なる構成例を示す概略断面図である。

垂直磁気記録媒体２０は、非磁性基板１１上に、密着層１２、下地層１３、シード層１４、第１磁気記録層２５、第２磁気記録層３５、および保護層１６をこの順に有する。なお、なお、図３において図１の層と同一の材料を用いた層に同一の符号を付し、その説明を省略する。

第１磁気記録層２５は、第１磁性結晶粒２５ａと、第１磁性結晶粒２５ａを取り囲む第１非磁性結晶粒界２５ｂとを有するグラニュラー構造を有する。第１磁性結晶粒２５ａは規則合金を含み、第１非磁性結晶粒界２５ｂはＣを含む。

第１磁性結晶粒２５ａとしては、ＦｅおよびＣｏから選択される少なくとも一種の元素と、ＰｔおよびＰｄから選択される少なくとも一種の元素とを含む規則合金であることが好ましい。例えば、ＦｅＰｔ、ＦｅＰｄ、ＣｏＰｔ等のＬ１_０型規則合金を用いることができる。第１磁性結晶粒２５ａは強磁性材料から形成されることが好ましい。第１磁性結晶粒２５ａに対してＮｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどの金属を添加しても良い。これらの金属を添加することによって得られる効果は、第１磁性結晶粒１５ａの場合と同様である。

第１非磁性結晶粒界２５ｂとしては、Ｃ（カーボン）を含む材料が用いられる。好ましくは、第１磁性結晶粒２５ａおよび第１非磁性結晶粒界２５ｂの組成比は、第１磁性結晶粒２５ａ：第１非磁性結晶粒界２５ｂ＝８０：２０〜５０：５０である。第１磁性結晶粒２５ａの比率が５０ｖｏｌ％以上かつ第１非磁性結晶粒界２５ｂの比率が５０ｖｏｌ％以下であると高い磁気異方性を有するという理由で好ましい。第１磁性結晶粒２５ａの比率が８０ｖｏｌ％以下かつ第１非磁性結晶粒界２５ｂの比率が２０ｖｏｌ％以上であると磁性結晶粒の分離が十分になされるという理由で好ましい。なお、ビットパターンドメディア（ＢＰＭ）の構成を採用して記録ビット間の磁気的な相互作用の低減を優先する場合には、第１磁性結晶粒２５ａの比率を５０ｖｏｌ％未満とすることもできる。

第１磁気記録層２５の膜厚は、好ましくは１〜４ｎｍ、典型的には２ｎｍである。第１磁気記録層２５の膜厚が１ｎｍ以上であると磁性結晶粒の規則化が十分になされるという理由で好ましい。第１磁気記録層２５の膜厚が４ｎｍ以下であると磁性結晶粒の再成長が発生しないという理由で好ましい。特に、第１非磁性結晶粒界２５ｂがＣからなる第１磁気記録層２５は、その上方のＧｅ酸化物を含む第２磁気記録層３５に対して磁性結晶粒の成長が連続的になされるという理由で好ましい。

第２磁気記録層３５は、第２磁性結晶粒３５ａと、第２磁性結晶粒３５ａを取り囲む第２非磁性結晶粒界３５ｂとを有するグラニュラー構造を有している。第２磁性結晶粒３５ａは規則合金を含み、第２非磁性結晶粒界３５ｂはＧｅ酸化物を含む。第２磁気記録層３５、第２磁性結晶粒３５ａ、および第２非磁性結晶粒界３５ｂは、それぞれ磁気記録層１５、磁性結晶粒１５ａ、および非磁性結晶粒界１５ｂと同様な構成を採用できるので、その説明を省略する。なお、第２磁気記録層３５の膜厚は、第１磁気記録層２５を形成することを勘案して第２磁気記録層３５を単層で形成する場合よりも薄く設定することが好ましい。

第１磁性結晶粒２５ａと第２磁性結晶粒３５ａは異なる材料とすることができる。例えば、異なる材料を用いてキュリー温度Ｔｃを上下の層で異なる温度とすることで、積層磁気記録層全体のグラニュラー構造や磁気特性を保持しつつも、熱アシスト記録温度を低くし、かつ、記録時の反転磁界を小さくすることができる。また、反転磁界の勾配を大きくすることができる。例えば、第１磁性結晶粒２５ａをＣｏＰｔからなるＬ１_０型の規則合金とし、第２磁性結晶粒３５ａをＦｅＰｔからなるＬ１_０型の規則合金とすることができる。あるいは、各磁性結晶粒に添加するＮｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどの金属を各磁性結晶粒で異なる材料とすることができる。例えば、第１磁気記録層２５をＦｅＰｔと、ＦｅＰｔのキュリー温度Ｔｃを制御する目的で添加される材料Ｙと、Ｃ（カーボン）を主とした粒界材料とからなるＦｅＰｔグラニュラー層を形成する。更に、第２磁気記録層３５をＦｅＰｔと、ＦｅＰｔのキュリー温度Ｔｃを制御する目的で添加される材料Ｘと、Ｇｅを主として含む酸化物からなるＦｅＰｔグラニュラー層を形成する。この場合、添加材料Ｘと添加材料Ｙを異なる材料として、キュリー温度Ｔｃの制御効果を上下の層で異なるようにすることができる。

ここで、特に第２磁気記録層にＭｎを添加すると、キュリー温度の低下により反転磁界を低下させることができ、熱アシスト記録が容易となる。すなわち、磁性結晶粒にＭｎを添加してＧｅ酸化物を含む非磁性結晶粒界と組み合わせると、反転磁界Ｈｓｗの温度依存性がキュリー温度付近で大きく変化し、磁気ヘッドが発生する記録磁界以下となり、従来よりも大幅に低い温度で熱アシスト記録が可能となる。また、この温度領域で反転磁界の温度勾配が大きくなり、熱アシスト記録時の記録分解能を向上することが可能となる。

上述した磁気記録層１５、第１磁気記録層２５、第２磁気記録層３５に付加して、他の磁性層を配置することで磁気記録媒体の性能をさらに向上することができる。以下では、磁気記録層１５、第１磁気記録層２５、第２磁気記録層３５から構成される層を総称して単に磁気記録層と称する。

磁気記録層とは異なるキュリー温度Ｔｃを有するＴｃ制御磁性層をさらに配置し、両者のＴｃに合わせた記録温度を設定することで、記録時に必要とされる磁気記録媒体全体としての反転磁界を低減することができる。例えば、Ｔｃ制御磁性層のキュリー温度を磁気記録層のキュリー温度より低く設定する。記録温度を両者のキュリー温度の中間に設定すれば、記録時にＴｃ制御磁性層の磁化は消失して記録を反転するために必要な磁界は低減する。このようにして磁気記録ヘッドに要請される記録時の発生磁界を低減して良好な磁気記録性能を発揮することができる。

Ｔｃ制御磁性層の配置は、磁気記録層の上下いずれとしても良い。Ｔｃ制御磁性層はグラニュラー構造とすることが好ましい。磁気記録層とＴｃ制御磁性層の磁性結晶粒を概ね同じ位置に配置することが特に好ましい。概ね同じ位置とすることで信号対雑音比（ＳＮＲ）等の性能を向上することができる。

Ｔｃ制御磁性層を構成する磁性結晶粒はＣｏ，Ｆｅのうちのいずれかひとつを少なくとも含む材料とすることが好ましく、さらにＰｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうちの少なくともいずれかひとつを含むことが好ましい。例えば、ＣｏＣｒ系合金、ＣｏＣｒＰｔ系合金、ＦｅＰｔ系合金、ＦｅＰｄ系合金等を用いることができる。磁性結晶粒の結晶構造は、Ｌ１_０型、Ｌ１_１型、Ｌ１_２型等の規則構造、ｈｃｐ構造（六方最密充填構造）、ｆｃｃ構造（面心立方構造）等とすることができる。

Ｔｃ制御磁性層を構成する非磁性結晶粒界の材料としては、前述したＧｅ酸化物、あるいはＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２等の酸化物、ＳｉＮ、ＴｉＮ等の窒化物、Ｃ、Ｂ等を用いることができる。

Ｔｃ制御磁性層としては、磁気記録層と同様の材料を用いて、異なる組成とした層を用いてもよい。例えば磁気記録層中のＧｅ酸化物の比率を変更した層、非磁性結晶粒界に添加するＭｎ酸化物などの材料を変更した層、規則合金に添加するＮｉなどの元素を変更した層等としてもよい。

磁気記録層とＴｃ制御磁性層の間の磁気的な交換結合を調整するために、磁気記録層とＴｃ制御磁性層の間に交換結合制御層を配置することが好ましい。記録温度における磁気的な交換結合を調整することにより、反転磁界を調整することができる。交換結合制御層は、所望する交換結合に応じて磁性を有する層、非磁性の層を選択することができる。記録温度における反転磁界の低減効果を高めるためには非磁性層を用いることが好ましい。

磁気記録層とは異なる一軸結晶磁気異方性定数Ｋｕを有するＫｕ制御磁性層を配置し、両者の間に適切な磁気的な交換結合を設定することで、記録保存時に必要とされる磁気記録媒体全体としての熱的な安定性を向上することができる。

Ｋｕ制御磁性層の配置は、磁気記録層の上下いずれとしても良い。Ｋｕ制御磁性層はグラニュラー構造とすることが好ましい。磁気記録層とＫｕ制御磁性層の磁性結晶粒を概ね同じ位置に配置することが特に好ましく、概ね同じ位置とすることで信号対雑音比（ＳＮＲ）等の性能を向上することができる。

Ｋｕ制御磁性層を構成する磁性結晶粒はＣｏ，Ｆｅのうちのいずれかひとつを少なくとも含む材料とすることが好ましく、さらにＰｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうちの少なくともいずれかひとつを含むことが好ましい。例えば、ＣｏＣｒ系合金、ＣｏＣｒＰｔ系合金、ＦｅＰｔ系合金、ＦｅＰｄ系合金等を用いることができる。磁性結晶粒の結晶構造は、Ｌ１_０型、Ｌ１_１型、Ｌ１_２型等の規則構造、ｈｃｐ構造（六方最密充填構造）、ｆｃｃ構造（面心立方構造）等とすることができる。

Ｋｕ制御磁性層を構成する非磁性結晶粒界の材料としては、前述したＧｅ酸化物、あるいはＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２等の酸化物、ＳｉＮ、ＴｉＮ等の窒化物、Ｃ、Ｂ等を用いることができる。

Ｋｕ制御磁性層としては、磁気記録層と同様の材料を用いて、異なる組成とした層を用いてもよい。例えば磁気記録層中のＧｅ酸化物の比率を変更した層、非磁性結晶粒界に添加するＭｎ酸化物などの材料を変更した層、規則合金に添加するＮｉなどの元素を変更した層等としてもよい。

磁気記録層とＫｕ制御磁性層の間の磁気的な交換結合を調整するために、磁気記録層とＫｕ制御磁性層の間に交換結合制御層を配置することが好ましい。記録保存時における磁気的な交換結合を調整することにより、熱安定性を調整することができる。交換結合制御層は、所望する交換結合に応じて磁性を有する層、非磁性の層を選択することができる。記録保存温度における熱安定性の向上効果を高めるためには非磁性層を用いることが好ましい。

他の磁性層として、キャップ層を配置してもよい。磁気記録層の上または下に、磁性層の層内で磁気的には連続な層を配置することができる。この連続磁性層を配置することにより、磁気記録媒体としての磁化反転を調整することができる。

連続磁性層を構成する材料はＣｏ，Ｆｅのうちのいずれかひとつを少なくとも含む材料とすることが好ましく、さらにＰｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、希土類元素のうちの少なくともいずれかひとつを含むことが好ましい。例えば、ＣｏＣｒ系合金、ＣｏＣｒＰｔ系合金、ＦｅＰｔ系合金、ＦｅＰｄ系合金、ＣｏＳｍ系合金等を用いることができる。連続磁性層は多結晶あるいは非晶質のいずれで構成してもよい。多結晶で構成する場合の結晶構造は、Ｌ１_０型、Ｌ１_１型、Ｌ１_２型等の規則構造、ｈｃｐ構造（六方最密充填構造）、ｆｃｃ構造（面心立方構造）等とすることができる。

上述した各磁性層は、記録を保存する温度において磁気記録層と協働して記録したい情報（例えば、０、１の情報。）に対応する磁化を保持する作用を有するか、および／または、記録する温度において磁気記録層と協働して記録を容易にする作用を有する。この目的に資するために、上述したＴｃ制御磁性層、Ｋｕ制御磁性層、連続磁性層以外の磁性層を付加することができる。例えば、反転磁界を制御する磁性層、保磁力Ｈｃを制御する磁性層、飽和磁化Ｍｓを制御する磁性層等の磁気特性を制御する磁性層、マイクロ波アシスト磁気記録に向けた強磁性共鳴周波数を制御する磁性層等を付加してもよい。また、付加する磁性層は単層で良く、あるいは異なる組成を有する等の異なる層を積層した構成としてもよい。

非磁性基板、その上に順次設けられるＴａ密着層、Ｃｒ下地層、ＭｇＯシード層、規則合金型ＦｅＰｔ系磁気記録層、およびＣ保護膜を有する垂直磁気記録媒体を、下記の手順に従って形成した。

［実施例１］
非磁性基板は、化学強化ガラス基板（ＨＯＹＡ社製Ｎ−１０ガラス基板）を用いた。Ｔａ密着層からＣ保護膜までの成膜は、大気開放することなくインライン式の成膜装置を用いて行った。Ａｒ雰囲気中で純Ｔａターゲットを用いてＤＣマグネトロンスパッタ法により膜厚５ｎｍのＴａ密着層を成膜した。更に、Ａｒ雰囲気中で純Ｃｒターゲットを用いてＤＣマグネトロンスパッタ法により膜厚２０ｎｍのＣｒ下地層を成膜した。次に、基板を３００℃に加熱した状態で、ＭｇＯターゲットを用いてＲＦスパッタリング法により膜厚５ｎｍのＭｇＯシード層を成膜した。ＭｇＯ層を成膜する際に、Ａｒガス雰囲気の圧力は０．０２Ｐａであり、ＲＦ投入電力は２００Ｗであった。次に、磁気記録層としてＦｅＰｔ−ＧｅＯ₂層を次のように成膜した。具体的には、基板を４５０℃に加熱した上で、ＦｅＰｔとＧｅＯ₂を含むターゲットを用いてＤＣマグネトロンスパッタリング法により膜厚１０ｎｍのＦｅＰｔ−ＧｅＯ₂層を成膜した。ＦｅＰｔとＧｅＯ₂を含むターゲットは、成膜時の組成が７５ｖｏｌ％ＦｅＰｔ−２５ｖｏｌ％ＧｅＯ₂になるように調整した。ここで、ＦｅＰｔの成膜時の組成は５０ａｔ．％Ｆｅ−５０ａｔ．％Ｐｔであり、また、ｖｏｌ％は体積分率を表し、ａｔ．％は原子数分率を表す。特に明示しない限り、以下も同様である。ＦｅＰｔ−ＧｅＯ₂層を成膜する際は、Ａｒガス雰囲気の圧力は１．０Ｐａであり、ＤＣ投入電力は２５Ｗであった。最後に、膜厚３ｎｍのＣ保護膜をスパッタリングで成膜した。

［実施例２］
第１磁気記録層としてＦｅＰｔ−Ｃ層を次のように成膜した。具体的には、基板を４５０℃に加熱した上で、ＦｅＰｔとＣを含むターゲットを用いてＤＣマグネトロンスパッタ法により膜厚２ｎｍのＦｅＰｔ−Ｃ層を成膜した。ＦｅＰｔとＣを含むターゲットは、成膜時の組成が６０ｖｏｌ％ＦｅＰｔ−４０ｖｏｌ％Ｃになるように調整した。ＦｅＰｔ−Ｃ層を成膜する際は、Ａｒガス雰囲気の圧力は１．０Ｐａであり、ＤＣ投入電力は２５Ｗであった。次に、第２磁気記録層としてＦｅＰｔ−ＧｅＯ₂層を次のように成膜した。具体的には、基板を４５０℃に加熱した上で、ＦｅＰｔとＧｅＯ₂を含むターゲットを用いてＤＣマグネトロンスパッタリング法により膜厚７ｎｍのＦｅＰｔ−ＧｅＯ₂層を成膜した。ＦｅＰｔとＧｅＯ₂を含むターゲットは、成膜時の組成が７５ｖｏｌ％ＦｅＰｔ−２５ｖｏｌ％ＧｅＯ₂になるように調整した。ＦｅＰｔ−ＧｅＯ₂層を成膜する際は、Ａｒガス雰囲気の圧力は１．０Ｐａであり、ＤＣ投入電力は２５Ｗであった。上記以外は実施例１と同様な手法を採用した。

［実施例３］
実施例２のＦｅＰｔ−ＧｅＯ₂層が膜厚３ｎｍを有すること以外は実施例２と同様な手法を採用した。

［比較例１］
実施例１のＦｅＰｔ−ＧｅＯ₂層に代えて、ＦｅＰｔ−ＳｉＯ₂層を次のように成膜した。具体的には、基板を４５０℃に加熱した上で、ＦｅＰｔとＳｉＯ₂を含むターゲットを用いてＤＣマグネトロンスパッタリング法により膜厚１０ｎｍのＦｅＰｔ−ＳｉＯ₂層を成膜した。ＦｅＰｔとＳｉＯ₂を含むターゲットは、成膜時の組成が７７ｖｏｌ％ＦｅＰｔ−２３ｖｏｌ％ＳｉＯ₂になるように調整した。上記以外は実施例１と同様な手法を採用した。

［比較例２］
実施例１のＦｅＰｔ−ＧｅＯ₂層に代えて、ＦｅＰｔ−ＴｉＯ₂層を次のように成膜した。具体的には、基板を４５０℃に加熱した上で、ＦｅＰｔとＴｉＯ₂を含むターゲットを用いてＤＣマグネトロンスパッタリング法により膜厚１０ｎｍのＦｅＰｔ−ＴｉＯ₂層を成膜した。ＦｅＰｔとＴｉＯ₂を含むターゲットは、成膜時の組成が７７ｖｏｌ％ＦｅＰｔ−２３ｖｏｌ％ＴｉＯ₂になるように調整した。上記以外は実施例１と同様な手法を採用した。

第１表に実施例１〜３および比較例１、２の実験条件を示す。磁気異方性定数Ｋｕは、ＰＰＭＳ装置（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｅｓｉｇｎ社製；Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）を用い、自発磁化の磁場印加角度依存性を評価し、非特許文献１、２に基づき算出した。第１表中、ＭＯ₂はＧｅＯ₂、ＳｉＯ₂、またはＴｉＯ₂を意味する。ＦｅＰｔ−ＧｅＯ₂／ＦｅＰｔ−Ｃの表記は、ＦｅＰｔ−ＧｅＯ₂層が上層であり、ＦｅＰｔ−Ｃ層が下層であることを意味する。また、実施例１〜３および比較例１、２の磁気記録層が目的のＬ１_０規則構造を有していることをＸ線回折（ＸＲＤ）による超格子線（００１）の有無によって確認した。

実施例１において、比較例１、２の場合にくらべて磁気異方性定数Ｋｕが１．０×１０⁷ｅｒｇ／ｃｍ³（＝１．０×１０⁶Ｊ／ｃｍ³）と高くなった。また、保磁力Ｈｃも増大しており、これらは磁性結晶粒の微細化および規則化の促進によるものである。このように、非磁性結晶粒界としてＧｅ酸化物を用いると、磁気異方性定数Ｋｕおよび保磁力Ｈｃが両方とも高い値を示した。このようなＧｅ酸化物による効果は、他の酸化物と比較して優れた効果であり、他の文献によって予測困難なものである。実施例２において、ＦｅＰｔ−Ｃ層の上にＦｅＰｔ−ＧｅＯ₂層を形成した結果、磁気異方性定数Ｋｕが２．２×１０⁷ｅｒｇ／ｃｍ³とさらに高くなっており、さらに保磁力Ｈｃが増大し、微細化がさらに促進されている。実施例３では、ＦｅＰｔ−ＧｅＯ₂層の膜厚を薄くしたことにより磁気異方性定数Ｋｕが２．１×１０⁷ｅｒｇ／ｃｍ³となって実施例２と同等であり、保磁力Ｈｃも増大している。これは磁性結晶粒の分離がさらに促進されたためである。このように、ＦｅＰｔ−Ｃ層の上にＦｅＰｔ−ＧｅＯ₂層を形成すると、磁気異方性定数Ｋｕおよび保磁力Ｈｃが両方とも顕著に高い値を示した。このようなＣを含む磁気記録層およびその上方のＧｅ酸化物を含む磁気記録層による効果も、他の酸化物と比較して際立って優れた効果であり、他の文献によって予測困難なものである。

［比較例３］
比較例３は、第１磁気記録層としてのＦｅＰｔ−Ｃテンプレート層上に、第２磁気記録層としてのＦｅＰｔ−酸化物層を形成した例である。酸化物層を構成する酸化物は、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、ＮｉＯまたはＭｎＯである。層構成は上層が膜厚３ｎｍの７５ｖｏｌ％ＦｅＰｔ−２５ｖｏｌ％酸化物層であり、下層は膜厚２ｎｍの６０ｖｏｌ％ＦｅＰｔ−４０ｖｏｌ％Ｃである。比較例３においては、第２磁気記録層として膜厚３ｎｍのＦｅＰｔ−酸化物層を成膜した以外は実施例３と同様な手法を採用した。

比較例３においては、いずれも実施例３に比べて、低い磁気異方性定数Ｋｕしか得られておらず、Ｇｅ酸化物を用いた効果を実証する結果となった。

［実施例４］
第１磁気記録層としてＦｅＰｔＭｎ−Ｃ層を次のように成膜した。具体的には、基板を４５０℃に加熱した上で、ＦｅＰｔＭｎとＣを含むターゲットを用いてＤＣマグネトロンスパッタ法により膜厚２ｎｍのＦｅＰｔＭｎ−Ｃ層を成膜した。ＦｅＰｔＭｎとＣを含むターゲットは、成膜時の組成が６０ｖｏｌ％ＦｅＰｔＭｎ（３５ａｔ．％Ｆｅ−５０ａｔ．％Ｐｔ−１５ａｔ．％Ｍｎ）−４０ｖｏｌ％Ｃになるように調整した。ＦｅＰｔＭｎ−Ｃ層を成膜する際は、Ａｒガス雰囲気の圧力は１．０Ｐａであり、ＤＣ投入電力は２５Ｗであった。次に、第２磁気記録層としてＦｅＰｔ−ＧｅＯ_２層を次のように成膜した。具体的には、基板を４５０℃に加熱した上で、ＦｅＰｔとＧｅＯ_２を含むターゲットを用いてＤＣマグネトロンスパッタリング法により膜厚７ｎｍのＦｅＰｔ−ＧｅＯ_２層を成膜した。ＦｅＰｔとＧｅＯ_２を含むターゲットは、成膜時の組成が７５ｖｏｌ％ＦｅＰｔ（５０ａｔ．％Ｆｅ−５０ａｔ．％Ｐｔ）−２５ｖｏｌ％ＧｅＯ_２になるように調整した。ＦｅＰｔ−ＧｅＯ_２層を成膜する際は、Ａｒガス雰囲気の圧力は１．０Ｐａであり、ＤＣ投入電力は２５Ｗであった。上記以外は実施例１と同様な手法を採用した。

［実施例５］
第１磁気記録層としてＦｅＰｔ−Ｃ層を次のように成膜した。具体的には、基板を４５０℃に加熱した上で、ＦｅＰｔとＣを含むターゲットを用いてＤＣマグネトロンスパッタ法により膜厚２ｎｍのＦｅＰｔ−Ｃ層を成膜した。ＦｅＰｔとＣを含むターゲットは、成膜時の組成が６０ｖｏｌ％ＦｅＰｔ（５０ａｔ．％Ｆｅ−５０ａｔ．％Ｐｔ）−４０ｖｏｌ％Ｃになるように調整した。ＦｅＰｔ−Ｃ層を成膜する際は、Ａｒガス雰囲気の圧力は１．０Ｐａであり、ＤＣ投入電力は２５Ｗであった。完成した膜のＦｅＰｔの組成分析を行なったところ、組成比は５０．５ａｔ.％Ｆｅ−４９．５ａｔ．％Ｐｔであった。次に、第２磁気記録層としてＦｅＰｔＭｎ−ＧｅＯ_２層を次のように成膜した。具体的には、基板を４５０℃に加熱した上で、ＦｅＰｔＭｎとＧｅＯ_２を含むターゲットを用いてＤＣマグネトロンスパッタリング法により膜厚７ｎｍのＦｅＰｔＭｎ−ＧｅＯ_２層を成膜した。ＦｅＰｔＭｎとＧｅＯ_２を含むターゲットは、成膜時の組成が８０ｖｏｌ％ＦｅＰｔＭｎ（３５ａｔ．％Ｆｅ−５０ａｔ．％Ｐｔ−１５ａｔ．％Ｍｎ）−２０ｖｏｌ％ＧｅＯ_２になるように調整した。ＦｅＰｔＭｎ−ＧｅＯ_２層を成膜する際は、Ａｒガス雰囲気の圧力は１．０Ｐａであり、ＤＣ投入電力は２５Ｗであった。完成した膜のＦｅＰｔＭｎの組成分析を行なったところ、組成比は３６．９ａｔ．％Ｆｅ−５０．４ａｔ．％Ｐｔ−１２．７ａｔ．％Ｍｎであった。上記以外は実施例１と同様な手法を採用した。

磁気特性の測定結果を第３表に示す。反転磁界の温度依存性の測定結果を図４に示す。

実施例５の保磁力Ｈｃは実施例４とほぼ等しく、ＦｅＰｔグラニュラー構造や磁気特性に大きな違いが見られないことを示している。実施例４の反転磁界Ｈｓｗの温度依存性は、熱アシスト記録を行うには３５０℃以上が好ましいことを示している。なお、反転磁界Ｈｓｗ（ｋＯｅ）の各値は、当該各値に１／４πを乗じることにより×１０^６Ａ／ｍの値を算出できる。実施例４においては、高温時の反転磁界の温度変化が小さいため、熱勾配に伴う反転磁界勾配が小さくなる。一方、実施例５の反転磁界Ｈｓｗの温度依存性は、ＦｅＰｔＭｎのキュリー温度（２８０℃）付近で大きな変化を示しており、磁気ヘッドが発生する記録磁界（１２ｋＯｅ）以下になる。したがって、２８０℃以下で熱アシスト記録が可能である。また、反転磁界の温度変化が急激なため、温度勾配による反転磁界勾配が大きい。

実施例５から分かるように、ＦｅＰｔ−ＧｅＯ_２層にＭｎを添加することによって、磁気記録層の反転磁界の温度変化を、磁気ヘッドによる記録が容易になるようにすることができることがわかった。一方、実施例４においては、ＦｅＰｔ−Ｃ層の反転磁界の温度変化に関してＭｎ添加効果は存在するものの、Ｍｎを添加した第１磁気記録層の膜厚が２ｎｍと薄いために、全体の磁気記録層の温度変化についてはＭｎ添加の効果が少なかった。膜厚を増加したＦｅＰｔ−Ｃ層へＭｎを添加することにより、温度特性に対する効果が顕著となる。

１０、２０ 垂直磁気記録媒体
１１ 非磁性基板
１２ 密着層
１３ 下地層
１４ シード層
１５ 磁気記録層
１５ａ 磁性結晶粒
１５ｂ 非磁性結晶粒界
１６ 保護層
２５ 第１磁気記録層
２５ａ 第１磁性結晶粒
２５ｂ 第１非磁性結晶粒界
３５ 第２磁気記録層
３５ａ 第２磁性結晶粒
３５ｂ 第２非磁性結晶粒界

Claims (4)

1. 非磁性基板、第１磁気記録層および第２磁気記録層をこの順に含む垂直磁気記録媒体において、
   前記第１磁気記録層は、第１磁性結晶粒と、前記第１磁性結晶粒を取り囲む第１非磁性結晶粒界とを有するグラニュラー構造を有し、前記第１磁性結晶粒は規則合金を含み、前記第１非磁性結晶粒界はＣを含み、
   前記第２磁気記録層は、第２磁性結晶粒と、前記第２磁性結晶粒を取り囲む第２非磁性結晶粒界とを有するグラニュラー構造を有し、前記第２磁性結晶粒は規則合金を含み、前記第２非磁性結晶粒界はＧｅＯ₂のみからなることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
2. 前記第１磁性結晶粒および前記第２磁性結晶粒の少なくとも１つが、Ｌ１₀型の規則合金を含むことを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
3. 前記Ｌ１₀型の規則合金は、ＦｅおよびＰｔを含むことを特徴とする請求項２に記載の垂直磁気記録媒体。
4. 前記Ｌ１₀型の規則合金は、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、ＡｇおよびＡｕからなる群から選択された少なくとも１つをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の垂直磁気記録媒体。

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