專利名稱：磁記錄媒體和磁記錄裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于高密度記錄的磁記錄媒體和它的制造方法、以及磁記錄裝置，具體地說(shuō)涉及磁記錄層用有序晶格結(jié)構(gòu)合金的磁記錄媒體和它的制造方法、以及磁記錄裝置的發(fā)明。
另一方面垂直磁記錄方式是用磁記錄頭在與具有垂直磁各向異性的磁記錄媒體膜面垂直方向上，而且相鄰位磁化方向反平行，形成這樣的記錄位，進(jìn)行磁記錄的方法。例如對(duì)于磁記錄層與基板相反一側(cè)的整個(gè)面為S極，基板一側(cè)整個(gè)面為N極那樣，在消去磁化的DC狀態(tài)的磁記錄層上所謂此磁化方向相反，與基板相反一側(cè)是N極，基板一側(cè)是S極，是形成這樣記錄位的方法。這種情況下，相鄰位的磁極是S極和N極，相鄰位的磁化方向反平行，所以相鄰位的磁矩之間相互吸引，記錄磁化可穩(wěn)定存在。在垂直記錄方式中，因磁頭和媒體的構(gòu)造不同，主要分為薄膜磁頭和單層垂直記錄媒體組合的記錄方式和單磁極頭和2層垂直媒體組合的記錄方式的2種方式。
眾所周知，在后者的方式中，由使從單磁極頭發(fā)出的磁束形成環(huán)流，是把由這樣的軟磁體組成的磁束回路層設(shè)在磁記錄層下面一側(cè)的方法。因此可以把從單磁極頭的主磁極產(chǎn)生的磁束有效地導(dǎo)入磁記錄層，可以寫入微小的位。因此與由薄膜磁頭和單層垂直媒體組合的記錄方式相比，單磁極頭和2層垂直記錄媒體組合的記錄方式適合于高密度記錄。
平面磁記錄方式和垂直記錄方式的任何一種方式中，為了實(shí)現(xiàn)磁記錄媒體的高密度化，增加構(gòu)成磁記錄媒體磁記錄層的磁體矯頑力是重要的。決定磁體矯頑力的重要因素之一是晶體磁各向異性能。它是表示使具有磁性的晶粒中磁矩朝向某個(gè)特定結(jié)晶方向的難易程度的能量，此值越大表示磁矩越容易朝向此方向。例如Co晶粒的情況下，密排六方晶格的c軸方向是磁矩的易朝向的方向(易磁化軸)，此晶體磁各向異性能是Ku約為4.6×106erg/cm3。晶粒的體積為V時(shí)，晶粒中的磁矩朝向易磁化軸方向的能量用KuV表示。另一方面磁矩因熱振動(dòng)而波動(dòng)。此時(shí)的能量用波爾茲曼常數(shù)KB和絕對(duì)溫度T的乘積KBT表示。將KBT和KuV進(jìn)行比較的話，在KBT＜＜KuV的情況下，由于磁各向異性能非常大，磁矩幾乎朝向晶粒的c軸方向。在KBT＞＞KuV的情況下，由于與磁各向異性能量相比熱振動(dòng)的能量大，磁矩持續(xù)進(jìn)行熱振動(dòng)(超順磁狀態(tài))。現(xiàn)在在學(xué)會(huì)中討論記錄位的熱穩(wěn)定性時(shí)，認(rèn)為當(dāng)(KuV)/(KBT)的值為50～100的話，能確保媒體的熱穩(wěn)定性。
為了在平面磁記錄方式中實(shí)現(xiàn)高密度記錄，認(rèn)為要使晶粒直徑和膜厚為現(xiàn)狀的一半。如果把與Co相同程度磁各向異性能的磁體用在磁記錄層上，而且假設(shè)在室溫(300K)放置的情況，KuV/KBT為～10，磁化不穩(wěn)定。因此要使用磁各向異性能比Co大5～10倍的磁體作磁記錄層。
眾所周知，具有高磁各向異性的磁性材料例如有O.A.Ivanov等，Phys.Met.Metall.，第35卷(1973)81頁(yè)中提出的包括Fe-Pt有序晶格結(jié)構(gòu)合金(Ku＝7.0×107erg/cm3)和Co-Pt有序晶格結(jié)構(gòu)合金(Ku＝7.0×107erg/cm3)等的L10型有序晶格結(jié)構(gòu)合金。K.R.Coffey等在硅基板上用L10型有序晶格結(jié)構(gòu)合金的薄膜制成的材料作為平面磁記錄媒體進(jìn)行了評(píng)價(jià)(IEEE Trans.Magn.第3卷(1995)2737頁(yè))。在此報(bào)告中，成膜后通過(guò)在600℃左右的高溫下進(jìn)行熱處理，發(fā)現(xiàn)形成高磁各向異性的有序晶格結(jié)構(gòu)合金層，得到高的矯頑力。所以在600℃左右的高溫下進(jìn)行熱處理是必要的，由于對(duì)應(yīng)于在磁盤上使用的玻璃基板要超過(guò)允許的溫度范圍，實(shí)際上作為磁盤進(jìn)行工業(yè)化的批量生產(chǎn)是困難的。此外一般在高溫的熱處理帶來(lái)晶粒的粗大化，所以從高密度記錄用媒體要求晶粒細(xì)化的觀點(diǎn)來(lái)看，是存在問(wèn)題的。
作為形成薄膜的方法，包括用電子回旋加速器共鳴法(ElectronCyclotron Resonance)形成的等離子體制作薄膜的ECR噴鍍法(特開平5-334670)。例如用ECR噴鍍法制作Co-Cr合金薄膜后，與現(xiàn)有的噴鍍法或真空蒸鍍法相比較，在低的基板溫度下，Co-Cr膜形成Co元素多的區(qū)域和Cr元素多的區(qū)域分離的成分偏析的結(jié)構(gòu)，表示有可能制作具有高矯頑力的媒體。此外還發(fā)表了用ECR噴鍍法制作MgO氧化物等后，與現(xiàn)有的方法進(jìn)行比較，即使在低的基板溫度下形成，也能得到膜的厚度薄的、結(jié)晶性能優(yōu)良的高取向膜(電子信息通訊學(xué)會(huì)信學(xué)技報(bào)MR2000-101(2001年1月)第7頁(yè))。
在磁記錄中為了實(shí)現(xiàn)高密度記錄，降低媒體的噪音也是非常重要的。產(chǎn)生媒體噪音的主要原因是由于在邊界的過(guò)渡區(qū)域部分產(chǎn)生的鋸齒狀磁壁。鋸齒狀磁壁磁性粒子間磁的相互作用越大，波動(dòng)越大。因此要降低媒體噪音需要遮斷作用在晶粒間的磁相互作用，使有磁性的晶粒在磁方面相互隔離是必要的。
現(xiàn)在被用在磁記錄媒體記錄層的Co-Cr系合金中，由于Cr在晶界偏析形成非磁性層，因此作用在晶粒間的磁相互作用被遮斷(例如N.Inaba.等人，J.Magn.Magn.mater.第168卷1997)222.)?？墒窃诖庞涗泴佑肔10型有序晶格結(jié)構(gòu)合金的情況下，由于不產(chǎn)生成分偏析相，只用L10型有序晶格結(jié)構(gòu)合金構(gòu)成磁記錄層的話，不能遮斷作用在磁性的晶粒間的磁的相互作用，存在有媒體噪音增加的問(wèn)題。
為了解決此問(wèn)題，例如在A.Kikitsu等人，J.Appl.Phys.第87卷(2000)6944頁(yè)中發(fā)表了用CoPt-SiO2粒狀膜，通過(guò)用氧化物把L10型有序晶格結(jié)構(gòu)合金晶粒分離，可以降低磁的相互作用。所以以這樣的方法為基礎(chǔ)，為了充分分離磁性粒子，氧化物的體積百分?jǐn)?shù)需要在40％以上，分離磁性粒子的氧化物層厚度約5nm。由此氧化物構(gòu)成的磁性粒子分離層的厚度，從高密度記錄的觀點(diǎn)來(lái)看，成為相反的結(jié)果，必須要形成更薄的層。
此外眾所周知，為了降低噪音，使構(gòu)成磁記錄媒體的磁性晶粒直徑減小，在過(guò)渡區(qū)域的磁壁的波動(dòng)越小越好。例如面記錄密度為50Gb/cm2以上的話，估計(jì)記錄位的位長(zhǎng)在40nm以下?，F(xiàn)在一般使用的平面磁記錄媒體的磁記錄層的晶粒直徑約15nm左右，所以為了用現(xiàn)有的晶粒直徑形成40nm位長(zhǎng)，位的方向上會(huì)并排2～3個(gè)晶粒，在過(guò)渡區(qū)域的鋸齒狀磁壁變大。為此減小晶粒直徑，增加構(gòu)成1個(gè)位的位長(zhǎng)方向的晶粒數(shù)是必要的。為了實(shí)現(xiàn)高密度記錄，存在的問(wèn)題是使磁記錄層的磁性膜的厚度減薄，細(xì)化各磁性晶粒直徑，而且必須要在此狀態(tài)下保持高的矯頑力。
特別是面磁記錄方式中，由于上述反磁場(chǎng)的影響大，要成為高密度記錄，也就是位長(zhǎng)越短，越需要使磁記錄層的膜厚越要薄，越有必要降低反磁場(chǎng)的影響。為此在平面磁記錄媒體中使磁記錄層的晶粒直徑細(xì)化的情況下，使晶粒的膜厚減小到與晶粒直徑相同程度以下，必須降低由于形狀的磁各向異性造成的與向膜面垂直方向磁化的影響。另一方面，在垂直磁記錄媒體中，磁記錄層表面形成磁極，由于此磁極在記錄位內(nèi)部產(chǎn)生反磁場(chǎng)。由于此反磁場(chǎng)一般具有使磁化的記錄反轉(zhuǎn)的作用，磁各向異性小的話，引起部分磁化反轉(zhuǎn)，形成逆磁區(qū)。由于此逆磁區(qū)是媒體產(chǎn)生噪音的原因，所以磁記錄層需要使用難以產(chǎn)生逆磁區(qū)的、具有高磁各向異性的磁性體。
在有2層垂直磁記錄媒體的情況下，除了因上述磁記錄層產(chǎn)生的噪音外，還有因磁束回路用的包層產(chǎn)生的噪音。磁束回路用的包層產(chǎn)生的噪音有尖峰噪音。它是由于包層中產(chǎn)生的磁壁突然移動(dòng)造成的磁束變化，通過(guò)磁頭的檢測(cè)形成的噪音。用包層的軟磁材料中，從結(jié)晶的角度主要可以分成3類。第1類是坡莫合金(Fe-Ni)和Fe-Al-Si等的結(jié)晶型軟磁性磁體，第2類是Fe-Ta-C和Fe-Ta-N等的微晶析出型軟磁性磁體，第3類是Fe-Nb-Zr和Fe-Ta-Zr等的非晶態(tài)軟磁性材料。
曾發(fā)表過(guò)的報(bào)告中指出，在磁記錄層中用CoCr系合金的2層垂直磁記錄媒體中，用坡莫合金等的結(jié)晶型軟磁性磁體的媒體在包層中的尖峰噪音大，與此相反，用Fe-Ta-C等的微晶析出型軟磁性磁體或Fe-Nb-Zr等的非晶態(tài)軟磁性材料的媒體在包層中難以產(chǎn)生尖峰噪音，媒體的噪音處于低的水平(通產(chǎn)省新能源.產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)超尖端電子技術(shù)開發(fā)機(jī)構(gòu)第10次技術(shù)報(bào)告會(huì)資料(2001年4月25日))。
此外為了實(shí)現(xiàn)高密度記錄，考慮把上述有序晶格結(jié)構(gòu)合金用在磁記錄層中，構(gòu)成2層垂直磁記錄媒體。這種情況下存在有在CoCr系2層垂直磁記錄媒體中的包層即使照原樣使用，也不能充分降低噪音的問(wèn)題。
本發(fā)明的第2個(gè)目的是提供一種可以提高用有序晶格結(jié)構(gòu)合金的磁記錄層的結(jié)晶取向性、能可靠形成微細(xì)記錄位的磁記錄媒體，以及具有這種磁磁記錄媒體的磁記錄裝置。
本發(fā)明的第3個(gè)目的是提供一種可以使構(gòu)成磁記錄層的磁性粒子的晶粒直徑微細(xì)化，而且晶粒直徑分布均勻、抗熱振動(dòng)性強(qiáng)以及記錄消磁少的磁記錄媒體。
本發(fā)明的第4個(gè)目的是提供一種能降低磁性粒子間磁的相互作用的、噪音小的磁記錄媒體。
本發(fā)明的第5個(gè)目的是提供一種在工業(yè)上可以使用的像玻璃基板這樣的基板上把具有高磁各向異性的L10型有序晶格結(jié)構(gòu)合金作為磁記錄層的磁記錄媒體的制造方法。
按照本發(fā)明的第1方面提供一種磁記錄媒體，它具有含非晶態(tài)成分的基板、由含B的有序晶格結(jié)構(gòu)合金構(gòu)成的磁記錄層。
本發(fā)明的第1方面的磁記錄媒體具有含非晶態(tài)成分的基板、以及例如在玻璃基板上由含B的有序晶格結(jié)構(gòu)合金構(gòu)成的磁記錄層。有序晶格結(jié)構(gòu)合金由于它的磁性粒子有序化溫度高，作為磁記錄媒體的磁記錄層使用的情況下，一般要使用耐高溫加熱的基板，例如硅基板，在這樣基板上形成有序晶格結(jié)構(gòu)合金材料，必須通過(guò)加熱處理，使合金有序化。因此由硅基板等的高融點(diǎn)材料形成的基板由于成本高，不適于批量生產(chǎn)信息記錄媒體。本發(fā)明人通過(guò)在有序晶格結(jié)構(gòu)合金中含B，在比現(xiàn)在低的溫度下成功地使由有序晶格結(jié)構(gòu)合金構(gòu)成的磁記錄層成膜。因此采用本發(fā)明可以得到在適于批量生產(chǎn)的玻璃基板上，形成由有序晶格結(jié)構(gòu)合金構(gòu)成的磁記錄層的磁記錄媒體。
在本發(fā)明的磁記錄媒體中，作為磁記錄層的有序晶格結(jié)構(gòu)合金，例如可以采用由過(guò)渡族金屬元素和貴金屬元素組成的合金。這種情況下，由過(guò)渡族金屬元素和貴金屬元素構(gòu)成的合金主要的相中，含B為5％at～30％at，優(yōu)選在5％at～20％at范圍內(nèi)。再有在磁記錄層中也可以至少含有Si和Al中的一種。這樣通過(guò)在有序晶格結(jié)構(gòu)合金中含上述范圍的B，B偏析構(gòu)成晶界，可以切斷晶粒之間磁相互作用。因此由于磁性晶粒形成磁的相互隔離，減少了磁記錄層中形成的鋸齒形磁壁的波動(dòng)，可以降低媒體的噪音。特別是構(gòu)成磁記錄層的有序晶格結(jié)構(gòu)合金中的B具有降低在形成磁記錄層時(shí)基板的溫度的效果。
在本發(fā)明中所謂含非晶態(tài)成分的基板，意思是至少在形成磁記錄層等的表面部分含有非晶態(tài)成分的基板，不僅是整體由含非晶態(tài)成分的材料形成的基板，其概念包括有基體部分由晶體材料構(gòu)成，而且它的表面部分由含有非晶態(tài)成分材料形成的基板。這樣的基板例如可以使用玻璃制基板、陶瓷制基板、碳制基板、基體部分由金屬、玻璃或陶瓷等形成，而它的表面例如形成NiP等的非晶態(tài)層。這些基板中最適合于批量生產(chǎn)的是玻璃基板。
構(gòu)成磁記錄層的磁性晶粒內(nèi)的B濃度用C3表示，在晶界的B濃度用C4表示時(shí)，優(yōu)選滿足C3＜C4的關(guān)系，這樣通過(guò)使B在磁記錄層內(nèi)的分布，非磁性元素的B從磁性晶粒內(nèi)被排斥到晶界部位，使晶界部位的非磁性元素濃度增加。結(jié)果使晶界部位的強(qiáng)磁性元素減少，作用在磁性晶界間的磁相互作用降低，所以能降低噪音。構(gòu)成磁記錄層的磁性晶粒內(nèi)的氧含量(C5)和晶界部位的氧含量(C6)滿足(C5/10)＜C6關(guān)系的話，由于在晶界部位形成氧化物相，所以降低了晶粒間磁的相互作用，得到降低噪音的效果。特別是在C3＜C4情況下，加上非磁性的B偏析在晶界的效果，在晶界部位由于形成含B的氧化物相，加上B偏析效果帶來(lái)的降低噪音的效果，可以更進(jìn)一步降低噪音。另一方面在晶粒內(nèi)的氧增加到上述關(guān)系式以上的話，即使在晶粒內(nèi)進(jìn)行氧化作用，也擔(dān)心會(huì)成為磁特性惡化的原因。
本發(fā)明的磁記錄媒體的磁記錄層優(yōu)選含Cr。通過(guò)在含B的有序晶格結(jié)構(gòu)合金再含有Cr，Cr在晶界偏析，形成非磁性偏析相。這樣的非磁性偏析相由于具有能進(jìn)一步降低作用在晶粒之間的磁相互作用，促進(jìn)了磁性粒子在磁性上的隔離，可以更進(jìn)一步降低噪音。在本發(fā)明中優(yōu)選含在磁記錄層中的B濃度和Cr濃度的總濃度在30％at以下?？倽舛瘸^(guò)此范圍的話，非磁性偏析相厚度增加，與促進(jìn)晶粒之間磁性的分離的目的相反，從高密度記錄的觀點(diǎn)是不希望的。優(yōu)選磁記錄層中Cr的濃度在5％at～25％at的范圍內(nèi)。磁記錄層中Cr濃度低于5％at的話，擔(dān)心Cr元素不能在晶界充分偏析，擔(dān)心不能得到利用非磁性偏析相降低作用在磁性晶粒之間磁相互作用的效果。另外Cr的濃度超過(guò)25％的話，Cr元素不僅在晶界偏析，也大量含在磁性晶粒內(nèi)，因此擔(dān)心因磁性晶粒內(nèi)的Cr元素使磁性晶粒的磁特性惡化。在本發(fā)明中優(yōu)選使磁性晶粒內(nèi)的Cr濃度比晶界的Cr濃度高。通過(guò)使磁性晶粒內(nèi)和晶界的Cr濃度滿足上述關(guān)系，再加入第3元素使Cr元素在晶界進(jìn)一步偏析，形成非磁性的偏析相。
在本發(fā)明中所謂有序晶格結(jié)構(gòu)合金其概念不僅是由有序晶格結(jié)構(gòu)合金構(gòu)成的合金，也包含有序晶格結(jié)構(gòu)合金的晶體結(jié)構(gòu)占整個(gè)80％以上的合金。有序晶格結(jié)構(gòu)合金例如優(yōu)選使用L10型晶體結(jié)構(gòu)或面心立方晶體結(jié)構(gòu)的有序晶格結(jié)構(gòu)合金。L10型晶體結(jié)構(gòu)的有序晶格結(jié)構(gòu)合金例如可以使用FePt、CoPt、FePd等，面心立方晶體結(jié)構(gòu)的有序晶格結(jié)構(gòu)合金例如適量添加第3元素B的FePt合金。適量添加比Fe和Pt等原子半徑小、能進(jìn)入晶格間隙的元素作為第3元素的情況下，構(gòu)成母相的有序晶格結(jié)構(gòu)合金的晶體結(jié)構(gòu)從L10型晶體結(jié)構(gòu)(面心正方晶格)向大體為面心立方晶體結(jié)構(gòu)變化。
本發(fā)明的第1方面的磁記錄媒體可以在磁記錄層和基板之間至少有1層非磁性基底層。這種情況下，與磁記錄層相連的非磁性基底層優(yōu)選是體心立方晶格(bcc)、體心正方晶格(bct)、面心立方晶格(fcc)、面心正方晶格(fct)和NaCl型晶體結(jié)構(gòu)中任選一種的晶體結(jié)構(gòu)。非磁性基底層具有bcc、fcc、NaCl型晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，優(yōu)選{100}晶面平行基板表面，此外非磁性基底層具有bct、或fct晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，優(yōu)選(100)晶面或(001)晶面與基板平行。在這樣的非磁性基底層上磁記錄層的磁性粒子取向附生長(zhǎng)大時(shí)，可以使磁記錄層的結(jié)晶取向性提高。
在本發(fā)明中，具有bcc晶體結(jié)構(gòu)的非磁性基底層可以使用Cr、V、Mo、W、Nb、Ta或Hf單體，或可以使用在這些元素中的至少一種元素中，添加從Cr、V、Mo、W、Nb、Ti、Ta、Ru、Zr和Hf中選擇至少1種元素的合金。此外具有bct晶體結(jié)構(gòu)的非磁性基底層有Ni-Al二元合金，或在Ni-Al二元合金中添加V、Mo、W、Nb、Ti、Ta、Ru、Zr和Hf中選擇至少1種的元素的合金。具有fcc晶體結(jié)構(gòu)的非磁性基底層可以使用含Pt、Pd、Rh、Au、Ag以及Cu中至少1種的材料。此外具有NaCl晶體結(jié)構(gòu)的非磁性基底層可以使用含MgO、LiF、NiO中至少1種的材料。
本發(fā)明的第1方面的磁記錄媒體，構(gòu)成磁記錄層的磁性晶粒內(nèi)的過(guò)渡族元素的濃度用C1表示，上述晶界部分的過(guò)渡族金屬元素的濃度用C2表示時(shí)，希望滿足C1＞C2的關(guān)系。這樣晶粒內(nèi)的強(qiáng)磁性元素量相對(duì)增加，各個(gè)晶粒的磁特性提高，同時(shí)由于在晶界的強(qiáng)磁性元素量減少，所以能降低作用在晶粒之間的磁相互作用，可以降低噪音。
本發(fā)明的第1方面的磁記錄媒體，構(gòu)成磁記錄層的磁性晶粒優(yōu)選平均晶粒直徑d1在4nm～10nm范圍內(nèi)。此外例如消去磁記錄層的AC時(shí)(使磁記錄層交流消磁進(jìn)行初始化時(shí))的最小磁化反轉(zhuǎn)單位的顆粒直徑用d2表示時(shí)，優(yōu)選要滿足(2×d1)＞d2的關(guān)系。這樣在磁記錄層上磁頭施加在磁界時(shí)，引起相鄰的多個(gè)晶粒同時(shí)磁化反轉(zhuǎn)，也就是在磁記錄層廣闊的區(qū)域沒(méi)有一次引起磁化反轉(zhuǎn)，而是一個(gè)個(gè)晶粒引起磁化反轉(zhuǎn)，所以磁化過(guò)渡區(qū)域的鋸齒形磁壁變小，能降低噪音。
本發(fā)明的第1方面的磁記錄媒體還可以具有由軟磁性材料形成的包層。包層例如像后面介紹的第2方面的磁記錄媒體那樣，可以用結(jié)晶形態(tài)互不相同的至少2種軟磁性層，例如微晶析出型軟磁性層和結(jié)晶型軟磁性層構(gòu)成。這樣可以充分降低磁記錄媒體的噪音。
按本發(fā)明的第2方面提供的磁記錄媒體具有基板、由有序晶格結(jié)構(gòu)合金構(gòu)成的磁記錄層、包層。此包層包括結(jié)晶形態(tài)互不相同的至少2種軟磁性層。
在本發(fā)明的第2方面的磁記錄媒體中，包層通過(guò)由結(jié)晶形態(tài)互不相同的至少2種軟磁性層構(gòu)成，作為磁記錄層可以使用有序晶格結(jié)構(gòu)合金的磁記錄媒體的噪音降得足夠的低。下面說(shuō)明其原因。
由于有序晶格結(jié)構(gòu)合金一般有序化溫度高，與CoCr合金相比必須提高基板溫度。因此作為包層用現(xiàn)有的非晶態(tài)軟磁體的話，在形成磁記錄層的過(guò)程中，非晶態(tài)軟磁性層結(jié)晶化，特性惡化，產(chǎn)生噪音的可能性增加。另一方面用微晶析出型軟磁體代替非晶態(tài)軟磁性層作包層的情況下，為了使此材料表現(xiàn)出它的特性，必須進(jìn)行熱處理，所以在高溫過(guò)程即使形成有序晶格結(jié)構(gòu)合金組成的磁記錄層，也不降低包層的性能。因?yàn)榫哂形⒕龀鲂徒Y(jié)構(gòu)的包層由于它的最外層結(jié)晶取向是隨機(jī)取向，所以難以控制在包層上形成的磁記錄層的結(jié)晶取向性，產(chǎn)生了噪音。結(jié)晶型軟磁性膜由于結(jié)晶取向性好，具有在它上面形成的磁記錄層的結(jié)晶取向性容易控制的優(yōu)點(diǎn)，但存在有產(chǎn)生尖峰噪音的問(wèn)題。此外把結(jié)晶型軟磁性體作為包層使用的情況下，因由有序晶格結(jié)構(gòu)合金組成的磁記錄層形成過(guò)程中的高溫過(guò)程，結(jié)晶型軟磁性體的晶粒粗大，軟磁性體中的磁壁趨于移動(dòng)，成為尖峰噪音增加的原因。
在本發(fā)明的第2方面磁記錄媒體中，作為包層采用結(jié)晶形態(tài)互不相同的至少2種軟磁性層的結(jié)構(gòu)，例如微晶析出型軟磁性層和結(jié)晶型軟磁性層的至少2種層的結(jié)構(gòu)。是結(jié)晶型軟磁性層在包層內(nèi)位于靠近磁記錄層一側(cè)的結(jié)構(gòu)。通過(guò)這樣以規(guī)定的厚度使結(jié)晶型軟磁性層在靠近磁記錄層一側(cè)形成，控制磁記錄層的結(jié)晶取向性，同時(shí)利用微晶析出型軟磁性層可以防止尖峰噪音的產(chǎn)生。微晶析出型軟磁性層的膜厚用t1表示，結(jié)晶型軟磁性層的膜厚用t2表示時(shí)，優(yōu)選滿足t1＞t2的關(guān)系。
在本發(fā)明的第2方面的磁記錄媒體中，為了更高精度地控制磁記錄層的結(jié)晶取向性，在包層和磁記錄層之間，優(yōu)選具有非磁性層。這種情況下，優(yōu)選非磁性層從構(gòu)成包層的結(jié)晶型軟磁性層取向附生長(zhǎng)大，磁記錄層從非磁性層取向附生長(zhǎng)大。非磁性層和磁記錄層通過(guò)這樣的從結(jié)晶型軟磁性層取向附生長(zhǎng)大，在磁記錄層中可以使具有希望的顆粒直徑和結(jié)晶取向性的磁性粒子長(zhǎng)大。因此可以使磁記錄層的晶粒直徑細(xì)化，同時(shí)可以降低顆粒直徑的分散性，可以使磁記錄媒體的熱波動(dòng)和噪音減小。再有由于能防止磁記錄層中的磁化反轉(zhuǎn)區(qū)域成為鋸齒形，可以顯著降低噪音。
包層和磁記錄層之間形成的非磁性層優(yōu)選具有體心立方晶格(bcc)、體心正方晶格(bct)、面心立方晶格(fcc)、面心正方晶格(fct)和NaCl型晶體結(jié)構(gòu)中任選一種的晶體結(jié)構(gòu)。最好(001)晶面與基板大體平行。這樣可以提高非磁性層上形成的磁記錄層的結(jié)晶取向性。
具有bcc晶體結(jié)構(gòu)的非磁性層可以用Cr、V、Mo、W、Nb、Ta或Hf單體，或可以使用在這些元素中的至少一種元素中，添加從Cr、V、Mo、W、Nb、Ti、Ta、Ru、Zr和Hf中選擇的至少1種元素的合金。具有bct晶體結(jié)構(gòu)的非磁性層可以使用Ni-Al二元合金，或在Ni-Al二元合金中添加V、Mo、W、Nb、Ti、Ta、Ru、Zr和Hf中選擇的至少1種元素的合金。具有fcc晶體結(jié)構(gòu)的非磁性層可以使用Pt、Pd、Rh、Au、Cu以及Ag中的1種，或以其中至少1種為主要相的合金。此外具有NaCl晶體結(jié)構(gòu)的非磁性層可以使用含MgO、LiF、NiO中至少1種的無(wú)機(jī)材料。
在本發(fā)明中，作為有序晶格結(jié)構(gòu)合金例如優(yōu)選使用L10型晶體結(jié)構(gòu)或面心立方晶格結(jié)構(gòu)的有序晶格結(jié)構(gòu)合金。具有L10型晶體結(jié)構(gòu)的有序晶格結(jié)構(gòu)合金，例如可以使用FePt、CoPt、FePd等。面心立方晶格結(jié)構(gòu)的有序晶格結(jié)構(gòu)合金，例如可以使用適量添加第3元素B的FePt合金。適量添加比Fe和Pt等原子半徑小、能進(jìn)入晶格間隙的元素作為第3元素的情況下，構(gòu)成母相的有序晶格結(jié)構(gòu)合金從L10型晶體結(jié)構(gòu)(面心正方晶格)向大體為面心立方晶體結(jié)構(gòu)變化。
在本發(fā)明中“軟磁性體”一詞的概念包含具有記錄層矯頑力的1/10以下矯頑力的磁體。
在本發(fā)明的磁記錄媒體中，微晶析出型軟磁性層，例如由Fe-X-C合金或Fe-X-N(X＝Ta、Ti、Zr、Hf、V、Nb)合金組成。微晶析出型軟磁性層是Fe-X-C合金的情況下，得到析出以Fe為主的相和以X-C為主的相的結(jié)構(gòu)。以Fe為主的相的晶粒直徑分布的平均晶粒直徑優(yōu)選在7nm～20nm范圍內(nèi)，以X-C為主的相的晶粒分布的平均晶粒直徑優(yōu)選在3nm～7nm范圍內(nèi)。這樣能提高性能。結(jié)晶型軟磁性體優(yōu)選具有體心立方晶格或面心立方晶格的晶體結(jié)構(gòu)，優(yōu)選{100}晶面大體平行于基板。這樣可以提高磁記錄層的結(jié)晶取向性。
在本發(fā)明的第2方式的磁記錄媒體中，希望構(gòu)成磁記錄層的磁性粒子易磁化方向控制成大體垂直基板表面的取向。在把L10型有序晶格結(jié)構(gòu)合金作為磁記錄層使用的情況下，磁記錄層的晶粒主要成分是由Co或Fe的過(guò)渡族金屬元素和Pt或Pd的貴金屬元素構(gòu)成。這種情況下，優(yōu)選過(guò)渡族金屬元素和貴金屬元素的原子比率為0.45≤(過(guò)渡族金屬元素)/(過(guò)渡族金屬元素+貴金屬元素)≤0.55在這樣范圍內(nèi)由過(guò)渡族金屬元素和貴金屬元素組成的合金晶體結(jié)構(gòu)，可以形成所希望的有序結(jié)構(gòu)。在這樣范圍以外的情況下，由于難以形成所希望的有序結(jié)構(gòu)，擔(dān)心得不到所希望的磁特性。
在本發(fā)明的第2方面的磁記錄媒體中，希望在形成磁記錄媒體的有序晶格結(jié)構(gòu)合金中至少含有B、Si、Al中1種的第3元素，特別優(yōu)選含有B。使有序晶格結(jié)構(gòu)合金含B的話，部分B進(jìn)入晶粒內(nèi)，同時(shí)產(chǎn)生偏析，構(gòu)成晶界，所以可以切斷磁性晶粒間的磁相互作用。這樣可以使噪音進(jìn)一步降低。要形成由有序晶格結(jié)構(gòu)合金構(gòu)成的磁記錄層，成膜后要加熱到600℃的高溫，通過(guò)在有序晶格結(jié)構(gòu)合金中添加B，還具有在這樣加熱處理時(shí)降低加熱溫度的作用。由有序晶格結(jié)構(gòu)合金構(gòu)成的磁記錄層希望用電子回旋加速器共鳴(ECR)濺射法形成，在有序晶格結(jié)構(gòu)合金中含B的情況下，可以降低成膜時(shí)基板的加熱溫度。
形成本發(fā)明第2方面磁記錄媒體的磁記錄層的有序晶格結(jié)構(gòu)合金，優(yōu)選加入第3元素后含有作為第4元素的Cr。通過(guò)含有作為第4元素的Cr，Cr在晶界偏析，形成非磁性偏析相。這樣由于能進(jìn)一步降低作用在晶粒間的磁相互作用，所以可以進(jìn)一步降低噪音。
在本發(fā)明的磁記錄媒體中，構(gòu)成磁記錄層的磁性粒子內(nèi)的過(guò)渡族金屬元素濃度用C1表示，在晶界的過(guò)渡族金屬元素濃度用C2表示時(shí)，優(yōu)選滿足C1＞C2的關(guān)系，上述粒子內(nèi)第3元素的濃度用C3表示，在晶界的第3元素濃度用C4表示時(shí)，優(yōu)選滿足C3＜C4的關(guān)系。通過(guò)使磁性晶粒內(nèi)和晶界的第3元素的濃度滿足上述關(guān)系，非磁性元素的第3元素被從晶粒內(nèi)排斥到晶界，晶界的非磁性元素濃度增加。含第4元素Cr的情況下，優(yōu)選磁性晶粒內(nèi)的Cr濃度比晶界的Cr濃度高。通過(guò)使磁性晶粒內(nèi)和晶界的Cr濃度滿足上述關(guān)系，在加入第3元素后Cr元素也在晶界偏析，形成非磁性偏析相。結(jié)果晶界部位的強(qiáng)磁性元素減少，晶粒間磁相互作用降低，可以降低噪音。此外磁記錄層優(yōu)選用電子回旋加速器共鳴(ECR)濺射法形成。因此進(jìn)一步提高了特性。
按本發(fā)明的第3方面，提供的制造方法是具有含非晶態(tài)成分的基板和含B的有序晶格結(jié)構(gòu)合金構(gòu)成的磁記錄層的磁記錄媒體的制造方法。制造方法是先準(zhǔn)備含非晶態(tài)成分的基板，把上述基板加熱后，通過(guò)把濺射用氣體等離子化來(lái)產(chǎn)生帶電荷的粒子，使這樣的粒子轟擊含B的靶，使靶的粒子飛濺出，使靶的粒子堆積在上述基板上，形成上述磁記錄層。
在本發(fā)明的制造方法中，用含B的靶，例如用ECR濺射法形成磁記錄層。作為含B的靶例如可以使用在用有序晶格結(jié)構(gòu)合金作成的靶的濺射面上貼B的長(zhǎng)方形切片的靶，或由僅含B形成的靶和用有序晶格結(jié)構(gòu)合金形成的靶構(gòu)成。作為有序晶格結(jié)構(gòu)合金，例如可以用L10型有序晶格結(jié)構(gòu)合金。這樣形成的磁記錄層在有序晶格結(jié)構(gòu)合金中含有B。此外由于在有序晶格結(jié)構(gòu)合金含B，降低了有序化溫度，可以在比現(xiàn)有基板溫度低的情況下形成磁記錄層。這樣作為磁記錄媒體的基板為含非晶態(tài)成分的基板，例如可以用玻璃基板，這樣可以大量而且便宜地制造用作為磁記錄層含B的有序晶格結(jié)構(gòu)合金的磁記錄媒體。
在本發(fā)明的制造方法中，濺射用氣體等離子化的方法優(yōu)選采用電子回旋加速器共鳴(ECR)濺射法。這樣用于得到有序晶格結(jié)構(gòu)合金的磁記錄層成膜時(shí)的加熱基板的溫度，例如可以降低到400℃～550℃范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的制造方法中，形成磁記錄層后，可以對(duì)磁記錄層進(jìn)行加熱處理。為了使含B的有序晶格結(jié)構(gòu)合金有序化，可以在550℃以下的加熱溫度下進(jìn)行加熱處理，為了確保此合金的有序化，優(yōu)選在450℃以上的溫度下進(jìn)行加熱處理。
按本發(fā)明的第4方面提供磁記錄裝置，它具有按本發(fā)明的第1或第2方面的磁記錄媒體、用于記錄或再生信息的磁頭、用于驅(qū)動(dòng)上述磁記錄媒體相對(duì)上述磁頭運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置。
這樣的磁記錄裝置由于采用本發(fā)明的第1或第2方面的磁記錄媒體，抗熱波動(dòng)和熱減磁強(qiáng)，熱穩(wěn)定性好，可以以低的噪音再生磁記錄媒體的磁記錄層中高密度記錄的信息。
按本發(fā)明的第5方面提供的磁性材料的制造方法是含有序晶格結(jié)構(gòu)合金的磁性材料的制造方法，在構(gòu)成有序晶格結(jié)構(gòu)合金成分中添加B后，或含有B并用氣相法、熔融法和燒結(jié)法中選擇的方法形成有序晶格結(jié)構(gòu)合金。用這樣的制造方法可以使構(gòu)成有序晶格結(jié)構(gòu)合金成分有序化溫度降低。用氣相法的情況下，例如使有序晶格結(jié)構(gòu)合金的成分和B氣化，可以在基板上構(gòu)成有序晶格結(jié)構(gòu)合金的成分中含B，具體可以使用CVD法、真空蒸鍍法、MBE法、濺射法、離子束法等。此外用熔融法的情況下，把構(gòu)成有序晶格結(jié)構(gòu)合金的成分和B混合后熔融，或把構(gòu)成有序晶格結(jié)構(gòu)合金的成分和B相互熔融后混合，冷卻固化成所希望的形狀。此外用燒結(jié)法的情況下，例如由構(gòu)成有序晶格結(jié)構(gòu)合金成分的粉末和B的粉末按規(guī)定的量混合，壓縮成所希望的形狀后在規(guī)定的溫度下燒結(jié)。在構(gòu)成有序晶格結(jié)構(gòu)合金成分中B含量，可以根據(jù)要制造的磁性材料的種類和用途適當(dāng)選擇，例如把磁性材料作為磁記錄媒體的記錄層使用的情況下，可以選擇記錄層中的B含量為5％at～20％at。
用本發(fā)明的制造方法制造的磁性材料，例如最適合于磁性流體、永久磁體、超小型電機(jī)和微型機(jī)械用的薄膜磁體等。
作為磁性材料制造磁性流體的情況下，例如用有序晶格結(jié)構(gòu)合金形成的靶上貼上由B構(gòu)成的切片的靶，或用由含B形成的靶和用有序晶格結(jié)構(gòu)合金形成的靶組成的靶，采用DC濺射法、RF濺射法、ECR濺射法等的濺射方法，在表面活性劑和潤(rùn)滑劑、油等流體中，粘敷含B的有序晶格結(jié)構(gòu)合金的微粒。利用在有序晶格結(jié)構(gòu)合金中含B，由于有序晶格結(jié)構(gòu)合金的有序化溫度降低，濺射時(shí)僅僅使粘敷體的流體加熱到降低的有序化溫度，可以使含B的有序晶格結(jié)構(gòu)合金微粒粘敷在流體上。這樣流體內(nèi)可以存在有含B的有序晶格結(jié)構(gòu)合金組成的磁性微粒。此外除濺射法以外，也可以使用真空蒸鍍法。
圖2為在對(duì)比例1中制作的現(xiàn)有磁記錄媒體簡(jiǎn)要斷面圖。
圖3為在對(duì)比例2中制作的現(xiàn)有磁記錄媒體簡(jiǎn)要斷面圖。
圖4為在實(shí)施例1中使用的磁記錄裝置的簡(jiǎn)要的結(jié)構(gòu)圖。
圖5為圖4的磁記錄裝置A-A方向的斷面圖。
圖6在實(shí)施例2中按本發(fā)明制作的磁記錄媒體簡(jiǎn)要的斷面圖。
圖7為表示在實(shí)施例2中制作的磁記錄媒體的矯頑力和磁記錄層成膜時(shí)的基板溫度的關(guān)系的曲線。
圖8為在對(duì)比例3中制作的現(xiàn)有磁記錄媒體簡(jiǎn)要斷面圖。
圖9為表示在實(shí)施例2中制作的磁記錄媒體的磁化溫度變化的曲線。


圖10為在實(shí)施例3中制作的磁記錄媒體簡(jiǎn)要斷面圖。
圖11為把磁記錄層在540℃進(jìn)行加熱處理后制作的磁記錄媒體的磁化曲線。
圖12為表示磁記錄層的熱處理溫度和矯頑力的關(guān)系曲線。
圖13為在實(shí)施例3中制作的試樣C-3～C-6的X射線衍射光譜。
在本實(shí)施例中在磁記錄層中采用CoPt有序晶格結(jié)構(gòu)合金，但并不僅限于此，用Fe代替Co也可以，此外用Pd代替Pt也可以。
在本實(shí)施例中，對(duì)于金屬膜或?qū)щ娔さ某赡し椒ㄏ抻谔囟ǖ脑驔](méi)有說(shuō)明，實(shí)施例中記述的方法是具有代表性的成膜方法，要進(jìn)行金屬膜或?qū)щ娔こ赡さ那闆r下，也可以采用DC磁控濺射法、RF磁控濺射法、RF常規(guī)濺射法、ECR濺射法等，此外在形成非金屬膜或非導(dǎo)電性膜的情況下，可以采用RF磁控濺射法、RF常規(guī)濺射法、ECR濺射法。此外在不損害成膜的膜特性條件下，除了濺射法以外例如也可以采用真空蒸鍍法和/或離子束濺射法。
下面說(shuō)明圖1所示的具有層堆結(jié)構(gòu)的磁記錄媒體的制造方法。
首先把清洗干凈的直徑2.5英寸(約6.35cm)的磁盤用玻璃基板放置在濺射成膜裝置上。在導(dǎo)入室預(yù)先排氣到真空度低于1×10-7Torr后，把基板加熱到200℃，去除基板表面吸附的氣體。然后形成15nm厚的Hf的基板密實(shí)層3。Hf的成膜用DC磁控濺射法，按Ar氣體壓力為3mTorr，成膜速度為5nm/秒設(shè)定附加電壓。也可以基板1上直接形成包層5，這種情況下，包層初期生長(zhǎng)狀態(tài)與基板的表面狀態(tài)有關(guān)，可能發(fā)生很大變化。為此要防止基板表面對(duì)包層的影響，設(shè)置密實(shí)層3，以便可以在相同狀態(tài)的表面上形成包層。
在此實(shí)施例中用Hf作為基板密實(shí)層3，但并不僅限于此，是熔點(diǎn)高的元素能使成膜的膜結(jié)晶晶粒變細(xì)就可以，W、Ta、Ti、Zr、Mo等純金屬或以它們?yōu)橹饕南嗟暮辖鹨部梢浴４送庠诒緦?shí)施例中使膜厚為15nm，但膜厚在3nm～50nm范圍內(nèi)就可以。膜厚薄于3nm的話，基板密實(shí)層不能均勻形成，由于擔(dān)心產(chǎn)生膜薄的部分，所以擔(dān)心產(chǎn)生不能遮斷基板影響的部分。另一方面膜厚超過(guò)50nm以上的話，由于晶粒長(zhǎng)大，膜表面的凹凸變大，擔(dān)心在它的上面形成的包層特性惡化。
接著在基板密實(shí)層3的Hf上形成由微晶析出型軟磁性層51和結(jié)晶型軟磁性層53構(gòu)成的包層5。首先用RF磁控濺射法使Fe-9％at的Ta-12％at的C的微晶析出型軟磁性層51成膜(膜厚200nm)。成膜條件按Ar氣壓3mTorr、成膜速度1.5nm/秒控制投入的電力。接著在Fe-Ta-C膜上用ECR濺射法直接形成坡莫合金(Ni-20％at的鐵、膜厚50nm)的結(jié)晶型軟磁性層53。成膜條件按氣體壓力0.2mTorr，用于激發(fā)等離子的微波700w，加在靶上的附加電源按成膜速度0.2nm/秒控制投入的電力。包層5整體的膜厚適宜的范圍是此記錄層膜厚的3倍以上、500nm以下。包層的膜厚比磁記錄層膜厚的3倍薄的話，磁頭附加磁場(chǎng)從包層泄漏，磁頭寫入的能力降低。另一方面在比500nm厚的情況下，包層表面的凹凸變大，會(huì)影響在包層上形成的磁記錄層的平坦度，使磁頭浮在媒體上時(shí)，磁頭和媒體表面之間的距離難以保持穩(wěn)定，擔(dān)心記錄再生特性惡化。
在本實(shí)施例中，在微晶析出型軟磁性層51上直接形成結(jié)晶型軟磁性層53，也可以在它們之間夾上非磁性層。這種情況下，非磁性層的膜厚優(yōu)選比在包層5和磁記錄層9之間形成的非磁性取向控制層7的膜厚要薄，這樣就能防止到達(dá)包層5的從磁頭發(fā)出的磁束從非磁性層泄漏，防止包層5的特性惡化。因此在微晶析出型軟磁性層51上直接形成結(jié)晶型軟磁性層53的情況或在微晶析出型軟磁性層51上通過(guò)非磁性層形成結(jié)晶型軟磁性層53的情況都能得到同樣的效果。
然后在包層5上形成MgO(5nm)的非磁性取向控制層7。MgO膜的形成使用RF常規(guī)濺射法，按成膜時(shí)的Ar氣壓3mTorr、成膜速度0.1nm/秒調(diào)整附加電力。其中用MgO膜作為非磁性取向控制層7，也可以使用具有bcc晶體結(jié)構(gòu)的Cr、V、Mo、W、Nb、Ta或Hf單體，或可以使用在這些元素中的至少一種元素中，添加從Cr、V、Mo、W、Nb、Ti、Ta、Ru、Zr和Hf中選擇至少1種元素的合金。或者也可以使用具有bct晶體結(jié)構(gòu)的材料例如Ni-Al二元合金，或在Ni-Al二元合金中添加V、Mo、W、Nb、Ti、Ta、Ru、Zr和Hf中選擇至少1種或多種的元素?；蛞部梢允褂煤琍t、Pd、Rh、Au、Cu以及Ag中至少1種的fcc晶體結(jié)構(gòu)的非磁性金屬。或者也可以是含LiF、NiO中至少1種，具有NaCl晶體結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)物。
非磁性取向控制層7成膜后，把基板加熱到400℃，形成磁記錄層9(膜厚15nm)。磁記錄層9使用ECR濺射法形成。成膜中使用Ar氣中添加1％O2氣的混合氣體，用反應(yīng)型濺射法形成磁性膜。成膜條件為氣壓為0.2mTorr、用于激發(fā)等離子的微波700W、加在靶上的附加電源為RF1KW。此時(shí)的成膜速度為0.2nm/秒。此外靶使用在Co-Pt53％at為基礎(chǔ)添加10％at的B的靶。成膜后的薄膜狀態(tài)的磁記錄層的成分預(yù)先制作成單層膜，用ICPS法(Inductively Coupled PlasmaSpectroscopy)確定時(shí)，膜平均成分為Co-Pt47％at-B9％at。
形成磁記錄層9后，在基板溫度降到100℃左右時(shí)形成保護(hù)層10的碳膜(膜厚5nm)。形成碳膜使用DC磁控濺射法。成膜條件為Ar氣壓2mTorr、靶的附加電力為0.3KW。形成碳膜時(shí)使基板溫度降低是為了防止基板溫度高的狀態(tài)下形成碳膜的話，碳膜向下面的磁記錄層內(nèi)擴(kuò)散，有可能改變磁記錄層的特性。評(píng)價(jià)記錄再生特性的試樣預(yù)先進(jìn)行帶式拋光后涂敷潤(rùn)滑劑。制作的各媒體試樣進(jìn)行了在后面介紹的記錄再生特性評(píng)價(jià)后，切成小塊，進(jìn)行膜結(jié)構(gòu)和磁特性評(píng)價(jià)。對(duì)比例1圖2表示對(duì)比例1的磁記錄媒體簡(jiǎn)要的斷面圖。對(duì)比例1的磁記錄媒體除了用現(xiàn)有的微晶析出型軟磁體單層構(gòu)成實(shí)施例1的磁記錄媒體的包層5以外，與實(shí)施例1用同樣的方法制作。對(duì)比例1的磁記錄媒體制造方法說(shuō)明如下。
首先把清洗干凈的直徑2.5英寸的磁盤用玻璃基板放置在濺射成膜裝置上。然后在導(dǎo)入室預(yù)先排氣到真空度低于1×10-7Torr后，把基板加熱到200℃，去除基板表面吸附的氣體。然后形成15nmHf的基板密實(shí)層3。Hf的成膜用DC磁控濺射法，按Ar氣體壓力為3mTorr，成膜速度為5nm/秒設(shè)定附加電壓。
接著在基板密實(shí)層3的Hf上形成由微晶析出型軟磁性層51的Fe-Ta9％at-C12％at(膜厚250nm)的包層5，用RF磁控濺射法成膜。成膜條件按Ar氣壓3mTorr、成膜速度1.5nm/秒控制投入的電力。
然后形成MgO(5nm)的非磁性取向控制層7。MgO膜的形成使用RF常規(guī)濺射法，按成膜時(shí)的Ar氣壓3mTorr、成膜速度0.1nm/秒調(diào)整附加電力。
非磁性取向控制層7成膜后，把基板加熱到400℃，形成磁記錄層9(膜厚15nm)。磁記錄層9使用ECR濺射法形成。成膜中使用Ar氣中添加1％O2氣的混合氣體，用反應(yīng)型濺射法形成磁性膜。成膜條件為氣壓為0.2mTorr、用于激發(fā)等離子的微波700W、加在靶上的附加電源為RF1KW。此時(shí)的成膜速度為0.2nm/秒。此外靶使用在Co-Pt53％at為基礎(chǔ)添加10％at的B的靶。
形成磁記錄層9后，在基板溫度降到100℃左右時(shí)形成保護(hù)層10的碳(C)膜(膜厚5nm)。形成碳膜使用DC磁控濺射法。成膜條件為Ar氣壓2mTorr、靶的附加電力為0.3KW。評(píng)價(jià)記錄再生特性的試樣預(yù)先進(jìn)行帶式拋光后涂敷潤(rùn)滑劑。制作的各媒體試樣在后面介紹的進(jìn)行了記錄再生特性評(píng)價(jià)后，切成小塊，進(jìn)行膜結(jié)構(gòu)和磁特性評(píng)價(jià)。對(duì)比例2圖3表示對(duì)比例2的磁記錄媒體簡(jiǎn)要的斷面圖。對(duì)比例2的磁記錄媒體除了用現(xiàn)有的結(jié)晶型軟磁體單層構(gòu)成實(shí)施例1的磁記錄媒體的包層5以外，與實(shí)施例1用同樣的方法制作。圖3表示的對(duì)比例2的磁記錄媒體制造方法說(shuō)明如下。
首先把清洗干凈的直徑2.5英寸的磁盤用玻璃基板放置在濺射成膜裝置上。然后在導(dǎo)入室預(yù)先排氣到真空度低于1×10-7Torr后，把基板加熱到200℃，去除基板表面吸附的氣體。然后形成25nmMgO的基板密實(shí)層3。MgO的成膜用RF常規(guī)濺射法，按Ar氣體壓力為3mTorr，成膜速度為0.1nm/秒設(shè)定附加電壓。
接著在基板密實(shí)層3的MgO上形成由結(jié)晶型軟磁性層53的坡莫合金Ni20％at-Fe(膜厚250nm)的包層5，用RF磁控濺射法成膜。成膜條件按Ar氣壓3mTorr、成膜速度1.5nm/秒控制投入的電力。
然后形成MgO(5nm)的非磁性取向控制層7。MgO膜的形成使用RF常規(guī)濺射法，按成膜時(shí)的Ar氣壓3mTorr、成膜速度0.1nm/秒調(diào)整附加電力。
非磁性取向控制層7成膜后，把基板加熱到400℃，形成磁記錄層9(膜厚15nm)。磁記錄層9使用ECR濺射法形成。成膜中使用Ar氣中添加1％O2氣的混合氣體，用反應(yīng)型濺射法形成磁性膜。成膜條件為氣壓為0.2mTorr、用于激發(fā)等離子的微波700W、加在靶上的附加電源為RF1KW。此時(shí)的成膜速度為0.2nm/秒。此外靶使用在Co-Pt53％at為基礎(chǔ)添加10％at的B的靶。
形成磁記錄層9后，在基板溫度降到100℃左右時(shí)形成保護(hù)層10的碳(C)膜(膜厚5nm)。形成C膜使用DC磁控濺射法。成膜條件為Ar氣壓2mTorr、靶的附加電力為0.3KW。評(píng)價(jià)記錄再生特性的試樣預(yù)先進(jìn)行帶式拋光后涂敷潤(rùn)滑劑。制作的各媒體試樣進(jìn)行了在后面介紹的記錄再生特性評(píng)價(jià)后，切成小塊，進(jìn)行膜結(jié)構(gòu)和磁特性評(píng)價(jià)。[特性比較]對(duì)實(shí)施例1、對(duì)比例1和2的磁記錄媒體的磁記錄層的磁特性進(jìn)行了比較。其中用測(cè)定克爾效果求出了垂直膜面方向(以下成為膜面垂直方向)的磁記錄層矯頑力Hc和矩形比S。測(cè)定的結(jié)果如下。
實(shí)施例1試樣Hc＝3.5kOe、S＝0.98對(duì)比例1試樣Hc＝2.7kOe、S＝0.35對(duì)比例2試樣Hc＝2.2kOe、S＝0.99[X射線衍射測(cè)定和電子顯微鏡觀察]為了研究測(cè)定了上述磁特性的試樣的顯微結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了X射線衍射測(cè)定和電子顯微鏡觀察。對(duì)本發(fā)明的試樣進(jìn)行X射線衍射測(cè)定后，在2θ～48°附近觀察到(002)面磁記錄層的衍射峰。另外在對(duì)比例1的試樣中在2θ～41°附近和2θ～48°附近觀察到磁記錄層的衍射峰。此峰內(nèi)前者為(111)面的衍射峰，后者是(002)面的衍射峰。此外比較了兩個(gè)峰的強(qiáng)度，與前者峰的強(qiáng)度相比，后者峰的強(qiáng)度為1/10以下，從此結(jié)果可以看出對(duì)比例1的磁記錄層主要是由(111)面取向的晶粒構(gòu)成。在對(duì)比例2的試樣中，在2θ～41°附近觀察到(111)面衍射峰，在2θ～48°附近觀察到(002)面衍射峰。但是與對(duì)比例1的情況不同，(111)面的峰強(qiáng)度小，是(002)面的峰強(qiáng)度的約1/20。從X射線衍射測(cè)定的結(jié)果可以看出，由于包層5的結(jié)構(gòu)不同，包層上形成的磁記錄層的結(jié)晶取向也不同。
為了明確磁記錄層的結(jié)晶取向性和包層結(jié)構(gòu)的關(guān)系，對(duì)各試樣的斷面方向和與磁記錄層膜面平行方向(以下稱為膜面內(nèi)方向)進(jìn)行了透射式電子顯微鏡(TEM)觀察。在實(shí)施例1試樣斷面的TEM圖像中，分別關(guān)注結(jié)晶性軟磁性層53的坡莫合金、非磁性取向控制層7的MgO和磁記錄層的磁性晶粒的晶格像的話，觀察了在各堆積層界面畸變的大小、晶體缺陷，判明了晶格從坡莫合金到磁記錄層大體連續(xù)，各層取向附生。
此外從各層電子束衍射圖像和晶格像求出各層結(jié)晶取向的關(guān)系，坡莫合金顯示(001)面取向，在它上面形成的MgO膜顯示(001)面取向，此外磁記錄層的磁性晶粒也顯示(001)面取向。驗(yàn)證了X射線衍射測(cè)定的結(jié)果。
此外關(guān)注到各層的晶粒形狀，坡莫合金的晶粒連續(xù)，MgO和磁性晶粒顯示出生長(zhǎng)的柱狀結(jié)構(gòu)。在微晶析出型軟磁性層51的Fe-Ta-C層分布有顆粒直徑從2nm到25nm左右微粒子。為了辨別這些微粒子分析了電子束衍射圖像，觀察到多個(gè)衍射環(huán)。從可以明確分辨的2個(gè)衍射環(huán)求出了晶面間距，判明了一個(gè)面間距為0.20nm，與Fe的(110)面的面間距大體一致。從另一衍射環(huán)求出的面間距為0.25nm，與Ta-C(111)面的面間距大體一致。對(duì)明確觀察晶格像的72個(gè)晶粒測(cè)定了晶粒直徑和晶格像的面間距，31個(gè)晶粒在測(cè)定誤差內(nèi)顯示為0.25nm，判斷是Ta-C微粒子。此外剩余的41個(gè)在測(cè)定的誤差范圍內(nèi)顯示為0.20nm，判斷是Fe的微粒子。
此外求這些粒子的顆粒直徑，Ta-C粒子分布在2nm～12nm范圍內(nèi)，平均顆粒直徑為6nm。而Fe微粒子的晶粒直徑在4nm～27nm范圍內(nèi)，平均顆粒直徑為14nm。關(guān)注Te-Ta-C層和坡莫合金的堆積層界面的話，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)Fe-Ta-C層和坡莫合金之間有取向附生。
用TEM觀察了對(duì)比例1試樣的斷面。與上述實(shí)施例1的試樣情況不同，非磁性取向控制層7的MgO層僅僅觀察到部分的晶格像，膜整體的結(jié)晶態(tài)降低。對(duì)部分觀察到的晶格像的部分研究了電子束衍射像，判明為MgO(001)面取向。此部分上形成的磁記錄層的磁性晶粒晶格連續(xù)長(zhǎng)大，MgO上取向附生。從晶格像的面間距求取向，此時(shí)的磁性晶粒為(001)面取向。
另外關(guān)于不顯示結(jié)晶態(tài)的MgO上的磁性晶粒，顯示出與(001)面取向不同的晶格像，對(duì)這些晶粒從晶格像的面間距求磁性晶粒的取向，是(111)面取向。為了對(duì)(111)面取向的晶粒相對(duì)于磁記錄層的比例進(jìn)行研究，進(jìn)行了暗場(chǎng)像的觀察，(111)取向的晶粒占觀察區(qū)域的90％以上。此結(jié)果驗(yàn)證了X射線衍射的結(jié)果。
微晶析出型軟磁性層51的Fe-Ta-C層中分布有顆粒直徑2nm～25nm左右的微粒子。為了辨別這些微粒子分析了電子束衍射圖像，觀察到多個(gè)衍射環(huán)。從可以明確判定的2個(gè)衍射環(huán)求出了晶面間距，判明了一個(gè)面間距為0.20nm，與Fe的(110)面的面間距大體一致。從另一衍射環(huán)求出的面間距為0.25nm，與Ta-C(111)面的面間距大體一致。對(duì)明確觀察晶格像的90個(gè)晶粒測(cè)定了晶粒直徑和晶格像的面間距，47個(gè)晶粒在測(cè)定誤差內(nèi)顯示為0.25nm，判斷是Ta-C微粒子。此外剩余的43個(gè)在測(cè)定的誤差范圍內(nèi)顯示為0.20nm，判斷是Fe的微粒子。求這些粒子的顆粒直徑，Ta-C粒子分布在2nm到14nm范圍內(nèi)，平均顆粒直徑為7nm。在Fe-Ta-C層和MgO層之間沒(méi)有發(fā)現(xiàn)取向附生。
用TEM觀察了對(duì)比例2試樣的斷面。分別關(guān)注包層5的結(jié)晶型軟磁性層53的坡莫合金、非磁性取向控制層7的MgO和磁記錄層的磁性晶粒的晶格像，觀察到各堆積層界面畸變的大小、結(jié)晶缺陷，判明了晶格從坡莫合金到磁記錄層幾乎是連續(xù)的，各層有取向附生關(guān)系。此外從電子束衍射像和晶格像求各層結(jié)晶的取向關(guān)系，坡莫合金顯示(001)面取向，在它的上面形成的MgO膜顯示(001)面取向，磁記錄層的磁性晶粒也顯示(001)面取向。此結(jié)果驗(yàn)證了X射線衍射測(cè)定的結(jié)果。此外此結(jié)果與實(shí)施例1的情況類似，磁記錄層的晶粒尺寸比實(shí)施例1的大。為了搞清這一點(diǎn)，對(duì)比了實(shí)施例1和對(duì)比例1、2各試樣磁記錄層的磁性晶粒的顆粒直徑分布。
按下述順序求出了構(gòu)成磁記錄層的磁性粒子的平均顆粒直徑、顆粒直徑分布。磁記錄層的平面TEM像中，隨機(jī)地選擇在邊長(zhǎng)0.2μm的方視場(chǎng)分布的400個(gè)晶粒，把晶粒輪廓作為圖像信息取出存入計(jì)算機(jī)。根據(jù)此存入的數(shù)據(jù)計(jì)算各晶粒的面積，近似用看成各晶粒是面積相等的圓板，通過(guò)求出此圓板的直徑，計(jì)算出晶粒直徑。400個(gè)晶粒的顆粒直徑分布大體可以用高斯分布近似的分布形狀，把高斯分布用于得到的晶粒直徑分布，求出平均晶粒直徑和晶粒直徑的方差。測(cè)定結(jié)果如下。
試樣平均晶粒直徑(nm) 方差(nm)實(shí)施例1 7.21.1對(duì)比例1 6.03.1對(duì)比例2 21.3 2.5關(guān)注磁記錄層部分的晶粒，各試樣都一樣，各相鄰粒子分離，存在有在晶界部分1～2nm左右觀察不到晶格像的部分。用TEM觀察磁記錄層部分的平面結(jié)構(gòu)時(shí)，觀察到晶粒和晶粒之間被1～2nm的非晶顯微結(jié)構(gòu)分離的結(jié)構(gòu)。[用μEDX分析儀對(duì)成分的分析]為了辨別磁記錄層內(nèi)的晶粒和非晶態(tài)結(jié)構(gòu)構(gòu)成的元素，用放在電子顯微鏡中的μEDX分析儀(空間分辨率約1nm)，進(jìn)行了膜面內(nèi)方向的成分分析。結(jié)果觀察到晶粒內(nèi)的EDX波譜僅為Co元素和Pt元素，B和氧的峰在檢測(cè)誤差以下。從EDX波譜辨別成分，晶粒內(nèi)的成分為Co-Pt52％at，大體為Co-Pt的2元系強(qiáng)磁性合金。另外在晶界的非晶態(tài)區(qū)域，檢測(cè)出硼(B)和氧的峰，推斷非晶態(tài)區(qū)域是B元素的氧化物。從此觀察的結(jié)果可以判明磁記錄層具有在Co-Pt磁性晶粒周圍覆蓋一薄層B的氧化物(厚度1～2nm)的結(jié)構(gòu)，各磁性晶粒用一薄層B的氧化物把作用在晶粒之間的相互交換作用切斷，使其磁隔離。
下面對(duì)比從以上試樣的結(jié)構(gòu)分析得到的結(jié)果和磁性的關(guān)系。
在對(duì)比例2試樣中，由于從包層到磁記錄層存在取向附生，磁記錄層的取向被控制成它的易磁化軸(001)面朝向相對(duì)于基板表面垂直的方向。但是包層是坡莫合金單層的結(jié)構(gòu)，所以包層的膜厚度變厚，在沿接近磁記錄層一側(cè)，坡莫合金的晶粒直徑變大，受它的影響磁記錄層的磁性晶粒也變粗大。因此對(duì)比例2的試樣在相對(duì)于基板表面垂直方向的磁性中，盡管矩形比為0.99，但矯頑力僅為2.2kOe。
在對(duì)比例1中的試樣中磁記錄層晶粒被細(xì)化，由于不控制這些磁性晶粒的取向，易磁化軸(001)面取向并不是相對(duì)基板表面垂直的方向，磁化曲線的矩形比變成0.35這樣小的值。
與此相反，本發(fā)明的實(shí)施例1的試樣中，由于從結(jié)晶型軟磁體的坡莫合金到磁記錄層表現(xiàn)取向附生，磁記錄層取向被控制成易磁化軸(001)面朝向相對(duì)于基板垂直的方向。此外包層通過(guò)用結(jié)晶型軟磁體和微晶析出型軟磁體形成堆積層的結(jié)構(gòu)，由于結(jié)晶型軟磁體的坡莫合金可以形成薄層，所以坡莫合金的晶粒直徑與用單層坡莫合金構(gòu)成包層所得到的晶粒直徑的情況相比要小。因此在本實(shí)施例中，磁記錄層的晶粒細(xì)化，而且矯頑力提高到3.5kOe，矩形比提高到0.98。[記錄再生特性的評(píng)價(jià)]把實(shí)施例1的試樣裝入磁記錄裝置中，評(píng)價(jià)了記錄再生特性。圖4和圖5是簡(jiǎn)要表示磁記錄裝置40的結(jié)構(gòu)。圖4為磁記錄裝置40上面的示意圖，圖5是圖4虛線A-A′中的磁記錄裝置40的簡(jiǎn)要斷面圖。記錄用的磁頭使用磁道寬0.3μm的單磁極頭。再生用磁頭使用磁道寬0.2μm、開口長(zhǎng)0.08μm的雙偶自旋閥磁阻效果型磁頭。記錄用磁頭和再生用磁頭制成一體，表示成圖4和圖5的磁頭43。此磁頭43通過(guò)磁頭驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)44控制。磁盤100通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主軸42在同一軸轉(zhuǎn)動(dòng)。記錄時(shí)和再生時(shí)磁頭43的上浮量均距磁記錄媒體保護(hù)層表面0.015μm，磁頭43相對(duì)磁盤的速度為11m/s。利用這樣的磁記錄裝置40相對(duì)于低密度記錄進(jìn)行了輸出為一半的記錄密度D50和500kFCI的S/N。此外對(duì)于對(duì)比例1和2的試樣與上述相同，把它裝到圖4和圖5所示的磁記錄裝置中，對(duì)記錄再生特性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果如下。
試 樣D50(kFCI) S/N(dB)實(shí)施例1 31524對(duì)比例1 24019對(duì)比例2 1302為了對(duì)各試樣的記錄再生特性的差別進(jìn)行研究，用磁顯微鏡(MFM)對(duì)磁記錄層的記錄磁化狀態(tài)進(jìn)行了觀察。在對(duì)比例2中在500kFCI的記錄狀態(tài)下，在磁記錄層上沒(méi)有觀察到清晰的記錄圖案。認(rèn)為這是由于晶粒直徑粗大造成的。與此相反，在對(duì)比例1的試樣中，形成記錄圖案，在磁化過(guò)渡區(qū)域中記錄磁區(qū)的圖案有大的波動(dòng)，觀察到大的鋸齒形磁壁。認(rèn)為這是由于磁記錄層的結(jié)晶取向性惡化，在過(guò)渡區(qū)域存在有容易引起磁化反轉(zhuǎn)部分。與此相反，在實(shí)施例1的試樣中，觀察到清晰的記錄圖案。對(duì)實(shí)施例1的試樣從消去AC狀態(tài)的磁區(qū)尺寸求最小磁化反轉(zhuǎn)單位，磁直徑約為15nm。與晶粒直徑相比，此結(jié)果磁反轉(zhuǎn)單位要小2倍，因此磁壁的波動(dòng)小，媒體噪音降低，記錄再生特性提高。
為了對(duì)各試樣的尖峰噪音進(jìn)行研究，研究了消去AC狀態(tài)的再生信號(hào)。其結(jié)果在實(shí)施例1和對(duì)比例1中沒(méi)有觀察到尖峰噪音。與此相反，在對(duì)比例2中在磁盤1周4個(gè)地方觀察到尖峰噪音。觀察到此尖峰噪音的位置用磁盤的回轉(zhuǎn)角度θ表示的話，是在從測(cè)定開始的基準(zhǔn)角度開始的20°、75°、180°、240°的位置上。此尖峰噪音具有再現(xiàn)性，此外磁盤從內(nèi)周到外周在大體相同角度位置可檢測(cè)到此尖峰嗓音，所以認(rèn)為在上述角度位置在包層中存在磁盤半徑方向上的磁壁。實(shí)施例2在圖6中表示本發(fā)明的磁記錄媒體另一個(gè)具體示例的簡(jiǎn)要斷面圖。磁記錄媒體在基板1上有非磁性層62、、磁記錄層63和保護(hù)層64。磁記錄媒體按以下順序制作。
在以下的說(shuō)明中，在對(duì)制作的媒體評(píng)價(jià)其特性上，評(píng)價(jià)用的媒體基板從工業(yè)化的角度考慮應(yīng)使用磁盤用的玻璃基板，像后面介紹的那樣，由于使用一般的玻璃基板難以加熱到高溫進(jìn)行試驗(yàn)，所以最初研究了用熱氧化硅基板的制作流程后，用磁盤的玻璃基板制作媒體，確認(rèn)了磁盤的特性。
首先把與直徑2.5英寸磁盤用玻璃基板大體相同的熱氧化硅基板清洗干凈，放置在濺射成膜裝置上。在導(dǎo)入室預(yù)先排氣到真空度低于1×10-7Torr后，形成非磁性層62的MgO膜(20nm)。MgO膜成形使用ECR濺射法形成。成膜時(shí)Ar氣壓為0.2mTorr、用于激發(fā)等離子的微波500W、加在靶上的附加電源為RF500W。此時(shí)的成膜速度為0.1nm/秒。此時(shí)MgO膜成形使用ECR濺射法，也可以使用RF濺射法、真空蒸鍍法等形成無(wú)機(jī)物材料薄膜的一般的成膜方法。這里用MgO作非磁性層62，也可以使用具有bcc晶體結(jié)構(gòu)的Cr、V、Mo、W、Nb、Ta或Hf單體，或可以使用在這些元素中的至少一種元素中，添加從Cr、V、Mo、W、Nb、Ti、Ta、Ru、Zr和Hf中選擇至少1種元素的合金?；蛘咭部梢允褂镁哂衎ct晶體結(jié)構(gòu)的材料例如Ni-Al二元合金，或在Ni-Al二元合金中添加V、Mo、W、Nb、Ti、Ta、Ru、Zr和Hf中選擇至少1種元素?；蛞部梢允褂煤琍t、Pd、Rh、Au、Cu以及Ag中至少1種的fcc晶體結(jié)構(gòu)的非磁性金屬。或者也可以是含LiF、NiO中至少1種，具有NaCl晶體結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)物。
然后把基板1加熱后，形成磁記錄層63(膜厚10nm)。在此實(shí)施例中，使基板加熱溫度在50℃～600℃的溫度范圍變化，制作了多個(gè)試樣(磁記錄媒體)。各試樣的基板溫度如后所述。磁記錄層63的成膜使用ECR濺射法。成膜中使用Ar氣中添加1％O2氣的混合氣體，用反應(yīng)型濺射法形成磁記錄層63。成膜條件為氣壓為0.2mTorr、用于激發(fā)等離子的微波700W、加在靶上的附加電源為RF1KW。此時(shí)的成膜速度為0.2nm/秒。此外靶使用在Co-Pt53％at為基礎(chǔ)添加10％at的B的靶。成膜后的薄膜狀態(tài)的磁記錄層的成分預(yù)先制作成單層膜，用ICPS法(Inductively Coupled Plasma Spectroscopy)確定時(shí)，膜平均成分為Co-Pt47％at-B9％at。
形成磁記錄層63后，在基板溫度降到100℃左右時(shí)形成保護(hù)層64的碳(C)膜(膜厚5nm)。形成C膜使用DC磁控濺射法。成膜條件為Ar氣壓2mTorr、靶的附加電力為0.3KW。形成C膜時(shí)使基板溫度降低是為了防止基板溫度高的狀態(tài)下形成碳膜的話，碳膜向下面的磁記錄層內(nèi)進(jìn)行C擴(kuò)散，擔(dān)心有可能改變磁記錄層的特性。評(píng)價(jià)記錄再生特性的試樣預(yù)先進(jìn)行帶式拋光后涂敷潤(rùn)滑劑。制作的各媒體試樣如后面介紹的進(jìn)行了記錄再生特性評(píng)價(jià)后，切成小塊，進(jìn)行膜結(jié)構(gòu)和磁特性評(píng)價(jià)。
制作的試樣磁記錄層成膜時(shí)的基板溫度如下。
試樣編號(hào)基板溫度(℃)A-150A-2150A-3250A-4300A-5350A-6400A-7450A-8600[磁化測(cè)定]
為了評(píng)價(jià)制作的試樣磁特性，進(jìn)行磁化測(cè)定，得到磁化曲線。圖7表示基板溫度和矯頑力的關(guān)系。從圖7中可以看出，基板溫度低的試樣(A-1、2、3)矯頑力在1kOe以下，與此相反，基板溫度超過(guò)250℃的話，矯頑力開始增加，在400℃顯示大體為一個(gè)定值。此時(shí)矯頑力為5.2kOe。[X射線衍射測(cè)定和電子顯微鏡觀察]為了研究測(cè)定了磁特性的試樣的顯微結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了X射線衍射測(cè)定和電子顯微鏡觀察。在X射線衍射測(cè)定中各試樣都在2θ＝42.5°附近觀察到非磁性層62的MgO的(200)面的衍射峰，MgO膜是(100)取向長(zhǎng)大。此外基板溫度在250℃以下的試樣(A-1、2、3)中，在2θ＝48°附近觀察到磁性膜的衍射峰?；鍦囟瘸^(guò)250℃的試樣(A-4、5)中，隨基板溫度升高衍射峰在2θ＝48°附近變寬，隨著接近400℃顯示出衍射峰分離成兩個(gè)峰的傾向，基板溫度在400℃以上的試樣(A-6、7、8)中，觀察到在2θ～47.5°和在2θ～49°的2個(gè)地方峰清晰地分離。此結(jié)果顯示出隨磁記錄層成膜時(shí)基板溫度的提高，磁記錄層結(jié)晶結(jié)構(gòu)是變化的。
為了明確結(jié)晶結(jié)構(gòu)的變化，用透射式電子顯微鏡(TEM)觀察了試樣的斷面和磁記錄層表面。從對(duì)試樣斷面的電子顯微鏡觀察中，觀察到各試樣非磁性層62和磁記錄層63都是連續(xù)生長(zhǎng)的柱狀結(jié)構(gòu)。關(guān)注此柱狀結(jié)構(gòu)看到非磁性層62的MgO和在它的上面形成的磁記錄層63晶格連續(xù)，磁記錄層63接著MgO的結(jié)晶形態(tài)在它的上面取向附生，形成晶粒。此外關(guān)注磁記錄層63看出在晶粒邊界，存在有厚度1～2nm左右觀察不到晶格像的區(qū)域，像是相鄰粒子和粒子分離一樣。
用TEM觀察磁記錄層的表面時(shí)，觀察到晶粒和晶粒之間(晶粒邊界部位)夾有1～2nm的非晶態(tài)物質(zhì)，是晶粒通過(guò)晶粒邊界分離的結(jié)構(gòu)。為了辨別磁構(gòu)成記錄層內(nèi)的晶粒和非晶態(tài)物質(zhì)的元素，用放在電子顯微鏡中的μEDX分析儀(空間分辨率約1nm)，進(jìn)行了面內(nèi)方向的成分分析。成分分析的結(jié)果是觀察到晶粒內(nèi)的EDX波譜僅為Co元素和Pt元素，B和氧的峰在檢測(cè)誤差以下。從EDX波譜辨別成分，晶粒內(nèi)的成分為Co-Pt52％at，大體為Co-Pt的2元系強(qiáng)磁性合金。另外在晶界的非晶態(tài)區(qū)域，檢測(cè)出B和氧的峰，推斷非晶態(tài)物質(zhì)是B元素的氧化物。從此觀察的結(jié)果可以判明磁記錄層3具有在Co-Pt磁性晶粒周圍覆蓋一薄層B的氧化物(厚度1～2nm)的結(jié)構(gòu)，各磁性晶粒之間的相互交換作用切斷，使其磁隔離。
為了研究此磁性晶粒的微細(xì)結(jié)構(gòu)，對(duì)磁性晶粒的晶格像進(jìn)行了觀察。從各試樣平面的TEM觀察像中，選擇在邊長(zhǎng)0.2μm的方視場(chǎng)隨機(jī)分布的200個(gè)晶粒，觀察了它們的晶格像。其結(jié)果是在A-2的試樣中，觀察到磁性晶粒內(nèi)的晶格缺陷，各晶粒大體為正方形晶格像，僅觀察到晶格長(zhǎng)度為定值的fcc晶體結(jié)構(gòu)的晶格像。另外基板溫度為450℃的A-7的試樣中，在200個(gè)晶粒中的172個(gè)顯示出大體為長(zhǎng)方形晶格像，是a軸方向和c軸方向的晶格常數(shù)不同的L10結(jié)構(gòu)的晶格像。剩余的28個(gè)晶粒是大體為正方形晶格像的fcc結(jié)構(gòu)。基板溫度300℃的試樣中，觀察到顯示fcc結(jié)構(gòu)的晶粒有112個(gè)，顯示L10結(jié)構(gòu)的晶粒有88個(gè)，兩者混在一起。從這些電子顯微鏡的觀察結(jié)果和X射線衍射測(cè)定的結(jié)果可以看出在250℃以下的基板溫度下，磁記錄層的磁性粒子為fcc結(jié)構(gòu)，是不規(guī)則合金狀態(tài)?；鍦囟壬?50℃以上的話，磁性粒子開始有序晶格結(jié)構(gòu)化，變成像規(guī)則合金狀態(tài)的L10結(jié)構(gòu)，它的比例隨基板溫度的上升而增加。基板溫度超過(guò)400℃的話，磁性粒子有序晶格結(jié)構(gòu)化大體結(jié)束，變成以L10結(jié)構(gòu)的磁性粒子為主。從圖7的矯頑力與基板溫度依存關(guān)系的結(jié)果可以看出，隨有序晶格結(jié)構(gòu)合金比例的增加，矯頑力增加。
按下述順序求出了構(gòu)成磁記錄層的磁性粒子的平均顆粒直徑、顆粒直徑分布。磁記錄層的平面TEM像中，選擇在邊長(zhǎng)0.2μm的方視場(chǎng)隨機(jī)分布的400個(gè)晶粒，把晶粒輪廓作為圖像信息取出存入計(jì)算機(jī)。根據(jù)此存入的數(shù)據(jù)計(jì)算各晶粒的面積，近似用看成各晶粒是面積相等的圓板，通過(guò)求出此圓板的直徑，計(jì)算出晶粒直徑。400個(gè)晶粒的顆粒直徑分布大體可以用高斯分布近似的分布形狀，把高斯分布用于得到的晶粒直徑分布，求出平均晶粒直徑和晶粒直徑的方差。測(cè)定結(jié)果如下。
試樣編號(hào)平均晶粒直徑(nm)方差(nm)A-1 6.20.8A-2 6.00.7A-3 6.50.5A-4 7.30.8A-5 7.70.7A-6 8.10.7A-7 8.70.7A-8 13.2 1.7從上述結(jié)果可以看出，基板溫度上升的同時(shí)顆粒直徑略有增加，基板溫度在450℃以下晶粒直徑在10nm以下。與此相反，在A-8試樣中晶粒粗大，尺寸長(zhǎng)到超過(guò)10nm。在這種晶粒尺寸的情況下，在上述位長(zhǎng)40μm左右的記錄密度下由3個(gè)晶粒構(gòu)成了位，位不能清晰地記錄，再生時(shí)使噪音增加。[記錄再生特性]與實(shí)施例1的情況相同，把試樣A-1～A-8裝在圖4和圖5所示的記錄再生裝置上，對(duì)試樣A-1～A-8的記錄再生特性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。在實(shí)施例1中磁頭使用記錄用磁頭和再生用磁頭形成一體的磁頭，也可以使用記錄用磁頭和再生用磁頭放在各自獨(dú)立的滑塊上的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，記錄時(shí)和再生時(shí)磁頭的上浮量控制在距磁記錄媒體保護(hù)層表面0.02μm，磁頭相對(duì)于媒體的相對(duì)速度為11m/s。用這樣的記錄再生裝置進(jìn)行了相對(duì)低密度記錄輸出為一半的記錄密度D50和500kFCI的S/N的比較。下面表示評(píng)價(jià)的結(jié)果。
試樣編號(hào)D50(kFCI) S/N(dB)
A-1 1002A-2 1103A-3 1102A-4 1708A-5 25016A-6 31021A-7 31522A-8 22014為了對(duì)記錄再生特性的差別進(jìn)行研究，用磁力顯微鏡(MFM)對(duì)各試樣磁記錄層的磁化狀態(tài)進(jìn)行了觀察。在試樣A-1～A-4中，在500kFCI的記錄狀態(tài)下，在磁記錄層上沒(méi)有觀察到清晰的記錄圖案。與此相反，在A-8的試樣中，在磁記錄層上形成記錄圖案，在磁化過(guò)渡區(qū)域中記錄磁區(qū)的圖案有大的波動(dòng)，觀察到大的鋸齒形磁壁。認(rèn)為這是由于晶粒直徑粗大造成的。與此相反，在試樣A-6、A-7中，觀察到清晰的圖案。對(duì)這2個(gè)試樣從消去AC狀態(tài)的磁區(qū)尺寸求最小磁化反轉(zhuǎn)單位，試樣A-6直徑約為15nm，試樣A-7直徑約為16nm。與晶粒直徑相比，此結(jié)果磁反轉(zhuǎn)單位要小2倍，因此磁壁的波動(dòng)小，媒體噪音降低，記錄再生特性提高。
此外為了研究記錄在磁記錄層中的記錄磁區(qū)的熱穩(wěn)定性，在300kFCI記錄后研究了再生輸出的減少與時(shí)間的依存關(guān)系。此結(jié)果是在試樣A-1～A-4在1000小時(shí)后輸出降低5％以上，與此相反，試樣A-6、7輸出降低0.5％以下。此結(jié)果顯示出試樣A-6和A-7高密度記錄的記錄磁區(qū)的熱穩(wěn)定性。
從以上的結(jié)果可以看出，試樣A-6和7媒體噪音低，記錄再生特性提高，熱穩(wěn)定性好。試樣A-6和A-7磁記錄層成膜時(shí)基板溫度分別為400℃和450℃，是可以用玻璃基板成膜的溫度。因此像本實(shí)施例那樣，用ECR濺射法通過(guò)把玻璃基板溫度控制在400℃～450℃左右，由有序晶格結(jié)構(gòu)合金構(gòu)成的磁記錄層可以在玻璃基板上成膜。因此基板使用2.5英寸磁盤用玻璃基板，用與制作A-6和A-7時(shí)相同的條件下制作試樣，對(duì)制作的試樣評(píng)價(jià)了與上述相同的各種特性，得到的各個(gè)特性在試驗(yàn)誤差范圍內(nèi)顯示出與試樣A-6和A-7相同的數(shù)值。對(duì)比例3為了對(duì)比，現(xiàn)有的磁記錄媒體制作了具有圖8所示斷面結(jié)構(gòu)的磁記錄媒體。現(xiàn)有的磁記錄媒體如圖8所示，在板1上有磁記錄層83和保護(hù)層84。這樣的磁記錄媒體制作方法說(shuō)明如下。
首先把與直徑2.5英寸磁盤用玻璃基板大體相同的熱氧化硅基板1清洗干凈，放置在濺射成膜裝置上。在濺射成膜裝置的導(dǎo)入室預(yù)先排氣到真空度低于1×10-7Torr排氣后，然后在基板不加熱的情況下形成了Co-Pt/SiO2微粒結(jié)構(gòu)的磁記錄層83(膜厚10nm)。磁記錄層83的成膜用Co-Pt靶和SiO2靶，采用在Ar氣壓為2mTorr的氣壓下，使兩個(gè)靶同時(shí)濺射的共濺射法。磁記錄層83的Co-Pt成分用Co-Pt53％at靶采用RF磁控濺射法制作，SiO2成分用SiO2靶采用RF磁控濺射法制作。此外調(diào)整Co-Pt成分和SiO2成分的成膜速度，使磁記錄層83中的Co-Pt粒子的體積百分?jǐn)?shù)為70％。
在基板上形成磁記錄層83后，在真空中移動(dòng)到加熱載物臺(tái)上以后在真空中進(jìn)行熱處理。把熱處理前的加熱載物臺(tái)真空槽的背壓減到2×10-8Torr后進(jìn)行熱處理。其中使熱處理溫度變化在100～700的范圍內(nèi)，制作了多個(gè)試樣。制作各個(gè)試樣時(shí)的熱處理溫度將在后面介紹。此外熱處理的工藝規(guī)程按以下順序進(jìn)行。首先對(duì)加熱器的溫度進(jìn)行調(diào)整，使對(duì)于設(shè)定溫度達(dá)到平衡狀態(tài)10分鐘。達(dá)到設(shè)定溫度和實(shí)現(xiàn)平衡狀態(tài)后放置30分鐘，切斷加熱器。在切斷加熱器后試樣在真空中自然冷卻。
對(duì)磁記錄層83進(jìn)行熱處理后，在基板溫度降到100℃左右時(shí)形成保護(hù)層84的碳(C)膜(膜厚5nm)。形成C膜使用DC磁控濺射法。成膜條件為Ar氣壓2mTorr、靶的附加電力為0.3KW。形成C膜時(shí)使基板溫度降低是為了防止基板溫度高的狀態(tài)下形成碳膜的話，C膜向下面的磁記錄層內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散，有可能改變磁記錄層的特性。評(píng)價(jià)記錄再生特性的試樣預(yù)先進(jìn)行帶式拋光后涂敷潤(rùn)滑劑。制作的各媒體試樣如后面介紹的進(jìn)行了記錄再生特性評(píng)價(jià)后，切成小塊，進(jìn)行膜結(jié)構(gòu)和磁特性評(píng)價(jià)。
制作的各試樣的熱處理溫度如下。
試樣編號(hào)熱處理溫度(℃)B-1無(wú)B-2200B-3300B-4400B-5500B-6600B-7650B-8700為了評(píng)價(jià)制作的試樣磁特性，進(jìn)行磁化測(cè)定，得到磁化曲線。圖9表示從各試樣的磁化曲線得到的矯頑力和熱處理溫度的關(guān)系。從圖9可以看出，熱處理溫度在500℃以下矯頑力在1kOe以下，與此相反，熱處理溫度超過(guò)600℃的話，矯頑力開始增加，在700℃時(shí)矯頑力達(dá)到6.4kOe。由此可以看出通過(guò)提高熱處理溫度能夠得到高矯頑力的媒體。[X射線衍射測(cè)定和電子顯微鏡觀察]為了研究測(cè)定了磁特性的試樣的顯微結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了X射線測(cè)定和電子顯微鏡觀察。從X射線衍射測(cè)定結(jié)果可以看出，熱處理溫度在500℃以下的試樣(B-1～B-5)中，fcc(111)面衍射峰為主要的峰，其他的為fcc(200)的峰。由此可以看出B-1～B-5試樣磁性粒子的晶粒是隨機(jī)取向的。與此相反，使熱處理溫度提高到600℃以上制作的試樣中，fct晶體結(jié)構(gòu)的(111)、(110)、(001)、(200)面的衍射峰增大，特別是使熱處理溫度提高到700℃制作的試樣中fct晶體結(jié)構(gòu)為主。
為了研究磁記錄層的顯微結(jié)構(gòu)，用透射式電子顯微鏡(TEM)觀察了磁記錄層表面。觀察的結(jié)果表明，觀察到晶粒和晶粒之間的邊界存在有厚度2～4nm左右觀察不到晶格像的非晶態(tài)區(qū)域，像是相鄰粒子和粒子分離一樣。為了辨別構(gòu)成磁記錄層內(nèi)的晶粒和非晶態(tài)物質(zhì)的元素，用放在電子顯微鏡中的μEDX分析儀(空間分辨率約1nm)，進(jìn)行了面內(nèi)方向的成分分析。結(jié)果觀察到晶粒內(nèi)的EDX波譜僅為Co元素和Pt元素，晶粒內(nèi)的成分為Co-Pt51％at。另外在晶界的非晶態(tài)區(qū)域，檢測(cè)出Si和氧的峰，表明非晶態(tài)部分是SiO2。從此觀察的結(jié)果可以判明磁記錄層3具有在Co-Pt磁性晶粒周圍覆蓋一薄層SiO2的微粒結(jié)構(gòu)。此外各磁性晶粒之間的相互交換作用切斷，使其磁隔離。
為了研究此磁性晶粒的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了電子束衍射像觀察。結(jié)果觀察到試樣B-1～B-5中主要為fcc(111)面的衍射環(huán)。除此以外僅觀察到fcc(200)衍射環(huán)。另一方面在B-8試樣中觀察到以fct(111)面的衍射環(huán)為主的衍射像。除這樣的衍射環(huán)外還觀察到多個(gè)衍射環(huán)，不是充分分離的峰，難以辨別衍射面。從這些電子顯微鏡的觀察結(jié)果和X射線衍射測(cè)定的結(jié)果可以看出500℃以下的熱處理溫度下磁記錄層的磁性粒子為fcc晶體結(jié)構(gòu)，處于非有序晶格結(jié)構(gòu)合金狀態(tài)。使熱處理溫度升到600℃以上，磁性粒子開始有序晶格結(jié)構(gòu)化，變成可以觀察到有序晶格結(jié)構(gòu)合金狀態(tài)的fct結(jié)構(gòu)，矯頑力增加。
然后按下述順序求出了構(gòu)成磁記錄層的磁性粒子的平均顆粒直徑和顆粒直徑分布。磁記錄層的平面TEM像中，選擇在邊長(zhǎng)0.2μm的方視場(chǎng)隨機(jī)分布的400個(gè)晶粒，把晶粒輪廓作為圖像信息取出存入計(jì)算機(jī)。根據(jù)此存入的數(shù)據(jù)計(jì)算各晶粒的面積，近似用看成各晶粒是面積相等的圓板，通過(guò)求出此圓板的直徑，計(jì)算出晶粒直徑。400個(gè)晶粒的顆粒直徑分布大體可以用高斯分布近似的分布形狀，把高斯分布用于得到的晶粒直徑分布，求出平均晶粒直徑和晶粒直徑的方差。測(cè)定結(jié)果如下。
試樣編號(hào)平均晶粒直徑(nm)方差(nm)B-1 5.12.2B-2 5.22.3B-3 5.12.1B-4 7.32.5B-5 10.4 3.7B-6 14.8 4.1B-7 16.2 4.5B-8 18.4 5.2從此結(jié)果可以看出，隨溫度上升顆粒直徑增加。特別是使熱處理溫度升高到600℃以上，顆粒直徑和顆粒分散程度都顯著增大。此結(jié)果表明通過(guò)形成磁記錄層時(shí)的熱處理可以使矯頑力增加，而磁記錄層晶粒直徑變得明顯粗大，記錄再生時(shí)的噪音要增大。與實(shí)施例2的情況相同，把具有可以進(jìn)行高密度記錄矯頑力的試樣B-6～B-8裝在圖4和圖5所示的記錄再生裝置上，在與實(shí)施例2相同的測(cè)定條件下進(jìn)行了記錄再生特性評(píng)價(jià)，S/N是B-6為11dB、B-7為12dB、B-8為12dB，盡管有足夠的矯頑力，但噪音大，記錄再生特性惡化。
為了對(duì)記錄特性的結(jié)果進(jìn)行研究，用磁力顯微鏡(MFM)對(duì)各試樣磁記錄層的磁化狀態(tài)進(jìn)行了觀察。在各試樣的磁記錄層中形成了記錄的圖案，而在過(guò)渡區(qū)域中記錄磁區(qū)的圖案有大的波動(dòng)，觀察到大的鋸齒形磁壁。認(rèn)為這是由于晶粒直徑粗大造成的。
根據(jù)實(shí)施例2和對(duì)比例3的結(jié)果，在可以使用工業(yè)用玻璃基板、對(duì)應(yīng)于能高密度記錄的試樣A-6、A-7條件下，在2.5英寸磁盤用玻璃基板上制作了試樣。此結(jié)果表明制作的試樣各種特性在試驗(yàn)誤差范圍內(nèi)顯示出與試樣A-6、A-7相同的數(shù)值，本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，而且可以在工業(yè)化的條件下實(shí)現(xiàn)。試樣A-6、A-7由于基板的加熱溫度是400℃～450℃，所以可以用工業(yè)用玻璃基板制作磁記錄媒體。
在本實(shí)施例中對(duì)于金屬膜或?qū)щ娦缘某赡し椒](méi)有特殊要說(shuō)明的限制，實(shí)施例中提到的方法是具有代表性的成膜方法，在金屬膜或?qū)щ娦阅こ赡さ那闆r下，可以采用DC磁控濺射法、RF磁控濺射法、RF常規(guī)濺射法、ECR濺射法等，此外在形成非金屬膜或非導(dǎo)電性膜的情況下，可以采用RF磁控濺射法、RF常規(guī)濺射法、ECR濺射法。
下面對(duì)圖10表示的堆積層結(jié)構(gòu)的磁記錄媒體的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。
首先把清洗干凈的磁盤用石英玻璃基板放在濺射成膜裝置上。在導(dǎo)入室預(yù)先排氣到真空度低于1×10-7Torr后，把基板加熱到200℃，去除基板表面吸附的氣體。然后使基板溫度冷卻到室溫后形成膜厚20nm的磁記錄層9。磁記錄層9的成膜用ECR濺射法。成膜條件為Ar氣體壓力為0.2mTorr，用于激發(fā)等離子的微波為500w，加在靶上的附加電源為RF300W。此時(shí)成膜速度為0.05nm/秒。此外靶是以Co-Pt53％at為基礎(chǔ)，在濺射面貼B和Cr的長(zhǎng)方形切片的靶。成膜后的薄膜狀態(tài)的磁記錄層的成分用ICPS法(Inductively Coupled PlasmaSpectroscopy)確定時(shí)，膜平均成分為Co-Pt41％at-B5％at-Cr12％at。
在本實(shí)施例中形成磁記錄層9后，在后面介紹的各種溫度下對(duì)磁記錄層進(jìn)行熱處理，制作了6種磁記錄媒體(試樣C-1～試樣C-6)。磁記錄層9形成后為了不將試樣拿到大氣中進(jìn)行熱處理，利用了濺射裝置的加熱臺(tái)進(jìn)行熱處理。也就是把形成了磁記錄層的基板移到加熱臺(tái)上，在真空度達(dá)到小于1×10-7Torr后進(jìn)行熱處理。熱處理的時(shí)間在真空排氣的狀態(tài)下為1小時(shí)。
熱處理后，在基板溫度降到100℃左右時(shí)形成保護(hù)層10的碳膜(膜厚5nm)。形成碳膜使用DC磁控濺射法。成膜條件為Ar氣壓2mTorr、靶的附加電力為0.3KW。形成碳膜時(shí)使基板溫度降低是為了防止基板溫度高的狀態(tài)下形成碳膜的話，碳膜向下面的磁記錄層內(nèi)擴(kuò)散，有可能改變磁記錄層的特性。制作的各個(gè)試樣切成小塊，進(jìn)行膜結(jié)構(gòu)和磁特性評(píng)價(jià)。對(duì)制作的試樣的磁記錄層熱處理溫度、后面介紹的從磁特性的比較求出的矯頑力匯總結(jié)如下。
試樣編號(hào)熱處理溫度(℃)矯頑力(kOe)C-1不熱處理 0.2C-21800.2C-32700.2C-43600.1C-54500.1C-65404.7對(duì)比例4除了構(gòu)成磁記錄層的材料變?yōu)镃o-Pt的2元合金以外，與實(shí)施例3相同，制作了與圖10相同的磁記錄媒體。下面參照?qǐng)D10說(shuō)明這樣的磁記錄媒體的制作方法。
首先把清洗干凈的磁盤用石英玻璃基板放在濺射成膜裝置上。在導(dǎo)入室預(yù)先排氣到真空度低于1×10-7Torr后，把基板加熱到200℃，去除基板表面吸附的氣體。然后使基板溫度冷卻到室溫后形成膜厚20nm的磁記錄層9。磁記錄層9的成膜用ECR濺射法。靶用Co-Pt合金靶(純度3N)。成膜條件為Ar氣體壓力為0.2mTorr，用于激發(fā)等離子的微波500w，加在靶上的附加電源為RF300W。此時(shí)成膜速度為0.06nm/秒。成膜后的薄膜狀態(tài)的磁記錄層的成分用ICPS法(Inductively Coupled Plasma Spectroscopy)確定時(shí)，膜平均成分為Co-Pt48％at-B5％at-Cr12％at。
形成磁記錄層9后，在后述的各種溫度下對(duì)磁記錄層進(jìn)行熱處理，制作了4種磁記錄媒體(試樣D-1～試樣D-4)。磁記錄層9的熱處理為了在磁記錄層9形成后不拿到大氣中進(jìn)行熱處理，利用了濺射裝置的加熱臺(tái)進(jìn)行熱處理。也就是把形成磁記錄層的基板移到加熱臺(tái)上，真空度小于1×10-7Torr后進(jìn)行熱處理。熱處理的時(shí)間在真空排氣的狀態(tài)下為1小時(shí)。
熱處理后，在基板溫度降到100℃左右時(shí)形成保護(hù)層10的碳膜(膜厚5nm)。形成碳膜使用DC磁控濺射法。成膜條件為Ar氣壓2mTorr、靶的附加電力為0.3KW。形成碳膜時(shí)使基板溫度降低是為了防止基板溫度高的狀態(tài)下形成碳膜的話，碳膜向下面的磁記錄層內(nèi)擴(kuò)散，有可能改變磁記錄層的特性。制作的各媒體試樣切成小塊，進(jìn)行膜結(jié)構(gòu)和磁特性評(píng)價(jià)。制作的試樣的磁記錄層熱處理溫度如下。
試樣編號(hào)熱處理溫度(℃)D-1 無(wú)熱處理D-2 180D-3 360D-4 540[磁特性對(duì)比]對(duì)實(shí)施例3和對(duì)比例4制作的試樣用試樣振動(dòng)磁束計(jì)，測(cè)定了垂直膜面方向的磁化曲線，評(píng)價(jià)了磁特性。實(shí)施例3制作的試樣C-1～C-6從各自的磁化曲線求出矯頑力。試樣C-1～C-6各試樣矯頑力如前所述。
圖12表示磁記錄層熱處理溫度和矯頑力關(guān)系的曲線。從上述結(jié)果和圖12的曲線可以看出，磁記錄層熱處理溫度在450℃以下的試樣C-1～C-5矯頑力為0.1～0.2kOe左右，大體不變，與此相反，在540℃進(jìn)行熱處理的試樣C-6矯頑力急劇增大，顯示為4.7kOe。圖11表示垂直試樣C-6膜面方向測(cè)定的磁化曲線。如圖11所示，剩余磁化相對(duì)于飽和磁化的減少比例小，用剩余磁化相對(duì)于飽和磁化的比(剩余磁化/飽和磁化)表示的矩形比為0.9。
一般磁性粒子間相互作用越大，矯頑力附近的磁化曲線的斜度，也就是磁化曲線中的磁化的大小為零的磁界上磁化曲線的斜度就越大。隨矯頑力附近磁化曲線的斜度增加，此磁性材料的磁化反轉(zhuǎn)模式從一個(gè)個(gè)晶粒孤立地、僅晶粒磁化反轉(zhuǎn)的形式(孤立磁化反轉(zhuǎn)型)變化到通過(guò)磁壁移動(dòng)造成磁化反轉(zhuǎn)的形式(磁壁移動(dòng)型)。換句話說(shuō)，隨晶粒間磁孤立化的進(jìn)行，矯頑力附近的磁化曲線斜度減小，因膜面垂直方向的反磁界而接近磁化曲線產(chǎn)生的斜度。在圖11所示的磁化曲線中，矯頑力附近的磁化曲線斜度的大小是反磁界造成的斜度的1.5倍左右，所以認(rèn)為是晶粒的孤立化進(jìn)行的。另一方面其他的試樣由于顯示出在矯頑力附近的磁化曲線斜度值是10倍以上，所以認(rèn)為處于晶粒之間相互作用大的狀態(tài)。
另一方面對(duì)對(duì)比例4試樣D-1～D-4也進(jìn)行了同樣的磁化測(cè)定，從得到的磁化曲線求出了各自的矯頑力。對(duì)比例4試樣D-1～D-4的矯頑力表示如下。此外上述圖12表示對(duì)比例4試樣的磁記錄層的熱處理溫度和矯頑力的關(guān)系。
試樣編號(hào) 矯頑力D-10.2kOeD-20.2kOeD-30.3kOeD-40.5kOe對(duì)比例試樣D-1～D-4的最大矯頑力僅為0.5kOe。[X射線衍射測(cè)定]為了研究上述各試樣磁特性的差異、與試樣晶體結(jié)構(gòu)的不同的關(guān)系，進(jìn)行了X射線衍射測(cè)定。圖13表示試樣C-3、C-4、C-5和C-6的X射線衍射測(cè)定的結(jié)果。僅僅得到低矯頑力的試樣C-3、C-4和C-5中，僅在2θ～41°附近觀察到磁性膜也就是磁記錄層的(111)面的衍射峰。此外試樣C-1和C-2也得到同樣的結(jié)果。與此相反，得到高矯頑力的試樣C-6中磁性膜的(111)面衍射峰位置移向高角度一側(cè)，而且觀察到在2θ～24°和2θ～49°有新的衍射峰。新觀察到的峰中，在2θ～24°的峰是磁性膜(001)面的衍射峰，在2θ～49°觀察到的峰是磁性膜(002)面的衍射峰。此結(jié)果表明試樣C-6的磁性膜具有L10型有序晶格結(jié)構(gòu)化結(jié)構(gòu)。由此可以看出使上述磁記錄層在540℃進(jìn)行熱處理，可以進(jìn)行構(gòu)成磁記錄層的磁性材料的有序晶格結(jié)構(gòu)化。此外通過(guò)這樣的構(gòu)成磁記錄層的磁性材料的有序晶格結(jié)構(gòu)化，可以實(shí)現(xiàn)上述高的矯頑力。
另一方面在對(duì)比例4試樣的D-1～D-4中僅在2θ～41°附近觀察到磁性膜的(111)面衍射峰。也就是在對(duì)比例4的試樣中即使在540℃進(jìn)行熱處理，磁性膜也不會(huì)有序晶格結(jié)構(gòu)化。[用μEDX分析儀進(jìn)行成分分析]為了從顯微結(jié)構(gòu)方面對(duì)試樣C-6和其他試樣C-1～C-5的特性差異進(jìn)行比較，對(duì)試樣C-6和試樣C-1用放在透射式電子顯微鏡中的μEDX分析儀(空間分辨率約2nm)，進(jìn)行了與磁記錄層膜面平行方向(膜面內(nèi)方向)的成分分析。在膜面內(nèi)方向的成分分析中，首先對(duì)兩個(gè)試樣研究了晶粒內(nèi)和晶界的Cr的成分。在試樣C-1中晶界的Cr元素X射線強(qiáng)度比晶粒內(nèi)X射線強(qiáng)度增加3～7％，與此相反，在試樣C-6中晶界的Cr元素X射線強(qiáng)度比晶粒內(nèi)X射線強(qiáng)度增加20％以上。此外試樣C-6中晶界的B元素的特征X射線強(qiáng)度也比晶粒內(nèi)的X射線強(qiáng)度有一些增加。由此可以認(rèn)為在試樣C-6中在晶界具有Cr元素偏析的傾向，這種Cr的偏析減弱了晶粒間磁的相互作用。因此像試樣C-6的磁記錄層那樣，具有Cr元素偏析在晶界的結(jié)構(gòu)的磁記錄層，由于降低了磁相互作用，可以使磁化反轉(zhuǎn)單位減小。因此具有這樣的磁記錄層的磁記錄媒體可以顯著降低媒體的噪音。
上面用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的磁記錄媒體和它的制造方法，以及磁記錄裝置進(jìn)行了說(shuō)明，本發(fā)明并不限于此。在上述實(shí)施例中磁記錄層的有序晶格結(jié)構(gòu)合金是采用作為過(guò)渡族金屬的Co和貴金屬的Pt的情況，也可以用Fe代替Co、用Pd代替Pt。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明的第1方面的磁記錄媒體由于是用含B的有序晶格結(jié)構(gòu)合金形成的磁記錄層，可以提供熱穩(wěn)定性非常高的磁記錄媒體。此外由于基板使用可以在批量生產(chǎn)中用的玻璃基板，這樣的磁記錄媒體可以低成本生產(chǎn)。
本發(fā)明的第2方面的磁記錄媒體由于是用結(jié)晶形態(tài)不同的至少2種的軟磁性層構(gòu)成包層，提高了磁記錄層的結(jié)晶取向性，同時(shí)可以降低媒體噪音。此外由于作為磁記錄層使用具有高磁各向異性的有序晶格結(jié)構(gòu)合金，磁記錄媒體的熱穩(wěn)定性非常好。
本發(fā)明的第3方面的制造方法中，由于可以在比現(xiàn)有技術(shù)低的溫度范圍使作為磁記錄層的磁性粒子有序晶格結(jié)構(gòu)合金化，可以使用適于批量生產(chǎn)的玻璃基板，可以低成本地提供能高密度記錄的、熱穩(wěn)定性高的磁記錄媒體。因此工業(yè)上的利用價(jià)值非常高。
本發(fā)明的磁記錄裝置能在具有高矯頑力的磁記錄媒體上可靠記錄信息，能低噪音地再生記錄的信息，所以作為超高密度記錄用的下一代的磁記錄裝置是非常適用的。
權(quán)利要求
1.一種磁記錄媒體，它包括含非晶態(tài)成分的基板和含B的有序晶格結(jié)構(gòu)合金構(gòu)成的磁記錄層。
2.如權(quán)利要求1所述的磁記錄媒體，其特征為上述磁記錄層是含有Co和Fe中至少一種過(guò)渡族金屬元素以及Pt和Pd中至少一種貴金屬元素的L10型晶體結(jié)構(gòu)的有序晶格結(jié)構(gòu)合金。上述過(guò)渡族金屬元素和上述貴金屬元素的原子比率滿足以下關(guān)系0.45≤(過(guò)渡族金屬元素)/(過(guò)渡族金屬元素+貴金屬元素)≤0.55。
3.如權(quán)利要求2所述的磁記錄媒體，其特征為上述磁記錄層還含有Cr。
4.如權(quán)利要求1所述的磁記錄媒體，其特征為上述磁記錄層和上述基板之間至少有一層非磁性基底層，與上述磁記錄層相連的非磁性基底層具有體心立方晶格(bcc)、體心正方晶格(bct)、面心立方晶格(fcc)、面心正方晶格(fct)和NaCl型晶體結(jié)構(gòu)中任選一種的晶體結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求4所述的磁記錄媒體，其特征為連接上述磁記錄層的非磁性基底層是從體心立方晶格(bcc)、面心立方晶格(fcc)和NaCl型晶體結(jié)構(gòu)中任選一種的晶體結(jié)構(gòu)，而且{100}晶面與基板平行。
6.如權(quán)利要求4所述的磁記錄媒體，其特征為連接上述磁記錄層的非磁性基底層具有體心正方晶格(bct)或面心正方晶格(fct)結(jié)構(gòu)，而且(100)晶面或(001)晶面與基板平行。
7.如權(quán)利要求4所述的磁記錄媒體，其特征為具有上述bcc晶體結(jié)構(gòu)的非磁性基底層是用Cr、V、Mo、W、Nb、Ta或Hf單體，或可以使用在這些元素中選出的至少一種元素中，添加從Cr、V、Mo、W、Nb、Ti、Ta、Ru、Zr和Hf中選擇的至少1種元素得到的合金形成。
8.如權(quán)利要求4所述的磁記錄媒體，其特征為具有上述bct晶體結(jié)構(gòu)的非磁性基底層是用Ni-Al二元合金，或在Ni-Al二元合金中添加V、Mo、W、Nb、Ti、Ta、Ru、Zr和Hf中選擇的至少1種元素得到的合金形成。
9.如權(quán)利要求4所述的磁記錄媒體，其特征為具有上述fcc晶體結(jié)構(gòu)的非磁性基底層至少含有Pt、Pd、Rh、Au、Cu以及Ag中的1種。
10.如權(quán)利要求4所述的磁記錄媒體，其特征為具有上述NaCl晶體結(jié)構(gòu)的非磁性基底層至少含有MgO、LiF和NiO中的1種。
11.如權(quán)利要求2所述的磁記錄媒體，其特征為上述磁記錄層由磁性晶粒和包圍它的晶界部分構(gòu)成，在上述磁性晶粒內(nèi)的過(guò)渡族金屬元素的濃度用C1表示，上述晶界部分的過(guò)渡族金屬元素的濃度用C2表示時(shí)，要滿足C1＞C2的關(guān)系。
12.如權(quán)利要求2所述的磁記錄媒體，其特征為上述磁記錄層中含有的B在5％at～20％at范圍。
13.如權(quán)利要求12所述的磁記錄媒體，其特征為上述磁記錄層的磁性晶粒內(nèi)的B濃度用C3表示，上述晶界部分的B濃度用C4表示時(shí)，要滿足C3＜C4的關(guān)系。
14.如權(quán)利要求2所述的磁記錄媒體，其特征為上述磁記錄層的磁性晶粒內(nèi)的氧含量用C5表示，上述晶界部分的氧含量用C6表示時(shí)，要滿足(C5/10)＜C6的關(guān)系。
15.如權(quán)利要求11所述的磁記錄媒體，其特征為構(gòu)成上述磁記錄層的磁性粒子的平均晶粒直徑在4nm～10nm范圍內(nèi)。
16.如權(quán)利要求15所述的磁記錄媒體，其特征為上述平均晶粒直徑用d1表示，最小的磁化反轉(zhuǎn)單位的顆粒直徑用d2表示，要滿足(2×d1)＞d2的關(guān)系。
17.如權(quán)利要求1所述的磁記錄媒體，其特征為上述基板是玻璃基板。
18.如權(quán)利要求3所述的磁記錄媒體，其特征為上述磁記錄層由磁性晶粒和包圍它的晶界部分構(gòu)成，上述晶界部分Cr的濃度比在上述磁性晶粒內(nèi)的Cr的濃度高。
19.如權(quán)利要求2或3所述的磁記錄媒體，其特征為上述基板和磁記錄層之間有包層，此包層至少含有2種晶體結(jié)構(gòu)不同的軟磁性層。
20.如權(quán)利要求19所述的磁記錄媒體，其特征為上述包層包含有用微晶析出型軟磁性體形成的微晶析出型軟磁性層和用結(jié)晶型軟磁性體形成的結(jié)晶型軟磁性層，在包層內(nèi)結(jié)晶型軟磁性層位于靠近磁記錄層一側(cè)。
21.一種磁記錄媒體，它包括基板、有序晶格結(jié)構(gòu)合金構(gòu)成的磁記錄層和包層，其中此包層含有結(jié)晶形態(tài)互不相同的至少2種軟磁性層。
22.如權(quán)利要求21所述的磁記錄媒體，其特征為上述包層包括在上述基板和磁記錄層之間形成、而且用微晶析出型軟磁性體形成的微晶析出型軟磁性層，和用結(jié)晶型軟磁性體形成的結(jié)晶型軟磁性層，在包層內(nèi)結(jié)晶型軟磁性層位于靠近磁記錄層一側(cè)。
23.如權(quán)利要求22所述的磁記錄媒體，其特征為上述微晶析出型軟磁性層的膜厚t1和結(jié)晶型軟磁性層的膜厚t2滿足t1＞t2的關(guān)系。
24.如權(quán)利要求21所述的磁記錄媒體，其特征為上述包層的膜厚是上述磁記錄層膜厚的3倍以上，而且在500nm以下。
25.如權(quán)利要求24所述的磁記錄媒體，其特征為上述結(jié)晶型軟磁性層的膜厚在100nm以下。
26.如權(quán)利要求23所述的磁記錄媒體，其特征為上述微晶析出型軟磁性層由Fe-X-C合金或Fe-X-N合金組成，X是Ta、Ti、Zr、Hf、V和Nb中選出的至少一種元素。
27.如權(quán)利要求26所述的磁記錄媒體，其特征為含在上述微晶析出型軟磁性層中的Fe元素在70％at～85％at范圍內(nèi)。
28.如權(quán)利要求26所述的磁記錄媒體，其特征為上述微晶析出型軟磁性層由Fe-X-C合金組成，F(xiàn)e-X-C中使以X-C為主的相與以Fe為主的相產(chǎn)生相分離而析出。
29.如權(quán)利要求28所述的磁記錄媒體，其特征為以Fe為主的相的晶粒直徑分布的平均晶粒直徑在7nm～20nm范圍內(nèi)。
30.如權(quán)利要求28所述的磁記錄媒體，其特征為以X-C為主的相的晶粒直徑分布的平均晶粒直徑在3nm～7nm范圍內(nèi)。
31.如權(quán)利要求22所述的磁記錄媒體，其特征為上述結(jié)晶型軟磁性層具有體心立方晶格或面心立方晶格的晶體結(jié)構(gòu)。
32.如權(quán)利要求22所述的磁記錄媒體，其特征為上述結(jié)晶型軟磁性層的{100}晶面與基板大體平行。
33.如權(quán)利要求21所述的磁記錄媒體，其特征為在上述包層和磁記錄層之間有非磁性層，非磁性層和磁記錄層由至少具有結(jié)晶型的粒子構(gòu)成，在上述包層內(nèi)從靠近磁記錄層一側(cè)形成的層非磁性層和磁記錄層取向附生長(zhǎng)大。
34.如權(quán)利要求33所述的磁記錄媒體，其特征為構(gòu)成上述磁記錄層的磁性粒子易磁化軸方向與基板表面大體垂直。
35.如權(quán)利要求34所述的磁記錄媒體，其特征為構(gòu)成上述磁記錄層的磁性粒子主要成分是由Co和Fe中至少一種過(guò)渡族金屬元素以及Pt或Pd的貴金屬元素構(gòu)成，過(guò)渡族金屬元素和貴金屬元素的原子比例要滿足0.45≤(過(guò)渡族金屬元素)/(過(guò)渡族金屬元素+貴金屬元素)≤0.55
36.如權(quán)利要求35所述的磁記錄媒體，其特征為構(gòu)成上述磁記錄層的磁性粒子具有L10型晶體結(jié)構(gòu)或面心立方晶格結(jié)構(gòu)。
37.如權(quán)利要求36所述的磁記錄媒體，其特征為上述磁記錄層由過(guò)渡族金屬元素和貴金屬元素構(gòu)成的合金為主要的相，而且含第3元素B，B含量在5％at～20％at范圍內(nèi)。
38.如權(quán)利要求37所述的磁記錄媒體，其特征為構(gòu)成上述磁記錄層的磁性粒子內(nèi)的過(guò)渡族金屬元素濃度用C1表示，在晶界的過(guò)渡族金屬元素濃度用C2表示時(shí)，滿足C1＞C2的關(guān)系，上述粒子內(nèi)的B濃度用C3表示，在晶界的B濃度用C4表示時(shí)，滿足C3＜C4的關(guān)系。
39.如權(quán)利要求21所述的磁記錄媒體，其特征為上述磁記錄層用電子回旋加速器共鳴(ECR)濺射法成膜。
40.如權(quán)利要求33所述的磁記錄媒體，其特征為上述非磁性層由單層或多層構(gòu)成，而且具有體心立方晶格(bcc)、體心正方晶格(bct)、面心立方晶格(fcc)、面心正方晶格(fct)和NaCl型晶體結(jié)構(gòu)中任選一種的晶體結(jié)構(gòu)，而且(001)晶面與基板大體平行。
41.如權(quán)利要求40所述的磁記錄媒體，其特征為具有bcc晶體結(jié)構(gòu)的非磁性層使用Cr、V、Mo、W、Nb、Ta或Hf單體，或可以使用在這些元素中選出的至少一種元素中，添加從Cr、V、Mo、W、Nb、Ti、Ta、Ru、Zr和Hf中選擇的至少1種元素得到的合金而形成。
42.如權(quán)利要求40所述的磁記錄媒體，其特征為具有bct晶體結(jié)構(gòu)的非磁性層使用Ni-Al二元合金，或在Ni-Al二元合金中添加V、Mo、W、Nb、Ti、Ta、Ru、Zr和Hf中選擇的至少1種或多種元素得到的合金形成。
43.如權(quán)利要求40所述的磁記錄媒體，其特征為具有fcc晶體結(jié)構(gòu)的非磁性層使用Pt、Pd、Rh、Au、Cu或Ag的單體，或由以這些元素中至少1種為主相的合金形成。
44.如權(quán)利要求40所述的磁記錄媒體，其特征為具有NaCl晶體結(jié)構(gòu)的非磁性層使用至少含有MgO、LiF、NiO中1種的無(wú)機(jī)物形成。
45.如權(quán)利要求40所述的磁記錄媒體，其特征為上述非磁性層膜厚用t3表示，上述磁記錄層膜厚用t4表示時(shí)，滿足2nm≤t3≤(t4/2)的關(guān)系。
46.如權(quán)利要求21所述的磁記錄媒體，其特征為構(gòu)成上述磁記錄層的晶粒的平均晶粒直徑在4nm～10nm范圍內(nèi)。
47.如權(quán)利要求21所述的磁記錄媒體，其特征為上述基板含非晶態(tài)成分。
48.如權(quán)利要求37所述的磁記錄媒體，其特征為上述磁記錄層含有Cr。
49.如權(quán)利要求48所述的磁記錄媒體，其特征為上述磁記錄層由磁性晶粒和包圍它的晶粒邊界構(gòu)成，在上述晶粒邊界的Cr濃度比上述磁性晶粒內(nèi)的Cr濃度要高。
50.一種制造磁記錄媒體的方法，磁記錄媒體包括含非晶態(tài)成分的基板和含B的有序晶格結(jié)構(gòu)合金構(gòu)成的磁記錄層；該方法包括準(zhǔn)備含非晶態(tài)成分的基板；把上述基板加熱后，通過(guò)把濺射用氣體等離子化產(chǎn)生帶電荷的粒子，使這樣的粒子轟擊含B的靶，使靶的粒子飛濺出，并使靶的粒子淀積在上述基板上，從而形成上述磁記錄層。
51.如權(quán)利要求50所述的制造磁記錄媒體的方法，其中上述等離子化是用電子回旋加速器共鳴(ECR)濺射法。
52.如權(quán)利要求50所述的制造磁記錄媒體的方法，其中使上述基板的加熱在400℃～550℃范圍內(nèi)進(jìn)行。
53.如權(quán)利要求51所述的制造磁記錄媒體的方法，其中上述含B的靶是在用有序晶格結(jié)構(gòu)合金作成的靶的濺射面上，貼B的長(zhǎng)方形切片構(gòu)成。
54.如權(quán)利要求51所述的制造磁記錄媒體的方法，其中上述含B的靶是由僅含B形成的靶和用有序晶格結(jié)構(gòu)合金形成的靶構(gòu)成。
55.如權(quán)利要求50所述的制造磁記錄媒體的方法，還包括上述磁記錄層形成后，在550℃以下的溫度進(jìn)行熱處理。
56.一種磁記錄裝置，它包括如權(quán)利要求1或21所述的磁記錄媒體、用于記錄或再生信息的磁頭、和用于驅(qū)動(dòng)上述磁記錄媒體相對(duì)上述磁頭運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置。
57.一種制造含有有序晶格結(jié)構(gòu)合金的磁性材料的方法，該方法包括使構(gòu)成有序晶格結(jié)構(gòu)合金的成分中含B后，或使構(gòu)成有序晶格結(jié)構(gòu)合金的成分中含有B時(shí)，用氣相法、熔融法和燒結(jié)法中選擇的一種方法形成有序晶格結(jié)構(gòu)合金。
全文摘要
磁記錄媒體在含非晶態(tài)成分的基板1上，有含B的有序晶格結(jié)構(gòu)合金形成的磁記錄層63。有序晶格結(jié)構(gòu)合金中的B中一部分偏析在晶界，可以減弱作用在磁性粒子間的磁相互作用。這樣可以在磁記錄層63上形成微小磁區(qū)，同時(shí)也可以降低噪音。由于含B的有序晶格結(jié)構(gòu)合金與不含B的有序晶格結(jié)構(gòu)合金相比，有序化溫度降低，所以可以降低磁記錄層63成膜時(shí)基板加熱溫度，從而可以采用適于批量生產(chǎn)的玻璃基板。此外由于磁記錄層63使用磁各向異性高的有序晶格結(jié)構(gòu)合金，所以熱穩(wěn)定性也好。按照本發(fā)明可以提供一種熱穩(wěn)定性好、低噪音的高密度記錄用磁記錄媒體。
文檔編號(hào)G11B5/65GK1451159SQ01815036
公開日2003年10月22日 申請(qǐng)日期2001年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月9日
發(fā)明者稻葉信幸, 神田哲典, 山中英明, 松沼悟, 藤田鹽地 申請(qǐng)人:日立麥克賽爾株式會(huì)社