DE3781712T2 - Magnetischer aufzeichnungstraeger. - Google Patents

Magnetischer aufzeichnungstraeger.

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DE3781712T2 DE8787102620T DE3781712T DE3781712T2 DE 3781712 T2 DE3781712 T2 DE 3781712T2 DE 8787102620 T DE8787102620 T DE 8787102620T DE 3781712 T DE3781712 T DE 3781712T DE 3781712 T2 DE3781712 T2 DE 3781712T2
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein magnetisches Aufzeichnungsmedium.
  • Verschiedene Legierungen aus Kobalt und Platin wurden als Magnetmaterial in magnetischen Dünnfilm-Aufzeichnungsplatten zur horizontalen Aufzeichnung benutzt. In diesen Platten wird die hexagonale, dichtgepackte (HCP) kristalline Struktur der Kobalt-Platin-Legierung (CoPt) auf dem Träger oder auf einer darunterliegenden Zwischenunterlage ausgebildet, so daß die C-Achse, d.i. die [002] Achse, des CoPt-Films entweder in der Ebene des Films liegt oder eine Komponente in der Ebene des Films aufweist.
  • Die Koerzitivität (Hc) der CoPt-Filme hängt ab von der Zusammensetzung der Legierung, wobei sich die maximale Hc bei etwa 20 Atomprozent (at.%) Platin einstellt. Siehe J. A. Aboaf et al., "Magnetic Properties and Structure of Co-Pt Thin Films", IEEE Trans on Magnetics, MAG-19, 1514 (1983), und M. Kitada et al., "Magnetic Properties of Sputtered Co-Pt Thin Films", J. Appl. Phys. 54 (12), Dezember 1983, Seiten 7089-7094. Über die Koerzitivität und weitere Eigenschaften der Kobalt-Platin-Filine wurde berichtet von Opfer et al. in einem Artikel mit dem Titel "Thin-Film Memory Disc Development," Hewlett-Packard Journal, November 1985, Seiten 4-10.
  • Ein Dünnfilmplatte mit einer magnetischen Kobalt-Platin-Chrom (CoPtCr) Schicht, bei der Cr zur Verbesserung der Korrosionsfestigkeit der Magnetschicht hinzugefügt wurde, ist in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung 198568 beschrieben. Die magnetische CoPtCr-Schicht wird auf einen Nickelphosphorfilm (NiP) aufgebracht, der auf einem geeigneten Träger ausgebildet ist.
  • Zwecks Verbesserung der Koerzitivität des CoPt-Magnetfilms bei bestimmten Plattentypen wird häufig eine Chrom (Cr) Unterlage zwischen dem Träger und der CoPt-Magnetschicht ausgebildet. Die Verwendung einer Chrom-Unterlage in einer CoPt-Dünnschicht-Platte wird im obigen Artikel von Opfer et al. sowie in der EP-A-145157 beschrieben.
  • Der Einsatz von Wolfram (W) als Verstärkungsschicht bei bestimmten Typen von Dünnfilmplatten für horizontale Aufnahme wurde in einem Artikel von Dubin et al. in "Degradation of Co-based Thin-film Recording Materials in Selected Corrosive Environments," J. Appl. Phys. 53(3), März 1982, Seiten 2579- 2581 beschrieben. Der Artikel von Dubin et al. gibt an, daß eine 100 nm dicke Unterlage aus Wolfram benutzt wird, um ein epitaxiales Kristallwachstum in Magnetschichten aus Kobalt- Nickel-Wolfram (CoNiW) und Kobalt-Nickel (CoNi) zu fördern.
  • In der japanischen ungeprüften veröffentlichten Patentanmeldung 59-227107 ist ein magnetisches Aufzeichnungsmedium beschrieben, in dem der Magnetfilm Kobalt, Platin und Wolfram enthält, wobei Platin mit 4 bis 15 at.% und Wolfram mit 0.5 bis 8 at.% der Coptw-Legierung enthalten ist. Diese japanische Unterlage zeigt, daß durch Zugeben von Wolfram zur Kobalt-Platin-Legierung eine stark verbesserte Koerzitivität erhalten wird.
  • EP-A-140513 schlägt verschiedene Kombinationen von Unterlagen und Magnetschichten als Strukturen für eine horizontale Magnetaufzeichnung vor, einschließlich einer CoPt-Magnetschicht, die auf einer nichtmagnetischen Schicht einer WCo- Legierung ausgebildet ist.
  • Gemäß einem Aspekt sieht die Erfindung ein magnetisches Aufzeichnungsmedium enthaltend eine Schicht aus magnetischer Kobalt-Platin-Legierung vor, die auf einer nichtmagnetischen Unterlage auf einem Träger ausgebildet ist, gekennzeichnet durch eine Zwischenschicht aus einer intermetallischen Ver-SA 985 045 bindung zwischen der magnetischen Legierungsschicht und der Unterlage, wobei die Unterlage aus Wolfram, Molybdän, Niob oder Vanadium besteht und die intermetallische Verbindung eine Verbindung aus Kobalt und dem Metall der Unterlage ist.
  • Gemäß einem anderen Aspekt sieht die Erfindung ein Verfahren zur Ausbildung eines magnetischen Aufzeichnungsmediums vor, das die Schritte zur Aufstäubung (Sputter) einer nicht- metallischen Unterlage auf einem geeigneten Träger und Aufstäuben einer Schicht aus einer magnetischen Kobalt-Platinlegierung auf der Unterlage umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage aus Wolfram, Molybdän, Niob oder Vanadium besteht; und der Träger beim Aufbringen der magnetischen Legierung innerhalb eines solchen Temperaturbereichs gehalten wird, daß sich eine intermetallische Verbindung bestehend aus Kobalt und dem Metall der Unterlage an der Grenzschicht zwischen der Unterlage und der Magnetlegierungsschicht ausbildet.
  • Durch den Einsatz einer Wolframunterlage und Aufbringen der Unterlage und der Magnetschichten so, daß sich eine intermetallische Verbindung zwischen Kobalt und der Unterlage im Grenzschichtbereich ausbildet, läßt sich die Koerzitivität der CoPt- bzw. CoPtCr-Schicht vergrößern, oder alternativ die gleiche Koerzitivität mit weniger Platin erreichen.
  • Jetzt soll anhand der begleitenden Zeichnungen beispielmäßig beschrieben werden, wie sich die Erfindung durchführen läßt. In diesen Zeichnungen sind:
  • Fig. 1 die Darstellung von M-H-Hysteresesch1eifen eines CoPt- Films, der auf einer Unterlage aus Wolfram ausgebildet ist, und eines CoPt-Films, der auf einer Chromunterlage ausgebildet ist;
  • Fig. 2 ist die grafische Darstellung der Koerzitivität von CoPt-Filmen unterschiedlicher Dicke, die auf Wolfram- bzw. Chromunterlagen bei unterschiedlichen Trägerbeschichtungstemperaturen aufgebracht wurden;
  • Fig. 3 ist eine Röntgenstrahl-Diffraktionskurve für einen CoPt-Film, der auf einer Wolframunterlage aufgebracht wurde, wobei der Grenzschichtbereich zwischen der Wolfram- und der CoPt-Schicht eine intermetallische Verbindung aus Co&sub3;W ist; und
  • Fig. 4 ist eine Röntgenstrahl-Diffraktionskurve für einen CoPtCr-Film, der auf einer Wolframunterlage aufgebracht wurde, wobei der Grenzschichtbereich zwischen der Wolfram- und der CoPtCr-Schicht eine intermetallische Verbindung aus Co&sub3;W ist.
  • Zwecks Illustration der verbesserten Koerzitivität einer CoPt-Platte als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde zunächst eine CoPt-Platte mit einer Chromunterlage zwischen dem Träger und der CoPt-Magnetschicht hergestellt. Eine Chromunterlage von 100 nm Dicke wurde durch DC Magnetron-Aufstäuben auf einen Siliziumträger unter 0,43 Pa (3,2 x 10&supmin;³ Torr) Argondruck und einer Trägertemperatur von 128ºC aufgebracht. Anschließend wurde ein 40 nm dicker Kobalt-Platin-Legierungsfilm mit 20 at.% Platin (Co&sub8;&sub0;Pt&sub2;&sub0;) auf eine Chromunterlage aufgestäubt ohne Unterbrechen des Vakuums in der Aufstäubungskammer. Kurve A in Fig 1 zeigt eine M-H-Hystereseschleife für diesen Film, der eine Koerzitivität Hc gleich 105 kA.m&supmin;¹ (1320 Oerstedt (Oe)) und eine Rechtwinkligkeit S von 0,887 aufweist. Kurve B ist eine M-H-Schleife für einen Kobalt-Platin-Film ähnlicher Dicke, der auf eine Wolframunterlage aufgebracht ist. Eine 100 nm dicke Wolframunterlage wurde in einem DC Magnetron auf einen Siliziumträger aufgestäubt, wobei der Träger auf 38ºC gehalten wurde. Danach wurde ohne Unterbrechung des Vakuums in der Aufstäubungskammer ein 42,5 nm dicker Co&sub8;&sub0;Pt&sub2;&sub0;-Film auf die Wolframunterlage aufgestäubt. Die sich ergebende M-H- Hystereseschleife (Kurve B in Fig. 1) für diesen Film weist eine Koerzitivität von 171 kA.m&supmin;¹ (2145 Oe) und eine Rechtwinkligkeit S von 0,864 auf. Für die zwei Platten, deren Daten in Fig. 1 angegeben sind, wurde das gleiche Co&sub8;&sub0;Pt²&sup0;- Aufstäubetarget verwendet.
  • Kobalt-Platin-Filme unterschiedlicher Dicken wurden auf Wolframunterlagen bei unterschiedlichen Trägeraufstäubungstemperaturen ausgebildet und die magnetischen Eigenschaften dieser Filme wurden mit den auf Chromunterlagen ausgebildeten Kobalt-Platin-Filmen verglichen. Wie Kurve A in Fig. 2 zeigt, wiesen die unterschiedlichen Versuchsmuster Co&sub8;&sub0;Pt&sub2;&sub0;-Dicken zwischen etwa 24 und 64 nm auf und wurden auf 100 nm dicke Wolframunterlagen aufgestäubt, während die Siliziumträgertemperaturen auf etwa 30 bis 40ºC gehalten wurden. Die Koerzitivitätswerte für diese Filme waren im wesentlichen größer als die Koerzitivität von Co&sub8;&sub0;Pt&sub2;&sub0;-Filmen, die auf 100 nm dicke Chromunterlagen aufgestäubt wurden, während der Siliziumträgertemperatur auf etwa 128ºC gehalten wurde, wie in Kurve C in Fig. 2 gezeigt wird. (Die Koerzitivität der Si/100 nm, Cr/40 nm, Co&sub8;&sub0;Pt&sub2;&sub0;-Platte aus Fig. 1 ist signifikant geringer als die entsprechende Kurve C in Fig. 2, weil diese letztere mit einem unterschiedlichen Co&sub8;&sub0;Pt&sub2;&sub0;-Aufstäubungstarget gemacht wurde, das eine leichte Veränderung der Zusammensetzung aufgewiesen haben könnte).
  • Wenn die Temperatur des Siliziumträgers von etwa 30 bis 40ºC auf 128ºC erhöht wurde und Co&sub8;&sub0;Pt&sub2;&sub0;-Filme des gleichen Dickenbereichs auf die 100 nm dicken Wolframunterlagen aufgebracht wurden, verringerten sich die entstehenden Koerzitivitäten beträchtlich, sind aber noch immer wesentlich höher als bei den CoPt-Proben, die auf Chromunterlagen ausgebildet sind. (Sehe Kurve B in Fig. 2).
  • Um den Unterschied der Koerzitivität der Co&sub8;&sub0;Pt&sub2;&sub0;-Filme, die in den Kurven A und B in Fig 2 dargestellt sind, zu verstehen, wurde eine Röntgenstrahl-Diffraktionsanalyse auf den Siliziumplatten mit den auf einer Wolframunterlage aufgebrachten Co&sub8;&sub0;Pt&sub2;&sub0;-Filmen durchgeführt. Die Röntgenstrahl- Diffraktionskurve in Fig. 3 gilt für eine Siliziumplatte mit einer 100 nm dicken W-Unterlage und einer 62,5 nm dicken magnetischen Co&sub8;&sub0;Pt&sub2;&sub0;-Schicht, die bei einer Siliziumträgertemperatur von 38ºC aufgebracht wurde. Fig. 3 zeigt eine Spitzenintensität bei 2Θ gleich 42,62 Grad, was der (002) Ebene des HCP Co&sub8;&sub0;Pt&sub2;&sub0;-Magnetfilms entspricht, und eine Spitzenintensität bei 2Θ gleich 39,7 Grad, was der (110)- Ebene der körperzentrierten kubischen (BCC) Wolframunterlage entspricht. Zusätzlich entspricht eine Spitzenintensität bei 2Θ gleich 35,25 Grad der (110)-Ebene der HCP Co&sub3;W intermetallischen Verbindung. Diese Spitze in Fig. 3 bestätigt, daß eine Intermetallverbindungsphase zwischen Kobalt und Wolfram in der Grenzschichtregion zwischen den Co&sub8;&sub0;Pt&sub2;&sub0;- und W-Schichten vorhanden ist. Die (110) Reflexion für das HCP Co&sub3;W impliziert, daß eine Komponente der C-Achse [002] des Co&sub3;W in der Ebene des Films liegt. Die (110) Reflexion für Co&sub3;W wurde in einer Röntgenstrahl-Diffraktionsanalyse von Co&sub8;&sub0;Pt&sub2;&sub0;-Filmen auf Wolfram-Unterlagen, die bei 128ºC aufgebracht wurden (d.i. diejenigen Platten, deren Daten durch die Kurve B in Fig 2 gezeigt werden) nicht gefunden wurde. Somit deuten die in Fig. 3 gezeigten Ergebnisse an, daß die Ablagerung von Co&sub8;&sub0;Pt&sub2;&sub0; auf Wolfram-Unterlage bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen eine Grenzschichtreaktion zwischen Co und W verursachen, was zu einer hoch-orientierten hexagonalen Co&sub3;W-Phase an der Grenzschicht führt. Diese Grenzschicht erhöht die C-Achsen-Ausrichtung des Co&sub8;&sub0;Pt&sub2;&sub0;- Films in der Filmebene.
  • Eine Dünnfilmplatte mit einer 62,5 nm dicken (Co&sub9;&sub0;Pt&sub1;&sub0;)&sub8;&sub0;Cr&sub2;&sub0;- Magnetschicht auf einer 100 nm dicken W- Unterlage auf einem Siliziumträger zeigte ebenfalls ausgezeichnete magnetische Eigenschaften. Die Platte war mit einem DC-Magnetron Aufstäubungsgerät unter Verwendung gesonderter Co&sub9;&sub0;Pt&sub1;&sub0;- und Cr-Targets bei einer Trägertemperatur von 20ºC hergestellt worden. Die Platte wies Hc = 77,2 kA.m&supmin;¹ (970 Oe) Koerzitivität mit Rechtwinkligkeit S* = 0,89 und einem Remanenzdickenprodukt Mr t = 1,68 x 10&supmin;² A (1,68 x 10&supmin;³ emu/cm²) auf. Die Röntgenstrahl-Diffraktionsanalyse dieser Platte ist in Fig. 4 gezeigt und zeigt eine starke Spitzenintensität bei 2Θ = 35,16ºC, was der (110)-Ebene der Co&sub3;W Grenzschichtregion entspricht, und bestätigt somit die Ausbildung der Co&sub3;W-Grenzschicht zwischen der W-Unterlage und der (Co&sub9;&sub0;Pt&sub1;&sub0;)&sub8;&sub0;Cr&sub2;&sub0;-Magnetschicht.
  • Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "intermetallische Verbindung" auf solche chemische Verbindungen, die mehr sind als ein einfaches Gemisch in der Form einer Legierung, sondern in denen die Bestandteile in einem festen stöchiometrischen Verhältnis vorkommen, so daß die Verbindung mit einer chemischen Formel dargestellt werden kann. Eine intermetallische, binäre Verbindung von zwei Elementen, wie z.B. Kobalt und Wolfram, ist eine intermetallische Phase, die nur in dem diskreten stöchiometrischen Verhältnis von drei Kobaltatomen zu einem Wolframatom vorkommt. Die intermetallische Verbindung Co&sub3;W ist auf den veröffentlichten Phasendiagrammen für Kobalt und Wolfram, wie z.B. in Constitution of Binary Alloys, McGraw Hill, 1958, Seite 519 angegeben.
  • Bei allen hier beschriebenen Versuchsbeispielen war der Träger Einkristallsilizium vom Halbleitertyp. Wenn ein Siliziumträger benutzt wird, ist eine Unterlage erforderlich, damit sich die C-Achsenrichtung der Magnetschicht in der Filmebene ausrichtet. Die Wolframunterlage bei Aufzeichnungsmedien als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfüllt diesen Zweck. Wenn der Träger ein anderes Material ist, wie z.B. Nickel-Phosphor-(NiP)-Film, der auf einer Platte aus Aluminiumlegierung ausgebildet wird, ist möglicherweise eine Unterlage nicht unbedingt erforderlich, sondern nur günstig zur Verbesserung der C-Achsenausrichtung in der Filmebene der Magnetschicht. Die Wolframunterlage verstärkt die C-Achsenausrichtung in der Ebene der Magnetschicht und verbessert somit die magnetischen Eigenschaften der Dünnfilmplatten, wenn der Träger eine NiP-Schicht auf einer Platte aus Aluminiumlegierung ist.
  • Die hier beschriebenen Versuche beschränkten sich auf die Anwendung von Wolfram als Unterlage, jedoch würden auch noch andere schwerschmelzbare Metalle wie Niob (Nb), Molybdän (Mo) und Vanadium (V) die Orientierung des CoPt- und CoPtCr-Films verstärken, weil diese Metalle bekanntlich HCP-intermetallische Verbindungen mit Kobalt eingehen. Diese Verbindungen sind Co&sub2;Nb, Co&sub3;Mo und Co&sub3;V.
  • Die obige Beschreibung bezieht sich ausschließlich auf die Bildung der Magnetschicht und der Unterlage auf dem Träger und keineswegs auf die wohlbekannten Aspekte der Medien und Medienherstellungsverfahren. Zum Beispiel ist es bekannt, daß bei der Herstellung von Dünnfilm-Metallegierungsplatten ein Schutzüberzug vorgesehen wird, wie z.B. ein aufgestäubter, im wesentlichen amorpher Kohlenstoffilm über der Magnetschicht, und in bestimmten Fällen auch eine Adhäsionsschicht vorgesehen wird, wie z.B. ein aufgestäubter Titanfilm zwischen dem Überzug und der Magnetschicht.

Claims (10)

1. Magnetisches Aufzeichnungsmedium, bestehend aus einer Schicht aus einer magnetischen Kobalt-Platin Legierung, die auf einer nichtmagnetischen Unterlage, bestehend aus Wolfram, Molybdän, Niob oder Vanadium, auf einem Substrat ausgebildet ist, gekennzeichnet durch:
eine Grenzschicht aus einer intermetallischen Verbindung zwischen der Schicht aus einer magnetischen Legierung und der Unterlage, wobei die intermetallische Verbindung eine Verbindung aus Kobalt und dem Metall der Unterlage ist.
2. Magnetisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, bei welchem die Unterlage aus Wolfram und die Grenzschicht aus einer intermetallischen Verbindung aus Co&sub3;W besteht.
3. Magnetisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die magnetische Legierung auch Chrom enthält.
4. Magnetisches Aufzeichnungsmedium nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei welchem das Substrat aus Silizium besteht.
5. Magnetisches Aufzeichnungsmedium nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem das Substrat aus einer Alumiumlegierung besteht, auf der unterhalb der Unterlage ein Nickel-Phosphor- Film ausgebildet ist.
6. Magnetisches Aufzeichnungsmedium nach einem der vorgehenden Ansprüche, das weiters einen über der Schicht aus einer magnetischen Legierung ausgebildeten, schützenden Überzug enthält.
7. Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Aufzeichnungsmediums, welches die Schritte des Ablagerns einer aus Wolfram, Molybdän, Niob oder Vanadium bestehenden, nichtmagnetischen Unterlage auf einem geeigneten Substrat durch Sputtern sowie das Ablagern einer Schicht aus einer magnetischen Kobalt-Platin-Legierung auf der Unterlage durch Sputtern enthält, dadurch gekennzeichnet, daß
das Substrat während des Ablagerns der magnetischen Legierung in einem solchen Temperaturbereich gehalten wird, daß an der Grenzschicht der Unterlage mit der Schicht aus einer magnetischen Legierung eine aus Kobalt und dem Metall der Unterlage bestehende intermetallische Verbindung abgelagert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem die Unterlage durch Ablagern von Wolfram gebildet wird und die Grenzschicht aus der Verbindung Co&sub3;W besteht.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei welchem ferner ein schützender Überzug über der Schicht aus einer magnetischen Legierung ausgebildet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei welchem die durch Sputtern abgelegte magnetische Legierung auch Chrom enthält.
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