JP3665221B2 - 面内磁気記録媒体及び磁気記憶装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ドラム、磁気テープ、磁気ディスク、磁気カード等の面内磁気記録媒体及び磁気記憶装置に係り、特に、１平方インチあたり３ギガビット以上の超高密度記録を可能にした面内磁気記録媒体、及びその面内磁気記録媒体を用いた磁気記憶装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気ディスク装置の著しい大容量・高記録密度化に伴い、磁気記録媒体上に形成される記録ビットの大きさは次第に減少している。現在知られている磁気記録媒体は、１平方インチあたり３ギガビット以上の超高密度記録を実現することが難しく、媒体ノイズをさらに低減する必要がある。このためには、磁性膜の結晶粒径を小さくすることが重要である。しかし、磁性結晶粒の微細化によって磁性粒の体積が極端に小さくなると、常温においても熱エネルギーの影響が顕著になり、記録磁化が減衰することが懸念される。実際、低ノイズ化した媒体において、２２５ｋＦＣＩ（ＦＣＩ：フラックス・チェンジ／インチ）の密度で記録した情報が９６時間後には１０％以上も減衰することがＹ．Ｈosoe等によって報告されている（ＩＥＥＥ Ｔrans. Ｍagn.，33,pp. 3028-3030、 Ｓeptember 1997）。
【０００３】
媒体ノイズの低減と耐熱揺らぎ性能の向上とを両立させるためには、磁性膜の結晶粒径の平均的な大きさを小さくすると同時に、極端に小さな磁性粒子の成長を抑制することが効果的である。この種の磁気記録媒体の例として、例えば、ＵＳＰ ５６９３４２６号等に、ＣＭＵ(Ｃarnegie Ｍellon Ｕniversity）が提唱するＢ２（ＣｓＣｌ）構造を有する下地膜を用い、この上に直接、あるいは、Ｃｒ下地膜を設け、さらにこの上に磁性膜を積層することにより、磁性結晶粒を非バイクリスタル構造とした磁気記録媒体が提案されている。
【０００４】
図２はＣＭＵが提案する従来技術の磁気記録媒体の下地膜と磁性膜とのエピタキシャル関係を説明する図であり、以下、これについて説明する。図２には、図の下から順に、ＮｉＡｌ下地膜、Ｃｒ下地膜、Ｃｏ磁性膜の結晶構造を示している。そして、図２の左側列は、結晶の形状を示し。網かけで示している面が基板に平行に成長する部分である。また、右側列は、前述の網かけ部分の平面的な大きさを示している。
【０００５】
各膜の結晶構造は、ＮｉＡｌ下地膜がＢ２、Ｃｒ下地膜が（ｂ．ｃ．ｃ．）、Ｃｏ磁性膜が（ｈ．ｃ．ｐ．）である。ＮｉＡｌ膜の作製条件を最適化して、基板上にＮｉＡｌ下地膜を形成すると、優先的に（２１１）が基板と平行になるように結晶成長する。この上に形成されたＣｒ下地膜は、ほぼ（２１１）配向となり、さらに磁性膜は、ほぼ（１０．０）配向となる。
【０００６】
それぞれの膜がこれらの配向性を持ったとき、各々の膜が有する結晶の格子点に原子を配置すると、膜面内には、図２の右側に示すような長方形が形成される。この結果、基板上に前述の書く膜を順次形成していった場合、図２の網かけで示す部分が順次積み重ねられた状態の層構造となる。各膜の格子定数にバルクの値を用いて、長方形の大きさを比較すると、磁性膜の［０００１］方向（ｃ軸方向）、すなわち、磁化容易軸方向はほぼ同じ大きさであることが判る。一方、それと直行する方向、すなわち磁性膜の［１−２１０］方向について、各膜が作る長方形の辺の長さを比較すると、大きさに違いがあることが判る。
【０００７】
本発明者等による実験結果によると、磁性膜の磁化容易軸の膜面内方向への配向性を向上させるためには、特に磁性膜に隣接する下地膜と磁性膜が作るそれぞれの長方形とをほぼ同じ大きさとすれば良いことが判明した。ＣＭＵが提案する構造の媒体について、Ｃｏ磁性膜と磁性膜に隣接するＣｒ下地膜とが作る長方形を比較すると、磁性膜の［０００１］方向では辺の長さはほぼ等しくなるが、それと直行する［１−２１０］方向では、下地膜が作る長方形の辺の長さが小さすぎる。このような大小関係にある場合には、磁性膜の磁化容易軸の面内への配向性は著しく劣化し、保磁力の減少と媒体ノイズの増大を招く。さらに、媒体の高保磁力化、及び、低ノイズ化を目的に、一般に磁性膜にはＰｔ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ等の元素が添加されている。そのため、ｈ．ｃ．ｐ．構造を有する磁性膜の単位格子（格子定数）、すなわち、合金磁性膜が作る長方形の大きさがＣｏに比べて大きくなっており、ＣＭＵが提案するＮｉＡｌ等のＢ２構造を有する下地膜上にＣｒ下地膜を形成した構造の面内磁気記録媒体は、Ｃｒ下地膜とＣｏ合金磁性膜との格子整合性がより一層劣化して、磁化容易軸の面内配向性が悪くなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述したＣＭＵが提案する磁気記録媒体は、面内記録媒体であるため、媒体の磁化容易軸が膜面内に配向していることが高保磁力、低ノイズを達成する上で好ましい。一般に、磁性膜は、Ｃｏを主成分とするため、結晶構造はほぼ六方稠密構造（ｈ．ｃ．ｐ．）を呈しており、磁化容易軸方向はｃ軸方向である。そして、ＣＭＵが提案するＢ２（主に、ＮｉＡｌにより構成される）下地膜上に直接、あるいはＣｒ下地膜を介して磁性膜を形成する記録媒体は、磁性膜のｃ軸長がＣｏに近い大きさである場合、媒体の磁化容易軸が面内配向する。しかし、保磁力向上、媒体ノイズ低減を目的として、前述したように、一般に磁性膜には、Ｐｔ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ等の元素が添加されている。この場合、磁性膜の格子定数はＣｏに比べて大きくなり、Ｂ２下地膜、あるいはＣｒ下地膜との格子の整合性が劣化し、磁化容易軸の面内配向性が悪くなるという問題点を生じてしまう。
【０００９】
本発明の第１の目的は、ＣＭＵが提案する構造の磁気記録媒体を発展させて、Ｐｔ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ等の元素を添加した磁性膜でも磁化容易軸の面内配向性を高め、高保磁力、低ノイズ、かつ、耐熱揺らぎ特性に優れた面内磁気記録媒体を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の第２の目的は、この面内磁気記録媒体の性能を充分に活かし、１平方インチ当たり３ギガビット以上の記録密度を有する磁気記憶装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
まず、前述した従来技術であるＣＭＵが提案するＮｉＡｌ等のＢ２構造を有する下地膜上にＣｒ下地膜を形成した構造の面内磁気記録媒体が、Ｃｒ下地膜とＣｏ合金磁性膜との格子整合性が劣化して、磁化容易軸の面内配向性が悪くなるという問題を解決する本発明の基本的な考え方を以下に説明する。
【００１２】
すなわち、前述の問題を解決するためには、磁性膜に隣接する下地膜にＣｒよりも大きな原子半径を有する元素を添加し、長方形の辺の長さを大きくして、磁性膜の［０００１］方向に対して若干大きく、［１−２１０］方向に対しては若干小さくすることが重要である。
【００１３】
また、本発明者等による実験結果によると、ＮｉＡｌ下地膜（以後、これをＮｉＡｌ配向制御膜と呼ぶ）上に、Ｃｒよりも大きな格子定数を有する下地膜を直接形成すると、ＮｉＡｌ配向制御膜と下地膜の格子整合性が劣化して、下地膜の配向性が悪くなると同時に、結晶粒径が肥大化し、保磁力角型比の劣化と最小磁化反転体積の増大を招くことが判った。保磁力角型比の劣化は、高密度記録時の分解能（信号書き込み能力）の劣化させ、最小磁化反転体積の増大は、媒体ノイズを増加させる。（２１１）配向したＮｉＡｌ配向制御膜上に形成したＣｒ下地膜は、格子整合性や化学的安定性等の理由から、（２１１）配向し易い。一方、（２１１）配向したＮｉＡｌ配向制御膜上に形成したＣｒ第１下地膜よりも大きな格子定数を有する第２下地膜は、Ｃｒ下地膜に比べて格子が大きくなっていることに加え、Ｃｒとは異なる元素が含まれているため、格子整合性や化学的安定性等の理由から、（２１１）以外にも（１１０）配向が現れてしまうことが判った。
【００１４】
本発明の磁気記録媒体の基本的な構造は、図１に示すように、ＮｉＡｌ配向制御膜の上にＣｒ第１下地膜を設け、さらにこの上にＣｒよりも大きな格子定数を有する第２下地膜を設けた２層下地膜構造としたところに特徴を有し、このような構造としたことにより、保磁力角型比を劣化することなく、磁性膜の磁化容易軸を膜面内に配向し、媒体の高保磁力化が実現できることを発見したことに基づくものである。
【００１５】
図１はＣＭＵが提案する磁気記録媒体の下地膜と磁性膜に対して、本発明の基本的な考え方による磁気記録媒体の構造を示す図であり、ＮｉＡｌ配向制御膜の上に、Ｃｒ第１下地膜を設け、さらにこの上にＣｒよりも大きな格子定数を有する第２下地膜を設けて２層下地膜構造とした場合のエピタキシャル関係を説明する図であり、以下、これについて説明する。図１には、図の下から順に、ＮｉＡｌ下地膜、Ｃｒ第１下地膜、ＣｒＴｉ第２下地膜、Ｃｏ磁性膜の結晶構造を示している。なお、図１における網かけの部分の意味は、図２の場合と同一である。
【００１６】
なお、本発明による磁気記録媒体をＸ線回折装置を使ったθ−２θスキャン法によって結晶配向性を調べると、Ｂ２配向制御膜は完全には（２１１）配向せず、若干の（１１０）成分を含んだ。この場合、下地膜も（２１１）と若干の（１１０）成分を含んだものとなった。磁性膜は、強い（１０．０）と弱い（００．２）及び（１０．１）とが検出された。本発明の本質としては、磁性膜からのＸ線回折成分として、（１１．０）が検出されないことが重要である。
【００１７】
２層下地膜を持つ磁気記録媒体に関する従来技術として、Ｃｒ第１下地膜上にＣｒＭｏ合金第２下地膜を形成したものが、例えば、特開平７−２１５４３号公報等に記載されて知られている。しかし、この従来技術は、基板に直接Ｃｒ第１下地膜を形成したものであり、基板と第１下地膜との間にＢ２構造を有する配向制御膜を設けていない点において、本発明による磁気記録媒体とは大きく異なっている。Ｂ２構造を有する配向制御膜を設けない場合、下地膜は（１００）配向し、この上の磁性膜は（１１．０）配向する。この場合、磁性膜の磁化容易軸は膜面内に配向するが、１つの下地結晶粒の上に磁化容易軸が直交する複数の磁性結晶粒が成長する構造となる（バイクリスタル構造）。磁性膜がこのような構造を持つと、結晶粒径の制御が難しく、極端に粒径の小さなものができてしまい、従来技術の項で説明したように熱揺らぎの影響を受け易く、再生出力が経時的に減少する。
【００１８】
また、バイクリスタル構造を持つ粒子間では、Ｃｒ偏析効果が少ないため、粒子間相互作用が強くなり、実効的な異方性エネルギーが減少して保磁力を低下させる。このような現象は、特に磁性膜の磁化を小さくした領域で顕著となり、残留磁束と磁性膜厚との積が７０Ｇ・μｍ以下で深刻な問題となる。本発明におけるこれらの問題を解決するための手段の本質は、第１及び第２下地膜を（２１１）配向させることにより、（１０．０）配向した磁性膜をエピタキシャル成長させて、１つの下地結晶粒の上に１つの磁性結晶粒を成長させること、すなわち、バイクリスタル構造を持たないようにすることである。
【００１９】
このためには、基板と下地膜との間にＢ２構造を有する配向制御膜を設けることが１つの手段となる。本発明による磁気記録媒体は、Ｘ線回折装置を使ったθ−２θスキャン法によって、基板と平行な面に磁性膜の（１０．０）が検出されるが、（１１．０）は検出されないことが確認された。
【００２０】
以上のように、基板と下地膜との間にＢ２構造を有する配向制御膜を設けると、下地膜の優先配向面が変わるだけでなく、磁性膜の微細構造までも変化するため、従来の単純な２層下地膜を有する磁気記録媒体に比較して、高保磁力、低ノイズ、かつ、耐熱揺らぎ特性により優れた磁気記録媒体とすることができる。
【００２１】
図１における第２下地膜は、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉから選ばれた少なくとも１種の元素を含み、かつ、Ｃｒよりも大きな格子定数を持つことが好ましく、Ｃｒと５ａｔ．％以上５０ａｔ．％以下のＴｉ、Ｃｒと５ａｔ．％以上１００ａｔ．％以下のＭｏ、あるいは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉからなる組成とすることが、磁性膜の磁化容易軸の面内配向性を高める上で特に好ましい。但し、第２下地膜の結晶構造がｂ．ｃ．ｃ．であることが重要である。前記第２下地膜に用いられるＣｒとＭｏの合金は、バルクの金属の状態図から見ても全率固溶の関係にあり、その合金の結晶構造は、常にｂ．ｃ．ｃ．であるため、任意の格子の大きさを持つ結晶を作製する上で扱いが容易で特に好ましい。また、ＣｒとＴｉとの合金を用いる場合、下地膜の結晶粒を小さくし、その上に成長させる磁性膜の結晶粒径も小さくすることができるため、低ノイズ化の点で特に好ましい。
【００２２】
しかし、Ｃｒ−Ｔｉ合金は、Ｔｉがｈ．ｃ．ｐ．の結晶構造を有するため、第２下地膜の組成の内、Ｔｉを全体の５０ａｔ．％以下とする必要がある。Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉからなる第２下地膜は、Ｃｒ−Ｍｏ、Ｃｒ−Ｔｉの性質をそれぞれの元素の濃度に応じて引き継いだものとなる。第２下地膜にＣｒ、Ｍｏ、Ｔｉ以外の元素を使う場合、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏを用いることが好ましく（但し、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉに比べると若干特性が劣る）、これ以外の元素を使うと、結晶の配向性が乱れたり、結晶粒径が肥大化して、保磁力の低下や媒体ノイズの増大を招き好ましくない。
【００２３】
前記磁性膜は、少なくとも１５ａｔ．％以上２５ａｔ．％以下のＣｒと、４ａｔ．％以上２５ａｔ．％以下のＰｔを含むことが媒体の高保磁力、低ノイズ化する上で好ましい。さらに低ノイズ化のためにＴａ、Ｔｉ、Ｎｂを添加する場合、これらの元素の合計の濃度が８ａｔ．％以下とすることが磁性膜の非磁性化を防止する上で重要である。磁性膜組成の内少なくともＣｏは、６２ａｔ．％以上必要である。Ｃｏ濃度が６２ａｔ．％以下となると残留磁束密度の低下が著しく、媒体から漏洩する磁束が減少し、磁気ヘッドでの信号の読み出しが困難となる。
【００２４】
ｂ．ｃ．ｃ．構造を有する下地膜の上に、ｈ．ｃ．ｐ．構造を有する磁性膜をエピタキシャル成長させると、異種の結晶構造の粒子を強引に結晶成長させるため、磁性膜の結晶成長の初期の段階で、欠陥が導入されたり、微細な磁性結晶粒が生成される。このような欠陥や微細な粒子は熱揺らぎの影響を強く受け易く、信号を記録した後、時間と共に再生出力が減少していく割合が大きくなる。この影響をできるだけ小さく押さえるために、下地膜と磁性膜との間に非磁性のｈ．ｃ．ｐ．構造を有する中間膜を挿入することが好ましい。この非磁性ｈ．ｃ．ｐ．中間膜は、、ｂ．ｃ．ｃ．下地膜との界面で生じる欠陥や微細な粒子を吸収し、磁性膜に悪影響を及ぼすことを防止する。この非磁性ｈ．ｃ．ｐ．中間膜の材料としては、Ｃｏに少なくともＣｒを２５ａｔ．％以上添加したものや、ＣｏとＴｉ、あるいはＴｉを主成分とするものを用いることが好ましい。
【００２５】
前述した考察の結果、本発明の前述の目的は、基板上に少なくともＢ２構造を有する配向制御膜を設け、この上にＣｒからなる第１下地膜、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉから選ばれた少なくとも１種の元素を含み、かつ、Ｃｒからなる第１下地膜よりも大きな格子定数を有する第２下地膜を設けた後、Ｃｏを主成分とする磁性膜を形成することによって達成することができる。
【００２６】
また、本発明の目的は、前記Ｂ２構造を有する配向制御膜がＡｌ−Ｃｏ、Ａｌ−Ｆｅ、Ａｌ−Ｎｉ、Ａｌ−Ｐｄ、Ｃｏ−Ｇａ、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｔｉ、Ｃｕ−Ｐｄ、Ｃｕ−Ｚｎ、Ｇａ−Ｎｉ、Ｇａ−Ｒｈ、Ｒｕ−Ｓｉから選ばれた少なくとも１種を主成分とする合金を用いることにより達成され、この場合、結晶粒径の微細化、磁性膜の磁化容易軸の面内配向性を高めることができる。
【００２７】
また、前述した本発明の面内磁気記録媒体と、該面内磁気記録媒体を記録方向に駆動する駆動部と、記録部と再生部からなる磁気ヘッドと、該磁気ヘッドを前記面内磁気記録媒体に対して相対的に運動させる手段と、該磁気ヘッドに対する入力信号及び出力信号を波形処理する記録再生信号処理手段とを含む磁気記憶装置において、前記磁気ヘッドの再生部を磁気抵抗効果型の素子で構成することによって、１平方インチあたり３ギガビット以上の記録密度を有する磁気記憶装置を達成することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による面内磁気記録媒体及び磁気記憶装置の実施形態を図面により詳細に説明する。
【００２９】
図３は本発明の第１の実施形態による内面磁気記録媒体の断面構造を示す図である。図３において、３０は基板、３１、３１’は配向制御膜、３２、３２’はＣｒ第１下地膜、３３、３３’はＣｒＴｉ第２下地膜、３４、３４’は磁性膜、３５、３５’は保護層である。
【００３０】
本発明の第１の実施形態による内面磁気記録媒体は、図３に示すように、ガラス等による基板３０の両面に、Ａｌ−５０ａｔ．％Ｎｉ配向制御膜３１、３１’と、Ｃｒ第１下地膜３２、３２’と、ＣｒＴｉ第２下地膜３３、３３’と、Ｃｏ−２０ａｔ．％Ｃｒ−１２ａｔ．％Ｐｔ磁性膜３４、３４’と、Ｃ保護層３５、３５’とを順次形成して構成される。
【００３１】
次に、前述した構造を持つ本発明の実施形態による面内磁気記録媒体の作製方法について説明する。
【００３２】
まず、外径６５ｍｍφのガラス基板３０に、基板温度２７０℃、Ａｒガス圧力２．０ｍＴｏｒｒ、投入電力密度０．７Ｗ／ｃｍ² とする成膜条件で、ＤＣマグネトロンスパッタリング法によりＡｌ−５０ａｔ．％Ｎｉ配向制御膜３１、３１’を５０ｎｍ形成する。次に、前述の同一の成膜条件の下で、Ｃｒ第１下地膜３２、３２’を２０ｎｍ、Ｃｒ−２０ａｔ．％Ｔｉ第２下地膜３３、３３’を２０ｎｍ形成し、Ｃｏ−２０ａｔ．％Ｃｒ−１２ａｔ．％Ｐｔ磁性膜３４、３４’を２０ｎｍ順次成膜する。最後に、Ｃ保護層３５、３５’としてＣを１０ｎｍ形成した。なお、元素の前に付した数字は各元素の濃度を示す。
【００３３】
次に、前述のように作成した本発明の実施形態による面内磁気記録媒体の磁気特性と媒体ノイズとについての測定例を表１により説明する。なお、比較例１として、Ｃｒ第１下地膜３２、３２’とＣｒＴｉ第２下地膜３３、３３’とを設けなかった媒体、比較例２として、ＣｒＴｉ第２下地膜３３、３３’を設けなかった媒体（ＣＭＵ提案の構造）を作製した。さらに、比較例３として、Ｃｒ第１下地膜３２、３２’を設けなかった媒体も作製した。
【００３４】
【表１】

【００３５】
表１に示す媒体ノイズは、２５０ｋＦＣＩの信号を記録した時の値であり、本発明の実施形態の場合の測定値を１とし、比較例の測定値を本発明の実施形態の測定値に対する相対値で示した。本実施例の媒体の保磁力（Ｈｃ）が最も高く、媒体ノイズが低いことが判る。また、保磁力角型比（Ｓ＊）は、本発明の実施形態による媒体が最も高く、分解能が良好であると予想できる。
【００３６】
【表２】

【００３７】
表２はＸ線回折により、ＣｏＣｒＰｔ磁性膜（１０．０）回折強度を測定した結果を示している。この表２においても、比較例の測定値は、本発明の実施形態による媒体を１とした相対値で示している。この回折強度は、その値が大きいほど、磁性膜の磁化容易軸が面内に配向していることを示す。表２から、本発明の実施形態の回折強度が最も強く、磁化容易軸が面内に配向していることが判る。
【００３８】
【表３】

【００３９】
表３はＡｌＮｉ配向制御膜、Ｃｒ第１下地膜、ＣｒＴｉ第２下地膜、ＣｏＣｒＰｔ磁性膜の格子定数と図１に示した各膜が作る長方形の辺の長さを示す。磁性膜の作る長方形の辺の長さに比べて、ＣｒＴｉ第２下地膜が作る長方形の辺の長さは、［０００１］方向に対しては若干長く、［１−２１０］方向に対しては若干短くなっていることが判る。一方、比較例２のＣＭＵが提案する構造の媒体では、Ｃｒ第１下地膜の上に直接磁性膜を形成しており、この場合には［０００１］方向、［１−２１０］方向のいずれに対しても磁性膜に比べて短いことが判る。このような大小関係にある場合、磁化容易軸の面内配向性が劣化し、保磁力が低下する。
【００４０】
また、配向制御膜３１、３１’をＡｌ−５０ａｔ．％Ｃｏ、Ａｌ−５０ａｔ．％Ｆｅ、Ａｌ−５０ａｔ．％Ｐｄ、Ｃｏ−５０ａｔ．％Ｇａ、Ｃｏ−５０ａｔ．％Ｆｅ、Ｃｏ−５０ａｔ．％Ｔｉ、Ｃｕ−５０ａｔ．％Ｐｄ、Ｃｕ−５０ａｔ．％Ｚｎ、Ｇａ−５０ａｔ．％Ｎｉ、Ｇａ−５０ａｔ．％Ｒｈ、Ｒｕ−５０ａｔ．％Ｓｉと変えても同様な結果が得られた。
【００４１】
次に、本発明の第２の実施形態による面内磁気記録媒体の例について説明する。前述した実施形態は、ガラス基板を使用するものであったが、第２の実施形態では、外径９５ｍｍφのＮｉ−ＰめっきＡｌ合金基板を用いた。膜構造は、図３に示す構造と同様であるので、ここでは、その製造方法のみを説明する。
【００４２】
まず、外径９５ｍｍφのＮｉ−ＰめっきＡｌ合金基板３０に、基板温度２７０℃、Ａｒガス圧力２．０ｍＴｏｒｒ、投入電力密度０．７Ｗ／ｃｍ² とする成膜条件で、ＤＣマグネトロンスパッタリング法により、Ａｌ−５０ａｔ．％Ｃｏ配向制御膜３１、３１’を１５ｎｍ形成する。次に、同一の成膜条件の下で、Ｃｒ第１下地膜３２、３２’、Ｃｒ−４０ａｔ．％Ｍｏ第２下地膜３３、３３’を形成し、Ｃｏ−１７ａｔ．％Ｃｒ−１０ａｔ．％Ｐｔ−４ａｔ．％Ｔａ磁性膜３４、３４’を２０ｎｍ順次成膜する。最後に、Ｃ保護層３５、３５’としてＣを１０ｎｍ形成した。このとき、Ｃｒ第１下地膜とＣｒＭｏ第２下地膜との膜厚を変えて媒体を作製した。なお、作製した各媒体のＣｒ第１下地膜とＣｒＭｏ第２下地膜との膜厚は同じ厚さとした。
【００４３】
図４は前述した本発明の第２の実施形態の媒体を測定した保磁力と媒体ノイズとの下地膜厚依存性を説明する図であり、以下、これについて説明する。図４（ａ）、図４（ｂ）において、グラフの横軸はＣｒ第１下地膜とＣｒＭｏ第２下地膜との合計の膜厚（膜厚比１：１）［ｎｍ］、図４（ａ）の縦軸は保磁力Ｈｃ［ｋＯｅ］、図４（ｂ）の縦軸は媒体ノイズＭｅｄｉａＮｏｉｓｅ［ａ．ｕ．］である。
【００４４】
高密度での信号の書き込み能力を高めるためには、保磁力は少なくとも２．５ｋＯｅ以上必要であり、同時に媒体ノイズは１．５ａ．ｕ．以下であることが重要である。図４（ａ）、図４（ｂ）の示すグラフから、下地膜の合計の厚さが１０ｎｍよりも薄くなると、保磁力が急激に低下し、媒体ノイズが増大することが判る。これは、下地膜があまりにも薄いため、結晶成長の初期の段階での欠陥が緩和されず、磁性膜にもその欠陥が影響を及ぼしていることに起因する。一方、下地膜の合計の厚さが１００ｎｍを超えると、媒体ノイズが著しく増大する。これは、下地膜の結晶粒径が肥大化し、これに伴い磁性膜の結晶粒径も大きく成長したためと考えられる。すなわち、下地膜の合計の厚さは１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下とする必要がある。
【００４５】
図５は下地膜の合計の厚さを一定とした媒体を作製して測定した保磁力と媒体ノイズとの配向制御膜の膜厚依存性を説明する図であり、以下、これについて説明する。図５（ａ）、図５（ｂ）において、グラフの横軸は配向制御膜の膜厚［ｎｍ］、図５（ａ）の縦軸は保磁力Ｈｃ［ｋＯｅ］、図５（ｂ）の縦軸は媒体ノイズＭｅｄｉａＮｏｉｓｅ［ａ．ｕ．］である。
【００４６】
図５に示す測定例は、下地膜の合計の厚さを１０ｎｍとして、Ａｌ−Ｃｏ配向制御膜の厚さを変えた媒体作製して測定したものである。図５（ａ）、図５（ｂ）に示すグラフから、配向制御膜の膜厚は５ｎｍ以上、５０ｎｍ以下とする必要があると言える。
【００４７】
なお、前述した本発明の第２の実施形態は、磁性膜にＴａを４％添加した例を示したが、Ｔａの代りに、ＴｉあるいはＮｂを添加した場合にも同様な結果を得ることができた。
【００４８】
さらに、比較例４として、外径９５ｍｍφのＮｉ−ＰめっきＡｌ合金基板上に、Ｃｒ第１下地膜とＣｒ−４０ａｔ．％Ｍｏ第２下地膜とを２０ｎｍ、Ｃｏ−１７ａｔ．％Ｃｒ−１０ａｔ．％Ｐｔ−４ａｔ．％Ｔａ磁性膜を２０ｎｍ順次形成した磁気記録媒体を作製し、この記録媒体と、本発明の実施形態のＡｌＣｏ配向制御膜を設けた以外は同一構造の記録媒体とについて、熱揺らぎの観点から比較評価した結果について説明する。
【００４９】
比較例４の媒体は、ＣｒＭｏ下地膜が（１００）配向し、その上の磁性膜が（１１．０）配向している。このような配向の媒体は、磁性膜の磁化容易軸が直行する２種類の磁性粒子が１つの下地膜結晶粒の上に成長している（バイクリスタル構造）。このような結晶成長が起こる理由は、下地膜の結晶粒子及び磁性膜の結晶粒子が共に正方形の結晶格子を作るためである。熱揺らぎの影響は、２５０ｋＦＣＩの信号を記録し、９６時間後の再生出力の減少率を比較することにより評価した。
【００５０】
本発明の実施形態による磁気記録媒体は、再生出力の減少率が３％であったのに対して、比較例４の媒体は１２％であった。バイクリスタル構造の媒体は、磁性膜の結晶粒径の分散が大きく、微細な結晶粒が多く存在するため、熱揺らぎの影響を受けやすい。一方、本発明の媒体は、図１に示したように、下地膜と磁性膜の結晶格子が長方形であるため、１つの下地膜の結晶粒子の上にはひとつの磁性膜粒子しか成長しない。このような理由により、本発明による磁気記録媒体は、熱揺らぎの影響を本質的に受け難いことが確認できた。
【００５１】
また、前述した本発明の各実施形態による磁気記録媒体に対して、ＣｒＭｏ第２下地膜とＣｏＣｒＰｔＴａ磁性膜との間に、Ｃｏ−３５ａｔ．％Ｃｒからなる非磁性ｈ．ｃ．ｐ．中間膜を設けたところ、再生出力の減少率を１．５％にまで低減することができた。
【００５２】
次に、前述した本発明の第１、第２の実施形態による磁気記録媒体を使用する磁気記憶装置の実施形態について説明する。
【００５３】
図６は磁気抵抗効果を利用した素子を備える磁気ヘッドの構造の一例を示す模式図、図７は磁気抵抗効果センサの構造例を示す図、図８はスピンバルブ型磁気抵抗効果センサの構造例を示す図、図９は磁気記憶装置の構造の一例を示す模式図である。図６〜図９において、６１は記録磁極、６２は磁極兼磁気シールド層、６３はコイル、６４は磁気抵抗効果素子、６５は導体層、６６は磁気シールド層、６７はスライダ基体、７１は磁気センサの信号検出領域、７２はギャップ層、７３は横バイアス層、７４は分離層、７５は磁気抵抗強磁性層、７６はテーパー部、７７は永久磁石層、７８、８０は電極、８１は磁気センサの信号検出領域、８２はギャップ層、８３はバッファ層、８４は第１の磁性層、８５は中間層、８６は第２の磁性層、８７は反強磁性合金層、８８はテーパー部、８９は永久磁石層、９１は磁気記録媒体、９２は磁気記録媒体駆動部、９３は磁気ヘッド、９４は記録再生信号処理系、９５は磁気ヘッド駆動部である。
【００５４】
前述した本発明の実施形態１、２による磁気記録媒体は、図６に一例を示すような磁気抵抗効果を利用した再生専用のセンサを備える磁気ヘッドを用いることにより、その性能を充分に活かすことができる。
【００５５】
図６に示すように、記録用磁気ヘッドは、一対の記録磁極６１、６２とそれに鎖交するコイル６３からなる誘導型薄膜磁気ヘッドであり、記録磁極間のギャップ層厚は０．３μｍとした。また、磁極６２は、共に厚さ１μｍの磁気シールド層６６と対で、再生用の磁気ヘッドの磁気シールドも兼ねており、このシールド層間距離は０．２５μｍである。再生専用の磁気ヘッドは、磁気抵抗効果センサ６４と、電極となる導体層６５からなる磁気抵抗効果型ヘッドである。この磁気ヘッドは、磁気ヘッドスライダ基体６７上に設けられている。なお、図６において、記録磁極間のギャップ層、及びシールド層と磁気抵抗効果センサとの間のギャップ層は省略してある。
【００５６】
磁気抵抗効果センサ６４は、その詳細な断面構造を図７に示すように、磁気センサの信号検出領域７１と、その両側に連接するテーパー部７６とにより構成されている。信号検出領域７１は、酸化Ａｌのギャップ層７２の上に横バイアス層７３、分離層７４、磁気抵抗強磁性層７５が順次形成された構造を有する。磁気抵抗強磁性層７５には、２０ｎｍのＮｉＦｅ合金を用いた。横バイアス層７３には、２５ｎｍのＮｉＦｅＮｂを用いたが、ＮｉＦｅＲｈ等の比較的電気抵抗が高く、軟磁気特性の良好な強磁性合金であってもよい。
【００５７】
横バイアス層７３は、磁気抵抗強磁性層７５を流れるセンス電流が作る磁界によって、この電流と垂直な膜面内方向（横方向）に磁化され、磁気抵抗強磁性層７５に横方向のバイアス磁界を印加する。これにより、媒体からの漏洩磁界に対して、線形な再生出力を得ることのできる磁気センサとなる。磁気抵抗強磁性層７５からのセンス電流の分流を防ぐ分離層７４には、比較的電気抵抗が高いＴａを用い、膜厚は５ｎｍとした。信号検出領域７１の両端に設けられるテーパー形状に加工されたテーパー部７６は、磁気抵抗強磁性層７５を単磁区化するための永久磁石層７７と、その上に形成された信号を取り出すための一対の電極７８とにより構成される。永久磁石層９７は、保磁力が高く、磁化方向が容易に変化しないことが重要であり、ＣｏＣｒ、ＣｏＣｒＰｔ合金等が用いられる。
【００５８】
また、磁気抵抗効果センサ６４として、図８に示すようなスピンバルブ型を用いることができ、この場合、より大きな再生出力を得ることができる。図８に示す磁気抵抗効果センサ６４は、磁気センサの信号検出領域８１と、その両側に連接するテーパー部８８とにより構成されている。磁気センサの信号検出領域８１は、酸化Ａｌのギャップ層８２の上に５ｎｍのＴａバッファ層８３、７ｎｍの第１の磁性層８４、１．５ｎｍのＣｕ中間層８５、３ｎｍの第２の磁性層８６、１０ｎｍのＦｅ−５０ａｔ％Ｍｎ反強磁性合金層８７が順次形成された構造を有する。第１の磁性層８４には、Ｎｉ−２０ａｔ％Ｆｅ合金を用い、第２の磁性層８６にはＣｏを用いた。第２の磁性層８６は、反強磁性合金層８７からの交換磁界により磁化され一方向に固定されている。これに対し、第２の磁性層８６と非磁性の中間層８５を介して接する第１の磁性層８４の磁化の方向は、磁気記録媒体からの漏洩磁界により変化する。
【００５９】
前述したような２つの磁性層の磁化の相対的な方向の変化に伴い、３つの膜全体の抵抗に変化が生じる。この現象は、スピンバルブ効果と呼ばれ、本発明の実施形態による磁気記憶装置は、磁気抵抗効果センサにこの効果を利用したスピンバルブ型磁気ヘッドを用いた。なお、永久磁石層８９と電極８０とからなるテーパー部８８は、図７に示した通常の磁気抵抗効果センサと同様である。
【００６０】
本発明の実施形態による磁気記憶装置の一例は、図９（ａ）にその上面を、図９（ｂ）図９（ａ）のＡＡ’線断面を示すように構成されている。
【００６１】
すなわち、磁気記憶装置は、面内磁気記録媒体９１が、面内磁気記録媒体駆動部９２に連結されている保持具によって保持され、面内磁気記録媒体９１のそれぞれの面に対向して、図６により説明した磁気ヘッド９３が配置されている。磁気ヘッド９３は、浮上高さ０．０５μｍ以下で安定低浮上させられ、さらに０．５μｍ以下のヘッド位置決め精度で所望のトラックに磁気ヘッド駆動部９５により駆動される。
【００６２】
磁気ヘッド９３によって再生した信号は、記録再生信号処理系９４によって波形処理される。記録再生信号処理系は、増幅器、アナログ等化器、ＡＤコンバータ、ディジタル等化器、最尤復号器等により構成される。磁気抵抗効果を利用したヘッドの再生波形は、ヘッドの特性により信号の正と負との大きさが非対称となったり、記録再生系の周波数特性の影響を受けたりして、記録した信号とは異なった信号に読み誤られることがある。アナログ等化器は、再生波形を整えて、これを修復する機能を有する。この修復された波形を持つ信号は、ＡＤコンバータを通してディジタル変換され、ディジタル等化器によってさらに波形が整えられる。最後に、この修復された信号は、最尤復号器によって、最も確からしいデータに復調される。
【００６３】
本発明の実施形態による磁気記憶装置は、前述した構成の再生信号処理系によって、極めて低いエラーレートで信号の記録再生を行うことができる。なお、等化器や最尤復号器は既存のものを用いてよい。
【００６４】
本発明の実施形態による磁気記憶装置は、以上の装置構成を備えることにより、１平方インチ当りの記録密度が３ギガビット以上に対応することができ、従来の磁気記憶装置に比べ３倍以上の記憶容量を持った高密度磁気記憶装置を実現することができた。また、記録再生信号処理系から最尤復号器を取り除き、従来の波形弁別回路に変えた場合にも従来に比べ２倍以上の記憶容量を持った磁気記憶装置を実現することができた。
【００６５】
前述した本発明の実施形態は、ディスク状の磁気記録媒体とそれを用いた磁気記憶装置についての例として説明したが、本発明は、片面のみに磁性層を有するテープ状、カード状の磁気記録媒体、及び、それら磁気記録媒体を用いた磁気記憶装置にも適用することができる。
【００６６】
さらに、本発明は、磁気記録媒体の作製方法に関して、ＤＣマグネトロンスパッタリング法に限らず、ＥＣＲスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、真空蒸着法、プラズマＣＶＤ法、塗布法、メッキ法等の他の手法を用いることもできる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、基板上に少なくともＢ２（ＣｓＣｌ）構造を有する配向制御膜を設け、この上にＣｒからなる第１下地膜、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉから選ばれた少なくとも１種の元素を含み、かつ、Ｃｒからなる第１下地膜よりも大きな格子定数を有する第２下地膜を設けた後、Ｃｏを主成分とする磁性膜を形成することにより、高保磁力、低ノイズでしかも熱揺らぎの影響の小さな磁気記録媒体を実現することができる。
【００６８】
また、本発明による磁気記録媒体と磁気抵抗効果を利用した再生専用の素子を有する磁気ヘッドとを組み合わせることによって、１平方インチあたり３ギガビット以上の記録密度を有する磁気記憶装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による磁気記録媒体の下地膜と磁性膜とのエピタキシャル関係を説明する図である。
【図２】従来技術による磁気記録媒体の下地膜と磁性膜とのエピタキシャル関係を説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態による内面磁気記録媒体の断面構造を示す図である。
【図４】保磁力と媒体ノイズとの下地膜厚依存性を説明する図である。
【図５】下地膜の合計の厚さを一定とした媒体を作製して測定した保磁力と媒体ノイズとの配向制御膜の膜厚依存性を説明する図である。
【図６】磁気抵抗効果を利用した素子を備える磁気ヘッドの構造の一例を示す模式図である。
【図７】磁気抵抗効果センサの構造例を示す図である。
【図８】スピンバルブ型磁気抵抗効果センサの構造例を示す図である。
【図９】磁気記憶装置の構造の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
３０ 基板
３１、３１’ 配向制御膜
３２、３２’ Ｃｒ第１下地膜
３３、３３’ 第２下地膜
３４、３４’ Ｃｏ合金磁性膜
３５、３５’ 保護膜
６１ 記録磁極
６２ 磁極兼磁気シールド層
６３ コイル
６４ 磁気抵抗効果素子
６５ 導体層
６６ 磁気シールド層
６７ スライダ基体
７１、８１ 磁気センサの信号検出領域
７２、８２ ギャップ層
７３ 横バイアス層
７４ 分離層
７５ 磁気抵抗強磁性層
７６、８８ テーパー部
７７、８９ 永久磁石層
７８、８０ 電極
８３ バッファ層
８４ 第１の磁性層
８５ 中間層
８６ 第２の磁性層
８７ 反強磁性合金層
９１ 磁気記録媒体
９２ 磁気記録媒体駆動部
９３ 磁気ヘッド
９４ 記録再生信号処理系
９５ 磁気ヘッド駆動部

Claims (5)

1. 基板上に設けられた少なくともＢ２（ＣｓＣｌ）構造を有する配向制御膜と、この上に順次設けられたＣｒからなる第１下地膜と、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉから選ばれた少なくとも１種の元素を含み、かつ、Ｃｒからなる前記第１下地膜よりも大きな格子定数を有する第２下地膜と、Ｃｏを主成分とする磁性膜とを有することを特徴とする面内磁気記録媒体。
2. 前記磁性膜の結晶配向性をＸ線回折により測定したとき、前記基板と平行な面において、ｈ．ｃ．ｐ．構造の（１０．０）は検出されるが、ｈ．ｃ．ｐ．構造の（１１．０）は検出されないことを特徴とする請求項１記載の面内磁気記録媒体。
3. 前記第２下地膜と磁性膜との間に、Ｃｏに少なくともＣｒを２５ａｔ．％以上を添加した材料からなる中間膜を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の面内磁気記録媒体。
4. 磁気記録媒体と、該磁気記録媒体を記録方向に駆動する駆動部と、記録部と再生部からなる磁気ヘッドと、該磁気ヘッドを前記磁気記録媒体に対して相対的に運動させる手段と、記録再生信号処理手段とを含む磁気記憶装置において、前記磁気記録媒体が、請求項１、２または３記載の面内磁気記録媒体であることを特徴とする磁気記憶装置。
5. 前記磁気ヘッドの再生ヘッド部が、磁気抵抗効果型の素子で構成されたことを特徴とする請求項４記載の磁気記憶装置。

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