JP3684047B2 - Magnetic recording medium - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、計算機周辺記憶装置、画像・音声記録などに用いられる磁気記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のコンピュータの高性能化、画像・音声のディジタル化、高画質化に伴い、特に計算機周辺記憶装置（ＨＤＤ）、画像・音声記録装置（ＤＶＴＲ）などの分野において、より高密度の記録・再生が可能な磁気記録媒体が要求されるようになってきている。
【０００３】
磁気記録媒体の高密度化を実現するためには、磁性層中において磁性結晶粒子間の磁気的交換相互作用を十分に分断し、磁性層全体の保磁力Ｈｃを高くするとともに、高分解能で急峻な磁化転移を起こさせて媒体ノイズを低減させることが必要になる。特に、磁気抵抗効果素子を用いた再生ヘッド（ＭＲヘッドやＧＭＲヘッド）の採用に伴ってシステムノイズが低減する傾向にあるため、媒体ノイズをさらに低減することが要求されている。
【０００４】
上記のように磁性結晶粒子間の交換相互作用を分断させるために、非磁性母材中に磁性金属粒子を分散させた構造を有する分散型磁性層を用いることが研究されている。しかし、分散型磁性層中における磁性金属粒子の分散性および結晶性がそれほど良好ではなく、期待されるほど媒体ノイズの低減を実現できているわけではない。
【０００５】
一方、従来より、磁性層の保磁力Ｈｃを増加させるために、基板と磁性層との間に下地層を設け、下地層の結晶性を利用して磁性層の結晶性を制御することに関して多くの研究がなされている。たとえば、特開平５−９４６１３号には、非晶質または多結晶の表面を有する下地層の上に、ＨＣＰ相ＣｏＰｔ系の磁性層を形成した磁気記録媒体が開示されている。しかし、多結晶下地層は結晶粒子どうしが面接触した連続膜であるため、その上に形成される磁性層も磁性金属粒子どうしが面接触した構造となる。このため、多結晶下地層上に分散型磁性層を形成することは困難である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、低ノイズで、かつ高密度記録が可能な磁気記録媒体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気記録媒体は、基板上に、下地層と、非磁性母材中に磁性金属粒子を分散させた構造を有する磁性層とを具備した磁気記録媒体において、前記下地層がＳｉＯ₂、ＳｉＯ、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、ＴｉＮ、ＢＮ、ＣａＦ ₂ およびＴｉＣからなる群より選択される非磁性母材中にＣｒ、ＶおよびＴｉからなる群より選択される非磁性金属粒子を分散させた構造を有することを特徴とする。
本発明の磁気記録媒体においては、基板と下地層との間に、金属層を設けてもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明に係る磁気記録媒体の例を図１および図２に示す。図１の磁気記録媒体は、基板１上に下地層２、磁性層３および保護層４を形成したものである。下地層２は、非磁性母材中に非磁性金属粒子を分散させた構造を有する。磁性層３は、非磁性母材中に磁性金属粒子を分散させた構造を有する。図２の磁気記録媒体は、基板１と下地層２との間に金属層５を設けた以外は図１の磁気記録媒体と同様の構造を有する。
【０００９】
下地層を構成する非磁性母材としては、ＳｉＯ₂、ＳｉＯ、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、ＴｉＮ、ＢＮ、ＣａＦ ₂ 、ＴｉＣが挙げられる。下地層を構成する非磁性金属粒子としては、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉが用いられる。非磁性母材中に分散される非磁性金属粒子の形状は特に限定されず、球状もしくは楕円球状でもよいし、柱状でもよい。
【００１０】
磁性層を構成する非磁性母材としては、酸化物、窒化物、弗化物、炭化物、有機高分子化合物などが用いられ、下地層の非磁性母材と同種の材料でも異種の材料でもよい。具体的には、ＳｉＯ₂、ＳｉＯ、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、ＴｉＮ、ＢＮ、ＣａＦ ₂ 、ＴｉＣなどが挙げられる。磁性層を構成する磁性金属粒子としては、Ｃｏ、ＦｅおよびＮｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含有する強磁性材料が用いられる。具体的には、ＣｏＰｔＣｒ、ＣｏＴａＣｒ、ＣｏＴａＰｔ、ＣｏＮｉＴａ、ＣｏＰｔなどが挙げられる。
【００１１】
なお、基板と下地層との間に必要に応じて設けられる金属層としては、下地層の非磁性金属粒子と同種の金属を用いてもよいし異種の金属を用いてもよい。
本発明の磁気記録媒体では、下地層中の非磁性金属粒子の粒径、分散性を制御することにより、その上に形成される磁性層中の磁性金属粒子の粒径、分散性を制御することができる。
【００１２】
次に、本発明における磁気記録媒体を用いて高密度記録を実現するために、磁性層が満たすべきその他の条件について説明する。以下においては、磁性層の物性のうち、体積含有率、電気抵抗率、および磁性層全体の磁気特性について説明する。
【００１３】
（１）体積含有率
非磁性母材中における磁性粒子の体積含有率は磁性層の硬度、磁気特性などに重要な影響を及ぼす。いま、磁性粒子が円柱形状であり、底面から見た粒子の配列がｈｃｐであると仮定すると、体積含有率ｐは粒子の半径ａおよび粒子間の間隔ｂを用いて、ｐ＝２πａ² ／（３^1/2 ・（２ａ＋ｂ）² ）で表される。現在用いられている典型的な磁性薄膜中の結晶粒径は４０ｎｍであり、粒子間の交換相互作用を分断するために要する距離は少なくとも約１ｎｍであることが知られている。これらの値を代入して計算すると、体積含有率ｐは０．７（７０％）以下となる。より完全に交換相互作用を分断して媒体ノイズを低減するためには、体積含有率の値は０．５（５０％）以下であることが好ましい。磁性粒子の底面から見た配列が、ｈｃｐではなくｆｃｃであっても、同様の計算により、体積含有率の値が０．７以下で磁性粒子の交換相互作用を有効に分断できる。ただし、体積含有率の最適値はハードディスクドライブの仕様によって決定される。
【００１４】
なお、磁性層の垂直方向に沿って体積含有率を変化させることにより、種々の特性を改善することもできる。
例えば、磁性層の垂直方向に沿って体積含有率の高い部分と低い部分とが交互に現れるようにすると、内部応力を分散させることができる。磁性層の内部応力が緩和されると、基板に対する磁性層の密着性が向上するので磁気記録媒体の耐久性が向上し、バーストノイズの原因となる欠陥を減少させることもできる。なお、このような体積含有率の変化のさせ方は一例であって、磁性層の成膜条件によって内部応力の値は異なるので、それぞれの場合によって適切な変化を与えればよい。
【００１５】
また、基板面から磁性層表面に向かって体積含有率が低くなるようにすると、非磁性母材の割合が増え、磁気記録媒体の表面の硬度が向上するなどの効果により、ヘッドクラッシュなどに対する磁気記録媒体の耐久性をより向上させることができる。この場合、ヘッドを接触させて記録・再生を行っても十分な耐久性を有するので、高密度記録が可能になる。
【００１６】
逆に、基板面から磁性層表面に向かって体積含有率が増加するようにすると、磁性層の表面における磁化が大きくなるため、再生出力を大きくすることができる。また、基板と非磁性母材とが類似した材料からなり、両者の熱膨張係数などが類似している場合には、基板と磁性層との密着性を向上させることができる。
【００１７】
さらに、磁性層と磁気ヘッドとを接触させて記録する場合には、磁性層の表面における硬度および絶縁性が高いことがより重要になってくる。したがって、磁性層の表面における磁性粒子の割合も重要なパラメータの１つである。磁性層の表面における（磁性粒子の面積）／（非磁性母材の面積）の値は、磁性粒子の体積含有率と同様に、０．７以下、さらには０．５以下であることが好ましい。
【００１８】
（２）電気抵抗率
磁性層の電気抵抗率は、磁性粒子の体積含有率、または非磁性母材中の添加元素によって、制御することができる。
【００１９】
磁性層の電気抵抗率が１Ω・ｃｍ以上であれば、ヘッドの導体部分に比べて十分に絶縁体とみなすことができ、ヘッドが磁性層に接触したときの電流リークによるヘッドの破壊を防ぐことができる。ＭＲヘッドのようにヘッドの導体部分が微細化されている場合には、その微細部分での抵抗が増加するので、磁性層の電気抵抗率は１０⁵ Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。さらに、完全な絶縁性を保つためには、電気抵抗率は１０¹⁰Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。
【００２０】
一方、ガラスディスク上に磁性層が形成された媒体を高速に回転させると、大気との摩擦によってディスク上に電荷が発生する。ディスク上にたまった電荷が磁気へッドへ放電するとへッド素子が破壊される可能性がある。電荷量が少ない場合でも、磁気へッドの導体部分の断面積が小さいと電流密度が増加する。このため、素子の集積化が高まるにつれて、ヘッド素子の破壊が問題となってくる。この問題に対しては、媒体はある程度の導電性を有することが好ましい。ただし、媒体が導体であると、へッド素子からの電流リークが発生する。したがって、電気抵抗率は１０^-4以上１０⁵ Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
【００２１】
１０^-4Ω・ｃｍ以上の電気抵抗率を持つ母材材料としてはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）がある。また、１０^-2Ω・ｃｍ以上の電気抵抗率を持つ母材材料としては、Ｔｉ−Ｎ、Ｔａ−Ｎ、Ｔｉ−Ｃなどの遷移金属の窒化物がある。それ以上の電気抵抗率を持つものは、通常の絶縁材料、例えばＳｉ−Ｏ、Ａｌ−Ｎ、Ｂ−Ｎなどを用いればよい。
【００２２】
ただし、磁性層の絶縁性と電気伝導性のバランスは、用いるへッドやディスクドライブなどのシステム構成によって決定される。
磁性層の電気抵抗率の要求仕様は、スピンドルとへッドのいかなる導体部分との間においても満たされるのが好ましい。したがって、へッドを媒体に接触させた状態で、スピンドルとへッドの複数個所との間で電気抵抗率を測定して評価する。
【００２３】
（３）磁性層全体の磁気特性
磁性層の保磁力Ｈｃは、１Ｇｂ／ｉｎ² 以上の高密度記録を可能にするためには２ｋＯｅ以上、１０Ｇｂ／ｉｎ² 級の超高記録密度を達成するためには３ｋＯｅ以上であることが好ましい。磁性層のＨｃは、記録へッドの飽和磁束密度Ｂｓと密接に関係する。ここで、計算機シミュレーションにより、記録トラック幅３μｍ、ギャップ長０．２５μｍ、スペーシング０．０６μｍとして、所定のＢｓ値を有するヘッドで最高の記録密度が達成できるＨｃの値を求めたところ、以下の結果が得られた。すなわちＨｃの値は、Ｂｓ＝０．８Ｔで２２００Ｏｅ、Ｂｓ＝１．０Ｔで２８００Ｏｅ、Ｂｓ＝１．２Ｔで３５００Ｏｅ、Ｂｓ＝１．６Ｔで４５００Ｏｅとなる。これらの結果から、磁気記録媒体のＨｃは、ＣＧＳ単位系でへッドのＢｓの１／２以下、さらにはｌ／４以下であることがより好ましいことがわかる。
【００２４】
さらに、本発明の磁気記録媒体を用いて高密度記録を実現するために、磁性粒子自体が満たすべき種々の物性について検討する。
（ａ）磁性粒子の体積
一般に磁性体が非常に小さくなると、熱ゆらぎによって、磁化を一定の向きに揃えておくことができなくなることが知られている。磁気異方性エネルギーＫｕを持つ体積ｖの磁性体の熱ゆらぎによる磁化Ｉの時間変化は、
Ｉ（ｔ）＝Ｉｓ・ｅｘｐ（−ｔ／τ）
で表される。ここで、ｔは時間、τは緩和時間、Ｉｓは最初の磁化の値である。さらにτは
τ＝τ₀ ・ｅｘｐ（ｖ・Ｋｕ／ｋＴ）
で表される。ここで、τ₀ は約１０^-9、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度である。τは、実用的な記録保持時間である１０年以上であることが要求される。室温（Ｔ＝３００Ｋ）において、τが１０年以上の値を満足する条件は、ｖ・Ｋｕ＞１．７×１０^-19 Ｊとなる。ＳｍＣｏを例にとりＫｕに９．５×１０⁶ Ｊ／ｍ³ を代入すると、ｖ＝１．８×１０^-26 ｍ³ となる。したがって、磁性粒子がこの値以上の体積を有していれば、熱ゆらぎによる磁化の消失がなく、磁気記録媒体として好ましく用いることができる。
【００２５】
（ｂ）磁気クラスターのサイズ
磁気ヘッドからの磁界によって磁性層上に磁区が形成され、これが情報の記録の１単位となる。磁性層の最小の磁区サイズが、形成されるべき磁区よりも大きいと、信号のＳ／Ｎ比が劣化し、最悪の場合再生不可能となる。最小磁区サイズは磁気記録媒体を交流消磁した場合の磁気クラスターサイズで見積もることができる。１Ｇｂ／ｉｎ² の記録密度を達成する記録磁区の線方向の長さは１５０ｎｍ（Murdock, IEEE Trans. Magn., Vol. 28, p.3078(1992))である。したがって、この磁気クラスターの平均サイズをこの値より小さくすれば、１ＧＢ／ｉｎ² 以上の高密度記録が可能となる。ただし、実用的には、磁区の短辺に数個の磁気クラスターが入る程度でないと、ノイズレベルが大きくなる。したがって、磁気クラスターの大きさは１００ｎｍ以下、さらに５０ｎｍ以下であることが好ましい。高Ｓ／Ｎ比の再生を実現するためには、３０ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００２６】
（ｃ）磁性粒子の粒径
分散型磁性層では、磁性粒子どうしが交換相互作用が働かない程度に離れているため、磁性粒子が磁化反転の最小単位となる。磁性粒子の粒径が磁性層を交流消磁したときの磁気クラスターサイズと同程度またはそれ以上である場合、磁性層に形成される磁区の形状はヘッドからの磁界を反映することができないため、媒体ノイズの原因になる。この場合、面内の磁性粒子の平均粒径（楕円の場合には長軸の平均長さ）が交流消磁をしたときの平均磁気クラスターサイズの１／１０以下であれば、媒体ノイズを低減することができる。
【００２７】
次いで、上述した磁性層の条件に対応して下地層が満たすべき条件について説明する。
下地層において、非磁性母材中に分散される非磁性金属粒子の体積含有率は、３０〜７０％程度、さらに５０±１０％程度であることが好ましい。ただし、下地層中の非磁性金属粒子の体積含有率は、磁性層中の磁性粒子の体積含有率と同程度にするのが最も好ましい。非磁性金属粒子の含有率が低すぎると、分散性は十分であるが、磁性層の磁性粒子の結晶性を向上させる効果が少なくなる。一方、非磁性金属粒子の含有率が高すぎると、分散性を制御する効果が小さくなる。また、下地層中の非磁性金属粒子の粒径とその分散度合により、その上の磁性層中の磁性粒子の粒径および分散性が制御されるため、非磁性金属粒子の粒径は磁性粒子と同程度の大きさかそれ以下であることが望ましい。
【００２８】
また、下地層の最表面に非磁性金属粒子が露出した場合は、その上に磁性金属粒子が選択的に成長しやすくなる。なお、下地層の最表面に非磁性金属粒子が露出していない場合でも、数ｎｍの非磁性母材を介して磁性粒子との間で交換相互作用が働くかまたはその表面形状の効果によって、磁性粒子の分散性を制御できる。
【００２９】
本発明の磁気記録媒体を構成する下地層および磁性層は、スパッタ法、真空蒸着法、ガス中蒸着法、ガスフロースパッタ法などの物理的蒸着法により形成することができる。そして、たとえばスパッタ法を用いた場合に基板にバイアスを印加することにより、下地層中の非磁性金属粒子または磁性層中の磁性金属粒子の凝集を促進させることができ、粒子の粒径、分散性を制御することができる。
【００３０】
【実施例】
以下に示すようにＡ〜Ｄの４種の磁気記録媒体を作製し、それぞれの磁気記録媒体を評価した。
（ディスクＡ）
マグネトロンスパッタ装置に、２．５インチ径のガラスディスク基板、非磁性金属としてＣｒターゲット、磁性金属としてＣｏＰｔ合金ターゲット、非磁性母材としてＳｉＯ₂ ターゲットを装着した。
【００３１】
まず、Ａｒガス２ｍＴｏｒｒの雰囲気中で、Ｃｒターゲットに１．５ＡのＤＣ電流およびＳｉＯ₂ ターゲットに６００ＷのＲＦ電力を１０分間投入して二元同時スパッタを行い、ガラスディスク基板上に分散型の下地層を形成した。次に、４００Ｗの基板バイアスを印加しながら、ＣｏＰｔターゲットに０．２ＡのＤＣ電流およびＳｉＯ₂ ターゲットに６００ＷのＲＦ電力を１０分間投入して二元同時スパッタを行い、下地層上に分散型の磁性層を形成した。最後に、１０ｎｍのカーボンからなる保護層を形成した。
【００３２】
（ディスクＢ）
非磁性金属としてＶターゲットを用い、Ｖターゲットに１ＡのＤＣ電流およびＳｉＯ₂ ターゲットに６００ＷのＲＦ電力を１０分間投入して二元同時スパッタを行い、ガラス基板上に分散型の下地層を形成した。その後、ディスクＡと同様に磁性層および保護層を形成した。
【００３３】
（ディスクＣ）
下地層成膜中に４００Ｗの基板バイアスを印加した以外はディスクＢと同様にして下地層を形成した。その後、ディスクＡと同様に磁性層および保護層を形成した。
【００３４】
（ディスクＤ）
まず、ＶターゲットにＤＣ電流を５分間投入して、ガラスディスク基板上にＶ金属層を形成した。その後、ディスクＢと同様に下地層、磁性層および保護層を形成した。
【００３５】
ディスクＡの断面をＴＥＭで観察した。下地層はＳｉＯ₂ 母材中にＣｒ粒子が一様に分散した構造を有していた。下地層と磁性層との境界付近では、下地層中のＣｒ粒子上に磁性層中のＣｏＰｔ粒子が選択的に成長していた。このような構造を有することから、下地層中のＣｒ粒子の分散性が磁性層中のＣｏＰｔ粒子の分散性に影響を与えていることが予想された。
【００３６】
次に、ディスクＡ〜Ｄの静磁気特性、すなわち保磁力Ｈｃ、残留磁化・膜厚積Ｍrt、保磁力角形比Ｓ^* 、活性化磁気モーメントvIsbを測定した結果を表１に示す。
【００３７】
【表１】

【００３８】
ディスクＡとディスクＢでは、ＭrtおよびvIsbがほぼ等しいことから、磁性金属粒子の粒径および分散性はほぼ同様であると思われる。一方、ディスクＡよりもディスクＢの方がＨｃ、Ｓ^* が若干向上している。これは、下地層の非磁性金属に着目して、ＣｒよりもＶの方がＣｏＰｔとの結晶整合性が良好であるためと考えられる。
【００３９】
ディスクＣはＳ^* およびvIsbが大きくなっている。これは、下地層成膜時に基板バイアスを印加したことにより下地層中のＶ粒子の凝集が促進されて粒径が大きくなり分散性も向上し、さらにその上の磁性層中の磁性金属粒子の粒径が大きくなり分散性も向上したためであると考えられる。
【００４０】
ディスクＤはＨｃおよびＳ^* が向上している。これは、基板上に金属層を設けたことにより、その上の下地層中のＶ粒子の結晶性が向上したためであると考えられる。ディスクＤのvIsbの向上も、ディスクＣと同様に、磁性層中の磁性金属粒子の粒径の増大に関係していると考えられる。
【００４１】
次いで、ディスクＡ〜Ｄについて、スピンスタンドタイプのディスク評価装置を用いて電磁変換特性を評価した。記録には記録ギャップ長０．３μｍ、記録トラック幅４．０μｍのＭＩＧヘッドを用い、再生には再生ギャップ長０．１４μｍ、再生トラック幅２．７μｍのＭＲヘッドを用いて、浮上量４０ｎｍで記録・再生を行った。
【００４２】
記録密度２００ｋｆｃｉで記録した信号の規格化媒体ノイズ（Ｎｍ／Ｓ₀ ）および媒体Ｓ／Ｎ（Ｓ／Ｎｍ）を測定した。ディスクＡ〜Ｃでは、規格化媒体ノイズが０．０１５〜０．０２μｍ^1/2 μＶrms ／μＶpp程度の低い値であり、非常に良好な結果が得られた。ディスクＤでは、規格化媒体ノイズが０．０２４μｍ^1/2 μＶrms ／μＶppであり、他のディスクと比較してやや高い値であるが、従来の金属媒体よりは低い値を示した。これは、基板上に金属層を設けた影響を受けて、磁性層の金属的な性質が強まったためであると考えられる。
【００４３】
媒体Ｓ／Ｎは、ディスクＡで２０ｄＢ、ディスクＢで２３ｄＢ、ディスクＣで２５ｄＢ、ディスクＤで２４ｄＢであり、高記録密度でも良好な値を示した。
さらに、記録密度３４ｋｆｃｉで記録した上に、２００ｋｆｃｉで記録してオーバーライト特性を測定した。
【００４４】
ディスクＢ〜Ｄは記録電流３０ｍＡで−４０ｄＢ以上と非常に良好な値を示した。ディスクＡは−４０ｄＢ以上を達成するためには、４０ｍＡと他のディスクより大きい記録電流が必要であった。これは、ディスクＡでは保磁力角形比Ｓ^* が０．６とやや小さいことに起因していると考えられる。
【００４５】
以上のように、本発明に係る磁気記録媒体で良好なＮｍ／Ｓ₀ およびＳ／Ｎｍが得られるのは、分散型の下地層中の非磁性金属粒子の結晶性および分散性を向上させることにより、その上の磁性層中の磁性金属粒子の結晶性および分散性を改善できるためであることがわかる。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の磁気記録媒体は、分散型の下地層を設けたことにより、磁性層中の磁性金属粒子の分散性が良好になって磁性金属粒子間の交換相互作用を十分に分断できるとともに、磁性金属粒子の結晶性が良好になり、低ノイズで高密度記録を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁気記録媒体の断面図。
【図２】本発明に係る他の磁気記録媒体の断面図。
【符号の説明】
１…基板
２…下地層
３…磁性層
４…保護層
５…金属層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a computer peripheral storage device and a magnetic recording medium used for image / audio recording.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with higher performance of computers, digitalization of images and sounds, and higher image quality, recording and playback with higher density, especially in the fields of computer peripheral storage devices (HDD), image and sound recording devices (DVTR), etc. There is a growing demand for magnetic recording media capable of recording data.
[0003]
In order to increase the density of the magnetic recording medium, the magnetic exchange interaction between the magnetic crystal grains in the magnetic layer is sufficiently divided to increase the coercive force Hc of the entire magnetic layer, and at high resolution and steep. Therefore, it is necessary to reduce the medium noise by causing a proper magnetization transition. In particular, system noise tends to be reduced with the adoption of a reproducing head (MR head or GMR head) using a magnetoresistive effect element, so that further reduction of medium noise is required.
[0004]
In order to break the exchange interaction between magnetic crystal particles as described above, the use of a dispersed magnetic layer having a structure in which magnetic metal particles are dispersed in a nonmagnetic base material has been studied. However, the dispersibility and crystallinity of the magnetic metal particles in the dispersive magnetic layer are not so good, and the media noise cannot be reduced as expected.
[0005]
On the other hand, conventionally, in order to increase the coercive force Hc of the magnetic layer, there has been much related to controlling the crystallinity of the magnetic layer by providing a base layer between the substrate and the magnetic layer and utilizing the crystallinity of the base layer. Has been studied. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-94613 discloses a magnetic recording medium in which an HCP phase CoPt magnetic layer is formed on an underlayer having an amorphous or polycrystalline surface. However, since the polycrystalline underlayer is a continuous film in which crystal grains are in surface contact, the magnetic layer formed thereon also has a structure in which magnetic metal particles are in surface contact. For this reason, it is difficult to form a dispersion type magnetic layer on the polycrystalline underlayer.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a magnetic recording medium capable of high-density recording with low noise.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The magnetic recording medium of the present invention is a magnetic recording medium comprising a base layer on a substrate and a magnetic layer having a structure in which magnetic metal particles are dispersed in a nonmagnetic base material, wherein the base layer is SiO ₂ , _{SiO, Si 3 N 4, Al} 2 O 3, AlN, TiN, BN, nonmagnetic metal selected from the group consisting of Cr, V and Ti in the non-magnetic base material is selected from the group consisting of CaF ₂ and TiC It has a structure in which particles are dispersed.
In the magnetic recording medium of the present invention, a metal layer may be provided between the substrate and the underlayer.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
Examples of the magnetic recording medium according to the present invention are shown in FIGS. The magnetic recording medium shown in FIG. 1 is obtained by forming a base layer 2, a magnetic layer 3, and a protective layer 4 on a substrate 1. The underlayer 2 has a structure in which nonmagnetic metal particles are dispersed in a nonmagnetic base material. The magnetic layer 3 has a structure in which magnetic metal particles are dispersed in a nonmagnetic base material. The magnetic recording medium of FIG. 2 has the same structure as the magnetic recording medium of FIG. 1 except that a metal layer 5 is provided between the substrate 1 and the underlayer 2.
[0009]
Examples of the nonmagnetic base material constituting the underlayer include SiO ₂ , SiO, Si ₃ N ₄ , Al ₂ O ₃ , AlN, TiN, BN, CaF ₂ , and TiC. Cr, V, and Ti are used as the nonmagnetic metal particles constituting the underlayer. The shape of the nonmagnetic metal particles dispersed in the nonmagnetic matrix is not particularly limited, and may be spherical, elliptical, or columnar.
[0010]
As the nonmagnetic base material constituting the magnetic layer, oxides, nitrides, fluorides, carbides, organic polymer compounds and the like are used, and the same or different material as the nonmagnetic base material of the underlayer may be used. _{Specifically, SiO 2, SiO, Si 3} N 4, Al 2 O 3, AlN, TiN, BN, etc. CaF _2, TiC and the like. As the magnetic metal particles constituting the magnetic layer, a ferromagnetic material containing at least one element selected from the group consisting of Co, Fe and Ni is used. Specific examples include CoPtCr, CoTaCr, CoTaPt, CoNiTa, and CoPt.
[0011]
In addition, as a metal layer provided as needed between a board | substrate and a base layer, the same kind of metal as a nonmagnetic metal particle of a base layer may be used, and a different kind of metal may be used.
In the magnetic recording medium of the present invention, the particle size and dispersibility of the magnetic metal particles in the magnetic layer formed thereon are controlled by controlling the particle size and dispersibility of the nonmagnetic metal particles in the underlayer. be able to.
[0012]
Next, other conditions to be satisfied by the magnetic layer in order to realize high density recording using the magnetic recording medium in the present invention will be described. In the following, among the physical properties of the magnetic layer, the volume content, electrical resistivity, and magnetic properties of the entire magnetic layer will be described.
[0013]
(1) Volume content The volume content of magnetic particles in the non-magnetic base material has an important influence on the hardness and magnetic properties of the magnetic layer. Assuming that the magnetic particles have a cylindrical shape and the arrangement of the particles viewed from the bottom surface is hcp, the volume content p is calculated by using the radius a of the particles and the interval b between the particles, p = 2πa ² / ( 3 ^1/2 · (2a + b) ² ). It is known that the crystal grain size in a typical magnetic thin film currently used is 40 nm, and the distance required to break the exchange interaction between the particles is at least about 1 nm. When these values are substituted and calculated, the volume content p becomes 0.7 (70%) or less. In order to more completely disrupt the exchange interaction and reduce the medium noise, the volume content value is preferably 0.5 (50%) or less. Even if the arrangement viewed from the bottom surface of the magnetic particles is not hcp but fcc, the exchange of magnetic particles can be effectively divided by the same calculation when the volume content is 0.7 or less. However, the optimum value of the volume content is determined by the specifications of the hard disk drive.
[0014]
Various characteristics can be improved by changing the volume content along the perpendicular direction of the magnetic layer.
For example, the internal stress can be dispersed by allowing the high volume content portion and the low volume content portion to appear alternately along the perpendicular direction of the magnetic layer. When the internal stress of the magnetic layer is relaxed, the adhesion of the magnetic layer to the substrate is improved, so that the durability of the magnetic recording medium is improved and defects that cause burst noise can be reduced. Note that such a method of changing the volume content is an example, and the value of the internal stress differs depending on the film formation conditions of the magnetic layer. Therefore, an appropriate change may be given in each case.
[0015]
In addition, when the volume content decreases from the substrate surface toward the magnetic layer surface, the ratio of the non-magnetic base material increases, and the hardness of the surface of the magnetic recording medium is improved. The durability of the recording medium can be further improved. In this case, even if recording / reproduction is performed by bringing the head into contact with each other, it has sufficient durability, and high-density recording becomes possible.
[0016]
On the contrary, when the volume content increases from the substrate surface toward the magnetic layer surface, the magnetization on the surface of the magnetic layer increases, so that the reproduction output can be increased. In addition, when the substrate and the nonmagnetic base material are made of similar materials and the thermal expansion coefficients of the both are similar, the adhesion between the substrate and the magnetic layer can be improved.
[0017]
Further, when recording is performed with the magnetic layer and the magnetic head in contact with each other, it is more important that the hardness and insulation on the surface of the magnetic layer are high. Therefore, the ratio of magnetic particles on the surface of the magnetic layer is also an important parameter. The value of (area of magnetic particles) / (area of nonmagnetic matrix) on the surface of the magnetic layer is preferably 0.7 or less, and more preferably 0.5 or less, similarly to the volume content of the magnetic particles. .
[0018]
(2) Electric resistivity The electric resistivity of the magnetic layer can be controlled by the volume content of the magnetic particles or the additive element in the nonmagnetic matrix.
[0019]
If the electrical resistivity of the magnetic layer is 1 Ω · cm or more, it can be regarded as an insulator compared to the conductor part of the head, and the head can be prevented from being destroyed by current leakage when the head contacts the magnetic layer. Can do. When the conductor portion of the head is miniaturized as in the MR head, the resistance at the fine portion increases, so that the electrical resistivity of the magnetic layer is preferably 10 ⁵ Ω · cm or more. Furthermore, in order to maintain complete insulation, the electrical resistivity is preferably 10 ¹⁰ Ω · cm or more.
[0020]
On the other hand, when a medium having a magnetic layer formed on a glass disk is rotated at high speed, electric charges are generated on the disk due to friction with the atmosphere. If the charges accumulated on the disk are discharged to the magnetic head, the head element may be destroyed. Even when the charge amount is small, the current density increases if the cross-sectional area of the conductor portion of the magnetic head is small. For this reason, destruction of the head element becomes a problem as the integration of the element increases. For this problem, the medium preferably has a certain degree of conductivity. However, if the medium is a conductor, current leakage from the head element occurs. Therefore, the electrical resistivity is preferably 10 ⁻⁴ or more and 10 ⁵ Ω · cm or less.
[0021]
As a base material having an electric resistivity of 10 ⁻⁴ Ω · cm or more, indium tin oxide (ITO) is available. As a base material having an electric resistivity of 10 ⁻² Ω · cm or more, there are nitrides of transition metals such as Ti—N, Ta—N, and Ti—C. A material having an electrical resistivity higher than that may be a normal insulating material such as Si—O, Al—N, or B—N.
[0022]
However, the balance between the insulation and electrical conductivity of the magnetic layer is determined by the system configuration such as the head and disk drive used.
The requirements for the electrical resistivity of the magnetic layer are preferably met between the spindle and any conductor portion of the head. Therefore, the electrical resistivity is measured and evaluated between the spindle and a plurality of locations of the head while the head is in contact with the medium.
[0023]
(3) Magnetic characteristics of the entire magnetic layer The coercive force Hc of the magnetic layer is 2 kOe or more in order to achieve a high recording density of 10 Gb / in ² or more in order to enable high density recording of 1 Gb / in ² or more. Is preferably 3 kOe or more. The Hc of the magnetic layer is closely related to the saturation magnetic flux density Bs of the recording head. Here, when the recording track width was 3 μm, the gap length was 0.25 μm, and the spacing was 0.06 μm, the value of Hc that can achieve the highest recording density with a head having a predetermined Bs value was obtained by computer simulation. Results were obtained. That is, the value of Hc is 2200 Oe when Bs = 0.8T, 2800 Oe when Bs = 1.0T, 3500 Oe when Bs = 1.2T, and 4500 Oe when Bs = 1.6T. From these results, it can be seen that the Hc of the magnetic recording medium is more preferably 1/2 or less, more preferably 1/4 or less of the Bs of the head in the CGS unit system.
[0024]
Furthermore, in order to realize high-density recording using the magnetic recording medium of the present invention, various physical properties that the magnetic particles themselves should satisfy are examined.
(A) Volume of magnetic particles In general, it is known that when the magnetic material becomes very small, the magnetization cannot be aligned in a certain direction due to thermal fluctuation. The time change of the magnetization I due to the thermal fluctuation of the magnetic material of volume v having magnetic anisotropy energy Ku is
I (t) = Is · exp (−t / τ)
It is represented by Here, t is time, τ is relaxation time, and Is is the first magnetization value. Furthermore, τ is τ = τ ₀ · exp (v · Ku / kT)
It is represented by Here, τ ₀ is about 10 ⁻⁹ , k is a Boltzmann constant, and T is an absolute temperature. τ is required to be 10 years or more, which is a practical record retention time. The condition that τ satisfies the value of 10 years or more at room temperature (T = 300K) is v · Ku> 1.7 × 10 ⁻¹⁹ J. Taking SmCo as an example and substituting 9.5 × 10 ⁶ J / m ³ for Ku, v = 1.8 × 10 ⁻²⁶ m ³ . Therefore, if the magnetic particles have a volume equal to or greater than this value, the magnetization does not disappear due to thermal fluctuation, and can be preferably used as a magnetic recording medium.
[0025]
(B) Size of magnetic cluster A magnetic domain is formed on the magnetic layer by the magnetic field from the magnetic head, and this becomes one unit of information recording. If the minimum magnetic domain size of the magnetic layer is larger than the magnetic domain to be formed, the S / N ratio of the signal deteriorates, and in the worst case, reproduction is impossible. The minimum magnetic domain size can be estimated by the magnetic cluster size when the magnetic recording medium is AC demagnetized. The length in the linear direction of the recording magnetic domain that achieves a recording density of 1 Gb / in ² is 150 nm (Murdock, IEEE Trans. Magn., Vol. 28, p. 3078 (1992)). Therefore, if the average size of this magnetic cluster is smaller than this value, high density recording of 1 GB / in ² or more is possible. However, practically, the noise level increases unless several magnetic clusters enter the short side of the magnetic domain. Therefore, the size of the magnetic cluster is preferably 100 nm or less, more preferably 50 nm or less. In order to realize reproduction with a high S / N ratio, the thickness is more preferably 30 nm or less.
[0026]
(C) In the particle size-dispersed magnetic layer of magnetic particles, the magnetic particles are separated to such an extent that exchange interaction does not work, so the magnetic particles are the minimum unit of magnetization reversal. When the particle size of the magnetic particles is about the same as or larger than the magnetic cluster size when the magnetic layer is AC demagnetized, the shape of the magnetic domain formed in the magnetic layer cannot reflect the magnetic field from the head. Cause noise. In this case, if the average particle diameter of the in-plane magnetic particles (the average length of the long axis in the case of an ellipse) is 1/10 or less of the average magnetic cluster size when AC demagnetization is performed, the medium noise is reduced. be able to.
[0027]
Next, the conditions that the underlayer should satisfy corresponding to the above-described magnetic layer conditions will be described.
In the underlayer, the volume content of the nonmagnetic metal particles dispersed in the nonmagnetic matrix is preferably about 30 to 70%, and more preferably about 50 ± 10%. However, it is most preferable that the volume content of the nonmagnetic metal particles in the underlayer is approximately the same as the volume content of the magnetic particles in the magnetic layer. If the content of the nonmagnetic metal particles is too low, the dispersibility is sufficient, but the effect of improving the crystallinity of the magnetic particles in the magnetic layer is reduced. On the other hand, when the content of the nonmagnetic metal particles is too high, the effect of controlling dispersibility is reduced. In addition, since the particle size and dispersibility of the magnetic particles in the magnetic layer on the non-magnetic metal particles in the underlayer are controlled by the particle size and the degree of dispersion thereof, the particle size of the non-magnetic metal particles is It is desirable that the size is equal to or less than that.
[0028]
Further, when the nonmagnetic metal particles are exposed on the outermost surface of the underlayer, the magnetic metal particles easily grow selectively on it. In addition, even when nonmagnetic metal particles are not exposed on the outermost surface of the underlayer, exchange interaction works with magnetic particles through a nonmagnetic matrix of several nm or due to the effect of the surface shape, Dispersibility of magnetic particles can be controlled.
[0029]
The underlayer and magnetic layer constituting the magnetic recording medium of the present invention can be formed by physical vapor deposition such as sputtering, vacuum vapor deposition, gas vapor deposition, and gas flow sputtering. For example, when a sputtering method is used, a bias is applied to the substrate to promote aggregation of nonmagnetic metal particles in the underlayer or magnetic metal particles in the magnetic layer. Gender can be controlled.
[0030]
【Example】
As shown below, four types of magnetic recording media A to D were prepared, and each magnetic recording medium was evaluated.
(Disk A)
A 2.5 inch diameter glass disk substrate, a Cr target as a nonmagnetic metal, a CoPt alloy target as a magnetic metal, and a SiO ₂ target as a nonmagnetic base material were mounted on a magnetron sputtering apparatus.
[0031]
First, in an atmosphere of Ar gas of 2 mTorr, 1.5 A DC current was applied to the Cr target and 600 W RF power was applied to the SiO ₂ target for 10 minutes to carry out dual simultaneous sputtering, and a dispersed type substrate was placed on the glass disk substrate. A stratum was formed. Next, while applying a substrate bias of 400 W, a DC current of 0.2 A is applied to the CoPt target and an RF power of 600 W is applied to the SiO ₂ target for 10 minutes to perform dual simultaneous sputtering, and a distributed type is formed on the underlying layer. A magnetic layer was formed. Finally, a protective layer made of 10 nm carbon was formed.
[0032]
(Disk B)
A V target was used as a nonmagnetic metal, a DC current of 1 A was applied to the V target and an RF power of 600 W was applied to the SiO ₂ target for 10 minutes to perform dual simultaneous sputtering to form a dispersive underlayer on the glass substrate. . Thereafter, similarly to the disk A, a magnetic layer and a protective layer were formed.
[0033]
(Disk C)
A base layer was formed in the same manner as the disk B except that a substrate bias of 400 W was applied during the base layer formation. Thereafter, similarly to the disk A, a magnetic layer and a protective layer were formed.
[0034]
(Disk D)
First, a DC current was applied to the V target for 5 minutes to form a V metal layer on the glass disk substrate. Thereafter, similarly to the disk B, an underlayer, a magnetic layer, and a protective layer were formed.
[0035]
The cross section of the disk A was observed with TEM. The underlayer had a structure in which Cr particles were uniformly dispersed in the SiO ₂ base material. In the vicinity of the boundary between the underlayer and the magnetic layer, the CoPt particles in the magnetic layer were selectively grown on the Cr particles in the underlayer. Since it has such a structure, it was expected that the dispersibility of Cr particles in the underlayer had an effect on the dispersibility of CoPt particles in the magnetic layer.
[0036]
Next, Table 1 shows the results of measuring the magnetostatic characteristics of the disks A to D, that is, the coercive force Hc, the remanent magnetization / film thickness product Mrt, the coercive force squareness ratio S ^* , and the activation magnetic moment vIsb.
[0037]
[Table 1]

[0038]
In Disk A and Disk B, since Mrt and vIsb are substantially equal, the particle diameter and dispersibility of the magnetic metal particles seem to be substantially the same. On the other hand, Hc and S ^* are slightly improved in the disk B than in the disk A. This is presumably because V is better in crystal matching with CoPt than Cr, focusing on the nonmagnetic metal of the underlayer.
[0039]
In the disk C, S ^* and vIsb are large. This is because the application of a substrate bias during the formation of the underlayer promotes the aggregation of V particles in the underlayer, thereby increasing the particle size and dispersibility, and further improving the dispersibility of the magnetic metal particles in the magnetic layer thereon. This is considered to be because the particle size was increased and the dispersibility was improved.
[0040]
The disk D has improved Hc and S ^* . This is presumably because the crystallinity of the V particles in the underlying layer was improved by providing the metal layer on the substrate. The improvement in the vIsb of the disk D is considered to be related to the increase in the particle diameter of the magnetic metal particles in the magnetic layer as in the disk C.
[0041]
Next, the electromagnetic conversion characteristics of the disks A to D were evaluated using a spin stand type disk evaluation apparatus. For recording, a MIG head with a recording gap length of 0.3 μm and a recording track width of 4.0 μm is used, and for reproduction, an MR head with a reproduction gap length of 0.14 μm and a reproduction track width of 2.7 μm is used, and the flying height is 40 nm. -Played.
[0042]
Normalized medium noise (Nm / S ₀ ) and medium S / N (S / Nm) of signals recorded at a recording density of 200 kfci were measured. In the disks A to C, the normalized medium noise was a low value of about 0.015 to 0.02 μm ^1/2 μVrms / μVpp, and very good results were obtained. In the disk D, the normalized medium noise is 0.024 μm ^1/2 μVrms / μVpp, which is slightly higher than that of other disks, but lower than that of the conventional metal medium. This is presumably because the metallic properties of the magnetic layer were strengthened due to the influence of the metal layer provided on the substrate.
[0043]
The medium S / N was 20 dB for the disk A, 23 dB for the disk B, 25 dB for the disk C, 24 dB for the disk D, and showed a good value even at a high recording density.
Further, after recording at a recording density of 34 kfci, recording was performed at 200 kfci, and the overwrite characteristics were measured.
[0044]
Disks B to D showed a very good value of -40 dB or more at a recording current of 30 mA. In order to achieve -40 dB or more for the disc A, 40 mA and a recording current larger than those of other discs were necessary. This is considered to be due to the fact that the coercive force squareness ratio S ^* of the disk A is as small as 0.6.
[0045]
As described above, good Nm / S ₀ and S / Nm can be obtained with the magnetic recording medium according to the present invention because the crystallinity and dispersibility of the nonmagnetic metal particles in the dispersive underlayer are improved. Thus, it can be seen that the crystallinity and dispersibility of the magnetic metal particles in the magnetic layer thereon can be improved.
[0046]
【The invention's effect】
As described above in detail, the magnetic recording medium of the present invention is provided with a dispersion-type underlayer, so that the dispersibility of the magnetic metal particles in the magnetic layer is improved and the exchange interaction between the magnetic metal particles is sufficient. And the crystallinity of the magnetic metal particles is improved, and high-density recording can be realized with low noise.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a magnetic recording medium according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of another magnetic recording medium according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2 ... Underlayer 3 ... Magnetic layer 4 ... Protective layer 5 ... Metal layer

Claims (2)

基板上に、下地層と、非磁性母材中に磁性金属粒子を分散させた構造を有する磁性層とを具備した磁気記録媒体において、前記下地層がＳｉＯ₂、ＳｉＯ、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、ＴｉＮ、ＢＮ、ＣａＦ ₂ およびＴｉＣからなる群より選択される非磁性母材中にＣｒ、ＶおよびＴｉからなる群より選択される非磁性金属粒子を分散させた構造を有することを特徴とする磁気記録媒体。In a magnetic recording medium comprising a base layer and a magnetic layer having a structure in which magnetic metal particles are dispersed in a nonmagnetic base material on a substrate, the base layer is made of SiO ₂ , SiO, Si ₃ N ₄ , Al having _{2 O 3, AlN, TiN,} BN, a structure obtained by dispersing magnetic metal particles selected from the group consisting of Cr, V and Ti in the non-magnetic base material is selected from the group consisting of CaF ₂ and TiC A magnetic recording medium characterized by the above. 前記基板と前記下地層との間に、金属層を設けたことを特徴とする請求項１記載の磁気記録媒体。  The magnetic recording medium according to claim 1, wherein a metal layer is provided between the substrate and the base layer.

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