JP4510812B2 - 磁気記録媒体 - Google Patents
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Description
本発明は、微小記録マークが形成される磁気記録媒体に関する。
本出願は、日本国において２００４年２月２５日に出願した日本特許出願番号２００４−５０３６６を基礎として優先権を主張するものであり、この出願を参照することにより、本出願に援用される。
現在、薄膜材料の生産においては、それぞれの目的に応じて、基板上に多種多様な性質を有する膜を積層させることで、活用を図っている。例えば、磁気記録媒体においては、基板上に磁性膜又は非磁性膜を積層させている。
例えば、基板上に磁性膜が積層されている磁気記録媒体においては、近年、ＩＴ産業の目覚ましい発展により、家庭等においてもデータ量の大きな情報を扱う機会が多くなってきている。これにともない、磁気記録媒体の大容量化が求められており、様々な技術が提案されている。
例えば、磁気記録媒体上に形成する記録マークのサイズを小さくすることにより、磁気記録媒体の面内方向の記録密度を高める方法がある。現在、１００Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ２〜１Ｔｂｉｔ／ｉｎｃｈ２の超高記録密度を目指して厳しい競争が展開されている。
ところで、記録密度の向上にともなって記録マークサイズを微小化していくと、熱ゆらぎ現象により記録マークが消滅してしまう問題がある。
したがって、微小な記録マークを形成する磁性材料として、熱ゆらぎ現象を抑制し、記録マークを安定的に形成するために、例えば、垂直磁気異方性が大きいＴｂＦｅＣｏ等の低ノイズ非晶質磁性材料を用いている。
しかしながら、ＴｂＦｅＣｏは、隣接する記録マーク（磁区）同士が異なる方向に磁化される場合には、磁区の境界（磁壁）が、連続的に変化するため、記録マーク（磁区）サイズの微小化にともない磁壁収縮力が増大してしまい、微小な記録マークの不安定化を招き、記録マークが消滅してしまう問題がある。
本発明の目的は、ＴｂＦｅＣｏ等の大きな磁気異方性を有する低ノイズ非晶質磁性材料を用い、微小な記録マークを形成しても磁壁収縮力により記録マークが消滅しない磁気記録媒体を提供することにある。
本発明に係る磁気記録媒体は、基板上に、均等に微小な凹部が表出されている下地層が積層され、上記微小な凹部が表出されている下地層の表面上に、非晶質磁性膜が積層されてなり、上記下地層は、テトラエトキシシランを原材料とし、面心立方構造状に均等に自己配列されたＦ６８（ＥＯ ７７ −ＰＯ ２９ −ＥＯ ７７ ）又はＦ１０８（ＥＯ １３３ −ＰＯ ５０ −ＥＯ １３３ ）のトリブロック・コポリマーからなる球状ミセルが取り除かれることにより、同一サイズの球状の空孔が面心立方体構造状に均等に形成されてなる酸化珪素からなる層であり、上記非晶質磁性膜が積層される面に、均等に微小な凹部が表出されるように表面処理が施され、上記非晶質磁性膜は、上記下地層に表出されている各凹部上に互いに独立して積層されて各凸部を形成し、各凸部同士は非連続であることを特徴とする。
以上詳細に説明したように、本発明に係る磁気記録媒体は、均等に微小な凹部が表出されている下地層上に磁性層が積層されることにより、磁壁抗磁力Ｈｗが増し、磁性膜に微小な磁区（記録マーク）が形成された場合、磁区の境界（磁壁）は、下地層上に表出されている凹部の影響によりピンニング点が形成されるので、磁壁収縮力により記録マークが消滅せず、微小な記録マークを安定的に形成することができる。そして、上記下地層は、テトラエトキシシランを原材料とし、面心立方構造状に均等に自己配列されたＦ６８（ＥＯ ７７ −ＰＯ ２９ −ＥＯ ７７ ）又はＦ１０８（ＥＯ １３３ −ＰＯ ５０ −ＥＯ １３３ ）のトリブロック・コポリマーからなる球状ミセルが取り除かれることにより、同一サイズの球状の空孔が面心立方体構造状に均等に形成されてなる酸化珪素からなる層であり、上記非晶質磁性膜が積層される面に、均等に微小な凹部が表出されるように表面処理が施され、上記非晶質磁性膜は、上記下地層に表出されている各凹部上に互いに独立して積層されて各凸部を形成し、各凸部同士は非連続であるので、微小スケール（ナノサイズ）の記録マークからなるパターンドメディアとして活用することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明に係る磁気記録媒体は、例えば、図１に示すような構造の薄膜材料１からなる。薄膜材料１は、基板１０上に、少なくとも、均等に微小な凹部が表出されている下地層１１が積層され、該下地層１１上に表出されている凹部に基づいて、規則的な構造により所定の膜１２が形成されてなる。
基板１０は、例えば、Ｓｉ基板を採用する。また、下地層１１は、空孔が所定の立方体構造状（例えば、面心立方構造状）に均等に形成されてなる酸化珪素及びその混合物からなる層であり、規則的な構造によりなる所定の膜が形成される面に、均等に微小な凹部が表出されるように表面処理が施されている。
ここで、下地層１１の形成方法について説明する。
まず、反応溶液（Reaction Solution）の作成を行う。反応溶液は、例えば、塩化水素（ＨＣｌ）を混ぜた純水（ｐｈ１．４）４．７ｍｌに、エタノールを２２ｍｌと、純度９８％のテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ，Tetraethoxysilane（Ｓｉ（Ｃ２Ｈ５Ｏ）４））を６．４ｍｌ混ぜ合わせて生成する。そして、生成した反応溶液に、両媒性物質であるトリブロック・コポリマー（Triblock Copolymer）を０．００８Ｍｏｌ混入させ、室温で撹拌する。なお、本実施例では、トリブロック・コポリマーとして、Ｆ６８（ＥＯ７７−ＰＯ２９−ＥＯ７７）又は、Ｆ１０８（ＥＯ１３３−ＰＯ５０−ＥＯ１３３）を用いるが、他のトリブロック・コポリマーであっても良い。また、ＥＯは、Ethylene Oxideを示し、ＰＯは、Propylene Oxideを示し、数字は、モノマー（単量体）の数を示している。
反応溶液にトリブロック・コポリマーを混入させ、撹拌すると、反応溶液中に図２に示すようなトリブロック・コポリマーからなる球状ミセルが形成される。球状ミセルは、複数のトリブロック・コポリマーからなり、内側に疎水基Ａを内包し、外側に親水基Ｂが表れる構造となっている。なお、本実施例では、トリブロック・コポリマーから球状ミセルを形成することとしたが、後述するように、下地層１１内に空孔を形成できれば良く、トリブロック・コポリマーから形成されるミセルの形状は球状に限定されるものではない。
次に、上述のようにして複数の球状ミセルが含まれる反応溶液により薄膜層を作成する。薄膜層の形成は、例えば、回転速度が５０００ｒｐｍ、回転時間が３０ｓの条件下にスピンコートにより行う。
そして、スピンコートにより薄膜層化された反応溶液を室温にて乾燥させ、球状ミセルを含んだＳｉＯ２薄膜層を形成する。なお、ＳｉＯ２薄膜層は、テトラエトキシシランが原材料となっている。また、ＳｉＯ２薄膜層は、球状ミセルが面心立方構造状に均等に自己配列されてなっている。
次に、ＳｉＯ２薄膜層から球状ミセルを取り除く作業を行う。球状ミセルを取り除く作業は、例えば、アニール時間を１時間とし、アニール温度を４００℃とするアニール処理により行う。アニール処理により、球状ミセルが取り除かれ、その球状ミセルが取り除かれた部分が空孔となる。したがって、ＳｉＯ２薄膜層は、空孔が面心立方構造で均等に形成された多孔質ＳｉＯ２層となる。
上述のように、多孔質ＳｉＯ２層は、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）等の物理的な手法ではなく、化学的な合成方法により形成される。
次に、多孔質ＳｉＯ２層の表面処理について以下に説明する。上述のようにして形成された多孔質ＳｉＯ２層の表面（規則的な構造によりなる膜が形成される面）に対して、均等に微小な凹部が表出するようにエッチング処理を施す。エッチング処理は、多孔質ＳｉＯ２層の表面に、均等に微小な凹部が表出されれば良く、例えば、Ａｒイオンによりエッチングを行う。
また、空孔のサイズは、球状ミセルの大きさ、すなわちトリブロック・コポリマーの種類よって決まり、約数ｎｍ乃至数十ｎｍまで形成可能である。なお、本実施例においては、空孔サイズが約５ｎｍ及び約８ｎｍのトリブロック・コポリマーを採用した例について述べる。
したがって、上記薄膜材料１は、均等に微小な凹部が表出されている下地層１１上に、該凹部に基づいて、規則的な構造により所定の膜が形成されるので、下地層１１に表出される凹部のサイズを任意のサイズに変更したり、該凹部の間隔を任意の間隔に変更することにより、下地層１１上に任意の構造の膜を形成することができる。なお、下地層１１上に形成する膜は、例えば、Ｃｏ，Ｆｅ，ＣｏＰｄ，ＣｏＰｔ，ＴｂＦｅＣｏ，ＧｄＦｅＣｏや、高い異方性（Ｋｕ）を有するＬ１０構造のＦｅＰｔ孤立ナノ微粒子等である。
また、このような構造の薄膜材料１は、様々なタイプの媒体に応用することができる。なお、以下の説明において、薄膜材料１と同一の構成には同一の番号を付し、詳細な説明を省略する。
例えば、この薄膜材料１は、図３に示すような構造の磁気記録媒体２に適用される。磁気記録媒体２は、基板１０上に、少なくもと、均等に微小な凹部が表出されている下地層１１と、磁気異方性を有し、記録磁区（記録マーク）が形成される磁性膜１３とが積層されてなる。また、図４には、均等に微小な凹部が表出されている下地層１１上に磁性膜１３が積層されるときの拡大断面図を示す。
ここで、磁性膜１３上に形成される記録マークの微小化にともなう磁壁エネルギー（磁壁収縮力）の増大と、それに抗する磁壁抗磁力Ｈｗの関係について説明する。
磁性膜１３に形成する記録マーク（記録磁区）のサイズを微小化してゆくと、磁壁エネルギー（磁壁収縮力）が支配的となり、記録マークは、磁壁に押し潰されて消滅してしまう。したがって、この磁壁収縮力よりも磁壁抗磁力Ｈｗを大きくする必要がある。
ここで、磁壁抗磁力Ｈｗについて説明する。磁壁が磁性体内を移動するときに、磁性膜１３内の欠陥、形状の変化、歪み及び磁気異方性の不均一な分布等によって、エネルギーポテンシャルの凹凸が生じる。磁壁抗磁力Ｈｗとは、このようなエネルギーポテンシャルに抗して磁壁が移動するために必要な磁場の強さのことである。
例えば、垂直磁化膜中に平面磁壁を考え、膜厚をｈとし、磁壁エネルギー密度σｗがｘ方向に変化しているものと仮定すると磁壁抗磁力Ｈｗは、（１）式で表される。
（１）式から磁壁抗磁力Ｈｗを増加するには、膜厚ｈ、磁気異方性エネルギーＫｕ、交換定数Ａの場所による変動を大きくすれば良いことが分かる。なお、 （１）式は、磁性材料において磁壁抗磁力Ｈｗの最大値を示している。
本願発明では、磁壁抗磁力Ｈｗを磁壁収縮力よりも大きくするために、均等に微小な凹部が表出されている下地層１１に磁性膜１３を積層させ、例えば、（１）式に示した膜厚ｈを変動させることにより磁壁抗磁力Ｈｗの増加を行わせる。
なお、下地層１１は、磁性膜１３に形成される記録マークを有効にピンニングするように、該記録マークのサイズよりも小さな凹部を表出されるように作成される。
また、磁性膜１３は、大きな磁気異方性を有する低ノイズ非晶質磁性材料を用い、例えば、ＴｂＦｅＣｏを採用する。また、本願で採用するＴｂＦｅＣｏは、組成比がＴｂ：Ｆｅ：Ｃｏ＝１８：７０：１２で構成されている。
また、磁性膜１３は、非晶質なので、隣接する磁区（記録マーク）が異なる向きに磁化されているときには、磁区の境界（磁壁）は、連続的に変化する。
また、磁性膜１３は、ＴｂＦｅＣｏ以外のＧｄＦｅＣｏ等のアモルファス材料でも良いし、また、ＣｏＰｄ，ＣｏＰｔ又はＦｅＰｔ等の単結晶材料でも良い。
なお、理想的には、記録媒体２を作成する各工程は、外気に晒すことなくすべて同一装置内で行う方が良いが、例えば、下地層１１に、微小な凹部が均等に表出されるようにエッチング処理を施した後、エッチング装置から下地層１１を取り出し、別体の磁性膜１３を積層する装置に下地層１１を移動する必要がある場合には、磁性膜１３を積層する前に、移動時に下地層１１の表面に付着した不純物を除去する手段を設けた方が良い。例えば、不純物を除去する手段として、装置内部でプラズマを起こし、そのプラズマで基板表面の不純物を落とすことである。
また、本願の発明者は、上記磁気記録媒体２に関する磁気特性評価を行った。以下に、磁気記録媒体２の印加磁界の変化に対する磁化の変化について評価結果とともに説明する。なお、磁気特性の評価には、最大印加磁場が１３ｋＯｅの振動試料型磁力計（ＶＳＭ，Vibrating Sample Magnetometer）と、最大印加磁場が１３ｋＯｅのカー効果測定装置を用いて行った。また、磁気特性評価のために、磁気記録媒体２は、基板１０上に下地層１１を積層し、該下地層１１上に磁性膜１３を積層し、該磁性膜１３上にＳｉＮを積層した構造となっている。また、比較媒体３は、基板上に磁性膜を積層し、該磁性層上にＳｉＮを積層した下地層１１を設けない構造となっている。
図５に磁気記録媒体２と比較媒体３の磁化曲線（磁化Ｋｅｒｒ効果ヒステリシスループ）を示し、図６に各媒体における磁壁抗磁力Ｈｗと、磁壁抗磁力Ｈｗと保磁力Ｈｃの比（Ｈｗ／Ｈｃ）と、飽和磁化Ｍｓをそれぞれ示す。なお、Ｈｗ／Ｈｃは、１（すなわちＨｗ＝Ｈｃ）に近いほど理想的な値となる。
図６に示すように、磁気記録媒体２は、磁壁抗磁力Ｈｗが４８１０Ｏｅ（図５中Ｈｗ１）となり、Ｈｗ／Ｈｃが０．７０４となった。一方で、図６示すように、比較媒体３は、磁壁抗磁力Ｈｗが４１３０Ｏｅ（図５中Ｈｗ２）となり、Ｈｗ／Ｈｃの比が０．６７４となった。
したがって、磁壁抗磁力Ｈｗ及びＨｗ／Ｈｃともに上記磁気記録媒体２の方が高いことが分かる。
したがって、上記磁気記録媒体２は、均等に微小な凹部が表出されている下地層１１上に磁性膜１３が積層されることにより、磁壁抗磁力Ｈｗが増すので、磁性膜１３に微小な磁区（記録マーク）が形成された場合、磁区の境界（磁壁）は、下地層１１上に表出されている凹部の影響によりピンニング点が形成されるので、磁壁収縮力により記録マークが消滅せず、微小な記録マークを安定的に形成することができる。なお、ピンニング点の位置は、（１）式に示した膜厚ｈ、磁気異方性エネルギーＫｕ及び交換定数Ａによって決まる。
また、上記磁気記録媒体２は、ナノオーダーの微小な記録マークが形成される磁気記録媒体及び光磁気記録媒体に応用することができる。
また、上記磁気記録媒体２は、下地層１１上全体に磁性膜１３が積層されてなる構造としたが、図７に示すように、下地層１１上に表出されている凹部に凸部が形成されるように磁性膜１３を積層させる構造であっても良い。このとき、凸部は、互いに独立して積層される。なお、記録媒体２を図７に示すような構造にした場合には、微小スケール（ナノサイズ）の記録マークからなるパターンドメディアとして活用することができる。
本発明は、図面を参照して説明した上述の実施例に限定されるものではなく、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な変更、置換又はその同等のものを行うことができることは当業者にとって明らかである。
Claims (2)
- 基板上に、均等に微小な凹部が表出されている下地層が積層され、
上記微小な凹部が表出されている下地層の表面上に、非晶質磁性膜が積層されてなり、
上記下地層は、テトラエトキシシランを原材料とし、面心立方構造状に均等に自己配列されたＦ６８（ＥＯ ７７ −ＰＯ ２９ −ＥＯ ７７ ）又はＦ１０８（ＥＯ １３３ −ＰＯ ５０ −ＥＯ １３３ ）のトリブロック・コポリマーからなる球状ミセルが取り除かれることにより、同一サイズの球状の空孔が面心立方体構造状に均等に形成されてなる酸化珪素からなる層であり、上記非晶質磁性膜が積層される面に、均等に微小な凹部が表出されるように表面処理が施され、
上記非晶質磁性膜は、上記下地層に表出されている各凹部上に互いに独立して積層されて各凸部を形成し、各凸部同士は非連続であることを特徴とする磁気記録媒体。 - 上記下地層は、直径が数ｎｍ乃至数十ｎｍの同一サイズの球状の空孔が面心立方構造状に均等に形成されてなることを特徴とする請求項１記載の磁気記録媒体。
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