JPH03222112A

JPH03222112A - 磁性膜

Info

Publication number: JPH03222112A
Application number: JP1656990A
Authority: JP
Inventors: Tadao Katsuragawa; 忠雄桂川
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1990-01-26
Filing date: 1990-01-26
Publication date: 1991-10-01

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は磁性膜に関し、詳しくは、光磁気記録媒体とし
て特に有用であり、更には、レーザー光を利用すること
なく磁気ヘッドを用いて記録・再生を行なう磁気記録媒
体にも適用可能な磁性膜に関する。

〔従来の技術〕

磁性膜を適当な基板（非磁性支持体）上に形成したもの
は記録媒体（磁気記録媒体、光磁気記録媒体）として利
用されるでいる。殊に、光磁気記録方式に採用される記
録媒体（光磁気記録媒体）には、記録感度が高いこと、
磁気光学効果（ファラデー効果、カー効果）が大きいこ
と、大面積のものが均質かつ安価に製作できること、安
定性にすぐれていること等が要求される。これに加えて
、磁気光学効果の大きさは磁化の向きと光の進行方向と
が平行なとき最も大きくなり、また、面に垂直な磁化と
いう条件は垂直磁気記録の要件も満たしているため高密
度記録にも適する。従って、磁性記録媒体においては、
面に垂直な磁化をもつ材料が選択されることが望ましい
。

こうした要請から、光磁気記録媒体における磁性膜の材
料として（１）垂直磁気記録媒体で採用されている磁性
材料（代表的な六方晶最密充填（ｈｃｐ）構造のマグネ
トプラムバイト型Ｂａフェライト）を使用したり、　（
２）ＭｎＢｉ、　ＭｎＣｕＢ１．　ＭｎＧａＧｅ、　Ｍ
ｎＡＱＧｅ、ＰｔＣｏ　（以上多結晶）：（ＹＢｉ）、
　（ＦｅＧａ）、０１□（単結晶）；ＧｄＣｏ、　Ｇｄ
Ｆｅ、　ＴｂＦｅ、　ＧｄＴｂＦｅ、　ＴｂＤｙＦｅ（
以上アモルファス〉などが使用されたりしている。

だが、前記（１）（２）の磁性膜は、その材料によって
は、製膜が低基板温度で行ないにくかったり、半導体レ
ーザーの波長域（例えば７８０ｎｍ、８３０ｎｍなど）
では大きな磁気光学効果を得ることができなかったり、
高いＳハ比が得られなかったり、或いは、安定性に不安
（主として、熱分解による）があったりする、等のいず
れかの欠点を有している。

かかる不都合な現象のない磁性材料の開発が進められて
きた結果、近時は、窒化鉄が注目されている。この窒化
鉄は錆びることのない強磁性体であり、録音テープ、ビ
デオテープ、コンピュータ用の大容量記憶装置などの高
密度磁気記録媒体に応用することが提案されている（特
開昭５９−２２８７０５号公報）。また、窒化鉄を面内
磁化膜や高透磁率膜として利用することも提案されてい
る（特開昭５５−３３０９３号、同６０−７６０２１号
、同６１−１１０３２８号、同６２−１０３８２１号な
どの公報）。

しかし、これまで提案されてきた窒化物磁性材料は、主
として、磁気異方性に注目した垂直磁気記録媒体に対し
てであって、光磁気記録媒体への応用は大方見送られて
いるのが実情である。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、膜構造を特定することによって光磁気
記録媒体としての特性を向上させ、更に、容易には熱分
解が起らない安定性にすぐれた磁性膜を提供するもので
ある。本発明の他の目的は、特にファラデー効果による
再生効率が高められた磁性膜を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の磁性膜は下記（Ａ）及び（Ｂ）の積層からなる
ことを特徴としている。

（Ａ）　Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる金属（Ｍ）の少な
くとも１種の窒化物［ＭｘＮ（２＜ｘ≦３）］を成分と
し柱状構造を呈しており、かつ、その柱状構造内にはア
モルファス状非磁性体に包囲されたＣ軸配向の該金属窒
化物が存在している。垂直磁気異方性を有する磁性体薄
膜。

（Ｂ）前記金属（Ｍ）の少なくとも１種を主成分とした
面内磁化膜。

本発明者は、先に、前記金属窒化物［ＭＸＮ（２＜Ｘ≦
３）〕膜中に炭素、酸素、弗素等を適当量含有させるこ
とによって透光性が向上できること、これら炭素などの
元素の含有とは無関係に又はこれら元素の含有と併せて
、膜構造（前記（ＭＸＮ　（２＜Ｘ≦３））を成分とし
た磁性膜の構造）を限定することにより、より良好な磁
性膜が得られることをも確めそれらに基づいて提案を行
った（特願平１−１３５５７５号）。

その特願平１−１３５５７５号において提案した磁性膜
は、本発明における（Ａ）の磁性体薄膜に他ならない。

勿論、そうした構造の磁性膜の採用によれば、良質の光
磁気記録媒体５磁気ヘツドで記録・再生を行なう磁気記
録媒体を提供することができる。

だが、この磁性体薄膜は、透明性が良好であるが故に、
もう少し光の吸収率を向上させて記録感度を上げたいと
考える場合には何等かの工夫が必要である。

従って、本発明の磁性膜は特願平１−１３５５７５号の
発明の改良とみることができる。

以下に、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の複
層からなる磁性膜は、一般には直接又は反射層を介して
非磁性支持体上に形成されて、主として光磁気記録媒体
に供されるが、前記磁性膜と前記非磁性支持体との間に
、前記反射層に代えて、アモルファス希土類・遷移元素
合金薄膜を形成することもできる。また、本発明に係る
磁性膜は（Ａ）−（Ｂ）−（Ａ）の三層構造からなるも
のも有効である。

ところで、先に従来技術のところで触れた特開昭５９−
２２８７０５号公報には、垂直磁気異方性を有する六方
晶系窒化鉄を記録層に用いた磁気記録媒体が記載されて
いるが、そこにはＮｉ、　Ｃｏ等を１０ａｔｏｍｉｃ％
以下の範囲で含有させること、磁性膜中の窒素含有率は
２０〜３２ａｔｏｍｉｃ％が好ましいこと１等が明らか
にされている。ここで、磁性膜中の窒素含有量が２０〜
３２ａｔｏｍｉｃ％と制限しているのは、膜全体が窒化
鉄（Ｆｅ、Ｎ及び／又はＦｅ２Ｎ）としているからに他
ならない。だが、この文献には熱に対する特性やキュリ
ー温度（磁化が消失する温度）については明記されてお
らず、ただ、膜構造はＣｏ−Ｃｒ膜のように膜面に垂直
に結晶粒子が成長じた柱状構造が望ましいことの旨の記
述に留まっている。

六方晶系窒化鉄（六方晶系窒化コバルト、六方晶系窒化
ニッケルについても同じ）はその膜が加熱されていくと
２００〜３００℃にキュリー温度をもつが、キュリー温
度以上に加熱すると膜中から窒素が抜は出してα−Ｆｅ
となり垂直磁化膜から水平磁化膜へと移行してゆき、飽
和磁化も２〜３倍と大きくなっていく。例えば、窒化鉄
は約２９５℃にキュリー温度（Ｔｃ）を示すが、この窒
化鉄がキュリー温度（Ｔｃ）以上に加熱されると、第２
図にみられるように、飽和磁化は著しく増大する。この
飽和磁化の増大した窒化鉄膜のＸ線回折を行なうと、Ｍ
ｘＮのＣ面である（００２）の回折ピークがなくなり、
α−Ｆｅの回折ピークが現われてくる。この状態にある
窒化鉄膜は、磁気ヘットを用いて加熱によらない記録・
再生・消去のための垂直磁気記録媒体には利用可能であ
っても、レーザー光で加熱し記録する光磁気記録媒体と
しては充分満足しうるちのであるとはいいがたい。

それにも拘らず、本発明における（Ａ）の磁性体薄膜に
そうした不都合がみられないのは、特定な膜構造が採用
されたため、加熱によって膜中から窒素が抜けないか又
は抜けにくいことを示唆している。

かかる現象は強磁性金属（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）の六方晶
系窒化物に各種の元素を加えて飽和磁化を減少させ、よ
り垂直磁気異方性磁界（Ｈｋ）を高めることの検討の上
に見出されたものであり、第３図にモデル化して示した
ように、前記（Ａ）の膜構造が例えば非磁性支持体４の
表面の直上から形成された柱状構造（非磁性支持体４か
ら垂直に上方に延びた縦線はそれら線と線とで挾まれた
ところが柱状構造を呈していることを意味している）を
有し、窒化物〔ＭｘＮ（２＜ｘ≦３）〕はＣ軸配向し、
更に、前記元素に代えてアモルファス状非磁性体が採用
されることによって、脱窒素が極力防止されるようにな
っている。

第３図において、個々のまちまちの形の粒子１ａはいず
れも前記式［Ｍｘ（２＜ｘ≦３）］で表わした窒化物を
示している。結晶子（Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｔｅ：単結晶
の粒子）の大きさは約５０入であり、柱状構造の柱の径
は約１５０〜３００Åくらいである。そして、個々の窒
化物粒子１ａの間の空隙にはアモルファス状非磁性元素
１ｂが充填されたようになっている。

ここにおいて、個々の窒化物粒子１ａはε相窒化物の結
晶であり、Ｃ軸配向している。柱状構造内部では、窒化
物の配向結晶は磁気的には密につながっている。なお、
面間隙は、窒化鉄２．１９入、窒化コバルト２．１７人
、窒化ニッケル２．１４人である。

実際に、磁性体薄膜１の断面を数百万倍の倍率でＴＥＭ
　（透過型電子顕微鏡）で見ると柱状形状は明確に認め
られるが、粒子１ａの境界（粒界）は図面（第３図）に
示したほどには明確とはなっていない。

この理由はε相窒化物中にも非磁性元素が多少大りこむ
為、結晶粒界では必ずしも十分良好ではないからと思わ
れる。この非磁性元素は例えばＣ１０゜Ｂ、Ｆ、Ｈ，Ｓ
ｉ、Ｓ、Ｐ等特に制限されない。また、　Ｆｅ、　Ｃｏ
、Ｎｉ等強磁性金属元素が、Ｆｅ−０等非磁性の結合を
有して含まれていてもかまわない。

この第３図（断面モデル図）にみられるような構造が採
用されることによって、反磁界がキャンセルされやすく
なり、レーザー光の透過性が向上し、成長じた個々の柱
の間の界面のために熱は横方向より縦方向に広がりやす
くなって記録領域の面方向への広がりが少なくなり、さ
らに高密度な記録が行なえるようになる。

また１本発明に係る磁性体薄膜（Ａ）によれば、前記Ｍ
ｘＮ（２＜ｘ≦３）で表わされる金属窒化物１ａはその
周囲がアモルファス状非磁性体１ｂで覆われた形態を呈
しているので、加熱によって膜中から窒素が抜けること
がないか又は殆んどなく、従って、第４図に示されたご
とき飽和磁化に大きな変化をもたらすようなキュリー温
度を示さないが、加熱によって抗磁力は低下するので、
これら現象を利用してレーザー光で加熱し、磁界を印加
して書込むことができる光磁気記録材料となる。

第５図は窒化鉄の例であり、結晶部分の配向性がより向
上することにより垂直磁気異方性磁界（Ｈｋ）がより大
きくなっていることを意味している。

本発明に係る磁性体薄膜（Ａ）におけるアモルファス部
１ｂは、この磁性体薄膜が光磁気記録媒体として用いら
れるときは透光性が必要であるので、金属より非金属元
素が好ましい。また、第５図に表わされた磁性体薄膜の
ようにＣ軸配向性が向上すると光は膜面に対し垂直に透
過しやすくなる。

垂直磁気異方性磁界（Ｈｋ）は、これまでは例えば４Ｋ
Ｏｅ程度が最大値といわれていたが、第３図及び第５図
に示したような膜構造が採用された磁性体薄膜によれば
その飽和磁化は大幅に減少し、従って、垂直磁気異方性
磁界（Ｈｋ）は４ＫＯｅ以上となり、特にＭｘＮ（２＜
ｘ≦３）のうちの強磁性金属Ｍ（Ｆｅ、　Ｃｏ、Ｎｉ）
成分の割合を多くしていけば５ＫＯｅ以上の値を容易に
得ることができる。磁性体薄膜の膜厚は５００人〜１−
が適当であり、好ましくは１０００人〜３０００人が好
ましい。製膜には各種ＰＶＤ、　ＣＶＤ法が用いられる
が、特にイオンビームスパッタ法が好ましい。

既述のとおり、前記（Ａ）の磁性体薄膜は、膜厚約２０
００人の場合、４００−９００ｎｍの光透過率が約４部
である。この光透過率は製膜条件によって多少異なって
くるが１本発明の磁性膜においては、全体として、光透
過率を下げ光吸収率を上げて記録感度を良好ならしめる
ために、この磁性体薄膜に前記（Ｂ）のＦｅ、　Ｇｏ及
びＮｉから選ばれる金属の少なくとも１種を主成分とす
る面内磁性膜が積層されるという手段が採用されている
。

ここにいう（Ｂ）の面内磁化膜の好ましい具体的として
はＦｅ、Ｃｏ及びＮｉから選ばれる金属あるいはこれら
金属の窒化物があげられる。

Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉは、元来、磁気光学効果は大きい。

Ｆｅの場合、ファラデー効果は３５ｄｅｇ／ｐｍ（λ：
６００ｎｍ）と大きいが、光吸収係数もα＝７．６Ｘ　
１０５ｃｍ−’と大きい。また、金属のままでは面内磁
化膜であるが。

ＭｘＮ膜であっても製膜条件を選択することによって面
内磁化膜として製膜することが可能である。

本発明の磁性膜は、（Ａ）の磁性体薄膜と（Ｂ）の面内
磁化膜との積層膜である。この積層の形態はいろいろ考
えられるが、■これら膜（Ａ）、膜（Ｂ）をともに−層
ずつ積層する、■二層の膜（Ａ）で膜（Ｂ）をサンドイ
ンチする。■膜（Ａ）及び膜ＣＢ）をともに二層以上と
して交互に積層する、等があげられる。

第１図（ａ）（ｂ）及び（Ｃ）は、これら積層膜を用い
た光磁気記録媒体の例を示している。非磁性支持体４の
光反射膜３が接しているタイプのもの（第１図（ａ）及
び（ｂ））では、非磁性支持体４は光に透明であっても
不透明であってもかまわない。これに対し、第１図（ｃ
）及び（ｄ）のタイプのものでは非磁性支持体４は光に
透明なものでなければならない。

第１図（ａ）　（ｂ）　（Ｃ）及び（ｄ）の構造から推
察されるように、光に面内磁化膜（Ｂ）を先立って少な
くとも１つの磁性体薄膜（Ａ）に入射されるような積層
構造がとられたのが有利である。

本発明磁性膜は、上記のような構成が採用されたことに
より、熱的安定性並びに記録感度が更に向上しているの
が認められる。

実際に本発明に係る磁性膜を製膜するには、非磁性支持
体上に直接又は反射層を介して面内磁化膜（Ｂ）、磁性
体薄膜（Ａ）を積層せしめればよＵ）。なお、支持体が
不透明であればその支持体上に反射層が設けられ、支持
体が透明であれば反射層は磁性膜上に設けられてもよい
ことは既述のとおりである。こうした磁性膜の製膜法は
前記のとおりであるが、その際、０２ガスを用い又は用
いることなくＮ２、Ａｒのイオン化ガスの総ガス圧力を
最適化することによって、所望の膜構造を得ることがで
きるＰかくして製膜されたアモルファス性非磁性成分を含有し
たε相ＭｘＮ（２＜ｘ≦３、Ｍ：Ｆｅ、　Ｃｏ又はＮｉ
）の柱状磁性体薄膜（Ａ）は、耐熱性が大幅に向上して
おり、膜は緻密で耐摩擦特性、耐蝕性が良好で、機械的
にも化学的にも安定なものとなってし）る。

また、例えば０．ガスの導入を行なわな０で製膜された
ものは面内磁化膜（Ｂ）で大きな光吸収率を有するもの
となっている。

非磁性体支持体３にはプラスチックフィルム（ポリイミ
ド、ポリアミド、ポリエーテルサルホン等の耐熱性プラ
スチックフィルムやポリエチレンテレフタレート、ポリ
塩化ビニル、三酢酸セルロース、ポリカーボネート、ポ
リメチルメタクリレートなど）、セラミック、金属、ガ
ラスなどが用いられ、その形態としては例えばフィルム
状、テープ状、シート状、ディスク状、カード状、ドラ
ム状などである。

反射層３はＡｕ、　ＡＱ、　Ａｇ、　Ｐｔ、　Ｃｒ、　
Ｎｄ、　Ｇｅ、　Ｒｈ、　Ｃｕ、　ＴｉＮなどの材料を
用い、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法等の各種蒸着法やイオ
ンブーティング、スパッタリング、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法
などの薄膜形成法により製膜される。反射層２の厚さは
１μ以下好ましくは０．０５〜０．５７４１１１＜らい
が適当である。

なお、図示されていないが、磁性膜の上面又は下面に誘
電体層（ＳｉＯ□、ＴｉＯ□、窒化シリコン、窒化アル
ミニウム、アモルファスＳＬなどの薄膜）を設けてエン
ハンス効果を出すようにしてもよい。

また、表面層上には、必要に応じて、保護層が設けられ
ていてもよい。保護層の材料は一部が前記誘電体層のも
のと重複するが、　ＳｉＮ、　Ｙ２Ｏ，、ＡＱ２０３、
ＺｎＳ、　５ｉＯ１Ｓｉｎ２、ＡＱＮ、　ＡＱなどがあ
げられる。これら誘電体層及び保護層の厚さは１−以下
好ましくは０．０３〜０．５−＜らいが適当である。

〔実施例〕

次に実施例及び比較例を示すが、本発明磁性膜はこの実
施例に限られるものではない。

実施例１イオンビームスパッタ装置を用い下記の条件でＰＣ（ポ
リカーボネート）に厚さ約１５００Åの磁性体薄膜（Ｆ
ｅとＣＯとの窒化物膜）を製膜した。

ターゲット材料　　ＦｅＣｏ合金（Ｆｅ含有量５０原子
％）ターゲットと基板との鹿離　　　１５ｍｍ真空槽の
背圧　　２　Ｘ　１０−’　Ｔｏｒｒイオン銃電圧　　
９ＫＶイオン銃電流　　２ａ＋Ａイオン化ガス　　Ｎｚ　（２５％）＋Ａｒ（７５％）導
入ガス　　　　０２３．４　Ｘ　１０’Ｔｏｒｒ製膜時
全ガス圧力　　１，７Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒターゲット
へのイオン入射角　　３０度この磁性体層膜をＸ線回折
法で調尺たところ、鉄とコバルトの窒化物（ＦｅｘＮ　
（ｘ：２−３）とＣｏ３Ｎ）のＣ面を示す回折ピークが
ｗｔ察された。（００２）のロッキング曲線から求めた
Δθ５０は０　、６４ｄｅｇで高配向膜であった。

ＶＳＭで調べた磁気特性は、飽和磁化＝８８ｅｍｕ／ｇ
抗磁力（Ｈｏ□＝７９００ｅ、抗磁力（ｔ（ｃｚ）＝１
６００ｅ、角型比（Ｓｑ□）＝０．１７、角型比（Ｓｑ
、、）＝０．０７、垂直異方性磁界（ｈ）・４．７　Ｋ
Ｏｅであり、垂直磁化膜であった。波長７８０ｎｍのレ
ーザー光で測定したファラデー回転角（θＦ）は４　、
　Ｏｄｅｇ／−であった（１２　ＫＯｅ印加）。また、
８８０ｎｍの光の透過率は４５％であった。

ついで、この磁性体薄膜の上に、０□ガスを導入しない
で上記と同様の条件でＦｅＣｏ窒化膜（面内磁化膜）を
作製した。但し、イオン銃電圧は６ＫＶ、イオン銃電流
は４＋＋＋Ａであった。膜厚は約２０ＯＡになるように
製膜した。なお、全く同一条件で別のＰＣ基板上に作製
したＦｅＣｏ窒化膜（膜厚のみ約２０００Åとした）は
、Ｘ線回折法で調べたところ、無配向窒化鉄と窒化コバ
ルトの回折ピークが観察された。即ち、）ｉｏ、＝６６
００ｅ、　Ｈ（／／＝６４００ｅ、　Ｓｑ、＝０．０９
、ｓｑ／／＝ｏ。

２０、飽和磁化＝９７ｅｍｕ／ｇの面内磁化膜であり、
　８００ｎｍの光透過率は４％であった。

続いて、この面内磁化膜（約２００Å厚）上に、上記と
同一条件で、ＦｅとＣｏの配向窒化膜を約１５００大厚
に積層した。

更に、この上に真空蒸着法によって約２０００大厚の釉
層を設けて、光磁気ディスクを作製した。

このディスクを、テスト用に試作した光磁気ディスク装
置によって記録・再生を行った（１８００ｒｐ■）とこ
ろ、　Ｃ／Ｎは３４ｄＢであり、記録に必要なレーザー
パワーは３ｍすであった。

比較例１面内磁化膜を設けなかった他は全〈実施例２と同様にし
て（約３０００大厚のＦｅＣｏ窒化膜を連続製膜した）
光磁気ディスクを作製した。続いて、実施例２と同様に
して記録・再生を行ったところ、Ｃ／Ｎは２４ｄＢであ
り、記録に必要なレーザーパワーは６論Ｖであった。

〔発明の効果〕

本発明の窒化物磁性層の積層膜はＣ／Ｎを下げることな
く、容易に感度を向上できる。また、化学的にも安定で
あるので、光磁気記録媒体への応用はきわめて有利であ
る６

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の磁性膜の代表的な四側の断面図である
。第２図及び及び第４図はともに飽和磁化と加熱温度と
の関連を表わしたグラフである。第３図及び第５図は本
発明の一方の膜（磁性体薄膜）である柱状構造の模式図
である。１・・・磁性体薄膜２・・・面内磁化膜

Claims

【特許請求の範囲】

（１）下記の（Ａ）及び（Ｂ）の積層からなることを特
徴とする磁性膜。（Ａ）Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる金属（Ｍ）の少なく
とも１種の窒化物〔Ｍ＿ｘＮ（２＜ｘ≦３）〕を成分と
し柱状構造を呈しており、かつ、その柱状構造内にはア
モルファス状非磁性体に包囲されたＣ軸配向の該金属窒
化物が存在している、垂直磁気異方性を有する磁性体薄
膜。（Ｂ）前記金属（Ｍ）の少なくとも１種を主成分とした
面内磁化膜。