JPH11296832A - 磁気記録媒体 - Google Patents

磁気記録媒体

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JPH11296832A
JPH11296832A JP10090243A JP9024398A JPH11296832A JP H11296832 A JPH11296832 A JP H11296832A JP 10090243 A JP10090243 A JP 10090243A JP 9024398 A JP9024398 A JP 9024398A JP H11296832 A JPH11296832 A JP H11296832A
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magnetic
ferromagnetic
recording layer
antiferromagnetic
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JP10090243A
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Hiroshi Iwasaki
洋 岩崎
Minoru Hashimoto
実 橋本
Masafumi Takiguchi
雅史 瀧口
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Original Assignee
Sony Corp
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    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
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    • G11B5/62—Record carriers characterised by the selection of the material
    • G11B5/64—Record carriers characterised by the selection of the material comprising only the magnetic material without bonding agent
    • G11B5/66—Record carriers characterised by the selection of the material comprising only the magnetic material without bonding agent the record carriers consisting of several layers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S428/90—Magnetic feature
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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    • Y10T428/26—Web or sheet containing structurally defined element or component, the element or component having a specified physical dimension
    • Y10T428/263—Coating layer not in excess of 5 mils thick or equivalent
    • Y10T428/264—Up to 3 mils
    • Y10T428/265—1 mil or less

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  • Magnetic Record Carriers (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁性材料粒子の高い磁気異方性エネルギーを
確保し、保磁力を高め、今後の更なる高密度記録化に対
応することを可能とする。 【解決手段】 強磁性記録層３の厚さ方向の相対向する
一対の主面のうち少なくとも一方の主面側に反強磁性層
２を積層形成する。反強磁性層２の強磁性記録層３との
対向面近傍の磁化が、強磁性記録層３の磁化反転の際に
一緒に回転しても良い。２層間に働く交換結合の強さが
反強磁性層２の全磁気異方性よりも大であっても良い。
２層間に働く交換結合の強さが反強磁性層２の全磁気異
方性よりも小さく、上記交換結合の強さが反強磁性層２
の磁区エネルギーよりも大であっても良い。反強磁性層
２が、強磁性記録層３との対向面側において強磁性記録
層３の磁化反転の際に一緒に磁化が回転する第１の領域
と、磁化が回転しない第２の領域よりなり、第１の領域
の方が第２の領域よりも広くても良い。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に強磁性記
録層を有する磁気記録媒体に関する。詳しくは、強磁性
記録層と反強磁性層を積層形成することにより更なる高
密度記録を可能とする磁気記録媒体に係わるものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来より例えばコンピュータの記録媒体
として、ランダムアクセスが可能な円板状の磁気ディス
クが広く用いられており、なかでも応答性に優れること
から、基板としてガラス板、プラスチック板、或いはＮ
ｉ−Ｐメッキが施されたＡｌ合金板、アルマイト処理が
施されたＡｌ合金板等の硬質材料よりなる基板を使用し
た磁気ディスク、いわゆるハードディスクが使用される
ようになってきている。
【０００３】上記ハードディスクのような磁気ディスク
は、基板の一主面上に強磁性材料よりなる記録層が少な
くとも形成されてなるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のハー
ドディスクのような磁気記録媒体においては、高密度記
録化が要求されており、それに伴って記録層の薄膜化、
記録層を形成する強磁性材料の粒子が磁気的に独立な微
細な粒子に分断されていくことが求められている。
【０００５】これは、記録過程でヘッド磁界に足し合わ
される媒体からの逆磁界を小さく抑える観点から記録層
の厚さは薄いことが望ましく、また磁化方向の異なる記
録領域の間の遷移領域が緩やかに磁化方向を変えてしま
う磁壁とならないように、強磁性材料の粒子が磁気的に
独立な微細な粒子に分断されることが望ましいためであ
る。
【０００６】しかしながら、上記のように強磁性材料の
粒子が微細化されていくと、磁気記録媒体は記録を長時
間に亘って安定に維持することができなくなっていく。
これは、１個の強磁性材料粒子体積全体の磁気異方性エ
ネルギーが小さくなるので、磁化ベクトルが、磁化方向
を安定化しているポテンシャルの山を熱揺らぎによって
容易に越えるようになるためである。微細化された磁性
粒子が、顕著な熱揺らぎのために、その磁化方向を一定
とすることができなくなる現象は、超常磁性（スーパー
パラ磁性）と呼ばれ、これによって決定される磁気記録
密度の限界をスーパーパラ磁性限界などと称している。
【０００７】高密度記録を達成するには、このスーパー
パラ磁性限界を更に高密度記録側にする必要があり、磁
性粒子の磁気異方性エネルギーを大きくする必要があ
る。そこで、磁気異方性エネルギーが大きい材料の開発
が行われている。具体的には、異方性の高いイオンや結
晶構造、結晶配向、結晶粒界、析出物等の種々の種類の
もの、またこれらを組合わせた材料の開発が行われてい
る。
【０００８】しかしながら、磁気記録媒体の記録層を形
成する磁性材料としての実用性を考慮した場合には、磁
性材料には、磁気異方性エネルギーだけでなく、耐蝕性
や平滑性、耐摩耗性、低いプロセス温度が確保できるか
といった製造の容易さ等の様々な特性が要求される。そ
して、磁気異方性エネルギーとその他の特性の両者を十
分満足することは非常に困難である。
【０００９】また、このような磁気記録媒体の磁化曲線
の一例を図６に示す。図６中、横軸は外部磁界を示し、
縦軸は磁化の強さを示す。このような磁気記録媒体にお
いては、原理的に保磁力が異方性磁界の１／２よりも大
となることはなく、この場合においては、異方性磁界が
５（ｋＯｅ）であることから、保磁力は２．５（ｋＯ
ｅ）を越えることがない。すなわち、磁気記録媒体の記
録の安定性を確保するべく、保磁力を高める観点からも
磁性材料の磁気異方性エネルギーを大きくし、異方性磁
界を大きくする必要がある。
【００１０】ところで、磁性材料粒子の磁気異方性エネ
ルギーを増大させて保磁力を高める方法として、「別種
の磁性体によるピン止め」という方法が例示される。こ
こでは、種類の異なる磁性材料よりなる磁性層が２層積
層された構造を挙げて説明することとする。すなわち、
図７に示すように、基板１０１の一主面１０１ａ上に第
１の強磁性材料薄膜であるピン止め層１０２、さらにそ
の上に第２の強磁性材料薄膜である記録層１０３を積層
形成した場合について説明することとする。
【００１１】このとき、ピン止め層１０２は記録層１０
３と比較して磁気異方性が大きく、飽和磁束密度が低い
という２つの条件を満たすものとして形成されているこ
ととする。
【００１２】２種類の磁性材料が接触しているとき、両
者の磁気モーメントはふつう平行或いは反平行に揃う傾
向がある。このとき、ピン止め層１０２と記録層１０３
の界面の両側で、これら両者の磁化は揃って回転しよう
とする。
【００１３】ここで、これら両者の磁化が平行に揃って
一斉回転する前提のもとでの保磁力は以下のように導出
される。すなわち、記録層１０３の厚さをｔ1 （ｍ）、
飽和磁化をｍｓ1 （Ｔ）、一軸磁気異方性をｋｕ1 （Ｊ
／ｍ3 ）とし、他方のピン止め層１０２の厚さをｔ2
（ｍ）、飽和磁化をｍｓ2 （Ｔ）、一軸磁気異方性をｋ
ｕ2 （Ｊ／ｍ3 ）とし、これら両者の磁化容易軸が平行
に揃っているものとすれば、これらの複合系の平均され
た飽和磁化ｍｓ（Ｔ）と一軸磁気異方性ｋｕ（Ｊ／ｍ
3 ）は下記式１及び式２により求められる。
【００１４】 ｍｓ＝（ｔ1 ・ｍｓ1 ＋ｔ2 ・ｍｓ2 ）／（ｔ1 ＋ｔ2 ）・・・（式１） ｋｕ＝（ｔ1 ・ｋｕ1 ＋ｔ2 ・ｋｕ2 ）／（ｔ1 ＋ｔ2 ）・・・（式２） そして、前述のように保磁力ｈｃは異方性磁界ｈｋ＝２
ｋｕ／ｍｓの略半分で表されるため、この複合系におい
ては、下記式３のように表される。
【００１５】 ｈｃ＝（ｔ1 ・ｋｕ1 ＋ｔ2 ・ｋｕ2 ）／（ｔ1 ・ｍｓ1 ＋ｔ2 ・ｍｓ2 ）・ ・・（式３） このとき、前述のようにピン止め層１０２が記録層１０
３と比較して磁気異方性が大きく、飽和磁束密度が低い
という２つの条件を満たすものであれば、この複合系の
保磁力は記録層１０３単体の場合のｋｕ1 ／ｍｓ1 より
も大きくなる。従って、記録層１０３単体とした場合よ
りも、記録された磁化方向は安定に保たれることとな
る。
【００１６】磁性材料粒子の磁気異方性エネルギーを増
大させて保磁力を高める方法としては、「反強磁性体を
利用する方法」も例示される。この方法は、Ｃｏ粒子の
表面を酸化したときに磁化履歴曲線が横にずれる現象か
ら発見されたものである。
【００１７】そして、薄膜型磁気記録媒体の中には、磁
性金属を堆積する際に酸素を導入し、図８に示すよう
に、基板１１１の一主面１１１ａ上に形成された磁性層
１１２においては、その内部に酸化物等の強磁性ではな
い物質１１３により金属粒子である磁性材料粒子１１４
が分離されているものもある。すなわち、磁気的に独立
な微細な粒子に分断されており、高密度記録化を可能と
するようになされている。また、この磁性層１１２にお
いては、強磁性ではない物質１１３中に、ＮｉＯといっ
た反強磁性体や磁気異方性が巨大な永久磁石微粒子を含
有しており、これとの結合で磁性材料粒子１１４の磁化
をピン止めして磁性材料粒子１１４の磁気異方性エネル
ギーを増大させて保磁力を高めるようにしている。
【００１８】ところが、これらの何れの方法において
も、記録層の薄型化と磁性材料粒子の微小化を十分に満
足しながら、磁性材料粉末の高い磁気異方性エネルギー
を確保し、保磁力を高め、今後の更なる高密度記録化に
対応することは困難である。
【００１９】そこで、本発明は従来の実状に鑑みて提案
されたものであり、記録層の薄型化と磁性材料粒子の微
小化を十分に満足しながら、磁性材料粒子の高い磁気異
方性エネルギーを確保し、保磁力を高め、今後の更なる
高密度記録化に対応することが可能な磁気記録媒体を提
供しようとするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するべ
く、本発明者等は鋭意検討した結果、強磁性記録層と反
強磁性層を積層し、上記反強磁性層をピン止め層として
機能させれば、強磁性記録層の薄型化と強磁性材料粒子
の微小化を十分に満足しながら、強磁性材料粒子の高い
磁気異方性エネルギーを確保し、保磁力を高め、今後の
更なる高密度記録化に対応することが可能となることを
見出した。
【００２１】前述のようにＣｏ粒子の表面を酸化した場
合、Ｃｏ粒子表面には薄いＣｏＯの層が形成される。Ｃ
ｏＯは反強磁性体で、内部の磁性イオンは規則配列して
いるものの、磁気モーメントが交互に平行逆向きに揃っ
ているので全体として磁化を持たないし、外部磁場から
磁気モーメントを回転するような作用も受けない。しか
しながら、反強磁性体であるＣｏＯが別種の強磁性材料
に接触している場合には、反強磁性体の磁性イオンは強
磁性体の磁性イオンと磁気的な結合を持ち、両者の磁気
モーメントは平行或いは反平行に揃う。
【００２２】このような強磁性体と反強磁性体の複合系
では、強磁性体側の磁気モーメントが磁場方向に向こう
とするとき、これに結合している反強磁性体の磁気モー
メントも引きずられることとなる。従って、例えば強磁
性体と反強磁性体の磁化容易軸が平行であるといったよ
うに、これらの磁気異方性の軸が適切に揃っていれば、
この強磁性体の磁化方向を変えるためには、外部磁場は
強磁性体の磁気異方性だけでなく、反強磁性体の磁気異
方性との和に打ち勝つだけの仕事をする必要があり、こ
の複合系においては、結果的に強磁性体単体の場合より
も大きな保磁力が確保されることとなる。すなわち、強
磁性体の磁化が反強磁性体にピン止めされている状態と
なる。
【００２３】本発明はこの現象を利用して、強磁性記録
層の薄型化と強磁性材料粒子の微小化を十分に満足しな
がら、強磁性材料粒子の高い磁気異方性エネルギーを確
保し、保磁力を高め、今後の更なる高密度記録化に対応
することが可能な磁気記録媒体を提供しようとするもの
である。
【００２４】すなわち、本発明は、基板上に強磁性記録
層を有する磁気記録媒体であって、上記強磁性記録層の
厚さ方向の相対向する一対の主面のうち少なくとも一方
の主面側に反強磁性層が積層形成されていることを特徴
とするものである。
【００２５】そして、上記本発明の磁気記録媒体におい
ては、上記反強磁性層が、強磁性記録層の外部磁場によ
る磁化反転の際に、強磁性記録層との対向面近傍の磁化
（正確には副格子磁化）が強磁性記録層の磁化に伴って
回転するものであることが好ましい。
【００２６】上記反強磁性層を形成する反強磁性材料の
内部で反強磁性秩序をもつ副格子磁化の方向が揃ってい
る連続な領域は、１つの反強磁性磁区と認められる。反
強磁性材料中には異なった方向に揃った副格子磁化をも
つ複数の領域が存在することが可能で、そのような領域
の分布を反強磁性磁区構造などと称している。すなわ
ち、これら複数の反強磁性磁区のうち、強磁性記録層と
の対向面近傍の反強磁性磁区の磁区構造が強磁性記録層
の磁区構造と一致していることが好ましい。このように
すれば、強磁性記録層の磁化を反転させるためには反強
磁性層の対向面近傍の反強磁性磁区の磁化も反転させる
だけの外部磁界が必要となり、強磁性記録層の強磁性材
料粒子の磁気異方性エネルギーが見かけ上高くなり、保
磁力が高まる。
【００２７】また、上記本発明の磁気記録媒体において
は、上記強磁性記録層と反強磁性層の間に働く交換結合
の強さが上記反強磁性層の全磁気異方性よりも大である
ことが好ましい。
【００２８】強磁性記録層と反強磁性層との間に働く交
換結合の強さが反強磁性層の全磁気異方性よりも大であ
れば、強磁性記録層の磁化が回転するときには反強磁性
層の磁気モーメントも界面での結合により完全に回転す
る。すなわち、強磁性記録層を磁化反転させるための必
要な磁場は反強磁性層も一緒に磁化反転させることが可
能な大きさとされ、強磁性記録層の強磁性材料粒子の磁
気異方性エネルギーが見かけ上高くなり、保磁力が高ま
る。
【００２９】さらに、上記本発明の磁気記録媒体におい
ては、上記強磁性記録層と反強磁性層の間に働く交換結
合の強さが上記反強磁性層の全磁気異方性よりも小であ
り、且つ上記強磁性記録層と反強磁性層の間に働く交換
結合の強さが反強磁性層の磁区エネルギーよりも大であ
ることが好ましい。
【００３０】上記反強磁性層の強磁性記録層への対向面
側の磁気モーメントがこれらの交換結合によって強磁性
記録層の磁化反転に伴って回転しようとするとき、反強
磁性層内部の磁気モーメントは厚さ方向に多数の原子層
に亘って少しずつ向きを変えた螺旋状の配列をとり、深
部のモーメントは向きを変えることがない。この場合、
強磁性記録層を磁化反転させるための必要な磁場は、反
強磁性層の対向面側の磁気モーメントの向きを変えるこ
とが可能な大きさとされ、強磁性記録層の強磁性材料粒
子の磁気異方性エネルギーが見かけ上高くなり、保磁力
が高まる。
【００３１】なお、この場合、上記強磁性記録層と反強
磁性層の界面における交換定数が１×１０-12 （ｅｒｇ
／ｃｍ）以上であることが好ましい。
【００３２】また、この場合、上記強磁性記録層が、異
方性磁界が１００（Ｏｅ）以下の軟磁気特性を有し、膜
厚が１００（ｎｍ）以下である強磁性膜である、或いは
保磁力が１００（Ｏｅ）以上の硬磁気特性を有し、膜厚
が１００（ｎｍ）以下である強磁性膜であっても良い。
【００３３】さらに、この場合、上記反強磁性層が、交
換定数が１×１０-10 （ｅｒｇ／ｃｍ）以上であり、異
方性エネルギーが１×１０3 （ｅｒｇ／ｃｍ3 ）以上で
あり、強磁性記録層との対向面側で磁気構造が強磁性配
列している反強磁性層である、或いは交換定数が１×１
０-9（ｅｒｇ／ｃｍ）以上であり、異方性エネルギーが
１×１０4 （ｅｒｇ／ｃｍ3 ）以上であり、強磁性記録
層との対向面側で磁気構造が反強磁性配列している反強
磁性層であっても良い。
【００３４】また、上記本発明の磁気記録媒体において
は、上記反強磁性層が、強磁性記録層との対向面側にお
いて当該強磁性記録層の外部磁場による磁化反転の際
に、強磁性記録層の磁化に伴って磁化が回転する第１の
領域と、強磁性記録層の外部磁場による磁化反転の際
に、強磁性記録層の磁化に伴って磁化が回転しない第２
の領域よりなり、第１の領域の方が第２の領域よりも広
いことが好ましい。
【００３５】原子レベルでの界面の構造を考えると、界
面は幾何学的な平面ではなく、界面のステップ密度など
により両側の磁性材料原子の結合も一様ではない。この
ため、結合が切れる領域と切れない領域が混在している
可能性があり、反強磁性層中に上記のような２つの領域
が存在することが考えられる。そして、上記のように、
反強磁性層の他の部分との結合が切れており、強磁性記
録層の外部磁場による磁化反転の際に、強磁性記録層の
磁化に伴って磁化が回転する第１の領域の方が、反強磁
性層の他の部分との結合が切れておらず、強磁性記録層
の磁化に伴って磁化が回転しない第２の領域よりも広け
れば、強磁性記録層を磁化反転させるための必要な磁場
は、反強磁性層の第１の領域の磁化の向きを変えること
が可能な大きさとされ、強磁性記録層の強磁性材料粒子
の磁気異方性エネルギーが見かけ上高くなり、保磁力が
高まる。
【００３６】さらに、この場合、上記強磁性記録層と反
強磁性層との間にＦｅ又はＣｏを主成分とする中間層を
介在させることが好ましい。
【００３７】Ｆｅ、Ｃｏのように原子当たりの磁気モー
メントが大きい強磁性金属は異種物質とも強い交換結合
を作りやすく、これを介在させることにより、強磁性記
録層と反強磁性層の間の結合を高めることとなる。
【００３８】本発明の磁気記録媒体は、基板上に強磁性
記録層を有するものであって、上記強磁性記録層の厚さ
方向の相対向する一対の主面のうち少なくとも一方の主
面側に反強磁性層が積層形成されていることから、上記
反強磁性層がピン止め層として機能し、強磁性記録層の
薄型化と強磁性材料粒子の微小化を十分に満足しなが
ら、強磁性材料粒子の高い磁気異方性エネルギーが確保
され、保磁力も高められる。
【００３９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。
【００４０】本発明を適用した磁気記録媒体は、基板上
に強磁性記録層を有する磁気記録媒体であって、上記強
磁性記録層の厚さ方向の相対向する一対の主面のうち少
なくとも一方の主面側に反強磁性層が積層形成されてい
ることを特徴とするものである。
【００４１】上記反強磁性層は強磁性記録層の下地層と
して強磁性記録層と基板の間に配される、強磁性記録層
の保護層も兼ねて強磁性記録層の表面に配される、或い
は強磁性記録層を挟むように下地層及び保護層として配
されても良い。
【００４２】このように、反強磁性層を強磁性記録層の
保護膜として機能させる例としては、反強磁性膜として
酸化物であるＮｉＯを使用したものが挙げられる。ま
た、反強磁性層を下地膜及び保護膜として機能させる例
としては、下地膜としてＲｈ−Ｍｎ合金を使用し、保護
膜としてＮｉＯを使用する例が挙げられる。
【００４３】なお、ここでは、図１に示すように基板１
の一主面１ａ上に反強磁性層２、強磁性記録層３が積層
形成されてなる例を挙げて説明する。すなわち、この例
においては反強磁性層２が強磁性記録層３の下地層とし
て機能することとなる。また、上記基板１と反強磁性層
２の間に非磁性の下地層等が必要に応じて形成されてい
ても良い。
【００４４】そして上記本発明を適用した磁気記録媒体
においては、以下に示すような特性を有することが好ま
しい。
【００４５】（１）第１の例 すなわち、上記本発明を適用した磁気記録媒体において
は、上記反強磁性層２が、強磁性記録層１の外部磁場に
よる磁化反転の際に、強磁性記録層１との対向面近傍の
磁化（正確には副格子磁化）が強磁性記録層１の磁化に
伴って回転するものであることが好ましい。
【００４６】上記反強磁性層２を形成する反強磁性材料
の内部で反強磁性秩序をもつ副格子磁化の方向が揃って
いる連続な領域は、１つの反強磁性磁区と認められる。
反強磁性材料中には異なった方向に揃った副格子磁化を
もつ複数の領域が存在することが可能で、そのような領
域の分布を反強磁性磁区構造などと称している。すなわ
ち、これら複数の反強磁性磁区のうち、強磁性記録層１
との対向面近傍の反強磁性磁区の磁区構造が強磁性記録
層１の磁区構造と一致していることが好ましい。このよ
うにすれば、強磁性記録層１の磁化を反転させるために
は反強磁性層２の対向面近傍の反強磁性磁区の磁化も反
転させるだけの外部磁界が必要となり、強磁性記録層１
の強磁性材料粒子の磁気異方性エネルギーが見かけ上高
くなり、保磁力が高まる。
【００４７】このような強磁性記録層の磁区構造は偏光
顕微鏡、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆ
ｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）、スピン偏極走査型
電子顕微鏡等の様々な手法で観察することが可能であ
る。
【００４８】一方の反強磁性層の磁区観察には、この反
強磁性層を形成する反強磁性材料のバルク材料の磁化歪
みを利用したエックス線トポグラフィー等が従来より用
いられている。しかしながら、この方法は極めて薄い薄
膜への適用が難しく、高密度記録のビット磁区サイズを
見分けるほどの高分解能で磁区像を観察することは困難
であった。ところが、近年の高輝度放射光エックス線源
の発達により薄膜であっても反強磁性層の磁区の高分解
能観察が可能となった。
【００４９】これは、「エックス線磁気線二色性」（Ｘ
ＭＬＤ：Ｘ−ｒａｙ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｌｉｎｅａｒ
Ｄｉｃｈｒｏｉｓｍ）という、反強磁性材料のエック
ス線吸収がエックス線の直線偏光の方向と試料の反強磁
性副格子磁化方向のなす角に依存する性質に基づいたも
のである。測定装置としては、吸収を生じるのに適当な
波長の高輝度直線偏光エックス線を真空中に置いた試料
に照射し、エックス線で励起され、試料表面から放出さ
れる光電子を電子顕微鏡の光学系で拡大結像するものが
使用される。副格子磁化の方向が異なる磁区は異なるエ
ックス線吸収を持つため、これに応じて光電子の放出量
も異なり、上記結像にコントラストが得られる。すなわ
ち、反強磁性磁区の副格子磁化方向の差異を光電子吸収
に置き換えて磁区像を観察していることとなる。同様の
測定装置を用い、直線偏光エックス線の代わりに円偏光
エックス線を使用すると、磁気円二色性（ＸＭＣＤ：Ｘ
−ｒａｙ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｉｒｃｕｌｅｒ Ｄｉ
ｃｈｒｏｉｓｍ）によって強磁性記録層の磁区を観察す
ることも可能である。
【００５０】このような測定方法を使用することによっ
て、上記のように、強磁性記録層１の外部磁場による磁
化反転の際に、反強磁性層２の強磁性記録層１との対向
面近傍の磁化（正確には副格子磁化）が強磁性記録層１
の磁化に伴って回転したかどうかを確認することが可能
である。
【００５１】なお、このような反強磁性層２が、強磁性
記録層１の外部磁場による磁化反転の際に、強磁性記録
層１との対向面近傍の磁化（正確には副格子磁化）が強
磁性記録層１の磁化に伴って回転する磁気記録媒体とし
ては、下地層となる反強磁性層２としてＮｉ−Ｍｎ、Ｒ
ｈ−Ｍｎ、Ｃｒ−Ｍｎ−Ｐｔといった合金や、ＮｉＯと
いった酸化物等よりなる膜を形成し、強磁性記録層１と
してＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔよりなる薄膜を形成したものが挙
げられる。
【００５２】（２）第２の例 また、上記本発明の磁気記録媒体においては、上記強磁
性記録層３と反強磁性層２の間に働く交換結合の強さが
上記反強磁性層２の全磁気異方性よりも大であることが
好ましい。
【００５３】界面の両側で強磁性記録層３の磁気モーメ
ントの方向と反強磁性層２の中のひとつの副格子磁気モ
ーメントの方向を互いに平行な向きに保とうとする交換
相互作用の大きさは両方のモーメントがなす角度による
界面の面積当たりのポテンシャル・エネルギーＵ（Ｊ／
ｍ2 ）と増加の係数Ｊ（Ｊ／ｍ2 ）に用いた下記式４に
よって表される。なお、式４中θ1 は強磁性記録層３の
磁気モーメントを示し、θ2 は反強磁性層２の磁気モー
メントを示す。
【００５４】 Ｕ＝−Ｊ・ｃｏｓ（θ1 −θ2 ）・・・（式４） また、反強磁性層２を形成する反強磁性体の一軸磁気異
方性の定数をＫｕ2 とすると、この反強磁性層２の厚さ
全体に亘る磁気異方性エネルギーＵｋは、下記式５によ
り表される。なお、式５中θ2,0 は反強磁性層２の磁化
容易軸の方向である。
【００５５】 Ｕｋ＝−Ｋｕ2 ・ｔ2 ・ｃｏｓ2 （θ2 −θ2,0 ）・・・（式５） このＪが反強磁性層２の全厚さ方向に亘る全磁気異方性
よりも大きければ、強磁性記録層３と反強磁性層２との
間に働く交換結合の強さが反強磁性層２の全磁気異方性
よりも大であることとなり、強磁性記録層３の磁化が回
転するときには反強磁性層２の磁気モーメントも界面で
の結合により完全に回転する。
【００５６】すなわち、図２（ａ）に示すように、反強
磁性層２においては、磁性イオンは規則配列しているも
のの、その磁気モーメントは図中矢印Ｍ2 とＭ3 で示す
ように交互に平行逆向きに揃っている。これに対して、
ここでは強磁性記録層３の磁性イオンは規則配列してい
るとともに、その磁気モーメントは図中矢印Ｍ1 で示す
ように同一方向に平行に揃っており、反強磁性層２の強
磁性記録層３との界面側の図中矢印Ｍ2 で示す磁気モー
メントとは逆方向を向いている。
【００５７】そして、上記強磁性記録層３に対し、磁化
反転を行うと、図２（ｂ）中に示すように、強磁性記録
層３の磁気モーメントは図中矢印Ｍ11で示すように図２
（ａ）中矢印Ｍ1 で示した方向とは逆の方向で同一方向
に平行に揃った状態となる。すなわち、磁化反転された
状態となる。
【００５８】このとき、前述のように強磁性記録層３と
反強磁性層２との間に働く交換結合の強さが反強磁性層
２の全磁気異方性よりも大であることから、図２（ｂ）
中に示すように、反強磁性層２の磁気モーメントは図中
矢印Ｍ12，Ｍ13で示すように図２（ａ）中矢印Ｍ2 ，Ｍ
3 で示した方向とは逆の方向で交互に平行逆向きに揃っ
た状態となり、磁化反転されることとなる。
【００５９】すなわち、言い換えれば、強磁性記録層３
と反強磁性層２との間に働く交換結合の強さが反強磁性
層２の全磁気異方性よりも大である場合には、強磁性記
録層３を磁化反転させるための必要な磁場は、反強磁性
層２も一緒に磁化反転させることが可能な大きさとする
必要があり、強磁性記録層３の強磁性材料粒子の磁気異
方性エネルギーが見かけ上高くなり、保磁力が高まる。
【００６０】なお、ここでは、一軸異方性を仮定して説
明を行ったが、対称性の異なる異方性を有する場合にお
いてもそれぞれエネルギーの競合を考えて媒体を設計す
ることが可能である。
【００６１】一方、強磁性記録層３と反強磁性層２との
間に働く交換結合の強さが反強磁性層２の全磁気異方性
よりも大ではない場合には、上記式４中に示すポテンシ
ャルエネルギーにより表される強磁性記録層３と反強磁
性層２の交換結合の強さが強磁性記録層３と反強磁性層
２の磁気モーメントθ1 ，θ2 を揃えておくには不足な
ため、強磁性記録層３は反強磁性層２の磁気モーメント
も一緒に回転させることができない。
【００６２】すなわち、図３（ａ）に示すように、反強
磁性層２においては、磁性イオンは規則配列しているも
のの、その磁気モーメントは図中矢印Ｍ22とＭ23で示す
ように交互に平行逆向きに揃っている。これに対して、
ここでは強磁性記録層３の磁性イオンは規則配列してい
るとともに、その磁気モーメントは図中矢印Ｍ21で示す
ように同一方向に平行に揃っており、反強磁性層２の強
磁性記録層３との界面側の図中矢印Ｍ22で示す磁気モー
メントとは逆方向を向いている。
【００６３】そして、上記強磁性記録層３に対し、磁化
反転を行うと、図３（ｂ）中に示すように、強磁性記録
層３の磁気モーメントは図中矢印Ｍ31で示すように図３
（ａ）中矢印Ｍ21で示した方向とは逆の方向で同一方向
に平行に揃った状態となる。
【００６４】しかしながら、前述のように強磁性記録層
３と反強磁性層２との間に働く交換結合の強さが反強磁
性層２の全磁気異方性よりも大ではないことから、図３
（ｂ）中に示すように、反強磁性層２の磁気モーメント
は図中矢印Ｍ22，Ｍ23で示すように図２（ａ）中矢印Ｍ
22，Ｍ23で示した方向と同一の方向で交互に平行逆向き
に揃った状態となる。すなわち、反強磁性層２の磁気モ
ーメントの方向が変わることはない。このような状況を
「交換結合によるモーメントの整列が外れた」等と言う
ことがある。
【００６５】この外れを生じる場合の磁化過程を考える
と、式４から強磁性記録層３に与えられるトルクの大き
さが強磁性記録層３の磁化の向きによって異なる「交換
バイアス状態」となるので、磁化する方向によって保磁
力の値が異なる。すなわち、横ずれした磁化履歴曲線が
観測されることになる。この保磁力の非対称は記録に不
便で、また熱揺らぎへの耐性も記録極性に依存するか
ら、磁気記録媒体としては適当ではない。
【００６６】（３）第３の例 さらに、上記本発明の磁気記録媒体においては、上記強
磁性記録層３と反強磁性層２の間に働く交換結合の強さ
が上記反強磁性層２の全磁気異方性よりも小であり、且
つ上記強磁性記録層３と反強磁性層２の間に働く交換結
合の強さが反強磁性層３の磁区エネルギーよりも大であ
ることが好ましい。
【００６７】具体的には、反強磁性層２と強磁性記録層
３の積層界面での交換定数をＡi 、格子定数をａとする
と、単位体積当たりの磁気的結合エネルギーはΔσi ＝
２Ａi ／ａで表される。反強磁性層２の交換定数を
ＡAF、磁気異方性エネルギーをＫAFとすると、反強磁性
層２の磁区エネルギーは、ΔσAF＝４√（ＡAFＫAF／π
2）で表される。反強磁性層２と強磁性記録層３を積層
した場合において、交換バイアス特性に交換バイアス磁
界Ｈｅｘが現れずに、保磁力Ｈｃ のみが現れるために
は、Δσi ＞ΔσAFなる条件が必要である。この状態で
は、反強磁性層２の強磁性記録層３との対向面側のスピ
ンが強磁性記録層３のスピンと同時回転するため、反強
磁性層２の巨大な保磁力（スピン軸フロッピング磁界の
こと、√（ＡAFＫAF）に比例し、数十（Ｏｅ）から数百
（Ｏｅ）に及ぶ。）が強磁性記録層３にも付与されるこ
ととなる。
【００６８】特に、反強磁性層２の厚さが厚い場合に
は、その全磁気異方性エネルギーは前述の式５からも分
かるように厚さｔ2 の増加に伴って増大し、ついには強
磁性記録層３と反強磁性層２との間の交換結合の強さを
越えて、前述したような交換バイアス状態をとる。
【００６９】しかしながら、上記強磁性記録層３と反強
磁性層２の間に働く交換結合の強さが反強磁性層３の磁
区エネルギーよりも大である場合には、上記強磁性記録
層３と反強磁性層２の間に働く交換結合の強さが上記反
強磁性層２の全磁気異方性よりも小であっても、上記反
強磁性層２の強磁性記録層３への対向面側の磁気モーメ
ントがこれらの交換結合によって強磁性記録層３の磁化
反転に伴って回転しようとし、反強磁性層２内部の磁気
モーメントは厚さ方向に多数の原子層に亘って少しずつ
向きを変えた螺旋状の配列をとり、深部のモーメントは
向きを変えることがない。
【００７０】すなわち、図４（ａ）に示すように、反強
磁性層２においては、磁性イオンは規則配列しているも
のの、その磁気モーメントは図中矢印Ｍ42とＭ43で示す
ように交互に平行逆向きに揃っている。これに対して、
ここでは強磁性記録層３の磁性イオンは規則配列してい
るとともに、その磁気モーメントは図中矢印Ｍ41で示す
ように同一方向に平行に揃っており、反強磁性層２の強
磁性記録層３との界面側の図中矢印Ｍ42で示す磁気モー
メントとは逆方向を向いている。
【００７１】そして、上記強磁性記録層３に対し、磁化
反転を行うと、図４（ｂ）中に示すように、強磁性記録
層３の磁気モーメントは図中矢印Ｍ51で示すように図４
（ａ）中矢印Ｍ41で示した方向とは逆の方向で同一方向
に平行に揃った状態となり、磁化反転がなされる。
【００７２】このとき、前述のように強磁性記録層３と
反強磁性層２との間に働く交換結合の強さが反強磁性層
２の全磁気異方性よりも小であることから、反強磁性層
２の磁気モーメントが交換結合により回転することはな
い。
【００７３】しかしながら、上記強磁性記録層３と反強
磁性層２の間に働く交換結合の強さが反強磁性層２の磁
区エネルギーよりも大であることから、上記反強磁性層
２の強磁性記録層３への対向面側の磁気モーメントが図
４（ｂ）中矢印Ｍ52で示すように図４（ａ）中矢印Ｍ42
で示した方向と反対方向に回転し、この回転に伴い、反
強磁性層２内部の磁気モーメントは、図４（ｂ）中矢印
Ｍ53，Ｍ54，Ｍ55，Ｍ56，Ｍ57で示すように、反強磁性
層２の厚さ方向に多数の原子層に亘って少しずつ向きを
変えた螺旋状の配列をとり、深部の磁気モーメントは図
４（ｂ）中矢印Ｍ42とＭ43で示すように向きを変えるこ
とがない。この螺旋状に磁気モーメントの向きが変化し
ている遷移領域は、反強磁性層２内部の磁壁であり、界
面に接してできるので界面磁壁などと称されている。
【００７４】この場合の磁化過程を考えると、界面磁壁
内部の磁気モーメントはなにがしか強磁性記録層３に引
きずられるので、その異方性に抗する仕事分に対応し
て、強磁性記録層３を磁化反転させるための必要な磁場
は、反強磁性層２の対向面側の磁気モーメントの向きを
変えることが可能な大きさとされ、強磁性記録層３の強
磁性材料粒子の磁気異方性エネルギーが見かけ上高くな
り、保磁力が高まる。
【００７５】また、向きを変えない反強磁性層２の深部
の磁気モーメントは原理的には上層に対して交換バイア
スを与えるが、厚い界面磁壁の中で磁気モーメントの向
きがゆっくり変化しているおかげでねじれを元に戻そう
とするトルクは小さく、保磁力には顕著な非対称を生じ
ない。
【００７６】なお、この場合、上記強磁性記録層３と反
強磁性層２の界面における交換定数が１×１０-12 （ｅ
ｒｇ／ｃｍ）以上であることが好ましい。
【００７７】また、この場合、上記強磁性記録層３が、
異方性磁界が１００（Ｏｅ）以下の軟磁気特性を有し、
膜厚が１００（ｎｍ）以下である強磁性膜である、或い
は保磁力が１００（Ｏｅ）以上の硬磁気特性を有し、膜
厚が１００（ｎｍ）以下である強磁性膜であっても良
い。
【００７８】さらに、この場合、上記反強磁性層２が、
交換定数が１×１０-10 （ｅｒｇ／ｃｍ）以上であり、
異方性エネルギーが１×１０3 （ｅｒｇ／ｃｍ3 ）以上
であり、強磁性記録層３との対向面側で磁気構造が強磁
性配列している反強磁性層である、或いは交換定数が１
×１０-9（ｅｒｇ／ｃｍ）以上であり、異方性エネルギ
ーが１×１０4 （ｅｒｇ／ｃｍ3 ）以上であり、強磁性
記録層３との対向面側で磁気構造が反強磁性配列してい
る反強磁性層であっても良い。
【００７９】なお、このような上記強磁性記録層３と反
強磁性層２の間に働く交換結合の強さが上記反強磁性層
２の全磁気異方性よりも小であり、且つ上記強磁性記録
層３と反強磁性層２の間に働く交換結合の強さが反強磁
性層２の磁区エネルギーよりも大である磁気記録媒体と
しては、以下に示すようなものが挙げられる。
【００８０】先ず、基板１の反強磁性層２が形成される
主面１ａの配向を制御したり、この基板１と反強磁性層
２間に下地層を形成するようにしたりして、界面の濡れ
性や反強磁性層２の秩序状態を制御して上記のような特
性を達成するものが挙げられる。
【００８１】次に、基板１上に反強磁性層２を形成する
際、基板１を加熱しながらスパッタリングまたは蒸着等
の手法により反強磁性層２を形成するようにし、界面の
濡れ性や反強磁性層２の秩序状態を制御して上記のよう
な特性を達成するものが挙げられる。
【００８２】さらに、反強磁性層２の表面に逆スパッタ
リング、イオンミリング、反応性エッチング等を行い、
物理的・化学的な手段で反強磁性層表面の秩序領域の膜
厚を減少させ、反強磁性層の交換異方性エネルギーまた
は磁区エネルギーを減少させて上記のような特性を達成
するものが挙げられる。
【００８３】また、反強磁性層２及び強磁性記録層３を
真空度１×１０-6（Ｔｏｒｒ）の清浄雰囲気中でスパッ
タリングまたは蒸着を行って形成するようにし、これら
の間の磁気的結合エネルギーを増加させて上記のような
特性を達成するものが挙げられる。
【００８４】さらにまた、反強磁性層２と強磁性記録層
３を積層形成した後に、磁界中アニール、ベーキング、
電子ビーム加熱等の処理を行い、これらの間の磁気的結
合エネルギーを増加させて上記のような特性を達成する
ものが挙げられる。
【００８５】（４）第４の例 また、上記本発明の磁気記録媒体においては、上記反強
磁性層２が、強磁性記録層３との対向面側において当該
強磁性記録層３の外部磁場による磁化反転の際に、強磁
性記録層３の磁化に伴って磁化が回転する第１の領域
と、強磁性記録層３の外部磁場による磁化反転の際に、
強磁性記録層３の磁化に伴って磁化が回転しない第２の
領域よりなり、第１の領域の方が第２の領域よりも広い
ことが好ましい。
【００８６】原子レベルでの界面の構造を考えると、界
面は幾何学的な平面ではなく、界面のステップ密度など
により両側の磁性材料原子の結合も一様ではない。この
ため、結合が切れる領域と切れない領域が混在している
可能性があり、反強磁性層中に上記のような２つの領域
が存在することが考えられる。なお、これらの領域は必
ずしも結合の強い・弱いには対応せず、界面より深層部
の反強磁性モーメントの回り易さとの兼ね合いで決定さ
れる。反強磁性層２内部の強磁性記録層３との結合は一
様ではなく、図５に分解して模式的に示すように、反強
磁性層２の他の部分とは磁気的に結合しておらず、強磁
性記録層３の外部磁場による磁化反転の際に、強磁性記
録層３の磁化に伴って磁化が回転し、界面側の大部分を
占める第１の領域２ｃと、強磁性記録層３の外部磁場に
よる磁化反転の際に、強磁性記録層３の磁化に伴って磁
化が回転しない第２の領域２ｄが存在することが考えら
れる。
【００８７】そして、上記のように、反強磁性層２の他
の部分との結合が切れており、強磁性記録層３の外部磁
場による磁化反転の際に、強磁性記録層３の磁化に伴っ
て磁化が回転する第１の領域２ｃの方が、反強磁性層２
の他の部分との結合が切れておらず、強磁性記録層３の
磁化に伴って磁化が回転しない第２の領域２ｄよりも広
ければ、強磁性記録層３を磁化反転させるための必要な
磁場は、反強磁性層２の第１の領域２ｃの磁化の向きを
変えることが可能な大きさとされ、強磁性記録層３の強
磁性材料粒子の磁気異方性エネルギーが見かけ上高くな
り、保磁力が高まる。
【００８８】さらに、この場合、上記強磁性記録層と反
強磁性層との間にＦｅ又はＣｏを主成分とする中間層を
介在させることが好ましい。
【００８９】Ｆｅ、Ｃｏのように原子当たりの磁気モー
メントが大きい強磁性金属は異種物質とも強い交換結合
を作りやすく、これを介在させることにより、強磁性記
録層と反強磁性層の間の結合を高めることとなる。
【００９０】このように、上記反強磁性層２が、強磁性
記録層３との対向面側において当該強磁性記録層３の外
部磁場による磁化反転の際に、強磁性記録層３の磁化に
伴って磁化が回転する第１の領域と、強磁性記録層３の
外部磁場による磁化反転の際に、強磁性記録層３の磁化
に伴って磁化が回転しない第２の領域よりなり、第１の
領域の方が第２の領域よりも広い磁気記録媒体として
は、Ｍｇを含有するアルミニウム等よりなる基板上にＣ
ｒ等よりなる下地層を形成し、その上にＮｉ−Ｍｎ、Ｒ
ｈ−Ｍｎ、Ｃｒ−Ｍｎ−Ｐｔといった合金や、ＮｉＯと
いった酸化物等よりなる反強磁性層が形成され、さらに
上記反強磁性層と後述の強磁性記録層の交換結合を助け
る目的でＣｏ層が形成され、その上にＣｏ−Ｃｒ、Ｃｏ
−Ｃｒ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ、Ｃｏ−Ｐｔ−Ｂ−
Ｏ、Ｃｏ−Ｆｅ等の合金よりなる強磁性記録層が形成さ
れたものが挙げられる。
【００９１】上記Ｃｏ−Ｆｅは、磁気異方性が小さく、
十分な保磁力が得られないため、従来では強磁性記録層
として使用することが不可能であった。しかし、本発明
のように下地層として形成されている反強磁性層が強磁
性記録層の異方性を補助し、保磁力を向上させるもので
あれば、全体として特性を満足するため、十分使用可能
である。このようにすることで、強磁性記録層として従
来よりも高磁束密度の材料を利用でき、強磁性記録層の
厚さが極めて薄くなっても、残留磁束密度Ｍｒを高くし
て再生に必要な漏れ磁界、Φ＝Ａ・Ｍｒ・ｔを確保でき
るようになる。
【００９２】すなわち、これまで述べた本発明の磁気記
録媒体においては、基板上に強磁性記録層を有するもの
であって、上記強磁性記録層の厚さ方向の相対向する一
対の主面のうち少なくとも一方の主面側に反強磁性層が
積層形成されていることから、上記反強磁性層がピン止
め層として機能し、強磁性記録層の薄型化と強磁性材料
粒子の微小化を十分に満足しながら、強磁性材料粒子の
高い磁気異方性エネルギーが確保され、保磁力も高めら
れ、今後の更なる高密度記録化に対応することが可能で
ある。
【００９３】また、このように強磁性材料粒子の高い磁
気異方性エネルギーが確保されることから、異方性磁界
が増加するため、スーパーパラ磁性で決定される薄膜化
限界を越えて強磁性記録層の膜厚、強磁性材料粒子の微
粒子化が可能となる。このことから、磁気記録媒体の線
記録密度やトラック密度を向上してこのことからも高密
度記録化に対応可能となる。
【００９４】さらに、このように、反強磁性層と強磁性
記録層を積層形成することによって、反強磁性材料を強
磁性材料の粒界のみに含む場合と比較して反強磁性層の
体積を大きくとることが可能である。また、このように
ある程度の膜厚を持たせた方が物性の制御を安定に行う
ことが可能である。さらにまた、上記のように積層形成
することで、強磁性記録層表面中の強磁性材料の充填密
度を高めることも可能である。
【００９５】ところで、書き込み用磁気ヘッドからの外
部磁界により磁気記録媒体を磁化する記録過程において
は、磁化すべき微小部分には磁気ヘッドからの磁界だけ
でなく、その周縁部や深層部の強磁性体部分からの磁場
も重ね合わされている。この後者の磁場が大きくなる
と、狭いヘッドギャップからの漏れ磁界では小さな領域
に十分磁場を与えられなくなる。これが高密度記録に薄
い記録層が要求される理由である。磁気異方性が大き
く、永久磁石に近い硬質磁性材料を下地層として使用し
て強磁性記録層を形成した場合には、磁化のピン止めは
達成されるものの、書き込み時の逆磁界は増す。しかし
ながら、本発明のように下地層として反強磁性層を形成
すれば、外部に磁界を生じないので書き込み時の逆磁界
が増すことはなく、従来より使用されている磁気ヘッド
で十分な磁場が得られる。
【００９６】さらに、本発明のように、反強磁性層と強
磁性記録層を積層形成して、強磁性材料粒子の磁気異方
性エネルギーを向上させるようにすれば、これまでに技
術的に確立されている既存の磁気記録媒体材料の下地層
として適切な反強磁性層を選択することによって、磁気
記録媒体表面の耐蝕性や耐摩耗性といった特性を従来の
磁気記録媒体と同様としたままで、磁気異方性を増大さ
せることが可能となる。
【００９７】次に、本発明を適用して高い効果が得られ
る強磁性記録層の強磁性材料の粒径や磁気異方性につい
て述べる。
【００９８】磁気記録の高密度化に伴って記録の安定性
を損なうものは、記録された磁化の熱揺らぎである。そ
こで、ここでは、熱揺らぎのエネルギーを越えるだけの
寄与が必要であること、熱揺らぎが無視できない記録層
の膜厚が産業上必要でなければ意味が無いことを踏ま
え、本発明を適用して高い効果が得られる強磁性記録層
の強磁性材料の粒径や磁気異方性を数値を用いて示す。
【００９９】ここで、磁気記録媒体の強磁性記録層が底
面積がＳ（ｃｍ2 ）、厚さがｈ（ｃｍ）の円柱状粒子に
より形成されているとする。微細な磁性粒子の磁化が熱
揺らぎによって持つエネルギーは、ボルツマン定数ｋ
（ｋ＝１．３８×１０-16 （ｅｒｇ／Ｋ））と環境の絶
対温度Ｔの積、ｋＴ程度である。すなわち、室温におい
ては、下記式６により表される。
【０１００】 ｋＴ＝１．３８×１０-16 （ｅｒｇ／Ｋ）×３００（Ｋ） ＝４．１４×１０-14 （ｅｒｇ）・・・（式６） 本発明の磁気記録媒体の強磁性記録層と反強磁性層の交
換結合の強さを表すエネルギーが単位面積当たりＪ（ｅ
ｒｇ／ｃｍ2 ）であったとする。上記の磁性材料粒子は
その底面を介してＪ×Ｓ（ｅｒｇ）の異方性の補強を受
ける。この補強分が熱揺らぎにより損なわれる磁化の安
定を補助できるようにするためには、Ｊ×Ｓ＞（１／
３）ｋＴ程の大きさが必要であると考えられる。
【０１０１】一方、実用可能な材料で得られるＪの大き
さにも限度があり、通常Ｊ＜０．３５（ｅｒｇ／ｃｍ
2 ）程度である。
【０１０２】これらのことから、本発明が熱揺らぎを制
御する効果を有するためには、下記式７を満たす必要が
ある。なお、ここでは（１／３）ｋＴ＝１．４×１０
-14（ｅｒｇ）とする。
【０１０３】 １．４×１０-14 （ｅｒｇ）＜Ｊ×Ｓ＜０．３５（ｅｒｇ／ｃｍ2 ）×Ｓ（ｃ ｍ2 ）・・・（式７） すなわち、Ｓ＞４×１０-14 （ｃｍ2 ）を満たし、粒子
直径として２．３（ｎｍ）以上でないと、粒子底面から
十分な作用が与えられないこととなる。
【０１０４】次に、このような底面積を持つ強磁性材料
粒子において熱揺らぎが問題となることが起こり得るか
どうかを考察する。この強磁性材料粒子の一軸磁気異方
性がＫｕ（ｅｒｇ／ｃｍ3 ）であるとすると、粒子１個
の全磁気異方性エネルギーＫｕ（ｅｒｇ／ｃｍ3 ）×
（Ｓ×ｈ）（ｃｍ3 ）が式６で示される熱エネルギーの
値と同程度以下に小さくなった場合、言い換えれば下記
式８に示したようになった場合、熱揺らぎによる磁化の
不安定が顕著になり、本発明を適用して好ましくなる。
【０１０５】 Ｋｕ（ｅｒｇ／ｃｍ3 ）×（Ｓ×ｈ）（ｃｍ3 ）＜ｋＴ＝４．１４×１０-14 （ｅｒｇ）・・・（式８） ここで、先に述べたＳ＞４×１０-14 （ｃｍ2 ）を考慮
すると、上記式８から下記式９が導出される。
【０１０６】 Ｋｕ（ｅｒｇ／ｃｍ3 ）×ｈ（ｃｍ）＜１（ｅｒｇ／ｃｍ2 ）・・・（式９） 例えば、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金等の強磁性記録層形成材
料はＫｕ〜１０6 （ｅｒｇ／ｃｍ3 ）程度の大きな異方
性を持つが、厚さがｈ＜１０-6 （ｃｍ）＝１０（ｍ
ｍ）の薄さになれば、式９からその粒子単独では熱揺ら
ぎの影響を受けることがわかる。
【０１０７】なお、本発明の磁気記録媒体において、実
現に必要な直径２．３（ｍｍ）の強磁性材料粒子を２０
（Ｇｂｉｔ／ｉｎ2 ）の記録ビット胞（面積１．６×１
０4（ｎｍ2 ））に充填すると、１ビット胞当たり３０
００個もの粒子が含まれることとなり、磁気記録媒体の
統計ノイズは十分小さくすることができる。すなわち、
ここで述べた本発明を適用して好適な強磁性記録材料の
粒径の下限がＳ／Ｎを損なうことは無い。
【０１０８】
【実施例】以下、本発明の効果を確認するべく、以下に
示すように実際に磁気記録媒体を作成し、その保磁力を
調査した。
【０１０９】すなわち、先ず基板として表面にＮｉ−Ｐ
メッキ被覆層が形成されてなる厚さ１０（ｍｍ）で直径
２．５インチのＭｇ含有アルミニウムよりなるハードデ
ィスク基板を用意した。
【０１１０】次に４個のカソードを有し、４個のターゲ
ットの配置が可能な４源マグネトロン・スパッタリング
装置の第１のカソードを使用して、Ｃｒターゲットを配
し、上記基板のメッキ被覆層上に厚さ３（ｎｍ）のＣｒ
下地層を形成した。このスパッタリング開始前の真空度
は２×１０-7（Ｔｏｒｒ）であった。
【０１１１】次いで、同スパッタ装置の第２のカソード
上に直径１００（ｍｍ）で厚さ５（ｍｍ）の円盤状のＮ
ｉ50Ｍｎ50合金をターゲットとして配し、この上にＣｒ
下地層が形成された基板を移動させた。そして、高純度
アルゴン２０（ｓｃｃｍ）を供給して、排気側バルブの
調節により１．２×１０-3（Ｔｏｒｒ）のアルゴン中で
ＤＣ投入電力３００（Ｗ）でスパッタリングを開始し、
反強磁性層を形成した。初めの３０分はシャッターを閉
じたままで放電を行い、基板への堆積は行わず、ターゲ
ット表面の清浄化・安定化のためのスパッタリングを行
った。その後、シャッターを開き、基板上への堆積を１
８秒間行った。このとき、校正された堆積速度から求め
られた膜厚は１５（ｎｍ）であった。また、堆積された
薄膜の組成は分析の結果、ターゲット組成より１（％）
Ｍｎ過剰側にずれたＮｉ49Ｍｎ51合金であった。
【０１１２】さらに、同スパッタ装置の第３のカソード
上にＣｏターゲットを配置し、ＤＣマグネトロンスパッ
タリングで２原子層相当のＣｏを堆積し、上記反強磁性
層と後述の強磁性記録層間の交換結合を補助するための
結合制御層を形成した。この堆積に先立つターゲットの
洗浄化のための放電は、先に述べた第２のカソード上に
配されるターゲットの清浄化と同時に行うこととし、反
強磁性記録層の形成後、時間を置かずに上記Ｃｏ層を形
成するようにした。
【０１１３】次いで、同スパッタ装置の第４のカソード
上にＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金ターゲットを配置し、この上
に各膜が形成された基板を移動させた。そして、高純度
アルゴン２０（ｓｃｃｍ）を供給して、排気側バルブの
調節により３×１０-3（Ｔｏｒｒ）のアルゴン中でＤＣ
投入電力３００（Ｗ）でスパッタリングを開始し、強磁
性記録層を形成した。初めの２０分はシャッターを閉じ
たままで放電を行い、基板への堆積は行わず、ターゲッ
ト表面の清浄化のためのスパッタリングを行った。その
後、シャッターを開き、基板上への堆積を１４秒間行
い、膜厚６（ｎｍ）のＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金薄膜を強磁
性記録層を形成し、磁気録媒体を完成した。これを便宜
上、サンプル１と称することとする。
【０１１４】そして、このようにして形成されたサンプ
ル１の磁気特性をＶＳＭ（試料振動型磁力計）を用いて
室温での磁化曲線を測定したところ、保磁力は３１００
（Ｏｅ）であった。
【０１１５】次に、反強磁性層の種類及び厚さを変更し
て磁気記録媒体を作成し、これら磁気記録媒体の保磁力
を調査した。反強磁性層が厚さ３（ｎｍ）のＲｈ19Ｍｎ
81合金薄膜に変更された以外はサンプル１と同様の構成
を有する磁気記録媒体を形成し、これをサンプル２と称
することとした。また、反強磁性層が厚さ２０（ｎｍ）
のＣｒ47Ｍｎ47Ｐｔ6 合金薄膜に変更された以外はサン
プル１と同様の構成を有する磁気記録媒体を形成し、こ
れをサンプル３と称することとした。さらに、反強磁性
層が厚さ２０（ｎｍ）のＮｉＯ薄膜に変更された以外は
サンプル１と同様の構成を有する磁気記録媒体を形成
し、これをサンプル４と称することとした。
【０１１６】さらにまた、比較のために、反強磁性層を
形成しない磁気記録媒体も作成し、これら磁気記録媒体
の保磁力を調査した。Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金よりなる強
磁性金属記録膜の厚さを１５（ｎｍ）に変更し、反強磁
性層を形成しない以外はサンプル１と同様の構成を有す
る磁気記録媒体を形成し、これをサンプル５と称するこ
ととした。また、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金よりなる強磁性
金属記録膜の厚さを６（ｎｍ）に変更し、反強磁性層を
形成しない以外はサンプル１と同様の構成を有する磁気
記録媒体を形成し、これをサンプル６と称することとし
た。
【０１１７】これらサンプル２〜４の保磁力をサンプル
１と同様にして調査したところ、サンプル２の保磁力は
２２５０（Ｏｅ）、サンプル３の保磁力は１９１０（Ｏ
ｅ）、サンプル４の保磁力は２３００（Ｏｅ）であっ
た。
【０１１８】同様にして、サンプル５，６の保磁力を調
査したところ、サンプル５の保磁力は２４３０（Ｏｅ）
で、サンプル６の保磁力は１５２０（Ｏｅ）であった。
【０１１９】上記各サンプルのうち、比較のために作成
したサンプル５は強磁性記録層の厚さが熱揺らぎを無視
出来る程度に厚いサンプルであり、このサンプルにおい
ては高い保磁力が確保された。
【０１２０】また、比較のために作成したサンプル６に
おいては、強磁性記録層の厚さが薄く、熱揺らぎのため
に保磁力がサンプル５と比較して大幅に低下した。これ
に対し、反強磁性層が形成されているサンプル１〜４に
おいては、保磁力が大幅に向上されて、熱揺らぎの影響
を受けていないサンプル５と同程度の保磁力が確保され
た。
【０１２１】さらに、上記サンプル２の強磁性記録層の
上に厚さ８（ｎｍ）のＮｉＯ薄膜を保護層として形成し
たサンプル７を形成し、これについても各サンプルと同
様にして保磁力を調査したところ、２６００（Ｏｅ）で
あった。このＮｉＯ薄膜は前述のように反強磁性層でも
あるため、このサンプルにおいては、強磁性記録層を反
強磁性層により挟み込む構造となる。このような構造と
しても、保磁力が大幅に向上されて、熱揺らぎの影響を
受けていないサンプル５と同程度の保磁力が確保され
た。
【０１２２】すなわち、本発明を適用して、強磁性記録
層の厚さ方向の相対向する一対の主面のうち少なくとも
一方の主面側に反強磁性層を積層形成すれば、上記反強
磁性層がピン止め層として機能し、強磁性記録層の薄型
化と強磁性材料粒子の微小化を十分に満足しながら、強
磁性材料粒子の高い磁気異方性エネルギーが確保され、
保磁力が高められ、今後の更なる高密度記録化に対応す
ることが可能となることが確認された。
【０１２３】
【発明の効果】上述のように、本発明に係る磁気記録媒
体においては、基板上に強磁性記録層を有し、上記強磁
性記録層の厚さ方向の相対向する一対の主面のうち少な
くとも一方の主面側に反強磁性層が積層形成されている
ことから、上記反強磁性層がピン止め層として機能し、
強磁性記録層の薄型化と強磁性材料粒子の微小化を十分
に満足しながら、強磁性材料粒子の高い磁気異方性エネ
ルギーが確保され、保磁力も高められ、今後の更なる高
密度記録化に対応することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁気記録媒体の構成を示す断面図
である。
【図２】強磁性記録層と反強磁性層の磁気モーメントの
様子の一例を示す模式図である。
【図３】強磁性記録層と反強磁性層の磁気モーメントの
様子の他の例を示す模式図である。
【図４】強磁性記録層と反強磁性層の磁気モーメントの
様子のさらに他の例を示す模式図である。
【図５】反強磁性層内部の様子を拡大して模式的に示す
斜視図である。
【図６】外部磁界と磁界の強さの関係を示す特性図であ
る。
【図７】磁気記録媒体の構成の一例を示す断面図であ
る。
【図８】磁気記録媒体の構成の他の例を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
１ 基板、１ａ 主面、２ 反強磁性層、３ 強磁性記
録層

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上に強磁性記録層を有する磁気記録
    媒体であって、 上記強磁性記録層の厚さ方向の相対向する一対の主面の
    うち少なくとも一方の主面側に反強磁性層が積層形成さ
    れていることを特徴とする磁気記録媒体。
  2. 【請求項２】 上記反強磁性層が、強磁性記録層の外部
    磁場による磁化反転の際に、強磁性記録層との対向面近
    傍の磁化が強磁性記録層の磁化に伴って回転するもので
    あることを特徴とする請求項１記載の磁気記録媒体。
  3. 【請求項３】 上記強磁性記録層と反強磁性層の間に働
    く交換結合の強さが上記反強磁性層の全磁気異方性より
    も大であることを特徴とする請求項１記載の磁気記録媒
    体。
  4. 【請求項４】 上記強磁性記録層と反強磁性層の間に働
    く交換結合の強さが上記反強磁性層の全磁気異方性より
    も小であり、 且つ上記強磁性記録層と反強磁性層の間に働く交換結合
    の強さが反強磁性層の磁区エネルギーよりも大であるこ
    とを特徴とする請求項１記載の磁気記録媒体。
  5. 【請求項５】 上記強磁性記録層と反強磁性層の界面に
    おける交換定数が１×１０-12 （ｅｒｇ／ｃｍ）以上で
    あることを特徴とする請求項４記載の磁気記録媒体。
  6. 【請求項６】 上記強磁性記録層が、異方性磁界が１０
    ０（Ｏｅ）以下の軟磁気特性を有し、膜厚が１００（ｎ
    ｍ）以下である強磁性膜であることを特徴とする請求項
    ４記載の磁気記録媒体。
  7. 【請求項７】 上記強磁性記録層が、保磁力が１００
    （Ｏｅ）以上の硬磁気特性を有し、膜厚が１００（ｎ
    ｍ）以下である強磁性膜であることを特徴とする請求項
    ４記載の磁気記録媒体。
  8. 【請求項８】 上記反強磁性層が、交換定数が１×１０
    -10 （ｅｒｇ／ｃｍ）以上であり、異方性エネルギーが
    １×１０3 （ｅｒｇ／ｃｍ3 ）以上であり、強磁性記録
    層との対向面側で磁気構造が強磁性配列している反強磁
    性膜であることを特徴とする請求項４記載の磁気記録媒
    体。
  9. 【請求項９】 上記反強磁性層が、交換定数が１×１０
    -9（ｅｒｇ／ｃｍ）以上であり、異方性エネルギーが１
    ×１０4 （ｅｒｇ／ｃｍ3 ）以上であり、強磁性記録層
    との対向面側で磁気構造が反強磁性配列している反強磁
    性膜であることを特徴とする請求項４記載の磁気記録媒
    体。
  10. 【請求項１０】 上記反強磁性層が、強磁性記録層との
    対向面側において当該強磁性記録層の外部磁場による磁
    化反転の際に、強磁性記録層の磁化に伴って回転する第
    １の領域と、 強磁性記録層の外部磁場による磁化反転の際に、強磁性
    記録層の磁化に伴って回転しない第２の領域よりなり、
    第１の領域の方が第２の領域よりも広いことを特徴とす
    る請求項１記載の磁気記録媒体。
  11. 【請求項１１】 上記強磁性記録層と反強磁性層との間
    にＦｅ又はＣｏを主成分とする中間層が介在することを
    特徴とする請求項１０記載の磁気記録媒体。
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