JPS59228705A - 垂直磁気記録媒体 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、非磁性基板上に、直接もしくは高透磁率磁性
材料を介して被着した六方晶系チツ化鉄（ＦｅｓＮ　％
　もしくはＦｅ３Ｎ　Ｆｅ２Ｎ）を主成分とした垂直磁
化膜を用いた垂直磁気記録に好適な垂直磁気記録媒体と
その製造法に関する。

〔発明の背景〕

磁気記録の分野における記録密度の向上は著しいものが
ある。特に、東北大の岩崎らによシ提案された垂直磁気
記録方式は、現在実用化されている面内記録方式と異な
り、記録密度が高くなるほど、自己減磁作用が小さくな
る特徴を有し、将来の高密度磁気記録方式として注目を
集め、精力的な研究がなされている。

この垂直磁気記録を実現するには、記録媒体として、磁
性膜面に対して垂直方向の磁化容易軸を有する垂直磁化
膜が必要である。現在、そのような磁気特性をもつ磁性
膜としては、スパッタ法あるいは真空蒸着法で作製した
Ｃ　ｏ−Ｃｒ　、　ｃｏ　−Ｃｒ−Ｒｈ、Ｃｏ−Ｖ、Ｃ
ｏ−ＲｌｕあるいはＣ。

−〇系の合金膜が知られている。

しかし、このような垂直磁化膜は、いずれもＣＯをベー
スとしておｐ、Ｃｏは資源が少ないことからコストなら
びに供給安定上の問題があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、コストならびに供給安定上問題のある
ＣＯの代シに、Ｆｅをベースとした垂直磁化膜を用いた
垂直磁気記録媒体を提供することにおる。

〔発明の概要〕

Ｃｏ−Ｃｒ膜において垂直磁化膜となる理由については
つぎのように考えられている。スパッタ法あるいは真空
蒸着法で作製し九〇　〇−Ｃｒ膜の断面をＳＥＭで観察
すると、膜面に垂直方向に結晶粒子が成長した柱状構造
が観察される。垂直磁気異方性の優れたＣｏ−（：’ｒ
膜は、この柱状方向に沿って六方晶ＣｏのＣ軸が配向し
ていることが、Ｘ線回折法によって解析されている。ｃ
ｏ　−Ｃｒ膜の垂直磁気異方性は、このＣ軸が垂直配向
していることに一つの原因がある。さらに、その垂直磁
気異方性の大きさくＫｕ）が、膜面に垂直方向に磁化が
向いた時の静磁エネルギ、２πＭｓ２（Ｍｓ：飽和磁化
）よシ太となるという下記（１）式の関係が満たされて
いることが二番目の理由である。

ＫＩＪ）２πＭ８２　　　　　・・・・・・・・・・・
・（１）普通、ＣＯ薄膜の場合、ｃｏのＣ軸が理想的に
膜面に垂直に配向したとしてもＫｕ、ＭＳにバルクの値
を用いるとして、（１）式の左辺、右辺の値はそれぞれ
５　Ｘ　Ｉ　Ｑ’　ｅｒｇ／ｃｃ　、　１．２　Ｘ　ｌ
　０７ｅｒｇ／ｃｃ　　となり、（１）式の関係を満足
することはできない。

Ｃｒを添加する効果は、ｃｏのＣ軸が膜面に垂直に配向
することを促し、かつ、飽和磁化を（１）式が成立する
程度にまで低下させることにある。

したがって、ｃｏと同一の六方晶系の構造を有し、（１
）式を満足するものであれば、ｃｏ系薄膜以外において
も、垂直磁化膜を実現できる可能性がある。

本発明者らは、上記のような考えに基づき、検討を重ね
た結果、六方晶系チッ化鉄（ＦｅｓＮｔたはＦｅ３Ｎ　
ＦｅｚＮ　）の容易磁化軸を膜面に垂直に配向せしめ、
その飽和磁化を（１）式を満足せしめる範囲とすること
によシ良好な磁気特性を有する垂直磁化膜が得られるこ
とを見いだした。

このような垂直磁化膜は、非磁性基板表面に直接被着す
ることもできるが、非磁性基板にあらかじめ＼パーマロ
イ、センダスト、（工Ｉｌｅ、ｃｏ。

Ｎｉ　）−（８ｉ、Ｂ、Ｃ，Ｐ、Ａ４−Ｂ）系非晶質合
金、（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ１）−（Ｚｒ、Ｈｆ。

ｙ、　Ｔｉ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｗ、　Ｖ、　ＭＯ，ｃ
ｒ）系非晶質合金などの高透磁率磁性材料を被着せしめ
、この表面に上記垂直磁化膜を形成する方法はヘッドに
よる記録再生の効率を高め、出力を大きくする効果があ
るのでよシ好ましい。

垂直磁化膜中のＮ含有率は２０〜３２原子チが好ましく
、２５〜３０原子チの範囲がよシ好ましい。この範囲が
好ましいのは、Ｎ含有量が２０原子チ以下または３２原
子チを越えるものでは六方晶系の構造がくずれ、垂直磁
化膜とならないためである。

垂直磁化膜の飽和磁束密度（４πＭＳ）は２０００〜６
５００Ｇの範囲が好ましく、２５００〜６０００Ｇの範
囲がよシ好ましい。この範囲が好ましいのは２０００Ｇ
以下では記録再生した場合の出力が小さくなシ、６５０
０Ｇ以上では垂直磁化膜が得にくいためである。

また、前記六方晶系チツ化膜に、総量１０原子チ以下の
Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂｉ、白金族元素（’Ｒｕ、Ｒｈ、
Ｐｄ、Ｂｅ、Ｑｓ、Ｉ　ｒ、Ｐ　ｔ　）。

Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ａｔ、Ｗなどの耐食性向上に効果の
ある金属の少なくとも一つを含有させることは、垂直磁
化膜の耐食性向上ならびに飽和磁化の制御を行う上で好
ましい。なかでもＣｒは少量で耐食性向上に効果があり
、よシ好ましい。Ｆｅ以外の元素の添加量が１０原子係
以下が好ましいのは、１０原子チ以上の元素を添加する
と■　六方晶構造がくずれやすい ■　飽和磁化が著しく小さくなる などの理由によるものである。

垂直磁化膜の膜厚は０，１〜１．０μｍの範囲が好まし
く、ｏ、ｉ〜０．５μｍの範囲がよシ好ましい。

この範囲が好ましい理由は、０．１μｍ以下では垂直磁
化膜が得に＜＜、また、剛久性、膜厚の均一性に問題が
あるためであり、１．０μｍ以上ではヘッドによる記録
再生効率が悪くなるためである。

垂直磁化膜の製造法としては、Ｆｅ、Ｆｅ４Ｎ。

Ｆｅ５Ｎ　、　Ｆｅ５Ｎ−Ｆｅ２Ｎ　、　Ｆｅ２Ｎ　　
’！、たはこれらの混合物をターゲットとして、Ａｒ気
流中、Ａ　ｒ　ＨＮ２混合気流中、Ａｒ量　Ｎ２　＋　
）３．２混合気流中でスパッタ時の実効的なＮ２分圧を
調整しながらスパッタリングする方法がよい。

また、ターゲットとしてＦ　ｅ＋　Ｆ　ｅ４Ｎ　（ｒ　
’−チツ化鉄）　、　Ｆｅ５Ｎ、　Ｆｅ５Ｎ−Ｆｅ２Ｎ
（ｔ　−チツ化鉄）、Ｆｅ２Ｎ（ζ−チツ化鉄）単独ま
たはこれらの混合物に、Ｃｒ、　Ｎｉ、（：’ｏ、白金
族元素；Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ａｔ、Ｗなどの金属もしく
はこれらのチツ化物の少なくとも一つを、含有したもの
を用いることによ＃）Ｃｒ、　Ｎｉ、Ｃｏ、白金属元素
Ｉ　Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ａ４．Ｗなどを含有し九六方晶
チツ化鉄を製造できる。

また、スパッタリング時に、基板側にアースを基準にし
て−５０〜−５００Ｖのバイアスを印加することによシ
垂直磁化膜の製造が容易になる。

なお、上記スパッタリングによる垂直磁化膜の形成にお
いて、前述のように、適当な実効的なＮ２分圧が存在す
るが、この値は装置ならびにスパッタ速度によって変化
する。したがって、用いる装置とスパッタ速度によシテ
ストして、予め適当なＮ２分圧を定め、以後のスパッタ
リングの雰囲気におけるＮ２分圧とすればよい。この値
は、通常は１〜１５ｍＴｏｒｒで、本発明者の行なった
実験では２ｍ’１’ｏｒｒであった。Ｆｅ５Ｎおよび／
もしくはＦｅ２Ｎをターゲットとする時は、Ａｒのみを
導入しても、Ｎ２を含む雰囲気となシ得、特にＮ２を導
入する必要のない場合もあるが、さらにＮ２を導入した
方がよい場合もある。

上記のスパッタＩＪ　７グ雰囲気にＮ２を加えると、適
当々Ｎ２分圧の範囲が拡がシ、且つ被着される窒化鉄膜
の相も安定する傾向があり、好ましいが、必ずしも必要
なものではない。Ｎ２を加える場合は３０ｍ’Ｉ’Ｏｒ
ｒ以下のＮ２分圧とするのがよい。

Ｎ２分圧が高過ぎると粉末状の窒化鉄の形成されるおそ
れが生じる。さらに、スパッタリング雰囲気におけるＡ
ｒ量は、通常、５〜５０ｍＴＯｒｒの分圧とするのがよ
い。Ａｒ分圧が５ｍＴｏｒｒ以下であるとスパッタリン
グが不安定となｆｉ、　５０ｍＴＯｒｒ以上であると粉
末状の窒化鉄の形成されるおそれが生じる。

また、十分な垂直磁気異方性を有し垂直磁気記録媒体と
して使用できるのは、一般に、垂直磁化膜の面に垂直方
向の残留磁束密度（Ｍｒ上）と面内方向の残留磁束密度
ＣＭｒ／）との比（Ｍｒ上／Ｍｒ／）、あるいはＭｒｌ
／ＭＳとＭｒ／／ＭＳ　との比が、０．８以上のもので
あることが知られている。

さらに、垂直磁気異方性の有無は磁気異方性測定装置（
いわゆるトルクメータ）によシ知ることができる。

〔発明の実施例〕

以下に本発明を実施例によって説明するが、この実施例
は本発明になんらの制限を加えるものではない。

実施例１ 第１図に示したＲＦスパッタ装置を用い、非磁性基板上
に六方晶系チツ化鉄のスパッタリングを行った。第１図
において、１は非磁性基板でこの基板には一５００Ｖ〜
ＯＶのバイアス電圧を印加できる構造をもつ。２はスパ
ッタターゲットでターゲットには１３．５ＭＨｚのＲＦ
がかけられる構造をもつ。３はニードルパルプでＡｒ、
Ｎ２゜Ｈ２の混合比を調節できる構造になっている。

上記の装置を使用し、Ｆｅ３Ｎ粉をプレス成型した１０
０φのターゲットを用い、第１表に示す条件下でチッ素
分圧を変化させ、５０人／ｉの速度で光学研摩したガラ
ス基板上に膜厚０．３μｍのチツ化鉄を被着させた。な
お、基板にはアースに対して一１５０Ｖのバイアス電圧
を印加した。

これらのチツ化鉄薄膜中の平均のチッ素含有量の測定結
果と、試料振動型磁束計（ＶＳＭ）によシ、前記膜の面
内方向および面に垂直な方向に磁場を印加した時の同腹
の磁気特性を測定した結果を第１表に示す。表中、土、
／はそれぞれ印加磁界が膜面に垂直方向、膜面内方向で
あることを示している。

第１表かられかるように、チッ素含有量が大きくなるに
従い、チツ化鉄膜の飽和磁束密度（４πＭ８）は減少し
て行く。これに対して、膜面に垂直方向に測定した時の
角型比Ｍｒ上／ＭＳ　、保磁力Ｈｅ上はともにはじめは
増加し、飽和磁束密度が５１００Ｇ、３９００Ｇ、２８
００Ｇ　では、垂直方向に測定した角型比は面内で測定
した角型比よシかなシ大きくなっている。このことは明
らかに垂直磁化膜が実現したことを示している。さらに
、チッ素含有量が増加し、飽和磁束密度が減少して行く
と、垂直方向で測定した角型比、保磁力とともに減少し
て行く傾向を示すが、飽和磁束密度が２１００Ｇ程度ま
では垂直方向と面内方向に測定した角型比が同程度であ
シ、また垂直磁化膜となっていることがわかる。また、
Ａ２〜８はいずれも六方晶系の結晶構造をもっている。

以上の実施例からあきらかのように、六方晶チツ化鉄を
主体とする垂直磁化膜を得るためには、チッ素の含有率
２０〜３２原子チ、飽和磁束密度（４πＭｓ　）６５０
０Ｇ以下、６５００〜２０００Ｇの範囲がよシ好ましい
。

実施例２ 第２表に示したバイアス電圧を印加したことを除き、第
１表Ａ４と同様な条件で六方晶チツ化鉄膜を作製した。

第２表かられかるように、基板にバイアス電圧を印加す
ると、垂直方向のＭ　ｒ　７Ｍ　ｓならびにＨｅが大き
くなる。印加するバイアス電圧が一５０■よシも低いと
ころで顕著な効果がみられる。また、電位を一３００■
よシも低いところでその効果はほぼ横ばいになるのでバ
イアス電圧は一５００Ｖ迄が適当である。この結果から
、−５０Ｖよシも低いバイアス電圧を印加すればよシ良
好な垂直磁化膜が得られることがわかる。

実施例３ ターゲットとしてＦｅａＮにＦｌｌｅを基準として５原
子チのＣｒを混合成型したものを用いたことを除き、実
施例１の第１表屋４と同様にしてＣｒ入六方晶チツ化鉄
を作製した。得られた薄膜の磁気特性と、この薄膜を６
０Ｃ１相対湿度９０チの空気中に１週間放置した際の飽
和磁化の維持率（Ｍｔ／ＭＯ）を第３表に示した。表に
は参考のために、Ｃｒを添加しなかった場合についても
あわせ示した。

第３表かられかるように、０１人のチツ化鉄は良好な垂
直磁化膜であり、しかも、良好な耐食性を示す。

実施例４ ターゲットとしてＦｅを用いたこと、スパッタ時（ＤＡ
ｒ分圧をｌ　５ｍＴｏｒｒ　、チッ素分圧を５ｍＴｏｒ
ｒ　、水素分圧を８　ｍ　Ｔｏｒｒ　としたことを除き
、実施例の第１表扁４と同様にしてチツ化鉄薄膜を作製
した。得られた薄膜の磁気特性はつぎのよう−である。

Ｈｅ、Ｌ　　：　５２０Ｑｅ、４７ｒＭＳ　：４５００
Ｇ。

Ｍｒ上／Ｍｓ　　：０．２１．Ｈｃ／　　：２３００ｅ
。

Ｍｒ／／Ｍｓ　　：０．０５゜ 以上の結果かられかるように、ターゲットとしてＦｅを
用いた場合にも、スパッタ時のチッ素分圧をコントロー
ルすることによシすぐれた垂直磁化膜が得られる。

実施例５ ターゲットとして、Ｆｅ５Ｎ−Ｆｅ２Ｎ粉をプレスした
ものを用いたこと、スパッタ時のアルゴン分圧を５ｍＴ
ｏｒｒ　　としたこと、膜厚を第４表に示した値とした
ことを除き、実施例１の第１表扁４と同様にしてチツ化
鉄薄膜を作製した。結果は第４表のようである。

表かられかるように、膜厚を０．１〜１．０μｍの範囲
とすることによシ良好な垂直磁化膜が得られる。

以上詳述した実施例から、チツ化鉄膜において垂直磁化
膜を実現する条件は次の３点にまとめることができる。

（１）チツ化鉄薄膜が六方晶系の結晶構造（Ｆｅ３Ｎま
たはＦｅａＮ　Ｆｅ２Ｎ　）をもつこと、（２）適当な
ターゲット、すなわち、Ｆ　ｅ　、　Ｆｅ４Ｎ。

Ｆ　ｅａＮ　＋　Ｆ　ｅｓＮ　Ｆ　ｅ２Ｎ　Ｉ　Ｆ　ｅ
２Ｎの少なくとも一つを用い、スパッタ時のチッ素分圧
を０〜１．５×１０−２Ｔｏｒｒの範囲とし、得られた
チツ化鉄膜中のチッ素含有率を２０〜３２原子チの範囲
とするとともに、薄膜の飽和磁束密度４πＭＳを２００
０〜６５００Ｇとすること、 （３）チツ化鉄薄膜の厚さを０．１μｍ以上とすること
、 にある。

なお、以上の実施例でのべたチツ化鉄薄膜の作製条件、
例えば、チッ素分圧は、用いるターゲットの種類、スパ
ッタ速度との関係によって定まるものであシ、以上の実
施例の制限を受けるものではない。

また、本発明の実施例にも述べたように、テラ化鉄薄膜
の耐食性向上ならびに飽和磁束密度の制−御を目的とし
てＯｒなどの異種元素を混入させることもできる。

なお、薄膜形成用基板としては、本発明に述べたガラス
基板以外にも、ポリエステル、ポリイミドなどの有機ポ
リマーあるいはＡｔ板などの金属板などが用いられる。

また、基板の形状は通常、長尺状もしくは円板状とする
が、必要に応じて任意の形状としてもよい。

さらに、基板表面にパーマロイ等の高透磁率特性を有す
る薄膜を形成し、その上にチツ化鉄を主体とする垂直磁
化膜を被着した、いわゆる２層垂直磁気記録媒体にも本
発明が適用できることは言うまでもない。

また、本発明ではＲＦスパッタ法による実施例のみを示
したが、蒸着法、ＣＶＤ法、マグネトロンスパッタ法、
イオンビームスパッタ法など従来公知のいずれの薄膜形
成技術を使用できる。

その他、本明細１゛に特に記載していない事項について
は、既に知られている知見を適用して差支えない。

〔発明の効果〕

以上説明したところから明らかなように、本発明による
垂直磁化膜は製造方法が簡易であシ、原料金属としては
安価なｌｉ’ｅだけですみ、しかも特性も良好なものを
得ることができるので、実用上の利点は太きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例における、チツ化鉄薄膜の
作製に用いた高周波スパッタ装置の概略断面図である。 １・・・非磁性基板、２・・・スパッタターゲット、３
・・・−ニードルパルプ。 ４１　図 国分寺市東恋ケ窪１丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 ０発　明　者　積田則和 国分寺市東恋ケ窪１丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 ■出　願　人　日立マクセル株式会社 茨木市丑寅１丁目１番８８号 ３１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非磁性基板と、該基板表面に直接または高透磁率磁
   性材料を介して被着された、垂直磁気異方性を有する六
   方晶系チツ化鉄を主体とする薄膜磁性体とから構成され
   ることを特徴とする垂直磁気記録媒体。 ２、特許請求の範囲第１項記載の垂直磁気記録媒体にお
   いて、前記薄膜磁性体中のチッ素含有量が２０〜３２原
   子チであることを特徴とする垂直磁気記録媒体。 ３、特許請求の範囲第１項もしくは第２項記載の垂直磁
   気記録媒体において、前記薄膜磁性体の飽和磁束密度が
   ２０００〜６５００Ｇであることを特徴とする垂直磁気
   記録媒体。 ４、特許請求の範囲第１項、第２項もしくは第３項記載
   の垂直記録媒体において、鉄とともにＣｒ＋　Ｎｊ、Ｃ
   ｏ、１３ｉ、白金族元素ｌＺｒ１’Ｉ’ａ、Ｎｂ、Ａ４
   ．Ｗの少なくとも一つを１０原子−以下含むことを特徴
   とする垂直磁気記録媒体。 ５、特許請求の範囲第１項、第２項、第３項もしくは第
   ４項記載の垂直磁気記録媒体において、前記薄膜磁性体
   の膜厚が０．１〜１．０μｍであることを特徴とする垂
   直磁気記録媒体。 ６、鉄　ｒ／−チツ化鉄（Ｆｅ４Ｎ）、チツ化鉄（Ｆｅ
   ３Ｎ）、ε−チツ化鉄（ＦｅａＮ　Ｆｅ２Ｎ）　　ｒζ
   −チツ化鉄（ＦｅｌＮ）もしくはこれらの２以上の混合
   物をターゲットとして、Ａｒ気流中、Ａｒとチッ素の混
   合気流中もしくはＡｒ、チッ素。 水素の混合気流中でスパッタリングを行方うことを特徴
   とする垂直磁気記録媒体の製造法。 ７、鉄　ｒ／−チツ化鉄、チツ化鉄、ε−チツ化鉄、ζ
   −チツ化鉄もしくはこれらの混合物と、Ｃｒ、Ｎ１　、
   Ｃｏ、Ｂ　’＊白金族元素ｔ　ｚ　ｒｔＷ、’［’ａ、
   Ｎｂ、Ａ４．Ｃの少なくとも一つもしくはこれらのチツ
   化物の少なくとも一つ、との混合物をターゲットとして
   、Ａｒ気流中、Ａｒとチッ素の気流中もしくはＡｒ、チ
   ッ素。 水素の混合気流中でスパッタリングを行うことを特徴と
   する垂直磁気記録媒体の製造法。 ８、％許請求の範囲第６項もしくは第７項記載の垂直磁
   気記録媒体の製造法において、基板側にアースを基準に
   して−５０〜−５００■のバイーアス電圧を印加するこ
   とを特徴とする垂直磁気記録媒体の製造法。