垂直磁気記録媒体及び磁気記憶装置
【課題】ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）などの希少金属を用いることなく、磁気的に反平行状態で結合した構造と磁気異方性を有する垂直磁気記録媒体、磁気記憶装置、及び垂直磁気記録媒体の製造方法を提供する。
【解決手段】垂直磁気記録層４１と軟磁性裏打ち層４２とを有する垂直磁気記録媒体であって、前記軟磁性裏打ち層４２は第１軟磁性層４４と、第２軟磁性層４０とが非磁性層４５を介して、磁気的に反平行状態で結合した構造を含む膜を有し、前記第１軟磁性層４４がスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物からなり、前記第２軟磁性層４０が単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金からなり、前記非磁性層４５がバンドギャップ３ｅＶから８ｅＶの絶縁物からなり、前記垂直磁気記録層４１は、垂直磁気異方性を持つコバルトフェライト単結晶薄膜である垂直磁気記録媒体。
【解決手段】垂直磁気記録層４１と軟磁性裏打ち層４２とを有する垂直磁気記録媒体であって、前記軟磁性裏打ち層４２は第１軟磁性層４４と、第２軟磁性層４０とが非磁性層４５を介して、磁気的に反平行状態で結合した構造を含む膜を有し、前記第１軟磁性層４４がスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物からなり、前記第２軟磁性層４０が単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金からなり、前記非磁性層４５がバンドギャップ３ｅＶから８ｅＶの絶縁物からなり、前記垂直磁気記録層４１は、垂直磁気異方性を持つコバルトフェライト単結晶薄膜である垂直磁気記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直磁気記録媒体及び磁気記憶装置に関する。さらに詳しくは、磁気的に反平行状態で結合した構造を並びに含む垂直磁気記録媒体、磁気記憶装置、垂直記録媒体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報処理技術の発達に伴い、磁気記録媒体の記録密度の向上が求められている。高密度化の要求を満たす磁気記録媒体に必要な特性には、例えばハードディスクでは、熱安定性の向上と低ノイズ化がある。特定の膜厚を有するＲｕ（ルテニウム）などの非磁性層を介して反平行の磁化方向で交換結合する２層の強磁性層を構成し、これら２層に発生する反強磁性的層間結合を利用して、記録ビットの熱安定性を向上し、媒体ノイズを低減しうることが知られている（特許文献１等参照）。
【０００３】
垂直磁気記録方式の構成に含まれる軟磁性裏打ち層の内部に、Ｒｕなどの非磁性層の反強磁性的層間結合層を設けることにより、１つの軟磁性層の残留磁化を、別の軟磁性層の反平行磁化と結合させ、軟磁性裏打ち層に由来する巨視的な磁束を相殺して読み取りヘッドに到達しないようにすることで、記録磁化の読み取り時にスパイクノイズを抑制しうることが知られている（特許文献２等参照）。
【０００４】
垂直磁気記録方式の構成に含まれる垂直磁気記録層には、現在ＣｏＣｒＰｔ合金が使用されている。近い将来はさらに磁気異方性の大きなＦｅＰｔ合金が使用されようとしているが、いずれも高価な白金を使用しており、材料が高価である。さらに、地球上で資源が偏在しており、世界情勢により、資源の入手が困難になる恐れもある。
【０００５】
なお、発明者らは、単結晶酸化鉄膜を成膜する装置を用いて目的基板上に金属鉄膜を成膜しうるとともに、前記鉄をオゾンガスで酸化しながら反強磁性的層間結合磁性膜をもちいた磁性記録媒体及び磁気記憶装置の発明を出願している（特許文献３等参照）。
【特許文献１】特許第３８４８０７２号
【特許文献２】特許第３７３１６４０号
【特許文献３】特開平２００８−２９３５５６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ルテニウム（Ｒｕ）や白金（Ｐｔ）は希少金属であり、情報処理技術の発達によりコンピュータ用ハードディスク装置などの高密度の磁気記録媒体の需要が高まって価格が上昇し、また、産出地域の偏在や、政治情勢などの要因によりこれらの原料価格の高騰、供給不安定などの問題があった。
【０００７】
本発明は、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）などの希少金属を用いることなく、磁気的に反平行状態で結合した構造と磁気異方性を有する垂直磁気記録媒体、磁気記憶装置、及び垂直磁気記録媒体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、蒸着法でエピタキシャルマグヘマイト膜を成膜しうる装置を開発し、成膜したマグヘマイト膜と鉄薄膜とが非磁性膜を介して結合させた磁性膜において反強磁性的層間結合が生じることを見出した。また、層間結合強度の絶対値は１ミリジュール／平方メートル以上であって、室温環境において反強磁性的層間結合を利用しうることを見出した。さらに、純オゾンを酸化源とする分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）による成長をおこない、コバルトフェライト（００１）単結晶エピタキシャル薄膜を成長させて垂直磁気異方性を有することを見出して、本発明を完成するに至った。
【０００９】
（１） 垂直磁気記録層と軟磁性裏打ち層とを有する垂直磁気記録媒体であって、前記軟磁性裏打ち層は第１軟磁性層と、第２軟磁性層とが非磁性層を介して、磁気的に反平行状態で結合した構造を含む膜を有し、前記第１軟磁性層がスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物からなり、前記第２軟磁性層が単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金からなり、前記非磁性層がバンドギャップ３ｅＶから８ｅＶの絶縁物からなり、前記垂直磁気記録層は、垂直磁気異方性を持つコバルトフェライト単結晶薄膜である垂直磁気記録媒体。
【００１０】
（１）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては、軟磁性裏打ち層は酸化物膜／絶縁物膜／金属膜の１層を用いてもよく、複数の層を重ねて多層膜を構成してもよく、多層膜を構成する際に本発明の１層と１層の間に本発明の磁性膜以外の構成による膜構造を介在させてもよく、反強磁性的層間結合を有する薄膜構造が本発明の磁性膜によれば、他の構造物の組成と構造は特に問わない。
【００１１】
（１）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては、軟磁性裏打ち層は、コンピュータ用ハードディスクなどの垂直磁気記録媒体の磁気記録層において、従来のＲｕ等を用いた非磁性層をもつ磁性多層膜を含む磁気記録層に置き換えて使用することができる。本発明の磁気記録媒体は、磁気情報の記録層の一部または全体に用いることができる。本発明の磁気記録媒体に含まれる磁気記録層の層構造の数は特に問わない。
【００１２】
（１）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては、軟磁性裏打ち層を構成する第１軟磁性層には、スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物として、例えばγ−Ｆｅ２Ｏ３を用いることができる。また、第１軟磁性層には逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物として、例えばＦｅ３Ｏ４、Ｆｅ２ＮｉＯ４を用いることができる。第１軟磁性層に含まれる磁性酸化物は、スピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造を有すればよく、他の酸化物、例えばＭｎＦｅ２Ｏ４、ＣｕＦｅ２Ｏ４，ＭｇＦｅ２Ｏ４、ＮｉＦｅ２Ｏ４でもよい。
【００１３】
（１）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては、軟磁性裏打ち層を構成する第２軟磁性層には、例えばＦｅ、Ｃｏ、またはこれらを含む合金を用いることができる。第２軟磁性層に含まれる金属または合金は、単体で強磁性を有する金属を含むものであれば何でもよい。
【００１４】
（１）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては、軟磁性裏打ち層を構成する絶縁物層には、例えばＭｇＯ、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３またはこれらを含む絶縁物を用いることができる。
【００１５】
（１）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては、垂直磁気記録層は、オゾン（Ｏ３）環境下でコバルトフェライトを単結晶成長させた薄膜を用いることができる。白金（Ｐｔ）などの貴金属を用いず、磁化が膜面垂直方向を好む「垂直磁気異方性」を示すからである。
【００１６】
（３） （１）に記載の垂直磁気記録媒体であって、前記酸化物が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）または四酸化三鉄を含む酸化物であり、前記金属が鉄（Ｆｅ）であり、前記合金が鉄を含む合金からなる金属であり、前記絶縁物が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である垂直磁気記録媒体。
【００１７】
（２） （１）に記載の垂直磁気記録媒体であって、垂直磁気記録層の厚みが１３ｎｍから２０ｎｍである垂直磁気記録媒体。
【００１８】
（２）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては、垂直磁気記録層は厚みが１３ｎｍから２０ｎｍであるので、本発明の垂直磁気層の垂直磁気異方性の特性を生かした高密度磁気記録を行うことが出来る。
【００１９】
（３） 前記酸化物が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）または四酸化三鉄を含む酸化物であり、前記金属が鉄（Ｆｅ）であり、前記合金が鉄を含む合金からなる金属であり、前記絶縁物が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である垂直磁気記録媒体。
【００２０】
（３）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては、酸化物層は真空蒸着装置などを用いて成膜した四酸化三鉄または四酸化三鉄を含む酸化物膜を用いることができる。あらかじめ四酸化三鉄の結晶を用意してもよく、鉄と酸素とを反応させて得られる四酸化三鉄を膜状に並べてもよい。
【００２１】
（３）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては、第２軟磁性層は真空蒸着装置などを用いて成膜したＦｅ膜またはＦｅを含む合金膜を用いることができる。
【００２２】
（３）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては、絶縁物は、真空蒸着装置などを用いて成膜したＭｇＯ膜を用いることができる。
【００２３】
（３）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては、垂直磁気記録媒体に含まれる磁性膜の製作においては、基板上に酸化物膜を成膜した後に絶縁物膜を成膜し、その後に金属膜を成膜してもよく、基板上に金属膜を成膜した後に絶縁物膜を成膜し、酸化物膜を成膜してもよい。
【００２４】
（４） （３）に記載の垂直磁気記録媒体であって、前記絶縁物による非磁性層の厚さが０ｎｍをこえ０．７ｎｍ以下である垂直磁気記録媒体。
【００２５】
（４）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては絶縁物の膜厚は、酸化物膜／絶縁物膜／金属膜の構成において、酸化物膜と金属膜の間に反強磁性的層間結合が発生すればよく、（４）の膜厚の範囲で任意に設定しうる。
【００２６】
（５） （３）に記載の垂直磁気記録媒体であって、前記酸化物が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）を除くスピネルフェライトまたは当該スピネルフェライトを含む酸化物であり、前記金属が鉄（Ｆｅ）であり、前記合金が鉄を含む合金からなる金属であり、前記絶縁物が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である垂直磁気記録媒体。
【００２７】
（５）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては、酸化物は、たとえば、真空蒸着装置などを用いて成膜したマグヘマイト（γ―Ｆｅ２Ｏ３）またはマグヘマイトを含む酸化物を用いることが望ましい。あらかじめマグヘマイトの結晶を用意してもよく、鉄と酸素とを反応させて得られるマグヘマイトを膜状に並べてもよい。
【００２８】
（５）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては酸化物は、マグヘマイトに限らず、室温環境における電気抵抗率が１Ωｍを超え１０００００Ωｍ以下である、スピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造を有すればよく、他の酸化物、例えば、Ｆｅ２ＮｉＯ４、ＭｎＦｅ２Ｏ４、ＣｕＦｅ２Ｏ４、ＭｇＦｅ２Ｏ４でもよい。
【００２９】
（５）の本発明に係る垂直磁気記録媒体において金属は、真空蒸着装置などを用いて成膜したＦｅまたはＦｅを含む合金を用いることができる。
【００３０】
（５）の本発明に係る垂直磁気記録媒体において絶縁物は、真空蒸着装置などを用いて成膜したＭｇＯ膜を用いることができる。
【００３１】
（５）の本発明に係る垂直磁気記録媒体に含まれる磁性膜の製作においては、基板上に酸化物膜を成膜した後に絶縁物膜を成膜し、その後に金属膜を成膜してもよく、基板上に金属膜を成膜した後に絶縁物膜を成膜し、酸化物膜を成膜してもよい。
【００３２】
（６） （５）に記載の磁気記録媒体であって、前記絶縁物による非磁性層の厚さが０．３ｎｍから１．３ｎｍである磁気記録媒体。
【００３３】
（６）の本発明に係る垂直磁気記録媒体において絶縁物の膜厚は、酸化物膜／絶縁物膜／金属膜の構成において、酸化物膜と金属膜の間に反強磁性的層間結合が発生する膜厚であればよく、（６）の膜厚の範囲で任意に設定しうる。
【００３４】
本発明に係る磁性膜を含む、垂直磁気記録方式の軟磁性裏打ち層は、従来のＲｕ等を用いた非磁性層をもつ軟磁性裏打ち層に置き換えて使用することができる。本発明に係る磁性膜は、軟磁性裏打ち層の一部または全体に用いることができる。軟磁性裏打ち層に含まれる磁性膜の層の数は特に問わない。
【００３５】
（７） （１）から（６）のいずれかの発明に記載の磁気記録媒体又は垂直磁気記録媒体と、該磁気記録媒体又は垂直磁気記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生を行うヘッドとを備えた、磁気記憶装置。
【００３６】
（７）の磁気記憶装置は、円板状の基板の上に磁気記録媒体を製作し、円板状の磁気記録媒体を回転させ、記録ヘッドを用いて磁気記録媒体の表面に磁気記録を書き込み、再生ヘッドを用いて記録磁気を読み取ることが知られている。コンピュータハードディスクなどで用いられている磁気記憶装置の基本構成自体は公知であり、その詳細な説明は本明細書では省略する。
【００３７】
（７）の磁気記憶装置に含まれる磁気記録媒体の枚数は１枚に限らず２枚でもよく、３枚でもよく、枚数は問わない。１枚の磁気記録媒体の片面のみを磁気記録に用いてもよく、両面を磁気記録に用いてもよい。また、磁気記憶装置に含まれる磁気記憶媒体の形状は円板に限ったものではなく、細長いテープ状でもよく、形状は問わない。
【００３８】
（８） 垂直磁気記録媒体の製造方法であって、基板をチャンバー内に設定する工程と、前記基板上にスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物薄膜を単結晶成長させる工程と、前記酸化物薄膜上に絶縁物の薄膜を構成する工程と、前記絶縁物に単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金の薄膜を単結晶させる工程と、前記鉄又は鉄を含む合金の薄膜上にオゾン（Ｏ３）環境下でコバルトフェライト薄膜を単結晶成長させる工程と、を有する垂直磁気記録媒体の製造方法。
【００３９】
（８）の本発明に係る垂直磁気記録媒体の製造方法によれば、基板をチャンバー内に設定する工程と、前記基板上にスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物薄膜を単結晶成長させる工程と、前記酸化物薄膜上に絶縁物の薄膜を構成する工程と、前記絶縁物に単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金の薄膜を単結晶させる工程と、前記鉄又は鉄を含む合金の薄膜上にオゾン（Ｏ３）環境下でコバルトフェライト薄膜を単結晶成長させる工程と、を有する、同一のチャンバー内で効率よく（１）から（６）で説明した垂直磁気記録媒体を効率よく製造することが出来る。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）などの希少金属を使用することなく、反強磁性的層間結合と、磁気異方性を有する垂直記録可能な磁性膜とを活用し垂直磁気記録媒体を提供することができる。すなわち、希少金属を使用することなく熱安定性の向上と低ノイズ化を図った磁気記録媒体を構成できる。また、希少金属を使用することなく、磁気記録媒体のスパイクノイズを抑制しうる軟磁性裏打ち層有した垂直磁気記録方式などによる高密度記録が可能な磁気記録媒体を提供できる。並びにこれらの磁気記録媒体を活用した磁気記憶装置を提供することができる。
【００４１】
本発明によれば、Ｐｔ、Ｒｕなどの希少金属の使用に伴う問題、すなわち、需要増加に伴い価格上昇し、また、産出地域の偏在や、政治情勢などの要因により原料価格の高騰、供給不安定などの問題を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の反強磁性的層間結合と磁気異方性による垂直磁気記録層を有する磁垂直記録媒体の構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る垂直記録媒体の製造工程を示す図である。
【図３】本発明に係る垂直記録媒体を製作するための成膜装置を示す図である。
【図４】本発明に係る直磁気記録媒体における軟磁性裏打ち層を示す図である。
【図５】（ａ）公知の四酸化三鉄の分子構造モデルを示す模式図、（ｂ）公知のマグヘマイトの分子構造モデルを示す模式図である。
【図６】本発明の磁性多層膜に含まれる、ＭｇＯ基板上マグヘマイト膜、ＭｇＯ基板上四酸化三鉄膜の温度対電気抵抗率を示す図である。
【図７】本発明の磁気記録媒体の製造における、マグヘマイト膜、四酸化三鉄膜の成膜中ＲＨＥＥＤ像強度の時間変化を示す図である。
【図８】（ａ）四酸化三鉄膜／鉄膜、（ｂ）四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜における鉄膜の磁化曲線を示す図である。四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜における、層間結合定数のＭｇＯ膜厚依存性を示す図である。
【図９】（ａ）四酸化三鉄膜／鉄膜、（ｂ）四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜における鉄膜の磁化曲線を示す図である。
【図１０】四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜における層間結合定数の温度特性を示す図である。
【図１１】マグヘマイト膜／ＭｇＯ膜／鉄膜における鉄膜の磁化曲線を示す図である。
【図１２】マグヘマイト膜／ＭｇＯ膜／鉄膜における層間結合定数のＭｇＯ膜厚依存性を示す図である。
【図１３】マグヘマイト膜／ＭｇＯ膜／鉄膜における層間結合定数の温度特性を示す図である。
【図１４】本発明の垂直磁気記録膜の磁化曲線を示す図である。
【図１５】本発明に係る垂直磁気記録媒体を用いた、磁気記憶装置を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、これはあくまでも一例であって、本発明の技術的範囲はこれに限られるものではない。
【００４４】
＜実施例１＞
実施例は、本発明の反強磁性的層間結合と磁気異方性による垂直磁気記録層とを有する垂直磁気記録媒体に関するものである。
【００４５】
図１を用いて、本発明の磁気記録媒体に係る、垂直磁気記録層と軟磁性裏打ち層の構成を説明する。
【００４６】
高密度記録が可能な垂直磁気記録方式の磁気記録媒体においては、記録ビット３９を保持する垂直磁気記録層４１、軟磁性裏打ち層４２が存在し、磁気情報の書き込み時には書き込みヘッド３７、磁気記録層４１、軟磁性裏打ち層４２が磁気回路を構成する。書き込みヘッド３７が移動して記録磁場が供給されなくなると、軟磁性裏打ち層４２を構成する金属層４０には残留磁化が生じるが、絶縁物層４５を介して金属層４０と反強磁性的層間結合を有する酸化物層４４に生じる反平行の磁化によって相殺され、軟磁性裏打ち層４２に由来する巨視的な静磁化は減少する。これにより、磁気情報の読み取り時に、読み取りヘッド３８に到達する軟磁性裏打ち層４２由来の磁束を低減できる。典型的にはスパイクノイズとして読み取られる軟磁性裏打ち層４２由来の磁束を低減することで、記録ビット３９由来の磁束の読み出しをより安定に高精度に行える。
【００４７】
上記非磁性基板４３は、例えばＡｌ基板、ガラス基板、またはＳｉ基板からなる。この基板上にテクスチャ処理を施してもよい。
【００４８】
次に、本発明の垂直磁気記録媒体の製造方法について、図２を参照して説明をする。
図２、図３に示すように、基板４３をチャンバー１３０内に設定する（Ｓ１０）。次に基板４３上にスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物薄膜を単結晶成長させる（Ｓ２０）。そして、絶縁部４５の薄膜を構成する（Ｓ３０）。次に、単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金の薄膜を単結晶成長させる（Ｓ４０）。その上に、オゾン（Ｏ３）環境下でコバルトフェライト薄膜を単結晶成長させる（Ｓ５０）。
【００４９】
〈軟磁性裏打ち層〉
以下、軟磁性裏打ち層４２の具体的な特性と製造方法について詳説する。
【００５０】
図４に示した、本発明に係る垂直磁気記録媒体の軟磁性裏打ち層４２においては、読み取りヘッド３８が拾うノイズを低減する目的で反強磁性的層間結合を利用するにあたり、Ｒｕなどの希少金属を用いる必要はない。
【００５１】
本発明の酸化物層／絶縁物層／金属層からなる磁性層の１層を軟磁性裏打ち層に含んでもよく、複数の層を積層して含んでもよく、層間に磁性材、非磁性材、絶縁材、導体などを介在させてもよい。
【００５２】
非磁性基板４３には、例えばＡｌ基板、ガラス基板、またはＳｉ基板を用いることができ、これらの基板上にテクスチャ処理を施してもよい。
【００５３】
本発明の垂直磁気記録媒体の製造方法により、製作した磁性膜に反強磁性的層間結合が発生することを示す。
【００５４】
図４は、本発明の垂直磁気記録媒体の軟磁性裏打ち層の構成を示す図であり、該磁気記録媒体は、基板４３の上に第１磁性層２、絶縁物層４、第２磁性層３を設ける構成を有する。本発明に係る、四酸化三鉄を除く酸化物層に含まれる酸化物は、マグヘマイトに限らず、スピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造を有する酸化物から適宜選択して用いることができる。
【００５５】
図３を用い、基板上４３に酸化物膜と酸化マグネシウム膜と鉄薄膜からなる磁性膜を製作する手順を示す。基板としては、実験のために例えば、縦１０ｍｍ、横２０ｍｍの大きさの酸化マグネシウムヘキカイ基板および研磨基板を用意し、これらのＭｇＯ（００１）面を用いることができる。
【００５６】
到達真空度０．０００００１３３Ｐａ程度の真空槽１３０内において、原材料である鉄１４０はるつぼ１５０内に入れて、電子銃１６０の電子ビーム１７０を照射、加熱して蒸発させる。基板４３は、酸化物膜２が成膜されるべき表面が鉄１４０の蒸発面を向くよう、真空槽１３０内に設置される。
【００５７】
可変リークバルブ２１０を閉じた状態で、ヒータ２５０を用いて基板４３を７００℃で１時間熱処理した後、基板温度を２２０℃に維持する。次いで、可変リークバルブ２１０を開き、酸化源ガス発生装置１９０からノズル２２０を経由して真空槽１３０内へ酸化源ガスを導入する。ノズル２２０は真空槽１３０内において基板４３の方向を向くように配置されている。真空槽内の酸化源ガス圧が０．０００４Ｐａ以上となるよう、可変リークバルブ２１０を調節する。Ｆｅの反応性蒸着によって酸化物層を膜厚１３ｎｍまで製作させる。この際に、Ｆｅの成長レートを０．００５ｎｍ毎秒程度に制御すると、構造が均一で良質な薄膜を得ることができる。
【００５８】
酸化源ガスとして純酸素ガスを用いると四酸化三鉄膜が成膜され、純オゾンガスを用いるとマグヘマイト膜が成膜される。
【００５９】
図５（ａ）は、四酸化三鉄のイオン結晶を模式的に示す図である。４配位のサイトＡと６配位のサイトＢに鉄原子が入った構造が３次元的に隣接し、ユニットセルサイズ０．８４ｎｍの単位格子を形成し、絶対温度１２０Ｋ付近で金属絶縁物転移（Ｖｅｒｗｅｙ転移）が見られることが知られている。
【００６０】
四酸化三鉄膜の成膜においては、Ｖｅｒｗｅｙ転移として知られる四酸化三鉄の金属絶縁物転移温度における電気伝導度変化が、Ｆｅの成長レートの異なる場合の膜製作と比べて急峻に表れることから、前記Ｆｅの成長レートにおいて構造が均一で良質な薄膜を得ることができる。
【００６１】
図５（ｂ）は、発明者らがＸ線回折（ＸＲＤ）により解析したマグへマイトのイオン結晶構造（格子構造）を模式的に示す図である。図５のように、四酸化三鉄のＢサイト（スピネルの結晶構造において、酸素原子が作る８面体の中心部に配位した鉄原子の位置）から１／３個の鉄原子が抜けた構造であると考えられ、ユニットセルサイズ０．８４ｎｍの立方晶である四酸化三鉄の３倍の単位胞を持つ正方晶系の構造となっている。
【００６２】
図６に、前記製造法により成膜した、ＭｇＯ基板上のマグヘマイト膜と、ＭｇＯ基板上の四酸化三鉄膜における、温度対電気抵抗率特性を示す。マグヘマイト膜については典型的な２例を示す。酸化源に純オゾンガスを使用して製作したマグヘマイト膜の温度対電気抵抗率は、絶対温度１００Ｋ付近から室温２９７Ｋ付近までの温度領域において高温ほど電気抵抗率が低下する傾向を示し、室温付近では１Ωｍ以上、１０００００Ωｍ以下の電気抵抗率を有する。
【００６３】
一方、酸化源に純酸素ガスを使用して製作した四酸化三鉄膜の温度対電気抵抗特性７においては、横軸の絶対温度１２０Ｋ付近に注目すると、四酸化三鉄に特徴的なＶｅｒｗｅｙ転移にともなう電気抵抗変化が明瞭である。室温２９７Ｋ付近に注目すると、縦軸の電気抵抗率の値は０．０００１Ωｍ以下である。
【００６４】
また、図３において、酸化源に１０％オゾンガス、９０％酸素ガスを使用して製作した四酸化三鉄膜の温度対電気抵抗率特性に注目すると、絶対温度１２０Ｋ付近でのＶｅｒｗｅｙ転移は不明瞭であり、室温付近での電気抵抗率は、純酸素で酸化した四酸化三鉄膜よりも高い値を示す。これらの現象は、純酸素で酸化した四酸化三鉄膜の結晶が、９０％酸素ガスで酸化した四酸化三鉄膜の結晶よりも高い均一度をもつことを示唆する。すなわち、四酸化三鉄膜を利用する場合は、前記製造方法において、酸化源ガスとして純酸素を用いることにより、四酸化三鉄膜と金属膜とを含む磁性膜における反強磁性的層間結合を最大限に利用しうる。
【００６５】
図７に、本発明の磁気記録媒体に含まれる、ＭｇＯ基板上マグヘマイト膜と、ＭｇＯ基板上四酸化三鉄膜の成膜中における、ＲＨＥＥＤ（反射高速電子線回折）像強度の時間変化の状況を示す。
【００６６】
図７が振動波形を有することから、マグヘマイト膜、四酸化三鉄膜のいずれも成膜過程において、それぞれの表面は格子面方位がそろった状態で成長している。また、図７の振動波形の周期は、経過時間とＦｅ成長レートとの積から計算される、膜厚の０．２１ｎｍごとの成長に相当する。像強度が一定速度の膜厚の成長にしたがい周期変化することは、前記製造方法で作成したマグヘマイト膜、四酸化三鉄膜とも、１層が形成された後にその上に次の層が形成されるように成長していることを示している。
【００６７】
さらに、図５（ａ）、図５（ｂ）に示したように、マグヘマイト結晶、四酸化三鉄結晶のユニットセルサイズは０．８４ｎｍであり、ＲＨＥＥＤ像強度の周期振動が示す膜厚０．２１ｎｍの値は、格子定数の４分の一に相当することから、製作したマグヘマイト膜、四酸化三鉄膜の表面は格子定数の４分の一程度の平坦性をもつと考えられ、前記製造方法を用いることで、良好な平坦性を有するマグヘマイト膜、四酸化三鉄膜を製作できる。
【００６８】
マグヘマイト膜、四酸化三鉄膜を製作した後に、基板温度を室温まで下げ、ＭｇＯを蒸着する。ＭｇＯ膜厚は、マグヘマイト膜の上に成膜する場合は０．３ｎｍ〜１．３ｎｍの範囲に設定し、四酸化三鉄膜の上に成膜する場合は０ｎｍをこえ０．７ｎｍ以下の範囲に設定する。続いて、鉄を膜厚３ｎｍ程度に蒸着して、本発明の磁性膜が製作される。ＭｇＯおよび鉄の蒸着法は周知であり、その詳細な説明は本明細書では省略する。
【００６９】
以上述べたように、本発明の垂直磁気記録媒体に含まれる磁性膜は、基板上にマグヘマイト膜、四酸化三鉄膜、ＭｇＯ膜、鉄膜を成膜して製作できる。本発明の磁気記録媒体には、用途に応じてキャップ層、電気配線層などを含むことができる。成膜後のマグヘマイト／ＭｇＯ／鉄膜、四酸化三鉄／ＭｇＯ／鉄膜は、それぞれ単一の層として使用してもよく、複数のマグヘマイト／ＭｇＯ／鉄膜、四酸化三鉄／ＭｇＯ／鉄膜を積層して使用してもよく、積層間に絶縁層または非磁性層を含んでもよい。
【００７０】
本発明に係る、四酸化三鉄を除く酸化物層に含まれる酸化物は、マグヘマイトに限らず、スピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造を有する酸化物から適宜選択して用いることができる。
【００７１】
以下、本発明に係る軟磁性裏打ち層を、四酸化三鉄／ＭｇＯ／鉄膜の構成にて、室温環境下で利用可能な反強磁性的層間結合が発生することを示す。
【００７２】
図８（ａ）を用いて、ＭｇＯ膜を介在させずに、膜厚１３ｎｍの四酸化三鉄膜の上に膜厚３ｎｍの鉄膜を成膜した磁性膜の磁化特性を示す。外部磁場を印加した際に磁性膜に誘発されて生じる磁化の強度は、磁気円二色性計測法を用い、鉄膜表面での偏光の反射を観測することで計測できる。
【００７３】
図８（ａ）において、外部磁場をゼロから一方向に増加させていくと磁気円二色性強度の絶対値も増加するが、外部磁場の絶対値が増加するに従い、磁気円二色性強度の増加はゆるやかになる。外部磁場を減少し、ゼロ磁場を経由して極性を反転させると、磁気円二色性強度は符号反転して前記の磁気飽和と同様の状況を逆符号の領域でも示す。
【００７４】
図８（ｂ）に、膜厚１３ｎｍの四酸化三鉄膜の上に、膜厚１．４ｎｍのＭｇＯ膜を成膜し、さらにその上に膜厚３ｎｍの鉄膜を成膜した磁性膜の磁化曲線を、鉄膜表面における磁気円二色性強度として示す。図８（ｂ）においては、横軸に示す外部磁場がゼロの値において、縦軸の磁気円二色性強度が、図８（ａ）に示した本発明に係る磁性膜よりも有意に大きな絶対値をもつ値を有している。ＭｇＯ膜が介在する磁性膜の鉄膜表面においては、外部磁化を取り去った後も、四酸化三鉄と鉄膜が直接結合した磁性膜よりも大きな残留磁化が発生することが示されている。
【００７５】
また、図８（ｂ）において、横軸に示す外部磁場の絶対値が５×７９．６×１０００［Ａ／ｍ］を超える領域では、縦軸の磁気円二色性強度はほとんど変化せず、鉄膜が磁気飽和したことが示されている。
【００７６】
一方、図８（ａ）においては、横軸に示す外部磁場の絶対値が５×７９．６×１０００［Ａ／ｍ］を超える領域においても、縦軸の磁気円二色性強度には増減が表れていることから、ＭｇＯ膜を介在しない四酸化三鉄／鉄膜からなる磁性膜は磁束飽和に達していないことが示されている。
【００７７】
すなわち、四酸化三鉄膜／鉄膜からなる磁性膜においては、残留磁化が抑圧され、磁気飽和点の上昇が見られことから、四酸化三鉄膜／鉄膜との２膜に反強磁性的層間結合が発生したことが示されている。
【００７８】
非磁性体であるＭｇＯは、反強磁性的層間結合を生じる磁性層間の非磁性層に用いうることが知られており、反平行に磁性結合した四酸化三鉄膜／鉄膜の間にＭｇＯ膜を介在させれば、ＭｇＯ膜厚を制御することで層間結合を制御しうることは十分に予想しうる。
【００７９】
図９に、四酸化三鉄膜（膜厚１３ｎｍ）／ＭｇＯ膜／鉄膜（膜厚３ｎｍ）からなる積層膜について計測した、四酸化三鉄膜と鉄膜との反強磁性的層間結合定数のＭｇＯ膜厚依存性を示す。
【００８０】
まず、層間結合定数の算出について説明する。磁気異方性を無視し、２つの磁性層の物理的配置が平行と仮定し、鉄膜の飽和磁化が四酸化三鉄膜の飽和磁化と比べて十分大きいと仮定し、次式を層間結合定数として定義する。
【数１】
ここに、Ｊは層間結合定数［ジュール／平方メートル］、Ｈｓは飽和磁場［アンペア／メートル］、Ｍｓは磁性層の飽和磁化［テスラ］、ｔは四酸化三鉄層の膜厚［メートル］である。
【００８１】
一例として、図８（ａ）に矢印Ｍ点で示した計測点における層間結合定数Ｊ値の算出を示す。横軸からＨｓの値は１０×７９．６×１０００［Ａ／ｍ］、Ｍｓの値は約０．２３［テスラ］相当、鉄膜の膜厚は３［ｎｍ］であるので、式１を用いて層間結合定数Ｊ値として約１．１［ｍＪ／平方メートル］が得られる。
【００８２】
ＭｇＯ膜厚の異なる磁性多層膜を製作し、各試料について求めたＪ値を補間することにより、図７に示した、四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜における反強磁性的層間結合定数のＭｇＯ膜厚依存性が得られる。
【００８３】
図９においては、層間結合定数Ｊが、非磁性層であるＭｇＯ膜の厚さに依存することが示され、ＭｇＯ膜厚が約０．７ｎｍ以下の条件において、四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜に含まれる四酸化三鉄膜と鉄膜との間に反強磁性的層間結合が発生することが示された。
【００８４】
本発明の磁気記録媒体に含まれる四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜からなる磁性膜においては、ＭｇＯ膜厚が約０．７ｎｍ以下の条件で反強磁性的層間結合が発生し、Ｒｕなどの希少金属を用いることなく反強磁性的層間結合を有する磁性薄膜を提供できる。
【００８５】
図１０は、本発明の磁気記録媒体に含まれる四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜からなる磁性膜における、反強磁性的層間結合の温度依存性を示す図である。図１０は、本発明の磁気記録媒体においては、磁性膜に含まれる四酸化三鉄の金属絶縁物転移（Ｖｅｒｗｅｙ転移）温度以上の温度領域において、反強磁性的層間結合の結合定数の顕著な減少がないことを示しており、このことから、本発明の磁気記録媒体に含まれる磁性膜は、室温または室温に近い温度環境下で、磁気記録媒体、軟磁性裏打ち層、磁気記憶装置、磁気ランダムアクセスメモリなどの形態に含まれて動作する場合に、反強磁性的層間結合を維持しうる。
【００８６】
以上示したように、本発明の磁気記録媒体に含まれる四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜からなる磁性膜においては、Ｒｕなどの希少金属を用いることなく、反強磁性的層間結合が発生し、とりわけ室温近辺の温度環境において反強磁性的層間結合を維持しうる。
【００８７】
本発明に係る垂直磁気記録媒体の軟磁性裏打ち層が、マグヘマイト／ＭｇＯ／鉄膜に、室温環境下で利用可能な反強磁性的層間結合が発生することを示す。
【００８８】
図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、前記の四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜において示した、磁気円二色性計測法を用いて計測した、マグヘマイト（膜厚１３ｎｍ）／ＭｇＯ／鉄膜（膜厚０．３ｎｍ）を積層した磁性膜の鉄膜表面における磁化曲線であり、図１１（ａ）はＭｇＯ膜厚０ｎｍ、図１１（ｂ）はＭｇＯ膜厚０．７ｎｍ、図１１（ｃ）はＭｇＯ膜厚１．５ｎｍのそれぞれに対応する。
【００８９】
マグヘマイト／ＭｇＯ／鉄膜の磁化曲線は、図１１（ａ）、図１１（ｃ）に示されるように、ＭｇＯ膜厚が０ｎｍ、１．５ｎｍの２つの磁性膜においては、横軸に示す外部磁場の絶対値が１×７９．６×１０００［Ａ／ｍ］を超える領域では、縦軸の磁気円二色性強度はほとんど変化せず、鉄膜が磁気飽和したことが示されている。一方、図１１（ｂ）に示されるように、ＭｇＯ膜厚が０．７ｎｍの磁性膜においては、横軸に示す外部磁場の絶対値が１×７９．６×１０００［Ａ／ｍ］を超える領域においても、縦軸の磁気円二色性強度には増減が表れていることから、ＭｇＯ膜厚が０．７ｎｍの磁性膜は磁束飽和に達していないことが示されている。
【００９０】
さらに、図１１（ａ）、図１１（ｃ）に示されるマグヘマイト／ＭｇＯ／鉄膜の磁化曲線は、外部磁場が絶対値０．５×７９．６×１０００［Ａ／ｍ］程度の領域において増減すると、外部磁場の符号に応じて磁性膜が磁化され、磁束飽和近傍に達することが示されている。一方、図９（ｂ）に示されるように、ＭｇＯ膜厚が０．７ｎｍの磁性膜においては、外部磁場が絶対値０．５×７９．６×１０００［Ａ／ｍ］程度の領域において増減すると、磁性膜に生じる磁化の強度は、ＭｇＯ膜厚０ｎｍ、ＭｇＯ膜厚１．５ｎｍの場合の１割程度であることが示されており、これはＭｇＯ膜厚に依存して透磁率が変化し、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）の３つの計測においては、ＭｇＯ膜厚０．７ｎｍにおいて透磁率がもっとも低下したことを示している。
【００９１】
すなわち、図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）を用いて示したように、マグヘマイト／ＭｇＯ／鉄膜からなる磁性膜においては、ＭｇＯ膜厚に依存してマグヘマイト膜と鉄膜との間に反強磁性的層間結合が生じ、ＭｇＯ膜厚０．７ｎｍ近傍において、反強磁性的層間結合の強度が最大となることが示されている。
【００９２】
図１０に、マグヘマイト膜（膜厚１３ｎｍ）／ＭｇＯ膜／鉄膜（膜厚３ｎｍ）からなる積層膜について計測した、マグヘマイト膜と鉄膜との反強磁性的層間結合定数のＭｇＯ膜厚依存性を示す。層間結合定数Ｊの算出法は、既述した通りである。ＭｇＯ膜厚０．７ｎｍにおいて、反強磁性的層間結合定数Ｊの値として約１．３［ｍＪ／平方メートル］が得られた。
【００９３】
図１０においては、層間結合定数Ｊが、非磁性層であるＭｇＯ膜の厚さに依存することが示され、ＭｇＯ膜厚が約０．７ｎｍの条件において、マグヘマイト膜／ＭｇＯ膜／鉄膜に含まれるマグヘマイト膜と鉄膜との反強磁性的層間結合が最大となる。
【００９４】
本発明の磁気記録媒体に含まれるマグヘマイト膜／ＭｇＯ膜／鉄膜からなる磁性膜においては、Ｒｕなどの希少金属を用いることなく反強磁性的層間結合を有する磁性薄膜を提供できる。
【００９５】
図１１は、本発明の磁気記録媒体に含まれるマグヘマイト膜／ＭｇＯ膜／鉄膜からなる磁性膜における、反強磁性的層間結合の温度依存性を示す図である。図１１は、本発明の磁気記録媒体においては、極低温から室温の温度領域において、反強磁性的層間結合の結合定数の顕著な減少がないことを示しており、このことから、本発明の磁気記録媒体に含まれる磁性膜は、室温または室温に近い温度環境下で、磁気記録媒体、軟磁性裏打ち層、磁気記憶装置などの形態に含まれて動作する場合に、反強磁性的層間結合を維持しうる。
【００９６】
以上示したように、本発明の垂直磁気記録媒体の軟磁性裏打ち層がマグヘマイト膜／ＭｇＯ膜／鉄膜からなる磁性膜においては、Ｒｕなどの希少金属を用いることなく、反強磁性的層間結合が発生し、とりわけ室温近辺の温度環境において反強磁性的層間結合を維持しうる。
【００９７】
本発明に係る磁気記録媒体は、従来型の反強磁性的層間結合を利用するために磁気記録層が含んでいるＲｕ層などの非磁性絶縁層を不要とし、従来型の反強磁性的層間結合を利用する磁気記録媒体に代替して使用できる。
【００９８】
〈垂直磁気記録層〉
次に本発明の垂直磁気異方性をもつ垂直磁気記録層について説明をする。
【００９９】
通常、垂直磁気異方性を示す材料は、反磁場（電磁気学から要請される面内に磁化する特性）に打ち勝つだけの結晶磁気異方性または界面磁気異方性を持たねばならない。一般的にこのような材料は、界面や歪などの結晶構造の対称性の低減に伴い、スピン軌道相互作用を介して強い磁気異方性が現れるが、スピン軌道相互作用は原子番号（Ｚ）の大きな材料に顕著な性質であり、従来技術では、ＰｔやＰｄといった高価な材料が不可欠であった。
【０１００】
実験のため、基板に単結晶ＭｇＯ（００１）をもちいて純オゾンを酸化源とする分子線エピタキシー法（ＭＢE)成長を行い、コバルトフェライト（００１）単結晶(エピタキシャル)薄膜を成長させたところ、図１４に示される磁化曲線を室温にて得た。
【０１０１】
具体的に、図３に示す成膜装置を用い、基板上４３に垂直磁気異方性を示す記録膜を製作する手順を示す。基板としては、実験用として、例えば、縦１０ｍｍ、横２０ｍｍの大きさの酸化マグネシウムヘキカイ基板および研磨基板を用意し、これらのＭｇＯ（００１）面を用いることができる。
【０１０２】
到達真空度０．０００００１３３Ｐａ程度の真空槽１３０内において、原材料である鉄１４０はるつぼ１５０内に入れて、電子銃（１）１６０の電子ビーム（１）１７０を照射、加熱して蒸発させる。また、原材料であるコバルト１４２はるつぼ（２）１５２内に入れて、電子銃（２）１６２の電子ビーム（２）１７２を照射、加熱して蒸発させる。基板４３は、酸化物膜２が成膜されるべき表面が鉄１４０とコバルト１４２の蒸発面を向くよう、真空槽１３０内に設置される。
【０１０３】
可変リークバルブ２１０を閉じた状態で、ヒータ２５０を用いて基板４３を７００℃で１時間熱処理した後、基板温度を２２０℃に維持する。次いで、可変リークバルブ２１０を開き、酸化源ガス発生装置１９０からノズル２２０を経由して真空槽１３０内へ酸化源ガスを導入する。ノズル２２０は真空槽１３０内において基板４３の方向を向くように配置されている。真空槽内の酸化源ガス２３０として純オゾンガスを用いて酸化源ガス圧が０．０００４Ｐａ以上となるよう、可変リークバルブ２１０を調節する。ＦｅとＣｏの反応性蒸着比を２対１に設定し垂直磁気異方性層を膜厚１３ｎｍまで製作させる。
【０１０４】
この異方性の大きさは、保磁力２５１．２アンペア・ターン／メーターと、バルクの飽和磁化から見積もった磁気異方性エネルギー密度は４ｘ１０７Ｊ／ｍ３であったが、ここで用いた保磁力は測定装置の制約から磁化曲線のマイナーループから算出したものであるため実際の異方性エネルギーは、これより大きいものと思われる。また、メスバウアー分光測定を行ったところ、垂直磁化を確認することができた。
【０１０５】
この垂直磁気記録層を上記で説明した軟磁性裏打ち層４２の上に形成することによりＰｔやＲｕという希少金属を用いることなく、磁気的に反平行状態で結合した構造を含む垂直磁気記録媒体を提供することが出来る。また、図３で説明した成膜装置を用いて、軟磁性裏打ち層４２に引き続き製作することが出来る。
【０１０６】
＜実施例２＞
実施例２は、本発明の垂直磁気記録媒体を用いた、磁気記憶装置に関するものである。
【０１０７】
図１５は、本発明に係る磁気記憶装置の要部を示す平面図である。磁気記憶装置は大略ハウジング７３、ハブ７５、磁気記録媒体７６、記録再生ヘッド７７、サスペンション７８、アーム７９が設けられている。磁気記録媒体７６は、モータ（図示せず）により回転するハブ７５に取り付けられている。記録再生ヘッド７７は、ＭＲヘッドや、ＧＭＲヘッド等の読み取りヘッドと、インダクティブヘッド等の記録ヘッドからなる複合型の記録再生ヘッドである。記録再生ヘッド７７は、アーム７９の先端にサスペンション７８を介して取り付けられている。磁気記録媒体７６は、複数の枚数を適宜隔ててハブ７５に接続してもよく、それぞれの磁気記憶媒体ごとに記録再生ヘッド、サスペンション、アームを設けてもよい。この磁気記憶装置の基本構成自体は公知であり、その詳細な説明は本明細書では省略する。
【０１０８】
前記磁気記憶装置の実施例で、磁気記録媒体７６として、図１で説明した構成を有する垂直磁気記録媒体を用いることができる。ハウジング７３に収める磁気記録媒体７６の枚数は１枚に限らず２枚でもよく、３枚でもよく、枚数は問わない。１枚の磁気記録媒体の片面のみを磁気記録に用いてもよく、両面を磁気記録に用いてもよい。
【０１０９】
本発明の磁気記録媒体を含む磁気記憶装置は、図１５に示すものに限定されるものではない。また、本発明で用いる磁気記憶媒体は磁気ディスクに限定されるものではない。
【０１１０】
以上、本発明の実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることができる。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。例えば、酸化物としてＦｅ２ＮｉＯ４を用い、金属としてＦｅを用い、絶縁物としてＭｇＯを用い、それぞれを順次成膜して製作される酸化物層／絶縁物層／金属層にも同様に対応することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明の磁気記録媒体に含まれる磁性膜は、Ｐｔ、Ｒｕなどの希少金属を用いることなく、反強磁性的層間結合を利用する磁性多層膜として使用できるので、該層間結合を利用する磁気記録媒体、垂直磁化記録方式における軟磁性裏打ち層、磁気記憶装置、磁気メモリセルなどに使用できる。
【符号の説明】
【０１１２】
３７ 垂直記録用ヘッド
３８ 読み取りヘッド
３９ 記録ビット
４０ 金属層
４１ 垂直磁気記録層
４２ 軟磁性裏打ち層
４３ 非磁性基板
４４ 酸化物層
４５ 絶縁物層
７３ ハウジング
７５ ハブ
７６ 磁気記録媒体
７７ 記録再生ヘッド
７８ サスペンション
７９ アーム
１３０ 真空槽
１４０ 原材料である鉄
１５０ るつぼ（１）
１６０ 電子銃（１）
１７０ 電子ビーム（１）
１４２ 原材料であるコバルト
１５２ るつぼ（２）
１６２ 電子銃（２）
１７２ 電子ビーム（２）
１８０ 真空蒸着装置
１９０ 酸化源ガス発生装置
２００ 配管
２１０ 可変リークバルブ
２２０ ノズル
２３０ 酸化源ガス
２４０ 鉄の蒸気
２４２ コバルトの蒸気
２５０ ヒータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直磁気記録媒体及び磁気記憶装置に関する。さらに詳しくは、磁気的に反平行状態で結合した構造を並びに含む垂直磁気記録媒体、磁気記憶装置、垂直記録媒体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報処理技術の発達に伴い、磁気記録媒体の記録密度の向上が求められている。高密度化の要求を満たす磁気記録媒体に必要な特性には、例えばハードディスクでは、熱安定性の向上と低ノイズ化がある。特定の膜厚を有するＲｕ（ルテニウム）などの非磁性層を介して反平行の磁化方向で交換結合する２層の強磁性層を構成し、これら２層に発生する反強磁性的層間結合を利用して、記録ビットの熱安定性を向上し、媒体ノイズを低減しうることが知られている（特許文献１等参照）。
【０００３】
垂直磁気記録方式の構成に含まれる軟磁性裏打ち層の内部に、Ｒｕなどの非磁性層の反強磁性的層間結合層を設けることにより、１つの軟磁性層の残留磁化を、別の軟磁性層の反平行磁化と結合させ、軟磁性裏打ち層に由来する巨視的な磁束を相殺して読み取りヘッドに到達しないようにすることで、記録磁化の読み取り時にスパイクノイズを抑制しうることが知られている（特許文献２等参照）。
【０００４】
垂直磁気記録方式の構成に含まれる垂直磁気記録層には、現在ＣｏＣｒＰｔ合金が使用されている。近い将来はさらに磁気異方性の大きなＦｅＰｔ合金が使用されようとしているが、いずれも高価な白金を使用しており、材料が高価である。さらに、地球上で資源が偏在しており、世界情勢により、資源の入手が困難になる恐れもある。
【０００５】
なお、発明者らは、単結晶酸化鉄膜を成膜する装置を用いて目的基板上に金属鉄膜を成膜しうるとともに、前記鉄をオゾンガスで酸化しながら反強磁性的層間結合磁性膜をもちいた磁性記録媒体及び磁気記憶装置の発明を出願している（特許文献３等参照）。
【特許文献１】特許第３８４８０７２号
【特許文献２】特許第３７３１６４０号
【特許文献３】特開平２００８−２９３５５６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ルテニウム（Ｒｕ）や白金（Ｐｔ）は希少金属であり、情報処理技術の発達によりコンピュータ用ハードディスク装置などの高密度の磁気記録媒体の需要が高まって価格が上昇し、また、産出地域の偏在や、政治情勢などの要因によりこれらの原料価格の高騰、供給不安定などの問題があった。
【０００７】
本発明は、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）などの希少金属を用いることなく、磁気的に反平行状態で結合した構造と磁気異方性を有する垂直磁気記録媒体、磁気記憶装置、及び垂直磁気記録媒体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、蒸着法でエピタキシャルマグヘマイト膜を成膜しうる装置を開発し、成膜したマグヘマイト膜と鉄薄膜とが非磁性膜を介して結合させた磁性膜において反強磁性的層間結合が生じることを見出した。また、層間結合強度の絶対値は１ミリジュール／平方メートル以上であって、室温環境において反強磁性的層間結合を利用しうることを見出した。さらに、純オゾンを酸化源とする分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）による成長をおこない、コバルトフェライト（００１）単結晶エピタキシャル薄膜を成長させて垂直磁気異方性を有することを見出して、本発明を完成するに至った。
【０００９】
（１） 垂直磁気記録層と軟磁性裏打ち層とを有する垂直磁気記録媒体であって、前記軟磁性裏打ち層は第１軟磁性層と、第２軟磁性層とが非磁性層を介して、磁気的に反平行状態で結合した構造を含む膜を有し、前記第１軟磁性層がスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物からなり、前記第２軟磁性層が単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金からなり、前記非磁性層がバンドギャップ３ｅＶから８ｅＶの絶縁物からなり、前記垂直磁気記録層は、垂直磁気異方性を持つコバルトフェライト単結晶薄膜である垂直磁気記録媒体。
【００１０】
（１）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては、軟磁性裏打ち層は酸化物膜／絶縁物膜／金属膜の１層を用いてもよく、複数の層を重ねて多層膜を構成してもよく、多層膜を構成する際に本発明の１層と１層の間に本発明の磁性膜以外の構成による膜構造を介在させてもよく、反強磁性的層間結合を有する薄膜構造が本発明の磁性膜によれば、他の構造物の組成と構造は特に問わない。
【００１１】
（１）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては、軟磁性裏打ち層は、コンピュータ用ハードディスクなどの垂直磁気記録媒体の磁気記録層において、従来のＲｕ等を用いた非磁性層をもつ磁性多層膜を含む磁気記録層に置き換えて使用することができる。本発明の磁気記録媒体は、磁気情報の記録層の一部または全体に用いることができる。本発明の磁気記録媒体に含まれる磁気記録層の層構造の数は特に問わない。
【００１２】
（１）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては、軟磁性裏打ち層を構成する第１軟磁性層には、スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物として、例えばγ−Ｆｅ２Ｏ３を用いることができる。また、第１軟磁性層には逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物として、例えばＦｅ３Ｏ４、Ｆｅ２ＮｉＯ４を用いることができる。第１軟磁性層に含まれる磁性酸化物は、スピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造を有すればよく、他の酸化物、例えばＭｎＦｅ２Ｏ４、ＣｕＦｅ２Ｏ４，ＭｇＦｅ２Ｏ４、ＮｉＦｅ２Ｏ４でもよい。
【００１３】
（１）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては、軟磁性裏打ち層を構成する第２軟磁性層には、例えばＦｅ、Ｃｏ、またはこれらを含む合金を用いることができる。第２軟磁性層に含まれる金属または合金は、単体で強磁性を有する金属を含むものであれば何でもよい。
【００１４】
（１）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては、軟磁性裏打ち層を構成する絶縁物層には、例えばＭｇＯ、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３またはこれらを含む絶縁物を用いることができる。
【００１５】
（１）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては、垂直磁気記録層は、オゾン（Ｏ３）環境下でコバルトフェライトを単結晶成長させた薄膜を用いることができる。白金（Ｐｔ）などの貴金属を用いず、磁化が膜面垂直方向を好む「垂直磁気異方性」を示すからである。
【００１６】
（３） （１）に記載の垂直磁気記録媒体であって、前記酸化物が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）または四酸化三鉄を含む酸化物であり、前記金属が鉄（Ｆｅ）であり、前記合金が鉄を含む合金からなる金属であり、前記絶縁物が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である垂直磁気記録媒体。
【００１７】
（２） （１）に記載の垂直磁気記録媒体であって、垂直磁気記録層の厚みが１３ｎｍから２０ｎｍである垂直磁気記録媒体。
【００１８】
（２）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては、垂直磁気記録層は厚みが１３ｎｍから２０ｎｍであるので、本発明の垂直磁気層の垂直磁気異方性の特性を生かした高密度磁気記録を行うことが出来る。
【００１９】
（３） 前記酸化物が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）または四酸化三鉄を含む酸化物であり、前記金属が鉄（Ｆｅ）であり、前記合金が鉄を含む合金からなる金属であり、前記絶縁物が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である垂直磁気記録媒体。
【００２０】
（３）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては、酸化物層は真空蒸着装置などを用いて成膜した四酸化三鉄または四酸化三鉄を含む酸化物膜を用いることができる。あらかじめ四酸化三鉄の結晶を用意してもよく、鉄と酸素とを反応させて得られる四酸化三鉄を膜状に並べてもよい。
【００２１】
（３）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては、第２軟磁性層は真空蒸着装置などを用いて成膜したＦｅ膜またはＦｅを含む合金膜を用いることができる。
【００２２】
（３）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては、絶縁物は、真空蒸着装置などを用いて成膜したＭｇＯ膜を用いることができる。
【００２３】
（３）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては、垂直磁気記録媒体に含まれる磁性膜の製作においては、基板上に酸化物膜を成膜した後に絶縁物膜を成膜し、その後に金属膜を成膜してもよく、基板上に金属膜を成膜した後に絶縁物膜を成膜し、酸化物膜を成膜してもよい。
【００２４】
（４） （３）に記載の垂直磁気記録媒体であって、前記絶縁物による非磁性層の厚さが０ｎｍをこえ０．７ｎｍ以下である垂直磁気記録媒体。
【００２５】
（４）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては絶縁物の膜厚は、酸化物膜／絶縁物膜／金属膜の構成において、酸化物膜と金属膜の間に反強磁性的層間結合が発生すればよく、（４）の膜厚の範囲で任意に設定しうる。
【００２６】
（５） （３）に記載の垂直磁気記録媒体であって、前記酸化物が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）を除くスピネルフェライトまたは当該スピネルフェライトを含む酸化物であり、前記金属が鉄（Ｆｅ）であり、前記合金が鉄を含む合金からなる金属であり、前記絶縁物が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である垂直磁気記録媒体。
【００２７】
（５）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては、酸化物は、たとえば、真空蒸着装置などを用いて成膜したマグヘマイト（γ―Ｆｅ２Ｏ３）またはマグヘマイトを含む酸化物を用いることが望ましい。あらかじめマグヘマイトの結晶を用意してもよく、鉄と酸素とを反応させて得られるマグヘマイトを膜状に並べてもよい。
【００２８】
（５）の本発明に係る垂直磁気記録媒体においては酸化物は、マグヘマイトに限らず、室温環境における電気抵抗率が１Ωｍを超え１０００００Ωｍ以下である、スピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造を有すればよく、他の酸化物、例えば、Ｆｅ２ＮｉＯ４、ＭｎＦｅ２Ｏ４、ＣｕＦｅ２Ｏ４、ＭｇＦｅ２Ｏ４でもよい。
【００２９】
（５）の本発明に係る垂直磁気記録媒体において金属は、真空蒸着装置などを用いて成膜したＦｅまたはＦｅを含む合金を用いることができる。
【００３０】
（５）の本発明に係る垂直磁気記録媒体において絶縁物は、真空蒸着装置などを用いて成膜したＭｇＯ膜を用いることができる。
【００３１】
（５）の本発明に係る垂直磁気記録媒体に含まれる磁性膜の製作においては、基板上に酸化物膜を成膜した後に絶縁物膜を成膜し、その後に金属膜を成膜してもよく、基板上に金属膜を成膜した後に絶縁物膜を成膜し、酸化物膜を成膜してもよい。
【００３２】
（６） （５）に記載の磁気記録媒体であって、前記絶縁物による非磁性層の厚さが０．３ｎｍから１．３ｎｍである磁気記録媒体。
【００３３】
（６）の本発明に係る垂直磁気記録媒体において絶縁物の膜厚は、酸化物膜／絶縁物膜／金属膜の構成において、酸化物膜と金属膜の間に反強磁性的層間結合が発生する膜厚であればよく、（６）の膜厚の範囲で任意に設定しうる。
【００３４】
本発明に係る磁性膜を含む、垂直磁気記録方式の軟磁性裏打ち層は、従来のＲｕ等を用いた非磁性層をもつ軟磁性裏打ち層に置き換えて使用することができる。本発明に係る磁性膜は、軟磁性裏打ち層の一部または全体に用いることができる。軟磁性裏打ち層に含まれる磁性膜の層の数は特に問わない。
【００３５】
（７） （１）から（６）のいずれかの発明に記載の磁気記録媒体又は垂直磁気記録媒体と、該磁気記録媒体又は垂直磁気記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生を行うヘッドとを備えた、磁気記憶装置。
【００３６】
（７）の磁気記憶装置は、円板状の基板の上に磁気記録媒体を製作し、円板状の磁気記録媒体を回転させ、記録ヘッドを用いて磁気記録媒体の表面に磁気記録を書き込み、再生ヘッドを用いて記録磁気を読み取ることが知られている。コンピュータハードディスクなどで用いられている磁気記憶装置の基本構成自体は公知であり、その詳細な説明は本明細書では省略する。
【００３７】
（７）の磁気記憶装置に含まれる磁気記録媒体の枚数は１枚に限らず２枚でもよく、３枚でもよく、枚数は問わない。１枚の磁気記録媒体の片面のみを磁気記録に用いてもよく、両面を磁気記録に用いてもよい。また、磁気記憶装置に含まれる磁気記憶媒体の形状は円板に限ったものではなく、細長いテープ状でもよく、形状は問わない。
【００３８】
（８） 垂直磁気記録媒体の製造方法であって、基板をチャンバー内に設定する工程と、前記基板上にスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物薄膜を単結晶成長させる工程と、前記酸化物薄膜上に絶縁物の薄膜を構成する工程と、前記絶縁物に単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金の薄膜を単結晶させる工程と、前記鉄又は鉄を含む合金の薄膜上にオゾン（Ｏ３）環境下でコバルトフェライト薄膜を単結晶成長させる工程と、を有する垂直磁気記録媒体の製造方法。
【００３９】
（８）の本発明に係る垂直磁気記録媒体の製造方法によれば、基板をチャンバー内に設定する工程と、前記基板上にスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物薄膜を単結晶成長させる工程と、前記酸化物薄膜上に絶縁物の薄膜を構成する工程と、前記絶縁物に単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金の薄膜を単結晶させる工程と、前記鉄又は鉄を含む合金の薄膜上にオゾン（Ｏ３）環境下でコバルトフェライト薄膜を単結晶成長させる工程と、を有する、同一のチャンバー内で効率よく（１）から（６）で説明した垂直磁気記録媒体を効率よく製造することが出来る。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）などの希少金属を使用することなく、反強磁性的層間結合と、磁気異方性を有する垂直記録可能な磁性膜とを活用し垂直磁気記録媒体を提供することができる。すなわち、希少金属を使用することなく熱安定性の向上と低ノイズ化を図った磁気記録媒体を構成できる。また、希少金属を使用することなく、磁気記録媒体のスパイクノイズを抑制しうる軟磁性裏打ち層有した垂直磁気記録方式などによる高密度記録が可能な磁気記録媒体を提供できる。並びにこれらの磁気記録媒体を活用した磁気記憶装置を提供することができる。
【００４１】
本発明によれば、Ｐｔ、Ｒｕなどの希少金属の使用に伴う問題、すなわち、需要増加に伴い価格上昇し、また、産出地域の偏在や、政治情勢などの要因により原料価格の高騰、供給不安定などの問題を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の反強磁性的層間結合と磁気異方性による垂直磁気記録層を有する磁垂直記録媒体の構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る垂直記録媒体の製造工程を示す図である。
【図３】本発明に係る垂直記録媒体を製作するための成膜装置を示す図である。
【図４】本発明に係る直磁気記録媒体における軟磁性裏打ち層を示す図である。
【図５】（ａ）公知の四酸化三鉄の分子構造モデルを示す模式図、（ｂ）公知のマグヘマイトの分子構造モデルを示す模式図である。
【図６】本発明の磁性多層膜に含まれる、ＭｇＯ基板上マグヘマイト膜、ＭｇＯ基板上四酸化三鉄膜の温度対電気抵抗率を示す図である。
【図７】本発明の磁気記録媒体の製造における、マグヘマイト膜、四酸化三鉄膜の成膜中ＲＨＥＥＤ像強度の時間変化を示す図である。
【図８】（ａ）四酸化三鉄膜／鉄膜、（ｂ）四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜における鉄膜の磁化曲線を示す図である。四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜における、層間結合定数のＭｇＯ膜厚依存性を示す図である。
【図９】（ａ）四酸化三鉄膜／鉄膜、（ｂ）四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜における鉄膜の磁化曲線を示す図である。
【図１０】四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜における層間結合定数の温度特性を示す図である。
【図１１】マグヘマイト膜／ＭｇＯ膜／鉄膜における鉄膜の磁化曲線を示す図である。
【図１２】マグヘマイト膜／ＭｇＯ膜／鉄膜における層間結合定数のＭｇＯ膜厚依存性を示す図である。
【図１３】マグヘマイト膜／ＭｇＯ膜／鉄膜における層間結合定数の温度特性を示す図である。
【図１４】本発明の垂直磁気記録膜の磁化曲線を示す図である。
【図１５】本発明に係る垂直磁気記録媒体を用いた、磁気記憶装置を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、これはあくまでも一例であって、本発明の技術的範囲はこれに限られるものではない。
【００４４】
＜実施例１＞
実施例は、本発明の反強磁性的層間結合と磁気異方性による垂直磁気記録層とを有する垂直磁気記録媒体に関するものである。
【００４５】
図１を用いて、本発明の磁気記録媒体に係る、垂直磁気記録層と軟磁性裏打ち層の構成を説明する。
【００４６】
高密度記録が可能な垂直磁気記録方式の磁気記録媒体においては、記録ビット３９を保持する垂直磁気記録層４１、軟磁性裏打ち層４２が存在し、磁気情報の書き込み時には書き込みヘッド３７、磁気記録層４１、軟磁性裏打ち層４２が磁気回路を構成する。書き込みヘッド３７が移動して記録磁場が供給されなくなると、軟磁性裏打ち層４２を構成する金属層４０には残留磁化が生じるが、絶縁物層４５を介して金属層４０と反強磁性的層間結合を有する酸化物層４４に生じる反平行の磁化によって相殺され、軟磁性裏打ち層４２に由来する巨視的な静磁化は減少する。これにより、磁気情報の読み取り時に、読み取りヘッド３８に到達する軟磁性裏打ち層４２由来の磁束を低減できる。典型的にはスパイクノイズとして読み取られる軟磁性裏打ち層４２由来の磁束を低減することで、記録ビット３９由来の磁束の読み出しをより安定に高精度に行える。
【００４７】
上記非磁性基板４３は、例えばＡｌ基板、ガラス基板、またはＳｉ基板からなる。この基板上にテクスチャ処理を施してもよい。
【００４８】
次に、本発明の垂直磁気記録媒体の製造方法について、図２を参照して説明をする。
図２、図３に示すように、基板４３をチャンバー１３０内に設定する（Ｓ１０）。次に基板４３上にスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物薄膜を単結晶成長させる（Ｓ２０）。そして、絶縁部４５の薄膜を構成する（Ｓ３０）。次に、単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金の薄膜を単結晶成長させる（Ｓ４０）。その上に、オゾン（Ｏ３）環境下でコバルトフェライト薄膜を単結晶成長させる（Ｓ５０）。
【００４９】
〈軟磁性裏打ち層〉
以下、軟磁性裏打ち層４２の具体的な特性と製造方法について詳説する。
【００５０】
図４に示した、本発明に係る垂直磁気記録媒体の軟磁性裏打ち層４２においては、読み取りヘッド３８が拾うノイズを低減する目的で反強磁性的層間結合を利用するにあたり、Ｒｕなどの希少金属を用いる必要はない。
【００５１】
本発明の酸化物層／絶縁物層／金属層からなる磁性層の１層を軟磁性裏打ち層に含んでもよく、複数の層を積層して含んでもよく、層間に磁性材、非磁性材、絶縁材、導体などを介在させてもよい。
【００５２】
非磁性基板４３には、例えばＡｌ基板、ガラス基板、またはＳｉ基板を用いることができ、これらの基板上にテクスチャ処理を施してもよい。
【００５３】
本発明の垂直磁気記録媒体の製造方法により、製作した磁性膜に反強磁性的層間結合が発生することを示す。
【００５４】
図４は、本発明の垂直磁気記録媒体の軟磁性裏打ち層の構成を示す図であり、該磁気記録媒体は、基板４３の上に第１磁性層２、絶縁物層４、第２磁性層３を設ける構成を有する。本発明に係る、四酸化三鉄を除く酸化物層に含まれる酸化物は、マグヘマイトに限らず、スピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造を有する酸化物から適宜選択して用いることができる。
【００５５】
図３を用い、基板上４３に酸化物膜と酸化マグネシウム膜と鉄薄膜からなる磁性膜を製作する手順を示す。基板としては、実験のために例えば、縦１０ｍｍ、横２０ｍｍの大きさの酸化マグネシウムヘキカイ基板および研磨基板を用意し、これらのＭｇＯ（００１）面を用いることができる。
【００５６】
到達真空度０．０００００１３３Ｐａ程度の真空槽１３０内において、原材料である鉄１４０はるつぼ１５０内に入れて、電子銃１６０の電子ビーム１７０を照射、加熱して蒸発させる。基板４３は、酸化物膜２が成膜されるべき表面が鉄１４０の蒸発面を向くよう、真空槽１３０内に設置される。
【００５７】
可変リークバルブ２１０を閉じた状態で、ヒータ２５０を用いて基板４３を７００℃で１時間熱処理した後、基板温度を２２０℃に維持する。次いで、可変リークバルブ２１０を開き、酸化源ガス発生装置１９０からノズル２２０を経由して真空槽１３０内へ酸化源ガスを導入する。ノズル２２０は真空槽１３０内において基板４３の方向を向くように配置されている。真空槽内の酸化源ガス圧が０．０００４Ｐａ以上となるよう、可変リークバルブ２１０を調節する。Ｆｅの反応性蒸着によって酸化物層を膜厚１３ｎｍまで製作させる。この際に、Ｆｅの成長レートを０．００５ｎｍ毎秒程度に制御すると、構造が均一で良質な薄膜を得ることができる。
【００５８】
酸化源ガスとして純酸素ガスを用いると四酸化三鉄膜が成膜され、純オゾンガスを用いるとマグヘマイト膜が成膜される。
【００５９】
図５（ａ）は、四酸化三鉄のイオン結晶を模式的に示す図である。４配位のサイトＡと６配位のサイトＢに鉄原子が入った構造が３次元的に隣接し、ユニットセルサイズ０．８４ｎｍの単位格子を形成し、絶対温度１２０Ｋ付近で金属絶縁物転移（Ｖｅｒｗｅｙ転移）が見られることが知られている。
【００６０】
四酸化三鉄膜の成膜においては、Ｖｅｒｗｅｙ転移として知られる四酸化三鉄の金属絶縁物転移温度における電気伝導度変化が、Ｆｅの成長レートの異なる場合の膜製作と比べて急峻に表れることから、前記Ｆｅの成長レートにおいて構造が均一で良質な薄膜を得ることができる。
【００６１】
図５（ｂ）は、発明者らがＸ線回折（ＸＲＤ）により解析したマグへマイトのイオン結晶構造（格子構造）を模式的に示す図である。図５のように、四酸化三鉄のＢサイト（スピネルの結晶構造において、酸素原子が作る８面体の中心部に配位した鉄原子の位置）から１／３個の鉄原子が抜けた構造であると考えられ、ユニットセルサイズ０．８４ｎｍの立方晶である四酸化三鉄の３倍の単位胞を持つ正方晶系の構造となっている。
【００６２】
図６に、前記製造法により成膜した、ＭｇＯ基板上のマグヘマイト膜と、ＭｇＯ基板上の四酸化三鉄膜における、温度対電気抵抗率特性を示す。マグヘマイト膜については典型的な２例を示す。酸化源に純オゾンガスを使用して製作したマグヘマイト膜の温度対電気抵抗率は、絶対温度１００Ｋ付近から室温２９７Ｋ付近までの温度領域において高温ほど電気抵抗率が低下する傾向を示し、室温付近では１Ωｍ以上、１０００００Ωｍ以下の電気抵抗率を有する。
【００６３】
一方、酸化源に純酸素ガスを使用して製作した四酸化三鉄膜の温度対電気抵抗特性７においては、横軸の絶対温度１２０Ｋ付近に注目すると、四酸化三鉄に特徴的なＶｅｒｗｅｙ転移にともなう電気抵抗変化が明瞭である。室温２９７Ｋ付近に注目すると、縦軸の電気抵抗率の値は０．０００１Ωｍ以下である。
【００６４】
また、図３において、酸化源に１０％オゾンガス、９０％酸素ガスを使用して製作した四酸化三鉄膜の温度対電気抵抗率特性に注目すると、絶対温度１２０Ｋ付近でのＶｅｒｗｅｙ転移は不明瞭であり、室温付近での電気抵抗率は、純酸素で酸化した四酸化三鉄膜よりも高い値を示す。これらの現象は、純酸素で酸化した四酸化三鉄膜の結晶が、９０％酸素ガスで酸化した四酸化三鉄膜の結晶よりも高い均一度をもつことを示唆する。すなわち、四酸化三鉄膜を利用する場合は、前記製造方法において、酸化源ガスとして純酸素を用いることにより、四酸化三鉄膜と金属膜とを含む磁性膜における反強磁性的層間結合を最大限に利用しうる。
【００６５】
図７に、本発明の磁気記録媒体に含まれる、ＭｇＯ基板上マグヘマイト膜と、ＭｇＯ基板上四酸化三鉄膜の成膜中における、ＲＨＥＥＤ（反射高速電子線回折）像強度の時間変化の状況を示す。
【００６６】
図７が振動波形を有することから、マグヘマイト膜、四酸化三鉄膜のいずれも成膜過程において、それぞれの表面は格子面方位がそろった状態で成長している。また、図７の振動波形の周期は、経過時間とＦｅ成長レートとの積から計算される、膜厚の０．２１ｎｍごとの成長に相当する。像強度が一定速度の膜厚の成長にしたがい周期変化することは、前記製造方法で作成したマグヘマイト膜、四酸化三鉄膜とも、１層が形成された後にその上に次の層が形成されるように成長していることを示している。
【００６７】
さらに、図５（ａ）、図５（ｂ）に示したように、マグヘマイト結晶、四酸化三鉄結晶のユニットセルサイズは０．８４ｎｍであり、ＲＨＥＥＤ像強度の周期振動が示す膜厚０．２１ｎｍの値は、格子定数の４分の一に相当することから、製作したマグヘマイト膜、四酸化三鉄膜の表面は格子定数の４分の一程度の平坦性をもつと考えられ、前記製造方法を用いることで、良好な平坦性を有するマグヘマイト膜、四酸化三鉄膜を製作できる。
【００６８】
マグヘマイト膜、四酸化三鉄膜を製作した後に、基板温度を室温まで下げ、ＭｇＯを蒸着する。ＭｇＯ膜厚は、マグヘマイト膜の上に成膜する場合は０．３ｎｍ〜１．３ｎｍの範囲に設定し、四酸化三鉄膜の上に成膜する場合は０ｎｍをこえ０．７ｎｍ以下の範囲に設定する。続いて、鉄を膜厚３ｎｍ程度に蒸着して、本発明の磁性膜が製作される。ＭｇＯおよび鉄の蒸着法は周知であり、その詳細な説明は本明細書では省略する。
【００６９】
以上述べたように、本発明の垂直磁気記録媒体に含まれる磁性膜は、基板上にマグヘマイト膜、四酸化三鉄膜、ＭｇＯ膜、鉄膜を成膜して製作できる。本発明の磁気記録媒体には、用途に応じてキャップ層、電気配線層などを含むことができる。成膜後のマグヘマイト／ＭｇＯ／鉄膜、四酸化三鉄／ＭｇＯ／鉄膜は、それぞれ単一の層として使用してもよく、複数のマグヘマイト／ＭｇＯ／鉄膜、四酸化三鉄／ＭｇＯ／鉄膜を積層して使用してもよく、積層間に絶縁層または非磁性層を含んでもよい。
【００７０】
本発明に係る、四酸化三鉄を除く酸化物層に含まれる酸化物は、マグヘマイトに限らず、スピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造を有する酸化物から適宜選択して用いることができる。
【００７１】
以下、本発明に係る軟磁性裏打ち層を、四酸化三鉄／ＭｇＯ／鉄膜の構成にて、室温環境下で利用可能な反強磁性的層間結合が発生することを示す。
【００７２】
図８（ａ）を用いて、ＭｇＯ膜を介在させずに、膜厚１３ｎｍの四酸化三鉄膜の上に膜厚３ｎｍの鉄膜を成膜した磁性膜の磁化特性を示す。外部磁場を印加した際に磁性膜に誘発されて生じる磁化の強度は、磁気円二色性計測法を用い、鉄膜表面での偏光の反射を観測することで計測できる。
【００７３】
図８（ａ）において、外部磁場をゼロから一方向に増加させていくと磁気円二色性強度の絶対値も増加するが、外部磁場の絶対値が増加するに従い、磁気円二色性強度の増加はゆるやかになる。外部磁場を減少し、ゼロ磁場を経由して極性を反転させると、磁気円二色性強度は符号反転して前記の磁気飽和と同様の状況を逆符号の領域でも示す。
【００７４】
図８（ｂ）に、膜厚１３ｎｍの四酸化三鉄膜の上に、膜厚１．４ｎｍのＭｇＯ膜を成膜し、さらにその上に膜厚３ｎｍの鉄膜を成膜した磁性膜の磁化曲線を、鉄膜表面における磁気円二色性強度として示す。図８（ｂ）においては、横軸に示す外部磁場がゼロの値において、縦軸の磁気円二色性強度が、図８（ａ）に示した本発明に係る磁性膜よりも有意に大きな絶対値をもつ値を有している。ＭｇＯ膜が介在する磁性膜の鉄膜表面においては、外部磁化を取り去った後も、四酸化三鉄と鉄膜が直接結合した磁性膜よりも大きな残留磁化が発生することが示されている。
【００７５】
また、図８（ｂ）において、横軸に示す外部磁場の絶対値が５×７９．６×１０００［Ａ／ｍ］を超える領域では、縦軸の磁気円二色性強度はほとんど変化せず、鉄膜が磁気飽和したことが示されている。
【００７６】
一方、図８（ａ）においては、横軸に示す外部磁場の絶対値が５×７９．６×１０００［Ａ／ｍ］を超える領域においても、縦軸の磁気円二色性強度には増減が表れていることから、ＭｇＯ膜を介在しない四酸化三鉄／鉄膜からなる磁性膜は磁束飽和に達していないことが示されている。
【００７７】
すなわち、四酸化三鉄膜／鉄膜からなる磁性膜においては、残留磁化が抑圧され、磁気飽和点の上昇が見られことから、四酸化三鉄膜／鉄膜との２膜に反強磁性的層間結合が発生したことが示されている。
【００７８】
非磁性体であるＭｇＯは、反強磁性的層間結合を生じる磁性層間の非磁性層に用いうることが知られており、反平行に磁性結合した四酸化三鉄膜／鉄膜の間にＭｇＯ膜を介在させれば、ＭｇＯ膜厚を制御することで層間結合を制御しうることは十分に予想しうる。
【００７９】
図９に、四酸化三鉄膜（膜厚１３ｎｍ）／ＭｇＯ膜／鉄膜（膜厚３ｎｍ）からなる積層膜について計測した、四酸化三鉄膜と鉄膜との反強磁性的層間結合定数のＭｇＯ膜厚依存性を示す。
【００８０】
まず、層間結合定数の算出について説明する。磁気異方性を無視し、２つの磁性層の物理的配置が平行と仮定し、鉄膜の飽和磁化が四酸化三鉄膜の飽和磁化と比べて十分大きいと仮定し、次式を層間結合定数として定義する。
【数１】
ここに、Ｊは層間結合定数［ジュール／平方メートル］、Ｈｓは飽和磁場［アンペア／メートル］、Ｍｓは磁性層の飽和磁化［テスラ］、ｔは四酸化三鉄層の膜厚［メートル］である。
【００８１】
一例として、図８（ａ）に矢印Ｍ点で示した計測点における層間結合定数Ｊ値の算出を示す。横軸からＨｓの値は１０×７９．６×１０００［Ａ／ｍ］、Ｍｓの値は約０．２３［テスラ］相当、鉄膜の膜厚は３［ｎｍ］であるので、式１を用いて層間結合定数Ｊ値として約１．１［ｍＪ／平方メートル］が得られる。
【００８２】
ＭｇＯ膜厚の異なる磁性多層膜を製作し、各試料について求めたＪ値を補間することにより、図７に示した、四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜における反強磁性的層間結合定数のＭｇＯ膜厚依存性が得られる。
【００８３】
図９においては、層間結合定数Ｊが、非磁性層であるＭｇＯ膜の厚さに依存することが示され、ＭｇＯ膜厚が約０．７ｎｍ以下の条件において、四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜に含まれる四酸化三鉄膜と鉄膜との間に反強磁性的層間結合が発生することが示された。
【００８４】
本発明の磁気記録媒体に含まれる四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜からなる磁性膜においては、ＭｇＯ膜厚が約０．７ｎｍ以下の条件で反強磁性的層間結合が発生し、Ｒｕなどの希少金属を用いることなく反強磁性的層間結合を有する磁性薄膜を提供できる。
【００８５】
図１０は、本発明の磁気記録媒体に含まれる四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜からなる磁性膜における、反強磁性的層間結合の温度依存性を示す図である。図１０は、本発明の磁気記録媒体においては、磁性膜に含まれる四酸化三鉄の金属絶縁物転移（Ｖｅｒｗｅｙ転移）温度以上の温度領域において、反強磁性的層間結合の結合定数の顕著な減少がないことを示しており、このことから、本発明の磁気記録媒体に含まれる磁性膜は、室温または室温に近い温度環境下で、磁気記録媒体、軟磁性裏打ち層、磁気記憶装置、磁気ランダムアクセスメモリなどの形態に含まれて動作する場合に、反強磁性的層間結合を維持しうる。
【００８６】
以上示したように、本発明の磁気記録媒体に含まれる四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜からなる磁性膜においては、Ｒｕなどの希少金属を用いることなく、反強磁性的層間結合が発生し、とりわけ室温近辺の温度環境において反強磁性的層間結合を維持しうる。
【００８７】
本発明に係る垂直磁気記録媒体の軟磁性裏打ち層が、マグヘマイト／ＭｇＯ／鉄膜に、室温環境下で利用可能な反強磁性的層間結合が発生することを示す。
【００８８】
図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、前記の四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜において示した、磁気円二色性計測法を用いて計測した、マグヘマイト（膜厚１３ｎｍ）／ＭｇＯ／鉄膜（膜厚０．３ｎｍ）を積層した磁性膜の鉄膜表面における磁化曲線であり、図１１（ａ）はＭｇＯ膜厚０ｎｍ、図１１（ｂ）はＭｇＯ膜厚０．７ｎｍ、図１１（ｃ）はＭｇＯ膜厚１．５ｎｍのそれぞれに対応する。
【００８９】
マグヘマイト／ＭｇＯ／鉄膜の磁化曲線は、図１１（ａ）、図１１（ｃ）に示されるように、ＭｇＯ膜厚が０ｎｍ、１．５ｎｍの２つの磁性膜においては、横軸に示す外部磁場の絶対値が１×７９．６×１０００［Ａ／ｍ］を超える領域では、縦軸の磁気円二色性強度はほとんど変化せず、鉄膜が磁気飽和したことが示されている。一方、図１１（ｂ）に示されるように、ＭｇＯ膜厚が０．７ｎｍの磁性膜においては、横軸に示す外部磁場の絶対値が１×７９．６×１０００［Ａ／ｍ］を超える領域においても、縦軸の磁気円二色性強度には増減が表れていることから、ＭｇＯ膜厚が０．７ｎｍの磁性膜は磁束飽和に達していないことが示されている。
【００９０】
さらに、図１１（ａ）、図１１（ｃ）に示されるマグヘマイト／ＭｇＯ／鉄膜の磁化曲線は、外部磁場が絶対値０．５×７９．６×１０００［Ａ／ｍ］程度の領域において増減すると、外部磁場の符号に応じて磁性膜が磁化され、磁束飽和近傍に達することが示されている。一方、図９（ｂ）に示されるように、ＭｇＯ膜厚が０．７ｎｍの磁性膜においては、外部磁場が絶対値０．５×７９．６×１０００［Ａ／ｍ］程度の領域において増減すると、磁性膜に生じる磁化の強度は、ＭｇＯ膜厚０ｎｍ、ＭｇＯ膜厚１．５ｎｍの場合の１割程度であることが示されており、これはＭｇＯ膜厚に依存して透磁率が変化し、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）の３つの計測においては、ＭｇＯ膜厚０．７ｎｍにおいて透磁率がもっとも低下したことを示している。
【００９１】
すなわち、図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）を用いて示したように、マグヘマイト／ＭｇＯ／鉄膜からなる磁性膜においては、ＭｇＯ膜厚に依存してマグヘマイト膜と鉄膜との間に反強磁性的層間結合が生じ、ＭｇＯ膜厚０．７ｎｍ近傍において、反強磁性的層間結合の強度が最大となることが示されている。
【００９２】
図１０に、マグヘマイト膜（膜厚１３ｎｍ）／ＭｇＯ膜／鉄膜（膜厚３ｎｍ）からなる積層膜について計測した、マグヘマイト膜と鉄膜との反強磁性的層間結合定数のＭｇＯ膜厚依存性を示す。層間結合定数Ｊの算出法は、既述した通りである。ＭｇＯ膜厚０．７ｎｍにおいて、反強磁性的層間結合定数Ｊの値として約１．３［ｍＪ／平方メートル］が得られた。
【００９３】
図１０においては、層間結合定数Ｊが、非磁性層であるＭｇＯ膜の厚さに依存することが示され、ＭｇＯ膜厚が約０．７ｎｍの条件において、マグヘマイト膜／ＭｇＯ膜／鉄膜に含まれるマグヘマイト膜と鉄膜との反強磁性的層間結合が最大となる。
【００９４】
本発明の磁気記録媒体に含まれるマグヘマイト膜／ＭｇＯ膜／鉄膜からなる磁性膜においては、Ｒｕなどの希少金属を用いることなく反強磁性的層間結合を有する磁性薄膜を提供できる。
【００９５】
図１１は、本発明の磁気記録媒体に含まれるマグヘマイト膜／ＭｇＯ膜／鉄膜からなる磁性膜における、反強磁性的層間結合の温度依存性を示す図である。図１１は、本発明の磁気記録媒体においては、極低温から室温の温度領域において、反強磁性的層間結合の結合定数の顕著な減少がないことを示しており、このことから、本発明の磁気記録媒体に含まれる磁性膜は、室温または室温に近い温度環境下で、磁気記録媒体、軟磁性裏打ち層、磁気記憶装置などの形態に含まれて動作する場合に、反強磁性的層間結合を維持しうる。
【００９６】
以上示したように、本発明の垂直磁気記録媒体の軟磁性裏打ち層がマグヘマイト膜／ＭｇＯ膜／鉄膜からなる磁性膜においては、Ｒｕなどの希少金属を用いることなく、反強磁性的層間結合が発生し、とりわけ室温近辺の温度環境において反強磁性的層間結合を維持しうる。
【００９７】
本発明に係る磁気記録媒体は、従来型の反強磁性的層間結合を利用するために磁気記録層が含んでいるＲｕ層などの非磁性絶縁層を不要とし、従来型の反強磁性的層間結合を利用する磁気記録媒体に代替して使用できる。
【００９８】
〈垂直磁気記録層〉
次に本発明の垂直磁気異方性をもつ垂直磁気記録層について説明をする。
【００９９】
通常、垂直磁気異方性を示す材料は、反磁場（電磁気学から要請される面内に磁化する特性）に打ち勝つだけの結晶磁気異方性または界面磁気異方性を持たねばならない。一般的にこのような材料は、界面や歪などの結晶構造の対称性の低減に伴い、スピン軌道相互作用を介して強い磁気異方性が現れるが、スピン軌道相互作用は原子番号（Ｚ）の大きな材料に顕著な性質であり、従来技術では、ＰｔやＰｄといった高価な材料が不可欠であった。
【０１００】
実験のため、基板に単結晶ＭｇＯ（００１）をもちいて純オゾンを酸化源とする分子線エピタキシー法（ＭＢE)成長を行い、コバルトフェライト（００１）単結晶(エピタキシャル)薄膜を成長させたところ、図１４に示される磁化曲線を室温にて得た。
【０１０１】
具体的に、図３に示す成膜装置を用い、基板上４３に垂直磁気異方性を示す記録膜を製作する手順を示す。基板としては、実験用として、例えば、縦１０ｍｍ、横２０ｍｍの大きさの酸化マグネシウムヘキカイ基板および研磨基板を用意し、これらのＭｇＯ（００１）面を用いることができる。
【０１０２】
到達真空度０．０００００１３３Ｐａ程度の真空槽１３０内において、原材料である鉄１４０はるつぼ１５０内に入れて、電子銃（１）１６０の電子ビーム（１）１７０を照射、加熱して蒸発させる。また、原材料であるコバルト１４２はるつぼ（２）１５２内に入れて、電子銃（２）１６２の電子ビーム（２）１７２を照射、加熱して蒸発させる。基板４３は、酸化物膜２が成膜されるべき表面が鉄１４０とコバルト１４２の蒸発面を向くよう、真空槽１３０内に設置される。
【０１０３】
可変リークバルブ２１０を閉じた状態で、ヒータ２５０を用いて基板４３を７００℃で１時間熱処理した後、基板温度を２２０℃に維持する。次いで、可変リークバルブ２１０を開き、酸化源ガス発生装置１９０からノズル２２０を経由して真空槽１３０内へ酸化源ガスを導入する。ノズル２２０は真空槽１３０内において基板４３の方向を向くように配置されている。真空槽内の酸化源ガス２３０として純オゾンガスを用いて酸化源ガス圧が０．０００４Ｐａ以上となるよう、可変リークバルブ２１０を調節する。ＦｅとＣｏの反応性蒸着比を２対１に設定し垂直磁気異方性層を膜厚１３ｎｍまで製作させる。
【０１０４】
この異方性の大きさは、保磁力２５１．２アンペア・ターン／メーターと、バルクの飽和磁化から見積もった磁気異方性エネルギー密度は４ｘ１０７Ｊ／ｍ３であったが、ここで用いた保磁力は測定装置の制約から磁化曲線のマイナーループから算出したものであるため実際の異方性エネルギーは、これより大きいものと思われる。また、メスバウアー分光測定を行ったところ、垂直磁化を確認することができた。
【０１０５】
この垂直磁気記録層を上記で説明した軟磁性裏打ち層４２の上に形成することによりＰｔやＲｕという希少金属を用いることなく、磁気的に反平行状態で結合した構造を含む垂直磁気記録媒体を提供することが出来る。また、図３で説明した成膜装置を用いて、軟磁性裏打ち層４２に引き続き製作することが出来る。
【０１０６】
＜実施例２＞
実施例２は、本発明の垂直磁気記録媒体を用いた、磁気記憶装置に関するものである。
【０１０７】
図１５は、本発明に係る磁気記憶装置の要部を示す平面図である。磁気記憶装置は大略ハウジング７３、ハブ７５、磁気記録媒体７６、記録再生ヘッド７７、サスペンション７８、アーム７９が設けられている。磁気記録媒体７６は、モータ（図示せず）により回転するハブ７５に取り付けられている。記録再生ヘッド７７は、ＭＲヘッドや、ＧＭＲヘッド等の読み取りヘッドと、インダクティブヘッド等の記録ヘッドからなる複合型の記録再生ヘッドである。記録再生ヘッド７７は、アーム７９の先端にサスペンション７８を介して取り付けられている。磁気記録媒体７６は、複数の枚数を適宜隔ててハブ７５に接続してもよく、それぞれの磁気記憶媒体ごとに記録再生ヘッド、サスペンション、アームを設けてもよい。この磁気記憶装置の基本構成自体は公知であり、その詳細な説明は本明細書では省略する。
【０１０８】
前記磁気記憶装置の実施例で、磁気記録媒体７６として、図１で説明した構成を有する垂直磁気記録媒体を用いることができる。ハウジング７３に収める磁気記録媒体７６の枚数は１枚に限らず２枚でもよく、３枚でもよく、枚数は問わない。１枚の磁気記録媒体の片面のみを磁気記録に用いてもよく、両面を磁気記録に用いてもよい。
【０１０９】
本発明の磁気記録媒体を含む磁気記憶装置は、図１５に示すものに限定されるものではない。また、本発明で用いる磁気記憶媒体は磁気ディスクに限定されるものではない。
【０１１０】
以上、本発明の実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることができる。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。例えば、酸化物としてＦｅ２ＮｉＯ４を用い、金属としてＦｅを用い、絶縁物としてＭｇＯを用い、それぞれを順次成膜して製作される酸化物層／絶縁物層／金属層にも同様に対応することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明の磁気記録媒体に含まれる磁性膜は、Ｐｔ、Ｒｕなどの希少金属を用いることなく、反強磁性的層間結合を利用する磁性多層膜として使用できるので、該層間結合を利用する磁気記録媒体、垂直磁化記録方式における軟磁性裏打ち層、磁気記憶装置、磁気メモリセルなどに使用できる。
【符号の説明】
【０１１２】
３７ 垂直記録用ヘッド
３８ 読み取りヘッド
３９ 記録ビット
４０ 金属層
４１ 垂直磁気記録層
４２ 軟磁性裏打ち層
４３ 非磁性基板
４４ 酸化物層
４５ 絶縁物層
７３ ハウジング
７５ ハブ
７６ 磁気記録媒体
７７ 記録再生ヘッド
７８ サスペンション
７９ アーム
１３０ 真空槽
１４０ 原材料である鉄
１５０ るつぼ（１）
１６０ 電子銃（１）
１７０ 電子ビーム（１）
１４２ 原材料であるコバルト
１５２ るつぼ（２）
１６２ 電子銃（２）
１７２ 電子ビーム（２）
１８０ 真空蒸着装置
１９０ 酸化源ガス発生装置
２００ 配管
２１０ 可変リークバルブ
２２０ ノズル
２３０ 酸化源ガス
２４０ 鉄の蒸気
２４２ コバルトの蒸気
２５０ ヒータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直磁気記録層と軟磁性裏打ち層とを有する垂直磁気記録媒体であって、
前記軟磁性裏打ち層は第１軟磁性層と、第２軟磁性層とが非磁性層を介して、磁気的に反平行状態で結合した構造を含む膜を有し、
前記第１軟磁性層がスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物からなり、
前記第２軟磁性層が単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金からなり、
前記非磁性層がバンドギャップ３ｅＶから８ｅＶの絶縁物からなり、
前記垂直磁気記録層は、垂直磁気異方性を持つコバルトフェライト単結晶薄膜である垂直磁気記録媒体。
【請求項２】
請求項１に記載の垂直磁気記録媒体であって、
垂直磁気記録層の厚みが１３ｎｍから２０ｎｍである垂直磁気記録媒体。
【請求項３】
前記酸化物が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）または四酸化三鉄を含む酸化物であり、
前記金属が鉄（Ｆｅ）であり、前記合金が鉄を含む合金からなる金属であり、
前記絶縁物が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である垂直磁気記録媒体。
【請求項４】
請求項３に記載の磁気記録媒体であって、
前記絶縁物による非磁性層の厚さが０ｎｍをこえ０．７ｎｍ以下である磁気記録媒体。
【請求項５】
請求項３に記載の垂直磁気記録媒体であって、
前記酸化物が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）を除くスピネルフェライトまたは当該スピネルフェライトを含む酸化物であり、
前記金属が鉄（Ｆｅ）であり、前記合金が鉄を含む合金からなる金属であり、
前記絶縁物が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である垂直磁気記録媒体。
【請求項６】
請求項５に記載の垂直磁気記録媒体であって、
前記絶縁物による非磁性層の厚さが０．３ｎｍから１．３ｎｍである垂直磁気記録媒体。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の磁気記録媒体又は垂直磁気記録媒体と、該磁気記録媒体又は垂直磁気記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生を行うヘッドとを備えた、磁気記憶装置。
【請求項８】
垂直磁気記録媒体の製造方法であって、
基板をチャンバー内に設定する工程と、
前記基板上にスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物薄膜を単結晶成長させる工程と、
前記酸化物薄膜上に絶縁物の薄膜を構成する工程と、
前記絶縁物に単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金の薄膜を単結晶させる工程と、
前記鉄又は鉄を含む合金の薄膜上にオゾン（Ｏ３）環境下でコバルトフェライト薄膜を単結晶成長させる工程と、
を有する垂直磁気記録媒体の製造方法。
【請求項１】
垂直磁気記録層と軟磁性裏打ち層とを有する垂直磁気記録媒体であって、
前記軟磁性裏打ち層は第１軟磁性層と、第２軟磁性層とが非磁性層を介して、磁気的に反平行状態で結合した構造を含む膜を有し、
前記第１軟磁性層がスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物からなり、
前記第２軟磁性層が単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金からなり、
前記非磁性層がバンドギャップ３ｅＶから８ｅＶの絶縁物からなり、
前記垂直磁気記録層は、垂直磁気異方性を持つコバルトフェライト単結晶薄膜である垂直磁気記録媒体。
【請求項２】
請求項１に記載の垂直磁気記録媒体であって、
垂直磁気記録層の厚みが１３ｎｍから２０ｎｍである垂直磁気記録媒体。
【請求項３】
前記酸化物が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）または四酸化三鉄を含む酸化物であり、
前記金属が鉄（Ｆｅ）であり、前記合金が鉄を含む合金からなる金属であり、
前記絶縁物が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である垂直磁気記録媒体。
【請求項４】
請求項３に記載の磁気記録媒体であって、
前記絶縁物による非磁性層の厚さが０ｎｍをこえ０．７ｎｍ以下である磁気記録媒体。
【請求項５】
請求項３に記載の垂直磁気記録媒体であって、
前記酸化物が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）を除くスピネルフェライトまたは当該スピネルフェライトを含む酸化物であり、
前記金属が鉄（Ｆｅ）であり、前記合金が鉄を含む合金からなる金属であり、
前記絶縁物が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である垂直磁気記録媒体。
【請求項６】
請求項５に記載の垂直磁気記録媒体であって、
前記絶縁物による非磁性層の厚さが０．３ｎｍから１．３ｎｍである垂直磁気記録媒体。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の磁気記録媒体又は垂直磁気記録媒体と、該磁気記録媒体又は垂直磁気記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生を行うヘッドとを備えた、磁気記憶装置。
【請求項８】
垂直磁気記録媒体の製造方法であって、
基板をチャンバー内に設定する工程と、
前記基板上にスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物薄膜を単結晶成長させる工程と、
前記酸化物薄膜上に絶縁物の薄膜を構成する工程と、
前記絶縁物に単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金の薄膜を単結晶させる工程と、
前記鉄又は鉄を含む合金の薄膜上にオゾン（Ｏ３）環境下でコバルトフェライト薄膜を単結晶成長させる工程と、
を有する垂直磁気記録媒体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−６０３４６（Ｐ２０１１−６０３４６Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０６３０６（Ｐ２００９−２０６３０６）
【出願日】平成２１年９月７日（２００９．９．７）
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月７日（２００９．９．７）
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]