強磁性粒子間の交換相互作用を制御した垂直磁気記録媒体
【課題】垂直磁気記録媒体の磁気記録密度を増大させ、かつ、ＳＮ比を向上させる。
【解決手段】垂直磁気記録媒体は、基板上に少なくとも軟磁性下地層、中間層、磁気記録層、保護層が積層されている。磁気記録層は基板側から第１磁気記録層１６１、第２磁気記録層１６２の２層から構成され、第１磁気記録層１６１、第２磁気記録層１６２はそれぞれ柱状の強磁性体粒子および、柱状の強磁性体粒子を取り囲む粒界材料から構成されている。第１磁気記録層１６１における粒界材料を第２磁気記録層１６２における粒界材料の材料と異ならせ、第１磁気記録層１６１の交換相互作用を負とすることによって、記録密度を増大させ、かつ、再生時のＳＮ比を向上させる。
【解決手段】垂直磁気記録媒体は、基板上に少なくとも軟磁性下地層、中間層、磁気記録層、保護層が積層されている。磁気記録層は基板側から第１磁気記録層１６１、第２磁気記録層１６２の２層から構成され、第１磁気記録層１６１、第２磁気記録層１６２はそれぞれ柱状の強磁性体粒子および、柱状の強磁性体粒子を取り囲む粒界材料から構成されている。第１磁気記録層１６１における粒界材料を第２磁気記録層１６２における粒界材料の材料と異ならせ、第１磁気記録層１６１の交換相互作用を負とすることによって、記録密度を増大させ、かつ、再生時のＳＮ比を向上させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超高密度磁気記録技術に係り、特に、垂直磁気記録媒体における記録密度の上昇、再生時のＳＮ比の向上ための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報処理技術の発達に促され、様々な分野でディジタル化が急速に進行しつつある。従来ハードウェアの代表格であったパーソナルコンピュータやサーバに加え、家電・オーディオ・医療機器などでも大量のディジタルデータを貯える必要性が高まってきた。これら膨大なデータを蓄えるため、不揮発性ファイルシステムの中核である磁気ディスク装置（HDD）はこれまでにも増して急速な大容量化を求められている。磁気ディスク装置の大容量化とは、面記録密度即ち媒体上に記録するビット密度をより高めることを意味する。
【０００３】
現在実用化されているHDDでは、面内記録・垂直記録いずれの記録方式においても強磁性多結晶薄膜からなる記録媒体が用いられている。図１は、従来の磁気記録媒体における記録状態の模式図である。従来の多結晶薄膜は高い一軸磁気異方性をもつ磁性粒子１０１と、それを取り囲む非磁性材料を主とする粒界材料１０２からなるのが一般的である。
【０００４】
情報を記録するための基本操作は、記録媒体上の任意の位置に局所的な磁界を印加し、磁化極性を適当なタイミングで反転させることで磁化がほぼ１８０°変化する境界（磁化遷移１０３）を形成することであり、この磁化遷移１０３をディジタル情報の１に対応させている。また、この磁化遷移１０３付近における漏洩磁界分布の空間変化を適当な磁界センサで検出することがデータ再生に相当する。実際には、この記録再生動作の前後に符号化・復号化などの処理を経てHDDにおける情報の入出力が行われている。
【０００５】
さて、記録密度とはすなわち磁化遷移１０３を単位面積内にいくつ書き込めるかであり、これを高めるには磁化遷移１０３の一つひとつをいかに急峻かつスムースに形成できるかが最も重要となる。この磁化遷移１０３は通常、図１に示したように、結晶粒界に沿ったジグザグのミクロ構造を有している。そしてこのジグザグの平均的な幅（遷移幅）が、いわば磁化遷移の急峻性を表しているということができる。
【０００６】
この幅が広すぎる場合、ビットの間隔を詰められないために記録密度が増えないというだけでなく、再生信号に大きなノイズが加わるので、低いビット誤り率（BER）での安定した読み取りができないという問題がある。それゆえ現行の磁気記録システムにおいては、遷移幅が記録密度を制限する最も大きな要因のひとつとなっている。この遷移幅には上記の強磁性結晶粒自身のサイズとともに粒子間に働く磁気的な相互作用も強い影響を及ぼしていることが分かっている。
【０００７】
図１には磁化反転する単位のサイズが結晶粒径の数倍と大きい場合の磁化状態の模式図を示した。このような場合に磁化反転の単位を小さくして磁化遷移１０３の幅を狭くするには、直接的には磁性粒子１０１を小さくすることが考えられる。
【０００８】
しかしながら磁性粒子１０１を過度に微細化すると、交換相互作用とそのばらつきがかえって大きくなり、クラスタサイズおよびそのばらつきを増大させて却ってＢＥＲが増大してしまうことになる。従って結晶粒子サイズよりクラスタサイズを大きくしている原因である交換相互作用を抑制することが重要である。
【０００９】
垂直磁気記録媒体の層構造が記載されているものとして「特許文献１」が挙げられる。「特許文献１」には、磁性層を構成する磁性粒子相互間の磁気的相互作用を小さくするために、六方最密構造のＲｕを下地層として用いることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−７１４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
垂直磁気記録においては、記録時における媒体磁化の反転単位が磁気記録層の結晶粒子サイズの数倍と大きくなって（クラスタリング）いるため、ビットに対応する磁化遷移を充分狭くすることが出来ず、これが高記録密度化の障害となっていた。このクラスタリングの原因は強磁性粒子間に働く交換相互作用によるものである。
【００１２】
図２は、横軸に交換磁界（Ｈｅｘｃｈ）、すなわち磁性粒子間に働く交換相互作用の絶対値をとり、縦軸に交換相互作用の頻度を、磁性粒子の平均サイズをパラメータとしてプロットしたグラフである。図１において、Ａ、Ｂ、Ｃの順に磁性粒子の平均径の大きさが小さくなっている。図２に示すように、磁性粒子の平均サイズを小さくすると交換相互作用のばらつきが大きくなる。
【００１３】
このように、反転単位を小さくしようとして結晶粒子サイズを小さくすると、交換相互作用磁界とそのばらつきが増大し、かえってクラスタサイズを増大させたり、クラスタサイズのばらつきを増大させるなどして記録性能が劣化していた。従ってクラスタサイズ低減のためには交換相互作用自体を小さくすることが必要であった。しかしながら、単一の粒間材料を用いて交換相互作用を小さくすることは非常に困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
垂直記録媒体の磁気記録層は特性の異なる複数の層に分けて形成されている。このうち少なくともひとつの層に負の交換相互作用を導入すると、各層間の磁気的な結合により磁気記録層全体としてあたかも交換相互作用が極小であるようにすることができる。なお、負の交換相互作用とは、強磁性体粒子間の磁化を互いに反平行に向けようとする力である。
【発明の効果】
【００１５】
磁気記録層の交換相互作用が極小になったことにより、各磁性粒子の磁化はあたかも独立しているように振舞うことができる。このため磁化遷移のジグザグの幅をほとんど磁性粒子サイズと同等にすることができるようになった。以上から１Ｔｂ／ｉｎ２を超える超高記録密度が実現され、小型大容量かつ転送レートの高い磁気ディスク装置を低コストで実現することが出来た。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】垂直磁気記録における磁化遷移近傍の反転単位を示した模式図。
【図２】交換磁界のばらつきを磁性粒子の径をパラメータとして表したグラフである。
【図３】磁気記録層における磁性粒子の状態を示す模式図である。
【図４】第２磁気記録層の断面模式図である。
【図５】第１磁気記録層の断面模式図である。
【図６】第１磁気記録層および第２磁気記録層における交換磁界の分布を示すグラフである。
【図７】交換相互作用エネルギーとＳＮ比の関係を示すグラフである。
【図８】上層の磁気記録層の交換相互作用エネルギーがプラスの場合、下層の磁気記録層の交換相互作用エネルギーを変化させた場合のＳＮ比の変化を示すグラフである。
【図９】本発明による磁気ディスクの断面構造である。
【図１０】図９の磁気ディスクを製造するための製造条件である。
【図１１】磁気ディスク装置の動作を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を適用した具体的な磁気記録媒体及び磁気ディスク装置について、実施例によって詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図３は、本発明による磁気ディスク（磁気記録媒体）において、磁気記録層１６のみを取り出した模式図である。図３において、磁気記録層１６は第１磁気記録層１６１、第２磁気記録層１６２から形成されている。第２磁気記録層１６２が磁気ディスクの表面側、すなわち、磁気ヘッド側に位置している。第１磁気記録層１６１の磁性粒子１６１１、第２磁気記録層１６２の磁性粒子１６２１とも円柱構造であるとして近似している。図３の例では、第１磁気記録層１６１、第２磁気記録層１６２とも厚さは例えば、１０ｎｍ程度である。なお、本明細書でいる磁性粒子とは強磁性体磁性粒子である。
【００１９】
各磁性粒子の径が異なっていることに対応して、各円柱構造の径が異なっている。第１磁気記録層１６１と第２磁気記録層１６２の磁性粒子の径は同じである。つまり、円柱構造の直径が等しい。各層において、磁性粒子の径がばらついていることに対応して、円柱構造の直径が異なっている。以後円柱構造を磁性粒子という。
【００２０】
図３において、第２磁気記録層１６２の磁性粒子１６２１と第１磁気記録層１６１の磁性粒子１６１１との間には、正の強い交換交互作用が働いている。図３において、この様子をＨｅｘｃｈ＞＞０として表している。正の交換交互作用は、磁気モーメントを同じ向きに向けようとする作用を有しているので、第１磁気記録層１６１の磁性粒子と第２磁気記録層１６２の磁性粒子とは、同じ向きに磁気モーメントを有している。
【００２１】
図４は図３に示す第２磁気記録層１６２の断面模式図であり、図５は第１磁気記録層１６１の断面模式図である。図４と図５は同じ構造であるが、材料が異なっている。図４において、第２磁気記録層１６２における磁性粒子１６２１は６４Ｃｏ−１２Ｃｒ−１４Ｐｔ−１０Ｂの合金によって形成されている。第２磁気記録層１６２における磁性粒子１６２１間には粒界材料１６２２としてＳｉＯ２が充填されている。図４において、磁性粒子の径Ｄの平均は１０ｎｍ程度であり、サイズの分散は２０〜３０％である。また、磁性粒子と磁性粒子の間隔ｄは２〜３ｎｍ程度である。
【００２２】
図５において、第１磁気記録層１６１における磁性粒子１６１１は６１Ｃｏ−２１Ｃｒ−１８Ｐｔ−６ｍｏｌＳｉＯ２の合金によって形成されている。第１磁気記録層１６１における磁性粒子１６１１間には粒界材料１６１２としてＲｕが充填されている。なお、粒界材料１６１２としてＲｕの替わりにＣｒ、Ｉｒ、Ｒｈあるいはそれらの酸化物が充填される場合もある。図５において、磁性粒子の径Ｄの平均は１０ｎｍ程度であり、サイズの分散は２０〜３０％である。また、磁性粒子と磁性粒子の間隔ｄは２〜３ｎｍ程度であり、図４におけるのと同等である。
【００２３】
第２磁気記録層１６１における磁性粒子１６１１と第２磁気記録層１６２における磁性粒子１６２１とは同じ磁気モーメントを持つ必要があるので、第１磁気記録層１６１の磁性粒子１６１１と第２磁気記録層１６２の磁性粒子１６２１との間では、強い正の交換相互作用が働いている必要がある。しかし、第１磁気記録層１６１と第２磁気記録層１６２との間で、強い正の交換相互作用が働いていると、粒界材料として従来から用いられているＳｉＯ２を使用すると、第１磁気記録層１６１内あるいは第２磁気記録層１６２内における隣りあう磁性粒子間において、正の交換相互作用エネルギーが働くことになる。この様子を図３および図４において、Ｊ＞０として表している。
【００２４】
同じ層の隣り同士の磁性粒子間において、正の交換相互作用エネルギーが働くと、磁気記クラスタのサイズとばらつきを大きくする。したがって、磁化遷移の幅を大きくすることになり、記録密度増大の障害となる。つまり、記録密度を上げようとして磁性粒子のサイズを小さくしても、磁気クラスタの大きさを小さくできず、記録密度を上げることが出来ない。
【００２５】
本発明は、これを対策するために、第１磁気記録層１６１と第２磁気記録層１６２における粒界材料を異ならせている。すなわち、図４に示すように、上層の第２磁気記録層１６２においては、磁性粒子間の粒界材料１６２２を従来のようにＳｉＯ２としているのに対し、下層の第１磁気記録層１６１においては、磁性粒子間の粒界材料１６１２をＲｕとしている。
【００２６】
第２磁気記録層１６２においては、隣り合った磁性粒子間では、粒界材料にＳｉＯ２を用いているので、正の交換相互作用エネルギーが働く。一方、第１磁気記録層１６１においては、粒界材料にＲｕを用いているので、隣り合った磁性粒子間では、負の交換相互作用エネルギーが働く。この様子を図３および図５において、Ｊ＜０として表している。なお、Ｒｕの替わりにＩｒ、Ｃｒ、Ｒｈあるいはそれらの酸化物を用いても同じ磁気記録層１６１における隣り合った磁性粒子１６１１間に負の交換相互作用エネルギーが働くようにすることが出来る。
【００２７】
一方、第１磁気記録層１６１と第２磁気記録層１６２における磁性粒子は、連続した同じ柱状構造をしている。このような構成にすると、第２磁気記録層１６２と第１磁気記録層１６１における磁性粒子間では、交換相互作用エネルギーが相殺されてゼロになる。この様子を図６に示す。図６において、横軸は交換磁界（Ｈｅｘｃｈ）であり、縦軸は交換相互作用の頻度である。
【００２８】
図６において、右側、すなわち、交換磁界が正の場合は、第２磁気記録層１６２における交換相互作用の頻度を表し、左側、すなわち、交換磁界は負の場合は、第１磁気記録層１６１における交換相互作用の頻度を表している。第２磁気記録層１６２における磁性粒子と第１磁気記録層１６１における磁性粒子とは、同じ柱状構造をしているので、交換磁界に対する頻度の曲線は、ｙ軸を挟んで鏡面対称の関係になっている。このことは、第１磁気記録層１６１および第２磁気記録層１６２において、隣りあう磁性粒子間の交換相互作用をゼロにすることが出来ることを示している。
【００２９】
このように、隣りあう磁性粒子間の交換相互作用をゼロにすることによって、磁気クラスタのサイズを小さくすることが出来る。また、遷移幅を小さくすることが出来るので、記録密度を上げるとともに、再生信号に対するノイズも減少させることが出来る。
【００３０】
図７は、横軸に交換相互作用エネルギーＪをとり、縦軸に再生信号のＳＮ比をとったものである。すなわち、図７は、同じ層内での、磁性粒子間の交換相互作用エネルギーＪの値によって、再生信号のＳＮ比がどのように変化するかをシミュレーションしたものである。なお、交換相互作用エネルギーの単位は１０−１３Ｊ／ｍである。
【００３１】
記録層が第１磁気記録層１６１と第２磁気記録層１６２に分かれている場合、図７の横軸は、第１磁気記録層１６１における磁性粒子と第２磁気記録層１６２における磁性粒子の合計の交換相互作用エネルギーである。交換相互作用エネルギーの合計がプラスに大きくなるにしたがって、ＳＮ比は小さくなっていく。また、交換相互作用エネルギーの合計が負の側に大きくなっていくにしたがって、ＳＮ比は小さくなっていく。交換相互作用エネルギーの合計がゼロのときにＳＮ比が最も大きい。すなわち、交換相互作用エネルギーの絶対値が大きいほどＳＮ比は低下する。
【００３２】
図８は、図３における磁気ディスクの表面側、すなわち、第２磁気記録層１６２の交換相互作用エネルギーの値をプラスにした場合において、下層側、すなわち、第１磁気記録層１６１の交換相互作用エネルギーを変化させた場合にＳＮ比がどのように変化するかを評価したグラフである。
【００３３】
図８において、横軸は、第１磁気記録層１６１の交換相互作用エネルギーであり、縦軸は再生信号のＳＮ比である。図８からわかるように、第１磁気記録層１６１の交換相互作用エネルギーを正側に大きくするにしたがって、ＳＮ比は低下する。第２磁気記録層１６２の交換相互作用エネルギーがプラスなので、第１磁気記録層１６１と第２磁気記録層１６２の合計の交換相互作用エネルギーの絶対値が大きくなるからである。
【００３４】
一方、図８において、第１磁気記録層１６１の交換相互作用エネルギーを負の側に大きくしていくと、ＳＮ比は除々に大きくなり、交換相互作用エネルギーが−５×１０−１３Ｊ／ｍでＳＮ比は最大となる。これは、磁気ディスクの表面側である第２磁気記録層１６２の交換相互作用エネルギーがプラスなので、下層の第１磁気記録層１６１の交換相互作用エネルギーの値が−５×１０−１３Ｊ／ｍとなった時に、第１磁気記録層１６１と第２磁気記録層１６２の交換相互作用エネルギーが相殺されてゼロになったためである。第１磁気記録層１６１の交換相互作用エネルギーをさらに負の側に大きくするとＳＮ比は低下していく。つまり、第１磁気記録層１６１の値をさらに負の側に大きくすると交換相互作用エネルギーの合計の絶対値が大きくなるので、ＳＮ比が低下することを示している。
【００３５】
このように、本発明によって、第２磁気記録層１６２における粒界材料１６２２と、第１磁気記録層１６１における粒界材料１６１２とを異ならせ、第１磁気記録層１６１における交換相互作用エネルギーの符号と第２磁気記録層１６２における交換相互作用エネルギーの符号を逆にすることによって、ＳＮ比を向上させることが出来る。
【００３６】
具体的には、第２磁気記録層１６２における粒界材料１６２２をＳｉＯ２とすることによって第２磁気記録層１６２の交換相互作用エネルギーを正にする。一方、第１磁気記録層１６１における粒界材料１６１２をＲｕとすることによって第１磁気記録層１６１の交換相互作用エネルギーを負にする。第１磁気記録層１６１、第２磁気記録層１６２の膜厚等を制御することによって、最適な条件、すなわち、交換相互作用エネルギーの合計をゼロにすることが出来る。なお、第１磁気記録層１６１の粒界材料をＣｒ、Ｔｉ、Ｉｒ、あるいはそれらの酸化物を用いても第１磁気記録層１６１の交換相互作用エネルギーの値を負にすることが出来る。
【００３７】
図９は、本発明による磁気ディスクの詳細断面構造の例であり、図１０に示す表は、図９の磁気ディスクを製造するための製造条件である。本実施例では、図９に示す磁気ディスクの各層は全てスパッタリングによって形成される。
【００３８】
図９において、基板１１にはガラス、または、ＮｉＰ合金をめっきしたＡｌ基板が使用される。基板１１の上には、記録媒体の各層と基板との密着性を向上させるための密着層１２が形成される。密着層１２は、図１０に示すように、６５Ｎｉ３５Ｔａのターゲットを１Ｐａのアルゴン雰囲気中でスパッタリングすることによって形成される。密着層の厚さは１０ｎｍである。
【００３９】
図９に示すように、密着層１２の上には軟磁性下地層１３が形成される。軟磁性下地層１３は記録層に磁気信号を書き込む際、書き込みヘッドからの磁束を吸い寄せることによって、磁気記録層１６における記録密度を上げる役割を有する。軟磁性下地層１３は３層で形成され、下から、第１軟磁性層１３１、非磁性層１３２、第２軟磁性層１３３となっている。
【００４０】
図１０に示すように、第１軟磁性層１３１は５１Ｆｅ−３４−Ｃｏ−１０Ｔａ−５ＺｒのターゲットをＡｒガス圧が０．５Ｐａの雰囲気中でスパッタリングすることによって形成される。第１軟磁性層１３１の厚さは１５ｎｍである。
【００４１】
第１軟磁性層１３１の上には、非磁性層１３２として、ＲｕがＡｒガス圧１Ｐａの下でスパッタリングによって０．４ｎｍの厚さに形成される。非磁性層１３２の上には、第２軟磁性層１３３が、５１Ｆｅ−３４−Ｃｏ−１０Ｔａ−５ＺｒのターゲットをＡｒガス圧が０．５Ｐａの雰囲気中でスパッタリングすることによって形成される。第２軟磁性層１３３の厚さは５．５ｎｍである。第２軟磁性層１３３は第１軟磁性１３１と成分は同じであるが、厚さが異なっている。
【００４２】
軟磁性下地層１３を１層でなく、３層とすることによって軟磁性下地層１３の磁化状態を安定化させている。すなわち、第１軟磁性層１３１と第２軟磁性層１３３との間に、非磁性層であるＲｕ層１３２を配置し、第１軟磁性層１３１と第２軟磁性１３３との間の交換相互作用エネルギーを負にすることによって、第１軟磁性層１３１と第２軟磁性層１３３との磁化モーメントを逆方向とすることにより、軟磁性下地層１３の磁化状態を安定化させている。
【００４３】
図９に示すように、軟磁性下地層１３の上にはシード層１４が形成される。シード層１４は磁気記録層１６における結晶配向性を向上させる役割を有する。これによって記録層の磁気異方性を高くすることが出来る。シード層１４は２層から形成される。
【００４４】
図１０に示すように、第１シード層１４１はＡｒガス圧が０．５Ｐａの雰囲気中で、８５．５Ｃｏ−９．５Ｆｅ−５Ｔａのターゲットをスパッタリングすることによって形成される。第１シード層１４１の厚さは７ｎｍである。第２シード層１４２はＡｒガス圧が１Ｐａの雰囲気中で、９４Ｎｉ−６Ｗのターゲットを８５．５Ｃｏ−９．５Ｆｅ−５Ｔａをスパッタリングすることによって形成される。第２シード層１４２の厚さは３ｎｍである。
【００４５】
図９に示すように、シード層１４の上には、中間層１５が形成される。中間層１５は軟磁性下地層１３と磁気記録層１６との緩衝層としての役割と、磁気記録層１６の粒径を制御する役割を有する。中間層１５には、非磁性体であるＲｕが使用される。図１０に示すように、中間層１５はＡｒガス圧が１Ｐａの雰囲気中で、Ｒｕのターゲットをスパッタリングすることによって、厚さ４ｎｍに形成される。なお、仕様によって中間層を厚く形成する場合は、中間層は、Ａｒガス圧が５Ｐａの雰囲気中で、Ｒｕのターゲットをスパッタリングすることによって、厚さ８ｎｍに形成される。中間層１５の材料としてはＴｉが使用される場合もある。
【００４６】
図９に示すように、中間層１５の上には磁気記録層１６が形成される、磁気記録層１６は２層構造であり、下から順に第１磁気記録層１６１、第２磁気記録層１６２となっている。図９における第１磁気記録層１６１と第２磁気記録層１６２の厚さは、図３とは異なっている。第１磁気記録層１６１は、磁性粒子と磁性粒子間に充填された粒界材料によって構成されている。図１０に示すように、第１磁気記録層１６１の磁性粒子は、Ａｒガス圧が４．５Ｐａの雰囲気中で、６１Ｃｏ−２１Ｃｒ−１８Ｐｔ−６ｍｏｌＳｉＯ２のターゲットをスパッタリングすることによって形成される。
【００４７】
一方、第１磁気記録層１６１における粒界材料は同じ雰囲気のＡｒガス中で、Ｒｕをスパッタリングすることによって形成される。第１磁気記録層１６１は、まず、６１Ｃｏ−２１Ｃｒ−１８Ｐｔ−６ｍｏｌＳｉＯ２によって構成される磁性粒子の核が成長し、その核を取り囲むように、Ｒｕによる粒界材料が成長する。これによって磁性粒子間をＲｕによる粒界材料が充填する構造が形成される。第１磁気記録層１６１の厚さは１３ｎｍである。第１磁気記録層１６１は、粒界材料がＲｕであるので、交換相互作用エネルギーＪは負の値をとる。
【００４８】
図９に示すように、第１磁気記録層１６１の上には第２磁気記録層１６２が形成される。第２磁気記録層１６２も、磁性粒子と磁性粒子間に充填された粒界材料によって構成されている。図１０に示すように、第２磁気記録層１６２の磁性粒子は、Ａｒガス圧が０．６Ｐａの雰囲気中で、６４-Ｃｏ−１２Ｃｒ−１４Ｐｔ−１０Ｂのターゲットをスパッタリングすることによって形成される。
【００４９】
一方、第２磁気記録層１６２における粒界材料は同じ雰囲気のＡｒガス中で、ＳｉＯ２をスパッタリングすることによって形成される。第２磁気記録層１６２は、まず、６４Ｃｏ−１２Ｃｒ−１４Ｐｔ−１０Ｂによって構成される磁性粒子の核が成長し、その核を取り囲むように、ＳｉＯ２による粒界材料が成長する。これによって磁性粒子間をＳｉＯ２による粒界材料が充填する構造が形成される。第２磁気記録層１６２の厚さは３ｎｍである。第２磁気記録層１６２は、粒界材料がＳｉＯ２であるので、交換相互作用エネルギーＪは正の値をとる。
【００５０】
図９に示すように、磁気記録層１６の上には、磁気記録層１６を保護するための保護層が形成されている。図１０に示すように、保護層は、Ａｒガス圧が０．６Ｐａの雰囲気中で、Ｃａｒｂｏｎをスパッタリングすることによって形成される。保護膜の厚さは３ｎｍである。
【００５１】
このようにして形成された磁気ディスクは、第１磁気記録層１６１の交換相互作用エネルギーと第２磁気記録層１６２の交換相互作用エネルギーとが逆の符号を有しているので、交換相互作用エネルギーの絶対値を小さくすることが出来、磁気クラスタのサイズを小さく抑えることが出来る。その結果、遷移幅を小さく抑え、記録密度を増大させることが出来るとともに、再生時のＳＮ比を向上させることが出来る。
【００５２】
以上の説明では、磁気記録層１６は２層で形成されているとしたが、本発明は、磁気記録層１６が３層以上の複数の磁気記録層１６によって形成されている場合にも適用することが出来る。磁気記録層１６が３層以上の磁気記録層１６で形成されている場合、少なくとも１層の磁気記録層１６の交換相互作用エネルギーを負の交換相互作用エネルギーとすることによって、本発明の効果を得ることが出来る。すなわち、各層の交換相互作用エネルギーの合計の絶対値を小さくするような層配置とすることによって、本発明の効果を得ることが出来る。
【００５３】
図１１は、磁気ディスク装置の各コンポーネント間の関係を示す概念図である。磁気ヘッド３１を搭載したスライダはサスペンションアーム３２により支持され、アクチュエータ３３によりディスク状磁気記録媒体３４上で位置決めされて所望の場所で情報の読み書きを行う。磁気記録媒体３４はスピンドルモータ３５により回転が制御され、その上にあるサーボ領域にはあらかじめ位置を示す信号（サーボ信号）が記録されており、ヘッドが読み取ったサーボ信号を機構制御系４５で処理したうえでアクチュエータ３３にフィードバックすることで閉ループ制御が行われている。
【００５４】
外部インターフェイス４４を通して入力されたユーザデータは、コントローラ４３及びデータ符号・復号系４２で磁気記録系に好適な方法で符号化・整形されて記録再生アンプ４１において記録電流波形に変換され、この電流が磁気ヘッド３１の記録素子を励磁することで磁気記録媒体３４のユーザデータ領域にビットが書き込まれる。逆に書き込まれたビットから出る漏洩磁界は、磁気ヘッド３１の再生素子がセンスすることで電気的信号に変換され、記録再生アンプ４１及びデータ符号・復号系４２で磁気記録系に好適な方法で波形整形・復号化処理を経てユーザデータが再現される。
【００５５】
本発明による磁気ディスクを図１１に示す磁気ディスク装置に用いることにより、記録密度が大きく、かつ、ＳＮ比の大きい磁気ディスクを実現することが出来る。
【符号の説明】
【００５６】
１１…基板、１２…密着層、１３…軟磁性下地層、１４…シード層、１５…中間層、１６…記録層、１７…保護層、１８…非磁性層、１３１…第一軟磁性層、１３２…非磁性層、１３３…第二軟磁性層、１４１…第一シード層、１４２…第二シード層、１４３…第三シード層、３１…磁気ヘッド、３３…アクチュエータ、３４…磁気記録媒体、３５…スピンドルモータ、４１…記録再生アンプ、４２…データ符号・復号系、４３…コントローラ、４４…外部インターフェイス、４５…機構制御系、１０１…磁性粒子、１０２…粒界材料、１０３…磁化遷移。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超高密度磁気記録技術に係り、特に、垂直磁気記録媒体における記録密度の上昇、再生時のＳＮ比の向上ための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報処理技術の発達に促され、様々な分野でディジタル化が急速に進行しつつある。従来ハードウェアの代表格であったパーソナルコンピュータやサーバに加え、家電・オーディオ・医療機器などでも大量のディジタルデータを貯える必要性が高まってきた。これら膨大なデータを蓄えるため、不揮発性ファイルシステムの中核である磁気ディスク装置（HDD）はこれまでにも増して急速な大容量化を求められている。磁気ディスク装置の大容量化とは、面記録密度即ち媒体上に記録するビット密度をより高めることを意味する。
【０００３】
現在実用化されているHDDでは、面内記録・垂直記録いずれの記録方式においても強磁性多結晶薄膜からなる記録媒体が用いられている。図１は、従来の磁気記録媒体における記録状態の模式図である。従来の多結晶薄膜は高い一軸磁気異方性をもつ磁性粒子１０１と、それを取り囲む非磁性材料を主とする粒界材料１０２からなるのが一般的である。
【０００４】
情報を記録するための基本操作は、記録媒体上の任意の位置に局所的な磁界を印加し、磁化極性を適当なタイミングで反転させることで磁化がほぼ１８０°変化する境界（磁化遷移１０３）を形成することであり、この磁化遷移１０３をディジタル情報の１に対応させている。また、この磁化遷移１０３付近における漏洩磁界分布の空間変化を適当な磁界センサで検出することがデータ再生に相当する。実際には、この記録再生動作の前後に符号化・復号化などの処理を経てHDDにおける情報の入出力が行われている。
【０００５】
さて、記録密度とはすなわち磁化遷移１０３を単位面積内にいくつ書き込めるかであり、これを高めるには磁化遷移１０３の一つひとつをいかに急峻かつスムースに形成できるかが最も重要となる。この磁化遷移１０３は通常、図１に示したように、結晶粒界に沿ったジグザグのミクロ構造を有している。そしてこのジグザグの平均的な幅（遷移幅）が、いわば磁化遷移の急峻性を表しているということができる。
【０００６】
この幅が広すぎる場合、ビットの間隔を詰められないために記録密度が増えないというだけでなく、再生信号に大きなノイズが加わるので、低いビット誤り率（BER）での安定した読み取りができないという問題がある。それゆえ現行の磁気記録システムにおいては、遷移幅が記録密度を制限する最も大きな要因のひとつとなっている。この遷移幅には上記の強磁性結晶粒自身のサイズとともに粒子間に働く磁気的な相互作用も強い影響を及ぼしていることが分かっている。
【０００７】
図１には磁化反転する単位のサイズが結晶粒径の数倍と大きい場合の磁化状態の模式図を示した。このような場合に磁化反転の単位を小さくして磁化遷移１０３の幅を狭くするには、直接的には磁性粒子１０１を小さくすることが考えられる。
【０００８】
しかしながら磁性粒子１０１を過度に微細化すると、交換相互作用とそのばらつきがかえって大きくなり、クラスタサイズおよびそのばらつきを増大させて却ってＢＥＲが増大してしまうことになる。従って結晶粒子サイズよりクラスタサイズを大きくしている原因である交換相互作用を抑制することが重要である。
【０００９】
垂直磁気記録媒体の層構造が記載されているものとして「特許文献１」が挙げられる。「特許文献１」には、磁性層を構成する磁性粒子相互間の磁気的相互作用を小さくするために、六方最密構造のＲｕを下地層として用いることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−７１４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
垂直磁気記録においては、記録時における媒体磁化の反転単位が磁気記録層の結晶粒子サイズの数倍と大きくなって（クラスタリング）いるため、ビットに対応する磁化遷移を充分狭くすることが出来ず、これが高記録密度化の障害となっていた。このクラスタリングの原因は強磁性粒子間に働く交換相互作用によるものである。
【００１２】
図２は、横軸に交換磁界（Ｈｅｘｃｈ）、すなわち磁性粒子間に働く交換相互作用の絶対値をとり、縦軸に交換相互作用の頻度を、磁性粒子の平均サイズをパラメータとしてプロットしたグラフである。図１において、Ａ、Ｂ、Ｃの順に磁性粒子の平均径の大きさが小さくなっている。図２に示すように、磁性粒子の平均サイズを小さくすると交換相互作用のばらつきが大きくなる。
【００１３】
このように、反転単位を小さくしようとして結晶粒子サイズを小さくすると、交換相互作用磁界とそのばらつきが増大し、かえってクラスタサイズを増大させたり、クラスタサイズのばらつきを増大させるなどして記録性能が劣化していた。従ってクラスタサイズ低減のためには交換相互作用自体を小さくすることが必要であった。しかしながら、単一の粒間材料を用いて交換相互作用を小さくすることは非常に困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
垂直記録媒体の磁気記録層は特性の異なる複数の層に分けて形成されている。このうち少なくともひとつの層に負の交換相互作用を導入すると、各層間の磁気的な結合により磁気記録層全体としてあたかも交換相互作用が極小であるようにすることができる。なお、負の交換相互作用とは、強磁性体粒子間の磁化を互いに反平行に向けようとする力である。
【発明の効果】
【００１５】
磁気記録層の交換相互作用が極小になったことにより、各磁性粒子の磁化はあたかも独立しているように振舞うことができる。このため磁化遷移のジグザグの幅をほとんど磁性粒子サイズと同等にすることができるようになった。以上から１Ｔｂ／ｉｎ２を超える超高記録密度が実現され、小型大容量かつ転送レートの高い磁気ディスク装置を低コストで実現することが出来た。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】垂直磁気記録における磁化遷移近傍の反転単位を示した模式図。
【図２】交換磁界のばらつきを磁性粒子の径をパラメータとして表したグラフである。
【図３】磁気記録層における磁性粒子の状態を示す模式図である。
【図４】第２磁気記録層の断面模式図である。
【図５】第１磁気記録層の断面模式図である。
【図６】第１磁気記録層および第２磁気記録層における交換磁界の分布を示すグラフである。
【図７】交換相互作用エネルギーとＳＮ比の関係を示すグラフである。
【図８】上層の磁気記録層の交換相互作用エネルギーがプラスの場合、下層の磁気記録層の交換相互作用エネルギーを変化させた場合のＳＮ比の変化を示すグラフである。
【図９】本発明による磁気ディスクの断面構造である。
【図１０】図９の磁気ディスクを製造するための製造条件である。
【図１１】磁気ディスク装置の動作を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を適用した具体的な磁気記録媒体及び磁気ディスク装置について、実施例によって詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図３は、本発明による磁気ディスク（磁気記録媒体）において、磁気記録層１６のみを取り出した模式図である。図３において、磁気記録層１６は第１磁気記録層１６１、第２磁気記録層１６２から形成されている。第２磁気記録層１６２が磁気ディスクの表面側、すなわち、磁気ヘッド側に位置している。第１磁気記録層１６１の磁性粒子１６１１、第２磁気記録層１６２の磁性粒子１６２１とも円柱構造であるとして近似している。図３の例では、第１磁気記録層１６１、第２磁気記録層１６２とも厚さは例えば、１０ｎｍ程度である。なお、本明細書でいる磁性粒子とは強磁性体磁性粒子である。
【００１９】
各磁性粒子の径が異なっていることに対応して、各円柱構造の径が異なっている。第１磁気記録層１６１と第２磁気記録層１６２の磁性粒子の径は同じである。つまり、円柱構造の直径が等しい。各層において、磁性粒子の径がばらついていることに対応して、円柱構造の直径が異なっている。以後円柱構造を磁性粒子という。
【００２０】
図３において、第２磁気記録層１６２の磁性粒子１６２１と第１磁気記録層１６１の磁性粒子１６１１との間には、正の強い交換交互作用が働いている。図３において、この様子をＨｅｘｃｈ＞＞０として表している。正の交換交互作用は、磁気モーメントを同じ向きに向けようとする作用を有しているので、第１磁気記録層１６１の磁性粒子と第２磁気記録層１６２の磁性粒子とは、同じ向きに磁気モーメントを有している。
【００２１】
図４は図３に示す第２磁気記録層１６２の断面模式図であり、図５は第１磁気記録層１６１の断面模式図である。図４と図５は同じ構造であるが、材料が異なっている。図４において、第２磁気記録層１６２における磁性粒子１６２１は６４Ｃｏ−１２Ｃｒ−１４Ｐｔ−１０Ｂの合金によって形成されている。第２磁気記録層１６２における磁性粒子１６２１間には粒界材料１６２２としてＳｉＯ２が充填されている。図４において、磁性粒子の径Ｄの平均は１０ｎｍ程度であり、サイズの分散は２０〜３０％である。また、磁性粒子と磁性粒子の間隔ｄは２〜３ｎｍ程度である。
【００２２】
図５において、第１磁気記録層１６１における磁性粒子１６１１は６１Ｃｏ−２１Ｃｒ−１８Ｐｔ−６ｍｏｌＳｉＯ２の合金によって形成されている。第１磁気記録層１６１における磁性粒子１６１１間には粒界材料１６１２としてＲｕが充填されている。なお、粒界材料１６１２としてＲｕの替わりにＣｒ、Ｉｒ、Ｒｈあるいはそれらの酸化物が充填される場合もある。図５において、磁性粒子の径Ｄの平均は１０ｎｍ程度であり、サイズの分散は２０〜３０％である。また、磁性粒子と磁性粒子の間隔ｄは２〜３ｎｍ程度であり、図４におけるのと同等である。
【００２３】
第２磁気記録層１６１における磁性粒子１６１１と第２磁気記録層１６２における磁性粒子１６２１とは同じ磁気モーメントを持つ必要があるので、第１磁気記録層１６１の磁性粒子１６１１と第２磁気記録層１６２の磁性粒子１６２１との間では、強い正の交換相互作用が働いている必要がある。しかし、第１磁気記録層１６１と第２磁気記録層１６２との間で、強い正の交換相互作用が働いていると、粒界材料として従来から用いられているＳｉＯ２を使用すると、第１磁気記録層１６１内あるいは第２磁気記録層１６２内における隣りあう磁性粒子間において、正の交換相互作用エネルギーが働くことになる。この様子を図３および図４において、Ｊ＞０として表している。
【００２４】
同じ層の隣り同士の磁性粒子間において、正の交換相互作用エネルギーが働くと、磁気記クラスタのサイズとばらつきを大きくする。したがって、磁化遷移の幅を大きくすることになり、記録密度増大の障害となる。つまり、記録密度を上げようとして磁性粒子のサイズを小さくしても、磁気クラスタの大きさを小さくできず、記録密度を上げることが出来ない。
【００２５】
本発明は、これを対策するために、第１磁気記録層１６１と第２磁気記録層１６２における粒界材料を異ならせている。すなわち、図４に示すように、上層の第２磁気記録層１６２においては、磁性粒子間の粒界材料１６２２を従来のようにＳｉＯ２としているのに対し、下層の第１磁気記録層１６１においては、磁性粒子間の粒界材料１６１２をＲｕとしている。
【００２６】
第２磁気記録層１６２においては、隣り合った磁性粒子間では、粒界材料にＳｉＯ２を用いているので、正の交換相互作用エネルギーが働く。一方、第１磁気記録層１６１においては、粒界材料にＲｕを用いているので、隣り合った磁性粒子間では、負の交換相互作用エネルギーが働く。この様子を図３および図５において、Ｊ＜０として表している。なお、Ｒｕの替わりにＩｒ、Ｃｒ、Ｒｈあるいはそれらの酸化物を用いても同じ磁気記録層１６１における隣り合った磁性粒子１６１１間に負の交換相互作用エネルギーが働くようにすることが出来る。
【００２７】
一方、第１磁気記録層１６１と第２磁気記録層１６２における磁性粒子は、連続した同じ柱状構造をしている。このような構成にすると、第２磁気記録層１６２と第１磁気記録層１６１における磁性粒子間では、交換相互作用エネルギーが相殺されてゼロになる。この様子を図６に示す。図６において、横軸は交換磁界（Ｈｅｘｃｈ）であり、縦軸は交換相互作用の頻度である。
【００２８】
図６において、右側、すなわち、交換磁界が正の場合は、第２磁気記録層１６２における交換相互作用の頻度を表し、左側、すなわち、交換磁界は負の場合は、第１磁気記録層１６１における交換相互作用の頻度を表している。第２磁気記録層１６２における磁性粒子と第１磁気記録層１６１における磁性粒子とは、同じ柱状構造をしているので、交換磁界に対する頻度の曲線は、ｙ軸を挟んで鏡面対称の関係になっている。このことは、第１磁気記録層１６１および第２磁気記録層１６２において、隣りあう磁性粒子間の交換相互作用をゼロにすることが出来ることを示している。
【００２９】
このように、隣りあう磁性粒子間の交換相互作用をゼロにすることによって、磁気クラスタのサイズを小さくすることが出来る。また、遷移幅を小さくすることが出来るので、記録密度を上げるとともに、再生信号に対するノイズも減少させることが出来る。
【００３０】
図７は、横軸に交換相互作用エネルギーＪをとり、縦軸に再生信号のＳＮ比をとったものである。すなわち、図７は、同じ層内での、磁性粒子間の交換相互作用エネルギーＪの値によって、再生信号のＳＮ比がどのように変化するかをシミュレーションしたものである。なお、交換相互作用エネルギーの単位は１０−１３Ｊ／ｍである。
【００３１】
記録層が第１磁気記録層１６１と第２磁気記録層１６２に分かれている場合、図７の横軸は、第１磁気記録層１６１における磁性粒子と第２磁気記録層１６２における磁性粒子の合計の交換相互作用エネルギーである。交換相互作用エネルギーの合計がプラスに大きくなるにしたがって、ＳＮ比は小さくなっていく。また、交換相互作用エネルギーの合計が負の側に大きくなっていくにしたがって、ＳＮ比は小さくなっていく。交換相互作用エネルギーの合計がゼロのときにＳＮ比が最も大きい。すなわち、交換相互作用エネルギーの絶対値が大きいほどＳＮ比は低下する。
【００３２】
図８は、図３における磁気ディスクの表面側、すなわち、第２磁気記録層１６２の交換相互作用エネルギーの値をプラスにした場合において、下層側、すなわち、第１磁気記録層１６１の交換相互作用エネルギーを変化させた場合にＳＮ比がどのように変化するかを評価したグラフである。
【００３３】
図８において、横軸は、第１磁気記録層１６１の交換相互作用エネルギーであり、縦軸は再生信号のＳＮ比である。図８からわかるように、第１磁気記録層１６１の交換相互作用エネルギーを正側に大きくするにしたがって、ＳＮ比は低下する。第２磁気記録層１６２の交換相互作用エネルギーがプラスなので、第１磁気記録層１６１と第２磁気記録層１６２の合計の交換相互作用エネルギーの絶対値が大きくなるからである。
【００３４】
一方、図８において、第１磁気記録層１６１の交換相互作用エネルギーを負の側に大きくしていくと、ＳＮ比は除々に大きくなり、交換相互作用エネルギーが−５×１０−１３Ｊ／ｍでＳＮ比は最大となる。これは、磁気ディスクの表面側である第２磁気記録層１６２の交換相互作用エネルギーがプラスなので、下層の第１磁気記録層１６１の交換相互作用エネルギーの値が−５×１０−１３Ｊ／ｍとなった時に、第１磁気記録層１６１と第２磁気記録層１６２の交換相互作用エネルギーが相殺されてゼロになったためである。第１磁気記録層１６１の交換相互作用エネルギーをさらに負の側に大きくするとＳＮ比は低下していく。つまり、第１磁気記録層１６１の値をさらに負の側に大きくすると交換相互作用エネルギーの合計の絶対値が大きくなるので、ＳＮ比が低下することを示している。
【００３５】
このように、本発明によって、第２磁気記録層１６２における粒界材料１６２２と、第１磁気記録層１６１における粒界材料１６１２とを異ならせ、第１磁気記録層１６１における交換相互作用エネルギーの符号と第２磁気記録層１６２における交換相互作用エネルギーの符号を逆にすることによって、ＳＮ比を向上させることが出来る。
【００３６】
具体的には、第２磁気記録層１６２における粒界材料１６２２をＳｉＯ２とすることによって第２磁気記録層１６２の交換相互作用エネルギーを正にする。一方、第１磁気記録層１６１における粒界材料１６１２をＲｕとすることによって第１磁気記録層１６１の交換相互作用エネルギーを負にする。第１磁気記録層１６１、第２磁気記録層１６２の膜厚等を制御することによって、最適な条件、すなわち、交換相互作用エネルギーの合計をゼロにすることが出来る。なお、第１磁気記録層１６１の粒界材料をＣｒ、Ｔｉ、Ｉｒ、あるいはそれらの酸化物を用いても第１磁気記録層１６１の交換相互作用エネルギーの値を負にすることが出来る。
【００３７】
図９は、本発明による磁気ディスクの詳細断面構造の例であり、図１０に示す表は、図９の磁気ディスクを製造するための製造条件である。本実施例では、図９に示す磁気ディスクの各層は全てスパッタリングによって形成される。
【００３８】
図９において、基板１１にはガラス、または、ＮｉＰ合金をめっきしたＡｌ基板が使用される。基板１１の上には、記録媒体の各層と基板との密着性を向上させるための密着層１２が形成される。密着層１２は、図１０に示すように、６５Ｎｉ３５Ｔａのターゲットを１Ｐａのアルゴン雰囲気中でスパッタリングすることによって形成される。密着層の厚さは１０ｎｍである。
【００３９】
図９に示すように、密着層１２の上には軟磁性下地層１３が形成される。軟磁性下地層１３は記録層に磁気信号を書き込む際、書き込みヘッドからの磁束を吸い寄せることによって、磁気記録層１６における記録密度を上げる役割を有する。軟磁性下地層１３は３層で形成され、下から、第１軟磁性層１３１、非磁性層１３２、第２軟磁性層１３３となっている。
【００４０】
図１０に示すように、第１軟磁性層１３１は５１Ｆｅ−３４−Ｃｏ−１０Ｔａ−５ＺｒのターゲットをＡｒガス圧が０．５Ｐａの雰囲気中でスパッタリングすることによって形成される。第１軟磁性層１３１の厚さは１５ｎｍである。
【００４１】
第１軟磁性層１３１の上には、非磁性層１３２として、ＲｕがＡｒガス圧１Ｐａの下でスパッタリングによって０．４ｎｍの厚さに形成される。非磁性層１３２の上には、第２軟磁性層１３３が、５１Ｆｅ−３４−Ｃｏ−１０Ｔａ−５ＺｒのターゲットをＡｒガス圧が０．５Ｐａの雰囲気中でスパッタリングすることによって形成される。第２軟磁性層１３３の厚さは５．５ｎｍである。第２軟磁性層１３３は第１軟磁性１３１と成分は同じであるが、厚さが異なっている。
【００４２】
軟磁性下地層１３を１層でなく、３層とすることによって軟磁性下地層１３の磁化状態を安定化させている。すなわち、第１軟磁性層１３１と第２軟磁性層１３３との間に、非磁性層であるＲｕ層１３２を配置し、第１軟磁性層１３１と第２軟磁性１３３との間の交換相互作用エネルギーを負にすることによって、第１軟磁性層１３１と第２軟磁性層１３３との磁化モーメントを逆方向とすることにより、軟磁性下地層１３の磁化状態を安定化させている。
【００４３】
図９に示すように、軟磁性下地層１３の上にはシード層１４が形成される。シード層１４は磁気記録層１６における結晶配向性を向上させる役割を有する。これによって記録層の磁気異方性を高くすることが出来る。シード層１４は２層から形成される。
【００４４】
図１０に示すように、第１シード層１４１はＡｒガス圧が０．５Ｐａの雰囲気中で、８５．５Ｃｏ−９．５Ｆｅ−５Ｔａのターゲットをスパッタリングすることによって形成される。第１シード層１４１の厚さは７ｎｍである。第２シード層１４２はＡｒガス圧が１Ｐａの雰囲気中で、９４Ｎｉ−６Ｗのターゲットを８５．５Ｃｏ−９．５Ｆｅ−５Ｔａをスパッタリングすることによって形成される。第２シード層１４２の厚さは３ｎｍである。
【００４５】
図９に示すように、シード層１４の上には、中間層１５が形成される。中間層１５は軟磁性下地層１３と磁気記録層１６との緩衝層としての役割と、磁気記録層１６の粒径を制御する役割を有する。中間層１５には、非磁性体であるＲｕが使用される。図１０に示すように、中間層１５はＡｒガス圧が１Ｐａの雰囲気中で、Ｒｕのターゲットをスパッタリングすることによって、厚さ４ｎｍに形成される。なお、仕様によって中間層を厚く形成する場合は、中間層は、Ａｒガス圧が５Ｐａの雰囲気中で、Ｒｕのターゲットをスパッタリングすることによって、厚さ８ｎｍに形成される。中間層１５の材料としてはＴｉが使用される場合もある。
【００４６】
図９に示すように、中間層１５の上には磁気記録層１６が形成される、磁気記録層１６は２層構造であり、下から順に第１磁気記録層１６１、第２磁気記録層１６２となっている。図９における第１磁気記録層１６１と第２磁気記録層１６２の厚さは、図３とは異なっている。第１磁気記録層１６１は、磁性粒子と磁性粒子間に充填された粒界材料によって構成されている。図１０に示すように、第１磁気記録層１６１の磁性粒子は、Ａｒガス圧が４．５Ｐａの雰囲気中で、６１Ｃｏ−２１Ｃｒ−１８Ｐｔ−６ｍｏｌＳｉＯ２のターゲットをスパッタリングすることによって形成される。
【００４７】
一方、第１磁気記録層１６１における粒界材料は同じ雰囲気のＡｒガス中で、Ｒｕをスパッタリングすることによって形成される。第１磁気記録層１６１は、まず、６１Ｃｏ−２１Ｃｒ−１８Ｐｔ−６ｍｏｌＳｉＯ２によって構成される磁性粒子の核が成長し、その核を取り囲むように、Ｒｕによる粒界材料が成長する。これによって磁性粒子間をＲｕによる粒界材料が充填する構造が形成される。第１磁気記録層１６１の厚さは１３ｎｍである。第１磁気記録層１６１は、粒界材料がＲｕであるので、交換相互作用エネルギーＪは負の値をとる。
【００４８】
図９に示すように、第１磁気記録層１６１の上には第２磁気記録層１６２が形成される。第２磁気記録層１６２も、磁性粒子と磁性粒子間に充填された粒界材料によって構成されている。図１０に示すように、第２磁気記録層１６２の磁性粒子は、Ａｒガス圧が０．６Ｐａの雰囲気中で、６４-Ｃｏ−１２Ｃｒ−１４Ｐｔ−１０Ｂのターゲットをスパッタリングすることによって形成される。
【００４９】
一方、第２磁気記録層１６２における粒界材料は同じ雰囲気のＡｒガス中で、ＳｉＯ２をスパッタリングすることによって形成される。第２磁気記録層１６２は、まず、６４Ｃｏ−１２Ｃｒ−１４Ｐｔ−１０Ｂによって構成される磁性粒子の核が成長し、その核を取り囲むように、ＳｉＯ２による粒界材料が成長する。これによって磁性粒子間をＳｉＯ２による粒界材料が充填する構造が形成される。第２磁気記録層１６２の厚さは３ｎｍである。第２磁気記録層１６２は、粒界材料がＳｉＯ２であるので、交換相互作用エネルギーＪは正の値をとる。
【００５０】
図９に示すように、磁気記録層１６の上には、磁気記録層１６を保護するための保護層が形成されている。図１０に示すように、保護層は、Ａｒガス圧が０．６Ｐａの雰囲気中で、Ｃａｒｂｏｎをスパッタリングすることによって形成される。保護膜の厚さは３ｎｍである。
【００５１】
このようにして形成された磁気ディスクは、第１磁気記録層１６１の交換相互作用エネルギーと第２磁気記録層１６２の交換相互作用エネルギーとが逆の符号を有しているので、交換相互作用エネルギーの絶対値を小さくすることが出来、磁気クラスタのサイズを小さく抑えることが出来る。その結果、遷移幅を小さく抑え、記録密度を増大させることが出来るとともに、再生時のＳＮ比を向上させることが出来る。
【００５２】
以上の説明では、磁気記録層１６は２層で形成されているとしたが、本発明は、磁気記録層１６が３層以上の複数の磁気記録層１６によって形成されている場合にも適用することが出来る。磁気記録層１６が３層以上の磁気記録層１６で形成されている場合、少なくとも１層の磁気記録層１６の交換相互作用エネルギーを負の交換相互作用エネルギーとすることによって、本発明の効果を得ることが出来る。すなわち、各層の交換相互作用エネルギーの合計の絶対値を小さくするような層配置とすることによって、本発明の効果を得ることが出来る。
【００５３】
図１１は、磁気ディスク装置の各コンポーネント間の関係を示す概念図である。磁気ヘッド３１を搭載したスライダはサスペンションアーム３２により支持され、アクチュエータ３３によりディスク状磁気記録媒体３４上で位置決めされて所望の場所で情報の読み書きを行う。磁気記録媒体３４はスピンドルモータ３５により回転が制御され、その上にあるサーボ領域にはあらかじめ位置を示す信号（サーボ信号）が記録されており、ヘッドが読み取ったサーボ信号を機構制御系４５で処理したうえでアクチュエータ３３にフィードバックすることで閉ループ制御が行われている。
【００５４】
外部インターフェイス４４を通して入力されたユーザデータは、コントローラ４３及びデータ符号・復号系４２で磁気記録系に好適な方法で符号化・整形されて記録再生アンプ４１において記録電流波形に変換され、この電流が磁気ヘッド３１の記録素子を励磁することで磁気記録媒体３４のユーザデータ領域にビットが書き込まれる。逆に書き込まれたビットから出る漏洩磁界は、磁気ヘッド３１の再生素子がセンスすることで電気的信号に変換され、記録再生アンプ４１及びデータ符号・復号系４２で磁気記録系に好適な方法で波形整形・復号化処理を経てユーザデータが再現される。
【００５５】
本発明による磁気ディスクを図１１に示す磁気ディスク装置に用いることにより、記録密度が大きく、かつ、ＳＮ比の大きい磁気ディスクを実現することが出来る。
【符号の説明】
【００５６】
１１…基板、１２…密着層、１３…軟磁性下地層、１４…シード層、１５…中間層、１６…記録層、１７…保護層、１８…非磁性層、１３１…第一軟磁性層、１３２…非磁性層、１３３…第二軟磁性層、１４１…第一シード層、１４２…第二シード層、１４３…第三シード層、３１…磁気ヘッド、３３…アクチュエータ、３４…磁気記録媒体、３５…スピンドルモータ、４１…記録再生アンプ、４２…データ符号・復号系、４３…コントローラ、４４…外部インターフェイス、４５…機構制御系、１０１…磁性粒子、１０２…粒界材料、１０３…磁化遷移。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に少なくとも軟磁性下地層、中間層、磁気記録層、保護層が積層されてなる垂直磁気記録媒体であって、前記磁気記録層は基板側から第１磁気記録層、第２磁気記録層の２層から構成され、前記第１磁気記録層、前記第２磁気記録層はそれぞれ柱状の強磁性体粒子の集合体からなり、前記第１磁気記録層における前記強磁性体粒子を取り囲む粒界材料の材料と、前記第２の磁気記録層における前記強磁性体粒子を取り囲む粒界材料は異なることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項２】
前記第１磁気記録層あるいは前記第２磁気記録層うち一層は、前記強磁性体粒子間の磁化を互いに反平行に向けようとする負の交換相互作用を有することを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項３】
前記第１磁気記録層あるいは前記第２磁気記録層のうち少なくとも一層は、前記粒界材料としてＲｕ，Ｃｒ，Ｔｉ、Ｉｒあるいはこれらの金属の酸化物を含むことを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項４】
前記第１磁気記録層は、前記粒界材料としてＲｕ，Ｃｒ，Ｔｉ、Ｉｒあるいはこれらの金属の酸化物を含み、前記第２磁気記録層は前記粒界材料としてＳｉＯ２を含むことを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項５】
前記第１磁気記録層は負の交換相互作用を有し、前記第２磁気記録層は正の交換相互作用を有することを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項６】
基板上に少なくとも軟磁性下地層、中間層、磁気記録層、保護層が積層されてなる垂直磁気記録媒体であって、前記磁気記録層は基板側から第１磁気記録層、第２磁気記録層を含む複数の磁気記録層から構成され、前記複数の磁気記録層はそれぞれ柱状の強磁性体粒子の集合体からなり、前記複数の磁気記録層のうち、少なくとも１層は、前記強磁性体粒子を取り囲む粒界材料の材料が、他の磁気記録層における前記強磁性体粒子を取り囲む粒界材料とは異なることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項７】
基板上に少なくとも軟磁性下地層、中間層、磁気記録層、保護層が積層されてなる垂直磁気記録媒体であって、前記磁気記録層は基板側から第１磁気記録層、第２磁気記録層を含む複数の磁気記録層から構成され、前記複数の磁気記録層はそれぞれ柱状の強磁性体粒子と、前記強磁性体粒子を取り囲む粒界材料からなり、前記複数の磁気記録層のうち、少なくとも１層は、前記強磁性体粒子間の磁化を互いに反平行に向けようとする負の交換相互作用を有することを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項１】
基板上に少なくとも軟磁性下地層、中間層、磁気記録層、保護層が積層されてなる垂直磁気記録媒体であって、前記磁気記録層は基板側から第１磁気記録層、第２磁気記録層の２層から構成され、前記第１磁気記録層、前記第２磁気記録層はそれぞれ柱状の強磁性体粒子の集合体からなり、前記第１磁気記録層における前記強磁性体粒子を取り囲む粒界材料の材料と、前記第２の磁気記録層における前記強磁性体粒子を取り囲む粒界材料は異なることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項２】
前記第１磁気記録層あるいは前記第２磁気記録層うち一層は、前記強磁性体粒子間の磁化を互いに反平行に向けようとする負の交換相互作用を有することを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項３】
前記第１磁気記録層あるいは前記第２磁気記録層のうち少なくとも一層は、前記粒界材料としてＲｕ，Ｃｒ，Ｔｉ、Ｉｒあるいはこれらの金属の酸化物を含むことを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項４】
前記第１磁気記録層は、前記粒界材料としてＲｕ，Ｃｒ，Ｔｉ、Ｉｒあるいはこれらの金属の酸化物を含み、前記第２磁気記録層は前記粒界材料としてＳｉＯ２を含むことを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項５】
前記第１磁気記録層は負の交換相互作用を有し、前記第２磁気記録層は正の交換相互作用を有することを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項６】
基板上に少なくとも軟磁性下地層、中間層、磁気記録層、保護層が積層されてなる垂直磁気記録媒体であって、前記磁気記録層は基板側から第１磁気記録層、第２磁気記録層を含む複数の磁気記録層から構成され、前記複数の磁気記録層はそれぞれ柱状の強磁性体粒子の集合体からなり、前記複数の磁気記録層のうち、少なくとも１層は、前記強磁性体粒子を取り囲む粒界材料の材料が、他の磁気記録層における前記強磁性体粒子を取り囲む粒界材料とは異なることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項７】
基板上に少なくとも軟磁性下地層、中間層、磁気記録層、保護層が積層されてなる垂直磁気記録媒体であって、前記磁気記録層は基板側から第１磁気記録層、第２磁気記録層を含む複数の磁気記録層から構成され、前記複数の磁気記録層はそれぞれ柱状の強磁性体粒子と、前記強磁性体粒子を取り囲む粒界材料からなり、前記複数の磁気記録層のうち、少なくとも１層は、前記強磁性体粒子間の磁化を互いに反平行に向けようとする負の交換相互作用を有することを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１１９００６（Ｐ２０１１−１１９００６Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７７６１７（Ｐ２００９−２７７６１７）
【出願日】平成２１年１２月７日（２００９．１２．７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月７日（２００９．１２．７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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