JPH04186807A - 磁性膜 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は磁性膜に関し、詳しくは、光磁気記録媒体とし
て特に有用であり、更には、レーザー光を利用しないで
記録・再生を行なう磁気記録媒体や、その他、書換え可
能なホログラフィ−用メモリ材料としても適用可能な磁
性膜に関する。

〔従来の技術〕

磁性膜（磁性体薄膜）を適当な基板（非磁性支持体）上
に形成したものは記録媒体（磁気記録媒体、光磁気記録
媒体）として利用されるている。殊に、光磁気記録方式
に採用される記録媒（＄（光磁気記録媒体）には、記録
感度が高いこと、磁気光学効果（ファラデー効果、カー
効果）が大きいこと、大面積のものが均質かつ安価に製
作できる二と、安定性にすぐれていること等が要求され
る。これに加えて、磁気光学効果の大きさは磁化の向き
と光の進行方向とが平行なとき最も大きくなり、また、
面に垂直な磁化という条件は垂直磁気記録の要件も満た
しているため高密度記録にも適する。従って、媒体の面
に垂直に磁化をもつ材料が選択されねばならない。

こうした要請から、光磁気記録媒体における磁性膜の材
料として（］）垂直磁気記録媒体で採用されている磁性
材料（代表的な六方晶最密充填（ｈｃｐ）構造のフグネ
トプラムバイト型Ｂａフェライ）・）を使用したり、（
２）ＭｎＢｉ、ＭｎＣｕＢ１．ＭｎＧａＧｅ、　ＭｎＡ
ＱＧｅ、ＰｔＣｏ（以上多結晶）：（ＹＢｉ）３（Ｆｅ
Ｇａ）ｓｏ＋□（単結晶）　；ＧｄＣｏ、ＧｄＦｅ、　
ＴｂＦｅ、ＧｄＴｂＦｅ、ＴｂＤｙＦｅ（以上アモルフ
ァス）などが使用されたりしている。

だが、前記（］）（２）の磁性膜は、その材料によって
は、製膜が低基板温度で行ないにくかったり、半導体レ
ーザーの波長域（例えば７８０ｎ［１１，８３０ｎｍな
ど）では大きな磁気光学効果を得ることかできなかった
り、高いＳ／Ｎ比が得られなかったり、或いは、安定性
に不安があったりする、等のいずれかの欠点を有してい
る。

かかる不都合な現象のない磁性材料の開発が進められて
きた結果、近時は、窒化鉄が注目されている。この窒化
鉄は錆びることなく、強磁性体であり、しかも基板に対
して垂直方向に磁気異方性を有するため録音テープ、と
デオテーブ、コンピュータ用の大容量記憶装置などの高
密度磁気記録媒体に応用することが提案されている（特
開昭５５−３３０９３号、同５９−２２８７０５号、同
６０−７６０２］号、同６１−１１０３２８号、同６２
−１０３８２１号などの公報）。

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

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、膜構造を制御することによって光磁気
記録媒体としての特性を向」ニさせ、更に、レーサー光
を用いた加熱による熱分解や酸化が起らない磁性膜を提
供するものである。本発明の他の目的は、特にファラデ
ー効果による再生効率が高められた磁性膜を提供するも
のである。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明の磁性膜は、非磁性支持体上に直接又は反射層を
介して形成されるＦｅ、ｃｏ及びＮｉから選ばれる金属
（Ｍ）の微粒子と１Ｍ−０結合を有する非磁性体と、Ｍ
ｘＮ（２＜Ｘ≦３）で表わされるＣ軸配向結晶の窒化物
とを主成分とした柱状構造を呈し垂直磁気異方性を有す
る磁性体薄膜の表面に透明で非磁性の酸化防止膜が設け
られてなることを特徴としている。

ちなみに、本発明者は前記酸化防止膜を設けないかたち
の磁性体薄膜を先に提案した（特願平１−１３５５７５
号）。その磁性膜は非磁性支持体上に形成されるＦｅ、
　Ｃｏ及びＮｉから選ばれる金属（Ｍ）の少なくとも１
種の窒化物（ＭｘＮ（２＜ｘ≦３）〕を主成分とし柱状
構造を呈しており、かつ、その柱状構造内にはアモルフ
ァス状非磁性体に包囲されたＣ軸配向の該金属窒化物を
有している、というものである。

そして、この先に提案した磁性体薄膜の構造は、多少の
表現のちがいはあるものの、本発明の酸化防止膜を除い
たところの磁性体薄膜は実質的に又は一部において同一
である。

だが、前記光に提案した磁性体薄膜を直接又は反射層を
介して非磁性支持体上で設けた光磁気記録媒体は多数回
の記録・再生で徐々にではあるがＣ／Ｎ比が低下するこ
とが認められ、この度、その原因がレーザー光などの加
熱による磁性膜の酸化によることを確めた。本発明はそ
うしたことの認識のうえにたってなされたものである。

以下に、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明に係
る磁性体薄膜は、一般には直接又は反射層を介して非磁
性支持体上に形成されて、主として光磁気記録媒体に供
されるが、前記磁性体薄膜と前記非磁性支持体との間に
、前記反射層に代えて、アモルファス希土類・遷移元素
合金薄膜を形成することもできる。

ところで、先に従来技術のところで触れた特開昭５９−
２２８７０５号公報には、垂直磁気異方性を有する六方
晶系窒化鉄を主体とする磁気記録媒体が記載されている
が、そこにはＮｉ、Ｃｏ等を］Ｏａｌｏｍｉｃ％以下の
範囲で含有させること、磁性膜中の窒素含有率は２０〜
３２ａｌｏｍｉｃ％が好ましいこと、等が明らかにされ
ている。そして、後者の磁性膜中の窒素含有量が２０−
２０−３２ａｌｏ％と制限しているのは、膜全体が窒化
鉄（Ｆｅ３Ｎ及び／又はＦｅ２Ｎ）としているからに他
ならない。また、この文献には熱に対する特性やキュリ
ー温度（磁化が消失する温度）についても明記されてお
らず、ただ、膜構造はｃｏ−Ｃｔ膜のように膜面に垂直
に結晶粒子が成長した柱状構造が望ましい旨の記述にと
どまっている。

六方晶系窒化鉄（六方晶系窒化コバルト、大方晶系窒化
二ソケルについても同じ）はその膜が加熱されていくと
２００〜３００℃にキュリー温度をもつが、キュリー温
度以上に加熱すると膜中から窒素が抜は出してα−Ｆｅ
となり垂直磁化膜から水平磁化膜へと移行してゆき、飽
和磁化も２〜３倍と大ぎくなっていく。例えば、窒化鉄
は約２９５℃にキュリー温度（Ｔｃ）を示すが、この窒
化鉄がキュリー温度（Ｔｃ）以上に加熱されると飽和磁
化は著しく増大する。この飽和磁化の増大した窒化鉄膜
のＸ線回折を行なうと、ＭｘＮの６面である（００２）
の回折ピークがなくなり、α−Ｆｅの回折ピークが現わ
れてくる。この状態にある窒化鉄膜は、磁気ヘットを用
いて加熱によらない記録・再生・消去のだめの垂直磁気
記録媒体には利用可能であっても、レーザー光で加熱し
記録する光磁気記録媒体としては有用であるとはいえな
い。

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

かかる現象は強磁性金属（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）の六方晶
系窒化物に各種の元素を加えて飽和磁化を減少させ、よ
り垂直磁気異方性磁界（１４ｋ）を高めることの検討の
上に見出されたものであり、膜構造が非磁性支持体の表
面の直上から形成された柱状構造を有し、窒化物［Ｍｘ
Ｎ（２＜ｘ≦３）〕はＣ軸配向し、更に、前記元素に代
えてＭ−０結合を有する非磁性体が採用されることによ
ってなされることが明らかとなった。

前記式（Ｍｘ（２＜ｘ≦３）〕で表わされた窒化物はＣ
軸配向の結晶子（ＣＢｓ＋ａｌｌｉｔｅ尾結晶の粒子）
であり、このものの大きさは約５ＯＡであり、柱状構造
の柱の径は約１５０〜３００Ａ＜らいである。個々の窒
化物粒子はＥ和室化物の結晶であり、Ｃ軸配向してし入
る。柱状構造内部では、窒化物の配向結晶は磁気的には
密につながっている。なお、面間隙は、窒化鉄２，１９
人、窒化コバルト２．］７Ａ、窒化ニッケル２、］４Ａ
である。

実際に、膜断面を数百万倍の倍率でＴＥＭ（透過型電子
顕微鏡）で見ると柱状形状は明確に認められる。なおＦ
ｅ、　Ｃｏ、　Ｎｉ等強磁性金属元素はそのもの自体の
微粒子及びＭ−０等非磁性の結合を有して柱状構造中に
含有されている。

このような構造が採用されることによって、反磁界がキ
ャンセルされやすくなり、レーザー光の透過性が向上し
、成長した個々の柱の間の界面のために熱は横方向より
縦方向に広がりやすくなって記録領域の面方向への広が
りが少なくなり、さらに高密度な記録が行なえるように
なる。

また、本発明に係る磁性体薄膜によれば、前記ＭｘＮ（
２＜ｘ≦３）で表わされる窒化物はその周囲がＭ−０の
結合を有する非磁性体１ｂで覆われた形態を呈している
ので、加熱によって膜中から窒素が抜けることがないか
又は殆んどなく、従って、飽和磁化に大きな変化をもた
らすようなキュリー温度を示さないが、加熱によって抗
磁力は低下するので、これら現象を利用してレーザー光
で加熱し、磁界を印加して書込むことができる光磁気記
録材料となる。

垂直磁気異方性磁界（Ｈｋ）は、これまでは例えば４Ｋ
Ｏｅ程度が最大値といわれていたが、本発明における磁
性体薄膜のような膜構造が採用さればその飽和磁化は大
幅に減少し、従って、垂直磁気異方性磁界（Ｈｋ）は４
ＫＯｅ以上となり、特にＩｈＮ（２＜ｘ≦３）のうちの
強磁性金属Ｍ（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）成分の割合を多くし
ていけば５ＫＯｅ以上の値を容易に得ることができる。

磁性体薄膜の膜厚は５００八〜１μｓが適当であり、好
ましくは１００ＯＡ〜３０００人である。製膜には各種
ＰＶＤ、　ＣＶＤ法が用いられるか、特にイオンヒーム
スパノタ法が好ましい。

本発明に係る磁性体薄膜は、上記のような構成が採用さ
れたことにより、熱的安定性が更に向上しているのが認
められる。その理由は、必ずしも明らかでないが、 （ｉ）Ｍ−０結合を有する非磁性体の存在の為に結晶成
長が抑えられること、 （■）高配向性をとった結晶部分は磁歪が小さくなるこ
と などが考えられる。

この磁性体薄膜を光磁気記録材料として用いる場合、先
に触れたように、磁性体薄膜に記録時の加熱・冷却をく
り返すと、比較的安定であると言っても酸化が進むこと
がある。しかし真空中ではこの酸化が進まなくなり、更
に磁性体薄膜にノくノシベーション膜を付与すれば酸化
の進まないことがわかった。従って、この膜（酸化防止
膜）は透明性が高く、密度が高くて酸素を通さず、かつ
、密着性の良好なものが望ましく、例えば、一般にノく
ソンヘーショ膜材料として用いられているＴｉｅ、Ｔｉ
０Ｎ、ＡＱＳｉＯ，ＴｉＮ、　ＡＱＳ　ｉＮ、　ＢＮ、
　ＳｉＮ、　ＡｆｌＮ、　Ａ！ＬＳｉＯＮ、　Ｓ　ｉＯ
，Ｓ　ｉＯＮ、５ｉ０２．Ｃｒ５ｉＮなどで形成される
のが有利である。

また、このものの膜厚は１００Ａ〜１００ＯＯＡ好まし
くは５００〜３００ＯＡが適当であり、製膜法としては
スノくツタ法、蒸着法、イオンブレーティング法等これ
らに限定されない。

実際に本発明に係る磁性膜を製膜するには、非磁性支持
体上に直接又は反射層を介して磁性体薄膜を形成し、更
にその上に酸化防止膜を形成せしめればよい。なお、磁
性体薄膜の製膜法は前記のとおりであるが、その際、導
入ガスとして空気を用いてもよいが、ＣＯ□ガスを用い
Ｎ２、Ａ「のイオン化ガスの総ガス圧力を最適化するこ
とによって。

所望の膜構造を得ることができる。

かくして製膜されたＦｅ、Ｃｏ及び／又はＮｉの微粒子
と、これら金属（Ｍ）−酸素結合をもつ非磁性成分とを
Ｅ相ＭＩＮ（２＜１≦３、Ｍ：Ｆｅ、　Ｃｏ又はＮｉ）
とを有する柱状磁性体薄膜は、耐熱性か大幅に向上して
おり、膜は緻密で耐摩擦特性、耐蝕性が良好で、機械的
にも化学的にも安定なものとなっているうえ、その磁性
体薄膜の表面が酸化防止膜で被覆されているので、加熱
による磁性体薄膜の酸化が有効に阻止される。

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

反射層はＡｕ、　ＡＱ、　Ａｇ、ＰＬ、　ＣＴ、Ｎｄ、
　Ｇｅ、　Ｒｈ、　Ｃｕ、ＴｉＮなどの材料を用い、電
子ヒーム（ＥＢ）蒸着法等の各種蒸着法やイオンブーテ
ィング、スパフタリング、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法などの薄
膜形成法により製膜される。反射層の厚さは１μｓ以下
好ましくは０．０５−０．５／ｊ１１＜らいが適当であ
る。

なお、酸化防止膜の上面又は磁性体薄膜の下面に誘電体
層（Ｓ１０２、ＴｌＯ２、窒化シリコン、窒化アルミニ
ウム、アモルファス５１などの薄膜）を設けてエンハン
ス効果を出すようにしてもよい。

〔実施例〕

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

実施例１ 真空蒸着装置を用いポリカーボネートディスク基体上に
厚さ約１５０ＯＡのＡｆｌを製膜した後、二のＡＱ模膜
上イオンビームスパッタ装置を用い下記の条件で厚さ約
１５０ＯＡの磁性体薄膜を製膜した。

ターゲット材料　　Ｆｅ（９９，９９％）ターゲットと
基板との距Ｍ１５ＩＩ１ｍ基体回転速度　　２＋ｐｍ 真空槽の背圧　　Ｉ　Ｘ　１Ｏ−６Ｔａｒｔイオン銃電
圧　　９．５ＫＶ イオン銃電流　　２．５ｍＡ イオン化ガス　　Ｎ２　（２５％）＋Ａ＋（７５％）導
入ガス（圧力）　空気（ｌ　Ｘ　１０””Ｔｏｒｒ）製
膜時全ガス圧力　　１．５Ｘ　１０−”Ｔｏｕ【ターゲ
ットへのイオン入射角　　　３０度この磁性体薄膜をＸ
線回折法で調べたところ、Ｅ相ＦｅｘＮ（２＜Ｘ≦３）
の（００２）　（００４）の回折面を示すピークのみが
観察された。断面をＴＥＭ法で調べたところ直径的２５
ＯＡの柱状構造が観察された。メスパワースペクトルを
調べたところα−Ｆｅの垂直方向の配列が観察された。

ＥＸＡＦＳスペクトルを調べたところＦｅ３Ｏ４と相似
のスペクトルが観察された。また、ＶＳＭで調べた磁気
的特性は以下の通りであった。Ｈｃヨ（抗磁力）＝６９
００ｅ、Ｈｃ４（抗磁力）＝２１００ｅ、Ｍｓ（飽和磁
化）＝５７０ｅｍｕ／ｃｃ、　ｓｑ□（角型比）＝０゜
２６、Ｈｋ（垂直異方性磁界）−４，０ＫＯｅの垂直磁
化膜であった。光透過率は５１％（λ＝８００ｎｍ）で
あった。

次いで、この磁性体薄膜の上にスパッタ法を用いて５ｉ
ＡｆｌＯＮ膜を設けた。製膜条件は放電室カフ００Ｗ、
基板回転速度１５ｒｐｒｎ、基板とターゲット間距離７
０ｍｒｎ、　Ｎ２とＡｒとの流量比１／９、Ｎ２及びＡ
ｒのガス圧力ＩＸ　１０−”Ｔｏｏ＋、ターゲット５ｉ
ＡＱ、膜厚は約１５０ＯＡとした。光透過率は４６％で
あった。

この光磁気記録媒体を３．ｌｉｍ／５ｅｃ（Ｃ１，Ｎ）
の速度で記録周波数１．２８Ｍ１−１ｚ、再生パワー］
ｍＷの条件のもとて記録・再生した（レーザ光はこの５
ｉＡＱＯＮ膜の側から入射した）。その結果、Ｃ／Ｎは
２６ｄＢであった。ついで、１０万回記録・再生を繰り
返した後測定したＣ／Ｎは２６ｄＢで変化がなかった。

比較例 Ｓ　ｉ　ＡｎＯＮ膜（酸化防止膜）を省略した以外は実
施例１と同様にして光磁気記録媒体をつくり、実施例１
と同様の記録の記録・再生を行なったところ、初期のＣ
／Ｎ＝２１１ｄＢであったが、１０万回の記録・再生で
はＣ／Ｎ値が幾分低下した。

〔発明の効果〕

本発明の窒化物磁性体薄膜は垂直磁気異方性磁界（Ｈｋ
）が大きく、しかし、加畝によって窒素の分解・逸散も
なく、また、酸化防止膜は加熱による磁性体薄膜の酸化
を有効；こ防止するため、多数回の繰り返し使用かなさ
れる光磁気記録媒体への応用にはすこぶる有利である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）非磁性支持体上に直接又は反射層を介して形成さ
   れるＦｅ、Ｃｏ及びＮｉから選ばれる金属（Ｍ）の微粒
   子と、Ｍ−Ｏ結合を有する非磁性体と、Ｍ＿ＸＮ（２＜
   Ｘ≦３）で表わされるＣ軸配向結晶の窒化物とを主成分
   とした柱状構造を呈し垂直磁気異方性を有する磁性体薄
   膜の表面に透明で非磁性の酸化防止膜が設けられなるこ
   とを特徴とする磁性膜。