在垂直磁记录介质上的软磁性薄膜层中使用的合金,溅射靶材,以及具有软磁性薄膜层的垂直磁记录介质

摘要

本发明提供了一种用于垂直磁记录介质的软磁性合金，其在室温展现低饱和磁通密度，并且具有在高温小的饱和磁通密度下降。该合金包含，按原子％计，Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Ni、Cu、Al、B、C、Si、P、Zn、Ga、Ge和Sn中的一种或两种以上，和余量的Co、Fe，以及不可避免的杂质，并且满足以下全部：表达式(1)0≤Fe％／(Fe％+Co％)≤0.5；表达式(2)5≤Ti％+Zr％+Hf％+V％+Nb％+Ta％+B％／2；和表达式(3)0.3≤0.813×Fe％／(Fe％+Co％)-0.062×TNM+1.751≤1.2(其中，Fe％／(Fe％+Co％)是Fe的含量与Fe和Co的总含量之间的比例；并且TNM是所加入的Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Ni、Cu、Al、B、C、Si、P、Zn、Ga、Ge和Sn的量的总百分数，其中，仅对于B，使用其1／2的值)。

说明书

[相关申请的交叉引用]

本申请要求在2011年9月28日提交的日本专利申请号2011-212045 的优先权，其全部内容通过引用结合在此。

[技术领域]

本发明涉及用于垂直磁记录介质中的软磁性薄膜层的合金和溅射靶 材。

[背景技术]

近年，磁记录技术上存在显著进步，归因于增加驱动器的容量，磁记 录介质中的记录密度的提高已经取得进展，并且当与传统使用的纵向磁记 录介质比较时获得更高记录密度的垂直磁记录系统已经投入实际应用。垂 直磁记录系统是其中易磁化轴在与垂直磁记录介质的磁性膜的介质表面 垂直的方向上取向的系统，并且是适合于高记录密度的方法。对于垂直磁 记录系统，已经开发了双层记录介质，其具有有着提高的记录灵敏度的磁 记录膜层和软磁性膜层。对于磁记录膜层，通常使用CoCrPt-SiO₂系合金。

对于传统的软磁性膜层，高饱和磁通密度(在下文中称为Bs)和高的非 晶体形成能力(在下文中称为非晶体性)是必要的并且，此外，依赖于垂直 磁记录介质的用途和使用它们的环境，另外还需要多种性质如高耐腐蚀性 和高硬度。在上述的所需的性质中，高Bs是特别重要的；例如，日本专 利公开公开号2008-299905(专利文件1)、日本专利公开公开号2011-68985 (专利文件2)和日本专利公开公开号2011-99166(专利文件3)也以高Bs为 目的，并且在所有公开的实施例中，仅在非晶体态中的1.1T以上的、1.3 T以上的Bs显示对于作为在垂直磁记录介质中的溅射膜实际使用，1.3T 以上的Bs通常是必需的。

需要这样高的Bs的原因据认为是因为不低于特定值的Bs对于稳定 化记录膜的磁化是必需的，并且因为给出了记录介质的面内方向上的磁各 向异性(在下文中称为面内磁各向异性(Hk))。特别地，高Hk是用于降低 噪音重要的因素，并且软磁性膜的较高的Bs已知通常导致较高的Hk值。

然而，使用具有高Bs的软磁性膜也有缺点。换言之，还存在以下问 题：使用在通过用于写入的头磁化的状态下具有高Bs的软磁性膜的使用 导致归因于高磁通密度在比所需更宽的周围区域上的磁影响，因此导致用 于写入每单位记录信息所需要的大空间的必要性，并且导致增加记录密度 上的困难。该现象也被称为通常所说的“不清楚写入”。

[引用列表]

[专利文件]

[PTL1]日本专利公开公开号2008-299905

[PTL2]日本专利公开公开号2011-68985

[PTL3]日本专利公开公开号2011-99166

[发明概述]

由上述背景，发明人考虑到，通过提供即使在相对低Bs的情况下也 具有高Hk，同时具有用于稳定化记录膜的磁化的最小Bs的软磁性合金， 通过高Hk导致的噪音降低和归因于抑制“不清楚写入”的高记录密度可 以相容。因此，发明人认为，重要的是检查除了高Bs之外的用于提高 Hk的其他影响因素，并且提供能够实现它的软磁性非晶体合金。

作为以与其中通过高Bs获得高Hk的传统方式不同的方式的其他对 Hk的影响因素的研究结果，推测高的Bs温度特性(高居里点)是有效的。 在此技术观念的基础上，发明人发现，通过使用具有低Bs和增强的Bs 高温特性的合金，可以建立高Hk与不清楚写入上的降低之间的相容性， 并且从而完成本发明。

因此，本发明的一个目的是提供用于垂直磁记录介质的软磁性合金， 该合金在室温展现低饱和磁通密度以及在高温小的饱和磁通密度下降，并 且提供用于制备该合金的薄膜的溅射靶材。

根据本发明的一个实施方案，提供用于垂直磁记录介质中的软磁性薄 膜层的合金，其中，

所述合金包含按原子％计的：Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、 Mn、Ni、Cu、Al、B、C、Si、P、Zn、Ga、Ge和Sn中的一种或两种以 上，和余量的Co、Fe，以及不可避免的杂质，优选基本上由这些元素构 成，更优选由这些元素构成；并且

满足以下表达式(1)至(3)的全部：

(1)0≤Fe％／(Fe％+Co％)≤0.5；

(2)5≤Ti％+Zr％+Hf％+V％+Nb％+Ta％+B％／2；和

(3)0.3≤0.813×Fe％／(Fe％+Co％)-0.062×TNM+1.751≤1.2

(其中Fe％／(Fe％+Co％)是Fe的含量与Fe和Co的总含量的比例； 并且TNM是所加入的Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Ni、 Cu、Al、B、C、Si、P、Zn、Ga、Ge和Sn的量的总百分数，其中，仅 对于B，使用其1／2的值)。

根据本发明的另一个实施方案，提供了一种包含上述合金的软磁性薄 膜层。根据本发明的再另一个实施方案，提供了一种包含上述软磁性薄膜 层的垂直磁记录介质。根据本发明的再另一个实施方案，提供了一种包含 上述合金的溅射靶材。根据本发明的再另一个实施方案，提供了一种用上 述溅射靶材形成的软磁性薄膜层。根据本发明的再另一个实施方案，提供 了一种包含上述软磁性薄膜层的垂直磁记录介质。

根据本发明，可以提供一种用于垂直磁记录介质的软磁性合金，该合 金在室温展现低Bs并且在高温具有小的Bs下降；以及一种用于制备合 金的薄膜的溅射靶材。在垂直磁记录介质中使用本发明的合金使得可以完 全发挥软磁性合金的磁特性并且充分地增强软磁性薄膜层的功能，并且因 此可以导致垂直磁记录介质的性能上的提高。

[实施方案描述]

下面详细说明本发明。除非另作说明，“％”表示原子％。

首先，因为溅射膜是薄膜，预期消磁磁场极大地影响Hk，即，Hk 由消磁系数和磁场的强度很大地影响。消磁系数是通过薄膜的形状确定的 外观因素，而磁化的强度对应于软磁性膜的Bs。因此，如上所述，Hk与 软磁性膜的Bs相关。然而，这一观念导致对于高Hk需要高Bs的观念， 并且变成和需要具有高Bs的软磁性合金的传统观念一样。

因此，进行了用于寻找除Bs之外的影响Hk的因素的研究。如在下 面的实施例和比较例中所述，作为制备溅射膜和对一些软磁性非晶体合金 组成评价Hk的结果，如在传统观念中所示，在高Bs获得高Hk，而在一 些组成中观察到了极端降低的Hk的现象。对这些结果的详细分析揭示了， 如上所述，在其中Bs变成大约零的组成中，尤其是在通过溅射的成膜过 程中在基板的温度，Hk变得极低。

由以上内容考虑到，与如在传统方式中所试图在室温的Bs的降低比 较，从室温至成膜过程中的温度的Bs下降程度上的降低是更重要的。换 言之，所建议的是，通过使用在室温具有低Bs但是具有低的从室温至作 为溅射膜形成过程中的温度的约150℃的温度的Bs下降程度的合金，可 以获得高Hk和降低的“不清楚写入”两者。基于这样的观念，研究了一 种合金，其在室温具有比传统磁性膜低的0.3至1.2T的Bs，并且具有低 的在150℃的Bs相对于在室温的Bs的下降程度，并完成了本发明。

此外，使用(在150℃的Bs)／(在室温的Bs)×100％作为用于评价在150℃ 的Bs相对于在室温的Bs的下降程度的指标。换言之，具有接近100％的 较高值的Bs比显示较低的归因于温度上的增加的Bs的降低。在下文中， 将该比例简称为“Bs比”。

根据本发明的合金满足表达式(1)：0≤Fe％／(Fe％+Co％)≤0.5。其上限 更精确地为0.50。在该合金中，Fe和Co是用于赋予用于稳定化记录膜的 磁化所必须的最小磁化的元素，并且Bs和Fe％／(Fe％+Co％)的行为在所谓 的Slater-Pauling曲线中给出。本发明中的最重要的发现是，通过设置如 上所述的高Bs比，即使在室温具有相对低Bs的软磁性膜中也可以提供 高Hk并且，此外，通过降低Fe％／(Fe％+Co％)，可以保持高Bs比。

尽管在此种具有非晶体结构的合金中的该现象详细原因尚不清楚，但 据认为原因涉及Fe原子和Co原子的3d电子的轨道分布。尤其是，超过 0.5的Fe％／(Fe％+Co％)导致不充足的Bs比。此外，通常在垂直磁记录介 质的软磁性膜之间插入薄Ru膜，并且通过各软磁性膜与Ru膜之间的反 铁磁性结合，赋予对于来自在其中使用硬盘的外部环境的弱噪声磁场的耐 受性。存在许多情况，其中包含一定程度的Fe是优选的，因为可以使用 Fe用于提高该反铁磁性结合。然而，在提供高Bs比方面，优选的是减少 Fe。因此，Fe％／(Fe％+Co％)的优选范围为大于0％并且不大于0.45％，更 优选为0.1％以上并且0.40％以下。

根据本发明的合金还满足表达式(2)： 5≤Ti％+Zr％+Hf％+V％+Nb％+Ta％+B％／2。在该合金中，Ti、Zr、Hf、V、 Nb、Ta和B是用于增强非晶体性的元素，并且其少于5的总和导致不足 的非晶体性。此外，使用晶体合金导致由磁记录介质产生的噪声。然而， B是尤其是具有高的非晶体促进效果的元素，并且，量等于所加入的每个 其他元素的量的二分之一的B的加入提供几乎相等的效果，并且因此， 仅对于B，在总量的表达式中使用1／2的值。为了提供充分的非晶体性， 9％以上是优选的，并且13％以上是更优选的。

根据本发明的合金还满足表达式(3)： 0.3≤0，813×Fe％／(Fe％+Co％)-0.062×TNM+1.751≤1.2。其下和上限分别更 精确地为0.30和1.20。在此合金中，Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、 W、Mn、Ni、Cu、Al、B、C、Si、P、Zn、Ga、Ge和Sn都是降低Bs 的元素。该合金的Bs通常以“0.813×Fe％／(Fe％+Co％)-0.062×TNM+1.751” 近似获得。该表达式是在高相关系数获得的表达式，其是作为在下面的实 施例中用Fe％／(Fe％+Co％)和TNM对在0≤Fe％／(Fe％+Co％)≤0.50的范围 内获得的Bs的多元回归分析的结果，并且通过将该表达式的值设置在0.3 至1.2的范围内，获得具有比传统软磁性膜的Bs低的0.3至1.2T的Bs 的软磁性合金。然而，低于0.3的值导致不足的Hk，而大于1.2的值导致 像具有高Bs的常规软磁性膜一样的增加的“不清楚写入”。因为B对于 降低Bs的效果是其他各元素的一半，仅对于B，使用1／2的值计算TNM。 此外，0.4至1.1是优选的，并且0.5至1.0是更优选的。

[实施例]

下面参照实施例具体地说明本发明。

通过气体雾化法，制备具有如表1中所示的组成的合金粉末。将25kg 熔融的基本材料在减压的Ar气氛下感应熔融，将合金熔体金属从直径为 8mm的喷嘴放液，并且刚好在其后，喷射高压Ar气体以进行雾化。将 粉末分级为500μm以下，并且用作用于HIP模制(热等静压)的原料粉末。 将具有200mm的直径和100mm的长度的碳钢罐用原料粉填充，随后进 行真空脱气，并且密封，以制备用于HIP模制的坯。将充有粉末的坯在 1000℃的模制温度、120MPa的压力和2小时的保留时间的条件下HIP 模制。之后，由模制体制备具有95mm的直径和2mm的厚度的溅射靶 材。使用该溅射靶材制备薄膜。

将室的内部抽真空至1×10^-4Pa以下，充入具有99.99％的纯度的Ar 气直至达到0.6Pa，并且进行溅射。在玻璃基板上生成具有1.5μm的厚 度的薄膜。在溅射中，通过溅射气体的等离子体照射，基板在产生薄膜过 程中的温度为约150℃。使用VSM(样品振动型磁通量计)，在室温(30℃) 和150℃的每一个测量薄膜样品的Bs，并且评价在30℃的Bs与在150℃ 的Bs的百分比(在下文中称为“Bs比”或“(在150℃的Bs)／(在30℃的 Bs)×100％″)。

此外，也测量其中在关于薄膜表面的垂直方向和面内方向上分别进行 磁化的B-H曲线，而且，在各自方向上为了饱和磁化所需施加的磁场之 间的差，即将通过从在垂直方向上所需施加的磁场中减去在面内方向上所 需施加的磁场所获得的值评价为磁化方向上的各向异性磁场Hk。通过X 射线衍射评价晶体结构。X射线源是Cu-kα射线，并且测量以4°／分钟的 速度进行。在其中在衍射图案中没有观察到晶体峰的情况下，将晶体结构 的合适性评价为“好”，并且在其中观察到晶体峰的情况下被评价为“差”。

[表1]

如表1中所示，序号1至22是本发明的实施例，而序号23至35是 比较例。

首先，实施例中表达式(3)“0.813×Fe％／(Fe％+Co％)-0.062×TNM+1.751” 的每个值对应于在室温的Bs，并且所确认的是，该表达式是有效的并且 通过将该表达式的值设定为0.3至1.2，获得了具有低于传统的软磁性膜 的0.3至1.2T的Bs的合金。然而，在其中Fe％／(Fe％+Co％)大大落在本 发明的范围外的组成中，像是在比较例序号25和26中，该表达式无效。

接下来，本发明的实施例序号7至16是其中将Fe％／(Fe％+Co％)固定 为0.3、使Bs降低的TNM从13变化至27、并且在室温的Bs从0.34变 化至1.18的样品。这些样品的Hk随Bs改变，并且传统已知的“其中在 高Bs提供高Hk的现象”也在如本发明中低于传统的Bs的低于1.2T的 Bs范围内被观察到。

在本发明的实施例和比较例中给出了本发明的重点。本发明的实施例 序号3、5、6、12、18和21以及比较例序号23至29全部显示了低于传 统软磁性膜的Bs的约为0.7T的在室温的Bs。然而，本发明的实施例序 号3、5、6、12、18和21的每一个的Hk高达550A／m以上，而比较例 序号23至29的每一个的Hk为90A／m以下，其显著低，并且其中在150℃ 的Bs约为零的比较例序号26的Hk是极低的。

此外，清楚的是，每各样品的Hk与Fe％／(Fe％+Co％)逆相关，并且 与Bs比正相关。尽管该现象的原因尚不清楚，但据推测，在约150℃的 温度的成膜中存在磁化行为的影响，因为在溅射过程中薄膜也由来自外部 的磁场影响。如上所述，除了常规公知的“其中在高Bs提供高Hk的现 象”，发明人还发现“通过高Bs提供高Hk”。还揭示了的是，通过将 Fe％／(Fe％+Co％)设置到低水平，获得具有高Bs比的合金。

下面说明单独的比较例。在全部比较例序号23至29中， Fe％／(Fe％+Co％)大于0.50，并且因此，Bs比低，同时Hk低。在比较例 序号30至32中，非晶体性促进元素的总和低，并且因此，作为X射线 衍射的结果观察到晶体峰。在比较例序号33中，在室温的Bs低，并且 因此，Bs比低同时Hk低。

此外，详细说明比较例序号34和35。当使得具有1mm的直径和10 mm的长度的棒型铁氧体磁石的一端与本发明的实施例序号7、10和12 以及比较例序号34和35的每一个的薄膜的中心接触并随后移除，并且用 高斯计在离开使铁氧体接触的位置10mm处的薄膜表面上测量残余磁化 强度值时，基于本发明的实施例序号12的残余磁场强度为1.0，本发明的 实施例序号10的值为1.2；本发明的实施例序号7的值为1.5；并且比较 例序号34和35的两个值为2.5。由此结果，显示了在比较例序号34和 35中，在室温的Bs高，因此，即使在将外部磁场移除之后，仍磁性影响 宽的范围，并且“不清楚写入”大。

相反，发现在本发明的实施例序号1至22中，在室温的Bs为0.3至 1.2T，低于在常规垂直磁记录介质中的软磁性膜的Bs，并且在150℃的 Bs与在室温的Bs的比例高，并且因此，Hk高。