JP4035457B2 - Method for manufacturing functional device - Google Patents

Description

【００６６】
このように、アルミニウムとシリコンの全量に対するシリコン含有量を、２０ａｔｏｍｉｃ％以上７０ａｔｏｍｉｃ％以下に調整することで、アルミニウムの柱状構造体がシリコン領域内に分散した構造体が実現できる。アルミニウムとシリコンの組成を変化させることで、柱状構造体の孔径の制御が可能であり、また、直線性に優れたアルミニウム細線の作製が可能になる。なお、構造の確認には、ＳＥＭの他にもＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）等を利用するのがよい。
【００６７】
さらに、比較試料Ｃとして、ガラス基板上に、スパッタ法を用いて、シリコンをアルミニウムとシリコンの全量に対して５５ａｔｏｍｉｃ％含んだアルミニウムシリコン混合膜を約２００ｎｍ形成した。ターゲットには、４インチのアルミニウムターゲット上に１５ｍｍ角のシリコンチップ１３を８枚おいたものを用いた。スパッタ条件は、ＲＦ電源を用いて、Ａｒ流量：５０ｓｃｃｍ、放電圧力：０．７Ｐａ、投入電力：１ｋＷとした。また、基板温度は３５０℃とした。
【００６８】
ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）にて、比較試料Ｃを観察した。基板真上方向から見た試料表面には、大きなアルミニウムの塊が確認できた。また、エックス線回折測定により、シリコンが結晶化していることが確認された。つまり、柱状構造を有するアルミニウムナノ構造体を確認することができず、シリコン領域も非晶質ではなく結晶化していた。即ち、基板温度が高すぎると、より安定な状態に変化してしまうため、このようなアルミニウムナノ構造体を形成する膜成長ができていないと思われる。
【００６９】
なお、柱状の部材が分散した構造体を得る為に、ターゲットの組成をＡｌ：Ｓｉ＝５５：４５などに設定することも好ましい形態である。
第１の材料としてアルミニウムを、第２の材料としてシリコンを用いた場合を説明したが、第１あるいは第２の材料として適用できる既述の材料を用いた場合も同様であった。
【００７０】
上述の構造体から柱状の部材を選択的に除去することにより多孔質体が形成される。当該除去は、エッチングや陽極酸化などにより行うことができる。細孔形成後、あるいは細孔形成と同時に、酸化処理を行なってもよい。なお、第１の材料として例えばアルミニウムを用いた場合は、得られる多孔質体に含まれる第１の材料（例えばアルミニウム）の含有量は酸素を除くすべての元素に対して、０．０１〜２０ａｔｏｍｉｃ％の範囲であり、好ましくは０．１〜１０ａｔｏｍｉｃ％の範囲である。
【００７１】
（３）多孔質体への機能性材料の充填
（第１の実施形態：機能デバイス）
上述した構造体１００１から柱状の部材１０００を除去することにより多孔質体が形成される。本発明においては、柱状の部材を構成する第１の材料と、その周りの領域を構成する第２の材料とを、除去の際の選択比が十分に取れるような材料の組み合わせで実現できているため、上記多孔質体が得られる。除去方法としては、ウェットエッチングやドライエッチング、あるいは陽極酸化処理などが該当する。好適な材料の組み合わせとしては、例えば第１の材料としてアルミニウム、第２の材料としてシリコン（あるいはシリコンとゲルマニウムの混合体）などである。ウェットエッチング場合は、燐酸、塩酸、硫酸などの酸が好適である。選択比が取れるのであれば、アルカリ等を用いることも可能である。
【００７２】
なお、多孔質体を形成する前記領域１００２を、前記構造体から前記柱状の部材１０００を除去する前、除去の途中、あるいは除去した後に、酸化処理したり窒化処理することも必要に応じて行うことができる。また、細孔を形成後、当該細孔を拡大する処理を行うこともできる。これにより、細孔径の制御が可能となる。
【００７３】
柱状の部材が除去された部分が孔となっている多孔質体の当該孔の部分に機能性材料を充填する。ここで、機能性材料とは、導電性材料、磁性材料、発光材料、半導体材料、絶縁性材料など、どのような機能デバイスを形成したいかにより種々選択できる。なお、本発明において、多孔質体の孔内へ充填するとは、孔を所望の材料で完全に埋め尽くすことは勿論、必要に応じて孔の深さ方向全部ではなく、所望の深さまで充填したり、孔の内壁表面を主として上記機能性材料で被覆することも含むものである。なお、多孔質体上面にマスクなどのパターン形成部材を配置して、複数の細孔の内、充填する部分と充填しない部分に領域分けすることも可能である。
【００７４】
上述した構造体１００１から多孔質体を形成する前には、当該多孔質体の孔の部分は、柱状の部材１０００で充填されていることになるが、多孔質体形成後に充填される機能性材料としては、上記柱状の部材の構成材料と異なるものであることが望ましい。
多孔質体への機能性材料の充填方法としては、蒸着法やＣＶＤ法やスパッタリング法、電着法やメッキ法などがある。
【００７５】
こうして、種々の機能性材料を充填することにより機能デバイスが実現される。機能材料として磁気記録材料を適用すれば記録デバイスが実現され、メタルなどの導電性材料を適用すれば、電極などの導電部材としては勿論、量子ドット、量子細線、量子細線トランジスタ、単電子トランジスタ、あるいは単電子メモリなどの電子デバイスが実現され、発光材料を充填すれば発光デバイスが実現される。勿論、充填する際に複数種類の材料を充填することも可能である。なお、サイズに関しては種々のデバイスに応じてその好適な値は定まるが、上述した多孔質体の細孔の平均孔径が２０ｎｍ以下であり、細孔同士の平均間隔が３０ｎｍ以下であることも好ましい。
【００７６】
以下、上述の構造体１００１から当該柱状の部材を除去して得られる多孔質体に機能性材料を充填する場合（Ａ）、除去後（あるいは除去中）に酸化処理して得られる多孔質体に機能性材料を充填する場合（Ｂ）、除去工程を陽極酸化によって行い、そこで得られる多孔質体に機能性材料を充填する場合（Ｃ）に分けて説明しておく。
【００７７】
（Ａ）上述した構造体から柱状の部材をエッチングして除去して得られる多孔質体は、ナノオーダーの細孔を有することになる。このようなナノホール内に金属や半導体等を充填する技術や、ナノホールのレプリカ技術を用いることより、着色、磁気記録媒体、ＥＬ発光素子、エレクトロクロミック素子、光学素子、太陽電池、ガスセンサ、さらには、量子細線、ＭＩＭ素子などの量子効果デバイスを含むさまざまデバイスの提供が可能となる。
【００７８】
なお、微小細孔を、基板に垂直に、かつ、非常に高密度に作製した構造は、量子効果を利用したデバイスへの応用、あるいは超高密度記録媒体を作製する為には重要である。例えば、孔径が１０ｎｍ以下のナノホールを間隔１５ｎｍ以下で形成し、その中に金属や半導体などの電気伝導材料を形成することで単電子メモリ、単電子トランジスタなどの量子効果デバイスに適応できる。
【００７９】
また、本実施形態に係る発明のシリコンナノ構造体の細孔に、伝導性材料を充填することで、量子効果を利用した単電子メモリ、単電子トランジスタなどとして応用することができる。さらには、磁性体を充填することで磁気記録媒体（ここでいう磁気記録媒体には、長手記録方式あるいは垂直方式で用いられる記録媒体はもとより、磁気記録のみならず、光磁気記録媒体としての利用も考えられる。以降も同様である。）としても応用することができる。例えば、本発明のシリコンナノ構造体は、それ自体発光デバイス、光デバイス、マイクロデバイスなどの機能材料として使用可能である。
【００８０】
以下、図１９を用いて、単電子メモリの模式図を示す。上述した構造体１００１から柱状の部材を除去し、当該箇所に導電性材料、例えばアルミニウムや金や白金や銅を充填した場合である。
【００８１】
２１９１は基板、２１９２は絶縁体（例えば酸化シリコン）、２１９３は柱状の導電性材料が例えばシリコン中に分散した構造体、２１９４はドレイン領域、２１９５はゲート絶縁領域、２１９６はゲート電極、２１９７はソース領域である。
【００８２】
図１９のようにアルミニウムを量子ドットとすることで、量子ドットに蓄積された電荷の影響によりチャネル部分の電気的特性を制御することができる。また、量子ドットには長い時間電荷を蓄積できるので、電源も切っては情報が消えない不揮発性メモリを形成できる。なお、柱状の部材が分散した構造体が得られるのであれば、他の材料を利用することもできる。
このように量子効果を利用した単電子メモリ、あるいは同様な原理を用いて、単電子トランジスタなどとしても利用することができる。
【００８３】
（Ｂ）つぎに、多孔質体が酸化処理（勿論、窒化処理等により絶縁性化してもよい。）されている場合に、機能性材料を充填し、機能デバイスを作製する場合について説明する。
【００８４】
多孔質体が有するナノホール内に金属や半導体等を充填する技術や、ナノホールのレプリカ技術を用いることより、着色、磁気記録媒体、ＥＬ発光素子、エレクトロクロミック素子、光学素子、太陽電池、ガスセンサ、さらには、量子細線、ＭＩＭ素子などの量子効果デバイスの提供が可能となる。
【００８５】
例えば、直径が１０ｎｍ以下のナノホールを間隔１５ｎｍ以下で形成し、その中に金属や半導体などの電気伝導材料を形成することで単電子メモリ、単電子トランジスタなどの量子効果デバイスに適応できる。さらに、磁性体金属を充填することで、超高密度記録媒体としても応用できる。
【００８６】
細孔の平均孔径が１０ｎｍ以下、好ましくは１〜９ｎｍであり、かつ、平均間隔が１５ｎｍ以下、好ましくは３〜１０ｎｍであることにより、量子効果が室温等でも十分に観測可能になり、ナノ構造体のデバイスへの応用範囲をより拡大させることができる。また、ナノ構造体を構成する材料がシリコン酸化物とすることで、細孔内に電気伝導材料あるいは半導体材料を充填した場合、お互いが電気的に絶縁され、トンネル電流の観測やクーロンブロケード、バンドギャップの拡大、エネルギー準位の離散化などの量子効果が期待でき、ナノ構造体のデバイスへの応用範囲をより拡大させることができる。
【００８７】
また、本実施形態に係る発明のシリコン酸化物ナノ構造体は、細孔下部に絶縁体などの膜が形成されないため、基板と細孔が直接つなげることが可能である。また、本発明のシリコン酸化物ナノ構造体の細孔に、伝導性材料を充填することで、量子効果を利用した単電子メモリ、単電子トランジスタなどとして応用することができる。また、磁性体を充填することで高密度記録媒体としても使用できる。
【００８８】
また、本発明は、シリコン酸化物中の細孔をさまざまな形態で応用することを可能とするものであり、その応用範囲を著しく広げるものである。例えば、本発明のシリコン酸化物ナノ構造体は、それ自体発光デバイス、光デバイス、マイクロデバイスなどの機能材料として使用可能である。
【００８９】
（Ｃ）上述した構造体から柱状の部材を除去するに際して、陽極酸化処理により多孔質体を形成した場合に、当該多孔質体内へ機能性材料を充填することに関して説明する。
【００９０】
陽極酸化により得られる多孔質体のナノホール内に金属や半導体等を充填する技術や、ナノホールのレプリカ技術を用いることより、着色、磁気記録媒体、ＥＬ発光素子、エレクトロクロミック素子、光学素子、太陽電池、ガスセンサ、さらには、量子細線、ＭＩＭ素子などの量子効果デバイスの提供が可能となる。
【００９１】
例えば、直径が１０ｎｍ以下のナノホールを間隔１５ｎｍ以下で形成し、その中に金属や半導体などの電気伝導材料を形成することで単電子メモリ、単電子トランジスタなどの量子効果デバイスに適応できる。さらに、磁性体金属を充填することで、超高密度記録媒体としても応用できる。
【００９２】
また、本実施形態に係る発明のシリコン酸化物ナノ構造体の細孔に、伝導性材料を充填することで、量子効果を利用した単電子メモリ、単電子トランジスタなどとして応用することができる。さらに、磁性体材料を充填することで高密度記録媒体としても応用することができる。また、本実施形態に係る発明は、シリコン酸化物中の細孔をさまざまな形態で応用することを可能とするものであり、その応用範囲を著しく広げるものである。
【００９３】
なお、多孔質体を形成するために用いられる構造体、即ち柱状の部材を有する構造体の材料としては、既述のものを用いることができる。
【００９４】
柱状の部材を構成する第１の材料としては、ＡｌやＡｕなどが挙げられる。当該柱状の部材を取り囲む領域を構成する第２の材料としては、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉとＧｅの混合物（以降、Ｓｉ_x Ｇｅ_1-x （０＜ｘ＜１）と記載することがある。）、あるいはＣなどが挙げられる。特に第２の材料としては、非晶質となり得る材料であることが望ましい。なお、後述の実施例では、主としてＡｌとＳｉを用いた場合について説明しているが、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。
【００９５】
（第２の実施形態：配向下地＋ＡｌＳｉやＡｌＳｉＧｅなど）
以下では、機能デバイスとして磁気記録デバイス（具体的には、磁気記録媒体）や、磁気記録再生装置、さらには該磁気記録再生装置を用いた情報処理装置について説明する。
【００９６】
まず、磁気記録デバイスに関して簡単に説明しておく。
近年の情報処理の飛躍的な増大に伴って、磁気ディスク装置などの情報記録技術も大幅な大容量化が求められている。特にハードディスクにおいては現在単位面積当たりの記録情報量が年率６０％を超える勢いで増加している。今後も情報記録量の増大が望まれており、また携帯用などの記録装置としても小型化、高密度化が望まれている。
【００９７】
従来利用されてきたハードディスク用磁気記録媒体は水平磁気記録方式であり、磁化はディスク表面に平行に記録されている。この水平磁気記録方式では高密度化に伴い磁区内の反磁界を抑え、且つ磁化状態を検出させるため媒体上方に磁界を出すために磁気記録層を薄くしていく必要がある。そのため磁性微粒子１つ当たりの体積が極度に小さくなり、超常磁性効果が発生しやすい傾向にある。すなわち磁化方向を安定させているエネルギーが熱エネルギーより小さくなり、記録された磁化が時間とともに変化し、記録を消してしまうことが起こる。このため近年では水平磁気記録に代わって記録層の膜厚を大きくとれる垂直磁気記録方式へ移行する研究が盛んに行われている。
【００９８】
垂直磁気記録用の媒体としては、単層の磁気記録層を用いるタイプと高透磁率な軟磁性層を裏打ち層としてその上に硬磁性な記録層を用いる２層タイプが提案されている。後者の場合は、垂直磁気ヘッドからの磁界を記録層へ集中させ、磁界を軟磁性層に水平に通してヘッド側へ戻す磁気回路を構成するものである。
【００９９】
図１３の従来型垂直磁気記録媒体の説明図を用いて、以下に詳しく説明する。基板５５４１としてはガラスやアルミニウムの他、カーボン基板やプラスティック基板、Ｓｉ基板などが使用可能であり、アルミ基板の場合は硬度を確保するため図１３（ａ）に示すようにＮｉＰ層５５４２をめっき法などにより下地層として作製しておくことが多い。裏打ち層５５４３としては高透磁率なＮｉＦｅ合金（パーマロイ）などが数μｍ〜数１０μｍの厚みで用いられる。記録層５５４４としては一般にＣｏ−Ｃｒ合金が用いられており、スパッタリング法で作製すると、図１３（ｂ）に示す様に、Ｃｏ組成が多いコア部５５４６とその周りのＣｒ組成が比較的多いシェル部５５４７に分離された状態で成長する。コア部５５４６は円柱に近い形状であり六方稠密格子構造（以下、ｈｃｐ構造という）を有する硬磁性となり、記録部分となる。シェル部５５４７はＣｒ組成が多く軟磁性、もしくは非磁性的な特性になり隣接するコア部同士の相互作用を弱める役割も果たす。コア部５５４６ではｃ軸が基板面に垂直方向を向いており、結晶磁気異方性の作用により磁化は基板面に垂直方向を向くようになる。上記記録層５５４４にはＣｏ−Ｃｒ以外にＴａ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｈｆなどを添加することが行われている。
【０１００】
今後さらなる高記録密度化に対しては、Ｃｏ−Ｃｒ系ではコア部分５５４６の微細化が困難であることが予想される。また、微細化に伴い超常磁性効果が顕著になることから、近年注目されているＣｏＰｔ，ＦｅＰｔ，ＦｅＰｄのＬ１₀ 規則合金が今後有力な材料であると考えられている。特に、前記規則合金を微粒子化して、それらを非磁性母体中に分散させた膜（グラニュラー膜）にし、Ｃｏ−Ｃｒ系の磁性粒子の微細化に伴う超常磁性効果に耐えうる媒体も提案されている（特開２００１−２７３６２２号公報）。
【０１０１】
しかし、規則合金の配向までは完全に制御されておらず、垂直磁気記録媒体としては、配向性の制御が必要となっている。
また、図１３には示されていないが、記録層５５４４と裏打ち層５５４３の間に、記録層の結晶性を高める目的で下地層の成膜を行ったり、記録層５５４４と裏打ち層５５４３の磁気的結合を若干弱める為に酸化物などの下地層を成膜することが行われている（特開平７−７３４２９号公報参照）。
また、記録媒体の表面には保護層４５を薄く成膜しておくことが一般的であり、材料としてはカーボンの他カーバイト、窒化物などが検討されている。
【０１０２】
上記従来のスパッタリングにより成膜されたＣｏＣｒ系記録層では磁性微粒子の直径が十数ｎｍと大きく、形状にばらつきが多かった。また、Ｌ１₀ 規則構造を有するグラニュラー膜では、磁性粒子の配向性の制御が困難であり、また体積、大きさを均一に保つことも困難であった。Ｌ１₀ 規則構造を有するＭＰｔ（Ｍ＝Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ）微結晶のサイズ、あるいは各微粒子のバラツキはそのまま微粒子の保持力のバラツキに反映され、記録媒体としての特性を悪くする。勿論、微結晶の結晶軸の方位のバラツキも特性を悪くする原因となっている。
【０１０３】
本実施形態２に係る発明は、この様な問題点に鑑みてなされたものである。
具体的には、本実施形態２に係る磁気記録媒体に関する発明は、基板上に下地層及び記録層を有する磁気記録媒体であって、該記録層は磁性材料を含み構成される柱状の部材と、該柱状の部材を取り囲む酸化シリコン（あるいはＳｉＧｅ酸化物）を成分とする領域を備え、該下地層は該基板の面内方向に正方状の結晶配列を有し、且つ該柱状の部材は該基板の垂直方向にｃ軸配向したＬ１₀ 規則構造からなる硬磁性体部分を含むものである。
【０１０４】
上記領域は、必要に応じて酸化物にしておけばよく、非酸化物であってもよい。なお、多孔質体全体ではなく、細孔壁の壁面が選択的に酸化物となっていてもよい。
【０１０５】
以下に、本実施形態に係る発明の垂直磁気記録媒体の構成について説明する。特に、本実施形態に係る発明は、記録層の部分に、図１に示した構造体１００１を利用した点に特徴がある。
【０１０６】
ここでいう構造体とは、第１の材料を含み構成される柱状の部材１０００が、第２の材料を含み構成される領域１００２に取り囲まれており、且つ該構造体から該柱状の部材が選択的に除去可能なものである。特に、該第２の材料が、該第１の材料と第２の材料の全量に対して２０ａｔｏｍｉｃ％以上７０ａｔｏｍｉｃ％以下の割合で含まれていることが望ましい。なお、以下では、第１の材料としてアルミニウムを、第２の材料としてシリコン（あるいはシリコンとゲルマニウムの混合物）を用いた場合に説明するが、上記構造体から既述のように柱状の部材が選択的に除去できるのであれば、材料の選択や各材料の混合比は適宜設定可能である。
【０１０７】
＜磁気記録媒体の構成＞
本発明の垂直磁気記録媒体を図面に基づいて説明する。図３は本発明の磁気記録媒体の実施態様の一例を示す模式図である。さらに、図４は本発明の垂直磁気記録媒体における記録層の実施態様の一例を示す模式図である。
【０１０８】
図３において、３０１０は基板、３０１１は下地層Ａ、３０１２は軟磁性層、３０１３は下地層Ｂ、３０１４は記録層、３０１５は保護層、３０１６は潤滑層である。また、図４において、４０２０は非磁性体部分、４０２１は柱状構造物部分、４０２２は柱状構造物の直径、４０２３は柱状構造物の間隔、４０２４は細孔である。図４の下地層４０５は、図３の下地層Ａ３０１１、軟磁性層３０１２、下地層Ｂ３０１３をまとめて示したものである。
【０１０９】
本発明では、基板３０１０の上には順に下地層Ａ３０１１、軟磁性層３０１２、下地層Ｂ３０１３、記録層３０１４、保護層３０１５、そして潤滑層３０１６が配置されている。
【０１１０】
特に記録層３０１４においては、非磁性体部分４０２０と柱状構造物部分（柱状の部材）４０２１からなる。それら柱状構造物の直径４０２２は、第２の材料としてシリコンを選択した場合には、例えば１〜９ｎｍの範囲であり、柱状構造物の間隔４０２３が、例えば３〜１０ｎｍの範囲の値で配置される。
【０１１１】
なお、第２の材料としてシリコンとゲルマニウムの混合物を用いる場合は、例えば柱状構造物の直径２２は、１〜１５ｎｍの範囲であり、柱状構造物の間隔２３は、例えば３〜２０ｎｍの範囲の値である。
【０１１２】
本発明において、記録層４０１４の形成方法は、下地層上に基板垂直方向に立ったアルミニウムを成分とする柱状アルミニウム部分と、該柱状アルミニウム部分の側面を囲むように配置されるシリコン（あるいはＳｉＧｅ）を成分とするシリコン部分（あるいはＳｉＧｅ部分）を有する構造体を形成し、該構造体の柱状アルミニウム部分を除去して細孔を形成し、シリコン（あるいはＳｉＧｅ）を成分とするシリコン部分（あるいはＳｉＧｅ部分）を酸化して酸化シリコン（あるいはＳｉＧｅ酸化物）とした後、該細孔中に硬磁性体部分を含む柱状構造物を充填して記録層を形成する。
【０１１３】
本発明に用いるアルミニウムシリコン構造体について、図５を用いて説明する。なお、以下では第２の材料としてシリコンを選択した場合を例にとり説明するが、シリコンの代わりにＳｉＧｅを用いることもできる。
【０１１４】
アルミニウムシリコン構造体５０３４は、柱状アルミニウム部分５０３１が基板垂直方向に真直ぐ立っており、その円柱の側面を囲むようにシリコン部分５０３０が配置された構造を有することが特徴である。なお、アルミニウム部分にはシリコンが、シリコン部分にはアルミニウムが僅かに混入している。また、この構造体を形成するには、アルミニウムとシリコンの非平衡状態における同時成膜を行うことが好ましい。また、柱状アルミニウム部分５０３１は基板垂直方向に真直ぐ立っており、リン酸等のシリコンが溶解せず、柱状アルミニウム部分５０３１が溶解するような酸やアルカリに浸漬することで柱状アルミニウム部分５０３１を主として選択的に溶解、除去できることが特徴である。
【０１１５】
また、このアルミニウムシリコン構造体を硫酸等の水溶液中で陽極酸化することでも柱状アルミニウム部分３１を除去することが可能である。このとき、シリコン部分５０３０は陽極酸化中に酸化され、（Ａｌ_X Ｓｉ_1-X ）_Y Ｏ_1-Y となる。そこで、ｘの範囲はｘ＝０．０１〜０．２の範囲に入ることが好ましい。また、陽極酸化の終了は、下地層へ細孔が到達した時点から３０〜６０ｓｅｃの間に終了することが好ましい。または、陽極酸化の電流値が極小値に達した時点まで陽極酸化を行っても良い。
【０１１６】
なお、第２の材料としてＳｉＧｅを用いた場合には、ＳｉＧｅ部分５０３０は陽極酸化中に酸化され、（Ａｌ_p （Ｓｉ_q Ｇｅ_1-q ）_1-p ）_r Ｏ_1-r となる。そこで、ｐの範囲は０＜ｐ≦０．２、ｑの範囲は０＜ｑ＜１の範囲に入ることが好ましい。また、好ましくは、０＜ｐ≦０．１である。また、ｑの範囲は０≦ｑ≦１とすることも可能である。また、酸化状態は０．３３４≦ｒ≦０．９の範囲であり、好ましくは、０．３３４≦ｒ≦０．５の範囲である。
【０１１７】
このアルミニウムシリコン構造体は、組成にも依存するが柱状アルミニウムの直径５０３２の範囲が１ｎｍ〜９ｎｍで、柱状アルミニウムの間隔５０３３の範囲が３ｎｍ〜１０ｎｍであるのがよい。なお、Ａｌ−ＳｉＧｅの構造体の場合は、組成にも依存するが柱状Ａｌの直径５０３２の範囲が１ｎｍ〜１５ｎｍで、柱状Ａｌの間隔５０３３の範囲が３ｎｍ〜２０ｎｍであることを特徴とする。
【０１１８】
本実施形態に係る発明では、図４の柱状構造物部分４０２１をＬ１₀ 規則構造を有するＭＰｔ（Ｍ＝Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ）を主成分とする硬磁性体とすることにより、高密度記録や十分な信号検出がより好適に行える。柱状構造物の直径４０２２としては１〜９ｎｍの範囲（第２の材料にＳｉＧｅを用いる場合は、１〜１５ｎｍの範囲）、柱状構造物の間隔４０２３は３〜１０ｎｍの範囲（第２の材料にＳｉＧｅを用いる場合は、３〜２０ｎｍの範囲）が好適であり、その円柱のアスペクト比は２〜１０程度であることが望ましい。特に好ましくは、柱状構造物の直径４０２２は３〜７ｎｍ（第２の材料にＳｉＧｅを用いる場合は、５〜１０ｎｍ）で、柱状構造物の間隔４０２３は４〜８ｎｍの範囲（第２の材料にＳｉＧｅを用いる場合は、７〜１２ｎｍ）である。
【０１１９】
細孔（ナノホール）４０２４の断面形状は、円形であることが好ましく、各々の断面が均一であることが好ましい。また、柱状構造物は、下地層に対して直線的で、かつ垂直に立っていることが望ましい。
【０１２０】
また、非磁性体部分４０２０は、（Ａｌ_X Ｓｉ_1-X ）_Y Ｏ_1-Y からなるが、このときのｘの範囲は、ｘ＝０．０１〜０．２であることが好ましい。なお、第２の材料にＳｉＧｅを用いる場合は、非磁性体部分は、（Ａｌ_x （Ｓｉ_y Ｇｅ_1-y ）_1-x ）_z Ｏ_1-z からなるが、このときのｘの範囲は０＜ｘ≦０．２でｙの範囲は０＜ｙ＜１であることが好ましい。また、好ましくは、０＜ｘ≦０．１である。また、ｙの範囲は０≦ｙ≦１とすることも可能である。また、酸化状態は０．３３４≦ｚ≦０．９の範囲であり、好ましくは、０．３３４≦ｚ≦０．５の範囲である。
【０１２１】
また、細孔中に充填物を埋め込むには真空蒸着法やＣＶＤ法やスパッタリング法なども利用可能であるが、アスペクト比が大きな細孔へ埋め込むには電着法が好ましい。電着法で積層膜を作製するには電着途中で電着液を変える方法以外にも、電解電位の異なるイオンを含む溶液中でパルス電着する方法が可能である。すなわち電解電位の大きいＣｏイオンが含まれる電着溶液にＰｔやＣｕやＮｉなど電解電位の小さいイオンを小さい比率で加えておき、電解電位の小さいイオンのみを低電圧で析出させた後、高電圧で濃度の濃いＣｏを析出させることが可能である。Ｌ１₀ 規則構造を有するＭＰｔ（Ｍ＝Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ）の形成においてもパルス電着で積層膜を成膜後、熱処理してもよい。
【０１２２】
また、記録層４０１４の下部に位置する下地層Ｂ３０１３としては各種の金属が利用可能であるが、細孔中に電着法により積層膜を作製するには電着制御性の観点からｆｃｃ構造であるＰｔ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｉｒ，Ｒｈやその他の貴金属とそれらの合金で基板垂直方向に（００１）配向していることが好ましい。また、この配向をとる範囲内であれば、主な成分以外に、Ｗ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｏなどを一種類以上含んでも良い。さらに、Ｌ１₀ 、Ｌ１₁ またはＬ１₂ の各規則構造のいずれかを有し、基板面内方向に正方状に結晶配列した膜を下地層Ｂ３０１３としても良い。具体的には、ＭＰｔ（Ｍ＝Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ）、ＦｅＰｄ、ＴｉＡｌ、ＣｕＡｕを主成分とするＬ１₀ 規則構造、またはＣｕＰｔを主成分とするＬ１₁ 規則構造、またはＣｕ₃ Ａｕ、Ａｌ₃ Ｔｉ、ＦｅＰｄ₃ 、Ｎｉ₃ Ｘ（Ｘ＝Ｆｅ，Ｍｎ，Ａｌ）、Ｐｔ₃ Ｘ（Ｘ＝Ｃｏ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ａｇ，Ａｌ）、ＰｔＸ₃ （Ｘ＝Ａｇ，Ａｕ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｎｉ）を主成分とするＬ１₂ 規則構造等から選択してもよい。さらに、これら下地層Ｂ３０１３の配向制御のために（００１）配向したＭｇＯを挿入することが好ましい。
【０１２３】
ここでの基板の面内方向に正方状に結晶配列した膜（層）というのは、ｆｃｃ構造では基板垂直方向に（００１）配向した膜（層）であり、Ｌ１₀ ，Ｌ１₂ 規則構造では基板垂直方向が｛００１｝面で構成されている膜（層）、つまりｃ軸が立っている膜（層）であり、Ｌ１₁ 規則構造では、基板垂直方向が｛００１｝面で構成されている膜（層）である場合を指す。
【０１２４】
なお、本発明において、Ｌ１₀ 規則構造とは図１０（ａ）に示す構造である。Ｌ１₁ 規則構造とは図１０（ｂ）に示す構造である。Ｌ１₂ 規則構造とは図１０（ｃ）に示す構造である。
また、本明細書中記載のｆｃｃとは面心立方（ｆａｃｅ ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ）の略である。
【０１２５】
また、上記の記録層３０１４における柱状構造物部分４０２１の構成としては、上部から下地層Ｂ３０１３との接点にかけて、例えば図６および図７に示す様に、硬磁性体（Ｌ１₀ 規則構造）６０５１（図６（ａ））、または硬磁性体（Ｌ１₀ 規則構造）６０５１／非磁性体６０５４（図６（ｂ））、または硬磁性体（Ｌ１₀ 規則構造）６０５１／軟磁性体６０５５（図６（ｃ））、または硬磁性体（Ｌ１₀ 規則構造）６０５１／軟磁性体６０５５／非磁性体６０５４（図６（ｅ））、または硬磁性体（Ｌ１₀ 規則構造）６０５１／非磁性体６０５４／軟磁性体６０５５（図６（ｄ））という形態をとることが可能である。
【０１２６】
ここで、硬磁性体（Ｌ１₀ 規則構造）は基板垂直方向にｃ軸配向しており、非磁性体及び軟磁性体は基板垂直方向に（００１）配向したｆｃｃ構造をもつことを特徴とする。また、硬磁性体（Ｌ１₀ 規則構造）部分は、ＭＰｔ（Ｍ＝Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ）を主成分とし、Ａｇ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｐ，Ｂのうち一種類以上を含んでいても良い。また、非磁性体部分は、ｆｃｃ構造で貴金属とＣｕのいずれかを主成分とし、基板垂直方向に（００１）配向していることが好ましい。また、主成分の貴金属とＣｕ以外に、Ｗ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｏなどを一種類以上含んでも良い。
【０１２７】
また、軟磁性体部分は、Ｎｉ_Z Ｆｅ_1-Z を主成分とし、Ｚの範囲は０．６５から０．９１であることが好ましく、さらに一部Ａｇ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｐ，Ｂなどを含んでも良い。非磁性体部分は、Ａｌ，Ｓｉ，Ｇｅのうち一つまたは複数の酸化物、窒化物、またシリコン、カーボンなどが好ましい。
【０１２８】
さらに、上記の硬磁性体（Ｌ１₀ 規則構造）、非磁性体、軟磁性体以外にもＬ１₂ 規則構造部分が存在することも可能である。例えば、柱状構造物の構成が上からＬ１₂ 規則構造（Ｆｅ₃ Ｐｔ）／Ｌ１₀ 規則構造（ＦｅＰｔ）（図７（ｆ））やＬ１₀ 規則構造（ＦｅＰｔ）／Ｌ１₂ 規則構造（ＦｅＰｔ₃ ）（図７（ｇ））のような場合が可能である。このとき、各構造間の境界は明瞭であっても良いし、順次変化していても良い。特にアニールによる相互拡散の影響の結果で出現する可能が高く、この場合には規則相間の境界は不明瞭になると考えられる。
【０１２９】
さらに、上記柱状構造物部分は、エピタキシャルに成長させたものが好ましいが、これは、下地層Ｂ１３のｆｃｃ構造、またはＬ１₀ 規則構造、Ｌ１₁ 規則構造またはＬ１₂ 規則構造の基板面内方向に正方状に結晶配列した面に影響を受けて、柱状構造物部分がある結晶方位を保ったまま成長することを意味している。これは、単結晶でない場合、さらに下地層Ｂ１３との格子不整合の場合等を否定するものではない。さらに、熱処理により高度に基板垂直方向にＬ１₀ 規則構造のｃ軸を配向させることも可能である。このとき、下地層Ｂ３０１３と柱状構造物部分４０２１は一部相互拡散を生じてもかまわない。
【０１３０】
上記の基板３０１０としては、ガラス、アルミニウム、カーボン、プラスティック、Ｓｉなどを基板として使用することが好ましい。また、アルミニウム基板の場合は硬度を確保するためにＮｉＰ膜をメッキ法などにより下地層として形成しておくことが望ましい。
【０１３１】
また、基板３０１０と下地層Ｂ３０１３の間に軟磁性層３０１２を裏打ち層として形成することが有効であるが、そのとき軟磁性層３０１２の形成に必要であれば下地層Ａ３０１１を挿入しておくことが好ましい。また、その裏打ち層としては、Ｎｉ_Z Ｆｅ_1-Z を主成分とする膜が使用可能であり、Ｚの範囲は０．６５から０．９１であることが望ましく、さらに一部Ａｇ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｐ，Ｂなどを含んでも良い。また、このとき下からＭｇＯ層、下地層Ａ３０１１、軟磁性層３０１２、下地層Ｂ３０１３という順番、または軟磁性層３０１２、ＭｇＯ層、下地層Ｂ３０１３という順番でもよく、軟磁性層はＮｉ_Z Ｆｅ_1-Z の場合（００１）配向していることが好ましいが、その他の軟磁性体も採用可能であるためアモルファスなど他の状態であってもよい。
【０１３２】
また、磁気記録媒体の上部表面は、ダイヤモンドスラリー等を用いた精密研磨されており、そのＲｍｓ（２乗平均の平方根）は１ｎｍ以下である。さらに表面には保護層３０１５を形成することが好ましく、ヘッドとの摩擦に対して耐磨耗性を持たせるために、カーボンの他カーバイト、窒化物等の高硬度の非磁性材料を用いることが有効である。
【０１３３】
また、潤滑層はＰＦＰＥ（パーフルオロポリエーテル）を塗布することが好ましい。
【０１３４】
なお、多孔質体の形成は、上述の構造体の陽極酸化ではなく、エッチングにより行うこともできる。また、多孔質は必要に応じて酸化物であればよく、非酸化物であってもよい。例えば、多孔質体がアモルファスシリコンであったり、細孔壁が選択的に酸化物となっている構成も可能である。
【０１３５】
＜垂直磁気記録媒体の製造方法＞
以下、本実施形態に係る発明の垂直磁気記録媒体の製造方法について詳細に説明する。
なお、柱状の部材とそれを取り囲む領域を有する構造体（図１の１００１）において、当該領域を構成する第２の材料としてシリコンを選択する場合について説明するが、他の材料、例えばＳｉＧｅを選択した場合も同様に適用できる。
【０１３６】
図１１は、本発明の垂直磁気記録媒体の製造方法の一実施態様を示す工程図である。図１１において、本実施形態に係る垂直磁気記録媒体の製造方法は、基板上に、該基板垂直方向に立っている柱状構造物が充填された細孔と、該細孔を有する酸化シリコンを成分とする層を有する記録層を有する垂直磁気記録媒体の製造方法に係るものであり、下記の（ａ）工程〜（ｄ）工程を有することを特徴とする。
【０１３７】
（ａ）工程：基板上に下地層を形成する。
基板上に、基板面に対して平行に正方状の結晶配列を有する下地層を形成する。
（ｂ）工程：次に、非平衡状態でのアルミニウムとシリコンの同時堆積の過程により、前記基板にアルミニウムを成分とする柱状アルミニウム部分と該柱状アルミニウム部分の周囲を取り囲むように配置されるシリコンを成分とするシリコン部分を有するアルミニウムシリコン構造体を形成する。
【０１３８】
（ｃ）工程：該アルミニウムシリコン構造体の柱状アルミニウム部分を除去して細孔を形成し、シリコンを成分とするシリコン部分の酸化を行う。
（ｄ）工程：該細孔中にＭＰｔ（Ｍ＝Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ）を主成分とする部分を電着により形成した後、アニールを行い、基板垂直方向にｃ軸配向したＬ１₀ 規則構造からなる硬磁性体部分を含む柱状構造物を充填して記録層を形成する。
（ｅ）工程：該記録層上に、保護層および潤滑層を順次形成する。
【０１３９】
次に、上記の各工程について、順に追って説明する。
（ａ）工程：下地層形成工程
基板上に、基板面に対して平行に正方状の結晶配列を有する下地層を形成する。
下地層を形成する方法は、スパッタリング法、真空蒸着法、分子線成長法などにより行うことができる。下地層は、１層または２層でもよい。また、図１における様に、基板上に下地層Ａ１１と下地層Ｂ１３の２層を軟磁性層１２を介して設けたものでもよい。
【０１４０】
（ｂ）工程：アルミニウムシリコン構造体の形成工程
次に、非平衡状態でのアルミニウムとシリコンの同時堆積の過程により、前記基板にアルミニウムを成分とする柱状アルミニウム部分と該柱状アルミニウム部分の周囲を取り囲むようにシリコンを成分とするシリコン部分を有するアルミニウムシリコン構造体を形成する。
【０１４１】
本発明は、特にアルミニウムシリコン構造体を形成する工程に特徴を有し、この工程について以下に説明する。
アルミニウムとシリコンを非平衡状態で物質を形成する成膜法を用いて、基板の下地層上にアルミニウムシリコン構造体を形成する。ここでは、非平衡状態で物質を形成する成膜法として、スパッタリング法を用いた例を示す。
【０１４２】
図１１に示す様に、下地層５を形成した基板１０上に、非平衡状態で物質を形成する成膜法であるマグネトロンスパッタリング法により、アルミニウムシリコン構造体６を形成する。アルミニウムシリコン構造体６は、アルミニウムを成分とする組成からなる柱状アルミニウム部分７と、その周囲のシリコンを成分とするシリコン部分８から構成される。
【０１４３】
図２を再度用いて、非平衡状態で成膜する方法として、スパッタリング法を用いてアルミニウムシリコン構造体を成膜する方法について説明する。なお、図２において、１００３が基板、２００３がスパッタリングターゲットである。スパッタリング法を用いる場合は、アルミニウムとシリコンの割合を簡単に変化させることができる。
【０１４４】
図２に示したように、基板１００３上に、非平衡状態で物質を形成する成膜法であるマグネトロンスパッタリング法により、アルミニウムシリコン構造体を形成する。
【０１４５】
原料としてのシリコン及びアルミニウムは、図２のようにアルミニウムのターゲット２００３上にシリコンチップ２００２を配することで達成される（なお、第２の材料にＳｉＧｅを用いる場合は、例えば、Ｓｉ片とＧｅの片を適量配置するのである）。シリコンチップは、図２では、複数に分けて配置しているが、勿論これに限定されるものではなく、所望の成膜が可能であれば、１つであっても良い。但し、均一なアルミニウムを含む柱状構造体をシリコン領域内に均一に分散させるには、基板１００３に対象に配置しておくのがよい。
【０１４６】
また、所定量のアルミニウムとシリコンとの粉末を焼成して作製したアルミニウムシリコン焼成物を成膜のターゲット材として用いることもできる。
また、アルミニウムターゲットとシリコンターゲットを別々に用意し、同時に両方のターゲットをスパッタリングする方法を用いても良い。
【０１４７】
形成される膜中のシリコンの量は、アルミニウムとシリコンの全量に対して２０〜７０ａｔｏｍｉｃ％であり、好ましくは２５〜６５ａｔｏｍｉｃ％、さらに好ましくは３０〜６０ａｔｏｍｉｃ％である。シリコン量が斯かる範囲内であれば、シリコン領域内にアルミニウムの柱状構造体が分散したアルミニウムシリコン構造体を得ることができる。（なお、第２の材料としてＳｉＧｅを選択した場合には、形成される膜中のＳｉＧｅの量は、ＡｌとＳｉＧｅの全量に対して２０〜７０ａｔｏｍｉｃ％であり、好ましくは２５〜６５ａｔｏｍｉｃ％、さらに好ましくは３０〜６０ａｔｏｍｉｃ％である。ＳｉＧｅ量がかかる範囲内であれば、ＳｉＧｅ領域内にＡｌの柱状構造体が分散したＡｌ−ＳｉＧｅ構造体を得ることができる。また、ここでＳｉＧｅの組成比はいくつでも良く、組成の違いは、柱状Ａｌの直径や間隔の違いとして反映される。）
【０１４８】
上記のアルミニウムとシリコンの割合を示すａｔｏｍｉｃ％とは、シリコンとアルミニウムの原子の数の割合を示し、ａｔｏｍ％あるいはａｔ％とも記載され、例えば誘導結合型プラズマ発光分析法でアルミニウムシリコン構造体中のシリコンとアルミニウムの量を定量分析したときの値である。
【０１４９】
なお、上記割合においては、ａｔｏｍｉｃ％を単位として用いているが、ｗｔ％を単位として用いる場合は、シリコンが２０ａｔｏｍｉｃ％以上７０ａｔｏｍｉｃ％以下の場合は、２０．６５ｗｔ％以上７０．８４ｗｔ％以下となる。ａｔｏｍｉｃ％からｗｔ％への換算は、アルミニウムの原子量を２６．９８２、シリコンの原子量を２８．０８６としてアルミニウムとシリコンの重量比を求め、（重量比）×（ａｔｏｍｉｃ％）の値からｗｔ％に換算することができる。
また、基板温度としては、例えば２００℃以下である。
【０１５０】
なお、このような方法でアルミニウムシリコン構造体を形成すると、アルミニウムとシリコンが準安定状態の共晶型組織となり、アルミニウムが数ｎｍレベルの柱状構造体を形成し、自己組織的に分離する。そのときのアルミニウムはほぼ円柱状形状であり、その孔径は例えば１〜９ｎｍであり、間隔は例えば３〜１０ｎｍである。（なお、第２の材料としてＳｉＧｅを選択した場合には、その孔径は１〜１５ｎｍであり、間隔は３〜２０ｎｍである。）
アルミニウムシリコン構造体のシリコンの量は、例えばアルミニウムターゲット上に置くシリコンチップの量を変えることで制御できる。
【０１５１】
非平衡状態で成膜を行う場合、特にスパッタリング法の場合は、アルゴンガスを流したときの反応装置内の圧力は、０．２〜１Ｐａ程度がよい。しかし、特に、これに限定されるものではなく、アルゴンプラズマが安定に形成される圧力であればよい。
【０１５２】
非平衡状態で物質を形成する成膜法は、スパッタ法が好ましいが抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）をはじめとする任意の非平衡状態で物質を形成する成膜法が適用可能である。
【０１５３】
また、成膜する方法としては、シリコンとアルミニウムを同時に形成する同時成膜プロセスを用いても良いし、シリコンとアルミニウムを数原子層づつ積層する積層成膜プロセスを用いてもよい。
【０１５４】
上記の様にして成膜されたアルミニウムシリコン構造体１００１は、アルミニウムを主成分とする組成からなる柱状アルミニウム部分１０００と、その周囲のシリコンを主成分とするシリコン部分１００２を備える。
【０１５５】
アルミニウムを含有する柱状アルミニウム部分７の組成は、アルミニウムを主成分とするが、柱状構造の微細構造体が得られていれば、シリコン、酸素、アルゴンなどの他の元素を含有していてもよい。なお、主成分とは、柱状構造体部の成分構成比においてアルミニウムの割合が８０ａｔｏｍｉｃ％以上、好ましくは９０ａｔｏｍｉｃ％以上が望ましい。
【０１５６】
また、柱状アルミニウム部分の周囲を取り囲んでいるシリコン部分８の組成は、シリコンを成分とするが、柱状構造の微細構造体が得られていれば、アルミニウム、酸素、アルゴンなどの各種の元素を含有してもよい。なお、主成分とは、シリコン部分の成分構成比においてシリコンの割合が８０ａｔｏｍｉｃ％以上、好ましくは８０〜９８ａｔｏｍｉｃ％、さらに好ましくは９３〜９８ａｔｏｍｉｃ％が望ましい。（なお、第２の材料として、ＳｉＧｅを選択した場合には、柱状Ａｌ部分の周囲を取り囲んでいるＳｉＧｅ部分の組成は、ＳｉＧｅを成分とするが、柱状構造の微細構造体が得られていれば、Ａｌ，Ｏ，Ａｒなどの各種の元素を含有してもよい。なお、主成分としては、ＳｉＧｅ部分の成分構成比においてＳｉＧｅの割合が８０ａｔｏｍｉｃ％以上、好ましくは８５〜９９ａｔｏｍｉｃ％の範囲が好ましい。）
【０１５７】
上記の様に、基板上にアルミニウムとシリコンを同時にスパッタすることで、基板垂直方向に立った無数の柱状アルミニウム部分とその側面を取り囲むように配置されるシリコン部分からなるアルミニウムシリコン構造体が形成される。好ましくは、このときの柱状アルミニウムの直径は１〜９ｎｍであり、その柱状アルミニウム間の間隔は３〜１０ｎｍである。これらの直径と間隔はアルミニウムとシリコンとの組成比から決定される。
【０１５８】
上記の構造体の柱状アルミニウム部分７の周囲を取り囲んでいるシリコン部分８は、硬磁性体の柱状構造物部分２１の周囲を取り囲む非磁性材料からなる非磁性体部分２０となる。シリコン部分８は、Ａｌ_x Ｓｉ_1-x の組成からなるのが好ましい。ｘ＝０．０１〜０．２、好ましくは０．０２〜０．０７を示す。（なお、第２の材料としてＳｉＧｅを選択した場合には、柱状Ａｌの直径は１〜１５ｎｍであり、その柱状Ａｌ間の間隔は３〜２０ｎｍである。これらの直径と間隔はＡｌとＳｉとＧｅとの組成比から決定される。
【０１５９】
上記の構造体の柱状Ａｌ部分７の周囲を取り囲んでいるＳｉＧｅ部分８は、酸化された後硬磁性体の柱状構造物部分２１の周囲を取り囲む非磁性材料からなる非磁性体部分２０となる。酸化前のＳｉＧｅ部分８は、Ａｌ_x （Ｓｉ_y Ｇｅ_1-y ）_1-x の組成からなるのが好ましく、ｘの範囲は０＜ｘ≦０．２で、好ましくは、０＜ｘ≦０．１である。またｙの範囲は０＜ｙ＜１であるが、０≦ｙ≦１とすることも可能である。）
【０１６０】
（ｃ）工程：該構造体に細孔を形成し、シリコン部分を酸化する工程
次に、前記アルミニウムシリコン構造体の柱状アルミニウム部分を除去して細孔を形成し、シリコンを成分とするシリコン部分の酸化を行う。
この工程は次の２つの方法により行なうことができる。
【０１６１】
第一は酸溶液中における陽極酸化によりアルミニウムを成分とする柱状アルミニウム部分のみをエッチングして細孔を形成する工程である。硫酸などの溶液中での陽極酸化により、柱状アルミニウム部分を溶出させ、微細な細孔を形成する。この場合には、シリコン部分は陽極酸化で酸化され、（Ａｌ_x Ｓｉ_1-x ）Ｏ_{Y 1-Y} （Ｘ＝０．０１〜０．２）となる。（なお、第２の材料としてＳｉＧｅを選択した場合には、ＳｉＧｅ部分は陽極酸化で酸化され、（Ａｌ_x （Ｓｉ_y Ｇｅ_1-y ）_1-x ）_z Ｏ_1-z で０＜ｘ≦０．２、０＜ｙ＜１となる。また、好ましくは、０＜ｘ≦０．１であり、ｙの範囲は０≦ｙ≦１とすることも可能である。）
【０１６２】
第二は、酸溶液中に浸漬してアルミニウムを成分とする柱状アルミニウム部分を選択的にエッチングして細孔を形成する工程である。リン酸のようにシリコンを溶かさずアルミニウムのみを溶かす溶液に浸漬することでアルミニウムを除去し、微細な細孔を形成することが可能である。この場合には、シリコン部分の酸化は、別工程で酸化雰囲気中でのアニールを行って酸化シリコンを生成する。
【０１６３】
（ｄ）工程：該細孔中に硬磁性体部分を含む柱状構造物を充填し、記録層を形成する工程
次に、前記細孔中にＭＰｔ（Ｍ＝Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ）を主成分とする部分を電着により形成した後、アニールを行い、基板垂直方向にｃ軸配向したＬ１₀ 規則構造からなる硬磁性体部分を含む柱状構造物を充填して記録層を形成する。
【０１６４】
アニールは、規則合金化のために行う。アニールの方法は、相互拡散を押さえるためＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）により行うことが好ましい。
【０１６５】
この工程では、細孔中に柱状構造物のＭＰｔ（Ｍ＝Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ）を主成分とする部分を電着する工程の前または後に、基板面に対して平行に正方状の結晶配列を有するｆｃｃ構造、Ｌ１₀ またはＬ１₂ 規則構造のいずれかの構造からなる部分を電着する工程を行ってもよい。
【０１６６】
また、電着法で充填した場合、細孔の上部に溢れ出した磁性体は、ダイヤモンドスラリー、コロイダルシリカ等を用いた精密研磨を施し、そのＲｍｓ（２乗平均の平方根）は１ｎｍ以下にすることが好ましい。
以上の工程を行うことにより、前述した記録層を形成することができる。
【０１６７】
（ｅ）工程：該記録層上に、保護層および潤滑層を順次形成する工程
保護層はプラズマＣＶＤ法により形成することが好ましい。また、潤滑層はスピンコート、または浸漬して引き上げる方法により形成することが好ましい。
【０１６８】
本発明の磁気記録媒体は垂直磁気記録媒体として有効であり、磁気記録再生装置として用いるには、図８に示すように、上記磁気記録媒体８０６１以外に読み取り書き込み磁気ヘッド８０６３、モーターなどの駆動制御装置、信号処理回路、防塵ケース等を組み込むことが必要である。しかし、磁気記録再生装置において、磁気記録媒体の駆動は回転のみ、磁気ヘッドの駆動は円周上のスライドのみに限定されるものではない。なお、８０６２は磁気記録媒体駆動部、８０６５は信号処理部、８０６４は磁気ヘッド駆動部である。
【０１６９】
また、前記磁気記録再生装置を情報処理装置として用いるには、図９に示す様に、磁気記録再生装置９０７２以外にメモリ部９０７４と演算部９０７３と電源９０７５と外部入出力部９０７６とそれらを接続する配線９０７７を格納容器９０７１に納めた情報処理装置を形成することが必要である。情報処理装置において、配線は有線、無線のどちらでも可能である。
【０１７０】
（第３の実施形態：軟磁性層にＡｌＳｉを適用）
本実施形態においては、機能デバイスとして磁気記録デバイス（具体的には、磁気記録媒体）や、磁気記録再生装置、さらには該磁気記録再生装置を用いた情報処理装置について説明する。特に、高密度記録に適した２層垂直磁気記録媒体の軟磁性層に関する発明を説明する。
【０１７１】
近年の情報処理の飛躍的な増大に伴って、磁気ディスク装置などの情報記録技術も大幅な大容量化が求められている。特にハードディスクにおいては現在単位面積当たりの記録情報量が年率６０％を超える勢いで増加している。今後も情報記録量の増大が望まれており、また携帯用などの記録装置としても小型化、高密度化が望まれている。
【０１７２】
従来利用されてきたハードディスク用磁気記録媒体は長手方向磁気記録方式であり、磁化はディスク表面に平行に記録されている。この長手方向磁気記録方式では高密度化に伴い磁区内の反磁界を抑え、且つ磁化状態の検出に媒体上方に磁界を出すために磁気記録層を薄くしていく必要がある。そのため磁性微粒子１つ当たりの体積が極度に小さくなり、超常磁性効果が発生しやすい傾向にある。すなわち、磁化方向を安定させているエネルギーが熱エネルギーより小さくなり、記録された磁化が時間とともに変化し、記録を消してしまうことが起こる。このため近年では長手方向磁気記録に代わって記録層の膜厚を大きくとれる垂直磁気記録方式へ移行する研究が盛んに行われている。
【０１７３】
垂直磁気記録方式では、基板垂直方向への膜厚の制限が弱まり、記録領域の縮小に伴う体積の減少が格段に抑制できることが強みである。現在、垂直磁気記録媒体は、単層の磁気記録層を用いるタイプと高透磁率な軟磁性層を裏打ち層としてその上に硬磁性な記録層を用いる２層タイプが提案されている。後者の場合は垂直磁気ヘッドからの磁界を記録層へ集中させ、磁界を軟磁性層に水平に通してヘッド側へ戻す磁気回路を構成するものである。この裏打ち層を用いた２層タイプ（特開平５２−７８４０３号公報）では記録再生特性を向上させる効果を示すことが知られている。
【０１７４】
しかし、裏打ち層である軟磁性層を用いた２層垂直磁気記録媒体では、記録再生において、スパイク状のノイズが観測され、バルクハウゼンノイズと呼ばれている。これは、軟磁性層中に存在する磁壁の状態変化が問題であると考えられており、この磁壁の安定化がノイズを無くすためには必須である。
【０１７５】
そこで、磁壁の移動を抑える目的でバイアス磁界を印加する方法、また図１４に示されるようなグラニュラー膜にすることで磁壁の存在をなくす（特開２００１−１０１６４４号公報）等の対策が講じられている。特に、磁壁を無くすために軟磁性粒子部分１５３１と非磁性体部分１５３０からなるグラニュラー膜にすることは有効であるが、軟磁性粒子部分１５３１の形状、大きさの分布制御やグラニュラー膜中の粒子密度の制御が非常に難しい。つまり、軟磁性粒子の直径１５３２と軟磁性粒子の間隔１５３３を均一化することが望まれる。即ち、上記従来技術においては、グラニュラー膜中の軟磁性粒子の形状、大きさの分布、粒子密度の分布が問題となって、平均透磁率を一様にすることが困難であった。
【０１７６】
本発明者らは、非磁性母材中に軟磁性材料を分散させるときの形状としては、基板に垂直方向に立った柱状構造が好ましいことを見出した。この場合、基板に垂直方向には膜厚と同じ高さの柱状軟磁性体が存在し、その高さ揺らぎは極度に抑えることが可能である。また、面内方向においても、柱状軟磁性体における直径の揺らぎの小さなものが作製可能である。
【０１７７】
即ち、本実施形態においては、軟磁性層を構成する部材として、図１により示した構造体１００１を適用する。
以下、具体的に本実施形態に係る発明について説明する。
【０１７８】
第３の実施形態に係る発明は、基板上に軟磁性層と記録層を有する磁気記録媒体であって、該軟磁性層が柱状の軟磁性体と該軟磁性体を取り囲む非磁性体領域を含み構成されていることを特徴とする。ここで、軟磁性体は、前記基板に対して垂直方向に立っていることが好ましい。
【０１７９】
本実施形態に係る磁気記録媒体に関する発明を図面に基づいて説明する。
図３において、３０１０は基板、３０１１は下地層Ａ、３０１２は軟磁性層、３０１３は下地層Ｂ、３０１４は記録層、３０１５は保護層、３０１６は潤滑層である。また、図１５において、１６２０は非磁性領域、１６２１は柱状軟磁性体、１６２２は柱状軟磁性体の直径、１６２３は柱状軟磁性体の間隔である。
【０１８０】
基板３０１０の上に、順に下地層Ａ３０１１、軟磁性層３０１２、下地層Ｂ３０１３、記録層３０１４、保護層３０１５および潤滑層３０１６が配置されており、特に軟磁性層３０１２においては、図１５に示すように、非磁性領域１６２０と柱状軟磁性体１６２１からなり、それら柱状磁性体の直径１６２２が１〜９ｎｍの範囲のいずれかで、柱状軟磁性体の間隔１６２３が３〜１０ｎｍの範囲のいずれかの値で配置されている。なお、これらの数値は、図１における構造体１００１の第１の材料としてアルミニウム、第２の材料としてシリコンを適用した場合（アルミニウムシリコン混合体）の値である。本実施形態において、軟磁性層を構成する部材として、このアルミニウムシリコン混合体を利用する場合について説明するが、シリコンに代えてＳｉＧｅを適用できることは勿論である。
【０１８１】
上記の下地層Ａ３０１１は、基板３０１０と軟磁性層３０１２との間に設けられた単層または２層以上の非磁性導電膜からなり、軟磁性層３０１２における柱状軟磁性体１６２１の形成において、電着法で作製する場合には電極となり、かつ配向性を制御するための役割も担うことが好ましい。特に、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｇなどを成分とした金属膜を用いることが好ましい。また、単層膜に限らず、目的により複数の膜を用いることも可能である。
【０１８２】
上記の下地層Ｂ３０１３は、軟磁性層３０１２と記録層３０１４との間に設けられた単層または２層以上の非磁性導電膜からなり、記録層３０１４における配向性を制御するための役割を担うことが好ましい。特に、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｇなどを成分とした金属膜を用いることが好ましい。特に、これらの（１１１）面、（００１）面のように配向性を持たせておくことが好ましい。従って、前もってＭｇＯのような金属膜の配向性も制御する層を追加し、複数の膜を下地層として用いることも可能である。
【０１８３】
上記の基板３０１０は、表面が平坦なものであればどのようなものでも使用可能であるが、特にガラス、アルミニウム、カーボン、プラスティック、ＭｇＯ、Ｓｉなどを基板として使用するのが好ましい。アルミニウム基板の場合は硬度を確保するためにＮｉＰ膜をメッキ法などにより下地層として形成しておくことが望ましい。
【０１８４】
上記の軟磁性層３０１２において、非磁性領域１６２０はシリコン、またはその酸化物、窒化物などが用いられる。特に、酸素雰囲気中やアンモニア雰囲気中でのアニールによる形成法を用いてもよいが、硫酸、蓚酸、リン酸溶液中などにおける陽極酸化での酸化によってシリコンを酸化しても良い。即ち、柱状のアルミニウムがシリコンの領域に分散した構造体を用意し、当該アルミニウム部分を除去等して当該アルミニウム部分と軟磁性材料とを置換するのである。
【０１８５】
１６２１の柱状軟磁性体は、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅなどからなるのが好ましい。また、非磁性領域１６２０のシリコン部分は、Ａｌ_x Ｓｉ_1-x （ｘ＝０．０１〜０．２）であることが好ましい。また、これらの酸化物であることも好ましく、（Ａｌ_x Ｓｉ_1-x ）_y Ｏ_1-y （ｘ＝０．０１〜０．２）で、ｙの値は特に限定するものではない。
【０１８６】
上記の記録層３０１４は、Ｃｏ₅₀Ｐｔ₅₀、Ｆｅ₅₀Ｐｔ₅₀、または（ＣｏＦｅ）₅₀Ｐｔ₅₀を主成分とするＬ１₀ 規則構造を有し、１〜９ｎｍ程度の直径の円柱形状からなり、かつ各々は非磁性材料３〜１０ｎｍの間隔で分離された構造からなるのが好ましい。また、記録層として、Ｍ_x Ｐｔ_1-x （Ｍ＝Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）の少なくとも１つを含み構成されていてもよい。なお、ｘの範囲としては、０．３から０．７、より好適には０．４から０．６である。
【０１８７】
上記の保護層３０１５は、カーボン膜など、特にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）からなるのが好ましい。
上記の潤滑層３０１６は、ハードディスクに塗布される市販品、またはその類似物などからなるのが好ましい。
【０１８８】
＜垂直磁気記録媒体の製造方法＞
以下、本発明の垂直磁気記録媒体の製造方法について詳細に説明する。
図１６は、本実施形態に係る発明の垂直磁気記録媒体の製造方法の一実施態様を示す工程図である。図１６において、本発明の垂直磁気記録媒体の製造方法は、下記の（ａ）工程〜（ｄ）工程を有することを特徴とする。
【０１８９】
（ａ）工程：基板上に下地層Ａを形成する。
（ｂ）工程：次に、非平衡状態でのアルミニウムとシリコンの同時堆積の過程により、前記基板にアルミニウムを主成分とする柱状構造部分と該柱状構造部分の周囲を取り囲むようにシリコンを主成分とする非磁性領域を形成する。
【０１９０】
（ｃ）工程：該アルミニウムを主成分とする柱状構造部分を柱状軟磁性体に置換する工程からなる。酸溶液中に浸漬してアルミニウムを主成分とする柱状構造部分のみをエッチングして微細柱状空孔を形成するか、あるいは酸溶液中における陽極酸化によりアルミニウムを主成分とする柱状構造部分のみをエッチングして微細柱状空孔を形成し、該微細柱状空孔に軟磁性体を充填して軟磁性層を形成する。
（ｄ）工程：該軟磁性層上に、下地層Ｂ、記録層、保護層および潤滑層を順次形成する。
【０１９１】
次に、上記の各工程について、順に追って説明する。
（ａ）工程：下地層成膜工程
基板上に下地層Ａを形成する。下地層Ａの成膜は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｇなどを成分とした金属膜をスパッタリング法により、形成することが好ましい。また、単層膜または複数の膜を用いることもができる。ただし、成膜方法については、平坦に成膜可能であれば手段は選ぶ必要が無く、スパッタリング法に限定するものではない。
【０１９２】
（ｂ）工程：アルミニウムシリコン層形成工程
次に、非平衡状態でのアルミニウムとシリコンの同時堆積の過程により、前記基板にアルミニウムを主成分とする柱状構造部分と該柱状構造部分の周囲を取り囲むようにシリコンを主成分とするシリコン領域（非磁性領域）を有するアルミニウムシリコン層を形成する。
【０１９３】
本発明は、特にアルミニウムシリコン層を形成する工程に特徴を有するので、この工程について以下に説明する。
アルミニウムとシリコンを非平衡状態で物質を形成する成膜法を用いて、基板の下地層Ａ上にアルミニウムシリコン層を形成する。ここでは、非平衡状態で物質を形成する成膜法として、スパッタリング法を用いた例を示す。
【０１９４】
図１２に示す様に、基板３０１０上に形成した下地層Ａ３０１１の上に、非平衡状態で物質を形成する成膜法であるマグネトロンスパッタリング法により、アルミニウムシリコン層１８３５を形成する。アルミニウムシリコン層１８３５は、アルミニウムを主成分とする組成からなるアルミニウム柱状構造体１８３７と、その周囲のシリコンを主成分とするシリコン領域１８３８から構成される。
【０１９５】
図２を用いて、非平衡状態で成膜する方法として、スパッタリング法を用いてアルミニウムシリコン層を成膜する方法について説明する。なお、図２において、１００３が基板、２００３がスパッタリングターゲットである。スパッタリング法を用いる場合は、アルミニウムとシリコンの割合を簡単に変化させることができる。図２に示したように、基板１００３上に、（必要に応じて下地層を介して）非平衡状態で物質を形成する成膜法であるマグネトロンスパッタリング法により、アルミニウムシリコン層を形成する。
【０１９６】
原料としてのシリコン及びアルミニウムは、図２のようにアルミニウムのターゲット２００３上にシリコンチップ２００２を配することで達成される。シリコンチップは、図２では、複数に分けて配置しているが、勿論これに限定されるものではなく、所望の成膜が可能であれば、１つであっても良い。但し、均一なアルミニウムを含む柱状構造体をシリコン領域内に均一に分散させるには、基板１００３に対象に配置しておくのがよい。
【０１９７】
また、所定量のアルミニウムとシリコンとの粉末を焼成して作製したアルミニウムシリコン焼成物を成膜のターゲット材として用いることもできる。
また、アルミニウムターゲットとシリコンターゲットを別々に用意し、同時に両方のターゲットをスパッタリングする方法を用いても良い。
【０１９８】
形成される膜中のシリコンの量は、アルミニウムとシリコンの全量に対して２０〜７０ａｔｏｍｉｃ％であり、好ましくは２５〜６５ａｔｏｍｉｃ％、さらに好ましくは３０〜６０ａｔｏｍｉｃ％である。シリコン量が斯かる範囲内であれば、シリコン領域内にアルミニウムの柱状構造体が分散したアルミニウムシリコン層が得られる。
また、基板温度としては、２００℃以下であり、好ましくは１００℃以下であるのがよい。
【０１９９】
なお、このような方法でアルミニウムシリコン層を形成すると、アルミニウムとシリコンが準安定状態の共晶型組織となり、アルミニウムが数ｎｍレベルの円柱状構造を形成し、自己組織的にシリコンと分離する。そのときの円柱状形状アルミニウムの直径は１〜１０ｎｍであり、間隔は３〜１５ｎｍである。
【０２００】
アルミニウムシリコン層のシリコンの量は、例えばアルミニウムターゲット上に置くシリコンチップの量を変えることで制御できる。
非平衡状態で成膜を行う場合、特にスパッタリング法の場合は、アルゴンガスを流したときの反応装置内の圧力は、０．２〜１Ｐａ程度がよい。しかし、特に、これに限定されるものではなく、アルゴンプラズマが安定に形成される圧力であればよい。
【０２０１】
非平衡状態で物質を形成する成膜法は、スパッタ法が好ましいが抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）をはじめとする任意の非平衡状態で物質を形成する成膜法が適用可能である。
【０２０２】
また、成膜する方法としては、シリコンとアルミニウムを同時に形成する同時成膜プロセスを用いても良いし、シリコンとアルミニウムを数原子層づつ積層する積層成膜プロセスを用いてもよい。
【０２０３】
上記の様にして成膜されたアルミニウムシリコン層１８３５は、アルミニウムを主成分とする組成からなるアルミニウム柱状構造体１８３７と、その周囲のシリコンを主成分とするシリコン領域１８３８を備える。
【０２０４】
アルミニウムを含有する柱状構造体部１８３７の組成は、アルミニウムを主成分とするが、柱状構造の微細構造体が得られていれば、シリコン、酸素、アルゴンなどの他の元素を含有していてもよい。なお、主成分とは、柱状構造体部の成分構成比においてアルミニウムの割合が８０ａｔｏｍｉｃ％以上、好ましくは９０ａｔｏｍｉｃ％以上が望ましい。この場合、酸に容易に溶解する成分構成比になっていることが重要である。
【０２０５】
また、アルミニウム柱状構造体の周囲を取り囲んでいるシリコン領域１８３８の組成は、シリコンを主成分とするが、柱状構造の微細構造体が得られていれば、アルミニウム、酸素、アルゴンなどの各種の元素を含有してもよい。なお、主成分とは、シリコン領域の成分構成比においてシリコンの割合が８０ａｔｏｍｉｃ％以上、好ましくは８０〜９８ａｔｏｍｉｃ％、さらに好ましくは９３〜９８ａｔｏｍｉｃ％が望ましい。
【０２０６】
上記の様に、基板上にアルミニウムとシリコンを同時にスパッタリングすることで、基板垂直方向に立った無数の柱状アルミニウムとその側面を取り囲むように配置されるシリコンからなるアルミニウムシリコン層が形成される。好ましくは、このときの柱状アルミニウムの直径は１〜９ｎｍであり、その柱状アルミニウム間の間隔は３〜１０ｎｍである。これらの直径と間隔はアルミニウムとシリコンとの組成比から決定される。
【０２０７】
上記のアルミニウム柱状構造体の周囲を取り囲んでいるシリコン領域１８３８は、柱状軟磁性体の周囲を取り囲む非磁性材料からなる非磁性領域となる。シリコン領域１８３８、すなわち非磁性領域は、Ａｌ_x Ｓｉ_1-x の組成からなるのが好ましい。ｘ＝０．０１〜０．２、好ましくは０．０２〜０．０７を示す。勿論、実質的にＡｌが当該シリコン領域に含まれていないことも好ましい。
【０２０８】
（ｃ）工程：柱状構造部分を柱状軟磁性体に置換する工程
次に、前記アルミニウムを主成分とする柱状構造部分を柱状軟磁性体に置換する工程を行う。この工程は次の２つの方法により行なうことができる。
【０２０９】
第一は、酸溶液中に浸漬してアルミニウムを主成分とする柱状構造部分のみをエッチングして微細柱状空孔を形成する工程である。リン酸のようにシリコンを溶かさずアルミニウムのみを溶かす溶液に浸漬することでアルミニウムを除去し、微細な空孔を形成することが可能である。
【０２１０】
第二は酸溶液中における陽極酸化によりアルミニウムを主成分とする柱状構造部分のみをエッチングして微細柱状空孔を形成する工程である。硫酸などの溶液中での陽極酸化により、アルミニウム部分を溶出させ、微細な空孔を形成する。この場合には、シリコン部分の酸化も達成される。この場合、陽極酸化溶液の温度は何℃でもよく、１０℃〜３０℃が好ましい。また、濃度においても限定がなく、０．３ｍｏｌ／ｌ〜７ｍｏｌ／ｌまで使用可能である。さらに、陽極酸化電圧に関しては、１０Ｖ以下であることが好ましいが、特に下地層Ａ１１との密着性が弱い時には、２Ｖ以下であることが好ましい。
【０２１１】
次に、形成された該微細柱状空孔に軟磁性体を充填して軟磁性層を形成する。軟磁性体用のめっき液に浸漬し、めっき法により微細な空孔に軟磁性体を充填することが可能である。つまり、めっき可能である軟磁性体は、すべて用いることができる。特に、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅはめっきの点から考えて有効である。このとき、下地層Ａ３０１１は、電解めっきのときには電極として、無電解めっきのときは触媒として作用することが好ましい。
【０２１２】
また、電着法で充填した場合、微細な空孔の上部に溢れ出した軟磁性体は、ダイヤモンドスラリー、コロイダルシリカ等を用いた精密研磨を施し、そのＲｍｓ（２乗平均の平方根）は１ｎｍ以下にすることが好ましい。
【０２１３】
（ｄ）工程：該軟磁性層上に、下地層Ｂ、記録層、保護層および潤滑層を順次形成する。
上記の下地層Ｂの成膜はスパッタリング法、保護層の成膜はＣＶＤ法、スパッタリング法により形成することが好ましい。また、単層膜または複数の膜を用いることもができる。また、記録層については、本発明の軟磁性層と同様の製造方法で、磁性体をＣｏ₅₀Ｐｔ_{5 0} 、Ｆｅ₅₀Ｐｔ₅₀、または（ＣｏＦｅ）₅₀Ｐｔ₅₀等にすることで形成されることが好ましい。また、潤滑層は、潤滑材料に浸漬、またはスピンコートすることで形成することが好ましい。
【０２１４】
なお、本実施形態においては、軟磁性層を形成するに際して上述のＡｌＳｉ構造体を利用した場合を説明したが、その他の部分例えば記録層自体もこのＡｌＳｉ構造体を移用することも勿論可能である。
【０２１５】
本実施形態に係る垂直磁気記録媒体は、磁気記録再生装置として用いるには、図８に示すように、上記垂直磁気記録媒体８０６１以外に読み取り書き込み磁気ヘッド８０６３、モーターなどの駆動制御装置、信号処理回路、防塵ケース等を組み込むことが必要である。しかし、磁気記録再生装置において、垂直磁気記録媒体の駆動は回転のみ、磁気ヘッドの駆動は円周上のスライドのみに限定されるものではない。
【０２１６】
また、前記磁気記録再生装置を情報処理装置として用いるには、図９に示す様に、磁気記録再生装置９０７２以外にメモリ部９０７４と演算部９０７３と電源９０７５と外部入出力部９０７６とそれらを接続する配線９０７７を有していることが必要である。しかし、情報処理装置において、配線は有線、無線のどちらでも可能である。９０７１は格納容器である。
【０２１７】
また、本実施形態に適用できる多孔質体は必要に応じて酸化物であればよく、非酸化物であってもよい。例えば、多孔質体がアモルファスシリコンであったり、細孔壁が選択的に酸化物となっている構成も可能である。
【０２１８】
【実施例】
（実施例１：発光デバイス）
本実施例においては、図１を用いて説明した構造体１００１から柱状の部材１０００を除去した部分に発光材料を充填して発光デバイスを作製した場合について説明する。以下では、構造体１００１において、柱状の部材を構成する第１の材料としてアルミニウムを、その周りを取り囲む領域にシリコンを用いた場合を例に挙げ説明するが、既述の通り柱状の部材を選択的に当該構造体から除去できるのであれば、種々の材料の選択が可能である。斯かる点は、以降の全ての実施例においても同様である。
【０２１９】
まず、スパッタリング法を用いて、ガラス基板上にＰｄ２０ｎｍを成膜した上に、ＡｌＳｉ構造体を５０ｎｍ成膜したものを準備した。このとき、ＡｌＳｉ膜の状態は、柱状アルミニウムが基板垂直方向に立っており、その側面を囲うようにシリコンが配置された構造体を自己組織的に形成していることが確認された。柱状アルミニウムの直径は４ｎｍで各々の間隔は７ｎｍであった。これをリン酸５ｗｔ％（重量％）に浸漬して、アルミニウム部分をエッチングで除去し、４ｎｍのナノホールを形成した。このとき、ホール底部にはＰｄ層が露出しているので、これを電極としてＺｎＯの電着が可能である。
【０２２０】
電着は、６０℃の硝酸亜鉛水溶液０．１ｍｏｌ／ｌを用い、陰極に酸化したＡｌＳｉナノホールを配置し、電圧−０．５Ｖで行った。この場合電着は、ホールから溢れた時点で終了し、研磨で溢れた部分を除去した。またＡｌＳｉナノホールは、リン酸でのエッチング以外に陽極酸化、酸素雰囲気中でのアニールなどで微細孔を有する（Ａｌ_X Ｓｉ_1-x ）_y Ｏ_1-y 膜をしても使用可能である。
【０２２１】
さらに、電着液は硫酸亜鉛水溶液に限らず、塩化物系などその他のものでも良い。とくに、水溶液でなく可溶な有機溶媒に０．００５ｍｏｌ／ｌ程度というように、少量溶解させたものでも可能である。
【０２２２】
発光特性を見るために、この試料のフォトルミネッセンス測定を行った。励起光源としてＨｅ−Ｃｄレーザ３２５ｎｍを使用し、試料上面から、つまりナノホールに平行に入射させ、同じ方向にその発光を取り出した。
【０２２３】
その結果、ＺｎＯのバルクからの発光が示す波長よりも、本試料からの発光が短波長側に位置することが確認できた。これは、ＡｌＳｉナノホールにより結晶粒のサイズが制限されることと関係しており、ホールサイズで発光波長を制御可能である。
【０２２４】
（実施例２：磁性デバイス）
ガラス基板上にＰｔ２０ｎｍを成膜した上に、ＡｌＳｉ構造体を５０ｎｍ成膜したものを準備した。このとき、ＡｌＳｉ膜の状態は、柱状アルミニウムが基板垂直方向に立っており、その側面を囲うようにシリコンが配置された構造体を自己組織的に形成していることが確認された。柱状アルミニウムの直径は４ｎｍで各々の間隔は７ｎｍであった。これを、硫酸水溶液７ｍｏｌ／ｌ、２０℃中にて、電圧２Ｖを印加して陽極酸化を行った。その結果、柱状アルミニウム部分が除去され、シリコン部分が酸化され、微細孔を有する（Ａｌ_X Ｓｉ_1-x ）_y Ｏ_1-y 膜が形成されていた。これらは、多少の揺らぎはあるもののｘ＝０．０１〜０．２の範囲であることが組成分析で判明した。次に、水酸化ナトリウム水溶液１ｍｏｌ／ｌ中で２分間浸漬し、微細孔の底部の均一化を行った。これで、ホール底部にはＰｔ層が露出しているので、これを電極として磁性材料の電着を実施した。実施例１同様にリン酸でのエッチングで形成されるＡｌＳｉナノホールも使用可能である。
【０２２５】
まず、ＮｉＦｅの充填には硫酸ニッケル（ＩＩ）７水和物と硫酸鉄（ＩＩ）７水和物を１：１で混合したものを使用し、２４℃でＡｇ／ＡｇＣｌ参照極に対して−１．０Ｖの電圧を印加して電着した。また、ＦｅＰｔの電着には、硫酸鉄（ＩＩ）７水和物０．３ｍｏｌ／ｌと６塩化白金酸０．０３ｍｏｌ／ｌを１０：１の混合比で使用し、２４℃でＡｇ／ＡｇＣｌ参照極に対して−１．５Ｖの電圧を印加して電着した。
【０２２６】
これらの、磁気特性をヒステリシス曲線で観測すると、ＮｉＦｅにおいては１０Ｏｅ程度の保持力を有し、軟磁性的な特性を示した。また、ＦｅＰｔの場合はアニール処理により規則合金化させたため、１３ｋＯｅの印加磁場に対して基板垂直方向に６ｋＯｅの高い保持力を有し、基板面内方向では保持力が弱く、高い垂直磁気異方性を示した。
このように、図１に示した構造体を用いれば機能デバイスとして、磁気デバイスの提供ができることが分かる。
【０２２７】
（実施例３）
本実施例は、記録層の製造方法と、それぞれの形状や配向性に関するものである。
表面にＭｇＯ膜を形成したガラス基板上に、下地層としてスパッタ蒸着法により貴金属とＣｕよりＰｔ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｉｒ，Ｒｈを選択し、各５ｎｍ別々に成膜し、すべてにＡｌＳｉ構造体（Ａｌ₅₀Ｓｉ₅₀層（Ａｌ５０ａｔｏｍｉｃ％、Ｓｉ５０ａｔｏｍｉｃ％の組成））を２００ｎｍ成膜したものを準備した。
【０２２８】
スパッタリングターゲットには、直径４インチ（１０１．６ｍｍ）の円形のアルミニウムターゲット上に、１５ｍｍ角のシリコンチップを６枚置いたものを用いた。スパッタリング条件は、ＲＦ電源を用いて、Ａｒ流量：５０ｓｃｃｍ、放電圧力：０．７Ｐａ、投入電力：１ｋＷとした。また、基板温度は室温（２５℃）とした。
【０２２９】
なお、ここではターゲットとして、アルミニウムターゲット上にシリコンチップを６枚置いたものを用いたが、シリコンチップの枚数はこれに限定されるものではなく、スパッタリング条件により変化し、ＡｌＳｉ層の組成が所定のシリコン含有量近辺になれば良い。また、ターゲットはアルミニウムターゲット上にシリコンチップを置いたものに限定するものではなく、シリコンターゲット上にアルミニウムチップを置いたものでも良いし、シリコンとアルミニウムを焼結したターゲットを用いても良い。
【０２３０】
このとき、ＡｌＳｉ構造体の状態は、図１に示すように柱状アルミニウム部分が基板垂直方向に立っており、その側面を囲うようにシリコン部分が配置された構造体を自己組織的に形成していることが確認された。柱状アルミニウムの直径は４ｎｍで各々の間隔は７ｎｍであった。
【０２３１】
次いで、硫酸水溶液７ｍｏｌ／ｌ、２０℃中にて、電圧５Ｖを印加して陽極酸化を行った。その結果、柱状アルミニウム部分が除去され、シリコン部分が酸化され、微細孔を有する（Ａｌ_X Ｓｉ_1-x ）_y Ｏ_1-y 膜が形成された。これらは、多少の揺らぎはあるもののｘ＝０．０１〜０．２の範囲であることが組成分析で判明した。次に、水酸化ナトリウム水溶液１ｍｏｌ／ｌ中で２分間浸漬し、微細孔の底部の均一化を行った。このとき、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｉｒ，Ｒｈ膜は各々基板垂直方向に対して（００１）方向に配向しており、ナノホール底部において各々Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｉｒ，Ｒｈ面が露出して良好な導電性を持っていた。
【０２３２】
以上、代表例として下地層がＰｔの試料に硬磁性体であるＣｏＰｔとＦｅＰｔを細孔中に充填した。ここで、ＣｏＰｔの電着には、塩化白金酸６水和物０．００３ｍｏｌ／ｌ水溶液を５ｍｌと、硫酸コバルト（ＩＩ）７水和物０．３ｍｏｌ／ｌ、硼酸３０ｇ／ｌ、硫酸マグネシウム７水和物５０ｇ／ｌからなる水溶液２５ｍｌを混合し、２４℃で使用した。ＦｅＰｔの電着では、上記ＣｏＰｔの溶液の硫酸コバルトを硫酸鉄（ＩＩ）７水和物０．３ｍｏｌ／ｌにしたものを用いた。
【０２３３】
電着は、以上の溶液中にて参照極としてＡｇ／ＡｇＣｌを用いて、−２．０Ｖ、−１．２Ｖ、−０．６Ｖで攪拌しながら行った。
さらに、これらの試料を粒径が１／４μｍのダイヤモンドスラリーを用いて表面に溢れ出した電着物を研磨し取り除いた。この時、表面のＲｍｓは１ｎｍ以下であった。
【０２３４】
以上の試料を電界放出型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）で観察すると細孔にＣｏＰｔ、ＦｅＰｔがそれぞれ存在しており、断面からの観察によりナノホールの直線性も優れていることが確認できた。
これらのＩＣＰによる組成分析を行った結果、下地層のＰｔの影響を考慮すると以下の表２のような組成となった。
【０２３５】
【表２】

【０２３６】
以上から、−０．６Ｖで電着した試料はＣｏやＦｅの組成が低く、また、−２．０Ｖにおいては十分大きく、Ｌ１₀ 規則構造の組成から大きくずれていた。−１．２Ｖにおいては、主にＣｏＰｔ、ＦｅＰｔともにｆｃｃ（００２）の回折が見られた。
【０２３７】
−１．２Ｖで電着した試料を、真空中、ＣｏＰｔを７００℃、ＦｅＰｔを６５０℃で十分アニールした後に再度Ｘ線回折測定を行った。すると、−１．２Ｖで電着した試料において、ＣｏＰｔ、ＦｅＰｔともにＬ１₀ 規則構造（００１）と（００２）のピークが観察できた。ＣｏＰｔについて、ＪＣＰＤＳにある粉末試料の回折強度比で校正すると全体の７８％が基板垂直方向にｃ軸が向いており、残りがその他の方向であった。ＦｅＰｔでは７４％であった。また、下地層がＰｔ（１１１）面である場合は、Ｌ１₀ 規則構造のＣｏＰｔ（１１１）が優先的に現れることからも、下地層をＰｔ（００１）にすることで、Ｌ１₀ 規則構造のｃ軸を基板垂直方向に優先的に配向させることが確認できる。
【０２３８】
（実施例４）
本実施例では、記録層の下部の下地層が規則構造である場合について実施例３と同様の測定を行った。
以下、下地層としてＦｅＰｔを用いた例について述べる。
【０２３９】
まず、表面にＭｇＯ膜を形成したガラス基板上に、スパッタ装置でＬ１₀ 規則構造のＦｅＰｔ５ｎｍ（膜厚）と、Ｌ１₁ 規則構造のＣｕＰｔ５ｎｍと、Ｌ１₂ 規則構造のＦｅＰｔ₃ ５ｎｍをそれそれ別々に成膜し、その後すべてにスパッタリング法によりＡｌＳｉ構造体を２００ｎｍ成膜した。
【０２４０】
これら３つの試料を実施例１と同様の条件で陽極酸化した。これはＰｔ下地層の場合と同様に正方配列面が基板垂直方向に配向しており、ナノホール底部において、それぞれの下地層の面が露出して良好な導電性を持っていることを確認した。特に、Ｌ１₀ 規則構造の場合は、そのｃ軸が基板垂直方向に配向していることを確認した。
【０２４１】
以上、下地層がＬ１₀ 規則構造である場合に対して、硬磁性体であるＦｅＰｔをナノホール中に充填した。ここで、ＦｅＰｔの電着には、塩化白金酸６水和物０．００３ｍｏｌ／ｌ水溶液を５ｍｌと、硫酸鉄（ＩＩ）７水和物０．３ｍｏｌ／ｌ、硼酸３０ｇ／ｌ、硫酸マグネシウム７水和物５０ｇ／ｌからなる水溶液２５ｍｌを混合し、２４℃で使用した。
【０２４２】
電着は、以上の溶液中にて参照極としてＡｇ／ＡｇＣｌを用いて、−１．２Ｖで電着を行った。さらに、これらの試料を粒径が１／４μｍのダイヤモンドスラリーを用いて表面に溢れ出した電着物を研磨し取り除いた。この時、表面のＲｍｓは１ｎｍ以下であった。
【０２４３】
Ｘ線回折測定の結果、主にｆｃｃ構造−ＦｅＰｔ（００２）のピークを示した。これらの試料を真空中６５０℃で十分アニールした後に再度Ｘ線回折測定を行った。すると、Ｌ１₀ 規則構造ＦｅＰｔ（００１）と（００２）のピークが見られ、ＪＣＰＤＳにある粉末試料の回折強度比で校正すると全体の８０％が基板垂直方向にｃ軸が向いていることが確認できる。
以上から、下地層としてＬ１₀ 規則構造ＦｅＰｔを用いた場合にも優先的にＬ１₀ 規則構造ＦｅＰｔのｃ軸が基板垂直方向に配向することが確認できる。
【０２４４】
（実施例５）
本実施例では、細孔中の充填物の構成における非磁性体、軟磁性体部分の製造方法と配向性、さらにその結果もたらされる硬磁性体（Ｌ１₀ 規則構造）部分の配向性に関するものである。
【０２４５】
まず、充填物の構成には、図６および図７に示す様に、実施例３の硬磁性体（Ｌ１₀ 規則構造）のみ（図６（ａ））以外に、図６（ｂ）の硬磁性体（Ｌ１₀ 規則構造）／非磁性体、または図６（ｃ）の硬磁性体（Ｌ１₀ 規則構造）／軟磁性体、または図６（ｄ）硬磁性体（Ｌ１₀ 規則構造）／非磁性体／軟磁性体、または図６（ｅ）硬磁性体（Ｌ１₀ 規則構造）／軟磁性体／非磁性体、または図７（ｆ）硬磁性体（Ｌ１₂ 規則構造）／硬磁性体（Ｌ１₀ 規則構造）、または図７（ｇ）硬磁性体（Ｌ１₀ 規則構造）／硬磁性体（Ｌ１₂ 規則構造）などの形態をとることが可能である。
【０２４６】
まず、実施例３に示すように記録層の下部の下地層にＰｔ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｉｒ，Ｒｈをそれぞれ採用した微細孔を有する試料を５つ準備し、非磁性体、軟磁性体をそれぞれ単独、または両方を積層する場合について電着を行った。その結果、電着後の配向は、下地層のまま保たれており、（００１）面に配向していることを確認した。
【０２４７】
本実施例では、特に下地層がＰｔの場合について詳細を述べる。
まず、非磁性体としてＰｔを電着するために、塩化白金酸６水和物からなる０．０３ｍｏｌ／ｌ水溶液を使用し、２４℃でＡｇ／ＡｇＣｌ参照極に対して−０．５Ｖの電圧を印加して電着した。
【０２４８】
軟磁性体としては、ＮｉＦｅを採用し、硫酸ニッケル（ＩＩ）７水和物と硫酸鉄（ＩＩ）７水和物を１：１で混合し、同じく２４℃でＡｇ／ＡｇＣｌ参照極に対して−１．０Ｖの電圧を印加して電着した。
また、別々の浴で双方を一層づつ積層したものを、すなわち非磁性体／軟磁性体、軟磁性体／非磁性体の２種類を、上記の条件のもとに作製した。
【０２４９】
また、上記のＰｔとＮｉＦｅの電着液を１：１０で混合した混合浴で、Ａｇ／ＡｇＣｌ参照極に対して非磁性体層のときは−０．５Ｖ、軟磁性体層のときは−１．０Ｖで電着すると電着液を変えることなく積層が可能となる。だだし、少量は他方の成分が混入することは避けることができない。
【０２５０】
以上の試料のＸ線回折による結果により、Ｐｔ単体の場合が最も基板垂直方向にｆｃｃ（００１）配向しており、ＪＣＰＤＳの粉末試料からの回折強度で校正すると９４％が配向していることが確認できる。また、どの組み合わせ、特に混合浴からの電着を行った試料においても全体の８０％以上が基板垂直方向にｆｃｃ（００１）配向していることが確認できる。
【０２５１】
さらに、上記で得られた条件で最後の層に硬磁性体（Ｌ１₀ 規則構造）であるＦｅＰｔを追加した場合のＸ線回折による結果を示す。ＦｅＰｔの電着条件は実施例３、４における最適条件−１．２Ｖを用い、その後ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）で６５０℃２ｍｉｎ加熱している。これは、非磁性または軟磁性層との相互拡散を抑えるためである。
【０２５２】
また、図６（ｂ）のような構成の場合、真空中で７００℃で１時間アニールすると、例えば充填物のＰｔとＦｅＰｔの相互拡散が進み、図７の（ｇ）のようになることを確認した。また、ＦｅＰｔの組成を一対一でなくＦｅを過剰にすることで、同様のアニールで図７の（ｆ）のようになることを確認した。このように、硬磁性体がＬ１₀ 規則構造のみでなく、Ｌ１₂ 規則構造部分がアニールの効果で出現する場合も確認された。
【０２５３】
以上の結果、相互拡散の影響が少ない場合には、拡散効果により生じるＬ１₂ 規則構造ＦｅＰｔ₃ からの回折ピークはなく、Ｌ１₀ 規則構造ＦｅＰｔからの（００１）と（００２）のピークがみられ、その（００２）配向の程度を比較例として、比較例を１としたときの比を表３に示す。
【０２５４】
【表３】

【０２５５】
以上より、細孔中の充填物の構成において、非磁性体、軟磁性体層は硬磁性体層のｃ軸配向性にも影響を与えることが確認できた。おそらく、下地層のＰｔ（００１）表面は陽極酸化後、一部酸化している、もしくは一部酸化物が残留していると予想され、これを同じ結晶構造をもつ材料で覆うことで後の層における配向性が向上したと考えられる。また、その他の下地層においても同様の効果が得られる。
【０２５６】
（実施例６）
本実施例では、下地層の下に配置される軟磁性層に関するものである。
Ｓｉ基板上に下地層ＭｇＯ（００１）面上にＮｉＦｅ軟磁性層を膜厚２μｍに成膜後、Ｐｔ下地層を形成したが、Ｘ線回折から基板垂直方向に（００１）配向していることが確認できた。さらに、スパッタリング法で２００ｎｍのＡｌＳｉ膜を成膜後、陽極酸化を７ｍｏｌ／ｌ硫酸水溶液中で２０℃、印加電圧５Ｖで行い、記録層の母体を形成した。また、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出型走査電子顕微鏡）でその断面を観察すると、ＮｉＦｅ層がない場合と同様に細孔の底部は均一であった。
【０２５７】
さらに、記録層の細孔中にＬ１₀ 規則構造のＦｅＰｔを形成した後、保護層のダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を膜厚４ｎｍに成膜し、ＰＦＰＥ（パーフルオロポリエーテル）からなる潤滑層を形成し磁気記録媒体を形成した。この磁気記録媒体に磁気ヘッドをコンタクトさせて記録を行うと、Ｐｔ下地層の下に軟磁性層がない試料と比べると、記録に必要な磁場の強度が０．８２倍であり、軟磁性層により磁束集中が促進されることが確認できる。
【０２５８】
また、記録ビット間の遷移領域の半値幅であるＰＷ５０を測定した。軟磁性層がある場合のＰＷ５０を１．０として、軟磁性層がない場合と比較した結果、１．０３であった。したがって、軟磁性層によりヘッドからの磁束が広がらず遷移領域も鋭くなっていることが確認できる。
以上から、下地層下にＮｉＦｅ軟磁性体層を挿入することは有効であることが認められる。
【０２５９】
（実施例７）
本実施例は、図８に示す構成の磁気記録装置に関するものである。
本発明の磁気記録媒体では、充填物の柱状構造物の平均直径が９ｎｍ以下で十分小さく、無数の充填物の磁化方向によって情報を記録することが可能である。
【０２６０】
そこで、本発明の磁気記録媒体を図８のような磁気記録媒体駆動部８０６２と磁気ヘッド８０６３と磁気ヘッド駆動部８０６４と信号処理部８０６５からなる装置に組み立てることで、磁気記録装置を形成することが可能である。
ただし、本実施例により磁気記録媒体の駆動は回転のみ、磁気ヘッドの駆動は円周上のスライドのみに限定されるものではない。
【０２６１】
（実施例８）
本実施例は、情報処理装置に関するものである。
前記、実施例７に記載の磁気記録再生装置９０７２は、情報の出し入れが可能であるため、図９に示すように、前記磁気記録再生装置９０７２とメモリ部分９０７４と演算部９０７３と外部入出力部９０７６と電源９０７５と、これらをつなぐ配線９０７７を格納容器９０７１に収めた情報処理装置を形成することが可能である。
【０２６２】
上記の実施例に示す様に、本発明により、ＡｌＳｉの構造体を用いて作製した細孔に充填される硬磁性体の配向性に関して、平均直径９ｎｍ以下の微細孔でのｃ軸配向を可能にする磁気記録媒体の製造方法を提供できた。これは、下地層にＰｔ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｉｒ，Ｒｈのいずれかを採用し、基板垂直方向に対して（００１）配向していることが影響しており、さらにＰｔ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｉｒ，Ｒｈのいずれかの非磁性体層、ＮｉＦｅ軟磁性体層を電着することによってＬ１₀ 規則構造ＭＰｔ（Ｍ＝Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ）硬磁性体の配向性を向上させることも可能である。
【０２６３】
以上のように、本発明の構成と製造方法により従来困難とされてきた磁性体の配向性を取り入れた平均直径９ｎｍ以下の微細孔を用いた垂直磁気記録媒体を可能にした。また、これを用いた図８、図９のような構成の磁気記録再生装置、情報処理装置も駆動可能である。
【０２６４】
（実施例９）
本実施例においては、記録層の製造方法と、それぞれの形状や配向性に関するものである。
【０２６５】
表面にＭｇＯ膜を形成したＳｉ基板上に、スパッタ蒸着法により貴金属とＣｕよりＰｔ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｉｒ，Ｒｈを選択し、各５ｎｍ別々に準備し、すべてにＡｌ−ＳｉＧｅ構造体を２００ｎｍ成膜したものを準備した。このとき、ＡｌとＳｉＧｅの組成は、全量に対してＳｉＧｅが３８ａｔｏｍｉｃ％であった。
【０２６６】
スパッタリングターゲットには、直径４インチ（１０１．６ｍｍ）の円形のＡｌターゲット上に１５ｍｍ角のＳｉチップ２枚とＧｅチップ２枚を対称に配置したものを用いた。スパッタリング条件は、ＲＦ電源を用いて、Ａｒ流量５０ｓｃｃｍ、放電圧力０．７Ｐａ、投入電力３００Ｗとした。また、基板温度は室温（２５℃）とした。
【０２６７】
なお、ここではターゲットとして、Ａｌターゲット上にＳｉとＧｅチップを計４枚置いたものを用いたが、ＳｉとＧｅチップの枚数と比率は、これに限定されるものではなく、スパッタリング条件により変化し、Ａｌ−ＳｉＧｅ構造体の組成が所定のＳｉＧｅ含有量近辺になればよい。また、ターゲットはＡｌターゲット上にＳｉとＧｅチップを置いたものに限定するものではなく、ＳｉＧｅターゲットにＡｌチップを置いたものでも良いし、ＡｌとＳｉとＧｅを焼結したものでも良い。また、ＳｉＧｅのチップをＡｌターゲット上に置いてもよい。
【０２６８】
このとき、Ａｌ−ＳｉＧｅ膜の状態は、図３に示すように柱状Ａｌが基板垂直方向に立っており、その側面を囲うようにＳｉＧｅが配置された構造体を自己組織的に形成していることが確認された。柱状Ａｌの直径は６ｎｍで各々の間隔は１０ｎｍであった。これを、硫酸水溶液７ｍｏｌ／ｌ、２０℃中にて、電圧２Ｖを印加して陽極酸化を行った。その結果、柱状Ａｌ部分が除去され、ＳｉＧｅ部分が酸化され、微細孔を有するＳｉＧｅ酸化膜が形成されていた。これらは、多少の揺らぎはあるもののＡｌが０．０２≦ｘ≦０．２で含まれていることが分析で判明した。次に、水酸化ナトリウム水溶液１ｍｏｌ／ｌ中で２分間浸漬し、微細孔の底部の均一化を行った。このとき、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｉｒ，Ｒｈ膜は各々基板垂直方向に対して（００１）方向に配向しており、ナノホール底部において各々Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｉｒ，Ｒｈ面が露出して良好な導電性を持っていた。
【０２６９】
以上、代表例として下地層がＰｔの試料に硬磁性体であるＣｏＰｔとＦｅＰｔを細孔中に充填した。ここで、ＣｏＰｔの電着には、塩化白金酸６水和物０．０３ｍｏｌ／ｌ水溶液を５ｍｌと、硫酸コバルト（ＩＩ）７水和物０．３ｍｏｌ／ｌ、硼酸３０ｇ／ｌ、硫酸マグネシウム７水和物５０ｇ／ｌからなる水溶液２５ｍｌを混合し、２４℃で使用した。ＦｅＰｔの電着では、上記ＣｏＰｔの溶液の硫酸コバルトを硫酸鉄（ＩＩ）７水和物０．３ｍｏｌ／ｌにしたものを用いた。
【０２７０】
電着は、以上の溶液中にて参照極としてＡｇ／ＡｇＣｌを用いて、−２．０Ｖ、−１．２Ｖ、−０．６Ｖで攪拌しながら行った。
【０２７１】
さらに、これらの試料を１／４μｍのダイヤモンドスラリーを用いて表面に溢れ出した電着物を研磨し取り除いた。この時、表面のＲｍｓは１ｎｍ以下であった。
【０２７２】
以上の試料を電界放出型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）で観察すると細孔にＣｏＰｔ、ＦｅＰｔがそれぞれ存在しており、断面からの観察によりナノホールの直線性も優れていることが確認できた。
【０２７３】
これらのＩＣＰによる組成分析を行った結果、下地層のＰｔの影響を考慮すると以下の表４のような組成となった。
【０２７４】
【表４】

【０２７５】
以上から、−０．６Ｖで電着した試料はＣｏやＦｅの組成が低く、また、−２．０Ｖにおいては、十分大きく、Ｌ１₀ 規則構造の組成から大きくずれていた。−１．２Ｖにおいては、主にＣｏＰｔ、ＦｅＰｔともにｆｃｃ（００２）の回折が見られた。
【０２７６】
−１．２Ｖで電着した試料を真空中ＣｏＰｔを７００℃、ＦｅＰｔを６５０℃で十分アニールした後に再度Ｘ線回折測定を行った。すると、−１．２Ｖで電着した試料において、ＣｏＰｔ、ＦｅＰｔともにＬ１₀ 規則構造（００１）と（００２）のピークが観察できた。ＣｏＰｔについて、ＪＣＰＤＳにある粉末試料の回折強度比で校正すると全体の７８％が基板垂直方向にｃ軸が向いており、残りがその他の方向であった。ＦｅＰｔでは、７２％であった。また、下地層がＰｔ（１１１）面である場合は、Ｌ１₀ 規則構造ＣｏＰｔ（１１１）が優先的に現れることからも、下地層をＰｔ（００１）にすることで、Ｌ１₀ 規則構造のｃ軸を基板垂直方向に優先的に配向させることが確認できる。
【０２７７】
（実施例１０）
本実施例では、記録層下部の下地層が規則構造である場合について実施例９同様の測定を行った。
以下、ＦｅＰｔを例にして述べる。
【０２７８】
まず、表面にＭｇＯ膜を形成したシリコン基板上にスパッタ装置でＬ１₀ 規則構造：ＦｅＰｔ５ｎｍとＬ１₁ 規則構造のＣｕＰｔ５ｎｍとＬ１₂ 規則構造のＦｅＰｔ₃ ５ｎｍをそれそれ別々に成膜し、その後すべてにスパッタリング法によりＡｌ−ＳｉＧｅ構造体を２００ｎｍ成膜した。
【０２７９】
これら３つの試料を実施例１と同様の条件で陽極酸化した。これはＰｔ下地層の場合同様、正方配列面が基板垂直方向に配向しており、ナノホール底部においてそれぞれの下地層の面が露出して良好な導電性を持っていることを確認した。特に、Ｌ１₀ 規則構造の場合は、そのｃ軸が基板垂直方向に配向していることを確認した。
【０２８０】
以上、下地層がＬ１₀ 規則構造である場合に対して、硬磁性体であるＦｅＰｔをナノホール中に充填した。ここで、ＦｅＰｔの電着には、塩化白金酸６水和物０．０３ｍｏｌ／ｌ水溶液を５ｍｌと、硫酸鉄（ＩＩ）７水和物０．３ｍｏｌ／ｌ、硼酸３０ｇ／ｌ、硫酸マグネシウム７水和物３０ｇ／ｌからなる水溶液２５ｍｌを混合し、２４℃で使用した。
【０２８１】
電着は、以上の溶液中にて参照極としてＡｇ／ＡｇＣｌを用いて、−１．２Ｖで電着を行った。さらに、これらの試料を粒径が１／４μｍのダイヤモンドスラリーを用いて表面に溢れ出した電着物を研磨し取り除いた。この時、表面のＲｍｓは１ｎｍ以下であった。
【０２８２】
Ｘ線回折測定の結果、主にｆｃｃ構造のＦｅＰｔ（００２）のピークを示した。これらの試料を真空中６５０℃で十分アニールした後に再度Ｘ線回折測定を行った。すると、Ｌ１ｏ規則構造ＦｅＰｔ（００１）と（００２）のピークが見られ、ＪＣＰＤＳにある粉末試料の回折強度比で校正すると全体の７８％が基板垂直方向にｃ軸が向いていることが確認できる。
以上から、下地層としてＬ１₀ 規則構造ＦｅＰｔを用いた場合にも優先的にＬ１₀ 規則構造ＦｅＰｔのｃ軸が基板垂直方向に配向することが確認できる。
【０２８３】
（実施例１１）
本実施例では、細孔中の充填物の構成における非磁性体、軟磁性体部分の製造方法と配向性、さらにその結果もたらされる硬磁性体（Ｌ１₀ 規則構造）部分の配向性に関するものである。
【０２８４】
まず、充填物の構成には、図６に示す様に、実施例１の硬磁性体（Ｌ１₀ 規則構造）のみ（図６（ａ））以外に、図６（ｂ）の硬磁性体（Ｌ１₀ 規則構造）／非磁性体、または図６（ｃ）の硬磁性体（Ｌ１₀ 規則構造）／軟磁性体、または図６（ｄ）硬磁性体（Ｌ１₀ 規則構造）／非磁性体／軟磁性体、または図６（ｅ）硬磁性体（Ｌ１₀ 規則構造）／軟磁性体／非磁性体、または図６（ｆ）硬磁性体（Ｌ１₂ 規則構造）／硬磁性体（Ｌ１₀ 規則構造）、または図６（ｇ）硬磁性体（Ｌ１₀ 規則構造）／硬磁性体（Ｌ１₂ 規則構造）などの形態をとることが可能である。
【０２８５】
まず、実施例９に示すように記録層の下部の下地層にＰｔ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｉｒ，Ｒｈをそれぞれ採用した微細孔を有する試料を５つ準備し、非磁性体、軟磁性体をそれぞれ単独、または両方を積層する場合について電着を行った。その結果、電着後の配向は、下地層のまま保たれており、（００１）面に配向していることを確認した。
【０２８６】
本実施例では、特に下地層がＰｔの場合について詳細を述べる。
まず、非磁性体としてＰｔを電着するために、塩化白金酸６水和物からなる０．０３ｍｏｌ／ｌ水溶液を使用し、２４℃でＡｇ／ＡｇＣｌ参照極に対して−０．５Ｖの電圧を印加して電着した。
【０２８７】
軟磁性体としては、ＮｉＦｅを採用し、硫酸ニッケル（ＩＩ）７水和物と硫酸鉄（ＩＩ）７水和物を１：１で混合し、同じく２４℃でＡｇ／ＡｇＣｌ参照極に対して−１．０Ｖの電圧を印加して電着した。
また、別々の浴で双方を一層づつ積層したものを、すなわち非磁性体／軟磁性体、軟磁性体／非磁性体の２種類を、上記の条件のもとに作製した。
【０２８８】
また、上記のＰｔとＮｉＦｅの電着液を１：１０で混合した混合浴で、Ａｇ／ＡｇＣｌ参照極に対して非磁性体層のときは−０．５Ｖ、軟磁性体層のときは−１．０Ｖで電着すると電着液を変えることなく積層が可能となる。だだし、少量は他方の成分が混入することは避けることができない。
【０２８９】
以上の試料のＸ線回折による結果により、Ｐｔ単体の場合が最も基板垂直方向にｆｃｃ（００１）配向しており、ＪＣＰＤＳの粉末試料からの回折強度で校正すると９３％が配向していることが確認できる。また、どの組み合わせ、特に混合浴からの電着を行った試料においても全体の７９％以上が基板垂直方向にｆｃｃ（００１）配向していることが確認できる。
【０２９０】
さらに、上記で得られた条件で最後の層に硬磁性体（Ｌ１₀ 規則構造）であるＦｅＰｔを追加した場合のＸ線回折による結果を示す。ＦｅＰｔの電着条件は実施例１、２における最適条件−１．２Ｖを用い、その後ＲＴＡで６５０℃２ｍｉｎ加熱している。これは、非磁性または軟磁性層との相互拡散を抑えるためである。
【０２９１】
また、図５（ｂ）のような構成の場合、真空中で７００℃で１時間アニールすると、例えば充填物ＰｔとＦｅＰｔの相互拡散が進み、図５の（ｇ）のようになることを確認した。また、ＦｅＰｔの組成を一対一でなくＦｅを過剰にすることで、同様のアニールで図５の（ｆ）のようになることを確認した。このように、硬磁性体がＬ１₀ 規則構造のみでなく、Ｌ１₂ 規則構造部分がアニールの効果で出現する場合も確認された。
【０２９２】
以上の結果、相互拡散影響が少ない場合には、Ｌ１₀ 規則構造ＦｅＰｔの（００１）と（００２）のピークがみられ、（００２）配向の程度を比較例として、比較例を１としたときの比を表５に示す。
【０２９３】
【表５】

【０２９４】
以上より、細孔中の充填物の構成において、非磁性体、軟磁性体層は硬磁性体層のｃ軸配向性にも影響を与えることが確認できた。おそらく、下地層のＰｔ（００１）表面は陽極酸化後、一部酸化しているもしくは一部酸化物が残留していることが予想され、これを同じ結晶構造をもつ材料で覆うことで後の層における配向性が向上したと考えられる。また、その他の下地層においても同様の効果が得られる。
【０２９５】
（実施例１２）
本実施例では、下地層下に配置される軟磁性層に関するものである。
Ｓｉ基板上に下地層ＭｇＯ（００１）面上にＮｉＦｅ軟磁性層２μｍ成膜後、Ｐｔ下地層を形成したがＸ線回折から基板垂直方向に（００１）配向していることが確認できる。さらに、スパッタリング法でＡｌ−ＳＩＧｅ膜３０ｎｍを成膜後、陽極酸化を硫酸浴７ｍｏｌ／ｌ中２０℃、印加電圧２Ｖで行い、記録層の母体を形成した。また、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出型走査電子顕微鏡）でその断面を観察すると、ＮｉＦｅ層がない場合と同様細孔底部は均一であった。
【０２９６】
さらに、記録層の細孔中にＬ１₀ 規則構造のＦｅＰｔ形成後、保護層のＤＬＣを３ｎｍ成膜し、潤滑層を形成した。この媒体に磁気ヘッドをコンタクトさせて記録を行うと、Ｐｔ下地層の下に軟磁性層がない試料と比べると、記録に必要な磁場の強度が０．８０倍であり、軟磁性層により磁束集中が促進されることが確認できる。
【０２９７】
また、記録ビット間の遷移領域の半値幅であるＰＷ５０を測定した。軟磁性層がある場合のＰＷ５０を１．０として軟磁性層がない場合と比較した結果、１．０４であった。したがって、軟磁性層によりヘッドからの磁束が広がらず遷移領域も鋭くなっていることが確認できる。
以上から、下地層下に軟磁性体層を挿入することは有効である。
【０２９８】
（実施例１３）
本実施例は、本発明における垂直磁気記録媒体の軟磁性層の構成と製造方法に関するものである。
まず、ガラス基板上にＰｔを２０ｎｍ、Ａｌ₅₀Ｓｉ₅₀層（Ａｌ５０ａｔｏｍｉｃ％、Ｓｉ５０ａｔｏｍｉｃ％の組成）を３００ｎｍの厚さに成膜した。
ガラス基板上に下地層のＰｔは、スパッタリング法により成膜した。
【０２９９】
Ａｌ₅₀Ｓｉ₅₀層は、下地層を形成したガラス基板上に、マグネトロンスパッタリング法を用いて、３００ｎｍの厚さに形成した。ターゲットには、直径４インチ（１０１．６ｍｍ）の円形のアルミニウムターゲット上に、１５ｍｍ角のシリコンチップを６枚置いたものを用いた。スパッタリング条件は、ＲＦ電源を用いて、Ａｒ流量：５０ｓｃｃｍ、放電圧力：０．７Ｐａ、投入電力：１ｋＷとした。また、基板温度は室温（２５℃）とした。
【０３００】
なお、ここではターゲットとして、アルミニウムターゲット上にシリコンチップを６枚置いたものを用いたが、シリコンチップの枚数はこれに限定されるものではなく、スパッタリング条件により変化し、ＡｌＳｉ層の組成が所定のシリコン含有量近辺になれば良い。また、ターゲットはアルミニウムターゲット上にシリコンチップを置いたものに限定したものではなく、シリコンターゲット上にアルミニウムチップを置いたものでも良いし、シリコンとアルミニウムを焼結したターゲットを用いても良い。
【０３０１】
これを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察すると、図５に示す様に、柱状アルミニウム部分５０３１とシリコン部分５０３０からなる膜が形成されていることが確認された。
【０３０２】
さらに、リン酸に十分な時間浸漬した後に再度ＳＥＭで観察すると、前述の柱状アルミニウム部分４１が微細な空孔となっていることが確認された。また、空孔は表面から下地層であるＰｔまで貫通していることも断面からのＳＥＭ観察で確認した。また、Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｇ下地層に対しても同様に形成可能であることを確認した。
【０３０３】
引き続き、空孔中への軟磁性体の充填を行うために、ＮｉＦｅ電着液を準備した。これは、硫酸ニッケル（ＩＩ）７水和物と硫酸鉄（ＩＩ）７水和物を１：１で混合したものである。電着は、２４℃でＡｇ／ＡｇＣｌ参照極に対して−１．０Ｖの電圧を印加して電着した。
【０３０４】
電着後溢れ出した軟磁性体を研磨し、ＳＥＭ観察をおこない、すべての空孔が軟磁性体で充填されていることが確認できた。
軟磁性体の直径は６ｎｍ、間隔は９ｎｍであった。
【０３０５】
次に、該軟磁性層上に、下地層のＭｇＯ（００１）、さらにその上にＰｔ（００１）、記録層のＦｅＰｔのＬ１₀ 規則合金、保護層のＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）および潤滑層を形成して垂直磁気記録媒体を得た。
【０３０６】
（実施例１４）
本実施例は、本発明における垂直磁気記録媒体の軟磁性層の構成ともう一つの製造方法に関するものである。
ガラス基板上にＰｔを２０ｎｍ、Ｔｉを１ｎｍ、Ａｌ₅₀Ｓｉ₅₀を３００ｎｍの厚さに成膜した。もちろん、図５に示されるように、柱状アルミニウム部分５０３１とシリコン部分５０３０からなる膜が形成された。
【０３０７】
ここで、２０℃の硫酸水溶液（濃度７ｍｏｌ／ｌ）中で上記の膜を陽極として、陰極をアルミニウム板として、攪拌しながら、５Ｖの電圧を印加して陽極酸化を行った。
【０３０８】
陽極酸化の終了は、図１７に示す電流値減少開始点から６０秒後に終了した。引き続き、水酸化ナトリウム（濃度０．１ｍｏｌ／ｌ）中に３０ｍｉｎ浸漬し、十分水洗した。その後ＳＥＭ観察により、空孔が形成されていることを確認した。
【０３０９】
また、実施例１３の場合はシリコン部分５０３０がそのまま残っていたが、本実施例ではシリコン部分５０３０が酸化されシリカになっていた。さらに、酸化のため空孔の径は実施例１の場合に比べて、僅かに小さくなっていることも確認した。特に、空孔は下地層のＰｔまで貫通していることも断面からのＳＥＭ観察で確認した。また、Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｇ下地層に対しても同様に形成可能であることを確認した。
【０３１０】
引き続き、空孔中への軟磁性体の充填を行うために、実施例１３と同様のＮｉＦｅ電着液を準備し、電着は、２４℃でＡｇ／ＡｇＣｌ参照極に対して−１．０Ｖの電圧を印加して電着した。
電着後溢れ出した軟磁性体を研磨し、ＳＥＭ観察を行うと、すべての空孔が軟磁性体で充填されていることが確認できた。
軟磁性体の直径は５ｎｍ、間隔は９ｎｍであった。
【０３１１】
次に、該軟磁性層上に、下地層のＭｇＯ（００１）、さらにその上にＰｔ（００１）、記録層のＦｅＰｔのＬ１₀ 規則合金、保護層のＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）および潤滑層を形成して垂直磁気記録媒体を得た。
【０３１２】
（実施例１５）
本実施例では、軟磁性層の軟磁性体の分布に関する。
実施例１３および１４で作製した軟磁性層を形成したものを試料Ａ，Ｂとし、図１４に示すシリカとのグラニュラー膜のものを試料Ｃとする。すべて、軟磁性層の膜厚は３００ｎｍで統一した。
なお、試料Ｃは、スパッタリング法により作製した。
【０３１３】
試料Ａの柱状軟磁性体の直径分布は５ｎｍを中心として図１８のａで示される。試料Ｂの柱状軟磁性体の直径分布は４ｎｍを中心として図１８のｂで示される。また、試料Ｃのグラニュラー膜における軟磁性体粒子の直径は８ｎｍを中心として図１８のｃで示される。
【０３１４】
これらの分布を比較するとグラニュラー膜の方が体積に換算すると、直径の揺らぎの３乗となり、柱状形状の場合に比べても体積の揺らぎが大きい。また、垂直磁気記録において、図１４に示すように、グラニュラー膜の方が基板または記録領域に対して垂直方向にも軟磁性粒子がランダムに分散している点においても、磁束のパスに不均一を生じさせることがわかる。
【０３１５】
（実施例１６）
本実施例は、再生時のノイズに関する。
実施例１５と同様の試料Ａ，Ｂ，Ｃで適度な膜厚にすることで飽和磁束密度Ｂｓを一定にしたものを準備して、それぞれＡ’、Ｂ’，Ｃ’とした。また、軟磁性層を連続膜にしたものをＤ’として準備した。記録層は、ＣｏＣｒＰｔの厚さ３０ｎｍの膜で統一した。
【０３１６】
これらを単磁極ヘッドで書き込んだ後に記録パターンをＧＭＲヘッドで読み取ると、Ｄ’はスパイク状ノイズが頻繁に出現したが、Ａ’，Ｂ’，Ｃ’はスパイク状ノイズが少なかった。これは、磁壁が存在しないことに対応していると考えられる。
【０３１７】
次に、これらＡ’，Ｂ’，Ｃ’における記録ビット間の遷移領域の半値幅であるＰＷ５０を測定した。Ａ’を１．０とした場合、Ｂ’，Ｃ’のそれはそれぞれ０．９８、１．０４であった。これは、軟磁性層の軟磁性粒子の分布による不均一に関係している。
以上から、軟磁性層の軟磁性体の直径、もしくは体積の揺らぎによる局所的なＢｓの不均一がノイズの低減を阻害していることが分かる。
【０３１８】
（実施例１７）
本実施例は、磁気記録再生装置に関するものである。
上記の各実施例１５、１６で試みたように本発明の垂直磁気記録媒体は、従来の軟磁性層に比べてスパイク状ノイズが格段に減少しており、低ノイズで記録再生することが可能である。そこで、本発明の垂直磁気記録媒体を、図８のような磁気記録媒体駆動部８０６２と磁気ヘッド８０６３と磁気ヘッド駆動部８０６４と信号処理部８０６５からなる装置に組み立てることで、磁気記録装置を形成することが可能である。ただし、本実施例により磁気記録媒体の駆動は回転のみ、磁気ヘッドの駆動は円周上のスライドのみに限定されるものではない。
【０３１９】
（実施例１８）
本実施例は、情報処理装置に関するものである。
前記、実施例１７に示す磁気記録再生装置は、情報の出し入れが可能であるため、図９に示すように、前記磁気記録再生装置９０７２とメモリ部分９０７４と演算部９０７３と外部入出力部９０７６と電源９０７５とこれらをつなぐ配線９０７７を格納容器９０７１に収めた情報処理装置を形成することが可能である。
【０３２０】
【発明の効果】
本発明によれば、柱状の部材とそれを取り囲む領域を含み構成される構造体から、該柱状の部材を除去して得られる多孔質体に機能性材料を充填することにより種々の機能デバイスの提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に適用される柱状の部材とそれを取り囲む領域を含み構成される構造体の模式図である。
【図２】本発明に適用される構造体の製造方法を模式的に示すものである。
【図３】本発明に係る機能デバイスの一例を模式的に示した図である。
【図４】本発明に適用される構造体の模式図である。
【図５】本発明に適用される構造体の模式図である。
【図６】本発明に係る孔内への充填材料の例を示す図である。
【図７】本発明に係る孔内への充填材料の例を示す図である。
【図８】本発明の磁気記録媒体を用いた磁気記録再生装置を示す模式図である。
【図９】本発明の磁気記録再生装置を用いた情報処理装置の概念図である。
【図１０】各規則構造を示す模式図である。
【図１１】本発明に係る磁気記録媒体の製造方法の一実施態様を示す工程図である。
【図１２】本発明を説明する為の模式図である。
【図１３】従来技術を説明する為の模式図である。
【図１４】磁気記録媒体における従来技術の一例を示す模式図である。
【図１５】本発明を説明する為の模式図である。
【図１６】本発明に係る機能デバイスの製造方法を説明する為の模式図である。
【図１７】本発明に係る実施例を説明する為の図である。
【図１８】本発明に係る実施例を説明する為の図である。
【図１９】本発明に係る機能デバイスを説明する為の模式図である。
【符号の説明】
１０００ 柱状の部材
１００１ 構造体
１００２ 領域
１００３ 基板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention is formed by filling a structure (porous body) having pores with a functional material.Functional deviceMore particularly, the present invention relates to an electronic device, an optical device, a recording device, and the like.
[0002]
[Background]
In recent years, there has been an increasing interest in fine structures as constituent members of functional devices.
As a method for manufacturing such a fine structure, a method for directly manufacturing a fine structure by a semiconductor processing technique typified by a fine pattern formation technique such as photolithography (see, for example, Patent Document 1) can be given.
[0003]
In addition to the semiconductor processing technology described above, there is a method that utilizes a self-organization phenomenon of materials. In other words, a new fine structure is to be realized based on a regularly formed regular structure.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-5-55545 (page 3, FIG. 1)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Although there is a possibility that a nano-order structure as well as a micron order can be realized with this self-organization phenomenon or self-organization phenomenon, a lot of research has been done. Although it is not established, it is the actual situation that provision of a novel fine structure and establishment of a manufacturing method thereof are required.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
  Therefore, the object of the present invention is toManufacturing method of new functional deviceThe purpose is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  A method for manufacturing a functional device according to the present invention includes:A step of preparing a substrate, which is distributed on the substrate.ColumnarStructureWhen,ColumnarStructureArea surroundingWhenIncludingFilm is formed by sputtering methodThe process ofThe membraneFromSaidColumnarStructureRemoving the substrate to form a porous body, andSaidHas a process of filling a porous material with a functional material.And the columnar structure is polycrystalline aluminum and the region is amorphous Si. _x Ge _1-x (0 <x <1), and the film includes the Si _x Ge _1-x Is formed at a rate of 30 atomic% or more and 60 atomic% or less.It is characterized by that.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(1) Structure having columnar member and method for manufacturing the same
First, a structure having a columnar member applicable to the present invention will be described with reference to FIG.
[0032]
In this figure, 1000 is a columnar member, 1002 is a region surrounding the columnar member, 1001 is a structure including them, and the state where the columnar member 1000 is dispersed in the region 1002 is shown. Reference numeral 1003 denotes a substrate.
[0033]
In the present invention, in order to remove the columnar member and fill the hole formed by the removal with the functional material, it is important that the columnar member 1003 can be selectively removed from the structure 1002. Here, the selective removal means that the substantially columnar member can be removed, and the removal of the columnar member includes partial removal of the region surrounding the columnar member. This includes the case where the member is not completely removed but remains partially.
[0034]
A structure 1001 in FIG. 1 includes a columnar member 1000 including a first material surrounded by a region 1002 including a second material, and the structure includes the second member 1002. It is preferable that the material is contained at a ratio of 20 atomic% to 70 atomic% with respect to the total amount of the first material and the second material. According to the study by the inventors, if the ratio is within the above range, it is possible to realize a structure in which columnar members are dispersed in a matrix region surrounding the member. Although depending on the shape of the underlying substrate on which the structure is formed, if the substrate shape is horizontal, the columnar members are arranged perpendicular to the substrate.
[0035]
The above ratio is the ratio of the second material to the total amount of the first material and the second material constituting the structure, and is preferably 25 atomic% or more and 65 atomic% or less, more preferably 30 atomic% or more and 60 atomic%. % Or less. The above ratio can be obtained, for example, by quantitative analysis by inductively coupled plasma emission spectrometry.
[0036]
In addition, what is necessary is just to implement | achieve substantially columnar shape, for example, the 2nd material may be contained as a component of a columnar member, and the 1st material may be contained in the said area | region. Further, the columnar member and the surrounding area may contain a small amount of oxygen, argon, or the like.
[0037]
Here, examples of the first material include Al, Au, Ag, and Mg. As the second material, Si, Ge, a mixture of Si and Ge (hereinafter, Si_x Ge_1-x (0 <x <1). ), Or C. In particular, the second material is preferably a material that can be amorphous.
[0038]
Further, the first and second materials are preferably materials having eutectic points (so-called eutectic materials) in both component phase equilibrium diagrams. In particular, the eutectic point is 300 ° C. or higher, preferably 400 ° C. or higher.
[0039]
As a preferable combination as the first material and the second material, Al is used as the first material, Si is used as the second material, or Al is used as the first material. As Si_x Ge_1-x The form using (0 <x <1) is mentioned.
[0040]
It is desirable that at least a part of the columnar member is polycrystalline, and a region surrounding the columnar member is amorphous. When Si or SiGe is used as the second material, the region is mainly amorphous. The planar shape of the columnar member is circular or elliptical.
[0041]
In the structure, a plurality of the columnar members are dispersed in a matrix including the second material. The diameter of the columnar member (the diameter when the planar shape is a circle) can be controlled mainly in accordance with the composition of the structure (that is, the ratio of the second material). It is 5 nm to 50 nm, preferably 1 nm to 20 nm, more preferably 2 nm to 10 nm. Particularly, the diameter is preferably less than 20 nm. Here, the average diameter is a value derived, for example, from a columnar portion observed in an actual SEM photograph (in the range of about 100 nm × 100 nm) directly from the photograph or by image processing with a computer. However, the optimum diameter and the following interval may vary depending on the material and composition used or the use of the structure.
[0042]
The center-to-center distance between the plurality of columnar members is 2 nm to 30 nm, preferably 5 nm to 20 nm, and more preferably 5 nm to 15 nm. Of course, as the lower limit of the center-to-center distance, the above-mentioned 2R needs to have a minimum interval at which the columnar structures do not contact each other. As the second material (that is, the constituent material of the region surrounding the columnar member), a mixture of a plurality of elements (for example, Si_x Ge_1-x ), The center distance can be controlled by the ratio of the mixing ratio.
[0043]
The structure is preferably a film-like structure, and in this case, the columnar member includes the second material so as to be substantially perpendicular to the in-plane direction of the film. It will be dispersed in the matrix. Although it does not specifically limit as a film thickness of a film-like structure, It can apply in the range of 1 nm-100 micrometers. A more realistic film thickness in consideration of process time and the like is about 1 nm to 1 μm. In particular, the columnar structure is preferably maintained even with a film thickness of 300 nm or more. Further, the columnar member has a structure that does not substantially branch in the thickness direction (length direction).
[0044]
Since the length in the depth direction of the columnar member is substantially equal to the thickness of the region surrounding the columnar member, in the porous body obtained by removing the columnar member, the depth direction of the columnar hole The length and the thickness of the region surrounding the hole can be substantially equal.
[0045]
The structure is preferably a film-like structure, and the structure may be provided on a substrate. The substrate (1003 in FIG. 1) is not particularly limited, but is an insulator or a substrate having an insulating layer on the surface, an insulating substrate such as quartz glass, a silicon substrate, gallium arsenide, or indium phosphide. As long as the structure can be formed on a semiconductor substrate such as aluminum, a metal substrate such as aluminum, or a substrate as a supporting member, a flexible substrate (for example, a polyimide resin) can also be used. Further, a carbon substrate, an SOI substrate, a P-type, an N-type, a high-resistance, and a low-resistance silicon substrate can also be applied.
[0046]
A method for manufacturing such a structure 1002 will be described.
In the description, aluminum will be described as an example of the material constituting the columnar member, and silicon will be described as an example of the material surrounding the region surrounding it.
[0047]
The structure according to the present invention can be manufactured using a method of forming a film in a non-equilibrium state. A typical example is film formation by sputtering. Specifically, as shown in FIG. 2, when a silicon piece (silicon chip) 2002 is placed on an aluminum target substrate 2003 in a sputtering apparatus and sputtering is performed in an argon atmosphere, the surface of the substrate 1003 is related to the present invention. A structure is deposited. If the amount of silicon (second material) in the structure obtained by forming a film is included in a ratio of 20 atomic% to 70 atomic% with respect to the total amount of aluminum and silicon in the structure, A structure in which columnar members are dispersed in a matrix region surrounding the columnar member has been realized. In FIG. 2, 2000 is Ar plasma.
[0048]
As a film forming method, a sputtering method is preferable, but a film forming method for forming a substance in a non-equilibrium state such as resistance heating vapor deposition, electron beam vapor deposition (EB vapor deposition), or ion plating method is applicable. When the sputtering method is used, magnetron sputtering, RF sputtering, ECR sputtering, or DC sputtering can be used. When the sputtering method is used, it is preferable to form the film in an argon gas atmosphere at a pressure in the reaction apparatus of about 0.2 to 1 Pa. In the sputtering, the first material and the second material may be separately prepared as target raw materials, but a target material obtained by firing the first material and the second material at a desired ratio in advance is used. It may be used. In the case of performing sputtering, it is preferable to perform sputtering in a state where plasma is not in contact with the substrate itself on which the film is grown.
[0049]
The structure formed over the substrate is formed at a substrate temperature of 300 ° C. or lower, preferably 20 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, particularly preferably 100 ° C. or higher and 150 ° C. or lower.
[0050]
(2) Next, in the structure applicable to the present invention, the first material (the first material constitutes a columnar member) and the second material (the second material surrounds the columnar member). The ratio of the area) will be described.
[0051]
The reason why the porous body described in the present invention can be provided is that the structure described below has been obtained by the diligent efforts of the present inventors. A description will be given with reference to FIG.
[0052]
An aluminum silicon mixed film (that is, a structure applicable to the present invention) containing silicon at 55 atomic% with respect to the total amount of aluminum and silicon is formed on the glass substrate 1003 by using an RF magnetron sputtering method.
[0053]
As shown in FIG. 2, the target used was eight 15 mm square silicon chips 13 on a 4-inch aluminum target. Sputtering conditions were as follows: using an RF power source, Ar flow rate: 50 sccm, discharge pressure: 0.7 Pa, and input power: 1 kW. The substrate temperature was room temperature.
[0054]
Here, as the target 2003, eight silicon chips 13 placed on an aluminum target were used. However, the number of silicon chips is not limited to this, and the aluminum silicon mixed film varies depending on sputtering conditions. The composition should be about 55 atomic%. The target is not limited to a silicon chip placed on an aluminum target, and an aluminum chip placed on a silicon target may be used, or a target obtained by sintering silicon and aluminum powder may be used. .
[0055]
Next, the amount (atomic%) of silicon with respect to the total amount of aluminum and silicon was analyzed by ICP (inductively coupled plasma emission analysis) for the aluminum silicon mixed film thus obtained. As a result, the amount of silicon with respect to the total amount of aluminum and silicon was about 55 atomic%. Here, for convenience of measurement, an aluminum silicon mixed film deposited on a carbon substrate was used as the substrate.
[0056]
The aluminum silicon mixed film was observed with an FE-SEM (field emission scanning electron microscope). Circular aluminum nanostructures surrounded by silicon were two-dimensionally arranged. The pore diameter of the aluminum nanostructure part was 3 nm, and the average center-to-center spacing was 7 nm. Moreover, when the cross section was observed with FE-SEM, the height was 200 nm and each aluminum nanostructure part was mutually independent.
[0057]
Further, when this sample was observed by an X-ray diffraction method, a silicon peak showing crystallinity could not be confirmed, and the silicon was amorphous. Note that a plurality of peaks indicating the crystallinity of aluminum were confirmed, indicating that at least a part of aluminum was polycrystalline.
[0058]
Therefore, an aluminum silicon nanostructure including an aluminum fine wire surrounded by silicon and having an interval 2R of 7 nm, a diameter 2r of 3 nm, and a height L of 200 nm could be produced.
[0059]
In this way, an aluminum silicon mixed film is formed by a film forming method that forms a material in a non-equilibrium state such as sputtering, so that a few nanometers of aluminum quantum dots or aluminum quantum wires are formed in a silicon matrix on the substrate surface. The present inventors have found that an aluminum silicon nanostructure having an aluminum nanostructure is formed.
[0060]
(Comparative example)
Further, as a comparative sample A, an aluminum silicon mixed film containing silicon at 15 atomic% with respect to the total amount of aluminum and silicon was formed on a glass substrate by a sputtering method with a thickness of about 200 nm. The target used was two 15 mm square silicon chips 13 on a 4-inch aluminum target. Sputtering conditions were as follows: using an RF power source, Ar flow rate: 50 sccm, discharge pressure: 0.7 Pa, and input power: 1 kW. The substrate temperature was room temperature.
[0061]
Comparative sample A was observed with an FE-SEM (field emission scanning electron microscope). The shape of the surface viewed from directly above the substrate was such that the aluminum portion was not circular, and aluminum was continuously connected. That is, the aluminum columnar structure was not a fine structure uniformly dispersed in the silicon region. Furthermore, its size was far over 10 nm. Moreover, when the cross section was observed with FE-SEM, the width | variety of the aluminum part exceeded 15 nm. The aluminum silicon mixed film thus obtained was analyzed by ICP (inductively coupled plasma emission analysis) for the amount of silicon (atomic%) relative to the total amount of aluminum and silicon. As a result, the amount of silicon relative to the total amount of aluminum and silicon was about 15 atomic%.
[0062]
Further, as a comparative sample B, an aluminum silicon mixed film containing 75 atomic% of silicon with respect to the total amount of aluminum and silicon was formed on a glass substrate by sputtering to a thickness of about 200 nm. The target used was 14 pieces of 15 mm square silicon chips 13 on a 4-inch aluminum target. Sputtering conditions were as follows: using an RF power source, Ar flow rate: 50 sccm, discharge pressure: 0.7 Pa, and input power: 1 kW. The substrate temperature was room temperature.
[0063]
Comparative sample B was observed with an FE-SEM (field emission scanning electron microscope). An aluminum portion could not be observed on the sample surface viewed from directly above the substrate. Further, even when the cross section was observed with FE-SEM, the aluminum portion could not be clearly observed. The aluminum silicon mixed film thus obtained was analyzed by ICP (inductively coupled plasma emission analysis) for the amount of silicon (atomic%) relative to the total amount of aluminum and silicon. As a result, the amount of silicon with respect to the total amount of aluminum and silicon was about 75 atomic%.
[0064]
Further, the sample in which the comparative sample A is manufactured and the condition of the number of silicon chips is changed, and the ratio of silicon to the total amount of the aluminum silicon mixture is 20 atomic%, 35 atomic%, 50 atomic%, 60 atomic%, and 70 atomic%. Was made. A case in which the aluminum columnar structure is a fine structure dispersed in the silicon region is indicated by ◯, and a case in which the aluminum columnar structure is not formed is indicated by ×. In terms of the uniformity of the columnar structure, the silicon ratio is preferably 30 or more and 60 atomic%. When the ratio of silicon was 65 or 70 atomic%, the crystallinity of aluminum was low, and it was close to an amorphous state.
[0065]
[Table 1]

[0066]
As described above, by adjusting the silicon content with respect to the total amount of aluminum and silicon to 20 atomic% or more and 70 atomic% or less, a structure in which the aluminum columnar structure is dispersed in the silicon region can be realized. By changing the composition of aluminum and silicon, the hole diameter of the columnar structure can be controlled, and an aluminum thin wire excellent in linearity can be produced. For confirmation of the structure, a TEM (transmission electron microscope) or the like may be used in addition to the SEM.
[0067]
Further, as a comparative sample C, an aluminum-silicon mixed film containing silicon at 55 atomic% with respect to the total amount of aluminum and silicon was formed on a glass substrate by sputtering using a sputtering method. The target used was 8 pieces of 15 mm square silicon chips 13 on a 4-inch aluminum target. Sputtering conditions were as follows: using an RF power source, Ar flow rate: 50 sccm, discharge pressure: 0.7 Pa, and input power: 1 kW. The substrate temperature was 350 ° C.
[0068]
Comparative sample C was observed with an FE-SEM (field emission scanning electron microscope). A large lump of aluminum was observed on the sample surface viewed from directly above the substrate. Further, X-ray diffraction measurement confirmed that silicon was crystallized. That is, an aluminum nanostructure having a columnar structure could not be confirmed, and the silicon region was not crystallized but crystallized. That is, if the substrate temperature is too high, the state changes to a more stable state, so that it is considered that film growth for forming such an aluminum nanostructure cannot be performed.
[0069]
In order to obtain a structure in which columnar members are dispersed, it is also preferable to set the target composition to Al: Si = 55: 45 or the like.
Although the case where aluminum is used as the first material and silicon is used as the second material has been described, the same applies to the case where the above-described materials applicable as the first or second material are used.
[0070]
A porous body is formed by selectively removing the columnar member from the structure. The removal can be performed by etching or anodization. An oxidation treatment may be performed after the pore formation or simultaneously with the pore formation. In addition, when aluminum is used as the first material, for example, the content of the first material (for example, aluminum) contained in the obtained porous body is 0.01 to 20 atomic with respect to all elements except oxygen. %, Preferably in the range of 0.1 to 10 atomic%.
[0071]
(3) Filling the porous material with functional material
(First embodiment: functional device)
By removing the columnar member 1000 from the structure 1001 described above, a porous body is formed. In the present invention, the first material that constitutes the columnar member and the second material that constitutes the surrounding area can be realized by a combination of materials that allow a sufficient selection ratio upon removal. Therefore, the porous body is obtained. As the removing method, wet etching, dry etching, anodizing treatment, or the like is applicable. As a suitable combination of materials, for example, aluminum is used as the first material, and silicon (or a mixture of silicon and germanium) is used as the second material. In the case of wet etching, acids such as phosphoric acid, hydrochloric acid, and sulfuric acid are suitable. An alkali or the like can be used as long as the selectivity can be obtained.
[0072]
Note that the region 1002 forming the porous body may be oxidized or nitrided as necessary before, during or after the removal of the columnar member 1000 from the structure. be able to. In addition, after forming the pores, a process of enlarging the pores can be performed. This makes it possible to control the pore diameter.
[0073]
A functional material is filled in the hole portion of the porous body from which the columnar member has been removed. Here, the functional material can be variously selected depending on what functional device is desired to be formed, such as a conductive material, a magnetic material, a light emitting material, a semiconductor material, and an insulating material. In the present invention, filling the pores of the porous body means filling the pores with a desired material, as well as filling the pores with a desired depth instead of the whole depth direction as necessary. Or covering the surface of the inner wall of the hole mainly with the functional material. It is also possible to arrange a pattern forming member such as a mask on the upper surface of the porous body to divide the region into a portion to be filled and a portion not to be filled among the plurality of pores.
[0074]
Before the porous body is formed from the structure 1001 described above, the pores of the porous body are filled with the columnar member 1000, but the functionality filled after the porous body is formed is as follows. The material is preferably different from the constituent material of the columnar member.
Examples of the method for filling the porous material with the functional material include a vapor deposition method, a CVD method, a sputtering method, an electrodeposition method, and a plating method.
[0075]
Thus, a functional device is realized by filling various functional materials. If a magnetic recording material is applied as a functional material, a recording device is realized, and if a conductive material such as metal is applied, it can be used as a conductive member such as an electrode, as well as a quantum dot, a quantum wire, a quantum wire transistor, a single electron transistor, Alternatively, an electronic device such as a single-electron memory is realized, and a light emitting device is realized by filling a light emitting material. Of course, it is possible to fill a plurality of types of materials when filling. In addition, although the suitable value becomes settled according to various devices regarding a size, it is also preferable that the average hole diameter of the pore of the porous body mentioned above is 20 nm or less, and the average space | interval of pores is 30 nm or less. .
[0076]
Hereinafter, when the porous material obtained by removing the columnar member from the structure 1001 is filled with a functional material (A), the porous material obtained by oxidation treatment after removal (or during removal) When the functional material is filled in (B), the removal step is performed by anodic oxidation, and the porous material obtained there is filled with the functional material (C).
[0077]
(A) A porous body obtained by etching and removing a columnar member from the structure described above has nano-order pores. By using such technology as filling metal or semiconductor in the nanohole, or using nanohole replica technology, coloring, magnetic recording medium, EL light emitting element, electrochromic element, optical element, solar cell, gas sensor, Various devices including quantum effect devices such as quantum wires and MIM elements can be provided.
[0078]
Note that a structure in which micropores are formed perpendicularly to the substrate and at a very high density is important for application to a device utilizing the quantum effect or for producing an ultrahigh density recording medium. For example, nanoholes having a hole diameter of 10 nm or less are formed at intervals of 15 nm or less, and an electrically conductive material such as a metal or a semiconductor is formed therein, so that it can be applied to a quantum effect device such as a single electron memory or a single electron transistor.
[0079]
Further, by filling the pores of the silicon nanostructure of the invention according to this embodiment with a conductive material, it can be applied as a single-electron memory, a single-electron transistor, or the like utilizing the quantum effect. Furthermore, the magnetic recording medium is filled with a magnetic material (the magnetic recording medium here is used not only as a recording medium used in the longitudinal recording method or the perpendicular method, but also as a magneto-optical recording medium as well as magnetic recording). The same applies to the following. For example, the silicon nanostructure of the present invention can itself be used as a functional material such as a light-emitting device, an optical device, and a microdevice.
[0080]
A schematic diagram of a single-electron memory is shown below using FIG. This is a case where the columnar member is removed from the structure 1001 described above and a conductive material such as aluminum, gold, platinum, or copper is filled in the portion.
[0081]
2191 is a substrate, 2192 is an insulator (for example, silicon oxide), 2193 is a structure in which a columnar conductive material is dispersed in, for example, silicon, 2194 is a drain region, 2195 is a gate insulating region, 2196 is a gate electrode, and 2197 is a source. It is an area.
[0082]
By using aluminum as quantum dots as shown in FIG. 19, the electrical characteristics of the channel portion can be controlled by the influence of electric charges accumulated in the quantum dots. In addition, since charge can be accumulated in the quantum dots for a long time, a nonvolatile memory in which information is not lost even when the power is turned off can be formed. Note that other materials can be used as long as a structure in which columnar members are dispersed can be obtained.
Thus, it can be used as a single-electron transistor or the like using a single-electron memory using a quantum effect or a similar principle.
[0083]
(B) Next, a case where a functional device is manufactured by filling a functional material when the porous body is oxidized (of course, may be made insulating by nitriding or the like) will be described.
[0084]
By using the technology of filling the nanoholes in the porous body with metal or semiconductor, or using the nanohole replica technology, coloring, magnetic recording media, EL light emitting elements, electrochromic elements, optical elements, solar cells, gas sensors, Can provide quantum effect devices such as quantum wires and MIM elements.
[0085]
For example, nanoholes having a diameter of 10 nm or less are formed at intervals of 15 nm or less, and an electrically conductive material such as a metal or a semiconductor is formed therein, so that it can be applied to a quantum effect device such as a single electron memory or a single electron transistor. Furthermore, it can be applied as an ultra-high density recording medium by filling a magnetic metal.
[0086]
When the average pore diameter of the pores is 10 nm or less, preferably 1 to 9 nm, and the average interval is 15 nm or less, preferably 3 to 10 nm, the quantum effect can be sufficiently observed even at room temperature or the like. The range of application to body devices can be further expanded. In addition, since the material constituting the nanostructure is silicon oxide, when the pores are filled with an electrically conductive material or a semiconductor material, they are electrically insulated from each other, and tunnel current observation, Coulomb brocade, Quantum effects such as gap expansion and energy level discretization can be expected, and the range of applications of nanostructures to devices can be further expanded.
[0087]
In addition, since the silicon oxide nanostructure of the invention according to this embodiment does not form a film such as an insulator below the pores, the substrate and the pores can be directly connected. Further, by filling the pores of the silicon oxide nanostructure of the present invention with a conductive material, it can be applied as a single-electron memory, a single-electron transistor, or the like utilizing the quantum effect. Moreover, it can be used as a high-density recording medium by filling a magnetic material.
[0088]
In addition, the present invention makes it possible to apply pores in silicon oxide in various forms, and greatly expands the application range. For example, the silicon oxide nanostructure of the present invention can itself be used as a functional material for a light emitting device, an optical device, a microdevice and the like.
[0089]
(C) When removing the columnar member from the structure described above, when a porous body is formed by anodization, the filling of the functional material into the porous body will be described.
[0090]
By using a technology that fills the nanoholes of a porous body obtained by anodization with a metal or semiconductor, or a replica technology of nanoholes, coloring, magnetic recording media, EL light emitting devices, electrochromic devices, optical devices, solar cells , Gas sensors, and quantum effect devices such as quantum wires and MIM elements can be provided.
[0091]
For example, nanoholes having a diameter of 10 nm or less are formed at intervals of 15 nm or less, and an electrically conductive material such as a metal or a semiconductor is formed therein, so that it can be applied to a quantum effect device such as a single electron memory or a single electron transistor. Furthermore, it can be applied as an ultra-high density recording medium by filling a magnetic metal.
[0092]
Further, by filling the pores of the silicon oxide nanostructure of the invention according to this embodiment with a conductive material, it can be applied as a single-electron memory, a single-electron transistor, or the like utilizing the quantum effect. Furthermore, it can be applied as a high-density recording medium by filling a magnetic material. In addition, the invention according to the present embodiment makes it possible to apply pores in silicon oxide in various forms, and greatly expands the application range.
[0093]
In addition, as the material of the structure used for forming the porous body, that is, the structure having a columnar member, the materials described above can be used.
[0094]
Examples of the first material constituting the columnar member include Al and Au. As the second material constituting the region surrounding the columnar member, Si, Ge, a mixture of Si and Ge (hereinafter, Si_x Ge_1-x (0 <x <1). ), Or C. In particular, the second material is preferably a material that can be amorphous. In addition, although the below-mentioned Example demonstrates mainly the case where Al and Si are used, this invention is not limited to these materials.
[0095]
(Second embodiment: orientation base + AlSi, AlSiGe, etc.)
Hereinafter, a magnetic recording device (specifically, a magnetic recording medium), a magnetic recording / reproducing apparatus, and an information processing apparatus using the magnetic recording / reproducing apparatus will be described as functional devices.
[0096]
First, the magnetic recording device will be briefly described.
With the dramatic increase in information processing in recent years, information recording technology such as a magnetic disk device is also required to have a large capacity. Particularly in hard disks, the amount of recorded information per unit area is increasing at a rate exceeding 60% per year. In the future, it is desired to increase the amount of information recorded, and it is also desired to reduce the size and increase the density of portable recording devices.
[0097]
Conventionally used magnetic recording media for hard disks are of the horizontal magnetic recording system, and the magnetization is recorded parallel to the disk surface. In this horizontal magnetic recording system, it is necessary to reduce the thickness of the magnetic recording layer in order to suppress the demagnetizing field in the magnetic domain as the density increases and to detect the magnetic state above the medium in order to detect the magnetization state. Therefore, the volume per magnetic fine particle becomes extremely small, and the superparamagnetic effect tends to occur. That is, the energy that stabilizes the magnetization direction becomes smaller than the thermal energy, the recorded magnetization changes with time, and the recording is erased. For this reason, in recent years, research has been actively conducted to shift to a perpendicular magnetic recording method in which the thickness of the recording layer can be increased in place of horizontal magnetic recording.
[0098]
As a medium for perpendicular magnetic recording, a type using a single magnetic recording layer and a two-layer type using a soft magnetic layer having a high magnetic permeability as a backing layer and a hard magnetic recording layer thereon have been proposed. In the latter case, a magnetic circuit that concentrates the magnetic field from the perpendicular magnetic head on the recording layer and passes the magnetic field horizontally through the soft magnetic layer to the head side is configured.
[0099]
This will be described in detail below with reference to the explanatory diagram of the conventional perpendicular magnetic recording medium of FIG. In addition to glass and aluminum, a carbon substrate, a plastic substrate, a Si substrate, or the like can be used as the substrate 5541. In the case of an aluminum substrate, a NiP layer 5542 is plated as shown in FIG. In many cases, it is prepared as a base layer. As the backing layer 5543, a highly magnetic NiFe alloy (permalloy) or the like is used with a thickness of several μm to several tens of μm. As the recording layer 5544, a Co—Cr alloy is generally used. When the recording layer 5544 is manufactured by a sputtering method, as shown in FIG. 13B, a core portion 5546 having a large Co composition and a shell having a relatively large Cr composition around the core portion 5546 are obtained. The portion 5547 grows while being separated. The core portion 5546 has a shape close to a cylinder and has a hard magnetism having a hexagonal close-packed lattice structure (hereinafter referred to as an hcp structure), which becomes a recording portion. The shell portion 5547 has a large Cr composition and is soft magnetic or non-magnetic, and also serves to weaken the interaction between adjacent core portions. In the core portion 5546, the c-axis is directed perpendicular to the substrate surface, and the magnetization is directed perpendicular to the substrate surface by the action of magnetocrystalline anisotropy. In addition to Co—Cr, Ta, Pt, Rh, Pd, Ti, Nb, Hf, and the like are added to the recording layer 5544.
[0100]
For further higher recording density in the future, it is expected that it is difficult to reduce the size of the core portion 5546 in the Co—Cr system. In addition, since the superparamagnetic effect becomes conspicuous with the miniaturization, L1 of CoPt, FePt, and FePd attracting attention in recent years.₀ Ordered alloys are considered to be a promising material in the future. In particular, a medium that can withstand the superparamagnetic effect associated with the refinement of Co-Cr magnetic particles by making the ordered alloy into fine particles and forming a film (granular film) in which the ordered alloy is dispersed in a nonmagnetic matrix has been proposed. (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-273622).
[0101]
However, the orientation of the ordered alloy is not completely controlled, and the orientation of the perpendicular magnetic recording medium is required to be controlled.
Although not shown in FIG. 13, an underlayer is formed between the recording layer 5544 and the backing layer 5543 for the purpose of improving the crystallinity of the recording layer, or the magnetic properties of the recording layer 5544 and the backing layer 5543 are increased. In order to slightly weaken the mechanical coupling, an underlayer such as an oxide is formed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-73429).
Further, it is common to form a thin protective layer 45 on the surface of the recording medium. As materials, carbonite, nitride, etc. have been studied.
[0102]
In the CoCr-based recording layer formed by the conventional sputtering described above, the diameter of the magnetic fine particles was as large as a few tens of nanometers, and the shape varied greatly. L1₀ With a granular film having a regular structure, it is difficult to control the orientation of the magnetic particles, and it is also difficult to keep the volume and size uniform. L1₀ The size of the MPt (M = Co, Fe, Ni) crystallites having a regular structure or the variation in each fine particle is directly reflected in the variation in the holding force of the fine particle, which deteriorates the characteristics as a recording medium. Of course, variations in the orientation of the crystal axes of the microcrystals also cause the characteristics to deteriorate.
[0103]
The invention according to the second embodiment has been made in view of such problems.
Specifically, the invention relating to the magnetic recording medium according to the second embodiment is a magnetic recording medium having a base layer and a recording layer on a substrate, and the recording layer includes a columnar member configured to include a magnetic material; And a region composed of silicon oxide (or SiGe oxide) surrounding the columnar member, the underlayer has a tetragonal crystal arrangement in the in-plane direction of the substrate, and the columnar member is L1 with c-axis orientation in the vertical direction of the substrate₀   It includes a hard magnetic part having an ordered structure.
[0104]
The region may be an oxide if necessary, and may be a non-oxide. In addition, the wall surface of the pore wall may be selectively an oxide instead of the entire porous body.
[0105]
The configuration of the perpendicular magnetic recording medium according to the present invention will be described below. In particular, the invention according to this embodiment is characterized in that the structure 1001 shown in FIG. 1 is used for the recording layer portion.
[0106]
The structure here means that a columnar member 1000 including a first material is surrounded by a region 1002 including a second material, and the columnar member is formed from the structure. It can be selectively removed. In particular, it is desirable that the second material is contained at a ratio of 20 atomic% to 70 atomic% with respect to the total amount of the first material and the second material. In the following description, a case where aluminum is used as the first material and silicon (or a mixture of silicon and germanium) is used as the second material will be described, but a columnar member is selected from the structure as described above. If it can be removed, the selection of materials and the mixing ratio of each material can be set as appropriate.
[0107]
<Configuration of magnetic recording medium>
The perpendicular magnetic recording medium of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a schematic view showing an example of an embodiment of the magnetic recording medium of the present invention. FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of an embodiment of the recording layer in the perpendicular magnetic recording medium of the present invention.
[0108]
In FIG. 3, 3010 is a substrate, 3011 is an underlayer A, 3012 is a soft magnetic layer, 3013 is an underlayer B, 3014 is a recording layer, 3015 is a protective layer, and 3016 is a lubricating layer. In FIG. 4, 4020 is a non-magnetic part, 4021 is a columnar structure part, 4022 is the diameter of the columnar structure, 4023 is the interval between the columnar structures, and 4024 is a pore. The underlayer 405 in FIG. 4 collectively shows the underlayer A3011, the soft magnetic layer 3012, and the underlayer B3013 in FIG.
[0109]
In the present invention, a base layer A 3011, a soft magnetic layer 3012, a base layer B 3013, a recording layer 3014, a protective layer 3015, and a lubricating layer 3016 are arranged in this order on the substrate 3010.
[0110]
In particular, the recording layer 3014 includes a nonmagnetic portion 4020 and a columnar structure portion (columnar member) 4021. The diameter 4022 of these columnar structures is, for example, in the range of 1 to 9 nm when silicon is selected as the second material, and the interval 4023 between the columnar structures is arranged with a value in the range of 3 to 10 nm, for example. The
[0111]
When a mixture of silicon and germanium is used as the second material, for example, the diameter 22 of the columnar structures is in the range of 1 to 15 nm, and the interval 23 of the columnar structures is a value in the range of, for example, 3 to 20 nm. It is.
[0112]
In the present invention, the recording layer 4014 is formed by a columnar aluminum portion containing aluminum as a component standing on a base layer in a direction perpendicular to the substrate, and silicon (or SiGe) disposed so as to surround the side surface of the columnar aluminum portion. Forming a structure having a silicon portion (or SiGe portion) having a component, removing columnar aluminum portions of the structure to form pores, and forming a silicon portion (or SiGe) having silicon (or SiGe) as a component. After the portion is oxidized to silicon oxide (or SiGe oxide), a columnar structure including a hard magnetic portion is filled in the pores to form a recording layer.
[0113]
The aluminum silicon structure used in the present invention will be described with reference to FIG. In the following, a case where silicon is selected as the second material will be described as an example, but SiGe can be used instead of silicon.
[0114]
The aluminum silicon structure 5034 is characterized in that a columnar aluminum portion 5031 stands straight in the direction perpendicular to the substrate, and the silicon portion 5030 is disposed so as to surround the side surface of the column. Note that silicon is slightly mixed in the aluminum portion and aluminum is slightly mixed in the silicon portion. In order to form this structure, it is preferable to perform simultaneous film formation in a non-equilibrium state of aluminum and silicon. Further, the columnar aluminum portion 5031 stands straight in the vertical direction of the substrate, and the columnar aluminum portion 5031 is mainly selected by being immersed in an acid or alkali that does not dissolve silicon such as phosphoric acid but dissolves the columnar aluminum portion 5031. It can be dissolved and removed.
[0115]
The columnar aluminum portion 31 can also be removed by anodizing the aluminum silicon structure in an aqueous solution such as sulfuric acid. At this time, the silicon portion 5030 is oxidized during anodization, and (Al_X Si_1-X )_Y O_1-Y It becomes. Therefore, the range of x is preferably in the range of x = 0.01 to 0.2. The end of the anodic oxidation is preferably completed within 30 to 60 seconds from the time when the pores reach the underlayer. Alternatively, the anodic oxidation may be performed until the current value of the anodic oxidation reaches a minimum value.
[0116]
When SiGe is used as the second material, the SiGe portion 5030 is oxidized during anodic oxidation, and (Al_p (Si_q Ge_1-q )_1-p )_r O_1-r It becomes. Therefore, it is preferable that the range of p falls within the range of 0 <p ≦ 0.2 and the range of q falls within the range of 0 <q <1. Also preferably, 0 <p ≦ 0.1. The range of q can be 0 ≦ q ≦ 1. The oxidation state is in the range of 0.334 ≦ r ≦ 0.9, and preferably in the range of 0.334 ≦ r ≦ 0.5.
[0117]
The aluminum silicon structure preferably has a columnar aluminum diameter 5032 in the range of 1 nm to 9 nm and a columnar aluminum interval 5033 in the range of 3 nm to 10 nm, depending on the composition. In the case of an Al—SiGe structure, although depending on the composition, the columnar Al diameter 5032 ranges from 1 nm to 15 nm, and the columnar Al interval 5033 ranges from 3 nm to 20 nm.
[0118]
In the invention according to this embodiment, the columnar structure portion 4021 of FIG.₀   By using a hard magnetic material whose main component is MPt (M = Co, Fe, Ni) having a regular structure, high-density recording and sufficient signal detection can be performed more suitably. The diameter 4022 of the columnar structures is in the range of 1 to 9 nm (in the case of using SiGe as the second material, it is in the range of 1 to 15 nm), and the interval 4023 between the columnar structures is in the range of 3 to 10 nm (in the second material) In the case of using SiGe, the range of 3 to 20 nm is preferable, and the aspect ratio of the cylinder is desirably about 2 to 10. Particularly preferably, the diameter 4022 of the columnar structures is 3 to 7 nm (5 to 10 nm when SiGe is used as the second material), and the interval 4023 between the columnar structures is in the range of 4 to 8 nm (in the second material). When SiGe is used, it is 7 to 12 nm).
[0119]
The cross-sectional shape of the pores (nanoholes) 4024 is preferably circular, and each cross-section is preferably uniform. Further, it is desirable that the columnar structure is straight and perpendicular to the base layer.
[0120]
Further, the non-magnetic portion 4020 is made of (Al_X Si_1-X )_Y O_1-Y In this case, the range of x is preferably x = 0.01 to 0.2. When SiGe is used as the second material, the nonmagnetic part is (Al_x (Si_y Ge_1-y )_1-x )_z O_1-z In this case, it is preferable that the range of x is 0 <x ≦ 0.2 and the range of y is 0 <y <1. Also preferably, 0 <x ≦ 0.1. The range of y can be 0 ≦ y ≦ 1. The oxidation state is in the range of 0.334 ≦ z ≦ 0.9, and preferably in the range of 0.334 ≦ z ≦ 0.5.
[0121]
In addition, vacuum deposition, CVD, sputtering, or the like can be used to embed fillers in the pores, but electrodeposition is preferred for embedding in pores having a large aspect ratio. In addition to changing the electrodeposition solution during electrodeposition, a method of performing pulse electrodeposition in a solution containing ions having different electrolytic potentials can be used to produce a laminated film by electrodeposition. That is, ions having a small electrolysis potential such as Pt, Cu, Ni, etc. are added at a small ratio to an electrodeposition solution containing Co ions having a large electrolysis potential, and only ions having a small electrolysis potential are deposited at a low voltage, and then a high voltage is applied. It is possible to deposit Co at a high concentration. L1₀ Also in the formation of MPt (M = Co, Fe, Ni) having an ordered structure, a heat treatment may be performed after forming a laminated film by pulse electrodeposition.
[0122]
Various metals can be used as the base layer B3013 located below the recording layer 4014. However, in order to produce a laminated film in the pores by electrodeposition, an fcc structure is used from the viewpoint of electrodeposition controllability. It is preferable that a certain Pt, Pd, Cu, Ir, Rh, other noble metals and their alloys are (001) oriented in the direction perpendicular to the substrate. Moreover, as long as it is in the range which takes this orientation, you may contain 1 or more types of W, Nb, Ti, Si, O etc. other than the main component. Furthermore, L1₀ , L1₁ Or L1₂ A film having any one of the following regular structures and crystallized in a square shape in the in-plane direction of the substrate may be used as the base layer B3013. Specifically, L1 mainly composed of MPt (M = Co, Fe, Ni), FePd, TiAl, CuAu.₀ Regular structure or L1 mainly composed of CuPt₁ Regular structure or Cu_Three Au, Al_Three Ti, FePd_Three , Ni_Three X (X = Fe, Mn, Al), Pt_Three X (X = Co, Fe, Mn, Ag, Al), PtX_Three L1 whose main component is (X = Ag, Au, Fe, Mn, Ni)₂ You may select from a rule structure etc. Furthermore, it is preferable to insert (001) -oriented MgO for controlling the orientation of the foundation layer B3013.
[0123]
The film (layer) arranged in a square shape in the in-plane direction of the substrate here is a film (layer) oriented in the (001) direction perpendicular to the substrate in the fcc structure.₀ , L1₂ The regular structure is a film (layer) in which the vertical direction of the substrate is constituted by {001} planes, that is, a film (layer) in which the c-axis stands,₁ In the regular structure, the case where the vertical direction of the substrate is a film (layer) composed of {001} planes is indicated.
[0124]
In the present invention, L1₀ The regular structure is a structure shown in FIG. L1₁ The regular structure is a structure shown in FIG. L1₂ The regular structure is a structure shown in FIG.
Further, fcc described in the present specification is an abbreviation for face centered cubic.
[0125]
Further, as the configuration of the columnar structure portion 4021 in the recording layer 3014 described above, as shown in FIGS. 6 and 7, for example, as shown in FIG. 6 and FIG.₀ Regular structure) 6051 (FIG. 6A), or hard magnetic material (L1)₀ Regular structure) 6051 / non-magnetic material 6054 (FIG. 6B), or hard magnetic material (L1)₀ Regular structure) 6051 / soft magnetic body 6055 (FIG. 6C), or hard magnetic body (L1)₀ Regular structure) 6051 / soft magnetic body 6055 / non-magnetic body 6054 (FIG. 6E), or hard magnetic body (L1)₀ (Regular structure) 6051 / non-magnetic material 6054 / soft magnetic material 6055 (FIG. 6D) can be employed.
[0126]
Here, the hard magnetic material (L1₀ The (regular structure) is c-axis oriented in the substrate vertical direction, and the non-magnetic and soft magnetic materials have an fcc structure (001) oriented in the substrate vertical direction. Also, hard magnetic material (L1₀ The (regular structure) portion is mainly composed of MPt (M = Co, Fe, Ni) and may contain one or more of Ag, Pd, Ir, Rh, Cu, Cr, P, and B. In addition, the non-magnetic portion preferably has an fcc structure and contains either noble metal or Cu as a main component and is (001) oriented in the substrate vertical direction. In addition to the main component precious metal and Cu, one or more of W, Nb, Ti, Si, O, and the like may be included.
[0127]
The soft magnetic material portion is Ni_Z Fe_1-Z The main component is Z, and the range of Z is preferably 0.65 to 0.91, and may further include Ag, Pd, Ir, Rh, Cu, Cr, P, B, and the like. The non-magnetic part is preferably one or a plurality of oxides, nitrides, silicon, carbon, etc. of Al, Si, Ge.
[0128]
Further, the hard magnetic material (L1₀ Other than regular structure), non-magnetic material, soft magnetic material, L1₂ It is also possible for a regular structure part to be present. For example, the structure of the columnar structure is L1 from the top.₂ Regular structure (Fe_Three Pt) / L1₀ Regular structure (FePt) (FIG. 7 (f)) and L1₀ Regular structure (FePt) / L1₂ Regular structure (FePt_Three ) (FIG. 7G) is possible. At this time, the boundary between each structure may be clear and may change sequentially. In particular, it is highly likely to appear as a result of the effect of interdiffusion due to annealing, and in this case, the boundary between ordered phases is considered to be unclear.
[0129]
Further, the columnar structure portion is preferably epitaxially grown. This is because the fcc structure of the base layer B13 or L1.₀ Regular structure, L1₁ Regular structure or L1₂ This means that the columnar structure portion grows while maintaining a certain crystal orientation, influenced by the plane of the crystal structure arranged in a square shape in the in-plane direction of the substrate. This does not deny the case of not being a single crystal, or the case of lattice mismatch with the underlying layer B13. In addition, the heat treatment makes L1 highly perpendicular to the substrate₀ It is also possible to orient the c-axis of the regular structure. At this time, the base layer B3013 and the columnar structure portion 4021 may partially diffuse each other.
[0130]
As the substrate 3010, glass, aluminum, carbon, plastic, Si, or the like is preferably used as the substrate. In the case of an aluminum substrate, it is desirable to form a NiP film as a base layer by plating or the like in order to ensure hardness.
[0131]
In addition, it is effective to form the soft magnetic layer 3012 as a backing layer between the substrate 3010 and the base layer B3013. At that time, if necessary to form the soft magnetic layer 3012, the base layer A3011 is inserted. Is preferred. As the backing layer, Ni_Z Fe_1-Z Is preferable, and the range of Z is preferably 0.65 to 0.91, and some of them include Ag, Pd, Ir, Rh, Cu, Cr, P, B, etc. But it ’s okay. At this time, the MgO layer, the base layer A3011, the soft magnetic layer 3012, and the base layer B3013 may be arranged in this order from the bottom, or the soft magnetic layer 3012, the MgO layer, and the base layer B3013._Z Fe_1-Z In this case, (001) orientation is preferable, but other soft magnetic materials can also be used, and other states such as amorphous may be used.
[0132]
The upper surface of the magnetic recording medium is precisely polished using diamond slurry or the like, and its Rms (root mean square) is 1 nm or less. Further, it is preferable to form a protective layer 3015 on the surface, and in order to have wear resistance against friction with the head, non-hard materials with high hardness such as carbonite and nitride are used in addition to carbon. Is effective.
[0133]
The lubricating layer is preferably coated with PFPE (perfluoropolyether).
[0134]
The formation of the porous body can be performed by etching instead of the anodic oxidation of the above-described structure. Further, the porous material may be an oxide as necessary, and may be a non-oxide. For example, a configuration in which the porous body is amorphous silicon or the pore walls are selectively oxides is also possible.
[0135]
<Method for Manufacturing Perpendicular Magnetic Recording Medium>
Hereinafter, the method for manufacturing a perpendicular magnetic recording medium according to the present invention will be described in detail.
Note that in the structure (1001 in FIG. 1) having a columnar member and a region surrounding the columnar member, the case where silicon is selected as the second material constituting the region will be described. However, another material such as SiGe is selected. The same applies to the case.
[0136]
FIG. 11 is a process diagram showing one embodiment of the method for producing a perpendicular magnetic recording medium of the present invention. In FIG. 11, the method for manufacturing a perpendicular magnetic recording medium according to the present embodiment comprises a fine hole filled with a columnar structure standing in a direction perpendicular to the substrate, and silicon oxide having the fine hole. The present invention relates to a method for manufacturing a perpendicular magnetic recording medium having a recording layer, and includes the following steps (a) to (d).
[0137]
(A) Process: A base layer is formed on a substrate.
An underlayer having a square crystal arrangement is formed on the substrate in parallel to the substrate surface.
(B) Step: Next, by the process of simultaneous deposition of aluminum and silicon in a non-equilibrium state, a columnar aluminum portion containing aluminum as a component and silicon disposed so as to surround the columnar aluminum portion are formed on the substrate. An aluminum silicon structure having a silicon portion as a component is formed.
[0138]
Step (c): The columnar aluminum portion of the aluminum silicon structure is removed to form pores, and the silicon portion containing silicon as a component is oxidized.
Step (d): A portion containing MPt (M = Co, Fe, Ni) as a main component in the pores is formed by electrodeposition, and then annealed to perform c-axis oriented L1 in the substrate vertical direction.₀ A recording layer is formed by filling a columnar structure including a hard magnetic part having a regular structure.
Step (e): A protective layer and a lubricating layer are sequentially formed on the recording layer.
[0139]
Next, each process will be described in order.
(A) Process: Underlayer forming process
An underlayer having a square crystal arrangement is formed on the substrate in parallel to the substrate surface.
The underlayer can be formed by a sputtering method, a vacuum deposition method, a molecular beam growth method, or the like. The underlayer may be one layer or two layers. Further, as shown in FIG. 1, two layers of a base layer A <b> 11 and a base layer B <b> 13 may be provided on the substrate via the soft magnetic layer 12.
[0140]
(B) Process: Formation process of aluminum silicon structure
Next, an aluminum having a columnar aluminum portion containing aluminum as a component on the substrate and a silicon portion containing silicon as a component surrounding the columnar aluminum portion by the process of simultaneous deposition of aluminum and silicon in a non-equilibrium state A silicon structure is formed.
[0141]
The present invention is particularly characterized in the step of forming an aluminum silicon structure, which will be described below.
An aluminum silicon structure is formed on the base layer of the substrate by using a film forming method in which a material is formed in a non-equilibrium state between aluminum and silicon. Here, an example in which a sputtering method is used as a film formation method for forming a substance in a non-equilibrium state is shown.
[0142]
As shown in FIG. 11, an aluminum silicon structure 6 is formed on a substrate 10 on which an underlayer 5 has been formed by magnetron sputtering, which is a film forming method for forming a material in a non-equilibrium state. The aluminum silicon structure 6 includes a columnar aluminum portion 7 having a composition containing aluminum as a component and a silicon portion 8 having silicon as a component around the aluminum portion.
[0143]
With reference to FIG. 2 again, a method for forming an aluminum silicon structure by sputtering will be described as a method for forming a film in a non-equilibrium state. In FIG. 2, 1003 is a substrate, and 2003 is a sputtering target. When the sputtering method is used, the ratio of aluminum and silicon can be easily changed.
[0144]
As shown in FIG. 2, an aluminum silicon structure is formed on a substrate 1003 by a magnetron sputtering method which is a film forming method for forming a substance in a non-equilibrium state.
[0145]
Silicon and aluminum as raw materials are achieved by disposing a silicon chip 2002 on an aluminum target 2003 as shown in FIG. 2 (in the case where SiGe is used as the second material, for example, Si piece and Ge Place an appropriate amount of each piece). In FIG. 2, the silicon chip is divided into a plurality of parts. However, the present invention is not limited to this, and one silicon chip may be used as long as desired film formation is possible. However, in order to uniformly disperse the columnar structure body containing aluminum in the silicon region, it is preferable to arrange the columnar structure body on the substrate 1003.
[0146]
Alternatively, a fired aluminum silicon product obtained by firing a predetermined amount of aluminum and silicon powder can be used as a target material for film formation.
Alternatively, a method of separately preparing an aluminum target and a silicon target and simultaneously sputtering both targets may be used.
[0147]
The amount of silicon in the formed film is 20 to 70 atomic%, preferably 25 to 65 atomic%, more preferably 30 to 60 atomic%, based on the total amount of aluminum and silicon. If the amount of silicon is within such a range, an aluminum silicon structure in which aluminum columnar structures are dispersed in the silicon region can be obtained. (Note that when SiGe is selected as the second material, the amount of SiGe in the formed film is 20 to 70 atomic%, preferably 25 to 65 atomic%, based on the total amount of Al and SiGe. If the amount of SiGe is within such a range, an Al—SiGe structure in which Al columnar structures are dispersed in the SiGe region can be obtained. Any number is acceptable, and the difference in composition is reflected as the difference in the diameter and interval of columnar Al.)
[0148]
The atomic% indicating the ratio of aluminum to silicon indicates the ratio of the number of atoms of silicon and aluminum, and is also described as atom% or at%. For example, in an inductively coupled plasma atomic emission spectrometry, It is a value when the amount of silicon and aluminum is quantitatively analyzed.
[0149]
In the above ratio, atomic% is used as a unit. However, when wt% is used as a unit, when silicon is 20 atomic% or more and 70 atomic% or less, it is 20.65 wt% or more and 70.84 wt% or less. . Conversion from atomic% to wt% is carried out by calculating the weight ratio of aluminum to silicon by setting the atomic weight of aluminum to 26.982 and the atomic weight of silicon to 28.086, and from the value of (weight ratio) × (atomic%) to wt%. It can be converted.
The substrate temperature is, for example, 200 ° C. or lower.
[0150]
Note that when an aluminum silicon structure is formed by such a method, aluminum and silicon form a metastable eutectic structure, and aluminum forms a columnar structure having a level of several nanometers and is separated in a self-organizing manner. The aluminum at that time has a substantially cylindrical shape, the pore diameter is, for example, 1 to 9 nm, and the interval is, for example, 3 to 10 nm. (When SiGe is selected as the second material, the pore diameter is 1 to 15 nm and the interval is 3 to 20 nm.)
The amount of silicon in the aluminum silicon structure can be controlled, for example, by changing the amount of silicon chips placed on the aluminum target.
[0151]
When film formation is performed in a non-equilibrium state, particularly in the case of sputtering, the pressure in the reaction apparatus when argon gas is flowed is preferably about 0.2 to 1 Pa. However, it is not particularly limited to this, and any pressure may be used as long as argon plasma is stably formed.
[0152]
A sputtering method is preferable as a film forming method for forming a material in a non-equilibrium state, but a film forming method for forming a material in any non-equilibrium state such as resistance heating vapor deposition and electron beam vapor deposition (EB vapor deposition) can be applied. is there.
[0153]
As a method for forming a film, a simultaneous film formation process in which silicon and aluminum are formed at the same time may be used, or a stacked film formation process in which silicon and aluminum are stacked in several atomic layers may be used.
[0154]
The aluminum silicon structure 1001 formed as described above includes a columnar aluminum portion 1000 having a composition containing aluminum as a main component and a silicon portion 1002 having silicon as a main component around it.
[0155]
The composition of the columnar aluminum portion 7 containing aluminum is mainly composed of aluminum, but may contain other elements such as silicon, oxygen, and argon as long as a microstructure having a columnar structure is obtained. . Note that the main component means that the proportion of aluminum is 80 atomic% or more, preferably 90 atomic% or more in the component composition ratio of the columnar structure portion.
[0156]
Further, the composition of the silicon portion 8 surrounding the columnar aluminum portion is composed of silicon, but if a fine structure having a columnar structure is obtained, it contains various elements such as aluminum, oxygen, and argon. May be. Note that the main component is a silicon component ratio of 80 atomic% or more, preferably 80 to 98 atomic%, more preferably 93 to 98 atomic% in the component composition ratio of the silicon portion. (Note that when SiGe is selected as the second material, the composition of the SiGe portion surrounding the columnar Al portion is composed of SiGe, but a fine structure having a columnar structure is obtained. It may contain various elements such as Al, O, Ar, etc. In addition, as a main component, the ratio of SiGe in the component composition ratio of the SiGe portion is 80 atomic% or more, preferably in the range of 85 to 99 atomic%. preferable.)
[0157]
As described above, by simultaneously sputtering aluminum and silicon on the substrate, an aluminum-silicon structure composed of innumerable columnar aluminum portions standing in the vertical direction of the substrate and silicon portions arranged so as to surround the side surfaces thereof is formed. The Preferably, the diameter of the columnar aluminum at this time is 1 to 9 nm, and the interval between the columnar aluminums is 3 to 10 nm. These diameters and intervals are determined from the composition ratio of aluminum and silicon.
[0158]
The silicon portion 8 surrounding the columnar aluminum portion 7 of the structure becomes a nonmagnetic portion 20 made of a nonmagnetic material surrounding the periphery of the columnar structure portion 21 of the hard magnetic material. Silicon part 8 is made of Al_x Si_1-x It is preferable to consist of the following composition. x = 0.01-0.2, Preferably 0.02-0.07 is shown. (Note that when SiGe is selected as the second material, the diameter of the columnar Al is 1 to 15 nm, and the interval between the columnar Al is 3 to 20 nm. These diameters and intervals are Al and Si. It is determined from the composition ratio with Ge.
[0159]
The SiGe portion 8 surrounding the columnar Al portion 7 of the structure becomes a nonmagnetic portion 20 made of a nonmagnetic material surrounding the periphery of the columnar structure portion 21 of the hard magnetic material after being oxidized. The SiGe portion 8 before oxidation is Al_x (Si_y Ge_1-y )_1-x The range of x is 0 <x ≦ 0.2, preferably 0 <x ≦ 0.1. Further, the range of y is 0 <y <1, but 0 ≦ y ≦ 1 is also possible. )
[0160]
(C) Step: Step of forming pores in the structure and oxidizing the silicon portion
Next, the columnar aluminum portion of the aluminum silicon structure is removed to form pores, and the silicon portion containing silicon as a component is oxidized.
This step can be performed by the following two methods.
[0161]
The first is a step of forming pores by etching only columnar aluminum portions containing aluminum as a component by anodic oxidation in an acid solution. The columnar aluminum portion is eluted by anodic oxidation in a solution such as sulfuric acid to form fine pores. In this case, the silicon portion is oxidized by anodic oxidation and (Al_x Si_1-x ) O_Y 1-Y (X = 0.01 to 0.2). (Note that when SiGe is selected as the second material, the SiGe portion is oxidized by anodic oxidation, and (Al_x (Si_y Ge_1-y )_1-x )_z O_1-z Therefore, 0 <x ≦ 0.2 and 0 <y <1. Also preferably, 0 <x ≦ 0.1, and the range of y can be 0 ≦ y ≦ 1. )
[0162]
The second is a step of forming pores by selectively etching a columnar aluminum portion containing aluminum as a component by dipping in an acid solution. It is possible to remove aluminum and form fine pores by immersing in a solution that dissolves only aluminum without dissolving silicon, such as phosphoric acid. In this case, the silicon portion is oxidized by performing annealing in an oxidizing atmosphere in a separate process to generate silicon oxide.
[0163]
(D) Step: A step of filling a columnar structure containing a hard magnetic material in the pores to form a recording layer
Next, a portion mainly composed of MPt (M = Co, Fe, Ni) is formed in the pores by electrodeposition, and then annealed to perform c-axis alignment L1 in the substrate vertical direction.₀ A recording layer is formed by filling a columnar structure including a hard magnetic part having a regular structure.
[0164]
Annealing is performed for order alloying. The annealing method is preferably performed by RTA (Rapid Thermal Annealing) in order to suppress mutual diffusion.
[0165]
In this step, before or after the step of electrodepositing the main part of MPt (M = Co, Fe, Ni) of the columnar structure in the pores, a tetragonal crystal arrangement parallel to the substrate surface Fcc structure with L1,₀ Or L1₂ You may perform the process of electrodepositing the part which consists of any structure of a regular structure.
[0166]
In addition, when filled by electrodeposition, the magnetic material overflowing above the pores is subjected to precision polishing using diamond slurry, colloidal silica, etc., and its Rms (root mean square) is 1 nm or less. It is preferable.
By performing the above steps, the recording layer described above can be formed.
[0167]
(E) Step: Step of sequentially forming a protective layer and a lubricating layer on the recording layer
The protective layer is preferably formed by a plasma CVD method. The lubricating layer is preferably formed by spin coating or dipping and pulling up.
[0168]
The magnetic recording medium of the present invention is effective as a perpendicular magnetic recording medium. For use as a magnetic recording / reproducing apparatus, as shown in FIG. 8, in addition to the magnetic recording medium 8061, read / write magnetic head 8063, drive control of a motor, etc. It is necessary to incorporate a device, a signal processing circuit, a dustproof case, and the like. However, in the magnetic recording / reproducing apparatus, the driving of the magnetic recording medium is not limited to the rotation, and the driving of the magnetic head is not limited to the slide on the circumference. Reference numeral 8062 denotes a magnetic recording medium driving unit, 8065 denotes a signal processing unit, and 8064 denotes a magnetic head driving unit.
[0169]
In order to use the magnetic recording / reproducing apparatus as an information processing apparatus, as shown in FIG. 9, in addition to the magnetic recording / reproducing apparatus 9072, a memory unit 9074, a calculation unit 9073, a power supply 9075, and an external input / output unit 9076 are connected. It is necessary to form an information processing apparatus in which the wiring 9077 to be stored is stored in the storage container 9071. In the information processing apparatus, the wiring can be either wired or wireless.
[0170]
(Third embodiment: AlSi is applied to the soft magnetic layer)
In this embodiment, a magnetic recording device (specifically, a magnetic recording medium), a magnetic recording / reproducing apparatus, and an information processing apparatus using the magnetic recording / reproducing apparatus will be described as functional devices. In particular, an invention relating to a soft magnetic layer of a two-layer perpendicular magnetic recording medium suitable for high density recording will be described.
[0171]
With the dramatic increase in information processing in recent years, information recording technology such as a magnetic disk device is also required to have a large capacity. Particularly in hard disks, the amount of recorded information per unit area is increasing at a rate exceeding 60% per year. In the future, it is desired to increase the amount of information recorded, and it is also desired to reduce the size and increase the density of portable recording devices.
[0172]
Conventionally used magnetic recording media for hard disks are of the longitudinal magnetic recording system, and magnetization is recorded parallel to the disk surface. In this longitudinal magnetic recording system, it is necessary to reduce the thickness of the magnetic recording layer in order to suppress the demagnetizing field in the magnetic domain as the density increases and to generate a magnetic field above the medium in order to detect the magnetization state. Therefore, the volume per magnetic fine particle becomes extremely small, and the superparamagnetic effect tends to occur. That is, the energy that stabilizes the magnetization direction becomes smaller than the thermal energy, the recorded magnetization changes with time, and the recording is erased. For this reason, in recent years, research has been actively conducted to shift to a perpendicular magnetic recording system in which the thickness of the recording layer can be increased in place of the longitudinal magnetic recording.
[0173]
The strength of the perpendicular magnetic recording method is that the restriction on the film thickness in the direction perpendicular to the substrate is weakened, and the volume reduction accompanying the reduction of the recording area can be remarkably suppressed. At present, a perpendicular magnetic recording medium has been proposed as a type using a single magnetic recording layer and a two-layer type using a soft magnetic layer having a high magnetic permeability as a backing layer and a hard magnetic recording layer thereon. In the latter case, a magnetic circuit that concentrates the magnetic field from the perpendicular magnetic head on the recording layer and passes the magnetic field horizontally through the soft magnetic layer to the head side is configured. It is known that the two-layer type using this backing layer (Japanese Patent Laid-Open No. 52-78403) exhibits the effect of improving the recording / reproducing characteristics.
[0174]
However, in a two-layer perpendicular magnetic recording medium using a soft magnetic layer as a backing layer, spike-like noise is observed during recording and reproduction, which is called Barkhausen noise. This is considered to be a problem of the state change of the domain wall existing in the soft magnetic layer, and stabilization of this domain wall is essential for eliminating noise.
[0175]
Therefore, measures are taken such as a method of applying a bias magnetic field for the purpose of suppressing the movement of the domain wall, or eliminating the domain wall by using a granular film as shown in FIG. 14 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-101644). ing. In particular, it is effective to use a granular film composed of a soft magnetic particle portion 1531 and a nonmagnetic material portion 1530 in order to eliminate a domain wall. However, the shape and size distribution of the soft magnetic particle portion 1531 and the particles in the granular film are effective. It is very difficult to control the density. That is, it is desired to make the soft magnetic particle diameter 1532 uniform and the soft magnetic particle spacing 1533 uniform. That is, in the above prior art, the shape, size distribution, and particle density distribution of the soft magnetic particles in the granular film are problematic, and it is difficult to make the average magnetic permeability uniform.
[0176]
The present inventors have found that a columnar structure standing in a direction perpendicular to the substrate is preferable as the shape when the soft magnetic material is dispersed in the nonmagnetic base material. In this case, a columnar soft magnetic body having the same height as the film thickness exists in the direction perpendicular to the substrate, and the height fluctuation can be extremely suppressed. Also, in the in-plane direction, a columnar soft magnetic material having a small diameter fluctuation can be produced.
[0177]
That is, in this embodiment, the structure 1001 shown in FIG. 1 is applied as a member constituting the soft magnetic layer.
The invention according to this embodiment will be specifically described below.
[0178]
The invention according to the third embodiment is a magnetic recording medium having a soft magnetic layer and a recording layer on a substrate, wherein the soft magnetic layer includes a columnar soft magnetic material and a nonmagnetic material region surrounding the soft magnetic material. It is characterized by comprising. Here, it is preferable that the soft magnetic material stands in a direction perpendicular to the substrate.
[0179]
The invention relating to the magnetic recording medium according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.
In FIG. 3, 3010 is a substrate, 3011 is an underlayer A, 3012 is a soft magnetic layer, 3013 is an underlayer B, 3014 is a recording layer, 3015 is a protective layer, and 3016 is a lubricating layer. In FIG. 15, 1620 is a nonmagnetic region, 1621 is a columnar soft magnetic body, 1622 is a diameter of the columnar soft magnetic body, and 1623 is an interval between the columnar soft magnetic bodies.
[0180]
On the substrate 3010, an underlayer A3011, a soft magnetic layer 3012, an underlayer B3013, a recording layer 3014, a protective layer 3015, and a lubricating layer 3016 are arranged in this order, and particularly in the soft magnetic layer 3012, as shown in FIG. Further, the non-magnetic region 1620 and the columnar soft magnetic body 1621 have a diameter 1622 in the range of 1 to 9 nm and the columnar soft magnetic interval 1623 is in the range of 3 to 10 nm. Arranged by value. Note that these numerical values are values when aluminum is used as the first material of the structure body 1001 in FIG. 1 and silicon is used as the second material (aluminum-silicon mixture). In this embodiment, the case where this aluminum silicon mixture is used as a member constituting the soft magnetic layer will be described, but it is needless to say that SiGe can be applied instead of silicon.
[0181]
The base layer A3011 is composed of a single layer or two or more nonmagnetic conductive films provided between the substrate 3010 and the soft magnetic layer 3012. In forming the columnar soft magnetic body 1621 in the soft magnetic layer 3012, In the case of producing by a deposition method, it is preferable to serve as an electrode and also to play a role for controlling orientation. In particular, it is preferable to use a metal film containing Pt, Pd, Cu, Ag, or the like as a component. In addition to a single layer film, a plurality of films can be used depending on the purpose.
[0182]
The underlayer B3013 is made of a single layer or two or more nonmagnetic conductive films provided between the soft magnetic layer 3012 and the recording layer 3014, and plays a role in controlling the orientation in the recording layer 3014. It is preferable. In particular, it is preferable to use a metal film containing Pt, Pd, Cu, Ag, or the like as a component. In particular, it is preferable to provide orientation such as these (111) plane and (001) plane. Therefore, it is possible to add a layer for controlling the orientation of the metal film such as MgO in advance and use a plurality of films as the underlayer.
[0183]
Any substrate 3010 can be used as long as it has a flat surface, but glass, aluminum, carbon, plastic, MgO, Si, or the like is particularly preferably used as the substrate. In the case of an aluminum substrate, it is desirable to form a NiP film as a base layer by plating or the like in order to ensure hardness.
[0184]
In the soft magnetic layer 3012 described above, the nonmagnetic region 1620 is made of silicon, its oxide, nitride, or the like. In particular, a formation method by annealing in an oxygen atmosphere or an ammonia atmosphere may be used, but silicon may be oxidized by anodization in sulfuric acid, oxalic acid, phosphoric acid solution, or the like. That is, a structure in which columnar aluminum is dispersed in a silicon region is prepared, and the aluminum portion and the soft magnetic material are replaced by removing the aluminum portion.
[0185]
The columnar soft magnetic material 1621 is preferably made of CoFe, NiFe or the like. The silicon portion of the nonmagnetic region 1620 is made of Al._x Si_1-x (X = 0.01 to 0.2) is preferable. Further, these oxides are also preferable, and (Al_x Si_1-x )_y O_1-y (X = 0.01 to 0.2), and the value of y is not particularly limited.
[0186]
The recording layer 3014 is made of Co₅₀Pt₅₀, Fe₅₀Pt₅₀Or (CoFe)₅₀Pt₅₀L1 mainly composed of₀ It is preferable to have a regular structure, a cylindrical shape having a diameter of about 1 to 9 nm, and a structure in which each is separated by a nonmagnetic material of 3 to 10 nm. In addition, as a recording layer, M_x Pt_1-x It may include at least one of (M = Fe, Co, Ni). Note that the range of x is 0.3 to 0.7, and more preferably 0.4 to 0.6.
[0187]
The protective layer 3015 is preferably made of DLC (diamond-like carbon), such as a carbon film.
The lubricating layer 3016 is preferably made of a commercially available product applied to a hard disk or the like.
[0188]
<Method for Manufacturing Perpendicular Magnetic Recording Medium>
Hereinafter, a method for manufacturing a perpendicular magnetic recording medium of the present invention will be described in detail.
FIG. 16 is a process diagram showing one embodiment of the method for manufacturing a perpendicular magnetic recording medium according to the present invention. In FIG. 16, the method for manufacturing a perpendicular magnetic recording medium of the present invention is characterized by having the following steps (a) to (d).
[0189]
(A) Process: The base layer A is formed on the substrate.
(B) Step: Next, by the process of simultaneous deposition of aluminum and silicon in a non-equilibrium state, the substrate is mainly composed of columnar structure portions mainly composed of aluminum and surrounding the columnar structure portions. A nonmagnetic region is formed.
[0190]
(C) Process: It consists of the process of replacing the columnar structure part which has this aluminum as a main component with a columnar soft magnetic body. Etching only columnar structures mainly composed of aluminum by immersion in acid solution to form fine columnar vacancies, or etching only columnar structures mainly composed of aluminum by anodic oxidation in acid solution Thus, fine columnar holes are formed, and the soft magnetic layer is formed by filling the fine columnar holes with a soft magnetic material.
Step (d): An underlayer B, a recording layer, a protective layer, and a lubricating layer are sequentially formed on the soft magnetic layer.
[0191]
Next, each process will be described in order.
(A) Process: Underlayer film forming process
A base layer A is formed on the substrate. The underlayer A is preferably formed by sputtering using a metal film containing Pt, Pd, Cu, Ag, or the like as a component. A single-layer film or a plurality of films can also be used. However, the film forming method is not limited to the sputtering method as long as the film can be formed flat, and is not limited to the sputtering method.
[0192]
(B) Process: Aluminum silicon layer formation process
Next, by the process of simultaneous deposition of aluminum and silicon in a non-equilibrium state, a columnar structure portion containing aluminum as a main component on the substrate and a silicon region containing silicon as a main component so as to surround the columnar structure portion ( An aluminum silicon layer having a nonmagnetic region is formed.
[0193]
Since the present invention is particularly characterized in the step of forming the aluminum silicon layer, this step will be described below.
An aluminum silicon layer is formed on the base layer A of the substrate by using a film forming method in which a material is formed in a non-equilibrium state between aluminum and silicon. Here, an example in which a sputtering method is used as a film formation method for forming a substance in a non-equilibrium state is shown.
[0194]
As shown in FIG. 12, an aluminum silicon layer 1835 is formed on a base layer A3011 formed on a substrate 3010 by a magnetron sputtering method which is a film forming method for forming a substance in a non-equilibrium state. The aluminum silicon layer 1835 includes an aluminum columnar structure 1837 having a composition containing aluminum as a main component and a silicon region 1838 having silicon as a main component around it.
[0195]
A method for forming an aluminum silicon layer by sputtering will be described as a method for forming a film in a non-equilibrium state with reference to FIG. In FIG. 2, 1003 is a substrate, and 2003 is a sputtering target. When the sputtering method is used, the ratio of aluminum and silicon can be easily changed. As shown in FIG. 2, an aluminum silicon layer is formed on a substrate 1003 by a magnetron sputtering method which is a film forming method for forming a material in a non-equilibrium state (via a base layer as necessary).
[0196]
Silicon and aluminum as raw materials are achieved by disposing a silicon chip 2002 on an aluminum target 2003 as shown in FIG. In FIG. 2, the silicon chip is divided into a plurality of parts. However, the present invention is not limited to this, and one silicon chip may be used as long as desired film formation is possible. However, in order to uniformly disperse the columnar structure body containing aluminum in the silicon region, it is preferable to arrange the columnar structure body on the substrate 1003.
[0197]
Alternatively, a fired aluminum silicon product obtained by firing a predetermined amount of aluminum and silicon powder can be used as a target material for film formation.
Alternatively, a method of separately preparing an aluminum target and a silicon target and simultaneously sputtering both targets may be used.
[0198]
The amount of silicon in the formed film is 20 to 70 atomic%, preferably 25 to 65 atomic%, more preferably 30 to 60 atomic%, based on the total amount of aluminum and silicon. If the amount of silicon is within such a range, an aluminum silicon layer in which aluminum columnar structures are dispersed in the silicon region can be obtained.
Further, the substrate temperature is 200 ° C. or lower, preferably 100 ° C. or lower.
[0199]
Note that when an aluminum silicon layer is formed by such a method, aluminum and silicon form a metastable eutectic structure, aluminum forms a columnar structure with a level of several nanometers, and is separated from silicon in a self-organizing manner. The diameter of the columnar aluminum at that time is 1 to 10 nm, and the interval is 3 to 15 nm.
[0200]
The amount of silicon in the aluminum silicon layer can be controlled, for example, by changing the amount of silicon chips placed on the aluminum target.
When film formation is performed in a non-equilibrium state, particularly in the case of sputtering, the pressure in the reaction apparatus when argon gas is flowed is preferably about 0.2 to 1 Pa. However, it is not particularly limited to this, and any pressure may be used as long as argon plasma is stably formed.
[0201]
A sputtering method is preferable as a film forming method for forming a material in a non-equilibrium state, but a film forming method for forming a material in any non-equilibrium state such as resistance heating vapor deposition and electron beam vapor deposition (EB vapor deposition) can be applied. is there.
[0202]
As a method for forming a film, a simultaneous film formation process in which silicon and aluminum are formed at the same time may be used, or a stacked film formation process in which silicon and aluminum are stacked in several atomic layers may be used.
[0203]
The aluminum silicon layer 1835 formed as described above includes an aluminum columnar structure 1837 having a composition containing aluminum as a main component and a silicon region 1838 having silicon as a main component around it.
[0204]
The composition of the columnar structure portion 1837 containing aluminum is mainly composed of aluminum. However, if a microstructure having a columnar structure is obtained, it may contain other elements such as silicon, oxygen, and argon. Good. Note that the main component means that the proportion of aluminum is 80 atomic% or more, preferably 90 atomic% or more in the component composition ratio of the columnar structure portion. In this case, it is important that the component composition ratio is easily dissolved in acid.
[0205]
In addition, the composition of the silicon region 1838 surrounding the aluminum columnar structure is mainly composed of silicon. If a microstructure having a columnar structure is obtained, various elements such as aluminum, oxygen, and argon are used. It may contain. Note that the main component is preferably a ratio of silicon of 80 atomic% or more, preferably 80 to 98 atomic%, more preferably 93 to 98 atomic% in the component composition ratio of the silicon region.
[0206]
As described above, aluminum and silicon are simultaneously sputtered on the substrate, thereby forming an aluminum silicon layer made of innumerable columnar aluminum standing in the vertical direction of the substrate and silicon arranged so as to surround the side surface thereof. Preferably, the diameter of the columnar aluminum at this time is 1 to 9 nm, and the interval between the columnar aluminums is 3 to 10 nm. These diameters and intervals are determined from the composition ratio of aluminum and silicon.
[0207]
The silicon region 1838 surrounding the aluminum columnar structure is a nonmagnetic region made of a nonmagnetic material surrounding the columnar soft magnetic body. The silicon region 1838, ie the non-magnetic region, is made of Al_x Si_1-x It is preferable to consist of the following composition. x = 0.01-0.2, Preferably 0.02-0.07 is shown. Of course, it is also preferable that Al is not substantially contained in the silicon region.
[0208]
(C) Process: The process of replacing a columnar structure part with a columnar soft magnetic body
Next, a step of replacing the columnar structure portion containing aluminum as a main component with a columnar soft magnetic material is performed. This step can be performed by the following two methods.
[0209]
The first is a step of forming fine columnar vacancies by immersing in an acid solution and etching only columnar structure portions mainly composed of aluminum. It is possible to remove the aluminum by immersing it in a solution that dissolves only aluminum without dissolving silicon, such as phosphoric acid, and form fine pores.
[0210]
The second is a step of forming fine columnar vacancies by etching only columnar structure portions mainly composed of aluminum by anodic oxidation in an acid solution. The aluminum portion is eluted by anodic oxidation in a solution of sulfuric acid or the like to form fine pores. In this case, oxidation of the silicon part is also achieved. In this case, the temperature of the anodic oxidation solution may be any temperature, and preferably 10 ° C to 30 ° C. Moreover, there is no limitation also in a density | concentration, It can use from 0.3 mol / l-7 mol / l. Further, regarding the anodic oxidation voltage, it is preferably 10 V or less, but is particularly preferably 2 V or less when the adhesion to the underlayer A11 is weak.
[0211]
Next, a soft magnetic layer is formed by filling the formed fine columnar holes with a soft magnetic material. It is possible to immerse in a plating solution for a soft magnetic material and fill the fine holes with the soft magnetic material by a plating method. That is, any soft magnetic material that can be plated can be used. In particular, CoFe and NiFe are effective from the viewpoint of plating. At this time, the base layer A3011 preferably functions as an electrode during electroplating and as a catalyst during electroless plating.
[0212]
In addition, when filled by the electrodeposition method, the soft magnetic material overflowing above the fine pores is subjected to precision polishing using diamond slurry, colloidal silica, etc., and its Rms (root mean square) is 1 nm. The following is preferable.
[0213]
Step (d): An underlayer B, a recording layer, a protective layer, and a lubricating layer are sequentially formed on the soft magnetic layer.
The underlayer B is preferably formed by sputtering, and the protective layer is preferably formed by CVD or sputtering. A single-layer film or a plurality of films can also be used. For the recording layer, the magnetic material is made of Co by the same manufacturing method as the soft magnetic layer of the present invention.₅₀Pt_Five 0 , Fe₅₀Pt₅₀Or (CoFe)₅₀Pt₅₀It is preferable to form by making it equal. The lubricating layer is preferably formed by dipping or spin coating in a lubricating material.
[0214]
In the present embodiment, the case where the above-described AlSi structure is used when forming the soft magnetic layer has been described, but it is of course possible to transfer the AlSi structure to other portions, for example, the recording layer itself. is there.
[0215]
To use the perpendicular magnetic recording medium according to the present embodiment as a magnetic recording / reproducing apparatus, as shown in FIG. 8, in addition to the perpendicular magnetic recording medium 8061, a read / write magnetic head 8063, a drive control device such as a motor, signal processing, and the like. It is necessary to incorporate a circuit and a dustproof case. However, in the magnetic recording / reproducing apparatus, the driving of the perpendicular magnetic recording medium is not limited to rotation, and the driving of the magnetic head is not limited to only the slide on the circumference.
[0216]
In order to use the magnetic recording / reproducing apparatus as an information processing apparatus, as shown in FIG. 9, in addition to the magnetic recording / reproducing apparatus 9072, a memory unit 9074, a calculation unit 9073, a power supply 9075, and an external input / output unit 9076 are connected. It is necessary to have wiring 9077 to be connected. However, the information processing apparatus can be wired or wireless. Reference numeral 9071 denotes a storage container.
[0217]
Moreover, the porous body applicable to this embodiment should just be an oxide as needed, and may be a non-oxide. For example, a configuration in which the porous body is amorphous silicon or the pore walls are selectively oxides is also possible.
[0218]
【Example】
(Example 1: Light-emitting device)
In this embodiment, a case where a light emitting device is manufactured by filling a light emitting material in a portion where the columnar member 1000 is removed from the structure 1001 described with reference to FIGS. In the following, a case where aluminum is used as the first material constituting the columnar member in the structure 1001 and silicon is used as the surrounding region will be described as an example. However, as described above, the columnar member is selected. In particular, various materials can be selected as long as they can be removed from the structure. This also applies to all the following embodiments.
[0219]
First, using a sputtering method, a Pd film having a thickness of 50 nm was prepared on a glass substrate having a Pd film thickness of 20 nm. At this time, it was confirmed that the state of the AlSi film was that the columnar aluminum was standing in the vertical direction of the substrate, and a structure in which silicon was arranged so as to surround the side surface was formed in a self-organized manner. The diameter of the columnar aluminum was 4 nm and the distance between each was 7 nm. This was immersed in 5 wt% (wt%) phosphoric acid, and the aluminum portion was removed by etching to form 4 nm nanoholes. At this time, since the Pd layer is exposed at the bottom of the hole, ZnO can be electrodeposited using this as an electrode.
[0220]
Electrodeposition was performed at a voltage of −0.5 V by using a 0.1 mol / l zinc nitrate aqueous solution at 60 ° C., and placing oxidized AlSi nanoholes on the cathode. In this case, the electrodeposition was finished when the hole overflowed, and the portion overflowed by polishing was removed. In addition to etching with phosphoric acid, AlSi nanoholes have micropores by anodic oxidation and annealing in an oxygen atmosphere (Al_X Si_1-x )_y O_1-y It can be used even with a film.
[0221]
Furthermore, the electrodeposition solution is not limited to the zinc sulfate aqueous solution, but may be other types such as a chloride system. In particular, it may be dissolved in a small amount such as about 0.005 mol / l in a soluble organic solvent instead of an aqueous solution.
[0222]
In order to see the light emission characteristics, photoluminescence measurement of this sample was performed. A He—Cd laser of 325 nm was used as an excitation light source, and the light was emitted from the upper surface of the sample, that is, in parallel with the nanohole, and the emitted light was extracted in the same direction.
[0223]
As a result, it was confirmed that the light emission from this sample was located on the short wavelength side than the wavelength indicated by the light emission from the bulk of ZnO. This is related to the fact that the crystal grain size is limited by the AlSi nanohole, and the emission wavelength can be controlled by the hole size.
[0224]
(Example 2: Magnetic device)
On the glass substrate, Pt of 20 nm was formed, and an AlSi structure having a thickness of 50 nm was prepared. At this time, it was confirmed that the state of the AlSi film was that the columnar aluminum was standing in the direction perpendicular to the substrate, and a structure in which silicon was arranged so as to surround the side surface was formed in a self-organized manner. The diameter of the columnar aluminum was 4 nm and the distance between each was 7 nm. This was anodized by applying a voltage of 2 V in an aqueous sulfuric acid solution of 7 mol / l and 20 ° C. As a result, the columnar aluminum portion is removed, the silicon portion is oxidized, and has micropores (Al_X Si_1-x )_y O_1-y A film was formed. It was found by composition analysis that these were in the range of x = 0.01 to 0.2 with some fluctuations. Next, it was immersed in 1 mol / l of sodium hydroxide aqueous solution for 2 minutes, and the bottom of the micropores was made uniform. Thus, the Pt layer was exposed at the bottom of the hole, and this was used as an electrode for electrodeposition of a magnetic material. Similarly to Example 1, AlSi nanoholes formed by etching with phosphoric acid can also be used.
[0225]
First, for the filling of NiFe, a mixture of nickel sulfate (II) heptahydrate and iron sulfate (II) heptahydrate in a ratio of 1: 1 was used, and at 24 ° C. against the Ag / AgCl reference electrode— A voltage of 1.0 V was applied for electrodeposition. For the electrodeposition of FePt, 0.3 mol / l of iron (II) sulfate heptahydrate and 0.03 mol / l of hexachloroplatinic acid were used at a mixing ratio of 10: 1, and Ag / AgCl at 24 ° C. Electrodeposition was performed by applying a voltage of -1.5 V to the reference electrode.
[0226]
When these magnetic characteristics are observed with a hysteresis curve, NiFe has a coercive force of about 10 Oe and exhibits a soft magnetic characteristic. In addition, in the case of FePt, since it was regularly alloyed by annealing, it has a high holding force of 6 kOe in the direction perpendicular to the substrate with respect to the applied magnetic field of 13 kOe, the holding force is weak in the in-plane direction of the substrate, and high perpendicular magnetic anisotropy. Showed sex.
Thus, it can be seen that a magnetic device can be provided as a functional device by using the structure shown in FIG.
[0227]
(Example 3)
The present embodiment relates to a method for manufacturing a recording layer, and the shape and orientation of each.
On the glass substrate with the MgO film formed on the surface, Pt, Pd, Cu, Ir, and Rh are selected from noble metals and Cu as the underlayer by sputtering vapor deposition, and each 5 nm is deposited separately, and all the AlSi structures ( Al₅₀Si₅₀A layer (a composition of Al 50 atomic%, Si 50 atomic%)) having a thickness of 200 nm was prepared.
[0228]
The sputtering target used was a 6-inch 15 mm square silicon chip placed on a circular aluminum target having a diameter of 4 inches (101.6 mm). Sputtering conditions were as follows: using an RF power source, Ar flow rate: 50 sccm, discharge pressure: 0.7 Pa, and input power: 1 kW. The substrate temperature was room temperature (25 ° C.).
[0229]
In this case, a target having six silicon chips placed on an aluminum target was used as the target. However, the number of silicon chips is not limited to this, and changes depending on sputtering conditions, and the composition of the AlSi layer is predetermined. It suffices if the silicon content is near. The target is not limited to a silicon chip placed on an aluminum target, and an aluminum chip placed on a silicon target may be used, or a target obtained by sintering silicon and aluminum may be used.
[0230]
At this time, the AlSi structure is in a self-organized structure in which the columnar aluminum portion stands in the vertical direction of the substrate as shown in FIG. 1 and the silicon portion is disposed so as to surround the side surface. It was confirmed that The diameter of the columnar aluminum was 4 nm and the distance between each was 7 nm.
[0231]
Next, anodization was performed by applying a voltage of 5 V in an aqueous sulfuric acid solution of 7 mol / l and 20 ° C. As a result, the columnar aluminum portion is removed, the silicon portion is oxidized, and has micropores (Al_X Si_1-x )_y O_1-y A film was formed. It was found by composition analysis that these were in the range of x = 0.01 to 0.2 with some fluctuations. Next, it was immersed in 1 mol / l of sodium hydroxide aqueous solution for 2 minutes, and the bottom part of the fine hole was made uniform. At this time, the Pt, Pd, Cu, Ir, and Rh films are each oriented in the (001) direction with respect to the vertical direction of the substrate, and the Pt, Pd, Cu, Ir, and Rh surfaces are exposed at the bottom of the nanohole. Had good electrical conductivity.
[0232]
As described above, as a representative example, CoPt and FePt, which are hard magnetic materials, are filled in pores in a sample having an underlayer of Pt. Here, for the electrodeposition of CoPt, 5 ml of 0.003 mol / l aqueous solution of chloroplatinic acid hexahydrate, 0.3 mol / l of cobalt (II) sulfate heptahydrate, 30 g / l of boric acid, 7 mg of magnesium sulfate 25 ml of an aqueous solution consisting of 50 g / l of hydrate was mixed and used at 24 ° C. In the electrodeposition of FePt, a solution in which the cobalt sulfate in the above CoPt solution was converted to iron (II) sulfate heptahydrate 0.3 mol / l was used.
[0233]
Electrodeposition was performed in the above solution using Ag / AgCl as a reference electrode and stirring at −2.0 V, −1.2 V, and −0.6 V.
Furthermore, the electrodeposits overflowing on the surface of these samples using a diamond slurry having a particle diameter of 1/4 μm were polished and removed. At this time, the surface Rms was 1 nm or less.
[0234]
When the above samples were observed with a field emission scanning electron microscope (FE-SEM), it was confirmed that CoPt and FePt were present in the pores, and the nanohole linearity was also excellent by observation from the cross section.
As a result of the ICP composition analysis, the composition shown in Table 2 below was obtained in consideration of the influence of Pt of the underlayer.
[0235]
[Table 2]

[0236]
From the above, the sample electrodeposited at -0.6 V has a low composition of Co and Fe, and is sufficiently large at -2.0 V.₀ There was a large deviation from the composition of the ordered structure. At -1.2 V, the diffraction of fcc (002) was mainly observed for both CoPt and FePt.
[0237]
The sample electrodeposited at −1.2 V was sufficiently annealed at 700 ° C. for CoPt and 650 ° C. for FePt in vacuum, and then X-ray diffraction measurement was performed again. Then, in the sample electrodeposited at −1.2 V, both CoPt and FePt were L1.₀ The peaks of the regular structures (001) and (002) were observed. When CoPt was calibrated with the diffraction intensity ratio of the powder sample in JCPDS, 78% of the samples were c-axis oriented in the direction perpendicular to the substrate, and the rest were in other directions. FePt was 74%. When the underlayer is a Pt (111) plane, L1₀ Since the regular structure CoPt (111) appears preferentially, by setting the underlayer to Pt (001), L1₀ It can be confirmed that the c-axis of the regular structure is preferentially oriented in the direction perpendicular to the substrate.
[0238]
Example 4
In this example, the same measurement as in Example 3 was performed when the underlying layer below the recording layer had a regular structure.
Hereinafter, an example using FePt as the underlayer will be described.
[0239]
First, L1 is sputtered on a glass substrate having a MgO film formed on the surface.₀ Regular structure FePt 5nm (film thickness) and L1₁ CuPt5nm with regular structure and L1₂ Ordered FePt_Three Each of 5 nm was formed separately, and then an AlSi structure was formed by 200 nm on all by sputtering.
[0240]
These three samples were anodized under the same conditions as in Example 1. As in the case of the Pt underlayer, it was confirmed that the square array surface was oriented in the direction perpendicular to the substrate, and the surface of each underlayer was exposed and had good conductivity at the bottom of the nanohole. In particular, L1₀ In the case of the regular structure, it was confirmed that the c-axis was oriented in the direction perpendicular to the substrate.
[0241]
As described above, the base layer is L1.₀ In contrast to the regular structure, FePt, which is a hard magnetic material, was filled in the nanohole. Here, for the electrodeposition of FePt, 5 ml of 0.003 mol / l aqueous solution of chloroplatinic acid hexahydrate, 0.3 mol / l of iron (II) sulfate heptahydrate, 30 g / l of boric acid, 7 mg of magnesium sulfate 25 ml of an aqueous solution consisting of 50 g / l of hydrate was mixed and used at 24 ° C.
[0242]
Electrodeposition was performed at −1.2 V using Ag / AgCl as a reference electrode in the above solution. Furthermore, the electrodeposits overflowing on the surface of these samples using a diamond slurry having a particle diameter of 1/4 μm were polished and removed. At this time, the surface Rms was 1 nm or less.
[0243]
As a result of the X-ray diffraction measurement, the peak of fcc structure-FePt (002) was mainly shown. These samples were sufficiently annealed at 650 ° C. in vacuum, and then X-ray diffraction measurement was performed again. Then, L1₀ The peaks of the regular structures FePt (001) and (002) are seen, and when calibrated by the diffraction intensity ratio of the powder sample in JCPDS, it can be confirmed that 80% of the whole is oriented in the direction perpendicular to the substrate in the c-axis.
From the above, L1 as the underlayer₀ Even when the ordered structure FePt is used, L1 is preferentially used.₀ It can be confirmed that the c-axis of the ordered structure FePt is oriented in the direction perpendicular to the substrate.
[0244]
(Example 5)
In this example, the method and orientation of the nonmagnetic material and soft magnetic material in the structure of the filler in the pores, and the resulting hard magnetic material (L1₀ This is related to the orientation of the (regular structure) portion.
[0245]
First, as shown in FIG. 6 and FIG. 7, the structure of the filler includes the hard magnetic material (L1₀ In addition to (regular structure) only (FIG. 6 (a)), the hard magnetic material (L1) of FIG.₀ Regular structure) / non-magnetic material, or hard magnetic material (L1 in FIG. 6C)₀ Regular structure) / soft magnetic material, or FIG. 6 (d) hard magnetic material (L1₀ Regular structure) / non-magnetic material / soft magnetic material, or FIG. 6 (e) hard magnetic material (L1₀ Regular structure) / soft magnetic material / non-magnetic material, or FIG. 7 (f) hard magnetic material (L1)₂ Regular structure) / Hard magnetic material (L1₀ Regular structure), or FIG. 7 (g) hard magnetic material (L1)₀ Regular structure) / Hard magnetic material (L1₂ (Regular structure) or the like.
[0246]
First, as shown in Example 3, five samples having fine holes respectively employing Pt, Pd, Cu, Ir, and Rh are prepared in the underlayer below the recording layer, and a non-magnetic material and a soft magnetic material are respectively prepared. Electrodeposition was performed for the case of laminating alone or both. As a result, it was confirmed that the orientation after electrodeposition was maintained as the underlayer and was oriented in the (001) plane.
[0247]
In the present embodiment, details will be described particularly when the underlayer is Pt.
First, in order to electrodeposit Pt as a non-magnetic material, a 0.03 mol / l aqueous solution composed of chloroplatinic acid hexahydrate was used, and a voltage of −0.5 V with respect to an Ag / AgCl reference electrode at 24 ° C. Was applied for electrodeposition.
[0248]
As the soft magnetic material, NiFe is used, and nickel (II) sulfate heptahydrate and iron (II) sulfate heptahydrate are mixed at a ratio of 1: 1 to the Ag / AgCl reference electrode at 24 ° C. Electrodeposition was performed by applying a voltage of -1.0V.
In addition, two layers, ie, a non-magnetic material / soft magnetic material and a soft magnetic material / non-magnetic material, were prepared under the above-mentioned conditions.
[0249]
Further, in the mixed bath in which the above electrodeposition solution of Pt and NiFe is mixed at 1:10, −0.5 V for the nonmagnetic layer and −5 V for the soft magnetic layer with respect to the Ag / AgCl reference electrode. When electrodeposition is performed at 1.0 V, lamination is possible without changing the electrodeposition solution. However, it is inevitable that the other component is mixed in a small amount.
[0250]
According to the results of X-ray diffraction of the above sample, the case of Pt alone is most fcc (001) oriented in the direction perpendicular to the substrate, and 94% is oriented when calibrated with the diffraction intensity from the JCPDS powder sample. I can confirm. In addition, it can be confirmed that 80% or more of all the samples subjected to electrodeposition from the mixed bath, particularly the mixed bath, are fcc (001) -oriented in the substrate vertical direction.
[0251]
Further, a hard magnetic material (L1) is formed in the last layer under the conditions obtained above.₀ The result by X-ray diffraction at the time of adding FePt which is a regular structure is shown. As the electrodeposition conditions for FePt, the optimum condition of -1.2 V in Examples 3 and 4 was used, and then heating was performed at 650 ° C. for 2 minutes by RTA (Rapid Thermal Annealing). This is to suppress mutual diffusion with the nonmagnetic or soft magnetic layer.
[0252]
In the case of the configuration as shown in FIG. 6B, when annealing is performed at 700 ° C. for 1 hour in a vacuum, for example, the interdiffusion of Pt and FePt in the packing proceeds, and the state as shown in FIG. confirmed. Further, it was confirmed that the FePt composition was not one-to-one but Fe was excessive so that the same annealing was performed as shown in FIG. Thus, the hard magnetic material is L1.₀ L1 as well as the regular structure₂ It was also confirmed that the ordered structure part appeared due to the effect of annealing.
[0253]
As a result, when the influence of mutual diffusion is small, L1 generated by the diffusion effect₂ Regular structure FePt_Three No diffraction peak from L1₀ Peaks of (001) and (002) from the ordered structure FePt are observed. The degree of the (002) orientation is shown as a comparative example, and the ratio when the comparative example is 1 is shown in Table 3.
[0254]
[Table 3]

[0255]
From the above, it was confirmed that the nonmagnetic material and the soft magnetic material layer also affect the c-axis orientation of the hard magnetic material layer in the structure of the packing in the pores. Probably, the Pt (001) surface of the underlayer is expected to be partially oxidized or partially oxide remaining after anodic oxidation, and by covering this with a material having the same crystal structure, It is thought that the orientation in the layer was improved. The same effect can be obtained with other underlayers.
[0256]
(Example 6)
In this embodiment, the present invention relates to a soft magnetic layer disposed under a base layer.
A Pt underlayer was formed after forming a NiFe soft magnetic layer with a film thickness of 2 μm on the surface of the underlayer MgO (001) on the Si substrate, but it was (001) oriented in the substrate vertical direction from X-ray diffraction. Was confirmed. Further, after a 200 nm AlSi film was formed by sputtering, anodic oxidation was performed in a 7 mol / l sulfuric acid aqueous solution at 20 ° C. and an applied voltage of 5 V to form a base of the recording layer. When the cross section was observed with an FE-SEM (field emission scanning electron microscope), the bottom of the pores was uniform as in the case where there was no NiFe layer.
[0257]
Further, L1 in the pores of the recording layer₀ After the regular structure FePt was formed, diamond-like carbon (DLC) as a protective layer was formed to a thickness of 4 nm, and a lubricating layer made of PFPE (perfluoropolyether) was formed to form a magnetic recording medium. When recording is performed with a magnetic head in contact with this magnetic recording medium, the magnetic field intensity required for recording is 0.82 times that of a sample having no soft magnetic layer under the Pt underlayer. Thus, it can be confirmed that the magnetic flux concentration is promoted.
[0258]
Also, PW50, which is the half width of the transition region between recording bits, was measured. The PW50 with a soft magnetic layer was 1.0, which was 1.03 as a result of comparison with the case without a soft magnetic layer. Therefore, it can be confirmed that the soft magnetic layer does not spread the magnetic flux from the head and the transition region is also sharp.
From the above, it is recognized that it is effective to insert a NiFe soft magnetic layer under the underlayer.
[0259]
(Example 7)
This embodiment relates to a magnetic recording apparatus having the configuration shown in FIG.
In the magnetic recording medium of the present invention, the average diameter of the columnar structure of the filler is sufficiently small at 9 nm or less, and information can be recorded by the innumerable magnetization directions of the filler.
[0260]
Therefore, the magnetic recording medium of the present invention is assembled into an apparatus including the magnetic recording medium driving unit 8062, the magnetic head 8063, the magnetic head driving unit 8064, and the signal processing unit 8065 as shown in FIG. Is possible.
However, according to this embodiment, the driving of the magnetic recording medium is not limited to the rotation, and the driving of the magnetic head is not limited to the slide on the circumference.
[0261]
(Example 8)
The present embodiment relates to an information processing apparatus.
Since the magnetic recording / reproducing apparatus 9072 described in Example 7 can input and output information, as shown in FIG. 9, the magnetic recording / reproducing apparatus 9072, the memory portion 9074, the arithmetic unit 9073, and the external input / output unit It is possible to form an information processing device in which a storage container 9071 houses 9076, a power supply 9075, and a wiring 9077 connecting them.
[0262]
As shown in the above examples, according to the present invention, c-axis orientation is possible with fine pores having an average diameter of 9 nm or less with respect to the orientation of the hard magnetic material filled in the pores produced using the AlSi structure. A method of manufacturing a magnetic recording medium can be provided. This is due to the fact that any of Pt, Pd, Cu, Ir, and Rh is used for the underlayer and is (001) oriented with respect to the vertical direction of the substrate. Further, Pt, Pd, Cu, Ir , Rh, and L1 by electrodepositing a non-magnetic material layer and a NiFe soft magnetic material layer.₀ It is also possible to improve the orientation of the ordered structure MPt (M = Co, Fe, Ni) hard magnetic material.
[0263]
As described above, the perpendicular magnetic recording medium using the fine holes with an average diameter of 9 nm or less incorporating the orientation of the magnetic material, which has been conventionally difficult, has been made possible by the configuration and the manufacturing method of the present invention. In addition, a magnetic recording / reproducing apparatus and an information processing apparatus configured as shown in FIGS. 8 and 9 can be driven.
[0264]
Example 9
The present embodiment relates to a recording layer manufacturing method and the shape and orientation of each recording layer.
[0265]
On a Si substrate with an MgO film formed on the surface, Pt, Pd, Cu, Ir, and Rh are selected from noble metals and Cu by sputtering vapor deposition, and each 5 nm is prepared separately, and an Al-SiGe structure is formed on all 200 nm. A film was prepared. At this time, the composition of Al and SiGe was 38 atomic% with respect to the total amount of SiGe.
[0266]
The sputtering target used was a symmetrical arrangement of two 15 mm square Si chips and two Ge chips on a circular Al target having a diameter of 4 inches (101.6 mm). The sputtering conditions were an RF power source, an Ar flow rate of 50 sccm, a discharge pressure of 0.7 Pa, and an input power of 300 W. The substrate temperature was room temperature (25 ° C.).
[0267]
Here, the target used was a total of four Si and Ge chips placed on an Al target. However, the number and ratio of Si and Ge chips are not limited to this and vary depending on the sputtering conditions. However, the composition of the Al—SiGe structure may be in the vicinity of the predetermined SiGe content. Further, the target is not limited to the one in which the Si and Ge chips are placed on the Al target, but may be one in which the Al chips are placed on the SiGe target, or one in which Al, Si and Ge are sintered. Alternatively, a SiGe chip may be placed on the Al target.
[0268]
At this time, as shown in FIG. 3, the state of the Al—SiGe film is a self-organized structure in which columnar Al stands in the direction perpendicular to the substrate and SiGe is disposed so as to surround the side surface. It was confirmed. The diameter of the columnar Al was 6 nm and the distance between each was 10 nm. This was anodized by applying a voltage of 2 V in an aqueous sulfuric acid solution of 7 mol / l and 20 ° C. As a result, the columnar Al portion was removed, the SiGe portion was oxidized, and a SiGe oxide film having fine holes was formed. The analysis revealed that Al contained 0.02 ≦ x ≦ 0.2 although there was some fluctuation. Next, it was immersed in 1 mol / l of sodium hydroxide aqueous solution for 2 minutes, and the bottom part of the fine hole was made uniform. At this time, the Pt, Pd, Cu, Ir, and Rh films are each oriented in the (001) direction with respect to the vertical direction of the substrate, and the Pt, Pd, Cu, Ir, and Rh surfaces are exposed at the bottom of the nanohole. Had good electrical conductivity.
[0269]
As described above, as a representative example, CoPt and FePt, which are hard magnetic materials, are filled in pores in a sample having an underlayer of Pt. Here, for the electrodeposition of CoPt, 5 ml of 0.03 mol / l aqueous solution of chloroplatinic acid hexahydrate, 0.3 mol / l of cobalt (II) sulfate heptahydrate, 30 g / l of boric acid, 7 mg of magnesium sulfate 25 ml of an aqueous solution consisting of 50 g / l of hydrate was mixed and used at 24 ° C. In the electrodeposition of FePt, a solution in which the cobalt sulfate in the above CoPt solution was converted to iron (II) sulfate heptahydrate 0.3 mol / l was used.
[0270]
Electrodeposition was performed in the above solution using Ag / AgCl as a reference electrode and stirring at −2.0 V, −1.2 V, and −0.6 V.
[0271]
Further, the electrodeposits overflowing on the surface of these samples using a 1/4 μm diamond slurry were polished and removed. At this time, the surface Rms was 1 nm or less.
[0272]
When the above samples were observed with a field emission scanning electron microscope (FE-SEM), it was confirmed that CoPt and FePt were present in the pores, and the nanohole linearity was also excellent by observation from the cross section.
[0273]
As a result of these ICP composition analysis, the composition shown in Table 4 below was obtained in consideration of the influence of Pt of the underlayer.
[0274]
[Table 4]

[0275]
From the above, the sample electrodeposited at -0.6 V has a low composition of Co and Fe, and is sufficiently large at -2.0 V.₀ There was a large deviation from the composition of the ordered structure. At -1.2 V, the diffraction of fcc (002) was mainly observed for both CoPt and FePt.
[0276]
The sample electrodeposited at −1.2 V was sufficiently annealed at 700 ° C. for CoPt and 650 ° C. for FePt in a vacuum, and then X-ray diffraction measurement was performed again. Then, in the sample electrodeposited at −1.2 V, both CoPt and FePt were L1.₀ The peaks of the regular structures (001) and (002) were observed. When CoPt was calibrated with the diffraction intensity ratio of the powder sample in JCPDS, 78% of the samples were c-axis oriented in the direction perpendicular to the substrate, and the rest were in other directions. In FePt, it was 72%. When the underlayer is a Pt (111) plane, L1₀ Since the regular structure CoPt (111) appears preferentially, by setting the base layer to Pt (001), L1₀ It can be confirmed that the c-axis of the regular structure is preferentially oriented in the direction perpendicular to the substrate.
[0277]
(Example 10)
In this example, the same measurement as in Example 9 was performed when the underlying layer below the recording layer had a regular structure.
Hereinafter, FePt will be described as an example.
[0278]
First, on a silicon substrate having an MgO film formed on the surface, L1 is applied by a sputtering apparatus.₀ Regular structure: FePt 5nm and L1₁ Regular structure CuPt5nm and L1₂ Ordered FePt_Three Each of 5 nm was deposited separately, and then an Al—SiGe structure was deposited to 200 nm on all by sputtering.
[0279]
These three samples were anodized under the same conditions as in Example 1. As in the case of the Pt underlayer, it was confirmed that the square array plane was oriented in the direction perpendicular to the substrate, and the surface of each underlayer was exposed at the bottom of the nanohole and had good conductivity. In particular, L1₀ In the case of the regular structure, it was confirmed that the c-axis was oriented in the direction perpendicular to the substrate.
[0280]
As described above, the base layer is L1.₀ In contrast to the regular structure, FePt, which is a hard magnetic material, was filled in the nanohole. Here, for electrodeposition of FePt, 5 ml of 0.03 mol / l aqueous solution of chloroplatinic acid hexahydrate, 0.3 mol / l of iron (II) sulfate heptahydrate, 30 g / l of boric acid, 7 mg of magnesium sulfate 25 ml of an aqueous solution consisting of 30 g / l of hydrate was mixed and used at 24 ° C.
[0281]
Electrodeposition was performed at −1.2 V using Ag / AgCl as a reference electrode in the above solution. Furthermore, the electrodeposits overflowing on the surface of these samples using a diamond slurry having a particle diameter of 1/4 μm were polished and removed. At this time, the surface Rms was 1 nm or less.
[0282]
As a result of X-ray diffraction measurement, a peak of FePt (002) having an fcc structure was mainly shown. These samples were sufficiently annealed at 650 ° C. in vacuum, and then X-ray diffraction measurement was performed again. Then, the peaks of the L1o ordered structure FePt (001) and (002) are observed, and it can be confirmed that 78% of the entire sample is calibrated with the diffraction intensity ratio of the powder sample in JCPDS and the c-axis is oriented in the direction perpendicular to the substrate. .
From the above, L1 as the underlayer₀ Even when the ordered structure FePt is used, L1 is preferentially used.₀ It can be confirmed that the c-axis of the ordered structure FePt is oriented in the direction perpendicular to the substrate.
[0283]
(Example 11)
In this example, the method and orientation of the nonmagnetic material and soft magnetic material in the structure of the filler in the pores, and the resulting hard magnetic material (L1₀ This is related to the orientation of the (regular structure) portion.
[0284]
First, as shown in FIG. 6, the structure of the packing includes the hard magnetic material (L1 of Example 1).₀ In addition to (regular structure) only (FIG. 6 (a)), the hard magnetic material (L1) of FIG.₀ Regular structure) / non-magnetic material, or hard magnetic material (L1 in FIG. 6C)₀ Regular structure) / soft magnetic material, or FIG. 6 (d) hard magnetic material (L1₀ Regular structure) / non-magnetic material / soft magnetic material, or FIG. 6 (e) hard magnetic material (L1₀ Regular structure) / soft magnetic material / non-magnetic material, or FIG. 6 (f) hard magnetic material (L1)₂ Regular structure) / Hard magnetic material (L1₀ Regular structure), or FIG. 6 (g) hard magnetic material (L1)₀ Regular structure) / Hard magnetic material (L1₂ (Regular structure) or the like.
[0285]
First, as shown in Example 9, five samples having fine holes respectively employing Pt, Pd, Cu, Ir, and Rh were prepared in the underlayer below the recording layer, and a non-magnetic material and a soft magnetic material were respectively prepared. Electrodeposition was performed for the case of laminating alone or both. As a result, it was confirmed that the orientation after electrodeposition was maintained as the underlayer and was oriented in the (001) plane.
[0286]
In the present embodiment, details will be described particularly when the underlayer is Pt.
First, in order to electrodeposit Pt as a non-magnetic material, a 0.03 mol / l aqueous solution composed of chloroplatinic acid hexahydrate was used, and a voltage of −0.5 V with respect to an Ag / AgCl reference electrode at 24 ° C. Was applied for electrodeposition.
[0287]
As the soft magnetic material, NiFe is used, and nickel (II) sulfate heptahydrate and iron (II) sulfate heptahydrate are mixed at a ratio of 1: 1 to the Ag / AgCl reference electrode at 24 ° C. Electrodeposition was performed by applying a voltage of -1.0V.
In addition, two layers, ie, a non-magnetic material / soft magnetic material and a soft magnetic material / non-magnetic material, were prepared under the above-mentioned conditions.
[0288]
Further, in the mixed bath in which the above electrodeposition solution of Pt and NiFe is mixed at 1:10, −0.5 V for the nonmagnetic layer and −5 V for the soft magnetic layer with respect to the Ag / AgCl reference electrode. When electrodeposition is performed at 1.0 V, lamination is possible without changing the electrodeposition solution. However, it is inevitable that the other component is mixed in a small amount.
[0289]
According to the results of X-ray diffraction of the above sample, the case of Pt alone is most fcc (001) oriented in the direction perpendicular to the substrate, and 93% is oriented when calibrated with the diffraction intensity from the JCPDS powder sample. I can confirm. In addition, it can be confirmed that 79% or more of all the samples subjected to electrodeposition from the mixed bath, particularly the mixed bath, are fcc (001) oriented in the substrate vertical direction.
[0290]
Further, a hard magnetic material (L1) is formed in the last layer under the conditions obtained above.₀ The result by X-ray diffraction at the time of adding FePt which is a regular structure is shown. As the electrodeposition conditions for FePt, the optimum condition of -1.2 V in Examples 1 and 2 was used, followed by heating at 650 ° C. for 2 min by RTA. This is to suppress mutual diffusion with the nonmagnetic or soft magnetic layer.
[0291]
Further, in the case of the configuration as shown in FIG. 5B, it is confirmed that when the annealing is performed at 700 ° C. for 1 hour in a vacuum, for example, the interdiffusion of the filler Pt and FePt progresses and the state as shown in FIG. did. Further, it was confirmed that the FePt composition was not one-to-one but Fe was excessive, so that the same annealing was performed as shown in FIG. Thus, the hard magnetic material is L1.₀ L1 as well as the regular structure₂ It was also confirmed that the ordered structure part appeared due to the effect of annealing.
[0292]
As a result of the above, when the mutual diffusion influence is small, L1₀ The peaks of (001) and (002) in the regular structure FePt are observed. Table 5 shows the ratio when the degree of (002) orientation is a comparative example and the comparative example is 1.
[0293]
[Table 5]

[0294]
From the above, it was confirmed that the nonmagnetic material and the soft magnetic material layer also affect the c-axis orientation of the hard magnetic material layer in the structure of the packing in the pores. Probably, the Pt (001) surface of the underlayer is expected to be partially oxidized or partially oxide remaining after anodic oxidation, and by covering this with a material having the same crystal structure, It is thought that the orientation in the layer was improved. The same effect can be obtained with other underlayers.
[0295]
Example 12
In this embodiment, the present invention relates to a soft magnetic layer disposed under the underlayer.
A Pt underlayer was formed after forming a NiFe soft magnetic layer of 2 μm on the surface of the underlayer MgO (001) on the Si substrate, but it can be confirmed from X-ray diffraction that it is (001) oriented in the substrate vertical direction. Further, an Al-SIGe film having a thickness of 30 nm was formed by a sputtering method, and then anodization was performed at 20 ° C. in a sulfuric acid bath 7 mol / l at an applied voltage of 2 V to form a recording layer base. Further, when the cross section was observed with an FE-SEM (field emission scanning electron microscope), the pore bottom was uniform as in the case without the NiFe layer.
[0296]
Further, L1 in the pores of the recording layer₀ After formation of the regular structure FePt, a protective layer of DLC was formed to a thickness of 3 nm to form a lubricating layer. When recording is performed with a magnetic head in contact with this medium, the strength of the magnetic field required for recording is 0.80 times that of a sample having no soft magnetic layer under the Pt underlayer, and the magnetic flux is increased by the soft magnetic layer. It can be confirmed that concentration is promoted.
[0297]
Also, PW50, which is the half width of the transition region between recording bits, was measured. The PW50 with a soft magnetic layer was 1.0, and the result was 1.04 as compared with the case without a soft magnetic layer. Therefore, it can be confirmed that the soft magnetic layer does not spread the magnetic flux from the head and the transition region is also sharp.
From the above, it is effective to insert a soft magnetic layer under the underlayer.
[0298]
(Example 13)
The present embodiment relates to the structure and manufacturing method of the soft magnetic layer of the perpendicular magnetic recording medium according to the present invention.
First, Pt is 20 nm on a glass substrate, Al₅₀Si₅₀A layer (a composition of Al 50 atomic% and Si 50 atomic%) was formed to a thickness of 300 nm.
An underlayer Pt was formed on a glass substrate by a sputtering method.
[0299]
Al₅₀Si₅₀The layer was formed to a thickness of 300 nm on the glass substrate on which the base layer was formed, using a magnetron sputtering method. The target used was a 6-inch 15 mm square silicon chip placed on a circular aluminum target having a diameter of 4 inches (101.6 mm). Sputtering conditions were as follows: using an RF power source, Ar flow rate: 50 sccm, discharge pressure: 0.7 Pa, and input power: 1 kW. The substrate temperature was room temperature (25 ° C.).
[0300]
In this case, a target having six silicon chips placed on an aluminum target was used as the target. However, the number of silicon chips is not limited to this, and changes depending on sputtering conditions, and the composition of the AlSi layer is predetermined. It suffices if the silicon content is near. The target is not limited to a silicon chip placed on an aluminum target, and an aluminum chip placed on a silicon target may be used, or a target obtained by sintering silicon and aluminum may be used.
[0301]
When this was observed with a scanning electron microscope (SEM), it was confirmed that a film composed of a columnar aluminum portion 5031 and a silicon portion 5030 was formed as shown in FIG.
[0302]
Furthermore, after immersing in phosphoric acid for a sufficient time and observing again with SEM, it was confirmed that the columnar aluminum portion 41 described above was a fine void. In addition, it was confirmed by SEM observation from the cross section that the holes penetrated from the surface to Pt as the base layer. Further, it was confirmed that it could be similarly formed on the Pd, Cu, and Ag underlayers.
[0303]
Subsequently, a NiFe electrodeposition solution was prepared in order to fill the holes with the soft magnetic material. This is a mixture of nickel (II) sulfate heptahydrate and iron (II) sulfate heptahydrate 1: 1. Electrodeposition was performed by applying a voltage of −1.0 V to the Ag / AgCl reference electrode at 24 ° C.
[0304]
The soft magnetic material overflowing after electrodeposition was polished and observed by SEM, and it was confirmed that all the holes were filled with the soft magnetic material.
The diameter of the soft magnetic material was 6 nm, and the interval was 9 nm.
[0305]
Next, MgO (001) as an underlayer is formed on the soft magnetic layer, Pt (001) is further formed thereon, and L1 of FePt is formed as a recording layer.₀ An ordered alloy, a protective layer DLC (diamond-like carbon) and a lubricating layer were formed to obtain a perpendicular magnetic recording medium.
[0306]
(Example 14)
The present embodiment relates to the configuration of the soft magnetic layer of the perpendicular magnetic recording medium according to the present invention and another manufacturing method.
Pt 20nm, Ti 1nm, Al on glass substrate₅₀Si₅₀Was formed to a thickness of 300 nm. Of course, as shown in FIG. 5, a film composed of columnar aluminum portions 5031 and silicon portions 5030 was formed.
[0307]
Here, in the sulfuric acid aqueous solution (concentration 7 mol / l) at 20 ° C., the above film was used as an anode, the cathode was used as an aluminum plate, and anodization was performed by applying a voltage of 5 V while stirring.
[0308]
The end of the anodic oxidation was completed 60 seconds after the current value decrease starting point shown in FIG. Subsequently, it was immersed in sodium hydroxide (concentration: 0.1 mol / l) for 30 minutes and sufficiently washed with water. Thereafter, it was confirmed by SEM observation that holes were formed.
[0309]
In Example 13, the silicon portion 5030 remained as it was, but in this example, the silicon portion 5030 was oxidized to become silica. Further, it was confirmed that the diameter of the pores was slightly smaller than that in Example 1 due to oxidation. In particular, it was confirmed by SEM observation from the cross section that the holes penetrated to Pt of the underlayer. Further, it was confirmed that it could be similarly formed on the Pd, Cu, and Ag underlayers.
[0310]
Subsequently, in order to fill the pores with the soft magnetic material, a NiFe electrodeposition liquid similar to that in Example 13 was prepared, and the electrodeposition was −1.0 V with respect to the Ag / AgCl reference electrode at 24 ° C. The electrode was subjected to electrodeposition.
When the soft magnetic material overflowing after electrodeposition was polished and observed by SEM, it was confirmed that all the holes were filled with the soft magnetic material.
The diameter of the soft magnetic material was 5 nm, and the interval was 9 nm.
[0311]
Next, MgO (001) as an underlayer is formed on the soft magnetic layer, Pt (001) is further formed thereon, and L1 of FePt is formed as a recording layer.₀ An ordered alloy, a protective layer DLC (diamond-like carbon) and a lubricating layer were formed to obtain a perpendicular magnetic recording medium.
[0312]
(Example 15)
The present embodiment relates to the distribution of the soft magnetic material in the soft magnetic layer.
Samples A and B on which the soft magnetic layers prepared in Examples 13 and 14 were formed are referred to as Samples A and B, and those having a granular film with silica shown in FIG. In all cases, the thickness of the soft magnetic layer was unified at 300 nm.
Sample C was produced by a sputtering method.
[0313]
The diameter distribution of the columnar soft magnetic material of Sample A is shown by a in FIG. The diameter distribution of the columnar soft magnetic material of Sample B is shown by b in FIG. Further, the diameter of the soft magnetic particles in the granular film of Sample C is indicated by c in FIG.
[0314]
When these distributions are compared, the volume of the granular film becomes the cube of the diameter fluctuation when converted to volume, and the volume fluctuation is larger than that of the columnar shape. Further, in perpendicular magnetic recording, as shown in FIG. 14, the granular film is non-uniform in the magnetic flux path in that soft magnetic particles are randomly dispersed also in the direction perpendicular to the substrate or recording area. It turns out that it produces.
[0315]
(Example 16)
This embodiment relates to noise during reproduction.
Samples A, B, and C similar to Example 15 were prepared by making the saturation magnetic flux density Bs constant by setting the film thickness to an appropriate thickness, and designated as A ', B', and C ', respectively. A soft magnetic layer made of a continuous film was prepared as D '. The recording layer was unified with a CoCrPt film having a thickness of 30 nm.
[0316]
When these were written with a single pole head and the recording pattern was read with a GMR head, spike noise appeared frequently in D ', but spike noise was small in A', B ', and C'. This is considered to correspond to the absence of the domain wall.
[0317]
Next, PW50, which is the half-value width of the transition area between the recording bits in A ′, B ′, and C ′, was measured. When A ′ was 1.0, those of B ′ and C ′ were 0.98 and 1.04, respectively. This is related to non-uniformity due to the distribution of soft magnetic particles in the soft magnetic layer.
From the above, it can be seen that local non-uniformity of Bs due to fluctuations in the diameter or volume of the soft magnetic layer of the soft magnetic layer hinders noise reduction.
[0318]
(Example 17)
The present embodiment relates to a magnetic recording / reproducing apparatus.
As attempted in each of Examples 15 and 16, in the perpendicular magnetic recording medium of the present invention, spike-like noise is significantly reduced as compared with the conventional soft magnetic layer, and recording / reproduction can be performed with low noise. It is. Therefore, the perpendicular magnetic recording medium of the present invention is assembled into an apparatus comprising the magnetic recording medium driving unit 8062, the magnetic head 8063, the magnetic head driving unit 8064, and the signal processing unit 8065 as shown in FIG. Is possible. However, according to this embodiment, the driving of the magnetic recording medium is not limited to the rotation, and the driving of the magnetic head is not limited to the slide on the circumference.
[0319]
(Example 18)
The present embodiment relates to an information processing apparatus.
Since the magnetic recording / reproducing apparatus according to the seventeenth embodiment can input and output information, as shown in FIG. 9, the magnetic recording / reproducing apparatus 9072, the memory part 9074, the arithmetic unit 9073, the external input / output unit 9076, An information processing device in which the power supply 9075 and the wiring 9077 that connects them is housed in the storage container 9071 can be formed.
[0320]
【The invention's effect】
According to the present invention, various functional devices can be obtained by filling a porous material obtained by removing a columnar member from a structure including a columnar member and a region surrounding the columnar member. Provision is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a structure including a columnar member applied to the present invention and a region surrounding it.
FIG. 2 schematically shows a method for manufacturing a structure applied to the present invention.
FIG. 3 is a diagram schematically showing an example of a functional device according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic view of a structure applied to the present invention.
FIG. 5 is a schematic view of a structure applied to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an example of a filling material into holes according to the present invention.
FIG. 7 is a view showing an example of a filling material into holes according to the present invention.
FIG. 8 is a schematic view showing a magnetic recording / reproducing apparatus using the magnetic recording medium of the present invention.
FIG. 9 is a conceptual diagram of an information processing apparatus using the magnetic recording / reproducing apparatus of the present invention.
FIG. 10 is a schematic diagram showing each regular structure.
FIG. 11 is a process diagram showing one embodiment of a method for producing a magnetic recording medium according to the present invention.
FIG. 12 is a schematic diagram for explaining the present invention.
FIG. 13 is a schematic diagram for explaining the prior art.
FIG. 14 is a schematic diagram showing an example of a conventional technique in a magnetic recording medium.
FIG. 15 is a schematic view for explaining the present invention.
FIG. 16 is a schematic view for explaining the method for manufacturing a functional device according to the present invention.
FIG. 17 is a diagram for explaining an embodiment according to the present invention.
FIG. 18 is a diagram for explaining an embodiment according to the present invention.
FIG. 19 is a schematic diagram for explaining a functional device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1000 Columnar member
1001 Structure
1002 area
1003 Substrate

Claims (8)

A method of manufacturing a functional device, the step of providing a substrate, the columnar structures are arranged distributed on the substrate by sputtering the unrealized composed film and a region surrounding the columnar structure forming, have a step of filling the functional material from said film forming step of forming the removed columnar structures porous body, and the porous body, and the columnar structures of polycrystalline aluminum And the region is made of amorphous Si _x Ge _1-x (0 <x <1), and the film contains Si _x Ge _{1-x in} a ratio of 30 atomic% to 60 atomic%. method of manufacturing a functional device which is characterized that you have membrane is formed as. The method for manufacturing a functional device according to claim 1, wherein the film has a thickness of 300 nm or more. The method for manufacturing a functional device according to claim 1, wherein the sputtering method is RF sputtering or magnetron sputtering. The method of manufacturing a functional device according to any one of claims 1 to 3, wherein the sputtering method is performed in an argon gas atmosphere and a pressure in the reaction apparatus is in a range of 0.2 Pa to 1 Pa. 5. The method of manufacturing a functional device according to claim 1, wherein the sputtering method is performed at a substrate temperature in a range of 20 ° C. to 300 ° C. 5. 6. The method of manufacturing a functional device according to claim 1, wherein the substrate is an insulating substrate, a semiconductor substrate, a metal substrate, or a flexible substrate. The diameter of the said columnar structure is 1 nm or more and 20 nm or less, The manufacturing method of the functional device of any one of Claim 1 to 6. The functional material, a conductive material, magnetic material, luminescent material, method of manufacturing a functional device according to any one of claims 1 to 7 comprising a semiconductor material.

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