技术领域

本发明涉及在微粒表面形成有机涂膜之后在衬底表面上由微粒 构成的微粒排列体、其制造方法和使用该排列体的器件。此外，作为 在工业方面的应用例还涉及使磁性微粒整齐地排列在衬底上边，应对 高密度磁记录再生的磁记录媒体、磁阻效应元件和利用微粒的半导体 器件。

现有的技术

在衬底表面上形成微粒的方法以前就有。现有的代表性的形成技 术，可以举出把衬底浸泡到已分散于溶液中的微粒溶液中去的方法； 向衬底表面滴下上述微粒，进行条状涂敷的方法；和将同样的上述微 粒溶液向衬底表面滴下之后进行旋转涂敷向表面上进行涂敷的方法 等等。

此外，数年前人们就开发出了在微粒表面上形成有机薄膜的方 法。在特开平1(1989)-309902号公报中公开了以使用氯硅烷系化 合物等的有机材料把微粒的表面覆盖起来的方法、公开了在衬底表面 上形成由微粒构成的膜的方法。此外，最近，在科学杂志‘科学’ (Science，2000年3月17日号)上，也报道说在微粒表面上形成 单分子膜状的膜且是在衬底表面上形成。该方法，打破了以往的薄膜 型磁记录媒体的结晶粒径控制的界限，作为企图借助于微粒的大小进 行磁区控制的一种尝试引起了人们的注意。

此外，在特开平2(1990)-9196号公报中，公开了微粒的图形 形成方法。

此外，在Science，vol.290，2000年11月10日号1131页上， 人们还提出了利用微粒的隧道磁阻效应元件的方案。

此外，在半导体器件的领域内，作为可以进行高速动作的非易失 性存储器，对于把纳米微粒用做浮置栅极的点存储元件的期待业已高 涨起来(例如，S.Tiwari等人，Applied Physics Letter 68卷1377 页1996年)。在点存储元件中，可以把数nm以下的金属或半导体微 粒用来保持电荷。

但是，作为现有的代表性形成技术的把衬底浸泡到分散于溶液中 的微粒溶液中去的方法；向衬底表面滴下上述微粒溶液，进行条状涂 敷的方法；和将同样的上述微粒溶液向衬底表面滴下之后进行旋转涂 敷向表面上进行涂敷的方法中的不论哪一种方法，都是不能以微粒直 径为单位控制微粒的膜厚的方法，就是说，微粒直径变得越小则衬底 表面的微粒的膜厚分布就会变得越大。

此外，上述特开平1(1989)-309902号公报，虽然作为用单分 子膜把微粒表面覆盖起来的基本专利是有价值的，但是，并没有公开 把微粒固定到衬底表面上的方法，人们推测在实用方面、制造方面或 耐久性方面存在着问题。

此外，根据报道(Science，2000年3月17日号)，不能确立 控制由微粒构成的膜的厚度的方法，此外人们还推测与上述专利同 样，仅仅把微粒放置到衬底表面上，在衬底与微粒之间的密合性方面 存在着问题，在实用方面、制造方面或耐久性方面都存在着大的问 题。于是，在用这样的方法制作磁记录媒体的情况下，要想在现实中 正在使用的HDD驱动器的宽度(至少约1平方英寸以上)的整个面上 把微粒涂敷成均匀的厚度是困难的。

此外，若使用现有的方法的话，则仅仅是采用一种微粒的形成。 但是，为了实现功能性器件常常需要多种微粒而不是仅仅一种微粒。 在现有的技术中，没有公开这样的方法，甚至也没有料想到这样的方 法。

此外，上述特开平2(1990)-9196号公报，虽然作为形成微粒 的图形的方法示出了一种手法是有价值的，但是，与上述专利和报道 同样，并没有公开微粒与衬底之间的键合，人们推测在在实用方面、 制造方面或耐久性方面存在着问题。

在形成使用微粒的磁阻效应元件的情况下，重要的是控制均一大 小的微粒的层数使之进行分散。

在应用于使用微粒的半导体元件的情况下，在隧道绝缘层上高密 度且均一地形成粒径整齐一致的超微粒的技术是不可欠缺的。然而， 以往，要这样做是困难的。

发明的概述

为了解决现有的问题，本发明的目的在于提供可以以良好的效率 把微粒固定到衬底表面上，可以正确地进行之后的加工的微粒排列 体、其制造方法和使用该排列体的器件。

为了实现上述目的，本发明的微粒排列体是一种把微粒排列到衬 底上边的构造体，其特征在于：在上述微粒的表面上形成与上述微粒 的表面进行键合的有机涂敷膜，在上述衬底表面上形成与上述衬底表 面进行键合的有机涂敷膜，在上述微粒表面的有机涂敷膜与上述衬底 表面的有机涂敷膜之间进行键合，使上述微粒固定排列在上述衬底上 边。

其次，本发明的微粒排列体的制造方法，是一种在衬底上边制造 微粒排列体的方法，其特征在于：在各个上述微粒表面上形成有机涂 敷膜，在上述衬底表面上形成有机涂敷膜，使上述微粒表面的有机涂 敷膜与上述衬底表面的有机涂敷膜进行接触，在双方的有机涂敷膜之 间形成键合。

其次，本发明的磁记录媒体的制造方法，该方法是在衬底上制造 磁记录媒体的方法，其特征在于，在磁性微粒的表面上形成有机涂敷 膜，在上述衬底表面上形成有机涂敷膜，使上述微粒表面的有机涂敷 膜和上述衬底表面的有机涂敷膜进行接触，在双方的有机涂敷膜之间 形成键合，对上述磁性微粒进行热处理以增大上述磁性微粒的矫顽 力。

其次，本发明的另一磁记录媒体的制造方法，其特征在于，该方 法包括以下的二个工序：

第1工序：直接地或通过基底层将表面上已形成了有机涂敷膜的 微粒涂敷到非磁性衬底上，

第2工序：在磁场中在上述微粒的居里温度以上的温度下对上述 微粒进行热处理。

其次，本发明的其他的磁记录媒体的制造方法，该方法是在衬底 上制造磁记录媒体的方法，其特征在于，采用气相急冷法，在衬底上 形成软磁性薄膜层，在磁性微粒表面上形成有机涂敷膜，在上述衬底 表面上形成有机涂敷膜，使上述微粒表面上的有机涂敷膜和上述衬底 表面上的有机涂敷膜接触，双方的有机涂敷膜之间形成键合。

下面是本发明的磁阻效应元件，其特征在于，在衬底表面上形成 与上述衬底表面键合的有机涂敷膜，在微粒的表面上形成与上述微粒 的表面键合的有机涂敷膜，在上述微粒表面的有机涂敷膜和上述衬底 表面的有机涂敷膜之间进行键合，形成上述微粒固定排列的微粒排列 体，形成使电流在上述微粒中流动的至少一对电极，通过来自外部的 信号磁场改变电极间的电阻。

其次是本发明的磁阻效应型磁头，其特征在于，在衬底表面上形 成与上述衬底表面键合的有机涂敷膜，在微粒的表面上形成与上述微 粒的表面键合的有机涂敷膜，在上述微粒表面上的有机涂敷膜和上述 衬底表面上的有机涂敷膜之间进行键合，形成上述微粒固定排列的微 粒排列体，形成使电流在上述微粒中流动的至少一对电极，在通过来 自外部的信号磁场改变电极间的电阻的磁阻效应元件的外侧，还具有 为了防止把上述信号磁场以外的磁场侵入上述磁阻效应元件中的屏 蔽层。

其次是本发明的另一磁阻效应型磁头，其特征在于，在衬底表面 上形成与上述衬底表面键合的有机涂敷膜，在微粒的表面上形成与上 述微粒的表面键合的有机涂敷膜，在上述微粒表面的有机涂敷膜和上 述衬底表面的有机涂敷膜之间进行键合，形成上述微粒固定排列的微 粒排列体，形成使电流在上述微粒中流动的至少一对电极，在通过来 自外部的信号磁场改变电极间的电阻的磁阻效应元件的外部，还具有 为将上述信号磁场导入上述磁阻效应元件的轭铁。

其次，本发明的半导体元件，其特征在于：形成设置在半导体衬 底上的作为隧道势垒层起作用的势垒层，和在上述势垒层的表面上与 上述势垒层进行键合的有机涂敷膜，在微粒的表面上形成与上述微粒 的表面进行键合的有机涂敷膜，形成在上述微粒表面的有机涂敷膜与 势垒层表面的有机涂敷膜之间进行键合以固定排列上述微粒的微粒 排列体，并具备在上述势垒层和上述微粒层上边设置的电绝缘体层。

其次，本发明的半导体存储元件，在具有绝缘栅极半导体(MIS) 型晶体管构造的半导体存储元件中，其特征在于：在上述MIS型晶体 管构造的栅极绝缘膜与半导体衬底之间，形成设置在半导体衬底上边 的作为隧道势垒层起作用的势垒层，和在上述势垒层的表面上与上述 衬底表面进行键合的有机涂敷膜，在微粒的表面上形成与上述微粒的 表面进行键合的有机涂敷膜，形成在上述微粒表面的有机涂敷膜与上 述衬底表面的有机涂敷膜之间进行键合以固定排列上述微粒的微粒 排列体。

其次，本发明的微粒的结晶取向性控制方法，其特征在于：将由 不规则合金构成的微粒规则化的工序中，采用在居里温度以上的温度 下加上磁场的办法，控制结晶取向性。

其次本发明的微粒的排列方法，特征在于，将表面形成了有机涂 敷膜的微粒排列到上述衬底表面上形成的凹凸图形的凹部内。

附图的简单说明

图1A-C是本发明的实施例1中的磁性微粒和单分子膜的模式剖 面图。

图2A-C是本发明的实施例1中的衬底和单分子膜的模式剖面 图。

图3A-B是本发明的实施例1中的磁性微粒和单分子膜和衬底的 单分子膜进行共价键合的模式剖面图。

图4A-C是本发明的实施例2中的微粒和单分子膜的模式剖面 图。

图5A-C是本发明的实施例2中的衬底和单分子膜的模式剖面 图。

图6A-B是本发明的实施例2中的微粒和单分子膜和衬底的单分 子膜进行共价键合的模式剖面图。

图7A-C是本发明的实施例3中的微粒和单分子膜的模式剖面 图。

图8A-C是本发明的实施例3中的衬底和单分子膜的模式剖面 图。

图9A-B是本发明的实施例3中的磁性微粒和单分子膜和衬底的 单分子膜进行共价键合的模式剖面图。

图10A-B是本发明的实施例4中的微粒排列体的模式剖面图。

图11是本发明的实施例5中的微粒排列体的模式剖面图。

图12是本发明的实施例6中的微粒排列体的模式剖面图。

图13A-D是本发明的实施例7中的微粒排列构造体的模式工序剖 面图。

图14是本发明的实施例8中的微粒排列体的模式剖面图。

图15是本发明的实施例9中的借助于能量照射使积累起来的微 粒排列体图形化的模式剖面图。

图16是对于本发明的实施例10中的圆周状态下进行能量照射而 图形化的模式剖面图。

图17是对于本发明的实施例11中的矩形状态下进行照射能量而 图形化的模式剖面图。

图18是对于本发明的实施例12中的圆周状态下进行照射能量而 图形化的模式剖面图。

图19A的剖面图示出了本发明的实施例12中的磁记录媒体的剖 面图的一个例子(在垂直记录方式的情况下)，图19B的剖面图示出 了本发明的同上实施例的面内记录方式的情况。

图20A的模式平面图示出了本发明的一个实施例的磁记录再生装 置，图20B是相同的剖面图。

图21是本发明的实施例13中的半导体元件的剖面图。

图22是本发明的实施例14中的存储元件的剖面图。

图23A-D是本发明的实施例14中的存储元件的剖面图。

图24是本发明的实施例15中的磁阻效应元件的模式平面图。

图25是同上实施例中的屏蔽型磁头的概略斜视图。

图26是同上实施例中的轭铁型磁头的概略斜视图。

图27的化学式示出了在本发明中可以使用的衬底表面的单分子 膜和微粒表面的单分子膜的键合的一个例子。

图28的化学式示出了在本发明中可以使用的衬底表面的单分子 膜和微粒表面的单分子膜的键合的一个例子。

图29是本发明的一个实施例的磁记录媒体的剖面模式图

图30是以往的磁记录媒体和磁头的剖面模式图。

图31是以往的磁记录媒体和磁头的剖面模式图。

图32是本发明的一个实施例的磁记录媒体和磁头的剖面模式 图。

图33是本发明的另外的实施例的磁记录媒体和磁头的剖面模式 图。

图34A-B示出了本发明的实施例20和21中的微粒的排列方法的 一个例子。

图35示出了本发明的实施例21中的微粒的排列方法中的凹凸的 形成例。

图36A-D示出了本发明的实施例20和21中的微粒的形成方法中 的凹凸形成方法的一个例子。

[标号的说明]

1、10、20、30、36、50、60、72是微粒

2、4、11、13、21、23、31、33、37、51、53、61、63、66、71、 73是单分子膜

3、12、22、32、52、62、80是衬底

5、14、24、34、38、54、67、74是化学键

6、15、25、35、39、40、70、75是微粒排列体

64是高压紫外线灯泡

65是金属掩模

81是由微粒构成的构造物的图形

发明的详述

在微粒表面上形成的有机涂敷膜和衬底表面的有机涂敷膜之间 的键合可以由共价键合、离子键合、配位键合、分子间引力之中的一 种形成。为此，微粒和衬底被固定起来，作为现有的技术课题的实用 方面、制造方面和耐久性的问题都可以解决。此外，还可以根据需要 在微粒彼此间也进行键合，故在这时实用方面、制造方面和耐久性的 问题也可以解决。

此外，在有机涂敷膜为单分子膜的情况下，微细地控制微粒的间 隔就成为可能。

此外，若用自组合膜(自组织膜)形成单分子膜，则可以形成与 微粒的材料对应的有机涂敷膜。此处，所说的自组合膜(自组织膜) 指的是分子末端具有硫醇基、氯硅烷基、配位键合基、异氰酸酯基、 或者烷氧基硅烷基的官能基，并且与基材表面或微粒表面由共价键合 可化学上固定的膜。这样的自组合膜，由于构成的分子与基材或微粒 之间形成共价键合，所以可以解决实用方面、制造方面和耐久性的问 题。

此外，如果构成微粒的材质为金属、金属氧化物、两性元素、两 性元素氧化物、树脂或它们的多个复合体或化合物，则可以形成由与 应对多种功能性能要求的衬底进行键合的微粒构成的构造物。两性元 素、两性元素氧化物和树脂的具体的物质名可以使用与下面的衬底同 样的。

此外，在构成微粒的材质为金属、金属氧化物、两性元素(例如 铝、锡、铅、铬、锌、硅等)、两性元素氧化物(例如氧化铝、氧化 锡、氧化锌、氧化硅等)、树脂(聚酯树脂、聚碳酸酯树脂，氟系树 脂、聚酰亚胺树脂，环氧树脂等)或它们的多种材料的复合体(碳化 硅纤维复合树脂、碳素纤维分散树脂、玻璃填充物分散树脂等)的情 况下，可以形成与应对多种功能性能要求的衬底进行键合的微粒排列 体。

在本发明中优选使用磁性微粒。所谓磁性微粒，是指含磁性元素 的微粒。所谓的磁性元素，是周期表的3d过渡金属或稀土类元素、 例如，Fe、Co、Ni等特别被优选。

能束，由于可以使用紫外线、远紫外线、X射线和γ射线，故可以 使用构成有机涂敷膜的多种多样的官能基。

此外，也可以采用把等离子体用作能束的办法，使得易于产生化 学反应基，故使使用构成有机涂敷膜的多种官能基成为可能。

虽然在图27-28中示出了在上述微粒上形成的单分子膜与在衬底 上形成的单分子膜的键合的一个例子，以下仍示出该例。

(1)-氨基和-ClCO基反应系

(2)-羟基和-ROSi基反应系

(3)-苄基和氨基反应系

(4)-苄基和-苯基反应系

(5)-醛基和-氨基反应系

(6)-苯基和-烷基反应系

(7)-苯基和-ClCO基反应系

(8)-苄基和-苯醛基反应系

(9)-异氰酸酯基和-氨基反应系

(10)-异氰酸酯基和-羟基反应系

(11)-环氧基和-氨基反应系

(12)-羧基和-羟基反应系

(13)-不饱和键合基和-卤素基反应系

(14)-羧基和-氨基反应系

在图27-28中，R1、R2分别是以炭素数为1以上30以下的烷基链 为主的基，但是，在R1和R2中，存在着可以与衬底或微粒进行键合的 官能基(氯硅烷基、硫羟基、异氰酸酯基、烷氧硅烷基和形成配位键 合的基)。此外，有时候，在该官能基中含有不饱和键、环状基(苯 环、杂环、稠环、单环式烃基、多环式烃基等)、在化学合成方面必 须的键合基(酯键合基、醚键合基、含硫的键合基、含氮的键合基等)。 R1和R2既可以同一种基也可以是不同的基。

磁记录方式，粗略地分有垂直记录方式和面内记录方式。所谓垂 直记录方式，就是在膜面垂直方向上记录媒体的磁化的方式，所谓面 内记录方式就是在膜面内磁头滑动方向上记录磁化的方式。现在，虽 然通常使用面内记录方式，但是，在将来，人们认为垂直记录方式适 合于高密度记录。本发明的磁记录媒体不论是垂直记录媒体还是面内 记录媒体的情况下都可以使用。

图19A-B示出了本发明的磁记录媒体的剖面图的一个例子。图 19A是在垂直记录中使用的媒体的例子，图19B则是在面内记录中使 用的例子。图19A的磁记录媒体在非磁性衬底204上边直接地或通过 基底层形成软磁性薄膜层203，再在其上边，直接地或通过适当的基 底层地形成由微粒201构成的磁记录层202。磁记录层202，可以用 例如3nm以上50nm以下的平均粒子直径的磁性微粒201和覆盖磁性 微粒201的被覆205形成。被覆205起着以一定的间隔配置磁性微粒 201的作用。被覆205的材料是在本发明中所示的有机涂敷膜。作为 磁性微粒201的材料，虽然以一轴结晶磁各向异性常数Ku大的FePt、 CoPt、FePd、MnAl、Co、Co-Pt、Sm-Co、Fe-Nd-B等材料为宜，但是， 特别是从Ku大、耐腐蚀性等的实用性这两方的观点来看，FePt、CoPt的L10层的规则合金是杰出的。另外，至于适合于高密度记录的磁性 材料，例如有IEEE Transaction on Magnetics，vol.36，No.1，2000 年，从第10页开始的Weller等人的解说。

作为磁性微粒201的大小，从高密度记录的观点看，理想的是尽 量地小。但是，从热起伏的观点看则应当尽量地大。因此，如上所述， 越是Ku大的材料，即便是粒子的大小小，对热起伏来说磁化也更稳 定。具体地说，作为磁性微粒的大小，至少要在3nm以上，理想的是 在4nm以上的大小为宜，上限为50nm以下，理想的是在10nm以下， 更为理想的是在8nm以下。

此外，微粒层的层数，如图19A-B所示，虽然最为理想的是均一 地排列的仅仅一层，但是，倘若能均一地排列，也可以利用2层、或 3层这样的把多层微粒累积起来进行排列的微粒层。

作为软磁性薄膜层203的材料来说，优良的材料是低磁致伸缩且 结晶磁各向异性小的材料。结晶质的材料、非晶质的材料、不论哪一 种在本发明中都是可以使用的。具体地说，可以使用Ni-Fe、 Co-Nb-Zr、Fe-Ta-C、Co-Ta-Zr、Fe-Al-Si等的金属材料或铁氧体等的 氧化物材料。至于软磁性薄膜203的膜厚度，从防止软磁性膜的饱和 的观点看，需要某种程度的膜厚，至少要在100nm以上，理想的是 300nm以上的膜厚。此外，作为上限，从生产性的观点和表面平滑性 的观点看以作成为1微米以下为宜。

作为衬底204来说，可以使用铝衬底、玻璃衬底、硅衬底等的非 磁性材料。

其次对图19A所示的磁记录媒体的制造方法进行说明。首先，在 平坦的非磁性衬底204上边，直接地或通过基底层地形成软磁性薄膜 层203。软磁性薄膜层203的形成方法，有液相法(电镀法)、气相 急冷法等的方法。其中以气相急冷法为宜。作为气相急冷法来说，有 CVD法、溅射法、真空蒸镀法等，但是其中特别有效的是溅射法。此 外，在超高密度记录的情况下，由于重要的是媒体的平滑性，故用离 子束、成簇状离子束等对所制作的软磁性薄膜的表面进行处理，提高 平滑性也是有效的。

这样形成的软磁性薄膜层上边，按照由本发明的微粒构成的构造 物的形成方法，再形成有机涂敷膜。

然后，在磁记录层202的上边，形成保护层206。作为保护层206 来说，例如作为固体保护层使用金刚石状碳膜(DLC膜)等，然后， 根据需要再涂敷液体润滑剂。

在保护层206形成后或形成前，更为理想的是，在高温、磁场中 对磁记录媒体进行热处理。特别是在FePt、CoPt等类中，采用借助 于热处理使之规则化的办法来产生矫顽力。热处理时的温度要在500 ℃以上，理想的是在550℃以上。此外，当温度过高时，由于常常会 产生矫顽力变得过大、软磁性膜的特性劣化等的问题，故就算是高， 也要在700℃以下，理想的是在650℃以下。在进行热处理时，在膜 面垂直方向上至少要加上5kOe以上的磁场，理想的是要加上10kOe 以上的磁场。由于若磁场超过15kOe则磁场施加装置会变得过大，故 应当根据需要限于15kOe以下，理想的是限于12kOe以下的磁场。 可以借助于该热处理中的磁场使微粒在特定的方向上具有磁各向异 性。此外在本发明的情况下，由于在磁性微粒的下边，形成软磁性基 底膜，该软磁性膜在膜面垂直方向上被来自外部的强磁场磁化，归因 于磁化后的软磁性膜，把强的外部磁场加到磁性微粒上，故磁性微粒 变得易于具有更强的垂直磁各向异性。此外，如上所述，如果使用比 较厚的软磁性薄膜层203，则对于赋予磁性微粒201垂直磁各向异性 也是有效的。另外，为了赋予软磁性薄膜层各向异性，可以在热处理 之后在低温且低磁场下进行热处理以再次改变软磁性膜的各向异 性。

图19B是把本发明的磁记录媒体用做面内记录媒体的情况下的构 成例。在面内记录媒体的情况下，与垂直磁记录媒体的情况不同，不 需要软磁性基底膜。

此外，本发明的磁阻效应元件的一个例子，如图24所示，在衬 底上边均匀地分散开来的磁性微粒401上边还具备电极402。微粒401 已用有机涂敷膜进行被覆，并适当地保持微粒之间的间隔。在该元件 中，当给2个电极间加上适当的电压时，就通过具有导电性的微粒的 岛，流动使被覆隧道化的电流。由于该电流随着磁性体的磁化方向的 变化而变化，故将发现所谓的磁阻效应。如果微粒的大小及其分散状 态、叠层的个数等不是恒定的，由于隧道电阻或磁阻变化率会波动， 故不可能制作特性稳定的元件。如果用本发明的方法进行微粒向衬底 上边的分散，由于可以在控制微粒层的膜厚的同时控制其分散，故可 以制作特性良好的磁阻效应元件。

此外，用本发明的磁阻效应元件可以构成磁头。图25中作为本 发明的磁头的例子示出了屏蔽型磁头的例子。屏蔽型磁头，成为磁阻 效应元件411从直接媒体拾取磁通的形式，灵敏度虽然高，但是磁阻 元件在表面露出来的部分耐磨耗性不如轭铁型磁头。磁阻效应元件 411通过绝缘层被夹持在下部屏蔽410和共通屏蔽413之间。412是 用来使电流在磁阻元件中流通的引线(电极)。比共通屏蔽413更往 下的部分是再生磁头部分，往上的部分是记录磁头部分。414是记录 磁头的上部磁极，下部磁极兼作是再生磁头的上部屏蔽的共通屏蔽 413。415是用来使记录磁头发生磁场的线圈，416是记录电缆线芯束 宽度。因此，图25是兼备记录部分和再生部分的所谓的容限型(マ- ジ型)的薄膜磁头。

其次，图26是本发明的轭铁型MR磁头的斜视图。在该轭铁型磁 头中，在兼做下部轭铁的衬底420上边形成磁间隙422，在磁间隙422 的表面的一部分上以带状形成磁阻效应元件421。电极(引线)425 连接到该磁阻效应元件421的两端上。借助于引线425，在磁阻效应 元件中流动读出电流。借助于该读出电流磁阻效应元件的磁阻变化变 成为信号电压变化后被读出。

在一对的引线425之间，在磁阻效应元件421的上表面上通过绝 缘层(图中未示出)形成上部前轭铁423和上部后轭铁424。上部轭 铁423和上部后轭铁424从磁间隙422开始被形成为使得在磁阻效应 元件上边保持规定的间隔那样地盖到磁阻效应元件421上边。上部前 轭铁423和上部后轭铁424形成用来以良好的效率把从记录媒体流入 进来的信号磁通导入磁阻效应元件421内的磁路。另外，图26与图 25不同，仅仅示出了再生磁头部分。因此，在实际的磁头中，对于图 26同时还要形成记录磁头部分或者另外使用记录用的磁头。

衬底420，理想的是由氧化物磁性体形成。作为衬底材料，镍锌 (NiZn)铁氧体、锰锌(MnZn)铁氧体是合适的。作为磁间隙422， 理想的是由二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)、氮化铝(AlN) 等构成的非磁性膜。作为上部前轭铁423和上部后轭铁424，理想的 是镍铁(NiFe)、钴(Co)系非晶质和铁硅铝磁合金(FeAlSi)等的 软磁性膜。此外，使软磁性膜和非磁性膜叠层起来的叠层膜也是有效 的。引线425，理想的是用金(Au)、铜(Cu)、铝(Al)、钽(Ta) 等的金属或它们的合金或他们的叠层体制造。

以上，虽然说明的是把磁阻效应元件用做磁头的情况，但是磁阻 效应元件也可以应用于自旋(spin)晶体管或磁存储器(MRAM， magnetic Random Access Memory)。

作为在本发明的磁记录再生装置中使用的记录磁头，有环形磁 头、单磁极型磁头等。在面内记录的情况下，以环形磁头为好，在垂 直记录的情况下则以单磁极型磁头为好。

作为再生磁头(磁头的再生部分)现在人们大量使用那种利用磁 阻变化的MR磁头(Magnetoresistive head)。其中，那种使用巨大 的磁阻效应(Giant Magnetoresistance，GMR)的GMR磁头(也叫 做自旋磁泡磁头)已经成为主流。但是，这也日益接近界限，在超过 100Gbit/in2的记录密度的情况下，利用隧道效应的TMR(Tunneling Magnetoresistance)磁头或利用电流与膜面垂直地流动的GMR效应 的CPP-GMR(Current Perpendiculer to the Plane)的磁头的可能 性很高。另外，使用前边所说的本发明的磁阻效应元件的磁头，是TMR 磁头的一个例子。

图20A-B是使用本实施方案涉及的磁记录媒体的磁记录再生装置 110的平面图和侧面图。

硬盘装置110具备在本实施方案中说明的磁记录媒体(在该情况 下为磁盘)116和驱动磁盘的磁盘驱动电机112。具备单磁极磁头那 样的记录部分和再生部分的磁头，被安装到滑动器120上，并具有支 持滑动器的磁头支持机构130、和通过磁头支持机构130跟踪磁头的 执行机构114，磁头支持机构130，具备臂122和吊架124。

磁盘驱动电机112，以规定的速度旋转驱动磁盘116。执行机构 114横切磁盘116的表面地使保持磁头的滑动器120在半径方向上移 动，以便磁头能够进行磁盘116所规定的数据跟踪存取。执行机构114 代表性地说是一种直线式或旋转式的音频线圈电机。此外，最近，为 了进一步提高磁头的定位精度，还开发了例如也使之驱动吊架那样的 2级执行机构。本发明也可以应用这些装置。

保持磁头的滑动器120，例如是空气轴承滑动器。在该情况下， 滑动器120，在磁记录再生装置110的启动和停止动作时，与磁盘116 的表面接触。这时，为了防止在磁盘与滑动器之间发生摩擦，在停止 时使滑动器退避到磁盘上边之外的所谓的装卸机构也已经实用化。在 磁记录再生装置110的信息记录再生动作时，则借助于在进行旋转的 磁盘116和滑动器120之间形成的空气轴承维持滑动器120在磁盘 116的表面上边。保持在滑动器120上的磁头，对磁盘116进行信息 的记录再生。

此外，在制作半导体元件的情况下，作为衬底理想的是由Si构 成。除去在Si衬底上边易于形成作为高品质的绝缘膜的SiO2膜之外， 还可以使用高度微细化的半导体工艺。此外，对于化合物半导体也可 以适用。

此外，作为在制作半导体元件时的微粒，可以使用金属或半导体 的微粒。

此外，采用用金、白金或银构成微粒的办法，就可以容易地制作 成高度地控制粒径的胶体溶液，可以形成粒径整齐划一的微粒。

此外，采用用合金构成微粒的办法，粒径整齐划一的微粒的形成 就会变得容易起来。作为其理想的例子，有FePt、CoPt等的合金。

此外，采用用白金、钨、镍、铁、钴、钛或它们的合金构成微粒 的办法，就可以抑制半导体元件的工艺处理时的微粒构成元素向半导 体中扩散，是理想的。

此外，通过用硅、SiC、GaAs、ZnSe、ZnS、ZnTe、CdSe、CdS、 CdTe构成微粒的办法，其优点在于，可以在半导体元件中形成具有作 为半导体量子点的功能的微粒。此外，采用使用具有这些半导体材料 的混晶组成的半导体材料的办法，还可以形成在广阔的范围内控制禁 戒体宽度的微粒。

此外，微粒的大小，借助于使用直径在0.5nm以上10nm以下的 微粒，就可以提高量子点功能或库仑子群(ク-ロンブロツケイド) 功能，是理想的。

图29是本发明的磁记录媒体的剖面图的一个例子。本发明的磁 记录媒体，在非磁性衬底504上边，直接地或通过基底层地形成软磁 性薄膜503，再在其上边形成由磁性微粒1构成的磁记录层502。磁 记录层502由直径3nm以上50nm以下的磁性微粒1和覆盖磁性微粒1 的被覆505构成。被覆505起着以一定的间隔配置磁性微粒501的作 用。被覆505的材料只要是非磁性材料什么材料都行。例如是金刚石 状的碳。作为磁性微粒501的材料，虽然以一轴结晶磁各向异性常数 Ku大的FePt、CoPt、FePd、MnAl、Co、Co-Pt、Sm-Co、Fe-Nd-B等 为宜，但是，特别是从Ku大、耐腐蚀性等的实用性这两方的观点来 看，FePt、CoPt的L10层的规则合金是杰出的。另外，至于适合于高 密度记录的磁性材料，例如有IEEE Transaction on Magnetics， vol.36，No.1，2000年，从第10页开始的Weller等人的解说。

作为磁性微粒501的大小，从高密度记录的观点看，理想的是尽 量地小。但是，从热起伏的观点看则应当尽量地大。因此，如上所述， 越是Ku大的材料，即便是粒子的大小小，对热起伏来说磁化也更稳 定。具体地说，作为磁性微粒的大小，至少要在3nm以上，理想的是 在4nm以上的大小为宜，上限为50nm以下，理想的是在10nm以下， 更为理想的是在8nm以下。

此外，作为微粒层的层数，如图29所示，虽然最为理想的是均 一排列的仅仅一层，但是，倘若能均一地排列，也可以利用2层、或 3层这样的把多层微粒排列起来的微粒层。

作为软磁性薄膜层503的材料来说，优良的材料是低磁致伸缩且 结晶磁各向异性小的材料。结晶质的材料、非晶质的材料、不论哪一 种在本发明中都是可以使用的。具体地说，可以使用Ni-Fe、 Co-Nb-Zr、Fe-Ta-C、Co-Ta-Zr、Fe-Al-Si等的金属材料或铁氧体等的 氧化物材料。至于软磁性薄膜层503的膜厚度，从防止软磁性膜的饱 和的观点看需要某种程度的膜厚，至少要在100nm以上，理想的是 300nm以上的膜厚。此外，作为上限，从生产性的观点和表面平滑性 的观点等看以作成为1微米以下为宜。

作为衬底504，可以使用铝衬底、玻璃衬底等的非磁性材料。

其次对本发明的磁记录媒体的制造方法进行说明。

首先，对制造图30所示的磁记录媒体的第1方法进行说明。在 平坦的非磁性材料504上边，直接地或通过基底层地形成软磁性薄膜 层503。软磁性薄膜层503的形成方法，有液相法(电镀法)、气相 急冷法等的方法。

其中以气相急冷法为宜。作为气相急冷法，有CVD法、溅射法、 真空蒸镀法等，其中特别有效的是溅射法。

此外，在超高密度记录的情况下，由于重要的是媒体的平滑性， 故用离子束、成簇离子束等对所制作的软磁性薄膜的表面进行处理， 提高平滑性也是有效的。

在这样形成的软磁性薄膜层上边，再涂敷已在微粒表面上形成有 机涂敷膜的微粒。由于有机涂敷膜是单分子膜或以单分子膜作为出发 材料的聚合膜，故可以控制微粒的间隔。此外，由于单分子膜是自组 合化膜，可以由具有硫醇基、氯硅烷基、配位键合基、异氰酸酯基、 烷氧基硅烷基等的化学反应基的分子形成，故可以形成与微粒的素材 对应的有机涂敷膜。

作为给微粒施加有机涂敷膜的方法，例如，在干燥气氛中，向 100ml作为非水系惰性溶剂的己烷中加入具有苯基作为末端官能基的 氯硅烷化合物，制作0.01mol/L的己烷溶液，然后，向该溶液内加入 100mg磁性微粒1，并充分地搅拌。在半个小时之后，在该干燥气氛 中使上述己烷溶剂和未反应的氯硅烷化合物与磁性微粒分离，由此可 以在磁性微粒的表面上形成由氯硅烷化合物构成的单分子膜。

此外，通过向有机涂敷膜照射能束，使得在被照射的有机涂敷膜 上产生化学反应基的方法也是有效的。

此外，能束可以使用紫外线、远紫外线、X射线和γ射线，故可以 使用构成有机涂敷膜的多种多样的官能基。

此外，可以把等离子体用作能束由此也能容易地产生化学反应 基，用本方式，也可以使用构成有机涂敷膜的多种多样的官能基。

通常，在磁记录层502的上边还要形成保护层。作为保护层，大 多使用金刚石状的碳膜(DLC膜)作为固体保护层，然后，再涂敷液 体滑润剂。

此外，其次说明本发明的微粒的结晶取向性控制方法。

作为具有规则层L10构造的化合物，有FePd、FePt、CoPt、MnAl等材料。其中，在FePd、FePt、CoPt等的合金系中，在大体上1对1 的组成的情况下，在室温下规则层是稳定层，不规则层是准稳定层。 一般地说，磁各向异性、矫顽力等的磁特性，对结晶构造是敏感的， 采用的是规则层或不规则层都对磁特性有影响。因此，一般地说，规 则层大多磁各向异性大，居里温度高。但是，即便是用本实施例所示 的那样的化学合成法、薄膜合成法或本体(バルク)法，在从高温急 剧冷却制作的情况下，也大多是形成不规则层。于是，虽然可以借助 于热处理(退火)从不规则层得到规则层，但是本发明人等通过采用 特别的方法进行该热处理，发现可以控制规则化的取向性，结果是可 以控制磁各向异性的方向。

以往，人们知道：在本体结晶中，当用具有L10规则层的FePd合 金，边施加强磁场边加热至居里温度以上进行热处理时，会使磁各向 异性与磁场施加方向一致起来(田中克志，材料(Materia)，2001 年，第40卷，第6号，564页-567页)。本发明人等发现，对于FePd、 CoPt、FePt的微粒样品，在居里温度以上的温度下，通过在磁场中进 行热处理的办法，控制磁各向异性。而且得知：在这时所施加的磁场， 与本体的情况下不同，即便是用比本体的情况下低得多的磁场，也是 有效的。其理由被认为如下：通常，在本体结晶中归因于不规则→规 则变态而产生的畸变虽然会妨碍特定的变种的生长，但是，在3～50nm 这么大小的微粒中，畸变可以简单地被缓和。

表1示出了具有L10规则层的合金的规则化温度和规则层的居里 温度(强磁性体失去磁秩序的温度)(Klemmer等，Scripta Metallugica et materialia，vol.33，Nos.10/11，pp1793-1805， 1995等)。

另外，这些特性，实际上取决于组成(虽然规则合金的组成大体 上为1∶1，但是，即便是于此多少有些偏离也表示同一结晶构造)多 少会有些变动，表的数值是一种大体上的标准。

[表1]     微粒  规则化温度(℃)   居里温度(℃)     FePd       700       490     FePt       1300       480     CoPt       825       570

使微粒规则化时的最佳温度，大体上以在居里温度以上的温度为 宜。更为理想的是在Tc+10℃以上。此外，作为上限，一直到Tc+200 ℃，理想的是作成为Tc+100℃以下，更为理想的是作成为Tc+50℃以 下为宜。

此外，作为要施加的磁场，要在1kOe以上，理想的是在5kOe 以上，更为理想的是在10kOe以上。当磁场过高时，由于设备上难于 实施，故作成为20kOe以下，理想的是作成为15kOe以下为宜。

在本发明的磁记录媒体的制造方法中，理想的是在热处理工序 中，与上述微粒的结晶取向性控制方法同样，在居里温度以上的温度 下在磁场中进行热处理。

此外，采用在与膜面垂直的方向上施加磁场的办法，就可以制作 在膜面垂直方向上具有磁各向异性的媒体。

此外，在本发明的第2或第5磁记录媒体的制造方法的情况下， 在磁性微粒1的下边形成软磁性基底膜，由于该软磁性基底膜在膜面 垂直方向上被来自外部的强磁场磁化，并借助于磁化后的软磁性膜把 强磁场施加给磁性微粒1，故易于用更弱的磁场使磁性微粒1具有更 强的垂直磁各向异性。此外，倘如上所述使用比较厚的软磁性薄膜层 3，则即便是对于赋予磁性微粒1以垂直磁各向异性，也是有效的。 另外，由于赋予软磁性薄膜层适当的各向异性，故也可以在热处理后 在更低的低温且用低磁场再进行热处理以再次更改软磁性膜的各向 异性。

对本发明的磁记录媒体中进行记录的磁头，理想的是使用如图32 所示的那种单磁极磁头。单磁极磁头520，借助于在线圈522中流动 电流510，将从由软磁性体构成的磁极521产生磁场(磁通)511。从 单磁极磁头520产生的磁场与以往的环形磁头不同，在磁记录层502 中，磁场的膜面垂直方向的成分强，适合于本发明的磁记录媒体。这 时，如果磁记录层具有垂直磁各向异性，则可以更为有效地进行磁记 录再生。此外，磁通511，成为在从磁极521出来后，通过磁记录层 502，在软磁性薄膜层503中流动。

单磁极磁头是开磁路构造，为了对此进行改善，人们还提出了图 33所示的那种设有返回轭铁523的类型的单磁极磁头的方案。在该情 况下，由于返回轭铁523的剖面面积比磁极521宽大而磁通密度变 小，故返回轭铁改写记录层的磁化的可能性小。通过使用采用返回轭 铁的单磁极磁头的办法，就可以更为有效地对本发明的磁记录媒体进 行磁记录。

作为再生磁头(磁头的再生部分)，现在人们大量使用那种利用 磁阻变化的MR磁头(Magnetoresistive head)。其中，那种使用巨 大的磁阻效应(Giant Magnetoresistance，GMR)的GMR磁头(也 叫做自旋磁泡磁头)正在成为主流。但是，这也日益接近界限，在超 过100Gbit/in2的记录密度的情况下，利用可能性很高的磁头是利用 隧道效应的TMR(Tunneling Magnetoresistance)磁头或利用电流 与膜面垂直地流动的GMR效应的CPP-GMR(Current Perpendiculer to the Plane)的磁头。

在本发明的情况下，用通常的平版印刷技术在衬底上形成凹凸。 在形成了凹凸的衬底上边，涂敷已经附着有有机涂敷膜的微粒。这 时，在图34A-B中模式性地特别示出了凹部(形成的凹凸的沟的部分) 的状态。图34A是从上边看衬底的图，沿I-I线剖开的侧面图是图 34B。用平版印刷技术形成的沟的宽度顶多也就是数10nm，通常在 100nm以上，在这里由于与所设定的微粒(1到50nm)比较足够地大， 故在一个沟内可以收容更多的微粒。此外，有机涂敷膜602的作用在 于，附着在微粒601上，具有使微粒彼此间的间隔保持恒定或者使衬 底与微粒的距离保持恒定的作用。如果对于沟的侧面也利用该有机涂 敷膜的作用，在把微粒收容于图34A-B所示的那种某一大小的沟内的 情况下，只要选择适当的条件，就可以距侧面恒定间隔地排列微粒。 即，成为可以沿着沟的侧面排列微粒。

在这里使用的微粒的大小，是1nm～50nm那种程度的大小。更为 理想的是从3nm到10nm那种程度的大小。现在，可以借助于平版印 刷技术制作的沟的大小，如上所述，在通常的方法的情况下，是100nm 左右。本发明的方法，是使用平版印刷技术来实现中等程度的微细加 工的方法，更为详细的是使纳米规模的微粒的排列用微粒自组织化来 实现。因此，即便是在微粒的直径几乎与平版印刷的线条的宽度(相 当于凹凸部分的周期、沟的宽度、长度)相等的状态下，本发明也是 有效的，但是却要丧失本来的意义。一般地说，凹凸的周期在微粒的 直径的5倍以上、更为理想的是在10倍以上，是有效的。相反当凹 凸的周期相对于微粒的直径过大时，则沿着凹凸的微粒的排列会变得 困难起来。因此，凹凸的周期要作成为微粒的直径的1000倍以下， 理想的是作成为100倍以下，最为理想的是作成为30倍以下。

作为所形成的沟的深度，理想的是至少要具有微粒直径的1/3倍 以上的深度。若只有该深度以下的深度，则将降低使微粒沿着沟排列 的能力。更为理想的深度是微粒的直径以上的深度。此外，作为沟的 深度的上限，为了便于使微粒在沟内排列起见，作成为微粒直径的10 倍以下，理想的是5倍以下，根据用途的情况可作成为2倍以下。例 如，在磁记录媒体中使用的情况下，当太深时，由于发生突部与磁头 的顶端进行碰撞等的问题的概率升高，故理想的是压低到微粒的直径 以下那种程度。

即，在以往的微粒的排列方法中，即便是利用自组合化，控制微 粒的排列方向也是困难的，但是，用本发明的方法，采用使自组合化 的方法与平版印刷的方法组合起来的办法，控制微粒的排列方向就成 为可能。

借助于平版印刷手法形成凹凸的手法，只要是可以形成目的形状 的手法，就没有什么限制，图36A-D示出了一个例子。

在图36A中，首先，在衬底620上边形成有机光刻胶膜621之后， 用根据想要形成的图形制作的掩模进行暴光，使光刻胶的一部分感 光，借此除掉光刻胶的感光部分或非感光部分后，则形成图36B所示 的那种光刻胶图形。然后，例如再蒸镀规定的膜厚的Au膜622(图 36C)，并除掉残余的光刻胶图形后，就形成了由Au膜构成的突部(图 36D)。如此操作可以形成微细的凹部，故可像图34A-B所示那样在 其中排列具有涂敷膜602的微粒601。

通常，这样的衬底的前处理、有机涂敷膜往衬底上的形成，也可 以只在凹部形成。采用图36那样的手段构成的凹凸的形成时，突出 部分是Au膜、凹部是原来的衬底材料，由于材料的不同，所以通过 只在凹部进行选择性反应的有机涂敷膜的形成等的处理，就可以使微 粒只在凹部形成。

另一方面，根据目的的不同，凹凸部都可以用相同的材料形成， 所以对于有机涂敷膜往衬底上的形成，可以对凹凸双方同时形成。这 种场合，微粒即在凹部排列，也在凸部排列。在凸部的微粒的排列基 本上不是凹部那样，但在此场合也成为沿某种程度图形的形状的排 列。其原因虽然目前还不大清楚，但是可以认为是因为对于附着在微 粒上的有机涂敷膜的相互作用在凸部的端部和中央部分不同所致。

由于用相同材料构成凹凸部，所以，例如，若在用图3的方法将 光刻胶涂布在衬底上之前形成Au层，则凹部或凸部都能作成Au层。

作为微粒，有金属、半导体、金属氧化物等。对于金属而言，有 Au、Ag、Pt等贵金属等或其合金等多种多样。

作为衬底，如果是具有平滑表面性的，可以是半导体、金属、玻 璃衬底等没有特别的限制。具体地，可以利用Si、GaAs、Al、热浸镀 铝(アルテイツク)衬底等的各种衬底。

在使用该微粒的制法制造用于硬磁盘装置的磁记录媒体的场 合，按平版印刷技术进行的图形化方法，如图35所示，在磁盘衬底 610的圆周上沿圆周形成凹凸图形611为宜。其后，通过把微粒分散 在衬底上，就可以沿圆周排列微粒。尚且，在图35中，采用平版印 刷形成的沟只记载3条，但是在实际的磁盘中，作为衬底可以使用1 英寸、1.8英寸、2.5英寸、3.5英寸直径的衬底，而且考虑到前述的 平版印刷的限制则以100nm以上的间距形成凹凸。

图29示出在如上操作制作的凹凸部形成的磁记录媒体的构成的 一例。在图29中，直接地或通过基底层在非磁性衬底504上形成软 磁性薄膜503，再在其上形成由磁性微粒501构成的磁记录层502。 磁记录层502是由3nm以上50nm以下的直径的磁性微粒501和包覆 磁性微粒501的包覆层502构成的。包覆层502的作用在于以一定的 间隔排列磁性微粒501。包覆层502是有机涂敷膜。作为磁性微粒501 的材料，可以是单轴晶体磁各向异性常数Ku大的FePt、CoPt、FePd、 MnAl、Co、Co-Pt、Sm-Co、Fe-Nol-B等材料，但是，特别是从Ku大、 耐腐蚀性等实用性这两方面考虑时，优选FePt、CoPt的Llo层的规 则合金。作为磁性微粒501的大小，从高密度记录的观点看，希望尽 可能地小。但是，从热波动的观点看尽可能大好。而且，如上所述， Ku越大的材料粒子的大小越小，磁化对于热波动越稳定。具体地，作 为磁性微粒的大小，至少是3nm以上，优选4nm以上，其上限为50nm 以下，优选10nm以下，更优选8nm以下。

此外，微粒层的层数，只一层均匀排列的最为理想，但是，只要 是均匀地排列，也可以利用2层、或3层的多层微粒排列着的微粒层。

软磁性薄膜层503，优选是低磁应变的、晶体磁各向异性小的材 料。结晶的、非结晶的都可以在本发明中使用。具体地讲，可以使用 Ni-Fe、Co-Nb-Zr、Fe-Ta-C、Co-Ta-Zr、Fe-Al-Si等金属材料或铁 氧体等氧化物材料。作为软磁性薄膜层503的膜厚，从防止软磁性膜 的饱和的观点看，某种程度的膜厚是必要的，至少是100nm以上，优 选300nm以上的膜厚。此外，作为上限，从生产性的观点、表面平滑 性方面等看，以1μm以下为宜。

作为衬底504，可以使用铝衬底、玻璃衬底等的非磁性材料。

通常，在磁记录层502上还形成保护层。作为保护层，使用作为 固体保护层的金刚石状碳膜(DLC膜)等，多数场合还进一步涂布液 体润滑剂。

对于按以上操作制作的磁记录媒体，更优选的是，在高温下对磁 记录媒体进行热处理。特别是在FePt、CoPt等类中，通过热处理， 和通过规则化，产生矫顽力。热处理时的温度优选500℃以上，更优 选550℃以上。另外，温度过高时，矫顽力过大，则发生软磁性膜的 特性劣化等问题，所以即使高也应在700℃以下，优选600℃以下。 在热处理时，在膜面垂直方向优选至少施加5kOe以上，更优选施加 10kOe以上的磁场。磁场是15kOe以上时，则磁场施加装置变得过 大，故根据需要应该是15kOe以下，优选应是12kOe以下的磁场。 采用该热处理中的磁场，可以使微粒在特定方向上具有磁各向异性。 此外，本发明的场合，在磁性微粒501的下面，形成软磁性基底膜， 该软磁性膜，由于来自外部的强磁场作用，而在膜垂直方向被磁化， 通过磁化了的软磁性膜，强的磁场影响到磁性微粒501，所以磁性微 粒容易具有更强的垂直磁各向异性。另外，如上所述，如果使用比较 厚的软磁性薄膜层503，则对赋予磁性微粒501垂直磁各向异性是有 效的。此外，为了赋予软磁性薄膜层适当的各向异性，在热处理后在 更低温且低磁场下进行热处理，再次改变软磁性膜的各向异性也是可 取的。

如以上所说明的那样，若用本发明，则可以向衬底上边固定微 粒，可以期待在生产性、耐久性和实用性方面大幅度的提高。再有， 也可以完成实现成为今后必需的专用功能的图形形成，归因于这些效 果，其工业价值是很大的。作为代表例只要用本发明的方法形成磁 盘，就可以制作实现了对磁性微粒的层厚和排列图形进行控制的磁 盘，就可以得到可以进行高密度记录再生的媒体。

以下，用附图对本发明的具体的实施例进行说明。

(实施例1)

用图1A-C、图2A-C和图3A-B对本实施例进行说明。

在干燥气氛下，向作为非水系惰性溶剂的100ml己烷中加入具有 作为末端官能基的苯基的氯硅烷化合物(苄基三氯硅烷(C6H5-CH2-SiCl3))制成0.01mol./L的己烷溶液。其次，向该溶液内加入100mg 磁性微粒(粒子平均直径5nm的Fe0.52Pt0.48(组成按原子比率算))1， 充分地搅拌。半个小时之后，在该干燥气氛中浸泡到干燥的三氯甲烷 中清洗，并分离上述己烷溶剂和未反应的氯硅烷化合物。借助于该操 作，存在于磁性微粒1的表面上边的羟基(-OH)和上述氯硅烷化合 物之间进行以下的化学式(1)那样的脱氯化氢反应，就可以形成单 分子膜2(图1A-C)。

C6H5-CH2-SiCl3+HO-微粒→C6H5-CH2-Si(-O-)3微粒       (1)

图1A是磁性微粒1的剖面图，图1B是磁性微粒1的表面被单分 子膜2被覆起来的剖面图，图1C是图1B的A的部分扩大剖面图。

另一方面，对于硅衬底3也形成单分子膜。首先，在干燥气氛中， 制作成十六(碳)烷与三氯甲烷的容积比4对1的溶剂，向100mL的 该溶剂内加入具有作为末端官能基的CH2Cl基的氯硅烷化合物(氯甲 基苯乙基三氯硅烷(CH2Cl-C6H4-(CH2)2-SiCl3))，制作成0.01mol/L 的十六(碳)烷/三氯甲烷的混合溶液。在干燥气氛中，取20mL的该 溶液，把硅衬底3浸泡到上述溶液内，慢慢地进行搅拌。在半个小时 后在同上干燥气氛中从上述混合溶液中取出上述衬底，在干燥气氛中 把上述衬底浸泡到干燥三氯甲烷内进行清洗。之后，取出上述衬底3。

借助于该操作，存在于硅衬底3的表面上边的羟基(-OH)和上 述氯硅烷化合物之间进行如下的化学式(2)那样的脱氯化氢反应， 则可以形成单分子膜4(图2A-C)。

CH2Cl-C6H4-(CH2)2-SiCl3+HO-基材→CH2Cl-C6H4-(CH2)2-Si(-O-)3基材

                                                          (2)

图2A是硅衬底3的剖面图，图2B是硅衬底3的表面用单分子膜 4覆盖起来的剖面图，图2C是图1B的B部分的扩大剖面图。

其次，进行把上述磁性微粒保持到上述衬底表面上的操作。调整 结束了上述单分子膜形成的磁性微粒分散于三氯甲烷中的液体。其浓 度适宜即可，在本实施例的情况下，相对于50mL三氯甲烷，作成为 100mg。把放入了上述衬底的微型反应容器置于油浴内，用滴液吸移 管向上述衬底上边的几个位置滴下上述三氯甲烷溶液，使衬底表面变 成为被上述三氯甲烷溶液弄湿了的状态。再极少量地加入氯化铝，用 搅拌器充分进行搅拌。接着，使油浴的温度上升，设定于120℃，进 行加热。由于衬底上边的三氯甲烷会立即气化，故为了抑制该气化要 给微型反应器安装上冷却管来抑制三氯甲烷溶液的减少。在1个小时 后，在衬底上边残留下磁性微粒，在磁性微粒和衬底这双方的表面上 形成的单分子膜的官能基彼此间发生化学反应(脱氯化氢反应)。该 反应仅仅对于在该衬底表面上形成的单分子膜的官能基和在磁性微 粒的表面上形成的单分子膜表面的官能基进行，在磁性微粒表面上形 成的单分子膜的官能基彼此间则不发生反应，反应后，借助于用己烷 清洗衬底而从衬底上洗掉未反应的磁性微粒。用含有化学键5的分子 2、4把发生了脱氯化氢反应的磁性微粒固定到衬底上边。

借助于以上的操作，就可以在衬底3的表面上形成微粒排列体 6(图3B)。反应后，借助于高分辨率电子显微镜确认在硅衬底上 边形成了由微粒构成的层，此外，还通过上述高分辨率电子显微镜 确认：微粒的膜未被三氯甲烷、丙酮溶剂从硅衬底上剥离下来。另 外，后边要讲的实施例的评价，也要用与上述同样的手法实施，并 进行确认。

其次，用上述方法形成图19A所示的磁记录媒体。作为衬底204， 使用硅衬底，在衬底上边，作为软磁性薄膜层203，用溅射法形成膜 厚300nm的Fe-Ta-C膜。该膜的饱和磁通密度Bs约为1.6T，矫顽力 Hc为0.5Oe，导磁率μ为1000。其次，作为形成了上述单分子膜的 磁性微粒202，形成由平均粒子直径5nm的Fe0.52Pt0.48(组成按原子比 率算)微粒构成的磁记录层202。这时，磁记录层202虽然可以直接 在软磁性层203的上边形成，但是为了进一步改善单分子膜的附着 性，也可以在已形成了适当的基底层的上边形成。作为在该情况下的 基底层，SiO2等的膜是合适的。该基底层的膜厚，如果厚度没有至少 2nm左右，则没有什么效果，但如过厚，由于会对磁特性造成不好的 影响，故应在10nm以下，理想的是在5nm以下。此外，单分子膜在 形成之后，起着作为适当地控制磁性微粒的间隔的被覆层205的作 用。然后，再在磁记录层202的上边形成碳系的保护膜206。为了产 生这样的图19A所示的构成的磁记录媒体的FePt微粒的磁特性，在 600℃下进行大约1个小时热处理。测定这样制成的本实施例的磁记 录媒体的矫顽力，得知为5kOe，作为高密度磁记录媒体显示出满意 的值。此外，用电子显微镜进行观察，可知磁记录层202的微粒201 已在衬底表面上边保持均一的厚度和间隔地分散开来，因而可以得到 适合于高密度磁记录的磁记录媒体。

(实施例2)

用图4A-C、图5A-C和图6A-B对本实施例进行说明。

在干燥气氛下，向100mL丁醇中加入在末端官能基中具有羟基的 硫醇(thiol)化合物(4-巯基-1-丁醇(HS-(CH2)4-OH))制作成 0.01mol/L的丁醇溶液。其次，向该溶液内加入100mg粒子平均直径 5nm的Pt微粒10，并充分地搅拌。在半小时之后，在该干燥气氛中 使上述丁醇和未反应的硫醇化合物和Pt微粒分离开来，在Pt微粒的 表面上边形成由上述硫醇化合物构成的单分子膜11(图4A-C)。

图4A是Pt微粒10的剖面图，图4B是Pt微粒10的表面被单分 子膜11覆盖起来的剖面图，图4C是图4B的C的部分的扩大剖面图。

另一方面，对于耐热性玻璃衬底12也进行单分子膜形成处理。 在干燥气氛下，制作成十六(碳)烷与三氯甲烷的容积比4对1的溶 剂，向100mL的该溶剂内加入在末端具有环氧基的氯硅烷化合物(5， 6环氧己基三氯硅烷(CH2OCH-(CH2)4-SiCl3))，制作成0.01mol/L 的十六碳烷/三氯甲烷的混合溶液。在干燥气氛下，取20mL的该溶液， 把上述衬底12浸泡到上述溶液内，慢慢地进行搅拌。在半小时后在 同上干燥气氛中从上述混合溶液中取出上述衬底12，在干燥气氛中把 上述衬底浸泡到三氯甲烷内进行清洗。之后，取出衬底。在衬底表面 上边形成由上述氯硅烷化合物构成的单分子膜13(图5A-C)。

图5A是衬底12的剖面图，图5B是衬底12的表面被单分子膜13 覆盖起来的剖面图，图5C是图5B的D的部分的扩大剖面图。

其次，进行把上述贵金属微粒保持到上述衬底表面上的操作。调 整地结束了上述单分子膜形成的贵金属微粒分散于丁醇中的液体。其 浓度适宜即可，在本实施例的情况下，对于50mL己烷，作成为100mg。 把上述衬底放置到热板上，用滴液吸移管向上述衬底上边的几个位置 滴下上述丁醇溶液，使衬底表面变成为被上述丁醇溶液弄湿了的状 态。接着，使热板的温度上升，设定于150℃左右，进行加热。衬底 上边的丁醇会立即气化，在衬底上边残留下贵金属微粒，进行在贵金 属微粒和衬底这双方的表面上形成的单分子膜的官能基彼此间的化 学反应。该反应仅仅对于在衬底表面上形成的单分子膜的官能基和在 贵金属微粒的表面上形成的单分子膜表面的官能基进行，在贵金属微 粒表面上形成的单分子膜的官能基彼此间则不发生反应，反应后，通 过用丁醇清洗衬底就可以从衬底上洗掉未反应的贵金属微粒。在图6A 中示出了发生环氧开环反应，用含有化学键14的分子11、13固定到 衬底上边的例子。

借助于以上的操作，就可以在衬底12表面上形成微粒排列体15 (图6B)

(实施例3)

用图7A-C、图8A-C和图9A-B对本实施例进行说明。

以乙醇为溶剂配制末端具有氨基的甲氧基硅烷化合物(4-氨基丁 基三甲氧基硅烷(NH2-(CH2)4-Si(OCH3)3)的0.01mol溶液。向 50mL该溶液内加入10mg磁性Co微粒20，并慢慢地搅拌，其次，为 了促进反应加入1M氯化氢水1mL再进行搅拌。在半个小时之后，进 行固液分离，取出平均粒子直径9nm的磁性Co微粒，向100mL的乙 醇中放入约10mg该磁性Co微粒，缓慢地进行搅拌后进行清洗。然后， 再次进行固液分离取出磁性微粒。其次，把该磁性微粒放入设定为120 ℃的加热装置内静置半个小时。通过这些操作，就可以在磁性微粒的 表面上形成由甲氧基硅烷化合物构成的单分子膜21(图7A-C)。

图7A是磁性微粒20的剖面图，图7B是磁性微粒20表面被单分 子膜21覆盖起来的剖面图，图7C是图7B的E的部分的扩大剖面图。

另一方面，对于硅衬底22的表面也进行同样的处理，形成单分 子膜。以乙醇为溶媒配制末端具有以羧基为官能基的甲氧基硅烷化合 物(10-羧基-1-癸基三甲氧基硅烷(COOH-(CH2)10-Si(OCH3)3)的 0.01mol溶液。把50mL的该溶液取入到培养皿内，向该溶液内加入 1mL氯化氢水后，把2cm×3cm的硅衬底22浸泡起来，静置大约1个 小时。其次，从溶液中取出硅衬底，用乙醇清洗几次衬底表面。使干 燥氮气向衬底表面上吹使衬底表面干燥。然后，把该衬底放入维持120 ℃的烘烤装置内，静置半个小时。经过这些操作后就可以在硅衬底表 面上形成由甲氧基硅烷化合物构成的单分子膜23(图8A-C)。

图8A是硅衬底22的剖面图，图8B是硅衬底22的表面被单分子 膜23覆盖起来的剖面图，图8C是图8B的F部分的扩大剖面图。

其次，把大约10mg上述磁性微粒加到10mL乙醇内，调整结束了 上述单分子膜形成的磁性微粒分散于乙醇中的液体。其浓度适宜即 可。把上述衬底放置到热板上，用滴液吸移管向上述衬底上边的几个 地方滴下上述乙醇溶液，使衬底表面变成为被上述乙醇溶液弄湿了的 状态。接着，使热板的温度上升，设定于150℃左右，进行加热。衬 底上边的乙醇会立即气化，在衬底上边残留下磁性微粒，进行在磁性 微粒和衬底这双方的表面上形成的单分子膜的官能基彼此间的化学 反应。该反应仅仅对于在衬底表面上形成的单分子膜的官能基和在磁 性微粒的表面上形成的单分子膜表面的官能基进行，磁性微粒表面上 形成的单分子膜的官能基彼此间则不发生反应，反应后，通过用乙醇 清洗衬底就可以从衬底上洗掉未反应的磁性微粒，用化学键24把已 产生反应的磁性微粒固定于衬底上边。在图9A中示出了在衬底上发 生脱水反应，用含有酰胺键(-NHCO-)24的分子21、23固定到衬底 上边的例子。

通过以上操作，就可以在衬底22表面上形成微粒排列体25(图 9B)。

(实施例4)

用图10A-B说明本实施例。

如实施例2所示，在第1磁性Co微粒30(平均粒子直径为9nm) 的表面上形成具有羟基为末端官能基的硫醇(thiol)化合物构成的 单分子膜31，对于保持上述第1磁性微粒的衬底32也形成具有环氧 基为末端官能基的氯硅烷化合物构成的单分子膜33，然后，进行上述 第1磁性微粒保持在上述衬底表面上边的化学键合反应的操作，上述 第1磁性微粒在衬底表面上边形成化学键34，形成第1微粒排列体 35(图10A)。

其次，在干燥气氛中，制作十六(碳)烷与三氯甲烷的容积比4 对1的溶剂，向100mL的该溶媒内加入具有环氧基作为末端官能基的 氯硅烷化合物，制作成0.01mol/L的十六(碳)烷/三氯甲烷的混合 溶液。在干燥气氛中，取20mL该溶液，使上述溶液与第2磁性Fe0.5Pt0.5微粒(平均粒子直径为5nm)36接触，缓慢地进行搅拌。半个小时后， 在同上干燥气氛中，结束上述第2微粒与上述混合溶液的接触，在干 燥气氛中使上述微粒与三氯甲烷接触并进行清洗。然后，取出上述微 粒。结束一连串的操作后就可以在上述第2微粒的表面上边形成由上 述氯硅烷化合物构成的单分子膜37。

其次，进行使第2磁性微粒39重新与已进行了把磁性微粒30保 持到上述衬底32表面上的操作的衬底进行接触的操作。对使结束了 上述单分子膜形成的第2磁性微粒分散于丁醇中的液体进行调整。其 浓度适宜即可，在本实施例的情况下，对于50mL己烷，作成为100mg。 把上述衬底放置到热板上，用滴液吸移管向上述衬底上边的几个地方 滴下上述丁醇溶液，使衬底表面变成为被上述丁醇溶液弄湿了的状 态。接着，使热板的温度上升，设定于150℃左右，进行加热。衬底 上边的丁醇会立即气化，在衬底上边残留下第2磁性微粒，先进行在 衬底上边形成的第1微粒31与在本次进行了单分子膜的处理的第2 微粒36的表面上形成的单分子膜的官能基彼此间的化学反应。该反 应仅仅对于在2种磁性微粒的表面上形成的单分子膜的官能基进行， 在第2磁性微粒表面上形成的单分子膜的官能基与在衬底上形成的单 分子膜之间不发生反应，通过在反应后，用丁醇清洗衬底的办法，就 可以从衬底上洗掉未反应的磁性微粒。第1微粒31和第2微粒36用 化学键38进行固定。其结果是，把第1微粒排列体35和第2微粒排 列体39一体化地固定在衬底32的表面上(图10B)。

(实施例5)

用图11说明本实施例。

使用在微粒表面上形成了在实施例4所示的衬底32上形成的单 分子膜的第1微粒排列体35(微粒：平均粒子直径9nm的磁性Co微 粒)，在实施例4中形成的第2微粒排列体39(微粒：平均粒子直径 5nm的磁性Fe0.5Pt0.5微粒)的上边，形成第3微粒排列体40(微粒： 平均粒子直径6nm的Si微粒)

操作方法与实施例4所示的条件相同。其结果是可以在实施例4 所示的第2微粒排列体39的上边固定并形成第3微粒排列体40。

借助于重复进行同样的一连串的操作，就可以形成由任意的累积 数的微粒构成的排列体。

此外，通过应用本实施例，还可以把微粒排列体累积在异种的材 料上。

(实施例6)

用图12说明本实施例。

把末端具有卤素基(在本实施例的情况下是溴)的氯硅烷化合物 (14-溴代十四(碳)烷基三氯硅烷(Br-(CH2)14-SiCl3)溶于硅油 内使成为大约1重量％的浓度。对该溶液100mL放入10g硅系无机微 粒50，充分进行搅拌，在硅无机微粒(平均粒子直径3nm的Si微粒) 的表面上，氯硅烷系材料发生脱氯化氢反应，在硅系无机微粒的表面 上形成由氯硅烷系材料构成的单分子膜51。从反应结束后的上述溶液 中除去含有未反应氯硅烷系材料的硅油，再多次加入、多量的三氯甲 烷清洗硅系微粒，最后得到结束反应的硅系无机微粒。

此外，在将成为放置上述微粒的衬底的玻璃板52上，也同样地 制作成具有不饱和基的氯硅烷化合物(15-(乙烯基)十五(碳)亚 烷基三氯硅烷(CH2＝CH-(CH2)15-SiCl3)(15-ヘキサデセニルトリ クロロシラン)的硅油溶液，使玻璃板与该溶液接触，用三氯甲烷清 洗反应后的玻璃板，得到在表面上形成单分子膜53的玻璃板。

将作为能束的X射线向上述已形成了单分子膜的玻璃衬底上照 射。借助于X射线照射使玻璃衬底上边的单分子膜的不饱和键被激 励，变成为反应活泼部分。立即使形成上述单分子膜的硅系无机微粒 与衬底表面接触，玻璃衬底上边的单分子膜和硅系无机微粒表面的单 分子膜产生化学键54，把硅系无机微粒固定到玻璃衬底上边。该化学 键在微粒间不产生，作为结果，就可以在玻璃衬底上边仅仅形成由微 粒构成的构造物。

通过反复地进行该能束照射，就可以形成由任意的微粒构成的构 造物。

(实施例7)

用图13A-D说明本实施例。

与实施例1同样，在干燥气氛中，向100ml作为非水系惰性溶剂 的己烷中加入作为末端官能基具有苯基的氯硅烷化合物制作成 0.01mol./L的己烷溶液。其次，向该溶液内加入100mg磁性Fe0.5Pt0.5微粒(粒子平均直径4nm)60，并充分地搅拌。半个小时之后，在该 干燥气氛中，使上述己烷溶剂和未反应的氯硅烷化合物与磁性微粒分 离。借助于该操作，在磁性微粒表面上形成由上述氯硅烷化合物构成 的单分子膜61(图13A)。

另一方面，对于保持上述磁性微粒的硅衬底62也进行与实施例1 同样的单分子膜形成操作，形成具有CH2Cl基作为末端官能基的单分 子膜。在干燥气氛下，制作成十六(碳)烷与三氯甲烷的容积比4对 1的溶剂，向100mL的该溶剂内加入具有末端官能基的氯硅烷化合 物，制作成0.01mol/L的十六(碳)烷/三氯甲烷混合溶液。在干燥 气氛中，取20mL的该溶液，把上述衬底浸泡到上述溶液内，慢慢地 进行搅拌。在半个小时后在同上干燥气氛中从上述混合溶液中取出上 述衬底，在干燥气氛中把上述衬底浸泡到干燥三氯甲烷内进行清洗。 之后，取出衬底。在衬底表面上边形成由上述氯硅烷化合物构成的单 分子膜63(图13B)。

其次中间介入金属掩模65地把衬底放置在500W高压紫外线灯泡 64下边，照射紫外线。通过30秒的照射除去被紫外线照射过的部分 的衬底上边的单分子膜，仅仅在被金属掩模65覆盖起来的那些地方 剩下单分子膜66(图13C)。

其次，与实施例1同样，进行把上述磁性微粒保持到上述衬底表 面上的操作。调整结束了上述单分子膜形成的磁性微粒分散于三氯甲 烷中的液体。其浓度适宜即可，在本实施例的情况下，对于50mL三 氯甲烷，作成为100mg。把放入了上述衬底的培养皿置于热板上，用 滴液吸移管向上述衬底上边的几个地方滴下上述三氯甲烷溶液，使衬 底表面变成为被上述三氯甲烷溶液弄湿了的状态。再极少量地加入氯 化铝，进行充分地搅拌。接着，使热板的温度上升，设定于约120℃， 进行加热。由于衬底上边的三氯甲烷会立即气化，故要给培养皿盖上 盖以抑制三氯甲烷溶液的减少。1个小时后，在衬底上边残留下磁性 微粒，在磁性微粒和衬底这双方的表面上形成的单分子膜的官能基彼 此间发生化学反应。该反应仅仅对于在衬底表面上介入金属掩模而形 成的单分子膜的官能基和在磁性微粒的表面上形成的单分子膜表面 的官能基进行，磁性微粒表面上形成的单分子膜的官能基彼此间和紫 外线照射了的衬底部分则不发生反应，反应后，通过用己烷清洗衬底 就可以从衬底上洗掉未反应的磁性微粒，用化学键67把已发生反应 的磁性微粒固定到衬底上边。该磁性微粒，作为结果，仅仅在衬底表 面上边的已被金属掩模覆盖起来的部分上形成把微粒排列起来的构 造体(图13D)。

(实施例8)

用图14说明本实施例。

实施例7中形成了图形的微粒排列体70的衬底上，用新的氯硅 烷材料仅在未形成由微粒构成的构造物的部分上，形成新的单分子膜 71。在十六(碳)烷与三氯甲烷的体积比4对1的的混合液中，配制 浓度1％的末端双键的氯硅烷化合物(18-乙烯基十八碳亚烷基三氯硅 烷((CH2＝CH-(CH2)18-SiCl3))的溶液。把先前已图形化的由微 粒构成的构造物构造的衬底浸泡于该溶液内。半个小时后取出来，用 三氯甲烷进行清洗。借助于以上的操作，在实施例7中通过照射紫外 线而在实施例7中除去了单分子膜的地方，再次形成具有末端双键的 单分子膜。另外，在已经形成了微粒的图形的部分的微粒表面或衬底 上边未发现新的单分子膜的形成。因此，实现了选择性的单分子膜形 成。

接着，对上述衬底，用高锰酸钾水溶液进行单分子膜构成分子末 端的双键的氧化处理。大约通过10小时的浸泡，双键部分变化成COOH基。

微粒使用贵金属微粒(平均粒子直径4nm的Au微粒)72。将末 端氨基的硫醇化合物(8-氨基-1-辛烷硫醇(NH2-(CH2)8-SH))溶 于乙醇内，向其中放入贵金属微粒，通过24小时搅拌，在贵金属微 粒表面上形成由硫醇化合物构成的单分子膜73。

用上述衬底和上述贵金属微粒实施把微粒固定到衬底上边的固 定操作。把已形成了单分子膜的贵金属微粒分散到己烷内，向衬底滴 下该液体，在120℃下进行加热处理。通过该处理贵金属微粒的有机 涂敷膜和衬底表面的有机涂敷膜形成化学键74，把由贵金属微粒构成 的构造物75重新固定到衬底62上。

(实施例9)

用图15说明本实施例。

对于在实施例5中形成了3层构造的微粒排列体形成的衬底80， 通过金属掩模照射电子束。然后把上述衬底浸泡到四氯化碳中，除去 照射过电子束的部分的微粒排列体，仅仅在未照射电子束的地方剩下 由微粒构成的构造物，在衬底上边形成由微粒构成的构造物的图形 81。

(实施例10)

用图16说明本实施例。

把在实施例6中使用的末端具有卤素基(在本实施例中为溴)的 氯硅烷系材料以成为约1wt％浓度那样溶于硅油中。对于该溶液100mL 放入10g磁性微粒并充分地进行搅拌，在磁性微粒的表面上进行氯硅 烷系材料的脱氯化氢反应，在磁性微粒的表面上形成由氯硅烷系材料 构成的单分子膜。从反应结束后的上述溶液中除去含有未反应的氯硅 烷系材料的硅油，再多次加入、多量的三氯甲烷清洗磁性微粒，最后 得到结束反应的磁性微粒。

此外，作为使上述微粒进行排列的衬底，使用直径1英寸的盘状 的玻璃衬底，在该衬底上边也同样地制作具有不饱和键合基的氯硅烷 系材料的硅油溶液，使玻璃衬底与该溶液接触，用三氯甲烷清洗反应 后的玻璃衬底，得到在表面上形成单分子膜的玻璃衬底。

将作为能束的X射线向已形成上述单分子膜的玻璃衬底90上照 射。这时，第1次X射线的照射部分91，如图16所示，成为沿着共 有圆盘的中心的同心圆的圆周上的形状。由于X射线的照射，玻璃衬 底上边的单分子膜的不饱和键合基被激励，变化成为反应活泼部位。 立即使经形成了上述单分子膜的磁性微粒(粒子平均直径5nm的 Fe0.52Pt0.48(组成按原子比率算)与衬底表面接触，玻璃衬底上边的单 分子膜和磁性微粒表面的单分子膜产生化学键合，把磁性微粒固定到 玻璃衬底上边。此外，磁性微粒，表现出沿着被X射线照射过的圆周 部分的形状排列的倾向，虽然并不完善。

其次，向上述玻璃衬底的整个面上，照射与上述X射线几乎同样 的能密度的X射线。其结果，上述微粒所附着的部分91，微粒变成为 掩模，没有变化。另一方面，在先前未附着微粒的部分(就是说X射 线的2次照射部分92)处，由于X射线的照射，玻璃衬底上边的单分 子膜的不饱和键合基被激励，变成为反应活泼部位。立即使形成上述 单分子膜的磁性微粒与衬底表面接触，玻璃衬底上边的单分子膜和磁 性微粒表面的单分子膜发生化学键合，把磁性微粒固定。这时，在磁 性微粒间虽然未发生化学键合，但是，其排列却受到已经排列起来的 91部分的影响，92的部位也表现出沿着圆周排列的倾向。

另外，在图16中，作为照射第1能束的部位91的宽度，为使之 进行排列的微粒的直径的5倍以上40倍以下的程度为佳。说得更为 具体点，在微粒的平均直径为从5nm到10nm左右的时候，能束照射 部分的宽度，以50nm以上200nm以下为宜，更为理想的是要作成为 100nm以上150nm以下为宜。其理由如下：若宽度太小则要控制照射 宽度是不可能或是困难的，而当线条宽度宽时，微粒就难于保持秩序 地进行排列。

如上所述，按照本实施例，就可以发现微粒沿着盘的圆周进行排 列的倾向，应用于磁记录媒体之际，就可以更为有效地进行磁记录再 生。

实际上，用以上那样的微粒的制作方法制作成磁记录媒体。如图 19所示，在硅磁盘衬底204上，首先，作为软磁性层203，用溅射法 形成膜厚300nm的Fe-Ta-C膜。该膜的饱和磁通密度Bs约为1.6T， 矫顽力Hc为0.5Oe，导磁率μ为1000。其次，在该软磁性膜上，用 上述方法，形成由平均粒子直径5nm的Fe0.52Pt0.48(组成按原子比率 算)微粒构成的磁记录层。如果更为具体地说明该工艺，则首先，在 软磁性膜上，直接地或通过为改善单分子膜的附着性而介入的有用的 基底膜(例如厚度10nm以下的SiO2膜)并使用具有不饱和键合基的 氯硅烷系材料形成单分子膜，其次，利用选择性的X射线照射实现图 16所示那样的沿着圆周的微粒排列。

另外，作为保护层206，用等离子体CVD法，形成厚度约5nm的 DLC膜。其次，在膜面垂直方向施加大约10kOe的磁场，在真空中570 ℃的温度下大约1个小时对该样品进行处理。借助于这样的高温的热 处理，有机涂敷膜虽然被认为构造将发生变化，但是，却作为图19A-B 所示的那样的磁性微粒的被覆起作用，在保持磁性微粒间的间隔的作 用方面没有大的变化。之后在室温下，在磁盘的表面上再次涂敷液体 的润滑剂作为保护层，制作成图19A-B所示的本实施例的磁记录媒 体。

其次，用图20A-B所示的磁记录再生装置评价在上述本实施例中 得到的磁记录媒体。在该情况下，记录磁头使用单磁极磁头，再生则 使用GMR磁头。再生磁头的屏蔽间隙长度使用0.1微米的长度。为了 评价媒体的高密度记录特性，使记录频率从50kFCI(Flux change per inch.每一英寸的磁化反转数)到数百kFCI进行变化，检测再生输出， 求出再生输出成为50kFCI时的再生输出的一半时的输出减半记录密 度(D50)。

其结果是可以确认：上述本实施例的磁记录媒体是400kFCI，高 记录密度的记录是可能的。

(实施例11)

用图17说明本实施例。

与实施例10同样，在磁性微粒表面上形成由末端具有卤素基(在 本实施例中为溴)的氯硅烷系材料构成的单分子膜。

此外，对于构成置有上述微粒的衬底的单晶硅衬底也同样地配制 具有不饱和键合基的氯硅烷系材料的硅油溶液，使该溶液接触硅衬 底，用三氯甲烷清洗反应后的硅衬底，得到在表面上形成了单分子膜 的硅衬底。

对于上述已形成了单分子膜的硅衬底的图17的斜线部分95照射 作为能束的X射线。借助于X射线照射硅衬底上的95部分的单分子 膜的不饱和键合基被激励，变化成反应活泼部位。立即使形成上述单 分子膜的磁性微粒与衬底表面接触，硅衬底上的单分子膜与磁性微粒 表面的单分子膜发生化学键合，磁性微粒被固定到硅衬底上边。该化 学键合在微粒间不产生，作为结果，仅仅在硅衬底上边的斜线部分95 上才可以形成由微粒构成的构造物。

其次，在与斜线部分的构造物的微粒不同的微粒的表面上构成单 分子膜。将末端具有卤素基(在本实施例中为溴)的氯硅烷系材料溶 于硅油中，使之成为大约1重量％的浓度。对该溶液100mL放10g 硅系无机微粒，充分进行搅拌，在硅无机微粒(平均粒子直径5nm的 Si微粒)的表面上，氯硅烷系材料发生脱氯化氢反应，在硅系无机微 粒的表面上形成由氯硅烷系材料构成的单分子膜。从反应结束后的上 述溶液中除去含有未反应氯硅烷系材料的硅油，再多次加入、多量的 三氯甲烷清洗硅系微粒，最后得到结束反应的硅系无机微粒。

向把磁性微粒形成为图17的图形的硅衬底的整个面上照射作为 能束的X射线。其结果，上述微粒附着的部分，微粒成为掩模，没有 变化。另一方面，在未附着微粒的部分(就是说X射线的2次照射部 分96)处，借助于X射线的照射，玻璃衬底上边的单分子膜的不饱和 键合基被激励，变成为反应活泼部位。立即使形成上述单分子膜的磁 性微粒与衬底表面接触，玻璃衬底上边的单分子膜和硅系无机微粒表 面的单分子膜产生化学键合，固定硅系无机微粒。这样一来，就可以 形成由磁性微粒的被固定的部分和硅微粒的被固定的部分构成的构 造物。像图17所示那样的图形化的磁性体的构造体的形成方法，可 以说是图形化的媒体(图形化的磁记录媒体)的形成方法之一。图形 化媒体，人们期待它会成为实现将来的高密度磁记录的一种方法(例 如，R.L.White等人，IEEE Transactions on Magnetics.，vol.33， No.1 1997，p990)。在形成图形化媒体时，96部分的周围的部分成 为空隙时，用磁头进行记录再生时，在构造部分95的边缘的部分处， 有可能会因磁头进行碰撞等而伤及媒体。于是，如本实施例所示，采 用用非磁性的微粒把X射线的2次照射部分96掩埋起来等方法，使 表面的凹凸变得平缓起来，是一种重要的技术。

(实施例12)

用图18说明本实施例。

用与实施例7同样的操作，在磁性微粒表面上形成由具有苯基作 为末端官能基的氯硅烷化合物构成的单分子膜。

其次，作为保持上述微粒的衬底，用直径1英寸的硅圆盘，对上 述圆盘(衬底)也进行与实施例7同样的单分子膜形成操作，在衬底 上边形成具有CH2Cl基作为末端官能基的单分子膜。

其次，如图18所示，向能量照射部分101上照射作为能束的电 子束。从衬底(圆盘)100上边除掉能束照射过的部分的单分子膜， 只在未照射过电子束的部分102上剩下单分子膜。

其次，与实施例7同样，进行把上述磁性微粒保持到上述衬底表 面上的操作。结果，仅仅在图18的未曾照射电子束的部分102上才 可以使磁性微粒(平均粒子直径6nm的Co0.5Pt0.5微粒)进行排列。此 外，磁性微粒，表现出沿着作为被能束照射过的部分和未照射的部分 的分界线的圆周部分的形状排列的倾向，虽然并不完善。

其次，再一次进行在衬底上边形成具有CH2Cl基作为末端官能基 的单分子膜的上述操作，在图18的能束照射部分上，再次形成与曾 被暂时除掉的单分子膜相同的单分子膜。

其次，与上述完全同样地进行把上述磁性微粒保持在单分子膜上 的操作。结果，把磁性微粒排列在图18的102的部分上。这时，受 已经形成了微粒的图形的101的部分的影响，微粒表现出排列在圆周 方向上的倾向。此外，在已经形成了微粒的图形的的地方的微粒上边 则不会形成新微粒。

另外，作为在图18中照射能束的部位101的宽度，以成为使之 进行排列的微粒的直径的5倍以上40倍以下那种程度为宜。说得更 为具体点，在微粒的平均直径为从5nm到10nm左右的时候，能束照 射部分的宽度，以50nm以上200nm以下为宜，更为理想的是要作成 为100nm以上150nm以下为宜。其理由如下：若宽度太小则要控制照 射宽度是不可能或是困难的，而当线条宽度宽时，微粒就难于保持秩 序地进行排列。

如上所述，倘采用本实施例，就可以表现出微粒沿着盘的圆周进 行排列的倾向，磁记录媒体等中使用之际，就可以更为有效地进行磁 记录再生。

其次，在由以上那样地制作成的微粒构成的构造物的表面上形成 DLC膜作为保护层，以形成图19B所示的磁记录媒体。这时作为微粒， 使用平均粒子直径6nm的Co0.5Pt0.5微粒。把该磁记录媒体在1.33× 10-3Pa(1×10-5Torr)以下的真空中在650℃的温度下保持1个小时， 进行Co0.5Pt0.5微粒的规则化，面内方向的矫顽力约8kOe，可以得到 大的矫顽力。此外，通过改变热处理温度、热处理时间，可以调整矫 顽力的大小。因此，该媒体可以作为适合于将来的50Gbit/in2以上的 高密度记录的媒体使用。

(实施例13)

图21示出了本发明的半导体元件的一个例子。作为半导体衬底， 在p型硅衬底301上边，作为隧道势垒层302设置硅的氧氮化膜，在 该隧道势垒层上边，用有机涂敷膜，作为微粒303构成硅微粒。在上 述势垒层302和微粒303上边，作为绝缘体层设置膜厚5～20nm的 SiO2膜304，在最上部作为上部电极设置n型多晶硅层305。

以下，对上述半导体构造的制作例进行说明。首先，在氮氧化物 存在的条件下，在800℃下，使p型半导体衬底301氧氮化，在表面 上形成2～3nm的隧道氧氮化膜302。其次，使用与实施例1同样的方 法把Si微粒固定到上述隧道氧氮化膜302的表面上。具体地说，首 先，在粒径3～5nnm的Si微粒的表面上形成由氯硅烷化合物构成的 单分子膜(图1B-C)。另一方面，在隧道氧氮化膜302上边也形成由 氯硅烷化合物构成的单分子膜(相当于图2B-C的4)。其次，通过使 在Si微粒和隧道绝缘膜302双方的表面上形成的单分子膜的官能基 彼此间进行化学反应，把Si微粒303固定到隧道氧氮化膜302上边 (图3A-B)。在该状态下，用扫描电子显微镜观察Si微粒的分散状 态，发现Si微粒均一地进行排列，无重叠地分散开来。作为面内密 度可以得到2×1012微粒/cm2的高密度的分散状态。

其次，由于残余有机物或炭化物有使其次要形成的SiO2层304的 特性劣化之虞，故作为其对策，进行氧等离子体处理(条件是600W、 60℃、10分钟)。借助于该处理，就可以氧化除掉表面上的不需要的 有机物。

其次，用CVD装置形成膜厚20nm的SiO2膜304，然后形成n型 多晶硅电极305。

以下，说明本构造的功能。在本构造的情况下，把金属或半导体 的微粒303埋入到绝缘体中，与周围进行绝缘。但是，当给上部的电 极305加上足够大的电压时，在微粒303与半导体301的表面之间就 会产生电位差，借助于通过隧道势垒302的隧道过程，电荷就被注入 到微粒中去。若除去外部电场，由于积累起来的电荷会使微粒的电位 变化，故在注入时，要作用企图使用逆方向的隧道过程把电荷释放出 来的力。但是，隧道过程对微粒和半导体间的电位差的依赖性很大， 而且微粒充分小时，由于量子效应或库仑子群效应要发生作用，故若 适当地控制隧道势垒的膜厚或微粒的粒径和分散状态，则可以在微粒 中长期间保持电荷。此外，采用在给上部电极305加上与注入时反方 向的电压的办法，也可以使微粒中的电荷释放出来。如上所述，本构 造虽然具有向微粒中进行注入、保持和释放出电荷的功能，但是要想 充分发挥该功能，就必须精密地控制微粒的分散状态。在以往的例如 用CVD法进行的硅微晶体形成等的情况下所制作的微粒的大小存在着 波动，此外，微粒的分散状态也不均一，而且若再进一步提高微粒的 面内密度，则存在着微粒的大小增大，或者微粒彼此间进行接触等的 问题，故难以制作可靠性高的元件。如果例如具有粒径比周围还大的 微粒或者多个微粒进行接触，则电荷会局部地集中或者因不能保持电 荷而发生漏流。此外，如果微粒的面内密度低，则可以积累的电荷量 将变得不充分。

在本实施例的半导体元件的情况下，由于可以良好地控制微粒的 大小和分散状态，故可以提供以往所不曾有的可靠性高对微粒进行的 注入、保持和消去的手段。

另外，在本实施例的情况下，作为微粒虽然使用的是Si微粒， 但是也可以同样地使用用别的半导体或金属构成的微粒。

此外，作为隧道势垒层虽然使用的是硅氧氮化膜，但是也可以同 样地使用SiO2等别的绝缘材料或半导体材料。

(实施例14)

图22示出了本发明的一个例子的半导体存储元件的剖面构造 图。在作为半导体衬底的p型硅衬底311中，设置作为源极区或漏极 区起作用的n型传导区316，与作为源极/漏极电极的金属电极317、 作为栅极绝缘膜的SiO2栅极绝缘层314、作为栅极电极的n型多晶硅 层315合在一起形成MIS型晶体管构造。此外，在上述MIS型晶体管 构造的栅极绝缘膜314和半导体衬底311之间，具有如下构造：设置 作为设置在半导体衬底上边的隧道势垒层起作用的硅氧化膜层312、 和在上述势垒层的表面上用与实施例1、13同样的方法固定的粒径为 3nm的Fe0.5Pt0.5微粒313。

微粒层313的形成方法，首先，在3nm粒径的FePt微粒的表面 上形成由氯硅烷化合物构成的单分子膜的一方(图1B-C)，而在隧道 氧化膜312上边也形成由氯硅烷化合物构成的单分子膜(图2B-C)。 其次，采用使在FePt微粒和隧道绝缘膜312双方的表面上形成的单 分子膜的官能基彼此间进行化学反应的办法，把FePt微粒313固定 到隧道氧化膜上边(图3A-B)。在该状态下，用扫描电子显微镜观察 FePt微粒的分散状态，发现FePt微粒均一地进行排列，无重叠地分 散开来。作为面内密度得到5×1012微粒/cm2的高密度的分散状态。

另外，在本实施例中，也与实施例13同样，为了防止微粒表面 的残余有机物或炭化物使SiO2膜的特性劣化，根据需要，在微粒体形 成后，设置用氧等离子体处理等，使表面的有机物被氧化·除去的工 序，也是有效的。

在本实施例14中，也可以根据与实施例13同样的原理效率良好 地控制电荷向微粒的注入、保持和释放。此外，在本实施例14中， 采用在绝缘栅极半导体(MIS：metal insulator semiconductor) 晶体管构造的栅极区内形成保持电荷的微粒的办法，微粒中保持有电 荷的状态和没有电荷的状态的情况下，MIS晶体管特性的阈值电压将 改变。借助于此，将作为低电压·高速且可靠性高的非易失性半导体 存储器件进行动作。此外，由于可以用单一元件实现基本的存储动作 而不用外围电路，故高密度的集成化是可能的。

在本实施例14的情况下，作为微粒虽然使用的是FePt合金微 粒，但是同样地也可以使用半导体和其它的金属材料。

此外，图22所示的点存储元件，虽然在栅极下边整个面上配置 微粒，但是，实际上在存储动作中起作用的仅仅是源极端的部分。于 是，如图23A所示，理想的是用本发明的实施例6、7、9、20、21所 示那样的微粒构造的图形化方法，把微粒仅仅配置在源极端。在图22 的构造的情况下，虽然为了向栅极下边的全部微粒都注入电荷需要许 多电子，但是，在图23A的构造的情况下，需要电荷注入的微粒的个 数减少，进一步低功耗化成为可能。此外，若进一步发展这样的构造， 如图23B所示，把微粒配置在源漏端的两端，切换使用源极和漏极， 则2位/单元的存储器也成为可能，存储器的高密度化就变得容易起 来。在这样的构造的制作上，本发明的微粒构造的图形化方法也是有 效的。

以上，虽然说明的是在1层隧道势垒层的上边形成微粒层的情 况，但是，如图23C所示，微粒层也可以形成2层或2层以上。此外， 在该2层使用不同的大小或材料的微粒的情况下，或者在2层间再形 成适当的绝缘膜，也是有效的。在图23C那样的构成中，例如，如果 上层的微粒是直径为5nm的微粒，作为下层的微粒使用直径2nm的微 粒，则大幅度的电荷保持时间的加长是可能的。此外，在该情况下， 与单层微粒的情况下同样，如图23D所示，如果把微粒配置在两源极 端则存储器的多值化是可能的。

在本实施例13、14中，虽然作为半导体衬底使用的是p型硅衬 底，但是在本发明中，除此之外也可以使用n型硅衬底、GaAs衬底等 和使用其它的半导体材料的衬底。

此外，在本实施例13、14中，虽然作为绝缘层使用的是SiO2， 但是，也可以使用氮化硅、氧氮化硅、氧化铝、氧化铈、ZnS、ZnO等的别的绝缘体材料。

此外，在本发明中，虽然使用的是半导体衬底，但是也可以使用 绝缘体、金属、其它种种的材料的衬底，或者使用在上述衬底上形成 了半导体层的衬底。

(实施例15)

用由本发明的微粒构成的构造物的形成方法，形成图24所示的 那样的磁阻效应元件。

首先，用与实施例1完全相同的方法，利用氯硅烷系的单分子膜， 使磁性微粒均一地分散于衬底上边。作为衬底，使用表面热氧化后的 硅衬底，作为微粒使用直径10nm的Co0.9Fe0.1微粒，而作为单分子膜 使用氯硅烷系的单分子膜。

其次，使用平版印刷的方法构成由Cr/Au/Cr构成的电极402。这 时，一对的电极的顶端的距离大约0.08微米左右。

边测定这样的元件的电阻，边在与电流垂直方向上施加大约100 Oe的磁场，电阻下降大约20％。

电阻的这样的变化，意味着边从电极402向电极传送岛状的金属 微粒边在单分子膜间作为隧道电流流动的电流，取决于微粒401的磁 化方向而变化。左右该隧道电阻或电阻变化率的，是微粒的大小和排 列的秩序，在本实施例的方法的情况下，采用控制微粒的排列的办法 就可以得到优良的磁阻特性。

可以用这样的磁阻效应元件，制作图25或图26所示的磁头。

另外，在衬底上形成的有机涂敷膜和在微粒上形成的有机涂敷膜 的材料的系统没有必要定为同一系统，只要对于各个材质等相一致地 进行适宜选择即可。

另外，在实施例中，虽然示出的多是磁性微粒的例子，但是，没 有任何必要要限定于磁性微粒，在需要光学的、介电的、电的、量子 的和强度的性能的情况下，也可以是取代它的材料。

另外，在实施例中，虽然有的例子没有明说热工序，但是为了产 生磁性方面的性质，也可以在后工序中施行热处理。

另外，在本实施例中，作为在基材或微粒表面上边形成的有机涂 敷膜的材料例示出的是具有氯硅烷基的材料，示出的是基材和微粒和 有机涂敷膜材料之间的键合形态为共价键合的情况。除上述例示之 外，该键合也可以是离子键合、配位键合和分子间力。但是，归因于 其键合形态的差异，基材和微粒和有机涂敷膜之间的键合力是不同 的，人们预料共价键合其键合力最强，且富有耐久性。

另外，在本实施例中，虽然使用的是具有氯硅烷基的有机涂敷膜 材料，但是，除了这些材料之外也可以是具有硫醇基、异氰酸酯基、 烷氧基硅烷基或形成配位键合的基(羧基、羰基、乙酰基、氨基、亚 氨基、羟基、含有多个具有硫醇基等的可以配位的非共有电子对的官 能基，而且，该官能基的碳原子数为1到3左右的范围内的有机化合 物，例如，乙酰丙酮、乙酰醋酸乙酯、乙二胺、二亚乙基三胺、二乙 基胺、硫脲、二乙醇胺、三乙醇胺、亚胺基2醋酸、硝基3醋酸、乙 二胺4醋酸、喹啉8-羧酸、喹纳丁羧酸、邻氨基安息香酸、草酸、丙 二酸、琥珀酸、己二酸、马来酸、富马酸和它们的衍生物等)。

另外，在本实施例中，作为微粒虽然示出的是磁性微粒、贵金属 微粒，但是，也可以使用塑料微珠、玻璃微珠，给金属微粒表面涂敷 上玻璃的复合微粒、给玻璃圆珠表面施行了金属涂敷的复合微粒、给 塑料微珠表面施行了金属涂敷的复合微粒、对金属微粒表面施行了树 脂涂敷的复合微粒等。此外，还可以根据需要，在形成有机涂敷膜之 前施行气体等离子体处理、臭氧处理、电晕放电处理等的前处理。

另外，在本实施例中，虽然示出的是磁性微粒作为其集合体来构 成器件的事例，但是也可以是每一种磁性微粒分别显示功能的结构的 器件，也可以是光-光变换器件、光-电变换器件、电-光变换器件等 微粒作为集合体或各个微粒独立地发挥功能之类的器件中也适用。

(实施例16)

作为衬底504，用直径2.5英寸的玻璃衬底，把气相急冷法和化 学上的方法组合起来，制作图29所示的磁记录媒体。

第1，在玻璃衬底4上边，作为软磁性薄膜层3，用直流溅射法 形成Ni-Fe膜。首先，把成膜室排气成1.33×10-3Pa(1×10-5Torr) 以下之后，作为溅射气体导入Ar气，一直到变成为2.66×10-1Pa (2mTorr)为止。作为靶使用直径3英寸的Ni0.8Fe0.2合金(组成为原 子％)靶，靶功率定为100W。软磁性薄膜层的膜厚定为500nm。该软 磁性膜的饱和磁通密度Bs为1T，矫顽力Hc为0.3Oe，导磁率μ为 1000。

第2，采用把已形成了软磁性薄膜503的玻璃衬底504取出到大 气中，把衬底浸泡到溶液内的办法，在软磁性薄膜503的表面上形成 由实施例1(图2C)所示的氯硅烷化合物过构成的单分子膜。说得更 详细点，在干燥气氛中，制作成十六(碳)烷与三氯甲烷的容积比4 对1的的溶剂，向100mL的该溶剂内加入具有CH2Cl基作为末端官能 基的氯硅烷化合物，制作成0.01mol/L的十六(碳)烷与三氯硅烷的 混合溶液。在干燥气氛中，取20mL的该溶液，把衬底504浸泡到上 述溶液内，慢慢地进行搅拌。在半个小时后在同上干燥气氛中从上述 混合溶液中取出上述衬底，在干燥气氛中把上述衬底浸泡到干燥三氯 甲烷内进行清洗。之后，取出上述衬底504。在软磁性薄膜层503的 表面上形成由上述氯硅烷化合物构成的单分子膜。

第3，向已形成了上述单分子膜的软磁性薄膜上边涂敷在表面上 形成了单分子膜的直径约5nm的Fe0.52Pt0.48合金微粒。首先，如实施 例1(图1C)所示，形成FePt微粒501上边的单分子膜。就是说， 在干燥气氛中，向100ml作为非水性惰性溶剂的己烷中加入作为末端 官能基具有实施例1所示的苯基的氯硅烷化合物，制作成0.01mol/L 的己烷溶液。其次，向该溶液内加入100mg FePt微粒501，充分进 行搅拌。半个小时后，在该干燥气氛中使上述己烷溶剂和未反应的氯 硅烷化合物和磁性微粒分离。其次，如图3A-B所示，进行把上述磁 性微粒501保持到上述软磁性薄膜503表面上的操作。调整将结束了 上述单分子膜形成的磁性微粒分散于三氯甲烷中的液体。其浓度适宜 即可，在本实施例的情况下，对于50mL三氯甲烷，作成100mg。把放 入了上述衬底的微型反应容器置于油浴内，用滴液吸移管向上述衬底 上边的几个地方滴下上述三氯甲烷溶液，使衬底表面变成为被上述三 氯甲烷溶液弄湿了的状态。再极少量地加入氯化铝，用搅拌器充分进 行搅拌。接着，使油浴的温度上升，设定于120℃，进行加热。由于 衬底上边的三氯甲烷会立即气化，故为了抑制该气化要给微型反应器 安装上冷却管来抑制三氯甲烷溶液的减少。在1个小时后，在衬底上 边残留下磁性微粒，在磁性微粒和衬底这双方的表面上形成的单分子 膜的官能基彼此间发生化学反应。该反应仅仅对于在衬底表面上形成 的单分子膜的官能基和在磁性微粒的表面上形成的单分子膜表面的 官能基进行，磁性微粒表面上形成的单分子膜的官能基彼此间则不发 生反应，反应后，借助于用己烷清洗衬底就可以从衬底上洗掉未反应 的磁性微粒，用化学键合把发生了反应的磁性微粒固定到衬底上边。 该磁性微粒，作为结果，在衬底表面上边形成微粒排列体(图3A-B)。

其次，借助于磁场中热处理装置，在高温、高磁场中，对上述微 粒排列体进行热处理，在磁记录层中显示出垂直磁各向异性。这时， 样品的气氛，在1个气压之内充满惰性气体氮气，作为磁场在对膜面 垂直方向上施加10kOe的磁场。在保持加上磁场原状不变，以约每 30分钟上升100℃的速度升温，保持约570℃的温度约3个小时，用 与升温相同的速度进行冷却。经过以上那样的高温热处理过程后，虽 然人们认为单分子膜被炭化，不再维持图3A-B所示的那种构造，但 是，它们会作为图29的505所示那样的某种的被覆而存在，并要恒 定地保持微粒间的距离而进行残存。之后，为了进而作成为在面内具 有软磁性膜的各向异性，把样品放置到在膜面内进行旋转的100Oe 的磁场中去，在200℃的温度中保持3个小时。502是金刚石状碳层。

此外，为了进行比较，除去没有图29所示的软磁性薄膜层之外， 用与上述实施例16-1完全同样的方法，制作媒体(实施例16-2)

此外，制作用与实施例16-1同样的方法，而且在第4工序中不 施加磁场地制成的媒体(实施例16-3)。

此外，制作用与实施例16-1同样的方法，而且省略上述第2工 序的媒体(实施例16-4)。

此外，制作既没有图29的软磁性薄膜层又在第4工序中不加磁 场地制成的媒体(比较例A)。

用SQUID(Superconducting Quantum Interference Device， 超导量子干涉装置)对这样制成的磁记录媒体的磁特性进行评价。在 室温下，画出磁化曲线，求其矩形比S(剩余磁化Mr与饱和磁化Ms 之比Mr/Ms)。此外，还对在垂直方向上画出的情况S⊥和面内方向S∥ 的方向上求磁场施加方向，以求其比S⊥/S∥。其结果是本实施例16-1 和16-4虽然形成了显示出S⊥/S∥的值为5这么良好的垂直磁各向异性 的垂直磁记录媒体，但是，在实施例16-2中，S⊥/S∥的值约为还算说 得过去的3。此外，在热处理中未加磁场的样品实施例16-3和比较例 A各向异性大体上是等方向的，S⊥/S∥的值大体上为1，未能制作成显 示出垂直各向异性的样品。

其次，把以上那样制成的样品插入到等离子体CKD装置内，作为 保护层形成约8nm的金刚石状的碳膜。

其次用图20A-B所示的磁记录再生装置对上述本发明的磁记录媒 体进行评价。在该情况下，记录磁头使用图32所示的那种单磁极磁 头，再生则使用GMR磁头。再生磁头的屏蔽间隙长度，使用0.1微米 的长度。为了评价媒体的高密度记录特性，使记录频率从50kFCI(Flux change per inch.每一英寸的磁化反转数)到数百kFCI进行变化， 检测再生输出，求出再生输出变成为50kFCI时的再生输出的一半的 输出减半记录密度(D50)。

其结果是可以确认：实施例16-1的D50是380kFCI和进行非常高 的高记录密度的记录是可能的。此外，在实施例16-4的情况下，为 300kFCI。在该情况下，似乎有微粒的分散不均一的部分，输出是不 稳定的。与此相反，在实施例16-2的情况下为250kFCI，实施例16-3 为240kFCI，比较例A为180kFCI。

(实施例17)

在2.5英寸的玻璃衬底504上边，形成图29的构成的磁记录媒 体。作为软磁性薄膜层503使用与前边所说的同一溅射法形成 Fe-Ta-C膜。该膜的Bs约为1.6T，Hc＝0.5Oe，μ＝1000。膜厚作成 为300nm。

其次，作为微粒，使用约9nm的直径的Co微粒，在Co微粒表面 上，形成实施例3(图7C)所示的由作为官能基在末端具有氨基的甲 氧基硅烷化合物构成的单分子膜。

其次，在已形成了软磁性薄膜层的玻璃衬底的样品的表面上，形 成实施例3(图8C)所示的由作为官能基在末端具有羧基的甲氧基硅 烷化合物构成的单分子膜。

其次，向已形成了单分子膜的软磁性薄膜上边涂敷已形成了单分 子膜的微粒，使官能基彼此间进行反应，把微粒排列在软磁性膜上。

此外，为了进行比较，还制作除没有软磁性薄膜503之外完全相 同的媒体(比较例B)。

使用与实施例16同样的磁记录再生装置对这样地制成的图29所 示的磁记录媒体进行评价。其结果是，相对于比较例B的输出减半记 录密度D50为160kFCI，本实施例17为310kFCI，显示出非常高的值。

(实施例18)

使用与实施例16同样的方法，形成具有有机涂敷膜的直径约5nm 的Fe0.5Pt0.5合金微粒。

作为衬底选用未施行有机涂敷膜的Si衬底，向Si衬底上边涂敷 该微粒。另外，在本实施例中，虽然是向非磁性衬底上边进行了涂敷， 但是，也可以使用磁性衬底而不是非磁性衬底，或者，非磁性衬底上 边形成了软磁性膜之后再涂敷微粒。

其次，采用边在膜面垂直方向上施加磁场边进行热处理的办法， 进行FePt微粒的规则化。然后，在室温下，给膜面垂直方向和膜面 内加上磁场进行磁化测定，求在每一个方向上的矫顽力(Hc⊥和Hc∥)。 这时的热处理条件与磁特性的关连示于表2。

[表2] 样品No.  热处理温度     (℃)   所加磁场     (kOe)     Hc⊥    (kOe)     Hc∥    (kOe)     Hc⊥/     Hc∥ 比较例A     400       1     1.5     1.3     1.2 比较例B     450       1     3.3     2.5     1.3 实施例16-1     480       1     5.5     1.0     5.5 实施例16-2     500       1     6.2     1.1     5.6 实施例16-3     530       1     7.3     2.2     3.3 实施例16-4     580       1     7.1     3.6     2.2 实施例16-5     600       1     7.5     3.8     2.0 实施例16-6     650       1     6.8     4.2     1.6 比较例C     700       1     6.2     5.5     1.1 比较例D     750       1     5.7     5.8     1.0 比较例E     530      0.1     4.9     4.7     1.0 比较例F     530      0.2     5.5     4.7     1.2 比较例G     530      0.5     6.0     4.0     1.5 实施例18-1     530       2     7.5     2.1     3.6 实施例18-2     530       5     7.4     1.8     4.1 实施例18-3     530      10     7.5     1.3     5.7 实施例18-4     530      15     7.6     1.3     5.8 实施例18-5     530      20     7.4     1.2     6.2 比较例H     530      30     7.5     1.3     5.8

在考虑结晶学上的取向性的情况下，本来用X射线衍射等使得规 则层的a轴、c轴的方向变得明确起来的一方，可以进行更为直接的 取向性的评价。但是，在本发明的实施例的情况下，由于是由纳米级 的微粒构成的样品，故在各个微粒中即便是单晶，若作为微粒的集合 体来看，晶轴的方向也被认为是分散开来，故这样的评价是困难的。

在本实施例的情况下，人们认为当结晶规则化时，则特定的方向 的磁各向异性将增大，矫顽力Hc也将变大。于是，作为大体上的目 标不对取向度进行评价，而代之以以磁场施加方向和与之垂直方向的 矫顽力(在该情况下是膜面垂直方向和膜面内方向)及它们的比作为 结晶取向性的大体上的标准。

此外，若作为磁记录媒体来考虑，则在在膜面垂直方向上进行记 录再生的情况下，可以说在膜面垂直方向上有各向异性(膜面垂直方 向的矫顽力大)是理想的。

在表2中，矫顽力之所以随着热处理温度的增大而增大，是由于 规则化的进展而引起的。由表2可知，与比较例A～D比较，本发明 的实施例16-1～6已经变成为Hc⊥/Hc∥＞1.5这么大，显然，该温度范 围的热处理对于取向方向的控制是有效的。此外，当用在1kOe下进 行热处理的一组进行比较时，如实施例16-1、2所示，用FePt合金 的居里温度(Tc＝480℃)，或者在其正上边的温度下进行热处理的 样品，矫顽力变成为Hc⊥/Hc∥＞5，对于取向方向的控制更为出色。但 是，进行更高温度的热处理的实施例18-3～5的一方Hc⊥变大了，这 被认为是进行进一步规则化的结果。

此外，其次，考虑磁场大小依赖性时。由表2可知，若想得到 Hc⊥/Hc∥＞2以上的值，至少需要1kOe以上的磁场。尽管具有磁场越大 则Hc⊥/Hc∥的值会变得越大的倾向，但是人们也清楚10kOe以上就大 体上已经饱和。当考虑生产性时，理想的是作成为20kOe以下。

以上。示出了本发明的粒子的结晶取向性控制方法的有效性。

根据以上的说明，若用同上方法制作成磁记录媒体，则显然可以 制成在膜面上具有强的垂直磁各向异性、具有垂直方向的充分的矫顽 力的优良的记录媒体。

(实施例19)

使用与实施例18完全同样的方法，合成FePt微粒，边给膜面垂 直方向加上磁场，边对该微粒进行热处理。另外，这时，热处理温度， 与实施例16-2同样是500℃，所加磁场为1kOe。此外，为了与实施 例18同样地进行膜的取向性评价，还进行磁化测定。其结果示于表 3。

[表3] 样品No. 微粒的直径(μm)    Hc⊥(kOe)    Hc∥(kOe)    Hc⊥/Hc∥ 实施例 19-1     3       5.8       0.9       6.4 实施例 18-2     5       6.2       1.1       5.6 实施例 19-2     10       5.7       1.0       5.7 实施例 19-3     15       5.8       1.2       4.7 实施例 19-4     20       5.6       1.1       5.1 实施例 19-5     30       5.2       2.1       2.5 实施例 19-6     50       4.9       2.2       2.2 比较例 4-A     80       3.3       2.5       1.3 比较例 4-B     100       2.8       2.3       1.2

与表2的解释一样，在该情况下，Hc变大，被认为是与FePt合 金的规则化的进展相对应。此外，Hc变大的方向，人们认为与FePt膜的C轴方向朝向该方向的情况相对应。

由表3可知，该条件下进行热处理的情况下，微粒的大小会决定 性地对取向性控制施加大的影响。就是说，人们认为如果微粒的大小 在80nm以上，则将变成为Hc⊥/Hc∥＜2，垂直方向的取向性控制是不 充分的，但在微粒的直径在50nm以下的情况下，则变成为Hc⊥/Hc∥ ＞2，可以得到膜面垂直方向的c轴取向性。再有，在微粒的直径在20nm 以下的情况下，则可以得到Hc⊥/Hc∥≥4的值，可以得到结晶取向性 更为理想的样品。另外，如上所述，在使用微小的微粒的情况下，在 规则化之际，在特定的方向上C轴易于取向的原因，人们认为是由于 如果微粒的大小小则随着规则化晶格畸变易于缓和，易于实现由磁场 提供的低能的状态的缘故。

如上所述，若使用晶粒3～50nm的微粒，则可以得到膜面垂直方 向的良好的结晶取向性，可以制成垂直磁各向异性大的磁记录媒体。

(实施例20)

作为衬底，使用Si衬底，首先，作为第1步骤在衬底上边形成 凹凸。凹凸的制作方法，用图36A-D所示的方法进行。就是说，首先， 在Si衬底620上边，涂敷厚度0.6微米的光刻胶621(图36A)。借 助于光刻技术形成所希望的光刻胶图形(图36B)。其次，用MBE (Molecular Beam Epitaxy，分子束外延)法形成Cu膜使得膜厚成 为约20nm。最后，用有机溶剂或灰化法除去光刻胶图形621，形成图 36D所示的图形。这时形成的沟，深度为Cu膜的厚度，大约20nm， 宽度和长度都为0.2微米的大小。

其次，进行给平均粒子直径为4nm的贵金属Au微粒被覆有机涂 敷膜的操作。如实施例2(图4C)所示，在干燥气氛中，向100mL丁 醇中加入作为末端官能基具有羟基的硫醇化合物制作成0.01mol/L的 丁醇溶液。其次，向该溶液内加入100mg粒子平均直径5nm的作为贵 金属微粒的Au微粒，并充分地搅拌。半个小时之后，在该干燥气氛 中使上述丁醇和未反应的硫羟基化合物和贵金属微粒分离开来，在贵 金属微粒的表面上边形成由上述硫醇化合物构成的单分子膜。

其次，对于已加工成前边所说的凹凸的Si硅衬底603也进行实 施例2(图5C)所示的单分子膜形成操作。在干燥气氛下，制作成十 六(碳)烷与三氯甲烷的容积比4对1的的溶剂，向100mL的该溶剂 内加入在末端有环氧基的氯硅烷化合物，制作成0.01mol/L的十六 (碳)烷与三氯甲烷的混合溶液。在干燥气氛中，取20mL的该溶液， 把上述衬底浸泡到上述溶液内，慢慢地进行搅拌。在半个小时后在同 上干燥气氛中从上述混合溶液中取出上述衬底，在干燥气氛中把上述 衬底浸泡到干燥三氯甲烷内进行清洗。之后，取出上述衬底。在衬底 表面上边形成由上述氯硅烷化合物构成的单分子膜。由于氯硅烷系单 分子膜具有难于与Cu、Au等的贵金属进行反应，而与Si衬底进行反 应的特性，故仅仅在上述凹凸衬底的Si在表面上露出来的部分上形 成。就是说，只在凹部内形成单分子膜。

其次，进行把上述Au微粒保持到上述衬底表面上的操作。调整 结束了上述单分子膜形成的Au微粒被分散于丁醇中的液体。其浓度 适宜即可，在本实施例的情况下，对于50mL己烷，作成为100mg。把 上述衬底置于热板上边，用滴液吸移管向上述衬底上边的几个地方滴 下上述丁醇溶液，使衬底表面变成为被上述丁醇溶液弄湿了的状态。 接着，使热板的温度上升，设定于150℃，进行加热。由于衬底上边 的丁醇会立即气化，在衬底上边残留下贵金属微粒，在贵金属微粒和 衬底这双方的表面上形成的单分子膜的官能基彼此间进行化学反 应。该反应仅仅对于在衬底表面上形成的单分子膜的官能基和在贵金 属微粒的表面上形成的单分子膜表面的官能基进行，贵金属微粒表面 上形成的单分子膜的官能基彼此间则不发生反应，反应后，借助于用 丁醇清洗衬底就可以从衬底上洗掉未反应的贵金属微粒，把已发生了 反应的贵金属微粒用化学键合固定到衬底上边。该贵金属微粒，作为 结果，就可以在衬底表面上边形成微粒排列体(图34A-B)。

用高分辨率SEM(Scanning Electron Microscopy：扫描电子显 微镜)观察这样形成的凹凸衬底上边的Au微粒的排列。结果得知， 对于凹部来说，已经实现了沿着图34A-B所示那样的凹部的边界的排 列。

另外，以上的实施例20中，说明在微粒和衬底双方形成单分子 膜的场合，但是，即使只是对微粒形成单分子膜的场合，图34A-B所 示的凹凸的形成也是有效的，这时，变得难以控制微粒层的层数，但 是由于微粒的自组组化而可以有效的利用，并可以达到沿凹部形状的 微粒的排列。

(实施例21)

作为图35的衬底圆盘610，使用没有オリフラ的直径2.5英寸的 Si衬底，对磁记录媒体进行磁性微粒的分散。

首先，在Si衬底610上，作为软磁性薄膜层，用直流溅射法形 成Ni-Fe膜。首先，把成膜室排气成1.33×10-3Pa(1×10-5Torr)以 下之后，作为溅射气体导入Ar气，一直到变成为2.66×10-1Pa (2mTorr)为止。作为靶使用直径3英寸的Ni0.8Fe0.2合金(组成为原 子％)靶，靶功率定为100W。软磁性薄膜层的膜厚定为500nm。该软 磁性膜的饱和磁通密度Bs为1T，矫顽力Hc为0.3Oe，导磁率μ为 1000。

其次，对于已形成了上述Ni-Fe膜的Si衬底，实施图35所示的 那种微细加工。这时的凹凸的制作方法，用与实施例20同样的方法， 即，用图36A-D所示的方法制作。但是，在该情况下形成的凸部形成 与上述软磁性层完全相同的凸部。因此，结果就变成为凹部和凸部都 用Ni-Fe合金形成。该情况下的沟深度约3nm、沟的宽为300nm，沟 与沟的间隔变成为200nm。

其次，通过把这样成膜·加工后的Si衬底浸泡到溶液内，如实 施例1所示，在衬底表面上边形成由氯硅烷化合物构成的单分子膜。 说得更详细点，在干燥气氛中，制作成十六碳烷与三氯甲烷的容积比 4对1的溶剂，向100mL的该溶剂内加入作为末端官能基具有CH2Cl基的氯硅烷化合物，制作成0.01mol/L的十六碳烷与三氯甲烷的混合 溶液。在干燥气氛中，取20mL的该溶液，把衬底32浸泡到上述溶液 内，慢慢地进行搅拌。在半个小时后在同上干燥气氛中从上述混合溶 液中取出上述衬底，在干燥气氛中把上述衬底浸泡到三氯甲烷内进行 清洗。之后，取出上述衬底。在软磁性薄膜层表面上形成由氯硅烷化 合物构成的单分子膜。所得到的单分子膜如图2C所示的那样。

其次，向已形成了上述单分子膜的衬底上边涂敷在表面上形成了 单分子膜的直径约5nm的Fe0.52Pt0.48合金微粒。首先，如图1C所示， 制作FePt微粒上边的单分子膜。就是说，在干燥气氛中，向100ml 作为非水系惰性溶剂的己烷中加入作为末端官能基具有苯基的氯硅 烷化合物，制作成0.01mol/L的己烷溶液。其次，向该溶液内加入 100mg FePt微粒，充分进行搅拌。半个小时后，在该干燥气氛中使上 述己烷溶剂和未反应的氯硅烷化合物和磁性微粒进行分离。其次，如 图1C所示，进行把上述磁性微粒保持到上述软磁性薄膜表面上的操 作。调整结束了上述单分子膜形成的磁性微粒被分散于三氯甲烷中的 液体。其浓度适宜即可，在本实施例的情况下，对于50mL三氯甲烷， 定为100mg。把放入了上述衬底的微型反应容器置于油浴内，用滴液 吸移管向上述衬底上边的几个地方滴下上述三氯甲烷溶液，使衬底表 面变成为被上述三氯甲烷溶液弄湿了的状态。再极少量地加入氯化 铝，用搅拌器充分进行搅拌。接着，使油浴的温度上升，设定于120 ℃，进行加热。由于衬底上边的三氯甲烷会立即气化，故为了抑制该 气化要给微型反应器安装上冷却管来抑制三氯甲烷溶液的减少。在1 个小时后，在衬底上边残留下磁性微粒，在磁性微粒和衬底这双方的 表面上形成的单分子膜的官能基彼此间进行化学反应。该反应仅仅对 于在衬底表面上形成的单分子膜的官能基和在磁性微粒的表面上形 成的单分子膜表面的官能基进行，磁性微粒表面上形成的单分子膜的 官能基彼此间则不发生反应，反应后，借助于用己烷清洗衬底就可以 从衬底上洗掉未反应的磁性微粒，用化学键合把发生了反应的磁性微 粒固定到衬底上边。该磁性微粒，作为结果，在衬底表面上边形成微 粒排列体(图34B)。

其次，借助于磁场中热处理装置，在高温下对以上那样制作的微 粒排列体进行热处理。这时，样品的气氛，在1个气压之内充满惰性 气体氮气，作为磁场在对膜面垂直方向上加上10kOe的磁场。在保持 加上磁场原状不变，以约每30分钟上升100℃的速度升温，保持约 570℃的温度约3个小时，用与升温相同的速度进行冷却。经过以上 那样的高温热处理过程后，虽然人们认为单分子膜602被炭化，不再 维持图34B所示的那种构造，但是，它们会作为某种的被覆而存在， 并且是恒定地保持微粒间的距离而进行残留的。之后，为了进而作成 为在面内具有软磁性膜的各向异性，把样品放置到在膜面内进行旋转 的100Oe的磁场中去，在200℃的温度中保持3个小时。

用SQUID(Superconducting Quantum Interference Device， 超导量子干涉装置)对这样制成的磁记录媒体的磁特性进行评价。在 室温下，对与膜面垂直方向施加磁场并画出磁化曲线，求其矫顽力Hc 和矩形比S(剩余磁化Mr与饱和磁化Ms之比Mr/Ms)。其结果是本 发明的磁记录媒体，Hc为5kOe，S为0.9，作为磁记录媒体大体上满 足了必要的特性。

其次，用高分辨率SEM观察所制作的样品中的Fe-Pt微粒的排列 的样子。其结果是，在该样品中，观察到微粒沿着图2所示的圆周上 边的沟排列的状态。该状态在沟的部分处是非常规则的，然而在凸部 处，与沟的部分比较，尽管规则性要差，但却实现了微粒沿着圆周的 排列。

其次，假设一个图20A-B所示那样的磁记录再生系统，但是，假 定要作成为在现状的情况下不能实现的磁道宽度30nm，执行机构也可 以对之进行跟踪，进行记录再生特性的仿真。在该情况下，作为记录 磁头，假定是含有返回通路的单磁极磁头，而作为再生磁头假定为GMR 磁头。然后，除去完全不进行图35那样的图形化之外，对用完全同 样的方法制成的磁记录媒体(现有例)和本实施例的磁记录媒体比较 其S/N比。其结果是，本发明的磁记录媒体与比较例相比，在400kFCI 的频率下S/N比高约6dB。

另外，在本实施例的媒体中，虽然在凹凸部处有大约3nm的台阶， 但是该台阶在本次的探讨中没成为问题。此外，凹部和凸部的记录再 生特性，由于凸部一方具有变坏的可能性，故应尽可能地加大凹部的 面积的比率。如果考虑到更高密度记录的将来，则对于凹部和凸部分 别使用最佳的记录密度、记录方法也是有效的。此外，还可以考虑利 用该台阶的记录再生方法。

如上所述，若使用本实施例，则可以把纳米规模的微粒排列到规 定的位置上。此外，若利用该微粒排列体，则可以得到可以进行高密 度记录的磁记录媒体，可以实现高密度磁记录再生装置。

发明的背景