CN100342429C - 垂直磁记录介质及其制造方法和磁存储装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及垂直磁记录介质及其制造方法和磁存储装置，特别是关于每1平方英寸具有50吉比特以上面记录密度的高介质S/N的垂直磁记录介质及其制造方法，和组装了该磁记录介质的磁存储装置。通过软磁性底层在底板上形成垂直记录层，其构成含有利用非磁性层使软磁性底层形成物理分离的数层软磁性层，该软磁性层由纳米晶体构成，进一步在通过非磁性层邻接的软磁性层的层间形成局部的磁化闭环，可抑制住软磁性底层引起的尖峰脉冲噪音和再生信号的调制。

Description

垂直磁记录介质及其制造方法和磁存储装置
技术领域
本发明是关于垂直磁记录介质及其制造方法和磁存储装置，特别是关于每1平方英寸具有50吉比特以上面记录密度(areal recording density)的磁记录介质及其制造方法，和组装了该磁记录介质的磁存储装置。
背景技术
自1998年以来，磁盘装置(hard disk drive)的面记录密度，正在以年增长率100％增长扩大。然而，随着面记录密度的提高，磁记录数据受到周围热的影响也会消失，所谓热减磁问题(thermal decay)也开始显现出来，可以认为，用现有的面内记录(longitudinal recording)方式很难达到每1平方英寸超过50吉比特的面记录密度。
另一方面，垂直记录(perpendicular recording)方式与面内记录方式不同，越提高线记录密度(linear recording density)，在邻位(adjacent bits)间作用的反磁场(demagnetizing field)越减少，具有稳定保持记录磁化(recorded magnetization)的特性。进而，在垂直记录层下，通过设置具有高透磁率(permeability)的软磁性底层，由于可获得很强的磁头记录磁场(head magnetic field)，所以可增大垂直记录层的矫顽力(coercivity)。根据这些理由，可认为它是超过面内记录方式的热波动界限(thermalfluctuation limit)的有力手段之一。
在垂直记录方式中，由软磁性底层和垂直记录层构成的二层垂直记录介质(double-layer perpendicular recording media)和单磁极型磁头的组合，可有效地实现高密度记录。然而，可以指出，由于二层垂直记录介质具有很高饱和磁通密度(Saturation magnetic flux density)(BS)的软磁性底层，所以能观测到从软磁性底层的磁畴壁(domain wall)上以尖峰脉冲噪音(spike noise)产生的泄漏磁通(stray field)，或者由于软磁性底层的磁畴壁移动，而使记录磁化消失的问题等。作为解决这样问题的办法，例如，如特开平7-129946号公报和特开平11-191217号公报中公开的，在软磁性层和底板之间设置硬磁性锁定层(hard magnetic pinning layer)，使软磁性底层的磁化趋于一致的方向的方法，和特开2001-155322号公报中公开的，使软磁性底层由以非磁性层彼此分隔的二层以上的软磁性层构成，使软磁性层的磁化形成逆向的方法。
然而，设置硬磁性锁定层的方法，在盘的内周和外周的端部(the innerand outer edges of a disk)很容易形成磁畴(magnetic domain)，从该部分有可能观测到尖峰脉冲噪音。进而，需要使硬磁性锁定层进行磁化(magnetize)的过程，这就导致生产费用增高的问题。另一方面，使相邻的软磁性层形成逆向磁化的方法，在底板形状和盘的形状一样时，各层很容易产生多磁畴构造(multi-domain structure)，对于伴随着磁畴壁移动(domain wall motion)，记录磁场消失的问题，未必能说是有效的方法。
在特开平2002-074648号公报中，公开了一种作为软磁性底层材料使用通过热处理析出的强磁磁性纳米晶体的方法。用此方法很难形成明显的磁畴壁，所以对于降低尖峰脉冲噪音和记录磁化消失是有效的。然而，有时能观测到由于介质形成过程引起的强度较弱的尖峰脉冲噪音和再生信号(output signal)的调制，这样的再生信号质量低劣成为构成磁盘装置的问题。
发明内容
本发明鉴于这些问题，其目的是通过抑制软磁性底层形成的尖峰脉冲噪声音和调制，提供一种具有高介质S/N的垂直磁记录介质，记录密度每1平方英寸在50吉比特以上。本发明的再一个目的是通过使用这种高记录密度介质，实现高密度磁存储装置。
为了达到上述目的，本发明通过软磁性底层在底板上形成垂直记录层的垂直磁记录介质的特征是：含有由非磁性层使上述软磁性底层形成物理分离的数层软磁性层，上述软磁性层由纳米晶体构成；上述非磁性层的厚度为1nm以上3nm以下；上述软磁性层的厚度为50nm以上150nm以下。
从上述垂直磁记录介质断面的法线方向入射电子线，观察断面的透过电子显微镜中，可认出纳米晶体构成的多层软磁性层，和物理分离该软磁性层的非磁性层，进而在与上述透过电子显微镜像同视野的电子线衍射图案中，可认出体心立力构造的110、200、211衍射环。
在如上构成的垂直磁记录介质中，在通过非磁性层邻接的软磁性层之间，形成局部的磁化闭环，由此可同时抑制尖峰脉冲噪音和再生信号的调制。
本发明的垂直磁记录介质的制造方法，其特征是，在形成软磁性底层时，使以Fe为主成分的非晶质合金层与非磁性层交替叠层，进行热处理，使上述非晶质合金层折出α-Fe纳米晶体。
本发明的磁存储装置，通过软磁性底层在底板上形成垂直记录层的垂直磁记录介质，在记录方向驱动该垂直磁记录介质的驱动部，具备记录部和再生部的磁头，使该磁头对上述垂直磁记录介质作相对运动的机构，用于进行上述磁头的信号输入和由该磁头输出的信号的再生的记录再生处理机构；其特征是，具有如下的垂直磁记录介质，即，软磁性底层含有用非磁性层进行物理分离的数层软磁性层，软磁性层由结晶方位无定向的纳米晶体构成，上述非磁性层的厚度为1nm以上3nm以下，上述软磁性层的厚度为50nm以上150nm以下。
附图说明
图1是一实施例的垂直记录介质断面图。
图2是一比较例的垂直记录介质断面图。
图3是表示尖峰脉冲噪音分布的特性图。
图4是表示再生输出的调制特性图。
图5是通过非磁性层在邻接的软磁性层的层间所形成的局部磁化闭环的模式图。
图6是表示软磁性底层的磁化状态的模式图。
图7是表示软磁性底层的矫顽力和软磁性层的总膜厚的关系的特性图。
图8是表示再生输出的调制的特性图。
图9是表示尖峰脉冲噪音分布的特性图。
图10是表示软磁性底层的矫顽力和非磁性层的膜厚度的关系的特性图。
图11是表示一实施例的垂直记录介质的层结构的断面图。
图12是表示一实施例的垂直记录介质的层结构的断面图。
图13是表示薄膜X射线衍射图案(2θ扫描角度)的特性图。
图14(a)断面TEM的明显视野像，
(a)′断面TEM的明显视野像的模式图，
(b)电子线衍射图案的特性图，
(b)′电子线衍射图案的模式图。
图15是表示尖峰脉冲噪音分布的特性图。
图16是表示尖峰脉冲噪音分布的特性图。
图17是表示软磁性底层的矫顽力和软磁性层的层数的关系的特性图。
图18是X射线衍射图案(θ-2θ扫描角度)的特性图。
图19是表示尖峰脉冲噪音分布的特性图。
图20是表示标准化再生输出和线记录密度的关系的特性图。
图21是表示介质SNR和线记录密度的关系的特性图。
图22是记录再生分离型磁头的断面图。
图23是表示尖峰脉冲噪音分布的特性图。
图24是表示位误差率和线记录密度的关系的特性图。
图25(a)-实施例的磁存储装置的模式图。
(b)磁存储装置的A-A′纵向断面图。
图26是表示利用了磁隧道效应的高灵敏度元件的层结构的断面图。
具体实施方式
以下参照附图详细说明适用于本发明的垂直磁记录介质和磁存储装置。
适用于本发明的垂直磁记录介质是在底板上通过软磁性底层形成垂直记录层，做成由使软磁性底层以非磁性层进行相互物理分离的数层软磁性层构成的多层膜，是由结晶方位无定向的纳米晶体构成这些软磁性层。
此处所说的纳米晶体是指粒状的结晶，其大小为5-15nm，纳米晶体与利用喷溅法(Sputtering method)形成的薄膜中常见到的圆柱状(columnar)结晶形态不同。所谓相互分离是指物理的隔离。作为隔离数层软磁性层的非磁性层，特征是在邻接的软磁性层之间，具有形成一定厚度的局部磁化闭环，因此需要某种程度的极薄的非磁性膜，可形成静磁性(magnetostatic)耦合(couple)。
作为软磁性层，使用的材料是在成膜时(during film formation)实质上(Substantially)为非晶质状，通过实施热处理析出强磁性(ferromagnetic)的纳米晶体。具体的，可使用FeTaC合金、FeNbC合金、FeTiC合金等。为了使热处理后析出的α-Fe纳米晶体的尺寸更小，可向这些合金中加入少量的(0.5-1.5at％)的Cu。另外，也可以在这些合金中添加Co，通过析出α-FeCo纳米晶体(Co浓度：20-40at％)，可提高软磁性层的Bs。
通过这种热处理，由非晶质合金层析出的α-Fe纳米晶体，形成三元无规(即无定向)的状态。
在具有上述结构的垂直磁记录介质中，通过非磁性层在邻接的软磁性层的层间起作用的静磁的相互作用，形成局部的磁化闭环，由于抑制了泄漏磁通，所以可认为抑制了尖峰脉冲噪音。
当将各软磁性层的膜厚做成50-150nm时，可使层间产生有效的静磁相互作用。各软磁性层的膜厚小于50nm时，可增大各软磁性层具有的矫顽力，其结果，静磁相互作用不能形成有效的作用。另一方面，各软磁性层的膜厚大于150nm时，因上述静磁相互作用的效果相对降低，很不理想。
在数层软磁性层之间形成的非磁性层中，使用在软磁性层的热处理时尽可能不发生反应，而且能在很薄的膜中形成连续膜的材料。具体讲，最好使用Ta、NiTa合金、NiNb合金、NiTaZr合金、NiNbZr合金等高熔点(melting point)、膜平坦性(flatness)高的非晶质金属。即使是非晶质材料，在上述热处理时，B、C、Si、Ge等也会与软磁性层发生反应，不能以非磁性层发挥作用(形成磁连续)，很不理想。此处所说的非晶质是指，除了不具有长程有序(但有短程有序(short-range ordering))的无规则原子排列形态外，在粒径为2-3nm时，利用X射线衍射，未显示明显的峰值的极细微的结晶。
非磁性层的膜厚，为了使邻接的软磁性层的层间起作用的静磁相互作用能充分发挥作用，最好做得尽可能的薄。例如，通过使用Ta、NiTa合金、NiNb合金、NiTaZr合金、NiNbZr合金等、高熔点的、膜平坦性高的非晶质金属，可使非磁性层的膜厚薄到1nm。
构成软磁性底层的软磁性层的膜厚和层数，可综合考虑垂直记录层的矫顽力和磁头的尺寸予以选择。例如，需要膜厚为300nm的软磁性底层时，可选择各种各样的组合，例如，各层膜厚为150nm的二层膜，各层膜厚为100nm的三层膜、各层膜厚为75nm的四层膜等。
这种软磁性底层虽可直接形成在底板上，但通过在底板上形成的非磁性予涂层形成软磁性底层，可控制由底板材料和热处理时温度分布引起的软磁特性不均匀性。作为予涂层的材料，最好是与底板的粘合性(adhesion)好的，表面平坦的，在进行上述热处理时与软磁性底层反应小的材料。
垂直记录层通过非磁性中间层(intermediate layer)形成在软磁性底层上时，由于能抑制介质噪音(medium noise)，所以更好。对于中间层的材料，可使用非晶质或六方稠密(hexagonal closed packed)(hcp)构造和面心立方(face centered cubic)(fcc)构造的合金。中间层可以是单层膜(S/Ngle-layer film)，也可以使用例如由非晶质合金和chp合金构成的二层膜(bi-layer film)。对于垂直记录层，可使用CoCrPt合金、CoCrPtB合金等hcp-Co合金、和(Co/Pd)多层膜(multilayer film)、(CoB/Pd)多层膜、(CoSi/Pd)多层膜、(Co/Pt)多层膜、(CoB/Pt)、(CoSi/Pt)多层膜。
以下，对使用具有上述结构的垂直磁记录介质的磁存储装置进行说明。该磁存储装置具有上述的垂直磁记录介质、沿记录方向驱动它的驱动部分、由记录部分和再生部分构成的磁头、使该磁头对上述垂直磁记录介质作相对运动的装置、用于进行上述磁头的信号输入和由磁头输出的信号再生的记录再生处理装置，其特征之一是磁头的记录部分由单磁极磁头构成，而该磁头的再生部分由利用了磁滞电阻效应或隧道磁滞电阻效应的高灵敏度元件构成。
在如上述构成的磁存储装置中，由于具有充分降低了尖峰脉冲噪音和再生信号调制的磁记录介质，所以能以每1平方英寸50吉比特以上的面记录密度实现了具有高可靠性的磁存储装置。
实施例1
图1示出了本实施例磁记录介质的层结构。对于底板11，使用碱洗净(alkali-cleaned)的2.5英寸型的玻璃盘，利用DC磁控管喷溅法(DCmagnetron Sputtering)依次叠层预涂层12、软磁性层13、非磁性层14、软磁性层15、中间层16、垂直记录层17和保护层(protective layer)18。表1中示出了各层制作中使用的目标组成。由软磁性层13、非磁性层14和软磁性层15构成的层结构相当于二层垂直记录介质的软磁性底层。此处，以下为方便起见，使用构成软磁性底层的软磁性层数，记作二层膜的软磁性底层。
表1
  目标组成
  予涂层   Ni-37.5at％Ta-10at％Zr
  软磁性层   Fe-8at％Ta-12at％C
  Fe-10at％Ta-16at％C-1at％Cu
  非磁性层   Ta
  Ni-37.5at％Ta-10at％Zr
  中间层   Ni-37.5at％Ta-10at％Zr
  垂直记录层   Co-22at％Cr-14at％Pt
  保护层   碳
软磁性层13、15所使用的材料，成膜时，因非晶质磁化很小，不适宜用作软磁性底层。因此，为了析出磁矩(magnetic moment)大的α-Fe纳米晶体，形成软磁性底层后，利用红外线灯加热器(infrared lamp heater)进行12秒热处理(底板达到温度：约420℃)。该热处理后的软磁底层的Bs为1.6-1.7T。润滑层(lubricant layer)19用氟碳(fluorocarbon)材料烯释全氟烷基聚醚(perfluoroalkylpolyether)系材料后涂布。作为比较例，如图2所示，以同样的制膜条件，制作使用单层膜(软磁性层21)作为软磁性底层的试样。比较例的单层软磁性膜21的膜厚是将本实施例的软磁性层13和软磁性层15的二层膜合起来的膜厚。表二中示出了实施例和比较例的介质的层构成的各层膜厚。
                                表2
  介质   予涂层(nm)   软磁性底层(nm)   中间层(nm)   垂直记录层(nm)   保护层(nm)
  比较例I   A   NiTaZr(100)   FeTaC(400)   NiTaZr(5)   CoCrPt(20)   C(5)
  B   NiTaZr(100)   FeTaC(300)   NiTaZr(5)   CoCrPt(20)   C(5)
  C   NiTaZr(100)   FeTaC(200)   NiTaZr(5)   CoCrPt(20)   C(5)
  D   NiTaZr(100)   PeTaC(100)   NiTaZr(5)   CoCrPt(20)   C(5)
  实施例I   E   NiTaZr(100)   FeTaC(200)/Ta(2.5)/FeTaC(200)   NiTaZr(5)   CoCrPt(20)   C(5)
  F   NiTaZr(100)   FeTaC(150)/Ta(2.5)/FeTaC(150)   NiTaZr(5)   CoCrPt(20)   C(5)
  G   NiTaZr(100)   FeTaC(100)/Ta(2.5)/FeTaC(100)   NiTaZr(5)   CoCrPt(20)   C(5)
  H   NiTaZr(100)   FeTaC(50)/Ta(2.5)/FeTaC(50)   NiTaZr(5)   CoCrPt(20)   C(5)
  I   NiTaZr(100)   FeTaCCu(150)/NiTaZr(30)/FeTaCCu(150)   NiTaZr(5)   CoCrPt(20)   C(5)
J NiTaZr(100) FeTaCCu(150)/NiTaZr(10)/FeTaCCu(150) NiTaZr(5) CoCrPt(20) C(5)
  K   NiTaZr(100)   FeTaCCu(150)/NiTaZr(5)/FeTaCCu(150)   NiTaZr(5)   CoCrPt(20)   C(5)
  L   NiTaZr(100)   FeTaCCu(150)/NiTaZr(3)/FeTaCCu(150)   NiTaZr(5)   CoCrPt(20)   C(5)
M NiTaZr(100) FeTaCCu(150)/NiTaZr(2.5)/FeTaCCu(150) NiTaZr(5)   CoCrPt(20)   C(5)
  N   NiTaZr(100)   FeTaCCu(150)/NiTaZr(1)/FeTaCCu(150)   NiTaZr(5)   CoCrPt(20)   C(5)
括弧内的数值表示各层的膜厚(单位：nm)。
图3和图4分别示出了实施例和比较例的介质的尖峰脉冲噪音和调制图像。使用旋转台(Spin stand)和数字示波器(digital oscilloscope)进行评价。以100μm间距测定盘半径16-30mm的范围。通过在软磁性底层上使用介入非磁性层14的二层膜，可大大减小尖峰脉冲噪音(与图中白色部分对应)，同时能抑制再生输出的调制(与图中浓淡相对应)。
抑制尖峰脉冲噪音的理由，如图5所示，可认为是由于静磁相互作用在软磁性层13和软磁性层15的层间发挥了作用，其结果，形成局部的磁化闭环，减少了泄漏磁通。另一方面，调制被抑制的理由可认为如下。本实施例和比较例的介质的软磁性层，由于对非晶质材料不能付与像见到的那样很强的单轴异向性(uniaxial anisotropy)，在膜形成的过程(filmformation process)中，有时付与较弱的单轴异向性。
例如，在使用了单层膜的软磁性底层的比较例介质中，认为图6(a)的用虚线表示的方向为易磁化轴的方向，介质形成后的软磁性底层的磁化是如图6(a)的箭头所示的状态。记录效率(Write efficiency)和再生效率(read efficiency)由于受到软磁性底层的磁化状态的影响，作为结果，对再生输出产生了调制。另一方面，在使用了二层膜的软磁性底层的本实施例的介质中，认为由于上述层间(interlayer)的静磁相互作用发挥了作用，形成介质后的软磁性底层的磁化是如图6(b)的箭头所示的状态。这样，可以认为，由于局部的磁化相互形成反向，记录效率和再生效率的变动受到抑制，其结果，减小了再生输出的调制。
图7中示出了软磁性底层的矫顽力和软磁性层的总膜厚的关系。此处的矫顽力是沿易磁化轴方向的测定值。不管膜厚如何，通过将软磁性底层作成二层膜，都可得到低的矫顽力。该结果暗示出软磁性层13和软磁性层15的层间，静磁相互作用发挥了作用。
图8是改变软磁性层13、15膜厚的本实施例的介质的再生输出的调制图像。各软磁性层的膜厚为100nm和150nm时，虽可抑制调制，但厚度达到200nm时，会观察到较大的调制。这是因为底板一侧的软磁性层13和磁头的距离较远，记录效率和再生效率受垂直记录层一侧的软磁性层15的影响很大。因此，为了抑制住再生输出的调制，各软磁性层的膜厚最好至少在150nm以下。
图9是改变非磁性层14的膜厚的本实施例的介质的尖峰脉冲噪音图。当非磁性层的膜厚很薄时，发现尖峰脉冲噪音趋向于减少。这可以认为是，当非磁性层的膜厚变薄时，软磁性层的层间的静磁相互作用发挥作用增加，加强了二层化的效果(形成局部的磁化闭环)。图10示出了软磁性底层的矫顽力和非磁性层的膜厚的关系。此处的矫顽力是沿易磁化轴方向上测定的值。当非磁性层的膜厚小于1nm时，矫顽力大幅度降低，这就暗示层间的静磁相互作用发挥了作用。当非磁性层的膜厚大于3nm时，矫顽力趋向于增加，这可以认为是层间的静磁相互作用减少的缘故。因此，为了有效利用软磁性层大层间的静磁相互作用，抑制尖峰脉冲噪音，非磁性层的膜厚最好为1-3nm。
如上所述，作为软磁性底层，通过使用介入非磁性层的二层膜，可减小尖峰脉冲噪音和再生输出的调制。
实施例2
按与实施例1相同的顺序制作磁记录介质。对于软磁性底层，除了实施例1讲述的二层膜外，使用了三层膜(参照图11)和四层膜(参照图12)。作为比较例，制作了软磁性层使用非晶质材料的介质。表3示出了制作各层使用的目标组成，表4示出了本实施例和比较例的介质的层结构和各层的膜厚。
表3
  目标组成
  予涂层   Ni-37.5at％Ta-10at％Zr
软磁性层   Fe-10at％Nb-16at％C
  Fe-12at％Ti-18at％C
  Fe-10at％Ta-16at％C-1at％Ct
  Fe-28at％Co-20at％B
  非磁性层   Ta
  Ni-37.5at％Nb-10at％Zr
  Ni-37.5at％Ta-10at％Zr
  中间层   Ni-37.5at％Ta-10at％Zr
  Co-40at％Cr
垂直记录层   Co-22at％Cr-14at％Pt
  Co-17at％Cr-14at％Pt-4at％B
  保护层   碳
                                    表4
  介质：   予涂层(nm)   软磁性底层(nm)   中间层(nm)   垂直记录层(nm))   保护层(nm)
  比较例2   A   NiTaZr(100)   FeNbC(300)   NiTaZr(2)/CoCr(3)   CoCrPtB(20)   C(5)
实施例2   B   NiTaZr(100)   FeNbC(150)Ta(2.5)/FeNbC(150)   NiTaZr(2)/CoCr(3)   CoCrPtB(20)   C(5)
  C   NiTaZr(100)   FeNbC(100)/Ta(2.5)/FeNbC(100)/Ta(2.5)/FeNbC(100)   NiTaZr(2)/CoCr(3)   CoCrPtB(20)   C(5)
D NiTaZr(100)   FeNbC(75)/Ta(2.5)/FeNbC(75)/Ta(2.5)/FeNbC(75)/Ta(2.5)/FeNbC(75) NiTaZr(2)/CoCr(3) CoCrPtB(20) C(5)
  比较例2   E   NiTaZr(100)   FeTiC(300)   NiTaZr(5)   CoCrPt(20)   C(5)
实施例2   F   NiTaZr(100)   FeTiC(150)NiNbZr(2.5)/FeTiC(150)   NiTaZr(5)   CoCrPt(20)   C(5)
  G   NiTaZr(100)   FeTiC(100)/NiNbZr(2.5)/FeTiC(100)/NiNbZr(2.5)/FeTiC(100) NiTaZr(5) CoCrPt(20) C(5)
H NiTaZr(100)   FeTiC(75)/NiNbZr(2.5)/FeTiC(75)/NiNbZr(2.5)/FeTiC(75)/NiNbZr(2.5)/FeTiC(75) NiTaZr(5) CoCrPt(20) C(5)
  比较例2   I   NiTaZr(100)   FeTaCCu(300)   NiTaZr(5)   CoCrPt(20)   C(5)
实施例2   J   NiTaZr(100)   FeTaCCu(150)/Ta(2.5)/FeTaCCu(150)   NiTaZr(5)   CoCrPt(20)   C(5)
  K   NiTaZr(100)   FeTaCCu(100)/Ta(2.5)/FeTaCCu(100)/Ta(2.5)/FeTaCCu(100)   NiTaZr(5)   CoCrPt(20)   C(5)
L NiTaZr(100)   FeTaCCu(75)/Ta(2.5)/FeTaCCu(75)/Ta(2.5)/FaTaCCu(75)/Ta(2.5)/FeTaCCu(75) NiTaZr(5) CoCrPt(20) C(5)
比较例2   M   NiTaZr(100)   FeCoB(300)   NiTaZr(5)   CoCrPt(20)   C(5)
  N   NiTaZr(100)   FeCoB(150)/NiTaZr(2.5)/FcCoB(150)   NiTaZr(5)   CoCrPt(20)   C(5)
O NiTaZr(100)   FeCoB(100)/NiTaZR(2.5)/FFeCoB(100) NiTaZr(5) CoCrPt(20) C(5)
  P   NiTaZr(100)   FeCoB(75)/NiTaZr(2.5)/FeCoB(75)/NiTaZr(2.5)/FeCoB(75)/NiTaZr(2.5)/FeCoB(75)   NiTaZr(5)   CoCrPt(20)   C(5)
  实施例2   Q   NiTaZr(100)   FeNbC(60)/Ta(2.5)/FeNbC(60)/Ta(2.5)/FeNbC(60)   NiTaZr(2)/CoCr(3)   CoCrPtB(20)   C(5)
括弧内的数值表示各层的膜厚(单位：nm)。
由于α-Fe纳米结果的析出温度随软磁性层所使用的材料而异，所以通过改变输入到红外线灯加热器的电功率，可调整热处理条件(annealingcondition)。热处理后软磁性底层的Bs，使用FeNbC合金时，为1.4-1.5T(底板达到温度：约380℃)、使用FeTiC合金时，为1.3-1.4T(底板达到温度：约360℃)、使用FeTaCCu合金时，为1.6-1.7T(底板达到温度：约400℃)。
图13示出了利用薄膜的X射线衍射法(扫描角2θ)研究本实施例和比较例的软磁性层的微观结构的结果。此处，X射线入射角度θ，相对于试样表面取为2度。可以确认，在本实施例的软磁性层中为bcc构造的α-Fe，110，200，211的衍射峰。根据该结果可知，软磁性层是由α-Fe纳米晶体构成，结晶方位与特定方向并不一致。另一方面，可以确认比较例的FeCoB合金是非晶质的。
图14是用透过电子显微镜(TEM)观察本实施例的介质的细微构造的结果及其模式图。在此作为一例，分别示出了在软磁性层中使用FeNbC合金，在非磁性层中使用了Ta的情况(介质Q)。在观察介质断面的明显视野像(图14(a))中，可以确认由粒径为10nm的非柱状办(non-columnar)纳米晶体(参照图14(a))构成的三层软磁性层，和分离它们的非磁性层。在该明显视野像(bright-Field image)和同一视野的电子线衍射图案(图14(b))中，观察到了为bcc构造的确α-Fe的110、200、211的衍射环(图14(b))，可知构成软磁性层的α-Fe纳米晶体的结晶方位并不与特定方向一致，是无定向的。该结果正好与上述薄膜X射线衍射的结果相一致。
图15是本实施例的介质的尖峰脉冲噪音图。通过使软磁性底层多层化，可以看到能减小尖峰脉冲噪音。此处，虽然示出了软磁性层材料使用了FeNbC合金的情况(介质A、B、C、D)，但在使用FeTiC合金的情况下(介质E、F、G、H)和使用FeTaCCu合金的情况下(介质I、J、K、L)也观察到了同样的情况。另一方面，如图16所示，比较例的介质既使使软磁性底层多层化，但尖峰脉冲噪音并没有减少。这些结果表示使用非晶质的软磁性层，使软磁性底层多层化时，尖峰脉冲噪音未必能降低。如图17所示，可以见到，本实施例的软磁性底层，通过多层化矫顽力有大幅度降低的趋向，但比较例的软磁性底层却见不到这种趋向。因此，可以认为，在比较例的软磁性底层中，层间的静磁相互作用没有有效的发挥作用，其结果，尖峰脉冲噪音也就没有减少。
由以上可知，为了利用软磁性层的层间发挥作用的静磁相互作用，以降低尖峰脉冲噪音，使用具有无定向析出α-Fe纳米晶体构造的软磁性层是非常有效的。
实施例3
按照和实施例1相同的顺序制作磁记录介质。对于软磁性底层，使用实施例2中讲述的三层膜(参照图11)和四层膜(参照图12)。作为比较例，制作软磁性底层使用单层膜的介质(参照图2)。表5中示出了制作各层所用的目标组成，表6中示出了本实施例和比较例的介质的层结构和各层的膜厚。
表5
  目标组成
  予涂层   Ni-37.5at％Ta-10at％Zr
  Ta
  软磁性层   Fe-8at％Ta-12at％C
  非磁性层   Ta
  中间层   Ni-37.5at％Ta-10at％Zr
  Co-40at％Cr
  垂直记录层   Co-22at％Cr-14at％Pt
  Co-17at％Cr-14at％Pt-4at％B
  保护层   碳
表6
  介质 予涂层(nm) 软磁性底层(nm) 中间层(nm)   垂直记录层(nm)   保护层(nm)
  比较例3 A NiTaZr(100)Ta(2.5) FeTaC(400) NiTaZr(2)/CoCr(3) CoCrPtB(20) C(5)
  实施例3   B   NiTaZr(100)/Ta(2.5)   FeTaC(133)/Ta(2.5)/FeTaC(133)/Ta(2.5)/FeTaC(133).   NiTaZr(2)/CoCr(3)   CoCrPtB(20)   C(5)
  C   NiTaZr(100)/Ta(2.5)   FeTaC(100)/Ta(2.5)/FeTaC(100)/Ta(2.5)/FeTaC(100)/Ta(2.5)/FeTaC(100)   NiTaZr(2)/CoCr(3)   CoCrPtB(20)   C(5)
括弧内的数值表示各层的膜厚(单位：nm)。
图18是本实施例的介质C的X射线衍射图(扫描角度θ-2θ)。可确认从CoCrPtB(0002)面产生的很强的衍射峰，根据θ角扫描求得的CoCrPtB0002衍射峰的Δθ50值小到4.4度，这样在垂直记录层中使用的CoCrPtB合金膜的C轴形成很强的垂直取向。
图19是本实施例和比较例的介质的尖峰脉冲噪音图。作为软磁性底层，通过使用三层膜或四层膜，可知能大幅度降低尖峰脉冲噪音。尤其是，如本实施例的情况，软磁性底层的膜厚达400nm厚时，增加构成软磁性层的层数是很有效的。
作为软磁性底层，使用介入非磁性层的多层构造时，担心的是降低了辅助磁头写入的能力，其结果，导致记录再生特性(read/writecharacteristics)恶化。因此，使用磁道宽为0.25μm的单极型磁头作为记录用，使用屏蔽间隙(Shield gap)为0.07μm，磁道宽度(track width)为0.16μm的GMR磁头作为再生用，在磁头的上浮量(head flying height)为10nm的条件下，评价记录再生特性。使用Kerr效应测定装置(Kerr-effect magnetometer)测定本实施例和比较例的介质的垂直记录层磁特性时，矫顽力为3.95-4.05KOe，角形比(Squareness)为0.98-0.99，未发现有显著差异。
图20和图21分别示出了再生输出(read output)和介质SNR的线记录密度依赖存性。即使是使软磁性底层多层化时，也没有见到输出分解能(output resolution)和介质SNR的降低，可知辅助磁头的写入能力没有降低。这是因为本实施例的软磁性底层使用的非磁性层的膜厚很薄，为2.5nm，由于非磁性层的层数少，由多层化引起的软磁性底层的透磁率降低也非常小。
即，由于获得了和使用单层膜的软磁性底层时同等的写入磁场分布，所以可认为没有见到输出分解能和介质SNR的降低。该评价中使用的记录再生分离型磁头是具有众所周知的结构的磁头，即具有如图22所示的主磁极(main pole)221、记录线圈222、辅助磁极兼上部屏蔽(auxiliarypole/upper shield)223、GMR元件224和下部屏蔽(lower shield)225。
如上所述，通过使用本实施例的软磁性底层，不会导致记录再生特性的恶化，并能降低尖峰脉冲噪音，和提高再生信号的质量。
实施例4
除了中间层使用PdB单层膜、垂直记录层使用(CoB/Pd)多层膜外，其他按照和实施例3相同的顺序制作磁记录介质。但是，PdB单层膜和(CoB/Pd)多层膜，都在Ar/O2环境中(喷溅气压sputtering-gas pressure：5.6Pa)、氧分压(oxygen partial pressure：35mPa)形成。对于软磁性底层使用实施例2和3中讲述的四层膜(参照图12)。作为比较例，制作软磁性底层使用了单层膜的介质(参照图2)。表7示出了各层中使用的目标组成，表8示出了本实施例和比较例的介质的层结构和各层的厚度。
表7
  目标组成
  予涂层   Ni-37.5at％Ta-10at％Zr
  Ta
  软磁性层   Fe-9at％Ta-12at％C
  非磁性层   Ta
  中间层   Pd-10at％B
  垂直记录层   Co-15at％B
  Pd
  保护层   碳
Figure C0310235200191
用Kerr效应测定装置测定本实施例和比较例的介质的垂直记录层的磁特性时，矫顽力为5.85KOe和5.90KOe、角形比都为1，没有见到显著差异。
图23是本实施例和比较例的介质的尖峰脉冲噪音图。对于垂直记录层既使使用(Co/Pd)多层膜系材料时，通过使用本实施例的介入非磁性层的多层构造软磁性底层，可知能降低尖峰脉冲噪音。这样，根据本发明的软磁性底层，对垂直记录层的材料没有限定。
其次，为确认垂直记录层的矫顽力高达约6KOe时，不会伴随着软磁性底层的多层化而引起记录再生特性的恶化，测定本实施例和比较例的介质的位误差率(bit error rate)。此处，使用磁道宽度为0.25μm的单磁极型磁头作为记录用，使用屏蔽间距为0.065μm，磁道宽度为0.16μm的GMR磁头作为再生用，在磁头上浮量为10nm的条件下进行。为了消除影响位误差率的尖峰脉冲噪音，在比较例的介质中未见到较强尖峰脉冲噪音的盘半径为25mm的位置进行评价。
图24示出了位误差率的线记录密度依赖存性。即使是使软磁性底层多层化时，也没有见到位误差率有显著差异，可知记录再生特性没有恶化。在发生尖峰脉冲噪音场所，由于形成误差的概率较高，就整盘进行评价时，本实施例的介质与比较例的介质相比实现了低的位误差率。
如上所述，根据本发明，通过使用介入非磁性层的多层构造的软磁性底层，即使使用垂直记录层可获得高矫顽力的(Co/Pd)多层膜系的材料时，也不会导致记录再生特性恶化，并能降低尖峰脉冲噪音，和提高再生信号质量。
实施例5
根据图25说明本发明的磁存储装置的一实施例。该装置是具有以下一般结构的磁存储装置，该结构具有垂直磁记录介质251，驱动其旋转的驱动部分252、磁头253及其驱动装置254、和磁头的记录再生信号处理装置255。此处使用的磁头是在磁头浮动块上形成的记录再生分离型磁头。单磁极型的记录磁头的磁道宽度为0.25μm，再生用的GMR磁头的屏蔽间距为0.08μm、磁道宽度为0.22μm。将上述实施例3的介质C组装在磁存储装置中，在磁头上浮量为10nm、线记录密度为590KBPI、磁道密度为89KTPI的条件下，评价记录再生特性时，在10-50℃的温度范围内，可充分满足面记录密度为52.5Gb/in2的记录再生特性标准的要求。
实施例6
以和实施例5的磁记录装置相同的构成，在使用了利用了隧道磁滞电阻效应作再生磁头的高灵敏度元件的磁存储装置中，组装实施例3的介质C，在磁头上浮量为10nm、线记录密度为674KBPI、磁道密度89KTPI的条件下进行记录再生评价时，在10-50℃的测定范围内，可充分满足面记录密度为60Gb/in2的录再生特性标准的要求。在该评价中使用的利用了磁隧道效应的高灵敏度元件，如图26所示，具有众所周知的结构，该结构具有上部磁极(upper electrode)261、反强磁性层(antiferromagneticlayer)262、磁化固定层(pinned layer)263、绝缘层(insulating layer)264、磁化自由层(free layer)265和下部磁极(lower electrode)266。
通过以上说明可以清楚，根据本发明的垂直磁记录介质及其制造方法，在通过软磁性底层在底板上形成垂直记录层的垂直磁记录介质中，其构成含有利用非磁性层使软磁性底层形成特理分离的数层软磁性层，该软磁性层由纳米晶体构成，通过非磁性层邻接的软磁性层的层间发挥作用的静磁相互作用，形成局部的磁化闭环，可抑制住泄漏磁通，所以能抑制尖峰脉冲噪音，同时也能抑制再生信号的调制。因此，根据本发明的垂直磁记录介质及其制造方法，可以每1平方英寸50吉比特以上的记录密度，实现具有高介质S/N的垂直磁记录介质。
根据本发明的磁存储装置，通过具有上述构成的垂直磁记录介质，可以每1平方英寸50吉比特以上的记录密度，实现误差率低的、可靠性优良的磁存储装置。

Claims (9)

1.一种垂直磁记录介质，其通过软磁性底层在底板上形成垂直记录层，其特征是：
含有由非磁性层使上述软磁性底层形成物理分离的数层软磁性层，上述软磁性层由纳米晶体构成；上述非磁性层的厚度为1nm以上3nm以下；上述软磁性层的厚度为50nm以上150nm以下。
2.根据权利要求1所述的垂直磁记录介质，其特征是：
通过上述非磁性层邻接的软磁性层的层间形成局部的磁化闭环。
3.根据权利要求1或2所述的垂直磁记录介质，其特征是：上述软磁性层含有第1元素Fe，第2元素C和作为第3元素的Ta、Nb、Ti中至少一种元素。
4.根据权利要求1或2所述的垂直磁记录介质，其特征是：上述非磁性层是Ta薄膜，或含有Nb、Ti中至少一种的非晶质合金薄膜。
5.根据权利要求1或2所述的垂直磁记录介质，其特征是：
上述非磁性层是不具有长程有序，但具有无规则的原子排列形态的非晶质金属薄膜，或利用X射线衍射不显示明显峰的微晶金属薄膜。
6.根据权利要求1或2所述的垂直磁记录介质，其特征是；上述非磁性层，在邻接的软磁性层之间具有发挥静磁相互作用的厚度。
7.一种磁存储装置，该磁存储装置具有：通过软磁性底层在底板上形成垂直记录层的垂直磁记录介质，在记录方向驱动该垂直磁记录介质的驱动部，具备记录部和再生部的磁头，使该磁头对上述垂直磁记录介质作相对运动的机构，用于进行上述磁头的信号输入和由该磁头输出的信号的再生的记录再生处理机构；其特征是：
上述垂直磁记录介质的上述软磁性底层含有由非磁性层物理分离的数层软磁性层，上述软磁性层由纳米晶体构成；上述非磁性层的厚度为1nm以上3nm以下，上述软磁性层的厚度为50nm以上150nm以下。
8.根据权利要求7所述的磁存储装置，其特征是：上述磁头的记录部由单磁极磁头构成；上述磁头的再生部由利用磁致电阻效应或隧道磁致电阻效的高灵敏度元件构成。
9.根据权利要求7所述的磁存储装置，其特征是：上述垂直磁记录介质通过上述非磁性层邻接的软磁性层的层间形成局部的磁化闭环。
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