CN100418137C - 垂直磁记录介质、其制造方法以及使用其的磁记录/再现装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种垂直磁记录介质，可改进上浮能力、提高读信号质量以及能够抑制由杂散磁场引起的记录磁化的磁衰退。垂直记录层形成在衬底之上，其间有软磁下层，然后非晶层或纳米晶层形成在衬底和软磁下层之间。软磁下层包括第一和第二非晶软磁层，以及形成在第一和第二非晶软磁层之间的非磁层。第一和第二非晶质软磁层沿衬底径向被分别赋予单轴各向异性，并且以反铁磁方式相互耦合。

Description

垂直磁记录介质、其制造方法以及使用其的磁记录/再现装置
技术领域
本发明涉及磁记录介质和磁记录/再现装置，特别涉及具有高记录密度的垂直磁记录介质及其制造方法，以及使用垂直磁记录介质的磁记录/再现装置。
背景技术
近年来，各种磁盘驱动器的表面记录密度每年增长100％。随着表面记录密度这样的增长，出现了称作磁化热衰减的问题。因此，现有的纵向磁记录被认为难以获得超过7.75GB的表面记录密度。
另一方面，不同于现有的纵向磁记录，垂直磁记录的特征是在相邻比特之间作用的去磁场随着线记录密度的增长成比例下降，因此所记录的磁化是稳定的。另外，在主垂直记录层的下面设置的用来获得强记录磁场的、具有高磁导率的软磁下层，可以提高该垂直记录层的矫磁性。这样，目前正在考虑用垂直记录作为记录方法，希望其能够超越现有纵向记录的热起伏极限。
通过使用垂直记录方法来实现这样的高密度记录的一种有效方法，是将单极型磁头与由软磁下层和垂直记录层组成的双层垂直记录介质进行组合。但是，双层垂直记录介质面临问题：介质包含具有高饱和磁通密度(Bs)的软磁下层，因此，需要改进下述(1)至(3)三点以解决该问题。(1)观察到作为尖峰噪声的从软磁下层的磁畴壁泄露的磁通量。(2)软磁下层的磁畴壁移动，因此在所记录的磁化中发生磁化衰减。(3)该装置中的散杂磁场(stray field)集中在记录磁头，因此在所记录的磁化中的磁化衰减发生在记录磁头下。
另外，由于软磁下层的厚度在几十纳米到几百纳米之间，该下层的表面光滑性丧失，并且这会对垂直记录层的形成和记录磁头的上浮能力产生不利影响。
在日本专利公报JP-A No.129946/1995和191217/1999中公开了一种用来解决这样问题的方法，在软磁层和衬底之间提供硬磁钉扎层，并且沿一个方向对下层的磁化进行定向。日本专利公报JP-A No.103553/1994也建议了一种方法，通过与其中磁自旋(magneticspinning)沿一个方向取向的反铁磁交换耦合来抑止软磁下层的磁畴壁移动。此外，日本专利公报JP-A No.155321/2001公开了另一种方法，通过形成具有由非磁层分别分隔的两个或多个层的软磁层，反转该软磁层的磁化取向。
发明内容
但是，用来提供硬磁钉扎层的方法可能会引起问题：在主磁盘的内外边缘很容易分别形成磁畴，并且在这些边缘附近观察到尖峰噪声。另一方面，用于利用反铁磁层以抑止软磁层的磁畴壁移动的方法可有效抑止由记录的磁化中的磁畴壁移动引起的磁化衰减，但是它不能抑止该磁畴壁引起的尖峰噪声。并且，用于反转分层软磁层磁化的方法可以有效抑止尖峰噪声和在所记录磁化中的磁化衰减，并改进杂散磁场的稳固性。但是，如果该衬底是盘形的，该方法易于使每个层形成多磁畴结构，这样，在输出信号中可以观测到调幅。并且，这些方法都不能解决上述的妨碍获得软磁下层的表面光滑性、记录磁头的上浮性等问题。
在这样的情况下，本发明的一个目的是提供一种垂直磁记录介质，能够抑止由再现输出波动和杂散磁场引起的所记录磁化中的磁化衰减，以改进软磁下层的表面平滑性，并实现出色的记录磁头的上浮性和每平方厘米7.75GB的高介质S/N率。本发明的另一个目的是提供使用该介质的高可靠高密度磁记录/再现装置。
为了实现上述的目的，构造本发明的垂直磁记录介质，使垂直记录层形成在衬底上，在它们之间具有软磁下层，并且在该衬底和该软磁下层之间形成非晶层或纳米晶层，而该软磁下层包含第一和第二非晶软磁层以及形成在该第一和第二非晶软磁层之间的非磁层。该第一和第二非晶软磁层被分别赋予单轴各向异性，并且以反铁磁的方式相互耦合。本发明的磁记录/再现装置使用该磁记录介质。
在上述的介质中，软磁下层的磁化是受控的，并且该下层形成在非晶层和纳米晶层上，因此可抑止由输出信号波动和杂散磁场引起的记录磁化的磁化衰退，从而改进记录磁头的上浮性。
用于制造本发明的垂直磁记录介质的方法包括步骤：在衬底上形成非晶层或纳米晶层；在该非晶层或纳米晶层上形成第一非晶软磁层；在该第一非晶软磁层上形成非磁层；在非磁层上形成第二非晶软磁层；以及在该第二非晶软磁层上形成垂直记录层。并且，在形成该第一非晶软磁层的步骤和形成该第二非晶软磁层的步骤中至少任何一个步骤之后，提供在对该衬底沿其径向施加磁场时冷却该衬底的步骤。
冷却衬底的步骤可以实际赋予沿磁盘衬底的径向的单轴各向异性。
因此根据本发明，可以实现垂直磁记录介质，该介质既可以抑止尖峰噪声，也可以抑止输出信号的调幅，以及抑止由杂散磁场引起的记录磁化的衰退，并实现出色的记录磁头的上浮性。另外，可以按每平方厘米7.75GB或更高的记录密度实现具有低错误率的高可靠和稳定的磁记录/再现装置。
附图说明
图1是本发明的一个实施例中的垂直记录介质的层构造；
图2是用于制造本发明实施例中的介质的薄膜淀积装置的示意框图；
图3是通过对本发明实施例中的介质A的软磁下层的各磁化曲线进行微分所得到的曲线以及通过沿衬底衬底(A)的径向施加磁场所测量的磁化曲线图；
图4是表示沿对比例中的介质V的软磁下层的径向施加磁场所测量的磁化曲线关于磁场微分而得到的曲线图；
图5是表示沿对比例中的介质W的软磁下层的径向施加磁场所测量的磁化曲线关于磁场微分而得到的曲线图；
图6是本发明实施例中的介质A和对比例中的介质W的软磁下层磁化的示意图；
图7示出了在本发明的实施例中的介质A以及在对比例中的介质V中的尖峰噪声的分布；
图8是用于评测杂散场电阻的方法的示意图；
图9是用于说明外部磁场和标准读输出之间关系的图；
图10是用于冷却软磁下层的各冷却过程的定时；
图11是本发明实施例中的介质与反铁磁耦合磁场Hex值之间的关系；
图12是本发明实施例的介质A的磁畴结构，以及对比例的介质G和H中的第二非晶质软磁层的磁畴结构；
图13是本发明实施例中垂直记录介质的另外的层构造；
图14是用于制造本发明实施例中介质的薄膜淀积装置的示意框图；
图15是用于表示反铁磁耦合磁场Hex温度如何变化的图；
图16示出了耐腐蚀测试后本发明实施例中介质K的表面以及对比例子介质X和Y的表面；
图17是用于说明本发明实施例中介质上浮能力的图；
图18(a)是本发明实施例中的磁记录/再现装置的示意俯视图，以及图18(b)是该装置沿A-A’垂直线的截面图；
图19是用于说明FeCoB膜厚与玻璃衬底变形之间关系的图；以及
图20是软磁层磁畴结构。
具体实施方式
在下文中，将结合附图详细说明本发明的垂直磁记录介质。
构造本发明的垂直磁记录介质，使得在衬底上形成非晶层或纳米晶层，在该非晶层或纳米晶层上形成软磁下层，并在该软磁下层上形成垂直记录层。该软磁下层包含第一和第二非晶软磁层以及形成在该第一和第二非晶软磁层之间的非磁性层。该第一和第二非晶软磁层被分别赋予沿磁盘衬底径向的单轴各向异性，并且以反铁磁的方式相互耦合。
然后，对本发明的垂直磁记录介质的衬底沿其径向施加磁场，以测量软磁下层的磁化曲线，可发现该磁化曲线具有阶梯形状，这些阶梯形状在包含零磁场的磁场范围内具有稳定的磁化水平。从负磁场侧饱和磁化到该稳定磁化水平转换状态的翻转磁场的绝对值与从正磁场侧饱和磁化到该稳定磁化水平的转换状态的翻转磁场的绝对值几乎相同。
另外，在通过沿本发明的垂直磁记录介质的衬底的径向施加磁场所测量的该软磁下层的磁化曲线中，当所施加磁场的状态从饱和磁化改变到其反转的饱和磁化，所设定的该软磁层的磁化曲线的微分值具有两个峰。该两个峰关于零磁场几乎对称。并且，当所施加磁场的状态从正或负饱和磁化改变到零时所设定该磁化曲线的微分值的峰几乎位于当所施加磁场的状态从零改变到正或负饱和磁化时所设定该磁化曲线的微分值的峰。
第一和第二非晶软磁层中的每一个可以由这样的材料形成，在Bs的值至少变成1特斯拉以上时，该材料沿衬底的径向具有单轴各向异性，满足在磁头运行方向测量的矫磁力(coercivity)在1.6kA/m以下，并具有出色的表面平滑特性。
具体地说，如果该介质由主要含有Co或Fe以及Ta、Hf、Nb、Zr、Si、B、C等添加物的非晶合金制成，则该介质很容易具有上述的特性。并且，薄膜的厚度应该在20nm以上，以便将矫磁力控制得低。如果薄膜的厚度在150nm以下，该介质将可以抑止尖峰噪声并改进杂散磁场的稳固性。
并且，在第一和第二非晶软磁层之间的磁矩应该相等，以便磁通量在这些层之间流动，由此使各层中的磁畴更稳定。
该非晶层或纳米晶层可以用任何材料形成，如果该材料具有出色的表面平滑性的话。但是，该层优选由包含Ni、Al、Ti、Ta、Cr、Zr、Co、Hf、Si和B金属元素类型中的至少两种或多种的合金形成。更具体地说，该层可以由NiTa、AlTi、AlTa、CrTi、CoTi、NiTaZr、NiCrZr、CrTiAl等形成。使用这些材料中的任何一种将改善应力松弛、抗划伤性以及耐腐蚀性。
该非晶层或纳米晶层的厚度优选应1nm到100nm之间。如果该非晶层或纳米晶层的厚度在1nm以下，它将不能补偿该磁盘衬底的表面粗糙性。如果该非晶层或纳米晶层的厚度在100nm以上，在膜淀积中该衬底的温度可能升高，因此造成形成在该非晶层或纳米晶层上的第一非晶软磁层可能会结晶，因此降低该介质的特性。
如上所述，本发明的垂直磁记录介质可以促进该非晶软磁层的应力松弛并降低该衬底的变形，这样该介质可具有出色的上浮性。并且，尽管该第一和第二非晶软磁层分别具有多磁畴结构，也可以抑止尖峰噪声和输出信号调幅，因此改进该介质的可靠性。
图19示出非晶软磁层(FeCoB)按厚度50nm到200nm直接在玻璃衬底上形成时的衬底变形，与其间有非晶层(NiTaZr)的情况下在玻璃衬底之上形成时的衬底变形的比较结果。
从图19可以明白，随着FeCoB层厚度的增加，衬底变形按比例增长。如果FeCoB层在其间有非晶层的情况下形成在玻璃衬底之上，衬底变形减少到当FeCoB层直接形成在该玻璃衬底上时的一半。
图20示出当以200nm的厚度形成FeCoB层时通过光表面分析仪观测FeCoB层的磁畴结构的结果。
如果FeCoB层直接形成在玻璃衬底上，磁畴图像呈现图20(a)的样子。另一方面，如果FeCoB层在其间有NiTaZr层的情况下形成在玻璃衬底之上，该磁畴结构具有沿该衬底径向延伸的磁壁，如图20(b)所示。
如FeCoB这样具有大的膜应力的材料，当其直接淀积在衬底上时，引起矫磁力增高，这样降低了单轴各向异性。如果该材料淀积在NiTaZr层上，则膜应力得到缓解，无论该FeCoB膜的厚度是多少，沿衬底径向该层被赋予单轴各向异性。
因此，由于非晶软磁层形成在玻璃衬底之上，其间有非晶层，膜应力得到缓解，并且明显改善软磁特性。如果该非晶软磁层由包含Ni、Al、Ti、Ta、Cr、Zr、Co、Hf、Si和B金属元素中的至少两种的材料形成，具体地说，由NiTa、AlTi、AlTa、CrTi、CoTi、NiCrZr、CrTiAl等形成，也可以得到同样的效果。
在第一和第二非晶软磁层之间的非磁层的作用是使第一和第二非晶软磁层以反铁磁的方式相互耦合。当主要包含Co的非晶合金被用于形成两个软磁层时，则应该优选地使用Ru和Cu，而当主要包含Fe的非晶合金用于形成两个软磁层时，则应该优选地使用Cr和Ru。
对于该非磁层的厚度，仅要求设置该层使得两个软磁层之间可以按反铁磁的方式耦合。当然，根据不同的情况会有最佳的厚度，例如考虑两个软磁层的材料、淀积条件以及淀积时的衬底温度。例如，如果主要包含Co的非晶合金被用于形成两个软磁层，并且Ru被用于形成该非磁层，则该Ru层的厚度应该优选设置在大约0.5nm至1.5nm之间。
采用这种三明治结构是有效的，其中非磁层置于厚度分别大约是1到5nm的薄反铁磁层之间，使得第一和第二非晶软磁层之间的反铁磁耦合更强。具体说，例如，可以使用由三个层Co/Ru/Co、CoFe/Ru/CoFe、Fe/Cr/Fe等组成的叠置层。非磁性合金和铁磁层也可用于非磁层，以获得同样效果。具体说，例如，可以使用RuCo、RuFe，等等。
另外，在形成该第一非晶软磁层之后，要对该磁盘衬底进行足够的冷却，以形成非磁膜，由此使软磁层和非磁层之间的反铁磁耦合更稳定。
当衬底冷却时，优选沿衬底的径向施加磁场。此时，第一非晶软磁层沿径向的磁化必须饱和，并且只需要沿磁盘衬底的径向施加磁场，使得该磁场的量级达到4kA/m或以上。在该磁场中执行的这种冷却处理可以更确实地赋予第一非晶软磁层单轴各向异性。
将温度冷却至例如大约100℃，这比形成第一非晶软磁层的过程中的温度低，然后优选将温度降低到室温。这种冷却过程可以使软磁层和非磁层之间的反铁磁耦合更稳定。
并且，可以在第二非晶软磁层淀积过程之后设置衬底冷却过程。在这种情形下，要控制该过程以在形成第一非晶软磁层之后防止衬底温度升高。
另外，在第一和第二非晶软磁层淀积过程之后，可以在两个地方提供衬底冷却过程。在这种情形下，分别对第一和第二非晶软磁层更确实地赋予单轴各向异性。
优选在非磁层淀积过程之前提供衬底冷却。这是由于非磁层太薄，可能发生根据材料组合、膜厚度或淀积非磁层的淀积条件的界面扩散，以及由于第一和第二非晶软磁层之间的界面结晶化，因此可能不能得到反铁磁耦合。特别地，如果在非晶层形成之前磁盘温度很高，应该特别注意这一点。
如果在第一和第二非晶软磁层的淀积过程之后提供冷却处理，可以按Co/Ru/Co等三层膜或者按RuCo等合金层形成非磁层。这样，足以抑止非磁层的界面扩散，由此获得所期望的特性。
另外，在垂直记录层和软磁下层之间应该优选形成中间层，以便抑止介质噪声。该中间层可以用如非晶或六方密堆结构或面心立方结构的合金形成。该中间层也可以形成为单层膜或者用不同的晶体结构材料形成叠置的层。
垂直记录层可以由六方密堆Co合金膜如CoCrPt合金、CoCrPtB合金等形成，可由粒状膜如CoCrPt-SiO2等形成，可由超晶格膜如Co/Pd多层膜、CoB/Pd多层膜、CoSi/Pd多层膜、Co/Pt多层膜、CoB/Pt多层膜、CoSi/Pt多层膜等形成。
垂直记录层的保护层应该优选形成为叠置的层，该叠置的层由主要包含碳并具有2nm至8nm厚度的膜和如全氟烷基聚醚等的润滑层组成。这样，进一步改进了垂直磁记录介质的可靠性。
本发明的磁记录/再现装置包含上述的垂直磁记录介质、用于沿记录方向驱动该介质的驱动元件、包含写元件和读元件的磁头、用于相对该垂直磁记录介质移动磁头的装置以及用于向/从该磁头写/读信号的写/读通道。该磁头的写元件由单磁极型头构成，该磁头的读元件由利用磁阻或隧道磁阻的高敏感性元件构成。这样，本发明实现了高可靠的磁记录/再现装置，具有高达每平方厘米7.75GB的表面记录密度。
在下文中，将参考附图详细说明本发明的实施例。
第一实施例
图1示出了第一实施例中的垂直磁记录介质的结构。在2.5英寸的玻璃磁盘衬底11上利用溅射法相继形成非晶层12、第一非晶软磁层13、非磁层14、第二非晶软磁层15、中间层16、垂直记录层17以及保护层18。表1示出了介质各层的靶、Ar气压和薄膜厚度。
表1
Figure C20051006554200161
首先，在衬底11上顺序淀积形成非晶层12的NiTaZr和形成第一非晶软磁层13的CoTaZr或FeCoB。此后，在磁场中利用氦气将衬底11冷却至大约80℃，淀积形成非磁层14的Ru和形成第二非晶软磁层15的CoTaZr或FeCoB。然后再利用氦气将衬底11冷却至大约80℃，顺序淀积形成中间层16的Ru和形成记录层17的CoCrPt-SiO2。此后，淀积碳以形成保护层18。冷却过程中的磁场的量级是4kA/m。此后，涂敷由利用氟碳材料稀释的全氟烷基聚醚构成的润滑剂。这样，完成第一实施例中的垂直磁记录介质。
图2示出了用于制造第一实施例中的介质的淀积装置的示意框图。淀积装置包括衬底装入室、非晶层淀积室、第一非晶软磁层淀积室、沿衬底径向施加磁场时的第一衬底冷却室、非磁层淀积室、第二非晶软磁层淀积室、沿衬底径向施加磁场时的第二衬底冷却室、中间层淀积室，以及记录层淀积室、保护层淀积室和衬底卸出室。
制备两个介质V和W进行比较。在介质V中，淀积NiTaZr以在第一和第二非晶软磁层之间形成非晶层。在介质W中，淀积FeAlSi以形成软磁层。按照与第一实施例中介质的相同方法形成其他各层。
图3(a)示出了由振动样品磁强计(VSM)测量的第一实施例中软磁下层的磁化曲线。
在第一实施例中通过沿衬底的径向施加磁场而测量的磁化曲线具有在含零磁场的磁场范围内为稳定的磁化水平(第一和第二非晶软磁层相互沿反平行磁化：II)的阶梯形状。另外，其状态从负磁场饱和磁化(I)转换到稳定磁化水平的反转磁场的绝对值与其状态从正磁场饱和水平(III)转换到稳定磁化水平的反转磁场的绝对值几乎相同。
通过沿衬底的圆周施加磁场而测量的磁化曲线表明磁场和磁化方向几乎是线性变化的。
图3(b)示出了沿衬底的径向施加磁场所测量的磁化曲线(a)关于磁场的微分的结果。当所施加的磁场由正变负以及由负变正时，该微分值有四个峰。当施加的磁场从正饱和磁化水平改变到零以及从零改变到正饱和磁化水平时所识别的两个峰几乎重合在一起，并且这两个峰与当施加的磁化水平从负饱和磁化改变到零以及从零改变到负饱和磁化时所识别的两个峰关于磁场零几乎对称。
在具有如图3(b)所示的微分曲线的软磁下层中，第一和第二非晶软磁层沿衬底的径向被分别赋予单轴各向异性，并以反铁磁方式相互耦合在一起，就像在该实施例中那样。
在正磁场侧识别的两个峰的绝对值的中心值表示图3(a)所示的反转磁场(在其中转换磁化水平，并且下文中称作反铁磁耦合磁场Hex)。
在出现这两个峰的范围内，第一和第二非晶软磁层以反铁磁方式相互耦合在一起，这样可以抑止由外部磁场引起的它们磁化状态的变化。
图4示出了关于磁场微分对比例中的介质V的磁化曲线而获得的曲线，图5示出了关于磁场微分对比例中的介质W的磁化曲线而获得的曲线，该磁化曲线是通过沿衬底的径向施加磁场测量的。
与图3(b)中的微分值不同，图4中的微分值使得在施加的磁场从正饱和磁化改变到负饱和磁化时在零磁场附近看到一个峰。在具有这样曲线的软磁下层中，第一和第二非晶软磁层在分别被赋予单轴各向异性时不是以反铁磁方式相互耦合在一起。因此它们的磁场状态很容易响应小的外部磁场而改变。
同第一实施例中的介质类似，图5所示的微分值具有四个峰。并且在正或负磁场侧识别的两个峰不相互重合，并且关于磁场零也不对称。在具有这样曲线的软磁下层中，第一和第二非晶软磁层被任意磁化，即，在它们以反铁磁方式相互耦合时，不是沿衬底的径向相互平行。换言之，不对第一和第二非晶软磁层中的每一个赋予沿衬底径向的单轴各向异性。因此，与第一实施例中的介质A相比较，该介质具有小的Hex值，并且杂散磁场的稳固性弱。
图6示出了由图3或图5中示出的微分曲线所预期的第二非晶软磁层的剩磁状态的示意图。
本实施例中的介质A的第一非晶软磁层13几乎沿与衬底的径向平行的方向磁化，第二非晶软磁层15沿与第一非晶软磁层13反平行的方向磁化。但是，由于这样第一和第二非晶软磁层没有沿一个方向磁化，这些层被认为分别具有多磁畴结构。
在对比例子中的介质W中，第一和第二非晶软磁层沿相互反平行的方向磁化，即，任意地磁化。因此，与本实施例中的介质A比较，该介质被认为具有更细小的磁畴结构。
图7示出了第一实施例中的介质A和对比例中的介质V的尖峰噪声图。在图7中，使用自旋支架和数字示波器以100μm的间隔来测定16至30mm的磁盘半径范围。在对比例中的介质V中，观察到两种类型的噪声：可能由磁畴壁引起的大的尖峰噪声和点状分布的尖峰噪声。在本实施例中的介质A中，没有识别出明显的尖峰噪声。
如上所述，尽管第一实施例中的软磁层的第一和第二非晶软磁层13和15中的每一个具有多磁畴结构，但是闭合磁通流经这些层。因此，可以发现该下层能很有效地显著抑止尖峰噪声。
接下来，将说明第一实施例中介质的尖峰噪声和所读测试信号的调幅的评测结果，并在表2中列出。
表2
Figure C20051006554200201
在本实施例中的介质A到D中的任何一个以及对比例中的介质W，没有观测到尖峰噪声。这是由于第一和第二非晶软磁层是以反铁磁方式相互耦合在一起，因此这些层是沿相互反平行的方向磁化。但在介质V和W中观测到所读信号调幅。
接下来，将说明介质A、V和W的杂散磁场电阻的评测结果。如图8所示，在每个介质上放置一个线圈，并且电流流经该线圈对该介质施加磁场，以此检验在量级上再现输出信号是如何根据外部磁场改变的。
图9示出了评测结果。输出被降低了10％时的外部磁场是这样的：对介质V(对比例)是1.0kA/m，对其中第一和第二非晶软磁层是以反铁磁方式相互耦合在一起的介质W是2.2kA/m。另一方面，对本发明的介质A，外部磁场输出大约是4.0kA/m。这证明改进了外部磁场阻值。
在第一实施例中，用NiTaZr形成非晶层。但是已经知道当非晶层利用包含Ni、Al、Ti、Ta、Cr、Zr、Co、Hf、Si以及B金属元素中的至少两种或多种的材料形成时，具体说，由NiTa、AlTi、AlTa、CrTi、CoTi、NiCrZr、CrTiAl中的任一种材料形成时，也可获得同样效果。
由于第一和第二非晶软磁层被相互反平行磁化，并且在这些层之间磁矩相等，因此在本发明的软磁下层中，磁通量在这些层之间流过，明显看到该下层有效抑止了尖峰噪声和读信号调幅。另外，还发现该下层对第一和第二非晶软磁层沿衬底径向分别有效赋予单轴各向异性，以降低矫磁力，因此改进杂散磁场电阻。
第二实施例
在第二实施例中，将说明利用与第一实施例中介质A同样构造的介质对冷却定时与在第一和第二非晶软磁层之间作用的反铁磁耦合磁场强度Hex之间关系检验的结果。
图10示出了用于制造第二实施例和对比例中的介质的淀积过程的示意框图。
淀积过程(1)是用于制造第二实施例中使用的介质A的过程。在用于淀积第一非晶软磁层13的过程和用于淀积非磁层14的过程之间提供冷却过程。
用于制造对比例中的介质的淀积过程(2)包括在淀积非磁层14的过程和淀积第二非晶软磁层15的过程之间提供的冷却过程。
淀积过程(3)包括在淀积第二非晶软磁层15的过程和淀积中间层16的过程之间提供冷却过程。
冷却单元由两个铜制的冷却板和用于对每个目标磁盘衬底施加磁场的线圈组成。在第二实施例中，冷却板的温度降低到一100℃或更低，并且在大约200Pa的压力下，在氢或氦气中，将衬底在磁场中冷却5秒钟。在冷却过程中，沿磁盘衬底径向施加磁场，并且将磁场的极性调整为从DC磁控管溅射阴极泄露的磁场的极性，使得磁场强度在磁盘衬底上变到4kA/m到8kA/m的范围内。
表3示出了对第二实施例中的和对比例中的介质的尖峰噪声和读信号调幅的评测结果，以及在32个不同地方测量的Hex值的平均值和变化。在分别在磁场中冷却的第二实施例中的介质A和对比例中的介质E和F中的任何一个中，不论冷却过程的定时如何，都没有观测到明显的尖峰噪声。但是，在对比例中，在没有施加任何磁场的情况下(在非磁场中)冷却的介质G，以及完全没有经冷却的介质H，则观测到很多尖峰噪声，并且发现读信号调幅也很显著。
表3
Figure C20051006554200221
图11示出了上述介质的每一个与在第一和第二非晶软磁层之间作用的反铁磁耦合磁场Hex之间的关系。在图11中，还示出了每个介质在32个不同位置所发现的变化。
本实施例中的介质A达到最大Hex值，并且发现该Hex值在整个磁盘中分布较少，大约只有17％。另一方面，在磁场中经冷却的介质E和F中，其Hex值小于介质A的Hex值，并且位置分布大。可发现达到介质的大Hex值的最有效方法是在形成第一非晶软磁层之后在磁场中冷却该介质。
在淀积过程(3)中在没有对其施加磁场的情况下冷却的介质G达到了几乎与淀积过程(3)中在磁场中冷却的介质F的Hex值相同的Hex值。但是，介质G的Hex值在0到190的范围内显著变化，因此发现各层之间的反铁磁耦合部分损失。
另一方面，在完全没有冷却的介质H中，发现第一和第二非晶软磁层相互之间有很强的交换耦合。
图12示出了通过光表面分析仪观察到的介质A、G和H的第二非晶软磁层的磁畴结构的结果。这里使用的任何样品都没有形成中间层16和垂直层17。
在该实施例的介质A中，发现第二非晶软磁层的磁畴包含具有不同对比度的区域。因此，该磁畴具有多磁畴结构。该磁畴比较大并且状态稳定。
另一方面，在介质G和H的每一个中，磁畴图像具有如在单层膜中看到的那样的沿衬底径向延伸的磁畴壁。还从该磁畴结构中发现第一和第二非晶软磁层之间的反铁磁耦合部分损失。
如上所述，根据本发明的制造方法形成的软磁下层对于抑止尖峰噪声和读信号的调幅明显有效，这是由于在第一和第二非晶软磁层之间作用的反铁磁耦合的磁场大，而该磁场的位置分布不大。
第三实施例
图13示出了第三实施例的垂直磁记录介质的分层构造。利用溅射法，在2.5英寸的玻璃衬底130上相继形成非晶层131、第一非晶软磁层132、第一铁磁层133、非磁层134、第二铁磁层135、第二非晶软磁层136。然后，该介质在磁场中冷却至大约100℃。此后，在衬底130上相继形成中间层137、垂直记录层138以及保护层139。
在该介质冷却时，磁场沿磁盘衬底的径向从外圆周朝向内圆周，并且，在磁盘衬底上磁场强度被控制在4kA/m到8kA/m的范围内。
表4示出了第三实施例中用于形成该介质每个层的靶、Ar气压和膜厚。通过利用氟碳材料稀释全氟烷基聚醚材料而获得的润滑剂涂层可被用作润滑剂层。
图14示出了第三实施例中用于制造介质的淀积装置的示意性处理顺序。第三实施例的淀积装置包括衬底装入室、非晶层淀积室、第一非晶软磁层淀积室、铁磁层淀积室、非磁层淀积室、第二非晶软磁层淀积室、在沿衬底径向施加磁场时用于冷却每个衬底的衬底冷却室、中间层淀积室、记录层淀积室、保护层淀积室、以及衬底卸出室。
在第三实施例中，在第二非晶软磁层136淀积过程和非磁层137淀积过程之间提供的冷却定时与第二实施例中图10所示的淀积过程(3)相同。
表4
在该实施例中，如果沿磁盘衬底的径向施加磁场，该软磁下层的磁化曲线显示出在包含零磁场的磁场范围内具有稳定磁化水平的阶梯形状，如同第一实施例。
表5示出了在第三实施例中检测的介质I和J的评测结果，在第一实施例中检测的介质D的第一和第二非晶软磁层之间作用的反铁磁耦合磁场的强度，以及尖峰噪声和读信号调幅的评测。
表5所示的介质I和J中的每个的铁磁耦合磁场的Hex值显示出与第一实施例中介质D的Hex值相等的值。当第二实施例中的介质A和F的Hex值相互比较时，当冷却过程中的冷却定时从图10中的(1)改变到(3)，Hex值从23Oe下降到15Oe。
在第三实施例中的介质I和J的每一个中，即使冷却过程的冷却定时设置在形成第二非晶软磁层之后，就像图10中的(3)，Hex值也不会下降。这意味着CoFe/Ru/CoFe三层膜或RuFe层在第一和第二非晶软磁层之间稳定形成。换言之，第三实施例中的该介质在非磁层和铁磁层之间的界面上或在非晶软磁层和非磁层之间的界面上改进了热阻。
表5
图15示出了第三实施例中介质I和J中的每个以及第一实施例中的介质D的热阻评测结果。
Hex值利用淀积时的值标准化。Hex值与环境温度的升高成比例降低。在250℃，Hex值的下降率分别为：介质D是0.62；介质I是0.82，其中在第一和第二非晶软磁层之间提供CoFe/Ru/CoFe三层膜；以及介质J是大约0.79，其中Ru层用RuFe层来替换。介质I和J的热阻明显比介质D改进了很多。
在第三实施例中，在第二非晶软磁层淀积过程和中间层淀积过程之间提供冷却过程。但是，如果中间层要在高温下淀积而记录层要在低温下淀积，该冷却过程也可在中间层淀积过程和记录层淀积过程之间提供。如果在记录层淀积之后需要加热过程，可以在记录层加热过程和保护层淀积过程之间提供冷却过程。
制造本发明的垂直记录介质的方法可以在该介质的制造过程中在淀积第二非晶软磁层或垂直记录层的过程之后设置冷却过程。特别地，如果需要中间层或垂直记录层的高淀积温度，这可以降低垂直记录介质的制造成本。
第四实施例
在该第四实施例中，利用第一实施例中说明的介质B、与介质B构造相同但非晶层使用NiCrZr的介质K和非晶层使用AlTi的介质L，以及作为对比例的其中在衬底上直接形成第一非晶软磁层的介质X和其中第一非晶软磁层形成在结晶NiCr层上的介质Y，对尖峰噪声和读信号的调幅进行评测。表6示出了评测结果。在其中软磁下层直接形成在衬底上的介质X中识别出读信号调幅，在所评测的每个介质中尖峰噪声都得到抑止。
表6
然后，对本实施例的介质K以及对比例中的介质X和Y执行耐腐蚀测试。测试条件设置成这样：湿度100％，温度60℃以及测试时间是一个星期。
图16示出了使用光表面分析仪观察到的所测试介质的衬底表面。每个白色区域表示在介质表面上的腐蚀。对于其中软磁层直接形成在衬底上的介质X，在整个磁盘表面可看到腐蚀。相对比的，在衬底和软磁下层之间形成结晶层或非晶层的介质，其耐腐蚀性得到改善。发现其中在非晶层上形成软磁下层的介质B具有最高的抗腐蚀性。介质K的同样效果也可以在介质B或本实施例中的介质L中发现。
然后，向/从上述介质中的每个写/读信息。具有0.25μm磁道宽度的单极磁头用于写，具有0.08μm的屏蔽间隔和0.22μm磁道宽度的GMR磁头用于读。
然后，通过EEPR4型信号处理电路对信号读取波形进行错误率评测，在每平方厘米表面记录密度为7.75GB的条件下，由介质B、K和L的每个得到大约10-6的错误率，从介质X和Y的每个得到大约10-5的错误率。这样，可以看到，本实施例中软磁下层形成在非晶层上的介质的错误率比其他各介质的错误率要低一个数量级。
众所周知，记录/再现分离型磁头是由主磁极、记录线圈、辅助磁极/上屏蔽件、GMR元件以及下屏蔽件构成的。
上述介质各制作四片以评测上浮性。图17示出了评测结果。可以确定，当软磁下层形成在非晶层上时，各介质的上浮性都得到改进。
接下来，将参考图18说明本发明的磁记录/再现装置的实施例。该装置包括垂直磁记录介质181、用于旋转该介质的电机元件182、磁头183及其驱动装置184、以及为磁头183设置的写/读通道185。磁头183是设置在磁头浮动块上的写/读分离型磁头。单极型记录头的磁道宽度是0.22μm，再现磁头的屏蔽件至屏蔽件的间隔是0.08μm，磁道宽度是0.22μm。然后，将第一实施例的介质A装入该装置，以10nm的磁头上浮距离来评测读/写特性。在10℃到50℃的温度范围内，该介质的性能满足每平方厘米7.75GB的读/写特性要求。
第五实施例
第五实施例中的磁记录/再现装置的构造与第四实施例的装置相同。但第五实施例中的装置使用用于读取头的能更好地使用隧穿磁阻的高敏感性元件，然后在8nm的磁头上浮距离的条件下在用于记录/再现评测的装置中装入第一实施例中所述的介质A。作为评测结果，在10℃到50℃的测量范围内，足以满足每平方厘米14GB的纵向记录密度读/写特性。并且已熟知，在本评测中利用磁隧穿效应的高敏感性元件由上电极、反铁磁层、钉扎层、绝缘层、自由层以及下电极构成。

Claims (25)

1. 一种垂直磁记录介质，包括在衬底之上形成的垂直记录层以及其间的软磁下层，
其中所述垂直磁记录介质还包括在所述衬底和所述软磁下层之间形成的非晶层或纳米晶层；
其中所述软磁下层包括第一和第二非晶软磁层，以及在所述第一和第二非晶软磁层之间形成的非磁层；以及
其中所述第一和第二非晶软磁层沿所述衬底的径向被分别赋予单轴磁各向异性，并且以反铁磁方式相互耦合。
2. 如权利要求1所述的垂直磁记录介质，
其中所述非晶层或纳米晶层包括含有Ni、Al、Ti、Ta、Cr、Zr、Co、Hf、Si和B金属元素中的至少两种或多种的合金。
3. 如权利要求1所述的垂直磁记录介质；
其中所述介质还包括在所述第一非晶软磁层与所述非磁层之间的第一铁磁层，以及在所述第二非晶软磁层与所述非磁层之间的第二铁磁层。
4. 一种垂直磁记录介质，包括在衬底之上形成的垂直记录层以及其间的软磁下层；
其中所述介质还包括在所述衬底和所述软磁下层之间形成的非晶层或纳米晶层；
其中所述软磁下层包括第一和第二非晶软磁层，以及在所述第一和第二非晶软磁层之间形成的非磁层；
其中所述第一和第二非晶软磁层沿所述衬底的径向被分别赋予单轴磁各向异性；以及
其中通过对所述衬底沿其径向施加磁场而测量的所述软磁下层的磁化曲线具有在包括零磁场的磁场范围内有稳定磁化水平的台阶形状，从负磁场侧饱和磁化改变到所述稳定磁化的反转磁场的绝对值与从正磁场侧饱和磁化改变到所述稳定磁化水平的反转磁场的绝对值几乎相同。
5. 如权利要求4所述的垂直磁记录介质，
其中所述第一和第二非晶软磁层以反铁磁方式耦合。
6. 如权利要求4所述的垂直磁记录介质，
其中所述非晶磁层或纳米晶层包括含有Ni、Al、Ti、Ta、Cr、Zr、Co、Hf、Si和B金属元素中的至少两种或多种的合金。
7. 如权利要求4所述的垂直磁记录介质，
其中所述介质还包括在所述第一非晶软磁层与所述非磁层之间的第一铁磁层，以及在所述第二非晶软磁层与所述非磁层之间的第二铁磁层。
8. 一种垂直磁记录介质，包括在衬底上形成的垂直记录层以及其间的软磁下层，
其中所述介质还包括在所述衬底和所述软磁下层之间形成的非晶层或纳米晶层；
其中所述软磁下层包括第一和第二非晶软磁层，以及在所述第一和第二非晶软磁层之间形成的非磁层；
其中所述第一和第二非晶软磁层以反铁磁方式相互耦合；以及
其中，通过对所述衬底沿其径向施加磁场所测量的所述软磁下层的磁化曲线的微分值在所述施加磁场的状态从饱和磁化改变到其反转的饱和磁化时具有两个峰；
其中所述两个峰关于零磁场几乎对称，并且，当所述施加的磁场的状态从正或负饱和磁化改变到零时呈现的所述磁化曲线的所述微分值的一个峰，与当所述施加的磁场的状态从零改变到正或负饱和磁化时呈现的所述磁化曲线的所述微分值的另一个峰重叠在一起。
9. 如权利要求8所述的垂直磁记录介质，
其中所述第一和第二非晶软磁层沿所述衬底的径向被分别赋予单轴各向异性。
10. 如权利要求9所述的垂直磁记录介质，
其中所述非晶磁层或纳米晶层包括含有Ni、Al、Ti、Ta、Cr、Zr、Co、Hf、Si和B金属元素中的至少两种或多种的合金。
11. 如权利要求8所述的垂直磁记录介质，
其中所述介质还包括在所述第一非晶软磁层与所述非磁层之间的第一铁磁层，以及在所述第二非晶软磁层与所述非磁层之间的第二铁磁层。
12. 一种用于制造垂直磁记录介质的方法，包括步骤：
在衬底之上形成非晶层或纳米晶层；
在所述非晶层或纳米晶层上形成第一非晶软磁层；
在对所述衬底沿其径向施加磁场的同时冷却所述衬底；
在所述第一非晶软磁层上形成非磁层；
在所述非磁层上形成第二非晶软磁层；以及
在所述第二非晶软磁层上形成垂直记录层。
13. 如权利要求12所述的方法，
其中，紧接在所述形成所述第二非晶软磁层的步骤之后，设置对所述衬底沿其径向施加磁场的同时冷却所述衬底的步骤。
14. 如权利要求12所述的方法，
其中在所述冷却步骤中，所述衬底被冷却至100℃以下。
15. 如权利要求12所述的方法，
其中所述第一和第二非晶软磁层沿所述衬底的径向被分别赋予单轴各向异性，并且以反铁磁方式相互耦合。
16. 一种用于制造垂直磁记录介质的方法，包括步骤：
在衬底之上形成非晶层或纳米晶层；
在所述非晶层或纳米晶层上形成第一非晶软磁层；
在所述第一非晶软磁层上形成非磁层；
在所述非磁层上形成第二非晶软磁层；
在对所述衬底沿其径向施加磁场时冷却所述衬底；以及
在所述第二非晶软磁层上形成垂直记录层。
17. 如权利要求16所述的方法，
其中，在所述第一非晶软磁层与所述非磁层之间形成第一铁磁层，以及在所述非磁层与所述第二非晶软磁层之间形成第二铁磁层。
18. 如权利要求16所述的方法，
其中所述非磁层包含由非磁性材料和铁磁材料制成的合金。
19. 如权利要求16所述的方法，
其中，紧接在所述形成所述第一非晶软磁层的步骤之后，设置对所述衬底沿其径向施加磁场时冷却所述衬底的步骤。
20. 如权利要求16所述的方法，
其中在所述冷却步骤中，所述衬底被冷却至100℃以下。
21. 如权利要求16所述的方法，
其中所述第一和第二非晶软磁层沿所述衬底的径向被分别赋予单轴磁各向异性，并且以反铁磁方式相互耦合。
22. 一种磁记录/再现装置，包括：
垂直磁记录介质；
用于沿记录方向驱动所述垂直磁记录介质的致动器；
具有写元件和读元件的磁头；
用于相对所述垂直磁记录介质移动所述磁头的装置；以及
用于向/从所述磁头写/读信号的读/写信道；
其中所述垂直磁记录介质包括在衬底上形成的垂直记录层以及其间的软磁下层，以及在所述衬底和所述软磁下层之间形成的非晶层或纳米晶层；
其中所述软磁下层包括第一和第二非晶软磁层，以及在所述第一和第二非晶软磁层之间形成的非磁层；以及
其中所述第一和第二非晶软磁层沿所述衬底的径向被分别赋予单轴各向异性，并且以反铁磁方式相互耦合。
23. 如权利要求22所述的装置，
其中所述非晶层或纳米晶层包括含有Ni、Al、Ti、Ta、Cr、Zr、Co、Hf、Si和B金属元素中的至少两种或多种的合金。
24. 如权利要求22所述的装置，
其中所述介质包括在所述第一非晶软磁层与所述非磁层之间的第一铁磁层，以及在所述第二非晶软磁层与所述非磁层之间的第二铁磁层。
25. 如权利要求22所述的装置，
其中所述磁头的写元件被形成为单极型磁头，所述磁头的读元件被形成为充分利用磁阻或隧穿磁阻的敏感器件。
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