CN101017669A - 包括具有扩散阻挡层的软磁性底层的垂直磁性记录介质 - Google Patents

包括具有扩散阻挡层的软磁性底层的垂直磁性记录介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种垂直磁性记录介质，其包括具有扩散阻挡层的软磁底层。该垂直磁性记录介质包括软磁记录底层和形成在所述软磁性底层上的记录层。所述软磁性底层包括：衬底、底层、扩散阻挡层、反铁磁层和软磁性层。该底层形成在衬底上，且扩散阻挡层形成在底层上。反铁磁层形成在扩散阻挡层上，且软磁性层形成在反铁磁层上。

Description

包括具有扩散阻挡层的软磁性底层的垂直磁性记录介质
技术领域
本发明涉及一种垂直磁性记录介质，且更具体而言，涉及一种包括具有扩散阻挡层的软磁性底层的垂直磁性记录介质，用于通过提供防止软磁性底层内的磁性材料扩散的扩散阻挡层来提高交换耦合特性。
背景技术
随着对超小型记录介质的日益增加的需求，急需具有高的面积记录密度的磁性记录介质。虽然在现有技术中磁性记录设备利用了长度方向磁性记录来进行磁性记录，但为了提高面积记录密度已经提出了垂直磁性记录。垂直磁性记录在垂直方向磁化磁性记录层从而记录信息。磁性记录层由具有高磁性各向异性和高矫顽磁力的磁性材料形成。将参考图1描述常规的垂直磁性记录设备。
图1是常规的垂直磁性记录设备的示意性剖面图。通常，垂直磁性记录设备包括垂直磁性记录介质和磁性头。
参考图1A，常规的磁性记录介质包括依次形成在衬底10上的软磁性底层11、记录层12和保护层13。中间层可以夹置在软磁性底层11和记录层12之间。磁性头15位于垂直磁性记录介质之上并包括主磁极(pole)和返回磁极。这里，引入软磁性底层11以通过有效磁化记录层12的区域A而使得写数据更容易。
具体地，磁性头在记录层12上施加磁通量M并磁化记录层12以记录信息。例如，为了在记录层12上记录信息，来自主磁极的磁通量以位区单元磁化记录层12、沿记录层12下面的软磁性底层11流动、然后汇集到返回磁极。软磁性底层11的引入允许来自主磁极的磁通量被有效地传送到记录层12而不分散磁通量，因此记录层12更有效地被此磁通量磁化。
将参考图1B详细描述软磁性底层11的结构。图1B是示出常规的软磁性底层的结构的示意图。包括籽层102和缓冲层103的底层形成在衬底101上。反铁磁(AFM)层104和软磁性层105依次形成在该底层上。而且，记录层106可以形成在软磁性层105上。中间层(未显示)可以选择性地夹置在软磁性层105与记录层106之间。具体地，衬底101可以由玻璃形成，籽层102可以由Ta形成，缓冲层103可以由NiFeCr形成，AFM层104可以由IrMn形成，软磁性层105可以由CoNbZr形成，且中间层可以由Ru形成。
具有图1B所示结构的软磁性底层通过溅射工艺形成，且根据记录层的结构和组分可能需要高温热处理。通常用于磁阻器件的过渡金属例如Mn、Fe、Co和Ni在约超过500℃的高温处理中扩散，这引起磁性特性例如交换耦合力的减少，并因此减少了垂直磁性记录介质的记录特性。因此，非常需要防止用于磁性记录介质的软磁性底层的过度金属在高温工艺中扩散的新结构。
发明内容
本发明提供了一种垂直磁性记录介质，包括具有扩散阻挡层的软磁性底层，以防止构成软磁性底层的主要成分在高温热处理工艺中扩散。
根据本发明的一个方面，提供了一种垂直磁性记录介质，其包括软磁性底层和形成在该软磁性底层上的记录层，该软磁性底层包括：底层；形成在该底层上的扩散阻挡层；形成在该扩散阻挡层上的AFM(反铁磁)层；和形成在AFM层上的软磁性层。
该底层可以包括籽层并还可以包括形成在该籽层上的缓冲层。
该介质还可以包括形成在扩散阻挡层与AFM层之间的中间磁性层。
该扩散阻挡层可以由Ru形成。
AFM层可以由Mn化合物构成。
软磁性层可以由包括CoFeB、CoZrNb、和CoTaZr的Co合金或者由包括Co90Fe10和Co35Fe65的CoFe合金形成。
籽层可以由Ta和Ta合金中的一种形成。
缓冲层可以由Ta/Ru化合物和NiFeCr之一形成。
中间磁性层可以由CoFeB形成。
附图说明
通过参考详细示出了本发明示范性实施例的附图，本发明的上述和其他特点和优点将更为明显，在附图中：
图1A是常规垂直磁性记录设备的示意图；
图1B是常规软磁性底层的示意图；
图2是包括具有扩散阻挡层的软磁性底层的垂直磁性记录介质的示意图；
图3A是示出原生状态的没有扩散阻挡层的垂直磁性记录介质的M-H特性的曲线；
图3B是示出原生状态的根据本发明的实施例的包括具有扩散阻挡层的软磁性底层的垂直磁性记录介质的M-H特性的曲线；
图4A是示出当形成没有扩散阻挡层的垂直磁性记录介质并随后在600℃温度下热处理32.5秒的M-H特性的曲线；
图4B是示出当形成根据本发明实施例的包括具有扩散阻挡层的软磁性底层的垂直磁性记录介质并随后在600℃温度下热处理32.5秒的M-H特性的曲线；
图5A是示出形成没有扩散阻挡层的常规垂直磁性记录介质并随后在600℃温度进行热处理之后通过SIMS测量的组分分布的曲线；
图5B是示出形成根据本发明实施例的包括具有扩散阻挡层的软磁性底层的垂直磁性记录介质并随后在600℃温度进行热处理之后通过SIMS测量的组分分布的曲线。
具体实施方式
现在将参考附图更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的实施例。在附图中，为了清楚而夸大了层和区域的厚度。
图2是包括具有扩散阻挡层的软磁性底层的垂直磁性记录介质的示意图。
参考图2，根据本发明实施例的垂直磁性记录介质包括软磁性底层，该软磁性底层包括依次形成在衬底201上的底层202和203、扩散阻挡层204、AFM层205、和软磁性层206。记录层207形成在软磁性层206上，且中间层(未显示)可以夹置在软磁性层206与记录层207之间以提高记录层的晶体取向特性和磁特性。而且，垂直磁性记录介质还可以包括形成在记录层207上的保护层和/或润滑层(未显示)。底层202和203可以分别是籽层和缓冲层。
下面将详细说明用于根据本发明实施例的每一层的材料。用于通常的垂直磁性记录介质的衬底可以不受限制地用于衬底201。衬底201可以由例如玻璃形成。籽层202和缓冲层203设计为用于生长磁性层以形成在籽层202和缓冲层203上。籽层202可以由Ta和Ta合金之一形成，且缓冲层203可以由Ta/Ru化合物和NiFeCr之一形成。
扩散阻挡层204防止构成缓冲层203或AFM层205的过渡金属(例如Mn、Fe、Co或Ni)扩散，并可以由非磁性材料形成，该非磁性材料对形成在扩散层204上的AFM层205的生长不具有不利的影响。具体地，扩散阻挡层204可以由几纳米到几十纳米厚的Ru形成。当扩散阻挡层204夹置在缓冲层203与AFM层205之间时，可以防止构成缓冲层203或AFM层205的例如Mn、Fe、Co和Ni的过渡金属在500℃的高温热处理工艺中扩散超过层之间的边界。当构成磁性层的组分扩散超过层之间的边界时，磁滞曲线改变，导致垂直磁性记录介质的记录特性的减小。因此，通过设置扩散阻挡层204，即使在高温热处理工艺中也可以保持垂直磁性记录介质的记录特性，其将在后详细描述。
AFM层205确定形成在AFM层205上的软磁性层206的磁化方向，且交换耦合力可以根据AFM层205的厚度而改变。此AFM层205可以由Mn化合物例如IrMn形成为几纳米到几十厚度。软磁性层206可以由各种磁性材料形成。具体地，软磁性层206可以由包括CoFeB、CoZrNb、和CoTaZ的Co合金或者由包括Co90Fe10和Co35Fe65的CoFe合金形成。中间磁性层(未显示)还可以形成在AFM层205与软磁性层206之间。中间层可以通过例如形成几纳米厚的CoFeB来由AFM层205强化固定软磁性层206的磁化方向的效果。
图3A是示出原生状态的没有扩散阻挡层的垂直磁性记录介质的M-H特性的曲线。这里，用作测量目标的测试片是没有扩散阻挡层的垂直磁性记录介质。该垂直磁性记录介质通过在玻璃衬底上形成约5nm厚的Ta籽层并在Ta籽层上形成约5nm厚的NiFeCr缓冲层而制备。而且，IrMn AFM层在NiFeCr缓冲层上形成为10nm厚度，且CoFeB中间磁性层在IrMn AFM层上形成为约2nm厚。而且，CoZrNb软磁性层在CoFeB中间磁性层上形成为约40nm厚，且Ru层在CoZrNb软磁性层上形成为约20nm厚。
图3B是示出原生状态的根据本发明实施例的包括具有扩散阻挡层的软磁性底层的垂直磁性记录介质的M-H特性的曲线。这里，用作测试目标的测试片是具有扩散阻挡层的垂直磁性记录介质。该垂直磁性记录介质通过在玻璃衬底上形成约5nm厚的Ta籽层并在Ta籽层上形成5nm厚的NiFeCr缓冲层而制备。而且，扩散层在NiFeCr缓冲层上形成10nm厚，CoFeB中间磁性层形成为2nm厚，IrMnAFM层在缓冲层上形成为约10nm厚。而且CoZrNb软磁性层在IrMn AFM层上形成为约40nm厚，Ru层在CoZrNb软磁性层上形成为约20nm厚。即，与图3A的测量目标测试片相比，在图3B的测量目标测试片的情况下，扩散阻挡层夹置在扩散层与AFM层之间。
参考图3A和3B，图3A的交换耦合力(Hex)约为35 Oe，图3B的交换耦合力(Hex)约为45 Oe。当进行热处理时，插入扩散阻挡层的结构具有较大的互联耦合力。
图4A是示出当形成没有扩散阻挡层的垂直磁性记录介质并随后在600℃温度下热处理32.5秒的M-H特性的曲线。这里，用作测试目标的测试片是图3A中使用的测试片，且在600℃环境下进行32.5秒的热处理。
图4B是示出当形成根据本发明实施例的包括具有扩散阻挡层的软磁性底层的垂直磁性记录介质并随后在600℃温度下热处理32.5秒的M-H特性的曲线。这里，用作测试目标的测试片是图3B中材料的测试片，且在600℃环境下进行32.5秒的热处理。
参考图4A和4B，当不形成扩散阻挡层时，交换耦合力显著减小并几乎达到0 Oe。另一方面，当在插入扩散阻挡层的该结构上进行热处理时，交换耦合力变为24 Oe，导致交换耦合力与作为热处理前状态的原生状态相比减小，但交换耦合力与不插入扩散阻挡层的情况相比提高。
图5A是示出形成没有扩散阻挡层的常规垂直磁性记录介质并随后在600℃温度进行热处理之后通过二次离子质谱仪(SIMS)测量的组分分布的曲线。具体地，测量了图4A的测试目标测试片的组分分布。
参考图5A，当元件被热处理时，他们在整个结构上有效扩散，特别是在水平轴的1500秒显示最高峰的Mn通过扩散在其他层中保持高的组分分布。
图5B是示出形成根据本发明实施例的包括具有扩散阻挡层的软磁性底层的垂直磁性记录介质并随后在600℃温度进行热处理之后通过SIMS测量的组分分布的曲线。具体地，测量了图4B的测试目标测试片的组分分布。
参考图5B，与图5A的结果相比元素的扩散显著减少。具体地，Mn具有与图5A所示的分布明显不同的减少的分布，且Fe、Co和Ni在整体上具有低扩散分布。当与图5A的结构相比时，特别是Mn和Cr在被热处理时，根据是否存在扩散阻挡层具有几乎达到1/10的扩散减少量。扩散阻挡层的引入防止构成磁性层的金属扩散，导致热稳定。
根据本发明，提供了下面的效果。
首先，本发明能够防止构成AFM层的过渡金属或底层在热处理工艺中扩散，并通过在垂直磁性记录介质的底层与AFM层之间引入扩散阻挡层而防止记录介质记录特性的减少。
第二，利用扩散阻挡层提供了具有优异热稳定性的垂直磁性记录介质，从而能够进一步增加制造工艺中的热处理温度，且垂直磁性记录介质可以在较高温度环境下稳定使用。
虽然参考其示范性实施例具体示出并描述了本发明，但本领域的技术人员应该理解，可以不脱离由权利要求所限定的本发明的精神和范畴进行各种形式和细节的变化。

Claims (11)

1、一种垂直磁性记录介质，包括软磁底层和形成在所述软磁性底层上的记录层，其中所述软磁性底层包括：
底层；
形成在所述底层上的扩散阻挡层；
形成在所述扩散阻挡层上的反铁磁层；和
形成在所述反铁磁层上的软磁性层。
2、根据权利要求1所述的介质，其中所述底层包括籽层。
3、根据权利要求1所述的介质，其中所述底层包括：籽层和形成在所述籽层上的缓冲层。
4、根据权利要求1所述的介质，还包括形成在所述扩散阻挡层和反铁磁层之间的中间磁性层。
5、根据权利要求1所述的介质，其中所述扩散阻挡层由Ru形成。
6、根据权利要求1所述的介质，其中所述反铁磁层由Mn化合物形成。
7、根据权利要求1所述的介质，其中所述软铁磁层由包括CoFeB、CoZrNb、和CoTaZr的Co合金或者由包括Co90Fe10和Co35Fe65的CoFe合金形成。
8、根据权利要求2所述的介质，其中所述籽层由Ta和Ta合金之一形成。
9、根据权利要求3所述的介质，其中所述缓冲层由Ta/Ru化合物和NiFeCr之一形成。
10、根据权利要求4所述的介质，其中所述中间磁性层由CoFeB形成。
11、根据权利要求3所述的介质，其中所述籽层由Ta和Ta合金之一形成。
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