CN101046978A - 垂直磁记录介质和磁存储装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种垂直磁记录介质，其能够防止发生广域磁道擦除现象并能够进行高密度记录。该垂直磁记录介质包括：衬底；软磁衬叠层结构，包括依次层叠在该衬底上的第一磁层、第一非磁性耦合层、第二磁层；中间层，位于该软磁衬叠层结构上，并由非磁性材料形成；以及记录层，位于该中间层上，该记录层具有垂直于该衬底表面的易磁化轴。该第一磁层和该第二磁层由多晶软磁材料形成，该第一磁层和该第二磁层的表面内均具有易磁化轴，并且该第一磁层的磁化与该第二磁层的磁化耦合且彼此反向平行。
Description
相关申请的交叉引用
本专利申请基于2006年3月31日申请的日本专利申请No.2006-100594的优先权，在此通过参考援引其全部内容。
技术领域
本发明涉及一种垂直磁记录介质和磁存储装置。
背景技术
磁存储装置广泛应用于各种设备，涵盖了从大规模系统到个人使用计算机以及通信装置。在磁存储装置的所有应用中，均需要进一步增加记录密度和数据传输速度。
近年来，在目前作为主要磁记录方法的平面内记录技术中，采用一种具有高矫顽力(即，剩余磁化的热稳定性高)的记录层，以防止以高记录密度记录的信息丢失。为了进一步增加记录密度，必须进一步增加矫顽力，因而必须增加磁记录头的记录磁场强度。为此，需要在磁头的磁极中使用具有高饱和磁通密度的软磁材料。但是，这种软磁材料不容易获得，因此难以增加磁记录装置的记录密度。
另一方面，在垂直磁记录技术中，由于磁记录介质的记录层在垂直于衬底表面的方向磁化，因此与平面内记录技术相比所记录的信息不容易丢失。为此，与平面内记录技术相比能够获得更高的记录密度。
在垂直磁记录介质中，由软磁材料形成的衬层覆盖在衬底上，并在该衬层上层叠记录层。当在垂直磁记录介质中记录信息时，磁头的磁场垂直施加在记录层的膜表面上，并且该磁场在通过软磁材料衬层之后返回磁头。软磁材料衬层与磁头成对形成以吸引和排斥磁场。如果在软磁材料衬层中形成有磁壁，则从该磁壁泄漏的磁场可以被再现头检测到，这会导致噪声尖峰，从而可能产生错误。
为减少噪声尖峰，人们提出如下方案：通过层叠两层软磁材料层形成软磁材料衬层，其中在两层软磁材料层之间具有非磁性层，以形成具有通过反铁磁耦合而被耦合的两层软磁材料层的磁结构。例如，日本特开专利申请No.2001-155322、日本特开专利申请No.2002-358618和日本特开专利申请No.2001-331920公开了与这种技术相关的发明。
在这种磁结构中，一个软磁材料层中的磁化反向平行于另一软磁材料层中的磁化。因此，从各软磁材料层的磁壁泄漏的磁场相互抵消，从而防止了噪声尖峰的产生。此外，由于能够防止磁畴的形成，因此可使用非晶材料来形成所述软磁材料层。
但是，在垂直磁记录介质中，出现所谓的广域磁道擦除(Wide Area TrackErasure，WATER)现象。广域磁道擦除是这样一种现象：其中，当信息在同一磁道中反复记录时，从记录磁道到相隔几微米的磁道的信息消失。当出现广域磁道擦除现象时，所记录的信息丢失，垂直磁记录介质的长期可靠性下降。
发明内容
本发明可以解决相关技术中的一个或多个问题。
本发明的优选实施例提供一种能够防止广域磁道擦除现象发生以及能够进行高密度记录的垂直磁记录介质和磁存储装置。
根据本发明的第一方案，提供一种垂直磁记录介质，包括：
衬底；
软磁衬叠层结构，包括依次层叠在该衬底上的第一磁层、第一非磁性耦合层以及第二磁层；
中间层，位于该软磁衬叠层结构上，并由非磁性材料形成；以及
记录层，位于该中间层上，所述记录层具有垂直于该衬底表面的易磁化轴，
其中，该第一磁层和该第二磁层由多晶软磁材料形成，以及
该第一磁层和该第二磁层的表面内均具有易磁化轴，并且该第一磁层的磁化与该第二磁层的磁化耦合且彼此反向平行。
根据本发明，软磁衬叠层结构包括第一磁层和第二磁层，以及位于第一磁层和第二磁层之间的第一非磁性耦合层，并且第一磁层和第二磁层由多晶软磁材料形成。由于第一磁层和第二磁层由晶体材料形成，因此能够经由中间层改进记录层的结晶性和晶体排列，这增强了记录层的垂直矫顽力并改进了记录层的磁特性。
此外，由于第一磁层和第二磁层通过反铁磁耦合而彼此耦合，因此从这些磁层泄漏的磁场彼此抵消。由此，能够减少从软磁衬叠层结构泄漏的磁场，并防止再现元件检测到噪声。由此，能够提高垂直磁记录介质的信噪(S/N)比。因此，能够在垂直磁记录介质中进行高密度记录。
此外，由于软磁衬叠层结构的第一磁层和第二磁层由晶体材料形成，因此能够将第一磁层和第二磁层的饱和磁通密度设置为高于非晶软磁材料的饱和磁通密度，从而提高交换耦合磁场，并防止发生广域磁道擦除现象。
根据本发明的第二方案，提供一种磁存储装置，包括：
记录和再现单元，具有磁头；以及
垂直磁记录介质，
其中，该垂直磁记录介质包括：
衬底；
软磁衬叠层结构，包括依次层叠在该衬底上的第一磁层、第一非磁性耦合层以及第二磁层；
中间层，位于该软磁衬叠层结构上，并由非磁性材料形成；以及
记录层，位于该中间层上，所述记录层具有垂直于该衬底表面的易磁化轴，
其中，该第一磁层和该第二磁层由多晶软磁材料形成，以及该第一磁层和该第二磁层的表面内均具有易磁化轴，并且该第一磁层的磁化与该第二磁层的磁化耦合且彼此反向平行。
根据本发明的实施例，提供一种能够进行高密度记录、能够防止发生广域磁道擦除现象以及具有长期可靠性的磁存储装置。
在参照附图给出的优选实施例的以下详细描述中，本发明的上述和其它目的、特点和优点将变得更为明显。
附图说明
图1为示出根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质实例的剖视图；
图2A和图2B为示出根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质10的多晶软磁层19和21的结晶状态和磁化的俯视图；
图3为示出根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质另一实例的剖视图；
图4为示出根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质又一实例的剖视图；
图5示出本实例的垂直磁记录介质的晶向的X射线衍射试验结果；
图6为示出本实例以及比较例1和2的垂直磁记录介质的特性的表格；以及
图7为根据本发明第二实施例的磁存储装置50的主要部分的示意图。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的优选实施例。
第一实施例
图1为示出根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质实例的剖视图。
如图1所示，垂直磁记录介质10包括：衬底11；以及依次层叠在衬底11上的第一衬层12、分离层16、第二衬层18、中间层22、记录层23、保护膜24和润滑层25。
在图1中，第一衬层12和第二衬层18中的箭头方向(direction)示意性表示易磁化轴方向，而箭头取向(orientation)表示在不施加外部磁场时剩余磁化的取向。在以下的图3和图4中，箭头的定义与图1中相同。
参照图1继续说明，第一衬层12包括：非晶软磁层13和非晶软磁层15，以及位于它们之间的非磁性耦合层14。第二衬层18包括：多晶软磁层19和多晶软磁层21，以及位于它们之间的非磁性耦合层20。
衬底11可以为例如塑料衬底、晶化玻璃衬底、强化玻璃衬底、硅衬底或铝合金衬底。
当垂直磁记录介质10为磁盘时，衬底11为盘形。当垂直磁记录介质10为磁带时，衬底11可以由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜、聚萘二酸乙二醇酯(PEN)膜或耐热性聚酰亚胺(PI)形成。
在第一衬层12中，非晶软磁层13和非晶软磁层15均为例如50nm-20μm厚，并由包括Fe、Co、Ni、Al、Si、Ta、Ti、Zr、Hf、V、Nb、C和B中的至少之一的非晶软磁材料形成。更具体地，非晶软磁层13和非晶软磁层15可由诸如FeSi、FeAlSi、FeTaC、CoNbZr、CoCrNb、CoFeB和NiFeNb之类的材料形成。
非晶软磁层13和非晶软磁层15的磁化通过经由非磁性耦合层14的反铁磁耦合而耦合。优选地，非晶软磁层13和非晶软磁层15的易磁化轴位于衬底11的径向。由此，在剩余磁化状态下，非晶软磁层13和非晶软磁层15的磁化方向分别朝向衬底11的中心和朝向衬底11的外围，或者相反。
非晶软磁层13和非晶软磁层15可由成分彼此不同的软磁材料形成。或者，非晶软磁层13和非晶软磁层15可由成分相同的软磁材料形成。此外，优选地，非晶软磁层13和非晶软磁层15具有同等的厚度。由此，从非晶软磁层13和非晶软磁层15泄漏的磁场彼此抵消，从而防止磁头的再现元件接收到噪声。
非磁性耦合层14可由包括Ru、Cu、Cr、Rh、Ir、Ru合金、Rh合金和Ir合金之一的非磁性材料形成。优选地，Ru合金非磁性材料为Ru与Co、Cr、Fe、Ni和Mn之一的合金，或Ru与Co、Cr、Fe、Ni和Mn的合金的合金。
非磁性耦合层14的厚度在适当范围内，以使非晶软磁层13和非晶软磁层15通过反铁磁交换耦合而耦合。例如，非磁性耦合层14的厚度在0.3nm-2.5nm的范围内。
在第一衬层12中，在非晶软磁层15上可设置包括非磁性耦合层和非晶软磁层的叠层。但是，在这种情况下，优选地，整个第一衬层12的净磁化接近0。
分离层16的厚度为例如2.0nm-10nm，并可由包括Ta、Zr、Ti、C、Mo、W、Re、Os、Hf、Mg和Pt中的至少之一的非晶非磁性材料形成。由于分离层16为非晶态，因此其不影响第二衬层18的多晶软磁层19的晶体排列(crystal alignment)，其中多晶软磁层19位于分离层16之上。由此，多晶软磁层19能够以自组织的方式容易地排列，从而改进多晶软磁层19的晶体排列。
此外，分离层16还使得多晶软磁层19中晶粒直径的分布均匀化。并且，由于分离层16为非磁性，因此其能够防止非晶软磁层15与多晶软磁层19之间的磁耦合。
在第二衬层18中，多晶软磁层19和多晶软磁层21均由晶态软磁材料形成。由于此构造，如在以下实例中所述，改进了设置于多晶软磁层21上的中间层22的结晶性和晶体排列。
此外，当多晶软磁层19和多晶软磁层21较厚时，中间层22的结晶性和晶体排列较好，这使得更容易避免由记录磁场引起的磁饱和。从提高记录层23的垂直矫顽力和成核磁场(nucleation field)以及提高信噪(S/N)比的角度，优选地，多晶软磁层19和多晶软磁层21的总厚度小于10nm。进而，优选地，多晶软磁层19和多晶软磁层21的厚度均在1nm-5nm的范围内。当多晶软磁层19和多晶软磁层21的总厚度大于10nm时，记录层23的垂直矫顽力增加过大，记录层23的重写特性趋向于下降。但是，即使在这种情况下，如果中间层22的厚度适当减小，就能够防止记录层23的垂直矫顽力增加以及记录层23的重写特性下降。
多晶软磁层19和多晶软磁层21均包括多个晶粒19a和21a，并且晶粒19a和21a经由晶界19b和21b彼此紧密接触。
多晶软磁层19和多晶软磁层21的易磁化轴均平行于衬底11表面(即，在平面内)并在平面内任意取向。
优选地，多晶软磁层19和多晶软磁层21均由Ni、NiFe和NiFe合金之一形成。当多晶软磁层19和多晶软磁层21由Ni、NiFe或NiFe合金形成时，(111)晶面成为生长面。由此，当设置于多晶软磁层21上的中间层22由具有六角密堆积(hcp)晶体结构的Ru或Ru合金形成时，能够获得多晶软磁层21与中间层22之间的良好晶格匹配。因此，能够改进中间层22的结晶性和晶体排列，进而改进记录层23的结晶性和晶体排列。
NiFe合金可表示为NiFe-X1，其中添加元素X1可为Cr、Ru、Si、O、N和SiO2中的一个或多个。通过将添加元素X1添加至NiFe，可以在保持NiFe的晶体结构的同时降低饱和磁通密度。因此，即使当多晶软磁层19和多晶软磁层21的厚度偏离预设值时，也能够防止从多晶软磁层19和多晶软磁层21泄漏磁场，从而减小膜厚偏离的不利影响。
NiFe-O膜和NiFe-N膜可以通过如下方法形成：将O2气和N2气添加至在形成多晶软磁层19和多晶软磁层21时用作气氛气体的惰性气体(例如Ar气)，并利用NiFe溅射靶材来溅射NiFe-O膜或NiFe-N膜。以这种方法，NiFe-O膜或NiFe-N膜成为具有良好的晶粒直径分布的多晶膜。在该方法中，优选地，以2％或更小的体积浓度添加O2气或N2气。
非磁性耦合层20可由非磁性过渡金属形成。优选地，非磁性耦合层20可由Ru、Cu、Cr、Rh、Ir、Ru合金、Rh合金和Ir合金之一形成，这是因为利用这些成分能够获得较强的交换耦合磁场。Ru合金可以通过将Co、Cr、Fe、Ni和Mn中的至少之一添加至Ru元素而获得。
非磁性耦合层20的厚度在适当范围内，以使多晶软磁层19和多晶软磁层21通过反铁磁交换耦合而耦合。例如，非磁性耦合层20的厚度在0.4nm-2.5nm的范围内。
当非磁性耦合层20由Ru膜或Ru合金膜形成时，优选地，非磁性耦合层20的厚度在0.4nm-0.9nm的范围内。当非磁性耦合层20由Cr膜形成时，优选地，非磁性耦合层20的厚度在0.6nm-1.2nm的范围内。当非磁性耦合层20由Cu膜形成时，优选地，非磁性耦合层20的厚度在0.8nm-2.1nm的范围内。
在非磁性耦合层20的厚度在上述范围的情况下，能够增强多晶软磁层19和多晶软磁层21之间的交换耦合磁场。由此，能够防止磁化的反向平行状态被破坏，从而能够防止磁场泄漏。
应该注意，非磁性耦合层20的厚度范围与构成元素的相关性也适用于非磁性耦合层14。
如果多晶软磁层19的剩余磁化和厚度分别以Mr1和t1表示，多晶软磁层21的剩余磁化和厚度分别以Mr2和t2表示，优选地，多晶软磁层19的剩余磁化和厚度的乘积等于多晶软磁层21的剩余磁化和厚度的乘积，即Mr1×t1＝Mr2×t2。由此，从多晶软磁层19和多晶软磁层21泄漏的磁场彼此抵消，这减少了由第二衬层18引起的噪声，从而提高了信噪比。此外，当多晶软磁层19和多晶软磁层21由相同成分形成时，优选地，它们的厚度相等，即t1＝t2。由此，因为仅控制多晶软磁层19和多晶软磁层21厚度就足够了，所以容易制造多晶软磁层19和多晶软磁层21。
图2A和图2B为示出根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质10的多晶软磁层19和21的结晶状态和磁化的俯视图。
具体地，图2A示出多晶软磁层19的结晶状态和磁化，图2B示出多晶软磁层21的结晶状态和磁化。
在图2A和图2B中，箭头方向表示易磁化轴方向，并且箭头取向表示剩余磁化的取向。
参照图2A、图2B以及图1，多晶软磁层19和多晶软磁层21具有几乎相同的结晶状态。即，由于多晶软磁层21生长在多晶软磁层19之上，二者之间有非磁性耦合层20，因此多晶软磁层19的结晶状态直接反映在多晶软磁层21上。
例如，图2B中多晶软磁层21的晶粒21a1生长在图2A中多晶软磁层19的晶粒19a1上，晶粒21a1与晶粒19a1之间有非磁性耦合层20。由于非磁性耦合层20非常薄，因此晶粒21a1的尺寸和形状与晶粒19a1的尺寸和形状几乎相同。
此外，晶粒21a1的易磁化轴平行于晶粒19a1的易磁化轴。当未施加外部磁场时，即当观测到剩余磁化时，晶粒21a1的剩余磁化反向平行于晶粒19a1的剩余磁化。由此，从晶粒21a1和晶粒19a1泄漏的磁场抵消。
这里，晶粒21a1和晶粒19a1用作实例。当然，其它晶粒，例如晶粒21a2和晶粒19a2同样如此。
利用上述结构，能够减少来自第二衬层18的噪声，从而能够提高垂直磁记录介质10的信噪比。
此外，由于第二衬层18起到吸引和排斥记录磁场的作用，以及多晶软磁层19和多晶软磁层21的磁化通过反铁磁交换耦合而耦合，从而能够进一步防止噪声尖峰的产生。
此外，已知当交换耦合磁场作用在通过交换耦合而耦合的两层之间时广域磁道擦除现象一般被抑制。由于第二衬叠层结构18的多晶软磁层19和多晶软磁层21由晶体材料形成，因此多晶软磁层19和多晶软磁层21的饱和磁通密度能够高于非晶材料的饱和磁通密度。当饱和磁通密度升高时，作用在多晶软磁层19和多晶软磁层21之间的交换耦合磁场可以强于使用非晶磁性材料时的交换耦合磁场。由此，能够防止广域磁道擦除现象。
优选地，多晶软磁层19和多晶软磁层21的饱和磁通密度为1.0T或更高。由此，能够有效地防止产生广域磁道擦除现象。饱和磁通密度的上限可以是任何可用值。在实践中，当前可用多晶软磁材料的最大饱和磁通密度为2.4T。
此外，由于多晶软磁层19和多晶软磁层21由晶体材料形成，由晶体材料形成的多晶软磁层19和多晶软磁层21的饱和磁通密度高于由非晶材料形成的软磁层的饱和磁通密度。由此，能够将作用于多晶软磁层19和多晶软磁层21之间的交换耦合磁场设定为高于使用非晶材料时的交换耦合磁场。因此，能够更有效地防止发生广域磁道擦除现象。
中间层22可由具有hcp晶体结构或面心立方(fcc)晶体结构的非磁性材料形成。具体地，中间层22可由包括Ru、Pd、Pt和Ru合金之一的一种非磁性材料形成。Ru合金为具有六角密堆积(hcp)晶体结构的Ru-X2合金，其中X2代表包括Ta、Nb、Co、Cr、Fe、Ni、Mn、O和C之一的非磁性材料。
当记录层23由以Co为主要成分的合金形成时，优选地，中间层22由Ru或Ru-X2合金形成，这是因为能够获得良好的晶格匹配。Co的(0002)晶面生长在Ru的(0002)晶面上，并且易磁化轴(c轴)垂直于衬底排列。
中间层22可具有如下结构：其中，Ru或Ru-X2晶粒(以下称为“Ru晶粒”)通过多个间隙(interstice)彼此分离。以下将该结构称为“中间层结构A”。由于Ru晶粒彼此几乎均匀地分离，从而记录层23的磁性粒子遵循Ru晶粒的排列，这可以减少磁性粒子的直径分布范围。因此，可以减少介质噪声，从而提高信噪比。
此外，如上所述，由于Ru的(0002)晶面生长，因此当记录层23由以Co为主要成分的铁磁材料形成时，Co的(0002)晶面生长，并且易磁化轴(c轴)垂直于衬底排列。
上述中间层22可通过溅射形成。具体地，利用由Ru或Ru-X2合金制成的溅射靶材并在惰性气体(例如Ar气)气氛中，以2nm/s或更低的沉积速度溅射中间层22，其中气氛的压强为2.66Pa或更高。但是，为使生产效率不致太低，优选地，沉积速度高于0.1nm/s。此外，气氛气体可以是以2％或更低的体积浓度添加有O2气体的惰性气体。由此，Ru晶粒分离良好。
或者，中间层22可具有如下结构：其中Ru晶粒由不混溶层(immisciblelayer)包围。以下将该结构称为“中间层结构B”。即使在这种结构下，Ru晶粒也可以彼此几乎均匀地分离，从而可以减少磁性粒子的直径分布范围。因此，可以减少介质噪声，从而提高信噪比。
对构成不混溶层的材料没有限制，只要该材料不与Ru或Ru合金混溶即可。优选地，该不混溶层由包括Si、Al、Ta、Zr、Y、Ti和Mg中的至少之一以及O、C和N中的至少之一的化合物形成，该化合物例如为SiO2、Al2O3、Ta2O3、ZrO2、Y2O3、TiO2、MgO或其它氧化物，或者为Si3N4、AlN、TaN、ZrN、TiN、Mg3N2或其它氮化物，或者为SiC、TaC、ZrC、TiC之类的碳化物。
记录层23可由包括Ni、Fe、Ni合金、Fe合金、Co和以Co为主要成分的合金之一的铁磁材料形成(以下称为“铁磁连续膜”)。
例如，Fe合金可为FePt，以Co为主要成分的合金可为CoPt、CoCrTa、CoCrPt和CoCrPt-M之一，其中Co的原子含量为50％或更多，M代表B、Mo、Nb、Ta、W和Cu中的至少之一。此外，CoPt合金可包括CoPt和Co3Pt，其中在该CoPt中Co和Pt的成分比为1∶1，在该Co3Pt中Co和Pt的成分比为3∶1。
或者，记录层23可具有如下结构：其中，多个磁性粒子均由包括Ni、Fe、Ni合金、Fe合金、Co和以Co为主要成分的合金之一的铁磁材料形成，且所述磁性粒子由不混溶层包围以使所述磁性粒子彼此分离。以下将该结构称为“铁磁粒状结构膜”。当记录层23具有铁磁粒状结构膜时，磁性粒子可以彼此几乎均匀地分离，从而可以减少介质噪声。
这里，以Co为主要成分的合金可具有与上述以Co为主要成分的合金相同的成分。对构成不混溶层的材料没有限制，只要该材料不与所述磁性粒子混溶即可。优选地，该不混溶层由包括Si、Al、Ta、Zr、Y、Ti和Mg中的至少之一以及O、C和N中的至少之一的化合物形成，该化合物例如为SiO2、Al2O3、Ta2O3、ZrO2、Y2O3、TiO2、MgO或其它氧化物，或者为Si3N4、AlN、TaN、ZrN、TiN、Mg3N2或其它氮化物，或者为SiC、TaC、ZrC、TiC之类的碳化物。
优选地，第二衬叠层结构18、中间层22和记录层23组合以具有如下结构。具体地，第二衬叠层结构18的多晶软磁层19和多晶软磁层21由Ni或NiFe形成，中间层22具有上述中间层结构A或中间层结构B，以及记录层23具有铁磁粒状结构膜。在这种情况下，优选地，铁磁粒状结构膜的磁性粒子可由如上所述的以Co为主要成分的合金形成。
利用上述组合，中间层22的Ru晶粒生长在第二衬叠层结构18的多晶软磁层19和多晶软磁层21的晶粒上；进而，记录层23的磁性粒子生长在中间层22的Ru晶粒上。由此，能够减少记录层23的磁性粒子的直径分布范围，能够减少介质噪声，从而能够提高信噪比。
当第二衬叠层结构18的多晶软磁层19和多晶软磁层21由Ni或NiFe形成时，Ni或NiFe的(111)晶面成为生长面，在该生长面上Ru的(0002)晶面以良好的晶格匹配生长。因此，能够改进Ru晶粒的结晶性和晶体排列。进而，Co磁性粒子的(0002)晶面以良好的晶格匹配生长在Ru晶粒的(0002)晶面上。从而能够改进Co磁性粒子的结晶性和晶体排列。由此，能够改进垂直磁记录介质10的记录层23的磁特性以及垂直磁记录介质10的记录和再现特性。
对保护膜24没有限制。例如，保护膜24的厚度可为0.5nm-15nm，并可由无定形碳、碳氢化物、碳氮化物、氧化铝等形成。
对润滑层25没有限制。例如，润滑层25的厚度可为0.5nm-5nm，并可由具有全氟聚醚主链的润滑剂形成。依据保护膜24的材料，可设置或省略润滑层25。
除上述方法之外，还可通过溅射制造垂直磁记录介质10的上述各层。在溅射过程中，使用由各层的材料制成的溅射靶材，并在惰性气体(例如Ar气)气氛中进行溅射以沉积膜。在成制造各层膜时，为了不使第一衬层12的非晶软磁层13和非晶软磁层15晶化，优选不加热衬底11。当然，可以将衬底11加热至不使第一衬层12的非晶软磁层13和非晶软磁层15晶化的温度，或者可以在形成非晶软磁层13和15之前加热衬底11以去除衬底11表面上的水分，然后在衬底11冷却之后形成非晶软磁层13和15。
在垂直磁记录介质10中，第二衬层18包括多晶软磁层19和多晶软磁层21，以及位于多晶软磁层19和多晶软磁层21之间的非磁性耦合层20。由于多晶软磁层19和多晶软磁层21为晶态，因此能够改进第二衬层18上的中间层22和记录层23的结晶性和晶体排列。这增强了记录层23的垂直矫顽力，并使得记录层23的成核磁场为负且具有较大的绝对值，从而改进了记录层23的磁特性。
此外，由于第二衬层18的多晶软磁层19和多晶软磁层21通过反铁磁交换耦合而耦合，因此从多晶软磁层19和多晶软磁层21泄漏的磁场彼此抵消。由此，能够减少从第二衬层18泄漏的磁场，从而减少由第二衬层18引起的噪声，并防止磁头的再现元件检测到噪声。由此，能够在垂直磁记录介质10中进行高密度记录。
此外，由于多晶软磁层19和多晶软磁层21为晶态，因此能够使得多晶软磁层19和多晶软磁层21的饱和磁通密度高于非晶软磁材料的饱和磁通密度，从而提高交换耦合磁场，并防止发生广域磁道擦除现象。
接下来，说明本实施例的垂直磁记录介质的另一实例。
图3为示出根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质另一实例的剖视图。
图3中，使用相同的标号表示与前述实例中相同的元件，并省略其重复说明。
图3示出垂直磁记录介质30，其与垂直磁记录介质10几乎相同，不同点在于垂直磁记录介质30的记录层33包括第一磁层33a和第二磁层33b。第一磁层33a和第二磁层33b均可为铁磁连续膜或铁磁粒状结构膜。
利用包括两个磁层的记录层33，第一磁层33a和第二磁层33b均可以变薄，这能够防止在磁性粒子沿厚度方向生长时第一磁层33a和第二磁层33b的磁性粒子的横向扩展，换言之，能够防止磁性粒子的直径增加，从而能够减少介质噪声。
此外，在记录层33中，优选地，第一磁层33a为铁磁粒状结构膜，第二磁层33b为铁磁连续膜。由于铁磁连续膜的饱和磁通密度高于铁磁粒状结构膜的饱和磁通密度，因此如果将铁磁连续膜设置为靠近磁头的再现元件，则能够增加再现输出。此外，由于第一磁层33a的铁磁粒状结构膜中的磁性粒子遵循中间层22的晶粒的排列，所以磁性粒子在膜中均匀排列，并能够减少第一磁层33a的铁磁粒状结构膜中的介质噪声。
此外，由于第二磁层33b的铁磁连续膜中的磁性粒子遵循第一磁层33a的铁磁粒状结构膜中的磁性粒子的排列，所以磁性粒子在膜中均匀排列，并能够进一步减少第二磁层33b的铁磁连续膜中的介质噪声。
垂直磁记录介质30具有与垂直磁记录介质10相似的效果。并且，垂直磁记录介质30能够进一步减少记录层33的噪声，从而能够改进垂直磁记录介质30的记录层33的磁特性以及记录和再现特性。
应该注意，记录层33中的磁层数目不限于两个，而可为三个或更多(如下所述)。
图4为示出根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质又一实例的剖视图。
图4中，使用相同的标号表示与前述实例中相同的元件，并省略其重复说明。
图4示出垂直磁记录介质40，其与垂直磁记录介质10几乎相同，不同点在于垂直磁记录介质40的记录层43包括n个磁层431-43n，其中n为自然数。
第一磁层431至第n磁层43n中均可为在如上所述的垂直磁记录介质10中所使用的铁磁连续膜或铁磁粒状结构膜。
利用包括n个磁层的记录层43，每个磁层均可以变得非常薄，这能够防止在磁性粒子沿厚度方向生长时磁层的磁性粒子的横向扩展，换言之，能够防止磁性粒子的直径增加。从而能够减少记录层43中的介质噪声，并提高信噪比。
当然，垂直磁记录介质40具有与垂直磁记录介质10相似的效果。
以下提供本实施例的垂直磁记录介质的实例。
实例1
作为本实施例的第一实例，制造如下所述的垂直磁记录介质。本实例的垂直磁记录介质具有与图3的垂直磁记录介质30相同的结构。因此，在下文中，使用与图3相同的标号。括号内的数值为膜厚。
具体地，本实例的垂直磁记录介质包括如下部件。
衬底11：玻璃衬底；
第一衬层12，包括：
非晶软磁层13、15：CoNbZr膜(每层膜均为25nm)，和
非磁性耦合层14：Ru膜(0.6nm)；
分离层16：Ta膜(3nm)；
第二衬层18，包括：
多晶软磁层19、21：Ni80Fe20膜，和
非磁性耦合层20：Ru膜(0.6nm)；
中间层22：Ru膜(20nm)；
记录层33，包括：
第一磁层33a：CoCrPt-SiO2膜(10nm)，
第二磁层33b：CoCrPtB膜(6nm)；
保护膜24：碳膜(3nm)；以及
润滑层25：全氟聚醚(1.5nm)。
本实例的垂直磁记录介质以如下方法制成。将清洗后的玻璃衬底11传输至溅射室，并利用DC磁控管形成上述膜，其中不加热衬底11，将Ar气导入溅射室中，并将压强设置为0.7Pa。
制成具有不同厚度的Ni80Fe20膜的磁盘，所述Ni80Fe20膜用作第二衬层18的多晶软磁层19、21。具体地，Ni80Fe20膜的厚度为3nm、5nm、8nm、10nm和15nm。为了比较，还制成没有Ni80Fe20膜的磁盘。
通过X射线衍射光谱法检验这些磁盘的上述Ni80Fe20膜、Ru膜、CoCrPt-SiO2膜和CoCrPtB膜的晶体排列，其中使用Cu-KαX射线源，扫描范围为θ-2θ。
图5示出本实例的垂直磁记录介质的晶向的X射线衍射试验结果。
在图5中，Ru的(0002)晶面出现在2θ＝42.25度处，CoPt的(0002)晶面出现在2θ＝42.75度处，NiFe的(111)晶面出现在2θ＝44.14度处。
参照图5，与Ru的(0002)晶面和CoPt的(0002)晶面相对应的衍射射线强度在磁盘中设置Ni80Fe20膜时高于在磁盘中不设置Ni80Fe20膜时。这表明在设置Ni80Fe20膜时Ru膜、CoCrPt-SiO2膜中的CoCrPt成分以及CoCrPtB膜的晶体排列改进。
此外，随着Ni80Fe20膜的厚度增加，与NiFe的(111)晶面相对应的衍射射线强度大幅上升，这表明Ni80Fe20膜的晶体排列显著改进。因而，与Ru的(0002)晶面和CoPt的(0002)晶面相对应的衍射射线强度上升。这表明通过调整Ni80Fe20膜的晶体排列，能够调整Ru的(0002)晶面和CoPt的(0002)晶面的晶体排列。尤其是当Ni80Fe20膜的厚度等于或大于3nm时，与Ru的(0002)晶面和CoPt的(0002)晶面相对应的衍射射线强度在设置Ni80Fe20膜时远高于不设置Ni80Fe20膜时。这种结构为优选结构。
实例2
作为本实施例的第二实例，制成如下所述的垂直磁记录介质。本实例的垂直磁记录介质具有与图3的垂直磁记录介质30相同的结构。因此，在下文中，使用与图3相同的标号。括号内的数值为膜厚。
具体地，本实例的垂直磁记录介质包括如下部件。
衬底11：玻璃衬底；
第一衬层12，包括：
非晶软磁层13、15：CoNbZr膜(每层膜均为25nm)，和
非磁性耦合层14：Ru膜(0.6nm)；
分离层16：Ta膜(3nm)；
第二衬层18，包括：
多晶软磁层19、21：Ni80Fe20膜(5nm)，和
非磁性耦合层20：Ru膜(0.6nm)；
中间层22：Ru膜(20nm)；
记录层33(第一磁层33a和第二磁层33b的总厚度为16nm)，包括：
第一磁层33a：CoCrPt-SiO2膜，和
第二磁层33b：CoCrPt膜；
保护膜24：碳膜(4.5nm)；以及
润滑层25：全氟聚醚(1.5nm)。
本实例的垂直磁记录介质以与实例1相同的方法形成。
为了比较，制成没有第二衬层18的Ni80Fe20膜、Ru膜和Ni80Fe20膜的叠层结构的磁盘(称为“比较例1”)。此外，制成第二衬层18仅具有一层Ni80Fe20膜而没有Ru膜和另一Ni80Fe20膜的磁盘(称为“比较例2”)。
图6为示出本实例以及比较例1和2的垂直磁记录介质的特性的表格。
图6示出如下磁特性：垂直矫顽力、成核磁场以及参数α。垂直矫顽力、成核磁场以及参数α的计算是根据克尔(Kerr)转角的磁滞回线，该磁滞回线通过沿垂直于衬底的方向施加磁场而获得。成核磁场相应于导致磁滞回线的切线处于在所施加磁场为0时的克尔转角的所施加磁场，其中该磁滞回线是在施加使得克尔转角为0的磁场时而获得的。参数α表示在施加使得克尔转角为0的磁场时的磁滞回线的倾角(inclination)。
在本实例中，垂直矫顽力大于比较例1和比较例2。成核磁场为负且绝对值大于比较例1和比较例2，这表明磁滞回线的垂直度(squareness)良好。此外，参数α与比较例1和比较例2相当。这表明在设置第二衬层18的Ni80Fe20膜、Ru膜和Ni80Fe20膜的叠层结构时，记录层中的CoPt的(0002)晶面的晶体排列改进，并且磁特性改进。
此外，利用市场可以购得的自旋支架(spin stand)和复合磁头测量重写特性和S/Nt，其中该复合磁头具有进行平面内磁记录的感应记录元件和巨磁阻(GMR)元件。这里，S代表495kBPI下的平均输出，Nt代表包括介质噪声和器件噪声二者的噪声。S/Nt值以与特定磁盘(标准介质)的比率示出。
如图6所示，本实例的重写特性为-47dB，其与比较例1和比较例2相当。换言之，尽管本实例中的垂直矫顽力比比较例1高500Oe，但是没有发生重写特性的下降。这表明记录层的晶体排列改进。
此外，本实例的S/Nt值远大于比较例2。这表明在设置第二衬层18的Ni80Fe20膜、Ru膜和Ni80Fe20膜的叠层结构取代仅有一层Ni80Fe20膜的第二衬层的情况下，磁场泄漏减少，因而S/Nt值增大。
第二实施例
本实施例涉及使用前述实施例的垂直磁记录介质的磁存储装置。
图7为根据本发明第二实施例的磁存储装置50的主要部分的示意图。
如图7所示，磁存储装置50包括壳体51，在壳体51内设置有：轮轴(hub)52，其由未示出的心轴(spindle)驱动；垂直磁记录介质53，其可旋转地固定至轮轴52；致动器单元54；臂55，其连接至致动器单元54，且可沿垂直磁记录介质53的径向移动；悬架56；以及磁头58，其由悬架56支撑。
例如，磁头58具有再现头，该再现头具有单极记录头和巨磁阻(GMR)元件。
尽管未示出，但该单极记录头包括：主磁极，其由软磁材料形成，并用以将记录磁场施加至垂直磁记录介质53上；旁轭(return yoke)，磁连接至该主磁极；以及记录线圈，用以将记录磁场导向该主磁极以及该旁轭。该单极记录头沿垂直方向将记录磁场从主磁极施加至垂直磁记录介质53上，并在垂直方向上磁化垂直磁记录介质53。
尽管未示出，该再现头具有GMR元件。该GMR元件能够检测垂直磁记录介质53的磁化的磁场泄漏，并根据与检测到的磁场方向相对应的GMR元件的磁阻变化获得记录在垂直磁记录介质53中的数据。应该注意，可使用铁磁隧道结磁阻(TMR)元件代替GMR元件。
在磁存储装置50中，使用前述实施例的垂直磁记录介质作为垂直磁记录介质53。因此，垂直磁记录介质53的信噪比良好且能够防止广域磁道擦除现象。
应该注意，磁存储装置50的配置不限于图7所示的配置，并且磁头58也不限于上述配置。可使用任何公知的磁头。此外，垂直磁记录介质53不限于磁盘，其也可以为磁带。
根据本实施例，能够实现垂直磁记录介质的高密度记录和长期可靠性，并防止广域磁道擦除现象。
尽管以上参照用于举例所选择的具体实施例说明了本发明，但应该清楚本发明并不限于这些实施例，而可由本领域的技术人员在不脱离本发明的基本构思和范围的条件下进行大量修改。
Claims (19)
1.一种垂直磁记录介质，包括：
衬底；
软磁衬叠层结构，包括依次层叠在该衬底上的第一磁层、第一非磁性耦合层以及第二磁层；
中间层，位于该软磁衬叠层结构上，并由非磁性材料形成；以及
记录层，位于该中间层上，所述记录层具有垂直于该衬底表面的易磁化轴，
其中，该第一磁层和该第二磁层由多晶软磁材料形成，以及
该第一磁层和该第二磁层的表面内均具有易磁化轴，并且该第一磁层的磁化与该第二磁层的磁化耦合且彼此反向平行。
2.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，
该第一磁层的晶粒的磁化与该第二磁层的晶粒的磁化反向平行。
3.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，还包括：
另一软磁衬叠层结构，设置于该衬底与该软磁衬叠层结构之间；
其中，该另一软磁衬叠层结构包括第三磁层、层叠在该第三磁层上的第四磁层以及位于该第三磁层与该第四磁层之间的第二非磁性耦合层，
该第三磁层和该第四磁层由非晶软磁材料形成，以及
该第三磁层和该第四磁层的表面内均具有易磁化轴，并且该第三磁层的磁化与该第四磁层的磁化耦合且彼此反向平行。
4.如权利要求3所述的垂直磁记录介质，其中，
该衬底为盘形，
该第一磁层的晶粒和该第二磁层的晶粒形成为它们的易磁化轴任意取向，以及
该第三磁层的晶粒和该第四磁层的晶粒形成为它们的易磁化轴平行于该衬底的径向。
5.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，还包括：
分离层，位于该软磁衬叠层结构下；
其中，该分离层由非晶非磁性材料形成，该非晶非磁性材料包括Ta、Zr、Ti、C、Mo、W、Re、Os、Hf、Mg和Pt中的至少之一。
6.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中该中间层具有六角密堆积晶体结构或面心立方晶体结构。
7.如权利要求6所述的垂直磁记录介质，其中该中间层由包括Ru、Pd、Pt和Ru-X2合金中的至少之一的材料形成，其中X2代表包括Ta、Nb、Co、Cr、Fe、Ni、Mn、O和C之一的非磁性材料。
8.如权利要求6所述的垂直磁记录介质，其中，
该中间层包括多个晶粒，每个晶粒沿垂直于该衬底表面的方向生长，以及
所述晶粒通过多个间隙或不混溶相而彼此分离。
9.如权利要求8所述的垂直磁记录介质，其中该中间层的每个晶粒由包括Ru和Ru-X2合金中的至少之一的材料形成，其中X2代表包括Ta、Nb、Co、Cr、Fe、Ni、Mn和C之一的非磁性材料。
10.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，
该软磁衬叠层结构中的第一磁层和第二磁层均由Ni、NiFe和NiFe-X1之一形成，其中X1代表包括Cr、Ru、Si、O、N和SiO2之一的非磁性材料。
11.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，
该软磁衬叠层结构中的第一磁层和第二磁层均具有等于或大于1T的饱和磁通密度。
12.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，
该软磁衬叠层结构中的第一非磁性耦合层由Ru、Cu、Cr、Rh、Ir、Ru合金、Rh合金和Ir合金之一形成。
13.如权利要求12所述的垂直磁记录介质，其中，
该中间层由Ru或Ru合金形成，以及
该中间层通过在该第二磁层的(111)晶面上外延生长(0002)晶面而形成。
14.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，
该记录层由包括Ni、Fe、Ni合金、Fe合金、Co和以Co为主要成分的合金之一的铁磁材料形成。
15.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，
该记录层为连续膜，该连续膜由包括Ni、Fe、Ni合金、Fe合金、Co和以Co为主要成分的合金之一的铁磁材料形成。
16.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，
该记录层包括多个磁性粒子，每个磁性粒子由包括Ni、Fe、Ni合金、Fe合金、Co和以Co为主要成分的合金之一的铁磁材料形成，以及
所述磁性粒子通过多个间隙或不混溶相而彼此分离。
17.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，
该记录层包括依次层叠在该衬底上的第一硬磁层和第二硬磁层，
该第一硬磁层包括多个磁性粒子，每个磁性粒子由以Co为主要成分的合金形成，并且该第一硬磁层中的磁性粒子通过多个间隙或不混溶相而彼此分离，以及
该第二硬磁层为由以Co为主要成分的合金形成的连续膜。
18.如权利要求14所述的垂直磁记录介质，其中所述以Co为主要成分的合金包括CoPt、CoCrTa、CoCrPt和CoCrPt-M之一，其中M代表B、Mo、Nb、Ta、W和Cu中的至少之一。
19.一种磁存储装置，包括：
记录和再现单元，具有磁头；以及
垂直磁记录介质，
其中，该垂直磁记录介质包括：
衬底；
软磁衬叠层结构，包括依次层叠在该衬底上的第一磁层、第一非磁性耦合层以及第二磁层；
中间层，位于该软磁衬叠层结构上，并由非磁性材料形成；以及
记录层，位于该中间层上，所述记录层具有垂直于该衬底表面的易磁化轴，
其中，该第一磁层和该第二磁层由多晶软磁材料形成，以及
该第一磁层和该第二磁层的表面内均具有易磁化轴，并且该第一磁层的磁化与该第二磁层的磁化耦合且彼此反向平行。
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