CN101046981A - 垂直磁记录介质与磁存储装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种垂直磁记录介质，其包括衬底和形成于该衬底上的记录层，该记录层具有基本垂直于该衬底表面的易磁化轴、并且包括三个或三个以上包含具有hcp结构的Co合金的磁层。该记录层中所包括的所述磁层中的两个磁层形成反铁磁性交换耦合结构。所述两个磁层为通过位于它们之间的非磁性耦合层而反铁磁性地交换耦合。所述两个磁层的磁化在剩磁状态下彼此反向平行。

Description

垂直磁记录介质与磁存储装置
技术领域
本发明一般涉及一种垂直磁记录介质与一种磁存储装置。
背景技术
近年来并将持续下去，磁性存储装置用于各种领域，如大规模系统、个人电脑以及通讯装置。希望磁存储装置具有更高的记录密度与更快的传输速度。
在使用垂直磁记录方式的情况下，由于通过沿相对于衬底表面的垂直方向磁化磁记录介质的记录层来记录信息，所以即使在记录密度增加时，也不会改变单个位(bit)的长度。因此，不会增加消磁作用。因而，通过使用垂直磁记录方法来记录的位就比使用纵向记录方法来记录的位更加稳定，并且具有较好的热稳定性(剩磁的热稳定性)。因此，垂直磁记录方法应以与纵向记录方法相比更高的密度来进行记录与再现。
将使用铁磁性材料的连续层或具有由非磁性物质围绕的铁磁性微粒的所谓的粒层用作垂直磁记录介质的记录层。在使用垂直磁记录方式进行高密度记录的过程中，具有高的各向异性磁场的铁磁性材料用于确保令人满意的读取/写入特性和剩磁的热稳定性。由于使用具有高的各向异性磁场的铁磁性材料，增加了用于使记录层的磁化反转所用的磁场强度(即磁场反转强度)，所以需要足够的记录磁场强度用于使磁化反转。
然而，为了增加记录磁场强度，所以使用具有较高的饱和磁通密度的软磁性材料作为构成磁头的记录元件的磁极的材料。然而，难以寻找此类软磁性材料。这样就导致不能获得具有此类足够的记录磁场强度的记录元件并且不能足以使记录层的磁化反转。相应地，就需要防止记录层的磁场反转强度增加。就是说，希望确保垂直磁记录介质的令人满意的写入能力(可写性)。
发明内容
本发明可提供一种垂直磁记录介质和一种磁存储装置，其基本上消除了由相关技术的限制和缺点所导致的一个或多个问题。
本发明的特征和优点将会在以下说明中阐述，并且部分地从该说明书和附图中明显看出，或可以根据说明书中所提供的教导通过本发明的实施来学习到。本发明的目的及其它特征和优点将会通过一种垂直磁记录介质和磁存储装置而得以实现，所述垂直磁记录介质和磁存储装置在本说明书中以充分、清楚、简洁且准确的术语特别指出，以使本发明所属领域的普通技术人员能够实践本发明。
为了实现这些及其它优点且根据本发明的目的，如本文中具体且广泛地所述，本发明的一个实施例提供了一种垂直磁记录介质，包括：衬底；以及记录层，其形成于该衬底上，该记录层具有基本上垂直于该衬底的表面的易磁化轴(magnetic easy axis)并且包括三个或三个以上包含具有密排六方结构的Co合金的磁层；其中该记录层中所包括的所述磁层中的两个磁层形成反铁磁性交换耦合结构；其中所述两个磁层为通过位于其间的非磁性耦合层(coupling layer)而反铁磁性地交换耦合；其中所述两个磁层的磁化在剩磁状态下彼此反向平行。
此外，本发明的另一个实施例提供了一种磁存储装置，包括：具有磁头的记录/再现部以及根据本发明实施例之一的垂直磁记录介质。
在结合附图阅读以下详细描述时，将会清楚本发明的其它目的以及更多的特征。
附图说明
图1为示出了根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质的第一实例的剖视图；
图2为示出了根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质的第二实例的剖视图；
图3为示出了根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质的第三实例的剖视图；
图4为示出了根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质的第四实例的剖视图；
图5A为示出了根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质的第一试样的磁滞曲线的曲线图；
图5B为示出了根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质的第一试样的磁性的曲线图；
图6为示出了根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质的第一试样的读取/写入特性的表；
图7为示出了根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质的第二试样的磁滞曲线的曲线图；
图8为示出了根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质的第二试样的读取/写入特性的表；以及
图9为根据本发明第二实施例的磁存储装置的一部分的平面示意图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图来对本发明的实施例进行描述。
第一实施例
图1为示出了根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质10(第一实例)的剖视图。
在图1中，垂直磁记录介质10包括衬底11和设置于该衬底11上的多层式构型，其中该多层式构型包括依次层叠于所述衬底11上的软磁性下部层状结构12、分离层16、下部层18、中间层19、记录层21、保护层28以及润滑剂层29。记录层21包括依次层叠于中间层19上的第一磁层22、第二磁层23、非磁性耦合层24以及第三磁层25。记录层21包括反铁磁性交换耦合结构，该反铁磁性交换耦合结构是由该第二磁层23通过非磁性耦合层24而反铁磁性地交换耦合至第三磁层25来形成的。
举例来说，衬底11包括：塑料衬底、玻璃衬底、硅衬底或铝合金衬底。在垂直磁记录介质为磁盘的情况下，可以使用盘形衬底。在垂直磁记录介质为磁带的情况下，举例来说，可以使用聚酯薄膜(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜(PEN)或高度耐热性的聚酰亚胺膜作为衬底11。
举例来说，软磁性下部层状结构12包括两个非晶软磁性材料层13、15以及设置于它们之间的非磁性耦合层14。非晶软磁性材料层13的磁化与非晶软磁性材料层15的磁化通过非磁性耦合层14而反铁磁性地耦合。各非晶软磁性材料层13、15均具有例如介于从50nm至2μm的范围内的厚度，并且均包括至少一种下述非晶软磁性材料，例如，Fe、Co、Ni、Al、Si、Ta、Ti、Zr、Hf、V、Nb、C和B。更具体而言，非晶软磁性材料层13、15所包括的材料可以例如是：FeSi、FeAlSi、FeTaC、CoNbZr、CoCrNb、CoFeB和NiFeNb。
在衬底11为盘形衬底的情况下，非晶软磁性材料层13、15的易磁化轴优选沿衬底11的径向定向。相应地，在剩磁状态(remanence state)下，非晶软磁性材料层13的磁化例如是沿衬底11的内周方向定向；而非晶软磁性材料层15的磁化例如是沿衬底11的外周方向定向。因此，可以防止在非晶软磁性材料层13、15中形成磁畴，并且可以防止在磁畴之间的界面处发生磁场漏泄。
非晶软磁性材料层13和非晶软磁性材料层15优选使用由基本上相同成分构成的软磁材料。此外，非晶软磁性材料层13和非晶软磁性材料层15优选具有基本相同的厚度。因此，通过从非晶软磁性材料层13(15)之一泄漏的磁场，就可以消除从另一个非晶软磁性材料层15(13)泄漏的磁场。相应地，就可以降低来自磁头的再现元件的噪声。然而，应当指出，非晶软磁性材料层13和非晶软磁性材料层15可能使用由不同成分构成的软磁材料。
非磁性耦合层14包括具有至少一种下述材料的非磁性材料，例如，Ru、Cu、Cr、Rh、Ir、Ru合金、Rh合金和Ir合金。Ru合金可以优选地为一种包括Ru与Co、Cr、Fe、Ni和Mn中的至少一种的合金。非磁性耦合层14的厚度设定于一定范围内，该范围允许非晶软磁性材料层13和非晶软磁性材料层15成为反铁磁性地交换耦合。该范围例如可以是从0.4nm到1.5nm。
软磁性下部层状结构12还可构造成一种具有进一步在非晶软磁性材料层15上层叠非磁性耦合层和另一个非晶软磁性材料层的层状结构，或者构造成具有多个此类层状结构。优选的是，在软磁性下部层状结构12中的各非晶软磁性材料层15的厚度与单位体积的剩磁的乘积的总和近似变为0。因此，软磁性下部层状结构12的漏通量近似为0。
尽管软磁性下部层状结构12优选地如上所述地构造，但是，软磁性下部层状结构12可以采用晶状软磁性材料层(例如NiFe或NiFe合金)来代替非晶软磁性材料层13、15。可替代地，软磁性下部层状结构12可以省去非晶软磁性材料层15并且利用单个非晶软磁性材料层13构造。可替代地，根据记录头的记录元件的结构，软磁性下部层状结构12本身可被省去。
分离层16的厚度例如为2.0nm至10nm。分离层16包括具有至少一种下述材料的非晶的非磁性材料，例如，Ta、Ti、Mo、W、Re、Os、Hf、Mg与Pt。由于分离层16处于非晶状态，所以分离层16不会影响下部层18的结晶取向。这样就更易于使下层18自己组织其晶体并实现所需的结晶取向。因此，下层18的结晶取向得以改善。此外，分离层16使得下部层18的晶粒能够均匀分布。此外，由于分离层16为非磁性材料，所以分离层16就使非晶软磁性材料层15与下部层18之间的磁性耦合分离。
关于构成下部层18的材料没有特别地限制，只要其为能改善设置于其上的中间层19的结晶取向的结晶材料即可。举例来说，下部层18的材料包括：Al、Cu、Ni、Pt、NiFe以及NiFe-X2。此处，X2包括至少一种下述材料，例如Cr、Ru、Cu、Si、O、N和SiO2。优选地，下部层18包括Ni、NiFe和NiFe-X2中的至少一种。由于下部层18的(111)晶面用作生长面，所以在中间层19包括Ru或Ru-X1的情况下，中间层19的晶体生长能够以令人满意的晶格排列进行(如下所述)。因此，位于中间层19上的记录层21的结晶度和结晶取向得以改善、并且垂直矫顽力得以增强。因此，剩磁的令人满意的热稳定性得以实现。
中间层19的材料不受限制，只要构成中间层19的材料使得中间层19的晶体生长能够发生于中间层18上、并且只要构成中间层19的材料使得记录层21的晶体生长能够发生于中间层19的表面上即可。构成中间层19的材料包括至少一种下述类型的非磁性材料，例如，Ru、Pd、Pt和Ru合金。举例来说，所述Ru合金包括具有hcp(密排六方)结构的Ru-X1合金(其中X1包括至少一种下述材料，例如，Ta、Nb、Co、Cr、Fe、Ni、Mn、SiO2和C)。
由于相应的包括有记录层21的磁层包括具有hcp结构的Co合金(如下所述)，所以优选地使用Ru或Ru-X1合金作为构成中间层19的材料，以便实现令人满意的晶格排列。相应地，Co的(0002)晶面生长于Ru的晶面(0002)上。因此，c轴(易磁化轴)可以垂直于衬底表面而被令人满意地定向。
可替代地，中间层19可具有一种其中Ru晶粒或Ru合金晶粒(以下称为“Ru晶粒”)在空间上彼此分开的结构(以下称为“中间层状结构A”)。由于Ru晶粒在中间层19中基本均匀地隔开，所以记录层21中的磁性粒也可以按与Ru晶粒类似的方式设置。因此，磁性粒的分布宽度可以降低。因此，记录介质噪声得以降低并且信噪比(SN ratio)得以改善。在本实例中，中间层19通过用Ru或Ru-X1合金进行溅射(sputtering)而形成。溅射在一定的惰性环境(例如Ar气体)下进行，该惰性环境中沉积率为2nm/sec或以下，环境压力为2.66Pa或以上。优选地，将沉积率设定为0.1nm/sec或以上，以便防止生产能力降低。可将氧气加入到惰性气体中，以便增强Ru晶粒之间的分离性能。
可替代地，中间层19可具有一种其中非固溶层围绕Ru晶粒并且所述Ru晶粒彼此隔开的结构(以下称为“中间层状结构B”)。同样在这种结构中，由于Ru晶粒在中间层19中基本均匀地隔开，所以记录层21中的磁性粒可以按与Ru晶粒类似的方式设置。因此，关于磁性粒的粒度的分布宽度可以变窄。因此，记录介质噪声得以降低并且信噪比得以改善。所述材料不受限制，只要其相对于Ru或Ru-X1合金为非固溶即可。其优选地为一种化合物，其中该化合物的一种元素为Si、Al、Ta、Zr、Y或Ti之一，而该化合物的另一种元素为O、N或C之一。举例来说，非磁性材料的材料可以包括：氧化物材料，如SiO2、Al2O3、Ta2O5、ZrO2、Y2O3、TiO2、MgO；氮化物材料，如Si3N4、AlN、TaN、ZrN、TiN、Mg3N2；或碳化物材料，如SiC、TaC、ZrC、TiC。
记录层21包括依次层叠的第一磁层22、第二磁层23、非磁性耦合层24以及第三磁层25。第一至第三磁层22、23和25均包括铁磁性材料，该铁磁性材料包括具有hcp结构的Co合金。在第一至第三磁层22、23和25中，Co(0002)晶面成为生长的基本取向，并且C轴(即易磁化轴)基本上垂直于衬底11的表面设置。第一至第三磁层22、23和25根据中间层19的结晶取向而定向。
第一至第三磁层22、23和25中所包括的材料可以例如是：CoCr、CoPt、CoCrTa、CoCrPt以及CoCrPt-M(M包括至少一种下述材料，例如：B、Ta、Cu、W、Mo和Nb)。第一至第三磁层22、23和25可以是多个通过粒状部分而紧密接触的铁磁性薄膜，该粒状部分包含由包括具有hcp结构的Co合金构成的铁磁性材料的磁性粒。优选地，第三磁层25包括CoCr。由于CoCr具有晶内偏析结构并且除了Co和Cr之外不包括其它元素，所以可以实现令人满意的结晶度。而且，由于CoCr除了Co与Cr之外不包括其它元素，所以可以设定高饱和磁通密度。由于当所包含的Cr的量变低时饱和磁化强度就变高，所以CoCr的组分优选为15％或以下。在Cr含量大于15at％且不大于30at％的情况下，优选的是层比在Cr含量为15at％或以下的情况下更厚。这是因为：尽管饱和磁化强度降低，但却促进了偏析结构。
可替代地，记录层21可以具有一种结构，其中第一磁层22和第二磁层23中的至少一个包括：铁磁性粒子，其包括具有hcp结构的Co合金；以及非固溶层(以下称为“铁磁性粒状结构层”)，其围绕晶内偏析的磁性粒。通过利用铁磁性粒状结构层形成记录层21，磁性粒基本上均匀地偏析。因此，就降低了介质噪声。构成磁性材料的材料不受特别限制，只要其为非固溶即可。构成磁性材料的材料可以选自构成上述中间层结构的非固溶层。
由于第一磁层22和第二磁层23配置成使得第一磁层22与第二磁层23紧密地接触，所以第一磁层22和第二磁层23形成具有使所述两层铁磁性交换耦合的交换耦合结构(以下称为“铁磁性交换耦合结构”)。而且，第二磁层23和第三磁层25形成交换耦合结构(以下称为“反铁磁性交换耦合结构”)，该反铁磁性交换耦合结构是由所述两层经由非磁性耦合层24而反铁磁性地交换耦合来形成的。举例来说，如图1所示(剩磁状态)，第一磁层22的磁化和第二磁层23的磁化同向，而第三层25的磁化相对于第一磁层22和第二磁层23的磁化反向平行。相应地，由于记录层21包括反铁磁性交换耦合结构，所以整个记录层21的剩磁的热稳定性就会增加。就是说，由于一个位(bit)的体积与第一至第三磁层22、23和25的厚度的总和成比例，所以一个所记录的位的体积就会增加。相应地，KuV/kBT，即剩磁的热稳定性的系数也会增加。应当指出，Ku表示单轴各向异性整数，而V表示体积，kB表示Boltzman’s常数，以及T表示温度。相应地，当KuV的值变大时，热稳定性增加。
由于记录层21包括反铁磁性交换耦合结构，所以退磁场可以降低。退磁场被诱导朝向与第一和第二磁层22、23的剩磁的方向相对的方向。因为可以降低相邻剩磁区域之间的磁化迁移区的范围，所以这样对于高密度记录有利。
优选的是，剩磁厚度的乘积满足(Mr1×t1+Mr2×t2＞Mr3×t3)的关系，其中Mr1、Mr2和Mr3表示第一、第二和第三磁层22、23、25；而t1、t2和t3表示第一、第二和第三磁层22、23、25的厚度。由于铁磁性地交换耦合的第一和第二磁层22、23的磁场成为信号磁场，所以可以实现令人满意的再现特性。
而且，优选的是第一、第二和第三磁层22、23、25的厚度满足(t1+t2＞t3)的关系。由于通过满足以上关系，第一和第二磁层22、23的厚度可以增加(与没有设置第三磁层25的情况相比)，所以第一和第二磁层22、23的结晶度和结晶取向得以改善。因此，第一磁层22的令人满意的结晶度和结晶取向就对第二磁层23的结晶度和结晶取向提供有益的影响。
接着，对记录层21的令人满意的构型的实例进行描述。在记录层21的该实例中，第一磁层21具有铁磁性粒状结构，第二磁层22具有铁磁性连续结构，而第三磁层25也具有铁磁性连续结构。继承(acquire)中间层19的晶粒设置结构的第一磁层22为其内具有隔离开的粒子的低噪声磁层。此外，第二磁层23继承第一磁层21的晶粒设置结构和结晶取向。因此，第二磁层23中的磁性粒的分布范围可以变窄并且可以获得令人满意的结晶取向。而且，由于第二磁层23具有比第一磁层22更大的剩磁磁通密度(在这种程度下，第二磁层23不具有非固溶层)。因此，更容易使再现输出增加。此外，第三磁层25继承第二磁层23的晶粒设置结构和结晶取向。因此，第一和第二磁层22、23的垂直矫顽力进一步增加。在这种情况下，由于第一和第二磁层22、23的各向异性磁场基本恒定，所以反向磁场强度(inverted magneticfield strength)基本无变化。相应地，垂直矫顽力的增加就改善了剩磁的热稳定性，而不会对记录性能产生不利的影响。
构成保护层28的材料不受特别限制。举例来说，保护层28可以包括：厚度范围介于0.5nm至15nm范围内的非晶碳、碳氢化物、碳氮化物或氧化铝。润滑剂层29不受特别限制。举例来说，润滑剂层29可以包括：厚度范围从0.5nm至5nm的全氟聚醚主链(main chain)构成的润滑剂。使用浸渍法或喷涂法，通过涂布稀释溶剂的溶液而将润滑剂层29涂敷于保护层28的表面上。润滑剂层29可以根据构成保护层28的材料来设置，或者润滑剂层29不能首先形成。
尽管优选的是垂直磁记录介质10包括下部层18和中间层19，以使第一至第三磁层22、23和25能够实现令人满意的结晶取向，但是下部层18和中间层19可以省去。在不包括中间层19的情况下，第一至第三磁层22、23和25的结晶取向根据下部层18的结晶取向形成，并且它们的易磁化轴基本垂直于衬底表面而定向。此外，在不包括下部层18和中间层19两者的情况下，第一磁层22自己生长于分离层16上，并且使其易磁化轴基本垂直于衬底表面定向而形成。
对根据本发明第一实施例的第一实例的、用于形成(沉积)垂直磁记录介质10的相应层的方法不受特别限制。举例来说，所述层可以通过使用喷溅方式利用惰性气体(例如：在Ar气体环境中)而形成。在沉积过程中，优选加热衬底11，以便防止软磁性下部层状结构12的非晶软磁性材料层13、15结晶。然而，衬底11可被加热至能够避免非晶软磁性材料层13、15结晶的温度。此外，衬底11可被加热，以在形成非晶软磁性材料层13、15之前从衬底11的指定部分(例如：表面)除去不需要的物质(例如：水分)。然而，在加热之后将衬底11冷却。由于对于以下所述的垂直磁记录介质的第二至第四实例而言，形成垂直磁记录介质10的方式相同，因而不再对其进一步地描述。
在上述垂直磁记录介质10(第一实例)中，记录层21的各磁层均包括铁磁性材料，所述铁磁性材料包括具有hcp结构的Co合金。Co的(0002)晶面形成有令人满意的晶格排列。因此，易磁化轴能够被令人满意地定向，并且垂直矫顽力得以增加。此外，记录层21具有反铁磁性交换耦合构型。相应地，垂直矫顽力的增加和反铁磁性交换耦合用于改善剩磁的热稳定性。同时，由于垂直矫顽力增加，所以能够设定低的各向异性磁化。这就确保令人满意的可写性。
而且，垂直磁记录介质10(第一实例)具有朝向记录层21的保护层28定位的反铁磁性交换耦合构型。因此，剩磁的热稳定性得以进一步改善。而且，在记录期间，第一和第二磁层22、23的磁化的反转能够通过选择适当的交换耦合磁场强度而得以简化。
接着，对根据本发明第一实施例的另一个垂直磁记录介质30(第二实例)进行描述。垂直磁记录介质30为根据本发明第一实施例的上述垂直磁记录介质10(第一实例)的改型。
图2为示出了根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质30的剖视图。在图2中，相同的零部件用与图1相同的附图标记表示，并且不再对其进一步地描述。
在图2中，在垂直磁记录介质30中，记录层21A包括依次层叠于中间层19上的第一磁层22、非磁性耦合层(第二非磁性耦合层)34、第二磁层23、另一个非磁性耦合层(第一非磁性耦合层)24以及第三磁层25。记录层21A包括反铁磁性交换耦合结构，该反铁磁性交换耦合结构是由第一磁层22通过非磁性耦合层34而反铁磁性地交换耦合至第二磁层23来形成的。此外，记录层21A还包括另一个反铁磁性交换耦合结构，该反铁磁性交换耦合结构是由第二磁层23通过非磁性耦合层24而反铁磁性交换耦合至第三磁层25来形成的。除包括非磁性耦合层34之外，记录层21A的构型与上述垂直磁记录介质10的记录层21的构型基本相同。
在该实例中，非磁性耦合层24的材料选定为非磁性耦合层34的材料。通过调节非磁性耦合层34的厚度来控制第一磁层22和第二磁层23之间的铁磁性交换耦合的交换耦合磁场强度。举例来说，当非磁性耦合层34的厚度从0nm增加时，其交换耦合磁场强度就逐渐降低。通过降低交换耦合磁场强度，整个记录层21A的矫顽力就可以降低。这就确保令人满意的可写性。尽管非磁性耦合层34的厚度根据第一和第二磁层22、23的材料与厚度来确定，但是优选地，其厚度大于0nm。更优选厚度介于0.2nm至2.5nm的范围内。非磁性耦合层34通过使用RKKY(Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida)交互作用而反铁磁性地耦合至第一和第二磁层22、23。
除拥有与垂直磁记录介质10相同的优点之外，垂直磁记录介质30可以通过使用非磁性耦合层来控制整个记录层21A的反向磁场强度，以便控制铁磁性交换耦合的第一和第二磁层22、23的交换耦合磁场强度。特别是，通过控制非磁性耦合层34来降低反向磁场强度，就可以实现令人满意的可写性。
接着，对根据本发明第一实施例的另一个垂直磁记录介质40(第三实例)进行描述。垂直磁记录介质40为根据本发明第一实施例的上述垂直磁记录介质10(第一实例)的另一种改型。
图3为示出了根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质40的剖视图。在图3中，相同的零部件用与图1相同的附图标记表示，并且不再对其进一步地描述。
在图3中，垂直磁记录介质40包括衬底11和设置于该衬底11上的多层式构型，其中该多层式构型包括依次层叠于所述衬底11上的软磁性下部层状结构12、分离层16、下部层18、中间层19、记录层41、保护层28以及润滑剂层29。记录层41包括依次层叠于中间层19上的第一磁层42、非磁性耦合层43、第二磁层44以及第三磁层45。记录层41包括反铁磁性交换耦合结构，该反铁磁性交换耦合结构是由第一磁层42通过非磁性耦合层43而反铁磁性交换耦合至第二磁层44来形成的。除反铁磁性交换耦合结构位于朝向中间层19之外，垂直磁记录介质40的构型与上述垂直磁记录介质10的构型基本相同。
在该实例中，用于垂直磁记录介质40的第一至第三磁层42、44、45中的材料与用于垂直磁记录介质10的第一至第三磁层22、23、25中的材料相同。此外，垂直磁记录介质40的第一磁层42、非磁性耦合层43、第二磁层44以及第三磁层45与垂直磁记录介质10的第三磁层25、非磁性耦合层24、第一磁层22以及第二磁层23相对应。
在垂直磁记录介质40(第三实例)中，记录层41的各磁层42、44、45均包括铁磁性材料，该铁磁性材料包括具有hcp结构的Co合金。Co的(0002)晶面形成有令人满意的晶格排列。因此，易磁化轴能够被令人满意地定向，并且垂直矫顽力得以增加。而且，记录层41具有反铁磁性交换耦合构型。相应地，垂直矫顽力的增加和反铁磁性交换耦合用于改善剩磁的热稳定性。同时，由于垂直矫顽力增加，所以低的各向异性磁化能够被设定。这就确保令人满意的可写性。
而且，垂直磁记录介质40(第三实例)具有朝向中间层19定位的反铁磁性交换耦合构型。因此，剩磁的热稳定性得以进一步改善。通过为第一磁层42选择适当的磁性粒和粒度分布，就可以控制形成于第一磁层42上方的第二和第三磁层44、45的磁性粒的粒度与粒度分布。因此，整个记录层41的磁性能得以改善并且介质噪声得以降低。
应当指出，垂直磁记录介质40还可以具有设置于第二磁层44与第三磁层45之间的非磁性耦合34(如上述垂直磁记录介质30的记录层21A的情形)。因而，第二磁层44与第三磁层45之间的铁磁性交换耦合磁场强度可以被控制。
接着，对根据本发明第一实施例的另一种垂直磁记录介质50(第四实例)进行描述。垂直磁记录介质50为根据本发明第一实施例的上述垂直磁记录介质10(第一实例)的又一个改型。
图4为示出了根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质50的剖视图。在图4中，相同的零部件用与图1相同的附图标记表示，并且不再对其进一步地描述。
在图4中，垂直磁记录介质50包括衬底11和设置于该衬底11上的多层式构型，其中该多层式构型包括依次层叠于所述衬底11上的软磁性下部层状结构12、分离层16、下部层18、中间层19、记录层51、保护层28以及润滑剂层29。记录层51包括依次层叠于中间层19上的第一磁层521、第二磁层522、…第n-2磁层52n-2、非磁性耦合层53、第n-1磁层52n-1、非磁性耦合层54以及第n磁层52n。然而，值得注意的是，“n”为不小于4的整数。记录层51包括反铁磁性交换耦合结构，该反铁磁性交换耦合结构是由第n-2磁层52n-2通过非磁性耦合层53而反铁磁性交换耦合至第n-1磁层52n-1来形成的。此外，记录层51包括另一种反铁磁性交换耦合结构，该反铁磁性交换耦合结构是由第n-1磁层52n-1通过非磁性耦合层54而反铁磁性交换耦合至第n磁层52n来形成的。
在该实例中，第一至第n磁层521至52n的材料选自用于第一至第三磁层23、23、25的材料。非磁性耦合层53、54的材料选自用于垂直磁记录介质10的非磁性耦合层24的材料。记录层51具有两个朝向保护层28定位的反铁磁性交换耦合结构，其中52n-1的剩磁方向与其它磁层521至磁层52n-2、磁层52n的方向反向平行。相应地，垂直矫顽力的增加和反铁磁性交换耦合用于改善剩磁的热稳定性。同时，由于垂直矫顽力增加，所以低的各向异性磁化能够被设定。这就确保令人满意的可写性。
此外，垂直磁记录介质10(第一实例)具有朝向记录层21的保护层28定位的反铁磁性交换耦合构型。因此，剩磁的热稳定性得以进一步改善。此外，在记录期间，第一和第二磁层22、23的磁化的反转能够通过选择适当的交换耦合磁场强度而得以简化。
除具有与垂直磁记录介质10相同的优点之外，由于所形成的相应磁层521至52n-2可以比垂直磁记录介质10的磁层更薄，所以垂直磁记录介质50可以控制磁性粒的扩大。因此，垂直磁记录介质50可以降低介质噪声并增加信噪比。
值得注意的是，形成反铁磁性耦合结构的非磁性耦合层53、54还可设置于其它磁层之间。此外，在垂直磁记录介质50中，可以设置三个或三个以上的非磁性耦合层的的层。
接着，对根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质的试样(垂直式磁盘)进行如下描述。
第一试样
下述的第一试样被制成具有与图1所示的上述垂直磁记录介质10(第一实例)基本上相同的构型。以下将图1中所用的附图标记用于表示各层。以下括号内所给出的值表示层厚。
衬底11：玻璃衬底
软磁性下部层状结构12
非晶软磁性材料层13、15：CoNbZr层(各为25nm)
非磁性耦合层14：Ru层(0.6nm)
分离层16：Ta层(3nm)
下部层18：NiFe-Cr层(3nm)
中间层19：Ru层(20nm)
记录层21
第一磁层22：CoCrPt-SiO2层(10nm)
第二磁层23：CoCrPtB层(6nm)
非磁性耦合层24：Ru层(0.6nm)
第三磁层25：CoCr层
保护层28：碳层(4.5nm)
润滑剂层29：全氟聚醚(1.5nm)
值得注意的是：制作了第一试样的三种变型，其中所形成的第三磁层25的CoCr层的厚度范围从1nm至3nm(参见图6)。
在制造第一试样的过程中，将已清洗的玻璃衬底输送至溅射装置的淀积室。随后，在不加热衬底的情况下，通过使用直流(DC)磁控管法而形成相应的各层(润滑剂层除外)。在本方法中，通过用氩气填充淀积室并将压力设定为0.7Pa而形成各层。随后，通过使用浸渍法而将润滑剂层涂敷于其上。
图5A为示出了根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质的第一试样的示例性磁滞曲线的曲线图；而图5B为示出了根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质的第一试样的磁性能的表。图5A示出了第三磁层25的CoCr层的层厚为2nm时的情况。对kerr旋转角进行测量，其中图5A所示的磁滞曲线按照从0(零)→+10kOe→0(零)→-10kOe的顺序描绘出所施加的磁场。应当指出，相同的测量条件应用于下述第二试样。
如图5A所示，由于影响CoCr层的交换耦合场大于所施加的磁场、并且CoCr薄膜的磁化反转，所以形成用箭头A表示段差(step)(斜坡)。在这种情况下，交换耦合场可以通过以下方式所获得的局部磁滞回线(minor loop)来实现，即按照前述顺序施加的磁场并从约-2kOe→0(零)→+2kOe改变所施加的磁场。在该磁滞曲线中，图5A所示的交换耦合场为700Oe。此外，根据图5A的成核场(nucleation field)为1600Oe。
如图5B所示，当CoCr层的厚度为1nm或2nm时，交换耦合场为正值；当CoCr层的厚度为3nm时，交换耦合场为负值。在交换耦合场为正值的情况下，在剩磁状态(即没有从外部应用的磁场的状态)下，CoCr层的磁化方向与CoCrPt-SiO2层和CoCrPtB层(第一和第二层)的磁化方向相反。由此可见，CoCr层优选具有2nm或以下的层厚。此外，考虑到交换耦合场曲线的趋势，能够理解CoCr层可形成为具有约0.2nm的厚度。
成核场表示磁滞曲线的角形性(squareness)，其中在正值的情况下，优选地为小值，而在负值的情况下，优选地为大值(绝对值)。成核场与CoCr层的厚度之间的关系表明，CoCr层较薄，就能获得令人满意的角形性。
图6为示出了根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质的第一试样的读取/写入特性的表；在该表中，“S8/Nm”表示平均输出S8与介质噪声Nm之间的信噪比，其中线性记录密度为112kBPI。“S/Nt”表示平均输出S与总噪声(＝介质噪声+设备噪声)之间的信噪比，其中线性记录密度为450kBPI。通过使用具有感应式记录元件和GMR元件的复合磁头、与市场上可买到自旋架(spin stand)来测量改写性能、S8/Nm的值与S/Nt的值。应当指出，相同的测量条件应用于下述第二试样。
如图6所示，在CoCr层的厚度介于1nm至3nm范围内的情况下，就获得低于-46分贝的改写性能。此外，S8/Nm和S/Nt的值表明：CoCr层越薄，就越能获得令人满意的信噪比。考虑到磁性能和读取/写入性能，CoCr层优选具有不低于0.2nm且不高于2.0nm的厚度。更优选的是，CoCr层的厚度不低于0.2nm且不高于1.5nm。
第二试样
下述的第二试样被制成具有与图3所示的上述垂直磁记录介质40(第三实例)基本相同的构型。以下将图3中所用的附图标记用于表示各层。以下括号内所给出的值表示层厚。
衬底11：玻璃衬底
软磁性下部层状结构12
非晶软磁性材料层13，15：CoNbZr层(各为25nm)
非磁性耦合层14：Ru层(0.6nm)
分离层16：Ta层(3nm)
下部层18：NiFe-Cr层(3nm)
中间层19：Ru层(20nm)
记录层41
第一磁层42：CoCr层
非磁性耦合层43：Ru层(0.6nm)
第二磁层44：CoCrPt-SiO2层(10nm)
第三磁层45：CoCrPtB层(6nm)
保护层28：碳层(4.5nm)
润滑剂层29：全氟聚醚(1.5nm)
应当指出，制作了第二试样的两种变型，其中所形成的第一磁层42的CoCr层具有1nm和2nm的厚度(参见图8)。制造第二试样的方法与制造第一试样的方法基本上相同。CoCrPt-SiO2层与CoCrPtB层(第二和第三磁层)的组分与第一试样的第一和第二磁层的组分基本上相同。
图7为示出了根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质的第二试样的磁滞曲线的曲线图。在图7中，在CoCr层的厚度为2nm的情况下，会形成段差。在这种情况下，交换磁场为2400Oe。尽管该图中并未示出，但是在CoCr层(第一磁层)的厚度为1nm的情况下，就不会形成段差且不会获得交换磁场。这是因为测量灵敏度不够。人们认为CoCr层被反铁磁性地交换耦合。
图8为示出了根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质的第二试样的读取/写入特性的表。在该表中，当层厚介于1nm至2nm的范围内时，CoCr层显示出-45分贝或以下的令人满意的改写性能。此外，S8/Nm和S/Nt的值表明：CoCr层越薄，就越能获得令人满意的信噪比。
第二实施例
本发明的第二实施例涉及一种磁存储装置，其包括根据本发明第一实施例的垂直磁记录介质(第一实例至第四实例)之一。
图9为根据本发明第二实施例的磁存储装置70的部分平面示意图。如图9所示，磁存储装置70包括壳体71。举例来说，壳体71包括：轮毂72，其由心轴(未示出)驱动；垂直磁记录介质73，其被固定且绕轮毂72旋转；致动装置74；臂75与悬架部分76，它们连结于致动装置74上并沿垂直磁记录介质73的径向运动；以及磁头78，其由悬架部分76支承。
举例来说，磁头78包括：单极型记录头；以及再现头，其具有巨磁阻(Giant Magneto Resistive，GMR)元件。
尽管附图并未示出，但是举例来说，单极型记录头包括：主极，其包括用于将记录磁场施加于垂直磁记录介质73上的软磁性材料；旁轭(returnyoke)，其磁性地连接至主极；以及记录线圈，其用于将记录磁场诱导至主极与旁轭。单极型记录头通过将记录磁场沿垂直方向从其主极施加于垂直磁记录介质73上，而在垂直磁记录介质73中形成垂直磁化。
通过参考垂直磁记录介质73的磁化的泄漏磁场的方向，再现头中所包括的GMR元件检测电阻变化并且获得垂直磁记录介质73的记录层中所记录的信息。举例来说，TMR(铁磁性隧道结磁阻Ferromagnetic Tunnel JunctionMagneto Resistive)元件可以用作GMR元件的替代方案。
垂直磁记录介质73与本发明第一实施例的垂直磁记录介质(第一至第四实例)之一相对应。垂直磁记录介质73具有令人满意的可写性和剩磁的热稳定性。
第二实施例的磁存储装置70的构型并非限定为图9所示的构型。此外，可以使用除磁头78以外的磁头。尽管上述实施例描述了作为磁盘的垂直磁记录介质73，但是举例来说，垂直磁记录介质73还可为磁带。
相应地，根据本发明第二实施例的磁存储装置70可以通过使用具有令人满意的可写性和剩磁的热稳定性的垂直磁记录介质73，来实现可靠地以高记录密度来写入数据。
此外，本发明并不限于所述实施例，在不脱离本发明的范围的情况下，可以做出各种变化与改型。
本申请基于2006年3月31日提交日本专利局的、日本优先权申请No.2006100596，该申请的全部内容在此通过援引而合并。

Claims (20)

1.一种垂直磁记录介质包括：
衬底；以及
记录层，其形成于该衬底上，该记录层具有基本垂直于该衬底表面的易磁化轴、并且包括三个或三个以上包含具有密排六方结构的Co合金的磁层；
其中该记录层中所包括的磁层中的两个磁层形成反铁磁性交换耦合结构；
其中该反铁磁性交换耦合结构是由所述两个磁层通过位于它们之间的非磁性耦合层而反铁磁性地交换耦合来形成的；
其中所述两个磁层的磁化在剩磁状态下彼此反向平行。
2.根据权利要求1所述的垂直磁记录介质，还包括：
铁磁性交换耦合结构，其包括两个彼此铁磁性地交换耦合的相邻磁层；其中所述两个相邻磁层包括上部磁层和下部磁层，其中该上部磁层晶体在该下部磁层上生长。
3.根据权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中该反铁磁性交换耦合结构位于最靠近该衬底或距该衬底最远的位置处。
4.根据权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中该反铁磁性交换耦合结构的所述两个磁层中，所述磁层中的一个磁层具有在剩磁状态下沿与写入场相反的方向定向的磁化、并包括饱和磁通密度比另一个磁层更高的铁磁性材料。
5.根据权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中所述磁层之一包括多个由非磁性晶界部彼此隔开的磁性粒。
6.根据权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中所述磁层之一包括多个由空隙部或非固溶部彼此隔开的磁性粒。
7.根据权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中所述具有密排六方结构的Co合金包括CoCr、CoPt、CoCrTa、CoCrPt和CoCrPt-M中的至少一种，其中M包括B、Ta、Cu、W、Mo和Nb中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中该记录层包括：依次层叠于该衬底上的第一磁层、第二磁层、非磁性耦合层以及第三磁层；其中该第二磁层和该第三磁层形成反铁磁性交换耦合结构；其中该第三磁层包括饱和磁通密度高于该第二磁层的铁磁性材料。
9.根据权利要求8所述的垂直磁记录介质，其中该第二磁层包括多个由空隙部或非固溶部彼此隔开的磁性粒；其中该第三磁层包括多个由非磁性晶界部彼此隔开的磁性粒。
10.根据权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中该记录层包括：依次层叠于该衬底上的第一磁层、非磁性耦合层、第二磁层、以及第三磁层；其中该第一磁层和该第二磁层形成反铁磁性交换耦合结构；其中该第一磁层包括饱和磁通密度高于该第二磁层的铁磁性材料。
11.根据权利要求8所述的垂直磁记录介质，其中该第一磁层包括多个由空隙部或非固溶部彼此隔开的磁性粒；其中该第二磁层包括多个由非磁性晶界部彼此隔开的磁性粒。
12.根据权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中该非磁性耦合层包括Ru、Cu、Cr、Rh、Ir、Ru合金、Rh合金以及Ir合金中的至少一种。
13.根据权利要求1所述的垂直磁记录介质，还包括：
在该衬底与该记录层之间依次层叠于该衬底上的软磁性下部层状结构和分离层；
其中该软磁性下部层状结构包括依次层叠于该衬底上的第一软磁性材料层、另一个非磁性耦合层以及第二软磁性材料层；
其中该第一软磁性材料层和该第二软磁性材料层具有面内易磁化轴；
其中该第一软磁性材料层和该第二软磁性材料层的磁化沿面内方向定向、并且反铁磁性地彼此耦合。
14.根据权利要求13所述的垂直磁记录介质，其中该分离层包括Ta、Ti、C、Mo、W、Re、Os、Hf、Mg以及Pt中的至少一种。
15.根据权利要求1所述的垂直磁记录介质，还包括：
位于该记录层下方的中间层；
其中该中间层包括用于在该记录层中产生所述磁层的晶体生长的结晶材料。
16.根据权利要求15所述的垂直磁记录介质，其中该中间层包括Ru、Pd、Pt、以及Ru-X1中的至少一种，其中X1包括Ta、Nb、Co、Cr、Fe、Ni、Mn以及C中的至少一种。
17.根据权利要求16所述的垂直磁记录介质，其中该中间层包括多个相对于该衬底表面沿垂直方向生长的晶粒，其中所述多个晶粒由空隙部或非固溶部彼此隔开。
18.根据权利要求16所述的垂直磁记录介质，其中所述多个晶粒包括Ru和Ru-X1合金中的至少一种，其中X1包括Ta、Nb、Co、Cr、Fe、Ni、Mn、SiO2以及C中的至少一种。
19.根据权利要求14所述的垂直磁记录介质，还包括：
位于该中间层下方的下部层；其中，该下部层包括结晶材料，其中该下部层包括Ni、NiFe和NiFe-X2中的至少一种，其中X2包括Cr、Ru、Cu、Si、O、N和SiO2中的至少一种。
20.一种磁存储装置，包括：
记录/再现部，其具有磁头；以及
根据权利要求1所述的垂直磁记录介质。
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