CN101046982B - 磁记录介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种磁记录介质。该磁记录介质包括：衬底；垂直磁记录层，形成在该衬底之上；第一软磁衬层，设置在该垂直磁记录层与该衬底之间；第二软磁衬层，设置在该第一软磁衬层与该垂直磁记录层之间；以及隔离层，设置在该第一软磁衬层与该第二磁层之间且阻止该第一软磁衬层和该第二软磁衬层之间的磁相互作用，其中该第二软磁衬层的各向异性场Hk大于该第一软磁衬层的各向异性场Hk。为了增大第二软磁衬层的各向异性场，该第二软磁衬层可具有反铁磁耦合结构。信噪比(SNR)和记录密度可通过分流软磁衬层的磁畴壁产生的磁场且防止磁场到达磁头而显著增大。

Description

磁记录介质
技术领域
本发明涉及磁记录介质，更具体地，涉及能够减小由软磁衬层的磁畴壁产生的磁噪声的磁记录介质。
背景技术
众所周知，垂直磁记录比纵向磁记录实现更高的记录密度。因此，现在大多数硬盘驱动器(HDD)采用垂直记录技术从而实现高记录密度。
在垂直磁记录中，数据位的磁化沿垂直于相应记录介质的平面的方向排列。这样的垂直磁记录利用双层垂直磁记录介质和极头(pole head)进行，该双层垂直磁记录介质包括铁磁层和软磁衬层(SUL)。由于极头的磁特性而不可避免地被使用的SUL设置在磁记录层下面且引导磁通，该磁通负面地造成噪声通过磁畴壁被产生。
已经提出各种方法来减小磁畴壁产生的噪声。在这些方法中，有通过形成具有多层衬层结构的记录介质且在衬层之间建立交换耦合来减小由磁畴壁产生的噪声的常规方法。另一常规方法是通过在衬层下形成铁磁层，由于铁磁层的交换耦合来防止磁畴壁的形成。另一常规方法是通过在SUL下面形成磁畴控制层来防止磁畴的形成。因为磁畴控制层由昂贵的反铁磁材料形成，所以使用磁畴控制层的方法不是优选的。已经建议了降低噪声的各种其它方法，但是到目前为止没有一种方法成功地解决了由增加垂直磁记录介质的记录密度带来的噪声问题。
发明内容
本发明提供一种垂直磁记录介质，其能够有效地降低由磁畴壁产生的噪声。
根据本发明的一个方面，提供一种垂直磁记录介质，包括：衬底；形成在该衬底之上的垂直磁记录层；设置在该垂直磁记录层与该衬底之间的第一软磁衬层；设置在该第一软磁衬层与该垂直磁记录层之间的第二软磁衬层；以及设置在该第一软磁衬层与该第二磁层之间且防止该第一软磁衬层与该第二软磁衬层之间的磁相互作用的隔离层，其中该第二软磁衬层的各向异性场Hk大于该第一软磁衬层的各向异性场Hk。
该第二软磁衬层可形成Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida(RKKY)耦合且包括至少一个堆叠结构，其中一对单位软磁衬层堆叠，其间形成有非磁间隔层。
该第二软磁衬层可以比该第一软磁衬层更薄。该第二软磁衬层可具有1至12nm之间的厚度，且该第一软磁衬层可具有50nm或更大的厚度。
该第一软磁衬层和该第二磁层可以由相同材料形成。
该第二软磁衬层可包括两个单位软磁衬层和形成在该两个单位软磁衬层之间的一个间隔层，其中该单位软磁衬层的每个具有1至5nm之间的厚度，该间隔层具有2nm或更小的厚度，该第一软磁衬层具有50nm或更大的厚度。
该隔离层可以由非磁金属或非金属材料形成。该垂直磁记录介质还可包括设置在该第一软磁衬层和该衬底之间的磁畴控制层。
该第二软磁衬层可以由选自包括CoZrNb、CoZrTa、FeTa合金和FeCo合金的组的一种形成。该第一软磁衬层可以由选自包括NiFe合金、CoZrNb、CoZrTa、FeTa合金和FeCo合金的组的一种形成。该隔离层可以由非磁金属或非金属材料形成。该磁畴控制层可以由IrMn形成。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例性实施例，本发明的上述和其它特征和优点将变得更加明显，附图中：
图1是根据本发明一实施例的垂直磁记录介质的剖视图；
图2A和2B是剖视图，示出图1的垂直磁记录介质的写和读操作；
图3是根据本发明另一实施例的垂直磁记录介质的剖视图；
图4是根据本发明另一实施例的垂直磁记录介质的剖视图；
图5是根据本发明一实施例可应用在垂直磁记录介质中的软磁衬层(SUL)结构的剖视图；
图6是示出垂直磁记录介质的CoZrNb形成的SUL的厚度和磁特性之间的关系的曲线图；
图7A是根据本发明另一实施例可应用在垂直磁记录介质中的软磁衬层结构的剖视图；
图7B是示出图7A的SUL结构的施加磁场与所得磁化之间的关系的曲线图；
图8示出用于比较其性噪比(SNR)的SUL结构样品(a)、(b)和(c)；
图9A至9C是模拟结果，分别示出图8的样品(a)、(b)和(c)的磁畴结构；以及
图10A至10C是模拟结果，分别示出图8的样品(a)、(b)和(c)的磁畴壁噪声。
具体实施方式
现在将参考附图更加全面地描述本发明，附图中示出本发明的示例性实施例。
图1是根据本发明一实施例包括软磁衬层(SUL)的双层垂直磁记录介质的剖视图，图2A和2B是剖视图，示出利用图1的垂直磁记录介质的写和读操作。
参考图1，垂直磁记录层120形成在衬底100上，保护层130形成在垂直磁记录层120上以保护垂直磁记录层120免受外部影响，润滑层140形成在保护层130上从而减小由硬盘驱动器(HDD)的磁头与保护层130之间的接触造成的磨损。
润滑层140由四醇(tetraol)形成，保护层130由类金刚石碳(DLC)形成，垂直磁记录层120由选自包括CoCrPtSiO2、CoPt、CoCrPt和FePt的组的一种形成，衬底100由玻璃或Al-Mg形成。
第一SUL 101设置在垂直磁记录层120和衬底100之间从而形成垂直磁场的磁路径且使信息能被记录在垂直磁记录层120上。
第二SUL 110和形成在第二SUL 110之下的隔离层102两者置于第一SUL 101和垂直磁记录层120之间。隔离层102由例如Ta或Ti的非磁材料形成，且防止第二SUL 110和第一SUL 101之间的磁相互作用。
根据本实施例，第二SUL 110的各向异性场Hk大于第一SUL 101的各向异性场Hk，第二SUL 110的磁导率低于第一SUL 101的磁导率。
由于相对低的各向异性场Hk，在磁记录期间，第一SUL 101形成具有高写场梯度的垂直磁路径，从而使得能够以高密度记录信息。第二SUL 110在信息复制期间水平地分散第一SUL 101中存在的畴壁产生的杂散磁场，从而阻止杂散磁场到达读头。
也就是说，参考图2A，当利用磁头进行垂直磁记录时头输出的垂直磁场的磁路径由第一SUL 101形成，从而使得信息能被记录在垂直磁记录层120上。参考图2B，当记录在垂直磁记录层120上的磁图案被复制时，第二SUL 110发散(即分流)由第一SUL 101的磁畴壁产生的杂散磁场，从而在信息复制期间阻止杂散磁场到达磁头且极大地提高所复制信息的信噪比(SNR)。
因为由于具有相对高的各向异性场Hk而具有稳定的畴结构的第二SUL110设置在由于具有相对低的各向异性场Hk而具有高写场梯度的第一SUL101之上，所以第二SUL 110能分流具有不稳定畴结构的第一SUL 101产生的杂散磁场。
图3是根据本发明另一实施例的垂直磁记录介质的剖视图。与图1的垂直磁记录介质相比，图3的垂直磁记录介质还包括磁畴控制层303。
详细地，垂直磁记录层320形成在衬底300之上，保护层330形成在垂直磁记录层320上以保护垂直磁记录层320，润滑层340形成在保护层330上。垂直磁记录层320形成在保护层330下。第二SUL 310、隔离层302和第一SUL 301设置在垂直磁记录层320之下。磁畴控制层303设置在第一SUL 301之下从而控制第一SUL 301的磁畴。磁畴控制层303可以由诸如IrMn的公知材料形成，已知，磁畴控制层303控制第一SUL 301的磁畴以减少磁畴壁。
图4是根据本发明另一实施例的垂直磁记录介质的剖视图。与图1的垂直磁记录介质相比，图4的垂直磁记录介质还包括垂直取向层(perpendicularalignment layer)421。
详细地，垂直磁记录层420形成在衬底400之上，保护层430形成在垂直磁记录层420上从而保护垂直磁记录层420，润滑层440形成在保护层430上。垂直磁记录层420和垂直取向层421形成在保护层430之下。第二SUL410、隔离层402和第一SUL 401设置在垂直取向层421之下。垂直取向层421垂直地排列垂直磁记录层420的磁排列。
此外，用于控制第一SUL 401的磁畴的磁畴控制层(未示出)可以以与图3相同的布置选择性地设置在第一SUL 401之下。
图5是根据本发明一实施例可应用在垂直磁记录介质中的第二SUL的剖视图。如上所述，用于阻止磁相互作用的隔离层102、302或402形成在第一SUL 101、301或401上，第二SUL 110’、310’或410’设置在隔离层102、302或402上。第二SUL 110’、310’或410’包括上和下单位SUL 113和111，间隔层112设置于其间。第二SUL 110’、310’或410’形成(Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida)RKKY耦合，使得磁畴被局域耦合。这里，RKKY耦合涉及一种耦合机制，其中上和下磁层通过其间的非磁金属层彼此反铁磁耦合。为此，第二SUL 110’、310’或410’的厚度小于第一SUL 101、301或401的厚度，第二SUL 110’、310’或410’的各向异性场Hk大于第一SUL 101、301或401的各向异性场Hk。
第二SUL 110’、310’或410’由选自包括CoZrNb、CoZrTa、FeTa合金和FeCo合金的组的一种形成。第一SUL 101、301或401可由选自包括NiFe合金、CoZrNb、CoZrTa、FeTa合金和FeCo合金的组的一种形成。
第一SUL 101、301或401和第二SUL 110’、310’或410’可由相同材料形成。第二SUL 110’、310’或410’的饱和磁通密度Bs和各向异性场Hk大于第一SUL 101、310或401，第二SUL 110’、310’或410’的磁导率小于第一SUL 101、301或401。第一SUL 101、301或401具有50nm或更大的厚度，第二SUL 110’、310’或410’的各向异性场Hk能通过调节上和下单位SUL 113和111的每个的厚度而被控制。上和下单位SUL 113和111的每个形成为具有1至5nm范围内的厚度，上和下单位SUL 113和111之间的间隔层112由诸如Ru的非磁材料形成，且具有2nm或更小的厚度。隔离层102、302或402由非磁金属或氧化物形成。
图6是曲线图，示出由CoZrNb形成且具有RKKY耦合结构的第二SUL的厚度、耦合强度Heb和各向异性场Hk之间的关系。
参考图6，随着表示上和下单位SUL之间的反铁磁交换耦合的耦合强度Heb增大，各向异性场Hk成比例地增大。各向异性场Hk应该高以阻止充当噪声源的磁畴壁的形成。参考图6，上和下单位SUL的每个可形成为具有小于5nm的厚度从而获得高各向异性场Hk。
图7A是根据本发明另一实施例可应用在垂直磁记录介质中的SUL结构的剖视图。
参考图7A，由CoZrNb形成的第一SUL 701在衬底700上形成50nm的厚度，且具有可以为零(0)的低各向异性场Hk。由Ta形成的隔离层702在第一SUL 701上形成5nm的厚度。具有RKKY耦合结构和高各向异性场Hk的第二SUL 710形成在隔离层702上。第二SUL 710包括两个上和下单位SUL 713和711，间隔层712在上和下单位SUL 713和711之间由Ru形成至5nm的厚度。
图7B是曲线图，示出图7A的SUL结构的施加磁场与所得磁化之间的关系。
参考图7B，第一SUL 701和第二SUL 710之间的交换相互作用能被完全防止，第二SUL 710的各向异性场Hk可以大于约500Oe。
图8示出用于比较其SNR的SUL结构样品(a)、(b)和(c)。第一样品(a)是常规单层SUL结构，第二样品(b)是常规反铁磁SUL结构，其中顶和底层彼此接触，第三样品(c)是根据本发明的SUL结构，其中顶和底层之间设置有隔离层。
样品(a)、(b)和(c)的每个具有10nm厚度的顶层和50nm厚度的底层，且所有底层具有零(0)各向异性场Hk和1.0T的饱和磁化4πMs。第一样品(a)的顶层具有零(0)各向异性场Hk和1.0T的饱和磁化4πMs，第二和第三样品(b)和(c)的顶层每个具有500的各向异性场Hk和2.4T的饱和磁化4πMs。第三样品(c)具有3nm厚度的隔离层。
假定用于检测磁场的传感器定位在距每个顶层约50nm的距离，进行模拟。
图9A、9B和9C是模拟结果，分别示出图8的样品(a)、(b)和(c)的磁畴结构。
参考图9A、9B和9C，图9C所示的第三样品(c)具有比其它样品(a)和(b)更好的磁畴结构。
充当磁噪声源的许多磁畴壁示出在分别示出第一和第二样品(a)和(b)的图9A和9B中，而由于第三样品(c)的最靠近传感器的顶层的强各向异性场，磁畴壁很少显示在图9C所示的第三样品(c)中。可以看出，第三样品(c)的SUL结构适合提供高SNR。
图10A、10B和10C是模拟结果，分别示出由传感器检测的图8的样品(a)、(b)和(c)的磁畴壁噪声。图10C所示的根据本发明一实施例的第三样品(c)与图10A和10B分别显示的样品(a)和(b)相比极大地抑制了噪声。
参考图10A，由传感器检测的杂散磁场具有大于300Oe的磁场强度。参考示出在顶和底SUL之间没有隔离层的样品(b)的模拟结果的图10B，由于垂直磁畴而形成大杂散磁场。另一方面，参考示出根据本发明一实施例的第三样品(c)的模拟结果的图10C，杂散磁场的强度显著减小到100Oe或更小，从而有效地降低噪声。
已经在上述实施例中说明的用于垂直磁记录介质的各类SUL结构。根据本发明，具有较高各向异性场的第二SUL分散(分流)由具有较低各向异性场的第一SUL的磁畴壁产生的杂散磁场(噪声)。相应地，可以实施各种其它实施例而不偏离本发明的范围。
尤其是，上述实施例已经示出垂直磁记录介质的基本结构，因此辅助的或额外的层还可以被堆叠。例如，在本发明的思想和范围内可形成额外的SUL，并不意图限制本发明的技术范围。此外，用于形成根据本发明的垂直磁记录介质的组元的材料是公知的且不限制本发明的技术范围。
如上所述，根据本发明，起源于在垂直磁记录介质中不可避免被使用的SUL的噪声能被显著减小，因此其SNR和记录密度能被增大。也就是说，因为写操作期间可通过具有高磁导率的第一SUL形成高写场梯度，能实现高密度记录。此外，因为具有小厚度和高各向异性场的第二SUL分散由第一SUL产生的杂散磁场，所以由第一SUL的磁畴壁产生的噪声能被极大地降低。
本发明适合应用于采用SUL的任何类型的垂直磁记录介质中。
虽然已经参考其示例性实施例特别显示和描述了本发明，但是本领域普通技术人员应理解，在不偏离所附权利要求定义的本发明的思想和范围的情况下，可进行形式和细节上的各种改变。

Claims (16)

1.一种垂直磁记录介质，包括：
衬底；
垂直磁记录层，形成在该衬底之上；
第一软磁衬层，设置在该垂直磁记录层与该衬底之间；
第二软磁衬层，设置在该第一软磁衬层与该垂直磁记录层之间；以及
隔离层，设置在该第一软磁衬层与该第二软磁衬层之间且阻止该第一软磁衬层和该第二软磁衬层之间的磁相互作用，
其中该第二软磁衬层的各向异性场Hk大于该第一软磁衬层的各向异性场Hk。
2.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中该第二软磁衬层形成Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida耦合且包括至少一个堆叠结构，其中一对单位软磁衬层被堆叠，其间形成有非磁间隔层。
3.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中该第二软磁衬层薄于该第一软磁衬层。
4.如权利要求3所述的垂直磁记录介质，其中该第二软磁衬层具有1至12nm之间的厚度，该第一软磁衬层具有50nm或更大的厚度。
5.如权利要求3所述的垂直磁记录介质，其中该第一软磁衬层和该第二软磁衬层由相同材料形成。
6.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中该第二软磁衬层包括两个单位软磁衬层和形成在该两个单位软磁衬层之间的一个间隔层，
其中该单位软磁衬层的每个具有1至5nm之间的厚度，该间隔层具有2nm或更小的厚度，该第一软磁衬层具有50nm或更大的厚度。
7.如权利要求3所述的垂直磁记录介质，其中该第二软磁衬层由选自包括CoZrNb、CoZrTa、FeTa合金和FeCo合金的组的一种形成。
8.如权利要求7所述的垂直磁记录介质，其中该第一软磁衬层由选自包括NiFe合金、CoZrNb、CoZrTa、FeTa合金和FeCo合金的组的一种形成。
9.如权利要求2所述的垂直磁记录介质，其中该隔离层由非磁金属或非金属材料形成。
10.如权利要求2所述的垂直磁记录介质，还包括设置在该第一软磁衬层和该衬底之间的磁畴控制层。
11.如权利要求10所述的垂直磁记录介质，其中该第二软磁衬层薄于该第一软磁衬层。
12.如权利要求11所述的垂直磁记录介质，其中该第二软磁衬层具有1至12nm的厚度，该第一软磁衬层具有50nm或更厚大的厚度。
13.如权利要求12所述的垂直磁记录介质，其中该第一软磁衬层和该第二软磁衬层由相同材料形成。
14.如权利要求12所述的垂直磁记录介质，其中该第二软磁衬层由选自包括CoZrNb、CoZrTa、FeTa合金和FeCo合金的组的一种形成
15.如权利要求10所述的垂直磁记录介质，其中该隔离层由非磁金属或非金属材料形成。
16.如权利要求10所述的垂直磁记录介质，其中该磁畴控制层由IrMn形成。
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