CN101046983A - 磁存储装置 - Google Patents

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Abstract

通过使用显示出良好记录再现性能的垂直磁记录介质与屏蔽磁极磁头结合，实现比现有技术更高的记录。使用垂直磁记录介质和屏蔽磁极磁头。该屏蔽磁极磁头包括具有主磁极和辅助磁极的单极型写入器，还经由非磁性间隙层设置磁屏蔽，以便至少覆盖主磁极的尾侧的向下磁道方向。垂直磁记录介质具有两个记录层。第一记录层包括具有Co作为主要成分并至少包含Cr和Pt的铁磁晶粒以及包含氧化物的晶界。第二记录层包括具有Co作为主要成分以及至少包含Cr和不包含氧化物的合金。第一记录层的饱和磁化强度Ms1(kA/m)，第二记录层的饱和磁化强度Ms2(kA/m)以及软磁下层(nm)的薄膜厚度ts(nm)满足以下关系：20+0.033＊ts2+2.3＊ts≤4/3＊Ms1－Ms2≤329－0.024＊ts2+1.9＊ts。

Description

磁存储装置
技术领域
本发明涉及一种可以记录大量信息的磁存储装置。
背景技术
近年来，由计算机处理的信息量越来越多，以及作为辅助记录装置的硬磁盘单元的容量也需要进一步增加。此外，由于家庭电子产品中增加了对于硬盘驱动器单元的安装，则越来越多的要求减小硬磁盘单元的尺寸以及增加硬磁盘单元的容量。
在用于当前磁盘单元的纵向磁记录系统中，介质上记录的磁化相互相反并互相邻近，以增加线性记录密度，记录层的矫顽力必须被增加以及薄膜厚度必须被减小。但是，如果记录层的矫顽力增加，则产生一问题，即记录磁头的写能力不足，如果记录层的膜厚度变薄，那么产生一问题，即由于热波动而丢失记录信息。由于该问题，增加纵向记录系统中的记录密度变得困难。为了解决这些问题，现在垂直磁记录系统受到关注。垂直磁记录系统是这样的方法，其中记录位形成使得记录介质的磁化垂直于介质表面，以及相邻记录位的磁化相互反向平行。由于磁性过渡区中的去磁磁场与纵向记录系统相比较较小，因此可以减小介质的噪声，以及高密度记录中的记录磁化可以保持稳定。此外，还提出双层垂直磁记录介质，其具有形成在垂直磁记录介质和衬底之间的软磁底层，以便用作用于磁通量的返回路径。这些结构通过与没用用于增加写-磁场梯度的磁屏蔽的单极型磁头(此后称为单极型写入器或SPT磁头)结合，来提高记录密度。
对于垂直磁记录介质中的磁记录层，已经提出了一种粒状结构，其中晶粒被非磁性化合物如氧化物或氮化物包围。例如，在JP-A2002-342908中，公开了具有CoCrPt合金作为主要成分并包含Si的氧化物的记录层，其中依据Si原子，Si含量为8at.％至16at.％，以及通过在其中Ar气压是0.133Pa至2.66Pa的室中溅射来淀积该记录层。此外，在IEEE Transactions on Magnetics，Vol.40，No.4，July 2004，pp.2498-2500的″Role of Oxygen Incorporation in Co-Cr-Pt-Si-OPerpendicular Magnetic Recording Media″中，公开了一种方法：通过在氩氧混合气体中进行DC磁控溅射和通过使用包含CoCrPt合金和SiO2的复合靶，形成具有粒状结构的记录层。在160nm厚度的Co-Ta-Zr的软磁下层上，经由Ta/Ru中间层，形成Co-Cr-Pt-Si-O的记录层，以及据报道，当记录层中的氧浓度约为15％时，矫顽力是最大，以及读写性能被提高。
这些技术的目的是通过将非磁性氧化物偏析到晶界和磁性地隔离磁颗粒，来增加记录性能。但是，为了满足读写性能和热稳定性，不仅需要磁性地隔离磁颗粒，而且需要增加磁颗粒的磁各向异性，那么存在这样的问题：矫顽力增加太多以及通过磁头进行记录变得困难。
为了解决该问题，已经提出了其中在粒状结构的记录层上层叠不包含氧化物的Co-Cr合金层的结构，其中氧化物被偏析到晶界。例如，在JP-A 2004-310910中，公开了一种垂直磁记录层，其包括含有作为主要成分的Co、包含Cr和不包含氧化物的层，以及包括含有作为主要成分的Co、包含Pt和氧化物的层。据规定，包含氧化物的层中的氧化物量优选是3mol％至12mol％，但是更优选是5mol％至10mol％，这与Co、Cr和Pt的总量有关。据规定，如果超出该范围，那么氧化物留在磁颗粒中，磁颗粒的晶体取向退化，氧化物被偏析在磁颗粒之上和之下，以及磁颗粒的柱状结构退化，这是不期望的。还规定，软磁下层的薄膜厚度优选是50至400nm，软磁下层的饱和磁通密度是0.6T或以上，以及软磁下层的饱和磁通密度Bs(T)和薄膜厚度t(nm)的乘积Bs*t优选是20(T*nm)或以上。在该实施例中，评估结果表明，通过将具有100nm的薄膜厚度的Co-Nb-Zr软磁下层的垂直磁记录介质与单极型磁头结合，重写(OW)性能被提高，以及信噪比(S/N)比也被提高。
近年来，已使用一种磁头写入器来评估垂直磁记录介质，该磁头的写入器具有常规的简单的单极型结构，此外，该写入器具有磁屏蔽，该磁屏蔽经由非磁性间隙层至少在主磁极的尾侧的向下磁道方向上形成，以便增加写-磁场梯度。此后，该磁屏蔽将被称为尾屏蔽或被简单地称为屏蔽，以及设有尾屏蔽的磁头将被称为屏蔽磁极磁头或尾屏蔽磁极磁头。例如，US2002/0176214A1或JP-A2005-190518公开了屏蔽磁极磁头的例子。屏蔽磁极磁头可以增加写-磁场梯度，尽管写-磁场强度下降，因此如果OW性能被满足，那么可以实现高线性记录密度。
例如，在IEEE Transactions on Magnetics，Vol.41，No.10，October2005，pp.3145-3147，″Anisotropy Enhanced Dual Magnetic LayerMedium Design for High-Density Perpendicular Recording″中，利用屏蔽的磁头来评估一种介质，该介质包括90nm厚度的反铁磁地耦合的软磁下层、其中在Ta上层叠Ru层的中间层，以及具有Co-Cr-Pt-O的粒状层和不包含氧化物的Co-Cr-Pt-B层的垂直磁记录层。显示出，通过在具有约300 kA/m的饱和磁化强度的Co-Cr-Pt-O的粒状层上层叠具有约340kA/m的饱和磁化强度的Co-Cr-Pt-B层，提高了S/N比。
[专利文献1]JP-A2004-310910
[专利文献2]US2002/0176214A1
[专利文献3]JP-A2005-190518
[非专利文献1]IEEE Transactions on Magnetics，Vol.41，No.10，October 2005，pp.3145-3147
发明内容
本发明解决的问题
当利用单极型磁头评估垂直磁记录介质时，该垂直磁记录介质具有这样的结构：其中利用包含氧化物的CoCrPt合金层层叠不包含氧化物的CoCr合金层，尽管OW性能被提高，但是线性记录密度不能增加太多。
如果使用屏蔽磁极磁头来代替单极型磁头，那么写-磁场梯度增加，因此可以预想线性记录密度的改进。如果软磁下层较厚，那么与单极型磁头相比较，线性记录密度提高，但是该提高是不够的，以及由于在交叉-磁道方向上的侧写入，同时增加磁道间距密度是困难的。据发现，如果简单地使软磁下层较薄，那么磁道方向上的侧写入被抑制，以及获得用于高密度记录的足够窄的写宽度，但是由于OW性能的损坏，线性记录密度下降，结果增加面记录密度是困难的。
因此，鉴于上述问题设想了本发明，其目的是提供一种磁存储装置，其中通过使用显示出良好的读写性能的垂直磁记录介质与屏蔽磁极磁头相结合，比之前更高的密度记录是可能的。
解决问题的方法
为了实现上述目的，在本发明中采用以下结构。
本发明的磁存储装置使用垂直磁记录介质和屏蔽磁极磁头的组合。屏蔽磁极的写入器具有包括主磁极和辅助磁极的单极型写入器结构，此外还具有经由非磁性间隙层形成的磁屏蔽，以便至少覆盖主磁极的尾侧的向下磁道方向。该垂直磁记录介质是具有软磁下层、下层、第一记录层以及第二记录层的垂直磁记录介质，该下层用以控制结晶结构(texture)和促进偏析物在软磁下层上形成，第一记录层形成在该下层上，以控制结晶结构和促进偏析，并由具有作为主要成分的Co并包含Cr和Pt的铁磁晶体颗粒构成，并且由包含氧化物的晶界构成，以及第二记录层形成在第一记录层上，由具有作为主要成分的Co、包含Cr但是不包含氧化物的合金形成。第一记录层的饱和磁化强度Ms1(kA/m)、第二记录层的饱和磁化强度Ms2(kA/m)以及软磁下层(nm)的薄膜厚度ts(nm)满足以下关系：
20+0.033*ts2+2.3*ts≤4/3*Ms1-Ms2≤329-0.024*ts2+1.9*ts
该垂直磁记录介质不必具有软磁下层。在该垂直磁记录介质没有软磁下层的情况下，第一记录层的饱和磁化强度Ms1(kA/m)和第二记录层的饱和磁化强度Ms2(kA/m)满足以下关系：
20≤4/3*Ms1-Ms2≤329
为了实现低噪声，第一记录层必须具有其中氧化物被偏析到晶界的结构。在具有这种结构的记录层中，通常由于颗粒直径扩散和磁各向异性扩散，当发生磁化反向时的磁场强度扩散(此后，称为反转磁场分布)较大。如果反转磁场分布较大，那么形成尖锐的磁过渡将变得困难，以及将增加噪声。为了减小反转磁场分布，采用其中层叠有使用Co作为主要成分并包含Cr和排除氧化物的第二记录层的结构是有效的。第二记录层具有均匀的薄膜结构，该结构具有模糊的晶界，以及具有较强的晶粒间交换耦合。
在该第二记录层中的薄膜面内方向中的交换耦合起到减小总记录层的反转磁场分布的作用，总记录层包括第一记录层。反转磁场分布的减小越显著，源于第二记录层的更大饱和磁化强度Ms2的这些交换耦合就越强，但是另一方面，记录过程期间的畴壁运动易于变得明显，这导致噪声增加。为了抑制该畴壁运动，重要的是制成其中第一记录层的氧化物被偏析到晶界的结构，该晶界用作固定位置。该固定能量与第一记录层的饱和磁化强度Ms1有关，固定力越强，Ms1越大。
本发明人发现，为了获得具有突出的读写性能的垂直磁记录介质，通过第一记录层的固定对于畴壁运动的抑制和通过第二记录层对于反转磁场分布的减小之间的平衡可能是重要的。
此外，第一记录层和第二记录层的饱和磁化强度Ms1、Ms2起到改变发生磁化反向处的磁场强度(以下为反转磁场强度)的作用。如果Ms1增加，那么每个颗粒的磁各向异性能量将变得更大，以及记录层的反转磁场强度将变得更大。另一方面，如果Ms2增加，那么颗粒间的交换耦合将变得更强，因此反转磁场强度变得更小。通过将该反转磁场强度与写-磁场梯度增加处的写-磁场强度匹配，可以在介质上形成尖锐的磁过渡，并可以实现高密度记录。换句话说，据发现当Ms1增加时，Ms1和Ms2之间的关系是重要的，以致Ms2也增加。
为了确定Ms1和Ms2之间的关系，必须知道写-磁场强度。通过将各种介质与各种磁头结合来检查读写性能的结果发现，当屏蔽的磁头用于记录时，写-磁场强度和写-磁场梯度之间的关系强烈地取决于软磁下层的薄膜厚度。
如果软磁下层的薄膜厚度ts差不多是100nm，那么由于写-磁场强度较大，在交叉-磁道方向上发生侧写入以及磁道间距密度下降。由于在其处获得最大写-磁场梯度的写-磁场强度也较大，如果Ms2相对较小以及记录层的反转磁场强度较大，那么该反转磁场强度很好地匹配在其处获得最大写-磁场梯度的写-磁场强度。但是，由于记录层的反转磁场分布不是如此小，线性记录密度不能增加，结果，面记录密度下降。
如果使得ts低至60nm或以下，那么(最大)写-磁场强度和在其处获得最大写-磁场梯度的写-磁场强度将变小。因此，当使用大Ms2的第二记录层使得记录层的反转磁场强度较小时，该反转磁场强度很好地匹配在其处获得最大写-磁场梯度时的写-磁场强度。在那时，由于记录层的反转磁场分布也被抑制较小，可以形成尖锐的磁过渡和可以大大地增加线性记录密度。如果由于屏蔽磁头的写-磁场强度变得较小而使得写-磁场强度匹配记录层的反转磁场强度，那么可以抑制交叉-磁道方向上的侧写入，以及可以增加磁道间距密度。结果，可以实现高面记录密度。
如果使得ts低至30nm或以下，或当不使用软磁下层时，(最大)写-磁场强度和在其处获得最大写-磁场梯度的写-磁场强度下降。因此，通过进一步增加Ms2，降低记录层的反转磁场强度，使反转磁场分布更小，可以实现更高的面记录密度。
通过结合各种垂直磁记录介质和屏蔽磁极磁头并评估记录再现性能，以上所述的在第一记录层的饱和磁化强度Ms1、第二记录层的饱和磁化强度Ms2以及软磁下层的薄膜厚度ts之间的关系被发现。通过结合满足该关系的垂直磁记录介质和屏蔽磁极的磁头，获得在屏蔽磁极磁头显示出最大写-磁场梯度处的写-磁场强度和全部记录层的反转磁场强度之间的匹配。而且，由于可以使记录层的反转磁场分布较小，可以实现高S/N比和窄磁道宽度。结果，可以实现高线性记录密度和高磁道间距密度，以及可以大大地增加面记录密度。
为了获得上述的第一记录层和第二记录层的饱和磁化强度，必须选择第一记录层和第二记录层中包含的Cr浓度。如果C1(at.％)是相对于第一记录层中包含的Co、Cr和Pt总量的Cr浓度，C2(at.％)是相对于第二记录层中包含Pt时的其中的Co、Cr和Pt总量的Cr浓度，以及ts(nm)是软磁下层的薄膜厚度，那么必须满足以下关系：
-1.0+0.00084*ts2+0.059*ts≤C2-1.02*C1≤6.9-0.00061*ts2+0.049*ts
当没有软磁下层时，对于ts＝0，必须满足以下关系。
-1.0≤C2-1.02*C1≤6.9
因为第一记录层具有作为主要成分的Co、至少包含Cr和Pt以及包含氧化物，所以可以使用Co-Cr-Pt-B合金、Co-Cr-Pt-Mo合金、Co-Cr-Pt-Nb合金、Co-Cr-Pt-Ta合金、Si的氧化物、Ta的氧化物、Nb的氧化物或Ti的氧化物的粒状薄膜。通过使第一记录层中包含的氧化物含量为16mol％至25mol％，并偏析这些氧化物到晶界，可以形成低噪声的粒状层。例如，当第一记录层包括元素Co、Cr、Pt时，所有元素中的Si和O的浓度(at.％)总和是16at.％至25at.％。在上述范围以下，因为晶界的形成变得不充分，噪声增加，而超出上述范围，磁各向异性大大地降低，因为在晶粒中剩下一些氧化物，以及热稳定性降低，这是不合需要的。可以在满足热稳定性的限度内设置第一记录层的薄膜厚度，通常使用约8nm至18nm的值。如果第一记录层的Cr浓度C1具有约6at.％至18at.％的值，那么可以获得低噪声特性和热稳定性，这是优选的。如果第一记录层的饱和磁化强度Ms1具有约300kA/m至650kA/m的值，那么可以获得低噪声特性和热稳定性，这是优选的。如果相对于第一记录层中包含的Co、Cr和Pt总量的Pt浓度具有约15at.％至30at.％的值，那么可以获得充分的磁各向异性和可以获得充分的热稳定性。
构成第二记录层的具有Co作为主要成分、至少包含Cr和不包含氧化物的层的材料可以是Co-Cr合金、Co-Cr-B合金、Co-Cr-Mo合金、Co-Cr-Nb合金、Co-Cr-Ta合金、Co-Cr-Pt-B合金、Co-Cr-Pt-Mo合金、Co-Cr-Pt-Nb合金或Co-Cr-Pt-Ta合金。第二记录层的薄膜厚度可以被设置在其中可以减小反转磁场分布和满足热稳定性的范围内。通常，使用约4nm-12nm的值。
软磁下层的材料可以是FeCoTaZr合金、FeCoTaZrCr合金、CoTaZr合金、CoTaZrCr合金、FeCoB合金、FeCoCrB合金、CoNbZr合金或CoTaNb合金。当软磁下层的薄膜厚度厚至100nm时，为了实现高流通量，必须通过多个室形成软磁下层，但是通过满足上述关系，在不牺牲记录密度的条件下，所需的软磁下层的薄膜厚度可以被大大地减小，以及形成软磁下层需要的室的数目可以被减少一半。结果，即使利用现有的溅射设备也可以形成垂直磁记录介质，以及可以大大地提高生产率。此外，发现通过使软磁下层较薄，磁记录介质的机械强度被提高，以及抗冲击性的可靠性可以被增强。
控制取向和偏析的下层(取向控制偏析促进层)，控制记录层的晶体取向和晶粒尺寸，具有减小记录层的晶粒之间的交换耦合的重要功能。该取向控制偏析促进层的薄膜厚度、结构和材料可以被设置在获得上述效果的范围内。例如，可以使用其中在诸如Ta的纳米结晶层、诸如NiTa的非晶层或具有面心立方晶格(fcc)结构的金属层上形成Ru或Ru合金层的结构。
诸如Ta的纳米结晶层、诸如NiTa的非晶层或具有面心立方晶格(fcc)结构的金属层的功能是改进c轴取向，c轴取向垂直于Ru的膜平面。具体来说，在晶粒尺寸和粗糙度的控制方面，fcc金属优于诸如Ta的纳米结晶材料或诸如NiTa的非晶材料，以及由于它们大大地促进偏析和增加记录层的热稳定性，它们是优选的。具有面心立方晶格(fcc)结构的金属的例子是Pd、Pt、Cu、Ni、或其合金。具体地，具有Ni作为主要成分以及至少包含W、Cr、V或Cu的合金形成适合的晶粒尺寸和粗糙度，以及促进记录层的偏析，其是优选的。例如，可以使用Ni-6at.％W合金、Ni-8at.％W合金、Ni-6at.％V合金、Ni-10at.％Cr合金和Ni-10at.％Cr-3at.％W合金、Ni-10at.％Cr-3at.％Nb合金、Ni-10at.％Cr-3at.％B合金、Ni-20at.％Cu合金、Ni-20at.％Cu-3at/w合金、Ni-20at.％Cu-3at.％Ti合金以及Ni-20at.％Cu-3at.％Ta合金。薄膜厚度通常具有约2nm至12nm的值。
通过直接在fcc金属下面设置诸如Cr-Ti合金、Cr-Ta合金、Ni-Ta合金或Al-Ti合金的非晶层，可以改进fcc层的(111)取向，这是优选的。薄膜厚度通常具有约1nm至5nm的值。
如果用于本发明的磁存储装置的屏蔽磁极磁头具有单极型写入器，该单极型写入器具有主磁极和辅助磁极，此外，形成有磁屏蔽，以经由非磁性间隙层覆盖主磁极的交叉-磁道侧和尾侧的向下磁道方向(此后称为尾部和侧屏蔽的磁头、环绕屏蔽磁头或WAS磁头)来，侧写入可以被进一步抑制以及磁道间距密度增加，这是更优选的。
发明效果
根据本发明，由于交叉-磁道方向中的侧写入可以被抑制，以及位出错率可以被减小，可以提供其中可以具有比现有技术更高的密度的记录的磁存储装置。相邻磁道擦除可以被抑制，以及可以对于实际用途可以容易地得到对于数据记录和擦除具有充分写能力的磁存储装置。此外，通过使软磁下层较薄，可以增加垂直磁记录介质的机械强度，以及可以提供高度可靠的磁存储装置。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的剖面示意图。
图2示出了磁头和磁记录介质之间的关系示意图。
图3是从ABS表面观察的磁头的写入器的示意图。(a)是尾和侧屏蔽的磁头，(b)是尾屏蔽磁极磁头，以及(c)是没有屏蔽的常规单极型磁头。
图4是剖面结构的示意图，该结构示出了根据本发明的垂直磁记录介质的一个方面。
图5是示出了在校正之后具有软磁下层的双层垂直磁记录介质的克尔回路以及饱和磁化强度(Hs)的定义的视图。
图6是示出了具有410kA/m的饱和磁化强度的第一记录层的媒介的介质、矫顽力、成核磁场、饱和场以及饱和场和矫顽力之间的区别与第二记录层的饱和磁化强度的相互关系的图。
图7(a)是示出了当第一记录层的饱和磁化强度是410kA/m时，介质的线性记录密度与第二记录层的饱和磁化强度的相关性的视图。
图7(b)是示出了当第一记录层的饱和磁化强度是410kA/m时，介质的磁道间距密度与第二记录层的饱和磁化强度的相关性的视图。
图7(c)是示出了当第一记录层的饱和磁化强度是410kA/m时，介质的面记录密度与第二记录层的饱和磁化强度的相关性的视图。
图8是示出了当第一记录层的饱和磁化强度是410kA/m时，软磁下层的薄膜厚度和第二记录层的饱和磁化强度之间发现的关系的视图。
图9(a)是示出了磁头和磁记录介质之间的关系的示意图。
图9(b)是示出了磁头和磁记录介质之间的关系的示意图。
图9(c)是示出了磁头和磁记录介质之间的关系的示意图。
图9(d)是示出了磁头和磁记录介质之间的关系的示意图。
图9(e)是示出了磁头和磁记录介质之间的关系的示意图。
图10是示出了标准化的划痕深度与软磁下层的相互关系的视图。
图11是示出了具有470kA/m的饱和磁化强度的第一记录层的介质、矫顽力、成核磁场、饱和场以及饱和场和矫顽力之间的区别与第二记录层的饱和磁化强度的相关性的图。
图12(a)是示出了当第一记录层的饱和磁化强度是470kA/m时，介质的线性记录密度与第二记录层的饱和磁化强度的相关性的视图。
图12(b)是示出了当第一记录层的饱和磁化强度是470kA/m时，介质的磁道间距密度与第二记录层的饱和磁化强度的相关性的视图。
图12(c)是示出了当第一记录层的饱和磁化强度是470kA/m时，介质的面记录密度与第二记录层的饱和磁化强度的相关性的视图。
图13是示出了当第一记录层的饱和磁化强度是470kA/m时，软磁下层的薄膜厚度和第二记录层的饱和磁化强度之间发现的关系的视图。
图14是示出了标准化的划痕深度与软磁下层的相互关系的视图。
图15是示出了具有530kA/m的饱和磁化强度的第一记录层的媒介的介质、矫顽力、成核磁场、饱和场以及饱和场和矫顽力之间的区别与第二记录层的饱和磁化强度的相关性的图。
图16(a)是示出了当第一记录层的饱和磁化强度是530kA/m时，介质的线性记录密度与第二记录层的饱和磁化强度的相关性的视图。
图16(b)是示出了当第一记录层的饱和磁化强度是530kA/m时，介质的磁道间距密度与第二记录层的饱和磁化强度的相关性的视图。
图16(c)是示出了当第一记录层的饱和磁化强度是530kA/m时，介质的面记录密度与第二记录层的饱和磁化强度的相关性的视图。
图17是示出了当第一记录层的饱和磁化强度是530kA/m时，软磁下层的薄膜厚度和第二记录层的饱和磁化强度之间发现的关系的视图。
图18是示出了在软磁下层的薄膜厚度ts、第一记录层的饱和磁化强度Ms1和第二记录层的饱和磁化强度Ms2之间发现的关系的视图。
图19是示出了在软磁下层的薄膜厚度ts、第一记录层的Cr浓度C1和第二记录层的Cr浓度C2之间发现的关系的视图。
图20是示出了标准化的划痕深度与软磁下层的相关性的视图。
图21是示出了在软磁下层的薄膜厚度ts、第一记录层的饱和磁化强度Ms1和第二记录层的饱和磁化强度Ms2之间发现的关系的视图。
图22是示出了在软磁底层的薄膜厚度ts、第一记录层的Cr浓度C1和第二记录层的Cr浓度C2之间发现的关系的视图。
图23是示出了利用WAS磁头、TS磁头、SPT磁头和RING磁头，评估没有软磁下层的介质的面记录密度的结果的视图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的某些实施例。
实施例1
图1是示出了根据本发明的磁存储装置的一个实施例的示意图。
该磁存储装置具有垂直磁记录介质10、驱动该垂直磁记录介质的致动器11、包括写入器和读取器的磁头12、相对于磁记录介质移动磁头的装置13以及用于处理给磁头的输入信号和来自磁头的输出信号的装置14。图2示出了磁头12和垂直磁记录介质10之间的关系。磁头的磁浮动高度是8nm。读取器20具有被一对磁屏蔽夹在中间的读元件21，巨磁阻元件(GMR)用于该读元件21。除巨磁阻元件之外，读元件21可以是隧穿磁阻元件(TMR)或电流-垂直于平面的巨磁阻元件(CPP-GMR)。写入器22具有单极型写入器，其包括主磁极、辅助磁极25和薄膜导体线圈26。主磁极包括主磁极轭23′和主磁极尖端23，以及形成屏蔽24，使得主磁极尖端23的交叉-磁道侧和尾侧的向下磁道方向被覆盖。
图3(a)是从ABS表面看到的尾屏蔽和侧屏蔽磁头(环绕屏蔽磁头，WAS磁头)的写入器的视图。主磁极尖端的几何磁道宽度通常约80-150nm，在这里它是100nm。主磁极和尾屏蔽之间的距离通常约为40-150nm，在这里它是50nm。主磁极和侧屏蔽之间的距离可以约为40-200nm，在这里它是100nm。屏蔽24的高度通常是50-250nm，在这里它是100nm。使用巨磁阻效应的读元件21的几何磁道宽度通常约为60-100nm，在这里它是70nm。
图4是示出了本发明的垂直磁记录介质10的一个实施例的剖面结构的示意图。本发明的垂直磁记录介质使用由ANELVA公司制造的溅射设备(C-3010)来形成。该溅射设备具有十个处理室和一个衬底加载/卸载室，以及每个室被独立地抽吸。在所有处理室被抽吸降至1×10-5Pa或以下的真空度之后，通过移动具有衬底的载物台到每个处理室来顺序地执行处理。在该溅射处理室中安装旋转型磁控管溅射阴极，以及通过DC溅射来形成金属膜和碳膜。通过使用X射线光电子光谱(XPS)来评估每个介质层的成分。通过用具有500V的加速电压的离子枪从样品表面溅射，以在深度方向上执行隧穿，以及使用铝的Kα线作为X射线源，在1.5mm的长度和0.1mm的宽度上执行分析。通过检测对应于C的1s-电子、O的1s-电子、Si的2s-电子、Cr的2p-电子、Co的2p-电子、Ru的3d-电子以及Pt的4f-电子的能量附近的频谱，得到每个元素的量。
直径63.5mm的玻璃衬底用于衬底41。在衬底41上，形成包括NiTa合金的薄膜厚度为10nm的粘结层42，以增加对衬底的粘附力。这里，NiTa合金是Ni-37.5at.％Ta。粘结层42仅仅需要对衬底和粘结层之上的层具有充分的粘附力，以及可以是Ni合金、Co合金或Al合金。例子是AlTi合金、NiAl合金、CoTi合金或AlTa合金。
接下来，软磁下层43具有其中经由薄的Ru来层叠CoTaZr合金的三层结构。这里，CoTaZr合金是92at.％Co-3at.％Ta-5at.％Zr。
通过使用这种AFC(反铁磁性耦合)结构，经由Ru层反铁磁性地耦合上下CoTaZr合金层，以及由于软磁下层的噪声可以被减小。Ru的薄膜厚度可以被设为可以保持AFC耦合的范围内，这里是0.7nm。在可以保持AFC耦合的范围内，附加元素可以被添加到Ru。制造该介质，以便每个层的CoTaZr合金的薄膜厚度是5nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、40nm或50nm。还制造具有软磁下层和没有上层的样品，以及当使用振动样品磁强计在薄膜面内方向上施加1035kA/m的最大磁场时，评估的饱和磁通密度是1.25T。
该软磁下层可以具有其中在该软磁下层下面设置磁畴控制层的结构，该磁畴控制层用于固定软磁下层的磁畴，包括诸如CoTaZr合金层的软磁材料，或可以具有其中在AFC结构下面设置磁畴控制层的结构。
通过顺序地形成2nm的薄膜厚度的Ni-37.5at.％Ta、9nm的厚度的Ni-10at.％Cr-3at.％W和16nm薄膜厚度的Ru，形成取向控制和偏析促进层44。取向控制偏析促进层44控制记录层的晶体取向和晶粒直径，在减小记录层的晶粒之间的交换耦合中起到重要作用。取向控制偏析促进层44的薄膜厚度、结构和材料可以被设在获得上述效果的范围内，但是不局限于上述薄膜厚度、结构和材料。
在取向控制偏析促进层44的上述结构中，NiTa层的功能是控制NiCrW层的晶体结构和增加NiCrW的(111)纹理。薄膜厚度可以被设在满足这些条件的范围内，以及通常使用约1nm至5nm的值。代替NiTa合金，可以使用诸如AlTi合金、CrTi合金或CrTa合金的非晶材料或诸如Ta的纳米结晶材料。
在取向控制偏析促进层44中，NiCrW层的功能是改进垂直于薄膜平面的Ru c-轴取向，以及控制晶粒尺寸和粗糙度。薄膜厚度可以被设在满足这些目的的范围内，通常使用约2nm至12nm的值。代替NiCrW合金，可以使用具有面心立方晶格(fcc)结构的Pd、Pt、Cu或Ni或其合金。特别地，通过使用具有作为主要成分的Ni并至少包含W、Cr、V或Cu的合金，可以促进记录层的偏析，这是优选的
Ru层的功能是控制记录层的晶粒直径和晶体取向，以及减小颗粒间的交换耦合。薄膜厚度可以被设在满足这些目的的范围内，通常使用约3nm至30nm的值。在该实施例中，取向控制偏析促进层44的Ru层分为两个层，下半层在1Pa的气压、4nm/s的淀积速率下形成，以及上半层在6.5Pa的气压、1.5nm/s的淀积速率下形成。通过在低气压和高速率下形成下Ru层，以及在高气压和低速率下形成上Ru层，取向的退化被抑制，以及可以促进记录层的偏析，这是优选的。这里，使用氩气作为溅射气体，但是少量氧气或氮气可以被添加到氩气。可选择地，可以使用具有Ru作为主要成分的合金或在Ru中包含诸如SiO2的氧化物的材料来代替Ru。
当形成具有作为主要成分的Co并包含Cr、Pt以及氧化物的第一记录层45时，使用包含CoCrPt合金和SiO2的复合靶。当形成第一记录层45时，使用氩气和氧气的混合物作为溅射气体，总气压是5Pa，以及氧浓度是1.67％。第一记录层45的薄膜厚度是14nm，淀积速率是3nm/s，以及衬底偏压是-200V。第一记录层的成分(at.％)比率如下：
(Co+Cr+Pt)∶(Si+O)＝83.4∶16.6
Co∶Cr∶Pt＝60.6∶14.1∶25.3
O∶Si＝3.2∶1
在图4中，制造省略了软磁下层43和第二记录层46的样品，以及使用振动样品磁强计(VSM)来评估第一记录层的饱和磁化强度(Ms1)。在将样品切割为8mm正方形之后，由通过在垂直于样品的薄膜平面的方向上施加1035kA/m的最大磁场获得的磁化曲线，计算饱和磁化强度Ms1，以及得到的Ms1是410kA/m。
包含Co、Cr、Pt和氧化物的第一记录层可以是包括Co-Cr-Pt-B合金、Co-Cr-Pt-Mo合金、Co-Cr-Pt-Nb合金、Co-Cr-Pt-Ta合金、Si的氧化物、Ta的氧化物、Nb的氧化物或Ti的氧化物的粒状结构的薄膜。
当形成具有作为主要成分的Co、包含Cr和不包含氧化物的第二记录层46时，使用CoCrPt合金作为靶，使用氩气作为溅射气体，气压是1Pa和淀积速率是2nm/s。第二记录层46的薄膜厚度是9nm，以及其成分是：
72at.％Co-12.5at.％Cr-15.5at.％Pt，
71.1at.％Co-13.5at.％Cr-15.4at.％Pt，
70.5at.％Co-14.5at.％Cr-15at.％Pt，
69.7at.％Co-15.5at.％Cr-14.8at.％Pt，
68.8at.％Co-16.6at.％Cr-14.6at.％Pt，
68at.％Co-17.5at.％Cr-14.5at.％Pt，
67.3at.％Co-18.5at.％Cr-14.2at.％Pt，
66.6at.％Co-19.4at.％Cr-14at.％Pt，
66.3at.％Co-20.5at.％Cr-13.2at.％Pt，
65.5at.％Co-21.5at.％Cr-13at.％Pt，
65at.％Co-22.4at.％Cr-12.6at.％Pt，
64at.％Co-23.6at.％Cr-12.4at.％Pt。
包含Co和Cr以及不包含氧化物的第二记录层可以是Co-Cr合金、Co-Cr-B合金、Co-Cr-Mo合金、Co-Cr-Nb合金、Co-Cr-Ta合金、Co-Cr-Pt-B合金、Co-Cr-Pt-Mo合金、Co-Cr-Pt-Nb合金或Co-Cr-Pt-Ta合金。
在图4中，制造省略了软磁下层43和第一记录层45的样品，以及通过相同的方法来计算第二记录层的饱和磁化强度(Ms2)。
接下来，形成4-nm厚度的DLC(金刚石状碳)膜作为保护层47。薄膜厚度是4nm。有机润滑剂被涂敷到该表面，以及形成润滑层。
在室温下使用克尔效应测量设备来评估磁性能。测量波长是350nm，以及激光点直径约为1mm。在垂直于样品薄膜面的方向上施加磁场，最大磁场是1580kA/m(20kOe)，以及以恒定的扫描速率测量克尔回路60秒。当记录层的薄膜厚度较薄时，激光束到达软磁下层，因此源于软磁下层的磁化的克尔旋转角的改变被添加到来自记录层的信号。由于软磁下层的信号相对于磁场线性地改变，直到在薄膜面垂直方向中磁化强度被饱和，以及被纠正使得接近395-1580kA/m(5-10kOe)的斜率是0。
图5示出了校正之后的状态。接下来，计算矫顽力(Hc)和饱和磁场(Hs)。Hs被定义为当克尔旋转角是饱和值的95％时的磁场。
为了评估读写性能，在某一线性记录密度下记录数据，以及当读出108位数据时的(错误位数)/(读位数)被作为位出错率(BER)。当BER是10-5(Log10(BER)＝-5)时得到该线性记录密度。当在该线性记录密度下改变磁道间距并在几个磁道中记录数据时，由当位出错率是10-3或以下的偏离磁道性能是该磁道间距的30％时的磁道间距，估计磁道间距密度，以及在由这些线性记录密度和磁道间距密度条件决定的面记录密度下执行运行测试。
由于这些介质的磁性能几乎与软磁下层43的薄膜厚度无关，作为典型的例子。图6示出了用于不包括软磁下层43的介质的Hc、Hs、Hs-Hc、-Hn的值。由图6可以看到，通过增加第二记录层的饱和磁化强度Ms2(减小Cr浓度)，Hc、Hs、Hs-Hc减小。与Hc、Hs的减小一起，观察到OW性能的增加。当由于第二记录层的饱和磁化强度增加，使得第二记录层中的交换耦合增加时，Hs-Hc减小。这表明，第二记录层的饱和磁化强度Ms2增加越多，可以使记录层的反转磁场分散越小。
图7(a)、图7(b)、图7(c)分别示出了这些介质的线性记录密度、磁道间距密度和面记录密度与第二记录层的饱和磁化强度Ms的依存关系。
如果软磁下层的薄膜厚度ts差不多是80至100nm，那么写-磁场强度较大。因此，当Hc和Hs大时，记录层的反转磁场强度较大，即，当第二记录层的饱和磁化强度Ms2相对较小约为132kA/m至171kA/m的级别，该反转磁场强度与写-磁场强度的匹配是良好的，以及线性记录密度和面记录密度是最大的。但是，由于反转磁场分布较大(Hs-Hc＞279kA/m)，不能形成尖锐的磁过渡，以及没有获得高线性记录密度。当第二记录层的饱和磁化强度Ms2大于171kA/m时的面记录密度的降低，可能是因为记录层的反转磁场强度相对于写-磁场强度太小，以及在交叉-磁道方向上发生侧写入，此外，磁道上数据位出错。
如果软磁下层的薄膜厚度ts被减小至60nm或以下，那么屏蔽磁极磁头的最大写-磁场强度和在屏蔽磁极磁头示出最大写-磁场梯度处的写-磁场强度变得更小。因此，可以抑制交叉-磁道方向上的侧写入，以及可以增加磁道间距密度。此外，如果线性记录密度的降低可以被抑制，那么由于可以增加磁道间距密度，可以大大地增加面记录密度。
为了抑制线性记录密度的降低，记录层的反转磁场强度必须匹配在磁头显示出最大写-磁场梯度处的写-磁场强度，因此必须增加第二记录层的饱和磁化强度Ms2，导致记录层的反转磁场强度减小。
例如，如果软磁下层的薄膜厚度ts是60nm，那么通过将第二记录层的饱和磁化强度Ms2布置为约为210kA/m至249kA/m，可以调节记录层的反转磁场强度，以及可以获得比其中软磁下层的薄膜厚度ts差不多是100nm的现有技术更高的面记录密度。看起来，通过使用比其中软磁下层的薄膜厚度ts差不多是100nm的现有技术更大的Ms2的第二记录层，反转磁场分布被抑制较小(Hs-Hc～239kA/m)，以及形成尖锐的磁过渡。如果第二记录层的饱和磁化强度Ms2被减小至171kA/m或以下，那么记录层的反转磁场强度相对于写-磁场强度增加，以及写性能(OW性能)被充分地降低。因此，线性记录密度充分地下降，以及存在面记录密度的快速降低。另一方面，如果第二记录层的饱和磁化强度Ms2被增加到288kA/m或以上，那么记录层的反转磁场强度相对于写-磁场强度变得太小，以及在交叉-磁道方向上发生侧写入，此外，磁道上的数据位出错，因此线性记录密度和磁道间距密度迅速地下降，结果面记录密度迅速地降低。
如果软磁下层的薄膜厚度ts是50nm，第二记录层的饱和磁化强度Ms2近似在210kA/m至327kA/m的范围内，其比更厚的SUL情况更大，则获得比现有技术更高的面记录密度。如果软磁下层的薄膜厚度ts是40nm，那么第二记录层的饱和磁化强度Ms2的合适范围的中心更多地改变至较高侧，如果第二记录层的饱和磁化强度Ms2近似在210kA/m至366kA/m的范围内，其大于较厚的SUL情况，则获得比现有技术更高的面记录密度。
这是因为，如果软磁下层的薄膜厚度ts被减小，那么屏蔽磁极磁头的最大写-磁场强度和在屏蔽磁极磁头显示出最大写-磁场梯度处的写-磁场强度变得更小。因此，当第二记录层的饱和磁化强度Ms2增加和记录层的反转磁场强度被减小时，匹配被改进。此外，由图7(c)可以看到，面记录密度增加得越多，软磁下层的薄膜厚度越薄。这可能是因为，当第二记录层的饱和磁化强度Ms2较大时，总记录层的反转磁场分布变小，因此可以形成尖锐的磁过渡以及可以实现较高的线性记录密度。此外，由于写-磁场强度的减小和磁道间距密度的增加，交叉-磁道方向上的侧写入被抑制。
发现，如果软磁下层的薄膜厚度ts被制得非常小即30nm或以下，当使用较大的Ms2的第二记录层将记录层的反转磁场分布抑制得非常小时，在记录层的反转磁场强度和在屏蔽磁极磁头显示出最大磁场梯度处的写-磁场强度之间的匹配被优化，因此也可以实现比现有技术更加高的记录密度，超出29.5Gbit/cm2(每平方厘米29.5千兆位)。发现，当使用具有410kA/m的Ms1的第一记录层时，第一记录层的反转磁场强度较小，如果没有软磁下层，那么可以获得最高的面记录密度。
可以看到，当第二记录层的饱和磁化强度Ms2超出适当的范围时，面记录密度迅速地降低。这可能是因为，当记录层的反转磁场强度相对于写-磁场强度变得太小时，在交叉-磁道方向上发生侧写入，以及此外，磁道上的数据位出错，以及因为，在第二记录层的饱和磁化强度Ms2非常大的区域中，第一记录层不再能固定(pin)畴壁，该畴壁运动在记录处理中起主要作用，以及噪声迅速地增加。另一方面，当第二记录层的饱和磁化强度Ms2变得小于适当的范围时，观察到面记录密度的快速降低。
这可能是因为，当记录层的反转磁场分布变大时，由于与屏蔽磁极磁头的写-磁场强度相比反转磁场强度变大，因此写性能大大地降低。
由上述结果，为了减小记录层的反转磁场分布，以及为了获得在屏蔽磁极磁头显示出最大磁场梯度处的写-磁场强度以及记录层的反转磁场强度之间的匹配，软磁下层的薄膜厚度ts(nm)与第二记录层的饱和磁化强度Ms2(kA/m)的关系如下：
218+0.024*ts2-1.9*ts≤Ms2≤527-0.033*ts2-2.3*ts...(1-1)
从软磁下层的薄膜厚度ts和在其处获得23.3Gbit/cm2(每平方厘米23.3千兆位)或更高的面记录密度的第二记录层的饱和磁化强度Ms2，由图7(c)计算关系(1-1)作为边界，该23.3Gbit/cm2或更高的面记录密度优于其中软磁下层较厚的现有技术。图7(c)的水平轴是软磁下层的薄膜厚度，以及垂直轴是第二记录层的饱和磁化强度。图8是其中用O表示23.3Gbit/cm2或更高的面记录密度以及用X表示较低的面记录密度的曲线，其中23.3Gbit/cm2或更高的面记录密度优于其中软磁下层较厚的现有技术的情况。图8中的上边界是关系(1-1)的右侧上的表达式，以及图8中的下边界是关系(1-1)的左侧上的表达式。由图8可以看到，在(1-1)的范围内，获得23.3Gbit/cm2或更高的面记录密度，该面记录密度优于软磁下层较厚的现有技术的情况。
除图2所示的磁头之外，利用图9(a)-(e)所示的磁头获得相同的效果。
图9(a)示出了在本发明的磁头12和垂直磁记录介质10的另一组合的情况下所发生的情况。读取器20具有插入在一对磁屏蔽之间的读元件，该读元件21是巨磁阻元件(GMR)或隧穿磁阻元件(TMR)或电流-垂直于平面巨磁阻(CPP-GMR)元件。写入器22具有单极型写入器，其包括主磁极、两个辅助磁极25、25’和两个薄膜导体线圈26、26’。主磁极包括主磁极轭部分23′和主磁极尖端部分23，以及在主磁极尖端部分23周围经由非磁性间隙层形成屏蔽24，以便至少主磁极的尾侧的向下磁道方向被覆盖。有两个辅助磁极，并且在这两个辅助磁极间布置有两个线圈。电流以相反的方向在线圈26、26’中的流动，以便在主磁极中流动相同方向上的磁通量。
图9(b)示出了在本发明的磁头12和垂直磁记录介质10的另一组合的情况下所发生的情况。读取器20具有在一对磁屏蔽之间插入的读元件，读元件21是巨磁阻元件(GMR)或隧穿磁阻元件(TMR)，或电流-垂直于平面巨磁阻(CPP-GMR)元件。写入器22具有单极型写入器，其包括主磁极、辅助磁极25、25’和薄膜导体线圈26、26’。主磁极包括主磁极轭23′和主磁极尖端部分23，以及在主磁极尖端部分23周围经由非磁性间隙层形成屏蔽24，以便至少主磁极的尾侧的向下磁道方向被覆盖。线圈26围绕主磁极缠绕。
图9(c)示出了在本发明的磁头12和垂直磁记录介质10的另一组合的情况下所发生情况。读取器20具有在一对磁屏蔽之间插入的读元件，读元件21是巨磁阻元件(GMR)或隧穿磁阻元件(TMR)，或电流-垂直于平面的巨磁阻(CPP-GMR)元件。写入器22具有单极型写入器，其包括主磁极、辅助磁极25、25’和两个薄膜导体线圈26、26’。主磁极包括主磁极轭23′和主磁极尖端部分23，以及在主磁极尖端部分23周围经由非磁性间隙层形成屏蔽24，以便至少主磁极的尾侧的向下磁道方向被覆盖。线圈被布置在主磁极的尾侧和前侧上。电流以相反的方向在线圈26、26’中流动，以便在磁通量在相同的方向上在主磁极中流动。在主磁极和读屏蔽之间还设置有由磁性材料构成的辅助屏蔽27，以防止由主磁极产生的磁通量流入读元件。
图9(d)示出了在本发明的磁头12和垂直磁记录介质10的另一组合的情况下所发生的情况。读取器20具有在一对磁屏蔽之间插入的读元件，再现元件21是巨磁阻元件(GMR)或隧穿磁阻元件(TMR)，或电流-垂直于平面的巨磁阻(CPP-GMR)元件。写入器22具有单极型写入器，其包括主磁极、辅助磁极25和薄膜导体线圈26、26’。主磁极包括主磁极轭部分23′和主磁极尖端部分23，以及在主磁极尖端部分23周围经由非磁性间隙层形成屏蔽24，以便至少主磁极的尾侧的向下磁道方向被覆盖。线圈被布置在主磁极的尾侧和前侧上。电流以相反的方向在线圈26、26’中流动，以便磁通量在相同的方向上在主磁极中流动。
图9(e)示出了在本发明的磁头12和垂直磁记录介质10的另一组合的情况下所发生的情况。读取器20具有在一对磁屏蔽之间插入的读元件，再现元件21是巨磁阻元件(GMR)或隧穿磁阻元件(TMR)，或电流-垂直于平面的巨磁阻(CPP-GMR)元件。写入器22具有单极型写入器，其包括主磁极、辅助磁极25和薄膜导体线圈26。主磁极包括主磁极轭部分23′和主磁极尖端部分23，以及在主磁极尖端部分23周围经由非磁性间隙层形成屏蔽24，以便至少主磁极的尾侧的向下磁道方向被覆盖。在主磁极和读屏蔽之间还设置磁性材料的辅助屏蔽27，以防止由主磁极产生的磁通量流入读元件中。
由划痕深度来评估上述介质的机械强度。使用三维粗糙度测量计(KosakA instruments Ltd.)执行划痕测试，其中以0.01nm/s的速度扫描5μmR的触针，同时在200μN的固定负载下压紧衬底。使用AFM(原子力显微镜)来测量衬底表面上产生的划痕深度，以及由施加的负载和划痕深度之间的关系来计算介质的机械强度。
由于这些介质的划痕强度几乎与第二记录层的成分无关，作为典型的例子，图10示出了在第二记录层具有成分68at.％Co-17.5at.％Cr-14.5at.％Pt的情况下的划痕深度和软磁下层薄膜厚度的相关性。当软磁下层的薄膜厚度ts是100nm时，划痕深度被标准化到其值。通过减小软磁下层的薄膜厚度ts至60nm或以下，与ts＝100nm的情况相比较，划痕深度被减小约15％或以上，以及介质的机械强度大大地增加。发现，当使软磁下层的薄膜厚度ts薄至30nm或以下时，与ts＝100nm的情况相比较，划痕深度减小约30％或以上，以及介质的机械强度大大地增加。当在图1所示的装置中引入这些介质并评估抗震性时，观察到10％以上的大提升。从机械强度改进的观点来看，软磁下层优选是60nm或以下，但是更优选是30nm或以下。具体的，当没有软磁下层时，划痕深度可以被减小到近似一半，这是更加优选的。
实施例2
该实施例的磁存储装置除了垂直磁记录介质10之外具有与实施例1相同的结构。使用与上述的实施例1中相同的溅射系统、层结构和工艺条件来制造垂直磁记录介质10。对于粘结层42，使用薄膜厚度为5nm的Al-50at.％Ti来代替NiTa合金。对于软磁下层43，使用51at.％Fe-34at.％Co-10at.％Ta-5at.％Zr来代替CoTaZr合金。AFC结构中的Ru的薄膜厚度是0.45nm。在制造介质中，每层的FeCoTaZr合金的薄膜厚度使用5nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、40nm或50nm的值。还制造具有软磁下层和没有上层的样品，以及当使用振动样品磁强计对薄膜面内方向施加1035kA/m的最大磁场时，评估的饱和磁通密度是1.41T。
通过顺序地形成2nm的薄膜厚度的Cr-50at.％Ti、8nm厚度的Ni-8at.％W和16nm的薄膜厚度的Ru来形成取向控制偏析促进层44。
当形成具有作为主要成分的Co和包含Cr、Pt以及氧化物的第一记录层45时，使用包含CoCrPt合金和SiO2的复合靶。当形成第一记录层45时，使用氩气和氧气的混合物作为溅射气体，总气压是5Pa，以及氧浓度是1.67％。第一记录层45的薄膜厚度是13nm，淀积速率是3nm/s，以及衬底偏压是-200V。第一记录层的成分(at.％)比率如下：
(Co+Cr+Pt)∶(Si+O)＝83.5∶16.5
Co∶Cr∶Pt＝62.5∶12.1∶25.4
O∶Si＝3.1∶1
在图4中，制造省略了软磁下层43和第二记录层46的样品，以及评估第一记录层的饱和磁化强度(Ms1)。发现样品的饱和磁化强度Ms1是470kA/m。
当形成具有作为主要成分的Co、包含Cr和不包含氧化物的第二记录层46时，薄膜厚度是8nm，以及其成分是：
73.6at.％Co-10.4at.％Cr-16at.％Pt，
72.6at.％Co-11.6at.％Cr-15.8at.％Pt，
72at.％Co-12.5at.％Cr-15.5at.％Pt，
71.1at.％Co-13.5at.％Cr-15.4at.％Pt，
70.5at.％Co-14.5at.％Cr-15at.％Pt，
69.7at.％Co-15.5at.％Cr-14.8at.％Pt，
68.8at.％Co-16.6at.％Cr-14.6at.％Pt，
68at.％Co-17.5at.％Cr-14.5at.％Pt，
67.3at.％Co-18.5at.％Cr-14.2at.％Pt，
66.6at.％Co-19.4at.％Cr-14at.％Pt，
66.3at.％Co-20.5at.％Cr-13.2at.％Pt，
65.5at.％Co-21.5at.％Cr-13at.％Pt.
在图4中，制造省略了软磁下层43和第一记录层45的样品，以及通过相同的方法计算第二记录层的饱和磁化强度(Ms2)。
由于这些介质的磁性能几乎与软磁下层43的薄膜厚度无关，作为典型的例子，图11示出了不包括软磁下层43的介质的Hc、Hs、Hs-Hc、-Hn的值。由图11可以看到，当第二记录层的饱和磁化强度Ms2(减小Cr浓度)增加时，与实施例1的情况一样，Hc、Hs、Hs-Hc减小。这表明，当由于第二记录层的饱和磁化强度增加而使得第二记录层中的交换耦合增加时，可以使记录层的反转磁场分散更小。还可以看到，与图6中所示的第一记录层的Ms1是410kA/m的实施例1的情况相比较，需要较大Ms2的第二记录层，来使记录层的反转磁场分布刚好与实施例1的情况一样小。由于Hc、Hs的减小，观察到OW性能的改进。
图12(a)、图12(b)、图12(c)分别示出了这些介质的线性记录密度、磁道间距密度和面记录密度与第二记录层的饱和磁化强度Ms的相互关系。
如果软磁下层的薄膜厚度ts差不多是80至100nm，那么写-磁场强度较大。因此，当Hc和Hs较大以及记录层的反转磁场强度较大时，即，当第二记录层的饱和磁化强度Ms2约为210kA/m至294kA/m的级别时，记录层的该反转磁场强度与写-磁场强度很好匹配，以及线性记录密度和面记录密度是最大的。但是，由于反转磁场分布较大(Hs-Hc＞279kA/m)，不能形成尖锐的磁过渡，以及没有获得高线性记录密度。此外，由于在交叉-磁道方向中发生侧写入，磁道间距密度减小。结果，不能获得高面记录密度。
如果软磁下层的薄膜厚度ts被减小至60nm或以下，最大写-磁场强度和在其处写-磁场梯度最大的写-磁场强度变小。因此，可以抑制在交叉-磁道方向上的侧写入，以及可以增加磁道间距密度。如果线性记录密度的降低可以被抑制，由于可以增加磁道间距密度，则可以大大地增加面记录密度。
为了抑制线性记录密度的降低，记录层的反转磁场强度必须匹配在其处磁头显示出最大写-磁场梯度的写-磁场强、度，因此必须增加第二记录层的饱和磁化强度Ms2，导致记录层的反转磁场强度的减小。
例如，如果软磁下层的薄膜厚度ts是60nm，那么通过将第二记录层的饱和磁化强度Ms2布置为约为288kA/m至327kA/m，记录层的反转磁场强度可以被近似地调节至这样的写-磁场强度，在该写-磁场强度处，屏蔽磁极磁头显示出最大磁场梯度，以及可以获得比其中软磁下层的薄膜厚度ts差不多是100nm的现有技术的情况下更高的面记录密度。这可能是因为，通过使用比其中软磁下层的薄膜厚度ts差不多是100nm的现有技术中更大的Ms2的第二记录层，反转磁场分布被抑制为较小(Hs-Hc-239kA/m)，以及可以形成尖锐的磁过渡。可以看到，与图7(c)中所示的第一记录层的Ms1是410kA/m的实施例1的情况相比较，获得比现有技术更高的面记录密度所需要的第二记录层的饱和磁化强度Ms2增加大约80kA/m。当第一记录层的饱和磁化强度Ms1增加时，第一记录层的单个磁颗粒的磁各向异性增加，因此第一记录层的反转磁场强度增加。这表明，第二记录层的饱和磁化强度Ms2必须被增加，以减小总记录层的反转磁场强度。当第二记录层的饱和磁化强度Ms2被减小至249kA/m或以下时，面记录密度的降低可能是由于这样的事实：总记录层的反转磁场强度变得大于写-磁场强度，以及写性能(OW性能)被大量地降低。另一方面，当第二记录层的饱和磁化强度Ms2增加到366kA/m或以上时，面记录密度的降低可能是由于这样的事实：记录层的反转磁场强度相对于写-磁场强度变得太小，因此在交叉-磁道方向上发生侧写入，并且磁道上的数据位出错。
如果软磁下层的薄膜厚度ts是50nm以及第二记录层的饱和磁化强度Ms2近似在288kA/m至405kA/m的范围内，其大于较厚的SUL情况，那么获得比现有技术中更高的面记录密度。如果软磁下层的薄膜厚度ts是40nm，那么第二记录层的饱和磁化强度Ms2的合适范围的中心更多地改变至较高侧，以及如果第二记录层的饱和磁化强度Ms2近似在288kA/m至444kA/m的范围内，其大于较厚的SUL情况，那么获得比现有技术中更高的面记录密度。
这是因为，如果软磁下层的薄膜厚度ts被减小，那么最大写-磁场强度和在其处屏蔽磁极磁头显示出最大写-磁场梯度的写-磁场强度变得更小。因此，当第二记录层的饱和磁化强度Ms2被增加以及记录层的反转磁场强度被减小时，匹配被改进。此外，由图12(c)看到，随着软磁下层的薄膜厚度减小，面记录密度增加。这可能是因为，当第二记录层的饱和磁化强度Ms2较大时，总记录层的反转磁场分布变得更小，因此可以形成更尖锐的磁过渡以及可以实现更高的线性记录密度。此外，由于写-磁场强度的减小，交叉-磁道方向上的侧写入被抑制，以及磁道间隔密度增加。可以看到，当软磁层的薄膜厚度ts是50nm或40nm时，与图7(c)中所示的第一记录层的Ms1是410kA/m时的实施例1的情况相比较，获得比现有技术中更高的面记录密度所需要的第二记录层的饱和磁化强度Ms2被向更高值移位大约80kA/m。当第一记录层的饱和磁化强度Ms1增加时，第一记录层的各个磁颗粒的磁各向异性增加，因此第一记录层的反转磁场强度增加。这表明，为了减小总记录层的反转磁场强度，必须增加第二记录层的饱和磁化强度Ms2。
发现，如果软磁下层的薄膜厚度ts被制造得非常小，即30nm或以下，当使用更大的Ms2的第二记录层来将记录层的反转磁场分布抑制为非常小时，在记录层的反转磁场强度和在其处屏蔽磁极磁头显示出最大磁场梯度的写-磁场强度之间的匹配被优化，因此也可以实现比现有技术更加高的超出29.5Gbit/cm2的记录密度。
当第二记录层的饱和磁化强度Ms2超出适当的范围时，面记录密度迅速地降低。这可能是因为，当记录层的反转磁场强度相对于磁头记录磁场变得太小时，在交叉-磁道方向上发生侧写入，以及此外，磁道上的数据位出错，因为，在第二记录层的饱和磁化强度Ms2非常大的区域中，第一记录层不再能固定畴壁，该畴壁运动在记录处理中起到主要作用，以及噪声迅速地增加。另一方面，当第二记录层的饱和磁化强度Ms2变得小于适当的范围时，面记录密度也迅速地降低。这可能是因为，记录层的反转磁场分布变大，以及由于反转磁场强度变得大于屏蔽磁极磁头的写-磁场强度，因此写性能大大地降低。
换句话说，当软磁下层的薄膜厚度ts减小，屏蔽磁极磁头的最大写-磁场强度和在其处显示出最大写-磁场梯度的写-磁场强度进一步减小。因此，如果第二记录层的饱和磁化强度进一步增加，以及记录层的反转磁场强度被减小，那么匹配得到改进，并且记录层的反转磁场分布可以被抑制为更小，因此获得甚至更高的面记录密度。
由上述结果，为了减小记录层的反转磁场分布，以及为了完成在其处屏蔽磁极磁头显示出最大磁场梯度的写-磁场强度和记录层的反转磁场强度之间的匹配，软磁下层的薄膜厚度ts与第二记录层的饱和磁化强度Ms2的关系如下：
298+0.024*ts2-1.9*ts≤Ms2≤607-0.033*ts2-2.3*ts...(2-1)
由软磁下层的薄膜厚度ts和第二记录层的饱和磁化强度Ms2，从图7(c)计算关系式(2-1)作为边界，在其处获得高于23.3Gbit/cm2的优于其中软磁下层较厚的现有技术中的面记录密度。图7(c)的水平轴是软磁下层的薄膜厚度，以及垂直轴是第二记录层的饱和磁化强度。图13是其中由O表示23.3Gbit/cm2或更高的面记录密度以及由X表示较低面记录密度的曲线，23.3Gbit/cm2或更高的面记录密度优于其中软磁下层较厚的现有技术中的情况。图13中的上边界是关系(2-1)的右侧上的表达式，以及图13中的下边界是关系(2-1)的左侧上的表达式。由图13，可以看到，在(2-1)的范围内，获得23.3Gbit/cm2或更高的面记录密度，其优于软磁下层较厚的现有技术中的情况。
通过比较图8、图13和关系(1-1)、(2-1)，很清楚通过将第一记录层的饱和磁化强度从410kA/m增加60kA/m至470kA/m，第二记录层的适合饱和磁化强度向高Ms值移位约80kA/m。这可能是因为，当第一记录层的Cr浓度减小且磁化强度增加时，为了减小反转磁场分散，必须通过增加第二记录层的磁化强度进一步增加交换耦合。
除图2所示的磁头之外，使用图9(a)-(e)中所示的磁头组合获得相同的效果。
由划痕深度来评估上述介质的机械强度。由于这些介质的划痕强度几乎与第二记录层的成分无关，作为典型的例子，图14示出了在第二记录层具有成分69.7at.％Co-15.5at.％Cr-14.8at.％Pt的情况下，划痕深度和软磁下层薄膜厚度的相互关系。当软磁下层的薄膜厚度ts是100nm时，划痕深度被标准化为其值。通过将软磁下层的薄膜厚度ts减小至60nm或以下时，与ts＝100nm的情况相比较，划痕深度被减小约15％或以上，以及介质的机械强度大大地增加。发现，当使软磁下层的薄膜厚度ts薄至30nm或以下时，与ts＝100nm的情况相比较，划痕深度减小约30％或以上，以及介质的机械强度大大地增加。当在图1所示的装置中引入这些介质并评估抗震性时，观察到10％或以上的大提升。从机械强度改进的观点，软磁下层优选是60nm或以下，但是更优选是30nm或以下。具体的，当没有软磁下层时，划痕深度可以被减小到近似一半，这是更加优选的。
实施例3
该实施例的磁存储装置除了垂直磁记录介质10之外具有与实施例1相同的结构。使用与前述的实施例1相同的溅射系统、层结构和工艺条件来制造该垂直磁记录介质10。对于粘结层42，使用5nm薄膜厚度的Al-50at.％Ti来代替NiTa合金。对于软磁下层43，使用Fe-30at.％Co-15at.％B来代替CoTaZr合金。AFC结构中的Ru的薄膜厚度是0.6nm。在制造介质中，每层的FeCoB合金的薄膜厚度使用5nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、40nm或50nm的值。还制造具有软磁下层和没有上层的样品，以及当使用振动样品磁强计对薄膜面内方向施加1035kA/m的最大磁场时，评估的饱和磁通密度是1.5T。
通过顺序地形成3nm薄膜厚度的Ta-30at.％Cr、7nm厚度的Ni-10at.％Cr-3at.％Nb和16nm的薄膜厚度的Ru来形成取向控制偏析促进层44。
当形成具有作为主要成分的Co和包含Cr、Pt以及氧化物的第一记录层45时，使用包含CoCrPt合金和Si02的复合靶。当形成第一记录层45时，使用氩气和氧气的混合气体作为溅射气体，总气压是5Pa，以及氧浓度是1.67％。第一记录层45的薄膜厚度是12nm，淀积速率是3nm/s，以及衬底偏压是-200V。第一记录层的成分(at.％)比率如下：
(Co+Cr+Pt)∶(Si+O)＝83.5∶16.5
Co∶Cr∶Pt＝63.9∶10.1∶26
O∶Si＝3.3∶1
在图4中，制造省略了软磁下层43和第二记录层46的样品，以及评估第一记录层的饱和磁化强度Ms1。发现样品的饱和磁化强度Ms1是530kA/m。
当形成具有Co作为主要成分、包含Cr和不包含氧化物的第二记录层46时，薄膜厚度是7nm，以及其成分是：
75at.％Co-8.6at.％Cr-16.4at.％Pt，
74.3at.％Co-9.5at.％Cr-16.2at.％Pt，
73.6at.％Co-10.4at.％Cr-16at.％Pt，
72.6at.％Co-11.6at.％Cr-15.8at.％Pt，
72at.％Co-12.5at.％Cr-15.5at.％Pt，
71.1at.％Co-13.5at.％Cr-15.4at.％Pt，
70.5at.％Co-14.5at.％Cr-15at.％Pt，
69.7at.％Co-15.5at.％Cr-14.8at.％Pt，
68.8at.％Co-16.6at.％Cr-14.6at.％Pt，
68at.％Co-17.5at.％Cr-14.5at.％Pt，
67.3at.％Co-18.5at.％Cr-14.2at.％Pt，
66.6at.％Co-19.4at.％Cr-14at.％Pt.
由于这些介质的磁性能几乎与软磁下层43的薄膜厚度无关，作为典型的例子，图15示出了不包括软磁下层43的介质的Hc、Hs、Hs-Hc、-Hn的值。由图15可以看到，当第二记录层的饱和磁化强度Ms2增加时，如实施例1和实施例2中的情况，Hc、Hs、Hs-Hc减小。这表明，当由于第二记录层的饱和磁化强度的增加使得第二记录层中的交换耦合增加时，可以使记录层的反转磁场分布更小。与图6和图11相比也可以看到，当第一记录层的饱和磁化强度Ms1较大和磁各向异性较大时，需要更大Ms2的第二记录层来使总记录层的反转磁场分布刚好一样小。由于Hc、Hs的减小，观察到OW性能的改进。
图16(a)、图16(b)、图16(c)分别示出了这些介质的线性记录密度、磁道间距密度和面记录密度与第二记录层的饱和磁化强度Ms的相互关系。
如果软磁下层的薄膜厚度ts差不多是80至100nm，那么磁头写-磁场强度较大。因此，当Hc和Hs较大并且记录层的反转磁场强度较大即当第二记录层的饱和磁化强度Ms2为288kA/m至327kA/m的级别时，记录层的反转磁场强度较好地匹配写-磁场强度，以及线性记录密度和面记录密度是最大的。但是，由于反转磁场分布较大(Hs-Hc＞279kA/m)，不能形成尖锐的磁过渡，以及没有获得高线性记录密度。此外，由于在交叉-磁道方向中发生侧写入，磁道间距密度减小。结果，不能获得高面记录密度。
如果软磁下层的薄膜厚度ts被减小至60nm或以下，磁头最大写-磁场强度和在其处写-磁场梯度最大的写-磁场强度变得更小。因此，可以抑制在交叉-磁道方向上的侧写入，以及可以增加磁道间距密度。如果线性记录密度的降低可以被抑制，由于可以增加磁道间距密度，那么可以大量地增加面记录密度。
为了抑制线性记录密度的降低，记录层的反转磁场强度必须匹配在其处磁头显示出最大写-磁场梯度的写-磁场强度，因此必须增加第二记录层的饱和磁化强度Ms2，这导致记录层的反转磁场强度的减小。
如果软磁下层的薄膜厚度ts是60nm，那么通过将第二记录层的饱和磁化强度Ms2布置为从370kA/m至约410kA/m，记录层的反转磁场强度可以被调整为接近在其处该磁头显示出最大写-磁场梯度的写-磁场强度。这可能是因为，通过使用比其中软磁下层的薄膜厚度ts差不多是100nm的现有技术中更大的Ms2的第二记录层，反转磁场分布被抑制为较小(Hs-Hc-239kA/m)，可以形成尖锐的磁过渡，以及可以获得比现有技术中更高的面记录密度。
可以看到，与图7(c)或12(c)中所示的第一记录层的Ms1是410kA/m或470kA/m的情况相比较，获得比现有技术中更高的面记录密度所需要的第二记录层的饱和磁化强度Ms2增加了约80kA/m，同时第一记录层的饱和磁化强度增加约60kA/m。当第一记录层的饱和磁化强度Ms1增加时，第一记录层的各个磁颗粒的磁各向异性增加，因此第一记录层的反转磁场强度增加。这表明，为了减小总记录层的反转磁场强度，必须增加第二记录层的饱和磁化强度Ms2。当第二记录层的饱和磁化强度Ms2被减小至327kA/m或以下时，面记录密度的降低可能是由于这样的事实：记录层的反转磁场强度相对于写-磁场强度增加，写性能(OW性能)被大大地降低。另一方面，当第二记录层的饱和磁化强度Ms2被增加到444kA/m或以上时，面记录密度的降低可能是由于这样的事实：记录层的反转磁场强度相对于写-磁场强度变得太小，因此在交叉-磁道方向上发生侧写入，并且，磁道上的数据位出错。
如果软磁下层的薄膜厚度ts是50nm并且第二记录层的饱和磁化强度Ms2近似在从366kA/m至483kA/m的范围内，其大于较厚的SUL情况，则获得比现有技术中更高的面记录密度。如果软磁下层的薄膜厚度ts是40nm，那么第二记录层的饱和磁化强度Ms2的合适范围的中心向更高值移位更多，如果第二记录层的饱和磁化强度Ms2近似在从366kA/m至522kA/m的范围内，其大于较厚的SUL情况，则获得比现有技术中更高的面记录密度。
这是因为，如果软磁下层的薄膜厚度ts被减小，那么最大写-磁场强度和在其处屏蔽磁极磁头显示出最大写-磁场梯度的写-磁场强度变得更小。因此，当第二记录层的饱和磁化强度Ms2增加并且记录层的反转磁场强度减小时，匹配得到改进。此外，由图16(c)可以看到，当软磁下层变得更薄时，面记录密度增加。这可能是因为，当第二记录层的饱和磁化强度Ms2较大时，总记录层的反转磁场分布变得更小，因此可以形成更尖锐的磁过渡以及可以实现较高的线性记录密度。此外，由于写-磁场强度的减小，在交叉-磁道方向上的侧写入被抑制，以及磁道间距密度增加。由与图7(c)或图12(c)中所示的第一记录层的Ms1是410kA/m或470kA/m时的情况做比较看到，当软磁层的薄膜厚度ts是50nm或40nm时，如果第一记录层的饱和磁化强度Ms1增加60kA/m，获得比现有技术中更高的面记录密度所需要的第二记录层的饱和磁化强度Ms2增加约80kA/m。这可能是因为，当第一记录层的Cr浓度减小且磁化强度增加时，为了减小反转磁场分散，必须通过增加第二记录层的磁化强度来使交换耦合更强。
发现，如果使得软磁下层的薄膜厚度ts非常小，即，30nm或以下，当使用较大Ms2的第二记录层将记录层的反转磁场分布抑制为非常小时，最优化在记录层的反转磁场强度和在其处屏蔽磁极磁头显示出最大磁场梯度的写-磁场强度之间的匹配，因此也可以实现比现有技术中更高的超出29.5Gbit/cm2的记录密度。
当第二记录层的饱和磁化强度Ms2超出适当的范围时，面记录密度迅速地降低。这可能是因为，当记录层的反转磁场强度相对于写-磁场强度变得太小时，在交叉-磁道方向上发生侧写入，以及此外，磁道上的数据位出错，以及因为，在其中第二记录层的饱和磁化强度Ms2非常大的区域中，第一记录层不再能固定畴壁，而该畴壁运动在记录处理中起主要作用，并且噪声迅速地增加。另一方面，当第二记录层的饱和磁化强度Ms2小于适当的范围时，面记录密度也迅速地降低。这可能是因为，记录层的反转磁场分布变大，以及由于反转磁场强度变得大于屏蔽磁极磁头的写-磁场强度，因此写性能大大地降低。
由上述结果，为了减小记录层的反转磁场分布和实现在其处屏蔽磁极磁头显示出最大磁场梯度的写-磁场强度和记录层的反转磁场强度之间的匹配，软磁下层的薄膜厚度ts与第二记录层的饱和磁化强度Ms2的关系如下：
378+0.024*ts2-1.9*ts≤Ms2≤687-0.033*ts2-2.3*ts...(3-1)
从软磁下层的薄膜厚度ts以及第二记录层的饱和磁化强度Ms2，由图16(c)计算关系(3-1)作为边界，在其处获得高于23.3Gbit/cm2(每平方厘米23.3千兆位)的面记录密度，该23.3Gbit/cm2的面记录密度优于其中软磁下层较厚的现有技术。图16(c)的水平轴是软磁底层的薄膜厚度，以及垂直轴是第二记录层的饱和磁化强度。图17是其中由O表示23.3Gbit/cm2或更高的面记录密度和由X表示较低的面记录密度的曲线，该23.3Gbit/cm2或更高的面记录密度优于其中软磁下层较厚的现有技术中的情况。图17中的上边界是关系(3-1)的右侧的表达式，以及图17中的下边界是关系(3-1)的左侧的表达式。由图17可以看到，在(3-1)的范围内，获得23.3Gbit/cm2或更高的面记录密度，其优于其中软磁下层较厚的现有技术的情况。
通过比较图8、图13、图17以及关系(1-1)、(2-1)、(3-1)，很清楚，当第一记录层的饱和磁化强度Ms1以60kA/m的步幅改变时，即410kA/m、470kA/m、530kA/m，在第二记录层的饱和磁化强度Ms2和为了减小记录层的反转磁场分布和为了实现在记录层的反转磁场强度和其处屏蔽磁极磁头显示出最大磁场梯度的写-磁场强度之间的匹配所需要的软磁下层ts之间的关系，以80kA/m的步幅移位到更高的Ms。
如果第一饱和磁化强度的变化量是ΔMs1，以及第二记录层的变化量是ΔMs2，那么边界改变ΔMs2＝4/3*ΔMs1。换句话说，对于第一记录层的Ms1(kA/m)、第二记录层的Ms2(kA/m)和软磁下层的薄膜厚度ts(nm)，关系(1-1)至(1-3)可以概述为如下算：
20+0.033*ts2+2.3*ts≤4/3*Ms1-Ms2≤329-0.024*ts2+1.9*ts...(3-2)
通过满足关系(3-2)，总记录层的反转磁场分布被减小，以及可以获得在记录层的反转磁场强度和在其处屏蔽磁极磁头显示出最大磁场梯度的写-磁场强度之间的匹配。
当没有软磁下层时，对于ts＝0保持以下关系：
20≤4/3*Ms1-Ms2≤329...(3-3)
图18示出了绘制图8、图13和图17的垂直轴作为(4/3*Ms1-Ms2)的结果。图18中的边界是关系(3-2)。关系(3-2)不仅由通过调节软磁下层的薄膜厚度ts来获得在其处屏蔽磁极磁头显示出最大写-磁场梯度的写-磁场强度和记录层的反转磁场强度之间的匹配所需要的关系来确定，而且由减小记录层的反转磁场分布并抑制源于记录处理中的畴壁运动的磁过渡所需要的第二记录层的饱和磁化强度Ms2和第一记录层的饱和磁化强度Ms1之间的关系来确定。如果4/3*Ms1-Ms2减小并且超出图18中的下边界，即，如果关系(3-2)的左侧没有满足，那么记录层的反转磁场强度相对于写-磁场强度变得太小，其导致在交叉-磁道方向上的侧写入，以及导致磁道上的数据位出错，或者第一记录层不再能固定畴壁，该畴壁运动在记录处理中起主要作用，以及噪声急剧地增加，由此面记录密度大大地降低。相反，如果4/3*Ms1-Ms2增加并超出图18中的上边界，即，如果关系(3-2)的右侧不被满足，那么记录层的反转磁场强度相对于写-磁场强度变得太大，以致写性能大大地降低，或记录层的反转磁场分布增加，使得面记录密度大大地降低。
由以上结果，很清楚，通过满足关系(3-2)，可以获得在其处屏蔽磁极磁头显示出最大写-磁场梯度的写-磁场强度和记录层的反转磁场强度之间的匹配，记录层的反转磁场分布可以被减小，以及源于记录处理中的畴壁运动的磁过渡可以被抑制。结果，可以获得23.3Gbit/cm2或更高的优于现有技术的面记录密度。
除图2所示的磁头之外，利用图9(a)-(e)所示的磁头获得相同的效果。
为了实现如上所述的第一记录层和第二记录层的饱和磁化强度，必须适当地选择第一记录层中包含的Cr浓度。由实施例1至实施例3证实，第一记录层和第二记录层的饱和磁化强度相对于Cr浓度几乎线性地变化。具体地，如果相对于第一记录层中包含的Co、Cr和Pt量的Cr浓度是C1(at.％)，那么当第二记录层中包含Pt时，相对于Co、Cr和Pt的总量的Cr浓度是C2(at.％)，以及软磁下层的薄膜厚度是ts(nm)，满足关系Ms1＝833-30*C1，Ms2＝1050.2-39.1*C2，以及关系(3-2)可以被改写为如下：
-1.0+0.00084*ts2+0.059*ts≤C2-1.02*C1≤6.9-0.00061*ts2+0.049*ts...(3-4)
当没有软磁下层时，对ts＝0保持以下关系：
-1.0≤C2-1.02*C1≤6.9...(3-5)
图19是当第一记录层的Cr浓度是C1(at.％)和第二记录层的Cr浓度是C2(at.％)时，绘制图18的垂直轴作为(C2-1.02*C1)的结果。图19的边界是关系(3-4)。从图19很清楚看到，通过满足关系(3-4)，可以获得在其处屏蔽磁极磁头显示出最大写-磁场梯度的写-磁场强度和记录层的反转磁场强度之间的匹配，记录层的反转磁场分布可以被减小，以及源于记录处理中的畴壁运动的磁过渡可以被抑制。因此，可以获得23.3Gbit/cm2或以上的面记录密度，其优于现有技术的面记录密度。
由划痕深度来评估上述介质的机械强度。由于这些介质的划痕强度几乎与第二记录层的成分无关，作为典型的例子，图20示出了在第二记录层具有成分73at.％Co-17at.％Cr-10at.％Pt的情况下，划痕深度和软磁下层薄膜厚度的相互关系。当软磁下层的薄膜厚度ts是100nm时，划痕深度被标准化到其值。通过减小软磁下层的薄膜厚度ts至60nm或以下，与ts＝100nm的情况相比较，划痕深度被减小约15％或以上，以及介质的机械强度大大地增加。发现，当使得软磁下层的薄膜厚度ts小至30nm或以下时，与ts＝100nm的情况相比较，划痕深度减小约30％或以上，以及介质的机械强度大大地增加。当在图1所示的装置中引入这些介质并评估抗震性时，观察到10％或以上的大提升。从机械强度改进的观点来说，软磁下层优选是60nm或以下，但是更优选为30nm或以下。具体地说，当没有软磁下层时，划痕深度可以被减小到近似一半，这是更加优选的。
实施例4
该实施例的磁存储装置除了垂直磁记录介质10之外具有与实施例1相同的结构。利用与上述的实施例2相同的层成分和工艺条件，使用与上述的实施例2相同的溅射系统，来制造垂直磁记录介质10。但是，软磁下层的薄膜厚度ts(nm)如表1所示。软磁下层43的材料和AFC中的Ru的薄膜厚度与实施例2的相同。
使用包含CoCrPt合金和SiO2的复合靶来形成第一记录层，以及饱和磁化强度Ms1(kA/m)、Cr浓度C1(at.％)和薄膜厚度如表1所示。这里，考虑第一记录层中的氧化物浓度，当Co、Cr、Pt、Si、O的总浓度(at.％)是100时，Si和O的浓度(at.％)的总和是18at.％，以及Si浓度∶O浓度是1∶4.1。考虑第一记录层的Pt浓度，当Co、Cr、Pt的总浓度是100时，Pt浓度是27at.％。
第二记录层是CoCrPt合金薄膜，Pt浓度被固定在14.8at.％，以及饱和磁化强度Ms2(kA/m)、Cr浓度C2(at.％)和薄膜厚度如表1中所示。
[表1]
表1
ts 4/3*Ms1-Ms2 C2-1.02*C1 Ms1 C1   第一记录层薄膜厚度 Ms2 C2   第二记录层薄膜厚度   相临磁道的BER降低量 OW 总评价
    (nm)     (kA/m)   (at.％)     (kA/m)     (st.％)   (nm)   (kA/m)   (at.％)   (nm)     (dB)
    0     367   7.9     350     16.1   15.0   100   24.3   9.0   0.4     -18   ×
    0     329   6.9     350     16.1   15.0   138   23.3   9.0   0.44     -25   ○
    0     167   2.8     350     16.1   15.0   300   19.2   9.0   0.5     -31   ○
    0     23   -0.9     350     16.1   15.0   444   15.5   9.0   0.55     -35   ○
    0     -21   -2.0     350     16.1   15.0   488   14.4   9.0   2.3     -42   ×
    20     394   8.5     438     13.2   13.0   190   22.0   9.0   0.38     -16   ×
    20     356   7.5     438     13.2   13.0   228   21.0   8.0   0.43     -26   ○
    20     194   3.4     438     13.2   13.0   390   16.9   8.0   0.49     -30   ○
    20     80   0.5     438     13.2   13.0   504   14.0   8.0   0.56     -36   ○
    20     44   -0.5     438     13.2   13.0   540   13.0   8.0   2.3     -44   ×
    40     404   8.8     558     9.2   12.0   340   18.2   8.0   0.4     -16   ×
    40     366   7.8     558     9.2   12.0   378   17.2   7.0   0.46     -25   ○
    40     274   5.4     558     9.2   12.0   470   14.8   7.0   0.51     -30   ○
    40     165   2.7     558     9.2   12.0   579   12.1   7.0   0.57     -38   ○
    40     124   1.6     558     9.2   12.0   620   11.0   7.0   2.35     -43   ×
    60     385   8.2     600     7.8   11.0   415   16.2   5.5   0.42     -16   ×
    60     356   7.5     600     7.8   11.0   444   15.5   5.5   0.5     -26   ○
    60     280   5.6     600     7.8   11.0   520   13.6   5.5   0.65     -35   ○
    60     250   4.8     600     7.8   11.0   550   12.8   5.5   2.4     -39   ×
    70     380   8.1     600     7.8   11.0   420   16.1   5.5   0.55     -17   ×
    70     344   7.2     600     7.8   11.0   456   15.2   5.5   0.7     -26   ○
    70     310   6.3     600     7.8   11.0   490   14.3   5.5   2.5     -36   ×
使用与实施例1相同的屏蔽磁极磁头和表1所示的介质的组合，在23.3Gbit/cm2下执行运行测试。图21是利用(4/3*Ms1-Ms2)作为垂直轴和软磁下层薄膜厚度ts作为横坐标的结果的曲线。图21中的边界是关系(3-2)。图22是利用(C2-1.02*C1)作为垂直轴的图21的重绘制曲线。图22中的边界是关系(3-4)。由图21和图22可以看到，如果关系(3-2)和(3-4)被满足，那么总记录层的反转磁场分布被减小，以及可以获得在记录层的反转磁场强度和在其处屏蔽磁极磁头显示出最大磁场梯度的写-磁场强度之间的匹配。因此，可以实现23.3Gbit/cm2或以上的记录密度，其优于现有技术。
接下来，以每厘米374016位的线性记录密度和每厘米62205个磁道的磁道间距密度，将数据记录在几个磁道上。测量在某一磁道上记录数据一次之后相邻磁道的位出错率BER(1次)和在某一磁道上记录数据10000次之后相邻磁道的位出错率BER(10000次)，由该比率的对数Log10(BER(10000次)/BER(1次))来计算相邻磁道中的位出错率的降低量。
如果相邻磁道中的位出错率的降低量超出1，当使用硬盘驱动器时，频繁地发生数据擦除(相邻磁道擦除)，引发问题。在3937fr/mm处的信号被强加在19685fr/mm处的信号上之后，使用在19685fr/mm处的剩余信号与3937fr/mm处的信号的比率来评估OW性能。如果OW变得高于-20dB，当使用硬盘驱动器时，不能正确地执行数据记录和擦除，以及引起问题。表1示出了该结果。
由表1的结果可以看到，如果关系(3-2)或(3-4)的左侧不被满足，那么发生相邻磁道擦除，并且硬盘驱动器有问题。这可能是因为记录层的反转磁场强度相对于写-磁场强度变得太小，因此在交叉-磁道方向上发生侧写入。也可以看到，如果关系(3-2)或(3-4)的右侧不被满足，那么发生OW性能的降低，不能正确地执行数据记录和擦除，以及硬盘驱动器有问题。这可能是因为记录层的反转磁场强度相对于写-磁场强度变得太大。在实施例1-3中描述的装置中，也看到相同的行为。
由以上结果发现，如果关系s(3-2)和(3-4)被满足，那么总记录层的反转磁场分布被减小，以及可以获得在记录层的反转磁场强度和在其处屏蔽磁极磁头显示出最大磁场梯度的写-磁场强度之间的匹配。因此，可以实现23.3Gbit/cm2或以上的记录密度，其优于现有技术。此外，相邻磁道擦除可以被抑制，以及可以保证用于数据记录和擦除的充分写能力，以及可以没有任何问题地使用硬盘驱动器。
实施例5
该实施例的磁存储装置具有与实施例1至实施例4相同的结构。使用不同结构的各种磁头作为磁头12来评估读写性能，利用实施例1至实施例4的结果进行比较。
使用一写入器作为写磁头(以下为TS磁头)，该写入器具有单极型写入器结构和经由非磁性间隙层附加地形成的磁屏蔽，以便覆盖主磁极的尾侧的向下磁道方向，该单极型写入器结构包括主磁极和在前侧上形成的辅助磁极。图2示出了该磁头的剖面示意图，以及图3(b)示出了从磁头的ABS表面观察的TS磁头的写入器的示意图。使用具有70nm的使用巨磁阻效应的几何磁道宽度的读取器，以及使用TS磁头，其具有100nm的主磁极尖端的几何磁道宽度、50nm的主磁极尾侧屏蔽距离和100nm的屏蔽24的高度。与图3(a)所示的WAS磁头的唯一区别是在主磁极的交叉-磁道方向上没有屏蔽(侧屏蔽)，以及磁道宽度、主磁极尾侧屏蔽距离和屏蔽高度可以在实施例1公开的范围内。
作为比较，评估了通常用于垂直介质的SPT磁头。图3(c)示出了从SPT磁头的ABS表面观察的示意图。使用包括单极型写元件和读元件的磁头进行评估，该写元件具有100nm的几何磁道宽度，该读元件使用具有80nm的磁道宽度的巨磁阻效应。
此外，作为通常用于纵向磁记录介质的RING磁头的例子，使用包括具有180nm的几何磁道宽度和80nm的间隙长度的读元件和使用具有100nm的几何磁道宽度巨磁阻效应的读元件的磁头进行对比评估。
此外，当使用TS磁头时，通过使第一记录层的饱和磁化强度Ms1、第二记录层的饱和磁化强度Ms2和软磁下层的薄膜厚度ts之间的关系在关系(3-2)的范围内，可以减小总记录层的反转磁场分布，以及可以获得在记录层的反转磁场强度和在其处屏蔽磁极磁头显示出最大磁场梯度的写-磁场强度之间的匹配。发现，与其中软磁下层是厚度达到100nm的现有技术相比较，可以增加线性记录密度和磁道间距密度，结果可以获得与其中可以增加面记录密度的尾屏蔽和侧屏蔽磁头(WAS磁头)相同的效果。但是，由于没有侧屏蔽，平均起来观察到约5nm的磁道宽度的增加。从可以增加磁道间距密度的观点来看，具有WAS磁头的组合是更优选的。
另一方面，如果使用常常与在现有技术中的垂直磁记录介质结合使用的SPT磁头或使用纵向记录RING磁头，即使在软磁下层的薄膜厚度厚至100nm的情况下，与WAS磁头或TS磁头相比较，平均起来BER是10-5的线性记录密度也被减少150kBPI或以上，以及与WAS磁头或TS磁头不同，即使使软磁下层薄于100nm也没有观察到线性记录密度或面记录密度的提高。
具体，在SPT磁头的情况下，发现，面记录密度随着软磁下层的薄膜厚度减少而大大地减小。在其中没有尾屏蔽的SPT磁头的情况下，如果软磁下层的薄膜厚度变得小至100nm或以下，那么从主磁极至辅助磁极的磁通量返回路径的功能减小。这可能是写-磁场强度急剧减小、写-磁场梯度大大降低以及磁场扩大的原因，因此磁道间距密度和线性记录密度大大地降低。
另一方面，在WAS磁头或TS磁头的情况下，磁通量也流动到比主磁极的辅助磁极更接近的尾屏蔽，因此即使软磁下层的薄膜厚度被减小，在其处获得最大磁场梯度的写-磁场强度也可以被减小，而不改变有效的写-磁场强度和写-磁场梯度太多。结果，通过将磁头与满足关系(3-2)、(3-3)的垂直磁记录介质结合，总记录层的反转磁场分布减小，可以获得在记录层的反转磁场强度和在其处屏蔽磁极磁头显示出最大磁场梯度的写-磁场强度之间的匹配，以及在窄的磁道宽度中形成尖锐的记录图形。结果，可以实现比其中软磁下层厚至100nm的现有技术中更高的记录密度。除具有图2中所示的剖面结构的磁头之外，通过与图9(a)-图(e)所示的磁头结合获得相同的效果。对于图2和图9(a)-图9(e)的读元件21，除巨磁阻元件之外，也可以使用隧穿磁阻元件。
另一方面，在RING磁头的情况下，发现由于垂直磁场梯度最初不高，与WAS磁头或TS磁头相比较，线性记录密度低得多，因此面记录密度也较低。
作为实施例1中的垂直磁记录介质的例子，图23示出了包括不具有软磁下层43的样品的磁记录装置的面记录密度。如由图23清楚看到，对于在现有技术中用于纵向磁记录介质的RING磁头或用于垂直磁记录介质的SPT磁头的结合，面记录密度是非常差的。因此，使用这样的屏蔽磁极磁头是重要的，该屏蔽磁极磁头的写入器具有没有屏蔽的常规单极型写入器结构，及其此外，具有经由非磁性间隙层形成的磁屏蔽以便至少覆盖主磁极的尾侧的向下磁道方向。
参考数字的描述
10：垂直磁记录介质，11：磁记录介质驱动部件，12：磁头，13：磁头驱动部件，14：信号处理系统，20：阅读器读取器，21：读元件，22：记录器写入器，23：主磁极尖端，23’：主磁极轭，24：屏蔽(尾屏蔽，侧屏蔽)，25：辅助磁极，25’：辅助磁极，26：薄膜导体线圈，27：辅助屏蔽，41：衬底，42：粘结层，43：软-磁下底层，44：取向控制和偏析促进层，45：第一记录层，46：第二记录层，47：保护层。

Claims (4)

1.一种磁存储装置，包括：
磁记录介质、驱动所述磁记录介质的介质驱动器、设有写入器和读取器的磁头、相对于所述磁记录介质驱动所述磁头的磁头致动器，以及处理到所述磁头的输入信号和来自所述磁头的输出信号的信号处理单元，其中：
所述磁头的写入器具有主磁极、辅助磁极和磁屏蔽，该磁屏蔽经由非磁性间隙层至少在所述主磁极的尾侧上形成以便增加写-磁场梯度；
所述磁记录介质是具有软磁下层、下层、第一记录层以及第二记录层的垂直磁记录介质，该下层用来控制晶体结构和促进所述软磁下层上形成的偏析，该第一记录层由铁磁晶粒构成，该铁磁晶粒具有作为主要成分的Co和包含Cr和Pt，该第一记录层还由包含形成在所述下层上的氧化物的晶界构成，以控制晶体结构和促进偏析，第二记录层形成在所述第一记录层上，由具有作为主要成分的Co、包含Cr但是不包含氧化物的合金形成；以及
所述第一记录层的饱和磁化强度Ms1(kA/m)、所述第二记录层的饱和磁化强度Ms2(kA/m)以及所述软磁下层(nm)的薄膜厚度ts(nm)满足以下关系：
20+0.033*ts2+2.3*ts≤4/3*Ms1-Ms2≤329-0.024*ts2+1.9*ts
2.一种磁存储装置包括：
磁记录介质、驱动所述磁记录介质的介质驱动器、设有写入器和读取器的磁头、相对于所述磁记录介质驱动所述磁头的磁头致动器，以及处理到所述磁头的输入信号和来自所述磁头的输出信号的信号处理单元，其中：
所述磁头的写入器具有主磁极、辅助磁极和磁屏蔽，该磁屏蔽经由非磁性间隙层至少在所述主磁极的尾侧上形成，以便增加写-磁场梯度；
所述磁记录介质是不包含软磁下层并具有下层、第一记录层以及第二记录层的垂直磁记录介质，该下层用于控制晶体结构和促进偏析，该第一记录层由铁磁晶粒构成，该铁磁晶粒具有作为主要成分的Co并包含Cr和Pt，并由包含形成在所述下层上的氧化物的晶界构成，以控制晶体结构和促进偏析，而第二记录层形成在所述第一记录层上，由具有作为主要成分的Co、包含Cr但是不包含氧化物的合金形成；以及
所述第一记录层的饱和磁化强度Ms1(kA/m)和所述第二记录层的饱和磁化强度Ms2(kA/m)满足以下关系：
20≤4/3*Ms1-Ms2≤329
3.一种磁存储装置包括：
磁记录介质、驱动所述磁记录介质的介质驱动器、设有写入器和读取器的磁头、相对于所述磁记录介质驱动所述磁头的磁头致动器，以及处理到所述磁头的输入信号和来自所述磁头的输出信号的信号处理单元，其中：
所述磁头的写入器具有主磁极、辅助磁极和磁屏蔽，该磁屏蔽经由非磁性间隙层至少在所述主磁极的尾侧上形成以便增加写-磁场梯度；
所述磁记录介质是具有软磁下层、下层、第一记录层以及第二记录层的垂直磁记录介质，该下层用于控制晶体结构和促进形成在所述软磁下层上的偏析，该第一记录层由铁磁晶粒构成，该铁磁晶粒具有作为主要成分的Co和包含Cr和Pt，并由包含形成在所述下层上的氧化物的晶界构成，以控制晶体结构和促进偏析，而第二记录层形成在所述第一记录层上，由具有作为主要成分的Co、包含Cr但是不包含氧化物的合金形成；以及
相对于所述第一记录层中包含的Co、Cr和Pt总量的Cr浓度C1(at.％)、所述第二记录中包含Pt时相对于Co、Cr和Pt总量的Cr浓度C2(at.％)以及所述软磁下层的薄膜厚度ts(nm)满足以下关系：
-1.0+0.00084*ts2+0.059*ts≤C2-1.02*C1≤6.9-0.00061*ts2+0.049*ts
4.一种磁存储装置包括：
磁记录介质、驱动所述磁记录介质的介质驱动器、设有写入器和读取器的磁头、相对于所述磁记录介质驱动所述磁头的磁头致动器，以及处理到所述磁头的输入信号和来自所述磁头的输出信号的信号处理单元，其中：
所述磁头的写入器具有主磁极、辅助磁极和磁屏蔽，该磁屏蔽经由非磁性间隙层至少在所述主磁极的尾侧上形成以便增加写-磁场梯度；
所述磁记录介质是具有软磁下层、下层、第一记录层以及第二记录层的垂直磁记录介质，该下层控制晶体结构和促进在所述软磁下层上形成的偏析，该第一记录层由铁磁晶粒构成，该铁磁晶粒具有作为主要成分的Co和包含Cr和Pt，并由包含所述底层上形成的氧化物的晶界构成，以控制晶体结构和促进偏析，第二记录层形成在所述第一记录层上，器由具有作为主要成分的Co、包含Cr但是不包含氧化物的合金形成；以及
相对于所述第一记录层中包含的Co、Cr和Pt总量的Cr浓度C1(at.％)以及所述第二记录层中包含Pt时相对于Co、Cr和Pt总量的Cr浓度C2(at.％)满足以下关系：
-1.0≤C2-1.02*C1≤6.9
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