CN101169939B - 垂直磁记录介质及其制造方法以及磁记录系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种垂直磁记录介质及其制造方法以及磁记录系统。其中在垂直介质中，将形成为多晶铁磁层的、包含铁、钴和/或镍的晶化铁磁层用作反平行软衬层(APS-SUL)结构的一部分，以减少中间层的厚度。软衬层结构由非磁性间隔层组成，该非磁性间隔层的厚度被调整为在两个铁磁层之间形成有效的反平行耦合。在由非晶铁磁层形成的下层与由非晶铁磁层和多晶铁磁层形成的上层之间的反平行方向上形成磁耦合。剩磁中软衬层的有效磁化强度为零。多晶铁磁层的厚度优选为1nm至20nm。中间层(例如钌层)直接形成在磁性多晶软衬层上，厚约10nm至20nm。记录磁层和保护层形成在中间层上。本发明能够在降低噪声的同时获得更高的可写性。

Description

垂直磁记录介质及其制造方法以及磁记录系统
相关申请的交叉参考
本申请基于并要求2006年10月25日提交的在先日本专利申请No.2006-290196的优先权，并通过参考将其全部内容合并于此。
技术领域
本发明涉及一种垂直磁记录介质及其制造方法以及磁记录系统，所述垂直磁记录介质用于硬盘驱动器。
背景技术
近年来，常常将磁记录介质(例如硬盘)用作个人计算机、游戏机等设备的记录介质。此外，对磁记录介质更高记录密度的需求日益增长，需要使用垂直磁记录介质方面的新技术。
与纵向记录一样，在垂直磁记录介质的研发中，重要的是降低噪声并改善高密度下的可写性。此外，对于高记录密度，良好的重复可写性(overwritability)(重复写入)也很必要。可写性是重写数据准确性的指标。对于垂直记录，来自记录介质中软衬层(soft under layer)的噪声是一个主要噪声来源。在专利文献1(日本专利特开No.2004-79043)和专利文献2(日本专利特开No.2004-272957)中公开了降低来自软衬层的噪声的技术。在这些技术中，将非磁性金属层(例如钌)作为软衬层夹在两个铁磁层之间，这两个铁磁层的磁化强度位于膜平面内，并且在相反的方向上被磁化。软衬层的这种结构又称作APS-SUL(软衬层的反平行结构)。APS-SUL结构能够完全消除软衬层的噪声并提高记录密度。
在软衬层上形成有隔离层、中间层以及记录层，其中隔离层由例如钽等材料制成，中间层由例如钌等材料制成。为了改善磁性层的各向异性并降低噪声，必须增加中间层(例如钌)的厚度。但是，厚度大的中间层会降低可写性。由于使用APS-SUL结构能够降低噪声，所以与现有技术相比，可以减小中间层的厚度，但是仍然不能在降低噪声的同时获得更高的可写性。例如，即使对于具有APS-SUL结构、记录密度高达250G比特/英寸2的垂直磁记录介质，中间层厚度也必须达到20nm以上，因此当采用高度各向异性的磁记录层时，难以获得足够的可写性。
发明内容
本发明的目的是提供一种垂直磁记录介质及其制造方法以及磁记录系统，所述垂直磁记录介质能够在降低噪声的同时获得更高的可写性。
为了解决上述问题，本发明人经过彻底的研究得到以下模式。
根据本发明的垂直磁记录介质包括：软衬层；中间层，形成在所述软衬层上；以及记录层，形成在所述中间层上。所述软衬层包括：第一铁磁层，具有非晶结构；第二铁磁层，具有非晶结构，形成在所述第一铁磁层上；以及第三铁磁层，具有多晶结构，形成在所述第二铁磁层与所述中间层之间。所述第一铁磁层和由所述第二铁磁层、第三铁磁层组成的结构在反平行方向上被磁化，其中，所述第三铁磁层的厚度为1nm至5nm。
根据本发明的磁记录系统包括上述垂直磁记录介质。磁记录系统还包括磁头，用于在所述垂直磁记录介质上记录和再现信息。
在根据本发明制造垂直磁记录介质的方法中，形成软衬层，然后在软衬层上形成中间层。接着，在中间层上形成记录层。形成软衬层时，形成具有非晶结构的第一铁磁层，然后在第一铁磁层上形成具有非晶结构的第二铁磁层。之后，在第二铁磁层上形成具有多晶结构的第三铁磁层。第一铁磁层和由第二铁磁层、第三铁磁层组成的结构在反平行方向上被磁化，其中，所述第三铁磁层的厚度为1nm至5nm。
本发明能够在降低噪声的同时获得更高的可写性。
附图说明
图1为示出根据本发明实施例的垂直磁记录介质的构造的剖视图；
图2示出使用根据本发明实施例的垂直磁记录介质的一种方式；
图3A示出样本No.1的OSA图案；
图3B示出样本No.1的磁各向异性；
图4A示出样本No.2的OSA图案；
图4B示出样本No.2的磁各向异性；
图5A示出样本No.3的OSA图案；
图5B示出样本No.3的磁各向异性；
图6A示出样本No.4的OSA图案；
图6B示出样本No.4的磁各向异性；
图7示出第二试验的结果；
图8示出第三试验的结果；
图9示出第四试验的结果；
图10示出第五试验的结果；
图11示出磁记录系统的构造。
具体实施方式
以下参照附图详细描述根据本发明的示例性实施例。图1为示出根据本发明实施例的垂直磁记录介质的构造的剖视图。
在本实施例中，如图1所示，非晶铁磁层2、间隔层3、非晶铁磁层4以及多晶铁磁层5堆叠在盘形衬底1上。非晶铁磁层2、间隔层3、非晶铁磁层4以及多晶铁磁层5构成软衬层11。
可使用例如塑料衬底、晶化玻璃衬底、钢化玻璃衬底、硅衬底、铝合金衬底等作为衬底1。
包括铁、钴和/或镍的非晶铁磁层形成为非晶铁磁层2、4。此外，非晶铁磁层2、4还可包括铬、硼、铜、钛、钒、铌、锆、铂、钯和/或钽。与非晶铁磁层2、4仅包括铁、钴和/或镍相比，这些元素能够稳定非晶铁磁层2、4的非晶状态并提高磁化强度。此外，还可以包括铝、硅、铪和/或碳。特别地，当考虑记录磁场的浓度时，优选用饱和磁通密度Bs为1.0T或更高的软磁性材料来制造非晶铁磁层2、4。此外，考虑到高传输率下的可写性，非晶铁磁层2、4的高频导磁系数优选为高。具体而言，可使用例如FeCoB层、FeSi层、FeAlSi层、FeTaC层、CoZrNb层、CoCrNb层、NiFeNb层等等。可通过例如电镀方法、溅射方法、蒸发方法、CVD(化学气相沉积)方法等等形成非晶铁磁层2、4。当使用DC溅射方法时，将腔体内部保持在例如0.5帕至2帕的氩气中。非晶铁磁层2、4的厚度例如为5nm至25nm。
例如包括钌、铜、铬和/或其它金属的非磁性金属层形成为间隔层3。此外，间隔层3可包括例如铑和/或铼这样的稀土金属。可通过例如电镀方法、溅射方法、蒸发方法、CVD(化学气相沉积)方法等等形成间隔层3。当使用DC溅射方法时，将腔体内部保持在例如0.5帕至2帕的氩气中。
例如包括铁、钴和/或镍的晶化铁磁层形成为多晶铁磁层5。多晶铁磁层5可包括铬、硼等元素。此外，铁磁层具有例如纹路结构(texture structure)，可通过例如电镀方法、溅射方法、蒸发方法、CVD(化学气相沉积)方法等等形成。当使用DC溅射方法时，将腔体内部保持在例如0.5帕至2帕的氩气中。此外，优选地，多晶铁磁层5的厚度为1nm至20nm。更优选地，多晶铁磁层5的厚度为1nm至5nm。当多晶铁磁层5的厚度小于1nm时，难以在晶体取向等方面获得改善(在下文中描述)。另一方面，如果多晶铁磁层5的厚度太大，就会使可写性恶化。虽然多晶铁磁层可以具有其它结构(例如hcp的bcc(体心立方结构))，但是优选地，多晶铁磁层具有fcc(面心立方结构)结晶结构。
本实施例中，间隔层3的厚度为例如0.3nm至3nm，在该厚度内，在由非晶铁磁层2形成的下层与由非晶铁磁层4和多晶铁磁层5形成的上层之间，以反平行方向形成磁耦合。换言之，下层和上层在相反的方向上被磁化，并且在下层与上层之间出现反铁磁耦合(anti-ferromagnetic coupling)。此外，关系式“Ms2×t2＝Ms4×t4+Ms5×t5”成立，其中，Ms2表示非晶铁磁层2的饱和磁化强度，t2表示非晶铁磁层2的厚度，Ms4表示非晶铁磁层4的饱和磁化强度，t4表示非晶铁磁层4的厚度，Ms5表示多晶铁磁层5的饱和磁化强度，t5表示多晶铁磁层5的厚度。因此，软衬层11的剩余磁化强度为零。
此外，本实施例中，在软衬层11上直接形成中间层6。中间层6的厚度例如为大约10nm至20nm。此外，将例如晶体结构为六方密堆积结构(hcp，hexagonal closest packed structure)的钌层形成为中间层6。中间层6可以是主要由具有hcp晶体结构的钌构成的Ru-X合金层(X＝Co，Cr，Fe，Ni和/或Mn)。可通过例如溅射方法、电镀方法、蒸发方法、CVD(化学气相沉积)方法等等形成中间层6。当使用DC溅射方法时，将腔体内部保持在例如0.5帕至8帕的氩气中。此外，优选地，中间层6的厚度例如为5nm至25nm。如果中间层6的厚度小于5nm，就不能充分降低噪声。另一方面，如果中间层6的厚度大于25nm，就会使可写性恶化。
记录层7形成在中间层6上。例如主要由钴和铂组成的铁磁层形成为记录层7。此外，记录层7可包括Cr、B、SiO2、TiO2、CrO2、CrO、Cu、Ti、Nb和/或其它物质。具体而言是使用CoCrPt层，其中，SiO2颗粒分散在晶界上。记录层7可具有多个层。可通过例如电镀方法、溅射方法、蒸发方法、CVD(化学气相沉积)方法等等形成记录层7。当使用DC/RF溅射方法时，将腔体内部保持在例如0.5帕至6帕的氩气中。此时，使用的气体包括2％至5％的氧气。此外，优选地，记录层7的厚度为例如8nm至20nm。
保护层8形成在记录层7上。例如形成非晶碳层、碳氢化物层、碳氮化物层、铝氧化物层等等作为保护层8。可通过例如电镀方法、溅射方法、蒸发方法、CVD(化学气相沉积)方法等等形成保护层8。当使用DC溅射方法时，将腔体内部保持在例如0.5帕至2帕的氩气中。保护层8的厚度例如为1nm至5nm。
在如上构造的垂直磁记录介质中，使用图2所示的磁头写入(记录)和读取(再现)数据。用于垂直磁记录介质的磁头21包括用于写入的主磁极22、辅助磁极23以及线圈24。磁头21还包括用于读取的磁阻元件25以及屏蔽26。辅助磁极23还充当磁阻元件25的屏蔽。当写入数据时，电流被提供给线圈24，从而产生通过主磁极22和辅助磁极23的磁通27。这里，磁通27从主磁极22发出，通过记录层7，再通过软衬层11，最后回到辅助磁极23。因此，根据磁通的方向，对于每个记录位(recording bit)，记录层7的磁化强度方向改变为与其垂直的两个方向(向上或向下)的其中一个。
本实施例中，如上所述，上层不仅包括非晶铁磁层4，还包括多晶铁磁层5。多晶铁磁层5以及中间层6使得能够排列组成记录层7的晶体的取向。因此，本实施例中，虽然中间层6的厚度小(5nm至25nm)，但是构成记录层7的晶体的取向更好。由于中间层6的厚度小，所以能够获得出色的可写性。此外，由于中间层6的厚度小，所以还能够减少构成记录层7的晶粒的大小。
另一方面，如上所述，本实施例中的软衬层11具有APS-SUL结构。因此，即使中间层6的厚度不大，噪声的影响也会很小。
如上所述，根据本实施例，通过形成多晶铁磁层5就能够获得出色的可写性，而通过使用APS-SUL结构就能够降低噪声。换言之，根据本实施例，不仅能获得更高的可写性，还能够降低噪声。
除了盘形衬底1之外，也可以使用带形膜作为基底。在此情况下，可以采用热阻高的聚酯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、以及聚酰亚胺(PI)作为衬底材料。
以下描述本发明人实际进行的实验的内容和结果。
(第一实施例)
第一实施例提供四种样本。在这些样本中，在玻璃衬底上形成厚为25nm、磁化强度为1.7T的FeCoB层作为非晶铁磁层2，形成厚为0.4nm的钌层作为间隔层3，形成FeCoB层作为非晶铁磁层4，形成NiFe层作为多晶铁磁层5。此外，在多晶铁磁层5上形成厚为5nm的碳层。如表1所示，各个样本中非晶铁磁层4和多晶铁磁层5的厚度不同。这里，所有样本中软衬层11的剩余磁化强度基本上都为零。
(表1)
  样本序号   非晶铁磁层4的厚度   多晶铁磁层5的厚度
  1   24.1nm   1nm
  2   23.1nm   3nm
  样本序号   非晶铁磁层4的厚度   多晶铁磁层5的厚度
  3   21.9nm   5nm
  4   18.8nm   10nm
接着，对各个样本观察OSA(光学扫描分析仪)图案并检查软衬层11上的磁各向异性。图3A和图3B示出样本1的结果，图4A和图4B示出样本2的结果，图5A和图5B示出样本3的结果，图6A和图6B示出样本4的结果。图3B、图4B、图5B以及图6B中，实线表示径向上磁化强度的倾斜角，虚线表示周向上磁化强度的倾斜角。
在上述样本中，如图3A、图4A、图5A以及图6A所示，抑制了磁畴的出现，磁畴尺寸极小，在20nm或20nm以下。如图3B、图4B、图5B以及图6B所示，磁各向异性或者易轴(easy axis)沿着径向排列。
(第二实施例)
第二实施例中检查出了多晶铁磁层5和中间层6的厚度与矫顽力之间的关系。其结果在图7中示出。图7中，横轴表示中间层6的厚度，纵轴表示矫顽力。此外，●表示形成厚为3nm的NiFe层作为多晶铁磁层5时获得的结果，■表示形成厚5nm的NiFe层作为多晶铁磁层5时获得的结果。此外，▲表示使用没有多晶铁磁层5的层叠产品时获得的结果。层叠产品中，在非晶铁磁层上形成厚3nm的Ta层，再在上面形成厚3nm的NiFe层。换言之，▲表示的结果与现有技术相当。
如图7所示，即使中间层6的厚度小于20nm，在上述条件下都能获得4.00kOe以上的矫顽力。例如，当多晶铁磁层5厚5nm时，即使中间层6的厚度为大约12nm，也能获得大约4.2kOe的矫顽力。而对于与现有技术相当的样本(▲)，要获得大约4.2kOe的矫顽力，中间层6的厚度必须达到大约32nm。
(第三实施例)
第三实施例中检查了多晶铁磁层5和中间层6的厚度与噪声幅度之间的关系。其结果在图8中示出。图8中，横轴表示中间层6的厚度，纵轴表示S/N比。此外，■表示没有多晶铁磁层5时的结果(相当于现有技术)，○表示形成厚3nm的NiFe层作为多晶铁磁层5时获得的结果。此外，▲表示形成厚5nm的NiFe层作为多晶铁磁层5时获得的结果，●表示形成厚7nm的NiFe层作为多晶铁磁层5时获得的结果，Δ表示形成厚10nm的NiFe层作为多晶铁磁层5时获得的结果。对于不包括多晶铁磁层5的样本(■)，中间层的厚度设置为32nm。
如图8所示，在形成有多晶铁磁层5的情况下，即使中间层6的厚度小于20nm，也能获得与没有多晶铁磁层5的情况相同的结果。
(第四实施例)
第四实施例中检查了多晶铁磁层5和中间层6的厚度与可写性之间的关系。结果在图9中示出。图9中，横轴表示中间层6的厚度，纵轴表示可写性(用重写值表示)。基于以124kBPI写入之后读取的信号的频率与以495kBPI频率重写入之后读取的信号的频率之间的比率来评估可写性。如果这个值小于或等于-40dB，就获得了出色的可写性。如图8所示，■表示没有多晶铁磁层5时的结果(相当于现有技术)，○表示形成厚3nm的NiFe层作为多晶铁磁层5时获得的结果。此外，▲表示形成厚5nm的NiFe层作为多晶铁磁层5时获得的结果，●表示形成厚7nm的NiFe层作为多晶铁磁层5时获得的结果，Δ表示形成厚10nm的NiFe层作为多晶铁磁层5时获得的结果。对于不包括多晶铁磁层5的样本(■)，中间层的厚度设置为32nm。
如图9所示，当形成多晶铁磁层5时，能获得出色的可写性。
(第五实施例)
第五实施例中，形成表面为(0002)平面的钌层作为中间层6，并基于X射线衍射获得Δθ50的值。当使用铜靶时，钌的(0002)平面在42.25°具有峰值(2θ)，并且Δθ50值在42.25°为半幅值宽度。X射线衍射的结果如图10所示。在图10中实线表示中间层6厚32nm时获得的结果，虚线表示中间层6厚16nm时获得的结果，点划线表示中间层6厚13nm时获得的结果。此外，双点划线分别表示Ru、CCPC(CoCrPt-SiO2)、CCPB(CoCrPtB)的峰值位置。
实验的结果是，当中间层6厚32nm时，Δθ50为3.67°。当中间层6厚16nm时，Δθ50为4.19°。当中间层6厚13nm时，Δθ50为4.05°。这表明由于多晶铁磁层5的作用，即使将中间层6的厚度减少到大约13nm至16nm，也能获得很好的结晶度。
以下描述作为磁记录系统(包括上述实施例的垂直磁记录系统)的实例的硬盘驱动器。图11示出硬盘驱动器(HDD)的内部构造。
硬盘驱动器100的外壳101中放置有磁碟103、滑动器104、悬架108、承载臂106以及臂致动器107，其中，磁碟103安装在转轴102上并绕转轴102旋转，滑动器104具有用于在磁碟103上记录和再现信息的磁头，悬架108用于夹持滑动器104，承载臂106将悬架108固定在上面并相对于臂轴105沿着磁碟103的表面移动，臂致动器107用于驱动承载臂106。使用根据上述实施例的垂直磁记录介质作为磁碟103。
根据本发明，将具有多晶结构的第三铁磁层设置在具有非晶结构的第二铁磁层与中间层之间。这样就可以减少噪声而不用增加中间层的厚度。因此能够在降低噪声的同时获得更高的可写性。

Claims (17)

1.一种垂直磁记录介质，包括：
软衬层；
中间层，形成在所述软衬层上；以及
记录层，形成在所述中间层上，
所述软衬层包括：
第一铁磁层，具有非晶结构；
第二铁磁层，具有非晶结构，形成在所述第一铁磁层上；以及
第三铁磁层，具有多晶结构，形成在所述第二铁磁层与所述中间层之间，所述第一铁磁层和由所述第二铁磁层、第三铁磁层组成的结构在反平行方向上被磁化，其中，所述第三铁磁层的厚度为1nm至5nm。
2.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，还包括：非磁性金属层，形成在所述第一铁磁层与所述第二铁磁层之间。
3.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，所述中间层由晶体结构为六方密堆积结构的非磁性金属制成。
4.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，所述中间层由钌或钌合金制成。
5.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，所述第一铁磁层和所述第二铁磁层包含从铁、钴和镍组成的群组中选出的至少一种元素。
6.如权利要求5所述的垂直磁记录介质，其中，所述第一铁磁层和所述第二铁磁层还包含从铬、硼、铜、钛、钒、铌、锆、铂、钯和钽组成的群组中选出的至少一种元素。
7.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，所述第三铁磁层包含从铁、钴和镍组成的群组中选出的至少一种元素。
8.如权利要求7所述的垂直磁记录介质，其中，所述第三铁磁层还包含从铬和硼组成的群组中选出的至少一种元素。
9.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，关系式Ms1×t1＝Ms2×t2+Ms3×t3成立，其中：
Ms1表示所述第一铁磁层的磁化强度；
t1表示所述第一铁磁层的厚度；
Ms2表示所述第二铁磁层的磁化强度；
t2表示所述第二铁磁层的厚度；
Ms3表示所述第三铁磁层的磁化强度；以及
t3表示所述第三铁磁层的厚度。
10.一种制造垂直磁记录介质的方法，包括步骤：
形成软衬层；
在所述软衬层上形成中间层；
在所述中间层上形成记录层，
所述形成软衬层的步骤包括步骤：
形成具有非晶结构的第一铁磁层；
在所述第一铁磁层上形成具有非晶结构的第二铁磁层；以及
在所述第二铁磁层上形成具有多晶结构的第三铁磁层，其中，所述第一铁磁层和由所述第二铁磁层、第三铁磁层组成的结构在反平行方向上被磁化，其中，所述第三铁磁层的厚度为1nm至5nm。
11.如权利要求10所述的制造垂直磁记录介质的方法，在所述形成第一铁磁层的步骤与形成第二铁磁层的步骤之间还包括在所述第一铁磁层上形成非磁性金属层的步骤。
12.如权利要求10所述的制造垂直磁记录介质的方法，其中，形成晶体结构为六方密堆积结构的非磁性金属层作为所述中间层。
13.如权利要求10所述的制造垂直磁记录介质的方法，其中，形成钌层或钌合金层作为所述中间层。
14.如权利要求10所述的制造垂直磁记录介质的方法，其中，形成包含从铁、钴和镍组成的群组中选出的至少一种元素的层作为所述第一铁磁层和所述第二铁磁层。
15.如权利要求10所述的制造垂直磁记录介质的方法，其中，形成包含从铁、钴和镍组成的群组中选出的至少一种元素的层作为所述第三铁磁层。
16.如权利要求10所述的制造垂直磁记录介质的方法，其中，设定关系式Ms1×t1＝Ms2×t2+Ms3×t3成立，其中：
Ms1表示所述第一铁磁层的磁化强度；
t1表示所述第一铁磁层的厚度；
Ms2表示所述第二铁磁层的磁化强度；
t2表示所述第二铁磁层的厚度；
Ms3表示所述第三铁磁层的磁化强度；以及
t3表示所述第三铁磁层的厚度。
17.一种磁记录系统，包括：
垂直磁记录介质，包括：
软衬层；
中间层，形成在所述软衬层上；以及
记录层，形成在所述中间层上，
所述软衬层包括：
第一铁磁层，具有非晶结构；
第二铁磁层，具有非晶结构，形成在所述第一铁磁层上；以及
第三铁磁层，具有多晶结构，形成在所述第二铁磁层与所述中间层之间，所述第一铁磁层和由所述第二铁磁层、第三铁磁层组成的结构在反平行方向上被磁化，其中，所述第三铁磁层的厚度为1nm至5nm；以及
磁头，用于在所述垂直磁记录介质上记录和再现信息。
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