CN101197137B - 磁记录介质及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种磁记录介质及其制造方法。该磁记录介质包括基底和记录层，其中，记录层由多个磁点和无磁区形成，无磁区形成在基底上，用于分隔每一磁点。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁记录介质及其制造方法。更具体地讲，本发明涉及一种具有纳米级的磁点(magnetic dot)的磁记录介质及制造该磁记录介质的方法。
背景技术
在垂直磁记录介质中，通过使晶体沿预定方向磁化以记录“0”或“1”比特信号，信息被记录在包含磁分裂的磁粒(magnetic grain)或晶体结构的磁薄膜中。为了执行高密度磁记录，必须减小作为信息的记录单元的每个磁晶体的大小。然而，如果晶体大小被减小到低于特定极限，则由于超顺磁极限(super paramagnetic limit)，发生磁记录介质的不稳定。结果，不可能保持磁记录介质的稳定性，并且信噪比减小。当磁场信号减小时，记录的信息不能被读取。
在图案化的(patterned)磁记录介质中，记录层由分离的单磁畴要素(或者点)组成。这种图案化的磁点阵(magnetic dot array)被认为是未来超高密度记录介质的可能候选之一。在这些介质中，磁点阵被微观地制造，由具有强垂直磁各向异性的单畴颗粒组成，并且必然显示出良好的热稳定性。在图案化的磁记录介质中，通过使每一点沿预定方向磁化来记录“0”或“1”比特信号。因此，图案化的磁记录介质具有增大的存储容量，并且可避免超顺磁极限和低信噪比的传统问题。
然而，难以控制每一点的磁化翻转场(switching field)，实际上，在这种图案化的介质中已发现了H的较大发散(dispersion)。点阵中的这种发散被认为是由易磁化轴(magnetic easy axis)的空间发散、点形状的波动以及点之间的静磁(magnetostatic)相互作用而引起的。
同时，随着磁记录介质的记录密度的增加，记录最小信息单元的区域(即，比特大小)减小。因此，点图案被形成为具有几十纳米的大小。理论上讲，用于记录“1”比特信号的翻转场和用于记录“0”比特信号的翻转场相同，然而，在形成有多个点图案的点阵中，由于相邻点图案之间的静磁相互作用而引起了翻转场发散。这种翻转场发散意味着翻转场(即，改变图案化的点的磁化方向所需的磁场)在点与点之间彼此不同。
为了获得磁记录介质的可靠性和稳定性，翻转场发散必须尽可能地小。
发明内容
本发明提供一种在记录层中具有磁点的磁记录介质，其中，所述磁点具有第一表面和第二表面，第一表面的尺寸不等于第二表面的尺寸，并且每一磁点的侧壁相对于基底表面形成不等于90度的角。该磁记录介质显示出减小的翻转场发散。所述磁点可具有垂直磁各向异性。
本发明还提供一种制造所述磁记录介质的方法。
根据本发明的一方面，提供一种磁记录介质，包括：基底；记录层，形成在基底上；其中，所述记录层由多个分离的磁点和无磁区形成，所述无磁区将所述磁点彼此隔离；其中，每一磁点具有第一表面和第二表面，第二表面与第一表面相对，其中，第一表面的尺寸不等于第二表面的尺寸，并且各个磁点的侧壁相对于基底表面形成不等于90度的角。
根据本发明，所述磁点可具有截锥形、截棱锥形、锥形、反转的截锥形、反转的截棱锥形。
根据本发明另一方面，提供一种制造磁记录介质的方法，包括：在基底上形成模制层，所述模制层是无磁性的；将所述模制层图案化，以形成提供多个沟槽的图案，所述沟槽的顶区域的尺寸不等于底区域的尺寸；用磁性材料填充所述沟槽以形成磁点，每一磁点具有所述沟槽的形状。
根据本发明，所述图案可以是分隔所述磁点的无磁区。
所述的方法还可包括：去除所述图案，并施加无磁性材料以形成将磁点彼此隔离的无磁区。
附图说明
通过参照附图对本发明示例性实施例的详细描述，本发明的上述和其他特点和优点将变得更加清楚，其中：
图1是示出具有根据本发明实施例的磁点的磁记录介质的透视图；
图2是示出根据本发明另一实施例的磁记录介质的截面图；
图3A至图3D是形成在根据本发明实施例的磁记录介质中的磁点的透视图；
图4A至图4C是示出根据本发明另一实施例的制造磁记录介质的方法的截面图；
图5是示出根据本发明实施例的根据磁点的顶面区域与底面区域之比的翻转场发散特性的模拟结果的曲线图。
具体实施方式
现在，将参照示出本发明的示例性实施例的附图来更充分地描述本发明。
图1是示出具有根据本发明实施例的磁点的磁记录介质的透视图。
参照图1，根据本发明实施例的磁记录介质具有包括基底10以及形成在基底10上的记录层20的结构。记录层20由多个磁点30和无磁区(即，无磁外围矩阵)40形成。磁点30可以是规则排列的点的阵列的形式。
基底10可由硅、玻璃或铝合金形成。记录层20具有几纳米至几十纳米的厚度。
磁点30由能够存储信息的材料形成，例如，其磁化可通过与读/写头的磁漏通量的反应而反转的磁性材料或者具有与外围矩阵40的介电常数不同的介电常数的铁磁材料。磁点30形成为阵列，在该阵列中，磁点30规则地排列。磁点30可具有几十纳米的大小。磁点30具有接触基底10的底面和相对侧的顶面，其中，底面的尺寸不等于顶面的尺寸。即，沿着磁点30的高度，磁点30的横截面区域的周长不恒定。因此，磁点的侧壁相对于基底表面形成不等于90度的角。在一个实施例中，磁点30在相对于基底表面的垂直方向上沿着其侧壁具有连续的斜率。
磁点30可形成为具有各种形状，只要底面尺寸不同于顶面尺寸即可。图3A至图3D中示出了磁点30的形状的示例性实施例，将在随后对其进行更详细的描述。记录层20可具有相同形状的磁点30，或者具有不同形状的磁点30的组合。
还可在记录层20上形成钝化膜(未示出)以保护由磁点30和无磁区40组成的记录层20。此外，还可在钝化膜上形成润滑层(未示出)以防止磁头和钝化膜由于它们之间的碰撞和接触而磨损。
图2是示出根据本发明另一实施例的磁记录介质的截面图。使用相同的标号来指示与图1中的元件基本相同的元件，因此，将不再重复其详细描述。
参照图2，磁记录介质包含附加层，所述附加层包括堆叠在基底10和记录层20之间的晶种(seed)层12、软磁下层14和中间层16。
晶种层12由诸如Ta、Cr或Ti的金属形成。晶种层12具有对基底10的高粘附度。
软磁下层14在记录操作中提供路径以形成闭合回路，通过该闭合回路，从记录头的主磁极漏出的通量可穿过记录层20和软磁下层14并移动到辅助磁极。软磁下层14还增加记录磁场强度的梯度(gradient)，以在磁记录介质的寻轨方向上引起磁性转变(magnetic transition)。软磁下层14可由具有高磁导率和低矫顽力的软磁材料形成，并可形成为多层结构。软磁下层14可由从由CoZrNb、NiFe、NiFeMo和CoFeNi组成的组中选择的软磁合金形成。
可在软磁下层14上施加几纳米至几十纳米厚的中间层16，以增加磁点30在期望的晶面方向上的取向(orientation)并控制记录层20的磁点30的大小。中间层16可由从由Ti、Ru、Pt、Cu、Au组成的组中选择的金属以及这些金属的合金形成。
图3A至图3D是形成在根据本发明实施例的磁记录介质中的磁点的透视图。
根据本实施例的磁点具有顶面的尺寸不同于底面的尺寸的结构。在传统的磁点中，顶面的尺寸等于底面的尺寸，并且沿着磁点的垂直侧壁在垂直于基底表面的方向上形成磁矩。因此，磁矩反转过程根据热波动而变化。然而，在根据本发明各个实施例的磁点中，因为根据本发明各个实施例的磁点的侧壁相对于基底表面形成不等于90度的角，所以由于施加到磁点的磁场而发生磁矩反转过程。因此，翻转场是一致的。
根据本发明的磁记录介质中的磁点可具有各种形状，只要一个面的尺寸不等于相对面的尺寸，以使得磁点的侧壁相对于基底表面形成不等于90度的角即可。例如，参照图3A至图3C，磁点可具有截锥形32和34或者截棱锥形36。磁点30可具有反转的(颠倒的)截棱锥形。
磁点的较小表面的尺寸与较大表面的尺寸之比可以是0.9或更小，最好在0.1至0.5的范围内。
磁点可由从由具有105J/m3至107J/m3的磁各向异性常数的CoPt、CoPd、CoNi、CoTb、FePt、FePd、CoFeTb、CoFeGd、CoFeDy、CoFeHo和CoFeNb组成的组中选择的至少一种磁性材料形成。磁各向异性常数低的磁点30可能引起翻转不稳定。
磁点还可形成为具有不同的磁各向异性常数的多种磁性材料的层压，如图3D所示，图3D示出了本发明的磁记录介质的记录层中的磁点的示例性实施例。
参照图3D，磁点39包括上层38和下层37，上层38和下层37具有彼此不同的磁各向异性常数。例如，下层37可由具有102J/m3至103J/m3的磁各向异性常数的第一磁性材料形成，而上层38可由具有105J/m3至107J/m3的磁各向异性常数的第二磁性材料形成。可选地，下层37可由第二磁性材料形成，而上层38可由第一磁性材料形成。图3D示出两个层层压的磁点，但是本发明不限于两个层的层压。本发明还包括具有多个层的磁点，其中，第一磁性材料和第二磁性材料可交替堆叠，或者三个或更多不同的层堆叠。
在一个示例性实施例中，第一磁性材料可以是从由NiFe、CoFe、Ni、Fe、Co组成的组中选择的一种材料以及这些材料的合金。此外，第二磁性材料可以是从由CoPt、CoPd、CoNi、CoTb、FePt、FePd、CoFeTb、CoFeGd、CoFeDy、CoFeHo和CoFeNb组成的组中选择的一种材料。
图4A至图4C是示出根据本发明另一实施例的制造磁记录介质的方法的截面图。在当前实施例中，通过在使用纳米压印光刻(nano imprint lithography)方法形成图案之后通过在该图案上涂覆磁性层来形成磁点。
参照图4A，用于形成点图案的模制(mold)层52被涂覆在基底50上，并且模制层52被图案化。利用压印树脂将模制层52涂覆到几十纳米至几千纳米的厚度。然后，模制层52被硬化，成为分离磁点的无磁区。
参照图4B，使用纳米压印光刻方法将模制层52图案化为图案54，该图案54具有几纳米至几十纳米的间距(pitch)。纳米压印光刻方法可以是热压印方法(通过施加热来执行压印)或UV压印(通过照射紫外线来执行压印)。如图4B所示，图案54包括沟槽56，每一沟槽56具有截锥形状。
可选地，可使用照相光刻方法、电子束光刻方法、全息光刻方法或X射线光刻方法对模制层52进行图案化。
参照图4C，在图案54上涂覆磁性材料以填充截锥形空间56，从而形成磁点58。记录层59由磁点58和作为无磁区的图案54组成。
磁点58可由从由具有105J/m3至107J/m3的磁各向异性常数的Copt、CoPd、CoNi、CoTb、FePt、FePd、CoFeTb、CoFeGd、CoFeDy、CoFeHo和CoFeNb组成的组中选择的磁性材料形成。
在图4C中，示出了图案54保持为使各个磁点58彼此分离的无磁区。然而，在磁性材料被填充到截锥形的沟槽56中之后，可去除图案54并将无磁性材料施加到各个磁点58之间的区域。无磁性材料可以是无磁性氧化物或无磁性氮化物，例如，从由SiO2、TiO2、ZrO2和SiN组成的组中选择的无磁性材料。
图5是示出根据本发明实施例的根据磁点的一个面(这里是顶面)的尺寸与相对面(这里是底面)的尺寸之比的翻转场发散特性的模拟结果的曲线图。在当前实施例中，使用这样的磁记录介质来执行翻转场发散特性的模拟：该磁记录介质具有截锥形磁点，每一截锥形磁点的顶面的尺寸小于底面区域的尺寸，并且顶面尺寸与底面尺寸之比为0.1至1。
参照图5，随着一个面的尺寸与相对面的尺寸之比减小，翻转场发散减小。与两个相对面的尺寸相等的情况相比，当一个面的尺寸不等于相对面的尺寸时，翻转场发散减小。具体地讲，当一个面的尺寸与相对面的尺寸之比为0.1至0.5时，翻转场发散最好。
如上所述，通过在记录层中采用多个磁点，每一磁点的一个面的尺寸不等于其相对面的尺寸，并且每一磁点相对于基底表面形成不等于90度的角，可实现具有一致和稳定的翻转场特性的磁记录介质。
制造具有根据本发明的磁点的磁记录介质的方法可用于利用几十纳米的微小点图案制造高密度磁记录介质。
尽管已参照本发明的示例性实施例具体地显示和描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种形式和细节的改变。
Claims (36)
1.一种磁记录介质，包括：
基底；
记录层，形成在基底上；
其中，所述记录层由多个分离的磁点和无磁区形成，所述无磁区将所述多个磁点的每一个彼此隔离；
其中，每一磁点具有第一表面和第二表面，第二表面与第一表面相对，其中，第一表面的尺寸不等于第二表面的尺寸，并且各个磁点的侧壁相对于基底表面形成不等于90度的角，
其中，第二表面为磁点接触基底的底面，第一表面是和第二表面相对侧的顶面，
其中，所述磁点是多个层的层压，其中，各个层具有不同于其它层的磁各向异性常数，其中，所述磁点由第一层和第二层形成，所述第一层具有105J/m3至107J/m3的磁各向异性常数，所述第二层具有102J/m3至103J/m3的磁各向异性常数。
2.如权利要求1所述的磁记录介质，其中，第一表面和第二表面中的一个表面的尺寸与第一表面和第二表面中的另一表面的尺寸之比为0.9或更小。
3.如权利要求2所述的磁记录介质，其中，第一表面和第二表面中的一个表面的尺寸与第一表面和第二表面中的另一表面的尺寸之比为0.1～0.5。
4.如权利要求1所述的磁记录介质，其中，所述磁点具有截圆锥形、截棱锥形、锥形、反转的截圆锥形和反转的截棱锥形中的至少一种形状。
5.如权利要求1所述的磁记录介质，其中，所述磁点由从由CoPt、CoPd、CoNi、CoTb、FePt、FePd、CoFeTb、CoFeGd、CoFeDy、CoFeHo和CoFeNb组成的组中选择的至少一种材料形成。
6.如权利要求1所述的磁记录介质，其中，所述磁点规则地排列。
7.如权利要求1所述的磁记录介质，其中，所述第二层形成在基底上，所述第一层形成在第二层上。
8.如权利要求1所述的磁记录介质，其中，所述第一层形成在基底上，所述第二层形成在第一层上。
9.如权利要求1所述的磁记录介质，其中，所述第一层由从由CoPt、CoPd、CoNi、CoTb、FePt、FePd、CoFeTb、CoFeGd、CoFeDy、CoFeHo和CoFeNb组成的组中选择的磁性材料形成。
10.如权利要求1所述的磁记录介质，其中，所述第二层由从由NiFe、CoFe、Ni、Fe、Co组成的组中选择的磁性材料以及这些材料的合金形成。
11.如权利要求1所述的磁记录介质，还包括：在基底和记录层之间的晶种层、软磁下层和中间层。
12.如权利要求1所述的磁记录介质，其中，所述磁点具有垂直磁各向异性。
13.一种制造磁记录介质的方法，包括：
在基底上形成模制层，所述模制层是无磁性的；
将所述模制层图案化，以形成提供多个沟槽的图案，所述沟槽的顶面的尺寸不等于底面的尺寸；
用磁性材料填充所述沟槽以形成磁点，每一磁点具有所述沟槽的形状，
其中，所述图案形成将磁点彼此隔离的无磁区，
其中，每一磁点具有两个表面，所述两个表面相对，其中，两个表面中的一个表面的尺寸不等于两个表面中的另一个表面的尺寸，并且各个磁点的侧壁相对于基底表面形成不等于90度的角，
其中，所述两个表面中的一个表面为磁点接触基底的底面，所述两个表面中的另一个表面是和所述两个表面中的一个表面相对侧的顶面，
形成磁点的步骤包括：顺次施加具有不同磁各向异性常数的多种磁性材料以形成磁点，所述磁点的每一个是多个层的层压，其中，所述磁点由第一层和第二层形成，所述第一层具有105J/m3至107J/m3的磁各向异性常数，所述第二层具有102J/m3至103J/m3的磁各向异性常数。
14.如权利要求13所述的方法，还包括：去除所述图案，并施加无磁性材料以形成将磁点彼此隔离的无磁区。
15.如权利要求13所述的方法，其中，使用从由纳米压印光刻方法、照相光刻方法、电子束光刻方法、全息光刻方法和X射线光刻方法组成的组中选择的一种方法形成所述图案。
16.如权利要求13所述的方法，其中，两个表面中的一个表面的尺寸与另一个表面的尺寸之比为0.9或更小。
17.如权利要求16所述的方法，其中，两个表面中的一个表面的尺寸与另一表面的尺寸之比为0.1～0.5。
18.如权利要求13所述的方法，其中，所述磁点具有截圆锥形、截棱锥形、锥形、反转的截圆锥形和反转的截棱锥形中的至少一种形状。
19.一种磁记录介质，包括：
基底；
记录层，形成在基底上；
其中，所述记录层由多个分离的磁点和无磁区形成，所述无磁区将所述多个磁点的每一个彼此隔离；
其中，每一磁点具有第一表面和第二表面，第二表面与第一表面相对，其中，第一表面的尺寸不等于第二表面的尺寸，并且各个磁点的侧壁相对于基底表面形成不等于90度的角，
其中，第二表面为磁点接触基底的底面，第一表面是和第二表面相对侧的顶面，
其中，所述磁点是多个层的层压，其中，各个层具有不同于其它层的磁各向异性常数，其中，所述磁点由第一层和第二层交替堆叠形成，所述第一层具有105J/m3至107J/m3的磁各向异性常数，所述第二层具有102J/m3至103J/m3的磁各向异性常数。
20.如权利要求19所述的磁记录介质，其中，第一表面和第二表面中的一个表面的尺寸与第一表面和第二表面中的另一表面的尺寸之比为0.9或更小。
21.如权利要求20所述的磁记录介质，其中，第一表面和第二表面中的一个表面的尺寸与第一表面和第二表面中的另一表面的尺寸之比为0.1～0.5。
22.如权利要求19所述的磁记录介质，其中，所述磁点具有截圆锥形、截棱锥形、锥形、反转的截圆锥形和反转的截棱锥形中的至少一种形状。
23.如权利要求19所述的磁记录介质，其中，所述磁点由从由CoPt、CoPd、CoNi、CoTb、FePt、FePd、CoFeTb、CoFeGd、CoFeDy、CoFeHo和CoFeNb组成的组中选择的至少一种材料形成。
24.如权利要求19所述的磁记录介质，其中，所述磁点规则地排列。
25.如权利要求19所述的磁记录介质，其中，所述第二层形成在基底上，所述第一层形成在第二层上。
26.如权利要求19所述的磁记录介质，其中，所述第一层形成在基底上，所述第二层形成在第一层上。
27.如权利要求19所述的磁记录介质，其中，所述第一层由从由CoPt、CoPd、CoNi、CoTb、FePt、FePd、CoFeTb、CoFeGd、CoFeDy、CoFeHo和CoFeNb组成的组中选择的磁性材料形成。
28.如权利要求19所述的磁记录介质，其中，所述第二层由从由NiFe、CoFe、Ni、Fe、Co组成的组中选择的磁性材料以及这些材料的合金形成。
29.如权利要求19所述的磁记录介质，还包括：在基底和记录层之间的晶种层、软磁下层和中间层。
30.如权利要求19所述的磁记录介质，其中，所述磁点具有垂直磁各向异性。
31.一种制造磁记录介质的方法，包括：
在基底上形成模制层，所述模制层是无磁性的；
将所述模制层图案化，以形成提供多个沟槽的图案，所述沟槽的顶面的尺寸不等于底面的尺寸；
用磁性材料填充所述沟槽以形成磁点，每一磁点具有所述沟槽的形状，
其中，所述图案形成将磁点彼此隔离的无磁区，
其中，每一磁点具有两个表面，所述两个表面相对，其中，两个表面中的一个表面的尺寸不等于两个表面中的另一个表面的尺寸，并且各个磁点的侧壁相对于基底表面形成不等于90度的角，
其中，所述两个表面中的一个表面为磁点接触基底的底面，所述两个表面中的另一个表面是和所述两个表面中的一个表面相对侧的顶面，
形成磁点的步骤包括：顺次施加具有不同磁各向异性常数的多种磁性材料以形成磁点，所述磁点的每一个是多个层的层压，其中，所述磁点由第一层和第二层交替堆叠形成，所述第一层具有105J/m3至107J/m3的磁各向异性常数，所述第二层具有102J/m3至103J/m3的磁各向异性常数。
32.如权利要求31所述的方法，还包括：去除所述图案，并施加无磁性材料以形成将磁点彼此隔离的无磁区。
33.如权利要求31所述的方法，其中，使用从由纳米压印光刻方法、照相光刻方法、电子束光刻方法、全息光刻方法和X射线光刻方法组成的组中选择的一种方法形成所述图案。
34.如权利要求31所述的方法，其中，两个表面中的一个表面的尺寸与另一个表面的尺寸之比为0.9或更小。
35.如权利要求34所述的方法，其中，两个表面中的一个表面的尺寸与另一表面的尺寸之比为0.1～0.5。
36.如权利要求31所述的方法，其中，所述磁点具有截圆锥形、截棱锥形、锥形、反转的截圆锥形和反转的截棱锥形中的至少一种形状。
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