CN101339775A - 垂直磁记录介质以及磁记录装置 - Google Patents

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CN101339775A CNA2008101319803A CN200810131980A CN101339775A CN 101339775 A CN101339775 A CN 101339775A CN A2008101319803 A CNA2008101319803 A CN A2008101319803A CN 200810131980 A CN200810131980 A CN 200810131980A CN 101339775 A CN101339775 A CN 101339775A
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Abstract

本发明涉及一种垂直磁记录介质以及磁记录装置。根据一个实施例，一种垂直磁记录介质包括：基底(1)；以及形成在所述基底(1)上的第一磁性层(5)和第二磁性层(7)，其中假定对于所述第一和第二磁性层(5，7)，单轴磁各向异性常数分别是Ku1和Ku2，饱和磁化分别是Ms1和Ms2，各向异性磁场分别是Hk1和Hk2，以及厚度分别是t1和t2，则满足以下条件：Ku1和Ku2为3×106erg/cc以上，Ms1小于Ms2，Hk1大于Hk2，并且t1大于t2。

Description

垂直磁记录介质以及磁记录装置
技术领域
本发明的一个实施例涉及一种垂直磁记录介质以及一种具有该垂直磁记录介质的磁记录装置。
背景技术
为了增大硬盘驱动器(HDD)的记录密度，需要减小在磁记录介质上一个位(bit)的大小。为了允许即使在位大小被减小时也能正确地读出信号，需要减小构成磁记录层的磁性晶粒的尺寸。然而，当晶粒尺寸减小时，为保持所记录的磁化方向所必需的能量与晶粒的体积成比例地减小。当该能量接近室温下的热能时，磁化会反转，而不能用磁头记录(热波动现象)。
为了防止该现象，可以考虑增大每单位体积的磁化反转所必需的能量(单轴磁各向异性能量；Ku)。在这种情况下，由于记录所必需的磁头磁场基本上与Ku成比例，除非磁头磁场根据Ku的增大而增大，否则不可能充分记录。然而，由于目前磁头的饱和磁通密度几乎接近物理极限，并且磁头的磁极尖端(pole tip)尺寸也随着位的大小的减小而减小，因此要提高磁头的记录能力相当困难。
由此，在目前情况下，为了提高记录密度而减小晶粒尺寸的企图带来记录上的困难。因此，需要这样的一种方法，以减小记录所必需的磁场，同时提高热波动耐性。
最近，提出了一种被称为复合介质的方案，该复合介质具有柱状晶粒，该柱状晶粒包括硬磁性(高Ku)区域和软磁性(低Ku)区域，其中这两个区域通过合适的相互作用强度而耦合(参见R.H.Victora et al.，IEEETransactions on Magnetics，Vol.41，p.537)。在施加外部磁场时，在该结构中两个区域不同时反转，这是因为两个区域不直接交换耦合。即，软磁性区域的磁化开始旋转，在其旋转一定角度后，其通过合适的相互作用对硬磁性区域施加力，从而使硬磁性区域的磁化旋转，由此这两个区域被反转。当这两个区域直接交换耦合时，一旦施加外部磁场，这两个区域在对应于平均Ku的磁场(矫顽力)下同时反转。然而，已有报导说，如果适当地减弱交换耦合，则这两个区域在比上述磁场小的磁场(矫顽力)下反转。有许多关于实际制造的复合介质以及对其性能的评价的报导(参见例如J.P.Wang et al.，IEEE Transactions on Magnetics，Vol.41，P.3181)。所有的报导都是基于最初的提案，并且因此软磁性区域被用作这两个区域之一。
与这两个区域直接耦合的情况相比，在这两个区域之间的耦合适当减弱的情况下，矫顽力当然会减小，但矫顽力的减小程度取决于各区域的Ku和饱和磁化Ms，而不取决于耦合强度。在这种情况下，大致而言，矫顽力主要由用层厚度加权的Ku的平均值决定。
假定磁头磁场已经处于上限，当矫顽力(反转磁场)被设定为在可记录范围内的最大值时，复合介质中Ku的平均值几乎是自动确定的，因此，每个Ku值如何被分配到这两个区域成为重要的。
根据所谓的复合介质的构思，如果软磁性区域的Ku近似为零，则硬磁性区域的Ku可以是没有软磁性区域时的值的两倍。换句话说，复合介质使得能够使用具有较高Ku的硬磁性层。然而，复合介质的平均Ku被设置为明显小于硬磁性层的Ku。
另一方面，在作为目前可得到的垂直HDD介质的主流的CoCrPt-氧化物颗粒状硬磁性层中，可以通过减少Cr来增大Ku，但是通过增加Cr，可以改善SNRm(介质的信噪比)，并且可以降低Ms。这样，使得Cr组分相当高，并且Ku被控制在4×106erg/cc的量级。虽然已经考虑使用提供相当高Ku的材料例如FePt合金，但预期该合金不能提供像CoCrPt记录层那么高的SNRm。在这种情况下，要提高硬磁性层的Ku实质上很难。
除了以上的垂直磁记录介质外，还提出了在磁记录层中使用两个磁性层的方案(参见日本专利申请KOKAI No.2003-168207和No.2006-48900)。然而，这些介质尚未实现具有高的热稳定性以及减小的记录磁场和改善的信噪比。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种具有高的热稳定性以及减小的记录磁场和改善的信噪比的垂直磁记录介质。
根据本发明的一个方面，提供一种垂直磁记录介质，包括：基底；以及形成在所述基底上的第一磁性层和第二磁性层，其中假定对于所述第一和第二磁性层，单轴磁各向异性常数分别是Ku1和Ku2，饱和磁化分别是Ms1和Ms2，各向异性磁场分别是Hk1和Hk2，以及厚度分别是t1和t2，则满足以下条件：Ku1和Ku2为3×106erg/cc以上，Ms1小于Ms2，Hk1大于Hk2，并且t1大于t2。
本发明可以提供具有高的热稳定性以及减小的记录磁场和改善的信噪比的垂直磁记录介质。
附图说明
并入且构成说明书的一部分的附图示例本发明的实施例，并且与以上给出的概括说明和以下给出的对实施例的详细说明一起，用于解释本发明的原理。
图1是根据本发明的一个实施例的垂直磁记录介质的截面图；
图2是根据本发明的一个实施例的磁记录装置的部分分解透视图；
图3是实例1中的垂直磁记录介质的磁化曲线；
图4是示出实例1中的垂直磁记录介质的剩余矫顽力与倾角的关系的曲线图；
图5是示出实例1中的垂直磁记录介质的矫顽力与扫描时间的关系的曲线图；
图6是比较实例1中的垂直磁记录介质的磁化曲线；
图7是实例2中的不具有非磁性中间层的垂直磁记录介质的磁化曲线；
图8是实例2中的具有厚度为2nm的非磁性中间层的垂直磁记录介质的磁化曲线；
图9是示出对于实例2中的垂直磁记录介质，Hc和Hs与中间层厚度的关系的曲线；
图10是示出对于实例3中的垂直磁记录介质，Hc和Hs与SiO2组分的关系的曲线；以及
图11是示出对于实例4中的垂直磁记录介质，Hc和Hs与第二磁性层厚度的关系的曲线。
具体实施方式
下文中，将参考附图说明根据本发明的各种实施例。
在磁性层中由Ku所预期的反转磁场的大小用2Ku/Ms表示，并且称为各向异性磁场(Hk)。复合介质的决定性的点是软磁性区域的磁化首先反转的点。虽然从易于反转的方面而言优选接近0的Ku值以使Hk近似为零，但是当Hk相对于Ms较小时，软磁性区域可以首先反转，而不受不总是接近零的Ku的限制。
因此，本发明人建议使用具有高Ms和低Hk的“硬”磁性层作为第二磁性层，替代在复合介质中的软磁性层，同时将第一磁性层基本上维持为当前使用的CoCrPt-氧化物颗粒状硬磁性层。
降低第二磁性层的Hk允许首先发生该层的磁化反转，这加速了第一磁性层的磁化反转，并且可以预期减小反转磁场(矫顽力或记录所必需的磁头磁场)。与假定这两个区域中的每一个具有一个磁矩的简单理论计算不同，实际介质中的每种区域由一组相当多的微小部分(atom)即磁矩构成。因此，由于在该区域中磁矩的方向不一致，即使当这两个区域直接交换耦合时，低Hk区域中的磁化的旋转也是在远离两个区域的界面的部分处开始。当通过在两个磁性层之间设置非磁性的中间层而减弱两个磁性层之间的相互作用时，可以进一步减小记录所必需的磁场。
当第二磁性层具有或多或少地高于第一磁性层的Ku时，复合介质的热稳定性可以与平均Ku的增大相应地提高。虽然当第二磁性层的Ku与第一磁性层的Ku为同一量级或者比第一磁性层的Ku稍低时复合介质的热稳定性可以为相同量级或者稍微减低，但是当Ku处于10的六次方量级时，可以通过减薄第二磁性层或者通过调整第一磁性层的Ku来防止热稳定性的降低。如果第一和第二磁性层都具有3×106erg/cc以上的Ku，那么可以预期高的热稳定性，而不牺牲厚度的自由度。
因此，通过该方法，可以使用具有良好SNRm的CoCrPt-氧化物的颗粒状硬磁性层，用于在维持期望的热波动耐性的同时降低记录所必需的磁场(或用于改善重写(OW)特性)，或者用于在维持记录所必需的磁场的同时改善热波动耐性。
根据本发明，通过形成具有第一和第二磁性层的两层的垂直记录层，并且设定这样的条件，即Ku1和Ku2为3×106erg/cc以上，Ms1＜Ms2，Hk1＞Hk2，并且t1大于t2，可以提供在介质噪声、热稳定性和重写特性方面改善的磁记录介质以及在面记录密度方面改善的磁记录装置。
下面将更详细地描述本发明的实施例。
图1是根据本发明一个实施例的垂直磁记录介质的截面图。垂直磁记录介质具有这样的结构，其中，在基底1上，层叠软磁性衬层(underlayer)2、籽晶(seed)层3、非磁性衬层4、第一磁性层5、非磁性中间层6、第二磁性层7和保护层8。软磁性衬层2包括软磁性下层2a、非磁性中间层2b以及软磁性下层2c。下面将描述用于它们的合适材料。
<基底>
可用的基底的实例包括玻璃基底、Al基合金基底、陶瓷基底、碳基底和具有氧化的表面的Si单晶基底。玻璃基底的材料的实例包括非晶玻璃和结晶玻璃。可用的非晶玻璃的实例包括通用的钠钙玻璃和铝硅酸盐玻璃。结晶玻璃的实例包括锂基结晶玻璃。陶瓷基底的实例包括包含通用的氧化铝、氮化铝和氮化硅作为主要成分的烧结体及其纤维强化产品。可选地，可以将具有这样的表面的金属或非金属基底用作基底，在该表面上通过镀敷或溅射形成NiP层。
<软磁性衬层>
本发明提供一种包括具有高磁导率的软磁性衬层和形成在该软磁性衬层上的垂直磁记录层的所谓的垂直双层介质。在垂直双层介质中的软磁性衬层担当磁头的功能的一部分，通过该部分功能，使得用于磁化垂直磁记录层的来自磁头例如单磁极磁头的记录磁场沿水平方向流动，并且使其环流(circulate)到磁头侧。软磁性衬层用于对磁记录层施加急剧(steep)且充分的垂直磁场，以改善读/写效率。
可以将包含例如Fe、Ni和Co的材料用于软磁性衬层。这些材料的实例包括：FeCo基合金，例如FeCo和FeCoV合金；FeNi合金，例如FeNi、FeNiMo、FeNiCr和FeNiSi合金；FeAl基合金和FeSi基合金，例如FeAl、FeAlSi、FeAlSiCr、FeAlSiTiRu和FeAlO合金；FeTa基合金，例如FeTa、FeTaC和FeTaN合金；以及FeZr基合金，例如FeZrN合金。也可以使用这样的材料，该材料具有包含60原子％以上的Fe的FeAlO、FeMgO、FeTaN或FeZrN的微细结晶结构或者其中微细晶体颗粒分散在基质中的颗粒状结构。
可用的软磁性衬层的其它材料为包含Co以及Zr、Hf、Nb、Ta、Ti和Y中的至少一种的Co合金。Co含量优选为80原子％以上。当通过溅射沉积膜时，这样的Co合金倾向于形成非晶层，并且由于非晶软磁性材料不包含结晶各向异性、晶体缺陷和晶粒边界，这样的Co合金呈现非常优良的软磁性。这样的非晶软磁性材料的实例包括包含钴作为主要成分和锆作为亚成分的合金，例如CoZr合金，如CoZr基、CoZrNb基和CoZrTa基合金。还可以将硼添加到以上材料中，以允许容易地形成非晶结构。
当将非晶材料用于软磁性衬层时，与非晶基底类似地，该层几乎不对形成在其上的金属层的晶体取向施加直接影响。因此，即使通过改变材料，磁记录层的结构和结晶性也不会受到很大影响，并且可以预期基本上相同的磁特性和读/写特性。当该改变为与CoZr基合金相比仅仅第三元素不同的程度，则由于饱和磁化(Ms)、矫顽力(Hc)和磁导率(μ)也很小，可以获得近似相同的磁特性和读/写特性。
如图1中所示，软磁性衬层可以由包含软磁性下层、反铁磁性耦合层和软磁性上层的三层结构构成，以便软磁性下层和软磁性上层被反铁磁性耦合。
<籽晶层>
可以在本发明的垂直磁记录介质中在软磁性衬层与非磁性衬层之间设置籽晶层。设置籽晶层可以通过非磁性衬层改善磁记录层的结晶粒度和结晶取向。只要通过上述改善可以减薄非磁性衬层，则通过减小磁头与软磁性衬层之间的距离(间距)，也可以改善读/写特性。由于当籽晶层具有软磁性特性时籽晶层可以用作软磁性衬层，这样的籽晶层有利于进一步减小磁头与软磁性衬层之间的距离。
籽晶层的厚度优选为0.1至20nm，更优选为0.2至10nm。当该层具有单原子层或更小的平均厚度时，即使通过将该层沉积为完全均匀的层，籽晶层也不形成为完全连续的层，但是，即使当该层具有其中该层为如小岛的点状的结构时，也可以预期改善结晶粒度和结晶取向的效果。另一方面，虽然当籽晶层是具有优良特性的软磁性材料时就间距而言没有最大厚度的限制，但当籽晶层不具有磁性时，间距仅仅增大。(29)
由于容易提高非磁性衬层的结晶取向，hcp和fcc结构的金属作为籽晶层的材料是有利的，但是，即使当使用bcc结构的金属时，也预期基于具有该衬层的晶体结构的不同来减小非磁性衬层的结晶粒度的效果。虽然籽晶层不总是必需的，但如果必要，籽晶层的合适材料可包含选自例如Pd、Pt、Ni、Ta和Ti以及其合金的至少一种。这些材料可以被混合，不同元素可以被混合，或者这些材料可以被层叠，以进一步改善特性。
<非磁性衬层>
可以将例如Ru用于非磁性衬层。优选Ru的原因在于，其具有与作为记录层的主要成分的Co相同的hcp结构，且与Co的晶格失配不太大，并且粒度小，且晶粒容易生长为柱状。
增大在沉积期间的Ar气体压力允许粒度较微细，并且允许改善粒度的分散，从而加速晶粒的分离。在这种情况下，会劣化结晶取向。通过可以选择地与可能改善结晶取向的Ru的沉积组合，补偿该缺点。优选降低在沉积的前半时期的气体压力，并且提高在沉积的后半时期的气体压力。只要后半时期的气体压力相对高于前半时期的气体压力，就可以预期相同的效果，并且10Pa以上的压力是可接受的。关于用于沉积各层的气体压力比率，当优先考虑结晶取向时，将在较低压力下沉积的层形成为厚的，而当优先考虑粒度的减小时，将在较高压力下沉积的层形成为厚的。
通过添加氧化物，可以进一步加速晶粒的分离。特别优选将选自氧化硅、氧化铬和氧化钛的至少一种作为氧化物。
非磁性衬层的厚度优选为2至500nm，更优选为4至30nm。当衬层过薄时，不形成令人满意的连续层，并且不仅在Ru衬层中而且在其他衬层中，几乎不能提高结晶度。因此，很难改善在衬层上形成的磁记录层的微细结构。通过将衬层形成为厚的，可以容易地提高结晶度，并且可以容易地增大其上的磁记录层的矫顽力。然而，由于间距的增大，过厚的衬层会引起磁头的记录能力和记录分辨率的劣化。
虽然以上主要描述了Ru的使用，但即使当将fcc结构的金属用于非磁性衬层时，通过允许非磁性衬层具有(111)取向，也可使Co基记录层具有hcp(00.1)取向。因此，通过考虑与Co的晶格失配，可以利用例如Rh、Pd和Pt。也可以利用由选自Ru、Rh、Pd和Pt的至少一种以及选自Co和Cr的至少一种构成的合金。此外，可以添加选自B、Ta、Mo、Nb、Hf、Ir、Cu、Nd、Zr、W和Nd的至少一种。
<垂直磁记录层>
用于本发明中的第一磁性层为例如铁磁性层，并且饱和磁化Ms优选在200≤Ms＜700emu/cc的范围内。
例如，可以使用CoPt基合金作为本发明的第一磁性层。从提供高的单轴结晶磁各向异性Ku的观点，CoPt基合金中的Co和Pt的比例优选为2∶1至9∶1。优选地，CoPt基合金还包含Cr。
优选地，第一磁性层还包含氧。可以作为氧化物来添加氧。合适的氧化物为选自氧化硅、氧化铬和氧化钛的至少一种。利用这种氧化物，使得第一磁性层具有所谓的颗粒状结构，该颗粒状结构包含包括Co的磁性晶粒和包括围绕晶粒的非晶氧化物的晶界。
磁性晶粒优选具有柱状结构，该柱状结构垂直地贯穿垂直磁记录层。通过形成这样的微细结构，可以改善垂直磁记录层中的磁性晶粒的结晶取向和结晶度，从而可以提供适于高密度记录的读出信噪比(S/N比)。
用于获得这样的微细结构的氧化物含量优选为相对于Co、Cr和Pt的总量的3mol％至20mol％，更优选为5mol％至18mol％。优选垂直磁记录层的氧化物含量的上述范围，这是因为在形成该层之后，在磁性晶粒周围形成具有弱磁性或者几乎没有磁性的非晶晶界，并且非晶晶界用于磁性晶粒的隔离和尺寸减小。
当第一磁性层的氧化物含量超过20mol％时，氧化物残留在磁性晶粒中，从而劣化磁性晶粒的取向和结晶度，同时，氧化物在磁性晶粒之上和之下沉淀。结果，倾向于阻止形成垂直贯穿垂直磁性记录层的磁性晶粒的柱状结构。另一方面，当氧化物含量低于3mol％时，磁性晶粒的隔离和尺寸减小变得不充分。结果，在读出中的噪声比例增大，呈现使得不能获得适于高密度记录的信噪比(S/N比)的趋势。
第一磁性层的Cr含量优选为2原子％至30原子％。当Cr含量在上述范围内时，磁性晶粒的单轴结晶磁各向异性常数Ku不会非常大幅地减小，从而能够维持高磁化。结果，易于获得适于高密度记录的读/写特性和足够的热扰动特性。超过30原子％的Cr含量由于磁性晶粒的小Ku而使热波动特性劣化，并且作为降低的磁化的结果，读出信号输出劣化，从而读/写特性倾向于劣化。
第一磁性层的Pt含量优选为10原子％至25原子％。在上述范围内确定Pt含量的原因在于，其适宜于获得垂直磁记录层所必需的Ku，适宜于改善磁性晶粒的结晶度和取向，适宜于获得适于高密度记录的热波动特性和读/写特性。
当Pt含量超过25原子％时，在磁性晶粒中形成fcc结构的层，并且晶粒的结晶度和取向趋向于劣化。另一方面，当Pt含量低于10原子％时，Ku倾向于偏离为获得适于高密度记录的热波动特性所必需的范围。
除了主要成分例如Co、Cr、Pt和氧化物以外，第一磁性层可以包含选自B、Ta、Mo、Cu、Nd、W、Nb、Sm、Tb、Ru和Re的至少一种或多种元素作为亚成分。包含上述元素允许加速磁性晶粒的尺寸减小或者改善结晶度和取向，从而使得能够提供适于高密度记录的读/写特性和热波动特性。
亚成分的总量优选为8原子％以下。当它们的含量超过8原子％时，通过在磁性晶粒中形成hcp相以外的相，磁性晶粒的结晶度和取向受到干扰，结果，第一磁性层倾向于不能获得适于高密度记录的读/写特性和热波动特性。
除了上述合金之外，第一磁性层可以为CoPt基合金、CoCr基合金、CoPtCr基合金、CoPtO基合金、CoPtCrO基合金、CoPtSi基合金或CoPtCrSi基合金的其它合金，或者具有由包含选自Pt、Pd、Rh和Ru的至少一种作为主要成分的合金层和Co层构成的多层结构以及通过将Cr、B或O添加到上述多层结构而制备的CoCr/PtCr、CoB/PdB或CoO/RhO的多层结构。不管怎样，由于Co具有有单轴结晶磁各向异性的hcp结构且允许容易地获得高矫顽力，垂直磁记录层优选包含Co作为主要成分。
与常规复合介质不同，用于本发明的第二磁性层是硬磁性层，并且优选具有在700≤Ms≤1422emu/cc范围内的饱和磁化Ms。由于在实际使用的CoCrPt-氧化物颗粒状硬磁性层的膜中的平均Ms低于700emu/cc，因此当Ms为700emu/cc以上时，认为第二磁性层具有较高的Ms。虽然当可形成纯Co的理想连续层时期望与体相同的1422emu/cc的Ms，但当形成非磁性晶界时，膜中的平均Ms会与晶粒的充填密度成比例地减小。例如，当在50％的充填密度下使用纯Co时，Ms变为711emu/cc。这样，膜中的平均Ms根据沉积条件和第一磁性层的结构而变化。
由于第二磁性层需要高Ms和高Ku，优选使用Co作为主要成分，同时由于Ms倾向于大幅降低而不优选使用Cr。可以使用CoPt合金，这是因为，当将Pt添加到Co中时，Ms的降低与Pt的组成近似成比例，并且Pt能够提高Ku。Pt含量优选为0原子％至25原子％。由于第二磁性层可以为纯Co，Pt含量可以为0原子％。如果Pt含量超过25原子％，在磁性晶粒中形成fcc结构的层，从而倾向于劣化hcp-CoPt合金的结晶度和取向。Pd呈现与Pt相同的倾向。第二磁性层可以包含选自B、Ta、Mo、Cu、Nd、W、Nb、Sm、Tb、Ru和Re的至少一种或多种元素作为亚成分。包含上述元素允许加速磁性晶粒的尺寸减小或者改善结晶度和取向。
第一和第二磁性层的单轴磁各向异性常数Ku1和Ku2为3×106erg/cc以上。
第一磁性层的厚度优选为3至40nm，更优选为5至20nm。该范围允许磁记录装置作为更适于高密度记录的装置而工作。当第一磁性层的厚度小于3nm时，由于低的结晶取向、不充分的隔离和过低的读取输出，噪声成分倾向于较高。另一方面，当第一磁性层的厚度超过40nm时，由于过高的读取输出，波形倾向于变形。第二磁性层优选具有1至10nm的厚度。
垂直磁记录层的矫顽力优选为237,000A/m(3,000Oe)以上。当矫顽力低于237,000A/m(3,000Oe)时，热波动耐性倾向于差。
垂直磁记录层的垂直度(perpendicular squareness)(Mr/Ms)优选为0.8以上。当垂直度小于0.8时，热波动耐性倾向于差。
<保护层>
保护层保护垂直磁记录层不受侵蚀，并且当磁头接触介质时，保护介质表面不受损伤。保护层材料的实例包括C、SiO2和ZrO2。保护层的厚度优选为1至10nm。由于减小了磁头与介质之间的距离，因此该厚度是对于高密度记录有利的。
可以在保护层上设置润滑层(未示出)。可用于润滑层的实例包括本领域公知的材料，例如全氟聚醚、氟化醇、氟化羧酸。
<磁记录装置>
图2是示出本实施例的磁记录装置的实例的部分放大的透视图。
如图中所示，作为盘装置的硬盘驱动器(下文中称为HDD)具有矩形箱状的外壳110和顶盖(未示出)，外壳110具有开口的顶面，顶盖用于通过用螺钉固定到该盖上而封闭外壳的开口顶面。
在外壳110中容纳作为记录介质的磁盘112、主轴电动机113、磁头133、磁头致动器114、音圈电动机(下文中称为VCM)116、斜坡加载机构118、惯性闩锁机构120和柔性印刷电路板单元(下文中称为FPC单元)117。主轴电动机113支撑和旋转磁盘112。磁头133从磁盘读取数据并在磁盘上写入数据。读头是例如单磁极类型。磁头致动器114支撑磁头133，以便其根据本发明在磁盘112上方自由移动。VCM 116通过允许磁头致动器围绕枢轴124旋转而定位磁头致动器。当磁头移动到磁盘的最外周时，斜坡加载机构118使得磁头133保持在远离磁盘112的位置处。当例如HDD受到冲击时，惯性闩锁机构120使得磁头致动器保持在卸载(unload)位置处。FPC单元具有安装在其上的电子部件例如前置放大器。
用于通过FPC单元117控制主轴电动机113、VCM 116和磁头的行为的印刷电路板(未示出)用螺钉固定在外壳110的外表面上，并且被设置为朝向外壳的底壁。
具有磁记录层的磁盘112形成为例如具有65mm(2.5英寸)的直径。磁盘112被安装到主轴电动机113的轮毂(未示出)上，同时其被夹紧弹簧121夹紧。利用主轴电动机113作为驱动单元，使磁盘112以预定速度旋转。
磁头133是形成在近似矩形的滑块(未示出)上的所谓的复合磁头。磁头133具有单磁极结构的写头和使用GMR膜或TMR膜的读头。利用在悬架132的端部形成的万向接头使得滑块与磁头一起被固定。
下面将描述本发明的实例。
[实例1]
<垂直磁记录介质的制造>
制备洗净的盘状玻璃基底(由OHARA Co.制造，外径：2.5英寸)，作为非磁性基底。将该玻璃基底置于磁控溅射装置(商品名：C-3010，由CANON ANELVA Co.制造)的沉积室中，并且在将沉积室抽真空至2×10-5Pa以下的降低的压力之后，除非另有说明，如下在约0.6Pa的气体压力下在Ar气氛中执行磁控溅射。
在非磁性基底上，依次沉积具有30nm厚度的CoZrNb合金层、具有0.7nm厚度的Ru层和具有30nm厚度的CoZrNb合金层，作为软磁性衬层。这两个CoZrNb层通过形成在其间的Ru层反铁磁性耦合。然后在CoZrNb层上形成具有6nm厚度的Pd籽晶层。随后，在形成具有10nm厚度的Ru层且将氩气体压力增大到6Pa之后，进一步层叠具有10nm厚度的Ru层，以形成具有20nm总厚度的非磁性衬层。然后，依次层叠第一磁性层、非磁性中间层和第二磁性层，以形成垂直磁记录层。
通过使用(Co-16原子％Pt-10原子％Cr)-8mol％SiO2的复合靶，在6Pa的压力下，在Ar气氛中溅射，以15nm的厚度形成第一磁性层。其厚度为15nm。
沉积具有1nm厚度的Pt层，作为非磁性中间层。
通过共溅射Co和SiO2的独立靶，将第二磁性层形成为具有3nm厚度的Co-30体积％SiO2(设计值)的层。虽然由于可以容易地改变组成的原因而使用共沉积，但在没有任何放电时延的可能性的情况下，并且从组成的均匀性、再现性、颗粒产生等方面的观点，使用复合靶被认为是优选的。
随后，沉积具有6nm厚度的碳保护层。在如上所述层叠从衬层到保护层的层之后，从沉积室中取出基底，并且通过浸渍在保护层上形成具有1.5nm厚度的由全氟聚醚制成的润滑层，从而获得垂直磁记录介质。除了未在图中示出润滑层之外，所获得的垂直磁记录介质具有图1的配置。
<截面TEM(透射电子显微镜)测量>
通过截面TEM来观测垂直磁记录介质的截面，以研究所获得的垂直磁记录介质的微细结构。由于在电子束的透射方向上晶粒的重叠，几乎不能通过截面TEM来评价粒度。然而，Ru衬层的粒度似乎为8至10nm，并且在第一磁性层中观测到由氧化物形成的非晶晶界的形成以及晶粒的尺寸减小。虽然主要由于层的厚度过小而几乎不能分辨在第一磁性层上的非磁性中间层与第二磁性层之间的界面，但可以观测到柱状晶粒从Ru衬层外延生长到第二磁性层。
<读/写特性的测量>
使用读/写分析仪和自旋台(spin stand)(由GUZIK Co.制造)，评价读/写特性。
用于垂直记录的复合磁头被用于信息的读/写，其中复合磁头具有巨磁阻(GMR)读取元件和单磁极(屏蔽磁极)写入单元，该单磁极写入单元如此形成，以便辅助磁极延伸到主磁极附近。虽然在此使用屏蔽磁极型的写入单元，但也可以使用具有远离主磁极的辅助磁极的单磁极型的常规磁写入元件。虽然使用CoFeNi作为写入磁极的材料，但可以使用例如CoFe、CoFeN、NbFeNi、FeTaZr和FeTaN的材料。还可以将附加元素添加到这些作为主要成分的磁性材料中。
当测量垂直记录介质的重写特性和读出信号与介质噪声比率时，分别获得-44.3dB和22.2dB的良好值。
在此使用的重写特性被定义为“(当在以60 kFCI的线性记录密度写入的数据上以450 kFCI的线性记录密度写入数据时60 kFCI数据的读出信号强度)/(60 kFCI数据的原始读出信号强度)的比率”，并且是原始数据被干净地擦除或者数据被重写的程度的指标(下文中称为OW)。读出信号与介质噪声比率是指“(当以75 kFCI的线性记录密度记录数据时的信号幅度)/(当以900 kFCI的线性记录密度记录数据时的介质噪声)的平方平均”的比率(下文中称为SNRm)。
<磁化曲线的测量>
为了研究所获得的垂直磁记录介质的磁特性，使用极性(polar)Kerr效果评价装置(由NEO-ARC Co.制造)、振动探针式磁强计(VSM)(由RIKEN DENSHI Co.制造)以及矢量VSM(由ADE TECHNOLOGIES Co.制造)，测量磁化曲线。
极性Kerr效果评价装置能够测量本身具有软磁性衬层的垂直磁记录介质的磁化曲线，但不能测量饱和磁化Ms。由于VSM测量垂直磁记录层以及软磁性衬层，这两个层都不必单独评价。因此，当用VSM测量Ms时，不沉积软磁性衬层。替代地，使用在其上形成基本上没有磁性的NiTa层的样品，以获得几乎相同的磁化曲线。
除非另有说明，以下的磁化曲线中的任何一者都是在与膜平面垂直的方向上的测量结果。用于测量主循环(loop)的标准扫描时间对于极性Kerr效果评价装置而言为45秒，对于VSM而言为3分钟，而对于矢量VSM而言为40分钟。
图3示出根据实例1的垂直磁记录介质的磁化曲线。实线代表测量结果，而方块线图和三角线图代表计算结果(计算方法将在下文中描述)。垂直度(Mr/Ms)近似为1，并且M开始降低处的磁场(Hn)高达2至3kOe，而饱和磁场Hs(完成所有晶粒的反转的磁场)小达10kOe。这意味着作为垂直磁记录介质的介质的特性非常优良。
图4示出当通过改变所施加的外部磁场偏离垂直方向的角度而测量根据实例1的垂直磁记录介质的剩余磁化曲线时剩余矫顽力(Hcr)与磁场角度之间的关系的结果。三角线图示出测量结果，而其它测量结果将在下文中描述。虽然为了便于与其它测量结果比较而使结果被0°处的值所归一化，但可以看出，在约70°以上的角度处的剩余矫顽力(Hcr)大于在0°的角度处的剩余矫顽力。由于在最初提出的复合介质(R.H.Victora et al.，IEEE Transactions on Magnetics，Vol.41，p.537)的计算结果中示出了倾角相关性，通过该倾角相关性，随着角度从0°增加，Hcr连续增加，因此，Hcr似乎呈现接近上述报导的结果的倾向。
图5示出了根据实例1的垂直磁记录介质的矫顽力Hc与扫描时间的关系。三角线图示出测量结果。其它测量结果将在下文中描述。使用所谓的Sharrock等式(M.P.Sharrock，IEEE Transactions on Magnetics，Vol.35，p.4414)对该结果进行拟合，以确定在接近利用磁头的磁化反转速度的1ns处的矫顽力H0以及作为热波动耐性的指标的vKu/kT(其中v是活化体积(磁化反转的最小单位的平均值)，Ku是单轴磁各向异性常数，k是玻耳兹曼常数，以及T是绝对温度)。获得H0＝8.4Oe和vKu/kT＝112的值。由于根据在HDD中所记录的磁化的保持时间，认为vKu/kT的下限为约60，因此，表明垂直磁记录介质的热波动耐性足够高。
[比较实例1]
除了不沉积非磁性中间层和第二磁性层以外，以与实例1相同的方式制造垂直磁记录介质。
当与实例1相同地测量所获得的垂直磁记录介质的读/写特性时，对于OW和SNRm，分别获得-24.0dB和20.5dB的值。虽然OW的值不足以记录，但与其中可以充分记录的情况相比，就SNRm的降低倾向而言，比较实例1本身的潜力未必比实例1的差。然而，如果存在SNRm的降低，由于可以认为由实例1中的非磁性中间层和第二磁性层的设置而引起的SNRm的降低是很小的，可以在实例1中获得较高的SNRm和OW的改善。
图6示出根据比较实例1的垂直磁记录介质的磁化曲线的测量结果。实线代表测量结果，而方块线图和三角线图代表计算结果(计算方法将在下文中描述)。虽然垂直度(Mr/Ms)近似为1且Hn比实例1中的大是合理的，但对于利用在该实例中使用的磁头充分记录而言，7kOe以上的Hc和约13kOe的Hs似乎太大了。因此，认为OW被劣化。
根据比较实例1的垂直磁记录介质的剩余矫顽力Hcr的倾角相关性由图4中的菱形线图(虚线)表示。85°角处的Hcr近似为1，并且表明该曲线以45°角为中心对称地向下降低。由于在具有单轴磁各向异性的单磁畴晶粒的磁化反转模型(Stoner-Wohlfarth模型)中在45°处Hcr的相对值为0.5，因此，虽然可能存在一些非理想部分，但可以认为磁记录层的磁晶粒整体形成了单个磁畴。
相反地，虽然如上所述，在较大角度侧，实例1中的归一化Hcr呈现比大于比较实例1中的归一化Hcr的倾向，但是考虑到在最初提出的复合介质(R.H.Victora et al.，IEEE Transactions on Magnetics，Vol.41，p.537)的计算结果中，0°处的Hcr是80°处的Hcr的3.5倍的事实，实例1的角度相关性似乎与由SW模型近似的比较实例1中的角度相关性类似。
当Hcr的角度相关性有很大差异时，在来自磁头的磁场容易延伸的十字跟踪(cross-track)方向上，预期在记录位的边缘处会出现明显的变化。然而，在实例1和比较实例1中实际观测到的记录磁道宽度的变化不大于由OW的差异所预测的变化。虽然可以认为在面内方向上具有相对高磁场的屏蔽磁极型写入元件中，在线性方向上的分辨率容易受到影响，但也没有观测到明显的分辨率变化。这意味着，关于读/写特性，实例1中的角度相关性可以被理解为与比较实例1中的角度相关性类似。这似乎是相当优选的，因为可以使用基于在SW模型中的磁化反转而设计的当前可用磁头，而不进行大的修改。
在图5中由菱形线图(虚线)示出了根据比较实例1的垂直记录介质的矫顽力Hc与扫描时间的关系。作为与实例1中相同的拟合的结果，获得H0＝11.5kOe和vKu/kT＝108，这意味着热波动耐性与实例1中的大致相同。虽然由于经常通用而在此使用“vKu”的简写，但实际上精确地将其称为磁化反转的能量势垒ΔE。因此，  “vKu”被分解为“v”和“Ku”。虽然当将实例1中的结果分解成“v”和“Ku”时v增大而Ku减小，但由于复合介质的磁化反转不同于SW模型中的磁化反转，将实例1的结果与比较实例1的结果相比较是不合适的。据报导，相对于反转磁场的能量势垒比率被改善(R.H.Victora et al.，IEEE Transactions on Magnetics，Vol.41，p.537)，并且在维持热波动耐性的同时，改善了记录的容易度(J.P.Wang et al.，IEEE Transactions on Magnetics，Vol.41，P.3181)。这意味着以与实例1中的近似相同的vKu/kT实现H0的大幅降低，以使得能够获得良好的OW，而在比较实例1中H0如此高，以致OW不充分。
作为参考，在图5中由圆形线图示出了比较实例1中的介质与扫描时间的关系，其中比较实例1中第一磁性层的厚度被减小到9nm，以允许Hc接近实例1中的Hc。虽然Ku的减小似乎可靠，但随着主要由v的降低引起的热波动耐性的大幅降低，扫描时间相关性增加。这样，发现通过外推法获得的H0没有非常大幅地降低而偏离当第一磁性层的厚度为15nm时的H0。换句话说，在扫描时间慢时，即使通过仅由第一磁性层调整磁特性，也不能获得与实例1中相同的特性。
因此，表明通过与实例1中相同地配置磁记录层，改善了OW和SNRm，同时Hcr的角度相关性和热波动耐性维持不变。
[实例2]
除了将非磁性中间层的厚度改变为处于0至2nm的范围内之外，以与实例1相同的方式制造垂直磁记录介质。
当对于其中非磁性中间层的厚度为0nm(没有形成中间层)的垂直磁记录介质，与实例1中相同地测量读/写特性时，OW和SNRm的值分别为-40.3dB和22.0dB。由于OW从实例1中的值降低，且不处于不足以以与实例1中近似相同的SNRm记录的水平，因此，就读/写特性而言，可以认为该介质是可接受的。
图7示出非磁性中间层厚度为0nm(没有形成中间层)的垂直磁记录层的磁化曲线的测量结果。实线代表测量结果，而方块线图和三角线图代表计算结果(计算方法将在下文中描述)。虽然约6kOe的Hc和约12kOe的Hs都小于比较实例1中的相应值，但是与比较实例1中相同地，当磁记录层具有仅仅一层(单层)时，可以推想，对于用磁头充分记录，这些值太大。然而，由于实际上获得了良好的OW，可以预期磁化反转的机理不同于单层的情况下的机理，或者预期用于用磁头记录的反转磁场小于具有相同Hc的单层介质的反转磁场。
在图4中由方块线图示出非磁性中间层厚度为0nm(没有形成中间层)的垂直磁记录介质的剩余矫顽力Hc的角度相关性。该角度相关性基本上与比较实例1中的角度相关性重叠，并且似乎是与SW模型的曲线类似的曲线。可以认为，由于第二磁性层直接形成在第一磁性层上，第一磁性层中的晶粒与第二磁性层中的晶粒充分交换耦合。因此，几乎不发生这种情况，即反转首先在构成柱状晶粒的第二磁性层的区域中完成。用SW模型来近似磁化反转的预测可以通过该结果得到支持。
由于用于评价读/写特性的介质的磁道宽度与实例1中的几乎相同，可以这样理解，由中间层的存在和不存在引起的角度相关性的差异(归一化Hcr的差异在45°处为0.1，且在75°处为0.2)没有与实例1的相差非常大。这支持了实例1与比较实例1之间的磁道宽度差异主要由OW的差异引起的解释，并且认为实例1中的角度相关性与比较实例1的角度相关性大致相同。
在图5中由方块线图示出具有0nm的非磁性中间层厚度(没有形成中间层)的垂直磁记录介质的矫顽力Hc与扫描时间的关系。作为与实例1中相同的拟合的结果，获得H0＝9.1kOe和vKu/kT＝109的值，并且热波动耐性与实例1和比较实例1中的几乎相同。虽然H0比实例1中的高0.7kOe且OW比实例1中的低4dB，但与比较实例1中的值相比，H0和OW明显改善了。表明了当没有形成非磁性中间层时，可改善OW和SNRm，同时维持几乎相同的热波动耐性。
图8示出包括厚度为2nm的非磁性中间层的垂直磁记录层的磁化曲线的测量结果。实线表示测量结果，而方块线图和三角线图示出计算结果。磁化曲线的两段形式表明第一磁性层和第二磁性层独立反转，并且2nm厚度的Pt层的形成消除了在两个磁性层之间的相互作用。
<模拟>
使用商业可得的软件“LLG Micromagnetics Simulator(由M.R.Scheinfein等人制作)”，模拟通过将第二磁性层与第一磁性层组合而引起的第二磁性层的磁特性以及磁化反转机理。虽然无须说模拟对于磁化反转的机理的研究是有效的，但还认为模拟对于评估第二磁性层的Ku是有效的。这是因为，第二磁性层的Ku的直接测量会遇到各种困难，以致当作为第一磁性层和第二磁性层的组合值来测量Ku以及将测得的值分配给每一层时，方法和精确度尚未建立，或者以致当增加第二磁性层的厚度以易于测量时，或当不形成第一磁性层而测量Ku时，第二磁性层的结构和磁特性会改变而偏离当第一和第二磁性层一起存在时的结构和磁特性。
作为主要计算参数，将样品尺寸设定为192×192×20nm，并且样品被分成具有4nm边长的立方晶胞(cell)。虽然一个晶粒的面内尺寸是基于边长为8nm的正方形，但通过形成具有2nm的分散的Volonoi晶胞，晶胞具有多边形晶粒的密堆积结构。为了方便晶胞尺寸，第一磁性层和第二磁性层分别比实例1中的那些厚1nm，或者分别为16nm和4nm。考虑到温度波动，将温度设定在300K，并且由于计算不收敛，在重复1,000次时结束计算。使得时间间隔在为获得稳定结果所必需的范围内尽可能大，并且将衰减常数α设定为1。易磁化轴的分散为5°，并且Ms和Ku的分散为20％。
由于如上所述在第一磁性层的磁特性的测量中没有困难，利用VSM和转矩磁力计(TOEI INDUSTRY CO.，LTD.)测量特性。结果为Ms＝570emu/cc和Ku＝4.2×106erg/cc。考虑到这些值依赖于实际介质的样品而分散，用于计算的Ms1和Ku1分别被化整为600emu/cc和4×106erg/cc。晶粒中的交换刚度常数A被设定为1.0μerg/cm。使用这些参数和作为变量的晶粒间耦合Ex，通过组合第二磁性层与第一磁性层的计算的结果由图6中的方块线图(Ex＝0.05μerg/cm)和三角形线图(Ex＝0.1μerg/cm)示出。虽然可以微调Ms和Ex，但在此将第一磁性层的晶粒间耦合粗略地选择为Ex＝0.1μerg/cm。
很明显，由于实例1的Ms为650emu/cc，高于比较实例1中的Ms，因此第二磁性层的Ms高于第一磁性层的Ms。由使用平均厚度逆算第二磁性层的Ms的结果，Ms2的范围为800至900emu/cc(通过用加权厚度平均的640至660emu/cc)。
除了上述计算条件之外，作为变量，使用第二磁性层的Ms、Ku和Ex以及第一磁性层与第二磁性层之间的交换耦合A12来替代设置非磁性中间层，进行模拟，以便当非磁性中间层的厚度为0、1nm(实例1)和2nm时，计算值接近测量的磁化曲线和Hcr的角度相关性。
在Ms2＝800emu/cc，Ku2＝3×106erg/cc和Ex2＝0.2μerg/cm的条件下，或者在Ms2＝900emu/cc，Ku2＝4×106erg/cc和Ex2＝0.2μerg/cm的条件下，获得从综合观点最接近测量值的计算值。
图7、3和8示出当在0、1nm(实例1)和2nm的非磁性中间层的厚度下A12分别为1.0、0.3和0μerg/cm时的计算结果。在每个图中，方块线图是在Ms＝800emu/cc和Ku2＝3×106erg/cc的条件下计算的结果，而三角形线图是在Ms＝900emu/cc和Ku2＝4×106erg/cc的条件下计算的结果。在每个图中，方块线图和三角形线图几乎重叠。
在上述计算的各结果中，测量值明显远离通过以100emu/cc为单位增大或减小仅仅Ms2，通过以1×106erg/cc为单位增大或减小仅仅Ku2，或者通过以0.1μerg/cm为单位增大或减小仅仅Ex2的两种计算的上述结果的计算结果。另一方面，由于通过彼此成比例地改变Ms和Ku而得到磁化曲线没有非常大幅改变的倾向，可以预期，接近计算结果的结果可以在两种计算结果的中点(例如，在Ms＝850emu/cc和Ku2＝3.5×106erg/cc的条件下)处获得。基于上述结果，可以推断，第二磁性层的Ku为3×106至4×106erg/cc，与第一磁性层的Ku近似相等。
虽然体Co(hcp)的Ku为4.53×106erg/cc，据报导，被制造为薄膜的fcc-Co的立方晶体磁各向异性常数的K1和K2分别为0.5×106至0.7×106erg/cc和1×104erg/cc(T.Suzuki et al.，Appl.Phys.Lett.64，p.2736；J.A.Wolf et al.，Appl.Phys.Lett.65，p.1057)。虽然由于第二磁性层薄达3nm而很难通过X射线或电子束衍射来直接分析晶体结构，但根据Ku的大小认为第二磁性层中的Co的晶体结构为hcp是适当的。由于分析困难，没有研究实际制造的第二磁性层的晶粒的组成和充填率。然而，可以推测，由于该层具有颗粒状结构，Ku与低充填率成比例地降低，同时，由于界面磁各向异性或合金化，在与Pt中间层的界面处，Ku增高。通过Pt的扩散形成CoPt合金的可能性很高，并且，通过形成具有Pd的中间层，可以预期相同的结果。
如上所述，第二磁性层的Ku很大，并且Ms大于第一磁性层中的Ms。由于反转磁场的大小是基于各向异性磁场Hk＝2Ku/Ms，因此Hk1和Hk2分别被计算为13.3kOe和7.5至8.9kOe。换句话说，虽然Ku也很高，但由于第二磁性层的高Ms，第二磁性层的Hk明显小于第一磁性层的Hk。
因此，可以认为，当通过形成非磁性中间层而弱化第一磁性层与第二磁性层之间的耦合时，第二磁性层的区域的磁化反转首先在一个柱状晶粒中开始。实际上通过模拟观测到磁化反转的机理。由图8很明显，在A12＝0μerg/cm的条件下，第二磁性层的磁化首先反转，随后在完成第二磁性层的磁化反转之后，进行第一磁性层的磁化反转。在A12＝0.3μerg/cm的条件下，在一个柱状晶粒中，第二磁性层的磁化首先反转，并且紧接在第二磁性层的磁化反转之后，第一磁性层的磁化反转。
在A12＝1.0μerg/cm的条件下观测到，虽然整个柱状晶粒的磁化必定立即反转，但第二磁性层的磁化首先倾斜。这与由R.H.Victora et al.，IEEETransactions on Magnetics，Vol.41，p.537所说明的反转机理类似。由于在以上文献中磁性层的一半是其中Ku＝0的软磁性区域，而计算的模型和参数不同于以上文献，因此层间耦合的强度的最佳值似乎与R.H.Victora etal.，IEEE Transactions on Magnetics，Vol.41，p.537中的不同。然而，在所有的反转机理中具有低Hk的区域开始反转的事实是共同的，并且与磁性层是单层的情况(比较实例1)相比，如以上已经描述过的，实现了Hc的降低和OW的很大改进。因此，就磁化反转的机理而言，可以在没有非磁性中间层的情况下获得第二磁性层的低Hk的效果。
作为当前主流的CoCrPt-SiO2记录层的Ku为约Ku＝4×106erg/cc。在使得HDD高密度和记录层的晶粒尺寸减小方面以及在伴随热波动耐性的改善方面，不优选大幅降低Ku，而是有必要提高Ku。由于在上述实例中，第二磁性层的Ku在3×106至4×106erg/cc的范围内，该范围与第一磁性层的Ku几乎相同或者比第一磁性层的Ku略低，因此还认为Ku1和Ku2优选为3×106erg/cc以上。虽然只要Ku的差异不是非常大(例如在一个数位(digit)的量级)，通过降低第二磁性层的Ms来降低Hk很重要，但是当在上述范围内Ku为4×106erg/cc以上时可以获得相同的效果。
关于磁性层的厚度，因为由具有低Hk的区域的增加的比率引起整个记录层的Hk或Hc降低以允许磁道宽度加宽，因此为了使记录层高密度，不优选加厚第二磁性层。由于Ms很大，加厚磁性层容易影响读出信号和介质噪声。虽然已知可以通过在包括CoCrPt-SiO2记录层的CoCr基记录层中将Cr组分增加到特定程度来降低介质噪声，但由于Cr容易大幅降低Ms，因此不优选向第二磁性层添加Cr。通常，由于需要减少添加物以获得高Ms，很难降低介质噪声。因此，优选第二磁性层比第一磁性层薄。
因此，表明当Ku1和Ku2均为3×106erg/cc以上，Ms1小于Ms2，Hk1大于Hk2，并且t1大于t2时，可获得改善介质噪声、热稳定性和重写特性的效果。
虽然在常规HDD介质的延展方面，允许高Ms与高Ku兼容的材料是3d过渡金属Co且可以包括Pt和Pd，但如上所述，添加Cr是不优选的。如上所述，认为具有高Ku且在SNRm方面有实效的CoCrPt-SiO2也优选用于第一磁性层。
图9示出对于其中中间层的厚度从0变化到2nm的垂直磁记录介质，绘制Hc和Hs与中间层厚度的关系的结果。还绘制了当将非磁性中间层改变为Pd时的结果。Pt中间层的情况由菱形线图(Hc)和方块线图(Hs)示出，而Pd中间层的情况由三角形线图(Hc)和圆形线图(Hs)示出。由于通过将Pt改变为Pd获得了基本上相同的效果，可以将通过混合Pt和Pd而制备的材料用于中间层。
现在，综合考虑其中中间层的厚度为0nm的图7中的磁化曲线、其中中间层的厚度为1nm的图3中的磁化曲线、其中中间层的厚度为2nm且消除了层间耦合的图8中的磁化曲线、以及图9中的连续变化。在这种情况下，层间耦合不是反铁磁性的，而总是铁磁性的。因此，认为层间耦合的大小随着中间层厚度的增大而减小。这些图表明，在约1nm的厚度下，上层和下层适当地弱耦合，并且Hc，特别是Hs降低最多。
已经描述了当上层和下层适当耦合时的磁化反转机理。在柱状晶粒中第二磁性层的磁化首先反转从而加速第一磁性层的磁化反转的机理有助于Hc和Hs的降低。因此，可以得出结论，通过在足以在第一磁性层与第二磁性层之间提供铁磁性耦合的厚度范围内设置非磁性中间层，可以获得较好的结果。
由于与第一磁性层的Ex1＝0.1μerg/cm相比，第二磁性层呈现具有Ex2＝0.2μerg/cm的较强晶粒间耦合，晶粒间耦合似乎帮助第二磁性层首先反转。虽然这是通过模拟的推测，但很明显，由于在磁化曲线的具有相对小斜率的没有非磁性中间层的介质的Hc处的梯度α(图7)由α＝4π.dM/dH＝4π.650/4500≈1.8表示，该值明显大于当不存在晶粒间耦合时作为α的标准的α＝1，因此在整个介质(平均)中，一些晶粒间耦合起作用。优选不损伤SNRm的程度的晶粒间耦合，以使垂直度Rs近似为1，且确保成核磁场Hn尽可能大。
通过作为整个记录层的平均来提高Hk而不降低Ku，第二磁性层的高Ku引起Rs和Hn的增加。虽然已经引入使用具有Ku＝0的软磁性层的复合介质作为用于相对容易地制造其中易磁化轴偏离垂直方向而倾斜的倾斜介质的方法(R.H.Victora et al.，IEEE Transactions on Magnetics，Vol.41，p.537)，但认为为了提高Rs和Hn，优选提高Ku，以便第二磁性层垂直磁化。
[实例3]
除了将第二磁性层中的SiO2的组分(设计值)改变为处于0至40体积％的范围内之外，以与其中不形成非磁性中间层的实例1和2中相同的方式制造垂直磁记录介质。
图10示出Hc和Hs与SiO2组分的关系。方块线图(Hc)和圆形线图(Hs)表示其中形成Pt非磁性中间层的情况，而菱形线图(Hc)和三角形线图(Hs)表示其中不形成非磁性中间层的情况。虽然当形成中间层时Hs似乎或多或少饱和，但Hc和Hs基本上都倾向于随着SiO2组分的增加而增大。虽然当SiO2组分为0体积％时无论存在或不存在中间层，Hc和Hc(Pt)以及Hs和Hs(Pt)都是近似相等值，但是通过添加SiO2，在Hc和Hc(Pt)以及Hs和Hs(Pt)之间产生差异。在约30体积％的SiO2组分处，Hs和Hc之间的差异很小，并且可获得具有大梯度的磁化曲线。
在图4中通过棱形线图示出当SiO2组分为0体积％时Hcr的角度相关性。表明与当添加了SiO2时的Hcr(方块线图)相比，通过使磁场的角度倾斜，Hcr增大。然而，当形成具有最大Hcr的中间层时(三角形线图)，如上所述，读/写特性与具有单层的介质(点线)的读/写特性的差别不是非常大。由于菱形线图在方块线图与三角形线图之间，可以预期它们提供相同的结果。
上述结果表明，SiO2的添加不是必需的，但是优选的，这是因为可以获得提高Hc的效果和当提供中间层时抑制Hs的效果。
通过使用Cr2O3和TiO2来替代SiO2，获得相同的效果。
[实例4]
除了将第二磁性层中的厚度改变为处于0至5nm的范围内之外，以与其中不形成非磁性中间层的实例1和2中相同的方式制造垂直磁记录介质。
图11示出Hc和Hs与第二磁性层的厚度的相关性。方块线图(Hc)和圆形线图(Hs)表示其中形成Pt非磁性中间层的情况，而菱形线图(Hc)和三角形线图(Hs)表示其中不形成非磁性中间层的情况。与在SiO2组分相关性的情况同样地，虽然Hc和Hs基本上倾向于随着层厚度的增加而减小，但根据中间层的不存在/存在，引起差异。示出了通过设置Pt中间层，在第二磁性层的约3nm的厚度处，可获得倾斜很大的在Hs与Hc之间具有小差异的磁化曲线。
虽然在第二磁性层的5nm厚度处不存在很大的差异，但由于通过增大第二磁性层的厚度预期介质噪声的增大趋势，优选第二磁性层的厚度至少比第一磁性层的厚度小。
[实例5]
通过将以上实例中的垂直磁记录介质中的每一个与用于自旋台评价相同的磁头组合，制造磁记录装置。
当通过读/写操作评价比特误差率时，比特误差率与SNRm的改善相应地改善。然而，与单磁极磁头相比，利用用于纵向磁记录的环形磁头的评价给出差的误差比特率。已发现，由于SNRm和写入分辨率随着归因于写入元件的配置的差异的记录能力的降低而降低，因此优选单磁极磁头。
虽然已经描述了垂直磁记录介质对垂直记录装置的功效，但本发明在其中运用本发明效果的磁记录介质的特性方面不限于磁盘装置。而是，可以在利用垂直磁记录方法的整个磁记录装置呈现效果，而不依赖于磁记录介质的形状，例如带式(tape)介质和鼓式(drum)介质。
本领域技术人员很容易想到其它优点和修改例。因此，本发明在其更宽的方面不限于在此示出和描述的特定细节和示例性实施例。因此，只要不脱离由所附权利要求及其等同替换所限定的总发明构思的精神或范围，可以进行各种修改。

Claims (12)

1.一种垂直磁记录介质，其特征在于包括：
基底(1)；以及
形成在所述基底(1)上的第一磁性层(5)和第二磁性层(7)，
其中假定对于所述第一和第二磁性层(5，7)，单轴磁各向异性常数分别是Ku1和Ku2，饱和磁化分别是Ms1和Ms2，各向异性磁场分别是Hk1和Hk2，以及厚度分别是t1和t2，则满足以下条件：Ku1和Ku2为3×106erg/cc以上，Ms1小于Ms2，Hk1大于Hk2，并且t1大于t2。
2.根据权利要求1的垂直磁记录介质，其特征在于，所述第一磁性层(5)包括晶粒和非晶晶界，所述晶粒包含Co、Pt和Cr，并且所述第二磁性层(7)包含Co但不包含Cr。
3.根据权利要求1的垂直磁记录介质，其特征在于，所述第二磁性层(7)仅包含Co，或者包含Co以及选自Pt和Pd的至少一种。
4.根据权利要求1的垂直磁记录介质，其特征在于，所述第二磁性层(7)包括非晶晶界，所述非晶晶界包含其比例大于晶粒中比例的选自Si、Cr和Ti的至少一种。
5.根据权利要求1的垂直磁记录介质，其特征在于，还包括在所述第一磁性层(5)与所述第二磁性层(7)之间的非磁性中间层(6)，所述第一磁性层(5)与第二磁性层(7)铁磁性耦合。
6.根据权利要求5的垂直磁记录介质，其特征在于，所述非磁性中间层(6)包含Pt和Pd中的至少一种。
7.根据权利要求1的垂直磁记录介质，其特征在于，垂直度近似为1。
8.根据权利要求1的垂直磁记录介质，其特征在于，在垂直磁化曲线的矫顽力Hc处的倾度α为1以上。
9.根据权利要求1的垂直磁记录介质，其特征在于，还包括在所述基底(1)与所述第一磁性层(5)之间的软磁性衬层(2)，所述软磁性衬层(2)包含Co和Zr。
10.根据权利要求9的垂直磁记录介质，其特征在于，还包括在所述软磁性衬层(2)与所述第一磁性层(5)之间的非磁性衬层(4)，所述非磁性衬层(4)包含Ru。
11.根据权利要求10的垂直磁记录介质，其特征在于，还包括在所述软磁性衬层(2)与所述非磁性衬层(4)之间的籽晶层(3)，所述籽晶层(3)包含选自Pd、Pt、Ni、Ta和Ti的至少一种。
12.一种磁记录装置，其特征在于包括：
根据权利要求1的垂直磁记录介质(112)；以及
单磁极型磁记录头(133)。
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Date Code Title Description
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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