CN101351842B - 磁记录介质以及使用该磁记录介质的磁记录和再现装置 - Google Patents
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Abstract
一种垂直磁记录介质A被设置在非磁性基底1上，至少具有软底层a、底膜5、中间膜6和垂直磁记录膜7。软磁底层a是具有非晶结构的软磁性膜。底膜5由Ni-W合金形成。中间膜6由Ru合金形成。在Ni-W合金中，Ni含量为80原子％或更大，而W含量为20原子％或更小，并且优选在1原子％至12原子％的范围内。装备有该磁记录介质A的磁记录和再现装置12的生产率优良，且能够记录和再现高密度信息。
Description
相关申请的交叉引用
本申请是基于35U.S.C.§111(a)提交的申请，根据35U.S.C.§119(e)(1)，要求根据35U.S.C.§111(b)于2006年1月4日提交的临时申请No.60/755,790和2005年12月27日提交的日本专利申请No.2005-373681的优先权。
技术领域
本发明涉及一种磁记录介质以及使用该磁记录介质的磁记录和再现装置，更具体地，涉及一种高记录密度的垂直磁记录介质。
背景技术
垂直磁记录系统是一种合适的用于提高面记录密度的系统，这是因为，由于使得迄今位于介质的面内方向的磁记录层易磁化轴改变为位于介质的垂直方向的缘故，在构成相邻记录位之间的边界的磁化转变区附近的去磁场降低，因此当记录密度升高时，静磁稳定性提高，并且对热扰动的抵抗性相应地提高。
当在基底和垂直磁记录膜之间插入由软磁性材料构成的软底层(softunder layer)时，所产生的产品能够起所谓的垂直两层介质的作用，并获得高记录能力。在这种情况下，软磁性的软底层执行使记录磁场从磁头回流的作用，并且能够提高记录和再现效率。
一般地，作为底膜(under film)，已经提出了不同种类的材料。例如，可以列举具有hcp或fcc结构的Ti合金(例如，参考日本专利No.2669529)、Ni-Fe-Cr合金(例如，参考JP-A 2003-123239)等以及具有非晶结构的Ta 或其他元素。
由于底膜是决定在其上层叠的中间层和磁记录层的粒径和取向的支配性因素，因此为了决定磁记录介质的记录和再现特性，底膜材料的选择证明是非常重要的。
在软底层和磁性层之间的底膜的插入导致使得磁头和软底层表面之间的距离增大，增大量为底膜的厚度。因此，为了能够完全令人满意地进行写入，为软底层设置适当厚度成为必要。然而，由于底膜使用具有软磁性质的材料，其能够履行软底层的作用，并且控制在其上设置的中间层的结晶取向。
迄今提出的介质结构不足以获得记录和再现特性优良的磁记录介质。因此，已经认可对解决这个问题且容易制造的磁记录介质的需要。
本发明是鉴于该情况而提出的，并且旨在优化用于底膜的材料，从而提供一种生产率优良且能够记录和再现高密度信息的磁记录介质以及磁记录和再现装置。
为了实现上述目标，本发明采用以下配置。
发明内容
本发明的第一方面旨在一种在非磁性基底上设置的垂直磁记录介质，至少具有软底层、底膜、中间膜和垂直磁记录膜，其中所述软底层是具有非晶结构的软磁性膜，所述底膜由Ni-W合金形成，并且所述中间膜由Ru合金形成。
在包括第一方面的配置的本发明的第二方面中，所述Ni-W合金具有80原子％或更大的Ni含量和20原子％或更小的W含量。
在包括第一或第二方面的配置的本发明的第三方面中，所述Ni-W合金的W含量在1原子％至12原子％的范围内。
在包括第一至第三方面中任何一方面的配置的本发明的第四方面中，所述Ni-W合金的饱和磁通密度Ms为50emu/cm3或更大。
在包括第一至第四方面中任何一方面的配置的本发明的第五方面中， 包含在所述底膜中的Ni具有在Ni(111)中的晶格，所述中间膜具有在Ru(0002)中的晶格，并且所述晶格的Ni(111)/Ru(0002)比率在0.90至0.95的范围内。
在包括第一至第五方面中任何一方面的配置的本发明的第六方面中，所述底膜还包含至少一种选自B、Mn、Si和Al的元素。
在包括第一至第六方面中任何一方面的配置的本发明的第七方面中，所述底层的厚度为10nm或更小。
在包括第一至第七方面中任何一方面的配置的本发明的第八方面中，所述Ru合金具有6°或更小的Δθ50。
在包括第一至第八方面中任何一方面的配置的本发明的第九方面中，所述软磁性膜包含Co-Fe合金。
在包括第一至第九方面中任何一方面的配置的本发明的第十方面中，所述Co-Fe合金的Fe含量在5原子％至40原子％的范围内。
在包括第一至第十方面中任何一方面的配置的本发明的第十一方面中，所述软底层的膜厚度在20nm至80nm的范围内。
在包括第一至第十一方面中任何一方面的配置的本发明的第十二方面中，所述中间膜的厚度为16nm或更小。
本发明的第十三方面提供了一种磁记录和再现装置，其包括根据第一至第十二方面中任何一方面的磁记录介质以及磁头，所述磁头是单磁极磁头，以使信息能够记录在所述磁记录介质中和从所述磁记录介质再现。
在设置于非磁性基底上的至少具有软底层、底膜、中间膜和垂直磁记录膜的垂直磁记录介质中，通过为形成软底层的软磁性膜提供非晶结构，制成Ni-W合金的底膜，并且制成Ru合金的中间层，本发明能够提供一种生产率优良且能够记录和再现高密度信息的磁记录介质以及磁记录和再现装置。
对本领域的技术人员来说，通过以下参考附图给出的描述，本发明的以上和其他目标、特性特征和优点将会变得显而易见。
附图说明
图1是示例根据本发明的磁记录介质的层叠结构的示意图。
图2是示例本发明的Hbias的图。
图3是示例根据本发明的磁记录和再现装置的示意图。
具体实施方式
图1示例根据本发明的一个实施例的磁记录介质的一个实例。此处示例的磁记录介质A通过使由第一软磁性膜 2、Ru膜3和第二软磁性膜4组成的软底层a、然后底膜 5、中间膜 6、垂直磁记录膜 7、保护膜8和润滑膜9依次层叠在非磁性基底1之上配置而成。
作为非磁性基底1，由金属材料例如铝和铝合金制成的金属基底以及由非金属材料例如玻璃、陶瓷、硅、碳化硅和碳制成的非金属基底是可用的。
玻璃基底包括由非晶玻璃和结晶玻璃制成的玻璃基底。作为非晶玻璃，通用等级的钠钙玻璃和铝硅酸盐玻璃是可用的。作为结晶玻璃，锂基结晶玻璃是可用的。
从提高记录密度的观点，非磁性基底1的平均表面粗糙度Ra优选为0.8nm或更小，更优选为0.5nm或更小。这是因为由此在非磁性基底1中出现的平坦化引起中间膜6和垂直磁记录膜7的结晶取向的增强，提高记录和再现特性，并且使磁头14(图3)能够产生低的漂浮。
从适合以高记录密度执行记录同时以低漂浮保持磁头12的观点，非磁性基底1的表面的微小波动(Wa)为0.3nm或更小(优选0.25nm或更小)的事实证明是有利的。
例如，软底层a由软磁性膜的两个层2和4以及Ru膜3组成，Ru膜3介于软磁性膜的两个层之间。位于Ru膜3之上和之下的软磁性膜2和4通过AFC(反铁磁性耦合)耦合在一起。这种配置能够提高对外部磁场的抵抗性和对WATE(宽区域磁道擦除)现象，即垂直磁记录的固有问题的抵抗性。
软磁性膜优选由Co-Fe合金制成，并且被赋予1.4 T或更大的饱和磁通密度Ms。将Co-Fe合金用于软磁性膜可以实现高饱和磁通密度，并且将Ni-W合金用于底膜能够获得优良的记录和再现特性。
Co-Fe合金优选添加选自Zr、Ta和Nb的任一元素。该添加还能够促进Co-Fe合金的非晶化且提高Ni-W的取向。添加到Co-Fe合金的Zr、Ta和Nb的量优选在5原子％至15原子％的范围内。
软磁性膜中的Fe含量优选在5原子％至40原子％的范围内。如果Fe含量不足5原子％，不足量将产生降低饱和磁通密度Ms的不良影响。如果Fe含量超过40原子％，超出量将产生劣化腐蚀质量的不良影响。
软底层的厚度优选在20nm至80nm的范围内。如果软底层的厚度不足20nm，不足量将产生不能从磁头充分吸收磁通、阻止充分实现写入以及劣化记录和再现特性的不良影响。如果软底层的厚度超过80nm，超出量将产生显著地劣化生产率质量的不良影响。
软磁性膜必须是非晶结构。这是因为非晶结构的产生阻止表面粗糙度Ra增大，准许磁头的漂浮量降低，并且也允许高记录密度的增加。
Hbias是表明构成软底层a的软磁性膜的两个层2和4的AFC的大小的指标，其优选为80 Oe或更大。将参考图2解释Hbias。在图2中示例了软底层的基底面内分量(形成软底层的软磁性膜的易磁化轴方向)的MH回线。假设Ms表示饱和磁通密度，定义其大小为Ms/2也就是饱和磁通密度Ms的二分之一的磁场为Hbias。通过将上述材料用于软磁性膜，并且为设置在软磁性膜的两个层2和4之间的Ru膜3提供0.6至0.8nm的规定厚度，可以得到软底层。因此，可以提高对外部磁场的抵抗性和对WATE的抵抗性。
软磁性膜的矫顽力Hc优选为10Oe或更小(更优选5Oe或更小)。顺便说一句，1Oe约等于79A/m。
可以使用溅射方法作为用于形成软磁性膜的方法。
在形成软底层时，优选在基底被保持在对其在径向方向上施加磁场的状态的同时进行膜的形成。
底膜5旨在控制将要层叠在其上的垂直磁记录膜7的取向和结晶粒度。底膜优选由其Ni含量为80原子％或更大且其W含量为20原子％或更小的Ni-W合金制成。特别优选地，W含量在1原子％至12原子％的范围内。
通过使用Ni-W底膜5能够改善记录和再现特性的主要原因如下。透射电子显微镜(TEM)将使用不同底膜的介质放大为平面观测图像，该平面观测图像用来计算相关磁记录膜中的结晶粒度。结果发现，随着所添加的W量的增加，结晶粒度相应地减小。另一方面，从XRD的结果中发现，随着W含量的增加，表明Ru插入膜3的垂直取向的(0002)面的发散(dispersion)(Δθ50)相应地劣化。可以推断出，在W含量为20原子％或更小的条件下，结晶粒度下降所呈现的改善记录和再现特性的效果增强，而在W含量超过20原子％的条件下，由结晶取向劣化所造成的记录和再现特性的劣化也增强。
为了减小结晶粒度并提高晶格尺寸与中间膜的匹配特性，底膜5的Ni-W合金允许添加元素。为了降低结晶粒度，B和Mn证明是尤其优选的。B和Mn的含量优选为6原子％或更小。为了提高晶格尺寸与Ru插入膜3的匹配特性，可以添加Pt、Mo和Ta。
构成底膜5的Ni-W合金的饱和磁通密度优选为50emu/cm3或更大，更优选为200emu/cm3或更大。如果不足50emu/cm3，不足量将产生减弱底膜在写入过程期间作为软底层的一部分的作用且因此导致记录和再现特性的劣化的不良影响。
底膜5的厚度优选为1nm或更大且10nm或更小。如果底膜的厚度不足1nm，不足量将产生这样的不良影响，即阻止底膜充分履行其作用，不能获得微细化地减小粒径的效果，并且还劣化取向质量。如果底膜的厚度超过10nm，超出量也会产生使结晶粒度增大的不良影响。
中间膜6优选由Ru或Ru合金制成。
中间膜6的厚度优选为16nm或更小(更优选12nm或更小)。该优选是通过将Co-Fe-Hf合金用于软磁性膜和将特定成分的Ni-Fe合金用于底膜而实现的。通过减小中间膜的厚度，可以缩短磁头与软底层之间的距离， 并且对来自磁头的磁通赋予陡峭的形状。结果，还可以进一步减小软磁性膜的厚度，并且提高膜的生产率。
垂直磁记录膜7具有在与基底1的表面垂直的方向上的易磁化轴。该膜的组成元素至少包括Co和Pt，并且为了改善SNR特性，这些组成元素允许添加氧化物、Cr、B、Cu、Ta和Zr。
作为允许参与垂直磁记录膜7的形成的氧化物，可以列举SiO2、SiO、Cr2O3、CoO、Ta2O3和TiO2。氧化物的体积比优选在15体积％至40体积％的范围内。如果氧化物的体积比不足15体积％，不足量将产生阻止令人满意地呈现SNR特性的不良影响。如果氧化物的体积比超出40体积％，超出量将产生不能获得与高密度记录相符的矫顽力的不良影响。
垂直磁记录膜7的成核磁场-Hn优选为2.0kOe或更大。如果-Hn不足2.0kOe，不足量将产生引起热波动的不良影响。
垂直磁记录膜7的厚度优选在6至20nm的范围内。当氧化物颗粒层的厚度在该范围内时，因为能够充分地确保输出且不能劣化OW特性，所以证明是有利的。
垂直磁记录膜7可以形成为单层结构，或者形成为由成分不同的材料制成的两层或多层的结构。
保护膜8旨在保护垂直磁记录膜7不受腐蚀，并且当磁头接触介质并被允许使用迄今为本领域所知的任何一种材料时，防止磁头对介质A的表面的损伤。例如，含有C、SiO2和ZrO2的材料是可用的。就高记录密度来说，保护性膜8的在1nm至5nm范围内的厚度证明是有利的，因为该厚度允许减小磁头和介质之间的距离。
对于润滑膜9，使用迄今为本领域所知的例如全氟聚醚、氟化醇和氟代羧酸材料是有利的。
本实施例中的磁记录介质A是设置在非磁性基底1上的至少具有软底层a、底膜5、中间膜6和垂直磁记录膜7的垂直磁记录介质，其中形成软底层a的软磁性膜2和4具有非晶结构，底膜5由Ni-W合金制成，并且中间膜6由Ru合金制成。因此，由此得到的磁记录介质A具有优良的生 产率并且能够记录和再现高密度信息。
图3示例了使用上述磁记录介质A的磁记录和再现装置12的一个实例。
这里示出的磁记录和再现装置12具有磁记录介质10、使磁记录介质10旋转运动的介质驱动部件13、使磁记录介质10记录和再现信息的磁头14、磁头驱动部件15和记录-再现信号处理系统16。记录-再现信号处理系统16适于处理输入数据和将所产生的记录信号传送到磁头14，并且处理从磁头14接收到的再现信号，且输出所产生的数据。
现在，以下通过参考实例和比较实例，更具体地解释本发明。本发明决不受其说明书的限制。
实例1：
使用玻璃基底(直径为2.5英寸的非晶基底，由MYG Corp.制造且以“MEL3”作为商标名销售)作为非磁性基底1，并且其被放置在DC磁控溅射装置(由Anelva Corp.制造且以“C-3010”作为产品代码销售)的膜形成室中。膜形成室的内部被抽真空，直到真空度达到1×10-5Pa。在该基底上，通过层叠作为软磁性膜2的厚度为30nm的71Co-20Fe-5Zr-4Nb(71原子％的Co，20原子％的Fe，5原子％的Zr以及4原子％的Nb)的膜、作为插入膜3的厚度为0.8nm的Ru膜和作为软磁性膜4的厚度为30nm的71Co-20Fe-5Zr-4Nb的膜，形成软底层a。XRD证实软磁性膜2和4具有非晶结构作为晶体结构。
随后，层叠作为底膜5的厚度为5nm的80Ni-10W的膜，作为中间膜6的厚度为12nm的Ru膜，作为垂直磁记录膜7的厚度为10nm的60Co-10Cr-20Pt-10SiO2膜和厚度为6nm的65Co-18Cr-14Pt-3B的膜。
然后，通过CVD方法形成厚度为4nm的保护膜8。
然后，通过浸渍法形成全氟聚醚的膜作为润滑膜9，获得垂直磁记录介质A。
比较实例1至3：
通过按照实例1的工序，但替代地使用Ni-20Fe、Ti和Ta作为用于底 膜的材料，获得磁记录介质。
评价了实例1和比较实例1至3的磁记录介质的静磁特性以及记录和再现特性。对于静磁特性的评价，使用了由NEOARK Corp.制造的Kerr效应测量系统。对于记录和再现特性的评价，使用了均由美国的GuzikTechnical Enterprises制造的读-写分析仪(产品代码“RWA-1632”)和自旋台(spin stand)(产品代码“S1701MP”)。
通过使用适于用单极磁极实现写入且在再现部分中具有GMR元件的磁头，评价记录和再现特性，其中记录频率设定在1000kFCI的线性记录密度。通过首先写入500kFCI的信号，然后在其上写入67kFCI的信号，并测量最初的信号的再输出(reissue)，评价重写(OW)特性。评价结果示于下面的表1中。
通过下面的表1，证实了在SNR方面实例1胜过比较实例1至3，并且发现即使当Ru具有例如12nm的小的厚度时，记录和再现特性仍然优良。
实例2至10和比较实例7至8：
通过按照实例1的工序，但改变构成底膜的Ni-W合金的成分和厚度，制造磁记录介质。评价结果示于下面的表2中。
通过下面的表2发现，使用80原子％或更大的Ni含量和20原子％或更小的W含量的比较实例7至8能够获得优良的记录和再现特性，而使用1原子％或更大且12原子％或更小的W含量的实例2至10能够获得特别优良的记录和再现特性。
实例11至19和比较实例4至6：
通过按照实例1的工序，但改变软磁性膜和中间膜的材料和厚度，制造磁记录介质。评价结果示于下面的表3中。如下面表3所示，实例11至19能够获得优良特性。
工业适用性：
本发明的磁记录介质具有生产率优良且能够记录和再现高密度信息的膜结构。因此，可以提供便宜的高记录密度硬盘驱动器。
Claims (8)
1.一种垂直磁记录介质，其在非磁性基底上至少具有软底层、底膜、中间膜和垂直磁记录膜，其中，
所述软底层是具有非晶结构的软磁性膜，所述底膜由Ni-W合金形成，并且所述中间膜由Ru合金形成，
在所述Ni-W合金中，其Ni含量为80原子％或更大，W含量在1原子％至12原子％的范围内，
所述底膜的厚度在1nm至10nm的范围内，
所述Ru合金具有6°或更小的Δθ50，所述Δθ50是表明垂直取向的(0002)面的发散。
2.根据权利要求1的磁记录介质，其中所述Ni-W合金的饱和磁通密度Ms为50emu/cm3或更大。
3.根据权利要求1或2的磁记录介质，其中所述底膜还包含至少一种选自B、Mn、Si和Al的元素。
4.根据权利要求1或2的磁记录介质，其中所述软磁性膜包含Co-Fe合金。
5.根据权利要求4的磁记录介质，其中所述Co-Fe合金的Fe含量在5原子％至40原子％的范围内。
6.根据权利要求1或2的磁记录介质，其中所述软底层的膜厚度在20nm至80nm的范围内。
7.根据权利要求1或2的磁记录介质，其中所述中间膜的厚度为16nm或更小。
8.一种磁记录和再现装置，包括磁头和根据权利要求1至7中任何一项的磁记录介质，所述磁头是单磁极磁头，以使信息能够记录在所述磁记录介质中和从所述磁记录介质再现。
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