CN101388222B - 垂直磁记录介质及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种垂直磁记录介质及其制造方法。所述垂直磁记录介质包括：衬底；形成于所述衬底上的软磁层；形成于所述软磁层上的衬层；以及包括多个铁磁层并且形成于所述衬层上的记录层，其中，所述多个铁磁层中的每者具有随着与所述衬层的距离的增大而降低的磁各向异性能。
Description
技术领域
符合本发明的设备和方法涉及垂直磁记录介质，更具体而言，涉及所包括的记录层具有小的磁晶粒并且热稳定的垂直磁记录介质以及所述垂直磁记录介质的制造方法。
背景技术
随着各种应用中处理的数据量的迅速提高，人们对用于记录和再现数据的更高密度的数据存储器件的要求也提高了。具体而言，由于采用磁记录介质的磁记录器件具有高存储容量和高速存取，因而作为各种数字装置以及计算机系统的数据存储器件，它们吸引了广泛的注意。
可以将磁记录器件的数据记录粗略划分为纵向磁记录和垂直磁记录。在纵向磁记录中，采用磁层的磁化的平行取向(parallel alignment)在磁层的表面上记录数据。在垂直磁记录中，利用磁层的垂直取向在磁层的表面上记录数据。从数据记录密度的角度而言，垂直磁记录比纵向磁记录更具优势。
垂直磁记录介质具有双层结构，其包括形成记录磁场的磁路径(magneticpath)的软磁衬层(underlayer)以及通过软磁衬层沿垂直于磁记录介质的表面的方向磁化的记录层。
为了实现高密度记录，垂直磁记录介质必须具有记录层的高矫顽力和垂直磁各向异性能，以确保所记录的数据的稳定性，此外还必须具有小晶粒尺寸以及由于晶粒(grain)之间的低交换耦合常数得到的小磁畴尺寸。交换耦合常数是指记录层的晶粒之间的磁相互作用的强度。随着交换耦合常数的降低，晶粒之间的解耦将变得更加容易。为了制造这样的高密度垂直磁记录介质，需要记录层的垂直晶体取向和磁各向异性能Ku最大化的技术。
发明内容
本发明的示范性实施例克服了上述缺点以及上文未描述的其他缺点。此外，不要求本发明克服上述缺点，而且本发明的示范性实施例可能未克服任何上述问题。
本发明提供了一种垂直磁记录介质，其能够提高记录层的磁各向异性能Ku，清晰地分隔紧密形成于所述记录层中的晶粒，并改善晶体取向，本发明还提供了一种垂直磁记录介质的制造方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种垂直磁记录介质，其包括：衬底；形成于所述衬底上的软磁层；形成于所述软磁层上的衬层；以及包括多个铁磁层并且形成于所述衬层上的记录层，其中，所述多个铁磁层中的每者具有随着与所述衬层的距离的增大而降低的磁各向异性能。
根据本发明的另一方面，提供了一种垂直磁记录介质的制造方法，所述方法包括：在衬底上形成软磁层；在所述软磁层上形成缓冲层；在所述缓冲层上形成由Ru和氧形成的衬层；在所述衬层上形成多个铁磁层；以及在所述多个铁磁层上淀积由CoCrPtB形成的帽盖层，其中，所述多个铁磁层中的每者具有随着与所述衬层的距离的增大而降低的磁各向异性能。
附图说明
通过参考附图描述本发明的示范性实施例，本发明的上述和其他特征将变得显而易见，其中：
图1是根据本发明的示范性实施例的垂直磁记录介质的截面图；
图2是图1的垂直磁记录介质的衬层的透射电子显微镜(TEM)图像；
图3A到3C是示出了按照不同顺序叠置记录层的铁磁层时的磁特性的曲线图；
图4是图1的垂直磁记录介质的记录层的TEM图像；
图5是示出了在采用帽盖层时以及不采用帽盖层时记录层的磁滞回线的曲线图；以及
图6A到6E是示出了根据本发明的示范性实施例的垂直磁记录介质的制造方法的截面图。
具体实施方式
现在将参考示出了本发明的示范性实施例的附图更为充分地说明本发明。但是，可以通过很多种不同的形式体现本发明，不应将本发明推断为限于文中阐述的示范性实施例；相反，提供这些示范性实施例的目的只是为了使本公开完整、彻底，并向本领域技术人员充分传达本发明的概念。在附图中，采用相同的附图标记表示相同的元件，并且为了清晰和方便起见夸大了元件的厚度。
图1是根据本发明的示范性实施例的垂直磁记录介质的截面图。
参考图1，其中，通过依次叠置衬底10、软磁衬层12、缓冲层14、衬层16、记录层22、保护层30和润滑层32形成垂直磁记录介质。
衬底10可以由玻璃或AlMg合金形成，并且可以具有盘形。
在磁记录模式中软磁衬层12形成了由磁头生成的垂直磁场的磁路径，从而能够向记录层22写入信息。软磁衬层12可以由CoZrNb合金、CoFeZrNb合金、CoFeB合金或NiFe合金形成。
缓冲层14抑制软磁衬层12和记录层22之间的磁相互作用，其可以由Ti或Ta形成。
衬层16改善了记录层22的晶体取向和磁特性，并且其具有包括由Ru形成的第一衬层18以及由Ru和氧形成的第二衬层20的双层结构。第二衬层20的晶粒由Ru形成，并且氧化物成分介于所述晶粒之间。为此，通过在氧浓度为0.1-5％(＝O2/(Ar+O2))的气氛下的反应溅射形成含有Ru和氧化物的第二衬层20。第一衬层18改善了记录层22的晶体取向(crystalorientation)，第二衬层20控制记录层22的晶粒尺寸，使之小且均匀。图2是通过在氧浓度为1％的气氛下通过溅射而形成的第二衬层20的透射电子显微镜(TEM)图像。参考图2，紧密形成第二衬层20的晶粒，并且使氧包含到晶粒的边界区域内，从而将所述晶粒清晰地隔离开。Ru形成的晶粒具有约5.4nm的平均尺寸。
尽管在图1中，第一衬层18由Ru形成，但是本示范性实施例不受其限制，第一衬层18可以由Ru和氧形成。而且，尽管在图1中衬层16具有双层结构，但是本示范性实施例不限于此。但是，为了确保记录层22的小且均匀的晶粒尺寸，可以至少在衬层16的上部淀积含有氧的Ru。
记录层22具有多层结构，其中，在衬层16上依次叠置第一铁磁层24、第二铁磁层26和帽盖层28。
第一铁磁层24的磁各向异性能大于第二铁磁层26的磁各向异性能。第一铁磁层24可以由诸如CoPt-SiO2或CoPt-TiO2的具有高磁各向异性能的CoPt氧化物形成。第一铁磁层24可以具有5×106到5×107erg/cc的磁各向异性能。第一铁磁层24具有10-50at％的Pt浓度。第二铁磁层26可以由诸如CoCrPt-SiO2的具有低磁各向异性能的CoCrPt氧化物形成。第二铁磁层26具有1×106到5×106erg/cc的磁各向异性能以及1-30at％的Pt浓度。通过氧化物材料使第一和第二铁磁层24和26的每者当中含有的晶粒相互隔离。所述晶粒由Co合金材料形成，并且在所述晶粒之间置有氧化物材料。
已知，就CoCrPt磁层而言，磁各向异性能随着Pt浓度的提高而增大。在从CoCrPt磁层去除了Cr，并且Pt浓度提高到10-50at％，优选提高到20-30at％时，磁层的垂直磁各向异性能可提高到5×107erg/cc。但是，一旦去除了Cr，晶粒的解耦将变得更加困难。相应地，根据本示范性实施例，用于改善晶体取向的第二衬层20由Ru和氧形成，设置在第二衬层20上的第一铁磁层24由CoPt氧化物形成，设置在第一合金氧化物层24上的第二铁磁层26由CoCrPt氧化物形成，从而容易地分离所述晶粒。
尽管图1示出了第一和第二铁磁层24和26，但是本示范性实施例不限于此，可以形成三个或更多铁磁层。在形成了三个或更多铁磁层时，每一铁磁层可以具有随着从衬层20朝向帽盖层28的距离的增大而降低的磁各向异性能。
帽盖层28设置在第一和第二铁磁层24和26上，以改善记录特性。帽盖层28可以由诸如CoCrPtB的没有氧的Co合金形成。相应地，帽盖层28可以是晶粒不被氧化物隔离的连续薄膜。帽盖层28可以使记录层22热稳定，并且可以通过降低记录层22的磁饱和场Hs而改善记录特性。
用于从外部保护记录层22的保护层30可以由类金刚石碳(DLC)形成。可以在保护层30上形成由四醇(tetraol)形成的润滑层32，以减少与磁头的碰撞和磁头的滑移导致的磁头和保护层30的磨损。
图3A到3C是示出了按照不同顺序叠置记录层的铁磁层时的磁特性的曲线图。实线表示当前例子，其中，通过依次叠置CoPt-TiO2层、CoCrPt-SiO2层和CoCrPtB层形成记录层，虚线表示对比例子，其中，通过依次叠置CoCrPt-SiO2层、CoPt-TiO2层和CoCrPtB层形成记录层。图3A示出了就当前例子和对比例子而言的记录层的磁滞回线。图3B示出了就当前例子和对比例子而言的X射线衍射分析结果。图3C示出了就当前例子和对比例子而言的随着时间推移的记录层的磁道平均幅度(TAA)。参考图3A，当前例子的记录层的矫顽力比对比例子的记录层的矫顽力大得多。参考图3B，当前例子的记录层的磁各向异性能Ku大于对比例子的记录层的磁各向异性能Ku。由于在CoPt-TiO2层上叠置了平行于衬底的晶面内的原子之间的距离比CoPt-TiO2层的小的CoCrPt-SiO2层，因而改善了当前例子的记录层的晶体取向，并由此提高了记录层的磁各向异性能Ku。就此而言，即使在记录层包括两个或更多铁磁层时，也能够通过改善晶体取向而提高记录层的磁各向异性能。例如，在记录层包括多个铁磁层，并且在所述多个铁磁层的上层之上叠置在平行于衬底的晶面内原子之间的距离比所述上层的小的所述多个铁磁层的下层时，能够改善晶体取向，并能够由此提高记录层的总磁各向异性能。此外，磁各向异性能随着Pt浓度的提高而增大。相应地，在在下部铁磁层的Pt浓度大于上部铁磁层的Pt浓度时，下部铁磁层的磁各向异性能可以大于上部铁磁层的磁各向异性能。FePt合金、FePt合金氧化物、CoPt合金或CoPt合金氧化物在平行于衬底的晶面内的原子之间具有较大距离，这一点与用作当前例子的记录层的六角密堆积(hcp)CoPt-TiO2层类似，因而可以采用FePt合金、FePt合金氧化物、CoPt合金或CoPt合金氧化物以及CoPt-TiO2作为CoCrPt氧化物层之下的下层。参考图3C，当前例子的记录层的热稳定性比对比例子的记录层的热稳定性高得多。
图4是图1的垂直磁记录介质的记录层22的TEM图像。
参考图4，通过在包括由Ru形成的第一衬层18以及由Ru和氧形成的第二衬层20的衬层16上依次叠置CoPt-TiO2层、CoCrPt-SiO2层和CoCrPtB层形成记录层22。所述记录层具有5.7nm的平均晶粒尺寸，所述晶粒受到清晰地相互隔离。这似乎是因为，衬层16的受到良好隔离的晶粒影响记录层22，从而改善了记录层22的粒状结构(granular structure)。
图5是示出了在采用帽盖层时以及不采用帽盖层时记录层的磁滞回线的曲线图。
参考图5，当在第一和第二铁磁层上形成帽盖层时，磁化饱和磁场急剧降低。因此，尽管存在高垂直磁各向异性能，也能够容易地实现磁化。
如果将图1的垂直磁记录介质的记录层22淀积为，与形成于第一铁磁层24上的第二铁磁层26相比，向第一铁磁层24施加更高的功率以及施加更低的气压，那么能够降低记录层22的粗糙度，由此改善磁头的浮动条件。
图6A到6E是示出了根据本发明的示范性实施例的垂直磁记录介质的制造方法的截面图。
参考图6A和6B，在衬底50上形成由CoZrNb形成的软磁衬层52和由Ta形成的缓冲层54，之后，在缓冲层54上形成包括由Ru形成的第一衬层56以及由Ru和氧形成的第二衬层58的衬层。通过在小于10mTorr的压强下，采用Ru靶材进行室温溅射而形成第一衬层56。第一衬层56具有大约10nm的厚度、高晶体质量和平坦表面。通过反应溅射在第一衬层56上形成第二衬层58，在所述反应溅射中，在40mTorr的压强下引入氩气和氧气。反应溅射中采用的总气体具有1％的氧浓度。第二衬层58具有包括由Ru形成的晶粒60和使晶粒60磁隔离的边界区域62的粒状结构。第二衬层58具有大约8nm的厚度。第二衬层58的表面粗糙度高于第一衬层56的表面粗糙度，并且第二衬层58的晶粒通过有氧形成的边界区域62隔离。
参考图6C和6D，通过溅射在第二衬层58上形成记录层78，其包括由CoPt-TiO2形成的第一铁磁层64、由CoCrPt-SiO2形成的第二铁磁层70和由CoCrPtB形成的帽盖层76。在富含Pt的气氛内，在40mTorr或更高的压强下，采用CoPt-TiO2靶材形成由CoPt-TiO2形成的第一铁磁层64至厚度大约为10nm。由CoPt-TiO2形成的第一铁磁层64内含有的晶粒66由CoPt形成，围绕晶粒66的边界区域68由TiO2形成。通过利用CoCrPt-SiO2靶材的反应溅射形成由CoCrPt-SiO2形成的第二铁磁层70，在所述反应溅射中，在室温下引入氩气和氧气。反应溅射中采用的总气体具有0.1-10％的氧浓度。通过提高溅射功率并降低压强在20mTorr压强下将CoCrPt-SiO2形成的第二铁磁层70形成至具有大约10nm的厚度，从而降低由CoPt-TiO2形成的第一铁磁层64的表面粗糙度。由CoCrPt-SiO2形成的第二铁磁层70内含有的晶粒72由CoCrPt形成，包围晶粒72的边界区域74由SiO2形成。在10mTorr的压强下将CoCrPtB形成的帽盖层76形成为大约5nm厚的连续薄膜。
参考图6E，在记录层78上形成由DLC形成的保护层80和由tetraol形成的润滑层82，由此完成垂直磁记录介质90。
尽管在上述示范性实施例中，不包括帽盖层76的记录层具有包括第一和第二铁磁层的双层结构，但是本发明不限于此。所述记录层可以具有包括三个或更多铁磁层的结构。在形成了三个或更多铁磁层时，每一铁磁层可以具有随着从衬层150朝向帽盖层76的距离的增大而降低的磁各向异性能Ku。
如上所述，根据本发明，能够获得具有高密度、高热稳定性和高磁各向异性能的垂直磁记录介质。
尽管已经参考其示范性实施例对本发明进行了具体的图示和文字描述，但是本领域技术人员将理解，在不背离由权利要求界定的本发明的精神和范围的情况下可以对其做出各种形式和细节上的改变。
Claims (9)
1.一种垂直磁记录介质，包括：
衬底；
形成于所述衬底上的软磁层；
在所述软磁层上由Ti或Ta形成的缓冲层；
形成于所述缓冲层上的由Ru形成的第一衬层；
与所述第一衬层接触的由Ru和氧化物形成的第二衬层；
形成于所述第二衬层上的第一和第二铁磁记录层，其中所述第一和第二铁磁记录层彼此接触，所述第二铁磁记录层形成在所述第一铁磁记录层上；及
形成于所述第一和第二铁磁记录层上的帽盖层，所述帽盖层由没有氧的Co合金形成，
其中所述第二铁磁记录层的Pt浓度低于所述第一铁磁记录层的Pt浓度，
其中所述第一铁磁记录层由选自由CoPt-TiO2、CoPt-SiO2和CoPt-CrO构成的集合的任何一种材料形成，所述第二铁磁记录层由选自由CoCrPt-SiO2、CoCrPt-TiO2和CoCrPt-CrO构成的集合的任何一种材料形成，且
其中所述帽盖层是晶粒不被氧化物隔离的连续薄膜。
2.根据权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，所述第一铁磁记录层具有10-50at％的Pt浓度。
3.根据权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，所述第二铁磁记录层具有1-30at％的Pt浓度。
4.根据权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，所述第一铁磁记录层的磁各向异性能为5×106到5×107erg/cc。
5.根据权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，所述第二铁磁记录层的磁各向异性能为1×106到5×106erg/cc。
6.根据权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，所述第一和第二铁磁记录层中的每者的晶粒被其中的TiO2、SiO2或CrO隔离。
7.根据权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，所述帽盖层由CoCrPtB形成。
8.根据权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，所述第二衬层中含有的晶粒由Ru形成，氧化物成分置于所述晶粒之间。
9.一种垂直磁记录介质，包括：
衬底；
形成于所述衬底上的由CoZrNb合金形成的软磁层；
在所述软磁层上由Ti或Ta形成的缓冲层；
在所述缓冲层上由Ru形成的第一衬层；
在所述第一衬层上由Ru和氧化物形成的第二衬层；
形成于所述第二衬层上的第一和第二铁磁记录层，其中所述第一和第二铁磁记录层彼此接触；及
形成于所述第二铁磁记录层上的帽盖层，所述帽盖层由没有氧的Co合金形成，
其中所述第一铁磁记录层由选自由CoPt-TiO2、CoPt-SiO2和CoPt-CrO构成的集合的任何一种材料形成，所述第二铁磁记录层由选自由CoCrPt-SiO2、CoCrPt-TiO2和CoCrPt-CrO构成的集合的任何一种材料形成，
其中所述第一和第二铁磁记录层中的每者的晶粒被其中的TiO2、SiO2或CrO隔离，且
其中所述第二衬层通过在氧浓度为0.1-5％的气氛下的反应溅射形成。
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