CN101546563A - 磁记录介质和磁记录装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及磁记录介质和磁记录装置。公开的磁记录介质包括：基片；设置在所述基片上的软磁性衬垫层；设置在所述软磁性衬垫层上的中间层；设置在所述中间层上并且具有垂直磁各向异性的第一记录层；设置在所述第一记录层上的交换耦合能量控制层，该交换耦合能量控制层由粒状材料制成，在该粒状材料中向包括钌的金属添加了氧化物；以及设置在所述交换耦合能量控制层上的第二记录层，该第二记录层具有垂直磁各向异性，并且经由所述交换耦合能量控制层与所述第一记录层强磁性耦合。
Description
技术领域
本公开于此致力于提供一种磁记录介质和磁记录装置。
背景技术
随着信息社会的发展，对于支持信息记录装置的中心任务的磁记录装置，针对安装在这种磁记录装置上的磁记录介质寻求记录密度方面的进一步改进。在硬盘驱动器(HDD)的情况下，例如，硬盘的记录密度每年改进50％或以上。为了实现这种高记录密度，与磁化取向为面内方向的面内记录介质相比，记录层磁化取向与面内方向垂直的垂直磁记录介质被认为更有利。在垂直磁记录介质中，记录层中的相邻位的磁化方向为反平行，其导致加强磁化。结果，在垂直磁记录介质中更容易实现高记录密度。
应注意到，如果记录密度较高，则减小了携带一位磁信息的磁域的面积，并且继而减小了该磁域的磁化强度。结果，“热起伏”效应变得更突出，其中，磁化取向因热而按随机方式反转，由此导致丢失磁信息。使用具有高磁各向异性能量的材料是防止热起伏效应的一种方式；然而，如果磁各向异性能量较高，则用于写入磁记录信息的记录磁场变得较强，由此，减小了记录层的可写性。
因而，记录层的热起伏耐受性与记录层的可写性彼此冲突，怎样实现这两者之间的良好平衡已经成为开发垂直磁记录介质的关键问题。
为了实现这种平衡，在专利文献1中提出了所谓的ECC(交换耦合型合成物)磁记录介质。在ECC磁记录介质中，按一个记录层的易磁化的轴与基片垂直而另一记录层的易磁化的轴沿面内方向、或者两个记录层的易磁化的轴彼此倾斜相交的方式，将两个记录层设置成一个在另一个上方。在两个记录层之间设置了非磁性或高饱和磁性交换耦合能量控制层(中间层)，以控制记录层之间的交换耦合能量，由此减小记录磁场的强度。专利文献1公开了作为非磁性交换耦合能量控制层的Ru(钌)层和作为高饱和磁性交换耦合能量控制层的Co(钴)层。具体来说，使用Ru作为交换耦合能量控制层的材料较为优选，因为它具有与记录层相匹配的良好晶格。
专利文献1：日本特开2005-56555号公报。
然而，如果非磁性交换耦合能量控制层仅由Ru制成并且较厚，则上记录层与下记录层之间的交换耦合能量较小。因此，尽管一个记录层的磁化因记录磁场而反转，但另一记录层的磁化没有反转，在这种情况下，需要增加记录磁场强度以便写入磁信息。因此，在ECC磁记录介质中设置非磁性交换耦合能量控制层的情况下，交换耦合能量控制层需要薄为大约0.2nm或以下。然而，很难生产这种超薄交换耦合能量控制层，由此造成ECC磁记录介质的大规模生产方面的问题。
发明内容
根据本公开的一个方面，一种磁记录介质包括：基片；设置在所述基片上的软磁性衬垫层(backing layer)；设置在所述软磁性衬垫层上的中间层；设置在所述中间层上并且具有垂直磁各向异性的第一记录层；设置在所述第一记录层上的交换耦合能量控制层，该交换耦合能量控制层由粒状材料制成，在该粒状材料中向包括钌的金属添加了氧化物；以及设置在所述交换耦合能量控制层上的第二记录层，该第二记录层具有垂直磁各向异性，并且经由所述交换耦合能量控制层与所述第一记录层强磁性耦合。
根据本公开的另一方面，一种磁记录装置包括磁记录介质和面对该磁记录介质的磁头。该磁记录介质包括：基片；设置在所述基片上的软磁性衬垫层；设置在所述软磁性衬垫层上的中间层；设置在所述中间层上并且具有垂直磁各向异性的第一记录层；设置在所述第一记录层上的交换耦合能量控制层，该交换耦合能量控制层由粒状材料制成，在该粒状材料中向包括钌的金属添加了氧化物；以及设置在所述交换耦合能量控制层上的第二记录层，该第二记录层具有垂直磁各向异性，并且经由所述交换耦合能量控制层与所述第一记录层强磁性耦合。
本实施方式的其它目的和优点的一部分将在下面的描述中加以阐述，一部分从下面的描述将显而易见，或者可以通过实施本公开而获知。通过在所附权利要求中具体指出的部件和组合将认识到并获得本公开的目的和优点。
应当明白，前述一般描述和下面的详细描述仅是示范性和解释性的，而非对如权利要求所述的本公开的限制。
附图说明
图1是本公开的实施方式的磁记录介质的示意图；
图2示出了交换耦合能量控制层的厚度与反转磁场的强度之间的关系；
图3示出了对Ru的SiO2添加量与Ru层厚度容限之间的关系；
图4是根据本公开的实施方式的磁记录/回放装置的平面图。
具体实施方式
接下来，参照附图，对描述执行本公开的最佳模式的实施方式进行说明。
图1是示出根据本公开的实施方式的ECC垂直磁记录介质10的基本构造的示意图。如图1所示，ECC垂直磁记录介质10具有分层结构，该分层结构包括设置在底部的基片1、软磁性衬垫层2、非磁性中间层3、磁记录层9以及保护层7。
基片1是由非磁性材料(如玻璃、铝，或硅(Si))制成的非磁性基片。设置在基片1的顶部上的软磁性衬垫层2由具有高导磁率和非晶结构的FeCo合金制成。软磁性衬垫层2可以具有包括非磁性层的多层结构，例如，按所述顺序设置有FeCoB层、Ru层以及FeCoB层的分层结构。
设置非磁性中间层3是为了通过使磁记录介质9的易磁化的轴取向与ECC垂直磁记录介质10的面内方向垂直来改进磁记录层9的结晶度。非磁性中间层3可以由单层形成，或者可以是多层的。在本实施方式中，将具有与磁记录层9相匹配的良好晶格的钌(Ru)用于非磁性中间层3。然而，非磁性中间层3例如可以具有包括非晶Ta层、NiFeCr层和Ru层的分层结构，或者包括NiFeCr层和Ru层的分层结构。
磁记录层9具有这样的结构：第一记录磁性层4和第二记录磁性层6通过交换耦合能量控制层5相耦合。第一记录磁性层4具有高磁各向异性(高Hk)。通过使用如下的粒状材料而获得高磁各向异性，所述粒状材料为添加了SiO2的CoCrPt合金，其中Pt的成分量为20at.％(原子百分比)或以上。第二记录磁性层6是具有比第一记录磁性层4低的磁各向异性(低Hk)的磁性层。通过使用如下的粒状材料将第二记录磁性层6的磁各向异性设置成低于第一记录磁性层4的磁各向异性，所述粒状材料为添加SiO2的CoCrPt合金，其中Pt的成分量为15at.％或以上。
应注意到，在本实施方式中，磁记录层9具有这样的结构：第一记录磁性层4被设置为下层，第二记录磁性层6层叠在第一记录磁性层4的顶部上，在它们之间插入有交换耦合能量控制层5；然而，磁记录层9可以具有这样的结构：低Hk记录磁性层被设置为下层，高Hk记录磁性层层叠在低Hk记录磁性层的顶部上，在它们之间插入有交换耦合能量控制层5。
需要交换耦合能量控制层5来实现有利的ECC结构。本实施方式的特征在于，交换耦合能量控制层5由通过将6at.％的SiO2添加至钌(Ru)而产生的粒状材料制成。关于保护层7，例如可以使用DLC(钻石状碳)层。可以将润滑剂涂覆在保护层上。
接下来，对根据本实施方式的磁记录介质10的制造过程进行描述。
为了制造磁记录介质10，首先，通过溅射在诸如玻璃基片的非磁性基片1上形成厚度为50nm到100nm、优选为50nm的CoNbZr层，作为软磁性衬垫层2。在溅射过程中，将基片的温度保持在室温，并且将Ar气用作处理气体(溅射气体)。膜形成压力大约为0.5Pa。
应注意到，基片1不限于玻璃基片，而可以是Al合金基片、表面上具有热氧化膜的硅基片、或塑料基片。而且，软磁性衬垫层2不限于单层结构，而可以具有分层结构，其中通过插入在软磁性衬垫子层之间的非磁性子层(例如Ru层)来分离软磁性衬垫子层，并且分离的软磁性衬垫子层反强磁性耦合，从而防止导致尖峰噪声的漏磁场发散到软磁性衬垫层2之外。
接下来，作为非磁性中间层3，通过溅射在软磁性衬垫层2上形成具有20nm到30nm的厚度的Ru层，其中将Ar气用作处理气体并且膜形成压力为0.5Pa。当形成非磁性中间层3时，将基片的温度保持在室温。
接着，作为第一记录磁性层4，通过溅射按大约10nm的厚度形成具有如下的粒状结构的CoCrPt·SiO2层：其中CoCrPt微粒散布在二氧化硅(SiO2)中。如上所述，Pt的成分量为20at.％或以上，由此，将第一记录磁性层4制成为具有高Hk。形成第一记录磁性层4的条件没有具体限制；然而，在本实施方式中，将Ar气用作处理气体，并且膜形成压力为0.5Pa。
第一记录磁性层4下面的由Ru制成的非磁性中间层3具有hcp(六方紧密堆积)晶体结构，这起到将第一记录磁性层4中的CoCrPt微粒的取向调整为垂直于面内方向的作用。结果，CoCrPt微粒具有hcp晶体结构，其如在非磁性中间层3中那样向垂直方向延伸。易磁化的轴位于hcp结构的六方柱的高度方向，并且第一记录磁性层4表现出垂直磁各向异性。
应注意到，第一记录磁性层4不限于粒状结构，只要它表现出垂直磁各向异性即可。例如，可以将具有垂直磁各向异性的CoCr系合金层用作第一记录磁性层4。
接下来，作为交换耦合能量控制层5，通过溅射按0.3nm到0.5nm的厚度形成具有如下的粒状结构的Ru·SiO2层：其中Ru微粒散布在二氧化硅(SiO2)中。在本实施方式中，因为将交换耦合能量控制层5形成得较厚，所以可以改进交换耦合能量控制层5的膜形成效率，由此改进垂直磁记录介质10的大规模生产情况。
在形成了交换耦合能量控制层5之后，如上所述，在交换耦合能量控制层5的顶部上形成第二记录磁性层6。具体来说，作为第二记录磁性层6，通过溅射在交换耦合能量控制层5上形成厚度大约为6nm的CoCrPt层，其中将Ar气用作处理气体并且膜形成压力为0.5Pa。如上所述，Pt的成分量为15at.％或以上，由此，将第二记录磁性层6制成得具有比第一记录磁性层4的磁各向异性低的磁各向异性。
第二记录磁性层6像第一记录磁性层4那样表现出垂直磁各向异性。第一记录层4和第二记录层6彼此强磁性耦合，它们之间插入有交换耦合能量控制层5。记录层4和6之间的交换耦合能量受到交换耦合能量控制层5的控制。应注意到，第一记录磁性层4和第二记录磁性层6的制造过程不限于以上在本实施方式中描述的过程，第一记录磁性层4和第二磁性记录层6可以按相反顺序形成。
接下来，作为保护层7，使用C2H2气体作为反应气体，通过RF-CVD(射频化学气相淀积)在第二记录磁性层6上按大约4nm的厚度形成DLC(钻石状碳)层。接着，可以在保护层的顶部上涂覆润滑剂。按上述方式，制造出根据本实施方式的磁记录介质10。
本实施方式的垂直磁记录介质10的特征在于，向钌添加氧化物以产生交换耦合能量控制层5。向钌添加氧化物使得可以增大Ru层厚度容限。术语“Ru层厚度容限”表示使得反转磁场的强度与目标值的偏差在±200Oe之内的Ru层厚度。通过将氧化物(二氧化硅)添加至钌，获得在氧化物基体(matrix)中包含Ru的粒状结构。
交换耦合能量控制层5通过在上磁性层和下磁性层之间引起称为RKKY(Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida)相互作用的相互作用来控制交换耦合能量。在交换耦合能量控制层5按粒状结构形成的情况下，这种相互作用减小。因此，为了增强减小的交互作用，考虑可以增加交换耦合能量控制层5的厚度。
如果交换耦合能量控制层5按粒状结构形成，则设置在交换耦合能量控制层5上的磁性层(本实施方式中为第二记录磁性层6)跟随着交换耦合能量控制层5的结构而生长。因此，第二记录磁性层6具有或接近粒状结构。在第二记录磁性层6原本由形成粒状结构的材料制成的情况下，更易于形成粒状结构。结果，促进了第二记录磁性层6中的面内方向的磁耦合的分离，由此改进了第二记录磁性层6的记录分辨率。
在本实施方式中，使用通过将氧化物添加至钌所产生的材料，然而，使用包括足够量的Ru的合金有望获得同样的效果，所述足够量的Ru使得该合金可以具有与第一记录磁性层4和第二记录磁性层6相匹配的良好晶格。
接下来，参照图2和3，对按上述方式制造的垂直磁记录介质10获得的有利效果进行描述。
图2示出了当交换耦合能量控制层5的厚度在0到0.6nm的范围中改变时观察到的减小反转磁场强度的效果。在图2中，垂直轴是反转磁场的强度，而水平轴是交换耦合能量控制层5的厚度。
图2的实施例1是通过上述制造过程制造的垂直磁记录介质10。实施例2是具有和实施例1相同的结构并且由和实施例1的材料相同的材料制成的记录介质，但不同之处在于交换耦合能量控制层5由将3at.％的SiO2添加至Ru所产生的粒状材料制成。常规例是具有和实施例1相同的结构并且由和实施例1的材料相同的材料制成的记录介质，但不同之处在于交换耦合能量控制层5仅由Ru(纯Ru)制成。图2在单个曲线图中一起例示了实施例1、实施例2以及常规例。
根据图2，关于常规例，交换耦合能量控制层5的减小反转磁场强度的最佳厚度大约为0.15nm。然而，如上所述，交换耦合能量控制层5的如此小的最佳厚度导致在垂直磁记录介质10的大规模生产方面有问题。
另一方面，关于实施例1和实施例2，交换耦合能量控制层5的最佳厚度大约为0.40nm，比常规例的厚度大了大约2.7倍。因此，根据本实施方式的垂直磁记录介质10，可以改进大规模生产情况。在其中将3at.％SiO2添加至Ru的实施例2的情况下，层厚度改变的效果基本上和实施例1的情况相同。因此，通过至少在3at.％到6at.％的范围内添加SiO2的量，可以获得其层厚度(0.4nm)允许大规模生产的交换耦合能量控制层5。
图3示出了Ru层厚度容限与SiO2添加量的关系。根据图3，可以看出，通过将SiO2的添加量从0at.％增加至3at.％到6at.％的范围，可以将Ru层厚度容限增加大约1.5倍至两倍。因而，根据图3所示的结果也证明了本实施方式能够改进垂直磁记录介质10的大规模生产情况。
接下来，对包括本实施方式的磁记录介质10的磁记录/回放装置20进行描述。图4是磁记录/回放装置20的平面图。磁记录/回放装置20是硬盘装置，安装在个人计算机或TV记录装置中。
在磁记录/回放装置20中，在可由主轴电机等旋转的外壳17中容纳有磁记录介质11，作为硬盘。在外壳17中，设置有可由VCM(音圈电机)18绕轴16旋转的滑架臂14。在滑架臂14的尖端处设置有磁头13，随着磁头13扫过磁记录介质11的表面，向磁记录介质11写入磁信息/从磁记录介质11读取磁信息。
磁头13的类型没有具体限制，磁头13可以由诸如GMR(巨磁阻)元件或TuMR(隧道磁阻)元件的磁阻元件形成。磁记录/回放装置20不限于上述硬盘装置，可以是用于在柔性带状磁记录介质上记录磁信息的装置。
根据本公开，即使将交换耦合能量控制层制成得较厚，也可以保持记录层的高交换耦合能量，由此，既可以改进垂直磁记录介质的特性又可以改进垂直磁记录介质的大规模生产情况。
因而，在此已经参照优选实施方式对本公开进行了描述。虽然使用具体实施例示出并描述了本公开，但应当明白，在不脱离如权利要求所限定的本公开的广义精神和范围的情况下，可以对具体实施例进行各种改变和修改。
在此使用的全部实施例和条件化语言旨在用于教导的目的，以帮助读者理解本公开的原理和发明者为促进本领域而贡献的概念，并且应当被视为不限于这些具体陈述的实施例和条件，在本说明书中这些实施例的组成也不涉及展示本公开的优劣性。尽管详细描述了本公开的实施方式，但应当明白，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行各种改变、替换以及修改。
Claims (6)
1、一种磁记录介质，该磁记录介质包括：
基片；
设置在所述基片上的软磁性衬垫层；
设置在所述软磁性衬垫层上的中间层；
设置在所述中间层上并且具有垂直磁各向异性的第一记录层；
设置在所述第一记录层上的交换耦合能量控制层，该交换耦合能量控制层由粒状材料制成，在该粒状材料中向包括钌的金属添加了氧化物；以及
设置在所述交换耦合能量控制层上的第二记录层，该第二记录层具有垂直磁各向异性，并且经由所述交换耦合能量控制层与所述第一记录层强磁性耦合。
2、根据权利要求1所述的磁记录介质，其中，所述氧化物是二氧化硅。
3、根据权利要求2所述的磁记录介质，其中，所述二氧化硅是按3个原子百分比到6个原子百分比的范围添加的，包括3个原子百分比和6个原子百分比。
4、根据权利要求1所述的磁记录介质，其中，所述交换耦合能量控制层的厚度在0.3nm到0.5nm的范围内，包括0.3nm和0.5nm。
5、根据权利要求1所述的磁记录介质，其中，所述粒状材料是通过向所述氧化物添加钌而制成的。
6、一种磁记录装置，该磁记录装置包括：
磁记录介质；和
面对所述磁记录介质的磁头，
其中，所述磁记录介质包括：基片；设置在所述基片上的软磁性衬垫层；设置在所述软磁性衬垫层上的中间层；设置在所述中间层上并且具有垂直磁各向异性的第一记录层；设置在所述第一记录层上的交换耦合能量控制层，该交换耦合能量控制层由粒状材料制成，在该粒状材料中向包括钌的金属添加了氧化物；以及设置在所述交换耦合能量控制层上的第二记录层，该第二记录层具有垂直磁各向异性，并且经由所述交换耦合能量控制层与所述第一记录层强磁性耦合。
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