CN101809659B

CN101809659B - 垂直磁记录介质和磁记录再生装置

Info

Publication number: CN101809659B
Application number: CN2008801093190A
Authority: CN
Inventors: 佐佐木有三
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Lishennoco Co ltd; Resonac Holdings Corp
Priority date: 2007-10-03
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: US8367229B2; JP2009087501A; CN101809659A; WO2009044733A1; US20100246060A1

Abstract

本发明涉及一种垂直磁记录介质，它是在非磁性基板上至少具有衬里层、取向控制层、磁记录层和保护层的垂直磁记录介质，其特征在于，磁记录层由两层以上构成，从所述非磁性基板侧起包含第一磁记录层和第二磁记录层，关于各磁记录层的晶体磁各向异性能量K_u，第一磁记录层为4×10⁶erg/cc以上，第二磁记录层为2×10⁶erg/cc以下。第一磁记录层由CoCrPtRu磁性合金晶粒和氧化物形成的晶界部构成，在第一磁记录层的平面TEM观察中，晶界部面积为全体的30％以上。另外，本发明还涉及使用了该垂直磁记录介质的磁记录再生装置。

Description

垂直磁记录介质和磁记录再生装置

技术领域

本发明涉及垂直磁记录介质和使用该垂直磁记录介质的磁记录再生装置。

背景技术

近年，磁盘装置、软盘装置、磁带装置等的磁记录装置的适用范围显著地增大，在其重要性增加的同时，对于这些装置中所使用的磁记录介质，不断谋求其记录密度的显著提高。尤其是HDD(Harddisk drive；硬盘驱动器)，引入MR磁头和PRML技术以来，面记录密度的上升更加激烈，近年又引入GMR磁头、TuMR磁头等，每年在以约100％的速度继续增加。

另一方面，作为HDD的磁记录方式，所谓的垂直磁记录方式作为替代现有的面内磁记录方式的技术近年来应用迅速地扩展。所谓垂直磁记录方式，记录信息的记录层的晶体粒子在相对于基板垂直的方向有易磁化轴。所谓该易磁化轴，意指磁化容易朝向的方向，一般地使用的Co合金的场合，是与Co的六方最密结构的(002)晶面的法线平行的轴(c轴)。由此，在高记录密度发展时，也具有记录位间的反磁场的影响小、在静磁上也稳定的特征。

垂直磁记录介质，一般是在非磁性基板上以种子层(晶种层；seedlayer)、中间层、磁记录层、保护层的顺序来成膜的。另外，成膜至保护层之后在表面涂布润滑层的情况较多。另外，很多情况下在种子层之下设有被称为软磁性衬里层的磁性膜。种子层和/或中间层是出于更加提高磁记录层的特性的目的而形成。具体地讲，起到在使磁记录层的晶体取向整齐的同时控制磁性晶体的形状的作用。

垂直磁记录介质的记录密度的高记录密度化，需要确保热稳定性且实现低噪音化。降低噪音一般可以采用二种方法。第一种方法是通过将记录层的磁性晶体粒子进行磁分离、孤立化，来降低膜面内方向的磁性晶体粒子间的磁相互作用的方法。第二种方法是缩小磁性晶体粒子的粒径的方法。具体地讲，例如有：在记录层中添加SiO₂等，形成磁性晶体粒子被含有很多的SiO₂等的晶界区域包围的、具有所谓的颗粒结构(粒状结构)的垂直磁记录层的方法。然而采用这样的方法实施低噪音化时，为了确保热稳定性，必须增加磁性晶体粒子的垂直磁各向异性能量(K_u)。然而，当使磁各向异性能量增加时，H_c和/或H_co变大，记录头的写入变得不充分，其结果产生再生特性恶化的问题。

作为解决该问题的方法，提出了在由上述颗粒结构构成的垂直磁记录层(主记录层)的上侧或下侧设置了由软磁性粒子形成的辅助层的所谓的复合材料介质的方案(例如非专利文献1、专利文献1)。由于作为主记录层的硬磁性膜与作为辅助层的软磁性膜交换耦合，因此通过在来自磁头的磁场施加时辅助层部分先开始磁化反转(翻转)，与现有的垂直磁记录介质相比能够在低的施加磁场下进行反转。另外，通过在主记录层与辅助层之间设置非磁性膜，来控制主记录层与辅助层的静磁耦合，能够设计最佳特性的垂直磁记录介质。

然而，上述的主记录层在基板面内方向也有交换相互作用时，主记录层与辅助层间的交换相互作用相对地减弱，只辅助层先磁化反转，主记录层的反转磁场的降低效果变小。此外，单独反转的辅助层的磁距成为噪音成分，记录再生特性恶化。

非专利文献1：IEEE Transaction on Magnetics vol.41pp，537

专利文献1：日本专利申请2005-172601号公报

发明内容

本发明是鉴于上述状况而完成的研究，其目的是提供通过降低主记录层的沿基板面内方向的交换耦合，来同时地具有良好的热稳定性和记录再生特性，能够高记录密度化的垂直磁记录介质和使用该垂直磁记录介质的磁记录装置。

本发明通过以下的方式达到上述的目的。

(1)一种垂直磁记录介质，是在非磁性基板上至少具有衬里层、取向控制层、磁记录层和保护层的垂直磁记录介质，其特征在于，磁记录层由两层以上构成，从上述非磁性基板侧起包含第一磁记录层和第二磁记录层，各个磁记录层的晶体磁各向异性能量K_u，第一磁记录层为4×10⁶erg/cc以上，第二磁记录层为2×10⁶erg/cc以下，第一磁记录层由CoCrPtRu磁性合金晶粒和氧化物形成的晶界部构成，在第一磁记录层的平面TEM观察中，晶界部面积为全体的30％以上。

(2)根据(1)所述的垂直磁记录介质，其特征在于，在上述第一磁记录层与第二磁记录层之间具有交换耦合控制层。

(3)根据(1)或(2)所述的垂直磁记录介质，其特征在于，上述第一磁记录层在CoCrPtRu磁性合金晶粒中含有3原子％～8原子％的范围内的选自Al、V、Ti、Mo、Nb、Zr、W、Ta、Hf、Re、Gd、Tb、Sm、Ce、Nd和Pr中的至少一种元素，在晶界部含有选自Al、B、Bi、Ca、Cr、Fe、Hf、Mg、Mo、Nb、Ru、Si、Ta、Ti、W和Zr中的至少一种元素。

(4)一种磁记录再生装置，是具有磁记录介质和对该磁记录介质记录再生信息的磁头的磁记录再生装置，其特征在于，磁记录介质是(1)～(3)的任一项所述的垂直磁记录介质。

根据本发明，能够提供热稳定性优异、高记录密度特性优异的垂直磁记录介质。

附图说明

图1是表示本发明的垂直磁记录介质的剖面结构的图。

图2是表示本发明的垂直磁记录再生装置的结构的图。

标号说明

1：非磁性基板、2：软磁性衬里层、3：种子层、4：中间层、5-1：第一磁记录层、5-2：交换耦合控制层、5-3：第二磁记录层、6：保护层、100磁记录介质、101：介质驱动部、102：磁头、103：磁头驱动部、104：记录再生信号系统

具体实施方式

图1是表示本发明涉及的垂直磁记录介质的一例的剖面图。

本发明的垂直磁记录介质100，例如具有下述结构：在非磁性基板1上至少依次层叠有软磁性衬里层2、构成控制其紧上方的膜的取向性的取向控制层的种子层3和中间层4、垂直磁记录层5、保护层6。垂直磁记录层5包含作为主记录层的第一磁记录层5-1、交换耦合控制层5-2、作为辅助层的第二磁记录层5-3。

作为在本发明的磁记录介质中使用的非磁性基板，可以使用以Al为主成分的例如Al-Mg合金等的Al合金基板、由通常的钠钙玻璃(soda glass)、铝硅酸盐系玻璃、非晶玻璃类、硅、钛、陶瓷、蓝宝石、石英、各种树脂形成的基板等，只要是非磁性基板就可以使用任意的基板。其中，使用Al合金基板、和结晶化玻璃、非晶玻璃等的玻璃制基板的情况较多。在玻璃基板的情况下，优选实施了镜面研磨的基板、如

那样的低Ra基板等。如果为轻度，则也可以带有纹理(texture)。

在磁盘的制造工序中，首先通常进行基板的洗涤和干燥，在本发明中，从确保各层的粘附性的观点考虑，也优选在其形成前进行洗涤、干燥。关于洗涤，不仅包括水洗涤，还包括通过腐蚀(反溅射)进行的洗涤。另外，基板尺寸也没有特别的限定。

软磁性衬里层被设置于较多的垂直磁记录介质中。在向介质记录信号时，起着引导来自磁头的记录磁场，并对磁记录层高效率地施加记录磁场的垂直成分的作用。作为材料，只要是FeCo系合金、CoZrNb系合金、CoTaZr系合金等所谓的具有软磁性特性的材料就可以使用。软磁性衬里层特别优选为非晶结构。这是因为通过使其为非晶结构，可防止表面粗糙度(Ra)增大，并降低磁头的浮起量，能够进一步高记录密度化的缘故。另外，不仅这些软磁性层单层的场合，也优选在两层之间夹入Ru等的极薄的非磁性薄膜从而使软磁性层间具有反磁性耦合的结构。衬里层的总膜厚为20nm～120nm左右，但可根据记录再生特性与写入(over write)特性的平衡来适当确定。

取向控制层由多个层构成，从基板侧起依次称为种子层、中间层。作为种子层的作用在于控制中间层和/或磁记录层的粒径和晶体取向性。作为种子层的材料，优选Ta、面心立方结构的进行(111)晶面取向的Ni、Ni-Nb、Ni-Ta、Ni-V、Ni-W等Ni合金。

另外，即使是软磁性衬里层采取非晶结构的场合，根据材料和成膜条件也有时Ra变大，因此通过在软磁性衬里层与种子层之间成膜出非磁性的非晶层来降低Ra，能够使磁记录层的取向提高。

中间层的材料，优选与磁记录层同样地采取六方最密结构的Ru、Re、或它们的合金。中间层的作用在于控制磁记录层的取向，因此即使不采取六方最密结构，但只要是能够控制磁记录层的取向的材料，则可以没有任何限定地使用。取向控制层的总厚度从记录再生特性与写入特性的平衡考虑优选是5nm～20nm。另外，作为磁记录层使用具有颗粒结构的磁记录层的场合，由中间层的表面凹凸变大而可促进非磁性的氧化物和/或氮化物向晶界偏析，因此优选中间层成膜时的气体压力是3Pa以上，更优选是10Pa以上。

本发明中的垂直磁记录层是主记录层，由K_u高的第一磁记录层、增强第一磁记录层与第二磁记录层的交换耦合的交换耦合控制层、作为辅助层的K_u低的第二磁记录层构成，优选第一磁记录层的K_u为4×10⁶erg/cc以上，第二磁记录层的K_u为2×10⁶erg/cc以下。

在本发明的构成中，通过将第一磁记录层与第二磁记录层强磁性地进行交换耦合，在比没有第二磁记录层的场合低的外部磁场下引起磁化反转。第一磁记录层和第二磁记录层之间的交换耦合为适度的强度的场合，K_u低的第二磁记录层先开始磁化反转，通过第一磁记录层和第二磁记录层之间的交换耦合，第一磁记录层也进行磁化反转使得被第二磁记录层拉曳(称为非一致转动(Ineoherent Rotation)的磁化反转模式)，这样的场合，第一磁记录层的磁距一点一点地进行反转，因此可确保作为介质整体的热稳定性，并且写入特性提高，因此记录再生特性也提高。第一磁记录层和第二磁记录层之间的交换耦合比适度的范围强时，第一磁记录层与第二磁记录层的磁距同时地反转(称为一致转动(Coherent Rotation)的磁化反转模式)，两层的K_u单纯地平均化，热稳定性劣化，相反地当交换耦合过弱时，只第二磁记录层先进行磁化反转，第一磁记录层的反转磁场的降低效果变小。此外，单独地反转了的第二磁记录层的磁距成为噪音成分，记录再生特性恶化。

在本发明中，优选使第一磁记录层的K_u为4×10⁶～7×10⁶erg/cc的范围内，优选使第二磁记录层的K_u为0.5×10⁶～2×10⁶erg/cc的范围内。

另外，即使第一磁记录层和第二磁记录层之间的交换耦合是适度的，当第一磁记录层的沿基板面内方向的交换耦合的影响大时，第一磁记录层和第二磁记录层之间的交换耦合相对地减弱，没有成为非一致(Incoherent)的磁化反转。为了抑制第一磁记录层的沿面内方向的交换相互作用，优选本发明中的第一磁记录层的至少一层采取由强磁性的CoCrPtRu磁性合金晶粒和由非磁性的氧化物形成的晶界部构成的颗粒结构，在第一磁记录层的平面TEM图像中，优选晶界部的面积为30％以上。作为第一磁记录层的磁性晶体材料，优选使用以Co、Cr、Pt和Ru为必需成分(CoCrPtRu磁性合金必需成分)，并向其中添加了用于形成颗粒结构的氧化物的磁性晶体材料。作为氧化物可以使用选自Al、B、Bi、Ca、Cr、Fe、Hf、Mg、Mo、Nb、Ru、Si、Ta、Ti、W和Zr中的至少一种元素。另外，也可以添加两种以上元素的氧化物。

本发明的第一磁记录层的晶界部的面积，更优选为30％～40％的范围内，最优选为32％～35％的范围内。

通过增加进行溅射的靶的氧化物量能够抵制面内方向的交换耦合，但氧化物被溅射时，分解成氧和金属元素，因此CoCrPtRu合金的Co被分解出的氧氧化，有可能磁矩(信号输出)降低。为了抑制该Co的氧化，添加其他元素替代Co与氧结合是有效的。作为本发明的第一磁记录层，优选以在CoCrPtRu磁性合金晶粒中含有3～8原子％的范围的选自Al、V、Ti、Mo、Nb、Zr、W、Ta、Hf和Re中的至少一种过渡金属元素的方式添加该过渡金属元素。即使以在磁性合金晶粒CoCrPtRu中含有3～8原子％的范围的选自Gd、Tb、Sm、Ce、Nd、Pr中的至少一种稀土类元素的方式添加该稀土类元素来替代过渡金属元素，也能够抑制Co的氧化。此外，从能够有效地抑制Co的氧化的观点考虑，更优选以在CoCrPtRu磁性合金晶粒中含有3～8原子％的选自Ti、Mo、Nb和Tb中的至少一种元素的方式添加该元素。

第一磁记录层的成分组成可以在上述范围进行调整使得第一磁记录层的K_u为4×10⁶erg/cc以上，并且第一磁记录层的晶界部的面积为30％以上。另外，CoCrPtRu磁性合金(作为必需成分的Co、Cr、Pt和Ru与为抑制上述Co的氧化而添加的元素的合计)与构成晶界部的氧化物的构成比(摩尔％)，也可以在第一磁记录层的K_u为4×10⁶erg/cc以上、且第一磁记录层的晶界部的面积为30％以上的范围进行调整。

形成第一磁记录层的磁性晶体粒子的平均粒径优选为3nm～10nm，平均晶界宽度优选为1nm～2nm。在此，平均晶体粒径和平均晶界宽度、晶界部的面积可以利用平面TEM观察像来算出。

第一磁记录层可以形成为使用了这些材料的两层以上的多层结构。该场合下，只要至少一层具有上述的颗粒结构即可。

作为交换耦合控制层，可以使用非磁性的材料。材料可以适当地决定，但一般可以使用Ru和Re等的具有六方最密结构的元素或合金。交换耦合控制层的膜厚，优选为第一磁记录层与第二磁记录层的交换耦合是强磁性的耦合的范围，在本发明中优选为0.3～2.5nm的范围。

保护层是用于保护介质以避免由磁头与介质的接触导致损伤的层。可以使用碳膜、SiO₂膜等，但大多数的场合使用碳膜。膜的形成大多采用溅射法、等离子体CVD法等，但近年来大多采用等离子体CVD法。也可以采用磁控等离子体CVD法。膜厚为1nm～10nm左右，优选为2nm～6nm左右，进一步优选为2nm～4nm。

图2是表示使用了上述垂直磁记录介质的垂直磁记录再生装置的一例的图。图2中表示的磁记录再生装置，具有图1所示的构成的垂直磁记录介质100、使磁记录介质100旋转驱动的介质驱动部101、对磁记录介质100记录再生信息的磁头102、使该磁头102相对于磁记录介质100进行相对运动的磁头驱动部103和记录再生信号处理系统104从而构成。

记录再生信号处理系统104，能够处理从外部输入的数据，将记录信号送至磁头102，处理来自磁头102的再生信号，将数据送至外部。

本发明的磁记录再生装置中所用的磁头102，可以使用具有利用巨大磁阻效应(GMR)的GMR元件、利用隧道效应的TuMR元件等的适于更高记录密度的磁头。

实施例

以下举出实施例具体地说明本发明

(实施例1、比较例1)

将放置了HD用玻璃基板的真空室预先进行真空排气至1.0×10^-5Pa以下。

接着，使用溅射法在气压为0.6Pa的Ar气氛中在该基板上成膜出作为软磁性衬里层的20nm厚的Co10Ta5Zr、0.6nm厚的Ru、20nm厚的Co10Ta5Zr。接着，在气压为0.6Pa的Ar气氛中形成8nm厚Ni10W膜来作为种子层，作为中间层，在0.6Pa的Ar气氛中形成10nm厚的Ru膜、进而在气压为10Pa的Ar气氛中形成10nm厚的Ru膜。

作为第一磁记录层，在5Pa的Ar气氛中形成12nm厚的88(Co5Cr20Pt8Ru8Ti)-12(SiO₂)、88(Co5Cr20Pt8Ru8Mo)-12(SiO₂)、88(Co7Cr20Pt8Ru5Nd)-12(SiO₂)、88(Co7Cr20Pt8Ru5Tb)-12(SiO₂)(摩尔％)膜。作为交换耦合控制层，在气压0.6Pa下形成0.6nm厚的Ru膜(实施例1-1～4)。然后，在气压0.6Pa的Ar气氛中形成7nm厚的Co10Cr5Pt5B来作为第二磁记录层。作为比较例的第一磁记录层，在5Pa 的Ar气氛中形成12nm厚的92(Co5Cr20Pt8Ru8Ti)-8(SiO₂)、92(Co5Cr20Pt8Ru8Mo)-8(SiO₂)、92(Co7Cr20Pt8Ru5Nd)-8(SiO₂)、92(Co7Cr20Pt8Ru5Tb)-8(SiO₂)、88(Co5Cr20Pt8Ru)-12(SiO₂)(摩尔％)膜，然后成膜出交换耦合控制层、第二磁记录层(比较例1-1～5)，进而，成膜出碳膜来作为保护层，从而制成为垂直磁记录介质。

对于所得到的垂直磁记录介质(实施例1-1～4和比较例1-1～5)，涂布润滑剂，使用美国GUZIK公司制的读写分析器1632以及转台S1701MP，进行了记录再生特性的评价。然后，利用Kerr测定装置进行了静磁特性的评价。另外，由平面TEM图像观察了第一磁记录层的颗粒结构。

根据各自的测定，对于实施例和比较例，高信噪比SNR、写入(OW)、第一磁记录层的氧化物晶界的比例、矫顽力Hc、反磁畴核形成磁场(-Hn)的结果在表1中一览地示出。

根据表1，在实施例中，Hn有2000(Oe)(1Oe为约79A/m)左右，在确保热稳定性的同时，SNR也显示出高的值。通常若增加氧化物量，则沿基板面内方向的交换相互作用变弱，因此Hn降低。与实施例1-1～4相比，比较例1-1～5尽管氧化物量少但Hn低，认为其原因是通过第一磁记录层的面内方向的交换耦合，第一磁记录层和第二磁记录层之间的交换耦合相对地变小，因此第二磁记录层单独进行了磁化反转的缘故。

产业上的利用可能性

本发明的垂直磁记录介质和使用该磁记录介质的磁记录再生装置，可以在信息技术领域中应用，具有高的产业上的可利用性。

本发明中表示数值范围的“以上”和“以下”均包括本数。

Claims

1.一种垂直磁记录介质，是在非磁性基板上至少具有衬里层、取向控制层、磁记录层和保护层的垂直磁记录介质，其特征在于，磁记录层由两层以上构成，从所述非磁性基板侧起包含第一磁记录层和第二磁记录层，第一磁记录层的晶体磁各向异性能量K_u为4×10⁶erg/cc以上，第二磁记录层的晶体磁各向异性能量K_u为2×10⁶erg/cc以下，第一磁记录层由CoCrPtRu磁性合金晶粒和氧化物形成的晶界部构成，在第一磁记录层的平面TEM观察中，晶界部面积为全体的30％以上，所述第一磁记录层在CoCrPtRu磁性合金晶粒中含有3原子％～8原子％的范围内的选自Al、V、Ti、Mo、Nb、Zr、W、Ta、Hf、Re、Gd、Tb、Sm、Ce、Nd和Pr中的至少一种元素，在晶界部含有选自Al、B、Bi、Ca、Cr、Fe、Hf、Mg、Mo、Nb、Ru、Si、Ta、Ti、W和Zr中的至少一种元素。

2.根据权利要求1所述的垂直磁记录介质，其特征在于，在所述第一磁记录层与第二磁记录层之间具有交换结合控制层。

3.一种磁记录再生装置，是具有磁记录介质和对该磁记录介质记录再生信息的磁头的磁记录再生装置，其特征在于，磁记录介质是权利要求1所述的垂直磁记录介质。