CN101828222A - 垂直磁记录介质、其制造方法以及磁记录/再现装置 - Google Patents

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CN101828222A CN200880108642A CN200880108642A CN101828222A CN 101828222 A CN101828222 A CN 101828222A CN 200880108642 A CN200880108642 A CN 200880108642A CN 200880108642 A CN200880108642 A CN 200880108642A CN 101828222 A CN101828222 A CN 101828222A
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佐佐木有三
桥本笃志
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Abstract

公开了一种垂直磁记录装置，其至少包括均设置在非磁性基底上的软磁性层、下垫层、中间层以及垂直磁记录层，其中所述垂直磁记录层由具有一个或多个组成层的磁性层构成，其中所述磁性层中的至少一个组成层包括氧化物晶粒边界和主要由钴构成的铁磁晶粒，并且其中所述铁磁晶粒包含钌。在所述垂直磁记录介质中，可以获得以下所有方面：垂直磁记录层中的晶粒之间的分离、晶粒尺寸的微细化以及垂直取向性。因此该垂直磁记录介质能够记录/再现高密度的信息。

Description

垂直磁记录介质、其制造方法以及磁记录/再现装置
技术领域
本发明涉及磁记录介质、制造该磁记录介质的方法、以及设置有该磁记录介质的磁记录再现装置。
背景技术
近年来，诸如磁盘装置、软盘装置以及磁带装置的磁记录装置被广泛地使用，并且其重要性日益增加。磁记录装置的磁记录介质的记录密度被极大地提高。尤其是，因为MR磁头和PRML技术的发展，面记录密度越来越大。最近，已经开发了GMR磁头和TuMR磁头，并且面记录密度以约每年100％的速率增加。
对于进一步提高磁记录介质中的记录密度的需求仍然日益增加，因此，迫切需要具有更高矫顽力和更高的信噪比(SNR)、以及更高分辨率的磁性层。
在至今被广泛使用的纵向磁记录介质中，自退磁效应变得更显著，即，伴随着线记录密度的增加，在磁转变(magnetic transition)区域中的相邻磁畴呈现彼此抵消磁化的作用。为了使自退磁效应最小化，必须减小磁记录层的厚度以增强形状磁各向异性。
然而，随着磁记录层厚度的减小，用于保持磁畴的能量势垒的量值近似为热能的量值，因此，出现热波动，即，由于温度的影响，所记录的磁化减弱。据说该不希望的现象为线记录密度设置了上限。
最近，已经提出了反铁磁耦合(AFC)介质作为解决纵向磁记录介质中的线磁记录密度受到限制的问题的手段，该问题是由发热时磁化减弱而引起的。
垂直磁记录介质因作为一种提高面磁记录密度的手段而受到广泛关注。垂直磁记录介质的特征在于，在与磁记录介质的主表面垂直的方向上发生磁化，这与其中在面内方向上发生磁化的常规纵向磁记录介质不同。由于该特性，可以避免遇到成为提高纵向磁记录介质的线记录密度的障碍的不希望的磁化抵消作用，并且可以进一步提高磁记录密度。此外，磁记录层的厚度可以保持在特定的水平，由此可以使常规纵向磁记录介质所遇到的由发热导致的磁化减弱的问题最小化。
在制造垂直磁记录介质时，通常，在非磁基底上依次形成下垫层(under layer)、中间层、磁记录层以及保护层(overcoat)。此外，在最上面的保护层上通常形成润滑层。在许多磁记录介质中，在下垫层之下形成被称为软磁性层的磁性层。为了改善磁记录层的特性，更具体而言，为了提供所希望的晶体取向和控制磁记录层中的磁晶体的形状，形成下垫层和中间层。
为了制造具有高记录密度和改善的磁特性的垂直磁记录介质，磁记录层的晶体结构、晶粒的离散(discretion)或去耦合(decoupling)、以及粒径的精细化(refinement of grain diameter)是重要的。在垂直磁记录介质中，磁记录层的晶体结构通常为六方密堆(hcp)结构。在该晶体结构中，(002)晶面平行于基底表面，也就是，晶体c轴(即，[002]轴)被设置在具有最小干扰的垂直方向上，由此增强了在垂直方向上给出的信号的强度。此外，当磁记录层中的晶粒变得更离散且交换耦合被打断时，可以使从高密度记录再现时的噪声最小化。
作为用于磁记录层的材料，例如，已使用诸如CoCrPt的合金靶，其已与氧化硅和/氧化钛组合(例如，参见下面的专利文件1)。
使用这样的合金靶形成的磁记录层具有粒状结构，其中由非磁性氧化硅和/或氧化钛构成的晶界包围具有hcp结构的CoCrPt晶粒。在该粒状结构中，可以实现良好的晶体取向和良好的晶粒精细化以及晶粒离散。在钴磁性材料中并入的作为晶界材料的硅和钛呈现出比钴磁性材料更大的用于氧化的自由能变化，因此，这些元素的氧化物抑制了钴的不希望的氧化(即，防止或最小化了磁性的劣化)(例如，参见下面的专利文件2)。
因此，氧化硅和氧化钛具有抑制钴氧化并由此防止磁矩减小的作用。然而，包含在CoCrPt颗粒中的氧化硅和氧化钛对磁晶粒的取向和磁晶粒的离散施加了不希望的影响，这导致噪声的增大。
因此，为了提供具有进一步改善的记录和再现特性的磁记录介质，需要进一步增强磁晶粒的离散和晶体粒径的精细化以及垂直取向。因此，迫切希望可以简单地制造具有进一步改善的记录和再现特性的磁记录介质。
专利文件1：JP 2004-327006A
专利文件2：JP 2006-164440A
发明内容
本发明要解决的问题
考虑到上述背景技术，本发明的主要目的为提供一种磁记录介质，其特征在于，在垂直磁记录层中呈现出增强的磁晶粒的离散或去耦合性、增强的晶体粒径的精细化、以及良好的垂直取向，由此，其特征在于，能够以高密度记录和再现信息。
本发明的另一目的为提供一种制造具有上述有益特征的磁记录介质的方法。
本发明的又一目的为提供一种设置有具有上述有益特征的磁记录介质的磁记录再现装置。
解决问题的手段
根据本发明，提供了以下磁记录介质、用于制造该磁记录介质的以下方法以及以下磁记录再现装置。
(1)一种垂直磁记录装置，其至少包括形成在非磁性基底上的软磁性层、下垫层、中间层以及垂直磁记录层，其特征在于，所述垂直磁记录层包括至少一个磁性层，该一个磁性层或多个磁性层中的至少一个包括主要由钴构成的铁磁晶粒和由氧化物构成的晶界，其中所述铁磁晶粒还包含钌。
(2)根据上述(1)的垂直磁记录介质，其中钌在所述铁磁晶粒中的含量在1原子％到15原子％的范围内。
(3)根据上述(1)或(2)的垂直磁记录介质，其中在包括所述铁磁晶粒和由氧化物构成的所述晶界的所述一个或多个磁性层中所包含的所述氧化物为选自Si、Ti、Ta、Cr、Al、W、Nb以及Ru的氧化物中的至少一种氧化物。
(4)根据上述(1)到(3)中的任何一项的垂直磁记录介质，其中在包括所述铁磁晶粒和由氧化物构成的所述晶界的所述一个或多个磁性层中所包含的所述氧化物的总量在2摩尔(mole)％到20摩尔％的范围内。
(5)根据上述(1)到(4)中的任何一项的垂直磁记录介质，其中所述磁晶粒具有范围为3nm到12nm的平均粒径。
(6)根据上述(1)到(5)中的任何一项的垂直磁记录介质，其中包括所述铁磁晶粒和由氧化物构成的所述晶界的所述一个磁性层或多个磁性层中的每一个的厚度在1nm到20nm的范围内；所述磁性层的总厚度在2nm到40nm的范围内。
(7)根据上述(1)到(6)中的任何一项的垂直磁记录介质，其中所述软磁性层具有软磁性非晶或微晶结构。
(8)一种制造根据上述(1)到(7)中的任何一项的垂直磁记录介质的方法，包括通过溅射靶材料形成所述垂直磁记录层的步骤，所述靶材料包括氧化物材料和至少包含钴的铁磁材料，其中所述铁磁材料和所述氧化物材料中的至少一种包含钌。
(9)一种具有垂直磁记录介质和磁头的磁记录再现装置，其中所述磁头用于在所述磁记录介质中记录和再现信息，其特征在于，所述垂直磁记录介质为根据上述(1)到(7)中的任何一项的垂直磁记录介质。
本发明的效果
根据本发明，提供了一种垂直磁记录介质，其具有垂直磁记录层，在该垂直磁记录层中，hcp结构的晶体c轴垂直于基底的表面取向并具有最小化的角度变化，并且构成垂直磁记录层的铁磁晶粒具有极小的平均粒径，这极大提高了记录密度特性。
附图说明
图1为示例出根据本发明的垂直磁记录介质的一个实例的横截面图；以及
图2为根据本发明的磁记录-再现装置的实例的示意性示例。
参考标号：
1非磁性基底
2软磁性层
3下垫层
4中间层
5垂直磁记录层
6保护层
10磁记录介质
11介质驱动部件
12磁头
13磁头驱动部件
14记录-再现信号系统
具体实施方式
下面将参考附图更具体地描述本发明。
如图1所示，根据本发明的垂直磁记录介质10(下文中在适宜时称为“磁记录介质”)具有多层结构，其至少包括：软磁性层2；下垫层3和中间层4，其构成具有控制形成在其上的层的取向的功能的取向控制层；垂直磁记录层5(下文中在适宜时称为“磁记录层”)，其中易磁化轴(即，晶体c轴)在与基底1的表面近似垂直的方向上取向；以及可选的保护层6，以上这些层依此顺序在基底1上形成。
垂直磁记录层5包括至少一个磁性层，该一个磁性层或多个磁性层中的至少一个具有包括铁磁晶粒和由非磁氧化物构成的晶界的粒状结构。
不特别地限制在根据本发明的磁记录介质中使用的非磁性基底，只要该基底由非磁材料构成，作为其特定的实例，可以提到例如主要由铝构成的铝合金基底，例如Al-Mg合金基底；以及由常规钠玻璃、铝硅酸盐玻璃、非晶玻璃、硅、钛、陶瓷、蓝宝石、石英以及树脂制成的基底。在这些基底当中，广泛使用铝合金基底和诸如晶化玻璃基底和非晶玻璃基底的玻璃基底。对于玻璃基底，优选使用镜面抛光的玻璃基底和例如Ra＜1埃的低表面粗糙度(Ra)玻璃基底。基底可以在一定程度上被纹理化。
在制造磁记录介质的方法中，通常清洗然后干燥基底，也就是，清洗并干燥基底，以确保充分的层间粘附性。可以用水进行清洗。还可以采用蚀刻(即，反溅射)进行清洗。基底的尺寸不受特别限制。
下面将解释磁记录介质中的各层。
在许多垂直磁记录介质中广泛使用软磁性层。软磁性层具有这样的功能，当在磁记录介质中记录信号时，从磁头传导记录磁场并且以增强的效率对磁记录介质中的磁记录层施加垂直磁记录场。
不特别地限制用于软磁性层的材料，只要其具有软磁特性，作为其具体实例，可以提到FeCo合金、CoZrNb合金以及CoTaZr合金。
软磁性层优选具有非晶或微晶结构，这是因为可以减小表面粗糙度(Ra)，由此可以使磁头的升高(lift-up)最小化，从而更好地改善记录密度特性。
软磁性层为单层或由两个或更多的层构成的多层。其一个实例具有多层结构，其中诸如Ru的非磁性材料的极薄膜被夹在两个软磁性层之间，即，具有Ru间隔层的反铁磁耦合(AFC)层。
依赖于磁记录层的记录/再现特性与其OW特性之间的平衡，来适宜地确定一个或多个软磁性层的总厚度，而所述一个或多个软磁性层的总厚度通常在约20nm到120nm的范围内。
在本发明的垂直磁记录介质中，在软磁性层上形成取向控制层，该取向控制层具有控制磁记录层的取向的功能。取向控制层具有多层结构，该多层结构包括在软磁性层上依次形成的下垫层和中间层。
下垫层由例如钽构成或由具有能够在(111)晶面取向的fcc结构的金属或金属合金(例如，Ni、Ni-Nb、Ni-Ta、Ni-V、Ni-W、NiFe和Pt)构成。
即使在软磁性层具有非晶或微晶结构的情况下，表面粗糙度(Ra)有时会依赖于软磁性层的材料以及软磁性层形成条件而增大，因此，可以在软磁性层与取向控制层之间形成非磁性非晶层来减小Ra并改善磁记录层的晶体取向。
在下垫层上形成的中间层包括优选具有形式类似于磁记录层的hcp结构的材料，该材料通常选自Ru和Re及其合金。中间层用于控制磁记录中的取向，因此即使该材料不具有hcp结构，也可以使用该材料，只要其能够控制磁记录层中的取向。
在根据本发明的磁记录介质中的垂直磁记录层具有粒状结构。因此，中间层优选具有粗糙表面，这通过在高气体压力下进行中间层的形成而获得。然而，采用过高的其他压力会导致中间层的晶体取向的劣化，并且有时会导致中间层的表面粗糙度过高。因此，为了同时满足晶体取向和表面粗糙度，应优选地选择最优的气体压力，或优选设置双层中间层，其包括在低气体压力下形成的层和在高气体压力下形成的层。
垂直磁记录层用于在其上记录信号。
在本发明的磁记录介质中的垂直磁记录层包括至少一个磁性层。该一个磁性层或多个磁性层中的至少一个具有粒状结构，该粒状结构包括主要由钴构成且还包含钌的铁磁晶粒，并且还包括由氧化物构成的晶界。
作为在垂直磁记录层中的铁磁材料的具体实例，可以提到基于钴的合金，例如，CoCrPtRu、CoCrRu、CoCrPtRuB、CoPtRu、CoPtRuB以及CoCrRuB。
粒状结构中的用于晶界的氧化物优选为选自Si、Ti、Ta、Cr、Al、W、Nb和Ru的氧化物中的至少一种氧化物。
在包括铁磁晶粒并包括晶界的一个或多个磁性层中所包含的一种或多种氧化物的总量优选在2摩尔％到20摩尔％的范围内，其中铁磁晶粒主要由钴构成且还包含钌，晶界由氧化物构成。
由至少一个磁性层构成的垂直磁记录层的特征在于，所述一个磁性层或多个磁性层中的至少一个包括主要由钴构成且还包含钌的铁磁晶粒。钌在铁磁晶粒中的含量优选在1原子％到原子15％的范围内。
所述一个磁性层或多个磁性层中的每一个的厚度优选在1nm到20nm的范围内。铁磁晶粒具有优选在3nm到12nm的范围的平均粒径。可以通过平面观测TEM图像来测量平均粒径。
如上所述，在本发明的磁记录介质中的垂直磁记录层包括单个磁性层或者两个或更多的磁性层。单个磁性层或多个磁性层中的至少一个磁性层包括主要由钴构成且还包含钌的铁磁晶粒，并且还包括由氧化物构成的晶界。当垂直磁记录层包括两个或更多的磁性层时，磁性层可以包括不同种类的铁磁晶粒和不同种类的氧化物。在多个磁性层中的至少一个中的铁磁晶粒主要由钴构成并还包含钌，并且在其他磁性层中的铁磁晶粒优选主要由钴构成但可以包含或不包含钌。
当垂直磁记录层包括两个或更多的磁性层时，磁性层的总厚度优选在2nm到40nm的范围内。
通过溅射用于形成各层的靶材料而形成其各个层来制造根据本发明的垂直磁记录介质。
用于形成垂直磁记录层中的铁磁晶粒的靶铁磁材料选自包含钴作为主要成分并可选地还包含钌的铁磁合金。该铁磁合金优选还包含铬。作为铁磁合金的具体实例，可以提及基于钴的合金，例如，CoCr、CoCrPt、CoCrPtRu、CoCrPtB、CoCrPtRuB、CoCrPtB-X、CoCrPtRuB-X、CoCrPtB-X-Y以及CoCrPtRuB-X-Y(其中X和Y表示氧化物)。
在将Ru2O用作为形成垂直磁记录层中的晶界的氧化物而使用的靶氧化物材料的情况下，靶铁磁材料可以包含或不包含钌，这依赖于溅射条件。当使用不包含钌的靶铁磁材料和包含Ru2O的氧化物材料时，以下方面是重要的：靶铁磁材料选自这样的钴合金，该钴合金中添加有附加元素，该附加元素与氧的亲合力大于钌与氧的亲合力。例如，这样的附加元素包括Cr、B、Ti、Ta、以及Cu。
溅射颗粒的能量通常大于金属氧化物的键能。因此，可推测，当溅射包含金属氧化物的合金靶时，金属氧化物分解为氧原子和金属原子，并且当由此发射的原子到达基底时或之后，金属原子被氧化而重新形成氧化物。
当由具有对氧的不同亲合力的元素形成氧化物时，具有对氧的高亲合力的元素比具有对氧的低亲合力的元素更优先地被氧化。对氧的亲合力由元素与氧之间的键能表示。键能越大，元素的氧化物越稳定，即，元素更易于氧化。
从上述现象可见，可以推测出当溅射包含钌氧化物的合金靶时，对氧的亲合力大于钌对氧的亲合力的金属元素可以优先被氧化。例如，铬对氧的亲合力大于钌对氧的亲合力，因此，当溅射其中加入有铬氧化物和钌氧化物的基于钴的铁磁合金时，铬被优先氧化并由此沉积为形成晶体晶界的铬氧化物，而钌将作为金属形成与铁磁合金的固溶体。通过采用X射线光电子谱(XPS)和能量分散X射线谱(EDS)分析金属元素的化学结合状态和偏析状态可以证实该现象。
由于上述现象，当溅射包含钌氧化物的基于钴的铁磁合金时，所产生的铁磁晶粒包含钌。该结果类似于溅射包含钌金属的基于钴的铁磁合金的情况。由此，在这样的膜形成条件下，无论基于钴的合金靶材料在合金本身中包含作为元素的钌还是在其中包含作为钌氧化物的钌，都可以获得包括包含钌的基于钴的铁磁晶粒和由氧化物构成的晶界的希望的粒状结构。
在具有粒状结构的垂直磁记录层中，依赖于构成晶界的氧化物的特定种类，包围磁晶粒的晶界的宽度和磁晶粒的尺寸会变化，由此，记录-再现特性也会变化。在存在于粒状结构中的氧化物不易于从磁晶粒偏析的情况下，该氧化物倾向于保留在磁晶粒中，这对晶体取向产生了不利影响并导致磁特性的劣化。
可以通过摇摆曲线(rocking curve)的半高全宽Δ(德耳塔)θ50来评估磁记录层中的晶体c轴([002]轴)是否以最小化的扰动与晶体的基底表面垂直地设置。如下确定摇摆曲线的半高全宽Δθ50。通过X射线衍射分析在基底上形成的磁记录层，即，通过扫描X射线的入射角来分析平行于基底表面的晶面，来观察对应于该晶面的衍射峰。在包括基于钴的合金磁材料的垂直磁记录介质中，如此发生晶体取向，以便hcp结构的c轴[002]的方向垂直于基底表面，因此，观测到归因于(002)晶面的峰。然后，相对于基底表面摆动光学系统，同时维持衍射(002)晶面的布拉格角。绘制(002)晶面相对于光学系统的倾斜角的衍射强度，从而画出摇摆曲线，其中心在零度摆动角处。如果(002)晶面与基底表面平行，则获得具有尖锐形状的摇摆曲线。相反地，如果(002)晶面宽广地分布，则获得具有宽广加宽的形状的摇摆曲线。由此，可以基于摇摆曲线的半高全宽Δθ50评估垂直磁记录介质中的晶体取向。
根据本发明的垂直磁记录介质的磁记录层具有至少一个磁性层，该至少一个磁性层具有包括包含钌的基于钴的铁磁晶粒和由氧化物构成的晶界的粒状结构，因此，与不包含钌的常规磁记录层相比，磁晶粒更小，并且垂直磁记录介质中的磁记录层的半高全宽Δθ50更小。
在具有粒状结构的磁记录层中，粒径和晶体取向影响在磁晶粒上偏析的氧化物晶界的宽度，因此影响记录再现特性。
根据本发明的垂直磁记录介质中的各层通常通过DC磁控管溅射方法或RF溅射方法形成。可以为溅射施加RF偏置、DC偏置、脉冲DC或脉冲DC偏置。例如，可以使用诸如氩的惰性气体作为溅射气体，并可以向其添加O2气体、H2O或N2气体。可以针对各层适宜地选择溅射气体的压力以产生具有希望特性的层，但是，压力通常被控制在约0.1到30Pa的范围。可以依赖于磁记录介质的特定的磁特性确定适宜的压力。
设置保护层，以保护磁记录介质不被接触其的磁头损坏。保护层包括例如碳层和SiO2层。碳层被广泛使用。例如可以通过溅射方法或等离子体CVD方法形成保护层。近年来，流行使用包括磁控管等离子体CVD方法的等离子体CVD方法。
保护层的厚度范围通常为约1nm到10nm，优选2nm到6nm，更优选2nm到4nm。
在图2中示例了根据本发明的磁记录再现装置的实例的构成。本发明的磁记录再现装置组合地包括：如图1所示的磁记录介质10；驱动部件11，用于沿圆周记录方向驱动磁记录介质10；磁头12，用于在磁记录介质10中记录信息和从介质10再现信息；磁头驱动部件13，用于使磁头12相对于磁记录介质10移动；以及记录和再现信号处理装置14。记录和再现信号处理装置14具有以下功能：将来自外部的信号传送到磁头12，以及将来自磁头12的再现的输出信号传送到外部。
作为在根据本发明的磁记录再现装置中设置的磁头12，可以使用具有适合于高磁记录密度的再现元件的磁头，其包括呈现各向异性磁阻(AMR)效应的磁阻(MR)元件、呈现巨磁阻(GMR)效应的GMR元件以及呈现隧穿磁阻效应的TuMR元件。
实例
下面将通过以下实例具体地描述本发明。
实例1、比较例1
将用于HD的玻璃基底置于真空腔中，并将该腔排空到低于1.0×10-5Pa的减小的压力。在玻璃基底上形成由CoNbZr构成并具有50nm的厚度的软磁性层，然后在软磁性层上形成由具有fcc结构的NiFe构成并具有5nm厚度的下垫层。通过溅射方法在氩气氛中以0.6Pa的减小的压力下形成软磁性层和下垫层。通过溅射方法在氩气氛中分两个阶段在下垫层上形成由Ru构成的中间层，即，在第一阶段在0.6Pa的减小的压力下形成具有10nm的厚度的Ru层，然后在第二阶段在10Pa的减小的压力下进一步形成具有10nm的厚度的Ru层。
通过溅射在氩气氛中在2Pa的减小的压力下形成10nm厚度的磁记录层。在实例1-1到实例1-11中根据本发明形成的磁记录层的组分如下。
实例1-1，90(Co12Cr18Pt3Ru)-10(SiO2)
实例1-2，90(Co12Cr18Pt3Ru)-10(Cr2O3)
实例1-3，90(Co12Cr18Pt3Ru)-10(RuO2)
实例1-4，90(Co12Cr18Pt3Ru)-10(TiO2)
实例1-5，90(Co12Cr18Pt3Ru)-10(WO3)
实例1-6，90(Co12Cr18Pt3Ru)-10(WO2)
实例1-7，90(Co12Cr18Pt3Ru)-10(Al2O3)
实例1-8，90(Co12Cr18Pt3Ru)-10(Ta2O5)
实例1-9，90(Co12Cr18Pt3Ru)-3(SiO2)-7(TiO2)
实例1-10，90(Co12Cr18Pt3Ru)-2(SiO2)-8(RuO2)
实例1-11，90(Co12Cr18Pt3Ru)-6(TiO2)-4(Ta2O5)
为了比较，除了其成分变为下列成分之外，在比较例1-1到比较例1-3中，通过与上述基本上相似的工序在氩气氛中在2Pa的减小的压力下在中间层上形成具有10nm厚度的磁记录层。
比较例1-1，90(Co12Cr18Pt)-10(SiO2)
比较例1-2，90(Co12Cr18Pt)-10(TiO2)
比较例1-3，90(Co12Cr18Pt)-3(SiO2)-7(TiO2)
注意，在实例1-1中的化学式90(Co12Cr18Pt3Ru)-10(SiO2)中紧接在两个括号之前出现的数字“90”和“10”分别表示铁磁晶粒和氧化物的摩尔百分比。在第一个括号“(Co12Cr18Pt3Ru)”内出现的数字“12”、“18”以及“3”表示Cr、Pt以及Ru的相对量分别为12原子％、18原子％以及3原子％，并且Co的量为平衡量。该有利的表达方式适用于其他实例和比较例中的铁磁晶粒的成分。
在上述实例和比较例中的每一个磁记录层上形成薄碳膜作为保护层，以产生垂直磁记录介质。
用润滑剂涂覆在实例1-1到1-11和比较例1-1、1-2和1-3中制成的每一个垂直磁记录介质，并使用可从美国GUZIK获得的Read-WriteAnayzer 1632和Spin Stand S1701MP评估其记录/再现特性(即，信噪比SNR)。此外，使用Kerr测试仪评估相同垂直磁记录介质的静磁特性(即，矫顽力Hc)。通过使用X射线衍射学的c轴取向分散(orientationdispersion)(Δθ50)来评估每一个磁记录层中的基于钴的铁磁合金晶粒的晶体取向。在磁记录层的平面TEM图像上测量平均晶体粒径。这些参数被广泛地用于评估垂直磁记录介质的特性。表1中示出了评估结果。
表1
  样品   磁记录层的成分   SNR(dB)   HC(Oe)   平均粒径(nm)   CoΔθ50(°)
  实例1-1   90(Co12Cr18Pt3Ru)-10(SiO2)   16.55   4702   7.2   3.50
  实例1-2   90(Co12Cr18Pt3Ru)-10(Cr2O3)   16.82   4682   7.2   3.51
  实例1-3   90(Co12Cr18Pt3Ru)-10(RuO2)   16.64   4681   7.5   3.49
  实例1-4   90(Co12Cr18Pt3Ru)-10(TiO2)   16.52   4673   7.2   3.46
  实例1-5   90(Co12Cr18Pt3Ru)-10(WO3)   16.65   4679   7.5   3.51
  实例1-6   90(Co12Cr18Pt3Ru)-10(WO2)   16.61   4736   7.4   3.38
  实例1-7   90(Co12Cr18Pt3Ru)-10(Al2O3)   16.57   4680   7.3   3.34
  样品   磁记录层的成分   SNR(dB)   HC(Oe)   平均粒径(nm)   CoΔθ50(°)
  实例1-8   90(Co12Cr18Pt3Ru)-10(Ta2O5)   16.72   4761   7.3   3.47
  实例1-9   90(Co12Cr18Pt3Ru)-3(SiO2)-7(TiO2)   16.68   4566   7.2   3.54
  实例1-10   90(Co12Cr18Pt3Ru)-2(SiO2)-8(RuO2)   16.58   4673   7.5   3.42
  实例1-11   90(Co12Cr18Pt3Ru)-6(TiO2)-4(Ta2O5)   16.58   4665   7.4   3.35
  比较例1-1   90(Co12Cr18Pt)-10(SiO2)   15.38   4530   8.5   4.23
  比较例1-2   90(Co12Cr18Pt)-10(TiO2)   15.55   4523   8.3   4.25
  比较例1-3   90(Co12Cr18Pt)-3(SiO2)-7(TiO2)   15.51   4513   8.3   4.15
从表1可见，在铁磁晶粒中钌的含有可以减小磁晶粒的直径并增强晶体取向性(实例1-1到1-11)，这与在铁磁晶粒中不包含钌的情况(比较例1-1、1-2以及1-3)形成对比。因此，在铁磁晶粒中包含的钌具有与在铁磁晶粒中不包含钌的情况相比更好地改善静磁特性和电磁转换特性的作用。推测这是因为与在其中不包含钌的铁磁晶粒相比，氧化物呈现高的偏析特性从而形成晶界。从实例1-9到1-11可见，即使在铁磁晶粒中组合使用两种或更多种氧化物，其中包含钌的铁磁晶粒也同样可以获得上述优点。
实例2，比较实例2
通过与实例1和比较例1中所述的相同的工序制造磁记录介质，其中在0.8Pa的减小的压力下在玻璃基底上形成20nm厚度的非磁性非晶材料Cr50Ti层来代替软磁CoNBZr层。与软磁性层相比，Cr50Ti层完全没有磁化，因此，形成非磁性非晶材料Cr50Ti层，以进行振动样品磁强计(VSM)测量和评估饱和磁化Ms以及垂直磁各向异性Ku的扭矩测量。
通过与上述实例和比较例中所采用的相同的工序且相同的条件在非磁性非晶Cr50Ti层上依次形成NiFe下垫层、Ru中间层、具有以下成分的磁记录层以及碳保护层。所有工序和其他条件保持相同。
实例2-1，90(Co12Cr18Pt3Ru)-10(SiO2)
实例2-2，90(Co12Cr18Pt3Ru)-10(WO3)
比较例2-1，90(Co12Cr18Pt)-10(SiO2)
比较例2-2，90(Co12Cr18Pt)-10(WO3)
使用磁记录介质，通过振动样品磁强计(VSM)测量和扭矩测量来测量每一个磁记录层的饱和磁化Ms(emu/cm3)和垂直磁各向异性Ku(erg/cm3)。在表2中示出了测试结果。
表2
  样品   磁记录层的成分   Ms(emu/cm3)   Ku(106erg/cm3)
  实例2-1   90(Co12Cr18Pt3Ru)-10(SiO2)   630   6.4
  实例2-2   90(Co12Cr18Pt3Ru)-10(WO3)   622   6.3
  比较例2-1   90(Co12Cr18Pt)-10(SiO2)   660   5.3
  比较例2-2   90(Co12Cr18Pt)-10(WO3)   651   5.4
从表2可以看出，实例2-1和2-2中的其磁记录层包括包含钌的铁磁晶粒的磁记录介质的饱和磁化比比较例2-1和2-2中的其磁记录层包括不包含钌的铁磁晶粒的磁记录介质的饱和磁化仅仅小几个百分比。相反地，实例2-1和2-2中的包括包含钌的铁磁晶粒的磁记录层的垂直磁各向异性大于比较例2-1和2-2中的包括不包含钌的铁磁晶粒的磁记录层的垂直磁各向异性。该事实可从这样的事实预见，即，实例2-1和2-2中的包括包含钌的铁磁晶粒的磁记录层具有与比较例2-1和2-2中的包括不包含钌的铁磁晶粒的磁记录层相比高的晶体取向性和高的矫顽力。推测该有益效果是由于通过在具有六方密堆(hcp)结构的基于钴的磁晶粒中包含同样具有hcp结构的钌而可以最大程度地维持基于钴的磁晶粒的高磁各向异性。
实例3，比较实例3
通过与实例1中所述的相同的工序，在玻璃基底上依次形成软磁性层、下垫层、中间层、磁记录层以及碳保护层，从而得到磁记录介质，其中通过溅射在氩气氛中以2Pa的减小的压力下形成具有以下成分和12nm厚度的每一个磁记录层。所有其他的工序和条件保持相同。
实例3-1，90(Co12Cr18Pt1Ru)-10(SiO2)
实例3-2，90(Co12Cr18Pt5Ru)-10(SiO2)
实例3-3，90(Co12Cr18Pt10Ru)-10(SiO2)
实例3-4，90(Co12Cr18Pt15Ru)-10(SiO2)
为了比较，通过与上述工序相同的工序制造比较磁记录介质，但通过溅射在氩气氛中在2Pa的减小的压力下形成具有10nm厚度和以下成分的磁记录层来代替包括包含钌的铁磁晶粒的磁记录层。所有其他的工序和条件保持相同。
比较例3-1，90(Co12Cr18Pt)-10(SiO2)
使用上述磁记录介质，评估基于钴的磁晶粒的信噪比(SNR)、矫顽力(Hc)、c轴取向分散(Δθ50)以及基于钴的磁晶粒的平均粒径。在表3中示出了测试结果。
表3
  样品   磁记录层的成分   SNR(dB)   Hc(Oe)   平均粒径(nm)   CoΔθ50(°)
  实例3-1   90(Co12Cr18Pt1Ru)-10(SiO2)   16.46   4702   7.5   3.40
  实例3-2   90(Co12Cr18Pt5Ru)-10(SiO2)   16.50   4682   7.3   3.36
  实例3-3   90(Co12Cr18Pt10Ru)-10(SiO2)   16.41   4663   7.4   3.38
  实例3-4   90(Co12Cr18Pt15Ru)-10(SiO2)   16.33   4673   7.5   3.40
  比较例3-1   90(Co12Cr18Pt)-10(SiO2)   15.38   4530   8.5   4.23
从表3可见，在磁晶粒中的钌的量在1到15原子％的范围内(实例3-1到3-4)的情况下，与磁晶粒中不包含钌的情况(比较例3-1)相比，磁晶粒的直径小并且晶体取向性高，二者均达到希望的程度，因此改善了静磁特性和电磁转换特性。因此，将看到在磁晶粒中的钌的量优选在1到15原子％的范围内。
实例4，比较实例4
通过与实例1中所述的相同的工序，在玻璃基底上依次形成软磁性层、下垫层、中间层、磁记录层以及碳保护层，从而得到磁记录介质，其中通过溅射在氩气氛中在2Pa的减小的压力下形成具有以下成分和12nm厚度的每一个磁记录层。所有其他的工序和条件保持相同。
实例4-1，98(Co12Cr18Pt3Ru)-2(SiO2)
实例4-2，96(Co12Cr18Pt3Ru)-4(SiO2)
实例4-3，92(Co12Cr18Pt3Ru)-8(SiO2)
实例4-4，88(Co12Cr18Pt3Ru)-12(SiO2)
实例4-5，84(Co12Cr18Pt3Ru)-16(SiO2)
实例4-6，80(Co12Cr18Pt3Ru)-20(SiO2)
为了比较，通过与上述工序相同的工序制造比较磁记录介质，但通过溅射在氩气氛中在2Pa的减小的压力下形成具有10nm厚度和以下成分的磁记录层。所有其他的工序和条件保持相同。
比较例4-1，Co12Cr18Pt3Ru
使用上述磁记录介质，评估基于钴的磁晶粒的信噪比(SNR)、矫顽力(Hc)、c轴取向分散(Δθ50)以及基于钴的磁晶粒的平均粒径。在表4中示出了测试结果。
表4
  样品   磁记录层的成分   SNR(dB)   HC(Oe)   平均粒径(nm) CoΔθ50(°)
  实例4-1   98(Co12Cr18Pt3Ru)-2(SiO2)   16.40   4685   7.9   3.50
  实例4-2   96(Co12Cr18Pt3Ru)-4(SiO2)   16.30   4702   7.8   3.55
  样品   磁记录层的成分   SNR(dB)   HC(Oe)   平均粒径(nm) CoΔθ50(°)
  实例4-3   92(Co12Cr18Pt3Ru)-8(SiO2)   16.50   4682   7.6   3.51
  实例4-4   88(Co12Cr18Pt3Ru)-12(SiO2)   16.48   4673   8.1   3.41
  实例4-5   84(Co12Cr18Pt3Ru)-16(SiO2)   16.42   4673   7.7   3.55
  实例4-6   80(Co12Cr18Pt3Ru)-20(SiO2)   16.33   4652   7.4   3.76
  比较例4-1   Co12Cr18Pt3Ru   10.50   2265   12.3   3.21
从表4可见，在磁记录层中的氧化物的量在2摩尔％到20摩尔％的范围内(实例4-1到4-6)的情况下，磁晶粒的直径小并且晶体取向性高，因此改善了静磁特性和电磁转换特性。相反，在磁记录层中不包含氧化物(比较例4-1)的情况下，磁晶粒的直径大，因此晶体取向分散好于实例4-1到4-6的情况，但是，磁晶粒之间的交换耦合强，从而静磁特性差，信噪比低，SNR至少减少了5dB。
实例5，比较实例5
通过与实例1中所述的相同的工序，在玻璃基底上依次形成软磁性层、下垫层、中间层、磁记录层以及碳保护层，从而得到磁记录介质，其中以两个阶段形成磁记录层。也就是，通过溅射在氩气氛中在2Pa的减小的压力下形成第一磁性层且然后形成第二磁性层。磁性层的总厚度为12nm。第一和第二磁性层的成分选自如表5所示的以下三种成分。所有其他的工序和条件保持相同。
90(Co12Cr18Pt3Ru)-6(SiO2)-4(RuO2)
90(Co10Cr20Pt)-10(SiO2)
90(Co10Cr20Pt)-10(TiO2)
为了比较，通过与上述工序相同的工序制造比较磁记录介质，但通过溅射在氩气氛中在2Pa的减小的压力下形成具有以下成分和10nm厚度的单个磁记录层来代替第一和第二磁性层。所有其他的工序和条件保持相同。
比较例5-1，90(Co10Cr20Pt)-10(SiO2)
比较例5-2，90(Co10Cr20Pt)-10(TiO2)
使用上述磁记录介质，评估基于钴的磁晶粒的信噪比(SNR)、矫顽力(Hc)、c轴取向分散(Δθ50)以及基于钴的磁晶粒的平均粒径。在表5中示出了测试结果。
表5
从表5可见，在第一和第二磁性层中的至少一个为包括包含钌的磁晶粒的磁记录层的情况下，可以减小磁晶粒的直径并增强晶体取向性，因此，改善了静磁特性和电磁转换特性。
实例6，比较实例6
通过与实例1中所述的相同的工序，在玻璃基底上依次形成软磁性层、下垫层、中间层、磁记录层以及碳保护层，从而得到磁记录介质，其中通过在氩气氛中在2Pa的减小的压力下溅射具有以下成分的靶材料而形成磁记录层。磁记录层具有12nm的厚度。所有其他的工序和条件保持相同。
实例6-1，90(Co12Cr18Pt)-10(RuO2)
实例6-2，90(Co12Cr18Pt)-7(TiO2)-3(RuO2)
实例6-3，92(Co12Cr18Pt4Ti)-4(SiO2)-4(RuO2)
为了比较，通过与上述工序相同的工序制造比较磁记录介质，但通过在氩气氛下在2Pa的减小的压力下溅射具有以下成分的靶材料来形成10nm厚度的磁记录层。所有其他的工序和条件保持相同。
比较例6-1，90(Co12Cr18Pt)-10(SiO2)
比较例6-2，90(Co12Cr18Pt4Ti)-6(SiO2)-4(Cr2O3)
使用上述磁记录介质，评估基于钴的磁晶粒的信噪比(SNR)、矫顽力(Hc)、c轴取向分散(Δθ50)以及基于钴的磁晶粒的平均粒径。在表6中示出了测试结果。
表6
样品 靶材料的成分 磁记录层的成分   SNR(dB)   Hc(Oe)   平均粒径(nm)   CoΔθ50(°)
  实例6-1   90(Co12Cr18Pt)-10(RuO2)   94(Co7Cr18Pt6Ru)-4(RuO2)-2(Cr2O3)   16.63   4753   7.2   3.29
  实例6-2   90(Co12Cr18Pt)-7(TiO2)-3(RuO2)   92(Co10Cr18Pt3Ru)-7(TiO2)-1(Cr2O3)   16.75   4775   7.3   3.41
  实例6-3   92(Co12Cr18Pt4Ti)-4(SiO2)-4(RuO2)   92(Co12Cr18Pt4Ru)-6(SiO2)-4(TiO2)   16.65   4762   7.3   3.32
  比较例6-1   90(Co12Cr18Pt)-10(SiO2)   与靶材料的成分相同   15.38   4530   8.5   4.23
  比较例6-2   90(Co12Cr18Pt4Ti)-6(SiO2)-4(Cr2O3)   与靶材料的成分相同   15.31   4402   8.4   4.46
从表6可见，即使在使用用于形成不包含钌的铁磁晶粒的靶材料的情况下，如果使用钌氧化物作为靶材料并组合使用用于形成铁磁晶粒的靶材料，则通过溅射也可以形成包括包含钌的铁磁晶粒的磁记录层。如此制备的磁记录层包括具有减小的粒径的磁晶粒，并且所产生的磁记录介质呈现改善的记录/再现特性。推测钌氧化物分解为氧原子和钌原子，并且，氧原子与具有对氧的高亲合力的金属(例如，铬或钛)键合，并且钌金属被带入到铁磁晶粒中。
工业适用性
根据本发明的垂直记录介质的特征为，具有磁记录层的改善的晶体结构，更具体而言，六方密堆(hcp)结构，其中其晶体c轴以最小化的角度干扰沿垂直方向取向，并且磁记录层中的铁磁晶粒具有极小的平均粒径。因此，该垂直记录介质呈现出改善的记录密度特性。
利用这些有益的特征，根据本发明的垂直磁记录介质适合于磁记录/再现装置，例如，磁盘装置。
该垂直磁记录介质被预期具有进一步提高的记录密度，并且适合于新型垂直记录介质，例如，ECC介质、离散轨道介质和图形介质。

Claims (9)

1.一种垂直磁记录装置，其至少包括形成在非磁性基底上的软磁性层、下垫层、中间层以及垂直磁记录层，其特征在于，所述垂直磁记录层包括至少一个磁性层，该一个磁性层或多个磁性层中的至少一个包括主要由钴构成的铁磁晶粒和由氧化物构成的晶界，其中所述铁磁晶粒还包含钌。
2.根据权利要求1的垂直磁记录介质，其中钌在所述铁磁晶粒中的含量在1原子％到15原子％的范围内。
3.根据权利要求1或2的垂直磁记录介质，其中在包括所述铁磁晶粒和由氧化物构成的所述晶界的所述一个或多个磁性层中所包含的所述氧化物为选自Si、Ti、Ta、Cr、Al、W、Nb和Ru的氧化物中的至少一种氧化物。
4.根据权利要求1到3中的任何一项的垂直磁记录介质，其中在包括所述铁磁晶粒和由氧化物构成的所述晶界的所述一个或多个磁性层中所包含的所述氧化物的总量在2摩尔％到20摩尔％的范围内。
5.根据权利要求1到4中的任何一项的垂直磁记录介质，其中所述磁晶粒具有范围为3nm到12nm的平均粒径。
6.根据权利要求1到5中的任何一项的垂直磁记录介质，其中包括所述铁磁晶粒和由氧化物构成的所述晶界的所述一个磁性层或多个磁性层中的每一个的厚度在1nm到20nm的范围内；所述磁性层的总厚度在2nm到40nm的范围内。
7.根据权利要求1到6中的任何一项的垂直磁记录介质，其中所述软磁性层具有软磁性非晶或微晶结构。
8.一种制造根据权利要求1到7中的任何一项的垂直磁记录介质的方法，包括通过溅射靶材料形成所述垂直磁记录层的步骤，所述靶材料包括氧化物材料和至少包含钴的铁磁材料，其中所述铁磁材料和所述氧化物材料中的至少一种包含钌。
9.一种具有垂直磁记录介质和磁头的磁记录再现装置，其中所述磁头用于在所述磁记录介质中记录和再现信息，其特征在于，所述垂直磁记录介质为根据权利要求1到7中的任何一项的垂直磁记录介质。
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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

Application publication date: 20100908