CN101855672B - 磁性存储器件，特别是用于硬盘驱动的磁性存储器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磁性存储器件，包括：具有至少一个单元磁性层的至少一个未构造的存储介质，所述存储介质具有垂直于所述介质的平面的磁化，其特征在于，所述磁性存储器件包括磁性元件(46)，所述磁性元件(46)具有垂直于所述介质的平面的磁化，所述磁性元件(46)还具有大于所述存储介质的反转场的反转场，并且所述磁性元件(46)通过去耦层(47)与所述存储介质隔开，所述去耦层(47)由非磁性材料制成，从而使所述磁性元件(46)在所述存储介质内产生偶极场，所述磁性元件(46)由非磁性区域(41)彼此分隔开，在写入操作期间，每个磁性元件(46)限定出所述存储介质(43)中的存储点。
Description
技术领域
本发明的主题是一种磁记录器件，特别是用于例如硬盘的存储装置及其制造方法。
背景技术
已经证实，可将用于在离面磁化的介质中记录存储点的垂直磁记录作为用于提高计算机硬盘中的存储密度(趋向于超高存储密度)的非常有前景的工序。这种技术最近已被主要的生产产商(例如Seagate(希捷)、Hitachi(日立)、Toshiba(东芝)等公司)建立并市场化。
已经设计出用于解决超顺磁稳定性问题和获得超高存储密度(例如，1T比特/平方英寸，即0.155T比特/cm2，这相当于25nm×25nm的存储点)的各种解决方法。
最具前景的解决方法之一是实施所谓的已构造的支撑体或“介质”，其尤其允许存储点之间的物理隔离。不过，这种解决方法存在受限问题，最显著问题之一是各点逆磁场的广泛分布，这特别是由于对磁性层进行构造的步骤而导致的。
多个研究小组观测到并于2007年的最近一次Intermag/MMM会议期间报道，主要制约在于存在逆磁场的广泛分布。这种广泛分布就会带来将这些介质应用于信息存储的问题，具体可参见B.D.Terris，T.Thomson和G.Hu在Microsyst.Tech.13，第189-196页，2007年发表的文章“Patterned media for future magnetic data storage(用于未来磁性数据存储的构图介质)”。
当将一层构造为点时，各点的矫顽磁场就会变得比连续层的矫顽磁场更大，并且会非常显著地增加。这种现象已经被观察到，例如在OFruchart，J-F.Nozières，W.Wernsdorfer，D.Givord，F.Rousseaux和D.Decanini在Physical Review Letters 82，1305，1999发表的论文“EnhancedCoercivity in Submicrometer-Sized Ultrathin Epitaxial Dots with In-PlaneMagnetization(在亚微米尺度的面内磁化的超薄外延点中增强的矫顽性)”。
对于沉积的Co/Pt多层以形成连续支撑体或介质而言，尽管当沉积Co/Pt多层以形成构造为400nm×400nm的点的介质时矫顽磁场大于1000Oe，但矫顽磁场为170Oe，例如，见S.Landis，B.Rodmacq和B.Dieny在Physical Review B 6212271 2000发表的文章″Magnetic properties ofCo/Pt multilayers deposited on silicon dot arrays(沉积在硅点阵列上的Co/Pt多层的磁性质)″。在该结构中，已构造的点呈现出存储点本身且这种构造的结果可以使这些点的反转磁场变得非常大，甚至某些时候将大于写入极片的饱和磁场，从而导致使用这些介质的问题。
由已构造的介质或支撑体带来的另一种困难的事实在于，写/读磁头不再依赖于光滑的连续介质，而依赖于会阻碍它行程的凹陷和点的连续性。感觉上，该限制不如以前提出的重要，方案可被设计为，例如，构成用非磁性材料填充各点间的空间。
非常难于控制由构造特别对应于几何不均匀性的介质自身所引起的缺陷，特别是当趋向于超高存储密度而存储点的尺寸持续变小时。
发明内容
本发明的基本观点在于，在未被构造过程改变的记录层上记录信息，并通过位于连续层外侧的已构造磁性元件来控制存储点的尺寸，并且在记录支撑体的写入过程期间其磁化保持不变。
因此，本发明涉及一种磁记录器件，包括：呈现至少一个单元磁性层的至少一个未构造的记录支撑体，所述记录支撑体具有垂直于所述支撑体的平面的磁化，其特征在于，所述磁性记录器件包括磁性元件，所述磁性元件具有垂直于所述支撑体的平面的磁化，所述磁性元件还具有大于所述记录表面的反转场的反转场，并且所述磁性元件通过非磁性材料与所述记录支撑体隔开，所述非磁性材料的厚度使得所述磁性元件在所述记录支撑体内仅产生偶极场，所述磁性元件由非磁性区域彼此分隔开，在写入操作期间，每个磁性元件限定出所述记录表面中的存储点。
由于未将其上存储信息的层构造为点，因此构造过程不会改变其反转磁场，且附加的磁性元件因它们产生的偶极场而在连续层的存储点中限定出磁畴。此偶极场与附加的磁性元件的磁化直接成正比，这仅仅依赖于它们的体积，而它们的体积只受任何制造缺陷的轻微影响。不可否认，制造缺陷易于显著地改变磁性元件的反转场，但是它足以在各种情况下在单层或多层未构造的记录支撑体中保持比由写入磁头产生的反转场更大的反转场。
由磁性元件产生的磁化从一个元件至另一个元件变化很少，对于由附加偶极场感生的反转场也保持同样的特点。
这导致了，在记录表面的水平上，反转场的分布相对于公知的构造技术非常显著地降低。
由磁性元件产生的偶极场就能够限定出存储点而不用对记录支撑体进行构造。由非磁性材料制成的去耦层的存在避免了磁性交换耦合，磁性交换耦合可能导致在记录支撑体中的磁性元件磁化的复制，因此允许记录支撑体的写入，并且保持磁性元件的磁化。由于磁性元件具有比记录支撑体的反转场更大的反转场，因此它们将在写入过程中保持它们的磁化。
这些特征在本质上不同于美国专利申请US2007/0172705中的教导，在该美国专利申请中，数据写入发生在由磁性颗粒构成的第一多晶层内，该磁性颗粒可能由旨在降低粒间交换耦合的去耦材料间隔开，并且此写入转移至用于记录且连续的第二层。此第二层同样地由磁性颗粒构成，在该第二层中，粒间交换耦合比第一层更强，那么所述转移通过此两层间的交换耦合进行。因此，必须采用具有不同居里温度(第一层具有较高的居里温度)的两种材料，并将器件加热至两个居里温度之上，然后逐渐冷却它们，由此，一方面在每个写入操作期间，必须对记录支撑体进行擦除，另一方面，导致处理相当复杂。因此，这种技术不允许记录层的直接写入，且需要在必须没有任何磁化的记录层上通过交换转移。
根据本发明的磁性元件的反转场至少等于记录支撑体的反转场的1.1倍，以防止在支撑体的写入过程中磁性元件的磁场反转。有利地，为记录支撑体的反转场的2-20倍，优选为5-10倍。而且，大于20倍的任何数值都是可能的。
记录支撑体和/或磁性元件可以是具有包括一个或多个单元层、具有垂直磁化的连续层，特别是具有垂直磁化的合金(例如，FePt、FePd、CoPt、TbFeCo、GdCo)，或者具有垂直磁化的至少两个单元磁性层(例如，Co/Pt、Co/Pd、Fe/Pt、Fe/Pd、Au/Co)、或者是结合了金属和电介质(或半导体)的交替的两个单元层(例如，Co/氧化铝、Co/Si)。
记录支撑体还可以由多晶材料构成。
有利地，磁性元件和记录支撑体由厚度在0.5nm-15nm之间(例如，2nm)的非磁性材料制成的去耦层隔开。
隔开磁性元件的非磁性区域可以是磁性元件之间的简单的空气间隙。
有利地，基本为平面的已构造层形成为包括由非磁性填充材料间隔开的磁性区。
包括记录支撑体和磁性元件的组件旨在被设置在特别是信息存储装置(例如硬盘)的表面上，并且在第一优选模式中，磁性元件与衬底接触，并且在第二模式中，记录支撑体与所述衬底接触。
本发明还涉及一种制造如上文所限定的器件的方法。该制造方法包括执行以下步骤：沉积一层或多层磁性材料的单元层，以形成未构造的记录支撑体，并制造磁性元件阵列，优选地与记录支撑体通过非磁性材料去耦层隔开。
根据第一优选变体，该方法的特征在于，在沉积一层或多层单元层之前进行磁性元件阵列或点阵列的制造，并执行非磁性材料层的沉积。
根据第二变体，该方法的特征在于，在沉积一层或多层形成记录支撑体之后进行磁性元件阵列或点阵列的制造。
为了制造磁性元件阵列，该方法可执行构造步骤，以在希望形成所述磁性元件的位置处形成孔洞，之后沉积至少一层磁性材料，然后对所述层执行平坦化，直至非磁性材料。
为了制造磁性元件阵列，该方法可执行以下步骤，沉积一层或多层磁性材料，对其进行构造，以形成所述磁性元件，之后执行非磁性材料层的沉积，随后对其进行平坦化。
附图说明
通过阅读此后结合附图的说明书，将更好地理解本发明，其中：
图1是表示根据现有技术的硬盘的剖面的局部示意图，其中写入区具有垂直磁化且未对其进行构造。
图2表示用于图1的硬盘的层叠示图。
图3是用于现有技术的已构造的磁性支撑体或介质的叠层的局部剖视图。
图4a-4c表示在硬盘类型的信息存储装置上的、根据本发明的磁性记录器件的三个实施方式。
图5a、5b和图6示出了通过根据本发明的磁性元件在记录支撑体中感应的约束现象。图5a和图6对应于方形点的情况，图5b对应于直径为400nm的圆形点的情况，在两种情况下，都具有2nm厚度的间隔物。
图7a和7b以及图8a-8c示出了在记录支撑体和磁性元件在开始时具有方向相反(图7a和7b)或方向相同(图8a-8c)的磁化的情况下的写操作。
图9a和9b示出了在具有已知写入磁头的、根据本发明的器件上的写操作。
图10a-10g、10a′、10d′以及11a-11e示出了集成至硬盘衬底的、根据本发明的记录器件的制造方法的两个变体。
具体实施方式
图1示出了展现用未构造的层108覆盖的支撑体107的已知类型的硬盘，其中读/写磁头100写入并读出具有宽度112的磁轨上的信息。其包括由屏幕109为边界的写磁头102和读磁头110。在此附图中，Ie表示流经写线圈101的写电流，其用于使写入电极102磁化并改变写入层108的磁化方向103(垂直于层的平面)。
对于写入，该器件包括在其中执行写入的、具有垂直磁化108的记录层(其呈现一个或多个的单元层)，且优选地包括层104，其具有相对低的矫顽性，其将由写入电极102产生的磁场沿其路径(由箭头105表示)导通至写入磁头102的相对极106。由于它增大了由写入层感应的磁场的幅度并确保了后者完全垂直于写入层，所以这种双层系统是有利的。通过分派写电流脉冲Ie进行信息点的写入，写电流脉冲Ie流经围绕写入磁头102的极片的绕线101。
然后，产生的磁场在两个方向上和下之间将待写入的磁畴的磁化反转。通过分派读电流Il流经读元件110的读取线111并且通过当读磁头110在方向向上的磁畴1031和方向向下的磁畴1032之上通过时读取跨越这些绕线111的终端的电压，从而进行读取。事实上，读元件110的阻抗依赖于施加给它的磁场。现在，基于金属旋涂阀或磁隧道结来构成叠层。
如图2所示，磁盘呈现几层的叠层。在硬盘的衬底本身16上，例如从底层104开始，沉积数个层，衬底本身16可例如由覆盖有一层NiP或另一种成分的铝合金、玻璃或铝构成，或者例如由硅、碳化硅或呈现出光滑表面(由塑料、树脂、聚碳酸酯等制成的衬底)的任何其他材料构成。底层104一般由软铁磁材料(具有低矫顽性)构成，但是也可由其他材料构成，诸如Inamura提出的专利申请US2007/0124749中所提出的铁磁材料。其还可由几个单元层构成，诸如两层软铁磁材料包围一层非磁性材料(诸如钌、铱、铬等)，该非磁性材料层反铁磁性地耦合这两个磁性层，以降低泄漏场。这种类型的双层例如在专利申请US 2003/0022023(Carrey)和专利US 6,686,070(Futaoto)中进行了描述。该底层或这些底层的磁性层通常由非晶渗透性磁性材料(诸如合金CoNiFe、FeCoB、CoTaZr等)构成。
底层104一般具有50至400nm之间的厚度。
而后，在底层104上沉积中间层14和记录层108的底层13。两个层14和13的目的既是防止由底层104和记录层108之间的交换而导致的耦合又是促进记录层的生长。中间层14可由非晶材料或紧凑型六角或面心立方结构的结晶材料构成，例如是Ni或Cu的合金，诸如NiFe或CuNb。
底层13可由例如Ru或Ru合金构成。
记录层108由垂直磁化的磁性材料(诸如粒状CoPtCr合金)构成。其还可由垂直磁化的几个磁性单元层(诸如Co/Pt、Co/Pd、Fe/Pt等)构成。
覆盖记录层108的顶层11一般(在放大图中从下到上)由应用到记录层108上的保护层111和之后的润滑层112构成。保护层111一般主要由例如通过溅射或化学气相沉积(CVD)而沉积的碳构成，润滑层112一般主要由诸如全氟聚醚的润滑液构成。
在具有已构造的介质的已知器件中，记录层108不再是连续的。其用已构造的层进行了替换。
图3表示示例性的已构造的介质：
所描述的是之前描述过的层104，14，13和11，而记录层由已构造的层108构成，已构造的层108′包括具有垂直于层108′平面的磁化23的磁性材料21的多个部分，且其被非磁性材料22隔开。磁性材料21的多个部分构成了已构造的层108′的存储点，通常为方形或圆形区域。
根据本发明，借助于两个叠加区域或层进行记录，即其中存储了信息的未构造的磁性支撑体和包括磁性元件阵列的层。这两个层被形成间隔物的非磁性层隔开，且其功能是避免在磁性元件和未构造的磁性支撑体之间的直接耦合，以使得磁性支撑体受到由磁性元件产生的偶极场的作用。
如果在磁性元件或点和记录支撑体之间不存在非磁性间隔层，则特性会完全不同，这是由于之后会直接耦合(且不是通过偶极场进行的耦合)。
诸如此类的直接耦合实际上会引起交换耦合，其能量较根据本发明的偶极子耦合大很多，还引起了在记录支撑层中重复磁性元件的磁性结构。然后，后者不再发挥其作用，这是由于一旦磁性元件的方向和磁化固定了，就不可能改变与磁性元件相邻的连续层的磁化，而不需改变磁性元件的磁化方向。
在T.NAGAHAMA和Collaborators的“Electric Resistance ofMagnetic Domain with NiFe wires with CoSm Pinning Pads(具有CoSm钉扎垫的NiFe线的磁畴的电阻)”(Journal of Applied Physics，87，p.5648et seq.)中描述的这种系统不可以在磁性支撑体中进行磁记录。
由间隔物隔开的这两个层的组件形成了记录器件，其例如能够设置在信息存储装置(诸如硬盘)的衬底上。这两层中的每一个都可由多个单元层的叠层构成。
图4a至4c是包括记录器件的示例性叠层。在这三种情况下，记录器件12，12′和12″由两个元件构成：呈现出一个/或多个单元层的未构造的记录支撑体43和已构造的层40，结构层40包括隔离磁性元件或点46的非磁性部分41或41′，由箭头42表示的磁性元件或点46的磁化垂直于层40的平面，以辐射出偶极子磁场，该磁场俘获在其中写入信息的记录支撑体43中的畴。在层43中，箭头44表示两个信息点之间的磁化(指向下)，箭头45和45′表示方向向上(箭头45)或实际向下(箭头45′)的信息点的磁化。
记录支撑体43和已构造的层40被由非磁性层47构成的间隔物隔开。在图4a中，记录器件由12表示，已构造的层40位于信息支撑体43下方，而图4b中，记录器件表示为12′，已构造的层40位于信息支撑体43上方。图4c(记录器件12″)与图4b的区别在于在已构造的层中隔离两个磁性元件46的间隔41′是空的，同时省略了顶层11。
非磁性层47的功能是防止在两个磁性层40和43之间直接的交换磁性耦合。其可以是金属(例如Cu、Pt、Ru等)或者非金属(例如氧化物，诸如AlxOy、MgO、TiO2等)。其厚度例如在0.5nm和15nm之间，特别是在1nm和10nm之间，例如基本上等于2nm。
信息记录在磁性支撑体43上，其还未通过构造方法而改变，且存储点的尺寸由位于磁记录支撑体外部的已构造的磁性元件控制。因此，如果翻转方法以及因此的翻转场对于缺陷的存在非常敏感，则后者通常都是点状的或是较小的空间膨胀物。因此如果存在缺陷的话，磁性元件的磁化由于这些缺陷的存在而发生较小改变。因此，对于存储点的清晰度很重要的该磁化对于各纳米结构都是基本上相同的。以下结合图5a至8c进行说明。
图5a表示(标记3)由具有垂直磁化的方形部分46的磁性元件产生的偶极场计算出的形式，其在竖直方向上与具有厚度为2nm的间隔物47的该元件排列成行。参考符号1表示元件46中磁化的方向，在此是垂直于后者且方向向上。场3显示出两个局部最大值，正的32和33以及负的31和34，以及在32和33之间的平缓区35。
对于圆形的点(图5b)，辐射场的形状稍有变化。
该感应场的形状略微依赖于磁性元件46的尺寸。
现在考虑具有垂直磁化的未构造的层。最初，该层的磁化向下取向。
为了写入信息，该磁化局部向上反转。然后，通过写入磁头的作用成核的畴扩展，直到其获得其平衡尺寸。后者一般过大而不能与超高记录密度相容。例如，具有垂直磁化的多层Pt1.8nm/(Co0.5nm/Pt1.8nm)4，也就是说1.8nm的Pt单元层作为缓冲层以及0.5nm的Co和1.8nm的Pt两个单元层重复4次，该多层具有尺寸大于1μm的平衡畴(参见S.Landis，B.Rodmacq，B.Dieny在Phys Rev.B 62，12271-12281(2000)上发表的文章Magnetic properties of Co/Pt multilayers deposited onsilicon dot arrays(沉积在硅点阵列上的Co/Pt多层的磁特性))。
现在将具有如图5中所示的磁化1的磁性元件46设置在该层43之上或之下，例如在后者之下，如图6中所示。该元件46具有比连续层43高的反转场(至少高1.1倍)，以使其磁化在写入连续层43的过程中不会反向。参考符号25表示元件46左侧的磁性层43的磁化，参考符号26表示元件46之上的，参考符号27表示元件46右侧的。曲线3示出了由与该元件竖直排列成行的元件46辐射的场计算出的形式，点状线19竖直地确定元件46的边界。
当畴在元件上从下向上局部反转时，其进行扩展，直到其到达与元件46的边缘的竖直线相邻，这里由元件46辐射的场有力地稳定了畴壁(向上的磁化26受正向辐射场的作用，而点46的竖直线的左侧和右侧的向下磁化25或27受负向辐射场的作用)。因此畴停止其扩展，并且在由线19确定边界的畴28中，信息(反向的磁化26)在竖直方向上受限与元件46成行。
写入时，对磁畴的俘获是由于元件46辐射的场，也就是说，是由于元件46的磁化，已经看到一个元件46与里给一个的区别并不大。而且，连续(或多晶)磁性层43不会被构造过程损坏。因此，由于各存储点具有非常相似的反转场，所以各存储点的反转可在支撑体的整个表面上重复。
图6中，连续层43具有向下取向的垂直的最初磁化。该磁化的方向借助于常规写入磁头在元件46之上局部反转。由于被由该元件46辐射的场俘获，因此该畴在竖直方向上扩展与元件46排列成行，但是不超出畴28的范围。用反向场写入，可以重新存储最初状态(畴28中的向下磁化)。
写入过程的实施例：
磁性元件46的磁化具有相同方向，且该方向在写入过程中不会变化。为满足此目的，例如磁性元件46的这些反转场比该层的反转场更强。
可设计两种起始结构：
1)由非磁性层47隔开的未构造的层43和元件46的磁化具有相反的方向(图7a和7b)。
在最初状态(图7a)，磁性元件46均具有相同的磁化方向，该层被磁化为与磁性元件46方向相反。图7b中，存储点35已经被写入到元件46上方。用于写入存储点的操作在于：用写入磁头使磁化畴成核。磁化畴扩展到与点46的端部的竖直线相邻，这里，壁需要额外的能量以持续移动。因此，存储点35被限定在磁性元件46上方、在反转磁化的畴内、与元件46在竖直方向上成行。该畴35继续写入存储点。
当希望重新写入该存储点时，也就是说希望从上到下反转磁磁化35时，利用写入磁头在元件46上方施加磁场，其可通过以下方式反转该元件上的磁化，或者通过在所施加场的方向上使磁化的畴成核(图7a中的情况下，方向向上)随后对其进行扩展，或者更有选地为了能量的原因，通过对畴35的“内裂”。具体地，位于元件46外部的畴的磁化处于所施加的磁场的方向上，且畴在能量上是有利的。其在元件46之下生长并穿过，以减少畴35的尺寸，直到其通过“内裂”最终消失。当在此方向写入时，在磁性元件46作用下的约束现象不会发生。
2)由非磁性层47隔开的未构造的层43和元件46的磁化具有相同的方向(图8a至8c)。
当利用写入磁头，允许改变在竖直方向上与磁性元件46排列成行的反向磁化畴的取向序列时，该畴扩展。由于在这种情况下，磁化的方向使得畴壁并不由磁性元件46进行稳定，因此其能扩展到磁性元件46的竖直线附近以外。在另一方面，当该畴到达相邻元件46的竖直线附近时，壁被稳定且畴停止扩展，如图8b中所示。因此，写入畴45伸出点46的竖直线之外。当寻求再次写入该存储点并同时将其方向从下到上改变时，使畴成核，在竖直方向上与同一个元件46排列成行，且该畴扩展，直到其到达该元件的竖直线附近。实际上，这导致了图7a和7b中描述的情况。因此，存储点被写入到(图8c)被限定为与点46在竖直方向上排列成行的畴45′中。由此，随后写入该存储点与图7a和7b中描述的过程相似。因此，磁壁被稳定在磁性元件(或点)端部的竖直线附近，且此后保持图7b的情况。
图9a和9b示出了在根据本发明介质的两个实例上使用垂直标准写入磁头的写入过程：在一方面，已构造的层40位于信息载体层43下方(图9a)，另一方面，该已构造的层40位于信息载体层43上方(图9b)。写入磁头显示出写入极片53、写入电极52、磁场反转电极54。与图2，3和4a至4c中相同，可选的底层104可向反转电极导通磁场。箭头51表示在写入向下畴的情况下该层的磁化。
这些介质的写入与更常规的介质相同，且能通过相同的写入磁头50和与通常在垂直记录中使用的那些相同的场能级完成。图9a表示在已构造的层40位于信息载体层43下方的情况下写入向下畴的示意性描述，而已构造的层40位于信息载体层43上方的情况于图9b中示出。磁性元件或点的磁化不受由写入磁头辐射的场影响(图中情况下其保持向上)。写入电极52借助于流过环绕极片53的绕线(此处未示出)的电流向下磁化。其产生了优选通过底层104在反转电极上闭合的磁场。信息载体层43受到该磁场作用，当后者大于层43的反转场时(在写入过程中)，其磁化反转且写入存储点。反转电极54具有比写入电极大很多的尺寸，以使得该电极下该场弱很多(保持磁通量
)，且位于该反转电极54下方的存储点不反转。这遵循了垂直记录技术的情形。
不过，应当注意到差别：施加到存储点上的场是由写入磁头的写入电极52辐射的场(且通过底层104闭合或不闭合)和由磁性元件46辐射的场的总和。
由此，例如如果磁性元件46中的场向上取向，如图9a和9b中所示，则用于从下向上反转存储点的磁化所必须的场等于Hr-Hs，而从上向下反转所必须的场等于-Hr-Hs，这里Hr是将被施加的正向场，从而反转存储点的磁化(该实例中认为用于从下向上和从上向下反转的场是相同的，这是通常情况)；Hs是由该点上的向上磁化元件辐射的正向场。
还应注意，也可根据需要在不具有底层104的叠层中使用根据本发明的记录器件(记录支撑体43和磁性元件46)。这种情况下，叠层更简单。例如，记录器件(记录支撑体43和层40)能被直接沉积在硬盘衬底上(在与前述相同的材料中)。然后，支撑体43的写入可如之前描述的那样完成。
所有情况下，都以与垂直介质的读出相同的方式完成读出，也就是借助于磁阻元件，基于金属旋涂阀，或者目前的磁隧道结。
磁头根据磁化是向上还是向下读取存储点。在本发明的情况下，由存储点辐射的场通过由磁性元件46产生的场补充。但是由于后者保持其磁化不变且另一方面由于读出磁头相对于该结构的高度不变，因此由元件46辐射的、增加到由存储点所辐射的场仅用作其足以已知的常数变换(例如通过预先测量或通过计算)。
制造根据本发明器件的方法采用本领域技术人员公知的技术。
制造已构造的层可以获得限定轮廓的磁性元件，其被非磁性部分41或41′隔开。
根据已构造的层被设置在信息载体层上方还是下方，在图10a和10b中给出两个制造实例。
超高记录密度对应于1T比特/平方英寸及以上。1T比特/平方英寸指的是25nmx25nm的尺寸，即例如是与相邻存储点以5nm隔开的20nmx20nm的存储点。
非磁性部分41或41′的宽度实际上可在2nm至20nm之间选择。所选出的该宽度优选为避免在相邻磁性元件之间的交换耦合。
目前可通过电子光刻或者通过纳米印刷然后蚀刻(例如反应干法蚀刻步骤)获得对已构造层40在该尺度上进行的构造。
图10a至10g对应于显示出磁性点46的已构造层40位于信息载体层43上方的情况。第一种情况下，在此处未示出的硬盘的衬底16上例如通过溅射沉积制造叠层(参见图2)：即顺序地“软磁”底层104；中间层14；对于记录层可选的底层13；信息支撑层43；可选的非磁性隔离层47，然后最终是将被构造为点46的磁性层48。层43和48由具有垂直磁化的材料制成，其可通过任何公知的方法(溅射，蒸镀，电化学沉积等)沉积而成。第一步骤在于构造磁性层。该操作例如可通过涂敷光敏或电子敏感树脂50而实施，将该树脂50暴露，以对其进行构造，该操作或者可通过沉积聚合物或树脂50(图10b)来实施，聚合物或树脂50由纳米印刷方法构造。该构造的结果50′在图10c中示出。然后，将这种构图通过蚀刻(例如离子束干法蚀刻或反应干法蚀刻)转移到磁性层46中(图10d)。然后，用非磁性材料51覆盖该结构，非磁性材料例如SiO2或另一种电介质或者是非磁性金属(图10e)。例如使用电子工业中公知的化学机械平坦化方法的平坦化步骤可以获得已构造的层40(图10f)，其呈现出由非磁性材料41隔开的磁性点46的阵列，且在其上可最终沉积顶层11(图10g)。
图10a′和10d’中示出的变体在于沉积叠层直到中间层47。然后，磁性结构(图10d′)不再通过蚀刻获得，而是直接通过沉积获得，例如通过利用暴露的树脂或聚合物的所谓的“剥离”方法，然后纳米印刷。该方法的剩余部分是相同的。
在优选变体中，已构造的层40位于信息支撑层43下方的(图11a至11e)，可以实施在硬盘(未示出)的衬底16上沉积层104，14和13，与前述情况相同。
然后，沉积非磁性层51′(图11a)。然后，通过与可以获得图10c和10b的结构相同的技术来构造(图11b)，以在点46的位置处产生孔洞并且形成非磁性保持材料41。然后，将磁性材料48′沉积在该结构上(图11c)。与前述相同的平坦化步骤可获得由磁性点46的阵列构成的已构造层40(图11d)，磁性点46被非磁性区域41隔开。然后，信息支撑层43和可选的顶层11可沉积在层40上。应当理解，对于两个变体中的每一个，磁性点都可完全相同地通过直接构造点而制成，或通过构造非磁性层以在点将来所在位置处产生孔洞而制成。
还可以通过物理和/或化学工序(例如根据在B.D.Terris和T.Thompson在J.Phys.D：Applied Physics 38(2005)199至222中发表的“Nanofabricated and self-assembled magnetic structures as data storagemedia(纳米制备的自组装磁性结构作为数据存储介质)”中描述的技术)实现有组织的磁性纳米结构的有组织沉积。该沉积之后可沉积非磁性材料层51，然后对其进行平坦化。
记录器件包括两个具有不同功能的“层”：一方面，记录支撑体，呈现一个或多个单元层，记录支撑体承载信息且优选地具有充分的各项异性，以将信息保持例如十年时间(面对热波动)而不需要点的反转场过大；另一方面，磁性元件，分布在已构造的层中且产生限定了畴的场，畴限定出存储点。
根据信息载体层43的反转场和希望用写入磁头传递的场，点46的一个或多个组元能被调整为，例如使饱和状态下的磁化值最优化。
特别地，构成记录层43的材料和构成点46的材料，与记录层43和点46的厚度相同，二者可完全不同，并因此可被单独优化。层43和点46实际上仅通过偶极场耦合，该偶极场是由用于约束存储点的点46产生的。
另一重要观点是，没有进行构造的常规技术使用其颗粒去耦的多晶介质，信息点占用几百个颗粒。特别是在常规的和本发明的已构造介质的情况下，由于在存储点之间的分离是物理的，并且是通过构造位于层43外部的点46实现的，因此该层不再需要是多晶。因此可以采用连续层，呈现一个或多个连续单元层。
实施例：
层43和点46由Co/Pt双层的叠层形成，选择其重复次数，以便对于磁场大于连续存储层的点获得反转场。
所构成层的点46由单元双层的四个连续叠层构成，该单元双层包括0.6nm的Co单元层和1.8nm的Pt单元层(即总共八层)。
分隔层47是铂，选择其厚度，以通过例如2nm的元件46对层43中产生的场进行优化。
如果连续层的构成与重复四次的0.6nm的Co和1.8nm的Pt的单元双层叠层的点相似，则层43的反转场是0.06T，且点的反转场至少等于0.4T，也就是说点46的反转场至少等于层43反转场的7倍。实际上要注意，构造成点，相对于连续层极大地加大了反转场，且点越小，该反转场的值就增加得越大。
对于200nm的点46和由Pt制成的、具有2nm厚度的分隔层47，在与点相邻的连续层43上辐射的偶极场的最大值是0.05T(图5a中的32和33)且在平缓区35中，值基本上等于0.015T。该偶极场的值可通过修改分隔层47的厚度来调整。该厚度增加的越多，在连续层43上辐射的偶极场就越低。
层43和/或点46可包括具有垂直磁化的任何多层，诸如：CoPt、Co/Pd、Fe/Pt、Fe/Pd、Au/Co等。
层43和/或点46也可包括在由金属和电介质或半导体制成的单元层之间交替的多层，诸如基于Co/氧化铝、Co/Si等的多层。
层43和/或点46也可包括垂直磁化合金，诸如合金FePt、FePd、CoPt等，或者类似于TbFeCo和GdCo等的其他合金，包括过渡金属和稀土元素。
为了确保记录支撑体(43)和磁性元件(46)磁化的方向相同，可以对器件施加大于磁性元件46的反转场的强大磁场。如果希望记录支撑体43具有与磁性元件46方向相反的取向，则其满足对器件施加强度大于记录支撑体43反转场但低于磁性元件46反转场的磁场。
Claims (25)
1.一种磁性记录器件，包括：呈现至少一个单元磁性层的至少一个未构造的记录支撑体；通过所述记录支撑体与记录磁头的写入电极耦合，所述记录支撑体具有垂直于所述支撑体的平面的磁化，其特征在于，所述磁性记录器件包括磁性元件(46)，所述磁性元件(46)具有垂直于所述记录支撑体(43)的平面的确定磁化，所述磁性元件(46)还具有大于所述记录支撑体(43)的反转场的反转场，并且所述磁性元件(46)通过去耦层(47)与所述记录支撑体(43)隔开，所述去耦层(47)由非磁性材料制成，并且所述去耦层(47)的厚度使得所述磁性元件(46)在所述记录支撑体(43)内仅产生偶极场，而不产生交换耦合，所述磁性元件(46)由非磁性区域(41)彼此分隔开，在所述记录支撑体(43)上的写入操作期间，每个磁性元件(46)限定出所述记录支撑体(43)中的存储点。
2.根据权利要求1的器件，其特征在于，所述磁性元件(46)的反转场是所述记录支撑体(43)的反转场的1.1-20倍。
3.根据权利要求1的器件，其特征在于，所述磁性元件(46)的反转场是所述记录支撑体(43)的反转场的2-10倍。
4.根据权利要求1至3中任意一项的器件，其特征在于，所述记录支撑体(43)和/或所述磁性元件(46)包括多个单元层。
5.根据权利要求1至3中任意一项的器件，其特征在于，所述记录支撑体(43)由合金制成。
6.根据权利要求1至3中任意一项的器件，其特征在于，所述记录支撑体(43)由FePt、FePd、CoPt、TbFeCo或GdCo制成。
7.根据权利要求4的器件，其特征在于，所述记录支撑体(43)包括至少一个单元磁性双层。
8.根据权利要求7的器件，其特征在于，所述单元磁性双层为Co/Pt、Co/Pd、Fe/Pt、Fe/Pd或Au/Co。
9.根据权利要求4的器件，其特征在于，所述记录支撑体(43)包括结合了金属和电介质或结合了金属和半导体的至少两个单元层。
10.根据权利要求9的器件，其特征在于，所述单元层是Co/Si、或Co/氧化铝。
11.根据权利要求1至3中任意一项的器件，其特征在于，所述记录支撑体(43)由多晶材料制成。
12.根据权利要求1至3中任意一项的器件，其特征在于，所述非磁性材料去耦层(47)的厚度在0.5-15nm之间。
13.根据权利要求1至3中任意一项的器件，其特征在于，所述非磁性区域是在所述磁性元件(46)之间的空气间隙(41′)。
14.根据权利要求1-3中任一项的器件，其特征在于，所述非磁性区域(41)由非磁性固体材料制成，从而利用所述磁性元件形成基本为平面的层。
15.根据权利要求1至3中任意一项的器件，其特征在于，包括所述记录支撑体(43)和所述磁性元件(46)的器件被设置在信息存储装置的衬底(16)的表面上。
16.根据权利要求1至3中任意一项的器件，其特征在于，包括所述记录支撑体(43)和所述磁性元件(46)的器件被设置在硬盘的衬底(16)的表面上。
17.根据权利要求15的器件，其特征在于，所述磁性元件(46)与所述存储装置的衬底的表面接触。
18.根据权利要求15的器件，其特征在于，所述记录支撑体(43)与所述存储装置的衬底的表面接触。
19.一种用于制造前述任一项权利要求的器件的方法，其特征在于，所述方法执行以下步骤：沉积一层或多层磁性材料，以形成未构造的记录支撑体(43)；沉积非磁性材料去耦层(47)；以及形成磁性元件(46)的阵列，所述非磁性材料去耦层(47)位于所述未构造的记录支撑体(43)与所述磁性元件(46)的阵列之间以形成叠层形式。
20.根据权利要求19的方法，其特征在于，在沉积所述一层或多层磁性材料以形成记录支撑体(43)之前形成磁性元件(46)的阵列。
21.根据权利要求19的方法，其特征在于，在沉积所述一层或多层磁性材料以形成记录支撑体(43)之后形成磁性元件(46)的阵列。
22.根据权利要求20或21的方法，其特征在于，为了形成所述磁性元件(46)的阵列，执行以下步骤：沉积非磁性材料层，然后通过限定出用于形成所述磁性元件(46)的位置以对所述非磁性材料层进行构造，然后沉积至少一层磁性材料(48’)，然后对所述磁性材料层(48’)进行平坦化直至所述非磁性材料。
23.根据权利要求20或21的方法，其特征在于，为了形成所述磁性元件(46)的阵列，执行以下步骤：沉积一层或多层磁性材料(48)，对所述一层或多层磁性材料(48)进行构造，以允许保留所述磁性元件(46)，然后沉积非磁性材料层，随后对所述非磁性材料层进行平坦化。
24.根据权利要求20或21的方法，其特征在于，对所述磁性材料通过物理和/或化学工序执行磁性纳米结构的有组织沉积。
25.根据权利要求24的方法，其特征在于，在所述有组织的沉积之后，沉积非磁性材料层，然后对所述非磁性材料层进行平坦化。
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