CN101882445A - 具有增强的写入性能和热稳定性的磁记录介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有增强的写入性能和热稳定性的磁记录介质，具体涉及带有用于改进写入性能的增强的磁性能的记录介质。实施例包括或涉及方法、系统和组件，其在减少为获得均一磁性能而产生的缺陷的同时能改进写入性能，均一的磁性能例如均一的高各向异性和窄的开关磁场分布。一些实施例包括带有交互调整层的记录介质，所述交互调整层插入在硬层和软、半软或薄的半硬层之间，用来最大程度地改进写入性能。优选地，交互调整层是颗粒状并且减少或优化磁性记录或存储设备中硬层和软、半软或半硬层之间的垂直耦合。

Description

具有增强的写入性能和热稳定性的磁记录介质

相关应用

下面的主题涉及公开号为20060024530，20060269797，20070064345和20070287031，以及授权专利号为6777112，7192664，6914749和7201977的美国专利，在本申请的整体内容以及所有目的中，这些专利中的全部内容及所有目的均被引入本文作为参考。

技术领域

本发明涉及带有用于改进写入性能的增强的磁性的记录介质。具体地，本发明涉及当减少为获得均一磁性能而减少缺陷时允许具有改进的写入性能的方法、系统和组件，所述均一磁性能例如均一的高各向异性(Hk)和窄的开关磁场分布(SFD)。

背景技术

磁性介质广泛用于各种领域，特别是在计算机工业中用来进行数据/信息存储和检索应用，典型的是采用磁盘格式，并且一直在为提高面记录密度(即，磁介质的位密度或者位/单元面积)的目标努力。传统的薄膜型磁介质(其中，细粒度的多晶磁性合金层用作活性记录层)一般根据磁材料的颗粒的磁畴取向分为“纵向”或者“垂直”类型。

通常，记录介质采用含有多晶CoCr或者CoPt氧化物的膜来制造。在多晶膜中富含Co的区域是铁磁性的，而富含Cr或氧化物的区域则是无磁区。邻近的铁磁畴之间的磁交互作用被其间的无磁区域削弱。

一种传统的纵向记录介质，硬盘型的磁记录介质通常用于计算机相关应用中，其包括一个实质上坚硬的无磁的基体，通常为铝(Al)或者铝基合金，例如铝镁(Al-Mg)合金，和随后以沉积或者其他形式在基体表面上形成的镀层，例如非晶镍-磷(Ni-P)；一个双层，包括一个非晶或者细晶粒的材料的种子层，例如，镍-铝(Ni-Al)或者铬-钛(Cr-Ti)合金，和通常以铬或者铬基合金为材料的多晶底层；磁记录层，例如，带有铂(Pt)、Cr、硼(B)等中的一种或多种的钴(Co)基合金层；通常包含碳(C)例如类金刚石碳(“DLC”)的保护性覆盖层；以及润滑面层，例如，全氟聚醚层。基体、镀层、种子层、中间层、磁性层或者覆盖层中的任何一层都可以借助合适的物理气象沉积(“PVD”)技术(例如溅射)来沉积，并且润滑面层通常采用浸渍或者喷涂方法来沉积。碳覆盖层通常在带有氮气、氢气或者乙烯的氩气中沉积。保护性覆盖层保护磁记录层避免腐蚀和减少磁盘与读/写磁头之间的摩擦力。润滑薄层可以被用到保护性覆盖层的表面，通过减少保护性覆盖层的摩擦和摩损来增强磁头和磁盘接触面的摩擦性能。

在纵向介质的操作上，磁性层优选借助于一个写入传感器或者写入磁头局部磁化，以进行记录然后储存数据/信息。写入传感器或写磁头可包含一个主(写入)磁极以及辅助的磁极并形成一个高度集中的磁场用来改变基于被储存信息的位的介质磁化方向。当借助于写入传感器产生的局部磁场超过记录介质层的材料的矫顽磁力时，在该磁场中的多晶材料的颗粒被磁化。当通过写入传感器产生的磁场被移走之后，颗粒仍然维持它们的磁性。磁化方向与施加的磁场的方向相匹配。记录介质层的磁化随后能够在一个读出传感器或者读出磁头中产生一个电响应，使储存的信息被读出。

一直致力于增加磁性介质的面记录密度和信号与介质噪音比(“SMNR“)。在这点上，已经发现，所谓的垂直的记录介质(在磁性层中带有垂直的磁各向异性以及在垂直于磁性层的表面的方向上形成磁化的记录介质)在获得非常高的位密度方面优于许多传统的纵向介质，并且不受与后者相关的热稳定性方面的限制。在垂直磁记录介质中，剩下的磁化形成在垂直于磁介质表面的方向(易磁化轴)上，通常该磁介质表面为在合适的基体上的磁性材料层。

通过利用带有垂直磁性介质的一种“单极”磁传感器或磁头能够获得非常高的线性记录密度。一般的垂直记录系统利用一种磁性介质，该磁性介质带有较厚的(同磁性记录层相比较)和“软”的磁性底层(SUL)、较薄的“硬”的垂直磁性记录层以及一个单极磁头。磁“软度”是指一种磁性材料具有低于约150奥(Oe)的较低的矫顽磁力，或者优选低于10奥，例如一种NiFe合金(坡莫合金)或者很容易磁化或去磁化的材料。磁性“硬度”是指记录层具有几千奥的较高的矫顽磁力，通常为约2-10千奥，或者优选3-8千奥，并且包括，例如，带有垂直的各向异性的钴基合金(例如，Co-Cr合金，例如CoCrPtB，或者另一种既不容易被磁化也不容易被去磁化的材料)。磁性软底层用于引导磁通量从磁头部发散通过硬的、垂直的磁记录层。系统优选进一步包括非磁基体，至少一个非磁中间层，和任选的粘结层。包括一个或多个无磁材料层的较薄的中间层，优选被定位在至少一个硬磁记录层下面，用于防止软底层和硬磁记录层之间的磁交互作用，并促进硬记录层形成期望的微观结构和磁性能。参见公开号为20070287031、专利号为6914749及7201977的美国专利。中间层可以包括多层形成中间叠层，并且这些层中的至少一层优选包括临近硬磁垂直记录层的hcp(密排六方)材料。

磁通量ψ，从一个磁性传感器头的主写入极发散出来，进入并通过至少一个位于主极下方区域的垂直取向的硬磁记录层，进入并穿过SUL内一定距离，然后从那里出来，并且通过至少一个位于传感器头的辅极下方区域的垂直的硬磁记录层。

与因磁性颗粒之间的强的横向交互耦合的存在而受到限制的传统的垂直介质相比，颗粒状垂直磁记录介质在进一步扩大储存数据的面密度的能力方面获得了发展。一种颗粒状(即在同一平面内的颗粒在性质上是不连续的)垂直记录介质包括一个“硬”的颗粒状垂直磁性层，该层具有被颗粒边界分离开的磁性圆柱状颗粒，所述颗粒边界包括空隙、氧化物、氮化物、非磁性材料及其组合。该颗粒边界具有约2-20埃厚度，实质减少了磁性颗粒之间的磁交互作用。传统的垂直磁性层通常是在惰性气体例如氩(Ar)存在下通过低压和高温溅射所得，与之相比，颗粒状垂直磁性层的沉积则是在较高压和低温环境下进行且可利用反应性溅射技术，其中气体混合物中引入了包含氧(O)和/或氮(N)的分子，例如Ar和O₂、Ar和N₂、或者Ar和O₂和N₂、以及H₂O。或者，氧化物和/或氮化物可以利用包含氧化物和/或氮化物的溅射靶引入，溅射是在惰性气体(例如，氩)存在下，或者，任选地，溅射是在带有或者不带有惰性气体的包含氧和/或氮的溅射气体存在下进行。引入的氧化物和/或氮化物移动到颗粒边界，并且能够提供具有减少的颗粒间横向交互耦合的颗粒状垂直结构。参见公开号为20060269797的美国专利。引入这样的颗粒边界能够增加记录储存介质的面密度。

在此处所述的介质中的各种层形成一个叠层结构。介质的堆叠层中的多晶层包含颗粒边界。由于硬磁的主记录层和中间层通常包括晶体材料，并且硬磁层优选粘结地成长在中间层上，每个多晶层的颗粒实质上是相同的宽度(在一个水平线位置上测量)和垂直记录(例如，垂直“相关”或垂直排列)。叠层最后是保护性覆盖层，例如类金刚石的碳(DLC)，在硬磁性层上形成，并且润滑面层，例如全氟聚醚材料，在保护性覆盖层之上形成。垂直记录介质也可以包含在纵向记录介质构象中描述的镀层和/或种子层。种子层优选临近磁性软底层(SUL)，且优选包含至少一种非晶材料和面心立方晶格结构(fcc)材料。术语“非晶”指的是同背景噪声相比，这样一种材料在θ-2θX射线衍射图案中没有显示尖锐峰。无定形层可以包含以非晶态相的纳米微晶或者任意其它形式的材料，只要这种材料同背景噪声相比在X射线衍射图案中不显示有峰即可。种子层播种形成底层的特定结晶结构的晶核。通常，种子层是在非磁基体上的第一沉积层。该层的作用是组织或排列随后的含铬底层的结晶取向。种子层、底层和磁性层通常是在惰性气体气氛例如氩气中被顺序地溅射沉积到基体上的。

具有非常微小晶粒的磁性记录介质可显示热不稳定性。一种解决办法是通过铁磁记录层与另一铁磁记录层或者反铁磁层的耦合来提供稳定。这种方法可通过提供一种稳定的磁记录介质来实现，该磁记录介质包括至少一对铁磁层，该铁磁层之间是反铁磁耦合的(“AFC”)。专利号为6777112的美国专利涉及在AFC磁性层之间加入一个非磁间隔层；然而，该专利的结构并没有能够很好控制记录介质层的晶粒间的平面间交互耦合，而且在不牺牲记录介质的热稳定性情况下并不能减少磁簇尺寸。

包含AFC耦合的记录层的记录介质的一种构造包括在一个“硬”的颗粒状磁记录层上垂直堆叠的一个连续磁记录层。该连续层的磁性颗粒在横向上是更加强的交互耦合，而硬颗粒状磁性层的磁性颗粒则在横向上仅仅显示较弱的交互耦合。在某些记录介质的构造中，连续层(通常包含具有较低的矫顽磁力的材料或者容易磁化或去磁化的材料)与硬颗粒层(包含较高矫顽磁力的材料或者既不容易磁化也不容易去磁化的材料)铁磁耦合。在这样的介质中，完全连续磁性层可以同下面的颗粒状硬磁性层中的每个颗粒相耦合(形成一种垂直交互耦合的复合材料-“ECC”)。参见专利号为7201977的美国专利。

所述基体通常是盘状，可包含玻璃、陶瓷、玻璃-陶瓷、NiP/铝、金属合金、塑料/高分子材料、陶瓷、玻璃-聚合物、非磁复合材料或者上述材料的结合物或者层压物。参见专利号为7060376的美国专利。在生产磁性记录硬盘中通常使用的基体材料包括铝镁(Al-Mg)合金。这样的Al-Mg合金通常非电镀镀覆有约15微米厚的NiP层用以增加基体硬度，从而提供了一个适合于抛光的表面，以获得所需的表面粗糙度或者结构。任选的粘结剂层，若在基体表面上，则通常包含一个厚度约小于200埃

的金属或金属合金层，例如Ti、Ti基合金、Ta、Ta基合金、Cr或者Cr基合金。

较厚的SUL通常包括约30-约300nm厚的软磁性材料层，所述材料例如Ni、Co、Fe，含铁合金例如FeNi(坡莫合金)、FeN、FeSiAl、FeSiAlN，Co基合金例如CoZr、CoZrCr、CoZrNb，或者含Co-Fe合金例如CoFeZrNb、CoFe、FeCoB以及FeCoC。较薄的中间叠层一般包含约50-

厚的非磁材料层的一层或几层。中间叠层包括至少一个临近硬磁的垂直记录层的hcp材料中间层，例如Ru、TiCr、Ru/CoCr₃₇Pt₆，RuCr/CoCrPt等。当其存在时，临近SUL的种子层通常可以包括小于约

厚的fcc材料层，例如Cu、Ag、Pt或Au的合金、或者非晶态或细颗粒材料，例如Ta、TaW、CrTa、Ti、TiN、TiW或者TiCr。至少一个硬磁垂直记录层通常包含一个约10-约25nm厚的Co基合金，该合金包括一种或多种下列元素：Cr、Fe、Ta、Ni、Mo、Pt、W、Cr、Ru、Ti、Si、O、V、Nb、Ge、B和Pd。

在上述传统的介质类型中，纵向介质比垂直介质被开发得更多并且在过去几十年中已经被用于计算机工业中。在这期间，组件和辅助系统，例如传感器头、路径和介质已经被重复优化来提高计算机环境中的运行效率。然而，由于物理限制有效地阻止了面记录密度的进一步增加，目前普遍认为纵向记录在计算机应用中作为工业标准的寿命已经是到了尽头。。

另一方面，垂直介质在很多计算机相关记录应用中已经取代了纵向介质，并且在朝着远超纵向介质的容量的不断增加的面记录密度方面持续前进。然而，垂直介质和记录技术不如纵向介质和记录技术在全方面发展得好。具体而言，垂直磁性记录技术的单个组件，包括传感器头、介质和记录路径，在全面发展和优化方面不如纵向记录技术的相关组件。结果是，相对于现有技术例如纵向介质和系统，用垂直介质和系统观察的颗粒是难以评估的。

高密度垂直记录介质要求仔细控制和平衡几种磁性能，包括：足够高的各向异性以使得在带有高度倾斜头时具有热稳定性和相容性；磁头写入性能所需的足够低的开关场；横向交互耦合足够低以维持磁性颗粒或者簇之间的小的关联长度，以及足够高以维持窄的转换磁场分布(SFD)；颗粒与颗粒间足够均一的磁性能来维持热稳定性和最小化SFD。

随着记录密度不断增加，必须使颗粒结构更小化从而将一个位中的磁性粒子的数量维持在一个相近的值。更小的颗粒结构对非均一性例如颗粒内的各向异性的变化更加敏感，并且为了维持热稳定性也要求更高的各向异性，因此不利地影响写入性能。因此，现有技术需要具有一种介质，其具有用于更窄的SFD的改进的写入性能和更少的缺陷，以及改进的均一性能。

一些当前的垂直记录介质使用一个记录层，其包括三个或更多Co基合金磁性层用来优化磁性参数。例如，专利号为7192664的美国专利描述带有一种组合物例如CoCr_4-20Pt_12-25(TiO₂)_4-12的第一或者底部磁性层，其包括为了低Hex的较高的氧化物体积百分含量和为了高各向异性的较高的Pt浓度。其它的层(例如，上部的磁性层)可以含有低的氧化物和Pt浓度，且可以包含其他元素，例如，B，用以调整相互耦合、减少SFD以及改进写入性能。参见公开号为20070064345的美国专利。然而，元素例如Pt和B也会带来缺陷，例如叠层缺陷，其能够减低如各向异性等的均一性能，并且限制了SFD的减少、磁性转换的变窄和介质信号与噪音比(SNR)的改进。参见公开号为20060024530的美国专利。

考虑到前述情况，目前迫切需到得到改进的记录介质，特别是垂直记录介质以及系统技术，其与传统记录介质和系统相比，具有一系列益处以及性能的增强。

发明内容

本发明所公开的内容能够克服现有的磁性记录层结构存在的若干问题和缺陷，即改进写入性能，同时减少缺陷，以获得更多均一磁性例如均一的高度各向异性(Hk)以及窄的转换磁场分布(SFD)。本发明的实施方式涉及的是磁记录介质，其包括垂直记录介质、纵向记录介质、不连续分布记录介质、位图案介质、过滤介质、或者热辅助磁性记录(HAMR)介质。

一个实施方式涉及一种磁记录介质，包括：包括一个或多个颗粒状磁性层的第一磁性记录层，其中该第一磁性记录层具有一个约10kOe或更大的各向异性磁场(该第一磁性记录层也在本文中被称作“硬的”、和/或“颗粒状”和/或“底部”磁性记录层)；第二磁性记录层，其包括一个或多个连续磁性层，其中该第二磁性记录层具有一个比第一磁性记录层更低的各向异性磁场(该第二磁性记录层也在本文中被称作“软的”、“半软”、“半硬”、“第二”、“连续”或者“顶部”磁性记录层)；以及位于第一和第二磁性记录层之间的垂直交互耦合(或者交互破坏)的“交互调整层”。优选地，交互调整层包括至少一个颗粒层，并且优选地，交互调整层包括一个或更多磁性层。优选地，整个磁记录介质显示约3-7Koe的矫顽磁力。在一个实施方式中，第二(软/半软/半硬)磁性记录层包括一个最贴近下面的更高各向异性的层的颗粒层，在颗粒层之上有一个连续层。优选地，第二(软/半软/半硬)磁性记录层包含的铂(Pt)含量比第一(硬的)磁性记录层低。优选地，第二磁性记录层具有约6-12kOe的各向异性磁场。

交互调整层优选包括钴、钴基合金、铂、硼、钌、铬、钽、密排六方(hcp)材料、氧化物、非磁Co-氧化物-Ru、Ru-氧化物颗粒状材料、CoCr_0-20Ru_2-25(TiO₂)_4-12、CoCr_0-20Ru_2-40(SiO₂)_2-8或者这些物质的混合物。交互调整层可以是磁性的或较低磁性的或非磁的。优选地，交互调整层可以包括颗粒状材料或者至少一个或多个颗粒状层，并且厚度为约0.1-100埃、约1-50埃、约1-40埃、约10-80埃、约10-25埃、或者约15埃，并且优选约0-100emu/cc、约100-300emu/cc或者约0-300emu/cc的饱和磁化强度(Ms)。优选地，交互调整层是弱磁化的，且优选具有约200memu/cc或者更小的磁矩。

另一个实施方式涉及一种减少第一和第二磁性记录层之间的垂直耦合的交互调整层或方法。优选地，根据本发明实施方式的记录介质同没有交互调整层的介质相比具有更小的开关磁场分布(SFD)。一个实施方式涉及一种通过引入一个交互调整层来减少记录介质的SFD的方法。优选地，通过本发明实施方式的记录介质具有一个误码率(BER)收益(gain)，其比没有交互调整层的介质多出约十进位上0.3-1或者约0.3-0.5。

优选地，本发明实施方式的记录介质具有一个剩余的矫顽磁力为约1-7000Oe、约1-5000Oe、约1-1000Oe、约3000-5000Oe、约3000-7000Oe、约4000-5000Oe或者约4000-5000Oe。

另一个实施方式涉及一种制造磁记录介质的方法，包括：沉积一个软的磁性底层(SUL)在基体上；在SUL上沉积一个具有约10kOe或更多的各向异性磁场的第一磁性记录层，这里所述第一磁性记录层包括一个或多个颗粒状磁性层；在第一磁性层上沉积一个交互调整层，这里交互调整层具有约0-100埃的厚度并且包括至少一个颗粒状磁性层；以及在交互调整层上沉积一个具有比第一磁性记录层更低的各向异性磁场的第二磁性记录层，这里所述的第二磁性记录层包括一个或更多连续磁性层。优选地，第二磁性记录层具有约15kOe或更少的各向异性磁场，或者约12kOe或更少的各向异性磁场。

另一个实施方式涉及一种增加交互调整层的厚度来增加交互调整层的饱和磁化强度(Ms)的方法。

另一个实施方式涉及一种通过本发明实施方式所述方法制得的磁记录介质。

本发明的其它实施方式和益处可以从下面部分的描述中明显看出或者从本发明实施过程中学习得到。

附图说明

图1显示了软层厚度与开关各向异性值之间的交互作用以及磁记录介质的硬层和软层间的垂直耦合。

图2描述了一个包括叠层的磁记录介质的实施方式，该叠层包括一个包含CoCrRuTiO₂或CoCrRuSiO₂的交互调整层，其位于包括B或Pt的顶部磁记录层下方，硬磁记录层的上方。硬磁记录层优选地定位在中间层、SUL和基体的上方。在某些实施方式中，碳保护层也可沉积到记录介质的硬层之上。优选地，润滑面层，其优选地包含全氟聚醚，进一步沉积在碳保护层上。

图3显示了在根据一个实施方式所述的硬和软/半软/半硬磁性记录层之间带有和不带有15埃厚的交互调整层的介质的X射线衍射图谱结果。

图4显示了在根据本发明的一个实施方式所述的硬和软/半软/半硬磁性记录层之间带有和不带有15埃厚的交互调整层的介质的克尔(Kerr)回线。

图5显示了作为包含CoCrRuTiO₂的交互调整层的函数的HCR、HNR和MRT的响应情况。

图6显示了作为包含CoCrRuTiO₂的交互调整层的函数的标准化的BER的响应情况。

图7显示了一种磁盘驱动器，其中可以用到根据本发明所描述的记录介质。

图8图解了根据本发明描述的形成记录介质的实施方法的步骤。

具体实施方式

交互耦合复合材料(ECC)微观结构能够改进高各向异性磁性层的写入性能。ECC结构包括至少一个较高的各向异性层和至少一个较低的各向异性层，所述层与层通过层间的界面垂直交互耦合。从模型或其他应用(例如高能产品磁性材料)中可知，非常高的各向异性的“硬”层强烈地交互耦合低各向异性的“软层”，从而可在维持高的热稳定性的同时能够极大减少在硬层中转换或者写入所需要的磁场。然而，大多数通常用于硬层的Co基合金将层的各向异性限制在30kOe(千-奥)以下，且在许多普通应用中，Co合金则将层的各向异性限制在约20kOe以下。此外，期待所有层的各向异性平均值要高，以与记录头相容并且维持热稳定性。因而，在现有技术中例如AFC磁性记录层中使用的软层已经被限定到具有较高的各向异性的较薄的层(换句话说，这里的“软”层，相对通常的“软”层而言，由于它们具有较高的各向异性，实质上是“半软”或“半硬”层)，因而组合的层的平局各向异性能够维持足够高。

然而，这种由强烈地垂直耦合的硬和软层组成的安排，其中软层的各向异性增加并且厚度减低(导致成为薄的半硬层)，导致了写入性能的降低。图1显示了5种不同厚度的“软”层(1nm-5nm之间)之间的交互作用，以及开关各向异性(H_开关)与各向异性磁场(H_k)的比值。在本实验中每个“软”层的饱和磁化强度(Ms)都被维持在700emu/cc。

逐步变薄的软层显示出具有分别增加的开关各向异性，因而降低了记录系统的写入性能。与此同时，通过减少层间的垂直耦合作用能够改进耦合到薄的半硬层的硬层的写入性能。如图1所示，用以最大化增强写入性能的最优垂直耦合强度随着软/半软/半硬层的各向异性和厚度(t_软，测量单位为纳米)的变化而变化，其中任一参数的增加就会引起垂直耦合强度的降低。

矫顽磁力对于垂直耦合的依赖性是由在软/硬层界面的畴壁作用导致的一个复杂的现象。图1的线描述了剩余矫顽磁力(或者开关磁场)对垂直(或者中间层交互)耦合(图例中所显示的从1nm到5nm厚度的5条线)的依赖关系。更低的矫顽磁力通常用以优化磁记录性能。图1中不同的线对应不同厚度的“软”(顶部)磁记录层(参见图中图例)。从图1中能够看出，不同厚度的软磁性记录层在不同的中间层耦合值处实现最小化的矫顽力。在这个例子中，当软层的厚度为5nm时，在特定的中间层交互值(耦合)处没有“最小化”的矫顽磁力值，而是在更大的中间层交互值(耦合)中矫顽磁力稳定维持在一个低的水平。因此，对于厚的软磁性层，例如图1描述的例子中的5nm厚的层，中间层不是必要的。另一方面，对于一个薄的软层(例如，图1中的2nm厚的层)，矫顽磁力在较低的垂直耦合值(在这种情况下下是2erg/cm²)处实现最小化。

令人惊奇地发现，通过在一个磁记录介质中硬的和更低各向异性的磁性记录层之间加入一个中间层，垂直耦合能够被调整到实现优化的矫顽磁力。

本发明的一个实施方式包括垂直交互耦合调整层(“交互调整层”)，其被插入到至少一个硬层和至少一个软层、半软或半硬层之间，用来改进或增强记录和/或存储介质的写入性能。交互调整层优选包括一个或更多颗粒状磁性层。交互调整层能有效增加每个磁性颗粒的体积，同时在整个磁性记录叠层中维持其较小的实际物理磁簇尺寸。因此，交互调整层能够通过优化在成对的铁磁层之间的耦合强度来增加记录叠层的热稳定性能。该交互调整层优选的颗粒属性也允许该交互调整层在硬磁记录层上生长，所述硬磁记录层上优选地包括至少一个颗粒磁性层。

根据本发明实施方式的交互调整层能够随着交互调整层厚度的参数变化来优化AFC硬的和软/半软/半硬磁性记录层之间的耦合。不希望被理论所束缚，写入性能能够被表达成饱和磁化强度(Ms)场的函数：当在硬的和软/半软/半硬磁性记录层之间没有交互调整层时，饱和磁场强度可以很高以至于使得介质不具有写入性能。当本发明实施方式中的交互调整层被引入时，饱和磁场强度开始减少并且达到一个显著改进写入性能的优化点。然而，需要注意不能将交互调整层的厚度增加到隔离相关磁性记录层的点。磁性记录层之间这种隔离损害了磁性记录设备的磁性结构，并且不允许磁场从磁头发射并穿过软/半软/半硬层到达硬层和在磁性叠层(包括两个磁性记录层和交互调整层)上记录。

硬磁记录层可以沉积在基体的近侧或远侧；软/半软/半硬磁性记录层可以是沉积在基体的近侧或远侧。“底部”或“顶部”，这里被用作描述记录介质的层叠的磁性记录层的位置，分别指的是相对基体的远还是近。优选地，硬层是介质构造中的底部(或基体近侧)磁性层，而带有一个比硬层更低的各向异性的软/半软/半硬层则优选沉积在基体的远侧。优选地，软/半软/半硬层沉积在交互调整层之上。

优选地，硬磁记录层包括一个带有减少横向交互耦合的氧化物的Co合金，并且包括至少一个颗粒状磁性层。交互耦合优选地通过在磁性粒子间的边界上形成非铁磁材料来控制。非铁磁材料通常在高温基体上溅射沉积包含CoPtCrB的合金的过程中通过优选在颗粒边界表面扩散Cr和B来成形。在颗粒中心和颗粒边界之间Co的浓度不同，从而发生由磁性组分到非磁性组分的转变。在这样的介质中，交互耦合能够借助改变例如Cr和B浓度以及基体温度这样的参数来控制。非铁磁材料也可以在低温基体上溅射沉积包含CoPt的合金时在磁性颗粒边界处形成，通过将金属氧化物加入到溅射靶中或者在包含氧气的溅射气体中反应性溅射靶。在这些介质中，交互耦合能够通过改变例如溅射气体压力、溅射气体中氧气含量以及在溅射靶中的氧化物的含量等参数来进行控制。根据本发明的一个实施方式，在磁性合金层中TiO₂总含量的约50％到约100％被隔离在颗粒边界处，或者实质上所有的TiO₂被隔离在颗粒边界处。

Co合金硬层能够具有在约12-24kOe范围内的各向异性。优选地，所述硬层包括多层结构，例如Co合金与Pt合金或Pd合金的交替(优选薄的)层，并且优选能够具有至少约20kOe或更高的各向异性。横向交互去耦合的微观结构将各向异性限制在40kOe或更低。优选地，与根据本发明实施方式得到交互调整层耦合的多层结构能够优化各向异性。在一个实施方式中，所使用的高矫顽磁力(硬)磁性材料也可以包括CoCr、CoCrPt、CoCrTa、CoCrTaPt、CoPt、CoNiCr、CoCrPtB、FePt合金或者上述材料的混合物。在另一实施方式中，硬的磁性记录层具有约2特或更多特(T)的Ms值。

在一个实施方式中，所述至少一个硬磁性记录层包括约50到约250埃厚的Co基合金层，该合金包括一种或更多种选自下组的元素：Cr、Fe、Ta、Ni、Mo、Pt、V、W、Nb、Ge、B和Pd、氮化铁或者氧化物。在另一实施方式中，硬磁记录层包括一个(CoX/Pd或Pt)_n多层磁性超晶格结构，其中n是从约10到约25之间的整数，超晶格的Co基磁性合金的每一层交替薄层具有从约2-约3.5埃的厚度，X是选自Cr、Ta、B、Mo、Pt、W和Fe的一种元素，并且每个Pd或Pt的交替薄的、非磁层至多为约10埃厚。本发明实施方式包括含有磁性合金的磁记录介质，所述合金具有10-30原子百分含量的Pt，例如，15-25原子百分含量，和3-8原子百分含量的TiO₂。

实际磁性记录层的各向异性低于具有约15nm厚的硬颗粒层的各向异性。为了维持组合一起的层的高的平均各向异性，这个磁性层的各向异性被维持在较高的水平(与一般的磁性“软”层相比)，例如约6-12kOe，因而所述磁性层被设计成半软或半硬层。当这样的半软或半硬磁性记录层为约1到2nm薄时，垂直各向异性(H_k)值是很低的甚至是负值。软/半软/半硬磁性记录层的性能具有不同范围的组合，包括约-6000至+12000Oe范围内的垂直各向异性和约1-15nm范围内的厚度，和用来优化写入性能的宽的垂直耦合值范围。在一个实施方式中，在软、半软或半硬磁性记录层中使用的磁性材料包括NiFe合金。在另一实施方式中，该层的饱和磁化强度(Ms)低于约2T、低于约1.5T、低于约1T、或者低于约0.5T。

优选地，在维持期望的顶(硬)层性能，例如取向性、横向交互耦合、均一性和期望的各向异性值的同时，交互调整层提供了一个宽的耦合强度范围。优选地，根据本发明实施方式的介质结构，能够稳定介质中的密排六方(hcp)结构、维持结晶生长取向和膜形态、并且主要地是提供垂直耦合控制。

在一个实施方式中，交互调整层具有约0-4nm的厚度并且包括具有约0-100emu/cc的低饱和磁化强度(Ms)的Co合金。优选地，交互调整层能够优化剩余矫顽磁力(HCR)、垂直交互耦合、闭合磁场和写入性能。在另一个实施方式中，交互调整层包括具有约100-300emu/cc的M_s值的合金并且具有更大的厚度(约1-8nm)以跨越相似的耦合范围。更优选地，交互调整层进一步包括加入Ru来稳定hcp的结构并降低M_s值。更优选地，交互调整层包括用来在调整层和/或随后的沉积层中维持低的横向交互耦合的氧化物。在另一个实施方式中，交互调整层包括带有附加的Ru和Pt或B的Co合金，来稳定hcp的结构并降低M_s的值。在其他实施方式中，交互调整层包括非磁层，并且可以包括不含Co的hcp材料。

介质优选进一步包括形成在基体上的软的磁性底层并且可以包括多个层。该软磁底层优选包括Ni、Fe、Fe合金、掺杂Cr的Fe合金、CoFeZr、CoFeTa、FeCoZrB、NiFe(坡莫合金)、Co、CoZr、CoZrCr、CoZrNb、CoFeZrNb、CoFe、Fe、FeN、FeSiAl、FeSiAlN、FeCoB、FeCoC或者上述物质的结合物。SUL优选形成约500-4000埃的厚度。优选地，中间层被定位在软底层之上。硬磁性记录层优选被定位在中间层之上。硬磁记录层优选包括大量磁性材料粒子和大量的非磁材料(例如氧化物、氮化物或者其他非磁材料)组成的边界，以分离磁性材料粒子。所述粒子具有3-10nm的尺寸范围，并且含有氧化物的磁性层具有3-20nm的厚度。

结构中的各层可以由各种材料构成。基体材料一般包括镀NiP的铝合金、玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷、或者其他非磁材料。基体也可以是结构化基体，例如传统的镀NiP的铝结构化基体或者具有玻璃-陶瓷结构的基体。粘结增强层材料包括钽(Ta)、钛(Ti)、钛-铬(TiCr)、铬(Tr)和其他金属。

所述至少一个硬磁记录层优选具有超过12kOe、超过15kOe、或者优选15-40kOe的各向异性，并且优选包括Co、Ti、Pd、Cu、Cr、Fe、Ta、Ni、Mo、Pt、V、W、Nb、Ge、B、合金、或者上述材料的组合物。更优选地，硬磁性记录层包括含有Co基合金的氧化物和氮化物，例如钴铂氧化物(CoPtO)、钴铬铂氧化物(CoCrPtO)、钴铬铂钽氧化物CoCrPtTaO、钴铂钛氧化物(CoPtTiO)、钴铬铂钛氧化物(CoCrPtTiO)、钴铬铂铝氧化物(CoCrPtAlO)、钴铂硅氧化物(CoPtSiO)、钴铬铂锆氧化物(CoCrPtZrO)、钴铬铂铪氧化物(CoCrPtHfO)、钴铬铂铌氧化物(CoCrPtNbO)、钴铬铂硼氧化物(CoCrPtBO)、钴铬铂硅氧化物(CoCrPtSiO)、钴铂硅氮化物(CoPtSiN)、钴铂钨氮化物(CoPtWN)、钴铬铂钽氮化物(CoCrPtTaN)、钴铂钽氮化物(CoPtTaN)和钴铬铂硅氮化物(CoCrPtSiN)，其中硬磁记录层包括原子百分含量为约3％-约40％的氧和/或氮，优选约5％到25％原子百分含量的范围。

软的、半软或者半硬磁性记录层优选具有比硬磁记录层低的各向异性，或者优选各向异性值约6-12kOe并且厚度约1-15nm，以及优选包括软磁性材料，且可以包括铁合金、钴合金、铁镍合金、铁氮合金、钽碳合金、Fe、Co、Ni、N、Ta、C、B、Si、Al、Zr、Nb、FeNi、FeN、FeTaC、FeTaN、FeCo、FeCoB、FeSiAl、CoZrNb、CoZrTa、氧化物、氮化物、钴铂氧化物、钴铬铂氧化物、钴铬铂钽氧化物、钴铂钛氧化物、钴铬铂钛氧化物、钴铬铂铝氧化物、钴铂硅氧化物、钴铬铂锆氧化物、钴铬铂铪氧化物、钴铬铂铌氧化物、钴铬铂硼氧化物、钴铬铂硅氧化物、钴铂硅氮化物、钴铂钨氮化物、钴铬铂钽氮化物、钴铂钽氮化物、钴铬铂硅氮化物、或者其组合物。

可用的种子层材料包括钽(Ta)、银(Ag)、铜(Cu)、金(Au)和铂(Pt)。中间层可以包括钌(Ru)、Ru合金，例如RuCr、RuCoCr，以及任选地带有第三种元素的非磁钴铬(CoCr)，该第三种元素选自Pt、钼(Mo)、Ta、铌(Nb)、硼(B)、碳(C)和Ru。中间层提供一个结晶种子层用以随后沉积磁性层。保护性覆盖层可以被施加到连续的磁性层之上，例如含碳保护性覆盖层，并且可以在其上施加润滑层。优选地，将类金刚石的碳覆盖层和润滑层沉积在顶部磁性记录层的表面上。

接下来演示和描述一些实施例和更具体的构造，这里的描述不是对本发明中描述的内容应用或者所附权利要求的限制。

图2显示了一个根据一个实施例得到的磁记录介质的膜结构的例子。基体(1)可以是适用于磁记录介质的任意基体，优选包括镀镍-磷的铝或铝合金，或玻璃、陶瓷、或玻璃陶瓷材料。在一个实施方式中，软磁底层(SUL)(2)被溅射到基体上。底层优选包括铬或铬合金。一个实施方式的中间层(IL)(3)建立了一个结晶取向基底来在随后沉积的磁性记录层中诱导hcp的生长(例如，有一个带有{0002}生长取向的晶格结构)，该磁性记录层带有垂直于薄膜平面的易磁化的轴。IL(3)也构建了一个用于隔离的模板，并且优选包括高的表面粗糙度用来在随后沉积的磁性层中诱导晶粒分离。磁性记录层优选包括三层或更多层，包括底部硬磁层(4)(包括颗粒4a和边界4b)、交互调整层(7)(优选颗粒状的交互调整层)和顶部磁性记录层(5)(具有低于底部硬磁层的各向异性)，以优化记录性能。优选地，含碳的覆盖层(6)沉积到顶部磁性层(5)上。

优选的交互调整层(7)的组成包括Co-氧化物-Ru层、或CoCr_0-20Ru_2-25(TiO₂)_4-12或CoCr_0-20Ru_2-40(SiO₂)_2-8。在某些实施方式中，取决于组成，交互调整层(7)具有低的磁化强度或者是非磁性的。优选地，交互调整层具有约200memu/cc或更少的磁矩。交互调整层(7)中的氧化物组分优选具有颗粒结构，其同连续结构相比具有更少的平面内交互耦合。这样的颗粒状交互调整层(7)优选地在颗粒状底部磁性层的上方具有良好的外延生长，并且其作为底部(4)和顶部(5)磁性层的磁性能之间的一个控制层。将Ru加入到CoCr氧化物合金中改变了合金的结晶结构，降低了原子空间的理想轴向比(c/a)，因而增加了叠加失败所需的能量并且同fcc a相相比hcp e相变得稳定。在图2中，交互调整层(7)被构造成覆盖硬层的磁性柱状颗粒(4a)，交互调整层中具有在颗粒边界(4b)之上的空间，该空间优选包括：空隙、氧化物、氮化物、非磁材料、或者上述材料的组合物。在另一个实施方式中，交互调整层(7)可以完全覆盖硬层(4)的柱状颗粒(4a)以及颗粒边界(4b)。

图3显示了带有或不带有15埃厚的交互调整层的介质的θ-2θX射线衍射(XRD)图谱。从带有15埃厚的交互调整层的Co峰在约43.3°处具有更高的强度，显示出在围绕底部磁性、交互调整和顶部磁性记录层之间的更令人满意的外延生长。

图4显示了带有和不带有15埃厚的交互调整层的介质的测量克尔回线。磁光克尔效应(MOKE)磁力学测量法测量了介质的磁滞回线。这样，通过测量磁滞回路或者磁化曲线能够确定磁性材料的矫顽磁力。用来获取磁滞测量数据的仪器通常是振动样品或交变梯度磁强计。在数据(称为磁化曲线)过零时施加的磁场是矫顽磁力。若样品中存在反铁磁固体材料，作为交换偏置效应的结果，在增加的和降低的磁场中测量的矫顽磁力可以是不对等的。

带有15埃厚交互调整层的介质的克尔回线具有更低的H_c和更大的斜率，这是与底部(硬的且优选包括一个或多个颗粒层)和顶部(软的、半软或半硬且优选包括一个或更多连续层)磁性层之间的垂直交互耦合相联系的，能够改进外延生长并且降低层错。与不带有交互调整层的介质相比，带有15埃厚交互调整层的介质具有更小的SFD。

图5显示了作为交互调整层厚度函数的HCR、剩余成核磁场(Hnr)和剩磁厚度产品(Mrt)(Mr乘t)的响应。

随着交互调整层厚度从约0nm改变到约4nm，垂直交互耦合从用于降低HCP和写入性能的优化值之上降低到优化值之下。

在图5显示的实施例中，随着交互调整层(控制层)厚度从0增加到约15埃，HCR迅速下降(从约5700-5900 Oe下降到约40004700 Oe)，这是由于在硬层和更低各向异性层之间的垂直交互耦合从一个非常强的耦合值降低到一个更优化值。当交互调整层的厚度增加到约15埃的优化厚度值，剩余成核磁场也随之降低(从约3100-3500Oe降至约1000Oe或更低)。这种优化的垂直交互耦合导致闭合磁场显著减弱并且因而改进了介质的写入性。随着交互调整层(控制层)厚度增加超过用来结合硬层和更低各向异性层的优化值(在本实施例中，超过约15埃)时，垂直交互作用变得过弱，且HCR和闭合磁场再度增加。随着厚度增加到超过优化值，相应的写入性能随之减弱。

图6显示的是作为交互调整层厚度的函数的标准化的出错率(BER)响应。与不带交互调整层的介质相比，带有12-15埃厚的交互调整层的介质显示出接近1的十进位的BER值增长。同连续交互调整层相比，本实施例中颗粒状的交互调整层具有约0.3-0.5十进位的BER增长。BER的增值来自于由更好的外延生长和更小的层错带来的SFD减少，以及不伴有平面内交互耦合增加的写入性能的增加。

图7显示了一个磁盘驱动700，其中使用的是根据上述描述得到的记录介质。磁盘驱动700包括底座712和顶部盖板714。底座712与盖板714结合形成一个密封环境来保护内部组件不受密封环境外部元件的污染。如图7所示的基底和覆盖板结构在工业中是已知的；然而，其它的底座组件结构已经被频繁使用，而且本发明的内容并不受限于具体的磁盘驱动底座的构造。磁盘驱动700进一步包括磁盘组716，该磁盘组装配在集线器上，通过一个磁盘夹紧部件718在主轴电机(未显示)上旋转。磁盘组716包括一个或多个单个盘，其被装配成围绕一个中心轴共同旋转。每个盘表面具有一个相联系的读/写磁头720，其被装入磁盘驱动700用于与盘表面连通。在图7所示的实施例中，读/写磁头720被曲部722支撑，该曲部接着被连接到驱动器726上的磁头装配臂724上。图7所示的驱动器的类型是旋转移动线圈驱动器，包括音圈电机，总地显示为728。音圈电机728带动与其连接的读/写磁头720的传感器围绕支承轴730旋转，从而沿着通道732将读/写磁头定位在期望的数据轨迹上。

图8显示了根据前述描述形成记录介质的实施方法800的步骤。方法800包括在基体上沉积(810)SUL，在SUL上沉积(815)中间层，在中间层上沉积(820)第一磁记录层，在第一磁记录层上沉积(825)交互调整层，以及在交互调整层上沉积(830)第二磁记录层。

在参考本发明公开的描述和实施方式后，本发明其它的实施方式和应用对本领域技术人员来说是很明显的。具体的实施例以及其他详细描述仅用于阐述和解释，而不是对所附的权利要求的保护范围的限制。这里使用的术语包括指更广义的理解，包括“主要由…组成”以及“由…组成”的含义。上述的特定的实施例与其他特定实施例的内容在一定程度上是通用的，根据上述描述实施方式中的组成部分可以被结合用于其他实施方式中。

Claims (20)

1.一种磁记录介质，包括：具有约10kOe或更大的各向异性磁场的第一磁性记录层，具有低于所述第一磁性记录层的的各向异性磁场的各向异性磁场的第二磁性记录层，以及位于所述第一和第二磁性记录层之间的交互调整层；其中，所述交互调整层包括颗粒状层。

2.如权利要求1所述的磁记录介质，其中，所述交互调整层包括钴、钴合金、铂、硼、钌、铬、钽、CoCr_0-20Ru_2-25(TiO₂)_4-12、CoCr_0-20Ru_2-40(SiO₂)_2-8、密排六方(hcp)材料、氧化物、或者上述材料的组合物，其中，所述交互调整层的厚度为约0.1-100埃、约1-50埃、约1-40埃、约10-80埃、约10-25埃或者约15埃。

3.如权利要求1所述的磁记录介质，其中，所述交互调整层的饱和磁化强度(M_s)为约0-100emu/cc、约200memu/cc或更小，约100-300emu/cc、或者约0-300emu/cc。

4.如权利要求1所述的磁记录介质，其中，所述交互调整层降低了第一和第二磁性记录层之间的垂直耦合。

5.如权利要求1所述的磁记录介质，其中，所述交互调整层稳定了第二磁性记录层的密排六方结构。

6.如权利要求1所述的磁记录介质，其中，与不带交互调整层的介质相比，所述介质具有更小的开关磁场分布(SFD)，并且所述介质显示的剩余矫顽磁力为约1-5000Oe、约1-1000Oe、约3000-5000Oe、约4000-5000Oe或者约4000-5000Oe。

7.如权利要求1所述的磁记录介质，其中，所述第一磁性记录层包括Co、Ti、Pd、Cu、Cr、Fe、Ta、Ni、Mo、Pt、V、W、Nb、Ge、上述材料的合金、或者上述材料的组合物，或者所述第一磁性记录层包括交替层，该交替层包括Co合金、Pt合金、Pd合金、氧化物或者上述材料的组合物。

8.如权利要求1所述的磁记录介质，其中，所述第二磁性记录层包括Fe，、Co、Ni、N、Ta、C、B、Si、Al、Zr、Nb、FeNi、FeN、FeTaC、FeTaN、FeCo、FeCoB、FeSiAl、CoZrNb、CoZrTa、氧化物、氮化物、钴铂氧化物、钴铬铂氧化物、钴铬铂钽氧化物、钴铂钛氧化物、钴铬铂钛氧化物、钴铬铂铝氧化物、钴铂硅氧化物、钴铬铂锆氧化物、钴铬铂铪氧化物、钴铬铂铌氧化物、钴铬铂硼氧化物、钴铬铂硅氧化物、钴铂硅氮化物、钴铂钨氮化物、钴铬铂钽氮化物、钴铂钽氮化物、钴铬铂硅氮化物、或者上述材料的组合物。

9.如权利要求1所述的磁记录介质，其中，所述第二磁性记录层的铂含量比所述第一磁性记录层的低。

10.如权利要求1所述的磁记录介质，进一步包括沉积在所述第二磁性记录层之上的含碳的保护性覆盖层或者含全氟聚醚的润滑面层。

11.一种磁记录介质，包括：具有大于15kOe的各向异性的第一磁性记录层；具有约6-12kOe的各向异性的第二磁性记录层；以及沉积在第一磁性记录层和第二磁性记录层之间的交互调整层，其中，所述交互调整层包括非磁钴-氧化物-钌合金、钌-氧化物颗粒材料、或者上述材料的组合物。

12.如权利要求11所述的磁记录介质，其具有约3000-7000Oe之间的剩余矫顽磁力以及约1000Oe的剩余成核磁场。

13.如权利要求11所述的磁记录介质，其中，所述连续磁性记录层具有约1-2nm或者约1-15nm的厚度以及约200mumu/cc或更小的磁矩。

14.一种制造磁记录介质的方法，该方法包括：

在基体上沉积软磁底层(SUL)；

在SUL上沉积中间层；

在中间层上沉积具有约10kOe或更大的各向异性磁场的第一磁性记录层，其中，所述第一磁性记录层包括至少一个颗粒磁性层；

在第一磁性记录层上沉积交互调整层，其中，所述交互调整层具有约0-100埃的厚度并且包括至少一个颗粒磁性层；以及

在交互调整层上沉积第二磁性记录层，其中，所述第二磁性记录层具有低于所述第一磁性记录层的各向异性的各向异性磁场，并且所述第二磁性记录层包括至少一个连续磁性层。

15.如权利要求14所述的方法，其中，增加所述交互调整层的厚度增加了所述交互调整层的饱和磁化强度(M_s)。

16.如权利要求14所述的方法，其中，所述交互调整层具有约1-40埃或者约10-80埃的厚度，并且其饱和磁化强度(M_s)为约0-100emu/cc、约200emu/cc、约0-300emu/cc或者约100-300emu/cc。

17.如权利要求14所述的方法，其中，所述交互调整层减少了在所述第一和第二磁性记录层之间的垂直耦合。

18.如权利要求14所述的方法，其中，与不带交互调整层的介质相比，所述交互调整层减少了介质的开关磁场分布(SFD)。

19.如权利要求14所述的方法，其中，所述介质具有的剩余矫顽磁力为约1-7000Oe、约1-1000Oe、约3000-5000Oe、约4000-5000Oe或者约4000-4500Oe。

20.一种磁记录介质，它是根据权利要求14的方法制得的。

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