CN102163433B - 热辅助磁记录介质和磁存储装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种热辅助磁记录介质，包含：基板，在该基板上形成的多个基底层，以及含有具有L10结构的合金作为主成分的磁性层，其特征在于，该基底层中的至少1层含有MgO作为主成分，并且含有至少1种熔点为2000℃以上的金属元素。该热辅助磁记录介质，磁性晶体粒径均匀，并且具有开关场分布(SFD)窄的特性，包含该热辅助磁记录介质的磁存储装置显示出较高的信噪比。
Description
技术领域
本发明涉及热辅助磁记录介质和使用该热辅助磁记录介质而成的磁存储装置。
背景技术
通过对介质照射近场光等来使表面局部受热、降低介质的矫顽力、从而进行写入的热辅助记录方法，作为可以实现约1Tbit/inch2或更高的面记录密度的新一代记录方式受到人们关注。在使用热辅助记录时，即使对于室温下矫顽力为几十个kOe的记录介质，目前也可以通过磁头的记录磁场轻松地进行写入。因此，记录层可以使用具有约106J/m3～107J/m3的高磁晶各向异性Ku的材料，可以在保持热稳定性的情况下使磁性粒子粒径变细微至6nm以下。作为这种高Ku材料，已知具有L10型结晶结构的FePt合金(Ku：7×106J/m3)、CoPt合金(Ku：5×106J/m3)等。
当磁性层中使用具有L10型结晶结构的FePt合金时，需要使该FePt合金采取(001)取向。因此，优选在基底层中使用(100)取向的MgO。为了使MgO的(100)面与L10型FePt合金的(001)面的晶格整合性良好，可以通过在(100)取向的MgO基底层上形成L10型FePt磁性层来使该磁性层呈(001)取向。
另一方面，即使是热辅助记录介质，为了降低介质噪音，提高信噪比，也需要使磁性粒子粒径细微化。为了使磁性粒子粒径细微化。有效的方法是在磁性层中添加作为晶界偏聚材料的SiO2、TiO2等氧化物。这是由于，磁性层中的FePt晶体会呈被SiO2、TiO2包围起来的粒状结构的缘故。
磁性结晶的粒径可以通过增加晶界偏聚材料的添加量来细微化。例如，在J.Appl.Phys.104，023904，2008中记载了，可以通过在FePt中添加20体积％的TiO2来使磁性粒子粒径降低到5nm。此外，在IEEE.Trans.Magn.，vol.45，839，2008中记载了，通过在FePt中添加50体积％的SiO2，可以降低磁性粒子粒径至2.9nm。
发明内容
热辅助记录介质中希望使用具有高Ku的、L10结构的FePt合金等。为了降低热辅助记录介质的介质噪音，需要使上述FePt合金晶粒变得细微。因此，优选在磁性层中添加SiO2、TiO2等氧化物和/或碳等添加材料(晶界偏聚材料)。但尽管添加晶界偏聚材料会有效使磁性晶体粒径细微化，却难以降低粒径分散。
如上所述，由L10结构的FePt合金形成的磁性层，通常是在MgO基底层上形成的。当MgO基底层的晶体粒径大时，会在1个MgO晶粒上生长出多个FePt晶粒。这种情况下，各FePt晶粒粒径不均匀，粒径分布变宽。由于粒径均匀化是提高介质信噪比所必需的，因此，为了实现高介质信噪比，需要在使磁性晶粒细微化的同时，使MgO基底层的粒径也细微化。
鉴于上述背景技术，本发明的目的是提供，磁性晶粒均匀，并且开关场分布(SFD：Switching Field Distribution)窄的热辅助记录介质。
本发明的另一目的是提供，包含具有上述特性的热辅助记录介质，显示出高信噪比的磁存储装置。
因而，根据本发明，提供了下面的热辅助磁记录介质。
(1).一种热辅助磁记录介质，包含：基板，在该基板上形成的多个基底层，以及含有具有L10结构的合金作为主成分的磁性层，其特征在于，该基底层中的至少1层含有MgO作为主成分，并且含有至少1种熔点为2000℃以上的金属元素。
(2).如上述(1)所述的热辅助磁记录介质，其特征在于，熔点为2000℃以上的金属元素是选自Nb、Mo、Ru、Ta和W中的至少1种。
(3).如上述(1)或(2)所述的热辅助磁记录介质，含有MgO作为主成分的基底层中熔点为2000℃以上的金属元素的含量为该含有MgO的基底层的2～40原子％。
(4).如上述(1)或(2)所述的热辅助磁记录介质，含有MgO作为主成分的基底层形成在由Cr构成的、或含有Cr作为主成分的BCC结构基底层上。
(5).如上述(1)或(2)所述的热辅助磁记录介质，含有MgO作为主成分的基底层形成在由Ta构成的基底层上。
(6).如上述(1)或(2)所述的热辅助磁记录介质，含有MgO作为主成分的基底层的平均粒径为10nm以下。
(7).如上述(1)或(2)所述的热辅助磁记录介质，磁性层含有L10结构的FePt或CoPt合金作为主成分，并且含有选自SiO2、TiO2、Cr2O3、Al2O3、Ta2O5、ZrO2、Y2O3、CeO2、MnO、TiO、ZnO和C中的至少1种氧化物或元素。
(8).如上述(7)所述的热辅助磁记录介质，磁性层中该氧化物的含量为磁性层整体的10～40摩尔％。
(9).如上述(7)所述的热辅助磁记录介质，磁性层中C的含量为磁性层整体的10～70原子％。
进而，本发明还提供了下述磁存储装置。
(10).一种磁存储装置，包含：磁记录介质、用于使该磁记录介质转动的驱动部、磁头、用于使该磁头移动的驱动部、以及记录再生信号处理系统；其中，该磁头包含：用于加热该磁记录介质的激光发生部、将该激光发生部产生的激光引导到头顶端的波导、以及安装在头顶端的近场光发生部，
其特征在于，该磁记录介质是权利要求1或2所述的热辅助磁记录介质。
附图说明
图1是显示本发明的磁记录介质的层构成的一实例的图。
图2是显示本发明的磁记录介质的层构成的另一实例的图。
图3是显示本发明所涉及的磁存储装置的一实例的立体图。
图4是显示本发明所涉及的磁存储装置的磁头的一实例的图。
具体实施方式
本发明所涉及的热辅助磁记录介质，包含：基板，在该基板上形成的多个基底层，以及以具有L10结构的合金作为主成分的磁性层，其特征在于，该基底层中的至少1层含有MgO作为主成分，并且含有至少1种熔点为2000℃以上的金属元素。
通过在含有MgO作为主成分的基底层(下文中有时简称为“含MgO基底层”)中添加熔点为2000℃以上的金属元素，可以使该MgO基底层的粒径变得细微。通过使MgO基底层的粒径细微化，可以促进“One by one式生长”，即在一个MgO晶粒上生长1个磁性晶粒。由此可以使磁性粒子粒径变得均匀，所以可以降低开关场分布(SFD)。由此可以提高介质信噪比。
作为熔点为2000℃以上的高熔点金属元素，优选使用选自Nb、Mo、Ru、Ta、和W中的至少1种金属元素。添加到MgO中的高熔点为金属元素的添加量优选为含MgO基底层的2～40原子％。当少于2原子％时，粒径细微化效果不充分，而当大于40原子％时，NaCl结构会劣化，所以不优选。更优选的高熔点金属元素的添加量为含MgO基底层的5～25原子％。
构成MgO基底层的MgO结晶的粒径优选为约10nm以下。当为约10nm以下时，可以得到促进磁性晶粒分离的效果。但为了实现约1Tbit/inch2或更高的面记录密度，需要使磁性粒子粒径细微化到6nm以下。因此，更优选MgO基底层的粒径为6nm以下。
磁性层中优选使用具有L10结构的FePt合金或具有L10结构的CoPt合金。
此外，作为添加到磁性层中的晶界偏聚材料，可以使用SiO2、TiO2、Cr2O3、Al2O3、Ta2O5、ZrO2、Y2O3、CeO2、MnO、TiO、ZnO、C或它们的混合物。
晶界偏聚材料的含量优选为磁性层整体的30体积％以上，但为了使磁性粒子间的分离间隔更宽，更优选40体积％以上。但过量添加晶界偏聚材料会使L10结构劣化，所以优选晶界偏聚材料的含量上限为60体积％。
作为晶界偏聚材料使用的上述氧化物的每1摩尔％的体积，根据氧化物的种类而异，各氧化物的摩尔比率需要以体积比率在上述范围内的方式来换算。例如当使用SiO2作为晶界偏聚材料时，优选添加量为磁性层整体的约10～30摩尔％。当涉及其它氧化物时，也优选为磁性层整体的约10～40摩尔％。
作为晶界偏聚材料使用的C的量优选为磁性层整体的10～70原子％。
还可以在磁性层上形成覆盖层。通过形成覆盖层，可以改善写入特性。覆盖层优选使用以Fe、Ni或Co作为主成分，且其磁晶各向异性比磁性层中使用的具有L10结构的FePt合金或CoPt合金低的材料。
为了使具有L10结构的FePt采取(001)取向，优选使MgO基底层采取(100)取向。为了使MgO基底层采取(100)取向，例如，只要在玻璃基板上形成Ta基底层，再在该Ta基底层上形成MgO即可。此外，当在加热的玻璃基板上形成由Cr构成的层、或含有Cr作为主成分的BCC结构的合金层时，该Cr或Cr合金层显示出(100)取向。通过在该Cr或Cr合金层上形成MgO层，可以使该MgO层(100)取向。
除了上述取向控制层以外，还可以作为热沉(heat sink)层形成Cu、Ag、Al、或以它们为主成分的高热传导率合金材料。并且，为了改善写入特性，还可以设置Co或以Co为主成分的软磁性基底层。进而为了改善与基板的附着性，还可以形成附着层。
图1示出了本发明的磁记录介质的层构成的一个实例，此外图2示出了层构成的另一例。
图1所示的磁记录介质在玻璃基板(101)上依次形成了NiTi合金基底层(102)、CrMo基底层(103)、以MgO作为主成分的基底层(104)、磁性层(105)和碳保护膜(106)。
图2所示的磁记录介质在玻璃基板(201)上依次形成了NiTa粘合层(202)、Ag热沉层(203)、Ta基底层(204)、以MgO作为主成分的基底层(205)、磁性层(206)、覆盖层(207)和碳保护膜(106)。
本发明所涉及的磁存储装置，如图3(立体图)所示的实例所示，包含：磁记录介质(301)，用于使该磁记录介质(301)转动的驱动部(302)、磁头(303)、用于使该磁头移动的驱动部(304)、以及记录再生信号处理系统(305)。
进而，如图4所示，该磁头(303)由记录头(401)和再生头(411)构成，并且该记录头(401)包含：用于加热该磁记录介质的激光发生部(407)，将该激光发生部(407)产生的激光引导到头顶端的波导(404)，以及，安装在头顶端的近场光发生部(405)。
具有上述构成的本发明的磁存储装置，其特征在于，其磁记录介质(图3，301)是上述本发明所涉及的热辅助磁记录介质。
参照图4来更具体地说明在本发明所涉及的磁存储装置中使用的磁头(图3，303)。磁头由记录头(401)和再生头(411)构成。记录头(401)由上部磁极(402)、下部磁极(403)、和夹在这两者之间的PSIM(平面固体浸入镜，Planar Solid Immersion Mirror)(404)构成。PSIM采取例如，Jpn.，J.Appl.Phys.，vol 145，No.2B，pp1314-1320(2006)中记载的结构。在PSIM的顶端形成有近场光发生部(405)，向PSIM的光栅部(406)照射来自激光光源(407)的波长650nm的半导体激光(408)，使激光(408)聚集在PSIM顶端的近场光发生部(405)，通过近场光发生部(405)产生的近场光(409)对介质(410)加热。再生头(411)由上部屏障(412)、下部屏障(413)和夹在这两屏障(412、413)之间的TMR元件(414)构成。
实施例
通过下面的实施例来说明本发明所涉及的热辅助磁记录介质和磁存储装置。
(实施例1-1～1-7，比较例1)
以下述方式制作图1所示层构成的热辅助磁记录介质。在玻璃基板(101)上形成50nm的Ni-50原子％Ti合金基底层(102)，加热到250℃，然后形成10nm的Cr-15原子％Mo基底层(103)。然后，形成4nm的含有MgO作为主成分的基底层(104)，将基板加热到420℃，然后依次形成6nm的(Fe-50原子％Pt)-45原子％C磁性层(105)、以及3nm的碳保护膜(106)。
实施例1-1～实施例1-7中，作为含有MgO作为主成分的基底层分别使用了MgO-15原子％Nb、MgO-12原子％Mo、MgO-3原子％Ru、MgO-5原子％Ta、MgO-30原子％W、MgO-2原子％Nb-2原子％Ru、MgO-5原子％Mo-2原子％Ta。此外，比较例1中使用了未添加元素的MgO基底层。
对实施例介质和比较例介质进行了X射线衍射测定，对于所有介质都观察到了来自磁性层的较强L10-FePt(001)衍射峰、以及由L10-FePt(002)峰和FCC-FePt(200)峰形成的混合峰，前者的峰相对于后者的混合峰的积分强度比为1.5～1.7，可知，形成了有序度高的L10型FePt合金结晶。
表1中示出了本实施例介质和比较例介质的磁性晶粒的平均粒径<D>和以平均粒径规格化后的标准偏差σ/<D>。这里，磁性晶粒的平均粒径和标准偏差是通过磁性层的平面透射电镜照面估算出的。
实施例介质和比较例介质的磁性晶粒的平均粒径<D>，均约为5～6nm左右。另一方面，实施例介质的σ/<D>为0.23以下，而比较例介质的σ/<D>明显高，为0.32。由此可知，通过向MgO中添加熔点为2000℃以上的元素(Nb、Mo、Ru、Ta、W)，可以使磁性层粒径变得均匀。
表1
为了研究本实施例介质中使用的MgO基底层的平均粒径，制作了在形成MgO-15原子％Nb、MgO-12原子％Mo、MgO-3原子％Ru、MgO-5原子％Ta、MgO-30原子％W、MgO-2原子％Nb-2原子％Ru、MgO-5原子％Mo-2原子％Ta或MgO基底层之后，没形成磁性层的样品。
对上述以MgO作为主成分的基底层进行平面透射电镜观察，结果平均粒径均为10nm以下。另一方面，不含有添加元素的MgO基底层的平均粒径为30nm以上。因此可以认为，本实施例介质的磁性粒子粒径均匀是由于MgO基底层的粒径细微化的缘故。
(实施例2-1～2-8，比较例2)
以下述方式制作图2所示层构成的热辅助磁记录介质。在玻璃基板(201)上形成10nm的Ni-40原子％Ta粘合层(202)、100nm的Ag热沉层(203)、5nm的Ta基底层(204)、5nm的以MgO作为主成分的基底层(205)。然后将基板加热到380℃，依次形成10nm的(Co-50原子％Pt)-6摩尔％SiO2-4摩尔％TiO2磁性层(206)、4nm的Co-6原子％Cr-10原子％B合金覆盖层(207)、3nm的碳保护膜(208)。
实施例2-1～2-8中，作为含有MgO作为主成分的基底层分别使用了MgO-28原子％Nb、MgO-15原子％Nb-3原子％Mo、MgO-16原子％Mo、MgO-25原子％Ru、MgO-5原子％Ta-2原子％W、MgO-22原子％W、MgO-12原子％W-2原子％Mo、MgO-5原子％Mo-2原子％Ta。此外，在比较例中使用未添加元素的MgO基底层。
对实施例介质和比较例介质进行了X射线衍射测定，对于所有介质都观察到了来自磁性层的较强的L10-FePt(001)衍射峰、以及由L10-FePt(002)峰和FCC-FePt(200)峰形成的混合峰，前者的峰相对于后者的混合峰的积分强度比为1.5～1.7，由此可知，形成了有序度高的L10型FePt合金结晶。
表2中示出了本实施例介质和比较例介质的矫顽力和矫顽力分散ΔHc/Hc。这里，ΔHc/Hc是使用IEEE Trans.Magn.，vol.27，pp4975-4977，1991中记载的方法在室温下测定的。具体地说，测定在主磁滞回线(majorloop)和局部磁滞回线(minor loop)中磁化的值变成饱和值的50％时的磁场，假定Hc分布为高斯分布，从这两者之差来计算出ΔHc/Hc。ΔHc/Hc是表示开关场分布(SFD)的指标，ΔHc/Hc越低，则SFD越窄，所以优选。
实施例介质和比较例介质中Hc均约为13.5～15.5kOe(1Oe为约79A/m)左右。另一方面，实施例介质中的ΔHc/Hc均为0.22以下，而比较例介质中明显较高，为0.31。由此可知，通过在MgO中添加选自Nb、Mo、Ru、Ta、W中的1种以上的金属元素，可以降低ΔHc/Hc。
表2
(实施例3-1～3-6，比较例3-1～3-3)
使用与实施例2相同的膜结构，作为含有MgO作为主成分的基底层使用在MgO中添加了2.5～38原子％的W的MgO-W基底层，制作介质。此外，作为比较例，作为含有MgO作为主成分的基底层分别使用没有添加元素的MgO、MgO-1原子％W、或MgO-42原子％W，制作介质。含有MgO作为主成分的基底层以外的层构成、成膜步骤与实施例2相同。
进行了X射线衍射测定，结果从本实施例介质的磁性层中观察到了较强的L10-FePt(001)衍射峰、以及由L10-FePt(002)峰和FCC-FePt(200)峰形成的混合峰。另一方面，并没有从使用MgO-42原子％W基底层的比较例介质中观察到L10-FePt(001)衍射峰。这可以认为，是由于MgO-42原子％W基底层的NaCl结构劣化，阻碍了FePt晶体的外延生长的缘故。
表3中示出了本实施例介质和比较例介质的矫顽力和矫顽力分散ΔHc/Hc。W添加量为2.5～38原子％的本实施例介质的ΔHc/Hc均为0.24以下，而使用MgO基底层的比较例介质的ΔHc/Hc较高，为0.28。此外，使用MgO-1原子％W基底层的比较例介质的ΔHc/Hc为0.27，与使用MgO基底层的比较例介质程度基本相同。这说明，当在MgO中的W的添加量为1原子％时，不能有效降低矫顽力分散。
此外，使用MgO-42原子％W基底层的比较例介质的ΔHc/Hc显著高，为0.31。这是由于过量添加W造成了MgO-42原子％W基底层的NaCl结构劣化，使得磁性层中的FePt结晶的取向性劣化的缘故。由此可知，MgO中的W的添加量优选为2～40原子％。此外，MgO中的W的添加量分别为6原子％、12原子％、24原子％的介质(实施例3-2、实施例3-3、实施例3-4)的ΔHc/Hc特别低，为0.19以下。由此可知，通过使MgO中的W的添加量为约5～25原子％，可以得到ΔHc/Hc特别低(SFD窄)的热辅助磁记录介质。
表3
(实施例4)
在上述实施例2所示的介质(实施例2-1～实施例2-8)上涂布全氟聚醚系润滑剂，将所得的磁记录介质安装到图3所示的磁存储装置中。本磁存储装置由磁记录介质(301)、用于使该磁记录介质转动的驱动部(302)、磁头(303)、用于使该磁头移动的驱动部(304)、以及记录再生信号处理系统(305)构成。
作为磁头(图3，303)采用图4所示结构。磁头由记录头(401)和再生头(411)构成。记录头(401)由上部磁极(402)、下部磁极(403)、和夹在这两者之间的平面固体浸入镜PSIM(404)构成。在PSIM(404)的顶端形成有近场光发生部(405)，向PSIM的光栅部(406)照射来自激光光源(407)的波长650nm的半导体激光(408)，使激光聚集在PSIM顶端的近场光发生部，通过近场光发生部产生的近场光(409)对介质(410)加热。再生头(411)由上部屏障(412)、下部屏障(413)和夹在这两者之间的TMR元件(414)构成。
使用上述磁头来加热实施例2-1～实施例2-8的介质，以线记录密度1600kFCl(kilo Flux Changes per Inch，每英寸几千磁通变化)记录，测定电磁转换特性，结果所有的介质都得到了15分贝以上的高介质信噪比。而使用MgO基底层的比较例2的介质的SN比为12.3分贝。
综上所述，通过使用在MgO中添加选自Nb、Mo、Ru、Ta、W中的至少1种金属元素而成的基底层，可以得到具有高介质信噪比的热辅助磁记录介质。
Claims (8)
1.一种热辅助磁记录介质，包含：基板，在该基板上形成的多个基底层，以及含有具有L10结构的合金作为主成分的磁性层，其特征在于，该基底层中的至少1层含有MgO作为主成分并且含有至少1种熔点为2000℃以上的金属元素，熔点为2000℃以上的金属元素是选自Nb、Mo、Ru、Ta和W中的至少1种，含有MgO作为主成分的基底层中熔点为2000℃以上的金属元素的含量为该含有MgO的基底层的2～40原子%。
2.如权利要求1所述的热辅助磁记录介质，含有MgO作为主成分的基底层形成在由Cr构成的、或含有Cr作为主成分的BCC结构基底层上。
3.如权利要求1所述的热辅助磁记录介质，含有MgO作为主成分的基底层形成在由Ta构成的基底层上。
4.如权利要求1所述的热辅助磁记录介质，含有MgO作为主成分的基底层的平均粒径为10nm以下。
5.如权利要求1所述的热辅助磁记录介质，磁性层含有L10结构的FePt或CoPt合金作为主成分，并且含有选自SiO2、TiO2、Cr2O3、Al2O3、Ta2O5、ZrO2、Y2O3、CeO2、MnO、TiO、ZnO和C中的至少1种氧化物或元素。
6.如权利要求5所述的热辅助磁记录介质，磁性层中该氧化物的含量为磁性层整体的10～40摩尔%。
7.如权利要求5所述的热辅助磁记录介质，磁性层中C的含量为磁性层整体的10～70原子%。
8.一种磁存储装置，包含：磁记录介质、用于使该磁记录介质转动的驱动部、磁头、用于使该磁头移动的驱动部、以及记录再生信号处理系统；其中，该磁头包含：用于加热该磁记录介质的激光发生部、将该激光发生部产生的激光引导到头顶端的波导、以及安装在头顶端的近场光发生部，
其特征在于，该磁记录介质是权利要求1所述的热辅助磁记录介质。
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