CN102385870A - 垂直磁记录介质和磁记录再生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电磁转换特性优异且能够满足高记录密度化的需要的垂直磁记录介质和具备该垂直磁记录介质的磁记录再生装置。本发明采用的垂直磁记录介质，是在非磁性基板(1)上至少顺序层叠衬里层(2)、基底层、中间层(5)和垂直磁记录层(6)而成的垂直磁记录介质，其特征在于，衬里层(2)至少具有软磁性膜，该软磁性膜具有非晶质结构，基底层是从非磁性基板(1)侧层叠第1基底层(3)和第2基底层(4)而成的，第1基底层(3)是含有fcc结构的元素和bcc结构的元素的fcc结构的合金层，第2基底层(4)含有NiW合金，中间层(5)含有Ru或Ru合金。
Description
技术领域
本发明涉及一种被用于硬盘装置(HDD)等的垂直磁记录介质和磁记录再生装置。
本申请基于在2010年8月26日在日本提出申请的专利申请2010-189729号要求优先权，将其内容援引于本说明书中。
背景技术
垂直磁记录方式，以往通过将朝向介质的面内方向的磁记录层的易磁化轴朝向介质的垂直方向，在作为记录比特间的边界的磁化迁移区域附近的反磁场变小，因此记录密度越高则在静磁性上越稳定，抗热摆性提高，所以是适合于面记录密度的提高的方式。
垂直磁记录介质是在非磁性基板上顺序层叠衬里层、基底层、中间层和垂直磁记录层而成的。在非磁性基板和垂直磁记录层之间设置了由软磁性材料构成的衬里层的情况下，作为所谓的垂直双层介质发挥功能，可以得到高的记录能力。此时，软磁性衬里层起到使来自磁头的记录磁场回流的作用，由此可以提高记录再生效率。
另外，基底层是决定被设置在其上的中间层和垂直磁记录层的粒径和/或取向的支配性要素，因此为了决定磁记录介质的记录再生特性，其材料的选定变得非常重要。因此，曾提出了被用于基底层的各种材料。例如，可以举出Ti合金(参照例如专利文献1)、NiFeCr合金(参照例如专利文献2)等、hcp结构或fcc结构以及Ta等非晶质结构等。另外，专利文献4记载了作为基底层使用以Ni、Cu、Pt、Pd的任一种为主成分，并含有Ti、V、Ta、Cr、Mo、W的任一种以上的添加元素的合金。
曾提出了使用Ru作为中间层(参照专利文献5)。另外已知，由于Ru是在柱状晶的顶部形成了圆拱状的凸部的，因此具有使该凸部上生长记录层等的晶体粒子，促进生长了的晶体粒子的分离结构，使晶体粒子孤立化，使磁性粒子生长为柱状的效果(参照专利文献6)。
现有技术文献
专利文献1：日本专利第2669529号公报
专利文献2：日本特开2003-123239号公报
专利文献3：日本特开2007-179598号公报
专利文献4：日本特开2010-92525号公报
专利文献5：日本特开平7-244831号公报
专利文献6：日本特开2007-272990号公报
发明内容
本申请人曾提出了下述的高记录密度的垂直磁记录介质(参照专利文献3)：使构成衬里层的软磁性膜为非晶质结构，并在基底层中使用NiW合金，由此谋求形成于其上的包含例如Ru或Ru合金的中间层的晶体尺寸的降低、晶体尺寸的均匀化，并且提高与中间层的晶格尺寸的匹配性，促进生长的柱状晶的分离结构，而且使形成于其上的磁性粒子孤立化。
但是，对于磁记录介质的高记录密度化的要求并未停止，正在要求可以实现在以往之上的高记录密度化的磁记录介质。
本发明是鉴于这样的现有事实提出的，其目的在于通过谋求使用了NiW合金的基底层的晶粒的微细化、粒度分布的均质化，来谋求形成于其上的中间层、记录层的晶粒的微细化、粒度分布的均质化、取向性的提高，提供一种电磁转换特性优异且能够应对高记录密度化的垂直磁记录介质以及具备该垂直磁记录介质的磁记录再生装置。
(1)一种垂直磁记录介质，是在非磁性基板上至少顺序层叠衬里层、基底层、中间层和垂直磁记录层而成的垂直磁记录介质，其特征在于，
上述衬里层至少具有软磁性膜，该软磁性膜具有非晶质结构，
上述基底层是从上述非磁性基板侧层叠第1基底层和第2基底层而成，
上述第1基底层是含有fcc结构的元素和bcc结构的元素的fcc结构的合金层，
上述第2基底层含有NiW合金，
上述中间层含有Ru或Ru合金。
(2)根据(1)所述的垂直磁记录介质，其特征在于，上述第1基底层是PdV合金、CuW合金的任一种合金。
(3)根据(2)所述的垂直磁记录介质，其特征在于，上述PdV合金中所含有的V的量在1原子％～65原子％的范围内。
(4)根据(2)所述的垂直磁记录介质，其特征在于，上述CuW合金中所含有的W的量在1原子％～40原子％的范围内。
(5)一种磁记录再生装置，其特征在于，具备：
(1)～(4)的任一项所述的垂直磁记录介质；和
对上述垂直磁记录介质进行信息的写入的单磁极磁头。
根据本发明，通过将基底层设为由含有fcc结构的元素和bcc结构的元素的fcc结构的合金层构成的第1基底层和由NiW合金层构成的第2基底层的双层结构，可以谋求形成于基底层之上的中间层、垂直磁记录层的晶粒的微细化、粒度分布的均质化、取向性的提高，提供电磁转换特性优异且能够应对高记录密度化的垂直磁记录介质。
附图说明
图1是表示应用了本发明的垂直磁记录介质的一例的截面图。
图2是表示应用了本发明的磁记录再生装置的一例的立体图。
具体实施方式
以下，对于应用了本发明的垂直磁记录介质和磁记录再生装置，参照附图详细地说明。
另外，为易于明白其特征，在以下的说明中使用的附图有时为方便起见将成为特征的部分放大表示，各构成要素的尺寸比率等未必与实际相同。
(垂直磁记录介质)
应用了本发明的垂直磁记录介质，例如如图1所示那样，成为下述的构成：在非磁性基板1的两面顺序地层叠有粘附层11、衬里层2、第1基底层3(基底层)、第2基底层4(基底层)、中间层5、垂直磁记录层6和保护层7，并且在最上层形成有润滑膜(在图1中省略)。另外，在图1中，仅图示了非磁性基板1的单面。
其中，作为非磁性基板1，既可以使用由例如铝、铝合金等的金属材料构成的金属基板，也可以使用由玻璃、陶瓷、硅、碳化硅、碳等的非金属材料构成的非金属基板。
另外，作为构成非磁性基板1的玻璃基板，可以使用例如非晶质玻璃、晶化玻璃，此外，作为非晶质玻璃，可以使用通用的碱石灰玻璃、铝硅酸盐玻璃等。另一方面，作为晶化玻璃，可以使用锂系晶化玻璃等。
从提高记录密度的方面来看，非磁性基板1的平均表面粗糙度Ra为0.8nm以下，优选为0.5nm以下。另外，从使磁头低浮起进行高记录密度记录的方面来看，非磁性基板1的表面的微小起伏(Wa)为0.3nm以下，优选为0.25nm以下。这样，通过将非磁性基板1的表面平坦化，能够提高中间层5和垂直磁记录层6的晶体取向，使记录再生特性提高，并且使磁头低浮起。
另外，非磁性基板1如后述那样地与Co或Fe为主成分的衬里层2接触，由此由于表面的吸附气体、水分的影响、基板成分的扩散等而有进行腐蚀的可能性。因此，优选在非磁性基板1和衬里层2之间设置粘附层11。另外，作为粘附层11的材料，可以适当选择例如Cr、Cr合金、Ti、Ti合金等。另外，粘附层11的厚度优选为2nm以上且优选为30nm以下。
衬里层2具有顺序层叠有第1软磁性膜8、Ru膜9、第2软磁性膜10的结构。即，该衬里层2通过在两层的软磁性膜8、10之间夹入Ru膜9，而具有Ru膜9的上下的软磁性膜8、10发生了反铁磁性耦合(AFC耦合)的结构。由此，可以提高对于来自外部的磁场的抗性、以及对于作为垂直磁记录介质特有的问题的WATE(宽面积道擦除；Wide Area TackErasure)现象的抗性。
第1和第2软磁性膜8、10由例如CoFe合金构成。通过在这些软磁性膜8、10中使用CoFe合金，可以实现高的饱和磁通密度Bs(1.4(T)以上)，另外，通过使用后述的第1基底层3、第2基底层4，可以得到进一步优异的记录再生特性。另外，形成第1及第2软磁性膜8、10时，优选在沿非磁性基板1的径向赋予了磁场的状态下，采用溅射法形成CoFe合金膜。
另外，优选对CoFe合金添加Zr、Ta、Nb的任一种。由此，可以促进CoFe合金的非晶质化，提高NiW合金的取向性。另外，Zr、Ta、Nb相对于CoFe合金的添加量优选为3～15原子％的范围，更优选为5～10原子％的范围。
CoFe合金中的Fe的含量，优选为5～60原子％的范围。如果Fe的含量低于5原子％，则衬里层2的饱和磁通密度Bs变低从而不优选。另一方面，如果Fe的含量超过60原子％，则衬里层2的腐蚀性恶化因而不优选。
衬里层2的膜厚，优选为15～80nm的范围，更优选为20～50nm的范围。如果衬里层2的膜厚低于20nm，则不能够充分地吸收来自磁头的磁通，写入变不充分，记录再生特性恶化因而不优选。另一方面，如果衬里层2的膜厚超过80nm，则生产率显著降低因而不优选。
另外，衬里层2通过将第1和第2软磁性膜8、10设为非晶质结构，可以防止表面粗糙度Ra的粗大化。由此，可以降低磁头的浮起量，而且能够实现高记录密度化。
在此，作为表示构成衬里层2的第1和第2软磁性膜8、10中的AFC耦合的大小的指标定义了「Hbias」时，衬里层2的该Hbias的值优选为80(Oe)以上且优选为300(Oe)以下。由此，能够提高抗外磁场性和抗WATE性。「Hbias」是将饱和磁通密度设为Ms，定义为饱和磁通密度Ms的半值的磁场Ms/2的指标，在第1和第2软磁性膜8、10中使用上述材料，并将设置在这些软磁性膜8、10之间的Ru膜9的膜厚设为规定的膜厚(例如0.6～0.8nm)，由此可以满足上述Hbias的值。
另外，第1和第2软磁性膜8、10为10(Oe)以下，优选为5(Oe)以下。另外，1(Oe)约为79A/m。
第1基底层3、第2基底层4是用于控制被设置在其上的中间层5和垂直磁记录层6的取向和晶体尺寸的层，为了增大从磁头产生的磁通的相对于基板面的垂直方向成分，并且为了将被记录信息的垂直磁记录层6的磁化方向更加牢固地固定在与非磁性基板1垂直的方向而被设置。即，因为第2软磁性膜10为非晶质结构，因此即使在其上直接设置中间层和/或磁记录层，也难以使磁记录层垂直取向。
通过在基底层中使用NiW合金，可以在其上使c轴取向性高的hcp结构的磁性粒子生长来形成垂直磁记录层(参照专利文献3)。本申请发明者对由该NiW合金构成的基底层加以改良，研究了谋求垂直磁记录层的晶粒的进一步微细化、晶粒的粒度分布的均质化、晶粒的取向性的提高，结果发现通过将基底层设为含有fcc结构的元素和bcc结构的元素的fcc结构的合金层和NiW合金层的双层结构，可以实现上述效果。认为其理由是因为通过在构成衬里层2的非晶质结构的第2软磁性膜10和以fcc结构为主体的NiW合金基底层之间设置含有fcc结构的元素和bcc结构的元素的fcc结构的合金层，使以fcc结构为主体的NiW合金的微晶粒的形成更加稳定化，并且，NiW合金的晶体的粒度分布也均匀化的缘故。
这样，通过改善由NiW合金构成的第2基底层4的晶体组织，来进一步谋求层叠于其上的中间层5和垂直磁记录层6的晶粒的微细化、粒度分布的均质化、取向性的提高，能够实现电磁转换特性优异且能够应对高记录密度化的垂直磁记录介质。
所谓形成本发明的第1基底层3的fcc结构的元素，具体地讲，是Ni、Cu、Rh、Pd、Ag、Ir、Pt、Au、Al，所谓bcc结构的元素，是V、Cr、Fe、Nb、Mo、Ta、W、Ti。所谓fcc结构的元素，是在稳定状态下采取fcc结构的元素，同样地，所谓bcc结构的元素，是在稳定状态下采取bcc结构的元素。另外，已知Ti在平衡状态下采取hcp结构，但是在如溅射那样非平衡状态(急冷状态)的成膜中，会作为β-Ti变为bcc结构的稳定化状态。
作为将这些元素组合了的优选的合金，是fcc结构的PdV合金或者CuW合金，特别优选的是将V的量设在1原子％～65原子％的范围内、最优选设在40原子％～50原子％的范围内的PdV合金、将W的量设在1原子％～40原子％的范围内、最优选设在10原子％～15原子％的范围内的CuW合金。
第1基底层3的膜厚优选为1～5nm的范围。如果第1基底层3的膜厚低于1nm，则本发明的效果变不充分，第2基底层的NiW合金层的晶体粒径的微细化和均匀化的效果降低。另一方面，如果第1基底层3的膜厚超过5nm，则第2基底层4的晶体尺寸变大因而不优选。
在本发明中，由NiW合金构成第2基底层4。该NiW合金中的W的含量优选设在3原子％～10原子％的范围内。
如果NiW合金中的W的含量低于3原子％或者超过10原子％，则控制垂直磁记录介质的取向或晶体尺寸的效果降低因而不优选。
另外，出于降低晶体尺寸和提高与中间层5的晶格尺寸的匹配性的目的，可以在NiW合金中添加其他元素。例如，可以出于降低晶体尺寸的目的而添加B、Mn等，该情况下，B、Mn的含量优选为6原子％以下且优选为1原子％以上。另外，出于提高与中间层5的晶格尺寸的匹配性的目的，可以添加Ru、Pt、Mo、Ta等。该情况下，Ru、Pt、Mo、Ta的含量优选为40原子％以下且1原子％以上。
第2基底层4的膜厚优选为2～20nm的范围。如果第2基底层4的膜厚低于2nm，则效果变不充分，得不到晶体粒径的微细化的效果，并且取向也发生恶化因而不优选。另一方面，如果第2基底层4的膜厚超过20nm，则晶体尺寸变大因而不优选。
中间层5是用于将垂直磁性层设为进行c轴取向了的柱状晶的层，其生长面具有圆拱状的形状。这样的中间层5可以由Ru或Ru合金形成。作为Ru合金，可以例示例如RuCo、RuAl、RuMn、RuMo、RuFe合金。Ru合金中的Ru量优选为50原子％～90原子％。
另外，中间层5的膜厚为30nm以下，优选为16nm以下且优选为5nm以上。通过使中间层5较薄，磁头与衬里层2之间的距离变小，可以使来自磁头的磁通陡峭(steep)。其结果，可以使衬里层2的膜厚更薄，能够提高生产率。
垂直磁记录层6由易磁化轴相对于基板面朝向垂直方向的磁性膜构成。
该垂直磁记录层6至少含有Co和Pt，进而出于改善SNR特性等的目的也可以添加氧化物、Cr、B、Cu、Ta、Zr等。另外，作为氧化物，可以举出SiO2、SiO、Cr2O3、CoO、Ta2O3、TiO2等。
垂直磁记录层6中的氧化物的体积率，优选为15～40体积％，进一步优选为25～35体积％。如果该氧化物的体积率低于15体积％，则SNR特性变得不充分因而不优选。另一方面，如果该氧化物的体积率超过40体积％，则不能得到仅对应于高记录密度的矫顽力因而不优选。
垂直磁记录层6的成核磁场(new creation magnetic field)(-Hn)优选为2.0(kOe)以上且优选为3.0(kOe)以下。如果-Hn低于2.0(kOe)，则发生热摆因而不优选。
垂直磁记录层6的膜厚优选为6～20nm的范围。例如，如果氧化物颗粒层的膜厚为该范围，则可以确保充分的输出，不产生OW特性的恶化，因而优选。
另外，垂直磁记录层6既可以设为单层结构，也可以设为由组成不同的材料形成的两层以上的结构。
保护层7是用于防止垂直磁记录层6的腐蚀，同时在磁头与介质接触时防止介质表面的损伤的层，可以使用以往公知的材料，例如包含C、SiO2、ZrO2的材料。保护层7的膜厚为1～5nm的范围时，可以减小磁头与介质表面的距离，因此从高记录密度的方面来看是优选的。
涂布到最上层的润滑膜可以使用以往公知的材料，例如全氟聚醚、氟代醇、氟代羧酸等。
(磁记录再生装置)
图2是表示应用了本发明的磁记录再生装置的一例的图。
该磁记录再生装置具备：具有上述图1所示的构成的垂直磁记录介质50、使垂直磁记录介质50旋转驱动的介质驱动部51、对垂直磁记录介质50进行信息的记录再生的磁头52、使该磁头52相对于垂直磁记录介质50进行相对运动的磁头驱动部53和记录再生信号处理系统54。另外，记录再生信号处理系统54可以处理从外部输入的数据并将记录信号送到磁头52，处理来自磁头52的再生信号并将数据送到外部。
在应用了本发明的磁记录再生装置中，为了适应上述垂直磁记录介质的进一步高记录密度化这样的迫切要求，将对垂直磁记录层6的写入能力优异的单磁极磁头用于磁头52。并且，在上述垂直磁记录介质中，为了对应于这样的单磁极磁头，在非磁性基板1和垂直磁记录层6之间设置衬里层2，来谋求单磁极磁头和垂直磁记录层6之间的磁通的出入的效率提高。
另外，在磁记录再生装置中，可以使用具有利用了巨磁阻效应(GMR)的GMR元件等来作为再生元件的适合于更高记录密度的磁头52。
另外，本发明并不必然限定于上述实施方式的情况，在不脱离本发明的要旨的范围可以加以各种的变更。
例如，本发明可以应用于在上述垂直磁记录层6上具有磁分离了的磁记录图案的垂直磁记录介质。具体地讲，作为具有磁记录图案的磁记录介质，可以举出每一比特具有一定的规则性地配置有磁记录图案的所谓图案化介质、磁记录图案被配置成为轨道状的介质、以及伺服信号图案等。
实施例
以下，通过实施例进一步明确本发明的效果。另外，本发明并不限定于以下的实施例，在不变更其要旨的范围可以适当变更来实施。
在本实施例中，首先，将作为非磁性基板的玻璃基板(直径2.5英寸)收纳到DC磁控溅射装置(Anelva公司制C-3010)的成膜室内，将成膜室内进行排气直到到达真空度变为1×105Pa。在该玻璃基板上形成了4nm的由50Cr-50Ti(Cr含量为50原子％、Ti含量为50原子％)构成的粘附层、20nm的由71Co-20Fe-5Zr-4Nb(Co含量为71原子％、Fe含量为20原子％、Zr含量为5原子％、Nb含量为4原子％)构成的第1软磁性膜，0.8nm的Ru膜、20nm的由71Co-20Fe-5Zr-4Nb构成的第2软磁性膜，从而形成了衬里层。另外，利用XRD确认了这些软磁性膜的晶体结构为非晶质结构。
接着，在其上以2nm的膜厚形成表1所示的组成、晶体结构的第1基底层，并在其上以10nm的膜厚形成由表1所示的组成的NiW合金构成第2基底层。
在其上形成12nm的由Ru构成的中间层，作为垂直磁记录层，形成了10nm的60Co-10Cr-20Pt-10SiO2膜、6nm的65Co-18Cr-14Pt-3B的膜。然后，采用离子束法在其上形成了4nm的由碳构成的保护层，其后采用浸渍法形成由全氟聚醚构成的润滑膜，从而得到了实施例1～22的垂直磁记录介质。
然后，对于这些实施例1～22的垂直磁记录介质，进行了记录再生特性(SNR)、分辨率特性(Res：表示在62.07MHz下的低频输出(y)对在372.39MHz下的高频输出(x)的比((x/y)×100)。该值越高则表示信号的再现性越好)的评价。将其评价结果示于表1。
表1
另外，对于记录再生特性的评价，使用在记录部具备单极磁极、在再生部具备GMR元件的磁头，将记录频率条件设为线记录密度1000kFCI来测定。
如表1所示，实验例1～22之中，相当于比较例的实验例1、10、11、16、17，与相当于发明例的其他实验例相比，记录再生特性(SNR)和分辨率特性(Res)都明显地变低。
因此可知相当于发明例的实验例2～9、12～15、18～22具有优异的记录再生特性(SNR)和分辨率特性(Res)。
产业上的利用可能性
根据本发明，通过将基底层设为由含有fcc结构的元素和bcc结构的元素的fcc结构的合金层构成的第1基底层和由NiW合金层构成的第2基底层的双层结构，可以谋求形成于基底层之上的中间层、垂直磁记录层的晶粒的微细化、粒度分布的均质化、取向性的提高，能够提供电磁转换特性优异且能够满足高记录密度化的需要的垂直磁记录介质。
附图标记说明
1...非磁性基板；
11...粘附层；
2...衬里层；
3...第1基底层；
4...第2基底层；
5...中间层；
6...垂直磁记录层；
7...保护层；
8...第1软磁性膜；
9...Ru膜；
10...第2软磁性膜；
50...垂直磁记录介质；
51...介质驱动部；
52...磁头；
53...磁头驱动部；
54...记录再生信号处理系统。
Claims (5)
1.一种垂直磁记录介质，是在非磁性基板之上至少顺序地层叠衬里层、基底层、中间层和垂直磁记录层而成的垂直磁记录介质，其特征在于，
所述衬里层至少具有软磁性膜，该软磁性膜具有非晶质结构，
所述基底层是从所述非磁性基板侧层叠第1基底层和第2基底层而成的，
所述第1基底层是含有fcc结构的元素和bcc结构的元素的fcc结构的合金层，
所述第2基底层含有NiW合金，
所述中间层含有Ru或Ru合金。
2.根据权利要求1所述的垂直磁记录介质，其特征在于，所述第1基底层是PdV合金、CuW合金的任一种合金。
3.根据权利要求2所述的垂直磁记录介质，其特征在于，所述PdV合金中所含有的V的量在1原子％～65原子％的范围内。
4.根据权利要求2所述的垂直磁记录介质，其特征在于，所述CuW合金中所含有的W的量在1原子％～40原子％的范围内。
5.一种磁记录再生装置，其特征在于，具备：
权利要求1～4的任一项所述的垂直磁记录介质；和
对所述垂直磁记录介质进行信息的写入的单磁极磁头。
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