CN102576546B - 磁记录介质和磁记录再生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的垂直磁记录介质，是在非磁性基板上至少依次层叠衬里层、基底层、中间层和垂直磁记录层而成的垂直磁记录介质，所述衬里层包含具有非晶结构的软磁性膜，所述基底层包含含有Co和Fe的任一者或两者的NiW合金，该NiW合金中的W的含量为3～10原子％，该NiW合金中的Co和Fe的含量的合计为5原子％以上且低于40原子％，该NiW合金的饱和磁通密度Bs为280emu/cm3以上，该基底层的厚度为2～20nm，所述中间层含有Ru或Ru合金。
Description
技术领域
本发明涉及用于硬盘装置(HDD)等中的垂直磁记录介质和磁记录再生装置。
本申请基于在2009年10月19日在日本提出的专利申请2009-240288号要求优先权，将其内容援引于本说明书中。
背景技术
垂直磁记录方式是将以往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的方式。由此，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越静磁稳定，抗热摆性提高。因此，垂直磁记录方式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依次层叠衬里层(软磁性层，softmagnetic layer)、基底层、中间层和垂直磁记录层而成。当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，垂直磁记录介质作为所谓的垂直双层介质发挥功能，可以获得高的记录能力。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，基底层是决定设置于其上的中间层和垂直磁记录层的粒径和取向的支配性要素。因此，在决定磁记录介质的记录再生特性时，基底层的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，曾提出了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。这些材料可以具有hcp结构、fcc结构、Ta等非晶结构等。
另外，如果在衬里层和垂直磁记录层之间设置基底层，则磁头和衬里层的表面之间的距离相应于基底层的厚度变长。该情况下，为了进行充分的写入，产生增厚衬里层的需要。但是，通过在基底层中使用具有软磁特性的材料，能够控制衬里层的作用和设置于其上的中间层的晶体取向这两者。
但是，以往提出的介质构成，在得到记录再生特性优异的垂直磁记录介质方面不充分，迫切希望解决该问题并且能够廉价地制造的垂直磁记录介质。
因此，本申请人曾提出了将构成衬里层的软磁性膜设为非晶结构，在基底层中使用NiW合金、在中间层中使用Ru合金的垂直磁记录介质(参照专利文献3)。
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
发明内容
但是，基底层是具有控制形成于其上的Ru中间层的核产生的作用的重要的层，需要具有10nm左右的厚度。但是，由于基底层在软磁性衬里层和垂直磁记录层之间，因此如果增厚该基底层，则磁头和软磁性衬里层的磁耦合性变低，重写(OW)特性降低。
例如，在基底层中使用了94Ni6W合金的情况下，该94Ni6W合金的饱和磁通密度(Bs)只有250emu/cm3左右，该程度的饱和磁通密度对提高磁头和软磁性衬里层的磁耦合性是不充分的。另外，虽然通过减少NiW合金中的W的含量，可以提高该NiW合金的Ms，但是其变化量小。并且，由此控制Ru中间层的核产生的作用也降低。
本发明是鉴于这样的现有状况提出的，其目的是提供一种能够提高基底层的Ms，并且通过维持控制中间层的核产生的效果来得到优异的OW特性的垂直磁记录介质以及具备这样的垂直磁记录介质的磁记录再生装置。
本发明提供以下的手段。
(1)一种垂直磁记录介质，是在非磁性基板上至少依次层叠衬里层、基底层、中间层和垂直磁记录层而成的垂直磁记录介质，其中，
上述衬里层包含具有非晶结构的软磁性膜，
上述基底层包含含有Co和Fe的任一者或两者的NiW合金，
该NiW合金中的W的含量为3～10原子％，
该NiW合金中的Co和Fe的含量的合计为5原子％以上且低于40原子％，
该NiW合金的饱和磁通密度Bs为280emu/cm3以上，
该基底层的厚度为2～20nm，
上述中间层含有Ru或Ru合金。
(2)根据前项(1)所述的垂直磁记录介质，其中，上述软磁性膜含有CoFe合金。
(3)根据前项(1)或(2)所述的垂直磁记录介质，其中，上述CoFe合金中的Fe的含量为5～60原子％。
(4)一种磁记录再生装置，具备前项(1)～(3)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。
如以上那样，在本发明中，通过在构成基底层的NiW合金中添加Fe和/或Co，能够将该NiW合金的饱和磁通密度Bs提高到280emu/cm3以上。并且，也能够维持控制形成于其上的包含Ru或Ru合金的中间层的核产生的效果。因此，根据本发明，能够提供一种具有优异的OW特性的垂直磁记录介质以及具备这样的垂直磁记录介质的磁记录再生装置。
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是表示衬里层的在基板面内成分中的HS磁滞回线的特性图，在该特性图的曲线中，纵轴表示衬里层的磁化量，横轴表示施加磁场。
图3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。
再者，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，例如图1所示，成为下述构成：在非磁性基板1的两面依次层叠衬里层2、基底层3、中间层4、垂直磁记录层5和保护层6而成，并且在最上层形成有润滑膜7。再者，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，可以使用例如由铝、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，作为玻璃基板，可以使用例如非晶玻璃和结晶化玻璃(微晶玻璃)，此外，作为非晶玻璃，可以使用通用的碱石灰玻璃(钠钙玻璃)、铝硅酸盐玻璃等。另外，作为结晶化玻璃，可以使用锂系结晶化玻璃等。
非磁性基板1的平均表面粗糙度Ra为0.8nm以下，从提高记录密度的观点来看，优选为0.5nm以下。另外，非磁性基板1表面的微小起伏(微小波纹，tiny undulation：Wa)为0.3nm以下，从使磁头较低地浮起进行高记录密度记录的观点来看，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4和垂直磁记录层5的晶体取向，使记录再生特性上升，并且使磁头低浮起。
衬里层2具有依次层叠了第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具有通过在两层的软磁性膜8、10之间夹入Ru膜9从而使Ru膜9的上下的软磁性膜8、10反铁磁性耦合(Anti FerroCoupling；AFC)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，WideArea Tack Erasure)现象的抗性。
第1和第2软磁性膜8、10，包含例如CoFe合金。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，通过在后述的基底层3中使用NiW合金，可以得到更加优异的记录再生特性。再者，在形成第1和第2软磁性膜8、10时，优选在对非磁性基板1的径向赋予磁场的状态下，采用溅射法形成CoFe合金膜。
另外，优选在CoFe合金中添加Zr、Ta、Nb中的任一种。由此，可以促进CoFe合金的非晶化，使NiW合金的取向性提高。另外，Zr、Ta、Nb相对于CoFe合金的添加量优选为5～15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％，则饱和磁通密度Bs变低，因此不优选。另一方面，如果Fe的含量超过60原子％，则腐蚀性恶化，因此不优选。
衬里层2的厚度优选为20～80nm的范围。如果衬里层2的厚度低于20nm，则不能够充分地吸收来自磁头的磁通，写入变得不充分，记录再生特性恶化，因此不优选。另一方面，如果衬里层2的厚度超过80nm，则生产率显著降低，因此不优选。
另外，通过将第1和第2软磁性膜8、10设为非晶结构，可以防止衬里层2的表面粗糙度Ra变大。由此，可以降低磁头的浮起量，进而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的大小的指标，定义了「Hbias」时，优选衬里层2的该Hbias的值为80(Oe)以上。由此，能够提高外磁场抗性和抗WATE性。「Hbias」如图2所示，是将饱和磁化强度设为Ms，定义为饱和磁化强度Ms的半值Ms/2时的施加磁场的指标。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)，由此可以使Hbias的值为上述范围。再者，图2表示衬里层2的基板面内成分(形成衬里层2的软磁性膜8、10的易磁化轴方向)中的磁滞(MH)回线。在图2的曲线图中，纵轴表示衬里层2的磁化量，横轴表示施加磁场。
另外，第1和第2软磁性膜8、10的各矫顽力(Hc)为10(Oe)以下，优选为5(Oe)以下。再者，1(Oe)约为79A/m。
基底层3是用于控制设置在其上的垂直磁记录层5的取向和晶体尺寸的层。该基底层3为了增大从磁头产生的磁通对于基板面的垂直方向成分，并且为了将记录了信息的垂直磁记录层5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。该作用特别是在作为磁记录再生用的磁头使用垂直记录用的单磁极磁头的情况下变得更加显著。
另外，基底层3包含NiW合金，并且NiW合金含有Co和Fe的任一者或两者。另外，优选：该NiW合金中的W的含量为3～10原子％，Co和Fe的含量的合计为5原子％以上且低于40原子％。
NiW合金中的W的含量低于3原子％或者超过10原子％时，控制垂直磁记录介质的取向和晶体尺寸的效果降低，因此不优选。另外，Co和Fe的含量的合计低于5原子％时，难以将该合金的饱和磁通密度Bs提高到280emu/cm3以上，因此不优选。另一方面，Co和Fe的含量的合计为40原子％以上时，控制垂直磁记录介质的取向和晶体尺寸的效果降低，因此不优选。
在本发明中，通过在构成基底层3的NiW合金中添加Fe和/或Co，能够将该NiW合金的饱和磁通密度Bs提高到280emu/cm3以上。并且，也能够维持控制形成于其上的包含Ru或Ru合金的中间层4的核产生的效果。
再者，出于降低晶体尺寸和提高与中间层4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，出于降低晶体尺寸的目的，也可以添加B、Mn等，该情况下，B、Mn的含量优选为6原子％以下。另外，出于提高与中间层4的晶格尺寸的匹配性的目的，可以添加Ru、Pt、Mo、Ta等。
基底层3的厚度优选为2～20nm的范围。基底层3的厚度低于2nm时，作为基底层3的效果变得不充分，不能够得到粒径的微细化的效果，并且取向也恶化，因此不优选。另一方面，基底层3的厚度超过20nm时，晶体尺寸变大，因此不优选。
中间层4是用于使垂直磁性层为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4可以包含例如Ru或Ru合金。另外，中间层4的厚度为30nm以下，优选为16nm以下。通过减薄中间层4，磁头和衬里层2之间的距离变小，可以使来自磁头的磁通变为陡峻(steep)。其结果，可以使衬里层2的厚度更薄，能够提高生产率。
垂直磁记录层5，包含易磁化轴相对于基板面朝向垂直方向的磁性膜。该垂直磁记录层5至少含有Co和Pt。此外，出于改善SNR特性等的目的，也可以在垂直磁记录层5中添加氧化物、Cr、B、Cu、Ta、Zr等。另外，作为氧化物，可以举出SiO2、SiO、Cr2O3、CoO、Ta2O3、TiO2等。
氧化物的体积率优选为15～40体积％。该氧化物的体积率低于15体积％时，SNR特性变得不充分，因此不优选。另一方面，该氧化物的体积率超过40体积％时，不能够得到对应于高记录密度的矫顽力，因此不优选。
垂直磁记录层5的成核磁场(-Hn)优选为2.0(kOe)以上。-Hn低于2.0(kOe)时，由于发生热摆，因此不优选。
垂直磁记录层5的厚度，优选为6～20nm的范围。例如，氧化物颗粒层的厚度为该范围时可以确保充分的输出，不产生OW特性的恶化，因此优选。
再者，垂直磁记录层5可以设为单层结构，也可以设为由组成不同的材料构成的两层以上的结构。
保护层6是用于防止垂直磁记录层5的腐蚀，同时在磁头接触介质时防止介质表面的损伤的层。保护层6可以使用以往公知的材料，例如含有C、SiO2、ZrO2的材料。从高记录密度的观点来看优选保护层6的厚度为1～5nm的范围。如果保护层6的厚度为该范围，则可以减小磁头和介质表面的距离。
在润滑膜7中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。
如以上那样，在应用了本发明的垂直磁记录介质中，通过在构成基底层3的NiW合金中添加Fe和/或Co，能够将该NiW合金的饱和磁通密度Bs提高到280emu/cm3以上。并且，也能够维持控制形成于基底层3之上的包含Ru或Ru合金的中间层4的核产生的效果。因此，根据本发明，能够提供一种具有优异的OW特性的垂直磁记录介质以及具备这样的垂直磁记录介质的磁记录再生装置。
(磁记录再生装置)
图3表示应用了本发明的磁记录再生装置的一例。
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记录再生信息的磁头52、使该磁头52相对于垂直磁记录介质50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，为了满足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，将对于垂直磁记录层5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5之间设置衬里层2，谋求提高单磁极磁头和垂直磁记录层5之间的磁通的出入的效率。
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元件等作为再生元件的适合于更高记录密度的磁头52。
再者，本发明未必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变更。
例如，本发明也可以应用于上述垂直磁记录层5具有磁性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，可以举出磁记录图案每一比特具有一定的规则性地配置的所谓图案化介质、磁记录图案被配置为轨道状的介质、其他伺服信号图案等。
实施例
以下，通过实施例进一步明确本发明的效果。再者，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(MYG公司制的非晶基板MEL3、直径2.5英寸)收纳到DC磁控溅射装置(アネルバ公司制C-3010)的成膜室内，将成膜室内排气直到到达真空度变为1×10-5Pa。在该玻璃基板上，形成厚度20nm的由71Co-20Fe-5Zr-4Nb(Co含量71原子％、Fe含量20原子％、Zr含量5原子％、Nb含量4原子％)构成的第1软磁性膜(实施例1～8、比较例1～5、8、9)、厚度0.8nm的Ru膜、厚度20nm的由71Co-20Fe-5Zr-4Nb构成的第2软磁性膜(实施例1～8、比较例1～5、8、9)，从而形成了衬里层。再者，在比较例6中，将各软磁性膜的厚度设为12.5nm、在比较例7中将其设为27.5nm。另外，通过XRD(X射线衍射)确认了这些软磁性膜的晶体结构为非晶结构。
接着，在其上，如下述表1和表2所示地形成使组成和层厚不同的基底层，在该基底层上形成厚度12nm的由Ru构成的中间层，作为垂直磁记录层，形成厚度10nm的60Co-10Cr-20Pt-10SiO2的膜、厚度6nm的65Co-18Cr-14Pt-3B的膜。然后，在该垂直磁记录层上采用CVD法形成厚度4nm的保护层后，采用浸渍法形成由全氟聚醚构成的润滑膜，得到了实施例1～8和比较例1～4的垂直磁记录介质。
然后，对于这些实施例1～8和比较例1～4的垂直磁记录介质，进行了记录再生特性和重写(OW)特性的评价。将其评价结果示于表1和表2。另外，在表1和表2中表示出各基底层的饱和磁通密度Bs。
再者，对于记录再生特性的评价，是在记录部中使用单极磁极、在再生部中使用具备GMR元件的磁头，将记录频率条件设为线记录密度1000kFCI来测定。
另一方面，对于重写特性(OW特性)的评价，通过测定在写了500kFCI的信号的基础上再写入67kFCI的信号后的、最初的信号的残留来评价。将评价结果示于表1和表2。
如表1和表2所示，实施例1～8的垂直磁记录介质，与比较例1～4的垂直磁记录介质相比极力地抑制S/N的降低，并且得到了优异的OW特性。再者，在比较例2中，虽然OW特性优异但S/N降低。
附图标记说明
1...非磁性基板；
2...衬里层；
3...基底层；
4...中间层；
5...垂直磁记录层；
6...保护层；
7...润滑膜；
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 (4)
1.一种垂直磁记录介质，是在非磁性基板上至少依次层叠衬里层、基底层、中间层和垂直磁记录层而成的垂直磁记录介质，其中，
所述衬里层包含具有非晶结构的软磁性膜，
所述基底层包含含有Co和Fe的任一者或两者的NiW合金，
该NiW合金中的W的含量为3～10原子％，
该NiW合金中的Co和Fe的含量的合计为5原子％以上且低于40原子％，
该NiW合金的饱和磁通密度Bs为280emu/cm3以上，
该基底层的厚度为2～20nm，
所述基底层与所述衬里层直接接触，
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，其中，所述软磁性膜含有CoFe合金。
3.根据权利要求2所述的垂直磁记录介质，其中，所述CoFe合金中的Fe的含量为5～60原子％。
4.一种磁记录再生装置，具备：
权利要求1～3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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