CN102822892A - 热辅助磁记录介质和磁存储装置 - Google Patents
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Abstract
一种热辅助磁记录介质，在具有：基板、形成于该基板上的多个基底层和以具有L10结构的合金为主成分的磁性层的磁记录介质中，所说的基底层的至少一个以MgO为主成分，并且含有选自SiO2、TiO2、Cr2O3、Al2O3、Ta2O5、ZrO2、Y2O3、CeO2、MnO、TiO和ZnO中的至少一种氧化物。该热辅助记录介质，具有磁性粒径微细，磁性粒子间的交换耦合充分低，并且矫顽力分散低的特性。
Description
技术领域
本发明涉及热辅助磁记录介质和使用了该介质的磁存储装置。
背景技术
对介质照射近场光等，局部地加热表面，使介质的矫顽力降低来进行写入的热辅助记录，作为能够实现约1Tbit/英寸2或其以上的面记录密度的下一代记录方式受到关注。在使用热辅助记录的情况下，即使是在室温下的矫顽力为数十kOe的记录介质，也可以通过现有磁头的记录磁场容易地进行写入。因此，记录层可使用具有106J/m3程度的高的晶体磁各向异性Ku的材料，可以在维持热稳定性的状态下将磁性粒径微细化到6nm以下。作为这样的高Ku材料，已知具有L10型晶体结构的FePt合金（Ku≈7×106J/m3）和CoPt合金（Ku≈5×106J/m3）等。
在磁性层使用具有L10型晶体结构的FePt合金的情况下，该FePt层需要取得（001）取向。因此，优选基底层使用进行了（100）取向的MgO。MgO的（100）面与L10型FePt的（001）面晶格匹配性良好，因此通过在（100）取向了的MgO基底层上形成L10型FePt磁性层，可以使该磁性层取得（001）取向。
另一方面，在热辅助磁记录介质中，为了降低介质噪声，使SN比提高，必需磁性粒径的微细化。要将磁性粒径微细化，有效的是向磁性层添加包含SiO2等的氧化物的晶界偏析材料。这是由于磁性层成为FePt晶体被SiO2包围了的粒状结构的缘故。磁性晶体的粒径可以通过增加晶界偏析材料的添加量来微细化。在非专利文献1中曾记载了通过向FePt添加20体积%的TiO2，可以将磁性粒径降低到5nm。另外，在非专利文献2中曾记载了通过向FePt添加50体积%的SiO2，可以将磁性粒径降低到2.9nm。
现有技术文献
非专利文献1：J.Appl.Phys.104,023904,2008
非专利文献2：IEEE.Trans.Magn.,vol.45,839,2008
发明内容
热辅助记录介质的磁性层优选使用具有高Ku的L10结构的FePt合金等。另外，要实现高的介质SN比，需要在将磁性晶粒微细化的同时，充分地降低磁性粒子间的交换耦合。要实现该目的，有效的是向磁性层添加SiO2和/或C等的晶界偏析材料。要将磁性粒径微细化到大约6nm以下，并且充分地降低交换耦合，需要添加30~40%体积%以上的晶界偏析材料。
但是，如果大量地添加晶界偏析材料，则具有L10结构的FePt晶体的有序度劣化，Ku降低。因此，需要在维持L10-FePt晶粒的高的有序度的状态下，将磁性晶粒微细化，降低粒子间的交换耦合。
另外，如果大量地添加晶界偏析材料，则矫顽力分散显著地增大。认为这是由于粒径分散、晶界宽度分散增大的缘故。因此，矫顽力分散的降低也是在实现高的介质SN比方面的重要课题。
鉴于上述的背景技术，本发明的目的是提供一种热辅助记录介质，其磁性晶粒微细且粒径分散低，磁性粒子间的交换耦合充分弱，并且矫顽力分散低。
本发明的另一目的在于提供一种磁存储装置，其具备具有上述特性的热辅助记录介质，SN比和写入性等的电磁转换特性优异。
于是，根据本发明，提供以下的热辅助磁记录介质和磁存储装置。
（1）一种热辅助磁记录介质，其特征在于，在具有：基板、形成于该基板上的多个基底层和以具有L10结构的合金为主成分的磁性层的磁记录介质中，所说的基底层的至少一个以MgO为主成分，并且含有选自SiO2、TiO2、Cr2O3、Al2O3、Ta2O5、ZrO2、Y2O3、CeO2、MnO、TiO和ZnO中的至少一种氧化物。
（2）根据上述（1）所述的热辅助磁记录介质，其中，以MgO为主成分的基底层中所含有的氧化物的量，基于基底层整体在2摩尔%~40摩尔%的范围内。
（3）根据上述（1）或（2）所述的热辅助磁记录介质，其中，以MgO为主成分的基底层，形成于由Cr构成的层、或者由以Cr为主成分的、具有BCC结构的Cr合金构成的基底层上。
（4）根据上述（1）或（2）所述的热辅助磁记录介质，其中，以MgO为主成分的基底层，形成于Ta基底层上。
（5）根据上述（1）~（4）的任一项所述的热辅助磁记录介质，其中，以MgO为主成分的基底层的平均粒径为10nm以下。
（6）根据上述（1）~（4）的任一项所述的热辅助磁记录介质，其中，磁性层以具有L10结构的FePt或CoPt合金为主成分，并且含有选自SiO2、TiO2、Cr2O3、Al2O3、Ta2O5、ZrO2、Y2O3、CeO2、MnO、TiO、ZnO和C中的至少一种氧化物或元素。
（7）根据上述（6）所述的热辅助磁记录介质，其中，磁性层中所含有的氧化物的量，基于磁性层整体在10摩尔%~40摩尔%的范围内。
（8）根据上述（6）所述的热辅助磁记录介质，其中，磁性层中所含有的C的量，基于磁性层整体在10原子%~70原子%的范围内。
（9）一种磁存储装置，其特征在于，在由磁记录介质；用于使该磁记录介质旋转的驱动部；磁头，其具有用于加热该磁记录介质的激光发生部、将从该激光发生部发生的激光引导到磁头前端的波导和安装于磁头前端的近场光发生部；用于使该磁头移动的驱动部；和记录再生信号处理系统构成的磁存储装置中，所说的磁记录介质是上述（1）~（8）的任一项所述的热辅助介质。
本发明的热辅助记录介质，具有磁性晶粒微细且粒径分散低，磁性粒子间的交换耦合充分弱，并且矫顽力分散低的特点。因此，使用该热辅助记录介质的磁存储装置，电磁转换特性、特别是SN比和写入性优异。
附图说明
图1是表示本发明的磁记录介质的层构成的一例的图。
图2是表示本发明的磁记录介质的层构成的另一例的图。
图3是表示本发明涉及的磁存储装置的一例的立体图。
图4是表示本发明涉及的磁头的一例的图。
具体实施方式
以下，对于应用了本发明的热辅助磁记录介质和磁存储装置，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地表示，各构成要素的尺寸比率等并不限为与实际相同。
本申请发明的热辅助磁记录介质，其特征在于，在包含基板、形成于该基板上的多个基底层和以具有L10结构的合金为主成分的磁性层的磁记录介质中，所说的基底层的至少一个，以MgO为主成分，并且含有选自SiO2、TiO2、Cr2O3、Al2O3、Ta2O5、ZrO2、Y2O3、CeO2、MnO、TiO和ZnO之的至少一种氧化物。
如果在一个大的MgO基底层上形成多个磁性晶粒，则不能够充分地降低磁性粒子间的交换耦合。但是，通过将MgO基底层的粒径微细化，可促进在一个MgO晶粒之上生长一个磁性晶粒的“One by one生长（一接一生长）”。由此，可促进磁性粒子间的分离，能够降低交换耦合。另外，磁性粒径也被均匀化，因此也能够降低矫顽力分散。MgO基底层的粒径可以通过添加SiO2、TiO2、Cr2O3、Al2O3、Ta2O5、ZrO2、Y2O3、CeO2、MnO、TiO、ZnO的氧化物来微细化。
要充分地促进磁性晶粒的分离，优选MgO基底层的粒径设为约10nm以下。但是，要实现1Tbit/英寸2以上的面记录密度，需要将磁性粒径微细化到约6nm以下。由此，更优选将MgO基底层的粒径设为6nm以下。
对MgO添加的氧化物的添加量，只要在不使MgO基底层的NaCl结构和（100）取向大幅地劣化的范围内就没有特别限制，但添加量的合计，优选基于基底层整体设在2摩尔%~40摩尔%的范围内。如果低于2摩尔%，则MgO的微细化不充分，如果高于40摩尔%，则NaCl结构劣化，因此不优选。
磁性层可优选地使用具有L10结构的FePt合金或CoPt合金。另外，也可以向上述合金中添加SiO2、TiO2、Cr2O3、Al2O3、Ta2O5、ZrO2、Y2O3、CeO2、MnO、TiO和ZnO等的氧化物、C、以及它们的混合物作为晶界偏析材料。该情况下，磁性层采取具有L10结构的FePt合金或CoPt合金被上述晶界偏析材料隔断了的粒状结构。
晶界偏析材料的含有率优选基于磁性层整体为30体积%以上，但要进一步加宽磁性粒子间的分离宽度，更优选为40体积%以上。但是，如果过度地添加晶界偏析材料，则L10结构劣化，因此优选将晶界偏析材料的含有率的上限设为60体积%。
用于晶界偏析材料的氧化物的每1摩尔%的体积根据氧化物的种类而不同，因此各氧化物的摩尔分率需要进行换算以使得体积分率成为上述范围内。例如，在晶界偏析材料使用SiO2的情况下，优选添加量基于磁性层整体设为约10摩尔%~30摩尔%。对于其他的氧化物，也优选基于磁性层整体约为10摩尔%~40摩尔%左右。
用于晶界偏析材料的C的量，优选基于磁性层整体在10原子%~70原子%的范围内。
通过添加上述晶界偏析材料，能够将FePt合金或CoPt合金的晶粒粒径微细化为6nm以下，同时将晶界宽度设为1nm以上，能够充分地降低磁性粒子间的交换耦合。
为了使具有L10结构的FePt或CoPt合金取得（001）取向，优选以MgO为主成分的基底层取得（100）取向。要使以MgO为主成分的基底层取得（100）取向，例如，在玻璃基板上形成Ta基底层，在该Ta基底层之上形成MgO为主成分即可。另外，在加热了的玻璃基板上形成Cr层或以Cr为主成分的BCC结构的合金层的情况下，该Cr层、或Cr合金层显示（100）取向。因此，通过在其上形成MgO层，也可以使该MgO层取得（100）取向。作为上述Cr合金，具体地讲可以使用CrTi、CrMo、CrV、CrW、CrMo、CrRu、CrMn等。
在本发明的热辅助磁记录介质中，形成于基板上的多个基底层，其至少一个必须是以上述的MgO为主成分，并且含有特定的氧化物的基底层，其他的基底层没有特别限定，可以使用与一般的磁记录介质同样的层。作为以MgO为主成分的基底层以外的基底层的例子，可举出上述的由Ta构成的取向控制层；和上述的由Cr构成的、或者具有以Cr为主成分的BCC结构的合金构成的取向控制层；由Cu、Ag、Al或以它们为主成分的热导率高的合金材料构成的热沉层；用于改善写入特性的由Co构成的、或以Co为主成分的软磁性基底层等。此外，也可以形成用于改善与基板的密着性（密合性）的密着层。
实施例
以下，通过实施例具体地说明本发明。本发明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。
（实施例1-1~1-14、比较例1）
图1表示在本实施例中制作出的磁记录介质的层构成的一例。在本实施例中，在耐热玻璃基板（101）上形成30nm厚的Ni-50原子（at）%Ti合金基底层（102）、25nm厚的由Co-20原子%Ta-5原子%B合金构成的软磁性基底层（103），加热到250℃后，形成了10nm厚的Cr层（104）。其后，形成5nm的以MgO为主成分的基底层（105），将基板加热到420℃后，形成了6nm厚的（Fe-55原子%Pt）-18摩尔%TiO2磁性层（106）、3nm厚的碳保护层（107）。
以MgO为主成分的基底层使用了MgO-10摩尔%SiO2、MgO-2摩尔%TiO2、MgO-5摩尔%SiO2-5摩尔TiO2、MgO-8摩尔%Cr2O3、MgO-5摩尔%Al2O3、MgO-2摩尔%Ta2O5、MgO-5摩尔%SiO2-5摩尔%Ta2O5、MgO-15摩尔%ZrO2、MgO-10摩尔%Y2O3、MgO-10摩尔%Y2O3-10摩尔TiO、MgO-5摩尔%CeO2、MgO-12摩尔%MnO、MgO-20摩尔%TiO、MgO-15摩尔%ZnO。另外，作为比较例，制作出使用了未添加氧化物的MgO基底层的介质。
进行了本实施例介质的X射线衍射测定，任一介质都观测到来自Cr基底层的强的BCC（200）峰。另外，从磁性层观测到强的L10-FePt（001）衍射峰、和L10-FePt（002）峰与FCC-Fe（200）峰的混合峰。前者的峰相对于后者的混合峰的积分强度比为1.6~1.8，可知形成有有序度（规则度）高的L10型FePt合金晶体。
表1表示本实施例介质和比较例介质的矫顽力Hc以及矫顽力分散ΔHc/Hc的值。在此，ΔHc/Hc采用IEEE Trans.Magn.,vol.27,pp4975-4977,1991中记载的方法在室温下测定。具体地讲，测定在主磁滞回线（majorloop）和局部磁滞回线（minor loop）中，磁化值变为饱和值的50%时的磁场，假定Hc分布为高斯分布，从两者的差量计算出ΔHc/Hc。
本实施例介质的ΔHc/Hc全都是0.3以下的较低的值，与此相对，比较例介质的ΔHc/Hc为0.52，显示出与实施例介质相比显著高的值。由此，可知通过向MgO基底层添加SiO2等的氧化物，能够降低矫顽力分散。
再者，可知磁性层除了上述FePt-TiO2以外，在使用了FePt-SiO2、FePt-Cr2O3、FePt-Al2O3、FePt-Ta2O5、FePt-ZrO2、FePt-Y2O3、FePt-CeO2、FePt-MnO、FePt-TiO、FePt-ZnO的情况下也同样地可以通过形成由MgO和氧化物构成的基底层，降低矫顽力分散。另外，也可以使用由具有L10结构的CoPt合金和上述氧化物、或者C构成的磁性层。
表1
（实施例2-1~2-8）
图2表示在本实施例中制作出的磁记录介质的层构成的另一例。在本实施例中，在耐热玻璃基板（201）上形成10nm厚的Ni-50原子%Ta合金种子层（202）、50nm厚的由Co-28原子%Fe-5原子%Zr-3原子%Ta合金构成的软磁性基底层（203），7nm厚的Ta基底层（204）。其后，形成3nm的以MgO为主成分的基底层（205），将基板加热到450℃后，形成了10nm厚的（Fe-50原子%Pt-10原子%Cu）-40原子%C磁性层（206）、3nm厚的碳保护膜（207）。
以MgO为主成分的基底层使用了MgO-18摩尔%SiO2、MgO-5摩尔%SiO2-5摩尔%Cr2O3、MgO-5摩尔%TiO2-Cr2O3、MgO-4摩尔%TiO2-3原子%ZrO2、MgO-8摩尔%Cr2O3、MgO-10摩尔%Al2O3-3原子%Ta2O5、MgO-5摩尔%Y2O3、MgO-10原子%TiO-2摩尔ZnO。
另外，作为比较例，制作出使用了未添加氧化物的MgO基底层的介质。此外，为了进行以MgO为主成分的基底层的平面TEM观察，制作在以该MgO为主成分的基底层之上未形成磁性层的试样。
使用上述未形成磁性层的试样，进行以MgO为主成分的基底层的平面TEM观察，测定了平均粒径，以MgO为主成分的基底层的平均粒径约为5~10nm。另一方面，未添加氧化物的MgO基底层的平均粒径为30nm以上。
接着，进行形成了磁性层的本实施例介质的平面TEM观察。表2表示本实施例介质的磁性层的平均粒径＜D＞、和用平均粒径标准化了的粒径分散σ/＜D＞的值。本实施例介质的平均粒径全都在5.5~6.4nm的范围内。另外，用平均粒径标准化了的粒径分散σ/＜D＞显示出0.22以下的较低的值。与此相对，虽然比较例介质的磁性层的平均粒径为与本实施例介质大致相同的程度，但用平均粒径标准化了的粒径分散σ/＜D＞为0.32，与实施例介质相比显著地高。
认为这是由于如上述那样，未添加氧化物的MgO基底层的晶粒粒径与实施例介质相比较大的缘故。由以上明确，通过使用向MgO添加了氧化物的基底层，粒径分散降低，可以将磁性层中的晶粒的粒子尺寸均一化。
表2
（电磁转换特性评价）
向上述实施例2-1~2-8中示出的介质涂布了全氟聚醚系的润滑剂后，装入图3示出的磁存储装置。本磁存储装置，由磁记录介质（701）、用于使磁记录介质（701）旋转的驱动部（702）、磁头（703）、用于使磁头移动的驱动部（70）和记录再生信号处理系统（705）构成。
图4表示磁头的构成。记录用磁头（801）由上部磁极（802）、下部磁极（803）和夹在两者之间的PSIM（平面固体浸入镜；Planar SolidImmersion Mirror）（804）构成。PSIM可以使用例如Jpn.,J.Appl.Phys.,vol45,No.2B,pp1314-1320（2006）中所记载的结构的PSIM。即，在PSIM（804）的前端部形成有近场光发生部（805）。并且，将例如波长为650nm的半导体激光（808）从激光光源（807）照射到PSIM的光栅（Grating）部（806），在PSIM前端部的近场光发生部将激光聚光，利用从近场光发生部产生的近场光（809）可以加热介质（810）。再者，激光波长希望选择与根据近场光发生部的材质、形状确定的最佳的激励波长接近的波长。再生磁头（811）由上部屏蔽件（812）、下部屏蔽件（813）和被它们夹着的TMR元件（814）构成。
利用上述磁头，加热本实施例介质，记录线记录密度1600kFCI（kiloFlux changes per Inch）的信号，测定了电磁转换特性。表3表示测定结果。在此，重写特性（OW）是写入了800kFCI的信号后，重写107kFCI的信号，评价了800kFCI的信号的剩余成分。本实施例介质，全都显示出15.3dB以上的高介质SN比（SNR）和30.1dB以上的良好的重写特性。另一方面，使用了未添加氧化物的MgO基底层的比较例介质的SNR和重写特性，与实施例介质相比大幅地降低。认为这是由于磁性晶体的粒径分散较大的缘故。由以上可知，通过使用向MgO添加了氧化物的基底层，可得到具有高的介质SNR和良好的重写特性的热辅助介质。
表3
附图标记说明
101...玻璃基板
102...NiTi基底层
103...软磁性基底层
104...Cr基底层
105...以MgO为主成分的层
106...磁性层
107...碳保护膜
201...玻璃基板
202...NiTa基底层
203...软磁性基底层
204...Ta基底层
205...以MgO为主成分的层
206...磁性层
207...碳保护膜
701...磁记录介质
702...介质驱动部
703...磁头
70...磁头驱动部
705...记录再生信号处理系统
801...记录磁头
802...上部磁极
803...下部磁极
804...PSIM（Planar Solid Immersion Mirror）
805...近场光发生部
806...光栅部
807...激光光源
808...半导体激光
809...近场光
810...介质
811...再生磁头
812...上部屏蔽件
813...下部屏蔽件
814...TMR元件
产业上的利用可能性
本发明的热辅助记录介质，具有磁性晶粒微细且粒径分散低，磁性粒子间的交换耦合充分弱，并且矫顽力分散低的优点。因此，使用了该热辅助记录介质的磁存储装置，电磁转换特性、特别是SN比和写入性优异，可期待作为能够高密度记录的磁记录方式广泛地利用。
Claims (9)
1.一种热辅助磁记录介质，其特征在于，在具有基板、形成于该基板上的多个基底层和以具有L10结构的合金为主成分的磁性层的磁记录介质中，所说的基底层的至少一个以MgO为主成分，并且含有选自SiO2、TiO2、Cr2O3、Al2O3、Ta2O5、ZrO2、Y2O3、CeO2、MnO、TiO和ZnO中的至少一种氧化物。
2.根据权利要求1所述的热辅助磁记录介质，其中，以MgO为主成分的基底层中所含有的氧化物的量，基于基底层整体在2摩尔%~40摩尔%的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的热辅助磁记录介质，其中，以MgO为主成分的基底层，形成于由Cr构成的层、或者由以Cr为主成分的、具有BCC结构的Cr合金构成的基底层上。
4.根据权利要求1或2所述的热辅助磁记录介质，其中，以MgO为主成分的基底层，形成于Ta基底层上。
5.根据权利要求1~4的任一项所述的热辅助磁记录介质，其中，以MgO为主成分的基底层的平均粒径为10nm以下。
6.根据权利要求1~5的任一项所述的热辅助磁记录介质，其中，磁性层以具有L10结构的FePt或CoPt合金为主成分，并且含有选自SiO2、TiO2、Cr2O3、Al2O3、Ta2O5、ZrO2、Y2O3、CeO2、MnO、TiO、ZnO、C中的至少一种氧化物或元素。
7.根据权利要求6所述的热辅助磁记录介质，其中，磁性层中所含有的氧化物的量，基于磁性层整体在10摩尔%~40摩尔%的范围内。
8.根据权利要求6所述的热辅助磁记录介质，其中，磁性层中所含有的C的量，基于磁性层整体在10原子%~70原子%的范围内。
9.一种磁存储装置，其特征在于，在由磁记录介质；用于使该磁记录介质旋转的驱动部；磁头，其具有用于加热该磁记录介质的激光发生部、将从该激光发生部发生的激光引导到磁头前端的波导和安装于磁头前端的近场光发生部；用于使该磁头移动的驱动部；和记录再生信号处理系统构成的磁存储装置中，所说的磁记录介质是权利要求1~8的任一项所述的热辅助介质。
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| C06 | Publication | ||
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