CN103000189A

CN103000189A - 磁记录介质的夹层

Info

Publication number: CN103000189A
Application number: CN2012103422805A
Authority: CN
Inventors: K·斯里尼瓦桑; B·R·阿查亚
Original assignee: WD Media LLC
Current assignee: WD Media LLC
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2013-03-27
Also published as: US8758912B2; US20130071694A1

Abstract

本发明公开一种磁记录介质的夹层。本发明的实施例包括记录介质，其中记录介质包含：硬磁记录层和布置在硬磁记录介质下方的夹层，其中夹层包含基于Ru的合金的上层和RuCo或ReCo合金的下层。通常，对于本发明的实施例而言，利用低压喷射工艺在种子层上方形成RuCo或ReCo合金的下层，利用高压喷射工艺在下层上方形成基于Ru的合金的上层。

Description

磁记录介质的夹层

技术领域

本发明涉及磁盘驱动器领域，且更具体地，涉及磁盘驱动器的磁记录介质。

背景技术

对于所有类型的衬底，磁记录介质已经开始包括垂直磁记录（PMR）技术以试图增加面密度，并且目前正为目标800Gbits/in²（千兆位每平方英寸）的密度而努力。一般来说，可以将PMR介质分割成两个主要功能区域：软磁衬层（SUL）和磁记录层（一个或更多）（RL）。图1示出了具有记录磁头101的传统的垂直磁记录磁盘驱动器系统的各部分，记录磁头101包括牵引写入极102和磁耦合到写入极102的引导返回（相对）极103。导电磁化线圈104围绕写入极102的磁轭。相对极103的底部的表面积大大超过写入极102尖端的表面积。当磁记录磁盘105越过记录磁头101旋转时，电流流过线圈104，从而在写入极102内产生磁通量。磁通量从写入极102通过、经过磁盘105、穿过相对极103，从而记录在PMR层150中。SUL 110使来自牵引写入极102的磁通量能够返回到具有低阻抗的引导相对极103。

通常，较高的面密度一般利用PMR层中很好隔离的较小颗粒实现。通常要求较高的磁晶各向异性常数（K_u），从而抵抗垂直几何的退磁效应和保持较小颗粒热稳定以降低介质噪声。例如，较小的颗粒尺寸（小于7nm）和高的磁晶各向异性（K_u）L1₀排序的FePt介质可以实现超过1Tb/in²磁记录的面密度。

同样，某些PMR介质使用反铁磁性耦合的软磁衬层（SUL）、Ta种子层和Ru中间层引起有利的晶体结构、限定颗粒尺寸以及生成不同的微结构，微结构包含非磁基质中隔离的磁性颗粒。为了进一步有助于实现这些理想特性，一些PMR还在衬底和SUL之间使用Cr、CrTi或CrTa粘附层，以及在种子层下方使用基于NiW的定向层（例如，NiW、NiWAI、NiWAIFe）。

图2图示示例性PMR介质的截面图，该示例性PMR介质包含底部衬底203、粘附层206、SUL 209、定向夹层212、种子层215、中间层218和磁记录层221。

在PMR介质中期望提高写磁头场和梯度，因为（a）有助于以更高的开关场（switching field）在PMR介质上写数据，和（b）有助于将先前写的数据重写在PMR介质上。PMR介质的可写性传统上以反向覆盖（称为OW或OW2）的方式测量，反向覆盖（reverse overwrite）是以分贝（dB）测量的记录参数。

一般来说，SUL（例如，209）提供在数据写过程期间磁通量从磁性写磁头到PMR介质的闭合路径，并为PMR介质提供明显的磁头场梯度和大的磁头场。不幸的是，中间层和种子层（例如，分别是212和215）通常是非磁性的（例如，分别是NiW和Ru），因此，使写磁头通量偏向（diverge）导致写磁头场和梯度降低。同样，为了进一步提高写磁头场和梯度，一些PMR介质使用基于NiWFe的种子层提高介质覆盖。NiWFe是磁性的，并且已知用于帮助将磁通量从写磁头传递至SUL。

发明内容

附图说明

本发明通过示例的方式被图解说明，并且本发明不限于附图中的示图，在附图中：

图1（现有技术）是图示传统的垂直记录磁盘驱动器系统的示图；

图2（现有技术）是图示示例性垂直磁记录（PMR）介质结构的截面图；

图3是图示根据本发明的实施例的示例性垂直磁记录（PMR）介质结构的示图；

图4提供关于本发明的示例实施例的磁特性和记录特性相比示例传统介质和测试介质的磁特性和记录特性的表格；

图5是图示本发明的实施例的x射线衍射（XRD）扫描结果相比传统介质的扫描结果的图示；

图6是本发明的实施例的透射电子显微镜（TEM）图像和传统介质的TEM图像；

图7提供关于本发明的示例实施例的磁特性和记录特性相比示例传统介质和测试介质的磁特性和记录特性的表格；

图8是图示根据本发明实施例的制造记录介质的示例方法的流程图；

图9图示根据本发明的实施例的包括记录磁盘的磁盘驱动器。

具体实施方式

在以下说明中，记载了许多特定的细节，例如特定层的构成和特性的示例，以提供对本发明各实施例的透彻的理解。然而，对于本领域的技术人员来说，不需要使用这些特定细节实践本发明的各实施例是显而易见的。在其他实例中，为了避免不必要地模糊本发明的各实施例，未详细描述已知的组件或方法。

本文中使用的术语“上方”、“下方”、“之间”和“之上”是指一个介质层相对于其他层的相对位置。同样地，例如，布置在另一层上方或下方的一层可以与其他层直接接触或可以具有一个或更多中间层。而且，布置在两层之间的一层可以与此两层直接接触或可以具有一个或更多中间层。相比之下，第二层“之上”的第一层接触第二层。此外，一层相对于其他层的相对位置是在假设相对衬底执行操作而不考虑衬底的绝对方位的情况下提供的。

本发明的各实施例包括记录介质，其包括硬磁记录层和布置在硬磁记录层下方的夹层，其中夹层包括基于Ru的合金的上层和RuCo或ReCo合金的下层。一般对于本发明的实施例来说，RuCo或ReCo合金的下层利用低压喷射工艺而被形成于种子层上方，并且，基于Ru的合金的上层利用高压喷射工艺而被形成于下层上方。在利用这种双层夹层的过程中，根据一些实施例的PMR介质呈现出改善的反向覆盖（OW2）性能和改善的热稳定性，而不降低可比磁道宽度（MTW）的信噪比（SNR）。

图3是图示根据本发明的实施例的示例垂直磁记录（PMR）介质结构的图示。所描述的介质结构303和306都包括玻璃衬底、玻璃衬底上的CrTi或CrTa粘附层、反铁磁耦合（AFC）的SUL、Ta种子层、NiW₁₀Al₁定向层、包含硬磁记录层的磁堆叠层和碳保护层（COC）。介质结构303包括夹层309，夹层309包括利用低压/能量形成的ReCo的下层和利用高压/能量形成的Ru合金的上层。相比之下，介质结构306包括夹层315，夹层315包含利用低压/能量形成的RuCo的下层和利用高压/能量形成的Ru合金的上层。对于一些实施例，利用~7mtorr（低）喷射压力的Ar气体喷射沉积夹层的下层，以及利用~90mtorr（高）喷射压力的Ar气体喷射沉积夹层的上层。

如本文中所述，本发明的各实施例相对于传统介质呈现改进的磁特性和记录特性。为了更好地图示一些示例改进，图4提供了关于本发明的各示例实施例的磁特性和记录特性相比示例传统介质和测试介质的磁特性和记录特性的表格和对应图示。现在转向图4，表格403提供了诸如矫顽力H_c、核作用场H_n和饱和度场H_s的磁滞特性与诸如磁道宽度（MTW）、反向覆盖（OW2）以及加权和信噪比ws-SNR的记录特性。Ws-SNR指代随机数据模式的平均信噪比（SNR），Ws-SNR_init指代一次写入之后的初始ws-SNR，以及Ws-SNR_final指代邻近磁道上进行500次写入之后的最终ws-SNR。

在表格403中，磁盘B1代表具有Ru夹层的示例传统介质，Ru夹层包括：利用低压形成的厚度为5nm的Ru的下层；和利用高压形成的厚度为10.1nm的Ru的上层。另一方面，磁盘B2代表具有ReCo夹层的测试介质，其中ReCo夹层包含：利用低压形成的厚度为4.8nm的Re-Co的下层；和利用高压形成的厚度为9.6nm的Re-Co的上层。

相比较而言，磁盘B3到磁盘B7代表根据本发明的某些实施例的示例介质。如表格403中所示，磁盘B3到磁盘B7中的每个磁盘均包括具有利用低压/能量形成的ReCo的下层和利用高压/能量形成的Ru合金的上层的夹层。对于磁盘B3到磁盘B7，“ReCo”列指示每个磁盘的夹层的ReCo下层的厚度，“Ru”列指示每个磁盘的Ru上层的厚度。“LP”标记指示在形成层期间使用“低压”喷射工艺，而“HP”标记指示在形成层期间使用“高压”喷射工艺。

如表格403中观测到的，尽管通过使用ReCo的单一夹层替代使用Ru的单一夹层使得磁盘B2的OW2超过磁盘B1的OW2（即，从33.6dB到41.0dB），但是MTW也变宽了（即，从3.03到3.19），并且初始ws-SNR和最终ws-SNR性能下降（即，ws-SNR_init从12.7dB到12.3dB和ws-SNR_final从9.7dB到8.3dB）。比较磁盘B2和磁盘B3到磁盘B7，磁盘B3到磁盘B7中低压ReCo顶部使用的高压Ru层提供比磁盘B2上更好的SNR性能，但是由于OW2比磁盘B2的稍低，因此是一种折衷。如表格403中所示，与磁盘B1相比较，观测到磁盘B3到磁盘B7：（a）OW2提高了3-5dB；（b）SNR性能匹配磁盘B1的SNR性能或优于磁盘B1的SNR性能0.9dB；（c）MTW匹配磁盘B1的MTW或稍宽于磁盘B1的MTW；以及（d）热稳定性（即KuV/kT）提高了5到13。在某些实施例中，可以权衡获得的热稳定性，以便于进一步提高性能。

图5是图示本发明的实施例的x射线衍射（XRD）扫描结果与传统介质的扫描结果的图示。更具体地，图5图示了针对包含13nm Ru夹层503的传统介质与根据一些实施例包括Re-50Co（即Re-50%Co原子百分比（Re-50at%Co））夹层506和508的介质进行x射线衍射（XRD）2θ（2The ta）扫描的结果对比，其中在根据一些实施例的Re-50Co夹层506和508中，Re-50Co夹层506的厚度为10nm，Re-50Co夹层508的厚度为17nm。表格511图示了针对每种介质通过摇摆曲线扫描测量的半峰全宽（FWHM）。如图所示，Re-50Co夹层506和508的FWHM相比Ru夹层的FWHM稍高0.2°到0.3°。

图6是本发明的一个实施例的透射电子显微镜（TEM）图像和传统介质的TEM图像。TEM图像603是包含利用双压力工艺形成的Ru夹层的传统介质的TEM图像，TEM图像606是包含根据一个实施例的Re-50Co夹层的介质的TEM图像。如TEM图像603中所示，传统介质的颗粒之间的平均中心-中心距离是7.7nm±1.4nm。相比之下，TEM图像606图示包含Re-50Co夹层的介质的颗粒之间的平均中心-中心距离如何达到9.0nm±1.2nm。

图7提供关于本发明的示例实施例的磁特性和记录特性相比示例传统介质和测试介质的磁特性和记录特性的表格和对应图示。现在转向图7，表格703提供了与图4中表格403相似的磁滞特性。在表格703中，磁盘C1表示具有Ru夹层的示例传统介质，其中Ru夹层包含：利用低压形成的厚度为5nm的Ru的下层；和利用高压形成的厚度为10nm的Ru的上层。另一方面，磁盘C2表示具有Ru-40Co（即，Ru-40%Co原子百分比）夹层的测试介质，其中Ru-40Co夹层含有：利用低压形成的厚度为5nm的Ru-40Co的下层；和利用高压形成的厚度为10nm的Ru-40Co的上层。

相比较而言，磁盘C3到磁盘C10表示根据本发明的某些实施例的示例介质。如表格703中所示，磁盘C3到磁盘C10中每个磁盘均含有夹层，夹层含有利用低压/能量形成的RuCo的下层和利用高压/能量形成的Ru合金的上层。对于磁盘C3到磁盘C10，“Ru40Co”列指示每个磁盘的夹层的Ru40Co的下层的厚度，“Ru”列指示每个磁盘的Ru的上层的厚度。“LP”标记指示在形成层期间使用“低压”喷射工艺，而“HP”标记指示在形成层期间使用“高压”喷射工艺。

如表格703中所观察的，尽管磁盘C2通过使用单一的Ru40Co夹层代替单一的Ru夹层使得磁盘C2的OW2超过磁盘C1的OW2（即，从28.7dB到43.6dB），但是MTW也变宽了（即，从2.9到3.47），并且初始ws-SNR和最终ws-SNR性能降低（即，ws-SNR_init从12.6dB到11.0dB，ws-SNR_final从10.3dB到4.5dB）。比较磁盘C2和磁盘C3到磁盘C10，在磁盘C3到磁盘C10中的低压RuCo顶部使用高压Ru层提供了相比磁盘C2更好的SNR性能，但是由于OW2比磁盘C2的稍低，因此是一种折衷。如表格703中所示，与磁盘C1相比较，可观察到磁盘C3到磁盘C10：（a）OW2提高了3-5dB；（b）SNR性能匹配磁盘C1的SNR性能或优于磁盘C1的SNR性能0.3dB；（c）MTW匹配磁盘C1的MTW或稍宽于磁盘C1的MTW；以及（d）热稳定性（即KuV/kT）提高40。在一些实施例中，可以权衡获得的热稳定性，以便于进一步提高性能。

图8是图示根据本发明的一个实施例制造记录介质的示例方法的流程图。方法800开始于操作803，生成衬底。磁记录磁盘的衬底的生成本身在本领域中是众所周知的；因此未提供详细讨论。

在操作806，（磁性的或非磁性的）软衬层（SUL）沉积在衬底上方。可以使用配置为形成SUL的任何传统的沉积方法，例如喷射沉积（即，物理气相沉积（PVD））。在一些实施例中，粘附层也可以在SUL之前沉积在衬底上方。

在操作809中，在SUL上方形成种子层。如本文所述，种子层有助于最后跟随的夹层的形成。随后，在操作812，在形成夹层之前在种子层上方形成定向层。

在操作815，利用低压喷射工艺在定向层上方形成含有RuCo或ReCo合金的夹层的第一层。操作815之后是操作818，其中含有基于Ru的合金的夹层的第二层在夹层的第一层上方形成；夹层的第二层利用高压喷射工艺形成。

方法800继续进行操作821，其中硬磁记录层在夹层上方形成。依赖于实施例，硬磁记录层可以包含FePt合金或CoPt合金。例如，磁记录层可以含有FePt-X合金或CoPt-X合金，其中X含有Cr₂O₃、SiO₂、TiO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅、ZrO₂、Nb₂O₅、V₂O₅、MgO、MnO、WO₃、HfO₂、Ni、Cu、Ag、Mn、B或C。在另一个示例中，磁记录层可以包括FePt:C或FePt:氧化物。

图9图示具有磁盘901的磁盘驱动器900。磁盘驱动器900可以包括一个或更多磁盘900来存储数据。磁盘901位于安装至磁盘外壳980的主轴组件960上。数据可以沿着磁盘901的磁记录层中的磁道存储。数据的读写通过同时具有读元件和写元件的磁头950实现。写元件用于改变磁盘901的垂直磁记录层的特性。在一个实施例中，磁头950可以具有磁阻（MR）元件或巨磁阻（GMR）元件。在可替代的实施例中，磁头950可以是另一种类型的磁头，例如，感应式读/写磁头或霍尔效应磁头。在某些实施例中，磁盘900具有图3中描述的介质结构中的一种，并且磁盘驱动器900是垂直磁记录（PMR）驱动器。主轴马达（未示出）旋转主轴组件960，从而磁盘901沿期望的磁道在特定位置定位磁头950。磁头950相对于磁盘901的位置可以通过位置控制电路970控制。使用通过以上方式制造的磁盘901可以提高磁盘901的垂直磁记录层的性能。

在前述的说明书中，已经参考其特定示例性特征描述了本发明的实施例。然而，在不偏离所附权利要求中记载的本发明的较宽的精神和保护范围的情况下，可以做出各种更改和变化是显而易见的。因此，说明书和附图被视为说明性的而非限制性的。

Claims

1.一种记录介质，包含：

硬磁记录层；

布置在所述硬磁记录层下方的夹层的上层，所述上层包含基于Ru的合金；和

布置在所述上层下方的所述夹层的下层，所述下层包含RuCo合金或ReCo合金。

2.根据权利要求1所述的记录介质，进一步包含布置在所述夹层下层的定向控制层。

3.根据权利要求2所述的记录介质，其中所述定向控制层包含NiW合金、NiWAl合金或NiWAlFe合金。

4.根据权利要求2所述的记录介质，进一步包含布置在所述定向控制层下方的种子层。

5.根据权利要求1所述的记录介质，其中所述夹层的所述下层是通过低压喷射工艺的方式沉积的。

6.根据权利要求5所述的记录介质，所述夹层的所述下层是利用在大约1到20mTorr的喷射压力下的Ar气体沉积的。

7.根据权利要求1所述的记录介质，所述夹层的所述上层是通过高压喷射工艺的方式沉积的。

8.根据权利要求7所述的记录介质，所述夹层的所述上层是利用在大约40到100mTorr的喷射压力下的Ar气体沉积的。

9.根据权利要求1所述的记录介质，其中所述夹层的下层包含Re_100-X-Co_X或Ru_100-X-Co_X，其中X在20和60之间。

10.根据权利要求1所述的记录介质，其中所述记录介质被包括在记录设备中，所述记录设备包括容纳记录磁头和所述记录介质的外壳，所述记录磁头用于从所述记录介质读取磁信号以及将磁信号写入所述记录介质。

11.一种制造记录介质的方法，其包含：

形成夹层的第一层，所述第一层包括RuCo合金或ReCo合金；

在所述第一层的上方形成所述夹层的第二层，所述第二层包含基于Ru的合金；和

在所述夹层上方形成硬磁记录层。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包含在定向控制层上方形成所述夹层的所述第一层之前形成所述定向控制层。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述定向控制层包含NiW合金、NiWAl合金或NiWAlFe合金。

14.根据权利要求12所述的方法，进一步包含在种子层上方形成所述定向控制层之前形成所述种子层。

15.根据权利要求11所述的方法，其中形成夹层的所述第一层包括使用低压喷射工艺沉积所述第一层。

16.根据权利要求15所述的方法，其中使用所述低压喷射工艺包括使用大约1到20mTorr的喷射压力下的Ar气体。

17.根据权利要求11所述的方法，形成所述夹层的所述第二层包括使用高压喷射工艺在所述夹层的所述第一层上方沉积所述第二层。

18.根据权利要求17所述的方法，其中使用所述高压喷射工艺包括使用大约40到100mTorr的喷射压力下的Ar气体。

19.根据权利要求11所述的方法，所述夹层的所述第一层包含Re_100-X-Co_X或Ru_100-X-Co_X，其中X在20和60之间。