CN106024027A - 具有高度有序结晶结构的热辅助磁记录媒介 - Google Patents

具有高度有序结晶结构的热辅助磁记录媒介 Download PDF

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CN106024027A CN201511036023.9A CN201511036023A CN106024027A CN 106024027 A CN106024027 A CN 106024027A CN 201511036023 A CN201511036023 A CN 201511036023A CN 106024027 A CN106024027 A CN 106024027A
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Abstract

根据一实施例的磁记录介质包括基底、位于该基底上方的种子层以及位于该种子层上方的磁记录层结构。该磁记录层结构包括：第一磁记录层，具有第一分离体和多个FePtCu磁性颗粒；以及第二磁记录层，位于该第一磁记录层上方，该第二磁记录层具有第二分离体和多个FePt磁性颗粒，其中该第一磁记录层的居里温度低于该第二磁记录层的居里温度。

Description

具有高度有序结晶结构的热辅助磁记录媒介
技术领域
本发明涉及数据存储系统，更特别地，本发明涉及具有高度有序结晶结构的磁记录媒介。
背景技术
计算机的心脏是磁性硬盘驱动(HDD)，其典型地包括旋转磁盘、具有读写头的滑块、旋转磁盘上方的悬臂、以及致动器臂，该致动器臂摆动该悬臂以将读头和/或写头置于旋转磁盘上选定的圆形轨道上方。当磁盘不旋转时，悬臂偏置滑块以使其与磁盘表面相接触，但当磁盘旋转时，邻接于滑块的空气轴承表面(ABS)的旋转磁盘使空气形成漩涡，从而使滑块悬浮于空气轴承上并与旋转磁盘表面相距较小的距离。当滑块悬浮于空气轴承上时，读写头用于将磁印记写至旋转磁盘并且从旋转磁盘中读取磁信号场。读写头连接至处理电路，该处理电路根据计算机程序操作以实现读写功能。
信息时代所处理的信息量快速增加。特别地，希望HDD能够在其有限的区域和容积中存储更多的信息。实现这一希望的技术方法是通过增加HDD的记录密度来增加容量。为实现更高的记录密度，有效的是进一步微缩记录位，这通常又需要越来越小的细件的设计。
然而，多种组件的进一步微缩，特别是磁性颗粒大小和/或间隙，其本身存在对传统产品的挑战和障碍。噪声性能和空间分辨率是磁记录媒介的关键参数，并且是促使达到可实现的媒介磁录密度正面临的挑战。现在的主要媒介噪声源是转换抖动。在溅射媒介中，其反映包含该媒介的细颗粒的有限尺寸、随机定位以及其尺寸、取向和磁属性的分布。
HAMR也称为热辅助磁记录，其作为解决颗粒尺寸和转换抖动的有前景的磁记录技术而问世。由于铁磁记录材料的矫顽磁性是依赖温度的，HAMR使用热量来降低磁媒介的局部区域的有效矫顽磁性并且在其中写入数据。在冷却磁媒介至环境温度(即，典型地在约15℃和60℃之间的范围内的正常操作温度)时，数据状态变为已存储或“已固定”。加热该磁媒介可由多种技术实现，比如经由聚焦激光光束或 近场光源而将电磁辐射(例如，可见、红外、紫外光等)作用于磁媒介表面。HAMR技术可应用于纵向和/或垂直记录系统，但最高密度存储系统更有可能为垂直记录系统。
因此，HAMR允许使用具有相比于传统磁记录技术实质更高的磁各向异性和更小的热稳定颗粒的磁记录材料。并且，为进一步增加磁记录媒介的磁录密度，可使用粒化磁记录材料。粒化磁记录材料典型地包括多个磁性颗粒，其由一个或多个分离体所分隔，该分离体助于限制磁性颗粒之间的横向交换耦合。这些分离体可能影响磁性颗粒的磁属性、尺寸和形状、磁性颗粒之间的交换耦合强度以及颗粒边界宽度等。
发明内容
根据一实施例，一种磁记录介质包括：基底、位于该基底上方的种子层以及位于该种子层上方的磁记录层结构。该磁记录层结构包括：第一磁记录层，具有第一分离体和多个FePtCu磁性颗粒；以及第二磁记录层，位于第一磁记录层上方，该第二磁记录层具有第二分离体和多个FePt磁性颗粒，其中第一磁记录层的居里温度低于第二磁记录层的居里温度。
根据另一实施例，磁记录介质包括：基底、位于该基底上方的隔热层、位于该隔热层上方的种子层以及直接位于该种子层上方并且在该种子层上的磁记录层结构。该磁记录层结构包括；第一磁记录层，具有第一分离体和多个L10FePt-X磁性颗粒，X选自由Ag、Cu、Au、Ni、Mn及其组合构成的组；以及第二磁记录层，位于第一磁记录层上方，该第二磁记录层具有第二分离体和多个L10FePt磁性颗粒，其中第一磁记录层的居里温度低于第二磁记录层的居里温度，并且其中第一磁记录层的FePt-X磁性颗粒中X的量在约5at.％和20at.％之间。
这些实施例中的任一可在磁数据存储系统中实现，比如磁盘驱动系统，其可包括磁头、用于通过该磁头传送磁介质(例如，硬盘)的驱动机构以及电气地耦合于该磁头的控制器。
本发明其它方面和优点将由如下详细说明显而易见，该详细说明与随附附图相结合，以示例的形式说明了本发明的原理。
附图说明
为更全面地理解本发明的特性和优点以及优选的使用模式，应当参考如下结合附图阅读的详细描述。
图1为根据一实施例的磁记录磁盘驱动系统的简化附图；
图2A为根据一实施例的具有螺旋线圈的垂直磁头的剖面图；
图2B为根据一实施例的具有螺旋线圈的背负式磁头的剖面图；
图3A为根据一实施例的具有环形线圈的垂直磁头的剖面图；
图3B为根据一实旋例具有环形线圈的背负式磁头的剖面图；
图4A为根据一实施例的纵向记录介质的部分的示意性表示；
图4B为根据一实施例的图4A的磁记录头和纵向记录介质的示意性表示；
图5A为根据一实施例的垂直记录介质的示意性表示；
图5B为根据一实施例的图5A的记录头和垂直记录介质的示意性表示；
图6为FePt和MgO结晶单元晶胞及其间的晶格失配的简化表示；
图7为FePtCu和MgO结晶单元晶胞及其间的晶格失配的简化表示；
图8A为例示L10FePtCu磁性颗粒的a轴晶格参数的变化的图示，其为Cu含量的函数；
图8B为例示L10FePtCu磁性颗粒的c轴晶格参数的变化的图示，其为Cu含量的函数；
图9A为例示具有MgO种子层的L10FePtCu磁性颗粒的a轴失配的图示，其为Cu含量的函数；
图9B为例示具有MgO种子层的L10FePtCu磁性颗粒的c轴失配的变化的图示，其为Cu含量的函数；
图10为例示具有MgO种子层的L10FePtCu磁性颗粒的a轴失配和c轴失配之间的差异的图示，其为Cu含量的函数；
图11为L10FePtCu磁性颗粒和L10FePt磁性颗粒的X射线衍射扫描；
图12例示了分别具有不同Cu含量/数量的多种L10FePtCu磁记录层的易磁化轴磁滞回线；
图13为沿L10FePtCu磁记录层的难磁化轴的剩余磁化强度的图示，其为Cu含量的函数；
图14例示了分别具有不同Cu含量/数量的多种L10FePtCu磁记录层的难磁化轴磁滞回线；
图15为沿L10FePtCu磁记录层的易磁化轴的剩余磁化强度的图示，其为Cu含量的函数；
图16为L10FePtCu磁记录层的矫顽磁性的图示，其为Cu含量的函数；
图17为L10FePtCu磁记录层的各向异性的图示，其为Cu含量的函数；
图18为L10FePt磁记录层的固有翻转磁场分布(iSFD)的图示；
图19为L10FePtCu磁记录层的SFD的图示；
图20为例示了L10FePtCu磁记录层的居里温度(Tc)的图示，其为Cu含量的函数；
图21为根据一实施例的、包括磁记录双层结构的、简化的磁记录介质的示意性表示；
图22例示了分别具有不同Cu含量/数量的多种磁双层记录层结构的易磁化轴磁滞回线；图22的每个磁记录层结构包括L10FePtCu磁性颗粒，其中Cu合金存在于整个结构中；
图23例示了分别具有不同Cu含量/数量的多种磁双层记录层结构的难磁化轴磁滞回线；图23的每个磁记录层结构包括L10FePtCu磁性颗粒，其中Cu合金存在于整个结构中；
图24例示了分别具有不同Cu含量/数量的多种磁双层记录层结构的易磁化轴磁滞回线；图24的每个磁记录层结构包括第一L10FePtCu磁记录层和位于其上的第二L10FePt磁记录层；
图25例示了分别具有不同Cu含量/数量的多种磁双层记录层结构的难磁化轴磁滞回线；图25的每个磁记录层结构包括第一L10FePtCu磁记录层和位于其上的第二L10FePt磁记录层；
图26为包括第一L10FePtCu磁记录层和位于其上的第二L10FePt磁记录层的磁记录层结构沿难磁化轴的剩余磁化强度的图示，其为Cu含量的函数；
图27为仅在第一磁记录层具有Cu的磁记录双层结构以及其内没有Cu的磁记录双层结构在记录期间的记录宽度(磁写入宽度MWW)与所应用的激光电流之间关系的图示；
图28为仅在第一磁记录层具有Cu的磁记录双层结构以及其内没有Cu的磁记录双层结构的信噪比(SNR)与MWW之间关系的图示；
图29为根据一实施例的、包括至少三个磁记录层的、图21中简化的磁记录介质的示意性图示。
具体实施方式
如下说明用于例示本发明的一般原理，并且不旨在限制在此声明的创造性概念。而且，本文描述的特定特征可与多种可能的组合和排列中的每一个中描述的其他特征结合使用。
除非本文另外特别定义，所有术语被给定其最宽泛的可能解释，包括说明书中暗示的含义以及本领域技术人员理解的含义和/或字典、论文中定义的含义等。
还应当注意，除非另行指明，说明书和所附权利要求书中使用的单数形式的“一个”、“一”和“该”包括复数指代物。
如下说明公开了磁记录存储系统和/或相关系统和方法以及其操作和/或其组件的某些优选的实施例。例如，本文公开的多种实施例针对具有两个FePt磁记录层的磁记录多层结构，其中至少最底部的磁记录层(即，距离薄膜的上表面最远的磁记录层)包括一个或多个合金元素(例如，Cu、Ag、Au、Ni、Mn等)，以降低所述层的居里温度和/或改进所述层和置于其上的磁记录层的结晶方向。在其他方案中，本文公开的磁记录多层结构可包括至少三个FePt磁体层，其中中间磁记录层的磁性颗粒不包括任何前述合金元素，这与包括所述合金元素中的一个或多个的最上部和最底部FePt磁记录层相反。已令人惊喜并且预料不到地发现，将Cu加入本文公开的整个磁记录多层结构中或仅其部分中可改进结晶方向、DC信噪比(SNR)性能和基于FePt的介质的磁属性。
在一通用实施例中，一种磁记录介质包括：基底、位于基底上方的种子层和位于种子层上方的磁记录层结构。该磁记录层结构包括：具有第一分离体和多个FePtCu磁性颗粒的第一磁记录层以及位于该第一磁记录层上方的第二磁记录层，该第二磁记录层具有第二分离体和多个FePt磁性颗粒，其中第一磁记录层的居里温度低于第二磁记录层的居里温度。
在另一通用实施例中，一种磁记录介质包括基底、位于基底上方的隔热层、位于隔热层上方的种子层以及直接位于种子层上方和种子层上的磁记录层结构。该磁记录层结构包括：第一磁记录层，具有第一分离体和多个L10FePt-X磁性颗粒，X选自由Ag、Cu、Au、Ni、Mn及其组合构成的组；以及，第二磁记录层，位于第一磁记录层上方，该第二磁记录层具有第二分离体和多个L10FePt磁性颗粒，其中第一磁记录层的居里温度低于第二磁记录层的居里温度，并且第一磁记录层中FePt-X磁性颗粒的X的量在约5at％和20at％之间。
现参见图1，其示出了根据一实施例的磁盘驱动100。可选地，磁盘驱动100可结合来自本文所列其他任何实施例的特征来实现，比如参考另一附图描述的那些 特征。当然，磁盘驱动100和本文呈现的其他内容可用于在本文所列出的示例性实施例中详细描述过或未详细描述的多种应用和/或排列。
如图1所示，至少一个可旋转磁介质(例如，磁盘)112支持在转轴114上并由驱动机构旋转，驱动机构可包括磁盘驱动马达118。每个磁盘上的磁记录典型地为磁盘112上的同心数据轨道(未示出)的环形图案的形式。因此，磁盘驱动马达118优选地使磁盘112移动通过磁读/写部分121，下文将对其进行描述。
至少一个滑块113位于磁盘112附近，每个滑块113支持例如根据本文描述和/或建议的任何方案的磁头的一个或多个磁读/写部分121。随着磁盘的旋转，滑块113在磁盘表面122上径向地向内和向外移动，以使该部分121可访问记录了和/或待写入期望数据的不同的磁盘轨道。每个滑块113通过悬臂115连接于致动臂119。悬臂115提供轻微弹簧力，该弹簧力抵着磁盘表面122偏置滑块113。每个致动臂119连接于致动器127。如图1所示的致动器127可为音圈马达(VCM)。VCM包括固定磁场中可移动的线圈，线圈移动的方向和速度由控制器129提供的马达电流信号控制。
在磁盘存储系统操作期间，磁盘112的旋转在滑块113和磁盘表面122之间生成空气轴承，其对滑块施加向上的力或托举。空气轴承因此抵消悬臂115的轻微弹簧力，并支撑滑块113离开磁盘表面并且在正常操作期间以较小的基本恒定的间隔位于磁盘表面上方。注意在某些实施例中，滑块113可沿磁盘表面122滑动。
磁盘存储系统的多种组件在操作中通过由控制器129生成的控制信号控制，比如访问控制信号和内部时钟信号。典型地，控制单元129包括逻辑控制电路、存储(例如，存储器)和微处理器。在优选的方案中，控制单元129电气地耦合(例如，经由电线、线缆、线路等)至一个或多个磁读/写部分121以用于控制其操作。控制单元129生成控制信号以控制多种系统操作，比如线路123上的驱动马达控制信号以及线路128上的头位置和寻找控制信号。线路128上的控制信号提供希望的电流分布，从而最佳地将滑块113移动和定位至磁盘112上希望的数据轨道。读、写信号借助于记录通道125在读写部分121中通信。
上述典型磁盘存储系统的描述和随附附图1的例示仅用于说明目的。显而易见的是，磁盘存储系统可包含大量的磁盘和致动器，并且每个致动器可支持多个滑块。
还可提供用于磁盘驱动和主机(内部或外部)之间通信的接口，以发送和接收数据、控制磁盘驱动的操作以及将磁盘驱动的状态通信至主机，这对于本领域技术人员而言是容易理解的。
在典型磁头中，感应式写部分包括嵌在一个或多个绝缘层(绝缘堆叠)中的线圈层，该绝缘堆叠位于第一和第二极片(pole piece)层之间。通过写部分的空气轴承表面(ABS)处的间隙层而在第一和第二极片层之间形成间隙。该极片层可连接在后间隙处。电流流经线圈层，在极片中生成磁场。该磁场的边缘横跨ABS中的间隙，用于将磁场信息的比特位写入移动媒介上的轨道中，比如旋转磁盘上的圆形轨道。
第二极片层具有从ABS延伸到张开点的极尖部分以及从张开点延伸到后间隙的轭状部分。张开点为第二极片开始扩宽(张开)以形成轭状的地方。张开点的位置直接影响所生成的在记录介质上写信息的磁场的大小。
图2A和2B提供根据多种实施例的磁头200和背负式磁头201的剖面图。可选地，磁头200、201可与本文所列其他任何实施例中的特征相结合地实现，比如参考另一附图描述的那些特征。当然，磁头200、201和本文呈现的其他内容可用于在本文所列出的示例性实施例中详细描述过或未详细描述的多种应用和/或排列。
如图2A的磁头200所示，螺旋线圈210和212用于在缝合极(stitch pole)208中建立磁通量，然后该缝合极将该磁通量递送至主极206。线圈210表示从页面延伸出的线圈，而线圈212表示延伸进入该页面的线圈。缝合极208可从ABS218凹入。绝缘物216围绕线圈并可提供对其中某些元件的支持。媒介行进的方向由结构右侧的箭头表示：媒介首先移动通过下返回极214，然后通过缝合极208、主极206、尾随屏蔽板204，并最终通过上返回极202，其中该尾随屏蔽板204可连接至包络屏蔽板(wrap around shield)(未示出)。每个组件可具有与ABS 218相接触的部分。ABS 218在结构右侧示出。
垂直写入是通过将通过缝合极208的磁通量驱动至主极206、然后驱动至朝向ABS218定位的磁盘表面来实现的。
在多种可选的方案中，磁头200可配置用于HAMR。因此，对于HAMR操作，磁头200可包括任何已知类型的加热机构以加热磁介质(未示出)。例如，如图2A所示，根据一个特定方案，磁头200可包括光源230(例如，激光)，其经由波导234照射已知类型的近场换能器232。
图2B例示了背负式磁头201的实施例，其具有与图2A的磁头200类似的特征。如图2B所示，两个屏蔽板204、214位于缝合极208和主极206的侧面。还示出了传感器屏蔽板222、224。传感器226典型地位于传感器屏蔽板222、224之间。
可选的加热器如图2B所示，其接近背负式磁头201的非ABS侧。加热器 (Heater)还可包含于图2A的磁头200中。该加热器的位置可基于设计参数而变化，例如，希望在哪里凸出，周围层的热扩散系数等。
此外，在多种可选的方案中，背负式磁头201还可配置用于热辅助磁记录(HAMR)。因此，对于HAMR操作，磁头200可附加地包括光源230(例如，激光)，其经由波导234照射已知类型的近场换能器232。
现参见图3A，根据一实施例示出了系统300的部分截面图，该系统具有薄膜垂直写磁头设计，该设计包含集成式孔径近场光源(例如，用于HAMR操作)。可选地，该系统300可结合本文所列的其他任何实施例中的特征来实现，比如参考另一附图描述的那些特征。当然，该系统300和本文呈现的其他内容可用于在本文所列出的示例性实施例中详细描述过或未详细描述的多种应用和/或排列。此外，为简化和澄清系统300的总体结构和配置，图3中省略了间隔层、绝缘层和写线圈层。
如图3A所示，写磁头具有下返回极层302、后间隙层304、上返回极层306和上极尖层308。在一个方案中，下返回极层302还可在ABS具有下极尖(未示出)。层310为光波导芯，其可在实施HAMR时使用，例如，当系统300对媒介进行写入时，层310将光从光源传导至ABS的热介质(未示出)。根据优选的方案，光波导芯由覆盖层312围绕。此外，层310和312可延伸穿过至少一部分后间隙层304。圆3B内的组件在图3B中放大示出，下文将进一步讨论其细节。
层310可由相关领域技术人员已知的合适的轻型传输材料组成。示例性材料包括Ta2O5和/或TiO2。如所示，芯层310沿其长度具有近似统一的截面。如本领域已知的，光波导可具有多个其他可能的设计，包括平面固体浸没镜或平面固体浸没透镜，其具有沿波导长度的非统一芯截面。
在多种方案中，线圈层(未示出)以及多种绝缘和间隔层(未示出)可位于由ABS、后间隙304、下返回极302和/或上边界层306、308和312界定的空腔中，这对于本领域技术人员而言是可理解的。层302、304、306和308可由相关领域技术人员已知的合适的磁合金或材料组成。示例性材料包括Co、Fe、Ni、Cr及其组合。
如上所述，图3B为根据一实施例的图3A中细节3B的部分截面放大图。极缘316磁耦合于上极尖层308以及可选的磁步进层314。围绕金属层320的孔318(还称为脊线孔)以及极缘316包括近场孔光源(或近场换能器)，其经由光波导芯310提供光能。极缘316和可选的磁步进层314可由合适的磁合金组成，比如Co、Fe、Ni、Cr和/或其组合。金属层320可由Cu、Au、Ag和/或其合金等组成。
继续参考图3B，覆盖层312的标称厚度可为约300nm，但可根据结构中其他层的尺寸而更厚或更薄。可选的磁涉进层314可具有约300nm的标称厚度(层308和310之间的尺寸)和约180nm的标称深度(自层316测至层312)。极缘316可具有近似等于层320的标称深度(从ABS测量)，该值由近场光源(见下方示例)的性能和属性确定。极缘316的厚度可在约150nm(具有可选的磁步进层314)至约1微米间变化，优选地在约250nm和约350nm之间。光波导芯层310的标称厚度可介于约200nm和约400nm之间，足以覆盖孔318的厚度。在图3B示出的结构，层308延伸至ABS。在某些优选的实施例，层308可从ABS凹入并且同时保持与层314和316的磁耦合。
图4A提供纵向记录介质400的示意性说明，其典型地与诸如图1所示的磁盘记录系统一起使用。该纵向记录介质400用于记录介质本身的平面中(或与其并行)的磁脉冲。该纵向记录介质400在多种方案中可为记录盘，并且至少包括诸如玻璃的合适的非磁材料的支撑基底402以及位于基底上方的磁记录层404。
图4B示出了记录/回放磁头406与图4A的纵向记录介质400之间的操作关系，该记录/回放磁头406可优选地为薄膜磁头和/或本领域技术人员在阅读本公开后可意识到的其他合适的磁头。如图4B所示，磁通量408延伸于主极410和记录/回放磁头406的返回极412之间，在磁记录层404的内部和外部环绕。
在多种可选的方案中，记录/回放磁头406可额外地配置用于热辅助磁记录(HAMR)。因此，对于HAMR操作，记录/回放磁头406可包括任何已知类型的加热机构以进行加热，由此降低了主极410附近的磁介质400表面的局部区域的有效矫顽磁性。例如，如图4B所示，诸如激光的光源414经由波导418照射已知类型的近场换能器416。
纵向记录介质的改进因与热稳定性和记录场强相关的问题而受到限制。因此，根据增加记录媒介的面记录密度的电流，已开发了垂直记录媒介(PMR)并发现其优于纵向记录媒介。图5A提供了简化垂直记录介质500的示意性图示，其还可与诸如图1所示的磁盘记录系统一起使用。如图5A所示，垂直记录介质500在多种方案中可为记录盘，并且至少包括合适的非磁材料(例如，玻璃、铝等)的支撑基底502和位于基底502上方的高磁导率材料的软磁底层504。垂直记录介质500还包括磁记录层506，其位于软磁底层504上方，其中该磁记录层506优选地具有相对于软磁底层504的高矫顽磁性。可设置某些额外的层，比如在软磁底层504和磁记录层506之间的“交换-中断”层或“隔层”(未示出)。
磁记录层506中磁脉冲的方向基本垂直于记录层表面。软磁底层504的磁化朝向(或并行于)软磁底层504的平面。具体地，如图5所示，软磁底层504的平面内磁化可由向纸张内延伸的箭头表示。
图5B说明了图5A中垂直磁头508和垂直记录介质500之间的操作关系。如图5B所示，磁通量510在垂直磁头508的主极512和返回极514之间延伸，并在磁记录层506和软磁底层504的内部和外部环绕。软磁底层504帮助以基本垂直于磁介质500表面的方向将来自垂直磁头508的磁通量510集中至磁记录层506。因此，在垂直磁头508和软磁底层504之间生成强磁场，使得信息能够被记录于磁记录层506。该磁通量进一步通过软磁底层504引导返回该磁头508的返回极514。
如上所述，软磁底层504的磁化朝向(并行于)软磁底层504的平面，并且可由向纸张内延伸的箭头表示。然而，如图5B所示，软磁底层504的该平面内磁化可在暴露于磁通量510的区域中旋转。
还应注意，在多种方案中，垂直磁头508可配置用于热辅助磁记录(HAMR)。因此，对于HAMR操作，垂直磁头508可包括任何已知类型的加热机构以进行加热，由此降低了主极518附近的磁媒介表面中局部区域的有效矫顽磁性。例如，如图5B所示，诸如激光的光源516经由波导520照射已知类型的近场换能器518。
除本文参考多种创造性实施例另外描述的，附图1-SB的结构以及本文描述的其他实施例的多种组件可具有传统材料和设计，并利用传统技术制造，这对于阅读本公开后的本领域技术人员是显而易见的。
如先前讨论的，HAMR允许磁记录技术通过局部加热磁层至其居里温度以上(从而降低各向异性)来使用具有实质更大的磁各向异性(例如，小型热稳定颗粒是可能的)和矫顽磁场的材料。具有特别高的磁各向异性常量并且因此特别适用于HAMR目的的示例为经化学排序的L10FePt合佥。FePt合金中的化学排序由其在升高的温度(约450℃至约700℃)下的沉积实现，其导致形成面心四方(fct)L10FePt相位，而不是面心立方(fcc)A1相位。因此，经化学排序的L10FePt合金具有沿[001]方向交替的Fe和Pt的原子层。
在多种实施例中，粒化L10FePt薄膜可在升高的温度下沉积在一个或多个种子层上，该种子层配置以利于FePt晶体生长。在一个特定方案中，直接位于L10FePt薄膜下方的种子层可包括MgO(001)表面。在该方案中，更大的MgO晶格参数拉伸了FePt的a-轴，在FePt/MgO交界处引起感应压力，该应力与L10FePt的四方结构相结合产生期望的配置：朝向平面内方向的难磁化a-轴和朝向平面外方向的易 磁化c-轴，如图6所示。
然而，X射线衍射(XRD)扫描揭示了直接位于粒化L10FePt薄膜下方的MgO种子层可能不足以在正确方向定向其内的所有磁性颗粒。例如，XRD扫描揭示了：由于FePt的四方晶格结构，约90％的L10FePt磁性颗粒可正确定向为使其c-轴朝向薄膜平面外，并且与MgO种子层的a-轴失配比与MgO种子层的c-轴失配小约3.5％。不幸地，XRD平面内扫描还揭示了剩余L10FePt磁性颗粒的错误取向：其易磁化c-轴朝向平面内，这通过难磁化轴磁测量中约10％的剩磁强度而得到证实。旋转支架测量确认此类结晶缺陷(例如，错误定向的L10FePt磁性颗粒)最终会导致DC媒介噪声的显著增加。特别地，对于约10％的磁性颗粒的易磁化c-轴朝向平面内方向的L10FePt薄膜，其与无缺陷薄膜相比较可表现出约10-12dB的附加DC噪声。
在某些实施例中，可对位于L10FePt薄膜下方的一个或多个种子层进行修改以改进L10FePt磁性颗粒的c-轴方向。例如，在一个方案中，前述MgO种子层可替换为TiN种子层或本领域已知的其他合适的种子层。尽管XRD测量显示出通过修改一个或多个的种子层的化学合成而在L10FePt磁性颗粒的c-轴方向上的某些改进，但L10FePt薄膜的磁属性显示了耦合量的不期望的增加和各向异性的降低。此外，由于颗粒合并和更显著的第二层颗粒的形成，L10FePt薄膜的微结构受到不利影响。
因此，本文公开的多种实施例克服了前述缺点，其将一个或多个附加的合金元素加入L10FePt磁性颗粒中以修改晶格参数并改进其c-轴方向。在某些方案中，至少一个磁记录层包括L10FePtX，并且一个或多个分离体材料位于磁记录层之间，其中X可选择自由Ag、Cu、Au、Ni、Mn及其组合组成的组。在该方案中，三元L10FePtX合金的a-轴晶格参数可更好地匹配于直接位于下方的种子层的a-轴晶格参数，其可改进FePtX易磁化轴的希望的朝平面外(即，垂直于薄膜平面)晶体方向。在磁介质包括单个磁记录层的多种方案中，磁性颗粒的c-轴方向的改进可由在整个磁记录层或其特定部分中加入合金X来实现。此外，在磁介质包括具有至少两个磁记录层的磁记录层结构的其它方案中，磁性颗粒的c-轴方向的改进可通过在整个磁记录层结构或其选择的磁记录层中加入合佥X中实现。L10FePtX磁性颗粒的改进的晶体结构降低了媒介噪声，并且同时保持良好的磁转变噪声，故改进了总体磁媒介性能。
在一个优选的方案中，磁记录层可直接放置在MgO种子层的上表面上，其中磁记录层包括L10FePtCu磁性颗粒以及优选地定位于其间的一个或多个分离体材 料。L10FePtCu结晶单元晶胞在MgO结晶单元晶胞上的晶体生长的简化说明如图7所示。通过在L10FePt磁性颗粒中引入Cu掺杂物，在希望的方向上改变了其a轴和c轴晶格参数，并且改善了磁性颗粒与MgO种子层的a-轴和c-轴失配。例如，图8A和8B分别说明了L10FePtCu磁性颗粒的a-轴晶格参数和c-轴参数的变化，作为以瓦特为单位的CuPt功率的函数，该功率直接对应于FePtCu磁性颗粒中Cu的量。此外，图9A和9B分别说明了具FePtCu磁性颗粒与MgO种子层的a-轴失配和c-轴失配的变化，作为CuPt功率的函数。CuPt功率和FePtCu磁性颗粒中Cu的原子百分比之间的对应关系如下方表格1所示。
表格1
CuPt功率(W) Cu的原子百分率
40 20.83
35 17.34
30 16.51
25 14.41
20 11.44
15 10.85
10 7.18
参见表1，重要的是注意Cu的量相对于Fe的量发生变化，然而Pt的量优选地固定在约50at.％。例如，FePtCu磁性颗粒中Fe、Cu和Pt的相对量可表示为：Fe(50-n at.％)Cu(nat.％)Pt(50at.％)。
图10说明了FePtCu磁性颗粒与MgO种子层的a-轴失配和c-轴失配的差异(y轴值＝[c-轴失配]-[a轴失配])，作为CuPt功率的函数(即，改变磁性颗粒中Cu的含量)。如图10明显可见，a-轴和c-轴失配的差异随Cu量的增加而增加。a-轴失配和c-轴失配之间差异的增加不仅降低了DC媒介噪声，而且还改进了媒介的磁属性，比如以约为2的因子(factor)减少了剩余磁矩。
利用XRD测量值来比较FePt磁性颗粒和FePtCu磁性颗粒还揭示了在磁性颗粒中包含Cu合金元素改进了易磁化轴的希望的朝平面外方向。例如，如图11的XRD扫描所示，相对于FePt磁性颗粒，显著降低了FePtCu磁性颗粒的c-轴平面内变化。
图12-19说明了与包括L10FePtCu磁性颗粒于其内的磁记录层相关联的磁属性中的令人惊喜和意料不到的改进。例如，图12说明了具有不同的Cu含量/数量的 L10FePtCu磁记录层的多种易磁化轴磁滞回线；而图13提供了L10FePtCu磁记录层难磁化轴剩余磁化强度的图示，作为Cu含量的函数。增加磁性颗粒中Cu的含量可降低和/或消除具有不希望的、平面内磁化方向的颗粒，因此降低沿难磁化轴的剩余磁化强度。沿易磁化轴的剩余磁化强度的改进在图14中显而易见，其说明了具有变化的Cu含量/数量的L10FePtCu磁记录层的多种难磁化轴磁滞回线；而图15提供了L10FePtCu磁记录层的易磁化轴剩余磁化强度的图示，作为Cu含量的函数。沿易磁化轴的剩余磁化强度的这种改进也表示磁性颗粒沿c-轴的对准方面的改进。
图16和17分别示出了针对L10FePtCu磁记录层的矫顽磁性(Hc)和各向异性(Ku)，作为Cu含量的函数。如图16特别所示，矫顽磁性随Cu含量的增加而减少。尽管矫顽磁性的减少可改进磁媒介的写性能，其还表示各向异性的降低，这可能会不利地影响所述媒介的热稳定性。然而，如图17所示，包括在大于0at％到小于或等于约20at％范围内的Cu的L10FePtCu磁记录层展现出合适的用于热辅助磁记录的各向异性值。
将Cu合金元素加入磁记录层的FePt磁性颗粒中还改进了翻转磁场分布。磁化翻转现象表现为磁记录层内出现的磁化翻转的磁晶体颗粒的聚集。一般来说，在完全相同的翻转磁场下，每个磁晶体颗粒不会从一个磁化状态切换至另一个磁化状态。该翻转磁场的变型称为翻转磁场分布(SFD)。已知较大的SFD对磁记录介质的记录/再现特性具有不期望的影响。由于固有参数，包括FePt磁性颗粒和FePtCu磁性颗粒的磁记录层的SFD分别如图18和19所示。图18和19的比较揭示了基于FePtCu的磁记录层展现出7.8奥斯特的iSFD，其显著低于与基于FePt的磁记录层相关的14.1奥斯特的SFD。
重要的是，应注意到在L10FePt磁性颗粒中加入Cu在磁属性上的改进是令人惊喜和预料不到的。特别地，本领域普通技术人员将会预计到，在L10FePt磁性颗粒中添加诸如Cu的合金元素将会不利地影响或不太可能不影响沿易磁化轴和难磁化轴的剩余磁化强度。然而，与基于本领域当前知识的预期相反，发明人惊喜地发现具有在大于0at％到小于或等于如20at％的范围的Cu含量的L10FePtCu磁性颗粒不仅展现出降低的DC媒介噪声，而且还改进了多种磁属性。此外，重要的是，还应注意到尽管图12-19说明了在与L10FePtCu磁性颗粒相关的磁属性上的令人惊喜和预料不到的改进，但该改进已在L10FePtX磁性颗粒中观测到，其中X为Ag、Au、Ni和Mn中的至少一个。
与将Cu加入FePt磁记录层中相关的另一优点是居里温度的降低。如上所述， 与传统磁记录技术相比，HAMR允许使用具有更高的磁各向异性、并且因此具有更小的热稳定性的颗粒的磁记录材料。由于磁材料的局部加热，其可能用于HAMR。典型地，该磁材料被加热至接近或超过其居里点的温度，在居里温度下铁磁材料的自发磁化消失。然而，达到该温度不仅可能导致对磁头组件的热损害，还可能损害(例如，降级)外覆材料并且耗费磁记录层上的润滑。如图20所示，在磁记录层的FePt磁性颗粒中加入约7at％的Cu，与没有Cu含量的磁性颗粒相比，将居里温度降低了约100K。此外，还如图20所示，增加FePt磁性颗粒中的Cu含量会导致居里温度的进一步降低。居里温度的降低可帮助减少HAMR期间需要的热量(并且由此减少所需的近场换能器(NFT)能量)，从而降低和/或消除对磁记录头和磁记录介质的可能的损害。因此，居里温度的期望的减少可最终改进长期磁头磁盘接口(HDI)属性。
现参见图21，根据进一步的实施例，磁记录介质2100可包括磁记录双层结构2102。可选地，磁记录介质2100可结合本文所列的其他任何实施例的特征实现，比如参考另一附图描述的那些特征。当然，磁记录介质2100和本文呈现的其它内容可用于在本文所列出的示例性实施例中详细描述过或未详细描述的多种应用和/或排列。例如，磁记录个质2100的多种实施例可包括比图21所示更多或更少的层。此外，除非另外指明，图21所示的一个或多个层的形成可经由原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)、蒸发、电子光束蒸发、离子光束沉积、溅射或对阅读本公开后的本领域技术人员而言显而易见的其他沉积技术实现。进一步地，磁记录介质2100和本文呈现的其他内容可用于任何期望的环境。
如图21所示，磁记录介质2100包括基底2104，该基底包括高刚度材料，比如玻璃、Al、A12O3、MgO、Si或如本领域技术人员在阅读本公开后能理解的其他合适的基底材料。在优选的方案中，基底2104包括允许媒介在升高的温度下沉积的材料，例如，在类似于600℃-800℃的温度下。
磁记录介质2100还包括粘合层2106，其位于基底2104上方。在多种方案中，粘合层2106可包括Ni、Ta、Ti和/或其合金。在优选的方案中，粘合层可包括非晶材料，其不影响放置于其上的层的晶体方向。此外，在某些方案中，粘合层2106可具有在约5nm至约300nm范围内的厚度。
磁记录介质2100额外地包括热耗散(散热)层2108，其位于粘合层2106上方。散热层2108可包括具有高导热性的材料(例如，大于30W/m-K，优选地大于100W/m-K)，可特别地用于HAMR。例如，散热层2108配置以使位于其上方的一 个或多个磁层中沉积的热量快速来散，并且限制所述磁层中的横向热流，由此引入定向的垂直热流，该垂直热流使得记录期间产生较小的热点和较高的热梯度。在多种方案中，该散热层2108可为等离子层。适用于散热层2108的材料可包括但不限于Ta、Ti、Cr、Fe、Cu、Ag、Pt、Au、Cr、Mo、W、Rh、Ru等及其合金(例如，CrTiB、CrWSi等)。在某些方案中，散热层2108可具有在约10nm至约100nm范围内的厚度。
还如图21所示，磁记录介质包括可选的隔热层2130，其位于散热层2108上方。在某些方案中，隔热层2130可具有在约2nm至约50nm范围内的厚度。在更多的方案中，隔热层2130可根据用于HAMR的特定NFT磁头类型而可选地为光学透明或吸收的。对于非吸收隔热层，可使用具有降低的Co或Fe量的合金，比如NiTa和/或其他类似SUL的材料，以使其在特定方案中变得非磁而用于吸收隔热层的例子。
在更多的方案中，隔热层2130可包括具有低导热性(例如，优选地在0.5至10W/m-K范围内)的材料。适用于隔热层2130的材料可包括但不限于氧化物，比如SiO2，Ta氧化物和其他具有低导热性的合适的氧化物，这对于阅读本公开后的本领域技术人员是显而易见的。对于HAMR，可能特别有利的是使磁记录介质2100包括具有高导热性的散热层2108和位于其上的具有低热导热性的隔热层2130，以在磁记录层中获得高的横向热梯度而不需要使用过高的激光能量来实现磁记录层的Tc。避免使用过高激光能量来实现磁记录层的Tc可延长磁头的使用寿命和可靠性。
磁记录介质2100进一步包括种子层2110，其位于隔热层2130上方。种子层2110可作为纹理定义层，例如，配置以影响形成于其上的磁记录层2112、2114的外延生长。在某些方案中，种子层2110可包括MgO、TuN、MgTiOx、MgO-SiOx、SrTiOx、TiC、MgFeOx等或本领域技术人员在阅读本公开后显而易见的合适的种子层材料。在更多的方案中，种子层2110可具有双层结构，例如，具有下CrRu层和CrRu层上的上Pt层。在更多的方案中，种子层2110在某些方案中可具有在约2nm至如20nm范围内的厚度。
尽管在图21未示出，可选的软磁底层可位于粘合层2106和种子层2110之间。该软磁底层可配置以促进磁记录层2112、2114中的数据记录。因此，在优选的方案中，该软磁底层可包括具有高磁导率的材料。适用于软磁底层的材料可包括但不限于Fe、FeNi、FeCo、基于Fe的合金、基于FeNi的合金、基于FeCo的合金、基 于Co的铁磁合金及其组合。在某些方案中，该软磁底层可包括单层结构或多层结构。例如，多层软磁底层的示例结构可包括夹在一个或多个软磁底层之间的(例如，包括Ru的)耦合层，其中该耦合层配置以感应该一个或多个软磁底层之间的反铁磁耦合。在某些方案中，软磁底层可为堆叠的或多层的软磁底层结构，包括由非磁薄膜隔开的多个软磁薄膜，该非磁薄膜为比如Al或CoCr导电薄膜。在更多的方案中，软磁底层还可为包括由充当反铁磁耦合媒介的夹层薄膜分隔开的多个软磁薄膜的、堆叠的或多层的软磁底层结构，该夹层薄膜比如为Ru、Ir或Cr或其合金。
重要的是，应注意到在某些方案中磁记录介质2100可包括散热层2108和软磁底层，两者均可位于粘合金2106和种子层2110之间。在存在软磁底层和散热层2108的方案中，软磁底层可位于散热层2108上方或下方，可提供等价效果，与软磁底层相对于散热层2108的位置无关。
尽管在图21未示出，可选的起始层可位于种子层2110上方和磁记录双层结构2102的下方。在多种方案中，该可选的起始层可配置以促进置于其上的磁记录层2112、2114的形成。在特别的方案中，该可选的起始层可包括FePt。
磁记录介质2100包括种子层2110上方的磁记录双层结构2102，如图21所示。磁记录双层结构2102包括第一磁记录层2112和位于第一磁记录层2112上方的第二磁记录层2114。第一磁记录层2112包括由第一分离体2118分隔开的多个磁性颗粒2116。类似地，第二磁记录层2114包括由第二分离体2122分隔开的多个磁性颗粒2120。在优选的方案中，第一和第二磁记录层2112、2114中的该多个磁性颗粒2116、2120可为柱形。
每个磁记录层2112、2114可利用溅射工艺形成。例如，在一个方案中，磁记录层的形成可包括从相同的靶溅射磁性颗粒材料和分离体材料；然而，在另一方案中，可从不同的、各自的靶溅射该磁性颗粒材料和/或分离体组件。此外，磁记录层的形成优选地包括在加热环境中将磁性颗粒材料和分离体材料同时沉积在磁记录介质2100上，该加热环境例如为从约400℃至约800℃。
为实现第一和第二磁记录层2112、2114的共形(conformal)生长，优选地(但不一定)在形成各磁记录层之后分别对其执行蚀刻步骤。因此，蚀刻步骤可用于定义每个磁层的上表面并且例如在附加层形成于其上之前暴露磁层材料。根据多种方案，蚀刻步骤可包括感应耦合等离子(ICP)蚀刻步骤等或本领域技术人员在阅读本公开后显而易见的其他任何蚀刻过程。
因此，第二磁记录层2114的磁性颗粒2120的物理特征在于直接生长在第一磁 记录层2112的磁性颗粒2116上，这主要归因于上述蚀刻步骤。因此，直接形成在第一磁记录层2112的磁性颗粒2116上方的第二磁记录层2114的每个磁性颗粒2120可形成更大的复合磁性颗粒2124，其沿磁记录双层结构2102的总厚度t延伸。
在某些方案中，磁记录双层结构2102的总厚度t可在约2nm至如20nm之间。在更多的方案中，两个磁记录层2112、2114各自可具有在大于0nm至小于或等于约15nm范围内的厚度t1、t2。此外，厚度t1和t2在多种方案中可相同或不同。在优选的方案中，第一磁记录层2112的厚度t1可在大于0nm至小于或等于约3nm米的范围内。在更多优选的方案中，第二磁记录层2114的厚度t2可在大于约3nm至约15nm的范围内。
在多个方案中，，第一和/或第二磁记录层2112、2114的磁性颗粒2116、2120的平均间距P(中心之间的间隔)可在约3nm至约11nm的范围内，但可根据期望的应用而更大或更小。此外，第一和/或第二磁记录层2112、2114的磁性颗粒2116、2120的平均直径d可优选地在约2nm至约10nm的范围内，但可根据期望的应用更大或更小。
在优选的方案中，复合磁性颗粒2124(例如，其每个包括直接位于第一磁记录层2112的磁性颗粒2116上方的第二磁记录层2114的磁性颗粒2120)可具有约1.5的平均长径比(aspect ratio)(即，总厚度t与直径d的比率)，但可根据期望的应用更大或更小。
在某些方案中，第一磁记录层2112的磁性颗粒2116可包括经化学排序的L10FePtX，其中X可包括Ag、Cu，Au、Ni、Mn、Pd等中的一个或多个。在第一磁记录层2112的磁性颗粒2116包括FePtX的特定方法中，其内X的量可在约5at％至约20at％的范围内。在第一磁记录层2112的磁性颗粒2116包括FePtX的另一些案中，其内Pt的量可为50at％，并且Fe和X的总量可为50at％，即，Fe(50-n at％)X(n at％)Pt(50at％)。
在优选的方案中，第一磁记录层2112的磁性颗粒2116可包括经化学排序的L10FePtCu。在附加的方案中，第一磁记录层2112的磁性颗粒2116可包括与第二磁记录层2114的磁性颗粒2120包含的材料相同或不同的一个或多个材料。
在多种方案中，第二磁记录层2114的磁性颗粒2120可包括经化学排序的L10FePt。在一个特定方案中，第二磁记录层2114的磁性颗粒2120可包括经化学排序的L10FePt，不包含Cu。在另一特定方案中，第二磁记录层2114的磁性颗粒2120可包括经化学排序的L10FePtCu。
在另一方案中，第二磁记录层2114的磁性颗粒2120可包括经化学排序的L10FePtY，其中Y可包括Ag、Cu、Au、Ni、Mn、Pd中等的一个或多个。在第二磁记录层2114的磁性颗粒2120包括FePtY的某些方案中，其内Y的量可在约5at％至约20at％的范围内。在第二磁记录层2114的磁性颗粒2120包括FePtY的另一些方案中，其内Pt的量可为50at％，并且Fe和Y的总量可为50at％，即，Fe(50-n at％)Y(n at％)Pt(50at％)。
在某些方案中，第一磁记录层的磁性颗粒2116包括L10FePtX并且第二磁记录层2114的磁性颗粒2120包括L10FePtY，第二记录层2114中Y的量可与第一磁记录层2112中X的量相同。例如，在一个特定方案中，第一和第二磁记录层2112、2114的每个磁性颗粒2116、2120可包括具有相同的Cu量的FePtCu。
在第一磁记录层的磁性颗粒2116包括L10FePtX而第二磁记录层2114的磁性颗粒2120包括L10FePtY的其它优选方案中，第二记录层2114中Y的量可优选地小于第一磁记录层2112中X的量。例如，在一个特定方案中，第一和第二磁记录层2112、2114的每个磁性颗粒2116、2120可包括FePtCu，其中第二磁记录层2114的磁性颗粒2120中Cu的量优选地小于第一磁记录层2112的磁性颗粒2116中Cu的量。
在特别的方案中，第二磁记录层2114可具有比第一磁记录层2112更高的居里温度。其可典型地通过以下方法实现：(1)第一磁记录层2112包括FePtX并且第二磁记录层2114包括FePt(没有附加的合金元素)；或第一磁记录层2112包括FePtX且第二磁记录层2114包括FePtY，并且第二磁记录层中Y的量低于第一磁记录层中X的量。在某些方案中，第二磁记录层2114的居里温度可比第一磁记录层2112高至少40-60K。
如上所述，在一个示例性方案中，合金元素Cu可加入整个磁记录双层结构2102中(例如，第一和第二磁记录层2112、2114的每个磁性颗粒2116、2120可包括具有相同的Cu量的FePtCu)。在该示例性方案中中，磁记录双层结构2102可有效地视为具有包括FePtCu磁性颗粒的单个磁记录层。该示例性磁记录双层结构2102的磁属性在图22-23中说明。特别地，图22和23分别说明了该示例性磁记录双层结构2102的易磁化轴和难磁化轴磁滞回线。如先前所述，具有增加的Cu含量的磁记录双层结构2102的磁性颗粒的c-轴方向的改进引起了沿难磁化轴剩余磁化强度的显著改进。
尽管在整个磁记录双层结构2102中加入Cu可引起磁属性的改进，但如图22-23 所示，在某些实例中该配置还可导致转移噪声(抖动)。尽管不期望受限于特定理论，但据信这种抖动的增加可由如下原因之一或全部而产生：(1)各向异性的降低可转换成更低的dHk/dt并且由此转换成更低的写磁场梯度；以及(2)最大峰值温度的降低可导致降低的热梯度并且由此导致更低的写磁场梯度。
因此，在另一示例性方案中，可仅在磁记录双层结构2102的第一磁记录层2112中加入合金元素Cu(例如，第一磁记录层2112的磁性颗粒2116包括FePtCu，但第二磁记录层2114的磁性颗粒2120包括FePt而没有Cu)。第一磁记录层2112的富Cu磁性颗粒2116可帮助引导第二磁记录层2114的FePt磁性颗粒2120的合适的结晶方向。此外，相对于整个结构中都不包含Cu的其它相同的磁双层结构，或可替换地，相对于整个结构中都包含Cu的其它相同的磁双层结构，具有富Cu的第一磁记录层2112和无Cu的第二磁记录层2114的磁记录双层结构2102可展现出改进的磁属性。
仅在第一磁记录层2112的磁性颗粒2116具有Cu的磁记录双层结构2102的磁属性在图24-26中说明。特别地，图24和25分别说明了具有此类特定组分的磁记录双层结构2102的易磁化轴和难磁化轴磁滞回线；而图26提供了难磁化轴剩余磁化强度的图示，作为Cu的函数。如图26所示的随着Cu含量的增加而改进的难磁化轴的剩余磁化强度再次代表了磁性颗粒的c轴方向的改进。
旋转架测量值进一步揭示了，相比于整个结构均不含Cu，仅在整个结构的一部分中具有Cu的磁记录双层结构展现出改进的可写性、改进的DC SNR性能并保持良好的磁转变噪声。例如，图27示出了在两个磁记录双层结构的记录期间，记录宽度(磁写入宽度MWW)与施加的激光电流之间关系的图示：结构2702仅在第一磁记录层具有Cu，而结构2704没有Cu。如图27显而易见，对仅在第一磁记录层具有Cu的结构2702进行写入所需的激光功率比无Cu结构少25％。图28说明了两个磁记录双层结构的信噪比(SNR)与MWW之间关系的图示：结构2802仅在第一磁记录层具有Cu，而结构2804没有Cu。如图28所示，两个结构2802、2804表现出相当的SNR性能。
继续参考图21，在附加的方案中，Cu量以渐进梯度在整个复合磁性颗粒2124的厚度方向上延伸，(例如，朝向平行于基底法线的方向)以使每个复合颗粒2124的最底部(例如，最接近基底2104的那部分)包含的Cu量比其最上部(例如，最接近覆盖层2126的那部分)多。
如图21进一步所示，第一和第二磁记录层2112、2114各自可包括一个或多个 分离体材料。例如，第一磁记录层2112的第一分离体2118和/或第二磁记录层2114的第二分离体2122各自可在多种方案中分别包括C、SiO2、TiOx、AlN、TaN、W、Ti、TiC、TiN、BC、BN、SiN、SiC、TiO2、CrOx、CrN、AlOx、Al2O3、MgO、Ta2O5、B2O3等及其组合。重要的是应注意到第一分离体2118可包括与构成第二分离体2122的材料相同或不同的一个或多个材料。
如图21附加地所示，磁记录介质2100包括位于磁记录双层结构2102上方的一个或多个覆盖层2126。该一个或多个覆盖层2126可配置为磁记录层中磁性颗粒的粒间耦合的媒介。在某些方案中，一个或多个覆盖层2126可包括例如，Co-、CoCr-、CoPtCr-和/或CoPtCrB-基的合金或本领域技术人员在阅读本公开后能够理解的其他适用于覆盖层的材料。在更多的方案中，一个或多个覆盖层2126可包括连续磁覆盖层(即，不包含分离体材料的层)、粒化磁覆盖层(即，包含分离体材料的层)和/或其组合。在一个或多个覆盖层2126中的至少一个包括粒化磁覆盖层的方案中，所述层中可包含本文公开的任意分离体。
尽管在图21未示出，磁记录介质2100可进一步包括位于一个或多个覆盖层2126上方的保护外罩层。该保护外罩层可配置以保护底层免受磨损、侵蚀等。该保护外罩层可例如由类钻石碳、碳氮化物、硅氮化物、BN或B4C等或者本领域技术人员在阅读本公开后能够理解的其他适用于保护外罩的材料组成。附加地，磁记录介质2100还可包括可选的润滑层，如果存在的话，其位于保护外罩层上方。润滑层的材料可包括但不限于全氟聚醚、氟化乙醇，氟化羧酸等或本领域已知的其他合适的润滑材料。
重要的是应注意到图21的磁记录介质2100在多种方案中可包括多于两个的磁记录层。图29提供了这样的磁记录介质2900的一个示例性实施例，其中所述磁记录介质包括至少三个磁记录层。图29描述了图21的磁记录介质2100的一个示例性变型，因此，图29的组件具有与图21通用的标记。
如图29所示，磁记录介质2900包括磁记录多层结构2902，该多层结构具有可选的位于第二磁记录层2114上方的第三磁记录层2904。该第三磁记录层2904包括由第三分离体2908分隔开的多个磁性颗粒2906。在优选的方案中，第一、第二和第三磁记录层2112、2114、2904中的多个磁性颗粒2116、2120、2906可为柱形。
类似于第一和第二磁记录层2112、2114，第三磁记录层2904可利用溅射工艺形成。例如，在一个方案中，第三磁记录层2904的形成可涉及从相同的靶溅射磁性颗粒材料和分离体材料；然而，在另一方案中，磁性颗粒材料和/或分离体组件可 分别从不同的靶溅射。此外，第三磁记录层2904的形成优选地涉及在加热环境下将磁性颗粒材料和分离体材料同时沉积在磁记录介质2900上，所述加热环境例如是从约400℃至约800℃。
为实现第一、第二和第三磁记录层2112、2114、2904的等角生长，优选地(但不一定)在形成磁层之后分别针对每个磁层执行蚀刻步骤。因此，蚀刻步骤可用于例如在磁层上方形成额外的层之前、定义每个磁层的上表面并且暴露该磁层的材料。根据多种方案，蚀刻步骤可包括感应耦合等离子(ICP)蚀刻步骤等或本领域技术人员在阅读本公开后显而易见的其他任何蚀刻工艺。
因此，第三磁记录层2904的磁性颗粒2906的物理特征在于直接生长在第二磁记录层2114的磁性颗粒2120上，而第二磁记录层2114的磁性颗粒2120的物理特征又在于直接生长在第一磁记录层2112的磁性颗粒2116上。因此，直接形成在第二和第一磁记录层2114、2112的磁性颗粒2120、2116上方的第三磁记录层2904的每个磁性颗粒2906可形成更大的复合磁性颗粒2910，其沿磁记录结构2102的总厚度tx延伸。
在某些方案中，磁记录多层结构2902的总厚度tx可在约3nm至如20nm之间。在更多的方案中，三个磁记录层2112、2114、2904分别的厚度t1、t2、t3在大于0nm至小于或等于约15nm的范围内。此外，厚度t1、t2、t3中的一个、两个或全部在多种方法中可相同或不同。
在多个方案中，第一、第二和/或第三磁记录层2112、2114、2904的磁性颗粒2120、2124、2906的平均间距P(中心之间的间隔)可在约2nm至约11nm的范围内，但可根据希望的应用更高或更低。此外，第一、第二和/或第三磁记录层2112、2114、2904的磁性颗粒2120、2124、2906的平均直径d可优选地在约2nm至约10nm的范围内，但可根据希望的应用更高或更低。
在优选的方案中，复合磁性颗粒2910(例如，其每一个包括直接位于第二磁记录层2114的磁性颗粒2120上方的、第三磁记录层2904的磁性颗粒2906，而磁性颗粒2120又直接位于第一磁记录层2112的磁性颗粒2116上方)可具有约1.5或更大的平均长径比(即总厚度t与直径d的比率)。
如先前所述，在某些方案中，第一磁记录层2112的磁性颗粒2116可包括经化学排序的L10FePtX，其中X可包括Ag、Cu、Au、Ni、Mn、Pd等中的一个或多个。对于第一磁记录层2112的磁性颗粒2116包括FePtX的多个方案，大多数方案中X的含量可在约5at％至约20at％的范围内。在第一磁记录层2112的磁性颗粒2116 包括FePtX的其他方案中，Pt的含量可为50at％，而Fe和X的总量可为50at％，即，Fe(50-n at％)X(n at％)Pt(50at％)。
在优选的方案中，第一磁记录层2112的磁性颗粒2116可包括经化学排序的L10FePtCu。在附加的方案中，第一磁记录层2112的磁性颗粒2116可包括与构成第二磁记录层2114的磁性颗粒2120和/或第三磁记录层2904的磁性颗粒2906的材料相同或不同的一个或多个材料。
如先前所述，在多种方案中，第二磁记录层2114的磁性颗粒2120可包括经化学排序的L10FePtCu。在其它方案中，第二磁记录层2114的磁性颗粒2120可包括经化学排序的L10FePt，其中没有Cu。在另一方案中，第二磁记录层2114的磁性颗粒2120可包括经化学排序的L10FePtY，其中Y可包括Ag、Cu、Au、M、Mn、Pd等中的一个或多个。在某些方案中，第二磁记录层2114的磁性颗粒2120包括FePtY，其中Y的量可在约5at.％至约20at％的范围内。在第二磁记录层2114的磁性颗粒2120包括FePtY的另一些方案中，Pt的量可为50at％，而Fe和Y的总量可为50at％，即，Fe(50-n at％)Y(n at％)Pt(50at％)。
关于第三磁记录层2904，在某些反感中，其内的磁性颗粒2906可包括经化学排序的L10FePtCu。在更多的方案中，第三磁记录层2904的磁性颗粒2906可包括经化学排序的L10FePt，其中没有Cu。
在又一些更多的方案中，第三磁记录层2904的磁性颗粒2906可包括经化学排序的L10FePtZ，其中Z可包括Ag、Cu、Au、Ni、Mn、Pd等中的一个或多个。在第三磁记录层2904的磁性颗粒2906包括FePtZ的某些方案中，Z的量可在约5at％至约20at％的范围内。在第三磁记录层2904的磁性颗粒2906包括FePtZ的另一些方案中，Pt的量可为50at％，而Fe和Z的总量可为50at％，即，Fe(50-n at％)Z(n at％)Pt(50at％)。
在第一磁记录层2112的磁性颗粒2116包括L10FePtX、第二磁记录层2114的磁性颗粒2120包括L10FePtY、并且第三磁记录层2904的磁性颗粒2906包括L10FePtZ的多种方案中，X、Y和Z在其各自层中的量可彼此相同。例如，在一个具体的方案中，第一、第二磁和第三磁记录层2112、2114、2904的每个磁性颗粒2116、2120、2906可包括FePtCu，并且其中Cu的量相同。
在第一磁记录层2112的磁性颗粒2116包括L10FePtX、第二磁记录层2114的磁性颗粒2120包括L10FePtY、并且第三磁记录层2904的磁性颗粒2906包括L10FePtZ的多种方案中，第二磁记录层2114中Y的量可小于在第一和第三磁记录 层2112、2904中相应X的量和/或Z的量。例如，在一个具体的方案中，第一、第二和第三磁记录层2112、2114、2904的每个磁性颗粒2116、2120、2906可包括FePtCu，并且其中第二磁记录层2114的磁性颗粒2120中Cu的量优选地小于第一磁记录层2112的磁性颗粒2116/和/或第三磁记录层2904的磁性颗粒2906中Cu的量。这避免了出现富Cu的第二磁记录层2114夹在第一和第三磁记录层2112、2904之间。
在另一方案中，第一磁记录层2112的磁性颗粒2116可包括L10FePtX，第二磁记录层2114磁性颗粒2120可包括L10FePt，而第三磁记录层2904的磁性颗粒2906可包括L10FePtZ，其中X和Z的量各自可在约5at％至约20at％之间的范围内。在该配置中，包括L10FePtX的第一磁记录层2112可帮助改进置于其上的层的结晶方向；包括L10FePt的第二磁记录层2114可改进媒介各向异性和磁属性；而包括L10FePtZ的第三磁记录层2904可降低媒介的Tc(居里温度)并在磁性颗粒中提供应力松弛。在一个具体的方中，第一磁记录层2112的磁性颗粒2116可包括L10FePtCu，第二磁记录层2114的磁性颗粒2120可包括L10FePt，而第三磁记录层2904的磁性颗粒2906可包括L10FePtCu，其中，第一和第三磁记录层2112、2904中的Cu量可相同或不同。
在进一步的方案中，Cu量可具有在复合磁性颗粒2910的厚度方向上(例如，朝向平行于基底法线的方向)延伸的渐进梯度，以使每个复合颗粒2910的最底部(例如，最接近基底2104的那部分)包含的Cu量大于其最上部(例如，最接近覆盖层2126的那部分)。
下方表格2提供了磁记录多层结构2902的成分的多个非限制性示例。
表格2
如图21附加地所示，第三磁记录层2904可包括一个或多个分离体材料2908。例如，在多个方案中，第三磁记录层2904的第三分离体2908可包括C、SiO2、TiOx、AlN、TiN、W、Ti、TiC、TiN、BC、BN、SiN、SiC、TiO2、CrOx、CrN、AlOx、A12O3、MgO、Ta2O5、B2O3等及其组合。重要的是应注意第三分离体2908可包括与构成第二分离体2122和/或第一分离体2118的材料相同或不同的一个或多个材料。
最后，同样重要的是应注意图29的磁记录多层结构2902在多种方案中还可包括多于三个的磁记录层。例如，尽管图29未示出，一个或多个附加的磁记录层可位于第三磁记录层2904上方。该一个或多个附加的层中的至少一个可包括多个由分离体隔离的磁性颗粒，其中磁性颗粒和分离体的成分可包括本文公开的任何相应材料。然而，在呈现了三个或多个磁记录层的方案中，优选地使中间磁记录层的关联居里温度不超过最上部磁记录层(最接近一个或多个覆盖层的层)和/或最底部磁记录层(最接近基底的层)的关联居里温度。这可由以下方案实现：中间磁记录层的磁性颗粒的任何合金元素(例如，Ag、Cu、Au、Ni、Mn、其组合)的量不超过最上部磁记录层和/或最底部磁记录层的所述合金元素的量。当合金元素为Cu时，该配置避免了具有富Cu的中间部分的磁记录多层结构，因为优选地将最上部和/或最底部磁记录层作为富Cu层。
本文公开的创造性概念已通过示例的形式呈现，以在多个示例性的场景、实施例和/或实施方案中说明其多方面特征。应当理解的是，概括性公开的该概念应被视为是模块化的，并且可以以任何组合、排列或其组合实施。此外，由本领域普通技术人员在读取该说明书后能够理解的、当前公开的特征、功能和概念的任何修改、变型或等同物也应当视为落入本公开的范围。
还应注意，本文呈现的用于至少某些各种各样的实施例的方案可整体或部分地以计算机硬件、软件、人工、利用专业装置等及其组合实施。
此外，任何结构和/或步骤可利用本领域技术人员在阅读本说明书后显而易见的已知材料和/或技术实现。
尽管已在上文众描述了多种实施例，应当理解的是，其仅以示例性而非限制性的形式呈现。因此，本发明的实施例的广度和范围不应限于任何上述示例性实施例，而是应仅根据如下权利要求及其等同物定义。

Claims (25)

1.一种磁记录介质，包括：
基底；
种子层，位于该基底上方；以及
磁记录层结构，位于该种子层上方，该磁记录层结构包括：
第一磁记录层，具有第一分离体和多个FePtCu磁性颗粒；以及
第二磁记录层，位于第一磁记录层上方，该第二磁记录层具有第二分离体和多个FePt磁性颗粒；
其中该第一磁记录层的居里温度低于该第二磁记录层的居里温度。
2.根据权利要求1所述的磁记录介质，其中该第一分离体和该第二分离体独立地选自由C、SiO2、TiO2、TaOx、SiC、SiN、TiC、TiN、BN、BC、Cr-氧化物、Cr-氮化物、MgO、B及其组合构成的组。
3.根据权利要求1所述的磁记录介质，其中该第一磁记录层的厚度在大于0nm至小于或等于约3nm的范围内。
4.根据权利要求1所述的磁记录介质，其中该第一磁记录层中FePtCu磁性颗粒的直径在约2nm至10nm的范围内。
5.根据权利要求1所述的磁记录介质，其中该第一磁记录层中FePtCu磁性颗粒之间的间距在约3nm至11nm的范围内。
6.根据权利要求1所述的磁记录介质，其中该第一磁记录层中FePtCu磁性颗粒中Cu的量在约5at.％至20at.％的范围内。
7.根据权利要求1所述的磁记录介质，其中该第一磁记录层中FePtCu磁性颗粒进一步包括Ag、Au、Ni和Mn中的至少一个。
8.根据权利要求1所述的磁记录介质，其中该第二磁记录层中FePt磁性颗粒进一步包括Cu，其中该第二磁记录层中Cu的量小于该第一磁记录层中Cu的量。
9.根据权利要求1所述的磁记录介质，其中该第二磁记录层的厚度在约3nm至15nm的范围内。
10.根据权利要求1所述的磁记录介质，其中该第二磁记录层中FePt磁性颗粒的直径在约2nm至10nm的范围内。
11.根据权利要求1所述的磁记录介质，其中在该第二磁记录层中FePt磁性颗粒之间的间距在约3nm至11nm的范围内。
12.根据权利要求1所述的磁记录介质，其中该第二磁记录层不包括Cu。
13.根据权利要求1所述的磁记录介质，其中该第二磁层的磁性颗粒的物理特征在于直接生长在该第一磁记录层的磁性颗粒上。
14.根据权利要求1所述的磁记录介质，其中该第一磁记录层和第二磁记录层的磁性颗粒形成延伸通过该磁记录层结构的复合磁性颗粒，其中该磁记录层结构的总厚度至少为6nm，并且其中该复合磁性颗粒具有至少为1.5的长径比。
15.根据权利要求1所述的磁记录介质，其中该种子层包括MgO。
16.根据权利要求1所述的磁记录介质，进一步包括位于该基底上方和该种子层下方的隔热层。
17.根据权利要求1所述的磁记录介质，其中该磁记录层结构进一步包括位于该第二磁记录层上方的第三磁记录层，该第三磁记录层具有第三分离体和多个FePt磁性颗粒。
18.根据权利要求17所述的磁记录介质，其中该第三磁记录层的FePt磁性颗粒进一步包括Cu。
19.根据权利要求17所述的磁记录介质，其中该第三磁记录层的厚度在大于0nm和小于或等于约3nm的范围内。
20.一种磁数据存储系统，包括：
至少一个磁头；
根据权利要求1所述的磁记录介质；
驱动机构，用于使该磁介质移动通过该至少一个磁头；以及
控制器，电气地耦合于该至少一个磁头以控制该至少一个磁头的操作。
21.一种磁记录介质，包括：
基底；
隔热层，位于该基底上方；
种子层，位于该隔热层上方；以及
磁记录层结构，直接位于该种子层上方并且在该种子层上，该磁记录层结构包括：
第一磁记录层，具有第一分离体和多个L10FePt-X磁性颗粒，X选自由Ag、Cu、Au、Ni、Mn及其组合构成的组；
第二磁记录层，位于该第一磁记录层上方，该第二磁记录层具有第二分离体和多个L10FePt磁性颗粒；
其中该第一磁记录层的居里温度低于该第二磁记录层的居里温度，
其中该第一磁记录层中FePt-X磁性颗粒中X的量在约5at.％至20at.％之间。
22.根据权利要求21所述的磁记录介质，其中该第一分离体和该第二分离体独立地选自由C、SiO2、TiO2、TaOx、SiC、SiN、TiC、TiN、BN、BC、Cr-氧化物、Cr-氮化物、MgO、B及其组合构成的组。
23.根据权利要求21所述的磁记录介质，其中该第一磁记录层中FePt-X磁性颗粒的厚度在大于0nm至小于或等于约3nm的范围内，其中该第二磁记录层中FePt磁性颗粒的厚度在约3nm至约15nm的范围内。
24.根据权利要求21所述的磁记录介质，其中该种子层包括MgO。
25.根据权利要求21所述的磁记录介质，其中该磁记录层结构进一步包括位于该第二磁记录层上方的第三磁记录层，其中该第三磁层具有第三分离体和多个FePt磁性颗粒，其中该第三磁记录层的FePt磁性颗粒可选地包括选自由Ag、Cu、Au、Ni、Mn及其组合构成的组的附加元素。
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