CN106057217B - 垂直磁记录介质和磁记录再现装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供垂直磁记录介质和磁记录再现装置。本发明的垂直磁记录介质是在非磁性基板上依次至少层叠背衬层、基底层、中间层、垂直磁记录层而成的，其中，所述背衬层至少具备具有非晶质结构的软磁性膜，所述基底层是从所述非磁性基板侧起层叠第1基底层和第2基底层而成的，所述第1基底层由非晶质结构的TiV合金构成，所述第2基底层包含NiW合金，所述中间层包含Ru或Ru合金，具有所述非晶质结构的软磁性膜、第1基底层、第2基底层相接地设置。
Description
技术领域
本发明涉及在硬盘装置(HDD)等中使用的垂直磁记录介质和磁记录再现装置。
本发明根据2015年4月13日在日本申请的日本特愿2015-081658号主张优先权，并将其内容引用于此。
背景技术
垂直磁记录方式是如下的方式：通过使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，使得作为记录比特间的边界的磁化转移区域附近的反磁场减小，所以，记录密度越高，越是静磁稳定且热波动耐性提高，因此，适合于面记录密度的提高。
垂直磁记录介质是在非磁性基板上依次层叠背衬层、基底层、中间层和垂直磁记录层而成的。在非磁性基板与垂直磁记录层之间设置了由软磁性材料构成的背衬层的情况下，作为所谓的垂直双层介质发挥功能，能够得到较高的记录能力。此时，软磁性背衬层发挥使来自磁头的记录磁场回流的作用，由此，能够提高记录再现效率。
并且，基底层是决定设置在其上方的中间层和垂直磁记录层的粒径和取向的支配性要素，所以，为了决定磁记录介质的记录再现特性，其材料的选择非常重要。因此，提出了基底层所使用的各种材料。例如，可以举出Ti合金(例如参照专利文献1)、NiFeCr合金(例如参照专利文献2)等hcp结构或fcc结构、以及Ta等非晶质结构等。并且，在专利文献4中记载了使用将Ni、Cu、Pt、Pd中的任意一种作为主成分且包含Ti、V、Ta、Cr、Mo、W中的任意一种以上的添加元素的合金作为基底层。
提出了使用Ru作为中间层(参照专利文献5)。并且，已知Ru在柱状晶的顶部形成圆顶状的凸部，所以，具有如下效果：使记录层等晶粒子在该凸部上成长，促进所成长的晶粒子的分离结构，使晶粒子孤立化，使磁性粒子成长为柱状(参照专利文献6)。
并且，在专利文献7中公开了使用包含fcc结构的元素和bcc结构的元素的fcc结构的合金层与NiW合金层的层叠结构作为基底层。
并且，在专利文献8中公开了对于面内取向的磁记录介质的基底层使用TiV。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第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
专利文献7：日本特开2012-069230号公报
专利文献8：日本特开2004-227717号公报
发明内容
针对磁记录介质的高记录密度化的要求不会停止，要求能够进一步实现高记录密度化的磁记录介质。
针对该课题，以往，尝试提供如下的垂直磁记录介质和具有该垂直磁记录介质的磁记录再现装置：通过实现使用了NiW合金的基底层的晶粒的微细化，实现形成在其上方的中间层、磁记录层的晶粒的微细化、取向性的提高，电磁转换特性优良，能够应对高记录密度化。作为实现这种技术的方法，多数情况下，主要在非晶质结构的背衬层与NiW基底层之间设置fcc结构的微晶层，以实现NiW层的微晶化。但是，该尝试存在极限，存在使NiW层过度微晶化时，形成在其上方的中间层的取向性降低这样的问题。
本发明是鉴于这种现有情况而提出的，其目的在于，提供如下的垂直磁记录介质和具有该垂直磁记录介质的磁记录再现装置：提供能够同时实现使用了NiW合金的基底层的晶粒的微细化和较高晶体取向性的基底层，实现形成在其上方的中间层、磁记录层的晶粒的微细化、取向性的提高，电磁转换特性优良，能够应对高记录密度化。
为了解决上述课题，本发明采用以下手段。
(1)一种垂直磁记录介质，其是在非磁性基板上依次至少层叠背衬层、基底层、中间层和垂直磁记录层而成的，其特征在于，所述背衬层至少具备具有非晶质结构的软磁性膜，所述基底层是从所述非磁性基板侧起层叠第1基底层和第2基底层而成的，所述第1基底层由非晶质结构的TiV合金构成，所述第2基底层包含NiW合金，所述中间层包含Ru或Ru合金，具有所述非晶质结构的软磁性膜、第1基底层、第2基底层相接地设置。
(2)根据(1)所述的垂直磁记录介质，其特征在于，所述TiV合金中包含的V的量在10原子％(原子百分比)～80原子％的范围内。
(3)根据(1)或(2)中的任意一项所述的垂直磁记录介质，其特征在于，所述第1基底层的膜厚在0.2nm～5nm的范围内。
(4)一种磁记录再现装置，其特征在于，所述磁记录再现装置具有：(1)～(3)中的任意一项所述的垂直磁记录介质；以及向所述垂直磁记录介质写入信息的单磁极磁头。
根据本发明，能够提供如下的垂直磁记录介质和磁记录再现装置：通过使基底层成为由非晶质结构的TiV合金构成的第1基底层以及由NiW合金层构成的第2基底层的双层结构，实现形成在基底层上方的中间层、垂直磁记录层的晶粒的微细化、粒度分布的均匀化、取向性的提高，电磁转换特性优良，能够应对高记录密度化。
附图说明
图1是示出应用了本发明的垂直磁记录介质的一例的剖视图。
图2是示出应用了本发明的磁记录再现装置的一例的立体图。
标号说明
1：非磁性基板；11：紧密贴合层；2：背衬层；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：记录再现信号处理系统。
具体实施方式
下面，参照附图对应用了本发明的垂直磁记录介质和磁记录再现装置进行详细说明。
另外，在以下说明所使用的附图中，为了容易理解特征，有时放大示出成为特征的部分以便于说明，各结构要素的尺寸比率等不一定与实际相同。并且，以下说明中例示的材料、尺寸等仅为一例，本发明不限于此，可以在能够发挥本发明的效果的范围内适当变更来实施。
(垂直磁记录介质)
例如图1所示，应用了本发明的本实施方式的垂直磁记录介质成为如下结构，在非磁性基板1的两面依次层叠紧密贴合层11、背衬层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、保护层7，并且，在最上层形成润滑膜(图1中省略)。另外，在图1中仅图示了非磁性基板1的一个面。
其中，作为非磁性基板1，例如可以使用由铝、铝合金等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、碳等非金属材料构成的非金属基板。
并且，作为构成非磁性基板1的玻璃基板，例如可以使用非晶质玻璃、晶体玻璃，进而，作为非晶质玻璃，可以使用通用的钠钙玻璃、铝硅酸盐玻璃等。另一方面，作为晶体玻璃，可以使用锂系晶体玻璃等。
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，这从提高记录密度这点来看是优选的。并且，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，这从减小磁头的悬浮高度而进行高记录密度记录这点来看是优选的。这样，通过使非磁性基板1的表面变得平坦，能够提高中间层5和垂直磁记录层6的晶体取向，能够提高记录再现特性，并且，能够减小磁头悬浮高度。
并且，如后所述，非磁性基板1与将Co或Fe作为主成分的背衬层2相接，由此，由于表面的吸附气体、水分的影响、基板成分的扩散等，可能产生腐蚀。因此，优选在非磁性基板1与背衬层2之间设置紧密贴合层11。另外，作为紧密贴合层11的材料，例如可以适当选择Cr、Cr合金、Ti、Ti合金等。并且，紧密贴合层11的厚度优选为2nm以上，且优选为30nm以下。
背衬层2具有依次层叠第1软磁性膜8、Ru膜9、第2软磁性膜10的结构。即，该背衬层2具有通过在双层的软磁性膜8、10之间夹入Ru膜9而使位于Ru膜9的上下的软磁性膜8、10反铁磁耦合(AFC)的结构。由此，能够提高针对来自外部的磁场的耐性、以及针对作为垂直磁记录特有的问题的WATE(Wide Area Tack Erasure：大面积接缝擦除)现象的耐性。
第1和第2软磁性膜8、10例如由CoFe合金构成。通过对这些软磁性膜8、10使用CoFe合金，能够实现高饱和磁通密度Bs(1.4(T)以上)，并且，通过使用后述的第1基底层3、第2基底层4，能够得到更加优良的记录再现特性。另外，在形成第1和第2软磁性膜8、10时，优选在非磁性基板1的半径方向上施加了磁场的状态下，通过溅射法形成CoFe合金膜。
并且，优选在CoFe合金中添加Zr、Ta、Nb中的任意一种。由此，能够促进CoFe合金的非晶质化，能够提高NiW合金的取向性。并且，针对CoFe合金添加的Zr、Ta、Nb的添加量优选在3～15原子％的范围内，更加优选在5～10原子％的范围内。
CoFe合金中的Fe的含有量优选在5～60原子％的范围内。当Fe的含有量小于5原子％时，背衬层2的饱和磁通密度Bs降低，属于不优选的情况。另一方面，当Fe的含有量超过60原子％时，背衬层2的腐蚀性变差，所以不优选。
背衬层2的膜厚优选在15～80nm的范围内，更加优选在20～50nm的范围内。当背衬层2的膜厚小于15nm时，无法充分吸收来自磁头的磁通，写入不充分，记录再现特性变差，所以不优选。另一方面，当背衬层2的膜厚超过80nm时，生产性显著降低，所以不优选。
并且，在背衬层2中，通过使第1和第2软磁性膜8、10成为非晶质结构，能够防止表面粗糙度Ra变大。由此，能够降低磁头的悬浮量，能够进一步提高记录密度。
这里，当定义“Hbias”作为表示构成背衬层2的第1和第2软磁性膜8、10中的AFC耦合的大小的指标时，背衬层2的该Hbias的值优选为80(Oe)以上，且优选为300(Oe)以下。由此，能够提高外磁场耐性和WATE耐性。设饱和磁通密度为Ms，“Hbias”被定义为饱和磁通密度Ms的半值的磁场Ms/2，通过对第1和第2软磁性膜8、10使用上述材料，并使设置在这些软磁性膜8、10之间的Ru膜9的膜厚成为规定膜厚(例如0.6～0.8nm)，能够满足上述Hbias的值。
并且，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)大约为79A/m。
第1基底层3、第2基底层4用于对设置在其上方的中间层5和垂直磁记录层6的取向、晶体尺寸进行控制，是为了增大从磁头产生的磁通的垂直于基板面的方向上的成分，并且将记录有信息的垂直磁记录层6的磁化的方向更加牢固地固定在与非磁性基板1垂直的方向上而设置的。即，这是因为，由于第2软磁性膜10为非晶质结构，所以，即使在其上方直接设置中间层或磁记录层，也很难使磁记录层垂直取向。
通过对基底层使用NiW合金，能够使c轴取向性较高的hcp结构的磁性粒子在该基底层的上方成长而形成垂直磁记录层(参照专利文献3。)。本发明人对由该NiW合金构成的基底层进行改良，对实现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进行研讨的结果发现，通过使基底层成为从基板侧起依次为非晶质结构的TiV合金层和NiW合金层的双层结构，能够实现上述内容。
以往，尝试在非晶质结构的背衬层与NiW基底层之间设置fcc结构等的微晶层来实现NiW层的微晶体化。但是，该尝试存在极限，存在使NiW层过度微晶体化时、形成在其上方的中间层的取向性降低这样的问题。根据本发明人的研究，这是因为当使微晶层变得过度细微时，微晶层的晶体性会变差，还会使NiW层的晶体性降低。
因此，本发明人研究了设置非晶质结构的层作为NiW基底层的下层。而且，该非晶质结构的层是核形成为岛状的层，想到该核分别使NiW的晶体逐个(one by one)地进行晶体成长，完成了本发明的层叠结构。
在本发明中，使用由TiV合金构成的层作为第1基底层，TiV合金中包含的V的量优选在10原子％以上、80原子％以下的范围内。即，在使用由TiV合金构成的层作为第1基底层的情况下，通过使V的量在10原子％～80原子％的范围内，能够同时实现使用了NiW合金的基底层的晶粒的微细化和较高晶体取向性。
TiV合金中包含的V的量的下限优选为10原子％以上，更加优选为30原子％以上。并且，TiV合金中包含的V的量的上限优选为80原子％以下，更加优选为70原子％以下。
为了使作为本发明的第1基底层的TiV合金层成为非晶质结构，可以采用已知的方法。例如，在成膜时使用溅射法的情况下，可以采用降低成膜时的基板温度、降低溅射粒子的能量、降低对靶材投入的功率并降低等离子体密度、以及在成膜后进行反溅射而扰乱膜的晶体结构等方法。
这样，通过改善由NiW合金构成的第2基底层4的晶体组织，能够实现如下的垂直磁记录介质：进一步实现层叠在该第2基底层4的上方的中间层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，电磁转换特性优良，能够应对高记录密度化。
第1基底层3的膜厚优选在0.2nm～5nm的范围内。当第1基底层3的膜厚小于0.2nm时，本发明的效果不充分，使第2基底层的NiW合金层的晶体粒径变得细微和均匀的效果降低。另一方面，当第1基底层3的膜厚超过5nm时，第2基底层4的晶体尺寸增大，所以不优选。
在本发明中，第2基底层4由NiW合金构成。该NiW合金中的W的含有量优选在3原子％～10原子％的范围内。
当NiW合金中的W的含有量小于3原子％或超过10原子％时，对垂直磁记录介质的取向和晶体尺寸进行控制的效果降低，所以不优选。
另外，以减小晶体尺寸以及提高与中间层5间的晶格尺寸的匹配性为目的，可以在NiW合金中添加其他元素。例如，以减小晶体尺寸为目的，可以添加B、Mn等，该情况下，B、Mn的含有量优选为6原子％以下，且优选为1原子％以上。并且，以提高与中间层5间的晶格尺寸的匹配性为目的，可以添加Ru、Pt、Mo、Ta等。该情况下，Ru、Pt、Mo、Ta的含有量优选为40原子％以下和1原子％以上。
第2基底层4的膜厚优选在2～20nm的范围内。当第2基底层4的膜厚小于2nm时，效果不充分，无法得到使晶体粒径变得细微的效果，并且，取向性也会变差，所以不优选。另一方面，当第2基底层4的膜厚超过20nm时，晶体尺寸增大，所以不优选。
中间层5是用于使垂直磁记录层成为c轴取向的柱状晶的层，其成长面具有圆顶状的形状。这种中间层5可以由Ru或Ru合金形成。作为Ru合金，例如可以例示RuCo、RuAl、RuMn、RuMo、RuFe合金。Ru合金中的Ru量可以为50原子％以上且90原子％以下。
并且，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变薄，磁头与背衬层2之间的距离减小，能够使来自磁头的磁通变得陡峻。其结果，能够使背衬层2的膜厚变得更薄，能够提高生产性。
垂直磁记录层6由易磁化轴朝向垂直于基板面的方向的磁性膜构成。该垂直磁记录层6至少包含Co和Pt，进而，以改善SNR特性等为目的，也可以添加氧化物、Cr、B、Cu、Ta、Zr等。并且，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％，更加优选为25～35体积％。当该氧化物的体积率小于15体积％时，SNR特性不充分，所以不优选。另一方面，当该氧化物的体积率超过40体积％时，无法得到适度对应于高记录密度的保磁力，所以不优选。
垂直磁记录层6的膜厚优选在6nm～20nm的范围内。例如，当氧化物颗粒层的膜厚在该范围内时，能够确保充分的输出，不会使OW特性变差，所以是优选的。
另外，垂直磁记录层6可以是单层结构，也可以是由组成不同的材料构成的双层以上的结构。
保护层7用于防止垂直磁记录层6的腐蚀，并且在磁头与介质接触时防止介质表面的损伤，可以使用以往已知的材料、例如包含C、SiO2、ZrO2的材料。保护层7的膜厚在1nm～5nm的范围内能够减小磁头与介质表面的距离，所以，从高记录密度这点来看是优选的。
涂布于最上层的润滑膜可以使用以往已知的材料、例如全氟聚醚、氟化醇、氟代羧酸等。
(磁记录再现装置)
图2示出应用了本发明的磁记录再现装置的一例。
该磁记录再现装置具备：具有上述图1所示的结构的垂直磁记录介质50；对垂直磁记录介质50进行旋转驱动的介质驱动部51；在垂直磁记录介质50中记录再现信息的磁头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；以及记录再现信号处理系统54。并且，记录再现信号处理系统54能够对从外部输入的数据进行处理并将记录信号送出到磁头52，并对来自磁头52的再现信号进行处理并将数据送出到外部。
在应用了本发明的磁记录再现装置中，为了应对上述垂直磁记录介质的进一步提高记录密度的期望，对于磁头52使用了针对垂直磁记录层6的写入能力优良的单磁极磁头。而且，在上述垂直磁记录介质中，为了对应于这种单磁极磁头，在非磁性基板1与垂直磁记录层6之间设置背衬层2，实现单磁极磁头与垂直磁记录层6之间的磁通进出效率的提高。
并且，在磁记录再现装置中，可以使用具有利用了巨磁电阻效应(GMR)的GMR元件等作为再现元件的、适于更高记录密度的磁头52。
另外，本发明不必限于上述实施方式，可以在能够发挥本发明的效果的范围内施加各种变更。
例如，本发明还能够应用于在上述垂直磁记录层6具有磁分离的磁记录图案的垂直磁记录介质。具体而言，作为具有磁记录图案的磁记录介质，可以举出按照每1比特而具有一定规则性地配置磁记录图案的所谓的图案化介质、磁记录图案被配置成轨道状的介质、以及伺服信号图案等。
【实施例】
下面，通过实施例来更加明确本发明的效果。另外，本发明不限于以下的实施例，能够在不变更其主旨的范围内适当进行变更来实施。
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)收纳在DC磁控溅射装置(ANELVA公司制C-3010)的成膜腔内，，对成膜腔内进行排气，直至成为到达真空度1×10-5Pa。在该玻璃基板上形成10nm的由50Cr-50Ti(Cr含有量50原子％、Ti含有量50原子％)构成的紧密贴合层、20nm的由47Fe-35Co-9W-9Nb(Fe含有量47原子％、Co含有量35原子％、W含有量9原子％、Nb含有量9原子％)构成的第1软磁性膜、0.8nm的Ru膜、20nm的由47Fe-35Co-9W-9Nb构成的第2软磁性膜，从而形成背衬层。另外，利用XRD确认这些软磁性膜的晶体结构为非晶质结构。
接着，在上述背衬层的上方以1nm的膜厚形成表1所示的组成、晶体结构的第1基底层，在该第1基底层的上方以3nm的膜厚形成由NiW合金构成的第2基底层。另外，在比较例1～3中，在第1基底层的溅射成膜时，对基板施加150V的偏压，由此使第1基底层晶体化。
在上述第1基底层的上方形成12nm的由Ru构成的中间层，作为垂直磁记录层，形成10nm的69Co-5Cr-16Pt-10SiO2、6nm的53Co-10Cr―23Pt-14B。然后，在其上通过离子束法形成4nm的由碳构成的保护层后，通过浸渍法形成由全氟聚醚构成的润滑膜，从而得到实验例1～10的垂直磁记录介质。
然后，针对这些实施例1～10和比较例1～4的垂直磁记录介质，进行信号对噪声比(SNR)的评价，以调查电磁转换特性。表1示出其评价结果。
并且，在各实施例中，从成膜装置中取出形成了由Ru构成的中间层的基板，调查Ru的垂直取向性(Δθ50)。表1示出其评价结果。
【表1】
对表1的实施例1～10和比较例1～4进行比较时，实施例1～10中的所有的SNR都优于比较例1～4中的SNR。可知，特别是晶体结构与实施例1～10不同且作为Ti单体、V单体的情况下的比较例1和3，与实施例1～10相比，SNR低0.4～0.5dB左右。
并且，对实施例1和比较例2进行比较时，即使晶体结构是相同的非晶质，通过使Ti单体成为含有5原子％的V的TiV合金，可使得SNR提高0.2dB。而且，对实施例1～6进行比较时可知，进一步增加V的含有量，直到成为50原子％为止，越是增加V的含有量，SNR越良好。
另一方面，对比较例3和实施例6～10进行比较时可知，在第1基底层的材料为V单体、且晶体结构为bcc的情况下(比较例3)，SNR为19.02dB，但是，作为非晶质的TiV合金，在V的含有量从90原子％成为50原子％为止，越是减少V的含有量，SNR越良好。
并且，对实施例3和比较例4进行比较时可知，即使是相同的组成，在晶体结构不是非晶质的情况下，SNR会降低0.3dB左右。
并且，对实施例1～10进行比较时可知，作为第1基底层的材料，当TiV合金中的V的含有量为10原子％以上、80原子％以下时，SNR为19.51dB以上，所以是优选的，而当V的含有量为30原子％以上、70原子％以下时，SNR为19.53dB以上，所以更加优选。
并且，针对Ru的垂直取向性(Δθ50)，当对实施例1～10和比较例1～4进行比较时可知，全部实施例都优于比较例1～4。
Claims (4)
1.一种垂直磁记录介质，其是在非磁性基板上依次至少层叠背衬层、基底层、中间层和垂直磁记录层而成的，其特征在于，
所述背衬层至少具备具有非晶质结构的软磁性膜，并且具有依次层叠了第1软磁性膜、Ru膜、第2软磁性膜的结构，
所述基底层是从所述非磁性基板侧起层叠第1基底层和第2基底层而成的，
所述第1基底层由非晶质结构的TiV合金构成，
所述第2基底层包含NiW合金，
所述中间层包含Ru或Ru合金，
所述具有非晶质结构的软磁性膜、第1基底层、第2基底层相接地设置。
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TiV合金中包含的V的量在10原子％～80原子％的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的垂直磁记录介质，其特征在于，
所述第1基底层的膜厚在0.2nm～5nm的范围内。
4.一种磁记录再现装置，其特征在于，所述磁记录再现装置具有：
权利要求1～3中的任意一项所述的垂直磁记录介质；以及
向所述垂直磁记录介质写入信息的单磁极磁头。
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