CN108573715B - 辅助磁记录介质和磁存储装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及辅助磁记录介质和磁存储装置，其目的在于提供一种磁记录介质，其可降低因向磁记录介质写入信息时所致的噪音，同时可提高信号的水平，从而使读入时的信噪比优异。本发明的一个实施方式的辅助磁记录介质的特征在于，其依次具有基板、底层、以及以具有L10型结晶结构的合金作为主成分的磁性层，辅助磁记录介质具有与上述磁性层相接的钉扎层，钉扎层包含Co或以Co为主成分的合金。
Description
【技术领域】
本发明涉及辅助磁记录介质(assisted magnetic recording medium)以及磁存储装置。
【背景技术】
近年来，对硬盘装置的大容量化的要求日益增强。
但是，在当前的记录方式中难以提高硬盘装置的记录密度。
辅助磁记录方式作为下一代的记录方式而被积极研究，其是引人注目的技术之一。辅助磁记录方式是从磁头对磁记录介质照射近场光或微波而使照射区域的矫顽磁力局部地降低来写入磁信息的记录方式。将对磁记录介质照射近场光的类型称为热辅助磁记录介质、照射微波的类型称为微波辅助磁记录介质。
在辅助磁记录方式中，作为构成磁性层的材料，使用具有L10型结晶结构的FePt(Ku～7×107erg/cm3)、同样地具有L10型结晶结构的CoPt(Ku～5×107erg/cm3)之类的高Ku材料。
作为构成磁性层的材料使用高Ku材料时，KuV/kT增大。此处，Ku为磁性颗粒的磁各向异性常数，V为磁性颗粒的体积，k为玻耳兹曼常数，T为温度。因此能抑制由热波动(thermal fluctuation)所致的退磁、同时还能减小磁性颗粒的体积。此时，通过使磁性颗粒变得微细，在热辅助磁记录方式中，能够使迁移宽度(transition width)变窄，因而能够降低噪音、能够改善信噪比(SNR)。
在专利文献1中记载了一种热辅助信息记录介质，其是在以MgO为主成分的底层上设置由FePt合金形成的L10型规则合金层而成的。
在专利文献2中记载了一种热辅助信息记录介质，其是在由FePt合金形成的L10结构磁性层上设置由Co系合金形成的HCP结构磁性层而成的，该HCP结构磁性层的设置是为了在构成该L10结构磁性层的磁性颗粒间导入交换耦合(exchange coupling)的目的而设置的。
【现有技术文献】
【专利文献】
专利文献1：日本特开平11-353648号公报
专利文献2：日本特开2015-005326号公报
【发明内容】
【发明所要解决的课题】
在辅助磁记录介质中，使用由磁头照射的激光或微波使磁记录介质的矫顽磁力(coercive force)局部地降低而在磁性层上写入磁信息。根据本发明人的研究显示，在磁性层上刚写入后的矫顽磁力恢复(recovery)时，在写入比特(writing bit)的周边部、构成比特(bit)的多个磁性颗粒的一部分等发生磁化反转，该磁化反转部引起磁记录介质读入时的噪音。
本发明的目的在于解决这样的问题，提供一种磁记录介质，该磁记录介质通过降低向磁记录介质写入信息时所致的噪音，同时提高信号的水平，由此使读入时的信噪比优异。
【解决课题的手段】
本发明包括下述项目(1)～(7)的实施方式。
(1)
一种辅助磁记录介质，其依次具有基板、底层、以及以具有L10型结晶结构的合金为主成分的磁性层，该辅助磁记录介质的特征在于，上述辅助磁记录介质具有与上述磁性层相接的钉扎层，上述钉扎层包含Co或以Co为主成分的合金。
(2)
如(1)所述的辅助磁记录介质，其特征在于，上述钉扎层具有钉扎将磁信息写入上述磁性层时的磁性颗粒的磁化方向之功能。
(3)
如(1)或(2)中任一项所述的辅助磁记录介质，其特征在于，构成上述钉扎层的磁性材料的居里温度(PTc)与构成上述磁性层的磁性材料的居里温度(MTc)之差(PTc-MTc)为200K以上。
(4)
如(1)～(3)中任一项所述的辅助磁记录介质，其特征在于，上述钉扎层具有粒状结构，该粒状结构包含Co或以Co为主成分的合金、以及选自由SiO2、Cr2O3、TiO2、B2O3、GeO2、MgO、Ta2O5、CoO、Co3O4、FeO、Fe2O3和Fe3O4组成的组中的至少一种氧化物。
(5)
如(1)～(4)中任一项所述的辅助磁记录介质，其特征在于，上述钉扎层的层厚为0.5nm以上5nm以下。
(6)
如(1)～(5)中任一项所述的辅助磁记录介质，其特征在于，其在上述磁性层的与上述基板相反的一侧具有上述钉扎层。
(7)
一种磁存储装置，其包含：(1)～(6)中任一项所述的辅助磁记录介质、用于使上述辅助磁记录介质旋转的磁记录介质驱动部、对上述辅助磁记录介质进行记录动作和再现动作的磁头、用于使上述磁头移动的磁头驱动部、以及记录/再现信号处理系统。
【发明的效果】
根据本发明，能够降低起因于向磁记录介质写入信息时的噪音、提高信号的水平(level)。因此，能够提供读入时的SNR高的高记录密度磁存储装置。
【附图说明】
图1是示出一个实施方式的辅助磁记录介质的示意图。
图2是示出一个实施方式的磁存储装置的示意图。
图3是示出图2的磁存储装置的磁头的一例的示意图。
【符号的说明】
1 基板
2 种子层
3 第1底层
4 第2的底层
5 磁性层
6 钉扎层
7 碳保护层
8 润滑膜
100 辅助磁记录介质
101 辅助磁记录介质驱动部
102 磁头
103 磁头驱动部
104 记录/再现信号处理系统
201 主磁极(main pole)
202 辅助磁极(auxiliary pole)
203 线圈
204 激光二极管
205 激光
206 近场光发生元件
207 波导(waveguide)
208 记录头
209 护罩
210 再现元件
211 再现头
212 热辅助磁记录介质
【具体实施方式】
以下对本发明的具体实施方式进行说明，但本发明并不受下述实施方式的限制，只要不脱离本发明的范围，还可对下述实施方式进行各种变形和置换。
图1示出了一个实施方式的辅助磁记录介质。
图1所示的实施方式的辅助磁记录介质100具有在基板1上依次形成种子层2、第1底层3、第2底层4、具有L10型结晶结构的合金进行了(001)取向的磁性层5、钉扎层6、碳保护层7、润滑膜8而成的结构。
钉扎层6是包含Co或以Co为主成分的合金的磁性材料的层，其与磁性层5相接地设置。钉扎层6具有钉扎磁性颗粒的磁化方向的功能，该磁性颗粒的磁化方向是将磁信息写入磁性层5时的磁性颗粒的磁化方向。
在辅助磁记录介质中，使用由磁头照射的激光或微波使磁记录介质的矫顽磁力局部地降低而在磁性层上写入磁信息。如上所述，本发明人已经查明，在磁性层上刚写入后的矫顽磁力恢复时，在写入比特(writing bit)的周边部、构成比特的多个磁性颗粒的一部分等发生磁化反转(reversal)，该磁化反转部(magnetic reversed region)造成磁记录介质读入时的噪音。据信，该现象的起因如下：在具有L10型结晶结构的磁性颗粒中所含有的粒径特别小的颗粒中，在矫顽磁力恢复时，磁化方向发生摇摆(在热辅助介质中发生热揺)，由此，在一部分磁性颗粒中发生磁化方向的再反转(re-reversal)，从而产生该现象。
本发明人发现，通过与磁性层相接地设置钉扎层、并使该钉扎层由居里温度高的Co或以Co为主成分的磁性材料形成，这样的磁性颗粒的磁化反转能够通过采用钉扎层进行钉扎而得以防止。由此能够得到噪音特性优异的磁记录介质。
在一个实施方式中，构成钉扎层的磁性材料的居里温度(PTc)与构成磁性层的磁性材料的居里温度(MTc)之差(PTc-MTc)优选为200K以上、更优选为300K以上、特别优选为500K以上。(PTc-MTc)的最佳值依赖于钉扎层的构成材料和层厚、磁性层的构成材料和层厚、以及构成磁性层的磁性颗粒的粒度分布。通过使(PTc-MTc)为200K以上，钉扎层能够更为有效地钉扎磁性颗粒的磁化反转。
作为代表性的磁性材料的居里温度，已知Co为1388K、Fe为1044K、Ni为624K、FePt约为750K、SmCo5约为1000K、CoCrPt系磁性合金约为400K～600K。可以由这些值来确定钉扎层的合金组成以及居里温度。由于在实用的磁性材料中居里温度最高的是Co，因而PTc和(PTc-MTc)最大的是使用纯Co(Co单质)的情况。在本发明中，(PTc-MTc)越大，越能够保证钉扎层对磁性颗粒的磁化反转的钉扎效果，因而钉扎层优选包含纯Co作为磁性材料。
在一个实施方式中，通过适当地选择居里温度高的Co或以Co为主成分的磁性合金作为钉扎层，能够使(PTc-MTc)为合适的范围。作为能够适用于钉扎层中的磁性材料，可示例出纯Co、CoPt、CoB、CoSi、CoC、CoNi、CoFe、CoPtB、CoPtSi、CoPtC、CoGe、CoBN(非粒状结构)、CoSi3N4(非粒状结构)等。除了这些以外，还可以举出添加有下述元素的材料：在与钉扎层相接的磁性层中包含的元素、或者即使扩散到磁性层中影响也很小的元素。
以包含Co在内的全部合金元素的合计为基准，Co以外的合金元素、例如Pt、B、Si、C、Ni、Fe、Ge、N等的含量优选为15at％以下、更优选为10at％以下。通过使该Co以外的合金元素的含量为上述范围，能够在不会显著降低作为主成分的Co的饱和磁化和/或居里温度的情况下发挥出钉扎效应(pinning effect)。
关于钉扎层，如上所述，其目的在于钉扎构成磁性层的磁性颗粒的磁化反转，因而据信，构成钉扎层的磁性颗粒为非粒状结构是有利的。但是，根据本发明人的研究，若在磁性层上设置非粒状结构的钉扎层，则取决于钉扎层的成膜条件，构成磁性层的磁性颗粒彼此间有时会藉由钉扎层发生交换耦合而生成噪音。
在发生上述问题的情况下，优选使钉扎层为粒状结构，特别优选构成磁性层的磁性颗粒和构成钉扎层的磁性颗粒为各自的晶粒在厚度方向上连续的柱状结晶。在这些实施方式中，能够屏蔽(block)构成钉扎层的磁性颗粒间的交换耦合、也能够屏蔽构成磁性层的磁性颗粒彼此藉由钉扎层发生的交换耦合。因此，能够有效地抑制信息写入时的噪音的发生。
钉扎层优选具有粒状结构，该粒状结构包含Co或以Co为主成分的合金、以及选自由氧化物、氮化物、碳化物和碳(C)组成的组中的至少一种第2成分，此处，氧化物为选自由SiO2、Cr2O3、TiO2、B2O3、GeO2、MgO、Ta2O5、CoO、Co3O4、FeO、Fe2O3和Fe3O4组成的组中的至少一种，氮化物为选自由BN、Si3N4、SiOxNy(x>0和y>0)、TiN、ZrN、AlN、TaN、Ta2N、CrN、Cr2N、GaN和Mg3N2组成的组中的至少一种，碳化物为选自由TiC、SiC、ZrC、B4C、WC、VC、Al4C3、HfC、Mo2C、NbC和TaC组成的组中的至少一种。钉扎层更优选具有包含Co或以Co为主成分的合金以及选自由SiO2、Cr2O3、TiO2、B2O3、GeO2、MgO、Ta2O5、CoO、Co3O4、FeO、Fe2O3和Fe3O4组成的组中的至少一种氧化物的粒状结构。这些氧化物中，特别优选使用选自由CoO、Co3O4、FeO、Fe2O3和Fe3O4组成的组中的至少一种氧化物。在辅助介质的制造工序中，即使在钉扎层形成时基板为高温的情况下，这些氧化物不容易发生热分解，也不容易发生在磁性颗粒内扩散或扩散到其他层中。假设即使在氧化物在磁性颗粒内扩散或扩散到其他层中的情况下，对磁性层和钉扎层的磁特性的影响也很小。
以Co或以Co为主成分的合金和氧化物的合计为基准，氧化物的含量优选为10vol％～50vol％、更优选为15vol％～45vol％。通过为上述范围，能够在形成粒状结构的同时充分得到钉扎效应。
钉扎层的层厚优选为0.5nm以上5nm以下。钉扎层的合适层厚依赖于(PTc-MTc)的值、钉扎层的构成材料、磁性层的构成材料和层厚、构成磁性层的磁性颗粒的粒度分布等。若钉扎层的层厚为0.5nm以上，则能够得到更高的钉扎效应，若为5nm以下，则能够抑制来自钉扎层的噪音。钉扎层的层厚的优选上限值依赖于钉扎层的构成材料，若为纯Co，则上限值特别优选为3nm，若为Co合金，则上限值特别优选为5nm。
钉扎层优选设置在磁性层的与基板相反的一侧。如上所述，由Co或以Co为主成分的合金形成的钉扎层可具有L10结构以外的结晶结构，例如，hcp结构等。因此，通过将钉扎层设置在磁性层的与基板相反的一侧，能够防止或抑制磁性层的(001)取向的L10型结晶结构发生紊乱(disordering)。
图1所示的实施方式的辅助磁记录介质100具有单层的种子层和2层结构的底层，自基板1侧起依次设有种子层2、第1底层3、第2底层4。这3层优选与在其上形成的具有L10型结晶结构的磁性层5晶格匹配。通过像这样形成包含种子层和底层的多层结构，能够进一步提高磁性层5中含有的具有L10型结晶结构的合金的(001)取向性。
作为种子层和底层，例如可示例出(100)取向的Cr、W、MgO等。
种子层以及底层的各层之间的晶格错配优选为10％以下。作为能够使晶格错配为10％以下的种子层和底层，例如可以举出将上述(100)取向的Cr、W、MgO等制成多层结构而成的层。为了确保这些底层为(100)取向，可以在种子层或底层之下使用Cr或以Cr为主成分的bcc结构的合金、或者具有B2结构的合金。作为以Cr为主成分的bcc结构的合金，可以举出CrMn、CrMo、CrW、CrV、CrTi、CrRu等。作为具有B2结构的合金，例如可以举出RuAl、NiAl等。
为了提高与磁性层5的晶格匹配性，可以在种子层和底层的至少1层中添加氧化物。
作为氧化物，优选为选自由Cr、Mo、Nb、Ta、V和W组成的组中的1种以上的元素的氧化物。作为特别优选的氧化物，可以举出CrO、Cr2O3、CrO3、MoO2、MoO3、Nb2O5、Ta2O5、V2O3、VO2、WO2、WO3、WO6等。
氧化物的含量优选为2mol％～30mol％的范围内、特别优选为10mol％～25mol％的范围内。氧化物的含量为30mol％以下时，能够将底层的(100)取向性维持在所期望的程度；氧化物的含量为2mol％以上时，能够充分得到提高磁性层5的(001)取向性的效果。
具有L10型结晶结构的合金发生了(001)取向的磁性层5由磁各向异性常数Ku高的合金构成。作为这样的合金，例如可以举出FePt合金、CoPt合金等。
对于磁性层5，为了促进具有L10型结晶结构的合金的有序化，优选在其成膜时进行加热处理。这种情况下，为了降低加热温度(有序化温度)，在具有L10型结晶结构的合金中可以添加Ag、Au、Cu、Ni等。
磁性层5中所含有的具有L10型结晶结构的合金的晶粒优选为磁孤立的(magnetically isolated)。因此，磁性层5优选进一步含有选自由SiO2、TiO2、Cr2O3、Al2O3、Ta2O5、ZrO2、Y2O3、CeO2、GeO2、MnO、TiO、ZnO、B2O3、C、B和BN组成的组中的1种以上的添加物质。由此，能够更确实地将晶粒间的交换耦合解耦，能够进一步提高辅助磁记录介质100的SNR。
对磁性层5中含有的磁性颗粒的平均粒径没有特别限定。从增大记录密度的方面出发，磁性颗粒的平均粒径优选为小粒径，例如，10nm以下等，但若磁性颗粒体积减小，则容易受到刚写入后的热波动(thermal fluctuation)的影响。但是，通过与磁性层相接地设置本发明的钉扎层，能够钉扎磁化方向，即使为由平均粒径小的磁性颗粒形成的磁记录介质，也能够降低因刚写入后的再反转所致的噪音，能够提高再现时的SNR。磁性颗粒的平均粒径可以使用平面TEM观察图像来确定。例如，可以根据TEM的观察图像对200个颗粒进行粒径(圆当量直径)测定，将积分值50％处的粒径作为平均粒径。平均晶界宽度优选为0.3nm以上2.0nm以下。
磁性层5可以为多层结构。在一个实施方式中，磁性层5具有2层以上的多层结构，选自由SiO2、TiO2、Cr2O3、Al2O3、Ta2O5、ZrO2、Y2O3、CeO2、GeO2、MnO、TiO、ZnO、B2O3、C、B和BN组成的组中的1种以上的添加物质在各层中不同。
对磁性层的层厚没有特别限定，优选为1nm以上20nm以下、更优选为3nm以上15nm以下。通过使磁性层的层厚为1nm以上，能够得到充分的再现输出；通过使该层厚为20nm以下，能够抑制晶粒的肥大化。在磁性层具有多层结构的情况下，磁性层的层厚是指全部层的合计厚度。
在一个实施方式中的磁记录介质100中，在钉扎层6上形成碳保护层7。
对碳保护层7的形成方法没有特别限定。碳保护层7例如可以通过下述方法形成：将含有烃的原料气体利用高频等离子体分解而形成膜的RF-CVD(射频化学气相沉积)法；利用由灯丝放出的电子将原料气体离子化而形成膜的IBD(离子束沉积)法、不使用原料气体而使用固体C靶材来形成膜的FCVA(过滤阴极真空电弧)法；等等。
对碳保护层7的层厚也没有特别限定，例如优选为1nm以上、6nm以下的范围内。通过使层厚为1nm以上，能够抑制磁头的飞行特性(flying characteristics)的劣化；通过使层厚为6nm以下，能够抑制磁间距损耗(magnetic spacing loss)的增大、抑制或防止磁记录介质的SNR的降低。
在碳保护层7上可以进一步使用包含全氟聚醚系氟树脂的润滑膜组合物形成润滑膜8。
(磁存储装置)
对磁存储装置的构成例进行说明。
一个实施方式的磁存储装置包含一个实施方式的辅助磁记录介质。
磁存储装置例如可以为具有用于使辅助磁记录介质旋转的辅助磁记录介质驱动部、以及在顶端部具备近场光发生元件的磁头的构成。磁存储装置可以进一步具有用于对辅助磁记录介质进行加热的激光发生部、将从激光发生部发出的激光引导至近场光发生元件的波导、用于使磁头移动的磁头驱动部、以及记录/再现信号处理系统。
图2中示出了一个实施方式的磁存储装置。图2所示的磁存储装置包含：辅助磁记录介质100、用于使辅助磁记录介质100旋转的辅助磁记录介质驱动部101、磁头102、用于使磁头移动的磁头驱动部103、以及记录/再现信号处理系统104。
图3中示出了热辅助磁记录介质用的磁头102的一例。磁头102具备记录头208和再现头211。记录头208具有主磁极201、辅助磁极202、用于发生磁场的线圈203、作为激光发生部的激光二极管(LD)204、用于将由LD发生的激光205传导至近场光发生元件206的波导207。再现头211具有由护罩209所夹持的再现元件210。
微波辅助磁记录介质用磁头具有微波发生部等，该微波发生部等将热辅助磁记录介质用磁头102的作为激光发生部的激光二极管(LD)204等替换，因而省略其说明。
由于图2所示的磁存储装置使用辅助磁记录介质100，因而能够降低起因于向磁记录介质写入信息时的噪音、能够提高读入时的SNR。由此能够提供高记录密度的磁存储装置。
【实施例】
以下举出具体的实施例进行说明，但本发明并不受这些实施例的限定。
(实施例1)
制作了辅助磁记录介质100(参见图1)。以下对辅助磁记录介质100的制造工序进行说明。
在外径2.5英寸的玻璃基板1上形成膜厚为50nm的50at％Cr-50at％Ti膜，将基板加热到350℃后，形成膜厚为15nm的Cr膜作为种子层2，在其上形成作为第1底层3的膜厚为30nm的W膜，进一步形成了作为第2底层4的膜厚为3nm的MgO膜。其后将基板温度加热至650℃，作为磁性层5，依次形成了膜厚为2nm的(50at％Fe-50at％Pt)-40mol％C膜和膜厚为4.5nm的(50at％Fe-50at％Pt)-15mol％SiO2膜。在该磁性层5上，作为钉扎层6形成了表1所示的膜厚为1.2nm的Co-9.5mol％SiO2膜。其后形成膜厚为4nm的碳保护层7，在其上以膜厚1.5nm涂布润滑膜8，制造出了磁记录介质100。
(评价)
使用磁头102(参见图3)，将线记录密度为1500kFCI的全一信号(all one patternsignal)记录在辅助磁记录介质上，测定噪音和SNR。此处，对施加至激光二极管的功率进行调整，使得磁道宽度(track width)MWW为60nm，磁道宽度被定义为磁道剖面(trackprofile)的半高宽。根据(PTc-MTc)的值，以A、B、C评价钉扎效应。A表示得到特别优选的钉扎效应的情况，B表示得到实用水平的钉扎效应的情况，C表示未得到充分的钉扎效应的情况。将评价结果列于表1。
(实施例2～24、比较例1～9)
除了按表1变更制造条件以外，与实施例1同样地制造出了辅助磁记录介质。钉扎层中的构成合金的元素前所附的数值为at％，氧化物前所附的数值为mol％。将评价结果列于表1。
在比较例1中，由于在磁性层上无钉扎层也无交换耦合层，因而尽管表观上的噪音降低，但信号也降低，SNR大幅降低。比较例2和3的钉扎层中，作为磁性材料包含居里温度接近1000K的纯Fe，(PTc-MTc)的值为300K，比较大。但是，由于Fe的磁各向异性常数(Ku)小于Co的磁各向异性常数，因而高温下的饱和磁化(Ms)也小于Co。其结果，钉扎效应减小、噪音高。
Claims (6)
1.一种辅助磁记录介质，其依次具有基板、底层以及磁性层，该磁性层以具有L10型结晶结构的合金作为主成分，其特征在于，
上述辅助磁记录介质具有与上述磁性层相接的钉扎层，上述钉扎层包含Co或以Co为主成分的合金，构成上述钉扎层的磁性材料的居里温度PTc与构成上述磁性层的磁性材料的居里温度MTc之差PTc-MTc为200K以上。
2.如权利要求1所述的辅助磁记录介质，其特征在于，上述钉扎层具有如下功能：钉扎将磁信息写入上述磁性层时的磁性颗粒的磁化方向。
3.如权利要求1或2所述的辅助磁记录介质，其特征在于，上述钉扎层具有粒状结构，
该粒状结构包含：
Co或以Co为主成分的合金；以及
选自由SiO2、Cr2O3、TiO2、B2O3、GeO2、MgO、Ta2O5、CoO、Co3O4、FeO、Fe2O3和Fe3O4组成的组中的至少一种氧化物。
4.如权利要求1或2所述的辅助磁记录介质，其特征在于，上述钉扎层的层厚为0.5nm以上5nm以下。
5.如权利要求1或2所述的辅助磁记录介质，其特征在于，其在上述磁性层的与上述基板相反的一侧具有上述钉扎层。
6.一种磁存储装置，其包含：权利要求1～5中任一项所述的辅助磁记录介质、用于使上述辅助磁记录介质旋转的磁记录介质驱动部、对上述辅助磁记录介质进行记录动作和再现动作的磁头、用于使上述磁头移动的磁头驱动部、以及记录/再现信号处理系统。
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