CN110634510B - 辅助磁记录介质和磁存储装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种辅助磁记录介质，依次具有基板、底层、包含具有L10型晶体结构的合金的磁性层、及保护层，在所述磁性层和所述保护层之间还具有钉扎层，所述钉扎层包含具有Co的磁性材料和从由Cu、Ag、Au、及Al组成的组中选出的1种以上的金属。
Description
技术领域
本发明涉及辅助(assist)磁记录介质和磁存储装置。
背景技术
近年，对硬盘装置的大容量化的要求日益提高。
然而，采用现有的记录方式已经难以再提高硬盘装置的记录密度。
辅助磁记录方式作为下一代记录方式被进行了广泛研究，是一种备受瞩目的技术。
辅助磁记录方式是一种从磁头向磁记录介质照射近场(near field)光或微波(microwave)，使照射区域的顽磁力(coercivity) 局部降低，从而对磁性信息进行写入的记录方式。这里，将被照射近场光的磁记录介质称为热辅助磁记录介质，将被照射微波的磁记录介质称为微波辅助磁记录介质。
就辅助磁记录方式而言，作为构成磁性层的材料，可使用具有L 10型结构的Fe－Pt合金(Ku～7×107erg/cm3)、具有L10型结构的Co－Pt合金(Ku～5×107erg/cm3) 等的高Ku材料。
作为构成磁性层的材料，如果使用高Ku材料，则KuV/kT 会变大。这里，Ku是磁性颗粒的磁晶各向异性(magnetocrystalline anisotropy)常数，V是磁性颗粒的体积，k是玻尔兹曼(Boltzmann) 常数，T是温度。为此，不仅可抑制热起伏(thermal fluctuation) 引起的减磁，而且还可减小磁性颗粒的体积。此时，通过对磁性颗粒进行微细化，热辅助磁记录方式可减小迁移(过渡)宽度，故可降低对磁记录介质进行读入时的噪音，进而可改善SN比(SNR)。
专利文献1中公开了一种在基板之上具有对第1磁性层和第2磁性层依次进行了的层叠的结构的热辅助磁记录介质。这里，第1磁性层包括具有L10结构的FePt合金或具有L10结构的CoPt合金。此外，第2磁性层是含有Co的HCP结构的合金。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1](日本)特开2015－005326号公报
发明内容
[要解决的技术问题]
一般而言，向辅助磁记录介质的磁性层写入磁性信息时，需从磁头照射激光等，从而使照射区域的顽磁力局部下降。
然而，向磁性层写入磁性信息后马上恢复顽磁力时，写入位(bit) 的周围部分、构成写入位的很多磁性颗粒的一部分的磁化发生翻转，变为对辅助磁记录介质进行读入时的噪音。
本发明的一个方面的目的在于，提供一种SNR(信噪比)较优的辅助磁记录介质。
[技术方案]
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种辅助磁记录介质，依次具有基板、底层、包含具有L10型晶体结构的合金的磁性层、及保护层，在所述磁性层和所述保护层之间还具有钉扎层，所述钉扎层包括具有Co的磁性材料和从由Cu、Ag、Au、及Al 组成的组中选出的1种以上的金属。
[有益效果]
根据本发明的一个方面，能够提供一种SNR较优的辅助磁记录介质。
附图说明
[图1]本实施方式的辅助磁记录介质的一个例子的示意图。
[图2]本实施方式的磁存储装置的一个例子的示意图。
[图3]图2的磁头的一个例子的示意图。
[符号说明]
1 基板
2 种子(seed)层
3 第1底层
4 第2底层
5 磁性层
6 钉扎(pinning)层
7 保护层
8 润滑剂层
100 辅助磁记录介质
101 磁记录介质驱动部
102 磁头
103 磁头驱动部
104 记录和再生信号处理系统
201 主磁极
202 辅助磁极
203 线圈
204 激光二极管
205 激光
206 近场光生成单元
207 波导路
208 记录磁头
209 护罩(shield)
210 再生单元
211 再生磁头
具体实施方式
以下，对用于实施本发明的方式进行说明，但本发明并不限定于下述实施方式，只要不超出本发明的范围，还可对下述实施方式进行各种各样的变形和置换。
(辅助磁记录介质)
图1示出了本实施方式的辅助磁记录介质的一个例子。
辅助磁记录介质100依次具有基板1、种子层2、第1底层3、第2底层4、包含具有L10型晶体结构的合金的磁性层5、钉扎层6、保护层7、及润滑剂层8。
钉扎层6包括具有Co的磁性材料和从由Cu、Ag、Au、及 Al组成的组中选出的1种以上的金属，并与磁性层5接触。钉扎层 6具有可对向磁性层5写入磁性信息时的磁性颗粒的磁化方向进行钉扎(pinning)的功能。
一般而言，向辅助磁记录介质的磁性层写入磁性信息时，需从磁头照射激光等，由此可引起照射区域的顽磁力的局部下降。如前所述，向磁性层写入磁性信息后马上恢复顽磁力时，写入位的周围部分、构成写入位的很多磁性颗粒的一部分的磁化发生翻转，变为对辅助磁记录介质进行读入时的噪音。产生该现象的原因可被认为是，具有L10型结构的磁性颗粒中所含的粒径较小的颗粒产生磁化方向的起伏，导致磁性颗粒的一部分的磁化发生翻转。此时，热辅助磁记录介质中，具有L10型结构的磁性颗粒中所含的粒径较小的颗粒会发生热起伏。
就辅助磁记录介质100而言，钉扎层6与磁性层5进行了接触，钉扎层6包含具有居里(Curie)温度较高的Co的磁性材料。为此，可对向磁性层5写入磁性信息时的磁性颗粒的磁化方向进行钉扎，由此可抑制磁性颗粒的磁化的翻转。其结果为，辅助磁记录介质100 的SNR变高了。
此外，就钉扎层6而言，由于具有从Cu、Ag、Au、及Al 组成的组中选出的1种以上的金属，所以对磁性层5进行加热后，可容易使辅助磁记录介质100冷却。即，Cu、Ag、Au、及Al与Co相比，热传导率较高，故就对磁性层5进行加热时的热量而言，可容易经由钉扎层6、保护层7、及润滑剂层8释放(散热)至空气中。其结果为，即使在PTc－MTc的值并不足够大的情况下，也可发挥对向磁性层5写入磁性信息时的磁性颗粒的磁化方向进行钉扎的效果。
钉扎层6中的上述金属的含量优选位于1at％～20at％的范围内，较佳位于2.5at％～10at％的范围内。如果钉扎层 6中的上述金属的含量为1at％以上，则可进一步提高钉扎层6的散热性，如果为20at％以下，则可进一步提高钉扎层6的结晶性，进而可进一步提高对向磁性层5写入磁性信息时磁性颗粒的磁化方向进行钉扎的效果。
这里，如果将钉扎层6中所含的磁性材料的居里温度设为PTc [K]，并将磁性层5中所含的具有L10型晶体结构的合金的居里温度设为MTc[K]，则优选满足下述公式。
MTc＜PTc
据此，向磁性层5写入磁性信息时，可有效地抑制磁性颗粒的磁化翻转。
优选满足下述公式。
200≤PTc－MTc
较佳满足下述公式。
300≤PTc－MTc
尤佳满足下述公式。
500≤PTc－MTc
如果PTc－MTc为200K以上，则钉扎层6可更有效地对磁性颗粒的磁化翻转进行抑制。
需要说明的是，就PTc－MTc的最佳值而言，依赖于构成钉扎层 6的材料、钉扎层6的厚度、构成磁性层5的材料、磁性层5的厚度、及构成磁性层5的磁性颗粒的粒度分布。
以下示出了几种典型的磁性材料的居里温度。
Co：1388K
Fe：1044K
Ni：624K
Fe－Pt合金：约750K
Sm－Co合金：约1000K
Co－Cr－Pt系合金：400K～600K
根据磁性材料的居里温度的值，可确定钉扎层6中所含的磁性材料的组成(成分)和居里温度。在实用的磁性材料中，居里温度最高的是Co。这里，PTc－MTc越大，越能保证对向磁性层5写入磁性信息时的磁性颗粒的磁化方向进行钉扎的效果，所以钉扎层6包含具有Co的磁性材料。
钉扎层6中的Co的含量优选位于75at％～97at％的范围内，较佳位于85at％～95at％的范围内。如果钉扎层6中的Co的含量为75at％以上，则可进一步提高钉扎层6的结晶性，由此可进一步提高对向磁性层5写入磁性信息时的磁性颗粒的磁化方向进行钉扎的效果，如果为97at％以下，则可进一步提高钉扎层 6的散热性。
作为钉扎层6中所含的磁性材料，例如可列举出Co、Co－P t合金、Co－B合金、Co－Si合金、Co－C合金、Co－N i合金、Co－Fe合金、Co－Pt－B合金、Co－Pt－Si 合金、Co－Pt－C合金、Co－Ge合金、Co－BN合金、C o－Si3N4合金等。其中，从对向磁性层5写入磁性信息时的磁性颗粒的磁化方向进行钉扎的效果的角度来看，Co为优选。
就钉扎层6中所含的金属而言，尤其优选为Cu。Cu与具有C o的磁性材料之间的相容性(compatibility)较好，尤其可提高钉扎层6的结晶性，所以钉扎层6的成长表面的平滑性会变高。其结果为，由于形成润滑剂层8之前的辅助磁记录介质100的表面平滑性变高了，故辅助磁记录介质100的SNR可变高。
需要说明的是，就钉扎层6中所含的磁性材料而言，也可具有磁性层5中所含的元素和/或即使扩散到了磁性层5中其影响也较少的元素。
磁性材料中的Co以外的元素的含量优选为15at％以下，较佳为10at％以下。如果磁性材料中的Co以外的元素的含量为1 5at％以下，则可在不会大幅度地降低Co的饱和磁化和/或居里温度的前提下，发挥对向磁性层5写入磁性信息时的磁性颗粒的磁化方向进行钉扎的效果。
作为Co以外的元素，例如可列举出Pt、B、Si、C、Ni、 Fe、Ge、N等。
这里，在形成具有非粒状(granular)结构的钉扎层6的情况下，成膜条件会导致出现如下情况，即：介由钉扎层6，构成磁性层5的磁性颗粒之间进行交换耦合(exchangecoupling)，从而产生向磁性层5写入信息时的噪音。
在这样的情况下，优选形成具有粒状结构的钉扎层6。此时，构成磁性层5的磁性颗粒和构成钉扎层6的磁性颗粒尤其优选为沿厚度方向连续的柱状晶。据此，可对构成钉扎层6的磁性颗粒之间的交换耦合进行截断，进而可对介由钉扎层6的、构成磁性层5的磁性颗粒之间的交换耦合进行抑制。其结果为，可有效地抑制对向磁性层5写入信息时的噪音的产生。
此时，钉扎层6优选还包含从由Ni、Fe、及Co组成的组中选出的1种以上的金属的氧化物。据此，在辅助磁记录介质100的制造步骤中，即使在形成钉扎层6时基板1为高温的情况下，上述金属的氧化物也难以分解，难以扩散至磁性颗粒的内部和/或其它层中。此外，即使上述金属的氧化物扩散到了磁性颗粒的内部和/或其它层中，对磁性层5和钉扎层6的磁特性的影响也较少。
钉扎层6中的上述金属的氧化物的含量优选为10mol％～5 0mol％，较佳为15mol％～45mol％。如果钉扎层6中的上述金属的氧化物的含量为10mol％以上且50mol％以下，则不仅可形成具有粒状结构的钉扎层6，而且还可发挥对向磁性层5写入磁性信息时的磁性颗粒的磁化方向进行钉扎的效果。
钉扎层6的厚度优选为0.5nm～3nm，较佳为1nm～3 nm。如果钉扎层6的厚度为0.5nm以上，则可进一步提高对向磁性层5写入磁性信息时的磁性颗粒的磁化方向进行钉扎的效果，如果为3nm以下，则不仅可对来自钉扎层6的噪音进行抑制，而且还可进一步提高钉扎层6的散热性。
需要说明的是，就钉扎层6的厚度的最佳值而言，依赖于PTc－ MTc的值、构成钉扎层6的材料、构成磁性层5的材料、磁性层5的厚度、构成磁性层5的磁性颗粒的粒度分布等。
辅助磁记录介质100依次具有基板1、种子层2、第1底层3、第2底层4、及磁性层5。种子层2、第1底层3、及第2底层4优选与磁性层5进行了晶格匹配。据此，可进一步提高磁性层5的(0 01)配向性(取向性)。
作为种子层2、第1底层2、及第2底层3，例如可列举出进行了(100)配向的Cr层、W层、MgO层等。
种子层2、第1底层2、及第2底层3的各层之间的晶格错配 (Lattice misfit)优选为10％以下。
为了提高第1底层2和第2底层3的(100)配向性，在种子层2、第1底层2、或第2底层3之下还可形成具有bcc结构的C r层或Cr合金层、或者具有B2结构的合金层。
作为Cr合金，例如可列举出Cr－Mn合金、Cr－Mo合金、Cr－W合金、Cr－V合金、Cr－Ti合金、Cr－Ru合金等。
作为具有B2结构的合金，例如可列举出Ru－Al合金、Ni －Al合金等。
此外，为了提高与磁性层5之间的晶格匹配性，可向种子层2、第1底层2、及第2底层3中的至少1层添加氧化物。
作为氧化物，例如可列举出从由Cr、Mo、Nb、Ta、V、及W组成的组中选出的1种以上的金属的氧化物等。其中，优选为C rO、Cr2O3、CrO3、MoO2、MoO3、Nb2O5、Ta2O5、 V2O3、VO2、WO2、WO3、及WO6。
种子层2、第1底层2、及第2底层3中的至少1层内的氧化物的含量优选位于2mol％～30mol％的范围内，较佳位于10 mol％～25mol％的范围内。如果种子层2、第1底层2、及第2底层3中的至少1层内的氧化物的含量为2mol％以上，则可进一步提高磁性层5的(001)配向性，如果为30mol％以下，则可进一步提高种子层2、第1底层2、及第2底层3的至少1层的(100)配向性。
就磁性层5而言，由于包含具有L10型结构的合金，所以进行了 (001)配向。
作为具有L10型结构的合金，例如可列举出Fe－Pt合金、C o－Pt合金等。
为了促进磁性层5的具有L10型结构的合金的有序化，对磁性层 5进行成膜时，优选进行加热处理。此情况下，为了降低加热温度(有序化温度)，可向具有L10型结构的合金添加Ag、Au、Cu、N i等的金属。
就磁性层5中所含的具有L10型结构的合金的结晶颗粒而言，优选为进行了磁隔离(magnetically isolated)。为此，磁性层5优选还包括从由SiO2、TiO2、Cr2O3、Al2O3、Ta2O5、ZrO2、Y2O3、CeO2、GeO2、MnO、TiO、ZnO、B2 O3、C、B、及BN组成的组中选出的1种以上的物质。据此，可更切实地切断结晶颗粒之间的交换耦合，进而可进一步提高辅助磁记录介质100的SNR。
就磁性层5中所含的磁性颗粒的平均粒径而言，从增大记录密度的观点来看，优选为10nm以下。
一般而言，如果磁性颗粒的平均粒径变小，则容易受到向磁性层 5写入磁性信息后紧接着的热起伏的影响。
然而，由于钉扎层6与磁性层5进行了接触，可对磁性颗粒的磁化方向进行钉扎，所以可降低向磁性层5写入磁性信息后紧接着的、起因于磁性颗粒的一部分的磁化翻转的噪音的产生，其结果为，可提高对磁性信息进行再生(play)时的SNR。
需要说明的是，就磁性颗粒的平均粒径而言，可使用平面TEM 观察图像进行确定。例如，可从TEM的观察图像中测定200个磁性颗粒的粒径(圆当量直径(equivalent circlediameter))，并将积分值(integrated value)为50％的粒径作为平均粒径。
这里，磁性颗粒的平均晶界(grain boundary)宽度优选为0. 3nm～2.0nm。
磁性层5也可具有多层结构。
此时，就磁性层5而言，优选为从由SiO2、TiO2、Cr2O 3、Al2O3、Ta2O5、ZrO2、Y2O3、CeO2、GeO2、M nO、TiO、ZnO、B2O3、C、B、及BN组成的组中选出的 1种以上的物质分别不同的、2层以上的层进行了层叠。
磁性层5的厚度优选为1nm～20nm，较佳为3nm～15 nm。如果磁性层的厚度为1nm以上，则可提高再生输出，如果为 20nm以下，则可抑制结晶颗粒的肥大化。
这里，在磁性层5具有多层结构的情况下，磁性层5的厚度是指所有的层的合计厚度。
保护层7包含碳。
作为保护层7的形成方法，例如可列举出藉由高频等离子体使由碳化氢组成的原料气体分解从而进行成膜的RF－CVD(Radi o Frequency－Chemical Vapor Depo sition)法、藉由从灯丝(filament)释放出的电子使原料气体离子化(ionization)从而进行成膜的IBD(Ion Beam D eposition)法、不使用原料气体而是使用固体碳靶来进行成膜的FCVA(Filtered Cathodic Vacuu m Arc)法等。
保护层7的厚度优选为1nm～6nm。如果保护层7的厚度为1nm以上，则磁头的浮上(浮起)特性良好，如果为6nm以下，则磁间距(magnetic spacing)较小，可提高热辅助磁记录介质10 0的SNR。
润滑剂层8包含全氟聚醚(perfluoropolyether)系润滑剂。
(磁存储装置)
本实施方式的磁存储装置只要具有本实施方式的辅助磁记录介质即可，对其并无特别限定。
本实施方式的磁存储装置例如具有用于使辅助磁记录介质旋转的磁记录介质驱动部、前端设置有近场光生成元件的磁头、用于使磁头移动的磁头驱动部、及记录和再生信号处理系统。
此外，磁头例如具有用于对辅助磁记录介质进行加热的激光生成部、及用于将由激光生成部生成的激光导引至近场光生成元件的波导路。
图2示出了本实施方式的磁存储装置的一个例子。
图2的磁存储装置具有辅助磁记录介质100、用于使辅助磁记录介质100旋转的磁记录介质驱动部101、磁头102、用于使磁头移动的磁头驱动部103、及记录和再生信号处理系统104。
图3示出了磁头102的一个例子。
磁头102具有记录磁头208和再生磁头211。
记录磁头208具有主磁极201、辅助磁极202、用于生成磁场的线圈203、作为激光生成部的激光二极管(LD)204、及用于将由LD204生成的激光205传播至近场光生成元件20 6的波导路207。
再生磁头211具有由护罩209夹着的再生元件210。
【实施例】
以下列举具体实施例进行说明，但本发明并不限定于这些实施例。
(实施例1～11和比较例1～4)
在外径为2.5英寸的玻璃基板上进行厚度为50nm的Cr－ 50at％Ti(Cr的含量为50at％；Ti的含量为50a t％)合金层的成膜，并加热至350℃。接着，进行厚度为15n m的Cr层(种子层)、厚度为30nm的W层(第1底层)、及厚度为3nm的MgO层(第2底层)的成膜后，加热至650℃。之后，进行厚度为2nm的(Fe－50at％Pt)－40mol％C合金层和厚度为4.5nm的(Fe－50at％Pt)－15mol％ SiO2合金层的成膜，由此形成了磁性层。接着，进行厚度为1.2nm的钉扎层的成膜后，形成了厚度为4nm的碳层(保护层)。最后，在保护层上涂敷全氟聚醚(perfluoropolyether)系润滑剂，以形成厚度为1.5nm的润滑剂层，由此获得了辅助磁记录介质。
这里，构成钉扎层的材料如表1所示。
需要说明的是，钉扎层中所含的磁性材料(Co)的居里温度(P Tc)为1388K，磁性层中所含的具有L10型晶体结构的合金(F e－50at％Pt合金)的居里温度(MTc)为700K。
(Ra)
使用AFM，对辅助磁记录介质的涂敷润滑剂之前的表面的算术平均粗糙度Ra进行了测定。表1示出了辅助磁记录介质的Ra的测定结果。
(SNR)
使用磁头102(参照图3)，将线记录密度为1500kFCI (kiloFluxchangesperInch)的一种模式的信号(all one pattern signal)记录至辅助磁记录介质，并对 SNR进行了测定。这里，对投入至激光二极管的功率(电力)进行了调整，以使定义为磁道剖面(trackprofile)的半值宽度的磁道宽度MWW成为60nm。
表1中示出了辅助磁记录介质的Ra和SNR的评价结果。
【表1】
由表1可知，实施例1～11的辅助磁记录介质的SNR较高。
然而，就比较例1～4的辅助磁记录介质而言，由于钉扎层不含从由Cu、Ag、Au、及Al组成的组中选出的1种以上的金属，所以SNR较低。
基于上述，可提供一种辅助磁记录介质，依次具有基板、底层、包含具有L10型晶体结构的合金的磁性层、及保护层，在所述磁性层和所述保护层之间还具有钉扎层，所述钉扎层包含具有Co的磁性材料和从由Cu、Ag、Au、及Al组成的组中选出的1种以上的金属。
所述钉扎层的所述金属的总含量位于1at％～20at％的范围内。
如果将所述磁性材料的居里温度设为PTc[K]，并将具有L10型晶体结构的所述合金的居里温度设为MTc[K]，则满足公式“20 0≤PTc－MTc”。
所述金属为Cu。
所述钉扎层还包含从由Ni、Fe、及Co组成的组中选出的1 种以上的金属的氧化物。
所述钉扎层的厚度位于0.5nm～3nm的范围内。
另外还可提供一种磁存储装置，具有上述的辅助磁记录介质。
以上尽管对本发明的实施方式等进行了说明，但上述内容并不是对本发明进行限定的内容。
Claims (7)
1.一种辅助磁记录介质，依次具有：
基板、底层、包含具有L10型晶体结构的合金的磁性层、及保护层，
所述辅助磁记录介质还具有：
钉扎层，位于所述磁性层和所述保护层之间，
其中，所述钉扎层包含：
具有Co的磁性材料；和
从由Cu、Ag、Au、及Al组成的组中选出的1种以上的金属。
2.如权利要求1所述的辅助磁记录介质，其中，
所述钉扎层的所述金属的总含量位于1at％～20at％的范围内。
3.如权利要求1或2所述的辅助磁记录介质，其中，
所述磁性材料的居里温度设为PTc[K]，具有L10型晶体结构的所述合金的居里温度设为MTc[K]，则满足公式：200≤PTc－MTc。
4.如权利要求1或2所述的辅助磁记录介质，其中，
所述金属为Cu。
5.如权利要求1或2所述的辅助磁记录介质，其中，
所述钉扎层还包含从由Ni、Fe、及Co组成的组中选出的1种以上的金属的氧化物。
6.如权利要求1或2所述的辅助磁记录介质，其中，
所述钉扎层的厚度位于0.5nm～3nm的范围内。
7.一种磁存储装置，具有如权利要求1至6中的任一项所述的辅助磁记录介质。
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