CN112185428B - 磁记录介质及其制造方法、以及磁记录再生装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种基底层和垂直磁记录层的晶体取向性较高的磁记录介质。磁记录介质(10)在非磁性衬底(1)上依次具有软磁性层(2)、第一种子层(3)、第二种子层(4)、基底层(5)、以及垂直磁记录层(6)。第一种子层(3)包含MoS2、六方BN、WS2、WSe2或石墨。第二种子层(4)包含具有六方纤锌矿型晶体结构的AlN。基底层(5)包含Ru。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁记录介质、磁记录介质的制造方法及磁记录再生装置。
背景技术
近年来，磁盘装置的应用范围越来越广，其重要性越来越高，并且实现了在磁盘装置中所使用的磁记录介质的记录密度的提高。
通常，磁记录介质在非磁性衬底上依次形成(成膜)有种子层(seed layer)、基底层、垂直磁记录层、以及保护层。另外，在很多情况下，磁记录介质在非磁性衬底与种子层之间形成有软磁性层。在此，形成基底层是为了提高垂直磁记录层的晶体取向性，形成种子层是为了提高基底层的晶体取向性。
为了提高磁记录介质的记录密度，垂直磁记录层的晶体取向性很重要。在很多情况下，尽管垂直磁记录层由具有hcp结构(hexagonal close-packed structure：六方最密堆积结构)的材料构成，但是重要的是其(002)晶面相对于衬底的表面平行，换言之，c轴，即[002]轴沿相对于衬底的表面垂直的方向取向。
传统上，为了提高用于构成垂直磁记录层的材料的晶体取向性，与垂直磁记录层同样地，使用具有hcp结构的Ru作为用于构成基底层的材料(例如参见专利文献1)。由于用于构成垂直磁记录层的材料的晶体在Ru的(002)晶面上外延生长，因此能够提高用于构成垂直磁记录层的材料的晶体取向性。
另外，虽然种子层所需的特性是提高基底层的晶体取向性，但是使用具有六方纤锌矿型(hexagonal crystal wurtzite type)晶体结构的AlN作为种子层(例如参见专利文献2)。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：(日本)特开2001-6158号公报
专利文献2：(日本)特开2008-305466号公报
发明内容
[本发明要解决的问题]
在此，在进行AlN的成膜以形成种子层时，通常使用MOCVD法，并且需要提高非磁性衬底的温度。另外，当在衬底与种子层之间形成有软磁性层时，为了提高基底层的晶体取向性，软磁性层优选具有非晶结构。
然而，在进行AlN的成膜时，如果提高非磁性衬底的温度，则会存在用于构成软磁性层的材料结晶的问题。
另外，如果使用反应溅射法，则虽然能够降低非磁性衬底的温度而进行AlN的成膜，但是期待进一步提高AlN的晶体取向性。
本发明的一个实施方式的目的在于提供一种基底层和垂直磁记录层的晶体取向性较高的磁记录介质。
[用于解决问题的手段]
(1)一种磁记录介质，在非磁性衬底上依次具有软磁性层、第一种子层、第二种子层、基底层、以及垂直磁记录层，所述第一种子层包含MoS2、h-BN、WS2、WSe2或石墨，所述第二种子层包含具有六方纤锌矿型晶体结构的AlN，所述基底层包含Ru。
(2)根据(1)所述的磁记录介质，其中，所述第二种子层的平均晶体粒径在3nm～12nm的范围内。
(3)根据(1)或(2)所述的磁记录介质，其中，所述第二种子层的厚度在0.5nm～20nm的范围内。
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的磁记录介质，其中，所述软磁性层具有非晶结构。
(5)一种磁记录介质的制造方法，用于制造根据(1)至(4)中任一项所述的磁记录介质，该方法包括：通过利用脉冲电压的反应溅射法，进行所述第二种子层的成膜的工序，其中，在进行所述第二种子层的成膜时，将脉冲电压设置为-300V以下，将脉冲电流设置为10A以上，将占空比设置为10％以下，使用Al作为靶，使用氮作为溅射气体。
(6)一种磁记录介质的制造方法，用于制造根据(1)至(4)中任一项所述的磁记录介质，该方法包括：通过利用空心阴极等离子体的反应溅射法，进行所述第二种子层的成膜的工序，其中，在进行所述第二种子层的成膜时，使用Al作为靶，使用氮作为溅射气体。
(7)一种磁记录再生装置，包括根据(1)至(4)中任一项所述的磁记录介质。
[发明的效果]
根据本发明的一个实施方式，能够提供一种基底层和垂直磁记录层的晶体取向性较高的磁记录介质。
附图说明
图1是示出本实施方式的磁记录介质的结构的一个示例的剖面示意图。
图2是示出本实施方式中的磁记录再生装置的一个示例的概要图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式详细进行说明。需要说明的是，关于以下说明中所使用的附图，为了使特征易于理解，为方面起见，有时将作为特征的部分放大示出，并且不限于各构成要素的尺寸比例与实际的尺寸比例相同。
[磁记录介质]
图1示出了本实施方式的磁记录介质的结构的一个示例。
磁记录介质10在非磁性衬底1上依次具有软磁性层2、第一种子层3、第二种子层4、基底层5、垂直磁记录层6、以及保护层7。第一种子层3包含MoS2、h-BN(六方氮化硼)、WS2、WSe2或石墨。第二种子层4包含具有六方纤锌矿型晶体结构的AlN。基底层5包含Ru。
通过使磁记录介质10具有该层叠结构，从而能够提高基底层5的(002)面取向性，因此，能够提高垂直磁记录层6的c轴取向性。因此，能够提高磁记录介质10的记录密度。
在磁记录介质10中，为了提高基底层5的(002)面取向性，使用具有六方纤锌矿型晶体结构的AlN作为用于构成第二种子层4的材料。在此，通过设成第一种子层3、第二种子层4的双层结构，从而即使降低非磁性衬底1的温度来进行第二种子层4的成膜，也能够提高第二种子层4的(002)面取向性。即，通过使用MoS2、h-BN、WS2、WSe2或石墨作为用于构成第一种子层3的材料，从而即使降低非磁性衬底1的温度来进行第二种子层4的成膜，也能够提高第二种子层4的(002)面取向性。认为其原因在于，用于构成第一种子层3和第二种子层4的材料是六方晶系，并且晶格失配较小(参见表1)。因此，用于构成第二种子层4的AlN容易在第一种子层3的表面上异质外延生长。
[表1]
作为用于构成非磁性衬底1的材料，例如可以举出AlMg合金等Al合金、钠玻璃、铝硅酸盐系玻璃、非晶玻璃类、硅、钛、陶瓷、蓝宝石、石英、树脂等。其中，优选Al合金、或结晶玻璃、非晶玻璃等玻璃。
形成软磁性层2是为了当在磁记录介质10上记录信号时，对来自磁头的记录磁场进行引导，并将记录磁场的垂直分量有效地施加到垂直磁记录层6。
作为用于构成软磁性层2的材料，例如可以举出FeCo基合金、CoZrNb基合金、CoTaZr基合金等软磁性合金等。
软磁性层2优选具有非晶结构。由此，能够提高软磁性层2的表面平滑性，因此，能够降低磁头的上浮量，并能够进一步提高磁记录介质10的记录密度。
需要说明的是，可以经由Ru膜等非磁性层形成多层的软磁性层2，以形成反铁磁交换耦合(AFC)膜。
虽然软磁性层2的总厚度由磁记录介质10的记录再生特性与OW(Over Write：重写)特性之间的平衡而适当地确定，但是为大约20nm～120nm。
形成第一种子层3是为了提高第二种子层4的(002)面取向性，第一种子层3包含MoS2、h-BN、WS2、WSe2或石墨。
虽然MoS2、WS2、WSe2为六方晶系，但是优选使其c轴取向。另外，h-BN、石墨也优选c轴取向。
第一种子层3的厚度优选在0.2～20nm的范围内，更优选在3～10nm的范围内。
形成第二种子层4是为了提高基底层5的(002)面取向性，第二种子层4包含具有六方纤锌矿型晶体结构的AlN。
作为第二种子层4的成膜方法并无特别限定，优选使用溅射法、反应溅射法等。其中，优选使用利用脉冲电压的反应溅射法、利用空心阴极等离子体的反应溅射法等利用高激发源的方法。通过使用高激发源，从而即使降低非磁性衬底1的温度，也能够产生高密度的离子和自由基，因此能够提高第二种子层4的(002)面取向性。
在通过反应溅射法进行第二种子层4的成膜的情况下，虽然使用Al作为靶，使用氮作为溅射气体，但是优选使用氮与氩的混合气体作为溅射气体。在此，混合气体中的氮和氩的混合体积比优选在1：0.5～1：3的范围内。
在通过利用脉冲电压的反应溅射法进行第二种子层4的成膜的情况下，将脉冲电压设置为-300V以下，优选将其设置为-500V以下，将脉冲电流设置为10A以上，优选将其设置为20A以上，将占空比设置为10％以下。
第二种子层4的平均晶体粒径优选在3nm～12nm的范围内。通过将第二种子层4的平均晶体粒径设置为该范围，从而能够进一步提高基底层5的(002)面取向性。
需要说明的是，可以使用平面TEM图像来对平均晶体粒径进行测定。
第二种子层4的厚度优选在0.5nm～20nm的范围内，更优选在3nm～10nm的范围内。通过将第二种子层4的厚度设置为该范围，从而能够使基底层5稳定地(002)面取向。
形成基底层5是为了提高垂直磁记录层6的(002)面取向性，基底层5包含Ru。
作为用于构成基底层5的材料，可以使用具有hcp结构的Ru或其合金。
基底层5的平均晶体粒径优选在6nm～20nm的范围内，更优选在6nm～8nm的范围内。
基底层5的厚度优选为大约5～30nm。
需要说明的是，由于垂直磁记录层6的晶体取向性基本上由基底层5的晶体取向性确定，因此在制造磁记录介质10时对基底层5的晶体取向性进行控制极其重要。
垂直磁记录层6是记录有信号的层。
作为用于构成垂直磁记录层6的材料，例如可以举出CoCr、CoCrPt、CoCrPt-B2O3、CoCrPt-SiO2、CoCrPt-Cr2O3、CoCrPt-TiO2、CoCrPt-ZrO2、CoCrPt-Nb2O5、CoCrPt-Ta2O5、CoCrPt-TiO2等Co基合金材料。
在垂直磁记录层6包含氧化物的情况下，通过用氧化物包围Co基合金的晶粒以形成颗粒结构(granular structure)，从而减小Co基合金的晶粒彼此的磁相互作用，并减少噪声。最终，垂直磁记录层6的晶体结构和磁性决定了磁记录介质10的记录再生特性。
在垂直磁记录层6具有颗粒结构的情况下，优选在形成基底层5时提高溅射气体压力，以在基底层5的表面上形成凹凸。由此，用于构成垂直磁记录层6的氧化物聚集在基底层5的表面上的凹部处，以形成颗粒结构。因此，能够制造原样保持垂直磁记录层6的晶体取向性，并且Co基合金的磁性晶体被氧化物孤立的噪声较少的磁记录介质10。
作为软磁性层2、第一种子层3、基底层5、垂直磁记录层6的成膜方法，通常使用DC磁控溅射法或RF溅射法。在进行软磁性层2、第一种子层3、基底层5、垂直磁记录层6的成膜时，可以根据需要使用RF偏压、DC偏压、脉冲DC、脉冲DC偏压、O2气体、H2O气体、N2气体。虽然溅射气体压力被适当地调节以使各层的特性最佳，但是通常在大约0.1Pa～30Pa的范围内。
形成保护层7是为了保护磁记录介质10免受因磁头与磁记录介质10之间的接触而引起的损坏，较多情况下，保护层7包含碳。
作为保护层7的成膜方法，例如使用溅射法、等离子体CVD法、离子束法等。
保护层7的厚度通常为大约1nm～10nm，优选为大约2～6nm。
[磁记录再生装置]
图2示出了本实施方式中的磁记录再生装置的一个示例。
磁记录再生装置100包括磁记录介质10、用于对磁记录介质10进行旋转驱动的介质驱动部11、用于在磁记录介质10上记录数据或将记录在磁记录介质10上的数据再生的磁头12、用于使磁头12相对于磁记录介质10进行相对运动的磁头驱动部13、以及记录再生信号系统14。
记录再生信号系统14对从外部输入的数据进行处理并向磁头12发送记录信号，或者对来自磁头12的再生信号进行处理并将数据发送至外部。
作为磁头12，可以使用具有利用巨磁电阻效应(GMR：Giant MagnetoResistance)的GMR元件等作为再生元件，并且适用于高记录密度化的磁头。
[实施例]
以下，对本发明的实施例进行说明。
(实施例1)
在DC磁控溅射装置C-3040(Anelva公司制造)的成膜腔室内收容清洗后的外径为2.5英寸的玻璃制的非磁性衬底(HOYA公司制)，将成膜腔室排气至最终真空度为1×10-5Pa。
接着，使用Cr50Ti{Ti的含量为50at％，余量为Cr}作为靶，通过DC磁控溅射法在非磁性衬底上形成厚度为10nm的密着层。
接着，使用Co20Fe5Zr5Ta{Fe的含量为20at％，Zr的含量为5at％，Ta的含量为5at％，余量为Co}作为靶，将非磁性衬底的温度设置为100℃以下，通过DC磁控溅射法在密着层上形成厚度为25nm的软磁性层。
接着，使用Ru作为靶，通过DC磁控溅射法在软磁性层上形成厚度为0.7nm的非磁性层。
接着，使用Co20Fe5Zr5Ta作为靶，将非磁性衬底的温度设置为100℃以下，通过DC磁控溅射法在非磁性层上形成厚度为25nm的软磁性层。
接着，使用MoS2作为靶，将非磁性衬底的温度设置为250℃，通过DC磁控溅射法在软磁性层上形成厚度为5nm的第一种子层。此时，使用Ar作为溅射气体，并将溅射气体压力设置为0.2Pa。
接着，使用Al作为靶，将非磁性衬底的温度设置为250℃，通过利用脉冲电压的反应溅射法，在第一种子层上形成厚度为5nm的第二种子层。此时，将向靶施加的脉冲电压设置为-500V，将脉冲电流设置为30A，将占空比设置为5％，使用氮与氩的混合气体(混合体积比为1：1)作为溅射气体，将溅射气体压力设置为0.2Pa。
接着，使用Ru作为靶，将非磁性衬底的温度设置为室温，通过DC磁控溅射法，在第二种子层上形成厚度为20nm的基底层。此时，使用Ar气体作为溅射气体，将溅射气体压力设置为0.9Pa以形成厚度为10nm的第一层，然后将溅射气体压力设置为10Pa以形成厚度为10nm的第二层。
接着，使用(Co15Cr18Pt)-6(SiO2)-3(TiO2){SiO2的含量为6mol％，TiO2的含量3mol％，余量为CoCrPt合金(Cr的含量为15at％，Pt的含量为18at％，余量为Co)}作为靶，通过DC磁控溅射法，在基底层上形成厚度为9nm的具有颗粒结构的垂直磁记录层。此时，使用Ar气体作为溅射气体，将溅射气体压力设置为2Pa。
接着，通过离子束法，在垂直磁记录层上形成厚度为3nm的保护层，获得磁记录介质。
(实施例2～5)
除了在形成第一种子层时使用h-BN(实施例2)、WS2(实施例3)、WSe2(实施例4)、石墨(实施例5)作为靶以外，与实施例1同样地获得磁记录介质。
(实施例6)
除了在形成第二种子层时使用DC磁控溅射法以外，与实施例1同样地获得磁记录介质。此时，将输入功率为设置600W，将溅射气体压力设置为0.6Pa。
(实施例7)
除了在形成第二种子层使使用利用空心阴极等离子体的反应溅射法以外，与实施例1同样地获得磁记录介质。此时，相对地设置长方形的靶，将向靶施加的电压设置为脉冲DC，将输入功率设置为1000W，将溅射气体压力设置为0.4Pa。
(比较例1～3)
除了未形成第一种子层以外，与实施例1、6、7同样地获得磁记录介质。
在此，在制造磁记录介质时，对第二种子层、基底层、垂直磁记录层的晶体取向性进行评价。
(晶体取向性)
使用X射线衍射的摇摆曲线的半值宽(Δθ50)[°]来对形成第二种子层、基底层、垂直磁记录层之后的各层的c轴取向性进行评价。具体来说，使用X射线衍射装置对形成各层之后的与非磁性衬底的表面平行的晶面进行分析，对与(002)面对应的峰进行观察。此时，Δθ50的值越小，则各层的c轴取向性越高。
表2示出了各层的晶体取向性的评价结果。
[表2]
从表2可以看出，在实施例1～7的磁记录介质中，第二种子层、基底层、垂直磁记录层的晶体取向性较高。
相比之下，在比较例1～3的磁记录介质中，由于未形成第一种子层，因此与实施例1、6、7的磁记录介质分别相比，第二种子层、基底层、垂直磁记录层的晶体取向性较低。
符号说明
1 非磁性衬底
2 软磁性层
3 第一种子层
4 第二种子层
5 基底层
6 垂直磁记录层
7 保护层
10 磁记录介质
11 介质驱动部
12 磁头
13 磁头驱动部
14 记录再生信号系统
100 磁记录再生装置。
Claims (7)
1.一种磁记录介质，在非磁性衬底上依次具有软磁性层、第一种子层、第二种子层、基底层、以及垂直磁记录层，
所述第一种子层包含MoS2、h-BN、WS2、WSe2或石墨，使用反应溅射法形成，
所述第二种子层包含具有六方纤锌矿型晶体结构的AlN，使用反应溅射法形成，
所述基底层包含Ru。
2.根据权利要求1所述的磁记录介质，其中，所述第二种子层的平均晶体粒径在3nm～12nm的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的磁记录介质，其中，所述第二种子层的厚度在0.5nm～20nm的范围内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的磁记录介质，其中，所述软磁性层具有非晶结构。
5.一种磁记录介质的制造方法，用于制造根据权利要求1至4中任一项所述的磁记录介质，该方法包括：
通过利用脉冲电压的反应溅射法，进行所述第二种子层的成膜的工序，
其中，在进行所述第二种子层的成膜时，将脉冲电压设置为-300V以下，将脉冲电流设置为10A以上，将占空比设置为10％以下，使用Al作为靶，使用氮作为溅射气体。
6.一种磁记录介质的制造方法，用于制造根据权利要求1至4中任一项所述的磁记录介质，该方法包括：
通过利用空心阴极等离子体的反应溅射法，进行所述第二种子层的成膜的工序，
其中，在进行所述第二种子层的成膜时，使用Al作为靶，使用氮作为溅射气体。
7.一种磁记录再生装置，包括根据权利要求1至4中任一项所述的磁记录介质。
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