CN1129894C - 多层磁记录介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改进的多层磁记录介质及之相结合的磁阻驱动系统。具体而言，本发明提出了一种包含交替设置的钴层或钴合金层和贵金属层如钯层或铂层的多层介质，和生产这种介质的方法。根据本发明的介质通常包括一个基底层，一个成核层，一个晶格和一个保护层。在某些实施例中，基底层为抛光铝。在其它一些实施例中，成核层的厚度大于100，在某些实施例中位于大约200和600之间。晶格通常包含由钴层(或钴合金层)和钯层或铂层组成的双层结构。钴层的厚度大约位于1.5和10之间，或大约位于2和7之间，或大约位于3和5之间。钯层或铂层的厚度大约位于5和15之间，或大约位于7和12之间，或大约位于8和11之间。晶格(33)中的双层结构或它的周期结构的数目大约位于10或30之间，或大约位于15和25之间。在某些实施例中，晶格(33)和成核层(32)的厚度不超过1500。本发明还提出了一种新型的信息存储装置，该装置包括与一种垂直各向异性超过2×106erg/cc、矫顽力有5000De高的垂直记录介质相结合的一个环形写入头和一个磁阻(MR)读出头。本发明还提出了一种改进的MR读出头。改进措施包括MR元件中的物理偏移，使MR元件偏离介质的垂直方向。

Description

多层磁记录介质
本发明涉及一种改进的多层磁记录介质及与之相结合的磁阻驱动系统的发明。具体而言，本发明提出了一种包含交替设置的钴层或钴合金层和贵金属层如钯层或铂层的多层介质。
磁记录介质类似于用于磁带录音机或盒式录像机的磁带所采用的材料。能够记录和回放信息(音乐，文字和图像)。然而，与大多数磁带录音机和盒式录像机VCR中的磁带不同的是，本发明中的介质通常用于纪录数字形式的信息。本质上，数字信息是能用同莫尔斯电码中的点和划相同的方式加以解码的一串串的“1”和“0”。这些数字信息能被计算机(如在磁盘驱动器中)和其它处理信息的机器加以利用。
通常，记录介质包含一个附加在基底层上的磁层。可以认为磁层内含有许多微细的晶粒，并且每一晶粒的行为都象一块单独的磁铁。磁铁具有北极和南极。我们都能感觉到一块磁铁的北极对另一磁铁的南极的吸引或是一块磁铁的北极对另一磁铁的南极的排斥。
通过将电荷作用于一个晶粒，能够迫使该晶粒改变它的磁化方向，例如，北极变为南极或南极变为北极。因而，通过控制电荷对磁记录介质的作用，能够给该介质一种“磁组织(texture)”。通常用一个“写入头”将组织“写”到介质上。写入头让电流通过介质，迫使晶粒改变它们的磁化方向。
例如，假设开始时介质上的所有晶粒都朝南排列。并且假设当我们让电流通过介质时，我们能使晶粒倒转朝北。最后，我们假设朝南的晶粒代表0，朝北的晶粒代表1。通过让电流流过两个晶粒，在一个晶粒处截止，再流过一个晶粒，再在三个晶粒处截止，再流过一个晶粒，我们就能在介质上形成了一个“组织”：
                 1  1  0  1  0  0  0  1
当介质在读取头下移动时，读取头能感知磁化方向，并不管其与什么样的机器相连，都能将其感知到的内容告诉该机器。读取头感知到的内容被称作“磁通量”，类似于物体经过时形成的一股气流。
通常，普通的记录介质都将磁组织置于磁层平面内(纵向记录介质)以便晶粒的磁化方向一般都能被描述为或右或左。较新的记录介质一般都将组织垂直置于介质内以便晶粒或者向上或者向下(垂直记录介质)。结果表明能在垂直介质上记录并从垂直介质上读取更多的信息。
然而，几乎目前所有现有的磁记录系统都采用水平记录方式。在纵向记录方式中，信息被存储在平行于介质表面的磁介质内。在垂直记录方式中，与平行记录方式相反，磁力线穿过或者说垂直通过介质，从一个表面到达另一个表面，而不是与介质表面平行。
理论上，垂直介质可能有相当高的线性数据密度。一般将这一可能性归因于以下事实，即信息被存储在垂直介质中磁化强度与在周围区域中发现的磁化方向具有相反的磁化方向的离散的磁畴中。这样的磁畴可能存在于介质中非常少量的晶粒内。信息一般通过采用磁头从介质中读取，磁头能将垂直磁化的离散磁畴内表现出的局域不连续性转化为能当作信息处理的电场量。
但是，在离散的磁畴之间，经常会出现与介质表面平行的磁化强度，亚磁畴或相反的磁化强度。在磁层的剩余磁化强度远小于介质的饱和磁化强度的情形下尤其如此。在这样的情形下，这些位于磁畴之间的过渡区域会导致不希望出现的、实质上起源于磁噪声的电子信号。
在描述磁记录介质时用到的几个重要的术语是矫顽力，各向异性，输出和噪声。矫顽力实质上指的是介质持久保持特定磁化取向的能力。比方说，需要多少能量才会导致介质的一个晶粒改变取向。各向异性指的是导致晶粒朝向一个方向或另一方向所需能量的差异。晶粒一般都有一个易磁化取向，使得需要较多的能量才能使晶粒从该取向改变到另一取向，并且只需较少能量就能返回易磁化方向。输出本质上即指要读取的介质上的磁通量。最后，噪声与无线电波中的静电干扰类似。如果存在许多静电干扰的话，就难于分辨正在播放什么歌曲了。
为了进行垂直记录，必须采用一种具有垂直各向异性的磁记录介质。垂直各向异性实质上取决于磁性材料的晶体结构，该结构产生的磁矩垂直于介质表面。一种典型的垂直磁性材料是钴铬合金(CoCr)。
CoCr合金的各向异性的程度随合金中铬含量的不同而不同。随着铬含量的增加，各向异性减弱。磁滞(M-H)也下降。例如，一个CoCr介质的典型M-H回线(用于度量各向异性)在垂直方向表现出的矩形度(squareness)大约只为0.3至0.4，远低于理想值1。进而，为获得足够的垂直矫顽力，必须采用相对厚的膜。例如，为获得1000奥斯特(Oe)的垂直各向异性，膜厚度必须为500量级。
在本技术领域中已经提出过一些具有良好垂直记录性能的含交替变化的钴层和钯层或铂层的多层介质。例如，在授予Carcia的美国专利第4,587,176号(“Carcia I”)，授予denBroeder等的第4,678,721号和授予Carcia的第5,106,703号(“Carcia II”)中，每一个专利都提出了一种含交替设置的钴层和钯层或铂层的多层介质。
Carcia I专利是关于一种含交替设置的钴层和钯层或铂层的层次相干结构的专利。其中提到的每一钴层的厚度小于8(小于7更好，小于5最好)。每一铂层或钯层的厚度大于0.65λ(0.80λ更好，0.90λ最好)，其中λ为等于相邻两层钴层和铂/钯层的周期厚度的函数。λ的值最好小于100。层次介质的总厚度最好位于3,000至20,000之间。对照结果表明用这样的交替层制备的介质具有增强的垂直磁各向异性。
den Broedar等的专利是关于一种由非磁性材料衬底和具有垂直各向异性的薄磁层构成的磁记录介质的专利。磁层由交替的钯层和钴层构成。每一钯层的厚度位于0.2和2.0nm之间，每一钴层则至少包含一个单层的钴原子且其厚度小于0.3nm。例如，该专利提出了含20nm厚的Pd层，(x)nm厚的(n)层钴层和(y)nm厚的(n)层Pd层的介质的制备工艺，其中n＝150,200,250和300，x＝0.2以及y＝1.80-0.45。另外，可以采用一软磁层(即坡莫合金)作为垫层。
Carcia II专利是关于一种制备包含交替的铂层和钴层的铂/钴多层薄膜的改进工艺的专利。在该改进工艺中，氪气、氙气、或两者的混合气体被用作溅射气体。最好是，每一钴层的厚度都彼此相同，每一铂层的厚度与其它铂层的厚度相同。例如，钴层的优选厚度是小于或等于12(1.2nm)(最好是2-5(0.2-0.5nm))，铂层的优选厚度是小于或等于24(2.4nm)(最好是dpt/dco大约为1至5)，同时多层介质的总厚度小于或大约为750(75nm)。作为举例，该专利制备了具有5，10，15，20，25和40个铂、钴双层的样品。而且，看起来似乎可以采用更高的溅射气压。根据该专利制备的薄膜据称具有高的矫顽力和高度的各向异性。
尽管有在上述每一项专利中的公开，但其中的介质所表现出的矫顽力、输出和噪声水平并没有什么特别之处。正如大家都将了解的一样，矫顽力、输出和噪声水平中的每一项都能影响磁记录介质能够提供的以及能从磁记录介质上分辨的绝对数据密度。因而，最好是能提供一种矫顽力和输出得到增强，同时噪声水平随之减少的多层磁记录介质。
本发明主要是一种具有比已有的技术高得多的矫顽力、得以改善的输出和得以减少的噪声水平的改进的多层磁记录介质，它出人意料地使我们能够生产输出得以增强同时噪声水平得以减少的垂直记录介质。这种介质是一种钴或钴合金和诸如钯或铂的贵金属的多层结构或者说超晶格。特别推荐的介质包含钴层和钯层，钴层和钯层位于一个钯的成核层之上，而所有的钴层、钯层及成核层则都位于一个软磁(固定)(如坡莫合金)层之上。
此外，我们发现有可能通过采用某些工艺条件来精确控制介质的噪声水平。例如，采用低的真空基压和高的溅射气压，就能够减少介质的噪声。在溅射气体中加入氧也能减少介质噪声。另外，能够采用对介质和/或固定层的退火来控制介质噪声。对晶格内双层结构数目的调整也能影响介质噪声。通过例如用铬和/或钽掺杂在钴层中以形成合金，能更进一步控制介质噪声。最后，介质的晶体结构和/或读出头在制造时能被赋以一定的物理偏移。
在本发明的另一些方面，我们还发现了一种用于根据本发明的介质的新的磁头设计。这种磁头设计实质上是一个用于向介质中写入数据的普通环形磁头和一个磁阻(MR)读出头的组合。为减少介质噪声，MR磁头在制造时被赋以一个物理偏移，以使MR元件对磁通的敏感偏离直接垂直于介质的方向。
上述的发明特点结合起来将使我们能够制造实际线数据密度达到3GB的单磁盘驱动器。这一结果表明了本发明对已有的磁记录介质技术的巨大改进。
通过采用本发明中的介质，我们已经生产出了矫顽力超过1800 Oe，2500 Oe甚至超过5000 Oe的垂直磁记录介质。本发明中的介质表现出了高的矫顽力，窄的开关场分布，以及高的矩形比。因而，根据本发明的介质是一种适合于超高密度记录的理想介质。例如，在M-H回线研究中，本发明中的介质表现出了从0.8-0.9至1的优异的矩形度。而且，通过改变晶格内的多层数目，可以在0.5至1.5memu/cm2的范围内调整根据本发明的介质的Mrt。有益的是，在改变多层的数目以调整Mrt时，却几乎观察不到矫顽力的变化。最后，根据本发明的介质通常表现出30％的急剧过渡；较高的输出和较高的数据密度。
根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种磁记录介质；它包括：一个基底层，其上淀积有一个厚度大于50的非磁性金属成核层，该非磁性金属元素选自由钯和铂组成的元素组；和一个记录层，该记录层包括多个由磁性金属或其合金层和非磁性金属层组成的双层结构，其中该磁性金属或其合金层具有垂直磁各向异性，厚度为第一厚度，该非磁性金属元素选自由钯或铂组成的元素组，其厚度为第二厚度；以及具有第三厚度的固定层，所述固定层位于所述成核层和基底层之间，其中，选择成核层的厚度，所述第一厚度、所述第二厚度和双层的数量，从而所述介质具备：矫顽力大于约1000 Oe、信号输出大于54mv、信号噪声电平小于44mv和信噪比大于7dBm。
所述第一厚度一般大约位于15和10之间。第二厚度一般大约位于5和15之间。成核层的厚度一般大约位于200和600之间。双层结构的数目一般大约位于10和30之间。成核层和记录层的总厚度一般不超过1500。介质的矫顽力一般大约会超过1800奥斯特。在某些实施例中，本发明的介质还包含一个位于成核层和衬底之间的固定层。固定层可以由NiFe合金构成。固定层的厚度一般大于位于2μm和6μm之间。
根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种磁记录介质，它包括：一个基底层；其上淀积有一个厚度大于50的非磁性金属成核层，该非磁性金属元素选自由钯或铂组成的元素组；设置在所述成核层和所述基底层之间的固定层；和一个记录层，该记录层包括多个由钴或钴合金层和非磁性金属层组成的双层结构，其中钴或钴合金层的厚度为第一厚度，该非磁性金属元素选自由钯或钴组成的元素组，其厚度为第二厚度，其特征在于，所述第一厚度位于大约1.5和10之间，所述第二厚度位于大约5和15之间，所述双层结构的数目位于大约10和30之间，成核层、固定层和记录层的厚度不超过1500，介质的矫顽力超过大约2500奥斯特，且其特征在于，选择成核层的厚度、所述第一厚度、所述第二厚度和双层的数量，从而所述介质具备：信号输出大于54mv、信号噪声电平小于44mv和信噪比大于7dBm。
根据本发明的第三个方面，本发明提供一种制作磁记录介质的方法，包括：提供一个基底层，在该基底层上真空淀积一个厚度大于约50的成核层，该层核层的组成元素选自由钯和铂组成的元素组；再在成核层上真空淀积一个记录层，该记录层包括多个由钴或钴合金层和非磁性金属层组成的双层结构，其中钴或钴合金层的厚度为第一厚度，非磁性金属元素选自由钯或铂组成的元素组，其每层厚度为第二厚度。
在本发明的一个实施例中，该方法还包括以下步骤：完成有氧情形下成核层的淀积后，对介质进行退火。在另一种实施例中，该方法还包括以下步骤：在淀积成核层之前，在基底层上真空淀积一个固定层。在另一个实施例中，该方法还包括以下步骤：在有氧情形下，在淀积成核层之前，对带有固定层的介质进行退火。在再一个实施例中，在有氧情形下完成记录层的淀积。
根据本发明的第四个方面，本发明提供一种信息存储装置，包括：一种具有Ku大于或等于2×106erg/cc的垂直磁各向异性的平面磁记录介质，用于以磁通的形式接收、存储和允许读取信息；一个读出/写入磁头，用于以磁通的形式向介质中写入信息，并以磁通的形式从介质中读取信息，该磁头包括一个环形写入元件和一个磁阻(MR)读出元件。
在一个实施例中，磁记录介质还包括：一个基底层，其上淀积有一个厚度大于50A的非磁性金属成核层，该非磁性金属元素选自由钯或铂组成的元素组；和一个包括多个含钴或钴合金层和非磁性金属层的双层结构的记录层，其中钴或钴合金层的厚度为第一厚度，非磁性金属元素选自由钯或铂组成的元素组，其每层厚度为第二厚度；其特征在于第一厚度大约位于1.5至10之间，第二厚度大约位于5至15之间，双层结构的数目大约位于10和30之间，成核层和记录层的总厚度不超过1500。
在一个实施例中，该MR元件物理上相对于介质面的垂直延线偏离大约-10°至10°。在另一种实施例中，该种读出-写入磁头包括一个用于将磁信息写入磁记录介质中的环形磁头和一个用于从磁记录介质中读取磁信息的磁阻读出(MR)头组成，MR头包括一个以相对于磁记录介质垂直的取向设置于磁头内的MR元件，其改进包括：给MR元一个物理偏移以使该元件相对于磁记录介质的磁场的垂直方向偏离一个大约位于-10°至10°之间的角度。
作为本发明的第五个方面，本发明给出了一个
图1是一个根据本发明的多层介质结构的横截面示意图。
图2用于比较一种1000的CoCrTa垂直介质的M-H回线图(图2a)与根据本发明的多层介质的M-H回线图(图2b)。
图3是一个曲线图，给出了来自一种CoCr10.4Ta4纵向磁阻(MR)记录介质的分立脉冲信号，该介质的厚度大约位于200和250之间，由一个环形磁头在其上记录信息，由一个MR传感器从其上读取信息。
图4是一个曲线图，给出了来自一种含固定层的750厚的CoCr17Ta5垂直记录介质的分立脉冲信号，该介质由一个环形磁头在其上记录信息，由一个MR传感器从其上读取信息。
图5是一个曲线图，给出了来自根据本发明的、含固定层的多层介质的分立脉冲信号，该介质由一个环形磁头在其上记录信息，由一个MR传感器从其上读取信息。
图6是一个曲线图，给出了图3所示的介质以73kcfi输出的信号，该介质由一个环形磁头在其上记录信息，由一个MR传感器从其上读取信息。
图7是一个曲线图，给出了图4所示的介质以73kcfi输出的信号，该介质由一个环形磁头在其上记录信息，由一个MR传感器从其上读取信息。
图8是一个曲线图，给出了图5所示的介质以73kcfi输出的信号，该介质由一个环形磁头在其上记录信息，由一个MR传感器从其上读取信息。
图9是一个曲线图，给出了图3所示的介质以95kcfi输出的信号，该介质由一个环形磁头在其上记录信息，由一个MR传感器从其上读取信息。
图10是一个曲线图，给出了图4所示的介质以95kcfi输出的信号，该介质由一个环形磁头在其上记录信息，由一个MR传感器从其上读取信息。
图11是一个曲线图，给出了图5所示的介质以95kcfi输出的信号，该介质由一个环形磁头在其上记录信息，由一个MR传感器从其上读取信息。
图12是一个曲线图，给出了用一个传统(TDK)MR头在根据本发明的介质上读取的低密度回放信号。
图13是两个曲线图，给出了来自根据本发明的介质的微分分立脉冲信号。在图13a中，给出了正脉冲信号，在图13b中，给出了负脉冲信号。
图14是一个曲线图，给出了测量到的微分三位(tribit)特性曲线(...)与根据以220kfci输出的分立脉冲信号的线性叠加得出的理论上的三位(tribit)特性曲线(-)的对照情况。
图15是一个曲线图，给出了测量的微分三位特性曲线(...)与根据以262kfci输出的分立脉冲信号的线性叠加得出的理论上的三位特性曲线(-)的对照情况。
图16是一个曲线图，给出了根据本发明制备的介质的噪声频谱，该频谱给出了以伏特/(频率1/2)[V/sqrt f]为单位的介质噪声与以MHz为单位的频率之间的关系。在图16中还对根据本发明的如此溅射成的介质(_)和经过退火后的同一介质的噪声情况(...)进行了比较。
图17是一个曲线图，给出了根据本发明制备的介质的噪声频谱，该频谱给出了以v/sqrt f为单位的介质噪声与以MHz为单位的频率之间的关系。在图17中还对根据本发明的包含一个固定层的如此溅射成的介质(_)和经过退火后的同一介质的噪声情况(...)进行了比较。
图18是一个曲线图，给出了根据本发明制备的介质的噪声频谱，该频谱给出了以v/sqrt f为单位的介质噪声与以MHz为单位的频率之间的关系。在图18中还对根据本发明的一种包含一个未经退火的固定层的介质(_)和一种包含一个经过退火的固定层的类似介质(...)的噪声情况进行了比较。
图19是一个根据本发明制备的不含固定层的介质的噪声频谱的曲线图，在图19中，考虑到铬的掺杂效应，对以v/sqrt f为单位的噪声与以MHz为单位的频率之间的关系曲线进行了比较。
图20是一个根据本发明制备的含固定层的介质的噪声频谱的曲线图，在图20中，考虑到铬的掺杂效应，对以v/sqrt f为单位的噪声与以MHz为单位的频率之间的关系曲线进行了比较。
图21是一个根据本发明制备的介质的噪声频谱的曲线图，在图21中，考虑到晶格中双层结构的数目的影响，对以v/sqrt f为单位的噪声与以MHz为单位的频率之间的关系曲线进行了比较。
图22是一个关于根据本发明制备的介质的噪声频谱的曲线图，在图22中，考虑到有氧溅射对晶格的影响，对以v/sqrt f为单位的噪声和以MHz为单位的频率之间的关系曲线进行了比较。
图23是一个MR头的侧截面的示意图，根据本发明，该MR头中的MR元件有一个物理偏移。
图23a和23b是关于图23中的MR元的取向的放大视图。
在图24中比较不同记录介质的记录/读取方法。图24a是一个采用环形写入头和MR条带读出头在纵向记录介质中进行记录/读取的传统方法的举例。图24b是一个采用单极读出和写入头在垂直记录介质上进行记录/读取的传统方法的举例。图24c是一个采用环形写入头和MR条带读出头在根据本发明的垂直记录介质上进行读取和写入的方法的举例。
图25是关于装配有根据本发明的介质的磁盘驱动器的顶部透视图。
图26是图25所示的磁盘驱动器的分解视图。
我们已经出人意料地发现了一种具有比已有技术高得多的矫顽力、得以改善的输出和得以减少的噪声水平的改进的多层磁记录介质。该介质实质上是一种钴或钴合金和诸如钯或铂的贵金属的多层结构或者说超晶格。该介质最好包含钴层和钯层，钴层和钯层位于一个钯的成核层之上，而所有的钴层、钯层及成核层则都位于一个软磁(固定)(如坡莫合金)层之上。
此外，我们发现有可能通过采用某些工艺条件来精确控制介质的噪声水平。例如，采用低的真空基压和高的溅射气压，就能够减少介质的噪声。在溅射气体中加入氧也能减少介质的噪声。另外，能够采用对介质和/或固定层的退火来控制介质噪声。对晶格内双层结构的数目的调整也能影响介质噪声。通过如采用铬和/或钽在钴层中掺杂以形成合金，能更进一步控制噪声。最后，介质的晶体结构和/或读出头在制造时能被赋以一定的物理偏移。
在本发明的另一方面，我们还发现了一种可用于根据本发明的介质的新的磁头设计。这种磁头设计实质上是一个用于向介质中写入数据的传统环形磁头和一个磁阻(MR)读出头的组合。为减少介质噪声，MR磁头在制造时被赋以一个物理偏移，以使MR元件的敏感方向偏离开直接垂直于介质的方向。
上述的发明特点结合起来将使我们能够制造实际线数据密度达到3GB的单磁盘驱动器。这一结果表明了本发明对已有的磁记录介质技术的巨大改进。
通过采用本发明中的介质，我们已经生产出了矫顽力超过1800 Oe，2500 Oe甚至超过5000 Oe的垂直磁记录介质。本发明中的介质表现出了高的矫顽力，窄的开关场分布，以及高的矩形比。因而，根据本发明的介质是一种适合于超高密度记录的理想介质。例如，在M-H回线研究中，本发明中的介质表现出了从0.8-0.9至1的优异的矩形度。而且，通过改变晶格内的多层数目，可以在0.5至1.5memu/cm2的范围内调整根据本发明的介质的Mrt。有益的是，在改变多层的数目以调整Mrt时，却几乎观察不到矫顽力的变化。最后，根据本发明的介质通常表现出30％的急剧过渡，较高的输出和较高的数据密度。根据本发明的介质
根据本发明的介质的一个实施例如图1所示，图1为该介质的横截面图。如上所述，根据本发明的介质一般包括一个在基底层30之上的多层结构或者说超晶格33，多层结构33由一种诸如钴或钴合金的垂直磁性材料层34和一种非磁性材料层35组成，非磁性材料最好是一种贵金属，如钯或钴。根据本发明的其它一些介质中还包括一个软磁材料层或固定层31。在其它实施例中，根据本发明的介质中也包括一个成核层32。作为一个实施例，超晶格33中包含钴层和钯层，钴层和钯层位于一个钯的成核层32之上，所有的钴层、钯层和成核层都位于一个软磁(固定)层31之上。
图中，介质在基底层30之上形成。在一些实施例中，基底层30是刚性的，可以由诸如金属、硅基材料和刚性聚合物等任意传统的基底材料。例如，符合本发明的基底材料包括铝、镀镍磷铝、石英、玻璃、陶瓷、硅酮、硅酮碳化物、碳等等。作为替代方案，基底层30可以相对柔韧些，因诸如聚脂薄膜或聚酰亚胺薄膜等构成。基底层30可能需要清洗或进行其它处理以增强对其后的淀积层的粘接。此外，已知诸如磁组织化或抛光等表面处理方法可以帮助在随后淀积的磁记录层上获得所希望的结晶形态。作为替代方案，基底层30还可以是一层适用于普通磁带记录的磁带材料，如聚偏二氯乙烯，或一层适用于普通软磁盘的热塑材料，如聚对苯二甲酸乙酯。
作为一种实施例，可以在基底层30淀积一层软磁材料31。软磁层31有时在本文中被称作固定层31。固定层31可以由各种各样的软磁材料构成。例如，作为一种实施例，固定层31由一层坡莫合金(镍铁(NiFe))膜构成。除了采用NiFe作为固定层31后，许多其它的软磁材料可以同样有效。其它的软磁材料层的例子包括NiFeMo，NiFeMoCu，以及其它的软合金如Fe、FeAlSi、FeNiO、FeNx、FeTi、FeSiB、FeBC、FeAl、CoVFe、CoTa、CoZr、CoNbZr、CoTi、CoNbTa、CoNiZr、FeNiP、NiFeMo、NiFeCuMo和FeCoZr。
一般采用普通的镀膜或溅射技术将软磁固定层31镀或溅射到基底层30上。固定层31的典型淀积厚度大约位于0.1至20μm之间，或者大约位于1至10μm之间，在一些实施例中，淀积厚度大约位于2至6μm之间。
接下来，在某些实施例中，在固定层31上再淀积一种非磁性材料的成核层32。成核层32可以由一种贵金属如钯或铂构成。尽管其它金属也许也有用(如：铜、锌、镉、汞合金、银及金)，目前还是推荐钯或铂。一般根据在下述的晶格中采用的金属情况来选择成核层32中采用的贵金属。
此外，一般采用传统技术将成核层32溅射到软磁层31上。成核层32的典型淀积厚度大约位于30至1000之间，或者大约位于100至500之间，在一些实施例中淀积厚度大约位于250至500之间。
作为一种实施例，在成核层32之上，淀积一个由交替的磁层34和非磁层35构成的超晶格33。在某些实施例中，磁层34包括钴或钴合金。如果磁层34由钴合金构成的话，一般选择使所得介质具有足够垂直磁各向异性和矫顽力的合金。例如，垂直方向的矫顽力通常大约位于1500至6000 Oe之间。在某些实施例中，采用足够纯的钴来形成磁层34。在其它实施例中，采用钴合金，如钴铬和铬铬钽合金。在本发明，采用这样的合金制备的介质工作得很好。
我们发现磁层34构造为包含钴合金的介质的矫顽力趋向于下降。同时，介质的输出似乎也下降。不过，有益的是，介质的噪声也减弱，而介质的信噪比则增加。
在某些实施例中，晶格32中的磁层34的淀积厚度大约位于1.5至10之间，或者大约为2至7之间，在某些实施例中，淀积厚度大约位于3至5之间。
在某些实施例中，非磁层35包括一种贵金属，如钯或铂。尽管其它金属也许也有用(如铜、锌、镉、汞合金、银和金)，目前还是推荐钯和铂。一般根据上述的在成核层32中采用的金属情况来选择非磁层35中采用的贵金属。不过，正如大家都将了解的一样，在根据本发明的介质中也可使用贵金属的混合物。例如，成核层32可以由钯构成而非磁层35可以由铂构成，反之亦然。另外，非磁层35也可以制备成交替设置的金属层，如铂和钯(或其它合适的金属)层。
一般非磁层35的淀积厚度大约位于5和15之间，或者大约位于7和12之间，在某些实施例中淀积厚度大约位于8和11之间。
由磁层34和非磁层35构成的对层(双层)结构(或周期结构)的数目一般大约位于10和40之间，或者大约位于15和25之间。因而，构成晶格33的总层数大约位于20和50之间。
晶格33由传统技术溅射而成。例如，可以在一个转动台上完成交替层的制备以便介质被暴露在接连而来的分别用于制备磁层34和非磁层35的溅射原子之下。在溅射处理中可以控制转动台的运动以提供暂停从而获得较厚或较薄的淀积层。另外，在每一层的淀积过程之间暂停转动台以限制交叉沾染的可能性。作为一种替代方案，溅射靶可以加挡板，将挡板打开一段足够长的时间就可以形成一个淀积层。下面将详细描述一些制备根据本发明的介质的便利的工艺。
在某些实施例中，根据本发明的介质中还另外包含一个位于介质顶层37之上的保护层36。保护层36用于保护介质免受磁信号处理装置内出现的磨损和腐蚀效应的影响。在一种实施例中，保护层36是溅射到其上的一个碳外罩。作为一种替代方案，保护层36可以由金属和非金属材料组成，金属材料包括铑，非金属材料包括碳和无机非金属碳化物、氮化物和氧化物，如二氧化硅和氧化铝，对于磁记录盘而言，保护层的厚度大约位于80和350之间；目前推荐的厚度大约位于100和150之间。
因而，正如大家都将了解的一样，根据本发明的介质一般包括一个基底层30，一个成核层32，一个晶格33，一个保护层36。在许多实施例中的基底为抛光铝。成核层的厚度一般厚于100。或者说，在某些实施例中，大约位于200和600之间。在某些实施例中，晶格32包含由钴(或钴合金)层和钯或铂层构成的双层结构(34和35)。钴层的厚度大约位于1.5和10之间，或大约位于2和7之间，在某些实施例中大约位于3和5之间。钯或铂层的厚度大约位于5和15之间，或大约位于7和12之间，在某些实施例中大约位于8和11之间。晶格33中的双层结构或者说周期结构的数目，大约位于10和30之间或大约位于15和25之间。在某些实施例中，晶格33和成核层32的总厚度不超过1500。
下表中给出了根据本发明制备的某些介质的举例。该表对根据本发明制备的各种介质作了一个比较。
                                                             表1
样本号    固定层类型/() 底层类型/() 磁层类型/()   非磁性层类型/()  晶格层     退火    Hc(Oe)   输出(mv)   噪声(mv)  信噪比(dBm)
    1     n/a   Pd/560   Co/3.5   Pd/10     20     n/a   5038
    2     n/a   Pd/280   Co/3.5   Pd/10     20     n/a   3946   56.4   12.1   13.12
    3     n/a   Pd/280   Co/3.5   Pd/10     20     260℃/20min   4100   54.16   7.2   17.29
    4     n/a   Pd/280   Co/3.5   Pd/10     20     n/a   3410   61.96   14.01   12.79
    5     n/a   Pd/280   CoCr6/3.5   Pd/10     20     n/a   n/m   53.74   10.85   13.78
    6     n/a   Pd/280   CoCr12/3.5   Pd/10     20     n/a   2513   51.08   7.86   18.09
    7     镀敷NiFe   Pd/280   Co/3.5   Pd/10     20     n/a   n/m   103.94   44.87   7.1
    8     镀敷NiFe   Pd/280   Co/3.5   Pd/10     20     260℃/20min   n/m   105.36   19.17   14.65
    9     退火的NiFe   Pd/280   Co/3.5   Pd/10     20     n/a   n/m   124.31   25.76   13.62
    10     退火的NiFe   Pd/280   CoCr6/3.5   Pd/10     20     n/a   n/m   120.03   21.66   14.82
    11     退火的NiFe   Pd/280   CoCr12/3.5   Pd/10     20     n/a   n/m   111.59   17.63   15.96
                                                       表1(续)
样本号  固定层类型/() 底层类型/() 磁层类型/()   非磁性层类型/() 晶格层    退火     Hc(Oe)   输出(mv)     噪声(mv)  信噪比(dBm)
    12   退火的NiFe   Pd/280     CoCr18/3.5    Pd/10     20     n/a     n/m   94.3     15.85    15.4
13   退火的NiFe   Pd/140     CoCr12/3.5    Pd/10     20     n/a     1801   114.1     17.33    16.3
    14   退火的NiFe   Pd/280     CoCr12/3.5    Pd/10     15     n/a     n/m   91.21     11.98    17.54
    15   退火的NiFe   Pd/280     CoCr12/3.5    Pd/10     25     n/a     n/m   125.9     23.69    14.46
    16   退火的NiFe   Pd/280     CoCr9/3    Pd/10     20     n/a     n/m    67.25     11.96    14.93
    17   退火的NiFe   Pt/300     Co/4    Pt/6.5     15     n/a     2215    120.37     23.37    14.21
    18   退火的NiFe   Pd/470     CoCrTa/3    Pd/10     20     n/a     2015    108.28     16.12    16.49
    19   n/a   Pd/280     CoCrTa/3    Pd/10     20     n/a     1462     n/m     n/m    n/m
    20   n/a   Pd/280     CoCrTa/3.5    Pd/10     20     n/a     968     n/m     n/m    n/m
在表中，n/m对应于没有测量。如表所示，根据本发明生产的介质具有高度的矫顽力、增强的信号输出和减弱的噪声。该表被分成五种性质不同的介质类型以说明某些结构效应。样品1-3说明了根据本发明制备的、含一个Pd成核层和一个Co/Pd晶格、不含固定层的介质的特性。其中样品3说明了退火效应，样品1则说明了成核层厚度变化的影响。
采用VSM测量矫顽力Hc。施加的最大场强是10KOe(如图2a和2b所示)。磁场被垂直作用于介质表面。在前放之后测量输出，噪声和信噪比。采用的磁头具有分立的读出和写入元件：一个环形头写入元件和一个磁阻元件读出头。写入头的缝隙长度为0.35μm，缝隙宽度为4.3μm，线圈匝数为15。写入电流为20mA。读出元件有一个宽度为3.5μm的单独的MR读出元件。
在表中所示的每一个例子中，都以73kcfi和469的IPS记录信号。通过去除信号峰值对25mHz带宽范围内的噪声功率谱进行积分来确定噪声。从总的积分噪声功率内减去磁头噪声和电子线路噪声的贡献来确定介质的噪声的功率N，根据噪声功率的平方根可以得出介质的噪声电压。信噪比(SNR)由下式决定：
Figure C9619311700181
此外，样品4-6说明了根据本发明制备的、含一个Pd成核层和一个Co/Pd晶格、不含固定层的介质的特性。在其中的样品5和6中，Cr随Co一起被溅射形成CoCr合金，以说明采用合金的效果。
样品7-16说明了根据本发明制备的、含有一个Pd成核层和一个Co/Pd晶格以及一个固定层的介质的特性。在其中的样品10-16中，Cr随Co一起被溅射形成CoCr合金，以说明采用合金的效果。此外，在样品7说明了退火效应，在样品14和15中说明了晶格中双层结构数目的效果。
样品17说明了根据本发明制备的、含一个Pt成核层和一个Co合金/Pt晶格以及一个固定层的介质的特性。
样品18-20说明了根据本发明制备的、含一个Pd成核层和一个CoCrTa合金/Pt晶格的介质的特性。样品18说明了固定层的效果，样品20说明了增大CoCrTa层厚度的效果。
通过对样品进行比较可以看出几个明显的倾向。首先，通过采用成核层和简单的Co/Pd晶格，可以获得特别高的矫顽力，如样品1所示。不过，从样品2和3中可以看出，其输出信号并无特别之处。通过采用一个固定层，能加强输出信号，如样品7-18所示。而且，通过退火可以减少噪声(样品3和7)，通过采用某些合金成分(样品6和17)也可以减少噪声。进而，通过增加晶格中双层结构的数目，能够增大输出，稳定噪声水平，如样品14和15所示。
下面讨论其它关于对介质特性进行微细调整以增大输出同时减少噪声的精确数据。本发明中的介质生产工艺
根据本发明的介质能够通过采用传统的溅射工艺来制备，如直流磁控溅射法、射频溅射法和真空蒸发淀积法。在本工作中，采用直流磁控溅射法。采用直径为两英寸的圆形Co靶、Cr靶、Pt靶、Pd靶和CoCrTa靶。在溅射机器中有四个阴极，允许四个靶独立或同时进行溅射。基底在溅射室内以大约位于1和100rpm之间的速度旋转，类似于转动台型的溅射。在溅射过程中，基底暴露在任意一个靶或任意一种组合靶下。通过一个可编程控制器来分别控制四个溅射靶中每一靶的电源开/关。对四个溅射靶中每一个靶的电源也作类似的控制。通过对被选溅射靶进行通电和断电来形成衬底层和多层结构。或者通过控制溅射靶的电源，或者通过控制溅射靶的通电时间，能够对每层的厚度加以控制。
为了研究基压对介质噪声的影响，我们让溅射前的基压在大约5×10-5和1×10-7Torr之间变化。在淀积过程中，溅射气(高纯氩气)压大约保持在10-20mTorr之间。
我们惊奇地发现基压和溅射气压对介质噪声有影响。高的溅射气压通常会导致低的介质噪声。因而，在目前应用的大多数例子中，为获得减弱的介质噪声，采用15μm的溅射气压。此外，我们意外地发现介质噪声可以通过在溅射气体中加氧来进一步控制。例如，通过在溅射气体中加大约0.05至0.5％(体积比V/V)的氧，介质噪声能得到明显减弱。根据本发明的介质特性
因此，让我们将注意力转至图2，在图2中，对1000A厚的CoCrTa垂直介质的M-H回线图(图2a)和根据本发明的多层介质的M-H回线图(图2b)进行了比较。图2b中的M-H回线取自表1中所示的介质样品1。
按现有技术生产出来的介质的矫顽力和Mrt如图2a所示。矫顽力为1669Oe，Mrt为1.6memu/cm2。图中回线的矩形比大约为0.39。相比之下，如图2b所示，根据本发明的介质具有的矫顽力为5038 Oe，Mrt为0.7memu/cm2，且图中M-H回线的矩形度为0.83。
图3-5为表示来自按现有技术生产出来的介质(图3和图4)和根据本发明的介质(图5)的分立脉冲信号的曲线图。图3为表示来自一种CoCr10.4Ta4纵向磁阻(MR)记录介质的分立脉冲信号的曲线图，该介质厚度为250A，由一个环形磁头在其上记录信息，由一个MR传感器在其上读取信息。该介质的Mrt为1memu/cm2，矫顽力为2100 Oe。从该曲线图中可以看出：经过前放之后的pw50为34.6ns，峰-峰值输出为231mv。
图4为表示来自一种750A厚的CoCr17Ta5垂直记录介质的分立脉冲信号的曲线图，该介质中含一个固定层，由一个环形磁头在其上记录信息，由一个MR传感器从其上读取信息。该介质具有的Mrt为1.6memu/cm2。该曲线图中给出的分立峰值信号具有低劣的矩形度和模糊不清的过渡区。经过前放之后的上升时间大于59ns，峰-峰值输出为426mv。
图5为表示来自根据本发明的多层介质的分立脉冲信号的曲线图。该介质有一个固定层，由一个环形磁头在其上记录信息，由一个MR传感器从其上读取信息。该介质具有的Mrt为0.7memu/cm2。从该曲线图中可以看出经过前放之后的上升时间为28.5ns，峰-峰值输出为355mv。这种介质为表1中所示的样品8。
从根据本发明的介质中得到的脉冲信号比从按现有技术生产出来的介质中得到的脉冲信号有了很大的改善。脉冲的矩形度和上升时间较图3和4中的每一种CoCrTa介质都得到了高度改善。而且，本发明中的介质的输出电压与图4中的介质所表现出的输出电压相差不大。而较图3中的介质所表现出的输出电压则有了很大改善。
现在翻到图6-8，图中给出了表示CoCr10.4Ta4纵向磁阻(MR)记录介质(图6)(已在图3中讨论过)、750A厚的CoCr17Ta5垂直记录介质(图7)(已在图4中讨论过)和根据本发明的介质(图8)(已在图5中讨论过)以73kcfi输出的信号的曲线图。每一种介质都由一个环形磁头在其上记录介质，由一个MR传感器从其上读取信息。这些曲线图详细给出了每一种介质的峰-峰值输出。在图6中，经过前放之后的CoCr10.4Ta4纵向磁阻(MR)记录介质的峰-峰值输出为165mv。在图7中，经过前放之后的750A厚的CoCr17Ta5垂直记录介质的峰-峰值输出为160mv。在图8中，经过前放之后的本发明中的介质的峰-峰值输出为256mv。
在以73kcfi输出的信号方面，本发明中的介质的输出明显超出了按现有技术生产出来的介质。本发明中的介质的输出信号比现有技术中的纵向介质和垂直介质大约高40％。我们预计现有技术中的垂直介质的高频输出的下降是由于它的差的分辨能力，尽管该垂直介质在低频部分有高的输出。
类似地，图9-11为表示CoCr10.4Ta4纵向磁阻(MR)记录介质(图9)(已在图3中讨论过)、750A厚的CoCr17Ta5垂直记录介质(图10)(已在图4中讨论过)和根据本发明的介质(图11)(已在图5中讨论过)以95kcfi输出的信号的曲线图。每一种介质都由一个环形磁头在其上记录信息，由一个MR传感器从其上读取信息。在图9中，经过前放之后的CoCr10.4Ta4纵向磁阻(MR)记录介质的峰-峰值输出为122mv。在图10中，经过前放之后的750A厚的CoCr17Ta5垂直记录介质的峰-峰值输出为93mv。在图11中，经过前放之后的本发明中的介质的峰-峰值输出为168mv。
在以95kcfi输出的信号方面，本发明中的介质的输出再一次明显超出了现有技术中的介质。本发明中的介质的输出信号比现有技术中的纵向记录介质大约高30％，比现有技术中的垂直介质大约高45％。
现在看图12，图中给出了一条表示用一个普通(TDK)MR磁头从根据本发明的介质中读取的低密度回放信号的曲线。峰-峰值输出大约为460mv。输出波形非常方而且对称。
现在看图13a和13b，图中给出了两条表示来自根据本发明的介质的微分分立脉冲信号的曲线。在图13a中，给出了一个正脉冲，在图13b中，给出了一个负脉冲。经计算图13b中的PW50为9.8μin。对信号的微分处理很有用，这是由于对脉冲信号的微分处理能使信号得到一定程度的增强；可以利用已有的通道硬件；能减弱低频噪声的影响；并且即使采用的磁头有相当程度的+/-不对称性，正、负脉冲的PW50和幅度也将变得十分对称。
根据本发明的介质的各PW50非常窄。PW50的窄带表明pw50不会被缝隙长度扩展。相反，过渡长度似乎受到介质的颗粒大小和MR条带与介质之间的间距的限制。这一点从PW50可以由公式2(D+A)来近似就可以看出来，其中D是MR条带与介质之间的间距，A是过渡长度。在所采用的磁头中，间距(D)大约为3.5μin。因而，颗粒大小大约为1.2μin。
由于采用传统技术就可以将磁头与介质之间的实际间距减少至大约2μin，颗粒大小可以被减少一半，因而在根据本发明的介质中的PW50就可能达到5.2μin。如果数据密度(数据位数/PW50)高于2的话，这样的结果换算为线数据密度即线数据密度大于大约400k比特/in。
现在翻到图14，该曲线图给出了测量到的根据本发明的介质的微分三位(tribit)特性曲线(...)与根据根据本发明的该介质以220kfci输出的分立脉冲信号的线性叠加得出的理论上的三位(tribit)特性曲线(_)的对照情况。根据本发明的介质的实际输出相对于线性叠加曲线而言增加了，而不是如普通纵向介质一样降低。增加的原因看来在于以下事实即在根据本发明的介质中没有渗透作用。从曲线中可以看出写入偏移。例如，接连的过渡相对于叠加曲线而言被推后了，这与在纵向记录中观察到的情形相反。正如大家都将了解的一样，这一效应很容易通过写入的预先补偿来得到纠正。因而，所有的非线性都应当归结于退磁偏移。
在图15中可以观察到类似的效应，该曲线图给出了测量到的根据本发明的介质的三位(tribit)特性曲线(...)与根据根据本发明的该介质以262kfci输出的分立脉冲信号的线性叠加得出的理论上的三位(tribit)特性曲线的对照情况。分辨率水平远远超过任意的传统介质，不管是纵向介质还是垂直介质。
预计通过采用根据本发明的介质，可以获得高于1GBit/in2的面密度。在图15中的线密度为349KBPI。读出元件宽度为3.5μm。因而，可以获得5000磁迹/英寸(TPI)的磁迹密度。以5000TPI的磁迹密度，可以实现1.745GBit/in2的面密度。本发明中的介质噪声的控制
如上所述，我们也发现可以控制本发明中的介质的噪声。从表1中可以看出一些可用于控制介质噪声的因素。不过，我们发现存在某些可用于减少介质噪声的一般性的方法。除与根据本发明的介质有关的应用外，预计这些方法对于各种垂直磁介质的设计和生产都将有益。
我们发现的用于控制介质噪声的一般性方法包括以下内容：(i)在有氧或空气的情形下对如此溅射成(as sputtered)的膜层退火，(ii)在垂直介质的淀积前对固定层进行退火，(iii)在垂直Co介质中掺铬或铬/钽等以形成合金，(iv)调整垂直记录层中的层数，以及(V)在有氧情形进行垂直记录介质的溅射。下面将逐一讨论每一个因素。对溅射成的膜层的退火
我们已经概括地说明了有可能通过对溅射成的膜层进行退火来减少在垂直记录介质中的介质噪声。在本发明中，通过将溅射成的膜层在比较温和的温度下暴露比较短的一段时间，来对其进行退火。例如，在某些实施例中，通过在大约260℃的温度下仅暴露大约30分钟来完成对介质的退火；在某些实施例中，膜层在大约260℃的温度下退火大约10到20分钟。而且，在其它实施例中，退火步骤在有空气或氧气的情形下完成。
看起来似乎退火的作用是进一步调整垂直磁记录层的晶体结构的取向，而且这一看法的提出并未受到任何特定操作理论和方法的影响。不过，为了使退火能起作用，必须比较仔细地控制退火温度和退火时间。尽管退火时间过长或退火温度过高，退火看来起来仍能降低介质噪声，但是介质的输出同时也会被减少。因而，信噪比并没有得到优化。
当退火在有氧或空气的情形下完成时，退火效应将得到最大限度地发挥。尽管还不清楚氧气或空气的存在会带来什么样的效应，但有可能是在记录介质的颗粒边界处形成了一些氧化物，这些氧化物对颗粒间的磁交换耦合作用起到去耦合的作用。
图16给出了一个根据本发明的溅射成的介质的退火效应的举例。在图16中，给出了一条表示根据本发明制备的介质的噪声频谱的曲线，该频谱曲线给出了以V/sqrt f为单位的介质噪声和以MHz为单位的频率之间的关系。在图16中还对根据本发明的溅射成的介质(_)和经过退火后的同一介质(...)的噪声情况作了比较。
在该试验中，根据本发明制备了一种多层介质。该介质包含一个300厚的钯固定层和一个由3.5厚的钴层和10厚的钯层构成的20层的晶格。在介质溅射之后，得到噪声频谱。在噪声频谱之后，该介质经历了在260℃下的大约10-20分钟的一次退火过程。
在图中，对以实线(_)表示的溅射成的介质的噪声频谱和以点线(...)表示的经过退火后的介质的噪声频谱进行了比较。正如大家所看到的，介质的信号输出没有改变，而介质噪声则被减少了。我们观察到信噪比增加了4.2dBm。
还进行了一个类似的试验，在该试验中，制备的介质含一个固定层。图17给出了这一试验的结果。在图17中，给出了一条表示根据本发明制备的介质的噪声频谱的曲线，该频谱曲线给出了以V/sqrt f为单位的介质噪声与以MHz为单位的频率之间的关系。在图17中还对根据本发明的含一个固定层的溅射成的介质(_)和经过退火后的同一介质(...)的噪声情况进行了比较
在该试验中，根据本发明制备了一种包含6μmNiFe固定层的垂直记录介质，在固定层上淀积了一个280厚的钯成核层。在成核层上淀积了一个20层的晶格。该晶格包含3.5厚的钴层和10厚的钯层。
在介质的溅射完成之后，测量了介质的噪声频谱。图中以粗实线(_)给出介质的噪声频谱。在得到噪声频谱后，根据本发明对该介质进行了退火。通过将介质在260℃下烘烤10到20分钟来对介质进行退火。在退火后，测量了介质的噪声频谱。图中以细实线(_)给出了噪声频谱的测量结果。
正如大家所看到的，与没有退火的介质相比，在退火介质中的噪声有了显著减少。另外，相当有趣的是，信号只得到了轻度增强。尽管如此，与表1所示的样品7和8有关的信噪比仍得到了大约7dBm的大的增加量。固定层的预退火
我们还发现通过在垂直记录介质的淀积之前对固定层进行预先退火，可以减少介质噪声。让人感兴趣的是，在先于垂直层的溅射对固定层退火的介质中观察到的信号看起来也得到了增强。
在一个实施例中，通过将固定层在比较温和的温度下暴露比较短的一段时间来完成退火过程。例如，在某些实施例中，通过在大约260℃的温度下仅暴露大约30分钟来完成退火。在其它实施例中，层膜在大约260℃的温度下退火大约10到20分钟。而且，在其它实施例中，退火步骤是在有空气或氧气的情形下完成的。
图18给出了一个根据本发明的固定层的退火效应的举例，如表1中的样品7和9所示。在图18中，给出了一条表示根据本发明制备的介质的噪声频谱的曲线，该频谱曲线给出了以V/sqrt f为单位的介质噪声与以MHz为单位的频率之间的关系。在图18中还对根据本发明制备的含一个非经退火的固定层的介质(_)和含一个经过退火的固定层的类似介质(...)的噪声情况进行了比较。
在该试验中，研究了两种介质。一种介质含一个如此喷镀成的NiFe固定层，另一种介质含一个已经退火的NiFe固定层。通过加热基底使含基底的如此喷镀成的NiFe层在大约260℃下暴露大约10到20分钟来完成退火。然后，按照本发明在两种基底上制备多层介质。介质包含一个280厚的钯成核层和一个由3.5厚的钴层和10厚的钯层组成的20层的晶格。
在该图中，对以实线(_)表示的含喷镀的固定层的介质的噪声频谱和以虚线表示的含经过退火的NiFe固定层的介质的噪声频谱进行了比较。正如大家所看到的，介质的信号输出没有改变。不过，介质噪声减少了。在如表1中的样7和9所示的介质中观察到了一个6.5dBm的信噪比增加量。垂直钴层的掺杂
我们还发现通过在垂直记录材料中形成合金，介质噪声也能得到控制。为得到这一结果，我们按照本发明制备了七种不同的介质：(i)无固定层的不含铬的钴垂直介质，(ii)无固定层的用6％的铬共同溅射成的钴垂直介质，(iii)无固定层的用12％的铬共同溅射成的钴垂直介质，(iV)有固定层的不含铬的钴垂直介质，(V)有固定层的用6％的铬共同溅射成的钴垂直介质，(Vi)有固定层的用12％的铬共同溅射成的钴垂直介质，(vii)有固定层的用18％的铬共同溅射成的钴垂直介质。
从这样一些样品中得到的噪声频谱如图19和20所示，图19和20为按照本发明制备的介质的噪声频谱，图中考虑到铬的掺杂效应，对以V/sqrt f为单位的噪声与以MHz为单位的频率之间的关系曲线进行了比较。图19给出无固定层介质(样品(i)-(iii))的结果，图20给出了有固定层的介质(样品(iV)-(Vii))的结果。
正如从图19和如下的表2中所看到的，随着铬浓度的增加，信号输出缓慢减弱。然而，介质噪声却显著下降。信噪比大约上升3.31dBm。还可参看表1中的样品4-6。
                                     表2
    Cr(％)     输出(mv)     噪声(mv)     SNR(dBm)
    0     30.98     14.01     6.77
    6     26.87     10.85     7.77
    12     25.54     7.86     10.08
现在看图20和下面的表3，图20和表3中给出了合金浓度对根据本发明的有固定层的介质的影响。正如大家所看到的，随着铬浓度的增加，信号缓慢减弱。同时，介质中的噪声也减弱。然而，当铬浓度达到0.18amps(即18％)时，噪声的线性减弱似乎停了下来。随着铬浓度增加，信噪比增加。还可参看表1中的样品9-12。
                                      表3
层数 铬含量(Amps)   输出(mv)   噪声(mv)    SNR(dBm)
    20     0   124.31   25.76   13.62
    20     0.06   120   21.31   14.8
    20     0.12   111.59   17.63   15.96
    20     0.18   94.3   15.85   15.4
我们还看到了随着合金厚度的变化，在按照本发明制备介质的过程中采用钴-铬-钽合金的效应。下面的表4中给出了结果。正如大家所看到的，样品的介质噪声与上面讨论的铬掺杂样品类似，其中铬含量根据铬靶的溅射效率为0.12amps(即12％)而确定。还可参看表1中的样品12和表1中的样品18-20。
                                              表4
 样品     底层Pd 磁层类型()  Pd()   层数   Hc(Oe)     Mrt(memu/cm2)  73.02Kfci输出(mv)   SNRMedia(dBm)    123.57Kfci输出(mv)    SNRMedia(dBm)
    1     280  CoCrTa/3.5     10     20   968     1
    2     280  CoCrTa/3     10     20   1462     0.86
    3     470  CoCrTa/3     10     20   2015     0.85
    4     470  CoCrTa/3     10     20   90.09     17     40.95     9.15
    5     280  CoCr12/3.5     10     15   69.18     17.13     33.51     8.81
调整记录层中的层数
正如上面所讨论过的，我们还观察到晶格中的层数可以影响介质的噪声。从下面的表5中可以看出这一效应。还可参看表1中的样品11和14。
                                   表5
层数 铬含量(Amps)     输出(mv)     噪声(mv)     SNR(dBm)
   20     0.12   111.59    17.63    15.96
   15     0.12   90.43    11.56    17.71
正如大家所看到的，在15层的介质中，在噪声显著减少的同时，信号也减弱了。因而，信噪比得到了加强。而且，可以通过对本发明中的介质进行细微的调整，选择一种比20层稍小的晶格中的层数，而信号不减弱。这使我们能更好地控制介质噪声。图21给出了根据本发明制备的介质的噪声频谱曲线，图中考虑到晶格中的层数的影响，对以V/sqrtf为单位的噪声和以MHz为单位的频率之间的关系曲线进行了比较。在有氧情形下溅射记录层
我们还发现通过在有少量氧的情形下溅射晶格，可以减少介质噪声。估计是氧使记录介质内的晶粒更容易重新调整取向，而且同上面提到的对退火的看法一样，这一看法的提出并未受到任何特定操作理论和方法的影响。此外，也可能在记录介质的晶格内形成了一些氧化物。如果采用射频溅射方法的话，也可以用氧化钴作溅射靶。
图22给出了在有氧情形下的晶格溅射效应，图22是根据本发明制备的介质的噪声频谱曲线图，图中考虑到晶格的有氧溅射效应，对以V/sqrt f为单位的噪声和以MHz为单位的频率之间的关系曲线进行了比较。通过改变基压来调节氧含量，在某些实施例中，采用的氧含量大约位于0.05至0.5％(v/v)之间。MR读出头中的MR元件的物理偏移
除了上面讨论过的控制介质噪声的方法外，还可以用一个MR读出头对根据本发明的介质进行非常高效率的读取。据此我们设计了一种有物理偏移(即相对于介质中的垂直磁通量倾斜)的MR头，以减少明显的介质噪声。在图23中对这样一种磁头进行了图解说明，图23是根据本发明的有物理偏移的MR头的横截面示意图。
这里使用的MR指的是各向异性的磁阻效应(AMR)和巨磁阻效应(GMR)两种效应。在这一技术领域有各种各样的大家都很熟悉的AMR和GMR传感器和材料。例如，AMR传感器一般由NiFe材料(即坡莫合金)构成，被构造成一种基底上的惠斯通(wheatstone)电桥结构。GMR传感器一般由含交替设置的磁性(如Fe、Co、Ni或它们的合金)和非磁性材料(如：Cr、Ru、Cu、Al、Ag、Au、或它们的合金)的多层材料构成，通常被构造成一种基底上的惠斯通电桥结构。按照本发明，AMR类型或GMR类型的传感器都可以采用。
在该图中，示出了一种根据本发明的具有一个记录层61和一个固定层62的垂直记录介质60，以及一种由一个环形写入元件63和一个MR条带读出元64加以描述的磁头。环形写入元件63通常包括一个第一磁通臂65，一个第二磁通臂66和一缝隙67。采用环形写入元件63来产生横跨缝隙67的磁力线68。根据介质60所需要的磁力线方向，磁力线可以由第一臂65或第二臂66引出。磁力线68在介质60内产生微分磁通密度区域69(箭头)。出人意料的是，当采用环形写入元件63时，这些磁力线69通常排列为垂直向上70或垂直向下71，在它们之间存在过渡区72。
当介质60在MR元件64下通过时，MR元件64中与介质60内的磁力线垂直的区域的电阻将会改变，并产生响应于介质中垂直排列的磁力线的信号。
用屏蔽挡板74a和74b保护MR元件64使其不受写入头63的影响，MR元件64被置于屏蔽挡板74a和74b之间。在图中，MR元件64相对于想象的垂直于介质60的延长线76偏离一个角度75(θ)。
角度75(θ)大约位于-20°至20°之间，或大约位于-15°至15°之间，在某些实施例中，大约位于-10°至10°之间。
在图23a和23b中，示出了图23中的MR头的放大示图。在图23a中，示出了一个没有物理偏移或者说角度75(θ)等于0度的MR读出元件64。在图23b中，画出了一个有物理偏移或者说角度75(θ)大约等于10度的MR读出元件64。
在操作中，MR元件64的角度75的作用是产生一个物理偏移。角度75的作用实质上是稍许降低一下MR元件64对介质中垂直向上70或垂直向下71的磁通的灵敏性。估计介质中的每一个粒子都具有变化的至少取决于粒子大小和粒子取向的磁通密度。因而，通过稍许降低一下MR元件64对这样的磁通密度变化的灵敏性，估计将可以减少介质噪声。
大家将会领会到，通过在晶格中生长具有类似的轻度物理偏移的晶粒，也能够获得类似的结果。例如，可以改变基底的组织以产生角度型的晶粒生长。此外，也可以在溅射过程中，在基底和溅射靶之间产生成角度的电荷。
也可以将各种方法组合使用。例如，可以使晶粒生长物理上偏向垂直线的一侧，同时让MR元件64偏向相反方向。这样的方法可以用于显著减少介质噪声。结合有根据本发明的介质和环形写入/MR读出磁头的磁盘驱动系统
在本发明中，提供了一种结合有根据本发明的介质和一个环形写入/MR读出磁头的磁盘驱动系统。讨论一下现有技术的用于记录和读取信息的系统可以更好地理解这一系统的操作。概括来讲，可以根据纵向和横向记录介质和采用的用于记录和读取的磁头类型，对现有技术系统进行分类。
因此，在图24中对各种记录介质的记录/读取方法进行了比较。图24a是一个采用环形写入头和MR条带读出头在纵向记录介质中进行记录/读取的传统方法的举例。图24b是一个采用单极读出和写入头在垂直记录介质上进行记录/读取的传统方法的举例。图24c是一个采用环形写入头和MR条带读出头在根据本发明的垂直记录介质上进行读取和写入的方法的举例。
在图24a中，画出了一种纵向记录介质38和一个由环形写入元件39和MR条带读出元件40加以描述的磁头。环形写入元件39一般包括一个上磁极或第一磁极41，一个第二磁极42，和一个缝隙43。环形写入元件39用于产生横跨缝隙43的磁力线44。磁力线44在介质38内产生微分磁通密度(箭头)区域45。正如大家都能理解的一样，与介质表面平行的磁力线通常为包含磁通差异的信息，这种磁通差异在纵向介质中存储信息。当采用环形写入元件39时，这些磁力线45通常排列为平行向右46，垂直向上47a，垂直向下47b，或平行向左48。
当介质38在MR元件40下通过时，MR元件40内与介质38中的磁力线垂直的区域(即点47a和47b)内的阻抗会改变。并产生相应的信号，如输出49所示。
在图24b中，示出了一个对垂直介质进行读出和写入的传统系统。其中，还示出了一种具有一个记录层51和一个固定层52的垂直记录介质50。采用一个单极读出和写入头产生作用于介质50的磁力线54。磁力线54一般通过介质50，例如，通过固定层52后返回。磁力线54在介质50中产生微分磁通密度55区域(箭头)。当采用单极磁头53时，这些磁力线55通常排列为垂直向上56或垂直向下57，在其间存在过渡区域58。当单极磁头53不处于写入状态时，它对与介质50垂直的来自介质的磁力线的反应很灵敏。
当介质50在读出头53下通过时，读出头53检测垂直磁通区域(即：点56和57)并产生如输出58所示的输出。
最后，在图24c中，示出一种根据本发明的具有一个记录层61和一个固定层62的垂直记录介质60，和一个由环形写入元件63和MR条带读出元件64来描述的磁头。环形写入元件63一般包括一个第一磁极65，第二磁极66，和一个缝隙67。磁力线68在介质60内产生微分磁通密度区域69(箭头)。意想不到的是，当用环形写入元件63时，这些磁力线69一般排列为垂直向上70或垂直向下71，在其间为过渡区域72。
当介质60在MR元件64下通过时，MR元件64中与介质60内的磁力线垂直的区域(即：点70和71)内的电阻将会改变，并产生相应的信号，如输出73所示。
采用根据本发明的介质和上面讨论的环形写入/MR读出头的磁盘驱动器的一个意想不到的特征是采用环形写入头很容易在垂直方向磁化本发明的介质。传统上环形写入头用于纵向介质。本发明中的介质可以使用环形写入头标志着一个重要优势。这样的磁头容易生产并且花费不大。而且，环形写入头不象单极写入头一样需要依赖于介质的磁通返回。
图25是关于装配有根据本发明的介质的磁盘驱动器的预部透视图。磁盘驱动器77包括一个包含底盘78和盖79的硬盘组件，底盘78和盖79构成一个壳体80。壳体80内装有一种磁盘存储介质81和一个致动装置82。磁盘存储介质81有一个上表面和一个下表面(未示出)。在驱动器77内还有一个包括一块印刷电路板84的控制装置83，用于控制数据的存储操作，在印刷电路板84上有多个集成电路元件。还包括一个磁头装置85用于将控制信号从印刷电路板84传送至壳体80内。
图26是图25所示的磁盘驱动器77的分解视图，如图26所示，在底盘78上装有一个自转马达86，用于支撑磁盘存储介质81绕位于与磁盘81垂直的平面内、通过磁盘81的中心的轴线旋转。致动机构82包括一个致动臂87，用于将至少一个交互作用元件88置于接近于磁盘81表面的位置。一般至少提供两个交互作用元件88，如读出磁头和写入磁头，磁盘存储介质81的每个面一个，这一点本技术领域的专业人员一般都能理解。
在用具体的实施例描述了本发明的同时，必须指出的是，本发明还能作进一步修改，本申请涵盖了遵循本发明的原理的对本发明的任何变更、应用和修正，包括以下一些对本发明的修改情况，如果这些修改内容位于与本发明有关的技术领域中熟知的或习惯的作法的范围之内，适用于上文中所列出的基本特点，或落入本发明的范围和附后的权利要求所声明的范围之内。

Claims (27)

1.一种磁记录介质；包括：
一个基底层，其上淀积有一个厚度大于50的非磁性金属成核层，该非磁性金属元素选自由钯和铂组成的元素组；和在所述成核层上形成的记录层，该记录层包括多个由磁性金属或其合金层和非磁性金属层组成的双层结构，其中该磁性金属或其合金层具有垂直磁各向异性，厚度为第一厚度，该非磁性金属元素选自由钯或铂组成的元素组，所述非磁性金属层的厚度为第二厚度；以及具有第三厚度的固定层，所述固定层位于所述成核层和基底层之间，
其中，选择成核层的厚度，所述第一厚度、所述第二厚度和双层的数量，从而所述介质具备：矫顽力大于1000 Oe、信号输出大于54mv、信号噪声电平小于44mv和信噪比大于7dBm。
2.如权利要求1所述的介质，其中所述第一厚度位于1.5和10之间。
3.如权利要求1所述的介质，其中所述第一厚度位于2和7之间。
4.如权利要求1所述的介质，其中所述第一厚度位于3和5之间。
5.如权利要求1所述的介质，其中所述磁层由钴组成。
6.如权利要求5所述的介质，其中所述第一厚度位于1.5和10之间。
7.如权利要求5所述的介质，其中所述第一厚度位于2和7之间。
8.如权利要求5所述的介质，其中所述第一厚度位于3和5之间。
9.如权利要求1所述的介质，其中所述第二厚度位于5和15之间。
10.加权利要求1所述的介质，其中所述第二厚度位于7和12之间。
11.如权利要求1所述的介质，其中所述第二厚度位于8和11之间。
12.如权利要求1所述的介质，其中所述成核层的厚度位于200和600之间。
13.如权利要求1所述的介质，其中所述双层结构的数目位于10和30之间。
14.如权利要求1所述的介质，其中所述双层结构的数目位于15和25之间。
15.如权利要求1所述的介质，其中所述成核层和记录层的总厚度不超过1500。
16.如权利要求1所述的介质，具有超过2500奥斯特的矫顽力。
17.如权利要求1所述的介质，其中所述固定层由NiFe合金构成。
18.如权利要求1所述的介质，其中所述固定层厚度位于2μm和6μm之间。
19.一种磁记录介质，包括：
一个基底层，其上淀积有一个厚度大于50的非磁性金属成核层，该非磁性金属元素选自由钯或铂组成的元素组；设置在所述成核层和所述基底层之间的固定层；和在所述成核层上形成的记录层，该记录层包括多个由钴或钴合金层和非磁性金属层组成的双层结构，其中钴或钴合金层的厚度为第一厚度，该非磁性金属元素选自由钯或钴组成的元素组，所述非磁性金属层的厚度为第二厚度，其特征在于，
所述第一厚度位于1.5和10之间，所述第二厚度位于5和15之间，所述双层结构的数目位于10和30之间，成核层、固定层和记录层的厚度不超过1500，介质的矫顽力超过2500奥斯特，
且其特征在于，选择成核层的厚度、所述第一厚度、所述第二厚度和双层的数量，从而所述介质具备：信号输出大于54mv、信号噪声电平小于44mv和信噪比大于7dBm。
20.如权利要求19所述的介质；其中所述第一厚度位于2和7之间。
21.如权利要求19所述的介质，其中所述第一厚度位于3和5之间。
22.如权利要求19所述的介质，其中所述第二厚度位于7和12之间。
23.如权利要求19所述的介质，其中所述第二厚度位于8和11之间。
24.如权利要求19所述的介质，其中所述成核层厚度位于200和600之间。
25.如权利要求19所述的介质，其中所述双层结构的数目位于15和25之间。
26.如权利要求19所述的介质，其中所述固定层由NiFe合金构成。
27.如权利要求19所述的介质，其中所述固定层厚度位于2μm和6μm之间。
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