CN1262765A - 包含多层含碳保护外涂层的磁记录媒体 - Google Patents

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Abstract

磁记录媒体设有多层含碳保护外涂层,它具有不同表面极性和导电性,从而能够对于不同的驱动程序修整最佳性能。实施例包括具有加氢碳的第一保护外涂层和具有石墨碳或无定形氮化碳的第二保护外涂层。

Description

包含多层含碳保护外涂层的磁记录媒体
相关申请
该申请要求序号为60/052,187(1997年7月10日申请)的临时专利申请的优先权，这里引入上述申请的全部说明书作为参考资料。
技术领域
本发明涉及磁记录媒体，特别是，涉及可旋转磁记录媒体，诸如与变换器磁头一起使用的薄膜磁盘。本发明特别用于高度面积记录密度磁记录媒体，其中上述记录媒体设计用于具有减小的浮动高度或者伪接触/接近记录(pseudo-contact/proximity recording)的驱动程序。
背景技术
通常，薄膜记录磁盘和磁盘驱动器用于以可磁化形式记录大量数据。在操作过程中，当磁盘开始旋转时数据变换头(data transducing head)开始沿着磁盘表面滑动时，典型的接触开始/停止(CSS)方法就启动了。一旦达到预定高的旋转速度，磁头(the heat)就以离磁盘的表面一预定距离飘浮在空中，其中在读取和记录操作过程中都保持这种状态。一旦终止磁盘驱动器的操作，磁头就再次开始沿着磁盘的表面滑动，并且最终以与磁盘接触并压在磁盘上的形式停止。每次驱动磁头和磁盘组件时，磁头在表面上滑动重复循环操作，它包括停止、沿着磁盘的表面滑动、飘浮在空中、再沿着磁盘的表面滑动和停止。
为了达到最佳一致性和可预测性，需要使每个变换器头尽量靠近与它相关的记录表面，即，使磁头的飘浮高度最小。因此，光滑的记录表面以及相关变换器头的光滑的相对表面是最佳的。然而，如果磁头表面和记录表面过于平坦，那么这些表面的精密适配导致在启动和停止时期的接触面阻力和摩擦力过大，从而导致磁头和记录表面磨损，最终导致所谓的“磁头碰砸”。于是，存在着减小磁头/磁盘摩擦力和使变换器浮动高度最小这二个互相矛盾的目标(competing goal)。
解决这些表面上矛盾的目的的传统实践方法包括通过一般被称为“上纹理(texturing)”的技术提供带有粗糙记录表面的磁盘以减小磁头/磁盘的摩擦力。传统的上纹理技术包括机械抛光或激光纹理磁盘基材的表面，从而在进行随后的层沉积(诸如，下垫层、磁层、保护外涂层(protect overcoat)和润滑剂面涂层(topcoat))之前在其上提供纹理，其中基材上的纹理表面在随后沉积的各层中大致复制出来。还可以使下垫层的表面产生纹理，并且在随后沉积的各层中大致复制该纹理。
在图1中示出典型的纵向记录媒体，它包括基材10，一般是铝(Al)合金，诸如镀有无定形镍磷(NiP)层的铝-镁(Al-Mg)合金。另一种基材包括玻璃、玻璃-陶瓷材料和石墨。基材10一般包含随后沉积在其两侧的铬(Cr)或铬合金下垫层(11，11’)、钴(Co)基合金磁层(12，12’)、一般含碳的保护外涂层(13，13’)和润滑剂面涂层(14，14’)。铬下垫层11，11’可包含多个子-下垫层11A，11A’的复合层。一般，通过在包含序列沉积腔的装置中实施喷溅技术来沉积铬下垫层11，11’、钴基合金磁层12，12’和一般含碳的保护外涂层13，13’。传统的铝合金基材具有NiP电镀层，主要增加铝基材的硬度，作为提供纹理的适当表面，该纹理基本上可在磁盘表面上再现。
根据传统的实践，在保护外涂层上均匀地施以润滑剂面涂层来防止在驱动操作过程中磁盘和磁头界面之间的磨损。在保护外涂层的过渡磨损增加了磁头和磁盘之间的摩擦力，从而导致灾难性的驱动器故障。在磁头-磁盘界面的过多润滑剂导致磁头和磁盘之间的高度接触面阻力(stiction)。如果该阻力过大，那么驱动器不能启动，从而发生灾难性的故障。因此，必须最优化润滑剂厚度来减小接触面阻力和摩擦力。
用于润滑剂面涂层的传统材料包括全氟聚醚(PEPE)，它实质上包含碳、氟和氧原子。润滑剂一般溶解在有机溶剂中，施用到磁记录媒介的碳外涂层上并通过诸如热处理、紫外线照射和浸渍的技术粘合在磁记录媒体的碳外涂层上。在润滑剂面涂层的性能中的一个重要因素是粘合润滑剂比率(bondedlube ratio)，它是直接粘合在磁记录媒体的碳涂层的润滑剂量与粘合在它本身或移动润滑剂量之比。理想的是，粘合润滑剂比应足够高来实现对所得磁记录媒体的接触面阻力和磨损性能的有意义改进。
对于高面积记录密度的增长着的需求加强了对于薄膜磁媒体在矫顽磁性、接触面助理、垂直度、低媒体噪声和窄磁道记录性能方面的更大的要求。此外，增加的高面积记录密度和大容量磁盘不断要求更小的浮动高度，即，磁头在CSS驱动器(磁头-磁盘界面)中的磁盘的表面上方飘浮的距离。对于传统的媒体设计，减小磁头到媒体的空间增加了接触面阻力和驱动器碰撞，从而使得碳保护外涂层处于一个很重要的位置。
存在各种类型的碳，有一些已用于磁记录媒体的保护外涂层，这种碳包含括加氢碳，石墨碳或石墨和氮化碳。在现有技术中已知这些类型的碳，在这里不详细描述。例如，参见L.J.Huang等人“在薄膜硬盘上的氮化碳外涂层的结构”，IEEE Transaction on Magnetics)，33卷，1997年；L.J.Huang等人“用于接近记录的磁头-磁盘界面的表征”，IEEETransaction onMagnetics，1997年，33卷，3112-3114页；和Tsai等人“特性评论：类金刚石碳膜和它们作为在用于磁记录的薄膜媒体上的外涂层的应用的特征”，.J.Vac.Sci.Technol.，A5(6)，1987年，11月/12月，3287-3311页。
一般，加氢碳具有大约5％(原子)到大约40％(原子)的氢浓度，一般大约20％(原子)到大约30％(原子)，而且由于氢使碳悬空键钝化，使得不是很好地粘附在以后施用的润滑剂面涂层屏上。因此，很难有效地将润滑剂面涂层以适当的厚度粘合在加氢碳保护外涂层上。由于氢消除碳带隙状态，使得加氢碳具有较低的导电性。加氢碳还向垫底磁层提供有效的抗腐蚀性。
无定形氮化碳，有时称为氮化的碳，一般具有氮与氢的浓度比大约5∶20至大约30∶0。无定形氮化碳一般具有比加氢碳更强的碳带隙状态，因而具有更高的导电性。此外，无定形氮化碳包含比加氢碳更多悬空键，该悬空键提高了在润滑剂和碳之间的交互作用，因此能够施用更厚的粘合润滑剂面涂层。石墨碳或石墨基本不包含氢和氮，而且相对氮化碳具有少些的带隙状态，但比加氢碳具有更多的带隙状态。
高面积记录密度驱动器，因而还有减小的浮动高度，向传统的制造包含碳保护外涂层的磁记录媒体的实践方法的极限提出挑战。例如，适当的保护外涂层必须能够防止垫底磁层的腐蚀，它是依赖于诸如环境条件(例如，湿度和温度)的因素的电化学现象。此外，适当的保护外涂层必须阻止离子从垫底层迁移到润滑剂面涂层和迁移到磁记录媒体的表面，这会导致诸如表面粗糙的缺陷。保护外涂层还必须呈现必需的表面极性来使得适当厚度的润滑剂面涂层能够粘合在其上。保护外涂层还必需呈现适当的导电性。缺乏导电性可能导致在磁记录媒体上形成静电荷，从而导致记录和/或读取误差。此外，当磁头磁盘界面减小至1微英寸以下时，需要减小含碳保护外涂层的厚度至低于传统所采用的厚度，即，大约200。实际上不可能用传统的保护外涂层材料满足这种需求。
因此，需要一种磁记录媒体，它包含能够满足对于高面积记录密度和减小的磁头磁盘界面的要求保护外涂层。还需要具有一种保护外涂层的磁记录媒体，所述涂层能防止垫底磁层的腐蚀、阻止离子移离垫底层、为适当的润滑剂粘合提供适当的表面极性并呈现适当的导电性来避免读取和/或记录误差。
发明概述
本发明的目的在于一种包含薄保护外涂层的磁记录媒体，该外涂层能够防止垫底磁层的腐蚀，阻止离子移离垫底层，为了润滑剂粘合和适当导电性而呈现适当表面极性。
本发明的另一个目的在于一种高面积记录密度磁记录媒体，它具有小于约125的保护外涂层，适于在浮动高度小于大约1微英寸的驱动系统中使用。
在下面的说明书中，将部分示出本发明的附加目的、优点和其它特性，而另一部分对于那些熟悉本技术领域的人员而言，通过检查下列说明书是显而易见的或从本发明的实践中可学习到。本发明的目的和优点，如在所附权利要求书中特别指出的，可以实现并获得。
根据本发明，通过一种磁记录媒体可以部分获得前述的和其它目的，所述磁记录媒体包括多层含碳保护外涂层，每层具有不同的表面极性和不同的导电性。
本发明的另一个方面是一种磁记录媒体，它包括：非磁性基材；在非磁性基材上的垫层；在所述垫层上的磁层；在所述磁层上的第一保护外涂层，所述第一保护外涂层包括加氢碳，其氢浓度大约为5％(原子)至大约40％(原子)；在所述第一保护外涂层上的第二保护外涂层，所述第二保护外涂层包括选自石墨碳和无定形氮化碳中的一种；在所述第二保护外涂层上的润滑剂面涂层。
对于那些熟悉本技术领域的人员而言，通过下面的详细描述，其中通过简单地描述仔细本发明的最佳模式，描述本发明的实施例。本发明的附加目的和优点将显而易见，如可实现的那样，本发明还能进行其它和不同的实施例，而且可在多个明显的方面对本发明进行细节修改，而不偏离本发明的构思。因此，附图和说明只用于解释本发明而不是对其进行限制。
附图说明
图1示意地示出传统的磁记录媒体。
图2示意地示出根据本发明的磁记录媒体。
实施本发明的最佳模式
本发明提供用于磁记录媒体的复合保护外涂层，它具有少于约100的总厚度，而且防止垫底磁层的腐蚀，阻止离子移离垫底磁层、呈现适当的表面极性，从而使得润滑剂面涂层以适当的厚度(诸如，约5至约10)粘合在其上，而且呈现适当的导电性(即，约10-8Ω-1至约10-4Ω-1的导电性)来阻止读取和/或写入误差。本发明的复合保护外涂层包括多个具有不同特性的不同类型含碳材料的层的多层外涂层。通过这种方法，可以通过选择呈现所需特征的适当碳材料，修整(tailor)复合保护外涂层的性能。
例如，加氢碳适当地防止垫底磁层的腐蚀并阻止分子移离垫底层。然而，加氢碳呈现较差的表面极性，即，对所施用的润滑剂的粘合性较差，这是因为氢导致碳悬空键的钝化，它同样导致导电性较低。无定形氮化碳和石墨碳包含的带隙状态多于加氢碳，因此呈现更高的导电性，而且具有较好的表面极性来更好地粘合在所施用的润滑剂上。根据本发明的实施例，采用一种复合保护外涂层，它包含加氢碳层和在加氢碳层上形成的一层无定形氮化碳或石墨碳层。通过根据它们特定的特征策略上选择不同材料的各层，可以对于不同的驱动程序，修整本发明的复合保护外涂层，同时减小复合保护外涂层的总厚度。
在本发明的实施例中，磁记录媒体涂有加氢碳层，它一般包含大约5％(原子)至40％(原子)氢，例如，大约20％(原子)氢至大约35％(原子)氢。然后，在加氢碳层上形成第二含碳保护层，诸如，无定形氮化碳层：其氮∶氢浓度比约为5∶20至30∶0。在本发明的另一个实施例中，在加氢碳层上形成石墨碳层。石墨碳或石墨包括碳的晶状同素异型体(crystallineallotrope)以及具有退化或不完全石墨结构特征的无定形形态。石墨碳一般不包含显著量氢或氮，因此具有相对于无定形氮化碳的较少带隙状态，但是多于加氢碳的带隙状态。除了其中可获得高硬度的sp3碳之外，石墨碳一般更软。
于是，本发明能够通过采用在多层中策略性选择的材料层，修整保护外涂层，其中每层具有不同的特性，例如，不同量的碳悬空键，不同表面极性和不同导电性。使所得复合保护外涂层的总厚度最小，同时最优化所施用的润滑剂的粘合度、防止垫底磁层腐蚀和防止离子移离垫底层。
图2示出本发明的实施例，其中用相同标号表示与图1所示的传统磁记录媒体中相类似的元件。如图2所示，在基材10的每一侧依次提供铬或铬合金垫层11，11’，诸如钴基合金层的磁层12，12’，如图1磁记录媒体所示。然而，根据本发明的磁记录媒体与如图1所示的传统磁记录媒体的不同之处在于，保护外涂层包括按序在磁层12，12’上形成的多层20A，20B和20A’，20B’。然后，润滑剂面涂层14，14’施用于第二含碳保护外涂层20B，20B’。
本发明提供包含复合保护外涂层的磁记录媒体，其中上述保护外涂层的总厚度大大小于传统保护外涂层13，13’的厚度(一般，大约为200)。根据本发明，将本发明的复合保护外涂层20A，20B的总厚度减至大约100或更少，例如，50至大约70。通过策略性选择各个保护外涂层，获得这种厚度的减小，来使复合保护外涂层的整个性能最佳。例如，最初在磁层上形成能够防止垫底磁层的腐蚀和原子移离垫层的加氢碳层。将石墨碳或无定形氮化碳的薄层施于该加氢碳层上，来充分粘合在之后所施用的润滑层，以获得大约为5至15的所需润滑剂面涂层厚度。此外，本发明的复合保护外涂层的导电性最好在大约10-8Ω-1至大约10-4Ω-1。
例子
按序镀有无定形NiP的三个Al-Mg合金基材提供Cr合金垫层和Co基合金磁层的溅射沉积层。
向样品1提供具有大约15％(原子)至大约35％(原子)氢的厚度大约150的加氢碳保护外涂层。
向样品2提供氢浓度大约为20％(原子)至大约30％(原子)，厚度大约为50的加氢碳层。把厚度大约为100的石墨碳层氩弧溅射沉积在该加氢碳层上。测试显示样品2呈现大约低于样品1的3-4倍的滑移噪声，而且实际上高的耐用性，即，比样品1好的磨损性能。
在基本上相同的条件下，把润滑剂面涂层层施于样品1和样品2。测试显示，粘合在样品2上的润滑剂面涂层的厚度为约8；而粘合在样品1上的润滑剂面涂层的厚度的厚度为约4。进一步的测试显示根据CSS测定的包括应力CSS性能的接触面阻力，和样品2的腐蚀性能可与样品1的相比较；然而，样品2的导电性大约为10-6Ω-1，同时样品1的导电性大约为10-8Ω-1。具有厚度大约为150的复合保护外涂层的样品2特别适用于非接近应用，即，1微英寸或更大的磁头磁盘界面。
将具有厚度大约为50的无定形氮化碳层沉积在具有60加氢碳，其氢浓度大约为20％(原子)至大约30％(原子)的样品3上。样品3呈现有效的抗腐蚀性，而且相对于样品1大大减小了磁头污迹。具有厚度为110的复合保护外涂层的样品3特别适用于接近应用，其中磁头磁盘界面小于大约1微英寸。
上述测试表示不同材料构成的多个策略选择和定位层的复合物能够采用其总厚度小于单个含碳保护外涂层的厚度的复合保护外涂层，同时获得优越的特性。于是，本发明能够形成一种保护外涂层，其中对于特定驱动程序可精调其特性，而总碳厚度小于传统上单个含碳层所采用的厚度。本发明还可用于产生任何不同类型的磁记录媒体，它包含薄膜磁盘。本发明特别适用，并产生要求低浮动高度的高面积记录密度磁记录媒体。
只示出并在本实施例中描述本发明的较佳实施例，以及其多功能性的一些例子。应理解，本发明能够在其它多种组合和环境中使用，而且能够在这里所揭示的本发明的原理范围内变化或修改。

Claims (19)

1.一种磁记录媒体，其特征在于，包括多层含碳保护外涂层，每层具有不同的表面极性和不同的导电性。
2.如权利要求1所述的磁记录媒体，其特征在于，包括：
第一加氢碳保护外涂层；和
在所述第一保护外涂层上的第二保护外涂层，所述第二保护外涂层包括选自石墨碳和无定形氮化碳中的一种。
3.如权利要求2所述的磁记录媒体，其特征在于：
所述第一保护外涂层具有大约5％(原子)至大约40％(原子)的氢浓度。
4.如权利要求3所述的磁记录媒体，其特征在于，所述第一保护外涂层具有大约15％(原子)至35％(原子)的氢浓度。
5.如权利要求2所述的磁记录媒体，其特征在于，所述第二保护外涂层包括无定形氮化碳，它具有大约5∶20至大约30∶0的氮∶氢浓度比。
6.如权利要求2所述的磁记录媒体，其特征在于，所述第一和第二保护外涂层具有大约150或更少的组合厚度。
7.如权利要求6所述的磁记录媒体，其特征在于：
所述第一保护外涂层具有大约20至大约75的厚度；和
所述第二保护外涂层具有大约55至大约75的厚度。
8.如权利要求6所述的磁记录媒体，其特征在于，所述第一和第二保护外涂层具有大约50至大约75的组合厚度。
9.如权利要求8所述的磁记录媒体，其特征在于：
所述第一保护外涂层具有20至大约30的厚度；和
所述第二保护外涂层具有45至大约55的厚度。
10.如权利要求2所述磁记录媒体，其特征在于，包括：
非磁性基材；
在所述非磁性基材上的至少一个垫层；
在所述垫层上的磁层；
在所述磁层上的所述第一保护外涂层；
在所述第一保护外涂层上的所述第二保护外涂层；和
粘合在所述第二保护外涂层上的润滑剂面涂层。
11.如权利要求10所述的磁记录媒体，其特征在于，所述润滑剂面涂层具有大约10至大约25的厚度。
12.一种磁记录媒体，其特征在于，包括：
非磁性基材；
在所述非磁性基材上的至少一个垫层；
在所述垫层上的磁层；
在所述磁层上的第一保护外涂层，所述第一保护外涂层包括加氢碳，它具有大约5％(原子)至大约40％(原子)的氢浓度；
在所述第一保护外涂层上的第二保护外涂层，所述第二保护外涂层包括选自石墨碳和无定形氮化碳中的一种；和
在所述第二保护外涂层上的润滑剂面涂层。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一保护外涂层具有大约15％(原子)至大约35％(原子)的氢浓度。
14.如权利要求12所述的磁记录媒体，其特征在于，所第二保护外涂层包括无定形氮化碳，它具有大约5∶20至30∶0的氮、氢浓度比。
15.如权利要求12所述的磁记录媒体，其特征在于，所述第一和第二保护外涂层具有大约150或更少的组合厚度。
16.如权利要求15所述的磁记录媒体，其特征在于：
所述第一保护外涂层，它具有大约20至大约75的厚度；和
所述第二保护外涂层，它具有大约55至大约75的厚度。
17.如权利要求15所述的磁记录媒体，其特征在于，所述第一和第二保护外涂层的组合厚度是大约50至大约75。
18.如权利要求17所述的磁记录媒体，其特征在于：
所述第一保护外涂层具有大约20至大约30的厚度；和
所述第二保护外涂层具有大约45至大约55的厚度。
19.如权利要求12所述的磁记录媒体，其特征在于，所述润滑剂面涂层的厚度大约10至大约25。
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