CN1276412C - 垂直磁记录介质以及磁记录/再生设备 - Google Patents

垂直磁记录介质以及磁记录/再生设备 Download PDF

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Abstract

公开了一种垂直磁记录介质(10)，包括非磁性基板(1)、包括具有39.5kA/m或更小的垂直矫顽力的铁磁底层(2)和具有50到150emu/cc的饱和磁化Ms的弱磁性底层(3)的多层底层(4)以及垂直磁记录层(5)。

Description

垂直磁记录介质以及磁记录/再生设备
技术领域
本发明涉及用在例如硬盘驱动器中的使用磁记录技术的磁记录介质以及使用磁记录介质的磁记录/再生设备。
背景技术
在垂直磁记录系统中，在介质的垂直方向设置通常指向纵向的磁记录层的易磁化轴，从而降低在记录位之间的边界处的磁化过渡区的退磁场。因此，随着记录密度的增加，介质变为静态磁稳定并增加抗热衰退性能。这使得垂直磁记录系统适于改善表面记录密度。
而且，当在基板和垂直记录层之间形成由软磁材料构成的衬层(backing layer)时，当垂直磁记录介质与单极磁头组合时作为所谓的双层垂直介质。在该介质中，软磁衬层通过返回来自磁头的记录磁场可以增加记录/再生效率。
但是，在该双层垂直介质中，必须在软磁衬层上形成控制垂直磁记录层的晶体取向和晶粒尺寸的底层。所以，该底层的结晶性受软磁层的影响。此外，为了增加记录容量和记录分辨率，必须缩小单极磁头和软磁衬层之间的间隔，所以必须减小底层的厚度。即，对底层的要求是非常严格的。
针对减小在记录层中的晶粒尺寸和降低在上述限制下的介质噪声提出了许多方法。例如，日本专利申请KOKAI公开No.11-296833公开了Cr成分的分布在膜厚度的方向中变化的磁层的多层结构，或者在具有不同磁特性的垂直磁层之间形成具有Ms值小于50emu/cc的底层的排列。
不幸的是，间断形成的多层结构和Cr成分变化的多层结构存在降低晶粒尺寸的效果不令人满意以及不能很好地控制磁层之间的磁耦合的问题。此外，当形成非磁性或弱磁性层作为中间层时，如果该中间层的厚度较大，则整个介质的磁特性将退化。
发明内容
考虑到上述情况作出了本发明，并且其目的是提供一种垂直磁记录介质，其中降低了在垂直磁记录层中的磁晶粒的晶粒尺寸和介质噪声，并且适于高密度记录。
本发明的另一个目的是提供一种使用降低了垂直磁记录层中的磁晶粒的晶粒尺寸和介质噪声低并适于高密度记录的垂直磁记录介质的磁记录/再生设备。
本发明提供了一种垂直磁记录介质，包括非磁性基板、在非磁性基板上形成的并且包括具有垂直磁各向异性的铁磁底层和叠置在铁磁底层上的弱磁性底层的多层底层以及在弱磁性底层上形成的垂直磁记录层，
其中铁磁底层具有39.5kA/m(0.5kOe)或更小的垂直矫顽力，弱磁性底层具有50到150emu/cc的饱和磁化Ms。
本发明还提供一种磁记录/再生设备，包括含有非磁性基板的垂直磁记录介质、在非磁性基板上形成的并且包括具有垂直磁各向异性的铁磁底层和叠置在铁磁底层上的弱磁性底层的多层底层、在弱磁性底层上形成的垂直磁记录层以及记录/再生磁头，
其中铁磁底层具有39.5kA/m(0.5kOe)或更小的垂直矫顽力，弱磁性底层具有50到150emu/cc的饱和磁化Ms。
在随后的介绍中将阐述本发明的其它目的和优点，并且部分地从说明书可看出，或通过实施本发明而体会到。通过下文中指出的特定的手段和组合的方式可以实现和得到本发明的目的和优点。
附图说明
引入并构成本说明书的一部分的附图说明了本发明当前的实施例，并且与上面给出的概括介绍和下面给出的实施例的详细介绍一起说明本发明的原理。
图1示出了本发明的垂直磁记录介质的第一个例子的示意剖面图；
图2示出了本发明的垂直磁记录介质的第二个例子的示意剖面图；
图3示出了本发明的垂直磁记录介质的第三个例子的示意剖面图；
图4示出了本发明的垂直磁记录介质的第四个例子的示意剖面图；
图5示出了本发明的磁记录/再生设备的例子的部分分解的透视图；
图6示出了本发明的垂直磁记录介质的第五个例子的示意剖面图；
图7示出了取向控制层/弱磁性底层测试介质的磁化曲线图；
图8示出了取向控制层/铁磁底层/弱磁性底层测试介质的磁化曲线图；
图9示出了取向控制层/铁磁底层/弱磁性底层/垂直磁记录层测试介质的磁化曲线图；
图10示出了取向控制层/弱磁性底层/垂直磁记录层测试介质的磁化曲线图；
图11是通过从图9所示的磁化曲线中减去图8所示的磁化曲线得到的图；以及
图12是通过从图10所示的磁化曲线中减去图7所示的磁化曲线得到的图。
具体实施方式
本发明的垂直磁记录介质具有非磁性基板、在非磁性基板上形成的多层底层以及在弱磁性底层上形成的垂直磁记录层。多层底层从基板一侧依次包括铁磁底层和弱磁性底层。
用在本发明中的铁磁底层具有垂直磁备向异性和39.5kA/m(0.5kOe)或更小的垂直矫顽力Hc。用在本发明中的弱磁性底层具有50到150emu/cc的饱和磁化Ms。
在本发明中，当饱和磁化Ms为150emu/cc或更小时，磁性材料定义为弱磁性材料。
本发明的磁记录/再生设备是应用上述垂直磁记录介质并具有该垂直磁记录介质和记录/再生磁头的设备。
本发明使用具有垂直各向异性的、小垂直矫顽力Hc和小矩形比(squareness ratio)Rs的铁磁底层。因此，减小了弱磁性底层的晶粒尺寸，并且从生长的最初阶段改善了晶体取向。因此，降低了在该弱磁性底层上形成的垂直磁记录层的晶粒尺寸，并且这也降低了介质噪声。
该弱磁性底层具有比铁磁底层更小的饱和磁化。因此，在铁磁底层与垂直磁记录层之间产生具有适当幅度的交换耦合，即，在它们之间施加磁相互作用。这有效地防止了整个垂直磁记录介质的磁特性的退化。而且，通过底层的多层结构可以减小介质噪声。
图1示出了根据本发明的垂直磁记录介质的第一个例子的排列的示意剖面图。
如图1所示，垂直磁记录介质10具有在非磁性基板1上依次形成由铁磁底层2和弱磁性底层3构成的多层底层4以及垂直磁记录层5的排列。
也可以在用在本发明中的非磁性基板和多层底层之间形成软磁性衬层。
图2示出了根据本发明的垂直磁记录介质的第二个例子的排列的示意剖面图。
如图2所示，除了在非磁性基板1与多层底层4之间形成软磁性衬层6之外，垂直磁记录介质20具有与图1所示的垂直磁记录介质相同的排列。
因为软磁性衬层防止在其上形成的铁磁底层的定向生长，所以进一步降低了铁磁底层的Hc和Rs。
当形成具有高磁渗透性的软磁性衬层时，得到在该软磁性衬层上具有垂直磁记录层的所谓双层垂直介质。在该双层垂直介质中，软磁性衬层实现磁化垂直磁记录层的磁头，例如单极磁头的部分功能；软磁性衬层水平通过来自磁头的记录磁场并将记录磁场返回到磁头。即，软磁性衬层可以对磁记录层施加陡变的充分的垂直磁场，从而提高记录/再生效率。
对于软磁性衬层，可以使用含有Fe、Ni和Co的材料。例子包括例如FeCo和FeCoV的FeCo基合金、例如FeNi、FeNiMo、FeNiCr和FeNiSi的FeNi基合金、FeAl基合金、例如FeAl、FeAlSi、FeAlSiCr、FeAlSiTiRu和FeAlO的FeSi基合金、例如FeTa、FeTaC和FeTaN的FeTa基合金以及例如FeZrN的FeZr基合金。
也可以使用具有精细的晶体结构的材料，例如含有60at％或更多的Fe的FeAlO、FeMgO、FeTaN或FeZnN，或者细晶粒分散在基体中的颗粒结构。
作为软磁性衬层的另一种材料，可以使用含有Co以及Zr、Hf、Nb、Ta、Ti和Y中的至少一种的Co合金。在一个实施例中，Co的含量为80at％或更多。当通过溅射形成该Co合金的膜时，容易形成非晶层。非晶软磁性材料没有晶体磁各向异性和晶体缺陷以及晶粒边界，因此表现出极好的软磁性。此外，通过使用该非晶软磁性材料可以降低介质噪声。
非晶软磁性材料的例子为CoZr基、CoZrNb基和CoZrTa基合金。
在某些实施例中，还可以在非磁性基板和软磁性衬层之间形成含有Co的纵向硬磁性层。
图3示出了本发明的垂直磁记录介质的第三个例子的示意剖面图。
如图3所示，除了在非磁性基板1与软磁性层6之间形成纵向硬磁性层7之外，垂直磁记录介质30具有与图2所示的垂直磁记录介质相同的排列。
软磁性衬层容易形成磁畴，并且该磁畴产生尖峰噪声。通过在纵向硬磁性层的径向方向的一个方向中施加磁场可以防止磁畴壁的产生，因此，对形成在纵向硬磁性层上的软磁性衬层施加偏置磁场。
作为纵向硬磁性层，在一个实施例中，可以使用，例如CoCrPt合金或CoSm合金。在一个实施例中，纵向硬磁性层的矫顽力为39500A/m(500Oe)或更高，在某些实施例中，可以是79000A/m(1000Oe)或更高。在一个实施例中，纵向硬磁性层的厚度为5到150nm，在某些实施例中，可以是10到70nm。为了控制该纵向硬磁性层的晶体取向，可以在非磁性基板和纵向硬磁性层之间使用Cr合金材料或B2结构材料。
可以在软磁性衬层和多层底层之间形成形成氧化层。
该氧化层没有晶体取向。因此，当在该氧化层的表面上形成薄膜时，难以获得好的晶体取向，特别是在生长的初始阶段。
可以通过例如将软磁性衬层暴露在含氧环境中的方法或者在形成软磁性衬层的表面部分的工艺期间提供氧的方法形成氧化层。更具体地，当软磁性衬层的表面暴露在氧中时，软磁性衬层在氧中或者被例如氩或氮冲淡的氧中保持0.3到大约20秒。也可以通过暴露在大气中形成氧化层。
特别地，当使用通过用例如氩或氮冲淡的氧形成的气体时，容易调节软磁性衬层表面的氧化程度。这使得稳定制造成为可能。而且，当在形成软磁性衬层的气体中加入氧气并且在膜的形成中使用溅射时，可以通过只在膜形成的部分时间中提供加入氧气的处理气体进行溅射。
此外，可以在本发明的垂直磁记录介质的多层底层中形成控制铁磁底层的晶体取向的取向控制层。
图4示出了本发明的垂直磁记录介质的第四个例子的示意剖面图。
如图4所示，垂直磁记录介质40具有在非磁性基板1上叠置由取向控制层8、铁磁底层2和弱磁性底层3构成的多层底层9以及垂直磁记录层5的排列。
在铁磁底层面对基板的表面上形成该取向控制层，并且该取向控制层具有平均晶粒尺寸为3nm或更小的精细的晶体结构。这给出了多层底层从基板的一侧依次叠置的取向控制层、铁磁底层和弱磁性底层的多层结构。
当在铁磁底层的下面形成没有足够的晶体取向的精细的晶体取向控制层时，没有出现铁磁底层的外延生长，并且在生长的最初阶段中垂直各向异性容易降低。这有利于具有小垂直矫顽力Hc的铁磁层的形成。
在一个实施例中，该取向控制层包含从由Ta、Nb、Co、Ni和C构成的组中选择的至少一种元素。例子为例如Ta、Nb、NiTa、NiNb、CoTa、CoNb、NiTaC、NiNbC、CoNiTa和CoNiNb的合金。当使用这些材料中的任一个时，可以得到没有足够的晶体取向的精细的晶体取向控制层。通过使用CoW或CoNd合金作为代替上述材料的取向控制层可以得到相同的效果。
在一个实施例中，取向控制层的饱和磁化Ms为0到200emu/cc。如果取向控制层的Ms值超过200emu/cc，则由于取向控制层产生的噪声导致记录/再生特性恶化。而且，希望确定取向控制层的成分，从而获得最好的记录/再生特性。虽然最佳成分的取向控制层具有磁化，但是并不需要磁化。通常，当考虑噪声的产生时，Ms值应当尽可能小。
取向控制层的厚度为1到20nm，更合适的为1到12nm。当取向控制层的厚度为1到20nm时，垂直磁记录层的垂直取向特别高，并且可以降低在记录期间磁头和软磁性衬层之间的距离。因此，可以进一步改善记录/再生特性而不降低再生信号的分辨率。
在一个实施例中，用在本发明中的铁磁底层具有0到0.5kOe的垂直矫顽力。因为该铁磁底层远离记录头，如果Hc值超过39.5kA/m(0.5kOe)，则难以进行满意的记录。如果铁磁底层的Rs值也高，则该高Rs值可以产生噪声源。但是，因为在本发明中Hc和Rs值都低，所以不会增加噪声。
在一个实施例中，铁磁底层的饱和磁化大于弱磁性底层的饱和磁化，并且在某些距离为300到1000emu/cc。
通过使铁磁底层的饱和磁化大于弱磁性底层的饱和磁化，能够从生长的起始阶段更有效地减小弱磁性底层的晶粒尺寸。由于在弱磁性底层上形成的垂直磁记录层的晶粒尺寸的减小，可以进一步减小介质噪声。如果该饱和磁化小于300emu/cc，即使当形成铁磁底层时，或许由于由磁化降低引起的晶粒尺寸减小效应，介质噪声减小效应倾向于减小。如果饱和磁化超过1000emu/cc，则由于分离(segregation)变得不足以增加铁磁底层的基本晶粒尺寸，所以介质噪声增加。
例如，在一个实施例中，用在本发明的具有垂直各向异性的铁磁底层具有0.5到5nm的厚度。
通过相对减小铁磁底层的厚度减小Hc值。而且，可以减小磁头与双层垂直介质的软磁性层之间的间隔。如果铁磁底层的厚度小于0.5nm，则由于不再能形成均匀的薄膜，所以介质噪声降低效应趋于下降。如果该厚度超过5nm，则难以实现满意的记录。
作为铁磁底层的材料，可以使用通过在CoCrPt中增加从由Mo、Ta、B、Nb、Hf、Ir、Cu、Ru、Nd、Zr、W和Nd构成的组中选择的至少一种元素得到的合金。也可以使用CoCr基合金、CoPt基合金、CoPtO、CoPtCrO、CoPtSi、CoPtCrSi、CoPtSiO和CoPtCrSiO。
此外，在某些实施例中，可以使用主要含有Co、Cr和Pt的合金层。例子为CoCrPtMo、CoCrPtTa、CoCrPtB、CoCrTa和CoCrPt。
用在本发明中的弱磁性底层具有50emu/cc到150emu/cc的饱和磁化Ms。
如果该饱和磁化低于50emu/cc，则铁磁底层独立于磁记录层起磁作用，从而没有磁相互作用。因此，铁磁底层的低Hc和Rs值极大地降低了整个介质的磁特性。如果饱和磁化超过150emu/cc，则弱磁性底层本身产生的噪声增加，使记录/再生特性恶化。
例如，在一个实施例中，弱磁性底层具有30nm或更小的厚度，而且在某些实施例中，可以是5到20nm。
相对增加弱磁性底层的厚度具有改善在该弱磁性底层上形成的垂直磁记录层的结晶性的作用，从而减小介质噪声。这还能适当削弱在铁磁底层与垂直磁记录层之间磁连接磁性晶粒的相互作用。因此，这两个垂直磁性膜的磁晶粒有效地彼此独立翻转，并且膜基本上作为多层结构，从而降低介质噪声。如果弱磁性底层的厚度小于5nm，则在弱磁性底层上形成的垂直磁记录层的结晶性趋于恶化，并且使磁特性和记录/再生特性恶化。由于难以得到多层效应，记录/再生特性也会受到损害。如果该厚度超过20nm，由于在垂直磁记录层与软磁性底层之间距离的增加，再生波形出现失真。此外，因为磁头与软磁性底层之间距离的增加，记录中的介质噪声的增加不能令人满意。
作为弱磁性底层的材料，可以使用通过在CoCr中加入从由Pt、B、Ta、Mo、Nb、Hf、Ir、Cu、Ru、Nd、Zr、W和Nd构成的组中选择的至少一种元素得到的合金，或者使用通过在Co中加入从由Ru、Rd、Pd、Pt、Si、Ge、O和N构成的组中选择的至少一种元素得到的合金。
例如，在一个实施例中，可以使用主要含有CoCr并且还含有Pt、B和Ta的合金。该合金层具有30到70at％的Co含量，并且在一个实施例中，具有HCP(六方密堆积)结构。主要含有CoCr的合金层可以改善垂直磁记录层的垂直取向。因此，有利于改善例如矫顽力和矩形比等磁特性以及例如介质噪声和记录分辨率等记录/再生特性，并且增加抗热衰退性能。
此外，在一个实施例中，可以含有Co、Cr和Pt。
弱磁性底层除了含有Co、Cr和Pt之外还可以含有B，例如，在一个实施例中，含有23到35at％，此外，在某些实施例中，总共含有27到33at％的Cr和B。
当在弱磁性底层中总共含有27到33at％的Cr和B时，可以获得50到150emu/cc的饱和磁化Ms。
对于非磁性基板，可以使用例如玻璃基板、Al基合金基板、陶瓷、碳、具有氧化表面的Si单晶基板以及通过用NiP等电镀这些基板中的任一个得到的基板。
玻璃基板的例子为非晶玻璃和结晶玻璃，并且普通的碱石灰玻璃或铝硅酸盐玻璃可以用作非晶玻璃。而且，锂基结晶玻璃可以用作结晶玻璃。对于陶瓷基板，可以使用例如主要含有氧化铝、氮化铝或氮化硅的烧结材料或者该烧结材料的纤维增强产品。
用在本发明中的垂直磁记录层含有Co、Cr和Pt作为主要成分。Cr的含量为14到24at％，而在某些实施例中，为16到22at％。例如，在一个实施例中，Pt的含量为10到24at％，而在某些实施例中，为14到20at％。
例如，在一个实施例中，也可以加入0.1到5at％的B。这能够降低磁晶粒之间的交换耦合，并改善记录/再生特性。
如果Cr含量低于14at％，则磁晶粒之间的交换耦合会增加，从而增加介质噪声。如果Cr含量超过24at％，则矫顽力和垂直的矩形比会更低。
如果Pt含量低于10at％，则改善记录/再生特性的效果不能令人满意，并且垂直的矩形比会降低，从而恶化抗热衰退性能。如果Pt含量超过24at％，则介质噪声会增加。
除了B以外，还可以在CoCrPt基合金中加入任意成分。该任意成分的例子为Ta、Mo、Nb、Hf、Ir、Cu、Ru、Nd、Zr、W和Nd，虽然成分没有特殊的限制。
作为垂直磁记录层，也可以采用CoCr基合金、CoPt基合金、CoPtO、CoPtCrO、CoPtSi、CoPtCrSi、CoPtSiO、CoPtCrSiO、Co与主要含有由从Pt、Pd、Rh和Ru构成的组中选择的至少一种元素的合金的多层结构以及通过在这些多层结构中加入Cr、B和O得到的CoCr/PtCr、CoB/PdB和CoO/RhO。
在一个实施例中，垂直磁记录层的厚度为5到60nm，而在某些实施例中，可以为10到40nm。当厚度落在此范围内时，介质可以作为更适合于高记录密度的磁记录/再生器件工作。如果垂直磁记录层的厚度小于5nm，则再生输出变得太低，并且会增加噪声分量。如果垂直磁记录层的厚度超过40nm，则再生输出变得太高，并且会使波形失真。
在一个实施例中，垂直磁记录层的矫顽力为237000A/m(3,000Oe)或更高。如果该矫顽力小于237000A/m(3,000Oe)则抗热衰退性能会降低。
在一个实施例中，垂直磁记录层的垂直矩形比为0.8或更高。如果垂直磁记录层的垂直矩形比小于0.8，则抗热衰退性能会增加。
可以在垂直磁记录层上形成保护层。
形成该保护层以防止对垂直磁记录层的侵蚀，并且当磁头与介质接触时还能防止介质表面的损坏。材料的例子为含有C、SiO2和ZrO2的材料。
在一个实施例中，保护层的厚度为1到10nm。因为可以减小磁头和介质之间的距离，所以该厚度适于高密度记录。
此外，可以在保护层上形成润滑层。
作为用在润滑层中的润滑剂，可以使用常规的已知材料，例如，全氟聚醚(perfluoropolyether)、氟化乙醇(alcohol fluoride)或者氟化羧酸(fluorinated carboxylic acid)。
本发明的磁记录/再生设备包括上述的磁记录介质、用于支撑和旋转磁记录介质的驱动机构、具有在垂直磁记录介质上记录信息的元件和再生所记录的信息的元件的磁头以及支撑磁头使磁头可以相对于磁记录介质自由移动的支架组件。
图5示出了本发明的磁记录/再生设备的例子的部分分解的透视图。
用于根据本发明记录信息的刚性磁盘121固定在主轴122上，并有主轴电机(未示出)以预定速度旋转。安装有访问磁盘121以记录信息的单极记录头和再生信息的MR磁头的滑块123附着在薄片弹簧的悬架124的远端。悬架124连接到具有例如支撑驱动线圈(未示出)的绕线轴的臂125。
作为一种线性电机的音圈电机126附着在臂125的另一端。音圈电机126包括绕在臂125的绕线轴上的驱动线圈(未示出)以及具有在驱动线圈的两侧彼此相对的永磁体和对磁轭的磁路。
臂125由在固定杆127的上下部分形成的两个滚珠轴承(未示出)固定，并由音圈电机126转动。即，滑块123在磁盘121上的位置由音圈电机126控制。在图5中的参考数字128表示上盖。
实施例
通过实施例详细介绍本发明。
实施例1
作为非磁性基板，制备圆盘形清洁的玻璃基板(由OHARA制造，外径2.5英寸)。
该玻璃基板放在DC磁控管溅射设备(由ANELVA制造的C-3010)的膜形成室中。膜形成室抽真空到2×10-5Pa的基础压力并加热到大约200℃，并且溅射在0.6Pa的气体压力的Ar气氛中如下进行。
首先在非磁性基板上形成作为非磁性底层的40nm厚的CrMo合金层。
在该非磁性底层上，淀积40nm厚的Co-22at％Cr-13at％Pt硬磁性层，以形成纵向取向的硬磁性层。
在该硬磁性层上，形成250nm厚的Co-5at％Zr-8at％Nb合金层，作为软磁性衬层。从真空室中取出所得到的基板放在空气中。
在空气中冷却的基板回到真空室中，并加热到大约300℃，并且在0.6Pa的气体压力的Ar气氛中如下进行的DC磁控管溅射。
首先，形成5nm厚的Ni-40at％Ta取向控制层。
随后，形成3nm厚的Co-14at％Cr-14at％Pt-5at％Mo合金层，作为铁磁底层。
然后，形成由Co-26at％Cr-12at％Pt-4at％B合金构成的12nm厚的弱磁性层。
之后，形成16nm厚的Co-14at％Cr-14at％Pt-5at％Mo合金层，作为垂直磁记录层。
然后在得到的垂直磁记录层上形成7nm厚的C层。
从真空室中取出经过上述溅射的基板，并通过浸渍在保护膜上形成全氟聚醚，从而得到垂直磁记录介质。
图6示出了所得到的垂直磁记录介质的示意剖面图。
如图6所示，垂直磁记录介质50具有在非磁性基板1上依次淀积的非磁性底层21、纵向硬磁性层17、软磁性衬层16、由取向控制层18、铁磁底层12和弱磁性底层13构成的多层底层19、垂直磁记录层15、保护层22以及润滑层(未示出)的排列。
使用具有专门形成的电磁铁的磁化设备施加15kOe的沿所得到的垂直磁记录介质的圆盘形基板的径向向外的电磁场，从而沿径向磁化CoCrPt纵向硬磁性层。下面所介绍的所有垂直磁记录介质都是这样磁化的，除非有其它说明。
使用读写分析仪1632和从U.S.A.的GUZIK得到的旋转支架51701MP评估这样制造的垂直磁记录介质的记录/再生特性。对于记录/再生磁头，采用使用单磁极作为记录单元和磁致电阻效应作为再生元件的磁头。
在对再生信号输出/介质噪声比(S/Nm)的评估中，在50kFCI的线性记录密度下得到的值用作再生信号输出S，在500kFCI的线性记录密度下得到的值用作S/Nm。
结果，在整个磁盘表面上没有观察到尖峰噪声，S/Nm值为20.2dB，令人满意的值。
而且，使用极性Kerr效应测量设备通过从300到15秒改变扫过时间(sweep time)测量磁化曲线。激活磁矩的幅度(v·Isb)作为磁化的相反单位 v，并且由磁滞回线和扫过时间中的矫顽力Hc计算其饱和磁化Isb。结果，v·Isb的值为0.95×10-15emu。
另外，当使用透射电子显微镜(TEM)观察介质的剖面结构时，在CoZrNb软磁性衬层和NiTa取向控制层之间观察到大约2nm厚的白色膜。这表示由于在处理期间介质暴露在空气中，在CoZrNb软磁性衬层的表面层中形成氧化层。
此外，使用TEM观察NiTa取向控制层的平面结构。因此，既没有观察到清晰的晶体颗粒也没有观察到清晰的颗粒边界，并且被直径2到3nm的颗粒形材料散射。当使用X射线衍射(XRD)设备进行ω-2θ扫描时，没有观察到NiTa层的尖峰。但是，在选定区域的衍射图形中，观察到对应于HCP(六方密堆积)结构的微弱环形。因此，该NiTa取向控制层大概具有精细的晶体结构。
比较例1
根据与实施例1相同的过程得到垂直磁记录介质，除了在形成取向控制层之后，只形成弱磁性底层，而不形成作为铁磁层的Co-14at％Cr-14at％Pt-5at％Mo合金层。
当以与实施例1相同的方式评估所得到的垂直磁记录介质的记录/再生特性时，S/Nm值为19.2dB。
而且，以与实施例1相同的方式测量v·Isb的值，并且测得1.03×10-15emu。
S/Nm值小于实施例1中的值，而v·Isb的值大于实施例1中的值。
在实施例1中得到高的S/Nm值大概是由于如上所述激活磁矩降低的原因。这表示CoCrPtMo铁磁层的形成具有降低介质噪声的效果。
实施例2
为了检查在垂直磁记录层上的CoCrPtMo铁磁底层的磁性和该磁性的影响，首先形成用于通过振动样品磁强计(VSM)进行评估的测试介质。
在该VSM测试中，如果也形成CoZrNb软磁性衬层，则不仅测量垂直磁记录层的磁化，而且测量该软磁性衬层的磁化。这使得不能很好的评估具有较小的磁化和较小的厚度的垂直磁记录层的磁特性。因此，在基板加热期间，为了得到等于上述用于记录/再生特性评估的介质的表面温度，在玻璃基板上依次形成代替纵向硬磁性层和软磁性衬层的150nm厚的Ni-40at％Ta层和10nm厚的C层，从而形成具有非磁性衬层的基板。所得到的介质马上从真空室中取出放在空气中。
通过使用该非磁性有背基板，通过以与实施例1相同的过程依次形成NiTa取向控制层、CoCrPtMo铁磁底层、CoCrPtB弱磁性层、CoCrPtMo垂直磁记录层以及C保护层得到测试介质。
当进行极性Kerr效应测量时，从所得到的测试介质获得与上述记录/再生特性评估介质基本相同的磁特性。
而且，通过首先在同样的非磁性有背基板上形成5nm厚的NiTa取向控制层，然后在与实施例1相同的条件下依次形成12nm厚的CoCrPtB弱磁性底层和C保护层，形成取向控制层/弱磁性底层测试介质。
该测试介质的径向中的中间部分被切割成1cm2的正方形片，并通过使用VSM在垂直于膜表面的方向施加磁场来测量磁化曲线。图7示出了磁化曲线。
因为作为磁性层的CoCrPtB弱磁性底层的厚度t与饱和磁化Ms的乘积t·Ms为大约0.1memu/cm2，所以CoCrPtB夹层的Ms值大概为大约80emu/cc。
然后，通过在类似非磁性含衬基板上依次形成5nm厚的NiTa取向控制层、3nm厚的CoCrPtMo铁磁底层、12nm厚的CoCrPtB弱磁性底层以及C保护层形成取向控制层/铁磁底层/弱磁性底层测试介质。
该测试介质的径向中的中间部分被切割成1cm2的正方形片，并通过使用VSM在垂直于膜表面的方向施加磁场来测量磁化曲线。图8示出了磁化曲线。作为磁性层的铁磁底层/弱磁性底层的总厚度 t与饱和磁化Ms的乘积t·Ms为大约0.3memu/cm2。通过计算与图7的差，CoCrPtMo铁磁底层的t·Ms值为大约0.2memu/cm2，所以Ms值为大约670emu/cc。
此外，根据与用于记录/再生特性评估介质相同的过程，通过在类似的非磁性含衬基板上依次形成5nm厚的NiTa取向控制层、3nm厚的CoCrPtMo铁磁底层、12nm厚的CoCrPtB弱磁性底层、16nm厚的CoCrPtMo垂直磁记录层以及C保护层形成取向控制层/铁磁底层/弱磁性底层/垂直磁记录层测试介质。该测试介质的径向中的中间部分被切割成1cm2的正方形片，并通过使用VSM在垂直于膜表面的方向施加磁场来测量磁化曲线。图9示出了磁化曲线。
作为磁性层的铁磁底层/弱磁性底层/垂直磁记录层的总厚度 t与饱和磁化Ms的乘积t·Ms为大约0.9memu/cm2。通过计算与图8的差，CoCrPtMo垂直磁记录层的t·Ms值为大约0.6memu/cm2，所以Ms值为大约380emu/cc。
另外，在与实施例1相同的条件下通过在同样的非磁性含衬基板上依次形成5nm厚的NiTa取向控制层、12nm厚的CoCrPtB弱磁性底层、16nm厚的CoCrPtMo垂直磁记录层以及C保护层形成取向控制层/弱磁性底层/垂直磁记录层测试介质。
该测试介质的径向中的中间部分被切割成1cm2的正方形片，并通过使用VSM在垂直于膜表面的方向施加磁场来测量磁化曲线。图10示出了磁化曲线。
作为磁性层的弱磁性底层/垂直磁记录层的总厚度 t与饱和磁化Ms的乘积t·Ms为大约0.7memu/cm2。通过计算与表示取向控制层/弱磁性底层测试介质的磁化曲线的图7的差，CoCrPtMo垂直磁记录层的t·Ms值为大约0.6memu/cm2，所以Ms值为大约380emu/cc。即，垂直磁记录层的饱和磁化的幅度保持不变，而不管是否形成底层。
为了检查铁磁底层、弱磁性底层和垂直磁记录层之间的关系，从图9所示的磁化曲线中简单地减去图8所示的磁化曲线，从图10所示的磁化曲线中简单地减去图7所示的磁化曲线，从而提取出对应于CoCrPtMo垂直磁记录层部分的磁化曲线。结果显示在图11和12中。因为在图10和12中所示的磁化曲线的形状不同，所以在垂直磁记录层与弱磁性底层之间可能存在磁相互作用。另外，因为在图11和12中所示的磁化曲线的形状也不同，所以假设在铁磁底层、弱磁性底层和垂直磁记录层之间也存在磁相互作用，在这三层中的磁晶粒一起翻转，并且铁磁底层的磁化影响垂直磁记录层的磁特性。
此外，在铁磁底层中的磁晶粒不独立于垂直磁记录层翻转。因此，假设即使当铁磁底层本身的磁特性的Hc和Rs值较低时，该铁磁底层也不一定使包括弱磁性底层和垂直磁记录层的整个磁特性恶化，或者不会作为独立的介质噪声源。
通过图7可以看到，CoCrPtB弱磁性底层的矫顽力Hc和饱和磁化Ms很小，并且饱和磁场Hs的幅度基本上等于去磁场的幅度，即，大约79kA/m(1kOe)。因此，即使存在垂直磁各向异性也是非常小的。相反，虽然上述NiTa取向控制层/CoCrPtMo铁磁底层/CoCrPtB弱磁性底层测试介质的矫顽力较小，但是其饱和磁场的幅度为大约158kA/m(2kOe)，即，明显小于图8所示的作为退磁场的幅度4πMs的约663.6kA/m(8.4kOe)。因此，该介质显然具有垂直磁各向异性。因为在NiTa取向控制层上形成的CoCrPtMo铁磁底层的厚度小至3nm，所以通过X射线衍射测量没有发现表示其晶体取向的尖峰。但是，取向控制层没有满意的晶体取向，所以通常假设密堆积的面平行于膜表面生长(因此，C轴垂直于膜表面)。因此，磁化的易磁化轴大概容易指向相对于晶体取向的垂直方向。
通常生长CoCrPt基合金层，从而密堆积的表面平行于膜表面生长。因此，不需要在NiTa取向控制层上形成铁磁底层。但是，具有精细晶体结构的取向控制层具有减小铁磁底层的晶粒尺寸的作用，所以可以形成这样的取向控制层。而且，该取向控制层没有确定的晶体取向，因为在铁磁底层中没有出现外延生长。所以，在生长的最初阶段结晶性降低，即，难以得到大的垂直磁各向异性。这在形成低矫顽力的底层中是有利的。
实施例3
除了不形成NiTa取向控制层之外，根据与实施例1相同的过程得到垂直磁记录介质。
以与实施例1相同的方式评估所得到的垂直磁记录介质的记录/再生特性。因此，在500kFCI的线性记录密度下的S/Nm值为19.4dB，即，在实施例1中的S/Nm值更好。
虽然这可能是由在软磁性衬层的表面上的氧化层的影响引起的，但是NiTa取向控制层大概通过使CoCrPtMo铁磁底层的结构和磁特性更合适而降低了介质噪声。
除了形成Ni-30at％Nb层作为取向控制层代替NiTa层之外，以与实施例1相同的过程得到另一种垂直磁记录介质。
以与比较例1相同的方式评估所得到的垂直磁记录介质的记录/再生特性。结果，在500kFCI的线性记录密度下的S/Nm值为20.0dB，即，与实施例1的基本相等。
即，即使当用NiNb作为取向控制层时，也可以得到与NiTa取向控制层相同的效果。
此外，通过使用NiTaC、CoNiTa和CoTa作为取向控制层以与上述相同的方式形成垂直磁记录介质。以与比较例1相同的方式评估所得到的垂直磁记录介质的记录/再生特性。结果，这些介质中的任何一个在500kFCI的线性记录密度下的S/Nm值与实施例1的差在±0.2dB以内，即，与NiTa的基本相等。即，即使当使用NiTaC、CoNiTa和CoTa时，也可以得到相同的效果。
比较例2
除了形成弱磁性底层而不形成NiTa取向控制层和CoCrPtMo铁磁底层之外，以与实施例3相同的过程得到垂直磁记录介质。
当以与实施例1相同的方式评估所得到的垂直磁记录介质的记录/再生特性时，S/Nm值为17.8dB。该S/Nm值明显低于在形成铁磁底层而不形成任何取向控制层的实施例3的S/Nm值。
即，即使当形成铁磁底层而不形成任何取向控制层时，也可以获得降低介质噪声的效果。
实施例4
以与实施例3相同的过程形成各种垂直磁记录介质，除了CoCrPtMo铁磁底层的厚度改为0.3、0.5、1、2、5和6nm之外。
以与实施例1相同的方式评估所得到的垂直磁记录介质的记录/再生特性。结果，在500kFCI的线性记录密度下的S/Nm值分别为19.0、19.6、20.0、20.2、19.8和19.2dB。得到介质噪声降低效果，特别是当铁磁底层的厚度为0.5到5nm时。因此，铁磁底层的厚度为0.5到5nm。
以与实施例2相同的方式使用VSM评估磁特性。当在取向控制层/铁磁底层/弱磁性底层测试介质中的铁磁底层的厚度超过5nm时，矫顽力Hc超过39.5kA/m(0.5kOe)，并且磁性层的厚度t与剩余磁化Ms的乘积t·Ms明显大于0。如上所述，假设在铁磁底层和垂直磁记录层之间存在磁相互作用，并且在这三层中的磁晶粒一起翻转。因此，即使铁磁底层的Hc值或t·Ms值增加，这些值不直接产生独立介质噪声源。但是，根据上述S/Nm评估结果，当厚度为5nm或更大时，Hc或t·Ms的增加大概会增加介质噪声。而且，因为铁磁底层的位置远离磁头，高Hc值通过使记录状态不足可能产生噪声源。可能由于这些原因，当铁磁底层的Hc值为39.5kA/m(0.5kOe)或更小时，得到高Hc值。
而且，为了通过抑制由铁磁底层产生的噪声来有效减少介质噪声，必须很好的抑制铁磁底层的Hc和t·Ms值。另外，层的厚度必须为5nm或更小，以减小在双层垂直介质中的磁头和软磁性层之间的间隔。
实施例5
以与实施例1相同的过程形成各种垂直磁记录介质，除了在CoCrPtB弱磁性底层中的Cr和B的含量作如下改变。
以与实施例2相同的方式使用VSM评估所得到的垂直磁记录介质的Ms值。以与实施例1相同的方式评估这些介质的记录/再生特性。这些评估结果如下。
  成分(at.％)   Ms(emu/cc)   S/Nm(dB)
  Co-28Cr-10Pt-6BCo-28Cr-10Pt-5BCo-27Cr-10Pt-6BCo-25Cr-10Pt-7BCo-25Cr-10Pt-6BCo-23Cr-10Pt-6B   2550100120150190   19.019.819.619.819.418.8
当Ms值为50到150emu/cc时得到较高的S/Nm值，如果Ms值落在该范围以外，则S/Nm值降低。
实施例6
以与实施例1相同的过程形成各种垂直磁记录介质，除了在CoCrPtB铁磁底层中Cr的含量作如下改变。
以与实施例2相同的方式使用VSM评估所得到的垂直磁记录介质的Ms值。以与实施例1相同的方式评估这些介质的记录/再生特性。这些评估结果如下。
  成分(at.％)   Ms(emu/cc)   S/Nm(dB)
  Co-10Cr-14Pt-5MoCo-11Cr-14Pt-5MoCo-12Cr-14Pt-5MoCo-17Cr-14Pt-5MoCo-18Cr-14Pt-5MoCo-19Cr-14Pt-5Mo   1080970880370280170   18.819.420.019.819.419.4
当Ms值超过1000emu/cc时，S/Nm值显著下降，当Ms值小于300emu/cc时，S/Nm值稍稍降低。因此，合适的Ms的范围大约在300到1000emu/cc。
实施例7
以与实施例1相同的过程形成各种垂直磁记录介质，除了CoCrPtMo弱磁性底层的厚度改为3、5、9、15、20和25nm之外。
以与实施例1相同的方式评估所得到的垂直磁记录介质的记录/再生特性。结果，在500kFCI的线性记录密度下的S/Nm值分别为18.6、19.4、20.2、20.0、19.6和19.0dB。当弱磁性底层的厚度小于5nm和大于20nm时，S/Nm值较低。
在上述实施例4中，合适的铁磁底层的厚度为0.5到5nm。与此相比，使弱磁性底层的厚度大于铁磁底层的厚度具有通过改善记录层的结晶性降低介质噪声的效果。由于在铁磁底层和记录层之间的相互作用适当减弱，通过多层结构的作用还可以进一步降低介质噪声。
实施例8
根据与实施例1相同的过程形成垂直磁记录介质，除了Co-16at％Cr-20at％Pt-2at％Ta和Co-10at％Cr-8at％Pt-16at％B用作CoCrPtMo铁磁底层。
以与实施例1相同的方式评估所得到的垂直磁记录介质的记录/再生特性。结果，在500kFCI的线性记录密度下的S/Nm值分别为19.8和20.0dB，即，得到与在实施例1中的CoCrPtMo铁磁底层相当的高SNR值。
而且，以与实施例1相同的过程形成垂直磁记录介质，除了Co-35at％Cr-8at％Pt-3at％Ta、Co-19at％Cr-10at％Pt-2at％Ta、Co-15at％Cr-4at％Ta、Co-19at％Cr-16at％Pt-1at％B、Co-18at％Cr-15at％Pt-1at％B和Co-20at％Cr-20at％Pt用作CoCrPtMo铁磁底层之外。
以与实施例1相同的方式评估所得到的垂直磁记录介质的记录/再生特性。结果，在500kFCI的线性记录密度下的S/Nm值比比较例1增加0.2dB，即，S/Nm值比不形成铁磁底层要好。
实施例9
根据与实施例1相同的过程形成垂直磁记录介质，除了形成Co-18at％Cr-15at％Pt-1at％B垂直磁记录层代替CoCrPtMo垂直磁记录层。
以与实施例1相同的方式评估所得到的垂直磁记录介质的记录/再生特性。结果，在500kFCI的线性记录密度下的S/Nm值为19.8dB。即，得到与在实施例1中的CoCrPtMo记录层相当的高SNR值。
这表示即使当CoCrPtB合金用作垂直磁记录层时，也可以得到降低介质噪声的效果。
而且，以与实施例1和比较例1相同的过程形成垂直磁记录介质，除了用Co-10at％Cr-16at％Pt-8at％SiO2(+不加热)代替CoCrPtMo垂直磁记录层，并且不加热玻璃基板。
以与实施例1相同的方式评估所得到的垂直磁记录介质的记录/再生特性。结果，当形成CoCrPtMo底层时，在500kFCI的线性记录密度下的S/Nm值为17.2dB，稍低一些的值。当不形成CoCrPtMo铁磁底层时，S/Nm值进一步降低到16.4dB。即，通过插入铁磁底层有效地增加了SNR的值。
实施例10
根据与实施例1相同的过程形成垂直磁记录介质，除了软磁性衬层改为Co-5at％Ta-5at％Zr合金层。
以与实施例1相同的方式评估所得到的垂直磁记录介质的记录/再生特性。结果，在500kFCI的线性记录密度下的S/Nm值为19.8dB。即，得到与在实施例1中的CoCrPtMo记录层相当的高SNR值。
这表示即使当CoTaZr合金用作软磁性衬层时，也可以得到降低介质噪声的效果。
另外，通过将Co与Zr、Hf、Nb、Ta、Ti和Y组合作为软磁性衬层形成各种垂直磁记录介质，并且以与比较例1相同的方式评估。结果，虽然S/Nm值变化-0.4dB，但可以获得类似的效果。
实施例11
以与实施例1相同的过程形成各种垂直磁记录介质，除了软磁性衬层的厚度在100到400nm之间变化。
以与实施例1相同的方式评估所得到的垂直磁记录介质的记录/再生特性。结果，在500kFCI的线性记录密度下的S/Nm值随着软磁性衬层厚度的增加而增加。
实施例12
除了不形成CrMo非磁性合金层和CoCrPt硬磁性层之外，以与实施例1相同的过程形成垂直磁记录介质。
以与比较例1相同的方式评估所得到的垂直磁记录介质的记录/再生特性。结果，观察到多个幅度等于再生信号的幅度的尖峰噪声。这表示由于没有形成纵向硬磁性层，软磁性衬层的磁化的易磁化轴没有固定在磁盘的径向方向，所以产生了磁畴壁。但是，在500kFCI的线性记录密度下的S/Nm值基本等于实施例1的S/Nm值。这显示出通过形成纵向硬磁性层有效地抑制了尖峰噪声。
如在本发明以上的说明中，降低了在垂直磁记录层中的磁晶粒的晶粒尺寸，这使得具有低介质噪声并且适于高密度记录的垂直磁记录成为可能。
对于本领域的技术人员很容易想到其它优点和修改。因此，本发明本身的广泛的范围并不限于在这里展示和介绍的特定细节和典型实施例。由此，可以不脱离由权利要求书及其等价物定义的一般发明概念的精神和范围进行各种修改。

Claims (21)

1.一种垂直磁记录介质，特征在于包括：非磁性基板、在非磁性基板上形成的并且包括具有垂直磁各向异性的铁磁底层和叠置在铁磁底层上的弱磁性底层的多层底层、以及在弱磁性底层上形成的垂直磁记录层，
其中铁磁底层具有不大于39.5kA/m的垂直矫顽力，弱磁性底层具有50到150emu/cc的饱和磁化。
2.根据权利要求1的介质，特征在于在非磁性基板和多层底层之间还包括软磁性衬层。
3.根据权利要求2的介质，特征在于软磁性衬层含有钴和从由锆、铪、铌、钽、钛以及钇构成的组中选择的至少一种元素。
4.根据权利要求2的介质，特征在于在非磁性基板和软磁性衬层之间还包括含有钴的纵向硬磁性层。
5.根据权利要求1的介质，特征在于多层底层还包括控制铁磁底层的晶体取向的取向控制层，取向控制层在铁磁底层的下面面对基板而形成，并且具有平均晶粒尺寸不大于3nm的精细的晶体结构。
6.根据权利要求5的介质，特征在于取向控制层包含从由钽、铌、钴、镍和碳构成的组中选择的至少一种元素。
7.根据权利要求1的介质，特征在于铁磁底层具有300到1000emu/cc的饱和磁化。
8.根据权利要求1的介质，特征在于弱磁性底层的厚度为5到20nm。
9.根据权利要求1的介质，特征在于铁磁底层的厚度为0.5到5nm。
10.根据权利要求1的介质，特征在于铁磁底层、弱磁性底层和垂直磁记录层中的至少一层含有钴、铬和铂。
11.一种磁记录/再生设备，特征在于包括：
垂直磁记录介质，包含非磁性基板、在非磁性基板上形成的并且包括具有垂直磁各向异性的铁磁底层和叠置在铁磁底层上的弱磁性底层的多层底层、以及在弱磁性底层上形成的垂直磁记录层，以及
记录/再生磁头，
其中铁磁底层具有不大于39.5kA/m的垂直矫顽力，弱磁性底层具有50到150emu/cc的饱和磁化。
12.根据权利要求11的设备，特征在于记录/再生磁头为单极记录磁头。
13.根据权利要求11的设备，特征在于在非磁性基板和多层底层之间还包括软磁性衬层。
14.根据权利要求13的设备，特征在于软磁性衬层含有钴和从由锆、铪、铌、钽、钛以及钇构成的组中选择的至少一种元素。
15.根据权利要求13的设备，特征在于在非磁性基板和软磁性衬层之间还包括含有钴的纵向硬磁性层。
16.根据权利要求11的设备，特征在于多层底层还包括控制铁磁底层的晶体取向的取向控制层，取向控制层在铁磁底层的下面面对基板而形成，并且具有平均晶粒尺寸不大于3nm的精细的晶体结构。
17.根据权利要求16的设备，特征在于取向控制层包含从由钽、铌、钴、镍和碳构成的组中选择的至少一种元素。
18.根据权利要求11的设备，特征在于铁磁底层具有300到1000emu/cc的饱和磁化。
19.根据权利要求11的设备，特征在于弱磁性底层的厚度为5到20nm。
20.根据权利要求11的设备，特征在于铁磁底层的厚度为0.5到5nm。
21.根据权利要求11的设备，特征在于铁磁底层、弱磁性底层和垂直磁记录层中的至少一层含有钴、铬和铂。
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