CN1282163C - 磁记录介质和磁记录/再现装置 - Google Patents

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Abstract

磁记录介质和包含该磁记录介质的磁记录/再现装置，其中磁记录介质包含具有粒状结构的取向控制层(3)，该取向控制层在衬底(1)和磁记录层(4)之间形成并包含基底材料和分散在基底材料上的颗粒并且具有小于颗粒粒径的厚度。

Description

磁记录介质和磁记录/再现装置
技术领域
本发明涉及例如在使用磁记录技术的硬盘驱动器中所使用的磁记录介质，以及使用磁记录介质的磁记录/再现装置。
背景技术
为了增加磁记录介质的记录密度，维持磁记录层的各向异性并同时通过降低磁性晶粒尺寸来增加记录分辨率是重要的。为了降低磁记录层中的晶粒尺寸，传统上使用许多底层和籽层。
举例来说，日本专利申请KOKAI公开第2002-197635号建议了一种方法，其中软磁性层被部分或完全氧化，并且具有面心立方结构(fcc)和六方密堆积结构(hcp)的取向控制层被堆叠在氧化的表面上，从而降低该取向控制层的晶粒尺寸，因而改善了在其上面形成的磁记录层的噪声特性。
日本专利申请KOKAI公开第2002-260207号建议了另一种方法，其中通过氧化或氮化在非磁性底层的下面形成在(200)方向上优势取向体心立方结构(bcc)非磁性底层的取向控制层，从而降低了非磁性底层和在取向控制层上形成的磁记录层的晶粒尺寸。
通过这些方法，使用部分氧化或氮化的材料作为核，非磁性底层和磁记录层的晶粒可以精细地生长到一定程度。但是，精细度不能被良好地控制。另外，当软磁性膜的表面被部分或完全地氧化，或者取向控制膜被氧化或氮化时，取向控制膜的取向退化。因此，尽管取向控制层的晶粒尺寸降低了，但层的取向变得不满意并且比没有部分或完全氧化或氮化的层更差。结果，性能被很好地改善。
另外，日本专利申请KOKAI公开第2002-133645号公开了具有如下排列的磁记录介质，其中在衬底上堆叠具有由非磁性晶粒和围绕晶粒的金属氧化物或碳化物组成的粒状结构的非磁性中间层以及具有由铁磁性晶粒和围绕晶粒的金属氧化物或碳化物组成的粒状结构的磁记录层。
不幸地是，粒状结构的晶粒被三维地分散在取向控制层中。因此，如果该层被用作磁记录层，晶粒或多或少地彼此分离，从而降低了磁记录层的饱和磁化强度Ms，因此输出降低了。另外，因为取向是自由的，所以为了获得相应于高记录密度的足够的磁性各向异性，磁性晶粒的尺寸必须被增加到一定程度。这就不可取地降低了记录密度。
发明内容
本发明已经考虑了上述情况，并且其第一个目的是能够通过降低磁记录层的晶粒尺寸并改善晶粒的排列、通过增加介质噪声比和提高记录分辨率来获得能够高密度记录的磁记录介质。
本发明的第二目的是能够使用具有高介质噪声比和高记录分辨率的磁记录介质而高密度记录的磁记录/再现装置。
首先，本发明提供了一种磁记录介质，包含非磁性衬底、在非磁性衬底上形成的取向控制层以及在取向控制层上形成的磁记录层，该取向控制层具有包含基底材料和分散在基底材料中的颗粒的粒状结构并且具有小于颗粒粒径的厚度。其次，本发明提供了一种磁记录/再现装置，包含磁记录介质和记录/再现头，其中磁记录介质包含非磁性衬底、在非磁性衬底上形成的取向控制层以及在取向控制层上形成的磁记录层，该取向控制层具有包含基底材料和分散在基底材料中的颗粒的粒状结构，并且具有小于颗粒粒径的厚度。
本发明的附加目的和优点将在下面的描述中提出，并且部分地从该描述中来看是明显的，或者可以通过本发明的实践来体会。本发明的目的和优点可以通过在下文中特别指出的装置及组合来实现并获得。
附图说明
与本说明书结合并作为其一部分的附图将阐明本发明的实施方案，并且与上面给出的一般性说明和下面给出的实施方案的详细说明一起用来解释本发明的原理。
图1是表示本发明磁记录介质第一个实施例的示意剖面图；
图2是表示本发明磁记录介质第二个实施例的示意剖面图；
图3是表示本发明磁记录介质第三个实施例的示意剖面图；
图4是表示本发明磁记录介质第四个实施例的示意剖面图；
图5是表示本发明磁记录/再现装置实施例的部分分解的透视图；
图6是表示本发明磁记录介质第五个实施例的示意剖面图；
图7是表示传统磁记录介质第一个实施例的示意剖面图；
图8是表示CoFe-BN底层平面结构的模型图；
图9是表示本发明磁记录介质第六个实施例的示意剖面图；
图10是表示传统磁记录介质第二个实施例的示意剖面图；
图11是表示本发明磁记录介质第七个实施例的示意剖面图；
图12是表示传统磁记录介质第三个实施例的示意剖面图。
具体实施方式
本发明的磁记录介质包括非磁性衬底、在非磁性衬底上形成的取向控制层，以及在取向控制层上形成的磁记录层。这种取向控制层具有包含基底材料和由Co-Fe基合金构成并分散在基底材料上的颗粒的粒状结构，并且具有小于颗粒粒径的厚度。
在本发明中，取向控制层的厚度小于粒状结构中颗粒的粒径。这就防止了颗粒被包埋在取向控制层表面上的基底材料中。因此，取向控制层表面可以维持具有预定大小并由基底材料包围的颗粒被良好分散的状态。这可以降低接近取向控制层生长的层中的晶粒的尺寸。尤其是，当Co-Fe基合金中Co为90％或更多时，有一个组分比，该组分比是面心立方结构和六方密堆积结构间的界限。在这种情况下，很容易形成具有密堆积结构的细颗粒。
另外，在本发明中，作为取向控制层的粒状结构基底材料由氮化物或碳化物构成。如果基底材料由氧化物构成的粒状结构膜被用作取向控制层，基底材料中的氧经常会不利地影响对取向控制具有很大影响的粒状颗粒的取向。
在取向控制层上，磁记录层可以直接或者借助底层等来形成。因此通过形成具有粒状结构的取向层，可以降低磁记录层中的晶粒尺寸并改善其晶体取向。这就增加了记录分辨率和介质噪声比，并且可以进行高密度记录。
注意本发明中使用的取向控制层粒状结构是这样的状态：其中当观察取向控制层的平面时，基底材料包围着颗粒，并且这些基底材料和颗粒基本上不会形成任何固体溶液。
作为取向控制层，可以使用弱磁性膜或非磁性膜。当使用这些膜时，磁记录层几乎不会通过电磁转换产生噪声。
弱磁性膜具有400emu/cc或更低，优选地为10到100emu/cc的饱和磁化强度，以及8kA/m或更低，优选地0.04到0.8kA/m的矫顽力。超过400emu/cc的饱和磁化强度经常会使磁性层的磁化强度不稳定。超过8kA/m的矫顽力经常会产生介质噪声。
在一个实施方案中，取向控制层中使用的颗粒具有10nm或更小的平均粒径，并且在一些实施方案中为3到10nm。此处提及的粒径是基于观察薄膜平面时获得的颗粒图像。当使用落在该范围内的颗粒时，磁记录层的粒径被很好地降低。但是，如果颗粒的粒径小于3nm，磁性层中的颗粒变得太细，这经常会使记录磁化强度不稳定。如果粒径超过10nm，磁性层中的颗粒变得太粗，这经常会引起磁化转换噪声。
在本发明的一个实施方案中，作为取向控制层中使用的颗粒，可以使用选自例如Fe、Co、Ni、Cr、Ru、Pt、Mo、W和Re中的至少一种类型。使用这些材料有利于控制垂直取向，即Co基合金的(002)面方向，Co基合金是一种有前途的垂直记录层材料。在某些实施方案中，可以使用Pt、Ru、Co-Fe、Re、Ti、RuCr、NiTa、CoPt、CoB、CoRu、CoCr、CoCrMo、CoCrW、和CoCrPt。
作为本发明中使用的基底材料，例如在一个实施方案中，可以使用选自Si、B、Zr、Ta、Al、Cr、C，以及它们的碳化物和氮化物中的至少一种类型。
颗粒和基底材料组合的实例为CoFe-C、CoFe-BN、CoFe-TaN、CoFe-ZrN、CoFe-TaC、CoFe-B4C、CoFe-CrN、CoFe-AlN、Pt-C、Pt-BN、Pt-TaN、Pt-ZrN、Pt-TaC、Pt-B4C、Pt-CrN和Pt-AlN。当使用这些组合时，细的高密度金属颗粒可以良好地分散而不会与基底材料形成任何固体溶液。
在一个实施方案中，使用CoFe-BN、CoFe-TaN、CoFe-ZrN和CoFe-TaC。
在某些实施方案中，使用CoFe-BN。这些基底材料具有它们分离并减小上述颗粒尺寸而不会降低颗粒取向的优点。
参照附图，本发明将被更详细地描述。
图1是表示本发明磁记录介质第一个实施例的示意剖面图。
如图1所示，磁记录介质10具有这样的排列：其中软磁性层2、具有包含颗粒和围绕颗粒的基底材料的粒状结构的取向控制层3，以及磁记录层4被依次堆叠在衬底1上。
举例来说，在与取向控制层相邻层的一个实施方案中，位于远离衬底一面上的层可以包含其含量是颗粒所含元素中最大的元素。这是因为取向控制层的取向容易转移到在其上面生长的相邻层。作为该相邻层，可以使用例如磁记录层或其底层。这对改善相邻层的垂直取向是特别有效的。
图2是表示本发明磁记录介质第二个实施例的示意剖面图。
如图2所示，磁记录介质20具有这样的排列：其中软磁性层2、具有包含颗粒和围绕颗粒的基底材料的粒状结构的取向控制层3、底层5，以及磁记录层4被依次堆叠在衬底1上。
与取向控制层相邻的多层中，优选地位于衬底面上的一个相邻层具有六方密堆积结构和面心立方结构作为密堆积的晶体结构。这对改善与取向控制层相邻的另一层的垂直取向是特别有效的。作为这种相邻层，可以使用籽层。
图3和4是分别表示本发明磁记录介质第三和四个实施例的示意剖面图。
如图3所示，磁记录介质30具有这样的排列：其中软磁性层2、具有密堆积晶体结构的籽层6、具有包含颗粒和围绕颗粒的基底材料的粒状结构的取向控制层3，以及磁记录层4被依次堆叠在衬底1上。
如图4所示，磁记录介质40具有这样的排列：其中软磁性层2、具有密堆积晶体结构的籽层6、具有包含颗粒和围绕颗粒的基底材料的粒状结构的取向控制层3、底层5，以及磁记录层4被依次堆叠在衬底1上。
在一个实施方案中，取向控制层中使用的颗粒具有小于密堆积晶体结构层中晶粒的平均粒径。当使用如上所述的密堆积结构和细颗粒时，在取向控制层上生长的层中晶粒的粒径进一步降低，并且改善了晶体的取向，特别是垂直取向。具有密堆积晶体结构层的颗粒尺寸要大于粒状结构中的颗粒尺寸。在一个实施方案中，可以选择能够获得更好取向的颗粒尺寸。
本发明中使用的磁记录层材料的实例是Co-Cr、Co-Pt、Co-Cr-Pt、Co-Cr-Pt-Ta、Co-Cr-Pt-O和Co-Cr-Pt-Ta-B。
在本发明中，具有上述粒状结构的层作为取向控制层来形成。因此，甚至在常用的CoCrPt基磁性层作为取向控制层来形成时，磁性颗粒被分隔成细的颗粒。这就可能获得高输出、低噪声的介质，具有满意的细晶粒和足以相当于公知适于高密度记录的CoCrPt-SiO2基磁性层的磁化强度。与这种CoCrPt-SiO2基磁性层相比，CoCrPt基磁性层具有高饱和磁化强度从而可以容易地获得足够输出的优点。
当本发明的磁记录介质具有垂直磁记录层时，软磁性层可以在该垂直磁记录层和衬底之间形成。
当形成具有高磁导率的软磁性层时，得到了在这种软磁性层上具有垂直磁记录层的所谓双层垂直介质。在这种双层垂直介质中，软磁性层实现了磁头的部分功能，即从磁头，例如用来磁化垂直磁记录层的单极磁头，水平地通过记录磁场，并且将记录磁场返回磁头。也就是说，软磁场将急剧升降的足够垂直的磁场施加到磁记录层上，从而增加了记录/再现效率。
作为软磁性材料，可以使用CoZrNb、FeCoB、FeCoN、FeTaC、FeTaN、FeNi和FeAlSi，每种都具有高的饱和磁通量和有利的软磁特性。
另外，可以在软磁性层和衬底之间形成偏置应用层，例如纵向硬磁膜或反铁磁膜。软磁性层容易形成磁畴，并且这种磁畴会产生尖峰噪声。通过在偏置应用层径向的一个方向上施加磁场能够防止磁畴壁的产生。还可以使偏置应用层具有堆叠结构，从而精细地分散各向异性并且使大的磁畴很难形成。
偏置应用层材料的实例是CoCrPt、CoCrPtB、CoCrPtTa、CoCrPtTaNb、CoSm、CoPt、CoPtO、CoPtCrO、CoPt-SiO2、CoCrPt-SiO2和CoCrPtO-SiO2。
本发明磁记录介质中使用的磁记录层、软磁性层、偏置应用层和许多取向控制层，例如底层和籽层使用传统的溅射技术，例如DC溅射方法、RF溅射方法、离子束溅射方法、蒸汽沉积方法，来按次序堆叠。在一个实施方案中，DC溅射方法还可以根据成分，例如碳或基底材料的成分而用于形成取向控制层。尽管可以使用在靶背面上不使用永磁体的传统溅射方法，但是在一个实施方案中，使用在靶背面上提供这种永磁体的磁控溅射是适合的。
在形成取向控制层和磁记录层的溅射条件中，惰性气体的气流压力可以是0.1到10Pa。当气流压力不高于0.1Pa时，趋向于很难引起放电。当气流压力不低于10Pa时，这些层趋向于变得不均匀。
在形成软磁性层、底层和保护层的溅射条件中，惰性气体的气流压力可以是0.1到1.0Pa。当气流压力不高于0.1Pa时，趋向于很难引起放电。当气流压力不低于1.0Pa时，这些层趋向于变得松散并且层的结晶度趋向于恶化。
另外，上面的层可以在衬底的两个表面之一或两者上形成。
本发明的磁记录/再现装置具有上述的磁记录介质，以及记录磁头、再现磁头，或者记录/再现复合磁头。
在垂直磁记录系统中，例如单极磁头可以用作记录磁头。
图5是表示本发明磁记录/再现装置实施例的部分分解的透视图。
根据本发明用于记录信息的刚性磁盘121被固定在主轴122上，并且通过主轴马达(未表示)以预定的旋转速率旋转。安装在用于访问磁盘121来记录信息的单极记录头和用于再现信息的MR磁头的滑触头123被固定到薄弹簧片悬浮臂124的端部。悬浮臂124连接到臂125的一端，臂125具有例如保持励磁线圈(未表示)的线轴。
音圈电机126作为一种直线电机被附属到臂125的另一端。音圈电机126包括缠绕在臂125线轴上的励磁线圈(未表示)，以及具有彼此相反地位于励磁线圈两面的永磁体和对磁轭的磁路。
臂125由在固定轴127两、上和下部分上形成的球轴承(未表示)来保持，并且由音圈电机126轴固定。也就是说，磁盘121上的滑触头123由音圈电机126来控制。图5中的参考数字128指盖子。
作为与第一个发明相关的工具，基底材料包含至少一种选自硼、硅、钽、铬、铝、锆，以及它们的氮化物或碳化物的材料。
基底材料特别包含至少一种选自BN、TaN、Ta2N、ZrN、CrN、Cr2N、Si3N4、TaC、ZrC、B4C、AlN和C的材料。
另外，取向控制层是具有400emu/cc或更低的饱和磁化强度和8kA/m或更小的矫顽力的非磁性层或弱磁性层。
形成这种取向控制层的颗粒包含至少一种选自铁、钴、铼、铂、镍、钽、铬、钼、钨、硼和钌的材料。
作为可取的组合，形成取向控制层的颗粒包含至少一种选自Pt、Ru、Co-Fe、Re、Ti、Ru-Cr、Ni-Ta、Co-Pt、Co-B、Co-Ru、Co-Cr、Co-Cr-Mo、Co-Cr-W和Co-Cr-Pt的材料。
特别地，颗粒由Co-Fe合金组成并且包含80％或更多的Co。
颗粒具有10nm或更小的平均粒径。
与取向控制层相邻的多层中，位于远离衬底一面的层包含颗粒的主要组分元素。
与取向控制层相邻的多层中，位于衬底一面的层具有六方密堆积结构或面心立方结构作为密堆积的晶体结构。
实施方案
通过实施方案，本发明将在下面更详细地描述。
实施方案1
在本发明的实施方案1中，所有的薄膜在排空至真空度高于3×10-5Pa的真空室中形成。Co-6at％Zr-10at％Nb靶和非磁性玻璃衬底1在真空室中相对放置。在该真空室中，供应Ar气维持0.6Pa的压力，并且在DC 500W下在Co-6at％Zr-10at％Nb靶上实施放电，从而通过溅射在非磁性玻璃衬底上形成200nm厚的CoZrNb软磁性层。
另外，形成薄膜的这种衬底与Co-10at％Fe靶相对放置。供应Ar气维持0.5Pa的压力，并且在DC 500W下实施放电，从而通过溅射在CoZrNb软磁性层上形成5nm厚的Ru籽层。
所得的衬底与CoFe-BN靶相对放置，该靶通过以CoFe∶BN＝1∶3的体积比均匀混合Co-10at％Fe颗粒与BN颗粒，并且烧结混合物来获得。供应Ar气维持1.0Pa的压力，并且在RF 1,000W下实施放电，从而通过溅射在Ru籽层上形成3nm厚的CoFe-BN取向控制层。
随后，该衬底与Co-18at％Cr-15at％Pt靶相对放置。供应Ar气维持2.0Pa的压力，并且通过在DC 250W下溅射而在CoFe-BN取向控制层上形成12nm厚的CoCrPt垂直记录层。
最后，该衬底与C靶相对放置，供应Ar气维持0.5Pa的压力，并且在DC 1,000W下放电，从而通过溅射在CoCrPt垂直记录层上形成7nm厚的C保护层。
在完成所有薄膜形成步骤后，通过浸涂用13厚的PFPE(全氟聚醚)润滑剂涂布C保护层，获得介质A。
图6是表示本发明所得介质A排列的示意剖面图。
如图6所示，介质A具有如下排列：其中CoZrNb软磁性层12、Ru籽层13、CoFe-BN取向控制层14、CoCrPt垂直记录层15、C保护层16和润滑层(未表示)被依次堆叠在衬底11上。
另外，在与形成上述CoFe-BN取向控制层相同的条件下，通过使用CoFe-BN靶在非磁性玻璃衬底上形成CoFe-BN薄膜。此外，除了薄膜厚度被不同改变外，以上面相同的方式形成CoFe-BN薄膜样品。
用TEM(透射电子显微镜)在×1,000,000的放大倍数下观察3nm厚CoFe-BN薄膜样品的平面结构。
图8是表示CoFe-BN薄膜样品平面结构的模型图。
在图8中，参考标记17表示CoFe颗粒，18表示BN基底材料。
如图8所示，平面结构是粒状结构，其中直径约8nm CoFe颗粒被以约2nm的间隔分散，并且BN基底材料出现在颗粒界限而围绕着CoFe。
当CoFe-BN薄膜样品的膜厚度大于CoFe颗粒的平均粒径时，暴露于表面的CoFe颗粒数量变少。这假定是因为基底材料覆盖了CoFe颗粒。另外，粒径是不均匀的。
然后，CoFe-BN薄膜样品被切成1厘米边的方片，并且样品的静磁特性通过使用VCM(振动样品磁强计)施加最大为8kA/m的外部磁场来测量。
结果，饱和磁化强度Ms约为85emu/cc，矫顽力约为780A/m，表明样品是弱磁性的。
此外，除了没有形成CoFe-BN取向控制层、CoCrPt垂直磁记录层、C保护层和润滑层外，使用与形成介质A相同的程序，在衬底上通过形成CoZrNb软磁性层和Ru籽层来制备样品。所得Ru籽层样品的结晶度用X射线衍射方法来检查。结果，出现了表示六方密堆积结构Ru的(002)面取向峰。当用TEM观察该Ru籽层的平面结构时，Ru籽层3的颗粒平均粒径为12nm。
另外，除了没有形成C保护层和润滑层外，使用与形成介质A相同的程序，在衬底上通过形成CoZrNb软磁性层、Ru籽层、CoFe-BN取向控制层和CoCrPt垂直磁记录层来制备样品。所得CoCrPt垂直磁记录层的结晶度用X射线衍射方法来检查。结果，样品具有六方密堆积的晶体结构，并且(002)面是强烈取向的。当用TEM观察该CoCrPt垂直磁记录层的平面结构时，颗粒平均粒径为6nm。
这表明CoFe-BN取向控制层的精细结构还使CoCrPt垂直磁记录层具有精细结构。
所得介质A的记录层静磁特性通过使用克尔效应磁测量仪器施加最大为1,500kA/m的磁场来测量。表1(在后面给出)表示了所得的矫顽力Hc、矩形比Rs和成核场Hn。
另外，通过使用单极磁头写信号并使用MR磁头读出信号来在介质A上进行R/W试验。表1(在后面给出)表示了所得的SNRm值、擦写特性和dPW50。
在固定位置，即20mm的径向位置，通过在4,200rpm下旋转来实施测量。
作为介质S/N比的SNRm的S是通过等分峰值间的差异来获得的值，该峰值即通过10kFCI单个波形的一个磁化转换获得的最大+和-值。SNRm的Nm值是在400kFCI下的rms(均方根-英寸)值。擦写特性表示当46-kFCI记录信号被写后552-kFCI被写时，擦写前信号输出与擦写后剩余信号输出的比例。表示分辨率特性的磁化转换部分的半峰宽dPW50是在磁化转换部分中转换前后微分所得的输出差异(mV)为50％时的宽度(nm)。
当使用Ru、Re、RuCr合金、Ni-Ta合金、CoPt合金、CoB合金、CoRu合金、CoCr合金、CoCrMo合金等作为取向控制层的颗粒，并且使用TaN、ZrN、TaC、ZrC、B4C、CrN、Si3N4、AlN、C等作为基底材料时，可以获得相同的作用。
另外，当使用Co-10at％Fe靶形成具有面心立方结构并且以(111)面取向的5nm厚CoFe籽层来代替Ru籽层时，可以获得与本发明实施方案1中相同的作用。
在上述的本发明中，可以获得静磁特性中具有大矩形比的介质，以及具有高分辨率和高S/N比作为R/W特性的介质。
比较实施例1
相比而言，除了没有形成CoFe-BN取向控制层外，按实施方案1的相同程序获得介质B。
图7是表示所得传统介质B排列的示意剖面图。
如图7所示，除了没有形成CoFe-BN取向控制层外，介质B具有与图6所示相同的排列。
另外，除了没有形成C保护层和润滑层外，使用与形成介质B相同的程序，在衬底上通过形成CoZrNb软磁性层、Ru籽层和CoCrPt垂直磁记录层来制备样品。所得CoCrPt垂直磁记录层的结晶度用X射线衍射方法来检查。结果，样品具有六方密堆积的晶体结构，并且(002)面是取向的。然而，当用TEM观察平面结构时，颗粒平均粒径约为10nm，即与介质A相比没有很好地降低。
按实施方案1的相同方式测量记录层的静磁特性。结果列于下面的表1中。
                                         表1
介质   Hc(kA/m) RS   Hn(kA/m)   SNRm(dB)   OW(dB)   dPW50(nm)
  实施方案1   A   318   0.91   -45   20.1   41.2   62
  比较实施例1   B   308   0.88   -40   18.6   41.0   78
介质A和B的矫顽力Hc几乎相等。但是根据本发明的介质A的矩形比RS和成核场Hn略大于介质B。这假定是因为介质A的取向要优于介质B，介质B磁记录层中的晶粒尺寸也降低了。
另外，本发明介质A的OW值与介质B相当，但SNRm和dPW50值要优于传统的介质B。
实施方案2
在按实施方案1中相同的程序于非磁性玻璃衬底上形成CoZrNb软磁性层后，衬底与一对在同一平面上安排的Pt靶和Si3N4靶相对放置。供应Ar气维持1.2Pa的压力，并且分别在DC 500W和RF 1,400W下对Pt靶和Si3N4靶放电，从而通过溅射在CoZrNb软磁性层上形成5nm厚的Pt-Si3N4取向控制层。
此后，该衬底与Co-35at％Cr-20at％Pt靶相对放置。供应Ar气维持0.5Pa的压力，并且在DC 1,000W下放电，从而通过溅射在Pt-Si3N4取向控制层上形成10nm厚的CoCrPt底层。
随后，该衬底与Co-14at％Cr-14at％Pt-2at％B靶相对放置。供应Ar气维持室内0.6Pa的压力，并且通过在DC 250W下溅射而在CoCrPt底层上形成12nm厚的CoCrPtB垂直记录层。
最后，该衬底与C靶相对放置，供应Ar气维持0.5Pa的压力，并且在DC 1,000W下放电，从而通过溅射在CoCrPtB垂直记录层上形成7nm厚的C保护层。
在完成所有薄膜形成步骤后，通过浸涂用13厚的PFPE(全氟聚醚)润滑剂涂布C保护层，获得本发明的介质C。
图9是表示本发明所得介质C排列的示意剖面图。
如图9所示，介质C具有如下排列：其中CoZrNb软磁性层12、Pt-Si3N4取向控制层21、CoCrPt底层22、CoCrPtB垂直记录层23、C保护层16和润滑层(未表示)被依次堆叠在衬底11上。
另外，在与形成上述Pt-Si3N4取向控制层相同的条件下，通过使用Pt靶和Si3N4靶在非磁性玻璃衬底上形成Pt-Si3N4薄膜。检查所得样品的特性。
用平面TEM在×1,000,000的放大倍数下观察Si3N4薄膜样品的平面结构。结果，平面结构是所谓的粒状结构，其中直径约7nm Pt颗粒被以约2nm的间隔分散，并且由Si3N4基底材料围绕。
然后，Pt-Si3N4薄膜样品被切成1厘米边的方片，并且样品的静磁特性使用VCM测量。结果，样品是非磁性的，因为它甚至在施加达到1,500kA/m的外部磁场时也没有表现出磁化。
另外，当用ICP-MS(感偶等离子源质谱测定法)方法测量Pt-Si3N4薄膜样品的组成时，原子比基本上为Pt∶Si∶N＝9∶3∶4。
此外，除了没有形成C保护层和润滑层外，使用与形成介质C相同的程序，在衬底上通过形成CoZrNb软磁性层、Pt-Si3N4取向控制层、CoCrPt底层和CoCrPtB垂直磁记录层来制备CoCrPtB垂直记录样品。当用X射线衍射方法检查结晶度时，样品是六方密堆积结构(002)面取向的薄膜。当用TEM观察该CoCrPtB垂直磁记录层的平面结构时，平均粒径小达6nm。
按实施方案1中相同的程序来测量介质C的静磁特性和R/W特性。结果在表2(在后面给出)中表示。
比较实施例2
相比而言，除了供应Ar气维持1.2Pa的压力，并且在RF 1,400W下对Si3N4靶放电，从而溅射形成5nm厚薄膜来代替Pt-Si3N4取向控制层21外，按实施方案2的相同程序获得介质D。
图10是表示所得介质D排列的示意剖面图。
如图10所示，介质D具有如下排列：其中CoZrNb软磁性层12、Si3N4层24、CoCrPt底层22、CoCrPtB垂直记录层23、C保护层16和润滑层(未表示)被依次堆叠在衬底11上。
另外，除了没有形成C保护层和润滑层外，使用与形成介质C相同的程序，形成CoCrPtB垂直记录层样品。当用X射线衍射方法检查结晶度时，样品具有六方密堆积的晶体结构，并且(002)面是取向的。当用TEM观察平面结构时，平均粒径约为10nm，即与介质A相比没有很好地降低。
另外，在与形成上述Si3N4层相同的条件下，使用Si3N4靶在非磁性玻璃衬底上形成Si3N4薄膜样品。该样品被切成1厘米边的方片，并且样品的静磁特性使用VCM测量。结果，样品是非磁性的，因为它甚至在施加达到1,500kA/m的外部磁场时也没有表现出磁化。
按实施方案1中相同的程序来测量介质D的静磁特性和R/W特性。结果在下面的表2中表示。
                                表2
介质   Hc(kA/m) RS   Hn(kA/m)   SNRm(dB)   OW(dB)   dPW50(nm)
  实施方案2   C   337   0.95   -75   20.8   41.2   61
  比较实施例2   D   298   0.88   -37   18.6   41.0   81
根据本发明的介质C在静磁特性和R/W特性的SNRm和dPW50方面优于传统的介质D。
注意甚至在使用Re、Ti、CoCrW合金、CoCrPt合金等作为取向控制层颗粒，并且使用BN、Ta2N、ZrN、TaC、和Cr2N作为基底材料时，也可以获得相同的作用。
实施方案3
在具有1×10-5Pa真空度的真空室中，Fe-11at％Al-17at％Si靶和非磁性玻璃衬底1被相对放置。在该真空室中，供应Ar气维持0.6Pa的压力，并且在DC 500W下对靶实施放电，从而通过溅射在非磁性玻璃衬底上形成130nm厚的FeAlSi软磁性层。
上面形成薄膜的这种衬底与Co-36at％Cr-18at％Pt-3at％B靶相对放置。供应Ar气维持0.6Pa的压力，并且在DC 300W下实施放电，从而通过溅射在FeAlSi软磁性层上形成10nm厚的CoCrPtB籽层。
所得的衬底与CoFe-TaN靶相对放置，该靶通过以CoFe∶TaN＝2∶3的体积比混合Co-8at％Fe合金颗粒与TaN颗粒，并且烧结混合物来获得。供应Ar气维持2.0Pa的压力，并且在RF 500W下实施放电，从而通过溅射在CoCrPtB籽层上形成5nm厚的CoFe-TaN取向控制层。
此后，该衬底与Co-26at％Cr-12at％Pt-4at％B靶相对放置。供应Ar气维持3.0Pa的压力，并且在DC 500W下放电，从而通过溅射在CoFe-TaN取向控制层上形成4nm厚的CoCrPtB底层。
随后，该衬底与Co-18at％Cr-15at％Pt-1at％B靶相对放置。供应Ar气维持3.0Pa的压力，并且通过在DC 500W下溅射而在CoCrPtB底层上形成17nm厚的CoCrPtB垂直记录层。
最后，由CVD方法在CoCrPtB垂直记录层上形成7nm厚的DLC(类金刚石碳)保护层。
在完成所有薄膜形成步骤后，通过浸涂用13厚的PFPE润滑剂涂布DLC保护层，获得介质E。
图11是表示本发明所得介质E排列的示意剖面图。
如图11所示，介质E具有如下排列：其中FeAlSi软磁性层25、CoCrPtB籽层26、CoFe-TaN取向控制层27、CoCrPtB底层28、CoCrPtB垂直记录层29和DLC保护层30被依次堆叠在衬底12上。
另外，以与上面相同的方式，通过使用介质E的Co-36at％Cr-18at％Pt-3at％B靶在非磁性玻璃衬底上形成CoCrPtB底层，从而获得CoCrPtB底层样品。
当样品的结晶度用X射线衍射方法来检查时，样品是六方密堆积结构(002)面取向的薄膜。另外，当用TEM观察该CoCrPtB底层的平面结构时，平均粒径为12nm。
另外，在上述相同的条件下，使用上述的CoFe-TaN靶来在非磁性玻璃衬底上形成薄膜。检查该样品的特性。
用TEM在×1,000,000的放大倍数下观察CoFe-TaN薄膜样品的平面结构。结果，样品具有所谓的粒状结构，其中直径约6nm CoFe颗粒被以约2nm的间隔均匀分散，并且由TaN基底材料围绕。
当用ICP-MS方法测量CoFe-TaN薄膜样品的组成时，原子比基本上为Co∶Fe∶Ta∶N＝9∶1∶4∶4。
然后，CoFe-TaN薄膜样品被切成1厘米边的方片，并且样品的静磁特性使用VCM施加最大为20kA/m的外部磁场来测量。结果，饱和磁化强度Ms约为70emu/cc，并且矫顽力为7kA/m，这表明样品是弱磁性的。
另外，除了没有形成DLC保护层和润滑层外，获得具有与介质E相同结构的CoCrPtB垂直磁记录层样品。
当用X射线衍射方法检查结晶度时，样品具有六方密堆积的晶体结构，并且(002)面是取向的。
使用TEM在×1,000,000的放大倍数下观察CoCrPtB垂直记录层的平面结构。结果，粒径约为6nm。
按实施方案1中相同的方式来测量介质E的静磁特性和R/W特性。结果在表3(在后面给出)中表示。
比较实施例3
相比而言，除了未形成CoFe-TaN取向控制层外，按实施方案3的相同程序获得传统介质F。
图12是表示介质F排列的示意剖面图。
如图12所示，除了没有形成CoFe-TaN取向控制层27外，介质F具有与图11所示介质E相同的结构。
当用X射线衍射方法检查介质F的结晶度时，介质F具有六方密堆积的晶体结构，并且(002)面是取向的。
使用TEM在×1,000,000的放大倍数下观察CoCrPtB垂直记录层的平面结构。结果，粒径约为10nm。也就是说，实施方案3的CoCrPtB垂直记录层样品的粒径是更小的。
按实施方案1中相同的方式来测量介质F的静磁特性和R/W特性。结果在下面的表3中表示。
表3表示甚至在籽层和底层间形成了具有粒状结构的取向控制薄膜时，根据本发明的介质E在静磁特性和R/W特性的SNRm和dPW50方面也优于传统的介质F。
比较实施例4
除了CoFe-TaN取向控制层的厚度改变为10nm外，按与实施方案3相同的程序获得介质G。另外，按与形成介质G的相同程序，通过在非磁性衬底上形成CoFe-TaN取向控制层而形成CoFe-TaN薄膜样品。
当用TEM在×1,000,000的放大倍数下观察该CoFe-TaN薄膜样品的平面结构时，粒径约为6nm。
比较实施例5
除了当在Ar压力维持在0.5Pa下，使用以CoFe∶TaN＝1∶1的体积比包含Co-8at％Fe合金颗粒和TaN颗粒的CoFe-TaN靶，通过在DC500W下实施放电溅射而在CoCrPtB籽层上形成5nm厚的CoFe-TaN取向控制层外，按与实施方案3相同的程序获得介质H。另外，按与形成介质H的CoFe-TaN取向控制层的相同方式，在非磁性衬底上形成CoFe-TaN薄膜样品。
使用TEM在×1,000,000的放大倍数下观察CoFe-TaN薄膜样品的平面结构。结果，具有约9nm粒径的CoFe颗粒被分散在TaN基底材料中。
当测量静磁特性时，饱和磁化强度Ms为560emu/cc，开且矫顽力为10kA/m。
比较实施例6
除了使用以CoFe∶TaN＝3∶2的体积比包含Co-8at％Fe合金颗粒和TaN颗粒的CoFe-TaN靶，并且CoFe-TaN取向控制层的厚度改变为10nm外，按与实施方案3相同的程序获得介质I。另外，按与形成介质I的CoFe-TaN取向控制层的相同方式，在非磁性衬底上形成CoFe-TaN薄膜样品。
使用TEM在×1,000,000的放大倍数下观察CoFe-TaN薄膜样品的平面结构。结果，具有约12nm粒径的CoFe颗粒被分散在TaN基底材料中。
比较实施例7
除了形成Cr籽层来代替CoCrPtB籽层外，按实施方案3的相同程序获得比较介质J。另外，通过按与实施方案3相同的程序而在衬底上形成FeAlSi软磁性层和Cr籽层的方法获得Cr籽层样品。
当用X射线衍射方法检查Cr籽层样品的结晶度时，具有体心立方结构的Cr以(200)面取向。当用TEM观察CoFe-TaN薄膜样品的平面结构时，具有约2nm粒径的CoFe颗粒被分散在TaN基底材料中。这假定是因为在介质J中使用了具有体心立方结构的Cr籽层，所以在Cr籽层上形成的CoFe-TaN取向控制层中的CoFe颗粒平均粒径小于实施方案3的介质E的CoFe-TaN取向控制层。
表3表示了比较实施例4到7的静磁特性和R/W特性测量结果。
                                       表3
介质   Hc(kA/m) RS   Hn(kA/m)   SNRm(dB)   OW(dB)   dPW50(nm)
  实施方案3   E   357   0.96   -78   21.8   40.8   61
  比较实施例3   F   310   0.90   -40   19.6   40.5   77
  比较实施例4   G   298   0.87   -36   18.7   41.0   80
  比较实施例5   H   340   0.92   -70   19.0   40.5   80
  比较实施例6   I   351   0.93   -73   19.0   40.4   83
  比较实施例7   J   311   0.90   -41   19.2   40.7   80
在比较实施例4中，当具有粒状结构的取向控制层的厚度大于形成这种粒状结构的颗粒尺寸时，矫顽力和矩形比的降低是大的，并且SNRm和dPW50降低了。
在比较实施例5中，当具有粒状结构的取向控制层的磁化强度和矫顽力是大的时，矫顽力和矩形比增加，但是SNRm和dPW50降低了。
比较实施例6中，当粒状底层的粒径大于10nm时，矫顽力和矩形比增加，但是SNRm和dPW50或多或少降低了。特别地，dPW50的降低是大的。
比较实施例7中，当在与具有粒状结构的取向控制层衬底面相邻的籽层中使用具有体心立方结构而不是密堆积晶体结构的薄膜时，粒状结构的粒径变得太小。结果，静磁特性和电磁转化特性都没有得到改善。
实施方案4
在实施方案4中，在具有1×10-5Pa真空度的真空室中，形成所有薄膜。Co-6at％Zr-10at％Nb靶和非磁性玻璃衬底40在真空室中相对放置。在该真空室中，供应Ar气维持0.6Pa的压力，并且在DC 500W下对Co-6at％Zr-10at％Nb靶实施放电，从而通过溅射在非磁性玻璃衬底上形成200nm厚的CoZrNb软磁性层。
另外，上面形成薄膜的这种衬底与Ru靶相对放置。供应Ar气维持0.5Pa的压力，并且在DC 1,000W下实施放电，从而通过溅射在CoZrNb软磁性层上形成5nm厚的Ru籽层。
所得的衬底与CoFe-BN靶相对放置，该靶通过以CoFe∶BN＝1∶3的体积比混合Co-10at％Fe合金颗粒与BN颗粒，并且烧结混合物来获得。供应Ar气维持1.0Pa的压力，并且在RF 1,000W下实施放电，从而通过溅射在Ru籽层上形成3nm厚的CoFe-BN底层。
然后，该衬底与如下的靶相对放置，该靶通过以CoCrPt∶SiO2＝1∶3的体积比混合由Co-18at％Cr-15at％Pt合金构成的CoCrPt粉末和SiO2粉末，并且烧结混合物来获得。供应Ar气维持2.0Pa的压力，并且通过RF 500W下溅射而在CoFe-BN底层上形成12nm厚的CoCrPt-SiO2垂直记录层。
最后，该衬底与C靶相对放置。供应Ar气维持0.5Pa的压力，并且在DC 500W下放电，从而通过溅射在CoCrPt-SiO2垂直记录层上形成7nm厚的C保护层。
在完成所有薄膜形成步骤后，通过浸涂用13厚的PFPE润滑剂涂布C保护层，获得介质K。
也就是说，除了记录层是CoCrPt-SiO2外，介质K具有与本发明实施方案1中介质A相同的结构。用TEM观察本发明介质K的CoCrPt-SiO2垂直记录层。结果，该层是粒状的磁性膜，其中SiO2基底材料由平均粒径为5nm的CoCrPt颗粒包围，以至于这些颗粒平均间隔2nm。
比较实施例8
作为比较实施例，除了未形成CoFe-BN底层外，按与形成本发明实施方案4介质K相同的程序来形成比较介质L。
下面的表4表示实施方案4和比较实施例8的静磁特性和R/W特性的测量结果。
                                        表4
介质   Hc(kA/m) RS   Hn(kA/m)   SNRm(dB)   OW(dB)   dPW50(nm)
  实施方案4   K   310   0.91   -53   18.9   41.0   65
  比较实施例8   L   290   0.85   -38   17.8   40.9   70
如实施方案4中所述，甚至在使用粒状层作为磁记录层时，使用非磁性粒状层作为底层增加了矫顽力和矩形比，并且增加了SNRm值和分辨率。但是，这些值比不使用粒状膜作为记录层的实施方案1中的值略差。
在本发明已经如上所述时，通过降低磁记录层的晶粒尺寸并且改善这些晶粒的取向，通过增加介质噪声比和记录分辨率，可以在高记录密度下实现磁记录。
注意在上述的实施方案和比较实施例中，各层被堆叠在衬底的一个表面上。但是，还可以通过将衬底放在一对靶间进行溅射而在衬底的两个表面上堆叠各层。
附加的优点和修改对于本领域技术人员将很明显可见的。因此，在广义上说，本发明没有限制于本文所示并描述的具体细节和代表性实施方案。所以，可以作出许多修改，而不会背离由附加权利要求及其等价物定义的本发明一般性概念的精神范围。

Claims (26)

1、一种磁记录介质，包含非磁性衬底、在非磁性衬底上形成的取向控制层以及在取向控制层上形成的磁记录层，该取向控制层具有包含基底材料和分散在基底材料中的颗粒的粒状结构并且具有小于颗粒粒径的厚度。
2、根据权利要求1的介质，其特征在于所述基底材料至少包含一种选自硼、硅、钽、铬、铝、锆，以及其氮化物或碳化物的材料。
3、根据权利要求2的介质，其特征在于所述基底材料至少包含一种选自BN、TaN、Ta2N、ZrN、CrN、Cr2N、Si3N4、TaC、ZrC、B4C、AlN和C的材料。
4、根据权利要求1的介质，其特征在于所述取向控制层是非磁性层。
5、根据权利要求1的介质，其特征在于所述取向控制层是具有不超过400emu/cc的饱和磁化强度和不超过8kA/m的矫顽力的弱磁性层。
6、根据权利要求1的介质，其特征在于形成取向控制层的所述颗粒至少包含一种选自铁、钴、铼、铂、镍、钽、铬、钼、钨、硼和钌的材料。
7、根据权利要求6的介质，其特征在于所述颗粒至少包含一种选自Pt、Ru、Co-Fe、Re、Ti、Ru-Cr、Ni-Ta、Co-Pt、Co-B、Co-Ru、Co-Cr、Co-Cr-Mo、Co-Cr-W和Co-Cr-Pt的材料。
8、根据权利要求7的介质，其特征在于所述颗粒由Co-Fe合金组成。
9、根据权利要求8的介质，其特征在于所述颗粒由包含不少于80at％Co的Co-Fe基合金组成。
10、根据权利要求1的介质，其特征在于所述颗粒具有不超过10nm的平均粒径。
11、根据权利要求1的介质，其特征在于与所述取向控制层相邻的层中，位于远离所述衬底一侧的层包含所述颗粒的主要组分元素。
12、根据权利要求1的介质，其特征在于与所述取向控制层相邻的多层中，位于衬底侧的层具有六方密堆积结构和面心立方结构之一作为密堆积的晶体结构。
13、根据权利要求12的介质，其特征在于所述取向控制层的颗粒具有小于位于所述衬底侧并具有密堆积晶体结构的所述层中晶粒平均粒径的平均粒径。
14、一种磁记录/再现装置，包含磁记录介质和记录/再现头，其中磁记录介质包含非磁性衬底、在非磁性衬底上形成的取向控制层以及在取向控制层上形成的磁记录层，该取向控制层具有包含基底材料和分散在基底材料中的颗粒的粒状结构并且具有小于颗粒粒径的厚度。
15、根据权利要求14的装置，其特征在于所述基底材料至少包含一种选自硼、硅、钽、铬、铝、锆，以及其氮化物或碳化物的材料。
16、根据权利要求15的装置，其特征在于所述基底材料至少包含一种选自BN、TaN、Ta2N、ZrN、CrN、Cr2N、Si3N4、TaC、ZrC、B4C、AlN和C的材料。
17、根据权利要求14的装置，其特征在于所述取向控制层是非磁性层。
18、根据权利要求14的装置，其特征在于所述取向控制层是具有不超过400emu/cc的饱和磁化强度和不超过8kA/m的矫顽力的弱磁性层。
19、根据权利要求14的装置，其特征在于所述形成取向控制层的颗粒至少包含一种选自铁、钴、铼、铂、镍、钽、铬、钼、钨、硼和钌的材料。
20、根据权利要求19的装置，其特征在于所述颗粒至少包含一种选自Pt、Ru、Co-Fe、Re、Ti、Ru-Cr、Ni-Ta、Co-Pt、Co-B、Co-Ru、Co-Cr、Co-Cr-Mo、Co-Cr-W和Co-Cr-Pt的材料。
21、根据权利要求20的装置，其特征在于所述颗粒由Co-Fe合金组成。
22、根据权利要求21的装置，其特征在于所述颗粒由包含不少于80at％Co的Co-Fe基合金组成。
23、根据权利要求14的装置，其特征在于所述颗粒具有不超过10nm的平均粒径。
24、根据权利要求14的装置，其特征在于与所述取向控制层相邻的多层中，位于远离衬底侧的层包含颗粒的主要组分元素。
25、根据权利要求14的装置，其特征在于与所述取向控制层相邻的多层中，位于衬底一侧的层具有六方密堆积结构和面心立方结构之一作为密堆积的晶体结构。
26、根据权利要求25的装置，其特征在于所述取向控制层的颗粒具有小于位于所述衬底侧并具有密堆积晶体结构的所述层中晶粒平均粒径的平均粒径。
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