CN1310215C - 磁记录介质和磁存储装置 - Google Patents
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Abstract
一种磁记录介质，包括衬底、记录磁层和设置在衬底和磁层之间的底层，记录磁层由CoCr合金构成并具有(1120)晶体织构，底层由AlV或AlRuV合金构成。
Description
技术领域
本发明通常涉及磁记录媒体和磁存储装置，更具体地涉及一种具有晶种层(seed layer)和/或由AlV或其合金构成的底层的磁记录介质，并涉及使用这种磁记录介质的磁存储装置。
背景技术
典型的如磁盘的纵向磁记录介质具有按以下顺序堆叠的衬底、晶种层、Cr或Cr合金底层、CoCr合金中间层、用于写信息的Co合金磁层、C覆盖层以及有机润滑剂。目前使用的衬底包括镀NiP的AlMg和玻璃。后来的衬底由于其耐冲击、平滑、坚硬、质量轻以及尤其在盘边缘小的摆动而正在变得更为流行。
包括粒度、粒度分布、择优取向和Cr隔离的磁层的微结构显著影响磁记录介质的记录特性。磁层的微结构广泛的受到晶种层和底层的使用以及具有适当机械织构(mechanical texturing)的衬底的控制。对于目前密度约为50Gbits/in2(吉比特/平方英寸)的纵向技术以及密度约为100Gbits/in2或更大的未来记录技术，期望使用具有极好晶向的小的粒度和粒度分布。
在本说明中，晶种层被定义为最靠近衬底的一层并主要用于促进随后层，例如淀积其上的底层的预期晶向。晶种层是非晶的，例如普遍使用NiP或B2构成的材料，并具有(002)、(110)或(112)纤维结构。
此外，在本说明中，底层被定义为在衬底或适当晶种层上生长的一层，并主要用于提高随后淀积的中间层以及底层顶部的磁层的择优晶向。根据如Cr的体心立方结构材料的情况，底层是晶体的，并具有(002)、(110)或(112)纤维结构。最常用的底层是Cr或Cr与Mo、Mn、V、Ti和W的合金，其中Cr的含量通常至少是70原子百分比，添加剂用于增加晶格参数。晶格参数增加有助于减少Cr底层与Co磁层之间的晶格失配。这些层通常淀积在机械织构或非织构的Ni81P19衬底上，例如玻璃或Al。机械织构总是将NiP暴露在空气中，氧化薄膜表面。氧化物对于Cr在平面织构沿(002)生长是重要的，其导致随后淀积的磁层具有(1120)晶体织构。
在此利用了Chen等人的美国专利No.5,866,227，其公开了在玻璃衬底上(与O2一起)反应性地溅射NiP晶种层。通常，在大于180℃的温度Ts下淀积Cr，以促进在XRD谱中没有(110)峰值的(002)织构。低的Ts淀积可导致更小的颗粒，但是会产生(110)织构。NiP不会非常好的附着在玻璃上，因此可以使用Chuang等人在美国专利No.6,139,981中公开的粘合层。通过使用两个Cr合金层并通过将整体的底层厚度降低至小于10纳米能够在NIP晶种层上实现大约8纳米至10纳米的底层粒度。增加总厚度会明显增加平均粒度。例如，对于厚度为30纳米的Cr80Mo20的单层，平均粒度大约是20纳米，其明显不满足目前媒体的噪声要求。
L.Tang等人的“Microstructure and texture evolution of Cr thinfilms with thickness”，1993年的J.Appl.Phys.的第74卷，第5025-5032页，也论述了颗粒直径随着厚度增加。对于获得小于8纳米的平均粒度是很困难的，因为底层厚度的进一步降低将导致磁层c-轴的面内取向(IPO)的劣化。尽管底层平均粒度可以是小的，但是少数大颗粒会偶然出现，从而使两个或多个磁颗粒一起生长。如果磁隔离不彻底，则可能降低这种磁颗粒的有效的磁各向异性。用于减小粒度的其它方法包括在CoCrPt基体上的B包含物。B包含物减小了记录层的粒度，并实质上改善了媒体噪声和磁性能。但是，添加高百分比的B增加了fct阶段(phase)，超过一定的B百分比尤其是B浓度超过8％晶体质量会变坏。
Lee等人的美国专利No.5,693,426公开了具有B2结构的有序金属间底层，例如NiAl和FeAl。具有例如B2、L10和L12结构的有序金属间合金期望具有小的粒度，大概是由于成分原子之间的强键合。NiAl和FeAl两者在玻璃衬底上生长具有(211)纤维织构，其使得磁层c轴位于具有(1010)织构的面内。即使对于厚度大于60纳米的层，也能够获得大约12纳米的粒度。Chen等人的美国专利No.6,010,795也公开了在NiP上使用NiAl和Cr。在此情况下，由于晶体Cr预先底层的(002)，所以NiAl发展了(001)织构，磁层织构织构是Co(1120)。
除了NiP之外具有其它的晶种层，其促进Cr(002)织构。Bian等人的美国专利No.5,685,958公开了具有包括至少1％的氮或氧的活性元素的难熔金属，例如Ta、Cr、Nb、W和Mo。在Ta的情况下，通过Ar+N2气体反应性溅射，当N2体积分数增加，Cr(002)以及Co(1120)出现在XRD谱中。提到了50纳米的典型的底层厚度，并且声明的厚度的较宽变化范围仅略微影响媒体磁特性。当体积分数增加到3.3％，没有出现两个峰值，表明晶体取向下降。Bian等人提出了150℃至330℃的衬底温度Ts有用范围，更优选地是210℃至250℃。这使得该衬底温度Ts对于与在NiP上淀积类似于在TaN上淀积Cr是必要的。也提出了0.1mTorr至2mTorr的氮气部分压力的有用范围。TaN薄膜的氮浓度是未知的，但是可以在10原子百分比至50原子百分比之间。
Kataoka等人的“Magnetic and recording characteristics of Cr，Ta，W and Zr pre-coated Glass disks”，1995年的IEEE Trans.Magn.的第31卷，第2734-2736页，已经报道了玻璃上的Cr、Ta、W和Zr预先涂覆层。对于Ta薄膜，通过适当量的N2的反应性溅射，实际提高了随后的Cr底层晶体取向。直接淀积在玻璃上的Cr不仅发展了较好的(002)取向，而且也发展了不希望的(110)织构。
Oh等人的“A study on VMn underlayer in CoCrPt LongitudinalMedia”，2001年的IEEE Trans.Magn.的第37卷，第1504-1507页，报道了VMn合金底层，其中V含量是71.3原子百分比，Mn含量是28.7原子百分比。V具有高熔点(1500℃)，并且原则上溅射时可以通过小颗粒生长，但是织构在玻璃上和大多数晶种层上是非常强的(110)。Lee等人的美国专利No.5,693,426也提出了例如MgO(B1结构)的多晶的晶种层，和多种例如NiAl和FeAl的B2材料，其形成用于随后的含Mn合金的模板。
好的IPO会增加剩余磁化强度和信号热稳定性。也提高磁记录介质的分辨率和容量以支持高密度位。近来发展的合成亚铁磁介质(SFM)与相同Mrt(剩余磁化强度和厚度的乘积)的传统磁记录媒体相比，提供了改进的热稳定性和分辨率。能够用于传统的磁记录媒体的晶种层也能够用于SFM，但是如果IPO接近完美则能够最好实现SFM的用于扩展纵向记录限制的潜能。通过低入射角度XRD或更简单的通过采用垂直于薄膜平面与沿着薄膜平面(h＝Hc⊥/Hc//)的矫顽磁性的比率能够量化IPO，低入射角度XRD例如，由Doerner等人的“Mirostructure and Thermal Stability of AdvancedLongitudinal Media”，2001年1月的IEEE Trans.Magn.的第36卷，第43-47页以及Doerner等人的“Demonstration of 35Gbits/in2 inmedia on glass substrates”，2001年3月的IEEE Trans.Magn.的第37卷，第1052-1058页(10Gbits/in2和35Gbits/in2示例)实现。
在Cr(002)/NiP上的磁记录媒体的比率h通常是0.2＜h≤0.5，并且仅对于较差匹配的底层和磁层被观测。对于h≤0.5，垂直于薄膜法线的M(H)滞后回线与场大约是线性关系，Hc⊥通常小于500Oe。在NiAl情况下，(211)织构是弱的并且通常需要大于50纳米的厚度，以实现上述比率h，并降低具有(0002)取向的磁颗粒的出现几率。对于传统的磁记录媒体，在玻璃上直接使用NiAl作为晶种层的以前的作法导致较差的垂直度(h＞0.25)，并且不能匹配Cr(002)/NiP上磁记录媒体的性能。即使采用了例如NiP和CoCrZr的晶种层也是这种情况。Doerner等人的XRD测量显示，与对于NiP/AlMg衬底上磁记录媒体的小于±5度相比，磁c轴是晶种层以大于±20度的角度扩展。对于TaN上的磁记录媒体，尽管可从XRD数据看到Cr(002)和Co(1120)峰值，但是h＞0.2并且磁记录媒体运行差于Cr(002)/NiP上的磁记录媒体。此处使用的Cr合金底层厚度小于10纳米，并且通过进一步增加底层厚度至大于20纳米，没有观察到h的下降。但是不像B2材料和例如VMn的合金，Cr合金底层的平均颗粒直径随着厚度快速增加。
除了IPO之外，相比于传统的磁记录媒体，尤其是当使用裸玻璃衬底时，在制造SFM中其它关心的问题是必须增加的室的数量。此外，当生产量必须维持在高水平时，淀积的薄膜的厚度通常限于30纳米。较厚的晶种层或底层则需要两个室。通常随后的淀积也必须以快速方式实行，不仅需要具有高的合格率，而且在磁层被淀积之前必须防止高发射率玻璃盘的温度下降。另外，所需的加热步骤将需要分开的工艺室。盘发射率由晶种层和底层降低，因此两个层不能很薄。如果在CVD C淀积中将施加偏置电压，则整体的磁记录介质的厚度通常必须大于30纳米。
发明内容
因此，本发明通常的目标是提供一种能够消除上述问题的新颖并有用的磁记录介质和磁存储装置。
本发明其他的和具体的目标是提供一种磁记录介质和使用这种磁记录介质的磁存储装置，该磁记录介质至少具有小粒度的底层和较好的面内取向(h≤0.12)。按照本发明，底层只需要两个用于淀积的室，并且足够厚以便充分提高衬底的发射率。这可以通过使用AlV或AlRuV合金具有或没有反应性溅射(具有N2或O2)如AlVx的无定形晶种层来完成，可以对于所有x，但最好是在x＝30原子百分比和80原子百分比之间，或AlVRu具有Ru＝1％至40％以及其余的Al和V具有所有原子比。底层在晶种层上生长具有(002)织构，由此促进了对于随后层的极好的(1120)晶体织构，随后的层如具有单层或多层结构和SFM结构的记录磁层。
本发明的另一个目标是提供一种包括衬底、记录磁层和设置在衬底和磁层之间的底层的磁记录介质，记录磁层由CoCr合金构成并具有(1120)晶体织构，底层由AlV或AlRuV合金构成。按照本发明的磁记录介质，可能实现对于磁层的极好的(1120)晶体织构，并获得提高的磁性和S/N特性，所以能够实现高质量的高密度记录。
本发明的另一个目标是提供一种包括至少一个磁记录介质的磁存储装置，以及用于在所述至少一个磁记录介质上记录信息和从其上再现信息的记录和再现头，其中每个磁记录介质包括衬底、记录磁层和设置在衬底和磁层之间的底层，记录磁层由CoCr合金构成并具有(1120)晶体织构，底层由AlV或AlRuV合金构成。按照本发明的磁存储装置，可能实现对于磁层的极好的(1120)晶体织构，并获得提高的磁性和S/N特性，所以能够实现高质量的高密度记录。
当结合附图阅读下面的详细说明时，本发明其他的目标和特征将显而易见。
附图说明
图1是本发明磁记录介质的第一实施例的重要部分的剖面图；
图2是本发明磁记录介质的第二实施例的重要部分的剖面图；
图3是本发明磁记录介质的第三实施例的重要部分的剖面图；
图4显示了磁记录介质的XRD谱，该磁记录介质具有对于Al和V各种成分范围的由玻璃(或Al)/AlVN(20纳米)/AlV(20纳米)/Cr75Mo25(5纳米)/CCPB(15纳米)形成的结构；
图5(a)、5(b)和5(c)分别给出了具有由玻璃/AlVx1(x1＞＞50％)/AlVx1/CrMo/CoCrPtBCu(18纳米)，玻璃/AlVx2(x2≥50％)/AlVx2/CrMo/CoCrPtBCu(18纳米)和玻璃/AlVx3(x3＜50％)/AlVx3/CrMo25/CoCrPtBCu(18纳米)形成的磁记录媒体的垂直滞后回线；
图6(a)至6(e)给出了面内的滞后回线，用于说明直接在玻璃衬底顶部N2反应性溅射晶种层的效果；
图7(a)至7(e)给出了垂直滞后回线，用于说明直接在玻璃衬底顶部N2反应性溅射晶种层的效果；
图8给出了具有用于淀积AlV晶种层的不同N2部分压力PN的薄膜的XRD谱；
图9给出了具有针对AlVN和AlV和随后的CrMo25层以及CoCrPtBCu磁层的相同成分的不同衬底温度的样本的XRD谱；
图10(a)、10(b)和10(c)给出了垂直滞后回线，用于说明AlRuV底层和晶种层的效果；
图11(a)、11(b)和11(c)给出了垂直滞后回线，用于说明晶种层厚度的效果；
图12(a)和12(b)分别给出了在具有或没有Cr75Mo25的AlV/AlVN/玻璃上使用CoCrPtBCu磁层的磁记录媒体的垂直滞后回线；
图13(a)、13(b)和13(c)给出了垂直滞后回线，用于说明在NiP晶种层和CrMo25底层上所采样本的性能；
图14(a)、14(b)和14(c)给出了垂直滞后回线，用于说明在AlVN晶种层上所采样本的性能；
图15是磁存储装置实施例的重要部分的内部结构的剖面图；
图16是图15所示磁存储装置的实施例的重要部分的平面图。
具体实施方式
图1是本发明磁记录介质的第一实施例的重要部分的剖面图。
在图1所示的磁记录介质中，在玻璃或Al衬底1上提供由金属间化合的AlV或AlRuV合金构成的底层4。在底层4上提供由Co或例如CoCr的Co合金构成的记录磁层7。通过记录和再现头将信息记录在磁层7上或从磁层7上再现信息，记录和再现头将在后面说明。磁层7具有(1120)晶向。磁层7可由单层(单层结构)或多层(多层结构)构成。在磁层7上顺序的提供由C构成的覆盖层8以及由有机润滑剂构成的润滑剂层9，用于保护磁记录介质。
衬底1可被机械地织构。此外，机械织构可在形成底层4之后执行。
在底层4由AlV或AlVRuV合金构成的情况下，Ru含量可以是0原子百分比(即，AlV合金)至40原子百分比，其余的是具有所有可能成分的Al和V合金。或者，底层4可由AlxRuyVz构成，其中20≤x≤70，1≤y≤45，20≤z≤70。底层4的厚度在1纳米至70纳米范围内，最好在2纳米至50纳米。底层4的这些厚度范围促进了极好的晶向并且不会产生大的颗粒。
应当注意的是，可以在衬底1上底层4之下提供NiP或CrP层。
C覆盖层8可通过CVD淀积并且是硬的，以便保护磁记录介质免受来自大气以及记录和再现头的破坏。提供润滑剂层9以降低记录和再现头与磁记录介质之间的摩擦。例如，C覆盖层8的厚度在1纳米至5纳米范围内，润滑剂层9的厚度在1纳米至3纳米范围内。
图2是本发明磁记录介质的第二实施例的重要部分的剖面图。在图2中，与图1中对应部分相同的这些部分由相同的参考标记表示，并且省略其说明。
在图2所示的磁记录介质中，在衬底1与底层4之间提供非晶或多晶的晶种层3。晶种层3由AlV或AlRuV合金构成。例如，AlV或AlRuV合金在Ar+N2或Ar+O2混合气体中在N2或O2部分压力PN＝1％至10％下被反应性地溅射。AlVxN或AlVxO促进了AlV底层4极好的晶向，并提高了Cr基随后层的极好的(002)生长以及磁层7的很好的织构(1120)。因此，相比于图1所示的磁记录介质的第一实施例，晶种层3的提供进一步改善了IPO。
衬底1可被机械地织构。此外，机械织构可在形成晶种层3和/或底层4之后执行。
晶种层3可由AlV或AlxRuyVz合金构成，其中20≤x≤70，1≤y≤45，20≤z≤70。发明人发现AlVx在研究的整个成分范围内是有用的，即使其在不同的成分范围具有复杂的二元合金。但是，还发现在AlVx合金中35％至65％的V含量通常比V太低或太高的其它情况会给出更好的IPO。晶种层3的厚度在1纳米至100纳米范围内，最好在1纳米至70纳米范围内。晶种层3的这些厚度范围促进了极好的晶向并且不会产生大的颗粒。
应当注意的是，可以在衬底1上晶种层3之下提供NiP或CrP预置晶种层。或者，晶种层3可由预先涂覆在玻璃或Al衬底1上的NiP或CrP构成。例如，NiP预置晶种层或NiP晶种层3促进了AlV或AlVN底层4的极好的晶向。
此外，晶种层3可由Ta或CrTa构成，在玻璃或Al衬底1上反应性地溅射。例如，CrxTa100-x在Ar+N2或Ar+O2混合气体中在N2或O2部分压力P＝1％至10％的情况下被反应性地溅射，其中x＝20原子百分比至60原子百分比，并且TaN的N2部分压力PN在溅射期间相对于Ar是3％至9％。发明人发现TaN对于NiP涂覆的衬底之上的并具有非常好的面内取向的磁记录介质是有利的。
AlV或AlRuV合金晶种层3与底层4的组合相比在NiP晶种层上制造的磁记录媒体在玻璃或铝上提供了极好的IPO。
图3是本发明磁记录介质的第三实施例的重要部分的剖面图。在图3中，与图1和图2中对应部分相同的这些部分由相同的参考标记表示，并且省略其说明。在磁记录介质的第三实施例中，本发明被应用到合成亚铁磁媒体(SFM)。
在图3所示的磁记录介质中，在底层4上提供Cr合金构成的缓冲层5。缓冲层5用于与磁层7a晶格匹配，并防止V扩散进入磁层7a。此外，在缓冲层5上提供由例如CoCr合金的hcp(六方最紧密堆积)材料构成的夹层6。夹层6还用作bcc(体心立方)底层4与hcp磁层7a之间的缓冲。而且，由CoCr等构成的一对磁层7a和7b经过由Ru等构成的隔离层10反铁磁地耦合，所以磁层7a和7b的磁化方向是反平行的。磁层7a和7b以及隔离层10形成具有多层结构的磁层7。
磁层7a和7b经由隔离层10反铁磁地耦合，所以磁层7a和7b的c轴明显平行于薄膜平面(衬底表面)，因此h＝Hc⊥/Hc//≤0.15，其中Hc⊥表示垂直于薄膜表面的矫顽磁性(或垂直的矫顽磁性)，Hc//表示沿着薄膜平面的矫顽磁性(或面内的矫顽磁性)。SFM已经提高了热稳定性，但是需要由底层-晶种层组合提供的极好的面内取向。
缓冲层5可由Cr-M构成，厚度范围在1纳米至10纳米，其中M是选自原子比例≥10％的Mo、Ti、V或W的材料。富含Cr的Cr合金很好的附着在多种类型的材料上，所以在建议的底层4与磁层7a之间制造了好的缓冲层。缓冲层5防止太多的V扩散进入磁层7a。由于Cr晶格参数(a＝0.2886纳米)小于AlV底层晶格参数(a≥0.29纳米)，所以有利于Cr与上述较大元素形成合金。合金也有助于Cr晶格膨胀较小，使得与磁层7a和7b匹配的晶格被很好的维持。
夹层6可由稍具有磁性的或非磁性的hcp结构的CoCr合金构成，厚度范围在1纳米至5纳米。当在bcc的Cr合金薄膜上直接生长hcp磁性的CoCr合金时，由于晶格失配和/或Cr从晶种层3扩散，导致与bcc底层4接触的一部分磁层受到有害影响，由此导致磁层的磁性各向异性以及整体磁化的下降。使用hcp非磁性夹层6防止了在磁层上发生这种不希望的影响。因此，由于增加的夹层6提供了逐渐匹配晶格参数的方式，增强了磁性各向异性，以及提高了矫顽磁性和面内取向。因此，获得了完全磁化，即所谓的“失效层”被最小化。而且，通过提供夹层6也使得界面处较小颗粒的形成最小化。
夹层6也可以本质上由Ru构成，厚度范围在1纳米至3纳米。在此情况下的Ru与CoCr合金用作类似目的。但是，由于Ru的晶格参数大于用于磁记录媒体的Co磁性合金，所以夹层6不能太厚。
当然，可能只提供缓冲层5或夹层6。此外，缓冲层5和夹层6可以省略。并且，在图1和图2所示的磁记录介质的第一和第二实施例中也可能提供缓冲层5和/或夹层6。
图4给出了磁记录介质的XRD谱，该磁记录介质具有由玻璃(或Al)/AlVN(20纳米)/AlV(20纳米)/Cr75Mo25(5纳米)/CCPB(15纳米)形成的结构。在图4中，纵坐标表示任意单位的强度，横坐标表示20(度)。玻璃(或Al)、AlVN、AlV、Cr75Mo25和CCPB(CoCrPtB)分别对应衬底1、晶种层3、底层4和磁层7。首先，在玻璃(或Al)衬底1上提供的AlVN晶种层3上通过部分压力PN＝8％的N2形成AlV底层4，并在230℃淀积CCPB磁层7。如图4所示，对应于AlV(002)和Cr(002)的峰值几乎在所有的情况下都观测到具有极好的Co(1120)织构。但是，可以确定35％和65％之间的V浓度给出了比其它成分范围更好的Co(1120)取向。
通过Kerr磁力计测量针对各种成分范围的Al和V的垂直滞后回线，并显示在图5(a)、5(b)和5(c)中。图5(a)给出了磁记录介质具有由玻璃/AlVx1(x1＞＞50％，PN＝4％)/AlVx1/CrMo/CoCrPtBCu(18纳米)形成的结构的情况；图5(b)给出了磁记录介质具有由玻璃/AlVx2(x2≥50％，PN＝6％)/AlVx2/CrMo/CoCrPtBCu(18纳米)形成的结构的情况；图5(c)给出了磁记录介质具有由玻璃/AlVx3(x3＜50％，PN＝8％)/AlVx3/CrMo25/CoCrPtBCu(18纳米)形成的结构的情况，其中PN表示N2部分压力。在图5(a)至5(c)中，纵坐标表示Kerr旋度(度)，横坐标表示施加的场(kOe)。
从图5(a)至5(c)发现，通过V浓度在大约35原子百分比至65原子百分比范围内的结构给出了最小的Hc⊥。还发现浓度小于50原子百分比的V给出了0.12的IPO，具有大的面内矫顽磁性(4200Oe)和简单的像玻璃/AlVN/AlV/CrMo25/CoCrPtBCu而没有Co合金缓冲层的结构。与具有由在玻璃衬底上的NiP晶种层顶部的Cr(002)/CoCr/磁层构成的结构的磁记录介质相比，这个值是比较好的。这个IPO是通过AlV晶种层上的简单结构并采用底层而没有夹层来获得的。因此，可以确定本发明为降低生产磁记录介质所需的溅射室的数量提供了良好的途径，因此降低了磁记录介质的成本。
图6(a)至6(e)和图7(a)至7(e)示出直接在玻璃衬底顶部N2反应性溅射晶种层的效果。在图6(a)至6(e)所示的面内滞后回线中，纵坐标表示任意单位的Kerr信号，横坐标表示场(kOe)。此外，在图7(a)至7(e)所示的垂直滞后回线中，纵坐标表示Kerr旋度(度)，横坐标表示施加的场(kOe)。通过部分压力PN从2％至12％变化的用于反应性溅射的N2生长玻璃/AlVN/AlV/CrMo25/CoCrPtBCu的结构。对于图6(a)和7(a)，PN＝2％；对于图6(b)和7(b)，PN＝4％；对于图6(c)和7(c)，PN＝6％；对于图6(d)和7(d)，PN＝8％；对于图6(e)和7(e)，PN＝10％。
在PN＝6％至8％观察到了最好的IPO。但是，结果根据晶种层材料的V浓度而不同。还发现随着N2的部分压力PN的增加面内矫顽磁性增加，而面外矫顽磁性降低。这更容易调整N2的相对百分比来获得好的面内取向。在此情况下，发现PN＝6％是最好的。此外，发现对于较高的V含量，较低的N2部分压力PN，足以生产好的IPO。滞后回线形状、矫顽磁性和垂直度(squareness value)值所有都显示N2的部分压力PN＝6％对于该特定AlV成分是最好的。
图8给出了针对用于淀积AlV晶种层的不同N2部分压力PN的XRD谱。更具体地，不同的N2部分压力PN是2％、4％、6％、8％和10％。在图8中，纵坐标表示任意单位的强度，横坐标表示20(度)。从图8可以看出，N2部分压力PN＝6％显示了最好的Co(1120)织构。
图9给出了具有针对AlVN和AlV和随后的CrMo25层以及CoCrPtBCu磁层的相同成分的不同衬底温度的样本的XRD谱。更具体地，不同的衬底温度是150℃、240和260℃。在图9中，纵坐标表示任意单位的强度，横坐标表示20(度)。尽管可以在从室温(RT)到300℃较宽范围的各种温度淀积晶种层AlV和AlRuV，但是最优选的衬底温度范围是150℃至260℃。对于AlV合金或AlRuV合金，在高的衬底温度发现Co(1120)峰值的强度增加。
图10(a)、10(b)和10(c)示出AlRuV底层和晶种层的效果。在图10(a)至10(c)中，纵坐标表示Kerr旋度(度)，横坐标表示施加的场(kOe)。图10(a)给出了针对具有玻璃/AlRuV/CrMo25(5纳米)/CoCrPtBCu(18纳米)结构的磁记录介质的垂直滞后回线，图10(b)给出了针对具有玻璃/AlRuV(PN＝2％)/AlRuV/CrMo25(5纳米)/CoCrPtBCu(18纳米)结构的磁记录介质的垂直滞后回线，图10(c)给出了针对具有玻璃/AlRuV/AlRuV/CrMo25(5纳米)/CoCrPtBCu(18纳米)结构并具有略微降低的V浓度的磁记录介质的垂直滞后回线。
在图10(a)至10(c)中，使用的Ru浓度是10％，使用的V浓度是40％或35％。当在AlV底层的情况下使用AlRuV时，其它的晶种层材料，如TaN、CrTaN、CrP、NiP也给出好的IPO。但是，与NiP晶种层相比，AlVN表现出更优的IPO。此外，当AlV或AlRuV用作晶种层时，能够使用除了AlV或AlRuV之外的不同的底层，例如VMn和Cr-M来获得好的IPO，其中M＝Mo、V、TiW或B2结构的材料。
图11(a)、11(b)和11(c)给出了晶种层厚度的效果。在图11(a)至11(c)中，纵坐标表示Kerr旋度(度)，横坐标表示施加的场(kOe)。图11(a)给出了针对具有玻璃/AlV(10纳米，PN＝6％)/AlV/CrMo25/CoCrPtBCu结构的磁记录介质的垂直滞后回线，图11(b)给出了针对具有玻璃/AlV(20纳米，PN＝6％)/AlV/CrMo25/CoCrPtBCu结构的磁记录介质的垂直滞后回线，图11(c)给出了针对具有玻璃/AlV(100纳米，PN＝6％)/AlV/CrMo25/CoCrPtBCu结构的磁记录介质的垂直滞后回线。
在图11(a)至11(c)所示的情况下，使用的晶种层是与Ar一起通过6％的N2反应性溅射的AlVx(x≥50％)，晶种层的厚度在10纳米至20纳米之间变化。已经确认在10纳米的晶种层厚度时IPO是好的，并且在晶种层厚度达到100纳米时几乎持续保持不变。但是，当实际的磁记录介质作为产品生产时，发现晶种层与底层的总厚度的最佳范围是30纳米至60纳米。因此，证明在这样的总厚度范围内AlVN是非常有效的。此外，如后所述，该IPO比玻璃上NiP晶种层的IPO好。能够仅在两个室内淀积该较佳范围的总厚度，并在随后层的淀积期间减少玻璃衬底温度的下降。因此，本发明的晶种层与底层的组合允许宽范围的工艺(淀积)温度。能够在室温至300℃的温度范围内淀积晶种层与底层，优选的在150℃至260℃范围内。
本发明人发现使用B的磁层具有晶体取向行为，其对于AlV或AlRuV底层与磁层之间存在或不存在Cr合金很敏感。图12(a)和12(b)分别给出了在具有或没有Cr75Mo25的AlV/AlVN/玻璃上使用CoCrPtBCu磁层的磁记录媒体的垂直滞后回线。在图12(a)和12(b)中，纵坐标表示Kerr旋度(度)，横坐标表示施加的场(kOe)。从图12(b)可以看出，在没有Cr75Mo25层时，具有CoCrPtBCu磁层的磁记录介质的磁各向异性HK比图12(a)所示的略微有所下降。
图13(a)至13(c)给出了用于说明针对不同底层厚度的在NiP晶种层和CrMo25底层上所采样本的性能的垂直滞后回线，图14(a)至14(c)给出了用于说明针对不同晶种层厚度的在AlVN晶种层上所采样本的性能的垂直滞后回线。在图13(a)至13(c)和图14(a)至14(c)中，纵坐标表示Kerr旋度(度)，横坐标表示施加的场(kOe)。
图13(a)、13(b)和13(c)分别给出了针对玻璃/NiP/CrMo25(5纳米)/CoCrPtBCu结构，玻璃/NiP/CrMo25(20纳米)/CoCrPtBCu结构和玻璃/NiP/CrMo25(100纳米)/CoCrPtBCu结构的垂直滞后回线。另一方面，图14(a)、14(b)和14(c)分别给出了针对玻璃/AlV(PN＝6％)/AlV(10纳米)/CrMo25/CoCrPtBCu，玻璃/AlV(PN＝6％)/AlV(20纳米)/CrMo25/CoCrPtBCu和玻璃/AlV(PN＝6％)/AlV(100纳米)/CrMo25/CoCrPtBCu结构的垂直滞后回线。在AlV晶种层厚度为10纳米时观察到极好的IPO。这使得AlV合金可应用到玻璃衬底。由于溅射的NiP层的粘结很弱，所以必须额外的粘结层，需要更多的工艺室，更不必说需要使用O2的反应性溅射NiP或氧化其表面。也具有成分与NiP类似的具有好的粘结的预置晶种层，例如CrMoP和CrNiP。新兴的趋势是促进Cr的(002)生长的晶种层也可作为对于AlV或AlRuV的晶种层。
作为通过适当的晶种层提高IPO的结果，期望SFM磁化曲线中的结(kink)更加明显。此外，由于增加了IPO，所以将增加两个SFM磁层之间的交换耦合。除此之外，不仅提高了期望的媒体读写特性，而且使测量磁层之间的交换耦合更加容易，这对于批量生产控制是非常有用的。
应当注意，由于溅射工艺中取得了快速的进步，在多阴极组件中通过使用不同纯度元素的靶同时溅射能够实现上述的结构。通过适当的调整功率比和淀积角度，很容易生产具有上述性能的上述结构。
上述的预置晶种层可由能够提高AlV或AlRuV合金的面内取向的适当材料构成。此外，尽管上述实施例使用刚性玻璃或Al衬底，但是本发明可以容易地应用到其它的衬底材料上，例如可以是刚性或柔性的除了Al的金属材料、聚合物、塑料和陶瓷。
已经发现在NiP涂覆衬底的顶部采用机械织构比没有采用机械织构在信噪比(S/N)方面和热衰减方面具有更好的性能。此外，在盘形记录媒体的情况下，具有(1120)织构的Co颗粒的c轴(<0001>)主要沿着圆周方向取向，由于在操作期间也是沿着圆周方向施加头场，因此对于记录采用圆周的机械织构是额外的优势。
已知施加在NiP涂覆衬底上的机械织构不仅对准磁层还对准Cr合金底层。底层以具有和没有机械织构的(002)织构生长。但是，对于前一种情况，在盘形磁记录媒体情况下，Cr<110>方向也最好调整到朝向圆周方向。有效地，由于衬底的圆周机械织构或由于像NiP的预置晶种层和/或晶种层和/或底层的圆周机械织构，本发明的磁记录介质也表现出较佳的底层和磁层取向。
已经研究了AlRu(B2结构)在玻璃上作为晶种层，并且发现其在具有玻璃衬底的使用中是极好的材料，超过NiP涂覆的玻璃衬底或NiAl涂覆的玻璃衬底实质上提高了IPO。但是，可应用(50％的Ru)的AlRu的使用范围具有B2结构，并且由于较高百分比的Ru含量导致靶的成本非常高。
因此，本发明提供了相对便宜的晶种层和底层材料，并实现了较好的IPO以及磁层粒度的降低，由此与基于涂覆在玻璃衬底上的AlRu或NiP晶种层相比，对于具有单层结构和合成亚铁磁媒体(SFM)结构的记录磁层的磁记录媒体实现了好的磁性和S/N特性。
通过本发明，由于反平行磁化配置，所以好的IPO增强了从SFM结构获取的优点，例如处于降低的Mrt值(剩余磁化强度和厚度的乘积)下的好的热稳定性，好的IPO由本发明中使用的晶种层和底层材料实现。
本发明人确定AlV和低百分比Ru的AlRuV适于针对磁层的Co(1120)生长的好晶种层或底层的用途。使用通过氮或氧的AlV靶反应性溅射制造晶种层。此外对于AlRuV，发现反应性溅射的晶种层具有极好的IPO。
对于上述的使用AlVN晶种层的AlV底层，XRD谱显示了对应于2θ＝62度(λ＝1.54)的(002)峰值，并具有靠近2θ＝27度(λ＝1.54)的宽峰，意味着层是非晶的或者颗粒是小的并且彼此无关。在淀积期间根据衬底温度，TaN薄膜有时表现出围绕2θ＝28度(λ＝1.54)的宽峰，暗示着无定形结构。本发明使用的其它的晶种层材料也显示了不明显的XRD特征，但是淀积在任何晶种层上的随后的AlV底层表现出(002)峰值，并且磁层显示了截然不同的(1120)织构(2θ＝74度)。晶种层的厚度优选的是从20纳米至30纳米，AlV底层的厚度优选的是10纳米至30纳米。晶种层和底层的总厚度优选的是30纳米至60纳米。仅在两个室内淀积此较佳范围的厚度，并在随后层的淀积期间减少玻璃衬底温度的下降。
另一方面，基于晶格参数数据，V在(Al)中的溶度在620℃时大约是0.2原子百分比。通过以5×104℃/s的速率凝固，V在(Al)中的溶度能够亚稳定的扩展到0.6原子百分比。但是，在通过溅射制造的薄膜结构的情况下，具有很多检测到的Al和V的金属间化合物以及形成的AlV和AlRuV合金薄膜，本发明人所研究的几乎所有成分都形成与Cr(002)的晶格尺寸和随后的Co(1120)织构匹配的体心立方(bcc)结构。因此，所有的AlV成分和具有有限值的Ru成分的AlRuV成分对于晶格匹配(和对于外延生长)以及对于极好的IPO是有用的。此外，AlV或AlRuV合金底层和晶种层与使用AlRu合金等的层相比更便宜。
接下来降通过参照图15和16给出本发明磁存储装置的说明。图15是磁存储装置实施例的重要部分的内部结构的剖面图，图16是图15所示磁存储装置的实施例的重要部分的平面图。
如图15和16所示，磁存储装置通常包括壳113。在壳113内提供马达114、轮轴115、多个磁记录媒体116、多个记录和再现头117、多个支架118、多个臂119和制动器单元120。磁记录媒体116安装在轮轴15上，轮轴115由马达114驱动旋转。记录和再现头117由例如MR和GMR头的再现头和例如感应头的记录头构成，再现头用于从磁记录媒体116再现信息，记录头用于在磁记录媒体116上记录信息。每个记录和再现头117都经过支架118安装在对应的臂119的尖端部。臂119由制动器单元120移动。在本说明书中给出了磁存储装置的基本结构，省略了其详细说明。
磁存储装置的实施例的特征在于磁记录媒体116。每个磁记录媒体116都具有结合图1至14所述的磁记录介质的任一实施例的结构。当然，磁记录媒体116的数量不限于三个，可以提供一个、两个或四个或更多个磁记录媒体116。
磁存储装置的基本结构不限于图15和16所示的结构。此外，本发明使用的磁记录介质不限于磁盘，也可以使用例如磁带和磁卡的其它的磁记录媒体。而且，磁记录介质不需要固定的提供在磁存储装置的壳113内，磁记录介质可以是能载入壳113并从壳113卸载的便携型介质。
此外，本发明不限于这些实施例，在不脱离本发明范围的情况下，可以实施各种变化和修改。
Claims (16)
1.一种磁记录介质，包括：
衬底；
记录磁层，由CoCr合金构成并具有(1120)晶体织构；
底层，其设置在衬底和磁层之间，由AlV或AlRuV合金构成。
2.如权利要求1所述的磁记录介质，其中所述磁层由单磁层或合成亚铁磁结构构成，合成亚铁磁结构包括至少一对磁层，所述至少一对磁层分别由CoCr合金构成并经过隔离层反铁磁地耦合，其中该对磁层的c轴明显平行于衬底的薄膜平面，使得h＝Hc⊥/Hc∥≤0.15，其中Hc⊥表示垂直于薄膜表面的矫顽磁性，Hc∥表示沿着薄膜平面的矫顽磁性。
3.如权利要求1或2所述的磁记录介质，其中所述底层由AlxRuyVz构成，其中20≤x≤70，1≤y≤45，20≤z≤70。
4.如权利要求1或2所述的磁记录介质，其中所述底层的厚度在1纳米至70纳米范围内。
5.如权利要求1或2所述的磁记录介质，进一步包括：
设置在底层和衬底之间的非晶的或多晶的晶种层。
6.如权利要求5所述的磁记录介质，其中所述晶种层的厚度在1纳米至70纳米范围内。
7.如权利要求5或6所述的磁记录介质，其中所述晶种层由AlV或AlxRuyVz构成，其中20≤x≤70，1≤y≤45，20≤z≤70。
8.如权利要求5所述的磁记录介质，进一步包括：
预置晶种层，由NiP或CrP构成，设置在衬底和晶种层之间。
9.如权利要求5所述的磁记录介质，其中所述晶种层由Ta或CrTa构成。
10.如权利要求1所述的磁记录介质，进一步包括：
非晶或多晶的晶种层，设置在底层与衬底之间；
所述晶种层的厚度在20纳米至30纳米范围内；
所述底层的厚度在10纳米至30纳米范围内；
所述晶种层和所述底层的总厚度在30纳米至60纳米范围内。
11.如权利要求10所述的磁记录介质，其中所述晶种层由AlV或AlRuV合金构成。
12.一种磁存储装置，包括：
至少一个磁记录介质；和
用于在所述至少一个磁记录介质上记录信息和从其上再现信息的记录和再现头；
每个磁记录介质包括：
衬底；
记录磁层，由CoCr合金构成并具有(1120)晶体织构；以及
底层，其设置在衬底和磁层之间，由AlV或AlRuV合金构成。
13.如权利要求12所述的磁存储装置，其中磁记录介质的磁层由单磁层或合成亚铁磁结构构成，合成亚铁磁结构包括至少一对磁层，其分别由CoCr合金构成并经过隔离层反铁磁地耦合，其中该对磁层的c轴明显平行于衬底的薄膜平面，使得h＝Hc⊥/Hc∥≤0.15，其中Hc⊥表示垂直于薄膜表面的矫顽磁性，Hc∥表示沿着薄膜平面的矫顽磁性。
14.如权利要求12或13所述的磁存储装置，进一步包括：
设置在底层和衬底之间的非晶或多晶的晶种层。
15.如权利要求14所述的磁存储装置，其中晶种层的厚度在20纳米至30纳米范围内，底层的厚度在10纳米至30纳米范围内，晶种层和底层的总厚度在30纳米至60纳米范围内。
16.如权利要求15所述的磁存储装置，其中磁记录介质的晶种层由AlV或AlRuV合金构成。
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