CN1320527C - 磁性记录介质和磁性存储装置 - Google Patents

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Abstract

一种磁性记录介质包括第一磁性层、第二磁性层以及位于第一和第二磁性层之间的非磁性耦合层，使得第一和第二磁性层被交换耦合，并且第一和第二磁性层的磁化是逆平行的。该第一磁性层具有交换耦合场Hexl，其大于第一和第二磁性层的矫顽力Hc1和Hc2。

Description

磁性记录介质和磁性存储装置
本发明要求2001年9月7日递交的日本专利申请No.2001-272601的优先权，其内容包含于此，以供参考。
技术领域
本发明一般涉及磁性记录介质和磁性存储装置，特别涉及一种适合于高密度记录并且能够执行高速记录和再现的磁性记录介质，以及涉及一种使用这种磁性记录介质的磁性存储装置。
背景技术
由于信息处理技术的发展，对于高密度磁性记录介质的需求不断增加。例如，对于硬盘，满足这种需求的磁性记录介质应当包括这样的特性，例如低噪声和高度的热稳定性。
由于介质噪声的降低以及磁阻和高灵敏度旋阀磁头(spin-valvehead)的发展，例如磁盘这样的轴向磁性记录介质的记录密度相当大地增加。一般的磁性记录介质包括顺序叠加的基片、底层、磁性层以及保护层。底层由Cr或Cr合金所制成，并且磁性层由Co合金所制成。
现在已经提出各种方法来减少介质噪声。例如，Okamoto等人在AB-3，Intermag‘96 Digest所发表的“Rigid Disk Medium For 5Gbit/in2 Recording”中提出通过适当地使用CrMo所制成的底层来减小磁性层的厚度而减小磁性层的粒度和粒度分布。美国专利No.5693426提出采用由NiAl所制成的底层。另外，Hosoe等人发表的“Experimental Study of Thermal Decay in High-Density MagneticRecording Media”，IEEE Trans.Magn.Vol.33，1528(1997)中提出采用CrTiB制成的底层。上文所述的底层还在增加写入数位的和热稳定性的平面中提高c-轴的方向性。另外，有人提出建议减小磁性层的厚度以增加分辨率，或者减小写入数位之间的跃变宽度。另外，有人提出建议以通过在由CoCr合金所制成的磁性层中提高更多的Cr分离而降低颗粒之间的交换耦合。
但是，当磁性层的颗粒变小并且相互磁隔离时，由于热激发和随着线密度增加而增加的去磁场使得写入数位变的不稳定。Lu等人发表的“Thermal Instability at 10 Gbit/in2 Magnetic Recording”，IEEETrans.Magn.Vol.30，4230(1994)通过微磁模拟证明在400kfci(每英寸磁通交变数)双位中具有10nm的直径和KUV/KBT～60比率的交换去耦颗粒由于受到严重的热衰减，其中KU表示磁各向异性常数，V表示平均磁颗粒体积，KB表示玻尔兹曼常数，并且T表示温度。KUV/KBT还被称为热稳定因子。
在Abarra等人发表的“Thermal Stability of Narrow Track Bits ina 5 Gbit/in2 Medium”，IEEE Trans.Magn.Vol.33，2995(1997)中报告了通过在对5 Gbit/in2 CoCrPtTa/CrMo介质的退火的200kfci数位的MFM研究证明粒间交换作用的存在使写入数位稳定化。但是，对于20Gbit/in2或更大的记录密度，更多的颗粒去耦是基本的。
显而易见的解决方案是增加磁性层的磁各向异性。但是，不幸的是，增加磁各向异性要求磁头写入场更大，这降低了能够改写以前写入的数据的“改写”性能。
另外，热不稳定的磁性记录介质的矫顽力随着切换时间的降低而迅速增加，如在关于磁带介质的He等人发表的“High Speed Switchingin Magnetic Recording Media”，J.Magn.Magn.Mater.Vol.155，6(1996)以及关于磁盘介质的J.H.Richter发表的“Dynamic CoervicityEffects in Thin Film Media”，IEEE Trans.Magn，Vol.34，1540(1997)中报告。从而，在数据率中产生不良影响，也就是说，对可以改写磁性层的速率以及反转磁粒所需的磁头的场强有不良影响。
另一方面，另一种所提出的提高热稳定性的方法通过适当的对磁性层下方的基片增加纹理和增加磁性层的方向比。例如，Akimoto等人发表的“Relationship Between Magnetic CircumferentialOrientation and Magnetic Thermal Stability”，J.Magn.Magn.Mater.(1999)报告了通过微磁模拟表明通过稍微增加方向比而增强效率比KUV/KBT。这进一步导致对于矫顽力的更弱的时间相关性，这提高磁性记录介质的改写性能，如在Abarra等人所发表的“The Effect ofOrientation Ratio on the Dynamic Coercivity of Media for＞15Gbit/in2 Recording”，EB-02，Intermag’99，韩国，所报告的那样。
另外，有人提出永磁性的磁性记录介质以提高热稳定性。永磁层(keeper layer)由与磁性层相平行的软磁层(soft layer)所构成。该软层可以置于磁性层的上方或下方。通常，Cr隔离层置于软层和磁性层之间。该软层减小在磁性层上的写入数位中的去磁场。但是，把磁性层耦合到连续交换耦合的软层上不符合对磁性层的颗粒去耦合的目的。结果，介质噪声增加。
为了提高热稳定性，并且减小介质噪声，在1999年10月22日递交的美国专利S.N.09/425,788中提高一种磁性记录介质和磁性存储装置，其被包含于此，以供参考，该专利的受让人与本申请的受让人相同。以前提出的磁性记录介质包括至少一个交换层结构以及形成在该交换层结构上的磁性层，其中该交换层结构包括位于铁磁层上和磁性层下方的铁磁层和非磁性耦合层，并且该铁磁层和磁性层具有逆平行(antiparallel)磁化方向。根据该以前提出的磁性记录介质，可以增加写入数位的热稳定性，减小介质噪声，并且高度可靠的实现高密度记录，而不会对磁性记录介质的性能具有不良影响。
换句话说，在这种以前提出的磁性记录介质中，非磁性耦合性(或者非磁性交换层)被置于形成第一磁性层的铁磁层和形成第二磁性层的磁性层之间。当该结构包括具有逆平行磁化的第一和第二磁性层时，第一和第二磁性层相互消除部分磁化。因此，可以增加磁性层的有效粒度，而对分辨率基本上没有影响。因此，从颗粒体积的角度来看，可以增加磁性层的视在厚度，以实现具有良好热稳定性的磁性记录介质。
相应地，以前提出的磁性记录介质采用由铁磁层(第一磁性层)和磁性层(第二磁性层)所构成的基本结构，从而提高热稳定性并且降低介质噪声。
当外部记录磁场施加到这种以前提出的磁性记录介质上时，第一和第二磁性层首先具有平行的磁化，并且当记录磁场降低到0时(剩磁状态)，此后第一磁性层的磁化被切换变为与第二磁性层的磁化逆平行。
但是，随着记录密度和信号传输速率的增加，还需要增加记录和再现速度。为此原因，需要在记录之后等待在第一磁性层磁化的切换可能影响高速记录和再现的实现。
换句话说，该以前提出的磁性记录介质的第一和第二磁性层在剩磁状态中具有逆平行磁化，并且当在该状态下施加外部记录磁场时，第一和第二磁性层具有平行磁化。然后，当记录磁场降低为0之后以再次进入剩磁状态，第一磁性层的磁化被切换变为与第二磁性层的磁化逆平行。在该过程中，需要等待第一磁性层自发的进行磁化切换。
但是当记录速度增加，并且在第一磁性层发生磁化切换之前记录到相邻的数位时，被记录的数位的位置可能由于来自处于平行磁化状态的数位的反磁场而发生位移。在这种状态中，非线性跃变(NLTS)变差，并且对记录有不良影响。
另一方面，当采取措施以减小从记录到再现的时间，当在第一磁性层从平行磁化状态切换到逆平行磁化状态之前，如果执行再现，则产生一个异常信号，以避免正常的再现操作。
发明内容
相应地，本发明一般目的是提供一种新型的有用磁性记录介质和磁性存储装置，其中消除上述的问题。
本发明的其它和更多特定的目的是提供一种磁性记录介质，其具有逆平行磁化的第一和第二磁性层，以实现改进的热稳定性，并且减少介质噪声，并且能够以高速度执行磁性记录和再现，以及提供一种采用这种磁性记录介质的磁性存储装置。
本发明的另一个目的是提供一种磁性记录介质，其中包括第一磁性层，第二磁性层以及位于第一和第二磁性层之间的非磁性耦合层，使得第一和第二磁性层被交换耦合，并且第一和第二磁性层的磁化是逆平行的，其中第一磁性层具有交换耦合场Hexl，其大于第一和第二磁性层的各自矫顽力Hc1和Hc2。根据本发明的磁性记录介质，第一和第二磁性层的磁化可以在剩磁状态保持逆平行，并且可以实现高记录密度和高速记录和再现。
把第一磁性层的磁化切换为与第二磁性层的磁化相平行的反转磁场Hsw*可以被设置为交换耦合场Hex1与第一磁性层的矫顽力Hc1之和。这种情况中，可以把记录场设置在不达到反转磁场Hsw*的水平的范围内，从而可以确实地实现一种磁性记录介质，其中第一和第二磁性层的磁化被旋转，并且保持第一和第二磁性层的逆平行磁化。
第一磁性层的磁化和厚度乘积t1Ms1最好小于第二磁性层的磁化和厚度乘积t2Ms2，其中t1表示第一磁性层的厚度，Ms1表示第一磁性层的磁化，t2表示第二磁性层的厚度，Ms2表示第二磁性层的磁化。在这种情况下，可以增加具有小的磁化和厚度乘积t1Ms1的第一磁性层的交换耦合场Hex1，从而可以更加确定地实现一种磁性记录介质，其中交换耦合场Hex1大于第一和第二磁性层的矫顽力Hc1和Hc2。
第一磁性记录介质的矫顽力Hc1最好小于第二磁性记录介质的矫顽力Hc2。在这种情况中，可以确定第一和第二磁性层的主从关系。换句话说，可以设计一种磁性记录介质，其中被设置为具有较大矫顽力Hc2的第二磁性层被用作为主记录层。
该磁性记录介质可以进一步包括提供在非磁性耦合层与第一和第二磁性层中的至少一个的交界附近的耦合强化区域，用于强化第一和第二磁性层之间的交换耦合强度。另外，耦合强化区域可以由选自Fe、Co、Ni及其合金的材料所制成。通过该耦合强化区域，可以获得进一步增加第一和第二磁性层之间的交换耦合的交换耦合场。
本发明的另一目的是提供一种构图的(patterned)介质，其中包括记录表面以及多个位于该记录表面上的单元记录部分，其具有与相邻单元记录部分分离的边界。多个单元记录部分的每一个最好具有叠层结构，包括第一磁性层、第二磁性层以及位于第一和第二磁性层之间的非磁性耦合层，使得第一和第二磁性层被交换耦合，并且第一和第二磁性层的磁化是逆平行的，其中第一磁性层具有交换耦合场Hexl，其大于第一和第二磁性层的各自矫顽力Hc1和Hc2。根据本发明的构图介质，可以实现高记录密度和高速记录和再现。
本发明的另一个目的是提供一种磁性存储装置，其中包括至少一个磁性记录介质，以及至少一个用于对该磁性记录介质施加磁场的磁头，其中该磁性记录介质包括第一磁性层、第二磁性层以及位于第一和第二磁性层之间的非磁性耦合层，使得第一和第二磁性层被交换耦合，并且第一和第二磁性层的磁化是逆平行的，其中第一磁性层具有交换耦合场Hexl，其大于第一和第二磁性层的各自矫顽力Hc1和Hc2。根据本发明的磁性存储装置，可以实现高记录密度和高速记录和再现。
来自磁头的磁场大于第二磁性层的矫顽力Hc2并且小于把第一磁性层的磁化切换为与第二磁性层的磁化相平行的反转磁场Hsw*。另外，反转磁场Hsw*可以设置为交换耦合场Hex1与第一磁性层的矫顽力Hc1之和。在这些情况中，可以确定地实现高速记录。
从下文结合附图的详细描述中，本发明的其它目的和特点将变的更加清楚。
附图说明
图1为示出根据本发明的磁性记录介质的一个实施例的主要部分的截面视图；
图2为图1的磁性记录介质的实施例的一种变型的主要部分的放大截面视图；
图3为示出图2的磁性记录介质的变型的磁滞回线的示意图；
图4A和4B分别为示出图2的磁性记录介质的变型以及以前提出磁性记录介质的磁化切换的示意图；
图5为示出放大的构图介质的记录表面的示意图；
图6为示出根据本发现的磁性存储装置的一个实施例的截面视图；以及
图7为示出图6中所示的磁性存储装置的主要部分的平面视图。
具体实施方式
图1为示出根据本发明的磁性记录介质的一个实施例的主要部分的截面视图。图1中所示的磁性记录介质10包括按次序叠加的非磁性基片11、种子层(seed layer)12、底层13、非磁性中间层14、第一磁性层15、非磁性耦合层16、第二磁性层17以及保护层18。磁性记录介质10例如可以通过溅射而产生。润滑层19可以进一步提供在保护层18的上方。
非磁性基片11例如由铝、玻璃或硅所制成。如果需要的话，非磁性基片11可以具有机械的纹理(texture)，但是这种纹理不是必需的。
种子层12例如可以由NiP或NiAl所制成，但是种子层12最好由NiP所制成，特别是在非磁性基片11由铝或铝合金制成的情况下。种子层12可以被氧化或者不被氧化，可以有或没有机械纹理。当非磁性基片11例如由玻璃所制成时，种子层12可以由例如NiAl和FeAl这样的B2结构合金所制成。提供种子层12以提高形成在种子层12上的底层13的(001)或(112)的纹理性。底层13可以由Cr或Cr合金所制成，与常规磁性记录介质的情况相类似。
在磁性记录介质10是磁盘的情况下，提供在由NiP所制成非磁性基片11或种子层12上的机械纹理在磁盘的圆周方向上形成，也就是说在磁盘的记录道延伸的方向上。
提供非磁性中间层14以进一步促进外延(epitaxy)，缩小第一磁性层15的粒度分布，并且把第一磁性层15的各向异性轴(容易磁化的轴)定向在与磁性记录介质10的记录表面相平行的平面上。非磁性中间层14由例如CoCr-M这样的hcp结构合金所制成，其中M＝B、Mo、Nb、Ta、W、Cu或其合金，并且具有从1至5nm范围的厚度。
第一磁性层15由例如Co、Ni、Fe、Co合金、Ni合金等等这样的材料所制成。换句话说，例如CoCr、CoCrTa、CoCrPt和CoCrPt-M，其中M＝B、Mo、Nb、Ta、W、Cu或其合金，可以用于第一磁性层15。特别是当对第一磁性层15使用Co合金时，Co合金的Co含量可以被设置较高，也就是说，该Co合金可以是富含Co等，从而增加交换耦合磁场(在下文中简称为交换耦合场)，这将在下文中描述。第一磁性层15最好具有从2至30nm的厚度。
非磁性耦合层16由例如Ru、Rh、Re、Ir、Cr、Cu、Ru合金、Rh合金、Re合金、Ir合金、Cr合金、Cu合金或它们的合金这样的材料所制成。例如，当非磁性耦合层16由Ru所制成时，非磁性耦合层16具有0.4至1.0nm范围的厚度，并且最好具有在大约0.8nm量级的厚度。对于该特定的非磁性耦合层16的厚度范围，第一磁性层15和第二磁性层17(将在下文中描述)的磁化是逆平行的。
17由例如Co或Co合金这样的材料所制成，例如CoCr、CoCrTa、CoCrPt和CoCrPt-M，其中M＝B、Mo、Nb、Ta、W、Cu或其合金。特别是当对第二磁性层17使用Co合金时，Co合金的Co含量可以被设置较高，也就是说，该Co合金可以是富含Co等，从而使交换耦合磁场变大。例如，第二磁性层17最好具有从2至30nm的厚度。当然，第二磁性层17的层面结构不限于单层结构，并且第二磁性层17可以采用多层结构。
保护层18例如可以由C所制成。另外，润滑层19最好由有机润滑剂所制成，例如用于例如旋阀磁头这样的磁性转换器的润滑剂。保护层18和润滑层19在磁性记录介质10的记录表面上形成保护层结构。
显然，在交换层结构下面的层面结构不限于图1中所示的结构。例如，底层13可以由Cr或Cr合金所制成，并且在非磁性基片11形成5至40nm范围的厚度，并且第一磁性层15可以提供在该底层13上。另外，尽管在本实施例中具有逆平行磁化的第一和第二磁性层15和17分别由一个磁性层所形成，但是可以另外在第一磁性层15下方提供一个或多个与相邻磁性层具有逆平行磁化的磁性层。这种情况中，每个另外提供的磁性层的交换耦合场Hex被设置为大于第二磁性层17的矫顽力Hc2，从而每个另外提供的磁性层的磁化(磁化方向)与第一和第二磁性层15和17一同旋转。
具有上述基本结构的磁性记录介质10的特征在于第一和第二磁性层15和17在记录时保持逆平行磁化状态，并且第一和第二磁性层15和17的磁化方向一同旋转。为此原因，需要使施加到磁性记录介质10上的记录磁场(在下文中简称为记录场)在不产生反转磁场(在下文中简称为反转场Hsw*)的范围内，该反转磁场用于把第一磁性层15的磁化转换为与第二磁性层17的磁化相平行。反转场Hsw*的位置可以从第一磁性层15的矫顽力Hc1和由第一和第二磁性层15和17的交换耦合产生的第一磁性层15的交换耦合场Hex1得到，这在下文中更加详细的描述。
交换耦合场Hex是由第一和第二磁性层15和17的交换耦合所产生的磁场。通常，第一磁性层15的交换耦合场Hex1可以从Hex1＝J/t1Ms1获得，其中J表示交换耦合常数，t1表示第一磁性层15的厚度，Ms1表示第一磁性层15的磁化。类似地，第二磁性层17的交换耦合场Hex2可以从Hex2＝J/t2Ms2获得，其中J表示交换耦合常数，t2表示第二磁性层17的厚度，Ms2表示第二磁性层17的磁化。在本说明书中，将对在第一磁性层15中产生的交换耦合场Hex1进行描述。
当交换耦合场Hex1被设置为大于第一磁性层15的矫顽力Hc1和第二磁性层17的矫顽力Hc2时，可以使第一和第二磁性层15和17相互逆平行地磁化。另外，由于可以从交换耦合场Hex1和第一磁性层15的矫顽力Hc1的和获得所需的反转场Hsw*，这将在下文中描述，可以执行记录并且通过把不达到反转场Hsw*的水平的记录场施加到磁性记录介质10上而把第一和第二磁性层15和17保持在逆平行状态。
另外，当第一磁性层15的矫顽力Hc1被设置为较大时，第二磁性层17的矫顽力Hc2与反转场Hsw*之间的差别变大，从而使磁性记录介质10设计的自由度增加。
在本说明书中，反转场Hsw*是指在第二磁性层17的矫顽力Hc2小于交换耦合场Hex1的状态中，当外部场施加到磁性记录介质10上并且增加场强时把第一磁性层15的磁化切换为与第二磁性层17的磁化相平行的场。
下面，将给出对包含在磁性记录介质10中的上述特征结构给出更加详细的描述。
在本实施例中，例如第二磁性层17的矫顽力Hc2被设置为大约4koe(千奥斯特)，并且第一磁性层15的矫顽力Hc1被设置为大约0.5koe。因此，第二磁性层17的矫顽力Hc2与第一磁性层15的矫顽力Hc1相比足够大。
第二磁性层17的磁化和厚度乘积t2Ms2被设置为大于第一磁性层15的磁化和厚度乘积t1Ms1。因此，在再现时，通过从第二磁性层17的磁化和厚度乘积t2Ms2减去第一磁性层15的磁化和厚度乘积t1Ms1而获得的差值主要对再现的信号有贡献。另外，由于第一磁性层15的磁化和厚度乘积t1Ms1被设置为较小，因此交换耦合场Hex1可以较大，因为如上文所述Hex1＝J/t1Ms1。
另外，在本实施例的磁性记录介质10中，除了图1中所示的基本结构之外，需要提供一个耦合强化区域，用于强化第二磁性层17和第一磁性层15之间的交换耦合强度。
图2为示出包含耦合强化区域的图1的磁性记录介质10的实施例的一个变型的一部分的放大截面视图。更加具体来说，图2示出磁性记录介质10的变型部分的层面结构，包括在非磁性耦合层16和第一和第二磁性层15和17之间的耦合强化区域。
在图2中所示的层面结构中，下层的耦合强化区域21提供在第一磁性层15和非磁性耦合层16之间，并且上层的耦合强化区域22提供在非磁性耦合层16和第二磁性层17之间。但是，提供上层和下层耦合强化区域21和22不是本质性的，并且可以仅仅提供其中一个上层和下层耦合强化区域21和22。下层耦合强化区域21的磁化与第一磁性层15的磁化相平行，并且上层耦合强化区域22的磁化与第二磁性层17的磁化相平行。下层耦合强化区域21与第一磁性层15一同具有强化第一和第二磁性层15和17之间的交换耦合的功能。类似地，上层耦合强化区域22与第二磁性层17一同具有强化第一和第二磁性层15和17之间的交换耦合的功能。即使当仅仅提供其中一个上层和下层耦合强化区域22和21，也可以强化第一和第二磁性层15和17之间的交换耦合。
下层耦合强化区域21可以形成为第一磁性层15或非磁性耦合层16的一部分，或者它可以形成为在第一磁性层15的表面或在非磁性耦合层16上的一个界面。另外，下层耦合强化区域21可以形成为一个完整的层面，具有相对均匀的厚度，或者它可以形成为一系列的突起。
上层和下层耦合强化区域22和21最好由Fe、Co、Ni或其合金所制成。最好使用例如Co、CoCr和CoCrTa这样的材料用于上层和下层耦合强化区域22和21。另外，上层和下层耦合强化区域22和21还可以由Co-X、CoCr-Y或CoCrTa-Y所制成，其中X＝Pt、Ta、B、Cu、W、Mo、Nb、Ru、Rh、Ir或其合金，并且Y＝Pt、B、Cu、W、Mo、NB、Ru、Rh、Ir或其合金。
最好使形成每个上层和下层耦合强化区域22和21的材料的最大厚度限制为大约2nm。另外，形成每个上层和下层耦合强化区域22和21的材料可以在表面状态或者分布状态中。例如，即使在所用的所需材料以颗粒状态分布或者在第一磁性层15的表面上的状态下，也足以表现出强化交换耦合强度的功能。相应地，即使在仅仅最少量的所需材料分布在第一磁性层15中或在第一磁性层15的表面上，该分布的材料总体上足以作为一个耦合强化区域。
在每个上层和下层耦合强化区域22和21中所需材料的厚度大约为2.0nm或更小。由于磁性记录介质10的所需特性根据形成上层和下层耦合强化区域22和21的材料而改变，则需要考虑到这种因素而确定形成每个上层和下层耦合强化区域22和21的材料的厚度。
例如Fe、Co、Ni及其合金这样适用于形成上层和下层耦合强化区域22和21的材料还被用于形成第一和第二磁性层15和17。因此，形成上层和下层耦合强化区域22和21的材料的成份可以与形成第一和第二磁性层15和17的材料成份相同或相类似。但是，最好使形成上层和下层耦合强化区域22和21的材料与形成第一和第二磁性层15和17的材料相比富含Co(或类似的成分)。例如，与包含Co并且通常用于形成磁性层的材料相比，最好使形成上层和下层耦合强化区域22和21的材料的Co含量至少为多10at％至20at％。因此，即使在具有类似成份的材料用于上层和下层耦合强化区域22和21和第一和第二磁性层15和17的情况下，上层和下层耦合强化区域22和21与第一和第二磁性层15和17相比是富含Co的。
上述富含Co(或者类似的成份)的材料还被用于形成第一和第二磁性层15和17。这种情况中，下层耦合强化区域21包含在第一磁性层15中，并且第一磁性层15的表面(即，第一磁性层15和非磁性耦合层16之间的界面)基本上对应于下层耦合强化区域21。因为，上层耦合强化区域22包含在第二磁性层17中，并且第二磁性层17的表面(即，第二磁性层17与非磁性耦合层16之间的界面)基本上对应于上层耦合强化区域22。因此，在这种情况下不需要准备用于分别形成上层和下层耦合强化区域22和21的材料。
相应地，下层耦合强化区域21仅仅需要基本上存在于第一磁性层15与非磁性耦合层16的交界处，并且上层耦合强化区域22仅仅需要基本上存在于第二磁性层17与非磁性耦合层16的交界处。
在这种变型中，上层和下层耦合强化区域22和21最好分别由具有1nm厚度的Co所制成。通过采用包含上层和下层耦合强化区域22和21的层面结构，第一和第二磁性层15和17之间的交换耦合强度增加。另外，在第二磁性层17的矫顽力Hc2、第一磁性层15的矫顽力Hc1和第一磁性层15的交换耦合场Hex1中，矫顽力Hc1和矫顽力Hc2小于交换耦合场Hex1。根据该层面结构，矫顽力Hc2本质上小于反转场Hsw*。
图3为示出图2的磁性记录介质10的变型的磁滞回线。更加具体来说，图3示出该磁滞回线，其中横坐标轴表示场强，并且纵坐标轴表示由于科尔效应所产生的科尔信号。应当指出，图1实施例的磁滞回线将类似于图3中所示的形状，只是各种参数将有一些改变。
在图3的上部分所示的箭头ST1至ST4分别表示第一和第二磁性层15和17的磁化状态(即磁化方向的状态)。图3中所示的磁滞回线表示在中央部分的主磁滞回线MAR以及在右侧和左侧部分的从磁滞回线SUR。
大的主磁滞回线MAR是关于第一和第二磁性层15和17的磁化一同旋转并保持逆平行状态的情况，也就是说，是关于状态ST2和状态ST3交替重复的情况。
另一方面，在右侧的小的从磁滞回线SUR示出第一磁性层15的磁化相对于第二磁性层17的磁化从逆平行状态切换到的平行状态的情况，反之亦然。在图3中，γ表示反转场Hsw*的位置，其中第一磁性层的磁化相对于第二磁性层17的磁化从逆平行状态切换到平行状态。
从磁滞回线SUR可以被认为是表示第一磁性层15的磁化状态的磁滞回线(小的回线)。换句话说，当从由δ表示的状态(剩磁状态)在正向方向(+10koe)施加磁场时，从磁滞回线SUR通过位置γ，并且跟随在右侧上的SUR-1之后。这种状态中，第一磁性层15的磁化从相对于第二磁性层17的磁化逆平行的状态ST3切换到相对于第二磁性层17的磁化平行的状态ST4。另一方向，当磁场从状态ST4减小时(即，减小10koe)，从磁滞回线SUR跟随在左侧上的SUR-2之后。在该状态中，第一磁性层15的磁化从与第二磁性层17的磁化相平行的状态ST4切换到与第二磁性层17的磁化逆平行的状态ST3。
因此，从图3可以看出，当在主磁滞回线MAR的范围内施加记录场时，其中所施加的磁场小于由γ所表示的反转场Hsw*，第一和第二磁性层15和17的磁化可以保持在逆平行状态。
从磁滞回线SUR的大约中心位置表示第一磁性层15的交换耦合场Hex1。另外，在主磁滞回线MAR中，β表示旋转磁化方向并保持第一和第二磁性层15和17的磁化方向逆平行的场强。场强β大约对应于第二磁性层17的矫顽力Hc2。
第一和第二磁性层15和17的磁化方向一同旋转并且保持第一和第二磁性层15和17的磁化方向逆平行的条件是至少第二磁性层17的矫顽力Hc2小于第一磁性层15的交换耦合场Hex1，并且施加到磁性记录介质10上的磁场不大于反转场Hsw*。
如上文所述，由于从磁滞回线SUR可以被认为是表示第一磁性层15的磁化状态，第一磁性层15和反转场Hsw*之间的差别被作为第一磁性层15的矫顽力Hc1。因此，反转场Hsw*等于第一磁性层15的交换耦合场Hex1与矫顽力Hc1之和(Hsw*＝Hex1+Hc1)。
在图3中所示的特殊情况中，第二磁性层17的矫顽力Hc2满足条件Hc2＜Hex1，以及本质上Hc2＜(Hex1+H1)和Hc2＜Hsw*。在这种情况中，反转场Hsw*的位置可以通过使用第一磁性层15的交换耦合场Hex1和矫顽力Hc1而规定，并且在设计磁性记录介质10中使用。
通过使用在图3中所示的范围MT中记录场，其满足Hc2和Hsw*的关系，可以对磁性记录介质10执行记录，并且把第一和第二磁性层15和17的磁化保持在逆平行状态。
尽管上文的描述是对于图3的右侧上的从磁滞回线SUR而给出的，但是在左侧上的从磁滞回线基本上相对于原点与右侧上的回线相对称。相应地，在本说明书中将省略对左侧的从磁滞回线的描述。
下面将参照数值给出对图3中所示的磁滞回线的更加详细的描述。在磁性记录介质10的变型中，提供耦合强化区域21和22以强化第一和第二磁性层15和17的交换耦合。相应地，第一和第二磁性层15和17之间的交换耦合场Hex被提高到大约5koe，并且反转场Hsw*大约为5.5koe。
第一磁性层15的交换耦合场Hex1被设置为大于第二磁性层17的矫顽力Hc2，并且第二磁性层17的矫顽力Hc2和反转场Hsw*满足关系Hc2＜Hsw*。
当满足上述关系时，当从由α表示的剩磁状态施加记录场并且出现图3中的β所示的磁化切换时，总是可以使第一和第二磁性层15和17的磁化保持在逆平行状态。换句话说，在状态α中(剩磁状态)，第一和第二磁性层15和17的磁化处于逆平行状态ST2，但是当在与第二磁性层17的磁化相反的反向施加记录场时，当记录场变为大于第二磁性层17的矫顽力Hc2时，大约在由β所表示的位置，该第二磁性层的磁化被切换到到状态ST3。
在这种情况下，第二磁性层17的矫顽力Hc2和第一磁性层15的交换耦合场Hex1满足关系Hc2＜Hex1。为此原因，第一磁性层15强耦合到第二磁性层17，并且第一磁性层15的磁化与第二磁性层17的磁化同时切换，并且第一和第二磁性层15和17的磁化保持逆平行。第一和第二磁性层15和17的磁化的逆平行状态保持在剩磁状态中，也就是说，在由δ所表示的位置处，其中记录场变为零。
换句话说，在上述第一和第二磁性层15和17的磁化保持逆平行的状态中，用于保持第一和第二磁性层15和17的磁化逆平行的交换耦合强度(或者力)大于施加到磁性记录介质10的外部记录场。。
图4A和4B分别为示出本发明的磁性记录介质10和以前在上述美国专利申请S.N.09/425,788提出磁性记录介质的磁化的切换。
在磁性记录介质10的情况中，通过预定的记录场实现磁化从状态I到状态III的切换而完成该切换处理，反之亦然，如图4A中所示。
但是在以前提出的磁性记录介质的情况中，从状态I到状态III的切换仅仅通过状态II而实现，在这状态中对应于第一磁性层15的铁磁层的磁化平行于与第二磁性层17相对应的磁性层的磁化。换句话说，需要从状态I到状态II的切换以及从状态II到状态III的另一个切换，以实现从状态I到状态III的切换，并且需要从状态III到状态II的切换以及从状态II到状态I的另一个切换，以实现从状态III到状态I的切换。
因此，从图4A和4B的比较可以看出，由于直接从状态I到状态III的高速磁化切换，反之亦然，因此本发明的磁性记录介质10与以前提出的磁性记录介质相比可以实现高速的记录。
在本发明中，耦合强化区域被用于进一步提高第一和第二磁性层15和17之间的交换耦合。但是，第一和第二磁性层15和17之间的交换耦合强度还可以通过改变形成非磁性耦合层16的材料的界面状态而调整。例如，第一和第二磁性层15和17之间的交换耦合强度可以通过改变形成非磁性耦合层16的Ru的界面状态而调整。另外，还可以通过改变每个第一和第二磁性层15和17的成份和厚度，通过改变每个第一和第二磁性层15和17的磁粒状态，或者通过提高非磁性耦合层16和第一磁性层15和/或第二磁性层17之间的Ru界面等等的平滑度，而调整和增强第一和第二磁性层15和17之间的交换耦合强度。更加具体来说，可以通过减小第一磁性层15和/或第二磁性层17的厚度，通过增加第一磁性层15和/或第二磁性层17的Co含量(或者Co成份)，或者通过增加第一磁性层15和/或第二磁性层17的磁粒尺寸，而增加第一和第二磁性层15和17之间的强化耦合强度。
另一方面，通过减小第二磁性层17的矫顽力Hc2，可以保持上述第二磁性层17的矫顽力Hc2和第一磁性层15的交换耦合场Hex1之间的关系，而不改变交换耦合强度(也就是说，保持交换耦合强度基本上为常量)。更加具体来说，可以通过改变第二磁性层17的材料、添加剂和制造工艺，从而改变微结构、晶体结构和磁畴结构，而调节第二磁性层17的矫顽力Hc2。例如，当由CoCrPtB形成第二磁性层17时，可以通过降低CoCrPtB中的Pt含量而降低矫顽力Hc2。
另外，增加第一磁性层15的矫顽力Hc1也是一种满足关系Hc2＜Hex1+Hc1的方法。但是，如果矫顽力Hc1过度增加，则出现不可能在剩磁状态下保持第一和第二磁性层15和17的磁化的逆平行状态。相应地，还需要把矫顽力Hc1设计为小于交换耦合场Hex1。
图1的实施例和图2的变型中的磁性记录介质10的一个重要方面是切换第一和第二磁性层15和17的磁化，并且通过把大于矫顽力Hc2的记录场施加到介质10上，并且通过使用各种方法来控制第一磁性层15的交换耦合场Hex1、第二磁性层17的矫顽力Hc2和第一磁性层15的矫顽力Hc1，仍然保持第一和第二磁性层15和17的磁化为逆平行。另外，施加到磁性记录介质10上的记录场还需要小于反转场Hsw*。结果，不可能执行切换第一和第二磁性层15和17的磁化并且保持第一和第二磁性层15和17的磁化为逆平行的高速切换处理。
从图3可以看出，与反转场Hsw*相比，如果施加到磁性记录介质10上的记录场较大，则第一磁性层15的磁化变为与第二磁性层17的磁化相平行，这是所不希望的。相应地，记录场的最大值应当大于第二磁性层17的矫顽力Hc2，但是小于反转场Hsw*，也就是说最大记录场应该设置在图3中的β与γ之间的范围内。换句话说，最好使来自记录头的记录场不超过反转场Hsw*。
因此，通过控制第二磁性层17的矫顽力Hc2和第一磁性层15的交换耦合场Hex1，以满足关系Hc2＜Hex1并且通过保持来自记录头的记录场不超过反转场Hsw*，可以切换第一和第二磁性层15和17的磁化并且保持这些磁化方向逆平行。与以前提出的上述磁性记录介质不同，在本发明中，在记录过程中，不存在使第一和第二磁性层15和17的磁化变为平行的状态II，为此原因，本发明可以实现高速记录。在本发明中将不会出现由于上述原因造成的非线性跃变(NLTS)的退化。另外，即使当紧接着在记录之后执行高速再现时也可以进行正常的再现。
图5为示出所谓构图介质的记录表面的一部分的放大示图。图5中所示的构图介质每单元面积的存储容量比常规磁性记录介质大几倍。与常规磁性记录介质的结构不同，该构图介质30具有单位记录部分31，这时人工设计的作为由光刻技术等等所形成的微磁记录区域。相邻单元记录部分31的边界被在构图介质30的记录表面上分离，从而实现低噪声。因此，不需要使用例如Cr这样的添加剂来促进分离和减小粒度。为此原因，磁性层可以由具有小量添加剂含量和大的Co含量(Co成份)的材料所制成。也就是说可以使用能够获得大的交换耦合的材料。结果，可以容易的满足第一磁性层15的交换耦合场Hex1的如下关系，其中交换耦合场Hex1大于第一和第二磁性层15和17的矫顽力Hc1和Hc2。
在根据本发明的磁性记录介质的另一个实施例中，本发明被应用于上述构图介质30。更加具体来说，在本实施例中，每个单位记录部分31具有叠层结构，其中包括至少第一磁性层15、非磁性耦合层16和第二磁性层17，其满足上述图1的实施例和图2的变型的关系。根据本实施例，可以实现具有进一步提高的高记录密录并且可以执行进一步提高的高速记录和再现的磁性记录介质。
在上述实施例和变型中，第一磁性层15、非磁性耦合层16和第二磁性层17按次序叠加在非磁性基片11上。但是，可以按次序把第二磁性层17、非磁性耦合层16和第一磁性层15叠加在非磁性基片11上。但是，一般来说需要把主要负责记录的磁性层设置在接近磁头的磁性记录介质的一侧上。
接着将参照图6和7给出根据本发明的磁性存储装置的一个实施例的描述。图6为示出根据本发明的磁性存储装置的基本部分的截面视图，并且图7为图6中所示的磁性存储装置的平面视图。
如图6和7中所示，磁性存储装置40一般包括壳体43。电机44、中轴45、多个磁性记录介质46、多个记录和再现头47、多个悬架48、多个支臂49以及激励单元41都包含在该壳体43内。磁性记录介质46安装在由电机44所旋转的中轴45上。每个记录和再现头47通过悬架48安装在相应的支臂49末端。支臂49由激励单元41所移动。该磁性存储装置的基本结构是已知的，并且在本说明书中省略对它的详细描述。
该磁性存储装置的实施例的特征在于该磁性记录介质46。每个磁性记录介质46具有结合图1至5所述的磁性记录介质的任何一个实施例和变型的结构。另外，从记录和再现头47的记录头施加到磁性记录介质46上的记录场被控制为大于磁性记录介质46的第二磁性层的矫顽力Hc2并且小于反转场Hsw*。当然，磁性记录介质46的数目不限于3个，例如可以提供一个、两个、四个或者更多的磁性记录介质46。
该磁性存储装置的基本结构不限于图6和7中所示。另外，在本发明中所用的磁性记录介质不限于磁盘。
另外，本发明不限于这些实施例，而是可以做出各种改变和变型而不脱离本发明的范围。

Claims (21)

1.一种磁性记录介质，其中包括：
具有矫顽力Hc1的第一磁性层；
具有矫顽力Hc2的第二磁性层；以及
位于第一和第二磁性层之间的非磁性耦合层，使得第一和第二磁性层被交换耦合，并且第一和第二磁性层的磁化是逆平行的；
所述第一磁性层具有交换耦合场Hexl，其大于所述矫顽力Hc1和所述矫顽力Hc2。
2.根据权利要求1的磁性记录介质，其特征在于，切换所述第一磁性层的磁化变为与所述第二磁性层的磁化相平行的反转磁场Hsw*被设置为所述交换耦合场Hex1与所述矫顽力Hc1之和。
3.根据权利要求1的磁性记录介质，其特征在于，所述第一磁性层的磁化和厚度乘积t1Ms1小于所述第二磁性层的磁化和厚度乘积t2Ms2，其中t1表示所述第一磁性层的厚度，Ms1表示所述第一磁性层的磁化，t2表示所述第二磁性层的厚度，Ms2表示所述第二磁性层的磁化。
4.根据权利要求1的磁性记录介质，其特征在于，所述矫顽力Hc1小于所述矫顽力Hc2。
5.根据权利要求1的磁性记录介质，其中进一步包括：
提供在所述非磁性耦合层与所述第一磁性层的交界附近的耦合强化区域，其中所述耦合强化区域强化所述第一磁性层和所述第二磁性层之间的交换耦合强度。
6.根据权利要求5的磁性记录介质，其特征在于，所述耦合强化区域由选自Fe、Co、Ni及其合金的材料所制成。
7.根据权利要求5的磁性记录介质，其中该耦合强化区域包括分散在所述第一和第二磁性层的至少一个的边界部分中的材料。
8.根据权利要求1的磁性记录介质，其中进一步包括：
提供在所述非磁性耦合层与所述第二磁性层的交界附近的耦含强化区域，其中所述耦合强化区域强化所述第一磁性层和所述第二磁性层之间的交换耦合强度。
9.根据权利要求8的磁性记录介质，其特征在于，所述耦合强化区域由选自Fe、Co、Ni及其合金的材料所制成。
10.根据权利要求1的磁性记录介质，其中进一步包括：
提供在所述非磁性耦合层与所述第一磁性层的交界附近的第一耦合强化区域，其中所述第一耦合强化区域强化所述第一磁性层和所述第二磁性层之间的交换耦合强度；以及
提供在所述非磁性耦合层与所述第二磁性层的交界附近的第二耦合强化区域，其中所述第二耦合强化区域强化所述第一磁性层和所述第二磁性层之间的交换耦合强度。
11.根据权利要求10的磁性记录介质，其特征在于，至少所述第一耦合强化区域和第二耦合强化区域之一由选自Fe、Co、Ni及其合金的材料所制成。
12.根据权利要求1的磁性记录介质，其被形成为一个构图的介质，并且所述第一磁性层、所述非磁性耦合层以及所述第二磁性层叠加在该构图介质的多个单元记录部分中的每一个中。
13.一种构图的介质，其中包括：
记录表面；以及
多个位于所述记录表面上的单元记录部分，其具有与相邻单元记录部分分离的边界；
所述多个单元记录部分的每一个具有叠层结构，包括：
具有矫顽力Hc1的第一磁性层；
具有矫顽力Hc2的第二磁性层；以及
位于所述第一磁性层和所述第二磁性层之间的非磁性耦合层，使得所述第一和第二磁性层被交换耦合，并且所述第一和第二磁性层的磁化是逆平行的；
所述第一磁性层具有交换耦合场Hexl，其大于所述矫顽力Hc1和所述矫顽力Hc2。
14.根据权利要求13的磁性记录介质，其中进一步包括：
提供在非磁性耦合层与第一和第二磁性层中的至少一个的交界附近的耦合强化区域，其中所述耦合强化区域用于强化第一和第二磁性层之间的交换耦合强度。
15.一种磁性存储装置，其中包括：
至少一个磁性记录介质；以及
至少一个用于对该磁性记录介质施加磁场的磁头；
所述磁性记录介质包括：
具有矫顽力Hc1的第一磁性层；
具有矫顽力Hc2的第二磁性层；以及
位于所述第一磁性层和所述第二磁性层之间的非磁性耦合层，使得所述第一和第二磁性层被交换耦合，并且所述第一和第二磁性层的磁化是逆平行的；
所述第一磁性层具有交换耦合场Hexl，其大于所述矫顽力Hc1和所述矫顽力Hc2。
16.根据权利要求15的磁性存储装置，其中来自所述磁头的磁场大于所述矫顽力Hc2并且小于把所述第一磁性层的磁化切换为与所述第二磁性层的磁化相平行的反转磁场Hsw*。
17.根据权利要求16的磁性存储装置，其中所述反转磁场Hsw*被设置为交换耦合场Hex1与所述矫顽力Hc1之和。
18.一种磁性存储装置，其中包括：
至少一个磁性记录介质；以及
至少一个用于对该磁性记录介质施加磁场的磁头；
所述磁性记录介质包括：
第一磁性层；
第二磁性层；以及
位于所述第一磁性层和所述第二磁性层之间的非磁性耦合层，使得所述第一和第二磁性层被交换耦合；
其中在记录过程中，施加到记录介质上的磁场被限制在一个范围内，使得所述第一磁性层和所述第二磁性层的磁化被保持在第一逆平行状态或第二逆平行状态，而不进入平行状态，从而在所述第二逆平行状态中，所述第一磁性层和所述第二磁性层的磁化相对于所述第一逆平行状态中的磁化被反转，但是仍然保持逆平行。
19.根据权利要求18的磁性存储装置，其中进一步包括：
提供在所述非磁性耦合层与所述第一和第二磁性层中的至少一个的交界附近的耦合强化区域，其中所述耦合强化区域用于强化所述第一磁性层和所述第二磁性层之间的交换耦合强度。
20.根据权利要求18的磁性存储装置，其中进一步包括：
提供在所述非磁性耦合层与所述第一磁性层的交界附近的第一耦合强化区域，其中所述第一耦合强化区域用于强化所述第一磁性层和所述第二磁性层之间的交换耦合强度；以及
提供在所述非磁性耦合层与所述第二磁性层的交界附近的第二耦合强化区域，其中所述第二耦合强化区域用于强化所述第一磁性层和所述第二磁性层之间的交换耦合强度。
21.根据权利要求19的磁性存储装置，其中该耦合强化区域包括分散在所述非磁性耦合层与所述第一和第二磁性层中的至少一个的交界处、所述第一和第二磁性层中的至少一个的表面部分内。
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