CN1577508A - 磁记录介质用衬底 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种经表面处理的磁记录介质用衬底，其在无磁性衬底上方具有均匀的成膜性并且可含有厚膜，以及提供包括记录层的磁记录介质。更具体的，本发明提供包括无磁性衬底以及位于无磁性衬底上的底镀层的经表面处理的磁记录介质用衬底是有效的，其中无磁性衬底进行了亲水性处理。还发现，包括进表面处理的磁记录介质用衬底、软磁层和记录层的磁记录介质优选作为垂直记录介质。此外，提供一种包括无磁性衬底和位于无磁性衬底上的底镀层的经表面处理的磁记录介质用衬底是有效的，其中无磁性衬底的表面包含有直径至少为50nm且小于1000nm，且其深度小于其直径的凹坑形状。

Description

磁记录介质用衬底

技术领域

本发明涉及一种磁记录介质，其包括一个用于磁记录介质的衬底和一个记录层。

背景技术

在磁性记录领域中，利用硬盘设备进行信息记录是计算机(例如，个人计算机)首要外部记录设备必不可少的。随着硬盘驱动的记录密度的增加，能够进行更高密度的记录的垂直磁记录类型的发展得以推进，代替了传统的硬盘驱动纵向磁记录类型。

垂直磁记录中，相邻字节的磁场方向与磁化方向是一致的，在相邻字节之间形成一个封闭的磁电路，并且由自身磁化引起的自减磁场(下面称作“抗磁磁场”)比在横向磁记录中小，磁化环境稳定。

垂直磁记录中不用特别要求磁膜很薄来使得记录密度增加。从这些方面来看，垂直磁记录能够减少抗磁磁场并使KuV值稳定，其中Ku表示各向异性能量，特别在磁记录情况下表示磁晶各向异性能量，V表示单位记录比特量。因此，具有了抵抗热起伏磁化的稳定性，并可认为这是一种记录方法，使得记录极限有显著提升变为可能。对于记录介质，垂直记录介质与横向记录介质非常密切相关，有可能使用基本相同的传统的技术，在磁记录的读与写方面也都这样的。

垂直磁记录介质包括软磁性内衬层(典型地是坡莫合金等)，记录膜(其候选材料为基于CoCr的合金，PtCo层和Pd及Co超薄膜的交替层压层的多层膜，以及SmCo无定形膜)，保护层，和润滑层，都形成于衬底上。垂直磁记录介质的内衬层必须是软磁性的，并且膜厚度为约100nm到约500nm。由于软磁性内衬层上的记录膜是磁通量的通道，因此软磁性内衬层也是来自记录磁头写流量的通道。由此，它与永久磁铁上铁轭的磁电路扮演着相同的角色，由此也就需要其是厚的膜。

与横向记录介质中的基于Cr的无磁性底膜的形成相比，形成垂直记录介质的软磁性内衬层膜不是一件简单的事情。通常，构成横向记录介质的膜都是通过干燥处理的(主要使用磁控溅射法)(日本专利临时公开号5-143972/1993)。通过干燥处理形成垂直记录介质的膜也已经研究出来了。然而从批量生产和产率这方面来看，由于处理的稳定性，参数设定的复杂性，以及更多其他因素，处理速度等，使得通过干燥处理形成膜还存在着很大问题。此外，为达到更高密度的目的，必须使得磁盘表面上方的头浮标的高度(飞行高度)尽可能低。因此，制造垂直记录介质过程中，需要用金属膜覆盖衬底，其金属膜的厚度能够通过磨擦调平。然而，通过干燥处理获得的厚膜的粘合力很低，通过研磨调平很成问题。因而，进行了各种测试，通过镀敷方法用金属膜覆盖无磁性衬底，厚膜能够通过比真空沉积方法更容易的方法而形成。

为了通过湿法镀敷进行良好粘合的镀敷，在镀膜和基材之间的连接部分存在大量的能够充当减少镀液中金属离子的催化剂材料是非常重要的。此外，已形成的镀膜和电镀衬底之间的粘结强度随着由电镀衬底表面不平坦引起的机械粘固效应的改变而改变，或随着电镀衬底与镀膜之间的化学相互作用。

例如，为了对一个化学反应活性弱的材料如塑料，陶瓷或玻璃表面进行电镀，基于机械粘固的可靠粘结方法被广泛应用，其中，在通过抛光等操作对衬底表面进行粗糙化之后，通过将衬底浸渍在Pd-Sn胶体溶液中，使胶粒固定在其表面的锯齿状部分，并利用这些附着的胶体作为催化起点进行电镀。

另一方面，在对如Fe等金属表面进行电镀时，电镀开始之后立即在镀膜与电镀金属之间进行金属键，并且据信通过在原子层水平生产合金来确保强的粘结力。

再一方面，作为电镀衬底的硅晶片的表面是防水的，非常干燥，并且其被钝化而使表面覆盖一层化学反应活性弱的SiO₂天然氧化物膜。出于这个原因，很难与镀膜形成化学键。另外，存在这样的问题，进行表面处理后硅晶片的表面是防水的，非常干燥，并且在镀膜时形成不均匀的膜。

硅表面的天然氧化膜能够通过浸在HF等中而被除去，这是众所周知的。然而，表面上被除去天然氧化膜的硅很容易又被氧化，以至于当硅浸在镀液中时，在镀膜形成之前，又与溶液中的OH基反应再次形成氧化膜。从而，不能获得一个良好的镀膜。

因此，当电镀硅衬底的时候，将衬底表面粗糙化加工之后将其浸湿在Pd-Sn胶体中来进行电镀，类似于前面描述的电镀塑料等材料的方法。作为选择，电镀金属层能够通过如溅射喷镀的气相沉积作用来形成。

然而，将表面粗糙化加工之后进行电镀加工，如果电镀层的粘度增加，衬底表面的粗糙度也必须相应地增加。因此，这就不适合电镀那些在电子材料等中用到的半导体片等。另外，如果通过机械加工使衬底表面粗糙化，就会产生加工痕迹，由该痕迹的尺寸和形状引起的衬底强度在很大程度上减弱的问题就会发生。

发明内容

本发明的第一方面的目的是提供一种经表面处理的磁记录介质用衬底，其在无磁性衬底上方具有成膜均匀性并且可含有厚膜，并且磁记录介质包括记录层。

根据对经表面处理的磁记录介质用衬底(其在无磁性衬底上方具有成膜均匀性并且可含有厚膜)，以及软磁层和包含记录层的磁记录介质的反复认真研究，本发明的发明人发现，为了达到上述目的，提供一个包括无磁性衬底以及位于无磁性记录衬底上的底镀层的经表面处理的磁记录介质用衬底是有效的，其中无磁性衬底的表面经过亲水性处理。本发明的发明人发现，优选地，亲水性处理是醇处理或过氧化氢溶液处理。发明人还发现，包括磁记录介质用衬底，以及软磁层和记录层的磁记录介质优选作为垂直记录介质。

根据本发明的第一方面，表面进行了亲水处理的无磁性衬底，在衬底上或其上方具有有利的成膜均匀性。从而，能够提供一个能够包含厚膜的经表面处理的磁记录介质用衬底。

本发明的第二方面的目的在于提供一种经表面处理的磁记录介质用衬底，其具有充分强的粘合力，在无磁性衬底上方成膜时能够承受如抛光等的调平加工且其能够包含厚膜，以及提供包括记录层的磁记录介质。

根据对含有粘结在无磁性衬底上的厚膜的经表面处理的磁记录介质用衬底，以及软磁层和包括记录层的磁记录介质的反复认真研究，本发明的发明人发现，为了达到上述目的，提供一种包括无磁性衬底和位于无磁性衬底上的底镀层的经表面处理的磁记录介质用衬底是有效的，其中优先地，无磁性衬底的整个表面包含有直径至少为50nm且小于1000nm的凹坑形状，且其深度小于其直径。还发现凹坑形状的深度至少为0.1nm且至多为100nm是优选的。此外，也可以进一步在底镀层上或上方提供一个软磁层。

无磁性衬底与底镀层之间的粘合力的增加的原因是因为具有预定凹坑形状的无磁性衬底的表面。因此，有可能提供一种具有充分强的粘合力，能够承受如抛光等的调平加工且能够包含厚膜的经表面处理的磁记录介质用衬底。

附图说明

图1是根据本发明的一个例子的垂直磁记录型硬盘介质的代表性示意图。

图2是用电子显微镜拍得的例3的Si单晶衬底表面的照片。

图3是用电子显微镜拍得的例4的Si单晶衬底表面的照片。

具体实施方式

在无磁性衬底上方形成膜之前形成一个高粘性材料的底镀层，这样可以不必在衬底表面进行不必要的粗糙化处理或各种活化处理等，就可以得到具有良好粘合力的软磁性膜。另外，因为本发明能够进行湿法无电置换镀敷法，与气相沉积法等相比，湿法非常简单，且产率优异。而且，底镀层作为底膜具有非常良好的特性，因为成膜后的底镀膜的表面活性很高，以至于无需进行特殊的活化步骤就可以继续进行镀敷处理了。

对于本发明中用作无磁性衬底的衬底没有特殊的限制。该无磁性衬底可以预先在其表面用镍磷镀敷处理。该无磁性衬底可以是一种可在其上进行镀敷的衬底。

本发明的无磁性衬底可以特别优选地是一种通过CZ(Czochralski)方法或FZ(Floating Zone)方法制造的Si单晶材料。衬底的表面方位可以是任何方位，包括例如(100)，(110)或(111)。此外，无磁性衬底可以在衬底中含有一种或多种如B、P、N、As以及Sn的杂质，总量为0至10²²原子/平方厘米。然而，当利用在同一衬底表面上具有不同结晶方位的多晶Si，或杂质的分布极其局部化的Si作为衬底时，在衬底上形成的底镀层就会因为化学反应活性的差异而不均匀。此外，如果使用具有极其局部化的衬底，将不可能获得本发明中所述的底镀层结构，因为在底镀膜形成过程中在衬底表面的局部形成了局部电池。

发明中，有可能通过轻微蚀刻如Si衬底这样的无磁性衬底的表面的氧化层来优选地实现形成底镀层的活化过程。在发明中，优选地使用2至60重量％苛性钠等的碱水溶液来进行蚀刻，在轻微腐蚀衬底表面的同时，除去表面氧化层。此时，达到活化基材的蚀刻速度优选地是20nm/min至5μm/min，蚀刻总量优选地至少为40nm的Si材料。虽然蚀刻过程中的流体温度根据浓度和处理持续时间而不同，然而从可操作性这一点来看，优选温度在30至100℃范围内。

根据本发明的第二方面，根据对蚀刻以及蚀刻前后的无磁性衬底的认真研究结果，发明人发现，当无磁性衬底的整个表面优选地具有直径至少为50nm且小于1000nm，且深度小于直径的凹坑形状时，底镀层的粘合力有显著的改进。凹坑形状的深度优选地为至少0.1nm和至多100nm。凹坑形状是一种可通过电子显微镜测量其尺寸的微小凹陷。优选地，该微小凹陷有规则地形成在无磁性衬底的整个表面上，并且优选地，凹陷部分与非凹陷部分的比率为(1至100)∶1。

具有凹坑形状的无磁性衬底能够在无磁性衬底上形成具有良好粘合力的膜，以使得它能够承受如抛光等的调平加工。这可能是因为无磁性衬底表面与底镀层之间的接触面积增加的缘故。此外，这也可能是因为无磁性衬底在被蚀刻之后很难立刻干燥的缘故，虽然原因还不很清楚，但是形成底镀层过程的反应可以顺利进行。

根据本发明的第一方面，经过蚀刻的无磁性衬底要进行亲水性处理。亲水性处理可以优选地通过使用醇或过氧化氢溶液来实现。

醇优选地包含具有1至5个碳的一元醇或多元醇如乙二醇，乙醇以及异丙醇。过氧化氢溶液优选地是1至20重量％的水溶液。通过加入氨水来得到PH值为9至12的过氧化氢溶液也是优选的。

在进行蚀刻过后，亲水性处理能够通过例如将无磁性衬底在醇或过氧化氢溶液中浸泡或者洗涤来实现。优选的亲水性处理的时间和温度为在15至80℃处理30秒到10分钟，尽管根据处理的片数和处理溶液的体积的不同而不同，但更优选的处理温度是20至40℃。

进行了亲水性处理的无磁性衬底上形成的底镀层的粘合力增加了，并且使得无磁性衬底上或上方具有良好的成膜均匀性。这可能是在形成底镀层的过程中，由于亲水处理，由镀液完全覆盖了无磁性衬底的最外表面，或者由镀液具有良好的再循环性而引起的。

蚀刻之后，或者优选地进行额外的亲水性处理之后，通过形成表层而得到一个高粘合力的镀膜材料。该表层可通过浸在镀液中产生，该镀液包含至少0.01N，优选地0.05N至0.3N下列金属离子中的至少一种：Ag、Co、Cu、Ni、Pd以及Pt，或包含上述金属离子作为主要金属离子的一种或多种元素成分。底镀层的厚度优选地为10至1000nm，更优选地是50至500nm。当层的厚度小于10nm时，将不能获得多晶粒的均匀分布。当大于1000nm时，晶粒将膨胀并且不适合作为底镀膜。

优选的成膜方法一般认为是无电置换镀敷法。虽然使用不含如连二磷酸和次氯酸这样起还原剂作用的成分的溶液与传统的置换镀敷法相同，但是本发明中更优选地使用不含如糖精这样的光泽剂的硫酸盐浴液。硫酸盐可包含硫酸镍和硫酸铜。硫酸盐优选的浓度为0.01至0.5N。次氯酸浴液，或者包含不少于0.05N氯离子的浴液不被采纳。这不仅因为很难获得本发明的底镀层，而且还因为在这种情况下Si衬底自身变得不可能镀敷。此外，为了实现本发明的目的，不能使如K、Ca或Na这样的元素以各自浓度不少于0.003N存在于溶液中。因此，氯离子可被限制在小于0.05N，且溶液中可限制分别含有K、Ca及Na等小于0.003N。

关于本发明的镀敷条件，在70至100℃的浴液的PH值可在7.2至12.8范围内。更优选地7.6至8.4。当镀液的温度低于70℃，镀敷将不能进行。当镀液的温度高于100℃，或镀敷期间PH值不在上述的范围之内，自身镀敷是可能的，但是不能获得本发明的底镀膜。优选地PH值可通过加氨水来控制。如果用如苛性钠那样的氢氧化物来控制PH值，那么即使pH值在上述的范围内，实现本发明的技术方案也成问题。虽然其原因现在还不完全清楚，然而溶液中的金属离子能够与如氨水这样的络合物形成剂形成络合离子这一点似乎很重要。

尽管可以根据最初的pH值来调整氨水的供给量，然而也可以向镀液中加入0.02至0.5N的氨水，优选地在0.05至0.2N范围内。

也可以联合使用前面描述的蚀刻处理和底镀敷处理方法来形成底镀层。

软磁层可以形成于本发明的底镀层上或其上方。对软磁层没有特殊的限定，任何现有技术的软磁层都可以使用。软磁层优选地包含Fe、Co、Ni、P、Nb、Zr、B和V等中的一种或多种。例如包含坡莫合金(Fe₈₀Ni₂₀)。

形成软磁层的方法也没有特殊的限制，任何现有技术的方法都可以使用，例如可以使用溅射法。

软磁层的厚度随着其应用以及使用的环境而变动，例如可以是100至1000nm，优选地是100至500nm。

本发明的磁记录介质可优选作为垂直磁记录介质。本发明的磁记录介质可包括无磁性衬底，底镀层以及软磁层。该软磁层可以是单层，或可以是由多层膜组成的多层体。根据本发明，优选地，底镀层和软磁层通过湿法镀敷法形成。通过使用湿法镀敷法形成这些层，能得到良好的特性，其中很容易得到极高产率的简化方法，保持活性还可以继续成膜。

图1示出了本发明的垂直磁记录型硬盘介质的一个例子。本发明的磁记录介质用衬底包括无磁性衬底1，底镀层2和软磁层3。能够提供一种在软磁层3上包括记录层4的磁记录介质。此外，在所述记录膜上或上方形成保护层5以及润滑层6。这些层可以用已知的技术如溅射法或类似方法来形成。

Co记录层是作为记录层的一个实施例，碳保护层是作为保护层的一个实施例，以及，基于氟的润滑层是作为润滑层的一个实施例。也就是说，记录层，保护层以及润滑层都是已知技术。其厚度随着其应用和使用环境而变动。

根据本发明，软磁层和记录层可以只提供在衬底的一面，也可以在衬底的两面都提供软磁层和记录层。

本发明将以下面的例子为基础进行说明，但本发明并不局限于此。

例1

通过CZ方法对直径200mm的Si单晶衬底进行裁剪，切边和折叠，产生一个直径65mm的(100)Si单晶(P掺杂N型衬底)，其两面都用平均粒子尺寸为15nm的胶态二氧化硅进行抛光以得到4nm的表面粗糙度(Rms)。Rms是粗糙度的均方值且可通过AFM(原子力显微镜)进行测量。将Si衬底浸在45℃的10重量％的苛性钠水溶液中3分钟，除去衬底表面的薄氧化膜来完成对Si的蚀刻处理。之后，将衬底浸在乙二醇溶液中1分钟。

接着，向0.1N的硫酸镍水溶液中加入0.5N硫酸铵制备底镀浴液(溶液)，之后再加入氨水使PH值达到9.8。将溶液加热到80℃，再次测量PH值为7.6。继续加入氨水使PH值在80℃时达到8.0(氨水的总量为0.1N)，通过将预先蚀刻过的Si衬底浸在底镀液中5分钟，形成底镀层。

通过荧光X射线分析以及透射电子显微镜显示研究该材料膜，确定有200nm+10nm的均匀底镀层形成。

例2

Si衬底表面的Si蚀刻处理与例1的方法相同，将Si衬底浸在50℃的45重量％的苛性钠水溶液中2分钟，除去衬底表面的薄氧化膜来完成对Si的蚀刻处理。之后，将Si衬底浸在通过加入氨水而调整pH值为9.5的5重量％的过氧化氢溶液中1分钟。接着，向0.2N的硫酸铜水溶液中加入0.2N硫酸铵制备底镀浴液，之后再加入氨水使pH值达到8.3。将溶液加热到80℃，再次测量pH值为6.9。继续加入氨水使PH值在80℃时达到8.0(氨水的总量为0.2N)，通过将预先蚀刻过的Si衬底浸在底镀液中7分钟，得到底镀层。

通过荧光X射线分析以及透射电子显微镜显示研究该材料膜，证实有150nm+6nm的均匀底镀层形成。

例3

通过CZ方法对直径200mm的Si单晶衬底进行裁剪，切边和折叠，产生一个直径65mm的(100)Si单晶(P掺杂N型衬底)，其两面都用平均粒子尺寸为15nm的胶态二氧化硅进行抛光以得到4nm的表面粗糙度(Rms)。Rms是粗糙度的均方值且可通过AFM(原子力显微镜)进行测量。将Si衬底浸在45℃的10重量％的苛性钠水溶液中3分钟，除去衬底表面的薄氧化膜来完成对Si的蚀刻处理。通过电子显微镜检查此材料的表面，可以观察到平均直径为200nm以及平均深度为50nm的凹坑形状(参见图2)。

接着，向0.1N的硫酸镍水溶液中加入0.5N硫酸铵制备底镀浴液(溶液)，之后再加入氨水使pH值达到9.8。将溶液加热到80℃，再次测量pH值为7.6。继续加入氨水使pH值在80℃时达到8.0(氨水的总量为0.1N)，通过将预先蚀刻过的Si衬底浸在底镀液中5分钟，形成底镀层。

以5mm间隔向底镀膜中插入格状切片，用透明胶带(注册商标)作一个剥离测试，根本观察不到镀膜分层。

例4

Si衬底表面的Si蚀刻处理与例3的方法相同，将Si衬底浸在50℃的45重量％的苛性钠水溶液中2分钟，除去衬底表面的薄氧化膜来完成对Si的蚀刻处理。通过电子显微镜检查此材料的表面，可以观察到平均直径为100nm以及平均深度为30nm的凹坑形状(参见图3)。

接着，向0.2N的硫酸铜水溶液中加入0.2N硫酸铵制备底镀膜的液体，之后再加入氨水使pH值达到8.3。将溶液加热到80℃，再次测量pH值为6.9。继续加入氨水使pH值在80℃时达到8.0(氨水的总量为0.2N)，通过将预先蚀刻过的Si衬底浸在底镀浴液中7分钟，得到底镀层。

以5mm间隔向底镀膜中插入格状切片，用透明胶带(注册商标)作剥离测试，根本观察不到镀膜分层。

Claims (7)

1.一种经表面处理的磁记录介质用衬底，其包括表面经过亲水性处理的无磁性衬底以及位于无磁性衬底上的底镀层。

2.根据权利要求1的经表面处理的磁记录介质用衬底，其中所述亲水性处理是醇处理或过氧化氢溶液处理。

3.根据权利要求1或2的经表面处理的磁记录介质用衬底，其进一步包括位于底镀层上或上方的软磁层。

4.一种磁记录介质，其包括根据权利要求3的经表面处理的磁记录介质用衬底，以及位于衬底上或上方的记录层。

5.一种经表面处理的磁记录介质用衬底，其包括无磁性衬底和位于无磁性衬底上的底镀层；

其中无磁性衬底的表面包括多个直径至少为50nm且小于1000nm，以及深度小于所述直径的凹坑形状。

6.根据权利要求5的经表面处理的磁记录介质用衬底，其中所述凹坑形状的深度为至少0.1nm和至多100nm。

7.根据权利要求5或6的经表面处理的磁记录介质用衬底，其进一步包括位于所述底镀层上或上方的软磁层。

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