CN1614691A - 用于粒状垂直记录用途的非活性法磁性材料 - Google Patents
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Abstract
公开一种磁性记录介质，它包括基片和包括颗粒的含SiO2磁性层，所述磁性层在所述颗粒之间具有SiO2。这种介质是在含气体的沉积室中在真空下溅涂沉积得到的，所述气体基本不含氧。在所述气体中不故意加入氧以形成含氧气体混合物的气体，但是可含有痕量的氧分子，其氧含量与在与沉积室相同真空下空气中的含氧量相同。
Description
技术领域
本发明涉及记录、存储和读取磁性数据，尤其是具有非活性法沉积的磁性材料的粒状垂直磁性记录介质。
背景技术
常使用磁盘和磁盘驱动器以可磁化的形式存储数据。较好的是，一个或多个磁盘沿中心轴旋转，同时数据传感头靠近磁盘记录表面放置并相对磁盘以大致径向的轨迹移动。磁盘通常以固定的状态置于磁盘单元中，带有特定负荷的磁头与磁盘表面弹性接触并按压该磁盘表面，利用擦过磁盘表面的磁头转换器组件将数据写入快速旋转的记录磁盘或从中读取。较好的是，每个磁盘的各个表面均对应单独的磁头。
在磁性介质中，数码信息(用0和1的组合表示)记录在微小的磁性比特(其本身是由许多更小颗粒组成的)上。当写入一个比特时，由磁盘驱动器的磁头产生的磁场将该比特的磁性定向为一个具体的方向(对应于0或1)。磁头中的磁性实质上将该比特的磁性在两个稳定的取向之间“翻转”。
根据磁性材料颗粒的磁性区取向，磁性薄膜介质(其中细颗粒状多晶磁合金层作为活性记录介质层)一般可分为“纵向的”或“垂直的”。在纵向介质(也称为“常规”介质)中，比特中的磁性沿磁头相对磁盘的移动方向平卧在磁盘面中在平行与反平行之间翻转。在垂直的介质中，与纵向记录介质中在磁盘面中平卧不同，磁盘的磁性端以垂直于磁盘面的方向竖立。此时用向上或向下的磁性区域(对应于数码的0和1)表示这些比特。
图1显示一个磁盘记录介质和一个磁盘的剖面，显示纵向记录和垂直记录之间的差异。尽管图1显示无磁性磁盘的一个面，但是在图1无磁性铝基片的两个表面上均溅涂有磁性记录层。同样，尽管图1显示铝基片，但是其它实例包括由玻璃、玻璃-陶瓷、NiP/铝、金属合金、塑料/聚合物材料、陶瓷、玻璃-聚合物、复合材料或其它非磁性材料制成的基片。
目前还努力提高单位面积的记录密度，即比特密度或单位面积的比特数，以及磁性介质的信号与介质噪声之比(SMNR)。为进一步提高单位面积的密度和提高总存储容量，必须将数据比特制得更小并放置得更紧密。但是，比特的大小有一定的极限。如果比特太小，将比特放置定位的磁能量太小，结果随时间的推移热能就可使之消磁。该现象称为超顺磁性。
开发垂直记录介质是鉴于其能将单位密度扩展至非常高的水平而无类似于纵向记录介质遇到的热稳定性极限。垂直记录介质的一个主要设计是在氧和通用惰性气体氩的气体混合物中活性溅涂磁性层，形成所谓的粒状垂直介质。用这种方法制得的磁性层在颗粒边界含有氧化物，它能有效地隔绝交换偶合，获得更好的记录性能。
材料中相邻偶极子排列成相互平行或反平行的倾向称为交换(或交换偶合)。一般来说，交换是由相邻原子的轨道电子重叠造成的。一个原子的原子力矩与该原子的角动量成正比。该角动量是由电子在其轨道上旋转产生的轨道角动量和电子沿其自身的轴旋转产生的自旋角动量(简称为自旋)组成的。如果将相邻原子上两个电子的自旋角动量设为s1和s2，则该电子对的能量E为E＝-2Js1×s2，其中J是交换积分常数。在铁磁材料中，J是正的并且相邻原子的力矩指向相同的方向。在反铁磁材料中，J是负的。在反铁磁材料中，相邻原子的力矩指向相反方向，因此在该材料中不存在净宏观力矩。还有一种类型的交换称为RKKY，其中J随磁性层的厚度由负至正变化或者由正至负变化。
交换大致是一种近邻现象，产生交换的距离通常是原子间处于固态的距离(几埃)。如果在颗粒边界之间存在一种材料(如氧化物)的原子间隔层，该层就足以隔绝被该间隔层隔开的颗粒边界之间发生的交换，尽管也可使用更厚的间隔层。这种隔绝颗粒边界间的交换使得该颗粒能在保持其数据比特的同时被制成更小并排列得更紧密。因此，出于形成更小颗粒的目的，已发现在含氧气体混合物中溅涂磁性层十分有用。
但是，由于快速的氧消耗使得这种活性方法造成膜性能非常不均匀，并且加工稳定性差。结果，由于缺乏工艺控制而损害加工能力，并且由于需要附加的活性气体输入/稳定和排出时间而损害产量。因此，非常需要开发一种新的磁性材料，它具有相同的性能而无需活性溅涂加工。本发明涉及一种满足该要求的磁性合金结构。
发明的概述
本发明涉及一种磁性记录介质，它包括基片和包括颗粒的含SiO2的磁性层，其中在所述颗粒之间该磁性层含有SiO2。较好的是，所述含SiO2的磁性层是在含气体的沉积室中在真空下通过溅涂沉积而沉积在基片上的，所述气体基本不含氧，即例如不故意向该气体中加入氧。在一个实例中，所述气体是基本纯的氩气。较好的是，所述含SiO2的磁性层含有约6-10％SiO2。更好的是，该介质的磁性介质信号与介质噪声之比高于另一种具有相同结构的介质的磁性介质信号与介质噪声之比，所述另一种介质含有约4％SiO2，并且是在含氩和氧气体混合物的沉积室中在真空下溅涂沉积得到的。较好的是，所述含SiO2的磁性层是CoCrPt-SiO2。更好的是，所述含SiO2的磁性层包括0-15原子％的Cr、10-35原子％Pt、0.01-12原子％的SiO2和35-90原子％的Co。更好的是，所述含SiO2的磁性层的SiO2通过隔离和消除颗粒偶合而改进含SiO2的磁性层的性能。所述介质还可包括一层附加的磁性层，并且在所述含SiO2的磁性层和附加的磁性层之间还可任选地包括一层非磁性间隔层。
另一个实例是一种磁性记录介质的制造方法，它包括获得一基片和沉积包括颗粒的含SiO2的磁性层，所述磁性层在所述颗粒之间含有SiO2。
再一个实例是一种磁性记录介质，它包括基片和一个包括颗粒的含SiO2的磁性装置，所述磁性装置在所述颗粒之间含有SiO2。
本领域的普通技术人员在阅读了下列详细描述以后可清楚地理解本发明的其它优点，在下列详细描述中仅涉及本发明较好的实例，简单描述实施本发明的最好方式。可以理解，在不超出本发明范围的情况下本发明还具有其它不同的实例，并且可在各方面对其细节进行改进。因此，本发明附图和说明书仅仅是说明性的而非限定性的。
附图描述
图1是磁盘记录介质的示意图，用于比较纵向记录和垂直记录；
图2是本发明磁性记录介质膜结构的一个例子的示意图；
图3是含有CoCrPt-8％SiO2(非氧化的)和4％SiO2(氧化的)的磁性层微结构形状的剖面透视电子显微照片。
详细描述
改进磁性记录介质信噪比(SNR)(以进一步提高记录密度)的一种方法是降低平均粒度V。对于每次记录转换的颗粒数N，可获得的信噪比以N1/2增高，并且随记录介质的Mrt的下降而上升。Mrt是磁性材料的剩余磁化强度Mr与膜厚度t之积。提高信噪比的两种方法产生更小的能量屏障kuV，它能防止热激发造成的磁翻转。
磁性记录介质产生的信号电压与Mrt(它包含了所有的介质参数)成正比。例如，在颗粒介质的情况下，磁性材料颗粒相对隔开并具有低的Mr，因此，这种介质会需要厚的磁性层厚度以形成高的Mrt。另一方面，使用约100％材料均为磁性材料的膜即便在薄的膜厚的情况下也可产生适当的信号电压，因为这种膜的Mrt足够大。
本发明涉及一种磁性记录介质，它包括基片和包括颗粒的含SiO2的磁性层。该磁性材料在所述颗粒之间具有从目标材料获得的足量SiO2。这种条件是在含气体的沉积室中在真空下溅涂沉积所述磁性层而获得的。所述气体基本不含氧。这种气体中不含故意加入以形成含氧气体混合物的氧，但是可含有痕量的氧分子，即沉积室气体中氧分子的含量与相同真空度下空气中氧分子的含量相当。
图2是本发明一个实例的简化的剖面图。所有的层均是用静电溅涂系统形成的。一个具体试样的更详细的膜结构为：镀NiP的铝基片/30UL1/800UL2/15UL3/200IL/100CoCrPt-SiO2/30C。所述UL1组分是Ti、UL2是FeCoB、UL3是Ag、IL是RuCr10。适合这些底层/中间层的材料包括许多其它种材料，例如UL1可以是其它含Cr、TiCr的粘合剂金属材料、UL2可以是其它高饱和磁性(Bs)的软磁材料(带痕量其它元素的FeCo、CoZr、CoTa合金)、UL3可以是其它具有FCC、BCC或HCP晶体结构的其它金属层、IL可以是另一种HCP材料(Ru、Ru合金或非磁性Co合金)。图中显示的层数也是说明性的而非限定性的。
代替NiP晶种层，基片上的层可以是任何含镍晶种层。例如NiNb晶种层、Cr/NiNb晶种层或者任何其它含镍晶种层。在基片和晶种层之间可任选地具有一层粘合剂层。含镍晶种层的表面可任选地经氧化。
本发明实例包括在含镍晶种层上沉积底层，例如Cr或Cr合金(例如CrMo)底层。本发明实例包括在磁性层中使用各种含B、Cr和Co的磁性合金(例如CoCrB、CoCrPtB、CoCrNiB、CoCrNiPtB、CoCrNiTaB、CoCrNiNbB、CoCrPtTaB、CoCrPtNbB和CoCrPtTaNbB)或B、Cr、Co、Pt、Ni、Ta和Nb的其它组合。在一个较好的实例中，所述磁性层是Co-Cr-Pt-SiO2。在另一个实例中，所述Co-Cr-Pt-SiO2包括至少0-15原子％Cr、10-35原子％Pt、0.01-12原子％SiO2和余量的Co。
在一个较好实例中，UL1的厚度为10-100，较好为10-40，UL2的厚度为500-3000，较好为1000-2000，UL3的厚度为5-50，较好为10-30，IL的厚度为50-500，较好为100-200，磁性层的厚度约为50-300，较好为80-150。顶涂层可以是碳的氢化的、氮化的、杂合的或者其它形式，厚度为20-80、较好为30-50。
所述磁性记录介质的剩余矫顽磁力约为2000-10,000奥斯特、Mrt(剩余磁化强度Mr与磁性层厚度t之积)约为0.2-2.0memu/cm2。在一个较好的实例中，所述矫顽磁力约为2500-9000奥斯特，较好约4000-8000奥斯特，更好约4000-7000奥斯特。在一个较好的实例中，Mrt约0.25-1memu/cm2，更好约0.3-0.7memu/cm2。
几乎所有的磁盘介质均是在净化室中制造的，其空气中灰尘量保持在很低的水准，并对其进行直接的控制和监测。在对非磁性基片进行一次或多次清洗和形成纹理以后，该基片具有超净表面，可用于在该基片上沉积磁性介质层。
用于沉积这种磁性介质所需各层的装置可以是静电溅涂系统或者是一个传送溅涂(pass by)系统，此时在合适的真空环境中依次沉积各层。
除了润滑顶涂层以外，可使用任何合适的物理气相沉积技术(PVD，如溅射)或者组合使用多种PVD技术(即溅射、真空蒸发等)构成本发明磁性记录介质的各层，较好使用溅射法。所述润滑层通常是将磁性介质浸泡在含润滑化合物溶液的浴中，随后除去过量液体(例如通过擦除或者蒸气润滑剂沉积法)而制得的，作为顶涂层。
在制造磁性记录介质的整个方法中溅涂可能是最重要的步骤。现有两种溅涂法：传送溅涂和静电溅涂，在传送溅涂中，磁盘在真空室内通过，在该真空室中磁盘受磁性和非磁性材料轰击，在基片上沉积形成一层或多次所述材料。静电溅涂使用更小的机器，并且各个磁盘单独拾取并溅涂。在图2磁盘上的各层是静电溅涂的。
溅涂层是在称为压力罐的容器中沉积的，该压力罐装在所述溅涂机器中。所述压力罐是任何一侧带有靶的真空室。基片被举入该压力罐并用溅涂材料轰击之。
溅涂导致在溅涂后的磁盘上形成一些颗粒。需要除去这些颗粒以确保它们不会在磁头和基片之间产生划痕。因此，较好在基片表面上施加润滑剂作为基片的顶涂层之一。
在施加润滑剂后，将基片移至抛光/磨光段，在该加工段中基片较好在沿一轴旋转的同时进行抛光。在抛光/磨光以后，擦干净基片并在其表面上均匀地施涂干净的润滑剂。
随后，使用三步法完成磁盘并测试其质量。首先，使一个抛光头通过其表面，除去任何凸起(技术术语称之为粗糙度)。随后使滑行头通过该磁盘表面，检查是否有残余的凸起。最后用证明头检查该表面的制造缺陷，同时测量基片的磁记录性能。
实施例
表1是用Kerr Looper在介质试样上测得的磁性，所述介质试样是由CoCr6Pt18SiO28合金制得的并在纯Ar中进行溅涂(因此是一种非活性溅涂法)。所述Kerr圈在适合高密度记录的范围内对矫顽磁力是完全适合的。
表1用Kerr Lppoer测得的在基本纯(其中会存在痕量杂质，但是基本不含氧)Ar中溅涂的CoCr6Pt18SiO28合金试样的磁性。
| 面 | Hc | Hn | S | S* |
| A | 4.240 | 2.229 | 1.026 | 0.513 |
| B | 4.417 | 2.098 | 1.020 | 0.464 |
表2列出了磁性性能如表1所示的试样以及对照试样(对照试样1和2)的记录性能特性。对照试样1是在含Ar和O2气体混合物的环境中溅涂(因此是一种活性氧化法)的CoCr6Pt18SiO24磁合金。对照试样2是在无氧Ar中溅涂(因此是非活性氧化法)溅涂的CoCr6Pt18SiO24磁合金。所述测量是在Guzik试验机中在500kfci线密度在5400rpm下测得的。
表2由8％SiO2和非活性法制得的、4％SiO2和非活性法制得的以及活性法制得的试样的记录数据。
| Mrt(memum/cm2) | LF(μVpp) | MF(μVpp) | Mod(％) | OW(dB) | PW50(微英寸) | SMNR(f)(dB) | |
| 试样(8％SiO2无氧) | 0.67 | 2582.6 | 2417.2 | 5.4 | 75.7 | 2.4 | 14.9 |
| 对照1(4％SiO2无氧) | 0.91 | 3036.4 | 2998.5 | 9.9 | 32.0 | 2.7 | 11.5 |
| 对照2(4％SiO2有氧) | 0.79 | 2581.1 | 2354.3 | 6.4 | 68.1 | 2.5 | 13.9 |
比较表2中对照试样1和2的SMNR数据，可以发现在溅涂室中存在氧(造成在颗粒之间形成氧化物)能改进其它参数(包括磁性层的SiO2浓度约为4％)基本相同的试样的SMNR。另一方面，将磁性层的SiO2含量由4％提高至8％同时在溅涂磁性层的过程中基本保持沉积室无氧环境可使SMNR值提高至超过对照试样2(磁性层含4％SiO2，并在含Ar和O2气体混合物的环境中进行溅涂)的数据。
图3是基本无氧的基本纯氩中溅涂的CoCr6Pt18SiO28合金试样(上面的结构)和对照试样2(下部结构)的剖面透射电子显微照片。与在含氧环境中溅涂的4％SiO2材料相比可以清楚地观察到CoCrPt-8％SiO2的优良的微结构形状。
加入SiO2，通过隔离颗粒并使颗粒去偶联而改进CoCrPt磁性合金膜的性能。在磁性合金中含有足量的SiO2，无需活性氧化法，从而在工艺控制和制造中取得巨大的利益。
概括地说，磁性层中原子含量Cr应为0-15％，较好为5-8％；Pt应为10-35％，较好为15-25％；SiO2应为0.01-12％，较好为6-10％；余量为Co。使用的基片可以是主要含铝的导电型、或者玻璃、玻璃陶瓷型基片，它可在磁性层下面带有任意数量的底层和/或中间层，适合容易形成垂直轴取向和颗粒结构。
另外，磁性层可含有至少一种选自B、Ta、Nb、Ni、Al、Si、Mo、Zr等的元素用于存储的磁性层可以是单层或者是带有带有非磁性薄间隔层的叠层结构。
在说明书正文和附图中本申请公开了多个数值范围。公开的这些数值范围可支持在该公开的数值范围内的任何范围或数据，尽管在说明书中未逐字描述精确的范围端点，因为在公开的数值范围内均可实施本发明。
上面的描述是为了使本领域的普通技术人员能实施和利用本发明，并公开了具体的实例及其要求。本领域的普通技术人员可容易地对所述较好实例进行各种变化，在不偏离本发明精神和范围的情况下将本文所述的原理应用于其它实例和用途。因此，本发明不限于所述实例，而包括与本文公开的原理和特征相符合的最宽范围。最后，本申请涉及的专利和公开出版物均在此引为参考。
Claims (20)
1.一种磁性记录介质，它包括基片和包括颗粒的含SiO2磁性层，所述磁性层在所述颗粒之间具有SiO2。
2.如权利要求1所述的介质，其特征在于所述含SiO2磁性层是通过溅涂沉积在基片上的，所述溅涂是在含气体的沉积室中在真空下进行的，所述气体基本不含氧。
3.如权利要求2所述的介质，其特征在于在所述气体中不故意加入氧。
4.如权利要求1所述的介质，其特征在于所述含SiO2磁性层含有约6-10％SiO2。
5.如权利要求4所述的介质，其特征在于所述介质的SMNR高于另一种具有相同结构的介质，但是所述另一种介质的含SiO2磁性层含约4％SiO2，并且是在带有含氩和氧混合气体的沉积室中在真空下溅涂沉积的。
6.如权利要求2所述的介质，其特征在于所述气体是基本纯的氩气。
7.如权利要求1所述的介质，其特征在于所述含SiO2的磁性层是CoCrPt-SiO2。
8.如权利要求1所述的介质，其特征在于所述含SiO2的磁性层包括0-15原子％Cr、10-35原子％Pt、0.01-12原子％SiO2和35-90原子％Co。
9.如权利要求1所述的介质，其特征在于所述含SiO2磁性层的SiO2通过隔绝颗粒和使颗粒去偶合而改进该含SiO2磁性层的性能。
10.如权利要求1所述的介质，它还包括附加的磁性层并任选地在所述含SiO2磁性层与所述附加磁性层之间包括非磁性间隔层。
11.一种磁性记录介质的制造方法，它包括获得基片和沉积包括颗粒的含SiO2磁性层，其中所述磁性层的颗粒之间具有SiO2。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述含SiO2磁性层是在含气体的沉积室中在真空下溅涂沉积在所述基片上的，所述气体基本不含氧。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于在所述气体中不故意加入氧。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述含SiO2磁性层含有约6-10％SiO2。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于所述气体是基本纯的氩气。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述含SiO2的磁性层是CoCrPt-SiO2。
17.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述含SiO2的磁性层包括0-15原子％Cr、10-35原子％Pt、0.01-12原子％SiO2和35-90原子％Co。
18.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述含SiO2磁性层的SiO2通过隔绝颗粒和使颗粒去偶合而改进该含SiO2磁性层的性能。
19.如权利要求11所述的方法，它还包括附加的磁性层并任选地在所述含SiO2磁性层与所述附加磁性层之间包括非磁性间隔层。
20.一种磁性记录介质，它包括基片和包括颗粒的含SiO2磁性装置，所述磁性装置在所述颗粒之间具有SiO2。
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