CN1620687A

CN1620687A - 磁记录介质和磁存储装置

Info

Publication number: CN1620687A
Application number: CNA028280873A
Authority: CN
Inventors: 安东尼·阿扬
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2005-05-25
Also published as: KR100641377B1; US7074508B2; DE60215556T2; EP1490867B1; JP2005520276A; KR20040086372A; JP4154341B2; EP1490867A1; DE60215556D1; US20050048325A1; WO2003083841A1

Abstract

磁记录介质和磁存储装置。一种磁记录介质，其包括：基础结构；以及合成亚铁磁结构，设置在所述基础结构上，并且形成一记录层。该合成亚铁磁结构至少包括一底部磁层和一顶部磁层，该底部磁层和顶部磁层通过一非磁性间隔层反铁磁地耦合。该底部磁层由超顺磁层制成，而该顶部磁层由铁磁材料制成。在外部施加的磁场为零的剩磁状态下，所述底部磁层和所述顶部磁层的磁矩方向为反向平行。其实现是因为尽管矫顽力对于底部磁层为零，但是由于在剩磁状态下的交换耦合而导致底部磁层处于反饱和状态。

Description

磁记录介质和磁存储装置

技术领域

本发明总体上涉及磁记录介质和磁存储装置，更具体地，涉及使用热不稳定层来使记录磁层稳定以提高记录磁层的热稳定性的纵向磁记录介质，并且涉及使用这种磁记录介质的磁存储装置。

背景技术

对于增加磁记录介质的存储容量的要求导致通过适当地定标(scaling)增长和磁性来进行的磁薄膜盘的开发，还导致了设计方面的革新，这可以通过日本特开专利申请No.2001-56924中提出的最近开发的合成铁磁介质(synthetic ferromagnetic media)(SFM)以及以下文献中所报告的研究成果中了解到：Abarra et al.，“Longitudinalmagnetic recording media with thermal stabilization layers”，Applied Physics Letters，Vol.77，No.16，pp.2581-2583，October 15，2000，以及Fullerton et al.，“Antiferromagneticaily coupledmagnetic media layers for thermally stable high-densityrecording”，Applied Physics Letter，Vol.77，No.23，PP.3806-3808，December 4，2000。

由于磁记录密度变得非常高并且每单位面积所存储的信息量变得极大，所以不可避免地需要减小磁记录层的尺寸。使磁记录层变得更薄对于减小晶粒大小(grain size)以及相应地减小过渡参数(transitionparameter)是有利的。然而，由于晶粒大小的减小以及由此而使各向异性能的降低变得太小(这可以容易地在一给定温度(通常为室温)下通过热能来克服)，所以不能长期沿用这种方法。为了实现在设计方面的另选方法，必需进一步改进磁记录介质，例如日本特开专利申请No.2001-56924中所提出的合成亚铁磁介质。

发明内容

因此，本发明的总体目的在于提供一种新颖实用的磁记录介质以及磁存储装置，其中基本上克服了上述问题。

本发明的另一更加具体的目的在于提出一种不同类型的磁层，用于使具有合成亚铁磁结构的合成铁磁介质(SFM)的顶部磁记录层稳定，并给出对该不同类型磁层的进一步的理解。使用薄超顺磁层(thinsuperparamagnetic layer)替代铁磁层来实现该目的。为此，通过使用适当的超顺磁层，可以通过适当地下移到较低的tBr(Gum)范围来进一步提高记录密度。

本发明的另一目的在于对保持相同水平或者更高水平的磁记录层的热稳定性的介质性能加以提高。此外，通过本发明，重要的是注意与传统的单层介质相比还可以实现相同水平或者更高水平的信噪比(SNR)。

本发明的另一目的在于使用合成亚铁磁结构的底部磁层的耦合强度和层间特性来增强SFM的特性。

本发明的另一目的在于提供一种磁记录介质，该磁记录介质包括基础结构以及设置在该基础结构上的合成亚铁磁结构，并形成一记录层，其中该合成亚铁磁结构至少包括一底部磁层和一顶部磁层，这些层通过非磁性间隔层反铁磁地耦合，该底部磁层由超顺磁层制成，该顶部磁层由铁磁材料制成，并且在外部施加的磁场为零的剩磁状态(remanentstate)下该底部磁层和该顶部磁层的磁矩方向为反向平行。

本发明的另一目的在于提供一种磁存储装置，该磁存储装置包括：至少一个磁记录介质，该磁记录介质具有基础结构以及设置在该基础结构上的合成亚铁磁结构，并形成一记录层；以及换能器，该换能器在该磁记录介质上写入信息以及再生信息，其中该合成亚铁磁结构至少包括一底部磁层和一顶部磁层，这些层通过非磁性间隔层反铁磁地耦合，该底部磁层由超顺磁层制成，该顶部磁层由铁磁材料制成，并且在外部施加的磁场为零的剩磁状态下该底部磁层和该顶部磁层的磁矩方向为反向平行。

根据本发明，可以实现使用超顺磁层作为稳定层的磁记录介质和磁存储装置。该稳定层使得能够磁化顶部磁层，以使该SFM系统中实现热稳定。如果对于稳定层使用了合适的超顺磁层，则其有助于提高SNR并且使得能够实现高于100G比特/平方英寸的高密度记录，同时要求较低tBr值的热稳定性。保持提高的热稳定性和提高的SNR的该tBr的减小是本发明的关键因素。

当结合附图阅读以下详细说明时，本发明的其他目的和特征将根据以下详细说明而变得明了。

附图说明

图1是表示根据本发明的磁记录介质的第一实施例的重要部分的剖面图；

图2是用于说明在剩磁状态(即所施加的外部磁场为零时)的磁矩状态下用于两层合成亚铁磁结构的反铁磁耦合方案的简图；

图3是用于说明在剩磁状态(即所施加的外部磁场为零时)的磁矩状态下用于三层合成亚铁磁结构的反铁磁耦合方案的简图；

图4是表示根据本发明的磁记录介质的第二实施例的重要部分的剖面图；

图5是表示根据本发明的磁记录介质的第三实施例的重要部分的剖面图；

图6是表示根据本发明的磁记录介质的第四实施例的重要部分的剖面图；

图7A和7B是表示使用典型铁磁材料的合成亚铁磁结构的磁化回路和矫顽力值的简图；

图8A和8B是表示使用典型超顺磁层的合成亚铁磁结构的磁化回路和矫顽力值的简图；

图9是表示当底部磁层为超顺磁时的磁化回路和矫顽力值的简图；

图10是表示随着超顺磁层的厚度的增加并达到铁磁状态Hex值的交换场值的简图；

图11是表示当超顺磁层的厚度增加时CCPB系统的磁化值的简图；

图12是表示当超顺磁层的厚度增加时CCPB系统的交换耦合强度值的简图；

图13是表示当超顺磁层的厚度增加时矫顽力的改善的简图；

图14是表示当与超顺磁层厚度的增加相对应地增加交换耦合强度值时热稳定性的提高的简图；

图15是表示当与超顺磁层厚度的增加相对应地增加交换耦合强度值时热稳定性的提高的简图；

图16是表示当超顺磁层的厚度增加时的总信噪比的简图；

图17是表示磁存储装置的该实施例的重要部分的剖面图；以及

图18是表示磁存储装置的该实施例的重要部分的平面图。

具体实施方式

例如，将本发明应用于通过由Ru制成的非磁性间隔层以反向平行方向耦合两个铁磁层的情况下的上述合成亚铁磁介质(SFM)。本发明有助于其中多个耦合铁磁层的较低层由超顺磁层制成的其它方式。

为了提供在本公开内的一致参考，将使用以下的定义。这些定义从“A Dictionary of Physical Sciences”，Towman & Allanheld，1983获得。

“力矩(moment)”是指力或者力系绕一轴的转动效应。单个力的力矩等于该力与从轴到该力的作用线的垂直距离的乘积。

“顺磁性”是指磁性性能的一种类型，其中材料具有与温度成反比的相当低的正磁化系数。顺磁性样本趋向于朝所施加的磁场移动。该效应是由于原子或者分子中为原子提供磁矩的未配对电子的自旋而导致的。该顺磁性效应对于固体的抗磁性能始终占有绝对优势。

“铁磁性”是指磁性性能的一种类型，其中材料具有依赖于温度的非常高的磁化系数。

如在顺磁性中一样，铁磁性是由未配对电子引起的。这些电子用作为小的单元磁铁，并且在铁磁性材料中，通过称作交换力的分子间力将这些小的单元磁铁在称为磁畴的固体的区域内彼此平行排列。由此可以将各个磁畴视为一个小的磁铁。在未磁化的样本中，这些磁畴随机取向，所以该样本没有净磁矩。如果对其施加外部磁场，则这些单元磁铁趋向于沿其方向和磁畴(在损耗相邻磁畴的情况下，这些磁畴的磁矩方向沿着该外部磁场增大的方向取向)排列。当该磁场足够大时，所有的单元磁铁指向该磁场的方向，并且该样本饱和。

可以从B.D.Cullity，“Magnetism and Magnetic Materials”，Addison Wesley Publishing Company Inc.，1972中获得“超顺磁性”的定义。当铁磁体的晶粒大小减小到低于某一值时，由于晶粒的热能对于晶粒中存在的任何能量(如各向异性能)占优势，所以矫顽力变为零。该热能足够强，以使先前磁化的粒子组合自发地消磁。将这种粒子称为超顺磁性粒子。

“超顺磁性”的操作性定义包括至少两个要求。第一，由于这不是热平衡特性，所以磁化曲线应该没有磁滞现象。第二，除粒子相互作用以外，各向同性样本的磁化曲线必须依赖于温度到下述程度，其中在对自发磁化的温度依赖性进行校正之后，当相对于H/T进行绘图时，在不同温度处所得到的曲线必须大致重叠，其中H表示所施加的场，而T表示温度。

根据本发明的磁记录介质适合于具有提高的热稳定性和将当前记录极限优选地扩展为超过100G比特/平方英寸的更好的记录性能的纵向高密度记录。更具体地，根据本发明的磁记录介质使用热不稳定层来使记录磁层稳定，以提高记录磁层的热稳定性。可以在具有通常用于纵向记录的底层结构的机械织构(mechanically textured)或非晶玻璃基板上淀积该热不稳定性层(即，超顺磁层)。该结构用于其中通过由Ru等制成的非磁性间隔层来分离磁记录介质的两个铁磁层的SFM，并且在剩磁状态下反铁磁性地耦合其磁化。本发明引入一种超顺磁层来替代铁磁层以实现顶部铁磁层的稳定性。通过适当地选择用于超顺磁层的材料，可以实现具有高信噪比(SNR)的优良的高密度记录性能以及优良的重写特性。

超顺磁层的超顺磁性位于273K或以上。对于一给定为超顺磁的材料，必须以这种方式详细说明测量温度以及超顺磁层的磁化的磁场依赖性。此外，在室温下或者在室温以上该超顺磁层的矫顽力Hc为Hc＝0，并且测量时间为1秒或者更长时间。通常，为了证明特定的材料处于超顺磁状态，必需通过实验证明矫顽力Hc为0并且具有有限的磁化强度。然而，由于矫顽力Hc是依赖于时间的参数，所以也需要详细说明测量的时间。如果在1秒处矫顽力Hc为0，则对于所有更高的时间标度(time scale)该矫顽力Hc将为0，其中该时间标度是指施加到磁记录介质上的外部磁场变化的速率。

然而，要确定的最重要的参数是超顺磁层的体积(或者晶粒的大小)，稍后将对此进行说明。当体积(晶粒大小)减小到低于一特定值时可以在任何温度下出现(set in)超顺磁性。可以出现超顺磁性的体积(或者晶粒大小)取决于用于超顺磁层的材料。

图1是显示根据本发明的磁记录介质的第一实施例的重要部分的剖面图。在稍后将说明的图1和图4至图6中，没有标度各层的厚度。

图1所示的磁记录介质包括：基板10，由Al、玻璃或者任何合适的基板材料制成；晶种层(seed layer)11，形成在基板10上。在本实施例中，晶种层11可以由NiP、Cr、诸如CoNiZr和CoNbZr的Co合金、或者以上材料的合金制成，优选地，晶种层11的厚度在5nm至100nm的范围内。晶种层11可以由一单层形成，或者由以不同的组成彼此层叠的两层或更多层的组合形成。在晶种层11上形成底层12。该底层12可以由Cr或者诸如CrV、CrW以及CrMo的Cr合金制成。例如，如果底层12由CrMo、CrMoW、CrV或CrW制成，则在1原子％至30原子％的范围内选择Mo的含量、W的含量或V的含量，而Cr的含量构成其余的原子百分数。可以由一单层或者由以不同的组成彼此层叠的两层或更多层的组合形成底层12。磁记录介质的本实施例的底层12和晶种层11的要求是提供后续六边形磁层的Co(1120)取向。

除了晶种层11和底层12外，优选地提供由Cr含量为25原子％≤Cr≤原子45％的CoCr、或者诸如Cr含量为10原子％至40原子％并且Ta含量为1原子％至10原子％的CoCrTa的CoCr合金制成的中间层13，以增强底层(11、12和13)以及后续的超顺磁和铁磁记录层14和16(由非磁性间隔层15将超顺磁和铁磁记录层14和16分离)之间的晶格匹配。例如，该非磁性间隔层15由Ru、Rh、Ir、Cr、Mo、Nb、Ta、Cu、Re或者它们的合金制成。在磁层的顶部形成由溅射C或者化学气相淀积C制成的保护层16(厚度为4nm至5nm)，用于对该磁层进行保护以防止化学或者机械劣化。在本实施例中，在铁磁层16上形成保护层16。当然，保护层16可以具有由C层和形成在该C层上的润滑剂层制成的两层结构。

在存在2毫托至100毫托的惰性气体压力(通常为Ar)的情况下，可以通过具有满足150℃＜Ts＜300℃的基板温度Ts、满足0＜Vb＜-300V的基板偏压Vb的dc溅射工艺来形成超顺磁层14和铁磁记录层16。

在涂有NiP的Al或者玻璃基板的机械织构基板的情况下，Co的c轴和Cr<110>的优选取向为沿圆周织构方向。在这种情况下，提高了所记录位的SNR和热稳定性。

图4是表示根据本发明的磁记录介质的第二实施例的重要部分的剖面图。在图4中，使用相同的标号表示与图1中的对应部件相同的那些部件，并且省略对其的说明。如图4中所示，在底层12或中间层13上形成第一超顺磁层14-1，并且在第一超顺磁层14-1上形成第一非磁性间隔层15-1。此外，在第一非磁性间隔层15-1上形成第二超顺磁层14-2，并且在第二超顺磁层14-2上形成第二非磁性间隔层15-2。在第二非磁性间隔层15-2上形成铁磁层16。

图5是表示根据本发明的磁记录介质的第三实施例的重要部分的剖面图。在图5中，使用相同的标号表示与图4中的对应部件相同的那些部件，并且省略对其的说明。如图5所示，设置铁磁层14-3来代替图4中所示的第一超顺磁层14-1。

图6是表示根据本发明的磁记录介质的第四实施例的重要部分的剖面图。在图6中，使用相同的标号表示与图4和图5中的对应部件相同的那些部件，并且省略对其的说明。如图6所示，设置铁磁层14-3来代替图4中所示的超顺磁层14-2。

在图1和图4至图6中，为了方便起见，假设超顺磁层14和14-1由超顺磁层(材料)L1制成，超顺磁层14-2由超顺磁层(材料)L1-1制成，铁磁层14-3由铁磁层(材料)L1′制成，并且铁磁层16由铁磁层(材料)L2制成。

在上述第一至第四实施例中，发生实际磁记录的磁结构由多层构成。如上所述，为了克服在磁记录介质中的晶粒大小变得越来越小时由热能导致的记录位的不稳定，日本特开专利申请No.2001-56924提出了一种具有独特多层合成铁磁结构的合成亚铁磁介质(SFM)。由于克服更高密度记录的这种热波动很重要，所以该SFM被证明是有效的。

在日本特开专利申请NO.2001-56924中所述的具有合成亚铁磁结构的SFM中，如图2和图3所示，通过例如由Ru制成的非磁性间隔层502将两个铁磁层501反铁磁地耦合。图2是用于说明在剩磁状态(即当所施加的外部磁场为零时)的磁矩状态下用于两层合成亚铁磁结构的反铁磁耦合方案的简图。类似地，图3是用于说明在剩磁状态(即当所施加的外部磁场为零时)的磁矩状态下用于三层合成亚铁磁结构的反铁磁耦合方案的简图。在图3中，设置了附加铁磁层503。通过采用反铁磁耦合，可以减少剩磁和厚度积(thickness product)Mrt，这对提高记录密度很重要。通过反向平行耦合，还可以成功地产生克服热波动的磁记录介质以很大程度地保持高的SNR。这对于具有相当低的Mrt值的传统单层磁记录介质是重要的改进。

在上述第一实施例中，例如，在合成亚铁磁结构中引入了图1中所示的超顺磁层14来替代图2中所示的底部铁磁层501。可以通过考虑用于获得特别是来自局部磁滞回线的矫顽力的磁化回路、以及磁化的温度依赖性并且采用磁化测量的时间来区分使用超顺磁层和使用铁磁层的两种情况。由于矫顽力是磁记录介质的非固有参数，所以，与铁磁区相比，采用多种方法进行表征以识别超顺磁状态是很重要的。

第一至第四实施例基本上是SFM的扩展。在这种情况下，与由层L2制成的顶部超顺磁层相比，用作为稳定层并由层L1制成的底部超顺磁层在本质上是超顺磁的。超顺磁层L1可以是软磁材料或者硬磁材料。硬磁材料具有带有相应大磁化强度的较高矫顽力较。软磁材料具有较高的磁化强度和非常低的矫顽力。稳定层的超顺磁性质是由于其有限的厚度(对于CoCrPtB成分等通常低于5nm)而导致的。根据本发明人所进行的研究，本实施例的结构和记录特性都表明，该技术可以进一步扩展到由超顺磁层L1制成的稳定层，并且仍然可以获得合成亚铁磁结构的优点。此外，显现出该稳定层对材料的依赖方面的两种情况。

第一种方式是使用高Co含量的材料以及对于形成稳定层的层L1的相对很低的各向异性值来降低tB_r值，其中t表示稳定层的厚度，而B_r表示剩余磁通。在这种情况下，由形成顶部铁磁层的L2层来实现了高密度以及稳定性。

第二种方式是使用与层L2相比，对于层L1或者层L1和Ll-1各向异性相同或者较大的材料，来减小磁层的剩余磁化强度和厚度积Mrt。在这种情况下，使用来自稳定层的各向异性量的影响，基本上根据仅设置了顶部铁磁层的单层的情况来增大该结构的KuV/k_BT值，其中Ku是材料的各向异性常数，V是体积，而k_B是玻尔兹曼常数。

例如，如果稳定层由具有非常少的Pt或者没有Pt的超顺磁层L1制成，则稳定性主要来自于由层L2所制成的顶部铁磁层。通过增大稳定层(该稳定层由具有8％以上至16％或者更多的适当高的Pt的超顺磁层L1制成)的厚度，可以从稳定层中获得实质上的稳定性。由于在剩磁状态的反铁磁耦合状态下，稳定层具有高的饱和反向磁化强度，所以还可以容易地实现剩磁和厚度积Mrt的减小。此外，有必要提及，对于顶部铁磁层，对于剩磁和厚度积Mr₁t₁可以获得确定值，而对于稳定层，剩磁和厚度积应为零。尽管如此，当磁化为反向平行时，也存在剩磁和厚度积的减小，因为在剩磁状态下，来自稳定层的反向高包括磁矩有助于该减小。

对于材料的生长，底层结构(Cr或者其合金)具有其(002)面内结构(in-plane)，并且超顺磁和铁磁Co层的磁层具有(1120)面内结构。然而，可以存在一个以上的可能的生长工艺，其中记录层为(1010)织构，而对应的底层为(112)织构。这主要通过使用淀积在适当的基板(例如，玻璃或者铝)上的用于晶种层的B2型材料(例如，NiAl或FeAl)来实现。

由于稳定层的高磁矩特性，所以易于实现剩磁和厚度积Mrt的减小，同时保持大的热稳定性。实现根据单层材料的热稳定性的提高主要是因为来自稳定层的有限的各向异性能的贡献，如Acharya等人在Appl.Phys.Lett.，vol.80，p.85，2002中所述。与所提出的具有铁磁层的两层或三层结构类似，可以容易地实现使用稳定层的两层或者三层的合成亚铁磁结构，如图1和图4至图6所示。根据第一至第四实施例，与作为记录层的单层材料相比提高了热稳定性和SNR。

例如，超顺磁层L1或者L1-1在室温下将不具有矫顽力和剩磁性。然而，在高的所施加的磁场下超顺磁层L1或者L1-1将具有磁化强度。换言之，当所施加的场为零时，磁化强度变为零。图10示出了超顺磁层L1或L1-1的这种典型性能，这将稍后给予说明。在室温和测量的VSM时间标度下，在图10中超顺磁层L1或L1-1的矫顽力表现为0。然而，另一方面，在日本特开专利申请NO.2001-56924中，使用了具有有限矫顽力和磁化强度的铁磁层来实现该结构。

图7A和7B表示使用典型铁磁材料的合成亚铁磁结构的磁化回路和矫顽力值。在图7A中，纵坐标表示磁化强度(emu)，而横坐标表示所施加的场(Oe)。在图7B中，纵坐标表示来自局部磁滞回线的磁化强度(emu)，而横坐标表示所施加的场(Oe)。

如在日本特开专利申请No.2001-56924中所述，在图7A中所示的磁滞回线具有三个部分，该磁滞回线与反铁磁耦合系统的磁滞回线相对应。在使用用于底部磁层的铁磁材料的典型合成亚铁磁结构中，局部磁滞回线表示使用矫顽力作为底部磁层，如点20至点23所示。使用点22和点23来表征磁材料的交换场Hex和Hsw。从dM/dH曲线的峰值位置获得交换场Hsw。另一方面，顶部磁层经受来自底部磁层的交换场Hex，并且通过Hex＝J/M*t来计算交换场Hex，其中J表示反铁磁耦合强度，M表示磁化强度，而t表示底部磁层的厚度。交换场Hex与Hsw不同，表示底部磁层为铁磁性。在图7B中将其表示为局部磁滞回线。

另一方面，图8A和8B表示使用典型的超顺磁层的合成亚铁磁结构的磁化回路和矫顽力值。在图8A中，纵坐标表示磁化强度(emu)，而横坐标表示所施加的场(Oe)。在图8B中，横坐标表示来自局部磁滞回线的磁化强度(emu)，而横坐标表示所施加的场(Oe)。

从图8B中所示的局部磁滞回线中所获得的交换场值表示底部磁层为超顺磁性，并且具有为0的矫顽力。通过这种方式，可以容易地识别在合成亚铁磁结构中所使用的材料类型。而且，应该注意，超顺磁层的晶粒大小足够的小，以致于其仅包含单个磁畴。这种材料的特性将被识别为0矫顽力。由于在超顺磁层中的晶粒的能垒或者晶粒的聚集非常低，所以超顺磁层的KuV/k_BT值低于25。由于在没有外部磁场的情况下，热能对于材料中存在的任何各向异性能可以容易地占有优势，所以将不出现磁化。换言之，垂直度(squareness)S变为S＝0。

图9是表示当底部磁层为超顺磁性时的磁化回路和矫顽力值。在图9中，纵坐标表示交换场Hex和Hsw(单位为Oe)，而横坐标表示底部磁层(即，超顺磁层)(稳定层)的厚度。“○”表示交换场Hex，而“△”表示交换场Hsw。在图9中，对于稳定层为超顺磁性和铁磁性的情况显示了交换场Hex和Hsw的典型值。从磁滞回线和局部磁滞回线测量所获得的Hsw和Hex值表示了该性能。如果Hsw＝Hex(在点24处)，则底部磁层为超顺磁层(其先前在图8A和8B中表示为其符号)。通常使用SQUID、VSM或者任何其它磁力计根据磁滞回线测量来获得该Hsw和Hex值。在图9中，对于达到5nm的底部磁层厚度，粒子的大小足够小，以致于处于单磁畴超顺磁状态。

由于有限尺寸效应，所以当底部磁层厚度减小为低于10nm时，磁化强度值减小。这种情况的发生主要是由于在磁层和非磁性间隔层的界面处的自旋密度减小的结果。因此，可以发现，底部磁层的厚度t优选地在0＜t＜10nm的范围内。由于在单磁畴粒子中出现超顺磁状态，所以由于底部磁层厚度的减小也出现磁化强度值的下降，如图10中所示。图10是表示当超顺磁层的厚度增加并且随后达到铁磁状态时Hex值的交换场值。

如根据图11和图12中所示的单层磁测量所获得的情况一样，在上述区域中的矫顽力值也将为零。图11是表示当超顺磁层的厚度增大时CCPB系统的磁化强度值。在图11中，纵坐标表示磁化强度Ms(emu/cc)，而横坐标表示底部磁层(即，超顺磁层)(或稳定层)的厚度(nm)。图12是表示当超顺磁层的厚度增大时CCPB系统的交换耦合强度值。在图12中，纵坐标表示交换耦合强度J(erg/cm²)，而横坐标表示底部磁层(即，超顺磁层)(或稳定层)的厚度(nm)。在图11中所示的磁化强度Ms的降低减小了图12中所示的两个磁层之间的交换耦合强度J。

图13是表示当超顺磁层的厚度增大时矫顽力的提高。在图13中，纵坐标表示矫顽力Hc(Oe)，而横坐标表示底部磁层(即，超顺磁层)(或稳定层)的厚度(nm)。

即使超顺磁层的剩磁性为零，在合成亚铁磁结构的剩磁状态下，为超顺磁层并且用作为稳定层的底部磁层仍处于反向饱和状态。因此，将始终存在剩磁和厚度积Mrt的减小。由于对于大约6nm或者更薄的厚度的超顺磁层，矫顽力Hc没有大的变化或者仅有轻微的增加，所以通过引入这种超顺磁层不会影响重写值。

图14是表示在日本特开专利申请No.2001-56924中提出的具有合成亚铁磁结构的SFM中，当与铁磁层的厚度增加相对应地增大交换耦合强度值时热稳定性的提高。在图14中，纵坐标表示K_uV/k_BT值，而横坐标表示tB_r值(Gum)。“●”表示SFM的K_uV/k_BT值，“▲”表示具有由单个磁层制成的记录层的传统单层介质的K_uV/k_BT值。

图15表示在具有合成亚铁磁结构的磁记录介质的第一实施例中，当与超顺磁层厚度的增加相对应地增大交换耦合强度值时热稳定性的提高。在图15中，纵坐标表示K_uV/k_BT值，而横坐标表示tB_r值(Gum)。“○”表示磁记录介质的第一实施例的K_uV/k_BT值，并且为了进行比较，“▲”表示具有由单个磁层制成的记录层的传统单层介质的K_uV/k_BT值。

与在日本特开专利申请No.2001-56924中提出的SFM相比，通过适当地选择超顺磁层可以将SNR保持在大致相同的水平或者可以增大SNR。根据本发明人所进行的研究(包括图14、15和16中所示的结果)，可以确定，当底部磁层(即，超顺磁层(稳定层))由含有Pt的Cr合金(例如，CoCrPtB、CoCrPt、CoCrTa、CoCrPtTa、CoCrPtTaB以及CoCrPtBCu，其中，Cr含量为5-40原子％，Pt含量为8-16原子％，B含量为0-15原子％，Cu含量为0-6原子％，而其余含量为Co)制成时，K_uV/k_BT值增加。还可以确定，对于上述组成范围，Co合金的Pt含量可以为0。换言之，该超顺磁层可以由Co合金(例如，CoCrB、CoCr、CoCrTa、CoCrTaB以及CoCrBCu，其中Cr含量为5-40原子％，B含量为0-15原子％，Cu含量为0-6原子％，而其余含量为Co)制成。

此外，可以确定，当底部磁层(即，超顺磁层)(稳定层)由不含Pt或B的高磁化强度Co合金(例如，CoCr、CoCrB、CoCrTa以及CoCrTa，其中，Cr含量为5-20原子％，B含量为0-10原子％，而其余含量为Co)制成时，K_uV/k_BT值保持相同。在这种情况下，通过底部磁层的高磁化强度和低各向异性特性来减小剩磁和厚度积Mrt。

图16是表示在超顺磁层的厚度增加时的总信噪比(SNR)的简图。在图16中，纵坐标表示总SNR S/Nt(dB)，而横坐标表示底部磁层(即，超顺磁层)(稳定层)的厚度。可以确定，当超顺磁层厚度增加至约6nm时，S/Nt增大，但是，此后，当超顺磁层厚度进一步增加至超过大约6nm时，S/Nt减小，并且变为铁磁性。因此，在这种情况下，可以发现，超顺磁层厚度大致为6nm或者更少时是理想的。

合成亚铁磁结构的磁层(用作为稳定层)的材料可以从诸如CoCrPtB的Co合金中进行选择。然而，如上所述通常总共存在两种可能的稳定层。根据稳定层的各向异性和磁矩值，可以实现稳定性和SNR的提高。

接下来，将参照图17和图18对根据本发明的磁存储装置的实施例进行说明。图17是表示磁存储装置的本实施例的重要部分的剖面图，而图18是表示磁存储装置的本实施例的重要部分的平面图。

如图17和图18中所示，磁存储装置通常包括：电机114、轴心115、多个磁记录介质116、多个记录和再生磁头117、多个悬置装置118、多个臂119、以及设置在外壳内的执行器单元120。该磁记录介质116安装在通过电机114使其转动的轴心115上。记录和再生磁头117由诸如MR或GMR磁头的再生磁头以及诸如感应磁头的记录磁头组成。各个记录和再生磁头117通过悬置装置118安装在对应的臂119的末端。通过执行器单元120来移动臂119。该磁存储装置的基本构成是已知的，并且在本说明书中将省略对其的说明。

该磁存储装置的本实施例的特征在于磁记录介质116。各个磁记录介质116具有以上结合图1和图4-6所述的实施例中的任何一个的结构。磁记录介质116的数量不限于3个，并且可以仅设置2个或者4个或者更多个磁记录介质。

磁存储单元的基本构成不限于图17和图18中所示的结构。此外，本发明中所使用的磁记录介质不限于磁盘。

此外，本发明不限于这些实施例，在不偏离本发明的范围的情况下可以进行各种变化和改进。

Claims

1.一种磁记录介质，其包括：

基础结构；以及

合成亚铁磁结构，设置在所述基础结构上，并且形成一记录层，

所述合成亚铁磁结构至少包括一底部磁层和一顶部磁层，该底部磁层和顶部磁层通过一非磁性间隔层反铁磁地耦合，

其中所述底部磁层由超顺磁层制成，而所述顶部磁层由铁磁性材料制成，并且

在外部施加的磁场为零的剩磁状态下，所述底部磁层和所述顶部磁层的磁矩方向为反向平行。

2.根据权利要求1所述的磁记录介质，其中所述合成亚铁磁结构还包括另一磁层和另一非磁性间隔层，该另一磁层和另一非磁性间隔层连续地层叠并且插入在所述非磁性间隔层和所述顶部磁层之间，所述另一磁层由超顺磁层制成。

3.根据权利要求1所述的磁记录介质，其中所述合成亚铁磁结构还包括另一磁层和另一非磁性耦合层，该另一磁层和另一非磁性耦合层连续地层叠并且插入在所述基础结构和所述底部磁层之间，所述另一磁性层由铁磁材料制成。

4.根据权利要求1所述的磁记录介质，其中所述合成亚铁磁结构还包括另一磁层和另一非磁性间隔层，该另一磁层和另一非磁性间隔层连续地层叠并且插入在所述非磁性间隔层和所述顶部磁层之间，所述另一磁层由铁磁材料制成。

5.根据权利要求1至4中的任何一项所述的磁记录介质，其中所述基础结构包括：基板；晶种层，设置在所述基板上并主要提供(002)织构；以及非磁性底层，设置在所述晶种层上，并由BCC金属或其合金制成。

6.根据权利要求5所述的磁记录介质，其中所述基础结构还包括非磁性含Co中间层，该非磁性含Co中间层设置在所述底层上并主要提供(1120)织构。

7.根据权利要求1至6中的任何一项所述的磁记录介质，其中从包括硬磁材料和软磁材料的组中选择所述超顺磁层。

8.根据权利要求1至7中的任何一项所述的磁记录介质，其中根据所使用的超顺磁层，所述底部磁层的厚度t在0＜t＜10nm的范围内。

9.根据权利要求1至8中的任何一项所述的磁记录介质，其中所述底部磁层由含Pt的Co合金制成，例如CoCrPtB、CoCrPt、CoCrTa、CoCrPtTa、CoCrPtTaB以及CoCrPtBCu，其中，Cr含量为5-40原子％，Pt含量为8-16原子％，B含量为0-15原子％，Cu含量为0-6原子％，而其余含量为Co。

10.根据权利要求1至8中的任何一项所述的磁记录介质，其中所述底部磁层由Co合金制成，例如CoCrB、CoCr、CoCrTa、CoCrTaB以及CoCrBCu，其中Cr含量为5-40原子％，B含量为0-15原子％，Cu含量为0-6原子％，而其余含量为Co。

11.根据权利要求1至8中的任何一项所述的磁记录介质，其中所述底部磁层由不含Pt或B的高磁化强度Co合金制成，例如CoCr、CoCrBt、CoCrTa以及CoCrTa，其中Cr含量为5-20原子％，B含量为0-10原子％，而其余含量为Co。

12.根据权利要求1至11中的任何一项所述的磁记录介质，其中所述非磁性间隔层由从包括Ru、Rh、Ir、Cr、Mo、Nb、Ta、Cu、Re及其合金的组中选择的材料制成。

13.根据权利要求1至12中的任何一项所述的磁记录介质，其中在所述顶部磁层和所述底部磁层上的超顺磁晶粒和铁磁晶粒之间存在反铁磁耦合。

14.根据权利要求1至13中的任何一项所述的磁记录介质，其中由于反铁磁耦合而使所述顶部磁层经受来自所述底部磁层的几百Oe或者更高的交换场。

15.一种磁存储装置，其包括：

至少一个磁记录介质，这些磁记录介质具有：基础结构；以及合成亚铁磁结构，设置在所述基础结构上，并且形成一记录层，其中所述合成亚铁磁结构至少包括一底部磁层和一顶部磁层，该底部磁层和顶部磁层通过一非磁性间隔层反铁磁地耦合，所述底部磁层由超顺磁层制成，而所述顶部磁层由铁磁材料制成，并且在外部施加的磁场为零的剩磁状态下，所述底部磁层和所述顶部磁层的磁矩方向为反向平行；以及

换能器，该换能器在所述磁记录介质上写入信息以及再生信息。

16.根据权利要求15所述的磁存储装置，其中所述磁记录介质的所述合成亚铁磁结构还包括另一磁层以及另一非磁性间隔层，该另一磁层和另一非磁性间隔层连续地层叠并且插入在所述非磁性间隔层和所述顶部磁层之间，所述另一磁层由超顺磁层制成。

17.根据权利要求15所述的磁存储装置，其中所述磁记录介质的所述合成亚铁磁结构还包括另一磁层以及另一非磁性耦合层，该另一磁层和另一非磁性耦合层连续地层叠并且插入在所述基础结构和所述底部磁层之间，所述另一磁层由铁磁材料制成。

18.根据权利要求15所述的磁存储装置，其中所述磁记录介质的所述合成亚铁磁结构还包括另一磁层以及另一非磁性间隔层，该另一磁层和另一非磁性间隔层连续地层叠并且插入在所述非磁性间隔层和所述顶部磁层之间，所述另一磁层由铁磁材料制成。