CN1630900A - 磁性记录介质和磁性存储设备 - Google Patents
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Abstract
一种磁性记录介质被构造成包括下部磁性层、设置在下部磁性层上的非磁性隔离层和设置在非磁性隔离层上的上部磁性层，这里上部和下部磁性层都反铁磁性地耦合。下部磁性层包括稳定层和设置在稳定层和非磁性隔离层之间的下部增强层，该稳定层和下部增强层铁磁性地交换耦合。稳定层和下部增强层都由CoCr合金制成以使稳定层的Pt含量高于下部增强层的Pt含量。
Description
技术领域
一般地说本发明涉及磁性记录介质和磁性存储设备，更具体地说，涉及具有通过非磁性隔离层反铁磁性地耦合的磁性层的磁性记录介质以及使用这种磁性记录介质的磁性记录设备。
背景技术
由于介质噪声的降低、高灵敏度的自旋阀磁头的发展和强磁化的写磁头的缘故，纵向磁性记录介质的存储容量迅速地增加。已经演示了高于100Gbit/inch2的记录密度，并且这种高记录密度即将用于商用硬盘驱动器。然而，为执行更好的计算，对更高记录密度的需求显示出了对记录介质和其它的部件设计的日益增强的挑战。
降低介质噪声涉及在磁性层中写更加尖锐的磁性过渡。这一般通过增加介质矫顽力、降低磁性层的厚度、降低磁性层的颗粒尺寸和颗粒尺寸分布以及磁性地隔离磁性层的颗粒来实现。然而，降低介质厚度或颗粒尺寸对记录介质的热稳定性有不利的影响。磁性层的热稳定性通常通过系数KuV/kT的大小来表示，这里Ku表示磁各向异性，V表示颗粒的体积，T表示温度，以及k表示称为玻耳兹曼常数的物理常数。
为了使其具有热稳定的小颗粒，磁各向异性Ku必须增加。磁各向异性场Hk定义为Hk＝2Ku/Ms，这里Ms表示饱和磁化强度。较大的磁各向异性场意味着在纳秒方式下的较大的矫顽力Hc，对于具有较高的数据传输率的高密度介质，正常情况下写入信息在这种纳秒方式下进行。在写频率下的高矫顽力Hc对写头施加了严格的限制，因为要求较大的写电流以将信息写在这种介质上。由于研制高磁矩写头中的困难，严重限制了通过写头产生的写电流。重写性能，即将新的数据写到先前写的数据中的能力，对于具有更高的磁各向异性场Hk的记录介质来说是更槽糕的。具有更高的磁各向异性Ku的记录介质增加了磁各向异性场Hk，由此限制了重写性能。
如上文所述，需要减小磁性层的颗粒尺寸和磁性层的厚度以实现较低的介质噪声，由此实现较高的记录密度。然而，这种颗粒尺寸和磁性层的厚度的减小劣化了记录介质的热稳定性。为了改善热稳定性而不影响重写性能，如Abarra等人在Applied Physics Letters，Vol.77，Page 2581，October 2000中已经提出并示出了合成铁磁性介质(SFM)。
合成铁磁性介质(SFM)具有至少一对磁性层，该磁性层由Ru等制成的非磁性隔离物间隔开。上部磁性层的磁化强度部分地被起到初始稳定层作用的下部磁性层抵消。虽然读头仅对有效磁化强度敏感，但是两个磁性层的总的体积对热稳定性有作用。使用这种SFM的原理，极大地改善了记录介质的信号噪声比(SNR)和热稳定性。然而，理想的是进一步改善热稳定性以便实现更高的记录密度。
发明内容
因此，本发明的一般目的是提供一种新颖且有用的磁性记录介质和磁性存储设备，其中解决了上述的问题并且满足需要。
本发明的另一目的和更具体的目的是提供一种具有改善的SNR、改善的重写性能和改善的热稳定性的磁性记录介质和磁性存储设备。
本发明的进一步的目的是提供一种磁性记录介质，该磁性记录介质包括下部磁性层；设置在下部磁性层上的非磁性隔离层；和设置在非磁性隔离层上的上部磁性层，这里上部和下部磁性层都反铁磁性地耦合，下部磁性层包括稳定层和设置在稳定层和非磁性隔离层之间的下部增强层，该稳定层和下部增强层铁磁性地交换耦合，稳定层和下部增强层都由CoCr合金制成以使稳定层的Pt含量高于下部增强层的Pt含量。根据本发明的磁性记录介质，可以实现改善的SNR、改善的重写性能和改善的热稳定性。
本发明的进一步目的是提供一种磁性记录介质，该磁性记录介质包括下部磁性层；设置在下部磁性层上的非磁性隔离层；和设置在非磁性隔离层上的上部磁性层，这里上部和下部磁性层都反铁磁性地耦合，上部磁性层包括设置在非磁性隔离层上的上部增强层和设置在上部增强层上的记录层，该记录层和上部增强层都铁磁性地交换耦合，记录层和上部增强层都由CoCr合金制成以使记录层的Pt含量高于上部增强层的Pt含量。根据本发明的磁性记录介质，可以实现改善的SNR、改善的重写性能和改善的热稳定性。
本发明的另一目的是提供一种磁性存储设备，该磁性存储设备包括至少一个磁性记录介质和在磁性记录介质上记录信息和从其中再现信息的头，这里磁性记录介质包括下部磁性层；设置在下部磁性层上的非磁性隔离层；和设置在非磁性隔离层上的上部磁性层，这里上部和下部磁性层都反铁磁性地耦合，下部磁性层包括稳定层和设置在稳定层和非磁性隔离层之间的下部增强层，该稳定层和下部增强层铁磁性地交换耦合，稳定层和下部增强层都由CoCr合金制成以使稳定层的Pt含量高于下部增强层的Pt含量。根据本发明的磁性存储设备，可以实现改善的SNR、改善的重写性能和改善的热稳定性。
本发明的另一目的是提供一种磁性存储设备，该磁性存储设备包括至少一个磁性记录介质和在磁性记录介质上记录信息和从其中再现信息的头，这里磁性记录介质包括下部磁性层；设置在下部磁性层上的非磁性隔离层；和设置在非磁性隔离层上的上部磁性层，这里上部和下部磁性层都反铁磁性地耦合，上部磁性层包括设置在非磁性隔离层上的上部增强层和设置在上部增强层上的记录层，该记录层和上部增强层都铁磁性地交换耦合，记录层和上部增强层都由CoCr合金制成以使记录层的Pt含量高于上部增强层的Pt含量。根据本发明的磁性记录介质，可以实现改善的SNR、改善的重写性能和改善的热稳定性。
在结合附图阅读时通过下文的详细描述将会清楚本发明的其它目的和进一步特征。
附图说明
附图1所示为合成铁磁性介质的重要部分的截面剖视图；
附图2所示为在附图1中所示的合成铁磁性介质中的下部磁性层的Pt含量对矫顽力的影响的示意图；
附图3所示为作为在附图1中的合成铁磁性介质的增加Pt含量的函数的下部磁性层的矫顽力的示意图；
附图4所示为作为在附图1中所示的合成铁磁性介质的增加Pt含量的函数的、下部和上部磁性层之间的反铁磁性交换耦合常数的示意图；
附图5所示为作为在附图1中所示的合成铁磁性介质的下部磁性层的Pt含量x的函数、下部磁性层所受到的交换场Hex的示意图；
附图6所示为根据本发明的磁性记录介质的第一实施例的重要部分的截面剖视图；
附图7所示为根据本发明的磁性记录介质的第二实施例的重要部分的截面剖视图；
附图8所示为根据本发明的磁性记录介质的第三实施例的重要部分的截面剖视图；
附图9所示为相对于第一实施例的磁性记录介质和合成铁磁性介质所测量的各种参数的附图；
附图10所示为根据本发明的磁性存储设备的实施例的重要部分的内部结构的截面剖视图；
附图11所示在附图10中所示的磁性存储设备的实施例的重要部分的平面视图。
具体实施方式
附图1所示为合成铁磁性介质(SFM)的重要部分的截面剖视图。磁性记录介质包括衬底1、Cr或Cr合金底层2、下部磁性层3-1、非磁性隔离层4、上部磁性层3-2和C或DLC涂层5，这些层如附图所示地层叠。
附图2所示为下部磁性层3-1的Pt含量对在附图1中所示的合成铁磁性介质的矫顽力的影响的示意图。在附图2中，纵坐标表示合成铁磁性介质的矫顽力(Oe)，横坐标表示下部磁性层3-1的Pt含量x(at％)。附图2所示为由Pt含量x从0at％变化到13at％的CoCrPtxB制成的下部磁性层3-1的矫顽力。衬底1、底层2、非磁性隔离层4和上部磁性层3-2分别是玻璃、CrMo、Ru和具有11at％的Pt含量的CoCrPtBCu。从附图2中可以看出，随着Pt含量x变高，矫顽力增加。
已知CoCrPt合金的磁各向异性随着Pt含量的增加而增加。Acharya等人在Applied Physics Letters，Vol.80 page 85，Jan.2002中示出了在利用更高的磁各向异性的下部磁性层时热稳定性改善且矫顽力增加。因此，可以认为在附图2中所示的由于Pt含量的增加而矫顽力增加是由于下部磁性层3-1的磁各向异性的增加的缘故。
附图3所示为作为增加Pt含量x的函数的下部磁性层3-1的矫顽力的示意图。在附图3中，纵坐标表示下部磁性层3-1的矫顽力(Oe)，横坐标表示下部磁性层3-1的Pt含量x(at％)。从附图3中可以看出，下部磁性层3-1的矫顽力随着由于磁各向异性的增加引起的Pt含量x的增加而增加。
附图4所示为作为下部磁性层3-1的增加Pt含量x的函数、且在下部磁性层3-1和上部磁性层3-2之间的反铁磁性交换耦合常数J的示意图。在附图4中，纵坐标表示在下部磁性层3-1和上部磁性层3-2之间的反铁磁性交换耦合常数J(erg/cm2)，横坐标表示下部磁性层3-1的Pt含量x(at％)。从附图4中可以看出，反铁磁性交换耦合常数J的值随着增加Pt含量x而降低。
附图5所示为作为下部磁性层3-1的Pt含量x的函数、下部磁性层3-1所受到的交换场Hex的示意图。在附图5中，纵坐标表示下部磁性层3-1所受到的交换场Hex，横坐标表示下部磁性层3-1的Pt含量x(at％)。交换场Hex的值取决于反铁磁性交换耦合常数J，因此随着在下部磁性层3-1增加Pt含量x而降低。
Inomata等人在IEEE Magnetics，Vol.37，page 1449，2001中示出了在交换场Hex和下部磁性层的矫顽力之间的关系对于获得合成铁磁性介质的最佳性能是重要的。Inomata等人显示，交换场Hex的值应该完全在下部磁性层的矫顽力的值之上。
从附图2至5，可以看出，在下部磁性层3-1中的更高的Pt含量x导出了合成铁磁性介质的更高的矫顽力和热稳定性。然而，由于通过在下部磁性层3-1中的更高的Pt含量x引起的反铁磁性交换耦合常数J的降低的缘故，交换场Hex降低。因此，在增加下部磁性层3-1中的Pt含量x以实现更高的矫顽力和热稳定性、和抑制在下部磁性层3-1的Pt含量x的增加以不降低反铁磁性交换耦合常数J和交换场Hex之间存在一种折衷方案。
根据本发明的磁性记录介质被设计成克服上述的折衷方案，以便可以实现具有优良性能的磁性记录介质。
接着，参考附图6和随后的附图描述根据本发明的磁性记录介质和磁性存储设备的实施例。
附图6所示为根据本发明的磁性记录介质的第一实施例的重要部分的截面剖视图。在附图6中，以相同的参考标号表示与附图1中那些对应部件基本相同的那些部件。该记录介质包括由玻璃等制成的衬底1、Cr或Cr合金底层2、下部磁性层31、非磁性隔离层4、上部磁性层32和C或DLC涂层5，它们如附图6中所层叠。例如，有机润滑剂涂敷在涂层5上。在本实施例中，下部磁性层31具有包括稳定层311和提供在稳定层311上的下部增强层312的双层结构。
稳定层311可以由CoCrPt合金比如CoCrPt、CoCrPtB、CoCrPtBCu、CoCrPtTa和它们的合金制成。下部增强层312可以由CoCrPt合金比如CoCrPt、CoCrPtB、CoCrPtBCu、CoCrPtTa和它们的合金制成。在稳定层311中的Pt含量高于在下部增强层312中的Pt含量。因此，下部增强层311也可以由Pt＝0at％的材料制成，它可以从CoCr合金比如CoCr、CoCrB、CoCrBCu、CoCrTa和它们的合金中选择。
例如，下部增强层312由0≤Pt≤8at％的CoCr合金制成，而稳定层311可以由Pt＞8at％的CoCrPt合金制成。此外，理想的是，下部增强层312的Co含量高于稳定层311的Co含量。此外，理想的是，稳定层311的磁各向异性高于下部增强层312的磁各向异性。
衬底1可以以NiP层涂敷。
底层2可以从由Cr、CrMo、CrTi、CrV、CrW及其合金构成的组中选择的非磁性材料制成，其厚度范围大约1纳米至25纳米。可替换地，底层2可以由从NiAl、RuAl及其合金构成的组中选择的非磁性材料制成，它的厚度范围大致为5纳米至80纳米。此外，底层2可以由B2结构的合金制成。
非磁性隔离层4可以由从Ru、Ir及其合金构成的组中选择的材料制成。
上部磁性层32具有单层结构，并且可以由Co或Co合金制成。
当然，在磁性记录介质中还可以提供附加的层，比如在衬底1和底层2之间的籽晶层和/或在底层4和下部磁性层31之间的中间层。中间层可以由比如厚度范围为1纳米至5纳米的CoCr合金的非磁性材料制成。
根据本第一实施例，下部磁性层31和上部磁性层32反铁磁性地耦合，并且下部磁性层31的稳定层311和下部增强层312铁磁交换地耦合。因此，上部和下部磁性层32和31的磁化方向彼此反向平行。
附图7所示为根据本发明的磁性记录介质的第二实施例的重要部分的截面剖视图。在附图7中，以相同的参考标号表示与附图6中那些对应部件相同的那些部件。在附图7中所示的磁性记录介质包括下部磁性层31和具有包括上部增强层323和提供在上部增强层323上的记录层322的双层结构的上部磁性层32。
上部增强层323可以CoCrPt合金比如CoCrPt、CoCrPtB、CoCrPtBCu、CoCrPtTa和它们的合金制成。记录层322可以由CoCrPt合金比如CoCrPt、CoCrPtB、CoCrPtBCu、CoCrPtTa和它们的合金制成。在记录层322中的Pt含量高于在上部增强层323中的Pt含量。因此，上部增强层323也可以由Pt＝0at％的材料制成，它可以从CoCr合金比如CoCr、CoCrB、CoCrBCu、CoCrTa和它们的合金中选择。
例如，上部增强层321由0≤Pt≤8at％的CoCr合金制成。此外，理想的是，上部增强层321的Co含量高于记录层322的Co含量。此外，理想的是，记录层322的磁各向异性高于上部增强层321的磁各向异性。
下部磁性层31具有单层结构，可以由Co或Co合金制成。
根据本第二实施例，下部磁性层31和上部磁性层32反铁磁性地耦合，并且上部增强层323和记录层322铁磁交换地耦合。因此，上部和下部磁性层32和31的磁化方向彼此反向平行。
附图8所示为根据本发明的磁性记录介质的第三实施例的重要部分的截面剖视图。在附图8中，以相同的参考标号表示与附图6和7中那些对应部件相同的那些部件。在附图8中所示的磁性记录介质中，下部磁性层31和上部磁性层32两者都具有如上文所述的双层结构。
例如，上部和下部增强层321和312都由0≤Pt≤8at％的CoCr合金制成。
根据本第三实施例，下部磁性层31和上部磁性层32反铁磁性地耦合，稳定层311和下部增强层312铁磁交换地耦合，并且上部增强层323和记录层322铁磁交换地耦合。因此，上部和下部磁性层32和31的磁化方向彼此反向平行。
附图9所示为相对于第一实施例的、磁性记录介质和合成铁磁性介质测量的不同参数的示意图。不同参数包括交换场Hex(Oe)、矫顽力Hc(Oe)、在330kfci下的信号介质噪声S/Nm、在330kfci下的隔离的信号介质噪声Siso/Nm(db)和重写性能(db)。
在附图9中，M1表示在附图1中所示的合成铁磁性介质，该合成铁磁性介质具有由3-nm厚的CoCrB合金制成并且Pt的最低含量为0at％的下部磁性层3-1。M2表示在附图1中所示的合成铁磁性介质，该合成铁磁性介质具有由3-nm厚的CoCrPtB合金制成并且具有10at％的更高Pt含量的下部磁性层3-1。合成铁磁性介质M1和M2的衬底1、底层2、非磁性隔离层4、上部磁性层3-2分别为玻璃、CrMo、Ru和Pt含量为11at％的CoCrPtBCu。
在附图9中，M3表示在附图6中所示的第一实施例的磁性记录介质。稳定层311由具有10at％的Pt含量的3-nm厚的CoCrPtB制成，而下部增强层312由具有1-nm厚的CoCrB制成。磁性记录介质M3的衬底1、底层2、非磁性隔离层4和上部磁性层3-2分别为玻璃、CrMo、Ru和Pt含量为11at％的CoCrPtBCu。已经证实，磁性记录介质M3显示了比合成铁磁性介质M2更高的交换场Hex和比合成铁磁性介质M1更高的矫顽力。此外，已经证实，磁性记录介质M3的记录特性比如在330kfci下的信号介质噪声S/Nm、在330kfci下的隔离的信号介质噪声Siso/Nm和重写性能也比合成铁磁性介质M2更好。因此，证实了磁性记录介质M3(即根据本发明的磁性记录介质)显示了合成铁磁性介质M1和M2两者的优点，同时克服了合成铁磁性介质M1和M2的相应的缺陷。
接着，参考附图10描述根据本发明的磁性存储设备的实施例。附图10所示为磁性存储设备的这个实施例的重要部分的内部结构的截面剖视图，附图11所示为在附图10中所示的磁性存储设备的实施例的重要部分的平面视图。
如附图10和11所示，磁性存储设备一般包括壳体113。马达114、轮毂115、多个磁性记录介质116、多个记录和再现头117、多个悬件118、多个臂119和致动器单元120提供在壳体113内。磁性记录介质116安装在通过马达114旋转的轮毂115上。记录和再现头117由再现头比如MR和GMR头和记录头比如感应头构成。每个记录和再现头117通过悬件118安装在对应的臂119的顶端上。臂119通过致动器单元120移动。这个磁性存储设备的基本结构是公知的，因此在本说明书中省去了对它们的详细描述。
该磁性存储设备的实施例的特征在于磁性记录介质116。每个磁性记录介质116具有如上文结合附图6至9所描述的磁性记录介质的任何实施例的结构。当然，磁性记录介质116的数量并不限于3，也可以提供只一个、两个或四个或更多的磁性记录介质116。
磁性存储设备的基本结构并不限于在附图10和11中所示的结构。此外，在本发明中使用的磁性记录介质并不限于磁盘，其它的磁性记录介质比如磁带和磁卡也可以使用。此外，磁性记录介质不需要固定地提供在磁性存储设备的壳体113中，并且磁性记录介质可以是装入到壳体113并从其中卸下的便携式介质。
此外，本发明并不限于这些实施例，在不脱离本发明的范围的前提下可以做出各种变型和改进。
Claims (16)
1.一种磁性记录介质，包括；
下部磁性层；
设置在下部磁性层上的非磁性隔离层；和
设置在非磁性隔离层上的上部磁性层，
所说的上部和下部磁性层都反铁磁性地耦合，
所说的下部磁性层包括稳定层和设置在稳定层和非磁性隔离层之间的下部增强层，
所说的稳定层和所说的下部增强层铁磁性地交换耦合，
所说的稳定层和所说的下部增强层都由CoCr合金制成，以使所说的稳定层的Pt含量高于下部增强层的Pt含量。
2.如权利要求1所述的磁性记录介质，其中下部磁性层的Co含量比稳定层的Co含量高。
3.如权利要求1或2所述的磁性记录介质，其中稳定层的磁各向异性比下部增强层的磁各向异性更高。
4.如权利要求1至3中任一权利要求所述的磁性记录介质，进一步包括在其上设置下部磁性层的非磁性底层。
5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的磁性记录介质，其中下部增强层由具有0≤Pt≤8at％的CoCr合金制成，稳定层由Pt＞8at％的CoCrPt合金制成。
6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的磁性记录介质，其中所说的上部磁性层包括：
设置在非磁性隔离层上的上部增强层；和
设置在上部增强层上的记录层，
所说的记录层和所说的上部增强层铁磁性交换耦合，
所说的记录层和所说的上部增强层由CoCr合金制成，以使所说的记录层的Pt含量高于上部增强层的Pt含量。
7.如权利要求6所述的磁性记录介质，其中上部增强层的Co含量高于记录层的Co含量。
8.如权利要求6或7所述的磁性记录介质，其中记录层的磁各向异性高于上部增强层的磁各向异性。
9.如权利要求6至8中任一权利要求所述的磁性记录介质，其中上部增强层由0≤Pt≤8at％的CoCr合金制成。
10.一种磁性记录介质，包括：
下部磁性层；
设置在下部磁性层上的非磁性隔离层；和
设置在非磁性隔离层上的上部磁性层，
所说的上部和下部磁性层都反铁磁性地耦合，
所说的上部磁性层包括设置在非磁性隔离层上的上部增强层和设置在上部增强层上的记录层，
所说的记录层和所说的上部增强层都铁磁性地交换耦合，
所说的记录层和所说的上部增强层都由CoCr合金制成，以使所说的记录层的Pt含量高于上部增强层的Pt含量。
11.如权利要求10所述的磁性记录介质，其中上部增强层的Co含量高于记录层的Co含量。
12.如权利要求10或11所述的磁性记录介质，其中记录层的磁各向异性高于上部增强层的磁各向异性。
13.如权利要求10至12中任一权利要求所述的磁性记录介质，进一步包括在其上设置下部磁性层的非磁性底层。
14.如权利要求10至13中任一权利要求所述的磁性记录介质，其中上部增强层由0≤Pt≤8at％的CoCr合金制成。
15.一种磁性存储设备，包括：
至少一个磁性记录介质；和
在磁性记录介质上记录信息和从其中再现信息的头，
所说的磁性记录介质包括：
下部磁性层；
设置在下部磁性层上的非磁性隔离层；和
设置在非磁性隔离层上的上部磁性层，
所说的上部和下部磁性层都反铁磁性地耦合，
所说的下部磁性层包括稳定层和设置在稳定层和非磁性隔离层之间的下部增强层，
所说的稳定层和所说的下部增强层铁磁性地交换耦合，
所说的稳定层和所说的下部增强层都由CoCr合金制成，以使所说的稳定层的Pt含量高于下部增强层的Pt含量。
16.一种磁性存储设备，包括：
至少一个磁性记录介质；和
在磁性记录介质上记录信息和从其中再现信息的头，
所说的磁性记录介质包括：
下部磁性层；
设置在下部磁性层上的非磁性隔离层；和
设置在非磁性隔离层上的上部磁性层，
所说的上部磁性层和所说的下部磁性层都反铁磁性地耦合，
所说的上部磁性层包括设置在非磁性隔离层上的上部增强层和设置在上部增强层上的记录层，
所说的记录层和所说的上部增强层都铁磁性地交换耦合，
所说的记录层和所说的上部增强层都由CoCr合金制成以使所说的记录层的Pt含量高于上部增强层的Pt含量。
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