CN1645484A - 磁记录介质 - Google Patents
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Abstract
提供一种磁记录介质。该介质包括磁记录层和支承磁记录层的衬底，其中磁记录层由多孔晶体隔离薄膜构成，该薄膜能够通过微孔磁性地及物理地隔离晶体。从Co、Fe、Ni、Cr、Pt、Pd、Ti、Ta、Ru、Si、Al、Nb、B、Nd、Sm以及Pr中选出的一种过渡金属元素或该元素的合金被注入孔内。该磁记录介质具有良好的热稳定性和S/N特性。
Description
技术领域
本发明涉及能够实现高密度信息记录并且具有高的热稳定性和良好的信噪比(SNR)特性的磁记录介质。
背景技术
磁记录介质可以分为纵向磁记录(longitudinal magnetic recording，LMR)介质和垂直磁记录(perpendicular magnetic recording，PMR)介质。在LMR介质中，通过形成与磁记录介质的平面平行的记录位来执行磁记录。在PMR介质中，通过形成与具有垂直磁各向异性的磁记录介质的膜平面垂直的记录位来执行磁记录。众所周知，由于PMR与传统的LMR相比具有较高的静磁能和较低的反磁化场能，因此它在获得较高记录密度方面更具优势。
在LMR以及PMR中，为了获得磁记录介质的高密度，必须提高构成磁记录介质的磁记录层的磁性材料的矫顽力以保证热稳定性。决定磁性材料的矫顽力的因素之一是磁各向异性能，该磁各向异性能表示磁性晶粒中的磁矩沿着特定晶向排列的倾向。如果磁各向异性能高，则沿特定晶向排列的倾向就会增强。例如，在Co晶粒的情况下，六方密集晶体点阵的c轴是磁矩的排列方向(易磁化轴，magnetization easy axis)，并且磁各向异性能(Ku)约为4.6×106erg/cm3。当晶粒的体积为V时，导致晶粒中的磁矩对准易磁化轴的能量以KuV的形式给出。同时，磁矩由于热振动会移动，其可以表示为玻尔兹曼常数KB和绝对温度T的乘积，即KBT。将KBT和KuV进行比较，在KBT＜＜KuV的情况下，由于磁各向异性能远大于热振动能，则磁矩对准晶粒的近似c轴。但是，在KBT＞＞KuV的情况下，由于热振动能大于磁各向异性能，则磁矩连续热振动，这被称为超顺磁现象。通常，当(KuV)/(KBT)的值为50-100时，介质的热稳定性能够得以保证。当(KuV)/(KBT)的值小于50时，被记录信息的磁畴有可能被破坏。
为了在磁记录介质中实现高密度记录，必须减小噪声。减小构成磁记录介质的磁性晶粒的粒径并使其分布均匀来减小噪音。通常，为了执行200Gb/in2或更高密度的高密度记录，需要10nm或更小直径的微晶颗粒。但是，当如上所述减小晶粒的粒径时，由于晶粒的体积也被减小，总体上KuV的值减小，因此难以保证热稳定性。再者，由于晶粒尺寸的偏差值增大，信噪比(SNR)降低。
近来，一种CoCr合金基铁磁性材料通常被用作磁记录介质中的记录层材料。图1是一平面的SEM照片，用于常规磁记录层的CoCr合金基材料沉积在该平面上。参见图1，阴暗部分是其中实际进行记录的磁性晶粒，晶粒之间的明亮部分是Cr的含量高于Co的含量的富Cr相，该富Cr相作为一种成分隔离相来磁分隔晶粒。
参见图1，当根据常规方法形成一磁记录层时，晶粒的尺寸和分布是不均匀的并且其界面也是不均匀的，这就引起了介质的噪声。再者，当使用CoCr合金基材料时，如果为了降低噪声使晶粒的尺寸减小到5nm或更小，则即使在室温下磁化也不稳定，使得信息可能被破坏。
因此，当通过减小晶粒的尺寸降低噪声时，很难保证热稳定性。这个问题可以通过引入具有高磁各向异性能的磁性材料来解决。具有高磁各向异性能的磁性材料的例子包括合金，如FePt、CoPd、CoPt、NdFeB、Co/Pd多层膜、Co/Pt多层膜、Fe/Pt多层膜以及Fe/Pd多层膜。这类材料仅仅通过物理沉积的方法不能形成被完全物理及磁性隔离的晶体结构。换句话说，介质噪声主要由过渡区域中产生的锯齿形磁畴壁引起，该过渡区域是位的边界部分。当磁性晶粒之间的磁交换耦合(磁相互作用)较强时，锯齿形磁畴壁的振动剧烈。所以，为了降低介质噪声，必须消除晶粒之间的磁相互作用以对每一个磁性晶粒进行磁性隔离。如上所述，由于存在Cr含量远高于Co含量的富Cr相，作为常规CoCr合金中的成分隔离相，晶粒能够被磁性隔离。但是，具有高磁各向异性能的材料(如FePt)没有成分隔离相，因此不能防止晶粒之间的相互作用。再者，一些具有高磁各向异性能的CoCr合金并没有实现完全隔离，因此不能防止晶粒之间的相互作用。据此，噪声可能会增加。
发明内容
本发明提供一种磁记录介质，该介质具有均匀分布的晶粒尺寸，具有均匀的晶粒界面，以及不论是否存在微细和均匀晶粒均具有高的热稳定性。再者，由于晶粒被磁性隔离，因此本发明的磁记录介质具有高密度记录特性以及良好的SNR特性。
根据本发明的一个方面，提供一种具有磁记录层和支持磁记录层的衬底的磁记录介质，其中磁记录层由多孔晶体隔离薄膜构成，该薄膜能够通过微孔磁性地及物理地隔离晶体。
附图说明
通过以下参考附图对其示范实施例的详细描述，本发明的上述及其他特征和优点将更加显而易见，在附图中：
图1是一个平面的SEM照片，其中用于常规磁记录层的CoCr合金基材料沉积在该平面上；
图2是用在根据本发明的一个实施例的磁记录介质中的晶体隔离薄膜的SEM照片；
图3是示意性地展示了根据本发明的一个实施例的磁记录介质的结构的剖面视图；
图4是根据本发明的实施例1的磁记录介质的剖面示意图；
图5是根据本发明的实施例3的磁记录介质的剖面示意图；
图6是根据本发明的实施例5的磁记录介质的剖面示意图；以及
图7是根据本发明的实施例7的磁记录介质的剖面示意图。
具体实施方式
现在将更加详细地描述本发明。
根据本发明的一个实施例的磁记录介质的磁记录层由一晶体隔离薄膜构成以便形成微细、均匀的晶粒，该薄膜呈具有预先形成的微孔的模板的形状。将磁记录材料注入该孔内以防止晶粒之间的物理和磁性相互作用，并且位的边界部分的界面被预先设置成均匀，从而降低噪声。
同时，为了使晶粒的尺寸均匀，孔尺寸的标准偏差可以为30％或小于磁记录材料的晶粒的尺寸，从而降低噪声。
如上所述，当使用一具有高磁各向异性能的材料时，如FePt，由于不存在成分隔离相，因此不能够防止晶粒之间的相互作用。为了解决这一问题，可利用多孔晶体隔离薄膜来防止晶粒之间的物理和磁性相互作用。
本发明中使用的记录材料可以是现有技术中的常规记录材料，它们的例子包括从Co、Fe、Ni、Cr、Pt、Pd、Ti、Ta、Ru、Si、Al、Nb、B、Nd、Sm和Pr选出的过渡金属元素、以上元素的合金，以及包含过渡金属元素Co和Fe中的至少一种和贵金属元素Pt和Pd中的至少一种的合金。
多孔晶体隔离薄膜的微孔可以具有2-100nm的直径。当微孔直径小于2nm时，很难保证热稳定性。当微孔直径大于100nm时，难以获得高的记录密度。同时，当使用具有非常高磁各向异性能的记录材料作为记录材料时，微孔直径可以为3-5nm，因为在上述范围内能够获得热稳定性和400Gb/in2或者更高的优良高密度记录特性。
再者，微孔的高宽比(aspect ratio)可以为0.01-1000。此处，高宽比是指孔的深度与孔的直径的比。例如，高宽比为10表示孔的直径为2nm而孔的深度为20nm。当高宽比小于0.01时，由于孔的深度太浅，很难充分地注入记录材料。当高宽比大于1000时，很难均匀地注入记录材料。
图2是用在根据本发明的一个实施例的磁记录介质中的晶体隔离薄膜的SEM照片。多孔晶体隔离薄膜可以由其中微孔被磁性隔离的材料组成，例如，可以由氧化铝组成。当使用氧化铝制备多孔晶体隔离薄膜时，可使用现有技术普遍采用方法的阳极氧化。在阳极氧化中，当Al用作阳极并且被通以电流时，在阳极产生氧并因此Al的表面被氧化以形成多孔Al2O3层。
尽管记录材料的磁各向异性能(Ku)为5×105erg/cm3就足够了，但为了在晶粒尺寸减小时保证热稳定性，可以使用具有更高磁各向异性能的记录材料。当晶粒尺寸为5nm或更小时，磁各向异性能可为2.0×107erg/cm3。具有非常高磁各向异性能的合金的例子包括FePt、CoPd、CoPt以及NdFeB。
根据本发明的一个实施例的磁记录介质进一步可包括一位于磁记录层和衬底之间的底层。该底层改善磁记录层的晶体取向并且可以由Ti、Pt、Au、Pd、Ta、Cu、Ru、Ag、Au、B、Nd、Nb、Cr、Co、Ni、Fe、Al、Si、Zr、Mo、Pr、C或以上元素的合金构成。
图3是示意性地展示了根据本发明的一个实施例的磁记录介质的结构的剖面视图。在磁记录介质中，在玻璃或铝基合金衬底10上依次沉积改善垂直磁记录层13的晶体取向的底层12、削弱底层12和记录层13之间的晶体结构的差异以改善垂直磁记录层13的结晶性的中间层11、以及由晶体隔离薄膜构成的垂直磁记录层13。在该介质中，垂直磁记录层13的易磁化轴通过底层12垂直于薄膜平面排列，因此垂直磁记录层13具有垂直磁各向异性能。结果，有可能通过单极型磁头的垂直磁场分量垂直记录信息。
玻璃衬底、其上涂覆有无定形NiP膜的Al-Mg基衬底、热氧化硅衬底、等等通常被用作衬底10，底层12利用溅射法或其他物理沉积方法通过在衬底10上沉积Ti等形成。底层12的厚度在1-200nm的范围内。磁记录层13形成在底层12之上。磁记录层13的形成是首先利用溅射法形成一Al层，然后通过阳极氧化形成微孔，接着将记录材料注入微孔中。在注入时可采用镀覆、CVD、PVD、溅射、溶胶凝胶法等方法。当孔的深度大时可以使用镀覆方法，当孔的深度浅时可以使用溅射方法以简化制备工艺。
根据本发明的一个实施例的磁记录介质可以是纵向磁记录介质也可以是垂直磁记录介质。图4是根据本发明的一个实施例的垂直磁记录介质的剖面示意图。在该介质中，改善记录和再现层的垂直取向的底层22、由晶体隔离薄膜构成的垂直磁记录层23、保护垂直磁记录层不被氧化以及不受外部碰撞的保护层24、以及防止用于记录和再现信息的磁头滑块碰撞介质并使磁头滑块平滑滑动的润滑层25依次沉积在玻璃或铝基合金的衬底20上。
根据本发明的另一实施例的磁记录介质可进一步包括在记录层和衬底之间的软磁层。该软磁层用作垂直磁记录介质中的磁场的回程路径以形成垂直磁场的磁路。例如，FeSiAl、NiFe合金或者CoZr合金可以被用作软磁层。图5是一个垂直磁记录介质的剖面示意图，它包括一软磁层26和一中间层21。
图6是根据本发明的另一个实施例的纵向磁记录介质的剖面示意图，包括全部的中间层31、底层32以及晶体取向层38。记录层被分为上记录层33和下磁层37，并且在二者之间设置Ru层。沉积该Ru层以通过减小下磁层37的厚度来削弱反磁化场的影响。在该磁记录介质中，上记录层33和下磁层37之一或两者可由晶体隔离薄膜构成。
此时，可如下制备该磁记录介质，用晶体隔离薄膜以一体化的形式构成除了衬底之外的所有层，例如软磁层、中间层以及底层，随后依次注入构成各个层的材料。除衬底之外的所有层均使用晶体隔离薄膜的记录介质的实施例如图7所示。通过在衬底40上将晶体隔离薄膜48形成为一体并且依次注入软磁层46、中间层41、记录层43、保护层44以及润滑层45来制备该记录介质。
下面参考以下实施例更加详细地描述本发明。以下实施例是本着说明性的目的而无意限制本发明的范围。
实施例1
一Ti底层以50nm的厚度沉积在0.635mm厚的一玻璃衬底上并在其上溅射10nm厚的Al。然后，通过阳极氧化形成直径为5nm(标准偏差为20％)的微孔以便具有2的高宽比。接着，利用溅射法将作为记录材料的FePt注入孔内，然后，作为保护层的厚度为10nm的碳基膜以及作为润滑层的厚度为2nm的Z-DOL(0.04％)(可从Ausimont获得)层沉积在其上以制备该磁记录介质。
实施例2
用与实施例1中描述的相同方式制备磁记录介质，区别之处在于形成5nm厚的Al层并且高宽比为1。
实施例3
用与实施例1中描述的相同方式制备磁记录介质，区别之处在于沉积5nm厚的Pt中间层以代替底层并且在中间层和衬底之间进一步形成150nm厚的NiFe软磁层。
实施例4
Ti底层以50nm的厚度沉积在0.635mm厚的玻璃衬底上，沉积Pt中间层以使其厚度达到20nm并且在其上溅射20nm厚的Al。然后，通过阳极氧化形成直径为2nm的微孔以便具有10的高宽比。接着，利用电镀法将作为记录材料的FePt注入孔内，然后，作为保护层的厚度为10nm的碳基膜以及作为润滑层的厚度为2nm的Z-DOL(0.04％)(可从Ausimont获得)层沉积在其上以制备该磁记录介质。
实施例5
Ta晶体取向层以5nm的厚度沉积在0.635mm厚的玻璃衬底上，并接着在其上沉积50nm厚的Ti底层。然后，沉积5nm厚的Pt中间层并依次沉积作为下磁层的20nm厚的CoCrPt层和5nm厚的Ru层。在其上溅射20nm厚的Al，随后，通过阳极氧化形成直径为5nm的微孔以便具有4的高宽比。然后，利用电镀法将作为记录材料CoCrPt注入孔中，接着，作为保护层的10nm厚的碳基膜以及作为润滑层的2nm厚的Z-DOL(0.04％)(可从Ausimont获得)层沉积在其上以制备该磁记录介质。
实施例6
用与实施例4中描述的相同的方式制备磁记录介质，区别之处在于微孔直径为20nm以便获得数值为1的高宽比并且CoCr基合金被用作记录材料。
实施例7
Al以180nm的厚度溅射在0.635mm厚的玻璃衬底上，随后，通过阳极氧化形成直径为5nm的微孔以便获得数值为30的高宽比。接着，NiFe软磁层材料以150nm的厚度被注入孔内，并且然后，作为中间层的20nm厚的Ru层和作为记录材料的10nm厚的CoPt层被依次注入以被沉积。最后，平整沉积表面，并且然后，作为保护层的10nm厚的碳基膜以及作为润滑层的2nm厚的Z-DOL(0.04％)(可从Ausimont获得)层沉积在其上以制备该磁记录介质。
如上所述，由于记录材料的晶粒非常微细和均匀，根据本发明实施例的磁记录介质能够非常均匀地调整记录位的边界表面以降低噪声，并且由于晶粒的尺寸可以被控制在5nm或更小，因此还能够获得400Gb/in2或更高密度的高密度记录。再者，即使为了保证热稳定性而使用具有非常高磁各向异性能的材料作为记录材料，记录材料的晶粒仍然能够被物理地且磁性地隔离，由此降低噪声。
尽管以上参考其示范实施例具体展示和描述了本发明，本领域普通技术人员应当理解的是，在不脱离由所附权利要求所限定的本发明精神和范围的前提下可以作出各种形式以及细节上的变化。
Claims (19)
1.一种磁记录介质，包括一磁记录层和支承该磁记录层的一衬底，
其中所述磁记录层由能够通过微孔磁性地并物理地隔离晶体的多孔晶体隔离薄膜构成。
2.如权利要求1所述的磁记录介质，其中所述孔的尺寸的标准偏差不大于所述磁记录材料的晶粒尺寸的30％。
3.如权利要求1所述的磁记录介质，其中从Co、Fe、Ni、Cr、Pt、Pd、Ti、Ta、Ru、Si、Al、Nb、B、Nd、Sm以及Pr中选出的一种过渡金属元素或该元素的合金被注入所述孔内。
4.如权利要求1所述的磁记录介质，其中包含过渡金属元素Co和Fe中的至少一种和贵金属元素Pt和Pd中的至少一种的合金被注入所述孔内。
5、如权利要求1所述的磁记录介质，其中所述微孔的直径为2-100nm。
6、如权利要求1所述的磁记录介质，其中所述微孔的直径为3-5nm。
7、如权利要求1所述的磁记录介质，其中所述微孔的高宽比为0.01-1000。
8、如权利要求1所述的磁记录介质，其中所述多孔晶体隔离薄膜由氧化铝构成。
9、如权利要求1所述的磁记录介质，其中所述合金的磁各向异性能为5.0×105erg/cm3或更大。
10、如权利要求1所述的磁记录介质，其中所述合金的磁各向异性能为2.0×107erg/cm3或更大。
11、如权利要求1所述的磁记录介质，其中所述合金是FePt、CoPd、CoPt或NdFeB。
12、如权利要求1所述的磁记录介质，进一步包括一位于所述磁记录层和所述衬底之间的底层。
13、如权利要求12所述的磁记录介质，其中所述磁记录层是一垂直磁记录层。
14、如权利要求12所述的磁记录介质，其中所述磁记录层是一纵向磁记录层。
15、如权利要求1所述的磁记录介质，进一步包括一位于所述磁记录层和所述衬底之间的软磁层。
16、如权利要求12至15中任一项所述的磁记录介质，其中所述底层或所述软磁层由能够通过微孔物理地且磁性地隔离晶体的多孔晶体隔离薄膜构成。
17、如权利要求16所述的磁记录介质，其中从Ti、Pt、Au、Pd、Ta、Cu、Ru、Ag、Au、B、Nd、Nb、Cr、Co、Ni、Fe、Al、Si、Zr、Mo、Pr、和C中选出的一种过渡金属元素或该元素的合金被注入构成所述底层的所述多孔晶体隔离薄膜的微孔中。
18、如权利要求16所述的磁记录介质，其中FeSiAl、NiFe合金、或CoZr合金被注入构成所述软磁层的所述多孔晶体隔离薄膜的微孔中。
19、如权利要求16所述的磁记录介质，其中将具有交换磁各向异性效应或反铁磁性耦合结构的材料注入构成所述软磁层的所述多孔晶体隔离薄膜的微孔中。
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