CN1655242A - Co基垂直磁记录介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种垂直磁记录介质。该垂直磁记录介质包括Co基磁性记录层，支持磁性记录层的基底，和置于磁性记录层和基底之间的垂直取向底层。该垂直取向底层由含有1－65at.％Co的Ru－Co合金构成。通过得到与记录层有小的晶格失配的垂直取向底层，所述垂直磁记录介质可以获得良好的结晶性和良好的磁特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种能高密度记录信息的Co基垂直磁记录介质(Co-basedperpendicular magnetic recording)，更具体地，涉及一种即使在厚度薄的记录层上也能确保良好的结晶性和磁性并且能增加记录密度的Co基垂直磁记录介质。
背景技术
硬盘驱动器(HDDs)是典型的磁信息存储介质并引导(lead)记录密度快速增加，目前它采用纵向磁记录方法，在该方法中包括环型磁头(ring typehead)和纵向磁记录介质。然而，由于记录介质的热不稳定性，常规的纵向磁记录方法在增加记录密度上受到限制，目前正在积极发展一种新的记录方法—垂直磁性记录方法，因为该垂直磁性记录方法有望将记录密度增加至远远超过200Gb/in2。
和常规的纵向磁记录方法不同，在垂直磁性记录方法中，在与基底垂直的方向上磁化记录在介质中的单元位(unit bits)。通过使用具有以下特性的垂直磁记录介质，记录密度可以得到进一步提高：
(1)通过确保记录层良好的结晶性而得到的高矫顽力(coercive force)和高垂直磁性各向异性能量常数(perpendicular magnetic anisotropic energyconstant)(Ku＞1×106erg/cc)；
(2)小晶粒；以及
(3)在磁性微粒之间的弱的耦合交换(exchange coupling)。
通常，垂直磁记录介质分为单磁性层磁记录介质和双磁性层磁记录介质，如图1A和1B所示。为了提高记录层的磁性和结晶特性，单磁性层磁记录介质包括存储磁性信息的记录层，以及在沉积记录层之前在基底上形成的垂直取向底层(perpendicular orientation underlayer)。同时，双磁性层磁记录介质除了记录层和垂直取向底层外还包括软磁性底层，以在磁记录上增加磁场的强度和空间变化率，该磁场由包括感应线圈的极式(pole type)记录磁头所产生。
位于记录层下的垂直取向底层的晶体结构和晶格常数对具有上述结构的记录介质的各个记录层的结晶性和微观结构有显著的影响。
当记录层和垂直取向层的结晶结构完全不同或当位于记录层和垂直取向层之间的晶格失配(lattice mismatch)太大(尽管它们的结晶结构相似)时，在记录层生长的初始阶段形成所谓的初始生长层并劣化记录层的特性，该初始生长层是结晶性和磁性不稳定的膜。
相反，当记录层和垂直取向底层具有相同的晶体结构并且由于基本相同的晶格常数而使得晶格失配非常小时，具有良好结晶性的记录层可以从生长的初始阶段生长，因此，我们甚至可以在有极薄的膜的记录层的上获得良好的介质磁性。
通常地，已知当通过真空沉积来沉积薄膜时，随着薄膜的厚度增加，晶粒的大小也随之增加。由于应该减小晶粒的大小以获得高存储密度，因此发展即使在薄的厚度下也具有良好的结晶性和磁性的记录层的制造方法在记录介质的开发中是基本的部分。
在常规的Co基垂直磁记录介质的垂直取向底层中使用的材料实例包括Ti，Pt，Ru等。这些物质中的每一种和一种Co基记录层CoCrPtB之间的晶格失配如下表1中所示。如表所示，Ti的晶格失配较大，Pt的居中，而Ru的较小。
表1
| 底层材料 | 晶体结构 | a() | b() | c() | d-间距 | 在CP平面(最密堆积平面)的原子间距 | CoCrPtB晶格失配(％) |
| NiFe | FCC | 3.560 | 3.560 | 2.055 | 2.517 | -2.7 | |
| Pd | FCC | 3.891 | 3.891 | 2.246 | 2.751 | 6.4 | |
| Pt | FCC | 3.924 | 3.924 | 2.266 | 2.775 | 7.3 | |
| Au | FCC | 4.078 | 4.078 | 2.355 | 2.884 | 11.5 | |
| Ag | FCC | 4.085 | 4.085 | 2.359 | 2.889 | 11.7 | |
| Co | HCP | 2.507 | 2.507 | 4.070 | 2.035 | 2.507 | -3.1 |
| CoCr16Pt18B4 | HCP | 记录层 | 2.099 | 2.586 | 0.0 | ||
| Ru | HCP | 2.706 | 2.706 | 4.282 | 2.141 | 2.706 | 4.6 |
| Ti | HCP | 2.951 | 2.951 | 1.686 | 2.343 | 2.951 | 14.1 |
虽然同Ru相比Co和NiFe与CoCrPtB具有较小的晶格失配，但由于它们是铁磁性物质，因而并不适合用作底层。铁磁性底层由于与记录层的磁性交感(magnetic interaction)因而会对记录有不希望的影响，并会在读/写过程中增加介质噪音。
对于垂直磁性记录层，由于Ti和Co基合金薄膜之间的晶格常数有相对较大的差别，因此，已知被广泛用于形成垂直取向底层的Ti可用来形成厚的初始生长层，从而降低垂直磁性记录层的取向特性。
Pt与Co基垂直磁性记录层在晶格常数上具有较小的差别，因而确保了良好的垂直取向特性。然而，它增加了Co基合金垂直磁性记录层的晶粒大小(特别是，含有10at.％或更多Pt的Co基合金)，并显著增加磁性粒子之间的耦合交换，从而降低了信噪比(SNR)。使用Pt底层增加记录层的晶粒大小和磁性粒子之间的耦合交换的程度与Pt底层的厚度密切相关。当使用厚的Pt底层时，如上所述，记录层的结晶垂直取向非常好，从而获得高垂直磁性各向异性常数Ku和高矫顽力。然而，由于底层晶粒大小的增加，垂直记录层的晶粒大小也增加，而可获得的最大记录密度变低。同时，当使用薄的Pt底层时，垂直磁性记录层的晶粒的大小没有显著增加，但垂直取向的程度低于使用厚的Pt底层时的，从而提供了低垂直磁性各向异性常数Ku和低矫顽力。
在非磁性基底中，Ru对于Co基合金有很小的晶格失配，因此目前被广泛用作Co基垂直磁记录介质的底层。然而，由于它对于Co基合金仍然有约4-5％的晶格失配，因而需要能进一步降低晶格失配的另一种材料底层。
发明内容
本发明通过使用对于记录层具有低晶格失配的垂直取向底层，提供甚至在薄的厚度下也具有良好的结晶性和磁性的垂直磁记录介质。
根据本发明的一个方面，提供垂直磁记录介质，该介质包括Co基磁性记录层，支持磁性记录层的基底，以及置于磁性记录层和基底之间的垂直取向底层，其中垂直取向底层由含有1-65at.％Co的Ru-Co合金构成。
垂直磁记录介质还可以包括在垂直取向底层和基底之间的软磁性底层。
如图1B所示，在垂直取向底层下具有软底层的垂直磁记录介质中，为了在写过程中获得强大和敏锐的写区域(writing field)，在没有明显破坏记录层的磁性和晶体取向特性的同时，希望减少垂直取向层的厚度，优选在30nm以下。
根据本发明，通过对Co基记录层使用具有低晶格失配的RuCo合金底层，提供一种适于高密度记录的垂直磁记录介质。
附图说明
通过参考附图详细描述示范性实施方式，本发明的上述和其它特点和优点将变得更加明显，其中：
图1A和1B分别是常规单磁性层状垂直磁记录介质和双磁性层垂直磁记录介质层状结构的剖面示意图；
图2是Ru-Co合金体系的相图；
图3是在各种材料的垂直取向底层上生长的Co基垂直磁记录介质的X射线衍射图像的图；
图4A至4E是在各种材料的垂直取向底层上生长的Co基垂直磁记录介质的垂直磁滞曲线的示意图；和
图5A和5B是在各种材料的垂直取向底层上生长的Co基垂直磁记录介质的磁特性参数的示意图。
具体实施方式
以下，将参考附图更详细地描述本发明。
本发明的垂直磁记录介质的层状结构类似于常规垂直磁记录介质。但是，应该注意到，将Co添加进Ru的Ru-Co合金代替通常使用并主要用作垂直取向底层的材料的Ti、Pt、Ru。因此，如图1A和1B所示，在本发明的垂直磁记录介质中，垂直磁性记录层103(114)置于基底101(111)上，而垂直取向底层102(113)置于垂直磁性记录层103(114)和基底101(111)之间。在双磁性层结构的情况下，在垂直取向底层113和基底111之间，还放置软磁性底层112。保护层104(115)可置于垂直磁性记录层103(114)上以保护记录层，润滑层105(116)还可以置于保护层104(115)上以减少因保护层104(115)和磁头之间的碰撞和滑动引起的硬盘驱动器(HDD)的磁头和保护层104(115)之间的摩擦。
在本发明的垂直磁记录介质中的Co基合金垂直磁性记录层由下式(1)表示的合金构成。
Co100-(x+y+z)CrxPtyXz ...(1)
其中，
X是从由Nb、B、Ta、O和SiO2构成的组中选择的任意一种；
x为5-25at.％；
y为10-25at.％；
当X＝Nb、B、Ta、O时，z为0-10at.％，并当X＝SiO2时，z为0-15mol％
Ru-Co的垂直取向底层置于记录层下。已知Ru和Co都具有六方最密堆积(HCP)点格(hexagonal close packed lattice)结构。同样，正如在图2所示的Ru-Co合金体系的相图中看到的，在全部组成范围Ru和Co形成同晶固溶体，因此可以将Co均匀地添加到Ru中。如此添加的Co可改变Ru的晶格常数以接近Co的晶格常数。也就是说，由于Co的添加会降低Ru的晶格常数，因此根据选为记录层的CoCrPtX的晶格常数和组成适当控制Co的含量，可以制造出具有与记录层晶格常数基本相同的晶格常数的Ru-Co合金。因此，可以制造具有与记录层晶格常数基本相同的晶格常数的Ru-Co合金底层，从而可以从生长的最初阶段生长具有良好结晶性的记录层。
添加到Ru中的Co量可以是1-65at.％。当Co的量小于1at.％时，降低Ru的晶格失配的效果很小，而当Co的量大于65at.％时，Ru-Co的居里温度升高到室温以上，从而在室温下显示出铁磁特性。如果底层是铁磁性的，那么记录层和底层可以产生交感并对记录特性和复制特性产生不希望的影响，其通常会引起介质噪音的增加。
如上所述，通过控制Ru-Co合金中的Co量，可以使Ru-Co底层和CoCrPtX记录层之间的晶格常数的差别在±4％之内。
在单磁性层垂直磁记录介质中，由Ta、Pt、Pd、Ti、Cr或其合金构成的底层还可包括在Ru-Co合金底层下以使基底平坦化。换句话说，该底层用作提供平整表面的平滑层，以便通过覆盖基底的表面缺陷使随后沉积的薄层可以稳定生长。
在双磁性层垂直磁记录介质中，在Ru-Co合金的垂直取向底层下还可以包括软磁性底层。当采用单极磁头执行垂直磁性记录时，该软磁性底层形成由单极磁头产生的垂直磁场的磁道，由此信息可以记录在垂直磁性记录层。软磁性底层材料的实例包括Fe基合金如NiFe、NiFeNb、NiFeCr、FeTaC、FeC、FeTaN和FeAlSi，及Co基合金如CoZrNb、CoTaZr、和CoFe。
垂直磁记录介质还可以包括用来保护记录层的保护层和置于保护层上的润滑层。
在垂直磁记录介质中，特别是在包括软磁性底层的双磁性层垂直磁记录介质中，应该减少底层的总厚度，优选在30nm以下。当在双磁性层垂直磁记录介质中置于记录层和软磁层之间的底层太厚时，极式记录磁头和软磁性底层之间的距离太大。在这种情况下，不能充分利用软磁底层来提高场强度和场梯度的功能，这在获得超高密度记录中不是优选的。
参考以下实施例更详细地描述本发明。下面的实施例是为了说明而不是意图限制本发明的范围。
实施例1
在可购买的2.5.英寸直径的玻璃基底上沉积5nm厚的Ta作为平面化基底的底层，然后层压15nm厚的含有14at.％Co的Ru-Co底层。之后，在Ru-Co底层上沉积17nm厚的Co62Cr16Pt18B4合金的磁性层以获得垂直磁记录介质。
实施例2
在可购买的2.5.英寸直径的玻璃基底上沉积5nm厚的Ta作为平面化基底的底层，然后层压15nm厚的含有25at.％Co的Ru-Co底层。之后，在Ru-Co底层上沉积17nm厚的Co62Cr16Pt18B4合金的磁性层以获得垂直磁记录介质。
对比实施例1
在可购买的2.5.英寸直径的玻璃基底上沉积70nm厚的Ti底层，然后在其上沉积30nm厚的Co62Cr16Pt18B4合金的磁性层以获得垂直磁记录介质。
对比实施例2
除了沉积40nm厚的Pt底层之外，以与对比实施例1相同的方式制备垂直磁记录介质。
对比实施例3
在可购买的2.5.英寸直径的玻璃基底上沉积5nm厚的Ta作为平面化基底的底层，然后在其上沉积17nm厚的Co62Cr16Pt18B4合金的磁性层以获得垂直磁记录介质。
在以上制备的垂直磁记录介质上进行X射线衍射分析，结果示于图3中。
参见图3，当底层的晶格常数接近CoCrPtB的晶格常数时，底层的X射线衍射线接近CoCrPtB的X射线衍射线。在采用Ru-Co底层的实施例1和2的情况中，由于在底层和记录层之间的晶格常数差别非常小，两条衍射线重叠且看上去像一条衍射线。同样，当添加到Ru中的Co量从14at.％增加到25at.％，Ru-Co的晶格常数增加并更接近记录层的晶格常数。
同样，为了研究在上面实施例和对比实施例中制备的垂直磁记录介质的磁特性，在图4A至4E中示出了磁滞曲线。参见图4A至4E，当使用具有与记录层晶格常数差别最大的晶格常数的Ti底层时(对比实施例1)，获得大约0.7的低垂直度和大约2.9kOe的低矫顽力。然而，当底层的晶格常数更接近记录层的晶格常数时，垂直度和矫顽力增加。结果，当使用含有25at.％Co的Ru-Co作为底层时(实施例1)，获得0.99的高垂直度和4.4kOe的大矫顽力。
在图5A至5B中，比较性地示出了在上面实施例和对比实施例中制备的垂直磁记录介质的磁特性参数。图5A是矫顽力的示意图而图5B是垂直度的示意图。正如在图5A和图5B看到的，当底层的晶格常数接近记录层的晶格常数时，饱和磁化值同矫顽力和垂直度一样增加。这是因为当底层和记录层之间的晶格失配减少时，初始生长层的厚度降低或初始生长层被去除，从而在整个记录层中磁不稳定层的比例降低。因此，通过控制底层的晶格常数接近记录层的晶格常数，即使当形成的记录层比常规记录介质的记录层更薄时也可以获得较好的结晶性和磁特性。
根据本发明，通过使用Ru-Co合金底层来制造没有或非常薄的初始生长层的垂直磁性记录层，以减少晶格失配。从而，可以确保垂直磁性记录层的高热稳定性、高密度记录特性、以及良好的SNR特性。
虽然已经参考其示范性实施方式特别表示并描述了本发明，但本领域的普通技术人员应当理解，在不违背如下权利要求书中所限定的本发明的实质和范围下，可以作各种形式和细节的变化。
Claims (6)
1.一种垂直磁记录介质，该介质包括Co基磁性记录层、支持磁性记录层的基底和置于磁性记录层和基底间的垂直取向底层，其中垂直取向底层由含有1-65at.％Co的Ru-Co合金构成。
2.如权利要求1的垂直磁记录介质，其中Co基磁性记录层由下式1表示的合金构成：
Co100-(x+y+z)CrxPtyXz ...(1)
其中，
X是选自Nb、B、Ta、O和SiO2中的任意一种；
x为5-25at.％；
y为10-25at.％；
当X＝Nb，B，Ta，O时，z为0-10at.％，而当X＝SiO2时，z为0-15mol％。
3.如权利要求2的垂直磁记录介质，其中Co基磁性记录层的晶格常数和Ru-Co合金底层的晶格常数的差别在±4％之内。
4.如权利要求1的垂直磁记录介质，其中在垂直取向底层和基底之间还形成软磁性底层。
5.如权利要求4的垂直磁记录介质，其中在垂直取向底层和基底之间或在垂直取向底层和软磁性底层之间还形成由Ta、Pt、Pd、Ti、Cr或其合金构成的非磁性底层。
6.如权利要求1至5中任一项的垂直磁记录介质，其中底层的总厚度是30nm或更小。
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