CN1722236A - 垂直磁记录介质及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种显示极好的读/写特性的垂直磁记录介质。促进了组成所述介质的晶粒型磁性层的铁磁性晶粒与磁晶界的分隔。本发明的另一个目的是提供一种制造该介质的方法。本发明的垂直磁记录介质包含非磁性基底、非磁性底层、以及直接位于所述非磁性底层上的磁性层。所述磁性层包含具有六方密堆积结构的铁磁性晶粒，以及包围各个铁磁性晶粒，基本上由氧化物或氮化物组成的非磁性晶界。所述非磁性底层的表面能达到至少为70mN/m。所述非磁性底层宜由选自铼、钌和锇金属，或者含有至少一种选自铼、钌和锇元素的合金组成，其厚度最多为30nm。

Description

垂直磁记录介质及其制造方法

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求提交于2004年6月18日的日本申请No.2004-180355的优先权，该申请的内容在本文中引用作为参考。

                             技术领域

本发明涉及安装在各种磁记录装置上的垂直磁记录介质，以及制造该介质的方法。

                             背景技术

作为一种取代常规的纵向磁系统的能达到高密度记录的技术，垂直磁记录系统正在引起人们的关注。

垂直磁记录介质主要由硬磁性材料的磁性层、用于在目标方向上使该磁性层取向的底层、用于保护该磁性层表面的保护层、以及用于集中由用来在该磁性层上记录的磁头产生的磁通量的软磁性材料背衬层。可以采用没有该软磁性背衬层的结构，因为可以使用该结构进行记录，但是在具有该背衬层的结构中介质的性能更好。没有软磁性背衬层的介质称为单层垂直磁记录介质(也可简称为单层垂直介质)，具有软磁性背衬层的介质称为双层垂直磁记录介质(也可简称为双层垂直介质)。

垂直磁记录介质，像纵向磁记录介质一样，必须在高热稳定性与低噪声之间达到协调，以达到高记录密度。目前，对使用用于纵向磁记录介质的CoCr合金晶体材料制造垂直磁记录介质的磁性层进行着广泛的研发工作。对于垂直磁记录介质而言，还很重要的是要增加晶体磁各向异性常数Ku，用以提高热稳定性并抑制晶粒之间的磁相互作用，同时将磁性层中的晶粒度减至最小用以减少噪声。因此，已对磁性层的组成以及位于磁性层下面的底层进行了研究。

其中，作为适于高密度记录的磁性层的、通常称作晶粒型磁性层的磁性层正在引起人们的关注，并作为了深入研究的对象。在晶粒型磁性层中，各个铁磁性晶粒被非磁性非金属氧化物或氮化物物质包围。因为非磁性非金属晶界物理地将铁磁性晶粒隔开并减少了铁磁性晶粒之间的磁相互作用，故抑制了记录位的过渡区中发生的曲折磁畴的形成。因此，低噪声特性被认为是要达到的。

为了得到使用晶粒型磁性层的、显示良好的读/写性能的垂直磁记录介质，一些已经提出的建议包括：控制非磁性底层中的晶粒度(参见，例如专利文献1)、控制非磁性底层中铁磁性晶粒和晶体的晶格常数(参见，例如专利文献2)、以及控制非磁性底层的厚度(参见，例如专利文献3)。所有这些建议注意了组成晶粒型磁性层的非磁性晶粒，并旨在达到非磁性底层上非磁性晶粒的有利的外延生长。

另一方面，为了使晶粒型磁性层达到极好的读/写性能，必须适宜地隔开铁磁性晶粒和非磁性晶界。另外，必须抑制细小晶粒和增大的晶粒以减少噪声。常规的工艺利用的性质是，组成非磁性晶界的材料难以制得具有铁磁性晶粒的固溶体，并且主要期望它们之间的自然分隔。因此，我们很难说已对主动促进铁磁性晶粒与组成非磁性晶界的材料之间的分隔进行了足够的研究。

在双层垂直介质中，磁性层与软磁性背衬层之间的距离越近，读/写性能越好。因此，需要非磁性底层尽可能薄。但是，非磁性底层较厚的常规介质会表现得更好。因此，存在的一个问题是要减小非磁性底层的膜厚度。

〔专利文献1〕日本未审查专利申请公报No.2003-162811

〔专利文献2〕日本未审查专利申请公报No.2003-203330

〔专利文献1〕日本未审查专利申请公报No.2003-77122

                             发明内容

鉴于上述问题，本发明的一个目的是提供一种显示极好的读/写性能的垂直磁记录介质，以及通过促进组成晶粒型磁性层的铁磁性晶粒与非磁性晶界之间的分隔来制造该介质的方法。本发明提供了显示极好的读/写性能的垂直磁记录介质，以及通过减小非磁性底层的膜厚度的制造方法。

本发明的发明人在进行了深入的研究之后发现，通过增加非磁性底层的表面能可以提高使用晶粒型磁性层的垂直磁记录介质的性能。本发明是基于上述发现完成的。

本发明的垂直磁记录介质包含非磁性基底、非磁性底层、以及直接位于所述非磁性底层上的磁性层。所述磁性层包含具有六方密堆积结构的铁磁性晶粒，以及包围各个铁磁性晶粒，基本上由氧化物或氮化物组成的非磁性晶界。所述非磁性底层的表面能至少为70mN/m(毫牛顿/米)。

有利的是，所述非磁性底层由选自铼、钌和锇金属，或者含有至少一种选自铼、钌和锇元素的合金组成。较佳地，所述非磁性底层的厚度最多为30nm。

本发明的制造垂直磁记录介质的方法包括：沉积非磁性底层以显示至少70mN/m的表面能的第一步骤；以及使用含有氧化物或氮化物的铁磁性材料溅射靶，用RF溅射法将磁性层直接沉积在所述非磁性底层上的第二步骤。

具有上述结构的垂直磁记录介质促进了组成晶粒型磁性层的铁磁性晶粒与非磁性晶界之间的分隔，并且抑制了细小铁磁性晶粒与增大的铁磁性晶粒。这样就得到了具有高矫顽力(Hc)和低噪声的极好的读/些性能。同时，还可达到非磁性底层膜厚度的减小。

以下，将参照附图来描述本发明的一些优选的实施方式。

                            附图说明

图1是本发明的一个实施方式的垂直磁记录介质的结构的截面示意图。

图2示出了垂直磁记录介质的非磁性底层的表面能与矫顽力(Hc)之间的关系。

图3示出了垂直磁记录介质的非磁性底层的表面能与信噪比(SNR)之间的关系。

符号说明

1  非磁性基底

2  软磁性背衬层

3  取向控制层

4  非磁性底层

5  晶粒型磁性层

6  保护层

7  润滑层

                         具体实施方式

图1是本发明的垂直磁记录介质的结构的一个例子的截面示意图。该介质是通过在非磁性基底1上依次层压软磁性背衬层2、取向控制层3、非磁性底层4、晶粒型磁性层5和保护层6制成的。润滑层7形成在保护层6上。

所述非磁性基底1可由用于普通磁记录介质的镀了NiP的铝合金、强化玻璃或结晶玻璃组成。该基底还可通过注模成形塑料树脂如聚碳酸酯、聚烯烃等来制造。

较佳的是，通过控制由用于磁记录的磁头产生的磁通量来形成软磁性背衬层2，以提高读/写性能，但是该软磁性背衬层是可以不用的。软磁性背衬层可由NiFe合金、铁硅铝合金(FeSiAl)或CoFe合金的结晶合金，或者FeTaC、CoTaZr、CoFeNi或CoNiP的微晶物质组成。可以使用非晶态钴合金，例如CoZrNb或CoZrTa，来得到优越的读/写性能。软磁性背衬层2的最佳厚度根据用于磁记录的磁头的结构和特性而异。从产率来考虑，通过与其它层的依次沉积形成的软磁性背衬层较好具有10-500nm的厚度。当背衬层是在沉积其它层之前用电镀法形成在非磁性基板上时，其厚度可增加到几微米。

取向控制层3宜形成在非磁性底层4的下面，用以提高非磁性底层中的取向度。可以不用取向控制层。取向控制层可由非磁性材料或软磁性材料组成。

当使用非磁性材料作为取向控制层时，宜使用厚度为3-20nm的Ta、Zr或Nb，以确保结晶匹配并控制晶粒度。

在软磁性背衬层2形成在取向控制层3下面的情况下，取向控制层可由用作软磁性背衬层的一部分的软磁性材料组成。显示软磁性质的取向控制层3的材料可选自：镍基合金，例如NiFe、NiFeNb、NiFeB或NiFeCr，以及钴和钴基合金，例如CoB、CoSi、CoNi和CoFe。可形成许多层以分担确保结晶匹配和控制晶粒度的功能。

提供非磁性底层4以适宜地分隔直接形成在底层上的晶粒型磁性层5所包含的铁磁性晶粒和非磁性晶界，同时，抑制细小铁磁性晶粒和增大的铁磁性晶粒的产生。

如前述，控制非磁性底层对于改善使用晶粒型磁性层的垂直磁记录介质的性能很重要。垂直磁记录介质的性能主要根据(具体地说)非磁性底层的上表面(与磁性层的界面)的情况而不同。表面能需要至少为70mN/m，用以适宜地分隔晶粒型磁性层5包含的铁磁性晶粒和非磁性晶界。要提高信噪比(SNR)，表面能宜至少为78mN/m。要抑制细小铁磁性晶粒和增大的铁磁性晶粒的产生并得到均匀的铁磁性晶粒，表面能宜具有在磁记录介质平面内的各向同性，即，表面能要不具有各向异性才是有利的。较佳的是，非磁性底层形成为具有大致均匀的厚度和平整表面。

用于组成非磁性底层的优选的材料可选自具有六方密堆积晶体结构的金属和合金。在这些材料中，铼、钌或锇金属，或者含有铼、钌和锇中至少一种的合金，对于控制晶粒型磁性层的取向特别有利。

非磁性底层的厚度可通过控制非磁性底层的表面能来减小。在双层垂直磁记录介质(该介质需要磁性层与软磁性背衬层之间的距离较小)中，非磁性底层的厚度可选择为30nm或更小。从制造成本的角度考虑，非磁性底层的薄膜厚度还会产生有益的效果。要达到非磁性底层的膜所需的生长，优选至少5nm的厚度。

非磁性底层的表面能由非磁性底层的沉积条件，或者添加到铼、钌或锇金属或合金中的添加剂的种类和量来控制。由溅射的沉积条件进行控制，可通过例如改变溅射的放电功率(下文中称为沉积功率)或者溅射靶与非磁性基底之间的距离(下文中称为T-S距离)来进行。具体细节将在下文中描述。铼、钌或锇金属或合金中添加剂的控制，是添加氧、铝、钨、铌等来进行的。

晶粒型磁性层5是进行磁记录的，它由具有铁磁性质的晶粒和包围各个晶粒的非磁性晶界组成。所述晶界主要由氧化物或氮化物组成。这种结构的形成可使用含有组成非磁性晶界的氧化物或氮化物的铁磁性合金的靶进行溅射，或者使用铁磁性合金的靶在含有氧或氮的氩气中进行反应性溅射来沉积获得。CoPt合金是优选的用于组成铁磁性晶粒的材料，但是本发明不限于这种合金。含有至少一种选自Cr、Ni和Ta元素的CoPt合金特别优选适合于降低介质的噪声。而组成非磁性晶界的较好的材料可选自Cr、Co、Si、Al、Ti、Ta、Hf和Zr中至少一种元素的氧化物和氮化物。这种材料适合于形成稳定的晶粒结构。虽然理想的是非磁性晶界仅由氧化物或氮化物组成，但是也允许包含形成铁磁性晶粒的元素，只要其含量在实现非磁性质的范围之内。磁性层的厚度范围应能得到足够大的磁头读回输出以及对读/写操作高的读/写分辨率，但是不限于某个具体范围。

晶粒型磁性层不限于单层结构，也可以是多层结构。多层结构可以通过改变铁磁性晶粒的材料，或者改变氧化物或氮化物添加剂的比例来改变铁磁性晶粒和非磁性晶界之间的比例来获得。有了多层结构，就可以适当地调节信噪比与其它特性之间的平衡。

保护层6是主要由例如碳组成的薄膜。润滑层7可由例如全氟聚醚液体润滑剂组成。例如保护层的厚度和润滑层的厚度这些要求可与普通磁介质中使用的相同。

具有上述层结构的磁记录介质，当不采用在常规磁记录介质制造过程中进行的基底加热步骤来制造时，仍然有极好的垂直磁记录性能。因此，因为简化了制造过程就降低了制造成本。由于不使用基底加热，就进一步可以使用树脂材料，例如聚碳酸酯或聚烯烃的磁性基板。

可在非磁性基底1与软磁性背衬层2之间有个反铁磁性膜。

本发明的垂直磁记录介质的一些具体的例子将在下文中进行描述。这些实施例仅仅是代表性的实施例，用以适当地说明本发明的垂直磁记录介质，但是本发明不限于这些实施例。

实施例1

在实施例1中制造了具有图1所示结构的垂直磁记录介质。在形成非磁性基底4的过程中通过改变沉积功率来控制表面能。沉积功率在宽范围内进行变化用以比较。使用的非磁性基底1是具有平滑表面和2.5英寸直径的化学增强的玻璃基底(由HOYA公司制造的N5玻璃基底)。将基底进行清洁之后，放入溅射设备中。用DC溅射法沉积出厚度为250nm的CoZrNb软磁性背衬层2，接着是沉积出厚度为5nm的钽取向控制层3。然后，用DC溅射法沉积厚度为20nm的钌非磁性底层4，其T-S距离为40mm。在各种沉积功率条件下沉积非磁性底层。接着，通过RF溅射法，使用添加了13mol％的SiO₂的Co₇₇Cr₁₀Pt₁₃靶(下标表示原子％)，沉积出厚度为15nm的晶粒型磁性层5。再用DC溅射法沉积出厚度为5nm的碳保护层6。然后，从真空室中取出其上面沉积了各层的基底。然后，通过施加全氟聚醚来形成厚度为1.5nm的润滑层7。这里，在各沉积过程之前都不进行基底加热。

使用Fowkes公式，由液滴法测得的接触角来确定非磁性基底的表面能。接触角的测定使用以下三种液体进行：纯水、α-溴萘和二碘甲烷，液滴直径约为1mm。接触角的测定是在其上面沉积了各层，直到非磁性底层的试样取出置于环境空气中2小时之后进行。

在这样制得的垂直磁记录介质上测定磁性质和读/写性能。由用振动试样式磁强计测得的所得垂直磁记录介质的磁化曲线，来获得矫顽力作为磁性质。使用配备了GMR头的旋转台测试仪，以440kFCI(千通量变化/英寸)的线性记录密度，测定SNR和其它读/写特性。

表1示出了非磁性底层沉积过程中的沉积功率、非磁性底层的厚度、T-S距离、非磁性底层的表面能(γ)、垂直磁记录介质的Hc和SNR。表面能根据沉积功率而改变；表面能随着沉积功率的减小而增加。表面能的增加促进了组成晶粒型磁性层的铁磁性晶粒与非磁性晶界之间的分隔。结果，Hc增加，SNR提高。沉积功率不大于660W，能获得至少为70mN/m的表面能，以及至少3.5kOe的高Hc。

                                表1

试样	沉积功率(W)	非磁性底层厚度(nm)	T-S距离(mm)	γ(mN/m)	Hc(kOe)	SNR(dB)
							1	220	20	40	73.32	3.865	14.92
2	440	20	40	71.26	3.676	14.67
							3	660	20	40	70.43	3.578	14.67
4	880	20	40	69.44	3.400	14.32

实施例2

在实施例2中，改变非磁性底层4的厚度。除了将沉积功率固定为220W或440W并改变非磁性底层的厚度以外，按与实施例1相同的方式制造垂直磁记录介质。表2-3示出了与实施例1类似的测定结果。表2示出了沉积功率为440W的结果，表3示出了沉积功率为220W的结果。随着非磁性底层厚度的增加，表面能增加，提高了Hc和SNR。

                                        表2

试样	沉积功率(W)	非磁性底层厚度(nm)	T-S距离(mm)	γ(mN/m)	Hc(kOe)	SNR(dB)
							11	440	10	40	64.78	3.215	13.92
12	440	20	40	71.26	3.676	14.67
							13	440	30	40	79.47	4.277	15.22
14	440	50	40	79.45	4.303	15.31

                                   表3

试样	沉积功率(W)	非磁性底层厚度(nm)	T-S距离(mm)	γ(mN/m)	Hc(kOe)	SNR(dB)
							21	220	20	40	73.32	3.865	14.92
22	220	25	40	77.44	4.221	14.75
							23	220	30	40	81.33	4.401	15.57
24	220	40	40	81.23	4.447	15.56

实施例3

在该实施例3中，在非磁性底层4的沉积过程中改变T-S距离。除了将沉积功率固定为440W，非磁性底层的厚度为10nm，但改变T-S距离以外，按与实施例1相同的方式制造垂直磁记录介质。

表4示出了与实施例1类似的测定结果。随着T-S距离增加，表面能增加，增强了Hc和SNR。即使使用具有10nm很小厚度的非磁性底层，也能通过控制T-S距离增加表面能来得到令人满意的磁性质和读/写性能。

                                 表4

试样	沉积功率(W)	非磁性底层的厚度(nm)	T-S距离(mm)	γ(mN/m)	Hc(kOe)	SNR(dB)
							31	440	10	40	64.78	3.215	13.92
32	440	10	80	78.83	4.333	15.02

使用实施例1-3中垂直磁记录介质的数据来评价表面能与磁性质之间的关系，以及表面能与读/写性能之间的关系。图2示出了表面能与矫顽力(Hc)之间的关系。图3示出了表面能与SNR之间的关系。无论非磁性底层的沉积条件如何，至少为70mN/m的非磁性底层的表面能达到了至少为3.5kOe的良好Hc。大于78mN/m的非磁性底层的表面能则导致大于15dB的良好SNR。

非磁性底层的厚度小，通常会损害磁性质和读/写性能。但是，再薄的非磁性底层也能通过减小溅射过程中的沉积功率或者延长T-S距离，将表面能增加到至少70mN/m的值来达到高Hc和高SNR。表面能也可通过在沉积非磁性底层过程中控制气体压力或者控制加入非磁性底层中的添加剂，以及控制沉积功率和T-S距离来进行控制。

Claims (4)

1.一种垂直磁记录介质，它包含：

非磁性基底；

具有至少70mN/m的表面能的非磁性底层；

直接位于所述非磁性底层上的磁性层，所述磁性层包含呈六方密堆积结构的铁磁性晶粒，以及包围各个铁磁性晶粒，基本上由氧化物或氮化物组成的非磁性晶界。

2.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其特征在于，所述非磁性底层由选自铼、钌和锇金属，或者含有至少一种选自铼、钌和锇元素的合金组成。

3.如权利要求1或2所述的垂直磁记录介质，其特征在于，所述非磁性底层的厚度最多为30nm。

4.一种制造具有非磁性基底、非磁性底层和磁性层的垂直磁记录介质的方法，该方法包括：

用DC溅射法沉积非磁性底层以显示至少70mN/m的表面能的第一步骤；

使用含有氧化物或氮化物的铁磁性材料溅射靶，用RF溅射法将磁性层直接沉积在所述非磁性底层上的第二步骤。

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