CN1734565A - 垂直磁记录介质 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种垂直磁记录介质，通过减弱转换场提高易记录性，而不会破坏热稳定性。本发明的垂直磁记录介质中包括第一磁记录层5和第二磁记录层7，其间插入耦合层6，使两者铁磁耦合。第一和第二磁记录层在Hk1＞Hk2时满足不等式Ku1T1＞Ku2T2，在Hk1＜Hk2时满足不等式Ku1T1＜Ku2T2，其中Hk1和Hk2是各向异性磁场强度，Ku1和Ku2是单轴各向异性常数，T1和T2分别是第一和第二磁记录层的厚度。磁记录层之间的交换耦合能量优选是至少5×10－3尔格/平方厘米。耦合层优选主要由选自V，Cr，Fe，Co，Ni，Cu，Nb，Mo，Ru，Rh，Ta，W，Re和Ir的一种材料构成，厚度不超过2纳米。优选至少一个磁记录层具有颗粒结构。

Description

垂直磁记录介质
相关申请交叉引用
本申请基于并要求参考文献中于2004年7月5日提交的日本申请2004-197775的优先权。
发明背景
1.发明领域
本发明涉及安装在各种磁记录设备上的垂直磁记录介质，特别涉及安装在计算机外部存储设备用硬盘驱动器，AV设备和其他设备上的垂直磁记录介质。
2.相关领域说明
硬盘驱动器(HDD)的记录密度迅速增加，能够预知将来这种潮流会得以继续。记录密度显著增加的结果是，“热波动”现象的问题引起了人们的注意。热波动现象会导致记录信号保持稳定出问题。在目前常用的纵向磁记录系统中，记录密度越高，导致热波动更明显。为了解决这个问题，开发了垂直磁记录系统，其特征与纵向磁记录系统相反，记录密度增加会导致稳定性略有提高。
要提高磁记录介质中的记录密度，必须促进构成磁记录层的晶粒之间的磁隔绝，并减少磁性反转单元。磁材料的热稳定性(对热波动的承受能力)由KuVa表示，该指数是单轴各向异性常数Ku和活化体积Va的乘积，已知后者与磁性反转单元体积V相关。即，KuVa(或KuV)降低时，磁记录介质的热稳定性变差。从该指数可知，随着提高记录密度所需磁性反转单元的减少，热稳定性变差。因此，垂直磁记录介质也存在热波动的问题。因此，即使在磁性反转单元减少的情况下，也必须增大Ku以保持热稳定性。
同时，已知在HDD中进行记录所需的磁场强度大致正比于Ku。所以，增大Ku以保持热稳定性，会使进行记录所需的磁场强度升高。如果磁场强度的增大很明显，则可能无法进行记录。
随着磁性反转单元的减少，去磁场强度减弱，导致磁记录层的转换场增强。因此，当磁性反转单元减少时，进行记录所需的磁场强度增大。
虽然磁性反转单元减少和Ku增大都会导致出现高记录密度，有助于提高磁记录介质的记录分辨率和热稳定性，但是这两种做法都会降低“磁记录介质上的可记录性”(也被简称为“易记录性”)。
从以上背景技术可知，需要提出一种能提高磁记录介质的热稳定性和读写性能，但不会降低可记录性的方法。
为了解决这个问题，提出了这样一种方法，其中的磁性层被分成两个或多个层，这些层用各种成份沉积而成或在这些分开的磁性层之间插入非磁性的层(参加专利文献1)。专利文献1中公开：通过中断外延生长分开磁记录层，能够降低磁记录介质的介质噪声，同时保持磁性反转单元量以提高热稳定性。但是在厚磁记录层中，记录头和软磁衬层之间的距离增大，而且减少磁性反转单元时转换场增强，导致高密度记录。因此，这种方法必然会导致磁记录介质的易记录性受到严重影响。
专利文献2提出的方法是：将用于纵向磁记录介质的反铁磁耦合应用于垂直磁记录介质，降低反磁畴噪声并提高对热波动的承受能力。这已经被公开，但是使用反铁磁耦合的磁记录层会使转换场增强(参见非专利文献1)。因此严重影响易记录性基本上是无法避免的。
减少磁性反转单元会提高磁记录介质的噪声和S/N(信噪比)。但是减少磁性反转单元会如上所述降低热稳定性，并且因为去磁化磁场强度的减弱而进一步增强磁记录介质的转换场。通过增加Ku和磁记录层的厚度来保持热稳定性还会增强磁记录介质的转换场。虽然一方面减少磁性反转单元对获得高记录密度磁记录介质是很重要的，但是它与磁记录介质易记录性是一种折衷关系。这种情况不利于提高磁记录介质的记录密度。
[专利文献1]日本未审查专利申请公开2003-157516。
[专利文献2]日本未审查专利申请公开H2004-39033。
[非专利文献1]Erol Girt等人，IEEE Trans.on Magn.(美国)，第39页，第5期，第2306-2310页(2004)。
发明概述
考虑到上述问题，本发明的目的是提供一种能提高易记录性但是不会影响热稳定性的垂直磁记录介质。另一个目的是提供能同时提高记录密度和易于记录的垂直磁记录介质，在噪声，S/N和其他性能方面都有所提高。
为了达到这些目的，发明人进行了深入研究，通过在磁记录层之间提供合适的铁磁耦合而解决了上述问题，实现了本发明。
更具体地说，本发明的垂直磁记录介质中包括非磁性基片，第一磁记录层，直接位于第一磁性层上的耦合层，和直接位于耦合层上的第二磁记录层。该第一和第二磁记录层通过耦合层铁磁耦合。第一磁记录层的易磁化轴和第二磁记录层的易磁化轴基本垂直于非磁性基片平面。第一磁记录层的各向异性磁场强度Hk1，单轴各向异性常数Ku1和厚度T1，以及第二磁记录层的各向异性磁场强度Hk2，单轴各向异性常数Ku2和厚度T2满足以下关系。如果Hk1＞Hk2，则Ku1T1＞Ku2T2，而且如果Hk1＜Hk2，则Ku1T1＜Ku2T2。
这些性质能减弱转换场而不影响热稳定性，并提高易记录性。
第一和第二磁记录层之间单位面积的交换耦合能量优选至少是5×10-3尔格/平方厘米。
优选的耦合层由选自V，Cr，Fe，Co，Ni，Cu，Nb，Mo，Ru，Rh，Ta，W，Re和Ir的元素或者主要由以上至少一种元素构成的合金组成。耦合层的厚度优选不超过2纳米，更优选不超过0.3纳米。这些性质能恰当地控制第一和第二磁记录层之间的交换耦合能量。
优选的第一和第二磁记录层中的至少一个层具有颗粒结构，其结构中包括非磁性氧化物或非磁性氮化物基体以及分布于基体中的磁性晶体颗粒。
优选的第一和第二磁记录层中表现出低Hk的磁记录层，其中含有钴和铬，铂的含量在0到10原子％(at％)的范围内。该呈现低Hk磁记录层最好进一步含有选自Ta，B，Nb和N的至少一种元素。
具有上述结构的垂直磁记录介质，在磁记录层之间提供恰当的铁磁耦合，其磁记录介质的转换场减弱而不会影响热稳定性，同时还能提高噪声，S/N和其他性能。因此，该垂直磁记录介质能在提高热稳定性的同时提高易记录性，并增加记录密度。
以下参考附图具体描述本发明的部分优选实施例。
附图简要说明
附图1是本发明的一种垂直磁记录介质的结构截面图；
附图2所示是归一化能垒对交换耦合能量的相关性；
附图3所示是归一化矫顽力对交换耦合能量的相关性；
附图4是本发明垂直磁记录介质中磁性反转的概念示意图；
附图5是本发明垂直磁记录介质中磁滞回线的概念示意图；
附图6所示是写修改性能对实施例1和对比例1垂直磁记录介质中记录电流的相关性。
附图标记说明
1非磁性基片
2软磁衬层
3衬层
4非磁性中间层
5第一磁记录层
6耦合层
7第二磁记录层
8保护层
9液体润滑层
发明具体描述
首先说明本发明的原理。
对于纵向磁记录介质和垂直磁记录介质的研究发现，反铁磁耦合的多层磁记录层能使磁记录介质同时获得热稳定性以及降低噪声或提高S/N的性能。但是考虑到位于磁记录层之间的耦合能量受控的铁磁耦合多层磁记录层方面的研究并不充分。因此，发明人进行了具体的理论和实验研究，获得了附图2和3的关系。
附图2所示是关于归一化能垒对两个磁记录层之间交换耦合能量的相关性的研究结果。能垒是热稳定性的指数；数值越大表示对热越稳定。附图2中的能垒表示被归一化成两个磁记录层之间的交换耦合能量为零的值。附图2中虚线左侧表示两个磁记录层之间的反铁磁耦合状态，而右侧表示铁磁耦合状态。在任一耦合状态中，层之间交换耦合能量的绝对值越大，则表示耦合越强。从附图2中可知，在两个磁记录层的抗铁磁耦合和铁磁耦合中，热稳定性随着耦合能量绝对值的增加，即耦合强度的增加，而增加。
附图3所示是关于矫顽力(Hc)对磁记录层之间交换耦合能量的相关性的研究结果。附图3表示的矫顽力是被归一化成磁记录层之间的交换耦合能量为零的值。矫顽力越大，则表示在磁记录介质上进行记录所需的磁场越强，即磁记录介质上的易记录性越差。附图3中虚线左侧与附图2相同，表示两个磁记录层之间的反铁磁耦合状态，而右侧表示铁磁耦合状态。从附图3中可知，归一化矫顽力随着反铁磁耦合中耦合能量绝对值的增加而增加，相反在铁磁耦合中，归一化矫顽力随着耦合能量绝对值的增加而减小。
同时考察附图2和3，在两个磁记录层的反铁磁耦合中，交换耦合能量绝对值的增加会提高热稳定性，但是会因为矫顽力的增加而使易记录性变差。相反在铁磁耦合中，交换耦合能量的增加会提高热稳定性，同时也会提高易记录性。因此证明，使用两个铁磁耦合磁记录层能同时提高热稳定性和易记录性。
通过提供每个磁性层单独磁性反转的条件，这个效应会得到加强。
参见附图4和5对磁记录层单独磁性反转的描述。
附图4所示实例中，第一磁记录层5和第二磁记录层7通过耦合层6发生铁磁耦合，磁性反转首先在第二磁记录层中发生。箭头表示每个磁记录层中的磁化方向。
附图5是磁记录介质的磁滞回线(M-H回线)示意图，其中的横坐标表示施加在磁记录介质上的外部磁场强度(H)，纵坐标表示磁记录介质的磁化(M)。
在附图5中，磁记录介质被+H方向足够大的(附图5中的右向)磁场所饱和。这时，每个磁记录层的磁化都处于附图4中(A)所示状态。施加-H方向(附图5中的左向)的磁场，第二磁记录层中的反磁性在Hc21处发生。这时，每个磁记录层的磁化都处于附图4中(B)所示状态。因为磁记录层是铁磁耦合的，所以Hc21位于-H侧(附图5的左侧)。增强-H方向的磁场，第一磁记录层也会在Hc11处发生磁性反转。这时，每个磁记录层中的磁化都处于附图4中(C)所示状态。
在第一磁记录层中发生磁性反转时，第二磁记录层已反转其磁性。因此，由于第二磁记录层的磁场作用故很容易在第一磁记录层中发生磁性反转。而且，与第一和第二磁记录层之间没有铁磁耦合的情况相比，磁性反转更容易发生。用Hc无表示没有铁磁耦合情况下的转换场强度，满足附图5中所示不等式Hc无＞Hc11，这种比较是在绝对值之间进行的。
另一方面，因为磁记录层之间存在铁磁耦合，如附图2中所示，所以能垒很高，热稳定性也很高。对每个磁记录层进行单独和顺序的磁性反转，能更有效地减弱转换场而不会影响热稳定性。
而且，发明人对磁记录层的状态，交换耦合能量，材料，厚度和以及在磁记录层之间控制交换耦合能量的耦合层的其他条件进行了详细实验研究。
以下描述本发明更具体的情况。
附图1是一种本发明垂直磁记录介质实例一个方面的截面图。非磁性基片1上顺序形成了软磁衬层2，底层3，非磁性中间层，第一磁记录层5，耦合层6，第二磁记录层7，保护层8和液体润滑层9。
非磁性基片1可以是普通磁记录介质中使用的基片，由镀NiP的铝合金，加强玻璃，水晶玻璃或类似物构成。当基片加热温度被限定在不超过100℃时，还可以使用由聚碳酸酯或聚烯烃等树脂制成的塑料基片。
优选使用软磁衬层2，通过控制用于磁记录的从磁头产生的磁通量而提高读/写性能。可以省略软磁衬层。软磁衬层可以由FeTaC或Sendust合金(FeSiAl)等晶体合金，或者CoZrNb或CoTaZr等无定型钴合金构成。软磁衬层2的最佳厚度随着记录用磁头的结构和性质而不同。通过与其他层的连续沉积方法形成软磁衬层时，优选其厚度在10到500纳米范围内，与生产率达到平衡。通过电镀方法将软磁衬层沉积在非磁性基片上时，在沉积其他层之前，其厚度可以是几微米厚。
优选用底层3来控制其上所形成层：非磁性中间层4或第一磁记录层5的结晶取向和颗粒尺寸。底层可以由非磁性材料或者软磁材料构成。可以省略衬层。
更优选使用软磁材料，因为衬层起到软磁衬层部分的作用。软磁材料选自包括NiFeAl，NiFeSi，NiFeNb，NiFeB，NiFeNbB，NiFeMo和NiFeCr的Permalloy材料。可以调节Permalloy衬层的厚度，优化磁记录层的磁性和读写性能，优选在3到50纳米的范围内，要在性能和磁记录介质生产率之间获得平衡。
用于底层的非磁性材料选自Ta，Zr，Ni3Al和类似物。使用非磁性材料作为底层时，从记录磁头软磁衬层所产生的磁场有效集中的观点来看，薄膜是比较好的，其厚度优选在0.2到10纳米范围内。
使用非磁性中间层4能恰当地控制第一磁记录层5中的结晶取向，颗粒尺寸和晶界偏析。可以省略非磁性中间层4。非磁性中间层所用材料可以选自钌和钌基合金以及一种或多种选自C，Cu，W，Mo，Cr，Ir，Pt，Re，Rh，Ta和V的添加剂。非磁性中间层所用材料还可以选自Pt，Ir，Re和Rh。非磁性中间层的厚度应当尽可能薄，以获得高密度记录，只要不损害磁记录层的磁性和读写性能即可。其厚度优选在1到20纳米的范围内。
第一磁记录层5优选由至少含有钴和铂的铁磁合金构成。要求第一磁记录层的易磁化轴(比如六方紧密堆积结构的c轴)垂直于垂直磁记录介质的使用薄膜表面。第一磁记录层5可以由CoPt，CoCrPt，CoCrPtB或CoCrPtTa等合金材料，(Co/Pt)n或(Co/Pd)n的多层薄膜，或者CoPt-SiO2，CoCrPtO，CoCrPt-SiO2，CoCrPt-Al2O3，CoPt-AlN或CoCrPt-Si3N4的颗粒材料构成。颗粒结构由非磁性氧化物或非磁性氮化物的基体和分散在基体中的磁性晶体颗粒构成。该颗粒结构能够抑制磁记录层中邻近磁性晶体颗粒之间的磁性相互作用。当第一和第二磁记录层之间存在铁磁耦合时，耦合被保持在磁记录层之间，而且颗粒间的磁性相互作用被限制在磁记录层之内。结果是，能够改善噪声和S/N性能。因此，颗粒结构在第一磁记录层中是特别优选的。
从生产率和高密度记录方面考虑，第一磁记录层的厚度优选不超过30纳米，更优选不超过15纳米，但是并不限于任何特定范围。
耦合层6对于第一磁记录层5和第二磁记录层7之间的恰当铁磁耦合是必要的。如果两个磁记录层在没有耦合层的情况下被层压在一起，则这两个层会同时反转磁性，无法通过单独反转磁性提供增加热稳定性并同时增强转换场的功能。如果层压的磁记录层之间的交换耦合完全消失，则能垒降低，如附图2中交换耦合能量的零点所示，因此没有提高热稳定性。因此从在磁记录层之间产生恰当的耦合能量同时保持铁磁耦合方面考虑，使用耦合层是必要的。磁记录层之间的铁磁耦合必须在垂直磁记录介质工作的室温下是有效的。
可以按照以下方法计算磁记录层之间的交换耦合能量。在附图5中，虚线表示局部磁滞回线。在+H方向施加足够大的磁场使磁记录介质饱和之后，逐渐在-H方向施加磁场。磁记录层中在Hc21处发生磁性反转。在所施加的磁场从Hc21和Hc11的中点发生返回的过程中，磁记录层在Hc22处再次发生磁性反转。可以根据这些Hc11和Hc22利用等式(1)和(2)计算交换耦合能量J。在第二磁记录层中首先发生磁性反转时，等式(1)和(2)有效。
[等式1]
J = 2 Ku 1 T 1 ( Hc 11 + Hc 22 ) + ( Hk 1 eff - Hk 2 eff ) Hk 1 - Hk 2 / k - - - ( 1 )
[等式2]
k = Ku 2 T 2 Ku 1 T 1 - - - ( 2 )
这里的Ku2，T2，Hk2和Hk2 eff分别表示第二磁记录层的单轴各向异性常数，厚度，各向异性磁场强度和考虑了去磁化的各向异性磁场强度，其中首先在Hc21处发生磁性反转。Ku1，T1，Hk1和Hk1 eff分别表示第一磁记录层的相同量，随后在Hc11处发生磁性反转。满足Hk＝2Ku/Ms的关系，其中Ms表示饱和磁化。如果第一和第二磁记录层之间的磁性反转顺序发生变化，则要将Ku，T，Hk和Hkeff的下标1和2互换。
在实际的垂直磁记录介质中，由于去磁化的影响，磁滞曲线中具有一些斜坡，很难精确计算去磁化因子。因此，求得的J是估算值。但是，根据发明人的研究，不小于5×10-3尔格/平方厘米的J值对于提高热稳定性和减弱层压所产生的转换场是恰当的。
耦合层6所用材料选自V，Cr，Fe，Co，Ni，Cu，Nb，Mo，Ru，Rh，Ta，W，Re和Ir，或者主要由其中的至少一种元素构成的合金。V，Cr或Cu等非磁性材料能够提供铁磁耦合，并通过调节薄膜厚度而在磁记录层之间提供合适的耦合能量。Fe，Co或Ni等铁磁性材料能通过与非磁性材料形成合金或者调节沉积条件或沉积气氛而提供合适的耦合能量。
钯和铂也能提供铁磁耦合。但是发现钯和铂是不够充分的，因为各向异性能量在耦合层和磁记录层之间的界面处增加，而不是增强转换场。
耦合层6的厚度优选不超过2纳米，能够在第一和第二磁记录层之间每单位面积上产生至少5×10-3尔格/平方厘米的交换耦合能量，并保持第二磁记录层中优选的结晶取向。根据发明人的研究，如果耦合层6的厚度是0.3纳米或以下，或者在1.2到2纳米的范围内，则耦合层6所用Fe，Co和Ni之外的材料能提供合适的铁磁耦合条件。超过2纳米的厚度所产生的耦合能量太小，无法提高热稳定性。对于Fe，Co和Ni的铁磁材料，如果厚度超过2纳米，则Fe，Co或Ni的磁性表现过强，导致磁记录介质的性能变差。因此，耦合层6的厚度优选不超过2纳米。
耦合层6的厚度更优选是0.3纳米或以下。对于Fe，Co和Ni之外的耦合层6材料，0.3纳米厚以下的厚度能将耦合能量控制在较宽范围内，在构成磁记录层的晶体颗粒之间确保更好的磁隔绝，导致降低噪声。对于Fe，Co和Ni，0.3纳米或以下的厚度能将Fe，Co和Ni的磁性影响限制在可以忽略的水平上。
对于第二磁记录层7，可以采用与第一磁记录层5相同的材料和结构。
第一磁记录层和第二磁记录层满足以下关系。第一磁记录层的单轴各向异性常数Ku1，厚度T1，各向异性磁场强度Hk1，以及第二磁记录层的单轴各向异性常数Ku2，厚度T2，各向异性磁场强度Hk2在Hk1＞Hk2的条件下满足不等式Ku1T1＞Ku2T2。在Hk1＜Hk2的条件下，第一和第二磁记录层的厚度和材料满足不等式Ku1T1＜Ku2T2。
这是因为，在Hk1＞Hk2的条件下，通过首先在第二磁记录层中发生磁性反转，能够有效减弱转换场而不会影响热稳定性。接着，在满足不等式Ku1T1＞Ku2T2的情况下，在第二磁记录层中首先发生磁性反转。因此，Hk1，Hk2，Ku1T1和Ku2T2之间的相对值是确定的。根据这些关系，能同时提高热稳定性和减弱转换场。
以下说明如何确定能在第一磁记录层和第二磁记录层之间表现出较低各向异性磁场强度Hk的磁记录层组成。为了降低介质噪声并提高S/N，合适的做法是降低磁记录层的铂含量。但是铂含量的降低会影响热稳定性。因此，为了确保传统磁记录层中的热稳定性，确定铂含量应当是超过10原子％的较高值。因为本发明的层压磁记录层能控制层间耦合能量，因此能确保令人满意的热稳定性，能够降低铂含量。具体地说，能够降低表现出最低Hk值的磁记录层的铂含量，该层是首先发生磁性反转的磁记录层。该磁记录层中也可以根本不含铂。发明人的研究进一步发现，如果含有铂，则铂含量优选是10原子％或以下，能有效减弱转换场并降低介质噪声和提高S/N。即，优选根据以下内容确定磁记录层的组成：具有第一和第二磁记录层之间较低Hk的磁记录层中至少包括钴和铬，而且如果含有铂的话，其含量不超过10原子％。
磁记录层中更优选含有选自Ta，B，Nb和N的至少一种元素。这种组成能降低介质噪声，并更有效地减弱磁记录层的转换场。
更具体地说，具有第一和第二磁记录层之间较低Hk的磁记录层的优选组成是，比如，78原子％Co-22原子％Cr，76原子％Co-18原子％Cr-6原子％B，66原子％Co-20原子％Cr-10原子％Pt-4原子B，75原子％Co-18原子％Cr-5原子％Pt-2原子％Ta。
磁记录层的结构中可以包括三个或多个层。每两个磁记录层之间通过耦合层提供铁磁耦合。每个磁记录层中单轴各向异性常数和厚度乘积KuT的顺序按磁记录层中各向异性磁场强度Hk的顺序而确定的。以这种方式对每个磁记录层进行单独磁性反转，具有三个或多个磁记录层的结构也能提高热稳定性并同时减弱转换场。
保护层8可以由主要是碳的薄膜构成。还可以使用磁记录介质保护层中常用的其他各种薄膜材料。
液体润滑层9可以由全氟聚醚润滑剂组成。还可以使用磁记录介质液体润滑层中常用的其他各种润滑材料。
可以通过磁记录介质领域中常用的各种沉积技术形成被层压在非磁性基片上的层。这些层除了液体润滑层之外，都可以由DC磁控管溅射方法，RF磁控管溅射方法，或真空蒸发方法形成。液体润滑层可以由浸渍方法或旋涂方法形成。
以下参考垂直磁记录介质的具体实例进一步具体说明本发明。当然，本发明并不限于这些实例，可以在本发明原理和范围内进行各种改进。
[实施例1]
以结构如附图1所示的垂直磁记录介质为例，加以描述。
所用非磁性基片1是具有平滑表面的化学强化玻璃基片(由HOYACorporation制造的N-5玻璃基片)。清洁之后，将基片置于溅射设备中，使用87原子％Co-5原子％Zr-8原子％Nb的溅射靶沉积厚度为200纳米的CoZrNb无定形软磁衬层2。然后，使用82原子％Ni-12原子％Fe-6原子Si的Permalloy溅射靶沉积厚度为11纳米的NiFeSi底层3。随后，使用钌溅射靶在4.0帕的氩气压力下沉积厚度为10纳米的钌非磁性溅射中间层4。随后使用90摩尔％(74原子％Co-12原子％Cr-14原子％Pt)-10原子％SiO2的溅射靶在5.3帕气压下沉积厚度为10纳米并具有颗粒结构的CoCrPt-SiO2第一磁记录层5。然后使用钌溅射靶沉积厚度为0.2纳米的钌耦合层6。随后，使用90摩尔％(72原子％Co-16原子％Cr-12原子％Pt)-10摩尔％SiO2的溅射靶在5.3帕气压下沉积厚度为6纳米并具有颗粒结构的CoCrPt-SiO2第二磁记录层7。最后，用碳溅射靶沉积厚度为7纳米的碳保护层8，并从真空室中取出具有层压层的基片。沉积除了钌非磁性中间层和CoCrPt-SiO2第一与第二磁记录层以外的层时，氩气压力为0.67帕。CoCrPt-SiO2第一和第二磁记录层是由RF磁控管溅射方法形成的；其他层是由DC磁控管溅射方法形成的。随后，采用浸渍方法形成厚度为2纳米的全氟聚醚液体润滑层9。由此制得垂直磁记录介质。
(对比例1)
采用与实施例1中所述相同的方法制造对比例1的垂直磁记录介质，区别在于没有沉积钌耦合层6和CoCrPt-SiO2第二磁记录层7。
按照以下方法测量实施例1的Ku1，Ku2和其他性质。所制造的磁记录介质样品中没有CoZrNb软磁衬层。样品是只包括位于钌中间层上的第一磁记录层的磁记录介质，以及只包括位于钌中间层上的第二磁记录层的磁记录介质。用磁扭矩计测得单轴各向异性常数分别是Ku1等于4.2×10-6尔格/立方厘米，Ku2等于2.5×10-6尔格/立方厘米。因此，Ku1T1和Ku2T2分别是4.2×10-12尔格/平方厘米和1.5×10-12尔格/平方厘米。各向异性磁场强度Hk1和Hk2分别是18.7千奥斯特和13.2千奥斯特。因此，实施例1满足Hk1＞Hk2和Ku1T1＞Ku2T2。
对于上述实施例1和对比例1的样品，用Kerr作用测量仪器测量磁矫顽力(Hc)，用读/写测试机测量重写(O/W)，输出信号，归一化噪声，反馈输出信号对噪声的比值(S/N)，D50和输出信号衰减率。这里的D50表示输出为最大值一半时的线性记录密度。对实施例1和对比例1进行比较。
附图6所示是实施例1和对比例1磁记录介质的O/W，与在336kfci(千通量变化/英寸)所记录信号上重写45kfci信号的记录电流相关。表1所示为Hc，336kfci时的磁轨平均输出信号(TAA)，归一化噪声，S/N和28kfci时的输出信号衰减率。
附图6表示，对比例1中的O/W低于实施例1，当记录电流增大时，其增加幅度不超过约20dB。相反，实施例1能达到O/W＞30dB的条件，这在低记录电流条件下通常是必要的，并在50毫安保持大于35dB的O/W，50毫安是本测量所用记录头的标称电流。这个结果证明，实施例1磁记录介质的易记录性非常好。
如表1中所示，实施例1的Hc比对比例1低2000奥斯特(约30％)。实施例1表现出0.16尔格/平方厘米的磁性层间交换耦合能量，并且满足Hk1＞Hk2和Ku1T1＞Ku2T2。这种情况有助于降低Hc，从而提高易记录性。
总的来说，Hc降低会损害读写性能。但是相反，实施例1能增大输出并减小噪声，与对比例1相比S/N提高2dB。D50表示记录分辨率；D50越大表示较高密度记录的可能性越大。与对比例1相比，实施例1的D50增加约8％，证明该磁记录介质的记录密度有所提高。对于输出信号的衰减速率，值越小表示热稳定性越高。从表1中可知，实施例1和对比例1之间信号输出衰减速率的差别在误差范围之内，可以认为实施例1和对比例1中输出信号的衰减速率都接近于零。
如上所述，本发明的结构中具有两个铁磁耦合的磁性层，能够提高磁记录介质的易记录性，却不会影响热稳定性。另外，磁记录介质性能的提高包括噪声减小，S/N提高，而且能增加磁记录介质的记录密度。
[表1]
  项目  实施例1  对比例1
  Hc(奥斯特)  4710  6770
  TAA[336kfci](mVp-p)  1.82  1.29
  归一化噪声[336kfci](μVrms/mVp-p)  19.5  22.4
  S/N[336kfci](dB)  25.5  23.5
  D50(kfci)  371  344
  输出信号的衰减速率[28kfci](％/10)  0.67  0.25
(对比例2)
按照与实施例1相同的方法制造对比例2的垂直磁记录介质，区别在于CoCrPt-Si02第一磁记录层的厚度是7纳米，第二磁记录层的厚度是12纳米。第一和第二磁记录层的交换耦合能量，单轴各向异性常数Ku1和Ku2，各向异性场强度Hk1和Hk2与实施例1相同。调节第一磁记录层的厚度和第二磁记录层的厚度，使Ku1T1等于2.9×10-12尔格/平方厘米，Ku2T2等于3.0×10-12尔格/平方厘米，即Ku2T2略大于Ku1T1。
按照与上述内容相同的方法在对比例2的垂直磁记录介质上测量Hc，TAA，O/W，归一化噪声，S/N，D50和输出信号衰减速率。表2所示为对比例2的结果与实施例1的比较。
从表2中可知，对比例2并没有充分降低Hc，也没有获得足够的O/W。虽然因为薄膜厚度增加而提高了TAA，但是对比例2磁记录介质在归一化噪声和S/N方面的性质要差得多，而在输出信号的衰减速率方面则并非如此。
如上所述，虽然对比例2的层结构中具有相同的材料，但是该对比例无法降低Hc，而且仅仅因为第一磁记录层的Ku1T1和第二磁记录层的Ku2T2中的差别而导致严重损害读写性能。该结果证明，当Hk1＞Hk2时，即实施例1和对比例2的情况，必须满足不等式Ku1T1＞Ku2T2，才能充分减弱转换场，从而获得高读写性能。
[表2]
  项目  实施例1  对比例2
  Hc(奥斯特)  4710  6540
  TAA[336kfci](mVp-p)  1.82  2.09
  O/W(dB)  38.2  21.1
  归一化噪声[336kfci](μVrms/mVp-p)  19.5  31.4
  S/N[336kfci](dB)  25.5  21.4
  D50(kfci)  371  350
  输出信号的衰减速率[28kfci](％/10)  0.67  0.15
[实施例2]
采用不同材料作为磁记录层和耦合层，制造其结构如附图1中所示的垂直磁记录介质。
非磁性基片1是具有平滑表面的化学强化玻璃基片(由HOYA Corporation制造的N-5玻璃基片)。清洁之后，将基片置于溅射设备中，用87原子％Co-5原子％Zr-8原子％Nb的溅射靶沉积厚度为200纳米的CoZrNb无定形软磁衬层2。然后用82原子％Ni-12原子％Fe-6原子％Si的Permalloy溅射靶沉积厚度为11纳米的NiFeSi衬层3。随后在氩气压力为4.0帕时用钌溅射靶沉积厚度为10纳米的钌非磁性中间层4。随后在气体压力为5.3帕时用90摩尔％(72原子％Co-10原子％Cr-18原子％Pt)-10摩尔％SiO2的溅射靶沉积厚度为10纳米的CoCrPt-SiO2第一磁记录层5。然后在气体压力为1帕时用钴溅射靶沉积厚度为0.3纳米的钴耦合层6。随后，用70原子％Co-20原子％Cr-10原子％Pt的溅射靶沉积厚度为6纳米的CoCrPt第二磁记录层7。最后用碳溅射靶沉积厚度为7纳米的碳保护层8。然后从真空室中取出具有层压层的基片。沉积除了钌非磁性中间层，CoCrPt-SiO2第一磁记录层，和钴耦合层之外的层时，氩气压力为0.67帕。CoCrPt-SiO2第一磁记录层由RF磁控管溅射方法形成，其他层由DC磁控管溅射方法形成。然后，采用浸渍方法形成厚度为2纳米的全氟聚醚液体润滑层9。由此制得垂直磁记录介质。
(对比例3)
按照与实施例2相同的方法制造对比例3的垂直磁记录介质，区别在于没有沉积钴耦合层6和CoCrPt第二磁记录层7。
首先按照与实施例1中相同的方法测量实施例2的Ku1，Ku2和其他性质。实施例2的Ku1T1和Ku2T2分别是5.0×10-12尔格/平方厘米和1.2×10-12尔格/平方厘米，各向异性磁场强度Hk1和Hk2分别是20.0千奥斯特和11.1千奥斯特。所以满足Hk1＞Hk2而且Ku1T1＞Ku2T2的条件。
按照与实施例1相同的方法，测量实施例2和对比例3垂直磁记录介质的Hc，O/W，归一化噪声，S/N，D50，和输出信号的衰减速率。表3所示为实施例2和对比例3磁记录介质的Hc，在336kfci所记录信号上重写45kfci信号的O/W，336kfci的归一化噪声，S/N，D50，和28kfci时输出信号的衰减速率。
如表3中所示，与对比例3相比，实施例2的Hc降低约1800奥斯特(约25％)。实施例2中磁记录层间的交换耦合能量是0.22尔格/平方厘米，满足Hk1＞Hk2和Ku1T1＞Ku2T2。这有助于降低Hc。因此，由于Hc降低，实施例2表现出非常好的46.5dB O/W，而对比例3为16.0dB的低值。与对比例3相比，实施例2噪声降低，S/N提高1.4dB。D50也增加约13％，获得高记录密度。对于输出信号的衰减速率，实施例2的值接近于零，而对比例3为4.66％/10的较大值。因此，实施例2的热稳定性也获得显著提高。
如上所述，本发明的结构中具有铁磁耦合的两个磁性层，在磁记录介质的易记录性和热稳定性方面都有所提高。另外，还证明该磁记录介质能降低噪声和提高S/N，从而提高磁记录介质的记录密度。
[表3]
  项目  实施例2  对比例3
  Hc(奥斯特)  5214  6990
  O/W(dB)  46.5  16.0
  归一化噪声[336kfci](μVrms/mVp-p)  22.8  23.1
  S/N[336kfci](dB)  24.3  22.9
  D50(kfci)  396  349
  输出信号的衰减速率[28kfci](％/10)  0.01  4.66
采用不同材料作为磁记录层并且使用不同厚度的耦合层制造具有附图1中所示结构的垂直磁记录介质。
[实施例3]
制造具有附图1结构的垂直磁记录介质。
所用非磁性基片1是具有平滑表面的化学强化玻璃基片(由HOYACorporation制造的N-5玻璃基片)。清洁之后，将基片置于溅射设备中，用87原子％Co-5原子％Zr-8原子％Nb的溅射靶沉积厚度为200纳米的CoZrNb无定形软磁衬层2。然后，用82原子％Ni-12原子％Fe-6原子％Si的Permalloy溅射靶沉积厚度为11纳米的NiFeSi底层3。随后，在氩气压力为4.0帕时用钌溅射靶沉积厚度为10纳米的钌非磁性中间层4。随后，在气体压力为5.3帕时用90摩尔％(72原子％Co-10原子％Cr-18原子％Pt)-10摩尔％SiO2的溅射靶沉积厚度为9.5纳米的具有颗粒结构的CoCrPt-SiO2第一磁记录层5。然后用钌溅射靶沉积厚度为1.6纳米的钌耦合层6。随后用61原子％Co-22原子％Cr-13原子％Pt-4原子％B的溅射靶沉积厚度为6.5纳米的CoCrPtB第二磁记录层7。最后，用碳溅射靶沉积厚度为7纳米的碳保护层8。然后从真空室中取出具有层压层的基片。沉积除了钌非磁性中间层和CoCrPt-SiO2第一磁记录层之外的层时，氩气压力是0.67帕。CoCrPt-SiO2第一磁记录层由RF磁控管溅射方法形成，其他层由DC磁控管溅射方法形成。随后采用浸渍方法形成厚度为2纳米的全氟聚醚液体润滑层9。由此制得垂直磁记录介质。
[实施例4]
按照与实施例3相同的方法制造垂直磁记录介质，区别在于用钌溅射靶沉积厚度为0.25纳米的钌耦合层6。
[实施例5]
按照与实施例3相同的方法制造垂直磁记录介质，区别在于用钌的溅射靶沉积厚度为0.25纳米的钌耦合层6，然后用69原子％Co-22原子％Cr-5原子％Pt-4原子％B的溅射靶沉积厚度为6.5纳米的CoCrPtB第二磁记录层7。
[实施例6]
按照与实施例3相同的方法制造垂直磁记录介质，区别在于用钌的溅射靶沉积厚度为0.25纳米的钌耦合层6，随后用76原子％Co-20原子％Cr-4原子％B的溅射靶沉积厚度为6.5纳米的CoCrB第二磁记录层。
(对比例4)
按照与实施例3相同的方法制造对比例4的垂直磁记录介质，区别在于没有沉积钌耦合层6，也没有沉积CoCrPtB第二磁记录层7。
首先按照与实施例1相同的方法测量实施例3到6的Ku1，Ku2和其他性质。在实施例3到6中，Ku1T1是4.8×10-12尔格/平方厘米，Hk1是20.0千奥斯特。实施例3和4的Ku2T2是1.2×10-12尔格/平方厘米，实施例5是9.8×10-13尔格/平方厘米，实施例6是8.5×10-13尔格/平方厘米。实施例3和4的Hk2是13.2千奥斯特，实施例5是10.1千奥斯特，实施例6是8.17千奥斯特。因此，Hk1＞Hk2，Ku1T1＞Ku2T2。
对实施例3到6和对比例4的垂直磁记录介质进行Hc，O/W，归一化噪声，S/N，和输出信号衰减速率的测量，并将结果进行比较。所用磁性记录头是记录密度为150Gb/平方英寸级的。表4所示为Hc，在478kfci所记录信号上重写64kfci信号的O/W，478kfci时的归一化噪声，S/N，和40kfci时的输出信号衰减速率。表4中的材料组成用简化形式表示。比如90摩尔％(72原子％Co-10原子％Cr-18原子％Pt)-10摩尔％SiO2被简化成(Co72Cr10Pt18)90(SiO2)10。
[表4]
  实施例3   实施例4   实施例5   实施例6  对比例4
  第一磁记录层   组成   (Co72Cr10Pt18)90(SiO2)10
  厚度(纳米)   9.5   9.5   9.5   9.5  9.5
  耦合层   组成   Ru   Ru   Ru   Ru  无
  厚度(纳米)   1.6   0.25   0.25   0.25  无
  第二磁记录层   组成   Co61Cr22Pt13B4   Co61Cr22Pt13B4   Co69Cr22Pt5B4   Co76Cr20B4  无
  厚度(纳米)   6.5   6.5   6.5   6.5  无
  Hc(奥斯特)   5016   5119   4490   4176  6449
  O/W(dB)   38.1   37.4   45.6   46.2  24.7
  归一化噪声[478kfci](μVms/mVpp)   36.8   33.8   29.9   30.3  57.5
  S/N[478kfci](dB)   11.98   12.64   13.59   13.62  7.24
  信号衰减速率[40kfci](％/10)   0.03   0.03   0.05   0.06  5.73
将对比例4与实施例3到6对比可知，本发明的铁磁耦合双层磁性层能够降低Hc，增加O/W，并显著降低信号衰减速率。换言之，能显著提高介质的易记录性和热稳定性。能够提高磁记录介质在降低噪声和提高S/N方面的性能，有助于提高记录密度。
接着比较实施例3和实施例4的结果。这两个实施例中磁记录层间交换耦合能量大致都等于0.24尔格/平方厘米。同样反映这种结果的是，Hc和O/W在相同水平上。但是对于归一化噪声和S/N，实施例4的介质表现出比实施例3更低的归一化噪声和更高的S/N。为了研究这种结果的成因，要使用透射电子显微镜观察介质。观察结果表明，实施例3磁记录层中的晶界宽度平均值是1.2纳米，而实施例4的介质是1.5纳米。而且，在实施例3的介质中，观察到部分磁性晶体颗粒之间的距离缩小了约0.5纳米或者更接近。这表明，与实施例3的介质相比，实施例4介质中磁性晶体颗粒的隔绝性有所提高。由此可知，通过钌耦合层实现的铁磁耦合能够减弱转换场，并提高读写性能，同时保持热稳定性。由于磁性晶体颗粒之间隔绝性的提高，能够减小耦合层厚度，从而进一步提高性能。
然后对实施例4的结果和实施例5与6的结果进行以下比较。实施例5和6的归一化噪声和S/N是近似相等的。将它们与实施例4相比，实施例5和6能降低归一化噪声并使S/N提高约1dB。而且能降低Hc并提高O/W。第二磁记录层中的噪声降低可能有助于降低归一化噪声并提高O/W。实施例5和6的磁记录层间交换耦合能量为0.24尔格/平方厘米。这个值与实施例4相等。至于第二磁记录层的Ku2T2，实施例4是1.2×10-12尔格/平方厘米，实施例5是9.8×10-13尔格/平方厘米，实施例6是8.5×10-13尔格/平方厘米。即，可以认为实施例5和6中Hc降低和O/W提高的原因是第二磁记录层的Ku2T2有所降低。如上所述，已经证明通过将低Hk值磁记录层中的铂含量控制在10原子％以内，能够提高介质包括归一化噪声和S/N的读写性能。另外，Hc也有降低，证明易记录性得到提高。

Claims (8)

1.一种垂直磁记录介质，包括非磁性基片，第一磁记录层，直接位于第一磁记录层上的耦合层，和直接位于耦合层上的第二磁记录层，其特征在于：
第一磁记录层和第二磁记录层通过耦合层发生铁磁耦合；
第一磁记录层的易磁化轴和第二磁记录层的易磁化轴大致垂直于非磁性基片平面；和
当Hk1＞Hk2时，满足不等式Ku1T1＞Ku2T2；当Hk1＜Hk2时，满足不等式Ku1T1＜Ku2T2，其中Hk1，Ku1和T1分别是第一磁记录层的各向异性磁场强度，单轴各向异性常数和厚度，Hk2，Ku2和T2分别是第二磁记录层的各向异性磁场强度，单轴各向异性常数和厚度。
2.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其特征在于第一磁记录层和第二磁记录层之间的交换耦合能量至少为5×10-3尔格/平方厘米。
3.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其特征在于耦合层基本上由选自V，Cr，Fe，Co，Ni，Cu，Nb，Mo，Ru，Rh，Ta，W，Re和Ir的一种元素，或者主要包括这些元素中至少一种的合金构成。
4.如权利要求1到3中任一项所述的垂直磁记录介质，其特征在于耦合层厚度不超过2纳米。
5.如权利要求1到3中任一项所述的垂直磁记录介质，其特征在于耦合层的厚度不超过0.3纳米。
6.如权利要求1到5中任一项所述的垂直磁记录介质，其特征在于第一和第二磁记录层中至少一个层具有颗粒结构，由非磁性氧化物或非磁性氮化物基体和分散在基体中的磁性晶体颗粒构成。
7.如权利要求1到6中任一项所述的垂直磁记录介质，其特征在于第一磁记录层和第二磁记录层是具有较低各向异性磁场强度Hk的磁记录层，含有钴和铬，而且磁记录层中的铂含量在0到10原子％的范围内。
8.如权利要求7所述的垂直磁记录介质，其特征在于第一磁记录层和第二磁记录层是具有较低各向异性磁场强度Hk的磁记录层，还含有选自Ta，B，Nb和N的一种元素。
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