CN1870145A - 垂直磁性记录介质及垂直磁性记录/再现装置 - Google Patents

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Abstract

在垂直磁性记录介质(10)中，多层衬层(6)包括：第一金属衬层(2)，相对于所述第一金属衬层不具有固体溶液特性且具有孔(3)的第二金属衬层(4)，以及第三金属衬层(5)，该第三金属衬层相对于所述第一金属衬层(2)具有固体溶液特性，相对于所述第二金属衬层(4)不具有固体溶液特性；以及，在所述多层衬层(6)上形成的磁性记录层(7)。

Description

垂直磁性记录介质及垂直磁性记录/再现装置
技术领域
本发明涉及使用磁性记录技术在例如硬盘驱动器中使用的垂直磁性记录介质，以及垂直磁性记录/再现装置。
背景技术
近来，硬盘驱动器已经变得越来越小，并且已经提出了其硬盘直径为1英寸或更小的产品。另外，为了实现便宜的高速大容量记录介质，需要进一步增加记录密度。用于增加磁性记录介质的面积记录密度的最有效方法之一是通过减小磁性记录层中的磁性晶体颗粒的大小来减小噪声。通常，在通过使用溅射来层叠薄膜的方法中，大小是通过改变所述薄膜材料或优化所述薄膜形成条件来减小的。然而，在简单地层叠薄膜的方法中，所述颗粒大小经常是自然确定的并且不能被无限制地控制。例如，在所述磁性记录层下方的衬层(underlayer)的平均颗粒直径约为8nm。而且，当颗粒记录层被用作所述磁性记录层时，所述平均颗粒直径可以减少到约6nm，但是进一步减小已经被认为是非常困难的。
虽然正在尝试通过使用其中所述颗粒被分隔在非晶基质中的颗粒结构，来进一步减小所述磁性晶体颗粒的晶体颗粒大小，但是通过使用这种方法，所述晶体颗粒并不容易生长为柱形，所述晶体取向容易恶化，并且所述晶体颗粒密度低。优选地是，所述磁性晶体颗粒的晶体取向的程度尽可能高，并且所述取向的变化尽可能低。然而，在上述颗粒结构中，所述晶体取向通常变得更坏并且经常变为随机的，而这大大地增加了所述介质噪声。而且，所述晶体颗粒有时生长为球形而不是柱形。即使当所述晶体颗粒满意地生长为柱形和在所述衬层的上表面上形成均匀的晶核时，一些晶体颗粒通常变大，抑制生长，或者随后与其他颗粒结合。如上所述，通常很难生长磁性记录晶体颗粒同时在所述磁性记录层的厚度方向中维持预定颗粒大小。
而且，所述磁性记录介质正在变得越来越薄，并且所述信号输出越来越低。因此，如果所述晶体颗粒密度大大降低，那么必须大大增加所述磁性晶体颗粒的饱和磁化以便维持所述输出。为了增加所述饱和磁化，通常需要组成成分中的大变化。然而，所述隔离结构和晶体取向通常被破坏，增加了所述介质噪声，因此这个方法还不易于投入实践中。
另外，如同例如日本专利申请公开No.2001-52330和2003-59037中所述，已经被提出来在所述衬层或衬底上形成小的岛状的晶核，并且从这些晶核外延地生长磁性晶体颗粒，即，将所述颗粒生长为柱形，由此减少所述颗粒的大小。原理上可以通过减少所述晶核的形成量来减少所述晶核的大小。然而，除非如上所述的颗粒结构被使用，已经从所述晶核生长的所述个体晶体颗粒沿面内(in-plane)方向变大直到邻近晶核之间的空隙被填充。作为模型，看起来好像可以设想所述晶核的高密度。然而，在实际中，在以会形成连续膜的量在所述晶核上淀积磁性晶体颗粒的情况下，在物理上很难实现一种状态，在该状态中，细小的晶核分散开使得它们不会形成连续膜而是彼此分离。通常，形成连续膜或者以低密度形成大岛。
发明内容
已经考虑上述情形作出了本发明，并且本发明的目的是提供一种垂直磁性记录介质，该垂直磁性记录介质能够进行柱形生长，这实现高晶体排列性和减小晶体颗粒的大小，呈现出低介质噪声，以及能够增加所述表面记录密度。
本发明的另一个目的是提供一种垂直磁性记录/再现装置，该垂直磁性记录/再现装置通过使用具有高程度的晶体排列、减小的晶体颗粒大小和低介质噪声的垂直磁性记录介质来增加所述表面记录密度。
本发明的垂直磁性记录介质的特征在于，包括：
衬底；
一个多层衬层，包括在所述衬底上形成的第一金属衬层，在所述第一金属衬层上形成且具有孔的第二金属衬层，以及在所述第二金属衬层上形成的第三金属衬层，该第三金属衬层相对于所述第一金属衬层具有固体溶液(solid solution)特性，相对于所述第二金属衬层不具有固体溶解特性，以及
在所述多层衬层上形成的磁性记录层。
本发明的垂直磁性记录/再现装置的特征在于包括垂直磁性记录介质，以及屏蔽型磁头，该垂直磁性记录介质包括：衬底；一个多层衬层，其包括在所述衬底上形成的第一金属衬层，在所述第一金属衬层上形成且具有孔的第二金属衬层，以及在所述第二金属衬层上形成的第三金属衬层，该第三金属衬层相对于所述第一金属衬层具有固体溶液特性，相对于所述第二金属衬层不具有固体溶液特性，以及在所述多层衬层上形成的磁性记录层。
在本发明中，可以执行垂直磁性记录层的柱形生长，同时维持高程度的晶体排列和小的晶体颗粒大小。这使得可以减少所述介质噪声以及增加垂直磁性记录介质的表面记录密度。
将会在下面的描述中对本发明的其他目的和优点进行阐述，并且根据本说明本发明的其他目的和优点部分地是显而易见的，或者可以通过本发明的实践而获知。本发明的目的和优点可以利用特别在下文中具体指出的手段和组合来实现和获得。
附图说明
将会参考附图来描述实现本发明的各种特征的通用体系结构。所述附图和相关的描述被提供来例示本发明的实施例，并且不限制本发明的范围。
图1是示出根据本发明的垂直磁性记录介质的实例的剖面结构的示意图；
图2是在本发明中可用的金属的二元相图的第一实例；
图3是在本发明中可用的金属的二元相图的第二实例；
图4是在本发明中可用的金属的二元相图的第三实例；
图5是示出根据本发明的垂直磁性记录介质的另一实例的示意剖面图；
图6是示出本发明的垂直磁性记录介质的另一实例的剖面结构的示意图；
图7是示出本发明的垂直磁性记录介质的另一实例的剖面结构的示意图；
图8是示出根据本发明的磁性记录/再现装置的实例的部分分解透视图；
图9是示出第二金属衬层的表面条件的AFM测量图；
图10是三维地绘制第二金属衬层的表面条件的示图；
图11示出了第三金属衬层的初始阶段中的表面结构；
图12是根据本发明的垂直磁性记录介质的实例的截面TEM图；
图13是示出在第二金属衬层上淀积第三金属颗粒的方式的实例的模型图；
图14是示出在第二金属衬层上淀积第三金属颗粒的方式的实例的模型图；
图15是示出在第二金属衬层上淀积第三金属颗粒的方式的实例的模型图；
图16是示出在第二金属衬层上淀积第三金属颗粒的方式的另一实例的模型图；
图17是示出在第二金属衬层上淀积第三金属颗粒的方式的又一实例的模型图；和
图18是示出在第二金属衬层上淀积第三金属颗粒的方式的又一实例的模型图。
发明详述
本发明的垂直磁性记录介质具有：衬底；在所述衬底上形成的一个多层衬层，以及在所述多层衬层上形成的磁性记录层。所述多层衬层包括第一金属衬层，在所述第一金属衬层上形成且具有一个孔或多个孔的第二金属衬层，以及在所述第二金属衬层上形成的第三金属衬层，该第三金属衬层相对于所述第一金属衬层具有固体溶液特性，相对于所述第二金属衬层不具有固体溶液特性。
所述第一金属衬层可以暴露于所述孔中。或者，可以在该孔中形成包含任一组成成分的层。按照这种方式，当第三金属衬层生长时，所述第二金属衬层的孔中的区域的作用相当于晶核。在本发明中，当在第二金属衬层和所述晶核上生成所述第三金属衬层时，晶体颗粒可以被生长为柱形同时沿面内方向的增大被抑制，并且高程度的晶体取向和小的晶体颗粒大小被维持。这使得可以减小所述介质噪声和增加面积记录密度。
图1是示出根据本发明的垂直磁性记录介质的实例的剖面结构的示意图。
如图1中所示，垂直磁性记录介质10具有衬底1、多层衬层6和垂直磁性记录层7。所述多层衬层6包括在所述衬底1上形成的第一金属衬层2；在所述第一金属衬层2上形成的非连续的第二金属衬层4，该第二金属衬层4具有多个孔3且由以与所述孔3对应的间隙设置的多个金属颗粒制成；以及第三金属衬层5，其在所述孔的区域中和所述第二金属衬层4上形成。所述垂直磁性记录层7形成在所述第三金属衬层5上。
而且，在本发明中使用的具有一个或多个孔的所述第二金属衬层包括比如岛状结构的非连续层。岛间的部分彼此部分地连接，并且由所述多个岛包围的部分形成典型的孔形状。在图1中示出的多个金属颗粒的设置仅仅是一个实例，并且它还可以分离地设置个体金属颗粒和/或由金属颗粒没有间隔地制成的多个聚合体。
在本发明的一个实施例中，所述第二金属衬层具有多个孔。
在本发明的一些实施例中，所述孔的宽度在最窄部分为1nm或更多，在最宽部分为80nm或更少。
如果所述孔的宽度在最窄部分小于1nm，则在从所述孔中暴露出的第一金属衬层上生长的第三金属衬层的颗粒大小变为小于1nm，并且这趋向于使得结晶度不令人满意。如果所述孔宽度在最宽部分超过80nm，则不能获得精细颗粒效果，从而对沿纵向方向的颗粒的增大的抑制趋向于变得不充分。
在本发明的一个实施例中，当从上方垂直地观看所述第二金属衬层时，所述孔占据的面积的比率为10％到90％。
如果所述比率小于10％，所述第三金属衬层的大部分趋向于形成在所述第二金属衬层上。如果所述比率超过90％，则所述第三金属衬层中的晶体颗粒的纵向方向上的增大趋向于不能被抑制。这趋向于使得获得减小所述颗粒大小的效果成为不可能。
具有所述孔的金属衬层例如可以通过溅射或真空蒸发来形成。或者，通过使用物理处理或化学反应来人工地形成岛状表面结构。
在本发明的一个实施例中，所述第二金属衬层的表面的10-点平均粗糙度Rz为0.2到20nm。如果所述表面粗糙度Rz小于0.2nm，则趋向于不可能停止所述第三金属衬层中的晶体颗粒的纵向方向中的生长。如果所述表面粗糙度Rz超过20nm，则通过将所述第三金属衬层掩埋在凹槽中来平面化所述表面的效果不会趋向于很好地起作用。这通常增加了磁性记录层和保护层的表面粗糙度，并且对磁头的稳定悬浮产生不利影响。
在本发明的一个实施例中，所述第一金属衬层具有六角密堆结构(hexagonal close packed structure)或面心立方晶格结构。
所述第一金属衬层可以是从由例如钛、镍、钯和铂组成的组中选择出的成员。
在本发明的一个实施例中，所述第二金属衬层和所述第三金属衬层具有六角密堆结构或面心立方晶格结构。
在本发明的一个实施例中，所述第二金属衬层可以是从由铜、银和金组成的组中选择出的成员。
在本发明的一些实施例中，所述第二金属衬层是铜。
在本发明的一个实施例中，相对于用作第一层的钛、镍、钯和铂中的任何一个，铜不具有固体溶液特性。
而且，当铜用作所述第二金属衬层时，铜原子的大小接近于经常用作所述磁性记录层的主要组成成分的钴(Co)或铁(Fe)原子的大小，并且取决于晶体结构，其晶格常数也接近。因此，甚至通过合适选择的第三金属衬层作为中间层，也容易地获得高结晶性。
例如，当Ti层用作所述第一金属衬层且Cu在该Ti层上生长时，如同在“Journal of Applied Physics”，Vol.94，pp.3492(2003)中的以分界面相互作用(interface interaction)的观点详细描述的那样，可以在正常溅射条件下形成细小的岛。
作为所述第三金属衬层，可以使用一种金属，该金属相对于所述第一金属衬层具有固体溶液特性，相对于所述第二金属衬层不具有固体溶液特性。
作为所述第三金属衬层，可以使用例如Ti、Cr、Co、Ni、Cu、Ru、Rh、Pd、Ag、Pt、Au和主要包含这些金属的合金。
在本发明的一个实施例中，所述第三金属衬层是钌。
值得注意的是，这里使用的固体溶液特性是这样一些特性，利用所述特性，在金属的二元相图中，所述金属在低于所述金属形成液相的温度的范围内，以2at％或更多的比率形成固体溶液。如果所述金属以低于2at％的比率形成固体溶解，那么所述金属不具有固体溶解特性。
图2到图4例示了在本发明中可用的金属的二元合金相的实例。
图2示出了钌和铜的二元相图的实例。
在图2中，参考符号L1代表主要包含Cu的液相，以及L2代表主要包含Ru的液相。如图2中所示，在1,084.67℃或更低的温度下，钌和铜几乎没有它们形成合金的合成范围，即，没有固体溶液特性。(Cu)+(Ru)表明其中Cu和Ru形成固相且不会混合的状态。如果温度超过1,084.67℃，则Cu和Ru部分地形成液相，如果温度超过2,334℃，则Cu和Ru完全地变为液相。L1+L2表明其中即使Cu和Ru处于液体的形式也不会混合的状态。
图3示出了钌和金的二元相图的实例。
在图3中，L1代表主要包含Au的液相，以及L2代表主要包含Ru的液相。如图3中所示，在1,064℃或更低的温度下，钌和金具有一个其中钌和金形成合金的区域。然而，由于所述成分范围约为2at％或更低，所以钌和金不具有固体溶液性质。
图4示出了钌和银的二元相图的实例。
在图4中，L1代表主要包含Ag的液相，以及L2代表主要包含Ru的液相。如图4中所示，在920℃或更低的温度下，钌和银不具有一个其中钌和金形成合金的区域，即，不具有固体溶液。
钌的平均晶体颗粒直径小于8nm。在本发明的一个实施例中，钌的平均晶体颗粒直径为1到8nm。
如果钌的平均晶体颗粒直径超过8nm，那么通常不能获得介质噪声降低效果。
在所述第二金属衬层的孔中，氧化物层可以被进一步形成来作为上述的任意组成成分。
图5是示出根据本发明的垂直磁性记录介质的另一实例的示意剖面图。
如图5中所示，除了氧化物层8存在于所述孔3的区域中的第一金属衬层上之外，垂直磁性记录介质20具有与图1中示出的相同的结构。所述氧化物层8可以部分地或完全地阻断所述孔3的区域中的所述第一和第三金属衬层之间的接触。然而，如果所述氧化物层8被制成足够薄，则由于氧化和向上层和下层的扩散，所述第一金属衬层可能实际很好地影响所述第三金属衬层。
氧化物的实例是氧化硅、氧化铬和铁氧化物(titanium oxide)。
在本发明的一些实施例中，所述氧化物是铁氧化物。
当铁氧化物被用作氧化物时，即使在具有密堆晶体结构的第一和第三金属衬层之间形成这种氧化物，所述结晶性也不容易变坏。
在本发明的一个实施例中，相对于所述第一金属衬层和氧化物的总体积所述氧化物的体积为10到50vol％。
在本发明的一个实施例中，铁氧化物的体积为20到50vol％。
通过使用氧化物靶以及用作第二金属衬层的靶，利用溅射可以同时地形成氧化物和第二金属衬层。
作为衬底，可以使用例如玻璃衬底、铝基合金衬底、陶瓷衬底、碳衬底、具有氧化表面的单晶硅衬底、或者通过利用NiP或类似物质电镀这些衬底中的任何一个衬底获得的衬底。
所述玻璃衬底的实例是非晶玻璃和结晶玻璃，并且通用目的碱石灰玻璃或硅酸铝玻璃可用作所述非晶玻璃。而且，锂基结晶玻璃可被用作所述结晶玻璃。作为陶瓷衬底，可以使用例如主要包含通用氧化铝、氮化铝以及氮化硅的烧结材料以及这些烧结材料的纤维增强材料。
作为所述衬底，还可以使用通过利用电镀或溅射在如上所述的金属衬底或非金属衬底表面上形成NiP层获得的衬底。
此外，虽然在下面的说明中仅仅将溅射用作为在所述衬底上形成薄膜的方法的一个实例，但是利用真空蒸发或电镀可以获得相同的效果。
在本发明的垂直磁性记录介质中，可以在所述衬底和多层衬层之间形成软磁性层。
图6是示出本发明的垂直磁性记录介质的另一实例的剖面结构的示意图。
如图6中所示，除了在所述衬底1和多层衬层6之间还形成软磁性基(backing)层9外，垂直磁性记录介质30具有与图1相同的结构。值得注意的是，在图6中，所述孔3的区域利用所述第三金属衬层来填充。然而，如图5中所示，氧化物8也可以形成在所述孔3的区域中的第一金属衬层2上。
通过形成高渗透性软磁性基层，形成了所谓的双层垂直介质，该双层垂直介质在所述软磁性基层上具有垂直磁性记录层。在这个双层垂直介质中，所述软磁性基层水平地穿过来自磁头(例如，用于磁化所述垂直磁性记录层的单极磁头)的记录磁场，并且将这个记录磁场返回到所述磁头，由此执行所述磁头的部分功能。也就是，所述软磁性基层可以通过将足够非常垂直的磁场施加到磁性记录层，来增强记录/再现效率。
作为所述软磁性基层，可以使用包含Fe、Ni和Co的材料。实例是比如FeCo和FeCoV的FeCo-基合金，比如FeNi、FeNiMo、FeNiCr和FeNiSi的FeNi-基合金，比如FeAl、FeAlSi、FeAlSiCr、FeAlSiTiRu和FeAlO的FeAl-基合金和FeSi-基合金，比如FeTa、FeTaC和FeTaN的FeTa-基合金，以及比如FeZrN的FeZr-基合金。
还可以使用具有比如包含60at％或更多Fe的FeAlO、FeMgO、FeTaN或FeZrN的微晶结构或其中精细晶体颗粒分散在基质中的粒状结构的材料。
作为所述软磁性基层的另一材料，可以使用包含Co、以及Zr、Hf、Nb、Ta、Ti和Y中的至少一种的Co合金。在本发明的一个实施例中，包含80at％或更多的Co。当通过溅射形成合金的膜时，这种Co合金容易形成非晶层。由于所述非晶软磁性材料不具有晶体磁性各向异性、晶体缺陷和颗粒边界中的任何一个，所以所述非晶软磁性材料示出非常高的软磁性。还可以通过使用这种非晶软磁性材料来减少所述介质噪声。
所述非晶软磁性材料的实例是CoZr-基、CoZrNb-基以及CoZrTa-基合金。B可以被进一步添加到这些材料中以例如允许容易地形成非晶。
可以使用CoPt-基合金或类似物质作为所述垂直磁性记录层。
在本发明的一个实施例中，CoPt-基合金中的Co与Pt的比率为2∶1到9∶1，以便获得高的单轴晶体磁性各向异性Ku。在本发明的一些实施例中，所述CoPt-基合金至少包含Cr或氧。
氧可以被添加作为氧化物。这种氧化物特别优选为从由氧化硅、氧化铬和铁氧化物组成的组中选择出的至少一个成员。
在本发明的一个实施例中，磁性晶体颗粒在所述垂直磁性记录层中分散。在本发明的一些实施例中，所述磁性晶体颗粒具有柱形结构，该柱形结构垂直地延伸通过所述垂直磁性记录层。这个结构的形成可以改善所述垂直磁性记录层中的磁性晶体颗粒的取向和结晶性。结果是，可以获得适合于高密度记录的信噪比。
在本发明的一个实施例中，用于获得这个结构的所述氧化物的比例相对于Co、Cr和Pt的总量是3到20mol％。在本发明的一些实施例中，所述比例为5到18mol％。由于当所述层形成时所述氧化物分散开围绕在所述磁性晶体颗粒周围，所以所述垂直磁性记录层中的氧化物的比例的这些范围是受欢迎的，因此所述磁性晶体颗粒可以被隔离和制造得精细。
所述垂直磁性记录层中的氧化物的比例超过20mol％，那么所述氧化物保留在所述磁性晶体颗粒中以恶化所述磁性晶体颗粒的取向和结晶性。另外，所述氧化物在所述磁性晶体颗粒的上方或下方分散开以经常使得它们不能形成垂直地延伸通过所述磁性记录层的柱形结构。如果所述氧化物的比例小于3mol％，那么所述磁性晶体颗粒未被充分地分离且不能制造得精细。因此，所述记录/再现噪声增加，常会使得不可以获得适合于高密度记录的信噪比。
在本发明的一个实施例中，所述垂直磁性记录层中的Cr的比例为0到30at％。在本发明的一些实施例中，所述比例为2到28％。如果所述Cr的比例落在这些范围内，那么所述磁性晶体颗粒的单轴晶体磁性各向异性Ku不会过分地降低，并且可以维持高磁化度。结果是，可以获得适合于高密度记录的记录/再现特性和满意的热衰退特性。
如果所述Cr的比例超过28at％，那么所述磁性晶体颗粒的Ku降低，并且这使所述热衰退特性恶化。另外，由于磁化降低来减小所述再现的信号输出，所以所述记录/再现特性常常恶化。
在本发明的一个实施例中，所述垂直磁性记录层中的Pt的比例为10到25at％。所述Pt的比例优选落在以上范围内，这是因为它可以获得所述垂直磁性层所必须的Ku并且改善所述磁性晶体颗粒的结晶性和取向，并且结果是，获得适合于高密度记录的热衰退特性和记录/再现特性。
如果所述Pt的比例超过25at％，那么具有fcc结构的层在所述磁性晶体颗粒中形成，并且常常恶化所述结晶性和取向。如果所述Pt的比例小于10at％，那么在许多情况下，不能获得用于获得适合于高密度记录的热衰退特性的Ku。
除了Co、Cr、Pt和所述氧化物之外，所述垂直磁性记录层还可以包含从B、Ta、Mo、Cu、Nd、W、Nb、Sm、Tb、Ru和Re中选择出的一种或多种类型的元素作为添加成分。当这些元素被包含时，可以促进所述精细磁性晶体颗粒的形成或改善所述颗粒的结晶性和取向，并且获得更适合于高密度记录的记录/再现特性和热衰退特性。
在本发明的一个实施例中，所述添加成分的总比例为8at％或更少。如果所述比例超过8at％，不是hcp相的相形成在所述磁性晶体颗粒中并且打乱所述磁性晶体颗粒的结晶性和取向。因此，在许多情况下，不能获得适合于高密度记录的记录/再现特性和热衰退特性。
作为所述垂直磁性记录层，取代上述合金，还可以使用其它CoPt基合金、CoCr基合金、CoPtCr基合金、CoPtO、CoPtCrO、CoPtSi、CoPtCrSi，Co的多层结构，以及主要包含从由Pt、Pd、Rh和Ru组成的组中选择出的至少一种元素的合金、以及通过向这些多层结构中添加Cr、B和O获得的CoCr/PtCr、CoB/PdB和CoO/RhO。
在本发明的一个实施例中，所述垂直记录层的厚度为3到60nm。在本发明的一些实施例中，所述厚度为5到40nm。当所述厚度落在这些范围内时，磁性记录/再现装置可以作为更适合于高密度记录的装置进行操作。如果所述垂直磁性记录层的厚度小于3nm，那么所述再现输出太弱，并且通常低于所述噪声分量。如果所述垂直磁性记录层的厚度超过60nm，那么所述再现输出太强，并且常常使所述波形失真。
在本发明的一个实施例中，所述垂直磁性记录层的矫磁力为237,000A/m(3000Oe)或更大。如果所述矫磁力小于237,000A/m(3,000Oe)，那么所述抗热衰退性(thermal decay resistance)趋向于降低。
在本发明的一个实施例中，所述垂直磁性记录层的垂直方形比率(squareness ratio)为0.8或更多。如果所述垂直方形比率小于0.8，那么所述抗热衰退性趋向于降低。
保护层可以形成在所述垂直磁性记录层上。
图7是示出本发明的所述垂直磁性记录介质的又一实例的剖面结构的示意图。
如图7中所示，除了在所述磁性记录层7上还形成保护层11外，垂直磁性记录介质40具有与图1相同的结构。值得注意的是，在图7中，所述孔3的区域利用所述第三金属衬层来填充。然而，如图5中所示，所述氧化物8还可以在所述孔3的区域中的第一金属衬层2上形成。另外，如图6中所示，在所述衬底1和多层衬层6之间还可以形成所述软磁性基层9。
所述保护层防止所述垂直磁性记录层的腐蚀，并且当磁头与所述介质接触时防止损坏所述介质表面。所述保护层的材料的实例是包含C、SiO2和ZrO2的那些材料。
在本发明的一个实施例中，所述保护层的厚度是1到10nm。由于这减少了磁头和所述介质之间的距离，所以所述介质适合于高密度记录。
润滑层(未示出)还可以形成在所述保护层上。
作为在所述润滑层中使用的润滑剂，可以使用常规已知的材料，例如，全氟聚醚(perfluoropolyether)、醇氟化物(alcohol fluoride)或者氟化的羧酸(fluorinated carboxylic acid)。
图8是示出本发明的磁性记录/再现装置的实例的部分分解透视图。
如图8中所示，作为磁盘设备的硬盘驱动器(在下文中称为HDD)具有矩形盒子110，该矩形扁平盒110具有上端开口和顶部盖子(未示出)，利用多个螺钉将该顶部盖子拧到所述盒子上以闭合所述盒子的所述上端开口。
所述盒子110包含作为记录介质的磁盘112、用于支撑和旋转所述磁盘112的主轴马达113、用于将信息记录在所述磁盘和从磁盘再现信息的磁头133、相对于磁盘112可移动地支撑所述磁头133的磁头致动器、用于旋转和定位所述磁头致动器的音圈马达(在下文中称为VCM)116、用于在所述磁头移动到所述磁盘的最外周时将所述磁头133保持在与所述磁盘分离的位置的斜坡加载机构118、用于在碰撞或类似的情况发生在所述HDD上时将所述磁头致动器保持在已缩回的位置的惯量锁存机构120，以及用于安装比如前置放大器的电子部件的柔性印刷电路板单元(下文中称为FPC单元)117。
经由FPC单元117控制主轴马达113、VCM 116和磁头的操作的印刷电路板(未示出)被拧紧到所述盒子10的外表面，使其面对所述盒子的底壁。
所述磁盘112具有例如65mm(2.5英寸)的直径，并且具有磁性记录层。将所述磁盘112装在所述主轴马达113的轴(hub)(未示出)上，并且由卡簧(clamp spring)121夹持。由主轴马达113作为驱动器来以预定速度旋转磁盘112。
所述磁头133是在基本上为矩形的滑块(未示出)上形成的所谓组合磁头。所述磁头133具有写磁头、读磁头和磁阻(MR)磁头，所述写磁头具有单极结构，所述读磁头使用GMR膜或TMR膜，所述MR磁头用于记录和再现。所述磁头133和所述滑块一起固定到在悬架132的末端部分上形成的万向节上。
下面借助于其实验性实例来更加详细地描述本发明。
实验实施例1
垂直磁性记录介质的制造
盘状洁净玻璃衬底(由Ohara公司制造的，外径＝2.5英寸)被制备来作为非磁性衬底。这种玻璃衬底被放置在磁控管溅射装置(Anelva制造的C-3010)的膜成形腔中，并且所述膜成形腔被抽空直到2×10-5Pa或更低的底压。在此之后，在0.6Pa的大气压下，在Ar气环境中如下相继执行溅射。
首先，在所述非磁性衬底上形成100nm厚的CoZrNb合金作为软磁性层。
随后，如下形成包括第一、第二和第三金属衬层的多层衬层。
接着，形成5nm厚的Ti膜作为第一金属衬层。
在Ti层被层叠在形成在所述衬底上的CoZrNb软磁性层上的情况下和在Ti层直接层叠在所述衬底上的情况下，使用原子力显微镜(AFM)和X射线衍射计(XRD)执行测量，由此检查每个Ti衬层的微结构和晶体取向。因此，发现，所述Ti衬层的微结构和晶体取向基本保持不变，不管是否形成CoZrNb软磁性层。也就是，所述CoZrNb软磁性层被发现对使用磁头时的所述记录/再现特性有大的影响，而对所述Ti衬层以上的介质结构几乎没有影响。即使当没有形成CoZrNb软磁性层时，通过下述介质可以获得类似效果。
随后，通过溅射形成其厚度等于1nm的平均层厚的Cu层作为第二金属衬层，由此形成具有孔的Cu层。所述表述“等于1nm的平均层厚”意味着根据所述溅射条件，所述溅射量被简单地减少到1/100，其中在所述溅射条件下，可以形成具有基本一致厚度的薄膜并且获得100nm的厚度，在该厚度下，可假定所述表面上的粗糙度对所述膜厚的测量没有大的影响。因为所述Cu层不是具有均匀厚度的层而是其中所述Cu原子或Cu原子簇生长为岛的非连续层，该非连续层在这些岛之间具有孔，所以使用这个特定表述。
值得注意的是，在40w的DC输入功率和0.2nm/sec的淀积速率下，在直径为90nm的靶上执行Cu溅射。当在所述条件下持续执行5秒溅射时获得1nm的平均层厚。
在执行这种Cu溅射后停止淀积，并且从所述真空腔中移除所述衬底以利用所述AFM观测所述表面条件。
图9是示出所述第二金属衬层的表面条件的AFM测量图像。
参考图9，每个岛状白色部分是Cu颗粒，并且所述黑色部分是从所述Cu岛之间的孔中暴露出的Ti衬层。如图9中所示，所述获得的第二金属衬层被发现为非连续层，该非连续层具有多个孔且由以对应于所述孔的间隔设置的多个Cu岛制成。所述白色部分是Cu岛而所述黑色部分是Ti，这是通过另外地执行透射电子显微镜(TEM)和能量色散X射线分析(EDX)来进行确认的。
在图9中，Cu岛的平均颗粒直径被估计为10nm或更大。通过剖面TEM晶格图像观测，还发现，根据Ti的(00.2)取向，Cu外延生长为(111)取向。
很容易估计的是，即使Cu的平均层厚小于1nm时，也可以获得类似结构。然而，当考虑生长的方式、颗粒大小、密度等时，可以认为直到所述平均层厚至少等于5nm，都可能获得类似结构。在本发明的一个实施例中，所述第二金属衬层的平均层厚为2到5nm。
在这种情况下，所述10-点平均粗糙度Rz为2.5nm。
随后，在其上形成具有孔的Cu层的Ti第一金属衬层上，层叠Ru层作为第三金属衬层，该Ru层与Cu不能形成固体溶液，并且取决于所述组成成分能够与Ti形成合金或金属间化合物。利用AFM来观测这个Ru层的形成过程的初始阶段。
首先，为了改善AFM观测的可视性，在所述Ti层上溅射其厚度等于2nm平均厚度的Cu层。
图10是三维地绘制表明由此获得的所述第二金属衬层的表面条件的测量结果的示图。参考图10，如同在图9中，每个岛状白色部分是Cu岛，并且黑色部分是从所述Cu岛之间的孔暴露出的Ti衬层。如图10中所示，虽然所述Cu岛的直径大于图9中示出的第二金属衬层中的那些直径，但是所述结构基本是相同的，这是因为获得了具有多个孔和由以对应于所述孔的大小的间隔设置的多个Cu岛制成的非连续层。
值得注意的是，如果所述平均层厚增加，所述Cu岛的颗粒直径增加，并且在一些部分中邻近岛部分地彼此连接。由于难以直接观测到这种部分岛连接，所以所述连接开始时的层厚难以被指定。然而，即使当存在部分连接时，只要所述金属颗粒形成岛状结构，所述层就被认为是非连续层。
除以条件之外，Cu还可以在各种条件下溅射，并且检查其中形成岛状Cu颗粒的情况。形成岛状Cu颗粒的Cu层的10-点平均粗糙度Rz为大约两倍于本发明的一个实施例中的平均层厚，并且是1.5到3倍于本发明的一些实施例中的平均层厚。
图10中纵坐标上的一段(division)是8nm。所述10-点平均粗糙度Rz为大约5nm。由于Cu的平均层厚等于2nm，所以10-点平均粗糙度Rz为大约2.5倍于所述平均层厚。
另外，当通过将所述平均层厚增加到10nm而在所述Ti衬层上形成Cu层时，不能观测到图10中示出的这种清楚的岛状结构，并且所述表面粗糙度明显变小。图9中的Cu岛(平均层厚＝1nm)之间的间隔为大约20nm。然而，由于随着所述平均层厚增加，所述Cu岛沿所述膜的面内方向生长，所以当所述平均厚度等于所述颗粒间隔的一半时，所述Ti衬层被暴露出的部分基本消失。注意的是，通常难以生长颗粒，使得所述高度大于所述直径。因此，当所述平均厚度大于所述颗粒间隔时，会形成不具有孔的连续膜。
当所述Cu的平均层厚被增加到10nm且在该层上形成Ru中间层时，不会获得形成精细Ru颗粒的效果。利用AFM来观测形成Cu层和Ru层后的表面。结果是，虽然，因为所述Cu颗粒之间的槽被填充，每个表面上的粗糙度开始是较小的，但是所述Ru表面上的Ru颗粒的粗糙度被重叠在所述Cu表面上。这可能是因为如果在所述Cu颗粒之间没有暴露出Ti层，那么Ru不会生长来填充所述Cu颗粒之间的槽。
在被溅射来具有等于2nm的平均层厚的Cu层上，具有等于2nm的平均层厚的Ru层被溅射作为第三金属衬层。
图11示出了所述第三金属衬层的初始阶段的表面结构。
如图11所示，所述表面粗糙度明显地小于图10中示出的粗糙度并且更平坦。难以假设由于在所述表面上混合和重构所述Cu颗粒和Ru而使这种粗糙度变平。而更容易估计到，该表面所以是平的是因为选择了第三金属Ru，该第三金属Ru很难和第二金属Cu形成固体溶液而相对容易地能和第一金属Ti形成固体溶液。所以Ru被优选淀积在其中Ti衬层被暴露出的孔区域中，且覆盖所述Cu岛之间的孔。图11中示出的表面上的小粗糙度是Ru的晶核或晶体颗粒，并且与稍后描述的Ru的生长和结构很好地对应。值得注意地是，在图10和图11中，当Ru和Cu颗粒的大小被考虑时，Ru的一些晶核估计生长在Cu颗粒上。然而，这种结构明显不是这样一种模型，其中Ru颗粒优选地一一对应地生长在Cu晶核上。
在被溅射直到所述平均层厚等于2nm的Ru层上，随后执行溅射一直达到20nm厚度以形成最后的第三金属衬层。
即使在如上所述Ar气压保持在0.6Pa的情况下形成Ru层时，也可以获得减小颗粒大小的效果。在这个实验性的实例中，然而，在0.6Pa的Ar气压下形成10-nm厚的Ru层后，Ar气压被升高至6Pa以进一步形成一个10-nm厚层。
个别地，对在均匀的高Ar气压下形成的Ru层单独地执行平面图TEM分析。因此，可以形成精细晶体颗粒，并且有效地抑制颗粒大小的分散化。另外，在所述晶体颗粒之间观测到看起来象白色间隙的可能的非晶颗粒边界，因此可以预期促进了在Ru层上形成的记录层颗粒之间的间断性。另一方面，所述晶体取向变坏。因此，在本发明的一个实施例中，为了改进所述晶体取向，在薄膜成形的前半部分和后半部分中分别使用低气压和高气压，由此获得完全受欢迎的记录/再现特性。值得注意的是，只要后半部分中的气压相对高于前半部分中的气压，就可以预期所述相同效果，而且所述后半部分中的这个气压还可以是10Pa和更大。还值得注意的是，在这个实例的前半部分和后半部分中的每个中，所述层厚为10nm，但是不管所述层厚比如何，可以获得类似的效果。
为了检查Ru层的颗粒大小，当完成Ru层的成形时从所述真空腔中取出所述衬底，并且执行平面视图TEM观测。
当与除了不溅射具有孔的Cu层之外以与上述相同的方式形成的Ru层相比，所述颗粒大小被大大减小。在分析所述Ru晶体颗粒的颗粒尺寸时，当不形成具有孔的Cu层时平均直径约为9nm，而当形成Cu层时平均直径约为6nm。在传统衬层的Ru中间层中，即使所述衬层材料被优化，所述精细晶体颗粒的形成被限制为约8nm的颗粒直径。因此，利用由Cu制成的非连续的第二金属衬层减小所述颗粒大小的效果非常大。
而且，为了检查所述膜厚方向上的晶体颗粒的生长，在形成磁性记录层后，执行剖面图TEM观测。
图12示出了根据本发明的垂直磁性记录介质的实例的剖面TEM图像。
如图12中所示，Ru晶体颗粒生长为柱形，同时在Ru层的整个厚度上所述颗粒大小基本上恒定。另外，通过在没有第二金属衬层下改变所述第一金属衬层的材料来进行几个实验。结果，被证实的是，所述Ru层不会大大依赖于所述第一金属衬层的材料，并且在保持小于20nm的预定颗粒直径时常常生长为柱形。下面说明的模型论证了即使中间参没有以预定颗粒直径生长，也可以通过Cu岛来获得减小中间层颗粒大小的效果。然而，在增加所述层厚时Ru颗粒很难沿所述膜纵向方向增大的这一特性适合于中间层的材料。
在图12中示出的剖面TEM图像中，具有非常小的平均层厚的Cu层不能被清楚地观测到，其被假定为存在于所述Ti层和Ru层之间的边界，并且所述Ru中间层明显地基本上生长在所述Ti衬层上。由于很难通过对比直接观测到Cu，所以使用EDX执行组成成分分析。图12中示出的标记*表明所述测量点。在所述Ti衬层和所述Ru衬层之间的边界(编号2，3，4)附近检测到最大量的Cu，而在与所述边界分离的Ti衬层(编号5)中和所述Ru中间层的中间部分(编号1)基本上检测不到Cu。这些结果可能示出Cu没有因为扩散和固体溶液而形成层状结构，而是形成如上所述的非连续岛状结构，并且Ru生长在Ti上以便填充这些岛之间的间隙。
而且，利用XRD来估计Ru层的晶体取向。因此，即使当形成具有孔的Cu层时，也可以获得在没有形成具有孔的Cu层时相同的高的程度的晶体取向。明显的是，除了上述结构分析的结果之外，根据Ru颗粒比Cu颗粒具有较小的颗粒大小和较高的密度的事实，所述Ru层不仅形成在所述Ti层而且形成在Cu层上。另外，容易想象，如果所述Cu层的结晶性为低且不是(111)晶向时，这个Cu层上的Ru层的晶体取向的度数变差。因此，尽管因为所述Cu量小难以使用XRD观测到Cu自身的峰值，但是所述Ru层的结晶性为高且所述晶体取向为(00.2)取向的结果表示所述Cu层具有(111)取向和高结晶性，并且所述Ru晶体颗粒外延地生长在所述Cu层上。换言之，所述Cu层的晶体结构和结晶性扮演重要角色。在本发明的一个实施例中，如果所述中间层的晶体结构是密堆结构，比如hcp或fcc，在其之前形成的金属层的晶体结构还是密堆结构。在本发明的一些实施例中，所述结晶性也是高的。
下面将会通过使用简单模型来解释在所述Ti层上形成的且具有孔的Cu层和在所述Cu层上生长的Ru层的精细晶体颗粒之间的关系。
图13到15是示出在所述第二金属衬层上淀积第三金属的颗粒的方式的模型视图。
图13展示了其中在衬底21上形成的相对扁平的Ti层22上形成的Cu层24，该Cu层由例如具有水平外延形状和垂直外延形状的多个Cu岛制成。
图14示出了在Ru层成形的初始阶段中Ru金属颗粒25‘淀积在所述Ti层22和所述Cu层24上的方式。由于Ru被选择来作为对Ti比对Cu具有更高亲和力的材料，Ru颗粒25’不太会形成在例如垂直延伸的Cu岛上。尽管它们在所述Ti层上更稳定，但是如果它们不能移动到所述Ti层上，在水平延伸的Cu岛上淀积的所述Ru颗粒25‘保留在这些Cu岛上。
图15示出了一种状态，其中基于所述Cu层24中的孔，进一步继续所述Ru层的形成并且Ru生长为柱形。图15展示了在由Cu岛的末端部分上的箭头表明的部分中可以预期抑制Ru颗粒的在膜纵向方向增大的效果。当由此生长Ru时，生长在所述Cu岛上的Ru颗粒，和在所述Ti衬层上生长的Ru颗粒彼此接触。然而，由于这些Ru颗粒在晶格张力和界面扩散上不同，所以容易在这些Ru颗粒之间形成颗粒边界，因此可以预期防止Ru颗粒彼此连接以形成大颗粒的效果。另一方面，两个Ru颗粒可以在中心的水平延伸的Cu岛上，在没有彼此连接下生长。这是因为，Ru是在保持预定的颗粒直径的同时可以容易生长为柱形的材料。在这些Ru颗粒与已经生长在所述Ti层上并且被阻止增大的Ru颗粒接触时，这些Ru颗粒在面内方向中的生长也停止。因此，所述颗粒直径可以制造得小于自然形成的颗粒的直径。如上所述，在本发明的一个实施例中，可推测Ru适合于作为第三金属衬层。
此外，通过溅射(Co-16at％Pt-10at％Cr)-10mol％SiO2复合靶来在所述第三金属衬层上形成10nm-厚垂直磁性记录层。
随后，通过CVD来层叠3-nm-厚C保护层。
在执行所述膜成形到这一阶段后，通过离子研磨等移除所述中间层下方的层，并且执行平面图TEM观测。
因此，所述垂直记录层具有隔离结构，在该隔离结构中，通过几乎非晶颗粒边界来分离所述结晶磁性晶体颗粒。可以估计，平均颗粒直径约为5nm，并且所述平均颗粒边界厚度约为1nm。
即使当使用包含8mol％的SiO2的靶时，所述平均颗粒直径稍微增加但不会大变化。然而，在这种情况下，所述颗粒边界的厚度降低，并且所述晶体颗粒彼此部分接触。也就是说，生长为柱形的个体磁性晶体颗粒之间的磁性隔离在所述结构中可能变坏。由于磁性曲线的斜率可以用作垂直磁性记录介质中的磁性晶体颗粒之间的隔离的指标，所以通过使用振动样本磁强计(VSM)来估计所述磁特性。结果，在8-mol％样本中的磁性晶体颗粒之间的磁耦合明显强于10-mol％样本中的磁耦合，并且这可能增加所述介质噪声。
而且，当SiO2的添加量从8mol％变到10mol％时，通过所述厚颗粒边界可以明显地改善生长为柱形的磁性晶体颗粒之间的磁性隔离。因此，为了增强这种效果，可以进一步增加SiO2的量。在这种情况下，也可以预期进一步降低所述磁性晶体颗粒的颗粒大小的效果。
另外，对所述获得的垂直磁性记录介质执行剖面TEM观测。由此，类似于图12，在所述垂直磁性记录层，所述磁性晶体颗粒在Ru颗粒上彼此一一对应地从所述中间层生长为柱形的形式。晶格图像示出所述记录层的密堆(晶体)表面与所述中间层地密堆表面平行地外延地生长。即使当所述颗粒大小降低时，这种晶体结构不会意外地发生变化。在本发明的一个实施例中，当在具有hcp结构的Ru中间层上形成具有hcp结构的CoPtCr-基氧化物颗粒记录层时，作为垂直介质的特性，例如结晶性、分隔结构、矫磁力和介质噪声显示出了全面改进。因此，这是有利的组合。
由于所述Ru颗粒和磁性晶体颗粒具有一一对应关系，精细Ru颗粒的形成可以促进所述精细磁性晶体颗粒的形成。而且，当在所述记录层中所述晶体颗粒与非晶颗粒边界的体积比恒定时，如果所述颗粒大小降低时，所述颗粒边界的厚度降低。实际上，当所述Ru中间层中的颗粒直径为8nm或更大时，先前用作比较的8mol％的成分是合适的值。即使利用这种简单的理由也可以预测，如果在所述组成成分固定时所述颗粒直径降低到6nm，则所述颗粒边界的厚度降低，并且所述相互作用增加。因此，为了保持磁性平衡，随着所述衬层的颗粒直径减小，期望的是，通过增加所述记录层中的氧化物成分而升高所述非晶颗粒边界的体积比。
在直到所述保护层的多个层被如上叠制后，从所述膜成形腔中移除所述衬底，并且通过浸渍来在所述保护层上形成1.3-nm-厚的全氟聚醚润滑层，由此获得垂直磁性记录介质。除了没有示出所述润滑层之外，所述获得的垂直磁性记录介质具有与图6相同的结构。
通过使用读取-写入分析器(由美国的Guzik制造的1632)和旋转台(spinstand)(S1701MP)评估所述记录/再现特性。而且，通过使用用于垂直记录的组合磁头来记录和再现信息，该组合磁头具有中间屏蔽(intershield)距离为90nm的由CoFeNi制成的单极记录元件和巨磁阻效应(GMR)再现元件。值得注意的是，作为记录磁极的材料，还可以使用比如CoFe、CoFeN、NbFeNi、FeTaZr和FeTaN的材料。还可以将添加元素添加到这些作为主要组成成分的磁性材料中。
当测量所述获得的垂直磁性记录介质的再现信号输出/介质噪声比时，可以获得22.8的高值。
当在约100kFCl的线性记录密度下，以约800kFCl的幅度/线性记录密度执行记录时，所述再现信号输出/介质噪声比是噪声的方均根值，并且在下文中称为SNRm。
另一方面，当测量不具有Cu层的垂直磁性记录介质的再现信号输出/介质噪声比时，所述SNRm为17.2dB。
根据以上描述，所述Cu层的形成对降低所述介质噪声具有非常大的影响。
实验实施例2
除了取代Cu而使用具有与Cu相同fcc的Ni、Rh、Pd、Pt、Ag和Au作为第二金属衬层外，依照与实验实施例1中相同的步骤来制造垂直磁性记录介质。
如同在实验实施例1中，为了检查金属晶体颗粒的生长，当这些第二金属材料被溅射时停止所述膜成形，并且执行AFM测量。
当所述第二金属衬层的溅射量在相当于约0.5到2nm的平均层厚的范围内增加或降低(在必要时)时，所述表面粗糙度增加。因此，取决于所述膜形成条件，不管用作第二金属衬层的金属材料是何种材料，预计可能将金属颗粒形成为岛且获得具有多个孔的第二金属衬层。
随后，为了检查Ru的颗粒大小，在停止所述第三金属衬层的形成而获得的状态中执行平面图TEM观测。
由此，当与未溅射Ag和Au的情形相比，发现在存在Ag和Au的情况下所述Ru层的颗粒减小的效果。然而，对于Ni、Rh、Pd和Pt，则没有发现精细颗粒效果。
另外，形成直到润滑层的多个层，并且估计所述记录/再现特性。结果是，当与其中不形成第二金属衬层的情形相比，在使用Ag和Au的情况中，获得了增大的SNRm的效果。然而，对于Ni、Rh、Pd和Pt，没有发现降低介质噪声的效果。
而且，与不形成第二金属衬层的情形相比，当通过混合Cu、Ag和Au形成金属颗粒作为第二金属衬层时，发现了减小颗粒大小和降低介质噪声的效果。
用作第二金属衬层的Ni、Rh、Pd和Pt与用作第三金属衬层的Ru形成几乎纯粹的固体溶液。因此，可能因为在所述第二金属衬层中的金属颗粒在所述第一金属衬层上形成非连续岛状结构，并且在所述第二金属衬层上形成的第三金属衬层相对于所述第二金属衬层上的金属颗粒不具有固体溶液特性，所以通过从所述第三金属衬层到所述磁性记录层的停止器(stopper)可以有效地使所述晶体颗粒精细。因此，在本发明的一个实施例中，由于所述密堆结构特别适合于Ru层以便获得所述垂直磁性记录介质中高程度的晶体取向，所以优选具有所述密堆结构的Cu、Ag和Au，并且作为在所述第二金属衬层中使用的金属材料，Cu更为优选，利用Cu可以获得更受欢迎的特性。
实验实施例3
除了取代Ti而使用Ni、Rh、Pd、Pt、Ag、Au、Nb和Ta作为第一金属衬层外，依照与实验实施例1中相同的步骤来制造垂直磁性记录介质。
如同在实验实施例1中，为了检查金属颗粒的生长，当在所述第一金属衬层上溅射Cu时停止所述膜成形，并且执行AFM测量。
当所述Cu的溅射量在等于约0.5到2nm的平均层厚的范围内增加或降低(在必要时)时，所述表面粗糙度增加。
因此，由于所述溅射量小，取决于所述膜成形条件，不管所述金属材料如何，估计可能将金属颗粒形成为岛，且获得在所述第一金属衬层上具有多个孔的第二金属衬层。
随后，为了检查Ru的颗粒大小，在通过停止所述Ru层的形成而获得的状态中执行平面图TEM观测。由此，当Ni、Pd、Pt、Nb和Ta用作第一金属衬层时发现形成Ru层的精细颗粒的效果(通过形成Cu岛)，但是，对于Rh、Ag和Au，则没有发现精细颗粒效果。
另外，形成直到润滑层的多个层，并且评估所述记录/再现特性。结果是，在使用Ni、Pd和Pt的情况中，获得了所述SNRm增加的效果(通过形成Cu岛)，对于Rh、Ag、Au、Nb和Ta，没有发现降低介质噪声的效果。
而且，当通过混合Ti、Ni、Pd和Pt形成第一金属衬层时发现通过形成Cu岛而减小颗粒大小和降低介质噪声的效果。即使当通过向这些主要组成成分添加Nb和Ta而形成第一金属衬层时，也可以获得通过形成Cu岛来减小颗粒大小和降低所述介质噪声的效果。
对于Nb和Ta，可以发现精细颗粒效果，但是不能获得SNRm增加效果。这可能主要时由于Nb和Ta的晶体结构导致的。在所述第一金属衬层材料中，单独的Nb和Ta具有bcc结构。因此，即使当在不形成任何Cu层作为第二金属衬层的情况下直接层叠作为第三金属衬层的Ru层，所述Ru层的晶体取向也比其他第一金属衬层材料的晶体取向差。然而，Ru具有(00.2)取向。这是因为，特别在所述膜厚小时，Nb和Ta容易形成精细晶体，并且对Ru的晶体取向没有大影响。如果层叠厚的Nb或Ta层，且很强的原始(110)取向出现，那么Ru可能具有非(00.2)的取向。而且，在所述Nb或Ta衬层上溅射Cu时，可以相当清楚地观测到岛状结构，并且所述第一金属衬层容易被保持为暴露出，这是因为Nb和Ta相对于Cu都不具有固体溶液特性。然而，即使这样在该表面上形成Ru，所述晶体取向也不会特别地改善，并且仅仅获得弱于其他fcc(密堆结构)的Ru(00.2)取向。在根据本发明的磁性记录介质中，所述晶体取向和SNRm具有相关性。因此，当Nb或Ta用作第一金属衬层时，获得了通过形成精细颗粒而达到的SNRm增加效果，但是低的晶体取向可能抵消通过精细颗粒达到的这种增加。
如上所述，在本发明的一个实施例中，具有密堆结构的金属适合于本发明中使用的第一金属衬层材料。
接着，就形成所述精细Ru颗粒方面，对具有相同密堆结构的各个衬层进行比较。结果是，在使用Ni、Pd和Pt的情况中获得了所述效果，而对于Ag和Au，则没有发现所述效果。当基于利用岛形成所述中间层的精细颗粒的上述模型来考虑这一问题时，为了获得停止器的效果，Ru可能是必须优选生长在所述衬层上而不是岛上，即，Ru对所述衬层比对所述岛具有更高的亲和力(affinity)。所述亲和力的一个标准是容易形成合金。然而，在Ni、Pd和Pt与Ru基本上形成完全固体溶液时，Ag和Au很难与Ru形成任何完全固体溶液(complete solid solution)。当形成Ru时，在衬层和岛之间，前者在亲和力方面具有大的差异，但是后者具有小的差异并且不会允许容易的有选择地生长。这可能导致所述精细颗粒效果的存在与否。
值得注意的是，Ti与Ru不能形成完全固体溶液，但是取决于组成成分可以形成合金，因此Ti对Ru比对Cu具有更高的亲和力。根据上述考虑，在本发明的一个实施例中，为了形成精细颗粒，优选第二金属衬层与所述第三金属衬层不形成固体溶液，而所述第一金属衬层与所述第三金属衬层形成固体溶液。
而且，在本发明的一个实施例中，就对Ru的高亲和力而言，Pd或Pt强于Ti，但是就增加所述SNRm的效果而言，总整体上，Ti更适合。可能的主要原因是通过Cu岛形成的岛状结构的大小和所述第一金属衬层自身的颗粒大小的贡献。
实验实施例4
除了当所述第二金属衬层被溅射时，不仅作为金属颗粒材料的Cu而且TiO、TiO2、SiO2和Cr2O3被同时溅射之外，依照与实验实施例1中相同的步骤来制造垂直磁性记录介质。
采用共同溅射(co-sputtering)法作为同时溅射方法，该方法对单个的靶同时放电，并且使用混合Cu和氧化物的符合靶。然而，也可以使用一些其他方法。值得注意的是，在本发明的一个实施例中，TiO是适合的，这是因为TiO是导电的且在共同溅射期间其可以利用DC来放电。在本发明的一些实施例中，即使在使用复合靶时，当与其中混合作为隔离剂等的SiO2等的情况相比，不容易发生异常放电，并且不容易产生微粒。
如同在实验实施例1中，为了检查所述金属颗粒的生长，当在所述第一金属衬层上同时溅射Cu和上述氧化物时，停止膜成形，并且执行AFM测量。即使所述氧化物被添加，所述岛状结构可以被清楚地观测到，并且通过增加所述氧化物的成分而减小所述岛的大小。例如，当使用TiO时，可以通过添加40到50vol％的TiO，可将所述颗粒直径减小到约7到8nm。
随后，为了检查所述Ru的颗粒大小，在通过停止所述第三金属衬层的形成而获得的状态下执行平面图TEM观测。因此，与单独使用Cu时相比，当氧化物被添加到Cu时，减小所述Ru层的颗粒大小的效果更大。例如，当添加40到50Vol％的TiO时，所述平均颗粒直径约为5nm。
如前面所述，当所述Ru层的颗粒大小减小时，所述磁性记录层的微结构的平衡也发生变化。因此，所述磁性记录层的组成成分被优化。
而且，形成直到润滑层的多个层，并且评估所述记录/再现特性。结果是，与单独使用Cu时相比，当氧化物被添加到Cu时，增加所述SNRm的效果更大。例如，当添加40到50Vol％的TiO时，所述SNRm高达24.5dB。
另外，即使通过混合TiO、TiO2、SiO和Cr2O3作为氧化物来执行溅射，也可以达到减小所述颗粒大小和降低介质噪声的效果(通过添加氧化剂)。
对于向其添加了氧化物的Cu，所述溅射量被增加或减少，以便促进精细颗粒和增加SNRm。由此，即使当对于，例如，等于2nm的平均层厚，添加量为50vol％时，所述氧化物的比率相当于1nm。像这样的小量通常很难被检测到。因此，为了检查所述氧化物起作用的方式，通过使用SIMS在深度方向上进行分析。结果是，和在Cu的情况中一样，所述氧化物存在于Ti衬层和Ru中间层之间的边界附近，但是其位置很难定位。
而且，对通过溅射来同时层叠Cu和TiO而形成的20-nm厚的膜执行XRD测量。结果是，所述峰位置没有移动，并且获得了与仅仅使用Cu时相同的结果。根据上述，可认定Cu与TiO是相分离的，没有与Ti组合或氧化。当还考虑对CoPtCr-SiO2记录层的分析结果时，没有氧化物必须以化学价比(stoichiometric ratio)存在于所述膜中。然而，一般而言，通过添加氧化物可以形成其中非晶颗粒边界包围晶体颗粒的颗粒结构，并且可以预期减小所述晶体颗粒的颗粒大小的效果。
而且，当在Cu膜成形后执行所述AFM测量时，与基本上不添加任何氧化物的情况一样，可以观测到明显的岛(尽管获得了精细颗粒效果)。当还考虑这一情况时，所述氧化物可能存在于在Cu岛之间(即，在由Cu制成的第二金属衬层的孔中)暴露出的Ti衬层中。
由于在XRD测量时，所述晶体取向的程度不会特别地变坏，所以即使在存在氧化物时，在所述Ti层上生长的Ru层的晶体取向的程度也不会变差。实际效果上，其厚度等于约0.5nm的平均层厚(即，其厚度的数量级约为原子大小的两倍)的TiO不会作为薄膜以1∶1的化合价比存在于化合物状态中，并且特别地，O可能轻微地扩散进Ti层或Ru层中。在这种状态下，所述Ru层基本上被认为已经生长在所述Ti层上，并且所述氧化物不会降低所述第三金属衬层的晶体取向。很有理由期望形成精细第三金属衬层颗粒的效果。
另外，通过形成其厚度等于10nm的平均层厚的Cu-TiO层来执行AFM测量。结果是，虽然所述Cu岛的直径增加，但是Cu岛的形状接近于圆形并且彼此清楚地分离，并且所述表面具有三维结构，该三维结构具有10nm的10-点表面粗糙度Rz。当在这个层上形成Ru中间层时，没有发现在单独Cu的平均层厚等于10nm时形成的此种三维结构，并且所述Ru表面被平面化到一个状态，在该状态中，仅仅保持约为3nm大小的Ru颗粒的三维结构。该基质的TiO中的Ti应该有助于在所述Cu-TiO表面上填充所述三维结构。然而，不像所述Ti衬层被暴露出时，没有发现精细Ru颗粒形成效果。根据这个结果，在本发明的一个实施例中，用作在所述颗粒基质中使用的氧化物的基底(base)的金属可以从对Ru具有高亲和力的材料或作为衬层的相同材料中选择出。然而，如果利用厚层来覆盖所述氧化物和衬层的表面，可能打乱所述精细Ru颗粒的形成。
如上所述，当与所述第二金属衬层的形成同时形成氧化物层时，以及，在本发明的一个实施例中，当在所述第二金属衬层的孔中进一步形成氧化物层时，可以在所述第三金属衬层中形成精细晶体颗粒，并且在形成于所述第三金属衬层上的磁性记录层中形成精细晶体颗粒。
值得注意的是，当所述第二金属衬层中的金属颗粒被制作精细以缩短所述颗粒间的距离时，在所述第一金属衬层的形成有金属颗粒的表面上生长的所述第三金属衬层的精细颗粒模型可以成为比图13到15中示出的模型图更简单。
图16到18是示出所述第三金属颗粒淀积在所述第二金属衬层上的方式的另一实例的模型图。
图16示出了在所述第一金属衬层22上形成由精细金属颗粒24‘形成的所述第二金属衬层的情况。如图16中所示，如果所述溅射量保持相同，那么所述颗粒大小越小，所述颗粒密度越大，并且所述颗粒间距越窄。图17示出了其中第三金属颗粒25’开始在所述精细的第二金属颗粒24‘上形成的状态。由于所述第三金属颗粒25’基本上很难刚好在所述金属颗粒24‘上生长，并且所述金属颗粒24’很小，所有第三金属颗粒25‘可能有选择地生长在所述第一金属衬层的从第二金属颗粒24’之间暴露出的第一金属衬层22上。根据这个状态，所述第二金属衬层的金属颗粒24‘可能起大批停止器的作用，阻止所述金属颗粒25’的面内方向中的增大，因此所述第三金属衬层的精细颗粒如图18中所示生长为柱形。
在图17中示出的结构中，所述第三金属颗粒25‘不会容易地生长在所述第二金属颗粒24’上。因此，所述精细第三金属颗粒25‘的形成独立于所述第二金属颗粒24’的晶体结构和晶体取向。而且，所述第二金属颗粒24‘的间距为窄，并且这防止了多个所述第三金属颗粒25’的晶核的形成。因此，可以在不将比如Ru的材料(利用该材料，所述颗粒大小容易地减小)作为第三金属颗粒25‘使用的情况下，能够获得精细第三金属衬层。
实验实施例5
通过将实验实施例1到4中的垂直磁性记录介质与所述旋转台评估中使用的同样磁头组合来制造磁性记录/再现装置。
执行记录/再现操作来估计所述误码率(bER)。结果是，获得与上述SNRm的增加对应的bER的增加。当对用于纵向磁性记录的环形磁头执行这种估计时，其bER低于所述垂直磁性记录磁头的bER。这可能是因为由于所述记录元件的形状之间的差异造成的所述记录容量降低，并且所述SNRm和记录分辨率降低。也就是说，所述垂直磁性记录磁头比所述纵向磁性记录磁头更优越。
在本说明书中解释了所述磁性记录/再现装置中的本发明的效力。然而，当考虑具有本发明的效果的磁性记录介质的特性时，本发明不仅可以对磁盘装置而且可以对使用垂直磁性记录方法的通用磁性记录/再现装置实现其效果，而不管是否使用盒式介质、鼓式介质等，即，与磁性记录介质的形状无关。
对于本领域的技术人员而言，另外优点和修改是容易想到的。因此，在其更广的方面，本发明不限于在这里示出和描述的具体细节和代表性的实施例。因此，在不背离由所述附属的权利要求和其等价物限定的总的创造性概念的精神或范围的情况下，可以进行各种修改。
虽然本发明的一些实施例已经被公开，但是这些实施例仅仅是已作为实例呈现，并不是为了限制本发明的范围。实际上，这里描述的新方法和系统可以以各种其他方式体现，而且，可以在不背离本发明的精神的情况下可以进行这里描述的方法和系统的形式中的各种省略、替换和修改。所附权利要求书和其等价物意在覆盖此种形式或修改，这将落在本发明的范围和精神内。

Claims (24)

1、一种垂直磁性记录介质，其特征在于，包括：
衬底；
多层衬层，其包括在所述衬底上形成的第一金属衬层，在所述第一金属衬层上形成且具有孔的第二金属衬层，以及在所述第二金属衬层上形成的第三金属衬层，该第三金属衬层相对于所述第一金属衬层具有固体溶液特性，相对于所述第二金属衬层不具有固体溶液特性；以及
磁性记录层，其形成在所述多层衬层上。
2、如权利要求1所述的介质，其特征在于，所述第二金属衬层和所述第三金属衬层具有六角密堆结构和面心立方晶格结构中的一种。
3、如权利要求2所述的介质，其特征在于，所述第三金属衬层是钌。
4、如权利要求3所述的介质，其特征在于，所述钌的晶体颗粒大小小于8nm。
5、如权利要求2所述的介质，其特征在于，所述第二金属衬层是从由铜、银和金组成的组中选择出的成员。
6、如权利要求5所述的介质，其特征在于，所述第二金属衬层是铜。
7、如权利要求1所述的介质，其特征在于，在所述第二金属衬层的所述孔中进一步形成氧化物层。
8、如权利要求7所述的介质，其特征在于，所述氧化物是铁氧化物。
9、如权利要求1所述的介质，其特征在于，所述第一金属衬层具有六角密堆结构和面心立方晶格结构中的一种。
10、如权利要求1所述的介质，其特征在于，所述第一金属衬层是从由钛、镍、钯和铂组成的组中选择出的成员。
11、如权利要求1所述的介质，其特征在于，所述第二金属衬层是通过溅射形成的，使得平均层厚小于10-点平均粗糙度Rz。
12、如权利要求1所述的介质，其特征在于，还包括在所述衬底和所述第一金属衬层之间的软磁性层。
13、一种垂直磁性记录/再现装置，其特征在于，包括：
垂直磁性记录介质，该垂直磁性记录介质包括，
衬底；
多层衬层，其包括在所述衬底上形成的第一金属衬层，在所述第一金属衬层上形成且具有孔的第二金属衬层，以及在所述第二金属衬层上形成的第三金属衬层，该第三金属衬层相对于所述第一金属衬层具有固体溶液特性，相对于所述第二金属衬层不具有固体溶液特性；以及
磁性记录层，其形成在所述多层衬层上；以及
单极磁头。
14、如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述第二金属衬层和所述第三金属衬层具有六角密堆结构和面心立方晶格结构中的一种。
15、如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述第三金属衬层是钌。
16、如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述钌的晶体颗粒大小小于8nm。
17、如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述第二金属衬层是从由铜、银和金组成的组中选择出的成员。
18、如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述第二金属衬层是铜。
19、如权利要求13所述的装置，其特征在于，在所述第二金属衬层的所述孔中进一步形成氧化物层。
20、如权利要求19所述的装置，其特征在于，所述氧化物是铁氧化物。
21、如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述第一金属衬层具有六角密堆结构和面心立方晶格结构中的一种。
22、如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述第一金属衬层是从由钛、镍、钯和铂组成的组中选择出的成员。
23、如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述第二金属衬层是通过溅射形成的，使得平均层厚小于10-点平均粗糙度Rz。
24、如权利要求13所述的装置，其特征在于，还包括在所述衬底和所述第一金属衬层之间的软磁性层。
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