CN1897119A - 垂直磁记录媒质及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种垂直磁记录媒质。所述垂直磁记录媒质包括：下部结构；以及形成于所述下部结构上的记录层，其中，所述记录层具有0.5或更低的平衡力2πMr2/K1以及0.8或更低的因子4πMr/Hc，其中，Mr表示残余磁化强度，K1表示垂直磁各向异性能量常数，Hc表示矫顽力。因此，即使构成记录层的晶粒之间的晶粒边界在宽度上有些不均匀，所述晶粒也能够具有几乎相同的成核场。因此，所述垂直磁记录媒质能够确保高记录密度和所记录信息的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种垂直磁记录媒质(perpendicular magnetic recordingmedium)，更具体而言，涉及一种具有记录层的垂直磁记录媒质以及所述垂直磁记录媒质的制造方法，控制所述记录层的特征而提高信息记录密度。
背景技术
随着近来对磁记录装置需求的增大，对具有高记录密度的磁记录媒质的需求也增大了。对于常规磁记录媒质，已经采用纵向磁记录法，其中，平行于磁盘的记录面对准信息的磁化。但是，为了提高磁记录媒质的面密度，最近提出了一种垂直磁记录法。垂直磁记录法能够通过在垂直于记录层的方向引起磁化提高记录密度。垂直磁记录媒质的记录层由具有高垂直磁各向异性和高矫顽磁性的材料形成。
图1是常规垂直磁记录装置的示意图。
参考图1，垂直磁记录媒质10包括依次形成的衬底(未示出)、软磁下层11、中间层13和记录层15。可以在记录层15上形成保护层和/或润滑层。通过磁头20在垂直磁记录媒质10上记录信息，从而使记录层15磁化，所述磁头在所述记录层之上的预定距离处飞速操作(fly)。
在写入操作中，从主磁极21流出的磁通量在位区域内使记录层15磁化，所述磁通量通过位于记录层15之下的软磁下层11，并返回与主磁极21连接的返回磁极(return pole)25。由于在保持以高密度记录的信息的热稳定性方面，垂直磁记录法优于常规纵向磁记录法，因此，垂直磁记录在提高记录密度方面是有效的。
记录层中的晶粒尺寸以及常规垂直磁记录装置的磁记录头满足了一些提高记录密度和确保信息稳定性的条件。但是，如果没有足够大的垂直磁各向异性能量，或者所述晶粒不具有均匀的尺寸或形状，那么将使记录信息的热稳定性劣化，缩短信息的寿命，因此难以确保稳态存储。
发明内容
本发明提供了一种垂直磁记录媒质，即使构成记录层的晶粒的晶粒边界在厚度上有些不均匀，其也能够通过时所有晶粒具有几乎相同的成核场而提高记录在媒质上的信息的稳定性，并通过保持高信噪比实现高密度记录，本发明还提供了一种制造所述垂直磁记录媒质的方法。
根据本发明的一方面，提供了一种垂直磁记录媒质，包括：下部结构；以及在所述下部结构上形成的记录层，其中，所述记录层具有0.5或更低的平衡力2πMr2/K1以及0.8或更低的因子4πMr/Hc，其中，Mr表示残余磁化强度，K1表示垂直磁各向异性能量常数，Hc表示矫顽力。
所述记录层可以包括从下述集合中选出的至少一种材料：FePt、CoPt、FePd和CoPd。
所述记录层还可以包括从下述集合中选出的至少一种材料：C、Ag、W、Ti、B、Ta、Ru、Cr、Mn、Y、N、O、Pt、Cu、Mn3Si、Si、Cu、Nb、Ni、Fe、Au、Co和Zn。
所述记录层还可以包括从下述集合中选出的至少一种材料：Al2O3、SiO2、B2O3、C4F8、Si3N4、SiN、BN、ZrO、TaN和其他氧化物。
所述下部结构可以包括：衬底；以及种层；和中间层，其中，所述种层和中间层依次形成于所述衬底上。
所述垂直磁记录媒质还可以包括形成于所述种层和所述中间层之间的软磁下层。
可以以多层结构重复形成作为单元的中间层和记录层。
所述记录层可以包括附加层、第一记录层和第二记录层。
所述第一记录层可以包括至少Pt和Pd之一。
所述第二记录层可以包括至少Fe和Co之一。
所述附加层可以包括从下述集合中选出的至少一种材料：C、Ag、W、Ti、B、Ta、Ru、Cr、Mn、Y、N、O、Pt、Cu、Mn3Si、Si、Cu、Nb、Ni、Fe、Au、Co和Zn。
所述附加层可以包括从下述集合中选出的至少一种材料：Al2O3、SiO2、B2O3、C4F8、Si3N4、SiN、BN、ZrO、TaN和其他氧化物。
所述附加层、第一记录层和第二记录层可以具有范围从0.1到10nm的宽度。
可以以多层结构重复形成作为单元的附加层、第一记录层和第二记录层。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造垂直磁记录媒质的方法，所述垂直磁记录媒质包括下部结构和在所述下部结构上形成的记录层，所述方法包括：在形成所述记录层时或在形成所述记录层之后，在400到700℃的温度下进行1分钟到2小时的退火处理，使得所述记录层能够具有0.5或更低的平衡力2πMr2/K1，以及0.8或更低的因子4πMr/Hc，其中，Mr表示残余磁化强度，K1表示垂直磁各向异性能量常数，Hc表示矫顽力。
附图说明
通过参考附图详细描述其示范性实施例，本发明的以上和其他特征和益处将变得更加显见，附图中：
图1是常规垂直磁记录媒质的示意图，用于解释其记录方法；
图2A是示出记录媒质中采用的硬磁材料的磁滞回线的曲线图；
图2B是简化图2A的磁滞回线的曲线图；
图3A示出了构成垂直磁记录媒质的晶粒(grain)和晶粒之间的晶粒边界；
图3B是解释晶粒之间的晶粒边界的厚度和静磁能的示意图；
图4A是示出了成核场Hn和平衡力2πMr2/K1之间的关系的曲线图；
图4B是示出了平衡力2πMr2/K1和成核场Hn的变化之间的关系的曲线图；
图5A和图5B分别是示出了在膜宽度为5nm和20nm，晶粒边界宽度为0.2nm和1.5nm时，平衡力2πMr2/K1和通过增加矫顽力Hc而获得的因子4πMr/Hc之间的关系的曲线图；
图6A是示出了在将具有高电位的材料用于高密度垂直磁记录媒质时，饱和磁化强度Ms和矫顽力Hc之间的关系的曲线图；
图6B是示出了在将图6A的材料用于高密度垂直磁记录媒质时，信噪比和面密度，即存储在给定区域上的信息量，之间的关系的曲线图；以及
图7A、7B、8A和8B是根据本发明的实施例的具有0.5或更低的平衡力2πMr2/K1，以及具有0.8或更低的因子4πMr/Hc的垂直磁记录媒质的截面图。
具体实施方式
现在将参考附图更为充分地描述本发明，附图中展示了本发明的示范性
实施例。
根据本发明的实施例的垂直磁记录媒质的特征在于：由于残余磁化强度Mr与饱和磁化强度Ms相似，因此2πMr2/K1≤0.5，4πMr/Hc≤0.8，2πMs2/K1≤0.5且4πMs/Hc≤0.8，在下文中将对其予以详细说明。Mr所采用的单位是emu/cm3，K1所采用的单位是erg/cm3。
在采用垂直磁记录媒质时，通过沿垂直于记录层的方向引起晶粒的磁化而在媒质上记录信息。为了实现具有高记录密度的垂直磁记录媒质并确保记录信息的长期稳定性，应当满足下述条件。
首先，垂直磁记录媒质的晶粒应当小。一般材料的晶粒是一个与其他晶粒具有相同晶格的畴(domain)。但是，本发明中的晶粒由单个磁畴构成，在所述单个磁畴内，相同的磁化强度是大K1值的结果，其保持所有磁自旋沿相同方向。可以通过施加外部磁场改变自旋的这一方向。如背景技术所述，根据垂直磁记录媒质，以具有相同自旋取向的畴表示典型信息记录媒质的单位信息，例如0或1。因此，存储了单位信息的畴应当小。出于这一目的，晶粒应当小，晶粒之间的交换耦合力应当弱。
第二，垂直磁各向异性能量常数K1和垂直磁记录媒质的成核场Hn应当高，以确保热稳定性。垂直磁各向异性能量常数K1与成核场Hn直接相关。图2A是示出了磁性材料的磁滞回线L1的M-H曲线图。参考图2A，所述磁性材料的磁滞回线L1的磁化上限在点(Hs，Ms)处饱和。磁滞回线在(0，Mr)处与Y轴相交。以L2表示连接点(Hs，Ms)到点(0，Mr)的直线。以L3表示位于磁滞回线与负X轴交叉的点(-Hc，0)处的切线。线L2和L3交叉处的X座标为-Hn。Hn表示成核场(nucleation field)，成核场Hn的强度取决于材料和淀积工艺。为了确保记录在媒质上的信息的热稳定性，成核场Hn应当高，由温度变化或其他环境条件引起的成核场Hn的变化应当小。图2B是采用L1、L2和L3得到的图2A的简化形式。如果饱和磁化强度Ms与残余磁化强度Mr相似，那么能够获得图2B的曲线图。
如上所述，当垂直磁各向异性能量常数K1和垂直磁记录媒质的成核场Hn高时，垂直磁记录媒质能够确保热稳定性。图3A示出了典型垂直磁记录媒质的细小晶粒的结构。参考图3A，分布着多个晶粒31，在晶粒31之间形成晶粒边界32。图3B包括示出了晶粒之间的晶粒边界32的宽度和静磁能的示意图。晶粒31之间的静磁力取决于晶粒31的平衡力2πMr2和晶粒边界32的宽度B1、B2。具体而言，当晶粒边界32宽时，静磁能弱，当晶粒边界32窄时，静磁能强。静磁能和磁各向异性能量密度K1与成核场Hn相关。为了确认这一点，引入了包括静磁能的平衡力2πMr2/K1和磁各向异性能量密度K1。
图4A是示出了成核场Hn和平衡力2πMr2/K1之间的关系的曲线图。具体而言，图4A示出了当晶粒之间的磁交换常数为10-8erg/cm，晶粒边界宽度为0.2nm，以及当晶粒之间的磁交换常数为10-8erg/cm，晶粒边界宽度为1.5nm时，成核场Hn和平衡力2πMr2/K1之间的关系。
参考图4A，不管晶粒边界宽度如何，成核场Hn都随着平衡力2πMr2/K1的减小而增大。当平衡力2πMr2/K1大约为0.35时，两曲线相互交叉，当平衡力2πMr2/K1大约为0.35时，两曲线具有相同的成核场，而不管晶粒边界宽度如何。
图4B是示出了当晶粒边界宽度为0.2nm和1.5nm时，平衡力2πMr2/K1和成核场Hn的绝对变化ΔHn之间的关系的标测曲线图(plotted graph)。
参考图4B，当晶粒之间的交换互作用强时，变化ΔHn随着平衡力2πMr2/K1变小而越来越接近0。当晶粒之间的交换互作用弱时，变化ΔHn在0.4左右的平衡力2πMr2/K1处最接近0。变化ΔHn接近0表示不管晶粒边界宽度如何都能获得几乎相同的成核场Hn。换言之，即使媒质当中的晶粒边界宽度是不均匀的，也可以获得几乎相同的成核场。也就是说，不管晶粒边界在局部是宽还是窄，都可以获得几乎相同的成核场Hn。因此，与根据位置获得不同的成核场Hn值的情况相比，改善了记录在媒质上的信息的热稳定性。
如上所述，为了实现高密度垂直磁记录媒质，如参照图4A所述，晶粒应当小，晶粒边界应当窄，静磁能与磁各向异性能量密度K1的比率应当低。当晶粒边界宽度发生变化时，为了保持低变化ΔHn，如参照图4B所述，平衡力2πMr2/K1应当处于预定界限的范围内。具体而言，为了使成核场Hn的变化ΔHn小于0.15，平衡力2πMr2/K1应当小于0.5。
图5A和图5B分别是示出了在膜宽度为5nm和20nm，晶粒边界宽度为0.2nm和1.5nm时，平衡力2πMr2/K1和通过增加矫顽力Hc而获得的因子4πMr/Hc之间的关系的曲线图。从M-H图可以看出，当平衡力2πMr2/K1小于0.4时，因子4πMr/Hc总是小于0.6。当平衡力2πMr2/K1小于0.5时，因子4πMr/Hc总是小于0.8。
因此，根据本发明的垂直磁记录媒质的特征在于记录层的磁材料具有0.5或更低的平衡力2πMr2/K1，0.8或更低的因子4πMr/Hc。
图6A是示出了在将具有高电位的材料用于高密度垂直磁记录媒质时，饱和磁化强度Ms和矫顽力Hc之间的关系的曲线图。参考图6A，用作垂直磁记录媒质的记录层的材料的饱和磁化强度Ms和矫顽力Mr通常彼此相等。因此，可以将平衡力2πMr2/K1用作2πMs2/K1，将因子4πMr/Hc用作4πMs/Hc。由于，因子4πMs/Hc优选小于0.8，因此，饱和磁化强度Ms应当低，矫顽力Hc应当高。参考图6A，当材料特征分布在左上侧时，所述材料适于高密度垂直磁记录媒质，当材料特征分布于右下侧时，所述材料不适于高密度垂直磁记录媒质。因此，诸如FePt和Co/Pd的材料适于高密度垂直磁记录媒质。
图6B是示出了在将图6A中的材料用于高密度垂直磁记录媒质时，信噪比(SNR)和面密度之间的关系的曲线图。图6A和图6B示出了类似的结果。例如，FePt和含有添加剂C4F8的FePt基材料比其他材料更适用于高密度记录媒质，因为，当采用相同的SNR时，FePt和基于FePt的材料比其他材料具有更高的面密度。
图7A、7B、8A和8B是根据本发明的实施例的具有0.5或更低的平衡力2πMr2/K1，以及具有0.8或更低的因子4πMr/Hc的垂直磁记录媒质的截面图。
具体而言，在下部结构上形成记录层。所述下部结构包括衬底、种层、软磁下层和中间层。在下部结构上形成记录层，在所述记录层上有选择地形成保护层。可以通过溅射单个合金靶或一起溅射几个靶，由FePt、CoPt、FePd或CoPd形成记录层，或者将其形成为诸如Fe/Pt、Co/Pt、Fe/Pd或Co/Pd的多层结构。所述记录层可以有选择地包括添加材料和粘结材料(matrixmaterial)。具体而言，所述添加材料从下述材料构成的集合中选出：C、Ag、W、Ti、B、Ta、Ru、Cr、Mn、Y、N、O、Pt、Cu、Mn3Si、Si、Cu、Nb、Ni、Fe、Au、Co和Zn。所述粘结材料从下述材料构成的集合中选出：Al2O3、SiO2、B2O3、C4F8、Si3N4、SiN、BN、ZrO、TaN和其他氧化物。如上所述，为了使平衡力2πMr2/K1小于0.5，可以在形成记录层的过程中进行退火处理，以提高磁各向异性能量密度K1。当记录层由FePt、FePd、CoPt或CoPd构成时，可以在400到700℃的温度下进行1分钟到2小时的退火处理，从而在高磁各向异性能量密度K1下引起相变(phase change)。当以多层结构形成记录层时，每一层可以具有0.1到10nm的厚度，并且在与记录层由FePt、FePd、CoPt或CoPd构成时相同的条件下进行退火处理。
衬底、种层、中间层和软磁下层可以由其他材料构成。例如，衬底可以由玻璃构成，种层可以由Ta、Ta合金、Ta/Ru化合物或NiFeCr构成。中间层可以由Cu、Ru、Pd或Pt构成。软磁下层可以由诸如CoFeB、CoZrNb、CoTaZr、Co90Fe10或Co35Fe65的磁性材料构成。
参考图7A和图7B，在衬底上依次形成种层、中间层、记录层和保护层。当图7A的垂直磁记录媒质包括软磁下层时，图7B的垂直磁记录媒质则不包括软磁下层。中间层和记录层可以互相作为整体形成，可以在n层或更多层结构内重复形成作为整体的中间层和记录层。可以通过向FePt、CoPt或FePd中增加添加材料和粘结材料形成记录层。
参考图8A和图8B，依次在衬底上形成种层、包括添加材料和粘结材料的附加层、记录层和保护层。当图8A的垂直磁记录媒质包括软磁下层和中间层时，图8B的垂直磁记录媒质则不包括它们。所述记录层由至少包括Pt和Pd之一的第一记录层以及至少包括Fe和Co之一的第二记录层构成。在第二记录层上重新形成附加层、第一记录层和第二记录层。如图8A和8B所示，在n层或更多层结构内重复形成作为一个单元的附加层、第一记录层和第二记录层。这样的多层结构改善了垂直于记录层的磁化的稳定性。
如上所述，当Mr表示残余磁化强度(remnant magnetization)、K1表示垂直磁各向异性能量常数，Hc表示矫顽力时，根据本发明的垂直磁记录媒质具有平衡力2πMr2/K1为0.5或更低，因子4πMr/Hc为0.8或更低的记录层。因此，即使构成记录层的晶粒的平均尺寸和晶粒之间的晶粒边界的平均厚度有些局部不均匀，所述晶粒也能够具有与其他晶粒几乎相同的成核场，由此确保了所记录信息的稳定性。而且，能够通过检测成核场Hn和平衡力2πMr2/K1或因子4πMr/Hc之间的关系，以及检测控制成核场Hn的具体磁性条件而容易地控制垂直磁记录密度。
尽管已经参考其示范性实施例特别展示和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员的将要理解，可以在其中做出多种形式和细节上的变化而不脱离由权利要求所限定的本发明的精神和范围。
Claims (18)
1.一种垂直磁记录媒质，包括：
下部结构；以及
在所述下部结构上形成的记录层，
其中，所述记录层具有0.5或更低的平衡力2πMr2/K1以及0.8或更低的因子4πMr/Hc，其中Mr表示单位为emu/cm3的残余磁化强度，K1表示单位为erg/cm3的垂直磁各向异性能量常数，Hc表示单位为奥斯特的矫顽力。
2.如权利要求1所述的垂直磁记录媒质，其中，所述记录层包括从下述集合中选出的至少一种材料：FePt、CoPt、FePd和CoPd。
3.如权利要求2所述的垂直磁记录媒质，其中，所述记录层还包括从下述集合中选出的至少一种材料：C、Ag、W、Ti、B、Ta、Ru、Cr、Mn、Y、N、O、Pt、Cu、Mn3Si、Si、Cu、Nb、Ni、Fe、Au、Co和Zn。
4.如权利要求2或3所述的垂直磁记录媒质，其中，所述记录层还包括从下述集合中选出的至少一种材料：Al2O3、SiO2、B2O3、C4F8、Si3N4、SiN、BN、ZrO、TaN和其他氧化物。
5.如权利要求1或2所述的垂直磁记录媒质，其中，所述下部结构包括：
衬底；以及
种层；和
中间层，
其中，所述种层和中间层依次形成于所述衬底上。
6.如权利要求5所述的垂直磁记录媒质，还包括在所述种层和所述中间层之间形成的软磁下层。
7.如权利要求5所述的垂直磁记录媒质，其中，以多层结构重复形成作为单元的所述中间层和记录层。
8.如权利要求1所述的垂直磁记录媒质，其中，所述记录层包括附加层、第一记录层和第二记录层。
9.如权利要求8所述的垂直磁记录媒质，其中，所述第一记录层至少包括Pt和Pd之一。
10.如权利要求8所述的垂直磁记录媒质，其中，所述第二记录层至少包括Fe和Co之一。
11.如权利要求8所述的垂直磁记录媒质，其中，所述附加层包括从下述集合中选出的至少一种材料：C、Ag、W、Ti、B、Ta、Ru、Cr、Mn、Y、N、O、Pt、Cu、Mn3Si、Si、Cu、Nb、Ni、Fe、Au、Co和Zn。
12.如权利要求8所述的垂直磁记录媒质，其中，所述附加层包括从下述集合中选出的至少一种材料：Al2O3、SiO2、B2O3、C4F8、Si3N4、SiN、BN、ZrO、TaN和其他氧化物。
13.如权利要求8所述的垂直磁记录媒质，其中，所述下部结构包括：
衬底；
种层；以及
中间层，
其中，所述种层和中间层依次形成于所述衬底上。
14.如权利要求8所述的垂直磁记录媒质，还包括在所述种层和所述中间层之间形成的软磁下层。
15.如权利要求8所述的垂直磁记录媒质，其中，所述附加层、所述第一记录层和所述第二记录层具有范围从0.1到10nm的宽度。
16.如权利要求8所述的垂直磁记录媒质，其中，以多层结构重复形成作为单元的所述附加层、第一记录层和第二记录层。
17.一种制造垂直磁记录媒质的方法，所述垂直磁记录媒质包括下部结构和在所述下部结构上形成的记录层，所述方法包括：
在形成所述记录层时或在形成所述记录层之后，在400到700℃的温度下进行1分钟到2小时的退火处理，使得所述记录层能够具有0.5或更低的平衡力2πMr2/K1，以及0.8或更低的因子4πMr/Hc，其中，Mr表示残余磁化强度，K1表示垂直磁各向异性能量常数，Hc表示矫顽力。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述记录层包括从下述集合中选出的至少一种材料：FePt、CoPt、FePd和CoPd。
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