DE112022002269T5

DE112022002269T5 - Wärmeunterstütztes magnetisches aufzeichnungsmedium (hamr-medium) mit optisch koppelnder mehrfachschicht zwischen der aufzeichnungsschicht und der wärmesenkeschicht

Info

Publication number: DE112022002269T5
Application number: DE112022002269.8T
Authority: DE
Inventors: Pierre-Olivier Jubert; Paul Christopher Dorsey; Hoan Cong Ho
Original assignee: Western Digital Technologies Inc
Current assignee: Western Digital Technologies Inc
Priority date: 2021-08-06
Filing date: 2022-05-04
Publication date: 2024-04-04
Also published as: US11437064B1; WO2023014415A1; US20230048634A1; US11869556B2; CN117678019A

Abstract

Eine wärmeunterstützte magnetische Aufzeichnungsplatte (HAMR-Platte) weist eine magnetische Aufzeichnungsschicht (üblicherweise eine chemisch geordnete FePt-Legierung), eine Keim-Wärmesperrschicht (üblicherweise MgO) unterhalb der Aufzeichnungsschicht, eine Wärmesenkeschicht und eine optisch koppelnde Mehrfachschicht aus abwechselnden plasmonischen und nicht-plasmonischen Materialien zwischen der Wärmesenkeschicht und der Keim-Wärmesperrschicht auf. Im Gegensatz zu einer Wärmesenkeschicht weist die Mehrfachschicht eine sehr niedrige thermische Leitfähigkeit in der Ebene und außerhalb der Ebene auf und fungiert somit nicht als Wärmesenkeschicht. Die geringe Wärmeleitfähigkeit der Mehrfachschicht ermöglicht es der Mehrfachschicht, auch als thermische Barriere zu fungieren. Aufgrund der plasmonischen Materialien in der Mehrfachschicht stellt sie eine hervorragende optische Kopplung mit dem Nahfeldwandler (NFT) des HAMR-Plattenlaufwerks bereit.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG(EN)
Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der nichtvorläufigen US-Anmeldung Nr. 17/395,820 , eingereicht am 6. August 2021 und mit dem Titel „HEAT-ASSISTED MAGNETIC RECORDING (HAMR) MEDIUM WITH OPTICAL-COUPLING MULTILAYER BETWEEN THE RECORDING LAYER AND HEAT-SINK LAYER“, und nimmt ihren gesamten Inhalt hiermit für alle Zwecke durch Bezugnahme auf.
HINTERGRUND
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein senkrechtes magnetisches Aufzeichnungsmedium zur Verwendung als wärmeunterstütztes magnetisches Aufzeichnungsmedium (HAMR-Medium) und insbesondere auf ein HAMR-Medium mit verbesserten optischen und thermischen Eigenschaften.
Beschreibung des Stands der Technik
Bei herkömmlichen kontinuierlichen granularen magnetischen Aufzeichnungsmedien ist die magnetische Aufzeichnungsschicht eine kontinuierliche Schicht aus granularem magnetischem Material über die gesamte Oberfläche der Platte. In magnetischen Aufzeichnungsplattenlaufwerken wird das magnetische Material (oder Medium) für die Aufzeichnungsschicht auf der Platte so gewählt, dass es eine ausreichende Koerzitivkraft aufweist, sodass die magnetisierten Datenbereiche, die Daten-„bits“ definieren, präzise geschrieben und in ihrem Magnetisierungszustand beibehalten werden, bis sie durch neue Datenbits überschrieben werden. Wenn die Flächendatendichte (die Anzahl der Bits, die auf einer Einheitsoberflächenregion der Platte aufgezeichnet werden kann) zunimmt, können die magnetischen Körner, die die Datenbits ausmachen, so klein sein, dass sie einfach durch thermische Instabilität oder Bewegung innerhalb des magnetisierten Bits entmagnetisiert werden können (der so genannte „superparamagnetische“ Effekt). Um thermische Instabilitäten der gespeicherten Magnetisierung zu vermeiden, sind Medien mit hoher magnetokristalliner Anisotropie (K_u) erforderlich. Die thermische Stabilität eines Magnetkorns wird weitgehend durch K_uV bestimmt, wobei V das Volumen des Magnetkorns ist. Somit ist eine Aufzeichnungsschicht mit einem hohen K_u für thermische Stabilität wichtig. Jedoch erhöht die Erhöhung von K_u auch die Koerzitivkraft des Mediums, was die Schreibfeldfähigkeit des Schreibkopfes überschreiten kann.
Da bekannt ist, dass die Koerzitivkraft des magnetischen Materials der Aufzeichnungsschicht temperaturabhängig ist, ist eine vorgeschlagene Lösung des Problems der thermischen Stabilität die wärmeunterstützte Magnetaufzeichnung (HAMR), wobei das magnetische Aufzeichnungsmaterial lokal beim Schreiben erwärmt wird, um die Koerzitivkraft ausreichend herabzusetzen, sodass ein Schreiben erfolgt, wobei aber die Koerzitivkraft/Anisotropie bei Umgebungstemperatur des Laufwerks (d. h. der normalen Betriebstemperatur von etwa 15-60 °C) hoch genug für die thermische Stabilität der aufgezeichneten Bits ist. Bei einigen der vorgeschlagenen HAMR-Systeme wird das magnetische Aufzeichnungsmaterial bis nahe zu oder oberhalb seiner Curie-Temperatur erwärmt. Die aufgezeichneten Daten werden dann bei Umgebungstemperatur durch einen herkömmlichen magnetoresistiven Lesekopf zurückgelesen.
Der häufigste Typ des vorgeschlagenen HAMR-Plattenlaufwerks verwendet eine Laserquelle und einen Lichtwellenleiter mit einem Nahfeldwandler (NFT). Ein „Nahfeld“-Wandler bezieht sich auf „Nahfeldoptik“, wobei der Durchtritt von Licht durch ein Element mit Subwellenlängeneigenschaften erfolgt und das Licht mit einem zweiten Element gekoppelt ist, wie einem Substrat wie beispielsweise einem magnetischen Aufzeichnungsmedium, das sich in einem Subwellenlängenabstand von dem ersten Element befindet. Der NFT befindet sich üblicherweise an der gastgelagerten Oberfläche (GBS) des gasgelagerten Gleitstücks, das auch den Lese-/Schreibkopf trägt und über der Plattenoberfläche fährt oder „fliegt“.
Eine Art von vorgeschlagenen HAMR-Medien mit hohem K_u mit senkrechter magnetischer Anisotropie ist eine Legierung aus FePt (oder CoPt), die in der L1₀-Phase chemisch geordnet ist. Die chemisch-geordnete FePt-Legierung ist in ihrer Massenform als flächenzentriertes tetragonales (FCT) L1₀ -geordnetes Phasenmaterial (auch CuAu-Material genannt) bekannt. Die c-Achse der L1₀-Phase ist die einfache Magnetisierungsachse und ist senkrecht zu dem Plattensubstrat ausgerichtet. Um die gewünschte chemische Ordnung der L1₀-Phase zu erhalten, muss die FePt-Legierung nach Ablagern geglüht oder abgelagert werden, während das Substrat auf hohen Temperaturen gehalten wird (z. B. etwa 500 bis 700 °C).
Die FePt-Legierungs-Magnetschicht schließt üblicherweise auch ein Trennmittel wie C, SiO₂, TiO₂, TaO_x, ZrO₂, SiC, SiN, TiC, TiN, B, BC oder BN ein, das sich zwischen den FePt-Körnern bildet und die Korngröße reduziert. Bei HAMR-Medien wird eine Keim-Wärmesperrschicht wie MgO verwendet, um die wünschenswerte (001) Textur in den FePt-Magnetkörnern zu induzieren und ihre geometrische Mikrostruktur zu beeinflussen und auch als Wärmesperrschicht zu wirken, sodass Wärme aus dem NFT nicht zu schnell von der FePt-Aufzeichnungsschicht abgeführt wird. Eine Wärmesenkeschicht befindet sich unterhalb der Keim-Wärmesperrschicht, um Wärme seitlich (in der Ebene) und dann vertikal (d. h. in der Richtung außerhalb der Ebene der Aufzeichnungsschicht) nach unten zum Substrat zu bewegen, sodass es seitlich in der Aufzeichnungsschicht weniger Wärmeausbreitung gibt.
KURZDARSTELLUNG
Wärmesenkeschichten, die aus Au, Ag und Cu ausgewählt sind, stellen gute thermische und optische Eigenschaften für HAMR-Medien bereit. Die hohe laterale Wärmeleitfähigkeit (in der Ebene) von Au, Ag und Cu ermöglicht es, dass die Wärme sehr schnell seitlich und dann vertikal nach unten zum Substrat bewegt wird. Außerdem sind Au, Ag und Cu plasmonische Materialien. Eine Definition eines plasmonischen Materials ist ein Metall oder eine Metalllegierung, die einen Extinktionskoeffizienten k aufweist, der bei der relevanten Wellenlänge mindestens doppelt so groß wie der Brechungsindex n ist. Daher bieten plasmonische Materialien auch eine hervorragende optische Kopplung mit dem NFT, was zu einer eingegrenzten Wärmequelle in der Aufzeichnungsschicht führt.
Die Aufnahme einer dicken plasmonischen Au-, Ag-, Cu-Schicht unmittelbar unterhalb der Keim-Wärmesperrschicht (üblicherweise MgO) ist jedoch schwierig. Die Aufzeichnungsschicht muss die richtige granulare Struktur und kristallographische Ausrichtung aufweisen, um die gewünschten magnetischen Eigenschaften zu erreichen. Die Aufzeichnungsschicht ist aus FePt L1₀-Körnern hergestellt, die üblicherweise durch dünne Oxid/Nitrid-Trennmaterialien getrennt sind und erfordert einen Hochtemperaturabscheidungsprozess. Die Aufzeichnungsschicht muss auch eine gleichmäßige Dicke aufweisen und sehr glatt sein, sodass das Gleitstück nur wenige Nanometer über der Plattenoberfläche gehalten werden kann. Allerdings rauen Au-, Ag- und Cu-Filme bei hohen Temperaturen deutlich auf und sind bei Erwärmung auch anfällig für Interdiffusion. Aus diesem Grund ist eine Zwischenschicht zwischen der Au-, Ag- oder Cu-Wärmesenkeschicht und der Keim-Wärmesperrschicht erforderlich. Das Trennen der Wärmesenke- und Aufzeichnungsschichten durch einen zu großen Abstand ist jedoch nachteilig für die thermische und optische Leistung des Mediums. Zum Beispiel gehen die optischen Vorteile von plasmonischem Au, Ag, Cu verloren, wenn sie unter einer 10 bis 25 nm dicken Zwischenschicht verwendet werden.
In Ausführungsformen dieser Erfindung befindet sich eine optisch koppelnde Mehrfachschicht aus abwechselnden plasmonischen und nicht-plasmonischen Materialien zwischen der Keim-Wärmesperrschicht und der Wärmesenkeschicht, ohne dass eine Zwischenschicht erforderlich ist. Alternativ kann sich die Mehrfachschicht innerhalb der Keim-Wärmesperrschicht befinden. Im Gegensatz zu einer Wärmesenkeschicht weist die Mehrfachschicht eine sehr niedrige thermische Leitfähigkeit in der Ebene und außerhalb der Ebene auf und fungiert somit nicht als Wärmesenkeschicht. Aus diesem Grund ist eine separate Schicht aus Wärmesenkematerial unter der Mehrfachschicht erforderlich. Die geringe Wärmeleitfähigkeit der Mehrfachschicht ermöglicht es der Mehrfachschicht, auch als thermische Barriere zu fungieren. Aufgrund der plasmonischen Materialien in der Mehrfachschicht stellt sie eine hervorragende optische Kopplung mit dem NFT bereit. Aufgrund der Laminierung stellt die Mehrfachschicht beim Glühen eine gute Stabilität bereit.
Wichtig ist, dass das HAMR-Medium in der Aufzeichnungsschicht einen hohen thermischen Gradienten (TG) aufweist, was bedeutet, dass ein starker Abfall der Temperatur an den Kanten der Bits aufgezeichnet wird. In ähnlicher Weise sollte die erforderliche Laserleistung (LP) zum Erreichen eines akzeptablen thermischen Gradienten, der weitgehend durch die optischen und thermischen Eigenschaften der Schichten unterhalb der Aufzeichnungsschicht bestimmt wird, minimiert werden, um die Lebensdauer des NFT zu verlängern. Die optisch koppelnde Mehrfachschicht in Ausführungsformen dieser Erfindung verbessert das Verhältnis von TG/LP gegenüber HAMR-Medien ohne eine einzelne plasmonische Schicht.
Für ein besseres Verständnis der Natur und Vorteile der vorliegenden Erfindung, soll auf die folgende detaillierte Beschreibung zusammen mit den begleitenden Figuren Bezug genommen werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

1 ist eine Draufsicht auf ein wärmeunterstütztes Magnetaufzeichnungs-Laufwerk (HAMR-Laufwerk) gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt eine Schnittansicht eines gasgelagerten Gleitstücks zur Verwendung in einem HAMR-Laufwerk und eines Abschnitts einer HAMR-Platte nach dem Stand der Technik, die aufgrund der Schwierigkeit, die sehr kleinen Merkmale zu zeigen, nicht maßstabsgetreu gezeichnet ist.
3 ist eine Schnittansicht, die eine HAMR-Platte mit einer einzigen plasmonischen Wärmesenkeschicht aus Au, Ag oder Cu gemäß dem Stand der Technik zeigt.
4 ist eine Schnittansicht, die eine HAMR-Platte gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
5 ist eine Schnittansicht, die eine HAMR-Platte gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
6 ist eine Tabelle der gemessenen Wärmeleitfähigkeit in der Ebene (TC_IP) für RuAI/Au- und RuAI/Rh-Mehrfachschichten verschiedener Dicken und der Anzahl von Wiederholungen der abwechselnden Schichten, die auf einem Glassubstrat mit einer 2 nm dünnen Au- oder Rh-Kappe ausgebildet sind, um die Oxidation der Mehrfachschicht zu verhindern.
7 zeigt grafische Daten für Thermogradient/Laserleistung (TG/LP) aus Computermodellierung für RuAl (1 nm)/Au (1 nm) Mehrfachschichten verschiedener Dicken im Vergleich zu einer einzelnen plasmonischen Au-Schicht verschiedener Dicken.
8 zeigt grafische Daten für TG/LP aus Computermodellierung für RuAl (1 nm)/Rh (1 nm) Mehrfachschichten verschiedener Dicken im Vergleich zu einer einzelnen plasmonischen Au-Schicht verschiedener Dicken.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 ist eine Draufsicht auf ein wärmeunterstütztes Magnetaufzeichnungs-Laufwerk (HAMR-Laufwerk) 100 gemäß dem Stand der Technik. In 1 ist das HAMR-Laufwerk 100 mit einer Platte 200 mit einer kontinuierlichen magnetischen Aufzeichnungsschicht 31 mit konzentrischen kreisförmigen Datenspuren 118 dargestellt. Nur ein Teil von einigen repräsentativen Spuren 118 in der Nähe des Innen- und Außendurchmessers der Platte 200 sind gezeigt.
Das Laufwerk 100 weist ein Gehäuse oder eine Basis 112 auf, das bzw. die ein Stellglied 130 und einen Antriebsmotor zum Drehen der magnetischen Aufzeichnungsplatte 200 trägt. Das Stellglied 130 kann ein Schwingspulenmotor-Drehstellglied (VCM-Drehstellglied) sein, das einen starren Arm 131 aufweist und sich um das Drehgelenk 132 dreht, wie durch den Pfeil 133 gezeigt. Eine Kopfaufhängungsbaugruppe schließt eine Aufhängung 135 ein, deren eines Ende an dem Ende des Stellgliedarms 131 angebracht ist, und einen Kopfträger, wie ein gasgelagertes Gleitstück 120, das an dem anderen Ende der Aufhängung 135 angebracht ist. Die Aufhängung 135 ermöglicht, dass das Gleitstück 120 sehr nahe an der Oberfläche der Platte 200 gehalten werden kann, und ermöglicht dem Gleitstück, auf dem Gaslager (üblicherweise Luft oder Helium), das durch die Platte 200 beim Drehen in Richtung des Pfeils 20 erzeugt wird, zu „nicken“ und zu „rollen“. Das Gleitstück 120 trägt den HAMR-Kopf (nicht gezeigt), der einen magnetoresistiven Lesekopf, einen induktiven Schreibkopf, den Nahfeldwandler (NFT) und den Lichtwellenleiter einschließt. Ein Halbleiterlaser 90, zum Beispiel mit einer Wellenlänge von 780 bis 980 nm, kann als die HAMR-Lichtquelle verwendet werden und ist als auf der Oberseite des Gleitstücks 120 gelagert dargestellt. Alternativ kann der Laser auf der Aufhängung 135 angeordnet und mit dem Gleitstück 120 durch einen optischen Kanal gekoppelt sein. Beim Drehen der Platte 200 in Richtung des Pfeils 20 ermöglicht die Bewegung des Stellglieds 130 dem HAMR-Kopf an dem Gleitstück 120, auf unterschiedliche Datenspuren 118 auf der Platte 200 zuzugreifen. Das Gleitstück 120 ist typischerweise aus einem Verbundmaterial, wie beispielsweise einem Verbundwerkstoff aus Aluminiumoxid/Titancarbid (Al₂O₃/TiC) hergestellt. In 1 ist nur eine Plattenoberfläche mit zugeordneten Gleitstück und Lese-/Schreibkopf gezeigt, es sind jedoch typischerweise mehrere Platten auf einer Nabe gestapelt, die durch einen Spindelmotor gedreht wird, wobei jeder Plattenoberfläche ein separates Gleitstück und ein separater HAMR-Kopf zugeordnet ist.
In den folgenden Zeichnungen, bezeichnet die X-Richtung eine Richtung senkrecht zu der Gaslagerfläche (GBS) des Gleitstücks, die Y-Richtung bezeichnet eine Spurbreite bzw. Richtung quer zur Spur, und die Z-Richtung bezeichnet eine Richtung entlang der Spur. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines HAMR-Kopfes gemäß dem Stand der Technik darstellt, der auch in der Lage ist, als HAMR-Kopf in Ausführungsformen dieser Erfindung zu fungieren. In 2 ist die Platte 200 als eine herkömmliche Platte dargestellt, wobei die HAMR-Aufzeichnungsschicht 31 eine kontinuierliche, nicht strukturierte magnetische Aufzeichnungsschicht aus magnetisierbarem Material mit magnetisierten Bereichen oder „Bits“ 34 ist. Die Bits 34 sind räumlich benachbart und die Grenzen benachbarter Bits werden als magnetische Übergänge 37 bezeichnet. Die Bits werden in einzelnen Datensektoren aufgezeichnet. Die Aufzeichnungsschicht 31 ist üblicherweise aus einer im Wesentlichen chemisch geordneten FePt-Legierung (oder CoPt-Legierung) mit hoher Anisotropie (K_u) mit senkrechter magnetischer Anisotropie gebildet. Die Platte schließt einen Überzug 36, der typischerweise aus amorphem diamantartigem Kohlenstoff (DLC) gebildet ist, und eine flüssige Schmiermittelschicht 38, typischerweise einem gebundenem Perfluorpolyether (PFPE), ein.
Das gasgelagerte Gleitstück 120 wird durch die Aufhängung 135 getragen. Das Gleitstück 120 weist eine zur Aufzeichnungsschicht zeigende Oberfläche 122 auf, auf der ein Überzug 124 abgeschieden ist. Der Überzug 124 ist typischerweise ein DLC-Überzug mit einer Dicke im Bereich von etwa 10 bis 30 Å, dessen Außenseite die GBS des Gleitstücks 120 bildet. Ein optionaler Haftfilm oder -unterschicht (nicht gezeigt), wie ein 1 bis 5 Å Siliciumnitrid- (SiN_x-) Film, kann vor dem Aufbringen des Überzugs 124 auf der Fläche 122 aufgebracht werden. Das Gleitstück 120 stützt den Magnetschreibkopf 50, magnetoresistiven (MR) Lesekopf 60 und magnetisch durchlässige Lesekopf-Abschirmungen S1 und S2. Ein Aufzeichnungsmagnetfeld wird durch den Schreibkopf 50 erzeugt, der aus einer Spule 56, einem Hauptmagnetpol 53 zum Übertragen von durch die Spule 56 erzeugtem Fluss, einem Schreibpol 55 mit Ende oder Spitze 52 und einem Rückführpol 54 besteht. Ein Magnetfeld, das durch die Spule 56 erzeugt wird, wird durch den Magnetpol 53 an das Schreibpolende 52 übertragen, das in der Nähe eines optischen Nahfeldwandlers (NFT) 74 angeordnet ist. Der Schreibkopf 50 ist typischerweise in der Lage, mit unterschiedlichen Taktraten zu arbeiten, um Daten mit unterschiedlichen Frequenzen schreiben zu können. Der NFT 74, auch als plasmonische Antenne bekannt, verwendet üblicherweise ein verlustarmes Metall (z. B. Au, Ag, AI oder Cu), das in derartig geformt ist, dass beim Einfallen von Licht aus dem Wellenleiter 73 eine Oberflächenladungsbewegung an einer Spitze an der Gleitstück-GBS konzentriert wird. Eine oszillierende Spitzenladung erzeugt ein intensives Nahfeldmuster, wobei die Aufzeichnungsschicht 31 erwärmt wird. Die Metallstruktur des NFT 74 kann eine resonante Ladungsbewegung (Oberflächenplasmonen) erzeugen, um die Intensität und Erwärmung der Aufzeichnungsschicht 31 weiter zu erhöhen. Zum Zeitpunkt der Aufzeichnung wird die Aufzeichnungsschicht 31 der Platte 200 durch das durch den NFT 74 erzeugte optische Nahfeld erwärmt und gleichzeitig wird ein Bereich oder ein „Bit“ 34 durch Anlegen eines durch das Schreibpolende 52 erzeugten Aufzeichnungsmagnetfelds magnetisiert und somit auf die Aufzeichnungsschicht 31 geschrieben.
Ein Halbleiterlaser 90 ist an der Oberseite des Gleitstücks 120 montiert. Ein Lichtwellenleiter 73 zum Führen von Licht von dem Laser 90 zu dem NFT 74 ist innerhalb des Gleitstücks 120 ausgebildet. Der Laser 90 ist typischerweise für den Betrieb bei unterschiedlichen Leistungsstufen geeignet. Materialien, die sicherstellen, dass ein Brechungsindex des Kernmaterials des Wellenleiters 73 größer als ein Brechungsindex des Mantelmaterials ist, können für den Wellenleiter 73 verwendet werden. Zum Beispiel kann Al₂O₃ als das Hüllmaterial und TiO₂, Ta₂O₅ und SiO_xN_y als das Kernmaterial verwendet werden. Alternativ kann SiO₂ als das Hüllmaterial und Ta₂O₅, TiO₂, SiO_xN_y oder Ge-dotiertes SiO₂ als das Kernmaterial verwendet werden. Der Wellenleiter 73, der dem NFT 74 Licht zuführt, ist vorzugsweise ein Einmoden-Wellenleiter.
3 ist eine Schnittansicht, die HAMR-Platte 200 mit einer kontinuierlichen granularen Aufzeichnungsschicht (RL) 31 gemäß dem Stand der Technik zeigt. Die Aufzeichnungsschicht 31 kann aus einer im Wesentlichen chemisch geordneten FePt-Legierung (oder CoPt-Legierung) mit oder ohne Trennmittel bestehen, wie im Stand der Technik vorgeschlagen. Die Platte 200 ist ein Substrat 201 mit einer allgemein ebenen Oberfläche, auf der die repräsentativen Schichten nacheinander abgeschieden sind, üblicherweise durch Zerstäuben. Das Festplattensubstrat 201 kann ein beliebiges handelsübliches Hochtemperatur-Glassubstrat sein, kann aber auch ein alternatives Substrat wie Silicium oder Siliciumcarbid sein. Eine Haftschicht 202, üblicherweise etwa 10-200 nm eines amorphen Haftschichtmaterials, wie eine CrTa- oder NiTa-Legierung, wird auf dem Substrat 201 abgeschieden.
Eine optionale weiche Unterschicht (SUL) 204 aus magnetisch permeablem Material, die als Flussrückführungspfad für den magnetischen Fluss von dem Schreibkopf dient, kann auf der Haftschicht 202 ausgebildet sein. Die SUL 204 kann aus magnetisch permeablen Materialien gebildet sein, die auch mit dem Hochtemperatur-Abscheidungsprozess für FePt kompatibel sind, wie bestimmte Legierungen von CoFeZr und CoZr. Die SUL 204 kann auch eine laminierte oder mehrschichtige SUL sein, die aus mehreren weichen Magnetfilmen gebildet ist, die durch nichtmagnetische Filme getrennt sind, wie elektrisch leitfähige Schichten aus AI oder CoCr. Die SUL 204 kann auch eine laminierte oder mehrschichtige SUL sein, die aus mehreren weichen Magnetfilmen gebildet ist, die durch Zwischenschichtfilme getrennt sind, die eine antiferromagnetische Kopplung vermitteln, wie Ru, Ir oder Cr oder Legierungen davon. Die SUL 204 kann eine Dicke im Bereich von 5 bis 100 nm aufweisen.
Eine Keimschicht 205, zum Beispiel eine Schicht aus RuAl oder NiAl, wird auf SUL 204 oder auf der Haftschicht 202 abgeschieden, wenn keine SUL verwendet wird. Eine Wärmesenkeschicht 206 wird dann auf der Keimschicht 205 abgeschieden. Die Wärmesenkeschicht 206 erleichtert die Übertragung von Wärme weg von der RL, um eine Ausbreitung von Wärme an Regionen der RL angrenzend daran, wo Daten geschrieben werden sollen, zu verhindern, wodurch ein Überschreiben von Daten in benachbarten Datenspuren verhindert wird. Die Wärmesenkeschicht 206 kann aus plasmonischen Materialien Au, Ag oder Cu gebildet sein, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen und eine hervorragende Kopplung mit dem NFT ermöglichen, was zur Bildung einer eingegrenzten Wärmequelle führt. Allerdings rauen Au, Ag und Cu beträchtlich auf, wenn bei hoher Temperatur geglüht wird. Aus diesem Grund kann die Keim-Wärmesperrschicht 210 für die RL nicht direkt auf der Wärmesenkeschicht 206 gebildet werden. Somit ist eine Zwischenschicht (IL) 207 zwischen der Au-, Ag- oder Cu-Wärmesenkeschicht 206 und der Keim-Wärmesperrschicht 210 erforderlich. Die Keim-Wärmesperrschicht 210 wird auf der IL 207 gebildet und wirkt sowohl als die Keimschicht für die RL 31 als auch als eine Wärmesperrschicht. Die Keim-Wärmesperrschicht 210 ist üblicherweise MgO, aber andere Materialien wurden vorgeschlagen, einschließlich CrRu, CrMo, TiN und eine Mischung aus MgO und TiO₂ (MTO) wie (Mg_0,2Ti_0,8)O. Die IL 207 erhöht jedoch den Abstand zwischen der RL 31 und der Wärmesenkeschicht 206, was die optische und thermische Leistung der Wärmesenkeschicht 206 reduziert. US 8,605,555 B1 , die dem gleichen Anmelder dieser Anmeldung zugeordnet ist, beschreibt ein HAMR-Medium mit einer amorphen IL wie CrTi, CrTa oder NiTa, zwischen der Wärmesenkeschicht und dem FePt-RL, um die durch die Wärmesenkeschicht verursachte Rauheit zu reduzieren. US 9,558,777 B2 , die dem gleichen Anmelder dieser Anmeldung zugeordnet ist, beschreibt ein HAMR-Medium mit einer Wärmesenkeschicht, die aus einer langen Liste von Metallen und Legierungen gebildet werden kann, einschließlich plasmonischem Au, Ag, Cu und Rh, aber eine IL, wie amorphes NiTa, zwischen der Wärmesenkeschicht und der MgO-Keimschicht erfordert. Es wurden Wärmesenkeschichten vorgeschlagen, die, anstelle von Au, Ag oderCu, aus nicht-plasmonischen Materialien Cr, W, Mo und Ru ausgewählt sind, , da diese beim Glühen nicht aufrauen und somit möglicherweise keine Zwischenschicht erfordern. Diese Materialien bieten jedoch suboptimale optische und thermische Eigenschaften.
Die senkrechten Medien, die die RL 31 bilden, ist eine im Wesentlichen chemisch geordneten FePt-Legierung (oder CoPt-Legierung) mit hoher Anisotropie (K_u) mit senkrechter magnetischer Anisotropie. Im Wesentlichen chemisch geordnet bedeutet, dass die FePt-Legierung eine Zusammensetzung der Form Fe_(y)Pt_(100-y) aufweist, wobei y zwischen etwa 45 und 55 Atomprozent liegt. Solche Legierungen von FePt (und CoPt), die in L1₀ geordnet sind, sind für ihre hochmagnetokristalline Anisotropie und Magnetisierung bekannt, Eigenschaften, die für magnetische Aufzeichnungsmaterialien mit hoher Dichte wünschenswert sind. Die im Wesentlichen chemisch-geordnete FePt-Legierung ist in ihrer Massenform als flächenzentriertes tetragonales (FCT) L1₀ -geordnetes Phasenmaterial (auch CuAu-Material genannt) bekannt. Die c-Achse der L1₀-Phase ist die einfache Magnetisierungsachse und ist senkrecht zu dem Plattensubstrat ausgerichtet. Die im Wesentlichen chemisch geordnete FePt-Legierung kann auch eine pseudobinäre Legierung sein, die auf der FePt L1₀-Phase basiert, z. B. (Fe_(y)Pt_(100-y))-X, wobei y zwischen etwa 45 und 55 Atomprozent liegt und das Element X eines oder mehrere von Ni, Au, Cu, Pd, Mn und Ag sein kann und im Bereich zwischen etwa 0 % bis etwa 20 % Atomprozent vorhanden sein kann. Während die pseudobinäre Legierung im Allgemeinen eine ähnliche hohe Anisotropie wie die binäre Legierung FePt aufweist, ermöglicht es eine zusätzliche Kontrolle über die magnetischen und anderen Eigenschaften der RL. Zum Beispiel verbessert Ag die Bildung der L1₀-Phase und Cu reduziert die Curie-Temperatur. Während die HAMR-Medien gemäß Ausführungsformen der Erfindung mit einer FePt-RL beschrieben werden, sind Ausführungsformen der Erfindung auch vollständig auf Medien mit einer CoPt- (oder einer pseudobinären CoPt-X-Legierung basierend auf der CoPt-L1₀-Phase) RL anwendbar.
Auf L1₀-Phasen basierte körnige dünne FePt-Filme weisen eine starke senkrechte Anisotropie auf, die möglicherweise zu kleinen thermisch stabilen Körnern für Ultrahochdichte-Magnetaufzeichnung führt. Zur Herstellung von kleinkörnigem FePt-L1₀-Medien kann als integraler Teil der magnetischen Aufzeichnungsschicht eine Form von Trennmittel zum Trennen von Körnern verwendet werden. Somit schließt in den HAMR-Medien die RL 31 üblicherweise auch ein Trennmittel wie eines oder mehrere von C, SiO₂, TiO₂, TaO_x, ZrO₂, SiC, SiN, TiC, TiN, B, BC oder BN ein, das sich zwischen den FePt-Körnern bildet und die Korngröße reduziert. Während 3 die RL 31 als eine einzelne Magnetschicht darstellt, kann die Aufzeichnungsschicht eine Mehrfachschicht sein, zum Beispiel mehrere gestapelte FePt-Teilschichten, jeweils mit einem anderen Trennmittel, wie in US 9,406,329 B1 beschrieben, das dem gleichen Anmelder wie diese Anmeldung zugeordnet ist.
Die FePt-RL wird aufgespritzt, üblicherweise auf eine Dicke zwischen etwa 4 bis 15 nm, während das Plattensubstrat 201 bei einer erhöhten Temperatur, zum Beispiel zwischen etwa 500 und 700 °C, gehalten wird. Die FePt-RL kann von einem einzelnen Verbundziel mit im Allgemeinen gleichen Atommengen von Fe und Pt und mit den gewünschten Mengen an X-Additiven und Trennmittel aufgespritzt oder von separaten Zielen zusammen aufgespritzt werden.
Eine optionale Deckschicht 212, wie ein dünner Film von Co, kann auf der RL 31 ausgebildet sein. Ein schützender Überzug (OC) 36 wird auf der RL 31 (oder auf der optionalen Deckschicht 212) abgeschieden, üblicherweise mit einer Dicke zwischen etwa 1-5 nm. OC 36 ist vorzugsweise eine Schicht aus amorphem diamantähnlichem Kohlenstoff (DLC). Der DLC kann auch hydriert und/oder stickstoffhaltig sein, wie im Stand der Technik bekannt ist. Die fertiggestellten Platte wird mit flüssigem Schmiermittel 38 wie ein Perfluorpolyether (PFPE) auf dem OC 36 beschichtet.
4 ist eine Schnittansicht einer HAMR-Platte nach einer Ausführungsform der Erfindung, die die optisch koppelnde Mehrfachschicht 300 zwischen der Keim-Wärmesperrschicht 210 und der Wärmesenkeschicht 206 zeigt. In 4 ist die optionale SUL-Schicht weggelassen. Die Keim-Wärmesperrschicht 210 ist vorzugsweise MgO oder MTO. Die Mehrfachschicht 300 umfasst abwechselnde Schichten eines nicht plasmonischen Materials 302 und eines plasmonischen Materials 304. Jede Schicht 302, 304 weist eine Dicke im Bereich von 0,5-2 nm auf und die Gesamtdicke der Mehrfachschicht 300 liegt vorzugsweise im Bereich von 3-20 nm.
5 ist eine Schnittansicht einer HAMR-Platte nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die die optisch koppelnde Mehrfachschicht 300 einer ersten Keim-Wärmesperrschicht 220 und einer zweiten Keim-Wärmesperrschicht 230 zeigt. Jeder der Filme 220, 230 kann aus MgO oder MTO gebildet sein.
Tabelle 1 unten listet verschiedene Metalle und Metalllegierungen auf, die für die Schichten 302 und 304 mit ihren entsprechenden Werten n und k bei einer Wellenlänge von 830 nm verwendet werden können. Außerdem können verschiedene Metallnitride wie CrN, VN, WN, MoN als nicht plasmonische Materialien geeignet sein, da sie eine Gitterkonstante wie Au und Ag aufweisen und eine thermische Massen-Leitfähigkeit aufweisen. Tabelle 1

Plasmonisch n k

Au 0,1 5,3

Ag 0,1 5,0

Cu 0,3 5,3

Rh 2,8 7,0

Nicht-plasmonisch

RU₅₀Al₅₀ 4,3 4,4

Ni₅₀Ta₅₀ 3,9 4,0

Cr₅₀Ta₅₀ 4,3 4,4
Die Mehrfachschicht 300 besteht aus abwechselnden dünnen plasmonischen Schichten, die durch dünnes nicht-plasmonisches Material getrennt sind. Die Dicke jeder einzelnen Schicht ist klein im Verhältnis zur mittleren freien Weglänge der Elektronen jedes Materials, was ihre Wärmeleitfähigkeit erheblich senkt. Infolgedessen weist die Mehrfachschicht 300 eine niedrige Wärmeleitfähigkeit in der Ebene (TC_IP) auf, vorzugsweise von weniger als etwa 20 W/mK, und fungiert somit nicht als Wärmesenkeschicht. Aus diesem Grund ist die Wärmesenkeschicht 206 unter der Mehrfachschicht 300 erforderlich und kann aus einem der bekannten Wärmesenkematerialien gebildet werden, einschließlich Cr, W, Mo, Ru, Rh, Au, Ag oder Cu und deren Legierungen. Cr, W und Mo und deren Legierungen sind jedoch bevorzugt, da sie beim Glühen nicht aufrauen. 6 ist eine Tabelle, die die gemessene TC_IP für RuAI/Au- und RuAI/Rh-Mehrfachschichten verschiedener Dicken und die Anzahl von Wiederholungen der abwechselnden Schichten aufführt, die auf einem Glassubstrat mit einer 2 nm dünnen Au- oder Rh-Kappe ausgebildet sind, um die Oxidation der Mehrfachschicht zu verhindern. Die RuAI/Au-Mehrfachschichten weisen eine TC_IP um 20 W/mK auf. Die RuAI/Rh-Mehrfachschichten weisen eine TC_IP um 10 W/mK auf. Die Mehrfachschicht 300 weist auch anisotrope Wärmeleitfähigkeiten auf, d. h. die Wärmeleitfähigkeit außerhalb der Ebene (TC_OP) ist niedriger als die TC_IP. Dies entsteht, wenn Wärmeträger, Elektronen und/oder Phononen, auf viele Grenzflächen in der Richtung außerhalb der Ebene treffen, was zu einer erhöhten Streuung und verringerter Leitfähigkeit führt. Die Grenzflächen-Wärmeleitfähigkeit zwischen Metallen liegt üblicherweise im Bereich von 500 MW/m²K bis 4000 MW/m²K, je nach den Materialien und der Qualität der Grenzflächen. Dies führt dazu, dass Mehrfachschichten eine TC_OP im Bereich von 0,5 bis 10 W/mK haben, abhängig von der Wärmeleitfähigkeit und Schichtdicken der Grenzflächen. Basierend auf TC_IP-Messungen wird TC_OP auf etwa 10 W/mK für die RuAI/Au-Mehrfachschichten und auf zwischen 5 und 10 W/mK für die RuAI/Rh-Mehrfachschichten geschätzt. Im Vergleich dazu weist ein herkömmliches Wärmesenkematerial wie Cr eine TC_IP von etwa 40-45 W/mK und eine TC_OP von etwa 40-45 W/mK auf.
Die optische Leistung des HAMR-Mediumstapels kann durch das Verhältnis des thermischen Gradienten TG (Temperaturänderung in der Richtung entlang der Spur) zur erforderlichen Laserleistung (LP), um eine 48-nm-breite Spur zu schreiben, modelliert werden. Je höher das Verhältnis, desto besser ist die optische Effizienz des Mediums. 7 zeigt grafische TG/LP-Daten aus Computermodellierung für RuAl (1 nm)/Au (1 nm) Mehrfachschichten verschiedener Dicken mit TC_IP=20 W/mK und TC_OP = 10 W/mK im Vergleich zu einer einzelnen plasmonischen Au-Schicht verschiedener Dicken. Die Referenz (TG/LP=1) ist für einen Stapel ohne plasmonische Schicht unterhalb der Keim-Wärmesperrschicht. Die 3 nm dicke Mehrfachschicht ist RuAl (1 nm)/Au (1 nm)/RuAI (1 nm)wobei RuAl direkt auf der Wärmesenkeschicht und direkt unter der Keim-Wärmesperrschicht liegt. Die 9 nm dicke Mehrfachschicht ist 4 Wiederholungen der 3 nm dicken Mehrfachschicht. 8 zeigt die gleichen grafischen TG/LP-Daten aus der Computermodellierung wie 7, aber für RuAl (1 nm)/Rh (1 nm) Mehrfachschicht für zwei Fälle, einer, bei dem TC_IP=10 W/mK und TC_OP=5 W/mK ist, und einer, bei dem TC_IP=10 W/mK TC_OP=10 W/mK ist.
Die modellierten Daten für sowohl 7 als auch 8 zeigen die durch den Mehrfachschicht bereitgestellte optische Kopplung, nämlich eine Verbesserung von TG/LP gegenüber der Referenz, wobei die Verbesserung mit der Mehrschichtendicke zunimmt (erhöhte Anzahl an wiederholten Laminierungen). Ähnliche Verbesserungen von TG/LP wurden auch für modellierte Daten für RuAl (2 nm)/Au (2 nm) und RuAl (2 nm)/Au (2 nm) Mehrfachschichten verschiedener Dicken gezeigt. Wie in 7 und 8 gezeigt, nimmt TG/LP mit zunehmender Mehrschichtdicke zu, wobei der bevorzugte Dickenbereich zwischen etwa 3-20 nm liegt.
Während die vorliegende Erfindung besonders unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, versteht es sich für den Fachmann, dass verschiedene Änderungen in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend ist die offenbarte Erfindung lediglich als veranschaulichend und im Schutzumfang nur wie in den beiliegenden Ansprüchen angegeben eingeschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 17/395820 [0001]
US 8605555 B1 [0020]
US 9558777 B2 [0020]

Claims

Wärmeunterstütztes magnetisches Aufzeichnungsmedium, umfassend: ein Substrat; eine Wärmesenkeschicht auf dem Substrat; eine magnetische Aufzeichnungsschicht, die eine chemisch geordnete Legierung umfasst, die aus einer FePt-Legierung und einer CoPt-Legierung ausgewählt ist; eine Keim-Wärmesperrschicht für die Aufzeichnungsschicht, wobei die Aufzeichnungsschicht auf und in Kontakt mit der Keim-Wärmesperrschicht ist; und eine Mehrfachschicht, die abwechselnde Schichten eines plasmonischen Materials und eines nicht plasmonischen Materials umfasst, wobei sich die Mehrfachschicht zwischen der Wärmesenkeschicht und der Keim-Wärmesperrschicht befindet.
Medium nach Anspruch 1, wobei das plasmonische Material aus Au, Ag, Cu und Rh ausgewählt ist.
Medium nach Anspruch 1, wobei das nicht plasmonische Material aus einer RuAI-Legierung, einer NiTa-Legierung, einer CrTa-Legierung und einem Nitrid von Cr, V, W oder Mo ausgewählt ist.
Medium nach Anspruch 1, wobei jede der Schichten aus plasmonischem und nicht-plasmonischem Material eine Dicke von mehr als oder gleich 0,5 nm und weniger als oder gleich 2 nm aufweist.
Medium nach Anspruch 1, wobei die Mehrfachschicht eine Dicke von mehr als oder gleich 3 nm und weniger als oder gleich 20 nm aufweist.
Medium nach Anspruch 1, wobei die Wärmesenkeschicht aus Material gebildet ist, das aus Cr, W, Mo und deren Legierungen ausgewählt ist.
Medium nach Anspruch 1, wobei die Keim-Wärmesperrschicht aus MgO und MTO ausgewählt ist.
Medium nach Anspruch 1, wobei eine Schicht aus nicht-plasmonischem Material in der Mehrfachschicht auf und in Kontakt mit der Wärmesenkeschicht ist.
Medium nach Anspruch 1, wobei die magnetische Aufzeichnungsschicht ferner eine im Wesentlichen chemisch geordnete Legierung, umfassend Pt und ein Element, das aus Fe und Co ausgewählt ist, und ein Trennmittel umfasst, das aus einem oder mehreren von C, SiO₂, TiO₂, TaO_x, ZrO₂, SiC, SiN, TiC, TiN, B, BC und BN ausgewählt ist.
Medium nach Anspruch 1, wobei die Mehrfachschicht auf und in Kontakt mit der Wärmesenkeschicht ist und die Keim-Wärmesperrschicht auf und in Kontakt mit der Mehrfachschicht ist.
Medium nach Anspruch 1, wobei die Keim-Wärmesperrschicht erste und zweite Filme umfasst, wobei die Mehrfachschicht zwischen dem ersten und zweiten Film liegt, wobei der erste Film auf und in Kontakt mit der Wärmesenkeschicht ist, wobei der zweite Film auf und in Kontakt mit der Mehrfachschicht ist und die Aufzeichnungsschicht auf und in Kontakt mit dem zweiten Film ist.
Medium nach Anspruch 11, wobei jeder des ersten und zweiten Keim-Wärmesperrschichtfilms aus MgO und MTO ausgewählt ist.
Medium nach Anspruch 11, wobei das plasmonische Material aus Au, Ag, Cu und Rh ausgewählt ist und das nicht plasmonische Material aus einer RuAI-Legierung, einer NiTa-Legierung, einer CrTa-Legierung und einem Nitrid von Cr, V, W oder Mo ausgewählt ist.
Wärmeunterstütztes magnetisches Aufzeichnungs-Laufinierk (HAMR-Laufwerk), umfassend: das Medium nach Anspruch 1, wobei das Medium eine drehbare HAMR-Platte ist; und einen Träger, der in der Nähe der magnetischen Aufzeichnungsschicht der Platte gehalten wird und einen Nahfeldwandler trägt.
Wärmeunterstützte magnetische Aufzeichnungsplatte (HAMR-Platte), umfassend: ein Plattensubstrat; eine Wärmesenkeschicht auf dem Substrat; eine Mehrfachschicht, umfassend abwechselnde Schichten aus einem plasmonischen Material und einem nicht plasmonischen Material auf der Wärmesenkeschicht, wobei das plasmonische Material aus Au, Ag, Cu und Rh ausgewählt ist und das nicht plasmonische Material aus einer RuAI-Legierung, einer NiTa-Legierung, einer CrTa-Legierung und einem Nitrid von Cr, V, W oder Mo ausgewählt ist; eine Keim-Wärmesperrschicht, ausgewählt aus MgO und MTO, die auf und in Kontakt mit der Mehrfachschicht liegt; und eine magnetische Aufzeichnungsschicht, die eine chemisch geordnete Legierung umfasst, die aus einer FePt-Legierung und einer CoPt-Legierung ausgewählt ist und auf und in Kontakt mit der Keim-Wärmesperrschicht liegt.
Platte nach Anspruch 15, wobei jede der Schichten aus plasmonischem und nicht-plasmonischem Material eine Dicke von mehr als oder gleich 0,5 nm und weniger als oder gleich 2 nm aufweist und wobei die Mehrfachschicht eine Dicke von mehr als oder gleich 3 nm und weniger als oder gleich 20 nm aufweist.
Wärmeunterstütztes magnetisches Aufzeichnungs-Laufwerk (HAMR-Laufwerk), umfassend: die Platte nach Anspruch 15; und ein gasgelagertes Gleitstück, das in der Nähe der magnetischen Aufzeichnungsschicht der Platte gehalten wird und einen Nahfeldwandler trägt.
Wärmeunterstützte magnetische Aufzeichnungsplatte (HAMR-Platte), umfassend: ein Plattensubstrat; eine Wärmesenkeschicht auf dem Substrat; einen ersten Keim-Wärmesperrfilm, der aus MgO und MTO ausgewählt ist, auf der Wärmesenkeschicht; eine Mehrfachschicht, umfassend abwechselnde Schichten aus einem plasmonischen Material und einem nicht plasmonischen Material auf dem ersten Keim-Wärmefilm, wobei das plasmonische Material aus Au, Ag, Cu und Rh ausgewählt ist und das nicht plasmonische Material aus einer RuAI-Legierung, einer NiTa-Legierung, einer CrTa-Legierung und einem Nitrid von Cr, V, W oder Mo ausgewählt ist; einen zweiten Keim-Wärmesperrfilm, ausgewählt aus MgO und MTO, auf und in Kontakt mit der Mehrfachschicht; und eine magnetische Aufzeichnungsschicht, die eine chemisch geordnete Legierung umfasst, die aus einer FePt-Legierung und einer CoPt-Legierung ausgewählt ist, auf und in Kontakt mit dem zweiten Keim-Wärmesperrfilm.
Platte nach Anspruch 18, wobei jede der Schichten aus plasmonischem und nicht-plasmonischem Material eine Dicke von mehr als oder gleich 0,5 nm und weniger als oder gleich 2 nm aufweist und wobei die Mehrfachschicht eine Dicke von mehr als oder gleich 3 nm und weniger als oder gleich 15 nm aufweist.
Wärmeunterstütztes magnetisches Aufzeichnungs-Laufwerk (HAMR-Laufwerk), umfassend: die Platte nach Anspruch 18 und ein gasgelagertes Gleitstück, das in der Nähe der magnetischen Aufzeichnungsschicht der Platte gehalten wird und einen Nahfeldwandler trägt.