DE60014974T2

DE60014974T2 - Magnetisches Aufzeichnungsmittel

Info

Publication number: DE60014974T2
Application number: DE60014974T
Authority: DE
Inventors: E. Noel Kawasaki-shi Kanagawa Abarra; Iwao Kawasaki-shi Kanagawa Okamoto; Yoshifumi Kawasaki-shi Kanagawa Mizoshita; Yuki Kawasaki-shi Kanagawa Yoshida; Hisashi Kawasaki-shi Kanagawa Umeda; Masaya Kawasaki-shi Kanagawa Suzuki; Hideyuki Kawasaki-shi Kanagawa Akimoto; Hisateru Kawasaki-shi Kanagawa Sato; Isatake Kawasaki-shi Kanagawa Kaitsu
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1999-06-08
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2020-05-27
Also published as: EP1059629A2; EP1302933B1; KR20010007285A; EP1059629B1; KR100630583B1; DE60006186D1; DE60006186T2; EP1302932A1; EP1302932B1; EP1302931A1; EP1302933A1; EP1059629A3; DE60013651D1; DE60013651T2; DE60014974D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen magnetische Aufzeichnungsmedien und im besonderen, ein magnetische Aufzeichnungsmedien, die zur Aufzeichnung mit hoher Dichte geeignet sind.
Die Aufzeichnungsdichte von magnetischen Longitudinalaufzeichnungsmedien, wie etwa von Magnetplatten, ist auf Grund der Reduzierung des Rauschens des Mediums und der Entwicklung von magnetoresistiven und hochempfindlichen Spin-Valve-Köpfen beträchtlich erhöht worden. Ein typisches magnetisches Aufzeichnungsmedium umfaßt ein Substrat, eine Unterschicht, eine magnetische Schicht und eine Schutzschicht, die in dieser Reihenfolge sukzessive gestapelt sind. Die Unterschicht wird aus Cr oder einer Legierung auf Cr-Basis hergestellt, und die magnetische Schicht wird aus einer Legierung auf Co-Basis hergestellt.
Verschiedene Verfahren sind vorgeschlagen worden, um das Rauschen des Mediums zu verringern. Zum Beispiel wird bei Okamoto et al.: "Rigid Disk Medium For 5 Gbit/in² Recording", AB-3, Intermag '96 Digest, das Verringern der Korngröße und der Größenverteilung der magnetischen Schicht durch Reduzieren der Dicke der magnetischen Schicht durch die zweckmäßige Verwendung einer Unterschicht aus CrMo vorgeschlagen, und das US-Patent Nr. 5,693,426 schlägt die Verwendung einer Unterschicht aus NiAl vor. Ferner wird beispielsweise bei Hosoe et al.: "Experimental Study of Thermal Decay in High-Density Magnetic Recording Media", IEEE Trans. Magn. Bd. 33, 1528 (1997), die Verwendung einer Unterschicht aus CrTiB vorgeschlagen. Die oben beschriebenen Unterschichten unterstützen auch die Orientierung der c-Achse der magnetischen Schicht in einer Ebene, wodurch die remanente Magnetisierung und die thermische Stabilität von geschriebenen Bits zunimmt. Zusätzlich sind Vorschläge zum Reduzieren der Dicke der magnetischen Schicht gemacht worden, um die Auflösung zu erhöhen oder die Übergangsbreite zwischen geschriebenen Bits zu verringern. Weiterhin sind Vorschläge zum Verringern der Austauschkopplung zwischen Körnern durch das Unterstützen der Segregation von mehr Cr in der magnetischen Schicht gemacht worden, die aus einer Legierung auf CoCr-Basis ist.
Wenn die Körner der magnetischen Schicht jedoch kleiner werden und magnetisch mehr voneinander isoliert sind, werden die geschriebenen Bits auf Grund von thermischer Aktivierung und von Entmagnetisierungsfeldern, die mit der linearen Dichte zunehmen, jedoch instabil. Lu et al.: "Thermal Instability at 10 Gbit/in² Magnetic Recording", IEEE Trans. Magn. Vol. 30, 4230 (1994), demonstrierte durch mikromagnetische Simulation, daß austauschentkoppelte Körner mit einem Durchmesser von 10 nm und einem Verhältnis K_uV/k_BT⁓60 in 400 kfci Dibits gegenüber einem signifikanten thermischen Abfall anfällig sind, wobei K_u die magnetische Anisotropiekonstante bezeichnet, V das durchschnittliche magnetische Kornvolumen bezeichnet, k_B die Boltzmann-Konstante bezeichnet und T die Temperatur bezeichnet. Das Verhältnis K_uV/k_BT wird auch als thermischer Stabilitätsfaktor bezeichnet.
Bei Abarra et al.: "Thermal Stability of Narrow Track Bits in 5 Gbit/in² Medium", IEEE Trans. Magn. Bd. 33, 2995 (1997), ist berichtet worden, daß das Vorhandensein einer intergranularen Austauschwechselwirkung geschriebene Bits stabilisiert, laut MFM-Studien von 200 kfci annealten Bits auf einem CoCrPtTa/CrMo-Medium mit 5 Gbit/Zoll². Eine größere Kornentkopplung ist jedoch für Aufzeichnungsdichten von 20 Gbit/Zoll² oder höher wichtig.
Die naheliegende Lösung war das Erhöhen der magnetischen Anisotropie der magnetischen Schicht. Leider stellt die erhöhte magnetische Anisotropie aber hohe Anforderungen an das Kopfschreibfeld, wodurch die "Überschreib"-Leistung gemindert wird, die das Vermögen zum Überschreiben von zuvor geschriebenen Daten darstellt.
Zusätzlich nimmt die Koerzitivkraft von thermisch instabilen magnetischen Aufzeichnungsmedien mit abnehmender Schaltzeit rapide zu, wie es bei He et al.: "High Speed Switching in Magnetic Recording Media", J. Magn. Magn. Mater. Bd. 155, 6 (1996), für magnetische Bandmedien und bei J. H. Richter: "Dynamic Coervicity Effects in Thin Film Media", IEEE Trans. Magn. Bd. 34, 1540 (1997), für magnetische Plattenmedien beschrieben wurde. Demzufolge wirken sich die nachteiligen Effekte auf die Datenrate aus, das heißt, wie schnell Daten auf die magnetische Schicht geschrieben werden können, und auf das Ausmaß des Kopffeldes, das zum Umkehren der magnetischen Körner erforderlich ist.
Andererseits wird durch ein anderes vorgeschlagenes Verfahren zum Verbessern der thermischen Stabilität das Orientierungsverhältnis der magnetischen Schicht durch geeignetes Texturieren des Substrates unter der magnetischen Schicht erhöht. Zum Beispiel berichtet Akimoto et al.: "Relationship Between Magnetic Circumferential Orientation and Magnetic Thermal Stability", J. Magn. Magn. Bd. 193, S. 240-242 (1999), in der Presse, daß bei mikromagnetischer Simulation das effektive Verhältnis K_uV/k_BT durch eine leichte Erhöhung des Orientierungsverhältnisses verstärkt wird. Dies führt ferner zu einer schwächeren Zeitabhängigkeit bei der Koerzitivkraft, wodurch die Überschreibleistung des magnetischen Aufzeichnungsmediums verbessert wird, wie es bei Abarra et al.: "The Effect of Orientation Ratio on the Dynamic Coercivity of Media for >15 Gbit/in² Recording", IEEE Trans. Magn. Bd. 35, S. 2709–2711, 1999 beschrieben wird.
Weiterhin sind magnetische Aufzeichnungsmedien mit Keepered-Media-Technologie zur Verbesserung der thermischen Stabilität vorgeschlagen worden. Die sogenannte Keeper- Schicht ist aus einer magnetisch weichen Schicht gebildet, die zu der magnetischen Schicht parallel ist. Diese weiche Schicht kann über oder unter der magnetischen Schicht angeordnet sein. Oft ist eine Cr-Isolierschicht zwischen der weichen Schicht und der magnetischen Schicht angeordnet. Die weiche Schicht reduziert die Entmagnetisierungsfelder in geschriebenen Bits auf der magnetischen Schicht. Das Koppeln der magnetischen Schicht mit einer kontinuierlich austauschgekoppelten weichen Schicht macht jedoch den Zweck des Entkoppelns der Körner der magnetischen Schicht zunichte. Als Resultat nimmt das Rauschen des Mediums zu.
Verschiedene Verfahren sind zum Verbessern der thermischen Stabilität und zum Reduzieren des Rauschens des Mediums vorgeschlagen worden. Die vorgeschlagenen Verfahren bieten jedoch keine beträchtliche Verbesserung der thermischen Stabilität von geschriebenen Bits, wodurch es schwierig wird, das Rauschen des Mediums deutlich zu reduzieren. Zusätzlich kommt es bei einigen der vorgeschlagenen Verfahren zu nachteiligen Auswirkungen auf die Leistung des magnetischen Aufzeichnungsmediums auf Grund der Maßnahmen, die zum Reduzieren des Rauschens des Mediums ergriffen wurden.
Um eine thermisch stabile Leistung des magnetischen Aufzeichnungsmediums zu erhalten, ist es im besonderen denkbar, (i) die magnetische Anisotropiekonstante K_u zu erhöhen, (ii) die Temperatur T zu verringern oder (iii) das Kornvolumen V der magnetischen Schicht zu erhöhen. Durch die Maßnahme (i) wird jedoch die Koerzitivkraft erhöht, wodurch es schwieriger wird, Informationen auf die magnetische Schicht zu schreiben. Des weiteren ist die Maßnahme (ii) unpraktikabel, da die Betriebstemperatur zum Beispiel in Magnetplattenlaufwerken größer als 60 °C werden kann. Ferner wird durch die Maßnahme (iii) das Rauschen des Mediums vergrößert, wie oben beschrieben. Als Alternative zur Maßnahme (iii) ist es denkbar, die Dicke der magnetischen Schicht zu vergrößern, aber dies würde zur Verschlechterung der Auflösung führen.
Daher ist es wünschenswert, ein magnetisches Aufzeichnungsmedium vorzusehen, durch das die thermische Stabilität von geschriebenen Bits verbessert werden kann, ohne das Rauschen des Mediums zu vergrößern, um eine zuverlässige Aufzeichnung mit hoher Dichte zu ermöglichen, ohne nachteilige Auswirkungen auf die Leistung des magnetischen Aufzeichnungsmediums zu bewirken, wodurch die magnetische Anisotropie unnötig erhöht wird.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen ein magnetisches Aufzeichnungsmedium mit wenigstens eine Austauschschichtstruktur und eine magnetische Schicht, die auf der Austauschschichtstruktur vorgesehen ist, wobei die Austauschschichtstruktur eine ferromagnetische Schicht und eine nichtmagnetische Kopplungsschicht umfaßt, die auf der ferromagnetischen Schicht vorgesehen ist; und eine magnetische Verbindungsschicht, die zwischen der ferromagnetischen Schicht und der nichtmagnetischen Kopplungsschicht und/oder zwischen der nichtmagnetischen Kopplungsschicht und der magnetischen Schicht vorgesehen ist, welche magnetische Verbindungsschicht eine Magnetisierungsrichtung parallel zu der ferromagnetischen Schicht und der magnetischen Schicht hat, welche ferromagnetische Schicht und magnetische Schicht austauschgekoppelt sind und antiparallele Magnetisierungen haben.
US-A-5851643 offenbart ein magnetisches Aufzeichnungsmedium mit einem magnetischen Film aus wenigstens zwei Schichten, die mittels einer nichtmagnetischen Zwischenschicht gestapelt sind. Der magnetische Film ist auf einer Struktursteuerungsunterschicht gebildet, die auf einem nichtmagnetischen Substrat angeordnet ist. Anders als bei der vorliegenden Erfindung haben die zwei magnetischen Schichten jedoch keine antiparallelen Magnetisierungen.
Bezugnehmend auf die ältere Britsche Patentanmeldung No. 0015023.5 hat die Anmelderin freiwillig den Schutz der vorliegenden Anmeldung in Bezug auf das Vereinigte Königreich durch Einreichen separater Ansprüche beschränkt.
Als Beispiel wird nun Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen, in denen:
1 eine Querschnittsansicht ist, die einen wichtigen Teil einer ersten Ausführungsform des magnetischen Aufzeichnungsmediums gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine Querschnittsansicht ist, die einen wichtigen Teil einer zweiten Ausführungsform des magnetischen Aufzeichnungsmediums gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ein Diagramm ist, das eine in-plane-Magnetisierungskurve einer einzelnen CoPt-Schicht mit einer Dicke von 10 nm auf einem Si-Substrat zeigt;
4 ein Diagramm ist, das eine in-plane-Magnetisierungskurve von zwei CoPt-Schichten zeigt, die durch eine Ru-Schicht mit einer Dicke von 0,8 nm getrennt sind;
5 ein Diagramm ist, das eine in-plane-Magnetisierungskurve von zwei CoPt-Schichten zeigt, die durch eine Ru-Schicht mit einer Dicke von 1,4 nm getrennt sind;
6 ein Diagramm ist, das eine in-plane-Magnetisierungskurve von zwei CoCrPt-Schichten zeigt, die durch eine Ru-Schicht mit einer Dicke von 0,8 nm getrennt sind;
7 eine Querschnittsansicht ist, die einen wichtigen Teil einer Ausführungsform der magnetischen Speichervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 eine Draufsicht ist, die den wichtigen Teil der magnetischen Speichervorrichtung zeigt;
9 ein Diagramm ist, das eine in-plane-Magnetisierungskurve für ein magnetisches Aufzeichnungsmedium zeigt, das eine einzelne CoCrPtB-Schicht hat, die auf einer NiAl-Schicht auf Glas gewachsen ist;
10 ein Diagramm ist, das eine in-plane-Magnetisierungskurve für ein magnetisches Aufzeichnungsmedium zeigt, das zwei ferromagnetische Schichten aus CoCrPtB, die durch eine Ru-Schicht mit einer Dicke von 0,8 nm getrennt sind, auf einem mit NiP beschichteten Al-Mg-Substrat hat;
11 ein Diagramm ist, das eine in-plane-Magnetisierungskurve für ein magnetisches Aufzeichnungsmedium zeigt, das zwei ferromagnetische Schichten aus CoCrPtB, die durch eine Ru-Schicht getrennt sind, auf einem mit NiP beschichteten Al-Substrat hat;
12 ein Diagramm ist, das eine in-plane-Magnetisierungskurve für ein magnetisches Aufzeichnungsmedium zeigt, das drei ferromagnetische Schichten aus CoCrPtB, die durch eine Ru-Schicht zwischen jeweils zwei benachbarten CoCrPtB-Schichten getrennt sind, auf einem mit NiP beschichteten Al-Substrat hat;
13 ein Diagramm ist, das eine in-plane-Magnetisierungskurve für ein magnetisches Aufzeichnungsmedium zeigt, das zwei negativ gekoppelte ferromagnetische Schichten aus CoCrPtB, die durch eine Ru-Schicht getrennt sind, auf einem mit NiAl beschichteten Glassubstrat hat;
14 ein Diagramm ist, das eine in-plane-Magnetisierungskurve von 13 im Vergleich zu einem magnetischen Aufzeichnungsmedium zeigt, das eine einzelne ferromagnetische Schicht aus CoCrPtB auf einem mit NiAl beschichteten Glassubstrat hat;
15 ein Diagramm ist, das Signalabfälle der magnetischen Aufzeichnungsmedien, die zwei und drei ferromagnetische Schichten haben, im Vergleich zu einem Signalabfall des magnetischen Aufzeichnungsmediums zeigt, das die einzelne ferromagnetische Schicht hat;
16 ein Diagramm ist, das M-H-Kurven des magnetischen Aufzeichnungsmediums mit den zwei negativ gekoppelten ferromagnetischen Schichten bei verschiedenen Temperaturen zeigt;
17 ein Diagramm ist, das die Temperaturabhängigkeit der Koerzitivkraft bei dem magnetischen Aufzeichnungsmedium zeigt, das die in 16 gezeigten Charakteristiken hat;
18 ein Diagramm ist, das die PW50-Abhängigkeit von der effektiven und gesamten ferromagnetischen Schichtdicke der magnetischen Aufzeichnungsmedien zeigt, die eine, zwei und drei ferromagnetische Schichten haben;
19 ein Diagramm ist, das die Abhängigkeit der Veränderung eines Einzelwellen-Medien-SNR von der effektiven Dicke zeigt;
20 ein Diagramm ist, das den allgemeinen Aufbau einer Produktionsvorrichtung für magnetische Aufzeichnungsmedien zeigt;
21 ein Diagramm ist, das die Abhängigkeit der Einzelwellenausgabe von der Dicke der magnetischen Schicht zeigt;
22 ein Diagramm ist, das die Temperaturabhängigkeit des Hochfrequenz-SNR zeigt;
23 ein Diagramm ist, das eine Beziehung des Einzelwellen-Medien-SNR SiSo/Nm und der Sputterrate von Ru zeigt;
24 eine Querschnittsansicht ist, die einen wichtigen Teil einer Ausführungsform des magnetischen Aufzeichnungsmediums gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
25 ein Diagramm ist, das zur Erklärung der inplane-Charakteristiken von zwei CoCr-basierten, durch Ru getrennten Legierungsschichten dient.
S.P. Parkin: "Systematic Variation of the Strength and Oscillation Period of Indirect Magnetic Exchange Coupling through the 3d, 4d, and 5d Transition Metals", Phys. Rev. Lett. Bd. 67, 3598 (1991), beschreibt verschiedene magnetische Übergangsmetalle, wie etwa Co, Fe und Ni, die durch dünne nichtmagnetische Zwischenschichten zum Beispiel aus Ru und Rh gekoppelt sind. Andererseits schlägt das US-Patent Nr. 5,701,223 eine Spin-Valve-Struktur vor, in der die oben beschriebenen Schichten als laminierte festigende Schichten zum Stabilisieren des Sensors Einsatz finden.
Bei einer besonderen Dicke der Ru- oder Ir-Schicht zwischen zwei ferromagnetischen Schichten können die Magnetisierungen parallel oder antiparallel sein. Bei einer Struktur, die zum Beispiel aus zwei ferromagnetischen Schichten mit verschiedener Dicke und antiparallelen Magnetisierungen gebildet ist, kann die effektive Korngröße eines magnetischen Aufzeichnungsmediums vergrößert werden, ohne die Auflösung signifikant zu beeinflussen. Eine Signalamplitude, die von solch einem magnetischen Aufzeichnungsmedium wiedergegeben wird, wird auf Grund der entgegengesetzten Magnetisierungen verkleinert, aber diese kann durch das Hinzufügen einer anderen Schicht mit geeigneter Dicke und Magnetisierungsrichtung, unter der laminierten Magnetschichtstruktur, berichtigt werden, um dadurch die Wirkung von einer der Schichten zu unterdrücken. Als Resultat ist es möglich, die Signalamplitude zu vergrößern, die von dem magnetischen Aufzeichnungsmedium wiedergegeben wird, und auch das effektive Kornvolumen zu erhöhen. Deshalb können thermisch stabile geschriebene Bits realisiert werden.
Die vorliegende Erfindung erhöht die thermische Stabilität von geschriebenen Bits durch Austauschkopplung der magnetischen Schicht mit einer anderen ferromagnetischen Schicht mit einer entgegengesetzten Magnetisierung oder durch eine laminierte ferrimagnetische Struktur. Die ferromagnetische Schicht oder die laminierte ferrimagnetische Struktur ist aus austauschentkoppelten Körnern als magnetische Schicht gebildet. Mit anderen Worten, bei der vorliegenden Erfindung kommt eine festigende (pinning) ferromagnetische Austauschschicht oder eine ferrimagnetische Mehrfachschicht zum Einsatz; um die thermische Stabilitätsleistung des magnetischen Aufzeichnungsmediums zu verbessern.
1 ist eine Querschnittsansicht, die einen wichtigen Teil eines magnetischen Aufzeichnungsmediums zeigt, das nicht die Erfindung zeigt jedoch zu deren Verständnis nützlich ist.
Das magnetische Aufzeichnungsmedium enthält ein nichtmagnetisches Substrat 1, eine erste Keimschicht 2, eine NiP-Schicht 3, eine zweite Keimschicht 4, eine Unterschicht 5, eine nichtmagnetische Zwischenschicht 6, eine ferromagnetische Schicht 7, eine nichtmagnetische Kopplungsschicht 8, eine magnetische Schicht 9, eine Schutzschicht 10 und eine Schmierschicht 11, die in der in 1 gezeigten Reihenfolge gestapelt sind.
Das nichtmagnetische Substrat 1 ist zum Beispiel aus Al, einer Al-Legierung oder aus Glas. Dieses nichtmagnetische Substrat 1 kann mechanisch texturiert sein oder auch nicht. Die erste Keimschicht 2 ist zum Beispiel aus Cr oder Ti, besonders in dem Fall, wenn das nichtmagnetische Substrat 1 aus Glas ist. Die NiP-Schicht 3 wird vorzugsweise oxidiert und kann mechanisch texturiert sein oder auch nicht. Die zweite Keimschicht 4 ist vorgesehen, um eine (001) oder eine (112) Textur der Unterschicht 5 zu unterstützen, wenn eine B2-Struktur-Legierung wie beispielsweise NiAl und FeAl für die Unterschicht 5 verwendet wird. Die zweite Keimschicht 4 ist aus einem geeigneten Material, das jenem der ersten Keimschicht 2 ähnlich ist.
In dem Fall, wenn das magnetische Aufzeichnungsmedium eine Magnetplatte ist, wird die mechanische Texturierung, die auf dem nichtmagnetischen Substrat 1 oder der NiP-Schicht 3 vorgesehen wird, in einer Umfangsrichtung der Platte vorgenommen, das heißt, in einer Richtung, in der sich Spuren der Platte erstrecken.
Die nichtmagnetische Zwischenschicht 6 ist vorgesehen, um die Epitaxie mehr zu unterstützen, die Kornverteilung der magnetischen Schicht 9 einzuengen und die Anisotropieachsen der magnetischen Schicht 9 längs einer Ebene parallel zu der Aufzeichnungsoberfläche des magnetischen Aufzeichnungsmediums zu orientieren. Diese nichtmagnetische Zwischenschicht 6 ist aus einer hcp-Struktur-Legierung wie beispielsweise CoCr-M, wobei M = B, Mo, Nb, Ta, W, Cu oder deren Legierungen entspricht, und hat eine Dicke in einem Bereich zwischen 1 und 5 nm.
Die ferromagnetische Schicht 7 ist aus Co, Ni, Fe, einer Legierung auf Co-Basis, einer Legierung auf Ni-Basis, einer Legierung auf Fe-Basis oder dergleichen gebildet. Mit anderen Worten, Legierungen wie etwa CoCrTa, CoCrPt und CoCrPt-M können für die ferromagnetische Schicht 7 verwendet werden, wobei M = B, Mo, Nb, Ta, W, Cu oder deren Legierungen entspricht. Diese ferromagnetische Schicht 7 hat eine Dicke in einem Bereich zwischen 2 und 10 nm. Die nichtmagnetische Kopplungsschicht 8 ist aus Ru, Ir, Rh, Cr, Cu, einer Legierung auf Ru-Basis, einer Legierung auf Ir-Basis, einer Legierung auf Rh-Basis, einer Legierung auf Cu-Basis, einer Legierung auf Cr-Basis oder dergleichen gebildet. Diese nichtmagnetische Kopplungsschicht 8 hat vorzugsweise eine Dicke in einem Bereich zwischen 0,4 und 1,0 nm zum antiparallelen Koppeln unter Verwendung von Ru, und am besten in der Größenordnung von etwa 0,6 bis 0,8 nm zum antiparallelen Koppeln unter Verwendung von Ru. Bei diesem besonderen Dickenbereich der nichtmagnetischen Kopplungsschicht 8 sind die Magnetisierungen der ferromagnetischen Schicht 7 und der magnetischen Schicht 9 antiparallel. Die ferromagnetische Schicht 7 und die nichtmagnetische Kopplungsschicht 8 bilden eine Austauschschichtstruktur.
Bei einer ferromagnetischen Schicht 7 aus einer Legierung auf Fe-Basis bildet Cr eine bessere nichtmagnetische Kopplungsschicht 8. In diesem Fall hat die nichtmagnetische Cr-Kopplungsschicht 8 eine optimale Dicke von etwa 1,8 nm.
Die magnetische Schicht 9 ist aus Co oder einer Legierung auf Co-Basis wie etwa CoCrTa, CoCrPt und CoCrPt-M gebildet, wobei M = B, Mo, Nb, Ta, w, Cu oder deren Legierungen entspricht.
Die magnetische Schicht 9 hat eine Dicke in einem Bereich zwischen 5 und 30 nm. Natürlich ist die magnetische Schicht 9 nicht auf eine Einzelschichtstruktur begrenzt, und eine mehrschichtige Struktur kann für die magnetische Schicht 9 verwendet werden.
Die Schutzschicht 10 ist zum Beispiel aus C gebildet. Zusätzlich ist die Schmierschicht 11 aus einem organischen Schmierstoff zum Beispiel zur Verwendung mit einem magnetischen Transducer wie etwa einem Spin-Valve-Kopf gebildet. Die Schutzschicht 10 und die Schmierschicht 11 bilden eine Schutzschichtstruktur auf der Aufzeichnungsoberfläche des magnetischen Aufzeichnungsmediums.
Es ist offensichtlich, daß die Schichtstruktur unter der Austauschschichtstruktur nicht auf jene begrenzt ist, die in 1 gezeigt ist. Zum Beispiel kann die Unter schicht 5 aus Cr oder einer Legierung auf Cr-Basis sein und in einer Dicke in einem Bereich zwischen 5 und 40 nm auf dem Substrat 1 gebildet sein, und die Austauschschichtstruktur kann auf dieser Unterschicht 5 vorgesehen sein.
Als nächstes folgt eine Beschreibung eines anderen magnetischen Aufzeichnungsmediums, das nicht die Erfindung verkörpert jedoch für deren Verständnis nützlich ist. In 2 sind jene Teile, die dieselben wie die entsprechenden Teile in 1 sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, und eine Beschreibung derselben wird weggelassen.
Bei diesem magnetischen Aufzeichnungsmedium enthält die Austauschschichtstruktur zwei nichtmagnetische Kopplungsschichten 8 und 8-1 und zwei ferromagnetische Schichten 7 und 7-1, die eine ferromagnetische Mehrfachschicht bilden. Durch diese Anordnung wird die effektive Magnetisierung und das effektive Signal vergrößert, da die Magnetisierungen der zwei nichtmagnetischen Kopplungsschichten 8 und 8-1 einander unterdrücken, statt einen Abschnitt der magnetischen Schicht 9. Als Resultat werden das Kornvolumen und die thermische Stabilität der Magnetisierung der magnetischen Schicht 9 effektiv erhöht. Weitere zweischichtige Strukturen, die aus dem Paar der ferromagnetischen Schicht und der nichtmagnetischen Kopplungsschicht gebildet sind, können zusätzlich vorgesehen sein, um das effektive Kornvolumen zu erhöhen, solange die einfache Magnetisierungsachse bei den danach vorgesehenen Schichten zweckmäßig orientiert ist.
Die ferromagnetische Schicht 7-1 ist aus einem Material gebildet, das jenem der ferromagnetischen Schicht 7 ähnlich ist, und hat einen Dickenbereich, der ähnlich wie bei der ferromagnetischen Schicht 7 selektiert wird. Zusätzlich ist die nichtmagnetische Kopplungsschicht 8-1 aus einem Material gebildet, das jenem der richtmagnetischen Kopplungsschicht 8 ähnlich ist, und hat einen Dickenbereich, der ähnlich wie bei der nichtmagnetischen Kopplungsschicht 8 selektiert wird. Innerhalb der ferromagnetischen Schichten 7-1 und 7 sind die c-Achsen vorzugsweise in-plane und das Kornwachstum kolumnar.
In diesem Beispiel ist die magnetische Anisotropie der ferromagnetischen Schicht 7-1 vorzugsweise höher als jene der ferromagnetischen Schicht 7. Die magnetische Anisotropie der ferromagnetischen Schicht 7-1 kann jedoch dieselbe oder höher als jene der magnetischen Schicht 9 sein.
Weiterhin kann ein Produkt aus der remanenten Magnetisierung und der Dicke der ferromagnetischen Schicht 7 kleiner als bei der ferromagnetischen Schicht 7-1 sein.
3 ist ein Diagramm, das eine in-plane-Magnetisierungskurve einer einzelnen CoPt-Schicht zeigt, die eine Dicke von 10 nm auf einem Si-Substrat hat. In 3 bezeichnet die Ordinate die Magnetisierung (A), und die Abszisse bezeichnet das Magnetfeld (A/m). Herkömmliche magnetische Aufzeichnungsmedien haben ein Verhalten, das jenem ähnlich ist, das in 3 gezeigt ist.
4 ist ein Diagramm, das eine in-plane-Magnetisierungskurve von zwei CoPt-Schichten zeigt, die durch eine Ru-Schicht mit einer Dicke von 0,8 nm getrennt sind, wie im Fall des magnetischen Aufzeichnungsmediums. In 4 bezeichnet die Ordinate die Magnetisierung (Tesla), und die Abszisse bezeichnet das Magnetfeld (A/m). Aus 4 ist ersichtlich, daß die Schleife Verschiebungen nahe dem Magnetfeld aufweist, die auf die antiparallele Kopplung hindeuten.
5 ist ein Diagramm, das eine in-plane-Magnetisierungskurve von zwei CoPt-Schichten zeigt, die durch eine Ru-Schicht mit einer Dicke von 1,4 nm getrennt sind. In 5 bezeichnet die Ordinate die Magnetisierung (A), und die Abszisse bezeichnet das Magnetfeld (A/m). Aus 5 ist er sichtlich, daß die Magnetisierungen der zwei CoPt-Schichten parallel sind.
6 ist ein Diagramm, das eine in-plane-Magnetisierungskurve für zwei CoCrPt-Schichten zeigt, die durch eine Ru-Schicht mit einer Dicke von 0,8 nm getrennt sind, wie im Fall der zweiten Ausführungsform des magnetischen Aufzeichnungsmediums. In 6 bezeichnet die Ordinate die Magnetisierung (emu/cc), und die Abszisse bezeichnet das Feld (Oe). Auch aus 6 ist ersichtlich, daß die Schleife Verschiebungen nahe dem Feld aufweist, die auf die antiparallele Kopplung hindeuten. In 6 und den folgenden Figuren gilt 1 emu/cc = 1,0 E+07 Am^–3 und 10e = 79,58 A/m.
Aus 3 und 4 geht hervor, daß die antiparallele Kopplung durch das Vorsehen der Austauschschichtstruktur erhalten werden kann. Zusätzlich geht aus einem Vergleich von 5 mit 4 und 6 hervor, daß die nichtmagnetische Kopplungsschicht 8 wünschenswerterweise in dem Bereich zwischen 0,4 und 1,0 nm liegt, um die antiparallele Kopplung zu erreichen.
Deshalb ist es möglich, das scheinbare Kornvolumen der magnetischen Schicht durch die Austauschkopplung effektiv zu vergrößern, die zwischen der magnetischen Schicht und der ferromagnetischen Schicht mittels der nichtmagnetischen Kopplungsschicht vorgesehen wird, ohne auf die Auflösung zu verzichten. Mit anderen Worten, die scheinbare Dicke der magnetischen Schicht ist bezüglich des Kornvolumens der magnetischen Schicht erhöht, so daß ein thermisch stabiles Medium erhalten werden kann, und zusätzlich wird die effektive Dicke der magnetischen Schicht beibehalten, da eine Unterdrückung von Signalen speziell von den unteren Schichten erreicht wird. Dies gestattet eine höhere lineare Aufzeichnungsdichte, die bei dicken Medien sonst nicht möglich ist. Als Resultat ist es möglich, ein magnetisches Aufzeich nungsmedium mit reduziertem Medienrauschen und thermisch stabiler Leistung zu erhalten.
Als nächstes folgt unter Bezugnahme auf 7 und 8 eine Beschreibung einer magnetischen Speichervorrichtung. 7 ist eine Querschnittsansicht, die einen wichtigen Teil der magnetischen Speichervorrichtung zeigt, und 8 ist eine Draufsicht, die den wichtigen Teil der magnetischen Speichervorrichtung zeigt.
Die magnetische Speichervorrichtung enthält im allgemeinen, wie in 7 und 8 gezeigt, ein Gehäuse 13. Ein Motor 14, eine Nabe 15, eine Vielzahl von magnetischen Aufzeichnungsmedien 16, eine Vielzahl von Aufzeichnungs- und Wiedergabeköpfen 17, eine Vielzahl von Aufhängungen 18, eine Vielzahl von Armen 19 und eine Betätigereinheit 20 sind innerhalb des Gehäuses 13 vorgesehen. Die magnetischen Aufzeichnungsmedien 16 sind auf die Nabe 15 montiert, die durch den Motor 14 rotiert wird. Der Aufzeichnungs- und Wiedergabekopf 17 ist aus einem Wiedergabekopf wie etwa einem MR- oder GMR-Kopf und aus einem Aufzeichnungskopf wie etwa einem induktiven Kopf gebildet. Jeder Aufzeichnungs- und Wiedergabekopf 17 ist an das vordere Ende eines entsprechenden Arms 19 über die Aufhängung 18 montiert. Die Arme 19 werden durch die Betätigereinheit 20 bewegt. Die Basiskonstruktion dieser magnetischen Speichervorrichtung ist bekannt, und in dieser Beschreibung wird eine eingehende Erläuterung derselben weggelassen.
Diese magnetische Speichervorrichtung ist gekennzeichnet durch die magnetischen Aufzeichnungsmedien 16. Jedes magnetische Aufzeichnungsmedium 16 hat die Struktur des magnetischen Aufzeichnungsmediums, die oben in Verbindung mit 1 und 2 beschrieben wurden. Natürlich ist die Anzahl von magnetischen Aufzeichnungsmedien 16 nicht auf drei begrenzt, und es ist möglich, nur ein, zwei oder vier oder mehr magnetische Aufzeichnungsmedien 16 vorzusehen. Ferner kann jedes magnetische Aufzeichnungsmedium 16 die Struktur von einer der Ausführungsformen des magnetischen Aufzeichnungsmediums haben, die später beschrieben sind.
Die Basiskonstruktion der magnetischen Speichereinheit ist nicht auf jene begrenzt, die in 7 und 8 gezeigt ist. Zusätzlich ist das magnetische Aufzeichnungsmedium, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, nicht auf eine Magnetplatte begrenzt.
In der folgenden Beschreibung werden die ferromagnetische Schicht der Austauschschichtstruktur und die magnetische Schicht auch als ferromagnetische Schichten bezeichnet, die eine Magnetschichtstruktur bilden.
9 ist ein Diagramm, das eine in-plane-Magnetisierungskurve für ein magnetisches Aufzeichnungsmedium zeigt, das eine einzelne Schicht aus CoCrPtB hat, die auf einer NiAl-Schicht auf Glas gewachsen ist. In 9 bezeichnet die Ordinate die Magnetisierung M (emu/cc), und die Abszisse bezeichnet das Magnetfeld H (Oe). Ähnliche M-H-Kurven sind bei einer einzelnen Schicht auf Co-Basis zu verzeichnen, die auf einer Cr-Unterschicht auf einem mit NiP beschichteten Al-Substrat oder auf einem mit NiP beschichteten Glassubstrat gewachsen ist.
Andererseits ist 10 ein Diagramm, das eine inplane-Magnetisierungskurve für ein magnetisches Aufzeichnungsmedium zeigt, das zwei ferromagnetische Schichten aus CoCrPtB hat, die durch eine Ru-Schicht mit einer Dicke von 0,8 nm getrennt sind und auf einem mit NiP beschichteten Al-Mg-Substrat aufgesputtert sind. In 10 bezeichnet die Ordinate die Magnetisierung M (emu/cc), und die Abszisse bezeichnet das Magnetfeld H (Oe). Wie aus 10 ersichtlich ist, nimmt die Magnetisierung M abrupt ab, wenn das Magnetfeld H etwa bei H = 500 Oe liegt, was auf ein Aus tauschkopplungsfeld von ungefähr 1000 Oe hindeutet. Die reduzierte Magnetisierung M bei H = 0 beweist die antiparallele Kopplung.
Die optimale Ru-Dicke für die negative Kopplung kann nicht nur durch Magnetometrie bestimmt werden, sondern auch durch Spin-Stand-Verfahren. Das Wiedergabesignal bei niedrigen Dichten liefert einen Hinweis auf das Produkt aus der remanenten Magnetisierung und der Dicke Mrδ, wobei Mr die remanente Magnetisierung bezeichnet und δ die effektive Dicke der CoCrPtB-Schicht, das heißt, der ferromagnetischen Schicht der Magnetschichtstruktur bezeichnet. Falls die Ru-Dicke variiert wird, während die Dicken der zwei CoCrPtB-Schichten konstant gehalten werden, weist das Wiedergabesignal eine Einsattlung bei der optimalen Ru-Dicke auf. Die optimale Ru-Dicke kann von den magnetischen Materialien und von der Verarbeitung abhängen, die zum Bilden der ferromagnetischen Schichten der Magnetschichtstruktur zum Einsatz kommen. Bei Legierungen auf CoCrPt-Basis, die bei über 150 °C hergestellt werden, wird die antiparallele Kopplung bei einer Ru-Dicke in einem Bereich zwischen etwa 0,4 und 1,0 nm induziert.
11 ist ein Diagramm, das eine in-plane-Magnetisierungskurve für ein magnetisches Aufzeichnungsmedium zeigt, das zwei ferromagnetische Schichten aus CoCrPtB, die durch eine Ru-Schicht getrennt sind, auf einem mit NiP beschichteten Al-Substrat hat. In 11 bezeichnet die Ordinate die Magnetisierung M (emu/cc), und die Abszisse bezeichnet das Magnetfeld H (Oe). 11 zeigt den Fall, wenn eine erste CoCrPtB-Schicht, die dem Substrat näher ist, 8 nm dick ist, die Ru-Schicht 0,8 nm dick ist und eine zweite CoCrPtB-Schicht, die von dem Substrat weiter entfernt ist, 20 nm dick ist.
In diesem Fall wird eine antiparallele Kopplung erst bei höheren negativen Magnetfeldern beobachtet. Wenn die Entmagnetisierungsfelder innerhalb von Bits nicht sehr hoch sind, wird die antiparallele Kopplung nicht völlig erreicht, und sehr hohe Wiedergabesignale werden beobachtet, da die Magnetisierungen sowohl in der ersten als auch in der zweiten CoCrPtB-Schicht im wesentlichen in dieselbe Richtung zeigen. Deshalb ist es erforderlich, die Koerzitivkraft He der ersten CoCrPtB-Schicht zu reduzieren, indem deren Dicke reduziert wird, oder indem Zusammensetzungen verwendet werden, die zu einer niedrigeren Koerzitivkraft Hc führen. Bei Materialien auf CoCrPt-Basis wird letztere gewöhnlich dadurch erreicht, daß der Cr-Anteil erhöht wird und/oder der Pt-Anteil verringert wird.
12 ist ein Diagramm, das eine in-plane-Magnetisierungskurve für ein magnetisches Aufzeichnungsmedium zeigt, das drei ferromagnetische Schichten aus CoCrPtB, die durch eine Ru-Schicht zwischen jeweils zwei benachbarten CoCrPtB-Schichten getrennt sind, auf einem mit NiP beschichteten Al-Substrat hat. In 12 bezeichnet die Ordinate die Magnetisierung M (emu/cc), und die Abszisse bezeichnet das Magnetfeld H (Oe). 12 zeigt den Fall, wenn erste und zweite CoCrPtB-Schichten, die dem Substrat näher sind, 6 nm dick sind, eine obere, dritte CoCrPtB-Schicht 20 nm dick ist und die Ru-Schichten zwischen den ersten und zweiten CoCrPtB-Schichten und zwischen den zweiten und dritten CoCrPtB-Schichten jeweils 0,8 nm dick sind. In diesem Fall fällt die Magnetisierung M ab, wenn das Magnetfeld H den Wert H = 500 Oe hat, was darauf hindeutet, daß eine der ersten bis dritten CoCrPtB-Schichten die Magnetisierung bei positiven Feldern umkehrte. Wahrscheinlich ist es die mittlere, nämlich die zweite CoCrPtB-Schicht, die die Magnetisierung umkehrte, da diese mittlere, zweite CoCrPtB-Schicht einem stärkeren Umkehrfeld auf Grund der beiden Grenzflächen ausgesetzt ist. Die Zwischenschichtwechselwirkung ist deshalb 500 Oe größer als die Koerzitivkraft Hc der mittleren, zweiten CoCrPtB-Schicht.
Bei niedrigen negativen Magnetfeldern startet jedoch die untere, nämlich die erste CoCrPtB-Schicht das Umkehren der Magnetisierung, so daß bei etwa –1000 Oe nur die Magnetisierung von der oberen, nämlich der dritten CoCrPtB-Schicht nicht umgekehrt wird. Vorzugsweise sollte die untere, erste CoCrPtB-Schicht die Magnetisierung bei Magnetfeldern, die im Vergleich zu den Entmagnetisierungsfeldern innerhalb von Bits niedrig sind, nicht umkehren, und dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, daß die geeignete Dicke und/oder Zusammensetzung für die untere, erste CoCrPtB-Schicht gewählt wird. Ein magnetisches Aufzeichnungsmedium, das diese drei ferromagnetischen Schichten hat, tendiert dazu, eine bessere Lese-Schreib-Leistung als ein magnetisches Aufzeichnungsmedium zu haben, das nur eine einzelne ferromagnetische (magnetische) Schicht ohne Austauschkopplung hat. Es ist möglich, daß das Wiedergabesignal mit der Zeit verringert wird, wenn mehr Körner die Schichtmagnetisierungskonfiguration von parallel zu antiparallel verändern, die stabiler ist. Jedoch wird erwartet, daß ein Einzelwellen-Medien-Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) Siso/Nm des magnetischen Aufzeichnungsmediums beibehalten werden kann, da der Medienrauschpegel auch dementsprechend verringert wird. Daher wird die Bitfehlerrate (BER), die mit dem Einzelwellen-Medien-SNR Siso/Nm eng verbunden ist, nicht verschlechtert.
13 ist ein Diagramm, das eine in-plane-Magnetisierungskurve für ein magnetisches Aufzeichnungsmedium zeigt, das zwei negativ gekoppelte ferromagnetische Schichten aus CoCrPtB, die durch eine Ru-Schicht getrennt sind, auf einem mit NiAl beschichteten Glassubstrat hat. In 13 bezeichnet die Ordinate die Magnetisierung M (emu/cc), und die Abszisse bezeichnet das Magnetfeld H (Oe). Wie in 13 gezeigt, kehrt die untere CoCrPtB-Schicht, die dem Substrat näher ist, die Magnetisierung um, noch bevor das Magnetfeld H den Wert H = 0 Oe erreicht.
14 ist ein Diagramm, das eine in-plane-Magnetisierungskurve, die in 13 gezeigt ist, im Vergleich zu einem magnetischen Aufzeichnungsmedium zeigt, das eine einzelne ferromagnetische Schicht aus CoCrPtB auf einem mit NiAl beschichteten Glassubstrat hat und ähnlich wie das Aufzeichnungsmedium hergestellt wurde, das die zwei negativ gekoppelten ferromagnetischen Schichten hat. In 14 bezeichnet die Ordinate die Magnetisierung M (emu/cc), und die Abszisse bezeichnet das Magnetfeld H (Oe). In 14 ist die in-plane-Magnetisierungskurve, die in 13 gezeigt ist, durch eine durchgehende Linie gekennzeichnet, und eine inplane-Magnetisierungskurve für das Aufzeichnungsmedium mit der einzelnen ferromagnetischen Schicht ist durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet. In 14 ist die Sättigungsmagnetisierung normiert, um die Ähnlichkeit der Abschnitte der M-H-Kurve darzustellen, die für die magnetische Aufzeichnung relevant sind.
Wenn ein Kopf einen Abschnitt des magnetischen Aufzeichnungsmediums sättigt, das die zwei negativ gekoppelten ferromagnetischen Schichten hat, erfolgt die Magnetisierung der beiden ferromagnetischen Schichten in der Kopffeldrichtung, aber sobald das Kopffeld nicht mehr angewendet wird, kehrt die untere ferromagnetische Schicht die Magnetisierung um, und die Situation im Inneren eines Bits würde jener des magnetischen Aufzeichnungsmediums ähnlich sein, das die einzelne ferromagnetische Schicht hat. Ein Lesekopf fühlt nur die resultierende Magnetisierung. Ein Fachmann kann deshalb die Dicke, die Zusammensetzung und die Bearbeitung der ferromagnetischen Schichten abstimmen, so daß sich das magnetische Aufzeichnungsmedium ähnlich wie das herkömmliche magnetische Aufzeichnungsmedium verhält, aber eine erhöhte thermische Stabilität aufweist.
15 ist ein Diagramm, das Signalabfälle von magnetischen Aufzeichnungsmedien, die zwei und drei ferromagnetische Schichten haben, im Vergleich zu einem Signalabfall eines magnetischen Aufzeichnungsmediums zeigt, das die einzelne ferromagnetische Schicht hat. In 15 bezeichnet die Ordinate den Signalabfall (dB) des Wiedergabesignals bei 207 kfci Bits, und die Abszisse bezeichnet die Zeit (s). In
15 kennzeichnet ↓ die Daten des magnetischen Aufzeichnungsmediums, das die einzelne CoCrPtB-Schicht hat, die 10 nm dick ist, kennzeichnet
die Daten des magnetischen Aufzeichnungsmediums mit der unteren, ersten CoCrPtB-Schicht, die 10 nm dick ist, der Ru-Schicht, die 0,8 nm dick ist, und der oberen, zweiten CoCrPtB-Schicht, die 4 nm dick ist, und ☐ kennzeichnet die Daten des magnetischen Aufzeichnungsmediums mit der unteren, ersten CoCrPtB-Schicht, die 10 nm dick ist, der ersten Ru-Schicht, die 0,8 nm dick ist, der mittleren CoCrPtB-Schicht, die 4 nm dick ist, der zweiten Ru-Schicht, die 0,8 nm dick ist, und der oberen, dritten CoCrPtB-Schicht, die 4 nm dick ist. Die Zusammensetzungen der ferromagnetischen Schichten sind alle dieselben, und die mit einem Kerr-Magnetometer gemessene Koerzitivkraft H beträgt etwa 2700 Oe (214,8 kA/m) und ist ähnlich. Aus 15 ist ersichtlich, daß die magnetischen Aufzeichnungsmedien mit zwei ferromagnetischen Schichten und drei ferromagnetischen Schichten thermisch stabilere Charakteristiken aufweisen, da das effektive Volumen zunimmt, im Vergleich zu dem magnetischen Aufzeichnungsmedium mit der einzelnen ferromagnetischen Schicht und ohne Austauschkopplung.
16 ist ein Diagramm, das M-H-Kurven eines magnetischen Aufzeichnungsmediums mit den zwei negativ gekoppelten ferromagnetischen Schichten bei verschiedenen Temperaturen zeigt. In 16 bezeichnet die Ordinate die Magnetisierung M (emu/cc), bezeichnet die Abszisse das Magnetfeld H (Oe), und die Daten sind für drei verschiedene Temperaturen gezeigt, und zwar für 0 °C, 25 °C und 75 °C. Eine starke negative Kopplung wird über einen breiten Temperaturbereich hinweg beobachtet und deckt den Bereich ab, der für magnetische Aufzeichnungsmedien wie etwa Platten und Bänder nützlich ist.
17 ist ein Diagramm, das die Temperaturabhängigkeit der Koerzitivkraft bei dem magnetischen Aufzeichnungsmedium zeigt, das die in 16 gezeigten Charakteristiken hat. In 17 bezeichnet die Ordinate die Koerzitivkraft Hc (Oe), und die Abszisse bezeichnet die gemessene Temperatur (°C). Zusätzlich ist in dem Ausdruck y = –15,47x + 4019,7 y = Hc und x = Temperatur. Die Koerzitivkraft verändert sich mit der Temperatur dHc/dT = 15,5 Oe/°C und ist kleiner als jene des magnetischen Aufzeichnungsmediums mit der einzelnen ferromagnetischen Schicht. Typischerweise beläuft sich dHc/dT bei dem magnetischen Aufzeichnungsmedium mit der einzelnen ferromagnetischen Schicht auf 16 bis 17 Oe/°C. Somit ist deutlich erkennbar, daß sich der verbesserte Wert von dHc/dT, der für das magnetische Aufzeichnungsmedium mit den zwei negativ gekoppelten ferromagnetischen Schichten erhalten wird, primär aus dem erhöhten effektiven Volumen ergibt.
18 ist ein Diagramm, das die PW50-Abhängigkeit von der effektiven und gesamten Dicke der ferromagnetischen Schicht der magnetischen Aufzeichnungsmedien mit zwei und drei ferromagnetischen Schichten im Vergleich zu der PW50-Abhängigkeit von der effektiven und gesamten Dicke der fer romagnetischen Schicht des magnetischen Aufzeichnungsmediums mit der einzelnen ferromagnetischen Schicht zeigt. In 18 bezeichnet die Ordinate PW50 (ns), und die Abszisse bezeichnet die effektive und gesamte Dicke (nm) der ferromagnetischen Schicht. In 18 kennzeichnet
die Daten des magnetischen Aufzeichnungsmediums mit der einzelnen ferromagnetischen Schicht, kennzeichnet
die Daten des magnetischen Aufzeichnungsmediums mit zwei austauschgekoppelten ferromagnetischen Schichten und kennzeichnet Δ die Daten des magnetischen Aufzeichnungsmediums mit drei austauschgekoppelten ferromagnetischen Schichten. Die Dicke und Zusammensetzung der ferromagnetischen Schichten sind im wesentlichen dieselben wie jene, die verwendet wurden, um die in 15 gezeigten Daten zu erhalten. Für die Daten auf der linken Seite längs der durchgehenden Linie ist die verwendete Dicke die effektive Dicke, das heißt, es wird eine Magnetisierungsunterdrückung auf Grund einer antiparallelen Konfiguration angenommen. Es wird eine signifikante Korrelation beobachtet, die die Annahme bestätigt. Wenn die gesamte Dicke der ferromagnetischen Schicht oder der ferromagnetischen Schichten verwendet wird, verschieben sich die Daten längs der gestrichelten Linie nach rechts, wodurch sich übermäßig kleine PW50-Werte für die betreffenden Dicken im Vergleich zu jenen des magnetischen Aufzeichnungsmediums mit der einzelnen ferromagnetischen Schicht ergeben.
Obwohl die Schreibauflösung auf Grund der erhöhten Mediendicke gemindert werden kann, ist dies bei der Leseauflösung deshalb nicht der Fall, weil eine Unterdrückung der Signale von den unteren Schichten auftritt, die auch das verbesserte Einzelwellen-Medien-SNR Siso/Nm gegenüber dem magnetischen Aufzeichnungsmedium mit der einzelnen ferromagnetischen Schicht erklären kann. Das Einzelwellen-Medien-SNR Siso/Nm des magnetischen Aufzeichnungsmediums mit den zwei austauschgekoppelten ferromagnetischen Schichten und einem sehr niedrigen effektiven Wert Mrδ wird gegenüber jenem des magnetischen Aufzeichnungsmediums mit der einzelnen ferromagnetischen Schicht besonders verbessert. Solch ein sehr niedriger effektiver Wert Mrδ kann erreicht werden, wenn die zwei ferromagnetischen Schichten fast denselben Wert Mrδ haben. Bei dem magnetischen Aufzeichnungsmedium mit den drei austauschgekoppelten ferromagnetischen Schichten wird die Leistung verstärkt, wenn sich die Summe aus den Dicken der unteren, ersten und der mittleren, zweiten ferromagnetischen Schichten nicht groß von der Dicke der oberen, dritten ferromagnetischen Schicht unterscheidet. Diese Erscheinung stimmt mit einer ähnlichen Erscheinung überein, die in doppelten ungekoppelten Schichten auftritt, da die beste Dickenkombination der doppelten ungekoppelten Schichten dann vorhanden ist, wenn beide Schichten dieselbe Dicke haben.
19 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Veränderung des Einzelwellen-Medien-SNR von der effektiven Dicke zeigt. In 19 bezeichnet die Ordinate die Veränderung ΔSiso/Nm (dB) des Einzelwellen-Medien-SNR Siso/Nm, und die Abszisse bezeichnet die effektive Dicke (nm) der ferromagnetischen Schichten. In 19 werden dieselben Symbole
,
und Δ zum Kennzeichnen der Daten der drei verschiedenen magnetischen Aufzeichnungsmedien wie in 18 verwendet. Aus 19 geht hervor, daß ein gutes Einzelwellen-Medien-SNR Siso/Nm besonders bei dem magnetischen Aufzeichnungsmedium beobachtet wird, das die zwei austauschgekoppelten ferromagnetischen Schichten mit einem niedrigen Mrδ hat. Obwohl die Gesamtdicke der ferromagnetischen Schichten in diesem Fall größer als die des magnetischen Aufzeichnungsmediums wird, das die einzelne ferromagnetische Schicht hat, wird die Lese-Schreib-Leistung kaum gemindert und in manchen Fällen sogar verbessert.
Die jetzigen Erfinder haben auch festgestellt, daß in dem Fall, wenn wenigstens eine der ferromagnetischen Schichten der Magnetschichtstruktur aus einer Vielzahl von ferromagnetischen Schichten gebildet ist, die miteinander in Kontakt sind und ferromagnetisch gekoppelt sind, eine gute Leistung besonders dann erhalten wird, wenn die untere ferromagnetische Schicht reich an Cr ist, so daß der Cr-Anteil 23 Atom-% oder mehr ausmacht, und der Cr-Anteil der oberen ferromagnetischen Schicht kleiner ist. Dies weist auf die entscheidende Rolle der unteren ferromagnetischen Schicht hin. Gemäß den Experimenten, die durch die jetzigen Erfinder durchgeführt wurden, wurde festgestellt, daß das Rauschen, das aus Mängeln in der unteren ferromagnetischen Schicht resultiert, auf Grund der Unterdrückung von den nachfolgenden ferromagnetischen Schichten effektiv verringert wird. Mit anderen Worten, es kann davon ausgegangen werden, daß die unteren Schichten eine große Rauschquelle bilden, aber diese Ausführungsform kann das SNR verbessern, da die Signale von den unteren Schichten so unterdrückt werden, daß die meisten Signale und damit auch das Rauschen von den oberen Schichten kommen.
Ein anderes Beispiel eines magnetischen Aufzeichnungsmediums (nicht die vorliegende Erfindung verkörpernd) basiert auf den obigen Erkenntnissen.
Bei diesem Beispiel umfaßt das magnetische Aufzeichnungsmedium ein Substrat, eine Unterschicht, die über dem Substrat angeordnet ist, und eine Magnetschichtstruktur, die wenigstens eine untere ferromagnetische Schicht enthält, die auf der Unterschicht vorgesehen ist und ein Produkt aus der remanenten Magnetisierung und der Dicke Mr_iδ_i hat, und eine obere ferromagnetische Schicht, die über der unteren ferro magnetischen Schicht angeordnet ist und ein Produkt aus der remanenten Magnetisierung und der Dicke Mr_jδ_j hat, wobei eine Beziehung Mrδ = Σ (Mr_iδ_i – Mr_jδ_j) erfüllt wird, bei der Mrδ das Gesamtprodukt aus der remanenten Magnetisierung und der Dicke der Magnetschichtstruktur bezeichnet, so daß Magnetisierungsrichtungen von benachbarten ferromagnetischen Schichten in der Magnetschichtstruktur nahezu antiparallel sind. δ, δ_i und δ_j können als effektive Dicken angesehen werden.
Das magnetische Aufzeichnungsmedium umfaßt ferner eine nichtmagnetische Kopplungsschicht, die zwischen zwei benachbarten ferromagnetischen Schichten der Magnetschichtstruktur angeordnet ist, so daß dadurch eine antiparallele magnetische Wechselwirkung induziert wird. Diese nichtmagnetische Kopplungsschicht kann im wesentlichen aus Ru mit einer Dicke von etwa 0,4 bis 1,0 nm sein. Diese nichtmagnetische Kopplungsschicht kann aus einem Material sein, das ausgewählt wird aus einer Gruppe von Ru, Rh, Ir, Cu, Cr und deren Legierungen.
In dem magnetischen Aufzeichnungsmedium kann jede der ferromagnetischen Schichten der Magnetschichtstruktur aus einem Material sein, das ausgewählt wird aus einer Gruppe von Co, Fe, Ni, CoCrTa, CoCrPt und CoCrPt-M, wobei M = B, Cu, Mo, Nb, Ta, W und deren Legierungen entspricht. Zusätzlich kann wenigstens eine der ferromagnetischen Schichten der Magnetschichtstruktur aus einer Vielzahl von ferromagnetischen Schichten gebildet sein, die miteinander in Kontakt und ferromagnetisch gekoppelt sind. Der Wert von Mr_jδ_j der oberen ferromagnetischen Schicht kann der größte von den Produkten aus remanenter Magnetisierung und Dicke von anderen ferromagnetischen Schichten der Magnetschichtstruktur sein. Weiterhin können die ferromagnetischen Schichten der Magnetschichtstruktur gegenseitig verschiedene Zusammensetzungen haben.
Gemäß diesem magnetischen Aufzeichnungsmedium sind die thermische Stabilität und das Einzelwellen-Medien-SNR Siso/Nm jeweilig größer als jene, die durch ein magnetisches Aufzeichnungsmedium mit einem ähnlichen Wert von Mrδ erhalten werden, das aber einzelne oder mehrere magnetische Schichten mit nahezu parallelen Magnetisierungen hat. Ferner ist der PW50-Wert kleiner als jener, der durch ein magnetisches Aufzeichnungsmedium mit einer ähnlichen Magnetschichtgesamtdicke erhalten wird.
Zusätzlich ist der Wert dHc/dT, der in diesem magnetischen Aufzeichnungsmedium erhalten wird, kleiner als jener des magnetischen Aufzeichnungsmediums mit einem ähnlichen Wert von Mrδ, das aber einzelne oder mehrere magnetische Schichten mit nahezu parallelen Magnetisierungen hat.
Weiterhin wurde gemäß Daten wie etwa jenen, die in 16 und 17 gezeigt sind, bestätigt, daß die ferromagnetische Kopplung, die in diesem magnetischen Aufzeichnungsmedium erhalten wird, ausreichend stark und nahezu antiparallel in einem Temperaturbereich von etwa –10 °C bis 150 °C ist.
Natürlich kann die oben beschriebenen magnetischen Speichervorrichtung auch ein oder mehrere magnetische Aufzeichnungsmedien gemäß dem oben beschriebenen magnetischen Aufzeichnungsmedium zu verwenden.
Als nächstes folgt eine Beschreibung eines Aufzeichnungsverfahrens. Dieses Verfahren nutzt irgendeines der oben beschriebenen magnetischen Aufzeichnungsmediem, um Informationen auf dem magnetischen Aufzeichnungsmedium in der oben beschriebenen magnetischen Speichervorrichtung magnetisch aufzuzeichnen.
Im besonderen umfaßt das Verfahren zum magnetischen Aufzeichnen von Informationen auf dem magnetischen Aufzeich nungsmedium einen Schritt zum Umschalten der Magnetisierungsrichtung von wenigstens einer der ferromagnetischen Schichten, welche die Magnetschichtstruktur des magnetischen Aufzeichnungsmediums bilden und antiparallele Magnetisierungsrichtungen haben, wie in der dritten Ausführungsform des magnetischen Aufzeichnungsmediums. Gemäß diesem Verfahren ist es möglich, eine Aufzeichnung mit hoher Dichte mit verbesserter thermischer Stabilität vorzunehmen.
Als nächstes folgt eine Beschreibung eines Verfahrens zum Herstellen eines magnetischen Aufzeichnungsmediums. Wenn eines der oben beschriebenen magnetischen Aufzeichnungsmedien hergestellt wird, müssen die Kristalleigenschaften und die Kristallorientierung der Schichten, die das magnetische Aufzeichnungsmedium bilden, zweckmäßig gesteuert werden. Besonders die nichtmagnetische Kopplungsschicht ist im Vergleich zu den anderen Schichten wie etwa der Unterschicht extrem dünn, und es ist wünschenswert, daß solch eine dünne nichtmagnetische Kopplungsschicht gleichförmig wächst. Um die richtige ferromagnetische Kopplung zu erreichen, müssen ferner die Grenzflächen zwischen zwei benachbarten Schichten extrem sauber sein und dürfen keine nennenswerten Abnormitäten aufweisen.
Daher werden bei diesem Medienherstellungsverfahren die Schichten des magnetischen Aufzeichnungsmediums sequentiell (oder kontinuierlich) vorzugsweise durch sequentielles (oder kontinuierliches) Sputtern gebildet, da das Sputtern das Wachsen einer extrem dünnen und gleichförmigen Schicht im Vergleich zu anderen Schichtbildungstechniken ermöglicht. Zusätzlich ist es möglich, die Verunreinigung zwischen den benachbarten Schichten durch den Einsatz des sequentiellen (oder kontinuierlichen) Sputterns zu minimieren.
Ferner ist es selbst beim Sputtern schwierig, ein gleichförmiges Wachsen eines dünnen Films mit einer Dicke in der Größenordnung von ungefähr 1 nm oder weniger zu garantieren. Auf der Basis der Experimente, die durch die jetzigen Erfinder durchgeführt wurden, liegt die Sputterrate vorzugsweise bei 0,35 nm/s oder darunter, um die Gleichförmigkeit des gewachsenen dünnen Films zu garantieren.
Wenn weiterhin der Gasdruck während des Sputterns zu hoch ist, werden die Schichten und die Grenzfläche zwischen den benachbarten Schichten leicht verschmutzt. Wenn andererseits der Gasdruck während des Sputterns zu niedrig ist, bewirkt instabiles Plasma ein nichtgleichförmiges Wachsen des dünnen Films. Gemäß Experimenten, die durch die jetzigen Erfinder durchgeführt wurden, wird der Gasdruck während des Sputterns vorzugsweise auf etwa 5 mTorr festgelegt.
Zusätzlich muß auch die Substrattemperatur während des Sputterns optimiert sein. Eine Substrattemperatur, die zu hoch ist, kann Verwerfungen des Substrates bewirken, wodurch ein nichtgleichförmiges Wachsen besonders der dünnen nichtmagnetischen Kopplungsschicht verursacht wird. Andererseits kann eine Substrattemperatur, die zu niedrig ist, dazu führen, daß Schichten mit unbefriedigenden Kristalleigenschaften wachsen. Gemäß Experimenten, die durch die jetzigen Erfinder durchgeführt wurden, liegt die Substrattemperatur vor dem Sputtern in einem Bereich von etwa 100 °C bis 300 °C.
20 ist ein Diagramm, das den allgemeinen Aufbau einer Herstellungsvorrichtung von magnetischen Aufzeichnungsmedien zeigt, die bei diesem Medienherstellungsverfahren verwendet wird. Die in 20 gezeigte Vorrichtung enthält im allgemeinen eine Lade- und Entladeeinheit 50, eine Heizkammer 51 und eine Vielzahl von Sputterkammern 52-1 bis 52-n, wobei n von der Schichtstruktur des magnetischen Aufzeichnungsmediums abhängt, das hergestellt wird. Die letzte Sputterkammer 52-n verbindet mit der Lade- und Ent ladeeinheit 50, um das Entladen des hergestellten magnetischen Aufzeichnungsmediums zu ermöglichen. Der Einfachheit halber wird angenommen, daß n = 9 ist.
Zuerst wird ein Substrat in die Lade- und Entladeeinheit 50 geladen und innerhalb der Heizkammer auf eine Substrattemperatur in einem Bereich von etwa 100 °C bis 300 °C erhitzt. Dann wird in den Sputterkammern 52-1 bis 52-9 ein sequentielles (oder kontinuierliches) Gleichstromsputtern sukzessive ausgeführt, zum Bilden einer NiAl-Schicht, die 40 nm dick ist, auf dem Substrat, einer CrMo-Unterschicht, die 20 nm dick ist, einer CoCr-Zwischenschicht, die 1,5 nm dick ist, einer ferromagnetischen CoCrPtB-Schicht, die 4 nm dick ist, einer nichtmagnetischen Ru-Kopplungsschicht, die 0,8 nm dick ist, einer ferromagnetischen CoCrPtB-Schicht, die 4 nm dick ist, einer nichtmagnetischen Ru-Kopplungsschicht, die 0,8 nm dick ist, einer magnetischen CoCrPtB-Schicht und einer C-Schutzschicht.
Der Ar-Gasdruck in den Sputterkammern 52-1 bis 52-9 beträgt etwa 5 mTorr. Zusätzlich liegt die Sputterrate bei etwa 0,35 nm/s oder darunter und ist in den Sputterkammern 52-5 und 52-7 langsamer als in den anderen Sputterkammern. Die langsamere Sputterrate kann dadurch erreicht werden, daß die Distanz zwischen dem Target und dem Substrat vergrößert wird, indem die Trennung der Kathoden vergrößert wird, wie es bei der Sputterkammer 52-5 und 52-7 gezeigt ist.
21 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Einzelwellenausgabe von der effektiven Magnetschichtdicke zeigt. In 21 bezeichnet die Ordinate die Einzelwellenausgabe (μVpp), und die Abszisse bezeichnet die effektive Magnetschichtdicke (nm). Die in 21 gezeigten Daten wurden durch Schreiben von Signalen auf das erzeugte magnetische Aufzeichnungsmedium und Lesen des geschriebenen Signals unter Verwendung eines GMR-Kopfs erhalten. Es hat sich bestätigt, daß die Einzelwellenausgabe zu der effektiven Magnetschichtdicke proportional ist, wobei die antiparallele ferromagnetische Kopplung der Magnetschichtstruktur verifiziert wurde.
22 ist ein Diagramm, das die Temperaturabhängigkeit des Hochfrequenz-SNR zeigt. In 22 bezeichnet die Ordinate das Hochfrequenz-SNR (dB), und die Abszisse bezeichnet die Substrattemperatur (°C) während des Sputterns. Es hat sich bestätigt, daß gute Eigenschaften der gewachsenen Schichten vorzugsweise dann erhalten werden, wenn die Substrattemperatur in einem Bereich etwa zwischen 100 °C und 300 °C liegt.
23 ist ein Diagramm, das eine Beziehung des Einzelwellen-Medien-SNR Siso/Nm und der Sputterrate von Ru zeigt. In 23 bezeichnet die Ordinate das Einzelwellen-Medien-SNR Siso/Nm (dB, Relativwert), und die Abszisse bezeichnet die Sputterrate (nm/s). Die in 23 gezeigten Daten wurden erhalten, um zu bestätigen, ob die ferromagnetische Schicht und die magnetische Schicht, die unter bzw. über der Ru-Schicht vorgesehen ist, eine magnetische Normkopplung bilden würden oder nicht. Der Einfachheit halber wurden die in 23 gezeigten Daten für den Fall erhalten, bei dem die Ru-Schicht mit einer Dicke von 1,4 nm auf der ferromagnetischen CCPB-Schicht gebildet ist und die magnetische CCPB-Schicht auf der Ru-Schicht gebildet ist.
In 23 wird das Einzelwellen-Medien-SNR Siso/Nm durch einen Relativwert bezüglich eines Vergleichsmodellmediums angegeben, das keine Ru-Schicht hat. Aus 23 ist ersichtlich, daß sich das Einzelwellen-Medien-SNR Siso/Nm verschlechtert, wenn die Sputterrate von Ru zunimmt. Dies deutet darauf hin, daß die extrem dünne Ru-Schicht bei hohen Sputterraten nicht gleichförmig gebildet wird. 23 zeigt, daß das Einzelwellen-Medien-SNR Siso/Nm besonders dann schlechter als bei dem Vergleichsmodellmedium wird, das keine Ru-Schicht hat, wenn die Sputterrate von Ru größer als 0,35 nm/s wird. Deshalb wurde bestätigt, daß die Sputterrate von Ru bei 0,35 nm/s oder darunter liegen sollte, um ein magnetisches Aufzeichnungsmedium herzustellen, daß die oben beschriebene hohe Leistung hat.
Als nächstes folgt eine Beschreibung einer Ausführungsform eines magnetischen Aufzeichnungsmediums gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist ferner eine magnetische Verbindungsschicht wenigstens zwischen der ferromagnetischen Schicht und der nichtmagnetischen Kopplungsschicht oder zwischen der magnetischen Schicht und der nichtmagnetischen Kopplungsschicht des Mediums der oben beschriebenen 1 oder 2 vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform ist die magnetische Verbindungsschicht zusätzliche vorgesehen, um den Austauschkopplungseffekt zu erhöhen, um so die thermische Stabilität weiter zu verbessern.
Die 24 zeigt einen Querschnitt durch einen wichtigen Teil einer Ausführungsform des magnetischen Aufzeichnungsmediums gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das magnetische Aufzeichnungsmedium enthält ein nichtmagnetisches Substrat 101, eine Keimschicht 102, eine Unterschicht 103, eine nichmagnetische Zwischenschicht 104, eine ferromagnetische Schicht 105, eine untere magnetische Verbindungssychicht 106, eine nichtmagnetische Kopplungsschicht 107, eine obere magnetische Verbindungsschicht 108, eine magnetische Schicht 109, eine Schutzschicht 110 und eine Gleitmittelschicht 111, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind, wie es in 24 gezeigt ist.
Obwohl bei dieser Ausführungsform zwei magnetische Verbindungsschichten vorgesehen sind ist es möglich, nur eine der oberen oder der unteren Verbindungsschichten 108 und 106 vorzusehen. Wenn beide, sowohl die obere als auch die untere magnetische Verbindungsschicht vorgesehen sind, können die Austausch-Kopplungseffekte der oberen und der unteren magnetischen Verbindungsschichten 108 und 106 so eingestellt werden, daß sie größer als der Austauschkopplungseffekt der magnetischen Schicht 109 und der ferromagnetischen Schicht 105 sind. Durch Einstellen der Austausch-Kopplungseffekte der oberen und der unteren magnetischen Verbindungsschichten auf diese Art kann die Austauschkopplungsstärke oberhalb und unterhalb der nichmagnetischen Kopplungsschicht 107 so erhöht werden, daß die thermische Stabilität des magnetischen Aufzeichnungsmediums erhöht wird.
Falls nur eine magnetische Verbindungsschicht vorgesehen ist, wird die Austauschkopplungsstärke zwischen der unteren magnetischen Verbindungschicht 106 und der magnetischen Schicht 109 oder zwischen der oberen magnetischen Verbindungsschicht 108 und der ferromagnetischen Schicht 105 erhöht, wodurch die thermische Stabilität des magnetischen Aufzeichnungsmediums verbessert wird.
Das nichtmagnetische Substrat 101 kann z.B. aus Al, Al-Legierung oder aus Glas hergestellt sein. Das nichtmagnetische Substrat 101 kann mit mechanischer Struktur versehen sein, muß aber nicht.
Die Keimschicht 102 besteht aus NiP, zum Beispiel, speziell in dem Fall wo das nichtmagnetische Substrat 101 aus Al oder einer Al-Legierung besteht. Die NiP-Keinschicht 102 kann oxidiert sein, muß es aber nicht sein, oder sie kann mechanisch strukturiert sein, muß es aber nicht sein. Speziell in dem Fall wo das nichtmagnetische Substrat 101 aus Glas besteht, besteht die Keimschicht 102 aus eine Legierung mit der B2-Struktur und ist ausgewählt aus einer Gruppe von Materialien enthaltend z.B. NiAl oder FeAl. Die Keimschicht 102 ist vorgesehen um eine (001) oder eine (112) Textur der Unterschicht 103 zu promovieren.
Falls das magnetische Aufzeichnungsmedium eine Magnetplatte ist, wird die mechanische Textur oder Struktur auf dem nichtmagnetischen Substrat 101 vorgesehen, oder die NiP-Keimschicht 102 ist in einer Umfangsrichtung der Platte hergestellt, d.h, in einer Richtung in welcher sich die Spuren auf der Platte erstrecken.
Die nichtmagnetische Zwischenschicht 104 ist ferner vorgesehen, um die Epitaxie zu fördern, die Korngrößenverteilungbreite der magnetischen Schicht 109 enger zu machen und die Anisotropieachsen der magnetischen Schicht 109 längs einer Ebene parallel zu der Aufzeichnungsoberfläche des magnetischen Aufzeichnungsmediums zu orientieren. Diese nichtmagnetische Zwischenschicht 104 besteht aus eine hcp-Struktur-Legierung wir CoCr-M, wobei M = B, Mo, Nb, Ta, W, Cu oder Legierungen davon , und hat eine Dicke im Bereich von 1 bis 5 nm.
Die ferromagnetische Schicht 105 besteht aus Co, Ni, Fe, Co-basierten Legierungen, Ni-basierten Legierungen, Fe-basierten Legierungen oder dgl. Mit anderen Worten, Co-basierte Legierungen wie CoCrTa, CoCrPt, und CoCrPt-M, wobei M = B, Mo, Nb, Ta, w, Cu oder Legierungen davon können für die ferromagnetische Schicht 105 verwendet werden. Die ferromagnetische Schicht 105 hat z.B. eine Dicke in einem Bereich von etwa 2 bis 10 nm.
Die untere magnetische Verbindungsschicht 106 besteht aus Co, Fe, Ni-basierten Legierungen, Co-basierten Legierungen, Fe-basierten Legierungen oder dgl. Mit anderen Worten, Co-basierte Legierungen wir CoCrTa, CoCrPt und CoCrPt-M können für die untere magnetische Verbindungsschicht 106 verwendet werden, wobei M = B, Mo, Nb, Ta, W, Cu oder Legierungen davon. Die Co-Konzentration oder die Fe-Konzentration der unteren magnetischen Verbindungsschicht 106 ist wünschenswerter Weise höher als die Co-Konzentration oder die Fe-Konzentration der ferromagnetischen Schicht 105. Die untere magnetische Verbindungsschicht 106 hat eine Dicke in einem Bereich von etwa 1 bis 5 nm.
Falls Co oder Fe für die ferromagnetische Schicht 105 verwendet wird, ist es möglich, die untere magnetische Verbindungsschicht wegzulassen. Wenn andererseits die untere magnetische Verbindungsschicht 106 vorgesehen ist, werden Fe oder Co umgekehrt zu der ferromagnetischen Schicht 105 verwendet.
Mit anderen Worten, die Co- oder Fe-Konzentration der unteren magnetischen Verbindungsschicht 106 (und die obere magnetische Verbindungsschicht wird weiter unten beschrieben) ist vorzugsweise höher als die Co- oder die Fe-Konzentrationen der ferromagnetischen Schicht 105 und der magnetischen Schicht 109. Falls Co oder Fe für die ferromagnetische Schicht 105 oder die magnetische Schicht 109 verwendet werden, kann die untere magnetische Verbindungsschicht 106 weggelassen werden. Wenn die magnetische Verbindungsschicht vorgesehen ist, ist das für die magnetische Verbindungsschicht 106 verwendete Material vorzugsweise umgekehrt zu dem, das für die ferromagnetische Schicht 105 oder für die magnetische Schicht 109 verwendet wird, d.h. Fe oder Co wird für die magnetische Verbindungsschicht 106 verwendet.
Die nichtmagnetische Kopplungsschicht 107 besteht aus Ru, Rh, Ir, Cr, Cu, Ru-basierten Legierungen, Rh-basierten Legierungen, Ir-basierten Legierungen, Cr-basierten Legierungen, Cu-basierten Legierungen oder dgl.
Wenn Ru, Rh, Ir, Cu, Ru-basierte Legierungen, Rh-basierte Legierungen, Ir-basierte Legierungen oder Cu-basierte Legierungen für die nichtmagnetische Kopplungsschicht 107 verwendet werden, werden für die magnetische Verbindungsschicht 106 erwünschter Weise Co, Co-basierte Legierungen oder NiFe verwendet. zusätzlich ist es erwünscht, daß die magnetische Verbindungsschicht 106 aus Fe oder Fe-basierten Legierungen besteht, wenn die nichtmagnetische Kopplungsschicht 107 aus Cr oder Cr-basierten Legierungen besteht.
Wenn zum Beispiel die nchtmagnetische Kopplungsschicht 107 aus Ru besteht, ist die Dicke der nichtmagnetischen Kopplungsschicht 107 auf einen Bereich von etwa 0,4 bis 1,0 nm eingestellt und vorzugsweise auf etwa 0,8 nm. Durch Einstellen der Dicke der nichtmagnetischen Kopplungsschicht 107 auf solch einen Wert werden die Magnetisierungen der ferromagnetischen Schicht 105 und der magnetischen Schicht 109 antiparallel.
Mit anderen Worten, die Magnetisierungsrichtungen der ferromagnetischen Schicht 105 und der magnetischen Schicht 109 können wechselseitig antiparallel oder parallel sein.
Falls die Magnetisierungsrichtungen wechselseitig antiparallel sind, hat die nichtmagnetische Kopplungsschicht 107 wünschenswerter Weise eine Dicke in einem Bereich von etwa 0,4 bis 1,0 nm, wenn sie aus einem Material besteht das ausgewählt ist aus einer Gruppe von Ru, Rh, Ir, Cr, Ru-basierten Legierungen, Rh-basierten Legierungen, Ir-basierten Legierungen oder Cr-basierten Legierungen, und sie hat eine Dicke in einem Bereich von etwa 1,5 bis 2,1 nm, wenn sie aus einem Material gemacht ist das ausgewählt ist aus der Gruppe von Cu und Cu-basierten Legierungen.
Andererseits hat im Fall der wechselseitig parallelen Magnetisierungsrichtungen die nichtmagnetische Kopplungsschicht 107 zweckmäßiger Weise ein Dicke im Bereich von etwa 0,2 bis 0,4 n, und 1,0 bis 1,7 nm, wenn sie aus einem Material besteht ausgewählt aus einer Grupppe von Ru, Rh, Ir, Cu, Ru-basierten Legierungen, Rh-basierten Legierungen, Ir-basierten Legierungen, und Cu-basierten Legierungen, und hat eine Dicke im Bereich von 1,0 bis 1,4 nm, und 2,6 bis 3,0 nm, wenn sie aus einem Material besteht ausgewählt aus einer Gruppe aus Cr und Cr-basierten Legierungen.
Die obere magnetische Verbindungsschicht 108 besteht aus einem ähnlichen Material, wie die untere magnetischen Verbindungsschicht 106. Zusätzliche sind die Co-Konzentration oder die Fe-Konzentration der oberen magnetischen Verbindungsschicht 108 vorzugsweise höher als die Co-Konzentration oder die Fe-Konzentration der magnetischen Schicht 109. Die obere magnetische Verbindungsschicht 108 hat eine Dicke im Bereich von etwa 1 bis 5 nm. Falls Co oder Fe für die magnetische Schicht 109 verwendet wird, ist es möglich, die obere magnetische Verbindungsschicht wegzulassen. Wenn andererseits die obere magnetische Verbindungsschicht vorgesehen ist, wird Fe oder Cu umgekehrt zu der magnetischen Schicht 109 verwendet.
Die obere und die untere magnetische Verbindungsschicht können aus einem Material bestehen, das verschieden ist von jenen der ferromagnetischen Schicht 105 und der magnetischen Schicht 109. In diesem Fall kann ein verschiedenes Material die selbe Materialkomposition aber mit einem verschiedenen Materialinhaltsverhältnis haben.
Die Austauschkopplung zwischen den oberen und unteren magnetischen Verbindungsschichten 108 und 106 ist zweckmäßiger Weise größer als die Austauschkopplung zwischen der magnetischen Schicht 109 und der ferromagnetischen Schicht 105.
Wenn Ru, Rh, Ir, Cu, Ru-basierte Legierungen, Rh-basierte Legierungen, Ir-basierte Legierungen oder Cu-basierte Legierungen für die nichtmagnetische Kopplungsschicht verwendet werden, ist es erwünscht, für die obere und die untere magnetische Verbindungsschicht 108 und 106 Co, Co-basierte Legierungen oder NiFe zu verwenden. Wenn andererseits Cr oder Cr-basierte Legierungen für die nichtmagnetische Kopplungsschicht 107 verwendet wird, ist es erwünscht, Fe oder Fe-basierte Legierungen für die obere und die untere magnetische Verbindungsschicht 108 und 106 zu verwenden.
Die ferromagnetische Schicht 105 und die nichtmagnetische Kopplungsschicht 107 bilden die Basis-Austauschschichtstruktur. Die obere und die untere magnetische Verbindungsschicht 108 und 106 sind oberhalb und unterhalb der nichtmagnetischen Kopplungsschicht 107 vorgesehen und haben die Funktion der Erhöhung der Austauschkopplungseffekte der Austauschschichtstruktur.
Die magnetische Schicht 109 besteht aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe von Co, Ni, Fe, Ni-basierten Legierungen, Fe-basierten Legierungen und Co-basierten Legierungen wie CoCrTa, CoCrPt und CoCrPt-M wobei M = B, Mo, Nb, Ta, W, Cu oder Legierungen davon. Die magnetische Schicht 109 hat eine Dicke im Bereich von 5 bis 30 nm. Selbstverständlich ist die magnetische Schicht nicht auf eine Einzelschichtstruktur begrenzt, und es kann auch eine Multischichtstruktur für die magnetische Schicht 109 verwendet werden.
Die Schutzschicht 110 und die Gleitmittelschicht 111 sind ähnlich zu jenen der oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform. Offensichtlich ist die Schichtstruktur nicht auf die in 24 gezeigte beschränkt. Zum Beispiel kann die Unterschicht 103 aus Cr oder Cr-basierten Legierungen hergestellt und zu einer Dicke im Bereich von 5 bis 40 nm auf den Substrat 101 geformt sein, und die Austauschschichtstruktur kann auf dieser Unterschicht 103 vorgesehen sein.
Bei dieser Ausführungsform kann das magnetische Aufzeichnungsmedium ferner ein Substrat und eine oberhalb des Substrates vorgesehene Unterschicht umfassen, so daß die Austauschschichtstruktur oberhalb der Unterschicht vorgesehen ist. Das magnetische Aufzeichnungsmedium kann ferner eine nichtmagnetische Zwischenschicht umfassen, die zwischen der Unterschicht und der Austauschschichtstruktur vorgesehen ist, wobei die nichtmagnetische Zwischenschicht hergestellt ist aus CoCr-M-Legierung und eine hcp-Struktur und eine Dicke von etwa 1 bis 5 nm hat, wobei M = B, Mo, Nb, Ta, W Cu oder eine Legierung davon ist. Darüber hinaus kann das magnetische Aufzeichnungsmedium ferner eine Keimschicht aufweisen, die zwischen dem Substrat und der Unterschicht vorgesehen ist. Die Keimschicht kann aus NiP bestehen und kann mechanisch strukturiert sein, muß es aber nicht, und sie kann oder nicht oxidiert sein. Zusätzlich kann die Keimschicht aus einer Legierung mit eine B2-Struktur wie NiAl und FeAl bestehen.
Das magnetische Aufzeichnungsmedium kann ferner wenigsten eine erste Austausschichtstruktur und eine zweite Austauschschichtstruktur aufweisen, die zwischen der ersten Austauschschichtstruktur und der magnetischen Schicht vorgesehen ist, wobei die zweite Austauschschichtstruktur eine ferromagnetische Schicht mit einer magnetischen Anisotropie hat, die kleiner als jene der ferromagnetischen Schicht der ersten Austauschschichtstruktur ist, und die erste und die zweite Austauschschichtstruktur haben ferromagnetische Schichten mit wechselseitig antiparallelen Magnetisierungsrichtungen.
Das magnetische Aufzeichnungsmedium kann ferner wenigstens eine erste Austauschschichtstruktur und eine zweite Austausschichtstruktur aufweisen, die zwischen der ersten Austauschschichtstruktur und der magnetischen Schicht vorgesehen ist, wobei die zweite Austauschschichtstruktur eine ferromagnetische Schicht mit einer remanenten Magnetisierung und einer Dicke hat, die kleiner als jene der ferromagnetischen Schicht der ersten Austauschschichtstruktur ist, und die erste und die zweite Austauschschichtstruktur haben ferromagnetische Schichten mit wechselseitig antiparallelen Magnetisierungsrichtungen.
25 ist ein Diagramm das eine in-plan-Charakteristik von zwei CoCr-basierten Legierungsschichten zeigt, die durch Ru getrennt sind, für den Fall wo eine Keimschicht, eine Unterschicht, eine nichtmagnetische Zwischenschicht, eine ferromagnetische Schicht eine Ru-nichtmagnetische Kopplungsschicht, eine magnetische CoCr-basierten Legierungs-Schicht sukzessiv in dieser Reihenfolge auf einem Glassubstrat gestapelt sind.
Es wird angenommen, daß die selbe CoCr-basierte Legierung für die ferromagnetische Schicht und für die magnetische Schicht verwendet wird. In 25 sind zwei Schleifen für verschiedene Konzentrationen von Co und Cr gezeigt, aber die Schichtstruktur und die Kompositionen verschieden von Co und Cr sind für die beiden Schleifen die selben. In 25 zeigt die Ordinate die Magnetisierung (emu/cc) an, und die Abszisse zeigt das magnetische Feld (Oe) an.
Wie man aus 25 sehen kann, tritt bei beiden Schleifen in den Nähe der Ordinate eine Verschiebung ein, welche die Erzeugung von antiferromagnetischer Kopplung verifiziert. Ferner kann man aus 25 sehen, daß die durch eine gestrichelte Linie gezeigte Schleife für die höhere Konzentration von Co (Co-reich) eine größere Koerzitivität hat. Selbst im Fall des herkömmlichen Aufzeichnungsmediums ohne Austauschstruktur, ist die Koerzitvkraft um ungefähr 400 Oe verbessert für eine magnetische Schicht mit hoher Co-Konzentration im Vergleich zu der magnetischen Schicht mit niedriger Co-Konzentration. Das die Schleifenverschiebung auftritt, wenn eine Summe aus dem zugeführten externen Feld und einem magnetischen Feld, das durch die antiferromagnetische Kopplung verursacht wird eingeführt zwischen der magnetischen Schicht und der ferromagnetischen Schicht gleich der Koerzitivkraft wird, wird eine Differenz zwischen der Schleifenverschiebungsposistion und der Koerzitivkraft die Stärke der anti-ferromagnetischen Austauschkopplung. In 25 treten die Schleifenverschiebungen etwa bei der selben Magnetfeldposition auf, man kann aber sehen, daß die Austauschkopplung größer ist für den Co-reichen Fall, der durch die gestrichelte Linien angezeigt ist, auf Grund einer Differenz in der Koerzitivität zwischen den beiden Fällen. Zusätzlich ist das Seitenverhältnis der Co-reichen Schleife besser als die andere Schleife.
Durch Verwenden einer Co-reichen Legierung für die magnetische Verbindungsschicht ist es deshalb möglich, den Austauschkopplungseffekt zur erhöhen und ein magnetisches Aufzeichnungsmedium zu realisieren, das ferner eine verbesserte thermische Stabilität aufweist.

Claims

Magnetisches Aufzeichnungsmedium, gekennzeichnet durch: wenigstens eine Austauschschichtstruktur (105, 107) und eine magnetische Schicht (109), die auf der Austauschschichtstruktur (105, 107) vorgesehen ist, wobei die Austauschschichtstruktur (105, 107) eine ferromagnetische Schicht (105) und eine nichtmagnetische Kopplungsschicht (107) umfaßt, die auf der ferromagnetischen Schicht vorgesehen ist; und eine magnetische Verbindungsschicht (106, 108), die zwischen der ferromagnetischen Schicht (105) und der nichtmagnetischen Kopplungsschicht (107) und/oder zwischen der nichtmagnetischen Kopplungsschicht (107) und der magnetischen Schicht vorgesehen (109) ist, welche magnetische Verbindungsschicht (106, 108) eine Magnetisierungsrichtung parallel zu der ferromagnetischen Schicht (105) und der magnetischen Schicht (109) hat; dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetische Schicht (105) und die magnetische Schicht (109) austauschgekoppelt sind und antiparallele Magnetisierungen haben.
Magnetisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, bei dem die magnetische Verbindungsschicht (106, 108) aus einem Material gemacht ist, das verschieden ist von jenen der ferromagnetischen Schicht (105) und der magnetischen Schicht (109).
Magnetisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine obere magnetische Verbindungsschicht (108) bzw. eine untere magnetische Verbindungsschicht (106) jeweils oberhalb und unterhalb der nichmagnetischen Kopplungsschicht (107) vorgesehen sind, und eine Austauschkopplung zwischen der oberen magnetischen Verbindungsschicht (108) und der unteren magnetischen Verbindungsschicht (106) größer als die Austauschkopplung zwischen der magnetischen Schicht (109) und der ferromagnetischen Schicht (105) ist.
Magnetisches Aufzeichnungsmedium nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die magnetische Verbindungsschicht (106, 108) hergestellt ist aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Co, Fe, Legierungen auf Fe-Basis, Legierungen auf Ni-Basis und Legierungen auf Co-Basis einschließlich CoCrTa, CoCrPt und CoCrPt-M, wobei M = B, Mo, Nb, Ta, W, Cu oder Legierungen davon sind.
Magnetisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 4, bei dem die Co- oder Fe-Konzentration der magnetischen Verbindungsschicht (106, 108) höher als die Co- oder Fe-Konzentrationen der ferromagnetischen Schicht (105) und der meagnetischen Schicht (109) sind.