DE60126953T2

DE60126953T2 - Magnetische aufzeichnungsmittel mit antiferromagnetischer kupplung

Info

Publication number: DE60126953T2
Application number: DE60126953T
Authority: DE
Inventors: Mary Frances Santa Cruz DOERNER; Eric Edward Morgan Hill FULLERTON; David Thomas Los Gatos MARGULIES
Original assignee: Hitachi Global Storage Technologies Netherlands BV
Current assignee: HGST Netherlands BV
Priority date: 2000-08-04
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2021-07-24
Also published as: WO2002013190A1; CN1446354A; CN1240056C; DE60126953D1; EP1309969B1; AU2001272657A1; TW540034B; KR100611088B1; US6537684B1; EP1309969A1; KR20030024815A; MY127245A; JP2004506289A

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen Magnetaufzeichnungsmedien und im Besonderen eine Magnetaufzeichnungsplatte mit einer antiferromagnetisch gekoppelten (AFC) Magnetaufzeichnungsschicht.
Hintergrund der Erfindung
Herkömmliche Magnetaufzeichnungsmedien, wie etwa Magnetaufzeichnungsplatten in Festplattenlaufwerken, verwenden üblicherweise eine grobkristalline ferromagnetische Schicht, wie etwa eine sputterabgeschiedene Kobalt-Platin-Legierung (CoPt), als Aufzeichnungsmedium. Jeder magnetisierte Bereich in der Magnetschicht besteht aus vielen kleinen magnetischen Körnern. Diese Übergänge zwischen magnetisierten Bereichen stellen die „Bits" der aufgezeichneten Daten dar. IBM's US-Patente US-A-4.789.598 und US-A-5.523.173 beschreiben diesen Typ herkömmlicher starrer Platten.
Da sich die Speicherdichte der Magnetaufzeichnungsplatten erhöht hat, ging damit eine Verkleinerung des Produkts aus der Remanenzmagnetisierung Mr (wobei Mr in Einheiten des magnetischen Moments pro Volumeneinheit ferromagnetischen Materials gemessen wird) und der Magnetschichtdicke t einher. In ähnlicher Weise erhöht sich die Koerzitivfeldstärke oder die Koerzitivkraft (H_c) der Magnetschicht. Dies führte zu einer Verringerung im Verhältnis Mrt/H_c. Damit die Verringerung des Mrt erzielt wird, kann die Dicke der Magnetschicht reduziert werden, aber nur bis auf eine Grenze, da der Schwund der gespeicherten magnetischen Informationen in der Schicht dadurch noch wahrscheinlicher wird. Dieser Schwund der Magnetisierung wird der thermischen Aktivierung kleiner magnetischer Körner (superparamagnetischer Effekt) zugeschrieben. Die thermische Stabilität eines magnetischen Korns wird größtenteils durch K_uV bestimmt, wobei K_u die magnetische Anisotropiekonstante der Schicht und V das Volumen des magnetischen Korns ist. Wenn die Dicke der Schicht verringert wird, nimmt auch V ab. Wenn die Dicke der Schicht zu dünn ist, werden die gespeicherten magnetischen Informationen bei normalen Plattenlaufwerks-Betriebsbedingungen nicht mehr länger stabil sein.
Ein Ansatz zur Lösung dieses Problems ist, die Verwendung eines höheren Anisotropiematerials (höhere K_u). Die Erhöhung von K_u ist jedoch bis zu einem Punkt eingeschränkt, an dem die Koerzitivkraft H_c, welche in etwa gleich K_u/M_s (M_s = Magnetisierungssättigung) ist, zu groß wird, um mithilfe eines herkömmlichen Aufzeichnungskopfs geschrieben werden zu können. Ein ähnlicher Ansatz ist die Verringerung der M_s der Magnetschicht für eine bestimmte Schichtendicke, welche Mr reduzieren wird, da Mr mit M_s in Beziehung steht, aber dies ist ebenfalls durch die Koerzitivkraft, welche geschrieben werden kann, eingegrenzt. Eine weitere Lösung ist die Erhöhung des intergranularen Austauschs, so dass das effektive Magnetvolumen V der magnetischen Körner erhöht wird. Es zeigt sich jedoch, dass diese Ansatz sich nachteilig auf den Eigenrauschabstand (SNR) der Magnetschicht auswirkt.
IBM's Patentanmeldung GB-2.355.018 beschreibt ein Magnetaufzeichnungsmedium, worin die Magnetaufzeichnungsschicht mindestens zwei miteinander antiferromagnetisch durch einen nichtferromagnetischen Abstandsfilm hindurch gekoppelte, ferromagnetische Filme umfasst. In diesem Typ Magnetmedium, als AFC-Medium bezeichnet, sind die magnetischen Momente der beiden antiferromagnetisch gekoppelten Filme antiparallel ausgerichtet, woraus sich ergibt, dass das Produkt der Nettoremanenzmagnetisierungs-Dicke (Mrt) der Aufzeichnungsschicht die Differenz der Mrt-Werte der beiden ferromagnetischen Filme ist. Diese Verringerung des Mrt wird ohne eine Reduktion des Volumens V erzielt. Daher wird die thermische Stabilität des Aufzeichnungsmediums nicht verringert. In einer Ausführungsform des AFC-Mediums sind die ferromagnetischen Filme sputterabgeschiedene CoPtCrB-Filme, die von einem Ru-Abstandsfilm getrennt werden, der eine Dicke zur Maximierung der antiferromagnetischen Kopplung zwischen den beiden CoPtCrB-Filmen aufweist. Einer der ferromagnetischen Filme ist dicker als der andere, aber die Dicken werden so gewählt, dass das Nettomoment des bei null angelegten Magnetfelds niedrig, aber ungleich null ist.
Das AFC-Medium ist von herkömmlichen „laminierten" Medien zu unterscheiden, worin zwei oder mehrere Magnetschichten durch eine nichtmagnetische Abstands schicht so voneinander beabstandet sind, dass die Magnetschichten absichtlich magnetisch entkoppelt werden. Es ist bekannt, dass ein im Wesentlichen verbesserter SNR durch die Verwendung laminierter Medien erzielt werden kann. Die Reduktion des Medieneigenrauschens durch Laminierung ist, so wird angenommen, auf eine Entkopplung der magnetischen Wechselwirkung oder der Austauschkopplung zwischen den Magnetschichten im Laminat zurückzuführen. Diese Entdeckung wurde von S. E. Lambert et al., „Reduction of Media Noise in Thin Film Metal Media by Lamination", Bd. 26, Nr. 5, 2706-2709, IEEE Transactions on Magnetics, (September 1990) gemacht und danach im US-Patent von IBM US-A-5.051.288 patentiert. IBM's kürzlich erteiltes Patent US-A-6.077.586 beschreibt eine laminierte Platte mit speziellen Impfkristallschichten und magnetisch entkoppelten, borhaltigen ferromagnetischen Schichten.
Im Allgemeinen führt das Hinzufügen von mehr Schichten zu einer Plattenstruktur zu einer höheren Komplexitiät des Herstellungsverfahrens. Da das AFC-Medium aufgrund der größeren Anzahl an zu sputternden Schichten eine größere Anzahl an Sputterpositionen benötigt, kann es notwendig sein, das vorhandene Plattenherstellungsverfahren im Wesentlichen zu modifizieren. Außerdem benötigt die Verwendung einer borhaltigen Legierung, wie etwa CoPtCrB, in AFC-Filmen, was für Hochleistungsmedien nötig ist, die Verwendung einer Spezialeinsatz- oder Keimbildungsschicht zu Erhöhung des Wachstums der CoPtCrB-Filme, so dass die C-Achse dieser Filme in der Ebene der Filme liegt. Die Keimbildungsschicht, welche üblicherweise eine nichtferromagnetische CoCr-Legierung ist, benötigt noch eine weitere Sputteringposition im Herstellungsprozess.
Zusammenfassung der Erfindung
Demgemäß stellt die Erfindung eine Magnetaufzeichnungsplatte bereit, welche Folgendes umfasst: ein Substrat; eine aus der Cr und Legierungen von Cr umfassenden Gruppe ausgewählte nichtferromagnetische Unterschicht auf dem Substrat; einen ersten ferromagnetischen Film, der direkt auf und in Kontakt mit der Unterschicht ausgebildet ist, wobei der erste ferromagnetische Film eine borfreie Legierung ist, die Cobalt (Co) und Chrom (Cr) umfasst, wobei Cr zwischen etwa 11 und 25 Atomprozent in der Legierung vorliegt; einen nichtferromagnetischen Abstandsfilm auf dem ersten ferromagnetischen Film; und einen zweiten ferromagnetischen Film auf dem Abstandsfilm, wobei der zweite ferromagnetische Film eine Co und B umfassende Legierung ist, wobei der zweite ferromagnetische Film mit dem ersten ferromagnetischen Film durch den Abstandsfilm hindurch antiferromagnetisch austauschgekoppelt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein AFC-Medium bereitgestellt, welches magnetische Hochleistungseigenschaften besitzt, aber die Hinzufügung von Sputterpositionen zum vorhandenen Herstellungsprozess nicht erfordert.
Eine AFC-Platte wird bereitgestellt, worin der untere ferromagnetische Film in der AFC-Aufzeichnungsschicht eine borfreie ferromagnetische CoCr-Legierung ist, die keine Keimbildungsschicht zwischen sich und der Cr- oder Cr-Legierungs-Unterschicht benötigt. Die ferromagnetische CoCr-Legierung weist eine ausreichende Magnetisierungssättigung (M_s) und Körnerstruktur auf, um exzellente Magnetaufzeichnungsleistungen für die AFC-Aufzeichnungsschicht zu erzeugen, während sie auch als Keimbildungsschicht zur Induktion des Wachstums der C-Achse in der gleichen Ebene auf dem oberen borhaltigen ferromagnetischen Film durch die Abstandsschicht dient.
In einer Ausführungsform weist der erste ferromagnetische Film eine Dicke zwischen ungefähr 1,5 und 3,5 nm auf.
In einer Ausführungsform ist die Unterschicht eine ausschließlich aus Cr und Titan (Ti) bestehende Legierung.
In einer Ausführungsform ist eine Impfkristallschicht zwischen dem Substrat und der Unterschicht bereitgestellt und die Unterschicht direkt auf und in Kontakt mit der Impfkristallschicht ausgebildet ist. Beispielsweise ist die Impfkristallschicht eine ausschließlich aus Ruthenium (Ru) und Aluminium (Al) bestehende Legierung. Alternativ dazu, kann die Impfkristallschicht eine ausschließlich aus Nickel (Ni) und Aluminium (Al) bestehende Legierung sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste ferromagnetische Film eine ausschließlich aus Co und Cr bestehende Legierung. In einer anderen Ausführungsform ist der erste ferromagnetische Film eine Legierung, die ferner ein oder mehrere Platinelemente (Pt) und Tantal (Ta) umfasst.
In einer Ausführungsform besteht der Abstandsfilm im Wesentlichen aus Ruthenium (Ru) und der zweite ferromagnetische Film ist vorzugsweise eine Legierung, die ferner Cr und Pt umfasst.
Das Substrat ist beispielsweise Glas und in einer Ausführungsform ist über dem zweiten ferromagnetischen Film ein Schutzüberzug ausgebildet.
In einer Ausführungsform weist der erste ferromagnetische Film eine Dicke t1 und eine Magnetisierung M1 auf, der zweite ferromagnetische Film weist eine Dicke t2 und eine Magnetisierung M2 auf und die magnetischen Momente pro Flächeneinheit (M1 × t1) bzw. (M2 × t2) des ersten bzw. des zweiten ferromagnetischen Films unterscheiden sich voneinander.
In einer Ausführungsform ist ein zweiter nichtferromagnetischer Abstandsfilm auf dem zweiten ferromagnetischen Film und ein dritter ferromagnetischer Film auf dem zweiten Abstandsfilm vorhanden. Der dritte ferromagnetische Film ist mit dem zweiten ferromagnetischen Film durch den zweiten Abstandsfilm hindurch antiferromagnetisch austauschgekoppelt.
Die Erfindung stellt ferner eine Magnetaufzeichnungsplatte bereit, umfassend: ein Glassubstrat; eine aus der Cr, einer CrV-Legierung und einer CrTi-Legierung umfassenden Gruppe ausgewählte Unterschicht; eine Magnetaufzeichnungsschicht auf der Unterschicht und umfassend einen ersten ferromagnetischen Film aus einer Legierung, die ausschließlich aus Co und Cr besteht, wobei Cr zwischen etwa 11 und 25 Atomprozent vorliegt, direkt auf und in Kontakt mit der Unterschicht ausgebildet ist, einen nichtferromagnetischen Abstandsfilm aus einem aus der aus Ru, Cr, Rhodium (Rh), Iridium (Ir), Kupfer (Cu) und deren Legierungen bestehenden Gruppe ausgewählten Material, welcher auf dem ersten ferromagnetischen Film ausgebildet ist und einen zweiten ferromagnetischen Film aus einer Legierung, die Co und B auf dem Abstandsfilm umfasst, wobei der Abstandsfilm eine ausreichende Dicke aufweist, um den zweiten ferromagnetischen Film zu induzieren, um mit dem ersten ferromagnetischen Film durch den Abstandsfilm hindurch austauschgekoppelt zu werden und einen auf der Magnetaufzeichnungsfestplatte ausgebildeten Schutzüberzug.
In einer Ausführungsform ist die Impfkristallschicht zwischen dem Substrat und der Unterschicht bereitgestellt und die Unterschicht ist eine ausschließlich aus Cr und Titan (Ti) bestehende Legierung und ist direkt auf und in Kontakt mit der Impfkristallschicht ausgebildet. Die Impfkristallschicht ist beispielsweise aus der aus RuAl und einer NiAl-Legierung bestehenden Gruppe ausgewählt.
In einer Ausführungsform ist der Abstandsfilm Ruthenium (Ru).
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun lediglich anhand von Beispielen und in Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben:
1 ist eine schematische Schnittansicht einer AFC-Aufzeichnungsplatte nach bekanntem Stand der Technik.
2 ist eine schematische Schnittansicht einer AFC-Aufzeichnungsplatte gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Allgemeine Struktur einer AFC-Platte
Die Magnetaufzeichnungsplatte der bevorzugten Ausführungsform ist von dem Typ, der eine Magnetaufzeichnungsschicht aus zwei oder mehreren ferromagnetischen Filmen aufweist, die mit den an diese angrenzenden ferromagnetischen Filmen durch einen oder mehrere nichtferromagnetische Abstandsfilme antiferromagnetisch gekoppelt sind (AF). 1 veranschaulicht die allgemeine Querschnittsstruktur einer Platte 10 mit einer antiferromagnetisch gekoppelten (AFC) Magnetschicht 20.
Das Plattensubstrat 11 ist aus jedem geeigneten Material, wie etwa Glas, SiC/Si, Keramik, Quarz oder einer AlMg-Legierungsbasis, die zur Verbesserung des Wachstums der Unterschicht 13 verwendet werden kann. Die Impfkristallschicht 12 wird üblicherweise verwendet, wenn das Substrat 11 nichtmetallisch ist, wie etwa Glas. Die Impfkristallschicht 12 weist eine Dicke im Bereich von etwa 1 bis 50 nm auf und ist aus den Materialien, wie etwa Ta, CrTi, NiAl oder RuAl, die als Impfkristallmaterialien zur Wachstumsförderung der nachfolgend abgeschiedenen Schichten in bestimmten bevorzugten Kristallrichtungen verwendbar sind. Eine Vorimpfkristallschicht (nicht abgebildet) kann ebenfalls zwischen dem Glassubstrat 11 und der Impfkristallschicht 12 verwendet werden. Die Unterschicht 13 wird auf der Impfkristallschicht, wenn vorhanden, oder ansonsten direkt auf dem Substrat 11 abgeschieden und ist aus einem nichtmagnetischen Material, wie etwa Chrom oder einer Chromlegierung, wie etwa CrV oder CrTi. Die Unterschicht 13 weist eine Dicke im Bereich von 5 bis 100 nm mit einem typischen Wert von etwa 10 nm auf.
Die AFC-Magnetschicht 20 besteht aus zwei ferromagnetischen Filmen 22, 24, die durch einen nichtferromagnetischen Abstandsfilm 26 getrennt sind. Die Dicke und die Zusammensetzung des nichtferromagnetischen Abstandsfilms 26 sind so gewählt, dass die magnetischen Momente 32, 34 der angrenzenden Filme 22 bzw. 24 durch den nichtferromagnetischen Abstandsfilm 26 hindurch AF-gekoppelt sind und im bei null angelegten Feld antiparallel sind. Die beiden AF-gekoppelten Filme 22, 24 der Schicht 20 weisen magnetische Momente auf, die antiparallel ausgerichtet sind, wobei der obere Film 22 ein größeres Moment aufweist. Die ferromagnetischen Filme 22, 24 bestehen aus einer CoPtCrB-Legierung mit 4 bis 20 Atomprozent (Atom-%) Platin, 10 bis 23 Atom-% Chrom und 2 bis 20 Atom-% Bor. Der nichtferromagnetische Abstandsfilm 26 ist Ruthenium (Ru).
Da der erste ferromagnetische Film 24 der AFC-Magnetschicht 20 eine borhaltige CoPtCrB-Legierung ist, wird eine sehr dünne (üblicherweise 1 bis 5 nm) Co-Legierungs-Einsatz- oder Keimbildungsschicht 14 auf der Unterschicht 13 abgeschieden. Die Keimbildungsschicht 14 weist eine Zusammensetzung auf, die so ausgewählt wurde, um das Wachstum der hexagonalen dichtest gepackten (HCP) CoPtCrB-Legierung des Films 24 zu erhöhen, so dass dessen C-Achse in der Ebene des Films ausgerichtet ist. Die geeignete Kristallstruktur des ersten CoPtCrB-Films 24 erhöht wiederum das Wachstum des zweiten CoPtCrB-Films 22, durch den Ru-Abstandsfilm 26 hindurch, um dessen C-Achse ebenfalls in der gleichen Ebene zu haben. Wenn der CoPtCrB-Film 24 direkt auf der Unterschicht 13 aus Cr-Legierung ohne einer Keimbildungsschicht wachsen würde, dann würde es nicht mit seiner C-Achse in der Ebene des Films wachsen, was zu einer schlechten Aufzeichnungsleistung führen würde. Es ist wohlbekannt, dass das Vorhandensein von Bor für die Erzielung kleiner Körner in der Aufzeichnungsschicht erforderlich ist, was für Hochleistungsmedien notwendig ist. Daher ermöglicht die Keimbildungsschicht 14 die Verwendung borhaltiger Legierungen als Aufzeichnungsschicht. Die Keimbildungsschicht 14 ist üblicherweise eine nichtferromagnetische Co-Legierung und ist in der bevorzugten Ausführungsform eine CoCr-Legierung mit Cr >= 31 Atomprozent (Atom-%). Diese CoCr-Zusammensetzung erzeugt eine Phase, die nichtferromagnetisch oder leicht ferromagnetisch ist.
Die AF-Kopplung der ferromagnetischen Filme über einen nichtferromagnetischen Übergangsmetall-Abstandsfilm, wie die Struktur von Schicht 20 in 1, ist ein umfassend erforschtes und in der Literatur beschriebenes Gebiet. Im Allgemeinen oszilliert die Austauschkopplung mit ansteigender Abstandsfilmdicke von ferromagnetisch zu antiferromagnetisch. Diese oszillierende Kopplungsbeziehung für ausgewählte Materialzusammensetzungen ist von Parkin et., „Oscillations in Exchange Coupling and Magnetoresistatance in Metallic Superlattice Structures: Co/Ru, Co/Cr und Fe/Cr", Band 64, 2034, Phys. Rev. Lett. (1990) beschrieben. Die Materialzusammensetzungen umfassen ferromagnetische Filme aus Co, Fe, Ni und deren Legierungen, wie etwa Ni-Fe, Ni-Co und Fe-Co, und nichtferromagnetische Abstandsfilme, wie etwa Ru, Chrom (Cr), Rhodium (Rh), Iridium (Ir), Kupfer (Cu) und deren Legierungen. Für jede derartige Materialzusammensetzung wird die oszillierende Austauschkopplungsbeziehung, wenn nicht schon bekannt, bestimmt, so dass die Dicke des nichtferromagnetischen Abstandsfilms ausgewählt wird, um die antiferromagnetische Kopplung zwischen den beiden ferromagnetischen Filmen sicherzustellen. Die Oszillationsperiode hängt vom nichtferromagnetischen Abstandsmaterial ab, aber die Stärke und Phase der oszillierenden Kopplung hängt auch vom ferromagnetischen Material und von der Gnenzflächenqualität ab.
Für diese AFC-Struktur der Schicht 20 werden die Richtungen der magnetischen Momente 32, 34 der angrenzenden Filme 22 bzw. 24 antiparallel ausgerichtet und addieren sich destruktiv. Die Pfeile 32, 34 stellen die Momentrichtungen der einzelnen Magnetbereiche dar, die sich direkt oberhalb und unterhalb des jeweils anderen durch den AF-Kopplungsfilm 26 hindurch befinden.
Während 1 eine AFC-Magnetschicht 20 mit einer Zwei-Film-Struktur und einem einzelnen Abstandsfilm abbildet, kann die AFC-Platte zusätzliche ferromagnetische Filme mit AF-gekoppelten Abstandsfilmen zwischen den ferromagnetischen Filmen haben.
Struktur einer AFC-Platte mit einem borfreien, unteren ferromagnetischen Film als Keimbildungsschicht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
Im Handel erhältliche Hochleistungsplatten, die Glassubstrate und CoPtCrB-Einschicht-Magnetschichten verwenden, können sechs Schichten benötigen. Diese Schichten sind eine Vorimpfkristallschicht auf dem Glassubstrat (in 1 nicht abge bildet), die Impfkristallschicht, die Unterschicht, die nichtferromagnetische (oder leicht ferromagnetische) CoCr-Keimbildungsschicht, die CoPtCrB-Magnetschicht und der Schutzüberzug. Herkömmliche Sputteringwerkzeuge zur Herstellung, wie etwa der Circulus M12, haben derzeit lediglich sieben verfügbare Positionen für die tatsächliche Sputterabscheidung, unter der Annahme, dass zwei Heizpositionen und eine Abkühlposition verwendet werden. Da die AFC-Magnetschicht die einzelne Magnetschicht mit drei Schichten ersetzt, beträgt die Gesamtanzahl an zur Erzeugung einer AFC-Platte benötigten Sputterkathoden acht. Diese Zahl übersteigt jene, der derzeit verfügbaren, auf dem Circulus M12, wie oben beschrieben, konfigurierten. Andere Typen an Sputterwerkzeugen zur Herstellung können auch eine begrenzte Anzahl an Sputterkathoden umfassen, was die Implementierung eines AFC-Mediums schwierig macht.
Die vorliegende Erfindung zeigt, dass bestimmte Materialien für die beiden Zwecke des Wirkens als unterer ferromagnetischer Film in der AFC-Schicht sowie als Erleichterung des C-Achsenwachstums des zweiten CoPtCrB-Films in der gleichen Ebene durch die Ru-Abstandsschicht hindurch dienen können. Dies ermöglicht eine Kombination der Keimbildungsschicht und des unteren ferromagnetischen Films der AFC-Schicht in einer Schicht und daher wird vorzugsweise nur eine Sputterkathode benötigt. Dies verringert die Gesamtanzahl an gesputterten Schichten in der AFC-Plattenstruktur, wodurch potentielle Herstellungsprobleme überwunden werden.
Damit eine Schicht sowohl als Einsetz- oder Keimbildungsschicht und als untere Schicht in der AFC-Struktur dient, wird vorzugsweise ein Material benötigt, welches eine Co-Legierung ist, zum epitaxialen Aufwachsen auf einer ausgerichteten Cr-Legierung mit seiner C-Achse in der Ebene des Films imstande ist und als unterer ferromagnetischer Film in der AFC-Magnetaufzeichnungsschicht eine gute Leistung erbringt. In der bevorzugten Ausführungsform wurde gezeigt, dass ein derartiges Material ferromagnetisches Co₇₈Cr₂₂ ist, welches eine Magnetisierungssättigung (M_s) von 425 emu/cm². Die Röntgenbeugungsergebnisse zeigten, dass für eine auf einer herkömmlichen Unterschicht gewachsene AFC-Struktur, unter Verwendung eines Co₇₈Cr₂₂-Films direkt auf der Unterschicht, einer Ru-Abstandsschicht direkt auf dem Co₇₈Cr₂₂-Film und eines CoPtCrB-Film direkt auf der Ru-Abstandsschicht, die C-Achse des CoPtCrB in der Ebene des Films lag. Wenn das Wachstum eines einzelnen CoPtCrB-Films mit einem Mrt von 0,32 memu/cm² direkt auf einem Co₇₈Cr₂₂-Film mit einem Mrt von 0,1 memu/cm² bewirkt wurde, betrugt das gemessene Mrt 0,43 memu/cm², was sehr nahe an der Summe des Mrt der beiden Schichten war. Wenn das Wachstum desselben Typs eines CoPtCrB-Films auf einer Ru-Schicht mit der benötigten Dicke, um eine AF-Kopplung zu erzielen, bewirkt wurde, wobei Letztere wiederum direkt auf demselben Typ Co₇₈Cr₂₂-Film gezüchtet wurde, wies die daraus resultierende Struktur einen Mrt von 0,22 memu/cm² auf. Dieser Wert ist die Differenz der Mrt-Werte der beiden Filme und zeigt, dass die AF-Kopplung vorliegt.
Es wurde ebenfalls herausgefunden, dass die CoCr_x-Legierungen mit 14 ≤ x ≤ 22 exzellente Magneteigenschaften bewirken, wenn sie als unterer ferromagnetischer Film in einer AFC-Aufzeichnungsschicht verwendet werden. Dies wurde nicht erwartet, da es bekannt ist, dass eine Minimumkonzentration von Cr (üblicherweise mindestens 18 Atom-%) zur Korngrenzensegregation erforderlich ist, welche wiederum zur Ermöglichung unabhängigen Schaltens der Magnetisierung der Körner benötigt wird. Da diese CoCr-Legierungen ein hohes Moment aufweisen, können dünnere untere ferromagnetischen Filme zur Erzielung des gewünschten Mrt verwendet werden. Es wurde festgestellt, dass die Dicke des ersten ferromagnetischen Films einen erheblichen Effekt auf den SNR der daraus resultierenden AFC-Struktur hat. Gemessene SNR für AFC-Medien, welche alle einen oberen ferromagnetischen Film aus CoPt₁₂Cr₁₈B₈ haben, aber in dem die unteren ferromagnetischen CoCr-Filme aus verschiedenen Dicken und Cr-Zusammensetzungen (Cr zwischen 14 und 20 Atom-%) waren, zeigten, dass der untere Film aus CoCr eine Dicke zwischen 1,5 und 3,5 nm zur Optimierung des SNR der AFC-Medien haben sollte.
Das Verhältnis des isolierten Signalimpulses zum Rauschen (S_oNR) bei 15 000 Magnetflussumkehrungen/Millimeter aufgezeichneter Übergänge in einem einzigen Schichtfilm, unter Verwendung einer herkömmlichen nichtferromagnetischen C₆₉Cr₃₁-Keimbildungsschicht, betrug 29, 8 dB, während der S_oNR einer Co₇₈Cr₂₂ verwendenden AFC-Platte als erster ferromagnetischer Film und derselbe Typ an CoPtCrB- Material als zweiter ferromagnetischer Film 31,3 dB betrug. Die isolierte Pulsbreite (PW50) für diese beiden Platten betrug 122 nm bzw. 116 nm. Diese Daten zeigen, dass die AFC-Platte mit Co₇₈Cr₂₂ als ersten ferromagnetischen Film, der direkt auf der Unterschicht aus Cr-Legierung gezüchtet wurde, eine hohe Magnetaufzeichnungsleistung aufweist.
2 stellt die bevorzugte Struktur der AFC-Platte 10' gemäß der Erfindung dar. Die Dicken und Zusammensetzungen der verschiedenen Schichten in dieser bevorzugten Ausführungsform sind wie folgt:
Vorkeimbildungsschicht: Al₅₀Ti₅₀ (20-50 nm)
Keimbildungsschicht 12: Ru₅₀Al₅₀ (8-20 nm)
Unterschicht 13: Cr₉₀Ti₁₀ (6-20 nm)
Unterer AFC-Film 24', direkt auf der Unterschicht 13 befindlich:
Co_(100-x)Cr_x mit 11 < x < 25 oder
Co_(100-y-x)Pt_yCrx mit 0 < y < 15 und 11 < x < 25 oder
Co_(100-y-x-z)Pt_yCr_xTa_z mit 0 < y < 20, 11 < x < 22 und 2 < z < 6
Abstandsschicht 26: Ru oder Cr (0,4 bis 1,0 nm)
Oberer AFC-Film 22: Co_(100-y-x-z)Pt_yCr_xB_z mit 6 < y < 25, 10 < x < 25 und 6 < z < 15
In der bevorzugten Ausführungsform der ferromagnetischen CoCr-Legierung, die als unterer AFC-Film dient, ohne dabei eine spezielle Keimbildungsschicht zu benötigen, hat eine Zusammensetzung mit Cr zwischen ungefähr 11 und 25 Atomprozent. Die Cr-Konzentration wird primär durch die Dicke und den für den unteren AFC-Film gewünschten Mrt bestimmt. Da die Konzentration an Cr die M_s der CoCr-Legierung bestimmt, bestimmt diese den Mrt des CoCr-Films für eine vorgegebene Dicke. Die gewünschte Dicke des CoCr-Films wird durch das optimale Filmwachstum und die Aufzeichnungsleistung bestimmt. Die Obergrenze ist jene Menge, um die die M_s der CoCr-Legierung herum für Hochleistungsaufzeichnungen ausreichend ist.
Zusätzlich zu dieser bevorzugten binären Legierung ausschließlich aus Co und Cr kann der untere ferromagnetische Film auch aus einer ternären oder quartenären Legierung aus CoCr mit einem oder mehr Platin- (Pt) und Tantalelementen (Ta) sein. Die Pt können ein gewünschtes Additiv sein, wenn eine vermehrte Anisotropie im unteren Film gewünscht wird und die Ta können ein gewünschtes Additiv sein, wenn eine vermehrte Körnerisolierung gewünscht wird. Die Konzentrationen von 0 < Pt < 15 und 2 < Ta < 6 wurden als die üblichen Bereiche bestimmt, die diese Zwecke erfolgreich erreicht haben.

Claims

Magnetaufzeichnungsfestplatte, umfassend: ein Substrat; eine aus der Cr und Legierungen von Cr umfassenden Gruppe ausgewählte nichtferromagnetische Unterschicht auf dem Substrat; einen ersten ferromagnetischen Film, der direkt auf und in Kontakt mit der Unterschicht ausgebildet ist, wobei der erste ferromagnetische Film eine borfreie Legierung ist, die Cobalt (Co) und Chrom (Cr) umfasst, wobei Cr zu etwa 11 bis 25 Atomprozent in der Legierung vorliegt; einen nichtferromagnetischen Abstandsfilm auf dem ersten ferromagnetischen Film; und einen zweiten ferromagnetischen Film auf dem Abstandsfilm, wobei der zweite ferromagnetische Film eine Co und B umfassende Legierung ist, wobei der zweite ferromagnetische Film mit dem ersten ferromagnetischen Film durch den Abstandsfilm hindurch antiferromagnetisch austauschgekoppelt ist.
Festplatte nach Anspruch 1, worin der erste ferromagnetische Film eine Dicke zwischen etwa 1,5 und 3,5 nm aufweist.
Festplatte nach Anspruch 1 oder 2, worin die Unterschicht eine ausschließlich aus Cr und Titan (Ti) bestehende Legierung ist.
Festplatte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, die ferner eine Impfkristallschicht zwischen dem Substrat und der Unterschicht umfasst und worin die Unterschicht direkt auf und in Kontakt mit der Impfkristallschicht ausgebildet ist.
Festplatte nach Anspruch 4, worin die Impfkristallschicht eine ausschließlich aus Ruthenium (Ru) und Aluminium (Al) bestehende Legierung ist.
Festplatte nach Anspruch 4, worin die Impfkristallschicht eine ausschließlich aus Nickel (Ni) und Aluminium (Al) bestehende Legierung ist.
Festplatte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der erste ferromagnetische Film eine Legierung ist, die ferner Platin (Pt) umfasst.
Festplatte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der erste ferromagnetische Film eine Legierung ist, die ferner Tantal (Ta) umfasst.
Festplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin der erste ferromagnetische Film eine ausschließlich aus Co und Cr bestehende Legierung ist.
Festplatte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der Abstandsfilm im Wesentlichen aus Ruthenium (Ru) besteht.
Festplatte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der zweite ferromagnetische Film eine Legierung ist, die ferner Cr und Pt umfasst.
Festplatte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Substrat Glas ist.
Festplatte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, die ferner einen über dem zweiten ferromagnetischen Film ausgebildeten Schutzüberzug umfasst.
Festplatte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der erste ferromagnetische Film eine Dicke t1 und eine Magnetisierung M1, der zweite ferromagnetische Film eine Dicke t2 und eine Magnetisierung M2 aufweist und worin sich das magnetische Moment pro Flächeneinheit (M1 × t1) bzw. (M2 × t2) des ersten bzw. des zweiten ferromagnetischen Films voneinander unterscheiden.
Festplatte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, die ferner einen zweiten nichtferromagnetischen Abstandsfilm auf dem zweiten ferromagnetischen Film und einen dritten ferromagnetischen Film auf dem zweiten Abstandsfilm umfasst, wobei der dritte ferromagnetische Film mit dem zweiten ferromagnetischen Film durch den zweiten Abstandsfilm hindurch antiferromagnetisch austauschgekoppelt ist.
Magnetaufzeichnungsfestplatte nach Anspruch 1, worin das Substrat ein Glassubstrat ist; wobei die Unterschicht aus der Cr, einer CrV-Legierung und einer CrTi-Legierung umfassenden Gruppe ausgewählt ist; wobei der erste ferromagnetische Film eine vollständig aus Co und Cr bestehende Legierung ist, wobei Cr zu zwischen etwa 11 und 25 Atomprozent vorliegt, direkt auf und in Kontakt mit der Unterschicht ausgebildet ist, wobei der nichtferromagnetische Abstandsfilm aus einem aus der aus Ru, Cr, Rhodium (Rh), Iridium (Ir), Kupfer (Cu) und deren Legierungen bestehenden Gruppe ausgewählten Material ist und worin die Festplatte ferner einen auf der Magnetaufzeichnungsfestplatte ausgebildeten Schutzüberzug umfasst.
Festplatte nach Anspruch 16, worin der erste ferromagnetische Film eine Dicke zwischen etwa 1,5 und 3,5 nm aufweist.
Festplatte nach Anspruch 16 oder 17, die ferner eine Impfkristallschicht zwischen dem Substrat und der Unterschicht umfasst und worin die Unterschicht eine ausschließlich aus Cr und Titan (Ti) bestehende Legierung sowie direkt auf und in Kontakt mit der Impfkristallschicht ausgebildet ist.
Festplatte nach Anspruch 18, worin die Impfkristallschicht aus der aus RuAl und einer NiAl-Legierung bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Festplatte nach Anspruch 16, 17, 18 oder 19, worin der Abstandsfilm Ruthenium (Ru) ist.