DE60215556T2

DE60215556T2 - Magnetisches aufzeichnungsmittel und magnetisches speichergerät

Info

Publication number: DE60215556T2
Application number: DE60215556T
Authority: DE
Inventors: Antony Kawasaki-shi AJAN
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2022-03-30
Also published as: US20050048325A1; CN1620687A; KR100641377B1; EP1490867A1; EP1490867B1; KR20040086372A; DE60215556D1; JP2005520276A; JP4154341B2; WO2003083841A1; US7074508B2

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen magnetische Aufzeichnungsmedien und magnetische Speichergeräte, und insbesondere ein magnetisches Längsaufzeichnungsmedium, welches eine thermisch instabile Schicht verwendet, um eine magnetische Aufzeichnungsschicht zu stabilisieren zum Verbessern der thermischen Stabilität der magnetischen Aufzeichnungsschicht, und ein magnetisches Speichergerät, welches solch ein magnetisches Aufzeichnungsmedium verwendet.
STAND DER TECHNIK
Magnetische Aufzeichnungsmedien sind bekannt. Beispielsweise offenbart die EP-A-1059269 ein magnetisches Aufzeichnungsmedium, das eine magnetische Schicht, eine nichtmagnetische Kopplungsschicht und eine ferrimagnetische Schicht besitzt.
Der Bedarf an erhöhter Speicherkapazität magnetischer Aufzeichnungsmedien führte zur Entwicklung der magnetischen Dünnschichtplatte, indem sowohl ein Zuwachs als auch magnetische Eigenschaften geeignet skaliert werden, und auch zu Innovationen bei der Gestaltung, wie anhand der kürzlich entwickelten synthetischen ferrimagnetischen Medien (SFM, engl. Synthetic Ferrimagnetic Media), die in einer japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2001-56924 vorgeschlagen werden, und anhand von Ergebnissen verstanden werden kann, von denen in Abarra et al., „Longitudinal magnetic recording media with thermal stabilization layers", Applied Physics Letters, Vol.77, No.16, Seiten 2581–2583, 15. Oktober 2000 und Fullerton et al., „Antiferromagnetically coupled magnetic media layers for thermally stable high-density recording", Applied Physics Letters, Vol.77, No.23, Seiten 3806–3808, 4.Dezember 2000 berichtet wird.
Da die magnetische Aufzeichnungsdichte sehr hoch wird und die Menge an Information, die pro Flächeneinheit gespeichert wird, extrem hoch wird, ist der Bedarf am Verkleinern der Abmessung der magnetischen Aufzeichnungsschicht unvermeidbar. Das dünner machen der magnetischen Aufzeichnungsschicht ist vorteilhaft beim Reduzieren der Korngrößen und auch beim entsprechenden Reduzieren des Übergangsparameters. Jedoch kann dies nicht lange weitergehen, da die Reduzierung der Korngröße und demzufolge die Reduzierung der anisotropen Energie zu klein wird, was durch thermische Energie bei einer bestimmten Temperatur (normalerweise Raumtemperatur) leicht bewältigt werden kann. Um alternative Ansätze bei der Gestaltung zu erreichen, ist es notwendig, das magnetische Aufzeichnungsmedium weiter zu verbessern, wie z.B. das synthetische ferrimagnetische Medium, das in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2001–56924 und dem Artikel von D.T. Margulies et al. „Interlayer coupling and magnetic reversal of antiferromagnetically coupled media", Applied Physics Letters, vol.80, no.1, Seiten 91 bis 93, 7. Januar 2002 vorgeschlagen wird.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Folglich ist es eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues und nützliches magnetisches Aufzeichnungsmedium und magnetisches Speichergerät bereitzustellen, wobei die oben beschriebenen Probleme im Wesentlich reduziert werden.
In einem Aspekt der Erfindung wird ein magnetisches Längsaufzeichnungsmedium bereitgestellt, umfassend: eine Grundstruktur; und eine synthetische ferrimagnetische Struktur, die auf der Grundstruktur angeordnet ist und eine Aufzeichnungsschicht bildet, wobei die synthetische ferrimagnetische Struktur zumindest eine unterste magnetische Schicht und eine oberste magnetische Schicht enthält, welche antiferromagnetisch über eine nichtmagnetische Abstandsschicht gekoppelt sind, wobei die unterste magnetische Schicht aus einer superparamagnetischen Schicht hergestellt ist und die oberste magnetische Schicht aus einem ferromagnetischen Material hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem remanenten Zustand, in dem ein außen angelegtes Magnetfeld Null ist, die superparamagnetische Schicht in einem umgekehrt gesättigten Zustand ist und Ausrichtungen eines magnetischen Moments der untersten und der obersten magnetischen Schicht antiparallel sind.
Somit wird in der vorliegenden Erfindung eine dünne superparamagnetische Schicht anstelle einer ferromagnetischen Schicht verwendet, um eine oberste magnetische Aufzeichnungsschicht eines synthetischen ferrimagnetischen Mediums (SFM) zu stabilisieren, das eine synthetische ferrimagnetische Struktur besitzt. Durch das Einsetzen einer geeigneten superparamagnetischen Schicht zu diesem Zweck ist es möglich, die Aufzeichnungsdichte durch ein geeignetes Abwärtsbewegen zu niedrigeren tBr- (Gum) Bereichen weiter zu erhöhen.
In der vorliegenden Erfindung wird die Leistung der Medien verbessert, solange der gleiche Level oder mehr der thermischen Stabilität der magnetischen Aufzeichnungsschicht eingehalten wird. Außerdem ist es in Bezug auf die vorliegende Erfindung wichtig zu beachten, dass im Vergleich zu den herkömmlichen einschichtigen Medien auch der gleiche Level oder eine Verbesserung beim Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) erreicht wird.
Ferner wird in der vorliegenden Erfindung von der Kopplungsfestigkeit und den Zwischenlageneigenschaften einer untersten magnetischen Schicht der synthetischen ferri magnetischen Struktur Gebrauch gemacht, um die Eigenschaften des SFM zu verbessern.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein magnetisches Speichergerät bereit, umfassend: einen Wandler, der Information auf ein magnetisches Längsaufzeichnungsmedium schreibt und Information davon reproduziert; und mindestens ein solches magnetisches Längsaufzeichnungsmedium mit einer Grundstruktur und einer synthetischen ferrimagnetischen Struktur, die auf der Grundstruktur angeordnet ist und eine Aufzeichnungsschicht bildet, wobei die synthetische ferrimagnetische Struktur zumindest eine unterste magnetische Schicht und eine oberste magnetische Schicht enthält, welche antiferromagnetisch über eine nichtmagnetische Abstandsschicht gekoppelt sind, wobei die unterste magnetische Schicht aus einem superparamagnetischen Material hergestellt ist und die oberste magnetische Schicht aus einem ferromagnetischen Material hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem remanenten Zustand, in dem ein außen angelegtes Magnetfeld Null ist, die superparamagnetische Schicht in einem umgekehrt gesättigten Zustand ist und Ausrichtungen eines magnetischen Moments der untersten und der obersten magnetischen Schicht antiparallel sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein magnetisches Aufzeichnungsmedium und ein magnetisches Speichergerät zu realisieren, welche eine superparamagnetische Schicht als die Stabilisierungsschicht verwenden. Diese Stabilisierungsschicht ermöglicht der Magnetisierung der obersten magnetischen Schicht, sich in den SFM-Systemen thermisch zu stabilisieren. Wenn eine geeignete superparamagnetische Schicht für die Stabilisierungsschicht verwendet wird, hilft dies, das SNR zu verbessern und zu ermöglichen, eine Aufzeichnung mit hoher Dichte mit über 100 GBit/Quadratzoll zu erreichen, zusammen mit der erforderli chen thermischen Stabilität bei niedrigeren tBr-Werten. Diese tBr-Reduzierung, welche die verbesserte thermische Stabilität und das verbesserte SNR einhält, ist ein Schlüsselfaktor der vorliegenden Erfindung.
Andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung deutlich werden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittansicht, die einen wichtigen Teil eines ersten Ausführungsbeispiels des magnetischen Aufzeichnungsmediums gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Diagramm zum Erklären eines antiferromagnetischen Kopplungsschemas, das für eine zweischichtige synthetische ferrimagnetische Struktur in dem Zustand magnetischer Momente in einer remanenten Lage verwendet wird, das heißt, wenn das außen angelegte magnetische Feld Null ist;
3 ist ein Diagramm zum Erklären eines antiferromagnetischen Kopplungsschemas, das für eine dreischichtige synthetische ferrimagnetische Struktur in dem Zustand magnetischer Momente in einer remanenten Lage verwendet wird, das heißt, wenn das außen angelegte magnetische Feld Null ist;
4 ist eine Querschnittansicht, die einen wichtigen Teil eines zweiten Ausführungsbeispiels des magnetischen Aufzeichnungsmediums gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist eine Querschnittansicht, die einen wichtigen Teil eines dritten Ausführungsbeispiels des magnetischen Aufzeichnungsmediums gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist eine Querschnittansicht, die einen wichtigen Teil eines vierten Ausführungsbeispiels des magnetischen Aufzeichnungsmediums gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
7A und 7B sind Diagramme, welche eine Magnetisierungsschleife und Koerzitivkraftwerte der synthetischen ferrimagnetischen Struktur zeigen, die ein typisches ferromagnetisches Material verwendet;
8A und 8B sind Diagramme, welche eine Magnetisierungsschleife und Koerzitivkraftwerte der synthetischen ferrimagnetischen Struktur zeigen, die eine typische superparamagnetische Schicht verwendet;
9 ist ein Diagramm, das eine Magnetisierungsschleife und Koerzitivkraftwerte zeigt, wenn eine unterste magnetische Schicht superparamagnetisch ist;
10 ist ein Diagramm, das Wechselfeldwerte für die Hex Werte zeigt, wenn die Dicke der superparamagnetischen Schicht ansteigt und dann einen ferromagnetischen Zustand erreicht;
11 ist ein Diagramm, das Magnetisierungswerte von CCPB-Systemen zeigt, wenn die Dicke der superparamagnetischen Schicht erhöht wird;
12 ist ein Diagramm, das Wechselkopplungsfestigkeitswerte von CCPB-Systemen zeigt, wenn die Dicke der superparamagnetischen Schicht erhöht wird;
13 ist ein Diagramm, das eine Verbesserung der Koerzitivkraft zeigt, wenn die Dicke der superparamagnetischen Schicht erhöht wird;
14 ist ein Diagramm, das eine Verbesserung einer thermischen Stabilität zeigt, wenn die Wechselkopplungsfestigkeitswerte entsprechend der Erhöhung der Dicke der ferromagnetischen Schicht erhöht werden;
15 ist ein Diagramm, das eine Verbesserung der thermischen Stabilität zeigt, wenn die Wechselkopplungsfe stigkeitswerte entsprechend der Erhöhung der Dicke der superparamagnetischen Schicht erhöht werden;
16 ist ein Diagramm, das ein gesamtes Signal-Rausch-Verhältnis zeigt, wenn die Dicke der superparamagnetischen Schicht erhöht wird;
17 ist eine Querschnittansicht, die einen wichtigen Teil dieses Ausführungsbeispiels des magnetischen Speichergeräts zeigt; und
18 ist eine Draufsicht, die den wichtigen Teil dieses Ausführungsbeispiels des magnetischen Speichergeräts zeigt.
BESTER MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird auf die synthetischen ferrimagnetischen Medien (SFM) angewendet, die oben beschrieben werden, für einen Fall, in dem zwei ferromagnetische Schichten in antiparallelen Richtungen durch eine nichtmagnetische Abstandsschicht gekoppelt werden, die beispielsweise aus Ru hergestellt ist. Die vorliegende Erfindung trägt zu einem zusätzlichen Betriebszustand bei, in welchem eine niedrigere Schicht der gekoppelten ferromagnetischen Schichten aus einer superparamagnetischen Schicht hergestellt ist.
Um einheitliche Bezüge innerhalb der gegenwärtigen Offenbarung vorzusehen, werden die folgenden Definitionen verwendet werden. Die Definitionen sind aus „A Dictionary of Physical Sciences", Towman & Allanheld, 1983.
Das „Moment" bezieht sich auf den Dreheffekt einer Kraft oder eines Systems von Kräften um eine Achse. Eine einzelne Kraft besitzt ein Moment, das gleich dem Produkt der Kraft und des senkrechten Abstands von der Achse zu der Wirkungslinie der Kraft ist.
Der „Paramagnetismus" bezieht sich auf eine Art eines magnetischen Verhaltens, bei dem das Material eine ziemlich geringe positive Suszeptibilität besitzt, die umgekehrt proportional zur Temperatur ist. Ein paramagnetisches Muster wird dazu neigen, sich in Richtung auf ein angelegtes magnetisches Feld zu bewegen. Der Effekt wird durch den Spin ungepaarter Elektronen in den Atomen oder Molekühlen verursacht, welche den Atomen ein magnetisches Moment verleihen. Der Effekt des Paramagnetismus überwältigt immer die diamagnetischen Reaktionen des Festkörpers.
Der „Ferromagnetismus" bezieht sich auf eine magnetische Reaktionsart, in welcher das Material eine sehr hohe Suszeptibilität besitzt, die von der Temperatur abhängt. Der Ferromagnetismus wird durch ungepaarte Elektronen verursacht, wie beim Paramagnetismus. Diese wirken als kleine Elementarmagnete, und in ferromagnetischen Materialien werden sie innerhalb von Bereichen des Festkörpers parallel zueinander ausgerichtet, welche als Gebiete (engl. domains) bezeichnet werden, durch intermolekulare Kräfte, die als Austauschkräfte bekannt sind. Jedes Gebiet kann daher als ein kleiner Magnet gedacht werden. In einem nicht magnetisierten Muster sind die Gebiete zufällig ausgerichtet, so dass das Muster kein reines magnetisches Moment besitzt. Wenn ein externes Feld angelegt wird, neigen die Elementarmagnete dazu, sich entlang seiner Richtung auszurichten und Gebiete, deren magnetische Momente entlang des Felds ausgerichtet sind, wachsen auf Kosten benachbarter Gebiete. Wenn das Feld groß genug ist, zeigen alle Elementarmagnete in die Richtung des Felds und das Muster ist gesättigt.
Die Definition von „Superparamagnetismus" ist aus B. D. Cullity, „Magnetism and Magnetic Materials", Addison Wesley Publishing Company Inc., 1972. Wenn die Korngröße eines Ferromagneten über einen bestimmten Wert hinaus abnimmt, wird die Koerzitivkraft Null, da die thermische Energie des Korns jeder der Energien widersteht, die in dem Korn vorhanden sind (wie anisotrope Energie). Diese thermi sche Energie ist stark genug, um spontan eine vorher magnetisierte Anordnung von Partikeln zu entmagnetisieren. Solche Partikel werden superparamagnetisches Partikel genannt.
Eine Betriebsdefinition von „Superparamagnetismus" würde zumindest zwei Erfordernisse einschließen. Zuerst sollte die Magnetisierungskurve keine Hysterese zeigen, da dies keine Eigenschaft des thermischen Gleichgewichts ist. Zweitens, außer für Partikelwechselwirkungseffekte, muss die Magnetisierungskurve für ein isotropes Muster in dem Umfang temperaturabhängig sein, dass sich Kurven, die bei unterschiedlichen Temperaturen entnommen werden, sich ungefähr überlagern müssen, wenn H über T aufgetragen wird, nach einer Korrektur für die Temperaturabhängigkeit der spontanen Magnetisierung, wobei H das angelegte Feld kennzeichnet und T die Temperatur kennzeichnet.
Ein magnetisches Aufzeichnungsmedium gemäß der vorliegenden Erfindung ist für eine Längsaufzeichnung mit hoher Dichte mit einer erhöhten thermischen Stabilität und einer besseren Aufzeichnungsleistung geeignet, um die aktuellen Aufzeichnungslimits auszubauen, vorzugsweise über 100 GBit/Quadratzoll. Insbesondere verwendet das magnetische Aufzeichnungsmedium gemäß der vorliegenden Erfindung eine thermisch instabile Schicht, um eine magnetische Aufzeichnungsschicht zu stabilisieren zum Verbessern der thermischen Stabilität der magnetischen Aufzeichnungsschicht. Diese thermisch instabile Schicht, das heißt, eine superparamagnetische Schicht, kann auf einem mechanisch strukturierten oder amorphen Glassubstrat mit einer Unterschichtstruktur abgelagert werden, die normalerweise für die Längsaufzeichnung verwendet wird. Diese Struktur wird für die SFM verwendet, in denen die zwei ferromagnetischen Schichten des magnetischen Aufzeichnungsmediums durch eine nichtmagnetische Abstandsschicht getrennt sind, die aus Ru oder Ähnlichem hergestellt ist, und Magnetisierungen davon werden im remanenten Zustand antiferromagnetisch gekoppelt. Die vorliegende Erfindung führt anstelle einer ferromagnetischen Schicht eine superparamagnetische Schicht ein, um eine Stabilität der obersten ferromagnetischen Schicht zu erreichen. Durch entsprechendes Auswählen des Materials, das für die superparamagnetische Schicht verwendet wird, ist es möglich, eine gute Aufzeichnungsleistung hoher Dichte mit einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) und guten Überschreibeigenschaften zu realisieren.
Der Superparamagnetismus der superparamagnetischen Schicht besteht bei 273 K oder darüber. Für ein bestimmtes Material, das superparamagnetisch sein soll, ist es notwendig, die Messtemperatur und auch die Abhängigkeit des magnetischen Felds von der Magnetisierung der superparamagnetischen Schicht auf diese Art und Weise zu spezifizieren. Außerdem besitzt die superparamagnetische Schicht eine Koerzitivkraft Hc von Hc = 0 bei Raumtemperatur oder darüber und die Messzeit beträgt 1 Sekunde oder mehr. Normalerweise, um nachzuweisen, dass ein bestimmtes Material in einem superparamagnetischen Zustand ist, ist es notwendig, experimentell zu sehen, dass eine Koerzitivkraft Hc Null ist und es eine begrenzte Magnetisierung besitzt. Jedoch, da die Koerzitivkraft Hc ein Parameter ist, der zeitabhängig ist, ist es auch notwendig, auch die Zeit der Messung zu spezifizieren. Wenn die Koerzitivkraft Hc bei 1 Sekunde Null ist, wäre die Koerzitivkraft Hc bei allen höheren Zeitmaßstäben Null, wobei sich der Zeitmaßstab auf eine Rate bezieht, mit welcher das äußere Magnetfeld, das an dem magnetischen Aufzeichnungsmedium angelegt wird, verändert wird.
Jedoch ist der wichtigste Parameter, der zu bestimmen ist, das Volumen (oder die Größe der Körner) der superparamagnetischen Schicht, wie nachfolgend beschrieben werden wird. Superparamagnetismus setzt bei jeder Temperatur ein, wenn das Volumen (Korngröße) unter einen bestimmten Wert reduziert wird. Dieses Volumen (oder Korngröße), bei dem der Superparamagnetismus einsetzen kann, hängt von dem Material ab, das für die superparamagnetische Schicht verwendet wird.
1 ist eine Querschnittansicht, die einen wichtigen Teil eines ersten Ausführungsbeispiels des magnetischen Aufzeichnungsmediums gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. In 1 und den 4 bis einschließlich 6, welche später beschrieben werden, sind die Dicken der verschiedenen Schichten nicht skaliert.
Das magnetische Aufzeichnungsmedium, das in 1 gezeigt ist, enthält ein Substrat 10, das aus Al, Glas oder irgendeinem geeigneten Substratmaterial hergestellt ist. Eine Keimschicht 11 wird auf dem Substrat 10 gebildet. In diesem Ausführungsbeispiel kann die Keimschicht 11 aus NiP, Cr, Co Legierungen, wie z.B. CoNiZr und CoNbZr, oder Legierungen daraus hergestellt sein und besitzt vorzugsweise eine Dicke in einem Bereich von 5 nm bis 100 nm. Die Keimschicht 11 kann durch eine einzelne Schicht oder eine Kombination von zwei oder mehr Schichten geformt werden, die mit unterschiedlichen Zusammensetzungen aufeinander gestapelt werden. Eine Unterschicht 12 wird auf der Keimschicht 11 geformt. Die Unterschicht 12 kann aus Cr oder Legierungen daraus hergestellt sein, wie z.B. CrV, CrW und CrMo. Wenn beispielsweise die Unterschicht 12 aus CrMo, CrMoW, CrV oder CrW hergestellt ist, wird der Mo-Gehalt, W-Gehalt oder V-Gehalt in einem Berich von 1 at.% bis 30 at.% ausgewählt, und der Cr-Gehalt bildet die verbleibenden at.%. Die Unterschicht 12 kann durch eine einzelne Schicht oder eine Kombination von zwei oder mehr Schichten geformt werden, die mit unterschiedlichen Zusammensetzungen aufeinander gestapelt werden. Die Anforderung an die Unterschicht 12 und die Keimschicht 11 ist für dieses Ausführungsbeispiel des magnetischen Aufzeichnungsmediums eine Co(1120) Ausrichtung der nachfolgenden hexagonalen magnetischen Schichten bereitzustellen.
Zusätzlich zu der Keimschicht 11 und der Unterschicht 12 ist es bevorzugt, eine Zwischenschicht 13 bereitzustellen, die aus CoCr mit einem Cr-Gehalt von 25 at.%
Cr
45 at.% oder Legierungen aus CoCr hergestellt ist, wie z.B. CoCrTa mit einem Cr-Gehalt von 10 at.% bis 40 at.% und einem Ta-Gehalt von 1 at.% bis 10 at.%, um die Gitteranpassung zwischen den Unterschichten (11, 12 und 13) und nachfolgenden superparamagnetischen und ferromagentischen Aufzeichnungsschichten 14 und 16 zu verbessern, welche durch eine nichtmagnetische Abstandsschicht 15 getrennt sind. Beispielsweise ist die nichtmagnetische Abstandsschicht 15 aus Ru, Rh, Ir, Cr, Mo, Nb, Ta, Cu, Re oder Legierungen daraus hergestellt. Eine Schutzschicht 16, die aus zerstäubtem C oder chemisch dampfabgelagertem C hergestellt ist und eine Dicke von 4 nm bis 5 nm besitzt, wird oben auf den magnetischen Schichten zum Schutz vor chemischen und mechanischen Degradationen ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Schutzschicht 16 auf der ferromagnetischen Schicht 16 geformt. Natürlich kann die Schutzschicht 16 eine zweischichtige Struktur besitzen, die aus einer C-Schicht und einer Schmiermittelschicht zusammengesetzt ist, die auf der C-Schicht ausgebildet ist.
Die Unterschichten (11, 12 und 13), die superparamagnetische Schicht 14 und die ferromagnetische Aufzeichnungsschicht 16 können durch einen DC-Zerstäubungsprozess mit einer Substrattemperatur Ts, die 150°C < Ts < 300°C erfüllt, und einer Substratvorspannung Vb, die 0 < Vb < –300 V erfüllt, geformt werden, in Gegenwart von einem Edelgasdruck (üblicherweise Ar) von 2 mTorr bis 100 mTorr.
In dem Fall mechanisch strukturierter Substrate aus NiP beschichteten Al- oder Glassubstraten, tritt eine be vorzugte Ausrichtung von Co c-Achse und Cr<110> entlang der Umfangsstruktur auf. In diesem Fall werden sowohl das SNR als auch die thermische Stabilität des aufgezeichneten Bit verbessert.
4 ist eine Querschnittansicht, die einen wichtigen Teil eines zweiten Ausführungsbeispiels des magnetischen Aufzeichnungsmediums gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. In 4 werden die Teile, welche die gleichen sind wie die entsprechenden Teile in 1, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und eine Beschreibung davon wird ausgelassen werden. Wie in 4 gezeigt, wird eine erste superparamagnetische Schicht 14-1 auf der Unterschicht 12 oder der Zwischenschicht 13 geformt, und eine erste nichtmagnetische Abstandsschicht 15-1 wird auf der ersten superparamagnetischen Schicht 14-1 geformt. Außerdem wird eine zweite superparamagnetische Schicht 14-2 auf der ersten nichtmagnetischen Abstandsschicht 15-1 geformt, und eine zweite nichtmagnetische Abstandsschicht 15-2 wird auf der zweiten superparamagnetischen Schicht 14-2 geformt. Die ferromagnetische Schicht 16 wird auf der zweiten nichtmagnetischen Abstandsschicht 15-2 geformt.
5 ist eine Querschnittansicht, die einen wichtigen Teil eines dritten Ausführungsbeispiels des magnetischen Aufzeichnungsmediums gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. In 5 werden die Teile, welche die gleichen sind wie die entsprechenden Teile in 4, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und eine Beschreibung davon wird ausgelassen werden. Wie in 5 gezeigt, wird eine ferromagnetische Schicht 14-3 an Stelle der ersten superparamagnetischen Schicht 14-1, die in 4 gezeigt ist, bereitgestellt.
6 ist eine Querschnittansicht, die einen wichtigen Teil eines vierten Ausführungsbeispiels eines magnetischen Aufzeichnungsmediums gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. In 6 werden die Teile, welche die gleichen sind wie die entsprechenden Teile in den 4 und 5, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und eine Beschreibung davon wird ausgelassen werden. Wie in 6 gezeigt, wird eine ferromagnetische Schicht 14-3 an Stelle der superparamagnetischen Schicht 14-2, die in 4 gezeigt ist, bereitgestellt.
In 1 und den 4 bis einschließlich 6 wird der Einfachheit halber angenommen, dass die superparamagnetischen Schichten 14 und 14-1 aus einer superparamagnetischen Schicht (Material) L1 hergestellt sind, die superparamagnetische Schicht 14-2 aus einer superparamagnetischen Schicht (Material) L1-1 hergestellt ist, die ferromagnetische Schicht 14-3 aus einer ferromagnetischen Schicht (Material) L1' hergestellt ist und die ferromagnetische Schicht 16 aus einer ferromagnetischen Schicht (Material) L2 hergestellt ist. Im ersten bis einschließlich vierten Ausführungsbeispiel, die oben beschrieben werden, ist die magnetische Struktur, in der die tatsächliche magnetische Aufzeichnung stattfindet, aus mehreren Schichten geformt. Wie oben beschrieben, schlägt die japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2001-56924 das synthetische ferrimagnetische Medium (SFM) vor, welches die einzigartige mehrschichtige synthetische ferrimagnetische Struktur besitzt, um der Destabilisierung der aufgezeichneten Bits zu widerstehen, welche durch die thermische Energie verursacht wird, wenn die Partikelgrößen in dem magnetischen Aufzeichnungsmedium geringer und geringer werden. Da es notwendig war, diese thermische Schwankung für eine Aufzeichnung höherer Dichte zu bewältigen, hat das SFM bewiesen, dass es effektiv ist.
In dem SFM, welches die synthetische ferrimagnetische Struktur besitzt, die in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2001-56924 beschrieben wird, werden zwei ferromagnetische Schichten 501 durch eine nichtmagnetische Abstandsschicht 502 antiferromagnetisch gekoppelt, welche beispielsweise aus Ru hergestellt wird, wie in den 2 und 3 gezeigt. 2 ist ein Diagramm zum Erklären eines antiferromagnetischen Kopplungsschemas, das für eine zweischichtige synthetische ferrimagnetische Struktur in dem Zustand magnetischer Momente in remanenter Lage verwendet wird, das heißt, wenn das außen angelegte magnetische Feld Null ist. Gleichermaßen ist 3 ein Diagramm zum Erklären eines antiferromagnetischen Kopplungsschemas, das für eine dreischichtige synthetische ferrimagnetische Struktur in dem Zustand magnetischer Momente in remanenter Lage verwendet wird, das heißt, wenn das außen angelegte magnetische Feld Null ist. In 3 wird eine zusätzliche ferromagnetische Schicht 503 bereitgestellt. Durch das Einsetzen der antiferromagnetischen Kopplung ist es möglich, das remanente Magnetisierungs- und Dickeprodukt Mrt zu reduzieren, was erforderlich ist, um die Aufzeichnungsdichte zu erhöhen. Durch die antiparallele Kopplung ist es möglich, erfolgreich ein magnetisches Aufzeichnungsmedium zu erzeugen, das einer thermischen Schwankung weitgehend widersteht, wobei auch ein hohes SNR beibehalten wird. Dies war eine wichtige Verbesserung für die herkömmlichen einschichtigen magnetischen Aufzeichnungsmedien, welche erheblich geringere Mrt-Werte besitzen.
In dem ersten Ausführungsbeispiel, das oben beschrieben wird, wird beispielsweise die superparamagnetische Schicht 14, die in 1 gezeigt ist, anstelle der untersten ferromagnetischen Schicht 501, die in 2 gezeigt ist, in die synthetische ferrimagnetische Struktur eingefügt. Die zwei Fälle, in denen die superparamagnetische Schicht verwendet wird und die ferromagnetische Schicht verwendet wird, können differenziert werden, indem auf die Magnetisierungsschleife geblickt wird, um die Koerzitiv kraft, insbesondere von der kleineren Schleife, und auch die Temperaturabhängigkeit der Magnetisierung zu erhalten, und um die Zeit der Magnetisierungsmessung einzusetzen. Da die Koerzitivkraft ein extrinsischer Parameter des magnetischen Aufzeichnungsmediums ist, ist es wichtig, ihn durch viele Verfahren zu charakterisieren, um den superparamagnetischen Betriebszustand im Vergleich zum ferromagnetischen Bereich zu identifizieren.
Das erste bis einschließlich das vierte Ausführungsbeispiel ist im Grunde eine Erweiterung des SFM. In diesem Fall ist eine unterste superparamagnetische Schicht, welche als eine Stabilisierungsschicht wirkt und auf der Schicht L1 hergestellt ist, naturgemäß superparamagnetisch als eine oberste ferromagnetische Schicht, die aus der Schicht L2 hergestellt ist. Die superparamagnetische Schicht L1 kann entweder ein weichmagnetisches Material oder ein hartmagnetisches Material sein. Ein hartmagnetisches Material würde höhere Koerzitivkräfte besitzen mit einer einigermaßen großen Magnetisierung. Ein weichmagnetisches Material würde eine höhere Magnetisierung und sehr geringe Koerzitivkräfte besitzen. Die superparamagnetische Natur der Stabilisierungsschicht liegt an ihrer begrenzten Dicke, normalerweise unterhalb von 5 nm für CoCrPtB Zusammensetzungen und Ähnliches. Gemäß den Untersuchungen, die von dem vorliegenden Erfinder gemacht wurden, indizierten sowohl die Struktur- als auch die Aufzeichnungseigenschaften dieses Ausführungsbeispiels, dass sich die Technologie weiter auf die Stabilisierungsschicht erstreckte, die aus der superparamagnetischen Schicht L1 hergestellt ist, und trotzdem Vorteile einer synthetischen ferrimagnetischen Struktur erzielt. Auch traten zwei Fälle eines materialabhängigen Aspekts der Stabilisierungsschicht auf.
Ein erster Weg ist, tB_r-Werte zu reduzieren, indem ein hoch Co-haltiges Material und ein relativ viel geringerer anisotroper Wert für die Schicht L1 verwendet werden, welche die Stabilisierungsschicht formt, wobei t die Dicke der Stabilisierungsschicht kennzeichnet und B_r den remanenten Fluss kennzeichnet. In diesem Fall wird die hohe Dichte zusammen mit der Stabilität der Schicht L2 erreicht, welche die oberste ferromagnetische Schicht bildet.
Ein zweiter Weg ist, das remanente Magnetisierungs- und Dickeprodukt Mrt der magnetischen Schicht zu reduzieren, wobei ziemlich das gleiche oder erheblich anisotrope Material für die Schicht L1 oder die Schichten L1 und L1-1 verwendet wird, im Vergleich zur Schicht L2. In diesem Fall stieg ein KuV/k_BT-Wert der Struktur des einschichtigen Falls wesentlich an, in dem nur die oberste ferromagnetische Schicht bereitgestellt wird, wobei ein anisotroper Energiebeitrag von der Stabilisierungsschicht verwendet wird und wobei Ku die anisotrope Konstante des Materials ist, V das Volumen ist und k_B die Boltzmann-Konstante ist.
Wenn beispielsweise die Stabilisierungsschicht aus der superparamagnetischen Schicht L1 mit sehr geringem Pt oder keinem Pt hergestellt wird, dann kommt die Stabilität hauptsächlich von der obersten ferromagnetischen Schicht, die aus der Schicht L2 hergestellt ist. Durch ein Erhöhen der Dicke der Stabilisierungsschicht, welche aus der superparamagnetischen Schicht L1 hergestellt wird, die ein entsprechend hohes Pt von über 8% und bis zu 16% oder mehr besitzt, kann dann auch eine wesentliche Stabilität aus der Stabilisierungsschicht bezogen werden. Die Reduzierung des remanenten Magnetisierungs- und Dickeprodukts Mrt kann auch auf einfache Weise erhalten werden, da in dem antiferromagnetisch gekoppelten Zustand bei Remanenz die Stabilisierungsschicht eine hohe gesättigte entgegengesetzte Magnetisierung besitzt. Es ist auch wichtig zu erwähnen, dass für die oberste ferromagnetische Schicht ein eindeutiger Wert für das remanente Magnetisierungs- und Dickeprodukt Mr₁t₁ erhalten wird, und für die Stabilisierungsschicht wäre das remanente Magnetisierungs- und Dickeprodukt Mrt Null. Trotzdem gibt es eine Reduzierung des remanenten Magnetisierungs- und Dickeprodukts Mrt, wenn die Magnetisierungen antiparallel sind, da bei Remanenz ein umgekehrt magnetisches Moment hoher Sättigung von der Stabilisierungsschicht der Reduzierung hilft.
Soweit der Zuwachs des Materials betroffen ist, besitzen die Unterschichtstrukturen (Cr oder seine Legierung) ihre (002) in gleicher Ebene, und die magnetische Schicht für sowohl die superparamagnetische als auch die ferromagnetische Co-Schicht würde eine (1120) Struktur in gleicher Ebene besitzen. Jedoch können ein oder mehrere Zuwachsprozesse möglich sein, in denen die Aufzeichnungsschicht eine (1010) Struktur ist und die entsprechende Unterschicht eine (112) Struktur ist. Dies wird hauptsächlich erreicht, indem ein Material vom B2-Typ für die Keimschichten verwendet wird, wie NiAl oder FeAl, das auf entsprechenden Substraten abgelagert wird, wie Glas oder Al.
Aufgrund der hohen Momenteigenschaften der Stabilisierungsschicht, wird die Reduzierung des remanenten Magnetisierungs- und Dickeprodukts Mrt leicht erreicht, während eine große thermische Stabilität beibehalten wird. Eine Verbesserung der thermischen Stabilität aus dem einschichtigen Material wird hauptsächlich aufgrund des begrenzten anisotropen Energiebeitrags von der Stabilisierungsschicht erreicht, wie auch von Acharya et al. in Appl. Phys. Lett., vol. 80, Seite 85, 2002 erklärt wird. Ähnlich zu den zweischichtigen oder dreischichtigen Strukturen, die mit ferromagnetischen Schichten vorgeschlagen wurden, kann eine zweischichtige oder dreischichtige synthetische ferrimagnetische Struktur leicht erreicht werden, wobei die Stabilisierungsschicht verwendet wird, wie in 1 und den 4 bis einschließlich 6 gezeigt wird. Gemäß dem ersten bis einschließlich dem vierten Ausführungsbeispiel werden die thermische Stabilität und das SNR im Vergleich zu dem einschichtigen Material als die Aufzeichnungsschicht verbessert.
Die superparamagnetische Schicht L1 oder L1-1 würde beispielsweise bei Raumtemperatur keine Koerzitivkraft und Remanenz besitzen. Jedoch wird die superparamagnetische Schicht L1 oder L1-1 bei einem hohen angelegten magnetischen Feld eine Magnetisierung besitzen. Mit anderen Worten, wenn das angelegte Feld Null ist, wird die Magnetisierung Null. Dieses typische Verhalten der superparamagnetischen Schicht L1 oder L1-1 ist in 10 gezeigt, welche später beschrieben wird. Bei Raumtemperatur und bei der Messskala der VSM-Zeit zeigt die Koerzitivkraft der superparamagnetischen Schicht L1 oder L1-1 einen Nullwert in 10. Andererseits wird jedoch in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2001-56924 eine ferromagnetische Schicht mit einer begrenzten Koerzitivkraft und Magnetisierung verwendet, um die Struktur zu erhalten.
7A und 7B zeigen eine Magnetisierungsschleife und Koerzitivkraftwerte der synthetischen ferrimagnetischen Struktur, wobei ein typisches ferromagnetisches Material verwendet wird. In 7A indiziert die Ordinate die Magnetisierung (emu) und die Abszisse indiziert das angelegte Feld (Oe). In 7B indiziert die Ordinate die Magnetisierung (emu) der kleineren Schleife und die Abszisse indiziert das angelegte Feld (Oe).
Wie in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2001-56924 erklärt, besitzt die Hystereseschleife, die in 7A gezeigt ist, drei Teile, welche denen für antiferromagnetisch gekoppelte Systeme entsprechen. In einer typischen synthetischen ferrimagnetischen Struktur, welche das ferromagnetische Material für die un terste magnetische Schicht verwendet, zeigt die kleinere Schleife, dass die Koerzitivkraft als die unterste magnetische Schicht verwendet wird, wie durch die Punkte 20 bis einschließlich 23 indiziert wird. Die Punkte 22 und 23 werden verwendet, um Wechselfelder Hex und Hsw der magnetischen Materialien zu charakterisieren. Das Wechselfeld Hsw wird aus einer dM/dH Kurvenspitzenposition erhalten. Andererseits wird das Wechselfeld Hex durch die oberste magnetische Schicht von der untersten magnetischen Schicht erfahren und wird aus Hex = J/M·t berechnet, wobei J die antiferromagnetische Kopplungsfestigkeit kennzeichnet, M die Magnetisierung kennzeichnet und t die Dicke der untersten magnetischen Schicht kennzeichnet. Die Wechselfelder Hex und Hsw sind unterschiedlich, wobei sie zeigen, dass die unterste magnetische Schicht ferromagnetisch ist. Dies ist in 7B als die kleine Schleife gezeigt.
Andererseits zeigen die 8A und 8B eine Magnetisierungsschleife und Koerzitivkraftwerte der synthetischen ferrimagnetischen Struktur, wobei eine typische superparamagnetische Schicht verwendet wird. In 8A indiziert die Ordinate die Magnetisierung (emu) und die Abszisse indiziert das angelegte Feld (Oe). In 8B indiziert die Ordinate die Magnetisierung (emu) von der kleineren Schleife und die Abszisse indiziert das angelegte Feld (Oe).
Die Wechselfeldwerte, welche aus der kleineren Schleife erhalten werden, die in 8B gezeigt ist, zeigen, dass die unterste magnetische Schicht superparamagnetisch ist und eine Koerzitivkraft besitzt, die Null ist. Auf diese Art und Weise ist es leicht möglich, den Materialtyp zu identifizieren, der in der synthetischen ferrimagnetischen Struktur verwendet wird. Es sollte auch beachtet werden, dass die Korngrößen der superparamagnetischen Schicht klein genug sind, so dass sie nur ein einziges Gebiet enthält.
Die Charakteristika solch eines Materials würden Null Koerzitivkraft identifizieren. Da die Energiebarriere des Korns oder einer Ansammlung von Körnern in der superparamagnetischen Schicht sehr niedrig ist, wäre der KuV/K_BT-Wert der superparamagnetischen Schicht geringer als 25. Da die thermische Energie leicht jeglicher anisotropen Energie widerstehen kann, die in dem Material bei einem Ausbleiben eines äußeren Felds vorhanden ist, wird es keine Magnetisierung geben. Mit anderen Worten wird die Rechtwinkligkeit S S = 0.
9 ist ein Diagramm, welches eine Magnetisierungsschleife und Koerzitivkraftwerte zeigt, wenn die unterste magnetische Schicht superparamagnetisch ist. In 9 indiziert die Ordinate die Wechselfelder Hex und Hsw in Oe und die Abszisse indiziert die Dicke der untersten magnetischen Schicht, das heißt, der superparamagnetischen Schicht (Stabilisierungsschicht). „O" indiziert das Wechselfeld Hex und „Δ" indiziert das Wechselfeld Hsw. In 9 werden typische Werte der Wechselfelder Hex und Hsw für Fälle gezeigt, in denen die Stabilisierungsschicht superparamagnetisch und ferromagnetisch ist. Die Hsw und Hex Werte, welche aus der Messung der Hystereseschleife und der kleineren Schleife erhalten werden, indizieren solch ein Verhalten. Wenn Hsw = Hex (bei Punkt 24) ist, dann ist die unterste magnetische Schicht eine superparamagnetische Schicht, welche vorher in den 8A und 8B als Zeichen davon indiziert wird. Die Hsw- und Hex-Werte werden üblicherweise aus der Messung der Hystereseschleife erhalten, wobei ein SQUID, VSM oder irgendwelche anderen Magnetfeldstärkenmessgeräte verwendet werden. In 9 sind für die Dicke der untersten Magnetschicht von bis zu 5 nm die Partikelgrößen klein genug, um in dem superparamagnetischen Zustand eines einzigen Gebiets vorzuliegen.
Aufgrund des begrenzten Größeneffekts nimmt der Magnetisierungswert ab, wenn die Dicke der untersten magneti schen Schicht unter 10 nm reduziert wird. Dies tritt hauptsächlich aufgrund der Spindichtenreduzierung an der Berührungsfläche der magnetischen Schicht und der nichtmagnetischen Abstandsschicht auf. Dementsprechend kann gesehen werden, dass die Dicke t der untersten magnetischen Schicht vorzugsweise im Bereich von 0 < t < 10 nm liegt. Da der superparamagnetische Zustand in Einzelgebietpartikeln auftritt, tritt der Rückgang des Magnetisierungswerts auch aufgrund der Reduzierung der Dicke der untersten magnetischen Schicht auf, wie aus 10 gesehen werden kann. 10 ist ein Diagramm, welches die Wechselfeldwerte für die Hex-Werte zeigt, wenn die Dicke der superparamagnetischen Schicht ansteigt und dann einen ferromagnetischen Zustand erreicht.
Koerzitivkraftwerte in dem oben beschriebenen Bereich wären auch Null, wenn man sie aus den einschichtigen magnetischen Messungen erhalten würde, die in den 11 und 12 gezeigt sind. 11 ist ein Diagramm, das Magnetisierungswerte von CCPB-Systemen zeigt, wenn die Dicke der superparamagnetischen Schicht erhöht wird. In 11 indiziert die Ordinate die Magnetisierung Ms (emu/cc) und die Abszisse indiziert die Dicke (nm) der untersten magnetischen Schicht, das heißt, der superparamagnetischen Schicht (oder Stabilisierungsschicht). 12 ist ein Diagramm, welches Wechselkopplungsfestigkeitswerte von CCPB-Systemen zeigt, wenn die Dicke der superparamagnetischen Schicht erhöht wird. In 12 indiziert die Ordinate die Wechselkopplungsfestigkeit J (erg/cm²) und die Abszisse indiziert die Dicke (nm) der untersten magnetischen Schicht, das heißt, der superparamagnetischen Schicht (oder Stabilisierungsschicht). Die Reduzierung der Magnetisierung Ms, die in 11 gezeigt ist, reduziert eine Wechselkopplungsfestigkeit J, die in 12 gezeigt ist, zwischen zwei magnetischen Schichten.
13 ist ein Diagramm, welches eine Verbesserung einer Koerzitivkraft zeigt, wenn die Dicke der superparamagnetischen Schicht erhöht wird. In 13 indiziert die Ordinate die Koerzitivkraft Hc (Oe) und die Abszisse indiziert die Dicke (nm) der untersten magnetischen Schicht, das heißt, der superparamagnetischen Schicht (oder Stabilisierungsschicht).
Selbst wenn die Remanenz der superparamagnetischen Schicht Null ist, ist in einem Remanenzzustand der synthetischen ferrimagnetischen Struktur die unterste magnetische Schicht, welche die superparamagnetische Schicht ist und als eine Stabilisierungsschicht wirkt, in einem umgekehrt gesättigten Zustand. Daher würde eine Reduzierung des remanenten Magnetisierungs- und Dickeprodukts Mrt immer vorhanden sein. Da es keine große Änderung oder nur einen leichten Anstieg in der Koerzitivkraft Hc für die Dicke der superparamagentischen Schicht von ungefähr 6 nm oder weniger gibt, bleiben Überschreibwerte durch Einführen solcher superparamagnetischen Schichten unberührt. 14 ist ein Diagramm, welches eine Verbesserung thermischer Stabilität zeigt, wenn die Wechselkopplungsfestigkeitswerte entsprechend der Erhöhung der Dicke der ferromagnetischen Schicht in dem SFM erhöht werden, das die synthetische ferrimagnetische Struktur besitzt, die in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2001-56924 vorgeschlagen wird. In 14 indiziert die Ordinate den K_UV/k_BT-Wert und die Abszisse indiziert den tB_r-Wert (Gum). „⦁" indiziert den K_UV/k_BT-Wert für das SFM, und zu Vergleichszwecken indiziert
den K_UV/k_BT-Wert für das herkömmliche einschichtige Medium, das eine Aufzeichnungsschicht besitzt, die aus einer einzigen magnetischen Schicht besteht.
15 ist ein Diagramm, welches eine Verbesserung der thermischen Stabilität zeigt, wenn die Wechselkopp lungsfestigkeitswerte entsprechend der Erhöhung der Dicke der superparamagnetischen Schicht in dem ersten Ausführungsbeispiel des magnetischen Aufzeichnungsmediums erhöht werden, das die synthetische ferrimagnetische Struktur besitzt. In 15 indiziert die Ordinate den K_UV/k_BT-Wert und die Abszisse indiziert den tB_r-Wert (Gum). „❍" indiziert den K_UV/k_BT-Wert für das erste Ausführungsbeispiel des magnetischen Aufzeichnungsmediums, und zu Vergleichszwecken indiziert
den K_UV/k_BT-Wert für das herkömmliche einschichtige Medium, das eine Aufzeichnungsschicht besitzt, die aus einer einzigen magnetischen Schicht besteht.
Das SNR kann ungefähr auf dem gleichen Level gehalten werden oder kann im Vergleich zu dem SFM erhöht werden, das in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2001-56924 vorgeschlagen wird, durch eine entsprechende Auswahl der superparamagnetischen Schicht. Aus den Untersuchungen, die vom vorliegenden Erfinder gemacht wurden, einschließlich den Ergebnissen, die in den 14, 15 und 16 gezeigt sind, hat sich bestätigt, dass der K_UV/k_BT-Wert ansteigt, wenn die unterste magnetische Schicht, das heißt, die superparamagnetische Schicht (Stabilisierungsschicht), aus Pt-haltigen Co-Legierungen hergestellt ist, wie z.B. CoCrPtB, CoCrPt, CoCrTa, CoCrPtTa, CoCrPtTaB und CoCrPtBCu, wobei der Cr-Gehalt 5 at.% bis 40 at.% ist, der Pt-Gehalt 8 at.% bis 16 at.% ist, der B-Gehalt 0 bis 15 at.% ist, der Cu-Gehalt 0 bis 6 at.% ist und der restliche Gehalt Co ist. Es hat sich auch bestätigt, dass der Pt-Gehalt der Co-Legierungen für die obigen Zusammensetzungsbereiche auch 0 sein kann. Mit anderen Worten kann die superparamagnetische Schicht aus Co-Legierungen hergestellt sein, wie z.B. CoCrB, CoCr, CoCrTa, CoCrTaB und CoCrBCu, mit einem Cr-Gehalt von 5 at.% bis 40 at.%, einem B-Gehalt von 0 bis 15 at.%, einem Cu-Gehalt von 0 bis 6 at.% und der restliche Gehalt ist Co.
Ferner wurde bestätigt, dass die K_UV/k_BT-Werte die gleichen bleiben, wenn die unterste magnetische Schicht, das heißt die superparamagnetische Schicht (Stabilisierungsschicht), aus hochmagnetischen Co-Legierungen ohne Pt oder B hergestellt ist, wie z.B. CoCr, CoCrB und CoCrTa, wobei der Cr-Gehalt 5 at.% bis 20 at.% ist, der B-Gehalt 0 bis 10 at.% ist und der restliche Gehalt Co ist. In diesem Fall nahm das remanente Magnetisierungs- und Dickeprodukt Mrt durch die hohe Magnetisierung und die niedrigen anisotropen Eigenschaften der untersten magnetischen Schicht ab.
16 ist ein Diagramm, das ein gesamtes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) zeigt, wenn die Dicke der superparamagnetischen Schicht erhöht wird. In 16 indiziert die Ordinate das gesamte SNR S/Nt (dB) und die Abszisse indiziert die Dicke der unteren magnetischen Schicht, das heißt, der superparamagnetischen Schicht (Stabilisierungsschicht). Es hat sich bestätigt, dass sich das S/Nt-Verhältnis verbessert, wenn die Dicke der superparamagnetischen Schicht bis ungefähr 6 nm erhöht wird, jedoch danach abnimmt, wenn die Dicke der superparamagnetischen Schicht weiter über ungefähr 6 nm hinaus erhöht wird, und ferromagnetisch wird. Daher kann in diesem Fall gesehen werden, dass es ferner wünschenswert ist, dass die Dicke der superparamagnetischen Schicht ungefähr 6 nm oder weniger beträgt.
Das ausgewählte Material magnetischer Schichten der synthetischen ferrimagnetischen Struktur, welche als die Stabilisierungsschicht wirken, kann aus Co-Legierungen, wie z.B. CoCrPtB, hergestellt sein. Jedoch gibt es insgesamt zwei Typen von Stabilisierungsschicht, die, wie oben erwähnt, im Allgemeinen möglich sind. Abhängig von der Anisotropie und den magnetischen Momentwerte der Stabilisie rungsschicht können eine Stabilität und Verbesserungen im SNR erreicht werden.
Als nächstes wird ein Ausführungsbeispiel eines magnetischen Speichergeräts gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, indem auf die 17 und 18 Bezug genommen wird. 17 ist eine Querschnittansicht, die einen wichtigen Teil dieses Ausführungsbeispiels des magnetischen Speichergeräts zeigt, und 18 ist eine Draufsicht, die eine Draufsicht des wichtigen Teils dieses Ausführungsbeispiels des magnetischen Speichergeräts zeigt.
Wie in den 17 und 18 gezeigt, enthält das magnetische Speichergerät im Allgemeinen einen Motor 114, eine Nabe 116, eine Mehrzahl magnetischer Aufzeichnungsmedien 116, eine Mehrzahl von Aufzeichnungs- und Wiedergabeköpfen 117, eine Mehrzahl von Aufhängungen 118, eine Mehrzahl von Armen 119 und eine Aktuatoreinheit 120, welche innerhalb eines Gehäuses 113 bereitgestellt werden. Die magnetischen Aufzeichnungsmedien 116 werden auf der Nabe 115 montiert, welche durch den Motor 114 gedreht wird. Der Aufzeichnungs- und Wiedergabekopf 117 besteht aus einem Wiedergabekopf, wie z.B. einem MR- oder GMR-Kopf, und einem Aufzeichnungskopf, wie z.B. einem induktiven Kopf. Jeder Aufzeichnungs- und Wiedergabekopf 117 ist an dem spitzen Ende eines entsprechenden Arms 119 über die Aufhängung 118 montiert. Die Arme 119 werden durch die Aktuatoreinheit 120 bewegt. Die Grundkonstruktion dieses magnetischen Speichergeräts ist bekannt und eine detaillierte Beschreibung davon wird in dieser Beschreibung ausgelassen werden.
Dieses Ausführungsbeispiel des magnetischen Speichergeräts ist durch die magnetischen Aufzeichnungsmedien 116 gekennzeichnet. Jedes magnetische Aufzeichnungsmedium 116 besitzt die Struktur irgendeines der Ausführungsbeispiele, die oben in Verbindung mit den 1 und 4 bis 6 beschrieben werden. Die Anzahl magnetischer Aufzeichnungsme dien 116 ist nicht auf drei beschränkt, und nur eines, zwei oder vier oder mehr magnetische Aufzeichnungsmedien können vorgesehen sein.
Die Grundkonstruktion der magnetischen Speichereinheit ist nicht auf jene beschränkt, die in den 17 und 18 gezeigt ist. Außerdem ist das magnetische Aufzeichnungsmedium, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, nicht auf eine magnetische Platte beschränkt.
Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern es können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

Ein magnetisches Längsaufzeichnungsmedium (116), umfassend: eine Grundstruktur (10, 11, 12, 13); und eine synthetische ferrimagnetische Struktur (14, 15, 16), die auf der Grundstruktur angeordnet ist und eine Aufzeichnungsschicht bildet, wobei die synthetische ferrimagnetische Struktur zumindest eine unterste magnetische Schicht (14) und eine oberste magnetische Schicht (16) enthält, welche antiferromagnetisch über eine nichtmagnetische Abstandsschicht (15) gekoppelt sind, wobei die unterste magnetische Schicht aus einer superparamagnetischen Schicht hergestellt ist und die oberste magnetische Schicht aus einem ferromagnetischen Material hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem remanenten Zustand, in dem ein außen angelegtes Magnetfeld Null ist, die superparamagnetische Schicht in einem umgekehrt gesättigten Zustand ist und Ausrichtungen eines magnetischen Moments der untersten und der obersten magnetischen Schicht antiparallel sind.
Das magnetische Längsaufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, wobei die synthetische ferrimagnetische Struktur ferner eine weitere magnetische Schicht (14-2) und eine weitere nichtmagnetische Abstandsschicht (15-2) enthält, welche zwischen der nichtmagnetischen Abstandsschicht und der obersten magnetischen Schicht sukzessive gestapelt und eingefügt sind, wobei die weitere magnetische Schicht aus einer superparamagnetischen Schicht hergestellt ist.
Das magnetische Längsaufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, wobei die synthetische ferrimagnetische Struktur ferner eine weitere magnetische Schicht und eine weitere nichtmagnetische Kopplungsschicht enthält, welche zwischen der Grundstruktur und der untersten magnetischen Schicht sukzessive gestapelt und eingefügt sind, wobei die weitere magnetische Schicht aus einem ferromagnetischen Material (14-3) hergestellt ist.
Das magnetische Längsaufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, wobei die synthetische ferrimagnetische Struktur ferner eine weitere magnetische Schicht und eine weitere nichtmagnetische Abstandsschicht enthält, welche zwischen der nichtmagnetischen Schicht und der obersten magnetischen Schicht sukzessive gestapelt und eingefügt sind, wobei die weitere magnetische Schicht aus einem ferromagnetischen Material (14-3) hergestellt ist.
Das magnetische Längsaufzeichnungsmedium nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Grundstruktur ein Substrat (10), eine Keimschicht (11), die auf dem Substrat angeordnet ist und vorwiegend eine (002) Struktur verleiht, und eine nichtmagnetische Unterschicht (12) enthält, die auf der Keimschicht angeordnet und aus einem BCC-Metall oder Legierungen davon hergestellt ist.
Das magnetische Längsaufzeichnungsmedium nach Anspruch 5, wobei die Grundstruktur ferner eine nichtmagnetische Co enthaltende Zwischenschicht (13) enthält, die auf der Unterschicht angeordnet ist und vorwiegend eine (1120) Struktur verleiht.
Das magnetische Längsaufzeichnungsmedium nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die superparamagnetische Schicht aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus hartmagnetischen Materialien und weichmagnetischen Materialien besteht.
Das magnetische Längsaufzeichnungsmedium nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die unterste magnetische Schicht eine Dicke t in einem Bereich von 0 < t < 10 nm besitzt, abhängig von der verwendeten superparamagnetischen Schicht.
Das magnetische Längsaufzeichnungsmedium nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die unterste magnetische Schicht aus Co-Legierungen hergestellt ist, die Pt beinhalten, wie z.B. CoCrPtB, CoCrPt, CoCrTa, CoCrPtTa, CoCrPtTaB und CoCrPtBCu, mit einem Cr-Gehalt von 5 at.% bis 40 at.%, einem Pt-Gehalt von 8 at.% bis 16 at.%, einem B-Gehalt von 0 bis 15 at.%, einem Cu-Gehalt von 0 bis 6 at.%, und ein restlicher Gehalt ist Co.
Das magnetische Längsaufzeichnungsmedium nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die unterste magnetische Schicht aus Co-Legierungen hergestellt ist, wie z.B. CoCrB, CoCr, CoCrTa, CoCrTaB und CoCrBCU, mit einem Cr-Gehalt von 5 at.% bis 40 at.%, einem B-Gehalt von 0 bis 15 at.%, einem Cu-Gehalt von 0 bis 6 at.%, und ein restlicher Gehalt ist Co.
Das magnetische Längsaufzeichnungsmedium nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die unterste magnetische Schicht aus Co-Legierungen mit hoher Magnetisierung ohne Pt oder B hergestellt ist, wie z.B. CoCr, CoCrB und CoCrTa, in denen der Cr-Gehalt 5 at.% bis 20 at.% ist, der B-Gehalt 0 bis 10 at.% ist und ein restlicher Gehalt Co ist.
Das magnetische Längsaufzeichnungsmedium nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die nichtmagnetische Abstandsschicht aus einem Material hergestellt ist, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Ru, Rh, Ir, Cr, Mo, Nb, Ta, Cu, Re und Legierungen davon besteht.
Das magnetische Längsaufzeichnungsmedium nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine antiferromagnetische Kopplung zwischen den superparamagnetischen und den ferromagnetischen Körnern auf der obersten und der untersten magnetischen Schicht besteht.
Das magnetische Längsaufzeichnungsmedium nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die oberste magnetische Schicht ein Wechselfeld von einigen hundert Oe oder höher von der untersten magnetischen Schicht erfährt, aufgrund einer antiferromagnetischen Kopplung.
Ein magnetisches Speichergerät, umfassend: einen Wandler (117), der Information auf ein magnetisches Längsaufzeichnungsmedium schreibt und Information davon reproduziert; und mindestens ein solches magnetisches Längsaufzeichnungsmedium (116) mit einer Grundstruktur (10, 11, 12, 13) und einer synthetischen ferrimagnetischen Struktur (14, 15, 16), die auf der Grundstruktur angeordnet ist und eine Aufzeichnungsschicht bildet, wobei die synthetische ferrimagnetische Struktur zumindest eine unterste magnetische Schicht (14) und eine oberste magnetische Schicht (16) enthält, welche antiferromagnetisch über eine nichtmagnetische Abstandsschicht (15) gekoppelt sind, wobei die unterste magnetische Schicht aus einem superparamagnetischen Material hergestellt ist und die ober ste magnetische Schicht aus einem ferromagnetischen Material hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem remanenten Zustand, in dem ein außen angelegtes Magnetfeld Null ist, die superparamagnetische Schicht in einem umgekehrt gesättigten Zustand ist und Ausrichtungen eines magnetischen Moments der untersten und der obersten magnetischen Schicht antiparallel sind.
Das magnetische Speichergerät nach Anspruch 15, wobei die synthetische ferrimagnetische Struktur des magnetischen Längsaufzeichnungsmediums ferner eine weitere magnetische Schicht (14-2) und eine weitere nichtmagnetische Abstandsschicht (15-2) enthält, welche zwischen der nichtmagnetischen Abstandsschicht und der obersten magnetischen Schicht sukzessive gestapelt und eingefügt sind, wobei die weitere magnetische Schicht aus einer superparamagnetischen Schicht hergestellt ist.
Das magnetische Speichergerät nach Anspruch 15, wobei die synthetische ferrimagnetische Struktur des magnetischen Längsaufzeichnungsmediums ferner eine weitere magnetische Schicht und eine weitere nichtmagnetische Kopplungsschicht enthält, welche zwischen der Grundstruktur und der untersten magnetischen Schicht sukzessive gestapelt und eingefügt sind, wobei die weitere magnetische Schicht aus einem ferromagnetischen Material (14-3) hergestellt ist.
Das magnetische Speichergerät nach Anspruch 15, wobei die synthetische ferrimagnetische Struktur des magnetischen Längsaufzeichnungsmediums ferner eine weitere magnetische Schicht und eine weitere nichtmagnetische Abstandsschicht enthält, welche zwischen der nichtmagnetischen Schicht und der obersten magnetischen Schicht sukzessive gestapelt und eingefügt sind, wobei die weitere magnetische Schicht aus einem ferromagnetischen Material (14-3) hergestellt ist.