DE60302286T2

DE60302286T2 - Senkrechte magnetische Aufzeichnungsmittel

Info

Publication number: DE60302286T2
Application number: DE60302286T
Authority: DE
Inventors: Kiwamu Tanahashi; Atsushi Kikugawa; Yoshio Takahashi; Yuzuru Hosoe
Original assignee: Hitachi Global Storage Technologies Japan Ltd
Current assignee: HGST Japan Ltd
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2023-02-08
Also published as: CN1467708A; EP1378893B1; US7041393B2; DE60302286D1; EP1378893A1; JP4031956B2; US20040009375A1; JP2004039152A; CN100342429C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein senkrechtes magnetisches Aufzeichnungsmedium, und eine magnetische Speichervorrichtung. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung ein magnetisches Aufzeichnungsmedium mit einer Flächenaufzeichnungsdichte von 50 Gigabits oder mehr pro 6,95 cm², das Herstellverfahren für dieses magnetische Aufzeichnungsmedium sowie eine magnetische Speichervorrichtung, die das magnetische Aufzeichnungsmedium beinhaltet.
Seit 1998 wuchs die Flächenaufzeichnungsdichte magnetischer Festplattenlaufwerke mit einer jährlichen Zuwachsrate von 100%. Wenn jedoch die Flächenaufzeichnungsdichte zunimmt, beginnt sich ein sogenanntes thermisches Abklingen zu zeigen. Das thermische Abklingen ist ein Effekt, gemäß dem magnetisch aufgezeichnete Daten aufgrund des Einflusses der Umgebungswärme verschwinden. So wird es als schwierig angesehen, mit dem herkömmlichen horizontalen Aufzeichnungsverfahren eine Flächenaufzeichnungsdichte über 50 Gigabits pro 6,45 cm² zu erzielen.
Ein senkrechtes Aufzeichnungsverfahren unterscheidet sich andererseits vom horizontalen Aufzeichnungsverfahren. Dieses Verfahren verfügt über ein Merkmal, gemäß dem dann, wenn die lineare Aufzeichnungsdichte erhöht wird, ein Entmagnetisierungsfeld zwischen benachbarten Bits schwächer wird, wodurch die aufgezeichnete Magnetisierung stabil aufrecht erhalten bleibt. Ferner wird durch Anbringen einer weichmagnetischen Unterschicht mit hoher Permeabilität unter einer senkrechten Aufzeichnungsschicht ein stärkeres Kopf-Magnetfeld erzielt. Aus diesem Grund kann die Koerzitivfeldstärke der senkrechten Aufzeichnungsschicht erhöht werden. Aus den oben genannten Gründen wird das senkrechte Aufzeichnungsverfahren als eine von vielversprechenden Maßnahmen angesehen, mit denen die thermische Fluktuationsgrenze beim horizontalen Aufzeichnungsverfahren überwunden werden kann.
Beim senkrechten Aufzeichnungsverfahren wirkt eine Kombination aus einem senkrechten Doppelschicht-Aufzeichnungsmedium, das aus der weichmagnetischen Unterschicht und der senkrechten Aufzeichnungsschicht besteht, mit einem einpoligen Kopf, um ein Aufzeichnen hoher Dichte zu realisieren. Da jedoch das senkrechte Doppelschicht-Aufzeichnungsmedium die weichmagnetische Unterschicht mit hoher Sättigungs-Magnetflussdichte (Bs) enthält, wird ein von einer Domänenwand derselben erzeugtes Streufeld als Nadelsignalrauschen beobachtet. Ferner wurde auf ein Problem dahingehend hingewiesen, dass die aufgezeichnete Magnetisierung aufgrund einer Bewegung der Domänenwand der weichmagnetischen Unterschicht verschwindet. Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, ist ein Verfahren vorgeschlagen, gemäß dem eine hartmagnetische Pinningschicht zwischen der weichmagnetischen Schicht und einem Substrat angebracht wird, um dadurch die Magnetisierung der weichmagnetischen Unterschicht in einer Richtung auszurichten, wie es in JP-A-7-129946 und JP-A-11-191217 offenbart ist. Es ist auch ein Verfahren vorgeschlagen, gemäß dem die weichmagnetische Unterschicht aus mehreren weichmagnetischen Schichten, die durch unmagnetische Schichten voneinander getrennt sind, aufgebaut wird, um dadurch zwischen benachbarten weichmagnetischen Schichten für eine Magnetisierungsumkehrung zu sorgen, wie es in JP-A-2001-155322 offenbart ist.
Beim Verfahren des Anbringens der hartmagnetischen Pinningschicht besteht jedoch die Tendenz, dass sich am Innen- und Außenrand einer Platte Magnetdomänen bilden, so dass von diesen her das Nadelsignalrauschen beobachtet werden kann. Außerdem ist der Prozess zum Magnetisieren der hartmagnetischen Pinningschicht erforderlich, was die Herstellkosten erhöht. Beim Verfahren des Ausführens einer Magnetisierungsumkehrung zwischen benachbarten weichmagnetischen Schichten besteht andererseits die Tendenz, dass jede Schicht eine Mehrdomänenstruktur einnimmt, wenn das Substrat plattenförmig ist. So kann dies nicht als wirkungsvoll zum Lösen des Problems des Verschwindens der aufgezeichneten Magnetisierung, wie sich dies aus einer Bewegung der Domänenwand ergibt, angesehen werden.
JP-A-2002-074648 offenbart auch ein Verfahren zum Verwenden ferromagnetischer Nanokristalle, die durch Wärmebehandlung als Material zum Ausbilden der weichmagnetischen Unterschicht abgeschieden werden. Bei diesem Verfahren ist es schwierig, eine deutliche Domänenwand auszubilden, so dass dieses Verfahren wirkungsvoll ist, um das Nadelsignalrauschen zu verringern und das Prob lem des Verschwindens der aufgezeichneten Magnetisierung zu lösen. Jedoch wird manchmal, abhängig vom Herstellprozess für ein Medium, ein schwaches Nadelsignalrauschen oder eine Modulation eines Ausgangssignals beobachtet. Eine derartige Qualitätsverringerung des Ausgangssignals wird problematisch, wenn ein magnetisches Festplattenlaufwerk gebaut wird.
JP-A-2002-133635 offenbart ein Aufzeichnungsmedium gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Anspruchs 1. Ein anderes Beispiel gemäß dem Stand der Technik ist in JP-A-2002-486 offenbart.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein senkrechtes magnetisches Aufzeichnungsmedium mit einer hohen Aufzeichnungsdichte von 50 Gigabits oder mehr pro 6,45 cm² und einem hohen mittleren S/R-Verhältnis durch Unterdrücken von Nadelsignalrauschen und einer Modulation, wie sie von einer weichmagnetischen Unterschicht herrühren, zu schaffen. Unter Verwendung des oben beschriebenen Aufzeichnungsmediums hoher Dichte wird eine magnetische Speichervorrichtung hoher Dichte erhalten. Die Aufgabe ist durch das im Anspruch 1 definierte Aufzeichnungsmedium gelöst.
Bei einem senkrechten magnetischen Aufzeichnungsmedium gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigen sich mehrere durch Nanokristalle gebildete weichmagnetischen Schichten sowie unmagnetische Schichten zum körperlichen Trennen der weichmagnetischen Schichten in einem Transmissionselektronenmikroskop-Bild, das durch Bestrahlen eines Abschnitts des senkrechten magnetischen Aufzeichnungsmediums mit einem Elektronenstrahl in der Richtung normal zum Abschnitt erhalten wird, und in einem Elektronenbeugungsmuster zeigen sich, bei derselben Ansicht wie für das Transmissionselektronenmikroskop-Bild, 110-, 200- und 211-Beugungsringe einer körperzentrierten kubischen (bcc) Struktur.
In diesem senkrechten magnetischen Aufzeichnungsmedium sind zwischen den weichmagnetischen Schichten, die über die unmagnetischen Schichten hinweg zueinander benachbart sind, lokale Magnetschleifen ausgebildet. Dadurch werden sowohl das Nadelsignalrauschen als auch die Modulation eines Ausgangssignals unterdrückt.
Ein Verfahren zum Herstellen eines senkrechten magnetischen Aufzeichnungsmediums gemäß der Erfindung verfügt über die Schritte des Herstellens einer weichmagnetischen Unterschicht, des abwechselnden Auflaminierens unmagnetischer Schichten und amorpher Legierungsschichten, die hauptsächlich aus Fe bestehen, und einer Wärmebehandlung, um dafür zu sorgen, dass aus den amorphem Legierungsschichten α-Fe-Nanokristalle gebildet werden.
Eine magnetische Aufzeichnungsvorrichtung kann das senkrechte magnetische Aufzeichnungsmedium gemäß der Erfindung enthalten, dessen weichmagnetische Unterschicht über die mehreren weichmagnetischen Schichten verfügt, die durch die unmagnetischen Schichten körperlich voneinander getrennt sind, wobei die weichmagnetischen Schichten aus den Nanokristallen mit im Wesentlichen zufälliger kristallografischer Orientierung bestehen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht eines senkrechten magnetischen Aufzeichnungsmediums gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 ist eine Schnittansicht eines senkrechten magnetischen Aufzeichnungsmediums gemäß einem Vergleichsbeispiel;
3(a) und 3(b) sind Charakteristikdiagramme, die Nadelsignalrauschen-Verteilungen eines Vergleichsbeispielsmediums bzw. des Mediums gemäß der ersten Ausführungsform zeigen;
4(a) und 4(b) sind Charakteristikdiagramme zur Modulation von Leseausgangssignalen für das Vergleichsbeispielsmedium gemäß das Medium der ersten Ausführungsform;
5 ist ein schematisches Diagramm lokaler Magnetschleifen, wie sie zwischen weichmagnetischen Schichten ausgebildet sind, die durch eine unmagnetische Schicht hindurch einander benachbart sind;
6(a) und 6(b) sind schematische Diagramme, die Magnetisierungszustände der weichmagnetischen Unterschicht des Vergleichsbeispielsmediums bzw. derjenigen des Mediums der ersten Ausführungsform zeigen;
7 zeigt Charakteristik-Kurvenbilder zum Angeben von Beziehungen zwischen der Koerzitivfeldstärke der weichmagnetischen Unterschicht und der Gesamtfilmdicke der weichmagnetischen Schichten;
8(a), 8(b) und 8(c) sind Charakteristikdiagramme, die die Modulation von Leseausgangssignalen für Medien der ersten Ausführungsform zeigen;
9(a), 9(b), 9(c) und 9(d) sind Charakteristikdiagramme, die Nadelsignalrauschen-Verteilungen von Medien der ersten Ausführungsform zeigen;
10 ist ein Charakteristik-Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Koerzitivfeldstärke der weichmagnetischen Unterschicht und der Filmdicke der unmagnetischen Schicht im senkrechten Aufzeichnungsmedium gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
11 ist eine Schnittansicht, die eine Schichtkonfiguration eines senkrechten Aufzeichnungsmediums gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
12 ist eine Schnittansicht, die eine Schichtkonfiguration des senkrechten Aufzeichnungsmediums gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
13 zeigt Charakteristik-Kurvenbilder, die Dünnfilm-Röntgenbeugungsmuster (2Θ-Scan) von Medien der zweiten Ausführungsform und eines Vergleichsbeispielsmediums zeigen;
14(a) zeigt ein Hellfeldbild eines durch ein TEM betrachteten Mediumschnitts;
14(a)' ist ein schematisches Diagramm des Hellfeldbilds des durch das TEM betrachteten Mediumschnitts;
14(b) ist ein Charakteristikdiagramm, das ein Elektronenbeugungsmuster zeigt;
14(b)' ist ein schematisches Diagramm, das das Elektronenbeugungsmuster zeigt;
15(a), 15(b), 15(c) und 15(d) sind Charakteristikdiagramme, die Nadelsignalrauschen-Verteilungen eines Vergleichsbeispielsmediums bzw. Medien der zweiten Ausführungsform zeigen;
16(a), 16(b), 16(c) und 16(d) sind Charakteristikdiagramme, die Nadelsignalrauschen-Verteilungen von Vergleichsbeispielsmedien der zweiten Ausführungsform zeigen;
17 zeigt Charakteristik-Kurvenbilder, die Beziehungen zwischen der Koerzitivfeldstärke der weichmagnetischen Unterschicht und der Schichtanzahl der weichmagnetischen Schichten zeigen;
18 zeigt Charakteristik-Kurvenbilder, die Röntgenbeugungsmuster (bei einem Θ-2Θ-Scan) eines Mediums einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigen;
19(a), 19(b) und 19(c) sind Charakteristikdiagramme, die Nadelsignalrauschen-Verteilungen eines Vergleichsbeispielsmediums bzw. Medien der dritten Ausführungsform zeigen;
20 zeigt Charakteristik-Kurvenbilder, die Beziehungen zwischen einem normierten Ausgangssignal und der linearen Aufzeichnungsdichte zeigen;
21 zeigt Charakteristik-Kurvenbilder, die Beziehungen zwischen dem mittleren SRV (S/R-Verhältnis) und der linearen Aufzeichnungsdichte zeigen;
22 ist eine Schnittansicht eines Kopfs mit getrennter Aufzeichnung/Wiedergabe;
23(a) und 23(b) zeigen Charakteristikdiagramme, die Nadelsignalrauschen-Verteilungen eines Vergleichsbeispielsmediums und eines Mediums gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigen;
24 zeigt Charakteristik-Kurvenbilder, die Beziehungen zwischen der Bitfehlerrate und der linearen Aufzeichnungsdichte zeigen;
25(a) ist ein schematisches Diagramm, das eine magnetische Speichervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt;
25(b) ist ein vertikales Schnittdiagramm einer magnetischen Aufzeichnungsrichtung durch eine Linie A-A'; und
26 ist eine Schnittansicht, die eine Schichtkonfiguration eines hochempfindlichen Elements zeigt, das einen Tunnel-Magnetowiderstandseffekt nutzt.
Andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun werden ein senkrechtes magnetisches Aufzeichnungsmedium und eine magnetische Speichervorrichtung gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben.
Beim erfindungsgemäßen senkrechten magnetischen Aufzeichnungsmedium ist eine senkrechte Aufzeichnungsschicht über einem Substrat ausgebildet, wobei sich dazwischen eine weichmagnetische Unterschicht befindet. Die weichmagnetische Unterschicht ist als mehrschichtiger Film aufgebaut, der aus mehreren weichmagnetischen Schichten besteht, die durch unmagnetische Schichten körperlich voneinander getrennt sind. Diese weichmagnetischen Schichten bestehen aus Nanokristallen, deren kristallografische Orientierung im Wesentlichen zufällig ist.
Mit Nanokristallen werden hier körnige Kristalle mit einer Größe von ungefähr 5 bis 15 nm bezeichnet. Diese Nanokristalle unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Geometrien von säulenförmigen Kristallen, wie sie sich häufig in einem durch ein Sputterverfahren hergestellten Dünnfilm zeigen. "Voneinander getrennt" bezeichnet eine körperliche Isolierung. Die unmagnetischen Schichten zum Isolieren der weichmagnetischen Schichten sind dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Dicke von solchem Wert aufweisen, dass sich zwischen benachbarten weichmagnetischen Schichten lokale Magnetschleifen bilden. Demgemäß müssen die unmagnetischen Schichten unmagnetische Filme sein, die so extrem dünn sind, dass sie magnetostatisch an die benachbarten weichmagnetischen Schichten koppeln können.
Für die weichmagnetischen Schichten wird ein Material verwendet, das während der Filmbildung im Wesentlichen amorph ist und aus dem durch eine Wärmebehandlung ferromagnetische Nanokristalle gebildet werden. Genauer gesagt, können eine FeTaC-Legierung, eine FeNbC-Legierung oder eine FeTiC-Legierung verwendet werden. Ferner kann diesen Legierungen eine kleine Menge (0,5–1,5 at. %) Cu zugesetzt werden, um die Größe der α-Fe-Nanokristalle, wie sie nach der Wärmebehandlung ausgebildet sind, zu verkleinern. Andererseits kann durch Hinzufügen von Co zu diesen Legierungen, wodurch dafür gesorgt, dass α-FeCo-Nanokristalle mit einer Co-Konzentration von 20–40 at. % gebildet werden, der Bs-Wert der weichmagnetischen Schichten verbessert werden.
Die sich ergebenden α-Fe-Nanokristalle, die durch diese Wärmebehandlung aus der Schicht der amorphen Legierung gebildet werden, sind dreidimensional zufällig geordnet oder ungeordnet.
Beim senkrechten magnetischen Aufzeichnungsmedium mit der oben beschriebenen Konfiguration werden mittels einer magnetostatischen Wechselwirkung, die zwischen den weichmagnetischen Schichten wirkt, die so ausgebildet sind, dass sie über die unmagnetische Schicht hinweg zueinander benachbart sind, lokale Magnetschleifen gebildet. Demgemäß wird davon ausgegangen, dass dadurch ein Streufluss eingeschränkt wird, so dass Nadelsignalrauschen unterdrückt wird.
Wenn die Filmdicke jeder der weichmagnetischen Schichten im Bereich von 50–150 nm eingestellt wird, kann die magnetostatische Zwischenschicht-Wechselwirkung effizient wirken. Wenn die Filmdicke jeder der weichmagnetischen Schichten auf dünner als 50 nm eingestellt wird, nimmt die Koerzitivfeldstärke jeder dieser weichmagnetischen Schichten zu. Im Ergebnis wirkt die magnetostatische Wechselwirkung nicht effizient. Wenn dagegen die Filmdicke jeder der weichmagnetischen Schichten auf dicker als 150 nm eingestellt wird, nimmt der Effekt der magnetostatischen Wechselwirkung relativ ab, so dass eine Filmdicke über 150 nm nicht wünschenswert ist.
Für die zwischen den weichmagnetischen Schichten hergestellte unmagnetische Schicht wird ein Material verwendet, das während der Wärmebehandlung der weichmagnetischen Schichten so wenig wie möglich reagiert und das bei der Herstellung als Dünnfilm zusammenhängend wird. Genauer gesagt, ist es bevorzugt, dass ein amorphes Metall mit hohem Schmelzpunkt verwendet wird, dessen Filmebenheit hoch ist, wie Ta, eine NiTa-Legierung, eine NiNb-Legierung, eine NiTaZr-Legierung oder eine NiNbZr-Legierung. Amorphe Materialien wie B, C, Si und Ge reagieren während der oben beschriebenen Wärmebehandlung mit den weichmagnetischen Schichten. Dann werden sie im Ergebnis magnetisch kontinuierlich, so dass sie nicht als unmagnetische Schichten wirken. So sind diese Materialien für diese Anwendung nicht wünschenswert. "Amorphe" Kristalle zeigen hier eine unregelmäßige Atomanordnung ohne Fernordnung, sondern mit Nahordnung, und damit werden auch extrem feine Kristalle bezeichnet, deren Korngröße ungefähr 2–3 nm beträgt, die keinen deutlichen Beugungspeak zeigen, wenn sie einer Röntgenbeugungsanalyse unterzogen werden.
Vorzugsweise ist die Filmdicke der jeweiligen unmagnetischen Schicht so weit wie möglich verringert, um dafür zu sorgen, dass die magnetostatische Zwischenschicht-Wechselwirkung zwischen benachbarten weichmagnetischen Schichten stark wirkt. Unter Verwendung eines amorphen Metalls wie Ta, einer NiTa-Legierung, einer NiNb-Legierung, einer NMiTaZr-Legierung oder einer NiNbZr-Legierung, mit hohem Schmelzpunkt und hoher Filmebenheit, kann die Filmdicke der unmagnetischen Schicht auf ungefähr 1 nm verringert werden.
Die Filmdicke und die Anzahl der Schichten für die weichmagnetischen Schichten, die die weichmagnetische Unterschicht bilden können, entsprechen der Koerzitivfeldstärke der senkrechten Aufzeichnungsschicht und der Größe eines Magnetkopfs ausgewählt werden. Wenn für die weichmagnetische Unterschicht eine Filmdicke von 300 nm erforderlich ist, können für den mehrschichtigen Film verschiedene Schichtkombinationen ausgewählt werden: Es kann ein zweischichtiger Film mit einer einer jeweiligen Filmdicke von 150 nm, ein dreischichtiger Film mit einer jeweiligen Filmdicke von 150 nm, ein dreischichtiger Film mit einer jeweiligen Filmdicke von 100 nm oder ein vierschichtiger Film mit einer jeweiligen Filmdicke von 75 nm ausgewählt werden.
Die weichmagnetische Unterschicht kann direkt auf dem Substrat hergestellt werden. Wenn jedoch die weichmagnetische Unterschicht über einer auf dem Sub strat ausgebildeten unmagnetischen Vorbeschichtungsschicht hergestellt wird, kann eine Ungleichmäßigkeit der weichmagnetischen Eigenschaften, die dem Material des Substrats und der Temperaturverteilung während der Wärmebehandlung zuzuschreiben ist, unterdrückt werden. Zum Herstellen der Vorbeschichtungsschicht ist ein Material wünschenswert, das über gute Haftung zum Substrat und eine ebene Oberfläche verfügt und während der oben beschriebenen Wärmebehandlung geringes Reaktionsvermögen mit der weichmagnetischen Unterschicht zeigt.
Wenn die senkrechte Aufzeichnungsschicht auf einer unmagnetischen Zwischenschicht über der weichmagnetischen Unterschicht hergestellt wird, wird ein Rauschen des Mediums unterdrückt. D.h., dass eine Herstellung der unmagnetischen Zwischenschicht zur Herstellung des senkrechten Aufzeichnungsmediums wünschenswerter ist. Als Material für die Zwischenschicht kann eine amorphe Legierung, eine Legierung mit hexagonal dichtester Packung (hcp) oder eine Legierung mit flächenzentrierter, kubischer (fcc) Struktur verwendet werden. Die Zwischenschicht kann ein einschichtiger Film sein. Alternativ kann auch ein zweischichtiger Film aus der amorphen Legierung und der Legierung mit hcp-Struktur verwendet werden. Für die senkrechte Aufzeichnungsmedium kann eine hcp-Co-Legierung verwendet werden, wie eine CoCrP-Legierung oder eine CoCrPtB-Legierung, ein Co/Pd-Mehrschichtfilm, ein CoB/Pd-Mehrschichtfilm, ein CoSi/Pd-Mehrschichtfilm, ein Co/Pt-Mehrschichtfilm, ein CoB/Pt- oder ein Co-Si-Pt-Mehrschichtfilm.
Als Nächstes wird eine magnetische Speichervorrichtung beschrieben, die das senkrechte Aufzeichnungsmedium mit der oben angegebenen Konfiguration enthält. Diese senkrechte Speichervorrichtung verfügt über das oben beschriebene senkrechte Aufzeichnungsmedium, einen Antriebsabschnitt zum Antreiben dieses Mediums in einer Aufzeichnungsrichtung, einen Magnetkopf aus einem Aufzeichnungsabschnitt und einem Wiedergabeabschnitt, eine Einheit, die dafür sorgt, dass sich der Magnetkopf relativ zum senkrechten Aufzeichnungsmedium bewegt, und eine Aufzeichnung/Wiedergabe-Verarbeitungseinheit zum Empfangen eines Signals vom Magnetkopf und zum Reproduzieren eines Ausgangssignals desselben. Die magnetische Speichervorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aufzeichnungsabschnitt des Magnetkopfs aus einem einpoligen Kopf besteht und der Wiedergabeabschnitt des Magnetkopfs aus einem hochempfindlichen Element und Ausnutzung eines Magnetowiderstandseffekts oder eines Tunnel-Magnetowiderstandseffekts besteht.
Die auf die oben beschriebene Weise konfigurierte magnetische Speichervorrichtung verfügt über ein senkrechtes Aufzeichnungsmedium, bei dem Nadelsignalrauschen und eine Modulation ausreichend verringert sind. So kann eine senkrechte Speichervorrichtung mit einer Flächenaufzeichnungsdichte von 50 Gigabit oder mehr pro 6,45 cm² und mit hoher Zuverlässigkeit realisiert werden.
Erste Ausführungsform
Die 1 zeigt eine Schichtkonfiguration eines senkrechten Aufzeichnungsmediums gemäß einer ersten Ausführungsform. Für ein Substrat 11 ist eine mit einem alkalischen Mittel gereinigte Glasplatte von 6,35 cm verwendet. Es wurden eine Vorbeschichtungsschicht 12, eine weichmagnetische Schicht 13, eine unmagnetische Schicht 14, eine weichmagnetische Schicht 15, eine Zwischenschicht 16, eine senkrechte Aufzeichnungsschicht 17 und eine Schutzschicht 18 in dieser genannten Reihenfolge unter Verwendung eines Gleichstrommagnetron-Sputtervorgangs aufeinanderlaminiert. Die Tabelle 1 zeigt Sollzusammensetzungen, wie sie zur Herstellung der jeweiligen Schichten verwendet wurden. Eine Schichtstruktur, die durch die weichmagnetische Schicht 13, die unmagnetische Schicht 14 und die weichmagnetische Schicht 15 gebildet ist, entspricht der weichmagnetischen Unterschicht eines doppelschichtigen senkrechten Aufzeichnungsmediums. Die Anzahl der hier verwendeten, die weichmagnetische Unterschicht bildenden weichmagnetischen Unterschichten dient der Zweckdienlichkeit; diese Unterschicht wird als weichmagnetische Doppelschichtfilm-Unterschicht bezeichnet.
Tabelle 1
Für die weichmagnetischen Schichten 13 und 15 verwendete Materialien sind während der Filmbildung amorph, und sie sind leicht magnetisiert, so dass sie für die magnetische Unterschicht ungeeignet sind. Demgemäß wird nach dem Herstellen der weichmagnetischen Unterschicht eine Wärmebehandlung unter Verwendung eines Infrarotlampe-Heizers für 12 Sekunden an einem Substrat ausgeführt, das eine Temperatur von ungefähr 420°C erreicht, um dafür zu sorgen, dass sich α-Fe-Nanokristalle mit großem magnetischem Moment bilden. Der Bs-Wert der weichmagnetischen Unterschicht nach dieser Wärmebehandlung betrug 1,6 bis 1,7 T. Es wird ein Perfluoralkylpolyether-Material mit einem Fluorkohlenstoff-Material zum Auftragen als Schmiermittelschicht 19 verdünnt. Als Vergleichsbeispiele wurden Proben mit einem einschichtigen Film oder einer weichmagnetischen Schicht 21, die als weichmagnetische Unterschicht verwendet wurden, wie es in der 2 dargestellt ist, unter denselben Filmbildungsbedingungen hergestellt. Die Filmdicke des einschichtigen weichmagnetischen Films 21 der Vergleichsbeispiele wurde auf die Dicke des doppelschichtigen Films eingestellt, bei der es sich um die Summe der Dicke der weichmagnetischen Schicht 13 und der Dicke der weichmagnetischen Schicht 15 handelt. Die Tabelle 2 zeigt Schichtkonfigurationen und jeweilige Schicht-Filmdicken von Medien gemäß dieser Ausführungsform und den Vergleichsbeispielsmedien.
Die 3(a) und 3(b) zeigen Nadelsignalrauschen-Karten für ein Vergleichsbeispielsmedium bzw. das Medium dieser Ausführungsform. Die 4(a) und 4(b) zeigen Modulationsbilder des Vergleichsbeispielsmediums bzw. des Mediums dieser Ausführungsform. Zur Auswertung wurden ein Rotationsgestell und ein Digitaloszilloskop verwendet, und der Plattenradius im Bereich von 16–30 mm wurde mit Schritten von 100 μm gemessen. Es ist erkennbar, dass beim Medium dieser Ausführungsform, unter Verwendung des doppelschichtigen Films als weichmagnetische Unterschicht über der unmagnetischen Schicht 14, das den weißen Bereichen in der 3(a) entsprechende Nadelsignalrauschen stark verringert ist und auch eine Modulation eines Lese-Ausgangssignals, entsprechend den abgedunkelte Bereichen in der 3(b), herabgedrückt ist.
Der Grund, weswegen das Nadelsignalrauschen herabgedrückt ist, wird dahingehend angenommen, dass die magnetostatische Zwischenschicht-Wechselwirkung zwischen der weichmagnetischen Schicht 13 und der weichmagnetischen Schicht 15, wie es in der 5 dargestellt ist, wirkt, so dass lokale Magnetschleifen gebildet werden, wodurch der Streufluss verringert ist. Andererseits wird als Grund für eine herabgedrückte Modulation der Folgende angenommen: Obwohl in den weichmagnetischen Schichten dieser Ausführungsform sowie denjenigen des Vergleichsbeispiels keine starke uniaxiale Anisotropie induziert wird, wie sie sich bei amorphem Materialien zeigt, wird während eines Filmbildungsprozesses manchmal eine schwache Anisotropie induziert. Beispielsweise wird beim Vergleichsbeispielsmedium unter Verwendung der einschichtigen weichmagnetischen Unterschicht die durch eine gestrichelte Linie in der 6(a) gekennzeichnete Richtung eine Achse leichter Magnetisierung, und es wird davon ausgegangen, dass die Magnetisierung der weichmagnetischen Unterschicht nach der Herstellung des Mediums im Zustand vorliegt, wie er durch Pfeile in der 6(a) gekennzeichnet ist. Da die Schreibeffizienz und die Leseeffizienz dem Einfluss des Magnetisierungszustands der weichmagnetischen Unterschicht unterliegen, treten im Ergebnis Modulationsfehler im Lese-Ausgangssignal auf. Andererseits wirkt beim erfindungsgemäßen Medium unter Verwendung einer doppelschichtigen weichmagnetischen Unterschicht die oben beschriebene magnetostatische Zwischenschicht-Wechselwirkung. So wird davon ausgegangen, dass die Magnetisierung der weichmagnetischen Unterschicht nach der Herstellung des Mediums im Zustand vorliegt, wie er durch Pfeile in der 6(b) gekennzeichnet ist. Es wird davon ausgegangen, dass eine lokale Magnetisierungsumkehr auf diese Weise Variationen der Schreibeffizienz und der Leseeffizienz verringert, so dass die Modulation des Lese-Ausgangssignals verringert ist.
Die 7 zeigt Beziehungen zwischen der Koerzitivfeldstärke der weichmagnetischen Unterschicht und den Gesamtfilmdicken der weichmagnetischen Schichten. Die Werte der Koerzitivfeldstärke wurden entlang der Achse leichter Magnetisierung gemessen. Unter Verwendung des doppelschichtigen Films als weichmagnetische Unterschicht kann unabhängig von der Filmdicke eine niedrige Koerzitivfeldstärke erzielt werden. Dieses Ergebnis legt es nahe, dass die magnetostatische Zwischenschicht-Wechselwirkung zwischen der weichmagnetischen Schicht 13 und der weichmagnetischen Schicht 15 wirkt.
Die 8(a), 8(b) und 8(c) zeigen Modulationsbilder der Lese-Ausgangssignale für die Medien dieser Ausführungsform, wobei die Filmdicke jeder der weichmagnetischen Unterschichten 13 und 15 variiert wurde. Wenn die Filmdicke jeder der weichmagnetischen Unterschichten 100 nm oder 150 nm beträgt, ist die Modulation unterdrückt. Wenn die Filmdicke 200 nm oder mehr beträgt, wird eine vergleichsweise große Modulation beobachtet. Dies, da der Unterschied zwischen dem Magnetkopf und der weichmagnetischen Schicht 13 auf der Seite des Substrats zunimmt und die Schreibeffizienz und die Leseeffizienz durch die weichmagnetische Schicht 15 auf der Seite der senkrechten Aufzeichnungsschicht stark beeinflusst wird. Demgemäß ist es bevorzugt, um eine Modulation des Lese-Ausgangssignals zu unterdrücken, dass die Filmdicke jeder der weichmagnetischen Schichten nicht größer als 150 nm ist.
Die 9(a), 9(b), 9(c) und 9(d) sind Nadelsignalrauschen- Karten der erfindungsgemäßen Medien, wobei die Filmdicke der unmagnetischen Schicht 14 variiert wurde. Wenn die Filmdicke der unmagnetischen Schicht verringert wird, besteht die Tendenz einer Abnahme des Nadelsignalrauschens. Der Grund hierfür kann in einer Zunahme der magnetostatischen Zwischenschicht-Wechselwirkung zwischen den weichmagnetischen Schichten gesehen werden: Wenn die Filmdicke der unmagnetischen Schicht verringert wird, nimmt die magnetostatische Zwischenschicht-Wechselwirkung zwischen den weichmagnetischen Schichten zu, wodurch der Doppelschichteffekt bei der Ausbildung der lokalen Magnetschleifen gestärkt wird. Die 10 zeigt die Beziehung zwischen der Koerzitivfeldstärke der weichmagnetischen Unterschicht und der Filmdicke der unmagnetischen Schicht. Die Werte der Koerzitivfeldstärke wurden entlang der Achse leichter Magnetisierung gemessen. Selbst wenn die Filmdicke der unmagnetischen Schicht den kleinen Wert von z.B. 1 nm hat, ist die Koerzitivfeldstärke stark verringert, was nahelegt, dass die magnetostatische Zwischenschicht- Wechselwirkung wirkt. Wenn die Filmdicke der unmagnetischen Schicht auf mehr als 3 nm erhöht wird, besteht die Tendenz einer Zunahme der Koerzitivfeldstärke. Es wird davon ausgegangen, dass der Grund dafür eine Abnahme der magnetostatischen Zwischenschicht-Wechselwirkung ist. Demgemäß ist es bevorzugt, um die magnetostatische Zwischenschicht-Wechselwirkung zwischen den weichmagnetischen Schichten effektiv zu nutzen und das Nadelsignalrauschen zu unterdrücken, dass die Filmdicke der unmagnetischen Schicht im Bereich von 1 nm bis 3 nm eingestellt wird.
Wie oben beschrieben können unter Verwendung des doppelschichtigen Films als weichmagnetische Unterschicht, die über der unmagnetischen Schicht ausgebildet ist, das Nadelsignalrauschen und die Modulation des Lese-Ausgangssignals verringert werden.
Zweite Ausführungsform
Magnetische Aufzeichnungsmedien wurden durch eine ähnliche Prozedur wie derjenigen bei der ersten Ausführungsform hergestellt. Zusätzlich zum bei der ersten Ausführungsform beschriebenen doppelschichtigen Film wurden als weichmagnetische Unterschichten ein dreischichtiger Film (in der 11 dargestellt) und ein vierschichtiger Film (in der 12 dargestellt) verwendet. Als Vergleichsbeispiele wurden Medien hergestellt, deren weichmagnetische Schichten aus amorphem Materialien bestanden. Die Tabelle 3 zeigt Sollzusammensetzungen, wie sie zur Herstellung der jeweiligen Schichten verwendet wurden, während die Tabelle 4 die Schichtkonfigurationen und die Filmdicken der jeweiligen Schichten der Medien gemäß dieser Ausführungsform und der Vergleichsbeispielsmedien zeigt.
Tabelle 3
Die Bildungstemperatur für α-Fe-Nanokristalle differiert abhängig vom für die weichmagnetische Schicht verwendeten Material. So wurden durch Einstellen der Leistung des Infrarotlampe-Heizers die Wärmebehandlungsbedingungen eingestellt. Der Bs-Wert der weichmagnetischen Unterschicht nach der Wärmebehandlung betrug 1,4 bis 1,5 T und die Substrat- Spitzentemperatur während der Wärmebehandlung betrug ungefähr 380°C, wenn eine FeNbC-Legierung verwendet wurde. Der Bs-Wert der weichmagnetischen Unterschicht betrug 1,3 bis 1,4 T, und die Substrat-Spitzentemperatur betrug ungefähr 360°C, wenn eine FeTiC-Legierung verwendet wurde. Der Bs- Wert der weichmagnetischen Unterschicht betrug 1,6 bis 1,7 T, und die Substrat-Spitzentemperatur betrug ungefähr 400°C, wenn eine FeTaCCu-Legierung verwendet wurde.
Die 13 zeigt Untersuchungsergebnisse für Mikrostrukturen der weichmagnetischen Schichten eines Vergleichsbeispielsmediums und der Medien dieser Ausführungsform Aufzeichnungsmedium unter Verwendung eines Dünnfilm-Röntgenbeugungsverfahrens (2Θ-Scan). Der Röntgeneintrittswinkel Θ zu den Oberflächen der Proben wurde auf 2° eingestellt. Bei den weichmagnetischen Schichten dieser Ausführungsform wurden die Beugungspeaks 110, 200 und 211 für α-Fe von bcc-Struktur identifiziert. Dieses Ergebnis zeigt, dass die weichmagnetischen Schichten aus α-Fe-Nanokristallen bestehen und dass die kristallografische Orientierung der Kristalle nicht in eine spezielle Richtung ausgerichtet ist. Andererseits kann festgestellt werden, dass die FeCoB-Legierung des Vergleichsbeispielsmediums amorph ist.
Die 14(a) und 14(b) zeigen Ergebnisse zur Betrachtung der Mikrostruktur des Mediums bei dieser Ausführungsform durch ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM). Die 14(a)' und 14(b)' sind schematische Diagramme dieser Ergebnisse. Hierbei ist als Beispiel ein Medium Q dargestellt, bei dem für die weichmagnetischen Unterschichten eine FeNbC-Legierung verwendet ist und für die unmagnetische Schicht Ta verwendet ist. In der 14(a), die ein Hellfeldbild zeigt, das durch Betrachten eines Schnitts des Mediums erhalten wird, sind drei weichmagnetische Schichten erkennbar, die aus nicht-säulenförmigen Nanokristallen bestehen, wie es in der 14(a)' dargestellt ist, deren Korndurchmesser ungefähr 10 nm betragen, und es sind unmagnetische Schichten erkennbar, durch die die jeweiligen weichmagnetischen Schichten getrennt sind. In einem Elektronenbeugungsmuster in der 14(b) für dasselbe Gesichtsfeld wie für dieses Hellfeldbild werden Beugungsringe 110, 200 und 211 von α-Fe mit bcc-Struktur, wie es in der 14(b)' dargestellt ist, be obachtet. Aus diesen Bildern und Diagrammen ist es auch erkennbar, dass die kristallografische Orientierung der die weichmagnetischen Unterschichten bildenden α-Fe-Nanokristalle in keine spezielle Richtung ausgerichtet ist, sondern im Wesentlichen zufällig ist. Dieses Ergebnis passt zum Ergebnis der oben beschriebenen Dünnfilm-Röntgenbeugungsanalyse.
Die 15(a), 15(b), 15(c) und 15(d) sind Nadelsignalrauschen-Karten eines Vergleichsbeispielsmediums und der Medien dieser Ausführungsform. Es ist erkennbar, dass durch Herstellen der mehrschichtigen weichmagnetischen Unterschicht das Nadelsignalrauschen verringert ist. Hierbei sind Medien A, B, C und D dargestellt, bei denen als Material der weichmagnetischen Schicht eine FeNbC-Legierung verwendet wurde. Jedoch wurde eine ähnliche Tendenz bei Medien E, F, G und H, die eine FeTiC-Legierung verwendeten, und Medien I, J, K und L, die eine FeTaCCu-Legierung verwendeten, beobachtet. Andererseits ist bei den Vergleichsbeispielsmedien selbst dann, wenn die mehrschichtige weichmagnetische Unterschicht hergestellt wird, das Nadelsignalrauschen nicht verringert, wie es in den 16(a), 16(b), 16(c) und 16(d) dargestellt ist. Diese Ergebnisse demonstrieren, dass dann, wenn die weichmagnetische Unterschicht aus mehreren amorphen weichmagnetischen Unterschichten hergestellt wird, das Nadelsignalrauschen nicht immer verringert wird. Ferner besteht, wie es in der 17 dargestellt ist, die Tendenz, dass die Koerzitivfeldstärke der weichmagnetischen Unterschichten bei dieser Ausführungsform stark verringert ist. Die Koerzitivfeldstärke der weichmagnetischen Unterschichten bei den Vergleichsbeispielsmedien zeigt jedoch nicht die Tendenz einer Verringerung. Demgemäß kann davon ausgegangen werden, dass bei den weichmagnetischen Unterschichten der Vergleichsbeispielsmedien die magnetostatische Zwischenschicht-Wechselwirkung nicht effizient wirkt, so dass das Nadelsignalrauschen nicht verringert ist.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist es ersichtlich, dass, um das Nadelsignalrauschen durch die magnetische Zwischenschicht-Wechselwirkung zwischen den weichmagnetischen Schichten zu verringern, die Verwendung der weichmagnetischen Schichten mit einer Struktur, bei der die α-Fe-Kristalle derselben im Wesentlichen auf zufällige Weise ausgebildet sind, effektiv ist.
Dritte Ausführungsform
Magnetische Aufzeichnungsmedien wurden durch eine ähnliche Prozedur wie diejenige bei der ersten Ausführungsform hergestellt. Als weichmagnetischen Unterschichten wurden ein dreischichtiger Film (in der 11 dargestellt) und ein vierschichtiger Film (in der 12 dargestellt) verwendet. Als Vergleichsbeispiel wurde ein Medium hergestellt, bei dem als in der 2 dargestellte weichmagnetische Schicht ein einschichtiger Film verwendet wurde. Die Tabelle 5 zeigt zur Herstellung der jeweiligen Schichten Sollzusammensetzungen, während die Tabelle 6 die Schichtkonfigurationen und die Filmdicken der jeweiligen Schichten der Medien gemäß dieser Ausführungsform und dem Vergleichsbeispielsmedium zeigt.
Tabelle 5
Die 18 zeigt das Röntgenbeugungsmuster eines Mediums C bei dieser Ausführungsform, das einem Θ–2Θ-Scan unterzogen wurde. Ein starker Beugungspeak ist einer (0002)-Ebene von CoCrPtB zuzuordnen, und der aus dem Θ-Scan bestimmte Wert ΔΘ₅₀ für den 0002-Beugungspeak von CoCrPtB beträgt 4,4°, was ein kleiner Wert ist. Auf diese Weise ist die c-Achse eines als senkrechte Aufzeichnungsschicht verwendeten CoCrPtB-Legierungsfilms stark senkrecht orientiert.
Die 19(a), 19(b) und 19(c) sind Nadelsignalrauschen- Karten der Medien dieser Ausführungsform und des Vergleichsbeispielsmediums. Aus diesen Karten ist es erkennbar, dass unter Verwendung des dreischichtigen Films oder des vierschichtigen Films als weichmagnetische Unterschicht das Nadelsignalrauschen stark verringert wird. Wenn der Film der weichmagnetischen Unterschicht eine geringe Dicke wie von 400 nm bei dieser Ausführungsform zeigt, ist insbesondere eine Vergrößerung der Anzahl weichmagnetischer Schichten zum Ausbilden der weichmagnetischen Unterschicht wirkungsvoll, um das Nadelsignalrauschen zu verringern.
Es ist zu befürchten, dass dann, wenn eine über der unmagnetischen Schicht hergestellte Mehrschichtstruktur als weichmagnetische Unterschicht verwendet wird, die Fähigkeit des Mediums abnimmt, den Schreibvorgang durch einen Magnetkopf zu unterstützen, so dass Lese/Schreib-Eigenschaften beeinträchtigt würden. Daher wurden die Lese/Schreib-Eigenschaften unter Verwendung eines Einzelpolkopfs für eine Spurweite von 0,25 μm zum Aufzeichnen sowie eines GMR-Kopfs mit einem Abschirmungsspalt von 0,07 μm und einer Spurweite von 0,16 μm zur Wiedergabe unter der Bedingung verwendet, dass die Kopfflughöhe 10 nm betrug. Wenn die magnetischen Eigenschaften der senkrechten Aufzeichnungsschichten der Medien dieser Ausführungsform sowie die senkrechte Aufzeichnungsschicht des Vergleichsbeispielsmediums durch ein Kerr-Effekt-Magnetometer gemessen wurden, betrugen die Koerzitivfeldstärken der Medien 3,95–4,05 kOe, und die Hysterese-Seitenverhältnisse der Medien betrugen 0,m98–0,99: zwischen den senkrechten Aufzeichnungsschichten bei dieser Ausführungsform und der senkrechten Aufzeichnungsschicht des Vergleichsbeispielsmediums zeigte sich kein merklicher Unterschied.
Die 20 und 21 zeigen die Abhängigkeit des Lese-Ausgangssignals von der linearen Aufzeichnungsdichte bzw. die Abhängigkeit des mittleren SRV (S/R-Verhältnis) von der linearen Aufzeichnungsdichte. Selbst wenn die weichmagne tische Unterschicht aus mehreren Schichten hergestellt wurde, waren die Ausgangssignalauflösung und das mittlere SRV nicht verringert, was demonstriert, dass die Fähigkeit des Mediums, den Schreibvorgang durch den Magnetkopf zu unterstützen, nicht beeinträchtigt ist. Dies, da die für die weichmagnetische Unterschicht bei dieser Ausführungsform verwendete unmagnetische Schicht eine Dünnfilmdicke von 2,5 nm aufweist. Dies ist auch der Fall, da, weil die Anzahl der unmagnetischen Schichten klein ist, eine Verringerung der magnetischen Permeabilität der weichmagnetischen Unterschicht aufgrund der Mehrschichtstruktur sehr klein ist.
Anders gesagt, wird davon ausgegangen, dass dasselbe Schreibmagnetfeldprofil wie dann erhalten wurde, wenn eine weichmagnetische Unterschicht aus einem einschichtigen Film verwendet wurde, so dass die Ausgangssignalauflösung und das mittlere SRV nicht verringert waren. Übrigens weist, wie es in der 22 dargestellt ist, ein Kopf mit getrennter Aufzeichnung/Wiedergabe, wie er für diese Auswertung verwendet wurde, eine bekannte Struktur mit einem Hauptpol 221, Aufzeichnungswicklungen 222, einem Hilfspol/einer oberen Abschirmung 223, einem GMR-Element 224 und einer unteren Abschirmung 225 auf.
Wie oben beschrieben, kann, unter Verwendung der weichmagnetischen Unterschicht bei dieser Ausführungsform, das Nadelsignalrauschen verringert werden, ohne dass die Lese/Schreib-Eigenschaften beeinträchtigt würden, wodurch eine Verbesserung der Qualität eines Ausgangssignals möglich ist.
Vierte Ausführungsform
Ein magnetisches Aufzeichnungsmedium wurde durch eine ähnliche Prozedur wie diejenige hergestellt, die bei der dritten Ausführungsform verwendet wurde, mit Ausnahme der Verwendung eines einschichtigen Films aus PdB als Zwischenschicht und eines CoB/Pd-Mehrschichtfilms als senkrechter Aufzeichnungsschicht. Der einschichtige PdB-Film und der CoB/Pd-Mehrschichtfilm wurden in einer Ar/O₂-Atmosphäre hergestellt, in der der Sputtergasdruck 5,6 Pa betrug und der Sauerstoffpartialdruck 35 mPa betrug. Der in der 12 dargestellte vierschichtige Film, wie er bei der zweiten und der dritten Ausführungsform beschrieben ist, wurde als weichmagnetische Unterschicht verwendet. Ferner wurde als Vergleichsbeispiel ein Medium unter Verwendung des in der 2 dargestellten einschichtigen Films hergestellt. Die Tabelle 7 zeigt Sollzu sammensetzungen, wie sie zur Herstellung der jeweiligen Schichten verwendet wurden, während die Tabelle 8 die Schichtkonfigurationen und die Filmdicken der jeweiligen Schichten des Mediums gemäß dieser Ausführungsform und des Vergleichsbeispielsmediums zeigt.
Tabelle 7
Wenn die magnetischen Eigenschaften der senkrechten Aufzeichnungsschicht des Mediums bei dieser Ausführungsform und des Vergleichsbeispielsmediums durch das Kerr-Effekt-Magnetometer gemessen wurden, betrugen die Koerzitivfeldstärken der senkrechten Aufzeichnungsschicht bei dieser Ausführungsform und derjenigen des Vergleichsbeispiels 5,85 kOe bzw. 5,90 kOe, und die Hysterese-Seitenverhältnisse betrugen beide 1: Es zeigte kein merklicher Unterschied zwischen der senkrechten Aufzeichnungsschicht dieser Ausführungsform und derjenigen des Vergleichsbeispiels.
Die 23(a) und 23(b) sind Nadelsignalrauschen-Karten des Vergleichsbeispielsmediums bzw. des Mediums dieser Ausführungsform. Aus diesen Karten ist es erkennbar, dass selbst dann, wenn ein Material auf Basis eines Co/Pd-Mehrschichtfilms für die senkrechte Aufzeichnungsschicht verwendet wird, durch Verwenden der weichmagnetischen Unterschicht mit mehrschichtiger Struktur, die bei dieser Ausführungsform über den unmagnetischen Schichten ausgebildet ist, das Nadelsignalrauschen verringert werden kann. Auf diese Weise führt die erfindungsgemäße weichmagnetische Unterschicht zu keiner Einschränkung des Materials für die senkrechte Aufzeichnungsschicht.
Als Nächstes wurden die Bitfehlerrate des Mediums dieser Ausführungsform sowie diejenigen des Vergleichsbeispielsmediums gemessen, um zu klären, dass eine Beeinträchtigung der Lese/Schreib-Eigenschaften, die sich aus einer Herstellung der weichmagnetischen Unterschicht durch die Verwendung mehrerer Schichten ergibt, selbst wenn die Koerzitivfeldstärke der senkrechten Aufzeichnungsschicht ungefähr 6 kOe beträgt, was ein hoher Wert ist. Die Messungen wurden unter Verwendung des einpoligen Kopfs mit einer Spurweite von 0,25 μm zum Aufzeichnen und des GMR-Kopfs mit einem Abschirmungsspalt von 0,065 μm und einer Spurweite von 0,16 μm zur Wiedergabe und unter der Bedingung einer Kopfflughöhe von 10 nm ausgeführt. Ferner wurde, um den Einfluss des Nadelsignalrauschens auf die Bitfehlerrate zu beseitigen, auch hinsichtlich des Vergleichsbeispielsmediums, eine Bewertung bei einem Plattenradius von 25 nm ausgeführt, wo kein großes Nadelsignalrauschen beobachtet wurde.
Die 24 zeigt die Abhängigkeit der Bitfehlerrate von der linearen Aufzeichnungsdichte. Aus der 24 ist es erkennbar, dass selbst dann, wenn die weichmagnetische Schicht aus mehreren Schichten hergestellt wurde, zwischen der aus mehreren Schichten hergestellten weichmagnetischen Schicht und der aus einer Einzelschicht hergestellten weichmagnetischen Schicht kein merklicher Unterschied zu erkennen ist, und die Aufzeichnung/Wiedergabe-Eigenschaften waren nicht beeinträchtigt. An einer Stelle, an der Nadelsignalrauschen erzeugt wird, tritt mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Fehler auf. So kann, wenn die Auswertung für die gesamte Platte ausgeführt wird, mit dem Medium dieser Ausführungsform eine kleinere Bitfehlerrate als mit dem Vergleichsbeispielsmedium erzielt werden.
Wie oben beschrieben, kann, gemäß der Erfindung, unter Verwendung der weichmagnetischen Unterschicht mit Mehrschichtstruktur, die über der unmagnetischen Schicht hergestellt wird, selbst wenn ein Material auf Basis eines Co/Pd-Mehrschichtfilms verwendet wird, für das eine hohe Koerzitivfeldstärke der senkrechten Aufzeichnungsschicht erzielt wird, das Nadelsignalrauschen ohne Beeinträchtigung der Aufzeichnungs/Wiedergabe-Eigenschaften gesenkt werden. Dadurch kann die Qualität des Ausgangssignals verbessert werden.
Fünfte Ausführungsform
Nun wird unter Bezugnahme auf die 25(a) und 25(b) eine magnetische Aufzeichnungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform beschrieben. Diese magnetische Aufzeichnungsvorrichtung verfügt über eine übliche Konfiguration mit einem senkrechten magnetischen Aufzeichnungsmedium 251, einem Antriebsabschnitt 252 zum drehenden Antreiben des senkrechten magnetischen Aufzeichnungsmediums 251, einen Magnetkopf 253, eine Antriebseinheit 254 für den Magnetkopf 253 sowie eine Aufzeichnung/Wiedergabe-Signalverarbeitungseinheit 255 für den Magnetkopf 253. Der hier verwendete Magnetkopf ist ein solcher vom Typ mit getrennter Aufzeichnung/Wiedergabe, der auf einem Magnetkopfschlitten aufgebaut ist. Die Spurbreite des einpoligen Aufzeichnungskopfs beträgt 0,25 μm, der Abschirmungsspalt des GMR-Kopfs zur Wiedergabe beträgt 0,08 μm und die Spurbreite des GMR-Kopfs beträgt 0,22 μm. Wenn das Medium C der oben genannten dritten Ausführungsform in diese magnetische Aufzeichnungsvorrichtung eingebaut wurde und dann die Lese/Wiedergabe-Eigenschaften unter der Bedingung bewertet wurden, dass die Kopfflughöhe 10 nm betrug, betrug die lineare Aufzeichnungsdichte 590 kBPI, und die Spurdichte betrug 89 kTPI, und die Spezifikation für die Aufzeichnung/Wiedergabe-Eigenschaften für eine lineare Aufzeichnungsdichte von 52,5 Gb/in² war im Temperaturbereich von 10°C bis 50°C voll erfüllt.
Sechste Ausführungsform
Das Medium C der dritten Ausführungsform wurde in eine magnetische Aufzeichnungsvorrichtung eingebaut, die auf ähnliche Weise wie die magnetische Aufzeichnungsvorrichtung der fünften Ausführungsform konfiguriert war, und es wurde ein hochempfindliches Element unter Ausnutzung des Tunnel-Magnetowiderstandseffekts als Lesekopf verwendet. Dann wurde eine Auswertung zum Aufzeichnung und Wiedergeben unter der Bedingung ausgeführt, dass die Kopfflughöhe 10 nm betrug, die lineare Aufzeichnungsdichte 674 kBPI betrug und die Spurdichte 89 kTPI betrug. Im Messtemperaturbereich von 10°C bis 50°C war die Spezifikation für die Aufzeichnung/Wiedergabe-Eigenschaften für eine Flächenaufzeichnungsdichte von 60 Gb/in² voll erfüllt. Das für diese Auswertung verwendete hochempfindliche Element, das den Tunnel-Magnetowiderstandseffekt nutzt, verfügt über eine bekannte Struktur mit einer oberen Elektrode 261, einer antiferromagnetischen Schicht 262, einer gepinnten Schicht 263, einer Isolierschicht 264, einer freien Schicht 265 und einer unteren Elektrode 266.
Wie es aus der vorstehenden Beschreibung deutlich ist, ist bei einem erfindungsgemäßen senkrechten magnetischen Aufzeichnungsmedium und dem Verfahren zum Herstellen desselben, beim senkrechten magnetischen Aufzeichnungsmedium mit einer senkrechten Aufzeichnungsschicht, die über einer weichmagnetischen Unterschicht auf einem Substrat ausgebildet ist, die weichmagnetische Unterschicht so aufgebaut, dass sie über mehrere weichmagnetischen Unterschichten verfügt, die durch unmagnetische Schichten körperlich voneinander getrennt sind. Weiterhin bestehen die weichmagnetischen Schichten aus Nanokristallen, und durch eine magnetostatische Zwischenschicht-Wechselwirkung, die zwischen den weichmagnetischen Schichten wirkt, die über eine jeweilige der unmagnetischen Schichten zueinander benachbart sind, sind lokale Magnetschleifen gebildet. Dadurch wird ein Streufluss beschränkt. So wird Nadelsignalrauschen unterdrückt, und es wird auch eine Modulation eines Ausgangssignals unterdrückt. Demgemäß kann, durch dieses senkrechte magnetische Aufzeichnungsmedium und das Verfahren zum Herstellen desselben ein senkrechtes magnetisches Aufzeichnungsmedium mit einer Aufzeichnungsdichte von 50 Gigabit oder mehr pro 6,45 cm² und mit hohem S/R-Wert realisiert werden.
Ferner kann, durch eine erfindungsgemäße magnetische Aufzeichnungsvorrichtung, durch Anbringen des senkrechten magnetischen Aufzeichnungsmediums mit der oben beschriebenen Konfiguration, eine magnetische Aufzeichnungsvorrichtung mit einer Aufzeichnungsdichte von 50 Gigabit oder mehr pro 6,45 cm², niedriger Fehlerrate und hoher Zuverlässigkeit realisiert werden.
Andere Merkmale der Erfindung werden wie folgt beschrieben.
Bei einem Verfahren zum Herstellen eines senkrechten magnetischen Aufzeichnungsmediums mit einer senkrechten Aufzeichnungsschicht, die über einer weichmagnetischen Unterschicht auf einem Substrat hergestellt ist, wird zum Herstellen der weichmagnetischen Unterschicht ein abwechselndes Auflaminieren amorpher Legierungsschichten, die hauptsächlich aus Fe bestehen, und unmagnetischer Schichten ausgeführt, und es wird eine Wärmebehandlung ausgeführt, um dafür zu sorgen, dass sich aus den amorphem Legierungsschichten α-Fe-Nanokristalle bilden.
Eine magnetische Aufzeichnungsvorrichtung weist Folgendes auf: Ein senkrechtes magnetisches Aufzeichnungsmedium mit einer senkrechten Aufzeichnungsschicht, die über einer weichmagnetischen Unterschicht auf einem Substrat ausgebildet ist; einen Antriebsabschnitt zum Antreiben des senkrechten Aufzeichnungsmediums in einer Aufzeichnungsrichtung, einen Magnetkopf mit einem Aufzeichnungsabschnitt und einem Wiedergabeabschnitt; eine Einheit zum Verstellen des Magnetkopfs relativ zum senkrechten Aufzeichnungsmedium; und eine Aufzeichnung/Wiedergabe-Verarbeitungseinheit zum Empfangen eines Signals vom Magnetkopf und zum Wiedergeben eines Ausgangssignals desselben, wobei im senkrechten Aufzeichnungsmedium die weichmagnetische Unterschicht mehrere weichmagnetische Schichten enthält, die durch unmagnetische Schichten körperlich voneinander getrennt sind und wobei die weichmagnetischen Schichten aus Nanokristallen mit im Wesentlichen zufälliger kristallografischer Orientierung bestehen.
Der Aufzeichnungsabschnitt des Magnetkopfs besteht aus einem einpoligen Kopf und der Wiedergabeabschnitt des Magnetkopfs besteht aus einem hochempfindlichen Element, das einen Magnetowiderstandseffekt oder einen Tunnel-Magnetowiderstandseffekt nutzt.
Vom Fachmann ist es ferner zu beachten, dass zwar die vorstehende Beschreibung für Ausführungsformen der Erfindung erfolgte, dass jedoch die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist, sondern dass verschiedene Änderungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

Senkrechtes magnetisches Aufzeichnungsmedium mit einer senkrechten Aufzeichnungsschicht (17), die auf einem Substrat (11) über einer weichmagnetischen Unterschicht (13, 14, 15; 111, 112, 113, 114, 115) gebildet ist, wobei die weichmagnetische Unterschicht (13, 14, 15; 111, 112, 113, 114, 115) mehrere weichmagnetische Schichten (13, 15; 111, 112, 113, 115) aufweist, die physisch durch (eine) nicht-magnetische Zwischenschicht(en)(14; 112, 114) getrennt sind, die weichmagnetischen Schichten (13, 15; 111, 113, 115) Nanokristalle aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Nanokristalle eine generell zufällige kristallographische Orientierung aufweisen.
Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, wobei die Nanokristalle durch Wärmebehandlung abgeschieden werden.
Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen den weichmagnetischen Schichten (13/15; 111/113, 113/115) lokale Magnetschleifen gebildet werden, die durch die nicht-magnetische(n) Zwischenschicht(en) (14; 112, 114) aneinander angrenzen.
Aufzeichnungsmedium nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die weichmagnetischen Schichten (13, 15; 111, 113, 115) eine Dicke von 50 bis 150 nm aufweisen, und die nicht-magnetische(n) Zwischenschicht(en) (14; 112, 114) eine Dicke von 1 bis 3 nm aufweist (aufweisen).
Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, wobei die weichmagnetischen Schichten (111, 113, 115; 13, 15) Fe als ein erstes Element, C als ein zweites Element und wenigstens eines der Elemente Ta, Nb, und Ti als ein drittes Element aufweisen.
Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, wobei die nicht-magnetische(n) Zwischenschicht(en) (112, 114; 14) ein Ta-Dünnfilm oder ein Dünnfilm aus einer amorphen Legierung ist (sind), der Ta oder Nb enthält.
Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, wobei die nicht-magnetische(n) Zwischenschicht(en) (112, 114; 14) ein Dünnfilm aus einem amorphen Metall mit einer ungeordneten Atomanordnung ohne Fernbereichsordnung oder ein mikrokristalliner Metall-Dünnfilm ist (sind), der im Röntgenbeugungsbild keinen deutlichen Spitzenwert zeigt.