DE60312121T2

DE60312121T2 - Magnetische Aufzeichnungsmaterialien die eine Schreibhilfsschicht enthalten

Info

Publication number: DE60312121T2
Application number: DE60312121T
Authority: DE
Inventors: Andreas K. D. Berger; Hoa Van Do; Eric E. Fullerton
Original assignee: Hitachi Global Storage Technologies Netherlands BV
Current assignee: HGST Netherlands BV
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-09-01
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2023-09-02
Also published as: KR20040076819A; US20040166371A1; DE60312121D1; EP1453038B1; EP1453038A1; TW200423070A; JP2005050491A; CN1534611A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft magnetische Aufzeichnungsmedien und genauer gesagt eine Medienstruktur, die über verbesserte Beschreibbarkeit ohne eine Abnahme der thermischen Stabilität verfügt.
Magnetische Aufzeichnungsmedienstrukturen für Festplatten umfassen üblicherweise ein starres Substrat, wie z.B. eine oberflächenbeschichtete (z.B. NiP) Glas- oder Aluminium-Magnesium-Platte, eine oder mehrere Unterschichten oder Keimschichten, die magnetische Schicht und einen Plattenschutzüberzug. Eine typische Plattenstruktur mit einer quaternären magnetischen CoPtCrB-Einzelschicht ist im US-Patent 6.187.408 beschrieben. Neben einer magnetischen Schicht einer herkömmlichen magnetischen Einzelschicht stellt eine antiferromagnetisch gekoppelte (AFC) magnetische Schicht (wie im US-Patent 6.280.813 beschrieben) einen neueren Typ einer magnetischen Schichtstruktur dar, die auch dafür bekannt ist, Medieneigenrauschen zu reduzieren, und zwar den Rauschabstand (SNR) durch Lamination der magnetischen Schicht zu verbessern. In einer „rauscharmen" laminierten magnetischen Schicht werden zwei oder mehrere magnetische Filme durch eine nichtmagnetische Beabstandungsschicht entkoppelt. Eine herkömmliche laminierte magnetische Schicht mit zwei magnetischen Filmen ist im US-Patent 5.051.288 beschrieben. Eine laminierte magnetische AFC-Schicht mit einem magnetischen Einzelfilm und einer magnetischen AFC-Schicht, die durch eine nichtmagnetische Beabstandungsschicht getrennt sind, ist in der veröffentlichten US-Patentanmeldung US 2002/0098390 A1 offenbart. Im US-Patent 6.007.924 ist eine magnetische Aufzeichnungsplatte mit einer laminierten magnetischen Schicht beschrieben, die eine paramagnetische Beabstandungsschicht zwischen und in Kontakt mit den magnetischen Filmen verwendet.
Für magnetische Aufzeichnungsmedien, wie sie z.B. in Festplatten verwendet werden, besteht ein grundlegendes Problem darin, dass höhere Flächendichten nicht durch eine einfache maßstäbliche Verkleinerung sämtlicher Dimensionen, nämlich der Reduktion der Medienkorngrößen, erzielt werden können, da die Körner sogar bei Produktdichten von annähernd 54 × 10³ Gbit/m² (35 Gbit/Zollquadrat) nahe der Stabilitätsgrenze liegen, an der es zur thermischen Löschung von geschriebenen Bit strukturen kommt („superparamagnetische Grenze"). Es ist möglich, die aufgrund des verringerten Kornvolumens V reduzierte magnetische Stabilität durch Erhöhen der magnetischen Anisotropie K_u auszugleichen, da die Gesamtenergiegrenze, die die thermische Stabilität lenkt, durch das Produkt K_uV gegeben ist. Das Schreibfeld H₀ aus dem magnetischen Aufzeichnungskopf, das erforderlich ist, um die gewünschte Information in die magnetischen Medien zu schreiben, ist jedoch auch proportional zu K_u, wodurch die Verwendung von Materialien mit hoher K_u eingeschränkt wird. Das Hauptproblem der Stabilität von Medien mit sehr hoher Dichte hängt eng mit dem Problem der Beschreibbarkeit zusammen, da beide Quantitäten vom gleichen Medienparameter K_u gelenkt werden. Die Beschreibbarkeit erfordert, dass K_u unter einem bestimmten Grenzwert bleibt, um eine zuverlässige Bitstrukturbeschreibung zu ermöglichen, während die Langzeitstabilität aufgezeichneter Information einer K_u bedarf, die über einem anderen Grenzwert liegt. Dadurch ergibt sich eines der Hauptprobleme für zukünftige Medien mit sehr hoher Dichte aus der Tatsache, dass Beschreibbarkeit und Stabilität gegensätzliche Anforderungen an die magnetische Anisotropie K_u stellen, da beide Eigenschaften in gleichem Maß von K_u abhängig sind.
Dadurch besteht Bedarf nach einem magnetischen Aufzeichnungsmedium, das die Abhängigkeit des Schreibfelds von der magnetischen Anisotropie durchbricht, während sämtliche andere magnetische und Aufzeichnungs-Schlüsseleigenschaften im Wesentlichen unverändert bleiben.
Die US-A-2002-0086184 offenbart ein magnetisches Aufzeichnungsmedium eines senkrechten Aufzeichnungsmediums vom senkrechten Typ, in welchem eine weiche magnetische Unterschicht und eine Aufzeichnungsschicht aus Cobalt oder einem Edelmetall auf einem Substrat aufeinander geschichtet sind. Die Aufzeichnungsschicht kann eine anfänglich paramagnetische Schicht umfassen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein magnetisches Aufzeichnungsmedium bereitgestellt, umfassend:
ein Substrat;
eine Aufzeichnungsschicht auf dem Substrat, umfassend ein ferromagnetisches Material, welches nach dem Beaufschlagen mit einem angelegten Magnetfeld ein remanentes magnetisches Moment aufweist; und
eine Schreibhilfsschicht auf dem Substrat, umfassend ein ferromagnetisches Material in einem paramagnetischen Zustand, wobei die Schreibhilfsschicht eine Dicke von mehr als 1 nm aufweist, und wobei die Schreibhilfsschicht und die Aufzeichnungsschicht zueinander in Kontakt stehen und miteinander austausch-gekoppelt sind.
Somit weist die magnetische Aufzeichnungsplatte eine ferromagnetische Aufzeichnungsschicht und eine „paramagnetische" Schreibhilfsschicht auf, die mit der ferromagnetischen Aufzeichnungsschicht in Kontakt steht und damit austauschgekoppelt ist. Die Schreibhilfsschicht ist ein ferromagnetisches Material mit einer Curie-Temperatur, die unter der Betriebstemperatur der Festplatte liegt, sodass sich die Schreibhilfsschicht bei Betriebstemperatur und in Abwesenheit eines Schreibfelds in ihrem paramagnetischen Zustand befindet und keine remanente Magnetisierung aufweist. Nachdem die Daten also geschrieben wurden und kein Schreibfeld mehr vorliegt, wird die Magnetisierung in der Schreibhilfsschicht aufgrund ihrer paramagnetischen Natur unterdrückt, und der magnetische Zustand der Platte sowie die Stabilität der geschriebenen Bitstruktur werden im Wesentlichen einzig von den Eigenschaften der ferromagnetischen Schicht gesteuert. Wenn ein Schreibfeld jedoch in einer Richtung angelegt wird, die der Magnetisierung in zuvor beschriebenen Bereichen der ferromagnetischen Aufzeichnungsschicht entgegengesetzt ist, zeigt die Schreibhilfsschicht eine mit dem Schreibfeld ausgerichtete Magnetisierung. Da die Schreibhilfsschicht mit der ferromagnetischen Aufzeichnungsschicht austauschgekoppelt ist, unterstützt die Magnetisierung der Schreibschicht das Schreibfeld bei der Umkehrung der Magnetisierung in der ferromagnetischen Aufzeichnungsschicht. Die Schreibhilfsschicht ermöglicht, dass in der ferromagnetischen Aufzeichnungsschicht Materialien mit höherer Anisotropie verwendet werden können, was zu einer verbesserten thermischen Stabilität von Medien führt, da dadurch die effektive Anisotropie der ferromagnetischen Aufzeichnungsschicht während des Schreibens reduziert wird.
Für ein umfassenderes Verständnis des Wesens und der Vorteile der vorliegenden Erfindung wird auf die nachstehende detaillierte Beschreibung zusammen mit den beigefügten Figuren verwiesen.
ZEICHNUNGEN
1A zeigt die Medienstruktur und zugehörige Magnetisierungsrichtungen oder magnetische Momente gemäß der vorliegenden Erfindung in Abwesenheit eines angelegten Schreibfelds.
1B zeigt die Medienstruktur und zugehörige Magnetisierungsrichtungen oder magnetische Momente gemäß der vorliegenden Erfindung in Gegenwart eines angelegten Schreibfelds.
2 zeigt die Magnetisierung der MAG-Schicht und der p-WAL in der Medienstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung in der gesamten Dicke der Struktur mit und ohne ein angelegtes Schreibfeld.
3A zeigt das Produkt des Koerzitivfelds H_c und das Remanenzdickeprodukt Mrt als Funktion der Curie-Temperatur T_c der p-WAL in der Medienstruktur für unterschiedliche Orientierungen des angelegten Felds in Bezug auf die Vorzugs-Magnetisierungsachse.
3B zeigt das Schaltfeld H₀ als Funktion der Curie-Temperatur T_c der p-WAL in der Medienstruktur für unterschiedliche Orientierungen des angelegten Felds in Bezug auf die Vorzugs-Magnetisierungsachse.
4A zeigt das magnetische Phasendiagramm von CoCr-Volumenlegierungen als Funktion der Cr-Zusammensetzung in Atomprozent (Atom-%) und -Temperatur.
4B zeigt mehrere magnetische Hystereseschleifen bei unterschiedlichen Temperaturen für einen CoCr-Film (31 Atom-% Cr), der auf einer herkömmlichen Plattenmedien-Unterschichtstruktur gewachsen ist.
5A ist eine schematische Schnittansicht der AFC-Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die p-WAL auf dem zweiten magnetischen Film der magnetischen AFC-Schicht vorliegt.
5B ist eine schematische Schnittansicht der AFC-Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die p-Wal unterhalb des zweiten magnetischen Films der magnetischen AFC-Schicht liegt.
6A ist ein Diagramm des Schaltfelds H₀ als Funktion der p-WAL-Dicke für die Konfiguration von 5A.
6B ist ein Diagramm des Produkts aus magnetischer Anisotropie und Kornvolumen (K_uV) als Funktion der p-WAL-Dicke für die Konfiguration von 5A.
7A ist ein Diagramm der Überschreibung in dB als Funktion der p-WAL-Dicke für zwei Zusammensetzungen von CoCr-p-WAL-Materialien.
7B ist ein Diagramm, das den Vergleich der Überschreibung in dB als Funktion des Schreibstroms für ein herkömmliches Medium und eine p-WAL-Medienstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
8A ist eine schematische Schnittansicht der rauscharmen laminierten Medienausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die p-WAL-Schicht unterhalb der Beabstandungsschicht und auf dem unteren magnetischen Film der laminierten magnetischen Schicht liegt.
8B ist eine schematische Schnittansicht der laminierten AFC-Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die p-WAL-Schicht unterhalb der Beabstandungsschicht und auf dem oberen magnetischen Film der magnetischen AFC-Schicht liegt.
Ein rein paramagnetisches Material ist ein solches, dessen Atome permanente Dipolmomente aufweisen, wobei der Ferromagnetismus nicht aktiv ist. Wenn ein magnetisches Feld an ein solches Material angelegt wird, versuchen sich die Dipolmomente mit dem magnetischen Feld auszurichten, wobei durch ihre zufällige angeordnete thermische Bewegung verhindert wird, dass sie sich perfekt ausrichten. Da die Dipole versuchen, sich in dem angelegten Feld auszurichten, ist die Suszeptibilität positiv, doch bei Abwesenheit einer starken ferromagnetischen Wirkung ist die Suszeptibilität eher gering. Wenn ein paramagnetisches Material in ein von außen angelegtes starkes magnetisches Feld platziert wird, stellt es ein magnetisches Moment bereit, und zwar solange das angelegte Feld gegenwärtig ist. Das magnetische Moment ist zur Größe des angelegten Felds parallel und dazu proportional, jedoch weitaus schwächer als in ferromagnetischen Materialien. Wenn das angelegte Feld entfernt wird, geht die magnetische Netto-Ausrichtung verloren, da sich die Dipole in ihre normale zufällig angeordnete Bewegung zurückbegeben, und das paramagnetische Material verfügt über kein remanentes magnetisches Moment. Pt und Al stellen Beispiele für bekannte herkömmliche rein paramagnetische Materialien dar.
Neben rein paramagnetischen Materialien gibt es auch den paramagnetischen Zustand von ferromagnetischen Materialien. Über einer bestimmten Temperatur, der so genannten Curie-Temperatur, werden ferromagnetische Materialien paramagnetisch, was bedeutet, dass das Material eine magnetische Unordnung erfährt, sogar auch dann, wenn die Ausrichtungskraft, die ferromagnetische Austauschkopplung, noch gegenwärtig ist, jedoch nicht ausreicht, um die magnetischen Dipole auszurichten. Daher weist das Material im paramagnetischen Zustand kein remanentes magnetisches Moment auf, d. h. kein Moment in einem angelegten Magnetfeld der Größe Null. Ein solcher Paramagnet (der paramagnetische Zustand eines Ferromagnets) weist sämtliche oben angeführte Eigenschaften eines herkömmlichen Paramagneten auf, insbesondere die lineare Feldabhängigkeit der Magnetisierung in Gegenwart ei nes angelegten magnetischen Felds. Aufgrund der weiterhin aktiven Ausrichtungskraft ist diese Feldabhängigkeit der Magnetisierung weitaus stärker als bei herkömmlichen Paramagneten. Ferner kann ein solcher „nicht herkömmlicher" Paramagnet (über die direkte Austauschkopplungskraft), nachdem ein direkter Kontakt hergestellt wurde, an einen herkömmlichen Ferromagneten stark gekoppelt werden, wodurch sich die Schichten einander gegenseitig beeinflussen. Die 1A bis 1B zeigen eine schematische Ansicht der Medienstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei dieser Typ eines nicht herkömmlichen Paramagneten als Schreibhilfsschicht (p-WAL) an eine herkömmliche ferromagnetische Schicht (MAG) ferromagnetisch austauschgekoppelt ist.
Grundsätzlich umfasst die Struktur zwei Schichten: die ferromagnetische oder magnetische Aufzeichnungsschicht (MAG) und p-WAL. In den schematischen Ansichten der 1A-1B sind das herkömmliche allgemein bekannte Festplattensubstrat, üblicherweise Al-Mg mit einer Oberflächenbeschichtung oder Glas, die Unterschichten (UL) und/oder Impfschichten für die MAG-Schicht sowie der Plattenschutzüberzug (OC) üblicherweise diamantartiger amorpher Kohlenstoff, nicht gezeigt. In dieser Struktur stehen die p-WAL- und die MAG-Schicht in direktem Kontakt miteinander, was eine ausreichend starke ferromagnetische Austauschkopplung zwischen den Schichten ermöglicht. Das p-WAL-Material ist ein ferromagnetisches Material, das in der Lage ist, mit der MAG-Schicht ferromagnetisch austauschgekoppelt zu werden, wobei es bei der Betriebstemperatur des Plattenlaufwerks paramagnetisch ist, es weist also eine Curie-Temperatur auf, die weniger beträgt als die Betriebstemperatur des Plattenlaufwerks.
Unter Speicherbedingungen, und zwar nachdem die in 1 links angeführten Daten geschrieben wurden, ist das angelegte magnetische Schreibfeld H_appl Null (oder sehr gering), und das magnetische Moment oder die Magnetisierung in der p-WAL wird aufgrund dessen paramagnetischen Wesens unterdrückt. Folglich ergibt sich der magnetische Zustand des Mediums unter Speicherbedingungen im Wesentlichen allein durch die MAG-Schicht, wie in 1A durch die Richtung des remanenten magnetischen Moments in Bereichen der MAG-Schicht, die zuvor dem Schreibfeld aus gesetzt wurde, angeführt wird, und die Stabilität einer geschriebenen Bit-Struktur wird vom K_u-Wert der MAG-Schicht allein bestimmt.
Wenn ein Schreibfeld H_appl in einer Richtung angelegt wird, die der Magnetisierung in den zuvor beschriebenen Bereichen der MAG-Schicht zum Zweck der Umkehrung der MAG-Schicht-Magnetisierung, d. h. dem Schreibprozess, entgegengesetzt ist, entwickelt die p-WAL-Schicht ein magnetisches Moment, MWAL = X·Happl (1)das zur p-WAL-Suszeptibilität X proportional ist und in Richtung des Schreibfelds ausgerichtet ist, wie durch den Pfeil in der p-WAL-Schicht in 1B dargestellt wird. In diesem Zustand, nämlich vor der magnetischen Umkehrung der Momente in den MAG-Schichtbereichen, ist die Magnetisierung der ferromagnetischen MAG-Schicht antiparallel zur Magnetisierung der p-WAL, wie durch die Pfeile in 1B angezeigt ist. Dieser Zustand ist energetisch jedoch unvorteilhaft, da sich dadurch die ferromagnetische Zwischenschicht-Austauschenergie, Eα = –JI·MWAL·MMAG (2)die durch die Grenzflächen-Austauschkopplung J_I zwischen den p-WAL- und MAG-Schichten vermittelt wird, erhöht. Daher gibt es ein effektives negatives Austauschfeld der folgenden Größenordnung
das zusätzlich zum von außen angelegten Feld H_appl auf die MAG-Schicht der Dicke t_MAG wirkt. Folglich wird das MAG-Schicht-Schaltfeld nicht mehr durch das Verhältnis der MAG-Schicht-Anisotropie und -Magnetisierung
allein bestimmt, sondern umfasst einen Term, der proportional zum Austauschfeld ist, was als eine Reduktion der wirksamen Hochfeld-Anisotropie K_eff(H) angesehen werden kann
Somit wurden die Anisotropie K_u, die die Medienstabilität bestimmt, mittels p-WAL und die Anisotropie K_eff, die das erforderliche Schreibfeld bestimmt, entgekoppelt.
2 zeigt die detaillierte Struktur von Magnetisierungsprofilen, die in der gesamten Dicke der p-WAL-Medien für die Fälle mit und ohne angelegtes magnetisches Schreibfeld vorkommen. Diese Profile wurden unter Verwendung eines thermodynamischen mittleren Felds theoretisch bestimmt und die Ergebnisse entsprechen vollständig dem oben besprochenen physikalischen Bild. Im Falle des Schreibfelds (rechte Seite von 2) entwickelt sich eine relativ starke negative Magnetisierung in der p-WAL, was dem Umkehrprozess zugute kommt. Für den feldfreien Fall (linke Seite von 2) geht die Magnetisierung in der p-WAL außer in einem sehr dünnen Grenzflächenbereich, in welchem die ferromagnetische MAG-Schicht die p-WAL polarisiert, auf Null. Diese Magnetisierung ungleich Null in der p-WAL im angelegten Feld gleich Null geht auf die ferromagnetische Austauschkopplung zwischen der p-WAL und der MAG-Schicht zurück. Der Magnetisierungswert in diesem dünnen Grenzflächenbereich geht mit zunehmender Entfernung von der Grenzfläche exponentiell zurück und erhöht die remanente Magnetisierung nicht signifikant. Dies ist von starker Wichtigkeit, da für eine große Zunahme der remanenten Magnetisierung festgestellt werden konnte, dass sich andere wichtige Aufzeichnungseigenschaften, wie Rauschabstand (SNR) und Impulsbreite bei halbmaximaler Amplitude (PW₅₀) des isolierten Rückleseimpulses, dabei verschlechtert werden.
Die theoretischen Berechnungen ermöglichen eine quantitative Abschätzung der Wirksamkeit der p-WAL und unterstützen den Auswahlprozess bei der Suche nach einem geeigneten Material. Das Ausmaß der feldinduzierten Magnetisierungsentwicklung in der p-WAL und die assoziierte Schreibhilfewirkung nehmen mit der Suszeptibilität des p-WAL-Materials stark zu. Dies geht aus 3B hervor, bei dem das berechnete Schaltfeld H₀ einer p-WAL-Medienstruktur als Funktion der Curie-Temperatur T_c gezeigt ist. Für sämtliche Feldorientierungswinkel in Bezug auf die Vorzugs-Magnetisierungsachse nimmt das Schaltfeld mit zunehmender T_c ab, wie in 3B gezeigt ist, wodurch angezeigt wird, dass es für die Schreibhilfewirkung am besten ist, einen nicht herkömmlichen Paramagneten mit einer Curie-Temperatur T_c auszuwählen, die nicht unter der Plattenbetriebstemperatur T₀ liegt. Detaillierte theoretische Berechungen weisen darauf hin, dass man am besten ein p-WAL-Material mit einer T_c von annähernd 0,95 T₀ auswählt. Die oberen und unteren Plattenlaufwerkbetriebstemperaturen werden vorausgewählt oder sind vom Plattenlaufwerkshersteller spezifiziert. Der typische Betriebstemperaturbereich für ein Plattenlaufwerk beträgt annähernd 280 bis 340 K, womit T_c weniger als ca. 280 K oder die niedrigste vorausgewählte Plattenlaufwerkbetriebstemperatur betragen sollte. Für p-WAL-Materialien mit einer noch höheren Curie-Temperatur könnte die Schreibhilfewirkung größer sein, wobei dieser Vorteil durch eine noch stärkere Zunahme der remanenten Magnetisierung überkompensiert werden würde, was schließlich zur Verschlechterung von Medieneigenschaften, wie z. B. SNR oder PW₅₀ führen würde. Als quantitative Einschätzung des p-WAL-Leistungsverhaltens zeigt 3A das Produkt des Koerzitivfelds H_c und das Remanenzdickeprodukt Mrt. Beide Eigenschaften sollten so niedrig wie möglich für die gegebenen MAG-Schichteigenschaften sein, was bedeutet, dass der Mindestwert für H_c·Mrt einen guten Richtwert für die Auswahl eines Hochleistungs-p-WAL-Materials darstellt. Aus 3A geht hervor, dass der H₀·Mrt für die T_c = 0,90 bis 0,98 T₀, abhängig vom angelegten Feldwinkel, optimiert ist, und zwar für ein paramagnetisches, jedoch fast ferromagnetisches p-WAL-Material. Die Daten in den 3A bis 3B ergeben auch, dass die von der p-WAL erzeugte Schreibhilfewirkung für die magnetischen Körner, die entlang der Schreibfeldrichtung ausgerichtet und im Allgemeinen schwieriger zu schalten sind, größer ist. Dadurch ergeben die Berechnungen, dass die p-WAL nicht nur den Schreiprozess im Allge meinen unterstützt, sondern auch andere wichtige Schreibeigenschaften durch Verbesserung der Schaltfeldverteilung und Zunahme des Überschreibungswerts verbessert.
Aus obiger Beschreibung geht klar hervor, dass sich jegliches ferromagnetisches Material mit einer Curie-Temperatur unter der niedrigsten Plattenbetriebstemperatur prinzipiell als p-WAL geeignet ist. Es wurden dennoch wie in 1 dargestellte Medienstrukturen mit CoCr-Legierungen als p-WAL hergestellt und getestet, da sämtliche gegenwärtig verwendete Hochleistungs-MAG-Schichten quaternäre Legierungen auf CoCr-Basis (üblicherweise COPtCrB oder CoPtCrTa) sind und potentielle Komplikationen in Zusammenhang mit gegenwärtigen Ablagerungs- und Herstellungsverfahren, die aus Gitterfehlanpassungen, Wachstum und chemischen Entmischungen hervorgehen, gering sein sollten. 4A zeigt das magnetische Phasendiagramm von CoCr-Volumenlegierungen als Funktion der Cr-Zusammensetzung und – Temperatur. Siehe F. Bolzoni et al., Journal of Magnetism and Magnetic Materials 31-34, 845-846 (1983); J. E. Snyder und M. H. Kryder, Journal of Applied Physics 73, 5551-5553 (1993).
4B zeigt mehrere magnetische Hystereseschleifen für einen CoCr-Film (31 Atom-%), der auf einer herkömmlichen Plattenmedienunterschichtstruktur gewachsen ist. Die Daten zeigen das paramagnetische Wesen solcher CoCr-Legierungen, und zwar, dass die geringe Feldsuszeptibilität einer starken Temperaturabhängigkeit unterliegt und es eigentlich kein remanentes magnetische Moment gibt. Darüber hinaus wird die T_c der p-WAL-Legierung vorzugsweise so eingestellt, dass sie eine maximale Wirkung bei geringen Plattenlaufwerkstemperaturen erzielt. Die Daten deuten darauf hin, dass CoCr mit 31 Atom-% Cr in der Nähe eines Bereichs liegt, bei dem genau das erreicht wird.
5 zeigt die implementierten p-WAL-Medienstrukturen. Beide Strukturen verwenden die antiferromagnetisch-gekoppelte (AFC) Struktur als magnetische Schicht plus der p-WAL in direktem Kontakt mit dem zweiten magnetischen Film (MAG2) der AFC-Struktur. AFC-Medien sind im US-Patent 6.280.813 beschrieben und umfassen zwei magnetische Filme (MAG1 und MAG2), die durch einen antiferromagnetisch gekoppelten Film oder eine üblicherweise aus Ruthenium (Ru) gebildete Zwischenschicht voneinander getrennt sind. In der Konfiguration von 5A ist die p-WAL auf den MAG2-Film aufgesputtert, während sich die p-WAL in der Konfiguration von 5B unterhalb des MAG2-Films befindet und auf die Ru-Zwischenschicht aufgesputtert ist. Bei beiden Geometrien kommt es zu keiner Beeinflussung der Basis-AFC-Struktur und des AFC-Modus der Medienfunktionalität, was in Versuchen verifiziert wurde.
Für eine auf der Konfiguration von 5A basierende Teststruktur sind die Abhängigkeit des Schaltfelds H₀ (6A) und das Anisotropie-Kornvolumenprodukt K_uV (6B) als Funktion der p-WAL-Überschichtdicke gezeigt. Für eine p-WAL-Überschichtdicke, die größer als etwa 1 bis 1,5 nm ist, kommt es zu einer wesentlichen Reduktion des erforderlichen Schreibfelds H₀, ohne dass dabei die Null-Feldstabilität beeinträchtigt wird, was aus den entsprechenden K_uV-Daten abgeleitet werden kann. K_uV, ein Hauptstabilitätsindikator wird eigentlich aufgrund der zugesetzten p-WAL erhöht. Signalabfallmessungen bekräftigen diese Erkenntnisse, indem keine Verschlechterung der Medienstabilität aufgrund der zugesetzten p-WAL gezeigt wird.
7A zeigt die p-WAL-Dickenabhängigkeit der Überschreibung (OW), die im Grunde den p-WAL-Dickenabhängigkeiten von H₀ in 6A gleicht. Für eine p-WAL-Dicke über 1,5 nm, wird eine wesentliche Verbesserung der OW beobachtet, was zeigt, dass die p-WAL-Medienstruktur die Schreibbarkeit von magnetischen Körnern, die besonders schwierig zu beschreiben sind, verbessert. Aus 7B geht hervor, dass nicht nur die absoluten OW-Werte verbessert werden, sondern auch die Überschreibung gegenüber den Stromeigenschaften. Im Vergleich zur Referenzprobe ohne p-WAL (offene Dreiecke) zeigt die p-WAL-Medienstruktur (stabile Dreiecke) einen viel deutlicheren OW-Anfang mit dem Schreibstrom und zeigt ein plateau-artiges Verhalten.
Eine Grundvoraussetzung für eine Gesamtverbesserung der Plattenmedienleistung ist die Tatsache, dass die verbesserte Schreibbarkeit von p-WAL-Medien nicht von der Verschlechterung anderer Aufzeichnungseigenschaften beeinträchtigt wird. Tests haben ergeben, dass das SNR bis zu einer p-WAL-Dicke von etwa 4 bis 6 nm für alle Aufzeichnungsfrequenzen unverändert ist. Für eine noch dickere p-WAL wurde eine leichte und gut steuerbare Abnahme des SNR beobachtet. Solche große p-WAL-Dicken sind für eine wesentliche Schreibbarkeit und OW-Verbesserung nicht erforderlich. Tests haben auch gezeigt, dass die PW₅₀ gegenüber der p-WAL-Überschichtdickenabhängigkeit je nach Legierungszusammensetzung bis zu einer Dicke von etwa 2 bis 4 nm, oberhalb der die PW₅₀ zuzunehmen beginnt, d.h. sich verschlechtert, ein plateau-artiges Verhalten zeigt. Für Materialien mit großem H₀, wie z.B. CoPt₁₆Cr₁₈B₈, die sogar mit Schreibköpfen nach dem Stand der Technik schwer zu schreiben sind, wurde eine signifikante Verbesserung sowohl hinsichtlich SNR als auch PW₅₀ beobachtet. Dies würde MAG-Schichtmaterialien mit hoher Anisotropie mit potentiell sehr guten Aufzeichnungseigenschaften ermöglichen, die zusammen mit der p-WAL verwendet werden, um p-WAL-Medienstrukturen gemäß der vorliegenden Erfindung herzustellen.
Bitfehler- (BER-) Daten wurden auch als Funktion der Aufzeichnungsdichte für p-WAL-Medien mit Überschichtgeometrie (5A), verglichen mit einer Bezugsmedienstruktur ohne p-WAL, erhalten. Eine wesentliche Verbesserung hinsichtlich BER über dem gesamten Dichtebereich wurde bei der p-WAL-Medienstruktur beobachtet. Bei Zwischendichten kam es zu einer Verbesserung der BER um mehr als eine Größenordnung, und sogar die höchsten getesteten Dichten wiesen Verbesserungen um konstant eine halbe Größenordnung auf.
Die getesteten p-WAL-Materialien waren CoCr₃₁ und CoCr₃₄. Die zur Verwendung als p-WAL geeignete CoCr-Zusammensetzung ist jedoch Cr zwischen etwa 28 und 40 Atom-%. Daneben wurde eine Co₆₂Cr₁₈Ru₂₀-Legierung getestet und zeigte ähnlich wie CoCr₃₁ und CoCr₃₄ eine verbesserte Überschreibung. Die zur Verwendung als p-WAL geeignete CoCrRu-Legierungszusammensetzung ist (Co_100-xCr_x)_100-yRu_y, wobei x zwischen etwa 20 und 35 und y zwischen etwa 10 und 30 ist. Die Curie- Temperatur des p-WAL-Materials sollte unter der niedrigsten Betriebstemperatur des Plattenlaufwerks liegen und mit der MAG-Schicht, die es kontaktiert, ferromagnetisch koppeln. Folglich können andere ternäre und quaternäre Legierungsmaterialien auf CoCr-Basis ebenfalls ausgewählt werden, sofern die Curie-Temperatur unter der niedrigsten Plattenlaufwerkstemperatur liegt. Wenn die MAG-Schicht eine ferromagnetische Legierung aus einem oder mehreren aus Co, Ni und Fe ausgewählte MAG-Schicht ist, kann die p-WAL jede beliebige ferromagnetische Legierung aus einem oder mehreren aus Co, Ni und Fe sein, wobei eine spezifische Zusammensetzung ausgewählt wird, um sicherzustellen, dass sie eine Curie-Temperatur aufweist, die unter der niedrigsten Betriebstemperatur des Plattenlaufwerks liegt.
Neben der Anwendungsmöglichkeit als AFC-Struktur als magnetische Schicht (MAG) sind die Medienstrukturen der vorliegenden Erfindung, wie in den 5A bis 5B gezeigt, auch vollständig auf solche anzuwenden, bei denen die magnetische Schicht (MAG) eine herkömmliche Einzelschicht ist, wie sie im Wesentlichen in den 1A bis 1B dargestellt ist. Die Medienstrukturen gemäß der vorliegenden Erfindung, bei denen die Schreibhilfsschicht mit der magnetischen Schicht austauschgekoppelt ist, sind ebenfalls vollständig auf eine laminierte magnetische Schicht mit zwei oder mehreren magnetischen Filmen anzuwenden, die Beabstandungsfilme zwischen den magnetischen Filmen aufweisen, wie sie im US-Patent 5.051.288 beschrieben sind, sowie auf eine laminierte magnetische AFC-Schicht, wie in der veröffentlichten US-Patentanmeldung US2002/0098390 A1 beschrieben ist. Bei einer laminierten Struktur als MAG-Schicht kann die p-WAL mit entweder dem oberen oder unteren magnetischen Film in Kontakt sein. 8A zeigt die bevorzugte laminierte magnetische Ausführungsschicht, wobei die p-WAL auf dem unteren magnetischen Film (MAG1) unterhalb der Beabstandungsschicht liegt, da MAG1 weiter vom Schreibkopf entfernt liegt als MAG2 und es daher weitaus schwieriger zu schreiben wäre. Bei einer laminierten AFC-Struktur als magnetische Schicht, bei der die AFC-Struktur von einem oberen magnetischen Film (MAG3) durch eine Beabstandungsschicht getrennt ist, die keine antiferromagnetische Kopplung bereitstellt (8B), kann die p-WAL mit dem oberen AFC-Film (dem magnetischen Zwischenfilm MAG2) oder dem oberen magnetischen Film MAG3 in Kontakt sein und folglich oberhalb o der unterhalb von MAG2 oder oberhalb oder unterhalb von MAG3 vorliegen. 8B zeigt die bevorzugte laminierte magnetische AFC-Ausführungsschicht, wobei die p-WAL auf der MAG2 liegt, da MAG2 weiter entfernt vom Schreibkopf liegt als MAG3 und es daher weitaus schwieriger zu schreiben wäre.

Claims

Magnetisches Aufzeichnungsmedium, umfassend: ein Substrat; eine Aufzeichnungsschicht auf dem Substrat, umfassend ein ferromagnetisches Material, welches nach dem Beaufschlagen mit einem angelegten Magnetfeld ein remanentes magnetisches Moment aufweist; und eine Schreibhilfsschicht auf dem Substrat, umfassend ein ferromagnetisches Material in einem paramagnetischen Zustand, wobei die Schreibhilfsschicht eine Dicke von mehr als 1 nm aufweist, und wobei die Schreibhilfsschicht und die Aufzeichnungsschicht zueinander in Kontakt stehen und miteinander austauschgekoppelt sind.
Medium nach Anspruch 1, worin die Aufzeichnungsschicht zwischen der Schreibhilfsschicht und dem Substrat angeordnet und die Schreibhilfsschicht auf der Aufzeichnungsschicht angeordnet ist.
Medium nach Anspruch 1, worin die Aufzeichnungsschicht eine antiferromagnetisch gekoppelte Aufzeichnungsschicht ist, umfassend einen unteren ferromagnetischen Film und einen oberen ferromagnetischen Film, die durch einen antiferromagnetisch gekoppelten Film voneinander getrennt sind, wobei der untere und der obere ferromagnetische Film antiparallele magnetische Momente aufweisen, nach dem diese einem angelegten Magnetfeld ausgesetzt waren und worin die Schreibhilfsschicht in Kontakt mit dem oberen ferromagnetischen Film steht.
Medium nach Anspruch 3, worin die Schreibhilfsschicht auf dem oberen, ferromagnetischen Film angeordnet ist.
Medium nach Anspruch 1, worin die Aufzeichnungsschicht eine laminierte Aufzeichnungsschicht ist, welche einen unteren ferromagnetischen Film und einen oberen ferromagnetischen Film umfasst, die durch eine nichtmagnetische Abstandsschicht voneinander getrennt sind, wobei der obere und der untere ferromagnetische Film parallele magnetische Momente aufweisen, nachdem diese einem angelegten Magnetfeld ausgesetzt waren und worin die Schreibhilfsschicht in Kontakt mit dem unteren ferromagnetischen Film steht.
Medium nach Anspruch 5, worin die Schreibhilfsschicht auf dem unteren ferromagnetischen Film angeordnet ist.
Medium nach Anspruch 1, worin die Aufzeichnungsschicht eine laminierte, antiferromagnetisch gekoppelte Aufzeichnungsschicht ist, die (a) einen unteren ferromagnetischen Film, (b) einen dazwischenliegenden ferromagnetischen Film, (c) einen antiferromagnetisch gekoppelten Film zwischen dem unteren ferromagnetischen Film und dem dazwischenliegenden ferromagnetischen Film, (d) eine nichtmagnetische Abstandsschicht auf dem dazwischenliegenden ferromagnetischen Film, und (e) einen oberen ferromagnetischen Film auf der nichtmagnetischen Abstandsschicht umfasst und worin die Schreibhilfsschicht in Kontakt mit der nichtmagnetischen Abstandsschicht steht.
Medium nach Anspruch 7, worin die Schreibhilfsschicht auf dem dazwischenliegenden ferromagnetischen Film angeordnet ist.
Medium nach Anspruch 1, worin das ferromagnetische Material der Aufzeichnungsschicht eine Legierung umfassend Co und Pt ist und worin das ferromagnetische Material der Schreibhilfsschicht eine Legierung umfassend Co und Cr ist.
Medium nach Anspruch 9, worin das ferromagnetische Material der Schreibhilfsschicht eine Legierung umfassend Co, Cr und Ru ist.
Medium nach Anspruch 10, worin das ferromagnetische Material der Schreibhilfsschicht (C_100-xCr_x)_100-yRu_y ist, wobei x ungefähr zwischen 20 und 35 und y etwa zwischen 10 und 30 liegt.
Magnetaufzeichnungsplatte, die oberhalb einer vorbestimmten Temperatur zur Speicherung magnetisch aufgezeichneter Daten betriebsbereit ist, nachdem diese einem angelegten Magnetfeld ausgesetzt war, wobei die Platte Folgendes umfasst: ein Substrat; eine ferromagnetische Aufzeichnungsschicht auf dem Substrat, welches ein remanentes magnetisches Moment in einem ersten Schreibfeld ausgesetzten Bereichen aufweist; und eine Schreibhilfsschicht auf dem Substrat, umfassend ein ferromagnetisches Material in einem paramagnetischen Zustand, welches eine unterhalb der vorbestimmten Temperatur liegende Curie-Temperatur aufweist, wobei die Schreibhilfsschicht eine Dicke von mehr als 1 nm aufweist, und wobei die Schreibhilfsschicht und die Aufzeichnungsschicht in Kontakt zueinander stehen und miteinander austauschgekoppelt sind.
Platte nach Anspruch 12, worin die Aufzeichnungsschicht zwischen der Schreibhilfsschicht und dem Substrat angeordnet ist und sich die Schreibhilfsschicht auf der Aufzeichnungsschicht angeordnet ist.
Platte nach Anspruch 12, worin die Aufzeichnungsschicht eine antiferromagnetisch gekoppelte Aufzeichnungsschicht ist, welche einen unteren ferromagnetischen Film und einen oberen ferromagnetischen Film umfasst, die durch einen antiferromagnetisch gekoppelten Film voneinander getrennt sind, wobei der untere und der obere ferromagnetische Film antiparallele magnetische Momente aufweisen, nachdem diese einem Schreibfeld ausgesetzt waren und worin die Schreibhilfsschicht in Kontakt mit dem oberen ferromagnetischen Film steht.
Platte nach Anspruch 14, worin die Schreibhilfsschicht auf dem oberen ferromagnetischen Film angeordnet ist.
Platte nach Anspruch 12, worin die Aufzeichnungsschicht eine laminierte Aufzeichnungsschicht ist, welche einen unteren ferromagnetischen Film und einen oberen ferromagnetischen Film umfasst, die voneinander durch eine nichtmagnetische Abstandsschicht getrennt sind, wobei der obere und der untere ferromagnetische Film parallele magnetische Momente aufweisen, nachdem diese einem Schreibfeld ausgesetzt waren und worin die Schreibhilfsschicht in Kontakt mit dem unteren ferromagnetischen Film steht.
Platte nach Anspruch 16, worin die Schreibhilfsschicht auf dem unteren ferromagnetischen Film angeordnet ist.
Platte nach Anspruch 12, worin die Aufzeichnungsschicht eine laminierte, antiferromagnetisch gekoppelte Aufzeichnungsschicht ist, die (a) einen unteren ferromagnetischen Film, (b) einen dazwischenliegenden ferromagnetischen Film, (c) einen antiferromagnetisch gekoppelten Film zwischen dem unteren ferromagnetischen Film und dem dazwischenliegenden ferromagnetischen Film, (d) eine nichtmagnetische Abstandsschicht auf dem dazwischenliegenden ferromagnetischen Film, und (e) einen oberen ferromagnetischen Film auf der nichtmagnetischen Abstandsschicht umfasst und worin die Schreibhilfsschicht in Kontakt mit der nichtmagnetischen Abstandsschicht steht.
Platte nach Anspruch 17, worin die Schreibhilfsschicht auf dem dazwischenliegenden ferromagnetischen Film angeordnet ist.
Platte nach Anspruch 12, worin das ferromagnetische Material der Aufzeichnungsschicht aus einer Legierung bestehend aus Co und Pt ist und worin das ferromagnetische Material der Schreibhilfsschicht eine Legierung ist, welche Co und Cr umfasst.
Platte nach Anspruch 20, worin das ferromagnetische Material der Schreibhilfsschicht eine Legierung umfassend Co, Cr und Ru ist.
Platte nach Anspruch 21, worin das ferromagnetische Material der Schreibhilfsschicht (C_100-xCr_x)_100-yRu_y ist, wobei x ungefähr zwischen 20 und 35 und y etwa zwischen 10 und 30 beträgt.