JP2006127748A - 積層された軟磁性の下地層を有する垂直磁気記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】積層された軟磁性の下地層を有する垂直磁気記録媒体、及び基板上に形成された垂直磁気記録層及び積層された軟磁性の下地層を備える記録媒体を提供する。
【解決手段】反強磁性体層２００の上下に磁性層３１５、３３５−非磁性層３１１、３３１−磁性層３１３、３３３をなす積層構造３３０の間に形成された反強磁性体層２００を備える。このとき、それぞれの層が、２０ｎｍ以下の厚さに形成され、反強磁性体層２００の下側の層は、上側の層より薄い。交換バイアスによる上下側の積層構造３３０に対し、放射状に互いに逆方向の一軸の磁化異方性が設定される。
【選択図】図４

Description

本発明は、記録媒体に係り、特に、積層された軟磁性の下地層（Ｓｏｆｔ ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｕｎｄｅｒ Ｌａｙｅｒ：ＳＵＬ）を有する垂直磁気記録媒体に関する。

最近、磁気ディスク装置のような記録媒体の面記録密度は、急速に向上している。記録媒体の面記録密度、例えば、磁気ディスクの面記録密度を向上させるために、垂直磁気記録方式が提案されている。垂直磁気記録方式による記録媒体は、磁気記録層を垂直方向に磁化させて、記録密度の向上を図っている。このような垂直磁化のための記録層は、相対的に高い磁気異方性及び高い保磁力を有する磁性物質を利用している。

このような記録層を効果的に磁化させて、記録層へのデータの記録を助けるために、記録層の下部にＳＵＬの導入が提案されている。記録層上には、一般的に、記録層の垂直磁化のために、トレーリングポール及びリターンポールを備えるヘッドが配置される。このようなヘッドに対応する仮想ヘッドが記録層の下に形成されたのと同じ効果を具現するために、記録層の下部にＳＵＬが導入されてきた。

図１は、典型的な垂直磁気記録装置を説明するための概略図である。
図１に示すように、典型的な垂直磁気記録媒体１０は、基板上にＳＵＬ１１が形成され、ＳＵＬ１１上に中間層１３が形成され、中間層１３上には記録層１５が形成される。記録層１５上には、保護層、潤滑層などが形成される。このような垂直磁気記録媒体１０上にヘッド２０が配置され、記録層１５を磁化する。

書き込み動作時に、トレーリングポール２１から出た磁力線は、記録層１５をビット領域単位で磁化させる。そして、記録層１５をビット領域単位で磁化させた磁力線は、記録層１５の下側のＳＵＬ１１に沿って、すなわち、仮想ヘッド１２に入り、仮想ヘッド１２中を進み、リターンポール２５に入る。これにより、トレーリングポール２１から出た磁力線は磁束密度を変化せずに記録層１５に効果的に伝えられるため、記録層１５は、このような磁力線により更に効果的に磁化される。

このようにＳＵＬを導入するとき、まず、ＳＵＬの飽和現象を考慮しなければならない。このようなＳＵＬの飽和を効果的に防止するためには、ＳＵＬが十分な厚さを有することが要求され、また、十分な飽和磁場（Ｍ_Ｓ,_ＳＵＬ）を有することが要求される。しかし、厚いＳＵＬを導入する場合、大きな磁区ノイズ（マグネチックドメインノイズ、ｍａｇｎｅｔｉｃ ｄｏｍａｉｎ ｎｏｉｓｅ）が発生するおそれがある。

したがって、このようなＳＵＬの導入による効果を更に高めるために、多様な多重層の構造でＳＵＬを構成する研究が非常に活発に進んでいる。特に、ＳＵＬの導入によるスパイクノイズ（ｓｐｉｋｅ ｎｏｉｓｅ）現象、またはドメインウォール（ｄｏｍａｉｎ ｗａｌｌ）の移動による脱磁現象などを抑制しようとする多様な試みが行われている。例えば、特許文献１には、ドメイン調節層、ＳＵＬ及び記録層などを基板上に積層する技術が開示されている。
米国特許第６,７２３,４５７Ｂ２号明細書

本発明の目的は、書き込み性能を改善しながらドメインノイズを効果的に減少させることが可能な多層構造のＳＵＬ構造を備えた垂直磁気記録媒体を提供するところにある。

本発明に係る垂直磁気記録媒体は、基板と、前記基板上に形成され、垂直磁気記録層、前記基板と前記垂直磁気記録層との間に形成された反強磁性体層、前記反強磁性体層を挟んで上下に形成され、交換バイアスにより互いに逆方向の一方向の磁気異方性を有する第１磁性層及び第２磁性層、前記第１磁性層及び前記第２磁性層のうち、少なくとも何れか一つの磁性層上に、前記磁性層を挟んで前記反強磁性体層と逆の位置に形成された非磁性層、および前記非磁性層を挟んで前記磁性層と反強磁性結合されて、前記磁性層の磁気異方性の逆方向の一軸の磁気異方性を有する第３磁性層を備える軟磁性の下地層と、を備える。

前記反強磁性体層は、ＩｒＭｎ層を備えることが好ましい。

前記第１磁性層、前記第２磁性層及び前記第３磁性層は、それぞれＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＮｂ及びＣｏＴａＺｒからなる群から選択されたＣｏ系の合金物質を備えることが好ましい。

前記第１磁性層、前記第２磁性層及び前記第３磁性層は、それぞれ２０ｎｍ以下の厚さを有することが好ましい。

前記第２磁性層は、上側に位置する前記第１磁性層より薄いことが好ましい。

前記第１磁性層は、１０ないし２０ｎｍの厚さを有し、前記第２磁性層は、５ないし１０ｎｍの厚さを有することが好ましい。

前記第２磁性層は、上側に位置する前記第１磁性層より小さい飽和磁化値を有することが好ましい。

前記非磁性層は、Ｒｕ層であることが好ましい。

前記基板がディスク状であるとき、前記磁性層の前記磁気異方性は、前記ディスクの放射の方向であることが好ましい。

また、本発明に係る垂直磁気記録媒体は、基板と、前記基板上に形成された垂直磁気記録層と、前記基板と前記垂直磁気記録層との間に形成され、反強磁性体層、前記反強磁性体層を挟んでそれぞれ上下に形成され、交換バイアスにより互いに逆方向の一軸の磁気異方性を有する第１磁性層及び第２磁性層、前記第１磁性層と前記垂直磁気記録層との間に形成された第１非磁性層、前記第１非磁性層と前記垂直磁気記録層との間に形成され、前記第１非磁性層により前記第１磁性層と反強磁性結合されて、前記第１磁性層の磁気異方性と逆方向の一軸の磁気異方性を有する第３磁性層、前記第２磁性層と前記基板との間に形成された第２非磁性層、および前記第２非磁性層と前記基板との間に形成され、前記第２非磁性層により前記第２磁性層と反強磁性結合されて、前記第２磁性層の磁気異方性と逆方向の一軸の磁気異方性を有する第４磁性層を備える軟磁性の下地層と、を備える。

前記反強磁性体層は、ＩｒＭｎ層を備えることが好ましい。

前記第１磁性層、前記第２磁性層、前記第３磁性層及び前記第４磁性層は、それぞれＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＮｂ、及びＣｏＴａＺｒからなる群から選択されたＣｏ系合金物質を含むことが好ましい。

前記第１磁性層、前記第２磁性層、前記第３磁性層及び前記第４磁性層は、それぞれ２０ｎｍ以下の厚さを有することが好ましい。

前記第２磁性層は、前記第１磁性層または前記第３磁性層より薄いことが好ましい。

前記第４磁性層は、前記第１磁性層または前記第３磁性層より薄いことが好ましい。

前記第１磁性層または前記第３磁性層は、それぞれ１０ないし２０ｎｍの厚さを有することが好ましい。

前記第２磁性層または前記第４磁性層は、それぞれ５ないし１０ｎｍの厚さを有することが好ましい。

前記第２磁性層または前記第４磁性層は、前記第１磁性層または前記第３磁性層より相対的に小さい飽和磁化値を有することが好ましい。

前記第１非磁性層または前記第２非磁性層は、Ｒｕ層であることが好ましい。

前記基板がディスク状であるとき、前記磁性層の前記磁気異方性は、前記ディスクの放射の方向であることが好ましい。

本発明によれば、書き込み機能を改善しつつも、ドメインノイズを抑制できる垂直磁気記録媒体を提供できる。

本発明によれば、ＳＵＬ構造は、磁性層−非磁性層−磁性層をなす積層された磁性層構造の間に形成された反強磁性体層を有するように形成されうる。このようなＳＵＬ構造は、書き込みヘッドの飽和磁化値より高い飽和磁化値を有し、ＳＵＬの好ましくない磁気的飽和を抑制できる。

本発明に係るＳＵＬ構造は、薄いＳＵＬが非常に大きい保磁力値を表すのに対し、薄い層が積層されて相対的に低い保磁力Ｈ_Ｃ値を維持できる。そして、好ましくない磁荷が底面に蓄積されることを防止でき、複雑な磁気的渦流が形成されることを抑制できる。

本発明に係るＳＵＬ構造は、相対的に高い透磁率を有する。また、ドメインノイズを減らすために、高い異方性磁場Ｈ_{Ｋ,ＳＵＬ}値を有する。そして、ＳＵＬ構造は、ドメインの形成を抑制するために、磁性層の高い一軸の異方性を具現でき、したがって、ＲＫＫＹの相互作用により、底面に蓄積された好ましくない磁荷を除去できる。

本発明によるＳＵＬ構造の磁性層は、約２０ｎｍ以下の厚さに形成されて、ブロックウォールの形成を抑制できる。これにより、ブロックウォールによるドメインノイズを減らすことが可能である。そして、反強磁性体層の上側に形成される磁性層の積層構造に含まれた磁性層が、反強磁性体層の下側に形成される磁性層の積層構造に含まれた磁性層に比べて、厚く形成されるか、且つ／又は相対的に高い飽和磁化値Ｍ_Ｓを有する磁性物質から形成されることにより、垂直磁気記録媒体の信号対雑音比の改善を具現できる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、本実施形態は、多様な形態に変形でき、本発明の技術的範囲が本実施形態により限定されると解釈されてはならず、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲に基づいて定めなければならない。本実施形態は、当業者に、本発明を更に完全に説明するために提供されると解釈されることが好ましい。なお、同一の構成については同一の符号を付け、重複することとなる説明は省略する。

本実施形態では、ヘッドによる書き込み作動時に、記録層の垂直磁化を効果的に誘導し、また、磁区ノイズの発生を効果的に抑制できる積層されたＳＵＬ構造を提示する。本実施形態では、中間に反強磁性層を形成し、反強磁性層の上下に磁性層を形成する。このとき、反強磁性層の上側に形成される磁性層は、磁性層−非磁性層−磁性層の３重層として形成される。また、このような３重層の構造は、反強磁性層の下側に形成される磁性層にも採用できる。

本実施形態における３重層として積層された磁性層の構造は、異方性定数Ｋ１を大きくするために提示される。そして、３重層の構造は、高い書き込みの性能のために、相対的に大きい飽和磁化値Ｍ_ｓを有する物質を利用する。そして、このような構造のための層は、ドメインに関連した磁区ノイズを抑制するためのブロックウォール（ｂｌｏｃｈ ｗａｌｌ）を回避するために、非常に薄い薄膜から形成される。

まず、本実施形態に係る垂直磁気記録媒体のＳＵＬを積層構造として設計する時に考慮した要素を説明する。積層されたＳＵＬ構造の特性を評価する時に多様な要素が考慮されるが、ＳＵＬは、十分な飽和磁化値Ｍ_Ｓ,_ＳＵＬ及び十分な厚さｔ_ＳＵＬを有することが好ましい。なぜなら、ＳＵＬが相対的に小さい飽和磁化値及び厚さを有すると、ＳＵＬは、ヘッド２０（図１参照）のトレーリングポール２１から入る磁力線を十分に伝達できなくなり、トレーリングポール２１の下側に飽和領域が形成される。

図２は、ＳＵＬの磁気飽和を説明するための概略図である。
図２に示すように、典型的な磁気記録媒体１０（図１参照）に記録するための書き込み動作を行う場合、トレーリングポール２１の下側に飽和領域３１が生成されるときがある。このように、ＳＵＬ１１に飽和領域３１が生成されれば、ＳＵＬ１１の底面に蓄積された磁荷は、書き込み磁場を減少させる。もちろん、上面に蓄積されるＳＵＬ１１の底面に蓄積された磁荷とは反対極性の磁荷は、書き込み磁場を増加させることも可能である。

それにも拘わらず、底面に蓄積された反対極性の磁荷は、磁束の漏れを誘導する。結局、飽和領域３１の生成は、トレーリングポール２１の磁場傾斜を急激に劣化させる。これにより、磁束３５は、ＳＵＬ１１に入らず、記録層１５の表面に沿ってリターンポール２５に戻る。したがって、まるで典型的な水平ヘッドのようにヘッド２０（図１参照）が作動する。

このような論理によれば、ＳＵＬ１１の上面に蓄積される磁荷は最大化することが好ましいが、底面に蓄積される反対極性の磁荷は最小化することが好ましいという結論が導出される。

このようなＳＵＬの飽和を回避または防止するためには、ＳＵＬの飽和磁化値Ｍ_Ｓ,_ＳＵＬは、トレーリングポール２１の飽和磁化値Ｍ_Ｓ,ＰＴより大きいことが好ましい。これは、４πＭ_Ｓ,_ＳＵＬ×Ａ_ＳＵＬの値が４πＭ_Ｓ,ＰＴ×Ａ_ＰＴの値以上であれば、ＳＵＬの飽和は抑制されるためである。ここで、Ａ_ＳＵＬは、磁束が入射されるＳＵＬの有効面積であり、Ａ_ＰＴは、トレーリングポール２１のＡＢＳ（Ａｉｒ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ）の面積である。

図３は、ＳＵＬの厚さと書き込み磁場との関係を説明するために概略的に示すグラフである。
図３に示すように、相対的に大きい飽和磁化値Ｍ_Ｓ,_ＳＵＬを有する場合、小さい飽和磁化値Ｍ_Ｓ,_ＳＵＬを有する場合より高い書き込み磁場を得ることができる。このとき、ＳＵＬを厚くすることにより、高い書き込み磁場を具現できる。したがって、このような書き込み磁場の観点では、ＳＵＬが他の層と比較して相対的に厚いことが好ましい。

一方、ＳＵＬの透磁率は、１＋（４πＭ_Ｓ,_ＳＵＬ）／（Ｈ_{Ｋ,ＳＵＬ}＋Ｈ_ｅｘ）として表され、このような透磁率が、約５００以上であることが好ましい。高いＨ_{Ｋ,ＳＵＬ}を有するＳＵＬは、上面での作動不能層が生成されることを防止し、磁区ノイズを減少させる。ここで、Ｈ_{Ｋ,ＳＵＬ}はＳＵＬの磁場を意味し、Ｈ_{Ｋ,ＳＵＬ}は、スピンを磁化困難軸に配列させるために、外部から加える磁場を表す。このＨ_{Ｋ,ＳＵＬ}値が大きいほど、スピンを磁化容易軸から磁化困難軸に配列させるには大きい磁場が要求される。そして、Ｈ_ｅｘは、交換磁場を意味する。

ＳＵＬは、高い透磁率及び飽和磁化値Ｍ_Ｓ,_ＳＵＬを有することが好ましい。ところが、厚いＳＵＬは、ＳＵＬの磁化時に好ましくない大きな磁区ノイズ、複雑な３次元的な渦流及びスピンウェーブ状の空間的オシレーションを引き起こす可能性がある。したがって、ＳＵＬの厚さは、高い飽和磁化値を有しながらも、このような問題を解決するように調節されることが好ましい。本実施形態では、多層のＳＵＬ構造を提示することにより、このような厚いＳＵＬによって発生する問題点を解決する。

このような問題点解決の効果を説明するためには、まず、ドメインに関連したノイズを理解するために、磁壁のスパイクノイズに対する影響を考慮しなければならない。磁壁は、一般的にブロックウォール（Ｂｌｏｃｈ ｗａｌｌ）及びニールウォール（Ｎｅｅｌ ｗａｌｌ）の２つのモデルに分けられる。ところが、ブロックウォールは、ニールウォールに比べて、磁壁での磁荷のために更に多くのスパイクノイズを発生させる。したがって、このようなブロックウォールは、ノイズ問題を解決するために抑制される必要がある。

磁性層の厚さに対する磁壁のエネルギーを計算すれば、飽和磁化値が約１４００（ｅｍｕ／ｃｃ）である場合、ブロックウォールからニールウォールへの遷移は、約２０ｎｍの厚さで行われる。したがって、磁性層を約２ｎｍより薄くする場合、ブロックウォールの形成を抑制できる。

結論的に、ドメインノイズを抑制するためには、ＳＵＬのドメインのサイズを縮小させることが要求される。ドメインのサイズは、ＳＵＬの異方性定数であるＫ_１、飽和磁化値Ｍ_Ｓ、その厚さ及び表面粗度などによる。したがって、本実施形態に係るＳＵＬ構造は、大きい異方性定数Ｋ_１を有し、大きい飽和磁化値Ｍ_Ｓを有し、またブロックウォールの形成を抑制するように薄い層から構成される。したがって、本実施形態に係るＳＵＬ構造は、磁区ノイズを効果的に抑制する。

図４は、本実施形態に係る垂直磁気記録媒体を説明するために概略的に示す断面図である。
図４に示すように、本実施形態に係る垂直磁気記録媒体は、ディスク状の基板１００上に形成された垂直磁気記録のための記録層５００を備える。記録層５００上には、図示していないが、外気からの記録層５００の保護のための保護層が更に形成され、垂直磁気記録媒体上にはヘッドが配置されている。基板１００と記録層５００との間には、記録層５００の結晶配向性及び磁気的特性を向上させるための層として、中間層４００が形成される。

そして、記録層５００と基板１００との間の中間層４００の下には、ＳＵＬ構造が形成される。ＳＵＬと基板１００との間には、ＳＵＬの成長のためのシード層または下層１５０が形成される。このような下層１５０は、Ｔａ／Ｒｕの複合層、ＮｉＦｅＣｒの層などから形成される。

本発明の実施形態に係るＳＵＬ構造は、基本的に複数の層が積層された構造で形成され、全体的には、軟磁性を表すように設計される。例えば、反強磁性体層２００がＳＵＬ構造の中間に位置する。反強磁性体層２００の上側に複数の層が積層された積層された磁性層の積層構造３３０が形成され、反強磁性体層２００の下側にも積層された磁性層の積層構造３１０が形成される。

反強磁性体層２００は、Ｉｒ及びＭｎを含む合金のような反強磁性特性を表す磁性物質をスパッタリングして形成される。このような反強磁性体層２００は、層の下側及び上側に形成される磁性層３１３、３３５が互いに逆方向の磁化方向を有するように誘導する、すなわち、反強磁性結合の交換バイアスを提供する役割を担う。反強磁性体層２００が、ＩｒＭｎ層の場合、交換バイアス磁場は、厚さにより変化でき、約１０ｎｍの厚さである場合、交換バイアス磁場が相対的に高い。したがって、反強磁性体層２００（ＩｒＭｎ層）は、数ｎｍないし数十ｎｍ厚さに形成されるが、好ましくは、２０ｎｍ以下の厚さ（０ｎｍより厚く２０ｎｍ以下の厚さ）に形成され、更に好ましくは、約１０ｎｍの厚さに形成される。

反強磁性体層２００上に形成される積層された磁性層の積層構造３３０は、合成反磁性（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ：ＳＡＦ）結合の構造を有する。すなわち、積層された磁性層の積層構造３３０は、磁性層３３３、３３５の間に薄い非磁性層３３１が形成された構造を有する。非磁性層３３１は、上下に形成される磁性層３３３、３３５のうち、一方の磁性層が一定の方向に磁化されるとき、もう一方の磁性層は逆方向の磁化方向を有するように誘導する役割を担う。すなわち、非磁性層３３１は、その上下の磁性層３３３、３３５に反強磁性結合が形成されるように誘導する役割を担う。したがって、二つの一軸の異方性の表面が形成される。

非磁性層３３１は、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｐｔのような導電層から形成されるが、Ｒｕ層であることが好ましい。Ｒｕ層は、数Åないし数十Åの厚さに形成されることが好ましく、反強磁性結合を誘導するのに有利な約０.８ｎｍの厚さに形成することがより好ましい。非磁性層３３１の上下に形成される磁性層３３３、３３５は、多様な磁性物質、例えば、Ｃｏ_９０Ｆｅ_１０またはＣｏ_３５Ｆｅ_６５のようなＣｏＦｅ系の合金及び／又はＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＮｂまたはＣｏＴａＺｒのようなＣｏ系の合金物質のような磁性物質から形成される。このような磁性層３３３、３３５は、数ｎｍないし数十ｎｍの厚さに形成されることが好ましいが、前記のように、ブロックウォールの形成を抑制するために、約２０ｎｍより薄く形成されることが更に好ましい。

一方、反強磁性体層２００の下側には単一磁性層が形成されるが、ＳＡＦ構造が形成されることが好ましい。すなわち、反強磁性体層２００の上側に形成された積層構造と同様に、磁性層３１５−非磁性層３１１−磁性層３１３の構造を反強磁性体層２００の下側に形成する。すなわち、反強磁性体層２００の上側及び下側には、二つの磁性層の積層構造３１０、３３０が形成される。

さらに、非磁性層３１１は、例えば、約０.８ｎｍのＲｕ層である。また、非磁性層３１１の上側及び下側に形成される磁性層３１３、３１５は、Ｃｏ_９０Ｆｅ_１０、Ｃｏ_３５Ｆｅ_６５、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＮｂのような磁性物質から形成され、ブロックウォールの形成を抑制するために約２０ｎｍより薄く形成されることが好ましい。

また、反強磁性体層２００の下側に形成される磁性層３１３、３１５、すなわち、第１磁性層３１５及び／又は第２磁性層３１３は、反強磁性体層２００の上側に形成される磁性層３３３、３３５、すなわち、第３磁性層３３５及び／又は第４磁性層３３３より薄く形成されることが好ましい。例えば、第３磁性層３３５及び／又は第４磁性層３３３を約１０ないし２０ｎｍの厚さに形成する場合、第１磁性層３１５及び／又は第２磁性層３１３を約５ないし１０ｎｍの厚さに形成することが好ましい。

第１磁性層３１５及び／又は第２磁性層３１３を第３磁性層３３５及び／又は第４磁性層３３３より薄く形成することにより、反強磁性体層２００の下側に形成された層が相対的に高いＳＡＦ結合を確保できる。強いＳＡＦ結合による強い一軸の異方性は、ドメインの形成を抑制し、ＳＵＬの底面に蓄積される磁荷を、ＲＫＫＹ現象により除去するように誘導できる。

一方、このように、磁性層を約２０ｎｍより薄く形成する場合、渦電流（ｅｄｄｙ ｃｕｒｒｅｎｔ）を防止する付加的な効果が得られる。

また、第１磁性層３１５及び／又は第２磁性層３１３は、第３磁性層３３５及び／又は第４磁性層３３３より高い飽和磁化値Ｍ_Ｓを有する磁性物質から形成されることが好ましい。すなわち、第１磁性層３１５及び／又は第２磁性層３１３は、相対的に高い飽和磁化値Ｍ_Ｓを有する磁性物質から形成され、第３磁性層３３５及び／又は第４磁性層３３３は、相対的に低い飽和磁化値Ｍ_Ｓを有する磁性物質から形成される。このように構成する場合、垂直磁気記録媒体の信号対雑音比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ：ＳＮＲ）を大きく改善できる。

一方、磁性層３１３、３１５、３３３、３３５は、低い圧力条件下で蒸着またはスパッタリング工程により形成されることが好ましい。これは、磁性層３１３、３１５、３３３、３３５の表面を相対的に平坦化し、ニールドメインのサイズを縮小させるためである。

このようなＳＵＬの積層構造で中間に位置する反強磁性体層２００は、交換バイアスを提供し、交換バイアスは、反強磁性体層２００の上下側に形成された二つのＳＡＦ構造に対して、基板１００の放射状の方向に一軸の異方性を設定する。これにより、二つの一軸の異方性表面が反強磁性体層２００の上下面に誘起される。そして、全体ＳＵＬの積層構造は、上下側の二つのＳＡＦ構造が磁気的に均等化させて、全体ＳＵＬの積層構造がゼロ（０）の残留磁場を有するようにする。すなわち、このような構造で磁性層の純磁気モーメントは、互いに相殺される。

本発明の実施形態に係るＳＵＬ構造は、ＳＵＬの特性改善するために、反強磁性体層の上側及び／又は下側で単一層の磁性層のように動く磁性層構造を有する。まず、反強磁性体層の導入による効果を説明する。

図５は、本実施形態に係る反強磁性体層上に磁性層を有する構造を説明するために概略的に示す断面図である。図６は、図５の積層構造での磁気履歴曲線を概略的に示すグラフである。

図５に示すように、Ｔａ／Ｒｕの複合層またはＮｉＦｅＣｒ層の下層５１０上に、ＩｒＭｎ層を備える反強磁性体層５２０を形成し、反強磁性体層５２０上に磁性層５３０を形成できる。このような構造における交換バイアスは、磁性層５３０の一軸の磁化異方性を発生させる。

このような構造は、図６に示すような磁気履歴曲線を有する。図６に示すように、磁気履歴曲線のループの中心が移動する。これは、このような構造の残留磁場は、ゼロではないことを示す。このような図５に示した構造がＳＵＬとして採用されるために、残留磁場がゼロになるように誘導することが更に好ましい。

図７は、本実施形態に係る磁性体−反強磁性体層−磁性層の構造を説明するために概略的に示す断面図である。図８は、図７の積層構造での磁気履歴曲線を概略的に示すグラフである。

図７に示すように、Ｔａ／Ｒｕの複合層またはＮｉＦｅＣｒ層の下層７１０上にＩｒＭｎ層を備える反強磁性体層７２０が形成され、反強磁性体層７２０の上側には、ＣｏＦｅ層の第１磁性層７３１が形成され、下側には、ＣｏＦｅ層の第２磁性層７３５が形成される。このような構造で、二つの交換バイアスは、二つの界面で発生する。このような二つの交換バイアスにより、第１磁性層７３１及び第２磁性層７３５は、互いに逆方向の一軸の磁気異方性を有する。

このような構造は、図８に示すような磁気履歴曲線を有する。図８に示すように、磁気履歴曲線のループの中心は、座標の中心に位置する。すなわち、このような構造の残留磁場は、ゼロとなる。

図９は、本実施形態に係る磁性層−非磁性層−磁性層の構造を説明するために概略的に示す断面図である。図１０は、図９の積層構造で磁化容易軸方向の磁気履歴曲線を概略的に示すグラフである。図１１は、図９の積層構造で磁化困難軸方向の磁気履歴曲線を概略的に示すグラフである。

図９に示すように、５ｎｍの厚さのＴａ層の下層９１０上に、Ｒｕ層の非磁性層９３１を形成し、非磁性層９３１の上側に、３ｎｍの厚さのＣｏ_９０Ｆｅ_１０層の第１磁性層９３３を形成し、非磁性層９３１の下側に、３ｎｍ厚さのＣｏ_９０Ｆｅ_１０層の第２磁性層９３５を形成する。このような構造は、実質的に図４に示すように、本発明の実施形態で反強磁性体層２００の上側または／及び下側に形成される積層された磁性層の構造と同じである。そして、第１磁性層９３３の上側には、１０ｎｍの厚さのＲｕ層９４５が更に形成され、第２磁性層９３５の下側には、１０ｎｍの厚さのＲｕ層９４１が更に形成される。

このような構造で、非磁性層９３１として使用されたＲｕ層の厚さを、０.７ｎｍから１ｎｍに０.１ｎｍ単位で変化させた場合について、磁化容易軸と磁化困難軸での磁気履歴曲線を測定した結果が図１０及び図１１に示される。図１０及び図１１に示す結果によると、本発明で提示する磁性層−非磁性層−磁性層の積層された磁性層の構造は、実質的に６０００Ｏｅより高い異方性磁場値を有する単一磁性層と同じ特性を示す。また、非常に低い保磁力値を示す。

図１２は、本実施形態に係るＳＵＬ構造を説明するために概略的に示す断面図である。図１３は、図１２のＳＵＬ構造の磁気履歴曲線を概略的に示すグラフである。図１４は、図１３の各代表地点での磁化状態を説明するための概略図である。

図１２に示すように、５ｎｍの厚さのＴａ層１２１０及び１０ｎｍ厚さのＲｕ層１２４１の下層上に、１０ｎｍ厚さのＩｒＭｎ層を備える反強磁性体層１２２０を形成する。反強磁性体層１２２０の上側に、０.７ｎｍの厚さのＲｕ層の非磁性層１２３１を形成し、非磁性層１２３１の上側に、３ｎｍ厚さのＣｏＺｒＮｂ（ＣＺＮ）層の第１磁性層１２３３を形成し、非磁性層１２３１の下側に、３ｎｍ厚さのＣｏ_９０Ｆｅ_１０層の第２磁性層１２３５を形成する。このような構造は、実質的に図４に示すように、本実施形態で反強磁性体層２００の上側及び／又は下側に形成される積層された磁性層の積層構造３１０または３３０と同じである。そして、第１磁性層１２３３の上側には、１０ｎｍのＲｕ層１２４５が更に形成される。そして、反強磁性体層１２２０の下側には、３ｎｍ厚さのＣｏ_９０Ｆｅ_１０層の第３磁性層１２３７を形成する。

このような構造は、図１３に示すような磁気履歴曲線を有する。図１３に示すように、磁気履歴曲線のループの中心は座標の中心に位置する。図１４は、外部磁場の印加による各代表地点１３１０、１３３０、１３５０、１３７０での各磁性層１２３３、１２３５、１２３７の磁化状態を示す。図１４は、反強磁性体層１２２０の上下に形成された２つのＣｏ_９０Ｆｅ_１０層である第２磁性層１２３５及び第３磁性層１２３７が、互いに逆方向に平行に拘束またはピンニングされることを示す。

図１４の結果は、本実施形態に係るＳＵＬ構造が、相対的に高い異方性磁場値及び相対的に高い透磁率μを有しながらも、相対的に低い保磁力値を維持できるということを示す。

以上で説明したように、本実施形態に係るＳＵＬ構造は、多数の層を順次に積層することにより具現可能である。層の積層過程中に異方性磁場を印加することにより、基板上に放射状に磁化容易軸が形成可能である。

図１５は、本実施形態に係るＳＵＬ構造を形成するときに設定される、磁化容易軸を説明するための概略図である。図１５に示すように、磁化容易軸１５０１は、ディスク状の基板１５００の放射状の方向に設定される。

図１６は、本実施形態に係る第１磁場を印加し、第１磁性層の積層構造３１０を形成する過程を説明するための概略図である。図１６に示すように、基板３１２の中心にＮ極が位置し、基板３１２の外側領域にＳ極が位置して、第１放射状の方向に第１磁場を形成して印加した状態で、基板３１２上に第１磁性層の積層構造３１０を形成する。

例えば、第１磁場の印加下で、Ｔａ／Ｒｕ層またはＮｉＦｅＣｒ層の下層１５０を形成し、その上に第１磁性層３１５を約５ないし１０ｎｍの厚さに形成し、０.８ｎｍの厚さのＲｕ層を非磁性層３１１として形成し、その上に第２磁性層３１３を約５ないし１０ｎｍの厚さに形成し、第１磁性層の積層構造３１０を形成する。第１磁性層の積層構造３１０上に、反強磁性体層２００を形成する。このような層の形成過程は、相対的に低い圧力条件下でスパッタリングにより行われて、層が平坦な表面を有するように誘導し、ニールドメイン（Ｎｅｅｌ ｄｏｍａｉｎ）の形成を抑制する。

図１７は、本実施形態に係る第２磁場を印加し、第２磁性層の積層構造を形成する過程を説明するための概略図である。図１７に示すように、基板３１２の中心にＳ極が位置し、基板３１２の外側領域にＮ極が位置して、第１磁場の方向と逆方向である放射状の方向に第２磁場を形成して印加した状態で、基板３１２上に第２磁性層の積層構造３３０を形成する。

例えば、第２磁場の印加下で、第３磁性層３３５を約１０ないし２０ｎｍの厚さに反強磁性体層２００上に形成し、０.８ｎｍの厚さのＲｕ層を非磁性層３３１として形成し、その上に第４磁性層３３３を約１０ないし２０ｎｍの厚さに形成して、第２磁性層の積層構造３３０を形成する。このような層の形成過程は、相対的に低い圧力条件下でスパッタリングにより行われて、層が平坦な表面を有するように誘導し、ニールドメインの形成を抑制する。その後、第２磁性層の積層構造３３０上に中間層４００を形成し、その上に記録層（図１７では図示せず）を形成できる。

このように、放射状の逆方向に磁場を印加し、層をスパッタリングにより積層して、本実施形態に係るＳＵＬ構造を形成できる。すなわち、ＳＵＬ構造は、ディスク状の基板を準備するステップと、放射状の方向に第１磁場を印加し、基板上に第１磁性層、第１非磁性層、第２磁性層及び反強磁性体層を順次にスパッタリングにより形成するステップと、前記第１磁場の逆方向に第２磁場を印加し、反強磁性体層上に第３磁性層、第２非磁性層及び第４磁性層を順次にスパッタリングにより形成するステップと、第４磁性層上に中間層及び垂直磁気記録層を順次に形成するステップと、を含む垂直磁気記録媒体の製造方法で形成できる。

以上、本発明を具体的な実施形態により詳細に説明したが、本発明は、これに限定されず、当業者により、本発明の技術的思想の範囲内でその変形や改良が可能であるということが明らかである。

本発明は、データの記録及び／又は読み出すための記録媒体に関連した技術分野に好適に適用され得る。

典型的な垂直磁気記録装置を説明するための概略図である。 垂直磁気記録媒体に使用されるＳＵＬの磁気飽和を説明するための概略図である。 垂直磁気記録媒体に使用されるＳＵＬの厚さと書き込み磁場との関係を説明するために概略的に示すグラフである。 本実施形態に係る垂直磁気記録媒体を説明するための概略図である。 本実施形態に係る反強磁性体層上に磁性層を形成した構造を説明するための概略図である。 図５の積層構造での磁気履歴曲線を概略的に示すグラフである。 本実施形態に係る磁性層−非磁性層−磁性層の構造を説明するために概略的に示す断面図である。 図７の積層構造での磁気履歴曲線を概略的に示すグラフである。 本実施形態に係る磁性層−非磁性層−磁性層の構造を説明するために、概略的に示す断面図である。 図９の積層構造で磁化容易軸方向の磁気履歴曲線を概略的に示すグラフである。 図９の積層構造で磁化困難軸方向の磁気履歴曲線を概略的に示すグラフである。 本実施形態に係るＳＵＬ構造を説明するために概略的に示す断面図である。 図１２のＳＵＬ構造の磁気履歴曲線を概略的に示すグラフである。 図１３の各代表地点での磁化状態を説明するための概略図である。 本実施形態に係るＳＵＬ構造を形成する方法を説明するための概略図である。 本実施形態に係るＳＵＬ構造を形成する方法を説明するための概略図である。 本実施形態に係るＳＵＬ構造を形成する方法を説明するための概略図である。

符号の説明

１００ 基板
１５０ 下層
２００ 反強磁性体層
３１１，３３１ 非磁性層
３１３，３１５，３３３，３３５ 磁性層
３１０，３３０ 磁性層の積層構造
４００ 中間層
５００ 記録層

Claims (20)

1. 基板と、
   前記基板上に形成され、垂直磁気記録層、前記基板と前記垂直磁気記録層との間に形成された反強磁性体層、前記反強磁性体層を挟んで上下に形成され、交換バイアスにより互いに逆方向の一方向の磁気異方性を有する第１磁性層及び第２磁性層、前記第１磁性層及び前記第２磁性層のうち、少なくとも何れか一つの磁性層上に、前記磁性層を挟んで前記反強磁性体層と逆の位置に形成された非磁性層、および前記非磁性層を挟んで前記磁性層と反強磁性結合されて、前記磁性層の磁気異方性の逆方向の一軸の磁気異方性を有する第３磁性層を備える軟磁性の下地層と、
   を備えることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
2. 前記反強磁性体層は、ＩｒＭｎ層を備えることを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
3. 前記第１磁性層、前記第２磁性層及び前記第３磁性層は、それぞれＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＮｂ及びＣｏＴａＺｒからなる群から選択されたＣｏ系の合金物質を備えることを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
4. 前記第１磁性層、前記第２磁性層及び前記第３磁性層は、それぞれ２０ｎｍ以下の厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
5. 前記第２磁性層は、上側に位置する前記第１磁性層より薄いことを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
6. 前記第１磁性層は、１０ないし２０ｎｍの厚さを有し、
   前記第２磁性層は、５ないし１０ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項５に記載の垂直磁気記録媒体。
7. 前記第２磁性層は、上側に位置する前記第１磁性層より小さい飽和磁化値を有することを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
8. 前記非磁性層は、Ｒｕ層であることを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
9. 前記基板がディスク状であるとき、前記磁性層の前記磁気異方性は、前記ディスクの放射の方向であることを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
10. 基板と、
    前記基板上に形成された垂直磁気記録層と、
    前記基板と前記垂直磁気記録層との間に形成され、反強磁性体層、前記反強磁性体層を挟んでそれぞれ上下に形成され、交換バイアスにより互いに逆方向の一軸の磁気異方性を有する第１磁性層及び第２磁性層、前記第１磁性層と前記垂直磁気記録層との間に形成された第１非磁性層、前記第１非磁性層と前記垂直磁気記録層との間に形成され、前記第１非磁性層により前記第１磁性層と反強磁性結合されて、前記第１磁性層の磁気異方性と逆方向の一軸の磁気異方性を有する第３磁性層、前記第２磁性層と前記基板との間に形成された第２非磁性層、および前記第２非磁性層と前記基板との間に形成され、前記第２非磁性層により前記第２磁性層と反強磁性結合されて、前記第２磁性層の磁気異方性と逆方向の一軸の磁気異方性を有する第４磁性層を備える軟磁性の下地層と、
    を備えることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
11. 前記反強磁性体層は、ＩｒＭｎ層を備えることを特徴とする請求項１０に記載の垂直磁気記録媒体。
12. 前記第１磁性層、前記第２磁性層、前記第３磁性層及び前記第４磁性層は、それぞれＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＮｂ、及びＣｏＴａＺｒからなる群から選択されたＣｏ系合金物質を含むことを特徴とする請求項１０に記載の垂直磁気記録媒体。
13. 前記第１磁性層、前記第２磁性層、前記第３磁性層及び前記第４磁性層は、それぞれ２０ｎｍ以下の厚さを有することを特徴とする請求項１０に記載の垂直磁気記録媒体。
14. 前記第２磁性層は、前記第１磁性層または前記第３磁性層より薄いことを特徴とする請求項１０に記載の垂直磁気記録媒体。
15. 前記第４磁性層は、前記第１磁性層または前記第３磁性層より薄いことを特徴とする請求項１０に記載の垂直磁気記録媒体。
16. 前記第１磁性層または前記第３磁性層は、それぞれ１０ないし２０ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項１０に記載の垂直磁気記録媒体。
17. 前記第２磁性層または前記第４磁性層は、それぞれ５ないし１０ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項１０に記載の垂直磁気記録媒体。
18. 前記第２磁性層または前記第４磁性層は、前記第１磁性層または前記第３磁性層より相対的に小さい飽和磁化値を有することを特徴とする請求項１０に記載の垂直磁気記録媒体。
19. 前記第１非磁性層または前記第２非磁性層は、Ｒｕ層であることを特徴とする請求項１０に記載の垂直磁気記録媒体。
20. 前記基板がディスク状であるとき、前記磁性層の前記磁気異方性は、前記ディスクの放射の方向であることを特徴とする請求項１０に記載の垂直磁気記録媒体。

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