JP2008071479A - 粒子間交換結合を増加させる交換スプリング記録構造および水平結合層を備えた垂直磁気記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】交換スプリング記録層構造を備えた垂直磁気記録媒体を提供する。
【解決手段】垂直磁気記録システムおよび媒体は、交換スプリング構造および強磁性の水平結合層（ＬＣＬ）を含む多層の記録層を有する。交換スプリング構造は、それぞれ垂直磁気異方性を有する、２つの強磁性的に交換結合された磁性層（ＭＡＧ１およびＭＡＧ２）から構成される。ＭＡＧ１およびＭＡＧ２は、互いに直接接触しているか、またはそれらの間に位置する結合層（ＣＬ）を有する。ＬＣＬは、ＭＡＧ２と直接接触して位置し、ＭＡＧ２中の粒子間交換結合を仲介する。ＬＣＬ中の強磁性合金は、一般的には酸化物などの分離個体を含むＭＡＧ２中の強磁性合金よりも、著しく大きな粒子間交換結合を有する。ＬＣＬは、好ましくは、ＬＣＬ中の粒子間交換結合を低減させる傾向があるであろう、酸化物または他の分離個体を含まない。
【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、一般に、磁気記録ハードディスクドライブに使用される垂直磁気記録ディスクなどの、垂直磁気記録媒体に関し、より具体的には、「交換スプリング」記録層構造を備えた垂直磁気記録媒体に関する。

記録されたビットが、ディスク基板および平坦な記録層にほぼ平行に向けられる、水平または長手方向磁気記録媒体は、磁気記録ハードディスクドライブに使用される従来の媒体である。記録されたビットが、ほぼ垂直に、または面外配向で（すなわち、ディスク基板および記録層の表面に平行以外で）記録層に格納される、垂直磁気記録媒体は、磁気記録ハードディスクドライブにおける記録密度超高度化への有望な道を示している。垂直磁気記録システムの一般的なタイプは、「二重層」媒体を使用するものである。この種のシステムは図１に示されており、単一の書込み磁極タイプの記録ヘッドを備える。二重層媒体は、基板上に形成された、「軟磁性」の、すなわち保磁力が比較的低い透磁性下層（ＳＵＬ）上に、垂直磁気データ記録層（ＲＬ）を含む。ＲＬは、一般に、ｃ軸がＲＬにほぼ垂直に向けられた六方最密（ｈｃｐ）結晶構造を有する、ＣｏＰｔＣｒ合金などの粒状強磁性コバルト合金である。

ＳＵＬは、記録ヘッドの書込み磁極から戻り磁極への磁界の磁束戻り経路としての役割を果たす。図１では、矢印によって表されるように、ＲＬは、垂直に記録または磁化された領域を備えて示され、隣接する領域は反対の磁化方向を有する。隣接する反対向きの磁化領域の間の磁気転移は、読取りエレメントまたはヘッドによって、記録されたビットとして検出することができる。

図２は、記録層ＲＬに作用する書込み磁界Ｈを示す、従来の垂直磁気記録ディスクの断面の概略図である。ディスクは、さらに、続いて堆積される層の表面をほぼ平坦にするハードディスク基板を含む。基板の表面上に形成されるほぼ平坦な層は、さらに、ＳＵＬを成長させるためのシード層またはオンセット層（ＯＬ）、ＳＵＬとＲＬの透磁性膜の間の磁気交換結合を壊し、かつＲＬのエピタキシャル成長を促進する交換ブレーク層（ＥＢＬ）、ならびに保護被膜（ＯＣ）を含む。図２に示されるように、ＲＬは、「見掛けの」記録ヘッド（ＡＲＨ）のギャップの内部に位置し、長手方向または面内記録に比べて著しく高い書込み磁界を許容する。ＡＲＨは、ディスクの上にある実際の書込みヘッド（ＲＷＨ）である書込み磁極（図１）、およびＲＬの下の第２の書込み磁極（ＳＷＰ）を備える。ＳＷＰは、ＥＢＬによってＲＬから減結合されたＳＵＬによって促進され、書込みプロセス中にＲＷＨの磁性画像を生成する。これは、ＲＬをＡＲＨのギャップに有効に至らせ、ＲＬ内部の大きな書込み磁界Ｈを許容する。しかしながら、この幾何学形状により、また、ＲＬ内部の書込み磁界Ｈが、基板の表面およびＲＬの表面にほぼ直角に、すなわち、容易軸２を有する一般的な粒子１に示されるような、ＲＬ粒子の垂直な容易軸に沿って向けられる。書込み磁界ＨとＲＬ容易軸のほぼ平行な配列は、最小トルクが粒子の磁化に与えられることから、磁化を反転させるために比較的高い書込み磁界が必要であるという短所を有する。さらに、非特許文献１（Ｍ．ＢｅｎａｋｌｉらのＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＭＡＧ ３７，１５６４（２００１））に記載されているように、書込み磁界／容易軸の配列は、ＲＬ粒子の磁化反転時間を増加させる。

これらの理由で、非特許文献２（Ｋ．−Ｚ．ＧａｏらのＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＭＡＧ ３９，７０４（２００３））に記載されているように、ＲＬの磁化容易軸が垂直な表面に対して約４５度以下の角度で傾けられ、その結果、反転時間が増加することなく、より低い書込み磁界を用いて磁化反転を達成できる、「傾けられた」媒体が理論上提案された。しかしながら、傾けられた容易軸を有するＲＬを用いて高品質の記録媒体を製造する既知の作製プロセスはない。

傾けられた媒体をエミュレートし、従来の作製プロセスと互換性をもつ、垂直磁気記録媒体が提案されてきた。この種の媒体は、ＲＬ中の「交換スプリング」構造を使用して、傾けられた媒体の挙動をエミュレートする磁気挙動を達成する。交換スプリング垂直磁気記録媒体では、ＲＬ構造は、強磁性的に交換結合された、「硬」磁性層（より高い保磁力）と「軟」磁性層（より低い保磁力）との複合体である。中間結合層が、硬磁性層と軟磁性層の間に置かれて、中間層の交換結合の強度を低減してもよい。２つの磁性層は、一般的に異なる異方性磁界（Ｈ_ｋ）を有する。（一軸磁気異方性Ｋ_ｕを有する強磁性層の異方性磁界Ｈ_ｋは、磁化方向を切り替えるために容易軸に沿って印加される必要があるであろう磁界である。）均一な書込み磁界Ｈの存在下で、低Ｈ_ｋ層の磁化が最初に回転し、高Ｈ_ｋ層の磁化の反転を助けるが、この挙動は「交換スプリング」挙動と呼ばれることがある。交換スプリング垂直磁気記録媒体は、非特許文献３（Ｒ．Ｈ．Ｖｉｃｔｏｒａらの「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍｅｄｉａ ｆｏｒ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ」，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ＭＡＧ ４１（２），５３７−５４２，Ｆｅｂ ２００５）、および非特許文献４（Ｊ．Ｐ．Ｗａｎｇらの「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍｅｄｉａ（ｄｙｎａｍｉｃ ｔｉｌｔｅｄ ｍｅｄｉａ）ｆｏｒ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ」，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８６（１４）Ａｒｔ．Ｎｏ．１４２５０４，Ａｐｒ ４ ２００５）に記載されている。２００５年９月２１日に出願された、本願と同じ譲受人に譲受された係属中の出願第１１／２３１，５１６号には、下側の高Ｈ_ｋ強磁性層、上側の低Ｈ_ｋ強磁性層、および２つの強磁性層の間の中間結合層で形成された、交換スプリングＲＬ構造を備えた垂直磁気記録媒体が記載されている。

Ｍ．ＢｅｎａｋｌｉらのＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＭＡＧ ３７，１５６４（２００１） Ｋ．−Ｚ．ＧａｏらのＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＭＡＧ ３９，７０４（２００３） Ｒ．Ｈ．Ｖｉｃｔｏｒａらの「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍｅｄｉａ ｆｏｒ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ」，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ＭＡＧ ４１（２），５３７−５４２，Ｆｅｂ ２００５ Ｊ．Ｐ．Ｗａｎｇらの「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍｅｄｉａ（ｄｙｎａｍｉｃ ｔｉｌｔｅｄ ｍｅｄｉａ）ｆｏｒ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ」，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８６（１４）Ａｒｔ．Ｎｏ．１４２５０４，Ａｐｒ ４ ２００５

従来のＲＬを備えた垂直磁気記録媒体、および交換スプリングＲＬ構造を備えた媒体には、熱揺らぎの問題がある。ＲＬ構造の厚さが減少するにしたがって、磁気粒子は磁気揺らぎにより弱くなり、すなわち、磁化領域がその磁化を自然に失い、結果としてデータが失われる。これは、小さな磁気粒子の熱活性化（超常磁性効果）に起因する。磁気粒子の熱的安定性は、Ｋ_ｕを層の磁気異方性定数とし、Ｖを磁気粒子の容積とするＫ_ｕＶによってほとんど決まる。したがって、高いＫ_ｕを有するＲＬが熱的安定性にとって重要である。しかしながら、交換スプリングＲＬ構造を備えた媒体では、磁性層の１つは非常に低いＫ_ｕを有するので、この層はＲＬの熱的安定性に寄与することができない。

交換スプリング媒体における熱揺らぎの問題に対処するため、２００６年３月９日に出願された、本願と同じ譲受人に譲受された係属中の出願第１１／３７２，２９５号は、中間の非磁性のまたは弱い強磁性結合層によって強磁性的に交換結合された、ほぼ類似の異方性磁界Ｈ_ｋを有する２つの強磁性層で形成された、交換スプリングＲＬ構造を備えた垂直磁気記録媒体を記載している。書込みヘッドが、ＲＬの上側部分において、より大きな磁界とより大きな磁界勾配を生成すると共に、ＲＬの内部では磁界強度がさらに減少されるので、上側強磁性層は高い異方性磁界を有することができる。上側強磁性層が位置するＲＬの頂部付近における高い磁界および磁界勾配は、上側強磁性層の磁化を反転させ、それが次に、下側強磁性層の磁化反転を助ける。この交換スプリングタイプのＲＬ中の両方の強磁性層は、高い異方性磁界を有し、十分に交換結合されているので、媒体の熱的安定性は損なわれない。

粒状強磁性コバルト合金の記録層を使用する、水平および垂直磁気記録媒体は両方とも、増加する線記録密度による増加する固有の媒体ノイズを呈する。媒体ノイズは、記録された磁気転移の不規則性から生じ、結果として、リードバック信号ピークが不規則にシフトする。高い媒体ノイズは、高いビット誤り率（ＢＥＲ）につながる。したがって、より高い面積記憶密度を得るため、記録媒体の固有の媒体ノイズを減少させる、すなわち信号対雑音比（ＳＮＲ）を増加させることが必要である。したがって、ＲＬ構造中の粒状コバルト合金は、高い固有の媒体ノイズに関与する粒子間交換結合を低減するため、良好に隔離された微粒子構造を有するべきである。コバルト合金ＲＬ中の粒子の分離は、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、およびＢの酸化物などの分離個体を添加することによって強化することができる。これらの酸化物は、粒界に沈殿する傾向があり、コバルト合金のエレメントと共に非磁性粒子間物質を形成する。

しかしながら、粒子間交換結合が全くないことによって最良のＳＮＲを提供する水平記録媒体と異なり、垂直磁気記録媒体では、最良のＳＮＲは粒子間交換結合のある中間レベルで達成される。さらに、粒子間交換結合は、媒体の粒子中の磁化状態の熱的安定性を改善する。したがって、垂直磁気記録媒体では、あるレベルの粒子間交換結合が有利である。

高いＳＮＲおよび高い熱的安定性を生成するのに最適な粒子間交換結合、ならびに優れた書込み可能性を有する交換スプリングＲＬ構造を備えた、垂直磁気記録媒体が求められている。

本発明は、交換スプリング構造、および交換スプリング構造中の粒子間交換結合を仲介する強磁性の水平結合層（ＬＣＬ）を含む、ＲＬ構造を備えた垂直磁気記録媒体である。交換スプリング構造は、それぞれ垂直磁気異方性を有する、２つの強磁性的に交換結合された磁性層（ＭＡＧ１とＭＡＧ２）から構成される。ＭＡＧ１およびＭＡＧ２は、互いに直接接触しているか、またはそれらの間に位置する結合層（ＣＬ）を有する。ＣＬは、適切な強磁性結合強度のＭＡＧ１およびＭＡＧ２を提供する。ＬＣＬは、ＭＡＧ２の上にあってそれと接触して位置するか、またはＭＡＧ２の下にあり、ＭＡＧ２がＬＣＬの上にあってそれと接触する。

ＬＣＬは、Ｃｏ、またはＣｏＣｒ合金などの強磁性Ｃｏ合金で形成されてもよい。Ｃｏ合金は、ＰｔおよびＢの１つまたは両方を含んでもよい。ＬＣＬ中の強磁性合金は、一般的には酸化物などの分離個体を含むＭＡＧ２中の強磁性合金よりも、著しく大きな粒子間交換結合を有する。ＬＣＬ合金は、好ましくは、ＬＣＬ中の粒子間交換結合を低減させる傾向があるであろう、何らかの酸化物または他の分離個体を含むべきではない。ＬＣＬ粒界は、それと接触しているＭＡＧ２のほぼ分離され減結合された粒子の境界の上に重なり、ＬＣＬおよびＭＡＧ２の粒子は垂直に強く結合されているので、ＬＣＬは、ＭＡＧ２に有効な粒子間交換結合をもたらし、または、より正確には、粒子間交換のレベルが調整可能な組み合わされたＬＣＬ＋ＭＡＧ２システムを可能にする。

本発明は、また、上述した媒体および磁気記録書込みヘッドを含む垂直磁気記録システムである。
本発明の性質および長所のさらに十分な理解のため、添付図面とともに以下の詳細な説明を参照されたい。

本発明によれば、高いＳＮＲおよび高い熱的安定性を生成するのに最適な粒子間交換結合、ならびに優れた書込み可能性を有する交換スプリング記録層構造を備えた垂直磁気記録媒体を提供することができる。

図３Ａは、２つの強磁性的に交換結合された磁性層（ＭＡＧ１およびＭＡＧ２）から構成された、交換スプリング記録層（ＲＬ）を備えた従来技術による垂直磁気記録ディスクの断面の概略図である。ＭＡＧ１およびＭＡＧ２はそれぞれ、垂直磁気異方性を有する。しかしながら、ＭＡＧ１およびＭＡＧ２は、異なる磁気特性を有するので、印加された書込み磁界に対する応答が異なる。例えば、ＭＡＧ１およびＭＡＧ２の１つは軟磁性であり、他方は硬磁性であることができる。軟磁性層中の磁気粒子は互いから交換減結合され、すなわち、軟磁性層中の粒子間交換結合は非常に低い。ＭＡＧ１およびＭＡＧ２の中の粒子間の中間層交換結合が適切であれば、書込み磁界が印加されると最初に軟磁性粒子が回転すると同時に、交換磁界が硬磁性粒子に提供されて、それらの容易軸を有効に傾け、したがって、硬磁性層中の粒子の磁化反転を助ける。

図３Ｂは、結合層（ＣＬ）がＭＡＧ１とＭＡＧ２の間に位置する、上記に引用した係属中の出願第１１／３７２，２９５号に記載されているものと同様の交換スプリング媒体を示す。複合ＲＬは、少なくとも２つの強磁性的に交換結合された磁性層（ＭＡＧ１およびＭＡＧ２）を有し、それらはそれぞれ、ほぼ垂直な磁気異方性と、ＣＬによって分離されたほぼ同様の異方性磁界Ｈ_ｋとを有する。ＣＬは、磁性層間に適切な強磁性結合強度を提供する。複合ＲＬ構造は、深さに依存する書込み磁界Ｈを利用し、すなわち、一般に、書込みヘッドがＲＬの表面付近においてより大きな磁界およびより大きな磁界勾配を生成すると共に、磁界強度はＲＬの内部でさらに減少する。ＭＡＧ２が位置するＲＬの頂部付近における高い磁界および磁界勾配により、ＭＡＧ２を高Ｈ_ｋ材料で形成することが可能になる。ＭＡＧ２の磁化が書込み磁界によって反転されると、それは、下側の磁性層ＭＡＧ１の磁化反転を助ける。ＭＡＧ１およびＭＡＧ２の磁化のこの非干渉性の反転では、ＭＡＧ２は、書込み磁界に応じてその磁化配向を変え、次に、ＭＡＧ１に与えられる「トルク」を増幅し、または磁界を反転させて、ＭＡＧ２がなければ必要となるであろう磁界よりも弱い書込み磁界に応じてＭＡＧ１の磁化方向を変化させる。ＭＡＧ１に作用する書込み磁界は、ＭＡＧ２に作用する書込み磁界よりも著しく低い場合があるが、ＭＡＧ２の磁化反転によって作られるトルクにより、ＭＡＧ１はほぼ同じＨ_ｋを有することができる。したがって、ＭＡＧ１およびＭＡＧ２は、同じ材料構成を、すなわちほぼ同様の異方性磁界Ｈｋを有することができる。

ディスクの形態の媒体が、書込み磁界Ｈと共に図３Ｂの断面図に示される。図３Ｂの拡大部分に示されるように、ＭＡＧ２中の一般的な粒子１０は、容易軸１２に沿ってほぼ垂直または面外の磁化を有し、書込み磁界Ｈ２によって作用される。ＭＡＧ２粒子１０の下にあるＭＡＧ１中の一般的な粒子２０もまた、容易軸２２に沿って垂直磁化を有し、Ｈ２よりも書込み磁界Ｈ１によって作用される。書込み磁界Ｈ２が印加されている、ＭＡＧ１の磁化の反転を助ける磁気トルクをＭＡＧ１に与えることにより、ＭＡＧ２は書込みアシスト層の役割を果たす。

本発明では、交換スプリングＲＬ中に追加層を備えた多層ＲＬ構造は、交換スプリングＲＬの改善された書込み可能性と共に、高められたレベルの粒子間交換結合を有するＲＬ構造で見られるノイズ低下および熱的安定性を有する。図４Ａの１つの実施例に示されるように、水平結合層（ＬＣＬ）と呼ばれる追加層は、交換スプリング構造中のＭＡＧ２の上にそれと接触して位置する。図４Ｂの別の実施例に示されるように、ＬＣＬはＭＡＧ２の下に位置し、ＭＡＧ２はＬＣＬの上にそれと接触して位置する。ＬＣＬは、交換スプリング構造中の粒子間交換結合を仲介する。ＬＣＬは、図４Ａおよび４Ｂでは、図３Ｂに示されるものと同様に、ＣＬを含む交換スプリング構造を備えて実現されるものとして図示されているが、ＬＣＬは、図３Ａに示されるものと同様に、ＣＬを有さない交換スプリング構造にも十分に適用可能である。

図４Ａ〜４Ｂに示される本発明の代表的なディスク構造が以下に記載される。ハードディスク基板は、任意の市販のガラス基板であってもよいが、ＮｉＰ表面コーティングを有する従来のアルミニウム合金、または、シリコン、カナサイト、または炭化シリコンなどの別の基板であってもよい。

ＳＵＬを成長させるための粘着層、すなわちＯＬは、厚さ約２〜５ｎｍのＡｌＴｉ合金または類似の材料であってもよい。ＳＵＬは、ＣｏＮｉＦｅ、ＦｅＣｏＢ、ＣｏＣｕＦｅ、ＮｉＦｅ、ＦｅＡｌＳｉ、ＦｅＴａＮ、ＦｅＮ、ＦｅＴａＣ、ＣｏＴａＺｒ、ＣｏＦｅＴａＺｒ、ＣｏＦｅＢ、およびＣｏＺｒＮｂの合金などの、透磁性材料で形成されてもよい。ＳＵＬは、また、ＡｌまたはＣｏＣｒの導電性膜などの非磁性膜によって分離された複数の軟磁性膜で形成された、積層または多層ＳＵＬであってもよい。ＳＵＬは、さらに、Ｒｕ、Ｉｒ、もしくはＣｒ、またはそれらの合金などの反強磁性結合を仲介する中間膜によって分離された、複数の軟磁性膜で形成された、積層または多層ＳＵＬであってもよい。

ＥＢＬはＳＵＬの上に位置する。それは、ＳＵＬおよびＲＬの透磁性膜の間の磁気交換結合を破壊するように作用し、また、ＲＬのエピタキシャル成長を促進する役割を果たす。ＥＢＬは必須ではないかも知れないが、使用される場合、非磁性（Ｔｉ）層、Ｓｉ、Ｇｅ、およびＳｉＧｅの合金などの非導電性材料、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｗ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｖ、およびＡｌなどの金属、非晶質のＣｒＴｉおよびＮｉＰなどの合金、ＣＮ_ｘ、ＣＨ_ｘ、およびＣなどの非晶質炭素、あるいは、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、およびＢから成る群から選択された元素の酸化物、窒化物、または炭化物であることができる。ＥＢＬが使用される場合、シード層が、ＥＢＬを堆積させる前にＳＵＬの上に使用されてもよい。例えば、ＲｕがＥＢＬとして使用される場合、厚さ１〜８ｎｍのＮｉＦｅまたはＮｉＷのシード層がＳＵＬの上に堆積され、その後、厚さ３〜３０ｎｍのＲｕのＥＢＬが堆積されてもよい。ＥＢＬはさらに、多層のＥＢＬであってもよい。

ＭＡＧ１およびＭＡＧ２の層は、垂直磁気異方性を呈する、既知の非晶質または結晶質の材料および構造のいずれから形成されてもよい。したがって、ＭＡＧ１およびＭＡＧ２はそれぞれ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、およびＢの酸化物などの適切な分離個体を有する、ＣｏＰｔまたはＣｏＰｔＣｒ合金などの、粒状多結晶コバルト合金の層であってもよい。また、ＭＡＧ１およびＭＡＧ２はそれぞれ、上述した材料などの適切な分離個体を含有する、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄ、Ｆｅ／Ｐｔ、およびＦｅ／Ｐｄの多層などの、垂直磁気異方性を有する多層から成ってもよい。さらに、ＣｏＳｍ、ＴｂＦｅ、ＴｂＦｅＣｏ、ＧｄＦｅの合金などの、希土類元素を含有する垂直磁性層がＭＡＧ１およびＭＡＧ２に使用可能である。ＭＡＧ１およびＭＡＧ２は、印加された書込み磁界に対して異なる応答をし、それによって交換スプリング挙動を呈して書込み可能性を改善することを確保するため、異なる異方性磁界（Ｈ_ｋ）などの、実質的に異なる磁気特性を有してもよい。ＭＡＧ１およびＭＡＧ２は、さらに、実質的に同じ異方性磁界（Ｈ_ｋ）を有してもよく、すなわち、より低いＨ_ｋを有する層のＨ_ｋ値は、より高いＨ_ｋを有する層のＨ_ｋ値の少なくとも７０％（および少なくとも９０％以下）であり、依然として図３Ｂに示される媒体に関して上述したような交換スプリング挙動を呈する。

ＣＬは、弱い強磁性結合を仲介し、かつＭＡＧ２の成長に対して良好なテンプレートを提供する六方最密（ｈｃｐ）材料であってもよい。ＣＬは、適切な中間層の交換結合強度を可能にしなければならないので、非磁性または弱い強磁性であるべきである。したがって、ＣＬは、Ｃｏ含量の低い（約６０原子百分率未満）ＲｕＣｏおよびＲｕＣｏＣｒの合金、あるいはＣｒおよび／またはＢ含量の高い（Ｃｒ＋Ｂが約３０原子百分率超）ＣｏＣｒおよびＣｏＣｒＢの合金で形成されてもよい。Ｓｉ酸化物、またはＴａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、およびＢの酸化物などの他の酸化物が、これらの合金に添加されてもよい。ＣＬは、また、ＰｔまたはＰｄ、あるいはＰｔまたはＰｄ系の合金などの、面心立方（ｆｃｃ）材料で形成されてもよいが、それは、これらの材料が、磁性層間の強磁性結合の強度を調整可能にし（すなわち、厚さを増加させることによって結合を低減する）、かつ媒体の成長と適合性をもつためである。

ＣＬの材料の選択に応じて、より具体的にはＣＬ中のコバルト（Ｃｏ）の濃度に応じて、ＣＬは、３．０ｎｍ未満、より好ましくは約０．２ｎｍ〜２．５ｎｍの厚さを有してもよい。Ｃｏは磁性が高いため、ＣＬを厚くすることによってＣＬ中のより高いＣｏ濃度が相殺されて、ＭＡＧ１とＭＡＧ２の間の最適な中間層の交換結合が達成されてもよい。ＭＡＧ１とＭＡＧ２の間の中間層の交換結合は、部分的には、材料とＣＬの厚さとを調節することによって最適化されてもよい。ＣＬは、スイッチング磁界（およびスイッチング磁界分布）に対して相当な効果を有するのに十分な、ただしＭＡＧ１およびＭＡＧ２の層を強固に結合しない程度に低い結合強度を提供するべきである。

ＬＣＬは、Ｃｏ、またはＣｏＣｒ合金などの強磁性Ｃｏ合金で形成されてもよい。Ｃｏ合金は、ＰｔおよびＢの１つまたは両方を含んでもよい。ＬＣＬは、図４Ａの実施例ではＭＡＧ２上に直接堆積され、あるいは、図４Ｂの実施例では、ＬＣＬはＣＬ上に堆積され、ＭＡＧ２がＬＣＬ上に直接堆積される。ＬＣＬ中の強磁性合金は、ＭＡＧ２中の強磁性合金よりも著しく大きな粒子間交換結合を有する。ＬＣＬ合金は、好ましくは、ＬＣＬ中の粒子間交換結合を低減させる傾向があるであろう、何らかの酸化物または他の分離個体を含むべきではない。ＬＣＬ粒界は、それと接触しているＭＡＧ２のほぼ分離され減結合された粒子の境界の上に重なり、ＬＣＬおよびＭＡＧ２の粒子は垂直に強く結合されているので、ＬＣＬは、ＭＡＧ２に有効な粒子間交換結合をもたらし、または、より正確には、粒子間交換のレベルが調整可能な組み合わされたＬＣＬ＋ＭＡＧ２システムを可能にする。これは、ＬＣＬを有さない（図５Ａ）およびＬＣＬを有する（図５Ｂ）ＭＡＧ中の粒子および磁化を概略的に示す、図５Ａ〜５Ｂに図示されている。ＬＣＬ＋ＭＡＧ２全体の厚さは、約２〜１０ｎｍ、好ましくは約３〜７ｎｍであるべきである。ＬＣＬ＋ＭＡＧ２全体の厚さのＬＣＬ部分は、約１０〜９０％、好ましくは約２０〜６０％であるべきである。最適なＬＣＬ厚さは、厚さを変化させ、ディスクの性能を測定して、どの厚さが組み合わされたＬＣＬ＋ＭＡＧ２システムに最も適切なレベルの粒子間交換結合を提供するかを判断することによって、実験により決定することができる。

ＲＬの上に形成されるＯＣは、非晶質の「ダイヤモンド・ライク」炭素膜、またはＳｉ窒化物などの他の既知の保護被膜であってもよい。

本発明による構造は、Ｃｏ_{（１−ｘ）}ＣＲ_ｘ（ｘ＝０．１〜０．２２）のＬＣＬがその上に堆積された、ＣｏＰｔＣｒ−Ｔａ酸化物／ＲｕＣｏ／ＣｏＰｔＣｒ−Ｓｉ酸化物で作られたＭＡＧ１／ＣＬ／ＭＡＧ２交換スプリング構造を使用して実験により試験された。図６は、いくつかの特定の構造に対する、記録ヘッドの書込み電流によって決まるＢＥＲの記録結果を示す。
（ａ）第１の参照構造：ＬＣＬを有さない、ＣｏＰｔＣｒ−Ｔａ酸化物／ＣｏＰｔＣｒＳｉ酸化物で作られたＭＡＧ１／ＭＡＧ２の二重ＭＡＧ層構造。
（ｂ）第２の参照構造：ＬＣＬを有さない、ＣｏＰｔＣｒ−Ｔａ酸化物／ＲｕＣｏ／ＣｏＰｔＣｒ−Ｓｉ酸化物（４ｎｍ）で作られたＭＡＧ１／ＣＬ／ＭＡＧ２交換スプリング構造。
（ｃ）Ｃｏ_９０Ｃｒ_１０（１．５ｎｍ）のＬＣＬを有する、ＣｏＰｔＣｒ−Ｔａ酸化物／ＲｕＣｏ／ＣｏＰｔＣｒ−Ｓｉ酸化物（３ｎｍ）で作られたＭＡＧ１／ＣＬ／ＭＡＧ２交換スプリング構造。

参照構造と比較することにより、それ自体でＴａ酸化物／Ｓｉ酸化物の二重層による第１の参照構造よりもはるかに良好な第２の参照構造の記録性能よりも、ＬＣＬを有する構造の記録性能がさらに改善されることが、図６から明白である。図６に示される著しい誤り率の改善は、比較可能な信号レベルおよびトラック幅に対して達成された。それに加えて、これらの構造の磁気ヒステリシスループにより、比較可能な核生成磁界において、ＬＣＬを有する構造の飽和磁界が著しく（約１０％）低減されることが明らかになり、ＣｏＣｒのＬＣＬ中の高度に交換結合された粒子のため、構造全体の中により高いレベルの粒子間交換結合が存在することが実証された。

本発明の構造によって提供される改善は、また、ＭＡＧ１／ＣＬ／ＭＡＧ２交換スプリング構造における粒子間交換結合の役割に関するミクロ磁気的なモデリングの研究によって証明されている。この目的のため、ジッタ（リードバック電圧に対するゼロ交差の標準偏差として測定される、ビット遷移の位置決めエラーである）およびＴ_５０（信号の＋５０％ポイントと−５０％ポイントの間の距離として測定される、孤立遷移の幅である）の重要な記録性能パラメータが、本発明者らの実験においてＣｏＣｒのＬＣＬを追加することに該当する、ＭＡＧ２中の粒子間交換結合（Ｈ_ｅｘ）の関数として計算された。この研究における構造およびパラメータの説明は図７Ａに示され、計算は図７Ｂ〜７Ｃに示される。図７Ａにおいて、Ｄｃはモデリングに使用される平均粒径である。図７Ｂは、ＭＡＧ２中の粒子間交換結合が強化されたことにより、ノイズ低減を達成できることを示す。また、図７Ｃは、Ｔ_５０の値をある程度まで低減することができ、それによって全体的な記録性能がさらに改善されることを示す。

本発明を、好ましい実施形態を参照して具体的に示しかつ説明してきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態および詳細の様々な変更が行われてもよいことが、当業者には理解されるであろう。したがって、開示される発明は単に例示目的のものであり、その範囲は、添付の特許請求の範囲に明記されるものによってのみ限定されるものと見なされる。

従来技術の垂直磁気記録システムの概略図である。 記録層（ＲＬ）に作用する書込み磁界Ｈを示す従来技術の垂直磁気記録ディスクの断面の概略図である。 ２つの強磁性的に交換結合された磁性層（ＭＡＧ１およびＭＡＧ２）から構成された、交換スプリング記録層（ＲＬ）を備えた垂直磁気記録ディスクの断面の概略図である。 強磁性結合層（ＣＬ）によって分離された２つの磁性層（ＭＡＧ１およびＭＡＧ２）から構成された、交換スプリング記録層（ＲＬ）を備えた垂直磁気記録ディスクの断面、ならびにＭＡＧ１およびＭＡＧ２にそれぞれ作用する磁界Ｈ１およびＨ２の概略図である。 水平結合層（ＬＣＬ）がＭＡＧ２上に直接堆積された、本発明の１つの実施例を示す概略図である。 ＬＣＬがＣＬ上に堆積され、ＭＡＧ２がＬＣＬ上に直接堆積された、本発明の別の実施例を示す概略図である。 ＬＣＬを有さない場合のＭＡＧ２の粒子および磁化の概略図である。 ＬＣＬを有する場合のＭＡＧ２の粒子および磁化の概略図である。 ２つの参照構造および本発明による構造に対する記録ヘッドの書込み電流によって決まるビット誤り率（ＢＥＲ）のグラフである。 モデリング試験構造の概略、ならびに粒子間交換結合によって決まるジッタおよびＴ_５０を試験する試験パラメータの説明図である。 図７Ａのモデリングパラメータに対する、粒子間交換結合によって決まるジッタのグラフである。 図７Ａのモデリングパラメータに対する、粒子間交換結合によって決まるＴ_５０のグラフである。

符号の説明

１０、２０…粒子、
１２、２２…容易軸。

Claims (19)

1. 基板と、
   前記基板上の、面外磁化容易方向を有する第１の強磁性層と、
   面外磁化容易軸を有する、前記第１の層に強磁性的に交換結合された第２の強磁性層と、
   前記第２の強磁性層と接触している強磁性の水平結合層（ＬＣＬ）とを備える、垂直磁気記録媒体。
2. 前記ＬＣＬが前記第１および第２の強磁性層の間に位置する、請求項１に記載の媒体。
3. 前記ＬＣＬが、Ｃｏおよび強磁性Ｃｏ合金から成る群から選択される、請求項１に記載の媒体。
4. 前記ＬＣＬが、Ｃｒと、ＢおよびＰｔから成る群から選択された元素とを含む強磁性Ｃｏ合金である、請求項３に記載の媒体。
5. 前記ＬＣＬが、本質的にＣｏおよびＣｒから成る強磁性合金である、請求項３に記載の媒体。
6. 前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との間に結合層（ＣＬ）をさらに含み、前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との強磁性交換結合を可能にする、請求項１に記載の媒体。
7. 前記ＣＬが、（ａ）約６０原子百分率未満のＣｏを含むＲｕＣｏ合金、（ｂ）約６０原子百分率未満のＣｏを含むＲｕＣｏＣｒ合金、および（ｃ）合計含量が約３０原子百分率超過のＣｒおよびＢを含む、Ｃｏと、ＣｒおよびＢの１つまたは複数との合金、から成る群から選択された材料から形成される、請求項６に記載の媒体。
8. 前記ＬＣＬが前記ＣＬと前記第２の強磁性層の間に位置する、請求項６に記載の媒体。
9. 前記第１および第２の強磁性層がそれぞれ、粒状多結晶のコバルト合金と、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、およびＢの１つまたは複数の酸化物とを含む、請求項１に記載の媒体。
10. 前記第１および第２の強磁性層が実質的に異なる保磁力を有する、請求項１に記載の媒体。
11. 前記第１および第２の強磁性層が実質的に異なる異方性磁界を有する、請求項１に記載の媒体。
12. 前記基板上の透磁性材料の下層と、前記下層と前記第１の強磁性層との間に、前記下層と前記第１の強磁性層との磁気交換結合を防ぐ交換ブレーク層とをさらに含む、請求項１に記載の媒体。
13. ほぼ平坦な表面を有する基板と、
    前記基板表面上の透磁性材料の下層と、
    前記下層上の、第１および第２の交換結合強磁性層を含む交換スプリング構造であって、前記第１および第２の層がそれぞれ、面外磁化容易軸を有するとともに、粒状多結晶のコバルト合金と、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、およびＢの１つまたは複数の酸化物とを含む、交換スプリング構造と、
    前記第２の層と接触している、ＣｏおよびＣｒを含む酸化物を有さない強磁性合金を含む強磁性の水平結合層（ＬＣＬ）とを備える、垂直磁気記録ディスク。
14. 前記ＬＣＬが前記第１および第２の強磁性層の間に位置する、請求項１３に記載のディスク。
15. 前記ＬＣＬ合金が、ＢおよびＰｔから成る群から選択された元素を含む、請求項１３に記載のディスク。
16. 前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との間に結合層（ＣＬ）をさらに含み、前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との強磁性交換結合を可能にする、請求項１３に記載のディスク。
17. 前記ＣＬが、（ａ）約６０原子百分率未満のＣｏを含むＲｕＣｏ合金、（ｂ）約６０原子百分率未満のＣｏを含むＲｕＣｏＣｒ合金、（ｃ）合計含量が約３０原子百分率超過のＣｒおよびＢを含む、Ｃｏと、ＣｒおよびＢの１つまたは複数との合金、（ｄ）Ｐｔ、（ｅ）Ｐｄ、（ｆ）Ｐｔ系合金、および（ｇ）Ｐｄ系合金、から成る群から選択された材料から形成される、請求項１６に記載のディスク。
18. 前記下層と前記第１の強磁性層との間に、前記下層と前記第１の強磁性層との磁気交換結合を防ぐ交換ブレーク層をさらに含む、請求項１３に記載のディスク。
19. 請求項１３に記載のディスクと、
    前記ディスクの、前記ＬＣＬ、前記ＬＣＬと接触している前記第２の強磁性層、および強磁性的に交換結合された前記第１の強磁性層の中の領域を磁化する書込みヘッドと、
    前記磁化領域間の転移を検出する読取りヘッドとを備える、垂直磁気記録システム。

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