JP2013058303A

JP2013058303A - 積層構造を備えた装置

Info

Publication number: JP2013058303A
Application number: JP2012248355A
Authority: JP
Inventors: Girt Erol; ガート，エロル; Jurgen Richter Hans; リヒテル，ハンス・ユルゲン; Munteanu Mariana; ムンテアヌ，マリアナ; P Nolan Thomas; ノーラン，トーマス・ピィ
Original assignee: Seagate Technology LLC
Current assignee: Seagate Technology LLC
Priority date: 2008-11-17
Filing date: 2012-11-12
Publication date: 2013-03-28
Also published as: WO2010057111A1; KR20110095377A; US7867637B2; GB2477696A; DE112009004388T5; US20130045394A1; US8257844B2; CN102216986A; JP2012509547A; US20100124671A1; US8709619B2; GB201109691D0; SG186006A1; US20110076515A1

Abstract

【課題】磁性粒子間の弱い均一な直接交換結合を用いた低結合型垂直記録媒体を提供する。
【解決手段】低結合型垂直磁気記録媒体１０は、磁気記憶層１７と、少なくとも１つの低飽和磁化層１６とを備え、前記磁気記憶層は、約４００から９００ｅｍｕ／ｃｍ³の飽和磁化を有し、前記少なくとも１つの低飽和磁化層の飽和磁化は前記磁気記憶層の飽和磁化よりも低い。
【選択図】図１

Description

背景
磁化可能媒体を有する磁気ディスクはほとんどのコンピュータシステムにおいてデータ記憶のために用いられている。ドメイン理論により、磁気材は、ドメインと呼ばれるいくつかの極微小領域からなる。各ドメインは、平行な原子モーメントを含み、飽和状態に達するまで磁化されるが、異なるドメインの磁化方向は必ずしも平行ではない。磁場がかけられていない場合、隣接するドメインは容易磁化方向と呼ばれるいくつかの方向で任意に配向され、これは結晶のジオメトリに依存する。このようなさまざまな方向の磁化によってもたらされる効果は、磁化されていない例などの場合のように、ゼロであり得る。磁場がかけられると、与えられた磁場方向に対してほとんど平行であるドメインは、他のドメインを犠牲にして成長する。これはドメインの境界変位またはドメイン成長と呼ばれる。磁場をさらに増加させると、より多くのドメインが回転し、かけられた磁場に対して平行に配列される。材料が飽和磁化点に達すると、磁場の強度を上げてもドメイン成長はそれ以上起こらない。

磁気材の磁化または消磁の容易性は、結晶構造、粒子配向、歪み状態、ならびに磁場の方向および強度に依存する。磁化は磁化の容易軸に沿って最も容易に得られ、磁化の困難軸に沿って磁化は最も困難である。磁気材は、容易軸および困難軸がある場合は、磁気異方性を有するといわれる。反対に、容易軸または困難軸がない場合には、磁気材は等方性であるといわれる。

先行技術の磁気記録媒体の多くは、縦の構造で製造されている。すなわち、記録媒体は磁気層において面内（縦）異方性を有して製造された。縦の異方性は、磁気層面に対して平行な面の方向に形成される磁化をもたらす。

しかし、より大きい容量の磁気記録媒体の要求により、垂直記録媒体に注目が集まっている。すなわち、磁気層に垂直異方性を有する記録媒体であって、磁気層の面に対して垂直な方向に形成される磁化をもたらす垂直記録媒体が注目されている。典型的に、垂直記録媒体は多結晶ＣｏＣｒ合金またはＣｏＰｔ酸化物合金膜で製造される。多結晶膜のＣｏリッチな領域は強磁性であるのに対して、膜のＣｒまたは酸化物がリッチな領域は非磁性である。隣接する強磁性ドメイン間の磁気的相互作用は、間の非磁性領域によって減衰される。

発明の概要
本発明の一実施形態は、低結合型垂直磁気記録媒体に関し、磁気記憶層および少なくとも１つの低飽和磁化層を含み、磁気記憶層は約４００から９００ｅｍｕ／ｃｍ³の飽和磁化を有し、少なくとも１つの低飽和磁化層の飽和磁化は、磁気記憶層の飽和磁化よりも低い。

本発明は、添付の図面と併せて、発明の詳細な説明を参照することによって、よりよく理解できるであろう。

本発明の一実施形態に従う磁気記録媒体を示す図である。本発明の別の実施形態に従う磁気記録媒体を示す図である。本発明の第３の実施形態に従う磁気記録媒体を示す図である。本発明の第４の実施形態に従う磁気記録媒体を示す図である。本発明の実施形態において向上した記録特性を示すモンテカルロシミュレーションを示す図である。

発明の好ましい実施形態の詳細な説明
明細書およびクレームで用いられるように、ａ、an、およびtheの単数形は、そうではないと明確に示されない限り、複数形をも含む。

発明者らは、垂直記録媒体において、磁性粒子間の弱い均一な直接交換結合は性能を向上させることを発見した。さらに、発明者らは磁性粒子間の弱い均一な直接交換結合は、垂直媒体構造に低飽和磁化層を加えることによって生成できることを発見した。さらに、発明者らは直接交換結合の強度は、磁気層の飽和磁化（Ｍ_S）を変えることによって制御
できることを発見した。

本発明の実施形態は、低結合型垂直磁気記録媒体に関し、少なくとも１つの低飽和磁化層を含み、この少なくとも１つの低飽和磁化層は、６００ｅｍｕ／ｃｍ³未満の飽和磁化を有する。

本発明の別の実施形態は、低結合型垂直磁気記録媒体を製造する方法に関し、基板上に接着層を形成するステップ、軟下地層を形成するステップ、非磁性中間層を形成するステップ、記憶層を形成するステップ、低飽和磁化層を形成するステップを含み、少なくとも１つの低飽和磁化層は、６００ｅｍｕ／ｃｍ³未満の飽和磁化を有する。

本発明の別の実施形態は、飽和磁化が６００ｅｍｕ／ｃｍ³未満の少なくとも１つの層を有する記憶媒体を得ることを含む方法に関する。

本発明のさらなる利点は、当業者にとって以下の詳細な説明により明らかとなる。ここでは本発明の好ましい実施形態の選択されたものだけが示されおよび記載され、本発明を実施するための最良のモードを示す。本発明は他の異なる実施形態を含むことができ、その詳細はさまざまな面において、本発明から逸脱することなく変更することができる。したがって、図面および説明は例示的なものであって限定するものではない。

実施例
ここに記載されるすべてのサンプルは、炭素膜以外は、ＤＣマグネトロンスパッタリングで製造された。反応性スパッタリングにより交換結合の減少を立証する例示的データがここに示される。

図１は本発明の第１の好ましい実施形態を示す。本実施形態の低結合型垂直磁気記録媒体１０は、基板１１、接着層１２、軟下地層１３、アモルファス層１４、非磁性中間層１５、低結合型磁気層１６、記憶層１７、および炭素保護オーバーコートを含む。任意に、軟下地層１３、アモルファス層１４、非磁性中間層１５、低結合型磁気層１６、記憶層１７および炭素保護オーバーコート１８は多層であり得る。

任意の接着層１２の好ましい材料として、Ｃｒ、Ｎｉ、ＴａおよびＴｉを１つ以上含む合金を挙げることができる。この選択は、基板１１と軟下地層１３として選択された材料とに依存し、当業者が適宜成し得るものである。好ましくは、接着層の厚さは約１から４００ｎｍである。より好ましくは、その厚さは約２から２０ｎｍである。

軟下地層１３の好ましい材料は、ＦｅおよびＣｏの少なくとも一方と、Ni、B、P、Si、C、Zr、Nb、Hf、Ta、Al、Si、Cu、AgおよびAuから選択された１つ以上の元素との合金を含む。好ましくは、軟下地層１３の厚さは約１０から４００ｎｍである。より好ましくは、その厚さは約２０から１００ｎｍである。

アモルファス層１４は任意である。アモルファス層１４の好ましい材料は、Ta、Ti、Ni、Cr、Zr、NbおよびPからなる元素および合金を含み、組成においてこれらの合金は非結晶質である。他の好ましい材料は、Ｆｅと、Co、B、P、Si、C、Zr、Nb、Hf、Ta、Al、Si、Cu、AgおよびAuから選択された１つ以上の元素とからなる、アモルファス強磁性材を含む。さらに他の好ましい材料は、ＴｉxＣｒ100-xおよびＴａxＣｒ100-xを含み、ここで（３０＜ｘ＜６０）である。好ましくは、アモルファス層１４の厚さは約０から１０ｎｍである。より好ましくは、その厚さは約０．２から４ｎｍである。

非磁性中間層１５の結晶構造は、記憶層１７の結晶構造に依存する。たとえば、記憶層１７がＣｏリッチ合金からなり、六方稠密（ｈｃｐ）構造を有する場合、非磁性中間層１５はCu、Ag、Au、Ir、Ni、Pt、Pdまたはその合金の面内立方（ｆｃｃ）層を含み得る。好ましくは、この非磁性中間層１５の厚さは、約０．２ｎｍから約４０ｎｍの範囲にある。より好ましくは、その厚さは約１から２０ｎｍである。代替的に非磁性中間層１５は、Ru、Re、 Hf、Ti 、Zrまたはその合金からなる六方稠密（ｈｃｐ）層を含んでもよい。用いることができる他のｈｃｐ層は、ＣｏおよびＣｏＣｒ合金を含む。ＣｏＣｒへの任意の添加物は、Ta、B、Pt、Nb、Ru、Zrおよび酸化物材を含む。ＣｏＣｒを用いるために、Ｃｒおよび他の合金元素の濃度は、合金が非磁性であり、かつｈｃｐ結晶構造を有するよう、選択される。Ｃｏ含有合金を用いるために、Ｃｒおよび他の合金元素の濃度は、その合金が非磁性であり、かつｈｃｐ結晶構造を有するよう、選択される。好ましくは、ｈｃｐ層の厚さは、約０．２ｎｍから４０ｎｍの範囲にある。より好ましくは、その厚さは約１から２０ｎｍである。

記憶層１７は、磁気材の層を１枚または任意の枚数含み得る。記憶層１７の好ましい材料は、Ｃｏと、Pt、Cr、Ta、B、Cu、W、Mo、Ru、Ni、Nb、Zr、Hfから選択された１つ以上の元素とを含む。任意に、Si、Ti、Zr、Al、Cr、Co、Nb、Mg、Ta、W、またはZnのような元素の酸化物が一つ以上記憶層１７に存在してもよい。好ましくは、記憶層１７は制御された雰囲気で成長させられる。好ましくは、制御された雰囲気は、Ar、Kr、もしくはXe、またはこれらのガスの組合せと、Ｏ₂のような反応性ガス成分とを含む。記憶層１７は低い温度、すなわち４００Ｋ未満で成長できる。典型的には、低い温度はAr、Kr、XeおよびＯ₂の組合せを含む制御された雰囲気でスパッタリングされる磁気層を製造するために用いられる。代替的に、記憶層１７は高い温度、すなわち４００Ｋを超える温度で成長できる。好ましくは、高い温度は４２０Ｋよりも高く、かつ６００Ｋよりも低い。

本実施形態において、低結合型磁気層１６は非磁性中間層１５と記憶層１７との間にある。本実施形態において、低結合型磁気層１６の結晶構造は、記憶層１７の結晶成長を向上させるために調整できる。たとえば、ｈｃｐ結晶構造を有する記憶層１７について、低結合型磁気層１６はｈｃｐまたはｆｃｃ結晶構造を有するように、または非結晶質であるように、選択できる。低結合型磁気層１６の好ましい材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、およびＮｉの少なくとも１つと、Cr、Pt、Ta、B、Ru、Cu、Ag、Au、W、Mo、Nb、Zr、Hf、Ti、Zn、およびReから選択された１つ以上の元素とを含む。弱い直接交換結合を得るために、低結合型磁気層１６のＭ_Sは好ましくは記憶層１７のＭ_Sよりも低い。記憶層１７は好ましくは約４００から９００ｅｍｕ／ｃｍ³のＭ_Sを有する。低結合型磁気層１６は約６００ｅｍｕ／ｃｍ³以下のＭ_Sを有する。より好ましくは、Ｍ_Sは約３００ｅｍｕ／ｃｍ³以下である。さらにより好ましくは、Ｍ_Sは５０ｅｍｕ／ｃｍ³以下である。可能な記憶層１７／低結合型磁気層１６の組合せとして、６００／３００、９００／６００、５００／５０、４５０／３５０、６００／４５０および９００／４００を挙げることができるが、これらに限定されない。

本実施形態において低結合型垂直磁気記録媒体１０を被覆する最上層は、炭素保護オーバーコート１８である。炭素保護オーバーコート１８の厚さは、低結合型垂直磁気記録媒体１０の所望の寿命および耐久性に応じて変わり得る。

図２は、本発明の第２の好ましい実施形態を示す。本実施形態の低結合型垂直磁気記録媒体２０は、基板１１、接着層１２、軟下地層１３、アモルファス層１４、非磁性中間層１５、記憶層１７、低結合型磁気層１６、および炭素保護オーバーコートを含む。すなわち、第１の実施形態と比較して、低結合型磁気層１６は、記憶層１７と炭素保護オーバーコートとの間にある。さらに、第１の実施形態と同様に、軟下地層１３、アモルファス層１４、非磁性中間層１５、記憶層１７、低結合型磁気層１６、および炭素保護オーバーコート１８は多層であってもよい。

図３は本発明の第３の好ましい実施形態を示す。本実施形態の低結合型垂直磁気記録媒体３０は、基板１１、接着層１２、軟下地層１３、アモルファス層１４、非磁性中間層１５、第１の低結合型磁気層１６ａ、記憶層１７、第２の低結合型磁気層１６ｂ、および炭素保護オーバーコートを含む。第１の実施形態と比べて、低結合型磁気層１６は、少なくとも１つの記憶層１７によって分離される少なくとも２つの層を含む。さらに、軟下地層１３、アモルファス層１４、非磁性中間層１５、第１の低結合型磁気層１６ａ、記憶層１７、第２の低結合型磁気層１６ｂおよび炭素保護オーバーコート１８は多層であってもよい。

図４は本発明の第４の好ましい実施形態を示す。本実施形態の低結合型垂直磁気記録媒体３０は、基板１１、接着層１２、軟下地層１３、アモルファス層１４、非磁性中間層１５、低結合型磁気層１６、第１の記憶層１７ａ、第２の記憶層１７ｂ、および炭素保護オーバーコートを含む。第１の実施形態と比較して、記憶層１７は、少なくとも１つの低結合型磁気層１６によって分離される少なくとも２つの層を含む。さらに、軟下地層１３、アモルファス層１４、非磁性中間層１５、第１の低結合型磁気層１６、第１の記憶層１７ａ、第２の記憶層１７ｂおよび炭素保護オーバーコート１８は多層であってもよい。

図５は本発明のある実施形態の向上した記録特性を立証するモンテカルロシミュレーションを示し、この実施形態ではＭS＝５０ｅｍｕ／ｃｍ³であるｈｃｐ結晶構造を有する厚い低結合型磁気層が非磁性中間層１５と記憶層１７との間にある。特に、図５に示されるモンテカルロシミュレーションは、非常に低くかつ均一な直接交換結合（Ａ^*）を有する垂直媒体について、媒体の最適記録特性が得られることを示し、ここでＡ^*は以下の値を含む（図５）。

このような低い直接交換結合の値は、約５０ｅｍｕ／ｃｃ＜Ｍｓ＜３００ｅｍｕ／ｃｃの範囲で低飽和磁化を有するほとんどスパッタリングされたＣｏ合金箔膜からもたらされる。シミュレーションの前提は以下を含む：粒径分散は

であり、σ_D／Ｄは微細構造であって、平均粒子径（Ｄ）によって規定される粒径および標準偏差（σ_D）によって規定される粒径の変動を含み；異方性分散は

であって、ここでＨ_Aは媒体をなす粒子の平均異方性磁界であり、σ_HAは異方性磁界の標準偏差であり；線密度は１２７０ｋｆｃｉである。σ_D／Ｄおよびσ_HA／Ｈ_Aの近似値は、ＴＥＭやＳＥＭのような顕微鏡検査技術によって、ならびにバーガー方法およびＡＣ横帯磁率のような磁気測定技術それぞれによって実験的に得ることができる。線密度は、記録処理によって制御される各ビットの長さに関連する。

特定のモデル計算パラメータに対して示される類似モデル結果傾向は、モデル計算パラメータのさまざまな値について得られる。シミュレーション結果に基づき、発明者らは垂直媒体構造におけるさらなる低磁化磁気層１６により、垂直媒体における磁気層と粒子との間により低い交換結合をもたらし、性能を著しく向上させることを見つけ出した。低磁化磁気層１６のＭ_Sを変えることにより、垂直記録媒体での直接交換結合の強度を制御することができる。シミュレーションにより、低磁化磁気層１６の位置は、非磁性中間層１５と記憶層１７との間、または記憶層１７と炭素保護オーバーコート１８との間に在り得ることが立証された。代替的に、低磁化磁気層１６は複数の記憶層１７、たとえば図４に示される１７ａおよび１７ｂの間に、または隣接して位置付けることができる。代替的に、低磁化磁気層１６は図３に示される層１６ａおよび１６ｂのような複数の低磁化層を含むことができ、これら低磁化層は中間層１５と記憶層１７との間、および記憶層１７と炭素保護オーバーコート１８との間に位置付けることができる。好ましくは、低磁化磁気層１６のＭ_Sは、低交換結合を与えるために低い、すなわち約６００ｅｍｕ／ｃｍ³未満である。より好ましくは、Ｍ_Sは約３００ｅｍｕ／ｃｍ³未満である。もっと好ましくは、Ｍ_Sは約５０ｅｍｕ／ｃｍ³未満である。上記の実施および他の実施は、添付の特許請求の範囲内にある。

Claims

低結合型垂直磁気記録媒体であって、
磁気記憶層と、
少なくとも１つの低飽和磁化層とを備え、
前記磁気記憶層は約４００から９００ｅｍｕ／ｃｍ³の飽和磁化を有し、前記少なくとも１つの低飽和磁化層の飽和磁化は前記磁気記憶層の飽和磁化よりも低い、低結合型垂直磁気記録媒体。
基板と、
少なくとも１つの軟下地層と、
少なくとも１つの非磁性中間層と、
少なくとも１つの記憶層と、
炭素保護オーバーコートとをさらに備える、請求項１に記載の低結合型垂直磁気記録媒体。
Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉおよびその合金を含む材料の群から選択された接着層をさらに備える、請求項２に記載の低結合型垂直磁気記録媒体。
前記少なくとも１つの軟下地層は、ＦｅおよびＣｏの少なくとも一方と、Ni、B、P、Si、C、Zr、Nb、Hf、Ta、Al、Si、Cu、AgおよびAuから選択された１つ以上の元素とを含む、請求項２に記載の低結合型垂直磁気記録媒体。
少なくとも１つのアモルファス層をさらに備え、前記少なくとも１つのアモルファス層は、Ta、Ti、Ni、Cr、Zr、NbおよびPを含む元素および合金を含む、またはＦｅと、Co、B、P、Si、C、Zr、Nb、Hf、Ta、Al、Cu、AgおよびAuからなる群から選択された１つ以上の元素とを含む非結晶質の強磁性材を含む、請求項２に記載の低結合型垂直磁気記録媒体。
前記少なくとも１つの非磁性中間層は、Cu、Ag、Au、Ir、Ni、Pt、Pdおよびその合金からなる群から選択されたｆｃｃ層を含む、請求項２に記載の低結合型垂直磁気記録媒体。
前記少なくとも１つの非磁性中間層は、Co、Ru、Re、Hf、Ti、Zrおよびその合金からなる群から選択されたｈｃｐ層、またはCoCrと、Ta、B、Pt、Nb、RuおよびZrからなる群から選択された１つ以上の元素とからなるｈｃｐ層を含む、請求項２に記載の低結合型垂直磁気記録媒体。
前記少なくとも１つの記憶層は、Coと、Pt、Cr、Ta、B、Cu、W、Mo、Ru、Ni、Nb、ZrおよびHfからなる群から選択された１以上の元素とからなる群から選択された磁気層を含む、請求項２に記載の低結合型垂直磁気記録媒体。
前記少なくとも１つの記憶層は、Si、Ti、Zr、Al、Cr、Co、Nb、MgおよびZnの酸化物からなる群から選択された１つ以上の酸化物を含む、請求項２に記載の低結合型垂直磁気記録媒体。
前記少なくとも１つの低飽和磁化層は、Ｆｅ、ＣｏまたはＮｉの少なくとも１つと、Cr、Pt、Ta、B、Ru、Cu、Ag、Au、W、Mo、Nb、Zr、Hf、Ti、ZnおよびReからなる群から選択された１つ以上の元素とを含む、請求項２に記載の低結合型垂直磁気記録媒体。
前記低飽和磁化層は、前記少なくとも１つの非磁性中間層と前記少なくとも１つの記憶層との間に位置付けられる、請求項２に記載の低結合型垂直磁気記録媒体。
前記低飽和磁化層は、前記少なくとも１つの記憶層と炭素保護オーバーコートとの間に位置付けられる、請求項２に記載の低結合型垂直磁気記録媒体。
前記少なくとも１つの非磁性中間層と前記少なくとも１つの低飽和磁化層との間に位置付けられる第１の記憶層、および前記少なくとも低飽和磁化層と前記炭素保護オーバーコートとの間に位置付けられる第２の記憶層を備える、請求項２に記載の低結合型垂直磁気記録媒体。
前記少なくとも１つの非磁性中間層と前記少なくとも１つの記憶層との間に位置付けられる第１の低飽和磁化層、および少なくとも前記記憶層と前記炭素保護オーバーコートとの間に位置付けられる第２の低飽和磁化層を備える、請求項２に記載の低結合型垂直磁気記録媒体。
前記低飽和磁化層は３００ｅｍｕ／ｃｍ³以下の磁化を有する、請求項２に記載の低結合型垂直磁気記録媒体。
前記低飽和磁化層は５０ｅｍｕ／ｃｍ³以下の磁化を有する、請求項２に記載の低結合型垂直磁気記録媒体。
低結合型垂直磁気記録媒体を製造する方法であって、
軟下地層を形成するステップと、
非磁性中間層を形成するステップと、
磁気記憶層を形成するステップと、
低飽和磁化層を形成するステップとを備え、前記磁気記憶層は約４００から９００ｅｍｕ／ｃｍ³の間の飽和磁化を有し、前記低飽和磁化層の飽和磁化は前記磁気記憶層の飽和磁化よりも低い、方法。
前記軟下地層上にアモルファス層を形成するステップをさらに備える、請求項１７に記載の方法。
第２の低飽和磁化層を形成するステップをさらに備える、請求項１７に記載の方法。
方法であって、約４００から９００ｅｍｕ／ｃｍ³の間の飽和磁化を有する磁気記憶層と、前記磁気記憶層よりも低い飽和磁化を有する少なくとも１つの低飽和磁化層とを有する記憶媒体を得ることを備える、方法。
前記磁気記憶層は、６００ｅｍｕ／ｃｍ³以上の飽和磁化を有し、前記少なくとも１つの低飽和磁化層は３００ｅｍｕ／ｃｍ³以下の飽和磁化を有する、請求項２０に記載の方法。