JP4570599B2 - 反強磁性結合ソフト磁性基層の垂直磁気記録メディア - Google Patents

Description

本発明は、垂直記録を有する薄膜磁気記録ディスクなどの垂直記録メディアと、そのメディアを製造する方法とに関する。本発明の実施の形態は、特に、反強磁性結合したソフトな基層を有する垂直磁気記録メディアに応用できる。

垂直磁気記録システムは、水平記録よりも高い線密度を提供するという理由で、コンピュータ用ハードディスク・ドライブ用として開発された。Ｋａｎｕ Ｇ．Ａｓｈａｒ著の「Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（磁気ディスク・ドライブ技術）（１９９７）」のページ３２２から引用した図１は、垂直磁気記録と水平磁気記録での磁気ビットおよび遷移を示している。水平記録の場合、２つの磁気ビットの間に反磁場が存在する。それらの反磁場は、ビット同士を引き離し、ビット間に遷移空間を生成しようとする。すなわち図１（ａ）に示された遷移パラメータａを大きくしようとする。非常に高いビット密度において、遷移領域の長さが制限パラメータとなる。垂直記録ビットは、互いに向き合わないため、図１（ｂ）に示すように、それらを近接して書き込むことができる。

典型的な垂直記録ヘッドは、Ｋａｎｕ Ｇ．Ａｓｈａｒ著「Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（磁気ディスク・ドライブ技術）（１９９７）」のページ３２３から引用した図２に示すように、後端の（トレーリング）読み出し／書き込みポール、その読み出し／書き込みポールと磁気的に結合した先端の（リーディング）リターン・ポール又は対向ポールおよび書き込みポールのヨークを取り囲む導電性の磁化コイルを含む。垂直記録メディアは、図２に示すように、磁気メディアと基層とを含む。磁気メディアは、垂直方向を向いた磁気ドメインを含むハードな磁気記録層でよく、また基層は、記録ヘッドの磁場を強化し、書き込み手段のトレーリング書き込みポールからリーディング又は対向ポールへの磁路を提供するソフトな磁性基層でよい。磁束は、書き込みポールの先端からハードな磁気記録トラックを通って、ソフト基層（ＳＵＬ；ｓｏｆｔ ｕｎｄｅｒｌａｙｅｒ）に入り、対向ポールに達する。このような垂直記録メディアは、また、ハード記録層とソフト基層との間にハード層とソフト層との間の交換相互作用を阻止するための薄膜の中間層を含む。ソフト基層は、読み出し操作においても役に立つ。リード・バック操作の間に、ソフト基層は、磁気的ハード層中の磁荷のミラー・イメージを生成し、等価的にメディアからの磁束を増大させる。これは、より高い再生信号を提供する。

ソフト基層は、記録層の下側に位置し、記録ヘッドのミラー・イメージを形成する。イメージ・ヘッドとともに、各々の記録イベントには、本質的に２つのヘッドが関与する。それに伴って、正味の記録磁場は、水平ヘッドによって発生する磁場よりもかなり大きくなる。磁束は、ヘッドからＳＵＬを通ってリターン・ポールに流れ、記録層を二度横切る。リターン・ポールは、一般に書き込みポールよりもかなり幅広くなっていて、記録層を通って戻る磁束密度を希薄にする。それにも拘らずリターン・ポールにおいて書き込みが発生することもある。その場合は、記録されるトラックのみならず、隣接トラック上でもデータが部分的に消去されて、記録層に蓄えられているデータを偶発的に消去してしまうことが起こる。イメージの品質、およびそれに従うソフト基層の有効性、およびデータの消去は、両方ともソフト基層の透磁率に依存する。このことから、記録層中のデータを消去することなく、記録ヘッドの良好なミラー・イメージを形成するソフト基層を有する垂直記録メディアに対する需要が存在する。

本発明の実施の形態は、反強磁性結合したＳＵＬデザインのＳＵＬ構造を有する垂直記録メディアを指向する。このデザインによれば、ＳＵＬの飽和磁化と無関係にＳＵＬの透磁率を調節することができ、従って、書き込み機能を犠牲にせずに記録層の消去を本質的に防止することができる。

明らかになるように、本発明は、その他および異なる実施の形態が可能であり、それの詳細は、すべて本発明から外れることなく、各種の明らかな観点において修正が可能である。従って、図面および説明は、現実には、例示的なものと解釈すべきであり、限定的なものではない。

垂直記録メディアは、垂直記録メディアのソフト磁性基層中に強磁性および反強磁性結合を含むことができる。本発明の好適な実施の形態は、垂直記録メディアのソフト磁性基層中に反強磁性結合を提供する。本発明の実施の形態は、読み出しおよび／又は書き込み操作を実行できるヘッドを有する記録ヘッドを備えた磁気ディスク記録システムで使用するのに特に適している。強磁性結合は、一般に隣接する強磁性層又は多層構造が一般に同じ方向を指す磁化を有するような強磁性層又は多層構造間の間接的結合を指す。反強磁性結合は、一般に隣接する強磁性層又は多層構造が一般に互いに逆方向を指す磁化を有するような強磁性層又は多層構造間の間接的結合を指す。

ＡＦ結合は、２つの磁性層間の反強磁性結合の強さを表す、系の交換エネルギー密度Ｊ_ｅｘを測定することによって評価された。本発明の実施の形態では、隣接する強磁性層又は多層構造のような、強磁性層間又は多層構造間のＪ_ｅｘがゼロｅｒｇ／ｃｍ^２よりも大きいときに、隣接する強磁性層又は多層構造のような、強磁性層間又は多層構造間に反強磁性結合が存在する。

本発明の垂直メディアの好適な実施の形態は、ＳＵＬの飽和磁化と関係なくＳＵＬの透磁率を調節することを可能とするため、書き込み性能を犠牲にすることなく磁性層中のデータの消去を本質的に防止することができる。もしＳＵＬ中の磁性層間のＲＫＫＹ相互作用の強さを変化させれば、ＳＵＬの透磁率が自動的に変化する（相互作用を大きくすれば、透磁率が小さくなる）。透磁率の減少は、書き込み性能を低減させるかもしれないが、同時に消去を低減させる。従って、書き込み性能をさほど低減させずに、消去を顕著に低減し得る最適点が存在しよう。このように、透磁率を変化させることは、消去および書き込み性能を変化させることによってメディアの性能を最適化する１つの方法である。

本発明の実施の形態は、高いＳＭＮＲを示す高い面積記録密度を達成するのに適した磁気記録メディアを提供する。本発明の実施の形態は、ソフト基層を形成することによってそのような技術的特徴を実現する。「ソフトな磁性材料（軟磁性材料）」とは、容易に磁化および消磁できる材料を指す。ソフトな磁性材料と比べて、「ハードな磁性（硬磁性材料」材料とは、容易に磁化も消磁もできない材料を指す。

基層は、それが上で定義したソフトな磁性材料を含むため「ソフト」であり、またそれが記録層の下側に位置するため「基層」と呼ばれる。好適な実施の形態では、ソフト基層は、アモルファスである。用語「アモルファス」は、基層の材料がＸ線回折パターンにおいて、背景雑音と比べて明瞭な鋭いピークを示さないことを意味する。本発明の実施の形態の「アモルファス・ソフト基層」は、材料がＸ線回折パターンにおいて背景雑音と比べて明瞭な鋭いピークを示さない限りにおいて、アモルファス相中に含まれる微結晶や材料のその他の形態を包含する。

ソフト基層がマグネトロン・スパッタリングでディスク基板上に形成される場合、基層の正味の異方性を決定するいくつかの競合成分が存在する。それらは、マグネトロン磁場の効果、膜の磁気歪および基板の形状に起因する応力、等々である。第１および第２のソフトな磁性基層は、単一層として又は多重層として作製することができる。

ソフトな磁性層は、ガス噴霧粉末化合金プロセス（ＡＰ）又は１２００から１５５０℃までの温度で鋳型を用いて溶融原料鋳造の後、固化させてインゴットとする方法によって製造されたターゲット材料から堆積させて形成することができる。インゴットは、次にアニール炉で、正確なターゲット寸法に最終的に加工するための望ましい厚さの圧延加工に適した８５０と１２００℃との間の温度に予備加熱される。

シード層は、基板と基層との間に挟まれた層である。適切なシード層も、マグネトロン磁場の影響を受けた短距離秩序又は異なる磁気歪のいずれかを呈する微細構造の形成を促進することによってソフト基層の異方性を制御することになる。シード層は、また、ソフト基層中の局所的な応力を変化させることができる。

本発明の実施の形態の垂直記録メディアの基層中で、磁化容易軸は、磁気ヘッドの移動方向に対して交差する軸方向を向いていることが好ましい。このことは、磁化容易軸が移動方向よりも読み書きヘッドの移動方向ににより向いていることを意味する。更に、垂直記録メディアの基層が本質的に放射方向又は横軸の異方性を有することが好ましく、このことは、基層のソフトな磁性材料のドメインが移動方向よりも読み書きヘッドの移動方向に交差する軸方向により向いていることを意味する。１つの実施の形態では、読み書きヘッドの移動方向に交差する軸方向は、記録メディアの基板面に交差する軸方向である。

本発明の実施の形態に従えば、本発明の実施の形態で使用される基板は、ガラス、ガラス・セラミック、ＮｉＰ／アルミニウム、金属合金、樹脂／ポリマー材料、セラミック、ガラス・ポリマー、複合材料又はその他の非磁性材料を含む。ガラス・セラミック材料は、通常、結晶性表面を呈しない。ガラスおよびガラス・セラミックは、一般に衝撃に対して高い耐性を示す。

本発明の好適な実施の形態は、少なくとも２つのアモルファス・ソフト基層と、その基層と記録層との間のスペーサ層とを含む垂直記録メディアである。アモルファス・ソフト基層は、好ましくは、ソフトな磁性材料を含むべきであり、また記録層は好ましくは、ハードな磁性材料を含むべきである。アモルファス・ソフト基層は、その他の層と比べて比較的厚い。アモルファス・ソフト基層と記録層との間のすべての層は、中間層と呼ばれる。中間層は、非磁性材料の１又は複数の層を含むことができる。中間層の目的は、アモルファスのソフトな磁性基層と記録層との間の相互作用を防止することである。中間層は、また、記録層の所望の性質を増強することもある。水平記録メディアは、アモルファスのソフトな磁性基層を有しない。従って、水平メディアの場合の「基層」、「シード層」、「サブ・シード層」又は「バッファ層」と呼ばれる層は、垂直メディアの中間層に相当するものである。

基層および磁気記録層は、典型的には、マグネトロン・スパッタリングによって不活性ガス雰囲気において基板上に連続的にスパッタ堆積させることができる。典型的には、窒素、水素又はエチレンを含むアルゴン中で、カーボン被覆が堆積される。従来の潤滑用の最上被覆は、典型的には、約２０オングストロームよりも薄い。

基板とソフト基層との間に挟まれた層としてオプションとして追加できるシード層は、マグネトロン磁場の影響下での短距離秩序又は異なる磁気歪のいずれかを呈する微細構造の形成を促進することによって、ソフト基層の異方性を制御する場合がある。シード層は、また、ソフト基層中の局所的応力を変化させることができる。

アモルファス・ソフト基層は、多結晶基層に比べてより滑らかな表面を生成する。従って、アモルファス・ソフト基層は、高密度垂直磁気記録用の磁気記録メディアの表面粗さを低減する１つの方法である。アモルファス・ソフト基層材料には、ＣｒドープしたＦｅ合金を含む基層が含まれる。ここで、Ｆｅ合金としては、ＣｏＦｅＺｒ、ＣｏＦｅＴａ、ＦｅＣｏＺｒＢおよびＦｅＣｏＢが含まれる。

ソフト基層材料としてアモルファス材料を使用する利点は、アモルファス材料中で長距離秩序が欠けていることである。長距離秩序がないため、アモルファス合金は、本質的に磁性結晶構造の異方性を示さない。アモルファス・ソフト基層を使用することは、リップル状ドメインおよび表面粗さに起因する雑音を低減する１つの方法である。アモルファス・ソフト基層の表面粗さは、１ｎｍより小さいことが好ましく、更に０．５ｎｍよりも小さいことがより好ましく、最適には、０．３ｎｍよりも小さい。

本発明の好適な実施の形態に従えば、複数の異なるパラメータを決定するための試験方法は、次のようなものである。１つのパラメータを決定するための特定の試験方法が以下に明示的に提示されていない場合には、そのパラメータを決定するために当業者に既知である従来の方法を使用することができる。

書き込み性能：本発明の好適な実施の形態で、書き込み性能の好適な範囲には、高値が含まれる。

残留磁気：本発明の好適な実施の形態で、飽和磁化の好適な範囲は、０．３−１ｍｅｍｕ／ｃｍ^２であり、更に好ましくは、０．４−０．７ｍｅｍｕ／ｃｍ^２である。

磁気歪λ_ｓ：本発明の好適な実施の形態で、λ_ｓの好適な範囲は、ＳＵＬ成分に依存する。例えば、ホウ素含有量が約８から１２％に増加するにつれて、λ_ｓ（×１０^−５）は、約５．２から４．４に変化する。

応力σ：本発明の好適な実施の形態で、σの好適な範囲は、スパッタ条件に依存する。例えば、スパッタリング圧力が約２から１２ｍＴｏｒｒに増加するにつれて、σは、約−４００から約８００ＭＰａまでの範囲で変化し、スパッタリング圧力が更に約１５ｍＴｏｒｒに増大すると、約４００ＭＰａに減少する。これに関しては、２００１年７月号の雑誌ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．第３７巻、ページ２３０２−２３０４に掲載されたＣ．Ｌ．Ｐｌａｔｔ，Ｍ．Ｋ．Ｍｉｎｏｒ，Ｔ．Ｊ．Ｋｌｅｍｍｅｒ著の論文「Ｍａｇｎｅｔｉｃ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＦｅＣｏＢ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ（ＦｅＣｏＢ薄膜の磁気的および構造的特性）」を参照されたい。

ストライプ・ドメイン：これは、雑音源となるので、ＳＵＬは、ストライプ・ドメインなしとすべきである。ストライプ・ドメインは、それがなければ光学的に滑らかなＳＵＬの膜中のストライプ構造を意味する。ストライプ・ドメインは、サンプル面に対して垂直に磁化したソフトな磁性チップを使用した磁力顕微鏡（ＭＦＭ；Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）によって測定される。

Ｊ_ｅｘ：交換エネルギー密度、これは、ＲＫＫＹ相互作用の強さを表す。本発明で、Ｊ_ｅｘの好適な値は、ゼロｅｒｇ／ｃｍ^２より大であり、更に好ましくは、２ｅｒｇ／ｃｍ^２より大である。更に好ましくは、０と０．５ｅｒｇ／ｃｍ^２の間にある。更に好ましくは、０と０．２ｅｒｇ／ｃｍ^２の間にある。

信号対メディア雑音比（ＳＭＮＲ）：本発明の好適な実施の形態で、ＳＭＮＲの好適な範囲は、高値を含む。

リバース上書き（ｒｅｖＯＷ）：本発明の好適な実施の形態で、ｒｅｖＯＷの好適な範囲は、高値を含む。

消去：本発明の好適な実施の形態で、消去の好適な範囲は、低値を含む。

本発明の垂直記録メディアの好適な実施の形態が図３に示されている。好適な実施の形態の層構造は、次のようになっている。基板、接着層（１）、反強磁性結合した（ＡＦＣ；ａｎｔｉ−ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）ソフト基層（２）、非磁性中間層（３）、記録層（４）およびカーボン層（５）。好ましくは、ＡＦＣソフト基層は、第１のソフト基層、スペーサ層および第２のソフト基層を含む。保護用のカーボン層５は、一般に磁気記録層４を覆う。

接着層は、接着促進用材料のうちでも特にＣｒ、ＣｒＴｉ、ＴｉおよびＮｉＮｂを含むことができる。接着層１の厚さは、約０．５ｎｍの範囲にあり、好ましくは、約１０ｎｍの範囲にある。

反強磁性結合したソフト基層（ＡＦＣ ＳＵＬ）は、少なくとも２つの強磁性層（ＦＭＬ）を含み、それらは、非磁性スペーサ層（ＳＬ）を挟んで反強磁性結合する。

ＡＦＣ ＳＵＬは、次のようないくつかの異なる構造を取ることが可能である。
（１）ＦＭＬ／ＳＬ／ＦＭＬ（ＳＬの厚さは、ＦＭＬ間に反強磁性結合を実現するように調節される）
（２）ＦＭＬ／ＩＦＬ／ＳＬ／ＦＭＬ又はＦＭＬ／ＳＬ／ＩＦＬ／ＦＭＬ又はＦＭＬ／ＩＦＬ／ＳＬ／ＩＦＬ／ＦＭＬ（インタフェース層ＩＦＬは、ＦＭＬ間の反強磁性結合を強化するためのもの）（ＳＬの厚さは、ＦＭＬ間に反強磁性結合を実現するように調節される）
（３）ＦＭＬ／ＩＦＬ／ｎ×［ＳＬ／ＩＦＬ／ＦＭＬ］（ｎ＝２−２０）（ＳＬの厚さは、ＦＭＬ間に反強磁性結合を実現するように調節される）（ＩＦＬは、あってもなくてもよい）
（４）ＦＭＬ_１／ＩＦＬ／ｎ×［ＳＬ_ｉ／ＩＦＬ／ＦＭＬ_ｉ＋１］（ｎ＝２−２０）（例：ＦＭＬ_１／ＳＬ_１／ＦＭＬ_２／ＳＬ_２／ＦＭＬ_３／ＳＬ_３／ＦＭＬ_４．．．）（ＳＬ_ｉの厚さは、ＦＭＬ_ｉ間の結合のすべての範囲を実現するように０−２．５の間で変化させることができ、少なくとも１つのＳＬ_ｉは、ＦＭＬ_ｉとＦＭＬ_ｉ＋１との間に反強磁性結合を実現するように調節される）（ＩＦＬは、あってもなくてもよい）
（５）ＦＭＬ_１／ＩＦＬ／ｎ×［ＳＬ_ｉ／ＩＦＬ／ＦＭＬ_ｉ＋１］（ｎ＝２−２０）（例：ＦＭＬ_１／ＳＬ_１／ＦＭＬ_２／ＳＬ_２／ＦＭＬ_３／ＳＬ_３／ＦＭＬ_４．．．）（ＳＬ_ｉの厚さは、ＦＭＬ_ｉとＦＭＬ_ｉ＋１との間の反強磁性結合の強さＪ_ｅｘ（ｉ）がＡＦＣ ＳＵＬの全体にわたって、層４付近で弱く、基板付近で強くなるように調節される）（ＩＦＬは、あってもなくてもよい）ＡＦＣ ＳＵＬの構造の実施の形態のいくつが図４（ａ）−（ｄ）に示されている。

強磁性ソフト基層は、Ｃｏ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、Ｃ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕから選ばれた１又は複数の元素を含むＦｅを含むグループから選ばれた合金材料を含むことができる。第１および第２のソフト磁性基層（ＦＭＬ）の厚さは、好ましくは、５−４００ｎｍの範囲にあり、更に好ましくは、約４０−１５０ｎｍの範囲にある。

ＦＭＬ中の磁気歪λ_ｓおよび応力σが大きい場合、垂直の異方性が生じて（Ｋ_ｕ＝３／２λ_ｓσであるためであり、ここでＫ_ｕは、一軸異方性を表す）、ＦＭＬの厚さが或る臨界を超えた場合、それがストライプ・ドメインの形成を誘発することに注意されたい。本発明の過程で、ＦＭＬ間の反強磁性結合がＦＭＬ中のストライプ・ドメインの形成を抑制することが見いだされた。更に、ＦＭＬの臨界厚さ、すなわち、ＦＭＬ中にストライプ・ドメインが形成される厚さは、反強磁性結合強度の増大とともに増加することが観察された。

スペーサ層は、ほとんどあらゆる非磁性成分を含むことができるが、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｒｅ、Ｖおよびそれらの合金を含むことができる。スペーサ層の厚さは、約０．１−２．５ｎｍの範囲にあり、更に好ましくは、約０．３−１ｎｍの範囲にある。

インタフェース層（ＩＦＬ）は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、Ｃ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕおよびそれらの合金を含むことができる。この層の飽和磁気は、好ましくは、少なくとも８００ｅｍｕ／ｃｍ^３であるべきである。インタフェース層の厚さは、約０．１−１０ｎｍの範囲にあり、好ましくは、約０．５−２ｎｍの範囲にある。

中間層は、好ましくは、それが記録層の成長にきっかけを与えるべきである。例えば、この層は、ｆｃｃ又は／およびｈｃｐ結晶構造を有し、次の組成を有する１又は複数の層を含むものである。１又は複数の元素がＲｕ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐｒ、ＰｄおよびＴｉから選ばれたものであり、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、ＣｒおよびＶを含むグループから選ばれたｂｃｃ構造の元素を少量含む。中間層の厚さは、約０．２−４０ｎｍの範囲にあり、好ましくは、約４−１２ｎｍの範囲にある。

記録層は、１又は複数の磁性層を含むことができる。記録層は、制御された雰囲気、一般には、Ａｒ又はＡｒとＯ_２の混合ガス中で成長される。この層は、低温、４００Ｋ未満（一般に、この温度範囲は、ＡｒおよびＯ_２の混合雰囲気中でスパッタされる磁性層のために用いられる）で成長させられるか、あるいは、もっと高温、一般に４２０Ｋより高く６００Ｋより低い温度で成長させられる。記録層は、Ｃｏを含み、Ｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、ＢおよびＣから選ばれた１又は複数の付加的元素を含む。この層は、更に、Ｂ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、ＩｒおよびＰｔの酸化物を含むグループから選ばれた少なくとも１つの酸化物材料を含む。例えば、ＣｏＣｒＰｔ＋ＳｉＯ_２がある。磁性層４の厚さは、約４−３０ｎｍの範囲にあり、好ましくは、約８−２０ｎｍの範囲にある。

本発明の実施の形態によって実現される有利な特徴は、次の例に提示される。

この開示で述べるすべての例は、カーボン膜がＡＣマグネトロン・スパッタリングで形成されることを除いて、ＤＣマグネトロン・スパッタリングによって作製された。

出願人は、ＡＦＣ ＳＵＬ構造を備えた垂直粒子状メディア：ＦｅＣｏＢ［５７ｎｍ］／Ｒｕ／ＦｅＣｏＢ［５７ｎｍ］／Ｃｕ／ＩＬ／Ｍａｇについて研究した。ここでＲｕの厚さは、０−２．２ｎｍの範囲で変動させ、ＦｅＣｏＢ層間のＲＫＫＹ相互作用が図５に示すようにＲｕの厚さの関数であることが判明した。図５は、Ｒｕの厚さによってＪ_ｅｘがどのように変化するかを示している。このように、使用したスパッタリング条件に対して、反強磁性結合は、０．３±０．２から０．９±０．２ｎｍおよび１．７±０．２から約２．６±０．２ｎｍにおいて得られている。しかし、スパッタリング条件を変えて、例えば、Ａｒスパッタリング圧力を上昇させると、界面の粗さが変化して、ＳＵＬ中の強磁性層が反強磁性結合状態になるＲｕ厚さが変わる。この理由から、ＳＵＬ中の強磁性層が反強磁性結合状態にあるすべてのＲｕ厚さについて主張したい。

ＲＫＫＹ相互作用の起源は、局在化したスピンによって誘起される伝導電子の分極である。非磁性層との界面にある磁性層の原子（界面に局在するスピン）は、非磁性層の伝導電子を分極する。非磁性層の厚さに依存して、交換相互作用は、図５に示すように、強磁性から反強磁性へと変化する。交換は、大半が最近接での現象であり、固体中の原子間距離の典型的な値（数オングストローム）を挟んで発生する。より厚いスペーサ層を用いても構わないが、スペーサ層によって分離される２つの磁性層間の交換相互作用を破壊又は安定化するには、２つの磁性層間に１つの材料を含む１原子層のスペーサ層が存在すればそれで十分である。

図６は、ＳＭＮＲをＲｕ層の厚さに対してプロットしたものであり、Ｒｕ厚さが１．１ｎｍより小さくなってもメディアの記録特性が劣化しない様子を示している。

図７は、いくつか異なるＡＦＣを有するＳＵＬの書き込み電流の関数として上書きをプロットしたものであり、ＦｅＣｏＢのＳＵＬ層間の反強磁性結合が増大するにつれてメディア中の上書きが減少する様子を示している。

図８は、Ｊ_ｅｘ（ｅｒｇ／ｃｍ^２）で表した反強磁性結合の関数として、消去をプロットしたものであり、ＦｅＣｏＢ層のソフト基層間の反強磁性結合が増大するにつれて、メディアの消去が顕著に改善する様子を示している。

このように、本発明は、ＦｅＣｏＢ層間の結合が消去を防止するための重要なパラメータであることと、インタフェース層の存在が最適な記録特性を調節するために重要であることを実証してきた。

出願人は、更に、ＡＦＣ ＳＵＬ構造：ＦｅＣｏＢ［ｙ］／Ｒｕ／ＦｅＣｏＢ［ｙ］／Ｃｕ／ＩＬ／Ｍａｇを有する垂直粒子状メディアについて調べた。ここで、Ｒｕの厚さｘを０−０．８ｎｍと変化させ、ＦｅＣｏＢの厚さを５６−１３０ｎｍと変化させた。単一のＦｅＣｏＢ層の厚さが１２５ｎｍを超えると、ＦｅＣｏＢ層中にストライプ・ドメインが生ずることが観察された。ストライプ・ドメインが形成される厚さは、ストライプ・ドメイン形成の臨界厚さと呼ばれる。２つのＦｅＣｏＢ層間に約０．８５ｎｍ厚のＲｕ層を挿入した場合に、各ＦｅＣｏＢ層の臨界厚さは、７０ｎｍであった。Ｒｕ厚さが約０．８５ｎｍであれば、ＦｅＣｏＢ間のＲＫＫＹ結合は、無視し得ることに注意されたい。他方で、２つのＦｅＣｏＢ層間に約０．５ｎｍの厚さのＲｕ層を挿入した場合は、各ＦｅＣｏＢ層の臨界厚さは、１１５ｎｍであった。この臨界厚さの増加は、０．５ｎｍというＲｕスペーサ層を横切るＦｅＣｏＢ層間の大きな反強磁性結合に起因する。このように、出願人は、図９に示すように、ＡＦＣ ＳＵＬを用いることによって、Ｒｕ層の厚さを減少させながら、ストライプ・ドメインの形成なしに、反強磁性結合のＳＵＬ合計厚さを増大させることができることを実証した。

図１０で、出願人は、Ｊ_ｅｘで表したＡＦＣの関数としてストライプ・ドメインなしのＳＵＬ臨界厚さをプロットした。図１０は、臨界ＳＵＬ厚さが最初は、Ｊ_ｅｘに比例しているが、大きなＪ_ｅｘに対して飽和する様子を示している。

本出願は、開示された数値範囲内にある任意の範囲を裏付けるいくつかの数値範囲の上下限を開示したが、範囲の正確な上下限については、明細書の中で逐語的に提示していない。これは、本発明が開示した数値範囲のどこであっても実施できるためである。最後に、この出願で引用した特許および出版物を参照によってその全体をここに取り込む。

水平（ａ）および垂直（ｂ）の記録ビットを示す模式図。 磁気メディアおよび基層を備えた垂直ポール・ヘッドを示す模式図。 基板、接着層、ＡＦＣソフト基層、非磁性中間層、記録層およびカーボン層を有する膜構造を備えた本発明の垂直記録メディアの実施の形態の模式図。 （ａ）−（ｄ）は、ＦＭＬ（強磁性層）、ＳＬ（スペーサ層）、ＩＦＬ（インタフェース層）、Ｒｕ（ルテニウム層）を備えたＡＦＣ ＳＵＬ構造の異なる実施の形態を示す模式図。 本発明の１つの実施の形態において、ＦｅＣｏＢ層間のＲＫＫＹカップリングをＲｕ厚さの関数として示すグラフ。 Ｒｕスペーサ層の厚さが１．１ｎｍより薄くなった場合でも本発明の１つの実施の形態のメディアの記録特性が劣化しない様子を示すグラフ。 本発明の１つの実施の形態のメディアで、ＦｅＣｏＢ層間の反強磁性結合が増大するにつれて上書きが減少する様子を示すグラフ。 本発明の１つの実施の形態のメディアで、ＦｅＣｏＢ層間の反強磁性結合が増大するにつれて、消去が顕著に改善する様子を示すグラフ。 本発明の１つの実施の形態で、ソフト基層のストライプ・ドメインなしの臨界厚さをＲｕスペーサ層の厚さの関数として示すグラフ。 ＳＵＬの臨界厚さが初期には、Ｊ_ｅｘに比例して増大するが、Ｊ_ｅｘが大きい領域で飽和する様子を示すグラフ。

符号の説明

１ 接着層（ＡＬ）
２ ＡＦＣソフト基層
３ インタフェース層（ＩＬ）
４ 記録層（ＲＬ）
５ カーボン層（ＣＬ）

Claims (10)

1. 垂直磁気記録メディアであって、基板と、該基板上に反強磁性結合されたソフトな磁性基層と、該ソフトな磁性基層上の記録層とを含み、
   前記ソフトな磁性基層は、ＦＭＬ_ｉ／［ＳＬ_ｉ／ＦＭＬ_ｉ＋１］_ｎを含み、
   ＦＭＬ_ｉとＦＭＬ_ｉ＋１とは強磁性層であり、該強磁性層は、アモルファスであり、ＳＬ_ｉは非磁性スペーサ層であり、ｎ＝２から２０であり、
   前記非磁性スペーサ層ＳＬ_ｉの厚みは、ＦＭＬ_ｉとＦＭＬ_ｉ＋１との間の反強磁性結合の強さＪｅｘ（ｉ）が前記記録層に近づくほど相対的に弱くなり前記基板に近づくほど相対的に強くなるように変化するように選択されている前記磁気記録メディア。
2. 請求項１記載の垂直磁気記録メディアであって、前記基層は、ＦＭＬ_ｉ／ＩＦＬ_ｉ／［ＳＬ_ｉ／ＩＦＬ_ｉ＋１／ＦＭＬ_ｉ＋１］_ｎを含み、ＩＦＬ_ｉおよびＩＦＬ_ｉ＋１は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、Ｃ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕおよびそれらの組み合わせからなる合金を含むグループから選ばれる前記磁気記録メディア。
3. 請求項１または２記載の垂直磁気記録メディアであって、前記スペーサ層は、Ｒｕからなる前記磁気記録メディア。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の垂直磁気記録メディアであって、更に、前記基層と前記記録層との間に中間層を備える前記磁気記録メディア。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の垂直磁気記録メディアであって、更に、前記基板と前記基層との間に接着層を備える前記磁気記録メディア。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の垂直磁気記録メディアであって、更に、前記磁気記録層上にカーボン層を備える前記磁気記録メディア。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の垂直磁気記録メディアであって、前記基層の強磁性層は、アモルファスである前記磁気記録メディア。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の垂直磁気記録メディアであって、前記基層の強磁性層は、Ｃｏ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、Ｃ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕおよびそれらの組み合わせを含むグループから選ばれた材料のＦｅ含有合金を含む前記磁気記録メディア。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の垂直磁気記録メディアであって、スペーサ層の厚さが０．１−２．５ｎｍの範囲にある前記磁気記録メディア。
10. 垂直磁気記録メディアを製造する方法であって、請求項１から９のいずれか１項に記載のアモルファスのソフトな磁性基層を基板に堆積させて、前記基層上に記録層を堆積させる前記方法。

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