KR100264484B1 - 크롬-티타늄 시드층을 가진 박막 자기 디스크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기층(基層:underlayer)과 기판(基板:substrate) 사이에 CrTi 합금으로 이루어진 박막 시드층 소재(thin seed layer material)를 가진 자기 매체(magnetic media)를 구비하여 레코딩 성능이 개선되는 박막 자기 디스크(thin film magnetic disk) 및 디스크 드라이브를 개시한다. 시드층의 두께는 5 내지 150Å 사이이며 5 내지 50Å이 바람직하다. Ti의 비율은 5 at% 이상이어야 하며, Ti의 비율이 증가함에 따라 자기 매체의 레코딩 성능이 증가하게 된다. Cr에 Ti를 첨가하게 되면, 시드층의 조작 가능 두께 범위를 증가시키게 되고, 따라서 제조 능력이 증가된다.

Description

크롬-티타늄 시드층을 가진 박막 자기 디스크
본 발명은 박막 자기 디스크(thin film magnetic disk)를 갖는 디스크 드라이브와 같은 데이터 저장 장치 분야에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로는, 본 발명은 박막 자기 디스크용 시드층에 관한 것이다.
통상적인 드라이브 어셈블리에 있어서의 자기 레코딩 디스크(magnetic recording disk)는 일반적으로 기판(substrate), 크롬(chromium:Cr) 또는 크롬 합금(Cr-alloy)으로 이루어진 박막으로 구성된 기층(基層:underlayer), 기층 위에 증착된 코발트계 합금 자기층(cobalt-based alloy magnetic layer), 및 자기층 위의 보호 오버코트로 이루어진다. 디스크 기판으로는 NiP가 코팅된 Al-Mg(NiP-coated Al-Mg), 유리(glass), 유리 세라믹(glass-ceramic), 유리 카본(glassy carbon) 등과 같은 여러 종류의 기판이 사용되고 있다. 바람직한 결정 배향(配向)(orientation), 입자 크기(grain size), 및 입자들 간의 자기 교환 디커플링(magnetic exchange decoupling)과 같은 자기층의 미세 구조 파라메타(microstructural parameter)는 디스크의 레코딩 특성을 제어하는데 있어서 핵심적인 역할을 한다. Cr 기층은 코발트계 자기 합금층의 입자 크기 및 배향과 같은 미세 구조 파라메타를 제어하는데 주로 사용된다. Cr 기층이 고온(섭씨 150도 이상의 온도)에서 NiP가 코팅된 Al-Mg 기판 위에 증착될 때, 대개 <100> 방향의 바람직한 배향(preferred orientation:PO)이 형성된다. 이러한 PO는 밀러 지수가 (110)인 코발트 합금의 에피택셜 성장(epitaxial growth)을 증진시켜, 디스크의 평면내 자기 성능(in-plane magnetic performance)을 개선한다. 동일한 증착 조건(deposition condition)에서는 유리 기판 위에 제조(fabricated)된 매체가 NiP가 코팅된 Al-Mg 기판 위에 제조된 매체에 비해서 더 큰 노이즈(noise)를 가지는 것이 흔히 알려져 있다. 그 이유는 유리 및 대부분의 비금속 기판(non-metallic substrates) 상의 Cr 또는 Cr 합금 기층의 핵 형성(nucleation) 및 성장(growth)이 NiP가 코팅된 Al-Mg 기판 상의 Cr 또는 Cr 합금 기층의 핵 형성 및 성장과 현저히 다르기 때문이다. 이러한 이유 때문에 기판 상에 초기층(initial layer)(이하에서는 “시드층(seed layer)”이라 함)을 사용하는 것이 제안되어 왔다. 시드층은 상기 대체 가능 기판(alternate substrate)과 기층(underlayer) 사이에 형성되어 Cr 기층의 핵 형성 및 성장을 제어하며, 그에 따라 자기층의 핵 형성 및 성장도 제어한다. 시드층용으로 비금속 및 유리 기판상의 Al, Cr, Ti, Ni3P, MgO, Ta, C, W, Zr, AlN, 및 NiAl과 같은 여러 종류의 소재가 제안되어 왔다(예를 들어, Seed Layer induced (002) crystallographic texture in NiAl underlayers, Lee, et al., J. Appl. Phys. 79(8), 15 April 1996, p.4902ff).
Shiroshi 등에게 허여된 미국 특허 제 4,833,020호에는 디스크의 진폭 변조 및 신호-대-잡음비(signal to noise ratio)를 개선하기 위해 유리를 포함하는 여러 종류의 기판 상에 광범위한 시드층 소재를 사용하는 것을 제시하고 있다. Lal 등에게 허여된 미국 특허 제 5,456,978호에는 Cr 기층을 증착하기 전에 비금속 기층 상에 초박막 Cr 서브층(very thin Cr sublayer)인 시드층을 사용하는 것을 제시하고 있다. 상기 특허에서 제시된 시드층은 5 내지 50Å 두께인데, 이러한 Cr 기층은 그 Cr 기층을 증착하기 전에 공기에 노출시켜 산화시켜야 한다. 상기 특허는 그러한 시드층을 채택하면 레코딩 성능이 향상된다는 것을 개시하고 있다.
자기 디스크 매체의 레코딩 성능을 개선하기 위한 효과적인 방법은 Michealsen 등에게 허여된 미국 특허 제 4,245,008호에 제안된 CrTi 기층을 사용하는 것이다. Matsuda 등은 또한 Cr에 Ti를 첨가하면 Cr의 결정 격자 파라메타(lattice parameter)를 증가시켜 자기층의 에피택셜 성장을 개선시킨다는 것을 개시하고 있다(Matsuda, et al., J. Appl. Phys. 79, pp. 5351-53(1996)). Matsuda 등은 Ti 농도가 증가함에 따라 CrTi 기층의 입자 크기가 감소한다는 사실을 개시하고 있다. 스퍼터링(sputtered)된 Ti는 보통 매우 작은 입자 크기를 가지지만, 자기층에서 <1> 방향의 배향을 증가시켜 길이 방향의 레코딩(longitudinal recording)에 부적합하도록 만들기 때문에 시드층 및 기층으로 사용하기에 적당하지 않다는 사실에 유의하여야 한다.
본 발명은 기층(基層:underlayer)과 기판(基板:substrate) 사이에 CrTi 합금으로 이루어진 박막 시드층(thin seed layer)을 가진 자기 매체(magnetic media)를 구비하여 레코딩 성능이 개선되는 박막 자기 디스크(thin film magnetic disk)(및 자기 디스크를 포함하는 디스크 드라이브)를 제공하기 위한 것이다. 시드층의 두께는 5 내지 150Å 사이이며 50Å 미만이 바람직하다. Ti의 비율은 5 at% 이상이어야 하며, Ti의 비율이 증가함에 따라 자기 매체의 레코딩 성능이 증가하게 된다. Cr에 Ti를 첨가하게 되면, 시드층의 조작 가능 두께 범위를 증가시키게 되고, 따라서 제조 능력이 증가된다.
기층(基層)은 시드층의 상부에 증착되며 크롬 또는 크롬 합금으로 조성될 수 있는데, CrTi로 조성되는 것이 바람직하다. CrTi가 사용될 때에는, 기층 뿐만 아니라 시드층에서의 Ti의 농도도 자기층의 조성 및 레코딩 밀도의 설계에 따라 변경될 수 있다.
CrTi 시드층은 유리와 같은 비금속 기판 상에서 상당히 개선된 성능을 나타내지만, 금속 기판 상에 사용되어도 기층의 입자 크기를 감소시킬 수 있다.
제1도는 본 발명에 따른 박막 자기 디스크의 층 구조를 도시한 도면.
제2도는 일련의 시드층 두께에서의 상이한 조성을 갖는 CrTi 시드층의 SNR를 보여주는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 기판 12 : 시드층
13 : 기층 14 : 자기층(magnetic layer)
15 : 오버코트
제1도는 본 발명에 따른 전형적인 박막 자기 디스크의 층 구조(layer structure)를 도시하고 있다. 명암(shading)으로 표시한 것은 단지 층들을 구분하기 위한 것으로, 색깔(color)을 나타내기 위해 사용한 것이 아니다. 기판(11)은 유리 또는 이와 유사한 경질(rigid) 소재로 만들어진다. CrTi로 된 시드층(12)는 기판 위에 증착된다. 기층(13)은 시드층 위에 증착된다. 기층은 바람직하게는 200Å 이상이고 시드층보다 훨씬 두껍다. 강자성층(14)는 오버코트(15)에 의해 보호된다. 강자성층은 전형적으로 100Å 이상이고 오버코트는 대개 150Å 이하이다. CrTi로 된 시드층은 적어도 5 at%(atomic percent)의 Ti 및 잔여량의 Cr 조성으로 된 비교적 얇은층으로 구성된다. 시드층의 두께는 5 내지 150Å 사이이어야 하며 5 내지 50Å이 바람직하다. 시드층은 기층에 대해 적합한(작은 크기의) 핵 형성 사이트를 증가시키기 위해 비교적 고압(10 내지 30 mTorr)에서 표준 타겟을 사용하여 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputter)을 통해 증착된다. 성공적인 스퍼터링(sputtering) 구현을 위해 요구되는 정확한 압력은 다른 증착 파라메타 및 스퍼터링 장비의 결합 구조에 따라 달라진다. 본 발명에서는 Lal 등의 미국 특허 제 5,456,978에 개시된 방법과는 달리, 개선된 성능을 얻기 위해 시드층을 공기중에 노출시킬 필요가 없다. CrTi로 된 시드층은 순수한 Cr 시드층에 비해 우수한 자기 디스크 성능을 제공한다.
자기 디스크 성능에 대한 하나의 척도는 신호-대-잡음비(signal to noise ratio:SNR)이다. SNR은 박막 내에서의 자기 입자 크기(magnetic grain size) 및 입자들 사이의 자기 커플링의 정도(degree of magnetic coupling)에 관련되어 있다. CrTi 시드층을 사용하면 입자 크기를 감소시켜 SNR을 개선한다. 표 1은 Cr90Ti10기층 및 Cr75Ti25시드층에 대한 투과형 전자 현미경(Transmission Electron Microscope:TEM) 측정으로부터 얻어진 자기층(CoPtCrTa)의 입자 크기 데이터를 보여주고 있다. 두께가 증가함에 따라 입자 크기가 증가하므로, 시드층을 매우 얇게 유지하는 것이 중요하다. Cr에 Ti를 첨가하면 입자 크기를 정제(refine)하는 역할을 하며, SNR 값을 유지하면서도 순수한 Cr보다 두꺼운 시드층을 사용할 수 있게 해준다.
Figure kpo00001
표 2는 시드층 두께에 대한 상이한 조성을 갖는 CrTi 시드층의 SNR 데이터를 포함한다. 제2도는 데이터를 그래프로 표시하고 있다. 이들 데이터는 Cr90Ti10기층 및 Co64Pt14Cr22자기층으로 스퍼터링(sputtered)된 디스크에 대한 것이다. Ti이 7 at%만 되어도, SNR이 눈에 띨만큼 개선된다. 데이터는 Ti 농도가 증가하고 시드층의 두께가 감소함에 따라 SNR이 증가하는 경향이 있음을 보여준다. Cr57Ti43에서는 이와 반대로 시드층의 두께가 증가할수록 SNR이 증가하는 것으로 관찰된다. Cr-Ti의 상도(phase diagram)를 보면, TiCr2의 금속간 조성의 상(phase)은 Ti가 36%일 때 일어나므로, 36% 이상의 Ti를 갖는 조성에서는 시드층에서의 상(phase)이 조성비(concentration)마다 달라질 수 있고, 이것이 상기와 같은 시드층 두께 변화에 따른 SNR의 증가 변화 경향의 차이를 설명할 수 있을 것이다. Cr57Ti43시드층에서 우수한 SNR이 달성되었다는 것은 Ti를 36% 이상 가진 CrTi 조성이 시드층으로 여전히 유용할 수 있음을 나타내는 것이다. 100Å 이상의 두께를 가진 시드층이라도 상기 36% 이상의 Ti를 갖는 조성 범위 내에서는 유용할 것이다.
Figure kpo00002
CrTi 시드층과 함께 성공적으로 사용할 수 있는 기층은 Cr, 0 내지 50% V를 갖는 CrV 합금, 0 내지 30%의 Ti를 갖는 CrTi 합금을 포함한다. 기층의 조성은 공지의 원리에 따라 자기층과 함께 마음대로 선택될 수 있다. Ti가 Cr 결정 격자를 확장시키므로, Cr 합금과 Co 함금 자기층 간의 최적 결정 격자 파라메타의 일치가 시드층에 바람직한 더 높은 Ti 농도에서 반드시 이루어지는 것은 아니다.
CrTi 시드층과 함께 사용될 수 있는 자기층은 3원자의 CoPtCr 및 4원자의 CoPtCrTa 조성을 포함하는데, CoNiCr 또는 CoCrTa와 같은 다른 합금들이 사용될 수도 있다. 최대 SNR을 얻기 위해서는, Cr이 20 at% 이상인 3원소 CoPtCr 합금 또는 Cr이 18 at% 이상인 CoPtCrTa 합금이 바람직하다. 통상적인 조성은 Co64Pt14Cr22또는 Co69Pt10Cr18Ta3이다.
상기에서 불순물 비율을 고려하지 않고 조성을 언급하였지만, 당업자는 박막에 항상 존재하지는 않지만 대체로는 약간의 불순물이 포함된다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 챔버 내의 공기에 의한 오염으로 인하여 측정 가능한 양의 산소 및/또는 수소가 필름에 혼착될 수 있다. 일부 필름에서는 통상 스퍼터링(sputtered)된 층내에서 5 at%의 수소 불순물이 측정되고 있다. 또한 타겟이 불순물의 원인일 수 있다. 스퍼터링(sputtering)용 타겟에 대한 순도 사양(purity specification)은 통상 99.99%이다.
본 발명에 따라서 제조된 박막 디스크는 자기 저항(magnetoresistive) 헤드 또는 유도(inductive) 헤드를 사용하는 통상의 디스크 드라이브에서 데이터를 저장하는데 사용될 수 있고, 접촉 레코딩(contact recording)에 사용되거나 또는 비행 헤드(flyable heads)를 가진 디스크 드라이브에도 사용될 수 있다. 판독/기록 헤드는 데이터를 판독하거나 기록하기 위하여 회전하는 디스크 상에 표준 방식으로 위치된다.
본 발명의 바람직한 실시예가 상세히 기술되었지만, 본 발명의 정신, 범위, 및 개시 내용을 이탈함이 없이 당업자는 본 발명으로부터 다양한 변경을 가할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (18)

  1. 박막 자기 디스크(magnetic disk)에 있어서, a) 기판(substrate); b) 상기 기판 위에 증착된 시드층(seed layer)-여기서 시드층은 크롬 및 적어도 5 at%의 티타늄을 포함하고, 그 두께는 5 내지 150Å임-; c) 상기 시드층 위에 증착된 기층(underlayer)-여기서 기층은 시드층 보다 두껍고 크롬을 포함함-; 및 d) 상기 기층 위에 증착된 자기층(magnetic layer)-여기서 자기층의 평균입자 크기가 203Å 미만임-을 포함하는 박막 자기 디스크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 시드층이 티타늄과 Cr의 금속간 화합물(intermetallic phase)인 디스크.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기판이 비금속(non-metallic) 소재를 포함하는 디스크.
  4. 제1항에 있어서, 상기 시드층이 17 내지 45 at%의 티타늄을 포함하는 디스크.
  5. 제1항에 있어서, 상기 시드층의 두께가 30 내지 125Å인 디스크.
  6. 제1항에 있어서, 상기 기판은 비금속(non-metallic) 소재를 포함하며, 상기 시드층은 두께가 30 내지 125Å이고 15 내지 45 at%의 티타늄을 포함하는 디스크.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기판은 금속(metallic) 소재를 포함하며, 상기 시드층은 두께가 30 내지 125Å이고 15 내지 45 at%의 티타늄을 포함하는 디스크.
  8. 제1항에 있어서, 상기 기층이 Cr, CrV 합금, 및 CrTi 합금을 포함하는 디스크.
  9. 디스크 드라이브에 있어서, a) i) 기판(substrate); ii) 상기 기판 위에 증착된 시드층(seed layer)-여기서 시드층은 크롬 및 적어도 5 at%의 티타늄을 포함하고, 그 두께는 5 내지 150Å임-; iii) 상기 시드층 위에 증착된 기층(underlayer)-여기서 기층은 시드층 보다 두껍고 크롬을 포함함-; 및 iv) 상기 기층 위에 증착된 자기층(magnetic layer)-여기서 자기층의 평균 입자가 203Å 미만임- 을 포함하는 박막 자기 디스크(magnetic disk) b) 박막 자기 디스크를 회전시키기 위한 수단; c) 판독/기록 헤드; 및 d) 박막 자기 디스크 위에 판독/기록 헤드를 위치시키기 위한 수단을 포함하는 디스크 드라이브.
  10. 제9항에 있어서, 상기 시드층이 티타늄과 Cr의 금속간 화합물인 디스크 드라이브.
  11. 제9항에 있어서, 상기 기판이 비금속(non-metallic) 소재를 포함하는 디스크 드라이브.
  12. 제9항에 있어서, 상기 시드층이 17 내지 45 at%의 티타늄을 포함하는 디스크 드라이브.
  13. 제9항에 있어서, 상기 시드층의 두께가 30 내지 125Å인 디스크 드라이브.
  14. 제9항에 있어서, 상기 기판은 비금속(non-metallic) 소재를 포함하며, 상기 시드층은 두께가 30 내지 125Å이고 15 at% 이상의 티타늄과 잔여량으로 Cr을 포함하는 디스크 드라이브.
  15. 제9항에 있어서, 상기 기층이 Cr, CrV 합금, 및 CrTi 합금을 포함하는 디스크 드라이브.
  16. 박막 디스크에 있어서, a) 경질 비금속 기판; b) 기판 위에 증착된 시드층-여기서 시드층의 두께는 5 내지 125Å이고 티타늄의 원자 백분율(atomic percentage)이 본질적으로 17 내지 43인 티타늄 및 크롬으로 이루어짐-; c) 시드층 위에 증착된 기층(underlayer)-여기서 기층은 시드층보다 두껍고 크롬을 포함함-; 및 d) 기층 위에 증착된 코발트 합금 자기층(magnetic layer)을 포함하는 박막 디스크.
  17. 제1항에 있어서, 상기 자기층이 코발트, 백금, 및 적어도 18 at%의 Cr을 포함하는 디스크.
  18. 제9항에 있어서, 상기 자기층이 코발트, 백금, 및 적어도 18 at%의 Cr을 포함하는 디스크 드라이브.
KR1019970050298A 1997-01-30 1997-09-30 크롬-티타늄 시드층을 가진 박막 자기 디스크 KR100264484B1 (ko)

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