KR100738105B1 - 확산 방지층이 삽입된 연자성 하지층을 포함하는 수직 자기기록 매체 - Google Patents

확산 방지층이 삽입된 연자성 하지층을 포함하는 수직 자기기록 매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 확산 방지층이 삽입된 연자성 하지층을 포함하는 수직 자기 기록 매체에 관한 것이다. 연자성 하지층 및 상기 연자성 하지층 상에 형성된 기록층을 포함하는 수직 자기 기록 매체에 있어서, 상기 연자성 하지층은 시드층과 상기 시드층 상에 형성된 버퍼층을 포함하는 하지층; 상기 하지층 상에 형성된 확산 방지층; 상기 확산 방지층 상에 형성된 반강자성층; 상기 반강자성층 상에 형성된 연자성층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

확산 방지층이 삽입된 연자성 하지층을 포함하는 수직 자기 기록 매체{Perpendicular magnetic recording media comprising soft magnetic underlayer with diffusion barrier layer}
도 1a는 종래의 일반적인 구조의 수직 자기 기록 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1b는 종래의 일반적인 구조의 연자성 하지층의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 확산 방지층이 삽입된 연자성 하지층을 포함하는 수직 자기 기록 매체를 나타낸 도면이다.
도 3a는 확산 방지층을 포함하지 않은 수직 자기 기록 매체의 as-depo 상태에서의 M-H 특성을 나타낸 그래프이다.
도 3b는 본 발명의 실시예에 의한 확산 방지층이 삽입된 연자성 하지층을 포함하는 수직 자기 기록 매체의 as-depo 상태에서의 M-H 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4a는 확산 방지층을 포함하지 않은 수직 자기 기록 매체를 형성한 후 섭씨 600도에서 32.5초 동안 가열한 상태에서의 M-H 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 의한 확산 방지층이 삽입된 연자성 하지층을 포함하는 수직 자기 기록 매체를 형성한 후 섭씨 600도에서 32.5초 동안 가열한 상태에서의 M-H 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5a는 종래 기술에 의한 확산 방지층을 포함하지 않은 수직 자기 기록 매체를 형성한 후 섭씨 600도에서 열처리한 뒤 SIMS로 조성 분포를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5b는 본 발명의 실시예에 의한 확산 방지층이 삽입된 연자성 하지층을 포함하는 수직 자기 기록 매체를 형성한 후 섭씨 600도에서 열처리한 뒤 SIMS로 조성 분포를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10, 101, 201... 기판 11... 연자성 하지층
12, 106, 207... 기록층 13... 보호층
102, 202... 시드층 103, 203... 버퍼층
104, 205... 반강자성층 105, 206... 연자성층
204... 확산 방지층
본 발명은 수직 자기 기록 매체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연자성 하지층 내에 자성 물질의 확산을 방지하기 위한 확산 방지층을 삽입하여 교환 결합 특성을 향상시킨 확산 방지층이 삽입된 연자성 하지층을 포함하는 수직 자기 기록 매체에 관한 것이다.
최근 초소형 기록 매체에 대한 수요가 증가함에 따라 보다 큰 면기록 밀도 (areal recording density)를 지닌 자기 기록 매체에 대한 요구가 크게 증가되고 있다. 종래에는 자기 기록 장치의 기록 방식이 수평 기록 방식이었으나, 면기록 밀도를 향상시키기 위하여 수직 자기 기록 방식이 제시되고 있다. 수직 자기 기록 방식은 정보가 기록되는 자기 기록층을 수직 방향으로 자화시켜 정보를 기록하는 방식이다. 이와 같은 자기 기록층은 높은 자기 이방성(magnetic anisotropy)과 보자력(coercivity)을 지닌 자성 물질로 형성된다. 이하, 도 1을 참고하여 종래 기술에 의한 수직 자기 기록 장치에 대해 설명하고자 한다.
도 1은 종래 기술에 의한 수직 자기 기록 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 일반적으로 수직 자기 기록 장치는 수직 자기 기록 매체 및 자기 헤드를 포함하고 있다.
도 1a를 참조하면, 종래의 수직 자기 기록 매체는 기판(10) 상에 순차적으로 형성된 연자성 하지층(11), 기록층(12) 및 보호층(13)을 포함한 구조를 지니고 있다. 연자성 하지층(11) 및 기록층(12) 사이에는 중간층(intermediate layer)이 더 형성될 수 있다. 수직 자기 기록 매체의 상방에는 자기 헤드(15)가 위치하여, 메인 폴(main pole)과 리턴 폴(return pole)로 구성된다. 여기서 연자성 하지층(11)은 기록층(12)의 A 영역을 효과적으로 자화시켜 데이터(data)를 기록(write)하기 용이하게 하기 위하여 도입된 것이다.
구체적으로 자기 헤드에서 기록층(12)에 대해 자장(Magnetic flux : M)을 인가하여 기록층(12)을 자화시킴으로써 정보를 기록한다. 예를 들어 기록층(12)에 정보를 기록하는 경우, 메인 폴로부터 방출된 자속(magnetic flux)은 기록층(12)을 비트 영역(bit region) 단위로 자화시키고, 기록층(12) 하부의 연자성 하지층(11)을 따라 흐른 뒤, 리턴 폴로 회수되게 된다. 연자성 하지층(11)을 도입함으로써 메인 폴로부터 방출된 자속 밀도가 흐트러지지 않고 기록층(12)에 효과적으로 전달되므로, 기록층(12)은 이러한 자속에 의해서 보다 효과적으로 자화되게 되는 것이다.
연자성 하지층(11)의 구조를 도 1b를 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 1b는 종래 기술에 의한 연자성 하지층의 구조를 나타낸 도면이다. 기판(21) 상에 시드층(102) 및 버퍼층(103)과 같은 하지층이 형성되어 있으며, 하지층 상에 반강자성층(104)과 연자성층(105)이 순차적으로 형성되어 있다. 그리고, 선택적으로 연자성층(105)의 상부에는 기록층(106)이 형성되어 있으며, 선택적으로 연자성층(105) 및 기록층(106) 사이에 중간층(미도시)이 더 형성될 수 있다. 구체적으로 각 층의 물질들을 열거하면, 기판(101)은 글래스, 시드층(102)은 Ta, 버퍼층(103)은 NiFeCr, 반강자성층(104)은 IrMn, 연자성층(105)은 CoNbZr로 형성될 수 있으며, 중간층은 Ru로 형성될 수 있다.
도 1b와 같은 구조의 연자성 하지층은 스퍼터링 공정 등에 의해 형성되며, r기록층의 구조 및 조성에 따라 고온의 열처리 공정을 수반할 수 있다. 통상 자기 저항 소자에 사용되는 전이 금속, 예를 들어 Mn, Fe, Co 또는 Ni 등은 섭씨 약 500도 이상의 고온 공정에서 확산을 하게 되며, 이로 인하여 교환 결합력 등의 자기적 특성의 열화를 가져와 결과적으로 수직 자기 기록 매체의 기록 특성을 저하시키게 된다. 따라서, 고온 공정에서 자기 기록 매체의 연자성 하지층에 사용되는 전이 금속들의 확산 현상을 방지하기 위한 새로운 구조가 요구된다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연자성 하지층을 구성하는 주요 구성 성분들의 고온 열처리 공정에서의 확산을 방지하기 위하여 그 내부에 확산 방지층을 삽입한 연자성 하지층을 지닌 수직 자기 기록 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명에서는,
연자성 하지층 및 상기 연자성 하지층 상에 형성된 기록층을 포함하는 수직 자기 기록 매체에 있어서, 상기 연자성 하지층은,
시드층과 상기 시드층 상에 형성된 버퍼층을 포함하는 하지층;
상기 하지층 상에 형성된 확산 방지층;
상기 확산 방지층 상에 형성된 반강자성층;
상기 반강자성층 상에 형성된 연자성층;을 포함하는 것을 확산 방지층이 삽입된 연자성 하지층을 포함하는 수직 자기 기록 매체를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 하지층은 시드층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는 연자성 하지층 및 상기 연자성 하지층 상에 형성된 기록층을 포함하는 수직 자기 기록 매체에 있어서, 상기 연자성 하지층은,
하지층;
상기 하지층 상에 형성된 확산 방지층;
상기 확산 방지층 상에 형성된 반강자성층;
상기 반강자성층 상에 형성된 중간 자성층; 및
상기 중간 자성층 상에 형성된 연자성층;을 포함하는 확산 방지층이 삽입된 연자성 하지층을 포함하는 수직 자기 기록 매체를 제공한다.
삭제
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본 발명에 있어서, 상기 확산 방지층은 Ru을 포함하여 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 반강자성층은 Mn계 화합물로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 연자성층은 CoFeB, CoZrNb 또는 CoTaZr와 같은 Co계 합금물질이나, Co90Fe10 또는 Co35Fe65와 같은 CoFe 계열의 합금으로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 시드층은 Ta 또는 Ta 합금으로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 버퍼층은 Ta/Ru 화합물 또는 NiFeCr으로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 중간 자성층은 CoFeB로 형성된 것을 특징으로 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 연자성 하지층을 포함하는 수직 자기 기록 매체 및 그 제조 방법을 상세히 설명하기로 한다. 여기서 도면에 나타낸 각 층들의 상대적인 두께의 설명을 위하여 다소 과장된 것임을 명심하여야 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 확산 방지층이 삽입된 연자성 하지층을 포함하는 수직 자기 기록 매체를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 연자성 하지층을 포함하는 수직 자기 기록 매체는 기판(201) 상에 하지층(202, 203), 확산 방지층(204), 반강자성층(205) 및 연자성층(206)이 순차적으로 형성되어 있다. 연자성층(206) 상에는 기 록층(207)이 형성되어 있으며, 연자성층(206)과 기록층(207) 사이에 기록층(207)의 결정 배향성 및 자기적인 특성을 향상시키기 위한 중간층(미도시)이 더 형성될 수 있다. 그리고, 기록층(207) 상에 보호층 및/또는 윤활층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 하지층(202, 203)은 시드층(202) 및 버퍼층(203)으로 구성될 수 있다.
구체적으로 본 발명의 실시예에 의한 각 층의 재료를 살펴보면 다음과 같다. 기판(201)은 통상적인 수직 자기 기록 매체에서 사용되는 기판의 재료를 제한없이 이용할 수 있으며, 예를 들어 글래스(glass) 등이 있다. 시드층(202) 및 버퍼층(203)은 그 상부에 형성될 자성층의 성장을 위한 것이다. 예를 들어 시드층(202)은 Ta나 Ta 합금 등으로 형성시킬 수 있으며, 버퍼층(203)은 Ta/Ru 화합물 또는 NiFeCr 등으로 형성시킬 수 있다.
확산 방지층(204)은 버퍼층(203) 또는 강자성층(205)을 구성하는 전이 금속 물질(Mn, Fe, Co 또는 Ni 등)의 확산을 방지하기 위해서 도입된 것으로, 상부에 형성되는 반강자성층(205)의 성장에 악영향을 미치지 않는 비자성 재료로 형성시키는 것이 바람직하다. 구체적으로 Ru와 같은 물질을 수 nm 내지 수십 nm 두께로 형성할 수 있다. 확산 방지층(204)을 버퍼층(203) 및 반강자성층(205) 사이에 도입하는 경우, 섭씨 약 500 전후의 고온 열처리 공정에서 버퍼층(203) 또는 반강자성층(205)을 구성하는 전이 금속 물질, 예를 들어 Mn, Fe, Co 또는 Ni 등과 같은 물질들이 각 층과 층 사이의 계면을 넘어 확산하는 현상을 방지할 수 있다. 자성층을 구성하는 성분들이 계면을 넘어 확산하는 경우에는, 자기 이력 곡선의 변형을 일으켜 결과적으로 수직 자기 기록 매체의 기록 특성을 저하시킨다. 따라서, 확산 방지층 (204)을 도입함으로써 수직 자기 기록 매체의 기록 특성을 고온 열처리 공정을 거치는 경우에도 유지할 수 있는 장점이 있다. 이에 대해서는 후술 과정에서 상세히 살펴보도록 한다.
반강자성층(205)은 그 상부에 형성되는 연자성층(206)의 자화 방향을 결정하며, 그 두께에 따라 교환 결합력이 변화될 수 있다. 이와 같은 반강자성층(205)은 IrMn과 같은 Mn계 화합물을 수 nm 내지 수십 nm 두께로 형성할 수 있다. 연자성층(206)은 다양한 자성 물질로 형성될 수 있으며, CoFeB, CoZrNb 또는 CoTaZr와 같은 Co계 합금물질이나, Co90Fe10 또는 Co35Fe65와 같은 CoFe 계열의 합금으로 형성시킬 수 있다. 반강자성층(205) 및 연자성층(206) 사이에는 중간 자성층(미도시)을 더 형성시킬 수 있다. 중간 자성층은 예를 들어 CoFeB를 수 nm의 두께로 형성함으로써 반강자성층(205)이 연자성층(206)의 자화 방향을 고정시키는 효과를 강화시킬 수 있다.
도 3a는 확산 방지층을 포함하지 않은 수직 자기 기록 매체의 as-depo 상태에서의 M-H 특성을 나타낸 그래프이다. 여기서 측정 대상으로 사용된 시편은 확산 방지층을 포함하지 않은 수직 자기 기록 매체로서, 글래스 기판 상에 약 5nm 두께의 Ta 시드층을 형성하고, 시드층 상부에 약 5nm 두께의 NiFeCr 버퍼층을 형성시켰다. 그리고, 버퍼층 상에 10nm의 IrMn 반강자성층을 형성시키고, 반강자성층 상에 중간 자성층으로 CoFeB를 약 2nm로 형성시켰다. 중간 자성층 상에 연자성층은 약 40nm 두께의 CoZrNb로 형성시켰으며, 그 상부에 약 20nm 두께의 Ru 층을 형성시켰 다.
도 3b는 본 발명의 실시예에 의한 확산 방지층이 삽입된 연자성 하지층을 포함하는 수직 자기 기록 매체의 as-depo 상태에서의 M-H 특성을 나타낸 그래프이다. 여기서 측정 대상으로 사용된 시편은 확산 방지층을 포함하는 수직 자기 기록 매체로서, 글래스 기판 상에 약 5nm 두께의 Ta 시드층을 형성하고, 시드층 상부에 약 5nm 두께의 NiFeCr 버퍼층을 형성시켰다. 그리고, 버퍼층 상에 10nm의 확산 방지층을 형성시키고, 확산 방지층 상부에 2nm 두께의 CoFeB 중간 자성층 및 10nm 두께의 IrMn 반강자성층을 형성시켰다. 그리고, 반강자성층 상에 연자성층으로 약 40nm 두께의 CoZrNb로 형성시켰으며, 그 상부에 약 20nm 두께의 Ru 층을 형성시켰다. 즉, 도 3b의 측정 대상 시편의 경우, 도 3a의 측정 대상 시편과 비교하여 확산 방지층을 버퍼층 및 반강자성층 사이에 삽입한 것이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 도 3a의 경우에는 교환 결합력(Hex)이 약 35 Oe 이며, 도 3b의 경우에는 교환 결합력이 약 45 Oe이다. 열처리를 하지 않은 상태에서 교환 결합력은 확산 방지층을 삽입한 구조가 더 큰 것을 확인할 수 있다.
도 4a는 확산 방지층을 포함하지 않은 수직 자기 기록 매체에 대해 열처리를 실시한 한 상태에서의 M-H 특성을 나타낸 그래프이다. 여기서 측정 대상으로 사용된 시편은 상기 도 3a에서 사용한 시편이며, 열처리는 주변온도 섭씨 600도의 분위기 하에서 32.5초간 실시하였다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 의한 확산 방지층이 삽입된 연자성 하지층을 포함하는 수직 자기 기록 매체에 대해 열처리를 실시한 상태에서의 M-H 특성을 나타 낸 그래프이다. 여기서 측정 대상으로 사용된 시편은 상술한 도 4b에 관한 설명에서 사용한 시편으로, 열처리는 주변온도 섭씨 600도의 분위기 하에서 32.5초간 실시한 것이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 확산 방지층이 형성되지 않은 경우에는 교환 결합력이 대폭 감소하여 거의 0 Oe를 나타내는 것을 알 수 있다. 이에 반해, 확산 방지층이 삽입된 구조에 대한 열처리 공정 후에는 교환 결합력이 24 Oe로 비록 열처리 전인 as-depo 상태였을 때보다는 감소하였지만 확산 방지층을 삽입하지 않은 경우에 비해 명확하게 교환 결합력은 향상된 것을 확인할 수 있다.
도 5a는 종래 기술에 의한 확산 방지층을 포함하지 않은 수직 자기 기록 매체를 형성한 후 주변 온도 섭씨 600도 분위기 하에서 열처리한 뒤 SIMS로 조성 분포를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 구체적으로 도 4a의 측정 대상 시편에 대해 그 조성 분포를 측정한 것이다.
도 5a를 참조하면, 전반적으로 열처리에 의해 각 원소들의 확산이 활발하며, 특히 가로축 1500s에서 가장 높은 픽을 나타내는 Mn의 경우 확산에 의해 다른 층에서도 높은 조성 분포를 유지하고 있는 것을 알 수 있다.
도 5b는 본 발명의 실시예에 의한 확산 방지층이 삽입된 연자성 하지층을 포함하는 수직 자기 기록 매체를 형성한 후 섭씨 600도에서 열처리한 뒤 SIMS로 조성 분포를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 구체적으로 도 4b의 측정 대상 시편에 대해 그 조성 분포를 측정한 것이다.
도 5b를 참조하면, 전반적으로 도 5a의 결과에 비해 각 원소들의 확산이 크 게 줄어든 것을 알 수 있다. 특히, Mn의 경우에는 도 5a의 결과와 비교하여 확연히 차이가 날 정도로 그 분포가 줄어들었으며, 기타 Fe, Co 및 Ni의 경우에도 전반적으로 낮은 확산 분포를 가지는 것을 확인할 수 있다. 도 5a의 결과와 비교하면 특히, Mn 및 Cr의 경우에는 확산 방지층의 유무에 따라 열처리를 하는 경우 거의 1/10 정도의 확산이 줄어들게 되는 것을 알 수 있다. 확산 방지층의 도입에 의해 자성층을 구성하는 금속들의 확산이 방지되며, 결과적으로 열적 안정성이 확보될 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 본 발명의 권리 범위에 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 수직 자기 기록 매체의 하지층과 반강자성층 사이에 확산 방지층을 도입함으로써 열처리 공정에서 반강자성층 또는 하지층을 구성하는 전이 금속들의 확산을 방지하여 기록 매체의 기록 특성이 저하되는 현상을 방지할 수 있다.
둘째, 확산 방지층에 의해 열적으로 매우 안정한 수직 자기 기록 매체를 제공함으로써, 제조 공정의 열처리 온도를 더 높일 수 있으며, 또한 더 높은 온도의 환경에서도 안정적으로 사용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 연자성 하지층 및 상기 연자성 하지층 상에 형성된 기록층을 포함하는 수직 자기 기록 매체에 있어서, 상기 연자성 하지층은,
    시드층과 상기 시드층 상에 형성된 버퍼층을 포함하는 하지층;
    상기 하지층 상에 형성된 확산 방지층;
    상기 확산 방지층 상에 형성된 반강자성층;
    상기 반강자성층 상에 형성된 연자성층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 확산 방지층이 삽입된 연자성 하지층을 포함하는 수직 자기 기록 매체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 하지층은 시드층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 확산 방지층이 삽입된 연자성 하지층을 포함하는 수직 자기 기록 매체.
  3. 삭제
  4. 연자성 하지층 및 상기 연자성 하지층 상에 형성된 기록층을 포함하는 수직 자기 기록 매체에 있어서, 상기 연자성 하지층은,
    하지층;
    상기 하지층 상에 형성된 확산 방지층;
    상기 확산 방지층 상에 형성된 반강자성층;
    상기 반강자성층 상에 형성된 중간 자성층; 및
    상기 중간 자성층 상에 형성된 연자성층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 확산 방지층이 삽입된 연자성 하지층을 포함하는 수직 자기 기록 매체.
  5. 제 1항, 제 2항 또는 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 확산 방지층은 Ru을 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 확산 방지층이 삽입된 연자성 하지층을 포함하는 수직 자기 기록 매체.
  6. 제 1항, 제 2항 또는 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반강자성층은 Mn계 화합물로 형성된 것을 특징으로 하는 확산 방지층이 삽입된 연자성 하지층을 포함하는 수직 자기 기록 매체.
  7. 제 1항, 제 2항 또는 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연자성층은 CoFeB, CoZrNb 또는 CoTaZr와 같은 Co계 합금물질이나, Co90Fe10 또는 Co35Fe65와 같은 CoFe 계열의 합금으로 형성된 것을 특징으로 하는 연자성 하지층을 지닌 수직 자기 기록 매체.
  8. 제 1항 또는 2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시드층은 Ta 또는 Ta 합금으로 형성된 것을 특징으로 하는 확산 방지층이 삽입된 연자성 하지층을 포함하는 수직 자기 기록 매체.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 버퍼층은 Ta/Ru 화합물 또는 NiFeCr으로 형성된 것을 특징으로 하는 확산 방지층이 삽입된 연자성 하지층을 포함하는 수직 자기 기록 매체.
  10. 제 4항에 있어서,
    상기 중간 자성층은 CoFeB로 형성된 것을 특징으로 하는 확산 방지층이 삽입된 연자성 하지층을 포함하는 수직 자기 기록 매체.
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