KR100738108B1

KR100738108B1 - 수직자기기록매체

Info

Publication number: KR100738108B1
Application number: KR1020060017244A
Authority: KR
Inventors: 이택동; 탁영욱; 이성철
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2007-07-12
Also published as: JP2007226945A; CN101025932A; US20070196697A1; CN101025932B

Abstract

수직자기기록매체가 개시되어 있다.

이 개시된 수직자기기록매체는 기판과, 기판 위에 형성된 제1 연자성 하지층과, 제1 연자성 하지층 위에 형성되며 수직자기이방성을 갖는 수직이방성 중간층과, 수직이방성 중간층 위에 형성된 제2 연자성 하지층과, 제2 연자성 하지층 위에 형성된 수직자기기록층을 포함한다.

상기의 구조에 의하여 기판과 수직자기기록층 사이의 층들에서의 자기 소용돌이가 억제되어, 수직자기기록매체의 자화속도가 빨라지며 노이즈가 감소되며 기록자계가 강화될 수 있다.

Description

수직자기기록매체{Perpendicular magnetic recording media}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수직자기기록매체의 개략적인 단면도이다.

도 2는 자구벽의 두께와 자구벽 에너지밀도의 관계를 보여주는 그래프이다.

도 3a와 도 3b는비교예에 따른 수직자기기록매체의 기록중 및 기록후의 자화구조를 각각 보인 도면이다.

도 4a와 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 수직자기기록매체의 기록중 및 기록후의 자화구조를 각각 보인 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10...기판 11...제1 연자성 하지층

12...수직이방성 중간층 13...제2 연자성 하지층

15...수직자기기록층 18...보호층

19...윤활층 V...자기 소용돌이

본 발명은 수직자기기록매체에 관한 것으로, 상세하게는 기판과 수직자기기록층 사이의 층들의 구조를 개선하여 노이즈를 감소시킨 수직자기기록매체에 관한 것이다.

최근에 자기 디스크 장치(magnetic disk device)와 같은 기록매체의 면기록 밀도(areal recording density)는 급속히 증가되고 있다. 자기 디스크의 면기록 밀도를 증가시키기 위해 수직자기기록 방식이 제시되고 있다. 수직자기기록 방식의 매체는 수직자기기록층을 수직 방향으로 자화시켜 기록 밀도의 증가를 의도하고 있다. 이러한 수직자화를 위한 수직자기기록층은 상대적으로 높은 자기이방성(magnetic anisotropy) 및 높은 보자력(coercivity)을 나타낼 수 있는 자성 물질을 이용하고 있다.

이러한 수직자기기록층을 효과적으로 자화시켜 데이터를 수직자기기록층에 기록하는 데 도움을 주기 위해서, 수직자기기록층과 수직자기기록층을 지지하는 기판 사이에 연자성 하지층(Soft magnetic UnderLayer)의 도입되고 있다. 수직자기기록층 상부에는 자속(magnetic flux)을 형성하여 수직자기기록층을 자화시키는 자기 헤드가 배치된다.

기록 동작 시 자기 헤드의 기록폴로부터 방출된 자속은 수직자기기록층을 비트 영역 단위로 자화시키고, 수직자기기록층 아래의 연자성 하지층을 따라 흐른 뒤, 자기 헤드의 리턴 폴로 회수되게 된다. 이와 같이 연자성 하지층의 도입됨으로써 자기기록매체 내에서 자기회로의 형성을 원활하게 되고 기록폴로부터 방출된 자속이 흐트러지지 않고 수직자기기록층에 효과적으로 전달되어, 수직자기기록층이 효과적으로 자화되게 된다.

그러나, 연자성 하지층에 자기회로가 원활하게 형성되기 위해서는, 연자성 하지층이 포화되지 않아야 한다. 이를 위해서는 연자성 하지층이 충분한 두께를 가지는 것이 요구되며, 또한, 충분한 포화자화(Saturation Magnetization: Ms)를 가질 것이 요구된다. 그런데, 두꺼운 두께의 연자성 하지층을 도입할 경우, 자기기록시 기록폴로부터 방출된 자속에 의하여 자기 소용돌이(magnetic vortex)가 발생하며 이러한 자기 소용돌이는 자화시간의 지연과 노이즈의 원인이 된다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 자기 소용돌이의 발생을 억제하여 노이즈를 효과적으로 감소시킬 수 있는 연자성 하지층의 구조를 가진 수직자기기록매체를 제공함을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 수직자기기록매체는, 기판과; 상기 기판 위에 형성된 제1 연자성 하지층과; 상기 제1 연자성 하지층 위에 형성되며, 수직자기이방성을 갖는 수직이방성 중간층과; 상기 수직이방성 중간층 위에 형성된 제2 연자성 하지층과; 상기 제2 연자성 하지층 위에 형성된 수직자기기록층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제2 연자성 하지층은 수직방향으로의 반전자화가 형성되지 않도록 닐벽(Neel wall)의 자구벽 에너지밀도가 블록벽(Bloch wall)의 자구벽 에너지밀도보다 낮은 두께를 갖는 것이 바람직하다.

상기 제2 연자성 하지층은 그 두께가 5 nm 내지 20 nm 범위 내에 있는 것이 바람직하다.

상기 수직이방성 중간층은 반경질 자성체인 것이 바람직하다.

상기 수직이방성 중간층은 Co, CoFe 합금 및 NiFe 합금으로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.

상기 수직이방성 중간층은 그 두께가 2 nm 내지 10 nm 범위 내에 있는 것이 바람직하다.

상기 수직이방성 중간층은 적어도 5 kG로 포화자화된 것이 바람직하다.

상기 수직이방성 중간층은 그 자기이방성에너지가 5×10⁵ erg/cc 내지 1×10⁶ erg/cc의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수직자기기록매체를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.

도면을 참조하면, 수직자기기록매체는 기판(10)과, 상기 기판(10) 위에 순차로 형성된 제1 연자성 하지층(11), 수직이방성 중간층(12), 제2 연자성 하지층(13) 및 수직자기기록층(15)을 포함한다. 또한, 상기 수직자기기록층(15) 위에는 수직자기기록층(15)을 외부로부터 보호하는 보호막(18)이 더 형성될 수 있다. 보호막(18) 위에는 자기 헤드와의 충돌 및 습동 등에 의한 자기 헤드 및 보호막(18)의 마모를 감소시키기 위한 윤활층(24)이 더 마련될 수 있다.

상기 제1 및 제2 연자성 하지층(11,13)은 기록 동작시 자기 헤드(미도시)로부터 방출된 자속이 자기기록매체 내에서 원활하게 자기회로를 형성할 수 있도록 하여 수직자기기록층(15)이 효과적으로 자화되게 한다. 이를 위하여 상기 제1 및 제2 연자성 하지층(11,13)은 투자율이 높으면서도 보자력이 작은 연질 자성체로 형성된다.

상기 제1 연자성 하지층(11)은 자기 헤드의 기록용 폴들의 포화자화보다 상대적으로 높은 포화자화를 가지고 충분한 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 만일, 제1 연자성 하지층(11)이 상대적으로 작은 포화자화 및 두께를 가진다면, 상기 제1 연자성 하지층(11)은 포화되어 자기 헤드로부터 인입되는 자속을 충분히 전달할 수 없게 된다.

상기 제2 연자성 하지층(13)은 자기 소용돌이가 형성되지 않을 정도로 얇은 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 제2 연자성 하지층(13)의 두께는 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 제2 연자성 하지층(13)이 포화자화(Ms) 17 kG를 갖는 경우에 있어서, 자구벽(magnetic domain wall)의 두께과 자구벽 에너지밀도의 관계를 보여주는 그래프이다.

자구벽은 블록벽(Bloch wall)과 닐벽(Neel wall)의 두 가지 모델로 일반적으로 구분되어 다루어질 수 있다. 여기서 블록벽은 제2 연자성 하지층(13)에 수직한 방향으로 반전자화가 형성되는 자구벽이며, 닐벽은 제2 연자성 하지층(13)에 평행한 방향으로 반전자화가 형성되는 자구벽이다. 이러한 자구벽은 자기기록중 내지 자기기록후에 제2 연자성 하지층(13)에 형성되는 자구의 경계를 이루는 것이다. 자기기록시 발생될 수 있는 자기 소용돌이는 제2 연자성 하지층(13)에 대하여 수직한 면상에 형성(도 3의 V 참조)되므로 수직한 방향으로 반전자화되는 블록벽과 관계된다. 반면에 닐벽은 제2 연자성 하지층(13)에 수직한 방향으로 형성되는 자기 소용돌이와 무관하다. 따라서, 제2 연자성 하지층(13)은 자기 소용돌이가 억제되기 위해서 수직방향으로의 반전자화되는 블록벽이 형성되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

자구벽의 에너지밀도는 제2 연자성 하지층(도 1의 13)의 두께와 관련되므로, 블록벽 내지 닐벽의 형성은 제2 연자성 하지층(13)의 두께에 의해 제한을 받는다. 따라서, 제2 연자성 하지층(13)은 그 두께를 결정함에 있어서, 닐벽의 에너지밀도가 블록벽의 에너지밀도보다 낮도록 하는 두께를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 제2 연자성 하지층(13)이 소정의 천이 두께 이하의 두께를 가지는 경우, 블록벽의 에너지밀도보다 닐벽의 에너지밀도가 더 낮아, 자구의 경계에 닐벽이 형성되게 된다. 여기서 천이 두께란 블록벽의 에너지밀도와 닐벽의 에너지밀도가 같은 천이 지점에서의 제2 연자성 하지층(13)의 두께이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 제2 연자성 하지층(13)이 포화자화(Ms) 17kG를 갖는 경우, 그 천이 두께는 대략 20 nm이다. 이 경우, 제2 연자성 하지층(13)의 두께(T1)가 대략 20 nm보다 작다면, 닐벽의 에너지밀도가 블록벽의 에너지밀도보다 낮아 블록벽의 형성보다 닐벽의 형성이 보다 용이하며, 제2 연자성 하지층(13)에 수직한 방향으로의 반전자화 및 자기 소용돌이가 억제된다. 한편, 제2 연자성 하지층 (13)의 두께(T1)는 안정적으로 박막상태를 유지하기 위하여 적어도 5 nm보다 두꺼운 것이 바람직하다. 따라서, 제2 연자성 하지층(13)의 두께(T1)는 자기 소용돌이를 억제하기 위하여 대략 5 nm 내지 20 nm 의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 수직이방성 중간층(12)은 수직자기이방성을 갖는 반경질 자성체(semi-hard magnetic material)로 형성되는 것이 바람직하다. 반경질 자성체란 연질 자성체보다는 보자력이 크고, 경질 자성체보다는 쉽게 자화되는 것으로 연질 자성체와 경질 자성체의 중간적인 자기특성을 갖는 물질이다. 이러한 반경질 자성체로 형성된 수직이방성 중간층(12)은 경질 자성체로 형성되는 수직자기기록층(15)보다는 쉽게 자화되며 보자력이 작다. 그러므로, 수직이방성 중간층(12)은 제1 및 제2 연자성 하지층(11,13)과 함께 자기 헤드로부터 방출된 자속이 자기기록매체 내에서 원활하게 자기회로를 형성할 수 있도록 하여 수직자기기록층(15)이 효과적으로 자화될 수 있도록 한다. 또한, 상기 수직이방성 중간층(12)은 연자성 하지층(11,13) 보다는 보자력이 크고 자화되기 어려우므로, 상기 연자성 하지층(11,13)에서 발생될 수 있는 자기 소용돌이를 억제할 수 있다. 예를 들어, 상기 수직이방성 중간층(12)은 대략 5 kG로 포화자화(Ms)되고, 그 자기이방성에너지(Ku)가 5×10⁵ 내지 1×10⁶ erg/cc의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.

상기 수직이방성 중간층(12)은 수직자기이방성을 가질 수 있는 막두께가 요구된다. 예를 들어, 상기 수직이방성 중간층(12)의 두께(T2)는 대략 10 nm보다는 작은 것이 바람직하다. 한편, 상기 수직이방성 중간층(12)은 박막공정을 통해 형성 될 수 있으며, 이 경우 상기 수직이방성 중간층(12)의 두께(T2)는 적어도 2 nm보다 큰 것이 바람직하다. 따라서, 상기 수직이방성 중간층(12)은 대략 2 nm보다는 크고, 대략 10 nm보다는 작은 것이 바람직하다. 상기 수직이방성 중간층(12)은 박막이 안정되기 위하여 5 nm보다 큰 것이 보다 바람직하다.

상기 수직이방성 중간층(12)은 수직자기이방성을 가지므로, 수직자기기록층(15)을 수직으로 지나는 기록 자계와 같은 방향으로 자기모멘트가 배열된다. 즉, 상기 수직이방성 중간층(12)의 자기모멘트는 수직자기기록층(15)에 정렬된 자기모멘트의 방향과 같은 방향을 가지므로, 상기 수직이방성 중간층(12)은 수직자기기록층(15)의 기록자계를 강화시킬 수 있다. 즉, 상기 수직이방성 중간층(12)은 수직자기기록매체의 재생시 출력이 증가되도록 하여 SNR특성을 향상시킨다.

상기 수직이방성 중간층(12)은 Co, CoFe 합금 또는 NiFe 합금으로 형성될 수 있다. 상기 수직이방성 중간층(12)은 스퍼터링(sputtering) 박막제작방법을 통해 증착되어 형성될 수 있다. 가령, 수직이방성 중간층(12)이 Co 박막으로 형성되는 경우, Co 박막을 단층으로 증착하여 상기 수직이방성 중간층(12)이 수직방향으로 결정자기이방성을 갖도록 할 수 있다. 또한, 수직이방성 중간층(12)이 CoFe 합금박막으로 형성되는 경우, 연자성을 갖는 시드층(seed layer)을 먼저 증착한 후 CoFe 합금박막을 증착하여 수직방향으로 탄성자기이방성이 형성되도록 할 수 있다.

상기 수직자기기록층(15)은 자기 헤드의 쓰기 동작시 기록되는 단위 비트의 자화 방향이 수직으로 세워져 정보가 기록되는 층이다. 예를 들어, 상기 수직자기기록층(15)은 수직 자기 이방성이 뛰어난 Co계 합금 또는 Fe계 합금의 강자성 물질 을 사용하여 형성될 수 있다.

도 3a 내지 도 4b는 본 발명의 자기기록매체가 자기 소용돌이를 억제하는 것을 비교예와 대비하여 보여준다.

<비교예>

도 3a 및 도 3b에 도시된 비교예에 따른 자기기록매체는 단층의 연자성 하지층(21)과 그 위에 적층된 수직자기기록층(25)을 구비한 것으로, 도 3a는 기록중 자화구조를 나타낸 것이고, 도 3b는 기록후 자화구조를 나타낸 것이다. 여기서 연자성 하지층(21)은 15 kG의 포화자화(Ms)를 가지며, 그 두께가 90 nm이다.

도 3a를 참조하면, 연자성 하지층(21)은 기록중 자기 소용돌이(V)가 발생함을 볼 수 있다. 이러한 자기 소용돌이(V)는 연자성 하지층(21)의 자화방향이 빠르게 변환되는 것을 방해하여 자화시간을 지연시킴으로써 자기기록매체에 고밀도로 자기기록할 수 없게 한다. 도 3b를 참조하면, 자기 소용돌이(도 3a의 V)는 연자성 하지층(21)에 기록후 수직자기기록층(25)에 배열된 자기모멘트의 방향과 반대방향의 자기모멘트를 갖는 성분들을 생성시켜 노이즈의 원인이 되게 한다.

<실시예>

도 4a 및 도 4b에 도시된 실시예는 수직이방성 중간층(12)을 통하여 연자성 하지층을 제1 및 제2 연자성 하지층(11,13)으로 구분한 점을 제외하고는 상기 비교예에 따른 자기기록매체와 실질적으로 동일한 자기기록매체이다. 여기서 수직이방성 중간층(12)은 수직자기이방성 에너지가 1×10⁶erg/cc이고, 보자력이 대략 200O Oe인 반경질 자성체이다. 도면에서 도 1과 동일한 참조 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

여기서, 도 4a는 실시예의 기록중 자화구조를 나타내며, 도 4b는 실시예의 기록후 자화구조를 나타낸다.

도 4a를 참조하면, 제1 및 제2 연자성 하지층(11,13) 사이에 수직이방성 중간층(12)이 개재됨으로써 상기 제1 및 제2 연자성 하지층(11,13)에 자기 소용돌이가 억제되고 있음을 볼 수 있다. 이에 따라, 본 실시예는 제1 및 제2 연자성 하지층(11,13)의 자화방향이 빠르게 변환될 수 있어 자기기록매체의 자화시간을 단축시킬 수 있다. 이와 같이 자화시간이 단축되면 동일시간 내에 많은 정보가 기록될 수 있으므로, 자기기록매체에 고밀도로 자기기록을 하는데 유리하다.

또한, 수직이방성 중간층(12)의 자기모멘트의 방향이 수직자기기록층(15)의 자기모멘트방향과 일치함에 따라 수직자기기록층(15)에서의 기록자계가 보다 강화되고 재생시 출력이 증가되어, 우수한 SNR 특성이 확보될 수 있음을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 수직자기기록매체는 연자성 하지층에 수직이방성 중간층을 삽입함으로써 다음과 같은 효과를 확보할 수 있다.

첫째, 연자성 하지층에서의 자기 소용돌이를 억제함으로써 자기기록매체의 자화시간을 단축시킬 수 있다. 이는 고밀도로 자기기록하는데 유리하다.

둘째, 연자성 하지층에서 발생하는 노이즈를 억제할 수 있다.

셋째, 수직자기기록층의 기록자계가 보다 강화되고 재생시 출력이 증가되어 우수한 SNR특성이 확보될 수 있다.

이러한 본원 발명인 수직자기기록매체는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

기판;

상기 기판 위에 형성된 제1 연자성 하지층;

상기 제1 연자성 하지층 위에 형성되며, 수직자기이방성을 갖는 수직이방성 중간층;

상기 수직이방성 중간층 위에 형성된 제2 연자성 하지층; 및

상기 제2 연자성 하지층 위에 형성된 수직자기기록층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직자기기록매체.
제1항에 있어서,

상기 제2 연자성 하지층은 닐벽의 에너지밀도가 블록벽의 에너지밀도보다 낮은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 수직자기기록매체.
제2항에 있어서,

상기 제2 연자성 하지층은 그 두께가 5 nm 내지 20 nm 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 수직자기기록매체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 수직이방성 중간층은 반경질 자성체인 것을 특징으로 하는 수직자기기 록매체.
제4항에 있어서,

상기 수직이방성 중간층은 Co, CoFe 합금 및 NiFe 합금으로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나의 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 수직자기기록매체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 수직이방성 중간층은 그 두께가 2 nm 내지 10 nm 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 수직자기기록매체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 수직이방성 중간층은 적어도 5 kG로 포화자화된 것을 특징으로 하는 수직자기기록매체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 수직이방성 중간층은 그 자기이방성에너지가 5×10⁵ erg/cc 내지 1×10⁶ erg/cc의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 수직자기기록매체.