KR101810059B1 - 볼록한 자기 이방성 프로파일을 가지는 직교하는 자기 기록층을 포함하는 장치 - Google Patents
볼록한 자기 이방성 프로파일을 가지는 직교하는 자기 기록층을 포함하는 장치 Download PDFInfo
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Abstract
장치는 제 1 자기층, 제 1 자기층 상에 형성된 제 1 교환 브레이크층, 제 1 교환 브레이크층 상에 형성된 제 2 자기층, 제 2 자기층 상에 형성된 제 2 교환 브레이크층, 및 제 2 교환 브레이크층 상에 형성된 제 3 자기층을 포함할 수 있다. 제 1 자기층은 제 1 자기 이방성 필드(Hk1)를 포함하며, 제 2 자기층은 제 2 자기 이방성 필드(Hk2)를 포함하며, 제 3 자기층은 제 3 자기 이방성 필드(Hk3)를 포함한다. 일부 실시예들에서, Hk1-Hk2는 Hk2-Hk3 미만이다. 일부 실시예들에서. 장치는 직교 자기 기록 매체일 수 있다.
Description
본 발명은 자기 기록층에 데이터 기록을 원활하게 하면서 허용 가능한 값으로 또는 그 이상으로 자기 기록층의 열적 안정성을 유지할 수 있는 자기 기록층들에 대한 교환-결합 복합 구조에 관한 것으로, 본원 발명의 배경이 되는 기술은 US 2007/0072011 A1 (2007.03.29. 공개)에 개시되어 있다.
[0001] 도 1은 하드 디스크 드라이브의 개략적 다이어그램이다.
[0002] 도 2는 연속적으로 등급화된 조성물(continuously graded composition)을 포함하는 자기 기록층(magnetic recording layer)에 대한, 자기 이방성(magnetic anisotropy) 대 하드층으로부터의 거리에 대한 플롯의 예이다.
[0003] 도 3은 제 1 자기층, 제 1 교환 브레이크층(exchange break layer), 제 2 자기층, 제 2 교환 브레이크층, 및 제 3 자기층을 갖는 기록층을 포함하는 기록 매체 스택의 예를 예시하는 개략적 블록 다이어그램이다.
[0004] 도 4a-4e는 본 개시물에 따른 다수의 기록층들에 대한 자기 이방성 대 자기층의 예시적 플롯들이다.
[0005] 도 5는 n-1개의 교환 브레이크층들로 교번하는 n개의 자기층들을 포함하는 자기 기록층의 예를 예시하는 개략적 블록 다이어그램이다.
[0006] 도 6은 자기 기록층을 형성하기 위한 기술의 예를 예시하는 흐름도이다.
[0007] 도 7a 및 7b 각각은, 본 개시물에 따라 구성된 자기 기록층의 예에 대한, 스위칭 항자기성 등고선 지도(switching coercivity contour map) 및 에너지 배리어 감소 등고선 지도이다.
[0008] 도 8a 및 8b 각각은, 본 개시물에 따라 구성된 자기 기록층의 예에 대한, 스위칭 항자기성 등고선 지도(switching coercivity contour map) 및 에너지 배리어 감소 등고선 지도이다.
[0009] 도 9a 및 9b 각각은, 본 개시물에 따라 구성된 자기 기록층의 예에 대한, 스위칭 항자기성 등고선 지도(switching coercivity contour map) 및 에너지 배리어 감소 등고선 지도이다.
[0010] 도 10a 및 10b 각각은, 본 개시물에 따라 구성된 자기 기록층의 예에 대한, 스위칭 항자기성 등고선 지도(switching coercivity contour map) 및 에너지 배리어 감소 등고선 지도이다.
[0002] 도 2는 연속적으로 등급화된 조성물(continuously graded composition)을 포함하는 자기 기록층(magnetic recording layer)에 대한, 자기 이방성(magnetic anisotropy) 대 하드층으로부터의 거리에 대한 플롯의 예이다.
[0003] 도 3은 제 1 자기층, 제 1 교환 브레이크층(exchange break layer), 제 2 자기층, 제 2 교환 브레이크층, 및 제 3 자기층을 갖는 기록층을 포함하는 기록 매체 스택의 예를 예시하는 개략적 블록 다이어그램이다.
[0004] 도 4a-4e는 본 개시물에 따른 다수의 기록층들에 대한 자기 이방성 대 자기층의 예시적 플롯들이다.
[0005] 도 5는 n-1개의 교환 브레이크층들로 교번하는 n개의 자기층들을 포함하는 자기 기록층의 예를 예시하는 개략적 블록 다이어그램이다.
[0006] 도 6은 자기 기록층을 형성하기 위한 기술의 예를 예시하는 흐름도이다.
[0007] 도 7a 및 7b 각각은, 본 개시물에 따라 구성된 자기 기록층의 예에 대한, 스위칭 항자기성 등고선 지도(switching coercivity contour map) 및 에너지 배리어 감소 등고선 지도이다.
[0008] 도 8a 및 8b 각각은, 본 개시물에 따라 구성된 자기 기록층의 예에 대한, 스위칭 항자기성 등고선 지도(switching coercivity contour map) 및 에너지 배리어 감소 등고선 지도이다.
[0009] 도 9a 및 9b 각각은, 본 개시물에 따라 구성된 자기 기록층의 예에 대한, 스위칭 항자기성 등고선 지도(switching coercivity contour map) 및 에너지 배리어 감소 등고선 지도이다.
[0010] 도 10a 및 10b 각각은, 본 개시물에 따라 구성된 자기 기록층의 예에 대한, 스위칭 항자기성 등고선 지도(switching coercivity contour map) 및 에너지 배리어 감소 등고선 지도이다.
삭제
[0011] 도 1은 본 개시물의 일 양상에 따른 자기 기록 매체를 포함하는 자기 디스크 드라이브(10)의 예를 도시한다. 디스크 드라이브(10)는 베이스(12) 및 부분적으로 절단되어 도시된 상부 커버(14)를 포함한다. 베이스(12)는 디스크 드라이브(10)의 하우징(16)을 형성하기 위해 상부 커버(14)와 조합된다. 또한, 디스크 드라이브(10)는 하나 이상의 회전식 자기 기록 매체(18)를 포함한다. 자기 기록 매체(18)는 중심축 부근에서 매체(18)가 회전하도록 동작하는 스핀들(24)에 부착된다. 자기 기록 및 판독 헤드(22)가 자기 기록 매체(18)에 인접한다. 액추에이터 암(actuator arm)(20)은 자기 기록 매체(18)와의 통신을 위해 자기 기록 및 판독 헤드(22)를 보유한다.
[0012] 자기 기록 매체(18)는 자기적으로 배향되는 비트들로서 자기 기록층에 정보를 저장한다. 자기 판독/기록(read/write) 헤드(22)는 자기 기록 매체(18) 상에서 자기 기록층의 이산 도메인들(discrete domains)을 자화시키기 충분한 자기장들을 생성하는 기록(write) 헤드를 포함한다. 자기 기록층의 도메인들의 이러한 패턴들은 데이터 비트들로 표현되며, 자기 배향의 변화들은 "1"로 표현된다. "0"은 대략 2배의 비트 길이에 대해 일정 자화(constant magnetization)를 포함하는 영역에 의해 표현된다. 또한, 자기 기록 및 판독 헤드(22)는 자기 기록층의 이산 자기 도메인들의 자기장들을 검출할 수 있는 판독 헤드를 포함한다.
[0012] 자기 기록 매체(18)는 자기적으로 배향되는 비트들로서 자기 기록층에 정보를 저장한다. 자기 판독/기록(read/write) 헤드(22)는 자기 기록 매체(18) 상에서 자기 기록층의 이산 도메인들(discrete domains)을 자화시키기 충분한 자기장들을 생성하는 기록(write) 헤드를 포함한다. 자기 기록층의 도메인들의 이러한 패턴들은 데이터 비트들로 표현되며, 자기 배향의 변화들은 "1"로 표현된다. "0"은 대략 2배의 비트 길이에 대해 일정 자화(constant magnetization)를 포함하는 영역에 의해 표현된다. 또한, 자기 기록 및 판독 헤드(22)는 자기 기록층의 이산 자기 도메인들의 자기장들을 검출할 수 있는 판독 헤드를 포함한다.
[0013] 직교 자기 기록 매체는 자기 기록층에서 직교 자기 이방성 필드(Hk)를 가지며 자기 기록층의 평면에 실질적으로 직교하는 방향에서 형성되는 자화를 가지는 자기 기록 매체(18)이다. 직교 자기 기록 매체는 자기 기록 시스템들에 사용될 수 있다. 직교 자기 기록 매체는 다결정성 CoCr 또는 CoPt-산화물 함유 자기 기록층들로 제조될 수 있다. 다결정성 자기 기록층에서 Co-풍부(rich) 영역들은 강자기인 반면, Cr- 또는 산화물-풍부 영역들은 다결정성 자기 기록층에 인접 결정립계들(proximate grain boundaries)을 형성하며 비-자성이다. 인접한 강자기 그레인들 간의 측방 자기 교환 결합(lateral magnetic exchange coupling)은 그레인들 사이의 비-자성 영역들에 의해 감쇄된다(attenuated).
[0014] 주로 디바이스의 저장 용량 증가를 통해, 즉 자기 기록 매체(18)의 기록 면적 밀도(areal recording density)(인치 제곱 당 기가바이트(Gb/in2)로 표현됨) 증가를 통해 디스크 드라이브(10)와 같은 자기 데이터 저장 디바이스들에서의 진보가 이루어진다. 작은 평균의 그레인 직경들을 가지는 자기 저장 매체(18)는 자기 기록 매체의 기록 면적 밀도의 증가를 허용할 수 있다.
[0015] 고밀도 직교 자기 기록 매체는, 열적 안정성에 대한 높은 자기 이방성; 자기 기록 헤드에 의한 기록층의 작성력(writability)에 대한 낮은 스위층 필드; 자기 그레인들 또는 클러스터들 사이에서 작은 상관(correlation) 길이를 유지하기 위한 자기 그레인들 사이에서의 충분히 낮은 측방 자기 교환 결합; 좁은 스위칭 필드 분포(SFD:switching field distribution)를 유지하기 위해 자기 그레인들 사이에서의 충분히 높은 측방 자기 교환 결합; 및 열적 안정성을 유지하고 SFD를 최소화시키기 위해 그레인들 사이에서 자기 특성들에 대한 충분한 균일성을 포함하는, 자기 기록 층에서의 몇 가지 자기 특성들의 밸런스를 장점으로 할 수 있다.
[0016] 기록 면적 밀도의 증가가 지속됨에 따라, 작은 평균 직경을 갖는 자기 그레인들이 기록된 비트에서 자기 그레인들의 수를 작은 값으로 유지하는데 이용될 수 있다. 그러나 자기 기록 매체의 자기 안정성은 평균 그레인 직경이 감소됨에 따라 크게 관련된다.
[0017] 자기 그레인들은 그레인 볼륨(KuV, 여기서 Ku는 단위 볼륨당 자기 이방성 에너지이며, V는 볼륨임)과 비례하는 자기 이방성 에너지로 인해 이들의 자화 배향을 유지한다. 자기 이방성 에너지는 그레인들의 자화를 랜덤하게 재순응시키는(reorient) 열적 에너지 파동들과 비교된다(compete). 열적 에너지 파동들은 자기 기록층의 온도(KBT, 여기서 KB는 볼츠만 상수이며 T는 온도임)와 관련된다. 자기 이방성 에너지 대 열적 에너지의 비(KuV/kT)는 에너지 배리어(energy barrier)로서 참조되며, 이는 그레인들의 자기 안정성의 측정치(measure)이며 각각의 그레인들의 볼륨에 비례한다. 따라서, 단위 볼륨 당 동일한 자기 이방성 에너지(Ku)를 갖는 그레인들에 대해, 그레인 크기(그레인 볼륨)를 감소시키는 것은 면적 밀도를 증가시키나, 열적 안정성을 감소시킨다. Ku는 단위 볼륨당 자기 이방성 에너지에 대한 라벨이지만, Ku는 간명화를 위해 이후 자기 이방성 에너지로 칭한다.
[0018] 평균 그레인 크기에서의 감소로 인해 감소되는 열적 안정성을 해결하는 한 가지 방법은 자기 그레인들의 평균 이방성 필드(Hk)를 증가시키는 것이다. (Hk=2Ku/Ms이며, 여기서 Ms는 물질의 포화 자화(saturation magnetization)이다.) 통상적으로 높은 자기 이방성 필드를 가지는 자기 그레인들은 높은 자기 이방성 에너지(Ku)를 가지며, 따라서 낮은 자기 이방성 필드를 가지는 유사한 크기의 그레인 보다 열적으로 더욱 안정하다. 그러나 그레인들의 평균 자기 이방성 필드를 증가시키는 것은 그레인들의 자기 배향을 변화시키는데 이용되는 자기장을 증가시킬 수 있어, 따라서 데이터를 기록하는데 이용되는 자기장을 증가시킨다.
[0019] 본 명세서에서는 자기 기록층에 데이터 기록을 원활하게 하면서 허용가능한 값으로 또는 그 이상으로 자기 기록층의 열적 안정성(즉, 에너지 배리어)을 유지할 수 있는 자기 기록층들에 대한 교환-결합 복합(ECC :exchange-coupled composite) 구조들이 개시된다. 일부 실시예들에서, 본 명세서에 개시된 ECC 구조들은 자기 기록층으로 인해 데이터 기록이 원활하게 하면서 소정의 다른 자기 기록층들과 비교할 때 기록층의 열적 안정성을 증가시킨다.
[0020] 자기 기록층이 연속적으로 등급화된 물질(이를 테면, 자기 기록층의 조성들이 실질적으로 연속해서 변하고 개별 서브-층들로 나뉘지 않음)로 구성되는 일부 ECC 구조들이 제시되었다. 이러한 연속적으로 등급화된 ECC 구조들에서, 조성 구배(composition gradient)는 자기 기록층의 제곱되는 자기 이방성이 가장 높은 이방성 부분(Hkα1/x2 , 여기서 x는 가장 높은 이방성 부분으로부터의 거리)으로부터의 거리에 비례하여 감소되도록 선택되어야 한다는 것이 추가로 제안되었다. 다른 말로, 자기 기록층의 자기 이방성은 자기 기록층의 높은 이방성 부분 및 그 근처에서는 보다 빠르게 그리고 높은 이방성 부분으로부터의 거리가 증가함에 따라서는 더욱 느리게 감소해야 한다는 것을 제시했다. 도 2에 예시된 것처럼, 이는 자기 이방성 대 자기 기록층의 위치에 대한 플롯에서 오목한 형상을 산출한다. 이러한 Hkα1/x2 자기 이방성 등급이 제시되었던 예들에서, 자기 기록층의 가장높은 이방성 부분은 나머지의 기여도 없이도 열적으로 안정하며, 기록층의 이방성 부분을 낮춘다.
[0021] 도 1에 도시된 자기 기록 매체(18)는 본 개시물에 따라 ECC 기록층 구조를 포함한다. 본 개시물에 따른 ECC 기록층의 일 실시예에 대한 개략적 블록 다이어그램이 도 3에 예시된다. 도 3에 예시된 자기 기록 매체(18)는 기판(32), 소프트 언더층(SUL)(34), 제 1 중간층(36), 제 2 중간층(38), 직교 기록층(40) 및 보호 오버코트(54)를 포함한다.
[0022] 기판(32)은 예를 들어, Al, NiP 도금 Al, 유리 또는 세라믹 유리를 포함하는 자기 기록 매체에 사용하기에 적합한 임의의 물질을 포함할 수 있다.
[0023] 도 2에는 도시되지 않았지만, 일부 실시예들에서, 추가의 언더층이 기판(32)의 상부에 바로 제공될 수 있다. 추가의 언더층은 비정질일 수 있으며 기판에 대한 접착력 및 낮은 표면 조도(roughness)를 제공할 수 있다.
[0024] 소프트 언더층(SUL)(34)이 기판(32)(또는 존재할 경우, 추가의 언더층) 상에 형성된다. SUL(34)은 충분한 포화 자화(Ms) 및 낮은 자기 이방성 필드(Hk)를 갖는 임의의 자기 물질일 수 있다. 예를 들어, SUL(34)는 Ni; Co; Fe; NiFe(퍼몰로이), FeSiAl, 또는 FeSiAlN와 같은 Fe-함유 합금; CoZr, CoZrCr, 또는 CoZrNb와 같은 Co-함유 합금; 또는 CoFeZrNb, CoFe, FeCoB, 또는 FeCoC와 같은 CoFe-함유 합금과 같은 비정질 연성 자기 물질일 수 있다.
[0025] 제 1 중간층(36) 및 제 2 중간층(38)은 막 평면에 직교인 자기 용이축(magnetic easy axis)과 함께, 제 1 자기층(42)의 HCP (0002) 성장을 유도하는 HCP(hexagonal close packed) 결정성 배향을 설정하는데 이용될 수 있다.
[0026] 이를 테면, 예를 들어 다이아몬드형 탄소와 같은 보호 오버코트(54)가 직교 기록층(40) 위에 형성될 수 있다. 또 다른 예들에서, 보호 오버코트(54)는 예를 들어, 수소 또는 질소를 추가로 포함하는 비정질 탄소층을 포함할 수 있다. 도 3에는 도시되지 않았지만, 일부 실시예들에서, 보호 오버코트(54) 상에 윤활제층(lubricant layer)이 형성될 수 있다.
[0027] 직교 기록층(40)은 제 2 중간층(38) 상에 형성될 수 있으며, 제 1 자기층(42), 제 1 교환 브레이크층(44), 제 2 자기층(46), 제 2 교환 브레이크층(48), 제 3 자기층(50) 및 선택적으로, CGC(Continuous Granular Composite)층(52)을 포함할 수 있다. 제 1 자기층(42)은 제 1 자기 이방성 필드(Hk1)를 가지며, 제 2 자기층(46)은 제 2 자기 이방성 필드(Hk2)를 가지며, 제 3 자기층(50)은 제 3 자기 이방성 필드(Hk3)를 갖는다. 제 1 자기층(42), 제 2 자기층(46), 및 제 3 자기층(50)의 자기 이방성들은 각각 기록층(40)의 평면에 실질적으로 직교인 방향으로 배향된다(이를 테면, 제 1 자기층(42), 제 2 자기층(46), 및 제 3 자기층(50)의 자기 용이축들은 기록층(40)의 평면에 실질적으로 직교일 수 있다). 제 1 교환 브레이크층(44)은 제 1 자기층(42)과 제 2 자기층(46) 사이의 수직 교환 결합을 조정하는데 이용될 수 있고, 제 2 교환 브레이크층(48)은 제 2 자기층(46)과 제 3 자기층(50) 사이의 수직 교환 결합을 조정하는데 이용될 수 있다. 일부 예들에서, 자기 기록층(40)은 추가의 교환 브레이크층들 및 자기층들(이를 테면, n개의 자기층들 및 n-1개나 되는 교환 브레이크층들)을 포함할 수 있다.
[0028] 제 1 자기층(42), 제 2 자기층(46), 및 제 3 자기층(50) 각각은 과립형(granular)이며, 비자성 물질에 의해 인접한 자기 그레인(magnetic grain)로부터 실질적으로 떨어져 있는 자기 그레인들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 자기층(42), 제 2 자기층(46), 및 제 3 자기층(50)들 중 적어도 하나는 Co 합금, 예를 들어 Cr, Ni, Pt, Ta, B, Nb, O, Ti, Si, Mo, Cu, Ag, Ge, 또는 Fe 중 적어도 하나와 조합하는 Co를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 자기층(42), 제 2 자기층(46), 및 제 3 자기층(50)들 중 적어도 하나는, 예를 들어, Fe-Pt 합금 또는 Sm-Co 합금을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 자기층(42), 제 2 자기층(46), 및 제 3 자기층(50)들 중 적어도 하나는 Co 합금 및 Pt 합금 또는 Co 합금 및 Pd 합금이 교대하는 얇은 층들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 자기층(42), 제 2 자기층(46), 및 제 3 자기층(50)들 중 적어도 하나에서 그레인들을 분리하는 비자성 물질은 산화물, 이를 테면 예를 들어 자기 그레인들을 분리하는 SiO2, TiO2 CoO, Cr2O3, Ta2O5를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 제 1 자기층(42), 제 2 자기층(46), 및 제 3 자기층(50)들 중 적어도 하나에서 그레인들을 분리하는 비자성 물질은 Cr, B, C, 또는 다른 비강자성 원소를 포함할 수 있다.
[0029] 일부 예들에서, 제 1 자기층(42), 제 2 자기층(46), 및 제 3 자기층(50)들 중 적어도 하나는 Co-Pt 합금을 포함할 수 있다. 층들(42, 46, 50)의 자기 이방성 필드를 제어하는 한가지 방법은 각각의 층들의 Pt 함량을 제어하는 것이다. 예를 들어, 높은 Pt 함량을 포함하는 자기층은 낮은 Pt 함량을 포함하는 자기층 보다 높은 자기 이방성 필드를 가질 수 있다. 일부 예들에서, 높은 자기 이방성 필드 층은 약 18 at.% 보다 큰 Pt를 포함할 수 있다. 본 개시물의 일부 예들에 따라, Hk 구배는 제 1 자기층(42), 제 2 자기층(46), 및 제 3 자기층(50)의 Pt 함량에 의해 정의될 수 있다. 다른 말로, 일부 예들에서, Pt1-Pt2<Pt2-Pt3 이며, 여기서 Pt1은 제 1 자기층(42)의 Pt 함량이며, Pt2는 제 2 자기층(46)의 Pt 함량이며, Pt3은 제 3 자기층(50)의 Pt 함량이다. 일부 실시예들에서, Pt1는 대략 18 at.% 내지 22 at.%이며, Pt2는 대략 14 at.% 내지 18 at.%이며, Pt3는 대략 14 at.% 미만이며, Pt1-Pt2<Pt2-Pt3이다.
[0030] 제 1 교환 브레이크 층(44) 및 제 2 교환 브레이크 층(48) 각각은 상대적으로 낮은 포화 자화(Ms)를 갖는 물질을 포함한다. 예를 들어, 제 1 교환 브레이크 층(44) 및 제 2 교환 브레이크 층(48) 중 적어도 하나는 CoxRu1 -x 합금을 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 제 1 교환 브레이크 층(44) 및 제 2 교환 브레이크 층(48) 중 적어도 하나는 루테늄을 포함하거나 또는 본질적으로 루테늄으로 구성될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것처럼, "본질적으로 구성된다"는 층이 지명된 물질로 구성되나, 지명된 물질로 증착된 불순물들 또는 인접한 층들로부터 층으로 확산된 다른 원소들 또는 물질들을 포함할 수 있다는 것을 표시할 수 있다. 제 1 교환 브레이크 층(44) 또는 제 2 교환 브레이크 층(48)이 CoxRu1 -x 합금을 포함하는 예들에서, 브레이크 층(44 또는 48)은 대략 3 nm 미만의 두께를 포함할 수 있다. 제 1 교환 브레이크 층(44) 또는 제 2 교환 브레이크 층(48)이 본질적으로 Ru로 구성되는 예들에서, 브레이크 층(44 또는 48)은 더 얇을 수 있다, 이를 테면 3Å 미만일 수 있다.
[0031] Ru 또는 CoxRu1-x 합금 이외에, 제 1 교환 브레이크 층(44) 및/또는 제 2 교환 브레이크 층(48)은 선택적으로 비자성 산화물, 이를 테면 SiO2, TiO2, CoO2, Cr2O3, Ta2O5를 포함할 수 있다. 비자성 산화물은 제 1 교환 브레이크 층(44) 상에 과립형 제 2 자기층(46) 또는 제 2 교환 브레이크 층(48) 상에 과립형 제 3 자기층(50)의 순차적 증착을 원활하게 하는 역할을 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 교환 브레이크 층(44) 및 제 2 교환 브레이크 층(48)은 실질적으로 유사한 조성물들을 포함할 수 있는 반면, 다른 실시예들에서, 제 1 교환 브레이크 층(44) 및 제 2 교환 브레이크 층(48)은 상이한 조성물들을 포함할 수 있다.
[0032] 선택적으로 자기 기록층(40)은 CGC 층(52)을 추가로 포함할 수 있다. CGC 층(52)은 예를 들어 CoCrPtB 합금을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, CoCrPtB 합금은 금속 또는 희토류 원소, 이를 테면 예를 들어 Ru, W, 또는 Nb로 도핑될 수 있다. 일부 실시예들에서, CGC 층(52)은 이를 테면 예를 들어 SiOx, TiOx, TaOx, WOx, NbOx, CrOx, CoOx 와 같은 산화물을 소량 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, CGC 층(52)은 산화물을 포함하지 않을 수 있다(즉, 임의의 산화물이 없을 수 있다).
[0033] 제 1 자기층(42), 제 2 자기층(46), 및 제 3 자기층(50)의 특정한 조성물들은 각각의 층들(42, 46, 50)에 대해 미리결정된 자기 이방성 필드(Hk)를 제공하도록 선택될 수 있다. 특히, 제 1 자기층(42)의 조성물은 제 1 자기 이방성 필드(Hk1)를 제공하도록 선택될 수 있고, 제 2 자기층(46)의 조성물은 제 2 자기 이방성 필드(Hk2)를 제공하도록 선택될 수 있고, 제 3 자기층(50)의 조성물은 제 3 자기 이방성 필드(Hk3)를 제공하도록 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 일부 구현예들에서 제 1 자기층(42)일 수 있는 가장단단한(hardest) 자기층의 자기 이방성 필드는 대략 30 kOe(이를 테면, Co 합금으로 형성될 때)의 자기 이방성 필드로 제한될 수 있다. 이 때문에, 가장강한 자기층은 자기 기록층(40)의 평균 그레인 크기가 충분히 작을 때 충분히 안정적이지 않을 수 있다. 이를 해결하기 위해서, 제 1 자기층(42), 제 2 자기층(46), 및 제 3 자기층(50)의 평균 이방성은 3개의 자기층들(42, 46, 48) 중 적어도 2개가 자기 기록층(40)의 자기 배향의 열적 안정성에 기여하도록 상대적으로 높을 수 있다.
[0034] ECC 구조에 의해 제공되는 장점들을 얻으면서도, 제 1 자기층(42), 제 2 자기층(46), 및 제 3 자기층(50)에 대해 상대적으로 높은 평균 자기 이방성 필드를 달성하는 한가지 방법은 Hkl와 Hk2 간의 차(즉, Hkl-Hk2)가 Hk2와 Hk3 간의 차(즉, Hk3-Hk3) 미만이도록 제 1, 제 2 및 제 3 자기층들(42, 46, 50)의 조성물들을 선택하는 것이다. 다른 말로, 자기 기록층(40)에서 각각의 층들(42, 46, 50)의 자기 이방성은 보다 느리게 감소하거나, 또는 제 1 자기층(42) 근처에서 심지어 증가할 수 있고, 제 1 자기층(42)으로부터의 거리가 증가함에 따라 더욱 급속하게 감소할 수 있다. 자기 기록층(40)에서 자기 이방성 필드들의 이러한 분포는 볼록한 자기 이방성 필드 분포로서 간주될 수 있다. 볼록한 자기 이방성 필드 분포는 자기 기록층(40)의 자기 배향의 열적 안정성 및 기록층(40)의 작성렬(writability)을 제공할 수 있다. 일부 예들에서, 상대적으로 높은 자기 이방성 필드를 갖는 물질로 형성되는 자기 기록층(40)의 상당 부분에서 볼록한 자기 이방성 분포가 산출될 수 있다.
[0035] Hk1, Hk2, 및 Hk3의 특정 값들은 예를 들어, 자기 기록층(40)에 데이터를 기록하는데 이용되는 기록 헤드, 각각의 층들(42, 46, 50)에서 각각의 그레인들의 크기, 서로 다른 2개의 층들의 각각의 자기 이방성 필드, 각각의 층의 두께, 각각의 층의 포화 자화, 또는 이와 유사한 것과 관련될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 층들(42, 46, 50)에 대한 Hk 값들의 범위는 층들(42, 46, 50) 각각의 KuV 자기 이방성 에너지들의 분포에 의해 영향받을 수 있다. 예를 들어, 낮은 값의 KuV를 갖는 제 1 자기층(42)은 높은 값의 KuV를 갖는 제 1 자기층(42) 보다 기록하기 더 쉽다(즉, 낮게 적용되는 자기 필드가 낮은 값의 KuV를 갖는 층(42)에서 그레인들의 자기 배향을 전환하는 것이 허용된다). 따라서, 낮은 값의 KuV를 갖는 제 1 자기층(42)은 ECC-보조 기록 프로세스를 구동시키기 위해 낮은 Hk2 값을 가지는 제 2 자기층(46) 및 낮은 Hk3 값을 가지는 제 3 자기층(50)의 사용을 허용할 수 있다. 그러나, 낮은 값의 KuV은 전체적으로, 직교하는 기록층(40)의 열적 안정성을 유지하기 위해 제 2 자기층(46)과 제 3 자기층(50)으로부터의 큰 자기 이방성 에너지 분포(KuV)를 이용할 수 있다. 제시된 Hk 값을 포함하는 층, 이를 테면 제 2 자기층(46)에 대해, KuV 이방성 에너지 분포는 KuV =2HkV/Ms 처럼, 물질의 포화 자화를 변경함으로써 영향받을 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 유효 볼륨(V)은 자기층 내에서의 그레인들 사이에서 측방 자기 변환을 변경함으로써 변경될 수 있으며, 이는 유효 자기 클러스터 크기(실질적으로 유사한 조건들 하에 자기 배향을 변경하는 그레인들의 클러스터)를 변경할 수 있다.
[0036] Hk1, Hk2, 및 Hk3가 취할 수 있는 값들의 범위들은 간략화를 위해 개별적으로 한정될 수 있지만, Hk1와 Hk2 간의 차 그리고 Hk2와 Hk3 간의 차들이 미리결정된 자기 기록층 구조를 한정하는 방식에서 처럼, 서로 조합되어 한정될 때 보다 명확히 이해될 것이다. 다른 층들의 Hk 값들에 대한 참조 없이 단독으로 고려할 때, Hk1는 일부 실시예들에서 대략 16 kOe 내지 대략 24 kOe 일 수 있다. 다른 실시예들에서, Hk1는 대략 24 kOe 보다 크거나 또는 16 kOe 미만일 수 있다. Hkl에 대한 값들의 일부 예들은 대략 20 kOe 또는 대략 24 kOe을 포함한다.
[0037] 일부 실시예들에서, Hk2는 대략 12 kOe 내지 대략 24 kOe 사이일 수 있지만, 다른 실시예들에서, Hk2는 24 kOe 보다 크거나 또는 12 kOe 미만일 수 있다. Hk2에 대한 값들의 일부 예들은 대략 12 kOe 내지 대략 15 kOe, 대략 16 kOe, 대략 19 kOe 또는 대략 24 kOe일 수 있다.
[0038] 일부 실시예들에서, Hk3는 대략 15 kOe 미만일 수 있지만, 다른 실시예들에서 Hk3는 15 kOe 보다 클 수 있다. Hk3에 대한 값들의 일부 예들은 대략 3 kOe 내지 대략 9 kOe, 대략 9 kOe, 대략 6 kOe, 또는 대략 1 kOe를 포함한다.
[0039] 함께 고려하면, 일부 실시예들에서, Hk1는 대략 16 kOe 내지 대략 24 kOe이며, Hk2는 대략 12 kOe 내지 대략 24 kOe이며, Hk3은 Hk2 미만일 수 있으며, Hk1, Hk2, 및 Hk3의 값들은 관계식 Hk1-Hk2 < Hk2-Hk3을 만족시킨다. 일부 실시예들에서, Hk1는 대략 20 kOe 내지 대략 22 kOe이며, Hk2는 대략 17 kOe 내지 대략 20 kOe이며 Hk3은 대략 9 kOe 내지 14 kOe이다. 또 다른 실시예에서, 층 1에서의 Pt 함량은 대략 18-22at%이며, 층 2에서의 Pt 함량은 대략 14-18at%이며, 층 3에서 Pt 함량은 약 14at% 미만이며, Hk2는 대략 17-20 kOe이며, Hk3는 대략 9-14 kOe이다.
[0040] 일부 실시예들에서, Hk1, Hk2, 및 Hk3 간의 관계식은 Hk1, Hk2, 및 Hk3 Hk2 와 Hk1 간의 비율 및/또는 Hk3와 Hk2 간의 비율에 의해 추가로 한정될 수 있다. 예를 들어, Hk2/Hk1 비율은 Hk3/Hk2 비율보다 클 수 있다. 일부 실시예들에서, Hk2/Hk1 는 대략 0.6 보다 클 수 있고 Hk3/Hk2는 대략 0.6 미만일 수 있다. 일부 실시예들에서, Hk2/Hk1는 0.7 보다 클 수 있고 Hk3/Hk2는 대략 0.7 미만일 수 있다. 일부 실시예들에서, Hk2/Hk1는 0.9 보다 클 수 있고 Hk3/Hk2는 대략 0.9 미만일 수 있다. Hk2/Hk1는 1.0 보다 클 수 있고 Hk3/Hk2는 대략 1.0 미만일 수 있다. 일부 실시예에서, Hk2/Hk1는 대략 1.2일 수 있다.
[0041] 일부 실시예들에서, Hk2/Hk1의 값과 상관없이, Hk3/Hk2는 대략 0.6 미만일 수 있다. 일부 실시예들에서, Hk3/Hk2는 대략 0.1 미만일 수 있다.
[0042] 제 1 자기층(42), 제 2 자기층(46), 및 제 3 자기층(50)의 포화 자화는 동일하거나 상이할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 자기층(42), 제 2 자기층(46), 및 제 3 자기층(50)의 포화 자화(Ms)는 대략 350 emu/cm3 내지 대략 700 emu/cm3 일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 자기층(42), 제 2 자기층(46), 및 제 3 자기층(50) 중 적어도 하나의 포화 자화는 대략 450 emu/cm3 내지 대략 700 emu/cm3일 수 있다. 예를 들어, 제 1 자기층(42), 제 2 자기층(46), 및 제 3 자기층(50) 중 적어도 하나의 포화 자화는 대략 550 emu/cm3 일 수 있다.
[0043] 제 1 자기층(42)의 두께는 대략 5nm 내지 대략 10nm일 수 있다. 제 2 자기층(46)의 두께는 대략 3 nm 내지 대략 7 nm일 수 있고, 제 3 자기층(50)의 두께는 대략 10 nm 미만일 수 있다. 앞서 개시된 것처럼, 각각의 자기층들(42, 46, 50)의 각각의 두께는 각각의 자기층들(42, 46, 50)에 대한 Hk 값 및/또는 Ms 값의 선택에 대한 영향력을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 제 2 자기층(46)의 두께는 대략 4 nm 미만이며 Hk1/Hk2 는 대략 0.8 보다 크며 Hk2/Hk3 는 대략 0.8 미만이다.
[0044] 도 4a-4e는 제 1 자기층(42), 제 2 자기층(46), 및 제 3 자기층(50)에 대한 자기 이방성 필드 구성들의 예들을 예시하는 다이어그램들이다. 도 4a-4e는 제 1 자기층(42), 제 2 자기층(46), 및 제 3 자기층(50)의 조성물들이 Hkl-Hk2의 차가 Hk2-Hk3의 차 미만이도록 선택되는 자기 기록층(40)의 구성들에 대한 예들을 예시한다. 앞서 개시된 것처럼, Hkl, Hk2, 및 Hk3 간의 관계식은 Hk2/Hk1 의 제 1 비율 및 Hk3/Hk2의 제 2 비율에 의해 추가로 정의된다.
[0045] 예를 들어, 도 4a는 Hkl-Hk2가 Hk2-Hk3 미만인 자기 기록층(40)을 예시한다. 부가적으로, Hk2/Hk1는 대략 0.6 보다 클 수 있고, 일부 실시예들에서는 대략 0.9 보다 클 수 있다. 도 4a에 예시된 자기 기록층(40)의 구성의 Hk3/Hk2 비율은 대략 0.6 미만일 수 있고 0.1 미만일 수 있다. 예를 들어, Hkl는 대략 16 kOe 내지 대략 24 kOe일 수 있고, Hk2는 대략 12 kOe 내지 대략 24 kOe일 수 있고, Hk3는 대략 15 kOe 미만일 수 있다. 일 실시예에서, Hk1는 대략 20 kOe이며, Hk2는 대략 16 kOe이며, Hk3는 대략 9 kOe이다. 또 다른 실시예에서, Hk1는 대략 20 kOe이고, Hk2는 대략 19 kOe이고, Hk3는 대략 6 kOe이다. 추가 실시예에서, Hkl는 대략 24 kOe이며, Hk2는 대략16 kOe이며, Hk3는 대략 1 kOe이다.
[0046] 또 다른 예로서, 도 4b는 Hk1-Hk2가 Hk2-Hk3 미만인 자기 기록층(40)을 예시한다. 부가적으로, Hk1-Hk2는 제로 미만이며, Hk2/Hk1는 대략 1.0 보다 크며, 이를 테면 예를 들어 대략 1.2이다. 도 4b에 예시된 실시예에서, Hk3/Hk2 비율은 대략0.6 미만일 수 있고 일부 실시예들에서는 대략 0.1 미만일 수 있다. 일부 실시예들에서, Hk1는 대략 20 kOe이며, Hk2는 대략 24 kOe이며, Hk3는 대략 1 kOe이다.
[0047] 도 4c-4e는 자기 기록층(40)이 제 3 자기층(50) 상에 형성된 CGC층(52)을 포함하는 실시예들을 예시한다. CGC층(52)이 제 3 자기층(50) 상에 직접 형성된 실시예들에서, CGC층(52) 및 제 3 자기층(50)은 제 2 자기층(46) 및 제 1 자기층(42) 상에서 제 3 자기층(50) 및 CGC층(52)의 ECC 작용을 위해 단일 복합층으로서 작용할 수 있다. 다른 말로, 두께-가중(thickness-weighted) 평균 자기 이방성 필드(Hk34)는 Hk3의 두께-가중 평균 및 CGC층(52)의 자기 이방성 필드(Hk4)에 의해 근사화될 수 있다. 복합층(제 3 자기층(50) 및 CGC층(52)은 자기 이방성 에너지(KuV)의 고려사항에 대해 함께 고려될 수 있고, 복합층에 대한 KuV의 계산은 조합된 두께 및 제 3 자기층(50) 및 CGC층(52)의 자기 모멘트에 기초하여 이루어질 수 있다. 제 3 자기층(50) 및 CGC층(52)을 포함하는 복합층은 자기 이방성 필드(Hk34)를 포함하는 단일층과 실질적으로 유사한 제 2 자기층(46) 및 제 1 자기층(42)에 대한 ECC 영향력을 미칠 수 있다. CGC층(52) 내에서의 그레인들 사이에서의 측방 교환 커플링은 낮은 교환 커플링이지만 동등한 Hk를 갖는 층과 비교할 때 CGC층(52) 내에서 그레인들의 자기 배향을 전환하기 위해 이용되는 인가된 자기 필드를 감소시킬 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 유효(effective) Hk34는 Hk3 및 Hk4의 두께-가중 평균치 보다 낮을 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 볼록한 자기 이방성 등급(grading)을 한정할 때 Hk4는 아닌 Hk3 만이 고려될 수 있다.
[0048] 일부 실시예들에서, 도 4c 및 도 4d에 예시된 것처럼, CGC층(52)은 Hk3 미만이거나 또는 Hk3와 실질적으로 동일한 자기 이방성 필드(Hk4)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 4c에 예시된 것처럼, CGC층(52)과 제 3 자기층(50)의 자기 이방성 필드를 간의 차(Hk4-Hk3)는 Hk3-Hk2의 차 보다 클 수 있다. 다른 말로, 볼록한 자기 이방성 필드 경사도(gradient)가 CGC층(52)으로 연장될 수 있다.
[0049] 또 다른 실시예들에서, 도 4d에 예시된 것처럼, Hk4-Hk3는 Hk3-Hk2의 차보다 크지 않을 수 있다. 이러한 실시예에서, 볼록한 자기 이방성 필드 구배는 CGC층(52)으로 연장되지 않을 수 있지만, 제 1 자기층(42), 제 2 자기층(46), 및 제 3 자기층(50)을 통해 실절적으로 연장될 수 있다.
[0050] 또 다른 실시예들에서, 도 4e에 예시된 것처럼, CGC층(52)은 Hk3 보다 큰 자기 이방성 필드(Hk4)를 포함할 수 있다. Hk4-Hk3가 Hk3-Hk2의 차 보다 크지 않은 실시예와 유사하게, Hk4가 Hk3 보다 클 때, 볼록한 자기 이방성 필드 구배는 CGC층(52)으로 연장되지 않을 수 있지만, 실질적으로 제 1 자기층(42), 제 2 자기층(46), 및 제 3 자기층(50)을 통해 연장될 수 있다.
[0051] 상기 실시예들은 3개의 자기층들 및 선택적으로 CGC층을 포함하는 자기 기록층과 관련하였지만, 일부 실시예들에서, 자기 기록층은 3개 보다 많은 수의 자기층들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 볼록한 자기 이방성 구배를 포함하는 자기 기록층의 개념은 임의의 수의 자기층들로 연장될 수 있다. 예를 들어, 도 5a에 도시된 것처럼, 자기 기록층(60)은 (2n-l)개의 층들을 포함할 수 있고, n개의 자기층들은 n-1개의 교환 브레이크 층들과 교번하며, 여기서 n은 3 이상의 정수이다. 부가적으로 그리고 선택적으로, 자기 기록층(61)은 도 5b에 도시된 것처럼, 자기층(n)에 형성된 CGC층(71)을 포함할 수 있다. 특히, 도 5a는 상대적으로 높은 자기 이방성 필드를 산출하는 조성물을 갖는 과립형 자기층일 수 있는 제 1 자기층(62)을 예시한다. 제 1 자기층(62)의 자기 이방성 필드는 기록층(60)의 평면과 실질적으로 직교하는 방향으로 배향된다(이를 테면, 제 1 자기층(62)에서 그레인들의 자기 용이축들은 기록층(60)의 평면에 실질적으로 직교할 수 있다). 제 1 자기층(62)은 Co 합금, 예를 들어, Cr, Ni, Pt, Ta, B, Nb, O, Ti, Si, Mo, Cu, Ag, Ge, 또는 Fe 중 적어도 하나와 조합되는 Co를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 자기층(62)은 예를 들어, Fe-Pt 합금 또는 Sm-Co 합금을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 자기층(62)은 Co 합금 또는 Pt 합금 또는 Pd 합금의 교번하는 얇은 층들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 자기층(62)의 그레인들을 분리하는 비자성 물질은 산화물, 이를 테면 예를 들어 자기 그레인들을 분리하는 SiO2, TiO2 CoO, Cr2O3, Ta2O5을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 제 1 자기층(62)의 그레인들을 분리하는 비자성 물질은 Cr, B, C, 또는 다른 비강자성 원소들을 포함할 수 있다.
[0052] 제 1 교환 브레이크층(64)이 제 1 자기층(62) 상에 형성된다. 제 1 교환 브레이크층(64)은 COxRU1 -x 합금을 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 제 1 교환 브레이크층(64)은 루테늄을 포함하거나 또는 본질적으로 루테늄으로 구성될 수 있다. 제 1 교환 브레이크층(64)이 COxRU1 -x 합금을 포함하는 예들에서, 브레이크층(64)은 대략 3nm 미만의 두께를 포함할 수 있다. 제 1 교환 브레이크층(64)이 본질적으로 Ru로 구성되는 예들에서, 브레이크층(64)은 더 얇을 수 있다, 이를 테면 3Å 미만일 수 있다.
[0053] 제 2 자기층(66)은 제 1 교환 브레이크층(64) 상에 형성되며 상대적으로 높은 자기 이방성 필드를 산출하는 조성물을 갖는 과립형 자기층일 수 있다. 앞서 개시된 것처럼, 제 2 이방성층(66)은 제 1 자기층(62)의 자기 이방성 보다 작은, 자기 이방성과 실질적으로 동일한 또는 자기 이방성 보다 큰 자기 이방성을 가질 수 있다. 제 2 자기층(66)의 자기 이방성은 기록층(60)의 평면과 실질적으로 직교하는 방향으로 배향된다(이를 테면, 제 2 자기층(66)에서 그레인들의 용이축들은 기록층(60)의 평면과 실질적으로 직교할 수 있다). 제 2 자기층(66)은 Co 합금, 이를 테면 Cr, Ni, Pt, Ta, B, Nb, O, Ti, Si, Mo, Cu, Ag, Ge, 또는 Fe 중 적어도 하나와 조합되는 Co를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 2 자기층(66)은 예를 들어 Fe-Pt 합금 또는 Sm-Co 합금을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 2 자기층(66)은 Co 합금 및 Pt 합금 또는 Pd 합금의 교번하는 얇은 층들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 2 자기층(66)의 그레인들을 분리하는 비자성 물질은 산화물, 이를 테면 예를 들어 자기 그레인들을 분리하는 SiO2, TiO2 CoO, Cr2O3, Ta2O5를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 제 2 자기층(66)의 그레인들을 분리하는 비자성 자기 물질은 Cr, B, C, 또는 다른 비강자저성 원소를 포함할 수 있다.
[0054] 자기 기록층(60)은 교번하는 패턴의 임의의 수의 자기층들 및 교환 브레이크층들을 포함할 수 있다. 각각의 차후 자기층은 자기 기록층(60)이 다수의 자기층들에서 볼록한 자기 이방성 필드 구배를 포함하도록 선택된 조성물을 포함할 수 있다. 다른 말로, 각각의 자기층의 조성물들은 Hk (n-2)- Hk (n-1)가 Hk (n-1)-Hk (n) 미만 이도록 선택될 수 있으며, Hki는 층 i의 자기 이방성 필드이다. 예를 들어, 제 1 자기층(62), 제 2 자기층(66), 및 제 3 자기층(미도시)의 조성물들은 Hk1-Hk2가 Hk2-Hk3 미만이도록 선택될 수 있다. 교환 브레이크 층 n-1(68)은 자기층 n-1(미도시) 상에 형성된다. 교환 브레이크층 n-1(68)은 루테늄 또는 루테늄 합금을 포함할 수 있으며, 제 1 교환 브레이크층(64)과 유사한 조성물 또는 제 1 교환 브레이크층(64)과 상이한 조성물을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 교환 브레이크층 n-1(68)은 루테늄으로 구성되거나 또는 본질적으로 루테늄으로 구성될 수 있지만, 다른 실시예들에서, 교환 브레이크층 n-1(68)은 루테늄 합금, 이를 테면, COxRu1 -x 을 포함할 수 있다. Ru 또는 COxRu1 -x 합금 이외에, 교환 브레이크층 n-1(68)은 선택적으로 비자성 산화물, 이를 테면 예를 들어 SiO2, TiO2 CoO, Cr2O3, 또는 Ta2O5를 포함할 수 있다.
[0055] 자기층 n(70)은 교환 브레이크층 n-1(68) 상에 형성되며, 일부 실시예들에서는 상대적으로 낮은, 이를 테면 기록층(60)의 자기층들의 임의의 다른 자기 이방성 보다 낮은 자기 이방성을 갖는 과립형 자기층일 수 있다. 자기층 n은 기록층(60)의 평면과 실질적으로 직교하는 방향으로 배향된 자기 이방성 필드를 갖는다. 자기층 n(70)은 예를 들어, Co 합금, Fe-Pt 합금, 또는 Sm-Co 합금을 포함할 수 있으며 비자성 산화물, 이를 테면 예를 들어 앞서 개시된 것과 같은 SiO2, TiO2 CoO, Cr2O3, 또는 Ta2O5를 포함하거나 또는 포함하지 않을 수 있다. 자기층 n(70)의 조성물은 제 1 자기층(62) 및/또는 제 2 자기층(66)의 조성물과 상이할 수 있으며, 자기층 n(70)은 자기 기록층(60)의 다른 자기층들의 자기 이방성 필드들과 함께, 볼록한 자기 필드 구배를 산출하는 자기 이방성 필드를 갖는다. 예를 들어, 자기층 n(70)은 상이한 비율들이지만, 제 1 자기층(62) 및/또는 제 2 자기층(66)과 유사한 성분들(components)을 포함할 수 있다.
[0056] 일부 실시예들에서, CGC 층(71)(도 5b에 도시됨) 도 3을 참조로 앞서 개시된 CGC층(52)과 유사할 수 있다.
[0057] 직교 자기 기록층을 형성하는 방법이 도 6에 예시된다. 방법은 자기 이방성 필드(Hk1)를 갖는 제 1 자기층을 형성하는 단계(72), 제 1 자기층 상에 제 1 교환 브레이층을 형성하는 단계(74), 제 1 교환 브레이크층 상에 제 2 자기층을 형성하는 단계(76)를 포함할 수 있다. 제 2 자기층은 제 2 자기 이방성 필드(Hk2)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 방법은 제 2 자기층 상에 제 2 교환 브레이크층을 형성하는 단계(78), 및 제 2 교환 브레이크층 상에 제 3 자기층을 형성하는 단계(80)를 더 포함한다. 제 3 자기층은 제 3 자기 이방성 필드(Hk3)를 포함한다. 일부 실시예들에서, Hk1-Hk2는 Hk2-Hk3 미만이다.
[0058] 본 명세서에 개시된 자기 기록층들은 자기층들과 교번하는 브레이크층들을 포함하지만, 일부 실시예들에서, 자기 기록층은 인접한 자기층들의 각각의 쌍들 사이에서 브레이크층을 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 자기 기록층은 중간 제 2 브레이크층(48) 없이 서로 가까이 인접하여 헝성된 제 2 자기층(46) 및 제 3 자기층(50)(도 3)을 포함할 수 있다. 이러한 개념은 제 1 자기층(42)과 제 2 자기층(46)과 같이, 다른 쌍들의 자기층들로 연장될 수 있다. 부가적으로, 3개 보다는 많은 자기층들을 포함하는 실시예들(이를 테면, 도 5를 참조로 개시된 것들과 같은 실시예들)에서, 자기 기록층(60)은 n개의 자기층들 및 n-1개나 되는 브레이크층들을 포함하는 2n-l개나 되는 층들을 포함할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 일부 인접한 자기층 쌍들은 중간 브레이크층들을 포함할 수 있고, 다른 인접한 자기층 쌍들은 중간 브레이크층들을 포함하지 않을 수 있다.
[0059] 상기 개시물은 주로 자기 기록 매체를 포함하는 장치에 관한 것이었지만, 본 명세서에 개시된 자기층 구조물은 다른 애플리케이션들에서도 활용될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 자기층 구조물은 자기 센서 또는 자기저항식 랜덤 액세스 메모리(MRAM)에서 활용될 수 있다.
예들
[0060] 하기 예들은 본 개시물의 실시예들을 예시하지만, 본 개시물의 범주를 제한하지는 않는다. 예들은 이상적인 자기층들을 이용하는 이론적 계산들에 기초했다. 자기층들 각각은 동일한 값들의 Ms 및 Hex를 갖는다. 예들에서 자기 기록층들은 CGC층을 포함하지 않는다. 하기 예들에서, 파라미터들은 하기와 같이 정의된다. 식 1은 층 i의 유효 자기 두께 △i를 정의한다.
식 1
Msi는 층 i의 포화 자화이며, δi는 층 i의 두께이며, Ms1는 층 l(즉, 제 1 자기층)의 포화 자화이며 δ1은 층 l의 두께이다.
[0061] 식 2는 층 i의 유효 이방성(effective anisotropy)(κi)을 한정한다;
식 2
Msi는 층 i의 포화 자화이며, HAi는 층 i의 자기 보자력(magnetic coercivity)이며 δi 는 층 i의 두께이며, Ms1은 층 l의 포화 자화이며, HAl은 층 l의 자기 보자력이며 δ1은 층 l의 두께이다.
[0062] 식 3은 층 i과 층 l 간의 유효 커플링( Xij)을 한정한다:
식 3
Jij는 층 i과 층 j 간의 양자 기계적 커플링이며, K1은 층 l의 자기 이방성 에너지이며, δ1은 층 l의 두께이다.
[0063] 하기의 예들에 대해, 특정(certain) 파라미터들이 고정된채 유지되었다. 예를 들어, △2=△3=0.5△1이다. 다른 말로, 층 2 및 3의 유효 두께들은 동일하게 설정되었으며 각각은 층 1의 유효 두께의 1/2이다.
[0064] 하기의 평가 예들 1-3에서는, 각각 코히런트하게 스위칭되는 3-층 자기 기록층에 대한 비교가 이루어졌으며, 3 자기층들은 HAl, HA2=0.75HA1, 및 HA3=0.5HA1의 자기 이방성들을 갖는다. 이러한 자기 이방성 분포는 0.8125HAl의 평균 자기 이방성 <HA>을 산출했다. 예들을 구성하는데, <HA>는 상수로 유지되었고 κ2 값이 선택되었고, 이는κ3 값을 설정한다. χ12 및χ23는 프리 파라미터(free parameter)들이다.
[0065] 예 1
[0066] 도 7a 및 도 7b는 자기층 1의 자기 이방성 값(HA1)이 20kOe이고, 자기층 2의 자기 이방성 값(HA2)이 16 kOe이고, 자기층 3의 이방성 값(HA3)이 9 kOe인 예를 예시한다. 이러한 자기 이방성 분포는 본 개시물에 따라 볼록한 자기 이방성 구배이다. HAl-HA2는 4 kOe이며, 이는 7 kOe인 HA2-HA3 미만이다. 또한, HA2/HA1는 0.8이며, 이는 HA3/HA2(0.5625)보다 크다. 예 1에서, △2 = △3 = 0.5이며, κ2 = 0.4, κ3 = 0.225이다.
[0067] 예 1의 자기 배향 전환 성능은 코히런트하게 전환되는 참조 3-층 자기 기록층과 비교되었으며 여기서 이를 테면, 3 자기층들은 결합되어 각각의 층들의 이방성들의 유효 두께-가중 평균으로서 계산된 유효 이방성으로 단일 자기층으로 작용했다. 제 1 자기층은 HA1=20 kOe의 이방성 및 1의 상대 유효 두께를 가지며, 제 2 자기층은 HA3=0.45HA1=9 kOe의 이방성 및 0.5의 상대 유효 두께를 갖는다. 이러한 자기 이방성 분포는 0.8125HA1=16.25 kOe의 유효 두께-가중 평균 자기 이방성 <HA> 및 1.625의 에너지 배리어 변화(ΔE/ΔE1)를 산출했다. 에너지 배리어 변화는 제 1 자기층만을 포함하는 자기 기록층과 비교할 때 제 2 및 제 3 자기층들이 자기 기록층의 열적 안정성에 대해 효과를 갖는다는 것을 나타낸다.
[0068] 기준 코히런트-전환 자기 기록층과 예 1의 자기 배향 전환 성능을 비교하면, 정규화된 최소 Hsw 값(자기 기록층의 유효 보자력; 제 1 자기층의 보자력에 의해 자기 기록층의 배향이 전환되고 정규화되는 적용된 자기 필드와 같음)은 기준 자기 기록층의 에너지 배리어와 실질적으로 같은 에너지 배리어(1.625)에서 발견되었다. 도 7a 및 도 7b를 참조로, 서클(82)의 근사 좌표들(approximate coordinates)은 χ12=0.45 및 χ23=0.45이다. 도 7a로 와서, χ12=0.45 및 χ23=0.45에서 정규화된 Hsw 값은 서클(84)로 예시된 것처럼 대략 0.73이다. 이를 기준막의 정규화된 Hsw 값(0.8125)과 비교하면, 예 1에서 자기 이방성 구배는 정규화된 Hsw에서 대략 11%의 감소를 제공한다. 다른 말로, 볼록한 자기 이방성 구배를 제공하도록 선택된 3개의 자기층들을 포함하는 자기 기록층은 선형 자기 이방성 구배를 제공하기 위해 선택된 3개의 자기층들을 포함하는 자기 기록층 보다 쉽게 전환될 수 있고 동등한(comparable) 열적 안정성을 가질 수 있다.
[0069] 예 2
[0070] 도 8a 및 8b는 자기층 1의 자기 이방성 값(HAl)이 20 kOe이고, 자기층 2의 자기 이방성 값(HA2)이 19 kOe이고, 자기층 3의 자기 이방성 값(HA3)이 6 kOe인 예를 예시한다. 이러한 자기 이방성 분포는 본 개시물에 따라 볼록한 자기 이방성 구배이다. HA1-HA2는 13 kOe인 HA2-HA3 미만인 1 kOe이다. 또한, HA2/HA1는 HA3/HA2 (0.3158) 보다 큰 0.95이다. 식 1에서, Δ2=Δ3=0.5, κ2=0.475, κ3=0.15이다.
[0071] 예 2의 자기 배향 전환 성능은 코히런트하게 전환된 기준 3-층 자기 기록층과 비교되었고, 이를 테면 3개 자기층들은 연결되어 각각의 층들의 이방성들의 유효 두께-가중 평균치로서 계산된 유효 이방성을 갖는 단일 자기층으로서 작용한다. 제 1 자기층은 HAl=20 kOe의 이방성 및 1의 상대적 유효 두께를 가지며, 제 2 자기층은 HA2=0.95HAl=19 kOe의 이방성 및 0.5의 상대적 유효 두께를 가지며, 제 3 자기층은 HA3=0.3HA1=6 kOe의 이방성 및 0.5의 상대적 유효 두께를 갖는다. 이러한 자기 이방성 분포는 0.8125HAl=16.25 kOe의 평균 자기 이방성 <HA>을 산출하며 에너지 배리어는 1.625의 ΔE/ΔE1로 변화된다. 에너지 배리어 변화는 제 1 자기층만을 포함하는 자기 기록층에 비해 제 2 및 제 3 자기층들이 자기 기록층의 열적 안정성에 대한 효과를 갖는다는 것을 나타낸다.
[0072] 기준 코히런트-전환 자기 기록층과 예 2의 자기 배향 전환 성능을 비교할 때, 정규화된 최소 Hsw 값은 기준 자기 기록층의 에너지 배리어와 실질적으로 같은 에너지 배리어(1.625)에서 발견되었다. 도 8a 및 도 8b를 참조로, 서클(86)의 근사 좌표들은 χ12=0.45 및 χ23=0.45이다. 도 8a를 볼 때, χ12 = 0.45 and χ23 = 0.45에서 정규화된 Hsw 값은 서클(88)로 예시된 것처럼 대략 0.68이다. 이를 기준막의 정규화된 Hsw 값(0.8125)과 비교할 때, 예 2의 자기 이방성 구배는 정규화된 Hsw에서 대략 20%의 감소를 제공한다. 다시, 볼록한 자기 이방성 구배를 제공하도록 선택된 3개 자기층들을 포함하는 자기 기록층은 선형 자기 이방성 구배를 제공하도록 선택된 3개의 자기층들을 포함하는 자기 기록층 보다 쉽게 전환되고 동등한 열적 안정성을 갖는다.
[0073] 예 3
[0074] 도 9a 및 도 9b는 자기층 1의 자기 이방성 값(HA1)이 20 kOe이고, 자기층 2의 자기 이방성 값(HA2)이 24 kOe이고, 자기층 3의 자기 이방성 값(HA3)이 1 kOe인 예를 예시한다. 이러한 자기 이방성 분포는 본 개시물에 따라 볼록한 자기 이방성 구배이다. HA1-HA2는 23 kOe인 HA2-HA3 미만인 -4 kOe이다. 또한, HA2/HA1 는 1.2이며, 이는 HA3/HA2(0.0417) 보다 크다. 예 3에서, Δ2=Δ3=0.5,κ2=0.6,κ3 =0.025이다.
[0075] 예 3의 자기 배향 전환 성능은 코히런트하게 전환된 기준 3-층 자기 기록층과 비교되며, 이를 테면 3개 자기층들은 결합되며 각각의 층들의 이방성들의 유효 두께-가중 평균치로서 계산되는 유효 이방성을 갖는 단일 자기층으로 작용한다. 제 1 자기층은 HA1=20 kOe의 이방성 및 1의 상대적 유효 두께를 가지며, 제 2 자기층은 HA2=1.2HA1=24 kOe의 이방성 및 0.5의 상대적 유효 두께를 가지며 제 3 자기층은 HA3=0.05HAl=1 kOe의 이방성 및 0.5의 상대적 유효 두께를 갖는다. 이러한 자기 이방성 분포는 0.8125HA1=16.25 kOe의 평균 자기 이방성 <HA> 을 산출하며 에너지 배리어는 1.625의 ΔE/ΔE1로 변화된다. 에너지 배리어 변화는 제 1 자기층 만을 포함하는 자기 기록층에 비교할 때 제 2 및 제 3 자기층들이 자기 기록층의 열적 안정성에 대한 효과를 갖는다는 것을 표시한다.
[0076] 예 3의 자기 배향 전환 성능을 기준 코히런트-전환 자기 기록층과 비교할 때, 정규화된 최소 Hsw 값(자기 기록층의 유효 보자력; 제 1 자기층의 보자력에 의해 자기 기록층의 배향이 전환되고 정규화되는 적용된 자기 필드와 같음)은 기준 자기 기록층의 에너지 배리어와 실질적으로 같은 에너지 배리어(1.625)에서 발견되었다. 도 9a 및 도 9b를 참조로, 서클(90)의 근사 좌표들은 χ12=0.45 및 χ23=0.45이다. 도 9a를 볼 때, χ12=0.45 and χ23=0.45에서 정규화된 Hsw 값은 서클(92)로 예시된 것처럼 대략 0.55이다. 이를 기준막의 정규화된 Hsw 값(0.8125)과 비교할 때, 예 3의 자기 이방성 구배는 정규화된 Hsw 에서 대략 48%의 감소를 제공한다. 이는 볼록한 자기 이방성 구배를 제공하도록 선택된 3개 자기층들을 포함하는 자기 기록층이 선형 자기 이방성 구배를 제공하도록 선택된 3개 자기층들을 포함하는 자기 기록층 보다 더욱 쉽게 전환될 수 있고 동등한 열적 안정성을 갖는다는 것을 나타낸다.
[0077] 예 4
[0078] 도 10a 및 도 10b는 자기층 1의 자기 이방성 값(HA1)이 24 kOe이고, 자기층 2의 자기 이방성 값(HA2)이 16 kOe이고, 자기층 3의 자기 이방성 값(HA3)이 1 kOe인 예를 예시한다. 이러한 자기 이방성 분포는 본 개시물에 따라 볼록한 자기 이방성 구배이다. HA1-HA2는 15 kOe인 HA2-HA3 미만인 4 kOe이다. 또한, HA2/HA1는 0.667이며 이는 HA3/HA2(0.0625) 보다 크다. 예 4에서, Δ2=Δ3=0.5, κ2=1/3, κ3 = 1/48이다.
[0079] 예 4의 자기 배향 전환 성능은 코히런트하게 전환된 기준 3-층 자기 기록층과 비교되었으며, 이를 테면 3개 자기층들은 결합되며 각각의 층들의 이방성들의 유효 두께-가중 평균치로서 계산된 유효 이방성을 갖는 단일 자기층으로서 작용한다. 제 1 자기층은 HA1=24 kOe의 이방성 및 1의 상대적 유효 두께를 가지며, 제 2 자기층은 HA2=(2/3)HA1=16 kOe의 이방성 및 0.5의 상대적 유효 두께를 가지며, 제 3 자기층은 HA3=(l/24)HA1=1 kOe 의 이방성 및 0.5의 상대적 유효 두께를 갖는다. 이러한 자기 이방성 분포는 0.677 HA1=16.25 kOe의 평균 자기 이방성 <HA>을 산출하며 에너지 배리어는 1.354의 ΔE/ΔE1로 변화한다. 에너지 배리어 변화는 제 1 자기층만을 포함하는 자기 기록층과 비교할 때 제 2 및 제 3 자기층들이 자기 기록층의 열적 안정성에 대해 효과를 갖는다는 것을 나타낸다.
[0080] 예 4의 자기 배향 전환 성능을 기준 코히런트-전환 자기 기록층과 비교할 때, 정규화된 최소 Hsw 값은 기준 자기 기록층의 에너지 배리어와 실질적으로 같은 에너지 배리어(1.354)에서 발견되었다. 도 10a 및 도 10b를 참조로, 서클(94)의 근사 좌표들은 χ12=0.35 and χ23=0.4이다. 도 10a를 볼 때, χ12=0.35 and χ23=0.4에서 정규화된 Hsw 값은 서클(96)로 예시된 것처럼 대략 0.42이다. 이를 기준막의 정규화된 Hsw 값과 비교할 때, 예 4에서 자기 이방성 구배는 정규화된 Hsw에서 대략 61%의 감소를 제공한다. 이는 볼록한 자기 이방성 구배를 제공하도록 선택된 3개 자기층들을 포함하는 자기 기록층이 선형 자기 이방성 구배를 제공하도록 선택된 3개 자기층들을 포함하는 자기 기록층 보다 더욱 쉽게 전환될 수 있고 동등한 열적 안정성을 갖는다는 것을 나타낸다.
[0081] 본 개시물의 다양한 실시예들이 개시되었다. 앞서 개시된 구현예들 및 다른 구현예들은 하기의 청구항들이 범주내에 속한다.
Claims (23)
- 삭제
- 장치로서,
제 1 자기 이방성 필드(Hk1)를 갖는 제 1 자기층;
상기 제 1 자기층 상에 형성된 제 1 교환 브레이크층;
상기 제 1 교환 브레이크층 상에 형성된 제 2 자기층 ―상기 제 2 자기층은 제 2 자기 이방성 필드(Hk2)를 가짐―;
상기 제 2 자기층 상에 형성된 제 2 교환 브레이크층;
상기 제 2 교환 브레이크층 상에 형성된 제 3 자기층 ―상기 제 3 자기층은 제 3 자기 이방성 필드(Hk3)를 가지며, Hk1와 Hk2간의 차(즉, Hk1-Hk2)가 Hk2와 Hk3간의 차(즉, Hk2-Hk3) 미만임―; 및
상기 제 3 자기층 상에 형성된 연속 과립 복합층(continuous granular composite layer)을 포함하고, 상기 연속 과립 복합층 및 상기 제 3 자기층은 두께-가중(thickness-weighted) 평균 자기 이방성 필드(Hk34)를 갖는 교환-결합 복합 영향력을 상기 제 1 자기층과 상기 제 2 자기층 상에 가하도록 구성된 교환-결합 복합(exchange-coupled composite) 구조를 포함하고, 상기 연속 과립 복합층은 상기 제 3 자기층의 Pt 함량(Pt3)보다 큰 Pt 함량(Pt4)을 갖는,
장치. - 제 2 항에 있어서,
제 1 비율 Hk2/Hk1은 제 2 비율 Hk3/Hk2보다 큰,
장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 자기층은 18 at.% 내지 22 at.%의 Pt 함량(Pt1)을 포함하며, 상기 제 2 자기층은 14 at.% 내지 18 at.%의 Pt 함량(Pt2)을 포함하며, 상기 제 3 자기층은 14 at.% 미만인 Pt 함량(Pt3)을 포함하며, Pt1-Pt2는 Pt2-Pt3 미만인,
장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 연속 과립 복합(CGC)층은 제 4 자기 이방성 필드(Hk4)를 갖고, Hk4는 Hk3보다 큰,
장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 자기층, 상기 제 2 자기층, 및 상기 제 3 자기층 중 적어도 하나는 Co 합금, Co 합금과 Pt 합금이 교번하는 층들, 또는 Co 합금과 Pd 합금이 교번하는 층들 중 적어도 하나를 포함하는,
장치.
- 삭제
- 삭제
- 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 비율은 0.6 보다 큰,
장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 비율은 0.9 보다 큰,
장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 비율은 1.0 보다 큰,
장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 자기층은 제 1 자기 물질과 제 1 산화물을 포함하는 제 1 과립 자기층을 포함하고, 상기 제 2 자기층은 제 2 자기 물질과 제 2 산화물을 포함하는 제 2 과립 자기층을 포함하는,
장치. - 제 2 항에 있어서,
Hk1은 16 kOe와 24 kOe 사이에 있는,
장치. - 제 13 항에 있어서,
Hk2는 12 kOe와 24 kOe 사이에 있는,
장치. - 제 14 항에 있어서,
Hk3은 15 kOe 미만인,
장치. - 제 2 항에 있어서,
Hk1은 20 kOe와 22 kOe 사이에 있고, Hk2는 17 kOe와 20 kOe 사이에 있고, Hk3은 9 kOe와 14 kOe 사이에 있는,
장치. - 제 2 항에 있어서,
Pt4는 14 at.% 보다 큰,
장치. - 제 2 항에 있어서,
Hk2는 Hk1 보다 큰,
장치. - 제 18 항에 있어서,
상기 제 2 자기층은 자기 이방성 에너지(Ku2)를 갖고, 상기 제 1 자기층은 자기 이방성 에너지(Ku1)을 가지며, Ku2는 Ku1 보다 작은,
장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 연속 과립 복합층은 CoCrPtB 합금을 포함하는,
장치. - 제 20 항에 있어서,
상기 CoCrPtB 합금은 Ru, W 또는 Nb로 도핑된,
장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 연속 과립 복합층은 산화물을 포함하지 않는,
장치. - 장치로서,
제 1 자기 이방성 필드(Hk1) 및 제 1 자기 이방성 에너지(Ku1)를 갖는 제 1 자기층;
상기 제 1 자기층 상에 형성된 제 1 교환 브레이크층(exchange break layer);
상기 제 1 교환 브레이크층 상에 형성된 제 2 자기층 －상기 제 2 자기층은 제 2 자기 이방성 필드(Hk2) 및 제 2 자기 이방성 에너지(Ku2)를 가지고, Hk2는 Hk1 보다 크고, Ku2는 Ku1 보다 작음－;
상기 제 2 자기층 상에 형성된 제 2 교환 브레이크층;
상기 제 2 교환 브레이크층 상에 형성된 제 3 자기층 －상기 제 3 자기층은 제 3 자기 이방성 필드(Hk3)를 가지고, Hk1와 Hk2간의 차(즉, Hk1-Hk2)가 Hk2와 Hk3간의 차(즉, Hk2-Hk3) 미만임－; 및
상기 제 3 자기층 상에 형성된 연속 과립 복합층을 포함하고, 상기 연속 과립 복합층은 및 상기 제 3 자기층은 두께-가중 평균 자기 이방성 필드(Hk34)를 갖는 교환-결합 복합 영향력을 상기 제 1 자기층과 상기 제 2 자기층 상에 가하도록 구성된 교환-결합 복합(exchange-coupled composite) 구조를 포함하는,
장치.
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