KR20080105386A

KR20080105386A - 수직 자기 기록 매체 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20080105386A
Application number: KR1020070052915A
Authority: KR
Inventors: 윤성용; 임지경; 이후산; 오훈상; 공석현
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-05-30
Filing date: 2007-05-30
Publication date: 2008-12-04
Also published as: US8361641B2; US8889274B2; US20080299416A1; US20130143073A1

Abstract

수직 자기 기록 매체 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 수직 자기 기록 매체는 정보를 수직 자화의 형태로 기록층에 저장하는 수직 자기 기록 매체에 있어서, 상기 기록층은 깊이 방향을 따라 형성된 복수의 영역을 포함하며, 상기 복수의 영역 중 상대적으로 깊은 위치의 영역의 자기 이방성 상수가 다른 영역의 자기 이방성 상수보다 더 큰 것을 특징으로 한다.

또한, 개시된 수직 자기 기록 매체의 제조방법은 수직 자기 이방성을 가지는 기록층을 형성하는 단계; 상기 기록층에 이온을 조사하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

수직 자기 기록 매체 및 그 제조 방법{Perpendicular magnetic recording media and method for manufacturing the same}

도 1은 수직 자기 기록 매체의 일반적인 구조를 보이는 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 수직 자기 기록 매체의 구조를 보이는 도면이다.

도 3은 조사되는 이온 에너지에 따른 이온 농도의 분포를 예시적으로 보이는 그래프이다.

도 4a 내지 도 4c는 이온 조사 조건에 의해 형성되는 기록층의 K_U에 대해 예시한 모식도이다.

도 5는 도 4a 내지 도 4c의 구조를 갖는 수직 자기 기록 매체에 대하여 외부 자계와 그레인 자화 용이축 사이의 각에 따라 스위칭 필드를 보이는 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110...기판 130...연자성 하지층

150...중간층 170...기록층

본 발명은 자기 이방성 상수가 다른 복수의 영역을 구비하는 기록층을 구비하는 수직 자기 기록 매체 및 이온 조사 방식에 의해 상기 특징의 기록층을 형성하는 수직 자기 기록 매체의 제조방법에 관한 것이다.

자기 기록은 기록 방식에 따라 크게 수평 자기 기록 방식과 수직 자기 기록 방식으로 나눌 수 있다. 수평 자기 기록 방식은 자성층의 자화 방향이 자성층의 표면에 평행하게 정렬되는 것을 이용하여 정보를 기록하는 방식이고, 수직 자기 기록 방식은 자성층의 자화 방향이 자성층의 표면에 수직 방향으로 정렬되는 것을 이용하여 정보를 기록하는 방식이다. 기록 밀도 측면에서 볼 때, 수직 자기 기록 방식은 수평 자기 기록 방식보다 훨씬 유리하여, 고밀도의 자기기록을 위해 수직 자기 기록 매체에 대한 지속적인 연구가 행해지고 있다.

도 1은 일반적인 수직 자기 기록 매체의 구조를 보이고 있다. 도면을 참조하면, 수직 자기 기록 매체는 기판(10), 연자성 하지층(12), 중간층(14), 기록층(16)을 포함한다. 기록 헤드(미도시)로부터 발생되는 자기장은 수직 자기 기록 매체의 연자성 하지층(12)을 경유한 후 다시 기록 헤드로 되돌아가는 자로(H)를 형성하며 이 때 자기장의 수직성분이 기록층(16)의 마그네틱 도메인을 자화시켜 정보를 기록하게 된다.

한편, 이러한 자기 기록에 있어 기록 밀도는 초상자성 효과(superparamagnetic effect)에 의해 제한된다. 즉, 기록밀도가 증가함에 따라 기록매체의 그레인 크기는 감소하고, 이에 따라 열적 안정성이 감소하게 되며, 어느 한계를 벗어나면 열적 교란(thermal agitation)에 의해 더 이상 자기 모멘트의 방향을 일방향으로 유지할 수 없는 상태에 이르게 된다. 상기 한계는 다음 식으로 표현된다.

여기서, K_U는 자기 이방성 상수, V는 그레인 부피, K_B는 볼쯔만 상수, T는 절대온도이다.

따라서, 기록 밀도의 증가에 대응할 수 있으려면, 상기 수학식 1의 조건을 만족하는 열적 안정성을 유지하여야 하고, 이를 위해서는 작은 그레인 크기에서도 높은 이방성 에너지를 가지도록 큰 K_U를 가지는 자기 기록 매체의 제작이 선행되어야 한다. 그런데, 기록 매체의 이방성 에너지가 증가하면 필연적으로 기록 매체의 보자력(Hc)이 증가하게 되어 기록을 위한 자화 반전이 어려워지므로 기록가능성(writablility)이 낮아진다는 문제가 있다. 예를 들어, 1000Gb/in²의 기록에 있어 기록된 데이터의 안정성을 10년 정도 보장할 수 있으려면, 요구되는 K_U값은 1.99E7 erg/cc 이다. 그러나 현재의 기록 헤드는 이와 같이 큰 Ku 값을 갖는 자기 기록 매체에 기록하기 어렵다. 이를 해결하기 위해, 큰 K_U값을 갖는 자성 박막과 낮은 K_U값을 갖는 자성 박막을 중간 삽입층의 두께를 변화시키면서 증착하며 제조하는 방식이 시도된 바 있다. 그러나, 이 경우 기록층으로 선택할 수 있는 물질이 한정되어 있고 제조가 어렵다는 단점이 있다. 즉, 두 다른 자성층 내의 아이솔레이 션(isolation) 영역을 똑같이 만들 수 없기 때문에 천이 노이즈(transition noise)가 증가하여 SNR(signal to noise)이 증가하게 된다.

본 발명은 상술한 필요성에 의해 도출된 것으로, 자기 이방성 상수가 다른 복수의 영역을 가지는 기록층을 포함하여 열적 안정성이 높고 기록가능성(writability)이 우수한 수직 자기 기록 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 이온 조사 방식에 의해 상기 특징의 기록층을 가지는 수직 자기 기록 매체의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 수직 자기 기록 매체는 정보를 수직 자화의 형태로 기록층에 저장하는 수직 자기 기록 매체에 있어서, 상기 기록층은 깊이 방향을 따라 형성된 복수의 영역을 포함하며, 상기 복수의 영역 중 상대적으로 깊은 위치의 영역의 자기 이방성 상수가 다른 영역의 자기 이방성 상수보다 더 큰 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 수직 자기 기록 매체는 정보를 수직 자화의 형태로 기록층에 저장하는 수직 자기 기록 매체에 있어서, 상기 기록층의 자기 이방성 상수 값은 깊이 방향을 따라 커지는 구배(gradient)를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 기록층의 자기 이방성 상수의 구배 또는 자기 이방성 상수가 다른 복수의 영역은 이온 조사에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 수직 자기 기록 매체의 제조방법은 수직 자기 이방성 을 가지는 기록층을 형성하는 단계; 상기 기록층에 이온을 조사하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 기록층은 상기 기록층은 Co, Fe, Pt, Pd 중 어느 하나 이상을 포함하는 자성체 박막 또는 자성체 다층 박막 구조로 이루어질 수 있고, 상기 기록층에는 N이온, Ga이온 또는 He이온이 조사될 수 있다.

상기 이온 조사 단계에서 조사되는 이온의 조사량과 에너지는 기록층의 자기 이방성 방향을 유지하면서 보자력의 크기를 줄이는 범위 내에서 조절된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수직 자기기록 매체 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 수직 자기 기록 매체의 구조를 개략적으로 보이는 도면이다. 도면을 참조하면, 수직 자기 기록 매체(100)는 수직 자기 이방성을 가지는 기록층(170)을 포함하는 구조로서, 예를 들어, 기판(110) 위에 연자성 하지층(130), 중간층(150), 기록층(170)이 순차 형성된 구조로 되어 있다. 기록층(170)의 위에는 도시되지는 않았으나 상기 기록층(170)을 외부로부터 보호하는 보호막이 구비될 수 있으며 또한 이러한 보호막의 마모를 감소시키기 위한 윤활막이 더 구비될 수 있다.

기판(110)의 재질로는 유리(glass), Al-Mg 합금, MgO, Si등 이 채용될 수 있다.

연자성 하지층(130)의 재질로는 Co, Fe, Ni 중 어느 하나 이상을 포함하는 연자성 물질이 채용될 수 있다.

중간층(150)은 기록층(170)의 결정 배향성 및 자기적 특성 향상을 위해 기록층(170)과 연자성 하지층(130) 사이에 마련되는 것으로, Ru, MgO, Ni 중 어느 하나 이상을 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다.

기록층(170)은 수직 자화에 의해 정보가 기록되는 층으로, 수직 자기 이방성이 뛰어난 Co, Fe, Pt, Pd 중 어느 하나 이상을 포함하는 자성체 박막 또는 자성체 다층 박막 구조로 이루어진다. 예를 들어, 기록층(170)은 CoCrPtX 물질로 형성될 수 있다. 상기 기록층(170)의 영역은 깊이 방향을 따라 마련된 복수의 영역으로 나누어진다. 예를 들어, 기록층(170)은 자기 이방성 상수가 K_U1인 제1영역(171), K_U2인 제2영역(172), K_U3인 제3영역(173)을 포함한다. 상기 제1~제3영역(171~173) 중 상대적으로 깊은 위치의 영역의 자기 이방성 상수가 다른 영역의 자기 이방성 상수보다 더 크다. 즉, 상기 자기 이방성 상수는 K_U1> K_U2 > K_U3의 조건을 만족한다. 여기서, 도시된 세 개의 영역은 예시적인 것이며, 상대적으로 깊은 위치의 영역의 자기 이방성 상수가 다른 영역의 자기 이방성 상수보다 큰 조건을 만족하는 한 두 개 이상의 어떤 복수(N)개로 구성되어도 무방하다. 각 영역의 크기 또한 예시적인 것이며, 이는 후술하는 이온 조사 조건에 의해 다양하게 형성될 수 있다. 또한, N이 충분히 큰 경우 기록층(170)의 자기 이방성 상수는 깊이에 따라 그 값이 커지는 구배(gradient) 특성을 가지는 것으로 볼 수도 있다. 기록층(170)의 상기 영역 중 기록층(170) 내에서 가장 깊은 위치에 마련되는 제1영역(171)의 자기 이방성 상수 K_U1은 구현하고자 하는 기록밀도에 부응하여 충분한 열적 안정성을 구현할 수 있을 정 도로 값을 갖도록 한다. 마찬가지로, 기록층(170)의 자기 이방성 상수가 깊이에 따라 커지는 구배 특성을 가지는 경우에도 그 최대값은 구현하고자 하는 기록밀도에 부응하여 충분한 열적 안정성을 구현할 수 있을 정도의 값을 갖도록 한다.

다음 표는 기록 밀도의 증가에 따라 저장된 데이터를 약 10년 정도 보장할 수 있기 위하여 요구되는 Ku 값을 보이고 있다.

Areal density (Gb/in²)	Grain volume (nm³)	Required Ku (10⁷ erg/cc)
100	855	0.19
130	900	0.18
180	704	0.24
250	484	0.34
300	387	0.43
450	256	0.65
600	196	0.85
800	116	1.43
1000	83	1.99

다음, 기록층(170)이 상술한 바와 같은 자기 이방성 상수 값을 갖도록 하는 방법을 설명한다. 먼저, 기록층(170)은 자기 이방성 상수가 충분히 큰 물질로 형성된다. 예를 들어, 구현하고자 하는 기록 밀도에 부응할 수 있는 Ku 값을 갖도록 기록층(170)을 형성한다. 다음, 기록층(170)에 이온을 조사한다. 이온 조사는 예를 들어 FIB (Focused Ion Beam) 장비를 이용하여 이루어질 수 있다. 조사되는 이온은 N이온, He 이온, Ga 이온 등이 될 수 있다. 이온 종류의 선택이나, 조사되는 이온의 조사량(dose), 에너지, 스캔 방식 등은 원하는 K_U 특성을 갖도록 조절된다. 도 3은 조사되는 이온 에너지에 따라 이온 농도의 분포를 예시적으로 보이는 그래프이다. 이온 농도가 높은 곳에서 K_U의 감소는 커지므로, 예를 들어, 상술한 K_U1> K_U2 > K_U3 의 조건을 만족시키기 위해 기록층(170)의 표면 쪽에서 이온 농도가 최대가 되도록 이온 조사 조건을 조절한다. K_U의 값이 연속적으로 변하거나 또는 2이상의 영역에서 다른 값을 갖도록 조절될 수 있다. 이를 위하여 이온 조사시 이온에너지나 조사량(dose)은 일정하게 하거나 또는 필요에 따라 연속적으로 변화시킬 수 있을 것이다. 또한, 기록층(170) 위에 stopping layer를 만들어 이온 침투 깊이를 조절할 수 있다. 이와 같은 과정은 시뮬레이션이나 실험에 의해 행해질 수 있다. 이온 조사 조건은 기록층(170)의 자기 이방성 방향을 유지하면서 보자력의 크기를 줄이는 범위 내에서 조절되도록 한다.

이와 같이 이온 조사를 하는 경우 조사된 이온은 기록층(170)을 구성하는 원자들의 위치에 영향을 주게 되며, 강자성 물질의 자기적 특성, 특히, 이방성이나 결합력과 같은 특징은 이러한 원자 재배치에 의해 민감하게 변하게 된다. 예를 들어 Co/Pt 다층막에 Ga 이온을 조사하는 경우 상기 다층막의 자기적 특성이 변하며, 구체적으로, 이온 에너지를 30keV로 하고 조사량(dose)을 5E12 ions/cc로 하였을 때, 이온 침투 깊이는 6.8~9.2nm가 되고, 상기 다층막의 자기 이방성 방향이 유지되면서 보자력이 감소되는 것이 보고된 바 있다.

도 4a 내지 도 4c는 이온 조사 조건에 의해 형성되는 기록층의 K_U의 변화를 예시한 모식도이다. 도 4a는 기록층(170)의 K_U가 1E7 erg/cc의 단일 영역으로 구성된 경우로 이온 조사 단계를 거치지 않은 종래 구조에 해당된다. 도 4b 및 4c는 기록층(170)의 영역이 각각 2개 및 5개로 구성된 경우이고 K_U의 최대값 및 최소값은 각각 1E7 erg/cc 및 1E6 erg/cc 이다.

도 5는 도 4a 내지 도 4c의 구조를 갖는 수직 자기 기록 매체에 대하여 외부 자계와 그레인 자화 용이축 (easy axis) 사이의 각에 따라 스위칭 필드를 보이는 그래프이다. 그래프를 참조하면, 본 발명의 실시예는 도 3a의 종래 구조에 비해 훨씬 낮은 값의 스위칭 필드를 가지며, 따라서 기록가능성(writability)이 향상되는 구조임을 알 수 있다. 또한, 자기 이방성 상수의 분포가 5개의 영역으로 나뉘어진 경우 2개의 영역으로 나뉘어진 경우보다 낮은 값을 갖는다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 수직 자기 기록 매체 및 그 제조방법은 높은 자기 이방성 상수를 갖는 기록층에 이온을 조사함으로써 상기 기록층이 자기 이방성 상수가 다른 복수의 영역을 구비하게 되거나 또는 자기 이방성 상수의 구배를 갖도록 하는 점에 그 특징이 있다. 이러한 기록층을 구비하는 수직 자기 기록 매체는 열적 안정성이 높으면서도 기록가능성(writability)이 우수하여 고밀도용 수직 자기 기록 매체로 적용될 수 있다.

또한, 이온 조사 방식에 의해 상기 특징을 갖는 수직 자기 기록 매체를 제조하는 경우, 두 가지 상이한 물질, 즉, 높은 K_U를 갖는 물질과 낮은 K_U를 갖는 물질로 기록층을 형성할 때 계면이 깨끗이 형성되지 않음으로써 기록특성이 저해되는 문제 가 생길 염려가 없다는 이점도 있다.

이러한 본원 발명인 수직 자기 기록 매체 및 그 제조방법은 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

정보를 수직 자화의 형태로 기록층에 저장하는 수직 자기 기록 매체에 있어서,

상기 기록층은 깊이 방향을 따라 형성된 복수의 영역을 포함하며,

상기 복수의 영역 중 상대적으로 깊은 위치의 영역의 자기 이방성 상수가 다른 영역의 자기 이방성 상수보다 더 큰 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체.
제1항에 있어서,

상기 기록층의 복수의 영역은 이온 조사에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체.
제1항에 있어서,

상기 복수의 영역 중 가장 깊은 위치에 형성된 영역의 자기 이방성 상수는 상기 수직 자기 기록 매체가 구현하고자 하는 기록 밀도에 상응하는 값을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체.
정보를 수직 자화의 형태로 기록층에 저장하는 수직 자기 기록 매체에 있어서,

상기 기록층의 자기 이방성 상수 값은 깊이 방향을 따라 커지는 구 배(gradient)를 갖는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체.
제3항에 있어서,

상기 기록층의 자기 이방성 상수의 구배는 이온 조사에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체.
제3항에 있어서,

상기 기록층의 자기 이방성 상수 구배에 있어 그 최대값은 상기 수직 자기 기록 매체가 구현하고자 하는 기록 밀도에 상응하는 값을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기록층은,

기판, 연자성 하지층, 중간층이 순차 적층된 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체.
제7항에 있어서,

상기 연자성 하지층은 Co, Fe, Ni 중 어느 하나 이상을 포함하는 자성체로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체.
제7항에 있어서,

상기 중간층은 Ru, MgO, Ni 중 어느 하나 이상을 포함하는 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체.
제7항에 있어서,

상기 기록층은 Co, Fe, Pt, Pd 중 어느 하나 이상을 포함하는 자성체 박막 또는 자성체 다층 박막구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체.
수직 자기 기록 매체의 제조방법에 있어서,

수직 자기 이방성을 가지는 기록층을 형성하는 단계;

상기 기록층에 이온을 조사하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체의 제조방법.
제11항에 있어서,

상기 기록층은 상기 기록층은 Co, Fe, Pt, Pd 중 어느 하나 이상을 포함하는 자성체 박막 또는 자성체 다층 박막 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체의 제조방법.
제11항에 있어서,

상기 기록층에 조사되는 이온은 N이온, Ga이온 또는 He이온인 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체의 제조방법.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

조사되는 이온의 조사량 및 에너지는,

상기 기록층의 자기 이방성 방향을 유지하면서 보자력의 크기를 줄이는 범위 내에서 조절되는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 매체의 제조방법.