TWI483246B - 具有增強可寫性與熱安定性的磁性記錄媒體及其製造方法 - Google Patents
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Description
下列主題係關於美國專利公開第20060024530、20060269797、20070064345及20070287031號，且關於美國專利第6,777,112、7,192,664、6,914,749及7,201,977號，在此以引用方式及為了所有目的各自將其全文併入本文。
本發明係關於具有增強磁性以供改善可寫性的記錄媒體。特別是，本發明係關於能改善可寫性同時降低缺陷以便獲得均勻磁性(如均勻地高各向異性(Hk)及狹窄交換場分佈(SFD))的方法、系統或零件。
磁性媒體經常以碟片形式廣泛用於不同應用中，特別是用於數據/資訊儲存及檢索應用的電腦產業，並朝向提高面記錄密度，即位元密度及位元/單位面積的磁性媒體，的目標持續努力。習用薄膜型磁性媒體，其中細晶粒磁性合金層用作活性記錄層，一般依據磁性材料晶粒的磁性域取向歸類為“縱長型”或“垂直型”。
經常地，以含有多晶系CoCr或CoPt-氧化物的膜製造記錄媒體。該多晶系膜中富含Co的區域為鐵磁性而該膜中富含Cr或氧化物的區域為非磁性。相鄰鐵磁性域之間的磁性交互作用由於其間的非磁性區而衰減。
電腦相關應用中常用之習用縱長記錄的硬磁型磁性記錄媒體包含實質上剛性的非磁性基材，其經常為鋁(Al)或鋁系合金(如鋁-鎂(Al-Mg)合金)及連續沉積或形成在其表面上的鍍著層(如非晶形鎳-磷(Ni-P))；包含非晶形或微晶粒材料的籽晶層之雙層(例如，鎳-鋁(Ni-Al)或鉻-鈦(Cr-Ti)合金及經常為Cr或Cr系合金之多晶系底層)；磁性記錄層(例如，具有鉑(Pt)、Cr、硼(B)等等的一或多者之鈷(CO)系合金的)；經常含有碳(C)的保護性包覆層(例如，鑽石狀碳(“DLC”))；及潤滑性頂覆層(例如，全氟聚醚的)。該基材、鍍著層、籽晶層、中間層、磁性層或包覆層各者可藉由適合的物理氣相沉積(“PVD”)技術(如濺射)加以沉積，且該潤滑劑表層經由藉由浸漬或濺射加以沉積。碳包覆層經常含氮、氫或乙烯的氬中沉積。該保護性包覆層保護該磁性記錄層不被腐蝕並降低碟片與讀取/寫入頭之間的摩擦力。潤滑性薄層可施於該保護性包覆層表面以藉由降低該保護性包覆層的摩擦和磨損而增進該頭-碟片界面的摩擦性能。
在縱長媒體的操作中，該磁性層較佳藉由寫入換能器或寫入“頭”加以局部磁化，以記錄且藉以將數據/資訊儲存在其中。該寫入換能器或頭可包含主要(寫入)極及輔助極並創造高度集中的磁場，該磁場根據待儲存的資訊之位元更替媒體磁化方向。當該寫入換能器所產生的局部磁場大於該記錄媒體層的材料之矯頑磁力時，於該位置的多晶系材料之晶粒係被磁化。在移除寫入換能器所施予的磁場之後該等晶粒仍維持其磁化強度。該磁化方向匹配所施予的磁場方向。該記錄媒體層的磁化強度會在讀取換能器或讀取“頭”中連續產生電氣回應，使儲存的資訊能被讀取。
持續努力做到提高該等磁性記錄媒體的記錄面密度及信號對媒體雜訊比(“SMNR”)之目標。關此，已發現所謂的垂直記錄媒體(磁性層中具有垂直各向異性及依與磁性層表面垂直之方向形成磁化的記錄媒體)在達到非常高位元密度方面勝過習用的縱長媒體而不需經歷與後者有關的熱安定性極限。在垂直磁性記錄媒體中，依與該磁性媒體(經常在適當基材上的磁性材料層)表面垂直的方向(“易磁化軸”)形成殘留磁化強度。
非常高的線性記錄密度可利用具有垂直磁性媒體的“單極”磁換能器或“頭”獲得。典型垂直記錄系統利用具有較厚的(與磁性記錄層相比)“軟質”磁性下方層(SUL)、較薄“硬質”垂直磁性記錄層及單極頭的磁性媒體。磁性“柔軟”表示具有低於約150厄斯特(Oe)或較佳低於約10 Oe之相當低矯頑磁力的磁性材料，如NiFe合金(透磁合金)或易於磁化及消磁的材料。磁性上“硬質”的記錄層具有數kOe之相當高的矯頑磁力，經常約2至10 kOe或較佳約3至8 kOe，且包含，例如，具有垂直各向異性的鈷系合金(例如，Co-Cr合金，如CoCrPtB，或另一種不易磁化或消磁的材料)。磁性上軟質的下方層用以指引該頭透過該硬質垂直磁性記錄層所發出的磁通量。該系統另外較佳包含非磁性基材、至少一個非磁性中間層及任意黏著層。包含一或層非磁性材料之相當薄的中間層較佳位於該至少一個磁性上硬質的記錄層下方，且用以預防該軟質下方層與該磁性上硬質的記錄層之間的磁性交互作用並促進該硬質記錄層希望的微結構性質和磁性。參見美國公開第20070287031號；美國專利第6914749號；美國專利第7201977號。該中間層可包含形成中間層堆疊體的多層，且這些層之至少一者較佳包含毗鄰該磁性上硬質的記錄層之hcp(六方最密堆積)材料。
磁換能器頭的主要寫入極所發出的磁通量φ進入並通過該主要極下方區域中的至少一個垂直取向之磁性上硬質的記錄層，進入並行經該SUL內一段距離，並接著排出該SUL並通過該換能器頭的輔助極下方區域中的至少一個垂直硬質磁性記錄層。
與習用垂直媒體相比，其受限於磁性晶粒之間有強力側向交換耦合存在，粒狀垂直磁性記錄媒體正在開發的是其進一步擴充儲存數據的面密度之能力。粒狀(意指面內晶粒本質上不連續)垂直記錄媒體包含具有由晶粒邊界分開的磁性柱狀晶粒之“硬質”粒狀垂直磁性層，該等晶粒邊界包含孔隙、氧化物、氮化物、非磁性材料或其組合。具有約2至約20埃的厚度之晶粒邊界提供磁性晶粒之間的磁性交換作用之實質減小。相對於習用垂直媒體，其中該垂直磁性層經常於惰性氣體(如氬(Ar))存在之下於低壓及高溫濺射，粒狀垂直磁性層的沉積於相當高壓及低溫進行並可利用反應性濺射技術，其中將含有氧(O)及/或氮(N)的分子引入，例如，Ar及O2
、Ar及N2
或Ar及O2
及N2
，與H2
O的氣體混合物中。或者，可利用包含氧化物及/或氮化物的濺射靶引入氧化物及/或氮化物，其係於惰性氣體(例如，Ar)存在之下濺射，或，任意地，可於包含O及/或N的濺射氣體存在之下，無論惰性氣體是否存在，濺射。所引入的氧化物及/或氮化物移入該等晶粒邊界內並可提供晶粒之間具有減小的側向交換耦合之粒狀垂直結構。參見美國公開第20060269797號。此等晶粒邊界的引入會提高記錄/儲存媒體的面密度。
文中所述的媒體內之不同層形成堆疊結構。該媒體之層疊堆體的多晶系層含有晶粒邊界。因為磁性上硬質的主要記錄層及中間層常包含結晶性材料，且該硬質磁性層較佳附著長在該中間層上，各多晶系層的晶粒具有實質上相同的寬度(依水平方向測量)及垂直設定(即，垂直“關聯”或對齊)。完成層堆疊體的是形成在該硬質磁性層上面的保護性包覆層(如鑽石狀碳(DLC))及形成在該保護性包覆層上面的潤滑性頂覆層(如全氟聚醚材料)。該垂直記錄媒體也可包含該縱長記錄媒體結構中所述的鍍著層及/或籽晶層。該籽晶層較佳為毗鄰該磁性上軟質的下方層(SUL)且較佳包含非晶形材料及面心立方晶格結構(fcc)材料之至少一者。該措辭“非晶形”意指與背景雜訊相比此材料在θ-2θ X-射線繞射圖中並未顯示尖銳峰。非晶形層可包含非晶形相的奈米微晶或任何其他材料形態，只要與背景雜訊相比此材料在X-射線繞射圖中並未顯示峰。籽晶層播下該下方層的特定結晶學組織成核的籽晶。習慣上，籽晶層為該非磁性基材的第一沉積層。此層的角色在於組織或對準後續含Cr的下方層之結晶學取向。該籽晶層、下方層及磁性層習慣上在惰性氣氛(如氬氣氛)中接連濺射沉積在該基材上。
非常細晶粒的磁性記錄媒體可能具有熱不安定性。一種解決方法為經由使鐵磁性記錄層與另一個鐵磁性層或反鐵磁性層耦合提供安定化。這可藉由提供包含至少一對反鐵磁耦合(“AFC”)之鐵磁性層的安定化磁性記錄媒體達到。美國專利第6777112號係關於將非磁性間隔物層插入AFC磁性層之間；然而，先前技藝結構未曾最適控制記錄媒體層的晶粒之間的平面間交換耦合，且若不犧牲該記錄媒體的熱安定性無法縮小磁性團尺寸。
含有AFC-耦合記錄層的記錄媒體之一結構包含垂直堆疊在“硬質”粒狀磁性記錄層上面的連續磁性記錄層。該連續層的磁性晶粒從側向更強力地交換耦合而該硬質粒狀層的磁性晶粒僅從側向纖弱地交換耦合。在特定記錄媒體結構中該連續層(經常包含具有相當低矯頑磁力的材料或更易於磁化或消磁的材料)係鐵磁耦合至該硬質粒狀層(包含含具有相當高矯頑磁力的材料或不易磁化或消磁的材料)。在此媒體中，整個連續磁性層可與下方的粒狀硬質磁性層中各個晶粒耦合(形成垂直交換耦合複合體-“ECC”)。參見美國專利第7201977號。
此基材經常為碟狀且可包含玻璃、陶瓷、玻璃-陶瓷、NiP/鋁、金屬合金、塑膠/聚合物材料、陶瓷、玻璃-聚合物、複合材料、非磁性材料，或其組合或層疊體。參見美國專利第7060376號。製造磁性記錄硬碟時習用的基材材料包含鋁-鎂(Al-Mg)合金。此等Al-Mg合金經常無電鍍著厚度約15微米的NiP層以提高基材硬度，藉以提供適合研磨的表面以提供必要的表面粗糙度或織構。該任意黏著層，若存在於該基材表面上，經常包含少於約200埃()厚的金屬或金屬合金材料層，如Ti、Ti系合金、Ta、Ta系合金、Cr或Cr系合金。
較厚的SUL經常包含約30至約300 nm厚的軟質磁性材料層，如Ni、Co、Fe、含Fe的合金(如NiFe(透磁合金)、FeN、FeSiAl、FeSiAlN)、含Co的合金(如CoZr、CoZrCr、CoZrNb)或含Co-Fe的合金(如CoFeZrNb、CoFe、FeCoB及FeCoC)。較薄的中間層堆疊體經常包含約50至約300厚的層或非磁性材料層。該中間層堆疊體包括至少一個毗鄰該磁性上硬質的垂直記錄層之hcp材料的中間層，如Ru、TiCr、Ru/CoCr37
Pt6
、RuCr/CoCrPt等等)。若存在的話，毗鄰該SUL的籽晶層經常可包括少於約100厚的fcc材料層，如Cu、Ag、Pt或Au的合金，或非晶形或細晶粒材料，如Ta、TaW、CrTa、Ti、TiN、TiW或TiCr。該至少一個硬質的垂直記錄層經常包含約10至約25 nm厚的Co系合金層，其包括一或多種選自由Cr、Fe、Ta、Ni、Mo、Pt、W、Cr、Ru、Ti、Si、O、V、Nb、Ge、B及Pd所構成的群組之元素。
上述的習用媒體類型當中，縱長媒體比垂直媒體發展更甚且已經用於電腦產業數十年。在此期間，零件及子系統(如換能器頭、通道及媒體)已經被反覆充分運用以於電腦環境中有效率地操作。然而，時下普遍認為由於有效防止面記錄密度進一步增加的物理限制，縱長記錄在電腦應用中當作工業標準即將達到其壽命之終點。
另一方面，垂直媒體在許多電腦相關記錄應用中已取代縱長媒體並持續朝向遠超過縱長媒體容量之不斷提高的面記錄密度前進。然而，垂直媒體及記錄技術比所有縱長媒體及記錄技術的情況都發展的還不好。明確地說，垂直磁性記錄技術的各個個別零件(包括換能器頭、媒體及記錄通道)比縱長記錄技術的對應零件更未被完整開發並充分運用。結果，以垂直媒體及系統與先前技藝(即，縱長媒體及系統)相比所觀察到的增益難以評估。
高密度垂直記錄媒體必需數個磁性質的細心控制及平衡，包括：能熱安定及與高梯度頭相容之夠高的各向異性；能藉由該頭寫入之夠低的交換場；低到足以維持磁性晶粒或團簇之間的小關聯長度及高到足以維持窄交換場分佈(SFD)之側向交換耦合；及足以維持熱安定性並使SFD最小化之晶粒對晶粒的磁性質均勻性。
由於記錄密度不斷提高，所以必需製造更小的晶粒結構使位元中的磁粒子數目維持於類似值。較小的晶粒結構對於不均勻(如晶粒內的各向異性變化)更加敏感，且也需要較高各向異性以維持熱安定性，因此不利地影響可寫性。因此，此技藝中需要具有較窄SFD的改善可寫性及較少缺陷及改善的性質均勻性之媒體。
有些時下的垂直記錄媒體運用包括3或更多個Co-合金磁性層的記錄層以使磁性參數最適化。例如美國專利第7,192,664號描述具有如CoCr4-20
Pt12-25
(TiO2
)4-12
組成的第一或底部磁性層，其包括關於低Hex之相當高的氧化物體積百分比及關於高各向異性之相當高的Pt濃度。其他層(例如，上方磁性層)可具有較低氧化物及Pt濃度，且可含有其他元素(例如，B)以便調整交換耦合，降低SFD，及改善可寫性。參見美國公開第20070064345號。然而，元素(如Pt及B)也會引入能夠降低性質(如各向異性)均勻性並限制SFD降低、磁性轉變窄化及媒體信號雜訊比(SNR)改善的缺陷(如堆疊缺陷)。美國公開第20060024530號。
綜觀前述，很清楚需要改良的記錄媒體(特別是垂直記錄媒體)及系統技術，其係經設計以在功能上提供與習用記錄媒體及系統相比的一系列益處及性能增進。
在此所揭示的方面能克服數個與現存磁性記錄層有關的問題及缺點以改善可寫性同時降低缺點以便獲得更均勻的磁性質，如均勻地高各向異性(Hk
)及狹窄交換場分佈(SFD)。本發明的具體實施例係關於磁性記錄媒體，其可包括垂直記錄媒體、縱長記錄媒體、分離軌記錄媒體、位元圖案化媒體、濾波媒體或熱輔助磁性記錄(HAMR)媒體。
有一個具體實施例係關於一種磁性記錄媒體，其包含：包含一或多個粒狀磁性層的第一磁性記錄層，其中此第一磁性記錄層具有約10 kOe或更大的各向異性場(此第一磁性記錄層在全文中也被稱為“硬質”及/或“粒狀”及/或“底部”磁性記錄層)；包含一或多個連續磁性層的第二磁性記錄層，其中此第二磁性記錄層具有低於該第一磁性記錄層的各向異性場之第二磁性記錄層(此第二磁性記錄層在全文中也被稱為“軟質”、“半軟質”、“半硬質”、“第二”、“連續”或“頂部”磁性記錄層)；及介於該第一與第二磁性記錄層之間的垂直交換耦合(或交換分離(exchange break))之交換調諧層。較佳地，該交換調諧層包含至少一個粒狀層，且較佳地，該交換調諧層包含一或多個磁性層。較佳地，整個磁性記錄媒體顯示約3至7 kOe的矯頑磁力。有一個具體實施例中，該第二(軟質/半軟質/半硬質)磁性記錄層包含最接近下方較高各向異性層的粒狀層及該粒狀層上方的連續層。較佳地，該第二(軟質/半軟質/半硬質)磁性記錄層含有濃度比該第一(硬質)磁性記錄層低的鉑(Pt)。較佳地，該第二磁性記錄層具有約6至12 kOe的各向異性場。
該交換調諧層較佳包含鈷、鈷-合金、鉑、硼、釕、鉻、鉭、六方最密堆積(hcp)材料、氧化物、非磁性Co-氧化物-Ru、Ru-氧化物粒狀材料、CoCr0-20
Ru2-25
(TiO2
)4-12
、CoCr0-20
Ru2-40
(SiO2
)2-8
或其組合。該交換調諧層可為磁性或可具有低磁化強度或為非磁性。較佳地，該交換調諧層包含粒狀材料或至少一或多個粒狀層並具有約0.1至100埃，約1至50埃，約1至40埃，約10至80埃，約10至25埃，或約15埃的厚度，及約0至100 emu/cc，約100至300 emu/cc，或約0至300 emu/cc的較佳飽和磁化強度(Ms
)。較佳地，該交換調諧層為弱磁性，且較佳其具有約200 memu/cc或更小的磁矩。
另一個具體實施例係關於一種交換調諧層，其降低該第一與第二磁性記錄層之間的垂直耦合，或用於降低此垂直耦合的方法。較佳地，根據本發明的具體實施例之記錄媒體比起沒有交換調諧層的媒體具有較小的交換場分佈(SFD)。有一個具體實施例係關於一種藉由引入交換調諧層而降低記錄媒體的SFD之方法。較佳地，根據本發明的具體實施例之記錄媒體具有比起沒有交換調諧層的媒體高出介於約0.3與1之間，或介於約0.3與0.5十倍頻程之間的位元錯誤率(BER)增益。
較佳地，根據本發明的具體實施例之記錄媒體顯示約1至7000 Oe，約1至5000 Oe，約1至1000 Oe，約3000至5000 Oe，約3000至7000 Oe，約4000至5000 Oe或約4000至45000 Oe的殘留矯頑磁力。
另一個具體實施例係關於一種製造磁性記錄媒體之方法，該方法包含：將軟質磁性下方層(SUL)沉積在基材上；將具有約10 kOe或更大的各向異性場之第一磁性記錄層沉積在該SUL上面，其中該第一磁性記錄層包含一或多個粒狀磁性層；將交換調諧層沉積在該第一磁性記錄層上面，其中該交換調諧層具有約0至100埃的厚度並包含至少一個粒狀磁性層；及將第二磁性記錄層沉積在該交換調諧層上面，該第二磁性記錄層具有小於該第一磁性記錄層的各向異性之各向異性場，其中該第二磁性記錄層包含一或多個連續磁性層。較佳地，該第二磁性記錄層具有約15 kOe或更小，或約12 kOe或更小的各向異性場。
另一個具體實施例係關於一種增加該交換調諧層的厚度而提高該交換調諧層的飽和磁化強度(Ms
)之方法。
另一個具體實施例係關於一種藉由根據本發明的具體實施例之方法所製造的磁性記錄媒體。
本發明的其他具體實施例及缺點係部分說明於後續說明內容中，且部分可由此說明內容明顯見到，或可由本發明的實施學到。
交換耦合複合材料(ECC)微結構可改善高各向異性磁性層的可寫性。ECC結構包含至少一個較高各向異性層及至少一個較低各向異性層，其透過層間的界面垂直交換耦合。由模型製作及其他應用(如高能產物磁性材料)得知非常高各向異性“硬質”層強力交換耦合於低各向異性“軟質”層將會明顯降低交換或“寫入”該硬質層同時維持高熱安定性所需的場。然而，硬質層中常用的大部分Co-合金將層的各向異性限於低於30 kOe(千厄斯特)，且在許多常用的Co-合金中低於約20 kOe。此外，吾人所欲為所有層的平均各向異性較高，能與記錄頭相容且維持熱安定性。由此，先前技藝在此等AFC磁性記錄層中所用的軟質層被限於具有較高各向異性的較薄層(換句話說，該等“軟質”層由於其比起典型“軟質”層的較高各向異性基本上為“半軟質”或“半硬質”)，所以合併層的平均各向異性可維持得夠高。
然而，此配置-由強力垂直耦合的硬質及軟質層製成，其中該“軟質”層的各向異性提高且其厚度降低(造成薄半硬質層)-導致降低的可寫性。第1圖顯示5個不同厚度(介於1 nm與5 nm之間)的“軟質”層與交換各向異性(Hswitch
)除以各向異性場(Hk
)之間的交互作用。在此實驗中該等“軟質”層各自維持於700 emu/cc飽和磁強度(Ms
)。
由於具有分別提高的交換各向異性而顯示逐漸薄的軟質層且由此降低該記錄系統的可寫性。同時，藉由降低層間的垂直耦合而改善耦合於薄半硬質層的硬質層之可寫性。如第1圖所示，關於寫入增進最大值的最適垂直耦合強度隨著軟質/半軟質/半硬質層各向異性及厚度(tsort
，以奈米為單位測量)變化，其於這些數值之任一者提高時降低。
矯頑磁力對於垂直耦合的依賴性為該軟質/硬質層界面釘扎鬆動(de-pinning)時該域壁所引起的複雜現象。第1圖的線描述殘留矯頑磁力(或交換場)對於垂直(或中間層交換)耦合(厚度1nm至5nm的線，如圖例所標識)的依賴性。最適磁性記錄性能經常希望較低的矯頑磁力。第1圖中不同的線對應該“軟質”(頂部)磁性記錄層的不同厚度(參見圖上的圖例)。由第1圖，可見到關於該軟質磁性記錄層的不同厚度於不同的中間層耦合值時達到最小矯頑磁力。在此實施例中，其中該軟質層為5nm厚，於指定的中間層交換值時沒有“最小”矯頑磁力值，而是，矯頑磁力於較大的中間層交換值(耦合)時穩定維持於低值。因此，關於厚軟質磁性層(如第1圖所述的實施例之5nm厚的層)必需沒有中間層。另一方面，關於薄軟質層(例如，第1圖中的2nm-厚的層)，矯頑磁力於低垂直耦合值(在此案例中，2 erg/cm2
)時達到最小值。
意外的是發現到藉由策劃設計位於磁性記錄媒體的硬質與較低各向異性磁性記錄媒體之間的中間層，將能調整垂直耦合以達到最適的矯頑磁力。
本發明的一個具體實施例包含垂直交換耦合調諧層(“交換調諧層”)，其係插入該至少一個硬質層與軟質與該至少一個軟質、半軟質或半硬質層之間以改善或增進記錄及/或儲存媒體的可寫性。該交換調諧層較佳包含一或多個粒狀及磁性層。該交換調諧層增加該等磁性晶粒各自的有效體積同時維持其於整個磁性記錄堆疊體內的較小實際物理磁性簇大小。該交換調諧層因此藉由充分運用鐵磁性層對之間的耦合強度提高該記錄層的熱安定性。該交換調諧層的較佳粒狀本質也使此交換調諧層能長在較佳包含至少一個粒狀磁性層的硬質磁性記錄層上面。
根據本發明的具體實施例之交換調諧層使被視為該交換調諧層厚度的函數之介於AFC硬質與軟質/半軟質/半硬質磁性記錄層之間的耦合最適化。不欲受理論所限，可寫性可表示為飽和磁化強度(Ms
)場的函數：當該硬質與軟質/半軟質/半硬質磁性記錄層之間沒有交換調諧層時，該飽和場可能高到使該媒體無法寫入。當引入根據本發明的具體實施例之交換調諧層時，該飽和場開始降低並達到明顯改善可寫性的最佳點。然而，要小心不得將該交換調諧層厚度增加至使牽引的磁性記錄層分離的點。此磁性記錄層之間的分離折衷處理磁性記錄裝置的磁結構，並使磁性寫入器頭所發出的磁場不會穿透該軟質/半軟質/半硬質層到達該硬質層並記錄在該磁性層堆疊體(包含該二磁性記錄層，及該交換調諧層)上。
該硬質磁性記錄層可沉積在該基材的近端或遠端；該軟質/半軟質/半硬質磁性記錄層可沉積在該基材的近端或遠端。文中用以描述記錄媒體的堆疊磁性記錄層所在之“底部”及“頂部”分別表示該基材的“近端”對“遠端”。較佳地，該硬質層為媒體結構的磁性層底部(或該基材的近端)，而具有比該硬質層低各向異性的軟質/半軟質/半硬質層較佳沉積在該基材的遠端。較佳地，該軟質/半軟質/半硬質層係沉積在該交換調諧層上面。
較佳地，該硬質磁性記錄層包含具有用於降低側向交換耦合的氧化物之Co-合金並包含至少一個粒狀磁性層。交換耦合較佳為藉著在磁性粒子之間的邊界處形成非鐵磁性材料而加以控制。非鐵磁性材料通常在藉由Cr及B優先表面擴散至晶粒邊界將含有CoPtCrB的合金濺射沉積在高溫基材上的期間形成。該晶粒中心與該晶粒邊界之間的Co濃度有變化所以會有磁性至非磁性組成的轉變。此媒體中的交換耦合係藉由變化參數(如Cr及B濃度，及基材溫度)加以控制。非鐵磁性材料也可在藉由將金屬氧化物加至該濺射靶或在含氧的濺射氣體中反應濺射該靶將含有CoPt的合金濺射沉積在低溫基材上的期間形成於磁性晶粒邊界處。這些媒體中的交換耦合係藉由變化參數(如濺射氣壓、該濺射氣體中的氧濃度及該濺射靶中的氧化物濃度)加以控制。根據本發明之一具體實施例，存在於該磁性合金層中的總量TiO2
之約50%至約100%係偏析於晶粒邊界，或實質上所有存在的TiO2
係偏析於晶粒邊界。
Co-合金硬質層使各向異性能在約12至24 kOe的範圍。較佳地，該硬質層包含多層結構(如Co-合金及Pt-合金或Pd-合金的交錯(較佳薄)層)且較佳使各向異性能在至少約20 kOe及更高。側向交換去耦合的微結構將各向異性限於40 kOe或更低。較佳地，與根據本發明的具體實施例之交換調諧層耦合的多層結構使各向異性能最適化。有一個具體實施例中，所用的高矯頑磁力(硬質)磁性材料也可包含CoCr、CoCrPt、CoCrTa、CoCrTaPt、CoPt、CoNiCr、CoCrPtB、FePt合金或其組合。在另一個具體實施例中，該硬質磁性記錄層具有約2或更高特斯拉(T)的Ms
。
有一個具體實施例中，該至少一個硬質磁性記錄層包含約50至約250厚的Co系合金層，其包括一或多種選自由Cr、Fe、Ta、Ni、Mo、Pt、V、W、Nb、Ge、B及Pd所構成的群組之元素、鐵的氮化物或氧化物。在另一個具體實施例中，該硬質磁性記錄層包含(CoX/Pd或Pt)n
多層磁性超晶格結構，其中n為約10至約25的整數，其中該超晶格的Co系磁性合金之交錯薄層各自為約2至約3.5厚，其中X為選自由Cr、Ta、B、Mo、Pt、W及Fe所構成的群組之元素，且其中該等Pd或Pt的交錯薄非磁性層各自為至多約10厚。本發明的具體實施例包括含有磁性合金的磁性記錄媒體，該磁性合金具有10至30原子%的Pt含量(例如，15至25原子%)及3至8原子%的TiO2
。
具有比該硬質粒狀層的各向異性低之各向異性的實際磁性記錄層具有約15 nm的厚度。為了維持合併層的高平均各向異性，將此磁性層的各向異性維持得相當高(比起典型的磁性上“軟質”層)，如約6至12 kOe，因此將其標示為半軟質或半硬質。當此半軟質或半硬質磁性記錄層薄到介於約1與2 nm之間時，低或甚至負值的垂直各向異性(Hk
)將發生效用。為了可寫性的最適化，軟質/半軟質/半硬質磁性記錄層性質範圍(包括在約-6000至+12,000 Oe的範圍中之垂直各向異性及約1至15 nm的厚度)與廣大範圍的垂直耦合值有不同的組合。有一個具體實施例中，此軟質、半軟質或半硬質磁性記錄層中所用的磁性材料包含NiFe合金。在另一個具體實施例中，此層具有低於約2 T，低於約1.5 T，低於約1 T，或低於約0.5 T的飽和磁化強度(Ms
)。
較佳地，該交換調諧層提供廣大範圍的耦合強度同時維持希望的頂部(硬質)層性質(如取向、側向交換耦合、均勻性及所欲的各向異性值)。較佳地，藉由根據本發明之具體實施例的媒體結構使該媒體中的六方最密堆積(hcp)結構安定化，維持晶體生長及膜形態學，並提供最初的垂直耦合控制。
有一個具體實施例中，該交換調諧層具有約0至4 nm的厚度並包含具有約0至100 emu/cc的低飽和磁化強度(Ms
)之Co-合金。較佳地，該交換調諧層使殘留矯頑磁力(HCR)、垂直交換耦合、封閉場及可寫性能最適化。在另一個具體實施例中，該交換調諧層包含具有約100至300 emu/cc的Ms
及較大的厚度(約1至8 nm)以擴及類似的耦合範圍。更佳地，該交換調諧層另外包含添加Ru以供hcp結構安定化並降低Ms
。更佳地，該交換調諧層包含氧化物使該調諧及/或後續沉積層中能維持低側向交換耦合。在另一個具體實施例中，該交換調諧層包含添加Pt或B，以及Ru，以供hcp結構安定化並降低Ms
的Co-合金。在其他具體實施例中，該交換調諧層包含非磁性層，並可包含不包括Co的hcp材料。
該媒體較佳另外包括形成在該基材上的軟質磁性下方層並可包含多個層。該軟質磁性下方層較佳包含Ni、Fe、Fe-合金、摻Cr之含有Fe-合金的合金、CoFeZr、CoFeTa、FeCoZrB、NiFe(透磁合金)、Co、CoZr、CoZrCr、CoZrNb、CoFeZrNb、CoFe、Fe、FeN、FeSiAl、FeSiAlN、FeCoB、FeCoC或其組合。此SUL較佳形成500至4000的厚度。較佳地，中間層位於該軟質磁性下方層上。硬質磁性記錄層較佳位於該中間層上。該硬質磁性記錄層較佳包括多個磁性材料的晶粒及多個隔開磁性材料的晶粒之非磁性材料(如氧化物、氮化物或其他非磁性材料)的邊界。該等晶粒可具有在3至10 nm範圍中的大小、且含有氧化物的磁性層可具有在3至20 nm範圍中的厚度。
該結構的層可包含不同材料。基材材料一般包括鍍著NiP的Al合金、玻璃、玻璃-陶瓷、陶瓷或其他非磁性材料。該基材也可為織構化基材(如習用鍍著NiP的織構化鋁基材或織構化玻璃-陶瓷基材)。黏著增進層材料包括鉭(Ta)、鈦(Ti)、鈦-鉻(TiCr)、鉻(Cr)及其他金屬。
該至少一個硬質磁性記錄層較佳具有大於12 kOe，大於15 kOe，或較佳15至40 kOe的各向異性，且較佳包含Co、Ti、Pd、Cu、Cr、Fe、Ta、Ni、Mo、Pt、V、W、Nb、Ge、B、合金或其組合。更佳地，該硬質磁性記錄層包括含氧化物及氮化物的Co-系合金(例如，鈷-鉑氧化物(CoPtO)、鈷-鉻-鉑氧化物(CoCrPtO)、鈷-鉻-鉑-鉭氧化物(CoCrPtTaO)、鈷-鉑-鈦氧化物(CoPtTiO)、鈷-鉻-鉑-鈦氧化物(CoCrPtTiO)、鈷-鉻-鉑-鋁氧化物(CoCrPtAlO)、鈷-鉑-矽氧化物(CoPtSiO)、鈷-鉻-鉑-鋯氧化物(CoCrPtZrO)、鈷-鉻-鉑-鉿氧化物(CoCrPtHfO)、鈷-鉻-鉑-鈮氧化物(CoCrPtNbO)、鈷-鉻-鉑-硼氧化物(CoCrPtBO)、鈷-鉻-鉑-矽氧化物(CoCrPtSiO)、鈷-鉑-矽氮化物(CoPtSiN)、鈷-鉑-鎢氮化物(CoPtWN)、鈷-鉻-鉑-鉭氮化物(CoCrPtTaN)、鈷-鉑-鉭氮化物(CoPtTaN)及鈷-鉻-鉑-矽氮化物(CoCrPtSiN)，其中該硬質磁性記錄層包含濃度約3原子%至約40原子%，較佳在約5原子%至約25原子%範圍中的氧及/或氮。
該軟質、半軟質或半硬質磁性記錄層較佳具有低於該硬質磁性記錄層的各向異性之各向異性，或較佳約6至12 kOe的各向異性及約1至15 nm的厚度，且較佳包含磁性上軟質的材料，並可包括鐵合金、鈷合金、鐵及鎳的合金、鐵及氮的合金、鉭及碳的合金、Fe、Co、Ni、N、Ta、C、B、Si、Al、Zr、Nb、FeNi、FeN、FeTaC、FeTaN、FeCo、FeCoB、FeSiAl、CoZrNb、CoZrTa、氧化物、氮化物、鈷-鉑氧化物、鈷-鉻-鉑氧化物、鈷-鉻-鉑-鉭氧化物、鈷-鉑-鈦氧化物、鈷-鉻-鉑-鈦氧化物、鈷-鉻-鉑-鋁氧化物、鈷-鉑-矽氧化物、鈷-鉻-鉑-鋯氧化物、鈷-鉻-鉑-鉿氧化物、鈷-鉻-鉑-鈮氧化物、鈷-鉻-鉑-硼氧化物、鈷-鉻-鉑-矽氧化物、鈷-鉑-矽氮化物、鈷-鉑-鎢氮化物、鈷-鉻-鉑-鉭倓化物、鈷-鉑-鉭氮化物、鈷-鉻-鉑-矽氮化物或其組合。
適用的籽晶層材料包括鉭(Ta)、銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)及鉑(Pt)。該中間層可包括釕(Ru)、釕合金(如RuCr、RuCoCr)及非磁性鈷鉻(CoCr)(任意具有選自包含Pt、鉬(Mo)、Ta、鈮(Nb)、硼(B)、碳(C)及Ru的群組之第三元素。該中間層提供用於後續洎積的磁性層之結晶性籽晶層。該連續磁性層上可施予一保護性包覆層(如含有碳的保護性包覆層)，且其上可施予一潤滑劑層。較佳地，在該頂部磁性記錄層表面上沉積鑽石碳包覆層及潤滑劑。
下文將例示並描述一些實施例及更具體的結構，但是不會限制到文中的說明可如何加以應用或後附的申請專利範圍。
第2圖例示依據一實施例的磁性記錄媒體膜結構之實例。該基材(1)可為任何適用於磁性記錄媒體的基材且較佳包含鍍鎳-磷的鋁或鋁合金，或玻璃、陶瓷或玻璃-陶瓷材料。有一個具體實施例中，軟質磁性下方層(SUL)(2)係濺射在該基材上。該下方層較佳包含鉻或鉻合金。有一個具體實施例的中間層(IL)(3)建立結晶性取向基準以引起後續沉積具有與該膜平面垂直之易磁化軸的磁性記錄層中的hcp(例如，具有{0002}生長取向的晶格結構)生長。該IL(3)也建立樣板以供偏析且較佳包含高表面粗糙度以引起後續沉積的磁性層中的晶粒分離。該等磁性記錄層較佳包含3或更多層，包括底部硬質磁性層(4)(其包含晶粒4a及邊界4b)、交換調諧層(7)(其較佳為粒狀)及頂部磁性層記錄層(5)(具有低於該底部硬質磁性層的各向異性之各向異性)以使記錄性能最適化。較佳地，包覆層(6)係沉積於該頂部磁性層(5)上並包含碳。
該交換調諧層(7)的較佳組成包括Co-氧化物-Ru層或CoCr0-20
Ru2-25
(TiO2
)4-12
或CoCr0-20
Ru2-40
(SiO2
)2-8
。在特定的具體實施例中，該交換調諧層(7)依組成具有低磁化強度或為非磁性。較佳地，該交換調諧層具有約200 memu/cc或更小的磁矩。該交換調諧層(7)中的氧化物含量較佳提供粒狀結構，其比起連續結構具有較小的平面內交換耦合。此粒狀交換調諧層(7)較佳具有在粒狀底部磁性層頂部上的良好磊晶生長並扮作該底部(4)與頂部(5)磁性層的磁性質之間的控制層。Ru加至該CoCr-氧化物合金改變該合金的晶體結構，降低原子間隔的理想軸比例(c/a)，藉以增加疊差能(stacking fault energy)並使該hcp e相安定，相較於該fcc a相而言。在第2圖中，顯示該交換調諧層(7)係結構化以便覆蓋該硬質層的磁性柱狀晶粒(4a)，在該等晶粒邊界上面的交換調諧層中有留間隔，該等晶粒邊界(4b)較佳包含孔隙、氧化物、氮化物、非磁性材料或其組合。在其他具體實施例中，該交換調諧層(7)可完全覆蓋該硬質層(4)的柱狀晶粒(4a)及晶粒邊界(4b)。
第3圖顯示有及沒有15交換調諧層的媒體之θ-2θ X-射線繞射(XRD)光譜。有15交換調諧層的媒體在43.3°左右的Co峰具有較高的強度，包括在底部磁性、交換調諧及頂部磁性記錄層當中更有利的磊晶生長。
第4圖顯示有及沒有15交換調諧層的媒體所測得的克爾(Kerr)迴線。磁-光克爾效應(MOKE)磁力計測量該媒體的磁滯迴線。在此案例中磁性材料的矯頑磁力係藉由該磁滯迴線或磁化曲線的測量而測定。用以獲得該磁滯測量的裝置經常為振動樣品或交錯梯度磁力計。數據(所謂的磁化曲線)跨越0之處的應用場為矯頑磁力。若樣品中存在反鐵磁性固體，提高及降低場時測得的矯頑磁力可能由於該交換偏移效應而不相等。
有15交換調諧層的媒體之克爾迴線中的較低Hc
及較大斜率係關於該底部(硬質且較佳包含一或多個粒狀層)及頂部(軟質、半軟質或半硬質且較佳包含一或多個連續層)磁性層之間的垂直交換耦合、磊晶生長的改善及疊差的降低。有15交換調諧層的媒體比起沒有交換調諧層的媒體具有較小的SFD。
第5圖顯示被視為交換調諧層厚度之函數的HCR、殘留成核場(Hnr)及殘磁厚度積(Mrt)(Mr乘以t)。
藉由將交換調諧層厚度從約0變為約4 nm，垂直耦合從高於供HCR降低及可寫性用的最適值降至低於供HCR降低及可寫性用的最適值。
在第5圖所例示的實例中，由於該硬質及較低各向異性層之間的垂直耦合從非常強的耦合值朝向更理想的值降低，當該交換調諧層(控制層)從0增加至約15時HCR將顯著降低(從約5700至5900 Oe降至約4000至4700 Oe)。當該交換調諧層增至約15的最適厚度時該殘留成核場也會降低(從約3100至3500 Oe降至約1000 Oe或更低)。此最適垂直交換耦合導致封閉場顯著降低且由此改善媒體可寫性。當該交換調諧層(控制層)厚度增加超過此硬質層-較低各向異性層組合的最適值(在此實施例中，大於約15)時，垂直交換變得太弱，且HCR及封閉場再度提高。當厚度增加超過最適值時可寫性將相應地降低。
第6圖顯示被視為交換調諧層厚度之函數的標準化位元錯誤率(BER)回應。比起沒有交換調諧層的媒體，具有12至15厚的交換調諧層之媒體顯示接近1個十倍頻程的BER增益。比起連續交換調諧層，此實施例中的交換調諧層為粒狀，其具有約0.3至0.5個十倍頻程的BER增益。該BER增益得自較好的磊晶生長及較小的疊差所造成的SFD降低，及可寫性的改善而不會增加平面內交換耦合。
第7圖顯示可使用根據上述說明內容的記錄媒體之碟片驅動器700。該碟片驅動器700包括殼座712及頂覆板714。該殼座712與頂覆板714組合以形成密封環境以預防內部零件受到該密封環境外部的元素污染。第7圖所示的座及覆板配置在此產業中眾所周知；然而，該殼零件的其他配置也都經常使用，且本發明的形態不受該碟片驅動器外殼的特定結構所限。碟片驅動器700另外包括藉由碟片夾718安裝在用於主軸馬達(未顯示)上旋轉的輪軸上之碟片組716。碟片組716包括一或多個經安裝以供繞著中心軸一起旋轉的個別碟片。各個碟片表面具有相關的讀取/寫入頭720，其係安裝於該碟片驅動器700以供與該碟片表面通訊。在第7圖所示的實例中，藉由彎曲部722支撐著讀取/寫入頭720，該等彎曲部722接著附接於傳動裝置726的頭部安裝臂724。第7圖所示的傳動裝置為習稱為旋轉動圈式傳動裝置的類型並包括音圈馬達，大體上示於728。音圈馬達728利用其繞著樞軸730附接的讀取/寫入頭720轉動傳動裝置726以使讀取/寫入頭720位於沿著軌徑732的希望數據軌上面。
第8圖例示可形成根據上述形態的記錄媒體之示範方法800的步驟。方法800包括將SUL沉積(810)在基材上，將中間層沉積(815)在該SUL上，將第一磁性記錄層沉積(820)在該中間層上，將交換調諧層沉積(825)在該第一磁性記錄層上，及將第二磁性記錄層沉積(830)在該交換調諧層上。
由文中所揭示的發明之說明書及實施的理解，本發明的其他具體實施例及用途對於熟於此藝之士將顯而易見。特定實施例及其他細節係供例示及解釋的目的用，且絕不會限制所附的申請專利範圍之範圍。此措辭包含用於此案全文中時包括限制更嚴格的措辭及片語“基本上由...所構成”及“構成”。只要是上述指定的實施例的指定形態與不同實施例指定形態不相矛盾，那些零件即可一起用於根據上述說明內容的其他具體實施例中。
1．．．基材
2．．．軟質磁性下方層
3．．．中間層
4．．．底部硬質磁性層
4a．．．晶粒
4b．．．邊界
5．．．頂部磁性層記錄層
6．．．包覆層
7．．．交換調諧層
700．．．碟片驅動器
712．．．殼座
714．．．頂覆板
716．．．碟片組
718．．．碟片夾
720．．．讀取/寫入頭
722．．．彎曲部
724．．．頭部安裝臂
726．．．傳動裝置
728．．．音圈馬達
730．．．樞軸
732．．．軌徑
第1圖顯示軟質層厚度、交換各向異性值及磁性記錄媒體的硬質和軟質層之間的垂直耦合之間的交互作用。
第2圖描述一個包含層堆疊體之磁性記錄媒體的具體實施例，該層堆疊體包括在包含B或Pt的頂部磁性記錄層下方及硬質磁性記錄層上方之含有CoCrRuTiO2
或CoCrRuSiO2
的交換調諧層。該硬質磁性記錄層較佳位於中間層、SUL及基材上面。在特定具體實施例中碳頂覆層也可被沉積在該記錄媒體硬質層上面。較佳地，另外將潤滑性頂覆層(較佳含有全氟聚醚)沉積在該碳頂覆層上面。
第3圖顯示根據一個具體實施例的硬質與軟質/半軟質/半硬質磁性記錄層之間有對比於沒有15埃()交換調諧層的媒體之X-射線繞射光譜結果。
第4圖顯示根據本發明之一具體實施例的硬質與軟質/半軟質/半硬質磁性記錄層之間有及沒有15厚的交換調諧層的媒體之克爾(Kerr)迴線。
第5圖顯示被視為包含CoCrRuTiO2
的交換調諧層之函數的HCR、HNR及MRT回應。
第6圖顯示被視為包含CoCrRuTiO2
的交換調諧層之函數的標準化BER回應。
第7圖顯示可使用根據此說明內容的記錄媒體之碟片驅動器。
第8圖例示形成根據本發明的記錄媒體之示範方法的步驟。
1．．．基材
2．．．軟質磁性下方層
3．．．中間層
4．．．底部硬質磁性層
4a．．．晶粒
4b．．．邊界
5．．．頂部磁性層記錄層
6．．．包覆層
7．．．交換調諧層
Claims (19)
- 一種磁性記錄媒體，其包含：具有至少約10kOe的各向異性場之第一磁性記錄層；具有小於該第一磁性記錄層的各向異性場之第二磁性記錄層；及介於該第一與第二磁性記錄層之間為磁性粒狀層的交換調諧層(exchange tuning layer)；其中該交換調諧層界定了磁性去耦合間隔(spacings)的陣列(array)，且該間隔與第一磁性記錄層之磁性晶粒邊界對齊。
- 如申請專利範圍第1項之磁性記錄媒體，其中該交換調諧層另包含六方最密堆積(hcp)材料，及其中該交換調諧層具有約0.1至100埃的厚度，及約0至300emu/cc的飽和磁化強度(Ms)。
- 如申請專利範圍第2項之磁性記錄媒體，其中該六方最密堆積(hcp)材料包括鈷。
- 如申請專利範圍第1項之磁性記錄媒體，其中該交換調諧層包含氧化物材料。
- 如申請專利範圍第2項之磁性記錄媒體，其中該交換調諧層包含釕(Ru)。
- 如申請專利範圍第1項之磁性記錄媒體，其中該媒體比起沒有交換調諧層的媒體具有較小的交換場分佈(SFD)，及其中該媒體顯示約3000至7000Oe的殘留矯頑磁力及約1000Oe的殘留成核場。
- 如申請專利範圍第1項之磁性記錄媒體，其中該第一磁性記錄層包含選自Co-合金、Pt-合金、Pd-合金、氧化物及其組合之層。
- 如申請專利範圍第1項之磁性記錄媒體，其中該第一磁性記錄層與交換調諧層具有含氧化物材料之垂直對齊(vertically aligned)區域。
- 如申請專利範圍第1項之磁性記錄媒體，其中該第二磁性記錄層包含比該第一磁性記錄層低的鉑濃度。
- 如申請專利範圍第1項之磁性記錄媒體，其另外包含含有碳與全氟聚醚至少一者的保護性包覆層。
- 如申請專利範圍第5項之磁性記錄媒體，其中該交換調諧層包含CoCr0-20 Ru2-25 (TiO2 )4-12 與CoCr0-20 Ru2-40 (SiO2 )2-8 之一。
- 一種磁性記錄媒體，其包含：具有大於15kOe的各向異性之第一磁性記錄層；具有約6至12kOe的各向異性之第二磁性記錄層；及沉積於該第一磁性記錄層與第二磁性記錄層之間為磁性粒狀層的交換調諧層，該交換調諧層界定了磁性去耦合間隔的陣列，且該間隔與第一磁性記錄層之磁性晶粒邊界對齊，以及該交換調諧層係選自鈷-氧化物-釕合金、釕-氧化物粒狀材料及其組合。
- 如申請專利範圍第12項之磁性記錄媒體，其顯示介於約3000與7000Oe之間的殘留矯頑磁力及約1000Oe 的殘留成核場。
- 如申請專利範圍第12項之磁性記錄媒體，其中磁性記錄層中之一具有約1至15nm的厚度及交換調諧層具有約200emu/cc或更小的磁矩。
- 一種製造磁性記錄媒體之方法，該方法包含：將軟質磁性下方層(SUL)沉積在基材上；將中間層沉積在SUL上；將具有約10kOe或更大的各向異性場之第一磁性記錄層沉積在該中間層上面，其中該第一磁性記錄層包含至少一個粒狀磁性層；將交換調諧層沉積在該第一磁性記錄層上面，其中該交換調諧層具有約0至50埃的厚度並包含至少一個粒狀層，其界定了磁性去耦合間隔的陣列，且該間隔與第一磁性記錄層之磁性晶粒邊界對齊；及將第二磁性記錄層沉積在該交換調諧層上面，其中該第二磁性記錄層具有小於該第一磁性記錄層的各向異性之各向異性場，及其中該第二磁性記錄層包含至少一個連續磁性層。
- 如申請專利範圍第15項之方法，其中增加該交換調諧層的厚度使該交換調諧層的飽和磁化強度(Ms )提高。
- 如申請專利範圍第15項之方法，其中該交換調諧層具有約1至40埃的厚度，及約0至300emu/cc的飽和磁化強度(Ms )。
- 如申請專利範圍第15項之方法，其中該交換調諧層比起沒有交換調諧層的媒體降低該媒體的交換場分佈(SFD)及其中該媒體顯示約3000至7000Oe的殘留矯頑磁力。
- 一種磁性記錄媒體，其係藉由如申請專利範圍第15項之方法製造。
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