TWI564886B - 包含磁零層的堆疊 - Google Patents
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Description
一種堆疊包括置入結晶定向中間層與磁層之間的磁零層。該磁零層為非磁性或為具有低飽和磁通量密度之磁層(例如Bs低於約100 emu/cc之層)及包含由非磁性隔離劑所分開之晶粒。該磁層包括由非磁性隔離劑所分開之鐵磁晶粒。遍及磁零層之介於該中間層及該磁層之間的晶格失配低於約4%。
磁零層為非磁層或形成用於磁性資料儲存之周邊磁記錄媒體之一部分的具有低飽和磁通量密度(Bs)之磁層。
本揭示大致關於包括包括置入結晶定向中間層與具有由非磁性材料(諸如氧化物)所分開之磁晶粒的晶粒磁層之間的層(本文中稱為「磁零」層)之堆疊。在一些實例中，磁零層為非磁層或形成用於磁性資料儲存之周邊磁記錄媒體之一部分的具有低飽和磁通量密度(Bs)之磁層。在該結晶定向中間層與磁記錄層之間包括磁零層可加強形成磁記錄媒體之堆疊的記錄及/或可靠性質，及/或可加強用以製造該磁記錄媒體之方法。例如，相較於不包括此種磁零層的實質上相似堆疊，包括磁零層可提高該磁層之矯頑磁性(Hc)，可例如藉由提高介於該磁層之矯頑磁性及
矯頑磁性與磁成核場之間的差異(Hc-Hn)或α參數而提高所示之磁層的磁交換解耦，可提高該磁層中之交換解耦的均一性，可降低該媒體的位元錯誤率(BER)，可提高該媒體的信噪比(SNR)，可提高該媒體的面記錄密度，及/或可加強該磁記錄媒體的其他性質。
在一些實例中，磁零層使得能實質上維持遍及磁零層之介於結晶中間層與磁記錄層之間的磊晶生長軸。在一些例中，使用磁零層使得能維持介於該中間層與磁記錄層之間的整合型界面。整合型界面意指介於結晶中間層與磁層之間的晶格係藉由彈性應力維持實質上化學計量排列(實質上一對一匹配模式)。當界面不整合時，晶格藉由釋放的彈性應力而變成非化學計量排列(非一對一匹配模式)。在本文所討論的一些實例中，當介於中間層與磁層之間的失配低於低於約4%時，維持整合型界面。
相較於不包括形成磁零層的沉積方法，包括磁零層可使得磁記錄媒體之一或多種的沉積壓力降低。相較於無磁零層且使用較高壓力方法所形成的磁媒體，包括磁零層結合較低壓力方法可使得磁記錄媒體之磁記錄性質可維持、最佳化或未大幅減損。例如，在介於中間層與磁記錄層之間包括磁零層可使得能經由在較低濺鍍壓力下濺鍍來沉積結晶中間層，同時提供比不具磁零層之實質上相似之媒體更優良的磁記錄性質。例如，由於可提供磁零層以提高交換解耦及/或提高磁記錄層中之交換解耦的均一性，該中間層可經由在不存在磁零層時原本通常伴隨交換解耦之非
最佳水準及/或不均一性及/或在磁記錄層中之其他降解性質達成的較低濺鍍壓力下濺鍍來沉積。
雖然本揭示主要描述關於磁記錄媒體，諸如用於磁性資料儲存之垂直磁記錄媒體，本文中所述之磁層結構不受限於此種應用，而是亦可用於其他應用。例如，本文所述之磁層結構可用於磁感測器或磁阻式隨機存取記憶體(MRAM)。結合本文所述之磁零層的磁媒體可用於例如熱輔助磁記錄。
圖1為說明磁記錄媒體100之示意方塊圖，其中該磁記錄媒體100包括置入結晶定向中間層130與磁記錄層150之間的磁零層140。如圖1之實例所示，磁記錄媒體100可由依序為基板110、一或多層軟磁底層(soft magnetic under layer，SUL)120、結晶定向中間層130、磁零層140、硬磁記錄層150及保護外覆層160所組成。
磁記錄媒體100之磁層150可包括晶界係由非磁性隔離劑材料所包圍的磁晶粒。磁層的交換解耦量與磁晶粒之隔離相關。例如，在一些實施中，磁層150之磁晶粒可包括磁性Co或CoCr合金，而該非磁性隔離劑可包括氧化物。
磁記錄媒體之磁層中的磁交換解耦之控制可為媒體之動態記錄性能的因素，其中動態記錄性能可就例如位元錯誤率(BER)、信噪比(SNR)、面記錄密度及/或其他記錄性能參數方面進行測量。交換解耦之磁層可藉由影響由非磁性隔離劑(例如氧化物)所分隔之柱狀磁晶粒的生長
之物理及/或化學濺鍍技術來形成。
例如，可藉由在高壓濺鍍沉積期間發生的陰蔽效應來促進包含柱狀磁晶粒之磁層形成。該濺鍍陰蔽效應促進柱狀磁晶粒之隔離及非磁性隔離劑在晶粒之間的沉積。
在磁層下方的結晶中間層可先經由採用高濺鍍壓力(例如20至200 mTorr)的濺鍍來沉積，以形成具有結晶柱狀晶粒結構。該磁記錄層可經由使用高濺鍍壓力(例如20至200 mTorr)的濺鍍來沉積在柱狀結晶中間層上，以形成該磁層的磁性柱狀晶粒。磁層中之磁晶粒的氧化物隔離可藉由反應性氧濺鍍及/或藉由在濺鍍靶中結合氧化物而獲致。
根據本文所提出之各種不同實例，磁零層可配置在結晶中間層與磁層之間。磁零層可影響存在該磁層中的交換解耦量及/或該磁層之交換解耦均一性。磁零層可於除了用於影響磁記錄層內之交換解耦的上述技術以及其他技術之外使用或用以代替該等技術。
在一些實例中，使用較高壓力濺鍍技術以形成柱狀晶粒結構(例如結晶中間層之柱狀晶粒結構)並非最佳做法，此係因為可能因再沉積區域、結合Ar氣體、形成腫泡、不良機械性質、腐蝕問題及/或其他影響而造成較低產率。
在一些例中，結合磁零層可使得能進行包括降低沉積壓力的沉積方法，例如用於形成結晶中間層。在一些例中，相較於在較高沉積壓力下形成的媒體之磁記錄性質，藉
由該等減壓法所形成的磁媒體可提供增強之記錄性質。在一些例中，藉由減壓法所形成的磁媒體之磁性質可維持與在較高沉積壓力下形成之磁媒體的磁記錄性質相較實質上相似或實質上不惡化的磁性質。
經由使用較高氧化物含量的反應性濺鍍在磁層中形成氧化物分隔之晶粒可能因例如粒子污染、形成腫泡、陡峭性能梯度及濺鍍弧而導致產率較低。高壓及/或高氧化物含量可降低膜密度及結晶核心(crystalline core)堆積分率，此二者均可對於記錄輸出信號及BER、可靠度及/或其他記錄性質造成負面影響。結合磁零層可使得能使用相較於不包括磁零層的磁記錄媒體時減少之氧化物含量來沉積磁層。
圖2為顯示實例磁記錄媒體200之示意方塊圖。如圖2所示，磁記錄媒體200包括基板228、軟底層(SUL)230、結晶定向中間層238、磁零層240、磁層242及保護外覆層252。
基板228可包括適用於磁記錄媒體的任何材料，包括例如Al、鍍NiP之Al、玻璃或陶瓷玻璃。雖然圖2中未顯示，但在一些具體實例中，可存在緊接著基板228頂部之額外底層。該額外底層可為非晶形，且提供與基板之黏著及低表面粗糙度。
軟底層(SUL)230係在基板228上(或者若存在額外底層的話，在該額外底層上)形成。SUL 230可為具有充足飽和磁化強度(Ms)及低磁異向性場(Hk)之任何軟
磁性材料。例如，SUL 230可為非晶形軟磁性材料，諸如Ni；Co；Fe；含Fe之合金，諸如NiFe(高導磁合金)、FeSiAI或FeSiAlN；含Co之合金，諸如CoZr、CoZrCr或CoZrNb；或含CoFe之合金，諸如CoFeZrNb、CoFe、FeCoB或FeCoC。SUL 230可提供對於來自磁讀/寫頭之極的場而言之高磁導率返回路徑。
在一些實例中，SUL 230可包括可藉由或可不藉由非磁性間隔層分隔的多層軟磁層。在圖2所示之實例中，SUL 230包括第一SUL 232及藉由間隔層234所分隔之由軟磁性材料所形成的第二SUL 236。第一及第二SUL 232及236可由如上述之軟磁性材料形成。在一實例中，第一SUL 232及第二SUL 236可為Co為底質之非晶形合金，諸如非晶形CoTaZr合金，或Fe為底質之非晶形合金，諸如非晶形FeCoCrB合金，且其厚度可介於約50埃與約300埃之間。第一SUL 232之組成及厚度可與第二SUL 236相同或不同。
非磁性間隔層234可由任何適用之實質上非磁性材料，諸如Cr、Ru、CoCr、Pt或其合金形成。在一些實例中，間隔層234可作為引發介於第一SUL 232及第二SUL 236之間的抗鐵磁耦合的抗鐵磁(AFC)耦合層。在一些實例中，為使能AFC耦合，間隔層234可由Ru形成且其厚度可介於約4至約6埃之間或約14至約18埃，惟可能具有其他厚度。
結晶定向中間層238可沉積在SUL 230上。在一些實
例中，中間層238可用以建立引發第一磁層246之六方密積(HCP)(0002)生長的HCP結晶定向，其中易磁化軸與該膜平面垂直。中間層238可由一或多多層來形成。在一些實例中，中間層238可包括在磁層242之一或多層磁層中提供用於柱狀結構之磊晶生長基底的包含柱狀晶粒之柱狀結構。如上述，此種柱狀結構可藉由將濺鍍壓力提高至較高水準來濺鍍沉積中間層238而產生及/或強化。中間層238之柱狀結構可促進磁層242之一或多層中的柱狀結構之生長，以提高磁層242之一或多層的磁交換解耦，諸如第一磁層246的交換解耦。
在圖2所示之實例中，中間層238依次包括結晶晶種層238a、柱狀晶種層238b及柱狀解耦層238c。結晶晶種層238a可促進柱狀晶種層238b之薄膜生長，其可形成更良好的柱狀晶種層238b結晶品質。在一些實例中，結晶晶種層238a可包括NiW、NiFe、NiFeW及其合金，及/或RuCr及其合金。結晶晶種層238a之厚度可介於約40埃與約120埃之間。
柱狀晶種層238b可提供在結晶晶種層238a之頂部，且可具有柱狀晶粒結構以促進磁層242中之柱狀生長。如上述，在一些實例中，柱狀晶種層238b可經由使用較高濺鍍壓力(例如介於約20至約200 mTorr)之濺鍍來沉積以促成柱狀晶粒結構。在一些實例中，柱狀晶種層238b可包括Ru、Co或其合金，且厚度可介於約0與約100埃之間。
柱狀解耦層238c可提供於柱狀晶種層238b之頂部。柱狀解耦層238c在較高濺鍍壓力(例如在約20至約200 mTorr之範圍)下沉積以形成柱狀結構，該柱狀結構提供將柱狀結構形成至第一磁層246中的基底。在一些實例中，柱狀解耦層238c可由Ru或Ru合金形成，且厚度可介於約40埃與約200埃之間。
在一些實例中，圖2中之中間層238的一般結構包括：結晶晶種層238a，其係在低濺鍍壓力(例如約2至20 mTorr)下沉積，諸如具有(111)紋理之FCC(面心立方)合金，諸如(111)Ni-W為底質之合金或(111)NiFe(高導磁合金)-W為底質之合金的結晶晶種層結構；柱狀晶種層238b，且其為具有(002)紋理之HCP(六方密積)合金，諸如(002)Ru、(002)RuCr或(002)RuCoCr的低濺鍍壓力(例如約2至20 mTorr)沉積之柱狀晶種層結構；及柱狀解耦層238c，其係具有(002)紋理之HCP合金，諸如(002)Ru或(002)RuCr的高濺鍍壓力(例如約20至200 mTorr)沉積之柱狀層結構。
磁記錄層242可在磁零層240上形成，茲於下文進一步描述該磁記錄層242。如圖2所示，磁層242可包括第一(底部)磁層246、交換破壞層(exchange break layer)248及第二(頂部)磁層250。為控制磁記錄層(諸如垂直磁記錄層)中之交換解耦，第一及第二磁記錄層246、250可分別形成呈交換解耦及耦合狀態。在垂直媒體中，第一磁層246及第二磁層250之磁異向性各以實質上垂
直於記錄層242之平面的方向定向(即，第一磁層246與第二磁層250之易磁化軸各實質上垂直於記錄層242之平面)。
交換破壞層248可用以調整介於第一磁層246與第二磁層250之間的垂直交換耦合。在一些實例中，交換破壞層248可包括Ru、RuCo為底質之合金、RuCoCr-氧化物為底質之合金，其中該氧化物包括例如，SiO2、TiO2、CoO、CoO2、WO2及/或TaO2。
第一磁層246與第二磁層250各者可為晶粒層，且可包括藉由空隙及/或非磁性材料而與相鄰磁晶粒分隔的磁晶粒。在一些具體實例中，第一磁層246與第二磁層250中至少一者可包括Co合金，諸如Co與以下至少一者之結合：Cr、Ni、Pt、Ta、B、Nb、O、Ti、Si、Mo、Cu、Ag、Ge或Fe。在一些具體實例中，第一磁層246與第二磁層250中至少一者可包括例如，Fe-Pt合金或Sm-Co合金。在一些具體實例中，第一磁層246與第二磁層250中至少一者可包括Co合金與Pt合金之交錯薄層或Co合金與Pd合金之交錯薄層。在一些具體實例中，第一或第二磁層246、250中至少一者在晶粒之間可實質上不包括非鐵磁材料。在包括由非磁性材料分隔之晶粒的具體實例中，分隔第一磁層246與第二磁層250中至少一者當中的晶粒之該等非磁性材料可包含氧化物，諸如例如SiO2、TiO2、CoO、CoO2、WO2、Cr2O3、B2O3及/或TaO2。
在一些實例中，第一磁層246與第二磁層250的厚度
可介於約20埃至約200埃之間，且可具有實質上彼此相同或不同的厚度。交換破壞層248的厚度可介於約1埃與約30埃之間。
在一實例中，第一磁層246可由具有氧化物隔離劑(諸如SiO2、TiO2、CoO、CoO2、WO2及/或TaO2)之CoCrPt合金、FePt為底質或CoPt為底質之L10或L11有序晶粒合金，或與Pt及/或Pd之層交錯的Co層形成，而第二磁層250可由包括B、C、Ru中之一或多者及氧化物隔離劑(諸如SiO2、TiO2、CoO、CoO2、WO2及/或TaO2的CoCrPt為底質之合金膜形成。
保護外覆層252(諸如例如類金鋼石之碳)可在垂直記錄層250上形成。在其他實例中，保護外覆層252可包括例如另外包括氫或氮的非晶形碳層。雖然未圖示，但在一些實例中，可在保護外覆層252頂部形成一或多層適用之潤滑層。
磁零層240係在磁層242與中間層238之間形成。將磁零層240置入中間層238與磁層242之間可減少該磁層中的瑕疵及/或提高其均一性，從而增強該磁層的記錄性能。例如，若在中間層238上直接形成磁層242，該磁層232中一些位於接近中間層238之磁晶粒可結合在一起或可具有最少量分隔該等晶粒的非磁性材料。該等瑕疵形成具有低或無交換解耦的磁晶粒，且其使層242的交換解耦惡化。在不存在磁零層的情況下，與結晶中間層接觸之磁層與該磁層其餘部分相較，有具有降低交換解耦及/或降
低交換解耦均一性的傾向。
當磁零層240係置入中間層238與第一磁層246之間時，含有與中間層上的初始沉積相相關聯之許多瑕疵及/或不均一性的是磁零層240。然而，由於磁零層240為非磁性(或具有低Bs)，該磁零層240中發生的瑕疵及/或不均一性可減少磁層242之瑕疵之數量及/或不均一性。磁零層240可用以在不損及晶粒微結構的情況下增加晶粒之隔離及/或提供第一磁層246之晶粒的更均一隔離。相較於具有實質上相同構造但不包括磁零層240的媒體，在此種構造中，磁零層240可提高磁層242之一或多層磁層內的交換解耦，可提高磁層242之矯頑磁性，可提高交換解耦的均一性及/或可提供其他增強之記錄特性(SNR、BER、面密度等)。
在一些實施中，磁零層在介於結晶中間層與磁層之間提供具有彈性應力的整合型界面(低於4%之晶格失配)。不希望受到任何特定理論限制，該中間層/磁零層/磁層結構中具有彈性應力的整合型界面可為增強該磁媒體之磁記錄性質的原因。當磁零層在中間層與磁記錄層之間提供整合型界面時，因存在磁零而引發的整合應力(coherent stress)可造成該磁記錄層的交換解耦提高。在一些實例中，磁零層可提供整合型界面，其伴隨磁記錄層中之交換解耦提高至該磁零層的臨界層厚度。在大於臨界量之厚度下，該磁零層可導致該結晶中間層與磁記錄層之間的不整合界面。該不整合界面可造成磁記錄層之交換解耦減少。
例如，如上述，第一磁層246可為相對於第二磁層250更加交換解耦之層，而第二磁層250可為比第一磁層246更交換耦合的層。在一些實例中，藉由在第一磁層246與中間層238之間包括磁零層240，在第一磁層246內的交換解耦可提高，例如超出包括實質上相似構造但不具磁零層240的媒體所展現的交換解耦。
因包括磁零層240所致之第一磁層246中的交換解耦提高可受到第一磁層246之矯頑磁性(Hc)比不包括磁零層246之實質相似實例媒體提高影響。在一些實例中，藉由包括磁零層240，第一磁層246之Hc可提高至少約10%，或介於約2至約20%。在一些實例中，第一層246的Hc可比包括實質上相似構造但不包括磁零層240的媒體提高至少約3%，諸如提高至少約150 Oe。在一些實例中，部分因磁零層240所提供的交換解耦提高之故，第一磁層246可展現出至少約2%與約100 Oe，或約5%與約250 Oe，或約10%與約500 Oe之Hc。此等第一磁層的Hc值可大於不包括磁零層240者可獲致之值，諸如上述主要因柱狀結構及/或磁層240之磁晶粒分隔所獲致的Hc值。
相似地，因包括磁零層240所致之第一磁層246中的交換解耦提高可受到第一磁層246之矯頑磁性與磁成核場之間的差異(Hc-Hn)比不包括磁零層246之實質相似實例媒體提高影響。在一些實例中，在包括磁零層240的情況下，第一磁層246之矯頑磁性與磁成核場之間的差異(Hc-Hn)可提高至少約3至約20%。在一些實例中，第一
層246的Hc-Hn可比包括實質上相似構造但不包括磁零層240的提高至少約5%至約18%，諸如提高至少約150 Oe至約500 Oe。此等第一磁層的值可大於不包括磁零層240者可獲致之值，諸如上述主要因柱狀結構及/或磁層240之磁晶粒分隔所獲致的值。
在一些實例中，因包括磁零層240所致之第一磁層246中的交換解耦提高可受到第一磁層246之α值比不包括磁零層246之實質相似實例媒體降低影響，其中α等於矯頑磁性除以第一磁層246之矯頑磁性與第一磁層246之磁成核場之間的差異(即，α=Hc/(Hc-Hn))。在一些實例中，在包括磁零層240的情況下，第一磁層246之α值可降低至少約1.5%至約15%。在一些實例中，第一層246之α值可比包括實質上相似構造但不包括磁零層240的媒體降低至少約7%，諸如降低至少約0.12。此等第一磁層的α值可低於不包括磁零層240者可獲致之值，諸如上述主要因柱狀結構及/或磁層240之磁晶粒分隔所獲致的α值。
磁零層240較佳為非磁層，但在一些實例中可由磁性及/或非磁性組分形成。在一些實例中，磁零層240可為磁性元素及/或非磁性元素之組合。視磁性元素對非磁性元素之比而定，磁零層240可為低Bs磁層或非磁層。例如，磁零層可具有低於約100 emu/cc之飽和磁通量密度Bs。在一些實例中，磁零層240可包括Co、Cr、Ru、Pt及氧化物中至少一者，諸如CoCr-氧化物，其中該氧化物
包括SiO2、TiO2、CoO、CoO2、WO2及/或TaO2中之一或多者。在一些實例中，磁零層240中之氧化物或其他隔離劑材料與磁層242中相同。在一些例中，磁零層包括與磁層相同之元素。
磁零層240之構造可在中間層238與磁層242之間提供整合型界面，其中該等層之間的晶格失配低於約4%，如例如以下之圖5中所示。晶格內的彈性應力可存在該界面，其會影響材料的性質。在某些構造中，磁零層可促進介於中間層與磁層之間的雜磊晶生長，其中介於中間層之(002)Ru與磁層之(002)之間的結晶搖擺曲線之FWHM(半高寬)的δ低於約0.3度(如同例如以下之圖6中所示)。當界面從整合型轉變為非整合型界面時，界面處之晶格藉由釋放的彈性應力而變成非化學計量排列(非一對一匹配模式)，且晶格失配高於4%(圖5)，或δ高於0.3度(圖6)。
磁零層之厚度可介於約1埃與約1,000埃之間，且可視磁零層240之組成而改變。磁零層240的一些實例的厚度為小於約30埃，或小於約25埃，或甚至小於約15埃。
在一實例中，磁零層240包含Co濃度低於約75原子%，諸如介於約20原子%與約70原子%之間的Co合金。Co濃度可使得該合金實質上為非磁性，其磁矩Bs低於約100 emu/cc。另外或是或者，在一些實例中，磁零層240包含具有HCP晶體結構、(0001)生長定向及晶格參數
實質上等於中間層238之直接相鄰層及/或磁記錄層242之直接相鄰層(於圖2之實例中分別為柱狀解耦層238c及第一磁層246)的材料。
另外或是或者，磁零層240可包括結晶HCP非磁性或低Bs磁晶粒核心之晶粒合金及非晶形非磁晶粒隔離材料。實例非磁晶粒隔離材料可包括氧化物(例如SiO2、TiO2、CoO、CoO2、WO2及/或TaO2)、氮化物、碳化物及硼化物。非晶形材料之濃度可實質上等於或大於相鄰於磁零層240之第一磁層246中的非晶形材料的濃度。在一些實例中，磁零層240中之隔離劑材料(例如非晶形材料)的濃度可大於約5莫耳%及/或大於約10體積%。在一些實例中，結晶晶粒核心可包括降低磁零層240之磁飽和Ms同時維持與中間層238及磁層242之相鄰層中一或多者實質上相似的HCP晶格參數之合金元素。實例合金元素可包括Cr、Pt、Ru、Mo、Mn、Ti、Cu及以較低濃度(例如約20至約40原子%)與Co合金為HCP溶液的其他元素。例如，若磁零層中包括Cr，該Cr含量可低於約30%。在一些例中，用於磁零層之合金元素可與磁層中所使用之合金元素不同。在一些例中，磁零層中所使用之合金元素可與磁層中所使用者相同，惟磁零合金中之元素的比例可與磁層中之元素的比例不同。
磁零層之厚度可與隔離劑含量成反比。在一些例中，可藉由結合相較於較厚磁零層更高氧化物含量而達成較薄磁零層對於加強磁記錄媒體之記錄特性的有效性。如前文
討論，磁零層中之氧化物(或其他隔離劑)的量(例如以體積%或莫耳%計)可等於或大於磁層之氧化物含量。
圖3為顯示用於形成在中間層與磁記錄層之間具有磁零層之磁記錄媒體的實例技術之流程圖。在一些例中，磁零層係與中間層及磁層直接接觸。為容易圖示說明，圖3之實例技術係依據圖2中所示之實例記錄媒體200來描述。然而，實例並非侷限於此等構造。
如圖3所示，中間層238可沉積(354)在SUL 230上。在SUL 230上沉積中間層238可包括依序沉積結晶晶種層238a、柱狀晶種層238b及柱狀解耦層238c。然後可將磁零層240沉積(356)在中間層238的頂部，例如直接沉積在中間層238頂部。隨後，可將磁層242沉積(358)在磁零層240上，例如直接沉積在磁零層上。磁層242之沉積可包括依序沉積第一磁層246、交換破壞層248及第二磁層250。
任何適用技術均可用以沉積中間層238、磁零層240及磁層242。在一些實例中，在真空下之DC磁控管濺鍍法可用以形成中間層238、磁零層240及磁記錄層242中的個別層。視層性質而定，個別層可使用單一或複數個沉積步驟形成。儘管使用複數個沉積步驟形成層，但該層在許多實例中可稱之為單層。
所使用之沉積技術可根據預定之層組成、厚度及其他預定層性質而予以控制。例如，就晶粒層而言，濺鍍可在氧環境下進行以在沉積之層中產生氧化物隔離材料。在此
種實例中，可改變氧濃度以控制隔離材料的濃度。或者，可使用包括氧化物材料或其他非磁性隔離材料的靶材來濺鍍沉積具有最佳化晶粒組成的層。如上述，中間層238、磁零層240及/或磁層242可經由濺鍍沉積以形成晶粒層。磁零層240及磁層242可為包括藉由氧化物或氧化物非磁性隔離劑隔離的晶粒之晶粒層。
作為其他實例，如上述，於濺鍍期間所使用的濺鍍壓力可影響所形成之層的柱狀結構。在一些實例中，當沉積中間層238之一或多層238a-c及/或磁層242之一或多種246、250時，所使用之濺鍍壓力可經選擇以使得該層具有柱狀結構。如上述，在一些實例中，濺鍍壓力可經選擇以對於中間層238及第一磁層246提供柱狀結構。此種由非磁性隔離劑分隔之柱狀結構在第一磁層246中提供交換解耦。用於沉積中間層238、磁零層240及/或磁層242之實例濺鍍壓力可從約2至200 mTorr之範圍，諸如約60 mTorr至120 mTorr。
結合在中間層238與磁層242之間包括磁零層240，用於形成媒體200之個別的沉積法的一或多個變數可經控制以提供具有預定水準之交換解耦的磁層242及/或提供其他性質。實例沉積變數可包括濺鍍壓力、反應濺鍍期間所使用之氧濃度水準，及濺鍍偏壓。用以沉積中間層238、磁零層240及/或磁層242之實例濺鍍偏壓可在約5V至約500V之範圍，諸如約75V至275V。
在一些實例中，相對於用以在具有實質上相同結構但
不具磁零層的磁記錄媒體內形成對應之層所使用的值可以來調整濺鍍壓力、氧濃度水準及濺鍍偏壓中之一或多者。例如，部分因磁零層240所提供之效果(例如交換解耦量及/或均一性提高、矯頑磁性提高及/或其他效果)之故，可使用降低之濺鍍壓力來沉積中間層238c及/或第一磁層246同時仍提供等於甚至優於不包括磁零層之磁記錄媒體的整體記錄性能水準。例如，使用磁零層可提供等於或甚至大於在較高濺鍍壓力下形成的中間層238但不具磁零層240之實例媒體的第一磁層246內之整體交換解耦水準及/或矯頑磁性。在一些實例中，用以形成中間層238c的濺鍍壓力可低於約80 mTorr，且第一磁層246仍可具有大於約4700 Oe之Hc。通常，儘管以一般會降低第一磁層246內之交換解耦的方式調整一或多種濺鍍參數，但因在中間層238與磁層242之間包括磁零層240之故，磁記錄層242內之交換解耦可實質上相同或甚至提高。
在一些實施中，可在中間層238與磁層242提供磁零層240以提高第一磁層246之交換解耦及/或矯頑磁性。在一些實例中，磁零層240可使得增強第一磁層246之磁晶粒隔離且具有較低拓樸粗糙度(表面粗糙度)、較低反應性氧化濃度，及第一磁層246內之較少總非晶形隔離劑體積。此等實例中，在濺鍍沉積期間，第一磁層246可包括具有來自單一濺鍍靶之實質上恆定組成的核心磁晶粒，但第一磁層246內之非晶形材料體積可藉由該層生長時的反應性氧化而減少。此等實例使得預定水準之第一磁層
246內的交換解耦能使用較低濺鍍壓力(例如介於約2 mTorr與20 mTorr之間的濺鍍壓力)來沉積中間層238，及使得中間層238能由FCC+Ru形成。由FCC+Ru形成之中間層238可包括使用低濺鍍壓力(例如2 mTorr至20 mTorr)形成的中間層238a之晶體結構為FCC(諸如(111)NiW、(111)NiFeW)，使用低濺鍍壓力(例如2 mTorr至20 mTorr)形成的中間層238b之晶體結構為HCP(諸如(002)Ru、(002)RuCr)，及使用高濺鍍壓力(例如介於20 mTorr與200 mTorr)形成的中間層238c之晶體結構為HCP(諸如(002)Ru、(002)RuCr)的實例。此等例中，中間層238係由FCC層(中間層238a)及HCP層(中間層238b及中間層238c)所構成。
在一些實例中，即使在中間層238的厚度低於25 nm之實例中，第一磁層246的Hc-Hn可大於約2500 Oe且晶格失配低於約4%。
下列實例係本揭示的一或多個具體實例之說明，但不侷限本揭示之範圍。
製備且評估具有實質上類似圖2所示之層構造的各種不同實例垂直磁記錄媒體。為評估介於中間層與磁記錄層之間的磁零層(Mo層)的影響，製造磁零層厚度為0(例
如，無磁零層)、約2埃、約7埃、約16埃、約23埃及約33埃之實例。
在不同實例各者中，底部SUL為厚度介於約100與200埃之間的非晶形FeCoCrB合金；AFC層為厚度介於約4與4埃之間的Ru合金；頂部SUL為厚度介於約100與200埃之間的非晶形FeCoCrB合金；結晶晶種層為厚度介於約60與100埃之間的非晶形NiW合金；柱狀晶種層為厚度介於約40與80埃之間的RuCr合金；柱狀解耦層為厚度介於約60與100埃之間的Ru合金；磁零層為CoCr-(TiO2)材料(具有如上述改變之厚度)；底部磁層為厚度介於約60與100埃之間的CoCrPt-(SiO2)；交換破壞層為厚度介於約5與10埃之間的RuCo合金；及頂部磁層為厚度介於約20與50埃之間的CoCrPt-(TiO2)層，接著為厚度介於約40與80埃之間的CoCrPtB層。
圖4a及4b分別為顯示該實例媒體之磁層的底部磁記錄層相對於磁零層厚度的矯頑磁性(Hc)之改變及矯頑磁性與磁成核場之δ(Hc-Hn)的圖表。如圖所示，相較於結晶中間層與磁記錄層之間不具磁零層(相當於圖4a及4b中磁零層厚度為0)的媒體，實例磁記錄媒體所展現的Hc與Hc-Hn值二者在達約7埃之層厚度時提高，然後當磁零層厚度超過約7埃至約33埃時以大致單調方式降低。Hc與Hc-Hn中的提高說明包括磁零層使實例磁記錄媒體中之交換解耦比不包括磁零層之對照磁記錄媒體增強。
圖5為顯示圖4a及4b之相同實例垂直記錄媒體的介
於中間層之(002)Ru與底部磁記錄層之(002)Co之間的晶格失配之變化相對於磁零層厚度的圖表。如圖5所示，直到磁零層達到約7埃之厚度，晶格失配維持低於約4%，此表示介於中間層之(002)Ru與磁記錄層之(002)Co之間的整合型界面。然而，當磁零層之厚度增加至超過約7埃，例如厚度為15、23及33埃，晶格失配增加高於約4.2%，表示介於中間層之(002)Ru與磁記錄層之(002)Co之間的實質不整合界面。
結合圖4a及4b之結果，具有整合型界面的磁零結構顯示出在恆定楊氏彈性模數下隨著晶格參數應變增加，該界面處所引發的應力增加。不受任何特定理論限制，該引發之整合應力可能有助於增強垂直磁記錄媒體中的交換解耦，此係與圖4a及4b所示之Hc與Hc-Hn提高一致。然而，在磁零層厚度高於約15埃之情況下，觀察到晶格失配增加並伴隨圖4a及4b中顯示之Hc與Hc-Hn之單調降低，此表示由Mo結構造成的不整合界面降低該實例垂直磁記錄媒體中的交換解耦。在一些實施樣態中，圖5暗示介於CI層之(002)Ru與該垂直磁記錄層之(002)Co之間的整合型界面(例如具有相關聯之彈性應力)可增強該垂直記錄媒體中的交換解耦。
在一些實例中，為維持介於CI層之(002)Ru與該垂直磁記錄層之(002)Co之間的整合型界面，磁零層維持介於中間層與磁記錄層之間的磊晶結晶軸。圖6為顯示介於中間層之(002)Ru與底部磁記錄層之(002)Co之
間的結晶搖擺曲線之FWHM(半高寬)的差異相對於磁零層厚度的圖表。如圖6所示，由於除磁零層厚度為約33埃之實例之外，介於(002)Ru與(002)Co層之間的差異相對恆定，故存在磁零層不會實質上惡化(002)Ru與(002)Co層之δ FWHM。
如圖5所示，介於中間層(Ru層)與磁層(Co層)之間的整合型界面可由介於兩層之間的晶格失配低於4%來維持。此外，如圖6所示，介於Ru與Co層之間的磊晶結晶軸可藉由介於兩層間之恆定FWHM δ(介於搖擺曲線之間的差異)低於約0.35度來維持。因此，在所示實例中，所顯示之實例中，在Ru層與Co層之間具有整合型界面的磊晶結晶軸可藉由結合介於中間層與第一磁層之間的晶格失配低於4%與介於Ru層與Co層之間的恆定FWHM搖擺曲線δ低於0.35度(對應於磁零層厚度低於約11 Å)來維持。在磁零層厚度為約33埃時，因中間層與第一磁層之間之間缺乏磊晶關係，該磁零層在這兩層之間形成不整合界面。介於約11 Å與約33 Å之間的磁零層厚度可被視為從磊晶整合型界面至非磊晶不整合界面的中間過濾區。
為進一步評估包括在中間層與磁記錄層之間包括磁零層的影響，製備且評估三種類型之實例磁記錄媒體。第一實例媒體(稱為類型A)實質上與實施例1中所使用者相
同但無磁零層。第二實例媒體(稱為類型B)與第三實例媒體(稱為類型C)具有實質上與實施例1中所使用相同構造，其具有厚度為約7埃的磁零層。然而，用以製備類型B與類型C實例的方法不同。類型B之濺鍍法及圓盤結構與類型A之濺鍍法及圓盤結構相同，但類型B媒體中磁零係置入於中間層與磁層之間。類型C媒體之濺鍍法及圓盤結構與類型B媒體之濺鍍法及圓盤結構相同，但使用不同之第一磁記錄層的濺鍍法，詳見圖2之第一磁層246。
參考圖2，相較於類型B媒體，類型C媒體使用多步驟法。用於類型A及B媒體之第一磁記錄層246中的濺鍍法係稱為第一濺鍍法，及用於類型C媒體者稱於兩步驟或多步驟法。在類型A及B之第一濺鍍法中，於第一磁記錄層246之沉積期間只應用一個濺鍍條件。然在，在類型C之多步驟法中，於第一磁記錄層246之沉積期間依序施加數個濺鍍條件。例如，在一半沉積期間(第一半層厚度)施加較低偏壓，及在其餘一半沉積期間(第二半層厚度)施加較高偏壓。此種實例可稱為兩步驟沉積。當三個不同濺鍍條件係用於該第一磁記錄層246時，可稱為三步驟沉積，以此類推。多步驟之可變參數可為濺鍍壓力、濺鍍氧氣含量、濺鍍偏壓、濺鍍子層厚度比等等。
如以下圖表所表示，在類型A-C實例各者當中，各實例媒體中之中間層238的Ru解耦層238c之濺鍍期間所使用的濺鍍壓力不同。特別是，使用約80、90、104、120
及140 mTorr之濺鍍壓力。如上述，在一些實例中，用以形成中間層238之Ru解耦層238c的濺鍍壓力提高可因引發之柱狀結構而增強磁層242的磁交換解耦。
圖7a及7b分別為顯示在形成實例記錄媒體之3種類型(即類型A-C)之中間層238的濺鍍壓力方面的矯頑磁性(Hc)所致之交換解耦水準及矯頑磁性與磁成核場之δ(Hc-Hn)之圖表。如圖7a及7b所示，與類型B媒體相較之下，當Ru之濺鍍壓力降低時，類型A媒體展現出Hc與Hc-Hn較快速降低。此表示即使使用較低壓力來沉積中間層，類型2圓盤之磁零層提供增強之媒體交換解耦。
為了評估磁零層，評估其他實例交換解耦參數α。α等於粒子除以矯頑磁性與磁成核場之間的差異(即，α=Hc/(Hc-Hn))。α可對應於磁滯迴路的第二個四分之一之斜率。當α等於1時，該磁層的特徵可為完全交換解耦。當α值從1開始增加時，該磁層的特徵可為漸逐進展為交換耦合。
圖8為顯示在各種不同濺鍍壓力下之3種類型的實例垂直記錄媒體(即類型A-C)之磁層的α值。如所示，類型A實例之α值隨Ru濺鍍壓力提高而降低，此表示該Ru層在較高Ru壓力下形成交換解耦之柱狀結構。然而，在較低壓力(例如80 mTorr)下的類型B實例之α值顯示出低於即使在最高濺鍍壓力之類型A實例的α值。此等結果可表示所引發之磁零層使類型B實例中之交換解耦比類型A實例提高。
在一些例中，由於包括磁零層導致類型B實例中顯示的交換解耦比類型A實例提高，可藉由控制磁媒體製造期間的一或多種處理參數來自訂交換解耦以達到該磁層中之目標交換解耦(及/或其他磁記錄參數)。可經調整以獲致目標交換解耦的實例處理參數可包括濺鍍壓力、用於反應性濺鍍之反應性氧氣濃度，及濺鍍偏壓。
圖9a及9b分別為顯示在各種不同濺鍍壓力下之3種類型的實例垂直記錄媒體(即類型A-C)之磁芯寬度(WR_WDT)及磁寫寬度(WPE_AVG)的圖表。磁寫寬度等於磁芯寬度加上抹除帶。如圖所示，磁零層所提供的較窄磁芯寬度及磁寫寬度可使得能提高面記錄密度容量(ADC)。
圖10a及10b分別為顯示在各種不同濺鍍壓力下之3種類型的實例垂直記錄媒體(即類型A-C)之磁軌上位元錯誤率(PE_EFL)及被擠壓之偏離磁軌位元錯誤率(OTC_EFL)的圖表。如上述，在一些實例中，用以形成中間層之濺鍍壓力提高可因引發之柱狀結構而增強磁層的磁交換解耦。此種提高可致使位元錯誤率性能提高。插入之磁零層提高在較低濺鍍壓力下的交換解耦，而非仰賴較高之沉積中間層的濺鍍壓力來提供提高之交換解耦。以此種方式，例如相較於不包括磁零層的類型A實例，如類型B與C媒體般併入磁零層可最佳化低濺鍍壓力下之磁軌上位元錯誤率及被擠壓之偏離磁軌位元錯誤率。
圖11為顯示在各種不同濺鍍壓力下之3種類型的實
例垂直記錄媒體(即類型A-C)之藉由磁軌間距而正規化的磁軌上位元錯誤率(PE+10LnWPE/TP)之圖表。如圖所示，具有磁零層之實例(類型B與C)表現出藉由磁軌間距而正規化之磁軌上位元錯誤率比類型A實例增強。此外，類型C實例表現出藉由磁軌間距而正規化之磁軌上位元錯誤率比類型B實例增強。
圖12在各種不同濺鍍壓力下之3種類型的實例垂直記錄媒體(即類型A-C)之媒體信噪比(ESMNR)的圖表。如圖所示，從存在磁零層(類型B及C實例)及調整處理參數(類型C實例)以控制交換解耦的組合所得之媒體信噪比提高與上述位元錯誤率性能一致。
圖13a及13b分別為顯示在各種不同濺鍍壓力下之3種類型的實例垂直記錄媒體(即類型A-C)之經計算面密度容量(ADC cal)及測得之面密度容量(ADC-747)的圖表。計算出經計算面密度容量等於x(1-0.1(PE_EFL+5))/WPE，其中x等於每平方英吋千位元，PE_EFL等於磁軌上位元錯誤率，而WPE等於磁寫寬度。
如圖13a及13b所示，相較於類型A實例，存在磁零層(類型B及C實例)及調整處理參數(類型C實例)之組合在經計算及實際測量中均提高面記錄密度。
本揭示包括數個整體揭示數值範圍均可實施的數值範圍。
已基於舉例說明及描述目的且非限制地呈現出各種不同具體實例之前述說明。所揭示之具體實例無意為詳盡無
遺的具體實例或限制所揭示之具體實例的可能實施。依據上述教示，可能有許多修改及變化。
100/200‧‧‧磁記錄媒體
110/228‧‧‧基板
120/230‧‧‧軟磁底層
130/238‧‧‧結晶定向中間層
140/240‧‧‧磁零層
150‧‧‧硬磁記錄層
160/252‧‧‧保護外覆層
238a‧‧‧結晶晶種層
238b‧‧‧柱狀晶種層
238c‧‧‧柱狀解耦層
242‧‧‧磁層
246‧‧‧第一磁層
248‧‧‧交換破壞層
250‧‧‧第二(頂)磁層
圖1為實例磁堆疊之概念圖；圖2為包括多層磁記錄層及多層中間層之磁堆疊的概念圖；圖3為顯示製造磁堆疊之實例技術的流程圖；圖4a及4b為顯示矯頑磁性(magnetic coercivity，Hc)之變化及矯頑磁性與磁成核場(magnetic nucleation field)之δ(Hc-Hn)相對於各種不同實例堆疊的磁零層厚度的圖表；圖5為顯示介於中間層之(002)Ru與磁層之(002)Co之間的晶格失配之變化相對於各種不同實例堆疊的磁零層厚度的圖表；圖6為顯示介於中間層之(002)Ru與磁記錄層之(002)Co之間的結晶搖擺曲線之FWHM(半高寬)的差異相對於各種不同實例堆疊的磁零層厚度的圖表；圖7a及7b分別為顯示矯頑磁性(Hc)及矯頑磁性與磁成核場之δ(Hc-Hn)相對於用於形成各種不同實例記錄堆疊之Ru中間層的濺鍍壓力之圖表；圖8為顯示在用於形成Ru中間層之各種不同濺鍍壓力下的實例堆疊之α值的圖表；圖9a及9b分別為顯示各種不同類型實例磁記錄媒體
之磁芯寬度與磁寫寬度的圖表；圖10a及10b分別為顯示各種不同類型實例磁記錄媒體之磁軌上位元錯誤率及被擠壓之偏離磁軌位元錯誤率的圖表；圖11為顯示各種不同類型實例磁記錄媒體藉由磁軌間距而正規化之磁軌上位元錯誤率的圖表；圖12為顯示各種不同類型實例磁記錄媒體之媒體信噪比的圖表；及圖13a及13b分別顯示各種不同類型實例磁記錄媒體之經計算面密度容量(areal density capability，ADC cal)及測得之面密度容量的圖表。
200‧‧‧磁記錄媒體
228‧‧‧基板
230‧‧‧軟磁底層
232‧‧‧軟底層
234‧‧‧間隔層
236‧‧‧軟底層
238‧‧‧結晶定向中間層
240‧‧‧磁零層
252‧‧‧保護外覆層
238a‧‧‧結晶晶種層
238b‧‧‧柱狀晶種層
238c‧‧‧柱狀解耦層
242‧‧‧磁層
246‧‧‧第一磁層
248‧‧‧交換破壞層
250‧‧‧第二(頂)磁層
Claims (10)
- 一種堆疊，其包含：結晶定向中間層；配置在該中間層上之磁零層，該磁零層為非磁性及包含由非磁性隔離劑所分開之非磁性晶粒；及配置在該磁零層上之磁記錄層，該磁記錄層包含由非磁性隔離劑所分開之鐵磁晶粒，其中該磁零層包含與該磁記錄層相同的元素，以及介於該中間層及該磁記錄層之間的晶格失配低於約4%。
- 如申請專利範圍第1項之堆疊，其中介於該結晶定向中間層與該磁記錄層之間的結晶搖擺曲線之半高寬(FWHM)的差異小於約0.35度。
- 如申請專利範圍第1項之堆疊，其中該磁零層包含含量不同之與該磁記錄層相同的元素。
- 如申請專利範圍第1項之堆疊，其中該磁零層的厚度小於約25Å。
- 如申請專利範圍第1項之堆疊，其中該磁記錄層包含與該磁零層相鄰之第一磁層及藉由交換破裂層而與該第一磁層分開之第二磁層。
- 如申請專利範圍第1項之堆疊，其中該磁零層的晶粒為具有HCP結晶結構及(0001)生長方向的柱狀晶粒。
- 如申請專利範圍第1項之堆疊，其中該磁零層包含Pt及Ru之一或多者。
- 一種製造堆疊之方法，其包括：沉積結晶定向中間層；將磁零層沉積在該結晶定向中間層上，該磁零層為非磁性及包含由非磁性隔離劑所分開之非磁性晶粒；及將磁記錄層沉積在該磁零層上，該磁記錄層包含由非磁性隔離劑所分開之鐵磁晶粒，其中該磁零層包含與該磁記錄層相同的元素，以及介於該中間層及該磁記錄層之間的晶格失配低於約4%。
- 如申請專利範圍第8項之方法，其中：沉積該磁零層包括沉積包含CoCr與Pt及Ru之一或多者之晶粒，該等晶粒係藉由包含氧化物之隔離劑所分開；及沉積該磁記錄層包含沉積由包含該氧化物之隔離劑所分開的包含Co合金之晶粒，其中該磁零層包括比該磁記錄層更高體積百分比的該氧化物。
- 如申請專利範圍第8項之方法，其中沉積該結晶定向中間層包括在小於約80mTorr之壓力下濺鍍。
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|---|---|---|---|
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