垂直磁記錄介質、評估其磁性能的方法以及磁記錄設備的製作方法

2023-08-06 10:22:56

專利名稱：垂直磁記錄介質、評估其磁性能的方法以及磁記錄設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種垂直磁記錄介質、評估其磁性能的方法以及磁記錄設備背景技術磁記錄介質的磁存儲層通常具有其中通過非磁性晶粒邊界來去耦微小磁性粒子的結構。近年來，正在研究用於構造由諸如氧化物的非金屬材料製成的晶粒邊界的方法。在IEEE Trans.Magn.，vol.36，p.2393，2000，和IEEE Trans.Magn.，vol.38，p.1976，2002中介紹了這種方法的典型例子。這種晶粒邊界結構增強每個磁性粒子的磁化方向的獨立性並使磁性存儲層中的反磁化的單元更小，以便可以增加記錄密度。
為了進一步增加記錄密度，除使磁性存儲層中的反磁化的單元更小之外，還需要提供具有保持磁性記錄信息需要的熱穩定性並允許用有限尺寸的磁頭磁場進行記錄的薄膜。
在垂直磁性記錄方法中，來自記錄位的去磁場不作用於記錄位之間的磁性過渡區，以及記錄導致的磁化狀態是穩定的。因此垂直磁性記錄方法被認為在高密度記錄方面比傳統縱向磁性記錄更有利。此外，即使當使用厚磁膜時，與縱向磁記錄介質相比較，垂直磁記錄介質可以抑制記錄和重放清晰度的損壞，以致在熱穩定性方面垂直磁記錄介質也被認為更有利。但是，據報導，即使在垂直磁記錄介質中，去磁場充分地影響遠離磁過渡區的區域中的磁化，特別是記錄密度相對低的地方，導致讀輸出被大大減小。因此，對於垂直磁記錄，也需要處理熱穩定性。
為了提高垂直磁記錄介質的熱穩定性，增加磁性粒子的磁各向異性能量是有效的，但是這樣做，導致記錄需要更大的磁場。由於可以由寫磁頭產生的磁通密度受到限制，增加記錄需要的磁場使之難以使用寫磁頭執行寫入。結果，記錄性能可能顯著地損壞。通過擴大垂直磁層的磁性粒子，也可以增加熱穩定性。但是，通常，當磁性粒子被製造得更大時，磁過渡區的微小之字形變得更大，這可能增加介質噪聲。
如上所述，用於增強熱穩定性的方法常常損壞高記錄密度區中的記錄性能。
IEEE Trans.Magn.，vol.36，p.2393，2000[非專利文獻2]IEEE Trans.Magn.，vol.38，p.1976，2002發明內容本發明解決的問題圖1是示出了典型的垂直磁記錄介質的垂直磁層的磁化曲線的概念圖。在圖1中，三個磁場參數，即磁飽和磁場Hs、矯頑力Hc以及磁性成核場Hn也與磁化曲線的矯頑力Hc處的傾斜度α一起被示出，作為表示磁化曲線的性能的參數。為了在垂直磁層上執行磁記錄，需要產生大於Hs的磁頭磁場。為了允許垂直磁層上記錄的磁化信息在磁場除去之後保持穩定，要求Hn是正值。因此，粗略地說，當磁記錄介質的(Hs-Hn)的值較小時，亦即，當磁化曲線的矯頑力Hc周圍的傾斜度α較大時，易於在磁記錄介質上寫入數據，以及磁記錄介質不容易被去磁。
另一方面，存在一種趨勢，即當其傾斜角α較小時垂直磁層的記錄性能較高。例如，在JP2002-197636A和JP2005-251264A中描述了展示這種趨勢的實例。在每一種實例下，優化薄膜形成工序，減小了傾斜角α，結果相應地提高(在薄膜上)記錄的信息的重放信號的信噪比。這些結果被認為是與記錄磁層中的磁性粒子之間發生的交互作用的減少有關。因為磁性粒子之間的磁化方向變得更獨立以及更容易形成提高小的磁疇，所以改進了記錄性能。傾斜角α的減少意味著，由於交換作用的減弱，磁性粒子之間的磁化方向較少可能變均勻。這導致充分記錄需要的記錄場的增加和磁化的飽和態的熱穩定性的減小。
因此僅僅通過減小磁性粒子之間的交換作用難以獲得顯現出優越的記錄性能同時提供記錄和熱穩定性的便利的垂直磁記錄介質。必須通過允許一定程度的交換作用和使垂直磁層的磁化切換場均勻，以實現希望的記錄性能，同時抑制傾斜角α減少。但是，當交換作用過量時，寫/讀性能不可避免地被損壞。使磁化切換場均勻不是容易的。
提出本發明來利用垂直磁記錄介質來解決上述問題，以及通過適當地調節垂直磁層中發生的交換作用的強度以及磁化切換場的分散度，提供適合於高密度記錄並保持記錄和熱穩定性的垂直磁記錄介質。本發明還提供一種定量地評估磁性能的方法，這種方法對於調節磁性性能是不可缺少的。
解決問題的方法根據本發明的磁記錄介質是包括襯底和在襯底上形成的垂直磁層的磁記錄介質。該磁記錄介質滿足在由之後描述的方法獲得的參數σhsw[％]和Dn[nm]方面，滿足下列公式(1)和(2)。參數σhsw[％]被認為是垂直磁層中的磁化切換場的分散大小的指示物。參數Dn[nm]被認為是垂直磁層中的交換作用強度的指示物。
hsw27+Dn901...(1)]]>Dn＞20 (2)
當垂直磁層的磁性能被選擇為使得它們滿足公式(1)時，即使在磁頭磁場的有限梯度下，磁過渡位置也變得較少不規則，結果，可以獲得適合於高密度記錄的垂直磁記錄介質。通過選擇垂直磁層的磁性能使得它們滿足公式(2)，可以減小寫磁頭磁場需要和可以提高熱穩定性。在記錄工序下飽和磁化變得更容易和可以減小磁化的飽和區中的噪聲。
因此，當該參數滿足公式(1)和(2)時，可以獲得具有高密度記錄需要的記錄性能同時容易提供記錄和熱穩定性的便利的垂直磁記錄介質。
垂直磁層優選包括鈷鉑基合金的磁層。然後通過調節磁層的合金成分、增加適當的添加劑到該成分，以及進一步通過對垂直磁層添加用於混用的不同合金成分的更多磁層，變得更容易滿足公式(1)和公式(2)。
此外，垂直磁層還優選至少包括具有主要由氧化物或氮化物製成的晶粒邊界的粒狀磁層。通過優化形成粒狀磁層的方法，可以比較容易地滿足公式(1)和(2)。
根據本發明的垂直磁記錄介質還優選具有其中在垂直磁層和底塗層之間設置軟磁底層的結構。軟磁底層使來自寫磁頭的寫磁場更大，以便可以防止歸因於寫磁場的不適當的記錄性能的損壞。
評估磁性能的方法
進行如上所述的磁特性控制需要一種定量地評估該磁性能的方法。在下面，將描述決定指示物Dn和σhsw的具體方法，以及將解釋如何可以由這種指示物來表示交換作用的強度和磁化切換場的分散。
在本發明中，使用VSM(振動樣品磁強計)來評估與由公式(1)和(2)表示的磁性能相關的條件，VSM是通常使用的磁強計。首先，使用以下程序來測量垂直磁膜的磁化曲線A和B。下面描述的磁化曲線的測量基於以下條件樣品保持在室溫下(20℃至25℃)；磁場施加的方向垂直於磁存儲層表面；將外部磁場H施加到樣品的持續時間是1至4秒；以及樣品具有適合於通過VSM測量的尺寸(例如，5至10平方毫米)。
磁化曲線A
A1在反方向上施加足夠大的磁場以飽和垂直磁層的磁化。
A2在正方向上施加各種磁場H。
A3在除去磁場H之後測量磁化M。
A4使用測量的磁化M作為H的函數，獲得磁化曲線A。
磁化曲線A通常被稱作剩磁曲線。在H＝0時的磁化M的絕對值被稱作剩餘磁化Mr。在磁化曲線A中，使M＝0的外部施加場H是矯頑力Hc(也稱作剩磁矯頑力Hcr)。
磁化曲線B
B1在正方向上施加足夠大的磁場以飽和垂直磁層的磁化。
B2在反方向上施加磁場以產生剩餘磁化-Mr/2(可基於磁化曲線A預先估計)。
B3在正方向上施加各種磁場H。
B4在除去磁場H之後測量磁化M。
B5使用測量的磁化M作為H的函數，獲得磁化曲線B。
圖2示出了磁化曲線A和B的例子。下面將參考圖3和4說明磁化曲線A和B意味著什麼。通常，用作磁存儲層的垂直磁層由許多微小的切換單元(reversal unit)(磁性粒子)構成。該磁性粒子每個具有唯一的磁化切換場Hsw。圖3是示出了磁性粒子的切換單元Hsw的概率密度函數F的例子的視圖。Hsw的上概率是75％的磁化切換場被定義為Hsw-。Hsw的上概率是25％的磁化切換場被定義為Hsw+。Hsw的上概率是50％的磁化切換場被定義為矯頑力Hc。
圖4A至4E是用於說明沿圖2所示的磁化曲線的不同點處的磁化狀態的視圖。在圖4A至4E的每一個中，概率密度函數曲線內的部分留下白色或陰影。在由每個白色部分表示的區域中具有切換場Hsw的磁性粒子的磁化方向被假定為是負的。在由每個陰影部分表示的區域中具有切換場Hsw的磁性粒子的磁化方向被假定為是正的。
磁化曲線A的點P表示通過負方向上的磁場來飽和磁化之後除去該磁場時產生的狀態。因此，如圖4A所示，整個磁化被取向在負方向上。在下面，將描述沿磁化曲線A的從點P至Q至R的狀態轉變。在點Q處，反向磁場Hsw較小的側上的四分之一部分被轉變成正向，如圖4B所示。在點Q處，施加到垂直磁膜中的磁性粒子的有效磁場被認為是Hsw-。在點R處，整個磁化轉變成正方向，如圖4C所示。
對於磁化曲線B，依次示出沿著點P』，Q』和R的順序的狀態轉變。在點P』處，以上過程的步驟B1和B2將具有Hsw＜Hsw+的磁化轉變為負方向和將具有Hsw＞Hsw+的磁化轉變為正向，如圖4D所示。在點Q』處，切換場Hsw較小的側上的四分之一部分被被轉為正向，如圖4E所示。在點Q』處，施加到垂直磁膜中的磁性粒子的有效磁場被認為是Hsw-。當正向上施加的磁場逐漸地增加時，到達點R，與磁化曲線A的情況一樣。
根據以上描述，在點Q和Q』進行測量之前施加到垂直磁層的磁場H應該是Hsw-，亦即，與點Q和Q』的磁場相同。但是，根據實驗中產生的測量結果，圖2中所示的點Q處的磁場Ha和點Q』處的Hb有這樣的關係Ha＜Hb。這不一致性被認為可以歸因於垂直磁層中的平均內磁場的存在，導致外部施加場H和平均有效磁場Hint不同。這種平均內磁場主要由每個磁性粒子和圍繞它的磁性粒子之間的靜磁交互作用而產生。通常，這種平均內磁場與垂直磁層中的平均磁化M成比例地變化，以及通常稱為去磁場。在下面，去磁場大小和平均磁化M之間的比例係數(去磁係數)將由Nd表示。
通過將點Q處和Q』處的內磁場之間的差值(Ha-Hb)除以平均磁化M中的差值(Mr/2)獲得去磁係數Nd。
Nd=|Ha-Hb|Mr/2...(3)]]>基於外部施加場H、去磁係數Nd以及垂直磁場中的平均磁化M，估計施加到每個磁性粒子的平均有效磁場Hint，如下。
Hint＝H-Nd·M (4)通過將該關係應用於磁化曲線，可以獲得考慮了去磁場的效果的校正磁化曲線。例如，當磁化曲線A由M＝MA(Hext)表示時，可以使用公式(4)的關係式獲得表達式M＝MA』(Hint)。這些是通常表示為剪切校正的校正(參見「Soshin Chikazumi，Selectionon on Physics 18，Physics of Ferromagnetism，vol.1，p16，Shokabo，Tokyo」(in Japanese))但是，「Physics of Ferromagnetism，vol.1，」中描述的方法不同於以上方法，其中通過基於已知樣品形狀的計算來確定去磁係數Nd。圖5示意性地示出由剪切校正引起的磁化曲線A的變化。
在垂直磁記錄介質的垂直磁層的情況下，當測量噪聲被適當地校正或平滑時，剪切校正之後的磁化曲線A』由在-Mr到+Mr的範圍單調增加的函數MA』(H)來表示。通過適當地標準化該單調增加的函數MA』(H)，可以獲得切換場Hsw的累積概率分布函數。即，通過以下公式可以獲得圖3中所示的概率密度函數F(H)。
F(H)=ddH(MA(H)2Mr)...(5)]]>使用該函數F(H)，切換場Hsw的平均值(矯頑力Hc)和標準偏差σhsw分別被定義為如由公式(6)和(7)表示的。
Hc=H=HnHsHF(H)dH...(6)]]>Hsw=[H=HnHsH2F(H)dH]-Hc2...(7)]]>這裡限定積分範圍[Hn，Hs]的下限Hn是剪切校正之後磁化曲線A』充分地開始上升時的磁場，以及上限Hs是剪切校正之後磁化曲線A』充分飽和時的磁場。作為公式(1)中表示的磁化切換場的分散的大小的指示物，使用標準偏差σhsw與平均值Hc的比率。
σhsw＝σHsw/Hc(8)接下來，將參考圖6描述使用上述過程獲得的去磁係數Nd的物理意義。當相對於垂直磁層厚度tmag實際上無限地延伸的垂直磁層61僅僅在磁性粒子周圍的直徑為Dn的圓形區66外具有磁化M62時，由磁化施加到磁性粒子的去磁場可以通過在具有直徑Dn的圓形區的中心(點C)處產生的磁場來近似。點C處的磁場垂直於垂直磁層61。其磁場的強度可以通過下列公式計算。
H=-(1-+)4M+(1--)4(-M)...(9)]]>在上面的公式中，Ω+和Ω-分別表示當從點C處觀察正和負圓形區(沒有產生磁極的部分)時在點C處形成的立體角。Ω+等於Ω-，以及通過以下公式可以給出Ω+和Ω-。
公式(10)被代入公式(9)，獲得公式(11)。
H=-tmagtmag2+Dn2M...(11)]]>由該公式(11)，可知在圓形區66的中心處作用於磁性粒子的去磁場67與磁化M成正比。去磁係數Nd由下列公式表示。
Nd=tmagtmag2+Dn2...(12)]]>對式(12)求解Dn得到公式(13)。
Dn=tmag1-Nd2Nd...(13)]]>垂直磁記錄介質中使用的垂直磁層是相對於薄膜厚度幾乎無限地延伸的薄膜磁體，並且包含密集的磁性粒子。對於垂直磁層中的每個磁性粒子必然存在著去磁場，該去磁場可歸因於磁性粒子周圍的具有直徑Dn的圓形區外面的磁性粒子。因此，基於試驗性地獲得的去磁係數Nd利用公式(13)計算的Dn值可以被認為是其中磁性粒子僅僅通過靜磁交互作用(沒有通過交換作用的相互作用)與垂直磁層中的圓形中心處的磁性粒子交互作用的區域的平均內徑。當然，由公式(13)計算的直徑Dn大於由晶粒邊界劃分的物理磁性粒子的平均直徑。
中心磁性粒子和在該中心磁性粒子的周圍的具有直徑Dn的圓形區內的磁性粒子之間的交互作用共計為零，與垂直磁層的平均磁化M無關。交互作用的總和不作為與平均磁化M成正比的平均場，如公式(11)所示。在相鄰的磁性粒子之間，發生靜磁交互作用和交換作用。靜磁交互作用工作以使相鄰的磁性粒子的磁化方向彼此相反，以及交換作用工作以使相鄰磁性粒子的磁化方向相同。兩個交互作用彼此抵消，總體對平均值沒有影響。
但是，由於垂直磁層中的各個磁性粒子周圍的局部結構變化，某些磁性粒子更多地被靜磁交互作用影響，以及某些更多被交換作用影響，導致以某種方式分布的交互作用場。該局部結構變化可以包括磁性粒子之間的直徑和形狀的差異以及作用於各個磁性粒子的不均勻交換作用強度和不均勻靜磁交互作用強度。由公式(7)獲得的σHsw可以被解釋為表示分布式交互作用場的分布。
發明效果根據本發明的評估方法使用VSM，VSM是普遍採用的磁強計。該方法的特徵在於它可以提取磁存儲層的通用磁性能。該方法無論使用哪一種VSM都有可能在同樣的基礎上比較磁存儲層的磁性能。當使用磁頭比較記錄介質的記錄性能時，依據將被使用的磁頭的性能和進行寫/讀測試下的條件，檢查的結果甚至可以被反向，所以進行公正的比較是困難的。
設計滿足本發明中描述的磁性能的垂直磁記錄介質，使之可以實現高介質SNR(信噪比)和獲得優越的記錄性能，即使利用使用能僅僅產生相對小的寫磁場的磁頭的記錄裝置，同時確保介質的垂直磁層上磁化的信息的熱穩定性。為了執行高密度記錄，必須例如通過使磁頭的磁極小型化來增加磁頭磁場的梯度。這種措施減小由磁頭產生的最大磁場。但是，當使用根據本發明的垂直磁記錄介質時，可以使用適合於高密度記錄的磁頭以高介質SNR來寫入信息。這允許進一步提高磁記錄設備的再編碼密度。


圖1是用於說明垂直磁記錄介質的典型磁化曲線(主迴路)和表徵磁化曲線的特徵的參數的視圖。
圖2是示出了通過根據本發明測量磁性能的方法，使用VSM測量的磁化曲線A和B的例子的視圖。
圖3是在垂直磁記錄介質的垂直磁層中的磁化切換場Hsw的概率密度函數F(Hsw)的概念圖。
圖4A至4E是用於通過使用圖3所示的概率密度函數F(Hsw)根據本發明的測量磁性能的方法來說明在圖2所示的磁化曲線A和B上的不同點處的磁化狀態的圖。
圖5是根據本發明的測量磁性能的方法來示出在磁化曲線A上執行的剪切校正的例子的視圖。
圖6是示意性地示出了作用於垂直磁層中的磁性粒子的去磁場(靜磁交互作用)的視圖。
圖7是示出了根據本發明的垂直磁記錄介質的典型截面結構的視圖。
圖8是示出了由樣品磁碟獲得並繪製在二維平面上的σhsw和Dn的視圖。
圖9是示出了樣品磁碟上的1MBPI的線性記錄密度下的「σhsw/27+Dn/90」和出錯率之間的關係的視圖。
圖10是示出了樣品磁碟上測量的Dn值和重寫值之間的關係的視圖。
圖11A和11B是示出了根據本發明的磁記錄設備(HDD)的結構和部件的視圖。
具體實施例方式
下面將基於例子實施例並參考附圖來描述本發明的效果和優點。本實施例將被描述以闡明本發明的大體原則，但是在任何意義下它都不限制本發明的範圍。
圖7是示出了根據本發明的垂直磁記錄介質的基本結構的示意性截面圖。該垂直磁記錄介質包括在非磁性襯底71上順序形成的軟磁底層72、籽晶層73、中間層74、垂直磁層75、保護層76以及潤滑劑77。
具有平坦、光滑表面的各種材料可以用於非磁性襯底71。例如，可以使用當前被用作磁記錄介質的鍍NiP鋁合金襯底或回火玻璃襯底。也可以使用由樹脂製成的塑料襯底，如當前用作光碟介質的聚碳酸脂。塑料襯底引起某些限制。即它們的強度低和高溫容易變形。
軟磁底層72可以由如具有微晶結構的FeTaC和FeSiAl(鐵矽鋁合金(Sendust))這樣的合金或具有非晶體結構的Co合金CoNbZr和CoTaZr這樣的合金製成。軟磁底層72從寫磁頭吸收漏磁通量，由此增加穿透垂直磁層75的磁通密度。將用於軟磁底層72的軟磁合金的飽和磁通密度和薄膜厚度必須被設計為允許軟磁底層72執行以上功能。軟磁合金膜的最佳厚度雖然取決於將被使用的磁頭的結構和性能，但考慮到生產率據說是約20nm至200nm。在來自寫磁頭的磁通量可以保持在需要的密度的情況下，軟磁底層72可以被省略。此外可以將軟磁底層72製成多層結構。在這點上巳知的多層結構包括由兩個軟磁層以及夾在該兩個軟磁層之間的Ru層從而實現反鐵磁耦合構成的多層結構，以及由在其下側上設置有諸如MnIr合金的反鐵磁材料的軟磁層所構成的另一多層結構。前者抑制歸因於來自軟磁底層72的漏磁通量的讀噪聲。後者除了當經歷記錄時固定軟磁層的磁化方向。
通過考慮組成垂直磁層75的材料，來選擇將用於中間層74的材料，以便控制在中間層74上形成的垂直磁層75的結晶度和精細結構。當由CoPt-基合金或Co/Pd超晶格製成的垂直磁膜被選擇作為製成垂直磁層75的材料時，具有面心立方晶格(fcc)結構或六邊形密集堆積(hcp)結構的金屬或合金常常被用作中間層74的材料，以便使容易磁化的方向垂直於薄膜表面。已知，當CoCrPt-SiO2粒狀磁層被用作垂直磁層75時，通過使用Ru層作為中間層74可以比較容易地獲得優越的寫/讀性能。籽晶層73可以被設置在軟磁底層72和中間層74之間。籽晶通過促進用於中間層74的晶體生長和防止中間層74和軟磁底層72之間的混合常常是有效的。
對於垂直磁層75，使用具有大的磁各向異性和其易磁化軸垂直於薄膜表面(即垂直磁膜)的鐵磁材料。可以用於垂直磁層75的鐵磁體包括但不限於CoPt和FePt合金，包括諸如Cr、Ni、Cu、Nb、Ta和B的添加元素；SmCo5合金；以及[Co/Pd]n多層。或，垂直磁層75可以包括由這種鐵磁材料製成的多個磁層。只要垂直磁層75總體上可以用作垂直磁膜，不要求垂直磁層75中包括的每個磁層是垂直磁膜。存在其中垂直磁層75由具有粒狀結構的粒狀磁層製成的情況，其中由非磁性晶粒邊界包圍磁性晶體顆粒，以及該垂直磁層75通過增加非磁性材料到鐵磁材料來形成。非磁性晶粒邊界材料可以是氧化物或氮化物。氧化物和氮化物優選包括Si、Ti、Ta、Nb、Mg、Cr、Al、Hf和Zr。
對於保護層76，使用例如主要由碳構成的硬薄膜。為了增加潤滑，在磁頭和介質接觸的情況下，由氟高分子油例如PFPE(全氟聚醚(perfluoropolyether))油製成的潤滑劑77通過例如浸漬或旋塗被塗敷到保護層76的表面。
為了製造這些層，除被層疊在非磁性襯底71上的潤滑劑77以外，可以使用用來製造半導體、磁記錄介質或光記錄介質的各種薄膜形成技術。眾所周知的薄膜形成技術有DC濺射、RF濺射以及真空澱積。由於這些技術，濺射可以比較快速形成具有高純度的薄膜，而不依賴於材料。利用濺射，通過調節濺射條件(如濺射氣壓和放電功率)也可以控制將形成的薄膜的精細結構和厚度。因此該濺射最適合於大量生產。特別地，當形成粒狀磁層時，通過將諸如氧氣或氮氣的活性氣體混合到濺射氣體中(反應濺射)，可以促進晶粒邊界形成。
如上所述的垂直記錄介質可以用在磁記錄設備如下面描述的一種設備中。
圖11A和11B是示出了根據本發明的磁記錄設備的結構和部件的示意圖，圖11A是平面圖，以及圖11B是沿圖11A的線A-A』的截面圖。
在磁記錄設備中，根據本發明的垂直磁記錄介質111被裝配在主軸電機112上並被主軸電機以指定的速度旋轉地驅動。安裝有訪問磁記錄介質111並執行寫和讀操作的磁頭的磁頭滑動器113被連接到由金屬板簧製成的磁頭滑動器懸架114的端部。磁頭滑動器懸架114被連接到磁頭致動器115，該磁頭致動器115控制磁頭的位置。包括在系統中的電路116控制記錄介質和寫磁頭的操作以及處理寫和讀信號。
在本實驗中，使用用於磁碟的鋼化玻璃襯底作為非磁性襯底71。通過使用直列式濺射機器，在清洗的玻璃襯底之上執行DC濺射，形成多層薄膜。首先，為了保證薄膜與玻璃襯底的粘附度，使用Ni65Ta35靶(下標中的每個數表示原子百分率中的相對比例)，用30-nm厚度的NiTa非晶體合金塗敷襯底表面。接下來，通過首先使用CoTa3Zr5靶產生50-nm厚度的軟磁非晶體膜、接下來使用Ru靶產生0.7-nm厚的反鐵磁耦合膜以及第三再次使用CoTa3Zr5靶產生50-nm厚度的軟磁非晶體膜，來形成軟磁底層72。為了產生這些薄膜層，在1Pa下加壓的Ar氣體被用作工藝氣體。接著，使用PtCr25靶和在2Pa下加壓的Ar氣體來形成8nm厚度的PcCr合金的籽晶層73，然後使用在5Pa下加壓的Ar氣體形成具有7nm厚度的Ru的中間層74。
垂直磁層75具有三層結構。第一磁層是通過使用CoCr14Pt17-Ta2O5(2.5mol％)複合靶產生的10-nm厚的粒狀磁層。在薄膜形成工序中，在5Pa下加壓的氬氣-氧氣混合物(氧分壓1.5％)被用作工藝氣體。當形成薄膜時，負偏壓(0至-250V)被施加到襯底。在開始形成第一磁層之前，立即使用加熱燈在真空中加熱襯底。在襯底被加熱之後，使用輻射溫度計來測量其溫度。測量範圍從60℃至140℃(在多個襯底當中)。如表1所示，在變化的條件下形成第一磁層。當襯底溫度高並且偏壓也高時，在很多情況下獲得高性能的記錄介質。作為第二磁層，通過使用CoCr26-SiO2(7mol％)複合靶在5-Pa Ar氣氛中形成2-nm厚的粒狀磁層。第二磁層，儘管僅僅2-nm厚，在改進介質的記錄性能方面是有效的。作為第三磁層，形成[Co/Pd]n超晶格。薄膜厚度範圍為3nm至9.8nm。超晶格的Pd層被製成0.8-nm的厚度，以及Co層厚度從0.2nm至0.6nm變化。通過使每個附著到單個陰極的Co靶和Pd靶交替地放電形成超晶格的周期性結構。作為工藝氣體，使用在2Pa下加壓的Kr氣體或Ar氣體。當通過濺射形成超晶格時使用Kr氣體顯著地改進了記錄介質的記錄性能。最後，通過在包括10％氮氣的1.5PaAr氣氛中使碳靶放電，形成具有5nm厚度的保護層76。
表1示出了形成實驗中使用的樣品磁碟的垂直磁膜75的條件(襯底偏壓、加熱的襯底溫度、超晶格結構和厚度、形成超晶格中使用的工藝氣體)。從樣品磁碟，切出6-mm正方形片(6-mm square piece)，以及使用VSM測量它們的磁性能。使用規定的過程來測量磁化曲線A和B；使用公式(3)至(8)來確定第一參數σhsw；以及使用公式(3)和(13)確定第二參數Dn。表1中也示出了磁性能的測量結果。
使用由日立DECO製造的介質/磁頭評價系統RH4160來評估樣品磁碟的記錄性能。在濺射多個層之後，PFPE潤滑劑被施加到每個樣品磁碟。每個樣品磁碟的表面被拋光，以及從該表面除去凸出和外物。使用滑行磁頭，可以確保在使用磁寫/讀磁頭之前介質沒有與它們的磁頭滑動性能相關的問題。使用的磁頭具有垂直記錄元件，其具有160nm的主磁極寬度，以及用於讀取的GMR元件，其具有140nm的電極間距以及55nm的屏蔽間隙長度。通過調節磁碟轉速，磁頭的浮動高度被調節為8nm。為了記錄性能評估，以1MBP(每英寸兆位)I的線性記錄密度在每個介質上寫入用於測試的偽隨機記錄圖形，該寫圖形被讀取以及測量讀出錯率。使用以上磁頭的樣本介質的錯誤率測量的結果使得知道在其下出錯率隨著介質而變化最小的寫/讀條件。在該實驗中，基於儘可能優化的寫/讀條件下測量的出錯率來評估記錄性能。即，應用於錯誤率測量的寫/讀條件隨著介質而變化。
通過以500kFCI的恆定記錄頻率在每個介質上寫入信號，也，在125kFCI的記錄頻率下在相同介質的相同位置上再次寫入信號，以及測量在500kFCI下寫入的信號的讀輸出減小率(重寫值)，還評估記錄和擦除的容易性。在評估重寫值中，磁頭的寫電流被設為50mA，符合說明書的最大值。在表1中示出了用如上所述的方法測量的出錯率和重寫值。


圖8示出了在二維平面上繪製的兩個靜磁性能參數。圖8繪製的圓圈對應於樣品磁碟(組A)。當樣品磁碟(組A)的寫/讀性能被檢查時，所有樣品磁碟顯示出10-4.3或以下的字節出錯率，使得它們取得作為可使用的記錄介質的資格。由圖8中的菱形表示的樣品磁碟(組B)都沒有顯示出低於10-2.2的字節錯誤率(BER)。通常，信息記錄系統具有使用錯誤校正碼來校正寫和讀工序過程期間發生的錯誤的機構。但是，在出錯率超過10-4的情況下，錯誤校正需要的附加碼的量變得太大，結果，實質的記錄密度顯著地減小。因此，基於實驗中使用的記錄密度，組A的介質被認為作為可使用的記錄介質，而組B的介質被認為不可使用。
如圖8所示，所有樣品磁碟(組A)滿足上述公式(1)和(2)，而組B不滿足。因此可知通過滿足由公式(1)和(2)表示的條件來獲得適合於高密度記錄的垂直磁記錄介質。
圖9示出了基於樣品磁碟上的測量由公式(1)的左側表示的沿著水平軸布置的參數(σhsw/27+Dn/90)和錯誤率測量之間的關係。在圖9中，樣品磁碟(組A)上的數據點由圓圈表示，以及樣品磁碟(組B)上的數據點由菱形表示。樣品磁碟(組A)滿足公式(1)，沿水平軸所示的它們的參數值全部小於1，以及它們的出錯率是低的。某些樣品磁碟(組B)(由陰影線菱形)表示也滿足公式(1)，但是它們的出錯率不低。
圖10示出了Dn值和樣品磁碟上測量的重寫值之間的關係。如上所述，重寫值是在由磁頭產生的最大磁場處測量的值。可以認為所示在顯示出大重寫值的介質上寫入數據和從顯示出大重寫值的介質擦除數據是困難的。考慮樣品磁碟(組A)的重寫值是-39dB或以下，假定當介質示出-39dB或以下的重寫值時，它們可以被正確地執行作為記錄介質，允許數據被正常地寫入。如圖10所示，不滿足公式(2)的樣品磁碟具有20nm或以下的Dn值，示出急劇地高於其他樣品磁碟的重寫值的重寫值。在圖10中，與在圖9一樣，陰影線菱形表示滿足公式(1)的樣品磁碟(組B)當中那些樣品磁碟的數據點。由陰影線菱形表示的樣品磁碟具有20nm或以下的Dn值，不滿足公式(2)，以及它們的重寫值是35dB或以上。認為這些樣品示出比樣品磁碟(組A)更低的記錄性能，因為使正常寫入困難的記錄磁場的缺點如由上文可知，滿足記錄性能需要和即使利用來自磁頭的記錄磁場的有限大小也允許數據被寫入的垂直磁記錄介質，通過控制垂直磁層75的磁性能使得滿足公式(1)和(2)來獲得。
61...垂直磁層62...垂直磁層中的磁化63...垂直磁層的頂表面中發生的正磁極64...垂直磁層的底表面中發生的負磁極65...磁性粒子的中心(點C)66...具有直徑Dn的磁性粒子65周圍的圓形區域67...作用於磁性粒子的中心(點C)的去磁場71...非磁性襯底72...軟磁底層73...籽晶層74...中間層75...垂直磁層76...保護層77...潤滑劑111...垂直磁記錄介質112...主軸電機113...磁頭滑動器114...磁頭滑動器懸架115...磁頭致動器
116...用於操作控制和信號處理的電路
權利要求
1.一種磁記錄介質，包括襯底和在襯底上形成的垂直磁層，其特徵在於，當通過以下步驟A1至A4來測量磁化曲線A時A1 在反方向上施加足夠大的磁場，以使垂直磁層的磁化飽和，A2 在正方向上施加多個磁場H，A3 在除去磁場H之後，測量磁化M，以及A4 使用測量的磁化M作為H的函數，獲得磁化曲線A；通過以下步驟B1至B5來測量磁化曲線B，B1 在正方向上施加足夠大的磁場，以使垂直磁層的磁化飽和，B2 施加磁場，其在反方向上產生剩餘磁化-Mr/2，Mr是垂直磁層的剩餘磁化的絕對值，B3 在正方向上施加多個磁場H，B4 在除去磁場H之後，測量磁化M，以及B5 使用測量的磁化M作為H的函數，獲得磁化曲線B；由下列公式獲得去磁係數Nd，其中Ha是在磁化曲線A和M＝-Mr/2之間的交叉點處施加的外部磁場，以及Hb是在磁化曲線B和M＝0之間的交叉點處施加的外部磁場；[式1]Nd=|Ha-Hb|Mr/2]]>根據下列公式來確定σhsw[％]，其中Hc和σHsw分別是磁化切換場Hsw的平均值和標準偏差，磁化切換場Hsw的累計概率分布函數由通過使用去磁係數Nd在磁化曲線A上進行剪切校正來獲得的磁化曲線A』表示；以及[式2]σhsw＝σHsw/Hc根據下列公式來確定Dn[nm]，其中Nd是去磁係數以及tmag[nm]是垂直磁層的薄膜厚度；[式3]Dn=tmag1-Nd2Nd]]>σhsw[％]和Dn[nm]滿足不等式σhsw/27+Dn/90＜1，並且Dn＞20。
2.根據權利要求1所述的磁記錄介質，其特徵在於所述垂直磁層包括鈷-鉑基合金。
3.根據權利要求1所述的磁記錄介質，其特徵在於所述垂直磁層是粒狀磁層，其具有主要由氧化物或氮化物製成的晶粒邊界。
4.根據權利要求1所述的磁記錄介質，其特徵在於在所述襯底和垂直磁層之間設置軟磁底層。
5.一種包括包括形成在襯底上的垂直磁層的磁記錄介質、驅動磁記錄介質的主軸電機、在磁記錄介質上執行寫/讀操作的磁頭以及將所述磁頭定位在所述磁記錄介質上的期望記錄磁軌位置處的磁頭致動器的磁記錄設備，其特徵在於該磁記錄介質是這樣的，當通過以下步驟A1至A4來測量磁化曲線A時A1 在反方向上施加足夠大的磁場，以使垂直磁層的磁化飽和，A2 在正方向上施加多個磁場H，A3 在除去磁場H之後，測量磁化M，以及A4 使用測量的磁化M作為H的函數，獲得磁化曲線A；通過以下步驟B1至B5測量磁化曲線B，B1 在正方向上施加足夠大的磁場，以使垂直磁層的磁化飽和，B2 施加磁場，其使得在反方向上產生剩餘磁化-Mr/2，其中Mr是垂直磁層的剩餘磁化的絕對值，B3 在正方向上施加多個磁場H，B4 在除去磁場H之後，測量磁化M，以及B5 使用測量的磁化M作為H的函數，獲得磁化曲線B；由下列公式獲得去磁係數Nd，其中Ha是在磁化曲線A和M＝-Mr/2之間的交叉點處施加的外部磁場，以及Hb是在磁化曲線B和M＝0之間的交叉點處施加的外部磁場；[式4]Nd=|Ha-Hb|Mr/2]]>根據下列公式確定σhsw[％]，其中Hc和σHsw分別是磁化切換場Hsw的平均值和標準偏差，磁化切換場Hsw的累計概率分布函數由通過使用去磁係數Nd在磁化曲線A上進行剪切校正獲得的磁化曲線A』來表示；以及[式5]σhsw＝σHsw/Hc根據下列公式確定Dn[nm]，其中Nd是去磁係數和tmag[nm]是垂直磁層的薄膜厚度；[式6]Dn=tmag1-Nd2Nd]]>σhsw[％]和Dn[nm]滿足不等式σhsw/27+Dn/90＜1，並且Dn＞20。
6.一種評估包括磁記錄層的磁記錄介質的方法，該方法包括通過下列步驟A1至A4來測量磁化曲線AA1 在反方向上施加足夠大的磁場，以使垂直磁層的磁化飽和，A2 在正方向上施加多個磁場H，A3 在除去磁場H之後，測量磁化M，以及A4 使用測量的磁化M作為H的函數，獲得磁化曲線A；通過以下步驟B1至B5來測量磁化曲線B，B1 在正方向上施加足夠大的磁場，以使垂直磁層的磁化飽和，B2 施加磁場，其在反方向上產生剩餘磁化-Mr/2，其中Mr是垂直磁層的剩餘磁化的絕對值，B3 在正方向上施加多個磁場H，B4 在除去磁場H之後，測量磁化M，以及B5 使用測量的磁化M作為H的函數，獲得磁化曲線B；由下列公式獲得去磁係數Nd，其中Ha是在磁化曲線A和M＝-Mr/2之間的交叉點處施加的外部磁場，以及Hb是在磁化曲線B和M＝0之間的交叉點處施加的外部磁場；[式7]Nd=|Ha-Hb|Mr/2]]>根據下列公式來確定σhsw[％]，其中Hc和σHsw分別是磁化切換場Hsw的平均值和標準偏差，磁化切換場Hsw的累計概率分布函數由通過使用去磁係數Nd在磁化曲線A上進行剪切校正獲得的磁化曲線A』表示；以及[式8]σhsw＝σHsw/Hc根據下列公式確定Dn[nm]，其中Nd是去磁係數以及tmag[nm]是垂直磁層的薄膜厚度；以及[式9]Dn=tmag1-Nd2Nd]]>確定σhsw[％]和Dn[nm]是否滿足不等式σhsw/27+Dn/90＜1，並且Dn＞20。
全文摘要
提供一種容易記錄的垂直磁記錄介質，該介質提供記錄磁化的優越熱穩定性，以及允許高密度記錄。使用具有控制磁性能的垂直磁層作為垂直磁記錄介質的磁存儲層，磁性被控制，使得垂直磁層中的磁化切換場的分散的指示物σh
文檔編號G11B5/66GK101038755SQ200710085558
公開日2007年9月19日 申請日期2007年3月12日 優先權日2006年3月15日
發明者根本廣明, 武隈育子, 細江讓 申請人:日立環球儲存科技荷蘭有限公司