磁記錄介質和磁記錄設備的製作方法
2023-06-29 05:26:26
專利名稱：磁記錄介質和磁記錄設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用磁性記錄信息的磁記錄介質和使用該磁記錄介質 的磁記錄設備，並且尤其涉及一種垂直磁記錄型磁記錄介質以及使用該磁記 錄介質的磁記錄設備。
背景技術：
計算機處理逐年日益增大的信息量，其要求記錄信息的記錄裝置實現更 高的密度。迄今為止，在磁碟上(即，記錄介質)利用磁性記錄信息的磁記 錄設備(例如，所謂硬碟驅動單元)被用作計算機的記錄裝置。近來，這種 類型的磁記錄設備(例如，硬碟驅動單元)不僅用於計算機，而且開始用於 視頻記錄設備，例如硬碟視頻錄像機、可攜式音樂播放器等等。迄今，通常採用面內磁記錄型記錄介質(在下文中簡單稱為"面內磁記 錄介質")作為用在磁記錄設備中的記錄介質。在面內磁記錄介質的記錄層 中，磁化方向是沿著面內方向。為了使面內磁記錄介質實現更高的記錄密度， 需要使得記錄層更薄，並且還要使得記錄層中的磁粒子更細，從而減少磁粒 子間的相互作用。然而，記錄層中磁粒子變細會導致熱量損壞信息的現象。 這種現象稱為"熱擾動"，其是阻礙磁記錄介質的記錄密度增大的因素。出 現熱擾動的可能性與磁粒子體積有關。具體而言，當磁粒子體積變得更小時， 更有可能出現熱擾動。近來已經實際應用垂直磁記錄型記錄介質(在下文中簡單稱為"垂直磁 記錄介質")。在垂直磁記錄介質的記錄層中，磁化方向與面內方向垂直。 由於使用具有沿著記錄層的厚度方向延伸的結構的磁粒子，垂直磁記錄介質 在記錄層上具有較小的磁疇，這樣使得可以實現比面內磁記錄介質更高的記 錄密度。此外，由於可以增加其記錄密度，而不使得磁粒子過分細，垂直磁 記錄介質能夠抑制熱擾動出現。垂直磁記錄介質通常具有層疊結構，其形成在襯底上，並且由依次堆疊
的軟磁下層、中間層和記錄層形成。設置軟磁下層是為了抑制由磁頭產生的 磁場變寬，從而有效地磁化記錄層。提供中間層是為了將記錄層和軟磁下層 彼此磁隔離，以及同時控制形成記錄層的磁粒子的取向。粒狀結構的記錄層(在下文中簡單稱為"粒狀記錄層")通常用於垂直 磁記錄介質。粒狀記錄層由圓柱形磁粒子和無磁材料(例如，氧化物或氮化 物)形成，其中圓柱形磁粒子的縱向與記錄層的厚度方向一致，該無磁材料提供磁粒子之間的磁隔離。粒狀記錄層的磁粒子例如由CoCrPt (鈷鉻鉑)制 成，而無磁材料例如由氧化矽(Si02)製成。日本專利申請特許公報No.2004-30851公開了一種包括軟磁層的垂直磁 記錄介質，其中該軟磁層由磁粒子和無磁粒間物質形成，該磁粒子由鐵(Fe) 和鈷(Co)的合金製成，該無磁粒間物質包含硼(B)、碳(C)、氮(N)、 矽(Si)、磷(P)、鉛(Pb)、錫(Sn)和鍺(Ge)中的至少一種元素。日本專利申請特許公報No.2005-302238公開了一種包括軟磁下層的垂 直磁記錄介質，其中該軟磁下層由第一和第二非晶軟磁層以及夾在非晶軟磁 層之間的無磁層形成。在本申請中，非晶軟磁層均由例如Fe-Co-B合金製成， 該合金具有含量為52at% (原子百分比)的Fe、含量為31at%的Co以及含 量為12at^的B。日本專利申請特許公報No.2002-25030公開了一種包括軟磁下層的垂直 磁記錄介質，該軟磁下層由FeCoB、 FeCoNi (鐵鈷鎳)或FeCo製成。日本 專利申請特許公報No.2005-196813公開了一種包括記錄層的磁記錄介質，該 記錄層具有含量為5至15mol% (摩爾百分比)的氧化鈦。為了使垂直磁記錄介質促進記錄密度的進一步提高並且同時提高信息 寫入和讀出的可靠性，需要增大記錄層的矯頑力(Hc)。為了增大記錄層的 矯頑力(Hc)，最優化記錄層和中間層的厚度或其材料是重要的。在垂直磁記錄介質中通常使用CoCrPt-氧化物基粒狀記錄層的情況下， 己知減少Cr或氧化物的含量以增大矯頑力。然而，減少Cr或氧化物的含量 會引起噪聲增大的問題。可增大中間層和記錄層的膜厚以增大矯頑力(Hc)。 然而，增大中間層和記錄層膜厚會使得磁頭與軟磁下層之間的距離變大以致 信號質量降低。如上論及，可改變記錄層和中間層的厚度或其材料，以增大記錄層的矯 頑力，但是這些改變會引起噪聲增加或信號質量降低，從而導致信息寫入和 讀出可靠性降低的問題。發明內容根據本發明的一個方案，提供一種磁記錄介質，包括無磁基底材料； 軟磁下層，形成在無磁基底材料上；中間層，形成在軟磁下層上；以及記錄 層，形成在中間層上，具有垂直磁各向異性。軟磁下層由非晶材料製成，該 非晶材料是通過向鐵鈷(Fe-Co)合金中加入鋯(Zr)和鉭(Ta)中至少一 種元素而非晶化，該鐵鈷合金構成為形成體心立方結構。根據本發明的另一個方案，提供一種磁記錄介質，包括無磁基底材料; 軟磁下層，形成在該無磁基底材料上；中間層，形成在該軟磁下層上；以及 記錄層，形成在該中間層上並且具有垂直磁各向異性，其中，該軟磁下層由 非晶材料製成，該非晶材料是通過向鐵鈷合金中加入下列元素中至少一種元 素而非晶化鈮；矽；硼；鈦；鎢；鉻和碳，該鐵鈷合金構成為形成體心立 方結構。根據本發明的另一個方案，提供一種磁記錄設備，包括磁記錄介質， 能夠利用磁性記錄信息；磁頭，對該磁記錄介質進行信息寫入和信息讀出； 以及移動裝置，用於相對於該磁頭移動該磁記錄介質；其中，該磁記錄介質 包括無磁基底材料；軟磁下層，形成在該無磁基底材料上；中間層，形成 在該軟磁下層上；以及記錄層，形成在該中間層上並且具有垂直磁各向異性， 其中，該軟磁下層由非晶材料製成，該非晶材料是通過向鐵鈷合金中加入鋯 和鉭中至少一種元素而非晶化，該鐵鈷合金構成為形成體心立方結構。根據本發明的另一個方案，提供一種磁記錄設備，包括磁記錄介質， 能夠利用磁性記錄信息；磁頭，對該磁記錄介質進行信息寫入和信息讀出； 以及移動裝置，用於相對於該磁頭移動該磁記錄介質；其中，該磁記錄介質 包括無磁基底材料；軟磁下層，形成在該無磁基底材料上；中間層，形成 在該軟磁下層上；以及記錄層，形成在該中間層上並且具有垂直磁各向異性， 其中，該軟磁下層由非晶材料製成，該非晶材料是通過向鐵鈷合金中加入下 列元素中至少一種元素而非晶化鈮；矽；硼；鈦；鴇；鉻和碳，該鐵鈷合 金構成為形成體心立方結構。
圖1是示出根據本發明第一實施例的磁記錄介質的截面圖。圖2A至圖2F是示出根據第一實施例的磁記錄介質製造方法的截面圖。 圖3是示出單個軟磁下層形成在反鐵磁層上的結構示例的截面圖。 圖4是有助於解釋將信息寫入到根據第一實施例磁記錄介質的操作的示 意性截面圖。圖5是示出第一實施例測試樣本的材料成分的圖表，所述測試樣本用於 矯頑力的測量。圖6是示出Slater-Pauling曲線的坐標圖。圖7是示出軟磁下層的XRD (X射線衍射)測量結果的曲線圖。 圖8是示出於測試樣本讀出/寫入特性的檢測結果的坐標圖。 圖9是示出根據本發明第二實施例的磁記錄介質的截面圖。 圖10是示出主記錄層中氧化鈦含量與矯頑力之間關係的坐標圖。 圖11是示出第二實施例測試樣本的材料成分的圖表，該測試樣本用於 矯頑力和S/N率的測量。圖12是示出根據本發明實施例的磁記錄裝置的平面圖。
具體實施方式
為增大垂直磁記錄介質中記錄層的矯頑力，發明人進行了各種各樣的實驗研究。結果，發明人獲得了如下給出的發現當通過向具有體心立方(bcc)結構的鐵鈷(Fe-Co)合金中加入鋯(Zr)和鉭(Ta)中至少一種元素而非 晶化的材料，用作磁性材料以形成軟磁下層時，與常規磁記錄介質相比，使 用這種材料的磁記錄介質可提高記錄層的矯頑力。本發明是基於這樣的實驗 研究做出的。作為加入到Fe-Co合金中的元素，除了Zr和Ta之夕卜，可使用下列元素中的至少一種鈮(Nb);矽(Si);硼(B);鈦(Ti);鉤(W);鉻 (Cr)和碳(C)。此外，與常規磁記錄介質相比，具有這種結構的磁記錄 介質可提高記錄層的矯頑力。然而，發明人的實驗表明，與使用加入有Nb、 Si、 B、 Ti、 W、 Cr和C中任一種元素的Fe-Co合金相比，使用加入有Zr或Ta的Fe-Co合金獲得矯頑力更大程度增大的記錄層。優選地，軟磁下層具有如下給出的結構軟磁下層由第一和第二軟磁層 以及夾在所述軟磁層之間的無磁層形成，所述第一和第二軟磁層由前述的非 晶材料製成，第一軟磁層與第二軟磁層反鐵磁地耦合。優選地，第一和第二 軟磁層的厚度均介於20與30nm之間，包括20和30nm。同樣，非晶材料中 Fe含量優選為等於或大於30at% 。優選地，形成在軟磁下層上的中間層具有層疊結構，其由具有面心立方 (fcc)結構的多晶膜、以及形成在該多晶膜上並且具有六方密堆積(hcp) 結構的多晶膜形成。優選地，記錄層由第一記錄層和第二記錄層形成，該第 一記錄層具有粒狀結構，該第二記錄層形成在第一記錄層上並且由Co基合 金製成。可採用如下給出的這種結構第一記錄層由磁粒子和無磁材料形成， 該磁粒子由鈷鉻鉑(Co-Cr-Pt)合金製成，該無磁材料由氧化鈦製成，Co-Cr-Pt 合金中Cr的含量介於11與15at^之間，包括11和15at%， Co-Cr-Pt合金 中Pt的含量介於11和21at^之間，包括11和21at%，而第一記錄層中 Co-Cr-Pt合金與氧化鈦之間的摩爾比介於93:7與91:9之間。這種結構增大 了S/N (信號/噪聲)比率，從而獲得具有更高性能的磁記錄介質。根據本發明，可提高垂直磁記錄介質中記錄層的矯頑力，因此記錄層可 以比迄今更高的記錄密度來記錄信息。此外，提高了S/N比率，從而改進磁 記錄介質寫入和讀出的可靠性。記錄層具有由Co-Cr-Pt合金和氧化鈦形成的粒狀結構，並且它們的成分 和它們之間的摩爾比設置在各自的預定範圍之內。具有這種結構的記錄層能 夠進一步降低從磁記錄介質產生的噪聲，因此進一步改進磁記錄裝置的可靠 性。下面通過參考附圖，表述本發明的優選實施例。 (磁記錄介質) (1)第一實施例圖1是示出根據本發明第一實施例的磁記錄介質的截面圖。根據第一實 施例的磁記錄介質10包括基底材料11以及形成在基底材料11上的層疊結 構，該基底材料11具有例如2.5英寸直徑的圓盤形狀。層疊結構由依次堆疊 成一系列層的籽晶層12、軟磁下層13、中間層14、記錄層15和保護層18 形成。軟磁下層13由如下給出的三層形成下軟磁層13a、磁疇控制層(或 無磁層)13b和上軟磁層13c。中間層14由取向控制層14a和無磁層14b形 成。記錄層15由主記錄層(或第一記錄層)16和輔助寫入層(或第二記錄 層)17形成。此外，主記錄層16具有粒狀結構，其由磁粒子16b和無磁材料16a形 成，磁粒子16b的易磁化軸的取向與磁記錄介質10的表面垂直，該無磁材 料16a提供磁粒子16b之間的磁隔離。輔助寫入層17由磁性材料組成，該 磁材料由鈷(Co)基合金製成，同時該磁性材料具有非粒狀結構。在根據第一實施例的磁記錄介質10中，軟磁層13a和13c均由軟磁材料 製成，該軟磁材料通過向鐵鈷(Fe-Co)合金中加入鋯(Zr)和鉭(Ta)而 非晶化，其中鐵鈷(Fe-Co)合金具有可形成體心立方(bcc)結構的成分。圖2A至圖2F是示出在根據第一實施例的磁記錄介質的製造方法中依次 進行的工藝步驟的截面圖。將參考圖2A至圖2F，表述根據第一實施例的磁 記錄介質10的細節。首先，如圖2A中所示，例如通過對玻璃襯底的表面進行化學處理以改 進它的硬度，製備基底材料11。然後，在下列條件下通過濺射方法澱積約 3nm厚的鉻(Cr)，在基底材料11上形成籽晶層12:約0.3至0.8Pa的澱積 壓力。這裡，對籽晶層12的生長速率不做特別限制。在第一實施例中，籽 晶層12的生長速率設置為5nm/sec。籽晶層12的作用為使得基底材料11的 表面狀態不轉移到下一個工藝步驟中將形成的下軟磁層13a，籽晶層12還作 為接合層。假設下軟磁層13a沒有結晶性和接合特性的問題存在，籽晶層12 可省略。在第一實施例中，玻璃襯底用作基底材料ll。然而，值得注意的是，除 玻璃襯底之外的其它材料也可用作基底材料11。除先前提到的玻璃襯底外， 例如，塑膠襯底、由鍍NiP鋁合金製成的襯底、矽襯底或此類襯底，可用作 硬磁記錄介質例如硬碟的基底材料ll。同樣地，由諸如聚對苯二甲酸乙二醇 酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚醯亞胺之類的樹脂製成的帶 或板，可用作基底材料ll來製造帶或板形式的磁記錄介質。接下來，如圖2B中所示，在下列條件下通過濺射方法在籽晶層12上形 成例如30nm厚的軟磁非晶FeCoZrTa層，而形成下軟磁層13a:約0.3至0.8Pa
的澱積壓力和5nm/sec的生長速率。在第一實施例中，下軟磁層13a由 FeCoZrTa製成。下軟磁層13a可由非晶材料製成，該非晶材料是通過向鐵鈷 (Fe-Co)合金中加入下列元素中至少一種元素而得到鋯(Zr);鉭(Ta); 鈮(Nb);矽(Si);硼(B);鈦(Ti);鴿(W);鉻(Cr)和碳(C)， 其中該鐵鈷合金構成為形成體心立方(bcc)結構。優選地，下軟磁層13a 的厚度介於20與30nm之間，包括20和30nm。然後，通過濺射方法澱積例如0.4至3nm厚的釕(Ru)，而在下軟磁層 13a上形成磁疇控制層(或無磁層)13b。磁疇控制層13b由銠(Rh)、銥(Ir)、 銅(Cu)或此類元素製成。然後，通過在磁疇控制層13b上形成例如30nm厚的軟磁非晶FeCoZrTa 層，而形成上軟磁層13c。用以形成上軟磁層13c的澱積條件與用以形成下 軟磁層13a的澱積條件相同。同樣地，上軟磁層13c可由非晶材料製成，該 非晶材料是通過向鐵鈷(Fe-Co)合金中加入下列元素中至少一種元素而得到鋯(Zr);鉭(Ta);鈮(Nb);矽(Si);硼(B);鈦(Ti);鉤(W);鉻(Cr)和碳(C)，該鐵鈷合金構成為形成體心立方(bcc)結構。 優選地，上軟磁層13c的厚度介於20與30nm之間，包括20和30nm。以如上面表述的方式，在籽晶層12上形成軟磁下層13，該軟磁下層13 具有層疊結構，該層疊結構由下軟磁層13a、磁疇控制層13b和上軟磁層13c 形成。在具有這種層疊結構的軟磁下層13中，下軟磁層13a與上軟磁層13c 之間出現反鐵磁耦合且在二者之間具有磁疇控制層13b，使得軟磁層13a和 13c各自的磁化Mi穩定在反平行的狀態。甚至在所謂的"接界物(或磁疇牆)" 出現時，此時在下軟磁層13a或上軟磁層13c之內方向相反的磁化彼此相鄰 地出現，由於軟磁層13a和13c處於反平行狀態，因此從磁疇牆洩漏的磁通 量在軟磁下層13中流動(circulate)。因此，這種結構減小了從磁疇牆產生 的磁通量向上洩漏出軟磁下層13的可能性，因此抑制了由藉助於磁頭的磁 通量檢測引起的波尖噪聲。適合抑制波尖噪聲的結構包括在反鐵磁層上形成單個軟磁下層的結構。 在具有這種結構的情況下，反鐵磁層由銥錳(IrMn)、鐵錳(FeMn)或此 類合金製成。如圖3中示例所示，這種結構可由鎳鐵(NiFe)層21、 IrMn 層(或反鐵磁層)22、 NiFe層23以及軟磁下層24形成，鎳鐵(NiFe)層 21、 IrMn層(或反鐵磁層)22和NiFe層23形成在籽晶層12上，而軟磁下 層24形成在NiFe層23上並且由軟磁材料形成，該軟磁材料是通過向鐵鈷 (Fe-Co)合金中加入鋯(Zr)或鉭(Ta)而非晶化，該鐵鈷合金構成為形 成有bcc結構。然後，如圖2C中所示，在下列條件下通過濺射方法在上軟磁層13c上 形成約5nm厚的軟磁NiFeCr層，而形成取向控制層14a: 0.3至0.8Pa的澱 積壓力和2nm/sec的生長速率。在第一實施例中，取向控制層(或NiFeCr層)14a澱積在上軟磁層13c 上，該上軟磁層13c由Fe-Co合金基非晶材料製成，使得取向控制層14a具 有極好面心立方(fee)結構的晶體結構。除上面提及的NiFeCr外，這種fee 結構的取向控制層14a可由鉑(Pt)、鈀(Pd) 、 NiFe、 NiFeSi、鋁(Al)、 銅(Cu)或銦(In)製成。當取向控制層14a由例如NiFe的軟磁材料製成時，取向控制層14a作為 上軟磁層13c的部分，因此獲得從磁頭到軟磁下層13的明顯縮短的距離， 從而獲得提高磁頭靈敏度的效果。然後，如圖2D中所示，在4至10Pa的澱積壓力下通過濺射方法澱積約 10nm厚的釕(Ru)，而在取向控制層14a上形成無磁層14b。這時，優選地， 無磁層14b的生長速率應該是低的。在第一實施例中，將無磁層14b的生長 速率設置為0.5nm/sec。由取向控制層14a和無磁層14b形成的中間層14， 以如上面表述的方式形成。形成無磁層14b的釕(Ru)晶體結構是六方密堆積(hep)結構。無磁 層14b具有極好的結晶性是因為hep結構與fee結構之間具有良好的晶格匹 配，其中fcc結構是取向控制層14a的晶體結構。如上面表述的，藉助於取 向控制層14a的作用，無磁層14b的晶體取向沿相同方向對準，從而無磁層 14b具有極好的結晶度。值得注意的是，hep結構的無磁層14b同樣可由包含鈷(Co)、鉻(Cr)、 鉤(W)或錸(Re)的釕(Ru)合金製成。然後，如圖2E所示，在無磁層14b上形成粒狀結構的主記錄層16。現 在將要具體地給出關於主記錄層16形成的表述。將上面形成有無磁層14b 的基底材料ll放置在濺射設備的腔中，並且將由鈷鉻鉑(Co-Cr-Pt)合金制 成的靶和由氧化矽(Si02)製成的靶裝入腔中，其中該鈷鉻鉑合金具有含量為66at^的Co、含量為14at^的Cr和含量為20at^的Pt。下文中，使用例 如"Co66Cr14Pt2"的表述來給出元素的各自含量。然後，將以氬氣(Ar)作 為主要成分並且向氬氣中加人少許氧氣(02)(例如，就流動速率而言，0.2% 至2%)的濺射氣體引入到腔中，其中壓力穩定在比較高的壓力(例如，約3 至7Pa)並且襯底溫度保持在比較低的溫度(例如，10至80攝氏度)。然後，在這個條件下，通過在靶與基底材料11之間施加400至1000watt(瓦)的射頻(RF)功率，開始濺射。對濺射RF功率的頻率不做特別限制， 並且設置在例如13.56MHz。除了 RF功率之外，約400至1000watt的直流(DC)功率也可以用於濺射。當用於濺射方法的澱積條件是如上面表述的比較高的壓力(例如，約3 至7Pa)和比較低的溫度(例如，約10至80攝氏度)時，與在低壓和高溫 下澱積的膜相比，產生稀疏膜。因此，在無磁層14b上，靶材料Co-Cr-Pt合 金和Si02不會彼此混合，從而產生具有粒狀結構的主記錄層16，其中由 CoCrPt (Co66Cr14Pt2。)製成的磁粒子16b分散在由Si02製成的無磁材料16a 中(見圖1)。優選地，主記錄層16中無磁材料16a的含量百分比介於約5和15at% 之間，包括5和15at%。在第一實施例中，將主記錄層16中無磁材料16a 的含量百分比設置為7at^。對主記錄層16的厚度不做特別限制。在第一實 施例中，主記錄層16的厚度為12nm。將形成時主記錄層16的生長速率設 置在例如5證/sec。主記錄層16之下hcp結構的無磁層14b的作用是，使磁粒子16b的取 向與膜表面垂直。因此，如同無磁層14b的情況一樣，磁粒子16b具有垂直 延伸的hcp結構的晶體結構，此外，hcp結構的六稜柱高度方向與易磁化軸 一致，從而主記錄層16表現出垂直磁各向異性。在如上表述粒狀結構的主記錄層16中，每個磁粒子16b彼此隔離並且 具有垂直曲線的易磁化軸，因此實現由主記錄層16產生的噪聲降低。另外，當磁粒子16b中Pt含量百分比等於或大於25at^時，主記錄層 16的磁各向異性常數Ku減小。因此，優選地，磁粒子16b中Pt含量百分比 小於25at^。如上面提到的，少許02氣，例如就流動速率而言約0.2%至2%
的02氣可混入濺射氣體中，從而促進主記錄層16中磁粒子16b之間的隔離，並且因此改進電磁轉換的特性。使得位於主記錄層16之下的無磁層14b表面更加不平坦，以促進磁粒 子16b之間的隔離，就是說，擴大磁粒子16b之間的空間距離。用於形成無 磁層14b的Ru層以約0.5nm/sec的低生長速率生長，因此使表面更加不平坦。儘管參考第一實施例，對無磁材料16a由氧化矽製成的情況給出了表述， 但是其它氧化物也可用作無磁材料16a。這樣的氧化物包括，例如，鈦(Ti)、 鉻(Cr)和鋯(Zr)的氧化物。此外，矽(Si)、鈦(Ti)、鉻(Cr)和鋯 (Zr)的氮化物中的任意一種可用作無磁材料16a。使用由鈷鐵(Co-Fe)合金製成的粒子作為磁粒子16b。當使用Co-Fe合 金時，優選的是，對主記錄層16進行熱處理，使得磁粒子16b具有蜂窩鏈 三體(HCT， honeycomb chained triangle)結構的晶體結構。可將銅(Cu) 或銀(Ag)加入到這種Co-Fe合金中。然後，通過使用氬氣(Ar)作為濺射氣體以濺射方法，在主記錄層16 上澱積約6nm厚的以鈷(Co)和鉻(Cr)作為主成分的合金(例如， Co67Cr19Pt1C)B4)，而形成輔助寫入層17。用於輔助寫入層17的澱積條件不 做特別限制。在第一實施例中，所述澱積條件為0.3至0.8Pa的澱積壓力和 5nm/sec的生長速率。形成輔助寫入層17的CoCrPtB (例如，Co67Cr19Pt1B4)晶體，具有與主 記錄層16中磁粒子16b相同的hcp結構，主記錄層16位於輔助寫入層17 之下。因此，磁粒子16b與輔助寫入層17之間存在極好的晶格匹配，從而 在主記錄層16上生長具有極好結晶性的輔助寫入層17。然後，如圖2F中所示，通過使用C2H2氣體作為反應氣體以RF-CVD(射 頻化學氣相沉積)方法澱積約4nm厚的DLC (金剛石狀碳)層，而在記錄 層15上形成保護層18。用於保護層18的澱積條件是，例如，約4Pa的澱積 壓力，1000watt的RF功率，以及基底材料與噴頭之間200V的偏置電壓。根據第一實施例的磁記錄介質10以如上表述的方式完成。圖4是有助於解釋將信息寫入到根據第一實施例磁記錄介質的操作的示 意性截面圖。為了將信息寫入到磁記錄介質10中，如圖4中所示，包括主磁極31b 和旁軛(return yoke) 31a的磁頭(或寫入頭)31，在其端部面對磁記錄介質 10，然後磁頭31根據要記錄的信息接收信號的反饋。在收到信號時，具有 小截面的主磁極31b產生記錄磁場H，然後磁場H垂直穿過記錄層15，向 軟磁下層13行進。當穿過記錄層15時，記錄磁場H實現記錄層15磁疇的 垂直磁化，其直接呈現在主磁極31b之下。在垂直穿過記錄層15之後，記錄磁場H在軟磁下層13中並沿著軟磁下 層13的面內方向傳播，然後再次垂直穿過記錄層15，然後返回到具有大截 面的旁軛。這時，由於低的磁通密度，因此記錄層15的磁化方向不變。通過根據要記錄的信息改變記錄磁場H的方向，同時沿著圖4的箭頭A 指示的方向相對磁頭31移動磁記錄介質10，由此多個磁疇被垂直磁化並且 沿著磁記錄介質10的磁跡連續地形成，從而在磁記錄介質10上記錄一連串 的信息條目。如先前提到的，在第一實施例中，形成軟磁下層13的軟磁層13a和13c 均由非晶材料製成，該非晶材料是通過向Fe-Co合金中加入例如Zr或Ta的 元素而非晶化，該Fe-Co合金構成為形成bcc結構。下面將表述軟磁層13a 和13c的材料與記錄層的矯頑力之間關係的檢測結果。如圖5中所示，分別指定為No. 1至No.l2的材料用於形成軟磁層。如 在圖5中使用，術語"原始晶系"指的是除了導致非晶化的元素之外的金屬 晶系。對於材料No.l，也就是Co-Zr-Nb (鈷鋯鈮)合金(Co87Zr5Nb8)，在 圖5中給出單獨Co的晶系，而將為非晶化加入的Zr和Nb除外。對於材料 No.6至No.8，也就是Fe-Co-Zr-Ta (鐵鈷鋯鉭)合金，在圖5中給出Fe-Co 合金的晶系，而將為非晶化加入的Zr和Ta除外。這些合金的晶系是由形成 合金的元素的百分比成分決定。順便提及，因為這些材料在通常配置上均具 有fcc結構，但是可能部分地具有不同結構，所以在圖5中使用短語"主要 為fcc結構"("fcc主要")。同樣地，因為這些材料在通常配置上均具有 bcc結構，但是可能部分地具有不同結構，所以在圖5中使用短語"主要為 bcc結構"("bcc主要")。圖6是示出Slater-Pauling曲線的坐標圖。從圖6可以看出，當Fe含量 等於或大於30at^時，Fe-Co合金例如具有bcc結構。還可以看出，單獨的 Cr、 Mn或Fe具有bcc結構，而Co、 Ni或Cu單獨具有fcc結構。通過這些
元素的百分比成分來確定合金的晶體結構。製造了包括由合金成分製成軟磁下層的磁記錄介質(或測試樣本)，其中合金成分分別指定為No.l至No.12,如圖5中所示，並且測量了該磁記錄 介質中主記錄層的矯頑力(Hc)值。測量值同樣在圖5中給出。順便提及， 利用Kerr效應的磁化滯環跟蹤器(magnetization loop tracer)用於測量矯頑 力。用於矯頑力測量的測試樣本中省略了輔助寫入層。如從圖5看到的，均具有bcc結構原始晶系的Fe-Co合金(No.5至No.12 號)具有高矯頑力(He)。當使用特別指定為No.6至No.8的合金中的任何 一種時，其中每種包含具有bcc結構原始晶系的Fe-Co合金和加入該Fe-Co 合金中的Zr和Ta，矯頑力等於或大於5000Oe。因此可以看出，這些合金(No.6 至Na8)在增大記錄密度以及提高寫入和讀出信息可靠性上是有效的。接下來，對軟磁下層進行XRD (X射線衍射)測量。圖7中給出了測量 結果。從圖7中可以看出，對於測試樣本中的任意一個沒有觀察到清晰的衍 射射線，並且所有測試樣本的軟磁下層被非晶化。對於在XRD測量中使用 的每個測試樣本，以如先前提到的方式在玻璃襯底上形成50nm厚的單獨軟 磁下層。接下來，對使用軟磁下層的磁記錄介質的讀出/寫入(R/W)特性進行檢 測。儘管在檢測中使用的測試樣本基本上與在矯頑力測量中使用的測試樣本 相同，但是前者中使用的軟磁下層材料和記錄層厚度，與後者中使用的這些 相比發生了一些變化。圖8示出測試樣本的讀出/寫入特性的檢測結果。在圖8中，水平軸代表 OW (重寫)特性，該特性用作信息寫入簡易性的指數，而垂直軸代表S/N (信噪比)特性，該特性用作信號質量的指標。可以認為，當Ow特性的值 變得更小時(即該值沿負方向變得更大)，信息寫入變得更容易。可以認為， 當S/N特性的值變得更大時，信號質量提高。將用於測量OW特性的寫入電 流設置為35mA。作為參考，使用將Fe-Co-B合金用作軟磁下層的常規磁記 錄介質。如從圖8看到的，通常，使用具有fcc基原始晶系的合金的測試樣本具 有低S/N比率，而使用具有bcc基原始晶系的合金的測試樣本趨向於具有高 S/N比率。特別地，使用Fe-Co-Zr-Ta合金的測試樣本(圖8中以圓圈("o")
標註)，在OW特性和S/N特性方面都是極好的。 (2)第二實施例圖9是示出根據本發明第二實施例的磁記錄介質的截面圖。在主記錄層 (或第一記錄層)的結構上，第二實施例與第一實施例不同。由於第二實施 例的其它結構部件的配置基本上與第一實施例的那些相同，因此圖9中與圖 1所示相同的部件以相同的標號表示，並且省略相同部件的詳細表述。在第二實施例中，主記錄層36具有粒狀結構，其由磁粒子36b和無磁 材料36a形成，其中該磁粒子36b由鈷鉻鉑(Co-Cr-Pt)合金製成，該無磁 材料36a由氧化鈦(Ti02)製成並且提供磁粒子36b之間的磁隔離。磁粒子 36b中Cr的含量介於ll至15at^之間，包括ll和15at^，而Pt的含量介 於ll至21at^之間，包括ll和21at^。磁粒子36b (或Co-Cr-Pt合金)與 無磁材料36a (或Ti02)之間的摩爾比介於93:7和91:9之間。圖10是示出主記錄層36中氧化鈦(Ti02)含量與矯頑力(He)之間關 系的檢測結果的坐標圖，其中水平軸代表Ti02的含量，而垂直軸代表矯頑力。 附帶提及，用於矯頑力測量的測試樣本中省略了輔助寫入層。此外，層厚與 第一實施例中已經過矯頑力測量的測試樣本的層厚不同。如從圖10中看到的，當主記錄層中氧化鈦的含量等於或大於10mol% 時，磁記錄介質的矯頑力變差。出現這種情況的原因可能是10mol^或更高 含量的氧化鈦抑制了磁粒子(或Co-Cr-Pt合金)的外延生長，因此導致晶體 取向性變差並且還導致晶粒更細。可選擇地，主記錄層中6molQ/^或更少含量的氧化鈦導致磁粒子(或 Co-Cr-Pt合金)的晶粒之間不充分隔離，因此導致矯頑力變差。因此，在第 二實施例中，將主記錄層中氧化鈦(Ti02)的含量設置為7至9moin/。。圖10中，給出了矯頑力測量的結果(圖10中以"X"標註)，該測量 是在相同條件下對在主記錄層中使用氧化矽(Si02)作為無磁材料的磁記錄 介質做出的。如從圖10中看到的，使用氧化鈦作為無磁材料的磁記錄介質 的矯頑力，與使用氧化矽作為無磁材料的磁記錄介質的矯頑力實質上相等。圖11是示出矯頑力和S/N比率測量結果的圖表，該測量是對磁記錄介 質在以下情況下做出的其中磁粒子36b是由成分改變的Co、 Cr和Pt製成 並且無磁材料是氧化矽(Si02)或氧化鈦。附帶提及，用於矯頑力和S/N比
率測量的測試樣本中省略了輔助寫入層。此外，層厚與第一實施例中已經過 矯頑力測量的測試樣本的層厚不同。從圖ll可以看出，與使用氧化矽(Si02)相比，使用氧化鈦(Ti02)作 為無磁材料提高了 S/N比率。然而，當磁粒子中Pt含量少於11at。/。或大於 21at^時，各向異性磁場(Hk)變低，因此磁記錄介質的磁特性變差。因此， 在第二實施例中，將磁粒子中Pt含量設置為介於11與21at。/。之間，包括11 和21at%。此外，磁粒子中Cr含量少於11atM使得飽和磁化(Ms)和各向異性磁 場(Hk)增大，因此使得標準化噪聲增大，從而降低了 S/N比率。磁粒子中 Cr含量多於15at。/。使得磁特性變差，因此降低了S/N比率。因此，在第二實 施例中，將磁粒子中Cr含量設置為介於11與15aty。之間，包括11和15at%。如上表述，在第二實施例中，將氧化鈦用作主記錄層(或粒狀層)36中 的無磁材料36a，並且將磁粒子36b中Cr含量和Pt含量以及磁粒子36b與 無磁材料36a之間的摩爾比設置在各自的預定範圍之內。因此，與第一實施 例相比，第二實施例可增大S/N比率，因此獲得具有更高性能的磁記錄介質。 (磁記錄設備)圖12是示出根據本發明實施例的磁記錄介質的平面圖。磁記錄設備100包括外殼、圓盤狀磁記錄介質(或磁碟)101、使磁記 錄介質101轉動的主軸馬達(未示出)、進行數據寫入和讀出的磁頭102、 支撐磁頭102的懸架103以及沿磁記錄介質101的徑向驅動和調節懸架103 的調節器104，所有這些部件容納在外殼中。磁記錄介質101具有參考上面 第一或第二實施例表述的結構。當磁記錄介質101藉助於主軸馬達以高速轉動時，藉助於由磁記錄介質 101的轉動產生的空氣流，磁頭102以微小間距懸浮在磁記錄介質101上。 通過調節器104沿著磁記錄介質101的徑向移動磁頭102，磁頭102對磁記 錄介質101進行信息寫入或從磁記錄介質101進行信息讀出。由於如上述配置的磁記錄設備使用磁記錄介質101，該磁記錄介質101 具有參考上面第一或第二實施例表述的結構，因此磁記錄設備能夠以高密度 記錄信息，並且還具有信息寫入和讀出的高度可靠性。
權利要求
1、一種磁記錄介質，包括無磁基底材料；軟磁下層，形成在該無磁基底材料上；中間層，形成在該軟磁下層上；以及記錄層，形成在該中間層上並且具有垂直磁各向異性，其中，該軟磁下層由非晶材料製成，該非晶材料是通過向鐵鈷合金中加入鋯和鉭中至少一種元素而非晶化，該鐵鈷合金構成為形成體心立方結構。
2、 一種磁記錄介質，包括 無磁基底材料；軟磁下層，形成在該無磁基底材料上；中間層，形成在該軟磁下層上；以及記錄層，形成在該中間層上並且具有垂直磁各向異性，其中，該軟磁下層由非晶材料製成，該非晶材料是通過向鐵鈷合金中加入下列元素中至少一種元素而非晶化鈮；矽；硼；鈦；鎢；鉻和碳，該鐵鈷合金構成為形成體心立方結構。
3、 根據權利要求1或2所述的磁記錄介質，其中該中間層由具有面心 立方結構的多晶膜以及形成在該多晶膜上且具有六方密堆積結構的多晶膜 形成。
4、 根據權利要求1或2所述的磁記錄介質，其中該記錄層具有粒狀結構。
5、 根據權利要求1或2所述的磁記錄介質，其中該記錄層具有粒狀結 構，該粒狀結構由鈷鉻鉑合金製成的磁粒子和氧化鈦製成的無磁層形成，該 鈷鉻鉑合金中Cr含量介於11原子％與15原子％之間且包括11原子％和15 原子％，該鈷鉻鉑合金中Pt含量介於11原子％與21原子％之間且包括11 原子％和21原子％，並且該鈷鉻鉑合金與該氧化鈦之間的摩爾比介於93:7 與91:9之間且包括93:7和91:9。
6、 根據權利要求1或2所述的磁記錄介質，其中該記錄層由第一記錄 層和第二記錄層形成，該第一記錄層具有粒狀結構，該第二記錄層形成在該 第一記錄層上並且由Co基合金製成。
7、 根據權利要求1或2所述的磁記錄介質，其中該軟磁下層由第一軟 磁層、無磁層和第二軟磁層形成，該第一軟磁層由該非晶材料製成，該無磁 層形成在該第一軟磁層上，該第二軟磁層由該非晶材料製成且形成在該無磁 層上。
8、 根據權利要求7所述的磁記錄介質，其中該第一軟磁層和該第二軟 磁層的厚度均介於20 nm與30nm之間且包括20 nm和30nm。
9、 根據權利要求7所述的磁記錄介質，其中該第一軟磁層與該第二軟 磁層反鐵磁耦合。
10、 根據權利要求1或2中所述的磁記錄介質，其中該非晶材料中Fe 含量等於或大於30原子％。
11、 一種磁記錄設備，包括 磁記錄介質，能夠利用磁性記錄信息；磁頭，對該磁記錄介質進行信息寫入和信息讀出；以及 移動裝置，用於相對於該磁頭移動該磁記錄介質； 其中，該磁記錄介質包括 無磁基底材料；軟磁下層，形成在該無磁基底材料上；中間層，形成在該軟磁下層上；以及記錄層，形成在該中間層上並且具有垂直磁各向異性，其中，該軟磁下層由非晶材料製成，該非晶材料是通過向鐵鈷合金中加入鋯和鉭中至少一種元素而非晶化，該鐵鈷合金構成為形成體心立方結構。
12、 一種磁記錄設備，包括 磁記錄介質，能夠利用磁性記錄信息；磁頭，對該磁記錄介質進行信息寫入和信息讀出；以及 移動裝置，用於相對於該磁頭移動該磁記錄介質； 其中，該磁記錄介質包括 無磁基底材料；軟磁下層，形成在該無磁基底材料上； 中間層，形成在該軟磁下層上；以及記錄層，形成在該中間層上並且具有垂直磁各向異性，其中，該軟磁下層由非晶材料製成，該非晶材料是通過向鐵鈷合金中加入下列元素中至少一種元素而非晶化鈮；矽；硼；鈦；鎢；鉻和碳，該鐵鈷合金構成為形成體心立方結構。
13、 根據權利要求11或12所述的磁記錄設備，其中該中間層由具有面 心立方結構的多晶膜以及形成在該多晶膜上且具有六方密堆積結構的多晶 膜形成。
14、 根據權利要求11或12所述的磁記錄設備，其中該記錄層具有粒狀 結構。
15、 根據權利要求11或12所述的磁記錄設備，其中該記錄層具有粒狀 結構，該粒狀結構由鈷鉻鉑合金製成的磁粒子和氧化鈦製成的無磁層形成， 該鈷鉻鉑合金中Cr含量介於11原子％與15原子％之間且包括11原子％和 15原子％，該鈷鉻鉑合金中Pt含量介於15原子％與21原子％之間且包括 15原子％和21原子％ ，並且該鈷鉻鉑合金與該氧化鈦之間的摩爾比介於93:7 與91:9之間且包括93:7和91:9。
16、 根據權利要求11或12所述的磁記錄設備，其中該記錄層由第一記 錄層和第二記錄層形成，該第一記錄層具有粒狀結構，該第二記錄層形成在 該第一記錄層上並且由Co基合金製成。
17、 根據權利要求11或12所述的磁記錄設備，其中該軟磁下層由第一 軟磁層、無磁層和第二軟磁層形成，該第一軟磁層由該非晶材料製成，該無 磁層形成在該第一軟磁層上，該第二軟磁層由該非晶材料製成且形成在該無 磁層上。
18、 根據權利要求17所述的磁記錄介質，其中該第一軟磁層和該第二 軟磁層的厚度均介於20nm與30nm之間且包括20和30nm。
19、 根據權利要求17所述的磁記錄設備，其中該第一軟磁層與該第二 軟磁層反鐵磁耦合。
20、 根據權利要求11或12所述的磁記錄設備，其中該非晶材料中Fe 含量等於或大於30原子％。
全文摘要
一種磁記錄介質和磁記錄設備，本發明的磁記錄介質包括無磁基底材料、軟磁下層、中間層、記錄層和保護層，這些層堆疊在基底材料上。軟磁下層由下軟磁層、磁疇控制層(或無磁層)和上軟磁層形成。下軟磁層和上軟磁層均由非晶材料製成，該非晶材料是通過向鐵鈷(Fe-Co)合金中加入鋯(Zr)和鉭(Ta)中至少一種元素而非晶化，該鐵鈷合金構成為形成體心立方(bcc)結構。
文檔編號G11B5/667GK101154392SQ20071015436
公開日2008年4月2日 申請日期2007年9月26日 優先權日2006年9月29日
發明者稻村良作, 貝津功剛 申請人:富士通株式會社