技术领域
[0001] 本文描述的
实施例涉及磁盘
驱动器领域，特别涉及具有多个交换耦合磁层的垂直磁记录盘。
背景技术
[0002] 在具有500Gb每平方英寸(Gb/in2)或更大的空间
密度的垂直磁记录(PMR)介质中，
信噪比(SNR)和可写性覆写(OW2)的改进变得越来越难实现。尽管当使介质
磁性更软时SNR和OW2两者都改进，但是磁性更软的介质也导致更宽的写磁轨，这使得驱动器系统中相邻磁轨的性能劣化。
[0003] 为了改进SNR和OW2而不加宽写磁轨，例如在授权给Fullerton等人的美国
专利US7,488,545B2(在下文称为“Fullerton”)中探索并讨论了具有双磁记录层的介质结构。在Fullerton中，描述了具有两个解耦记录层的介质结构。两个记录层的这种解耦效果是使得介质中单位面积的有效颗粒数量加倍。结果，介质的SNR被改进，因为SNR依赖于单位面积的颗粒数量。
发明内容
附图说明
[0004] 在以下附图中以示例的方式而非限制地图示说明本发明，其中：
[0005] 图1示出根据本发明的一个实施例的PMR盘的横截面图。
[0006] 图2示出根据本发明的另一个实施例的PMR盘的横截面图。
[0007] 图3示出根据本发明的又一个实施例的PMR盘的横截面图。
[0008] 图4示出根据本发明的替代实施例的PMR盘的横截面图。
[0009] 图5示出根据本发明的一个实施例的PMR盘的信噪比(SNR)性能。
[0010] 图6示出根据本发明的一个实施例的PMR盘的另一信噪比(SNR)性能。
[0011] 图7A示出根据本发明的一个实施例的
氧化物含量对PMR盘的
挤压(Sqz)参数的影响。
[0012] 图7B示出根据本发明的一个实施例的氧化物含量对PMR盘的在轨信噪比(SNRinit)性能的影响。
[0013] 图7C示出根据本发明的一个实施例的氧化物含量对PMR盘的邻轨信噪比(SNRfinal)性能的影响。
[0014] 图8示出根据本发明的一个实施例，相对于PMR盘的写磁轨宽度，中间磁层中的双子层结构对反向覆写性能的影响。
[0015] 图9示出根据本发明的一个实施例，相对于PMR盘的挤压性能，中间磁层中的双子层结构对反向覆写性能的影响。
具体实施方式
[0016] 在以下描述中，阐述了许多具体细节，例如具体层成分和属性的示例，以提供对本发明的各个实施例的彻底理解。然而对于本领域技术人员来说显而易见的是，不需要采用这些具体细节来实现本发明的各个实施例。在其它示例中，未详细描述众所周知的部件或方法以避免不必要地混淆本发明的各个实施例。
[0017] 本发明描述了垂直磁记录(PMR)盘的各个实施例。PMR盘结构包括基本无氧化物的磁
覆盖层、直接设置在磁覆盖层下方并且与其
接触的上磁层以及设置在上磁层下方的上交换耦合层。上磁层包括氧化物材料。PMR盘结构还可以包括设置在上交换耦合层下方的中间磁层、设置在中间磁层下方的下交换耦合层以及设置在下交换耦合层和衬底之间的下磁层。在一个实施例中，这些层的组合形成三磁层结构，其可以改善信噪比(SNR)和/或改善可写性覆写(OW2)而不加宽磁轨宽度或降低介质的热
稳定性。
[0018] 图1示出PMR盘100的一个实施例的横截面图。PMR盘100具有一种结构，该结构以从PMR盘100的顶部开始的递减次序包括至少以下层：磁覆盖层150、与磁覆盖层150直接接触并在其下方的上磁层(UML)140、上交换耦合层(ECC2)107、中间磁层(IML)130、下交换耦合层(ECC1)106、下磁层(LML)120和衬底101。用于UML 140的材料是良好分离的材料并且比磁覆盖层150具有更低的颗粒间交换耦合。为了增强颗粒分离并且减小颗粒间交换耦合，UML 140包括氧化物材料，而用于磁覆盖层150的材料是基本无氧化物的。所谓基本无氧化物，其含义是可能在磁覆盖层150中仍然存在含有氧化物的痕量杂质。
[0019] 具有氧化物材料的UML 140的存在改进了介质中的高频信噪比(SNR)。图5示出仅具有两个解耦记录层和覆盖层的记录介质与根据本发明的一个实施例具有包括UML 140和磁覆盖层150的三个磁层的记录介质在2T下的SNR性能500的比较。图6示出这两个记录介质在1T下的SNR性能600的比较。“T”表示最高
频率的周期。如图5所示，与仅具有覆盖层的记录介质的SNR性能501相比，具有氧化物材料的UML 140的存在使2T下的SNR性能502改进大约0.4dB。如图6所示，与仅具有覆盖层的记录介质的SNR性能601相比，具有氧化物材料的UML
140的存在使1T下的SNR性能602改进大约0.5dB。高频SNR中的增益转换为改进的在轨SNR和更好的出错率，以及更好的邻轨干扰特性。
[0020] SNR的改进可归因于在UML 140中添加氧化物。影响SNR的一个因素是颗粒在磁性材料中分离的良好程度。良好分离的材料减小本征介质噪声并因此改进SNR。良好分离的材料还导致颗粒间交换耦合的减小，这进而减小在具有高颗粒间交换耦合的材料中可能在相邻颗粒之间发生的比特移位。磁性材料中的一些氧化物具有分离到颗粒边界的趋势。上磁层140中选择的氧化物添加物具有沿着颗粒边界沉淀的趋势。由于沿着颗粒边界存在氧化物，在UML 140中颗粒的分离被增强并且相邻颗粒之间的颗粒间交换耦合被减小以提供更好的SNR性能。
[0021] 颗粒间交换耦合可以用通过本领域已知的振动样品磁
力计(VSM)或Polar Kerr法测量的磁性材料的
磁滞回路的
矫顽力矩形比(S*)参数来量化。S*参数与磁滞回路的斜率逆相关。更高的S*指示更大的侧向交换耦合。当与具有直接位于磁覆盖层150下方的含氧化物添加物的UML 140的本发明的一个实施例比较时，缺少UML 140的记录介质具有高出0.1的S*参数。因此，具有氧化物材料的UML 140的存在导致比没有UML 140的记录介质具有更低的颗粒间交换耦合。
[0022] 尽管UML 140中的氧化物添加物提供了更好的SNR性能，磁覆盖层150中的氧化物添加物不可能提供相同的性能优点。另外，磁覆盖层150中具有氧化物添加物还使得磁覆盖层150更容易受到表面
腐蚀，即使当磁覆盖层150上方存在额外的外包层时。因此，为了维持记录介质的使用寿命，氧化物添加物不被添加到磁覆盖层150中，而是添加到UML 140中。
[0023] 为了进一步增加SNR和相关的性能度量，可增加UML 140中的氧化物含量。在给定的矫顽力下，UML 140中使用的具有更高氧化物含量的材料导致更高的SNR。通过增加氧化物含量来改进SNR是有利的，直至当氧化物的存在开始对磁性颗粒的空间密度带来限制的一点。超过该点，增加氧化物含量可能开始妨碍记录介质的空间密度。
[0024] 图7A-C比较了在UML 140中具有不同氧化物含量的本发明的实施例之间作为矫顽力的函数的挤压(Sqz)参数710、在轨SNR(SNRinit)720和邻轨SNR(SNRfinal)730。挤压参数是与SNR相关的性能参数，其度量在相邻磁轨上存在其它信息的情况下当相邻磁轨越来越接近测试磁轨时记录系统再现测试磁轨上记录的数据的能力。在一个实施例中用方形
采样点和外推曲线711、721和731标记的UML 140是由
合金1材料制成的，其包含18％的氧。更具体地，合金1由钴铬铂合金和氧化
钛及氧化钴添加物制成，具有Co-15Cr-14Pt-(6Mol％TiO2)-(10Mol％CoO)成分。在其它实施例中用十字准线采样点和外推曲线712、722和732标记的UML 140是由合金2材料制成的，其包含19.4％的氧。更具体地，合金2由钴铬铂合金和氧化钛及氧化钴添加物制成，具有Co-14Cr-16Pt-(8Mol％TiO2)-(8Mol％CoO)成分。如图7所示，与合金1实施例相比，具有由具有更高氧含量的合金2制成的UML 140的实施例在每个性能参数Sqz、SNRinit和SNRfinal中产生更好的性能。例如，在给定的5400奥斯特的矫顽力下，合金2实施例能够实现比合金1实施例的Sqz性能711高出几乎3％的Sqz性能712。合金2实施例还能够实现比合金1实施例的SNRinit性能721高出约0.3dB的SNRinit性能722，以及比合金1实施例的SNRfinal性能731高出约0.6dB的SNRfinal性能732。
[0025] 返回参考图1，在一个实施例中，UML 140可以具有从0.5纳米(nm)到5nm范围内的厚度，并且比磁覆盖层更薄，该磁覆盖层可以具有从3.5nm到5nm范围内的厚度。UML 140中的氧化物材料可以是氧化钛(TiO2)或氧化钴(CoO)。在替代实施例中，可以在UML 140中使用另一种氧化物材料如氧化铬(Cr2O3)或
二氧化硅(SiO2)或其它氧化物材料的组合。UML 140中的氧化物材料可以具有在UML 140的总摩尔量的5％到30％范围内的摩尔量。中间磁层(IML)130和下磁层(LML)120也可以均具有氧化物添加物。在另一个实施例中，IML130和LML120中的任何一个可以具有氧化物添加物或者可以都不具有氧化物添加物。
[0026] 在一个实施例中，UML 140具有从10千奥斯特(kOe)到20kOe范围内的
各向异性场(Hk)。UML 140的Hk可以等于IML 130的Hk。磁覆盖层150的Hk可以小于或等于UML 140的Hk。在另一个实施例中，磁覆盖层150是具有比UML 140的矫顽力更低的矫顽力(Hc)的软磁层，并且具有比IML 130更高的颗粒间交换耦合。
[0027] 图2示出PMR盘200的替代实施例的横截面图。除了中间磁层(IML)130外，PMR盘200中的其它层类似于图1的PMR盘100的各层。因此，不再重复对这些其它层及其彼此相关的特性的讨论。在PMR盘200的结构的一个实施例中，IML 130包括第一中间磁子层(IMSL1)131和设置在第一中间磁子层(IMSL1)131上方的第二中间磁子层(IMSL2)132。磁子层IMSL1 131和IMSL2132中的每个可以具有不同的各向异性场(Hk)，并且可以具有在1nm到5nm之间的厚度。磁子层IMSL1 131和IMSL2 132中的每个可以具有大颗粒间交换耦合。IMSL2 132中的颗粒间交换耦合可以大于IMSL1 131中的颗粒间交换耦合。
[0028] 在一个实施例中，IMSL2 132具有小于IMSL1 131的Hk的Hk。IMSL1 131的Hk可以小于或等于LML 120的Hk。在具体实施例中，IMSL1 131的Hk在7千奥斯特(kOe)到20kOe的范围内。LML 120的Hk可以大于或等于IMSL1 131的Hk。在替代实施例中，IMSL1 131或IMSL2 132可以具有更高的Hk。IML 130也可以具有从层的顶部到层的底部增加的梯度Hk，其中层的底部具有层内的最高Hk。
[0029] 在一个实施例中，IMSL2132基本无氧化物，这意味着含有氧化物的痕量杂质仍然可以在IMSL2 132中存在。IMSL1 131中使用的材料可以包括氧化物材料如氧化钛(TiO2)或氧化钴(CoO)。在替代实施例中，可以在IMSL1 131中使用另一种氧化物材料如氧化铬(Cr2O3)或
二氧化硅(SiO2)或者其它氧化物材料的组合。IMSL1 131中的氧化物材料可以具有在IMSL1 131的总摩尔量的5％到30％范围内的摩尔量。在另一个实施例中，磁子层IMSL1 131或IMSL2 132中的任何一个可以具有氧化物材料或者都不具有氧化物材料。
[0030] 在PMR盘200的具体实施例中，IMSL1 131由合金2材料制成，其为具有成分为Co-14Cr-16Pt-(8Mol％TiO2)-(8Mol％CoO)的含有氧化钛和氧化钴添加物的钴铬铂合金。
IMSL2 132由合金3材料制成，其为具有Co-13Cr-22Pt-12B成分的不含氧化物添加物的钴铬铂
硼合金。在此实施例中，IMSL1 131具有比IMSL2132的Hk更高的Hk。由于IMSL1 131中的氧化物添加物，与IMSL2 132相比，IMSL1 131也具有更好的颗粒分离。
[0031] 在具体实施例中，IMSL2 132由磁性更软的材料制成并且用作IMSL1 131的切换辅助层。在存在写场(write field)的情况下，因为IMSL2 132是磁性更软的并且实际上更接近写磁头，所以IMSL2 132可以首先切换磁方向。通过首先切换其磁方向，IMSL2 132提供磁矩来辅助切换IMSL1 131。
[0032] 通过图8和图9所示的对本实施例的反向覆写(OW2)性能与磁轨宽度800和OW2性能与Sqz 900相对于仅具有单个中间磁层的记录介质的比较，可以示出由于IML 130中存在双子层结构而导致的此具体实施例的写能力改进。通过在先前记录的高频背景图案上写入低频图案并随后测量由覆写导致的高频图案的谐波的减少来测量反向OW2。在图8中，用方形采样点和外推曲线802标记具有双子层IML 130结构的记录介质，并且用十字准线采样点和外推曲线801标记具有单个中间磁层结构的记录介质。如图8所示，对于2.8μ-in.(微英寸)的磁轨宽度，由于IML 130中存在双子层结构，反向OW2被改进超过3dB。通过将用外推曲线902标记的双子层IML 130结构的性能与用外推曲线901标记的单中间磁层结构的性能进行比较，双子层结构还显示出如图9所示逐渐增加的改进的反向OW2和增加的Sqz参数。
[0033] 图3示出PMR盘300的另一个实施例的横截面图。在该实施例中，除了IML120外，PMR盘300中的其它层类似于图1的PMR盘100的各层。因此，不再重复对这些其它层及其彼此相关的特性的讨论。在PMR盘300的结构的一个实施例中，虽然IML 130仅具有单个层结构，但是LML 120可以包括第一下磁子层(LMSL1)121和设置在第一下磁子层(LMSL1)121上方的第二下磁子层(LMSL2)122。与单个低磁层相比，LML 120的双子层结构可以提供更好的SNR和更好的写能力，同时维持
热稳定性。磁子层LMSL1 121和LMSL2 122的每个可以具有不同的各向异性场(Hk)并且可以具有在1nm到8nm之间的厚度。LML 120的总厚度可以是在6nm到9nm之间。任何磁子层LMSL1 121和LMSL2 122可以具有大颗粒间交换耦合。
[0034] 在PMR盘结构300中，各个磁层121、122、130、140和150可以具有不同的Hk，从而Hk随着层的深度级别而增加。换句话说，顶层将具有最低的Hk，而底层将具有最高的Hk。在一个实施例中，LMSL2 122具有小于LMSL1 121的Hk的Hk。在具体实施例中，LMSL1 121的Hk在13千奥斯特(kOe)到25kOe的范围内。IML 130的Hk可以小于或等于LMSL1 122的Hk。IML 130可以具有从层的顶部到层的底部增加的梯度Hk，其中层的底部具有在IML 130内最高的Hk。磁覆盖层150可以具有小于IML 130的Hk。
[0035] 在一个实施例中，LMSL1 121中使用的材料可以包括氧化物材料，诸如氧化钛(TiO2)或氧化钴(CoO)。在替代实施例中，另一种氧化物材料如氧化铬(Cr2O3)或二氧化硅(SiO2)或者其它氧化物材料的组合可以在LMSL1 121中使用。LMSL1 121中的氧化物材料可以具有在LMSL1 121的总摩尔量的5％到30％范围内的摩尔量。
[0036] LMSL2 122中使用的材料还可以包括氧化物材料如氧化钛(TiO2)或氧化钴(CoO)。在替代实施例中，另一种氧化物材料如氧化铬(Cr2O3)或二氧化硅(SiO2)或者其它氧化物材料的组合可以在LMSL2 122中使用，并且LMSL2 122中的氧化物材料可以不同于LMSL1 121中的氧化物材料。LMSL1 122中的氧化物材料可以具有在LMSL1 122的总摩尔量的5％到
30％范围内的摩尔量。在另一个实施例中，两个磁子层LMSL1 121和LMSL2 122中仅一个可以具有氧化物材料。
[0037] 图4示出PMR盘400的又一个实施例的截面图。在该实施例中，磁覆盖层150和UML 140类似于图1的PMR盘100的各层。类似于图2中的PMR盘200的IML 130，IML 130可以包括第一中间磁子层(IMSL1)131和设置在第一中间磁子层(IMSL1)131上方的第二中间磁子层(IMSL2)132。IMSL2 132可以具有小于IMSL1 131的Hk的Hk。类似于图3中的PMR盘300的LML
120，LML120可以包括第一下磁子层(LMSL1)121和设置在第一下磁子层(LMSL1)121上方的第二下磁子层(LMSL2)122。LMSL2 122可以具有小于LMSL1 121的Hk的Hk。已经参照图1、图2和图3分别描述每个上磁层、中间磁层和下磁层的特性。因此，不再重复这些层及其彼此相关的特性的讨论。通过组合此处描述的各个实施例的结构，PMR盘400可以在一个盘结构中实现这些其它实施例的组合优点。PMR盘400可以具有改进的与SNR相关的性能并且还具有更好的邻轨干扰(ATI)性能，因为ATI依赖于高频SNR。PMR盘400还可以具有改进的写能力，具有窄磁轨宽度，相对于常规双磁记录层盘具有改进超过2dB的OW2，同时不牺牲热稳定性。
[0038] 参照图1到图4，PMR盘结构的实施例可以具有设置在衬底101和LML 120之间的
中间层111。中间层111可以包括设置在衬底101上方的粘性层102、设置在粘性层102上方的下衬层(SUL)103、设置在SUL 103上方的一个或更多个中间层104以及设置在中间层104和下磁层(LML)120之间的生长层105。PMR盘还可以具有设置在磁覆盖层150上方的外包层108以保护PMR盘。外包层108可以由
碳制成。衬底101例如可以由金属、金属合金如镍磷(NiP)、玻璃或本领域已知的包括
聚合物和陶瓷的其它衬底材料制成。交换耦合层ECC1106和ECC2 107可以由钴钌(CoRu)合金制成。在替代实施例中，可以存在附加层，并且每个层可以由其它材料制成。可替换地，各个层可以使用其它材料。生长层、夹层、SUL、粘性层和衬底都是本领域已知的。因此，此处不提供详细讨论。
[0039] 本文所用的措辞“上方”、“下方”和“之间”是指一个介质层相对于其它层的相对
位置。因此，例如设置在另一个层上方或者下方的一个层可以直接与该另一个层接触或者可以具有一个或更多个中间层。另外，设置在两个层之间的一个层可以直接与这两个层接触或者可以具有一个或更多个中间层。相反地，在第二层“上”的第一层与该第二层直接接触。另外，在假定相对于衬底进行操作而不考虑衬底的绝对方向的情况下提供了一个层相对于其它层的相对位置。
[0040] 在上述
说明书中，已经参照具体示例性实施例描述了本发明。然而明显的是，在不背离由随附
权利要求阐述的本发明的实施例的更宽范围的前提下，可对其进行各种
修改和变化。说明书和附图因此将被认为是示例性而不是限制性的。
