下文将参照附图描述本发明的优选
实施例,其中相似的标号通篇指代相 似的元件。在实施例中描述的磁记录介质是垂直磁记录介质,其中记录层中 的磁化方向被引向与衬底
正面垂直的方向。
图1是磁记录介质和磁头的实质部分的示意横截面图。
磁记录介质10包括非磁衬底11和形成于衬底11上方的籽晶层12。这 一籽晶层12具有防止衬底11的表面状态影响在籽晶层12上方叠置的膜的 结晶性的功能,并且也具有作为粘合层的功能。
在籽晶层12上方形成下软磁衬层13a。下软磁衬层13a由软磁非晶材料 组成,例如由添加有从Zr(锆)、Ta(钽)、Nb(铌)、Si(
硅)、B(
硼)、 Ti(
钛)、W(钨)和C(
碳)中选择的至少一种或者多种元素的FeCoCr 合金形成的非晶材料。
在下软磁衬层13a上方形成磁畴控制层13b。在磁畴控制层13b上方形 成上软磁衬层13c,上软磁衬层13c具有与下软磁衬层13a相同的材料。
如上所述,在衬底11上方经由籽晶层12形成包括下软磁衬层13a、磁 畴控制层13b和上软磁衬层13c的衬层13。
在上软磁衬层13c上方形成作为第一中间层的取向控制层14。在取向控 制层14上方形成作为第二中间层的非磁层15。
在非磁层15上方形成主记录层16,主记录层16具有粒状结构,该粒状 结构包括非磁材料和分散于非磁材料中的磁粒的。在具有这样粒状结构的主 记录层16中,各磁粒被隔离,并且它们的
易磁化轴是对齐的,因此能够减 少主记录层16中的噪声。
在主记录层16上方形成用于辅助向主记录层16写入的写入辅助层17。 包括主记录层16和写入辅助层17的层称为记录层18。在写入辅助层17上 方形成保护层19。通过利用这样的构造来形成磁记录介质10。
另一方面,通过磁头20执行对磁记录介质10的写入如下。具有主磁极 20b和旁轭(return yoke)20a的磁头20与磁记录介质10相对,而在横截面 面积小的主磁极20b中生成的并且具有高磁通量密度的记录
磁场H被感应到 记录层18。结果,在具有垂直磁各向异性的主记录层16中正好位于主磁极 20b之下的磁畴中,通过这一记录磁场H来使磁化反向,并且写入磁化信息。
在垂直穿透主记录层16之后,记录磁场H在平面内方向上穿过与磁头 20结合构成磁通量
电路的衬层13、再次穿过主记录层16、然后以低磁通量 密度返回到横截面面积大的旁轭20a。
然后,磁记录介质10和磁头20在平面中沿着附图中所示箭头A的方向 相对移动的同时,根据记录信号改变记录磁场H的方向。因而,在磁记录介 质10的磁轨方向上连续地形成垂直磁化的多个磁畴,并且记录信号被记录 于磁记录介质10中。
接着,将通过磁记录介质的制造工艺描述磁记录介质各层的具体构成。
图2是软磁衬层形成步骤的实质部分的示意横截面图。
首先,在通过表面化学处理来增加硬度的非磁衬底11比如玻璃衬底上 方,在约0.3Pa至0.8Pa的膜形成压力之下通过溅射方法形成厚度约3纳米 的Cr层。Cr层用作籽晶层12。
籽晶层12的生长速率不受具体限制,在本实施例中例如设置为5纳米/ 秒。这一籽晶层12具有防止衬底11的表面状态影响在后续步骤中叠置的膜 的结晶性的功能,并且也具有作为粘合层的功能。如果没有在籽晶层12上 方叠置的膜的结晶性问题,则可以省略籽晶层12。
衬底11不限于玻璃衬底。当记录介质是比如
硬盘这样的实体介质时,
树脂衬底、
镀有NiP的
铝合金衬底以及硅衬底可以用作衬底11的材料。当 记录介质是可挠的磁带时,衬底11可以由PET(聚对苯二
甲酸乙二酯)、 PEN(聚
萘二甲酸乙二醇酯)或者聚酰亚胺形成。
接着,在籽晶层12上方,在0.3Pa至0.8Pa的膜形成压力和5纳米/秒的 生长速率这一条件之下,通过溅射方法形成厚度约30纳米的软磁非晶 FeCoZrTaCr层。这一软磁非晶FeCoZrTaCr层用作下软磁衬层13a。然而, 构成下软磁衬层13a的软磁非晶材料不限于FeCoZrTaCr。下软磁衬层13a 可以例如由如下材料组成,该材料由添加有从Zr、Ta、Nb、Si、B、Ti、W 和C中选择的至少一种或者多种元素的FeCoCr合金形成。通过向FeCoCr 合金添加从上述元素中选择的至少一种或者多种元素,能够容易地使FeCoCr 合金变成非晶体。
在下软磁衬层13a上方通过溅射方法形成极薄非磁层。这一非磁层例如 是厚度约0.4纳米至3纳米的Ru(钌)层,并且用作位于下软磁衬层13a与 下述上软磁衬层13c之间的磁畴控制层13b。
也就是说,磁畴控制层13b具有提高下软磁衬层13a与下述上软磁衬层 13c之间稳定反
铁磁性耦合的功能。磁畴控制层13b可以由Rh(铑)、Ir(铱) 或者Cu(
铜)而不是Ru组成。
随后,在磁畴控制层13b上方,在与下软磁衬层13a相同的膜形成条件 之下形成上软磁衬层13c。具体而言,在磁畴控制层13b上方形成非晶 FeCoZrTaCr层,使得上软磁衬层13c具有约30纳米的厚度。上软磁衬层13c 由与上述下软磁衬层13a相同的非晶材料组成。
由此,在籽晶层12上方形成包括下软磁衬层13a、磁畴控制层13b和上 软磁衬层13c的衬层13。
在这样形成的衬层13中,下软磁衬层13a和上软磁衬层13c通过磁畴控 制层13b反
铁磁性地耦合。因而,在平行方向和相反方向上稳定软磁衬层的 磁化M1。
结果,即使在上软磁衬层13c或者下软磁衬层13a的膜平面中存在“对 接”(butting),其中“对接”是在相邻磁化被引向相反方向的情况下观察 到的,从“对接”部分
泄漏的磁通量仍然在衬层13内循环,这是因为下软 磁衬层13a和上软磁衬层13c的磁化被引向平行方向和相反方向。
结果,从磁壁生成的磁通量扩展到衬层13上方的可能性较小,而后述 磁头检测不到该磁通量。这使得可以减少由于上述磁通量而在读取时生成的 尖峰噪声。
在如上所述用以减少尖峰噪声的另一结构中,可以在反铁磁性材料层上 方形成
单层的软磁衬层。在这一情况下的反铁磁性材料层例如由IrMn或者 FeMn组成。
通过上述步骤来完成软磁衬层。
图3是取向控制层和非磁层形成步骤的实质部分的示意横截面图。
随后,在上软磁衬层13c上方,在0.3Pa至0.8Pa的膜形成压力和2纳 米/秒的生长速率这一条件之下,通过溅射方法形成厚度约5纳米的软磁 NiFeCr层。NiFeCr层用作取向控制层14。
由于FeCo合金基非晶材料用于上软磁衬层13c,因此NiFeCr层具有良 好的fcc(面心立方)
晶体结构。
除了NiFeCr之外,具有fcc结构的这一取向控制层14可以由Pt、Pd(钯)、 NiFe、NiFeSi、Al、Cu和In(铟)中的任一种组成,或者由这些材料的合金 组成。因此,这些材料可以用作取向控制层14的材料。
当取向控制层14由比如NiFe这样的软磁材料组成时,取向控制层14 也能够用作上软磁衬层13c。结果,在后述磁头与上软磁衬层13c之间的视 距变短,而磁头能够有选择地检测磁信息。
接着,在4Pa至10Pa的膜形成压力之下,通过溅射方法在取向控制层 14上方形成厚度约10纳米的Ru层作为非磁层15。Ru层的生长速率优选为 尽可能低,在本实施例中设置为0.5纳米/秒。
构成非磁层15的Ru层具有hcp(六
角密堆积)晶体结构。这一hcp结 构具有与fcc结构相匹配的良好晶格,该fcc结构是取向控制层14的晶体结 构。具体而言,通过取向控制层14的作用,在取向控制层14上方生长具有 在一个方向上对准的取向并且具有良好结晶性的非磁层15。
具有hcp结构的非磁层15可以由包括Ru以及Co、Cr、W和Re(铼) 中任一种元素的Ru合金而不是Ru层组成。
图4A和图4B是记录层形成步骤的实质部分的示意横截面图,图4A是 整个记录介质的实质部分的示意横截面图,而图4B是主记录段的实质部分 的放大横截面图。
接着,在溅射室中放入包括从籽晶层12到非磁层15的衬底11。在溅射 室中提供Co66Cr14Pt20靶和SiO2(
二氧化硅)靶。在本实施例中,描述为 Co66Cr14Pt20的合金被限定为Co含量为66原子%、Cr含量为14原子%和Pt 含量为20原子%的CoCrPt合金。
接着,将混合气体作为溅射气体引入溅射室中,该混合气体包括添加有 少量O2(氧气)、例如添加有流速百分比为0.2%到2%的O2的Ar(氩)气。 将压力稳定在约3Pa至7Pa的相对高压下,而将衬底
温度维持在10℃至80 ℃的相对低温下。
在这一状态下,通过在靶与衬底11之间施加400W到1000W的高频功 率来执行Co66Cr14Pt20和SiO2的溅射。高频功率的
频率不受具体限制,例如 可以是13.56MHz。可选地,约400W到1000W的DC(直流)功率可用于 执行溅射。
如上所述,与在低压和高温的膜形成情况下相比,当在溅射方法中利用 相对高压(约3Pa至7Pa)和低温(约10℃至80℃)这些膜形成条件时,可 形成具有更低密度的膜。因此,靶材料Co66Cr14Pt20和SiO2没有相互混合, 在非磁材料15上方形成具有粒状结构的主记录层16,在该粒状结构中由 Co66Cr14Pt20组成的磁粒16b分散于由SiO2组成的非磁材料16a中。
在主记录层16中,非磁材料16a的含量比不受具体限制,但是优选地 约为5原子%至15原子%。在这一实施例中,形成非磁材料16a的含量比例 如为7原子%的(Co66Cr14Pt20)93(SiO2)7层作为主记录层16。
主记录层16的厚度不受具体限制,在这一实施例中例如为12纳米。主 记录层16的生长速率例如为5纳米/秒。
在主记录层16之下具有hcp结构的非磁层15起到在与膜表面垂直的方 向上对准磁粒16b的取向的作用。因此,类似于非磁层15,磁粒16b具有在 垂直方向上延伸的hcp晶体结构。另外,hcp结构的六角柱的高度方向变成 主记录层16的易磁化轴,因此主记录层16呈现出垂直磁各向异性。
在具有这样粒状结构的主记录层16中,各磁粒16b被隔离,并且它们 的易磁化轴是对准的,因此能够减少主记录层16中的噪声。
在磁粒16b中,当Pt含量比设置为25原子%或者更大时,主记录层16 的磁各向异性常数K0降低。因此,优选地,磁粒16b的Pt含量比小于25原 子%。
另外,通过如上所述将流速百分比约为0.2%至2%的少量O2添加到溅 射气体,提高了磁粒16b在主记录层16中的隔离,结果能够提高电磁转换 特性。
附带提一点,通过增加在主记录层16之下非磁层15的表面非均匀度, 能够提高磁粒16b的隔离,换而言之,增加各对相邻磁粒16b之间的距离。 为了增加非均匀度,可以如上所述以约0.5纳米/秒的低生长速率生长构成非 磁层15的Ru层。
在以上描述中非磁材料16a是SiO2。另外,非磁材料16a也可以是除SiO2 之外的其它氧化物。这样的氧化物例如是Ti、Cr或者Zr的氧化物。另外, 非磁材料16a可以是Si、Ti、Cr或者Zr的氮化物。
另外,磁粒16b可以是由包含Co和Fe的CoFe合金组成的颗粒。在使 用CoFe合金的情况下,优选地
热处理主记录层16,以形成HCT(
蜂巢链式 三角)结构作为磁粒16b的晶体结构。另外,可以向CoFe合金添加Cu或者 Ag(
银)。
接着,使用Ar气作为溅射气体通过溅射方法,在主记录层16上方形成 厚度约6纳米的包含Co和Cr的合金层,例如Co67Cr19Pt10B4层。Co67Cr19Pt10B4 层用作辅助向主记录层16写入的写入辅助层17。写入辅助层17的膜形成条 件不受具体限制,但是在这一实施例中例如是0.3Pa至0.8Pa的膜形成压力 和5纳米/秒的生长速率。
构成写入辅助层17的Co67Cr19Pt10B4层具有与在其之下的主记录层16 中磁粒16b相同的hcp晶体结构。因此,写入辅助层17和磁粒16b具有良 好的
晶格匹配,并且在主记录层16上方生长具有良好结晶性的写入辅助层 17。写入辅助层17不限于单层,而可以例如是通过叠置至少一层或者多层 基于Co的合金
薄膜来形成的层。
随后,使用C2H2(乙炔)气体作为反应气体借助RF-CVD(射频化学气 相沉积)方法,在记录层18上方形成厚度约4纳米的DLC(类金刚石)作 为保护层19。
保护层19的膜形成条件例如是约4Pa的膜形成压力、1000W的高频功 率以及衬底与喷头(shower head)之间200V的偏置
电压。
由此完成根据这一实施例的磁记录介质10的基本结构。
接着,将描述通过向Fe61Co33Zr4Ta2合金、Fe61Co33Zr4Nb2合金和 Fe57Co31B12合金添加Cr而获得的合金材料的Bs。
图5示出Cr添加量与Bs之间的关系。在这一附图中,水平轴代表Cr 添加量,即Cr成分(原子%),而垂直轴代表Bs(kOe)。图6示出斯莱特 -泡林曲线。在这一附图中,水平轴代表每个原子的
电子数量,而垂直轴代表 原子饱和磁矩。
在添加Cr之前图5中所示的三类合金是通过向具有Fe∶Co=65∶35这 一比例的合金添加Zr、Ta、Nb和B中的任一元素而获得的非晶合金。所有 这三类合金呈现出了约19kOe之高的Bs值。
这里,将Fe与Co的比例设置为65∶35的原因在于,正如从图6中所 示的斯莱特-泡林曲线可见,具有这一比例的合金呈现出了最高的Bs。
FeCoB合金是通常用作垂直磁记录介质的高Bs软磁材料的材料,而在 这里示于图5中作为参考。
根据图5的结果发现如下事实。当Cr添加量增加时,所有合金的Bs值 减少。然而,注意到在FeCoZrTa合金和FeCoZrNb合金中,Bs随着Cr添加 量的下降比FeCoB合金中缓慢,而且Bs值相对地高于FeCoB合金。
如上所述,具有更高Bs值的材料优选地用于软磁衬层。然而,具有较 低Bs值的材料(例如,不含Fe的材料或者在含有Fe时含有少量Fe的材料) 通常用来提升抗腐蚀性。
即使在使用具有较低Bs值的材料的情况下,当软磁衬层的厚度增加时, 写能力也增加。
然而,为了提升垂直磁记录介质的大规模生产率,形成厚度为100纳米 或者更小的软磁衬层是重要的。为了进一步提升垂直磁记录介质的大规模生 产率,形成厚度为50纳米或者更小的软磁衬层是优选的。
为了即使以这样的厚度也仍然获得充分的写能力,该材料必须具有 10kOe或者更大的Bs。因而,根据图5的结果,向FeCoZrTa合金和FeCoZrNb 合金添加的Cr量的上限是18原子%。
接着,研究添加有Cr的FeCoZrTa合金和FeCoZrNb合金的抗腐蚀性。 JIS盐雾测试被用来评估抗腐蚀性。
盐雾测试的具体方法如下。先测量测试对象(合金带)的重量。接着, 将合金带放入处于35℃且持续喷洒有5%NaCl溶液的恒
温室中达16个小时, 然后干燥。然后,再次测量合金带的重量。在Fe腐蚀发生的情况下,重量 会由于氧化物和氢氧化物的形成而增加。因此,认为重量增
加速率越大,抗 腐蚀性越低。
图7示出抗腐蚀性。在图7中,水平轴代表Cr添加量,即Cr成分(原 子%)。垂直轴代表通过给定值来代表的抗腐蚀性。给定值越低,抗腐蚀性 越高。
通过比较在添加Cr之前的合金,也就是Cr添加量为0原子%的合金, 发现如下事实。如图7中所示,FeCoZrTa合金和FeCoZrNb合金具有比FeCoB 合金更高的抗腐蚀性。另外,即使向这些合金添加Cr,FeCoZrTa合金和 FeCoZrNb合金的抗腐蚀性仍然相对地高于FeCoB合金的抗腐蚀性。
电化学方法(用于在磁记录介质上滴酸时以及在该介质上施加电压时评 估
电流的方法)被用于磁记录介质的抗腐蚀性评估中。根据这种方法中的抗 腐蚀性标准,从实验中已知,如果合金的抗腐蚀性在盐雾测试中为30或者 更小(任意单位),则这一值处于在磁记录介质中使用的无问题水平。
根据以上测试结果发现,如果向FeCoZrTa合金和FeCoZrNb合金添加5 原子%或者更多的Cr,则能够确保充分的抗腐蚀性。
因而,发现当将5原子%至18原子%的Cr并入FeCoZrTa合金和 FeCoZrNb合金中作为软磁衬层时,就能够实现在高抗腐蚀性与高数据质量 之间达到平衡的磁记录介质。
接着,将描述包括图1中所示磁记录介质10和磁头20的磁记录设备30。
图8是磁记录设备的实质部分的顶视图。这一磁记录设备30例如用作 在个人计算机或者电视记录器上安装的硬盘设备。
在这一磁记录设备30中,磁记录介质10作为硬盘被装入壳体31中, 以便通过
主轴(spindle)
马达来旋转。
在壳体31内设置能够通过
致动器绕着轴32旋转的
支架臂(carriage arm) 33。在支架臂33的末端设置的磁头20从上方扫描磁记录介质10,以执行向 磁记录介质10写入磁信息和从磁记录介质10读取磁信息。
磁头20的类型不受具体限制,而磁头20可以由GMR(巨磁阻)元件 或者TMR(铁
磁隧道结磁阻)元件组成。
这样构造的磁记录设备30包括具有优良抗腐蚀性和高Bs的磁记录介质 10,因此呈现出高抗腐蚀性和高Hc记录性能以及高S/N性能。当使用这样 的磁记录设备30时,可以长时间地确保信息存储的可靠性。
磁记录设备30不限于上述硬盘设备,而可以是用于在挠性磁带式磁记 录介质中记录磁信息的设备。
在本发明中,磁记录介质包括:非磁衬底;在衬底上方形成的软磁衬层, 该软磁衬层由添加有Ta和Nb中的至少一种元素以及还添加有Cr的FeCoZr 合金组成;在软磁衬层上方形成的中间层;以及在中间层上方形成的记录层, 该记录层呈现出垂直磁各向异性。
另外,在本发明中,制造磁记录介质的方法包括以下步骤:在非磁衬底 上方形成软磁衬层,该软磁衬层由添加有Ta和Nb中的至少一种元素以及还 添加有Cr的FeCoZr合金组成;在软磁衬层上方形成中间层;以及在中间层 上方形成记录层,该记录层具有垂直磁各向异性。
另外,在本发明中,磁记录设备包括:磁记录介质,包括:非磁衬底; 在衬底上方形成的软磁衬层,该软磁衬层由添加有Ta和Nb中的至少一种元 素以及还添加有Cr的FeCoZr合金组成;在软磁衬层上方形成的中间层;以 及在中间层上方形成的记录层,该记录层呈现出垂直磁各向异性。
因此,可以实现如下磁记录介质,该磁记录介质包括具有高抗腐蚀性和 高Bs的软磁衬层,因此呈现出高抗腐蚀性、高Hc记录性能以及高S/N性能。 另外,可以实现制造磁记录介质的方法以及实现磁记录设备。
前文被认为仅仅举例说明本发明的原理。另外,由于许多改型和变化对 于本领域技术人员将是容易想到的,所以并不希望将本发明限于所示和所述 的准确构造和应用,因而所有适当
修改和等效物都可以视为落入所附权利要 求及其等效物的发明范围内。