專利名稱：磁記錄介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般而言，本發(fā)明涉及一種磁記錄介質(zhì)。
隨著磁記錄盤存儲密度的增大，剩余磁化強(qiáng)度Mr(鐵磁材料每單位體積的磁矩)和磁層厚度t的乘積降低了。類似地，磁層的矯頑磁場或矯頑磁力(Hc)增大了。這導(dǎo)致了比值Mrt/Hc減小。為實(shí)現(xiàn)減小Mrt，可減小磁層的厚度t，但只能達(dá)到一個限度，因?yàn)閷又械拇呕瘡?qiáng)度將變得對熱衰變更加敏感。這種衰變已被歸因于小磁顆粒的熱激活(超順磁效應(yīng))。磁顆粒的熱穩(wěn)定性在很大程度上決定于KuV，這里Ku是磁層的磁各向異性常數(shù)，V是該磁顆粒的體積。由于磁層厚度減小了，V也減小了。這樣，如果磁層厚度太薄，在正常的盤驅(qū)動器操作條件下，所存儲的磁信息將不再是穩(wěn)定的。
解決這一問題的一個途徑是轉(zhuǎn)移到有更高各向異性的材料(更高的Ku)。然而，Ku的增大有一極限點(diǎn)，在那里矯頑磁力Hc(它近似等于Ku/Mr)變得太大，以致不能由傳統(tǒng)的記錄頭寫入。一個類似的途徑是對固定的層厚度減小磁層的Mr，但這也受到能被寫入的矯頑磁力的限制。另一解決方案是增大顆粒間的交換，從而增大磁顆粒的有效磁體積。然而，然而，已經(jīng)表明這一途徑對磁層的固有信號噪聲比(SNR)是有害的。
我們的待決申請09/416,364號(1999年10月8日提交)通過用兩個鐵磁薄膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單一磁記錄層來解決熱穩(wěn)定性問題，這兩個鐵磁薄膜穿過一個非鐵磁性隔膜抗鐵磁性地耦合在一起。因?yàn)檫@兩個抗鐵磁性耦合的薄膜的磁矩取向是逆平行的，所以這一記錄層的凈剩余磁化強(qiáng)度—厚度乘積(Mrt)是這兩個鐵磁薄膜的Mrt值之差。然而，實(shí)現(xiàn)Mrt的這一減小沒有降低記錄層的熱穩(wěn)定性(由KuV表示的)，因?yàn)檫@兩個單獨(dú)的抗鐵磁性耦合薄膜每一個中顆粒的體積V建設(shè)性地相加。盡管這一途徑看來是有希望的，但它引入了與這一非傳統(tǒng)記錄層的磁性質(zhì)和記錄/再生性質(zhì)有關(guān)的一組新的未知量。
所需要的是這樣一種磁記錄介質(zhì)，它將支持很高密度的記錄又保持好的熱穩(wěn)定性，同時還能利用傳統(tǒng)磁記錄材料(如單層顆粒狀鈷合金磁性材料)的眾所周知的磁性質(zhì)和記錄/再生性質(zhì)。
在最佳實(shí)施例中，選擇這兩個鐵磁薄膜的厚度和材料，使得來自各個鐵磁薄膜的磁矩基本上抵消。這樣，主層沒有凈磁矩，或者很小的非零磁矩，從而對磁記錄層的Mrt沒有貢獻(xiàn)。
磁記錄層與主層中的頂層鐵磁薄膜有不同的組成，并與主層的頂層鐵磁薄膜鐵磁性耦合。決定熱穩(wěn)定性的復(fù)合結(jié)構(gòu)(磁記錄層和主層)的磁性體積V將近似等于磁記錄層和主層的抗鐵磁性(AF)耦合的鐵磁薄膜中的顆粒的體積之和。然而，該復(fù)合結(jié)構(gòu)的磁矩只是來自磁記錄層的磁矩，因?yàn)橹鲗颖辉O(shè)計(jì)成基本上沒有凈磁矩。這樣，主層的兩個鐵磁薄膜之間的抗鐵磁性耦合提供了一種機(jī)制，它增大了復(fù)合結(jié)構(gòu)的有效厚度而不增大該復(fù)合結(jié)構(gòu)的凈Mrt值。
在另一個實(shí)施例中，主層的兩個AF耦合薄膜的磁矩仍然是逆平行取向的，但其大小有一個預(yù)定的差值，從而使主層有一個凈磁矩。這樣做可以優(yōu)化記錄性能，減小熱衰變或把該介質(zhì)設(shè)計(jì)成具有一定磁矩值和矯頑磁力值而不改變制造過程。
為了更充分地理解本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)結(jié)合附圖參考下文中對實(shí)施例的詳細(xì)描述。
圖2是本發(fā)明的一個實(shí)施例的磁記錄盤的示意截面圖。
發(fā)明詳述

圖1顯示有單層鈷合金磁記錄層15的先有技術(shù)盤10的層結(jié)構(gòu)截面圖。薄膜層被濺射沉積到基片11的至少一個平表面上而且最好是兩個平表面上，以形成盤的數(shù)據(jù)記錄區(qū)。盤基片11可以由任何適當(dāng)?shù)牟牧现瞥桑绮Ａ?、SiC/Si、陶瓷、石英、或A1Mg合金基底加上NiP表面涂層。種子層12是一個可選層，它可用于改善下伏層13的生長，從而改善磁層14的磁性質(zhì)，如它的矯頑磁力。種子層12最通用于當(dāng)基片11是非金屬的時候，如玻璃。種子層12的厚度在大約5至50nm的范圍，它是諸如Ta、CrTi或NiAl等材料之一，已知它們在先有技術(shù)中用作種子材料促進(jìn)其后沉積的層沿某些優(yōu)選晶向的生長。如果存在種子層，則下伏層13沉積在種子層上，否則直接沉積在基片11上，它是非磁性材料，如鉻或鉻合金，如CrV或CrTi。下伏層13厚度的變化造成磁層15的磁特性變化，如它的矯頑磁力的變化。下伏層13的厚度在1至100nm的范圍，其典型值為20nm左右。
在沉積磁層15之前，通常在下伏層13上沉積一個很薄的(通常0.5至5nm)Co合金發(fā)動(onset)或成核(nucleation)層14。成核層14有選定的組分以增強(qiáng)六角密堆積(HCP)的Co合金磁層15的生長，從而使它的C軸取向在該層的平面中。成核層14可以是CoCr合金，其中Cr組分的選擇使層14成為非鐵磁性的或只有很輕微的鐵磁性。另一種作法是，成核層14可以是鐵磁性Co合金，在這種情況中，成核層14將影響磁層15的磁性質(zhì)。Co合金磁記錄層15可以是CoPtCrB合金，其中鉑的原子百分比為4at.％～25at.％，鉻的原子百分比為10at.％～23at.％，并且硼的原子百分比為2at.％～20at.％。如果磁層15是CoPtCrB，則成核層14可以是CoPtCr或CoPtCrB，其中B的原子百分比小于6at.％。磁層15通常的厚度在5至20nm的范圍。
外敷保護(hù)層16可以是典型的外敷層，基本上是非晶碳，可選性地?fù)诫s氫和/或氮。該外敷層的厚度通常小于15nm。上述從種子層12到外敷層16所有各層可以按連續(xù)的過程在串聯(lián)式濺射系統(tǒng)或單盤系統(tǒng)中完成濺射，例如市場上可得到的具有多個濺射標(biāo)靶能力的單盤系統(tǒng)?？梢杂脴?biāo)準(zhǔn)標(biāo)靶和本領(lǐng)域公知的技術(shù)加上以上修改來完成每層的濺射沉積。最佳實(shí)施例本實(shí)施例的磁記錄介質(zhì)有一個在特殊的多層次主層上形成的磁記錄層。該主層包含至少兩個鐵磁薄膜，它們穿過一個非鐵磁性隔膜彼此抗鐵磁性地(AF)交換耦合。
在該最佳實(shí)施例中，主層的兩個AF耦合薄膜具有的磁矩大小基本相等但逆平行取向，從而使該主層基本上沒有凈磁矩。然而，該主層可以有某一非零凈磁矩，因?yàn)橹圃炀_厚度的薄膜是困難的。
在圖2所示截面示意圖中描繪了根據(jù)本發(fā)明的磁記錄盤20，這里已由主層30代替了圖1的先有技術(shù)結(jié)構(gòu)中的發(fā)動或成核層14。如圖2中示意性顯示的那樣，記錄層25沉積在主層30上。主層30由兩個鐵磁薄膜32、34構(gòu)成，它們由一非鐵磁性隔膜36分開。對非鐵磁性隔膜36的厚度和組成的選擇使得相鄰薄膜32、34各自的磁矩42、44穿過非鐵磁性隔膜36構(gòu)成AF耦合，而且在零外加磁場中是逆平行的。鐵磁薄膜32、34的磁矩值分別為Mr1t1和Mr2t2，這里Mr1t1和Mr2t2近似相等。(因?yàn)槭Ｓ啻呕瘡?qiáng)度Mr被表示為鐵磁材料每單位體積的磁矩，所以乘積Mrt是厚度為t的磁層每單位面積的磁矩)。
在該最佳實(shí)施例中，鐵磁薄膜32、34每個有基本相同的厚度t而且用基本相同的鐵磁材料制成，從而有相同的Mr。這樣，磁矩42、44基本上彼此補(bǔ)償或者說抵消，從而使主層30基本上沒有凈磁矩。
已經(jīng)廣泛地研究和在文獻(xiàn)中描述過鐵磁薄膜經(jīng)由非鐵磁性過渡金屬隔膜的AF耦合。通常，隨著隔膜厚度的增大，交換耦合以鐵磁性向抗鐵磁性振蕩。Parkin等在“Oscillations in Exchange Coupling andMagnetoresistance in Metallic Superlattice Structures(互換耦合中的振蕩和在金屬超晶格結(jié)構(gòu)中的磁阻)Co/Ru，Co/Cr和Fe/Cr”(Phys.Rev.Lett.，Vol 64，P2034(1990))一文中描述了選定材料組合的這種振蕩耦合關(guān)系。材料組合包括由Co、Fe、Ni以及它們的合金，如Ni-Fe、Ni-Co和Fe-Co制成的鐵磁薄膜和諸如釕(Ru)、鉻(Cr)、銠(Rh)、銥(Ir)和銅(Cu)以及它們的合金制成的非鐵磁性隔膜。對于每種這樣的材料組合，得要確定其振蕩交換耦合關(guān)系(如果尚未知道的話)，從而選擇非鐵磁性隔膜的厚度以保證這兩個鐵磁薄膜之間的抗鐵磁耦合。振蕩周期取決于非鐵磁性隔膜材料，但振蕩耦合的強(qiáng)度和相位還取決于鐵磁材料和分界表面的質(zhì)量。鐵磁薄膜的振蕩抗鐵磁耦合已經(jīng)用在自旋閥型的巨大磁阻(GMR)記錄頭中，以設(shè)計(jì)連續(xù)被磁化的抗鐵磁性耦合薄膜，在磁頭操作期間這些薄膜的磁矩被逆平行地牢固耦合在一起。例如在美國專利5,408,377號和5,465,185號中描述了這些自旋閥型結(jié)構(gòu)。兩個鐵磁薄膜穿過很薄的非鐵磁性隔膜抗鐵磁性耦合的這類磁結(jié)構(gòu)，如在自旋閥頭中使用的和在圖2的主層30結(jié)構(gòu)中顯示的結(jié)構(gòu)，也稱作“合成抗鐵磁體(synthetic antiferromagnet)”。在由于來自各個鐵磁薄膜的磁矩彼此抵消使結(jié)構(gòu)沒有凈磁矩的情況中，該結(jié)構(gòu)可稱作“補(bǔ)償”合成抗鐵磁體。
對于主層30的這種AF耦合結(jié)構(gòu)，相鄰薄膜32、34的磁矩42、44各自的取向逆平行排列，因而是破壞性相加。箭頭42、44代表各個磁疇的磁矩取向，它們穿過AF耦合薄36直接在彼此的上方和下方。在沒有外加磁場的情況中，在下伏層23上的底鐵磁薄膜34有顆粒結(jié)構(gòu)，其各個磁疇的磁矩基本上是在該薄膜平面中隨機(jī)取向，鐵磁薄膜32的顆粒形成磁疇，其磁矩的取向逆平行于直接穿過AF耦合薄膜36的鐵磁薄膜34的磁矩取向。
對鐵磁薄膜34、44的鐵磁材料類型和厚度值t1、t2的選擇使得在零外加磁場中的凈磁矩將基本上為零。主層30的Mrt由Mr1t1-Mr2t2給出。在該最佳實(shí)施例中，Mr1t1應(yīng)等于Mr2t2。這可通過在兩個薄膜32、34中使用相同的鐵磁材料并讓t1與t2相同來實(shí)現(xiàn)。如果這兩個薄膜32、34中使用不同的鐵磁材料組成，從而使這兩個鐵磁薄膜的磁化強(qiáng)度(材料每單位體積的磁矩)不同，則相應(yīng)地調(diào)節(jié)它們的厚度。盡管圖2顯示的是有單個隔膜的雙薄膜結(jié)構(gòu)主層30，本發(fā)明可擴(kuò)層到有多個隔膜和多個鐵磁膜的主層結(jié)構(gòu)。
磁記錄層25直接沉積在頂鐵磁膜32上，它也作為磁層25的發(fā)動或成核層。因?yàn)橹鲗?0要起補(bǔ)償合成抗鐵磁體的作用，所以在薄膜32頂上的磁層25的組成必須不同于薄膜32的組成。在該最佳實(shí)施例中，磁層25是CoPtCrB合金，而主層30的鐵磁薄膜32、34也是CoPtCrB合金，但有不同的組成，例如所存在的B含量明顯少于磁層25中的B含量。另一種作法是，薄膜32、34可以是CoCr合金或CoPtCr合金。薄膜32、34可以有厚度在0.5至5nm范圍。主層30中的非鐵磁隔膜36是0.6nm的Ru膜。Ru隔膜厚度的選擇是使其處在振蕩耦合關(guān)系的第一抗鐵磁峰。讓每個CoPtCrB鐵磁薄膜32、34包括一個界面薄膜也可能是有好處的，該界面薄膜由基本上為0.5nm的Co構(gòu)成，位于與Ru隔膜36分界面處。這些超薄Co膜增大鐵磁薄膜和隔膜之間的分界表面磁矩，造成增強(qiáng)的抗鐵磁性耦合。然而，在CoPtCrB鐵磁薄膜32、34中不包含Co界面薄膜也將發(fā)生抗鐵磁性交換耦合。
頂鐵磁薄膜32與磁層25鐵磁性交換耦合，而穿過隔膜36與底鐵磁薄膜34抗鐵磁弱耦合。當(dāng)來自寫頭的磁場切換磁層25中顆粒的磁化強(qiáng)度方向時，頂薄膜32的磁化強(qiáng)度方向也會切換，這是因?yàn)榕c那些顆粒的交換耦合。底薄膜34的磁化強(qiáng)度方向也將切換，這是由于它與頂薄膜32的弱抗鐵磁耦合。這樣，薄膜32、34的磁矩將保持逆平行，不管主層30頂上的磁層25中顆粒的磁化強(qiáng)度方向如何。
與單個磁層相比，該最佳實(shí)施例的復(fù)合結(jié)構(gòu)(磁層25與主層30一起)具有增強(qiáng)的熱穩(wěn)定性，這是因?yàn)樵诒∧?2、34二者中的顆粒的各向異性基本上是單軸向的，從而能建設(shè)性地相加，即使薄膜42、44的磁矩是逆平行的。決定熱穩(wěn)定性的復(fù)合結(jié)構(gòu)磁體積V將近似等于磁層25和AF耦合薄膜32、34中顆粒體積之和。然而，該復(fù)合結(jié)構(gòu)的磁矩只是來自磁層25的磁矩，因?yàn)橹鲗?0基本上沒有凈磁矩。兩個鐵磁薄膜32、34之間的抗鐵磁耦合提供了一種機(jī)制，它增大了復(fù)合結(jié)構(gòu)的有效薄膜厚度同時又減小了該復(fù)合結(jié)構(gòu)的凈Mrt值。這樣，鐵磁薄膜能含有直徑很小的顆粒并保持熱穩(wěn)定性。
在另一個實(shí)施例中，主層的兩個AF耦合薄膜有仍然逆平行取向的磁矩，但有意地使它們的大小不同，從而使主層有一個非零凈磁矩(Mr1t1不等于Mr2t2)。這樣的實(shí)施例的理由之一是在主層中下鐵磁薄膜的厚度不等于上鐵磁薄膜厚度的一個點(diǎn)上該結(jié)構(gòu)可能有最佳記錄性能水平。如果在這兩個薄膜中使用相同的材料(Mr1＝Mr2)，則Mr1t1不等于Mr2t2。如果必須保持主層的頂薄膜足夠薄從而不對磁記錄層產(chǎn)生記錄噪聲，同時又必須使主層的底薄膜足夠厚以更強(qiáng)地發(fā)展所希望的共面C軸取向，那么就會發(fā)生這種情況。這另一實(shí)施例的第二個理由涉及介質(zhì)的熱穩(wěn)定性。在介質(zhì)中記錄的磁轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一個磁場，其方向趨向于對相鄰的磁轉(zhuǎn)換退磁，從而有助于熱衰變。在本發(fā)明的主層中，將在下鐵磁薄膜中造成轉(zhuǎn)換，它將造成一個與此退磁磁場相反的磁場，從而減小熱衰變。這另一實(shí)施例的第三個理由是調(diào)節(jié)介質(zhì)的信號水平或Mrt。在盤驅(qū)動器產(chǎn)業(yè)，通常是根據(jù)所要求的Mrt和矯頑磁力(Hc)值來設(shè)計(jì)磁盤。然而，Mrt和Hc是互相關(guān)的。所以，對于給定的Mrt值，為達(dá)到介質(zhì)Hc的設(shè)計(jì)點(diǎn)，傳統(tǒng)途徑是改變工藝過程的條件，如下伏層的厚度或沉積溫度，這會對記錄特性有損害。利用本發(fā)明，能通過不同的方法調(diào)節(jié)Mrt，即改變Mr1t1和Mr2t2的相對值。
權(quán)利要求
1.一種磁記錄介質(zhì)，包含基片；在基片上的主層，包含第一鐵磁薄膜，放在第一鐵磁薄膜之上并與之接觸的非鐵磁性隔膜，以及放在該隔膜之上并與之接觸的第二鐵磁薄膜，該第二鐵磁薄膜穿過隔膜抗鐵磁性交換耦合于第一鐵磁薄膜；以及在主層的第二鐵磁薄膜上的磁記錄層，該磁記錄層的組成不同于第二鐵磁薄膜的組成。
2.權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中第一和第二鐵磁薄膜有基本相同的每單位面積磁矩。
3.權(quán)利要求1或2的介質(zhì)，其中主層的第一和第二鐵磁薄膜由基本相同的材料形成。
4.權(quán)利要求1、2或3的介質(zhì)，其中主層的隔膜是由包含釕(Ru)、鉻(Cr)、銠(Rh)、銥(Ir)、銅(Cu)和它們的合金的一組材料中選出的材料形成的。
5.任何前述權(quán)利要求的介質(zhì)，其中主層的第一和第二鐵磁薄膜是由包含Co、Fe、Ni和它們的合金的一組材料中選出的材料制成的。
6.任何前述權(quán)利要求的介質(zhì)，其中主層的第一鐵磁薄膜包括一個界面薄膜，它基本上由鈷構(gòu)成，位于第一鐵磁薄膜和隔膜的分界面處。
7.任何前述權(quán)利要求的介質(zhì)，其中主層的第二鐵磁薄膜包括一個界面薄膜，它基本上由鈷構(gòu)成，位于第二鐵磁薄膜和隔膜的分界面處。
8.任何前述權(quán)利要求的介質(zhì)，進(jìn)一步包含一個非鐵磁下伏層，位于基片上基片和主層之間。
9.任何前述權(quán)利要求的介質(zhì)，進(jìn)一步包含一個外敷保護(hù)層，形成于磁記錄層之上。
10.任何前述權(quán)利要求的介質(zhì)，其中第一鐵磁薄膜有厚度t1和磁化強(qiáng)度M1，第二鐵磁薄膜有厚度t2和磁化強(qiáng)度M2，而且其中第一和第二鐵磁薄膜各自的每單位面積磁矩(M1×t1)和(M2×t2)彼此不同。
11.權(quán)利要求10的介質(zhì)，其中第一和第二鐵磁薄膜是由相同材料形成的，而且其中t1不同于t2。
12.權(quán)利要求10的介質(zhì)，其中第一和第二鐵磁薄膜是由不同材料形成的，而且其中t1和t2是基本相同的厚度。
13.權(quán)利要求1至9任何一個的介質(zhì)，其中第一鐵磁薄膜有厚度t1和磁化強(qiáng)度M1，第二鐵磁薄膜有厚度t2和磁化強(qiáng)度M2，而且其中第一和第二鐵磁薄膜各自的每單位面積磁矩(M1×t1)和(M2×t2)基本相同。
14.前述任何權(quán)利要求中的介質(zhì)，其中該介質(zhì)是磁記錄盤。
全文摘要
一種磁記錄盤有一個磁記錄層形成于特殊的多層的“主”層(30)之上。該主層包含至少兩個鐵磁薄膜(32、34)，它們穿過一個非鐵磁性隔膜抗鐵磁性(AF)地彼此交換耦合，從而使它們的磁矩為逆平行取向。磁記錄層(25)與主層中的頂鐵磁薄膜有不同的組成，而且與主層的頂鐵磁薄膜鐵磁性耦合。
文檔編號G11B5/82GK1419688SQ0180722
公開日2003年5月21日 申請日期2001年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月27日
發(fā)明者E·E·富勒頓, D·T·馬古利斯, E·E·馬里內(nèi)羅, M·E·沙貝斯 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司