专利名称：用于垂直磁记录的具有弱反铁磁耦合的层叠磁薄膜的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及具有层叠的或反铁磁耦合的铁磁层的磁薄膜媒质，更特别地，涉及在用于垂直记录的这样的媒质中耦合以及去耦铁磁薄膜的方法。
背景技术：
普通现有技术的头和盘系统10以简图形式示于图1中。运行时磁换能器20在盘16上方飞行时被悬臂13支承。通常称为“头”或“滑块”的磁换能器20包括执行写磁转变(写头23)和读磁转变(读头12)任务的元件。送往和来自读和写头12、23的电信号沿附于悬臂13或嵌入其中的导电路径(引线)14行进。磁换能器20位于距盘16的中心变化的径向距离处的点之上从而读和写环形道(未示出)。盘16附着到被心轴马达24驱动从而旋转盘16的心轴(spindle)18。盘16包括其上沉积有多层薄膜21的衬底26。薄膜21包括铁磁材料，其中写头23记录编码有信息的磁转变。
用于纵向记录的常规盘16包括玻璃或具有NiP无电涂层的AlMg构成的已被高度抛光的衬底26。盘16上的薄膜21通常包括铬或铬合金衬层以及基于钴、铂和铬的各种合金的至少一个铁磁层。诸如钽和硼的额外元素经常用在磁合金中。保护性覆层用于改善耐磨性和耐腐蚀性。各种籽层、多个衬层和多层磁膜已经在现有技术中进行了描述。层叠磁膜包括基本去耦的多个铁磁层。籽层与非金属衬底材料例如玻璃一起使用。通常籽层是较薄的晶体膜，其是沉积在衬底上的第一层。提出用作籽层的材料包括铬、钛、钽、MgO、钨、CrTi、FeAl、NiAl和RuAl。前籽层(pre-seed layer)的使用是近来的实践。前籽层是非晶薄膜，其提供用于生长随后的晶体膜的基础(base)，对于该生长目的其优于衬底。
已经公开了很多方法来改善用于纵向记录的磁记录媒质中的媒质信噪比(SNR)。近来已经关注垂直记录技术和媒质，据信其与纵向记录相比具有某些优点。从纵向到垂直记录的概念转变不总是直接的。下面将描述可应用到纵向记录的一些现有技术。这些技术经常需要改变磁合金或衬层的成分、或控制工艺条件以实现所需要的微结构。另一用于改进纵向记录中的媒质SNR的良好制定的技术是通过层叠由非磁中间层(interlayer)分隔开的两层或更多磁媒质层。如果两磁层磁不相关且充当独立的噪声源，则认为层叠结构工作最佳。如果这对于两磁层成立，则与信号膜相比对于层叠结构预期3dB的SNR增益(gain)。这一改善在授予Do等人的美国专利6372330中对于纵向AFC媒质已做了详细说明。在这些膜中实现了该SNR的改善而没有使其它记录性能参数变差。用于噪声减小的叠层的使用已被广泛研究以发现有利的间隔层材料和间隔厚度从而导致磁层的最佳去耦和最低的媒质噪声，有利的间隔层材料包括Cr、CrV、Mo和Ru，有利的间隔厚度从几个埃向上。
然而，层叠媒质在纵向记录中的适用性受到热稳定性因素的限制。随着磁存储密度增加，Mrt(剩磁与媒质厚度的乘积)已经降低而矫顽场Hc增加。为了实现Mrt的减小，厚度t可以减小，但仅到一定限度。随着膜厚度减小，磁媒质经常表现出(i)减小的矫顽场和(ii)增加的磁衰减(magnetic decay)。这些现象已归因于小磁粒(magnetic grain)或小磁化区域的热激活(thermalactivation)(超顺磁效应)。磁媒质的稳定性与KuV成比例，其中Ku是媒质的磁各向异性常数，V是磁粒的体积。随着媒质厚度降低，V也下降。如果膜厚度太薄，所存储的磁信息在通常的硬驱动器运行条件下不再稳定。在常规层叠媒质中，这些问题被加剧。对于复合膜结构的给定Mrt，每层将具有一半Mrt/2，因此，对于较大的Mrt值开始发生超顺磁效应。层叠AFC改善了该情形，但仍然受热稳定性因素限制。
解决该问题的一个方法是使用更高各向异性的材料，即具有更高Ku的材料。然而，Ku的增大受到矫顽力Hc变得太大而不能用实际写头来写入这一点的限制，Hc大约等于Ku/Mr。类似方法是对于固定的层厚度减小磁层的Mr，但这也受可以写的矫顽力限制。另一方法是增加粒间交换，从而磁粒的有效磁体积V增大。但是，已显示该方法对磁层的本征信噪比(S0NR)有害。
在授予Carey等人的美国专利6280813中，描述了用于纵向记录的层结构，其包括跨过非铁磁耦合/间隔膜反铁磁耦合(AFC)在一起的至少两层铁磁膜。该反铁磁耦合设计为足够强从而确保在剩磁状态下层磁化是反平行的。反铁磁耦合(AFC)维持Mrt减小的媒质的稳定性。通常，交换耦合随着增加的耦合/间隔膜厚度而从铁磁至反铁磁振荡，且选择优选6埃厚的钌耦合/间隔层，因为对于特定薄膜结构它对应于振荡中第一反铁磁峰。适于用作非铁磁耦合/间隔膜的材料包括钌(Ru)、铬(Cr)、铑(Rh)、铱(Ir)、铜(Cu)、以及它们的合金。因为两反铁磁耦合膜的磁矩反平行取向，所以记录层的净剩磁-厚度乘积(Mrt)是两铁磁膜的Mrt值的差。该结构的实施例包括两铁磁CoPtCrB膜，其由具有选定厚度以最大化该两CoPtCrB膜之间的反铁磁交换耦合的Ru间隔膜分隔开。顶铁磁层设计为比底铁磁层具有更大的Mrt，从而在零外加磁场时净磁矩低，但非零。Carey的专利6280813还指出反铁磁耦合通过在耦合/间隔层与顶和/或低铁磁层之间增加的薄(5埃)铁磁钴界面层而提高。该专利提到但没有详细说明CoCr界面层的使用。
在授予Doerner等人(2003年5月20日)的美国专利6567236中，描述了用于纵向磁记录的反铁磁耦合层结构，其中顶铁磁层结构是包括与耦合/间隔层接触的铁磁材料的较薄第一子层的双层结构。第一子层比第二子层具有更高的磁矩。第二子层具有较低的磁矩且比第一子层厚得多，其具有选定的成分和厚度从而当与第一子层结合时提供总体磁结构所需的Mrt。根据该专利的层结构的优选实施例是CrTi前籽层；RuAl籽层；CrTi衬层；CoCr底铁磁层；Ru AFC耦合/间隔层；以及顶铁磁结构，该顶铁磁结构包括CoCr、CoCrB或CoPtCrB的薄第一子层，以及具有比第一子层低的磁矩的CoPtCrB材料的较厚第二子层。
H.V.Do等人的已公开美国专利申请2002/0098390描述了用于纵向磁记录的层叠媒质，其包括反铁磁耦合(AFC)磁层结构及常规单磁层。AFC磁层结构具有是其两铁磁膜的Mrt值的差的净剩磁-厚度乘积(Mrt)。选择铁磁材料的类型和铁磁膜的厚度值从而在零外加磁场时净磁矩低，但非零。对于该媒质Mrt由上磁层的Mrt与AF耦合层堆叠的Mrt的总和给出。这允许从Mr或t独立地控制Mrt。供选地，可以通过对所述两层使用不同的铁磁材料来使两铁磁膜的磁化(材料每单位体积的磁矩)不同。在层叠媒质中，磁层的每个对读回信号有贡献；因此，AFC层堆叠的净磁矩必须非零。AFC层与单铁磁层之间的非铁磁间隔层具有防止显著反铁磁交换耦合的成分和厚度。该层叠媒质具有来自反铁磁耦合的改善的热稳定性和来自层叠的减小的本征媒质噪声。
发明内容
根据本发明的媒质的优选实施例是用于垂直记录。本发明使用包括间隔层的层叠磁层结构的上和下磁层，该间隔层导致磁层的弱反铁磁(AF)耦合，其不足以引起任何一层翻转从而两铁磁层的磁取向保持平行。选择两磁层的各向异性和矫顽力使得反平行耦合场不足以引起畴翻转。这与现有技术AFC媒质相反，现有技术中选择磁层以确保两铁磁层之一将被AFC场翻转且将在剩磁上与另一层反平行取向。本发明的一个优点在于AF耦合倾向于使两层中的噪声反相关(anti-correlate)。纵向层叠媒质的优点是由于两层中的噪声不相关。当磁层具有垂直取向，其中强双极场倾向于使两层中的噪声相关时，该优点部分或全部丧失。相信根据本发明的弱AF耦合在媒质中转变边界处起作用从而使一些噪声畴(noise domain)反平行取向且与没有AF耦合的情况相比所述噪声更少相关，从而实现改善的SNR。
图1是现有技术的示意图，示出了盘驱动器中头与相关部件之间的关系；图2是用于磁薄膜盘的现有技术层结构的示图，本发明的磁层堆叠可用于所述盘；图3是根据本发明的用于磁薄膜盘的磁层堆叠的第一实施例的示图；图4是根据本发明的用于磁薄膜盘的磁层堆叠的第二实施例的示图，可选的高磁矩磁膜与间隔层相邻；图5是根据本发明的用于磁薄膜盘的磁层堆叠的第三实施例的示图，在AF耦合磁结构中使用叠层结构。
具体实施例方式
与纵向记录相比，垂直记录由于更高的写场和更厚的媒质而被认为具有热稳定性优点。用于垂直记录的磁膜的择优的各向异性取向是垂直于薄膜的平面。用于纵向记录的层叠的磁膜具有主要在膜平面内取向的双极场(dipolar field)，其中层间双极场倾向于偏向反平行配置。然而，在垂直记录媒质中，来自叠层之一的双极场作用在另一层上且倾向于铁磁地排列或关联磁化。因此，即使选择间隔层使得两层之间没有交换(例如RKKY)，双极场也将倾向于使包括噪声的磁畴相关联且限制否则在纵向层叠媒质中可得到的可能的3-dB增益。
在本发明中设计用于垂直记录的层叠磁结构包括在两层之间提供反铁磁(AF)耦合的间隔层。这与层叠磁结构的现有技术设计不同，现有技术的层叠磁结构包括选定来实现两磁层的去耦的间隔层。选择上和下磁层的性质从而建立这样的条件，即AF耦合足够弱使得两层在写之后保持平行。选择两磁层的各向异性、矫顽力和厚度使得反平行耦合场不足够引起畴翻转。根据本发明的两磁层的磁化的剩磁状态是平行的。这与现有技术AFC媒质相反，现有技术AFC媒质中选择磁层从而确保两铁磁层之一将被AFC场翻转且将与另一层反平行取向。
根据本发明的结构的优点在于AF耦合倾向于使两层中的噪声反相关(即其倾向于导致两层中的一些噪声畴反平行)并用于反抗倾向于使该两层相关的双极耦合(dipolar coupling)。纵向层叠媒质的优点归因于所述两层中的噪声不相关。当磁层具有垂直取向，其倾向于导致所述两层中噪声的关联时，部分或全部该优点丧失。相信根据本发明的较弱的AF耦合在媒质中的转变边界(transition boundary)处起作用从而使得与没有AF耦合的情况相比噪声更少相关。双极耦合倾向于使该两层相关，而AF耦合倾向于使该两层反相关。因此，本发明使得能够调节这两种相互作用从而该两层之间的有效双极相互作用倾向于在转变边界处被抵消且实现改善的SNR。
在层叠媒质中，上和下层的H0需要同时匹配头场(head field)，因为它们基本独立。本发明优选地保持该两层的独立性。选择该两磁层的各向异性、矫顽力和厚度使得反平行耦合场不足以引起畴翻转并最大化SNR。可以使用微磁模拟(micromagnetic modeling)和经验检验(empirical testing)来优化SNR。由于媒质用于垂直记录，所以择优各向异性取向为垂直于薄膜平面。当头场在媒质中写转变时，两磁层的两畴将主要平行。每个磁层的矫顽力设计为足够高，使得当去除头场时跨过间隔层的反铁磁耦合场不足以引起任一磁层中的畴在剩磁状态时翻转到反平行状态。
图2示出薄膜磁盘16的现有技术层结构21，其中可以使用根据本发明的层堆叠。衬底26一般是AlMg/NiP或玻璃。可选的粘合层31可沉积在衬层堆叠33之下。用于垂直记录的媒质通常在衬层堆叠33中包括软磁衬层。图2示出的层结构可以与各种磁层堆叠34使用。磁层堆叠34在现有技术中由多层构成，包括层叠和AF耦合形式。
图3示出根据本发明的层堆叠。所示的层堆叠34是层叠的弱反铁磁耦合结构，包括上磁层36(最接近盘表面因而最接近头的磁层)、弱AFC间隔层37和下磁层38。弱AFC间隔层37优选是钌，但可以使用用于AF耦合的任何现有技术间隔层材料。选择弱AFC间隔层37从而提供上与下磁层的一些AF耦合，但不足够导致取向反平行。
弱AFC间隔层37是非磁材料，具有选定来弱反铁磁耦合顶磁层与下磁层的厚度。钌是用于间隔层37的优选材料，但现有技术表明合适的材料包括铬(Cr)、铑(Rh)、铱(Ir)、铜(Cu)、及它们的合金。期望AF耦合场不显著地转动取向。可以根据用于AFC媒质的现有技术原理选择AFC间隔层。然而，用于根据本发明的媒质的磁层将不同于AFC媒质中的那些。对于钌AFC间隔层，从约4埃至8埃的厚度范围是合理的厚度。
上和下磁层是在用于垂直记录的现有技术薄膜盘中使用的类型的铁磁材料。合适材料的例子包括具有氧化物分离子(segregant)例如SiOx、AlOx、TiOx、MgO、TaOx的CoPtCr合金。在优选实施例中，上和下磁层基本相同。
下面描述操作根据本发明的盘驱动器的方法。写头产生的场用于在每个磁层中定向与信息位对应的一组平行的畴。在对应于所述位的该组畴的边界处将存在一组噪声畴，噪声畴部分地不按所希望地那样取向，因为头场在边缘处下降。在写过程中，根据本发明的媒质中的反铁磁耦合场在头场强的地方将没有效果，但在头场弱的边界区域，反铁磁耦合场将足够强从而导致在写过程期间一些噪声畴对反平行取向。
在图4所示的供选实施例中，反铁磁耦合可以通过增加薄的(例如5埃)高磁矩磁界面层43、44而增强，其增加在耦合/间隔层与顶和/或底铁磁层之间。
图5是根据本发明第二实施例的用于磁薄膜盘的层叠的反铁磁耦合磁层堆叠的示图。在该第二实施例中，根据本发明的叠层结构用在AFC结构中，该AFC结构具有AFC间隔层39和从属(slave)磁层41。从属磁层41由于与其上的磁层耦合而翻转磁取向，因此其不被头场直接写入。
对两垂直媒质进行微磁模拟一个具有去耦间隔层，一个具有实现弱AF耦合的间隔层。模型中的层如下表1
多个转变被“写入”在媒质中且顶和底磁层中转变的位置被确定。模拟结果显示样品1中顶和底磁层中转变的位置倾向于相关，这证实至少在该模型中叠层不会提供SNR改善。相反，根据本发明的媒质显示了顶和底磁层中转变的位置之间更随机的关系，这又导致改善的SNR。大体上，取决于表中指定的范围内的各层的具体厚度，根据本发明的媒质的模拟中SNR的改善为从0.9至3.0dB。
上面描述的薄膜结构可利用标准薄膜沉积技术形成。膜顺序沉积，每层膜沉积在前面的膜上。给出上面给出的原子百分比组成而没有考虑总是存在于溅射薄膜中的少量污染，其对本领域技术人员来说是公知的。已经参照特定实施例描述了本发明，但本发明的其它使用和应用对本领域技术人员是显然的。
相关申请共同待决、公共受让的2003年6月11日提交的序列号为10/628011的申请描述了用于纵向记录的层叠反铁磁耦合磁记录媒质，其具有由两个非磁间隔层分隔开的三个磁层，中间和底层反铁磁耦合，上磁层比中间磁层具有更高的磁各向异性。该磁各向异性可以主要通过改变钴基磁合金例如CoPtCr或CoPtCrB的铂含量对钴含量的关系来调整。通过改变铬和/或硼含量对钴含量的关系可以调整磁化。降低铬含量和增加钴含量提高磁化。
权利要求
1.一种用于垂直记录的薄膜磁记录媒质，包括第一薄膜磁层，其具有与所述薄膜平面垂直的择优各向异性取向；第二薄膜磁层，其具有垂直于所述薄膜平面的择优各向异性取向，所述第二薄膜磁层比所述第一薄膜磁层更靠近所述记录媒质的表面；以及间隔层，其分隔开所述第一和第二磁层，获得所述第一和第二磁层之间的反铁磁耦合场，所述反铁磁耦合场不足以导致所述第一或第二磁层中的畴在剩磁状态时翻转到反平行状态。
2.如权利要求1所述的薄膜磁记录媒质，还包括与所述间隔层相邻的高磁矩磁材料薄膜，所述高磁矩磁材料薄膜比所述第一磁层具有更高的磁矩。
3.如权利要求1所述的薄膜磁记录媒质，还包括与所述间隔层相邻且设置来将所述间隔层与所述第一和第二磁层分隔开的第一和第二高磁矩磁材料薄膜，所述高磁矩磁材料比所述第一磁层具有更高的磁矩。
4.如权利要求1所述的薄膜磁记录媒质，还包括所述第一薄膜磁层下面的反铁磁耦合层及所述反铁磁耦合层下面的从属磁层。
5.如权利要求1所述的薄膜磁记录媒质，其中所述第一和第二磁层之间的所述反铁磁耦合场起作用从而通过减少所述第一和第二薄膜磁层中噪声畴之间的相关性而提高媒质SNR。
6.一种盘驱动器，包括磁换能器，其包括可定位来在磁薄膜盘上读和写磁转变的读和写头；及所述磁薄膜盘包括第一薄膜磁层，其具有与所述薄膜平面垂直的择优各向异性取向；第二薄膜磁层，其具有垂直于所述薄膜平面的择优各向异性取向，所述第二薄膜磁层比所述第一薄膜磁层更靠近所述记录媒质的表面；以及间隔层，其分隔开所述第一和第二磁层从而获得所述第一和第二磁层之间的反铁磁耦合场，所述反铁磁耦合场不足以导致所述第一或第二磁层中的畴在剩磁状态时翻转到反平行状态。
7.如权利要求6所述的盘驱动器，其中所述薄膜磁记录媒质还包括与所述间隔层相邻的高磁矩磁材料薄膜，所述高磁矩磁材料薄膜具有比所述第一磁层更高的磁矩。
8.如权利要求6所述的盘驱动器，其中所述薄膜磁记录媒质还包括与所述间隔层相邻且设置来将所述间隔层与所述第一和第二磁层分隔开的第一和第二高磁矩磁材料薄膜，所述高磁矩磁材料比所述第一磁层具有更高的磁矩。
9.如权利要求6所述的盘驱动器，其中所述薄膜磁记录媒质还包括所述第一薄膜磁层下面的反铁磁耦合层及所述反铁磁耦合层下面的从属磁层。
10.如权利要求6所述的盘驱动器，其中所述第一和第二磁层之间的所述反铁磁耦合场用于通过减小所述第一和第二薄膜磁层中噪声畴之间的相关性而提高媒质SNR。
11.一种操作盘驱动器的方法，包括步骤应用写头产生的垂直写场到具有第一和第二薄膜磁层的层叠磁记录媒质的选定区域，所述写场导致所述第一和第二薄膜磁层的所述选定区域中的畴平行取向，所述写场在与所述选定区域相邻的边界区中降低；及跨过间隔层在所述第一和第二磁层之间产生反铁磁耦合场，所述反铁磁耦合场在所述边界区域中起作用从而导致一些噪声畴反平行取向，所述反铁磁耦合场不足以导致所述第一或第二磁层中的畴在剩磁状态时翻转到反平行状态。
全文摘要
本发明使用上和下磁层的层叠磁层结构，该结构包括导致磁层的弱反铁磁耦合的AF间隔层，该弱反铁磁耦合不足以导致任一层翻转，因此两铁磁层的磁取向保持平行。本发明的优点在于AF耦合倾向于使两层中的噪声反相关。相信根据本发明的弱AF耦合在媒质中的转变边界处起作用从而导致一些噪声畴反平行取向，并且噪声与没有AF耦合的情况相比更少相关，从而实现改善的SNR。
文档编号G11B5/66GK1866360SQ20061008279
公开日2006年11月22日 申请日期2006年5月19日 优先权日2005年5月19日
发明者埃里克·E·富勒顿, 奥拉夫·赫尔维格, 拜伦·H·伦格斯菲尔德第三, 戴维·T·马古利斯 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司