专利名称：具有改进的磁各向异性场的垂直磁记录介质的利记博彩app
技术领域：
01本发明是关于垂直磁记录介质和制造垂直磁记录介质的方法。
背景技术：
02图1图解说明用于垂直记录的现有技术磁记录介质10。介质IO包括基底11、粘附层12、软衬层("SUL"， soft underlayer)结构13、钽(Ta)籽晶层14、密排六方晶格的("HCP") RuCr3。合金层15、HCPRu (钌)层17、底部磁性HCPCoCrnP^(Si02)2合金层18、盖面磁性HCP CoCr!6Pt,8(Ti02)L5合金层19和碳保护性外涂层20。层18和19的HCP晶体的〈0001〉轴(C轴)优选垂直定向。提供层14、 15和17，以便当放置层18和19时促进C轴的垂直定向以及增强层18和19中的晶粒分离，这使得磁性层18和19的矫顽磁性Hc提高。
03当介质在使用时，层18和19磁性存储已记录的数据。层18的Hc大于层19的Hc。在反应溅射期间，层18中的非晶氧化物晶界形成，以去親层18的磁性晶粒，以便层18的单个晶粒可以独立地磁性转换，从而减少层18展现的噪音。层18的氧化物含量由给定目标中的两种氧化物含量和反应溅射程度控制。遗憾的是，非晶氧化物晶界的形成可降低磁化的垂直定向并引起在层18中宽的开关场分布，如在 H. S. Jung 等人的 "Effect of Oxygen Incorporation onMicrostructure and Media Performance in CoCrPt-Si02 PerpendicularRecording Media", IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 43, No. 2， pp.615-620， Feb. 2007中所讨论的。层19 (其不具有氧化物含量或具有减少的氧化物含量，并且比层18具有更多的晶粒间互换作用)被用于修整层18的磁特性并改善双磁性层18、 19中的磁化的垂直定向。
04SUL结构13由通过薄Ru层13b分开的软磁性层13a和13c组成。由于Ru层13b，层13a和13c彼此反铁磁性耦合。SUL结构13提供了从读写头(未显示)的写磁极到返回磁极的磁通量回路。05如上所述，层15和17分别由RuCr3o和Ru组成。为了获得窄的结晶C轴定向分布和优良的结晶度，需要较厚的RuCr3()衬层15 。遗憾的是，Ru是昂贵的并且供应不足。因此，期望的是，减少在介质10中含Ru层的数目，同时仍实现层18和19的优良垂直定向以及高Hc。
06其它垂直磁记录介质在美国专利申请2004/0247945、美国专利7,067,206、美国专利申请2006 / 0093867、美国专利6,902,835、美国专利申请2003 / 0170500、美国专利申请2004 / 0023074和美国专利申请2006/0275629中予以讨论。
发明内容
07磁记录介质包括第一、第二和第三衬层以及磁记录层。所述磁记录层是通常包含一个或更多个磁性Co合金层的HCP材料。所述衬层促进所述磁性层的C轴的垂直定向并且增强晶粒分离，这导致所述磁性层的矫顽磁性增加。第一衬层是通常包含非晶Ta或Ta合金的籽晶层并且是无磁性的。
07第二衬层是无磁性的并且通常包含NiW合金而且通常具有FCC晶体结构。在一个实施方式中，第二衬层包含NiWx，其中x在6与15之间。所述合金的剩余部分包含Ni。在另一实施方式中，所述合金的剩余部分包含其它添加剂，但在其它实施方式中，所述合金的剩余部分是大约100% Ni。
09所述第三衬层通常是无磁性HCP材料，并且可包含Ru (包括Ru基合金)或者Co-基合金，其可包含Cr、 Ta、 W、 Mo、 Nb、 Ti、Hf、 Y、 V、 Sr、禾B Ni中的一个或多个。我们已经发现，通过使用这些材料，我们可以获得优良的晶体生长(例如，具有所述磁性层的C轴垂直定向)和高磁性矫顽磁性，同时使用比介质10更少的Ru。我们也发现，我们可获得降低的跃迁噪音和改善的热稳定性。
10在一个实施方式中，所述介质包括在所述衬层上形成的两个磁性层。
11在一个实施方式中，所述介质包括基底和在所述衬层下面形成的SUL。期望的是，使SUL与磁性层之间的层的厚度最小化。最重要的是，通过使用包含Ta的籽晶层和包含NiW合金的第二衬层， 我们能够实现这个目标。
12在一个实施方式中，所述SUL包含通过薄Ru层分开的第 一和第二软磁性层。所述第一和第二软磁性层彼此反铁磁性耦合。然 而，在另一实施方式中，所述SUL仅包含单层。
13如上所述，由于包含Ta和NiW的衬层的独特组合，我们 可获得高Hc，对于单个或底部磁性层的情况，甚至当底部磁记录层薄 时，例如7nm，我们可获得大约7kOe的高Hc，同时获得tt:良的结晶 C轴定向。薄底部磁记录层中高Hc的好处在于双磁记录层中的跃迁噪 音降低以及热稳定性改善。与传统的衬层结构相比，我们已能够实现 0.6到1.3分贝(dB)的介质信噪比SNRme改善。
14图l图解说明按照现有技术构造的磁记录介质的横截面。15图2图解说明按照本发明的第一实施方式构造的磁记录介 质的横截面。
16图3图解说明按照本发明的第二实施方式构造的磁记录介 质的横截面。
17图4图解说明各种无磁性衬层的厚度与底部磁记录层的矫 顽磁性Hc之间的关系。
18图5A和5B图解说明各种无磁性衬层的厚度与随后沉积的 Ru和Co合金层的晶体定向(晶体取向)之间的关系。
19图6图解说明各种无磁性衬层的厚度与双磁记录层的矫顽 磁性Hc之间的关系。
20图7图解说明各种无磁性衬层的厚度与双磁记录层的饱和 场Hs之间的关系。
21图8图解说明各种无磁性衬层的厚度与双磁记录层的成核 场(或形核场)Hn之间的关系。
22图9图解说明各种无磁性衬层的厚度与双磁记录层的磁写 入宽度("MWW")之间的关系。
23图10图解说明各种无磁性衬层的厚度与双磁记录层的介质
5信噪比SNR^之间的关系。
24图11图解说明各种无磁性衬层的厚度与双磁记录层的DC 擦除信噪比SNR:x:之间的关系。
25图12图解说明各种无磁性衬层的厚度与双磁记录层的反向 重写性能OW2之间的关系。
26图13图解说明无磁性NiWn)层的厚度与双磁记录层的剩余 矫顽磁性的温度系数dHcr/dT之间的关系。
27图14A和14B图解说明Ta籽晶层和无磁性NiWu)层的厚 度对随后沉积的Ru和Co合金层的晶体C轴定向的影响。
28图15A图解说明在存在以及不存在Ta籽晶层的情况下
NiWu)合金层的厚度与磁记录介质的SNR^之间的关系。
29图15B图解说明在存在以及不存在Ta籽晶层的情况下
NiTi,。合金层的厚度与磁记录介质的SNR咖之间的关系。
30图16图解说明包括按照本发明的磁盘的磁盘驱动装置的横截面。
具体实施例方式
31参考图2，磁记录介质100包括基底102、粘附层104、 SUL 106、籽晶层108、无磁性层110、 HCP无磁性层112、底部磁记录层 114、盖面磁记录层116和保护性碳外涂层118。薄润滑剂层诸如全氟 聚醚(未显示)可以被施加于外涂层118的上表面。尽管图2仅仅显 示基底102 —侧上的多个层，但是通常这些层在基底102的两侧上形 成。
32基底102可以是玻璃、玻璃陶瓷、镀NiP的铝合金基底(例 如，AlMg基底)或其它适当的材料。基底102可以是有纹理的或无纹 理的。
33粘附层104可以是Cr、 CrTi、 Ti或其它材料。在一个实施 方式中，层104是5nm厚的Ti，尽管可以使用其它厚度。替代地，粘 附层104可以省略。
34SUL 106可以包含Co-基磁性软材料，例如，与Ta、 Zr、 Nb、 Ni、 Fe和B中一个或更多个组成合金的Co。替代地，SUL 106
6可以包含Co-基磁性软材料，其含有氧化物以及Ta、 Zr、 Nb、 Ni、 Fe 和B中一种或更多种。在另一实施方式中，SUL 106可以包含通过薄 Ru中间层106b分开的第一和第二软磁性层106a、 106c (见图3)。在 一个这样的实施方式中，层106a是40nm厚的CoTa5Zr5合金，层106b 是6与9埃之间(例如，8埃)厚的Ru，以及层106c是40 nm厚的 CoTa5Zr5。在图3的实施方式中，由于钌(Ru)层106b的存在，层106a 和106c反铁磁性耦合。
35籽晶层108是3nm厚的非晶Ta。然而，在其它实施方式中， 层108可以具有其它厚度，例如在2与15nm之间。同样，在其它实 施方式中，层108是Ta合金，例如包含卯％到大约100%的Ta。
36层UO是无磁性FCC NiW合金诸如NiW,o，并且可以是1 与15nm之间的厚度，并且优选是2与6nm之间的厚度。
37层112是15nm厚的HCPRu。然而，在其它实施方式中， 层112可以具有其它厚度，例如在10与30nm之间，并且可以是另一 种HCP材料，诸如Ru基合金，或者Co基合金，其包含Cr、 Ta、 W、 Mo、 Nb、 Ti、 Hf、 Y、 V、 Sr或Ni中的一种或更多种。
38层114可以是CoCr17Pt18(Si02)2以及层116可以是 CoCn6Pt^(Ti02)L5。层114与116每一个的厚度是7 nm，尽管在其它 实施方式中层114和116具有其它组成和厚度。在层114中添加氧化 物Si02以及在层116中添加Ti02，降低了磁晶粒之间的晶粒间交换耦 合。
39碳外涂层118可以包含由碳的闪光层覆盖通过离子束沉积 作用而沉积的类似钻石的氢化碳层。适当的结构实例在授予Lairson等 的美国专利6,855,232——该专利转让给Komag Inc.并且通过参考并入 此处——中予以讨论。层118可以是2.5 nm厚。然而，可以使用其它 材料代替碳，例如Zr02。
40按照我们的发明的磁盘可以通过随后在基底102上沉积层 104、 106、 108、 110、 112、 114、 116和118来制造，例如通过真空淀 积工艺，诸如溅射、蒸发或其它技术。如上所述，层118可以包含两 个碳基子层，第一子层通过离子束沉积作用沉积而第二子层通过溅射 沉积。
41我们已经进行了实验，这些实验证明了介质100的优越性。
图4图解说明了，与其中使用Pd、 NiTij。和RuQ"3o替代NiWH)的介质 (见曲线121、 122和123)相比，层110的厚度(针对这样的情况 其中层IIO是无磁性FCC NiWu)并且层108是3 nm厚的非晶Ta)与 底部磁记录层114的Hc之间的关系(见曲线120)。如所见的，即使 当层108的厚度在2.5与5 nm之间时，包含NiW,。的磁盘展现出独特 的出众的Hc。即使当底部记录层114仅仅7nm厚时，NiWu)显著地增 加了 Hc，从厚度2.5 nm时的6 kOe增加到5.0 nm厚度时的大约7 kOe。
42我们同样已经证明，按照我们的发明，层110的FCC无磁 性NiW合金与层108的非晶Ta的结合在层112、 114和116中提供了 优良的C轴晶体定向。特别地，图5A和5B图解说明当层108包含 Ta时，灵敏值A05。与层110的厚度之间的关系，以及相应的针对Pd、 NiTiu)和RuCr3o的关系。Ae5C是C轴定向的变化的量度，以度测量， 由在X射线衍射摇摆曲线中的半最大值处的(0002)峰的总宽度确定。 如所见，对于使用NiW1()的Ru和Co (曲线124和128)，可以获得比 使用Pd (曲线125和129) 、 NiTi10 (曲线126和130)以及RuCr30 (曲线127和131)低的(0002) A05Q平面。这意味着，有利地，当按 照本发明对层llO使用NiWn)合金时，在Ru和Co磁性层中具有更少 的C轴对准上的变化。
43图6图解说明其中层llO是NiW,o的情况时层110的厚度 与双磁记录层114、 116的Hc之间的关系(见曲线134)，以及其中 使用Pd、 NiTin)和RuCr3o替代NiWn)时的相应关系(见曲线135、 136 和137) 。 2.5 nm厚的NiWn)层提供大约5 kOe的Hc，可与10 nm厚 的RuCf3o层相匹敌(比较曲线134和137)。(再次，对于图6以及 图7-13的数据，3nm厚的非晶Ta被用作层108。)
44图7图解说明层110的厚度与双磁记录层114、 116的饱和 场Hs之间的关系，以及针对Pd、 NiT^和RuCr3o的相应关系。再一次， 与Pd、 NiTin)与RuCr30 (曲线139、 140和141)相比，2.5到5 nm厚 的NiWu)层在所述双磁性层中提供显著增加的Hs (曲线138)。较高 的磁各向异性常数Ku在底部磁性层114中提供较高的Hc和Hs对于 减少介质跃迁噪音是重要的，但是其限制了介质的可写入性。Hs的值强烈影响介质可写入性。顶部磁记录层116的作用有助于通过调整晶 粒间交换相互作用而最小化具有高Ku的充分分离的底部磁记录层114 的副作用。He和Hs的增加是由于使用NiW,。引起的，但是其提供了 控制顶部磁记录层116的组成和厚度的更多余地，以进一步改善记录 性能。
45图8图解说明层110的厚度与双磁记录层114、 116的成核 场Hn之间的关系(曲线142)，以及针对Pd、 NiTiu)与RuCr3。的相应 关系(曲线143、 144和145) 。 Hn与相邻磁道擦除("ATE")有关并 且强烈依赖于He和晶粒间交换相互作用。较高的Hn值提供出众的 ATE，但是如果Hn的增加主要是由增强晶粒间磁相互作用引起的，则 由于跃迁噪音增加，它们会限制SNR (信噪比)。使用中的介质通常 应当具有大于-2.0kOe的Hn值。在图8中，在NiW1()厚度大于2.5 nm 时，大于-2.0kOe的Hn值得以保持，这主要是由于Hc显著增加。46
图9图解说明层110的厚度与双磁记录层114、 116的相对磁写入宽度 ("MWW")之间的关系(曲线150)，以及针对Pd、 NiTiu)与RuCr30 的相应关系(曲线151、 152和153)。(所述相对MWW是通过利用 指定的读写头和指定的标准磁盘，比较磁介质的写入宽度而获得的。) 较窄的MWW是支持较高的线性记录密度所非常期望的。由于在底部 磁记录层114中的高Hc分布，甚至在2.5-5 nm厚的NiWu)层获得减小 的MWW。
47图10图解说明层110的厚度与双磁记录层114、 116的介 质信噪比SNRme之间的关系(曲线160)，以及针对Pd、NiTin)与RuCr30 的相应关系(曲线161、 162和163)。由于在底部磁记录层114中高 Hc所引起的窄MWW分布，甚至在2.5到5 nm厚的NiWn)获得优良 的SNRme0
48图11图解说明层110的厚度与双磁记录层114、 116的DC 擦除信噪比SNRoc之间的关系(曲线165)，以及针对Pd、 NiTi,o与 RuCr3o的相应关系(曲线166、 167和168)。在2.5 nm厚的NiW10下 SNRdc被保持。这是一种良好的迹象，原因在于与附图中所示的其它 介质相比，所述介质具有相对高的Hc和Hs。
49图12图解说明了，与Pd、 NiTiu)与RuCr30 (曲线171、 172
9和173)相比，层110的厚度与双磁记录层114、 116的相对反向重写 之间的关系(曲线170)。反向重写("OW2")通过其中短波长图案(2T) 被长波长图案(15T)重写的方法进行测量，其中T是驱动操作中的最 小跃迁间隔。对于用于产生图12的驱动器的情况，1T等于966 kFCI (每英寸96.6万通量反转)。可以看出，2.5 nm厚的NiWu)提供了比 Pd、 NiTi,。和RuCr3。少的OW2，但是当考虑高Hc和Hs时，该值不会 更差。50图13图解说明层110的厚度和剩余矫顽磁性的温度系数 dHcr/dT的影响。正如本领域已知的，期望的是具有不随温度变化的稳 定的剩余矫顽磁性Hcr。对于当前的磁记录应用，小于-15 Oe/'C的 dHcr/dT值是非常期望的。图13显示，较厚的层110显著地将Hcr的 温度灵敏度从0 nm的-16 Oe厂C降低到2.5 nm的-14 Oe厂C以及15 nm 的-10Oe/。C。51图14图解说明Ta籽晶层108的存在以及层112 (图14A) 和层114、 116 (图14B)的晶体定向(取向)的影响。可以看出，当 Ta层108存在时(曲线180、 182)，相比当Ta层108不存在时(曲 线18K 183) ， Ru和Co层的A05。更低，这表明更一致的垂直对齐。 使用Ta籽晶层108获得更窄的Ru和Co的C轴定向，以进一步改善 介质性能。52Ta籽晶层108也改善层110的Ae5()。我们己经发现，当Ta 籽晶层108存在时，NiW层IIO的A05。是2.3，以及当Ta籽晶层108 不存在时，其为3.0。53图15A图解说明在Ta籽晶层106存在以及不存在的情况下 层110的厚度与SNR^之间的关系(分别为曲线190和191)。可以 看出，Ta改善了介质的SNRme。图15B图解说明当使用NiTi1Q代替 NiWu)时，在存在以及缺乏籽晶层106的情况下介质的SNRme之间的 关系(分别为曲线192和193)。54按照本发明的磁介质通常被结合到磁盘驱动装置诸如磁盘 驱动装置200中(图16)。驱动装置200包括由马达202旋转的介质 100。 一对读写头204a、 204b通过悬臂206a、 206b连接到致动器208， 致动器208又将头204a、 204b置于介质100的选定轨道上方。头204a、以及从介质100读取数据。尽管图16在驱动装 置200中仅仅显示了一个介质，但是驱动装置200可以包括一个以上 的介质以及一对以上的读写头。55尽管本发明己经针对具体实施方式
予以描述，但是本领域 技术人员将认识到可以进行形式和细节上的修改而不背离本发明的精 神和范围。例如，籽晶层108可以是非晶的并且基本由Ta或主要为 Ta的非晶态合金组成，例如，合金中的任何添加剂对该合金的性能不 具有重大的影响。在一个实施方式中，层108是90%至100%的Ta(尽 管如本文所使用的，由100% Ta组成的层不排除通常在通过从商业可 得的Ta溅射靶例如99.9%纯度或更好的靶溅射而形成的层中发现的那 些杂质)。56层110可以是NiWx，其中x在6与15之间，并且优选在6 与12之间。层llO的剩余部分可以是Ni或者基本上由Ni组成。12% 是W在Ni中的固溶度极限。在浓度超过15%时，W引起NiW结晶度 下降并且最终变成非晶的，而对于层IIO，使用FCC材料是期望的。 在一个实施方式中，提供W浓度以增加NiW的晶格间距，以便匹配 磁性层的晶格间距。在一些实施方式中，对于低于6%的浓度，W对层 IIO的晶格间距的影响可能是不足的。在一个实施方式中，层110基本 上由Ni和W组成，而在另一实施方式中，层110由Ni和W组成(尽 管，如本文所用的，由材料例如Ni和W组成的层不排除通常发现于 从商业可得的溅射靶例如大约99.9%纯度或更好的靶溅射而来的层中 的杂质)。57替代地，层110可以是NiCuWx，其中x在l与15之间， 或者NiCoWx，其中x在6与15之间。在包含Ni、 Cu和W的合金的 情况下，铜含量可以是从0到等于镍含量的数量。(这是因为这样的 组成不会不利地影响层110的FCC晶体结构。)对于包含Ni、 Co和 W的合金的情况，Co含量可以是0到30%。在其它实施方式中，非 Cu和/或Co(或除其之外)的添加剂可以存在于层110的NiW合金中。 在一些实施方式中，Ni是所述合金中的主要成分。再次，这样的实施 方式是FCC无磁性合金。58层112可以是Ru、 Ru基合金或Co基合金，例如包含Cr、iiTa、 W、 Mo、 Nb、 Ti、 Hf、 Y、 V、 Sr或Ni中的一种或更多种。除此 处描述的那些之外，按照本发明的磁盘可以包括其它层(包括其它磁 性层)。同样，可以使用具有不同厚度的层。例如，在一些实施方式 中，磁记录层的总厚度可以是IO到18nm厚，例如，14与16nm之间 厚。因此，所有这些变化在本发明的范围内。
权利要求
1.一种磁记录介质，其包括基底；在所述基底上形成的软衬层；在所述软衬层上形成的包含非晶Ta的籽晶层；在所述籽晶层上形成的包含Ni和W的无磁性FCC合金；在所述无磁性合金上形成的无磁性HCP衬层；和在所述无磁性HCP衬层上形成的磁性层。
2.权利要求1所述的磁记录介质，其中所述无磁性合金是包含6 到15原子百分比的W并且剩余部分基本上是Ni的FCC合金，所述磁 性层包含第一和第二子层，所述介质还包括在所述软衬层与所述基 底之间的粘附层和在所述磁性层之上的保护性外涂层。
3. 磁盘驱动装置，其包含权利要求1所述的介质。
4. 一种制造磁记录介质的方法，包括 在基底上形成软衬层；在所述软衬层上形成包含非晶Ta的籽晶层； 在所述籽晶层上形成包含Ni和W的无磁性FCC合金; 在所述无磁性合金上形成无磁性HCP衬层；和 在所述无磁性HCP衬层上形成磁性层。
5.权利要求4所述的方法，其中所述无磁性合金是包含6到15原 子百分比的W并且剩余部分基本上是Ni的FCC合金，所述磁性层包 括第一和第二子层，所述方法还包括在所述软衬层与所述基底之间形成粘附层；和在所述磁性层之上形成保护性外涂层。
全文摘要
垂直磁记录介质，其包括基底、软衬层、籽晶层、无磁性FCC NiW合金衬层、无磁性HCP衬层和磁性层。我们已经发现，通过获得优良的薄底部磁记录层的矫顽磁性和窄C轴定向分布，含有钽(Ta)的籽晶层与NiW合金衬层的组合独特地改进了介质记录性能和热稳定性。
文档编号G11B5/66GK101669168SQ200880007190
公开日2010年3月10日 申请日期2008年1月29日 优先权日2007年2月3日
发明者B·R·阿查亚, E·韦卢, G·伯特罗, H-S·钟, M·C-C·郭, S·马尔霍特拉 申请人:西部数据传媒公司