专利名称：具有多个铁磁耦合下层的反铁磁耦合层的磁记录盘的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及一种在磁记录硬盘驱动器中使用的磁记录盘，更具体的，涉及一种具有反铁磁耦合(AFC，antiferromagnetically-coupled)的磁层的磁记录盘。
本申请与2004年2月27日申请的题为“具有多下层的反铁磁耦合的磁层的磁记录盘”的序列号为＿＿＿＿＿＿＿的待审理申请相关。
背景技术：
随着磁记录硬盘的存储容量的增加，剩磁-厚度积(Mrt，magnetization-remanence-thickness product)相应减小，并且磁记录层的矫顽磁性(coercivity)Hc相应增加。Mrt是记录层厚度t和记录层的剩余(零外加磁场)磁化Mr(其中Mr是以铁磁材料的每单位体积的磁矩为单位测量的)。Hc相关于盘驱动写头在记录层上写数据所需的短时切换场(short-timeswitching field)或者内矫顽磁性(H0)。这种Mrt和Hc的趋势导致Mrt/Hc比减小。
为了得到Mrt的减小，可减小磁层的厚度t，但是只能有限的减小，因为层中存储的磁信息更可能衰减。这种磁化的衰减已经影响小磁粒(magneticgrain)的热激发(超顺磁性效应)。磁粒的热稳定性在很大程度上取决于KUV，其中KU是层的磁各向异性常数，V是磁粒的体积。随着层厚度减小，V减小。如果层的厚度太薄，KUV变得太小，并且所存储的磁信息在正常的磁驱动操作条件下将不稳定。
一种解决这种问题的方法是移动到较高的各向异性的材料(较高的KU)。然而，Ku的增加受到点的限制，即近似等于Ku/Ms(Ms＝饱和磁化)的Hc变得太大而不能由常规的记录头来写。相似的解决方法是磁层厚度固定而减小磁层的Ms，因为Mr相关于Ms，所以将减小Mr，但是这也受限于可写的矫顽磁性。
美国专利第6280813号，授权给与本申请相同的受让人，说明了一种磁记录介质，其中磁记录层为至少两个铁磁层跨过非铁磁间隔层而反铁磁耦合在一起。在这种类型的磁介质中，指AFC介质，两个反铁磁耦合的层的磁矩剩磁取向平行，结果是磁层的净Mrt或合成(composite)Mrt是上下铁磁层的Mrt之间的差。上铁磁层通常具有比下铁磁层更高的Mrt，使得合成Mrt由MrtUL-MrtLL得到。这种Mrt的减小不需要减小体积V。因此，记录介质的热稳定性不会减小。
AFC介质因此极大的提高了磁记录盘的性能。低合成Mrt意味着PW50的低值，其是低记录密度下测量的记录信号的分立回读脉冲(isolated read-back impulse)的半幅脉宽。PW50值决定了可获得的线性密度，而且优选采用PW50的低值。因此，由于Mrtcompostie＝(MrtUL-MrtLL)，AFC介质的可扩展性主要取决于该结构多大程度可用于减小PW50，并且取决于在下铁磁层中可获得多大的Mrt值。
然而，现有AFC介质，可在下铁磁层中使用最大的Mrt值。在这个最大的Mrt上，介质的内信噪比(S0NR，在特定记录密度下分立信号脉冲与噪声的比值)将恶化，即使PW50仍然降低并且合成Mrt仍然下降。例如，AFC结构可由更厚的下铁磁层(将下层的Mrt增加最大值上的0.05memu/cm2)制得，以获得PW50值从使用最大下层Mrt的参考AFC结构减小3.5％。然而，这使得S0NR降低大约3.5db，这是不可接受的。如图1所示。
当下层变得过厚，有两种可能的解释AFC介质的S0NR降低的原因。第一，如果下铁磁层做的较厚，其各向异性体积乘积(KuV)增加。这个KuV决定了层对热波动的易感性，KuV越高，层的易感性越低。已确定的是热激发反转(thermal-activated reversal)允许在AFC介质中的小的层间交换场(interlayer exchange field)以反转下层的磁化并因而产生希望的反向平行(antiparallel)剩磁结构。因此，下层的KuV越大(下层Mrt越大)，相对小的交换场越难以完成下层的磁化反转。第二，交换场的大小是和下层Mrt成反比的，也使得当它变得更厚时，反转下层的磁化的反铁磁交互作用更难。因此，随着下层Mrt增加，发生两个效果，更难反转下层磁化以形成反向平行剩磁结构。这些因素可使得一些下层粒无法与他们各自的上层粒相反向平行，可在记录信号中增加额外的噪声使得被测的S0NR减小。通过在Ru层旁增加高矩层(high moment layer)来增加交换场是一种解决这个问题的可能途径，但是增加高矩层降低了S0NR，使得实际难于在不降低S0NR的情况下极大的改变交换场。因此，不能在AFC介质中增加下铁磁层厚度高于某最大值的问题是这种结构的普遍的问题.
所需要的是具有AFC结构的磁记录盘，其可利用合成Mrt和PW50的减小，而不会引起S0NR减小。
发明内容
本发明是一种具有AFC结构的磁记录盘，该结构有一上铁磁层(UL)和一下铁磁层结构，该下铁磁层结构由两个铁磁耦合的下层(LL1、LL2)形成。UL跨过一反铁磁耦合层，与下层结构反铁磁耦合在一起。LL1和LL2，跨过一铁磁耦合层而铁磁耦合，使得LL1和LL2的磁化在每个剩磁状态保持平行，但是与UL的磁化在每个状态反向平行。UL具有大于LL1和LL2的Mrt值之和的Mrt。此AFC结构的合成Mrt小于常规AFC结构的合成Mrt。此AFC结构能够获得合成Mrt的减少，而不用将这里两个下层中任一层的Mrt增加到常规AFC结构中的单个下层的最大Mrt之上，因而避免了由于在下层中过大的Mrt而导致的S0NR降级。
为了大致理解本发明的原理和优势，将结合附图参考以下细节描述。
图1是常规AFC结构以及增加下层Mrt的AFC结构的S0NR对记录密度(每英寸千通量变化)的图表。
图2是依据现有技术的AFC磁记录盘的截面示意图。
图3是依据本发明的AFC磁记录盘的截面示意图。
图4是展现了本发明AFC结构的合成Mrt，用作下层Mrt。
具体实施例方式
图2展现了依据现有技术的磁盘结构的横截面，该磁盘带有一反铁磁耦合(AFC)磁层20。该磁盘基片是任何适合的材料，例如玻璃，SiC/Si，陶瓷，石英或覆有NiP表层的AlMg合金。该种子层(seed layer)12是一可选层，该层可用于提高底层13的生长。种子层12通常是在基片11为非金属例如玻璃时使用。种子层12的厚度在大约1到50nm的范围内并且是这些材料中之一，例如Ta，CrTi，NiAl或RuAl，它们作为种子材料有助于提高在某些优选结晶取向的随后的沉积层的生长。一预种子层(pre-seed layer)(未示出)也可被用在玻璃基片11和种子层12之间。底层13被沉积到种子层上，如果有种子层的话，或者直接地沉积到基片11上，并且底层13是一非磁性材料，例如铬或者铬合金，如CrV，CrTi或CrMo。底层13的厚度在5到100nm的范围内，并且通常值大约是10nm。一保护覆层(未示出)，例如无定形碳，作为顶层形成在AFC层20上。
该AFC磁层20由一下铁磁层(LL)22和一上铁磁层(UL)24组成，该下铁磁层(LL)22和上铁磁层(UL)24被作为反铁磁耦合层的非铁磁间隔层23隔开。选择该非铁磁间隔层23的厚度和复合，使得邻近层22、24的磁矩32、34，分别地，通过非铁磁间隔层23而反铁磁耦合，并且它们在零外加场(即剩磁状态)中反向平行。层20的这两个反铁磁耦合层22、24有反向平行的磁矩，并且上层24的磁矩较大。因而MrtUL大于MrtLL，并且AFC层20的合成Mrt是(MrtUL-MrtLL)。
铁磁层通过一非铁磁过渡金属隔离层(例如图2中层20的AFC结构)的反铁磁耦合已经在文献中被广泛地研究和描述了。通常，交换耦合从铁磁体到非铁磁体振动而隔离层厚度增加。选定材料复合物的这种振动的耦合关系由Parkin等人在“交换耦合中的振动以及金属超晶格结构(Co/Ru、Co/Cr和Fe/Cr)中的磁致电阻”，Phys.Rev.Lett.，Vol.64，p.2034(1990)一文中描述。该材料复合物包括铁磁层(由Co，Fe，Ni和其合金，例如Ni-Fe，Ni-Co，和Fe-Co制成)和非铁磁隔离层(例如Ru、铬(Cr)、铑(Rh)、铱(Ir)、铜(Cu)以及其合金)。对于每一种这样的材料复合物，振动交换耦合关系是确定的，如果不是已知，使得非铁磁隔离层的厚度被选定为确保两铁磁层之间的反铁磁耦合。振动的周期取决于非铁磁隔离材料，但振动耦合的强度和相位也取决于铁磁材料和界面的质量。
对于该AFC20结构，相邻铁磁层22、24的磁矩32、34的取向分别反向平行对齐并且因此叠加相抵消。因为在AFC结构中的这两个铁磁层对于记录起着不同的作用，所以它们的材料特性大致不同。上层24通常具有几乎没有晶粒间交换耦合的小磁粒，并且有高的内矫顽磁性(H0～8kOe)。上层24的这些特性被调整以获得最好的S0NR。上层22通常地是CoPtCrB合金，例如Co68Pt13Cr19B10。下层22通常地是具有大量晶粒间交换耦合和低内矫顽磁性(H0～1kOe)的材料。这些特性便于PW50的减小并且该材料通常是CoCr合金，具有低Cr含量(Cr＜15原子百分比)，例如Co89Cr11。对高性能介质，下层所用的材料不能用于上层。非铁磁隔离层23通常是钌(Ru)。
图2用于展现一AFC磁层20，该磁层20有一两层结构和一单隔离层。有两层以上铁磁层和额外的反铁磁耦合隔离层的AFC介质是优选的，但是该材料不能同时降低合成Mrt和S0NR。
本发明是一AFC介质，该AFC介质克服了当前AFC介质的限制，并且使得可获得更低Mrt和PW50，而不会损失S0NR。该结构如图3所示，并且包括一形成在一常规底层113上的AFC层120和在基片111上的种子层112。
AFC层120包括一下层结构121，一上铁磁层(UL)140，以及一反铁磁耦合层127。铁磁层140被称为上铁磁层，因为它是AFC结构120中最高的层。下层结构121包括两个铁磁层(LL1、LL2)(分别是122和126)，它们跨过一铁磁耦合层125而铁磁耦合。AFC层120有两个剩磁状态(零外加磁场)。在这些状态之一的每个层的磁化方向如箭头132、136、142所示。在另一状态，这些箭头的方向将是相反的。
铁磁耦合层125是任一材料，该材料具有由层122、126的铁磁交换耦合而导致的复合和厚度。优选的是，层125应当有一六边形封闭包(hcp)的水晶结构，用于提高hcp的Co合金铁磁层126的生长。铁磁耦合层125的材料优选地是CoRu合金，并且Ru大于大约40个原子百分比(at.％)且少于大约70at.％。其它能够加入CoRu合金中的元素包括B(少于大约20at.％)和Cr(少于大约20at.％)。其他用于铁磁耦合层125的材料包括一CoCr合金(Cr大于大于27at.％，小于大约45at.％)和Pt以及Pd。这些铁磁耦合层的厚度应当在大约0.5到5nm之间。表征跨过铁磁耦合层而耦合的交换常数(exchange constant)J应当大于大约0.02ergs/cm2，但小于大约0.40ergs/cm2。例如Ru和Cr这样的材料，它们伴随着厚度变化展现出振动耦合的行为，可潜在地用作铁磁耦合层，如果当它们的厚度被调整到铁磁状态(regime)时，J的值大于0.02ergs/cm2。
UL有一大于LL1和LL2的Mrt值之和的Mrt。这些相关的Mrt值通过箭头132、136、142的相对长度来表示。AFC结构120的合成Mrt为
MrtCOMPOSITE＝MrtUL-(MrtLL1+MrtLL2) (等式1)下层LL1、LL2中的每一个能有一等于常规AFC结构中单下层的最大Mrt值的Mrt。因为获得该合成Mrt的减小而不用将任一下层Mrt增加到常规AFC结构中单下层的最大Mrt之上，所以这里不会有由下层Mrt过大引起的S0NR降级。本发明的AFC结构能够被制得而不需改变常规AFC结构中单下层的复合或增加下层的厚度。既然UL140与下层结构121反铁磁耦合，并且底部铁磁层LL1 122和LL2 126是由具有低内矫顽磁性H0的薄合金制成，类似常规AFC结构中使用的合金，那么记录到上铁磁层UL中的磁化模式将决定下铁磁层LL1、LL2的磁化取向。
图4展示了只改变MrtLL1(假设MrtLL1＝MrtLL2)得到的一系列这些结构的合成Mrt。MrtLL1越大，合成Mrt越小。通过增加MrtLL1到大约0.13memu/cm2，合成Mrt可减少到低于参考AFC结构0.13memu/cm2(0.22memu/cm2，与0.35memu/cm2相比)。本发明的AFC结构从而获得了给定UL厚度的PW50的减小，而无需牺牲S0NR，并且克服了常规AFC介质的基本限制之一。
用于UL的优选的材料是CoPtCrB合金，并且Cr在大约16到22个原子百分点(at.％)之间，Pt在大约12到20at.％之间，以及B大约在7到20at.％之间。其他元素，例如Ta，能被加到CoCrPtB合金中。对于每个下层LL1、LL2，优选的材料是CoCr合金，并且Cr在大约5到24at.％之间。其他元素能被加入到该CoCr合金中，例如B(少于6at.％)，Ta(少于5at.％)和Pt(少于10at.％)。Ta对于CoCr合金中Cr的分离(segregation)特别有益，并且便于随后沉积层的外延生长。UL也可为两个或更多在每一个顶部叠在一起且相互直接交换耦合的CoPtCrB合金的复合UL。这里引用的UL的复合范围表示如果UL是一复合UL时的多合金的平均复合。
上述AFC结构不局限于仅仅两个下层的实现方式。例如，该下层结构可包括一或更多额外的下层以及相应的铁磁耦合层。参考图3，如果在下层结构121中有三个下层，那么第二铁磁耦合层将位于LL2 126上，并且第三下层LL3将位于第二铁磁耦合和反铁磁耦合层127之间。在这个例子中，该AFC结构的合成Mrt表示为MrtCOMPOSITE＝MrtUL-(MrtLL1+MrtLL2+MrtLL3) (等式2)在此AFC结构中UL的Mrt大于LL1、LL2和LL3的Mrt值之和。在此例中，如果三个下层中的每一个的Mrt是大约0.13memu/cm2(大约是图2中参考的AFC结构的单下层的最大Mrt)，那么合成Mrt将比参考的AFC结构减少0.26memu/cm2(0.09memu/cm2，与0.35memu/cm2相比)当本发明参考优选的实施例被特别展现和描述时，技术人员将会明白形式上和细节上的改变不会偏离本发明的精神和范围。因而，本公开的发明仅考虑所附权利要求里列出的说明和范围限制。
权利要求
1.一种磁记录盘，包括一基片；一在该基片上的第一下铁磁层，具有剩磁Mr，厚度t和剩磁-厚度积Mrt；一在该第一下铁磁层上的铁磁耦合层；一在该铁磁耦合层上的第二下铁磁层，有一Mrt；一在该第二下铁磁层上的反铁磁耦合层；和一在该反铁磁耦合层上的上铁磁层，并且其具有一大于该第一和第二下铁磁层Mrt之和的Mrt。
2.如权利要求1中所述的磁记录盘，其中，所述下铁磁层由大致相同的材料形成。
3.如权利要求1中所述的磁记录盘，其中，所述下铁磁层有大致相同的Mrt。
4.如权利要求1中所述的磁记录盘，其中，所述铁磁耦合层是一包括Co和Ru的合金，其中Ru在此合金中含量大于大约40原子百分比且小于大约70原子百分比。
5.如权利要求1中所述的磁记录盘，其中，所述铁磁耦合层是一包括Co和Cr的合金，其中Cr在此合金中含量大于大约27原子百分比且小于大约45原子百分比。
6.如权利要求1中所述的磁记录盘，其中，所述铁磁耦合层主要由Pt或Pd组成。
7.如权利要求1中所述的磁记录盘，其中，所述铁磁耦合层厚度在大约0.5到5nm之间。
8.如权利要求1中所述的磁记录盘，其中，所述铁磁耦合层主要由Ru或Cr组成，其交换常数大于大约0.02ergs/cm2。
9.如权利要求1中所述的磁记录盘，其中，所述铁磁耦合层是一第一铁磁耦合层，并且进一步包括一第二铁磁耦合层，其在所述第二下铁磁上；和一第三下铁磁层，其在该第二铁磁耦合层上；并且其中，所述反铁磁耦合层直接形成在该第三下铁磁层上，并且所述上铁磁层有一Mrt，其大于该第一、第二和第三下铁磁层Mrt之和。
10.如权利要求1中所述的磁记录盘，其中，所述上铁磁层是一包括Co、Pt、Cr和B的合金，并且其中每个所述下铁磁层是一包括Co和Cr的合金。
11.如权利要求10中所述的磁记录盘，其中，每个所述下铁磁层是一还包括Ta的合金。
12.如权利要求1中所述的磁记录盘，其中，所述反铁磁耦合层是一从包括钌(Ru)、铬(Cr)、铑(Rh)、铱(Ir)、铜(Cu)和其合金的组中选出的材料。
13.如权利要求1中所述的磁记录盘，其中还包括一位于所述基片上并且在所述基片和所述第一下铁磁层之间的底层。
14.如权利要求1中所述的磁记录盘，其中还包括一形成在所述上铁磁层上的保护覆层。
15.一种磁记录盘，包括一基片；和一在该基片上的反铁磁耦合结构，并且其在没有外加磁场时有两个剩磁状态，该结构包括(a)一第一下铁磁层，其具有一剩磁Mr，厚度t和剩磁-厚度积Mrt；(b)一铁磁耦合层，其在该第一下铁磁层上；(c)一第二下铁磁层，其在该铁磁耦合层上，并有一Mrt；(d)一反铁磁耦合层，其在该第二下铁磁层上；和(e)一上铁磁层，其在该反铁磁耦合层上并有一Mrt，其大于该第一和第二下铁磁层的Mrt之和；其中，在每个剩磁状态，该第一和第二下铁磁层的磁化方向相互大致平行，并与该上铁磁层的磁化方向反向平行，并且在一剩磁状态中，该上铁磁层的磁化方向与其在另一剩磁状态中的磁化方向大致反向平行；
16.如权利要求15中所述的磁记录盘，其中，所述下铁磁层由大致相同的材料形成。
17.如权利要求15中所述的磁记录盘，其中，所述下铁磁层有大致相同的Mrt。
18.如权利要求15中所述的磁记录盘，其中，所述铁磁耦合层是一包括Co和Ru的合金，其中Ru在此合金中含量大于大约40原子百分比且小于大约70原子百分比。
19.如权利要求15中所述的磁记录盘，其中，所述铁磁耦合层是一包括Co和Cr的合金，其中Cr在此合金中含量大于大约27原子百分比且小于大约45原子百分比。
20.如权利要求15中所述的磁记录盘，其中，所述铁磁耦合层主要由Pt或Pd组成。
21.如权利要求15中所述的磁记录盘，其中，所述铁磁耦合层厚度在大约0.5到5nm之间。
22.如权利要求15中所述的磁记录盘，其中，所述铁磁耦合层主要由Ru或Cr组成，并有一交换常数，大于大约0.02ergs/cm2。
23.如权利要求15中所述的磁记录盘，其中，所述上铁磁层是一包括Co、Pt、Cr和B的合金，并且其中，每个所述下铁磁层是一包括Co和Cr的合金。
24.如权利要求23中所述的磁记录盘，其中，每个所述下铁磁层是一还包括Ta的合金。
25.如权利要求15中所述的磁记录盘，其中，所述反铁磁耦合层是从包括钌(Ru)、铬(Cr)、铑(Rh)、铱(Ir)、铜(Cu)和其合金的组中选出的一材料。
26.如权利要求15中所述的磁记录盘，其中还包括一位于所述基片上并且在所述基片和所述第一下铁磁层之间的底层。
27.如权利要求15中所述的磁记录盘，其中还包括一形成在所述上铁磁层上的保护覆层。
全文摘要
一种磁记录盘，其具有一反铁磁耦合(AFC)结构，该结构有一上铁磁层(UL)，和一由两个铁磁耦合下层(LL1、LL2)形成的下铁磁层结构。UL与下层结构跨过一反铁磁耦合层而反铁磁耦合。LL1和LL2跨过一铁磁耦合层而铁磁耦合，因此LL1和LL2的磁化在每个剩磁状态保持平行，但与UL的磁化在每个剩磁状态反向平行。UL的Mrt大于LL1和LL2的Mrt值之和。
文档编号G11B5/64GK1674098SQ20041010004
公开日2005年9月28日 申请日期2004年12月7日 优先权日2004年3月23日
发明者霍亚·V·多, 埃里克·E·富勒顿, 戴维·马古利斯, 安德烈亚斯·莫泽 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司