专利名称：利用含钽磁合金作为上磁层的层叠磁介质的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有层叠磁层的磁薄膜介质，更特别地，涉及在这样的介质中用于多层薄膜的材料的磁属性和选择。
背景技术：
磁盘驱动器10的普通现有技术头和盘以简图形式示于图1中。运行时，磁换能器(magnetic transducer)20被悬臂13支承同时飞行于盘16之上。通常称为“头”或“滑块”的磁换能器20包括执行写磁转变任务的元件(写头23)和执行读磁转变任务的元件(读头12)。送往和来自读和写头12、23的电信号沿导电路径(引线)14传输，导电路径14附着到悬臂13或嵌入在其中。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(track)(未示出)。盘16附着到心轴(spindle)18，心轴18被心轴马达24所驱动从而旋转盘16。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，写头23在该铁磁材料中记录磁转变(magnetictransition)，信息编码在该磁转变中。
常规盘16包括已被高度抛光的玻璃或带Ni3P无电镀层的AlMg的衬底26。盘上的薄膜通常包括铬或铬合金衬层(underlayer)以及基于各种钴合金的至少一铁磁层。例如，通常使用的磁合金为CoPtCr。诸如钽和硼的额外元素通常使用在该磁合金中。保护涂层用来改善耐磨性和抗蚀性。各种籽层(seed layer)、多个衬层和层叠磁膜全都在现有技术中已被描述。层叠磁膜包括被非磁间隔层分隔开的多个铁磁层，并且近来已经提出了反铁磁耦合。公知地，显著改进的SNR可通过使用层叠磁层结构来实现，所述层叠磁层结构中两磁层基本去耦。据信减小的介质噪声归因于磁层之间减小的交换耦合。用于减小噪声的叠层的使用已被广泛研究以期望发现产生磁层的最佳去耦和最小介质噪声的优选间隔层材料和间隔层厚度，所述优选间隔层材料包括Cr、CrV、Mo和Ru，所述优选间隔层厚度从数埃向上。
Kai Tang的已公开美国专利申请2005/0019609(2005年1月27日)描述了发明实施例，其包括具有不同的磁各向异性的至少两个层叠的铁磁层。远离记录头的独立磁层被选择为具有低的磁各向异性从而允许该多个磁层的磁翻转以大约相同的头写电流发生，即使记录头场随着距头的距离增大而减小。改善的翻转产生改善的磁记录性能。根据所述发明的层叠磁介质在归一化DC擦除噪声与头写电流关系曲线中具有单个峰，表明非从属磁层(non-slave magnetic layer)中的磁转变以相同的头写电流写入。结果，磁脉冲宽度(PW50)被减小，覆写(overwrite，OW)被改善且介质信噪比(S0NR)提高。
H.V.Do等人的已公开美国专利申请2002/0098390(2002年7月25日)描述了用于水平磁记录的层叠介质，其包括反铁磁(AF)耦合磁层结构和常规单磁层。AF耦合磁层结构具有净剩磁-厚度乘积(Mrt)，其为两铁磁膜的Mrt值之差。选择铁磁材料的类型和铁磁膜的厚度值使得零外加场时净磁矩低，但非零。介质的Mrt由上磁层的Mrt和AF耦合层堆叠的Mrt的和给出。
Kanabe等人的已公开美国申请2003/0148143(2003年8月7日)和Osawa等人的已公开美国申请2003/0104253(2003年6月5日)描述了各种磁介质。然而，它们没有公开其中顶部两磁层彼此基本去耦的层叠磁介质的使用。
此应用中使用的合金成分的惯例给出元素的原子百分比(at.％)作为下标；例如，CoCr10是10原子百分比的Cr，其余为Co，CoPt11Cr20B7为11原子百分比的Pt，20原子百分比的Cr和7原子百分比的硼，其余为Co。
发明内容
本发明一实施例是层叠磁记录介质，包括基本去耦的两磁层。上和下磁层通过非磁间隔层分隔开。上磁层(最接近气垫面)优选地是具有12-16at.％的铂(Pt)、11-20at.％的铬(Cr)、6-14at.％的硼(B)和0.5-2at.％的钽(Ta)的钴合金。向上磁层添加钽提供了以良好热稳定性改善介质SNR的优点。下磁层可以是具有11-16at.％的铂(Pt)、15-25at.％的铬(Cr)、3-14at.％的硼(B)和0-2at.％的钽(Ta)的钴合金。下磁层也可以是双磁层，其包括具有不同成分的两磁子层，用于改善的记录属性例如更高的SNR、更好的OW、更窄的PW50、更高分辨率以及更好的热稳定性。该层叠结构可以用于其中具有通过AFC间隔层与下磁层隔开的从属磁层的实施例中。
图1是现有技术的示意图示，示出盘驱动器中头和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图示，本发明的磁层堆叠可以与其一起使用；图3A是根据现有技术的用于磁薄膜盘的包括上磁层和下磁层的层叠磁层堆叠的图示；图3B是根据现有技术的包括上磁层和下磁层的层叠磁层堆叠的图示，下磁层通过AFC间隔层反铁磁耦合到AFC从属磁层；图3C是根据现有技术的包括上磁层和下磁层的层叠磁层堆叠的图示，下磁层是双磁层；图3D是根据现有技术的包括上磁层和下磁层的层叠磁层堆叠的图示，下磁层是双磁层并且下磁层通过AFC间隔层反铁磁耦合到AFC从属磁层；图4A是在上磁层中没有钽的层叠磁层堆叠的图示；图4B是根据本发明在上磁层中有钽的层叠磁层堆叠的图示；图4C是层叠磁层堆叠的图示，下磁层包括第一和第二子层且上磁层中没有钽；图4D是根据本发明的层叠磁层堆叠的图示，下磁层包括第一和第二子层且上磁层中有钽；图5是根据本发明的磁膜与现有技术示例的S0NR的曲线图。
附图标记说明16 盘33 衬层 38 下磁层21 薄膜 34 磁层堆叠 39 始层26 衬底 35 涂层 38A 上子层31 前籽层36 上磁层38B 下子层32 籽层 37 间隔层41 AFC间隔层42 AFC从属层具体实施方式
图2示出薄膜磁盘16的现有技术层结构21，根据本发明的层堆叠可用于其中。衬层33之下的层可以是下面详细说明的籽层32和前籽层(pre-seedlayer)31的数种组合中的任一种。有用的前籽层包括但不限于非晶或纳米晶CrTi、CrTiAl或CrTiY。籽层是晶体且通常用于非金属衬底上，但是本发明还可与金属衬底例如NiP涂覆的AlMg一起使用。常规NiP涂覆的AlMg衬底与直接溅射沉积到NiP上的Cr、Cr合金或多个Cr和Cr合金层的衬层结构33一起使用。本发明也不依赖于使用的任何特定衬层，但是在优选实施例中使用CrTi。
图2所示的层结构可以与多种磁层堆叠34一起使用。例如，可以使用如图3A所示的层叠磁层结构。在此结构中，有上磁层36、间隔层37、下磁层38和始层(onset layer)39。根据现有技术选择间隔层37的材料和厚度从而将上和下磁层基本去耦。确定间隔层的厚度的优选方法是经验方法，其中以变化的厚度进行测试从而确定S0NR的改变。对于层叠介质，S0NR在某一较小厚度处急剧下降之前将在一厚度范围内以渐变方式改变。间隔层厚度选择为在实现高S0NR的范围内。一般的间隔层厚度约为8埃。包括在优选实施例中的始层39在现有技术中已被描述。本发明使用的始层材料优选为非磁或弱铁磁的。优选材料为具有18至32at.％的Cr的CoCr。
图3B示出第二示例，其中层叠磁层结构与通过AFC间隔层41与下磁层38分隔开的AFC从属磁层42一起使用。包括在实施例中的AFC从属磁层42在现有技术中进行了描述。与本发明一起使用的AFC从属磁层42的材料优选是铁磁的。用于AFC从属层42的优选材料是具有6-27at.％的Cr的CoCr。用于AFC间隔层41的优选材料是Ru。在图3A和3B中，下磁层可以是包括具有不同成分的两磁子层(sublayer)的双磁层，在图3C和3D中分别示为38A和38B，用于改善的记录属性例如更高的SNR、更好的OW、更窄的PW50、更高分辨率以及更好的热稳定性。
晶粒尺寸的减小和晶粒的去耦有助于提高介质信噪比。然而，这些微结构改变能降低介质的热稳定性。为了减轻该降低，在图3A、3B、3C和3D所示的实施例中在上磁层36中加入Ta。Ta将Cr从晶粒内部推到晶粒边界。在晶粒边界有这样的Cr富集，晶粒被良好去耦而没有B含量的显著增加。增加B可导致非晶晶粒边界的厚度的显著增加和晶粒尺寸的细化(refinement)。由于加入Ta，可以改善介质信噪比而没有牺牲热稳定性。
图4A示出包括层叠磁层堆叠34的盘。根据层叠介质的现有技术选择最接近盘表面的磁层，上磁层36。在下面描述的特定实施例中，CoPt13Cr15B8用于上磁层。优选的间隔层37为钌。下磁层38是CoPt13Cr20B5Ta1。在示例实施例中，AFC间隔层41是钌，AFC从属层42是CoCr10，衬层33是CrTi20，籽层32是B2结构的RuAl50，前籽层31是非晶或纳米晶CrTi50。
图4B也示出包括层叠磁层堆叠34的盘。最接近盘表面的磁层即上磁层36选择为包括Ta。在该实施例中，CoPt14Cr14B10Ta1用于上磁层36。优选的间隔层37为钌。下磁层38是CoPt12Cr20B5Ta1。在示例实施例中，AFC间隔层41是钌，AFC从属层42是CoCr10，衬层33是CrTi20，籽层32是B2结构的RuAl50，前籽层31是非晶或纳米晶CrTi50。
图5显示利用Ta合金作为图4B所示的上磁层36，与图4A所示的现有技术相比可以改善介质S0NR。这样的SNR改善导致从-5.2到-5.4左右的改善的错误率。良好的介质热稳定性也如所示地得到保持，对于具有Ta合金作为上磁层的盘SNR衰减率为每十度0.92％，相比之下，对于具有CoPtCrB合金作为上磁层的现有技术衰减率为每十度0.97％。
图4C示出包括层叠磁层堆叠34的盘。根据层叠介质的现有技术选择最接近盘表面的磁层，即上磁层36。在下面描述的特定实施例中，CoPt13Cr15B8用于上磁层36。优选的间隔层37为钌。下磁层38由成分为CoPt13Cr11B15的上磁子层38A和成分为CoPt13Cr25B6的下磁子层38B构成。在示例实施例中，始层39是CoCr22，衬层33是CrTi22，籽层32是B2结构的RuAl50，前籽层31是非晶或纳米晶CrTi50。
图4D也示出包括层叠磁层堆叠34的盘。最接近盘表面的磁层即上磁层36选择为包括Ta。在该实施例中，CoPt14Cr15B10Ta1用于上磁层。优选的间隔层37为钌。下磁层38由成分为CoPt14Cr11B15的上磁子层38A和成分为CoPt13Cr25B6的下磁子层38B构成。在示例实施例中，始层39是CoCr22，衬层33是CrTi22，籽层32是B2结构的RuAl50，前籽层31是非晶或纳米晶CrTi50。
当如图4D所示使用五元磁合金(例如CoPt14Cr15B10Ta1)作为顶层时，与图4C所示的现有技术相比，该介质表现出类似的SNR和增加的介质AC压缩(squeeze)，导致MCW(磁核宽度)窄化，这允许更高道密度进而更高面记录密度。
对于本发明，上层36(最接近气垫面)优选为具有12-16at.％的铂(Pt)、11-20at.％的铬(Cr)、6-14at.％的硼(B)和0.5-2at.％的钽(Ta)的钴合金。上磁层36的一实施例是CoPt14Cr14B10Ta1。上磁层36的第二实施例是CoPt14Cr15B10Ta1。
在本发明一实施例的第一示例中，下磁层优选地是具有11-16at.％的铂(Pt)、15-25at.％的铬(Cr)、3-14at.％的硼(B)和0-2at.％的钽(Ta)的钴合金。下磁层38的一个特定实施例是CoPt13Cr20B5Ta1。
在本发明的第二示例性实施例中，下磁层由两磁子层构成。上磁子层38A优选为相对于下子层具有较低铬和较高硼含量的钴合金。上磁子层优选为具有9-17at.％的铂(Pt)、9-15at.％的铬(Cr)、以及11-17at.％的硼(B)的钴合金。可选地，1-4at.％的铜可被添加到上子层中从而可提高SNR。如果使用的话，额外的铜将减小钴含量。上子层38A的优选厚度为40-100埃。上磁子层38A的一个实施例是CoPt14Cr11B15。下磁子层38B优选为与上磁子层相比具有较高铬和较低硼含量的钴合金。下子层优选为具有9-17at.％的铂(Pt)、20-28at.％的铬(Cr)、以及4-9at.％的硼(B)的钴合金。可选地，1-2at.％的钽可添加到下子层中从而可提高晶粒(grain)的隔离(segregation)。如果使用的话，额外的钽将减小钴含量。下子层38B的优选厚度为60-110埃。优选地，上子层的厚度除以下子层的厚度的比率应从0.35至2.5。下磁子层38B的一个实施例是CoPt13Cr25B6。
选择上和下子层的成分从而具有彼此不同且如果单独使用时使任一个不起作用的属性。根据本发明，子层的不同属性结合从而提供改善的记录性能。选择上子层成分从而具有较高矫顽力(Hc)、较窄PW50和较高分辨率。选择下子层成分以用于较高的SNR和热稳定性以及较好的覆写。
上述薄膜结构可利用标准溅镀技术形成。顺序溅镀沉积所述膜，每个膜沉积于前一膜上。可以使用或者不使用从约0至-300伏特范围的负衬底偏置沉积给定成分范围内的上磁层36。利用从约-100至-400伏特的负衬底偏置沉积所给成分范围内的下磁层38的上子层38A和下子层38B。对于这些特定成分范围，偏置的使用增加了介质的矫顽力和AC压缩，改善了晶体学结构和晶粒边界隔离。
给出上面给定的原子百分比成分而没有考虑本领域技术人员公知的溅镀薄膜中总是存在的少量污染。
已经关于特定实施例描述了本发明，但是根据本发明用于铁磁结构的其它使用和应用将对本领域技术人员变得明显。
权利要求
1.一种薄膜磁记录介质，包括最接近于该薄膜磁记录介质的表面的上磁层，是包括钽的合金；该上磁层之下的非磁间隔层；该非磁间隔层之下的下磁层，其从所述上磁层基本去耦。
2.如权利要求1所述的记录介质，其中该上磁层是包括0.5至2原子百分比的钽的合金。
3.如权利要求2所述的记录介质，其中该上磁层是包括12至16原子百分比的铂、11至20原子百分比的铬、以及6至14原子百分比的硼的合金。
4.如权利要求3所述的薄膜磁记录介质，其中该下磁层是包括11至16原子百分比的铂、15至25原子百分比的铬、以及3至14原子百分比的硼的合金。
5.如权利要求1所述的记录介质，其中该下磁层包括上和下子层，该上子层比该下子层更接近该薄膜磁记录介质的所述表面，且该上子层具有与该下子层不同的成分。
6.如权利要求5所述的记录介质，其中该上磁层是包括0.5至2原子百分比的钽的合金。
7.如权利要求5所述的记录介质，其中该上和下子层是钴、铂、铬、以及硼的合金，该上子层与该下子层相比具有较低原子百分比的铬且该上子层与该下子层相比具有较高原子百分比的硼。
8.如权利要求7所述的记录介质，其中该上子层具有9-17原子百分比的铂、9-15原子百分比的铬、以及11-17原子百分比的硼。
9.如权利要求7所述的记录介质，其中该下子层具有9-17原子百分比的铂、20-28原子百分比的铬、以及4-9原子百分比的硼。
10.如权利要求9所述的记录介质，其中该下子层具有1至2原子百分比的钽。
11.如权利要求5所述的记录介质，其中该上子层的厚度除以该下子层的厚度的比值为从0.35至2.5。
12.如权利要求1所述的磁记录介质，还包括在该下磁层之下的AFC间隔层和在该AFC间隔层之下的从属磁层，该从属磁层反铁磁耦合到该下磁层。
13.如权利要求1所述的记录介质，其中该下磁层包括0.2至2原子百分比的钽。
14.一种制造权利要求1所述的记录介质的方法，其中利用从-25至-300伏特的负偏置溅射沉积该上磁层。
15.如权利要求14所述的制造记录介质的方法，其中利用从-100至-400伏特的负偏置溅射沉积下磁层的上磁子层。
16.如权利要求14所述的制造记录介质的方法，其中利用从-100至-400伏特的负偏置溅射沉积下磁层的下磁子层。
17.一种磁盘驱动器，包括用于在盘上磁介质中写磁转变的磁头；以及具有磁介质的盘，该磁介质包括最接近于该薄膜磁记录介质的表面的上磁层，是包括钽的合金；该上磁层之下的非磁间隔层；该非磁间隔层之下的下磁层，其从述上磁层基本去耦并包括钴、铂和铬。
18.如权利要求17所述的磁盘驱动器，其中该上磁层是包括0.5至2.0原子百分比的钽的合金。
19.如权利要求18所述的磁盘驱动器，其中该上磁层是包括12至16原子百分比的铂、11至20原子百分比的铬、以及6至14原子百分比的硼的合金。
20.如权利要求18所述的磁盘驱动器，其中该下磁层具有11至16原子百分比的铂、15至25原子百分比的铬、3至14原子百分比的硼、以及0.2至2原子百分比的钽。
21.如权利要求17所述的磁盘驱动器，其中该下磁层包括上和下子层，该上子层比该下子层更接近该薄膜磁记录介质的所述表面，该上磁子层具有比该下磁子层中硼的原子百分比更高的硼原子百分比，该上磁子层具有比该下磁子层中铬的原子百分比更低的铬原子百分比。
22.如权利要求21所述的磁盘驱动器，其中该上磁子层具有9-17原子百分比的铂、9-15原子百分比的铬、以及11-17原子百分比的硼。
23.如权利要求21所述的磁盘驱动器，其中该下磁子层具有9-17原子百分比的铂、20-28原子百分比的铬、以及4-9原子百分比的硼。
24.如权利要求23所述的磁盘驱动器，其中该下磁子层具有1至2原子百分比的钽。
25.如权利要求21所述的磁盘驱动器，其中该上磁子层厚度除以该下磁子层厚度的比值为从0.35至2.5。
全文摘要
本发明涉及层叠磁记录介质，其包括基本去耦的两磁层。上磁层优选为包括钽的钴合金。上磁层中的钽提供了以良好热稳定性改善介质SNR的优点。
文档编号G11B5/851GK1917045SQ20061011072
公开日2007年2月21日 申请日期2006年8月7日 优先权日2005年8月10日
发明者莫哈马德·S·米尔扎马尼, 唐凯 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司