专利名称：垂直磁记录介质、评估其磁性能的方法以及磁记录设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种垂直磁记录介质、评估其磁性能的方法以及磁记录设备背景技术磁记录介质的磁存储层通常具有其中通过非磁性晶粒边界来去耦微小磁性粒子的结构。近年来，正在研究用于构造由诸如氧化物的非金属材料制成的晶粒边界的方法。在IEEE Trans.Magn.，vol.36，p.2393，2000，和IEEE Trans.Magn.，vol.38，p.1976，2002中介绍了这种方法的典型例子。这种晶粒边界结构增强每个磁性粒子的磁化方向的独立性并使磁性存储层中的反磁化的单元更小，以便可以增加记录密度。
为了进一步增加记录密度，除使磁性存储层中的反磁化的单元更小之外，还需要提供具有保持磁性记录信息需要的热稳定性并允许用有限尺寸的磁头磁场进行记录的薄膜。
在垂直磁性记录方法中，来自记录位的去磁场不作用于记录位之间的磁性过渡区，以及记录导致的磁化状态是稳定的。因此垂直磁性记录方法被认为在高密度记录方面比传统纵向磁性记录更有利。此外，即使当使用厚磁膜时，与纵向磁记录介质相比较，垂直磁记录介质可以抑制记录和重放清晰度的损坏，以致在热稳定性方面垂直磁记录介质也被认为更有利。但是，据报道，即使在垂直磁记录介质中，去磁场充分地影响远离磁过渡区的区域中的磁化，特别是记录密度相对低的地方，导致读输出被大大减小。因此，对于垂直磁记录，也需要处理热稳定性。
为了提高垂直磁记录介质的热稳定性，增加磁性粒子的磁各向异性能量是有效的，但是这样做，导致记录需要更大的磁场。由于可以由写磁头产生的磁通密度受到限制，增加记录需要的磁场使之难以使用写磁头执行写入。结果，记录性能可能显著地损坏。通过扩大垂直磁层的磁性粒子，也可以增加热稳定性。但是，通常，当磁性粒子被制造得更大时，磁过渡区的微小之字形变得更大，这可能增加介质噪声。
如上所述，用于增强热稳定性的方法常常损坏高记录密度区中的记录性能。
IEEE Trans.Magn.，vol.36，p.2393，2000[非专利文献2]IEEE Trans.Magn.，vol.38，p.1976，2002发明内容本发明解决的问题图1是示出了典型的垂直磁记录介质的垂直磁层的磁化曲线的概念图。在图1中，三个磁场参数，即磁饱和磁场Hs、矫顽力Hc以及磁性成核场Hn也与磁化曲线的矫顽力Hc处的倾斜度α一起被示出，作为表示磁化曲线的性能的参数。为了在垂直磁层上执行磁记录，需要产生大于Hs的磁头磁场。为了允许垂直磁层上记录的磁化信息在磁场除去之后保持稳定，要求Hn是正值。因此，粗略地说，当磁记录介质的(Hs-Hn)的值较小时，亦即，当磁化曲线的矫顽力Hc周围的倾斜度α较大时，易于在磁记录介质上写入数据，以及磁记录介质不容易被去磁。
另一方面，存在一种趋势，即当其倾斜角α较小时垂直磁层的记录性能较高。例如，在JP2002-197636A和JP2005-251264A中描述了展示这种趋势的实例。在每一种实例下，优化薄膜形成工序，减小了倾斜角α，结果相应地提高(在薄膜上)记录的信息的重放信号的信噪比。这些结果被认为是与记录磁层中的磁性粒子之间发生的交互作用的减少有关。因为磁性粒子之间的磁化方向变得更独立以及更容易形成提高小的磁畴，所以改进了记录性能。倾斜角α的减少意味着，由于交换作用的减弱，磁性粒子之间的磁化方向较少可能变均匀。这导致充分记录需要的记录场的增加和磁化的饱和态的热稳定性的减小。
因此仅仅通过减小磁性粒子之间的交换作用难以获得显现出优越的记录性能同时提供记录和热稳定性的便利的垂直磁记录介质。必须通过允许一定程度的交换作用和使垂直磁层的磁化切换场均匀，以实现希望的记录性能，同时抑制倾斜角α减少。但是，当交换作用过量时，写/读性能不可避免地被损坏。使磁化切换场均匀不是容易的。
提出本发明来利用垂直磁记录介质来解决上述问题，以及通过适当地调节垂直磁层中发生的交换作用的强度以及磁化切换场的分散度，提供适合于高密度记录并保持记录和热稳定性的垂直磁记录介质。本发明还提供一种定量地评估磁性能的方法，这种方法对于调节磁性性能是不可缺少的。
解决问题的方法根据本发明的磁记录介质是包括衬底和在衬底上形成的垂直磁层的磁记录介质。该磁记录介质满足在由之后描述的方法获得的参数σhsw[％]和Dn[nm]方面，满足下列公式(1)和(2)。参数σhsw[％]被认为是垂直磁层中的磁化切换场的分散大小的指示物。参数Dn[nm]被认为是垂直磁层中的交换作用强度的指示物。
σhsw27+Dn90<1...(1)]]>Dn＞20 (2)
当垂直磁层的磁性能被选择为使得它们满足公式(1)时，即使在磁头磁场的有限梯度下，磁过渡位置也变得较少不规则，结果，可以获得适合于高密度记录的垂直磁记录介质。通过选择垂直磁层的磁性能使得它们满足公式(2)，可以减小写磁头磁场需要和可以提高热稳定性。在记录工序下饱和磁化变得更容易和可以减小磁化的饱和区中的噪声。
因此，当该参数满足公式(1)和(2)时，可以获得具有高密度记录需要的记录性能同时容易提供记录和热稳定性的便利的垂直磁记录介质。
垂直磁层优选包括钴铂基合金的磁层。然后通过调节磁层的合金成分、增加适当的添加剂到该成分，以及进一步通过对垂直磁层添加用于混用的不同合金成分的更多磁层，变得更容易满足公式(1)和公式(2)。
此外，垂直磁层还优选至少包括具有主要由氧化物或氮化物制成的晶粒边界的粒状磁层。通过优化形成粒状磁层的方法，可以比较容易地满足公式(1)和(2)。
根据本发明的垂直磁记录介质还优选具有其中在垂直磁层和底涂层之间设置软磁底层的结构。软磁底层使来自写磁头的写磁场更大，以便可以防止归因于写磁场的不适当的记录性能的损坏。
<评估磁性能的方法>
进行如上所述的磁特性控制需要一种定量地评估该磁性能的方法。在下面，将描述决定指示物Dn和σhsw的具体方法，以及将解释如何可以由这种指示物来表示交换作用的强度和磁化切换场的分散。
在本发明中，使用VSM(振动样品磁强计)来评估与由公式(1)和(2)表示的磁性能相关的条件，VSM是通常使用的磁强计。首先，使用以下程序来测量垂直磁膜的磁化曲线A和B。下面描述的磁化曲线的测量基于以下条件样品保持在室温下(20℃至25℃)；磁场施加的方向垂直于磁存储层表面；将外部磁场H施加到样品的持续时间是1至4秒；以及样品具有适合于通过VSM测量的尺寸(例如，5至10平方毫米)。
<磁化曲线A>
A1在反方向上施加足够大的磁场以饱和垂直磁层的磁化。
A2在正方向上施加各种磁场H。
A3在除去磁场H之后测量磁化M。
A4使用测量的磁化M作为H的函数，获得磁化曲线A。
磁化曲线A通常被称作剩磁曲线。在H＝0时的磁化M的绝对值被称作剩余磁化Mr。在磁化曲线A中，使M＝0的外部施加场H是矫顽力Hc(也称作剩磁矫顽力Hcr)。
<磁化曲线B>
B1在正方向上施加足够大的磁场以饱和垂直磁层的磁化。
B2在反方向上施加磁场以产生剩余磁化-Mr/2(可基于磁化曲线A预先估计)。
B3在正方向上施加各种磁场H。
B4在除去磁场H之后测量磁化M。
B5使用测量的磁化M作为H的函数，获得磁化曲线B。
图2示出了磁化曲线A和B的例子。下面将参考图3和4说明磁化曲线A和B意味着什么。通常，用作磁存储层的垂直磁层由许多微小的切换单元(reversal unit)(磁性粒子)构成。该磁性粒子每个具有唯一的磁化切换场Hsw。图3是示出了磁性粒子的切换单元Hsw的概率密度函数F的例子的视图。Hsw的上概率是75％的磁化切换场被定义为Hsw-。Hsw的上概率是25％的磁化切换场被定义为Hsw+。Hsw的上概率是50％的磁化切换场被定义为矫顽力Hc。
图4A至4E是用于说明沿图2所示的磁化曲线的不同点处的磁化状态的视图。在图4A至4E的每一个中，概率密度函数曲线内的部分留下白色或阴影。在由每个白色部分表示的区域中具有切换场Hsw的磁性粒子的磁化方向被假定为是负的。在由每个阴影部分表示的区域中具有切换场Hsw的磁性粒子的磁化方向被假定为是正的。
磁化曲线A的点P表示通过负方向上的磁场来饱和磁化之后除去该磁场时产生的状态。因此，如图4A所示，整个磁化被取向在负方向上。在下面，将描述沿磁化曲线A的从点P至Q至R的状态转变。在点Q处，反向磁场Hsw较小的侧上的四分之一部分被转变成正向，如图4B所示。在点Q处，施加到垂直磁膜中的磁性粒子的有效磁场被认为是Hsw-。在点R处，整个磁化转变成正方向，如图4C所示。
对于磁化曲线B，依次示出沿着点P’，Q’和R的顺序的状态转变。在点P’处，以上过程的步骤B1和B2将具有Hsw＜Hsw+的磁化转变为负方向和将具有Hsw＞Hsw+的磁化转变为正向，如图4D所示。在点Q’处，切换场Hsw较小的侧上的四分之一部分被被转为正向，如图4E所示。在点Q’处，施加到垂直磁膜中的磁性粒子的有效磁场被认为是Hsw-。当正向上施加的磁场逐渐地增加时，到达点R，与磁化曲线A的情况一样。
根据以上描述，在点Q和Q’进行测量之前施加到垂直磁层的磁场H应该是Hsw-，亦即，与点Q和Q’的磁场相同。但是，根据实验中产生的测量结果，图2中所示的点Q处的磁场Ha和点Q’处的Hb有这样的关系Ha＜Hb。这不一致性被认为可以归因于垂直磁层中的平均内磁场的存在，导致外部施加场H和平均有效磁场Hint不同。这种平均内磁场主要由每个磁性粒子和围绕它的磁性粒子之间的静磁交互作用而产生。通常，这种平均内磁场与垂直磁层中的平均磁化M成比例地变化，以及通常称为去磁场。在下面，去磁场大小和平均磁化M之间的比例系数(去磁系数)将由Nd表示。
通过将点Q处和Q’处的内磁场之间的差值(Ha-Hb)除以平均磁化M中的差值(Mr/2)获得去磁系数Nd。
Nd=|Ha-Hb|Mr/2...(3)]]>基于外部施加场H、去磁系数Nd以及垂直磁场中的平均磁化M，估计施加到每个磁性粒子的平均有效磁场Hint，如下。
Hint＝H-Nd·M (4)通过将该关系应用于磁化曲线，可以获得考虑了去磁场的效果的校正磁化曲线。例如，当磁化曲线A由M＝MA(Hext)表示时，可以使用公式(4)的关系式获得表达式M＝MA’(Hint)。这些是通常表示为剪切校正的校正(参见“Soshin Chikazumi，Selectionon on Physics 18，Physics of Ferromagnetism，vol.1，p16，Shokabo，Tokyo”(in Japanese))但是，“Physics of Ferromagnetism，vol.1，”中描述的方法不同于以上方法，其中通过基于已知样品形状的计算来确定去磁系数Nd。图5示意性地示出由剪切校正引起的磁化曲线A的变化。
在垂直磁记录介质的垂直磁层的情况下，当测量噪声被适当地校正或平滑时，剪切校正之后的磁化曲线A’由在-Mr到+Mr的范围单调增加的函数MA’(H)来表示。通过适当地标准化该单调增加的函数MA’(H)，可以获得切换场Hsw的累积概率分布函数。即，通过以下公式可以获得图3中所示的概率密度函数F(H)。
F(H)=ddH(M′A(H)2·Mr)...(5)]]>使用该函数F(H)，切换场Hsw的平均值(矫顽力Hc)和标准偏差σhsw分别被定义为如由公式(6)和(7)表示的。
Hc=∫H=HnHsH·F(H)dH...(6)]]>σHsw=[∫H=HnHsH2·F(H)dH]-Hc2...(7)]]>这里限定积分范围[Hn，Hs]的下限Hn是剪切校正之后磁化曲线A’充分地开始上升时的磁场，以及上限Hs是剪切校正之后磁化曲线A’充分饱和时的磁场。作为公式(1)中表示的磁化切换场的分散的大小的指示物，使用标准偏差σhsw与平均值Hc的比率。
σhsw＝σHsw/Hc(8)接下来，将参考图6描述使用上述过程获得的去磁系数Nd的物理意义。当相对于垂直磁层厚度tmag实际上无限地延伸的垂直磁层61仅仅在磁性粒子周围的直径为Dn的圆形区66外具有磁化M62时，由磁化施加到磁性粒子的去磁场可以通过在具有直径Dn的圆形区的中心(点C)处产生的磁场来近似。点C处的磁场垂直于垂直磁层61。其磁场的强度可以通过下列公式计算。
H=-(1-Ω+)4πM+(1-Ω-)4π(-M)...(9)]]>在上面的公式中，Ω+和Ω-分别表示当从点C处观察正和负圆形区(没有产生磁极的部分)时在点C处形成的立体角。Ω+等于Ω-，以及通过以下公式可以给出Ω+和Ω-。
公式(10)被代入公式(9)，获得公式(11)。
H=-tmagtmag2+Dn2M...(11)]]>由该公式(11)，可知在圆形区66的中心处作用于磁性粒子的去磁场67与磁化M成正比。去磁系数Nd由下列公式表示。
Nd=tmagtmag2+Dn2...(12)]]>对式(12)求解Dn得到公式(13)。
Dn=tmag1-Nd2Nd...(13)]]>垂直磁记录介质中使用的垂直磁层是相对于薄膜厚度几乎无限地延伸的薄膜磁体，并且包含密集的磁性粒子。对于垂直磁层中的每个磁性粒子必然存在着去磁场，该去磁场可归因于磁性粒子周围的具有直径Dn的圆形区外面的磁性粒子。因此，基于试验性地获得的去磁系数Nd利用公式(13)计算的Dn值可以被认为是其中磁性粒子仅仅通过静磁交互作用(没有通过交换作用的相互作用)与垂直磁层中的圆形中心处的磁性粒子交互作用的区域的平均内径。当然，由公式(13)计算的直径Dn大于由晶粒边界划分的物理磁性粒子的平均直径。
中心磁性粒子和在该中心磁性粒子的周围的具有直径Dn的圆形区内的磁性粒子之间的交互作用共计为零，与垂直磁层的平均磁化M无关。交互作用的总和不作为与平均磁化M成正比的平均场，如公式(11)所示。在相邻的磁性粒子之间，发生静磁交互作用和交换作用。静磁交互作用工作以使相邻的磁性粒子的磁化方向彼此相反，以及交换作用工作以使相邻磁性粒子的磁化方向相同。两个交互作用彼此抵消，总体对平均值没有影响。
但是，由于垂直磁层中的各个磁性粒子周围的局部结构变化，某些磁性粒子更多地被静磁交互作用影响，以及某些更多被交换作用影响，导致以某种方式分布的交互作用场。该局部结构变化可以包括磁性粒子之间的直径和形状的差异以及作用于各个磁性粒子的不均匀交换作用强度和不均匀静磁交互作用强度。由公式(7)获得的σHsw可以被解释为表示分布式交互作用场的分布。
发明效果根据本发明的评估方法使用VSM，VSM是普遍采用的磁强计。该方法的特征在于它可以提取磁存储层的通用磁性能。该方法无论使用哪一种VSM都有可能在同样的基础上比较磁存储层的磁性能。当使用磁头比较记录介质的记录性能时，依据将被使用的磁头的性能和进行写/读测试下的条件，检查的结果甚至可以被反向，所以进行公正的比较是困难的。
设计满足本发明中描述的磁性能的垂直磁记录介质，使之可以实现高介质SNR(信噪比)和获得优越的记录性能，即使利用使用能仅仅产生相对小的写磁场的磁头的记录装置，同时确保介质的垂直磁层上磁化的信息的热稳定性。为了执行高密度记录，必须例如通过使磁头的磁极小型化来增加磁头磁场的梯度。这种措施减小由磁头产生的最大磁场。但是，当使用根据本发明的垂直磁记录介质时，可以使用适合于高密度记录的磁头以高介质SNR来写入信息。这允许进一步提高磁记录设备的再编码密度。
图1是用于说明垂直磁记录介质的典型磁化曲线(主回路)和表征磁化曲线的特征的参数的视图。
图2是示出了通过根据本发明测量磁性能的方法，使用VSM测量的磁化曲线A和B的例子的视图。
图3是在垂直磁记录介质的垂直磁层中的磁化切换场Hsw的概率密度函数F(Hsw)的概念图。
图4A至4E是用于通过使用图3所示的概率密度函数F(Hsw)根据本发明的测量磁性能的方法来说明在图2所示的磁化曲线A和B上的不同点处的磁化状态的图。
图5是根据本发明的测量磁性能的方法来示出在磁化曲线A上执行的剪切校正的例子的视图。
图6是示意性地示出了作用于垂直磁层中的磁性粒子的去磁场(静磁交互作用)的视图。
图7是示出了根据本发明的垂直磁记录介质的典型截面结构的视图。
图8是示出了由样品磁盘获得并绘制在二维平面上的σhsw和Dn的视图。
图9是示出了样品磁盘上的1MBPI的线性记录密度下的“σhsw/27+Dn/90”和出错率之间的关系的视图。
图10是示出了样品磁盘上测量的Dn值和重写值之间的关系的视图。
图11A和11B是示出了根据本发明的磁记录设备(HDD)的结构和部件的视图。
具体实施例方式
下面将基于例子实施例并参考附图来描述本发明的效果和优点。本实施例将被描述以阐明本发明的大体原则，但是在任何意义下它都不限制本发明的范围。
图7是示出了根据本发明的垂直磁记录介质的基本结构的示意性截面图。该垂直磁记录介质包括在非磁性衬底71上顺序形成的软磁底层72、籽晶层73、中间层74、垂直磁层75、保护层76以及润滑剂77。
具有平坦、光滑表面的各种材料可以用于非磁性衬底71。例如，可以使用当前被用作磁记录介质的镀NiP铝合金衬底或回火玻璃衬底。也可以使用由树脂制成的塑料衬底，如当前用作光盘介质的聚碳酸脂。塑料衬底引起某些限制。即它们的强度低和高温容易变形。
软磁底层72可以由如具有微晶结构的FeTaC和FeSiAl(铁硅铝合金(Sendust))这样的合金或具有非晶体结构的Co合金CoNbZr和CoTaZr这样的合金制成。软磁底层72从写磁头吸收漏磁通量，由此增加穿透垂直磁层75的磁通密度。将用于软磁底层72的软磁合金的饱和磁通密度和薄膜厚度必须被设计为允许软磁底层72执行以上功能。软磁合金膜的最佳厚度虽然取决于将被使用的磁头的结构和性能，但考虑到生产率据说是约20nm至200nm。在来自写磁头的磁通量可以保持在需要的密度的情况下，软磁底层72可以被省略。此外可以将软磁底层72制成多层结构。在这点上巳知的多层结构包括由两个软磁层以及夹在该两个软磁层之间的Ru层从而实现反铁磁耦合构成的多层结构，以及由在其下侧上设置有诸如MnIr合金的反铁磁材料的软磁层所构成的另一多层结构。前者抑制归因于来自软磁底层72的漏磁通量的读噪声。后者除了当经历记录时固定软磁层的磁化方向。
通过考虑组成垂直磁层75的材料，来选择将用于中间层74的材料，以便控制在中间层74上形成的垂直磁层75的结晶度和精细结构。当由CoPt-基合金或Co/Pd超晶格制成的垂直磁膜被选择作为制成垂直磁层75的材料时，具有面心立方晶格(fcc)结构或六边形密集堆积(hcp)结构的金属或合金常常被用作中间层74的材料，以便使容易磁化的方向垂直于薄膜表面。已知，当CoCrPt-SiO2粒状磁层被用作垂直磁层75时，通过使用Ru层作为中间层74可以比较容易地获得优越的写/读性能。籽晶层73可以被设置在软磁底层72和中间层74之间。籽晶通过促进用于中间层74的晶体生长和防止中间层74和软磁底层72之间的混合常常是有效的。
对于垂直磁层75，使用具有大的磁各向异性和其易磁化轴垂直于薄膜表面(即垂直磁膜)的铁磁材料。可以用于垂直磁层75的铁磁体包括但不限于CoPt和FePt合金，包括诸如Cr、Ni、Cu、Nb、Ta和B的添加元素；SmCo5合金；以及[Co/Pd]n多层。或，垂直磁层75可以包括由这种铁磁材料制成的多个磁层。只要垂直磁层75总体上可以用作垂直磁膜，不要求垂直磁层75中包括的每个磁层是垂直磁膜。存在其中垂直磁层75由具有粒状结构的粒状磁层制成的情况，其中由非磁性晶粒边界包围磁性晶体颗粒，以及该垂直磁层75通过增加非磁性材料到铁磁材料来形成。非磁性晶粒边界材料可以是氧化物或氮化物。氧化物和氮化物优选包括Si、Ti、Ta、Nb、Mg、Cr、Al、Hf和Zr。
对于保护层76，使用例如主要由碳构成的硬薄膜。为了增加润滑，在磁头和介质接触的情况下，由氟高分子油例如PFPE(全氟聚醚(perfluoropolyether))油制成的润滑剂77通过例如浸渍或旋涂被涂敷到保护层76的表面。
为了制造这些层，除被层叠在非磁性衬底71上的润滑剂77以外，可以使用用来制造半导体、磁记录介质或光记录介质的各种薄膜形成技术。众所周知的薄膜形成技术有DC溅射、RF溅射以及真空淀积。由于这些技术，溅射可以比较快速形成具有高纯度的薄膜，而不依赖于材料。利用溅射，通过调节溅射条件(如溅射气压和放电功率)也可以控制将形成的薄膜的精细结构和厚度。因此该溅射最适合于大量生产。特别地，当形成粒状磁层时，通过将诸如氧气或氮气的活性气体混合到溅射气体中(反应溅射)，可以促进晶粒边界形成。
如上所述的垂直记录介质可以用在磁记录设备如下面描述的一种设备中。
图11A和11B是示出了根据本发明的磁记录设备的结构和部件的示意图，图11A是平面图，以及图11B是沿图11A的线A-A’的截面图。
在磁记录设备中，根据本发明的垂直磁记录介质111被装配在主轴电机112上并被主轴电机以指定的速度旋转地驱动。安装有访问磁记录介质111并执行写和读操作的磁头的磁头滑动器113被连接到由金属板簧制成的磁头滑动器悬架114的端部。磁头滑动器悬架114被连接到磁头致动器115，该磁头致动器115控制磁头的位置。包括在系统中的电路116控制记录介质和写磁头的操作以及处理写和读信号。
在本实验中，使用用于磁盘的钢化玻璃衬底作为非磁性衬底71。通过使用直列式溅射机器，在清洗的玻璃衬底之上执行DC溅射，形成多层薄膜。首先，为了保证薄膜与玻璃衬底的粘附度，使用Ni65Ta35靶(下标中的每个数表示原子百分率中的相对比例)，用30-nm厚度的NiTa非晶体合金涂敷衬底表面。接下来，通过首先使用CoTa3Zr5靶产生50-nm厚度的软磁非晶体膜、接下来使用Ru靶产生0.7-nm厚的反铁磁耦合膜以及第三再次使用CoTa3Zr5靶产生50-nm厚度的软磁非晶体膜，来形成软磁底层72。为了产生这些薄膜层，在1Pa下加压的Ar气体被用作工艺气体。接着，使用PtCr25靶和在2Pa下加压的Ar气体来形成8nm厚度的PcCr合金的籽晶层73，然后使用在5Pa下加压的Ar气体形成具有7nm厚度的Ru的中间层74。
垂直磁层75具有三层结构。第一磁层是通过使用CoCr14Pt17-Ta2O5(2.5mol％)复合靶产生的10-nm厚的粒状磁层。在薄膜形成工序中，在5Pa下加压的氩气-氧气混合物(氧分压1.5％)被用作工艺气体。当形成薄膜时，负偏压(0至-250V)被施加到衬底。在开始形成第一磁层之前，立即使用加热灯在真空中加热衬底。在衬底被加热之后，使用辐射温度计来测量其温度。测量范围从60℃至140℃(在多个衬底当中)。如表1所示，在变化的条件下形成第一磁层。当衬底温度高并且偏压也高时，在很多情况下获得高性能的记录介质。作为第二磁层，通过使用CoCr26-SiO2(7mol％)复合靶在5-Pa Ar气氛中形成2-nm厚的粒状磁层。第二磁层，尽管仅仅2-nm厚，在改进介质的记录性能方面是有效的。作为第三磁层，形成[Co/Pd]n超晶格。薄膜厚度范围为3nm至9.8nm。超晶格的Pd层被制成0.8-nm的厚度，以及Co层厚度从0.2nm至0.6nm变化。通过使每个附着到单个阴极的Co靶和Pd靶交替地放电形成超晶格的周期性结构。作为工艺气体，使用在2Pa下加压的Kr气体或Ar气体。当通过溅射形成超晶格时使用Kr气体显著地改进了记录介质的记录性能。最后，通过在包括10％氮气的1.5PaAr气氛中使碳靶放电，形成具有5nm厚度的保护层76。
表1示出了形成实验中使用的样品磁盘的垂直磁膜75的条件(衬底偏压、加热的衬底温度、超晶格结构和厚度、形成超晶格中使用的工艺气体)。从样品磁盘，切出6-mm正方形片(6-mm square piece)，以及使用VSM测量它们的磁性能。使用规定的过程来测量磁化曲线A和B；使用公式(3)至(8)来确定第一参数σhsw；以及使用公式(3)和(13)确定第二参数Dn。表1中也示出了磁性能的测量结果。
使用由日立DECO制造的介质/磁头评价系统RH4160来评估样品磁盘的记录性能。在溅射多个层之后，PFPE润滑剂被施加到每个样品磁盘。每个样品磁盘的表面被抛光，以及从该表面除去凸出和外物。使用滑行磁头，可以确保在使用磁写/读磁头之前介质没有与它们的磁头滑动性能相关的问题。使用的磁头具有垂直记录元件，其具有160nm的主磁极宽度，以及用于读取的GMR元件，其具有140nm的电极间距以及55nm的屏蔽间隙长度。通过调节磁盘转速，磁头的浮动高度被调节为8nm。为了记录性能评估，以1MBP(每英寸兆位)I的线性记录密度在每个介质上写入用于测试的伪随机记录图形，该写图形被读取以及测量读出错率。使用以上磁头的样本介质的错误率测量的结果使得知道在其下出错率随着介质而变化最小的写/读条件。在该实验中，基于尽可能优化的写/读条件下测量的出错率来评估记录性能。即，应用于错误率测量的写/读条件随着介质而变化。
通过以500kFCI的恒定记录频率在每个介质上写入信号，也，在125kFCI的记录频率下在相同介质的相同位置上再次写入信号，以及测量在500kFCI下写入的信号的读输出减小率(重写值)，还评估记录和擦除的容易性。在评估重写值中，磁头的写电流被设为50mA，符合说明书的最大值。在表1中示出了用如上所述的方法测量的出错率和重写值。
图8示出了在二维平面上绘制的两个静磁性能参数。图8绘制的圆圈对应于样品磁盘(组A)。当样品磁盘(组A)的写/读性能被检查时，所有样品磁盘显示出10-4.3或以下的字节出错率，使得它们取得作为可使用的记录介质的资格。由图8中的菱形表示的样品磁盘(组B)都没有显示出低于10-2.2的字节错误率(BER)。通常，信息记录系统具有使用错误校正码来校正写和读工序过程期间发生的错误的机构。但是，在出错率超过10-4的情况下，错误校正需要的附加码的量变得太大，结果，实质的记录密度显著地减小。因此，基于实验中使用的记录密度，组A的介质被认为作为可使用的记录介质，而组B的介质被认为不可使用。
如图8所示，所有样品磁盘(组A)满足上述公式(1)和(2)，而组B不满足。因此可知通过满足由公式(1)和(2)表示的条件来获得适合于高密度记录的垂直磁记录介质。
图9示出了基于样品磁盘上的测量由公式(1)的左侧表示的沿着水平轴布置的参数(σhsw/27+Dn/90)和错误率测量之间的关系。在图9中，样品磁盘(组A)上的数据点由圆圈表示，以及样品磁盘(组B)上的数据点由菱形表示。样品磁盘(组A)满足公式(1)，沿水平轴所示的它们的参数值全部小于1，以及它们的出错率是低的。某些样品磁盘(组B)(由阴影线菱形)表示也满足公式(1)，但是它们的出错率不低。
图10示出了Dn值和样品磁盘上测量的重写值之间的关系。如上所述，重写值是在由磁头产生的最大磁场处测量的值。可以认为所示在显示出大重写值的介质上写入数据和从显示出大重写值的介质擦除数据是困难的。考虑样品磁盘(组A)的重写值是-39dB或以下，假定当介质示出-39dB或以下的重写值时，它们可以被正确地执行作为记录介质，允许数据被正常地写入。如图10所示，不满足公式(2)的样品磁盘具有20nm或以下的Dn值，示出急剧地高于其他样品磁盘的重写值的重写值。在图10中，与在图9一样，阴影线菱形表示满足公式(1)的样品磁盘(组B)当中那些样品磁盘的数据点。由阴影线菱形表示的样品磁盘具有20nm或以下的Dn值，不满足公式(2)，以及它们的重写值是35dB或以上。认为这些样品示出比样品磁盘(组A)更低的记录性能，因为使正常写入困难的记录磁场的缺点如由上文可知，满足记录性能需要和即使利用来自磁头的记录磁场的有限大小也允许数据被写入的垂直磁记录介质，通过控制垂直磁层75的磁性能使得满足公式(1)和(2)来获得。
61...垂直磁层62...垂直磁层中的磁化63...垂直磁层的顶表面中发生的正磁极64...垂直磁层的底表面中发生的负磁极65...磁性粒子的中心(点C)66...具有直径Dn的磁性粒子65周围的圆形区域67...作用于磁性粒子的中心(点C)的去磁场71...非磁性衬底72...软磁底层73...籽晶层74...中间层75...垂直磁层76...保护层77...润滑剂111...垂直磁记录介质112...主轴电机113...磁头滑动器114...磁头滑动器悬架115...磁头致动器
116...用于操作控制和信号处理的电路
权利要求
1.一种磁记录介质，包括衬底和在衬底上形成的垂直磁层，其特征在于，当通过以下步骤A1至A4来测量磁化曲线A时A1 在反方向上施加足够大的磁场，以使垂直磁层的磁化饱和，A2 在正方向上施加多个磁场H，A3 在除去磁场H之后，测量磁化M，以及A4 使用测量的磁化M作为H的函数，获得磁化曲线A；通过以下步骤B1至B5来测量磁化曲线B，B1 在正方向上施加足够大的磁场，以使垂直磁层的磁化饱和，B2 施加磁场，其在反方向上产生剩余磁化-Mr/2，Mr是垂直磁层的剩余磁化的绝对值，B3 在正方向上施加多个磁场H，B4 在除去磁场H之后，测量磁化M，以及B5 使用测量的磁化M作为H的函数，获得磁化曲线B；由下列公式获得去磁系数Nd，其中Ha是在磁化曲线A和M＝-Mr/2之间的交叉点处施加的外部磁场，以及Hb是在磁化曲线B和M＝0之间的交叉点处施加的外部磁场；[式1]Nd=|Ha-Hb|Mr/2]]>根据下列公式来确定σhsw[％]，其中Hc和σHsw分别是磁化切换场Hsw的平均值和标准偏差，磁化切换场Hsw的累计概率分布函数由通过使用去磁系数Nd在磁化曲线A上进行剪切校正来获得的磁化曲线A’表示；以及[式2]σhsw＝σHsw/Hc根据下列公式来确定Dn[nm]，其中Nd是去磁系数以及tmag[nm]是垂直磁层的薄膜厚度；[式3]Dn=tmag1-Nd2Nd]]>σhsw[％]和Dn[nm]满足不等式σhsw/27+Dn/90＜1，并且Dn＞20。
2.根据权利要求1所述的磁记录介质，其特征在于所述垂直磁层包括钴-铂基合金。
3.根据权利要求1所述的磁记录介质，其特征在于所述垂直磁层是粒状磁层，其具有主要由氧化物或氮化物制成的晶粒边界。
4.根据权利要求1所述的磁记录介质，其特征在于在所述衬底和垂直磁层之间设置软磁底层。
5.一种包括包括形成在衬底上的垂直磁层的磁记录介质、驱动磁记录介质的主轴电机、在磁记录介质上执行写/读操作的磁头以及将所述磁头定位在所述磁记录介质上的期望记录磁道位置处的磁头致动器的磁记录设备，其特征在于该磁记录介质是这样的，当通过以下步骤A1至A4来测量磁化曲线A时A1 在反方向上施加足够大的磁场，以使垂直磁层的磁化饱和，A2 在正方向上施加多个磁场H，A3 在除去磁场H之后，测量磁化M，以及A4 使用测量的磁化M作为H的函数，获得磁化曲线A；通过以下步骤B1至B5测量磁化曲线B，B1 在正方向上施加足够大的磁场，以使垂直磁层的磁化饱和，B2 施加磁场，其使得在反方向上产生剩余磁化-Mr/2，其中Mr是垂直磁层的剩余磁化的绝对值，B3 在正方向上施加多个磁场H，B4 在除去磁场H之后，测量磁化M，以及B5 使用测量的磁化M作为H的函数，获得磁化曲线B；由下列公式获得去磁系数Nd，其中Ha是在磁化曲线A和M＝-Mr/2之间的交叉点处施加的外部磁场，以及Hb是在磁化曲线B和M＝0之间的交叉点处施加的外部磁场；[式4]Nd=|Ha-Hb|Mr/2]]>根据下列公式确定σhsw[％]，其中Hc和σHsw分别是磁化切换场Hsw的平均值和标准偏差，磁化切换场Hsw的累计概率分布函数由通过使用去磁系数Nd在磁化曲线A上进行剪切校正获得的磁化曲线A’来表示；以及[式5]σhsw＝σHsw/Hc根据下列公式确定Dn[nm]，其中Nd是去磁系数和tmag[nm]是垂直磁层的薄膜厚度；[式6]Dn=tmag1-Nd2Nd]]>σhsw[％]和Dn[nm]满足不等式σhsw/27+Dn/90＜1，并且Dn＞20。
6.一种评估包括磁记录层的磁记录介质的方法，该方法包括通过下列步骤A1至A4来测量磁化曲线AA1 在反方向上施加足够大的磁场，以使垂直磁层的磁化饱和，A2 在正方向上施加多个磁场H，A3 在除去磁场H之后，测量磁化M，以及A4 使用测量的磁化M作为H的函数，获得磁化曲线A；通过以下步骤B1至B5来测量磁化曲线B，B1 在正方向上施加足够大的磁场，以使垂直磁层的磁化饱和，B2 施加磁场，其在反方向上产生剩余磁化-Mr/2，其中Mr是垂直磁层的剩余磁化的绝对值，B3 在正方向上施加多个磁场H，B4 在除去磁场H之后，测量磁化M，以及B5 使用测量的磁化M作为H的函数，获得磁化曲线B；由下列公式获得去磁系数Nd，其中Ha是在磁化曲线A和M＝-Mr/2之间的交叉点处施加的外部磁场，以及Hb是在磁化曲线B和M＝0之间的交叉点处施加的外部磁场；[式7]Nd=|Ha-Hb|Mr/2]]>根据下列公式来确定σhsw[％]，其中Hc和σHsw分别是磁化切换场Hsw的平均值和标准偏差，磁化切换场Hsw的累计概率分布函数由通过使用去磁系数Nd在磁化曲线A上进行剪切校正获得的磁化曲线A’表示；以及[式8]σhsw＝σHsw/Hc根据下列公式确定Dn[nm]，其中Nd是去磁系数以及tmag[nm]是垂直磁层的薄膜厚度；以及[式9]Dn=tmag1-Nd2Nd]]>确定σhsw[％]和Dn[nm]是否满足不等式σhsw/27+Dn/90＜1，并且Dn＞20。
全文摘要
提供一种容易记录的垂直磁记录介质，该介质提供记录磁化的优越热稳定性，以及允许高密度记录。使用具有控制磁性能的垂直磁层作为垂直磁记录介质的磁存储层，磁性被控制，使得垂直磁层中的磁化切换场的分散的指示物σh
文档编号G11B5/66GK101038755SQ200710085558
公开日2007年9月19日 申请日期2007年3月12日 优先权日2006年3月15日
发明者根本广明, 武隈育子, 细江让 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司