包括零磁性层的叠层的制作方法

专利名称：包括零磁性层的叠层的制作方法
包括零磁性层的叠层

发明内容
叠层包括位于晶体取向夹层和磁性层之间的零磁性层。零磁性层是非磁性层或者是具有低饱和磁通密度的磁性层(例如，Bs小于约lOOemu/cc的层)，并且包含由非磁性隔离物(segregant)所间隔开的颗粒。磁性层包括由非磁性隔离物间隔开的铁磁颗粒。夹层和跨零磁性层的磁性层之间的晶格失配小于约4%。


图I是示例磁叠层的概念图；图2是示例磁叠层的概念图，其包括多个磁记录 层和多个夹层；图3是示出用于制造磁叠层的示例技术的流程图；图4a和4b是示出对于多种示例叠层，矫顽磁力(He)以及矫顽磁力和磁核场的Δ (Hc-Hn)分别相对于零磁性层厚度变化的绘图；图5是示出对于多种示例叠层，夹层的(002)Ru和磁性层的(002)Co之间的晶格失配相对于零磁性层厚度变化的绘图；图6是示出对于多种示例叠层，夹层的(002)Ru和磁记录层的(002)Co之间的晶体摇摆曲线的FWHM(半高宽)的差相对于零磁性层厚度的绘图；图7a和7b是示出对于多种示例记录叠层，矫顽磁力(He)以及矫顽磁力和核场的Δ (Hc-Hn)分别相对于用于形成Ru夹层的溅射压的绘图；图8是示出在用于形成Ru夹层的多个溅射压下，示例叠层的α值的绘图；图9a和9b是示出分别用于多种类型的示例磁记录介质的磁芯宽度和磁写入宽度的绘图。图IOa和IOb是示出对于多种类型的示例磁记录介质,轨上误码率(on-track biterror rate)和挤压离轨误码率(squeezed off-track bit error rate)的绘图；图11是示出对于多种类型的示例磁记录介质，由轨道间距归ー化的轨上误码率的绘图；图12是示出对于多种类型的示例磁记录介质的介质信噪比的绘图；图13a和13b是示出分别对于多种类型的示例磁记录介质，计算得到的面密度能力(ADC cal)和測量得到的面密度能力。
具体实施例方式大体上，本公开涉及一种叠层，其包括介于晶体取向夹层和颗粒磁性层之间的层(本文简称为“零磁性”层)，颗粒磁性层具有由非磁性材料(例如氧化物)间隔开的磁性颗粒。在一些情况下，零磁性层是非磁性层或具有低饱和磁通密度(Bs)的磁性层，其构成了用于磁数据存储的垂直磁性记录介质的一部分。在晶体取向夹层和磁记录层之间包括零磁性层可增强构成磁记录介质的叠层的记录特性和/或可靠性，和/或增强用于制造磁记录介质的エ艺。例如，与基本类似但不包括该零磁性层的叠层相比，包括零磁性层可增加磁性层的矫顽磁力(He)，可増加磁性层的磁交换退耦合(例如通过增加磁性层的矫顽磁力和磁性核场的差值(Hc-Hn)或者α參数)，可以增加磁性层的交换退耦合的均匀性，可以降低介质的误码率(BER)，可以增加介质信噪比(SNR)，还可增加介质的面记录密度，和/或可增强磁记录介质的其它特性。在一些实例中，零磁性层允许晶体夹层和磁记录介质之间的外延生长轴基本保持穿过零磁性层。一些情况下，使用零磁性层允许在夹层和磁记录层之间的共格界面(coherent interface)被保持。共格界面表示晶体夹层和磁性层之间的晶格被以弹性张カ保持在基本化学计量的(stoichiometric)排列(基本为ー对一匹配模式)。当该界面非共格时，由于弹性张カ释放，晶格变成非化学计量排列(非ー对一匹配模式)。在本文讨论的实例中，当夹层和磁性层之间的晶格常数失配小于约4%时，共格界面被保持。与不包括形成零磁性层的沉积エ艺相比，包括零磁性层允许降低一个或多个磁记录介质层的沉积压。与不存在零磁性层的情况下使用高压エ艺形成的磁性介质相比，包括 零磁性层以及低压エ艺可以允许磁记录介质的磁记录特性被保持、优化或不被实质上损害。例如，与没有零磁性层的基本相同的介质相比，在夹层和磁记录层之间包括零磁性层可以允许通过在相对较低的溅射压下的溅射来沉积晶体夹层，同时提供较优的磁记录特性。例如，由于零磁性层可以提供磁记录层的交换退耦合的増加和/或交换退耦合的均匀性的増加，该夹层可以通过较低溅射压下的溅射来沉积，而这在没有零磁性层的磁记录层中，通常会伴随产生非最优的交换退耦合水平和/或交换退耦合的非均匀性和/或其他降级特性。尽管本公开主要关于磁记录介质，例如用于磁数据存储的垂直磁记录介质，但本文所述磁层结构不局限于这种应用，还可用于其他应用。例如，本文所述磁层结构可用于磁传感器或磁阻随机存储器(MRAM)。例如，納入了本文所述零磁性层的磁介质还可用于热辅助磁记录。图I是示意性框图，其示出了磁性记录介质100,该介质包括介于晶体取向夹层130和磁记录层150之间的零磁性层140。如图I的示例所示，磁记录介质100由基底110、一或多个软磁衬层(SUL) 120、晶体取向夹层130、零磁性层140、硬磁记录层150以及保护覆盖层160顺序组成。磁记录介质100的磁性层150可以包括由位于磁粒边界的非磁性隔离物材料所围绕的磁粒。磁性层交换退耦合的量与磁粒的隔离度相关。例如，在一些实现中，磁性层150的磁粒可包含磁性Co或CoCr合金，非磁性隔离物可包含氧化物。对磁记录介质的磁性层中磁交换退耦合的控制是介质的动态记录性能的因素，可通过例如误码率(BER)、信噪比(SNR)、面记录密度和/或其他记录性能參数的形式来測量。通过物理和/或化学溅射技术来形成交换退耦合磁性层，这些技术影响由非磁性分离子(例如氧化物)所间隔开的柱状磁粒的生长。例如，包含柱状磁粒的磁性层的形成可以通过高压溅射沉积过程中出现的阴影效应来促迸。溅射阴影效应便于柱状磁粒的隔离以及磁粒间非磁性隔离物的沉积。首先通过高溅射压(例如20到200mTOrr)的溅射来沉积磁性层之下的晶体夹层，以形成具有晶体柱状颗粒结构的夹层。通过使用高溅射压(例如20到200mTorr)的溅射来在柱状晶体夹层上沉积磁记录层，以形成磁性层的磁性柱状颗粒。磁性层内磁粒的氧化物隔离可通过反应氧化溅射和/或通过在溅射靶中纳入氧化物来实现。根据本文提供的多个示例，零磁性层可以位于晶体夹层和磁记录层之间。零磁性层可影响磁性层内存在的交换退耦合的量和/或磁性层的交换退耦合均匀性。零磁性层可用作上述技术以及影响磁记录层内的交换退耦合的其他技术的附加或替代技木。一些情况下，使用高压溅射技术来形成(例如晶体夹层的)柱状粒结构不是最优的，因为由于重复沉积区、包含氩气、起泡、较差的机械性能、侵蚀问题和/或其他效应，可能会导致低生产率。一些情况下，納入零磁性层可以允许沉积エ艺包括降低的沉积压，例如用于晶体夹层。一些情况下，与在高沉积压下形成的介质的磁记录特性相比，由压强降低的エ艺形成的磁介质可提供增强的记录特性。一些情况下，与在高沉积压下形成的介质的磁记录特性相比，压强降低的エ艺形成的磁介质的磁特性可以保持基本相同或基本未降级的记录性倉^:。、由于例如颗粒污染、起泡、陡峭性能梯度以及溅射弧，使用相对较高的氧化物含量通过反应溅射在磁性层内形成由氧化物隔离的颗粒会导致较低的生产率。高压和/或高氧化物含量可以降低膜密度和晶核敛集率(packing fraction),这些都对记录输出信号和BER、可靠性和/或其他记录特性产生不良影响。与不包括零磁性层的磁记录介质的磁性层相比，納入零磁性层可以允许使用降低的氧化物含量来沉积磁性层。图2是示例磁记录介质200的示意框图。如图2所示，磁记录介质200包括基底228、软磁衬层(SUL) 230、晶体取向夹层238、零磁性层240、磁性层242以及保护覆盖层252。基底228可以包括适用于磁记录介质的任何材料，例如包括铝、镀NiP的铝、玻璃或陶瓷玻璃。尽管图2中未示出，在一些实施例中，附加衬层可直接位于基底228上。该附加衬层是无定形的，提供了到基底的粘性和低表面粗糙度。软磁衬层(SUL) 230形成在基底228上(或者如果有附加衬层的话，位于附加衬层上)。SUL 230可以是具有足够饱和磁化(Ms)和低磁各向异性场(Hk)的任何软磁材料。例如，SUL 230是无定形软磁材料，如Ni ；Co ；Fe ;含铁合金，例如NiFe (坡莫合金)、FeSiAl、或FeSiAlN ;含钴合金，例如CoZr、CoZrCr、或CoZrNb ;或者含钴铁合金，例如CoFeZrNb、CoFe,FeCoB、或FeCoC。SUL 230对于来自磁性读/写头的磁极的场提供高磁导率返回路径。在一些示例中，SUL 230包括多个软磁层，这些层可以由非磁性间隔层隔开或者不由间隔层隔开。在图2所示示例中，SUL 230包括由软磁材料形成的第一 SUL 232和第二SUL 236，这两个层由间隔层234隔开。第一和第二 SUL232和234由上述软磁材料形成。在一个示例中，第一 SUL 232和第二 SUL 236是钴基无定形合金，例如无定形CoTaZr合金，或铁基无定形合金，例如无定形FeCoCrB合金,并且其厚度可以在大约50埃到约300埃之间。第一 SUL 232的组成和厚度与第二 SUL 236相同或不同。非磁性间隔层234可由任何适当的基本上非磁性材料形成，例如Cr，Ru, CoCr, Pt或其合金。一些示例中，间隔层234可用作反铁磁耦合(AFC)层，其在第一 SUL 232和第二SUL 236之间引入反铁磁耦合。一些示例中，为了允许AFC耦合，间隔层234可由Ru形成，其厚度可以在约4到约6埃之间，或者在约14到约18埃之间，但是其他厚度也在构想范围内。
晶体取向夹层238可以沉积在SUL 230上。一些示例中，夹层238可用于建立引入第一磁性层246的HCP(0002)生长的六方密堆积(HCP)晶体取向，其磁易轴(magneticeasy axis)垂直于膜平面。夹层238由一个或多个层构成。一些示例中，夹层238可以包括柱结构，该结构包含为磁性层242的ー个或多个磁性层中柱结构的外延生长提供基础的柱状颗粒。如上所述，可以通过将溅射压增加到相对较高的水平来溅射沉积夹层238以生成和/或增强这类柱结构。夹层238的柱结构便于磁性层242的ー个或多个层中柱结构的生长，以增加磁性层242的一个或多个层的磁性交换退耦合，例如第一磁性层246的交換退耦合。在图2所示示例中，夹层238顺序包括籽晶层238a,柱状籽晶层238b,以及柱状退耦合层238c。籽晶层238a可以促进柱状籽晶层238b的薄膜生长，这会导致柱状籽晶层238b的更佳晶体质量。一些示例中，籽晶层238a包括NiW，NiFe, NiFeW及其合金，和/或RuCr和其合金。籽晶层238a的厚度在约40到约120埃之间。柱状籽晶层238b位于籽晶层238a的上部，并且具有柱状颗粒结构来促进磁性层242内的柱状生长。如上所述，一些示例中，通过使用相对较高的溅射压(例如在约20到约200mTorr之间)进行溅射来沉积柱状籽晶层238b以促进柱状颗粒结构。一些示例中，柱状籽晶层238b可以包括Ru，Co或其合金，并且厚度可以在约O到约100埃之间。柱状退耦合层238c可以位于柱状籽晶层238b之上。柱状退耦合层238c可以在高溅射压(例如在约20到约200mTorr之间)下沉积而成，以形成柱结构，为第一磁性层246的柱结构形成提供基础。一些示例中，柱状退耦合层238c由Ru或Ru合金形成，其厚度可以在约40埃到约200埃之间。一些示例中，图2中夹层238的一般结构包括以低溅射压(如大约2到20mTorr)沉积的晶体籽晶层238a，例如具有(111)纹理的FCC(面心立方)合金的晶体籽晶层结构，例如基于(Ill)Ni-W的合金或基于(Ill)NiFe(坡莫)-W的合金；柱状籽晶层238b，该层是以低溅射压(如约2到20mTorr)沉积的柱状籽晶层结构，具有(002)纹理HCP (六方密堆积)合金，例如(002) Ru，(002) RuCr或(002) RuCoCr ;以及柱状退耦合层238c，该层是高溅射压(如约20到200mTorr)沉积的柱状层结构，具有(002)纹理HCP合金，例如(002) Ru或(002)RuCr0磁记录层242可形成在零磁性层240上，随后将具体介绍该层。如图2所示，磁性层242可包括第一(底部)磁性层246，交换断层248和第二(顶部)磁性层250。为了控制磁记录层(例如垂直磁记录层)内的交换退耦合，可以分别在交换退耦合和耦合状态下形成第一和第二磁记录层246,250。在垂直介质中，第一磁性层246和第二磁性层250的磁各向异性分别以基本垂直于记录层242平面的方向取向(例如第一磁性层246和第二磁性层250的磁易轴分别基本垂直于记录层242的平面)。交换断层248可用于调整第一磁性层246和第二磁性层250之间的垂直交换耦合。一些示例中，交换断层248可包括Ru,基于RuCo的合金,基于RuCoCr-氧化物的合金，其中氧化物包括例如SiO2, TiO2, CoO, CoO2, WO2和/或TaO20第一磁性层246和第二磁性层250的每层都可以是颗粒层，并且可以包括由孔隙和/或非磁性材料与相邻磁粒隔开的磁粒。一些实施例中，第一磁性层246和第二磁性层250 中至少ー层可以包括 Co 合金，例如 Co 与 Cr，Ni, Pt，Ta，B, Nb，O, Ti，Si，Mo，Cu，Ag，Ge或Fe中的至少ー个组合。一些实施例中，第一磁性层246和第二磁性层250中至少ー层可以包括例如Fe-Pt合金或Sm-Co合金。一些实施例中，第一磁性层246和第二磁性层250中至少ー层可以包括Co合金和Pt合金或Co合金和Pd合金的交替薄层。一些实施例中，第一或第二磁性层246，250中至少ー层可以在磁粒间基本上不包括非铁磁材料。在包括由非磁性材料间隔磁粒的实施例中，第一磁性层246和第二磁性层250中至少ー层中用于间隔磁粒的非磁性材料可以包含氧化物，例如SiO2, TiO2, CoO，CoO2, WO2, Cr2O3, B2O3和/或TaO2。一些实施例中，第一磁性层246和第二磁性层250的厚度可以在约20到约200埃间，可以具有基本彼此相同或不同的厚度。交换断层248的厚度可以在约I到30埃之间。在一个示例中，第一磁性层246可以由具有氧化物隔离物的CoCrPt合金形成，所述氧化物例如是SiO27TiO2,CoO,CoO2,WO2，和/或TaO2，基于FePt或基于CoPt的Ll0或Ll1阶颗粒合金，或者与Pt层和/或Pd层交替的Co层，且第二磁性层250可以由基于CoCrPt的合金膜形成，其包括B，C，Ru中的ー个或多个，以及氧化物隔离物，例如SiO2, TiO2, CoO, CoO2, WO2，和 / 或 TaO2。保护覆盖层252，例如类金刚石碳，可以形成在垂直记录层250上。另ー个示例中，保护覆盖层252可包括例如还包括氢或氮的无定形碳层。尽管未示出，一些示例中，可在保护覆盖层252上形成一或多个适当的润滑层。零磁性层240形成在磁性层242和夹层238之间。在夹层238和磁性层242之间设置零磁性层240可以减少缺陷和/或増加磁性层的均匀性，从而增强磁性层的记录性能。例如，如果磁性层242直接形成在夹层238上，磁性层232靠近夹层238的一些磁粒会互相结合，或可以有最小的非磁材料来间隔磁粒。这些缺陷导致磁粒具有低交换退耦合或者没有交换退耦合，并且会降级层242的交换退耦合。在没有零磁性层时，与磁性层其他部分相比，接触到晶体夹层的磁性层趋于具有降低的交换退耦合和/或降低的交换退耦合均匀性。当零磁性层240介于夹层238和第一磁性层246之间时，零磁性层240包含与夹层上初始沉积相位相关联的许多缺陷和/或不均匀。但是，由于零磁性层240是非磁性的(或者具有低Bs)，零磁性层240内的缺陷和/或不均匀的数量可減少磁性层242内缺陷和/或不均匀的数量。零磁性层240可以用于增加颗粒的隔离度和/或为第一磁性层246的颗粒提供更均匀的隔离，而且不会损坏颗粒的微结构。在该配置中，与具有基本相同配置但不包括零磁性层240的介质相比，零磁性层240可增加磁性层242的ー个或多个磁性层内的交换退耦合，可以增加磁性层242的矫顽力，还可增加交换退耦合的均匀性，和/或可以提供其他增强的记录性能(SNR，BER,面密度，等)。在一些实施方式中，零磁性层在晶体夹层和磁性层之间提供了具有弹性张力的共格界面(晶格失配小于4% )。不需要联系任何特定理论，夹层/零磁性层/磁性层结构内具有弹性张力的共格界面可用于增强磁介质的磁记录特性。当零磁性层在夹层和磁记录层之间提供了共格界面时，由存在零磁性层而引入的共格应カ会增加磁记录层的交换退耦合。一些示例中，零磁性层可以提供共格界面以及伴随产生的磁记录层中增加的交换退耦合，直到零磁性层的阈值层厚。当厚度大于阈值量时，零磁性层会在晶体夹层和磁记录层之间导致非共格界面。非共格界面可以造成磁记录层的交換退耦合减小。例如，如上所述，第一磁性层246相对于第二磁性层250可以是更强的交换退耦合层，第二磁性层250相对于第一磁性层246可以是更强的交换耦合层。一些示例中，通过在第一磁性层246和夹层238之间包括零磁性层240，可増加第一磁性层246内的交换退耦合，例如超过包括基本相同的配置但没有零磁性层240的介质。由于包括了零磁性层240，与基本相同但不包括零磁性层240的示例介质相比，第一磁性层246中交换退耦合的増加可能会小受到第一磁性层246的矫顽磁力(H。)増加的影响。一些示例中，在包括了零磁性层240的情况下，第一磁性层246的H。可以增加至少约10%,或者在约2%到约20%之间。一些示例中，与包括基本相同的配置但不包括零磁性层240的介质相比，第一磁性层246的H。可以增加至少约3%，例如增加至少约1500e。ー些示例中，部分地由于零磁性层240提供了交換退耦合增加，第一磁性层246可以呈现至少约2%和约1000e、或者约5%和约2500e、或者约10%和约5000e的H。。第一磁性层246的Hc值可以大于不包括零磁性层240的情况下可达到的Hc值，例如主要由于第一磁性层240的上述柱结构和/或磁粒隔离而达到的H。值。类似的，与基本相同但不包括零磁性层240的示例介质相比，由于包括了零磁性 层240，第一磁性层246中的交換退耦合增加可能会受到第一磁性层246的矫顽磁力和磁核场的差(Hc-Hn)増加的影响。一些示例中，包括零磁性层240的情况下，第一磁性层246的矫顽磁力和磁核场的差(Hc-Hn)可以增加至少约3%到约20%。一些示例中，与包括基本相同的配置但不包括零磁性层240的介质相比，第一磁性层246的Hc-Hn可以增加至少约5%到约18%，例如增加至少约1500e到约5000e。第一磁性层的这些值可以大于不包括零磁性层240的情况下可达到值，例如主要由于如上所述第一磁性层240的柱结构和/或磁粒隔离而达到的值。一些示例中，与基本相同但不包括零磁性层240的示例介质相比，由于包括零磁性层240，第一磁性层246中交换退耦合的増加可能会受到α值减小的影响，该α等于矫顽磁力除以第一磁性层246的矫顽磁力和磁核场之差(即，a =HcバHc-Hn))。ー些示例中，在包括零磁性层240的情况下，第一磁性层246的α值可以减小至少约I. 5%到约15%。一些示例中，与包括基本相同的结构但不包括零磁性层240的介质相比，第一磁性层246的α值可以减小至少约7%，例如减小至少约O. 12。第一磁性层的这些α值可以小于不包括零磁性层240的情况下可达到的α值，例如主要由于如上所述的第一磁性层240的柱结构和/或磁粒隔离达到的α值。零磁性层240优选是非磁性层，但在一些情况下可能由磁性和/或非磁性组分构成。一些示例中，零磁性层240是磁性元素和非磁性元素的组合。取决于磁性元素和非磁性元素的比率,零磁性层240可以是低BS磁性层或非磁性层。例如,零磁性层的饱和磁通密度Bs低于约100emu/cc。一些示例中，零磁性层240可以包括Co,Cr,Ru,Pt的至少之ー和氧化物，例如CoCr-氧化物，其中该氧化物包括Si02，TiO2, CoO, CoO2, TO2，和/或TaO2的ー种或多种。一些示例中，零磁性层240中的氧化物或其他隔离物材料与磁性层242中相同。一些情况下，零磁性层包括与磁性层相同的元素。零磁性层240的配置可以在夹层238和磁性层242之间提供了共格界面，这些层之间的晶格失配小于约4%，如下文描述的图5所示。晶格内的弹性张カ可以存在于界面处，而这会影响材料特性。ー些配置中，零磁性层可以便于夹层和磁性层之间的异质外延生长，其中夹层的Ru(002)和磁性层的(002)之间的晶体摇摆曲线的FWHM(半高宽)△在约0.3度以上(例如，如下文描述的图6所示)。当界面由共格转为非共格界面时，界面上的晶格变为弹性张カ释放的非化学计量排列(非ー对一匹配模式)，晶格失配高于4% (图5)或者Λ高于O. 3度(图6)。零磁性层的厚度在约I到1000埃之间，该厚度可以根据零磁性层240的组分而改变。零磁性层240的一些示例具有小于约30埃或小于约25埃、或者甚至小于约15埃的厚度。在一个示例中，零磁性层240包含Co合金，该合金的Co浓度低于约75atm%，例如在约20atm%到约70atm%之间。Co浓度可以使得合金基本是非磁性的,具有约100emu/cc以下的磁矩，Bs0除此之外或作为替代，在一些示例中，零磁性层240包含具有HCP晶体结构、(0001)生长取向、晶格參数基本等于夹层238的直接相邻层和/或磁记录层242的直接相邻的晶格參数(在图2所示例子中分别是柱状退耦合层238c和第一磁性层246)的材料。
除此之外或作为替代，零磁性层240可以包括颗粒合金，该合金具有晶体HCP非磁性或低Bs磁粒核以及无定形非磁性颗粒隔离材料。示例的非磁性颗粒隔离材料可以包括氧化物(Si02，TiO2, CoO, CoO2, WO2，和/或TaO2)、氮化物、碳化物、以及硼化物。无定形材料的浓度可基本等于或大于邻近零磁性层240的第一磁性层246内无定形材料的浓度。一些示例中，零磁性层240内隔离材料(例如无定形材料)的浓度可以大于约5mol%和/或大于约IOvol%。一些示例中，晶粒核可以包括降低零磁性层240的磁饱和度Ms同时将HCP晶格參数保持为与夹层238和磁性层242的相邻层中ー个或多个基本相同的合金元素。合金元素的示例包括Cr，Pt，Ru，Mo，Mn，Ti，Cu和与Co合金作为相对低浓度(例如，大约20at%到40at% )的HCP解决方案的其他元素。例如，如果零磁性层中包括Cr，Cr成分可以小于约30%。一些情况下，用于零磁性层的合金元素可以与磁性层中使用的合金元素不同。一些情况下，尽管零磁性合金中元素比例可能与磁性层中元素比例不同，但是零磁性层中使用的合金元素可以与磁性层中使用的元素相同。零磁性层的厚度可以与隔离物含量成反比。一些情况下，与较厚的零磁性层相比，通过使用相对较高的氧化物含量，可以实现较薄零磁性层对增强磁记录介质的记录属性的有效性。如上所述，零磁性层内氧化物(或者其他隔离物)的量(例如，以vol%和mol%为单位)可以等于或大于磁性层中的氧化物含量。图3是示出形成磁记录介质的示例技术的流程图，该介质在夹层和磁记录层之间具有零磁性层。一些情况下，零磁性层与夹层和磁性层直接接触。为了简便起见，图3所示示例技术是针对图2所示的示例记录介质200来描述的。但是，示例并不局限于这种配置。如图3所示，夹层238可以沉积在SUL 230上(354)。在SUL 230上沉积夹层238可以包括依次沉积的晶体籽晶层238a，柱状籽晶层238b以及柱状退耦合层238c。零磁性层240可以随后沉积在夹层238上(356)，例如直接沉积在夹层238上。随后，磁性层242可以沉积在零磁性层240上(358)，例如直接沉积在零磁性层上。磁性层242的沉积可以包括依次沉积第一磁性层246、交换断层248和第二磁性层250。任何适当的技术均可用于沉积夹层238、零磁性层240和磁性层242。一些示例中，真空下的DC磁控溅射エ艺可用于形成夹层238、零磁性层240和磁记录层242中的相应层。取决于层特性，可使用单个或多个沉积步骤来形成个体层。尽管可用多个沉积步骤来形成层，但是该层在ー些情况下可以被称为单层。可以根据预定层组成、厚度和其他预定层特性来控制所使用的沉积技术。例如，对于颗粒层，可以在氧气环境中执行溅射来在沉积层中生成氧化物隔离材料。在该示例中，可以改变氧气浓度来控制隔离材料的浓度。可替换的，包括氧化物材料或其他非磁性隔离材料的靶可用于溅射沉积具有优化颗粒成分的层。如上所述，夹层238、零磁性层240、和/或磁性层242可以通过溅射来沉积以形成颗粒层。零磁性层240和磁性层242可以是颗粒层，其包括由氧化物或其他非磁性隔离物间隔的颗粒。如上所述，作为另ー个示例，溅射中使用的溅射压可能会影响所得层的柱结构。一些示例中，在沉积夹层238的层238a-238c中ー层或多层和/或磁性层242的层246、250中ー层或多层时使用的溅射压可被选择成使得这些层具有柱结构。如上所述，在一些示例中，可以选择溅射压来为夹层238和第一磁性层246提供柱结构。由非磁性隔离物间隔的这种柱结构为第一磁性层246提供交换退耦合。用于沉积夹层238、零磁性层240和/或磁性层242的示例派射压从约2到200mTorr范围内，例如约60mTorr到120mTorr。 与在夹层238和磁性层242之间包括零磁性层240相结合，可以控制用于形成介质200的相应层的沉积过程的ー个或多个变量，从而提供具有预定交换退耦合水平的磁性层242和/或提供其他特性。示例沉积变量可以包括溅射压、反应溅射中使用的氧气浓度水平以及溅射偏压。用于沉积夹层238、零磁性层240和/或磁性层242的示例溅射偏压可以在约5V到约500V之间，例如从约75V到275V之间。一些示例中，可以相对于用于线程具有基本相同结构但不具有零磁性层的磁记录介质内的相应层的那些值，调整溅射压、氧气浓度水平以及溅射偏压中的一或多个。例如，部分地由于零磁性层240的作用，例如増加的交换退耦合量和/或均匀性、増加的矫顽カ和/或其他效应，可以使用降低的溅射压来沉积夹层238c和/或第一磁性层246，同时仍提供等于或甚至优于不包括零磁性层的磁记录介质的整体记录性能水平。例如，使用零磁性层可以在第一磁性层246中提供等于或甚至优于包括在较高溅射压下形成的夹层238但不包括零磁性层240的示例介质的交换退耦合和/或矫顽カ的整体水平。一些示例中，用于形成夹层238c的溅射压小于约80mTorr，第一磁性层246仍可以具有大于约47000e的He。通常，尽管以通常会减小第一磁性层246内交换退耦合的方式调整ー个或多个溅射參数，但是由于在夹层238和磁性层242之间包括零磁性层240，磁记录层242内的交换退耦合基本相同或甚至增加。一些实施方式中，零磁性层240可以设置在夹层238和磁性层242之间以增加第一磁性层246的交换退耦合和/或矫顽力。一些示例中，零磁性层240可以允许増加第一磁性层246内磁粒的隔离度，而第一磁性层246内具有较少的形貌粗糙度(表面粗糙度)、低浓度的反应性氧化、以及较小的总不定形隔离物体积。这些示例中，在溅射沉积过程中，第一磁性层246可以包括具有来自单个溅射靶的基本恒定组分的核磁粒，但当层生长时可通过反应性氧化来减小第一磁性层246内无定形材料的体积。这些示例可以通过使用相对低派射压(例如，派射压在约2mTorr到20mTorr之间)沉积夹层238来允许第一磁性层246内预定水平的交换退耦合，并允许夹层238由FCC+Ru形成。由FCC+Ru形成的夹层238可以包括其中夹层238a的晶体结构是低溅射压(例如，2mTorr到20mTorr)的FCC(例如，(Ill)Niff, (Ill)NiFeW)，夹层238b的晶体结构是低溅射压(例如，2mTorr到20mTorr)的HCP (例如，(002) Ru，(002) RuCr)，夹层238c的晶体结构是高溅射压(例如，20mTorr到200mTorr之间)的HCP(例如，(002) Ru, (002) RuCr) 在这类情形中，夹层238由FCC层(夹层238a)和HCP层(夹层238b和夹层238c)组成。一些示例中，即使在夹层238的厚度小于25nm时，第一磁性层246可以具有大于约25000e的Hc-Hn、小于约4%的晶格失配。示例下列示例将作为本公开的ー或多个实施例的说明，但并不限制本公开的范围。示例 I制备和评估层结构与图2所示基本相同的多个示例垂直磁记录介质的。为了评估夹层和磁记录层之间零磁性层(Mo层)的影响，生成零磁性层厚度为O埃(即无零磁性层)、约2埃、约7埃、约16埃、约23埃以及约33埃的示例。在各个示例中，底部SUL是无定形FeCoCrB合金，厚度在约100到200埃之间；AFC层是Ru合金，厚度在约4到40埃之间；顶部SUL是无定形FeCoCrB合金，厚度在约100到200埃之间；晶体籽晶层是无定形NiW合金，厚度在约60到100埃之间；柱状籽晶层是RuCr合金，厚度在约40到80埃之间；柱状退耦合层是Ru合金，厚度在约60到100埃之间；零磁性层是CoCr-(TiO2)材料(其厚度可如上述变化)；底部磁性层是CoCrPt-(SiO2)，厚度在约60到100埃之间；交換断层是RuCo合金，厚度在约5到10埃之间；顶部磁性层是CoCrPt-(TiO2)，厚度在约20到50埃之间；随后是CoCrPtB层，厚度在约40到80埃之间。图4a和4b是示出对于示例介质，磁性层的底部磁记录层的矫顽磁力(He)以及矫顽磁力和磁性核场的A(Hc-Hn)分别相对于零磁性层厚度的变化的绘图。如图所示，与晶体夹层和磁记录层之间没有零磁性层的介质相比(对应于图4a和4b中的零磁性层厚度为零)，示例磁记录介质呈现的He和Hc-Hn值增加，直到约7埃的层厚，然后随着零磁性层厚度超过了约7埃达直到约33埃，以大致单调的形式下降。He和Hc-Hn的増加表明，与不包括零磁性层的对比磁记录介质相比，包括零磁性层增强了示例磁记录介质中的交换退耦
ム
ロ ο图5是示出对于与图4a和4b相同的示例垂直记录介质，夹层的(002)Ru和底部磁记录层的(002)Co之间的晶格失配相对于零磁性层厚度的绘图。如图5所示，直到零磁性层的厚度达到约7埃吋，晶格失配被保持低于约4%，这指示夹层的(002)Ru与磁记录介质的(002)Co的共格界面。但是，当零磁性层的厚度超过约7埃时，例如厚度为15、23、33埃，晶格失配到约4. 2%以上，指示夹层的(002) Ru和磁记录介质的(002) Co的非共格界面。与图4a和4b的结果相组合，由于在恒定的杨氏弹性模量下晶格參数应变的增カロ，具有共格界面的零磁性结构表现出增加界面处诱发的张力。不需联系任何特定理论，所诱发的共格张カ可增强垂直磁记录介质内的交换退耦合，这与图4a和4b中所示的He和Hc-Hn的增加是一致的。但是，当零磁性层的厚度高于约15埃时，可观察到随着晶格失配增カロ，图4a和4b所示的He和Hc-Hn单调减小，这表示Mo结构产生的非共格界面减小示例垂直磁记录介质中的交换退耦合。在ー些方面，图5表明，Cl层的(002) Ru和垂直磁记录层的
(002)Co之间的共格界面，例如具有相关的弹性张カ，可以增强垂直记录介质内的交换退耦合。
一些示例中，为了维持Cl层的(002)Ru和垂直磁记录层的(002)Co的共格界面，零磁性层在夹层和磁记录层之间保持外延晶轴。图6是示出夹层的(002) Ru和底部磁记录层的(002)Co之间晶体摇摆曲线的FWHM(半高宽)之差相比于零磁性层厚度的绘图。如图6所示，零磁性层的存在基本不会恶化(002) Ru和(002) Co层的Λ FWHM，因为除了零磁性层的厚度为约33埃的示例之外，(002)Ru和(002)Co层之间的差相对恒定。如图5所示，夹层(Ru层)和磁性层(Co层)之间的共格界面可以通过两层之间小于4%的晶格失配来保持。另外，如图6所示，Ru和Co层间的外延晶轴可以通过两层之间低于约O. 35度的恒定FWHMA (摇摆曲线之间的差)来保持。因此，在所示示例中，Ru层和Co层间的外延晶轴和共格界面可以通过夹层和第一磁性层之间低于4%的晶格失配以及Ru层和Co层之间低于O. 35度的恒定FWHM摇摆曲线Λ共同来保持，这对应于低于IlA的零磁性层的厚度。当零磁性层的厚度为约33埃吋，由于夹层和第一磁性层之间缺少外延关系，零磁性层在这两层之间形成了非共格界面。在约IlA到33Α之间的零磁性层厚度可被认为是从外延共格界面到非外延非共格界面的中间过渡区。
示例2为了进一步评估在夹层和磁记录层之间包括零磁性层的影响，制备和评估三种类型的示例磁记录介质。第一示例介质(称为类型Α)与示例I的介质基本相同，但没有零磁性层。第二示例介质(称为类型B)和第三示例(称为类型C)具有与示例I基本相同的配置，并具有厚度为约7埃的零磁性层。但是，用于制备类型B和类型C示例的エ艺不同。类型B的溅射エ艺和盘结构与类型A的溅射エ艺和盘结构相同，除了在类型B介质的夹层和磁性层之间插入了零磁性层。类型C介质的溅射エ艺和盘结构与类型B的溅射エ艺和盘结构相同，除了对于第一磁记录层(參见图2，第一磁性层246)使用了不同的溅射エ艺。參看图2，与类型B介质相比，类型C介质使用了多步骤エ艺。类型A和类型B介质的第一磁记录层246中的溅射エ艺被称为第一溅射エ艺，而对于类型C介质，称为两步或多步エ艺。在类型A和B的第一溅射エ艺中，在沉积第一磁记录层246的过程中仅应用了一种溅射条件。但是，在类型C的多步エ艺中，在沉积第一磁记录层246的过程中依次应用了若干溅射条件。例如，在沉积过程的一半(第一半层厚)期间，施加较低的偏压，而在沉积过程的另一半(第二半层厚)期间，施加较高的偏压。该示例可被称为两步沉积。当对于第一磁记录层246使用三种不同溅射条件时，可被称为三步沉积，依次类推。多步溅射エ艺的可变參数可以是溅射压、溅射氧气含量、溅射偏压、溅射子层厚度比，以及类似參数。如下列绘图所示，在类型A-C示例中分别改变在各个示例介质的夹层238的Ru退耦合层238c的溅射过程中使用的溅射压。具体而言，使用约80、90、104、120和HOmTorr的溅射压。如上所述，在一些情况下，由于所诱发的柱结构，増加形成夹层238的Ru退耦合层238c的溅射压可以增强磁性层242的磁性交换退耦合。图7a和7b示出对于三种类型的示例记录介质，即类型A_C，分别就形成夹层238的溅射压而言的矫顽磁力(He)以及矫顽磁力和磁性核场的△ (Hc-Hn)表示的交换退耦合水平。如图7a和7b所示，与类型B相比，当Ru溅射压下降时，类型A介质呈现出He和Hc-Hn相对较快的下降。这表示即使夹层的沉积使用相对低压，类型2盘内的零磁性层仍提供介质的增强交换退耦合。为了评估零磁性层，评估另ー个交換退耦合參数α。α等于矫顽磁力除以矫顽磁力和磁性核场之差(即，a =HcバHc-Hn))。α可以对应于磁滞回线的第二象限的斜率。当α等于I吋，磁性层可被表征为完全交换退耦合。随着α值从I逐渐增加，磁性层可被表征为逐渐交换耦合。图8是示出对于3种类型的示例垂直记录介质，即类型A-C，在不同溅射压下磁性层的α值的绘图。如图所示，当Ru溅射压增加时，类型A示例的α值减小，表示在高Ru压下Ru层形成交换退稱合柱结构。但是,在低压,例如80mTorr下,类型B示例的α值甚至低于最高溅射压类型A示例。此结果可以表示与类型A示例相比，在类型B示例中零磁性层导致増加的交换退耦合。一些情况下，因为由于包括零磁性层，类型B示例与类型A示例相比呈现增加的交换退耦合，所以通过在磁介质制造过程中控制ー或多个エ艺參数，可以调整交换退耦合，以磁性层内达到目标交换退耦合(和/或其他磁记录參数)。可以被调整以获得目标交换退耦合的示例エ艺參数可以包括溅射压、用于反应溅射的反应氧气浓度，和溅射偏压。图9a和9b是示出分别对于三种类型的示例垂直记录介质，即类型A_C，在不同的 溅射压下磁芯宽度(WR_WDT)和磁写入宽度(WPE_AVG)的绘图。磁写入宽度等于磁芯宽度加上擦除帯。如图所示，零磁性层提供的窄磁芯宽度和磁写入宽度可以允许増加的面记录密度能力(ADC)。图IOa和IOb是示出分别对于三种类型的示例垂直记录介质，即类型A_C，在不同的溅射压下的轨上误码率(PE_EFL)和挤压离轨误码率(0TC_EFL)的绘图。如上所述，在一些情况下，由于所诱发的柱结构，用于形成夹层的溅射压的増加可以增强磁性层内的磁交换退耦合。这种增加可导致误码率性能提升。与依靠较高的溅射压来沉积夹层以提供増加的交换退耦合不同，所插入的零磁性层在低溅射压下増加交换退耦合。如此，例如与不包括零磁性层的类型A示例相比，在类型B和C介质中集成零磁性层可以优化低溅射压下的轨上误码率和挤压离轨误码率。图11是示出对于三种类型的垂直记录介质，即类型A-C，在不同的溅射压下由轨道间距归一化的轨上误码率(PE+10LnWPE/TP)的绘图。如图所示，与类型A示例相比，具有零磁性层的示例(类型B和C)表现出增强的由轨道间距归ー化的轨上误码率。而且，与类型B示例相比，类型C示例表现出增强的由轨道间距归ー化的轨上误码率。图12是示出对于三种类型的示例垂直记录介质，即类型A-C，在不同的溅射压下的介质信噪比(ESMNR)的绘图。如图所示，源自零磁性层的存在(类型B和C示例)以及调整エ艺參数(类型C示例)来控制交换退耦合的介质信噪比提升与上述误码率性能是相符的。图13a和13b是示出分别对于三种类型的示例垂直记录介质，即类型A_C，在不同溅射压下所计算的面密度能力(ADC cal)和所测量的面密度能力(ADC-747)。计算得到的面密度能カ等于x(l-0.1(PE_EFL+5))/WPE，其中x等于每平方英寸千比特，PE_EFL等于轨 上误码率，且WPE等于磁写入宽度。如图13a和13b所示，与类型A示例相比，毎次计算和实际测量，零磁性层的存在(类型B和C示例)以及调整エ艺參数(类型C示例)共同増加面记录密度。本公开包括若干数值范围，可在所公开数值范围内进行实践。提供多个实施例的以上描述用于阐释和说明目的，而不用于限制。所公开的实施例不g在穷尽或将可能的实现限制于所公开的实施例。根据上述教导，可以进行多种修改和变形。
权利要求
1.一种叠层，包括 晶体取向夹层； 位于所述夹层上的零磁性层，所述零磁性层是非磁性的或者具有小于约lOOemu/cc的饱和磁通密度(Bs)并且包括由非磁性隔离物间隔的颗粒；以及 位于所述零磁性层上的磁性层，所述磁性层包括由非磁性隔离物间隔的铁磁颗粒，其中所述夹层和所述磁性层之间的晶格失配小于约4%。
2.如权利要求I的叠层，其特征在于，所述晶体取向夹层和所述磁性层的晶体摇摆曲线半高宽(FWHM)之差小于约O. 35度。
3.如权利要求I的叠层，其特征在于，所述零磁性层包括与所述磁性层相同但比例不同的元素。
4.如权利要求I的叠层，其特征在于，所述零磁性层的厚度小于约25A。
5.如权利要求I的叠层，其特征在于，所述磁性层包括邻近所述零磁性层的第一磁性层以及由交换断层与所述第一磁性层隔开的第二磁性层。
6.如权利要求I的叠层，其特征在于，所述零磁性层的颗粒是具有HCP晶体结构和(0001)生长方向的柱状颗粒。
7.如权利要求I的叠层，其特征在于，所述零磁性层包括Pt和Ru中的ー种或多种。
8.—种制造叠层的方法，包括 沉积晶体取向夹层； 在所述晶体取向夹层上沉积零磁性层，所述零磁性层是非磁性的或者具有小于约100emu/cc的饱和磁通密度(Bs)并且包括由非磁性隔离物间隔的颗粒；以及 在所述零磁性层上沉积磁性层，所述磁性层包括由非磁性隔离物间隔的铁磁颗粒，其中所述夹层和所述磁性层之间的晶格失配小于约4%。
9.如权利要求8的方法，其特征在于， 沉积所述零磁性层包括沉积包括由含氧化物的隔离物间隔的CoCr以及Pt和Ru中的一种或多种的颗粒；以及 沉积所述磁性层包括沉积包括由含氧化物的隔离物间隔的Co合金的颗粒，其中所述零磁性层包括比所述磁性层高的氧化物体积百分比。
10.如权利要求8的方法,其特征在于,沉积所述晶体取向夹层包括以低于约80mTorr的压强进行溅射。
全文摘要
提供一种包括零磁性层的叠层，其包括晶体取向夹层、设置在夹层上的零磁性层以及设置在零磁性层上的磁记录层。零磁性层是非磁性的或者具有小于约100emu/cc的饱和磁通密度(Bs)。零磁性层和磁性层包括由非磁性隔离物间隔开的颗粒。零磁性层在夹层和磁性层之间提供共格界面，其晶格失配小于约4％。
文档编号G11B5/851GK102682789SQ20121011612
公开日2012年9月19日 申请日期2012年2月27日 优先权日2011年2月28日
发明者A·海卢, C·C·陈, J-Y·金, K·康, S·王, T·P·诺兰, V·D·恩古耶 申请人:希捷科技有限公司