带有具有高磁饱和以及各向异性场特征的薄稳定层的记录介质的制作方法
【专利摘要】具有增强的磁稳定性的垂直记录介质(102、200、300)。根据一些实施例，多层记录结构(204,304,306,308)形成在底部衬底(202,302)上并适于在基本垂直于所述层的畴内磁性地存储磁位序列。薄的磁稳定层(206,310)被形成在多层记录衬底上以使记录结构的上部磁稳定。
【专利说明】带有具有高磁饱和以及各向异性场特征的薄稳定层的记录介质
【发明内容】
[0001]本公开的各实施例总地针对一种具有增强的磁稳定性的垂直记录介质。根据一些实施例，多层记录结构形成在底部衬底上并适于在基本垂直于所述层的畴内磁性地存储磁位序列。薄的磁稳定层被形成在多层记录衬底上以使记录结构的上部磁稳定。
[0002]各实施例的这些和其它的特征和优势可通过参照下面的详细说明章节和附图得以理解。
[0003]附图简述
[0004]图1是根据一些实施例的数据存储系统的示意图。
[0005]图2示出根据一些实施例的图1的数据存储介质。
[0006]图3示出根据其它实施例的图1的数据存储介质。
[0007]图4是在顶层具有相应的闻和低砸⑶含量的介质的闻频振幅(HFA)响应的图形描述。
[0008]图5是对于图4的介质配置的误码率(BER)和归一化误码率(BERn)的图形描述。
[0009]图6提供具有带相对低硼(B)含量以及相对低硼(B)和相对较高钼(Pt)含量的薄顶层的相应介质的磁矫顽力(He)的图形描述。
[0010]图7是图6的各介质的磁共振成像(Mrt)响应的图形描述。
[0011]图8是退磁磁场的示意图。
[0012]图9展示对于具有相对低硼(B)含量的介质的侧道擦除(STE)性能的图形描述。
[0013]图10给出具有相对低硼(B)和相对高钼(Pt)含量的介质的STE性能的相应图形描述。
【具体实施方式】
[0014]在垂直记录系统中，磁序列被写至具有磁畴的介质的记录结构，所述磁畴沿基本与介质移动的方向垂直的方向(例如沿与一个或多个“水平”记录层垂直的“垂直”方向)。
[0015]高密度垂直记录介质需要对若干磁性质的仔细控制和平衡，例如足够低以维持小簇尺寸的横向交换耦合；各向异性磁场强度(Hk)和交换的颗粒-颗粒均匀性以具有窄的切换场分布(SFD);足够高的磁各向异性以允许热稳定性并确保与高梯度记录头的兼容性；足够低的切换场强以实现通过写头的可写性。
[0016]一些垂直记录记录介质采用具有高Hk和低交换的基于氧化物的颗粒底磁层，以及在其上的连续磁层以调谐交换耦合、降低SFD并改善可写性。为了保持低噪声和均匀交换，可将诸如硼(B)的相对高含量隔离物施加在顶磁层中。尽管通常是行得通的，然而较高含量的隔离物可能引入诸如堆垛层错之类的缺陷，这类缺陷进而可能降低Hk和Ms，并可能劣化Hk均匀性和SFD。
[0017]随着记录密度继续增加，期望提供较小的颗粒结构以将位中的磁粒的数量维持在相似的值。较小的颗粒结构往往对诸如颗粒内的各向异性变化的不均匀性更敏感，并也需要更高的各向异性以维持热稳定性，由此使可写性变糟。由此，业内需要一种介质，其具有改善的位误码率(BER)、可写性和热稳定性。
[0018]因此，本文披露的各实施例一般针对一种数据记录介质，其具有连续的顶磁层，该顶磁层具有高磁饱和(Ms)和各向异性场(Hk)特征以使相邻记录层变得稳定。顶磁层可以是硬磁材料的相对薄层。层可用于提高介质的BER和热稳定性能。
[0019]根据本公开格式化的一些类型的记录介质特别适用于热辅助的磁记录(HAMR)记录介质，尽管这仅仅是示例性的并且不构成限制。在其它应用中，本文中体现的记录介质可适于非HAMR记录系统,例如ECC+CGC垂直记录介质。可使用单盘设计或多盘设计。
[0020]可从观察图1开始来理解各实施例的这些和其它特征，图1示出一示例性数据存储系统100的一些方面。系统100包括可旋转数据记录介质102和相邻数据换能器104。数据换能器104的特征在于采用热辅助的磁记录(HAMR)，尽管这仅是示例性的并且不构成限制。
[0021]一般来说，介质102和换能器104可被纳入到硬盘驱动器(HDD)或其它数据存储设备中，其中多个轴向排列的记录介质(盘)和HAMR数据换能器被用来读出和写入来自主机设备的用户数据。
[0022]在一些实施例中，数据沿数个同心磁道(未示出)被存储在介质102上，这些同心磁道是沿介质的表面106界定的。数据可以沿磁道以固定尺寸的可寻址用户数据扇区的形式被存储。流体动力特征(例如空气轴承表面108)可被设置在换能器104的朝向表面上，以允许换能器通过在介质102旋转过程中建立的大气流流体地支承在靠近介质表面106的位置。
[0023]数据换能器104被图示为包括相应的读出(R)、写入(W)和光源(L)元件110、112和114。读出元件110可采用磁阻(MR)传感器的形式。写入元件112可包括写线圈以及一个或多个渗磁铁心。光源114可采用激光二极管或其它辐射光束源的形式。
[0024]在读操作中，读出元件110工作以沿选定磁道的一部分感测被写至介质102的磁化序列。在写操作期间，光源元件114将高功率辐射“光电”投射到旋转介质102上以局部地升高介质的温度，并且写入元件112将磁通引导入介质的加热部分以写入期望的磁化序列。换能器104由致动臂116支承，该致动臂116响应于伺服控制系统(未示出)根据需要径向地将相应的元件110、112和114定位在盘表面106附近。
[0025]可以理解，图1示出的系统可容易地调整用于非HAMR应用，在这种情形下激光元件114被省去。已发现，例如，本文披露的介质的构思适用于很宽范围的非HAMR介质，例如ECC+CGC垂直记录介质。图2是可用于例如前面图1中描述的数据存储系统的示例性记录介质200的各层的示意图。可容易地采用其它介质配置。可以理解，图2本质上是功能性的并且不按比例绘出，由此图2所示的每个相应层可具有其本身的相应厚度。
[0026]底部衬底202提供对介质200的机械支持。记录结构204形成在底部衬底202上。记录结构204工作以存储来自换能器的数据，例如图1中的换能器104。记录结构204可包括数个层，包括溅射在衬底上的软磁衬层(SUL)、被配置成沿垂直方向建立易磁化轴的一个或多个间层(IL)以及一个或多个记录层(RL)。间层具有高的表面粗糙度以导致后继沉积的记录层的颗粒间距。多个记录层可被提供有下层和上层，所述下层具有相对较高的磁化、各向异性和交换耦合水平，所述上层具有较软的磁化和各向异性。记录层将具有足以得到意图的位密度的颗粒间距。可根据需要使用任何适当的记录结构配置。
[0027]薄的、硬的连续磁化层206被形成在记录结构204上。该层206——有时在本文中被称为稳定层——在一些实施例中可显著地比记录结构204的总厚度明显更薄，例如该厚度的1/10或更薄。在一些实施例中，层206可以在小于15埃(A)的数量级上，并可具有大于约600ey /cm2的磁饱和(Ms)值以及大于约15000奥斯特(Oe)的各向异性场强(Hk)。层206 —般工作以通过提供与记录层的顶部的高水平交换耦合来稳定记录层的顶部。根据要求，碳覆盖层(COC) 208可被形成在顶磁层206上以实现磨损和腐蚀保护，并且薄的润滑剂层210可被施加至COC层。
[0028]图3示出根据其它实施例的记录介质300的横截面。这些层总体上是代表性的并且不一定按比例绘出。层包括衬底302、SUL304、IL306、RL308、稳定层310、C0C312和润滑剂层314。稳定层(例如层208、310)可表现为任何适当形式。在一些实施例中，稳定层提供有低硼⑶含量和相对高的钼(Pt)含量。这些配置已被发现显著地增加Ms和Hk水平。
[0029]关于图2和图3中所示的示例性结构，衬底可以是适用于磁性记录介质的任何衬底，包括Al和玻璃。软磁衬层(SUL)可被溅射到衬底上。间层(IL)建立结晶取向基底以导致磁层内的hep (0002)的生长，其中易磁化轴垂直于薄膜平面。间层也具有高的表面粗糙度以导致后继沉积的磁层的颗粒间距。如前面提到的，为了获得最佳的记录性能，磁记录层可包括三个或更多个层(颗粒底磁层、颗粒中间层和顶部连续磁层)。覆盖层是碳层。
[0030]信噪比(SNR)可以是用于先进的垂直记录介质的重要参数。它一般期望在非常薄的膜中具有高信号。可通过增加磁层顶部处的材料的饱和磁化(Ms)并相应地增加提供信号的边缘磁场来取得较高的信号。现有技术磁记录系统一般采用包括顶磁层合金的介质，所述顶磁层合金包括Co和Cr，而其它元件经常包括Pt和B以隔离磁层中的磁粒、降低噪声、提供某一各向异性场(Hk)和各向异性能量(Ku)。
[0031]遗憾的是，Cr和B中的一些保持在磁粒中，将Ms降低至低于500emu/cc，并相应地减小磁层的信号输出。通过与保护性覆盖层相互作用，可进一步降低Ms。为了补偿，需要较厚的磁层以提供充分的信号。将Cr和B添加至磁层也总地减小磁各向异性Ku，为了热稳定性需要较厚的膜。由于Co合金层生长方向沿垂直介质中的{0002}方向，因此具有B添加的介质相比纵向介质包含更多的缺陷和堆垛层错，这使得生长高Ms和高Hk顶磁层变得非常有难度。
[0032]本公开的发明人已发现，减少连续顶磁层内的B含量能够显著增加具有相同顶磁层厚度的记录介质的高频振幅(HFA)。图4给出具有相对低的B含量和相对高的B含量的不同示例性介质的标绘图。
[0033]如图4展示的那样，HFA随着低B含量顶磁化厚度而增加，相反高含量的那个降低。相信这关联于这两个顶磁层的Ms的差异。由于这两个顶磁层内的Cr和Pt组合物是相同的，因此较低的B含量顶磁层具有较高Ms。随着顶磁层厚度增加，介质的磁矩中心更靠近头部地移动，这减小了头介质间距(HMS)。随着低B含量顶磁化厚度而增加的HFA主要起因于HMS降低和低B含量顶磁层的较高磁化。HMS的减小大体上将增加头场梯度并提高介质信噪比(SNR)和BER。
[0034]关联于垂直记录介质的另一重要参数是SFD。
[0035]已发现硼是降低记录噪声的良好间隔元素，但它往往导致例如堆垛层错的缺陷，这可能增加固有各向异性场(Hk)分布并由此得到更高的SFD。由于低B顶磁层更为交换耦合并包含更少的缺陷(例如堆垛层错)，因此具有低B含量顶磁化层的介质的SFD与具有较高B含量顶磁层相比具有低0.5% -1 %左右的SFD。
[0036]图5中绘出具有高和低B含量的两个不同顶磁层的BER和归一化BER(BERn)响应。具有较低B顶磁层的介质的BER被示为改善0.4至0.6dec左右。具有较低B顶磁层的介质的写加擦宽度(WPE)略宽，由此对具有较低B顶磁层的介质的归一化BERn改善0.2dec。
[0037]图6和图7分别不出在顶磁层内具有较低B但具有不同Pt含量的介质的Hc(磁矫顽力)和Mrt (磁共振成像)响应。两种介质具有相似的Mrt响应，这指示这两个顶磁层的高Ms性质。具有较低B和较高Pt的He在40-60A的厚度下高出约300-400奥斯特。具有较高Pt顶磁层的介质的Hn对于相同的厚度范围高出约200-300奥斯特。
[0038]较高的He和Hn关联于较低B和较高Pt顶磁层的较高Hk。具有较低B含量的顶磁合金显著地增加了 Ms ;大约3%的B含量减少可导致Ms增加大约15%以及Hk降低大约1%。
[0039]图8是退磁磁场Hdemag的示意图。写入位的稳定性基于Nd = Hk/4 π Ms的比。具有低出3% B的顶磁层的介质具有低出约17%的Hk/4 Ms比，由此侧道擦除(STE)性能将大为劣化。由此得出，为了提高STE性能，需要较高的Hk和高的MS顶磁层。
[0040]图9和图10示出在顶磁层内具有较低B但具有不同Pt含量的介质的He和Mrt响应。图8示出对仅具有较低B的介质的响应，而图9给出对于既较低B又较高Pt两者的响应。两种介质具有相似的Mrt响应，这指示这两个顶磁层的高Ms性质。具有较低B和较高Pt的介质的He对于该顶磁层(例如310)在40-60A的厚度范围内高出约300-400奥斯特，该顶磁层比底下的记录层(例如308)薄至少100倍。具有较高Pt顶磁层的介质的成核场(Hn)对于相同厚度范围高出约200-300奥斯特。较高的He和Hn是关联的较低B和较高Pt顶磁层的较高Hk。下面的表1给出对于这些相应的介质配置的参数性能测量。
[0041]
【权利要求】
1.一种垂直数据记录介质，包括: 多层记录结构，其形成在底部衬底上并适于在基本垂直于所述层的畴内磁性地存储磁位序列；以及 薄的磁稳定层，被形成在多层记录衬底上以使记录结构的上部磁稳定。
2.如权利要求1所述的介质，其特征在于，所述磁稳定层包括连续的、硬磁材料的薄层，所述薄层具有从约40至60埃的厚度。
3.如权利要求1所述的介质，其特征在于，所述磁稳定层包括小于约6%的非零硼(B)含量。
4.如权利要求3所述的介质，其特征在于，所述磁化稳定层还包括约20-25%的钼(Pt)含量。
5.如权利要求1所述的介质，其特征在于，所述磁稳定层提供大于约600600eμ /cm2的磁饱和水平以及大于约15000奥斯特(Oe)的各向异性场强(Hk)。
6.如权利要 求1所述的介质，其特征在于，所述记录结构是ECC+CGC记录结构。
7.如权利要求1所述的介质，其特征在于，所述记录结构包括软衬层、至少一个中间层以及至少一个磁记录层，其中所述磁稳定层形成在所述至少一个磁记录层的最上面一个之上。
8.如权利要求7所述的介质，其特征在于，所述磁稳定层具有小于所述至少一个磁记录层中的最上面一个的厚度的I%的厚度。
9.如权利要求1所述的介质，其特征在于，还包括形成在所述磁稳定层上的碳覆盖层。
10.一种垂直数据记录介质，包括: 多层记录结构，其适于在基本垂直于所述层的畴内磁性地存储磁位序列；以及 薄的硬磁层，其在所述多层记录衬底上以使记录结构的上部磁稳定。
11.如权利要求10所述的介质，其特征在于，所述薄的硬磁层具有小于所述记录结构的最上面记录层的I%的厚度。
12.如权利要求10所述的介质，其特征在于，所述薄的硬磁层包括小于约6%的非零硼(B)含量。
13.如权利要求12所述的介质，其特征在于，所述薄的硬磁层还包括约20-25%的钼(Pt)含量。
14.如权利要求10所述的介质，其特征在于，所述薄的硬磁层为所述介质提供大于约600600e μ /cm2的磁饱和水平以及大于约15000奥斯特(Oe)的各向异性场强(Hk)。
15.如权利要求10所述的介质，其特征在于，所述记录结构是ECC+CGC记录结构。
16.如权利要求10所述的介质，其特征在于，所述记录结构包括软衬层、至少一个中间层以及至少一个磁记录层，其中所述薄的硬磁层形成在所述至少一个磁记录层中的最上面一层之上。
17.如权利要求10所述的介质，其特征在于，还包括形成在所述薄的硬磁层上的碳覆盖层。
18.—种垂直数据记录介质，包括: 多层记录结构，其适于在基本垂直于所述层的畴内磁性地存储磁位序列；以及 使所述记录结构的上部磁稳定的装置。
19.如权利要求18所述的介质，其特征在于，所述使记录结构的上部磁稳定的装置包括在所述多层记录衬底上的薄的硬磁层，所述薄的硬磁层具有小于所述记录结构的最上面记录层的I %的厚度。
20.如权利要求19所述的介质，其特征在于，所述薄的硬磁层包括小于约6%的非零硼(B)含量和约20-25%的钼(Pt)含量，并且所述薄的硬磁层为所述介质提供大于约600600e μ /cm2 的磁饱和水平和大于约15000奥斯特(Oe)的各向异性场强(Hk)。
【文档编号】G11B5/66GK104054128SQ201280067388
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2012年12月20日 优先权日:2011年12月22日
【发明者】B·卞, W·沈, P·李, M·鲁, C·C·刘, T·诺兰 申请人:希捷科技有限公司