专利名称：磁记录介质及其制造方法以及磁存储设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁记录介质及其制造方法以及磁存储设备。更具体地，本发明涉及磁头临时或永久性接触的磁记录介质类型，例如在硬盘或软盘中使用的情况下。本发明还涉及制造磁记录介质的方法以及磁存储设备。
为了实现大容量磁存储设备，在磁记录介质记录层中的微细记录磁畴基础上，对磁记录介质的记录密度进行了改进。作为微细记录记录磁畴的方法，垂直磁记录系统引起关注。在垂直磁记录系统中，通过使用具有垂直磁化的记录层的磁记录介质在记录层中形成具有垂直磁化的磁畴来实现磁记录。在上述垂直磁记录系统中，记录层中形成微细磁畴。因此，可以增大磁记录介质的记录密度。
迄今为止，使用基于Co-Cr系统的多晶膜作为上述垂直磁记录系统中磁记录介质的记录层材料。多晶膜的结构是，具有铁磁性的富Co区和非磁性的富Cr区彼此分隔。相邻铁磁区产生的磁作用由非磁性区阻隔。因此，实现了高密度和低噪声。
为了将磁头的磁场有效地作用于垂直磁记录系统的记录层，提出了具有两层磁场的磁记录介质，其中将软磁材料的软磁层和记录信息的硬磁材料的记录层结合在一起。
为了进一步提高磁记录介质的区域记录密度，必须减小介质噪声。为此，开发反磁化微细单元(或记录位)以及开发高敏感性的记录头是有效的。特别是，为了实现反磁化的微细单元，可以减小磁性晶粒尺寸。但是，如果磁性晶粒太细小，则形成所谓的热起伏，其中磁性晶粒的磁化状态变得热不稳定。为了避免这个缺点，例如，日本公开特许公报8-30951公开一种磁记录介质，包括按此顺序层叠在非磁性基体上的软磁层、由碳组成的第一中间层、第二中间层与具有人造点阵结构的记录膜。
一种磁性层，其磁各向异性高于上述基于Co-Cr系统的多晶膜并且具有优异的抵抗热起伏的性能，作为磁记录介质的记录层被逐渐研究。这些公知的磁性层包括，例如，Co和Pd或Co和Pt交替堆积的人造点阵多层膜(也称为“交替堆积多层膜”)，利用高温热处理诸如Fe和Pt或Co和Pt合金膜得到的有序合金膜。希望人造点阵多层膜和有序合金膜对热起伏具有高抵抗性，因为这种膜具有高的磁各向异性。
但是，这种膜具有与基于Co-Cr系统的多晶膜不同的以下缺点，因为在平面内方向(平行于基体表面的方向)上具有强的磁作用。即不可能形成细小磁畴，过渡介质噪声大。对于上述日本公开特许公报8-30951中公开的磁记录介质，由碳构成的第一中间层形成在软磁层上，由Pt或Pd构成的第二中间层形成在第一中间层上，Co/Pt或Co/Pd人造点阵层形成在第二中间层上。因此，改善了人造点阵膜的晶体取向，增强了垂直磁各向异性，从而提高了矫顽力。但是，在这种磁记录介质中，记录层平面内方向上的磁交换耦合力得到增强，当线性记录密度增大时作为波动出现的转变噪声也增大。结果，在高记录密度下难以进行读写。而且，还出现以下问题，即，磁头提供的写磁场不能有效地到达软磁层，饱和记录特性减弱，因为使用了两个中间层，即第一中间层和第二中间层。
日本专利2727582公开了一种垂直磁化膜，包括堆积在底层基膜上的Co-Pt人造点阵膜，基膜由基于Fe、Co、Ni任何氧化物的复合氧化物组成或者它们的随意组合而成，作为垂直磁记录膜，具有优异的实用性能，如耐腐蚀性和耐用性，以及优异的垂直磁化性能和磁-光性能。
为了解决上述传统技术中的问题提出本发明，本发明的一个目的是提供磁记录介质及其制造方法，其中磁性层平面内方向上的磁交换耦合力低，转变噪声减小，并能在高S/N下重现信息。
本发明的另一个目的是提供具有优异热起伏抵抗性能的磁记录设备，其中甚至当以高区域记录密度记录信息时也能在高S/N下读取信息。
根据本发明第一方面的磁记录介质包括含有Pd和Pt中的一种以及Si和N的第二种子层，作为记录层的底层。磁记录介质还包括含有氧化铁或铁的氧化物的第一种子层，作为第二种子层的底层。例如，当由铂族金属和Co构成的人造点阵膜形成记录层时，上述的第一种子层和第二种子层使最佳控制人造点阵膜的晶粒取向以及晶粒的磁交换耦合力成为可能。
根据本发明者的研究，当第二种子层，例如，仅仅由Pd晶体形成时，记录层中记录磁畴的尺寸增大，并且不能形成任何微细的记录磁畴，其可能的原因如下，即如果第二种子层仅由Pd晶体形成，具有人造点阵结构的记录层，其中晶界不明显，形成在第二种子层上，并且加强了作用在记录层晶粒之间的沿平面内方向的磁交换耦合力。本发明者发现，使用Pd和Pt中的一种以及Si和N形成第二种子层，可以在记录层中形成微细磁畴，并且还可以减小噪声，其可能的原因如下。
可以认为，当第二种子层由Pd和Pt中的一种以及Si和N形成时，Pd或Pt以微晶或部分非晶的结构分散于SiN中(或SiN网状组织中)。并且，根据下面的原理，上述第二种子层中Pd或Pt分散于SiN中是容易进行的，由于含有氧化铁的第一种子层作为底层。可以认为，具有明显晶界的人造点阵膜形成在第二种子层上，因为形成在第二种子层上的具有人造点阵结构的记录层在弥散的Pd或Pt核心上生长。因此，作用在具有人造点阵结构记录层的晶粒之间的、沿平面内方向的磁交换耦合力减小，从而减小转变噪声。特别是，作为结合到Si上的结果，第二种子层中的少量N能进一步促进Pd或Pt的分散。因此，可以进一步减弱记录层平面内方向上的磁交换耦合力。这样，可以进一步减小转变噪声。
使用含有氧化铁的第一种子层作为第二种子层的底层，第二种子层中Pd或Pt分散于SiN中更容易进行，其原因将在下面解释。
根据本发明者的知识，Pd或Pt是形成第二种子层元素中的金属元素，相对于形成第一种子层的氧化铁具有差的润湿性。据此，可以认为当含有Pd或Pt的第二种子层形成在含有氧化铁的第一种子层上时，与氧化铁的润湿性差的Pd或Pt在表面张力作用下以更加弥散的方式形成在氧化铁层上。因此，可以认为进一步促进了以微晶或部分非晶结构存在的Pd或Pt在SiN(或SiN网状组织)中的分散。如上所述，当含有Pd和Pt中的一种以及Si和N的第二种子层形成在含有氧化铁的第一种子层上，并且记录层形成在第二种子层上时，根据上述原理，在记录层中形成非常微细晶粒的聚集体。在由微细晶粒聚集体构成的记录层内可以形成微细磁畴。并且，磁化转变区也非常明显。因此与传统技术相比，可以减小噪声。
在根据本发明第一方面的磁记录介质中，第二种子层中的Si和N的优选含量如下，即Si含量优选地为10-35％(原子百分数)，更优选地是20-30％(原子百分数)。N含量优选地为0.1-5％(原子百分数)，更优选地是0.5-5％(原子百分数)。当第二种子层中的Si和N的含量控制在上述范围内时，可以优化记录层的晶体取向以及平面内方向上的磁交换耦合力。因此，可以可靠地在记录层中形成微细的记录磁畴，并且磁化转变区也明显。这样，可以减小噪声。也就是，可以实现噪声的降低和分辨率的提高。第二种子层还可以包含少量的Co。在这种情况下，优选的Co含量为1-10％(原子百分数)，同时第二种子层中的Si和N的含量满足上述范围。优选地，第二种子层具有微晶组织结构或者是微晶组织内部分存在有非晶态物质的一种结构。
在根据本发明第一方面的磁记录介质中，优选地，第一种子层除了氧化铁之外还含有以金属态存在的铁(以下称为金属铁)。具有上述种子层的磁记录介质可以进一步减小介质噪声。下面解释其原因。
除了氧化铁外还含有金属铁的第一种子层，被认为是处于非常微细的铁颗粒分散于氧化铁中的状态下。如上所述，氧化铁与Pd或Pt之间的润湿性差，例如，对于形成第二种子层。另一方面，金属铁与Pd或Pt之间的润湿性好。据此，当Pd或Pt在第一种子层上累积时，其中第一种子层中金属铁颗粒分散于氧化铁中，Pd或Pt选择性地吸附在金属铁上。在这种情况下，第一种子层中的金属铁非常细小。因此，与上述Pd或Pt形成在由氧化铁构成的种子层上相比，吸附在金属铁上的Pd或Pt更加微细。并且，与Pd或Pt润湿性差的氧化铁存在于金属铁周围，从而累积在第一种子层上的Pd或Pt在二维即在平面内方向上的散播受到限制。Pd或Pt在预定的空间距离单个分散，同时保持微细状态。因此可以认为，第二种子层SiN(或SiN网状组织)中的Pd或Pt以非常微细的状态以弥散的方式存在。当记录层形成在上述第二种子层上时，记录层的磁性晶粒在微细分散的Pd或Pt单元上生长。因此，得到由微细的磁性晶粒形成的记录层。这样，记录层中形成的磁畴也是微细的。从而可以进一步减小噪声。
在本发明中，优选地，原子数量间的比例FeMet/FeOxi满足关系0.02＜FeMet/FeOxi＜0.2，其中FeMet表示在第一种子层中以金属状态存在的铁原子数，FeOxi表示以氧化物存在的铁原子数。当原子数的比例大于0.02时，可以在记录层中以高密度记录信息，并可以在高S/N下读取信息。但是，如果原子数的比例超过0.2，则种子层中存在过量的金属铁，对铂族元素吸附的选择性消失，从而不可能在记录层中形成微细的磁性晶粒。
在根据本发明第一方面的磁记录介质中，优选地，包含氧化铁的第一种子层所具有的氧化铁数量总体上不低于80％(体积百分数)。
在根据本发明第一方面的磁记录介质中，希望第一和第二种子层的膜厚都在1到30nm的范围内。如果第一和第二种子层的膜厚小于1nm，则不可能控制种子层上具有人造点阵结构的记录层的晶体取向。如果第一和第二种子层的膜厚大于30nm，软磁层与记录磁头磁极之间的距离增大，记录磁场不足以从记录磁头作用到记录层上。并且，记录磁头的磁场作用在记录层上时磁场变宽，导致分辨率下降以及磁化转变区干扰增大，引起任何基于不稳定性的噪声。
根据本发明的第二方面，提供一种磁记录介质，包括基体；软磁层；含有Pd和Pt中的一种以及Si和N的种子层；以及记录层。
本发明的磁记录介质包括含有Pd和Pt中的一种以及Si和N的种子层，作为记录层的底层。这种种子层具有与本发明第一方面中第二种子层相同的功能。因此，可以最佳控制晶粒之间的磁交换耦合力与种子层上形成的人造点阵结构的晶体取向。
也就是，可以认为当种子层由Pd和Pt中的一种以及Si和N形成时，Pd或Pt以微晶或部分非晶结构分散存在于SiN(或SiN网状组织)中。并且，可以认为形成了具有明显晶界的人造点阵膜，因为记录层具有生长在种子层上的人造点阵结构，并在弥散的Pd或Pt核心上生长。因此，减小了作用在平面内方向上的磁交换耦合力，此力作用在人造点阵结构记录层的晶粒之间。特别是，种子层中的少量N结合在Si上，这样可以进一步便于Pd或Pt的分散。因此，可以进一步减弱记录层平面内方向上的磁交换耦合力。相应地，可以进一步减小转变噪声。
在根据本发明第二方面的磁记录介质中，种子层中的Si和N的含量优选如下，即Si含量优选地为10-35％(原子百分数)，更优选地是20-30％(原子百分数)。N含量优选地为0.1-5％(原子百分数)，更优选地是0.5-5％(原子百分数)。当种子层中的Si和N的含量控制在上述范围内时，可以优化记录层的晶体取向以及平面内方向上的磁交换耦合力。因此，可以可靠地在记录层中形成微细的记录磁畴，并且磁化转变区也明显。这样，可以减小噪声。也就是，可以实现噪声的降低和分辨率的提高。种子层还可以包含少量的Co。在这种情况下，优选的Co含量为1-10％(原子百分数)，同时种子层中的Si和N的含量满足上述范围。优选地，种子层具有微晶组织结构或者是微晶组织内部分存在有非晶态的一种结构。
在根据本发明第二方面的磁记录介质中，希望种子层的膜厚在1到30nm的范围内。如果种子层的膜厚小于1nm，则不可能控制其上具有人造点阵结构的记录层的晶体取向。如果种子层的膜厚大于30nm，软磁层与记录磁头磁极之间的距离增大，记录磁场不足以从记录磁头作用到记录层上。并且，记录磁头的磁场作用在记录层上时磁场变宽，导致分辨率下降以及磁化转变区干扰增大，引起任何基于不稳定性的噪声。
在根据本发明第一和第二方面的磁记录介质中，记录层可以是具有人造点阵结构的记录层。优选地，具有这种人造点阵结构的记录层主要包括铂族金属和Co，优选的是交替堆积多层膜，其中铂族元素和Co交替堆积，厚度基本为几个原子厚，甚至基本是单原子厚度。例如，铂族元素中可以使用Pd和Pt中的至少一种。上述交替堆积多层膜能在室温或较低的基体温度下形成薄膜。并且，交替堆积多层膜具有高的磁各向异性，因此它是最优选的用于高密度记录的记录层。
在此说明书中，术语“人造点阵结构”的意思是指多种不同物质以单原子厚度或者几个原子厚度沿某个方向周期性地相互堆积而获得的结构。具有上述人造点阵结构的薄膜也被称为“人造点阵膜”或“交替堆积多层膜”。
人造点阵结构的记录层优选的是Co/Pd人造点阵膜，它是通过交替堆积膜厚在0.05nm到0.5nm范围内选择的Co层以及膜厚在0.5到2nm范围内选择的Pd层形成的；或者是Co/Pt人造点阵膜，它是通过交替堆积膜厚在0.05nm到0.5nm范围内选择的Co层以及膜厚在0.1到2nm范围内选择的Pd层形成的。在具有上述结构的人造点阵膜中极易体现出垂直磁各向异性。
在根据本发明第一和第二方面的磁记录介质中，当记录层由上述的Co/Pd人造点阵膜或Co/Pt人造点阵膜形成时，在Pd层或Pt层中可以含有添加元素。当添加元素包含在上述Pd层或Pt层中时出现成分起伏。这样，可以减小记录层平面内方向上的磁交换耦合力。添加元素优选的是Si、Al、Zr、Ti、或B，特别优选的是B。与添加元素加入Co层的情况相比，添加元素加入Pd层或Pt层时磁性能减弱较小。
优选的，Co/Pd人造点阵膜或Co/Pt人造点阵膜中的Co在平面内方向上不连续地分布。“人造点阵膜中的Co在平面内方向上不连续地分布”在这里的意思是指提供以下的结构，即，当观察人造点阵膜的剖面结构时，观察到的Co层剖面基本是分层的，而当观察平面结构时，由Co构成的区域像孤岛一样分散在平面中。换言之，人造点阵膜中的Co层未形成连续膜，而是像孤岛一样分散着的若干含Co区域。在人造点阵膜中不连续分散的Co部分削弱了磁交换耦合力。因此，可以减小记录层平面内方向上的磁交换耦合力。
例如由柱状(圆柱形)晶粒聚集体可以形成具有人造点阵结构的记录层。垂直于柱状晶粒旋转轴的截面上的直径可以在2nm到15nm的范围内。晶粒表面上最高处与最低处(晶粒晶界的高度位置)之差可以在1nm到10nm的范围内。在具有上述结构的记录层中，平面内方向上的磁交换耦合力减小。甚至在记录层中形成微细记录磁畴时，磁畴也以稳定状态存在。并且，磁化转变区的线性度也高。因此，可以进一步减小读取时的噪声。
在根据本发明第一和第二方面的磁记录介质中，可以使用例如能交替形成膜的溅射设备来形成人造点阵结构的记录层。例如，记录层的形成过程如下，即，由不同材料构成的两个或多个靶材是并列的，基体载体相对各个靶材交替地相对移动。另外，记录层也可按如下过程形成，即至少两种不同直径的环形靶材同轴地排列在相同的平面上。基体排列在与靶材相对的位置上。通过交替地对环形靶材放电形成膜。
考虑到磁性能，具有人造点阵结构的记录膜的膜厚优选为5nm到60nm。优选的是，在垂直基体表面方向上测量记录层的矫顽力为1.5kOe到10kOe(千奥斯特)。优选的是，记录层的膜厚t与剩磁Mr的乘积Mr·t在0.3-1.0memu/cm2范围内。如果矫顽力小于1.5kOe，则读取以高密度(不低于600kFCI)记录的信息时得到的输出小。而且，磁各向异性能量减小，易于出现热起伏。如果Mr·t大于1.0memu/cm2，则分辨率降低。如果Mr·t小于0.3memu/cm2，则输出极小。因此，当在不低于150千兆位/平方英寸下进行高密度记录时，难以得到足够的读写性能。
根据本发明的第三方面，提供一种磁记录介质，包括软磁层；由硬磁材料形成并表现出垂直磁化的记录层；以及位于软磁层与记录层之间并含有铁的氧化物的种子层。
根据本发明第三方面的磁记录介质包括记录层和种子层，其中记录层是由硬磁材料形成的，表现出垂直磁化以便在上面记录信息；种子层含有氧化铁，位于记录层和由软磁材料形成的软磁层之间。构成记录层的磁性晶粒的核心可以在种子层的表面上以预定的间距生长。优选的是，记录层含有铂族元素。特别优选的是，记录层是通过交替堆积铂族元素和Co元素形成的交替堆积多层膜。可通过形成含有氧化铁的种子层作为记录层的底层来形成由微细磁性晶粒聚集体构成的记录层。下面解释其中的原因。
包含在种子层中的氧化铁与构成记录层的铂族元素如Pt和Pd之间的润湿性差，基于此，当在上述种子层上累积Pt或Pd时，例如，通过溅射方法累积，在表面张力作用下Pt或Pd形成并同时在平面内方向上微细地分散。如上所述，在种子层上以微细分散状态存在的Pt或Pd作为记录层磁性晶粒生长的核心。因此，当Co和Pt或Pd在上面交替累积时，磁性晶粒以孤立状态从各个核心上生长。如上所述生长的磁性晶粒利用微细分散的核心为单元，因此在种子层上获得非常微细的磁性晶粒。记录层就是由这些微细磁性晶粒聚集形成。因此，可以形成微细的记录磁畴，也减小了记录层磁性晶粒之间的磁交互作用。并且，记录磁畴间的边界部分明显，从而可以减小噪声。
在根据本发明第三方面的磁记录介质中，优选的是种子层中除了氧化铁之外还含有以金属形式存在的铁(金属铁)。具有上述种子层的磁记录介质可以进一步减小介质噪声。下面解释其中的原因。
可以认为，同时含有金属铁和氧化铁的种子层处于这种状态下，其中非常微细的金属铁颗粒分散在氧化铁中。如上所述，氧化铁与构成记录层的铂族元素如Pd或Pt之间的润湿性差。另一方面，金属铁与Pd或Pt之间的润湿性好。基于此，当Pd或Pt在种子层上累积时，其中种子层的金属铁颗粒以弥散的状态存在于氧化铁中，Pd或Pt选择性地吸附在金属铁上。而此时，种子层中的金属铁非常微细，从而与上述Pd或Pt形成在氧化铁构成的种子层上相比，吸附在金属铁上的Pd或Pt更加微细。并且，与Pd或Pt润湿性差的氧化铁存在于金属铁的周围，从而在种子层上累积的Pd或Pt在二维即平面内方向上的散播受到限制。Pd或Pt按预定的间隔距离单个分散，同时保持微细状态。如上所述，非常微细分散的Pd或Pt作为记录层磁性晶粒生长的核心，从而当Co和Pd或Pt在上面交替累积时，记录层的磁性晶粒从微细核心上生长。也就是，当含有氧化铁和金属铁的种子层作为记录层的底层时，种子层中的金属铁起到记录层中极细磁性晶粒生长核心的作用。并且，磁性晶粒利用微细核心作为单元进行生长，从而得到由微细磁性晶粒形成的记录层。因此，在记录层内形成的磁畴也是微细的，从而可以进一步减小噪声。
在根据本发明第三方面的磁记录介质中，优选的是，原子数量间的比例FeMet/FeOxi满足关系0.02＜FeMet/FeOxi＜0.2，其中FeMet表示在种子层中以金属存在的铁原子数，FeOxi表示以氧化物存在的铁原子数。如同下面的实施例所表示的，当原子数比例大于0.02时，可以在记录层中以高密度记录信息，并可以在高S/N下读取信息。但是，如果原子数的比例超过0.2，则种子层中存在过量的金属铁，对铂族元素吸附的选择性消失，从而不可能在记录层中形成微细的磁性晶粒。
在根据本发明第三方面的磁记录介质中，优选地，包含氧化铁的种子层所具有的氧化铁数量总体上不低于80％(体积百分数)。当通过下面所述的高温氧化软磁层形成种子层时，除了氧化铁或金属铁之外，杂质的含量可以为10％(原子百分数)左右。
在根据本发明第三方面的磁记录介质中，优选地，种子层的膜厚不超过30nm，从而不会造成由磁性间隔引起的记录效率降低。
在根据本发明第三方面的磁记录介质中，由硬磁材料形成的记录层可以是沿垂直于膜表面方向具有磁化作用的垂直磁化膜。除了第一和第二方面中使用的人造点阵多层膜(交替堆积多层膜)以外，上述记录层可以使用有序合金膜。硬磁材料优选的是基本由铂族元素和Co组成的材料。铂族元素中优选的是Pt和Pd中的至少一种元素。优选的是，使用交替堆积铂族元素和Co所得到的交替堆积多层膜来形成记录层。在制造率方面，交替堆积多层膜和有序合金膜是优异的，因为它们可以在室温或相对较低的温度下形成膜。并且，交替堆积多层膜和有序合金膜具有优异的热起伏抵抗性能，因为它们具有高的磁各向异性。因此，交替堆积多层膜和有序合金膜用作高密度记录的记录层是极佳的。
在根据本发明第一到第三方面的磁记录介质中，考虑到磁头的磁场有效作用在记录层上，软磁层优选地由软磁膜形成，该软磁膜具有从Ta、Nb和Zr中选出的至少一种元素的氮化物或碳化物均匀分散在Fe中而形成的微晶组织。除了上述材料外，例如，可以使用非晶合金，它基本由Co-Zr组成并且含有从Ta、Nb和Ti中选出的至少一种元素。上述软磁膜适于高密度记录，因为该膜具有不低于1.5T的大饱和磁力线密度。这些可用的特定材料包括，例如，具有高导磁率的NiFe、CoTaZr、CoNbZr和FeTaC。例如可以在厚度不超过1000nm的膜上使用溅射方法和气相沉积法，来形成包括这种材料的磁性层。
在根据本发明第二方面的磁记录介质中，优选的是，软磁层的表面是平的。优选的是，软磁层表面的粗糙度Ra为0.20nm到0.40nm。当使用具有上述平坦表面的软磁层时，记录层磁性晶粒之间的边界即晶界非常明显，如下面的实施例所示。这样，更容易达到记录层磁性晶粒的隔离。上述记录层磁性晶粒通过晶界实现彼此间的磁隔离。因此，减小了平面内方向上的磁交换耦合力，从而可以在记录层中形成微细磁畴，并提高磁化转变区的线性度。由于软磁层平坦表面形成明显的记录层晶界这一事实可以认为是基于以下原理。
可以认为，当种子层在软磁层上以膜的形式形成时，如果软磁层表面上存在任何的不规则，则溅射颗粒被这些不规则捕获。基于此原因，可以认为，初始生长层在软磁层上形成，其中，构成种子层的晶粒生长时彼此没有分开足够的间距。相反，当软磁层表面平整时，到达软磁层表面的溅射颗粒沿平面内方向充分地分散。从而在形成膜的初始生长层中，形成种子层的晶粒以彼此充分分离的状态生长。在分离足够间距的初始生长层基础上形成的种子层如下所述，即在SiN(或SiN网状组织)中以微晶或部分非晶结构存在的Pd或Pt也彼此分离足够的间距，进一步实现了分散。可以认为，在事先形成Pd或Pt分散的种子层上形成记录层的薄膜时，在记录层中获得非常明显的晶界。为了获得软磁层的平坦表面，例如，在形成软磁层的薄膜后可以对表面进行干刻蚀。
在根据本发明第一到第三方面的磁记录介质中，可用作基体的材料包括例如非磁性基体，如铝镁合金基体、玻璃基体和石墨基体。铝镁合金基体表面可以进行镍磷镀。在旋转基体的同时，在基体上使用金刚石研磨颗粒或抛光带，可以将基体表面处理平整。从而当磁头越过磁记录介质时，可以提高磁头的运行性能。对于基体表面的中心线粗糙度Ra，优选的是，基体上形成的保护膜的中心线粗糙度不超过1nm。对于玻璃基体，可以使用强酸之类的化学试剂化学腐蚀其表面，使表面平整。并且，任何细小的突出结构，例如，不超过1nm的突出可以化学地形成在表面上。从而当使用负压滑动时可以实现稳定的低浮动量。
在磁记录介质的基体上可以形成粘结层，例如Ti，用以在形成软磁层薄膜之前提高紧密接触性。
根据本发明第一到第三方面的每种磁记录介质可以包括在记录层上形成的保护层。优选的可用作保护层的包括，例如，非晶碳、含硅的非晶碳、含氮的非晶碳、含硼的非晶碳、氧化硅、氧化锆和立方氮化硼中的任何一种。形成这种非晶碳保护膜的方法包括，例如，方法之一，通过在惰性气体或惰性气体与诸如甲烷的碳氢化合物气体的混合气体中溅射石墨靶材，从而形成薄膜；方法之二，通过使用单独的有机化合物，如碳氢化合物气体、乙醇、丙酮和金刚烷，或者与诸如氢气或惰性气体组成的混合气体，进行等离子CVD，从而形成薄膜；方法之三，通过施加电压，将有机化合物离子化，使其加速与基体碰撞，从而形成薄膜。并且，保护膜的形成可以利用烧蚀法，其中用透镜聚焦高输出的激光束使其照射到靶材上，如石墨靶材。
为了获得好的滑动性能，在保护膜上可以使用润滑剂。全氟聚醚基高分子量润滑剂具有碳、氟和氧三种元素构成的主链结构，可以用作润滑剂。另外，氟代烷基化合物也可用作润滑剂。也可以使用其它有机润滑剂和无机润滑剂，只要它们能提供稳定的滑动和耐久性。
溶液应用法一般作为形成润滑剂的方法。为了避免全球变暖或者简化制造过程，可以按照不使用溶剂的光-CVD法形成润滑膜。光-CVD法是利用紫外线照射由烯烃氟化物和氧气组成的气态物质来实现的。
润滑剂的平均膜厚适宜为0.5nm到3nm。如果膜厚小于0.5nm，则润滑性能下降。如果膜厚超过3nm，则表面张力增大，磁头与磁盘间的静摩擦力(粘附)增大，这是不希望的。如上所述形成润滑膜后，在氮气或氩气中在约100℃下加热1到2小时。这样，任何剩下的溶剂和低分子量成分将被蒸发，从而提高润滑膜与保护膜间的紧密接触性。除了上述后处理方法外，还可以使用的方法有，例如，在形成润滑膜后用紫外线灯发出的紫外线在短时间内照射。按照这个方法也可以得到相同或等同的效果。
根据本发明的第四方面，提供一种制造磁记录介质的方法，包括制备基体；在基体上形成软磁层；在软磁层上形成含有铁的氧化物的第一种子层；在第一种子层上形成含有Pd和Pt的一种以及Si和N的第二种子层；以及在第二种子层上形成记录层。
在根据本发明第四方面的制造方法中，例如通过使用含有氧气的溅射气体反应溅射主要含铁的靶材形成第一种子层。根据上述方法形成的第一种子层含有氧化铁或铁的氧化物。根据上述制造方法，可以制造根据本发明第一方面的磁记录介质。
在根据本发明第四方面的制造方法中，为了在第一种子层上形成含有Pd和Pt的一种以及Si和N的第二种子层，例如可以使用Pd靶和SiN靶两种靶材进行溅射。
在本发明的第四制造方法中，例如，可以在第二种子层上形成由铂族元素和Co元素构成的人造点阵膜以作为具有人造点阵结构的记录层，溅射时使用铂族元素形成的靶和Co形成的靶来进行溅射，同时交替地打开/关闭靶材的隔板门。
在根据本发明第四方面的制造方法中，通过控制溅射气体中的氧气流量，可以形成含有金属铁和氧化铁的种子层。当含有金属铁和氧化铁的种子层用作上述记录层的底层时，可以在记录层中形成微细磁性晶粒聚集体。因此，具有上述种子层的磁记录介质可以进一步减小介质噪声。
根据本发明的第五方面，提供一种制造磁记录介质的方法，包括制备基体；在基体上形成软磁层；在软磁层上形成含有Pd和Pt的一种以及Si和N的种子层；以及在种子层上形成记录层。
根据上述制造方法，可以制造根据本发明第二方面的磁记录介质。
在根据本发明第五方面的制造方法中，优选的是，在基体上形成软磁层后，软磁层的表面受到刻蚀处理，例如，采用等离子刻蚀。因此，可以得到具有平坦表面的软磁层。当含有Pd和Pt的一种以及Si和N的种子层在平坦表面的软磁层上形成，并且记录层在上述种子层上形成时，记录层中的晶界非常明显，形成了孤立的晶粒。在根据本发明制造方法制造的磁记录介质中，进一步减小了记录层平面内方向上的磁交换耦合力。因此，磁化转变区的线性度提高，并可以降低噪声。
根据本发明的第六方面，提供一种制造磁记录介质的方法，包括制备基体；在基体上形成软磁层；在软磁层上形成含有铁的氧化物的种子层；以及在种子层上形成记录层。
在根据本发明第六方面的制造方法中，例如，通过使用含有氧气的溅射气体反应溅射主要含铁的靶材来形成种子层的。根据上述方法形成的种子层含有氧化铁。根据上述制造方法，可以制造根据本发明第三方面的磁记录介质。
在根据本发明第六方面的制造方法中，通过控制溅射气体中的氧气流量形成含有金属铁和氧化铁的种子层。当含有金属铁和氧化铁的种子层用作上述记录层的底层时，可以在记录层中形成微细磁性晶粒聚集体。因此，具有上述种子层的磁记录介质可以进一步减小介质噪声。当如上所述通过控制氧气流量在种子层中形成金属铁时，希望在形成种子层以及在种子层上形成记录层之间的过程中对种子层的表面进行溅射刻蚀。下面解释其中的原因。
在使用含有氧气的溅射气体反应溅射而形成种子层后，膜形成室中仍存在氧气。完全去除氧气需要一段时间，因此在这段时间内由于氧气残存在室中，从而在种子层的金属铁表面形成薄的氧化膜。例如，当含有铂族元素的记录层在种子层上形成时，这种薄的氧化膜阻止记录层中的铂族元素吸附到金属铁上。因此，会降低铂族元素的吸附选择性。从而如上所述，在形成种子层薄膜后，通过溅射刻蚀种子层表面以去除形成在金属铁表面的氧化膜。这样，形成记录层的铂族元素如Pd和Pt能可靠地吸附在种子层表面的金属铁上。因此，可以在记录层中形成微细的磁性晶粒。优选地适于在溅射刻蚀中使用的气体包括惰性气体，如Ar、Kr、Xe，以及上述惰性气体与氢气的混合气体。
在根据本发明第六方面的制造方法中，例如，当含铁的软磁层用作软磁层时，也可以在形成含铁的软磁层后，通过高温氧化软磁层表面形成含氧化铁的种子层。
在根据本发明第四到第六方面的制造方法中，可以用于形成软磁层、第一种子层、第二种子层和记录层的方法包括，例如，真空气相沉积法、MBE法、溅射法、离子束法、分子层处延生长法以及等离子CVD。可用作溅射的方法包括，例如，公知的溅射法如ECR溅射法、DC溅射法和RF溅射法。
根据本发明的第七方面，提供一种磁存储设备，包括根据第一到第三方面任一项的磁记录介质；用于读写信息的磁头；以及相对磁头驱动磁记录介质的驱动单元。
本发明的磁存储设备具有根据本发明第一到第三方面任一项的磁记录介质。因此，即使以高的区域记录密度记录信息时，也可以在高S/N下读取信息。并且，磁存储设备具有优异的热起伏抵抗性。
在本发明的磁存储设备中，磁头可以包括将信息记录在磁记录介质上的写磁头，以及将记录在磁记录介质上的信息读出的读磁头。优选的是，写磁头的缝隙长度为0.2μm到0.02μm。如果缝隙长度超过0.2μm，则在不低于400kFCI的高线性记录密度下难以进行记录。缝隙长度小于0.02μm的写磁头是难以制造的。当存在这种写磁头时，设备由于静电感应而易于损坏。
读磁头可以使用磁阻效应元件制造。优选的是，读磁头的读屏蔽间隔为0.2μm到0.02μm。读屏蔽间隔与读分辨率直接相关。读屏蔽间隔越短，分辨率越高。优选的，根据例如元件稳定性、可靠性、电阻性能和输出，在上述范围内适当地选择读屏蔽间隔的下限值。
在本发明的磁存储设备中，驱动单元具有旋转和驱动磁记录介质的轴。优选的是，轴的转速为每分钟3000转到每分钟20000转。如果转速低于每分钟3000转，则数据传送速度低，这是不希望的。如果轴的转速超过每分钟20000转，轴产生的噪声和热量增大，这是不希望的。考虑上述的转速，磁记录介质和磁头的最佳相对速度为2m/秒到30m/秒。
首先，制备直径65mm的玻璃基体1。利用连续溅射设备在玻璃基体1上形成厚度为5nm的Ti膜作为粘结层2。
接着，在粘结层2上形成厚度为400nm的Fe79Ta9C12膜作为软磁层3。所形成的Fe79Ta9C12膜在真空中在450℃下用碳加热器加热30秒，接着将膜逐渐冷却。这样，形成含有铁微晶的软磁层3。
接着，将基体1送入交替溅射设备室中，以便在软磁层3上形成种子层4的薄膜。当种子层4的薄膜形成时，向室中通入氩气，同时Pd靶受到DC溅射，SiN靶受到RF溅射。这样，种子层4由73％(原子百分数)Pd，26％(原子百分数)Si和1％(原子百分数)N组成，在软磁层3上形成厚4nm的薄膜。
接着，在种子层4上形成具有人造点阵结构的记录层5的薄膜。当形成记录层5时，进行DC溅射，同时在氩气中交替打开/关闭Co靶和Pd靶的闸门，形成具有人造点阵结构的记录层5，其中Co层和Pd层交替堆积。每层Co层的膜厚为0.12nm，每层Pd层的膜厚为0.85nm。Co层和Pd层的堆积数量分别是26层。
接着，通过等离子CVD法在记录层5上形成由非晶碳构成的膜厚为3nm的保护层6。形成保护层6后，从膜形成设备中取出基体。最后，在保护层6上形成1nm厚的全氟聚醚基润滑剂作为润滑层7。
这样制成
图1所示的堆积结构的磁记录介质100。
可以在线性记录密度为1000kBPI和磁道密度150kTPI的条件下驱动上述磁存储设备200以记录信息，同时保持磁隙(磁头10主磁极表面与磁记录介质100记录层表面之间的距离)为13nm。读出记录的信息用以评价读写性能。结果，得到总S/N为24.5dB。在区域记录密度为150千兆位/平方英寸的记录密度下可成功地进行读写。接着进行下面的磁头搜索测试。磁头在磁记录介质上从内圆周到外圆周搜索10万次。上述磁头搜索测试之后检测磁记录介质的位错误。成功地达到30万小时的平均失败间隔。用以下的式子确定S/NS/N＝20log(S0-p/Nrms)式中，S0-p表示读信号幅度零点到峰值(零到峰)的一半数值，Nrms表示频谱分析仪噪声测量幅度的二次方平均值。对比实施例1除膜厚为5nm的Pd层作为种子层之外，按照与实施例1相同的方式制造磁记录介质。对比实施例2除膜厚为5nm的Pt层作为种子层之外，按照与实施例3相同的方式制造磁记录介质。对比实施例3对比实施例1的磁记录介质应用于实施例4中的磁存储设备200上，用以评价读写性能。评价读写性能的条件是磁隙为13nm，线性记录密度为1000kBPI，磁道密度为150kTPI。结果，总S/N为18.5dB，不可能进行充分的读写。而且，在区域记录密度为50千兆位/平方英寸的记录密度下进行记录。此后，进行磁头搜索测试。磁头在磁记录介质上从内圆周到外圆周搜索10万次。上述磁头搜索测试之后检测磁记录介质的位错误。结果，位错误数量不到150位/表面，达到19万小时的平均失败间隔。
测量电磁转换性能接着，使用旋转台读写试验(重放试验)机测量实施例1到3以及对比实施例1和2的磁记录介质的电磁转换性能。使用单磁极型写元件和GMR读元件的复合型磁头作为读写试验机的磁头。单磁极型写元件的主极(主磁极)的有效写磁道宽度为10nm，Bs为2.1T。GMR元件的有效磁道宽度为97nm，屏蔽间隔为45nm。当进行读写试验(重放试验)时，磁头单磁极型写元件的主磁极表面与磁记录介质记录层表面之间的间隔距离是13nm。电磁转换性能的测量结果示于图4中。在图4中，S/Nd表示500kFCI的S/N，Re表示输出分辨率除以孤波输出。热退磁比表示读出信号幅度随着以线性记录密度100kFCI读取记录信号的时间变化的比例。从图4中可以看出，得到好的S/N以及高的分辨率，即实施例1到3制造的磁记录介质都不低于18％。相反，对比实施例的磁记录介质的分辨率都小于10％。据此可以认为，甚至在高区也减小了转变噪声，实施例1到3的磁记录介质的高分辨率和高S/N是令人满意的。
记录层的断面结构观察接着，使用高分辨透射电镜观察实施例1到3磁记录介质的记录层断面结构。图2示意性地表示具有人造点阵结构的记录层5的断面结构观察结果。如图2所示，记录层5由晶粒31构成，每个晶粒31具有柱状结构，其上表面是半球形的。垂直于柱状晶粒旋转轴的截面直径d为8nm，晶粒表面半球部分最高处A与最低处B的高度差h为2nm。可以认为，因为记录层5由上述的柱状晶粒构成，平面内方向上的磁耦合力减小，微细记录位稳定，磁化转变区线性度提高。
从图4所示的24℃热衰减比结果可以看出，实施例1到3的磁记录介质都没有观察到热衰减。相反，对比实施例1到2的磁记录介质中都观察到由明显的热起伏造成的衰减。这一结果表明以下事实，即实施例1到3的磁记录介质记录层的磁化转变区明显，线性度高。相反，对比实施例1和2的磁记录介质，其磁化转变区无序，介质趋于经历任何的热起伏。以在磁道上的方式在1000kBPI下测量了错误率。结果，实施例1到3的磁记录介质的错误率都不超过1×10-5。相反，对比实施例1和2的磁记录介质的错误率都不低于1×10-4。
表1
从上面的表1可以看出，样品1到7的磁记录介质得到了非常优异的S/Nd，即不低于14.6％。分辨率也高，即不低于19％。也就是，实现了高S/N以及高分辨率。样品1到7的磁记录介质没有观察到热衰减，可以认为热稳定性高。另一方面，样品8和9的磁记录介质的S/Nd和分辨率都低。而且，观察到热衰减。根据上述结果可以认为，当磁记录介质的PdSiN种子层的成分满足50-80％(原子百分数)Pd、10-35％(原子百分数)Si和0.1-10％(原子百分数)N时，得到了相当高的S/N和相当高的分辨率，并且热稳定性优异。
表2
从表2可以看出，样品10到16的磁记录介质得到了非常优异的S/Nd，即不低于14.6％。分辨率也高，即不低于19％。也就是，实现了高S/N以及高分辨率。样品10到16的磁记录介质没有观察到热衰减，可以认为热稳定性高。另一方面，样品17和18的磁记录介质的S/Nd和分辨率都低。而且，观察到热衰减。根据上述结果可以认为，当磁记录介质的PdSiN种子层的成分满足50-80％(原子百分数)Pt、10-35％(原子百分数)Si和0.1-10％(原子百分数)N时，得到了相当高的S/N和相当高的分辨率，并且热稳定性优异。
首先，制造直径65mm的玻璃基体1。在玻璃基体1上形成膜厚为400nm的Fe79Ta9C12膜作为软磁层53。为了提高所形成的Fe79Ta9C12膜的饱和磁化，将膜在真空中在400℃下用碳加热器加热30秒，接着将膜逐渐冷却。经过上述热处理后，软磁层53的表面受到等离子刻蚀处理。用500W功率在压力为0.9Pa的氩气中进行120秒等离子刻蚀处理。
接着，将基体1送入交替溅射设备的室中，在软磁层53上形成种子层54的薄膜。当种子层54薄膜形成时，向室中通入氩气，同时Pd靶受到DC溅射，SiN靶受到RF溅射。这样，种子层54由70％(原子百分数)Pd，20％(原子百分数)Si和10％(原子百分数)N组成，在软磁层53上形成厚3nm的种子层54薄膜。
接着，在种子层54上形成具有人造点阵结构的记录层55的薄膜。当形成记录层55时，进行DC溅射，同时在氩气中交替打开/关闭Co靶和Pd靶的闸门，形成具有人造点阵结构的记录层55，其中Co层和Pd层交替堆积。每层Co层的膜厚为0.2nm，每层Pd层的膜厚为0.8nm。Co层和Pd层的堆积数量分别是26层。
接着，通过等离子CVD法在记录层55上形成由非晶碳构成的膜厚为3nm的保护层56。形成保护层56后，从膜形成设备中取出基体。最后，在保护层56上形成1nm厚的全氟聚醚基润滑剂作为润滑层57。
这样制成图5所示的堆积结构的磁记录介质500。另一方面，为了研究等离子刻蚀软磁层表面产生的效果，按与上述方式相同的方式制造磁记录介质，但软磁层表面没有受到等离子刻蚀。
对于软磁层表面受到刻蚀处理的磁记录介质以及软磁层表面未受到刻蚀处理的磁记录介质，在沿垂直膜表面的方向上施加外磁场的同时，测量记录层Kerr旋转角的变化。图6表示Kerr旋转角与作用在刻蚀处理的磁记录介质上的外磁场的关系曲线图。记录层的Kerr旋转角与记录层磁化的程度成比例。因此，表示Kerr旋转角与外磁场关系的Kerr旋转角曲线的形状基本等同于普通磁化测量得到的磁化曲线形状。Kerr旋转角曲线表现出磁滞现象。在实施例7中，从Kerr旋转角曲线上估计得到记录层的矫顽力、形核磁场、外磁场H＝Hc的斜率，该斜率表示为4π(dM/dH)H＝Hc。这里应注意的是，形核磁场是指在介质磁化垂直饱和后当沿相反方向逐渐施加外磁场时出现反磁畴(沿相反方向磁化的磁畴)的磁场。也就是图6中第二象限内垂直Kerr回线肩部的磁场。
当磁记录介质受到刻蚀时，矫顽力Hc等于3.9kOe，负形核磁场为-2.1kOe，以4π(dM/dH)H＝Hc表示的外磁场H＝Hc的斜率为1.4。另一方面，当磁记录介质未受到刻蚀时，矫顽力Hc等于2.6kOe，形核磁场为-1.6kOe，以4π(dM/dH)H＝Hc表示的外磁场H＝Hc的斜率为1.8。
接着，用透射电镜(TEM)观察软磁层受到刻蚀处理的以及未受到刻蚀处理的磁记录介质的记录层表面。图7(a)和7(b)分别是受到刻蚀处理的以及未受到刻蚀处理的磁记录介质的记录层表面的TEM照片。如图7(a)所示，受到刻蚀处理的磁记录介质的记录层内形成孤立的柱状晶粒聚集体，并且晶粒之间的边界，即晶界非常明显。另一方面，如图7(b)所示，与受到刻蚀处理的磁记录介质的记录层相比，未受到刻蚀处理的磁记录介质的记录层中晶界不明显。
从记录层表面的TEM照片上测定了晶粒的分散度(平均值除以标准偏差得到的数值)和平均晶粒直径。图8以柱状图表示记录层610个晶粒的直径与晶粒数量的关系。图8(a)表示受到刻蚀处理的磁记录介质，图8(b)表示未受到刻蚀处理的磁记录介质。当磁记录介质受到刻蚀处理时，平均晶粒直径为13.7nm，分散度为21.7％。另一方面，当磁记录介质未受到刻蚀处理时，平均晶粒直径为11.3nm，分散度为21.0％。
用TEM观察受到刻蚀处理的磁记录介质种子层的断面，结果发现，种子层呈无序结构。可以认为，Co/Pd起始层以弥散的状态形成在这种无序结构的种子层表面，柱状晶粒通过使用这种Co/Pd起始层单元以孤立状态生长。
接着，对于受到刻蚀处理的磁记录介质以及未受到刻蚀处理的磁记录介质，使用实施例1中所用的旋转台记录和重放试验机进行读写试验。结果，受到刻蚀处理的磁记录介质的S/N比未受到刻蚀处理的磁记录介质的S/N高1.6dB。
在形成软磁层薄膜后立即使用原子力显微镜(AFM)测量表面粗糙度，以及测量等离子刻蚀后的表面粗糙度。图9(a)和9(b)分别是刚形成软磁层薄膜后的表面以及等离子刻蚀后的表面的AFM照片。从得到的照片上估计表面粗糙度，结果表明，刚形成软磁层薄膜后的表面粗糙度为0.46nm，而受到等离子刻蚀的软磁层表面粗糙度为0.39nm。可以得出，等离子刻蚀后软磁层表面变平。可以认为，等离子刻蚀产生的软磁层表面变平使读写性能的S/N提高。
接着，在受到刻蚀处理的磁记录介质上以线性记录密度100kFCI、200kFCI、300kFCI和400kFCI记录重复图案。用磁力显微镜(MFM)观察记录层中记录的记录痕迹。图10表示用MFM观察到的照片。从图10中可以看出，甚至当线性记录密度为400kFCI时磁化转变区也非常明显。
接着，以线性记录密度250kFCI在记录层中记录重复图案，然后将记录头偏离磁道以邻接重复图案，偏离量为磁头宽度，并以相同的线性记录密度记录重复图案。以100kFCI的线性记录密度在得到的两列重复图案之间沿磁道宽度方向的大约中央位置上重写重复图案。同样地，以线性记录密度100kFCI在记录层中记录重复图案，然后将记录头偏离磁道以邻接重复图案，偏离量为磁头宽度，并以相同的线性记录密度记录重复图案。以250kFCI的线性记录密度在得到的两列重复图案之间沿磁道宽度方向的大约中央位置上重写重复图案。图11是用MFM观察到的记录层的照片，其中以不同的线性记录密度在重复图案上重写重复图案。从图11中可以看出，重写的重复图案非常清楚，老的重复图案位于重写的重复图案两侧，没有被擦除。其中不存在所谓的擦除侧带。据此可以表明，本发明的磁记录介质可以减小所记录图案的磁道间距，从而介质适用于极高磁道密度的磁记录。
根据上述结果，通过等离子刻蚀软磁层表面使其变平，并在平的软磁层上形成Pd-SiN种子层，记录层可以形成在种子层上，其晶粒之间的边界，即晶界非常明显。由于存在上述明显的晶界，可进一步减小晶粒在平面内方向上的磁耦合力。因此，可以形成微细记录位，并可以提高磁化转变区的线性度。从而可以进行高密度记录，可以在低噪声下读出高密度记录的信息。
形成软磁层直径为2.5英寸(约6.25cm)的玻璃基体用作磁盘的基体1。通过磁控管溅射方法在玻璃基体1上形成FeTaC膜作为软磁层63。成分为Fe79Ta9C12的合金作为靶材。膜厚为400nm。膜形成后在真空中用灯对膜进行热处理。热处理的温度为450℃。热处理的结果是，在FeTaC膜中形成Fe微晶，从而出现软磁性能。
形成种子层随后，通过反应溅射方法在软磁层63上形成种子层64。当种子层64形成膜时，铁靶受到DC溅射，同时引入氩气和氧气的混合气体(氧气与氩气的流量比为20％)。这样，氧化铁累积而产生厚5nm的膜。
形成记录层随后，根据DC溅射方法形成Co/Pd交替多层膜作为记录层65。首先在种子层上累积Pd到5nm厚，再在上面交替累积Co和Pd。当Co/Pd交替多层膜形成薄膜时，通过打开/关闭Pd靶和Co靶的闸门，交替堆积0.11nm厚的Co和0.76nm厚的Pd。Co层和Pd层堆积层的数量分别是26层。在形成Co/Pd交替多层膜过程中不加热基体。
形成保护层最后，通过RF溅射方法形成膜厚8nm的碳膜作为保护层66。这样，制备出磁盘。
按与实施例10相同的方式在玻璃基体上形成由FeTaC构成的软磁层，并用灯对其进行热处理。热处理完成后，将产品仍保持在真空中1分钟。此后，以200sccm流量引入氧气3分钟。在FeTaC膜暴露在氧气的过程中，FeTaC膜仍处于上述热处理余热形成的高温下。这样，在FeTaC膜表面上形成氧化铁，即种子层。种子层的膜厚为5nm。
按与实施例10相同的方式在上述种子层上形成记录层和保护层。这样，制备出磁盘。
在实施例10到14、对比实施例4到7以及参考实施例1和2的每个磁盘的保护层上应用润滑剂后，评价各个磁盘的读写性能。使用旋转台系统的读写设备评价记录和重放性能。使用饱和磁力线密度为1.6T的软磁膜的薄膜磁头被用于记录，使用旋转灯泡型GMR磁头进行读取。磁头的缝隙长度为0.12μm。磁头表面与磁盘表面之间的距离保持20nm。
实施例、参考实施例和对比实施例的磁盘评价结果列于图13的表中。其中，LFop表示当记录线性记录密度为10kFCI的信号时得到的重放输出，Nd表示在400kFCI下进行记录时得到噪声，LFop/Nd表示二者之比，并且可以用作介质的S/N指标。D50表示重放输出低于LFop的1/2时的线性记录密度，并且可以用作记录分辨率的指标。
对于实施例10、12和13，其中种子层的膜厚为5nm，并通过反应溅射形成，可以看出得到了高的LFop/Nd和好的D50。对于实施例11的磁盘，其种子层是通过高温氧化法形成的，也得到优异的LFop/Nd和D50。对于实施例14的磁盘，其中种子层的膜厚为30nm，尽管也得到了高的LFop/Nd，但D50下降。另一方面，对于对比实施例4到7的磁盘，其中未形成种子层，LFop/Nd很低，但D50较高。尤其是对比实施例7的磁盘，其中未形成软磁层，LFop/Nd极低。对于参考实施例1和2的磁盘，D50略低，但LFop/Nd好，即不低于20dB，可能由以下原因造成。也就是，由于种子层变厚增大了磁头与软磁层之间的距离。
用高分辨透射电镜(TEM)和俄歇电子谱仪(AES)分析了所得到的磁盘的结构和成分。结果表明，在实施例10到13和对比实施例7的每个磁盘中，在软磁层或在玻璃基体上形成约5nm厚的含有主要元素Fe和O的氧化铁层。并且，在实施例14的磁盘中，形成膜厚约30nm的氧化铁层。
接着，将实施例11的磁盘按与实施例4相同的方式装入图3所示的磁盘设备中，用以评价记录和重放性能。
将对应于表面密度为40千兆位/平方英寸的信号(700kFCI)记录在实施例11制造的磁盘上，用以评价磁盘的S/N。结果，得到34dB的数值。并且，测量了错误率。结果，当不进行信号处理时得到不超过1×10-5的数值。
在上述每个磁盘的保护层上应用润滑剂，并接着使用与上述“介质评价”中所用的方法相同的方法评价各个磁盘的记录和重放性能。图14表示实施例15到23的各个磁盘的记录和重放性能。
图14还表示种子层中以氧化物存在的铁原子数FeOxi与以金属存在的铁原子数FeMet之比FeMet/FeOxi。原子数比FeMet/FeOxi按如下方法确定。即，利用基于X射线光电子谱仪(XPS)的深度轮廓分析对磁盘种子层的化学状态进行分析。由氧化铁和金属铁组成的种子层的铁谱分成两种类型的峰，即，从氧化物开始的峰到从金属开始的峰。
对于实施例15到19、22和23的磁盘，得到了21.5到27.1dB的高LFop/Nd。特别是，实施例15到19的磁盘具有优异的LFop/Nd和D50。实施例15到19的每个磁盘的FeMet/FeOxi值的范围是0.02＜FeMet/FeOxi＜0.2。对于实施例18的磁盘，其中种子层表面受到溅射刻蚀，LFop/Nd值很高，为27.1。对于实施例20和24的磁盘，其中形成种子层时氧气占1.5％，LFop/Nd值低，分别为15.7dB和14.8dB。实施例20和24的磁盘种子层的FeMet/FeOxi值分别为0.22和0.21。也就是，对于实施例20和24的磁盘，与其它实施例的磁盘相比，种子层含有大量的金属铁。据此，证实了以下结论，即当在种子层上形成记录层时，构成记录层的铂族元素越来越多地吸附到金属铁上，并且细小的磁性晶粒难以形成，因为在种子层中含有相当多的金属铁。对于实施例22的磁盘，其中种子层的厚度为30nm，其D50低，为144kFCI，可能由以下原因造成，即磁头与软磁层之间的间距大，因为种子层的膜厚度厚。结果，磁头的磁场不能以足够的磁场强度作用在记录层上。
接着，将实施例15的磁盘按与实施例4相同的方式装入图3所示的磁盘设备，用以评价读写性能。将对应于表面密度为40千兆位/平方英寸的信号(700kFCI)记录在实施例15制造的磁盘上，用以评价磁盘的S/N。结果，得到36dB的数值。并且，测量了错误率。结果，当不进行信号处理时得到不超过1×10-5的数值。
制备基体首先，制备直径65mm的玻璃基体1。利用连续溅射设备在玻璃基体1上形成5nm厚的Ti膜作为粘结层72。
形成软磁层接着，通过DC磁控管溅射方法在粘结层72上形成FeTaC膜作为软磁层73。成分为Fe79Ta9C12的合金作为靶材。膜厚为400nm。所形成的Fe79Ta9C12膜在真空中在450℃下用碳加热器加热30秒，接着将膜逐渐冷却。这样，形成含有铁微晶的软磁层73。
形成第一种子层随后，通过反应溅射方法在软磁层73上形成第一种子层74。当第一种子层74形成膜时，铁靶受到DC溅射，同时引入氩气和氧气的混合气体(氧气与氩气的流量比为20％)。这样，氧化铁累积而产生厚5nm的膜。
形成第二种子层随后，将基体1送入交替溅射设备的室中，在第一种子层74上形成第二种子层75的薄膜。当第二种子层75薄膜形成时，Pd靶受到DC溅射，SiN靶受到RF溅射，同时向室中通入氩气。这样，第二种子层75由73％(原子百分数)Pd，26％(原子百分数)Si和1％(原子百分数)N组成，在第一种子层74上形成厚5nm的第二种子层薄膜。
形成记录层随后，根据DC溅射方法形成Co/Pd交替多层膜作为记录层76。当Co/Pd交替多层膜形成时，通过打开/关闭Pd靶和Co靶的闸门，交替堆积0.12nm厚的Co层和0.85nm厚的Pd层。Co层和Pd层堆积层的数量分别是26层。
形成保护层和润滑层接着，通过等离子CVD法在记录层76上形成由非晶碳构成的膜厚为3nm的保护层77。形成保护层77后，从膜形成设备中取出基体。最后，在保护层77上形成1nm厚的全氟聚醚基润滑剂，形成润滑层78。
这样制成图15所示的堆积结构的磁记录介质700。
将上述制造的磁记录介质700按与实施例4相同的方式装在图3所示的磁存储设备上。在与实施例4相同的条件下驱动磁存储设备，用以评价记录和重放性能。结果，得到总S/N为24.5dB。而且，在区域记录密度为150千兆位/平方英寸的记录密度下成功进行记录和重放。接着进行磁头搜索试验。磁头在磁记录介质上从内圆周到外圆周搜索10万次。上述磁头搜索试验之后检测磁记录介质的位错误。结果，位错误数量不到10位/表面，成功达到30万小时的平均失败间隔。
接着，使用旋转台记录和重放试验机，在与上述测量电磁转换性能相同的条件下测量磁记录介质700的电磁转换性能。测量结果示于下面的表3中。在表3中，S/Nd表示500kFCI的S/N，Re表示输出分辨率除以孤波读信号输出。热衰减比表示读出信号幅度随24℃环境中读取以线性记录密度100kFCI记录的信号的时间变化的比例。
表3
从表3中可以看出，实施例24得到好的S/N。并且，分辨率也很高，即不低于18％。据此可以认为，在高区减小了转变噪声，实施例24磁盘的高分辨率和高S/N是令人满意的。
使用高分辨透射电镜观察磁盘记录层的剖面组织。结果，记录层具有如图2所示的组织，与上述实施例1到3磁记录介质相同。垂直图2所示柱状晶粒旋转轴的截面直径d为8nm，晶粒表面半球部分最高处A与最低处B的高度差h为2nm。可以认为，平面内方向上的磁耦合力减小，微细记录位稳定，磁化转变区线性度高，因为实施例24磁记录介质的记录层由上述的柱状晶粒构成。
从上面表3的热衰减比结果可以看出，实施例24的磁记录介质没有观察到热衰减。可以认为，实施例24的磁记录介质没有观察到热衰减这一结果来源于以下事实，即记录层的磁化转变区明显，线性度提高。以在磁道的上方式在1000kBPI下测量了错误率。结果，实施例24的磁记录介质的错误率在任何情况下不超过1×10-5。
表4
从上面的表中可以看出，所有样品都得到了好的S/N，即不低于14.7dB。并且，Re也很高，即不低于19％。也就是可以认为，在实施例25的磁记录介质中实现了高S/N以及高分辨率。还可以看出，磁记录介质具有优异的热稳定性，因为没有观察到热衰减。
上面具体解释了本发明的磁记录介质，但是，本发明并不限于此，可以包括多种修改的实施例和改进的实施例。
工业适用性在根据本发明第一方面的磁记录介质中，含有氧化铁的第一种子层作为含有Pd和Pt的一种以及Si和N的第二种子层的底层。因此，便于第二种子层中Pd或Pt在SiN中的分散。并且，记录层形成在实现Pd或Pt分散的第二种子层上。因此，在记录层中生成具有明显晶界的细小晶粒。因此，减小了沿记录层平面内方向上的磁耦合力。这样，即使线性记录密度增大，也能在低噪声下读出信息。
在根据本发明第二方面的磁记录介质中，含有Pd和Pt的一种以及Si和N的种子层作为具有人造点阵结构的记录层的底层。因此，可以减小沿记录层平面内方向上的磁耦合力。相应地，减小了记录层磁化转变区内的干扰。这样，即使线性记录密度增大，也能在低噪声下读出信息。并且，磁记录介质具有高的热稳定性，因为使用高的磁各向异性的人造点阵膜作为记录层。
在根据本发明第二方面的磁记录介质中，在软磁材料构成的软磁层与硬磁材料构成的记录层之间具有以氧化铁为主要成分的种子层。因此，例如，甚至高的磁各向异性的Co/Pt人造点阵膜作为记录层时，也可以使记录层的磁性晶粒微细，从而可以在记录层中形成微细的磁畴。因此，减小了介质噪声，并可以在高S/N下读出信息。可以使用高的磁各向异性的人造点阵膜形成记录层。从而，磁记录介质对热起伏具有高的抵抗性，可以在高密度下记录信息。
根据本发明的制造方法，可以制造具有记录层的磁记录介质，其中平面内方向上的磁交换耦合力减小。因此，可以提供磁记录介质，使低噪声读取高密度记录的信息成为可能。
本发明的磁存储设备具有按照本发明第一到第三方面中任一个方面的磁记录介质。因此，甚至在150千兆位/平方英寸(约23.25千兆位/cm2)的高区域记录密度下记录信息时，也可以在高S/N下读取信息。并且，磁存储设备具有高的抵抗热起伏的性能。
权利要求
1.一种磁记录介质，包括基体；软磁层；含有铁的氧化物的第一种子层；含有Si、N以及Pd和Pt中的一种的第二种子层；以及记录层。
2.如权利要求1所述的磁记录介质，其特征在于记录层是人造点阵膜，通过交替堆积由Pt和Pd中至少一种构成的铂族金属层以及由Co构成的Co层而形成。
3.如权利要求1所述的磁记录介质，其特征在于第一种子层含有以金属形式存在的Fe。
4.如权利要求1所述的磁记录介质，其特征在于第二种子层的Si含量在10-35％(原子百分数)的范围内，N含量在0.1-10％(原子百分数)的范围内。
5.如权利要求4所述的磁记录介质，其特征在于第二种子层还包含Co。
6.如权利要求1所述的磁记录介质，其特征在于第一种子层和第二种子层的膜厚都在1-30nm的范围内。
7.如权利要求1所述的磁记录介质，其特征在于软磁层的结构是，从Ta、Nb、Zr中选出的至少一种元素的氮化物或碳化物分散在Fe中。
8.如权利要求1所述的磁记录介质，其特征在于软磁层是由非晶合金形成的，该非晶合金主要含有Co-Zr并且还含有从Ta、Nb、Ti中选出的至少一种元素。
9.如权利要求1所述的磁记录介质，其特征在于记录层是由晶粒聚集体构成的，每个晶粒在垂直基体表面的方向上以柱状结构延伸，每个晶粒的末端凸出在记录层的表面，垂直柱状晶粒旋转轴截面上的直径在2-15nm范围内，晶粒凸出的高度在1-10nm范围内。
10.一种磁记录介质，包括基体；软磁层；含有Si、N以及Pd和Pt中的一种的种子层；以及记录层。
11.如权利要求10所述的磁记录介质，其特征在于记录层是由晶粒聚集体构成的，每个晶粒在垂直基体表面的方向上以柱状结构延伸，每个晶粒的末端凸出在记录层的表面，垂直柱状晶粒旋转轴截面上的直径在2-15nm范围内，晶粒凸出的高度在1-10nm范围内。
12.如权利要求10所述的磁记录介质，其特征在于记录层是Co/Pd人造点阵膜，通过交替堆积膜厚为0.05-0.5nm范围内的Co层以及膜厚为0.5-2nm范围内的Pd层而形成。
13.如权利要求10所述的磁记录介质，其特征在于记录层是Co/Pt人造点阵膜，通过交替堆积膜厚为0.05-0.5nm范围内的Co层以及膜厚为0.1-2nm范围内的Pt层而形成。
14.如权利要求10所述的磁记录介质，其特征在于种子层的Si含量在10-35％(原子百分数)范围内，N含量在0.1-10％(原子百分数)范围内。
15.如权利要求14所述的磁记录介质，其特征在于种子层还含有Co。
16.如权利要求12或13所述的磁记录介质，其特征在于构成人造点阵膜的Co层包括在平行于基体表面方向上不连续分布的Co。
17.如权利要求10所述的磁记录介质，其特征在于种子层的膜厚在1-30nm的范围内。
18.如权利要求10所述的磁记录介质，其特征在于软磁层的表面粗糙度在0.20-0.40nm的范围内。
19.一种磁记录介质，包括软磁层；由硬磁材料形成并表现出垂直磁化的记录层；以及位于软磁层和记录层之间并含有铁的氧化物的种子层。
20.如权利要求19所述的磁记录介质，其特征在于记录层是人造点阵膜，通过交替堆积Pt和Pd中的至少一种铂族金属以及Co而形成。
21.如权利要求19所述的磁记录介质，其特征在于种子层含有以金属形式存在的Fe。
22.如权利要求21所述的磁记录介质，其特征在于原子数量间的比例FeMet/FeOxi满足关系0.02＜(FeMet/FeOxi)＜0.2，其中FeMet表示在种子层中以金属形式存在的铁原子数，FeOxi表示以氧化物形式存在的铁原子数。
23.如权利要求19所述的磁记录介质，其特征在于种子层的膜厚不超过30nm。
24.如权利要求19所述的磁记录介质，其特征在于软磁层的结构是，从Ta、Nb、Zr中选出的至少一种元素的氮化物或碳化物分散在Fe中。
25.如权利要求19所述的磁记录介质，其特征在于软磁层是由非晶合金形成的，该非晶合金主要含有Co-Zr，并且还含有从Ta、Nb、Ti中选出的至少一种元素。
26.如权利要求24所述的磁记录介质，其特征在于种子层是通过氧化软磁层的表面形成的。
27.一种制造磁记录介质的方法，包括制备基体；在基体上形成软磁层；在软磁层上形成含有铁的氧化物的第一种子层；在第一种子层上形成含有Si、N以及Pd和Pt中的一种的第二种子层；以及在第二种子层上形成具有人造点阵结构的记录层。
28.如权利要求27所述的制造磁记录介质的方法，其特征在于通过使用含有氧气的溅射气体反应溅射含有Fe的靶材，形成第一种子层。
29.如权利要求28所述的制造磁记录介质的方法，其特征在于通过控制溅射气体中的氧气量，使第一种子层中含有以金属形式存在的Fe。
30.如权利要求29所述的制造磁记录介质的方法，还包括溅射刻蚀第一种子层的表面。
31.一种制造磁记录介质的方法，包括制备基体；在基体上形成软磁层；在软磁层上形成含有Pd和Pt中的一种以及Si和N的种子层；以及在种子层上形成具有人造点阵结构的记录层。
32.如权利要求31所述的制造磁记录介质的方法，还包括在形成软磁层后刻蚀处理软磁层的表面。
33.一种制造磁记录介质的方法，包括制备基体；在基体上形成软磁层；在软磁层上形成含有铁的氧化物的种子层；以及在种子层上形成记录层。
34.如权利要求33所述的制造磁记录介质的方法，其特征在于通过使用含有氧气的溅射气体反应溅射含有Fe的靶材来形成种子层。
35.如权利要求34所述的制造磁记录介质的方法，其特征在于通过控制溅射气体中的氧气量使种子层中含有以金属形式存在的Fe。
36.如权利要求35所述的制造磁记录介质的方法，还包括溅射刻蚀种子层表面。
37.如权利要求33所述的制造磁记录介质的方法，其特征在于软磁层含有Fe，并且在形成含有Fe的软磁层后通过高温氧化软磁层的表面而形成种子层。
38.一种磁存储设备，包括如权利要求1、10和19中任一项所述的磁记录介质；用于读或写信息的磁头；以及驱动单元，相对于磁头驱动磁记录介质。
全文摘要
一种磁记录介质，包括基体上的软磁层、第一种子层、第二种子层和具有人造点阵结构的记录层。第一种子层含有铁的氧化物。第二种子层含有Pd和Pt中的一种以及Si和N。通过第一种子层和第二种子层减弱了记录层平面内方向上的磁交换耦合力。因此，在记录层中可以形成微细的记录磁畴，磁化转变区也明显。甚至以高密度记录信息，也能在低噪声下读出该信息。具有这种磁记录介质的磁存储设备可以达到区域记录密度为150千兆位/平方英寸。
文档编号G11B5/74GK1447966SQ01814455
公开日2003年10月8日 申请日期2001年12月27日 优先权日2000年12月28日
发明者松沼悟, 矢野亮, 小沼刚, 高山孝信, 日永田晴美, 若林康一郎 申请人:日立麦克赛尔株式会社