专利名称：垂直磁记录媒体和磁记录/再现设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于采用磁记录技术的硬盘的磁记录媒体以及一种采用该磁记录媒体的磁记录/再现设备。
背景技术：
根据对更大容量硬盘的需求，随着记录密度越来越高，产生了媒体产生的噪声的升高问题。可以认为媒体产生噪声主要起因于位边界上的锯齿形磁畴壁。这是因为各种因素产生的，例如，磁头的写磁场和构成媒体的内部部分的颗粒的尺寸均关系到确定各位的形状，而且特别是因为颗粒尺寸的变化，所以形成位边界的位置不是固定的。为了降低噪声，必须最小化记录位边界的不规则性。减小记录位边界的不规则性的一种方法是，使构成磁性层的磁性颗粒极其微小。
然而，当在一方面使磁性颗粒变得更微小时，而另一方面又产生了恶化耐热波动性(thermal fluctuation resistance)的问题。在此，对于在不恶化磁性颗粒的耐热波动性的情况下，使记录位的边界的不规则性更小，使颗粒实现均匀颗粒尺寸的分布是一种有效方法。然而，可以认为对于当前的现有薄膜形成技术，使颗粒尺寸分布均匀，同时使晶粒尺寸保持在当前水平(约10nm)或者更低水平是困难的。
作为一种用于获得微细均匀薄膜的技术，在催化剂领域(例如，请参考下面的专利文献1)公开了一种形成由SiO2构成的微细均匀细孔(pore)的技术。
在该现有技术中，通过在薄膜沉积之后在氧气气氛中退火，形成具有Fe2O3颗粒和SiO2颗粒的微细薄膜，然后，酸腐蚀该薄膜，因此，可以形成具有SiO2的微细孔的薄膜。然而，该现有技术是一种涉及具有一维通孔的陶瓷薄膜的技术，而且它要求在气体中进行热处理等，这样就占用几小时到几十小时的时间，因此，不可能容易地应用于制造磁记录媒体，在制造磁记录媒体过程中，非常重要的是批量生产，而且主要在真空中形成薄膜。
在另一种已公开的磁记录媒体中，磁记录媒体的基底薄膜具有蜂窝结构，该蜂窝结构包括氧化钴、氧化铁、氧化铬以及氧化镍的晶粒；以及氧化硅、氧化铝、氧化钛以及氧化锌的晶粒边界；以及由氧化镁、铬合金以及镍合金构成的控制层(例如，请参考下面的专利文献2和3)。
上面的现有技术公开了一种关系到采用电子回旋谐振(ECR)溅射方法利用蜂窝晶粒结构形成基底薄膜的磁记录媒体的技术，而且该基底薄膜比利用常规溅射方法形成的基底薄膜均匀。此外，它还公开了，该磁记录媒体在垫层与磁性层之间具有晶格固定控制层，该晶格固定控制层用于调节这些层之间的晶格之间的不匹配，从而防止磁矫顽力降低和晶格之间的不匹配引起的磁特性发生变化。据说，实现了超过40Gbit/英寸2的记录密度。
在此，在金属氧化物中，通常存在在室温和大气压力下稳定，而氧原子数(oxidation number)不同的氧化物。例如，在氧化钴中存在CoO、Co3O4等，在氧化铁中存在FeO、Fe2O3、Fe3O4等。特别是，上述现有技术均没有公开关于氧原子数的信息(金属价)。
为了实现超过100Gbit/英寸2的更高记录密度，必须形成具有更均匀、更微小晶粒的磁性薄膜。为此，作为垫层，应该形成更均匀、更微小晶粒。然而，可以说上述现有技术均未完全实现形成均匀、微小晶粒，以致不能使记录层的磁性颗粒更微小、更均匀，即，可以说它们不能实现超过100Gbit/英寸2的更高记录密度。
此外，下面的专利文献4公开了一种关系到垂直磁记录媒体的发明，该垂直磁记录媒体在软磁性垫层与磁记录层之间具有在平面内(in-plane)方向被磁隔离而且由半硬铁氧体或者软磁性粒状结构薄膜构成的薄膜。该发明的特征在于，采用γ-Fe2O3或者Fe3O4作为半硬铁氧体，而软磁性粒状结构薄膜由软磁性颗粒和非磁性基底构成，软磁性颗粒至少由从Co、Fe和Ni中选择的一种材料构成，而非磁性基底由从SiO2、Al2O3、C和ZrO2中选择的材料构成。
在上面的现有技术中，具有半硬磁性特性和软磁性特性的微小颗粒意在用于从磁头陡峭地采集磁场，而没有指出形成这种完全均匀的微小晶粒垫层意在实现更高记录密度。
第Hei 10-182263号日本未决专利申请[专利文献2]第2001-134930号日本未决专利申请[专利文献3]第2002-163819号日本未决专利申请[专利文献4]第2003-228809号日本未决专利申请发明内容本发明的目的是克服上述现有技术的问题，例如，在使磁记录媒体上的磁性层的磁性颗粒更微小时的大颗粒尺寸分布和恶化结晶度，而且提供一种其微细磁性层具有小颗粒分布而且结晶度良好的磁记录媒体。
根据本发明一个方面的垂直磁记录媒体包括非磁性衬底；第一垫层，形成在该非磁性衬底上，主要由从包括Fe2O3、Co3O4、MgO、MoO3、Mn3O4、SiO2、Al2O3、TiO2以及ZrO2的组中选择的两种或者更多种构成，而且具有以柱形生长的晶粒和包围该晶粒的晶粒边界；非磁性第二垫层，形成在第一垫层上，而且具有生长在第一垫层的晶粒上、具有面心立方晶格结构和六方最紧密堆积结构之一的晶粒；磁性层，形成在第二垫层上；以及保护层，形成在该磁性层上。
根据本发明另一个方面的磁记录/再现设备包括垂直磁记录媒体，该垂直磁记录媒体包括非磁性衬底；第一垫层，形成在该非磁性衬底上，主要由从包括Fe2O3、Co3O4、MgO、MoO3、Mn3O4、SiO2、Al2O3、TiO2以及ZrO2的组中选择的两种或者更多种构成，而且具有以柱形生长的晶粒和包围该晶粒的晶粒边界；非磁性第二垫层，形成在第一垫层上，而且具有生长在第一垫层的晶粒上、具有面心立方晶格结构和六方最紧密堆积结构之一的晶粒；磁性层，形成在第二垫层上；以及保护层，形成在该磁性层上；支承并旋转驱动垂直磁记录媒体的机构；磁头，具有用于将数据记录到垂直磁记录媒体上的单元；以及用于从垂直磁记录媒体再现记录数据的单元；以及托架组件，相对于垂直磁记录媒体可旋转地支承磁头。
图1是根据本发明一个实施例的垂直磁记录媒体的原理剖视图；图2是根据本发明另一个实施例的垂直磁记录媒体的原理剖视图；图3是根据本发明又一个实施例的垂直磁记录媒体的原理剖视图；图4是根据本发明又一个实施例的垂直磁记录媒体的原理剖视图；图5是示出根据本发明又一个实施例的磁记录/再现设备的结构的透视图，其中其一部分被打开；图6是示出作为本发明实施例的例子的垂直磁记录媒体的结构的剖视图；图7是示出MgO-40mol％SiO2的第一垫层的薄膜厚度与SNRm之间的关系以及薄膜厚度与晶粒尺寸之间的关系的曲线图；图8是示出CoO-xmol％Al2O3的第一垫层的成分比与SNRm之间的关系以及成分比与晶粒尺寸之间的关系的曲线图；图9是示出Pd的第二垫层的薄膜厚度与SNRm之间的关系以及薄膜厚度与晶粒尺寸之间的关系的曲线图；图10是示出作为本发明实施例的另一个例子的垂直磁记录媒体的结构的剖视图；图11是示出作为本发明实施例的又一个例子的垂直磁记录媒体的结构的剖视图。
具体实施例方式
(说明例子)将参考
本发明实施例，但是所示的这些附图仅用于说明目的，而决不限制本发明。
通过进行认真研究，本发明人发现下面的方法可以实现具有微小磁性颗粒而且可以以小传送噪声进行高密度记录的垂直磁记录媒体，该微小磁性颗粒具有小颗粒尺寸分布和良好结晶度，该磁性颗粒被非磁性物质很好地分离。
同样，以形成由两种或者更多种氧化物构成的第一垫层，而且在氧气气氛中对该层进行退火的方式，获得由其颗粒尺寸分布规则而且小的晶粒构成的层。进一步适当控制成分比、退火温度以及氧化物的氧密度，以获得具有规则颗粒分布的微小晶粒。接着，在第一垫层上，形成第二垫层，用于改善结晶取向。此时，在第一垫层的晶粒上，以柱状或岛状，生长第二垫层的晶粒，然后，在第二垫层的晶粒上进一步取向生长磁性层的晶粒。因此，可以获得微小磁性颗粒在尺寸上均匀而且被互相分离开的磁性层。
根据本发明的一个方面，通过在氧气气氛中进行退火，使第一垫层的晶粒尺寸均匀而且微小。在第一垫层上形成用于改善结晶取向的第二垫层，然后，在其上进一步形成垂直磁性层，因此，提供了具有良好结晶度的均匀、微小磁性颗粒。因此，可以减小垂直磁性层的传送噪声，而不恶化耐热波动性，从而实现了降低噪声，这样可以进行高密度垂直磁记录。
接着，下面将参考附图详细说明本发明实施例。图1示出根据本发明一个实施例的垂直磁记录媒体的截面的原理图。在图1中，磁记录媒体10具有其中第一垫层2、第二垫层3、垂直磁性层4以及保护薄膜5以此顺序层叠在非磁性衬底1上的结构。此外，如果利用例如浸涂方法等在其上涂敷诸如全氟聚醚的润滑剂，则还可以在垂直磁记录媒体10上形成润滑层。
在该实施例中，使第一垫层2的晶粒尺寸均匀、微小，因此，可以使垂直磁性层4的晶粒均匀、微小。在主要确定颗粒尺寸和颗粒分布的第一垫层2、形成在第一垫层2上用于控制垂直磁性层4的晶粒取向的第二垫层3以及形成在第二垫层3至少的垂直磁性层4设置在非磁性衬底1上的结构中，在第二垫层3上取向生长垂直磁性层4，这样可以将在第一垫层2和第二垫层3上获得的均匀、微小晶粒的结构引入垂直磁性层4。
在该实施例中，第一垫层2具有由两种或者更多种氧化物构成的颗粒/颗粒边界结构。作为用于形成其颗粒尺寸分布规则而且均匀的方法，可以选择例如下面的方法。形成作为第一垫层2的薄膜，此后，在氧气气氛中进行退火。因此，在氧化过程中，相分离具有某种程度的颗粒尺寸分布的薄膜，或者均匀非晶薄膜，以变成晶粒尺寸规则、均匀的薄膜。
关于相分离，退火之前的晶体结构更优先是非晶的。这是因为，如果在退火之前对已经相分离的系统进行涂敷，则退火仅有助于相分离，而不能获得更微小晶体结构。
此外，退火之前的两种或者更多种氧化物之一或者全部更优先处于亚稳状态。在此，亚稳氧化物指，具有比根据理想配比法，在室温下，被认为是最稳定的化合价低的化合价的氧化物。此外，如果使它临时进入通过溅射等产生的亚稳状态，或者如果它处于最缺乏氧气的状态，则甚至没有亚稳氧化物的物质也如此。此外，根据某种物质，可以利用处于还未被氧化的纯金属状态的物质代替该亚稳氧化物。
在在氧气气氛中进行退火的过程中，进一步促进处于亚稳状态的这种氧化物的氧化反应，而且该反应起扩散驱动力的作用(相分离)。因此，如果已经存在稳定氧化物，则退火产生的扩散小，这有碍相分离过程。
关于在氧气气氛中进行退火，优先在大气压力下，在纯氧气气氛中进行退火，因为在大气中进行退火将导致包括诸如氮的杂质。通过进行这种退火，与在大气中(氮、氧等的混合气氛)进行退火所需的处理时间和温度相比，可以缩短处理时间并降低处理温度。如果在真空中进行退火，则优先在氧气的局部压力尽可能高的状态进行退火。关于温度，优先在400℃至700℃的温度范围内进行退火。
然而，通过对氧化反应做进一步的研究，低温处理是可能的。具体地说，在上述氧化过程中，发生下面的3个反应1.在面层上发生氧化反应；2.在氧化物之间进行相分离；以及3.从面层向物质的内部扩散。在1.，仅要求氧气的数量和温度，足以进行氧化反应。在2.，需要较多的氧气，但是不要求温度高。在3.，要求温度高，但是需要的氧气少。因此，如果不需要向物质的内部发生化学反应，则可以在300℃至400℃的较低温度范围内进行退火。然而，退火条件根据垫层的厚度和成分比而显著不同，因此，需要进行适当控制。
代替退火，可以采用利用散射法的电离过程或者利用酸等的氧化过程。通过进行退火，可以形成规则、均匀薄膜，但是要形成微细薄膜，还需要对氧化物的成分比进行适当控制。尽管氧化物的成分比取决于每种组合，但是优先将具有良好结晶度的氧化物与多数是非晶的氧化物组合在一起。因此，具有良好结晶度的氧化物形成晶粒，而多数是非晶的氧化物形成晶粒边界。
可以从Fe2O3、Co3O4、MgO、MoO3、Mn3O4、SiO2、Al2O3、TiO2以及ZrO2中选择用于形成第一垫层2的物质供使用。使用这些化合物中的Fe2O3、Co3O4、MgO、MoO3以及Mn3O4作为晶粒的好处在于，容易形成微小晶粒。使用SiO2、Al2O3、TiO2以及ZrO2作为晶粒边界适合形成晶粒边界，因为它们多数是非晶的。特别是，Fe2O3、Co3O4和MgO优先用作形成晶粒的氧化物，而SiO2和Al2O3优先用作形成晶粒边界的物质。利用Fe2O3、Co3O4和MgO，可以容易地产生亚稳氧化物，而作为亚稳状态，SiO2和Al2O3容易导致缺氧，因此，这种组合是有利的，因为更容易促进相分离反应。
形成晶粒边界的氧化物相对于形成第一垫层2的所有物质的摩尔百分比优先是20％至50％。更优先是35％至45％。20％的较低摩尔百分比不足以使晶粒分离，而50％的较高摩尔百分比导致在它们被分离时降低晶粒的密度。
在此实施例中使用的第一垫层2的厚度优先在1nm至30nm之间。小于1nm的厚度会恶化第一垫层2的结晶度，从而导致其上的磁记录层的结晶度低，因此，噪声趋于升高。超过30nm的厚度导致磁记录层上的磁性颗粒增多，因此，噪声趋于升高。
作为溅射方法，可以采用使用复合靶(composite target)的单靶溅射(single-target sputtering)方法。此外，还可以使用采用各物质作为靶的多靶溅射方法。
接着，在在此获得的微细、均匀第一垫层2上形成改进结晶取向的第二垫层3。重要的是，第二垫层3具有允许在其上取向生长磁性层的晶面，而且需要在第一垫层2的晶粒上选择性地生长第二垫层3。作为这种物质，优先是具有面心立方晶格结构的或者具有出现最紧密堆积面的六方最紧密堆积结构的物质。第二垫层3可以具有均匀厚度，或者在岛形可以是不均匀的。此外，为了仍增强第二垫层3的结晶度，可以对第一垫层2进行腐蚀，例如，除去覆盖其表面的氧。
作为形成该实施例的第二垫层3的物质，可以使用至少含有从Pt、Pd和Co内选择的之一的合金。这种合金的优点是，即使厚度薄，结晶度仍良好。
此外，第二垫层3可以采用粒状结构，在该粒状结构中，上述金属物质含有氧化物、氮化物和碳化物。即，上述金属构成的晶粒被由氧化物、氮化物和碳化物构成的晶粒边界包围，因此，使颗粒边界结构不同，这样有助于在其上形成的磁性层的颗粒分离。
第二垫层3优先具有0.1nm至20nm的厚度。小于0.1nm的厚度导致第二垫层3的结晶度低，这样又导致其上的磁记录层的结晶度低，因此，噪声趋于升高。超过20nm的厚度导致磁记录层的磁性颗粒的尺寸增大，因此，噪声趋于升高。
此外，在第一垫层2的晶粒上，以岛形生长第二垫层3。
此外，形成第二垫层3的晶粒之间的距离与形成第一垫层2的晶粒之间的距离相差不超过±10％。如果该差值大于±10％，则一般认为不能在第一垫层2的晶粒上选择性地生长第二垫层3的晶粒，因此不能将均匀颗粒尺寸分布的第一垫层2引入磁性层。
垂直磁性层4主要由Co和Pt构成。此外，可以由两层或者更多层成分不同的磁性层的层叠形成垂直磁性层4。此外，由于在沉积薄膜之前进行退火，所以在沉积薄膜之前进行冷却处理。
可以从CoPt合金、CoCr合金、CoCrPt合金、CoCrPtB合金、CoCrPtTa合金、CoCrPt-SiO2合金、CoCrPto合金、CoCrPt-TiO2合金等选择用于形成垂直磁性层4的物质供使用。特别是，优先使用CoCrPt-SiO2合金、CoCrPto合金或者CoCrPt-TiO2合金。这些合金的好处在于，它们的结晶取向方面良好、磁各向异性大而且耐热波动性良好。特别是，当磁性层含有氧时，使晶粒边界互异，因此，可以进一步促进使相互磁动作隔离。这种情况下的磁性层内的氧含量优先落入5at％至20at％的范围内，利用该范围，可以实现其良好效果，而且不显著恶化磁化饱和。
通过采用例如浸涂方法等，利用诸如全氟聚醚的润滑剂喷涂垂直磁记录媒体10的表面，例如，垂直磁性层4的表面或者保护层5的表面，可以在垂直磁记录媒体10的表面上，例如，在垂直磁性层4的表面上或者在保护层5的表面上形成润滑层。
图2示出根据本发明另一个实施例的垂直磁记录媒体20的截面的原理图。图2所示的结构具有另一层，即，设置在图1所示的第二垫层3与垂直磁性层4之间的第三垫层6。这样可以进一步提高磁性层的结晶度。
可以从例如Ru、RuCr、Rh、Hf、CoCr、CoCrPt和CoCrPtB中选择形成第三垫层6的物质供使用。特别是，优先使用含有Ru、Rh或者Re的合金。这些物质的好处在于，容器在其上取向生长磁性层。
图3示出根据本发明又一个实施例的垂直磁记录媒体30的截面的原理图。如图3所示，软磁性层7可以插在图1所示的第一垫层2与非磁性衬底1之间。设置高磁导率的软磁性层7产生了在软磁性层上具有垂直磁性层的所谓双层垂直记录媒体。在该双层垂直记录媒体上，软磁性层7以使用于磁化垂直磁记录层的磁头，例如，单极磁头产生的记录磁场水平通过回流到磁头端的方式工作。因此，软磁性层7起磁头的一部分作用，而且可以起到使陡峭的足够强垂直磁场施加到该磁场的记录层以有效改善记录/再现的作用。
作为用于软磁性层7的软磁性材料，可以使用饱和通量密度高而且软磁性特性良好的材料，例如，CoZrNb、CoTaZr、FeCoB、FeCoN、FeTaC、FeTaN、FeNi、FeAlSi等。
此外，如图4所示，象例如平面内硬磁性薄膜、反铁磁层等的偏置层8可以插在图3所示的软磁性层7与非磁性衬底1之间。软磁性层7容易形成磁畴，而且该磁畴产生尖峰噪声。因此，通过在偏置层8的径向施加单向磁场，对形成在其上的软磁性层7施加偏置磁场，因此，可以防止产生磁畴壁。该偏置层8还可以采用多层结构，以便精细弥散各向异性，从而难以形成大磁畴。
作为用于偏置层8的偏置材料，可以使用CoCrPt、CoCrPtB、CoCrPtTa、CoCrPtC、CoCrPtCuB、CoCrRuB、CoCrPtWc、CoCrPtWB、CoCrPtTaNd、CoSm、CoPt、CoPto、CoCrPto、CoPt-SiO2或者CoCrPtO-SiO2。
第三垫层6、软磁性层7以及偏置层8均可以利用象例如溅射方法的薄膜沉积方法形成。
作为非磁性衬底1，可以使用玻璃衬底、Al合金衬底、具有氧化面的Si衬底、陶瓷衬底、塑料衬底等。此外，当利用NiP合金等电镀这些非磁性衬底之任一时，可以预期同样的效果。
在垂直磁性层4上至少可以设置一层保护层5。形成保护层5的物质的例子有C、类金刚石碳(DLC)、SiNx、SiOx、CNx或者CHx。
作为非磁性衬底1，可以使用由铝硅酸盐玻璃、化学钢化玻璃或者镀NiP的AlMg。作为一种选择，可以使用具有高热阻的非磁性衬底，例如，结晶玻璃衬底、Si衬底、C衬底、Ti衬底等。
图5示出根据本发明实施例的磁记录/再现设备的透视图，其中其一部分被卸下。如图5所示，该垂直磁记录设备500具有外壳51，矩形箱形的，具有打开的上表面；以及未示出的顶盖，利用多个螺丝固定到外壳51上，以封闭外壳51的上部开口。
外壳51内容纳了磁记录媒体52，采用根据上述每个实施例的垂直磁记录媒体；主轴电机53，作为驱动器，支承并使磁记录媒体52旋转；磁头54，用于对磁记录媒体52记录和再现信号；托架组件55，设置悬臂，该悬臂上具有位于其顶尖处的磁头54，而且相对于磁记录媒体52，可运动地支承磁头54；转轴56，可旋转地支承托架组件55；音圈电机57，通过转轴56旋转并定位托架组件55；以及磁头放大电路58。
根据本发明的每个实施例的垂直磁记录媒体可以用作该垂直磁记录设备500的磁记录媒体52。
下面将利用例子更具体说明本发明实施例。
例子1制备由结晶玻璃构成的用于2.5英寸磁盘的非磁性衬底。将该非磁性衬底放置到真空度为1×10-5Pa的真空室内，加热到250℃的温度，然后，在0.6Pa的气压下，在Ar气氛中，对其进行DC磁控溅射。
首先，对着靶材设置非磁性衬底，对靶材放电DC500W，从而形成40nm厚度的Cr层，作为非磁性敷层。在其上形成25nm厚度的CoCrPt铁磁性层，作为偏置层。在获得的CoCrPt铁磁性层上，形成厚度为200nm的CoZrNb软磁性层。
此后，在该CoZrNb软磁性层上，利用FeO-30mol％SiO2的靶材并放电500W，形成厚度为10nm的FeO-SiO2层，作为第一垫层。
此后，在2Pa的气压下，在氧气气氛中，将获得的工件加热到500℃，然后，使它退火3分钟。
接着，在将衬底冷却到室温后，利用Pt靶材，而且放电DC500W，在第一垫层上形成10nm厚度的Pt层，作为第二垫层。接着，在该Pt层上，制备(Co-16at％Pt-10at％Cr)-8mol％SiO2的复合靶，然后，在该Pt垫层上形成15nm厚度的CoPtCr-SiO2垂直磁性层。最后，形成7nm厚度的C保护层。
将在真空室内在其上这样连续沉积了各薄膜的衬底取出放到大气环境下，此后，利用浸涂方法，形成1.5nm厚度的全氟聚醚润滑剂层，从而获得垂直磁记录媒体。
图6示出所获得的垂直磁记录媒体的结构的原理剖视图。如该图所示，该垂直磁记录媒体50具有其中Cr非磁性薄膜19、CoCrPt铁磁性层18、CoZrNb软磁性层17、FeO-SiO2第一垫层12、Pt第二垫层13、CoPtCr-SiO2垂直磁性层14、C保护层15以及未示出的润滑层以此顺序层叠在非磁性衬底1上的结构。
首先，利用透射电镜(TEM)测量垂直磁记录媒体50的垂直磁性层14，然后，检验第一垫层12、第二垫层13和垂直垂直磁性层14的记录的颗粒尺寸分布。按照下面的过程估计每层上的颗粒尺寸分布。首先，从平面TEM图像中，取出适中评估(moderate estimate)中具有100个或者更多个颗粒的任何一个图像放大50万倍到2百万倍送入计算机。对该图像数据进行图像处理，然后，提取每个晶粒的轮廓。然后，检验轮廓包围的内部部分的像素数。利用单位面积上的像素数，将像素数转换为面积，从而求得每个晶粒占据的面积。接着，假定晶粒是圆形的，根据每个晶粒的面积，计算直径。将所计算的值定义为晶粒尺寸，求得晶粒尺寸的平均值和标准偏差。此外，在晶粒之间观察到厚度分别约为1nm至2nm的颗粒边界。考虑到颗粒边界的该厚度，计算颗粒间的平均距离。
该结果说明第一垫层12、第二垫层13以及垂直磁性层14均由其晶粒尺寸约为4nm的晶粒形成，而且其颗粒尺寸分布的标准偏差是0.5nm或者更低。此外，第一垫层12上的与第二垫层13上的颗粒间平均距离之间的差值约为10％。
接着，对以上述同样方式送入计算机的平面TEM图像进行图像处理，然后，进行高速二维傅里叶变换。然后，估计第一垫层12、第二垫层13以及垂直磁性层14的颗粒排列的周期性。显然，在对第一垫层12、第二垫层13以及垂直磁性层14分别进行变换之前的实际空间图像(real-space image)中，存在规则的六角对称。此外，在变换之后的光谱图像中还可以观察到4个相异峰(distinct peak)，这支持颗粒排列具有二维规则性的假定，而且，根据峰排列可以判定，颗粒排列是六角对称的。
此外，利用设置了透射电镜的能量色散X-射线光谱仪(TEM-EDX)，检验第一垫层12的元素密度的局部分布。结果，确认存在这样的结构，该结构具有主要由Fe2O3构成的晶粒；以及主要由SiO2构成并分别包围每个晶粒的晶粒边界。
接着，在对垂直磁性层14进行X射线衍射测量时，观察到强CoCrPt-SiO2(00.2)峰。对该CoCrPt-SiO2(00.2)峰进行摆动曲线(rocking curve)测量说明其峰的半值宽度为5°的良好结晶度。
利用设置了电磁铁的磁化装置，可以在盘形衬底的径向，从外部对所获得的垂直磁记录媒体50施加1185A/m(15000Oe)的磁场，从而在平面内径向磁化偏置层8的铁磁性层。
利用US GUZIK制造的读/写分析仪1632和spinstand S1701MP，对被磁化的垂直磁记录媒体50进行记录/再现特性评估。作为记录/再现磁头，可以使用单磁极型的磁头用于记录单元，而且磁致电阻效应用于再现单元。所使用的磁头具有0.25μm的记录磁道宽度和0.15μm的再现磁道宽度。此外，在测量时，磁盘的转速被设置为4200rpm，而测量位置被固定在离开中心22.2mm的径向位置。
因此，可以获得良好媒体，其中该媒体的SNRm(再现信号输出S以119KFCI的行记录密度输出，Nm716KFCI的rms值(均方根))是25.5dB。此外，低频范围输出50KFCI的衰减值是热波动指数，该值良好，为-0.005dB/10年。
比较例1作为比较垂直磁记录媒体，除了利用Ti靶材，形成10nm厚度的Ti层作为第一垫层外，以与形成例子1的垂直磁记录媒体50的方式相同的方式获得垂直磁记录媒体。
除了第一垫层不同之外，所获得的垂直磁记录媒体与图6所示的垂直磁记录媒体50具有同样的层结构。
对获得的垂直磁记录媒体的第一垫层径向TEM测量，然后，检验第一垫层上的磁性颗粒的颗粒尺寸分布。结果说明其颗粒尺寸分布为10nm至13nm。
同样，对第二垫层进行同样的TEM测量说明第一垫层的颗粒间平均距离与第二垫层的颗粒间平均距离之间的差值为20％至30％。此外，在对其垂直磁性层进行X射线衍射测量时，获得强CoCrPt-SiO2(00.2)峰，但是在对该CoCrPt-SiO2(00.2)峰进行摆动曲线测量时，所获得的该峰的半值宽度为值10°。
当以与在例子1中的方式相同的方式评估记录/再现特性时，SNRm是19.8dB。此外，所获得的低频范围输出50KFCI的衰减值是-0.13dB/10年。
因此，可以发现，根据例子1将两种或者更多种氧化物用作第一垫层的媒体显示的特性比根据比较例1将Ti用作第一垫层的现有媒体的特性好。
例子2作为第一垫层12，制备CoO-30mol％SiO2复合靶。除了利用上述复合靶代替FeO-30mol％SiO2复合靶外，以与例子1中的方式相同的方式，制造垂直磁记录媒体。
除了第一垫层12不同之外，所获得的垂直磁记录媒体与图6所示的垂直磁记录媒体50具有同样的层结构。
以与例子1中的方式相同的方式，对所获得的垂直磁记录媒体50的第一垫层进行TEM观察和图像处理，然后，检验第一垫层12的晶粒的颗粒尺寸分布。结果说明，第一垫层12由其颗粒尺寸约为5nm的晶粒形成，而且该颗粒分布的标准偏差为0.8nm或者更小。此外，在晶粒之间观察到约1nm至2nm厚度的颗粒边界。在利用TEM-EDX，检验第一垫层12的元素密度局部分布时，确认存在这样的结构，该结构具有主要由Co3O4构成的晶粒；以及主要由SiO2构成并分别包围每个晶粒的晶粒边界。此外，在对第二垫层13和第二垫层13的颗粒尺寸分布进行同样的TEM测量时，第一垫层12的晶粒的颗粒间平均距离与第二垫层13的晶粒的颗粒间平均距离之间的差值为10％或者更低。
接着，当对其垂直磁性层进行X射线衍射测量时，观察到强CoCrPt-SiO2(00.2)峰。对该CoCrPt-SiO2(00.2)峰进行摆动曲线(rocking curve)测量说明其峰的半值宽度为5°的良好结晶度。
在以与例子1中的方式相同的方式，评估记录/再现特性时，SNRm是25.5dB。此外，低频范围输出50KFCI的衰减值良好，为-0.008dB/10年。
利用由不是CoO-30mol％SiO2的X-30mol％Y复合靶(X＝MgO、MoO3、Mn3O4，Y＝SiO2、Al2O3、TiO、ZrO2)表示的各种元素的氧化物形成其第一垫层12的垂直磁记录媒体也获得同样的效果。请注意，氧化物X和Y的成分比表示靶材的成分比，而不表示薄膜上的氧化物的成分比。
除了第一垫层12不同之外，所获得的垂直磁记录媒体分别具有与图6所示的垂直磁记录媒体50的层结构相同的层结构。
当利用TEM-EDX，以与例子1中的方式相同的方式，对所有获得的垂直磁记录媒体检验第一垫层12的元素密度局部分布时，确认存在这样的结构，该结构具有主要由上述氧化物X构成的晶粒；以及主要由上述氧化物Y构成并分别包围每个晶粒的晶粒边界。
利用TEM，以与例子1中的方式相同的方式，对所有获得的垂直磁记录媒体50检验颗粒尺寸并评估记录/再现特性。下面的表1示出结果。
表1
从表1可以看出，在将从Fe2O3、Co3O4、MgO、MoO3和Mn3O4中选择的至少一种氧化物用作形成第一垫层12的晶粒的衬底，而从SiO2、Al2O3、TiO、ZrO2中选择的至少一种氧化物用作形成第一垫层12的晶粒边界的衬底时，表现的性能比根据比较例1的现有媒体的性能好。
还可以看出，在将从Fe2O3、Co3O4和MgO中选择的氧化物用作形成第一垫层12的晶粒的衬底，而从SiO2和Al2O3中选择的氧化物用作形成其晶粒边界的衬底时，也表现更好的性能。
例子3作为第一垫层12，制备MgO-40mol％SiO2复合靶。除了利用MgO-40mol％SiO2复合靶代替FeO-30mol％SiO2复合靶并以各种方式改变薄膜厚度外，以与例子1中的方式相同的方式，制造垂直磁记录媒体。
除了第一垫层12不同之外，所有获得的垂直磁记录媒体与图6所示的垂直磁记录媒体50具有同样的层结构。
以与例子1中的方式相同的方式，对所有获得的各种垂直磁记录媒体测量颗粒尺寸分布并评估记录/再现特性。
图7示出表示MgO-40mol％SiO2的第一垫层的薄膜厚度与SNRm之间的关系以及薄膜厚度与晶粒尺寸之间的关系的曲线图。曲线101、111是示出薄膜厚度为xnm(0≤x≤70)时的各结果的曲线图。
从该曲线图可以看出，在第一垫层12的厚度落入1nm至30nm的范围内时，获得更好的SNRm和平均颗粒尺寸。
例子4作为第一垫层12，制备成分比不同(10mol％≤x≤70mol％)的CoO-xmol％Al2O3复合靶。除了利用CoO-xmol％Al2O3复合靶代替FeO-30mol％SiO2复合靶并以各种方式改变成分比外，以与例子1中的方式相同的方式，制造垂直磁记录媒体。
除了第一垫层12不同之外，所有获得的垂直磁记录媒体与图6所示的垂直磁记录媒体50具有同样的层结构。
当利用TEM-EDX，以与例子1中的方式相同的方式，对所有获得的各种垂直磁记录媒体检验第一垫层12的元素密度局部分布时，确认存在这样的结构，该结构具有主要由Co3O4构成的晶粒；以及主要由Al2O3构成并分别包围每个晶粒的晶粒边界。
以与例子1中的方式相同的方式，对所有获得的各种垂直磁记录媒体测量颗粒尺寸分布并评估记录/再现特性。
图8示出表示CoO-xmol％Al2O3的第一垫层的薄膜厚度与SNRm之间的关系以及成分比与晶粒尺寸之间的关系的曲线图。曲线121、131是示出成分比为xmol％(10≤x≤70)时的各结果的曲线图。
从该曲线图可以看出，在形成第一垫层12的晶粒边界的氧化物的成分比落入20mol％至50mol％的范围内时，获得更好的SNRm和平均颗粒尺寸。
例子5作为第二垫层13，制备分别由Pd和Co构成的靶材。除了利用该各种物质的靶材代替Pt靶材外，以与例子1中的方式相同的方式，制造垂直磁记录媒体。
接着，为了进行比较，除了利用Ru靶材，形成10nm厚度的Ru层作为第二垫层外，以形成例子1的垂直磁记录媒体的方式相同的方式，制造垂直磁记录媒体，作为现有垂直磁记录媒体。
除了第二垫层13不同外，该例子中的每个垂直磁记录媒体和比较例中的垂直磁记录媒体与图6所示的垂直磁记录媒体50具有同样的层结构。
以与例子1中的方式相同的方式，分别对该例子中获得的媒体和比较例的垂直磁记录媒体测量颗粒尺寸分布并评估记录/再现特性。下面的表2示出结果。
从表2可以看出，在Pt、Pd或者Co用作第二垫层13时，表现的特性比现有媒体的特性好。
例子6作为第二垫层13，制备Pd-10mol％X的靶材(X＝Cr2O3、MgO、SiO2TiO、Y2O3、TaC、TiC、AlN、Si3O4、TaN)。除了利用Pd-10mol％X的靶材代替Pt靶材，而且使用各种Pd合金外，以与例子1中的方式相同的方式，制造垂直磁记录媒体。
除了第二垫层13不同外，所有获得的垂直磁记录媒体与图6所示的垂直磁记录媒体50具有同样的层结构。
当利用TEM-EDX，对所有获得的垂直磁记录媒体，检验第二垫层13的元素密度局部分布时，确认存在这样的结构，该结构具有主要由Pd构成的晶粒；以及主要由X表示的化合物构成并分别包围每个晶粒的晶粒边界。
以与例子1中的方式相同的方式，分别对所有各种垂直磁记录媒体测量颗粒尺寸分布并评估记录/再现特性。
以与例子1中的方式相同的方式，分别对该例子中获得的媒体和比较例的垂直磁记录媒体测量颗粒尺寸分布并评估记录/再现特性。下面的表3示出结果。
表3
从表3可以看出，在具有粒状结构的Pd合金用作第二垫层13时，表现的特性比现有媒体的特性好。此外，还可以发现，形成晶粒边界的物质优先是氧化物、碳化物或者氮化物。
例子7作为第二垫层13，制备Pd靶材。除了利用Pd靶材代替Pt靶材，而且以各种方式改变薄膜厚度外，以与例子1中的方式相同的方式，制造垂直磁记录媒体。
除了第二垫层13不同外，所有获得的垂直磁记录媒体与图6所示的垂直磁记录媒体50具有同样的层结构。
以与例子1中的方式相同的方式，分别对所有获得的垂直磁记录媒体测量颗粒尺寸分布并评估记录/再现特性。图9是示出Pd的第二垫层的薄膜厚度与SNRm之间的关系以及薄膜厚度与晶粒尺寸之间的关系的曲线图。曲线141、151是示出薄膜厚度为xnm(0≤x≤40)时的各结果的曲线图。从该曲线图可以看出，在第二垫层13的厚度落入0.1nm至20nm的范围内时，获得更好的SNRm和平均颗粒尺寸。
例子8作为第二垫层13，制备Pt靶材。除了在喷射3Pa压力的Ar气体的情况下，利用Pt靶材形成1nm厚的第二垫层13外，以与例子1中的方式相同的方式，制造垂直磁记录媒体。
对获得的垂直磁记录媒体的截面部分进行TEM测量说明，在第一垫层12的晶粒部分以岛形形成Pt颗粒。此外，还发现在Pt岛上取向生长垂直磁性层14。除了在岛形上形成第二垫层外，获得的垂直磁记录媒体与图6所示的垂直磁记录媒体50具有同样的层结构。
当以与例子1中的方式相同的方式，对获得的垂直磁记录媒体评估记录/再现特性时，发现它具有24.9dB的SNRm的良好特性。
例子9作为垂直磁记录媒体，除了在退火之后，在不进行冷却到室温的处理的情况下，形成第二垫层13、垂直磁性层14以及保护层15外，以与例子1中的方式相同的方式获得垂直磁记录媒体，此时，作为垂直磁性层14，利用Co-18at％Cr-16at％Pt-1at％B靶材，形成15nm厚的CoCrPtB垂直磁性层14代替CoPtCr-SiO2垂直磁性层。除了垂直磁性层14不同外，获得的垂直磁记录媒体与图6所示的垂直磁记录媒体50具有同样的层结构。
当以与例子1中的方式相同的方式，对获得的垂直磁记录媒体评估记录/再现特性时，发现它具有24.7dB的SNRm的良好特性。
例子10除了制备Ru靶材以及在第二垫层13与垂直磁性层14之间形成15nm厚的第三垫层外，以与例子1中的方式相同的方式制造垂直磁记录媒体。
图10示出获得的垂直磁记录媒体的结构的原理剖视图。如该图所示，除了在Pt第二垫层13与CoPtCr-SiO2垂直磁性层14之间形成第三垫层16外，该垂直磁记录媒体70与图6所示的垂直磁记录媒体50具有同样的结构。
当以与例子1中的方式相同的方式，对获得的垂直磁记录媒体评估记录/再现特性时，发现它具有25.6dB的SNRm的良好特性。
此外，利用Rh或者Re代替Ru也实现同样的改进效果。
例子11作为垂直磁记录媒体，除了在沉积薄膜之前不进行热处理，而且不形成Cr非磁性层、CoCrPt铁磁性层以及CoZrNb软磁性层外，以与例子1中的方式相同的方式制造垂直磁记录媒体。
图11示出获得的垂直磁记录媒体的结构的原理剖视图。如该图所示，垂直磁记录媒体80具有其中FeO-SiO2第一垫层22、Pt第二垫层23、CoPtCr-SiO2垂直磁性层24、C保护层25以及未示出的润滑层以此顺序层叠在非磁性衬底1上的结构。
利用其记录磁道宽度为0.25μm而再现磁道宽度为0.15μm的环形磁头，对该垂直磁记录媒体80评估记录/再现特性时，该环形磁头利用磁致电阻效应，SNRm为21.5dB。
比较例2除了利用Ti靶材形成10nm厚的Ti第一垫层作为第一垫层外，以与例子1中的方式相同的方式获得现有垂直磁记录媒体。
除了第一垫层不同外，所获得的垂直磁记录媒体与图11所示的垂直磁记录媒体80具有同样的层结构。
利用其记录磁道宽度为0.25μm而再现磁道宽度为0.15μm的环形磁头，对获得的垂直磁记录媒体评估记录/再现特性时，该环形磁头利用磁致电阻效应，SNRm为16.8dB。
应该明白，本发明并不局限于上面举例说明的具体形式，而且本发明意在包括落入下面的权利要求的等效范围内的所有变更。
权利要求
1.一种垂直磁记录媒体，包括非磁性衬底；第一垫层，形成在该非磁性衬底上，主要由从包括Fe2O3、Co3O4、MgO、MoO3、Mn3O4、SiO2、Al2O3、TiO2以及ZrO2的组中选择的至少两种构成，而且具有以柱形生长的晶粒和包围该晶粒的晶粒边界；非磁性第二垫层，形成在第一垫层上，而且具有生长在第一垫层的晶粒上的面心立方晶格结构和六方紧密堆积结构之一的晶粒；磁性层，形成在第二垫层上；以及保护层，形成在该磁性层上。
2.根据权利要求1所述的垂直磁记录媒体，其中第二垫层主要由含有从包括Pt、Pd和Co的组中选择的一种的合金构成。
3.根据权利要求1所述的垂直磁记录媒体，其中第一垫层的晶粒含有从包括Fe2O3、Co3O4、MgO、MoO3以及Mn3O4的组中选择的至少一种，以及其中第一垫层的晶粒边界含有从包括SiO2、Al2O3、TiO2以及ZrO2的组中选择的至少一种。
4.根据权利要求3所述的垂直磁记录媒体，其中第一垫层的晶粒含有从包括Fe2O3、Co3O4以及MgO的组中选择的至少一种，以及其中第一垫层的晶粒边界含有SiO2和Al2O3中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的垂直磁记录媒体，进一步包括形成在第二垫层与磁性层之间的第三垫层。
6.根据权利要求5所述的垂直磁记录媒体，其中第三垫层主要由从包括Ru、Rh和Re的组中选择的至少一种构成。
7.根据权利要求1所述的垂直磁记录媒体，其中相对于整个第一垫层，第一垫层的晶粒边界的摩尔百分比为20％至50％。
8.根据权利要求1所述的垂直磁记录媒体，其中相对于整个第一垫层，第一垫层的晶粒边界的摩尔百分比为35％至45％。
9.根据权利要求1所述的垂直磁记录媒体，其中第一垫层的晶粒具有在平面内方向平行于非磁性衬底的规则排列。
10.根据权利要求1所述的垂直磁记录媒体，其中第一垫层具有1nm至30nm的厚度。
11.根据权利要求1所述的垂直磁记录媒体，其中第二垫层具有粒状结构，其中第二垫层的晶粒以柱形生长，而且该柱形晶粒被由氧化物、氮化物和碳化物之一构成的晶粒边界分离。
12.根据权利要求1所述的垂直磁记录媒体，其中第二垫层具有0.1nm至20nm的厚度。
13.根据权利要求1所述的垂直磁记录媒体，其中在第一垫层的晶粒上，以岛形生长第二垫层的晶粒。
14.根据权利要求1所述的垂直磁记录媒体，其中第二垫层的晶粒的颗粒间平均距离与第一垫层的晶粒的颗粒间平均距离之间的差在±10％内。
15.根据权利要求1所述的垂直磁记录媒体，其中磁性层具有主要由CoPt合金构成的磁性晶粒。
16.根据权利要求15所述的垂直磁记录媒体，其中磁性层含有5at.％至20at.％的氧。
17.根据权利要求1所述的垂直磁记录媒体，其中磁性层具有晶粒尺寸平均为1nm至10nm的磁性晶粒。
18.根据权利要求1所述的垂直磁记录媒体，其中磁性层具有磁性晶粒，所述磁性晶粒具有在平面内方向平行于非磁性衬底的规则排列。
19.根据权利要求1所述的垂直磁记录媒体，进一步包括形成在非磁性衬底与第一垫层之间的至少一层软磁性层。
20.一种磁记录/再现设备，包括垂直磁记录媒体，该垂直磁记录媒体包括非磁性衬底；第一垫层，形成在该非磁性衬底上，主要由从包括Fe2O3、Co3O4、MgO、MoO3、Mn3O4、SiO2、Al2O3、TiO2以及ZrO2的组中选择的至少两种构成，而且具有以柱形生长的晶粒和包围该晶粒的晶粒边界；非磁性第二垫层，形成在第一垫层上，而且具有生长在第一垫层的晶粒上的面心立方晶格结构和六方紧密堆积结构之一的晶粒；磁性层，形成在第二垫层上；以及保护层，形成在该磁性层上；支承并旋转驱动垂直磁记录媒体的机构；磁头，具有用于将数据记录到垂直磁记录媒体上的单元；以及用于从垂直磁记录媒体再现记录数据的单元；以及托架组件，相对于垂直磁记录媒体可移动地支承磁头。
21.根据权利要求20所述的磁记录/再现设备，其中磁头具有单极记录头。
全文摘要
本发明公开了一种垂直磁记录媒体，该垂直磁记录媒体包括非磁性衬底；第一垫层，形成在该非磁性衬底上，主要由从包括Fe
文档编号G11B5/66GK1674105SQ20051005949
公开日2005年9月28日 申请日期2005年3月25日 优先权日2004年3月25日
发明者岩崎刚之, 喜喜津哲, 及川壮一, 前田知幸 申请人:株式会社东芝