专利名称：磁记录媒体、记录媒体的制造方法和磁记录装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁记录媒体、记录媒体的制造方法和磁记录装置，更加具体而言，涉及具有较高的记录密度的磁记录媒体、记录媒体的制造方法和其中配备高密度记录媒体的硬盘驱动器等磁记录装置。
背景技术：
作为用于记录和再现信息的磁记录系统，硬盘驱动器(HDD)的应用领域已从最初的与计算机有关的应用领域扩展到诸如家庭录像机和车载导航系统的各种其它应用领域。除了具有较高的记录容量和较低的成本外，硬盘驱动器的应用领域得到扩展还由于其具有较高的数据存取速度、较高的数据存储可靠性等优点。随着HDD应用领域的扩展，对于具有更大的记录容量的HDD的需求不断增加。为了满足这种需求，已通过增加磁记录媒体的记录密度开发了大容量记录技术。
随着HDD的磁记录媒体的记录密度的增加，记录位尺寸和磁化反向单元的直径变得非常小。结果，对于小尺寸磁化反向单元，由热波动导致的记录信号磁化降低的现象和导致记录和再现性能劣化的因素变得十分明显。此外，随着记录位的尺寸缩小到十分小的尺寸，记录位之间的边界区域出现的噪声信号变大，且噪声变成对信噪比产生较大的影响。因此，为了得到更高的记录密度，一方面需要稳定记录信号磁化的热稳定性，另一方面需要在较高的记录密度条件下得到较低的噪声特性。
为了降低磁记录媒体噪声，构成记录层的磁性晶粒的尺寸至今已变得很小。例如，通过添加少量的Ta或B(参见日本专利申请公报No.平11-154321和2003-338029)，以及通过在适当的温度下进行热处理从而析出非磁性的Cr(参见日本专利申请公报No.平3-235218和平6-259764)，将应用广泛的磁记录媒体的Co-Cr磁性层的磁性晶粒制成非常小的尺寸。最近，采用用于得到具有通过在磁性层中添加诸如SiOx的氧化物而得到的所谓粒状结构的磁记录层的方法。在该粒状结构的磁性层中，非磁性粒界材料包围磁性晶粒(参见日本专利申请公报No.平10-92637和2001-56922)。
但是，这些方法不能通过返回到垫层和磁记录层的晶粒的成核阶段控制磁性层和垫层的晶粒。这些方法仅通过选择原材料的组合、原材料成分或通过选择淀积条件控制平均磁性晶粒直径和粒界区。当将垫层中的晶粒减小到更小的尺寸时，就会降低垫层中的晶粒的结晶质量和晶粒取向度，而垫层晶粒的结晶质量下降会对磁性晶粒的形成产生影响。事实上，已经发现用这种方法制备的磁性层的晶粒尺寸和粒界宽度的分布范围较宽。磁性晶粒的平均晶粒尺寸降低到5nm的磁记录媒体表现出很差的热波动耐用性。对于热波动不稳定的很小尺寸的晶粒的比例很高。因此很难用这种方法得到更高的记录密度。
为了得到具有小尺寸磁性晶粒的低噪声磁记录媒体，通过在用于形成磁记录层的衬底上使用作为形核层的诸如Nb的层，控制磁性晶粒的形核(参见日本专利申请公报No.2002-22518)。但是，为了得到实现记录磁化的热稳定性和低噪声的较高的记录密度，还需要其它先进技术。
发明内容
要得到较高的记录密度，需要解决的重要问题是，实现磁记录层的较小的平均直径以得到低噪声磁记录媒体，并实现减少对热波动不稳定的小尺寸粒子的较小的晶粒直径分布。
本发明正是针对上述问题的解决而提出的。本发明的目的在于，提供实现较小的平均晶粒直径分布、具有优异的记录信号分辨率和信噪比(SNR)的新型磁记录媒体、磁记录媒体的制造方法、和配备有记录媒体的磁记录装置。
本发明的发明人开展了各种探索性工作，并获得一些有趣的发现，即，当在淀积氧化物或碳膜的Cu、Ni、Rh或Pt膜上形成磁记录层时，所制成的磁性层的磁性晶粒的尺寸非常小，并且晶粒尺寸分布也非常小。在开展进一步的研究后，发明人解决了上述问题，并完成了本发明。
本发明的磁记录媒体包括衬底、在衬底上形成的垫层、在磁记录层上形成的垫层上的磁记录层。本发明的垫层包括包含基本上选自Cu、Ni、Rh或Pt的金属的晶粒的晶粒直径控制垫层和晶粒直径控制层表面上的选自氧和碳中的至少一种元素的淀积层。
本发明的磁记录媒体的制造方法包括以下步骤在衬底上形成包含基本上选自Cu、Ni、Rh或Pt的金属的晶粒的晶粒直径控制垫层，在晶粒直径控制层表面上形成选自氧和碳中的至少一种元素的淀积原子的淀积原子层，和在具有淀积原子的晶粒直径控制垫层的衬底上形成磁记录层。
并且，本发明的磁记录和再现装置包括上述磁记录媒体、用于驱动磁记录媒体的记录媒体驱动机构、用于将信息记录到磁记录媒体上并从磁记录媒体上再现信息的记录和再现磁头机构、用于驱动记录和再现磁头的磁头驱动机构和用于处理的记录和再现信号处理系统。
本发明的一个显著优点在于，不必为了得到小尺寸的磁性晶粒而将包含晶粒的晶粒直径控制垫层的晶粒尺寸制成很小的尺寸。因此，可以避免为了得到小尺寸的磁性晶粒而使用小晶粒尺寸的垫层的问题。本发明提供一种用于得到具有改进的记录和再现特性的磁记录媒体的新装置。
目前，还不清楚通过使用包含基本上选自Cu、Ni、Rh或Pt的金属的晶粒的晶粒直径控制垫层得到小尺寸晶粒的详细机制。这里，将介绍与清洁金属单晶表面上的氧或碳等原子的再取向有关的两篇文章，并对本发明和这两篇文章进行简单的比较。
在表面科学(Surface Science)第437卷第18-28页中出现的一篇文章中，报道了清洁Ni和Rh表面上的淀积氧原子和碳原子的规则重排表面结构。
在材料科学与工程(Material Science and Engineering)第B96卷第169-177页中出现的另一篇文章中，用在清洁大块单晶表面上出现的应力相互作用对有序排列现象进行了解释。
对于两篇文件中所述的氮原子的有序排列现象，将本发明与两篇文章相比较，可以看出，本发明中的垫层是Cu、Ni、Rh或Pt的膜，而不是大块单晶。本发明的薄膜中的应力状态与这些文章中的大块Cu单晶表面十分不同。因此，对于本发明的薄膜，不能期望出现这些文章中的再取向的有序表面结构。目前，本发明用于得到小晶粒尺寸的机制还不清楚。发现本发明的机制是需要解决的重要问题。
在上述日本专利申请公报No.2002-22518中对吸附氧和吸附氮的现象进行的说明。在该专利申请中，说明了用于得到小尺寸晶粒的包含Nb的合金垫层。作为发明的例子，说明了垫层对氧和氮的物理吸附。在这种情况下，由于是在Nb衬底而不是Cu、Ni、Rh或Pt上吸附吸附氧和氮，因此可能不能得到本发明中发现的明显效果。并且，在日本专利申请公报No.平5-128481中说明了包含氧、氟和氮的磁记录媒体。由于是为了得到与织构结构类似的效果而在其衬底中包含而不是在垫层上淀积氧、氟和氮，因此，在这种情况不能得到本发明中发现的明显效果。
本发明提供一种用于得到具有非常小的磁性晶粒的磁性层和具有提高的信噪比、用于高密度记录的磁记录媒体的新装置。
图1是根据本发明的实施例的磁记录媒体的示意性断面图。
图2是用于表示根据本发明的实施例、以四方晶格结构的形式排列的磁性晶粒的磁记录媒体用磁记录层的示意性面内图。
图3是四方晶格结构的倒易晶格的环形图案的示意性例子。
图4是用于表示根据本发明的实施例、以六方晶格结构的形式排列的磁性晶粒的磁记录媒体用磁记录层的示意性面内图。
图5是六方晶格结构的倒易晶格的环形图案的示意性例子。
图6是根据本发明的实施例、包含取向控制垫层的磁记录媒体的示意性断面图。
图7是根据本发明的实施例、具有中间垫层的磁记录媒体的示意性断面图。
图8是根据本发明的实施例、具有软磁性垫层的磁记录媒体的示意性断面图。
图9是根据本发明的实施例、具有用于软磁性垫层的偏磁层的磁记录媒体的示意性断面图。
图10是根据本发明的实施例的磁记录装置的示意性斜视图，用于通过部分地去除盖子说明其构造。
图11表示例子1的淀积氧原子的数量与磁记录层的平均晶粒直径之间的关系。
图12表示例子1的淀积碳原子的数量与磁记录层的平均晶粒直径之间的关系。
图13表示例子1的Ni的平均直径与磁记录层的平均晶粒直径之间的关系。
图14表示例子1的Ni的平均直径与磁记录层的平均晶粒直径之间的关系。
图15表示例子1的磁记录层的磁性晶粒的面密度与dPW50之间的关系。
图16表示例子1的磁记录层的磁性晶粒的面密度与dPW50之间的关系。
具体实施例方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施例。
图1是根据本发明的实施例的磁记录媒体的示意性断面图。在图1中，在衬底11上设置选自Cu、Ni、Rh或Pt中的至少一种的晶粒直径控制垫层12a。在直径控制垫层12a上形成选自氧和氮中的至少一种元素的淀积原子层12b。在淀积原子层12b上形成磁记录层14，并在磁记录层14上形成保护和润滑层15。
如果用单位面积的平均原子数表示，则晶粒直径控制垫层12a的表面上的淀积原子层12b所需的淀积氧或碳原子的数量是1×1013～1×1015原子/cm2。当该数量小于1×1013原子/cm2时，在磁记录层上不能产生明显的平均晶粒直径减小效应。并且，当该数量大于1×1015原子/cm2时，磁记录层的磁性晶粒取向减少。淀积氧或碳原子的数量优选为5×1013～5×1014原子/cm2。
可以用二次离子质谱(SIMS)法估算氧原子和碳原子的数量和位置。要估算原子的数量，也可以采用应用物理快报(Applied PhysicsLetters)第80卷第1803-1805页以及应用物理快报(Applied PhysicsLetters)第61卷第327-329页中报道的使用高能氢离子或氘离子的核反应分析法(NRA)、卢瑟福背散射法、X射线光电子分光法(XPS)、俄歇电子分光法(AES)等其它方法。并且，要进行这种估算，也可以使用应用物理快报(Applied Physics Letters)第69卷第3095-3097页中所述的原子探针法。
作为用于在晶粒直径控制垫层12a的表面上淀积氧原子的方法，可以应用在淀积氧气气氛、氧等离子体或氧原子团后暴露晶粒直径控制垫层12a的方法。作为淀积碳原子的方法，可以类似地应用在乙烯或乙炔气氛中暴露的方法。要在表面上同时淀积氧和碳，可以应用在一氧化碳气氛中暴露的其它方法。
晶粒直径控制垫层12a所需的晶粒具有用于得到具有良好结晶性的磁记录层14的较宽的平整表面。因此，要求Cu晶粒具有较大的平均晶粒直径。Cu晶粒的所需平均晶粒直径为50nm或更大，并且优选直径为100nm或更大。更优选没有粒界的单晶膜。当Cu膜在一定的程度上不平滑时，如果该膜具有较大部分的形成膜表面的阶梯表面，可以得到该膜。
由于在磁记录层14内可以得到较高的磁性晶粒取向度，所以需要其中各晶粒的相同晶面的取向与相同平面平行的晶粒直径控制垫层12a。要在磁记录层14中得到极小尺寸的磁性晶粒，对于具有Cu、Rh和Ni晶粒的晶粒直径控制垫层12a，需要各(100)面与衬底表面平行的晶粒取向，对于具有Pt晶粒的晶粒直径控制垫层12a，需要各(111)面与衬底表面平行的晶粒取向。
晶粒直径控制层12a的每一个晶粒平均形成磁记录层14中的多个磁性晶粒。要得到记录信号的较大的再现输出，磁记录层中的磁性晶粒的所需平均面密度为1×1012～8×1012晶粒/cm2。当磁性晶粒的平均面密度小于1×1012晶粒/cm2时，SNR降低。当平均面密度高于8×1012晶粒/cm2时，SNR也降低。
从本发明的发明人的实验结果可以看出，当晶粒直径控制垫层12a包含Cu、Rh或Ni的晶粒时，需要四方晶格有序结构的磁性晶粒排列。与没有形成有序结构排列相比，形成有序结构可以明显降低记录和再现的噪声水平特性。图2示意性地表示磁记录媒体的磁记录层的面内结构。白色物体表示磁性晶粒1。可以通过图像处理和分析磁记录层14的透射电子显微镜(TEM)面内图像，对磁性晶粒1的四方晶格结构排列的存在进行确认。
使用图像处理和分析软件，作为通过增加磁性晶粒和粒界区的图像对比度得到的二元图像的快速傅立叶变换的结果，可以得到光谱。当基本上可以在光谱中发现图3所示的图案时，就可以将磁性晶粒看作具有四方晶格结构的排列。事实上，观察到两种类型的周期点或环到中心的距离的比值为 (图3中为R1和R1/21/2)可以对排列情况进行确认。可以通过对磁记录层使用低能电子衍射并对衍射图案进行分析，进行类似的确认。
本发明人的实验结果还显示，当晶粒直径控制垫层12a包含Pt的晶粒时，由于改善了记录信号的分辨率，因此需要基本为六方晶格的有序结构的磁性晶粒排列。图4表示六方晶格排列的示意性面内结构。当可以确认与六方结构的倒易晶格对应的图4中所示的图案时，可以用与针对四方晶格结构的方法相同的方法确认六方晶格排列。事实上，观察到两种类型的周期点或环到中心的距离的比值为 (图4中为R1和 可以对排列情况进行确认。
如图6所示，当晶粒直径控制垫层12a为Cu、Rh或Ni时，可以在衬底11和晶粒直径控制垫层12a之间设置用于增加晶粒直径控制垫层12a中的晶粒的(100)面取向的取向控制垫层12c。作为用于取向控制垫层12c的实际材料，可以使用基本上选自包含NiAl、MnAl、MgO、NiO、TiN、Si和Ge的组中的一种。不需要直接邻近于晶粒直径控制垫层12a设置取向控制垫层12c。
对于本发明的磁记录媒体，需要具有粒状结构的磁记录层14。磁记录层14中的粒状结构的非磁性粒界区的形成导致磁性晶粒之间的交换相互作用降低，并导致磁化转变区的宽度变小以及记录和再现特性的记录分辨率升高。
作为用作磁记录层14的材料，期望使用Co-Cr和Co-Pt等的无序合金、Fe-Pt、Co-Pt和Fe-Pd等有序合金、以及Co/Pt和Co/Pd等的多层膜材料。由于这些合金和多层膜具有较高的晶体各向异性能，因此这些材料具有热波动耐用性高的优点。如果需要，可以通过添加Cu、B和Cr等添加元素，改进这些合金和多层材料的磁性性能。
也可以使用CoCrPt、CoCrPtB、CoCrPtTa、CoCrPtNd、CoCrPtCu和FePtCu合金作为磁记录层14的材料。
作为用于构成粒状结构的粒界区的材料，需要氧化物和碳化物等化合物。这些材料适于构成粒界区是因为这些化合物不与上述形成磁性晶粒的材料形成固溶体，且很容易被分离。对于形成粒界区的材料，可以举出SiOx、TiOx、CrOx、AlOx、MgOx、TaOx、SiNx、TiNx、AlNx、TaNx、SiCx、TiCx和TaCx等化合物。
磁记录层14可以为双层结构或更多层结构，该多层结构中的其中一层是粒状结构。
如图7所示，作为垫层12的组中的一层，可以设置用于控制磁记录层14的特性的中间垫层12d。通过将粒状结构层用作中间垫层12d，可以改善晶体取向度，并保持较小的平均晶粒直径和直径的均匀性。并且可以改善记录和再现特性。
作为具有粒状结构的中间垫层12d的非磁性晶体材料，可以使用Pt、Pd、Ir、Ag、Cu、Ru和Rh。需要这些金属材料是因为这些金属材料与上述的磁性晶粒具有良好的晶格相容性并可以改善磁记录层的晶体取向度。
作为用于形成中间垫层12d的粒界区的材料，期望使用氧化物、碳化物和氮化物等化合物。将这些化合物作为用作构成粒界区的材料具有优势是因为这些化合物不与上述形成磁性晶粒的非磁性晶体材料形成共溶体，并且容易进行分离。对于形成粒界区的化合物，可以举出SiOx、TiOx、CrOx、AlOx、MgOx、TaOx、SiCx、TiCx和TaCx等化合物。当垫层在整体上不具有磁性时，构成垫层的材料可以包含磁性金属。
可以将具有粒状结构的中间垫层12d构成为两层或更多层的多层。不需要邻近于磁记录层14设置该层。
当将本发明的磁记录媒体用于垂直磁记录媒体时，可以如图8所示在各垫层和衬底11之间设置软磁性垫层16。
可以在包含在软磁性层15上设置的磁记录层14的所谓垂直双层媒体的上述磁记录媒体中设置软磁性垫层16。软磁性垫层16通过返回由从单极磁头出发、水平穿过磁记录媒体、并返回磁头的记录磁场产生的磁通量，分享磁头的部分功能。因此，在磁记录媒体中设置的软磁性垫层16具有为磁记录层14提供具有足够幅度的陡峭垂直磁场的作用。
对于软磁性垫层16，例如，可以举出CoZrNb、FeSiAl、FeTaC、CoTaC、NiFe、Fe、FeCoB、FeCoN和FeTaN。
如图9所示，可以在软磁性垫层16和衬底11之间设置偏磁层17。对于偏磁层17，可以应用面内硬磁体膜、反铁磁性膜等。在软磁性垫层16中很容易形成磁畴，并且磁畴会导致峰值状的噪声。通过沿偏磁层17的径向施加磁场并对设置在偏磁层17上的软磁性垫层16施加偏磁场，可以避免磁畴的形成。要避免形成较大的磁畴，偏磁层可以为具有弥散的各向异性场的多层结构。作为构成偏磁层17的材料，可以举出CoCrPt、CoCrPtB、CoCrPtTa、CoCrPtTaNd、CoSm、CoPt、FePt、CoPtO、CoPtCrO、CoPt-SiO2、CoCrPt-SiO2和CoCrPtO-SiO2。
对于衬底11，可以使用玻璃衬底、具有氧化物表面的Al合金衬底或Si单晶衬底、陶瓷衬底和塑料衬底用作为非磁性衬底。可以使用例如用NiP镀层的无机物衬底。
可以在磁记录层14上形成保护和润滑层15。对于保护和润滑层15的保护层，可以使用石墨或金刚石类碳(DLC)。作为保护层材料，可以举出SiNx、SiOx和CNx等其它材料。
作为淀积上述各层的方法，可以使用真空蒸汽法、各种溅射方法、分子束外延法、离子束蒸汽法、激光烧蚀法和化学汽相淀积法。
图10是根据本发明的实施例的磁记录装置的斜视图，用于通过部分地去除盖子示意性地说明其构造。
在图10中，在主轴102上固定根据本发明的磁盘101，并由图中未示出的主轴马达以恒定的速度驱动该磁盘。在由两个薄板状的板簧构成的悬梁104的顶端，固定用于携带接触磁盘101的表面的用于记录信息的记录磁头和用于再现记录信息的MR磁头的滑块103。悬梁104与悬梁臂105的一边连接，该悬梁臂具有容纳图中未示出的驱动线圈的线轴。
在悬梁臂105的另一边，设置音圈马达106，该音圈马达106是一种线性马达。由包含缠绕到悬梁臂105的线轴上的驱动线圈、永久磁体和相反的磁轭的磁路构成音圈马达106。
悬梁臂105由固定在固定轴107的上下边上的图中未示出的滚珠轴承支撑，并由音圈马达106驱动以产生循环摆动动作。音圈马达106控制磁盘101上的滑块103的位置。在图10中，示出盖子108的一部分。
以下，将进一步详细说明用于解释本发明的本发明的实例。
(例子1)将非磁性2.5英寸玻璃衬底放入ANELVA公司的c-301型溅射装置的真空室中。将溅射装置的真空室抽真空到1×10-6Pa或更低。
然后使用红外加热器将衬底加热到约300℃。将衬底的温度保持在约300℃，淀积200nm厚的CoZrNb膜作为软磁性垫层，并然后对各衬底淀积约30nm厚的Ni膜。
然后将各衬底的温度升高到约500℃，并将其暴露于1×10-5～1×10-2Pa的氧化物或乙烯气氛中。在氧化物或乙烯暴露后，淀积成作为磁记录层的5nm厚的Fe50Pt50膜。
然后淀积5nm厚的碳膜。对于CoZrNb、Ni、Fe50Pt50和C膜的淀积，分别将氩气气压控制为0.7帕、0.7帕、5帕和0.7帕，分别使用CoZrNb、Ni、Fe50Pt50和C作为靶材。对于溅射淀积使用直流溅射。对于CoZrNb、Fe50Pt50和C淀积，将向靶材输入的功率固定为1000W，而对于Ni淀积，该功率在100～1000W的范围内变化。
除了由Cu、Rh、Ni和Pt代替上述Ni以外，使用类似的淀积方法制造各样本。并且，使用与上述程序类似的方法制造具有Co50Pt50、Fe50Pd50、CO70Cr10Pt10而非Fe50Pt50的磁记录媒体样本。由氧气或乙烯暴露气氛的分压控制淀积的氧或碳的量。通过改变对靶材输入的功率，改变Cu、Rh、Ni和Pt的晶粒直径。
在完成淀积后，通过浸涂法用约1.3nm厚的全氟聚醚(PFPE)润滑剂涂敷制备的各样本的保护层。从而得到各磁记录媒体样本。
作为比较例，通过以下步骤制备常规的垂直磁记录媒体样本。将非磁性2.5英寸玻璃衬底放入溅射装置的真空室中，并将真空室抽真空到1×10-6Pa或更低。使用红外加热器将衬底加热到约300℃后，在各衬底上淀积作为软磁性垫层的200nm厚的CoZrNb膜、作为种层(seed-layer)的10nm厚的Ta膜、作为垫层的20nm厚的Ru膜、作为磁记录层的15nm厚的Co65-Cr20-Pt14-Ta1层和5nm厚的保护层，并使用与上述实施例相同的步骤涂敷润滑剂。
要淀积CoZrNb膜、Ta膜、Ru膜和CoCrPtTa膜，氩气气压分别为0.7帕、0.7帕、0.7帕、5帕和0.7帕，靶材分别为CoZrNb、Ta、Ru、Co65Cr20Pt14Ta1层。对于这些淀积使用直流溅射。将对靶材输入的功率固定为1000W。
通过加速电压为400kV的透射电子显微镜(TEM)确认各个制造样本的微观结构、晶粒直径和晶粒尺寸分布。采用与日本专利申请公报No.2003-338029中所述的方法类似的方法，从由氢离子或氘离子对于各样本的氧或碳原子的同位辐射(synchrotron irradiation)得到的16(d，p)17O、18O(p，α)15N和12C(d，p)13C的各反应的NRA反应光谱中，得到在各膜上淀积的氧或碳原子的数量及其沿深度方向的分布。也可以采用使用Cs+的SIMS法进行分析。
使用旋转台评价各磁记录媒体的记录和再现特性(读写特性、R/W特性)。所应用的磁头是0.3μm磁道宽单极磁头和0.2μm磁道宽MR磁头的组合。测量条件相同，即，磁头到中心的位置恒定为20mm，转速为4200rpm。
测量作为微分电路的输出的微分波形的信噪比(SNRm)，将其作为各磁记录媒体的SNR。所测量的信号S是119kfci的线性记录密度的输出，并且所测量的噪声是716kfci的均方根值。另外，估算微分波形的半宽度(dPW50)，以得到用作记录的分辨率的指数。
表1表示各磁记录媒体的磁性层的平均晶粒直径dMag和标准偏差σ。
表1
如表1所示，与比较例1相比，例子1的各磁记录媒体具有较小的平均晶粒直径，该较小的平均晶粒直径具有较小的标准偏差。
图11和图12分别表示通过对Fe50Pt50磁性层和Ni直径控制垫层样本进行核反应分析NRA而得到的淀积的氧的量θO和淀积的碳的量θC与平均磁性晶粒直径dMag之间的关系。从两图中可以看出，当θ值为1×1013～1×1015原子/cm2时，晶粒十分小并是所期望的。对于Cu、Rh和Pt直径控制垫层样本，可以得到类似的结果。对于Co50Pt50、Fe50Pd50、Co70Cr10Pt20磁性层，也可以得到类似的结果。对于各个磁记录媒体，通过沿深度方向使用SIMS进行化学元素分布测量，确认在直径控制垫层表面区上存在淀积氧和碳原子而在直径控制垫层内部不存在淀积氧和碳原子。
图13和图14表示对于2×1014原子/cm2和4×1014原子/cm2的淀积氧或碳、Ni层上的Ni晶粒的平均直径dNi和Fe50Pd50磁性层的磁性晶粒的平均直径dMag之间的关系。当Ni层的平均晶粒直径为50nm或大于50nm时，磁性层的平均晶粒直径变得十分小。对于Cu、Rh和Pt晶粒直径控制垫层的样本，得到类似的结果。
图15和图16分别表示对于100nm的dNi、2×1014原子/cm2和4×1014原子/cm2的氧或碳淀积的面密度、由TEM观察得到的作为各磁记录层中的磁性晶粒的平均面密度n的函数的dPW50。当n为1×1012～8×1012晶粒/cm2时，dPW50如所期望的那样变小。当n为1×1012～8×1012晶粒/cm2时，可以确认平均在每个Ni晶粒上具有磁记录层中的多个磁性晶粒。对于Cu、Rh和Pt晶粒直径控制垫层的样本，得到类似的结果。
使用图像处理和分析软件“Image-Pro Plus”(美国MediaCybernetics公司)针对各磁记录媒体中的磁记录层面内TEM图像对磁性晶粒的有序排列进行检测。将各磁记录层的面内TEM图像转换成通过增加磁性晶粒的区域和其它区域之间的对比度得到的由两个值表达的图案，并通过FFT将图案转换成倒易晶格图案，并对该图案估算。结果，对于比较例1的常规媒体样本没有观察到有序排列。
另一方面，对于n值为1×1012～8×1012晶粒/cm2且具有Ni、Rh和Cu晶粒直径控制垫层的各磁记录媒体，观察到粒状结构的磁记录层。对TEM图像的FFT分析从到中心斑点的距离为 的两个周期图案实质上证实晶粒的四方排列。
对于具有Pt晶粒直径控制垫层的各磁记录媒体，观察到粒状结构的磁记录层。对TEM图像的FFT分析从到中心斑点的距离为1∶ 的两个周期图案实质上证实晶粒的六方排列。
(例子2)将非磁性2.5英寸玻璃衬底放入真空室中，并将真空室抽真空到1×10-6Pa或更低。然后使用例子1中所述的方法分别在CoZrNb软磁性垫层上淀积Cu、Ni、Rh和Pt膜。
通过在1×10-5～1×10-2的氧气气氛中用离子枪在垫层表面上辐射200eV的氧离子，形成氧淀积层。然后使用Co70Cr10Pt20-10mol％TiN复合靶材形成5nm厚的Co70Cr10Pt20-TiN磁记录层。分别淀积由Fe50Pt50、Co50Pt50和Fe50Pd50代替Co70Cr10Pt20、由AlN、TaN、TiC和TaC代替TiN的磁记录层。使用与例子1所述的方法类似的方法，淀积碳保护层并涂敷润滑层。这样就制成各种磁记录媒体。
表2A和表2B表示各磁记录媒体的SNRm值和dPW50值。具有化合物的磁记录层结构的磁记录媒体表现出增大的SNRm并且是所期望的。包含化合物的各种复合磁记录层具有粒状结构，并且，Ni、Rh和Cu晶粒直径控制垫层上的磁性晶粒具有排列形成四方晶格的有序结构。另一方面，Pt晶粒直径控制垫层上的磁性晶粒具有排列形成六方晶格的有序结构。
表2A
表2B
(例子3)将非磁性2.5英寸玻璃衬底放入真空室中，并将真空室抽真空到2×10-6Pa或更低。然后，对于各衬底，使用例子1中所述的方法在CoZrNb软磁性垫层上淀积Cu、Ni、Rh或Pt膜，并然后形成淀积碳层。然后使用5nm厚的Co70Cr10Pt20-10mol％SiO2复合靶材形成5nm厚的Co70Cr10Pt20-SiO2磁记录层。分别淀积由Fe50Pt50、Co50Pt50和Fe50Pd50代替Co70Cr10Pt20、由TiO、Al2O3、TiN、AlN和TaN代替SiO2的磁记录层。使用与例子1所述的方法类似的方法，淀积碳保护层并涂敷润滑层。这样就制成各种磁记录媒体。
表3A和表3B表示各磁记录媒体的SNRm值和dPW50值。具有化合物的磁记录层结构复合物的磁记录媒体如所期望的那样表现出较高的SNRm。包含化合物的各种复合磁记录层具有粒状结构，并且，Ni、Rh和Cu晶粒直径控制垫层上的磁性晶粒具有排列形成四方晶格的有序结构。另一方面，Pt晶粒直径控制垫层上的磁性晶粒具有排列形成六方晶格的有序结构。
表3A
表3B
(例子4)制备2.5英寸硬盘状非磁性玻璃衬底，使用与例子1中的方法相同的方法实施膜淀积，直到氧淀积处理。然后，对于各个衬底，使用Pt-10mol％TiN的复合靶材淀积10nm厚的Pt-TiN。在Pt-TiN层上，使用Co70Cr10Pt20-10％SiO2复合靶材淀积5nm厚的Co70Cr10Pt20-SiO2磁记录层。
然后，通过使用例子2中所述的方法淀积碳保护层并涂敷润滑层，得到各种磁记录媒体。另外，通过为各种淀积制备靶材，分别制作由Pd、Ir、Ag、Cu、Ru和Rh代替垫层Pt、由AlN、TaNSi2N3、TiC和TaC代替TiN的各种磁记录媒体。并且，通过为各种淀积制备靶材，分别淀积由Fe50Pt50、Co50Pt50和Fe50Pd50代替Co70Cr10Pt20SiO2、由TiO、Al2O3、TiN、AlN、TaN、TiC和TaC代替SiO2的磁记录层。
表4A和表4B表示具有CoCrPt-SiO2磁记录层和各垫层的各磁记录媒体的SNRm值和dPW50值。具有化合物的磁记录层结构复合物的磁记录媒体SNRm增加。当应用其它磁记录层时，也发现类似的结果。各磁记录层和垫层具有粒状结构，并且，具有Ni、Rh和Cu晶粒直径控制垫层的磁记录媒体实质上具有排列形成四方晶格的磁性晶粒的有序结构。另一方面，具有Pt晶粒直径控制垫层的磁记录媒体具有排列形成六方晶格的磁性晶粒的有序结构。
表4A
表4B
(例子5)制备2.5英寸硬盘状非磁性玻璃衬底，使用与例子1中的方法相同的方法实施膜淀积，直到碳淀积处理。然后使用Pt-10mol％SiO2复合靶材淀积10nm厚的Pt-SiO2。通过使用与实施例中所述的条件相同的条件在Pt-SiO2层上淀积各种磁记录层、淀积碳保护层并涂敷润滑层，制作各种磁记录媒体。并且，通过制备并使用各种靶材，并分别用Pd、Ir、Ag、Cu、Ru和Rh代替Pt、用TiO、Al2O3、TiN、AlN、TaN、TiC和TaC代替SiO2，得到各种磁记录媒体。
表5A和表5B表示具有CoCrPt-SiO2磁记录层和各垫层的各磁记录媒体的SNRm值和dPW50值。在磁记录层下设置具有化合物的垫层复合物提高了磁记录媒体记录分辨率。当应用其它磁记录层时，也发现类似的结果。各磁记录层和垫层具有粒状结构，并且，具有Ni、Rh和Cu晶粒直径控制垫层的磁记录媒体实质上具有排列形成四方晶格的磁性晶粒的有序结构。另一方面，具有Pt晶粒直径控制垫层的磁记录媒体具有排列形成六方晶格的磁性晶粒的有序结构。
表5A
表5B
(例子6)制备2.5英寸硬盘状非磁性玻璃衬底，并且，除了在软磁性垫层和晶粒直径控制层之间设置取向控制层外，使用与例子4相同的制造方法制造各种磁记录媒体。从而得到各种磁记录媒体。作为取向控制层，通过制备并使用NiAl靶材，在0.7Pa的Ar气氛中淀积5nm厚的NiAl层。另外，制造分别具有MgO、NiO、MnAl、Ge、Si和TiN的取向控制层的磁记录媒体。
表6表示具有CoCrPt-SiO2磁记录层和Pt-TiN垫层的各磁记录媒体的记录和再现特性。可以看出，通过设置取向控制垫层，SNRm进一步增加。对于具有其它磁记录层和垫层的组合的其它磁记录媒体，得到类似的结果。
表6
(例子7)制备2.5英寸硬盘状非磁性玻璃衬底，并且，除了在软磁性垫层和晶粒直径控制层之间设置取向控制层外，使用与例子5相同的制造方法制造各种磁记录媒体。然后得到各种磁记录媒体。表7表示具有CoCrPt-SiO2磁记录层和Pt-TiN垫层的各磁记录媒体的记录和再现特性。可以看出，通过设置取向控制垫层，SNRm进一步增加。对于具有其它磁记录层和垫层的组合的其它磁记录媒体，得到类似的结果。
表7
虽然通过其优选的实施例说明了本发明，但本领域技术人员应当理解，在不背离本发明的精神和范围的条件下，可以对其做各种修改。
权利要求
1.一种磁记录媒体，包括衬底；在上述衬底上形成的垫层；上述垫层上的磁记录层；和在上述磁记录层上形成的保护层，其特征在于，包含晶粒直径控制垫层的上述垫层包含基本上选自Cu、Ni、Rh和Pt中的至少一种的晶粒和在上述晶粒直径控制垫层表面上的选自氧原子和碳原子中的至少一种的淀积原子层。
2.根据权利要求1的磁记录媒体，其特征在于，上述淀积原子层包含平均面密度为1×1013～1×1015原子/cm2的上述元素原子。
3.根据权利要求1的磁记录媒体，其特征在于，上述晶粒直径控制垫层的晶粒的平均晶粒直径为50nm或更大。
4.根据权利要求1的磁记录媒体，其特征在于，上述晶粒直径控制垫层包含基本上选自Cu、Ni和Rh中的至少一种的晶粒，所述晶粒的(100)面的取向与上述衬底表面平行。
5.根据权利要求1的磁记录媒体，其特征在于，上述磁记录层包含平均在上述大晶粒直径垫层的一个晶粒上被保持多个、平均面密度为1×1012～8×1012晶粒/cm2的磁性晶粒。
6.根据权利要求1的磁记录媒体，其特征在于，上述磁记录层包含以四方晶格结构的形式排列的磁性晶粒。
7.根据权利要求1的磁记录媒体，其特征在于，上述晶粒直径控制垫层包含晶粒的(111)面的取向与上述衬底表面平行的Pt晶粒。
8.根据权利要求7的磁记录媒体，其特征在于，上述磁记录层包含平均在上述大晶粒直径垫层的一个Pt晶粒上被保持多个、平均面密度为1×1012～8×1012晶粒/cm2的磁性晶粒。
9.根据权利要求7的磁记录媒体，其特征在于，上述磁记录层包含以六方晶格结构的形式排列的磁性晶粒。
10.根据权利要求1的磁记录媒体，其特征在于，上述磁记录层包含含有磁性晶粒和包围上述磁性晶粒中每一个的粒界区的粒状结构。
11.根据权利要求1的磁记录媒体，其特征在于，上述磁记录层包含基本上选自Co-Cr、Co-Pt、Fe-Pt和Fe-Pd中的至少一种的磁性晶粒。
12.根据权利要求1的磁记录媒体，其特征在于，上述磁记录媒体包含位于上述磁记录层和带有上述淀积原子层的上述大晶粒直径垫层之间的至少一个中间垫层。
13.根据权利要求12的磁记录媒体，其特征在于，上述中间垫层包含至少一个包含非磁性晶粒和包围上述非磁性晶粒中每一个的粒界区的粒状结构层。
14.根据权利要求13的磁记录媒体，其特征在于，上述粒状结构中间垫层包含基本上选自Pt、Pd、Ir、Ag、Cu、Ru和Rh中的至少一种的非磁性晶粒。
15.根据权利要求1的磁记录媒体，其特征在于，上述磁记录媒体包含在上述晶粒直径控制垫层和上述衬底之间设置的具有软磁性特性的软磁性垫层。
16.根据权利要求15的磁记录媒体，其特征在于，上述磁记录媒体包含在上述晶粒直径控制垫层和上述软磁性垫层之间设置、具有基本上选自NiAl、MnAl、MgO、NiO、TiN、Si和Ge中的至少一种的化学成分的垫层。
17.一种磁记录媒体制造方法，包括以下步骤在衬底上形成包含基本上选自Cu、Ni、Rh和Pt中的至少一种的晶粒的晶粒直径控制垫层；在上述晶粒直径控制垫层表面上形成选自氧和碳原子中的至少一种元素的淀积原子层；和在上述衬底上的形成了淀积原子层的晶粒直径控制垫层上形成磁记录层。
18.根据权利要求17的磁记录媒体制造方法，其特征在于，在上述形成淀积原子层的步骤中，形成平均面密度为1×1013～1×1015原子/cm2的选自氧和碳原子中的至少一种元素的淀积原子层。
19.根据权利要求17的磁记录媒体制造方法，其特征在于，在上述形成晶粒直径控制垫层的步骤中，形成包含尺寸为50nm或更大的基本上选自Cu、Ni、Rh和Pt中的至少一种的晶粒的上述晶粒直径控制垫层，以及，在上述形成淀积原子层的步骤中，在上述晶粒直径控制垫层表面上形成选自氧和碳中的至少一种元素的上述元素淀积原子层。
20.根据权利要求17的磁记录媒体制造方法，其特征在于，在上述形成晶粒直径控制层的步骤中，形成包含其(100)面的取向与上述衬底表面平行的、基本上选自Cu、Ni和Rh中的至少一种的晶粒的上述晶粒直径控制层。
21.根据权利要求17的磁记录媒体制造方法，其特征在于，在上述形成磁记录层的步骤中，在上述磁记录层面中基本上以四方晶格结构的形式排列上述磁性晶粒。
22.根据权利要求17的磁记录媒体制造方法，其特征在于，在上述形成晶粒直径控制层的步骤中，形成包含其(111)面与上述衬底表面平行的Pt晶粒的上述晶粒直径控制层。
23.根据权利要求22的磁记录媒体制造方法，其特征在于，在上述形成磁记录层的步骤中，在上述磁记录层面中基本上以六方晶格结构的形式排列上述磁性晶粒。
24.根据权利要求17的磁记录媒体的制造方法，其特征在于，在上述形成磁记录层的步骤中，以1×1012～8×1012晶粒/cm2的平均面密度形成上述磁记录层中的上述磁性晶粒。
25.一种磁记录和再现装置，包括磁记录媒体，包括衬底、在上述衬底上形成的垫层、上述垫层上的磁记录层、在上述磁记录层上形成的保护层，上述垫层包括包含基本上选自Cu、Ni、Rh和Pt中的至少一种的晶粒的晶粒直径控制垫层和在上述晶粒直径控制层表面上的选自氧原子和碳原子中的至少一种的淀积原子层；用于驱动上述磁记录媒体的记录媒体驱动机构；用于将信息记录到上述磁记录媒体上并从上述磁记录媒体上再现信息的记录和再现磁头机构；用于驱动上述记录和再现磁头的磁头驱动机构；和用于处理记录信号和再现信号的记录和再现信号处理系统。
26.根据权利要求25的磁记录和再现装置，其特征在于，上述记录和再现磁头机构包含单极磁头。
全文摘要
提供一种磁记录媒体、记录媒体的制造方法和磁记录装置。在衬底上形成包含基本上选自Cu、Ni、Rh和Pt中的金属晶粒的晶粒直径控制结晶层。然后，在上述晶粒直径控制层的表面上形成选自氧和碳中的至少一种元素的淀积原子层。在淀积原子的晶粒直径控制结晶层上淀积磁记录层。从而，得到其中磁性晶粒具有较小的晶粒直径和较小的晶粒直径分布的磁记录媒体，且该磁记录媒体在高记录密度的条件下表现出改进的信噪比特性。
文档编号G11B5/65GK1674106SQ200510059498
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
发明者前田知幸, 喜喜津哲, 及川壮一, 岩崎刚之 申请人:株式会社东芝