专利名称：制造垂直磁记录介质的方法、垂直磁记录介质、以及垂直磁记录/再现装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制造垂直磁记录介质的方法、垂直磁记录介质、以及垂直磁记录/再现装置。尤其是，本发明涉及一种具有高矫顽力的高密度记录介质以及包含其的磁记录/再现装置。
背景技术：
最近，磁记录介质的应用范围例如磁盘设备、FLOPPY磁盘装置、磁带装置等等已经显著发展起来，其重要性已经增加。随着这些发展，已经开始努力增加应用于在这些装置中的磁记录介质的记录密度。例如，根据磁记录介质的密度增长，由于现在将MR磁头、GMR磁头和TMR磁头用作记录/再现磁头并且引入PRML(局部响应最大相似)技术作为数字信号纠错技术，因此记录密度显著增加。近年来，记录密度以每年60％的速度增加。
如上所述，希望进一步增加垂直磁记录介质的记录密度。为此，需要提高磁记录层的矫顽力和信噪比(S/N比)以及高分辨率。在常规使用的纵向磁记录中，当记录密度增加时，去磁效应也增加，所述去磁效应即相邻磁畴相互降低其磁化强度。因此，为了避免这种情况，有必要使得磁记录层变薄，以增加磁形状各向异性。
但是，当磁记录层的厚度降低时，用于保持磁畴的能垒在室温下达到热波动能。因此，不可能忽略磁化的衰退(热波动现象)。认为这种现象限制了记录密度。
作为用于提高纵向磁记录的记录密度的技术，最近提出一种AFC(反铁耦合)介质以解决磁化的热衰退问题，这是纵向磁记录中的一个问题。
作为一种用于实现较高记录密度的有用且可选择的技术，垂直磁记录技术已经得到广泛的关注。在常规纵向磁记录中，以平面内方向磁化介质。相反，垂直磁记录的特征在于，沿着相对于介质表面的垂直方向磁化介质。该特征抑制了去磁效应，这防止了记录密度沿纵向磁记录中生长，而且被认为是较适合的用于高密度记录的技术。此外，由于可以保持磁性层的厚度用于高密度记录，因此磁化的热衰退，即纵向磁记录中的一个问题，相对较小。
作为一种制造高密度磁记录介质的磁性层的方法，在日本未审专利申请，第一次公开No.2000-79066中公开了一种方法，在该方法中将包含锆或铪的氧化层和磁性层层叠为混合层，然后对该混合层进行退火。但是，这种制造方法应用于具有使用氧化物的颗粒结构的磁性膜。作为一种制造垂直磁记录介质的方法，提出溅射CoCr合金同时加热基底(例如，Tohoku大学，Kazuhiro Ouchi的博士论文，1984)。
如上所解释的，尽管垂直磁记录介质具有卓越的特性，但是与纵向磁记录介质的情况类似，提高矫顽力仍然是非常重要的。希望能够进一步提高垂直磁记录介质中的矫顽力。
本发明的一个目的是提供一种通过退火工艺而具有较高矫顽力的垂直磁记录介质。
发明内容
为了实现上述目的，本发明提供以下用于制造垂直磁记录介质的方法，一种垂直磁记录介质，以及一种磁记录/再现装置。
(1)一种制造垂直磁记录介质的方法，该垂直磁记录介质包括位于非磁性基底上磁记录层，在所述磁记录层中至少相互层叠包含Co的磁性层和扩散层，对所述层叠的层进行退火以制成磁记录层。
(2)如(1)所述的制造垂直磁记录介质的方法，其中所述扩散层是纯金属膜或合金膜。
(3)如(1)或(2)所述的制造垂直磁记录介质的方法，其中将所述扩散层层叠在所述磁性层之上和/或之下。
(4)如(1)到(3)中任一项所述的制造垂直磁记录介质的方法，其中所述扩散层包含这样的元素，所述元素具有小于等于1.60埃的原子半径、小于等于2500℃的熔点以及小于等于-40kJ/摩尔的与Co的合金形成焓。
(5)如(1)到(4)中任一项所述的制造垂直磁记录介质的方法，其中所述扩散层包含Hf、Zr、Ti、Al、Ta、Nb、Sc、V、以及Y中的至少一种。
(6)如(1)到(5)中任一项所述的制造垂直磁记录介质的方法，其中所述磁性层由CoCrPt、CoCrPtB、CoCrNiPt、CoCr、CoCrTa以及CoCrPtTa中的至少一种合金制成。
(7)如(1)到(6)中任一项所述的制造垂直磁记录介质的方法，其中最大退火温度小于等于500℃。
(8)如(1)到(7)中任一项所述的制造垂直磁记录介质的方法，其中在小于等于1×10-3Pa的真空条件下进行所述退火。
(9)如(1)到(8)中任一项所述的制造垂直磁记录介质的方法，其中所述退火为具有大于等于30℃/秒的升温速率的快速退火。
(10)一种垂直磁记录介质，通过如(1)到(9)中任一项所述的制造垂直磁记录介质的方法来制成。
(11)一种垂直磁记录介质，其包括位于非磁性基底上的磁记录层，其中所述磁记录层包括磁性晶粒和相对于所述磁性晶粒的非磁性基体，所述磁性晶粒包含Co和Cr，所述非磁性基体包含Hf、Zr、Ti、Al、Ta和Nb中的至少一种。
(12)如(11)所述的垂直磁记录介质，其中所述非磁性基体为通过与Co反应而制成的无定形材料。
(13)如(11)或(12)所述的垂直磁记录介质，其中所述磁性晶粒的平均直径为小于等于10nm。
(14)如(11)到(13)中任一项所述的的垂直磁记录介质，其中在所述无定形材料的磁性颗粒之间的基体的距离处于1nm到5nm的范围内。
(15)如(11)到(14)中任一项所述的垂直磁记录介质，其中在所述磁性晶粒周围的基体具有富Co组合物。
(16)如(11)到(15)中任一项所述的垂直磁记录介质，其中在所述磁记录层的厚度为20nm的情况下，垂直矫顽力为大于等于553000A/m(7000Oe)。
(17)一种磁记录/再现装置，包括如(10)到(16)中任一项所述的垂直磁记录介质。
根据本发明，通过在低温下和/或以较短时间退火，可以容易地制成一种具有较高矫顽力的垂直磁记录介质。
以下，详细解释本发明。
本发明的垂直磁记录介质包括磁记录层，其通过热处理层叠膜而制成，该层叠膜包括位于基底上的Co基磁性层和扩散层。垂直磁记录介质的截面结构如图1所示。本发明的垂直磁记录介质1包括顺序沉积在非磁性基底2上的籽晶层3、衬层4、以及Co基磁性层5。此外，在磁性层5上形成扩散层6之后，用保护层7覆盖扩散层6的表面。而且，在图1中，磁性层5和扩散层6分离地存在；然而，在退火之后，这些层变为磁记录层。
垂直磁记录介质1的基底2由非磁性基体材料制成并且呈圆盘形状。非磁性基体材料的实例包括Al合金(例如含作为主要成分的Al的Al-Mg合金)、钠玻璃、硅铝酸盐基玻璃、结晶玻璃、硅、钛、陶瓷、碳等等。本发明的制造方法包括退火。金属基底例如Al合金基底和树脂基底具有相对较低的熔点。因此，使用这些基底存在限制。优选由具有较高熔点的材料例如玻璃或硅所制成的基底。
非磁性基底2的平均表面粗糙度优选为小于等于0.8，更优选为小于等于0.5，这是由于这些非磁性基底适于高密度磁记录，其中磁头的飞行高度较小。表面波度(Wa)也应该较低，优选小于等于0.3nm，更优选为小于等于0.25nm，原因如上。
磁性层可以由Co基合金的任何磁性材料制成。特别是，Co基合金的磁性材料的实例包括CoCrPt、CoCrTa、CoNiCr，以及加入诸如Ni、Cr、Pt、Ta、W和B的元素的合金，例如CoCrPtTa、CoCrPtB、以及CoNiCrPtB，以及加入诸如SiO2的化合物的合金。
在本发明中，优选使用由包含Pt和Co的CoCrPt基材料所制成的磁性层，这是由于使用这种材料易于获得较高的矫顽力。应该通过考虑在退火工艺之后记录层的最终厚度来调节磁性层的厚度，通常位于5nm到30nm的范围内。此外，提出将包含氧化物例如SiO2、Cr2O3等等的磁性层作为高密度垂直磁记录介质，并且也可以在本发明中使用这些磁性层。但是，对于本发明而言，不一定使用这些氧化物。即，本发明不总是需要包含非磁性氧化物的磁性层。
使用纯金属膜或合金膜作为扩散层。特别是，使用由包含金属元素的材料所制成的膜，其具有较小的原子半径、低熔点以及Co合金形成焓的大绝对值(ΔHCo～X)。这些材料的实例为铪(Hf)、锆(Zr)、钛(Ti)、铝(Al)、钽(Ta)、铌(Nb)、钪(Sc)、钒(V)、钇(Y)。
金属元素的优选特性是在1大气压下的熔点为小于等于2,500℃，原子半径为小于等于1.60埃，并且ΔHCo～X为小于等于-40kJ/摩尔。上述元素满足这些条件。
在本发明的垂直磁记录介质中，扩散层优选层叠在磁性层之上、之下以及之上和之下，并且优选扩散层和磁性层直接接触。
为了形成磁性层和扩散层，使用常规溅射方法例如DC溅射方法、RF溅射方法等等。当形成包括磁性层和扩散层的层叠层时，可将基底加热到特定温度。为了控制在磁性层中所包含的晶体的晶体结构，经常将衬层4和籽晶层3形成在磁性层3之下。这些层由金属或金属合金制成，它们用于将包含磁性层的Co基合金的hcp晶体结构的c轴方向排列对齐到相对于基底的垂直方向。经常使用具有hcp结构的金属膜例如Ru膜作为衬层4。可以使用任何膜作为籽晶层3，只要Ru的c轴沿相对于基底表面的垂直方向设置，其实例包括Ti膜。
除了图1所示的结构以外，软衬层(SUL)，其是由软磁性材料制成的层，可以层叠在衬层4或籽晶层3之下。SUL用于提高垂直磁性记录磁头的记录磁场的效率，并且软磁性材料例如CoZrNb和FeCo广泛用于SUL。
如果退火温度较高，则退火时间较短。相反，如果其温度较低，则处理时间较长。退火的条件可以根据用于基底和其它层的材料以及期望的处理时间等等来选择。通常，只要介质的性能和形状不受损，则退火时间优选较短。在退火中所使用的加热器的实例包括灯加热器、碳复合材料加热器、护套加热器等等。此外，可以使用利用电炉的炉退火。为了防止层叠膜的表面氧化，优选在较高的真空条件下执行退火。
为了防止介质的表面在整个过程中氧化，优选在小于等于1×10-3Pa的气压下，更优选在小于等于5×10-4Pa的气压下执行一系列退火。为此，最高温度优选为小于等于500℃。退火的下限为200℃。可以选择任何升温速率，但是考虑产率，优选较高的速率。特别是，优选大于等于3℃/秒的升温速率。
加热器的温度在退火期间不是恒定的。该过程的重复将加热器的温度从室温升高到饱和值。当几个介质连续经历退火时，即使加热器关闭，由于先前退火的影响而使得温度不会落到室温，而是处于相对较高的温度。因此，在大规模生产的情况下，应该考虑上述影响来修改退火温度和退火时间。
在本发明的垂直磁记录介质中，磁记录层包括磁性晶粒和相对于磁性晶粒的非磁性基体。磁性晶粒包含Co和Cr，非磁性基体包含Hf、Zr、Ti、Al、Ta、Nb、Sc、V、以及Y中的至少一种，垂直磁性记录介质具有垂直磁各向异性。特别是，非磁性基体材料优选为通过在Co和该介质中的沉淀元素之间的反应而制成的无定形材料。而且，磁性晶粒的平均直径优选为5nm到10nm的范围。在磁性晶粒之间的距离优选从1nm到5nm。此外，在磁性晶粒附近的非磁性基体材料优选具有富Co组合物。
已经提出所谓的离散磁道磁记录介质，其中记录磁道物理上分离以抑制磁道之间的磁干扰并且提高记录密度。本发明的制造方法可以用作这种离散磁道介质的制造方法。
图6示出了本发明的磁记录/再现装置的一个实施例。磁记录/再现装置包括具有上述结构的磁记录介质10、用于转动磁记录介质10的介质驱动部分11、用于将信息记录到磁记录介质10并且从磁记录介质10再现信息的磁头12、磁头驱动部分13、以及记录和再现信号处理部分14。记录和再现信号处理部分14处理输入数据并且将记录信号传送到磁头12，或者从磁头12处理再现数据并且输出数据。
图1是示出了本发明的一种垂直磁记录介质的截面图；图2示出了实例1到11中的退火时间和垂直矫顽力之间的关系；图3示出了实例12到18中的退火时间和垂直矫顽力之间的关系；图4示出了实例19到32中的退火时间和垂直矫顽力之间的关系；图5示出了实例33到48中的退火时间和垂直矫顽力之间的关系。
图6示出了本发明的磁记录/再现装置的一个实施例。
具体实施例方式
以下，参考以下实例和对比实例解释本发明。
实例1到48以及对比实例1到7将结晶玻璃基底放置在真空瓶中，该瓶内的空气抽空为1×10-4Pa。按以下顺序层叠以下层。
(1)籽晶层Ti(25nm)
(2)衬层Ru(5nm)(3)磁性层68Co-16Pt-16Cr合金(20nm或10nm)(每种元素的比率表示为“at％”)(4)扩散层Hf、Ti、Al中的一个(5nm)(5)保护层C在使用DC溅射方法将由Ti制成且厚度为25nm的籽晶层层叠在基底上之后，将该基底加热到350℃。然后，形成由Ru制成且厚度为5nm的衬层、由68Co-16Pt-16Cr合金制成且厚度为20nm或10nm的磁性层以及由Hf、Ti、Al中的一个制成且厚度为5nm的扩散层。此后，使用恒功率型灯加热器(2kW)对这些层退火给定时间。按照表1和2所示改变退火时间。紧接于退火完成之后，形成由碳制成的保护层以制造样本。在真空条件下执行这些工艺。
使用振动样品磁强计来测量在相对于以此方式所产生的样本的基底表面的垂直方向上的矫顽力。
下表1和2示出了用于扩散层的材料、磁性层的厚度、退火时间、以及样本的垂直矫顽力。1Oe约为79A/m。
表1
表2
图2示出了实例1到11中的垂直矫顽力和退火时间之间的关系。图3示出了实例12到18中的它们之间的关系。图4示出了实例19到32中的它们之间的关系。图5示出了实例33到48中的它们之间的关系。
如表2以及图4和5所示，当退火时间为大约10秒时，在实例19到48中的包括由钛或铝制成的扩散层的垂直磁记录介质中的垂直矫顽力开始快速增加。在包括由钛制成的扩散层的垂直磁记录介质中，当磁性层的厚度为20nm时，最大垂直矫顽力为7800Oe，并且当它的厚度为10nm时，最大垂直矫顽力为7000Oe。在包括由铝制成的扩散层的垂直磁记录介质中，当磁性层的厚度为20nm时，最大垂直矫顽力为7200Oe，并且当它的厚度为10nm时，最大垂直矫顽力为5650Oe。
相比之下，如表1以及图2和3所示，当退火时间仅为6秒时，在实例1到18中的包括由铪或锆制成的扩散层的垂直磁记录介质中的垂直矫顽力开始快速增加。在包括厚度为20nm并且由铪制成的扩散层的垂直磁记录介质中，当退火时间为12秒时，垂直矫顽力达到8650Oe。在包括厚度为10nm并且由铪制成的扩散层的垂直磁记录介质中，当退火时间为10秒时，垂直矫顽力达到7000Oe。
对比实例8到13以与本发明实例1相同的方式准备对比垂直磁记录介质，不同在于，通过使用合金靶进行溅射同时加热该基底来形成磁记录层。这种方法是常规方法。即，通过分离地形成磁性层和扩散层并且热处理它们来形成实例中的垂直磁记录介质的磁记录层。相比之下，在对比实例8到13中，通过使用具有表3所示的成分的合金靶进行溅射来形成磁记录层。然后，测量对比样本的垂直矫顽力。在对比实例8中的磁性层的材料是在实例中的磁性层所使用的材料(68Co-16Pt-16Cr)。在对比实例9到13中的磁性层的材料是将Hf或Zr(实例中的扩散层的材料)添加入68Co-16Pt-16Cr合金(实例中的磁性层的材料)的材料。尤其是，使用68Co-16Pt-14Cr-2Hf、68Co-16Pt-14Cr-4Hf、68Co-16Pt-14Cr-2Zr、以及68C0-16Pt-12Cr-4Zr作为对比实例9到13中的磁性层的材料。将该基底的温度调节到350℃，在该温度下实例中的垂直矫顽力开始快速升高。测量结果如下表3所示。
表3
如表3所示，与实例中的垂直磁记录介质的矫顽力相比，其中通过分离地形成磁性层和扩散层并且热处理它们来形成磁记录层，在对比实例8到13中的垂直磁记录介质具有相当低的矫顽力，其中通过溅射同时加热基底来形成磁记录层。
如上所述，本发明提供了相对于垂直磁记录介质制造工艺的现有技术的许多优点。即，使用包括Hf、Zr、Ti、Al的扩散层，在较低的退火温度和/或较短的热处理时间下，可以获得较高的垂直矫顽力。
即，在通过本发明的垂直磁记录介质的方法制造的垂直磁记录介质中，其中扩散层由铪、锆、钛、或铝制成，并且对包括磁性层和扩散层的层叠膜进行热处理，易于在较低的温度下以较短的时间获得较高的矫顽力。这些效果对于垂直磁记录介质是优选的。
工业应用性在根据本发明的垂直磁记录介质的制造方法中，形成扩散层和磁性层以制造层叠膜，并对该层叠膜进行热处理，该方法能够以相比于常规条件较低的温度和较短的时间获得具有较高矫顽力的垂直磁记录介质。
权利要求
1.一种制造垂直磁记录介质的方法，该垂直磁记录介质包括位于非磁性基底上磁记录层，在所述磁记录层中至少相互层叠包含Co的磁性层和扩散层，对所述层叠的层进行退火以制成磁记录层。
2.如权利要求1所述的制造垂直磁记录介质的方法，其中所述扩散层是纯金属膜或合金膜。
3.如权利要求1或2所述的制造垂直磁记录介质的方法，其中将所述扩散层层叠在所述磁性层之上和/或之下。
4.如权利要求1到3中任一项所述的制造垂直磁记录介质的方法，其中所述扩散层包含这样的元素，所述元素具有小于等于1.60埃的原子半径、小于等于2500℃的熔点以及小于等于-40kJ/摩尔的与Co的合金形成焓。
5.如权利要求1到4中任一项所述的制造垂直磁记录介质的方法，其中所述扩散层包含Hf、Zr、Ti、Al、Ta、Nb、Sc、V、以及Y中的至少一种。
6.如权利要求1到5中任一项所述的制造垂直磁记录介质的方法，其中所述磁性层由CoCrPt、CoCrPtB、CoCrNiPt、CoCr、CoCrTa以及CoCrPtTa中的至少一种合金制成。
7.如权利要求1到6中任一项所述的制造垂直磁记录介质的方法，其中最大退火温度小于等于500℃。
8.如权利要求1到7中任一项所述的制造垂直磁记录介质的方法，其中在小于等于1×10-3Pa的真空条件下进行所述退火。
9.如权利要求1到8中任一项所述的制造垂直磁记录介质的方法，其中所述退火为具有大于等于30℃/秒的升温速率的快速退火。
10.一种垂直磁记录介质，其通过如权利要求1到9中任一项所述的制造垂直磁记录介质的方法来制成。
11.一种垂直磁记录介质，其包括位于非磁性基底上的磁记录层，其中所述磁记录层包括磁性晶粒和相对于所述磁性晶粒的非磁性基体，所述磁性晶粒包含Co和Cr，所述非磁性基体包含Hf、Zr、Ti、Al、Ta和Nb中的至少一种。
12.如权利要求11所述的垂直磁记录介质，其中所述非磁性基体为通过与Co反应而制成的无定形材料。
13.如权利要求11或12所述的垂直磁记录介质，其中所述磁性晶粒的平均直径为小于等于10nm。
14.如权利要求11到13中任一项所述的垂直磁记录介质，其中在所述无定形材料的磁性颗粒之间的基体的距离处于1nm到5nm的范围内。
15.如权利要求11到14中任一项所述的垂直磁记录介质，其中在所述磁性晶粒周围的基体具有富Co组合物。
16.如权利要求11到15中任一项所述的垂直磁记录介质，其中在所述磁记录层的厚度为20nm的情况下，垂直矫顽力为大于等于553000A/m(7000Oe)。
17.一种磁记录/再现装置，其包括如权利要求10到16中任一项所述的垂直磁记录介质。
全文摘要
一种垂直磁记录介质，其通过退火具有较高的矫顽力，为了实现该目的，本发明提供一种制造垂直磁记录介质的方法，该垂直磁记录介质包括沉积在非磁性基底上的磁记录层，其中至少相互层叠包含Co的磁性层和扩散层，并且对所层叠的层进行退火以制成磁记录层。
文档编号G11B5/851GK101023473SQ20058003123
公开日2007年8月22日 申请日期2005年9月15日 优先权日2004年9月17日
发明者高桥研, 冈正裕, 喜喜津哲 申请人:昭和电工株式会社, 株式会社东芝, 高桥研