专利名称：垂直磁记录介质、其制造方法与磁记录和再现设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁记录介质、其制造方法以及利用这种磁记录介质的磁记录和再现设备。
背景技术：
鉴于随着存记录度的增加而静磁稳定性增强，从而热起伏公差提高，垂直磁记录方法成为提高表面记录密度的适当的常规方法。这是因为，磁记录介质易磁化轴过去取向在磁记录介质面内方向，通过使磁记录介质的易磁化轴取向为介质的垂直方向，在各记录位之间的边界的磁转换区附近的逆磁场(diamagnetic field)会变小。
进而，在一层由软磁性材料组成的底层被设置在基底与垂直磁记录膜之间的情况中，可以得到更高的记录容量，该层被称为垂直双层介质(perpendicular 2-layer medium)。此时，软磁性底层的作用为实现来自磁头的记录磁场的回流，从而提高了记录与再现的效率。
近些年来，积极地研究了用作垂直磁记录膜的添加到颗粒磁记录层(granular magnetic recording layer)的氧化物。与作为这种层的CoCr合金相比，其中通过加热基底到200℃来在晶界隔离Cr，而颗粒磁记录层的特征在于，不需加热就可以得到较CoCr更好的隔离结构。(例如，参见专利文件1及专利文件2。) 日本未审专利公开，首次公布No.2003-178412。
日本未审专利公开，首次公布No.2004-22138。
发明内容
如前文所述，已有多种利用不同衬层的垂直磁记录介质被提出，但这些仍不足以获得一种具有更高记录密度的磁记录介质，因此需要能够解决这一问题并且能够容易制造的磁记录介质。
本发明考虑到上述情况，目的在于通过使垂直恻记录膜具有不同成分的分层结构来提供一种能够记录和再现高密度数据的磁记录介质，及其制造方法和磁记录和再现设备。
本发明采用下面的配置来解决上述问题。也就是说，本发明提供以下内容(1)在作为垂直磁记录介质的磁记录介质中，至少由底层(backinglayer)、中间层、垂直磁记录膜以及保护膜依次形成在非磁性基底上，其特征在于，垂直磁记录膜由包含粒状结构的两层构成，其中至少包含Co、Pt和氧化物，提供在基底一侧的下层记录膜与提供在保护膜一侧的上层记录膜相比饱和磁化强度较小。
(2)根据(1)中所述的磁记录介质，其中，下层记录膜的饱和磁化强度(Ms)不高于600(emu/cm3)。
(3)根据(1)中所述的磁记录介质，其中，下层记录膜的饱和磁化强度(Ms)不小于150(emu/cm3)且不大于500(emu/cm3)。
(4)根据(1)到(3)中的任何一款所述的磁记录介质，其中，上层记录膜的饱和磁化强度(Ms)不低于500(emu/cm3)。
(5)根据(1)到(4)中的任何一款所述的磁记录介质，其中，所述垂直磁记录膜中包含的该氧化物使SiO2，Cr2O3，Y2O3，TiO2，Ta2O5及SiO中的任意一种。
(6)根据(1)到(5)中的任何一款所述的磁记录介质，其中，下层记录膜中除Co，Pt和所述氧化物之外的非磁性元素不少于12(at％)且不多于20(at％)。
(7)根据(1)到(6)中的任何一款所述的磁记录介质，其中，上层记录膜中除Co，Pt和所述氧化物之外的非磁性元素少于12(at％)。
(8)根据(1)到(7)中的任何一款所述的磁记录介质，其中，该非磁性元素选自Cr，Ru和Cu中的任意一种。
(9)根据(1)到(8)中的任何一款所述的磁记录介质，其中，该垂直磁记录膜的反转磁畴(reverse magnetic domain)成核场(-Hn)不小于1500(Oe)(120k/A)。
(10)根据(1)到(9)中的任何一款所述的磁记录介质，其中，所述中间层为Ru。
(11)一种制备磁记录介质方法，该方法为制备垂直磁记录介质方法，该垂直磁记录介质至少包括依次形成在非磁性基底上的底层、中间层、垂直磁记录膜和保护膜，该方法包括步骤形成由两层组成且具有至少包含Co、Pt和氧化物的颗粒结构的垂直磁记录膜，使得基底一侧的下层部分具有较高的饱和磁化强度(Ms)，保护膜一侧的上层部分具有较低的饱和磁化强度(Ms)。
(12)一种磁记录和再现设备，包括磁记录介质和在该磁记录介质上记录与再现信息的磁头，其特征在于，该磁头为单磁极磁头，并且根据(1)到(10)中任何一款所述的磁记录介质被用作该磁记录介质。
根据本发明，垂直磁记录介质中的一种磁记录介质，其中至少底层、中间层、垂直磁记录膜以及保护膜依次形成在非磁性基底上，其特征在于，该垂直磁记录介质由具有至少包含Co、Pt和氧化物的颗粒结构的两层构成，设置在基底一侧的下层记录膜的磁化度(Ms)小于设置在保护膜一侧的上层记录膜的磁化度(Ms)。因此，能够提供以高记录密度记录和再现信息的垂直磁记录介质，及其制造方法以及磁记录和再现设备。
附图简要说明
图1示出了本发明的垂直磁记录介质的截面结构；
图2示出了本发明的垂直记录和再现设备的结构。
相关符号简要介绍1非磁性基底，2第一软磁性膜，3Ru膜，4第二软磁性膜，5取向控制膜，6中间膜，7较低层磁记录膜，8较高层磁记录膜，9垂直磁记录膜，10磁记录介质，11介质驱动部分，12磁头，13磁头驱动单元，14记录/再现信号处理系统，17保护膜，18润滑膜实施本发明的最佳模式图1示出了根据本发明的磁记录介质的例子。如图1所示的磁记录介质的结构设置有包括作为底层的第一软磁性膜2，Ru膜3和第二软磁性膜4的三个层，还设置有取向控制膜5和中间膜6，并进一步设置有包括两个层即，较低层磁记录膜7和其上面的较高层磁记录膜8的垂直磁记录膜9，以及保护膜17和润滑膜18，这些层/膜依次形成在非磁性基底上。
对于非磁性基底，可以使用包含例如铝或铝合金等金属材料的金属基底，或者可以使用包括例如玻璃、陶瓷、硅、碳化硅或碳等非金属材料的非金属基底。
作为玻璃基底，有非晶玻璃和晶体玻璃，而对于非晶玻璃，可以使用普通苏打-石灰玻璃或铝矽酸盐玻璃。此外，作为晶体玻璃，可使用锂类晶体玻璃。
非磁性基底的表面平均粗糙度Ra被制作为不大于0.4纳米是可以接受的，而优选为不大于0.3纳米。在该平均粗糙度在上述范围的情况下，当进行了垂直磁记录膜的沉积后，能够获得特性的进一步的提高。进而，考虑到要适用于磁头在高密度记录介质上的浮动高度低的情况，使所述表面平均表面粗糙度不大于0.4纳米是优选的。
此外，考虑到要适用于磁头在高密度记录介质上的浮动高度低的情况，优选使微波纹(Wa)不大于0.3纳米，最优选为不大于0.25纳米。
对于构成底层的材料，第一和第二软磁性膜包括软磁性材料，作为这种材料，可以给出包括Fe，Co和Ni在内的材料。关于这种材料，可以给出FeCo合金(FeCoB，FeCoSiB，FeCoZr，FeCoZrB，FeCoZrBCu等)、FeTa合金(FeTaN，FeTaC等)以及Co合金(CoTaZr，CoZrNB，CoB等)。
所述软磁性膜特别优选为是非晶结构。这是由于通过将其制作为非晶结构，诸如颗粒尺寸膨胀、在其上提供的衬层膜取向退化等负面影响不会显现。此外，通过将其制作为非晶结构，可以防止表面粗糙度的增大，并可以使磁头浮动的高度降低，从而可以进一步提高存记录度成。
该软磁性膜的顽磁性Hc不大于30(Oe)，优选不大于10(Oe)。此外，1(Oe)大约相当于79A/m。
该软磁性膜的饱和磁场流量密度Bs不小于1.0T，优选不小于1.3T。
构成底层的软磁性膜的总膜厚不小于20纳米，且不大于120纳米，优选为不小于30纳米，且不大于100纳米。如该软磁性膜的总膜厚小于20纳米，则OW特性降低，这是所不期望的。另外，如果超过了120纳米，则生产率显著恶化，这是所不期望的。
作为所述软磁性膜的形成方法，也可使用溅射法。
在形成所述底层时，也可以在将磁场施加于径向的状态下进行沉积。
优选在所述两层软磁性膜之间形成至少Ru膜或Re膜来配置该底层。通过在所述软磁性膜之间提供Ru膜或Re膜，并设置为预期厚度，能够反铁磁性地束缚设置在上面和下面的所述软磁性膜。通过这种设置，可以进一步增强WATE(大面积磁道擦除)现象，这是垂直介质特有的问题。
取向控制膜是用于控制设置于其上的垂直磁记录膜的取向和晶体尺寸等的材料。用于该取向控制膜的材料优选为具有hcp或fcc结构的晶体结构。如果该结构不是fcc结构(例如bcc结构或非晶结构)，则垂直磁记录膜的取向性不足，结果，导致信噪比(SNR)的降低及顽磁性的降低，这是不期望的。
作为取向控制膜，优选的例子有Pt，Pd，NiCr，NiFeCr等。取向控制膜的膜厚优选为不小于1纳米，且不大于12。如果该取向控制膜厚度小于1纳米，作为取向控制膜的效用变得不足，达不到颗粒尺寸小型化的效果，且达不到和增强取向性的效果，这是所不期望的。此外，如果该取向控制膜厚度超过12纳米，记录和再现时，磁头与软磁性底层之间的距离增大。从而OW特性和再现信号分辨率下降，这是所不期望的。
作为所述中间膜，优选使用Ru。对于该中间膜，可以添加附加元素以增强颗粒尺寸最小化和取向性。
该中间膜的膜厚优选为不小于3(nm)，且不大于25(nm)。当该衬膜厚度小于3(nm)时，晶体生长变得不充分，而且作为该衬膜的效应变得不充分，这是所不期望的。另外，当该衬膜厚度超过25(nm)时，在记录和再现时，磁头与软磁性底层之间的距离增大。从而OW特性和再现信号分辨率下降，这是所不期望的。
垂直磁记录膜的易磁化轴垂直于基底侧面。作为构成元素，至少包括Co，Pt和氧化物，另外，可以添加例如Cr，B，Cu，Ta，Zr和Mn等元素，以达到诸如提高信噪比特性等目的。
构成垂直磁记录膜的氧化物的优选例子是，SiO2，Cr2O3，Y2O3，TiO2，Ta2O5，SiO等。所述氧化物的体积比优选在15％-40体积％之间，若该体积比低于15％，由于信噪比特性不足，这是不期望的。若该体积比高于40％，则不能获得与高记录密度相应的顽磁性，这也是不期望的。
垂直磁记录膜的厚度优选在8-18纳米范围内。氧化物颗粒层的厚度在这一范围内是优选的，因为可以确保足够的输出量，并且不会产生OW特性退化。
本发明中使用的垂直磁记录膜具有所谓的颗粒结构，该颗粒结构是这样一种结构，其中磁性晶粒周围被非磁性非金属材料包围。在颗粒磁性层中，由于非磁性非金属的晶界相将磁性粒子物理地隔离，使得磁性粒子之间的磁性相互作用减弱，在记录位的转换区(transition region)产生的锯齿形磁畴壁的形成得到控制。因此，能够得到低的噪声特性。此外，在这种颗粒磁记录层中，用做晶界相的非磁性非金属材料将磁性粒子隔离，能够减弱磁性粒子之间的相互作用。
本发明的垂直磁记录膜包括构成层叠结构的下层记录膜和上层记录膜，并且优选下层记录膜的磁化度(Ms)小于上层记录膜饱的磁化度(Ms)。通过这样设置这两层膜，能够兼容得到高的反转磁畴成核场(-Hn)和低的信噪比(SNR)。
所述下层记录膜的饱和磁化强度(Ms)优选不大于600(emu/cm3)。特别地，优选介于不小于150(emu/cm3)，且不大于500(emu/cm3)的范围。在这一范围内的磁记录介质表现出非常好的信噪比。所述上层记录膜的饱和磁化强度(Ms)优选不低于500(emu/cm3)。低于该值不是所期望的，因为反转磁畴成核场(-Hn)降低。
构成下层记录膜的除Co、Pt和氧化物之外的非磁性元素优选不少于12at％，且不多于20％。通过使其含量处于此范围内，可以获得最佳的饱和磁化强度(Ms)，以及与高记录密度相应的信噪比。
构成下层记录膜的除Co、Pt和氧化物之外的非磁性元素优选为少于12at％。通过使其含量处于此范围内，可以获得最佳的饱和磁化强度(Ms)，和与高记录密度相应的信噪比，以及高反磁畴产生场(-Hn)。
构成下层记录膜和上层记录膜的非磁性元素优选包括Cr、Ru和Cu中的任何一种。这使得可以充分地强化所述氧化物的隔离结构，从而形成良好的颗粒结构。
所述垂直磁记录膜的反磁畴产生场(-Hn)优选为不小于1500(Oe)。如果该反磁畴产生场(-Hn)小于1500(Oe)，则热起伏公差会有相当程度的降低，这是所不期望的。
所述保护膜是这样一种材料，除了用于防止垂直磁记录膜的腐蚀，还用于当磁头接触所述介质时防止介质表面的损伤，并且可以使用常规的已知材料。例如，可以使用包含C、SiO2或ZrO2的材料。将保护膜的厚度制作为不小于1纳米，且不大于5纳米，从而使得介质与磁头之间的距离很小，从高记录密度的需求看，这是优选的。
对于润滑膜，优选使用常规的已知材料，例如，氟化聚醚(perfluoropolyether)，氟化乙醇(fluorinated alcohol)，氟化羧酸(fluorinated carboxylic acid)等。
本方案的磁记录介质包括垂直磁记录介质，该垂直磁记录介质至少包括依次形成在非磁性基底上的底层、中间层、垂直磁记录膜以及保护膜，该磁记录介质的特征在于，该垂直磁记录介质由至少包含Co、Pt和氧化物的包含颗粒结构的两个层构成，并且设置在基底一侧的下层记录膜1的饱和磁化强度(Ms)小于设置在保护膜一侧的上层记录膜2的饱和磁化强度。从而使得高密度的信息记录和再现成为可能。
图2示出了利用上述磁记录介质的磁记录和再现设备的例子。这里所示出的该磁记录和再现设备装备有本发明的上述磁记录介质10，旋转该磁记录介质10的介质驱动部分11，在该磁记录介质上记录和再现信息的磁头12，磁头驱动单元13以及记录/再现信号处理系统14。该记录/再现信号处理系统14能够处理输入数据，并能够将记录信号传送到磁头12，或者处理来自磁头12的再现信号并输出数据。
例子下文描述了一些例子以阐明本发明的操作效果，但是本发明并不局限于这些例子。
例1一块玻璃基底(非晶基底MEL，MYG产品，直径2.5英寸)被容纳在直流磁电管溅射器的沉积室中(Aneruva Corp.，C3010)，并且该沉积室抽真空到1×10-5量级。将基底加热后，在该基底上首先沉积50纳米厚的89Co-4Zr-7Nb(Co 89at％含量，Zr 4at％含量，Nb含量7at％)底层作为第一软磁性膜，接下来沉积要处于两膜之间的0.8纳米的Ru膜，和50纳米厚的89Co-4Zr-7Nb作为第二软性膜。通过XRD确定该底层的晶体结构为非晶结构。
接下来，沉积5纳米的60Ni-35Cr-5B作为取向控制膜，15纳米的Ru作为衬膜，4纳米的60Co-15Cr-15Pt-10SiO2和8纳米的70Co-5Cr-15Pt-10SiO2作为垂直磁记录膜。60Co-15Cr-15Pt-10SiO2和70Co-5Cr-15Pt-10SiO2的饱和磁化强度(Ms)通过振动样品磁力计(VSM)分别确定为250(emu/cm3)和680(emu/cm3)。继而，通过化学气相沉积方法形成4纳米的保护膜。
接下来，通过浸渍法形成包括氟化聚醚的润滑膜，从而得到了垂直磁记录介质。
比较例1到4除了改变垂直磁记录膜的结构之外，用和例1相同的方法制造磁记录介质。
对这些例子和比较例的磁记录介质的记录和再现特性进行了测定。用美国GUZIK Co.的RWA1632型读/写分析器和S1701MP型自旋支架(spin-stand)来进行该记录和再现特性的测定。
利用具有进行写入的单极磁极和再现部分中的GMR元件的磁头来进行记录和再现特性的测定，并且记录频率条件定为磁道记录密度900kFCL。测定的结果如表1所示。静磁特性利用刻尔效应测试仪(Neoarc制造)确定。
与比较例1到4相比，在样品1中确认了非常好的信噪比。此外，可以理解反磁畴产生场(-Hn)没有降低，热波动阻抗也没有问题。
(例2到6)除了如表2所示改变下层记录膜的成分之外，用和例1相同的方法制造磁记录介质。测定的结果如表2所示。
在下层记录膜比上层记录膜的饱和磁化强度(Ms)小的例子中，可以得到较好的SNR和反磁畴产生场(-Hn)。特别地，在下层记录膜的饱和磁化强度(Ms)不小于150(emu/cm3)，且不大于500(emu/cm3)的例子中，能够获得很好的特性。
(例7、8)除了如表3所示改变上层记录膜的成分之外，用和例1相同的方法制造磁记录介质。测定的结果如表3所示。
在下层记录膜比上层记录膜饱和磁化强度(Ms)小的例子中，可以得到较好的信噪比和反磁畴产生场(-Hn)。特别地，在上层记录膜的饱和磁化强度不小于500(emu/cm3)的例子中，能获得很好的特性。
(例9到12)除了如表4所示改变上层记录膜和下层记录膜的厚度之外，用和制备例1中的样品相同的方法制造例9到12的磁记录介质。测定的结果如表4所示。
在每个所述磁记录介质中，都可以得到较好的特性。
(样品13到21)除了入表5所示改变垂直磁记录膜的构成元素之外，用和例1相同的方法制造磁记录介质。测定的结果如表5所示。
在每种所述磁记录介质中都可以得到较好的特性。
图2所示为利用上述磁记录介质的磁记录和再现设备。这里示出的该磁记录和再现设备装配有本发明的上述磁记录介质10，旋转该磁记录介质10的介质驱动部分11，在该磁记录介质10上记录和再现信息的磁头12，磁头驱动部分13以及记录/再现信号处理系统14。该记录/再现信号处理系统14能够处理输入数据并记录信号传送到磁头12，或者处理来自磁头12的再现信号，并输出数据。
装配了具有如图2所示结构，并采用如上所述获得的磁记录介质的磁记录和再现设备。
本发明的磁记录和再现设备具有较高的信噪比与OW特性，并且是能够实现高密度信息记录和再现的磁记录和再现设备。
权利要求
1.一种垂直磁记录介质，至少包括依次形成在非磁性基底上的底层、中间层、垂直磁记录膜和保护膜，其中所述垂直磁记录膜由包括颗粒结构的两层构成，其中至少包含Co、Pt和氧化物，并且设置在基底侧的下层垂直磁记录膜的饱和磁化强度(Ms)小于设置在保护膜侧的上层垂直磁记录膜的饱和磁化强度(Ms)。
2.根据权利要求1所述的磁记录介质，其中，所述下层垂直磁记录膜的饱和磁化强度(Ms)不超过600emu/cm3。
3.根据权利要求1所述的磁记录介质，其中，所述下层垂直磁记录膜的饱和磁化强度(Ms)不小于150emu/cm3，且不大于500emu/cm3。
4.根据权利要求1到3中的任何一个权利要求所述的磁记录介质，其中，所述上层垂直磁记录膜的饱和磁化强度(Ms)不小于500emu/cm3。
5.根据权利要求1到4中的任何一个权利要求所述的磁记录介质，其中，包含在所述垂直磁记录膜中的所述氧化物是选自由SiO2，Cr2O3，Y2O3，TiO2，Ta2O5和SiO组成的组中的任何一种。
6.根据权利要求1到5中的任何一个权利要求所述的磁记录介质，其中，所述下层垂直磁记录膜中除Co、Pt和所述氧化物之外的非磁性元素的含量不小于12at％，且不大于20at％。
7.根据权利要求1到6中的任何一个权利要求所述的磁记录介质，其中，所述上层记录膜中除Co、Pt和所述氧化物之外的非磁性元素的含量低于12at％。
8.根据权利要求1到7中的任何一个权利要求所述的磁记录介质，其中，所述非磁性元素为选自Cr、Ru和Cu中的任一种。
9.根据权利要求1到8中的任何一个权利要求所述的磁记录介质，其中，所述垂直磁记录膜的反磁畴成核场(-Hn)不小于1500Oe(120k/A)。
10.根据权利要求1到9中的任何一个权利要求所述的磁记录介质，其中，所述中间膜为Ru。
11.一种制备垂直磁记录介质的方法，该垂直磁记录介质至少包括依次形成于非磁性基底上的底层、中间层、垂直磁记录膜以及保护膜，其中所述垂直磁记录膜形成为两个层，包括具有颗粒结构的含有Pt、Co和氧化物的下层和上层，所述方法包括步骤在基底侧形成具有较高饱和磁化强度(Ms)的下层垂直磁记录膜，随后，在所述下层垂直磁记录膜上形成具有较低饱和磁化强度(Ms)的上层垂直磁记录膜。
12.一种磁记录和再现设备，包括磁记录介质和在该磁记录介质上记录和再现信息的磁头，其中，所述磁头为单磁极磁头，并且根据权利要求1到10中的任何一个权利要求所述的磁记录介质用作所述磁记录介质。
全文摘要
提供了一种具有更高记录密度的垂直磁记录介质，以及利用这种介质的磁记录和再现设备。该垂直磁记录介质至少包括依次形成在非磁性基底上的底层、中间层、垂直磁记录膜以及保护膜，其中，所述垂直磁记录膜由具有不同成分的两层构成，该两层至少包含Co、Pt和氧化物并具有颗粒结构，设置在所述基底一侧的下层垂直磁记录膜的饱和磁化强度(Ms)小于设置在保护膜一侧的在该下层垂直磁记录膜上的上层记录膜的饱和磁化强度(Ms)。
文档编号G11B5/851GK101040326SQ200580034550
公开日2007年9月19日 申请日期2005年10月25日 优先权日2004年10月29日
发明者清水谦治 申请人:昭和电工株式会社