专利名称：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：
本发明涉及到一种用于硬盘装置等中的磁记录介质，具体说，涉及到一种垂直磁记录介质和一种使用所述介质的磁记录/再现装置。
背景技术：
最近，诸如磁盘装置、软盘装置以及磁带装置等磁记录/再现装置的应用有了一个令人瞩目的增加。这些装置不断增加的重要性也伴随着大幅提高用在这些装置中的磁记录介质的记录密度的需要。具体说，自从MR磁头和PRML技术被引入以来，记录密度有了显著的增加，近些年来，GMR磁头、TMR磁头等等的引入使记录密度以每年约100％的速度不断地增加。
因此，产生了要获得比过去具有更高记录密度的需求，相应地产生了要获得具有高矫顽性、高信噪比(SNR)和高分辨率的磁记录层的需求。迄今为止，纵向磁记录系统已经得到广泛应用。当线性记录密度增加时，退磁场就变得显著了，它能消弱近邻记录磁畴的磁化。为了避免这点，磁记录层必须被做得更薄。
另一方面，当磁层厚度做得较薄时，室温下的热能量与维持磁畴的能量势垒就接近同一水平。据说这将使温度效应(热涨落)引起的所记录的磁化量的弛豫不能被忽略，这限制了线性记录密度。
考虑到这一点，最近提出了一种反铁磁性耦合(AFC)介质，作为一种提高纵向磁记录系统的线性记录密度的技术，而且正在作努力以避免热磁弛豫，热磁弛豫是纵向磁记录中的一个问题。
垂直磁记录技术作为一种在将来提高记录密度的有力的方法正引起人们的注意。在常规的纵向磁记录系统中，介质在面内方向被磁化，与此相反，垂直磁记录系统在垂直于介质表面的方向上进行磁化。人们认为这有可能避免退磁的影响，而退磁正是在纵向磁记录系统中获得高线性记录密度的障碍，因此对于高密度记录而言是理想的。由于磁层的厚度可以保持不变，作为纵向磁记录中的问题的热磁弛豫效应是相当小的。
垂直磁记录介质一般包括一个籽层，一个中间层，一个磁记录层，和一个保护层，这些层相继地生长在一个非磁性基底上。在这些层生长到保护层之后，通常在表面上施加一层润滑层。在许多情形中，一个被称为软磁性衬层的磁性膜被插入这些层的下面。所述中间层的目的是增强所述磁记录层的特性。所述籽层控制着所述中间层和磁记录层中磁晶的大小以及晶向。
磁记录层的晶体结构对于制造具有优异性能的垂直磁记录介质是重要的。在许多垂直磁记录介质中，磁记录层的晶体结构是六角密堆积(hcp)结构，其中，(002)晶面平行于基底表面是非常重要的；换言之，重要的是，晶体的C轴(
)要垂直对准，偏离要尽可能地小。然而，尽管垂直磁记录介质具有允许使用相对厚的磁记录层的优点，但它们有一个缺点是，整个介质的堆积薄膜的总厚度趋向于比目前的纵向磁记录介质的厚度更厚，这就在介质堆积过程中容易引起晶体结构的偏离。
一种公布了的垂直磁记录介质包括一个含有非晶部分的取向控制层、一个颗粒大小控制层、和一个具有六角密堆积(hcp)结构或者面心立方(fcc)结构的衬层，它们被插入所述软磁层和垂直磁记录层之间(例如，参见专利文件1)。
另一种公布了的垂直磁记录介质包括另一个晶体MgO膜，该膜的(100)面大致与基底平行，这个晶体MgO膜被插入磁性衬层和垂直磁记录层之间(例如，参见专利文件2)。
因此，尽管为了获得具有优异的晶体结构的垂直磁记录介质而在生长过程中采用了各种技术，仍需要对技术作进一步的提高，以便获得更好的记录/再现特性。
专利文件1日本未审专利公开No.2004-30767专利文件2日本未审专利公开No.2001-23140发明内容本发明的一个目标是，在作为下一代的高记录密度介质技术而引人瞩目的垂直磁记录介质中，显著改善晶体结构，从而实质性地增加记录密度。
通过仔细审查垂直磁记录介质中垂直磁性层的取向控制层中所用的材料，本发明目的在于提供一种其晶体结构的偏差很小的垂直磁记录介质。
为了实现上述目标，本发明提供下列内容(1)一种垂直磁记录介质，至少具有形成在非磁性基底上的软磁性衬层、取向控制层、垂直磁性层和保护层。所述取向控制层由多层构成，包括从所述基底一侧开始排列的籽晶层和中间层。所述籽晶层和中间层都具有六角密堆积(hcp)结构。
(2)根据(1)所述的垂直磁记录介质，其中，所述籽层中的至少一层是金属层或者是以金属为其主要成分的层。
(3)一种垂直磁记录介质，至少具有形成在非磁性基底上的软磁性衬层、取向控制层、垂直磁性层和保护层。所述取向控制层由多层构成，包括所述基底一侧的籽晶层和中间层。至少一层所述籽晶层是金属层或者是以金属为其主要成分的层，所述中间层具有六角密堆积(hcp)结构。
(4)根据(1)到(3)之一所述的垂直磁记录介质，其中，所述籽晶层的平均颗粒尺寸在8nm到20nm之间。
(5)根据(1)到(4)之一所述的垂直磁记录介质，该介质具有籽晶层，该籽晶层的主要成分是这样一种元素，钌到此元素的接触角介于50度到120度之间。
(6)根据(1)到(5)之一所述的垂直磁记录介质，其中，至少一层所述籽晶层是镁层或者是含有镁作为其主要成分的层。
(7)根据(1)到(6)之一所述的垂直磁记录介质，其中，至少一层所述中间层是钌层或者是含有钌作为其主要成分的层。
(8)根据(1)到(7)之一所述的垂直磁记录介质，其中，至少一层所述中间层是(002)取向的。
(9)使用根据(1)到(8)之一所述垂直磁记录介质的一种垂直磁记录和再现设备。
根据本发明，可以提供一种垂直磁记录介质，其中，垂直磁性层的晶体结构，具体说是六角密堆积(hcp)结构的C轴的取向使得其相对于所述基底表面的角度偏移极其小，另外，构成所述垂直磁性层的磁性颗粒的平均颗粒尺寸非常地小，并且所述垂直磁记录介质具有优秀的高记录密度性能。
图1是本发明中垂直磁记录介质的剖面结构图；图2是本发明中垂直磁记录/再现装置的剖面结构图。
具体实施例方式
下面将具体描述本发明的内容。
如图1所示，通过在非磁性基底1上提供至少下面的层来构成本发明中的垂直磁记录介质10软磁性衬层(SUL)2、籽晶层3和中间层4(这两个层构成取向控制层，用来控制上面紧接着的层的取向)、其易磁化轴大体上垂直于所述基底的垂直磁性层5、以及保护层6。所述取向控制层由多个层构成，包括基底一侧数起的所述籽晶层3和所述中间层4。
任何非磁性基底都可用作本发明中的磁记录介质所用的非磁性基底，诸如，比方说，包含Al为主要组分的Al合金基底，诸如Al-Mg合金，一种由普通的钠玻璃、铝硅酸盐玻璃、非晶玻璃类、硅、钛、陶瓷以及各种树脂等等所构成的基底。这些基底中，最常用的是Al合金基底和玻璃基底，比如晶化玻璃、非晶玻璃等等。
当制造磁盘时，通常首先要对所述基底进行清洗和干燥；类似地，在本发明中，为了维持各层的粘附性，在形成各层之前优选对基底进行清洗和干燥。基底的尺寸不受限制。
接着，对垂直磁记录介质的每层进行描述。
通常在垂直磁记录介质中设置一层软磁性衬层(SUL)。在介质上记录信号时，所述软磁性衬层汇集来自磁头的记录磁场，并有效地将记录磁场的垂直分量写到磁记录层上。可以使用一种具有软磁特性的材料作为SUL的材料，诸如FeCo合金、CoZrNb合金、CoTaZr合金。除了这些单一软磁性层外，也可以使用三层结构，其中，在SUL中间插入一层超薄非磁性层，诸如Ru等，以便在上面和下面的层之间实现反铁磁性耦合。尽管所述记录层的层厚在约2nm到20nm之间，层厚可根据记录-再现特性和重写(OW)特性之间的平衡来恰当地设定。通常是在约5nm到15nm之间。
在本发明中，在软磁性衬层上提供取向控制层，用来控制上面紧接着的膜的晶体取向。所述取向控制层包含多层，从基底的一侧分别称作籽晶层和中间层。
在本发明中，优选所述籽晶层具有六角密堆积(hcp)结构或者面心立方(fcc)结构，所述籽晶层的平均颗粒尺寸应该在8nm到20nm之间。
所述中间层具有六角密堆积(hcp)结构。所述籽晶层和中间层可以都具有六角密堆积(hcp)结构。
根据这种结构，所述中间层和在其上生长的磁记录层可以定向到hcp(002)面，因此，获得了具有优秀的记录和再现特性的垂直磁记录介质。
所述籽晶层对于改善所述磁记录层的磁性特性和记录/再现特性来说是极其重要的，它以与所述磁记录层同样的方式外延生长为六角密堆积(hcp)结构。
本发明中用于所述籽晶层的材料的晶体结构优选是六角密堆积(hcp)结构或者是面心立方(fcc)结构。所述籽晶层的平均颗粒大小最少应为8nm，并且所述中间层材料到所述籽晶层材料的接触角应该至少为50°。
具体说，在这一发明中，构成所述籽晶层主要成分的元素应该是这样一种元素，钌对这种元素的接触角在50度到120度之间。
当使用满足这些条件的籽晶层时，在其上生长的中间层的晶体取向具有非常小的角度偏离，并且平均颗粒尺寸可以非常小。
这里，所述平均颗粒尺寸是用，例如，透射电子显微镜等观察所述薄膜的微结构时所获得的平均直径，通过统计地处理在清晰的分离状态中被观察到的颗粒的直径来确定平均值。当籽晶层的平均颗粒尺寸介于8nm和20nm之间时，所述中间层的颗粒尺寸可以被控制得很小。所述接触角是当熔融的中间层材料被滴到用作籽晶层的固体状态的材料上时所形成的小滴的量度，被表示为与所述固体物质的表面的接触角，通常它是相对于所述中间层材料的浸润性的一个指示。即，如果所述中间层的材料相对于所述籽晶层的材料不具有特别高的浸润性，当所述中间层沉积在所述籽晶层上时，更容易形成细的晶体颗粒。
详细的研究表明，当使用接触角一般在50度到120度之间的材料时，这些特性在薄膜中间层中得以保持，并且中间层的颗粒尺寸变得极其小。所以，所述籽晶层材料可以使用这样一种材料，中间层材料一般与之具有50度到120度的接触角。在数据手册等中通常列出了这种材料。
镁(Mg)是满足这些条件的材料的一个例子。合适的镁薄膜是这样的，它形成六角密堆积(hcp)结构，并且具有约13nm的颗粒尺寸。它也是合适的，因为它与Ru的接触角为80度。尽管可以使用没有添加物的纯镁材料，使用含有不少于一半的镁的合金是合适的。
本发明中的所述中间层用于有效地增强磁记录层的垂直取向。所述中间层自身具有六角密堆积(hcp)结构，并允许所述磁记录层用外延生长。因为所述中间层的晶体取向基本上决定了所述磁记录层的晶体取向，所以，在制造过程中控制所述中间层的取向是非常重要的。而且，如果所述中间层的平均颗粒尺寸能被控制的话，所述磁记录层的颗粒尺寸就会变得非常精细，因为所述磁记录层的颗粒是连续地生长在其上的。据说，磁记录层的晶体颗粒越精细，信噪比(SNR)就越大。Ru的薄膜或Ru合金薄膜是满足这些条件的被广泛用作所述中间层的材料的例子。
在本发明申，所述中间层可以从一个Ru薄膜或者Ru合金薄膜开始堆叠，至少一层中间层被定向到(002)。如前面所提到的，在许多垂直磁记录介质中，所述磁记录层的晶体结构为六角密堆积(hcp)结构，(002)晶面与基底表面平行是很重要的，换言之，晶体C轴(
)以尽可能小的离散度被设置为垂直方向。可以用X射线摇摆曲线的方法来估计这种特性。首先，在基底上沉积的薄膜被置于X射线衍射仪(XRD)中，分析与基底表面平行的晶面。当该样品包含具有六角密堆积(hcp)结构的薄膜，诸如上述的中间层和磁记录层时，测量对应着所述晶面的衍射峰。在使用Co合金的垂直磁记录介质的情形中，由于六角密堆积(hcp)结构的C轴(
)方向被安排得垂直于基底表面，所以测量对应着(002)的峰。然后，朝着基底表面转动光学系统，同时保持衍射与这个(002)面的布拉格角关系。为单个衍射峰画出所述(002)面的衍射强度随转动角的关系。这被称为摇摆曲线。当所述(002)面十分平行于基底的表面时，可以得到尖锐的摇摆曲线；相反，当所述(002)面的方向广为分散时，就得到宽的曲线。因此，摇摆曲线的半宽Δθ50经常被用来作为垂直磁记录介质的晶体取向程度的一个指示。根据本发明，可以容易地制备具有小Δθ50的垂直磁记录介质。
如其名字所表明的，所述磁记录层是实际上记录信号的层。Co合金薄膜，诸如CoCr、CoCrPt、CoCrPt-O、CoCrPt-SiO2以及CoCrPt-Cr2O3通常被用作该层的材料。该层的晶体结构和磁性特性最终决定了所述记录和再现。
通常用一种DC溅射方法或RF溅射方法来生长上述各层。在确定溅射气体压强适合于每个层特性的优化的情况下，溅射气体压强通常被控制在约0.1Pa到1.2Pa的范围内。这可以边观察介质性能边调节。
所述保护层保护所述介质免受与磁头接触时所产生的损伤。尽管可以使用碳膜、SiO2膜等等，但最常用的是碳膜。尽管溅射方法或等离子体CVD方法可以被用来生长保护层，但近年来最常用的是等离子体CVD的方法。所述保护层的厚度应介于约1nm到10nm之间，优选在约2nm到6nm之间，理想的是在2nm到4nm之间。
图2示出了一个使用上述垂直磁记录介质的垂直磁记录/再现装置的例子。图2所示的垂直磁记录/再现装置包含图1所示的磁记录介质10、使所述磁记录介质10转动的主轴电动机11、在所述磁记录介质10上记录和再现数据的磁头12、用来相对于所述磁记录介质10移动所述磁头12的磁头致动器13、和记录/再现信号处理系统14。
所述记录/再现信号处理系统14能够处理从外界输入的数据，并向磁头12发送记录信号，能够处理来自磁头12的再现信号，并将数据向外输出。
对于用在本发明的磁记录和再现介质中的磁头12来说，不仅可以使用具有磁阻(MR)元件的磁头，该磁头使用各向异性磁阻(AMR)作为再现元件，而且可以使用更适合高记录密度的磁头，诸如使用巨磁阻(GMR)的磁头。
{例子，对照例}装有硬盘所用玻璃基底的真空腔室被预先抽到不大于1.0×10-5Pa。所用玻璃基底由晶化玻璃构成，该晶化玻璃含有Li2Si2O5、Al2O3+K2O、MgO+P2O5、以及Sb2O3+ZnO。表面平均粗糙度Ra为5埃或更小，外径为65mm，内径为20mm。
接着，使用溅射方法，在基底上形成厚度为100nm的CoNbZr的SUL，在例1、例2和例3中分别沉积厚度为4nm的Mg、Mg-10Al和Ti(hcp)籽晶层。而且，在比较例1、2和3中分别在类似的SUL上沉积4nm的Ti(bcc)、Ag和Cu籽晶层。每个例子中制备两个样品。这里，Ti膜(hcp)是在室温下沉积在基底上的。另一方面，Ti膜(bcc)被沉积在加热到300℃的热基底上。用XRD确认例1到例3以及对照例1到3的晶体结构。用透射电子显微镜(TEM)来观察每个籽晶层的颗粒尺寸。
然后，在剩下样品的表面沉积一层Ru中间层、一层Co-Cr-Pt-SiO2磁记录层和一层碳膜保护层来产生磁记录介质。
使用晶化玻璃，然后以与例1中相同的方式沉积CoNbZr软磁衬层、Mg籽晶层、Ru中间层。籽晶层用Mg(例4)、Mg-10Al(例5)、Ti(例6，hcp)、Ti(对照例4，bcc)、Ag(对照例5)和Cu(对照例6)来制备。用XRD来确认所述Ru中间层的晶体结构具有hcp结构，并被定向到(002)面。此外，确定了该(002)面的Δθ50。用TEM观察所述Ru中间层的颗粒尺寸。
然后，Co-Cr-Pt-SiO2磁记录层和碳膜保护层被沉积在剩下样品的表面以产生磁记录介质。
类似地，使用晶化玻璃，沉积CoNbZr软磁性衬层、Mg膜籽晶层、Ru膜中间层、Co-Cr-Pt-SiO2磁记录层和碳膜保护层。籽晶层用Mg(例7)、Mg-10Al(例8)、Ti(例9，hcp)、Ti(对照例7，bcc)、Ag(对照例8)和Cu(对照例9)来制备。
在这些样品的每一个上施加一层润滑层，用进行垂直磁记录的磁头来测量记录/再现特性。对作为记录/再现特性的代表性参数的低频输出LF TAA、信噪比SNR和再现脉冲半宽PW50进行比较。结果列在表1中。
也测量了例7到例9以及对照例7到对照例9中的位于垂直磁层和保护层之下的取向控制层的晶体结构和颗粒尺寸，结果与例1到例6和对照例1到对照例6的结果相同，如表1所示。
因此，通过使用含Mg作主要成分的材料来作籽晶层材料，可以引入一个中间层，它具有优秀的晶体结构和非常精细的平均颗粒尺寸，从而提供一种具有优秀的记录和再现特性的垂直磁记录介质。在例1到例9中，由于Δθ50小，晶体取向分布小，因此Ru的颗粒尺寸也小。结果，SNR改善了，并且PW50很小。这些结果表明，例1到例9中的垂直磁记录介质适合于更高的记录密度。
另一方面，在对照例1、4和7中，Δθ50小，但是Ru的颗粒尺寸大。结果，SNR和PW50的提高不够充分。
表1
图2是一个使用具有上述结构的磁记录介质10的磁记录/再现装置的例子。所述磁记录/再现装置包含具有上述结构的磁记录介质10、使所述磁记录介质10转动的主轴电动机11、在所述磁记录介质10上记录/再现数据的磁头12、磁头致动器13和记录/再现信号处理系统14。所述记录/再现信号处理系统14能够处理输入数据，并向磁头12发送记录信号，能够处理来自磁头12的再现信号，并输出数据。
这个磁记录/再现装置使用了垂直磁记录介质，该介质大大地增加了记录密度，而没有扰乱晶体结构，从而用做一个具有稳定的大容量的磁记录/再现装置。
工业实用性根据本发明，可以提供一种垂直磁记录介质，其中，垂直磁层的晶体结构，更具体地说是六角密堆积结构(hcp)的C轴的取向使得它相对于基底表面具有极小的角度偏差，此外，构成垂直磁层的晶体颗粒的平均颗粒尺寸极精细，所述垂直磁记录介质具有优秀的高记录密度。
权利要求
1.一种垂直磁记录介质，至少具有形成在非磁性基底上的软磁性衬层、取向控制层、垂直磁性层和保护层，其中所述取向控制层包括多个层，其包括从所述基底一侧开始排列的多个籽晶层和多个中间层，并且所述多个籽晶层和多个中间层的每一层都具有六角密堆积(hcp)结构。
2.根据权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，所述籽晶层的平均颗粒尺寸在8nm到20nm之间。
3.根据权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，所述籽晶层中的至少一层是金属层或者是含有金属作为其主要成分的层。
4.根据权利要求1所述的垂直磁记录介质，该介质具有籽晶层，所述籽晶层的主要成分是这样一种元素，钌对此元素的接触角介于50度到120度之间。
5.根据权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，所述籽晶层中的至少一层是镁层或者是含有镁作为其主要成分的层。
6.根据权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，所述中间层中的至少一层是钌层或者是含有钌作为其主要成分的层。
7.根据权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，所述中间层中的至少一层是(002)取向的。
8.一种使用根据权利要求1所述的垂直磁记录介质的垂直磁记录和再现设备。
9.一种垂直磁记录介质，至少具有形成在非磁性基底上的软磁性衬层、取向控制层、垂直磁性层和保护层，其中所述取向控制层由多层构成，包括从所述基底一侧开始排列的多个籽晶层和中间层，所述籽晶层中的至少一层是金属层或者是含有金属为其主要成分的层，所述中间层具有六角密堆积(hcp)结构。
10.根据权利要求9所述的垂直磁记录介质，其中，所述籽晶层的平均颗粒尺寸在8nm到20nm之间。
11.根据权利要求9所述的垂直磁记录介质，该介质具有籽晶层，该籽晶层的主要成分是这样一种元素，钌对此元素的接触角介于50度到120度之间。
12.根据权利要求9所述的垂直磁记录介质，其中，所述中间层中的至少一层是钌层或者是含有钌作为其主要成分的层。
13.根据权利要求9所述的垂直磁记录介质，其中，所述中间层中的至少一层是(002)取向的。
14.一种使用根据权利要求9所述的垂直磁记录介质的垂直磁记录和再现设备。
全文摘要
本发明提供一种垂直磁记录介质，其中，记录密度大大地增加了且晶体结构的偏差很小。一种垂直磁记录介质具有至少一个软磁性衬层、一个取向控制层、一个垂直磁性层、和一个保护层，它们形成在一个非磁性基底上，所述取向控制层由多层构成，包括所述基底一侧的一个籽晶层和一个中间层。最好是，所述籽晶层和所述中间层都具有六角密堆积(hcp)结构，且所述籽晶层的平均颗粒尺寸介于8nm和20nm之间。所述籽晶层的主要成分最好是Mg，所述中间层的主要成分最好是Ru。
文档编号G11B5/65GK101048815SQ20058003662
公开日2007年10月3日 申请日期2005年10月28日 优先权日2004年10月29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