专利名称：具有改进的反铁磁耦合记录层的垂直磁记录介质的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及垂直磁记录介质，更特别地，涉及用于磁记录硬盘驱动器的具有垂直磁记录层的盘。
背景技术：
垂直磁记录是在磁记录硬盘驱动器中实现超高记录密度的途径之一，垂直磁记录中所记录的位(bit)沿垂直或离面(out-of-plane)取向存储在记录层中。普通类型的垂直磁记录系统是利用“探针(probe)”或单极记录头的系统，采用“双层”介质作为记录盘，如图1所示。双层介质包括形成在“软磁”或低矫顽力导磁衬层(SUL)上的垂直磁数据记录层(RL)，SUL层用作来自记录头的极(pole)的场的磁通返回路径。此类型的系统也称为“1型”垂直磁记录。图1中，RL示出为具有垂直记录或磁化的区域，相邻区域具有相反的磁化方向，如箭头所示。相邻的相反方向磁化区域之间的磁转变(magnetic transition)作为所记录的位通过读元件或读头被检测。
图2是现有技术垂直磁记录盘的横截面的示意图，示出对记录层RL起作用的写场H。该盘还包括硬盘衬底、用于SUL的生长的籽层或始层(onsetlayer，OL)、用于中断SUL导磁膜与RL之间的磁交换耦合且促进RL的外延生长的交换中断层(EBL)、以及保护覆层(OC)。如图2所示，RL位于“视在(apparent)”记录头(ARH)的间隙内，其与纵向或面内记录相比允许显著更高的写场。ARH包括盘上方的作为真实写头(RWH)的写极(图1)、以及RL下方的有效次级写极(SWP)。SWP由SUL促成，其通过EBL自RL去耦(decouple)，并且由于其高的磁导率在写过程期间产生RWH的磁镜像。这有效地使RL在ARH的间隙中且允许在RL内的大的写场。
用于RL的一种类型的材料是传统的多晶颗粒钴合金，例如CoPtCr合金。此传统材料具有离面的垂直磁各向异性，这是因为沉积期间其六角密堆积(hcp)晶体结构的c轴被诱导为垂直于层平面生长。为了诱发此生长，其上形成RL的EBL通常也是具有hcp晶体结构的材料。因此，钌(Ru)是建议用于EBL的一种材料。
已经提出了一种垂直磁记录介质，其中RL是两相同铁磁层的反铁磁耦合(AFC)层，所述两相同铁磁层每个具有垂直磁各向异性，被反铁磁(AF)耦合层分隔开。在此类型的介质中，如US 6,815,082 B2所述，第一或下铁磁层和第二或上铁磁层具有相同的成分且由传统多晶颗粒钴合金形成。因此在具有AFC RL的垂直磁记录介质中，EBL也必须具有hcp晶体结构从而诱导AFC层中的下层的垂直磁各向异性。此类型介质示意性描述在图3中。
当EBL尽可能地薄，即所需要的最小的厚度来提供SUL和RL的磁去耦，使得写过程期间磁通能够容易地通过EBL时，获得写垂直磁记录的最佳性能。然而，尽管期望减小EBL的厚度，但是EBL必须具有足够的厚度从而提供用于钴合金RL的生长的模板(template)以确保其c轴垂直。也需要较厚的Ru EBL来提供具有高矫顽力和足够低的颗粒间交换耦合的RL从而最小化固有介质噪声。因此，如果Ru用作EBL，对于现有的RL材料它必须至少约80埃厚。
需要一种具有AFC记录和显著更薄的有效EBL的垂直磁记录介质。
发明内容
本发明是垂直磁记录介质，其具有AFC RL，但其中AFC层的下铁磁层(LFM)具有比上铁磁层(UFM)的磁导率显著更高的磁导率。LFM充当部分“有效EBL”，从而允许实际EBL制得尽可能薄。通常，通过材料成分的选择可使LFM具有较高的磁导率，其将导致与UFM相比时增大的颗粒间交换以及比UFM的各向异性场显著更低的各向异性场(Ku/M)。因此可以选择LFM的材料成分从而提供更低的各向异性Ku和/或更高的磁矩M。虽然LFM具有较高的磁导率，但是它仍具有足够的垂直磁各向异性以保持磁化且因此充当部分AFC RL。“有效EBL”是实际EBL、LFM和AF耦合层的组合厚度。LFM是hcp材料且因此以与非磁EBL相同的方式促进hcp UFM的生长。因此其厚度可以替代实际EBL厚度从而满足生长hcp UFM所需的厚度。这使实际EBL能显著更薄。在写过程期间有效EBL呈现为在磁性上是“薄”的，因为较高磁导率的LFM使磁通到SUL的通过容易，LFM显得比其物理厚度更薄。然而，在读取过程期间有效EBL呈现为在磁性上是“厚”的，因为在写之后LFM被磁化为反平行于UFM的磁化。
为了充分理解本发明的本质和优点，应当参照下面结合附图的详细说明。
图1是现有技术垂直磁记录系统的示意图；图2是现有技术垂直磁记录盘的横截面的示意图，示出对记录层(RL)起作用的写场H；图3是根据现有技术的具有反铁磁耦合(AFC)RL的垂直磁记录盘的横截面的示意图；图4是根据本发明的具有AFC RL和有效交换中断层(EBL)的垂直磁记录盘的横截面的示意图，与图3的现有技术盘相比具有显著更薄的实际EBL。
具体实施例方式
根据本发明的垂直磁记录介质示于图4中。结构看上去类似于图3的现有技术结构，除了AFC层的下铁磁层(LFM)具有比上铁磁层(UFM)的磁导率显著更高的磁导率。LFM充当部分“有效EBL”，从而允许实际ELB制得尽可能薄。虽然LFM具有较高的磁导率，但是它仍具有足够的垂直磁各向异性从而保持磁化且充当部分AFC层。
参照图4，硬盘衬底可以是任何商业可得的玻璃衬底，但是还可以是具有NiP表面涂层的传统铝合金、或者任何供选衬底，诸如硅、硅碱钙石或硅碳化物。用于SUL的生长的粘合层或OL可以是具有约20至50埃厚度的AlTi合金或者类似材料。SUL可以由非晶导磁材料形成，例如具有在约500至4000埃范围的厚度的合金FeCoB、CoCuFe、NiFe、FeAlSi、FeTaN、FeN、FeTaC、CoTaZr、CoFeB、以及CoZrNb。SUL还可以是由多层软磁膜形成的层叠或多层SUL，该多个软磁膜通过诸如Al或CoCr导电膜的非磁膜分隔开。SUL还可以是由多层软磁膜形成的层叠或多层SUL，该多层软磁膜通过作为引起反铁磁耦合的媒介的诸如Ru、Ir或Cr的层间膜分隔开，如美国专利6,686,070 B1和6,835,475 B2所述。形成在UFM顶上的OC可以是非晶“类金刚石(diamond-like)”碳膜或其它公知保护覆层，例如Si氮化物。
EBL位于SUL顶上。它用来中断SUL导磁膜与LFM之间的磁交换耦合且还用来促进LFM的外延生长。EBL优选为具有六角密堆积(hcp)晶体结构的材料，诸如Ru，其促进hcp LFM的外延生长，使得hcp LFM的c轴基本垂直地取向，从而产生垂直磁各向异性。钌(Ru)是通常用于EBL的材料，但是其它材料包括选自Ti、Re和Os的金属，以及包含选自Ti、Re、Ru和Os的至少一种元素的合金。如果Ru用作EBL，则它可以形成在籽层(SL)上，该籽层例如为形成在SUL上的20至40埃厚的NiFe层。
UFM是呈现垂直磁各向异性的具有hcp晶体结构的颗粒钴合金层，例如CoPt或CoPtCr合金，具有或没有氧化物，例如Si、Cr、Nb、Ta、Ti或B的氧化物。UFM具有100至250埃的常见厚度且具有较高的磁各向异性和较低的磁导率(＜2.5)。材料的磁导率是其在较弱磁场中获得高磁化的能力。在磁记录中磁导率μ通常无单位地表示为μ=1+4πdMdH]]>其中M以emu/cm3为单位，H以Oe为单位。
UFM与LFM之间的非磁反铁磁(AF)耦合层由选自包括钌(Ru)、铬(Cr)、铑(Rh)、铱(Ir)、铜(Cu)、以及它们的合金的组的材料形成。AF耦合层具有足以诱导UFM与LFM之间的垂直反铁磁交换耦合的厚度，通常在约5至12埃之间。因此如图4中三个记录或磁化区域所示，每个区域中UFM和LFM的磁化总是反平行的。另外，公知地在AF耦合层的一侧或两侧包括非常薄的高磁矩铁磁界面膜，如例如在前面引用的US 6815082 B2专利中所述。
本发明中LFM具有与UFM不同的成分且因此具有显著不同的磁属性。LFM是具有hcp晶体结构且具有选定的性质的颗粒钴合金材料从而为LFM提供了比UFM的磁导率显著更高的磁导率。LFM可以是CoNiCr合金，或者Co(100-x)Crx合金，其中x小于约17原子百分比，或者(CoFe)(100-x)Crx合金，其中x小于约17原子百分比。除了这些材料之外，适合于LFM的其它材料为CoPt或CoPtCr合金，具有或没有氧化物，如在UFM中使用的材料，但是具有较少原子百分比的Pt从而呈现较低的垂直磁各向异性，且当生长在薄EBL上时其与UFM相比趋于具有更高的颗粒间交换耦合并因此具有更高的磁导率。LFM还可以由公知的表现垂直磁各向异性的多层形成，例如Co/Pt、Co/Pd或Co/Ni的交替膜的多层。通常，可以通过材料成分的选择使LFM具有较高磁导率，其将导致增大的颗粒间交换以及与UFM的各向异性场相比显著更低的各向异性场(Ku/M)。因此可以选择LFM的材料成分从而提供较低的各向异性Ku和/或较高的磁矩M。然而，LFM仍具有足够的垂直磁各向异性从而保持磁化且因此充当部分AFC层。
在一实施例中，UFM可以是CoPtCrSiOx材料，通常通过氧中的反应溅镀形成，具有约400emu/cm3的饱和磁化(MS)，且LFM可以是CoCr合金，具有约600emu/cm3的MS。那么与UFM的约1.7相比，LFM将具有大于3的磁导率。磁导率的优选差别为LFM具有比UFM的磁导率高约1.5至10的磁导率。
在图4的结构中，“有效EBL”是实际EBL、LFM和AF耦合层的组合厚度。因为hcp LFM以与EBL相同的方式促进UFM的生长，其厚度能替代实际EBL厚度以满足现在的80埃厚度要求。因此，实际EBL的厚度现在能显著小于现有技术结构要求的约80埃。有效EBL(EBL+LFM+耦合层)在写过程期间呈现为磁性上是“薄”的，因为较高磁导率的LFM使磁通到SUL的通过容易，LFM显得比其物理厚度更薄。然而，有效EBL具有生长高矫顽力、低噪声UFM所需的厚度，它在读取过程期间也呈现为在磁性上是“厚”的，因为在写之后LFM形成反平行于UFM的配置。实际EBL可以薄约10埃，在该情况下LFM将具有至少约60埃的厚度且AF耦合层将具有约10埃的厚度。
与1型垂直磁记录系统(图1)相关的额外问题在于通过读元件或头读取时SUL还影响磁转变的读回幅度(amplitude)。特别地，低频转变具有高得多的幅度。SUL越薄，幅度在低频的增加越大。因此，当EBL薄时，读头需要对其灵敏的动态幅度范围非常大。这使读头和相关读电路的设计非常具有挑战性。因此，尽管具有薄EBL对于写来说是有利的，但是对于读来说会是有问题的。本发明解决了此问题，因为对于写来说有效EBL薄，但对于读来说仍保持为厚。因此，利用本发明，对于写来说获得了具有薄EBL的优点，而没有对读取造成有害影响。尽管前面引用的US 6,815,082 B2描述了AFC RL，但是它没有能够使用对于写来说是薄的而对于读来说保持为厚的EBL。
尽管参照优选实施例特别显示和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，可以进行形式和细节上的各种改变而不脱离本发明的思想和范围。因此，所公开的发明仅是示意性的，其限制在如所附权利要求定义的范围中。
权利要求
1.一种垂直磁记录介质，包括衬底；导磁材料衬层，其在所述衬底上；反铁磁耦合(AFC)层，其包括通过非磁反铁磁耦合层分隔开的第一和第二铁磁层，该第二铁磁层包括颗粒钴合金，所述颗粒钴合金具有c轴取向为基本垂直于所述层的六角密堆积晶体结构，该第一铁磁层具有c轴取向为基本垂直于所述层的六角密堆积晶体结构以及比所述第二铁磁层的磁导率更高的磁导率；以及交换中断层，其在所述衬层与所述第一铁磁层之间用于磁去耦所述衬层与所述第一铁磁层且用于诱导所述第一铁磁层的所述基本垂直的c轴取向。
2.如权利要求1所述的介质，其中所述第二铁磁层包括CoPtCr合金。
3.如权利要求2所述的介质，其中所述第一铁磁层包括CoPtCr合金，该CoPtCr合金与所述第二铁磁层相比具有更小原子百分比的Pt。
4.如权利要求1所述的介质，其中所述第二铁磁层还包括Si、Cr、Nb、Ta、Ti和B中的一种或更多的氧化物。
5.如权利要求1所述的介质，其中所述第一铁磁层包括选自包括(a)和(b)的组的钴合金，(a)为Co(100-x)Crx合金，其中x小于约17原子百分比，(b)为(CoFe)(100-x)Crx合金，其中x小于约17原子百分比。
6.如权利要求1所述的介质，其中所述第一铁磁层包括Co与Pt、Pd或Ni中的一种交替的膜的多层。
7.如权利要求1所述的介质，其中所述交换中断层是选自包括Ru，Ti，Re，Os、以及Ru、Ti、Re和Os中的一种或更多的合金的组的材料。
8.如权利要求7所述的介质，其中所述交换中断层主要包括Ru。
9.如权利要求1所述的介质，其中所述交换中断层具有小于约80埃的厚度。
10.如权利要求9所述的介质，其中所述交换中断层、所述第一铁磁层和所述反铁磁耦合层的组合厚度至少为约80埃。
11.如权利要求1所述的介质，其中所述AFC层的所述非磁反铁磁耦合层由选自包括钌(Ru)、铬(Cr)、铑(Rh)、铱(Ir)、铜(Cu)、以及其合金的组的材料形成。
12.如权利要求1所述的介质，其中所述衬层由选自包括合金CoFe、CoNiFe、NiFe、FeCoB、CoCuFe、FeAlSi、FeTaN、FeN、FeTaC、CoTaZr和CoZrNb的组的材料形成。
13.如权利要求1所述的介质，其中所述衬层是通过非磁膜分隔开的多个导磁膜的叠层。
14.如权利要求13所述的介质，其中所述叠层中的所述非磁膜提供所述叠层中的所述导磁膜的反铁磁耦合。
15.一种垂直磁记录盘，包括衬底；导磁材料衬层，其在所述衬底上；交换中断层，其在所述衬层上；反铁磁耦合(AFC)层，其包括在所述交换中断层上具有六角密堆积晶体结构和垂直磁各向异性的颗粒钴合金下铁磁层、在所述下铁磁层上的非磁反铁磁耦合层、以及在所述反铁磁耦合层上具有六角密堆积晶体结构和垂直磁各向异性的颗粒CoPtCr合金上铁磁层，该下铁磁层具有比该上铁磁层的磁导率更大的磁导率；且其中该交换中断层具有小于约80埃的厚度，且所述交换中断层、所述下铁磁层和所述反铁磁耦合层的组合厚度为至少约80埃。
16.如权利要求15所述的盘，其中所述上铁磁层还包括Si、Cr、Nb、Ta、Ti和B中的一种或更多的氧化物。
17.如权利要求15所述的盘，其中所述下铁磁层的所述钴合金包括Pt，所述下铁磁层中的Pt原子百分比低于所述上铁磁层中的Pt原子百分比。
18.如权利要求15所述的盘，其中所述第一铁磁层包括选自包括(a)和(b)的组的钴合金，(a)为Co(100-x)Crx合金，其中x小于约17原子百分比，(b)为(CoFe)(100-x)Crx合金，其中x小于约17原子百分比。
19.如权利要求15所述的盘，其中所述交换中断层是选自包括Ru，Ti，Re，Os、以及Ru、Ti、Re和Os中的一种或更多的合金的组的材料。
20.如权利要求15所述的盘，其中所述衬层由选自包括合金CoFe、CoNiFe、NiFe、FeCoB、CoCuFe、FeAlSi、FeTaN、FeN、FeTaC、CoTaZr和CoZrNb的组的材料形成。
21.如权利要求15所述的盘，其中所述衬层是通过至少一非磁膜分隔开的多个导磁膜的叠层，所述叠层中的所述至少一非磁膜提供所述叠层中的所述导磁膜的反铁磁耦合。
22.如权利要求15所述的盘，其中所述下铁磁层的所述磁导率比所述上铁磁层的所述磁导率大至少1.5。
23.一种垂直磁记录系统，包括权利要求15所述的盘；用于磁化所述盘的所述记录层中的区域的写头；以及用于检测所述被磁化的区域之间的所述转变的读头。
全文摘要
本发明涉及垂直磁记录盘，其具有包括下和上铁磁层的反铁磁耦合(AFC)记录层(RL)，上和下铁磁层每个具有六角密堆积(hcp)晶体结构和垂直磁各向异性，被反铁磁(AF)耦合层分隔开，其中下铁磁层(LFM)比上铁磁层(UFM)具有显著更高的磁导率。AFC RL位于实际交换中断层(EBL)上，实际交换中断层将AFC RL与盘的软磁衬层(SUL)分隔开。LFM充当部分“有效”交换中断层(EBL)，该“有效”交换中断层还包括实际EBL和AF耦合层，从而允许实际EBL制得尽可能薄。hcp LFM以与实际EBL相同的方式促进hcp UFM的生长，使得其厚度对生长hcp UFM所需的厚度有贡献。有效EBL在写过程期间呈现为磁性上“薄”且在读回过程期间呈现为磁性上“厚”。
文档编号G11B5/673GK1870144SQ20061008037
公开日2006年11月29日 申请日期2006年5月16日 优先权日2005年5月24日
发明者埃里克·E·富勒顿, 拜伦·H·伦格斯菲尔德第三, 戴维·马古利斯 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司