专利名称：垂直磁记录介质、制造该介质的方法及磁记录和再现装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及垂直磁记录介质、制造该垂直磁记录介质的方法以及使用这样的磁记录介质的磁记录和再现装置。
背景技术：
近年来，诸如磁盘驱动器、软盘驱动器和磁带装置的磁记录装置的应用范围显著增加，这样的装置的重要性增加。此外，在这样的装置中所使用的磁记录介质的记录密度现在也大幅增加。具体而言，在引入了磁阻(MR)磁头和局部响应最大似然(RRML)技术之后，面记录密度急剧增加。因为近年来引入了巨磁阻(GMR)磁头和隧穿磁阻(TuMR)磁头，记录密度以每年约100％的速度增加。
基于这些情况，需要在将来使磁记录介质的记录密度进一步增加，并由此需要实现更高的矫顽力、更高的信号-对-噪声比率(S/N比率)以及磁记录层的更高分辨率。在迄今广泛使用的纵向磁记录系统中，记录磁畴的自退磁(即，在磁化过渡区域中的邻近的记录磁畴对中的每一个的作用会减弱另一个的磁化)会随着线记录密度的增加而变得处于支配地位。为了避免自退磁，需要通过连续减小磁记录层的厚度来增加磁记录层中的磁形状各向异性。
另一方面，由于较小了磁记录层的膜厚度，维持磁畴的能量势垒的量值和热能的量值在水平上变得如此彼此接近，以致不可以忽略以下现象在温度的影响下使记录的磁化量弛豫(热波动现象)。
在这样的情况下，最近，作为满足改善纵向磁记录系统的线记录密度的要求的技术器件，已经提出一种反铁磁耦合(AFC)介质，并努力避免伴随纵向磁记录的热磁化弛豫问题。
作为可以进一步增加面记录密度的有前途的技术，垂直磁记录技术获得了关注。虽然在常规纵向磁记录系统中沿介质的表面的方向磁化介质，但垂直磁记录系统的特征在于在垂直于介质表面的方向上磁化。认为垂直磁记录能够避免自退磁的影响，因此更适合于以较高的密度记录，其中自退磁妨碍了在纵向磁记录系统中较高的线记录密度的获得。此外，因为在垂直磁记录的情况下可以保持一定的磁性层厚度，认为垂直磁记录相对地不易受到热磁化弛豫的影响，其中热磁化弛豫是伴随纵向磁记录的问题。
在通常情况下，垂直磁记录介质具有在非磁性基底上依次形成的底层(underlayer)、中间层、磁记录层以及保护层。此外，在一些情况下，在形成保护层的膜之后在表面上施加润滑层。此外，通常在底层之下设置称为软磁背层(soft magnetic back layer)的磁性膜。为了改善磁记录层的特性而形成中间层。底层据说具有对准(align)磁记录层中的晶体的功能和控制磁晶体的形状的功能。
在制造具有优良特性的垂直磁记录介质时，磁记录层的晶体结构是重要的。在垂直磁记录介质的许多情况下，六方密堆(hcp)结构作为介质的磁记录层的晶体结构。然而，以下方面是重要的(002)晶面平行于基底表面，换言之，以最小的干扰在垂直方向上对准晶体c轴
。然而，虽然垂直磁记录介质具有能够使用相对厚的磁记录层的优点，但与当前的纵向磁记录介质相比，形成整个介质的薄膜叠层的总膜厚度倾向于增加，因此增加了包括在介质层堆叠工艺中的干扰晶体结构的因素的可能性。
为了最小化对磁记录层的晶体结构的干扰，与在常规磁记录层中一样地，在垂直磁记录介质中使用具有hcp结构的Ru作为中间层。在Ru(002)晶面上外延生长磁记录层中的晶体。因此，可以获得具有改善的晶体取向的磁记录介质(例如，参见JP-A 2001-6158)。
在通常情况下，有必要将Ru中间层的膜厚度设定为10nm或更大，以确保磁记录层中的Co合金晶体之间充分分离(参见，例如JP-A2005-190517)。然而，这样的大膜厚度设定会导致Co合金的晶粒尺寸的增大，并且由于噪声的增加而劣化了记录/再现特性。
为了进一步改善记录/再现特性，还提出了将具有hcp结构的诸如Ti、Hf和Zr的其他元素以及Ru合金作为中间层。然而，这样的元素和合金不足以获得在其中实现晶粒尺寸的减小和希望的垂直对准并具有改善的记录/再现特性的垂直记录介质。因此，需要不具有该问题且易于制造的垂直磁记录介质。
还提出了使用Re和Re合金作为中间层。然而，在使用Re中间层的情况下，不能获得任何改善的垂直磁记录介质，并且还没有示出Re合金的具体实例(参见，例如JP-A 2006-277950)。
鉴于上述情况，本发明的目的为提供一种垂直磁记录介质、一种制造该磁记录介质的方法以及一种磁记录和再现装置，在该垂直磁记录介质中实现了颗粒尺寸的减小和希望的垂直对准以便实现高密度信息记录和再现。
发明内容
为了实现上述目的，本发明提供了一种垂直磁记录介质、一种制造该磁记录介质的方法以及一种磁记录和再现装置，如下所述。
(1)一种垂直磁记录介质，其至少具有在非磁性基底上的软磁背层、底层、中间层以及垂直磁记录层，其中所述中间层中的至少一个层包含作为主成分元素的Re并包含作为第二主成分元素的具有hcp结构的元素或具有bcc结构的元素。
(2)在项(1)中描述的垂直磁记录介质，其中作为所述中间层的主成分元素的Re的浓度在从55到99.5原子百分比的范围内。
(3)在项(1)或(2)中描述的垂直磁记录介质，其中所述第二主成分元素为Co或Cr。
(4)在项(1)到(3)的任一项中描述的垂直磁记录介质，其中所述第二主成分元素的浓度在从0.5到45原子百分比的范围内。
(5)在项(1)中描述的垂直磁记录介质，其中所述中间层中的至少一个层包含作为主成分元素的Re且包含作为添加元素的两种元素Co和Cr，并且所述添加元素的总浓度在从5到45原子百分比的范围内。
(6)在项(5)中描述的垂直磁记录介质，其中Co和Cr的含量浓度彼此相等。
(7)在项(1)到(6)的任一项中描述的垂直磁记录介质，其中所述中间层包含选自第13族元素(B、Al、Ga、In、Tl)和第14族元素(C、Si、Ge、Sn、Pb)的至少一种元素，所选择的元素的总含量或所选择的元素的含量的总和大于0原子百分比且等于或小于30原子百分比。
(8)一种制造在项(1)到(7)的任一项中描述的垂直磁记录介质的方法，其中在溅射膜形成所述中间层时，将所述溅射气体压力设定为3Pa或更高。
(9)在项(8)中描述的制造垂直磁记录介质的方法，其中在溅射膜形成所述中间层时，在膜形成之前或之后或在膜形成期间添加O2气体或H2O气体。
(10)一种具有磁记录介质和磁头的磁记录和再现装置，所述磁头用于在所述磁记录介质上记录信息和从所述磁记录介质再现信息，其中所述磁记录介质是在项(1)到(7)的任一项中描述的磁记录介质。
根据本发明，可以获得这样的垂直磁记录介质，在其中以相对于基底表面的极小的角偏差对准了垂直磁性层的晶体结构，特别地，hcp结构的晶体c轴，并且其中构成垂直磁性层的晶粒的平均颗粒尺寸极为细小，该垂直磁记录介质具有改善的高记录密度特性。
通过在下面参考附图给出的描述，本发明的上述和其他目的、特征和优点将对本领域的技术人员显而易见。
图1是示意性地示出根据本发明的垂直磁记录介质的层叠结构的图；以及 图2是示意性地示出使用根据本发明的垂直磁记录介质的磁记录和再现装置。
具体实施例方式 将具体描述本发明的细节。
如图1所示，根据本发明的垂直磁记录介质10在非磁性基底1上至少具有软磁背层2；底层3和中间层4，其构成对准控制层，用于控制直接在其上的膜的对准；垂直磁性层5，其中易磁化轴(晶体c-轴)大体上与基底垂直地取向；以及保护层6。对准控制层由多个层构成并具有包括从基底侧的底层3和中间层4的结构。可以将该结构应用到希望在将来具有进一步增加的记录密度的新型垂直记录介质，例如，ECC介质、离散轨道介质以及图形介质。
作为本发明的磁记录介质中所使用的非磁性基底，可以使用任何非磁性基底，例如，具有Al作为主成分的Al合金基底(例如，Al-Mg合金基底)或由常规钠玻璃、铝硅酸盐玻璃、非晶玻璃、硅、钛、陶瓷、蓝宝石、石英或各种树脂中的任一种树脂所形成的基底。特别地，通常使用Al合金基底或由晶化玻璃、非晶玻璃等制造的玻璃基底。在玻璃基底的情况下，优选镜面抛光的基底、Ra小于
的低Ra基底等。如果纹理不显著，基底还可以具有纹理。
在制造磁盘的方法的通常情况下，首先进行基底的清洁和干燥。同样在本发明中，从确保每一层的粘附力的观点来看，希望在形成该层之前进行清洁和干燥。清洁包括通过蚀刻清洁(反溅射)和使用水清洁。不具体限定基底尺寸。
现在将描述垂直磁记录介质中的每一层。
在许多垂直磁记录介质中提供软磁背层。软磁背层具有从磁头引入记录磁场的功能，以便当在介质上记录信号时有效地将记录磁场的垂直分量施加到磁记录层。作为软磁背层的材料，可以使用具有软磁特性的材料，例如，基于FeCo的合金、基于CoZrNb的合金或基于CoTaZr的合金。特别优选软磁性层具有非晶结构，因为采用非晶结构可以有效防止表面粗糙度Ra的增加，并能够减小磁头悬浮的量，进一步增加记录密度。在许多情况下，不仅可以使用上述单软磁性层，而且可以使用两个软磁性层的组合，在这两个软磁性层之间插入用于AFC的Ru等的极薄非磁性薄膜。背层的总厚度为约20到120nm。然而，可以根据记录和再现特性与OW特性之间的平衡来确定总厚度。
在本发明中，在软磁背层上设置对准控制层，该对准控制层用于控制直接在其上的膜的对准。对准控制层由从基底侧的称为底层和中间层的多个层构成。
在本发明中，优选底层具有hcp结构、面心立方(fcc)结构、六方系统共价键材料或非晶结构。同样，优选底层中的晶粒的平均颗粒尺寸的范围为6到20nm。
本发明的中间层用于有效地垂直对准磁记录层。优选地，其材料为在至少一个层中提供的具有hcp结构的添加元素(例如，Co)或具有体心立方(bcc)结构的添加元素(例如，Cr)的Re，并且在中间层中的添加元素的含量为0.5到45原子百分比。中间层可以用作一定数目的层的叠层中的一层。对于中间层，可以使用这样的层，该层由Ru、Ru合金、或具有fcc结构的元素与具有bcc结构的元素或具有hcp结构的元素的合金形成，并具有(111)面取向的晶体结构以及基于fcc结构与bcc结构或hcp结构的混合的不规则的层晶格(堆垛层错)。
层叠在中间层上的磁记录层中的晶体对准通常由中间层中的晶体对准来决定。因此，在制造垂直磁记录介质时，中间层中的对准控制是极其重要的。相似地，如果可以精细控制中间层中的晶粒的平均颗粒尺寸，通常便可以使依次在中间层上形成的磁记录层中的晶粒变得细小，这是因为磁记录层中的晶粒的形状可以接管中间层中的晶粒的形状。据说，磁记录介质中的晶粒的颗粒尺寸越细小，信号对噪声的强度的比率SNR就越高。
下面描述Re适合于中间层的原因。为了有效地垂直对准磁性层Co的晶体c轴
，中间层是必要的。优选地，在外延生长Co时使用具有比Co的a轴晶格常数2.51A稍大的a轴晶格常数的Re作为中间层。Re的a轴晶格常数为2.76A。在通常情况下，通过混合Pt或Cr来稍稍改变具有Co作为主成分的磁性层的晶格常数。然而，同样可以通过混合Co或Cr来改变Re侧的晶格常数。此外，Re具有显著高的热导率并使得在形成膜时产生的膜内热能够有效地释放到底层膜和基底，从而在形成磁氧化物层时确保减少表面中的热。在磁性层中形成粒状结构时，该效应是有利的。此外，因为Re具有显著高的熔点和高硬度。中间层表面容易变得粗糙，从而有助于在磁性氧化物层中形成粒状结构。单一状态的Re的熔点过高。因此，优选通过使诸如Co或Cr的添加元素与Re混合来稍微降低熔点。
以该方式，还可以在层叠在中间层上的磁记录层中实现仅仅沿着基底的法向轴对称晶体生长，从而有效地垂直对准晶体c轴
轴。
在本发明的垂直磁记录介质中，中间层中的至少一个层具有作为主成分元素的Re并包括作为添加元素的两种元素Co和Cr，并且添加元素的总浓度设定在从5到45原子百分比的范围内，从而实现垂直磁性膜的c轴对准的改善并在垂直磁性膜中产生晶粒的更细小的颗粒尺寸。
在本发明中，特别优选均衡Co和Cr的含量浓度以获得上述效果。
在本发明的垂直磁记录介质中，可以添加选自第13族元素(B、Al、Ga、In、Tl)或第14族元素(C、Si、Ge、Sn、Pb)的至少一种元素，并且将选择的元素的总含量或选择的元素的含量的总和设定为大于0原子百分比且等于或小于30原子百分比。以该方式，可以实现垂直磁性膜中的c轴对准的进一步改善和垂直磁性膜中的晶粒的更细小的颗粒尺寸。
照字面意义，磁记录层是实际记录信号的层。作为磁记录层的材料，通常使用CoCr、CoCrPt、CoCrPtB、CoCrPtB-X、CoCrPtB-X-Y、CoCrPt-O、CoCrPt-SiO2、CoCrPt-Cr2O3、CoCrPt-TiO2、CoCrPt-ZrO2、CoCrPt-Nb2O5、CoCrPt-Ta2O5、CoCrPtTiO2等的基于Co的合金薄膜。具体而言，在使用氧化物磁性层的情况下，氧化物具有包围磁性Co晶粒的粒状结构，以减弱Co晶粒之间的磁相互作用，从而减小噪声。该层的晶体结构和磁特性最终决定了记录和再现。
因为磁记录层具有粒状结构，优选在中间层的膜形成期间通过增大气体压力来在表面中提供凹坑和凸起。通过在凹坑部分上集中氧化物磁性层中的氧化物，来形成粒状结构。然而，作为增大气体压力的结果，存在劣化中间层中的晶体对准以及过度增大表面粗糙度的风险。出于该原因，通过将中间层分为低气体压力形成的层和高气体压力形成的层，从而打破对准与形成表面凹坑/凸起之间的平衡，来形成中间层。
对于上述的层中的每一个的膜形成，通常使用DC磁控溅射或RF溅射。RF偏置、DC偏置、脉冲DC或脉冲DC偏置、O2气体和H2气体引入以及N2气体的使用都是可能的。如此确定对应的溅射气体压力，以便最优化该层的特性。在通常情况下，将溅射气体压力控制在约0.1到30(Pa)的范围内，并根据介质的性能来调整溅射气体压力。
保护层是用于保护介质的层，使介质不会由于与磁头接触而引起损伤。可以使用碳膜、SiO2膜等作为保护层。通常使用碳膜。为了形成该膜，例如，可以使用溅射或等离子体CVD。近年来，通常使用等离子体CVD。还可以使用磁控等离子体CVD。膜厚度为约1到10nm，优选2到6nm，更优选2到4nm。
具体地，通过调整在形成中间层中的高气体压力形成的膜时的气体压力和在用于磁记录层的膜形成时的气体压力，形成这样的低噪声磁记录介质，在该介质中，通过氧化物使磁晶体彼此隔离，同时保持了所希望的晶体对准。优选地，气体压力为3Pa或更高。通常，使用Ar作为在膜形成时的气体。可以向Ar气体添加少量的O2气体或H2O气体。该添加的气体具有这样的效果，即，在Re凹坑和凸起的凹坑部分中更选择性地收集用于在氧化物磁性层中形成粒状结构的氧化物。所添加的O2的量优选为0.1到20％，更优选0.1到8％。
图2示出了使用上述垂直磁记录介质的垂直磁记录和再现装置的实例。图2示出的垂直磁记录和再现装置包括具有图1所示的结构的磁记录介质10、驱动和旋转磁记录介质10的介质驱动单元11、在磁记录介质10上记录信息或从磁记录介质10再现信息的磁头12、使磁头12相对于磁记录介质10移动的磁头驱动单元13、以及记录和再现信号处理系统14。
记录和再现信号处理系统14可以处理从外部提供的数据以获得记录信号，向磁头12提供记录信号，并处理来自磁头的再现信号以向外部发送数据。
作为在本发明的磁记录和再现装置中使用的磁头12，可以使用任何适合于较高密度磁记录的磁头，不仅仅是具有被作为再现部件提供的磁阻(MR)部件且使用各向异性磁阻(AMR)效应的磁头，而且可以是具有使用巨磁阻(GMR)效应的GMR部件和使用隧穿效应的TuMR部件的磁头。
将参考其实例更具体地描述本发明。
实例和比较实例 预先将其中设置了用于硬盘(HD)的玻璃基底的真空室排空到1.0×10-5(Pa)或更低。
随后，通过在0.6(Pa)的气体压力下在Ar气氛中使用溅射，在基底上分别形成50(nm)厚度的CoNbZr的软磁背层和5(nm)厚度的具有非晶结构的NiTa的底层。
作为中间层，形成了80Re20Co膜、60Re40Co膜、80Re20Cr膜、60Re40Cr膜、60Re20Co20Cr膜、95Re5Mg膜、95Re5Zn膜、80Re20Ti膜、40Re40Ru20Co膜以及58Re20Co20Cr2Ga膜(实例1到10，所有的组成均以原子百分比表示)。通过在膜形成时旋转基底来执行在中间层中Cr的混合。也就是，将基底夹具的旋转中心与基底中心的距离设定为396(mm)，并且在膜形成时基底夹具的旋转速度设定为160(rpm)。在膜形成时，通过任意调整从两个靶的放电输出(discharge output)来控制在膜中存在的Cr的浓度。通过对于每个靶预先调查膜淀积速率与放电输出之间的关系，且通过在膜形成期间使用包括放电输出和放电时间的因素进行计算，获得Cr合金的组成。进行调整，以便中间层的膜厚度为20(nm)。
对于比较实例，将通常用作中间层的100Ru膜、100Zr膜、64Ru16Re20Co膜、100Re膜、70Co30Re膜、70Al30Re膜、49Co30Cr15Pt2Ta4Re膜、51Co30Cr15Pt4Re膜(比较实例1到8，所有这些合金具有hcp结构，所有的组成均以原子百分比表示)形成到20nm。将膜形成时的Ar气体压力设定为10(Pa)。
在样品的表面上，分别形成Co-Cr-Pt-SiO2和C膜作为磁记录层和保护层，由此形成磁记录介质。
将润滑剂施加到所获得的垂直磁记录介质(实例1到10，比较实例1到8)，通过使用Read-Write Analyzer 1632和Spinstand S1701MP(美国GUZIK Technical Enterprises的产品)，评估介质的记录和再现特性。此后，通过使用Kerr测量装置，评估静态磁特性。为了检查磁记录层中的Co合金的晶体对准，使用X射线衍射装置测量磁性层的摇摆曲线。
下面的表1示出了通过上述测量获得的高信号-对-噪声比率SNR、矫顽力Hc、Δ(delta)θ50和Co颗粒尺寸的测量结果。每一个参数都是广泛用于评估垂直磁记录介质的性能的指标。
对于在下面的表1中示出的实例1到10，可以理解当Re的浓度高时，改善了SNR。然而，在100％Re的情况下的SNR特性低于100％Ru情况下的SNR特性。认为这归因于以下事实Δθ50的值大且Co的C轴对准的程度低。
另一方面，在实例1到10中，改善了参数SNR和Δθ50中的每一者。通过该结果，认为通过提供作为添加元素的具有hcp结构且使Re为主成分的元素、具有bcc结构且使Re为主成分的元素、或具有这两种元素，可以改善磁性膜中的Co的C轴对准，并由此改善了SNR。在比较实例1到8中，没有观察到使Re为主成分的添加元素的效果，因此，劣化了Δθ50和SNR的值。在100％Ru的情况下，Δθ50良好，但与Re相比，对氧化物磁性层的匹配性(compatibility)降低，不能充分获得Hc，因此劣化了SNR。
表1 工业适用性 根据本发明，可以获得这样的磁记录介质，在其中以相对于基底表面的极小的角偏移对准了垂直磁性层的晶体结构，特别地，hcp结构的晶体c轴，并且其中构成垂直磁性层的晶粒的平均颗粒尺寸极为细小，由此可以提供高记录密度的硬盘驱动器。因此，本发明在工业适用性方面是有利的。
权利要求
1.一种垂直磁记录介质，其至少包括在非磁性基底上的软磁背层、底层、中间层以及垂直磁记录层，其中所述中间层中的至少一个层包含作为主成分元素的Re且包含作为第二主成分元素的具有hcp结构的元素或具有bcc结构的元素。
2.根据权利要求1的垂直磁记录介质，其中作为所述中间层的主成分元素的Re的浓度在从55到99.5原子百分比的范围内。
3.根据权利要求1或2的垂直磁记录介质，其中所述第二主成分元素为Co或Cr。
4.根据权利要求1的垂直磁记录介质，其中所述第二主成分元素的浓度在从0.5到45原子百分比的范围内。
5.根据权利要求1的垂直磁记录介质，其中所述中间层中的至少一个层包含作为主成分元素的Re且包含作为添加元素的两种元素Co和Cr，并且所述添加元素的总浓度在从5到45原子百分比的范围内。
6.根据权利要求5的垂直磁记录介质，其中Co和Cr的含量浓度彼此相等。
7.根据权利要求1的垂直磁记录介质，其中所述中间层包含选自第13族元素(B、Al、Ga、In、Tl)和第14族元素(C、Si、Ge、Sn、Pb)的至少一种元素，所选择的元素的总含量或所选择的元素的含量的总和大于0原子百分比且等于或小于30原子百分比。
8.一种制造根据权利要求1的垂直磁记录介质的方法，其中在溅射膜形成所述中间层时，将所述溅射气体压力设定为3Pa或更高。
9.根据权利要求8的制造垂直磁记录介质的方法，其中在溅射膜形成所述中间层时，在膜形成之前或之后或在膜形成期间添加O2气体或H2O气体。
10.一种包括磁记录介质和磁头的磁记录和再现装置，所述磁头用于在所述磁记录介质上记录信息和从所述磁记录介质再现信息，其中所述磁记录介质是根据权利要求1的磁记录介质。
全文摘要
在至少具有非磁性基底上的软磁背层、底层、中间层以及垂直磁记录层的垂直磁记录介质中，所述中间层中的至少一个层包含作为主成分元素的Re并包含作为第二主成分元素的具有hcp结构的元素或具有bcc结构的元素。作为所述中间层的主成分元素的Re的浓度在从55到99.5原子百分比的范围内。所述第二主成分元素为Co或Cr。
文档编号G11B5/84GK101606197SQ20088000434
公开日2009年12月16日 申请日期2008年1月16日 优先权日2007年2月6日
发明者坂口龙二, 黑川刚平, 佐佐木有三, 小松田辰, A·K·辛格 申请人:昭和电工株式会社