專利名稱：熱助記錄系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有高記錄密度和熱助記錄系統(tǒng)的信息記錄系統(tǒng)，其中提供了一種磁記錄介質(zhì)和一種包括加熱該記錄介質(zhì)的裝置的讀/寫磁頭。
背景技術(shù)：
安裝在計(jì)算機(jī)中的磁盤等作為信息記錄系統(tǒng)之一，需要具有高的記錄密度，以便支持現(xiàn)代的信息超載社會(huì)。為了實(shí)現(xiàn)磁盤系統(tǒng)的高記錄密度，有必要縮短磁盤和磁頭之間的距離，使得構(gòu)成磁記錄介質(zhì)的磁性層的晶粒尺寸較小，以增加磁記錄介質(zhì)的矯頑磁力(各向異性場(chǎng))，并增大信號(hào)處理技術(shù)的速度。
在磁記錄介質(zhì)中，減小晶粒尺寸會(huì)降低噪音，但是另一方面會(huì)引起晶粒變得遇熱不穩(wěn)定。因此，應(yīng)使各向異性能更大，以使晶粒在尺寸減小時(shí)也熱穩(wěn)定。然而，由于用作寫磁頭的磁極材料有限以及縮短磁盤和磁頭之間距離有限，因此難于成比例增加各向異性場(chǎng)以在今后獲得高的記錄密度。
為了解決上述問題，一種將光記錄技術(shù)和磁記錄技術(shù)相結(jié)合的混合記錄技術(shù)已被提出并受到了關(guān)注。例如，在Intermag 2000HA-04和HA-06中使用的讀/寫磁頭上添加了一種加熱介質(zhì)的裝置。在記錄時(shí)，通過施加磁場(chǎng)來加熱介質(zhì)以減小介質(zhì)的矯頑磁力。因?yàn)槿绱?，在高矯頑磁力介質(zhì)上進(jìn)行寫操作變得容易了，而使用傳統(tǒng)的磁頭由于磁場(chǎng)強(qiáng)度不足，在其上難以進(jìn)行記錄。MR(磁阻式)磁頭用于復(fù)制，其為傳統(tǒng)的磁記錄系統(tǒng)的一部分。上述記錄方法被稱做熱助磁記錄。
此外，JP-A 344725/2001公開了一種垂直磁記錄介質(zhì)，其中具有垂直磁各向異性和較大的晶間磁交換耦合的第二記錄介質(zhì)被濺射沉積在具有垂直磁各向異性且晶間磁交換耦合的量值幾乎為零的第一記錄層上。在JP-A 358616/2002中公開了一種磁記錄介質(zhì)，其中在基底上依次形成了包括磁性層的基層、包括非鐵磁性層的轉(zhuǎn)變層以及包含鐵磁性晶粒和非鐵磁性晶粒邊界的記錄層。并且，公開了一種磁記錄介質(zhì)，其中轉(zhuǎn)變層的厚度和構(gòu)成記錄層的磁性晶粒之間的距離受到了限制，以滿足條件TcB＞Tsw，其中基層的居里點(diǎn)為TcB，啟動(dòng)記錄層和基層之間的磁交換耦合的溫度為Tsw。在JP-A 79307/1998中公開了一種記錄介質(zhì)，其中構(gòu)成成為磁性記錄介質(zhì)的磁性薄膜的微晶晶粒的晶界處的Cr含量范圍為21-24原子％。
非專利文獻(xiàn)Intermag.2000HA-04，HA-06專利文獻(xiàn)1JP-A 344725/2001專利文獻(xiàn)2JP-A 358616/2002專利文獻(xiàn)3JP-A 79307/1998發(fā)明內(nèi)容對(duì)于熱助磁記錄來說，重要的是不僅要發(fā)展結(jié)合磁頭和介質(zhì)加熱裝置的技術(shù)，而且要發(fā)展適合于熱助磁記錄的介質(zhì)。盡管用于傳統(tǒng)的磁盤系統(tǒng)的CoCr合金介質(zhì)易于制備，也有必要使晶粒尺寸比目前的值(9nm)小，以獲得萬億比特級(jí)存儲(chǔ)容量的超高記錄密度。例如，在當(dāng)磁化強(qiáng)度轉(zhuǎn)變長(zhǎng)度為約15nm時(shí)的情況下，人們期望晶粒尺寸應(yīng)做到3nm那樣小。另一方面，為了避免因熱活化作用造成記錄磁化強(qiáng)度衰減，已知Ku·V/k·T值，即晶粒體積V和磁性各向異性能Ku的乘積除以波耳茲曼常數(shù)k和溫度T的乘積，優(yōu)選為100或更多。因此，即使CoCr合金的最大各向異性能為5×105J/m3(1600kA/m的各向異性場(chǎng))，且使用一般的層厚為20nm，也不可能使晶粒尺寸小于7nm。因此，人們認(rèn)為傳統(tǒng)的使用CoCr合金介質(zhì)的磁記錄技術(shù)不可能獲得超高記錄密度。
人們認(rèn)為加強(qiáng)晶間磁交換耦合并增加晶粒的磁化強(qiáng)度轉(zhuǎn)變單元會(huì)有效提高熱穩(wěn)定性。然而，如果用傳統(tǒng)的記錄技術(shù)來寫入具有晶粒的大磁化強(qiáng)度轉(zhuǎn)換單元的介質(zhì)，該磁性過渡區(qū)域?qū)⒆兊没靵y，導(dǎo)致噪音增加。例如，在JP-A 79307/1998中公開了一種磁性記錄介質(zhì)，其具有被增強(qiáng)了的晶間磁交換耦合，其中磁性薄膜中的微晶邊界的Cr含量被控制在21-24原子％范圍內(nèi)。因?yàn)橐獪p小噪音，晶間磁交換耦合的增加太弱，以致不能增加晶粒的磁化強(qiáng)度轉(zhuǎn)換單元，因此可以理解不能提高熱穩(wěn)定性。
另一方面，主要用于熱助磁記錄的初級(jí)試驗(yàn)的介質(zhì)材料是用于磁光記錄系統(tǒng)的TbFeCo。TbFeCo顯示了強(qiáng)烈的垂直磁各向異性，由晶界引起的噪音較小，此外其組分可被連續(xù)控制。從這個(gè)觀點(diǎn)上來看，該材料優(yōu)于傳統(tǒng)上用于磁記錄介質(zhì)的CoCr合金系統(tǒng)。然而，因?yàn)門bFeCo具有強(qiáng)的晶間磁交換耦合，以下提及的參數(shù)A非常大，且記錄磁化強(qiáng)度擴(kuò)展得大于光斑，因此，人們認(rèn)為這限制了記錄密度的增加。此外，因?yàn)門bFeCo具有室溫磁補(bǔ)償溫度，磁化強(qiáng)度變得較小。因此，對(duì)于復(fù)制技術(shù)來說有必要作如在復(fù)制過程中進(jìn)行熱照射等的安排。
例如，作為在JP-A 344725/2001中描述的增加熱穩(wěn)定性的介質(zhì)和在JP-A 358616/2002中描述的熱助磁記錄介質(zhì)，存在這樣的介質(zhì)，其中例如通過濺射方法來沉積CoCr合金和TbFeCo層。設(shè)計(jì)這種介質(zhì)的目的是通過使用磁交換耦合來結(jié)合CoCr合金層和TbFeCo層并使它們成為一體作為記錄層，以增加晶粒體積。因此，在減小磁性晶粒尺寸的同時(shí)不得不增加TbFeCo層的厚度，使得對(duì)應(yīng)于高記錄密度的膜厚可以變得大于10nm。然而，因?yàn)樵黾覶bFeCo層的厚度也增加磁頭和軟磁層之間的距離，施加在介質(zhì)上的磁頭磁場(chǎng)強(qiáng)度下降，且在介質(zhì)上施加的磁頭磁場(chǎng)的分布變寬。其結(jié)果是讀/寫特性遭到了破壞。
如上所述，尋找介質(zhì)材料和有效使用熱助磁記錄的結(jié)構(gòu)成了重要的問題。
本發(fā)明的目的是提供一種熱助磁記錄系統(tǒng)，其中包括適用于熱助磁記錄方法的介質(zhì)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的熱助磁記錄系統(tǒng)使用磁記錄介質(zhì)，其中該記錄介質(zhì)中磁性晶粒之間的磁交換耦合在室溫(保持磁化強(qiáng)度的溫度)下大，以通過耦合磁性晶粒使磁化強(qiáng)度熱穩(wěn)定，而因加熱而減小以使磁化強(qiáng)度轉(zhuǎn)換斜度在記錄時(shí)變陡。
此外，本發(fā)明的熱助磁記錄系統(tǒng)使用一種磁記錄介質(zhì)，該介質(zhì)在記錄層的基底側(cè)上具有無定形TbFeCo層、CoCr層、CoCr和Pt疊層、或CoCr和Pd疊層。在記錄層的基底側(cè)上沉積的上述各層的總膜厚被控制為5nm或以下。
用作本發(fā)明的熱助磁記錄介質(zhì)的上述磁記錄介質(zhì)均具有參數(shù)A，其滿足在室溫(保持磁化強(qiáng)度的溫度T-30℃＜T＜80℃)下1.5≤A＜6.0，其中參數(shù)A為圍繞MH回線的矯頑磁力的斜率參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化值，但是，通過加熱來增加介質(zhì)的溫度會(huì)使MH回線的參數(shù)A變小，約為1。這里，參數(shù)A的值由下式定義。
A≡1μ0∂M∂H|M=0;]]>μ0真空絕對(duì)磁導(dǎo)率本發(fā)明的目的是提供一種熱助磁記錄系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過使用具有磁交換耦合在室溫下很強(qiáng)而加熱則下降的特性的介質(zhì)來獲得優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和較低的噪音。


圖1表示了本發(fā)明的第一實(shí)施方案中10年之后輸出信號(hào)的變化和參數(shù)A之間的關(guān)系；
圖2為本發(fā)明的磁盤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3為說明本發(fā)明的寫磁頭的構(gòu)造的示例；圖4為本發(fā)明的寫磁頭的另一個(gè)結(jié)構(gòu)示例；圖5表示了制造記錄層時(shí)基底溫度、靶的Cr含量和制造記錄層的晶間界的Cr含量之間的關(guān)系；圖6是說明磁性晶粒和晶界的圖像視圖；圖7是表示磁記錄介質(zhì)的MH回線的示例圖；圖8表示了本發(fā)明的第一實(shí)施方案中MH回線斜度參數(shù)A和溫度之間的關(guān)系；圖9表示了各向異性場(chǎng)Hk和飽和磁化強(qiáng)度Ms對(duì)于溫度的依存關(guān)系；圖10表示磁性晶間表面交換能和參數(shù)A之間的關(guān)系；圖11表示了本發(fā)明的第一實(shí)施方案中MH回線斜度參數(shù)A和SLF/NHF之間的關(guān)系；圖12表示了本發(fā)明的第一實(shí)施方案中MH回線斜度參數(shù)A和記錄層的磁性晶界的Cr含量之間的關(guān)系；圖13比較了不同掃描速率的磁場(chǎng)的MH回線；圖14表示了晶界交換耦合能J和磁性晶界Cr含量之間的關(guān)系；圖15為本發(fā)明的第二實(shí)施方案中磁記錄介質(zhì)的示意圖；圖16表示了當(dāng)改變TbFeCo層的加熱溫度時(shí)矯頑磁力和膜厚之間的關(guān)系；圖17表示了本發(fā)明的第二實(shí)施方案中MH回線斜度參數(shù)A和溫度之間的關(guān)系；圖18表示了本發(fā)明的第二實(shí)施方案中在記錄之后的10年中輸出信號(hào)的變化和參數(shù)A之間的關(guān)系；圖19表示了本發(fā)明的第二實(shí)施方案中當(dāng)在加熱器溫度為400℃下進(jìn)行記錄時(shí)SLF/NHF與參數(shù)A的依存關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖來說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。圖2為本發(fā)明的磁盤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。通常，將一個(gè)或多個(gè)磁盤15安放在磁盤系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器中。本發(fā)明的磁盤15為用于垂直磁記錄的磁盤，其包括軟磁底層和垂直磁記錄層，且其被驅(qū)動(dòng)沿箭頭10的方向旋轉(zhuǎn)。
如放大的視圖(a)中所示，固定在支架13尖端上的磁頭浮動(dòng)塊尾部的磁頭12通過音圈馬達(dá)14訪問任意的磁道，并將該信息讀/寫在磁盤(介質(zhì))上。放大圖(b)是磁頭12的示意圖，從介質(zhì)的相對(duì)側(cè)來表示了記錄寫磁頭101和復(fù)制讀磁頭16的結(jié)構(gòu)。寫磁頭101為垂直磁記錄的單磁極類型的寫磁頭，包括主磁極100和輔助磁極102，且通過來自主磁極100的漏磁場(chǎng)來執(zhí)行向介質(zhì)15的磁記錄。讀磁頭16包括由位于磁屏蔽17和磁屏蔽102之間的磁阻效應(yīng)傳感器構(gòu)成的讀傳感器18，該讀傳感器也用作輔助磁極，且通過將來自介質(zhì)15的漏磁場(chǎng)流入讀傳感器18來獲得復(fù)制輸出。
圖3為說明根據(jù)本發(fā)明的包括加熱裝置的寫磁頭/介質(zhì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示例。該圖描述圍繞寫磁頭的橫截面結(jié)構(gòu)，在垂直于記錄介質(zhì)(圖中的縱向)并平行于下磁道方向的平面上切割寫磁頭101和磁記錄介質(zhì)120。
寫磁頭101具有主磁極100和輔助磁極102，且盤狀輔助磁極102幾乎在垂直于記錄介質(zhì)120的方向上形成。此外，導(dǎo)體構(gòu)圖103在輔助磁極102上螺旋形成，且兩端伸出并連接于磁頭驅(qū)動(dòng)電路。主磁極100的一端與輔助磁極102相連，另一端到達(dá)面向磁記錄介質(zhì)120的寫磁頭的底表面。輔助磁極102、主磁極100和導(dǎo)體構(gòu)圖103一起構(gòu)成電磁體，且通過驅(qū)動(dòng)電流將記錄磁場(chǎng)施加到位于主磁極100的頂部周圍的磁記錄層121上。
作為加熱裝置，例如，如圖3中所示，將電阻加熱器104置于與主磁極分開的與下磁道方向相對(duì)的一側(cè)，或者，其被置于主磁極的下磁道方向側(cè)。電阻加熱器104能加熱電阻加熱器周圍的大面積的介質(zhì)；因此，即使其被放置得與主磁極分開，其也能加熱所需的部位。電源供應(yīng)線路(在圖中未描述)與電阻加熱器104相連以輸送電流，并從寫磁頭102伸出。電流流向電阻加熱器104，并通過輻射加熱來加熱記錄介質(zhì)。
圖4是加熱裝置和寫磁頭/介質(zhì)系統(tǒng)的另一種結(jié)構(gòu)的例子。寫磁頭和介質(zhì)與圖3中的相同。電阻加熱器105是加熱裝置，被置于主磁極附近。從而，該加熱器能充分加熱尤其需要加熱的主磁極正下方。
此外，可以使用其它的加熱裝置，其中透鏡聚焦的激光束照射介質(zhì)，另外，由透鏡聚焦的激光束照射金屬分散體并將其加熱。
另外，與其它加熱裝置一樣，可使用這樣的加熱裝置，其中在主磁極和介質(zhì)之間施加電壓以流動(dòng)電流。
記錄介質(zhì)120通過在結(jié)晶玻璃基底124上順序?yàn)R射軟磁底層123、非磁性中間層122和CoCr合金磁性記錄層121而形成。這里，濺射CoCr合金磁性記錄層的基底溫度被控制在50℃～150℃。該非磁性中間層122例如為Ru、Rh或Ir，被用來控制磁性記錄層121的結(jié)晶磁各向異性。在沉積非磁性中間層122之前可施加NiAl或NiTa層來控制記錄層的晶粒尺寸。軟磁性底層123通過與寫磁頭磁性耦合用于使記錄磁場(chǎng)更強(qiáng)更陡。例如，CoCrPt、CoCrPtTa和CoCrPtB等可用作CoCr合金磁記錄層121。記錄層121的膜厚優(yōu)選為20nm或以下，使得寫磁頭和軟磁底層123相互磁耦合。
圖5表示了基底溫度、靶的Cr含量和制造的記錄層的晶間界的Cr含量之間的關(guān)系。通過在玻璃基底上沉積100nm厚的坡莫合金作為軟磁性底層、20nm厚的Ru作為非磁性中間層，然后在將基底溫度從10℃改變到350℃之后沉積20nm厚的CoCrPt記錄層來制造介質(zhì)。根據(jù)X射線衍射分析等觀察到制得的介質(zhì)為具有垂直于膜層表面的易磁化軸的垂直磁性層。此外，TEM分析證實(shí)晶粒為柱狀。接著，使用具有高分辨率能量色散X射線光譜(EDX)的透射電子顯微鏡，測(cè)量晶界的Cr含量來研究磁記錄層中的微觀組分分布。使用空間分辨率為1nm的EDX來探測(cè)Cr含量，使電子束照射晶界。從圖中可知，晶界的Cr含量增加與基底溫度的增加成比例。
圖6是說明磁性晶粒130和晶界131的圖像，表示了本發(fā)明A和傳統(tǒng)介質(zhì)B之間的Cr含量比較。本發(fā)明(圖6A)中，基底溫度被控制到50℃或以上150℃或以下，晶界的Cr含量變成15～20原子％。該Cr含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于圖6B中所示的在基底溫度為250℃或以上時(shí)制造的傳統(tǒng)的垂直介質(zhì)中的晶界的Cr含量。即，制造傳統(tǒng)垂直磁記錄介質(zhì)的目標(biāo)是通過增加晶界131的Cr含量來使磁性晶粒130之間的磁交換能為零。另一方面，本發(fā)明的制造垂直磁記錄介質(zhì)的目標(biāo)是通過增加磁性晶粒之間的磁性交換能，使磁交換耦合更強(qiáng)。
圖7示例表示了室溫下上述制得介質(zhì)的磁化強(qiáng)度M磁場(chǎng)H曲線(MN回線)。作為磁化強(qiáng)度測(cè)量技術(shù)，可以使用探測(cè)振動(dòng)測(cè)量試樣(VSM測(cè)量)產(chǎn)生的A.C.場(chǎng)的方法，和使用與磁化強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的反射光的傾斜極化角現(xiàn)象的光學(xué)方法(克爾效應(yīng))。本發(fā)明的參數(shù)A約為2。如果晶間交換能為0，參數(shù)A幾乎為1，且隨著磁交換耦合的增加，參數(shù)A變大。這樣，如圖7所示，當(dāng)穿過飽和磁化強(qiáng)度值為±50％的線的斜率為ΔM/ΔH且真空絕對(duì)磁導(dǎo)率(4π×10-7[H/m])為μ0時(shí)，用下式得到參數(shù)AA＝(ΔM/μ0)/ΔH。
接著，隨著介質(zhì)的加熱，測(cè)量MH回線。加熱溫度從0℃變化到300℃。圖8表示了參數(shù)A和加熱溫度之間的關(guān)系。圖8表明隨著溫度的增加，參數(shù)A下降。即，可以理解磁性晶粒之間的磁交換耦合下降，并在230℃以上幾乎達(dá)到0。
因此，使用根據(jù)本發(fā)明的熱助磁記錄系統(tǒng)，因?yàn)閺?qiáng)的晶間磁交換耦合，因此記錄的磁化強(qiáng)度在室溫下熱穩(wěn)定，并且磁化強(qiáng)度過渡斜度陡，磁化強(qiáng)度過渡斜度陡是因?yàn)槭褂弥鞔艠O100施加磁頭磁場(chǎng)來加熱磁記錄層121使得晶間磁交換耦合變得較小。
通過使用裝有磁通檢測(cè)裝置如GMR(巨磁阻效應(yīng))傳感器或TMR(隧道磁阻效應(yīng))傳感器等的讀磁頭來檢測(cè)源自磁記錄層的漏磁通，從而磁性復(fù)制記錄在磁記錄層121上的信息?；蛘撸梢酝ㄟ^裝有利用克爾效應(yīng)和法拉第效應(yīng)的光學(xué)磁通檢測(cè)裝置的讀磁頭來在記錄介質(zhì)上進(jìn)行光學(xué)復(fù)制。
以下通過使用微磁學(xué)技術(shù)的計(jì)算機(jī)模擬來表示本發(fā)明的效果，該計(jì)算機(jī)模擬即為朗哲文(Langevin)等式，其中將根據(jù)熱能的有效磁場(chǎng)h(t)代入下面的朗道-里夫茨-吉伯特(Landau-Lifshitz-Gilbert)等式(J.Appl.Phys.75(2)，15Jan.1994)。
dMdt=-γ[M×(Heff+h(t))]+αM[M×dMdt]---(1)]]><hi(t)hj(t+τ)>=2kTαγVMsδ(τ)δij---(2)]]><hi(t)>＝0 ...(3)這里，M為晶粒的磁化強(qiáng)度，Heff為有效磁場(chǎng)，γ為旋磁率，α為吉伯特衰減常數(shù)，Ms為飽和磁化強(qiáng)度，T(t)為熱激化的有效磁場(chǎng)，k為玻爾茨曼常數(shù)，T為溫度，V為晶粒體積，δ(τ)為狄雷克增量函數(shù)，τ為時(shí)階。δij為克羅內(nèi)克增量，i和j為磁場(chǎng)的分量(x，y，z)。<>表示時(shí)間平均。
根據(jù)表達(dá)式2和3，施加到每個(gè)晶粒上的h(t)量值遵循高斯分布規(guī)律，其中均值為0，表達(dá)式(2)右側(cè)的系數(shù)(2kTα/γVMs)為變數(shù)，方向?yàn)殡S機(jī)矢量。此外，δ(τ)為時(shí)階的倒數(shù)，且有效磁場(chǎng)的量值在每個(gè)時(shí)階均改變。記錄磁頭的主磁極在下磁道方向的磁極厚度為400nm，在橫磁道方向的磁極寬度為100nm。主磁極和介質(zhì)之間的間隙控制在15nm。加熱手段是電阻加熱器鄰近主磁極并在主磁極的正下方加熱。
通過使用積分元方法計(jì)算三維磁場(chǎng)的商用程序MAGIC來分析磁頭磁場(chǎng)。磁頭磁場(chǎng)為960kA/m或以下。使用有限元方法通過熱傳導(dǎo)等式來計(jì)算熱分布。假定熱能均勻地沿著膜厚方向被吸收。用1mW的入射功率加熱4ns使得加熱溫度T為200℃。通過將MR磁頭的靈敏函數(shù)代入互易法則表達(dá)式(Mitsunori Matsumoto磁記錄(Kyoritsu出版社，東京，1977))得到輸出信號(hào)。輸出條件是屏蔽之間的距離Gs＝0.06μm，且寫入磁道間距Twr＝80nm。
圖9表示了各向異性磁場(chǎng)Hk和飽和磁化強(qiáng)度Ms與溫度的關(guān)系。已知當(dāng)溫度上升40℃時(shí)各向異性磁場(chǎng)下降15％，且飽和磁化強(qiáng)度下降5％(IEEE Trans.Magn.，vol.34，pp.1558-1560，1998)。該圖表明，當(dāng)使用上述加熱方式的加熱溫度T＝200℃(室溫為20℃)時(shí)，各向異性磁場(chǎng)Hk降至約400kA/m。
圖1表示了記錄之后的10年內(nèi)輸出信號(hào)的變化與參數(shù)A之間的關(guān)系，其中介質(zhì)的晶粒尺寸＝3nm，記錄層的厚度＝20nm(晶粒尺寸Dgrain和膜厚t之比Dgrain/t約為0.15)，并用上述加熱裝置將介質(zhì)加熱至200℃。沿著介質(zhì)厚度方向上下交替地記錄磁化強(qiáng)度過渡長(zhǎng)度(以下磁化強(qiáng)度過渡長(zhǎng)度被稱為位長(zhǎng))為50nm的記錄磁化強(qiáng)度模式。因此，很清楚輸出信號(hào)的剩余比例隨著參數(shù)A的增加而增加，且當(dāng)參數(shù)A為1.5或以上時(shí)信號(hào)不衰減。即，可以理解參數(shù)A大于1.5的介質(zhì)熱穩(wěn)定性提高。盡管進(jìn)行類似的計(jì)算將Dgrain/t從0.15變化到1.0，與圖1中的類似，當(dāng)參數(shù)A為1.5以上時(shí)信號(hào)不衰減。這里，Dgrain/t從0.15變化到1.0的原因如下。隨著Dgrain和t的比例下降，磁化強(qiáng)度旋轉(zhuǎn)不均并變得熱不穩(wěn)定；因此，Dgrain/t優(yōu)選為0.15或以上(IEEE Trans.Magn.Vol.39，No.5，Sep.2003)。此外，根據(jù)垂直磁記錄的機(jī)制，記錄層厚度大于晶粒尺寸使得磁化強(qiáng)度過渡斜度陡峭并熱穩(wěn)定，因此，Dgrain/t優(yōu)選為1.0或以下。
以下解釋如果參數(shù)A為1.5或以上信號(hào)不衰減的原因。圖10表示了當(dāng)晶粒尺寸Dgrain和膜厚t之比Dgrain/t為0.15、0.4和1.0時(shí)表面交換能J(J/m2)和參數(shù)A之間的關(guān)系。因此，可以理解當(dāng)Dgrain/t為0.15或以上時(shí)J變成至少0.13×10-3J/m2以致參數(shù)A為1.5以上。即，考慮到傳統(tǒng)的CoCr合金介質(zhì)的J幾乎為零，可以理解在本發(fā)明的介質(zhì)中的磁性晶粒之間具有相當(dāng)強(qiáng)的為0.13×10-3J/m2或以上的磁交換耦合。隨著磁性晶粒之間的磁交換耦合強(qiáng)度的增加，磁化強(qiáng)度交換單元變得較大；因此，人們認(rèn)為當(dāng)參數(shù)A為1.5或以上時(shí)信號(hào)不衰減。
如上述結(jié)果所示，磁性晶粒之間的磁交換耦合越強(qiáng)，熱穩(wěn)定性改善越多。在傳統(tǒng)的磁性記錄系統(tǒng)中，已知磁性晶粒之間的磁交換耦合越強(qiáng)，噪音越大。然而，如果在足以降低使用本發(fā)明的介質(zhì)的磁交換耦合的溫度下執(zhí)行寫操作，將可能得到陡峭的磁化強(qiáng)度過渡斜率，并減小噪音。
圖11表示了取決于位長(zhǎng)為150nm的輸出信號(hào)SLF與位長(zhǎng)為25nm的噪音NHF的比值的參數(shù)A的計(jì)算結(jié)果，比較了傳統(tǒng)的磁性記錄系統(tǒng)和加熱溫度T改變的本發(fā)明的熱助磁性記錄系統(tǒng)。Dgrain/t的值0.15。晶粒尺寸和介質(zhì)的Hk與圖1中的相同。因此，可以理解在傳統(tǒng)的磁記錄系統(tǒng)中隨著參數(shù)A的增加SLF/NHF下降。另一方面，本發(fā)明中，在相同的參數(shù)A下增加加熱溫度，SLF/NHF增加，且當(dāng)加熱溫度為400℃且A為6以下時(shí)，SLF/NHF具有恒定的值。原因是磁性晶粒之間的磁交換耦合通過在記錄時(shí)加熱變得幾乎為0。證實(shí)了即使當(dāng)Dgrain/t為0.4和1.0時(shí)，SLF/NHF也具有恒定的值，直到A為6。
如圖9所示，本發(fā)明的介質(zhì)具有磁交換耦合隨著溫度的增加線性下降的特性。然而，優(yōu)選選擇磁交換耦合隨著溫度的增加迅速下降的介質(zhì)材料，因?yàn)槠淠軌蚍乐咕Я５拇呕瘡?qiáng)度在冷卻過程中由于磁交換耦合而轉(zhuǎn)換。
圖12表示了當(dāng)Dgrain/t為0.15、0.4和1.0時(shí)的情形下晶界的Cr含量和參數(shù)A之間的關(guān)系。可以理解Cr含量應(yīng)為20原子％或以下以使參數(shù)A為1.5或以上。此外，考慮到加熱器的加熱溫度限制，不可能加熱到高于400℃。圖11表明參數(shù)A應(yīng)小于6.0，以便不損失T＝400℃以下時(shí)的SLF/NHF。從圖中可以理解，當(dāng)Dgrain/t為0.15時(shí)要求Cr含量為15原子％或以上。此外，當(dāng)Dgrain/t為0.4和1.0時(shí)，Cr含量約為15原子％時(shí)參數(shù)A迅速增加至約為6.0。因此，可以理解，即使Dgrain/t為0.4和1.0，也要求Cr含量為15原子％或以上，以使參數(shù)A為6.0或以下。因此，可以理解晶間邊界的Cr含量可以為15原子％或以上、20原子％或以下。
以下為實(shí)際試驗(yàn)的結(jié)果。準(zhǔn)備兩種介質(zhì)。在于基底上濺射沉積100nm厚的坡莫合金軟磁性底層和20nm厚的Ru非磁性中間層之后，通過使用20原子％的Cr含量的靶、在150℃的基底溫度下濺射沉積20nm厚的CoCrPt記錄層來制造本發(fā)明的介質(zhì)；另一方面，通過使用15原子％的Cr含量的靶、在280℃的基底溫度下濺射沉積20nm厚的CoCrPt記錄層來制造傳統(tǒng)的介質(zhì)。當(dāng)形成每層時(shí)控制氬氣(Ar)壓力為0.9Pa。當(dāng)從使用磁光克爾效應(yīng)的MH回線得到兩種制得的介質(zhì)的參數(shù)A時(shí)，參數(shù)A分別為2.0和1.0。接著，如下所示使用活化體積得到這些介質(zhì)的晶間交換耦合能。
通過施加超過1特斯拉的垂直于介質(zhì)的正性大磁場(chǎng)使磁化強(qiáng)度足夠飽和(飽和磁化強(qiáng)度)之后，以預(yù)定的速率(例如，R150000(A/m)/s)降低磁場(chǎng)，且連續(xù)進(jìn)行磁化強(qiáng)度測(cè)量直至其達(dá)到負(fù)性大磁場(chǎng)(磁化強(qiáng)度曲線1)。此外，以不同的磁場(chǎng)降低速率(例如，R25000(A/m)/s)進(jìn)行類似的磁化強(qiáng)度測(cè)量(磁化強(qiáng)度曲線2)，從而得到圖13。
接著，當(dāng)在磁化強(qiáng)度曲線1和2中給出0.9×Ms、0和-0.9×Ms這三種類型的不同磁化強(qiáng)度程度的磁場(chǎng)的差別為dHp、dHz和dHm時(shí)，使用由下式得到的標(biāo)準(zhǔn)化磁場(chǎng)hh＝dHz×(dHm-dHp)/(4×dHp×dHm)，由下式計(jì)算晶間界交換耦合能JJ＝(h×Ku+Ms2×107/(8π))×(Vz/(π×t))0.5。
這里，Ku是各向異性能，且可以使用通過磁性扭轉(zhuǎn)測(cè)量法得到的值。t是膜厚，可使用通過橫截面TEM圖像法得到的值。
此外，活化體積Vz如下使用dHz得到Vz＝k×T×ln(R1/R2)/(Ms×dHz)。
這里，k為玻耳茲曼常數(shù)，T為絕對(duì)溫度。
圖14表示了使用該表達(dá)式計(jì)算的25℃情況下CoCrPt薄膜的晶間界交換耦合能J與晶界Cr含量的關(guān)系曲線圖。J隨著晶界Cr含量的增加而下降，且當(dāng)Cr含量大于20原子％時(shí)變得小于0.13×10-3J/m2。使用俄歇電子光譜，其使用3kV的加速電壓、且束直徑為0.5nm的電子束，來測(cè)量晶界Cr含量。
從該圖中可以理解，本發(fā)明的介質(zhì)，其在沉積磁性記錄層時(shí)基底溫度為150℃的條件下制造，具有19原子％的Cr含量，且交換耦合能為0.2×10-3J/m2。此外，從該圖中可知，在基底溫度為280℃下制造的傳統(tǒng)介質(zhì)的Cr含量為35原子％，交換耦合能為0。
另外，測(cè)量在基底溫度為150℃情況下制造的本發(fā)明的介質(zhì)和在基底溫度為280℃情況下制造的傳統(tǒng)介質(zhì)的殘留磁化強(qiáng)度的時(shí)間依賴性。結(jié)果，即使在室溫下放置100小時(shí)，也不能觀察到本發(fā)明的介質(zhì)中的輸出信號(hào)的衰減。另一方面，傳統(tǒng)介質(zhì)的磁化強(qiáng)度在記錄之后在100小時(shí)內(nèi)降至80％。
因此，通過將介質(zhì)施加給熱助磁記錄系統(tǒng)能提供低噪音和優(yōu)異熱穩(wěn)定性的熱助磁記錄系統(tǒng)，該介質(zhì)具有晶間磁交換耦合在室溫下強(qiáng)而在記錄溫度下消失這樣的特性(少量的殘留磁交換耦合比其完全消失要好)。
接著，將說明本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施方案。該第二實(shí)施方案中的加熱裝置的結(jié)構(gòu)、讀磁頭和寫磁頭與圖3和4中的相同。圖15A和15B為第二實(shí)施方案中使用的介質(zhì)的示意圖。
圖15A中表示的磁記錄介質(zhì)120如下形成。在結(jié)晶玻璃基底124上順序?yàn)R射沉積200nm厚的軟磁性底層123和15nm厚的第一非磁性中間層122之后，沉積由無定形層如TbFeCo等、或CoCr層、或Co(0.3nm)和Pd(0.7nm)等五層構(gòu)成的層直到厚度為5nm或以下作為第二中間層125，且在其上形成20nm厚的CoCr合金磁性記錄層121如CoCrPt和CoCrPtB等作為磁記錄層。
這里，濺射CoCr合金磁記錄層121時(shí)的基底溫度為傳統(tǒng)使用的250℃～300℃。
圖5表明介質(zhì)的磁性晶界的Cr含量在基底溫度為250℃～320℃時(shí)為30原子％或以上40原子％或以下。
圖14表明磁性晶粒之間的磁交換耦合在當(dāng)Cr含量為30原子％或以上時(shí)變?yōu)?。本發(fā)明的該實(shí)施方案中，優(yōu)選第二中間層的居里點(diǎn)在記錄時(shí)與記錄溫度相同或稍稍高于記錄溫度。
本發(fā)明的第二中間層的磁矩之間的磁交換耦合在室溫下強(qiáng)。因此，磁特性與第一實(shí)施方案一樣，通過磁耦合第二中間層和記錄層而具有大的晶間磁交換耦合。即，參數(shù)A變得更大。因此，本發(fā)明的介質(zhì)在室溫下變得熱穩(wěn)定。在記錄時(shí)，第二中間層的磁矩之間的磁交換耦合通過加熱介質(zhì)而消失。因此，本發(fā)明的介質(zhì)和具有小的晶間磁交換耦合的介質(zhì)能夠得到低噪音的優(yōu)異的讀/寫特性。這里，當(dāng)?shù)诙虚g層的磁矩之間的磁交換耦合有一點(diǎn)而不是完全消失時(shí)，磁化強(qiáng)度過渡斜度變陡，噪音更小。因此，TbFeCo的居里點(diǎn)優(yōu)選可以稍高于記錄時(shí)的溫度。
接著，現(xiàn)在考慮TbFeCo的膜厚，在該熱助記錄系統(tǒng)中使用的寫磁頭的磁場(chǎng)強(qiáng)度在記錄層的中央約為960kA/m。為了獲得優(yōu)異的讀/寫特性，在記錄層的中央應(yīng)使各向異性場(chǎng)的強(qiáng)度值降低至與磁頭場(chǎng)強(qiáng)度相同。因此，圖9表明介質(zhì)的加熱溫度被控制到150℃或以上。即，膜厚應(yīng)足夠大，以使第二中間層的磁矩之間的磁交換耦合在當(dāng)加熱溫度被控制到150℃或以上時(shí)消失。因?yàn)榇沤粨Q耦合與矯頑磁力成比例，測(cè)量加熱TbFeCo層時(shí)矯頑磁力對(duì)膜厚的依賴關(guān)系。結(jié)果見圖16。膜厚為在150℃或以上的加熱溫度下磁交換耦合為0、矯頑磁力變?yōu)?的膜厚。圖16表明第二中間層125的膜厚優(yōu)選為5nm或以下。然而，為了在室溫下得到矯頑磁力，要求至少為1nm或以上的膜厚。
使用科爾效應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量本發(fā)明的MH回線的結(jié)果證明，參數(shù)A變?yōu)?.5。接著，加熱介質(zhì)同時(shí)測(cè)量MH回線。加熱溫度從0℃變化到300℃。圖17表示了參數(shù)A和加熱溫度之間的關(guān)系。圖17表明參數(shù)A隨著溫度的增加而下降。即，可以理解磁性晶粒之間隨著溫度升高而下降的磁交換耦合在200℃以上時(shí)幾乎變?yōu)?。
圖18是當(dāng)使用圖4中描繪的裝置并在記錄時(shí)將本發(fā)明的介質(zhì)加熱到200℃時(shí)記錄之后10年內(nèi)輸出信號(hào)的變化和參數(shù)A之間的關(guān)系的模擬結(jié)果。假定記錄層的晶粒尺寸＝3nm，記錄膜厚＝20nm(Dgrain/t，其為晶粒尺寸Dgrain和膜厚t之比，約為0.15)，Hk＝1600kA/m。假定第二中間層是膜厚為5nm的膜層，飽和磁化強(qiáng)度Ms＝0.25T，且Ku＝4×105J/m3，且其被置于記錄層之下。此外，Ms隨著溫度的增加而下降，且補(bǔ)償溫度為80℃。沿著介質(zhì)厚度方向以磁化強(qiáng)度轉(zhuǎn)變長(zhǎng)度50nm上下交替記錄記錄磁化強(qiáng)度模式。由此，很清楚輸出信號(hào)的殘留比例隨著參數(shù)A的增加而增加，且當(dāng)參數(shù)A為1.5以上時(shí)，信號(hào)不衰減。即，可以理解A為1.5以上的介質(zhì)具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。可以理解，即便是當(dāng)將Dgrain/t從0.15變化到1.0、進(jìn)行同樣的計(jì)算時(shí)，與圖1中的結(jié)果一樣，當(dāng)參數(shù)A為1.5以上時(shí)信號(hào)不衰減。
圖19表示了當(dāng)介質(zhì)被加熱到400℃時(shí)記錄時(shí)A與SLF/NHF之間的關(guān)系?？芍绻麉?shù)A為6或以下，SLF/NHF不下降。
在JP-A 344725/2001中公開了一種介質(zhì)，其中直接濺射沉積記錄層和TbFeCo層。因?yàn)門bFeCo層被用于記錄層，要求厚度為10nm或以上，因此可知TbFeCo層的各向異性能比CoCr合金的要高。因此，TbFeCo層應(yīng)被濺射沉積在記錄層上以比記錄層更接近于寫磁頭。這是因?yàn)橐蟠蟮拇艌?chǎng)以在TbFeCo層中進(jìn)行記錄。因?yàn)門bFeCo層不具有本發(fā)明中的記錄層的功能，膜厚可被制成5nm或以下，各向異性能也可較小，這與上述眾所周知的介質(zhì)不同。
此外，關(guān)于熱助磁記錄系統(tǒng)，在JP-A 358616/2002中公開了一種介質(zhì)，其中記錄層被直接濺射沉積在TbFeCo層上。然而，在這種情況下，與本發(fā)明不同點(diǎn)在于居里點(diǎn)低于記錄時(shí)的溫度。此外，如上所述，TbFeCo層不具有本發(fā)明的記錄層的功能，但是，在該專利公開文本中公開的介質(zhì)的TbFeCo層在室溫下用作記錄層。因此，當(dāng)向本發(fā)明施加傳統(tǒng)介質(zhì)條件(晶粒尺寸為3.0nm，記錄層膜厚20nm，各向異性能為5×105J/m3)時(shí)，要求TbFeCo層厚度為50nm或以上，以使KuV/kT＝60或以上。然而，本發(fā)明的TbFeCo層厚為5nm以下，與已知實(shí)例不同。
作為另一個(gè)實(shí)施方案，圖15B為一種介質(zhì)，其中在與圖15A中所示的介質(zhì)類似在沉積到TbFeCo層125之后，在該層和磁記錄層121之間濺射沉積約2-3nm厚的CoCr層126。將CoCr層的厚度控制為2-3nm的原因是，如果厚度為2nm或以下，結(jié)晶點(diǎn)陣會(huì)發(fā)生不匹配。另一方面，如果厚度大于3nm，CrCo層具有提高磁記錄層121的結(jié)晶磁各向異性的效果。
權(quán)利要求
1.一種熱助記錄系統(tǒng)，包括磁記錄介質(zhì)、向所述磁記錄介質(zhì)施加磁場(chǎng)的磁極、和加熱所述磁記錄介質(zhì)的磁場(chǎng)施加區(qū)域的加熱裝置，其中，所述磁記錄介質(zhì)具有基底和在基底上形成的記錄層；所述記錄介質(zhì)為鐵磁性層；構(gòu)成所述鐵磁性層的磁性晶粒之間的磁交換耦合能在室溫下較大以使所述磁性晶粒的磁化強(qiáng)度熱穩(wěn)定，但在記錄時(shí)急劇下降以使磁化強(qiáng)度過渡斜度陡峭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的熱助記錄系統(tǒng)，其中在提供了所述鐵磁性層的磁化強(qiáng)度M和磁場(chǎng)H之間的關(guān)系的MH回線中，通過標(biāo)準(zhǔn)化圍繞矯頑磁力的所述MH回線斜度參數(shù)而得到的下面的參數(shù)A在室溫下大于1.5并小于6，A≡1μ0∂M∂H|M=0;]]>μ0真空絕對(duì)磁導(dǎo)率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的熱助記錄系統(tǒng)，其中在記錄時(shí)通過使用所述加熱裝置進(jìn)行加熱，使得所述磁記錄介質(zhì)的磁場(chǎng)施加區(qū)域的參數(shù)A變得近于1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的熱助記錄系統(tǒng)，其中所述磁性晶粒之間的磁交換耦合能在室溫下為0.13×10-3J/m2或更大。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的熱助記錄系統(tǒng)，其中所述記錄層為由所述磁性晶粒和晶粒邊界構(gòu)成的CoCr系統(tǒng)層，且在所述晶粒邊界處的Cr含量為15-20原子％。
6.一種熱助記錄系統(tǒng)，其包括磁記錄介質(zhì)、向所述磁記錄介質(zhì)施加磁場(chǎng)的磁極、和加熱所述磁記錄介質(zhì)的磁場(chǎng)施加區(qū)域的加熱裝置，其中，所述磁記錄介質(zhì)具有基底和在基底上形成的記錄層；所述記錄層為由磁性晶粒和晶粒邊界構(gòu)成的CoCr系統(tǒng)合金層，其中所述晶粒邊界處的Cr含量為15-20原子％；并且，在提供了所述鐵磁性層的磁化強(qiáng)度M和磁場(chǎng)H之間的關(guān)系的MH回線中，通過標(biāo)準(zhǔn)化圍繞矯頑磁力的所述MH回線斜度參數(shù)而得到的下面的參數(shù)A在室溫下大于1.5并小于6，A≡1μ0∂M∂H|M=0;]]>μ0真空絕對(duì)磁導(dǎo)率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的熱助記錄系統(tǒng)，其中在記錄時(shí)通過使用所述加熱裝置進(jìn)行加熱，使得所述磁記錄介質(zhì)的磁場(chǎng)施加區(qū)域的參數(shù)A變得近于1。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的熱助記錄系統(tǒng)，其中所述磁性晶粒之間的磁交換耦合能在室溫下為0.13×10-3J/m2或更大。
9.一種熱助記錄系統(tǒng)，其包括磁記錄介質(zhì)、向所述磁記錄介質(zhì)施加磁場(chǎng)的磁極、和加熱所述磁記錄介質(zhì)的磁場(chǎng)施加區(qū)域的加熱裝置，其中，所述磁記錄介質(zhì)具有基底和在基底上形成的記錄層；所述記錄層為由磁性晶粒和晶粒邊界構(gòu)成的CoCr系統(tǒng)合金層，其中所述晶粒邊界處的Cr含量為30-40原子％；并且在所述基底一側(cè)上濺射沉積膜厚為5nm或更小的無定形TbFeCo層、CoCr層、CoCr和Pt疊層、或CoCr和Pd疊層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的熱助記錄系統(tǒng)，其中在提供了所述鐵磁性層的磁化強(qiáng)度M和磁場(chǎng)H之間的關(guān)系的MH回線中，通過標(biāo)準(zhǔn)化圍繞矯頑磁力的所述MH回線斜度參數(shù)而得到的下面的參數(shù)A在室溫下大于1.5并小于6，A≡1μ0∂M∂H|M=0;]]>μ0真空絕對(duì)磁導(dǎo)率。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的熱助記錄系統(tǒng)，其中在記錄時(shí)通過使用所述加熱裝置進(jìn)行加熱，使得所述磁記錄介質(zhì)的磁場(chǎng)施加區(qū)域的參數(shù)A變得近于1。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熱助磁記錄系統(tǒng)以獲得優(yōu)異的抗熱性能和低噪音。使用一種磁記錄介質(zhì)，其中通過在室溫(保持磁化強(qiáng)度的溫度)下耦合構(gòu)成記錄層的磁性晶粒使磁性晶間交換耦合大，以使磁化強(qiáng)度熱穩(wěn)定，并在記錄過程中加熱以減少，以使記錄磁化強(qiáng)度轉(zhuǎn)變斜度變陡。標(biāo)準(zhǔn)化介質(zhì)的MH回線的矯頑磁性周圍的斜度的參數(shù)A在室溫下為1.5≤A＜6.0，加熱變得約為1.0。
文檔編號(hào)G11B5/706GK1700324SQ20051007396
公開日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2005年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月19日
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