專利名稱：垂直磁記錄介質、磁記錄裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種適合用于高密度磁記錄的垂直磁記錄介質和使用該介質的磁記錄裝置。
目前實際已經(jīng)使用的磁盤存儲設備使用的是縱向磁記錄。以高密度在平行于盤基片、平行于盤基片表面的方向上容易被磁化的縱向磁記錄介質上形成縱向磁疇是一個技術難題。在這種記錄模式中，為提高面記錄密度，尤其是線記錄密度，需要降低用于記錄的磁性膜的厚度，同時提高縱向磁記錄介質的矯頑力。當矯頑力大于4kOe時，難以由磁頭進行記錄，同時，當例如Co合金制成的磁性膜的厚度等于或小于15nm時，記錄的磁化的強度隨時間而降低。這是由于熱波動引起的?？v向磁記錄本質上具有的問題是由于相鄰的記錄位的磁化相反而形成具有寬邊界的磁化過渡區(qū)。因此，主要由于上述原因，為實現(xiàn)40Gb/in2或更高的面記錄密度在技術上是困難的。
磁化發(fā)生在垂直于薄膜介質的表面的方向上的垂直磁記錄在其用于引起介質噪聲的記錄原理和機制上不同于傳統(tǒng)的縱向磁記錄。由于在垂直磁記錄中相鄰的磁化是反平行的，引起注意的是已經(jīng)提出了本質上適合于高密度磁記錄的記錄模式和適合于垂直磁記錄的介質結構。垂直磁記錄被分類為兩種類型，一種是使用單層垂直磁化膜，另一種是使用在其上形成有磁性背層膜的垂直磁化膜。使用含有磁性背層膜的雙層垂直磁記錄介質的技術在例如1984年9月出版的雜志IEEE Transaction on Magnetics的Vol.MAG-20,No.5的657-662頁的題目為“垂直磁記錄-進展與未來”的文章中描述。作為用于這種記錄模式的垂直磁記錄介質，已經(jīng)考慮一種具有在坡莫合金的軟磁背層膜上形成的Co-Cr合金的垂直磁性膜的介質。
為了商業(yè)化，對于使用雙層垂直磁記錄介質通過垂直磁記錄以40Gb/in2或更高的高密度進行磁記錄的磁記錄裝置，必須降低介質噪聲，確保來自記錄的磁化的磁性信號強度并提供記錄頭的記錄效率。
介質噪聲來自垂直磁化膜和磁性背層膜，來自磁性背層膜的尖峰噪聲尤其是一個問題。這種噪聲的實例在例如1984年9月出版的雜志IEEE Transactionon Magnetics的Vol.MAG-20,No.5的663-668頁的題目為“垂直記錄中的關鍵點”的文章中描述。為對付這個問題'提出一種在磁性背層膜下面形成縱向磁化膜的方法，該方法例如公開在Magnetics Society of Japan Journal的Vol.21的增刊No.S1的第104-108頁中的題目為“三層垂直介質的S/N改進和記錄信號的穩(wěn)定性”的文章中。這種建議并不總是能滿足對以40Gb/in2或更高的高密度進行磁記錄的磁記錄裝置的進行商業(yè)化。
為確保來自記錄的磁化的磁性信號強度，盡管雙層垂直磁記錄介質能保證幾乎是沒有軟磁背層的單層垂直磁記錄介質的信號強度的兩倍大的信號強度，它有一個問題是帶有上述軟磁背層固有的尖峰噪聲。在包括雙層垂直記錄介質和單磁極型記錄頭的磁記錄系統(tǒng)中，必須提高記錄頭的記錄效率以在通過垂直磁化膜后促使出現(xiàn)在記錄磁極處的磁通快速回歸到記錄頭。為此，軟磁背層膜必須至少是用于記錄的垂直磁化膜的幾倍厚。
本發(fā)明的目標是提供一種用于實現(xiàn)40Gb/in2或更高的高速高密度的記錄密度的垂直磁記錄介質以及促進高密度記錄和再現(xiàn)裝置的實現(xiàn)，這是通過確保(1)高密度磁記錄性能，(2)來自記錄的磁化的信號強度，(3)記錄頭的效率實現(xiàn)的，這些都是包括雙層垂直磁記錄介質和單磁極型記錄頭的磁記錄系統(tǒng)的特性，還提供一種防止磁性背層中的固有的噪聲產(chǎn)生的方法，這種噪聲是迄今為止的一個大問題。
為實現(xiàn)具有低噪聲性能、高記錄效率的記錄頭和記錄位的高信號輸出信號的垂直磁記錄介質，本發(fā)明由具有經(jīng)磁性背層形成在非磁性基片上的垂直磁化膜的垂直磁記錄介質來構成。其中磁性背層包括兩個或多個至少被非磁性層分隔開的軟磁膜，更靠近垂直磁化膜的軟磁膜周作軟磁保持層，用于保持垂直磁化，更靠近基片的軟磁膜的磁化有不同于上述的軟磁保持層的磁化取向。
在雙層垂直磁記錄介質中的磁性背層膜用來(1)在穩(wěn)定記錄在垂直磁化膜上的磁化時提高從介質表面泄漏的磁化強度和(2)提高記錄頭的記錄效率。本發(fā)明人根據(jù)實驗和研究發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的問題可用上述完整的特征通過在某種多層結構中增加軟磁背層來解決．將參考

圖1和2描述根據(jù)本發(fā)明的垂直磁記錄介質的結構和效果。圖1是根據(jù)本發(fā)明的垂直磁記錄介質的剖面圖；圖2例示地表示出在A-A橫截面和B-B橫截面處軟磁膜中的磁化取向。在本發(fā)明中，作為軟磁背層膜的基本結構，使用一種結構，包括用于在穩(wěn)定記錄在垂直磁化膜上的磁化時提高從介質表面泄漏的磁化強度的軟磁膜17、為了特定地提高記錄頭的記錄效率而提供的軟磁膜13和15以及插入在膜17與膜13和15之間的非磁性層16。圖1表示具有后者類型的兩個軟磁膜的結構。
已知雙層垂直記錄介質中固有的尖峰噪聲是由于軟磁背層膜中產(chǎn)生的磁疇邊界產(chǎn)生的。在本發(fā)明中，如圖2所示，使占據(jù)軟磁背層膜的主要部分的軟磁膜13和15的磁化取向20和21彼此反平行，當基片11為盤形式時，磁化取向可平行于盤基片的周圍方向而被校直。通過設定周圍方向上的磁化取向，可抑制引起噪聲的磁疇邊界的產(chǎn)生。而且，如圖1所示，經(jīng)非磁性層14彼此相鄰的軟磁膜13和15的特征在于它們適合于磁耦合，從而考慮磁性能量它們成反平行。甚至在形成兩個或多個磁性膜時，上面的反平行關系易于建立。要求粘結強化層12通常形成在基片11與第一軟磁膜13之間。通過形成大量的層12并組合用來固定軟磁膜的磁化取向反鐵磁膜與鐵磁膜到該大量層中，可獲得更理想的實際效果。
為限定盤基片的周圍方向中的軟磁膜的磁化取向，可在形成薄膜期間或之后施加在盤基片的周圍方向上自旋的磁場。這是通過利用把電導線以直角放置在使電導線通過盤的中央部分中形成的孔的這樣一個位置并通過導線通過電流時在導線周圍產(chǎn)生同心圓形式的磁場而引起的現(xiàn)象實現(xiàn)的。
而且，在這些軟磁膜13和15上，經(jīng)非磁性膜16形成用于在穩(wěn)定記錄在垂直磁化膜18上的磁化時提高從介質表面泄漏的磁化強度的軟磁層17。軟磁膜17不僅用于提高記錄頭的記錄效率，如記錄頭進行的磁記錄中的上述軟磁膜一樣，而且還通過相應于圖1所示的垂直磁化膜18中形成的磁疇下面的記錄的磁化的狀態(tài)形成閉合磁路來穩(wěn)定記錄的磁化。這個軟磁膜17通過形成磁性連續(xù)的馬靴狀磁體并通過形成在磁疇下面的垂直磁化膜18中的相鄰磁疇放大來自介質表面的磁化強度。
如上所述使用的軟磁膜17不必要象傳統(tǒng)的已知軟磁膜一樣厚。而且，用于控制垂直磁化膜的晶體生長的膜可被形成于軟磁膜17與垂直磁化膜18之間。但是，利用雙層垂直磁化膜的特性，必須小心諸如確保用于控制垂直晶體生長的膜的厚度應被設置得比磁記錄中的最短位長度薄。而且，為不惡化磁記錄性能，該膜最好由具有不高于50emu/cc的飽和磁化強度的弱磁性材料或非磁性材料制成。
根據(jù)本發(fā)明人進行的實驗和研究發(fā)現(xiàn)，當形成在垂直磁性膜下面的軟磁膜的飽和磁化強度和厚度被分別限定為Bsm和t時，放大來自介質表面的磁化強度而不允許有顯著的尖峰噪聲發(fā)生的條件取決于磁記錄的線記錄密度。當磁記錄中的最短位長和垂直磁性膜的平均飽和磁化強度分別被限定為Bmin和Ms時，必須滿足0.5Bmin·Ms≤Bsm·t。例如，當最大線記錄密度被限定為500kFCI(每英寸千個通量變化)、垂直磁性膜的平均飽和磁化強度為0.4T并且軟磁膜的飽和磁化強度為1T時，它的厚度滿足10nm≤t。當Bsm·t小于0.5Bmin·Ms時，上面的效果變?nèi)酰瑏碜越橘|表面的磁化強度降低到幾乎與使用單層垂直記錄介質時相同的值。而且，t的最大值并不非常依賴于記錄密度和軟磁膜的飽和磁化強度，當它大于或等于100nm時，軟磁膜的厚度增加，易于形成與關于提供給軟磁膜的垂直磁化的信息無關的磁疇并且這些磁疇稱為噪聲源。而且，具有較大飽和磁化強度Bsm的軟磁材料最好被使用以通過降低膜的厚度引起輸出放大的效果。有效的是使用具有大于用來促進安裝在基片側的磁頭的記錄效率的軟磁膜的飽和磁化強度的飽和磁化強度的材料。
另外，當包括形成在垂直磁化膜附近的軟磁膜的第m層軟磁膜的厚度和飽和磁化強度被分別限定為Tm和Bsm時，考慮用于記錄頭的磁極材料的飽和磁化強度(Bsh)和磁道寬度(Tw)，要求滿足0.16Bsh·Tw≤∑(Bsm·Tm)。當0.16Bsh·Tw ＞∑(Bsm·Tm)時，出現(xiàn)這樣的問題，即記錄頭的記錄效率降低并且記錄惡化變顯著。另外，盡管記錄效率隨著軟磁膜的總厚度增加而提高，膜厚度的增加伴隨有介質表面等上的粗糙程度增加。因此，要求滿足∑(Bsm·Tm)≤Bsh·Tw。
作為用在本發(fā)明中的垂直磁化膜，可使用任何傳統(tǒng)已知類型的垂直磁化膜。即，作為垂直磁化膜，可使用Co合金、Co-Pt合金和Fe-Pt合金的多晶膜、Co-Co合金和Pt-Pt合金的多晶多層膜、Co-Co合金和Pd-Pd合金的多晶多層膜等。而且也可使用包括含有稀土元素的非晶膜的垂直磁化膜。
作為軟磁材料，使用Fe族基合金，如Fe-Ni,Fe-Si,Fe-Al,Fe-Al-Si和Fe-Cr合金，Ni族基合金，如Ni-Fe,Ni-Mn合金，Co族基合金，如Co-Nb,Co-Zr和Co-Fe合金或表示為MO·Fe3O4(M=Fe,Mn,Ni,Co,Mg,Zn或Cd)的軟鐵氧體。尤其作為形成在垂直磁化膜附近的軟磁膜，適合使用Fe族基合金，如Fe-Ta-C,Fe-Si-Al,Fe-Co-C,Fe-Si-B,F-B-C和F-B-C-Si合金；Co族基合金，如Co-Nb-Zr,Co-Mo-Zr，Co-Ta-Zr，Co-W-Zr，Co-Nb-Hf，Co-Mo-Hf,Co-Ta-Hf和Co-W-Hf合金，所有這些都能形成具有不低于1T的高飽和磁化強度的且是非晶或微晶的軟磁膜。當這個材料是非晶或微晶時，形成在其上的垂直磁化膜的晶粒也易于細化，這種材料易于傳遞到高垂直磁各向異性。
作為插入在軟磁膜之間的非磁出材料，可使用從如下組成的一組中選出的元索B，C，Mg，Si，Al，Ti，V，Cr，Cu,Zr，Nb,Mo，Ru，Hf，Ta,W和Au以及包括這些原作作為主要組分的合金，也可使用一種從如下構成的一組中選擇出的化合物Si3N4，BN，B4C，NiO,Al2O3，SiO2，CaO，ZrO2和MgO或者使用包括這些化合物的混合晶體。為提高磁記錄的高頻記錄性能，適合使用具有高電阻的非磁牲材料，即從如下構成的一組中選擇出的材料B，C，Si，Si3N4，BN，B4C，NiO，Al2O3，SiO2和CaO或者包括任何這些材料作為主要組分的混合晶體材料。
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的垂直磁記錄介質的實施例的剖面圖；圖2是表示軟磁層中的磁化取向的剖面圖；圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明的垂直磁記錄介質的又一實施例的剖面圖；圖4是表示磁記錄介質的評估結果的曲線；圖5是表示磁記錄介質的評估結果的曲線；圖6是圖示根據(jù)本發(fā)明的垂直磁記錄介質的又一實施例的剖面圖；圖7是圖示根據(jù)本發(fā)明的垂直磁記錄介質的又一實施例的剖面圖；圖8是表示磁記錄介質的評估結果的曲線。
參考序號11表示基片，12表示反鐵磁材料膜，13是軟磁膜，14是非磁性材料層，15是軟磁膜，16是非酸性膜，17是軟磁膜，18是垂直磁化膜，19是保護膜，20是磁化取向，21是磁化取向，31是基片，32是非磁性膜，33是軟磁膜，34是非磁性膜，35是軟磁膜，36是非磁性膜，37是軟磁膜，38是用于控制垂直磁化膜的晶粒生長的膜，39是垂直磁化膜，40是保護膜，61是基片，62是非磁性膜，63是鐵磁層，64是軟磁膜，65是非磁性膜，66是軟磁膜，67是非磁性膜，68是非磁性膜，69是垂直磁化膜，70是垂直磁化膜，71是保護膜，72是基片，73是反鐵磁材料膜，74是軟磁膜，75是非磁巨膜，76是軟磁膜，77是非磁性膜，78是軟磁膜，79是非磁性膜，80是垂直磁化膜，81是保護膜。
參考附圖給出下面的實施例以進一步圖示本發(fā)明。具有圖1的簡圖所示的橫截面結構的磁記錄介質使用2.5英寸的直徑的玻璃基片通過直流磁控管濺射來制造。在基片11上，在濺射Ar氣壓為3mTorr、濺射功率為20W/cm2并且基片溫度是250度的條件下，順序形成厚度為50nm的Fe-50at％Mn反鐵磁材料膜12、作為軟磁層13的厚度為50nm的Co-5at％Nb-5at％Zr膜、作為非磁性材料層14的厚度為3nm的Cu膜、作為軟磁層15的厚度為50nm的Co-5at％Nb-5at％Zr膜、作為非磁性膜16的厚度為10nm的Cu膜、作為軟磁膜17的具有1.6T的飽和磁化強度和30nm厚度的Fe-8at％Si-10at％B膜、作為垂直磁化膜18的厚度為25nm的CO-20at％Cr-8at％Pt-3at％B膜、作為保護膜19的厚度為5nm的碳膜。
在相同條件下，制造與上述相同的垂直介質，除了使用Fe-10at％B-2at％C、Fe-8at％B-2at％C-4at％Si、Fe-5at％Ta-3at％C、Fe-9at％Si-5at％Al-1at％Ni、Co-5at％Fe-4at％C和Co-6at％Fe-4at％B-10at％Si合金作為緊靠垂直磁化膜18的下面形成的軟磁膜17。
在相同濺射條件下通過在玻璃基片上形成包括單層300nm厚的Ni-20at％Fe坡莫合金的軟磁背層膜、厚度為25nm的CO-20at％Cr-8at％Pt-3at％B膜以及作為保護膜19的5nm厚的碳膜而制造出比較樣品介質1。垂直磁記錄介質作為比較樣品介質2通過在軟磁膜與比較樣品介質1之間形成Fe-50at％Mn的反鐵磁材料膜而制造。
這樣制造的垂直磁記錄介質在磁場中被加熱來在盤的周邊方向上傳遞磁化到其軟磁膜。樣品介質被放置在真空加熱器中加熱，電導線通過垂直于盤表面的盤的中央部分中的孔中。通過產(chǎn)生在盤的周邊方向上自旋的磁場而在磁場中執(zhí)行熱處理，這個磁場是通過把電流通過導線產(chǎn)生的，同時把樣品介質的溫度從250度降低到室溫。當軟磁膜的磁化取向使用光學克爾效應由顯微鏡觀察到時，觀察到磁化取向，包括比較樣品介質，幾乎被校直為平行于盤的周邊方向，如圖2所示。
然后，這些樣品介質的記錄/再現(xiàn)性能使用獨立型記錄/再現(xiàn)磁頭來評估。單磁極型記錄頭的Fe-Ni合金磁極的磁道寬度是0.52微米，用于再現(xiàn)的巨磁電阻效應(GMR)磁頭的軌道寬度是0.4微米，屏蔽間距是0.08微米，在測量時的間隔是0.02微米。當以400kFCI執(zhí)行磁記錄時的介質的S/N被測量為對于比較樣品介質1的S/N的相對值記錄分辨率被測量為線記錄密度D50，其是隔離的讀出脈沖的振幅的一半。對于記錄磁化密度，以400kFCI的記錄信號輸出被測量為對于比較樣品介質1的相對輸出。而且，當每一磁道上檢測到至少發(fā)生一次尖峰噪聲時，尖峰噪聲的發(fā)生頻率以“？”來測量和評估，當在搜索盤的記錄表面的同時，檢測到至少發(fā)生一次尖峰噪聲時，尖峰噪聲的發(fā)生頻率以“△”來測量和評估；沒有檢測到發(fā)生尖峰噪聲時以“◎”來測量和評估。這些測量結果表示在表1中。
表1
發(fā)現(xiàn)本例的磁記錄介質尤其與比較例相比更不可能發(fā)生尖峰噪聲，并且表現(xiàn)出改進的S/N、記錄分辨率和再現(xiàn)輸出，還發(fā)現(xiàn)它們正是作為高密度磁記錄介質所需要的。
使用GMR磁頭作為再現(xiàn)設備的2.5英寸磁記錄裝置通過使用在本例中制造確認該裝置能作為超高密度記錄與再現(xiàn)裝置操作。具有圖3的簡圖所示的橫截面結構的垂直磁記錄介質使用2.5英寸的直徑的硅基片通過磁控管濺射來制造。在基片31上，順序層狀形成厚度為10nm的Cr膜作為加強薄膜的粘結的非磁性膜32、作為軟磁膜33的厚度為10nm的Fe-50at％Co膜以及作為非磁性膜34的厚度為3nm的Ru膜，以這個順序將這些膜形成9次。之后，成層厚度為10nm的Fe-50at％Co膜35，作為非磁性膜36形成5nm厚的Al2O3膜。接著，作為軟磁膜37形成50nm厚的Fe-5at％Ta-12at％C膜(飽和磁化強度1.6T)、作為控制垂直磁化膜的晶體生長的膜38的10nm厚的Ti-5at％Cr膜、作為垂直磁化膜39的25nm厚的CO-20at％Cr-8at％Pt-3at％B膜(飽和磁化強度0.4T)以及作為保護膜40的厚度為5nm的碳膜。垂直磁記錄介質在濺射Ar氣壓為3mTort、濺射功率為10W/cm2并且基片溫度是310度的條件下制造。在相同條件下，制造與上述相同的樣品介質，除了形成在垂直磁化膜附近的Fe-4at％Ta-3at％Si-2at％的軟磁膜37的厚度在0到300nm之間變化。
這樣制造的垂直磁記錄介質在磁場中被加熱來在盤的周邊方向上傳遞磁化到其軟磁膜。樣品介質被放置在真空加熱器中加熱，電導線通過垂直于盤表面的盤的中央部分中的孔中。通過產(chǎn)生在盤的周邊方向上自旋的磁場而在磁場中執(zhí)行熱處理，這個磁場是通過把電流通過導線產(chǎn)生的，同時把樣品介質的溫度從250度降低到室溫。當軟磁膜的磁化取向使用光學克爾效應在盤的周邊部分的橫截面處由顯微鏡觀察到時，觀察到軟磁膜的磁化經(jīng)非磁性層被此反平行，并且?guī)缀醣恍Ｖ睘槠叫杏诒P的周邊方向。
而且，通過在2.5英寸的直徑的硅基片上形成作為控制垂直磁化膜的晶體生長的膜38的10nm厚的Ti-5at％Cr膜、作為垂直磁化膜39的25nm厚的CO-20at％Cr-8at％Pt-3at％B膜(飽和磁化強度0.4T)以及作為保護膜40的厚度為5nm的碳膜而形成作為比較樣品介質的單層垂直磁記錄介質。這里使用的術語“單層垂直磁記錄介質”意味著沒有上述背層的單層垂直磁記錄介質。
然后，具有軟磁膜的垂直磁記錄介質的記錄/再現(xiàn)性能使用獨立型記錄/再現(xiàn)磁頭來評估。單磁極型記錄頭的Fe-Ni合金磁極的磁道寬度是0.52微米，用于再現(xiàn)的巨磁電阻效應(GMR)磁頭的軌道寬度是0.4微米，屏蔽間距是0.08微米，在測量時的間隔是0.15微米，而且，對于作為比較樣品介質的單層垂直磁記錄介質的磁記錄，具有0.52微米的磁道寬度的薄膜環(huán)形磁頭在與上述相同的間隔條件下使用。為檢測單層垂直介質的再現(xiàn)輸出，以0.15微米的間隔使用巨磁電阻效應(GMR)磁頭磁道寬度0.4微米，屏蔽間距0.08微米)。當以250kFCI和500kFCI執(zhí)行磁記錄時再現(xiàn)輸出被測量并且與單層垂直介質的再現(xiàn)輸出比較。而且測量具有軟磁膜的垂直磁記錄介質發(fā)生尖峰噪聲的頻率。在這個測量中，測量磁盤樣品的每一個磁道發(fā)生尖峰噪聲的數(shù)目。通過在磁盤的徑向上以1微米間距移動磁頭的位置而測量10個磁道上發(fā)生尖峰噪聲的數(shù)目。在單層垂直介質的情況下，檢測不到這個尖峰噪聲。這些測量的結果表示在圖4和5中。
對于記錄信號的再現(xiàn)輸出與軟磁膜的厚度之間的關系，看到一種趨勢是隨著軟磁膜的厚度增加再現(xiàn)輸出提高，如圖4所示。當在線記錄密度是500kFCI時薄膜厚度為6nm或更大時或者當在線記錄密度是250kFCI時薄膜厚度為12nm或更大時再現(xiàn)輸出至少是單層垂直介質的記錄信號的1.25倍那么大，并且由于軟磁背層引起的標記(marked)效應被識別出。對于尖峰噪聲發(fā)生頻率，發(fā)現(xiàn)當軟磁膜厚度為100nm或更大時10個磁道上至少發(fā)生一次尖峰噪聲，如圖5所示。
即，當磁記錄中的最短位長和垂直磁性膜的平均飽和磁化強度分別被表示為Bmin和Ms時，必須滿足0.5Bmin·Ms≤Bsm·t以獲得至少是在單層垂直磁化膜上記錄時的1.25倍大的再現(xiàn)輸出，并且當軟磁膜的厚度變?yōu)榇笾?0nm或更大時識別出顯著的尖峰噪聲發(fā)生頻率。
另外，通過使用本例中制造的磁記錄介質來制造使用GMR磁頭作為再現(xiàn)設備的2.5英寸磁記錄裝置。在40Gb/in2的面記錄密度下保證了10-9的出錯率，其中該面記錄密度包括500kBPI(每英寸的位)的最大線記錄密度和80kTPI(每英寸的磁道)的磁道密度，并且確認該裝置能作為超高密度記錄與再觀裝置操作。具有圖6的簡圖所示的橫截面結構的垂直磁記錄介質使用2.5英寸的直徑的玻璃基片通過磁管濺射來制造。在基片61上，連續(xù)形成厚度為10nm的Cr非磁性層62、厚度為15nm的Co-21at％Cr-12at％Pt-2at％Ta鐵磁層63、厚度為150nm的Co-6at％Nb-3at％Zr軟磁膜64、厚度為8nm的Si-15at％B非磁性膜65、厚度為40nm的Fe-4at％Si-3at％Al軟磁膜66、厚度為5nm的Si非磁性膜67、厚度為5nm的CO-35at％Cr-15at％Ru非磁性膜68、厚度為20nm的Co-21at％Cr-12at％Pt-2at％Ta垂直磁化膜69以及作為保護膜的厚度為4m的碳膜，以形成垂直磁記錄介質?？拷纬傻能洿拍さ娘柡痛呕瘡姸仁?T，靠近垂直磁化膜形成的軟磁膜的飽和磁化強度是1.4T，把后者的飽和磁化值設置得更大。
另外，垂直磁記錄介質被制造成與上述相同的結構，除了代替上述Fe-4at％Si-3at％Al軟磁膜66而形成Co-5at％Nb-2at％Zr膜、Co-4.5at％Ta-3at％Zr膜、Co-at％Mo-3at％Zr膜、Co-4at％W-3at％Zr膜、Co-4at％Nb-3at％Hf膜、Co-3.5at％Ta-2at％Hf膜、Co-3at％Mo-3at％Hf膜和Co-3.2at％W-3at％Hf膜，它們都具有不低于1.1T的飽和磁化強度。
另外，垂直磁記錄介質被制造成與上述相同的結構，除了代替圖6所示的層狀垂直磁化膜69和70而形成Co-50at％Pt單層膜(膜厚20nm)、Fe-50at％Pt單層膜(膜厚20nm)、{(Co:2nm)/(Pt:1nm)}10多層膜、{(Co-16at％Cr-4at％Ta:2nm)/(Pt:1nm)}10多層膜、{(Co-20at％Cr-6at％B:2nm)/(Pd:1nm)}10多層膜和Tb-12at％Fe-15at％Co非晶垂直磁化膜(膜厚:25nm)。對于多層膜的表達式，例如在{(Co:2nm)/(Pt:1nm)}10多層膜中，表達式表示一種具有10對的結構，其中每對層疊有厚度為2nm的Co膜和1nm厚的Pt膜。
這樣制造的垂直磁記錄介質在磁場中被加熱來在盤的周邊方向上傳遞磁化到其軟磁膜。樣品介質被磁置在真空加熱器中加熱，電導線通過垂直于盤表面的盤的中央部分中的孔中。通過產(chǎn)生在盤的周邊方向上自旋的磁場而在磁場中執(zhí)行熱處理，這個磁場是通過把電流通過導線產(chǎn)生的，同時把樣品介質的溫度從300度降低到室溫。當軟磁膜的磁化取向使用光學克爾效應在盤的周邊部分的橫截面處由顯微鏡觀察到時，觀察到軟磁膜的磁化幾乎被校直為平行于盤的順時針周邊方向。
而且，通過在基片61上連續(xù)形成厚度為10hm的Cr非磁性層62、厚度為15nm的Co-21at％Cr-12at％Pt-2at％Ta鐵磁層63、厚度為200nm的Co-6at％Nb-3at％Zr軟磁膜64、厚度為5nm的Si非磁性膜67、厚度為5nm的CO-35at％Cr-15at％Ru非磁性膜68、厚度為20nm的Co-21at％Cr-12at％Pt-2at％Ta垂直磁化膜69、厚度為2nm的Co-17at％Cr-16at％Pt垂直磁化膜70以及作為保護膜的厚度為4nm的碳膜71而制造作為比較例的垂直磁記錄介質。
然后，這些樣品介質的記錄/再現(xiàn)性能使用獨立型記錄/再觀磁頭來評估。單磁極型記錄頭的Fe-Ni合金磁極的磁道寬度是0.52微米，用于再現(xiàn)的巨磁電阻效應(GMR)磁頭的軌道寬度是0.4微米，屏蔽間距是0.08微米，在測量時的間隔是0.02微米。當以400kFCI執(zhí)行磁記錄時的介質的S/N被測量為對于比較樣品介質的S/N的相對值。記錄分辨率被測量為線記錄密度D50，其是隔離的讀出脈沖的振幅的一半。對于記錄磁化密度，以400kFCI的記錄信號輸出被測量為對于比較樣品介質的相對輸出。而且，當每一磁道上檢測到至少發(fā)生一次尖峰噪聲時，尖峰噪聲的發(fā)生頻率以“？”來測量和評估，當其發(fā)生不小于0.1并且小于1的尖峰噪聲時，以“○”來測量和評估，其發(fā)生小于0.1時以“◎”來測量和評估。這些測量結果表示在表2中。偶爾，在表2中，例如{(Co:2nm)/(Pt:1nm)}10表達式表示一種具有10對的多層結構，其中每對層疊有厚度為2nm的Co膜和1nm厚的Pt膜。
表2
發(fā)現(xiàn)本例的磁記錄介質尤其與比較例樣品介質相比更大的分辨率和S/N并且更不可能發(fā)生易于從軟磁背層膜發(fā)生的尖峰噪聲，因此還發(fā)現(xiàn)它們正是作為高密度磁記錄介質所需要的。
使用高敏感再現(xiàn)頭作為再現(xiàn)設備的2.5英寸磁記錄裝置通過使用在本例中制造的磁記錄介質來制造，其中再現(xiàn)頭中使用了磁隧道現(xiàn)象在40Gb/in2的面記錄密度下保證了10-8的出錯率，并且確認該裝置能作為超高密度記錄與再現(xiàn)裝置操作。具有圖7的簡圖所示的橫截面結構的垂直磁記錄介質通過在1.8英寸的直徑的玻璃基片上形成厚度為20nm的NiO反鐵磁材料膜73、厚度為100nm的Fe-25at％Ni軟磁膜74、厚度為5nm的Si3N4非磁性膜75、厚度為100nm的Co-6at％Nb-3at％Zr軟磁膜76、厚度為5nm的SiO2非磁性膜77、20nm厚度的Fe-5at％Ta-10at％C軟磁膜78、厚度為5nm的Ge膜79、厚度為20nm的Co-18at％Cr-12at％Pt-1at％Si-3at％B垂直磁化膜80以及厚度為5nm的碳保護膜81。
而且，制造與上述相同結構的垂直磁記錄介質，除了使用B,C,Mg,Al,Si,Ti,V,Cr,Cu,Zr,Nb,Mo,Ru,Hf,Ta,W,Au,Al-10at％Mg,Si-2at％Ti,TI-15at％V,Cu-5at％Ag,Au-50at％Ag,BN,B4C,NiO,Al2O3,SiO2,CaO,ZrO2,MgO·CaO,SiO2·ZrO2和SiO2·CaO代替上述SiN4非磁性膜75作為非磁性材料膜。此后，作為比較樣品介質，通過直接在類似于上述使用的玻璃基片上形成200nm厚的Fe-25％Ni單層膜，然后再形成5nm厚的Ge膜、20nm厚的Co-18at％Cr-12at％Pt-1at％Si-3at％B垂直磁化膜和5nm厚的碳保護膜而制造垂直磁記錄介質。這些垂直磁記錄介質以與例3相同的方式在磁場中被熱處理。在與例1相同的條件下測量這些磁記錄介質的分質S/N和尖峰噪聲。結果表示在表3中。
表3
從表3的實驗結果明顯看到，與比較例相比，根據(jù)本發(fā)明的垂直磁記錄介質降低尖峰噪聲的發(fā)生并把介質S/N提高20％到40％。而且，通過磁力顯微鏡和洛侖茲型電子顯微鏡觀察到在根據(jù)本發(fā)明的垂直磁記錄介質和比較例的橫截面的磁化狀態(tài)。結果確認根據(jù)本發(fā)明的所有垂直磁記錄介質有圖7的簡圖所示的磁化狀態(tài)。另一方面，在化較例中，尤其在軟磁膜中觀察到與關于記錄磁化的信息無關的若干個磁疇邊界。假設在評估記錄-再現(xiàn)性能時這種磁疇邊界被觀察為尖峰噪聲。大量具有圖7所示的橫截面結構的垂直磁記錄介質以與例4相同的方式通過在1.8英寸直徑的玻璃基片72上形成10nm厚的Fe-50at％Pt鐵磁膜73、厚度為T1nm的Fe-25at％Ni軟磁膜74、厚度為5nm的Cu非磁性膜75、厚度為T2nm的Co-6at％Nb-3at％Zr軟磁膜76、厚度為5nm的SiO2非磁性膜77、20nm厚度的Fe-5at％Ta-10at％C軟磁膜78、厚度為5nm的Ti-10at％Cr膜79、厚度為20nm的Co-18at％Cr-12at％Pt-1at％Si-3at％B垂直磁化膜80以及厚度為5nm的碳保護膜81并在5到200nm的范圍內(nèi)變化Fe-25at％Ni軟磁膜74與Co-6at％Nb-3at％Zr軟磁膜76的厚度(T1nm和T2nm)制造。
當在本例中使用的軟磁膜的飽和磁化強度被測量時，F(xiàn)e-25at％Ni軟磁膜和Co-6at％Nb-3at％Zr軟磁膜的飽和磁化強度是1T，F(xiàn)e-5at％Ta-10at％C軟磁膜的飽和磁化強度是1.6T。這些垂直磁記錄個質在與例2相同的條件下在磁場中被熱處理，從而軟磁膜的磁化取向被限定為幾乎在玻璃盤基片的周邊方向上。
這些典型垂直磁記錄介質的記錄/再現(xiàn)性能使用獨立型記錄/再現(xiàn)磁頭來評估。使用下面四個類型的磁頭。盡管這四種不同類型的磁頭使用不同類型的磁性材料和不同的磁極磁道寬度，它們都有相同的巨磁電阻效應(GMR)再現(xiàn)磁頭設備作為再現(xiàn)設備，該設備的軌道寬度是0.14微米，屏蔽間距是0.07微米。單磁極型記錄頭由Fe-Co磁極構成，其飽和磁化強度是1.6T(磁道寬度是0.15微米，0.30微米，0.50微米或1.0微米)。在磁記錄介質與磁頭之間的0.02微米的間距測量記錄/再現(xiàn)性能。在任何垂直磁記錄介質中沒有觀察到尖峰噪聲。
為對介質評估各個記錄頭的記錄效率，測量重寫(O/W)性能。重寫性能通過在高線記錄密度信號(400kFCI)被首先寫入在介質上并且在其上再重寫低線記錄密度(100kCFI)信號時測量高線記錄密度信號的持久率來評估。圖8表示垂直磁記錄介質的厚度與O/W性能之間的關系，其中同時在5到200nm的范圍內(nèi)變化Fe-Ni軟磁膜的厚度(T1nm)和Co-Nb-Zr軟磁膜的厚度(T2nm)(假設T1=T2)。在圖8的上部分中也示出∑(Bsm·Tm)值。偶爾，在靠近垂直磁化膜形成的具有20nm厚的Fe-5at％Ta-10at％C軟磁膜的∑(Bsm·Tm)值也被集成。
從圖8清楚看到，隨著記錄頭的磁道寬度變小，良好的O/W性能在較小的厚度的軟磁膜處獲得。為滿足作為有用的磁記錄裝置所需要的表達式O/W＞30dB，發(fā)現(xiàn)必須滿足0.16Bsh·Tw≤∑(Bsm·Tm)。當0.16Bsh·Tw＞∑(Bsm·Tm)，作為用于記錄頭的磁性材料的飽和磁化強度(Bsh)與磁道寬度(Tw)與垂直磁記錄膜的軟磁膜的飽和磁化強度之間的關系。即，從單磁極型記錄頭的記錄效率的角度看，有效的是相對于目標面記錄密度調(diào)整組裝到垂直磁記錄介質中的軟磁膜的厚度和磁化程度。為使磁記錄個質的表面水平，需要確認軟磁膜的總厚度盡可能小，并且基本上滿足由∑(Bsm·Tm)≤Bsh表達式限定的范圍，出現(xiàn)這樣的問題，即記錄頭的記錄效率降低并且記錄惡化變顯表另外，盡管記錄效率隨著軟磁膜的總厚度增加而提高，膜厚度的增加伴隨有介質表面等上的粗糙程度增加。因此，要求滿足0.16Bsh·Tw≤∑(Bsm·Tm)。
當使用本例中形成的并包括50nm厚的Fe-Ni軟磁膜、50nm厚的Co-Nb-Zr軟磁膜和20nm的Fe-Ta-C軟磁膜的垂直磁記錄介質和具有0.15微米的記錄磁道寬度以及0.14微米的再現(xiàn)磁道寬度的獨立型記錄/再現(xiàn)磁頭以80Gb/in2的面記錄密度測量出錯率時獲得10-8或更小的出錯率。
根據(jù)本發(fā)明，雙層垂直磁記錄個質的噪聲性能和磁頭的記錄效率被提高了，從而可實現(xiàn)能夠高速和高密度，尤其是40Gb/in2或更大的高密度磁記錄的磁盤存儲設備，并且有助于裝置尺寸的降低和其容量的增加。
權利要求
1．一種垂直磁記錄介質，包括直接或經(jīng)中間層形成在基片上的磁性背層膜和形成在磁性背層膜上的垂直磁化膜，其中磁性背層膜包括多個插入在相鄰的軟磁膜之間的非磁性層的軟磁膜，并且在記錄時該多個軟磁膜的磁化具有彼此不同的取向。
2．根據(jù)權利要求1的垂直磁記錄介質，其中磁性背層膜包括多個具有彼此反平行的磁化取向的軟磁膜。
3．根據(jù)權利要求1的垂直磁記錄介質，其中除最靠近垂直磁化膜的軟磁膜之外的軟磁膜具有在基片的周邊方向上取向的磁化，并且磁通在軟磁膜中被回流。
4．根據(jù)權利要求1的垂直磁記錄介質，其中多個軟磁膜中最靠近垂直磁化膜的軟磁膜具有與其它軟磁膜相比相對大的飽和磁化強度。
5．根據(jù)權利要求1的垂直磁記錄介質，其中更靠近垂直磁化膜的軟磁膜有10到100nm的厚度。
6．根據(jù)權利要求1的垂直磁記錄介質，其中更靠近垂直磁化膜的軟磁膜是Fe-Si-B,Fe-B-C,Fe-B-C-Si,Fe-Ta-C,Fe-Si-Al,Fe-Co-C,Co-Nb-Zr,Co-Mo-Zr,Co-Ta-Zr,Co-W-Zr,Co-Nb-Hf,Co-Mo-Hf,Co-Ta-Hf和Co-W-Hf合金。
7．根據(jù)權利要求1的垂直磁記錄介質，其中非磁性膜、反鐵磁膜或鐵磁膜在磁性背層膜下面。
8．根據(jù)權利要求1的垂直磁記錄介質，其中非磁性膜包括從B,C,Mg,Al,Si,Ti,V,Cr,Cu,Zr,Nb,Mo,Ru,Hf,Ta,W和Au中挑選的一種元素，以及包括將這些元素作為主要組分的合金，也可使用一種從如下構成的一組中選擇出的化合物Si3n4,BN,B4G,NiO,Al2O3,SiO2,CaO,ZrO2和MgO或者使用包括這些化合物的混合晶體。
9．一種包括垂直磁記錄介質的磁記錄裝置，該垂直磁記錄介質具有直接或經(jīng)中間層形成在磁性背層膜上的垂直磁化膜，磁性背層膜包括層疊其中的多個軟磁膜以及一個記錄與再現(xiàn)頭，其中磁性背層膜中最靠近垂直磁性膜的軟磁膜的飽和磁化強度(Bsm)和厚度(t)與磁記錄中的最短位長(Bmin)和垂直磁性膜的平均飽和磁化強度(Ms)有以表達式0.5Bmin·Ms≤Bsm·t(t＜100nm)代表的關系。
10．一種包括垂直磁記錄介質的磁記錄裝置，該垂直磁記錄介質具有直接或經(jīng)中間層形成在磁性背層膜上的垂直磁化膜，磁性背層膜包括層疊其中的多個軟磁膜以及一個記錄與再現(xiàn)頭，其中磁性背層膜中第m個軟磁膜的飽和磁化強度(Bsm)和厚度(Tm)與記錄頭的磁極材料的飽和磁化強度(Bsh)和磁道寬度(Tw)有以表達式0.16Bsh·Tw≤∑(Bsm·Tm)代表的關系。
11．一種包括垂直磁記錄介質的磁記錄裝置，該垂直磁記錄介質具有直接或經(jīng)中間層形成在磁性背層膜上的垂直磁化膜，磁性背層膜包括層疊其中的多個軟磁膜以及一個記錄與再現(xiàn)頭，其中磁性背層膜中第m個軟磁膜的飽和磁化強度(Bsm)和厚度(Tm)與記錄頭的磁極材料的飽和磁化強度(Bsh)和磁道寬度(Tw)有以表達式∑(Bsm·Tm)≤Bsh·Tw代表的關系。
12．根據(jù)權利要求9的垂直磁記錄裝置，其中垂直磁記錄介質的軟磁膜包含F(xiàn)e-Si-B,Fe-B-C,Fe-B-C-Si,Fe-Ta-C,Fe-Si-Al,Fe-Co-C,Co-Nb-Zr,Co-Mo-Zr,Co-Ta-Zr,Co-W-Zr,Co-Nb-Hf,Co-Mo-Hf,Co-Ta-Hf和Co-W-Hf合金。
13．根據(jù)權利要求10的垂直磁記錄裝置，其中垂直磁記錄介質的軟磁膜包含F(xiàn)e-Si-B,Fe-B-C,Fe-B-C-Si,Fe-Ta-C,Fe-Si-Al,Fe-Co-C,Co-Nb-Zr,Co-Mo-Zr,Co-Ta-Zr,Co-W-Zr,Co-Nb-Hf,Co-Mo-Hf,Co-Ta-Hf和Co-W-Hf合金。
14．根據(jù)權利要求11的垂直磁記錄裝置，其中垂直磁記錄介質的軟磁膜包含F(xiàn)e-Si-B,Fe-B-C,Fe-B-C-Si,Fe-Ta-C,Fe-Si-Al,Fe-Co-C,Co-Nb-Zr,Co-Mo-Zr,Co-Ta-Zr,Co-W-Zr,Co-Nb-Hf,Co-Mo-Hf。Co-Ta-Hf和Co-W-Hf合金。
全文摘要
提供一種被改進以適合用于高密度磁記錄的垂直磁記錄介質和一種使用這種介質的磁記錄裝置。使雙層垂直記錄介質的磁性背層膜由多個層構成,并且用于保持垂直磁化的保持層(17)以及用于提高記錄頭的記錄效率的層(13)和(15)在功能上彼此分開。而且,不包括保持層的軟磁膜的磁化取向被限定為在盤的周邊方向上,從而降低發(fā)生噪聲的頻率。
文檔編號G11B5/65GK1303090SQ00137029
公開日2001年7月11日 申請日期2000年11月24日 優(yōu)先權日1999年11月26日
發(fā)明者二本正昭, 吉田和悅, 本多幸雄, 平山義幸, 菊川敦 申請人:株式會社日立制作所