專利名稱：用于粒狀垂直記錄用途的非活性法磁性材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及記錄、存儲和讀取磁性數(shù)據(jù)，尤其是具有非活性法沉積的磁性材料的粒狀垂直磁性記錄介質(zhì)。
背景技術(shù)：
常使用磁盤和磁盤驅(qū)動器以可磁化的形式存儲數(shù)據(jù)。較好的是，一個或多個磁盤沿中心軸旋轉(zhuǎn)，同時數(shù)據(jù)傳感頭靠近磁盤記錄表面放置并相對磁盤以大致徑向的軌跡移動。磁盤通常以固定的狀態(tài)置于磁盤單元中，帶有特定負(fù)荷的磁頭與磁盤表面彈性接觸并按壓該磁盤表面，利用擦過磁盤表面的磁頭轉(zhuǎn)換器組件將數(shù)據(jù)寫入快速旋轉(zhuǎn)的記錄磁盤或從中讀取。較好的是，每個磁盤的各個表面均對應(yīng)單獨(dú)的磁頭。
在磁性介質(zhì)中，數(shù)碼信息(用0和1的組合表示)記錄在微小的磁性比特(其本身是由許多更小顆粒組成的)上。當(dāng)寫入一個比特時，由磁盤驅(qū)動器的磁頭產(chǎn)生的磁場將該比特的磁性定向?yàn)橐粋€具體的方向(對應(yīng)于0或1)。磁頭中的磁性實(shí)質(zhì)上將該比特的磁性在兩個穩(wěn)定的取向之間“翻轉(zhuǎn)”。
根據(jù)磁性材料顆粒的磁性區(qū)取向，磁性薄膜介質(zhì)(其中細(xì)顆粒狀多晶磁合金層作為活性記錄介質(zhì)層)一般可分為“縱向的”或“垂直的”。在縱向介質(zhì)(也稱為“常規(guī)”介質(zhì))中，比特中的磁性沿磁頭相對磁盤的移動方向平臥在磁盤面中在平行與反平行之間翻轉(zhuǎn)。在垂直的介質(zhì)中，與縱向記錄介質(zhì)中在磁盤面中平臥不同，磁盤的磁性端以垂直于磁盤面的方向豎立。此時用向上或向下的磁性區(qū)域(對應(yīng)于數(shù)碼的0和1)表示這些比特。
圖1顯示一個磁盤記錄介質(zhì)和一個磁盤的剖面，顯示縱向記錄和垂直記錄之間的差異。盡管圖1顯示無磁性磁盤的一個面，但是在圖1無磁性鋁基片的兩個表面上均濺涂有磁性記錄層。同樣，盡管圖1顯示鋁基片，但是其它實(shí)例包括由玻璃、玻璃-陶瓷、NiP/鋁、金屬合金、塑料/聚合物材料、陶瓷、玻璃-聚合物、復(fù)合材料或其它非磁性材料制成的基片。
目前還努力提高單位面積的記錄密度，即比特密度或單位面積的比特?cái)?shù)，以及磁性介質(zhì)的信號與介質(zhì)噪聲之比(SMNR)。為進(jìn)一步提高單位面積的密度和提高總存儲容量，必須將數(shù)據(jù)比特制得更小并放置得更緊密。但是，比特的大小有一定的極限。如果比特太小，將比特放置定位的磁能量太小，結(jié)果隨時間的推移熱能就可使之消磁。該現(xiàn)象稱為超順磁性。
開發(fā)垂直記錄介質(zhì)是鑒于其能將單位密度擴(kuò)展至非常高的水平而無類似于縱向記錄介質(zhì)遇到的熱穩(wěn)定性極限。垂直記錄介質(zhì)的一個主要設(shè)計(jì)是在氧和通用惰性氣體氬的氣體混合物中活性濺涂磁性層，形成所謂的粒狀垂直介質(zhì)。用這種方法制得的磁性層在顆粒邊界含有氧化物，它能有效地隔絕交換偶合，獲得更好的記錄性能。
材料中相鄰偶極子排列成相互平行或反平行的傾向稱為交換(或交換偶合)。一般來說，交換是由相鄰原子的軌道電子重疊造成的。一個原子的原子力矩與該原子的角動量成正比。該角動量是由電子在其軌道上旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的軌道角動量和電子沿其自身的軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的自旋角動量(簡稱為自旋)組成的。如果將相鄰原子上兩個電子的自旋角動量設(shè)為s1和s2，則該電子對的能量E為E＝-2Js1×s2，其中J是交換積分常數(shù)。在鐵磁材料中，J是正的并且相鄰原子的力矩指向相同的方向。在反鐵磁材料中，J是負(fù)的。在反鐵磁材料中，相鄰原子的力矩指向相反方向，因此在該材料中不存在凈宏觀力矩。還有一種類型的交換稱為RKKY，其中J隨磁性層的厚度由負(fù)至正變化或者由正至負(fù)變化。
交換大致是一種近鄰現(xiàn)象，產(chǎn)生交換的距離通常是原子間處于固態(tài)的距離(幾埃)。如果在顆粒邊界之間存在一種材料(如氧化物)的原子間隔層，該層就足以隔絕被該間隔層隔開的顆粒邊界之間發(fā)生的交換，盡管也可使用更厚的間隔層。這種隔絕顆粒邊界間的交換使得該顆粒能在保持其數(shù)據(jù)比特的同時被制成更小并排列得更緊密。因此，出于形成更小顆粒的目的，已發(fā)現(xiàn)在含氧氣體混合物中濺涂磁性層十分有用。
但是，由于快速的氧消耗使得這種活性方法造成膜性能非常不均勻，并且加工穩(wěn)定性差。結(jié)果，由于缺乏工藝控制而損害加工能力，并且由于需要附加的活性氣體輸入/穩(wěn)定和排出時間而損害產(chǎn)量。因此，非常需要開發(fā)一種新的磁性材料，它具有相同的性能而無需活性濺涂加工。本發(fā)明涉及一種滿足該要求的磁性合金結(jié)構(gòu)。
發(fā)明的概述本發(fā)明涉及一種磁性記錄介質(zhì)，它包括基片和包括顆粒的含SiO2的磁性層，其中在所述顆粒之間該磁性層含有SiO2。較好的是，所述含SiO2的磁性層是在含氣體的沉積室中在真空下通過濺涂沉積而沉積在基片上的，所述氣體基本不含氧，即例如不故意向該氣體中加入氧。在一個實(shí)例中，所述氣體是基本純的氬氣。較好的是，所述含SiO2的磁性層含有約6-10％SiO2。更好的是，該介質(zhì)的磁性介質(zhì)信號與介質(zhì)噪聲之比高于另一種具有相同結(jié)構(gòu)的介質(zhì)的磁性介質(zhì)信號與介質(zhì)噪聲之比，所述另一種介質(zhì)含有約4％SiO2，并且是在含氬和氧氣體混合物的沉積室中在真空下濺涂沉積得到的。較好的是，所述含SiO2的磁性層是CoCrPt-SiO2。更好的是，所述含SiO2的磁性層包括0-15原子％的Cr、10-35原子％Pt、0.01-12原子％的SiO2和35-90原子％的Co。更好的是，所述含SiO2的磁性層的SiO2通過隔離和消除顆粒偶合而改進(jìn)含SiO2的磁性層的性能。所述介質(zhì)還可包括一層附加的磁性層，并且在所述含SiO2的磁性層和附加的磁性層之間還可任選地包括一層非磁性間隔層。
另一個實(shí)例是一種磁性記錄介質(zhì)的制造方法，它包括獲得一基片和沉積包括顆粒的含SiO2的磁性層，所述磁性層在所述顆粒之間含有SiO2。
再一個實(shí)例是一種磁性記錄介質(zhì)，它包括基片和一個包括顆粒的含SiO2的磁性裝置，所述磁性裝置在所述顆粒之間含有SiO2。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀了下列詳細(xì)描述以后可清楚地理解本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)，在下列詳細(xì)描述中僅涉及本發(fā)明較好的實(shí)例，簡單描述實(shí)施本發(fā)明的最好方式。可以理解，在不超出本發(fā)明范圍的情況下本發(fā)明還具有其它不同的實(shí)例，并且可在各方面對其細(xì)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)。因此，本發(fā)明附圖和說明書僅僅是說明性的而非限定性的。
附圖描述圖1是磁盤記錄介質(zhì)的示意圖，用于比較縱向記錄和垂直記錄；圖2是本發(fā)明磁性記錄介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的一個例子的示意圖；圖3是含有CoCrPt-8％SiO2(非氧化的)和4％SiO2(氧化的)的磁性層微結(jié)構(gòu)形狀的剖面透視電子顯微照片。
詳細(xì)描述改進(jìn)磁性記錄介質(zhì)信噪比(SNR)(以進(jìn)一步提高記錄密度)的一種方法是降低平均粒度V。對于每次記錄轉(zhuǎn)換的顆粒數(shù)N，可獲得的信噪比以N1/2增高，并且隨記錄介質(zhì)的Mrt的下降而上升。Mrt是磁性材料的剩余磁化強(qiáng)度Mr與膜厚度t之積。提高信噪比的兩種方法產(chǎn)生更小的能量屏障kuV，它能防止熱激發(fā)造成的磁翻轉(zhuǎn)。
磁性記錄介質(zhì)產(chǎn)生的信號電壓與Mrt(它包含了所有的介質(zhì)參數(shù))成正比。例如，在顆粒介質(zhì)的情況下，磁性材料顆粒相對隔開并具有低的Mr，因此，這種介質(zhì)會需要厚的磁性層厚度以形成高的Mrt。另一方面，使用約100％材料均為磁性材料的膜即便在薄的膜厚的情況下也可產(chǎn)生適當(dāng)?shù)男盘栯妷?，因?yàn)檫@種膜的Mrt足夠大。
本發(fā)明涉及一種磁性記錄介質(zhì)，它包括基片和包括顆粒的含SiO2的磁性層。該磁性材料在所述顆粒之間具有從目標(biāo)材料獲得的足量SiO2。這種條件是在含氣體的沉積室中在真空下濺涂沉積所述磁性層而獲得的。所述氣體基本不含氧。這種氣體中不含故意加入以形成含氧氣體混合物的氧，但是可含有痕量的氧分子，即沉積室氣體中氧分子的含量與相同真空度下空氣中氧分子的含量相當(dāng)。
圖2是本發(fā)明一個實(shí)例的簡化的剖面圖。所有的層均是用靜電濺涂系統(tǒng)形成的。一個具體試樣的更詳細(xì)的膜結(jié)構(gòu)為鍍NiP的鋁基片/30UL1/800UL2/15UL3/200IL/100CoCrPt-SiO2/30C。所述UL1組分是Ti、UL2是FeCoB、UL3是Ag、IL是RuCr10。適合這些底層/中間層的材料包括許多其它種材料，例如UL1可以是其它含Cr、TiCr的粘合劑金屬材料、UL2可以是其它高飽和磁性(Bs)的軟磁材料(帶痕量其它元素的FeCo、CoZr、CoTa合金)、UL3可以是其它具有FCC、BCC或HCP晶體結(jié)構(gòu)的其它金屬層、IL可以是另一種HCP材料(Ru、Ru合金或非磁性Co合金)。圖中顯示的層數(shù)也是說明性的而非限定性的。
代替NiP晶種層，基片上的層可以是任何含鎳晶種層。例如NiNb晶種層、Cr/NiNb晶種層或者任何其它含鎳晶種層。在基片和晶種層之間可任選地具有一層粘合劑層。含鎳晶種層的表面可任選地經(jīng)氧化。
本發(fā)明實(shí)例包括在含鎳晶種層上沉積底層，例如Cr或Cr合金(例如CrMo)底層。本發(fā)明實(shí)例包括在磁性層中使用各種含B、Cr和Co的磁性合金(例如CoCrB、CoCrPtB、CoCrNiB、CoCrNiPtB、CoCrNiTaB、CoCrNiNbB、CoCrPtTaB、CoCrPtNbB和CoCrPtTaNbB)或B、Cr、Co、Pt、Ni、Ta和Nb的其它組合。在一個較好的實(shí)例中，所述磁性層是Co-Cr-Pt-SiO2。在另一個實(shí)例中，所述Co-Cr-Pt-SiO2包括至少0-15原子％Cr、10-35原子％Pt、0.01-12原子％SiO2和余量的Co。
在一個較好實(shí)例中，UL1的厚度為10-100，較好為10-40，UL2的厚度為500-3000，較好為1000-2000，UL3的厚度為5-50，較好為10-30，IL的厚度為50-500，較好為100-200，磁性層的厚度約為50-300，較好為80-150。頂涂層可以是碳的氫化的、氮化的、雜合的或者其它形式，厚度為20-80、較好為30-50。
所述磁性記錄介質(zhì)的剩余矯頑磁力約為2000-10,000奧斯特、Mrt(剩余磁化強(qiáng)度Mr與磁性層厚度t之積)約為0.2-2.0memu/cm2。在一個較好的實(shí)例中，所述矯頑磁力約為2500-9000奧斯特，較好約4000-8000奧斯特，更好約4000-7000奧斯特。在一個較好的實(shí)例中，Mrt約0.25-1memu/cm2，更好約0.3-0.7memu/cm2。
幾乎所有的磁盤介質(zhì)均是在凈化室中制造的，其空氣中灰塵量保持在很低的水準(zhǔn)，并對其進(jìn)行直接的控制和監(jiān)測。在對非磁性基片進(jìn)行一次或多次清洗和形成紋理以后，該基片具有超凈表面，可用于在該基片上沉積磁性介質(zhì)層。
用于沉積這種磁性介質(zhì)所需各層的裝置可以是靜電濺涂系統(tǒng)或者是一個傳送濺涂(pass by)系統(tǒng)，此時在合適的真空環(huán)境中依次沉積各層。
除了潤滑頂涂層以外，可使用任何合適的物理氣相沉積技術(shù)(PVD，如濺射)或者組合使用多種PVD技術(shù)(即濺射、真空蒸發(fā)等)構(gòu)成本發(fā)明磁性記錄介質(zhì)的各層，較好使用濺射法。所述潤滑層通常是將磁性介質(zhì)浸泡在含潤滑化合物溶液的浴中，隨后除去過量液體(例如通過擦除或者蒸氣潤滑劑沉積法)而制得的，作為頂涂層。
在制造磁性記錄介質(zhì)的整個方法中濺涂可能是最重要的步驟?，F(xiàn)有兩種濺涂法傳送濺涂和靜電濺涂，在傳送濺涂中，磁盤在真空室內(nèi)通過，在該真空室中磁盤受磁性和非磁性材料轟擊，在基片上沉積形成一層或多次所述材料。靜電濺涂使用更小的機(jī)器，并且各個磁盤單獨(dú)拾取并濺涂。在圖2磁盤上的各層是靜電濺涂的。
濺涂層是在稱為壓力罐的容器中沉積的，該壓力罐裝在所述濺涂機(jī)器中。所述壓力罐是任何一側(cè)帶有靶的真空室?；慌e入該壓力罐并用濺涂材料轟擊之。
濺涂導(dǎo)致在濺涂后的磁盤上形成一些顆粒。需要除去這些顆粒以確保它們不會在磁頭和基片之間產(chǎn)生劃痕。因此，較好在基片表面上施加潤滑劑作為基片的頂涂層之一。
在施加潤滑劑后，將基片移至拋光/磨光段，在該加工段中基片較好在沿一軸旋轉(zhuǎn)的同時進(jìn)行拋光。在拋光/磨光以后，擦干凈基片并在其表面上均勻地施涂干凈的潤滑劑。
隨后，使用三步法完成磁盤并測試其質(zhì)量。首先，使一個拋光頭通過其表面，除去任何凸起(技術(shù)術(shù)語稱之為粗糙度)。隨后使滑行頭通過該磁盤表面，檢查是否有殘余的凸起。最后用證明頭檢查該表面的制造缺陷，同時測量基片的磁記錄性能。
實(shí)施例表1是用Kerr Looper在介質(zhì)試樣上測得的磁性，所述介質(zhì)試樣是由CoCr6Pt18SiO28合金制得的并在純Ar中進(jìn)行濺涂(因此是一種非活性濺涂法)。所述Kerr圈在適合高密度記錄的范圍內(nèi)對矯頑磁力是完全適合的。
表1用Kerr Lppoer測得的在基本純(其中會存在痕量雜質(zhì)，但是基本不含氧)Ar中濺涂的CoCr6Pt18SiO28合金試樣的磁性。
表2列出了磁性性能如表1所示的試樣以及對照試樣(對照試樣1和2)的記錄性能特性。對照試樣1是在含Ar和O2氣體混合物的環(huán)境中濺涂(因此是一種活性氧化法)的CoCr6Pt18SiO24磁合金。對照試樣2是在無氧Ar中濺涂(因此是非活性氧化法)濺涂的CoCr6Pt18SiO24磁合金。所述測量是在Guzik試驗(yàn)機(jī)中在500kfci線密度在5400rpm下測得的。
表2由8％SiO2和非活性法制得的、4％SiO2和非活性法制得的以及活性法制得的試樣的記錄數(shù)據(jù)。
比較表2中對照試樣1和2的SMNR數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)在濺涂室中存在氧(造成在顆粒之間形成氧化物)能改進(jìn)其它參數(shù)(包括磁性層的SiO2濃度約為4％)基本相同的試樣的SMNR。另一方面，將磁性層的SiO2含量由4％提高至8％同時在濺涂磁性層的過程中基本保持沉積室無氧環(huán)境可使SMNR值提高至超過對照試樣2(磁性層含4％SiO2，并在含Ar和O2氣體混合物的環(huán)境中進(jìn)行濺涂)的數(shù)據(jù)。
圖3是基本無氧的基本純氬中濺涂的CoCr6Pt18SiO28合金試樣(上面的結(jié)構(gòu))和對照試樣2(下部結(jié)構(gòu))的剖面透射電子顯微照片。與在含氧環(huán)境中濺涂的4％SiO2材料相比可以清楚地觀察到CoCrPt-8％SiO2的優(yōu)良的微結(jié)構(gòu)形狀。
加入SiO2，通過隔離顆粒并使顆粒去偶聯(lián)而改進(jìn)CoCrPt磁性合金膜的性能。在磁性合金中含有足量的SiO2，無需活性氧化法，從而在工藝控制和制造中取得巨大的利益。
概括地說，磁性層中原子含量Cr應(yīng)為0-15％，較好為5-8％；Pt應(yīng)為10-35％，較好為15-25％；SiO2應(yīng)為0.01-12％，較好為6-10％；余量為Co。使用的基片可以是主要含鋁的導(dǎo)電型、或者玻璃、玻璃陶瓷型基片，它可在磁性層下面帶有任意數(shù)量的底層和/或中間層，適合容易形成垂直軸取向和顆粒結(jié)構(gòu)。
另外，磁性層可含有至少一種選自B、Ta、Nb、Ni、Al、Si、Mo、Zr等的元素用于存儲的磁性層可以是單層或者是帶有帶有非磁性薄間隔層的疊層結(jié)構(gòu)。
在說明書正文和附圖中本申請公開了多個數(shù)值范圍。公開的這些數(shù)值范圍可支持在該公開的數(shù)值范圍內(nèi)的任何范圍或數(shù)據(jù)，盡管在說明書中未逐字描述精確的范圍端點(diǎn)，因?yàn)樵诠_的數(shù)值范圍內(nèi)均可實(shí)施本發(fā)明。
上面的描述是為了使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能實(shí)施和利用本發(fā)明，并公開了具體的實(shí)例及其要求。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可容易地對所述較好實(shí)例進(jìn)行各種變化，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下將本文所述的原理應(yīng)用于其它實(shí)例和用途。因此，本發(fā)明不限于所述實(shí)例，而包括與本文公開的原理和特征相符合的最寬范圍。最后，本申請涉及的專利和公開出版物均在此引為參考。
權(quán)利要求
1.一種磁性記錄介質(zhì)，它包括基片和包括顆粒的含SiO2磁性層，所述磁性層在所述顆粒之間具有SiO2。
2.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其特征在于所述含SiO2磁性層是通過濺涂沉積在基片上的，所述濺涂是在含氣體的沉積室中在真空下進(jìn)行的，所述氣體基本不含氧。
3.如權(quán)利要求2所述的介質(zhì)，其特征在于在所述氣體中不故意加入氧。
4.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其特征在于所述含SiO2磁性層含有約6-10％SiO2。
5.如權(quán)利要求4所述的介質(zhì)，其特征在于所述介質(zhì)的SMNR高于另一種具有相同結(jié)構(gòu)的介質(zhì)，但是所述另一種介質(zhì)的含SiO2磁性層含約4％SiO2，并且是在帶有含氬和氧混合氣體的沉積室中在真空下濺涂沉積的。
6.如權(quán)利要求2所述的介質(zhì)，其特征在于所述氣體是基本純的氬氣。
7.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其特征在于所述含SiO2的磁性層是CoCrPt-SiO2。
8.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其特征在于所述含SiO2的磁性層包括0-15原子％Cr、10-35原子％Pt、0.01-12原子％SiO2和35-90原子％Co。
9.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其特征在于所述含SiO2磁性層的SiO2通過隔絕顆粒和使顆粒去偶合而改進(jìn)該含SiO2磁性層的性能。
10.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，它還包括附加的磁性層并任選地在所述含SiO2磁性層與所述附加磁性層之間包括非磁性間隔層。
11.一種磁性記錄介質(zhì)的制造方法，它包括獲得基片和沉積包括顆粒的含SiO2磁性層，其中所述磁性層的顆粒之間具有SiO2。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述含SiO2磁性層是在含氣體的沉積室中在真空下濺涂沉積在所述基片上的，所述氣體基本不含氧。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于在所述氣體中不故意加入氧。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述含SiO2磁性層含有約6-10％SiO2。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述氣體是基本純的氬氣。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述含SiO2的磁性層是CoCrPt-SiO2。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述含SiO2的磁性層包括0-15原子％Cr、10-35原子％Pt、0.01-12原子％SiO2和35-90原子％Co。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述含SiO2磁性層的SiO2通過隔絕顆粒和使顆粒去偶合而改進(jìn)該含SiO2磁性層的性能。
19.如權(quán)利要求11所述的方法，它還包括附加的磁性層并任選地在所述含SiO2磁性層與所述附加磁性層之間包括非磁性間隔層。
20.一種磁性記錄介質(zhì)，它包括基片和包括顆粒的含SiO2磁性裝置，所述磁性裝置在所述顆粒之間具有SiO2。
全文摘要
公開一種磁性記錄介質(zhì)，它包括基片和包括顆粒的含SiO
文檔編號G11B5/64GK1614691SQ20041008587
公開日2005年5月11日 申請日期2004年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月3日
發(fā)明者Z·S·吳, T·P·諾蘭, S·D·哈克尼斯, R·Y·讓簡 申請人:西加特技術(shù)有限責(zé)任公司