專利名稱：圖案化多層垂直磁記錄介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁記錄介質(zhì)和系統(tǒng)，例如磁記錄硬盤驅(qū)動器，及更特別地涉及介質(zhì)和具有圖案化垂直磁記錄介質(zhì)的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
提出了圖案化磁記錄介質(zhì)以提高磁記錄數(shù)據(jù)存儲器(例如硬盤驅(qū)動器)的位密度。在圖案化介質(zhì)中，磁性材料被構(gòu)圖成小的隔離塊或島，使得在各個島或”位”中存在單一磁疇。單一磁疇可以是單個晶粒或由幾個強(qiáng)耦合的晶粒組成(磁化狀態(tài)同步轉(zhuǎn)變，就像單個磁體)。這一點與傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)形成對照，在傳統(tǒng)連續(xù)介質(zhì)中，單個”位”可以具有由疇壁分隔的多個磁疇。美國專利第5820769號是各種類型圖案化介質(zhì)及其制造方法的代表。具有圖案化介質(zhì)的磁記錄系統(tǒng)及其相關(guān)難題的描述可參考R.L.White等人的文章“Patterned MediaA Viable Route to 50 Gbit/in2and Up for MagneticRecording？″，IEEE Transactions on Magnetics，Vol.33，No.1，January 1997，990-995。
具有垂直磁各向異性的圖案化介質(zhì)具有所期望的性質(zhì)，即磁矩要么指向面內(nèi)要么指向面外，這代表兩種可能的磁化狀態(tài)。根據(jù)報道，這些態(tài)是熱穩(wěn)定的，并且與連續(xù)(未圖案化的)介質(zhì)相比，該介質(zhì)表現(xiàn)出提高的信噪比(SNR)。但是，為了得到具有1兆兆位/平方英寸的位密度的圖案化介質(zhì)，需要在整個2.5英寸盤上形成周期為25nm的納米結(jié)構(gòu)陣列。盡管已經(jīng)有支持位密度高達(dá)300吉位/平方英寸的制造方法，但是仍然沒有實現(xiàn)具有低缺陷率和高均勻度的大面積超高密度磁性圖案。
多層(多級)磁存儲器的利用被提出來，就像美國專利第5583727號中所描述的那樣，但僅僅是針對連續(xù)(未圖案化的)磁性薄膜，而不是圖案化的磁島。然而，在多層連續(xù)磁性薄膜中，磁性晶粒的數(shù)量進(jìn)而信號和噪聲被分成多層，所以SNR降低。
需要一種利用圖案化介質(zhì)和多層記錄兩方面優(yōu)點的磁記錄介質(zhì)和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種圖案化垂直磁記錄介質(zhì)，其中各個磁塊或島包含單獨磁晶胞的疊置。島內(nèi)的各個晶胞由一種或一系列材料形成，使得晶胞具有垂直磁各向異性，并且是單磁疇。各個晶胞通過非磁性間隔層與該島內(nèi)的其它晶胞去磁耦合。這樣，各個晶胞可以具有沿著兩個方向(進(jìn)入或離開做成晶胞的層的平面)之一的磁化(磁矩)，且該磁化與該島內(nèi)其它晶胞的磁化是彼此獨立的。所以，每個島內(nèi)不同晶胞上方集成的總磁化允許在每個磁島中記錄多個磁信號級或態(tài)。因為各個島中各個晶胞是單磁疇，由于多個磁級，不會存在噪聲增加。島中堆疊的磁晶胞的數(shù)量n引起2n個不同的回讀信號級。記錄密度于是提高了一個因子2(n-1)。
島內(nèi)的各個晶胞具有不同于該島內(nèi)其他晶胞矯頑力的磁矯頑力。磁晶胞可以通過能利用多個寫入電流來寫入的感應(yīng)寫入頭來寫入(它們的磁化翻轉(zhuǎn))，各個寫入電流提供了不同的磁寫入場。大于僅僅某些晶胞矯頑力但是小于其他晶胞矯頑力的磁寫入場的施加正好在島內(nèi)的那些被選晶胞中寫入。大于最高矯頑力晶胞的矯頑力的寫入場的施加在島內(nèi)的所有晶胞中寫入。磁晶胞也可以利用熱輔助通過提供僅僅單一磁寫入場的、具有固定寫入電流的感應(yīng)寫入頭來寫入。沒有熱輔助時，施加寫入場僅在較低矯頑力晶胞中寫入。加了熱輔助后，施加同樣寫入場將在溫度上升至接近它們居里溫度的島內(nèi)所有晶胞中寫入，因為這些晶胞的矯頑力將會低于寫入場。
磁島在襯底上由于空隙或不會影響晶胞磁性質(zhì)和不會對晶胞的寫入造成不利影響的材料而間隔開。襯底可以是磁記錄盤襯底，在同心軌道上構(gòu)圖有島，或者，是用于基于探針的陣列存儲系統(tǒng)中的襯底類型，具有構(gòu)圖成互相垂直行的x-y圖案的島。
為了全面理解本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)點，參考以下結(jié)合附圖所作詳細(xì)說明。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的圖案化多層垂直磁記錄介質(zhì)的斷面圖示；圖2是磁記錄介質(zhì)的未圖案化部分的磁光克爾效應(yīng)(MOKE)磁滯回線，示出了磁島中晶胞的四種可能磁化級(標(biāo)號A、B、C和D)；圖3是圖案化多層介質(zhì)的回讀信號，分別是在直流磁化樣品(最上部)和施加方波寫入圖案(中間)之后；以及示出了響應(yīng)回讀信號的晶胞磁化的圖示(最下面)；圖4A-4D圖示用感應(yīng)寫入頭在圖案化多層介質(zhì)的磁島中寫入四種不同磁化級的方法；圖5A-5D圖示用帶電阻加熱器的感應(yīng)寫入頭在圖案化多層介質(zhì)的磁島中寫入四種不同磁化級的方法；圖6是多層磁記錄系統(tǒng)的磁盤驅(qū)動器實施例的頂視圖，示出了在記錄盤的同心軌道上如點狀的磁島；圖7是一種磁力顯微(magnetic force microscopy，MFM)探針的斷面圖，它作為多層磁記錄系統(tǒng)的感應(yīng)寫入頭；圖8(a)和8(b)示出了圖7所示MFM探針型感應(yīng)頭的探針尖端的兩種不同磁化；圖9是多層磁記錄系統(tǒng)的掃描探針實施例的圖示，圖示了MFM探針感應(yīng)寫入頭的x-y陣列和具有設(shè)置成x-y陣列的磁島的介質(zhì)襯底，該島用點來標(biāo)示。
具體實施例方式
圖案化多層垂直磁記錄介質(zhì)圖1是根據(jù)本發(fā)明的圖案化磁記錄介質(zhì)的圖示。介質(zhì)包括襯底12、多層垂直磁記錄層50、可選的底層14和可選的保護(hù)覆蓋層16。記錄層50包括多個島，例如由間隔60使其隔開的代表島52、54、56、58。各個島的組成包括具有垂直磁各向異性的磁性材料的第一層20，具有垂直磁各向異性的磁性材料的第二層40，和將各個島中兩個磁性層20和40分開并去磁耦合的間隔層30。于是各個島是至少具有兩個堆疊的去磁耦合晶胞(例如島52中的晶胞22、32)的多層磁島。各個晶胞是單磁疇，并通過間隔層30與本島內(nèi)的其它晶胞分離，以及通過間隔60表示的區(qū)域與其它島內(nèi)的晶胞分離。
間隔60定義了磁島之間的區(qū)域，且典型地由非磁性材料形成，但是，也可由鐵磁性材料做成，只要該材料不會對與其分開的磁島的信號記錄和探測造成不利的影響。磁島可以如下形成首先光刻構(gòu)圖襯底，在圖案化的抗蝕劑上沉積做成記錄層50的層，接著去除抗蝕劑，剩下磁島?；蛘?，可通過下述方式形成磁島先把做成記錄層50的層沉積在襯底上，通過光刻掩模來光刻構(gòu)圖記錄層和蝕刻記錄層，接著去除抗蝕刻，剩下磁島。在兩個例子中，島間區(qū)域中的間隔60是空的，它可以用非磁性材料來填充，例如氧化鋁或旋涂玻璃。這樣，可以形成基本上平坦的表面拓?fù)?。該工藝會包括，先形成磁島，然后把氧化鋁沉積到厚度大于使間隔60填滿所需的厚度，接著用化學(xué)機(jī)械拋光(chemical mechanical polish，CMP)工藝來拋光氧化鋁，直到磁島正好露出。這樣將氧化鋁留在間隔60中，磁島的頂部近似共面。
圖案化介質(zhì)也可以經(jīng)由掩模通過離子照射來制造，以改變被照射區(qū)的性能。在圖案化介質(zhì)離子照射制造工藝的一個例子中，間隔由磁性材料組成，該磁性材料不會影響磁島的垂直磁性能。例如，通過經(jīng)由掩模中孔的離子照射，以便產(chǎn)生具有面內(nèi)磁化的磁性材料區(qū)域，作為未被照射的鈷/鉑多層磁島之間的間隔，能夠破壞鈷/鉑多層的強(qiáng)垂直磁各向異性。制造圖案化磁記錄介質(zhì)的離子照射法可以參閱下列文件C.Chappert等人，″Planar Patterned MagneticMedia Obtained by Ion Irradiation，″Science，Vol.280，June 19，1998，pp.1919-922；A.Dietzel等人，″Ion Projection Direct Structuring for Patterning ofMagnetic Media″，IEEE Transactions on Magnetics，Vol.38，No.5，September2002，pp.1952-1954；美國專利6,331,364和6,383，597。
如圖1中代表字母A、B、C、D及晶胞中箭頭所示，各個島存在四種可能的磁級或態(tài)，各個磁態(tài)依賴于各個磁晶胞中的磁化方向(磁矩)。于是圖1的兩層實施例中的各個磁態(tài)可以表示為兩位字節(jié)或字。如果下層20中的晶胞被選作字節(jié)或字的第一位，并且向上方向的磁化認(rèn)為是0，那么磁態(tài)如下A[1，1]B
C
D[1，0]圖1示出的是具有兩個磁性層的情況，但是3個以上的磁性層也是可能的。在n個不同磁性層上集成的總回讀信號給出了2n種不同信號級，這可以用于磁記錄。記錄密度由此提高了2(n-1)的因子。
實驗中，磁性薄膜在室溫下被濺射沉積到二氧化硅(SiO2)柱的六角陣列上，柱的直徑為150納米，高度為80納米。柱中心之間的間距為300納米。柱是通過光刻構(gòu)圖形成于硅襯底上的二氧化硅膜而形成的。這個結(jié)構(gòu)具有兩個垂直鈷/鈀多層，它們由5納米厚的鈀層分開，以便使上部多層和下部多層去磁耦合。膜的組成如下C(40)/Pd(10)/[Co(3.3)/Pd(8.3)]6/Pd(50)/[Co(2.5)/Pd(6.5)]10/Pd(20)/SiO2對比該實驗結(jié)構(gòu)和圖1的示圖，10Co/Pd對的多層是下磁性層20，6Co/Pd對的多層是上磁性層40，且5納米厚的Pd層是間隔層30。磁各向異性強(qiáng)度和磁性層的矯頑力可以通過改變Co和Pd的厚度而很容易地改變。在這個結(jié)構(gòu)中，做成層20、30和40的所有層也被沉積到二氧化硅柱之間的二氧化硅中的區(qū)域或“溝槽”中。然而，由于這些層相對于柱頂部的磁島的深度，島的磁性質(zhì)不會受到溝槽中的磁性材料的影響，于是在磁島之間存在空隙。
如圖2所示，該結(jié)構(gòu)的連續(xù)非圖案化部分的磁光克爾效應(yīng)(MOKE)磁滯回線測量表明各個Co/Pd多層在不同外加場下的獨特翻轉(zhuǎn)。為了證實兩個磁性層之間通過磁靜態(tài)耦合的磁相互作用是可以忽略的，還測量了小磁滯回線來確定耦合場，但是沒有發(fā)現(xiàn)耦合跡象。所以，磁滯回線的形狀可以簡單地理解為兩個獨立磁性層的磁滯回線的重合。圖2還表明[Co(2.5)/Pd(6.5)]10多層(下層)具有矯頑力近似為350Oe，且[Co(3.3)/Pd(8.3)]6多層(上層)具有矯頑力近似為700Oe。
在這種島陣列結(jié)構(gòu)上還進(jìn)行了一個磁記錄實驗。該結(jié)構(gòu)被固定在x-y臺上，由壓電驅(qū)動器來控制，分辨率小于2納米，在物理接觸記錄頭的條件下低速掃描(大約5μm/s)。常規(guī)的縱向記錄巨磁阻(GMR)讀取/寫入頭分別使用寬度大約為240納米和180納米的寫入和讀取頭。該結(jié)構(gòu)首先在外部垂直磁場20kOe中進(jìn)行直流磁化。接著，記錄頭平行于磁島行排列。雖然常規(guī)的縱向感應(yīng)寫入頭在它的磁極(其通常在介質(zhì)平面內(nèi))間產(chǎn)生寫入場，但是在本實驗中，來自磁極的邊緣場的垂直分量被用來改變島中垂直磁化晶胞的磁化。
與在傳統(tǒng)連續(xù)介質(zhì)上寫入(其中位可以寫在介質(zhì)的任何地方)相對比，在圖案化介質(zhì)上的寫入要求方波寫入圖案與島圖案的同步。島的位置可以很容易由直流擦除磁化島的回讀信號來重新找回，其中，最小值表示分隔島的溝槽或空間，如圖3的頂部信號所示。約180納米的讀取頭寬度使得信號從陣列中的單獨島被回讀。在這個實驗例子中，水平寫入頭使用了40mA的固定寫入電流。雖然使用了固定的寫入電流，通過寫入脈沖的適當(dāng)定時，可以將強(qiáng)度低于最大值的邊緣場施加在島，使得該島中只有矯頑力較小的晶胞會發(fā)生磁化翻轉(zhuǎn)。寫入脈沖的定時使得最大邊緣場被施加，導(dǎo)致島內(nèi)兩個晶胞的磁化均翻轉(zhuǎn)。所有四種磁態(tài)(A，B，C，D)都能夠用這種方式來寫入。圖3的底部信號顯示了通過拖動GMR讀取頭越過島圖案而產(chǎn)生的回讀波形，并且揭示了四種不同的磁級(A，B，C，D)。
以上描述的實驗結(jié)果是針對多層磁記錄介質(zhì)，其中具有垂直磁各向異性的磁晶胞是交替Co/Pd層的多層。也可以使用Co/Pt多層。本發(fā)明也可以完全采用其它類型的提供垂直磁各向異性的磁記錄材料和結(jié)構(gòu)。
磁晶胞可以由生長在特殊生長加強(qiáng)亞表層上的晶粒狀多晶鈷鉻(CoCr)合金形成，該亞表層引導(dǎo)結(jié)晶C軸垂直于層的平面，使得層具有很強(qiáng)的垂直磁晶各向異性。可用作CoCr晶粒層的生長加強(qiáng)亞表層的材料包括Ti、TiCr、C、NiAl、SiO2和CoCr，其中Cr是大約35-40原子百分比。
磁晶胞也可以由任何公知的、表現(xiàn)出垂直磁各向異性的無定形材料形成，例如CoSm、TbFe、TbFeCo和GdFe合金。
磁晶胞也可以由化學(xué)有序CoPt、CoPd、FePt、FePd、CoPt3或CoPd3形成。CoPt、CoPd、FePt或FePd的化學(xué)有序合金(在它們的體形態(tài)下)是公知的面心四方(FCT)L10有序相材料(也叫CuAu材料)。它們公知的具有高的磁晶各向異性和磁矩。L10相的c軸是易磁化軸，并垂直于襯底取向，于是使得它們很適合作為垂直磁記錄介質(zhì)的材料。類似于Co/Pt和Co/Pd多層，這些層具有非常強(qiáng)的垂直各向異性。
盡管在上述例子中Pd被用作間隔層材料，實質(zhì)上任何非磁性材料都可以作為間隔層材料，只要厚度足以保證島內(nèi)磁晶胞被去磁耦合。其它材料例如Cu、Ag、Au和Ru都可作為間隔層材料的例子。
在利用磁極頭來讀取和寫入的垂直磁記錄系統(tǒng)中，經(jīng)常在襯底上磁性層下使用“軟”磁可滲透底層，以提供來自讀/寫磁極頭的場的流通回路。在使用環(huán)狀頭來讀和寫的垂直磁記錄系統(tǒng)中，軟底層可能就不需要了。可用作軟底層的合金材料包括NiFe、FeAlSi、FeTaN、FeN、CoFeB和CoZrNb。
使用可變寫入電流在多層介質(zhì)上記錄的方法圖4說明了用感應(yīng)寫入頭100在具有兩個單疇磁晶胞的磁島中記錄四種可能磁態(tài)的每一種的方式。頭100是垂直頭，且具有連接到電流源104的線圈102。電流源104是寫驅(qū)動電路的一部分，寫驅(qū)動電路還包括轉(zhuǎn)換電路以產(chǎn)生具有至少兩種不同電流水平I1和I2的雙向?qū)懭朊}沖。寫入電流產(chǎn)生大致垂直磁場，該磁場從寫入磁極105返回到返回磁極107。在兩層介質(zhì)的優(yōu)選實施例中，下磁性層20具有比上磁性層40更高的矯頑力。電流水平I1產(chǎn)生大于下層20的矯頑力的磁寫入場。這樣，如圖4(a)所示，正I1同時改變兩層20、40的磁化方向，并產(chǎn)生A態(tài)。類似地，如圖4(b)所示，負(fù)I1寫入脈沖同時改變兩層20、40的磁化方向，并產(chǎn)生C態(tài)。為了產(chǎn)生D態(tài)，島必須首先處于A態(tài)，之后施加沿“負(fù)”方向的、大小為I2的第二電流脈沖，如圖4(c)所示。這個負(fù)I2電流脈沖產(chǎn)生大于上層40的矯頑力但小于下層20的矯頑力的磁寫入場，所以，只能使僅僅上層40的磁化發(fā)生翻轉(zhuǎn)。相似的，為了產(chǎn)生B態(tài)，島必須先成C態(tài)，之后施加沿“正”方向的、大小為I2的第二電流脈沖，如圖4(d)所示。該正向I2電流脈沖產(chǎn)生大于上層40的矯頑力但小于下層20的矯頑力的磁寫入場，所以，只有上層40的磁化發(fā)生翻轉(zhuǎn)。磁性層間矯頑力的實質(zhì)差異保證了當(dāng)通有I2脈沖時只有磁島中的上部晶胞發(fā)生翻轉(zhuǎn)。然而，島內(nèi)兩晶胞的矯頑力可能十分接近，或者下晶胞的矯頑力只略大于上晶胞的矯頑力，如果介質(zhì)設(shè)計成使得下晶胞離上晶胞足夠遠(yuǎn)。例如，通過恰當(dāng)?shù)剡x擇間隔層30的厚度，當(dāng)通有脈沖I2時，下層40將暴露在比上層20低得多的寫入場。
用熱輔助和固定寫入電流在多層介質(zhì)上記錄的方法圖5說明了用熱輔助感應(yīng)寫入頭100′在具有兩個單疇磁晶胞的磁島中記錄四種可能磁態(tài)的每一種的方式。頭100′是垂直頭，且具有連接到提供固定寫入電流I0的電流源104的線圈102。電流源104是寫驅(qū)動電路的一部分，寫驅(qū)動電路還包括轉(zhuǎn)換電路來產(chǎn)生具有正或負(fù)電流水平I0的雙向?qū)懭朊}沖。頭100′還包括一個電阻加熱器103，它位于寫入磁極105和返回磁極107之間。加熱器103被連接到用于施加電流脈沖使得加熱器103在介質(zhì)上的磁島產(chǎn)生加熱脈沖的電路。美國專利第6493183號描述了一種產(chǎn)生磁寫入場的感應(yīng)寫入頭和加熱介質(zhì)的加熱器。寫入電流I0產(chǎn)生大致垂直磁場，從寫入磁極105返回到返回磁極107。在兩層介質(zhì)的優(yōu)選實施例中，下磁性層20具有比上磁性層40更高的矯頑力。電流水平I0產(chǎn)生大于上層40的矯頑力但小于下層20的矯頑力的磁寫入場。這樣沒有加熱器103的熱輔助的話，只有上層40中晶胞的磁化會在磁寫入場下翻轉(zhuǎn)。然而，當(dāng)用加熱器103加熱介質(zhì)時，下層20的溫度上升到接近下層20中鐵磁性材料的居里溫度，這樣下層20的矯頑力就會降低到由電流I0產(chǎn)生的寫入場以下。所以，如圖5(a)所示，正I0電流脈沖與加熱器103產(chǎn)生的加熱脈沖的組合就改變了兩層20、40的磁化方向并產(chǎn)生A態(tài)。相似的，如圖5(b)所示，負(fù)I0電流脈沖加上加熱器103的加熱脈沖改變了兩層20、40的磁化方向并產(chǎn)生C態(tài)。為了產(chǎn)生D態(tài)，島必須首先處于A態(tài)，之后，加上負(fù)I0電流脈沖，如圖5(c)所示。該負(fù)I0電流脈沖產(chǎn)生大于上層40的矯頑力但小于下層20的矯頑力的磁寫入場，所以只有上層40的磁化發(fā)生翻轉(zhuǎn)。類似的，為了產(chǎn)生B態(tài)，島必須首先處于C態(tài)，之后，加上正I0電流脈沖，如圖5(d)所示。該正I0電流脈沖產(chǎn)生大于上層40的矯頑力但小于下層20的矯頑力的磁寫入場，所以只有上層40的磁化發(fā)生翻轉(zhuǎn)。磁性層間矯頑力的實質(zhì)差異保證了當(dāng)通有I0脈沖時只有磁島中的上部晶胞發(fā)生翻轉(zhuǎn)。然而，島內(nèi)兩晶胞的矯頑力可能十分接近，或下部晶胞的矯頑力只略大于上部晶胞的矯頑力，如果介質(zhì)設(shè)計為使得下部晶胞離上部晶胞足夠遠(yuǎn)。例如，通過恰當(dāng)?shù)剡x擇間隔層30的厚度，當(dāng)通有I0脈沖時，下層40將暴露于比上層20低得多的寫入場。作為這個實施例的一個例子，下層可以由一個6[Co(4)/Pd(10)]多層組成，且矯頑力近似為3000Oe，以及上層可以由一個6[Co(2.5)/Pd(5)]多層組成，且矯頑力近似為2000Oe。10mA的固定寫入電流脈沖將產(chǎn)生磁寫入場大約為3000Oe。幾個毫瓦的加熱脈沖將使兩層的溫度提高近似40K，這樣將減小下層的矯頑力至大約1000Oe。
雖然圖5所示加熱器103位于磁極105、107之間，加熱器也可以位于磁極的任何一側(cè)。而且，加熱器也可以形成為縱向?qū)懭腩^線圈的一部分，就如公開的美國專利申請2003/0021191A1中所描述的，其中，線圈的殼部作為到達(dá)加熱器的電導(dǎo)線。另外，加熱器不一定需要是電阻加熱器，它可以是一個獨立元件，不直接與感應(yīng)寫入頭關(guān)聯(lián)，例如導(dǎo)引光斑至介質(zhì)的激光器，只要加熱脈沖和磁寫入場可以被局域化以保證只有期望晶胞的磁化發(fā)生翻轉(zhuǎn)。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的多層磁記錄系統(tǒng)的磁盤驅(qū)動器實施例的頂視圖。驅(qū)動器200具有支撐傳動裝置230的外殼或基座212和旋轉(zhuǎn)多層磁記錄盤214的驅(qū)動馬達(dá)。盤214襯底可以是任何合適的襯底，例如傳統(tǒng)盤驅(qū)動器中使用的玻璃或鋁鎂(AlMg)襯底。傳動裝置230可以是具有剛性臂234的音圈馬達(dá)(voice coil motor，VCM)旋轉(zhuǎn)傳動裝置，并圍繞樞軸232旋轉(zhuǎn)，如箭頭224所示。一個頭懸浮組件220包括懸浮裝置221，其一端安裝到傳動臂234的末端；和頭架222，例如空氣軸承滑子(air-bearing slider)，安裝到懸浮裝置221的另一端。盤214上的磁島215分布在徑向間隔圓形軌道218上。當(dāng)盤214旋轉(zhuǎn)時，傳動裝置230的運動使頭架222的尋跡端上的頭100接近盤214上的不同數(shù)據(jù)軌道218，從而在磁島215中記錄多層數(shù)據(jù)。前面已經(jīng)提過，寫入圖案化介質(zhì)需要寫入脈沖和島圖案的同步。用磁島來定時寫入的圖案化介質(zhì)磁記錄系統(tǒng)在公開申請US20030107833A1中進(jìn)行了描述，題為“Patternedmedia magnetic recording disk drive with timing of write pulses by sensing thepatterned media”公開于2003年6月12日，與本申請的受讓人相同。
用于記錄圖3所示信號的感應(yīng)寫入頭是常規(guī)的縱向感應(yīng)寫入頭，圖4所示的感應(yīng)寫入頭是垂直頭，具有寫入磁極和返回磁極。本發(fā)明所用的另一類型感應(yīng)寫入頭基于磁力顯微(magnetic force microscopy，MFM)探針，其包括懸臂且在懸臂末端具有一納米銳利的磁性針尖。一類MFM探針在美國專利第5900729中有描述，并示于圖6中。圖7是探針300的側(cè)面剖視圖，示出了安裝到懸臂350的探針體310。探針體310具有一對磁極340、342以及一個感應(yīng)線圈311。線圈311和磁極340、342利用常規(guī)的光刻技術(shù)來制造，眾所周知，在磁盤驅(qū)動薄膜感應(yīng)寫入頭的制造中，線圈和磁極形成于通常的磁盤驅(qū)動空氣軸承滑子的尋跡端。磁極340、342由非磁性間隙314間隔開。磁極340、342相互連接以形成線圈311從其間通過的軛。線圈繞組的截面末端顯示為端視圖中的線圈311。當(dāng)電流流過線圈311時，軛中感應(yīng)出磁場，磁極340、342間產(chǎn)生磁通量，就像傳統(tǒng)縱向薄膜感應(yīng)寫入頭一樣。探針尖320(其形成為與磁極340或342中至少一個接觸，并優(yōu)選地也與間隙314的端面接觸)從磁極的端部延伸。探針尖320至少有一個表面或側(cè)面322與一個磁極接觸，并由磁性材料做成。圖中探針尖320具有大致圓錐形狀，但它的實際形狀能夠變化。圖7所示軛結(jié)構(gòu)的一種替代方式是，線圈可以螺旋式地纏繞在探針尖320、探針體310或懸臂350的周圍，只要這些結(jié)構(gòu)由允許線圈產(chǎn)生的磁場被引導(dǎo)至磁性探針尖320的材料制成。這種類型MFM探針在美國專利5436448中有描述。在使用MFM探針作為感應(yīng)寫入頭的任何這種配置中，線圈接收來自寫驅(qū)動裝置的電流I1或I2，這引起探針尖320在一個方向上被磁化，場強(qiáng)由值I1或I2決定。當(dāng)線圈中流過的電流方向反向時，探針尖的磁化方向也顛倒。這兩個磁化方向如圖8(a)-8(b)所示。這兩種可能的磁化方向和兩種可能的磁場值使得在磁島中能夠?qū)懭胨姆N可能的磁態(tài)(A，B，C，D)，按照參考圖4所描述的相同方式。
在本發(fā)明中利用MFM探針作為感應(yīng)寫入頭的磁盤驅(qū)動器實施例中，帶有探針尖320的懸臂350被安裝到傳動臂234(圖5)。另一類使得MFM探針被用在盤驅(qū)動器中的傳動裝置在美國專利5804710中有描述。然而，感應(yīng)寫入頭的MFM探針型也允許在掃描探針系統(tǒng)中進(jìn)行多層磁記錄。一種掃描探針系統(tǒng)在下文中有描述，″Millipede-A MEMS-Based Scanning-ProbeData-Storage System″，IEEE Transactions on Magnetics，Vol.39，No.2，March2003，pp.938-945。這個”Millipede”(千足蟲)系統(tǒng)是一個熱力學(xué)系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)的記錄是通過加熱探針尖以在聚合物存儲介質(zhì)中形成凹坑而進(jìn)行的。根據(jù)本發(fā)明的多層磁記錄系統(tǒng)的掃描探針實施例如圖9所示。多層磁記錄介質(zhì)400就如參考圖1所作的描述，并包括襯底401和磁島402。島402在襯底401上排列成互相垂直行的x-y陣列。襯底401由xyz掃描儀的平臺402所支撐。MFM型探針尖410陣列和相關(guān)聯(lián)的懸臂411被制造在芯片420上。通過xyz掃描儀，芯片420和介質(zhì)400可以沿x-y方向彼此相對移動。這樣各個探針只與整個島陣列的部分有關(guān)聯(lián)，只尋址此部分的島。多元驅(qū)動器(MUX)430、432允許寫入電流I1、I2被獨立傳送到各個MFM探針。
以上所描述和圖9所示的掃描探針系統(tǒng)具有一個探針陣列。然而，根據(jù)本發(fā)明的掃描探針多層磁記錄系統(tǒng)也可能僅具有與xyz掃描儀協(xié)作的單個探針，按照傳統(tǒng)MFM系統(tǒng)的方式。
盡管參考優(yōu)選實施例對本發(fā)明進(jìn)行了具體說明和描述，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將會理解，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，形式和細(xì)節(jié)都可以進(jìn)行各種變化。相應(yīng)的，公開的發(fā)明被認(rèn)為僅僅是說明性的，并且僅局限于附加權(quán)利要求所指明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種磁記錄介質(zhì)，包括一襯底；和在所述襯底上的多個間隔開的磁島，各個島包括至少兩個堆疊的磁晶胞，每個晶胞具有垂直磁各向異性并與該島中其它晶胞分離。
2.如權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中島內(nèi)每兩個相鄰晶胞的磁矩定向為平行或反平行。
3.如權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中各個晶胞是單磁疇。
4.如權(quán)利要求3的介質(zhì)，其中各個晶胞的磁矩定向為實質(zhì)上垂直于所述襯底的兩個相反方向中的一個。
5.如權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中各個島包括用于分隔所述晶胞的、所述堆疊晶胞間的一非磁性材料層。
6.如權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中所述島由空隙分隔開。
7.如權(quán)利要求6的介質(zhì)，其中所述襯底被構(gòu)圖成多個柱，并且其中所述島形成于所述柱上。
8.如權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中所述島通過形成于所述島之間的所述襯底上的并且基本不具有垂直磁各向異性的間隔材料而分開。
9.如權(quán)利要求8的介質(zhì)，其中所述間隔材料是非磁性的。
10.如權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中每個島中僅存在兩個晶胞。
11.如權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中每個晶胞是選擇自包含Co和Fe的組的第一種材料和選擇自包含Pt和Pd的組的第二種材料的交替層的多層，所述多層具有實質(zhì)上垂直于所述襯底的磁各向異性。
12.如權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中每個晶胞由包括Co、Ni、Fe及其合金的一種以上的鐵磁性材料所形成。
13.如權(quán)利要求12的介質(zhì)，其中每個晶胞由具有實質(zhì)上垂直于所述襯底的磁晶各向異性的、包括Co和Cr的合金的鐵磁性材料所形成。
14.如權(quán)利要求13的介質(zhì)，其中每個晶胞直接形成于生長增強(qiáng)亞表層上。
15.如權(quán)利要求14的介質(zhì)，其中形成所述生長增強(qiáng)亞表層的材料選擇自包括Ti、TiCr、C、NiAl、SiO2和CoCr的組，這里在CoCr亞表層中Cr的原子百分比約為35-40。
16.如權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中各島中最靠近所述襯底的晶胞的磁矯頑力大于該島內(nèi)其它晶胞的磁矯頑力。
17.如權(quán)利要求1的介質(zhì)，還包括位于所述島的下面所述襯底上的一底層。
18.如權(quán)利要求17的介質(zhì)，其中所述底層是材料選擇自包括NiFe、FeAlSi、FeTaN、FeN、CoFeB和CoZrNb的組的軟磁可滲透底層。
19.如權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中所述島置于所述襯底上多個大致同心圓形軌道中。
20.如權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中所述島置于所述襯底上的互相垂直行的陣列中。
21.一種圖案化磁記錄介質(zhì)，包括一襯底和該襯底上的多個間隔開的磁島，每個島包括至少兩個堆疊磁晶胞，每個晶胞具有(a)實質(zhì)上垂直于所述襯底的磁各向異性，(b)與該島內(nèi)相鄰晶胞的磁矩實質(zhì)上去耦合的磁矩，和(c)不同于該島內(nèi)相鄰晶胞的矯頑力的磁矯頑力。
22.如權(quán)利要求21的介質(zhì)，其中每個島還包括使相鄰晶胞的磁矩去耦合的、相鄰晶胞間的一間隔層。
23.如權(quán)利要求21的介質(zhì)，其中所述島由空隙分隔。
24.如權(quán)利要求23的介質(zhì)，其中所述襯底被構(gòu)圖成多個柱，并且其中所述島形成于所述柱上。
25.如權(quán)利要求21的介質(zhì)，其中所述島通過形成于所述島之間的所述襯底上的、基本不具有垂直磁各向異性的間隔材料而分開。
26.如權(quán)利要求25的介質(zhì)，其中所述間隔材料是非磁性的。
27.如權(quán)利要求21的介質(zhì)，其中每個島中只存在兩個晶胞。
28.如權(quán)利要求21的介質(zhì)，其中每個晶胞是選擇自包含Co和Fe的組的第一種材料和選擇自包含Pt和Pd的組的第二種材料的交替層的多層，所述多層具有實質(zhì)上垂直于所述襯底的磁各向異性。
29.如權(quán)利要求21的介質(zhì)，其中每個晶胞由包括Co、Ni、Fe及其合金的一種以上的鐵磁性材料所形成。
30.如權(quán)利要求29的介質(zhì)，其中每個晶胞由具有實質(zhì)上垂直于所述襯底的磁晶各向異性的、包括Co和Cr的合金的鐵磁性材料所形成。
31.如權(quán)利要求30的介質(zhì)，其中每個晶胞直接形成于生長增強(qiáng)亞表層上。
32.如權(quán)利要求31的介質(zhì)，其中形成所述生長增強(qiáng)亞表層的材料選擇自包括Ti、TiCr、C、NiAl、SiO2和CoCr的組，這里在CoCr亞表層中Cr的原子百分比約為35-40。
33.如權(quán)利要求21的介質(zhì)，還包括位于所述島的下面所述襯底上的一底層。
34.如權(quán)利要求21的介質(zhì)，其中所述底層是材料選擇自包括NiFe、FeAlSi、FeTaN、FeN、CoFeB和CoZrNb的組的軟磁可滲透底層。
35.如權(quán)利要求21的介質(zhì)，其中所述介質(zhì)是盤，以及所述島置于所述襯底上多個大致同心圓形軌道中。
36.如權(quán)利要求21的介質(zhì)，其中所述島置于所述襯底上的互相垂直行的陣列中。
全文摘要
一種圖案化垂直磁記錄介質(zhì)，具有包含堆疊的單個磁晶胞以提供多層記錄的磁島。島內(nèi)的各個晶胞由一種或一系列材料形成，使得晶胞具有垂直磁各向異性并且為單磁疇。通過非磁性間隔層，每個晶胞與該島內(nèi)的其他晶胞是去磁耦合的。于是每個晶胞的磁化(磁矩)可以沿兩個方向(進(jìn)入或離開構(gòu)成晶胞的層的平面)的一個，并且這個磁化與該島內(nèi)其他晶胞的磁化是彼此獨立的。這使得可以在每個磁島中記錄多個磁級或狀態(tài)。
文檔編號G11B5/66GK1624771SQ20041009465
公開日2005年6月8日 申請日期2004年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月3日
發(fā)明者曼弗雷德·阿爾布雷克特, 奧拉夫·赫爾威格, 胡國菡, 布魯斯·D·特里斯 申請人:日立環(huán)球儲存科技荷蘭有限公司