專利名稱：垂直磁存儲(chǔ)媒體、其制造方法和磁存儲(chǔ)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般地說(shuō)本發(fā)明涉及垂直磁存儲(chǔ)媒體、其制造方法和包含該垂直磁存儲(chǔ)媒體的磁存儲(chǔ)裝置，具體地說(shuō)涉及適合于高密度記錄和再現(xiàn)的垂直磁存儲(chǔ)媒體、其制造方法和包含該垂直磁存儲(chǔ)媒體的磁存儲(chǔ)裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，磁存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)容量已經(jīng)極大地?cái)U(kuò)大了，它的物理尺寸顯著減小，并且例如面內(nèi)磁存儲(chǔ)器的磁盤驅(qū)動(dòng)器的記錄密度以每年100％的速度增長(zhǎng)。
因?yàn)橄噜彽拇呕瘏^(qū)彼此不相互干擾，對(duì)反磁性場(chǎng)幾乎不產(chǎn)生影響，因此可以設(shè)計(jì)出垂直磁存儲(chǔ)器提供記錄密度遠(yuǎn)高于面內(nèi)磁存儲(chǔ)器，從而垂直磁存儲(chǔ)器再次引起了人們的注意。
為了增加垂直磁存儲(chǔ)媒體的記錄密度，必須減小記錄層的記錄媒體噪聲，同時(shí)穩(wěn)定輸出信號(hào)。為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，用于記錄層的硬磁性金屬薄膜的晶體超微顆粒(nanoparticle)的直徑必須細(xì)微并且均勻。通常，已經(jīng)將CoCr體系合金的薄膜用作記錄層。為了使超微顆粒的直徑較小，元素比如V、Nb等已加入到CoCr體系合金中。但是，由于這種直徑變得越來(lái)越小，控制超微顆粒的直徑的分布已經(jīng)變?yōu)楹茈y，因此很難制造適合于更高的密度記錄的記錄層。
作為相對(duì)容易獲得用于記錄層的細(xì)微的并且均勻的直徑的硬磁性超微顆粒的技術(shù)，Sun等人在Science(287th volume No.17(2000)pp.1989)中和JP，2000-54012，A中提出了化學(xué)方法。根據(jù)這種方法，硬磁性超微顆粒在化學(xué)上化合并通過分子間的力自發(fā)地取向，由此獲得有序地取向的硬磁性超微顆粒。在記錄層中，其中使超微顆粒以這種方式取向，減小超微顆粒的交換相互作用和靜磁交互作用，并降低記錄媒體噪聲。但是，由于這些交互作用減小，記錄的磁化的熱穩(wěn)定性也降低了。
為提高熱穩(wěn)定性，需要考慮使用具有高磁各向異性能的材料。有序合金比如FePt、CoFe和FePd都是適合的材料。
如果通過上述的技術(shù)化學(xué)地化合，則比如FePt的超微顆粒具有較低的磁各向異性能和低的矯頑磁力，通過上述的技術(shù)化合的超微顆粒并不能用于記錄和再現(xiàn)。然后，為提高磁各向異性能，在大約600℃的溫度下執(zhí)行熱處理以使超微顆粒成為有序合金。從防止超微顆粒的氧化的觀點(diǎn)看在真空的環(huán)境中實(shí)施熱處理。
但是，即使簡(jiǎn)單地執(zhí)行熱處理，硬磁性超微顆粒的磁性取向在三維中保持隨機(jī)。因此，即使試圖將垂直記錄方法用于高密度記錄和再現(xiàn)，并不能獲得足夠的再現(xiàn)和輸出，并且不能執(zhí)行高密度的記錄和再現(xiàn)。
此外，熱處理降低了包括在垂直磁存儲(chǔ)媒體中的軟磁性襯墊層的性能，該垂直磁存儲(chǔ)媒體是由多晶體比如非晶體材料和微晶體的坡莫合金制成。更具體地說(shuō)，通過在高溫下的熱處理，矯頑磁力和磁性變形增加，軟磁性襯墊層的軟磁性的高頻特性降低，因此不能進(jìn)行高密度記錄和再現(xiàn)。
此外，在高溫?zé)崽幚碇?，使垂直磁存?chǔ)媒體的玻璃襯底和鋁襯底軟化，并且降低襯底的平整性。再現(xiàn)頭必須接近垂直磁存儲(chǔ)媒體幾十納米以再現(xiàn)高密度記錄和再現(xiàn)。具有較差的平整性的垂直磁存儲(chǔ)媒體可能造成比如磁頭碰撞的問題，并且不能實(shí)施高密度的記錄和再現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，考慮到上述的問題作出了本發(fā)明，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于高密度記錄和再現(xiàn)的垂直磁存儲(chǔ)媒體、其制造方法和包含該垂直磁存儲(chǔ)媒體的磁存儲(chǔ)裝置，它們基本消除由已有技術(shù)的限制和缺陷造成的一種或多種問題。
下文闡述本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，其中部分從說(shuō)明書和附圖中可以清楚看出，部分通過在說(shuō)明書中的教導(dǎo)實(shí)踐本發(fā)明可以得出。用于高密度記錄和再現(xiàn)的垂直磁存儲(chǔ)媒體、其制造方法和包含該垂直磁存儲(chǔ)媒體的磁存儲(chǔ)裝置可以實(shí)現(xiàn)并達(dá)到本發(fā)明的目的以及其它特征，在說(shuō)明書中完整、清楚、簡(jiǎn)明和精確的術(shù)語(yǔ)描述這些以使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明的目的并為實(shí)現(xiàn)這些和其它的優(yōu)點(diǎn)，如在此的具體表述和一般地描述，本發(fā)明提供如下的用于高密度記錄和再現(xiàn)的垂直磁存儲(chǔ)媒體、其制造方法和包含該垂直磁存儲(chǔ)媒體的磁存儲(chǔ)裝置。
本發(fā)明提供包括通過將硬磁性超微顆粒設(shè)置在襯底上形成的記錄層的垂直磁存儲(chǔ)媒體，其中該硬磁性超微顆粒的平均直徑的范圍在2納米和10納米之間，它的標(biāo)準(zhǔn)偏差小于該超微顆粒的平均直徑的10％，在硬磁性超微顆粒之間的平均間隔的范圍在0.2納米和5納米之間，并且記錄層的易磁化軸垂直于襯底的表面。
在本發(fā)明中，使硬磁性超微顆粒的直徑極小，控制超微顆粒的直徑的分布，并且在硬磁性超微顆粒之間的平均間隔被控制到一個(gè)固定的范圍。因此，抑制了在硬磁性超微顆粒之間的交換作用和靜磁交互作用，并且減小了記錄媒體噪聲。此外，記錄層的易磁化軸設(shè)置成垂直于襯底表面，即記錄層具有垂直的磁各向異性，以使通過垂直磁存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)足夠的再現(xiàn)輸出。以這種方式可以實(shí)現(xiàn)高密度記錄和再現(xiàn)。
在此“記錄層的易磁化軸垂直于襯底的表面”是指每個(gè)硬磁性超微顆粒的易磁化軸大致垂直地對(duì)齊，并且呈一定角度分布。角度分布以比率HC2/HC1表示，這里HC1表示在與襯底表面(即記錄層的薄膜的表面)垂直的方向上的矯頑磁力的垂直矯頑磁力，HC2表示在與襯底表面平行的方向上的矯頑磁力的面內(nèi)矯頑磁力。比率HC2/HC1優(yōu)選為30％或更小，更為優(yōu)選的是10％或更小。這里，比率足夠小，在記錄之后的剩余磁性的磁化躍遷區(qū)的寬度變窄，并且實(shí)現(xiàn)了適合于高密度記錄和再現(xiàn)的垂直磁存儲(chǔ)器。
本發(fā)明的硬磁性超微顆粒包含從由Fe、Co、Ni、Pt和Pd組成的組中選擇的至少兩種或更多種元素。
本發(fā)明使用合金，比如FePt和CoPd用于形成記錄層的硬磁性超微顆粒。該合金具有鐵磁性、高磁各向異性能和高垂直矯頑磁力，因?yàn)橐状呕S垂直于襯底設(shè)置。因此，形成了具有較小的磁化躍遷區(qū)的記錄位，并且在高密度記錄和再現(xiàn)中可以實(shí)現(xiàn)足夠再現(xiàn)輸出。此外，例如通過在磁場(chǎng)中熱處理合金可以提供更強(qiáng)的矯頑磁力，這種熱處理調(diào)整了原子排列，并且可以使硬磁性超微顆粒的易磁化軸與襯底表面垂直對(duì)齊。在此，F(xiàn)e、Co和Ni中的僅一種元素的硬磁性超微顆粒具有鐵磁性，但是磁各向異性能并不足以適合于高密度記錄和再現(xiàn)。
本發(fā)明提高了一種由Fe、Co、Ni、Al、Si、Ta、Ti、Zr、Hf、V、Nb、C和B中至少一種元素的合金制成的軟磁性襯墊層，由此可以防止單極磁頭的磁場(chǎng)在記錄層的水平(面內(nèi))方向擴(kuò)展，以使磁場(chǎng)垂直地施加到記錄層，形成了具有微小的磁化躍遷區(qū)的記錄位。
本發(fā)明也提供這種垂直磁存儲(chǔ)媒體的制造方法，這種方法包括如下的處理在該處理中將磁性垂直地施加到記錄層，同時(shí)對(duì)記錄層實(shí)施在氣體環(huán)境中的熱處理。在磁場(chǎng)中的熱處理過程使記錄層的易磁化軸垂直于襯底表面。
這樣，調(diào)整了合金的原子(形成了順序合金)，并且使易磁化軸垂直于襯底表面，提供了適合于高密度記錄和再現(xiàn)的增加的垂直矯頑磁力。
本發(fā)明的制造方法提供在磁場(chǎng)中的熱處理，這種熱處理采用這樣的原理氣體環(huán)境壓力越高，熱處理溫度越低。
更低的熱處理溫度可以防止具有所需垂直矯頑磁力的存儲(chǔ)媒體的記錄層的平整性的降低，并且防止軟磁性襯墊層的高頻特性的質(zhì)量降低。
本發(fā)明的熱處理使用防止硬磁性超微顆粒被氧化的氣體。這樣，可以防止由氧化造成的矯頑磁力的質(zhì)量降低?？扇〉氖?，N2氣體用作熱處理的氣體。在較低的熱處理溫度下可以實(shí)現(xiàn)所需的垂直矯頑磁力。
本發(fā)明也提供了裝備有根據(jù)本發(fā)明的垂直磁存儲(chǔ)媒體的磁存儲(chǔ)裝置。
這樣，本發(fā)明的磁存儲(chǔ)裝置能夠進(jìn)行高密度記錄和再現(xiàn)。


附圖1所示為本發(fā)明的一種實(shí)施例的垂直磁存儲(chǔ)媒體的結(jié)構(gòu)的剖面圖；附圖2所示為本發(fā)明的一種實(shí)施例的垂直磁存儲(chǔ)媒體的制造過程的視圖；附圖3所示為旋涂器的輪廓結(jié)構(gòu)的視圖；附圖4所示為浸涂器的輪廓結(jié)構(gòu)的視圖；附圖5所示為使用常規(guī)狀態(tài)的磁體在磁場(chǎng)設(shè)備中的熱處理的結(jié)構(gòu)的剖視圖；附圖6所示為使用超導(dǎo)磁體在磁場(chǎng)設(shè)備中的熱處理的結(jié)構(gòu)的剖視圖；附圖7所示為說(shuō)明在垂直矯頑磁力和熱處理溫度之間的關(guān)系的視圖；附圖8所示為說(shuō)明在構(gòu)成硬磁性超微顆粒的FePt的c軸的晶格常數(shù)和熱處理溫度之間的關(guān)系的視圖；附圖9所示為說(shuō)明在本發(fā)明的第五實(shí)施例中在垂直磁存儲(chǔ)媒體的垂直矯頑磁力和N2氣體環(huán)境壓之間的關(guān)系的附圖；附圖10所示為本發(fā)明的第六和第七實(shí)施例的垂直磁存儲(chǔ)媒體的X-射線衍射圖形的視圖；附圖11所示為磁存儲(chǔ)裝置的實(shí)施例的原理部分的剖面圖；和附圖12所示為在附圖11所示的磁存儲(chǔ)裝置的實(shí)施例的原理部分的平面視圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
附圖1所示為本發(fā)明的實(shí)施例的垂直磁存儲(chǔ)媒體10的剖視圖。如附圖1所示，垂直磁存儲(chǔ)媒體10包括襯底11，在襯底11上以如下順序?qū)盈B有如下的層軟磁襯墊層12、非磁性中間層13、由硬磁性超微顆粒17制成的記錄層14、外涂層15和滑性層16。
例如襯底11是結(jié)晶的玻璃襯底、鋼化玻璃襯底、鋁襯底、Si晶片、塑料襯底、PET薄膜等。從耐熱的觀點(diǎn)看優(yōu)選使用結(jié)晶的玻璃襯底、Si晶片等。
軟磁襯墊層12是由軟磁性材料形成，其厚度在100納米和2微米之間，并且具有較高的飽和通量密度Bs，比如由Fe、Co、Ni、Al、Si、Ta、Ti、Zr、Hf、V、Nb、C和B中至少一種元素的細(xì)微晶體的合金和無(wú)定型合金以及合金的層疊膜。例如，使用FeAlSi、FeTaC、NiFeNb(Bs＝0.7T)、CoCrNb(Bs＝1.2T)等。軟磁襯墊層12由電鍍法、濺射法、真空蒸發(fā)法、CVD法(化學(xué)汽相淀積法)等形成。在通過單極磁頭記錄時(shí)軟磁襯墊層12用于從單極磁頭中吸收所有的磁通量。為了實(shí)施飽和的記錄，理想的是包含飽和通量密度Bs和薄膜厚度的乘積盡可能地大。此外，理想的是軟磁性的高頻特性例如高頻導(dǎo)磁率盡可能地高，以便實(shí)現(xiàn)以較高的傳遞速度進(jìn)行記錄。在此，在環(huán)形磁頭執(zhí)行記錄時(shí)，不需要提供軟磁襯墊層12。
非磁性中間層為1納米至50納米厚度，并且由非磁性材料構(gòu)成，比如Ti、C、Pt、TiCr、CoCr、SiO2、MgO和Al2O3。此外，非磁性中間層13可以是包含這些材料的層疊膜。非磁性中間層13由濺射法、真空蒸發(fā)法、CVD法等形成。形成非磁性中間層13例如用于截?cái)嘬洿乓r墊層12和記錄層14的靜磁相互作用。
記錄層14包括硬磁性超微顆粒17，每個(gè)超微顆粒為球形并且該超微顆粒對(duì)齊，無(wú)定型碳填充了在硬磁性超微顆粒17之間的間隙。記錄層14的厚度設(shè)定在3納米和50納米之間。在此，記錄層14可以由硬磁性超微顆粒17的單層或在膜厚度的方向上層疊的疊加層組成。
至于硬磁性超微顆粒17，使用材料的合金，例如FePt、FePd、CoPt和CoPd。這些合金具有較高的磁各向異性能，提供了較高的垂直矯頑磁力。在此，合金的成分以Fe100-xPtx、Fe100-xPdx、Co100-xPtx和Co100-xPdx表示，下標(biāo)表示含量的百分比。理想的X的范圍在20at％和60at％之間，更為可取的是在35at％和55at％之間。通過將組成成分設(shè)定在該范圍中，可以實(shí)現(xiàn)更加高的磁各向異性能，并獲得較高的垂直矯頑磁力。
此外，N、B、C或P可以加入到這些合金中作為第三元素，以實(shí)現(xiàn)更高的磁各向異性能和更高的垂直矯頑磁力。
硬磁性超微顆粒17的超微顆粒的平均直徑設(shè)定在2納米和10納米之間。如果該超微顆粒的平均直徑超過10納米，則在硬磁性超微顆粒17之間的間隔空間(該間隔是非磁性的)變大，造成記錄媒體噪聲增加。如果設(shè)定該超微顆粒的平均直徑小于2納米，則在室溫下硬磁性超微顆粒17易于變成超順磁，造成不能維持鐵磁性。
此外，硬磁性超微顆粒17的直徑的標(biāo)準(zhǔn)偏差設(shè)定在硬磁性超微顆粒17的平均直徑的10％或更小。如果標(biāo)準(zhǔn)偏差超過硬磁性超微顆粒17的平均直徑的10％，則硬磁性超微顆粒17的靜磁交互作用的分布變大，并且記錄媒體噪聲增加。
此外，在硬磁性超微顆粒17之間的間隙的平均值(即在相鄰的硬磁性超微顆粒17的平均間隔)設(shè)定在0.2納米和5納米之間。如果平均間隔超過5納米，在硬磁性超微顆粒17之間的非磁性的間隔部分的體積變大，并且記錄媒體噪聲增加，或者再現(xiàn)輸出降低。如果平均間隙小于0.2納米，則在硬磁性超微顆粒17之間的交換交互作用增加，并且記錄媒體噪聲增加。
一般，記錄層14的易磁化軸垂直于襯底表面。更詳細(xì)地說(shuō)，硬磁性超微顆粒17的易磁化軸大致垂直，并且具有角度分布。該角度分布以比率HC2/HC1表示，這里HC1表示垂直矯頑磁力，而HC2表示面內(nèi)矯頑磁力。該比率優(yōu)選設(shè)定為小于30％，更為可取的是小于10％。在這個(gè)范圍中，在記錄之后的剩磁的磁化躍遷區(qū)的寬度變窄，由此實(shí)現(xiàn)了適合于高密度記錄和再現(xiàn)的垂直磁存儲(chǔ)媒體。
外涂層15的厚度為0.5納米至15納米，并且由碳、碳化氫、碳氮化合物等構(gòu)成。外涂層15通過濺射法、CVD法等方法形成。
滑性層16的厚度為0.5納米至5納米，并且形成在外涂層15上?；詫?6由例如包含全氟代聚醚作為主要鏈的潤(rùn)滑劑等構(gòu)成?；詫?6通過浸涂法等形成。
在下文中，參考附圖2解釋本實(shí)施例的垂直磁存儲(chǔ)媒體10的制造方法，該附圖所示為垂直磁存儲(chǔ)媒體10的制造過程。
參考附圖2，垂直磁存儲(chǔ)媒體10的制造過程包括制備超微顆粒的己烷溶液的過程(步驟101-步驟103)、從在其中施加超微顆粒的己烷溶液的襯底11中制備襯底21的過程(步驟104和步驟105)和將超微顆粒的己烷溶液施加到襯底21以形成記錄層14并在磁場(chǎng)中執(zhí)行熱處理等的過程(步驟106-步驟109)。
首先，在制備超微顆粒的己烷溶液的過程(步驟101-步驟103)中，以這樣順序執(zhí)行金屬前體溶液的形成(步驟101)、超微顆粒的產(chǎn)生(步驟102)和超微顆粒的精煉(步驟103)。
(金屬前體溶液的形成(步驟101))在步驟101中，在N2氣環(huán)境中在100℃下將Pt的合成物(例如，0.5mmol的乙酰丙酮鉑Pt(C5H7O2))和還原劑(例如，1.5mmol的1，2-六癸烷二醇(1，2-hexa decandiol))溶解在作為溶劑的20cm3的二辛醚中。
然后，F(xiàn)e的合成物(例如1mmol的五羰基鐵Fe(CO)5)和穩(wěn)定劑(例如0.5mmol的油酸和0.5mmol的油烯基胺)混合。這就形成了金屬前體溶液。將該溶液加熱到297℃，同時(shí)分餾并攪拌。通過Pt合成物和Fe的合成物的量的比率可以控制要形成的FePt的超微顆粒的組成成分。
(超微顆粒的產(chǎn)生(步驟102))接著，在297℃下攪拌該金屬前體溶液30分鐘，以使超微顆粒長(zhǎng)大。因此，形成了直徑為6納米和平均間隙為4納米的Fe50Pt50的超微顆粒。通過覆蓋超微顆粒的表面的穩(wěn)定劑穩(wěn)定該超微顆粒，并且在空氣中處理該超微顆粒。
此外，通過選擇穩(wěn)定劑可以控制在超微顆粒之間的平均間隙。例如，如果使用己二酸和己胺(hexylamin)，則可以將超微顆粒的平均間隙設(shè)定為1納米。如下文所述，雖然將要通過在磁場(chǎng)進(jìn)行的熱處理把超微顆粒轉(zhuǎn)換為硬鐵磁超微顆粒，但是在這個(gè)階段它們并不具有鐵磁性。
(超微顆粒的精煉(步驟103))接著，消除合成的副產(chǎn)品和與超微顆粒相關(guān)的剩余(未反應(yīng))試劑。為此，加入乙醇，并沉淀超微顆粒并離心機(jī)消除上層清液。此外，超微顆粒重新分布在己烷中，并加入乙醇。然后，沉淀超微顆粒并離心機(jī)消除上層清液，以便再次執(zhí)行精煉。
接著，參考附圖2，在制備將超微顆粒的己烷溶液施加到其中的襯底21的過程中，以如下的順序執(zhí)行這兩個(gè)過程在襯底11上的軟磁襯墊層12的薄膜形成(步驟104)和非磁性中間層13的薄膜形成(步驟105)。
(軟磁襯墊層的薄膜形成(步驟104))在襯底11(例如具有通過熱氧化在它的表面上形成的SiO2的2.5英寸的Si襯底)上，通過電鍍法、真空蒸發(fā)法等方法形成軟磁襯墊層12的薄膜。
(非磁性中間層13的薄膜形成(步驟105))通過電鍍法、濺射法、真空蒸發(fā)法、CVD法等方法在軟磁襯墊層12上形成非磁性中間層13的薄膜。
接著，參考附圖2，在在磁場(chǎng)中實(shí)施熱處理的過程(步驟106-步驟109)等中，給已經(jīng)處理為非磁性中間層13的襯底21施加超微顆粒的己烷溶液。然后，在磁場(chǎng)中執(zhí)行熱處理(步驟107)以調(diào)整超微顆粒并產(chǎn)生鐵磁性以及執(zhí)行垂直磁各向異性。然后，以如下的順序執(zhí)行在記錄層14上的外涂層15的薄膜形成(步驟108)和將滑性層16應(yīng)用到涂層15(步驟109)。
(超微顆粒的己烷溶液的應(yīng)用(步驟106))密度為5mg/cm3的大約1.3cm3的己烷溶液施加(例如通過旋涂器30)到在其中已經(jīng)形成了非磁性中間層13的襯底21上，在該己烷溶液中超微顆粒重新分布。附圖3所示為旋涂器30的主要結(jié)構(gòu)。參考附圖3，旋涂器30包括滴定包含超微顆粒的己烷溶液的進(jìn)料器31和旋轉(zhuǎn)襯底21的主軸32。首先，非磁性中間層13已經(jīng)形成到其中的襯底21連接到主軸32，并且在附圖3所示的箭頭方向上以較低的速度旋轉(zhuǎn)主軸32。在滴定了預(yù)定量的溶液之后，主軸32在箭頭的方向上以較高的速度旋轉(zhuǎn)主軸32，以使己烷溶液在整個(gè)襯底21上擴(kuò)散。通過調(diào)整主軸32的旋轉(zhuǎn)速度和己烷溶液的密度可以控制超微顆粒的層的數(shù)量。
可替換的是，使用浸涂法，而不使用旋涂法，以便在一次操作中將己烷溶液涂在襯底21的兩側(cè)上。附圖4所示為浸涂器40的主要結(jié)構(gòu)。參考附圖4，襯底21浸入填充了調(diào)整到預(yù)定密度的己烷溶液的管41中預(yù)定的周期，然后在箭頭表示的Z的方向上以恒定的速度拉襯底21。通過調(diào)整速度和己烷溶液的密度控制超微顆粒的層數(shù)。
施加了己烷溶液的襯底21稱為襯底22。干燥襯底22大約5分鐘。形成了FePt的超微顆粒的自組織，這種超微顆粒具有多層臺(tái)階狀超網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。這樣，具有適當(dāng)取向的超微顆粒的記錄層14形成在非磁性中間層13上。在此，在這個(gè)階段中，由于超微顆粒在室溫下不具有鐵磁性，因此記錄層14不具有鐵磁性。
(在磁場(chǎng)中的熱處理(步驟107))接著，使用熱處理設(shè)備50執(zhí)行在磁場(chǎng)中的熱處理。首先，具有所形成的記錄層14的襯底22設(shè)置在熱處理設(shè)備的室中，在下文中詳細(xì)地描述該熱處理設(shè)備。排出在這個(gè)室中的空氣直到氣體壓力變?yōu)榇蠹s10-5pa。然后，填充預(yù)定的氣體以達(dá)到預(yù)定的壓力。然后，將溫度升高到預(yù)定的熱處理溫度，并施加在預(yù)定的周期磁場(chǎng)。然后，降低溫度。
附圖5所示為用于在磁場(chǎng)進(jìn)行熱處理的熱處理設(shè)備50。附圖5所示為說(shuō)明在正常狀態(tài)(即，不是超導(dǎo)磁體)中應(yīng)用磁體的熱處理設(shè)備50的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
參考附圖5，熱處理設(shè)備50包括在正常狀態(tài)中的兩個(gè)磁體52、在兩個(gè)磁體52里面相對(duì)著的兩個(gè)加熱器51和在兩個(gè)磁頭里面的夾具(未示)，每個(gè)磁體具有彼此不同并且相對(duì)著的兩個(gè)磁極，該夾具固定在其上已經(jīng)形成了記錄層14的襯底22和包圍著襯底22的室53。至于加熱器51，使用陶瓷加熱器(PBN加熱器(熱分解氮化硼加熱器))或者加熱燈。此外，在正常狀態(tài)下的磁體52用于均勻地在襯底22上施加直流磁場(chǎng)。
襯底22固定到夾具上，并且在垂直的方向上(例如在附圖的箭頭表示的H所示的方向)通過在正常狀態(tài)下的磁體52將直流磁場(chǎng)施加到襯底22，同時(shí)加熱器加熱襯底22。
此外，熱處理設(shè)備使用超導(dǎo)磁體而不使用在正常狀態(tài)下的磁體52。附圖6所示為使用超導(dǎo)磁體的熱處理設(shè)備60的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
參考附圖6，熱處理設(shè)備60包括柱狀超導(dǎo)磁體63、設(shè)置在超導(dǎo)磁體63的中心開口上的加熱器62、用于在加熱器62中設(shè)置襯底22的單盤處理夾具(未示)和包圍襯底22的室61。加熱器62與由熱處理設(shè)備50所使用的加熱器51相同。襯底22設(shè)置在單盤處理夾具上，并且通過加熱器62加熱襯底22，同時(shí)通過超導(dǎo)磁體63將在垂直方向(例如在由附圖6中的箭頭表示的H的方向)上的直流磁場(chǎng)施加到襯底22。
不管通過正常狀態(tài)下的磁體52還是通過超導(dǎo)磁體63產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)的強(qiáng)度都設(shè)置在790kA/m(10kOe)和7900kA/m(100kOe)之間。如果磁場(chǎng)強(qiáng)度在790kA/m(10kOe)之下，則硬磁性超微顆粒17不會(huì)垂直取向到滿意的程度。另外，如果磁場(chǎng)強(qiáng)度超過7900kA/m(100kOe)之上，則超導(dǎo)磁體63等變大，使熱處理設(shè)備不實(shí)用。
熱處理的溫度在200和600℃之間。如果溫度超過600℃，則雖然可以獲得較高的矯頑磁力，但是襯底(比如結(jié)晶的玻璃襯底)將會(huì)變軟并且降低平整性。另一方面，如果溫度低于200℃，則不能獲得硬磁性超微顆粒17的足夠矯頑磁力。熱處理的溫度優(yōu)選設(shè)置在300和500℃之間的范圍中。在本溫度范圍中，可以使用鋼化玻璃作為襯底材料，并且可以防止軟磁襯墊層磁特性的惡化。
為進(jìn)行熱處理，從N2、He、Ne、Ar、Kr、Xe和H2的組中選擇的至少一種氣體可以作為熱處理的環(huán)境氣體。通過應(yīng)用具有惰性或還原特性的氣體，可以防止軟磁襯墊層12和硬磁性超微顆粒17的氧化。理想的是作為熱處理的環(huán)境氣體的氣體是N2。N2被認(rèn)為可用于以處理的合金形成干預(yù)型合金，比如FePt，這種合金構(gòu)成了硬磁性超微顆粒17，由此形成了比允許熱處理溫度更低的Ar等具有更高的垂直矯頑磁力。
此外，熱處理的氣體環(huán)境的壓力優(yōu)選設(shè)置在1和10+6Pa之間的范圍中。在給定的熱處理溫度下，壓力越高，記錄層14的矯頑磁力越高。如果壓力低于1Pa，則矯頑磁力不增加。更為可取的是，壓力設(shè)置在10+3Pa至10+6Pa的范圍中。
熱處理的時(shí)間是溫度保持在預(yù)定的溫度并且以預(yù)定的強(qiáng)度施加磁場(chǎng)的時(shí)間，熱處理器的時(shí)間設(shè)置在10至20分鐘之間的范圍中。雖然隨著熱處理時(shí)間設(shè)置得更長(zhǎng)矯頑磁力會(huì)增加，但是從生產(chǎn)效率的觀點(diǎn)看該時(shí)間優(yōu)選為大約30分鐘。
(外涂層15的薄膜形成(步驟108))接著在記錄層14上形成外涂層15。對(duì)于外涂層15，可以使用碳、碳化氫、碳化氮等。例如，通過在Ar和H2氣體的混合氣體環(huán)境中通過濺射碳形成碳化氫的外涂層15，其中通過H2氣體調(diào)整局部壓力。
(滑性層16的形成(步驟109))接著，將潤(rùn)滑劑施加到外涂層15以形成滑性層16。為此，例如使用包含全氟代聚醚作為主要鏈的潤(rùn)滑劑。例如，通過浸漬由Ausimont生產(chǎn)的Fomblin AM3001溶液形成滑性層。
以上述的方式形成在附圖1中所示的垂直磁存儲(chǔ)媒體10。
在下文中，描述本發(fā)明的實(shí)施例1至7，與沒有根據(jù)本發(fā)明的比較實(shí)例形成對(duì)比。
(實(shí)施例1)實(shí)施例1的垂直磁存儲(chǔ)媒體如附圖1所示地構(gòu)造，它包括通過熱氧化Si晶片的表面形成的SiO2的表面上的襯底11、由200納米厚度的細(xì)微FeAlSi晶體構(gòu)成的軟磁襯墊層12、由10納米厚的Al2O3構(gòu)成的非磁性中間層13和由Fe50Pt50的硬磁性超微顆粒形成的記錄層14、由4納米厚的碳化氫構(gòu)成的外涂層16和由Fomblin AM3001構(gòu)成的1.0納米厚的滑性層。
執(zhí)行下述的步驟在1.5×104Pa下在減壓的N2的環(huán)境中通過施加3950KA/m(50kOe)的磁場(chǎng)執(zhí)行在形成記錄層14之后的在磁場(chǎng)中的熱處理30分鐘。在三種溫度條件(即，460℃、480℃和530℃)下執(zhí)行熱處理。
構(gòu)成記錄層14的Fe50Pt50的硬磁性超微顆粒17的平均直徑為6.0納米，超微顆粒的直徑的標(biāo)準(zhǔn)偏差為超微顆粒的平均直徑的8％，并且在超微顆粒之間的平均間隔是4.0納米。在此，使用HRTEM(高分辨率傳輸電子顯微鏡)通過對(duì)記錄層14的圖像照相進(jìn)行測(cè)量。使用照相顯示放大2百萬(wàn)倍的圖像，測(cè)量所拍攝的100個(gè)硬磁性超微顆粒17的區(qū)域。假設(shè)每個(gè)超微顆粒的圖像為圓形，則獲得100個(gè)超微顆粒的直徑，然后獲得超微顆粒的平均直徑和該超微顆粒的直徑的標(biāo)準(zhǔn)偏差。通過測(cè)量在100個(gè)硬磁性超微顆粒17之間的間隔獲得硬磁性超微顆粒17的平均間隔。
(實(shí)施例2)與實(shí)施例1類似地構(gòu)造實(shí)施例2的垂直磁存儲(chǔ)媒體。
在1.5×104Pa下在減壓的Ar的環(huán)境中通過施加3950KA/m(50kOe)的磁場(chǎng)執(zhí)行在形成記錄層14之后的在磁場(chǎng)中的熱處理30分鐘。在四種溫度條件(即，460℃、480℃、530℃和560℃)下執(zhí)行熱處理。
(實(shí)施例3)與實(shí)施例1類似地構(gòu)造實(shí)施例3的垂直磁存儲(chǔ)媒體。
在2.5×105Pa下在加壓的N2氣體環(huán)境中通過施加3950KA/m(50kOe)的磁場(chǎng)執(zhí)行在形成記錄層14之后的在磁場(chǎng)中的熱處理30分鐘。在兩種溫度條件(即，360℃和400℃)下執(zhí)行熱處理。
(實(shí)施例4)與實(shí)施例1類似地構(gòu)造實(shí)施例4的垂直磁存儲(chǔ)媒體。
在2.5×105Pa下在加壓的Ar的氣體環(huán)境中通過施加3950KA/m(50kOe)的磁場(chǎng)執(zhí)行在形成記錄層14之后的在磁場(chǎng)中的熱處理30分鐘。在三種溫度條件(即，360℃、400℃和430℃)下執(zhí)行熱處理。
(比較實(shí)例1)與實(shí)施例1類似地構(gòu)造比較實(shí)例1的垂直磁存儲(chǔ)媒體，但這種垂直磁存儲(chǔ)媒體不屬于本發(fā)明。
在2×104Pa下在真空中通過施加3950KA/m(50kOe)的磁場(chǎng)執(zhí)行在形成記錄層之后的在磁場(chǎng)中的熱處理30分鐘。在兩種溫度條件(即，530℃和580℃)下執(zhí)行熱處理。
附圖7所示為在垂直矯頑磁力和熱處理溫度之間的關(guān)系。附圖7清楚地顯示隨著熱處理的溫度變高實(shí)施例1-4的垂直磁存儲(chǔ)媒體的垂直矯頑磁力HC1增加。例如，在實(shí)施例3的熱處理溫度為400℃時(shí)，垂直矯頑磁力Hc1為514kA/m。在這種條件下，測(cè)量在水平方向上的面內(nèi)矯頑磁力Hc2為130kA/m。因此面內(nèi)(水平)矯頑磁力與垂直矯頑磁力之比Hc2/Hc1為25％，表明易磁化軸垂直于襯底。
相反，附圖7所示說(shuō)明了在580℃的更高的熱處理溫度下在比較實(shí)例1的垂直磁存儲(chǔ)媒體的情況下垂直矯頑磁力并不增加。
通過將實(shí)施例1與實(shí)施例3進(jìn)行比較，并且將實(shí)施例2與實(shí)施例4進(jìn)行比較，附圖7進(jìn)一步顯示對(duì)于相同的氣體在氣體環(huán)境的壓力更高時(shí)在更低的熱處理溫度下獲得相同的垂直矯頑磁力。
此外，如果將實(shí)施例1與實(shí)施例2進(jìn)行比較，或者將實(shí)施例3與實(shí)施例4進(jìn)行比較，顯示為獲得相同的垂直矯頑磁力對(duì)于相同的氣體環(huán)境壓力N2的氣體環(huán)境比Ar氣體環(huán)境要求更低的熱處理溫度。
附圖8所示為構(gòu)成硬磁性超微顆粒的FePt的c軸中的晶格常數(shù)和熱處理溫度之間的關(guān)系。參考附圖8，熱處理溫度越高，c軸的晶格常數(shù)越多。通常，F(xiàn)ePt超微顆粒的c軸的晶格常數(shù)越小，調(diào)整超微顆粒越小。因此，附圖8顯示熱處理溫度越高，調(diào)整程度越高。如果將實(shí)施例1與實(shí)施例3相比，或者將實(shí)施例2與實(shí)施例4相比，可以得知對(duì)于相同的氣體壓力通過熱處理使在N2氣體環(huán)境中的c軸的晶格常數(shù)在Ar氣體環(huán)境中的常數(shù)更小(即獲得更高的調(diào)整度)。在此，通過X-射線衍射計(jì)方法測(cè)量晶格常數(shù)。
(實(shí)施例5)與實(shí)施例1類似地構(gòu)造實(shí)施例5的垂直磁存儲(chǔ)媒體。
在530℃下在N2氣體環(huán)境中通過施力3950KA/m(50kOe)的磁場(chǎng)執(zhí)行在形成記錄層14之后的在磁場(chǎng)中的熱處理30分鐘。在三種氣體壓力條件(即，5Pa、1.5×102Pa和1.5×104Pa)下執(zhí)行熱處理。
(比較實(shí)例2)與實(shí)施例1類似地構(gòu)造比較實(shí)例2的垂直磁存儲(chǔ)媒體，這種垂直磁存儲(chǔ)媒體不屬于本發(fā)明。
為執(zhí)行在形成記錄層14之后的在磁場(chǎng)中的熱處理，將N2氣體壓力設(shè)定為2×10-4Pa，其余所有的系數(shù)都與實(shí)施例5中的系數(shù)相同。
附圖9所示為在實(shí)施例5和比較實(shí)例2的垂直磁存儲(chǔ)媒體的垂直矯頑磁力和N2環(huán)境氣體壓力之間的關(guān)系。如附圖9所顯示，比較實(shí)例2并不提供較高的垂直矯頑磁力，而在實(shí)施例5中隨著N2氣體環(huán)境壓力變高提供了更高的垂直矯頑磁力。如圖所示特別是在超過大約1Pa時(shí)垂直矯頑磁力增加。
(實(shí)施例6)與實(shí)施例1類似地構(gòu)造實(shí)施例6的垂直磁存儲(chǔ)媒體。
在如下的條件下執(zhí)行在形成記錄層14之后的在磁場(chǎng)中的熱處理30分鐘在1.5×104Pa下在減壓的N2氣體環(huán)境中，施加3950KA/m(50kOe)的磁場(chǎng)，在460℃下。
(實(shí)施例7)與實(shí)施例1類似地構(gòu)造實(shí)施例7的垂直磁存儲(chǔ)媒體。
在如下的條件下執(zhí)行在形成記錄層14之后的在磁場(chǎng)中的熱處理30分鐘在2.5×105Pa下在加壓的N2氣體環(huán)境中，施加3950KA/m(50kOe)的磁場(chǎng)，在460℃下。
附圖10所示為實(shí)施例6和7的垂直磁存儲(chǔ)媒體的X-射線衍射圖形。參考附圖10，所示FePt順序合金的面心四方(fct)晶格的峰值，它顯示了通過實(shí)施例6和7獲得的FePt順序合金的所需的調(diào)整。具體地說(shuō)，在附圖10中的上部曲線所表示的實(shí)施例7在熱處理中使用更高的氣體壓力，獲得了更為陡峭的峰值，即實(shí)現(xiàn)了比通過下部曲線所表示的使用更低的氣體壓力的實(shí)施例6更高的調(diào)整程度。
接著參考附圖11和附圖12解釋本發(fā)明的磁存儲(chǔ)裝置的實(shí)施例。附圖11所示為說(shuō)明該實(shí)施例的磁存儲(chǔ)裝置的原理部分的剖視圖。附圖12所示為說(shuō)明該實(shí)施例的磁存儲(chǔ)裝置的原理部分的平面圖。
如附圖11和12所示，磁存儲(chǔ)裝置120包括馬達(dá)124、輪轂125、兩個(gè)或多個(gè)垂直磁存儲(chǔ)媒體126、兩個(gè)或多個(gè)記錄和再現(xiàn)頭127、兩個(gè)或多個(gè)懸架128、兩個(gè)或多個(gè)臂129和致動(dòng)器單元121，所有的這些部件都容納在殼體123中。垂直磁存儲(chǔ)媒體126連接到通過馬達(dá)124旋轉(zhuǎn)的輪轂125。記錄和再現(xiàn)頭127是復(fù)合型磁頭，其中記錄頭使用薄膜型記錄頭，而再現(xiàn)頭使用MR元件(磁阻效應(yīng)型元件)、GMR元件(較大的磁阻效應(yīng)型元件)或TMR元件(隧道磁效應(yīng)型元件)。記錄頭可以使用單極磁頭或者環(huán)形磁頭。每個(gè)記錄和再現(xiàn)頭127通過懸架128連接到相應(yīng)的臂129的頂部。臂129通過致動(dòng)器單元121驅(qū)動(dòng)。這種磁存儲(chǔ)裝置本身的基本構(gòu)造是公知的，因此在此省去了對(duì)其的詳細(xì)解釋。
本發(fā)明的磁存儲(chǔ)裝置120的特征在于安裝了本發(fā)明的實(shí)施例1-7的垂直磁存儲(chǔ)媒體126，這種垂直磁存儲(chǔ)媒體具有如附圖1所示的層狀結(jié)構(gòu)。垂直磁存儲(chǔ)媒體126的數(shù)量并不限于三個(gè)，而是可以使用任何數(shù)量的垂直磁存儲(chǔ)媒體。
磁存儲(chǔ)裝置120的基本構(gòu)成并不限于在附圖11和12中所示的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所使用的垂直磁存儲(chǔ)媒體126并不限于磁盤。
雖然上文完整且詳細(xì)地解釋了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是在不脫離本發(fā)明的范圍的前體下可以作出各種變型和修改。
此外，雖然解釋了本發(fā)明的實(shí)施例，在實(shí)施例中垂直磁存儲(chǔ)媒體具有軟磁襯墊層12和非磁性中間層13，但是這些層不是必不可少的。例如，根據(jù)記錄頭的方法例如單磁極頭方法形成軟磁襯墊層12。此外，不包括軟磁襯墊層12和非磁性中間層13的結(jié)構(gòu)已經(jīng)證明它的特征類似于在實(shí)施例1-7的附圖8至附圖11中所示的特征。
如上文詳細(xì)地描述的那樣，本發(fā)明提供了一種能夠進(jìn)行高密度記錄和再現(xiàn)的垂直磁存儲(chǔ)媒體及其制造方法，其中硬磁性超微顆粒具有垂值磁場(chǎng)取向而不降低襯底的平整性和軟磁性襯墊層的軟磁體特性。
此外，本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例，而是在不脫離本發(fā)明的范圍的前體下可以作出各種變型和修改。
本申請(qǐng)基于在日本專利局2002年6月10日申請(qǐng)的日本優(yōu)先權(quán)申請(qǐng)No.2002-168411，在此將其整個(gè)內(nèi)容結(jié)合在本申請(qǐng)中。
權(quán)利要求
1.一種垂直磁存儲(chǔ)媒體的制造方法，該垂直磁存儲(chǔ)媒體具有通過將硬磁性超微顆粒設(shè)置在襯底上形成的記錄層，該方法包括在磁場(chǎng)中進(jìn)行熱處理的過程，其中在氣體環(huán)境中加熱記錄層，同時(shí)給記錄層垂直地施加磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)中進(jìn)行的熱處理過程使記錄層的易磁化軸垂直于襯底表面。
2.如權(quán)利要求1所述的垂直磁存儲(chǔ)媒體的制造方法，其中在磁場(chǎng)中進(jìn)行的熱處理過程中使用的溫度隨著氣體環(huán)境的壓力增加而降低。
3.如權(quán)利要求1所述的垂直磁存儲(chǔ)媒體的制造方法，其中處理磁場(chǎng)過程的幅值設(shè)置在790kA/m和3950kA/m之間，處理過程的氣體環(huán)境的壓力設(shè)置在10+3至10+6Pa之間，以及處理過程的溫度設(shè)置在200℃和600℃之間。
4.如權(quán)利要求1所述的垂直磁存儲(chǔ)媒體的制造方法，其中在處理過程中使用的氣體環(huán)境的氣體是從由N2、He、Ne、Ar、Kr、Xe和H2形成的組中選擇的至少一種氣體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種垂直磁存儲(chǔ)媒體、其制造方法和磁存儲(chǔ)裝置，其中能夠高密度記錄和再現(xiàn)的垂直磁存儲(chǔ)媒體包括軟磁襯墊層(12)、非磁性中間層(13)、通過設(shè)置硬磁性超微顆粒(17)形成的記錄層(14)、外涂層(15)和滑性層(16)，所有這些層都以上述順序設(shè)置在襯底(11)上，其中該超微顆粒的平均直徑的范圍在2納米和10納米之間，該超微顆粒的直徑的標(biāo)準(zhǔn)偏差為超微顆粒的平均直徑的10％或更小，超微顆粒的平均間隔在0.2納米和5納米之間，并且記錄層(14)的易磁化軸垂直于襯底(11)的表面，以使通過該垂直磁存儲(chǔ)媒體能夠進(jìn)行高密度記錄和再現(xiàn)。
文檔編號(hào)G11B5/64GK1691143SQ20051006017
公開日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2003年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月10日
發(fā)明者井原宣孝, 児玉宏喜, 渦卷拓也 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社