專利名稱：磁性存儲器件，特別是用于硬盤驅(qū)動的磁性存儲器件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明的主題是一種磁記錄器件，特別是用于例如硬盤的存儲裝置及其制造方 法。
背景技術：
已經(jīng)證實，可將用于在離面磁化的介質(zhì)中記錄存儲點的垂直磁記錄作為用于提高 計算機硬盤中的存儲密度(趨向于超高存儲密度)的非常有前景的工序。這種技術最近已 被主要的生產(chǎn)產(chǎn)商(例如Seagate (希捷)、Hitachi (日立)、Toshiba(東芝)等公司)建 立并市場化。已經(jīng)設計出用于解決超順磁穩(wěn)定性問題和獲得超高存儲密度(例如，1T比特/平 方英寸，即0. 155T比特/cm2，這相當于25nmX25nm的存儲點)的各種解決方法。最具前景的解決方法之一是實施所謂的已構造的支撐體或“介質(zhì)”，其尤其允許存 儲點之間的物理隔離。不過，這種解決方法存在受限問題，最顯著問題之一是各點逆磁場的 廣泛分布，這特別是由于對磁性層進行構造的步驟而導致的。多個研究小組觀測到并于2007年的最近一次Intermag/MMM會議期間報道，主要 制約在于存在逆磁場的廣泛分布。這種廣泛分布就會帶來將這些介質(zhì)應用于信息存儲的問 題，具體可參見 B. D. Terris，T. Thomson 和 G. Hu 在 Microsyst. Tech. 13，第 189-196 頁，2007
"Patterned media for future magnetic data storage ( 據(jù)存儲的構圖介質(zhì))”。當將一層構造為點時，各點的矯頑磁場就會變得比連續(xù)層的矯頑磁場更大， 并且會非常顯著地增加。這種現(xiàn)象已經(jīng)被觀察到，例如在OFruchart, J-F. Nozieres, ff. ffernsdorfer, D. Givord, F. Rousseaux 禾口 D. Decanini 在 Physical Review Letters 82,1305,1999 發(fā)表的論文"EnhancedCoercivity in Submicrometer-Sized Ultrathin Epitaxial Dots with In-PlaneMagnetization(在亞微米尺度的面內(nèi)磁化的超薄外延點 中增強的矯頑性)”。對于沉積的Co/Pt多層以形成連續(xù)支撐體或介質(zhì)而言，盡管當沉積Co/Pt多層以 形成構造為400nmX400nm的點的介質(zhì)時矯頑磁場大于10000e，但矯頑磁場為1700e，例 如，見 S. Landis，B. Rodmacq 禾口 B. Dieny 在 Physical Review B 6212271 2000 發(fā)表的文 章〃 Magnetic properties ofCo/Pt multilayers deposited on silicon dot arrays (沉 積在硅點陣列上的Co/Pt多層的磁性質(zhì))"。在該結構中，已構造的點呈現(xiàn)出存儲點本身且 這種構造的結果可以使這些點的反轉(zhuǎn)磁場變得非常大，甚至某些時候?qū)⒋笥趯懭霕O片的飽 和磁場，從而導致使用這些介質(zhì)的問題。由已構造的介質(zhì)或支撐體帶來的另一種困難的事實在于，寫/讀磁頭不再依賴于 光滑的連續(xù)介質(zhì)，而依賴于會阻礙它行程的凹陷和點的連續(xù)性。感覺上，該限制不如以前提 出的重要，方案可被設計為，例如，構成用非磁性材料填充各點間的空間。
非常難于控制由構造特別對應于幾何不均勻性的介質(zhì)自身所引起的缺陷，特別是 當趨向于超高存儲密度而存儲點的尺寸持續(xù)變小時。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的基本觀點在于，在未被構造過程改變的記錄層上記錄信息，并通過位于 連續(xù)層外側的已構造磁性元件來控制存儲點的尺寸，并且在記錄支撐體的寫入過程期間其 磁化保持不變。因此，本發(fā)明涉及一種磁記錄器件，包括呈現(xiàn)至少一個單元磁性層的至少一個未 構造的記錄支撐體，所述記錄支撐體具有垂直于所述支撐體的平面的磁化，其特征在于，所 述磁性記錄器件包括磁性元件，所述磁性元件具有垂直于所述支撐體的平面的磁化，所述 磁性元件還具有大于所述記錄表面的反轉(zhuǎn)場的反轉(zhuǎn)場，并且所述磁性元件通過非磁性材料 與所述記錄支撐體隔開，所述非磁性材料的厚度使得所述磁性元件在所述記錄支撐體內(nèi)僅 產(chǎn)生偶極場，所述磁性元件由非磁性區(qū)域彼此分隔開，在寫入操作期間，每個磁性元件限定 出所述記錄表面中的存儲點。由于未將其上存儲信息的層構造為點，因此構造過程不會改變其反轉(zhuǎn)磁場，且附 加的磁性元件因它們產(chǎn)生的偶極場而在連續(xù)層的存儲點中限定出磁疇。此偶極場與附加的 磁性元件的磁化直接成正比，這僅僅依賴于它們的體積，而它們的體積只受任何制造缺陷 的輕微影響。不可否認，制造缺陷易于顯著地改變磁性元件的反轉(zhuǎn)場，但是它足以在各種情 況下在單層或多層未構造的記錄支撐體中保持比由寫入磁頭產(chǎn)生的反轉(zhuǎn)場更大的反轉(zhuǎn)場。由磁性元件產(chǎn)生的磁化從一個元件至另一個元件變化很少，對于由附加偶極場感 生的反轉(zhuǎn)場也保持同樣的特點。這導致了，在記錄表面的水平上，反轉(zhuǎn)場的分布相對于公知的構造技術非常顯著 地降低。由磁性元件產(chǎn)生的偶極場就能夠限定出存儲點而不用對記錄支撐體進行構造。由 非磁性材料制成的去耦層的存在避免了磁性交換耦合，磁性交換耦合可能導致在記錄支撐 體中的磁性元件磁化的復制，因此允許記錄支撐體的寫入，并且保持磁性元件的磁化。由于 磁性元件具有比記錄支撐體的反轉(zhuǎn)場更大的反轉(zhuǎn)場，因此它們將在寫入過程中保持它們的磁化。這些特征在本質(zhì)上不同于美國專利申請US2007/0172705中的教導，在該美國專 利申請中，數(shù)據(jù)寫入發(fā)生在由磁性顆粒構成的第一多晶層內(nèi)，該磁性顆?？赡苡芍荚诮档?粒間交換耦合的去耦材料間隔開，并且此寫入轉(zhuǎn)移至用于記錄且連續(xù)的第二層。此第二層 同樣地由磁性顆粒構成，在該第二層中，粒間交換耦合比第一層更強，那么所述轉(zhuǎn)移通過此 兩層間的交換耦合進行。因此，必須采用具有不同居里溫度(第一層具有較高的居里溫度) 的兩種材料，并將器件加熱至兩個居里溫度之上，然后逐漸冷卻它們，由此，一方面在每個 寫入操作期間，必須對記錄支撐體進行擦除，另一方面，導致處理相當復雜。因此，這種技術 不允許記錄層的直接寫入，且需要在必須沒有任何磁化的記錄層上通過交換轉(zhuǎn)移。根據(jù)本發(fā)明的磁性元件的反轉(zhuǎn)場至少等于記錄支撐體的反轉(zhuǎn)場的1. 1倍，以防止 在支撐體的寫入過程中磁性元件的磁場反轉(zhuǎn)。有利地，為記錄支撐體的反轉(zhuǎn)場的2-20倍， 優(yōu)選為5-10倍。而且，大于20倍的任何數(shù)值都是可能的。
記錄支撐體和/或磁性元件可以是具有包括一個或多個單元層、具有垂直磁化的 連續(xù)層，特別是具有垂直磁化的合金(例如，F(xiàn)ePt、FePd、CoPt、TbFeCo、GdCo)，或者具有垂 直磁化的至少兩個單元磁性層(例如，Co/Pt、Co/Pd、Fe/Pt、Fe/Pd、Au/Co)、或者是結合了 金屬和電介質(zhì)(或半導體)的交替的兩個單元層(例如，Co/氧化鋁、Co/Si)。記錄支撐體還可以由多晶材料構成。有利地，磁性元件和記錄支撐體由厚度在0. 5nm-15nm之間(例如，2nm)的非磁性 材料制成的去耦層隔開。隔開磁性元件的非磁性區(qū)域可以是磁性元件之間的簡單的空氣間隙。有利地，基本為平面的已構造層形成為包括由非磁性填充材料間隔開的磁性區(qū)。包括記錄支撐體和磁性元件的組件旨在被設置在特別是信息存儲裝置(例如硬 盤)的表面上，并且在第一優(yōu)選模式中，磁性元件與襯底接觸，并且在第二模式中，記錄支 撐體與所述襯底接觸。本發(fā)明還涉及一種制造如上文所限定的器件的方法。該制造方法包括執(zhí)行以下 步驟沉積一層或多層磁性材料的單元層，以形成未構造的記錄支撐體，并制造磁性元件陣 列，優(yōu)選地與記錄支撐體通過非磁性材料去耦層隔開。根據(jù)第一優(yōu)選變體，該方法的特征在于，在沉積一層或多層單元層之前進行磁性 元件陣列或點陣列的制造，并執(zhí)行非磁性材料層的沉積。根據(jù)第二變體，該方法的特征在于，在沉積一層或多層形成記錄支撐體之后進行 磁性元件陣列或點陣列的制造。為了制造磁性元件陣列，該方法可執(zhí)行構造步驟，以在希望形成所述磁性元件的 位置處形成孔洞，之后沉積至少一層磁性材料，然后對所述層執(zhí)行平坦化，直至非磁性材 料。為了制造磁性元件陣列，該方法可執(zhí)行以下步驟，沉積一層或多層磁性材料，對其 進行構造，以形成所述磁性元件，之后執(zhí)行非磁性材料層的沉積，隨后對其進行平坦化。


通過閱讀此后結合附圖的說明書，將更好地理解本發(fā)明，其中圖1是表示根據(jù)現(xiàn)有技術的硬盤的剖面的局部示意圖，其中寫入?yún)^(qū)具有垂直磁化 且未對其進行構造。圖2表示用于圖1的硬盤的層疊示圖。圖3是用于現(xiàn)有技術的已構造的磁性支撐體或介質(zhì)的疊層的局部剖視圖。圖4a_4c表示在硬盤類型的信息存儲裝置上的、根據(jù)本發(fā)明的磁性記錄器件的三 個實施方式。圖5a、5b和圖6示出了通過根據(jù)本發(fā)明的磁性元件在記錄支撐體中感應的約束現(xiàn) 象。圖5a和圖6對應于方形點的情況，圖5b對應于直徑為400nm的圓形點的情況，在兩種 情況下，都具有2nm厚度的間隔物。圖7a和7b以及圖8a_8C示出了在記錄支撐體和磁性元件在開始時具有方向相反 (圖7a和7b)或方向相同(圖8a-8c)的磁化的情況下的寫操作。圖9a和9b示出了在具有已知寫入磁頭的、根據(jù)本發(fā)明的器件上的寫操作。
圖10a-10g、10a' UOd'以及l(fā)la_lle示出了集成至硬盤襯底的、根據(jù)本發(fā)明的 記錄器件的制造方法的兩個變體。
具體實施例方式圖1示出了展現(xiàn)用未構造的層108覆蓋的支撐體107的已知類型的硬盤，其中讀/ 寫磁頭100寫入并讀出具有寬度112的磁軌上的信息。其包括由屏幕109為邊界的寫磁頭 102和讀磁頭110。在此附圖中，16表示流經(jīng)寫線圈101的寫電流，其用于使寫入電極102 磁化并改變寫入層108的磁化方向103 (垂直于層的平面)。對于寫入，該器件包括在其中執(zhí)行寫入的、具有垂直磁化108的記錄層(其呈現(xiàn) 一個或多個的單元層)，且優(yōu)選地包括層104，其具有相對低的矯頑性，其將由寫入電極102 產(chǎn)生的磁場沿其路徑(由箭頭105表示)導通至寫入磁頭102的相對極106。由于它增大 了由寫入層感應的磁場的幅度并確保了后者完全垂直于寫入層，所以這種雙層系統(tǒng)是有利 的。通過分派寫電流脈沖進行信息點的寫入，寫電流脈沖流經(jīng)圍繞寫入磁頭102的極 片的繞線101。然后，產(chǎn)生的磁場在兩個方向上和下之間將待寫入的磁疇的磁化反轉(zhuǎn)。通過分派 讀電流Ii流經(jīng)讀元件110的讀取線111并且通過當讀磁頭110在方向向上的磁疇103i和 方向向下的磁疇1032之上通過時讀取跨越這些繞線111的終端的電壓，從而進行讀取。事 實上，讀元件110的阻抗依賴于施加給它的磁場。現(xiàn)在，基于金屬旋涂閥或磁隧道結來構成置層。如圖2所示，磁盤呈現(xiàn)幾層的疊層。在硬盤的襯底本身16上，例如從底層104開 始，沉積數(shù)個層，襯底本身16可例如由覆蓋有一層NiP或另一種成分的鋁合金、玻璃或鋁構 成，或者例如由硅、碳化硅或呈現(xiàn)出光滑表面(由塑料、樹脂、聚碳酸酯等制成的襯底)的 任何其他材料構成。底層104—般由軟鐵磁材料(具有低矯頑性)構成，但是也可由其他 材料構成，諸如Inamura提出的專利申請US2007/0124749中所提出的鐵磁材料。其還可由 幾個單元層構成，諸如兩層軟鐵磁材料包圍一層非磁性材料(諸如釕、銥、鉻等)，該非磁性 材料層反鐵磁性地耦合這兩個磁性層，以降低泄漏場。這種類型的雙層例如在專利申請US 2003/0022023 (Carrey)和專利US 6, 686, 070 (Futaoto)中進行了描述。該底層或這些底層 的磁性層通常由非晶滲透性磁性材料(諸如合金C0NiFe、FeC0B、C0Ta&等)構成。底層104 —般具有50至400nm之間的厚度。而后，在底層104上沉積中間層14和記錄層108的底層13。兩個層14和13的目 的既是防止由底層104和記錄層108之間的交換而導致的耦合又是促進記錄層的生長。中 間層14可由非晶材料或緊湊型六角或面心立方結構的結晶材料構成，例如是M或Cu的合 金，諸如NiFe或CuNb。底層13可由例如Ru或Ru合金構成。記錄層108由垂直磁化的磁性材料(諸如粒狀CoPtCr合金)構成。其還可由垂 直磁化的幾個磁性單元層(諸如Co/Pt、Co/Pd、Fe/Pt等)構成。覆蓋記錄層108的頂層11 一般(在放大圖中從下到上)由應用到記錄層108上 的保護層和之后的潤滑層112構成。保護層一般主要由例如通過濺射或化學氣相 沉積(CVD)而沉積的碳構成，潤滑層112—般主要由諸如全氟聚醚的潤滑液構成。
在具有已構造的介質(zhì)的已知器件中，記錄層108不再是連續(xù)的。其用已構造的層 進行了替換。圖3表示示例性的已構造的介質(zhì)所描述的是之前描述過的層104，14，13和11，而記錄層由已構造的層108構成，已 構造的層108'包括具有垂直于層108'平面的磁化23的磁性材料21的多個部分，且其被 非磁性材料22隔開。磁性材料21的多個部分構成了已構造的層108'的存儲點，通常為方 形或圓形區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明，借助于兩個疊加區(qū)域或?qū)舆M行記錄，即其中存儲了信息的未構造的 磁性支撐體和包括磁性元件陣列的層。這兩個層被形成間隔物的非磁性層隔開，且其功能 是避免在磁性元件和未構造的磁性支撐體之間的直接耦合，以使得磁性支撐體受到由磁性 元件產(chǎn)生的偶極場的作用。如果在磁性元件或點和記錄支撐體之間不存在非磁性間隔層，則特性會完全不 同，這是由于之后會直接耦合(且不是通過偶極場進行的耦合)。諸如此類的直接耦合實際上會引起交換耦合，其能量較根據(jù)本發(fā)明的偶極子耦合 大很多，還引起了在記錄支撐層中重復磁性元件的磁性結構。然后，后者不再發(fā)揮其作用， 這是由于一旦磁性元件的方向和磁化固定了，就不可能改變與磁性元件相鄰的連續(xù)層的磁 化，而不需改變磁性元件的磁化方向。在 T. NAGAHAMA 禾口 Collaborators 的"Electric Resistance ofMagnetic Domain with NiFe wires with CoSm Pinning Pads (具有 CoSm 釘扎墊的 NiFe 線的磁疇的電 阻)”(Journal of Applied Physics,87, p. 5648et seq.)中描述的這種系統(tǒng)不可以在磁 性支撐體中進行磁記錄。由間隔物隔開的這兩個層的組件形成了記錄器件，其例如能夠設置在信息存儲裝 置(諸如硬盤)的襯底上。這兩層中的每一個都可由多個單元層的疊層構成。圖4a至4c是包括記錄器件的示例性疊層。在這三種情況下，記錄器件12，12 ‘ 和12"由兩個元件構成呈現(xiàn)出一個/或多個單元層的未構造的記錄支撐體43和已構造 的層40，結構層40包括隔離磁性元件或點46的非磁性部分41或41 ‘，由箭頭42表示的 磁性元件或點46的磁化垂直于層40的平面，以輻射出偶極子磁場，該磁場俘獲在其中寫入 信息的記錄支撐體43中的疇。在層43中，箭頭44表示兩個信息點之間的磁化(指向下)， 箭頭45和45'表示方向向上(箭頭45)或?qū)嶋H向下(箭頭45')的信息點的磁化。記錄支撐體43和已構造的層40被由非磁性層47構成的間隔物隔開。在圖4a中， 記錄器件由12表示，已構造的層40位于信息支撐體43下方，而圖4b中，記錄器件表示為 12'，已構造的層40位于信息支撐體43上方。圖4c(記錄器件12〃)與圖4b的區(qū)別在于 在已構造的層中隔離兩個磁性元件46的間隔41'是空的，同時省略了頂層11。非磁性層47的功能是防止在兩個磁性層40和43之間直接的交換磁性耦合。其 可以是金屬(例如Cu、Pt、Ru等)或者非金屬(例如氧化物，諸如41!￡(\、1%0、1102等)。其 厚度例如在0. 5nm和15nm之間，特別是在lnm和10nm之間，例如基本上等于2nm。信息記錄在磁性支撐體43上，其還未通過構造方法而改變，且存儲點的尺寸由位 于磁記錄支撐體外部的已構造的磁性元件控制。因此，如果翻轉(zhuǎn)方法以及因此的翻轉(zhuǎn)場對 于缺陷的存在非常敏感，則后者通常都是點狀的或是較小的空間膨脹物。因此如果存在缺陷的話，磁性元件的磁化由于這些缺陷的存在而發(fā)生較小改變。因此，對于存儲點的清晰度 很重要的該磁化對于各納米結構都是基本上相同的。以下結合圖5a至8c進行說明。圖5a表示(標記3)由具有垂直磁化的方形部分46的磁性元件產(chǎn)生的偶極場計 算出的形式，其在豎直方向上與具有厚度為2nm的間隔物47的該元件排列成行。參考符號 1表示元件46中磁化的方向，在此是垂直于后者且方向向上。場3顯示出兩個局部最大值， 正的32和33以及負的和34，以及在32和33之間的平緩區(qū)35。對于圓形的點(圖5b)，輻射場的形狀稍有變化。
該感應場的形狀略微依賴于磁性元件46的尺寸。現(xiàn)在考慮具有垂直磁化的未構造的層。最初，該層的磁化向下取向。為了寫入信息，該磁化局部向上反轉(zhuǎn)。然后，通過寫入磁頭的作用成核的疇擴展， 直到其獲得其平衡尺寸。后者一般過大而不能與超高記錄密度相容。例如，具有垂直磁化 的多層Ptn/Kc^^/PtuJy也就是說1. 8nm的Pt單元層作為緩沖層以及0. 5nm的Co 和1. 8nm的Pt兩個單元層重復4次，該多層具有尺寸大于1 P m的平衡疇(參見S. Landis, B. Rodmacq, B. Dieny 在 Phys Rev. B 62，12271-12281 (2000)上發(fā)表的文章 Magnetic properties of Co/Pt multilayers deposited onsilicon dot arrays (沉禾只在陣歹lj 上的Co/Pt多層的磁特性))?，F(xiàn)在將具有如圖5中所示的磁化1的磁性元件46設置在該層43之上或之下，例 如在后者之下，如圖6中所示。該元件46具有比連續(xù)層43高的反轉(zhuǎn)場(至少高1. 1倍)， 以使其磁化在寫入連續(xù)層43的過程中不會反向。參考符號25表示元件46左側的磁性層 43的磁化，參考符號26表示元件46之上的，參考符號27表示元件46右側的。曲線3示出 了由與該元件豎直排列成行的元件46輻射的場計算出的形式，點狀線19豎直地確定元件 46的邊界。當疇在元件上從下向上局部反轉(zhuǎn)時，其進行擴展，直到其到達與元件46的邊緣的 豎直線相鄰，這里由元件46輻射的場有力地穩(wěn)定了疇壁(向上的磁化26受正向輻射場的 作用，而點46的豎直線的左側和右側的向下磁化25或27受負向輻射場的作用)。因此疇 停止其擴展，并且在由線19確定邊界的疇28中，信息(反向的磁化26)在豎直方向上受限 與元件46成行。寫入時，對磁疇的俘獲是由于元件46輻射的場，也就是說，是由于元件46的磁化， 已經(jīng)看到一個元件46與里給一個的區(qū)別并不大。而且，連續(xù)(或多晶)磁性層43不會被 構造過程損壞。因此，由于各存儲點具有非常相似的反轉(zhuǎn)場，所以各存儲點的反轉(zhuǎn)可在支撐 體的整個表面上重復。圖6中，連續(xù)層43具有向下取向的垂直的最初磁化。該磁化的方向借助于常規(guī)寫 入磁頭在元件46之上局部反轉(zhuǎn)。由于被由該元件46輻射的場俘獲，因此該疇在豎直方向 上擴展與元件46排列成行，但是不超出疇28的范圍。用反向場寫入，可以重新存儲最初狀 態(tài)(疇28中的向下磁化)。寫入過程的實施例磁性元件46的磁化具有相同方向，且該方向在寫入過程中不會變化。為滿足此目 的，例如磁性元件46的這些反轉(zhuǎn)場比該層的反轉(zhuǎn)場更強?？稍O計兩種起始結構
1)由非磁性層47隔開的未構造的層43和元件46的磁化具有相反的方向(圖7a 和 7b)。在最初狀態(tài)(圖7a)，磁性元件46均具有相同的磁化方向，該層被磁化為與磁性元 件46方向相反。圖7b中，存儲點35已經(jīng)被寫入到元件46上方。用于寫入存儲點的操作 在于用寫入磁頭使磁化疇成核。磁化疇擴展到與點46的端部的豎直線相鄰，這里，壁需要 額外的能量以持續(xù)移動。因此，存儲點35被限定在磁性元件46上方、在反轉(zhuǎn)磁化的疇內(nèi)、 與元件46在豎直方向上成行。該疇35繼續(xù)寫入存儲點。當希望重新寫入該存儲點時，也就是說希望從上到下反轉(zhuǎn)磁磁化35時，利用寫入 磁頭在元件46上方施加磁場，其可通過以下方式反轉(zhuǎn)該元件上的磁化，或者通過在所施加 場的方向上使磁化的疇成核(圖7a中的情況下，方向向上)隨后對其進行擴展，或者更有 選地為了能量的原因，通過對疇35的“內(nèi)裂”。具體地，位于元件46外部的疇的磁化處于所 施加的磁場的方向上，且疇在能量上是有利的。其在元件46之下生長并穿過，以減少疇35 的尺寸，直到其通過“內(nèi)裂”最終消失。當在此方向?qū)懭霑r，在磁性元件46作用下的約束現(xiàn) 象不會發(fā)生。2)由非磁性層47隔開的未構造的層43和元件46的磁化具有相同的方向(圖8a 至 8c)。當利用寫入磁頭，允許改變在豎直方向上與磁性元件46排列成行的反向磁化疇 的取向序列時，該疇擴展。由于在這種情況下，磁化的方向使得疇壁并不由磁性元件46進 行穩(wěn)定，因此其能擴展到磁性元件46的豎直線附近以外。在另一方面，當該疇到達相鄰元 件46的豎直線附近時，壁被穩(wěn)定且疇停止擴展，如圖8b中所示。因此，寫入疇45伸出點46 的豎直線之外。當尋求再次寫入該存儲點并同時將其方向從下到上改變時，使疇成核，在豎 直方向上與同一個元件46排列成行，且該疇擴展，直到其到達該元件的豎直線附近。實際 上，這導致了圖7a和7b中描述的情況。因此，存儲點被寫入到(圖8c)被限定為與點46 在豎直方向上排列成行的疇45'中。由此，隨后寫入該存儲點與圖7a和7b中描述的過程 相似。因此，磁壁被穩(wěn)定在磁性元件(或點)端部的豎直線附近，且此后保持圖7b的情況。圖9a和9b示出了在根據(jù)本發(fā)明介質(zhì)的兩個實例上使用垂直標準寫入磁頭的寫入 過程在一方面，已構造的層40位于信息載體層43下方(圖9a)，另一方面，該已構造的層 40位于信息載體層43上方(圖9b)。寫入磁頭顯示出寫入極片53、寫入電極52、磁場反轉(zhuǎn) 電極54。與圖2，3和4a至4c中相同，可選的底層104可向反轉(zhuǎn)電極導通磁場。箭頭51表 示在寫入向下疇的情況下該層的磁化。這些介質(zhì)的寫入與更常規(guī)的介質(zhì)相同，且能通過相同的寫入磁頭50和與通常在 垂直記錄中使用的那些相同的場能級完成。圖9a表示在已構造的層40位于信息載體層43 下方的情況下寫入向下疇的示意性描述，而已構造的層40位于信息載體層43上方的情況 于圖9b中示出。磁性元件或點的磁化不受由寫入磁頭輻射的場影響(圖中情況下其保持 向上)。寫入電極52借助于流過環(huán)繞極片53的繞線(此處未示出)的電流向下磁化。其 產(chǎn)生了優(yōu)選通過底層104在反轉(zhuǎn)電極上閉合的磁場。信息載體層43受到該磁場作用，當后 者大于層43的反轉(zhuǎn)場時(在寫入過程中)，其磁化反轉(zhuǎn)且寫入存儲點。反轉(zhuǎn)電極54具有比
寫入電極大很多的尺寸，以使得該電極下該場弱很多(保持磁通量)，且位于該反轉(zhuǎn)
電極54下方的存儲點不反轉(zhuǎn)。這遵循了垂直記錄技術的情形。
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不過，應當注意到差別施加到存儲點上的場是由寫入磁頭的寫入電極52輻射的 場(且通過底層104閉合或不閉合)和由磁性元件46輻射的場的總和。由此，例如如果磁性元件46中的場向上取向，如圖9a和9b中所示，則用于從下向 上反轉(zhuǎn)存儲點的磁化所必須的場等于H「HS，而從上向下反轉(zhuǎn)所必須的場等于-H「HS，這里 扎是將被施加的正向場，從而反轉(zhuǎn)存儲點的磁化(該實例中認為用于從下向上和從上向下 反轉(zhuǎn)的場是相同的，這是通常情況)；HS是由該點上的向上磁化元件輻射的正向場。還應注意，也可根據(jù)需要在不具有底層104的疊層中使用根據(jù)本發(fā)明的記錄器件 (記錄支撐體43和磁性元件46)。這種情況下，疊層更簡單。例如，記錄器件(記錄支撐體 43和層40)能被直接沉積在硬盤襯底上(在與前述相同的材料中)。然后，支撐體43的寫 入可如之前描述的那樣完成。所有情況下，都以與垂直介質(zhì)的讀出相同的方式完成讀出，也就是借助于磁阻元 件，基于金屬旋涂閥，或者目前的磁隧道結。磁頭根據(jù)磁化是向上還是向下讀取存儲點。在本發(fā)明的情況下，由存儲點輻射的 場通過由磁性元件46產(chǎn)生的場補充。但是由于后者保持其磁化不變且另一方面由于讀出 磁頭相對于該結構的高度不變，因此由元件46輻射的、增加到由存儲點所輻射的場僅用作 其足以已知的常數(shù)變換(例如通過預先測量或通過計算)。制造根據(jù)本發(fā)明器件的方法采用本領域技術人員公知的技術。制造已構造的層可以獲得限定輪廓的磁性元件，其被非磁性部分41或41'隔開。根據(jù)已構造的層被設置在信息載體層上方還是下方，在圖10a和10b中給出兩個 制造實例。超高記錄密度對應于1T比特/平方英寸及以上。1T比特/平方英寸指的是 25nmx25nm的尺寸，即例如是與相鄰存儲點以5nm隔開的20nmX20nm的存儲點。非磁性部分41或41'的寬度實際上可在2nm至20nm之間選擇。所選出的該寬度 優(yōu)選為避免在相鄰磁性元件之間的交換耦合。目前可通過電子光刻或者通過納米印刷然后蝕刻(例如反應干法蝕刻步驟)獲得 對已構造層40在該尺度上進行的構造。圖10a至10g對應于顯示出磁性點46的已構造層40位于信息載體層43上方的 情況。第一種情況下，在此處未示出的硬盤的襯底16上例如通過濺射沉積制造疊層(參見 圖2)即順序地“軟磁”底層104沖間層14 ；對于記錄層可選的底層13 ；信息支撐層43 ；可 選的非磁性隔離層47，然后最終是將被構造為點46的磁性層48。層43和48由具有垂直 磁化的材料制成，其可通過任何公知的方法(濺射，蒸鍍，電化學沉積等)沉積而成。第一 步驟在于構造磁性層。該操作例如可通過涂敷光敏或電子敏感樹脂50而實施，將該樹脂50 暴露，以對其進行構造，該操作或者可通過沉積聚合物或樹脂50 (圖10b)來實施，聚合物或 樹脂50由納米印刷方法構造。該構造的結果50'在圖10c中示出。然后，將這種構圖通 過蝕刻(例如離子束干法蝕刻或反應干法蝕刻)轉(zhuǎn)移到磁性層46中(圖10d)。然后，用 非磁性材料51覆蓋該結構，非磁性材料例如Si02或另一種電介質(zhì)或者是非磁性金屬(圖 10e)。例如使用電子工業(yè)中公知的化學機械平坦化方法的平坦化步驟可以獲得已構造的層 40 (圖10f)，其呈現(xiàn)出由非磁性材料41隔開的磁性點46的陣列，且在其上可最終沉積頂層 11 (圖 10g)。
圖10a'和10d’中示出的變體在于沉積疊層直到中間層47。然后，磁性結構(圖 10d')不再通過蝕刻獲得，而是直接通過沉積獲得，例如通過利用暴露的樹脂或聚合物的 所謂的“剝離”方法，然后納米印刷。該方法的剩余部分是相同的。在優(yōu)選變體中，已構造的層40位于信息支撐層43下方的(圖11a至lie)，可以實 施在硬盤(未示出)的襯底16上沉積層104，14和13，與前述情況相同。然后，沉積非磁性層51'(圖11a)。然后，通過與可以獲得圖10c和10b的結構相 同的技術來構造(圖lib)，以在點46的位置處產(chǎn)生孔洞并且形成非磁性保持材料41。然 后，將磁性材料48'沉積在該結構上(圖11c)。與前述相同的平坦化步驟可獲得由磁性點 46的陣列構成的已構造層40(圖lid)，磁性點46被非磁性區(qū)域41隔開。然后，信息支撐 層43和可選的頂層11可沉積在層40上。應當理解，對于兩個變體中的每一個，磁性點都 可完全相同地通過直接構造點而制成，或通過構造非磁性層以在點將來所在位置處產(chǎn)生孔 洞而制成。還可以通過物理和/或化學工序(例如根據(jù)在B. D. Terr is和T. Thompson 在 J. Phys. D :Applied Physics 38(2005) 199 至 222 中發(fā)表的“Nanofabricated and self-assembled magnetic structures as data storagemedia (納米制備白勺自組裝石茲個生結 構作為數(shù)據(jù)存儲介質(zhì))”中描述的技術)實現(xiàn)有組織的磁性納米結構的有組織沉積。該沉 積之后可沉積非磁性材料層51，然后對其進行平坦化。記錄器件包括兩個具有不同功能的“層”一方面，記錄支撐體，呈現(xiàn)一個或多個 單元層，記錄支撐體承載信息且優(yōu)選地具有充分的各項異性，以將信息保持例如十年時間 (面對熱波動)而不需要點的反轉(zhuǎn)場過大；另一方面，磁性元件，分布在已構造的層中且產(chǎn) 生限定了疇的場，疇限定出存儲點。根據(jù)信息載體層43的反轉(zhuǎn)場和希望用寫入磁頭傳遞的場，點46的一個或多個組 元能被調(diào)整為，例如使飽和狀態(tài)下的磁化值最優(yōu)化。特別地，構成記錄層43的材料和構成點46的材料，與記錄層43和點46的厚度相 同，二者可完全不同，并因此可被單獨優(yōu)化。層43和點46實際上僅通過偶極場耦合，該偶 極場是由用于約束存儲點的點46產(chǎn)生的。另一重要觀點是，沒有進行構造的常規(guī)技術使用其顆粒去耦的多晶介質(zhì)，信息點 占用幾百個顆粒。特別是在常規(guī)的和本發(fā)明的已構造介質(zhì)的情況下，由于在存儲點之間的 分離是物理的，并且是通過構造位于層43外部的點46實現(xiàn)的，因此該層不再需要是多晶。 因此可以采用連續(xù)層，呈現(xiàn)一個或多個連續(xù)單元層。實施例層43和點46由Co/Pt雙層的疊層形成，選擇其重復次數(shù)，以便對于磁場大于連續(xù) 存儲層的點獲得反轉(zhuǎn)場。所構成層的點46由單元雙層的四個連續(xù)疊層構成，該單元雙層包括0. 6nm的Co 單元層和1. 8nm的Pt單元層(即總共八層)。分隔層47是鉬，選擇其厚度，以通過例如2nm的元件46對層43中產(chǎn)生的場進行 優(yōu)化。如果連續(xù)層的構成與重復四次的0. 6nm的Co和1. 8nm的Pt的單元雙層疊層的點 相似，則層43的反轉(zhuǎn)場是0. 06T，且點的反轉(zhuǎn)場至少等于0. 4T，也就是說點46的反轉(zhuǎn)場至少等于層43反轉(zhuǎn)場的7倍。實際上要注意，構造成點，相對于連續(xù)層極大地加大了反轉(zhuǎn)場， 且點越小，該反轉(zhuǎn)場的值就增加得越大。對于200nm的點46和由Pt制成的、具有2nm厚度的分隔層47，在與點相鄰的連續(xù) 層43上輻射的偶極場的最大值是0. 05T(圖5a中的32和33)且在平緩區(qū)35中，值基本上 等于0.015T。該偶極場的值可通過修改分隔層47的厚度來調(diào)整。該厚度增加的越多，在連 續(xù)層43上輻射的偶極場就越低。層43和/或點46可包括具有垂直磁化的任何多層，諸如C0Pt、C0/Pd、Fe/Pt、Fe/ Pd、Au/Co 等。層43和/或點46也可包括在由金屬和電介質(zhì)或半導體制成的單元層之間交替的 多層，諸如基于Co/氧化鋁、Co/Si等的多層。層43和/或點46也可包括垂直磁化合金，諸如合金FePt、FePd、C0Pt等，或者類 似于TbFeCo和GdCo等的其他合金，包括過渡金屬和稀土元素。為了確保記錄支撐體(43)和磁性元件(46)磁化的方向相同，可以對器件施加大 于磁性元件46的反轉(zhuǎn)場的強大磁場。如果希望記錄支撐體43具有與磁性元件46方向相 反的取向，則其滿足對器件施加強度大于記錄支撐體43反轉(zhuǎn)場但低于磁性元件46反轉(zhuǎn)場 的磁場。
權利要求
一種磁性記錄器件，包括呈現(xiàn)至少一個單元磁性層的至少一個未構造的記錄支撐體，通過所述記錄支撐體與記錄磁頭的寫入電極耦合，所述記錄支撐體具有垂直于所述支撐體的平面的磁化，其特征在于，所述磁性記錄器件包括磁性元件(46)，所述磁性元件(46)具有垂直于所述記錄支撐體(43)的平面的確定磁化，所述磁性元件(46)還具有大于所述記錄支撐體(43)的反轉(zhuǎn)場的反轉(zhuǎn)場，并且所述磁性元件(46)通過去耦層(47)與所述記錄支撐體(43)隔開，所述去耦層(47)由非磁性材料制成，并且所述去耦層(47)的厚度使得所述磁性元件(46)在所述記錄支撐體(43)內(nèi)僅產(chǎn)生偶極場，而不產(chǎn)生磁性交換耦合，所述磁性元件(46)由非磁性區(qū)域(41)彼此分隔開，在所述記錄支撐體(43)上的寫入操作期間，每個磁性元件(46)限定出所述記錄支撐體(43)中的存儲點。
2.根據(jù)權利要求1的器件，其特征在于，所述磁性元件(46)的反轉(zhuǎn)場是所述記錄支撐 體(43)的反轉(zhuǎn)場的1. 1-20倍，特別是2-10倍。
3.根據(jù)權利要求1或2的器件，其特征在于，所述記錄支撐體(43)和/或所述磁性元 件(46)包括多個單元層。
4.根據(jù)權利要求1或2的器件，其特征在于，所述記錄支撐體(43)由合金制成，特別是 FePt、FePd, CoPt、TbFeCo、GdCo。
5.根據(jù)權利要求3的器件，其特征在于，所述記錄支撐體(43)包括至少一個單元磁性 雙層，特別是 Co/Pt、Co/Pd、Fe/Pt、Fe/Pd、Au/Co。
6.根據(jù)權利要求3的器件，其特征在于，所述記錄支撐體(43)包括結合了金屬和電介 質(zhì)或半導體的至少兩個單元層，特別是Co/Si、Co/氧化鋁。
7.根據(jù)權利要求1或2的器件，其特征在于，所述記錄支撐體(43)由多晶材料制成。
8.根據(jù)前述任一項權利要求的器件，其特征在于，所述非磁性材料去耦層(47)的厚度 在0. 5-15nm之間。
9.根據(jù)前述任一項權利要求的器件，其特征在于，所述非磁性區(qū)域是在所述磁性元件 (46)之間的空氣間隙(41')。
10.根據(jù)權利要求1-9中任一項的器件，其特征在于，所述非磁性區(qū)域(41)由非磁性固 體材料制成，從而利用所述磁性元件形成基本為平面的層。
11.根據(jù)前述任一項權利要求的器件，其特征在于，包括所述記錄支撐體(43)和所述 磁性元件(46)的組件被設置在諸如硬盤的信息存儲裝置的襯底(16)的表面上。
12.根據(jù)權利要求11的器件，其特征在于，所述磁性元件(46)與所述存儲裝置的襯底 的表面接觸。
13.根據(jù)權利要求11的器件，其特征在于，所述記錄支撐體(43)與所述存儲裝置的襯 底的表面接觸。
14.一種用于制造前述任一項權利要求的器件的方法，其特征在于，所述方法執(zhí)行以下 步驟沉積一層或多層磁性材料，以形成未構造的記錄支撐體(43)；沉積非磁性材料去耦 層(47)；以及形成磁性元件(46)的陣列。
15.根據(jù)權利要求14的方法，其特征在于，在沉積所述一層或多層磁性材料以形成記 錄支撐體(43)之前形成磁性元件(46)的陣列。
16.根據(jù)權利要求14的方法，其特征在于，在沉積所述一層或多層磁性材料以形成記 錄支撐體(43)之后形成磁性元件(46)的陣列。
17.根據(jù)權利要求15或16的方法，其特征在于，為了形成所述磁性元件(46)的陣列， 執(zhí)行以下步驟沉積非磁性材料層(51')，然后通過限定出用于形成所述磁性元件(46)的 位置以對所述非磁性材料層(51')進行構造，然后沉積至少一層磁性材料(48)，然后進行 平坦化直至所述非磁性材料(48)。
18.根據(jù)權利要求15或16的方法，其特征在于，為了形成所述磁性元件(46)的陣列， 執(zhí)行以下步驟沉積一層或多層磁性材料(48)，對所述一層或多層磁性材料(48)進行構 造，以允許保留所述磁性元件(46)，然后沉積非磁性材料層(51)，隨后對其進行平坦化。
19.根據(jù)權利要求15或16的方法，其特征在于，通過物理和/或化學工序執(zhí)行磁性納 米結構的有組織沉積。
20.根據(jù)權利要求19的方法，其特征在于，在所述有組織的沉積之后，沉積非磁性材料 層(51)，然后對所述非磁性材料層(51)進行平坦化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁性存儲器件，包括具有至少一個單元磁性層的至少一個未構造的存儲介質(zhì)，所述存儲介質(zhì)具有垂直于所述介質(zhì)的平面的磁化，其特征在于，所述磁性存儲器件包括磁性元件(46)，所述磁性元件(46)具有垂直于所述介質(zhì)的平面的磁化，所述磁性元件(46)還具有大于所述存儲介質(zhì)的反轉(zhuǎn)場的反轉(zhuǎn)場，并且所述磁性元件(46)通過去耦層(47)與所述存儲介質(zhì)隔開，所述去耦層(47)由非磁性材料制成，從而使所述磁性元件(46)在所述存儲介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生偶極場，所述磁性元件(46)由非磁性區(qū)域(41)彼此分隔開，在寫入操作期間，每個磁性元件(46)限定出所述存儲介質(zhì)(43)中的存儲點。
文檔編號G11B5/855GK101855672SQ200880115794
公開日2010年10月6日 申請日期2008年11月7日 優(yōu)先權日2007年11月12日
發(fā)明者伊萬·密哈·米倫, 吉爾斯·路易斯·高丁, 皮埃爾-讓·澤瑪滕, 阿蘭·舒爾 申請人:國家科學研究中心;原子能和替代能源委員會;約瑟夫·傅立葉大學