專利名稱：包含多層含碳保護外涂層的磁記錄媒體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及磁記錄媒體，特別是，涉及可旋轉磁記錄媒體，諸如與變換器磁頭一起使用的薄膜磁盤。本發(fā)明特別用于高度面積記錄密度磁記錄媒體，其中上述記錄媒體設計用于具有減小的浮動高度或者偽接觸/接近記錄(pseudo-contact/proximity recording)的驅動程序。
背景技術：
通常，薄膜記錄磁盤和磁盤驅動器用于以可磁化形式記錄大量數據。在操作過程中，當磁盤開始旋轉時數據變換頭(data transducing head)開始沿著磁盤表面滑動時，典型的接觸開始/停止(CSS)方法就啟動了。一旦達到預定高的旋轉速度，磁頭(the heat)就以離磁盤的表面一預定距離飄浮在空中，其中在讀取和記錄操作過程中都保持這種狀態(tài)。一旦終止磁盤驅動器的操作，磁頭就再次開始沿著磁盤的表面滑動，并且最終以與磁盤接觸并壓在磁盤上的形式停止。每次驅動磁頭和磁盤組件時，磁頭在表面上滑動重復循環(huán)操作，它包括停止、沿著磁盤的表面滑動、飄浮在空中、再沿著磁盤的表面滑動和停止。
為了達到最佳一致性和可預測性，需要使每個變換器頭盡量靠近與它相關的記錄表面，即，使磁頭的飄浮高度最小。因此，光滑的記錄表面以及相關變換器頭的光滑的相對表面是最佳的。然而，如果磁頭表面和記錄表面過于平坦，那么這些表面的精密適配導致在啟動和停止時期的接觸面阻力和摩擦力過大，從而導致磁頭和記錄表面磨損，最終導致所謂的“磁頭碰砸”。于是，存在著減小磁頭/磁盤摩擦力和使變換器浮動高度最小這二個互相矛盾的目標(competing goal)。
解決這些表面上矛盾的目的的傳統(tǒng)實踐方法包括通過一般被稱為“上紋理(texturing)”的技術提供帶有粗糙記錄表面的磁盤以減小磁頭/磁盤的摩擦力。傳統(tǒng)的上紋理技術包括機械拋光或激光紋理磁盤基材的表面，從而在進行隨后的層沉積(諸如，下墊層、磁層、保護外涂層(protect overcoat)和潤滑劑面涂層(topcoat))之前在其上提供紋理，其中基材上的紋理表面在隨后沉積的各層中大致復制出來。還可以使下墊層的表面產生紋理，并且在隨后沉積的各層中大致復制該紋理。
在圖1中示出典型的縱向記錄媒體，它包括基材10，一般是鋁(Al)合金，諸如鍍有無定形鎳磷(NiP)層的鋁-鎂(Al-Mg)合金。另一種基材包括玻璃、玻璃-陶瓷材料和石墨?；?0一般包含隨后沉積在其兩側的鉻(Cr)或鉻合金下墊層(11，11’)、鈷(Co)基合金磁層(12，12’)、一般含碳的保護外涂層(13，13’)和潤滑劑面涂層(14，14’)。鉻下墊層11，11’可包含多個子-下墊層11A，11A’的復合層。一般，通過在包含序列沉積腔的裝置中實施噴濺技術來沉積鉻下墊層11，11’、鈷基合金磁層12，12’和一般含碳的保護外涂層13，13’。傳統(tǒng)的鋁合金基材具有NiP電鍍層，主要增加鋁基材的硬度，作為提供紋理的適當表面，該紋理基本上可在磁盤表面上再現。
根據傳統(tǒng)的實踐，在保護外涂層上均勻地施以潤滑劑面涂層來防止在驅動操作過程中磁盤和磁頭界面之間的磨損。在保護外涂層的過渡磨損增加了磁頭和磁盤之間的摩擦力，從而導致災難性的驅動器故障。在磁頭-磁盤界面的過多潤滑劑導致磁頭和磁盤之間的高度接觸面阻力(stiction)。如果該阻力過大，那么驅動器不能啟動，從而發(fā)生災難性的故障。因此，必須最優(yōu)化潤滑劑厚度來減小接觸面阻力和摩擦力。
用于潤滑劑面涂層的傳統(tǒng)材料包括全氟聚醚(PEPE)，它實質上包含碳、氟和氧原子。潤滑劑一般溶解在有機溶劑中，施用到磁記錄媒介的碳外涂層上并通過諸如熱處理、紫外線照射和浸漬的技術粘合在磁記錄媒體的碳外涂層上。在潤滑劑面涂層的性能中的一個重要因素是粘合潤滑劑比率(bondedlube ratio)，它是直接粘合在磁記錄媒體的碳涂層的潤滑劑量與粘合在它本身或移動潤滑劑量之比。理想的是，粘合潤滑劑比應足夠高來實現對所得磁記錄媒體的接觸面阻力和磨損性能的有意義改進。
對于高面積記錄密度的增長著的需求加強了對于薄膜磁媒體在矯頑磁性、接觸面助理、垂直度、低媒體噪聲和窄磁道記錄性能方面的更大的要求。此外，增加的高面積記錄密度和大容量磁盤不斷要求更小的浮動高度，即，磁頭在CSS驅動器(磁頭-磁盤界面)中的磁盤的表面上方飄浮的距離。對于傳統(tǒng)的媒體設計，減小磁頭到媒體的空間增加了接觸面阻力和驅動器碰撞，從而使得碳保護外涂層處于一個很重要的位置。
存在各種類型的碳，有一些已用于磁記錄媒體的保護外涂層，這種碳包含括加氫碳，石墨碳或石墨和氮化碳。在現有技術中已知這些類型的碳，在這里不詳細描述。例如，參見L.J.Huang等人“在薄膜硬盤上的氮化碳外涂層的結構”，IEEE Transaction on Magnetics)，33卷，1997年；L.J.Huang等人“用于接近記錄的磁頭-磁盤界面的表征”，IEEETransaction onMagnetics，1997年，33卷，3112-3114頁；和Tsai等人“特性評論類金剛石碳膜和它們作為在用于磁記錄的薄膜媒體上的外涂層的應用的特征”，.J.Vac.Sci.Technol.，A5(6)，1987年，11月/12月，3287-3311頁。
一般，加氫碳具有大約5％(原子)到大約40％(原子)的氫濃度，一般大約20％(原子)到大約30％(原子)，而且由于氫使碳懸空鍵鈍化，使得不是很好地粘附在以后施用的潤滑劑面涂層屏上。因此，很難有效地將潤滑劑面涂層以適當的厚度粘合在加氫碳保護外涂層上。由于氫消除碳帶隙狀態(tài)，使得加氫碳具有較低的導電性。加氫碳還向墊底磁層提供有效的抗腐蝕性。
無定形氮化碳，有時稱為氮化的碳，一般具有氮與氫的濃度比大約5∶20至大約30∶0。無定形氮化碳一般具有比加氫碳更強的碳帶隙狀態(tài)，因而具有更高的導電性。此外，無定形氮化碳包含比加氫碳更多懸空鍵，該懸空鍵提高了在潤滑劑和碳之間的交互作用，因此能夠施用更厚的粘合潤滑劑面涂層。石墨碳或石墨基本不包含氫和氮，而且相對氮化碳具有少些的帶隙狀態(tài)，但比加氫碳具有更多的帶隙狀態(tài)。
高面積記錄密度驅動器，因而還有減小的浮動高度，向傳統(tǒng)的制造包含碳保護外涂層的磁記錄媒體的實踐方法的極限提出挑戰(zhàn)。例如，適當的保護外涂層必須能夠防止墊底磁層的腐蝕，它是依賴于諸如環(huán)境條件(例如，濕度和溫度)的因素的電化學現象。此外，適當的保護外涂層必須阻止離子從墊底層遷移到潤滑劑面涂層和遷移到磁記錄媒體的表面，這會導致諸如表面粗糙的缺陷。保護外涂層還必須呈現必需的表面極性來使得適當厚度的潤滑劑面涂層能夠粘合在其上。保護外涂層還必需呈現適當的導電性。缺乏導電性可能導致在磁記錄媒體上形成靜電荷，從而導致記錄和/或讀取誤差。此外，當磁頭磁盤界面減小至1微英寸以下時，需要減小含碳保護外涂層的厚度至低于傳統(tǒng)所采用的厚度，即，大約200。實際上不可能用傳統(tǒng)的保護外涂層材料滿足這種需求。
因此，需要一種磁記錄媒體，它包含能夠滿足對于高面積記錄密度和減小的磁頭磁盤界面的要求保護外涂層。還需要具有一種保護外涂層的磁記錄媒體，所述涂層能防止墊底磁層的腐蝕、阻止離子移離墊底層、為適當的潤滑劑粘合提供適當的表面極性并呈現適當的導電性來避免讀取和/或記錄誤差。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的在于一種包含薄保護外涂層的磁記錄媒體，該外涂層能夠防止墊底磁層的腐蝕，阻止離子移離墊底層，為了潤滑劑粘合和適當導電性而呈現適當表面極性。
本發(fā)明的另一個目的在于一種高面積記錄密度磁記錄媒體，它具有小于約125的保護外涂層，適于在浮動高度小于大約1微英寸的驅動系統(tǒng)中使用。
在下面的說明書中，將部分示出本發(fā)明的附加目的、優(yōu)點和其它特性，而另一部分對于那些熟悉本技術領域的人員而言，通過檢查下列說明書是顯而易見的或從本發(fā)明的實踐中可學習到。本發(fā)明的目的和優(yōu)點，如在所附權利要求書中特別指出的，可以實現并獲得。
根據本發(fā)明，通過一種磁記錄媒體可以部分獲得前述的和其它目的，所述磁記錄媒體包括多層含碳保護外涂層，每層具有不同的表面極性和不同的導電性。
本發(fā)明的另一個方面是一種磁記錄媒體，它包括非磁性基材；在非磁性基材上的墊層；在所述墊層上的磁層；在所述磁層上的第一保護外涂層，所述第一保護外涂層包括加氫碳，其氫濃度大約為5％(原子)至大約40％(原子)；在所述第一保護外涂層上的第二保護外涂層，所述第二保護外涂層包括選自石墨碳和無定形氮化碳中的一種；在所述第二保護外涂層上的潤滑劑面涂層。
對于那些熟悉本技術領域的人員而言，通過下面的詳細描述，其中通過簡單地描述仔細本發(fā)明的最佳模式，描述本發(fā)明的實施例。本發(fā)明的附加目的和優(yōu)點將顯而易見，如可實現的那樣，本發(fā)明還能進行其它和不同的實施例，而且可在多個明顯的方面對本發(fā)明進行細節(jié)修改，而不偏離本發(fā)明的構思。因此，附圖和說明只用于解釋本發(fā)明而不是對其進行限制。


圖1示意地示出傳統(tǒng)的磁記錄媒體。
圖2示意地示出根據本發(fā)明的磁記錄媒體。
實施本發(fā)明的最佳模式本發(fā)明提供用于磁記錄媒體的復合保護外涂層，它具有少于約100的總厚度，而且防止墊底磁層的腐蝕，阻止離子移離墊底磁層、呈現適當的表面極性，從而使得潤滑劑面涂層以適當的厚度(諸如，約5至約10)粘合在其上，而且呈現適當的導電性(即，約10-8Ω-1至約10-4Ω-1的導電性)來阻止讀取和/或寫入誤差。本發(fā)明的復合保護外涂層包括多個具有不同特性的不同類型含碳材料的層的多層外涂層。通過這種方法，可以通過選擇呈現所需特征的適當碳材料，修整(tailor)復合保護外涂層的性能。
例如，加氫碳適當地防止墊底磁層的腐蝕并阻止分子移離墊底層。然而，加氫碳呈現較差的表面極性，即，對所施用的潤滑劑的粘合性較差，這是因為氫導致碳懸空鍵的鈍化，它同樣導致導電性較低。無定形氮化碳和石墨碳包含的帶隙狀態(tài)多于加氫碳，因此呈現更高的導電性，而且具有較好的表面極性來更好地粘合在所施用的潤滑劑上。根據本發(fā)明的實施例，采用一種復合保護外涂層，它包含加氫碳層和在加氫碳層上形成的一層無定形氮化碳或石墨碳層。通過根據它們特定的特征策略上選擇不同材料的各層，可以對于不同的驅動程序，修整本發(fā)明的復合保護外涂層，同時減小復合保護外涂層的總厚度。
在本發(fā)明的實施例中，磁記錄媒體涂有加氫碳層，它一般包含大約5％(原子)至40％(原子)氫，例如，大約20％(原子)氫至大約35％(原子)氫。然后，在加氫碳層上形成第二含碳保護層，諸如，無定形氮化碳層其氮∶氫濃度比約為5∶20至30∶0。在本發(fā)明的另一個實施例中，在加氫碳層上形成石墨碳層。石墨碳或石墨包括碳的晶狀同素異型體(crystallineallotrope)以及具有退化或不完全石墨結構特征的無定形形態(tài)。石墨碳一般不包含顯著量氫或氮，因此具有相對于無定形氮化碳的較少帶隙狀態(tài)，但是多于加氫碳的帶隙狀態(tài)。除了其中可獲得高硬度的sp3碳之外，石墨碳一般更軟。
于是，本發(fā)明能夠通過采用在多層中策略性選擇的材料層，修整保護外涂層，其中每層具有不同的特性，例如，不同量的碳懸空鍵，不同表面極性和不同導電性。使所得復合保護外涂層的總厚度最小，同時最優(yōu)化所施用的潤滑劑的粘合度、防止墊底磁層腐蝕和防止離子移離墊底層。
圖2示出本發(fā)明的實施例，其中用相同標號表示與圖1所示的傳統(tǒng)磁記錄媒體中相類似的元件。如圖2所示，在基材10的每一側依次提供鉻或鉻合金墊層11，11’，諸如鈷基合金層的磁層12，12’，如圖1磁記錄媒體所示。然而，根據本發(fā)明的磁記錄媒體與如圖1所示的傳統(tǒng)磁記錄媒體的不同之處在于，保護外涂層包括按序在磁層12，12’上形成的多層20A，20B和20A’，20B’。然后，潤滑劑面涂層14，14’施用于第二含碳保護外涂層20B，20B’。
本發(fā)明提供包含復合保護外涂層的磁記錄媒體，其中上述保護外涂層的總厚度大大小于傳統(tǒng)保護外涂層13，13’的厚度(一般，大約為200)。根據本發(fā)明，將本發(fā)明的復合保護外涂層20A，20B的總厚度減至大約100?；蚋伲?，50至大約70。通過策略性選擇各個保護外涂層，獲得這種厚度的減小，來使復合保護外涂層的整個性能最佳。例如，最初在磁層上形成能夠防止墊底磁層的腐蝕和原子移離墊層的加氫碳層。將石墨碳或無定形氮化碳的薄層施于該加氫碳層上，來充分粘合在之后所施用的潤滑層，以獲得大約為5至15的所需潤滑劑面涂層厚度。此外，本發(fā)明的復合保護外涂層的導電性最好在大約10-8Ω-1至大約10-4Ω-1。
例子按序鍍有無定形NiP的三個Al-Mg合金基材提供Cr合金墊層和Co基合金磁層的濺射沉積層。
向樣品1提供具有大約15％(原子)至大約35％(原子)氫的厚度大約150的加氫碳保護外涂層。
向樣品2提供氫濃度大約為20％(原子)至大約30％(原子)，厚度大約為50的加氫碳層。把厚度大約為100的石墨碳層氬弧濺射沉積在該加氫碳層上。測試顯示樣品2呈現大約低于樣品1的3-4倍的滑移噪聲，而且實際上高的耐用性，即，比樣品1好的磨損性能。
在基本上相同的條件下，把潤滑劑面涂層層施于樣品1和樣品2。測試顯示，粘合在樣品2上的潤滑劑面涂層的厚度為約8；而粘合在樣品1上的潤滑劑面涂層的厚度的厚度為約4。進一步的測試顯示根據CSS測定的包括應力CSS性能的接觸面阻力，和樣品2的腐蝕性能可與樣品1的相比較；然而，樣品2的導電性大約為10-6Ω-1，同時樣品1的導電性大約為10-8Ω-1。具有厚度大約為150的復合保護外涂層的樣品2特別適用于非接近應用，即，1微英寸或更大的磁頭磁盤界面。
將具有厚度大約為50的無定形氮化碳層沉積在具有60加氫碳，其氫濃度大約為20％(原子)至大約30％(原子)的樣品3上。樣品3呈現有效的抗腐蝕性，而且相對于樣品1大大減小了磁頭污跡。具有厚度為110的復合保護外涂層的樣品3特別適用于接近應用，其中磁頭磁盤界面小于大約1微英寸。
上述測試表示不同材料構成的多個策略選擇和定位層的復合物能夠采用其總厚度小于單個含碳保護外涂層的厚度的復合保護外涂層，同時獲得優(yōu)越的特性。于是，本發(fā)明能夠形成一種保護外涂層，其中對于特定驅動程序可精調其特性，而總碳厚度小于傳統(tǒng)上單個含碳層所采用的厚度。本發(fā)明還可用于產生任何不同類型的磁記錄媒體，它包含薄膜磁盤。本發(fā)明特別適用，并產生要求低浮動高度的高面積記錄密度磁記錄媒體。
只示出并在本實施例中描述本發(fā)明的較佳實施例，以及其多功能性的一些例子。應理解，本發(fā)明能夠在其它多種組合和環(huán)境中使用，而且能夠在這里所揭示的本發(fā)明的原理范圍內變化或修改。
權利要求
1.一種磁記錄媒體，其特征在于，包括多層含碳保護外涂層，每層具有不同的表面極性和不同的導電性。
2.如權利要求1所述的磁記錄媒體，其特征在于，包括第一加氫碳保護外涂層；和在所述第一保護外涂層上的第二保護外涂層，所述第二保護外涂層包括選自石墨碳和無定形氮化碳中的一種。
3.如權利要求2所述的磁記錄媒體，其特征在于所述第一保護外涂層具有大約5％(原子)至大約40％(原子)的氫濃度。
4.如權利要求3所述的磁記錄媒體，其特征在于，所述第一保護外涂層具有大約15％(原子)至35％(原子)的氫濃度。
5.如權利要求2所述的磁記錄媒體，其特征在于，所述第二保護外涂層包括無定形氮化碳，它具有大約5∶20至大約30∶0的氮∶氫濃度比。
6.如權利要求2所述的磁記錄媒體，其特征在于，所述第一和第二保護外涂層具有大約150或更少的組合厚度。
7.如權利要求6所述的磁記錄媒體，其特征在于所述第一保護外涂層具有大約20至大約75的厚度；和所述第二保護外涂層具有大約55至大約75的厚度。
8.如權利要求6所述的磁記錄媒體，其特征在于，所述第一和第二保護外涂層具有大約50至大約75的組合厚度。
9.如權利要求8所述的磁記錄媒體，其特征在于所述第一保護外涂層具有20至大約30的厚度；和所述第二保護外涂層具有45至大約55的厚度。
10.如權利要求2所述磁記錄媒體，其特征在于，包括非磁性基材；在所述非磁性基材上的至少一個墊層；在所述墊層上的磁層；在所述磁層上的所述第一保護外涂層；在所述第一保護外涂層上的所述第二保護外涂層；和粘合在所述第二保護外涂層上的潤滑劑面涂層。
11.如權利要求10所述的磁記錄媒體，其特征在于，所述潤滑劑面涂層具有大約10至大約25的厚度。
12.一種磁記錄媒體，其特征在于，包括非磁性基材；在所述非磁性基材上的至少一個墊層；在所述墊層上的磁層；在所述磁層上的第一保護外涂層，所述第一保護外涂層包括加氫碳，它具有大約5％(原子)至大約40％(原子)的氫濃度；在所述第一保護外涂層上的第二保護外涂層，所述第二保護外涂層包括選自石墨碳和無定形氮化碳中的一種；和在所述第二保護外涂層上的潤滑劑面涂層。
13.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一保護外涂層具有大約15％(原子)至大約35％(原子)的氫濃度。
14.如權利要求12所述的磁記錄媒體，其特征在于，所第二保護外涂層包括無定形氮化碳，它具有大約5∶20至30∶0的氮、氫濃度比。
15.如權利要求12所述的磁記錄媒體，其特征在于，所述第一和第二保護外涂層具有大約150或更少的組合厚度。
16.如權利要求15所述的磁記錄媒體，其特征在于所述第一保護外涂層，它具有大約20至大約75的厚度；和所述第二保護外涂層，它具有大約55至大約75的厚度。
17.如權利要求15所述的磁記錄媒體，其特征在于，所述第一和第二保護外涂層的組合厚度是大約50至大約75。
18.如權利要求17所述的磁記錄媒體，其特征在于所述第一保護外涂層具有大約20至大約30的厚度；和所述第二保護外涂層具有大約45至大約55的厚度。
19.如權利要求12所述的磁記錄媒體，其特征在于，所述潤滑劑面涂層的厚度大約10至大約25。
全文摘要
磁記錄媒體設有多層含碳保護外涂層,它具有不同表面極性和導電性,從而能夠對于不同的驅動程序修整最佳性能。實施例包括具有加氫碳的第一保護外涂層和具有石墨碳或無定形氮化碳的第二保護外涂層。
文檔編號G11B5/725GK1262765SQ97182272
公開日2000年8月9日 申請日期1997年10月8日 優(yōu)先權日1997年7月10日
發(fā)明者黃立基 申請人:西加特技術有限公司