專利名稱：有溫度調(diào)諧的粒間交換的熱輔助復(fù)合磁記錄介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜器件，更具體地，涉及用于熱輔助磁記錄(heat assisted磁記錄)的磁記錄薄膜。
背景技術(shù)：
因為要提高區(qū)域密度的原因而減小磁記錄介質(zhì)的粒度，對特定材料和溫度達到稱作超順磁極限的閾值。超順磁極限是一種物理約束，超出該極限就不能實現(xiàn)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)儲存。
磁記錄系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性可以通過使用由很高磁學(xué)各向異性Ku的材料形成的記錄介質(zhì)得以提高。單軸向磁性粒子在兩個穩(wěn)定態(tài)之間的轉(zhuǎn)換的能壘與磁性材料的磁學(xué)各向異性Ku和磁性粒子的體積(V)的乘積成比例。為了提供充分的數(shù)據(jù)存儲，KuV乘積應(yīng)大至60kBT，其中kB是波爾茲曼常數(shù)，而T是絕對溫度，以提供10年的熱穩(wěn)定數(shù)據(jù)儲存。雖然要求使用高Ku的磁性材料，但是幾乎沒有這種硬質(zhì)磁性材料存在。此外，對目前可以得到的磁性材料，記錄頭不能提供充分的寫磁場來在這種材料上進行寫入。
熱輔助磁記錄(HAMR)指局部加熱磁記錄介質(zhì)來降低記錄介質(zhì)的矯頑性的概念，使施加的寫磁場在記錄介質(zhì)被熱源暫時磁軟化時更容易控制該記錄介質(zhì)的磁化強度(magnetization)。用于在磁性介質(zhì)上寫信息的熱輔助磁記錄(HAMR)系統(tǒng)采用了寫磁場梯度和熱梯度的結(jié)合，提出這種結(jié)合可以將磁記錄擴展到1兆兆位/英寸2以上。HAMR允許使用小顆粒介質(zhì)，這是在假設(shè)有足夠的熱穩(wěn)定性，以室溫時較大磁學(xué)各向異性，以提高的面密度進行記錄所需要的。
對HAMR介質(zhì)一些重要要求包括高的各向異性，中等居里溫度和具有絕熱優(yōu)良的顆粒的良好微結(jié)構(gòu)。這些介質(zhì)候選者中，很難同時滿足這三個要求。
因此，仍存在能有效用于熱輔助磁記錄的記錄薄膜的需要。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種薄膜結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括第一層，該層包含大量具有第一粒間交換耦合(intergranular exchange coupling)的磁性材料的第一顆粒；與第一層相鄰的第二層，該層包含大量具有第二粒間交換耦合的磁性材料的第二顆粒，其中，第二粒間交換耦合大于第一粒間交換耦合，第一層的居里溫度高于第二層的居里溫度。
另一方面，本發(fā)明提供一種薄膜結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包含大量嵌埋在具有第二居里溫度的第二磁性材料的基質(zhì)中的具有第一居里溫度的第一磁性材料的顆粒，其中，第二居里溫度低于第一居里溫度，第二磁性材料包含氧化物、硫化物、氮化物和硼化物中的一種或多種。
本發(fā)明還包括一種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)換器、存儲介質(zhì)以及在轉(zhuǎn)換器和存儲介質(zhì)之間引起相對運動的激勵器。所述存儲介質(zhì)包含第一層，該層包含具有第一粒間交換耦合的磁性材料的大量第一顆粒；與第一層相鄰的第二層，該層包含具有第二粒間交換耦合的磁性材料的大量第二顆粒，其中，第二粒間交換耦合大于第一粒間交換耦合，第一層的居里溫度高于第二層的居里溫度。
另一方面，本發(fā)明提供一種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)換器、存儲介質(zhì)以及在轉(zhuǎn)換器和存儲介質(zhì)之間引起相對運動的激勵器。所述存儲介質(zhì)包含大量嵌埋在具有第二居里溫度的第二磁性材料的基質(zhì)中的具有第一居里溫度的第一磁性材料的顆粒，其中，第二居里溫度低于第一居里溫度，第二磁性材料包含氧化物、硫化物、氮化物和硼化物中的一種或多種。
附圖簡述

圖1是磁盤驅(qū)動器存儲系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)包括具有本發(fā)明的磁記錄薄膜的記錄介質(zhì)。
圖2所示是熱輔助磁記錄頭和包含本發(fā)明的磁記錄薄膜的記錄介質(zhì)的示意圖。
圖3所示是包含本發(fā)明的磁記錄薄膜的記錄介質(zhì)的剖面圖。
圖4所示是磁場和磁化強度與溫度的關(guān)系圖。
圖5、6和7所示是包含本發(fā)明的磁記錄薄膜的記錄介質(zhì)的剖面圖。
圖8和9所示是相對各向異性與溫度的關(guān)系圖。
圖10所示是磁化強度與施加的磁場的關(guān)系圖。
圖11所示是磁化強度與溫度的關(guān)系圖。
圖12所示是本發(fā)明另一個實施方式的記錄薄膜的示意圖。
圖13所示是居里溫度與TiFe3O4材料的Ti含量的關(guān)系圖。
圖14所示是包含本發(fā)明的另一種磁記錄薄膜的記錄介質(zhì)的剖面圖。
發(fā)明詳述圖1所示是磁盤驅(qū)動器10形式的數(shù)據(jù)存儲器件的示意圖，該磁盤驅(qū)動器可以采用本發(fā)明制造的記錄介質(zhì)。磁盤驅(qū)動器10包括外罩12(有移走了的上部和該圖中可看到的下部)，其尺寸和結(jié)構(gòu)為能夠容納磁盤驅(qū)動器的各部件。盤驅(qū)動器10在外罩內(nèi)包括主軸電動機14，用于旋轉(zhuǎn)至少一個磁存儲介質(zhì)16。外罩12內(nèi)有至少一個臂18，每個臂18有帶記錄頭或滑塊22的第一端20，通過軸承26樞軸安裝在一個軸上的第二端24。激勵器電動機28位于臂的第二端24，用于樞軸轉(zhuǎn)動臂18，以使記錄頭22位于盤16的所需扇區(qū)或磁道27上面。激勵器電動機28由一個控制器進行調(diào)節(jié)，該控制器為本領(lǐng)域公知，因此在圖中未示出。
對熱輔助磁記錄(HAMR)，例如，可見光、紅外光或紫外光的電磁波被導(dǎo)向數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的表面，升高介質(zhì)的局部化區(qū)域的溫度，促進該區(qū)域的磁化轉(zhuǎn)換。近來HAMR記錄頭的設(shè)計包括在滑塊上的薄膜波導(dǎo)，將光學(xué)導(dǎo)向存儲介質(zhì)，以局部化加熱存儲介質(zhì)。要將光發(fā)射到波導(dǎo)中，可以使用光柵偶合器。
圖2所示是HAMR記錄頭22和磁記錄介質(zhì)16的示意圖。雖然參照將記錄頭22作為垂直磁記錄頭和將介質(zhì)16作為垂直磁記錄介質(zhì)描述了本發(fā)明的實施方式，但是，應(yīng)理解本發(fā)明的各個方面還可以與其它形式記錄頭和/或記錄介質(zhì)聯(lián)合，此時要求使用熱輔助記錄。具體地，所述頭22可以包括寫入部分，該部分包含通過磁軛或支架35(pedestal)磁偶合的主寫入極30和返回或?qū)χ脴O32。應(yīng)理解，所述頭22的結(jié)構(gòu)中可以只有寫入極30，而沒有返回極32或磁軛35。磁化線圈33可以包圍該磁軛或支架35，給予所述頭22電壓。HAMR頭22還可以包含讀部分(該部分未示出)，可以是本領(lǐng)域公知的任何常規(guī)類型的讀出頭。記錄介質(zhì)16與記錄頭22相鄰或者在其下面。所述頭與介質(zhì)之間的相對運動如箭頭62標(biāo)示的。
如圖2所示，記錄頭22還包括用來加熱磁記錄介質(zhì)16的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)緊鄰寫入極30，寫入極向記錄介質(zhì)16施加寫磁場H。介質(zhì)16包括基片38、散熱層40、晶粒層(seed layer)41、磁記錄層42和保護層43。通過線圈33中的電流產(chǎn)生磁場H，該磁場H用來控制介質(zhì)的記錄層中比特(bit)44的磁化強度方向。
用來加熱介質(zhì)的結(jié)構(gòu)可以包括，例如平面光波導(dǎo)，圖2中由標(biāo)號50表示。波導(dǎo)50從電磁輻射源52傳導(dǎo)能量，電磁輻射可以是例如，紫外光、紅外光或可見光。所述電磁輻射源52可以是，例如激光二極管或者其它適合將光束導(dǎo)向波導(dǎo)50的激光器光源?？梢圆捎靡阎軐⒐馐?4耦合到波導(dǎo)50的各種技術(shù)。例如，光源52可以與光纖和外部光學(xué)器件結(jié)合，用來將來自光纖的光束54準(zhǔn)直對向波導(dǎo)上的衍射光柵?；蛘撸诓▽?dǎo)50上安裝激光器，可以將光束54耦合導(dǎo)入波導(dǎo)50，不需要外部結(jié)構(gòu)。一旦光束54被耦合到波導(dǎo)50，該光束通過該波導(dǎo)50向著波導(dǎo)50的截斷端56傳播，波導(dǎo)50靠近記錄頭22的承載空氣的表面(ABS)。光58從波導(dǎo)端部出射，如箭頭62所示介質(zhì)相對于記錄頭移動時，光58加熱介質(zhì)的一部分60。
雖然圖1示出磁盤驅(qū)動器，本發(fā)明還可以應(yīng)用于其它存儲器件，所述存儲器件包括轉(zhuǎn)換器、存儲介質(zhì)和用于在轉(zhuǎn)換器和存儲介質(zhì)引起相對運動的激勵器。
如圖3所示，熱輔助磁記錄介質(zhì)70包含安裝本發(fā)明的一個實施方式構(gòu)造的復(fù)合薄膜磁記錄層72。這個實例中的記錄介質(zhì)70包含基片74、用作軟磁性下層的散熱層76和在該散熱層上面的晶粒層78。
基片74可以由任何合適的材料制成，例如陶瓷玻璃、無定形玻璃、鋁或涂敷NiP的AlMg。散熱層的典型厚度約為10-1,000nm，可以由任何合適的材料如Cu、Ag、Al、Au、CuZr、CoFe、FeCoB、FeAlN、FeAlSi、NiFe、CoZrNb或FeTaN制成。散熱層76還可以包含多個層疊的層。在記錄層上可以有保護和/或潤滑層80。
復(fù)合薄膜磁記錄層包括第一(或底)層82，在該實例中是具有磁粒84的顆粒層，被可以是氧化物的去耦材料86隔開。該復(fù)合磁記錄薄膜還包括第二(或頂)層88，是具有粒度大于第一層的磁粒的基本連續(xù)的層。層82的厚度在2-30nm范圍，層88的厚度在0.5-30nm范圍。
在第一和第二層之間可以提供可選的交換耦合控制層90，使能夠調(diào)諧層間交換?？梢愿淖兛蛇x的交換耦合控制層90厚度，以控制在第一和第二層之間的交換耦合量。交換耦合控制層的厚度可以為0-5nm，可以是Pt、Ir、Rh、Pd或Ru層。
晶粒層厚度可以約為1-50nm，可用于控制諸如隨后的沉積層的取向和粒度的性質(zhì)。例如，晶粒層可以是控制層82取向的面心立方物質(zhì)，如Pt，或者是控制隨后沉積的層的粒度并有利于隨后沉積層的外延生長或者這兩個的組合的物質(zhì)，如Ru或Rh。晶粒層可以是由一層或多層諸如以下的物質(zhì)構(gòu)成CoCr、CoCrRu、Ru、Pt、Pd、Rh、Ta、TiC、氧化銦錫(ITO)、AlN、ZnO或另一種金屬氧化物。保護層80可以由任何合適的物質(zhì)如類似金剛石的碳構(gòu)成。
本發(fā)明提供一種具有薄膜記錄層的復(fù)合HAMR介質(zhì)，該記錄層包含多層具有不同居里溫度和不同粒間交換耦合的磁性材料。
該介質(zhì)中的記錄層包含至少兩種不同功能(磁性)的組分。層82和88中的磁性組分可以是，例如，Co3Pt、CoXPt合金、CoX/Pt多層膜、CoXPd合金、CoX/Pd多層膜、FePt、FeXPt合金或TbFeCo。由于居里溫度與材料相關(guān)，因此該層使用不同的組成可以具有不同的居里溫度。底層中的粒度為1-10nm，頂層中粒度為1-1000nm。這些粒度為平面內(nèi)尺寸，大約是顆粒的直徑，盡管所述顆粒并不是真正的圓形。
圖3的雙層例子中，底層具有較高各向異性和較小的顆粒，在儲存溫度(或室溫(RT))下其本身是熱不穩(wěn)定的，而頂層的顆粒具有和底層相當(dāng)(或更小)的各向異性，但粒間的交換耦合大得多。粒間的交換耦合是顆粒磁性材料的磁相互作用產(chǎn)生的磁能。這種情況下，顆粒處于一個平面并在該平面的整個厚度范圍。由于相互作用的范圍很小，該相互作用能是由層的微結(jié)構(gòu)和特定的晶粒邊界的性質(zhì)所決定。
在記錄溫度，加熱頂層至高于居里溫度的溫度，該層是非磁性的。因此，底層(至頂層)的粒子之間的耦合在記錄溫度時小于存儲溫度時。但是，在存儲溫度時，雙層介質(zhì)的熱穩(wěn)定性由于提高了底層至頂層之間粒子的粒間交換耦合而得到提高。
圖4所示是磁場H和磁化強度M與溫度的關(guān)系圖。圖4中，M(1)是頂層88的磁化強度，M(2)是底層82的磁化強度，M總(T)是復(fù)合記錄層72的磁化強度，HEX(T)是施加的磁場。虛線92顯示施加的磁場H施加。虛線94顯示寫入溫度T寫入。TC1是底層的居里溫度，TC2是頂層的居里溫度。
對圖4中標(biāo)號96標(biāo)出的區(qū)域的溫度，該溫度超過了兩種磁性物質(zhì)的居里溫度，磁性材料是順磁性的。圖5顯示當(dāng)所述層的溫度超過兩個層的居里溫度時，在頂層中的磁化強度110和底層中的磁化強度112在任何特定方向都不能對齊。
當(dāng)介質(zhì)冷卻(在圖4中標(biāo)號98所示的區(qū)域)時，底層冷卻到低于其居里溫度，其磁化強度與施加的磁場對齊。圖6顯示在此點，頂層中的磁化強度110在所有特定方向上都沒有對齊，但是底層的磁化強度114、116和118與施加的磁場對齊。
在圖4的標(biāo)號98所示的區(qū)域中，頂層仍然高于其居里溫度，因此是順磁性的。底層(的磁化強度)與施加的磁場對齊，并且隨介質(zhì)冷卻發(fā)生了凍結(jié)(即，磁化強度方向固定)，假設(shè)是較小粒度和提高的溫度。介質(zhì)設(shè)計成介質(zhì)的磁性質(zhì)由于其熱不穩(wěn)定性而衰減的時間相對長于冷卻時間(例如，約1ns(毫微秒))。這樣可以使熱衰減最小，熱衰減會降低產(chǎn)生的磁化強度并最終降低信噪比。由于某些介質(zhì)粒子的熱活化轉(zhuǎn)換(例如，由于超順磁性效應(yīng)的“熱衰減”)，衰減時間通常與磁化強度的下降結(jié)合使用。相反，冷卻時間是在加熱之后介質(zhì)冷卻至低于操作(存儲)溫度所用的時間。
圖6示出在施加的磁場發(fā)生逆轉(zhuǎn)時顆粒間的轉(zhuǎn)換。更具體地，圖6中凍結(jié)的磁化強度表明在記錄期間存在轉(zhuǎn)換。后面顆粒的磁化強度114由于顆粒靠近光源并因此在較高溫度而仍然較小。
在圖4的標(biāo)號100示出的區(qū)域，兩個層都被冷卻到室溫。雖然單獨的底層是超順磁性(即其熱穩(wěn)定性小于10年，KuV/kT＜50)，但是與頂層交換可防止熱衰減。如圖7中所示的，在頂層中顆粒124和126的磁化強度120和122以及底層粒子的磁化強度128、130和132都與施加的磁場對齊。
有效體積(底層和頂層的合并磁體積(magnetic volume))通過提高至頂層的交換耦合得到擴大。因此，KuV有效由于交換耦合而增加。頂層的疇壁受到底層中下面的顆粒結(jié)構(gòu)的牽制。擴大的有效體積提高了在存儲溫度時的熱穩(wěn)定性。此外，讀回的跳動因為寫入過程中減少了交換而下降。因為在垂直記錄中較大的截面-磁道的相關(guān)長度，粒間的交換引起較大的跳動。本發(fā)明中在升高溫度，底層的顆粒獨立發(fā)揮作用，但在室溫它們共同發(fā)揮作用。在此交換是有效的粒間交換，對底層有兩種——顆粒與顆粒，以及到達頂層返回的顆粒與底層的顆粒的交換。后者在升高溫度下消失或明顯減少。
在熱輔助磁記錄時，交換耦合可以通過溫度進行調(diào)諧(消失或減少)，因此可以記錄高線密度信息。在冷卻過程中，記錄的信息被復(fù)制到頂層，底層的熱穩(wěn)定性通過提高至頂層的耦合而得到增強。
HAMR產(chǎn)生較大溫度梯度，能根據(jù)不同的溫度響應(yīng)來設(shè)計介質(zhì)。HAMR克服了寫入磁場的限制并能不考慮其磁學(xué)各向異性而加以使用，產(chǎn)生高達10×密度標(biāo)度增益(density scaling gain)(假設(shè)FePt是直徑2.5nm，高10nm的顆粒)。在記錄期間，與垂直記錄(PMR)相比，熱梯度和磁場梯度的結(jié)合產(chǎn)生2-5×更大梯度，使比特邊緣更明顯，因此有更高線密度。在寫入期間更大的梯度能使介質(zhì)具有較高可被使用的粒間交換，這可以降低對微結(jié)構(gòu)的要求，如粒度和其磁隔離(magnetic isolation)。由于交換對垂直記錄的不利作用(大的截面磁道相關(guān)長度誘發(fā)跳動)，PMR需要磁性去耦合的顆粒。HAMR具有較大的有效磁場梯度，并且可以減少在寫入溫度時的交換。因此，對HAMR微結(jié)構(gòu)可以不需要對隔離顆粒的嚴格要求。HAMR能夠得到全新介質(zhì)設(shè)計，這種介質(zhì)具有能提高溫度控制的功能層(混合設(shè)計，如可以使用不同功能的層用于寫入和存儲)。
在升高溫度下記錄時，頂層是非磁性的；因此，該介質(zhì)類似于常規(guī)的顆粒氧化物介質(zhì)。冷卻之后，頂層成為磁性的并形成磁性交換耦合的位單元。假設(shè)在熱輔助記錄期間凍結(jié)的疇壁是穩(wěn)定的。對熱穩(wěn)定的相關(guān)體積對應(yīng)于比特的體積而不是單獨顆粒的體積。磁性金屬可以是常規(guī)的相對低各向異性的物質(zhì)。本發(fā)明的介質(zhì)可以用Co/Pt多層結(jié)構(gòu)制造為雙層，Co/Pt多層結(jié)構(gòu)在頂層和底層具有不同量的隔離物(segregate)，并且具有不同的居里溫度。所述隔離物可以是氧化物，如SiO2、TiO2、Ta2O5、Nb2O5、WO5、NiO等。
本發(fā)明提供一種復(fù)合雙層介質(zhì)，該介質(zhì)的兩個層具有不同的居里溫度和不同的粒間交換耦合。底層具有較高各向異性和較小顆粒，并且其本身是熱不穩(wěn)定的，而頂層具有和底層相當(dāng)?shù)?甚至更小的)各向異性，但具有大得多的粒間交換耦合。雙層介質(zhì)的熱穩(wěn)定性由于提高了至頂層的粒間交換耦合而得到提高。
在一個實施例中，頂層具有較低的居里溫度TC2，而寫入溫度高于TC2，因此，粒間交換與頂層的磁化一起都消失。該轉(zhuǎn)變由底層相應(yīng)于熱梯度/磁場梯度的轉(zhuǎn)換來限定，并在介質(zhì)冷卻至低于TC2后將該轉(zhuǎn)變復(fù)制到頂層。
如果頂層用來在存儲期間穩(wěn)定顆粒介質(zhì)，對底層的熱穩(wěn)定性要求可以降低至冷卻頂層的時間范圍，即約1ns。穩(wěn)定性因子R如下R＝ln(fot/ln(2))/(KuV/kT)。
如果穩(wěn)定性因子必須是一個常數(shù)，對給定的各向異性Ku，當(dāng)我們將要求的的熱穩(wěn)定性時間從10年縮減至1ns時，則顆粒體積可以減小約1個量級。這樣可以使目前可利用的較低居里溫度的物質(zhì)的面密度接近2Tb/in2。
參見圖3，磁性層可以用濺射淀積形成的Co/Pt多層結(jié)構(gòu)制造。表1示出本發(fā)明一個實施方式的參數(shù)例子。
表1
雖然表1列出對特定Co/Pt材料的參數(shù)，其它材料可以具有不同的參數(shù)。因為相對較厚的頂層原因，顆粒的較高各向異性的底層受到更好的保護，免于腐蝕。這樣可以允許考慮其它的磁性材料。
圖8和圖9中，示出三種類型介質(zhì)的相對的各向異性和其溫度相關(guān)性。FePt具有最高的各向異性(可以高達7×107erg/cc)，可調(diào)諧TC(350-500℃)，但是該微結(jié)構(gòu)由于需要通常采用的熱退火工藝來誘發(fā)L10排序而很難控制。CoPt氧化物介質(zhì)具有適度的各向異性(1×107erg/cc)，并具有很好隔離的晶粒邊界的完美的微結(jié)構(gòu)，但是，其TC(＞1000℃)對設(shè)計HAMR頭盤界面(HDI)而言太高。Co/Pt多層具有較低的TC(200-400°℃)，但是，在試圖獲得較佳的微結(jié)構(gòu)時其各向異性通常下降至較低(2-4×106erg/cc)，這樣不能充分維持高的面密度。圖8和圖9示出在居里溫度和各向異性之間的平衡，以及單層設(shè)計中的困難。
在本發(fā)明的一個實施例中，頂層的TC約為500K，底層的TC約為600K，而頂層由于非磁性材料的摻雜劑含量小得多而具有大得多的交換耦合。圖10示出對單層和復(fù)合層的磁滯回線。該復(fù)合層包含具有兩層不同TC溫度的層，這兩層的Tc溫度如圖11所示的溫度與磁化強度的曲線。可以清楚地看出，由該回線斜率判斷這種復(fù)合物具有高得多的粒間交換耦合，提高了室溫(RT)下的穩(wěn)定性，而在寫入溫度由于頂層較低的Tc而可以使耦合消失。
另一方面，本發(fā)明提供一種存儲介質(zhì)，該介質(zhì)中，高TC物質(zhì)被封裝在基質(zhì)中的低TC物質(zhì)中。圖12所示是安裝本發(fā)明的一種實施方式的記錄薄膜140的示意圖。該薄膜包含大量嵌埋在第二磁性材料144的基質(zhì)中的第一磁性材料的顆粒142。磁化強度的方向146可以通過加熱介質(zhì)并對該基質(zhì)中的加熱部分施加磁場來進行控制。
第一磁性材料可以是常規(guī)的金屬記錄合金，如Co3Pt或CoXPt合金，其居里溫度高于預(yù)計的HAMR記錄溫度(如＞1000K)。第二磁性材料可以具有較差的導(dǎo)熱性以及與預(yù)計的HAMR記錄溫度相比較低的居里溫度。
第二材料是磁性氧化物，其作用是在存儲溫度耦合相鄰的粒子，但是其居里溫度低于或接近凍結(jié)(寫入)溫度。在沒有(或弱)交換耦合通過該基質(zhì)材料的條件下發(fā)生記錄，而存儲通過該基質(zhì)材料包含大的交換耦合。使用磁性氧化物基質(zhì)材料在第一磁性材料的顆粒之間提供了清晰的邊界。
一旦記錄了磁性轉(zhuǎn)變，即便有相鄰比特位的雜散場出現(xiàn)，它們?nèi)匀槐３炙鼈儜?yīng)有狀態(tài)。注意到，不需要磁學(xué)各向異性(矯頑性)明顯高于常規(guī)垂直記錄介質(zhì)的金屬顆粒合金，即這種介質(zhì)不需要施加熱量都能寫入。所述加熱主要用來(a)限定進行了記錄的區(qū)域和(b)產(chǎn)生高的磁場總梯度dH總/dx＝dHk/dT×dT/dx。
在一種實施方式中，F(xiàn)ePtNi或CoPt顆粒被Fe3O4基質(zhì)包圍，該基質(zhì)的填充密度約為60％。該氧化物的Hk和居里溫度低于FePtNi或CoPt。加熱基質(zhì)超過其居里溫度可以除去(或降低)通過該基質(zhì)材料的交換耦合。粒子在冷卻期間會磁封閉(magnetically block)。該基質(zhì)在基質(zhì)材料居里溫度TC，基質(zhì)進一步冷卻后，通過交換耦合至基質(zhì)材料提供磁化強度熱穩(wěn)定性?；|(zhì)材料有助于凍結(jié)態(tài)的總磁化強度，該凍結(jié)態(tài)能提高有效填充密度和讀信號。
可用于基質(zhì)的一種可能材料是磁鐵礦(Fe3O4)或另一種鐵氧化物。磁鐵礦的居里溫度為575-585℃，(磁)矩密度(moment density)為0.56T。作為邊界氧化物基質(zhì)，TC，基質(zhì)很可能較低。此外，通過摻雜如用Ti摻雜，很容易調(diào)節(jié)基質(zhì)氧化物的居里溫度，如圖13所示，表明采用摻雜Ti方式可以在585℃至約-150℃范圍調(diào)節(jié)TC，基質(zhì)。圖13所示是對Fe3O4材料的居里溫度與Ti含量的關(guān)系圖。
各種已知氧化物以及磁性硫化物的體性質(zhì)列于表2和表3。磁性基質(zhì)材料的選擇不限于氧化物。大體上，可以是任何多相多組分體系，其基質(zhì)的TC低于“存儲”材料。例如，可以使用非氧化物的磁性材料，如氮化物、硼化物或硫化物?；|(zhì)結(jié)構(gòu)與高TC/低TC雙層方法之間的主要差別是冷卻后各層中相鄰粒子會交換耦合。
表2列出幾種TC＞RT的氧化物和硫化物的體性質(zhì)。
表2
表3列出具有高于室溫的Tc的鐵磁氧化物和硫化物。
表3
本發(fā)明的介質(zhì)利用溫度來調(diào)諧粒間交換耦合的存在或消失，這可以提高在存儲溫度時的熱穩(wěn)定性，并擴展某些介質(zhì)的記錄密度容量。
本發(fā)明包括至少兩種不同功能(磁性)的部件。通過利用溫度來調(diào)諧顆粒間存在交換耦合或者交換耦合消失，通過在存儲時產(chǎn)生高交換而在記錄過程產(chǎn)生低交換，可以對更小的顆粒達到具有良好寫入性下的熱穩(wěn)定性。
這一概念可以擴展到其它結(jié)構(gòu)體系和其它材料。例如，可以使用CoCr或類似的(在頂部、下面或之間)插有常規(guī)顆粒氧化物介質(zhì)的低TC金屬。圖14顯示熱輔助磁記錄介質(zhì)150的另一個例子，這種介質(zhì)包含安裝本發(fā)明的一種實施方式構(gòu)成的復(fù)合磁記錄薄膜152。在此例子中的記錄介質(zhì)150包含基片154、用作軟磁性下層的散熱層156以及在該散熱層上面的晶粒層158。
基片154可以由任何合適的材料構(gòu)成，如陶瓷玻璃，無定形玻璃，鋁或涂敷NiP的AlMg。散熱層的厚度通常約為10-1,000nm，可以由合適的材料如Cu、Ag、Al、Au、CuZr、CoFe、FeCoB、FeAlN、FeAlSi、NiFe、CoZrNb或FeTaN構(gòu)成。散熱層156還可以包括層疊的結(jié)構(gòu)。在記錄層上可以提供保護和/或潤滑層160。
復(fù)合磁記錄薄膜包括第一(或底)層162，在此例子中該層是具有磁粒164的顆粒層，它被是氧化物的去耦材料166隔離。該復(fù)合磁記錄薄膜還包含第二(或頂)層170，該層是具有粒度大于第一層的磁粒的基本連續(xù)層。
在第一和第二層之間可以有任選的交換耦合控制層168?？梢愿淖冊撊芜x的交換耦合控制層170的厚度，以控制在第一和第二層之間的交換耦合量。
雖然按照一些實施例描述了本發(fā)明，但是，在不偏離權(quán)利要求書提出的本發(fā)明的范圍下，對揭示的這些實施例進行各種變動對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種薄膜結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包含第一層，該層包含大量具有第一粒間交換耦合的磁性材料的第一顆粒，第二層，該層與所述第一層相鄰，包含大量具有第二粒間交換耦合的磁性材料第二顆粒，其中，所述第二粒間交換耦合大于所述第一粒間交換耦合，所述第一層的居里溫度高于所述第二層的居里溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一層的顆粒小于所述第二層的顆粒，所述第一層和所述第二層相互交換耦合。
3.如權(quán)利要求1所述的薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一層的磁學(xué)各向異性大于所述第二層的磁學(xué)各向異性。
4.如權(quán)利要求1所述的薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一層包含在顆粒之間的去耦材料。
5.如權(quán)利要求4所述的薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述去耦材料包括氧化物。
6.如權(quán)利要求1所述的薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一層的磁化強度在存儲溫度下其本身是熱不穩(wěn)定的。
7.如權(quán)利要求1所述的薄膜結(jié)構(gòu)，該薄膜結(jié)構(gòu)還包含基片；晶粒層，沉積在所述基片上，其中，所述第一層沉積在所述晶粒層上。
8.如權(quán)利要求1所述的薄膜結(jié)構(gòu)，該薄膜結(jié)構(gòu)還包含在所述第一層和第二層之間的交換控制層。
9.一種薄膜結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包含大量嵌埋在具有第二居里溫度的第二磁性材料的基質(zhì)中的具有第一居里溫度的第一磁性材料顆粒，其中，所述第二居里溫度低于所述第一居里溫度，所述第二磁性材料包含氧化物、硫化物、氮化物和硼化物中的一種或多種。
10.如權(quán)利要求9所述的薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述基質(zhì)包含摻雜物質(zhì)。
11.一種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)換器；存儲介質(zhì)，所述存儲介質(zhì)包含第一層，該層包含大量具有第一粒間交換耦合的磁性材料的第一顆粒，與所述第一層相鄰的第二層，該層包含大量具有第二粒間交換耦合的磁性材料的第二顆粒，其中，所述第二粒間交換耦合大于所述第一粒間交換耦合，所述第一層的居里溫度高于所述第二層的居里溫度；激勵器，用于在所述轉(zhuǎn)換器和所述存儲介質(zhì)之間引起相對運動。
12.如權(quán)利要求11所述的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，其特征在于，所述第一層的顆粒小于所述第二層的顆粒，所述第一層和所述第二層相互交換耦合。
13.如權(quán)利要求11所述的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，其特征在于，所述第一層的磁學(xué)各向異性大于所述第二層的磁學(xué)各向異性。
14.如權(quán)利要求11所述的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，其特征在于，所述第一層在顆粒之間包含去耦材料。
15.如權(quán)利要求14所述的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，其特征在于，所述去耦材料包括氧化物。
16.如權(quán)利要求11所述的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，其特征在于，所述第一層的磁化強度對其本身是熱不穩(wěn)定的。
17.如權(quán)利要求11所述的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)還包括基片；晶粒層，沉積在該基片上，其中，所述第一層沉積在該晶粒層上。
18.如權(quán)利要求11所述的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)還包括在所述第一層和所述第二層之間的交換控制層。
19.一種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)換器；存儲介質(zhì)，該存儲介質(zhì)包含大量嵌埋在具有第二居里溫度的第二磁性材料的基質(zhì)中的具有第一居里溫度的第一磁性材料顆粒，其中，所述第二居里溫度低于所述第一居里溫度，所述第二磁性材料包含氧化物、硫化物、氮化物和硼化物中的一種或多種；激勵器，用于在所述轉(zhuǎn)換器和所述存儲介質(zhì)之間引起相對運動。
20.如權(quán)利要求19所述的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，其特征在于，所述基質(zhì)包含摻雜物質(zhì)。
全文摘要
提供一種薄膜結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包含第一層，該層包含大量具有第一粒間交換耦合的磁性材料的第一顆粒；第二層，該層與第一層相鄰，包含大量具有第二粒間交換耦合的磁性材料的大量第二顆粒，其中，第二粒間交換耦合大于第一粒間交換耦合，第一層的居里溫度高于第二層的居里溫度。還提供一種包括所述薄膜結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。
文檔編號H01F10/10GK101025933SQ200710007309
公開日2007年8月29日 申請日期2007年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月20日
發(fā)明者D·K·韋勒, E·C·蓋奇, 鞠贛平, 陸斌 申請人:希捷科技有限公司