專利名稱：具有改進的反鐵磁耦合記錄層的垂直磁記錄介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及垂直磁記錄介質(zhì)，更特別地，涉及用于磁記錄硬盤驅(qū)動器的具有垂直磁記錄層的盤。
背景技術(shù)：
垂直磁記錄是在磁記錄硬盤驅(qū)動器中實現(xiàn)超高記錄密度的途徑之一，垂直磁記錄中所記錄的位(bit)沿垂直或離面(out-of-plane)取向存儲在記錄層中。普通類型的垂直磁記錄系統(tǒng)是利用“探針(probe)”或單極記錄頭的系統(tǒng)，采用“雙層”介質(zhì)作為記錄盤，如圖1所示。雙層介質(zhì)包括形成在“軟磁”或低矯頑力導(dǎo)磁襯層(SUL)上的垂直磁數(shù)據(jù)記錄層(RL)，SUL層用作來自記錄頭的極(pole)的場的磁通返回路徑。此類型的系統(tǒng)也稱為“1型”垂直磁記錄。圖1中，RL示出為具有垂直記錄或磁化的區(qū)域，相鄰區(qū)域具有相反的磁化方向，如箭頭所示。相鄰的相反方向磁化區(qū)域之間的磁轉(zhuǎn)變(magnetic transition)作為所記錄的位通過讀元件或讀頭被檢測。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)垂直磁記錄盤的橫截面的示意圖，示出對記錄層RL起作用的寫場H。該盤還包括硬盤襯底、用于SUL的生長的籽層或始層(onsetlayer，OL)、用于中斷SUL導(dǎo)磁膜與RL之間的磁交換耦合且促進RL的外延生長的交換中斷層(EBL)、以及保護覆層(OC)。如圖2所示，RL位于“視在(apparent)”記錄頭(ARH)的間隙內(nèi)，其與縱向或面內(nèi)記錄相比允許顯著更高的寫場。ARH包括盤上方的作為真實寫頭(RWH)的寫極(圖1)、以及RL下方的有效次級寫極(SWP)。SWP由SUL促成，其通過EBL自RL去耦(decouple)，并且由于其高的磁導(dǎo)率在寫過程期間產(chǎn)生RWH的磁鏡像。這有效地使RL在ARH的間隙中且允許在RL內(nèi)的大的寫場。
用于RL的一種類型的材料是傳統(tǒng)的多晶顆粒鈷合金，例如CoPtCr合金。此傳統(tǒng)材料具有離面的垂直磁各向異性，這是因為沉積期間其六角密堆積(hcp)晶體結(jié)構(gòu)的c軸被誘導(dǎo)為垂直于層平面生長。為了誘發(fā)此生長，其上形成RL的EBL通常也是具有hcp晶體結(jié)構(gòu)的材料。因此，釕(Ru)是建議用于EBL的一種材料。
已經(jīng)提出了一種垂直磁記錄介質(zhì)，其中RL是兩相同鐵磁層的反鐵磁耦合(AFC)層，所述兩相同鐵磁層每個具有垂直磁各向異性，被反鐵磁(AF)耦合層分隔開。在此類型的介質(zhì)中，如US 6,815,082 B2所述，第一或下鐵磁層和第二或上鐵磁層具有相同的成分且由傳統(tǒng)多晶顆粒鈷合金形成。因此在具有AFC RL的垂直磁記錄介質(zhì)中，EBL也必須具有hcp晶體結(jié)構(gòu)從而誘導(dǎo)AFC層中的下層的垂直磁各向異性。此類型介質(zhì)示意性描述在圖3中。
當(dāng)EBL盡可能地薄，即所需要的最小的厚度來提供SUL和RL的磁去耦，使得寫過程期間磁通能夠容易地通過EBL時，獲得寫垂直磁記錄的最佳性能。然而，盡管期望減小EBL的厚度，但是EBL必須具有足夠的厚度從而提供用于鈷合金RL的生長的模板(template)以確保其c軸垂直。也需要較厚的Ru EBL來提供具有高矯頑力和足夠低的顆粒間交換耦合的RL從而最小化固有介質(zhì)噪聲。因此，如果Ru用作EBL，對于現(xiàn)有的RL材料它必須至少約80埃厚。
需要一種具有AFC記錄和顯著更薄的有效EBL的垂直磁記錄介質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是垂直磁記錄介質(zhì)，其具有AFC RL，但其中AFC層的下鐵磁層(LFM)具有比上鐵磁層(UFM)的磁導(dǎo)率顯著更高的磁導(dǎo)率。LFM充當(dāng)部分“有效EBL”，從而允許實際EBL制得盡可能薄。通常，通過材料成分的選擇可使LFM具有較高的磁導(dǎo)率，其將導(dǎo)致與UFM相比時增大的顆粒間交換以及比UFM的各向異性場顯著更低的各向異性場(Ku/M)。因此可以選擇LFM的材料成分從而提供更低的各向異性Ku和/或更高的磁矩M。雖然LFM具有較高的磁導(dǎo)率，但是它仍具有足夠的垂直磁各向異性以保持磁化且因此充當(dāng)部分AFC RL。“有效EBL”是實際EBL、LFM和AF耦合層的組合厚度。LFM是hcp材料且因此以與非磁EBL相同的方式促進hcp UFM的生長。因此其厚度可以替代實際EBL厚度從而滿足生長hcp UFM所需的厚度。這使實際EBL能顯著更薄。在寫過程期間有效EBL呈現(xiàn)為在磁性上是“薄”的，因為較高磁導(dǎo)率的LFM使磁通到SUL的通過容易，LFM顯得比其物理厚度更薄。然而，在讀取過程期間有效EBL呈現(xiàn)為在磁性上是“厚”的，因為在寫之后LFM被磁化為反平行于UFM的磁化。
為了充分理解本發(fā)明的本質(zhì)和優(yōu)點，應(yīng)當(dāng)參照下面結(jié)合附圖的詳細說明。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)垂直磁記錄系統(tǒng)的示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)垂直磁記錄盤的橫截面的示意圖，示出對記錄層(RL)起作用的寫場H；圖3是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有反鐵磁耦合(AFC)RL的垂直磁記錄盤的橫截面的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的具有AFC RL和有效交換中斷層(EBL)的垂直磁記錄盤的橫截面的示意圖，與圖3的現(xiàn)有技術(shù)盤相比具有顯著更薄的實際EBL。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的垂直磁記錄介質(zhì)示于圖4中。結(jié)構(gòu)看上去類似于圖3的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)，除了AFC層的下鐵磁層(LFM)具有比上鐵磁層(UFM)的磁導(dǎo)率顯著更高的磁導(dǎo)率。LFM充當(dāng)部分“有效EBL”，從而允許實際ELB制得盡可能薄。雖然LFM具有較高的磁導(dǎo)率，但是它仍具有足夠的垂直磁各向異性從而保持磁化且充當(dāng)部分AFC層。
參照圖4，硬盤襯底可以是任何商業(yè)可得的玻璃襯底，但是還可以是具有NiP表面涂層的傳統(tǒng)鋁合金、或者任何供選襯底，諸如硅、硅堿鈣石或硅碳化物。用于SUL的生長的粘合層或OL可以是具有約20至50埃厚度的AlTi合金或者類似材料。SUL可以由非晶導(dǎo)磁材料形成，例如具有在約500至4000埃范圍的厚度的合金FeCoB、CoCuFe、NiFe、FeAlSi、FeTaN、FeN、FeTaC、CoTaZr、CoFeB、以及CoZrNb。SUL還可以是由多層軟磁膜形成的層疊或多層SUL，該多個軟磁膜通過諸如Al或CoCr導(dǎo)電膜的非磁膜分隔開。SUL還可以是由多層軟磁膜形成的層疊或多層SUL，該多層軟磁膜通過作為引起反鐵磁耦合的媒介的諸如Ru、Ir或Cr的層間膜分隔開，如美國專利6,686,070 B1和6,835,475 B2所述。形成在UFM頂上的OC可以是非晶“類金剛石(diamond-like)”碳膜或其它公知保護覆層，例如Si氮化物。
EBL位于SUL頂上。它用來中斷SUL導(dǎo)磁膜與LFM之間的磁交換耦合且還用來促進LFM的外延生長。EBL優(yōu)選為具有六角密堆積(hcp)晶體結(jié)構(gòu)的材料，諸如Ru，其促進hcp LFM的外延生長，使得hcp LFM的c軸基本垂直地取向，從而產(chǎn)生垂直磁各向異性。釕(Ru)是通常用于EBL的材料，但是其它材料包括選自Ti、Re和Os的金屬，以及包含選自Ti、Re、Ru和Os的至少一種元素的合金。如果Ru用作EBL，則它可以形成在籽層(SL)上，該籽層例如為形成在SUL上的20至40埃厚的NiFe層。
UFM是呈現(xiàn)垂直磁各向異性的具有hcp晶體結(jié)構(gòu)的顆粒鈷合金層，例如CoPt或CoPtCr合金，具有或沒有氧化物，例如Si、Cr、Nb、Ta、Ti或B的氧化物。UFM具有100至250埃的常見厚度且具有較高的磁各向異性和較低的磁導(dǎo)率(＜2.5)。材料的磁導(dǎo)率是其在較弱磁場中獲得高磁化的能力。在磁記錄中磁導(dǎo)率μ通常無單位地表示為μ=1+4πdMdH]]>其中M以emu/cm3為單位，H以O(shè)e為單位。
UFM與LFM之間的非磁反鐵磁(AF)耦合層由選自包括釕(Ru)、鉻(Cr)、銠(Rh)、銥(Ir)、銅(Cu)、以及它們的合金的組的材料形成。AF耦合層具有足以誘導(dǎo)UFM與LFM之間的垂直反鐵磁交換耦合的厚度，通常在約5至12埃之間。因此如圖4中三個記錄或磁化區(qū)域所示，每個區(qū)域中UFM和LFM的磁化總是反平行的。另外，公知地在AF耦合層的一側(cè)或兩側(cè)包括非常薄的高磁矩鐵磁界面膜，如例如在前面引用的US 6815082 B2專利中所述。
本發(fā)明中LFM具有與UFM不同的成分且因此具有顯著不同的磁屬性。LFM是具有hcp晶體結(jié)構(gòu)且具有選定的性質(zhì)的顆粒鈷合金材料從而為LFM提供了比UFM的磁導(dǎo)率顯著更高的磁導(dǎo)率。LFM可以是CoNiCr合金，或者Co(100-x)Crx合金，其中x小于約17原子百分比，或者(CoFe)(100-x)Crx合金，其中x小于約17原子百分比。除了這些材料之外，適合于LFM的其它材料為CoPt或CoPtCr合金，具有或沒有氧化物，如在UFM中使用的材料，但是具有較少原子百分比的Pt從而呈現(xiàn)較低的垂直磁各向異性，且當(dāng)生長在薄EBL上時其與UFM相比趨于具有更高的顆粒間交換耦合并因此具有更高的磁導(dǎo)率。LFM還可以由公知的表現(xiàn)垂直磁各向異性的多層形成，例如Co/Pt、Co/Pd或Co/Ni的交替膜的多層。通常，可以通過材料成分的選擇使LFM具有較高磁導(dǎo)率，其將導(dǎo)致增大的顆粒間交換以及與UFM的各向異性場相比顯著更低的各向異性場(Ku/M)。因此可以選擇LFM的材料成分從而提供較低的各向異性Ku和/或較高的磁矩M。然而，LFM仍具有足夠的垂直磁各向異性從而保持磁化且因此充當(dāng)部分AFC層。
在一實施例中，UFM可以是CoPtCrSiOx材料，通常通過氧中的反應(yīng)濺鍍形成，具有約400emu/cm3的飽和磁化(MS)，且LFM可以是CoCr合金，具有約600emu/cm3的MS。那么與UFM的約1.7相比，LFM將具有大于3的磁導(dǎo)率。磁導(dǎo)率的優(yōu)選差別為LFM具有比UFM的磁導(dǎo)率高約1.5至10的磁導(dǎo)率。
在圖4的結(jié)構(gòu)中，“有效EBL”是實際EBL、LFM和AF耦合層的組合厚度。因為hcp LFM以與EBL相同的方式促進UFM的生長，其厚度能替代實際EBL厚度以滿足現(xiàn)在的80埃厚度要求。因此，實際EBL的厚度現(xiàn)在能顯著小于現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)要求的約80埃。有效EBL(EBL+LFM+耦合層)在寫過程期間呈現(xiàn)為磁性上是“薄”的，因為較高磁導(dǎo)率的LFM使磁通到SUL的通過容易，LFM顯得比其物理厚度更薄。然而，有效EBL具有生長高矯頑力、低噪聲UFM所需的厚度，它在讀取過程期間也呈現(xiàn)為在磁性上是“厚”的，因為在寫之后LFM形成反平行于UFM的配置。實際EBL可以薄約10埃，在該情況下LFM將具有至少約60埃的厚度且AF耦合層將具有約10埃的厚度。
與1型垂直磁記錄系統(tǒng)(圖1)相關(guān)的額外問題在于通過讀元件或頭讀取時SUL還影響磁轉(zhuǎn)變的讀回幅度(amplitude)。特別地，低頻轉(zhuǎn)變具有高得多的幅度。SUL越薄，幅度在低頻的增加越大。因此，當(dāng)EBL薄時，讀頭需要對其靈敏的動態(tài)幅度范圍非常大。這使讀頭和相關(guān)讀電路的設(shè)計非常具有挑戰(zhàn)性。因此，盡管具有薄EBL對于寫來說是有利的，但是對于讀來說會是有問題的。本發(fā)明解決了此問題，因為對于寫來說有效EBL薄，但對于讀來說仍保持為厚。因此，利用本發(fā)明，對于寫來說獲得了具有薄EBL的優(yōu)點，而沒有對讀取造成有害影響。盡管前面引用的US 6,815,082 B2描述了AFC RL，但是它沒有能夠使用對于寫來說是薄的而對于讀來說保持為厚的EBL。
盡管參照優(yōu)選實施例特別顯示和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以進行形式和細節(jié)上的各種改變而不脫離本發(fā)明的思想和范圍。因此，所公開的發(fā)明僅是示意性的，其限制在如所附權(quán)利要求定義的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種垂直磁記錄介質(zhì)，包括襯底；導(dǎo)磁材料襯層，其在所述襯底上；反鐵磁耦合(AFC)層，其包括通過非磁反鐵磁耦合層分隔開的第一和第二鐵磁層，該第二鐵磁層包括顆粒鈷合金，所述顆粒鈷合金具有c軸取向為基本垂直于所述層的六角密堆積晶體結(jié)構(gòu)，該第一鐵磁層具有c軸取向為基本垂直于所述層的六角密堆積晶體結(jié)構(gòu)以及比所述第二鐵磁層的磁導(dǎo)率更高的磁導(dǎo)率；以及交換中斷層，其在所述襯層與所述第一鐵磁層之間用于磁去耦所述襯層與所述第一鐵磁層且用于誘導(dǎo)所述第一鐵磁層的所述基本垂直的c軸取向。
2.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中所述第二鐵磁層包括CoPtCr合金。
3.如權(quán)利要求2所述的介質(zhì)，其中所述第一鐵磁層包括CoPtCr合金，該CoPtCr合金與所述第二鐵磁層相比具有更小原子百分比的Pt。
4.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中所述第二鐵磁層還包括Si、Cr、Nb、Ta、Ti和B中的一種或更多的氧化物。
5.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中所述第一鐵磁層包括選自包括(a)和(b)的組的鈷合金，(a)為Co(100-x)Crx合金，其中x小于約17原子百分比，(b)為(CoFe)(100-x)Crx合金，其中x小于約17原子百分比。
6.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中所述第一鐵磁層包括Co與Pt、Pd或Ni中的一種交替的膜的多層。
7.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中所述交換中斷層是選自包括Ru，Ti，Re，Os、以及Ru、Ti、Re和Os中的一種或更多的合金的組的材料。
8.如權(quán)利要求7所述的介質(zhì)，其中所述交換中斷層主要包括Ru。
9.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中所述交換中斷層具有小于約80埃的厚度。
10.如權(quán)利要求9所述的介質(zhì)，其中所述交換中斷層、所述第一鐵磁層和所述反鐵磁耦合層的組合厚度至少為約80埃。
11.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中所述AFC層的所述非磁反鐵磁耦合層由選自包括釕(Ru)、鉻(Cr)、銠(Rh)、銥(Ir)、銅(Cu)、以及其合金的組的材料形成。
12.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中所述襯層由選自包括合金CoFe、CoNiFe、NiFe、FeCoB、CoCuFe、FeAlSi、FeTaN、FeN、FeTaC、CoTaZr和CoZrNb的組的材料形成。
13.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中所述襯層是通過非磁膜分隔開的多個導(dǎo)磁膜的疊層。
14.如權(quán)利要求13所述的介質(zhì)，其中所述疊層中的所述非磁膜提供所述疊層中的所述導(dǎo)磁膜的反鐵磁耦合。
15.一種垂直磁記錄盤，包括襯底；導(dǎo)磁材料襯層，其在所述襯底上；交換中斷層，其在所述襯層上；反鐵磁耦合(AFC)層，其包括在所述交換中斷層上具有六角密堆積晶體結(jié)構(gòu)和垂直磁各向異性的顆粒鈷合金下鐵磁層、在所述下鐵磁層上的非磁反鐵磁耦合層、以及在所述反鐵磁耦合層上具有六角密堆積晶體結(jié)構(gòu)和垂直磁各向異性的顆粒CoPtCr合金上鐵磁層，該下鐵磁層具有比該上鐵磁層的磁導(dǎo)率更大的磁導(dǎo)率；且其中該交換中斷層具有小于約80埃的厚度，且所述交換中斷層、所述下鐵磁層和所述反鐵磁耦合層的組合厚度為至少約80埃。
16.如權(quán)利要求15所述的盤，其中所述上鐵磁層還包括Si、Cr、Nb、Ta、Ti和B中的一種或更多的氧化物。
17.如權(quán)利要求15所述的盤，其中所述下鐵磁層的所述鈷合金包括Pt，所述下鐵磁層中的Pt原子百分比低于所述上鐵磁層中的Pt原子百分比。
18.如權(quán)利要求15所述的盤，其中所述第一鐵磁層包括選自包括(a)和(b)的組的鈷合金，(a)為Co(100-x)Crx合金，其中x小于約17原子百分比，(b)為(CoFe)(100-x)Crx合金，其中x小于約17原子百分比。
19.如權(quán)利要求15所述的盤，其中所述交換中斷層是選自包括Ru，Ti，Re，Os、以及Ru、Ti、Re和Os中的一種或更多的合金的組的材料。
20.如權(quán)利要求15所述的盤，其中所述襯層由選自包括合金CoFe、CoNiFe、NiFe、FeCoB、CoCuFe、FeAlSi、FeTaN、FeN、FeTaC、CoTaZr和CoZrNb的組的材料形成。
21.如權(quán)利要求15所述的盤，其中所述襯層是通過至少一非磁膜分隔開的多個導(dǎo)磁膜的疊層，所述疊層中的所述至少一非磁膜提供所述疊層中的所述導(dǎo)磁膜的反鐵磁耦合。
22.如權(quán)利要求15所述的盤，其中所述下鐵磁層的所述磁導(dǎo)率比所述上鐵磁層的所述磁導(dǎo)率大至少1.5。
23.一種垂直磁記錄系統(tǒng)，包括權(quán)利要求15所述的盤；用于磁化所述盤的所述記錄層中的區(qū)域的寫頭；以及用于檢測所述被磁化的區(qū)域之間的所述轉(zhuǎn)變的讀頭。
全文摘要
本發(fā)明涉及垂直磁記錄盤，其具有包括下和上鐵磁層的反鐵磁耦合(AFC)記錄層(RL)，上和下鐵磁層每個具有六角密堆積(hcp)晶體結(jié)構(gòu)和垂直磁各向異性，被反鐵磁(AF)耦合層分隔開，其中下鐵磁層(LFM)比上鐵磁層(UFM)具有顯著更高的磁導(dǎo)率。AFC RL位于實際交換中斷層(EBL)上，實際交換中斷層將AFC RL與盤的軟磁襯層(SUL)分隔開。LFM充當(dāng)部分“有效”交換中斷層(EBL)，該“有效”交換中斷層還包括實際EBL和AF耦合層，從而允許實際EBL制得盡可能薄。hcp LFM以與實際EBL相同的方式促進hcp UFM的生長，使得其厚度對生長hcp UFM所需的厚度有貢獻。有效EBL在寫過程期間呈現(xiàn)為磁性上“薄”且在讀回過程期間呈現(xiàn)為磁性上“厚”。
文檔編號G11B5/673GK1870144SQ20061008037
公開日2006年11月29日 申請日期2006年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月24日
發(fā)明者埃里克·E·富勒頓, 拜倫·H·倫格斯菲爾德第三, 戴維·馬古利斯 申請人:日立環(huán)球儲存科技荷蘭有限公司