CN1217320C - 磁性记录介质和制作磁性记录介质的方法 - Google Patents

磁性记录介质和制作磁性记录介质的方法 Download PDF

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Abstract

磁性记录盘被形成图案为离散的磁性和非磁性区域,并且磁性区充当磁性记录数据位。磁性记录层(20)包括被非铁磁隔离薄膜(26)分隔的两个铁磁薄膜(22、24)。选择隔离薄膜(26)的材料成分和厚度,使得第一和第二铁磁薄膜(22、24)跨越隔离薄膜(26)被反铁磁性耦合。在盘片基底(11)上形成该磁性记录层(20)之后,离子(62)通过形成图案的掩模(60)被照射在磁性记录层上。离子破坏隔离薄膜(62),并且进而破坏两个铁磁薄膜(22、24)之间的反铁磁性耦合。结果,在磁性记录层(20)的被离子照射的区域(55)中,第一和第二铁磁薄膜(22、24)基本上被铁磁性耦合,使得铁磁薄膜(22、24)的磁矩平行并且产生的磁矩基本上是两个薄膜(22、24)的磁矩的总和。在磁性记录层(20)的非照射区域(52、54)中,第一和第二铁磁薄膜(22、24)保持反铁磁性耦合,使得它们的磁矩取向为反平行。选择第一和第二铁磁薄膜(22、24)的成分和厚度,使得在磁性记录层(20)上方对应于读磁头所处高度的预定距离上基本检测不到磁场。

Description

磁性记录介质和制作磁性记录介质的方法
技术领域
本发明一般地涉及磁性记录介质,尤其涉及具有离散磁性区域的形成图案的(patterned)磁性记录盘。
背景技术
诸如硬盘驱动器中的磁性记录盘的传统磁性记录介质通常使用诸如溅射沉积钴-铂(CoPt)合金的粒状铁磁层作为记录介质。磁性层中的各个磁化域(magnetized domain)由许多小磁颗粒构成。磁化域之间的转变表示记录数据的“位”。IBM公司的美国专利4,789,598和5,523,173描述了这类传统的刚性磁性记录盘。
面积存储密度越高,生产作为磁性介质的连续粒状薄膜的难度也越大。在保证令人满意的信噪比的前提下减小磁位(magnetic bit)尺寸需要降低颗粒尺寸。不幸的是,显著降低弱磁耦合磁颗粒的尺寸会使得在正常工作温度下它们的磁化不稳定。为了延迟这种根本的“超顺磁”限制的来临并且避免出现延伸连续粒状介质相关的其它困难,人们重新对形成图案的磁性介质产生了兴趣。
通过形成图案的介质,覆盖盘片基底的连续粒状磁性薄膜被空间分离的离散磁性区或岛的阵列替代,每个离散磁性区或岛均充当单独的磁位。生产形成图案的介质的主要方法是使用光刻(lithographic)处理过程在基底的磁性层上有选择地沉积或清除磁性材料,使得磁性区彼此隔离并且被非磁性材料区域包围。在美国专利5,587,223;5,768,075和5,820,769中描述了通过这类光刻处理制造的形成图案的磁性介质的例子。
从制造的观点看,需要沉积或清除材料的形成图案的介质的处理的缺点是它可能需要对适当位置上的磁性介质进行破坏处理。在较大区域上有效清除抗蚀剂和可靠剥离细金属特征所需的处理可能损伤其后剩余的材料并且因此降低产出。并且,这些处理必须使表面保持足够的清洁,以便磁盘驱动器的气承浮动块上支承的读/写磁头能够在极低的、通常低于30纳米(nm)的飞行高度上飞过盘片表面。
在Chappert等人,“通过离子发射获得的平面形成图案的磁性介质”(科学,Vol.280,1998年6月19日,pp.1919-1922)中描述了避免选择性沉积或清除磁性材料、但是使用特殊类型的垂直磁性记录介质的离子发射图案形成技术。在该技术中,使用通过光刻形成图案的掩模的离子,照射具有垂直磁晶各向异性的Pt-Co-Pt多层夹层。离子在层分界面上混合了Co和Pt原子,并且将易磁化轴重新调整成共面,使得照射区域不再具有垂直磁晶各向异性。
IBM公司1999年7月9日申请的未授权专利申请09/350,803描述了一种离子照射形成图案的盘片,该盘片使用具有四角形晶体结构的化学有序的Co(或Fe)和Pt(或Pd)合金的连续磁薄膜。离子在薄膜中导致紊乱并且在薄膜中产生具有低矫顽磁性或磁“软”的、并且没有磁晶各向异性的区域。
Chappert等人和IBM公司的离子照射形成图案的盘片的潜在缺点在于,彼此分离离散磁性区的区域不完全是非磁性的,而是仍然具有某些磁性质。于是磁盘驱动器中的磁阻读磁头会从这些区域中检测到噪声和/或某些类型的信号。另外,由于掩模中的孔被用来产生盘片上的对应非磁性区域,因此期望使用具有与盘片上结果磁位相同的孔图案的掩模,于是这些离子发射技术需要使用难以制造的掩模。
发明内容
本发明试图提供一种形成图案的磁性记录盘,该磁性记录盘具有被完全非磁性区域分离,使得只有磁性区才产生读信号,并且该磁性记录盘是用图案形成技术制造,其中孔的掩模图案与盘片的离散磁性区的图案匹配。
根据本发明的第一方面,提供了一种磁性记录介质,包括:基底;基底上的磁性层,并且包括第一铁磁薄膜、第二铁磁薄膜和第一和第二铁磁薄膜之间的非铁磁隔离薄膜;其中磁性层被图案形成为第一和第二铁磁薄膜在非铁磁薄膜上反铁磁性耦合的第一区域,和第一和第二铁磁薄膜铁磁性耦合的第二区域。
最好是,第一区域中的第一铁磁薄膜具有厚度t1和磁化强度M1,第一区域中的第二铁磁薄膜具有厚度t2和磁化强度M2,其中单位面积的磁矩(M2×t2)大于单位面积的磁矩(M1×t1),因而第一区域的磁场在磁性层上面的预定距离基本上为零。第一和第二铁磁薄膜可以由基本相同的材料构成,并且t2可以大于t1。
非铁磁薄膜可以从由钌(Ru)、铬(Cr)、铑(Rh)、铱(Ir)、铜(Cu)及其合金构成的组中选出的材料形成。第一和第二铁磁薄膜可以由从Co、Fe、Ni及其合金中选出的材料构成。
第一铁磁薄膜可以包括基本上由位于第一铁磁薄膜和非铁磁隔离薄膜的分界面上的钴构成的分界面薄膜。
第二铁磁薄膜可以包含基本上由位于第二铁磁薄膜和非铁磁隔离薄膜的分界面上的钴构成的分界面薄膜。
磁性介质可以具有位于基底上、介于基底和磁性层之间的非铁磁底层。磁性介质也可以具有在磁性层上形成的保护性外涂层。
根据本发明的第二方面,提供了一种制造形成图案的磁性记录介质的方法,包括:提供基底;在基底上沉积第一铁磁薄膜;在第一铁磁薄膜上沉积具有预定厚度、由从钌(Ru)、铬(Cr)、铑(Rh)、铱(Ir)、铜(Cu)及其合金中选出的材料构成的非铁磁隔离薄膜;在隔离薄膜上沉积第二铁磁薄膜,作为具有所选出的材料和所述厚度的隔离薄膜的结果,第二铁磁薄膜被反铁磁地交换耦合到第一铁磁薄膜;通过形成图案的掩膜采用离子照射铁磁薄膜和隔离薄膜,该离子基本上破坏了隔离薄膜,并且进而破坏第一和第二铁磁薄膜之间的反铁磁耦合,由此第一和第二薄膜在所述离子照射区域中变成铁磁性耦合。
通过形成图案的掩模采用离子照射可以包括用通过形成图案的非接触掩模的离子进行照射。
通过形成图案的掩模采用离子照射可以包括在磁薄膜上沉积光致抗蚀剂材料层,对光致抗蚀剂层形成图案以定义光致抗蚀剂层中的开口,和用通过光致抗蚀剂层中的开口的离子照射磁薄膜。
用离子进行照射可以包括用从由N离子、He离子、Ar离子、Ne离子、Kr离子和Xe离子构成的组中选出的离子进行照射。
根据本发明的第三方面,提供一种磁性记录盘,包括:基底;基底上的非铁磁底层;该底层上的磁性记录层,并且包括第一钴合金铁磁薄膜,由从钌(Ru)、铬(Cr)、铑(Rh)、铱(Ir)、铜(Cu)及其合金中选出的材料构成的在第一铁磁薄膜上形成且与其接触的非铁磁隔离薄膜,和在该隔离薄膜上形成并且与其接触的第二钴合金铁磁薄膜,该磁性记录层被形成图案为第一区域和第二区域,其中在第一区域中,隔离薄膜具有的厚度足够使第二铁磁薄膜通过隔离薄膜被反铁磁交换耦合到第一铁磁薄膜,并且在第二区域中,第一和第二铁磁薄膜没有被反铁磁性耦合,因此所述第二区域在磁性层上面的预定距离产生的磁场充分地大于所述第一区域的磁场;以及在该磁性记录层上形成的保护性外涂层。
磁性记录层的第一和第二铁磁薄膜可以由基本相同的材料形成。磁性记录层的第一和第二铁磁薄膜可以由从Co、Fe、Ni及其合金构成的组中选出的材料构成。
基质(host)层的第一铁磁薄膜可以包含位于第一铁磁薄膜和隔离薄膜的分界面的基本由钴构成的分界面薄膜。
基质层的第二铁磁薄膜可以包含位于第二铁磁薄膜和隔离薄膜的分界面的基本由钴构成的分界面薄膜。
本发明是被形成图案为离散的磁性和非磁性区域并且磁性区域充当磁性记录数据位的磁性记录盘。磁性记录层包括被非铁磁隔离薄膜分离的两个铁磁薄膜。选择隔离薄膜材料成分和厚度,使得第一和第二铁磁薄膜通过隔离薄膜被反铁磁性耦合。当在盘片基底上形成该磁性记录层之后,离子通过形成图案的掩模被照射在磁性记录层上。离子破坏隔离薄膜,从而破坏两个铁磁薄膜之间的反铁磁性耦合。结果,在磁性记录层的被离子照射的区域中,第一和第二铁磁薄膜基本上被铁磁性耦合,使得铁磁薄膜的磁矩平行并且产生的磁矩基本上是两个薄膜的磁矩的总和。在磁性记录层的非照射区域中,第一和第二铁磁薄膜保持反铁磁性耦合,使得其磁矩被反平行定向。选择第一和第二铁磁薄膜的成分和厚度,使得在磁性记录层上面对应于磁性记录磁头将被定位的高度的预定距离上基本检测不到磁场。
附图说明
为了更完整地理解本发明的性质和优点,参照下面结合附图所进行的详细描述。
现在仅以举例方式参照附图描述本申请的实施例,其中:
图1是磁性记录盘的示意剖视图,其中示出了在形成图案之前根据本发明的反铁磁性(AF)耦合层;
图2是示出根据本发明用通过模版掩模的离子照射对AF耦合层形成图案的处理的示意图;
图3是根据本发明形成图案的AF耦合层的磁力显微(MFM)图象,其中示出了离散的长方形磁性区;以及
图4A-4B是本发明的盘片结构的示意图,其中示出了不同的磁位状态及其对应的信号分布。
具体实施方式
通过首先形成两个或更多铁磁薄膜的连续(非形成图案的)磁性层来制造本发明的磁性记录介质,所述两个或更多铁磁薄膜通过一个或多个非铁磁隔离薄膜被反铁磁性(AF)交换耦合到其相邻铁磁薄膜。图1图示了盘片10的剖面层结构,其中具有形成图案之前的AF耦合磁性层20。
盘片基底11可以由任何适当的材料制成,例如玻璃、SiC/Si、陶瓷、石英或具有NiP表面涂层的AlMg合金基础。种子层12是可以被用来改进底层13的生长的可选层。当基底11是非金属,例如玻璃时,通常使用种子层12。种子层12厚度范围为大约0.5到5nm,并且其材料是Ta、CrTi或NiAl之一,在现有技术中这些材料被用作促进后续沉积层在某些优选晶体取向上生长的种子材料。如果有种子层,则底层13被沉积在种子层上,否则被直接沉积在基底11上,并且底层13是非磁性材料,例如铬或诸如CrV或CrTi的铬合金。底层13厚度范围为5到1000nm,典型厚度接近50nm。
AF耦合磁性层20由两个被非铁磁隔离薄膜26分隔的铁磁薄膜22、24构成。选择非铁磁隔离薄膜26的厚度和成分,使得相邻薄膜22、24的磁矩32、34分别通过非铁磁隔离薄膜26被AF耦合,并且在零外加磁场中反平行(antiparallel)。在所述实施例中,层20的两个AF耦合薄膜22、24具有的磁矩的取向与具有较大磁矩的较低薄膜24反平行,使得AF耦合层20的净磁场在位于盘片上方的记录磁头处接近零。每个铁磁薄膜22、24最好为Co合金,例如具有4到20原子百分数(at.%)的铂、10到23at.%的铬和2到20at.%的硼的CoPtCrB合金、并且非铁磁隔离薄膜26最好为钌(Ru)。
在沉积AF耦合磁性层20的第一铁磁薄膜24之前,通常在底层13上沉积非常薄(通常为1到5nm)的Co合金初始(onset)或晶核形成(nucleation)层14。晶核形成层14具有被选择用来增强薄膜24的六方紧密堆积(hexagonal close-packed,HCP)Co合金的生长的成分,使得其C轴被定向在层平面内。晶核形成层14可以是具有Cr成分的CoCr合金,其中选择Cr成分以便使层14成为非铁磁性或非常微弱的铁磁性。可选地,晶核形成层14可以是铁磁Co合金,在这种情况下晶核形成层14会影响薄膜24的磁性。如果薄膜24是CoPtCrB,则晶核形成层14可以是CoPtCr或B低于6at.%的CoPtCrB。在直线溅射系统或单盘片系统中,例如在商业可用的具有多个溅射目标容量的单盘片系统中,可以在连续的处理过程中溅射上述所有从种子层12到顶端铁磁薄膜22的层。可以按照上述的变化使用本领域已知的标准目标和技术实现各个层的溅射沉积。
在所述文献中广泛研究和描述了通过类似于图1中层20的结构的非铁磁过渡金属隔离薄膜进行的铁磁薄膜的AF耦合。通常情况下,随着隔离薄膜厚度的增加,交换耦合从铁磁性振荡到反铁磁性。在Parkin等人的“交换耦合中的振荡和金属超晶格结构:Co/Ru、Co/Cr和Fe/Cr中的磁致电阻”(Phys.Rev.Lett.,Vol.64,p.2034 1990)中描述了所选材料组合的这种振荡耦合关系。材料组合包括由Co、Fe、Ni及其诸如Ni-Fe、Ni-Co和Fe-Co的合金构成的铁磁薄膜,和诸如Ru、铬(Cr)、铑(Rh)、铱(Ir)、铜(Cu)及其合金的非铁磁隔离薄膜。对于每种这样的材料组合,如果尚未已知,则必须确定振荡交换耦合关系,从而选择非铁磁隔离薄膜厚度以保证两个铁磁薄膜之间的反铁磁性耦合。振荡周期取决于非铁磁间隔材料,但振荡耦合的强度和相位也取决于铁磁材料和界面质量。在旋阀型(spin-valve type)巨磁阻(GMR)记录磁头中使用铁磁薄膜的振荡反铁磁性耦合来设计连续磁化反铁磁性耦合薄膜,在磁头操作期间所述薄膜的磁性耦合来设计连续磁化反铁磁性耦合薄膜,在磁头操作期间所述薄膜的磁矩严格地反平行耦合在一起。例如在IBM公司的美国专利5,408,377和的旋阀GMR磁头中使用的结构,即具有铁磁薄膜的层叠的反平行固定铁磁层,该铁磁薄膜的磁矩在磁头操作期间严格地耦合在一起并且保持固定。两个反铁磁性耦合通过非常薄的非铁磁隔离薄膜的铁磁薄膜的这类磁性结构,例如在旋阀磁头中使用并且在图1的AF耦合磁性层20中示出的那样,也被称作“合成反铁磁体”。在该结构因单个铁磁薄膜的磁矩消失而没有净磁矩的情况下,该结构可以被称作“补偿”合成反铁磁体。
对于层20的这种AF耦合结构,相邻薄膜22、24的磁矩32、34的取向分别被调整成反平行并且破坏性地增加。箭头32、34表示直接在AF耦合薄膜26上面和下面的单个磁畴的磁矩取向。在没有外加磁场的情况下,当底部铁磁薄膜24被沉积在晶核形成层14上时,它会具有粒状结构并且多个相邻颗粒耦合在一起以形成单个磁畴。在没有外加磁场的情况下,薄膜24中这些磁畴的磁矩基本上随机取向。接着在铁磁薄膜24上直接沉积非铁磁隔离薄膜26(或AF耦合薄膜)到适当的厚度。接着,直接在非铁磁隔离薄膜26上沉积第二或顶部铁磁薄膜22。随着铁磁薄膜22的颗粒的增长,它们会形成磁畴并且磁矩取向与直接穿过AF耦合薄膜26的铁磁薄膜24的磁矩取向反平行。
选择铁磁薄膜22、24的铁磁材料类型和厚度数值t1、t2,使得盘片上方记录磁头所处的高度的磁场强度对于两个薄膜基本相等。层20的Mrt由Mr1t1-Mr2t2给定。在描述的实施例中,Mr1t1应当小于Mr2t2,因为薄膜22更接近磁头。通过在两个薄膜22、24中使用相同铁磁材料并且调整t1和t2可以实现该目的。如果在两个薄膜22、24中使用不同的铁磁材料成分,使得两个铁磁薄膜的磁化强度(材料单位体积的磁矩)不同,则相应调整厚度。在一个替代实施例中,可以使两个薄膜22、24具有Mr1t1=Mr2t2,从而层20具有基本为零的净磁矩。在这种情况下,由于上部薄膜24更接近磁头,在磁头上会检测到较弱的磁场。
虽然图1示出了具有两薄膜结构和单独隔离薄膜的AF耦合磁性层20,然而本发明可扩展到具有多个隔离薄膜和多个铁磁薄膜的结构。
图1中的非铁磁隔离薄膜26是0.6nm的Ru薄膜。选择Ru隔离薄膜厚度,使其在振荡耦合关系中位于第一反铁磁性峰值上。也可能希望每个CoPtCrB铁磁薄膜22、24在与Ru隔离薄膜26的分界面上包含基本上由0.5nm的Co构成的分界面薄膜。这些极薄的Co薄膜增加了铁磁薄膜和隔离薄膜之间的界面磁矩,从而增强了反铁磁性耦合。但是,在没有向CoPtCrB铁磁薄膜22、24中引入Co分界面薄膜的情况下,会出现反铁磁性交换耦合。
在形成AF耦合磁性层20之后,对其形成图案来形成被“非磁性”区域彼此分离的离散的隔离磁性区,所述“非磁性”区域在磁头上基本不产生磁场。离散磁性区的尺寸正好充当离散磁畴或位。在不需要进行选择性沉积或清除磁性材料的情况下执行这种图案形成。AF耦合层20的区域被离子照射,从跨越Ru隔离薄膜26而AF耦合的两个铁磁薄膜转换成两个铁磁性耦合的铁磁薄膜,从而使得它们的磁矩平行。
在所述图案形成方法中,用一定剂量的氮离子(N+)照射模版掩模,并且通过掩模中的孔有选择地发射离子。离子穿过掩模中的孔并且影响对应掩模中孔的图案的选定区域中的AF耦合层20。离子破坏Ru隔离薄膜26和铁磁薄膜22、24之间的分界面,并且破坏铁磁薄膜22、24的AF耦合。这种情况的出现基本上不干扰铁磁薄膜22、24的磁性并且产生这样的区域,其中两个铁磁薄膜铁磁性耦合在一起,并且其磁矩取向平行。N+离子未影响的区域保持AF耦合并且因此在磁头上测量时基本上没有净磁矩。结果,磁性区被没有磁化强度的“非磁性”区域彼此分离。于是掩模中孔的图案对应于盘片上磁位区域的图案。
图2示意性地图解了图案形成处理过程。层20在不与硅模版掩模60中的孔56对齐的区域52、54中保持跨越隔离薄膜的AF耦合(由薄膜26的交叉影线所示)。在层20的与掩模60中孔56对齐的区域55中,出现Ru隔离薄膜和铁磁薄膜22、24之间的分界面的紊乱(如薄膜26的虚线区域所示),并且两个薄膜22、24的磁矩变成铁磁性耦合。
模版掩模60是非接触掩模,该掩模包括诸如硅的晶片,具有蚀刻通过的孔。如箭头62所示的离子被发送通过晶片中的孔。由商用绝缘体衬底硅(SOI)晶片制造硅模版掩模,该晶片具有10μm厚的顶侧硅层、0.5μm的SOI氧化物和500μm厚的硅承载基底。首先通过光刻对模版孔形成图案,然后通过基于SF6的高纵横比反应离子蚀刻(RIE)转印到10μm厚的Si层上,其中SOI氧化物充当可靠的蚀刻阻挡(etch stop)。接着使用类似的RIE处理从背侧穿过承载基底蚀刻出窗口,并且用湿HF蚀刻清除剩余的SOI氧化物。得到的硅膜接近10μm厚,并且覆盖1×1mm的面积。尽管形状存在某种程度的不规则性,膜片中的孔的标称直径为1μm,并且按照1到10μm的规则间隔在其整个区域上复制这些孔。在制造该形成图案的介质时,可以对齐两个这样的模版掩模,使它们的孔重叠来产生有效直径范围为100nm的孔。但是通过这种方式可以制造具有100nm以下范围的小得多的孔的单独模版掩模来产生具有期望面积密度的形成图案的介质。在B.D.Terris等人的“使用模版掩模的磁性薄膜的离子束图案形成”(App1.Phys.Lett.,Vol.75,No.3,1999年7月19日)中详细描述了使用模版掩模进行的离子束图案形成,该文献被包含于此以供参考。在描述的实施例中,掩模具有图案中的孔以形成具有同心圆形轨迹的磁性记录盘,其中每个轨道具有沿其轨道方向分隔的离散磁性区来充当单独的可记录磁位。
虽然在此使用了氮离子,但可以使用的其它离子种类包括He、Ar、Ne、Kr和Xe离子。可以通过实验确定实现在Ru隔离薄膜26和铁磁薄膜22、24之间分界面上的期望的破坏所需的离子照射的电压和剂量。
通过诸如上述硅模版掩模的非接触掩模来实现上述用离子照射对介质形成图案的方法。但是也可以使用传统的光刻,其中在AF耦合层上形成光致抗蚀剂并且接着被形成图案来曝光与层中被打算变成磁位区域的部分对齐的开口,所述磁位区域被与“非磁性”区域分隔或隔离。
在AF耦合层被形成图案之后,可以在其上形成常规的保护性外涂层(图1中未示出)来完成该形成图案的磁盘的制造。保护性外涂层可以是由溅射沉积的基本上无定形碳构成的典型外涂层,可选地,也可以掺杂有氢和/或氮。该外涂层厚度通常小于15nm。
实验结果
在50nmCr金属基底上准备CoPtCrB/Co/Ru/Co/CoPtCrB的AF耦合结构。CoPtCrB的铁磁薄膜是掺杂有5原子百分数(at.%)的B的Co68Pt12Cr20合金。下面的CoPtCrB薄膜的厚度为10nm,上面的CoPtCrB薄膜的厚度为5nm。这两个铁磁薄膜与Co(0.5nm)/Ru(0.6nm)/Co(0.5nm)的三层(trilayer)交插,所述三层与CoPtCrB薄膜反铁磁性耦合,所以它们的磁矩取向为反平行。选择CoPtCrB薄膜的厚度,使得在磁性层上面的预定距离的磁场基本为零。该距离是盘片上面读磁头所处的高度(即读磁头的标称飞行高度)。由于上部薄膜22(参见图1)更加接近读磁头,来自它的磁场会高于来自下面的薄膜24的磁场。因此使下面的薄膜24的厚度更大来补偿并且使磁头上的净磁场基本为零。
接着用克尔(Kerr)环路器在外部施加磁场的范围上测量该结构的磁化强度。首先在负方向上施加足够克服两个铁磁薄膜的反铁磁性耦合的非常高的磁场(例如8kOe),并且Kerr数据表明了铁磁薄膜的磁矩与施加的磁场方向平行对齐。接着磁场被减小,并且Kerr数据表明了一个铁磁薄膜在对应于反铁磁性耦合磁场的磁场强度附近切换磁化方向,使得铁磁薄膜的磁矩反平行对齐。由于磁场经过零到正向施加磁场,铁磁薄膜的磁矩保持反平行直到正向磁场超出反铁磁性耦合磁场,此刻铁磁薄膜的磁矩成为彼此平行取向并且与正向施加磁场方向对齐。因此Kerr数据表明了这种薄膜结构是合成反铁磁体。
接着用剂量为2×1016离子/cm2、具有700keV能量的N+离子轰击该结构。当该结构再次被暴露给相同范围的外部施加磁场时,Kerr数据表明了没有铁磁薄膜的AF耦合。替代地,该结构的表现类似于单铁磁层,这表明离子轰击已经破坏了跨越Ru隔离薄膜的反铁磁性耦合。于是可以认为,离子轰击破坏了Ru隔离薄膜和铁磁薄膜之间的分界面,并且使Ru与相邻的铁磁薄膜混杂。该结构具有完整的剩磁和大约1500Oe的矫顽磁性。
接着使用N+离子证明该相同类型的AF耦合结构的图案形成。将该结构的10μm×10μm区域暴露给通过具有微米尺寸的长方形孔的Si模版掩模的6×1015N+离子/cm2剂量的离子。在图案形成之后,首先用一个方向上的较大磁场(20kOe)对该结构进行磁化。这种磁场强度足够对齐非照射区域的磁化并且克服非照射区域中的AF耦合磁场,从而使得非照射区域中铁磁薄膜的磁化彼此平行对齐并且与施加的磁场对齐。接着去掉该磁场,这导致了非照射区域中的两个铁磁薄膜变成AF耦合。接着在相反方向施加2kOe的磁场。该2kOe磁场小于非照射区域的AF耦合磁场,但是足够只切换照射区域中铁磁性耦合薄膜的磁化方向。图3是形成图案的结构的磁力显微(MFM)图象,其中以长方形区域为照射区域,在该区域结构中的Ru隔离薄膜被破坏,使得这些长方形区域中的铁磁薄膜被铁磁性耦合。长方形区域的长边缘上的明暗对比线条源于非照射AF耦合区域中的顶部(或底部)铁磁薄膜和长方形照射区域中的铁磁性耦合薄膜之间的磁性变换。
图4A-4B示意性地描述了根据本发明的记录介质中的两个位状态,其中盘片上面记录磁头所处的高度的磁场强度基本上等于两个薄膜24、22的磁场强度。磁性变换区域被指定为80、82。在图4A中,由于底部薄膜磁性状态71-73和73-75在区域80、82中没有磁性变换,只有顶端薄膜磁性状态70-72和72-74之间的变换产生信号S1。在图4B中,由于顶端薄膜磁性状态70-72和72-74在区域80、82中没有磁性变换,只有底部薄膜磁性状态71-73和73-75之间的变换产生信号S2。在图4A中,AF耦合的非照射区域70、74的顶部铁磁薄膜22的磁化与铁磁照射区域72-73中的磁化反向对齐,导致如S1所示的典型磁场分布(profile)。这表示一个写入状态“1”。反之,通过施加大于铁磁区域72-73的矫顽磁性、但是小于AF耦合区域中的顶部和底部薄膜70-71和74-75之间的AF耦合磁场的磁场来实现另一个写入状态“0”。通过这种方式,只有铁磁区域72-73切换其磁化并且与顶部薄膜70、74平行对齐。结果是反转的信号S2。变换区域80、82上示出的信号S1(图4A)和S2(图4B)表明,虽然来自变换的信号的符号不同,然而无论变换方向如何,幅度均相同。这是由于每个铁磁薄膜22、24被设计具有磁矩,使得磁头上检测的来自薄膜的磁场相同,即使薄膜22离磁头较远。
如果使用替代实施例,其中Mr1t1=Mr2t2,从而使得层20具有基本为零的净磁矩,则S1和S2会具有不同的幅度。这是由于两个薄膜22、24会具有相同的磁矩,但是薄膜24离磁头较远。于是,下面的薄膜24中的变换产生的信号S2具有的幅度小于信号S1的幅度。
虽然具体地参照实施例描述了本发明,然而本领域的技术人员会理解,在不偏离本发明的范围和教导的前提下可以进行各种形式和细节的改变、改进和修改。因此,公开的发明只是示例性的,其范围仅受所附权利要求书的限定。

Claims (13)

1.一种磁性记录介质,包括:
基底;
基底上的磁性层并且包括第一铁磁薄膜、第二铁磁薄膜,和第一和第二铁磁薄膜之间的非铁磁隔离薄膜;并且
其中磁性层被形成图案为第一区域和第二区域,在所述第一区域中第一和第二铁磁薄膜跨越非铁磁隔离薄膜反铁磁性耦合,而在所述第二区域中第一和第二铁磁薄膜铁磁性耦合。
2.如权利要求1所述的介质,其特征在于,该第一区域中的第一铁磁薄膜具有厚度t1和磁化强度M1,第一区域中的第二铁磁薄膜具有厚度t2和磁化强度M2,并且其中单位面积的磁矩M2×t2大于单位面积的磁矩M1×t1,因而来自第一区域的磁场在磁性层上方的预定距离上为零。
3.如权利要求2所述的介质,其特征在于该第一和第二铁磁薄膜由相同的材料构成,并且其中t2大于t1。
4.如前面权利要求中任何一个所述的介质,其特征在于,该非铁磁隔离薄膜由从钌、铬、铑、铱、铜及其合金中选择的材料形成。
5.如权利要求1-3中任何一个所述的介质,其特征在于,该第一和第二铁磁薄膜由从Co、Fe、Ni及其合金中选择的材料构成。
6.如权利要求1-3中任何一个所述的介质,其特征在于,该第一铁磁薄膜(22)包括由钴构成的、位于第一铁磁薄膜和非铁磁隔离薄膜的分界面上的分界面薄膜。
7.如权利要求1-3中任何一个所述的介质,其特征在于,该第二铁磁薄膜包括由钴构成的、位于第二铁磁薄膜和非铁磁隔离薄膜的分界面上的分界面薄膜。
8.如权利要求1-3中任何一个所述的介质,其特征在于,还包括位于基底和磁性层之间的基底上的非铁磁底层。
9.如权利要求1-3中任何一个所述的介质,其特征在于,还包括在磁性层上形成的保护性外涂层。
10.一种制造形成图案的磁性记录介质的方法,包括:
提供基底;
在基底上沉积第一铁磁薄膜;
在第一铁磁薄膜上沉积非铁磁隔离薄膜,该非铁磁隔离薄膜具有预定厚度并且由从钌、铬、铑、铱、铜及其合金中选择的材料形成;
在非铁磁隔离薄膜上沉积第二铁磁薄膜,由于非铁磁隔离薄膜是所述选定材料和所述厚度,第二铁磁薄膜被反铁磁性交换耦合到第一铁磁薄膜;以及
通过形成图案的掩膜采用离子照射铁磁薄膜和非铁磁隔离薄膜,该离子基本上破坏了非铁磁隔离薄膜,并进而破坏了第一和第二铁磁薄膜之间的反铁磁耦合,由此第一和第二铁磁薄膜在所述离子照射区域中变成铁磁性耦合。
11.如权利要求10所述的方法,其特征在于,通过形成图案的掩膜采用离子照射的步骤包括通过形成图案的非接触掩模采用离子照射。
12.如权利要求10所述的方法,其特征在于,通过形成图案的掩模采用离子照射的步骤包括在磁性薄膜上沉积光致抗蚀剂材料层,对光致抗蚀剂层形成图案以定义光致抗蚀剂层中的开口,和通过光致抗蚀剂层中的开口采用离子照射该磁性薄膜。
13.如权利要求10-12中任何一个所述的方法,其特征在于,采用离子照射的步骤包括采用从N离子、He离子、Ar离子、Ne离子、Kr离子和Xe离子中选出的离子照射。
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