CN1689079A - 垂直磁记录介质 - Google Patents

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Abstract

在衬底(31)的表面上方延伸的软磁底层(38)上形成辅助磁性层(37)。在辅助磁性层(37)上形成磁记录层(36)。辅助磁性层(37)在与衬底(31)表面垂直的垂直方向上具有易磁化轴。在与衬底(31)表面垂直的垂直方向上磁记录层(36)中的磁化得到加强。辅助磁性层(37)起到放大沿垂直方向从磁记录层泄漏出的磁场的作用。

Description

垂直磁记录介质
技术领域
本发明涉及垂直磁记录介质，所述垂直磁记录介质通常应用于例如诸如硬盘驱动器(HDD)的磁记录介质驱动器。
背景技术
在诸如硬盘的磁记录介质的技术领域中，垂直磁记录介质被众所周知。垂直磁记录介质内结合了软磁底层。底层被设计用于在衬底上承受磁记录层。当由所谓的单极磁头应用磁场时，底层被期望用以实现对与衬底表面相垂直的垂直方向上磁记录层内的磁化放大。事实上，已经表明底层对于增强垂直方向上磁记录层内的磁化并不如所期望的那样有效。
发明内容
因此，本发明的目的就是提供一种垂直磁记录介质，所述介质可靠地对在与衬底表面相垂直的垂直方向上的磁化起到放大的作用。
根据本发明，提供了一种垂直磁记录介质，包括衬底、在与衬底表面相垂直的垂直方向上具有易磁化轴的磁记录层、承受磁记录层的辅助磁性层，所述磁性层在垂直方向上具有易磁化轴。
垂直磁记录介质能够可靠地在辅助磁性层中沿垂直方向建立磁化。当磁通沿与磁记录层的表面相垂直的垂直方向流通时，磁通沿垂直方向流经磁记录层。因此磁记录层中在垂直方向上可靠地建立磁化。因此强度更大的磁场沿垂直方向泄漏出磁记录层。特别地，磁记录层能够使磁通沿相邻磁化的边界得到加强。
辅助磁性层优选具有大于磁记录层矫顽力的矫顽力。特别地，辅助磁记录层的厚度与剩余磁通密度之积最好被设定为等于或小于磁记录层的厚度与剩余磁通密度之积的五分之一。这起到可靠抑制从辅助磁记录层产生的磁场泄漏。因此当将读出磁信息数据时辅助磁性层的影响得以避免。辅助磁性层可以由包括磁性薄膜和非磁性薄膜的层状材料制成，所述磁性薄膜包含至少Co，所述非磁性薄膜包含选自由Pt、Pd、Au和Ag构成的组中的至少一种元素。
垂直磁记录介质还可以包括承受辅助磁性层的软磁底层。所述底层在与衬底表面平行的平面方向上具有易磁化轴。例如，如同已知的那样，当单极磁头对着磁记录介质时，磁通流经单极磁头的主磁极、软磁底层以及单极磁头的辅助磁极。磁通沿垂直方向从主磁头的尖端流向底层。之后磁通沿平面方向在底层内流通。然后磁通量以垂直方向从底层流向辅助磁头。以这样的方式，在磁记录层中沿垂直方向确实地建立了磁化。
此外，垂直磁记录介质还可以包括承受辅助磁性层的非磁性层和承受非磁性层的软磁底层。底层在与衬底表面平行的平面方向上具有易磁化轴。软磁底层起到以上述同样的方式设定垂直磁记录介质的磁记录层内沿垂直方向的磁化的作用。而且，插在辅助磁性层和底层之间的非磁性层起到防止辅助磁性层和底层之间的磁相互作用的作用。采用该方式对磁相互作用的避免有助于磁信息数据的可靠再现。
所述磁记录介质可用于硬盘驱动器(HDD)和任何其它类型的磁记录介质驱动器。
附图说明
图1是示意性说明作为磁记录介质驱动器实例的硬盘驱动器(HDD)的结构的平面视图。
图2是详细说明磁记录盘结构的放大的垂直剖面图。
图3是示意性说明磁通流经单极磁头和软磁底层的放大的局部剖面图。
图4是衬底的垂直局部剖面图，该视图用于示意性说明形成粘合层的方法。
图5是衬底的垂直局部剖面图，该视图用于示意性说明形成软磁底层的方法。
图6是衬底的垂直局部剖面图，该视图用于示意性说明形成非磁性层的方法。
图7是衬底的垂直局部剖面图，该视图用于示意性说明形成辅助磁性层的方法。
图8是衬底的垂直局部剖面图，该视图用于示意性说明形成磁记录层的方法。
图9是表示用于写入和再现输出的电流的电流值之间关系的曲线图。
图10是示意性说明记录磁轨概念的放大的局部平面视图，所述记录磁轨被安排用于观察磁场的分布。
图11是表示用于示意性说明“侧边擦除宽度”(″side erasewidth″)概念的磁场分布曲线图。
图12是表示电流值与侧边擦除宽度之间的关系的曲线图。
图13是表示电流值Iw90和软磁底层的磁导率之间的关系的曲线图。
图14是表示S/N之比和厚度与剩余磁通密度之积的大小之间的关系的曲线图。
图15是表示S/N之比和辅助磁性层的厚度之间的关系的曲线图。
图16是表示S/N之比和非磁性层的厚度之间的关系的曲线图。
具体实施方式
图1示意性说明作为记录介质驱动器或存储装置实例的硬盘驱动器(HDD)11的内部结构。HDD11包括限定如平行六面体的内部空间的盒状的主外壳12。至少一个磁记录盘13包含在主外壳12内的内部空间中。磁记录盘13被安装在主轴电机14的驱动轴上。主轴电机14能驱动磁记录盘或多个磁盘13以例如7,200rpm或者10,000rpm的高转速旋转。未示出的盖子与主外壳12相结合以限定在主外壳12与盖子本身之间的封闭的内部空间。
磁头致动器15也包含在主外壳12的内部空间内。磁头致动器15包括支撑在用于旋转的垂直支撑轴16上的致动器块(actuator block)17。刚性的致动器臂18被限定在致动器块17中。致动器臂18被设计为沿水平方向从垂直支撑轴16延伸。致动器臂18分别与磁记录盘或多个磁盘13的前后表面相连。致动器块17可由铝制成。模制成形方法可用于形成致动器块17。
弹性的磁头悬架19被固定到致动器臂18的尖端。单个磁头悬架19被设计成从相应的致动器臂18的尖端向前延伸。与通常已知的一样，浮动磁头滑块21被支撑在单个磁头悬架19的前面末端上。以这种方式，浮动磁头滑块21与致动器块17相连。浮动磁头滑块21与磁记录盘或多个磁盘13的表面相对。
未示出的电磁传感器被安装到浮动磁头滑块21上。电磁传感器可包括如巨磁电阻(GMR)元件或隧道结磁电阻(TMR)的读元件，和如薄膜磁头的写元件。GMR或TMR元件被设计成通过利用区分自旋阀膜或隧道结膜的电阻变化来辨别磁记录盘13上的磁位数据。薄膜磁头被设计成通过利用薄膜线圈图案上感应的磁场将磁位数据写入到磁记录盘13上。
磁头悬架19起到促使浮动磁头滑块21接近磁记录盘13的表面的作用。当磁记录盘13旋转时，浮动磁头滑块21可以接收到随旋转磁记录盘13产生的气流。气流起到在磁头滑块21上产生提升力的作用。因此在磁记录盘13旋转过程中可以通过平衡提升力和磁头悬架19的负载力(urging force)而建立较高的稳定性，使浮动磁头滑块21保持在磁记录盘13的表面上方飞行。
如音圈电动机(VCM)的动力源22被连接到致动器块17上。动力源22驱动致动器块17绕支撑轴16旋转。致动器块17的旋转致使致动器臂18和磁头悬架19进行摆动式移动。在浮动磁头滑块21飞行过程中，当致动器臂18被驱动而绕支撑轴16摆动时，浮动磁头滑块21可以跨过磁记录盘13上沿磁记录盘13的径向确定的磁轨。这种径向移动起到将浮动磁头滑块21正好定位于磁记录盘13上的目标记录磁轨的上方的作用。与通常已知的一样，在两个或更多的磁记录盘13被包含在主外壳12的内部空间内的情况下，一对弹性磁头悬架19和一对驱动器臂18被设置在相邻磁记录盘13之间。
图2说明沿与磁记录盘13的旋转轴相平行的平面所取的截面视图。磁记录盘13包括作为支撑部件的衬底31，和分别延伸到衬底31的前后表面之上的层状结构薄膜32。衬底31可以是诸如盘状玻璃的衬底。另外，衬底31可以包括盘状的铝(Al)基体和覆盖在Al基体前后表面上的NiP叠层。磁信息数据被记录在层状结构薄膜32中。层状结构薄膜32由如类金刚石碳薄膜的碳保护层33和如全氟聚醚(perfluoropolyether)薄膜的润滑剂薄膜34覆盖。
层状结构薄膜32包括磁记录层36。磁记录层36的易磁化轴被设定到与衬底31表面相垂直的垂直方向。例如，层状的超薄薄膜可以被用作用于建立上述易磁化轴的磁记录层36。在层状超薄薄膜中，磁性薄膜和非磁性薄膜交替地一层一层地相互覆盖。磁性薄膜可以是具有例如大约0.3nm厚度的CoBO薄膜。非磁性薄膜可以是具有例如大约1.0nm厚度的PdO薄膜。这里，磁记录层36包括交替地一层一层地相互覆盖的20层CoBO薄膜和20层Pd薄膜。磁信息数据被记录在磁记录层36中。
磁记录层36被承受在辅助磁性层37的表面上。辅助磁性层37中的易磁化轴被设定在与衬底31的表面相垂直的垂直方向上。例如，层状的超薄薄膜可以被用作用于建立上述易磁化轴的辅助磁性层37。在层状超薄薄膜中，磁性薄膜和非磁性薄膜交替地一层一层地相互覆盖。磁性薄膜可以是，例如，Co薄膜、含Co的合金薄膜或类似薄膜。单个磁性薄膜的厚度可以被设定为例如大约0.5nm。非磁性薄膜可以是，例如，具有大约0.7nm厚度的Au薄膜。这里，辅助磁性层37包括交替地一层一层地相互覆盖的4层Co薄膜和4层Au薄膜。
辅助磁性层37的矫顽力被设定为小于磁记录层36的矫顽力。此外，最好辅助磁性层37在垂直方向上具有比磁记录层36更容易磁化的趋势。因此，辅助磁性层37的矫顽力可被设定为等于或小于40[kA/m]。在辅助磁性层37中，矫顽力矩形比(coercive squarenessratio)可被设定为等于或大于0.9。而且，辅助磁性层37的厚度t与剩余磁通密度Br之积tBr最好被设定为等于或小于磁记录层36的厚度t与剩余磁通密度Br之积tBr的五分之一。
辅助磁性层37被承受在软磁底层38的表面上。底层38可以由例如，如FeTaC的软磁材料制成。底层38中的易磁化轴被设定在与衬底31的表面相平行的平面方向上。底层38最好具有等于或大于100的磁导率。从图2中可以明显看到，非磁性层39可以插入到辅助磁性层37和底层38之间。非磁性层39可以由例如，如Pd的非磁性金属材料制成。
底层38被承受在衬底31的表面上。可以在底层38和衬底31之间插入粘合层41。粘合层41可以由，例如，如Ta的金属材料制成。粘合层41起到改善底层38和衬底31之间的粘合的作用。
现在，假设磁信息数据要被写入磁记录盘13。如图3所示，单极磁头42被用于写磁信息数据。单极磁头42包括全都与磁记录盘13的表面相对的主磁极42a和辅助磁极42b。磁通流经主磁极42a、底层38和辅助磁极42b。
例如，从主磁极42a尖端泄漏出来的磁通43沿与衬底31的表面垂直的垂直方向被导入底层38。磁通43在底层38内以与衬底31的表面相平行的平面方向流动。然后磁通43沿垂直方向从底层38流到辅助磁极42b。采用这样的方式，在磁记录层36中沿垂直方向建立了磁化。
因为在辅助磁性层37中以垂直方向建立了磁化，所以磁通量可以在磁记录层36中沿垂直方向可靠地流动。跨过磁记录层36沿垂直方向的磁化得到建立。因此高强度的磁通沿垂直方向泄漏出磁记录层36。特别地，磁记录层36允许磁通沿相邻磁化之间的边界得到增强。另一方面，如果磁记录层36以传统的方式被承受到软磁底层38上，则磁化倾向于在靠近底层38的地方偏离垂直方向。从磁记录层36泄漏出的磁通量减少。
而且，辅助磁性层37的厚度t与剩余磁通密度Br之积tBr最好被设定为等于或小于磁记录层36的厚度t与剩余磁通密度Br之积tBr的五分之一。从辅助磁性层37向外的磁通泄漏得到抑制。因此当读磁信息数据时，辅助磁性层37的影响得以避免。如果高强度的磁通量泄漏出辅助磁性层37，那么来自于辅助磁性层37的磁通量将超过来自于磁记录层36的磁通量。磁信息数据的再现可能被阻碍。
而且，插入到辅助磁性层37和底层38之间的非磁性层39起到防止辅助磁性层37和底层38之间的磁相互作用的作用。这有助于磁信息数据的可靠再现。如果强的磁相互作用作用在辅助磁性层37和底层38之间，那么来自于磁记录层36的磁通将受到来自于辅助磁性层38的磁影响。磁信息数据的再现可能被阻碍。
接下来，将对制作磁记录盘13的方法进行简要说明。首先制备盘装衬底31。将衬底31设置到例如溅射装置中。然后在溅射装置中在衬底31的表面上形成层状结构薄膜32。详细的方法将在后面进行说明。在层状结构薄膜32的表面上形成具有大约4.0nm厚度的碳保护层33。化学气相沉积CVD可用于形成碳保护层33。然后将具有1.0nm厚度的润滑剂薄膜34应用到碳保护层33的表面。衬底31可被浸入到含有例如全氟聚醚的溶液中。
直流磁控溅射被用于在溅射装置中形成层状结构薄膜32。如图4所示，首先在衬底31的表面上形成粘合层41，也就是Ta层45。将Ta靶设置到溅射装置中。Ta原子可以沉积在衬底的表面上。Ta层45的厚度被设定为例如大约1.0nm。
如图5所示，在Ta层45的表面上形成底层38，也就是FeTaC层46。将FeTaC靶设置到溅射装置中。Fe原子、Ta原子和C原子被允许在Ta层45的表面上进行沉积。FeTaC层46的厚度被设定为例如大约300nm。
如图6所示，在FeTaC层46的表面上形成非磁性层39，也就是Pd层47。将Pd靶设置到溅射装置中。Pd原子可以沉积在FeTaC层46的表面上。Pd层47的厚度被设定为例如大约5.0nm。
如图7所示，在Pd层47的表面上形成辅助磁性层37，也就是包括超薄薄膜的层状结构48。各自具有大约0.5nm厚度的Co层48a和各自具有大约0.7nm厚度的Au层48b被交替地形成。Co层38a和Au层38b的形成被重复4次。采用这样的方式，形成的层状结构48包含8层。
如图8所示，随后在层状结构48的表面上形成磁记录层36，也就是包括超薄薄膜的层状结构49。各自具有大约0.3nm厚度的CoBO层49a和各自具有大约1.0nm厚度的PdO层49b被交替地形成。这里，CoBO层49a和PdO层49b的形成被重复20次。采用这样的方式，形成的层状结构49包含40层。
本发明的发明人已经观察到如上所述制备的磁记录盘13的特征。在观察中将磁信息数据写入磁记录盘13。单极磁头被用于写入磁信息数据。然后从磁记录盘13读出写入的磁信息数据。自旋阀磁电阻磁头被用于读磁信息数据。单极磁头和自旋阀磁电阻磁头被安装在上述的浮动磁头滑块21上。浮动磁头滑块21的飞行高度被设定为15.0nm。浮动磁头滑块21和磁记录盘13之间的相对速率被设定为10.0m/sec。
本发明的发明人也准备了对比实例。从对比实例中省略了上述的辅助磁性层37。具体地，按传统的方法在底层38的表面上覆盖磁记录层36。其它的结构被设定为与根据本发明的具体实施方式的磁记录盘13的结构相同。
本发明的发明人改变了供给到单极磁头线圈图案的电流的电流值。以440[kFCI]的线性记录密度写入磁信息数据。在再现输出中设定参考水平[1.0]。具有50[mA]电流值的电流被供给到单极磁头用以建立再现输出的参考水平[1.0]。对不同的电流值测量再现输出。如图9所示，即使采用与对比实例的磁记录盘相比更小的电流值，根据本发明具体实施方式的磁记录盘13也能够建立用于再现输出的参考水平[1.0]。
接下来，本发明的发明人观察了基于写入的磁信息数据的磁场分布。在观察中在磁记录盘上建立了一对记录磁轨51、52，如图10所示。以110[kFCI]的线性记录密度在记录磁轨51上写入磁信息数据。电流值被设定为30[mA]。同样地，以440[kFCI]的线性记录密度在记录磁轨52上写入磁信息数据。对于供给到单极磁头的电流设定不同的电流值。单极磁头的芯部宽度被设定为0.6μm。相邻记录磁轨51、52之间的距离设定为0.3μm。
沿记录磁轨51、52读出磁信息数据。应用谱分析器测量再现输出。如图11所示，参考水平[1.0]设定在最大的再现输出。对于记录磁轨51、52的再现输出，还确定半参考水平[1.0]，也就是水平[0.5]。相邻记录磁轨51、52的再现输出曲线之间在水平[0.5]处的间距被定义为“侧边擦除宽度”。
如图12所示，本具体实施方式的磁记录盘13被证实，与对比实例的磁记录盘相比，具有更小的侧边擦除宽度，与电流大小无关。具体地，本具体实施方式的磁记录盘13确实容许沿相邻记录磁轨之间的边界存在高强度的磁场。
接下来，本发明的发明人观察了再现输出和底层38的磁导率之间的关系。本发明的发明人制备了不同的磁记录盘13。对单个磁记录盘13中的底层设定了不同的磁导率。对应用到单极磁头用于将磁信息数据写入磁记录盘13的电流设定了不同的电流值。这里，对于再现输出测量了饱和值。在饱和值的90％处对再现输出确定了电流值(Iw90)。从图13可以明显看出，底层38中的磁导率等于或大于100，即使使用更小的电流值也能够在磁记录层36中建立磁化。
接下来，本发明的发明人测量了根据本具体实施方式的磁记录盘13的S/N比。本发明的发明人制备了不同的磁记录盘13。对于单独的磁记录盘13中的磁记录层36设定了不同的厚度与剩余磁通密度之积。以300[kFCI]的线性记录密度写入磁记录数据。从图14中可以明显看出，当辅助磁性层37的厚度与剩余磁通密度之积被设定为等于或者小于磁记录层36的厚度与剩余磁通密度之积的五分之一时，可以获得较高的S/N比。这里，在单独的磁记录盘13中，辅助磁性层37的厚度被设定为4.8nm。在单独的磁记录盘13中，辅助磁性层37的矫顽力保持在14.3[kA/m]与19.1[kA/m]之间。在单独的磁记录盘13中，辅助磁性层37的矫顽力矩形比保持在0.92与0.96之间。
而且，本发明的发明人测量了根据本具体实施方式的磁记录盘13的S/N比。本发明的发明人制备了不同的磁记录盘13。对于单独的磁记录盘13中的辅助磁性层37设定了不同的厚度。其它条件设定为与上述的测量条件相同。如图15所示，当辅助磁性层37的厚度设定为等于或者小于5.0nm时，可以获得较高的S/N比。
另外，本发明的发明人测量了根据本具体实施方式的磁记录盘13的S/N比。本发明的发明人制备了不同的磁记录盘13。对于单独的磁记录盘13中的非磁性层39设定了不同的厚度。其它条件设定为与上述的测量条件相同。如图16所示，当非磁性层39的厚度设定为大约5.0nm时，可以获得较高的S/N比。

Claims (12)

1.一种垂直磁记录介质，包括：
衬底；
在垂直于衬底表面的垂直方向上具有易磁化轴的磁记录层；
承受磁记录层的辅助磁性层，所述辅助磁性层在垂直方向上具有易磁化轴。
2.根据权利要求1的垂直磁记录介质，其中所述辅助磁性层具有大于磁记录层的矫顽力的矫顽力。
3.根据权利要求2的垂直磁记录介质，其中所述辅助磁性层的厚度与剩余磁通密度之积被设定成等于或小于磁记录层的厚度与剩余磁通密度之积的五分之一。
4.根据权利要求3的垂直磁记录介质，其中所述辅助磁性层由包括磁性膜和非磁性膜的层状材料制成，所述磁性膜至少含有Co，所述非磁性膜含有选自由Pt、Pd、Au和Ag构成的组中的至少一种元素。
5.根据权利要求1的垂直磁记录介质，还包括承受辅助磁性层的软磁底层，所述底层在平行于衬底表面的平面方向上具有易磁化轴。
6.根据权利要求5的垂直磁记录介质，其中所述辅助磁性层具有大于磁记录层的矫顽力的矫顽力。
7.根据权利要求6的垂直磁记录介质，其中所述辅助磁性层的厚度与剩余磁通密度之积被设定成等于或小于磁记录层的厚度与剩余磁通密度之积的五分之一。
8.根据权利要求7的垂直磁记录介质，其中所述辅助磁性层由包括磁性膜和非磁性膜的层状材料制成，所述磁性膜至少含有Co，所述非磁性膜含有选自由Pt、Pd、Au和Ag构成的组中的至少一种元素。
9.根据权利要求1的垂直磁记录介质，还包括：
承受辅助磁性层的非磁性层；以及
承受非磁性层的软磁底层，所述底层在平行于衬底表面的平面方向上具有易磁化轴。
10.根据权利要求9的垂直磁记录介质，其中所述辅助磁性层具有大于磁记录层的矫顽力的矫顽力。
11.根据权利要求10的垂直磁记录介质，其中所述辅助磁性层的厚度与剩余磁通密度之积被设定成等于或小于磁记录层的厚度与剩余磁通密度之积的五分之一。
12.根据权利要求11的垂直磁记录介质，其中所述辅助磁性层由包括磁性膜和非磁性膜的层状材料制成，所述磁性膜至少含有Co，所述非磁性膜含有选自由Pt、Pd、Au和Ag构成的组中的至少一种元素。
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