專利名稱：正交磁記錄磁盤的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種磁記錄磁盤，更具體地說，涉及一種具有微磁疇(microsized domain)的單層和假雙層(pseudo double-layer)正交磁記錄磁盤。
背景技術：
應用于硬盤驅動器(HDD，計算機的一種主要外部數據存儲設備)的軸向磁記錄(LMR，longitudinal magnetic recording)中，由于記錄高密度數據的需求不斷增長，磁盤中數據記錄區已減至微結構(microstructure)。然而，這種尺寸的減小使得所述數據記錄區(datarecord domain)容易被HDD的運行所產生的熱能消除，這種熱能比數據記錄區的靜磁能更大，這就是超順磁效應。為了克服這種超順磁效應，LMR技術被正交磁記錄技術(PMR)所代替而應用于HDD。與LMR技術相比，PMR技術利用較高的靜電能和較低的去磁能，因此在記錄高密度數據方面有其優越性。這種高密度PMR技術還結合了高靈敏讀出頭制造中的先進性，從而使得檢測微數據區成為可能。
在適合于高密度磁記錄的PMR技術中，正交磁性異向能量用于使被磁化的磁疇的方向與磁盤表面正交。于是，磁頭的頭部就垂直于磁盤表面而平行于所述被磁化的磁疇。為了做到這一點，就需要使用一種單極型(SPT)正交磁頭。然而，所述SPT正交磁頭還產生一種比該磁頭的正交磁場強的去磁場，所以被SPT頭所感應的正交磁場不足以記錄，于是限制了正交磁記錄技術在HDD中的應用。
根據磁記錄技術的最新進展，利用一種環型頭的PMR技術可將增強的正交磁場用于記錄，這種環型頭因其優良的性能而被廣泛應用在LMR中。基于利用所述環型磁頭的PMR技術，開發出一種具有一個正交磁記錄/回放層的單層PMR磁盤。
單層PMR磁盤的示意性結構如圖1所示。所述單層PMR磁盤包括一個底層12，用于提高一個正交磁記錄層13的正交度，該正交磁記錄層13形成于底層12的上面，且該正交磁記錄層13具有正交磁性異向能量(perpendicular magnetic anisotropy energy)以保持所述數據記錄區的正交方向；該單層PMR磁盤還包括一個用于保護正交磁記錄層13不受外部碰撞的保護層14，和一個潤滑層15。
所述正交磁記錄層13具有正交磁性異向能量，由于存在底層12，正交磁記錄層13的易磁化軸就與該正交磁記錄層13的表面正交。因此，正交數據的記錄可通過環型磁頭的正交磁場分量來實現。但是，在如圖1所示的傳統單層PMR磁盤中，具有磁性異向能量的正交磁記錄層13還有一個很大的去磁因子，于是強去磁能量被沿著與正交磁記錄層13的磁矩相反的方向引入，如公式(1)所示Kueff＝Ku-2πNdMs2…(1)其中Kuetf是有效正交磁性異向能量，Ku是正交磁性異向能量，Nd是去磁因子，Ms是磁飽和度，2πNdMs2是去磁能。
于是，正交磁記錄層13的有效正交磁性異向能量就大大減少，從而使得高密度記錄的特性不能令人滿意，因此限制了正交磁記錄技術在HDD中的應用。
為了克服在這這種單層PMR磁盤中所述有效正交磁性異向能量的減少，一種可減少其正交磁記錄層的去磁能的假雙層PMR磁盤被開發出來。
在所述假雙層PMR磁盤中，如圖2所示，一個中間軟磁層26設置在用于提高正交度的底層22和正交磁記錄層23之間，以便由環型磁頭的正交磁場分量形成一個通過正交磁記錄層23的閉合磁路。由中間軟磁層26形成的該閉合磁路減少了正交磁記錄層23的去磁因子和其去磁能，并因此限制了有效正交磁性異向能量的減少。
圖3是一曲線圖，示出了對應圖1所示的單層PMR磁盤和圖2所示的具有中間軟磁層的假雙層PMR磁盤，以kFRPI(每英寸千磁力線圈數)為單位的記錄密度及信號和噪聲水平的變化之間的關系。圖3中，-■-和-□-分別表示單層PMR磁盤的信號和噪聲水平，-●-和-○-分別表示假雙層PMR磁盤的信號和噪聲水平。
假雙層PMR磁盤的信號輸出高于單層PMR磁盤，因為中間軟磁層26的作用使得有效正交磁性異向能量得以維持，該中間軟磁層26通過形成一個經由正交磁記錄層23的閉合磁路減少了去磁能。可是，中間軟磁層26也可能引起周圍磁場的隨機定向并導致額外的噪聲(振動)，所以假雙層PMR磁盤具有比單層PMR磁盤高的噪聲水平。由于信號和噪聲水平的增加，假雙層PMR磁盤的信噪比對于高密度記錄來說太小了。因此就需要降低假雙層PMR磁盤的正交磁記錄層23的噪聲輸出水平以獲得對于高密度記錄來說足夠大的SNR(信噪比)。
降低噪聲水平對于改善單層PMR磁盤的信噪比也是有利的。為此，人們不斷努力降低由單層和假雙層PMR磁盤中正交磁記錄層自身所放大的噪聲水平以改善SNR。
發明內容
為了解決上述問題，本發明的一個目的在于提供一種正交磁記錄(PMR)磁盤，其具有單層結構或一種假雙層結構，該假雙層結構包括一個中間軟磁層以減少正交磁記錄層的去磁能，其中隨著信號水平的提高而發生的噪聲水平的放大利用磁疇中的一個穩定的信噪比(SNR)來降低。
為了實現本發明的目的，本發明提供了一種正交磁記錄磁盤，該磁盤包括一個位于基片和正交磁記錄層之間的底層以引導所述正交磁記錄層的正交定向，該正交磁記錄層的厚度在這樣的范圍內，其中正交矯頑力Hc與最大正交矯頑力Ho的比率隨正交磁記錄層的厚度減小而減小。
所述正交磁記錄磁盤最好利用假雙層結構，該結構包括一個位于所述底層和所述正交磁記錄層之間的中間軟磁層，以和該正交磁記錄層一起形成閉合磁路。
在正交磁記錄層的厚度范圍中，正交剩磁與最大正交剩磁的比率的變化率最好大于正交矯頑力Hc與最大正交矯頑力Ho的比率的變化率。
在正交磁記錄層的厚度范圍中，噪聲水平比例常數α(如下列公式所示)最好隨正交磁記錄層的厚度的減小而遞減。α=4πMrHc]]>其中，Mr是正交剩磁，Hc是正交矯頑力。
所述正交磁記錄層最好是由CoCr合金制成。正交磁記錄層最好還包括從硼、鉑、鉭、釩、鈮、鋯、釔和鉬中選出的至少一種材料。該正交磁記錄層的厚度最好為20-50納米。
所述中間軟磁層最好選用鎳鐵合金。該中間軟磁層最好還包括從鈮、釩、鉭、鋯、鉿、鈦、硼、硅和磷中選出的至少一種材料。中間軟磁層的厚度最好為3-30納米。
所述正交磁記錄磁盤最好還包括順次設置在正交磁記錄層上的一個保護層和一個潤滑層。
根據本發明的PMR對于環型記錄磁頭和防磁(MR)讀出頭也是適合的。
本發明的上述目的和優點通過參照附圖詳細講解的優選實施例將更明顯地看到。
圖1是一剖面圖，示出了單層正交磁記錄(PMR)磁盤的結構；圖2是一剖面圖，示出了具有中間軟磁層的假雙層正交磁記錄PMR磁盤的結構；圖3是一曲線圖，示出了對應單層PMR磁盤和假雙層PMR磁盤，以kFRPI(每英寸千磁力線圈數)為單位的記錄密度與信號和噪聲水平的變化之間的關系；圖4是一曲線圖，示出了PMR層厚度的變化與正交矯頑力Hc的變化之間的關系；
圖5是一曲線圖，示出了PMR層厚度的變化與磁疇直徑和噪聲水平比例常數α的變化之間的關系；圖6是一曲線圖，示出了PMR層厚度的變化與正交矯頑力比率Hc/Ho和正交剩磁比率Mr/Mo的變化之間的關系；圖7是一曲線圖，示出了根據例1、例2和比較例1中的單層PMR磁盤的以kFRPI為單位的記錄密度與信號和噪聲水平的變化之間的關系；圖8是一曲線圖，示出了根據例1、例2和比較例1中的單層PMR磁盤的以kFRPI為單位的記錄密度與信噪比(SNR)的變化之間的關系；圖9是一曲線圖，示出了根據例3、例4和比較例2中的假雙層PMR磁盤的以kFRPI為單位的記錄密度與信號和噪聲水平的變化之間的關系；圖10是一曲線圖，示出了根據例3、例4和比較例2中的假雙層PMR磁盤的以kFRPI為單位的記錄密度與信噪比SNR的變化之間的關系；圖11對比性地示出了根據比較例1和2以及例2和4中的PMR磁盤的以kFRPI為單位的記錄密度與信噪比SNR的變化之間的關系。
具體實施例方式為了增加單層或假雙層正交磁記錄(PMR)磁盤的信噪比(SNR)，當保持一個PMR層的信號水平為恒定時必須降低噪聲水平。噪聲水平與噪聲水平常數成比例，該噪聲水平常數α與形成在磁記錄層中的反相磁疇(reversed magnetic domain)的平均直徑成比例，二者關系如下列公式(2)所示α=4πMrHc.......(2)]]>其中，Mr是正交剩磁，Hc是正交矯頑力。因此，需要減小磁記錄層的磁疇的直徑以降低噪聲水平。
磁記錄層的磁疇直徑取決于靜磁能和磁疇壁能量(domain wallenergy)之間的平衡。更準確地說，為了降低靜磁能，需要將磁記錄層中的磁疇劃分成許多微磁疇(micro-domain)以形成閉合磁路。然而，磁疇壁能量會因微磁疇數量的增加而增加，因此使所述PMR層的總能量水平增加。靜電能與磁疇壁能量之和與磁疇直徑的關系如下Etot＝Ems+Ewall＝1.7Ms2D+γL/D…(3)其中，Etot是PMR層的總能量，Ems是PMR層的靜電能，為1.7Ms2D，Ewall是磁疇壁能量，等于γL/D，Ms是磁飽和度，D是磁疇直徑，γ是磁疇壁能量，L是PMR層厚度。
為了將PMR層的總能量減至最小，即上述公式(3)中靜電能和磁疇壁能量之和為最小，磁疇直徑D是基于下列公式(4)來確定的D=γL1.7Ms2.........(4)]]>從上述公式(4)可以看出，可以通過減小單層或假雙層PMR磁盤的PMR層的厚度L來減小PMR層中的磁疇直徑D，從而降低了噪聲水平。
在制造傳統PMR磁盤時，為了降低其PMR層的噪聲水平，PMR層的厚度確定為正交矯頑力Hc為最大值時的數值，這樣就上述公式(2)中的噪聲水平比例常數α就為最小值。例如，采用CoCr合金制造的傳統PMR磁盤的磁記錄層，正交矯頑力Hc當記錄層厚度小于等于50納米時大大減小，從圖4所示的正交矯頑力Hc與最大正交矯頑力Ho之比率隨記錄層厚度變化的曲線中可看出這一點。于是，在傳統PMR磁盤中，為了控制噪聲水平采用CoCr合金制造的磁記錄層的厚度大于50納米。
然而，對于假雙層PMR磁盤來說，即使有厚度大于等于50納米的高矯頑力的磁記錄層，也不足以減小所述噪聲水平比例常數α，如圖5所示。此外，因采用所述中間軟磁層，假雙層PMR磁盤會產生額外噪聲(振動)，因此就會導致高噪聲水平。因而信噪比SNR就很差。
圖5示出了一種假雙層PMR磁盤中采用CoCr合金制造的磁記錄層的厚度的變化與磁疇直徑之間的關系曲線。如圖5所示，當磁記錄層的厚度小于某一值時(該值是所述正交矯頑磁力Hc開始減小的點)，磁疇直徑開始減小。很明顯，各微磁疇可在厚度減小了的磁記錄層上形成。而且，如圖5所示，在磁記錄層上形成的微磁疇能導致所述噪聲水平比例常數α銳減。
圖6是一曲線圖，示出了采用CoCr合金制造的假雙層PMR磁盤的磁記錄層厚度的變化與正交矯頑力比率Hc/Ho和正交剩磁比率Mr/Mo的變化之間的關系；圖6中，Hc表示正交矯頑力，Ho表示最大矯頑力，Mr表示正交剩磁，Mo表示最大正交剩磁。
如圖6所示，與正交矯頑磁力比率(Hc/Ho)相比，正交剩磁比率(Mr/Mo)相對于采用CoCr合金制造的假雙層PMR磁盤的磁記錄層厚度的變化銳減。隨磁記錄層厚度的減小(由于微磁疇的形成所致)，正交剩磁比率(Mr/Mo)的這種銳減就使得所述噪聲水平比例常數α減小。
在本發明涉及的假雙層PMR磁盤中，采用CoCr合金制造的磁記錄層的厚度減小至某一厚度值(在該值時正交矯頑磁力開始減小)，而且在該磁記錄層上形成微磁疇，因此降低了噪聲水平，改善了信噪比。本發明的發明人還通過實驗發現這對于單層PMR磁盤有著相同的效果。
根據本發明的一個優選實施例，可按如下方法制造假雙層PMR磁盤。在一個玻璃或(AL)合金基片上通過真空沉積形成一個厚度為50-100納米的底層，該底層可引導PMR層正交定向，在所述底層上形成一個3-30納米厚的中間軟磁層，然后在該中間軟磁層上形成20-50納米厚的PMR層。接著，在PMR層上順次形成一個保護層和一個潤滑層。
單層PMR磁盤可用上述制造假雙層PMR層的同樣的方法制造，但是不形成中間軟磁層。
制造可提高PMR層的正交定向度的底層的合適材料可包括鈦(Ti)合金、非磁性鈷(Co)合金、鉑(Pt)合金和鈀(Pd)合金，但最好用鈦合金。
在本發明中，所述保護層和潤滑層可采用任何材料，厚度可為在一個預定范圍內的任意值，該厚度范圍可按本領域中用于常規沉積的厚度確定，沒有限制。
下面將通過實例更詳細地介紹本發明。下列實例僅為解釋本發明之用，而無意限制本發明的范圍。
<例1>
在厚度為650納米的玻璃基片上沉積一個厚度為50納米的鈦底層。在該底層上形成一個厚度為35納米的CoCr合金PMR層，其上形成作為保護層的一個碳基層，其厚度為10納米，該碳基層的上面是厚度為2納米的潤滑層，這樣就形成了一個單層PMR磁盤。
<例2>
以例1中同樣的方法制造的單層PMR磁盤，只是其中的PMR層厚度為20納米。
<例3>
在厚度為650納米的玻璃基片上沉積一個厚度為50納米的鈦底層。在該鈦底層上形成厚度為20納米的一個鎳鐵合金中間軟磁層，接著形成厚度為35納米作為PMR層的一個CoCr合金的磁記錄層。然后在該磁記錄層上形成作為保護層的一個碳基層，其厚度為10納米，再上面是潤滑層，厚度為2納米，這樣就形成了一個假雙層PMR磁盤。
<例4>
以例3中同樣的方法制造的假雙層PMR磁盤，只是其PMR層厚度為20納米。
<比較例1>
以例1中同樣的方法制造的單層PMR磁盤，只是作為其PMR層的CoCr合金磁記錄層厚度為50納米。
<比較例2>
以例3中同樣的方法制造的假雙層PMR磁盤，只是作為其PMR層的CoCr合金磁記錄層厚度為50納米。
圖7示出了根據例1、例2和比較例1中的單層PMR磁盤的以kFRPI為單位的記錄密度與信號和噪聲水平的變化之間的關系；如圖7所示，信號水平隨由于正交磁場斜率的增加導致的PMR層厚度的減小而提高。此外，噪聲水平因微磁疇的形成而銳減。
圖8示出了根據例1、例2和比較例1中的單層PMR磁盤的以kFRPI為單位的記錄密度與信噪比(SNR)的變化之間的關系。如圖8所示，由于信號水平的提高和噪聲水平的降低(如圖7所述)，信噪比隨PMR層厚度的減小而得到改善。
圖9示出了根據例3、例4和比較例2中的假雙層PMR磁盤的以kFRPI為單位的記錄密度與信號和噪聲水平的變化之間的關系。如圖9所示，由于正交磁場斜率的增加和所述軟磁層引起的去磁的減少，信號水平隨PMR層厚度的減小而提高。此外，噪聲水平因微磁疇的形成而顯著降低。
圖10示出了根據例3、例4和比較例2中的假雙層PMR磁盤的以kFRPI為單位的記錄密度與信噪比SNR的變化之間的關系。如圖10所示，由于信號水平的提高和噪聲水平的減小(如圖9所述)，信噪比隨PMR層厚度的減小而得到改善。
圖11對比地示出了對應具有50納米厚的CoCr合金磁記錄層的傳統單層和假雙層PMR磁盤，以及根據本發明制造的具有20納米厚的CoCr合金磁記錄層的單層和假雙層PMR磁盤的以kFRPI為單位的記錄密度與信噪比SNR的變化之間的關系。根據本發明制造的，厚度為20納米的，且帶有微磁疇的CoCr合金磁記錄層的所述假雙層PMR磁盤的信噪比得到極大改善。
如上所述，在根據本發明的PMR磁盤中，根據靜磁能量和磁疇壁能量之間的關系在磁記錄層上形成微磁疇。這種具有微磁疇的PMR層被應用到具有閉合磁路的單層PMR磁盤或假雙層PMR磁盤中，由此降低了噪聲水平并改善了信噪比。
雖然已經參照本發明的優選實施例詳細具體地描述了本發明，但是本領域普通的技術人員應當理解，在不背離權利要求所限定的本發明的精神和范圍的情況下，本發明在形式和細節上可以有各種變化。
權利要求
1.一種正交磁記錄磁盤，包括一個位于基片和正交磁記錄層之間的底層，該底層用于引導所述正交磁記錄層的正交定向，所述正交磁記錄層的厚度在這樣一個范圍內，即其中正交矯頑力Hc與最大正交矯頑力Ho之間的比率隨所述正交磁記錄層的厚度的減小而減小。
2.如權利要求1所述的正交磁記錄磁盤，還包括一個位于所述底層和所述正交磁記錄層之間的中間軟磁層，用于和所述正交磁記錄層一起形成閉合磁路。
3.如權利要求1或2所述的正交磁記錄磁盤，其中，在所述正交磁記錄層的厚度范圍內，正交剩磁與最大正交剩磁之間的比率的變化率大于正交矯頑力Hc與最大正交矯頑力Ho之間的比率的變化率。
4.如權利要求1或2所述的正交磁記錄磁盤，其中，在所述正交磁記錄層的厚度范圍內，如下列公式所示的噪聲水平比例常數α隨該正交磁記錄層厚度的減小而減小α=4πMrHc]]>其中，Mr是所述正交剩磁，Hc是所述正交矯頑力。
5.如權利要求1或2所述的正交磁記錄磁盤，其中，所述正交磁記錄層采用CoCr合金制成。
6.如權利要求5所述的正交磁記錄磁盤，其中，在所述正交磁記錄層還包含從硼、鉑、鉭、釩、鈮、鋯、釔和鉬中選出的至少一種材料。
7.如權利要求6所述的正交磁記錄磁盤，其中，所述正交磁記錄層的厚度為20-50納米。
8.如權利要求2所述的正交磁記錄磁盤，其中，所述中間軟磁層采用鎳鐵合金制成。
9.如權利要求8所述的正交磁記錄磁盤，其中，所述中間軟磁層還包括從鈮、釩、鉭、鋯、鉿、鈦、硼、硅和磷中選出的至少一種材料。
10.如權利要求9所述的正交磁記錄磁盤，其中，所述中間軟磁層的厚度為3-30納米。
11.如權利要求1或2所述的正交磁記錄磁盤，還包括在所述正交磁記錄層上順次形成的一個保護層和一個潤滑層。
全文摘要
本發明提供了一種正交磁記錄磁盤。該正交磁記錄磁盤包括一個位于一個基片和一個正交磁記錄層之間的底層,用于引導所述正交磁記錄層的正交定向,該正交磁記錄層的厚度在這樣一個范圍內,即其中正交矯頑力Hc與最大正交矯頑力Ho之間的比率隨正交磁記錄層的厚度的減小而減小。
文檔編號G11B5/73GK1366299SQ01130278
公開日2002年8月28日 申請日期2001年12月29日 優先權日2000年12月29日
發明者金在永 申請人:三星電子株式會社