專利名稱：熱助記錄系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有高記錄密度和熱助記錄系統的信息記錄系統，其中提供了一種磁記錄介質和一種包括加熱該記錄介質的裝置的讀/寫磁頭。
背景技術：
安裝在計算機中的磁盤等作為信息記錄系統之一，需要具有高的記錄密度，以便支持現代的信息超載社會。為了實現磁盤系統的高記錄密度，有必要縮短磁盤和磁頭之間的距離，使得構成磁記錄介質的磁性層的晶粒尺寸較小，以增加磁記錄介質的矯頑磁力(各向異性場)，并增大信號處理技術的速度。
在磁記錄介質中，減小晶粒尺寸會降低噪音，但是另一方面會引起晶粒變得遇熱不穩定。因此，應使各向異性能更大，以使晶粒在尺寸減小時也熱穩定。然而，由于用作寫磁頭的磁極材料有限以及縮短磁盤和磁頭之間距離有限，因此難于成比例增加各向異性場以在今后獲得高的記錄密度。
為了解決上述問題，一種將光記錄技術和磁記錄技術相結合的混合記錄技術已被提出并受到了關注。例如，在Intermag 2000HA-04和HA-06中使用的讀/寫磁頭上添加了一種加熱介質的裝置。在記錄時，通過施加磁場來加熱介質以減小介質的矯頑磁力。因為如此，在高矯頑磁力介質上進行寫操作變得容易了，而使用傳統的磁頭由于磁場強度不足，在其上難以進行記錄。MR(磁阻式)磁頭用于復制，其為傳統的磁記錄系統的一部分。上述記錄方法被稱做熱助磁記錄。
此外，JP-A 344725/2001公開了一種垂直磁記錄介質，其中具有垂直磁各向異性和較大的晶間磁交換耦合的第二記錄介質被濺射沉積在具有垂直磁各向異性且晶間磁交換耦合的量值幾乎為零的第一記錄層上。在JP-A 358616/2002中公開了一種磁記錄介質，其中在基底上依次形成了包括磁性層的基層、包括非鐵磁性層的轉變層以及包含鐵磁性晶粒和非鐵磁性晶粒邊界的記錄層。并且，公開了一種磁記錄介質，其中轉變層的厚度和構成記錄層的磁性晶粒之間的距離受到了限制，以滿足條件TcB＞Tsw，其中基層的居里點為TcB，啟動記錄層和基層之間的磁交換耦合的溫度為Tsw。在JP-A 79307/1998中公開了一種記錄介質，其中構成成為磁性記錄介質的磁性薄膜的微晶晶粒的晶界處的Cr含量范圍為21-24原子％。
非專利文獻Intermag.2000HA-04，HA-06專利文獻1JP-A 344725/2001專利文獻2JP-A 358616/2002專利文獻3JP-A 79307/1998發明內容對于熱助磁記錄來說，重要的是不僅要發展結合磁頭和介質加熱裝置的技術，而且要發展適合于熱助磁記錄的介質。盡管用于傳統的磁盤系統的CoCr合金介質易于制備，也有必要使晶粒尺寸比目前的值(9nm)小，以獲得萬億比特級存儲容量的超高記錄密度。例如，在當磁化強度轉變長度為約15nm時的情況下，人們期望晶粒尺寸應做到3nm那樣小。另一方面，為了避免因熱活化作用造成記錄磁化強度衰減，已知Ku·V/k·T值，即晶粒體積V和磁性各向異性能Ku的乘積除以波耳茲曼常數k和溫度T的乘積，優選為100或更多。因此，即使CoCr合金的最大各向異性能為5×105J/m3(1600kA/m的各向異性場)，且使用一般的層厚為20nm，也不可能使晶粒尺寸小于7nm。因此，人們認為傳統的使用CoCr合金介質的磁記錄技術不可能獲得超高記錄密度。
人們認為加強晶間磁交換耦合并增加晶粒的磁化強度轉變單元會有效提高熱穩定性。然而，如果用傳統的記錄技術來寫入具有晶粒的大磁化強度轉換單元的介質，該磁性過渡區域將變得混亂，導致噪音增加。例如，在JP-A 79307/1998中公開了一種磁性記錄介質，其具有被增強了的晶間磁交換耦合，其中磁性薄膜中的微晶邊界的Cr含量被控制在21-24原子％范圍內。因為要減小噪音，晶間磁交換耦合的增加太弱，以致不能增加晶粒的磁化強度轉換單元，因此可以理解不能提高熱穩定性。
另一方面，主要用于熱助磁記錄的初級試驗的介質材料是用于磁光記錄系統的TbFeCo。TbFeCo顯示了強烈的垂直磁各向異性，由晶界引起的噪音較小，此外其組分可被連續控制。從這個觀點上來看，該材料優于傳統上用于磁記錄介質的CoCr合金系統。然而，因為TbFeCo具有強的晶間磁交換耦合，以下提及的參數A非常大，且記錄磁化強度擴展得大于光斑，因此，人們認為這限制了記錄密度的增加。此外，因為TbFeCo具有室溫磁補償溫度，磁化強度變得較小。因此，對于復制技術來說有必要作如在復制過程中進行熱照射等的安排。
例如，作為在JP-A 344725/2001中描述的增加熱穩定性的介質和在JP-A 358616/2002中描述的熱助磁記錄介質，存在這樣的介質，其中例如通過濺射方法來沉積CoCr合金和TbFeCo層。設計這種介質的目的是通過使用磁交換耦合來結合CoCr合金層和TbFeCo層并使它們成為一體作為記錄層，以增加晶粒體積。因此，在減小磁性晶粒尺寸的同時不得不增加TbFeCo層的厚度，使得對應于高記錄密度的膜厚可以變得大于10nm。然而，因為增加TbFeCo層的厚度也增加磁頭和軟磁層之間的距離，施加在介質上的磁頭磁場強度下降，且在介質上施加的磁頭磁場的分布變寬。其結果是讀/寫特性遭到了破壞。
如上所述，尋找介質材料和有效使用熱助磁記錄的結構成了重要的問題。
本發明的目的是提供一種熱助磁記錄系統，其中包括適用于熱助磁記錄方法的介質。
為了達到上述目的，本發明的熱助磁記錄系統使用磁記錄介質，其中該記錄介質中磁性晶粒之間的磁交換耦合在室溫(保持磁化強度的溫度)下大，以通過耦合磁性晶粒使磁化強度熱穩定，而因加熱而減小以使磁化強度轉換斜度在記錄時變陡。
此外，本發明的熱助磁記錄系統使用一種磁記錄介質，該介質在記錄層的基底側上具有無定形TbFeCo層、CoCr層、CoCr和Pt疊層、或CoCr和Pd疊層。在記錄層的基底側上沉積的上述各層的總膜厚被控制為5nm或以下。
用作本發明的熱助磁記錄介質的上述磁記錄介質均具有參數A，其滿足在室溫(保持磁化強度的溫度T-30℃＜T＜80℃)下1.5≤A＜6.0，其中參數A為圍繞MH回線的矯頑磁力的斜率參數標準化值，但是，通過加熱來增加介質的溫度會使MH回線的參數A變小，約為1。這里，參數A的值由下式定義。
A≡1μ0∂M∂H|M=0;]]>μ0真空絕對磁導率本發明的目的是提供一種熱助磁記錄系統，該系統通過使用具有磁交換耦合在室溫下很強而加熱則下降的特性的介質來獲得優異的熱穩定性和較低的噪音。
圖1表示了本發明的第一實施方案中10年之后輸出信號的變化和參數A之間的關系；
圖2為本發明的磁盤系統結構的示意圖；圖3為說明本發明的寫磁頭的構造的示例；圖4為本發明的寫磁頭的另一個結構示例；圖5表示了制造記錄層時基底溫度、靶的Cr含量和制造記錄層的晶間界的Cr含量之間的關系；圖6是說明磁性晶粒和晶界的圖像視圖；圖7是表示磁記錄介質的MH回線的示例圖；圖8表示了本發明的第一實施方案中MH回線斜度參數A和溫度之間的關系；圖9表示了各向異性場Hk和飽和磁化強度Ms對于溫度的依存關系；圖10表示磁性晶間表面交換能和參數A之間的關系；圖11表示了本發明的第一實施方案中MH回線斜度參數A和SLF/NHF之間的關系；圖12表示了本發明的第一實施方案中MH回線斜度參數A和記錄層的磁性晶界的Cr含量之間的關系；圖13比較了不同掃描速率的磁場的MH回線；圖14表示了晶界交換耦合能J和磁性晶界Cr含量之間的關系；圖15為本發明的第二實施方案中磁記錄介質的示意圖；圖16表示了當改變TbFeCo層的加熱溫度時矯頑磁力和膜厚之間的關系；圖17表示了本發明的第二實施方案中MH回線斜度參數A和溫度之間的關系；圖18表示了本發明的第二實施方案中在記錄之后的10年中輸出信號的變化和參數A之間的關系；圖19表示了本發明的第二實施方案中當在加熱器溫度為400℃下進行記錄時SLF/NHF與參數A的依存關系。
具體實施例方式
下面將參考附圖來說明本發明的優選實施方案。圖2為本發明的磁盤系統的結構示意圖。通常，將一個或多個磁盤15安放在磁盤系統的驅動器中。本發明的磁盤15為用于垂直磁記錄的磁盤，其包括軟磁底層和垂直磁記錄層，且其被驅動沿箭頭10的方向旋轉。
如放大的視圖(a)中所示，固定在支架13尖端上的磁頭浮動塊尾部的磁頭12通過音圈馬達14訪問任意的磁道，并將該信息讀/寫在磁盤(介質)上。放大圖(b)是磁頭12的示意圖，從介質的相對側來表示了記錄寫磁頭101和復制讀磁頭16的結構。寫磁頭101為垂直磁記錄的單磁極類型的寫磁頭，包括主磁極100和輔助磁極102，且通過來自主磁極100的漏磁場來執行向介質15的磁記錄。讀磁頭16包括由位于磁屏蔽17和磁屏蔽102之間的磁阻效應傳感器構成的讀傳感器18，該讀傳感器也用作輔助磁極，且通過將來自介質15的漏磁場流入讀傳感器18來獲得復制輸出。
圖3為說明根據本發明的包括加熱裝置的寫磁頭/介質系統的結構示例。該圖描述圍繞寫磁頭的橫截面結構，在垂直于記錄介質(圖中的縱向)并平行于下磁道方向的平面上切割寫磁頭101和磁記錄介質120。
寫磁頭101具有主磁極100和輔助磁極102，且盤狀輔助磁極102幾乎在垂直于記錄介質120的方向上形成。此外，導體構圖103在輔助磁極102上螺旋形成，且兩端伸出并連接于磁頭驅動電路。主磁極100的一端與輔助磁極102相連，另一端到達面向磁記錄介質120的寫磁頭的底表面。輔助磁極102、主磁極100和導體構圖103一起構成電磁體，且通過驅動電流將記錄磁場施加到位于主磁極100的頂部周圍的磁記錄層121上。
作為加熱裝置，例如，如圖3中所示，將電阻加熱器104置于與主磁極分開的與下磁道方向相對的一側，或者，其被置于主磁極的下磁道方向側。電阻加熱器104能加熱電阻加熱器周圍的大面積的介質；因此，即使其被放置得與主磁極分開，其也能加熱所需的部位。電源供應線路(在圖中未描述)與電阻加熱器104相連以輸送電流，并從寫磁頭102伸出。電流流向電阻加熱器104，并通過輻射加熱來加熱記錄介質。
圖4是加熱裝置和寫磁頭/介質系統的另一種結構的例子。寫磁頭和介質與圖3中的相同。電阻加熱器105是加熱裝置，被置于主磁極附近。從而，該加熱器能充分加熱尤其需要加熱的主磁極正下方。
此外，可以使用其它的加熱裝置，其中透鏡聚焦的激光束照射介質，另外，由透鏡聚焦的激光束照射金屬分散體并將其加熱。
另外，與其它加熱裝置一樣，可使用這樣的加熱裝置，其中在主磁極和介質之間施加電壓以流動電流。
記錄介質120通過在結晶玻璃基底124上順序濺射軟磁底層123、非磁性中間層122和CoCr合金磁性記錄層121而形成。這里，濺射CoCr合金磁性記錄層的基底溫度被控制在50℃～150℃。該非磁性中間層122例如為Ru、Rh或Ir，被用來控制磁性記錄層121的結晶磁各向異性。在沉積非磁性中間層122之前可施加NiAl或NiTa層來控制記錄層的晶粒尺寸。軟磁性底層123通過與寫磁頭磁性耦合用于使記錄磁場更強更陡。例如，CoCrPt、CoCrPtTa和CoCrPtB等可用作CoCr合金磁記錄層121。記錄層121的膜厚優選為20nm或以下，使得寫磁頭和軟磁底層123相互磁耦合。
圖5表示了基底溫度、靶的Cr含量和制造的記錄層的晶間界的Cr含量之間的關系。通過在玻璃基底上沉積100nm厚的坡莫合金作為軟磁性底層、20nm厚的Ru作為非磁性中間層，然后在將基底溫度從10℃改變到350℃之后沉積20nm厚的CoCrPt記錄層來制造介質。根據X射線衍射分析等觀察到制得的介質為具有垂直于膜層表面的易磁化軸的垂直磁性層。此外，TEM分析證實晶粒為柱狀。接著，使用具有高分辨率能量色散X射線光譜(EDX)的透射電子顯微鏡，測量晶界的Cr含量來研究磁記錄層中的微觀組分分布。使用空間分辨率為1nm的EDX來探測Cr含量，使電子束照射晶界。從圖中可知，晶界的Cr含量增加與基底溫度的增加成比例。
圖6是說明磁性晶粒130和晶界131的圖像，表示了本發明A和傳統介質B之間的Cr含量比較。本發明(圖6A)中，基底溫度被控制到50℃或以上150℃或以下，晶界的Cr含量變成15～20原子％。該Cr含量遠遠低于圖6B中所示的在基底溫度為250℃或以上時制造的傳統的垂直介質中的晶界的Cr含量。即，制造傳統垂直磁記錄介質的目標是通過增加晶界131的Cr含量來使磁性晶粒130之間的磁交換能為零。另一方面，本發明的制造垂直磁記錄介質的目標是通過增加磁性晶粒之間的磁性交換能，使磁交換耦合更強。
圖7示例表示了室溫下上述制得介質的磁化強度M磁場H曲線(MN回線)。作為磁化強度測量技術，可以使用探測振動測量試樣(VSM測量)產生的A.C.場的方法，和使用與磁化強度相對應的反射光的傾斜極化角現象的光學方法(克爾效應)。本發明的參數A約為2。如果晶間交換能為0，參數A幾乎為1，且隨著磁交換耦合的增加，參數A變大。這樣，如圖7所示，當穿過飽和磁化強度值為±50％的線的斜率為ΔM/ΔH且真空絕對磁導率(4π×10-7[H/m])為μ0時，用下式得到參數AA＝(ΔM/μ0)/ΔH。
接著，隨著介質的加熱，測量MH回線。加熱溫度從0℃變化到300℃。圖8表示了參數A和加熱溫度之間的關系。圖8表明隨著溫度的增加，參數A下降。即，可以理解磁性晶粒之間的磁交換耦合下降，并在230℃以上幾乎達到0。
因此，使用根據本發明的熱助磁記錄系統，因為強的晶間磁交換耦合，因此記錄的磁化強度在室溫下熱穩定，并且磁化強度過渡斜度陡，磁化強度過渡斜度陡是因為使用主磁極100施加磁頭磁場來加熱磁記錄層121使得晶間磁交換耦合變得較小。
通過使用裝有磁通檢測裝置如GMR(巨磁阻效應)傳感器或TMR(隧道磁阻效應)傳感器等的讀磁頭來檢測源自磁記錄層的漏磁通，從而磁性復制記錄在磁記錄層121上的信息。或者，可以通過裝有利用克爾效應和法拉第效應的光學磁通檢測裝置的讀磁頭來在記錄介質上進行光學復制。
以下通過使用微磁學技術的計算機模擬來表示本發明的效果，該計算機模擬即為朗哲文(Langevin)等式，其中將根據熱能的有效磁場h(t)代入下面的朗道-里夫茨-吉伯特(Landau-Lifshitz-Gilbert)等式(J.Appl.Phys.75(2)，15Jan.1994)。
dMdt=-γ[M×(Heff+h(t))]+αM[M×dMdt]---(1)]]><hi(t)hj(t+τ)>=2kTαγVMsδ(τ)δij---(2)]]><hi(t)>＝0 ...(3)這里，M為晶粒的磁化強度，Heff為有效磁場，γ為旋磁率，α為吉伯特衰減常數，Ms為飽和磁化強度，T(t)為熱激化的有效磁場，k為玻爾茨曼常數，T為溫度，V為晶粒體積，δ(τ)為狄雷克增量函數，τ為時階。δij為克羅內克增量，i和j為磁場的分量(x，y，z)。<>表示時間平均。
根據表達式2和3，施加到每個晶粒上的h(t)量值遵循高斯分布規律，其中均值為0，表達式(2)右側的系數(2kTα/γVMs)為變數，方向為隨機矢量。此外，δ(τ)為時階的倒數，且有效磁場的量值在每個時階均改變。記錄磁頭的主磁極在下磁道方向的磁極厚度為400nm，在橫磁道方向的磁極寬度為100nm。主磁極和介質之間的間隙控制在15nm。加熱手段是電阻加熱器鄰近主磁極并在主磁極的正下方加熱。
通過使用積分元方法計算三維磁場的商用程序MAGIC來分析磁頭磁場。磁頭磁場為960kA/m或以下。使用有限元方法通過熱傳導等式來計算熱分布。假定熱能均勻地沿著膜厚方向被吸收。用1mW的入射功率加熱4ns使得加熱溫度T為200℃。通過將MR磁頭的靈敏函數代入互易法則表達式(Mitsunori Matsumoto磁記錄(Kyoritsu出版社，東京，1977))得到輸出信號。輸出條件是屏蔽之間的距離Gs＝0.06μm，且寫入磁道間距Twr＝80nm。
圖9表示了各向異性磁場Hk和飽和磁化強度Ms與溫度的關系。已知當溫度上升40℃時各向異性磁場下降15％，且飽和磁化強度下降5％(IEEE Trans.Magn.，vol.34，pp.1558-1560，1998)。該圖表明，當使用上述加熱方式的加熱溫度T＝200℃(室溫為20℃)時，各向異性磁場Hk降至約400kA/m。
圖1表示了記錄之后的10年內輸出信號的變化與參數A之間的關系，其中介質的晶粒尺寸＝3nm，記錄層的厚度＝20nm(晶粒尺寸Dgrain和膜厚t之比Dgrain/t約為0.15)，并用上述加熱裝置將介質加熱至200℃。沿著介質厚度方向上下交替地記錄磁化強度過渡長度(以下磁化強度過渡長度被稱為位長)為50nm的記錄磁化強度模式。因此，很清楚輸出信號的剩余比例隨著參數A的增加而增加，且當參數A為1.5或以上時信號不衰減。即，可以理解參數A大于1.5的介質熱穩定性提高。盡管進行類似的計算將Dgrain/t從0.15變化到1.0，與圖1中的類似，當參數A為1.5以上時信號不衰減。這里，Dgrain/t從0.15變化到1.0的原因如下。隨著Dgrain和t的比例下降，磁化強度旋轉不均并變得熱不穩定；因此，Dgrain/t優選為0.15或以上(IEEE Trans.Magn.Vol.39，No.5，Sep.2003)。此外，根據垂直磁記錄的機制，記錄層厚度大于晶粒尺寸使得磁化強度過渡斜度陡峭并熱穩定，因此，Dgrain/t優選為1.0或以下。
以下解釋如果參數A為1.5或以上信號不衰減的原因。圖10表示了當晶粒尺寸Dgrain和膜厚t之比Dgrain/t為0.15、0.4和1.0時表面交換能J(J/m2)和參數A之間的關系。因此，可以理解當Dgrain/t為0.15或以上時J變成至少0.13×10-3J/m2以致參數A為1.5以上。即，考慮到傳統的CoCr合金介質的J幾乎為零，可以理解在本發明的介質中的磁性晶粒之間具有相當強的為0.13×10-3J/m2或以上的磁交換耦合。隨著磁性晶粒之間的磁交換耦合強度的增加，磁化強度交換單元變得較大；因此，人們認為當參數A為1.5或以上時信號不衰減。
如上述結果所示，磁性晶粒之間的磁交換耦合越強，熱穩定性改善越多。在傳統的磁性記錄系統中，已知磁性晶粒之間的磁交換耦合越強，噪音越大。然而，如果在足以降低使用本發明的介質的磁交換耦合的溫度下執行寫操作，將可能得到陡峭的磁化強度過渡斜率，并減小噪音。
圖11表示了取決于位長為150nm的輸出信號SLF與位長為25nm的噪音NHF的比值的參數A的計算結果，比較了傳統的磁性記錄系統和加熱溫度T改變的本發明的熱助磁性記錄系統。Dgrain/t的值0.15。晶粒尺寸和介質的Hk與圖1中的相同。因此，可以理解在傳統的磁記錄系統中隨著參數A的增加SLF/NHF下降。另一方面，本發明中，在相同的參數A下增加加熱溫度，SLF/NHF增加，且當加熱溫度為400℃且A為6以下時，SLF/NHF具有恒定的值。原因是磁性晶粒之間的磁交換耦合通過在記錄時加熱變得幾乎為0。證實了即使當Dgrain/t為0.4和1.0時，SLF/NHF也具有恒定的值，直到A為6。
如圖9所示，本發明的介質具有磁交換耦合隨著溫度的增加線性下降的特性。然而，優選選擇磁交換耦合隨著溫度的增加迅速下降的介質材料，因為其能夠防止晶粒的磁化強度在冷卻過程中由于磁交換耦合而轉換。
圖12表示了當Dgrain/t為0.15、0.4和1.0時的情形下晶界的Cr含量和參數A之間的關系。可以理解Cr含量應為20原子％或以下以使參數A為1.5或以上。此外，考慮到加熱器的加熱溫度限制，不可能加熱到高于400℃。圖11表明參數A應小于6.0，以便不損失T＝400℃以下時的SLF/NHF。從圖中可以理解，當Dgrain/t為0.15時要求Cr含量為15原子％或以上。此外，當Dgrain/t為0.4和1.0時，Cr含量約為15原子％時參數A迅速增加至約為6.0。因此，可以理解，即使Dgrain/t為0.4和1.0，也要求Cr含量為15原子％或以上，以使參數A為6.0或以下。因此，可以理解晶間邊界的Cr含量可以為15原子％或以上、20原子％或以下。
以下為實際試驗的結果。準備兩種介質。在于基底上濺射沉積100nm厚的坡莫合金軟磁性底層和20nm厚的Ru非磁性中間層之后，通過使用20原子％的Cr含量的靶、在150℃的基底溫度下濺射沉積20nm厚的CoCrPt記錄層來制造本發明的介質；另一方面，通過使用15原子％的Cr含量的靶、在280℃的基底溫度下濺射沉積20nm厚的CoCrPt記錄層來制造傳統的介質。當形成每層時控制氬氣(Ar)壓力為0.9Pa。當從使用磁光克爾效應的MH回線得到兩種制得的介質的參數A時，參數A分別為2.0和1.0。接著，如下所示使用活化體積得到這些介質的晶間交換耦合能。
通過施加超過1特斯拉的垂直于介質的正性大磁場使磁化強度足夠飽和(飽和磁化強度)之后，以預定的速率(例如，R150000(A/m)/s)降低磁場，且連續進行磁化強度測量直至其達到負性大磁場(磁化強度曲線1)。此外，以不同的磁場降低速率(例如，R25000(A/m)/s)進行類似的磁化強度測量(磁化強度曲線2)，從而得到圖13。
接著，當在磁化強度曲線1和2中給出0.9×Ms、0和-0.9×Ms這三種類型的不同磁化強度程度的磁場的差別為dHp、dHz和dHm時，使用由下式得到的標準化磁場hh＝dHz×(dHm-dHp)/(4×dHp×dHm)，由下式計算晶間界交換耦合能JJ＝(h×Ku+Ms2×107/(8π))×(Vz/(π×t))0.5。
這里，Ku是各向異性能，且可以使用通過磁性扭轉測量法得到的值。t是膜厚，可使用通過橫截面TEM圖像法得到的值。
此外，活化體積Vz如下使用dHz得到Vz＝k×T×ln(R1/R2)/(Ms×dHz)。
這里，k為玻耳茲曼常數，T為絕對溫度。
圖14表示了使用該表達式計算的25℃情況下CoCrPt薄膜的晶間界交換耦合能J與晶界Cr含量的關系曲線圖。J隨著晶界Cr含量的增加而下降，且當Cr含量大于20原子％時變得小于0.13×10-3J/m2。使用俄歇電子光譜，其使用3kV的加速電壓、且束直徑為0.5nm的電子束，來測量晶界Cr含量。
從該圖中可以理解，本發明的介質，其在沉積磁性記錄層時基底溫度為150℃的條件下制造，具有19原子％的Cr含量，且交換耦合能為0.2×10-3J/m2。此外，從該圖中可知，在基底溫度為280℃下制造的傳統介質的Cr含量為35原子％，交換耦合能為0。
另外，測量在基底溫度為150℃情況下制造的本發明的介質和在基底溫度為280℃情況下制造的傳統介質的殘留磁化強度的時間依賴性。結果，即使在室溫下放置100小時，也不能觀察到本發明的介質中的輸出信號的衰減。另一方面，傳統介質的磁化強度在記錄之后在100小時內降至80％。
因此，通過將介質施加給熱助磁記錄系統能提供低噪音和優異熱穩定性的熱助磁記錄系統，該介質具有晶間磁交換耦合在室溫下強而在記錄溫度下消失這樣的特性(少量的殘留磁交換耦合比其完全消失要好)。
接著，將說明本發明的第二個實施方案。該第二實施方案中的加熱裝置的結構、讀磁頭和寫磁頭與圖3和4中的相同。圖15A和15B為第二實施方案中使用的介質的示意圖。
圖15A中表示的磁記錄介質120如下形成。在結晶玻璃基底124上順序濺射沉積200nm厚的軟磁性底層123和15nm厚的第一非磁性中間層122之后，沉積由無定形層如TbFeCo等、或CoCr層、或Co(0.3nm)和Pd(0.7nm)等五層構成的層直到厚度為5nm或以下作為第二中間層125，且在其上形成20nm厚的CoCr合金磁性記錄層121如CoCrPt和CoCrPtB等作為磁記錄層。
這里，濺射CoCr合金磁記錄層121時的基底溫度為傳統使用的250℃～300℃。
圖5表明介質的磁性晶界的Cr含量在基底溫度為250℃～320℃時為30原子％或以上40原子％或以下。
圖14表明磁性晶粒之間的磁交換耦合在當Cr含量為30原子％或以上時變為0。本發明的該實施方案中，優選第二中間層的居里點在記錄時與記錄溫度相同或稍稍高于記錄溫度。
本發明的第二中間層的磁矩之間的磁交換耦合在室溫下強。因此，磁特性與第一實施方案一樣，通過磁耦合第二中間層和記錄層而具有大的晶間磁交換耦合。即，參數A變得更大。因此，本發明的介質在室溫下變得熱穩定。在記錄時，第二中間層的磁矩之間的磁交換耦合通過加熱介質而消失。因此，本發明的介質和具有小的晶間磁交換耦合的介質能夠得到低噪音的優異的讀/寫特性。這里，當第二中間層的磁矩之間的磁交換耦合有一點而不是完全消失時，磁化強度過渡斜度變陡，噪音更小。因此，TbFeCo的居里點優選可以稍高于記錄時的溫度。
接著，現在考慮TbFeCo的膜厚，在該熱助記錄系統中使用的寫磁頭的磁場強度在記錄層的中央約為960kA/m。為了獲得優異的讀/寫特性，在記錄層的中央應使各向異性場的強度值降低至與磁頭場強度相同。因此，圖9表明介質的加熱溫度被控制到150℃或以上。即，膜厚應足夠大，以使第二中間層的磁矩之間的磁交換耦合在當加熱溫度被控制到150℃或以上時消失。因為磁交換耦合與矯頑磁力成比例，測量加熱TbFeCo層時矯頑磁力對膜厚的依賴關系。結果見圖16。膜厚為在150℃或以上的加熱溫度下磁交換耦合為0、矯頑磁力變為0的膜厚。圖16表明第二中間層125的膜厚優選為5nm或以下。然而，為了在室溫下得到矯頑磁力，要求至少為1nm或以上的膜厚。
使用科爾效應測量系統測量本發明的MH回線的結果證明，參數A變為1.5。接著，加熱介質同時測量MH回線。加熱溫度從0℃變化到300℃。圖17表示了參數A和加熱溫度之間的關系。圖17表明參數A隨著溫度的增加而下降。即，可以理解磁性晶粒之間隨著溫度升高而下降的磁交換耦合在200℃以上時幾乎變為0。
圖18是當使用圖4中描繪的裝置并在記錄時將本發明的介質加熱到200℃時記錄之后10年內輸出信號的變化和參數A之間的關系的模擬結果。假定記錄層的晶粒尺寸＝3nm，記錄膜厚＝20nm(Dgrain/t，其為晶粒尺寸Dgrain和膜厚t之比，約為0.15)，Hk＝1600kA/m。假定第二中間層是膜厚為5nm的膜層，飽和磁化強度Ms＝0.25T，且Ku＝4×105J/m3，且其被置于記錄層之下。此外，Ms隨著溫度的增加而下降，且補償溫度為80℃。沿著介質厚度方向以磁化強度轉變長度50nm上下交替記錄記錄磁化強度模式。由此，很清楚輸出信號的殘留比例隨著參數A的增加而增加，且當參數A為1.5以上時，信號不衰減。即，可以理解A為1.5以上的介質具有優異的熱穩定性。可以理解，即便是當將Dgrain/t從0.15變化到1.0、進行同樣的計算時，與圖1中的結果一樣，當參數A為1.5以上時信號不衰減。
圖19表示了當介質被加熱到400℃時記錄時A與SLF/NHF之間的關系。可知如果參數A為6或以下，SLF/NHF不下降。
在JP-A 344725/2001中公開了一種介質，其中直接濺射沉積記錄層和TbFeCo層。因為TbFeCo層被用于記錄層，要求厚度為10nm或以上，因此可知TbFeCo層的各向異性能比CoCr合金的要高。因此，TbFeCo層應被濺射沉積在記錄層上以比記錄層更接近于寫磁頭。這是因為要求大的磁場以在TbFeCo層中進行記錄。因為TbFeCo層不具有本發明中的記錄層的功能，膜厚可被制成5nm或以下，各向異性能也可較小，這與上述眾所周知的介質不同。
此外，關于熱助磁記錄系統，在JP-A 358616/2002中公開了一種介質，其中記錄層被直接濺射沉積在TbFeCo層上。然而，在這種情況下，與本發明不同點在于居里點低于記錄時的溫度。此外，如上所述，TbFeCo層不具有本發明的記錄層的功能，但是，在該專利公開文本中公開的介質的TbFeCo層在室溫下用作記錄層。因此，當向本發明施加傳統介質條件(晶粒尺寸為3.0nm，記錄層膜厚20nm，各向異性能為5×105J/m3)時，要求TbFeCo層厚度為50nm或以上，以使KuV/kT＝60或以上。然而，本發明的TbFeCo層厚為5nm以下，與已知實例不同。
作為另一個實施方案，圖15B為一種介質，其中在與圖15A中所示的介質類似在沉積到TbFeCo層125之后，在該層和磁記錄層121之間濺射沉積約2-3nm厚的CoCr層126。將CoCr層的厚度控制為2-3nm的原因是，如果厚度為2nm或以下，結晶點陣會發生不匹配。另一方面，如果厚度大于3nm，CrCo層具有提高磁記錄層121的結晶磁各向異性的效果。
權利要求
1.一種熱助記錄系統，包括磁記錄介質、向所述磁記錄介質施加磁場的磁極、和加熱所述磁記錄介質的磁場施加區域的加熱裝置，其中，所述磁記錄介質具有基底和在基底上形成的記錄層；所述記錄介質為鐵磁性層；構成所述鐵磁性層的磁性晶粒之間的磁交換耦合能在室溫下較大以使所述磁性晶粒的磁化強度熱穩定，但在記錄時急劇下降以使磁化強度過渡斜度陡峭。
2.根據權利要求1的熱助記錄系統，其中在提供了所述鐵磁性層的磁化強度M和磁場H之間的關系的MH回線中，通過標準化圍繞矯頑磁力的所述MH回線斜度參數而得到的下面的參數A在室溫下大于1.5并小于6，A≡1μ0∂M∂H|M=0;]]>μ0真空絕對磁導率。
3.根據權利要求1的熱助記錄系統，其中在記錄時通過使用所述加熱裝置進行加熱，使得所述磁記錄介質的磁場施加區域的參數A變得近于1。
4.根據權利要求1的熱助記錄系統，其中所述磁性晶粒之間的磁交換耦合能在室溫下為0.13×10-3J/m2或更大。
5.根據權利要求1的熱助記錄系統，其中所述記錄層為由所述磁性晶粒和晶粒邊界構成的CoCr系統層，且在所述晶粒邊界處的Cr含量為15-20原子％。
6.一種熱助記錄系統，其包括磁記錄介質、向所述磁記錄介質施加磁場的磁極、和加熱所述磁記錄介質的磁場施加區域的加熱裝置，其中，所述磁記錄介質具有基底和在基底上形成的記錄層；所述記錄層為由磁性晶粒和晶粒邊界構成的CoCr系統合金層，其中所述晶粒邊界處的Cr含量為15-20原子％；并且，在提供了所述鐵磁性層的磁化強度M和磁場H之間的關系的MH回線中，通過標準化圍繞矯頑磁力的所述MH回線斜度參數而得到的下面的參數A在室溫下大于1.5并小于6，A≡1μ0∂M∂H|M=0;]]>μ0真空絕對磁導率。
7.根據權利要求6的熱助記錄系統，其中在記錄時通過使用所述加熱裝置進行加熱，使得所述磁記錄介質的磁場施加區域的參數A變得近于1。
8.根據權利要求6的熱助記錄系統，其中所述磁性晶粒之間的磁交換耦合能在室溫下為0.13×10-3J/m2或更大。
9.一種熱助記錄系統，其包括磁記錄介質、向所述磁記錄介質施加磁場的磁極、和加熱所述磁記錄介質的磁場施加區域的加熱裝置，其中，所述磁記錄介質具有基底和在基底上形成的記錄層；所述記錄層為由磁性晶粒和晶粒邊界構成的CoCr系統合金層，其中所述晶粒邊界處的Cr含量為30-40原子％；并且在所述基底一側上濺射沉積膜厚為5nm或更小的無定形TbFeCo層、CoCr層、CoCr和Pt疊層、或CoCr和Pd疊層。
10.根據權利要求9的熱助記錄系統，其中在提供了所述鐵磁性層的磁化強度M和磁場H之間的關系的MH回線中，通過標準化圍繞矯頑磁力的所述MH回線斜度參數而得到的下面的參數A在室溫下大于1.5并小于6，A≡1μ0∂M∂H|M=0;]]>μ0真空絕對磁導率。
11.根據權利要求9的熱助記錄系統，其中在記錄時通過使用所述加熱裝置進行加熱，使得所述磁記錄介質的磁場施加區域的參數A變得近于1。
全文摘要
本發明提供一種熱助磁記錄系統以獲得優異的抗熱性能和低噪音。使用一種磁記錄介質，其中通過在室溫(保持磁化強度的溫度)下耦合構成記錄層的磁性晶粒使磁性晶間交換耦合大，以使磁化強度熱穩定，并在記錄過程中加熱以減少，以使記錄磁化強度轉變斜度變陡。標準化介質的MH回線的矯頑磁性周圍的斜度的參數A在室溫下為1.5≤A＜6.0，加熱變得約為1.0。
文檔編號G11B5/706GK1700324SQ20051007396
公開日2005年11月23日 申請日期2005年5月19日 優先權日2004年5月19日
發明者赤城文子, 五十嵐萬壽和, 嵯峨秀樹 申請人:日立環球儲存科技荷蘭有限公司