垂直磁性記錄介質及垂直磁性記錄/再現裝置的制作方法

專利名稱：垂直磁性記錄介質及垂直磁性記錄/再現裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及使用磁性記錄技術在例如硬盤驅動器中使用的垂直磁性記錄介質，以及垂直磁性記錄/再現裝置。
背景技術：
近來，硬盤驅動器已經變得越來越小，并且已經提出了其硬盤直徑為1英寸或更小的產品。另外，為了實現便宜的高速大容量記錄介質，需要進一步增加記錄密度。用于增加磁性記錄介質的面積記錄密度的最有效方法之一是通過減小磁性記錄層中的磁性晶體顆粒的大小來減小噪聲。通常，在通過使用濺射來層疊薄膜的方法中，大小是通過改變所述薄膜材料或優化所述薄膜形成條件來減小的。然而，在簡單地層疊薄膜的方法中，所述顆粒大小經常是自然確定的并且不能被無限制地控制。例如，在所述磁性記錄層下方的襯層(underlayer)的平均顆粒直徑約為8nm。而且，當顆粒記錄層被用作所述磁性記錄層時，所述平均顆粒直徑可以減少到約6nm，但是進一步減小已經被認為是非常困難的。
雖然正在嘗試通過使用其中所述顆粒被分隔在非晶基質中的顆粒結構，來進一步減小所述磁性晶體顆粒的晶體顆粒大小，但是通過使用這種方法，所述晶體顆粒并不容易生長為柱形，所述晶體取向容易惡化，并且所述晶體顆粒密度低。優選地是，所述磁性晶體顆粒的晶體取向的程度盡可能高，并且所述取向的變化盡可能低。然而，在上述顆粒結構中，所述晶體取向通常變得更壞并且經常變為隨機的，而這大大地增加了所述介質噪聲。而且，所述晶體顆粒有時生長為球形而不是柱形。即使當所述晶體顆粒滿意地生長為柱形和在所述襯層的上表面上形成均勻的晶核時，一些晶體顆粒通常變大，抑制生長，或者隨后與其他顆粒結合。如上所述，通常很難生長磁性記錄晶體顆粒同時在所述磁性記錄層的厚度方向中維持預定顆粒大小。
而且，所述磁性記錄介質正在變得越來越薄，并且所述信號輸出越來越低。因此，如果所述晶體顆粒密度大大降低，那么必須大大增加所述磁性晶體顆粒的飽和磁化以便維持所述輸出。為了增加所述飽和磁化，通常需要組成成分中的大變化。然而，所述隔離結構和晶體取向通常被破壞，增加了所述介質噪聲，因此這個方法還不易于投入實踐中。
另外，如同例如日本專利申請公開No.2001-52330和2003-59037中所述，已經被提出來在所述襯層或襯底上形成小的島狀的晶核，并且從這些晶核外延地生長磁性晶體顆粒，即，將所述顆粒生長為柱形，由此減少所述顆粒的大小。原理上可以通過減少所述晶核的形成量來減少所述晶核的大小。然而，除非如上所述的顆粒結構被使用，已經從所述晶核生長的所述個體晶體顆粒沿面內(in-plane)方向變大直到鄰近晶核之間的空隙被填充。作為模型，看起來好像可以設想所述晶核的高密度。然而，在實際中，在以會形成連續膜的量在所述晶核上淀積磁性晶體顆粒的情況下，在物理上很難實現一種狀態，在該狀態中，細小的晶核分散開使得它們不會形成連續膜而是彼此分離。通常，形成連續膜或者以低密度形成大島。

發明內容
已經考慮上述情形作出了本發明，并且本發明的目的是提供一種垂直磁性記錄介質，該垂直磁性記錄介質能夠進行柱形生長，這實現高晶體排列性和減小晶體顆粒的大小，呈現出低介質噪聲，以及能夠增加所述表面記錄密度。
本發明的另一個目的是提供一種垂直磁性記錄/再現裝置，該垂直磁性記錄/再現裝置通過使用具有高程度的晶體排列、減小的晶體顆粒大小和低介質噪聲的垂直磁性記錄介質來增加所述表面記錄密度。
本發明的垂直磁性記錄介質的特征在于，包括襯底；
一個多層襯層，包括在所述襯底上形成的第一金屬襯層，在所述第一金屬襯層上形成且具有孔的第二金屬襯層，以及在所述第二金屬襯層上形成的第三金屬襯層，該第三金屬襯層相對于所述第一金屬襯層具有固體溶液(solid solution)特性，相對于所述第二金屬襯層不具有固體溶解特性，以及在所述多層襯層上形成的磁性記錄層。
本發明的垂直磁性記錄/再現裝置的特征在于包括垂直磁性記錄介質，以及屏蔽型磁頭，該垂直磁性記錄介質包括襯底；一個多層襯層，其包括在所述襯底上形成的第一金屬襯層，在所述第一金屬襯層上形成且具有孔的第二金屬襯層，以及在所述第二金屬襯層上形成的第三金屬襯層，該第三金屬襯層相對于所述第一金屬襯層具有固體溶液特性，相對于所述第二金屬襯層不具有固體溶液特性，以及在所述多層襯層上形成的磁性記錄層。
在本發明中，可以執行垂直磁性記錄層的柱形生長，同時維持高程度的晶體排列和小的晶體顆粒大小。這使得可以減少所述介質噪聲以及增加垂直磁性記錄介質的表面記錄密度。
將會在下面的描述中對本發明的其他目的和優點進行闡述，并且根據本說明本發明的其他目的和優點部分地是顯而易見的，或者可以通過本發明的實踐而獲知。本發明的目的和優點可以利用特別在下文中具體指出的手段和組合來實現和獲得。


將會參考附圖來描述實現本發明的各種特征的通用體系結構。所述附圖和相關的描述被提供來例示本發明的實施例，并且不限制本發明的范圍。
圖1是示出根據本發明的垂直磁性記錄介質的實例的剖面結構的示意圖；圖2是在本發明中可用的金屬的二元相圖的第一實例；
圖3是在本發明中可用的金屬的二元相圖的第二實例；圖4是在本發明中可用的金屬的二元相圖的第三實例；圖5是示出根據本發明的垂直磁性記錄介質的另一實例的示意剖面圖；圖6是示出本發明的垂直磁性記錄介質的另一實例的剖面結構的示意圖；圖7是示出本發明的垂直磁性記錄介質的另一實例的剖面結構的示意圖；圖8是示出根據本發明的磁性記錄/再現裝置的實例的部分分解透視圖；圖9是示出第二金屬襯層的表面條件的AFM測量圖；圖10是三維地繪制第二金屬襯層的表面條件的示圖；圖11示出了第三金屬襯層的初始階段中的表面結構；圖12是根據本發明的垂直磁性記錄介質的實例的截面TEM圖；圖13是示出在第二金屬襯層上淀積第三金屬顆粒的方式的實例的模型圖；圖14是示出在第二金屬襯層上淀積第三金屬顆粒的方式的實例的模型圖；圖15是示出在第二金屬襯層上淀積第三金屬顆粒的方式的實例的模型圖；圖16是示出在第二金屬襯層上淀積第三金屬顆粒的方式的另一實例的模型圖；圖17是示出在第二金屬襯層上淀積第三金屬顆粒的方式的又一實例的模型圖；和圖18是示出在第二金屬襯層上淀積第三金屬顆粒的方式的又一實例的模型圖。
發明詳述本發明的垂直磁性記錄介質具有襯底；在所述襯底上形成的一個多層襯層，以及在所述多層襯層上形成的磁性記錄層。所述多層襯層包括第一金屬襯層，在所述第一金屬襯層上形成且具有一個孔或多個孔的第二金屬襯層，以及在所述第二金屬襯層上形成的第三金屬襯層，該第三金屬襯層相對于所述第一金屬襯層具有固體溶液特性，相對于所述第二金屬襯層不具有固體溶液特性。
所述第一金屬襯層可以暴露于所述孔中。或者，可以在該孔中形成包含任一組成成分的層。按照這種方式，當第三金屬襯層生長時，所述第二金屬襯層的孔中的區域的作用相當于晶核。在本發明中，當在第二金屬襯層和所述晶核上生成所述第三金屬襯層時，晶體顆粒可以被生長為柱形同時沿面內方向的增大被抑制，并且高程度的晶體取向和小的晶體顆粒大小被維持。這使得可以減小所述介質噪聲和增加面積記錄密度。
圖1是示出根據本發明的垂直磁性記錄介質的實例的剖面結構的示意圖。
如圖1中所示，垂直磁性記錄介質10具有襯底1、多層襯層6和垂直磁性記錄層7。所述多層襯層6包括在所述襯底1上形成的第一金屬襯層2；在所述第一金屬襯層2上形成的非連續的第二金屬襯層4，該第二金屬襯層4具有多個孔3且由以與所述孔3對應的間隙設置的多個金屬顆粒制成；以及第三金屬襯層5，其在所述孔的區域中和所述第二金屬襯層4上形成。所述垂直磁性記錄層7形成在所述第三金屬襯層5上。
而且，在本發明中使用的具有一個或多個孔的所述第二金屬襯層包括比如島狀結構的非連續層。島間的部分彼此部分地連接，并且由所述多個島包圍的部分形成典型的孔形狀。在圖1中示出的多個金屬顆粒的設置僅僅是一個實例，并且它還可以分離地設置個體金屬顆粒和/或由金屬顆粒沒有間隔地制成的多個聚合體。
在本發明的一個實施例中，所述第二金屬襯層具有多個孔。
在本發明的一些實施例中，所述孔的寬度在最窄部分為1nm或更多，在最寬部分為80nm或更少。
如果所述孔的寬度在最窄部分小于1nm，則在從所述孔中暴露出的第一金屬襯層上生長的第三金屬襯層的顆粒大小變為小于1nm，并且這趨向于使得結晶度不令人滿意。如果所述孔寬度在最寬部分超過80nm，則不能獲得精細顆粒效果，從而對沿縱向方向的顆粒的增大的抑制趨向于變得不充分。
在本發明的一個實施例中，當從上方垂直地觀看所述第二金屬襯層時，所述孔占據的面積的比率為10％到90％。
如果所述比率小于10％，所述第三金屬襯層的大部分趨向于形成在所述第二金屬襯層上。如果所述比率超過90％，則所述第三金屬襯層中的晶體顆粒的縱向方向上的增大趨向于不能被抑制。這趨向于使得獲得減小所述顆粒大小的效果成為不可能。
具有所述孔的金屬襯層例如可以通過濺射或真空蒸發來形成。或者，通過使用物理處理或化學反應來人工地形成島狀表面結構。
在本發明的一個實施例中，所述第二金屬襯層的表面的10-點平均粗糙度Rz為0.2到20nm。如果所述表面粗糙度Rz小于0.2nm，則趨向于不可能停止所述第三金屬襯層中的晶體顆粒的縱向方向中的生長。如果所述表面粗糙度Rz超過20nm，則通過將所述第三金屬襯層掩埋在凹槽中來平面化所述表面的效果不會趨向于很好地起作用。這通常增加了磁性記錄層和保護層的表面粗糙度，并且對磁頭的穩定懸浮產生不利影響。
在本發明的一個實施例中，所述第一金屬襯層具有六角密堆結構(hexagonal close packed structure)或面心立方晶格結構。
所述第一金屬襯層可以是從由例如鈦、鎳、鈀和鉑組成的組中選擇出的成員。
在本發明的一個實施例中，所述第二金屬襯層和所述第三金屬襯層具有六角密堆結構或面心立方晶格結構。
在本發明的一個實施例中，所述第二金屬襯層可以是從由銅、銀和金組成的組中選擇出的成員。
在本發明的一些實施例中，所述第二金屬襯層是銅。
在本發明的一個實施例中，相對于用作第一層的鈦、鎳、鈀和鉑中的任何一個，銅不具有固體溶液特性。
而且，當銅用作所述第二金屬襯層時，銅原子的大小接近于經常用作所述磁性記錄層的主要組成成分的鈷(Co)或鐵(Fe)原子的大小，并且取決于晶體結構，其晶格常數也接近。因此，甚至通過合適選擇的第三金屬襯層作為中間層，也容易地獲得高結晶性。
例如，當Ti層用作所述第一金屬襯層且Cu在該Ti層上生長時，如同在“Journal of Applied Physics”，Vol.94，pp.3492(2003)中的以分界面相互作用(interface interaction)的觀點詳細描述的那樣，可以在正常濺射條件下形成細小的島。
作為所述第三金屬襯層，可以使用一種金屬，該金屬相對于所述第一金屬襯層具有固體溶液特性，相對于所述第二金屬襯層不具有固體溶液特性。
作為所述第三金屬襯層，可以使用例如Ti、Cr、Co、Ni、Cu、Ru、Rh、Pd、Ag、Pt、Au和主要包含這些金屬的合金。
在本發明的一個實施例中，所述第三金屬襯層是釕。
值得注意的是，這里使用的固體溶液特性是這樣一些特性，利用所述特性，在金屬的二元相圖中，所述金屬在低于所述金屬形成液相的溫度的范圍內，以2at％或更多的比率形成固體溶液。如果所述金屬以低于2at％的比率形成固體溶解，那么所述金屬不具有固體溶解特性。
圖2到圖4例示了在本發明中可用的金屬的二元合金相的實例。
圖2示出了釕和銅的二元相圖的實例。
在圖2中，參考符號L1代表主要包含Cu的液相，以及L2代表主要包含Ru的液相。如圖2中所示，在1,084.67℃或更低的溫度下，釕和銅幾乎沒有它們形成合金的合成范圍，即，沒有固體溶液特性。(Cu)+(Ru)表明其中Cu和Ru形成固相且不會混合的狀態。如果溫度超過1,084.67℃，則Cu和Ru部分地形成液相，如果溫度超過2,334℃，則Cu和Ru完全地變為液相。L1+L2表明其中即使Cu和Ru處于液體的形式也不會混合的狀態。
圖3示出了釕和金的二元相圖的實例。
在圖3中，L1代表主要包含Au的液相，以及L2代表主要包含Ru的液相。如圖3中所示，在1,064℃或更低的溫度下，釕和金具有一個其中釕和金形成合金的區域。然而，由于所述成分范圍約為2at％或更低，所以釕和金不具有固體溶液性質。
圖4示出了釕和銀的二元相圖的實例。
在圖4中，L1代表主要包含Ag的液相，以及L2代表主要包含Ru的液相。如圖4中所示，在920℃或更低的溫度下，釕和銀不具有一個其中釕和金形成合金的區域，即，不具有固體溶液。
釕的平均晶體顆粒直徑小于8nm。在本發明的一個實施例中，釕的平均晶體顆粒直徑為1到8nm。
如果釕的平均晶體顆粒直徑超過8nm，那么通常不能獲得介質噪聲降低效果。
在所述第二金屬襯層的孔中，氧化物層可以被進一步形成來作為上述的任意組成成分。
圖5是示出根據本發明的垂直磁性記錄介質的另一實例的示意剖面圖。
如圖5中所示，除了氧化物層8存在于所述孔3的區域中的第一金屬襯層上之外，垂直磁性記錄介質20具有與圖1中示出的相同的結構。所述氧化物層8可以部分地或完全地阻斷所述孔3的區域中的所述第一和第三金屬襯層之間的接觸。然而，如果所述氧化物層8被制成足夠薄，則由于氧化和向上層和下層的擴散，所述第一金屬襯層可能實際很好地影響所述第三金屬襯層。
氧化物的實例是氧化硅、氧化鉻和鐵氧化物(titanium oxide)。
在本發明的一些實施例中，所述氧化物是鐵氧化物。
當鐵氧化物被用作氧化物時，即使在具有密堆晶體結構的第一和第三金屬襯層之間形成這種氧化物，所述結晶性也不容易變壞。
在本發明的一個實施例中，相對于所述第一金屬襯層和氧化物的總體積所述氧化物的體積為10到50vol％。
在本發明的一個實施例中，鐵氧化物的體積為20到50vol％。
通過使用氧化物靶以及用作第二金屬襯層的靶，利用濺射可以同時地形成氧化物和第二金屬襯層。
作為襯底，可以使用例如玻璃襯底、鋁基合金襯底、陶瓷襯底、碳襯底、具有氧化表面的單晶硅襯底、或者通過利用NiP或類似物質電鍍這些襯底中的任何一個襯底獲得的襯底。
所述玻璃襯底的實例是非晶玻璃和結晶玻璃，并且通用目的堿石灰玻璃或硅酸鋁玻璃可用作所述非晶玻璃。而且，鋰基結晶玻璃可被用作所述結晶玻璃。作為陶瓷襯底，可以使用例如主要包含通用氧化鋁、氮化鋁以及氮化硅的燒結材料以及這些燒結材料的纖維增強材料。
作為所述襯底，還可以使用通過利用電鍍或濺射在如上所述的金屬襯底或非金屬襯底表面上形成NiP層獲得的襯底。
此外，雖然在下面的說明中僅僅將濺射用作為在所述襯底上形成薄膜的方法的一個實例，但是利用真空蒸發或電鍍可以獲得相同的效果。
在本發明的垂直磁性記錄介質中，可以在所述襯底和多層襯層之間形成軟磁性層。
圖6是示出本發明的垂直磁性記錄介質的另一實例的剖面結構的示意圖。
如圖6中所示，除了在所述襯底1和多層襯層6之間還形成軟磁性基(backing)層9外，垂直磁性記錄介質30具有與圖1相同的結構。值得注意的是，在圖6中，所述孔3的區域利用所述第三金屬襯層來填充。然而，如圖5中所示，氧化物8也可以形成在所述孔3的區域中的第一金屬襯層2上。
通過形成高滲透性軟磁性基層，形成了所謂的雙層垂直介質，該雙層垂直介質在所述軟磁性基層上具有垂直磁性記錄層。在這個雙層垂直介質中，所述軟磁性基層水平地穿過來自磁頭(例如，用于磁化所述垂直磁性記錄層的單極磁頭)的記錄磁場，并且將這個記錄磁場返回到所述磁頭，由此執行所述磁頭的部分功能。也就是，所述軟磁性基層可以通過將足夠非常垂直的磁場施加到磁性記錄層，來增強記錄/再現效率。
作為所述軟磁性基層，可以使用包含Fe、Ni和Co的材料。實例是比如FeCo和FeCoV的FeCo-基合金，比如FeNi、FeNiMo、FeNiCr和FeNiSi的FeNi-基合金，比如FeAl、FeAlSi、FeAlSiCr、FeAlSiTiRu和FeAlO的FeAl-基合金和FeSi-基合金，比如FeTa、FeTaC和FeTaN的FeTa-基合金，以及比如FeZrN的FeZr-基合金。
還可以使用具有比如包含60at％或更多Fe的FeAlO、FeMgO、FeTaN或FeZrN的微晶結構或其中精細晶體顆粒分散在基質中的粒狀結構的材料。
作為所述軟磁性基層的另一材料，可以使用包含Co、以及Zr、Hf、Nb、Ta、Ti和Y中的至少一種的Co合金。在本發明的一個實施例中，包含80at％或更多的Co。當通過濺射形成合金的膜時，這種Co合金容易形成非晶層。由于所述非晶軟磁性材料不具有晶體磁性各向異性、晶體缺陷和顆粒邊界中的任何一個，所以所述非晶軟磁性材料示出非常高的軟磁性。還可以通過使用這種非晶軟磁性材料來減少所述介質噪聲。
所述非晶軟磁性材料的實例是CoZr-基、CoZrNb-基以及CoZrTa-基合金。B可以被進一步添加到這些材料中以例如允許容易地形成非晶。
可以使用CoPt-基合金或類似物質作為所述垂直磁性記錄層。
在本發明的一個實施例中，CoPt-基合金中的Co與Pt的比率為2∶1到9∶1，以便獲得高的單軸晶體磁性各向異性Ku。在本發明的一些實施例中，所述CoPt-基合金至少包含Cr或氧。
氧可以被添加作為氧化物。這種氧化物特別優選為從由氧化硅、氧化鉻和鐵氧化物組成的組中選擇出的至少一個成員。
在本發明的一個實施例中，磁性晶體顆粒在所述垂直磁性記錄層中分散。在本發明的一些實施例中，所述磁性晶體顆粒具有柱形結構，該柱形結構垂直地延伸通過所述垂直磁性記錄層。這個結構的形成可以改善所述垂直磁性記錄層中的磁性晶體顆粒的取向和結晶性。結果是，可以獲得適合于高密度記錄的信噪比。
在本發明的一個實施例中，用于獲得這個結構的所述氧化物的比例相對于Co、Cr和Pt的總量是3到20mol％。在本發明的一些實施例中，所述比例為5到18mol％。由于當所述層形成時所述氧化物分散開圍繞在所述磁性晶體顆粒周圍，所以所述垂直磁性記錄層中的氧化物的比例的這些范圍是受歡迎的，因此所述磁性晶體顆粒可以被隔離和制造得精細。
所述垂直磁性記錄層中的氧化物的比例超過20mol％，那么所述氧化物保留在所述磁性晶體顆粒中以惡化所述磁性晶體顆粒的取向和結晶性。另外，所述氧化物在所述磁性晶體顆粒的上方或下方分散開以經常使得它們不能形成垂直地延伸通過所述磁性記錄層的柱形結構。如果所述氧化物的比例小于3mol％，那么所述磁性晶體顆粒未被充分地分離且不能制造得精細。因此，所述記錄/再現噪聲增加，常會使得不可以獲得適合于高密度記錄的信噪比。
在本發明的一個實施例中，所述垂直磁性記錄層中的Cr的比例為0到30at％。在本發明的一些實施例中，所述比例為2到28％。如果所述Cr的比例落在這些范圍內，那么所述磁性晶體顆粒的單軸晶體磁性各向異性Ku不會過分地降低，并且可以維持高磁化度。結果是，可以獲得適合于高密度記錄的記錄/再現特性和滿意的熱衰退特性。
如果所述Cr的比例超過28at％，那么所述磁性晶體顆粒的Ku降低，并且這使所述熱衰退特性惡化。另外，由于磁化降低來減小所述再現的信號輸出，所以所述記錄/再現特性常常惡化。
在本發明的一個實施例中，所述垂直磁性記錄層中的Pt的比例為10到25at％。所述Pt的比例優選落在以上范圍內，這是因為它可以獲得所述垂直磁性層所必須的Ku并且改善所述磁性晶體顆粒的結晶性和取向，并且結果是，獲得適合于高密度記錄的熱衰退特性和記錄/再現特性。
如果所述Pt的比例超過25at％，那么具有fcc結構的層在所述磁性晶體顆粒中形成，并且常常惡化所述結晶性和取向。如果所述Pt的比例小于10at％，那么在許多情況下，不能獲得用于獲得適合于高密度記錄的熱衰退特性的Ku。
除了Co、Cr、Pt和所述氧化物之外，所述垂直磁性記錄層還可以包含從B、Ta、Mo、Cu、Nd、W、Nb、Sm、Tb、Ru和Re中選擇出的一種或多種類型的元素作為添加成分。當這些元素被包含時，可以促進所述精細磁性晶體顆粒的形成或改善所述顆粒的結晶性和取向，并且獲得更適合于高密度記錄的記錄/再現特性和熱衰退特性。
在本發明的一個實施例中，所述添加成分的總比例為8at％或更少。如果所述比例超過8at％，不是hcp相的相形成在所述磁性晶體顆粒中并且打亂所述磁性晶體顆粒的結晶性和取向。因此，在許多情況下，不能獲得適合于高密度記錄的記錄/再現特性和熱衰退特性。
作為所述垂直磁性記錄層，取代上述合金，還可以使用其它CoPt基合金、CoCr基合金、CoPtCr基合金、CoPtO、CoPtCrO、CoPtSi、CoPtCrSi，Co的多層結構，以及主要包含從由Pt、Pd、Rh和Ru組成的組中選擇出的至少一種元素的合金、以及通過向這些多層結構中添加Cr、B和O獲得的CoCr/PtCr、CoB/PdB和CoO/RhO。
在本發明的一個實施例中，所述垂直記錄層的厚度為3到60nm。在本發明的一些實施例中，所述厚度為5到40nm。當所述厚度落在這些范圍內時，磁性記錄/再現裝置可以作為更適合于高密度記錄的裝置進行操作。如果所述垂直磁性記錄層的厚度小于3nm，那么所述再現輸出太弱，并且通常低于所述噪聲分量。如果所述垂直磁性記錄層的厚度超過60nm，那么所述再現輸出太強，并且常常使所述波形失真。
在本發明的一個實施例中，所述垂直磁性記錄層的矯磁力為237,000A/m(3000Oe)或更大。如果所述矯磁力小于237,000A/m(3,000Oe)，那么所述抗熱衰退性(thermal decay resistance)趨向于降低。
在本發明的一個實施例中，所述垂直磁性記錄層的垂直方形比率(squareness ratio)為0.8或更多。如果所述垂直方形比率小于0.8，那么所述抗熱衰退性趨向于降低。
保護層可以形成在所述垂直磁性記錄層上。
圖7是示出本發明的所述垂直磁性記錄介質的又一實例的剖面結構的示意圖。
如圖7中所示，除了在所述磁性記錄層7上還形成保護層11外，垂直磁性記錄介質40具有與圖1相同的結構。值得注意的是，在圖7中，所述孔3的區域利用所述第三金屬襯層來填充。然而，如圖5中所示，所述氧化物8還可以在所述孔3的區域中的第一金屬襯層2上形成。另外，如圖6中所示，在所述襯底1和多層襯層6之間還可以形成所述軟磁性基層9。
所述保護層防止所述垂直磁性記錄層的腐蝕，并且當磁頭與所述介質接觸時防止損壞所述介質表面。所述保護層的材料的實例是包含C、SiO2和ZrO2的那些材料。
在本發明的一個實施例中，所述保護層的厚度是1到10nm。由于這減少了磁頭和所述介質之間的距離，所以所述介質適合于高密度記錄。
潤滑層(未示出)還可以形成在所述保護層上。
作為在所述潤滑層中使用的潤滑劑，可以使用常規已知的材料，例如，全氟聚醚(perfluoropolyether)、醇氟化物(alcohol fluoride)或者氟化的羧酸(fluorinated carboxylic acid)。
圖8是示出本發明的磁性記錄/再現裝置的實例的部分分解透視圖。
如圖8中所示，作為磁盤設備的硬盤驅動器(在下文中稱為HDD)具有矩形盒子110，該矩形扁平盒110具有上端開口和頂部蓋子(未示出)，利用多個螺釘將該頂部蓋子擰到所述盒子上以閉合所述盒子的所述上端開口。
所述盒子110包含作為記錄介質的磁盤112、用于支撐和旋轉所述磁盤112的主軸馬達113、用于將信息記錄在所述磁盤和從磁盤再現信息的磁頭133、相對于磁盤112可移動地支撐所述磁頭133的磁頭致動器、用于旋轉和定位所述磁頭致動器的音圈馬達(在下文中稱為VCM)116、用于在所述磁頭移動到所述磁盤的最外周時將所述磁頭133保持在與所述磁盤分離的位置的斜坡加載機構118、用于在碰撞或類似的情況發生在所述HDD上時將所述磁頭致動器保持在已縮回的位置的慣量鎖存機構120，以及用于安裝比如前置放大器的電子部件的柔性印刷電路板單元(下文中稱為FPC單元)117。
經由FPC單元117控制主軸馬達113、VCM 116和磁頭的操作的印刷電路板(未示出)被擰緊到所述盒子10的外表面，使其面對所述盒子的底壁。
所述磁盤112具有例如65mm(2.5英寸)的直徑，并且具有磁性記錄層。將所述磁盤112裝在所述主軸馬達113的軸(hub)(未示出)上，并且由卡簧(clamp spring)121夾持。由主軸馬達113作為驅動器來以預定速度旋轉磁盤112。
所述磁頭133是在基本上為矩形的滑塊(未示出)上形成的所謂組合磁頭。所述磁頭133具有寫磁頭、讀磁頭和磁阻(MR)磁頭，所述寫磁頭具有單極結構，所述讀磁頭使用GMR膜或TMR膜，所述MR磁頭用于記錄和再現。所述磁頭133和所述滑塊一起固定到在懸架132的末端部分上形成的萬向節上。
下面借助于其實驗性實例來更加詳細地描述本發明。
實驗實施例1垂直磁性記錄介質的制造盤狀潔凈玻璃襯底(由Ohara公司制造的，外徑＝2.5英寸)被制備來作為非磁性襯底。這種玻璃襯底被放置在磁控管濺射裝置(Anelva制造的C-3010)的膜成形腔中，并且所述膜成形腔被抽空直到2×10-5Pa或更低的底壓。在此之后，在0.6Pa的大氣壓下，在Ar氣環境中如下相繼執行濺射。
首先，在所述非磁性襯底上形成100nm厚的CoZrNb合金作為軟磁性層。
隨后，如下形成包括第一、第二和第三金屬襯層的多層襯層。
接著，形成5nm厚的Ti膜作為第一金屬襯層。
在Ti層被層疊在形成在所述襯底上的CoZrNb軟磁性層上的情況下和在Ti層直接層疊在所述襯底上的情況下，使用原子力顯微鏡(AFM)和X射線衍射計(XRD)執行測量，由此檢查每個Ti襯層的微結構和晶體取向。因此，發現，所述Ti襯層的微結構和晶體取向基本保持不變，不管是否形成CoZrNb軟磁性層。也就是，所述CoZrNb軟磁性層被發現對使用磁頭時的所述記錄/再現特性有大的影響，而對所述Ti襯層以上的介質結構幾乎沒有影響。即使當沒有形成CoZrNb軟磁性層時，通過下述介質可以獲得類似效果。
隨后，通過濺射形成其厚度等于1nm的平均層厚的Cu層作為第二金屬襯層，由此形成具有孔的Cu層。所述表述“等于1nm的平均層厚”意味著根據所述濺射條件，所述濺射量被簡單地減少到1/100，其中在所述濺射條件下，可以形成具有基本一致厚度的薄膜并且獲得100nm的厚度，在該厚度下，可假定所述表面上的粗糙度對所述膜厚的測量沒有大的影響。因為所述Cu層不是具有均勻厚度的層而是其中所述Cu原子或Cu原子簇生長為島的非連續層，該非連續層在這些島之間具有孔，所以使用這個特定表述。
值得注意的是，在40w的DC輸入功率和0.2nm/sec的淀積速率下，在直徑為90nm的靶上執行Cu濺射。當在所述條件下持續執行5秒濺射時獲得1nm的平均層厚。
在執行這種Cu濺射后停止淀積，并且從所述真空腔中移除所述襯底以利用所述AFM觀測所述表面條件。
圖9是示出所述第二金屬襯層的表面條件的AFM測量圖像。
參考圖9，每個島狀白色部分是Cu顆粒，并且所述黑色部分是從所述Cu島之間的孔中暴露出的Ti襯層。如圖9中所示，所述獲得的第二金屬襯層被發現為非連續層，該非連續層具有多個孔且由以對應于所述孔的間隔設置的多個Cu島制成。所述白色部分是Cu島而所述黑色部分是Ti，這是通過另外地執行透射電子顯微鏡(TEM)和能量色散X射線分析(EDX)來進行確認的。
在圖9中，Cu島的平均顆粒直徑被估計為10nm或更大。通過剖面TEM晶格圖像觀測，還發現，根據Ti的(00.2)取向，Cu外延生長為(111)取向。
很容易估計的是，即使Cu的平均層厚小于1nm時，也可以獲得類似結構。然而，當考慮生長的方式、顆粒大小、密度等時，可以認為直到所述平均層厚至少等于5nm，都可能獲得類似結構。在本發明的一個實施例中，所述第二金屬襯層的平均層厚為2到5nm。
在這種情況下，所述10-點平均粗糙度Rz為2.5nm。
隨后，在其上形成具有孔的Cu層的Ti第一金屬襯層上，層疊Ru層作為第三金屬襯層，該Ru層與Cu不能形成固體溶液，并且取決于所述組成成分能夠與Ti形成合金或金屬間化合物。利用AFM來觀測這個Ru層的形成過程的初始階段。
首先，為了改善AFM觀測的可視性，在所述Ti層上濺射其厚度等于2nm平均厚度的Cu層。
圖10是三維地繪制表明由此獲得的所述第二金屬襯層的表面條件的測量結果的示圖。參考圖10，如同在圖9中，每個島狀白色部分是Cu島，并且黑色部分是從所述Cu島之間的孔暴露出的Ti襯層。如圖10中所示，雖然所述Cu島的直徑大于圖9中示出的第二金屬襯層中的那些直徑，但是所述結構基本是相同的，這是因為獲得了具有多個孔和由以對應于所述孔的大小的間隔設置的多個Cu島制成的非連續層。
值得注意的是，如果所述平均層厚增加，所述Cu島的顆粒直徑增加，并且在一些部分中鄰近島部分地彼此連接。由于難以直接觀測到這種部分島連接，所以所述連接開始時的層厚難以被指定。然而，即使當存在部分連接時，只要所述金屬顆粒形成島狀結構，所述層就被認為是非連續層。
除以條件之外，Cu還可以在各種條件下濺射，并且檢查其中形成島狀Cu顆粒的情況。形成島狀Cu顆粒的Cu層的10-點平均粗糙度Rz為大約兩倍于本發明的一個實施例中的平均層厚，并且是1.5到3倍于本發明的一些實施例中的平均層厚。
圖10中縱坐標上的一段(division)是8nm。所述10-點平均粗糙度Rz為大約5nm。由于Cu的平均層厚等于2nm，所以10-點平均粗糙度Rz為大約2.5倍于所述平均層厚。
另外，當通過將所述平均層厚增加到10nm而在所述Ti襯層上形成Cu層時，不能觀測到圖10中示出的這種清楚的島狀結構，并且所述表面粗糙度明顯變小。圖9中的Cu島(平均層厚＝1nm)之間的間隔為大約20nm。然而，由于隨著所述平均層厚增加，所述Cu島沿所述膜的面內方向生長，所以當所述平均厚度等于所述顆粒間隔的一半時，所述Ti襯層被暴露出的部分基本消失。注意的是，通常難以生長顆粒，使得所述高度大于所述直徑。因此，當所述平均厚度大于所述顆粒間隔時，會形成不具有孔的連續膜。
當所述Cu的平均層厚被增加到10nm且在該層上形成Ru中間層時，不會獲得形成精細Ru顆粒的效果。利用AFM來觀測形成Cu層和Ru層后的表面。結果是，雖然，因為所述Cu顆粒之間的槽被填充，每個表面上的粗糙度開始是較小的，但是所述Ru表面上的Ru顆粒的粗糙度被重疊在所述Cu表面上。這可能是因為如果在所述Cu顆粒之間沒有暴露出Ti層，那么Ru不會生長來填充所述Cu顆粒之間的槽。
在被濺射來具有等于2nm的平均層厚的Cu層上，具有等于2nm的平均層厚的Ru層被濺射作為第三金屬襯層。
圖11示出了所述第三金屬襯層的初始階段的表面結構。
如圖11所示，所述表面粗糙度明顯地小于圖10中示出的粗糙度并且更平坦。難以假設由于在所述表面上混合和重構所述Cu顆粒和Ru而使這種粗糙度變平。而更容易估計到，該表面所以是平的是因為選擇了第三金屬Ru，該第三金屬Ru很難和第二金屬Cu形成固體溶液而相對容易地能和第一金屬Ti形成固體溶液。所以Ru被優選淀積在其中Ti襯層被暴露出的孔區域中，且覆蓋所述Cu島之間的孔。圖11中示出的表面上的小粗糙度是Ru的晶核或晶體顆粒，并且與稍后描述的Ru的生長和結構很好地對應。值得注意地是，在圖10和圖11中，當Ru和Cu顆粒的大小被考慮時，Ru的一些晶核估計生長在Cu顆粒上。然而，這種結構明顯不是這樣一種模型，其中Ru顆粒優選地一一對應地生長在Cu晶核上。
在被濺射直到所述平均層厚等于2nm的Ru層上，隨后執行濺射一直達到20nm厚度以形成最后的第三金屬襯層。
即使在如上所述Ar氣壓保持在0.6Pa的情況下形成Ru層時，也可以獲得減小顆粒大小的效果。在這個實驗性的實例中，然而，在0.6Pa的Ar氣壓下形成10-nm厚的Ru層后，Ar氣壓被升高至6Pa以進一步形成一個10-nm厚層。
個別地，對在均勻的高Ar氣壓下形成的Ru層單獨地執行平面圖TEM分析。因此，可以形成精細晶體顆粒，并且有效地抑制顆粒大小的分散化。另外，在所述晶體顆粒之間觀測到看起來象白色間隙的可能的非晶顆粒邊界，因此可以預期促進了在Ru層上形成的記錄層顆粒之間的間斷性。另一方面，所述晶體取向變壞。因此，在本發明的一個實施例中，為了改進所述晶體取向，在薄膜成形的前半部分和后半部分中分別使用低氣壓和高氣壓，由此獲得完全受歡迎的記錄/再現特性。值得注意的是，只要后半部分中的氣壓相對高于前半部分中的氣壓，就可以預期所述相同效果，而且所述后半部分中的這個氣壓還可以是10Pa和更大。還值得注意的是，在這個實例的前半部分和后半部分中的每個中，所述層厚為10nm，但是不管所述層厚比如何，可以獲得類似的效果。
為了檢查Ru層的顆粒大小，當完成Ru層的成形時從所述真空腔中取出所述襯底，并且執行平面視圖TEM觀測。
當與除了不濺射具有孔的Cu層之外以與上述相同的方式形成的Ru層相比，所述顆粒大小被大大減小。在分析所述Ru晶體顆粒的顆粒尺寸時，當不形成具有孔的Cu層時平均直徑約為9nm，而當形成Cu層時平均直徑約為6nm。在傳統襯層的Ru中間層中，即使所述襯層材料被優化，所述精細晶體顆粒的形成被限制為約8nm的顆粒直徑。因此，利用由Cu制成的非連續的第二金屬襯層減小所述顆粒大小的效果非常大。
而且，為了檢查所述膜厚方向上的晶體顆粒的生長，在形成磁性記錄層后，執行剖面圖TEM觀測。
圖12示出了根據本發明的垂直磁性記錄介質的實例的剖面TEM圖像。
如圖12中所示，Ru晶體顆粒生長為柱形，同時在Ru層的整個厚度上所述顆粒大小基本上恒定。另外，通過在沒有第二金屬襯層下改變所述第一金屬襯層的材料來進行幾個實驗。結果，被證實的是，所述Ru層不會大大依賴于所述第一金屬襯層的材料，并且在保持小于20nm的預定顆粒直徑時常常生長為柱形。下面說明的模型論證了即使中間參沒有以預定顆粒直徑生長，也可以通過Cu島來獲得減小中間層顆粒大小的效果。然而，在增加所述層厚時Ru顆粒很難沿所述膜縱向方向增大的這一特性適合于中間層的材料。
在圖12中示出的剖面TEM圖像中，具有非常小的平均層厚的Cu層不能被清楚地觀測到，其被假定為存在于所述Ti層和Ru層之間的邊界，并且所述Ru中間層明顯地基本上生長在所述Ti襯層上。由于很難通過對比直接觀測到Cu，所以使用EDX執行組成成分分析。圖12中示出的標記*表明所述測量點。在所述Ti襯層和所述Ru襯層之間的邊界(編號2，3，4)附近檢測到最大量的Cu，而在與所述邊界分離的Ti襯層(編號5)中和所述Ru中間層的中間部分(編號1)基本上檢測不到Cu。這些結果可能示出Cu沒有因為擴散和固體溶液而形成層狀結構，而是形成如上所述的非連續島狀結構，并且Ru生長在Ti上以便填充這些島之間的間隙。
而且，利用XRD來估計Ru層的晶體取向。因此，即使當形成具有孔的Cu層時，也可以獲得在沒有形成具有孔的Cu層時相同的高的程度的晶體取向。明顯的是，除了上述結構分析的結果之外，根據Ru顆粒比Cu顆粒具有較小的顆粒大小和較高的密度的事實，所述Ru層不僅形成在所述Ti層而且形成在Cu層上。另外，容易想象，如果所述Cu層的結晶性為低且不是(111)晶向時，這個Cu層上的Ru層的晶體取向的度數變差。因此，盡管因為所述Cu量小難以使用XRD觀測到Cu自身的峰值，但是所述Ru層的結晶性為高且所述晶體取向為(00.2)取向的結果表示所述Cu層具有(111)取向和高結晶性，并且所述Ru晶體顆粒外延地生長在所述Cu層上。換言之，所述Cu層的晶體結構和結晶性扮演重要角色。在本發明的一個實施例中，如果所述中間層的晶體結構是密堆結構，比如hcp或fcc，在其之前形成的金屬層的晶體結構還是密堆結構。在本發明的一些實施例中，所述結晶性也是高的。
下面將會通過使用簡單模型來解釋在所述Ti層上形成的且具有孔的Cu層和在所述Cu層上生長的Ru層的精細晶體顆粒之間的關系。
圖13到15是示出在所述第二金屬襯層上淀積第三金屬的顆粒的方式的模型視圖。
圖13展示了其中在襯底21上形成的相對扁平的Ti層22上形成的Cu層24，該Cu層由例如具有水平外延形狀和垂直外延形狀的多個Cu島制成。
圖14示出了在Ru層成形的初始階段中Ru金屬顆粒25‘淀積在所述Ti層22和所述Cu層24上的方式。由于Ru被選擇來作為對Ti比對Cu具有更高親和力的材料，Ru顆粒25’不太會形成在例如垂直延伸的Cu島上。盡管它們在所述Ti層上更穩定，但是如果它們不能移動到所述Ti層上，在水平延伸的Cu島上淀積的所述Ru顆粒25‘保留在這些Cu島上。
圖15示出了一種狀態，其中基于所述Cu層24中的孔，進一步繼續所述Ru層的形成并且Ru生長為柱形。圖15展示了在由Cu島的末端部分上的箭頭表明的部分中可以預期抑制Ru顆粒的在膜縱向方向增大的效果。當由此生長Ru時，生長在所述Cu島上的Ru顆粒，和在所述Ti襯層上生長的Ru顆粒彼此接觸。然而，由于這些Ru顆粒在晶格張力和界面擴散上不同，所以容易在這些Ru顆粒之間形成顆粒邊界，因此可以預期防止Ru顆粒彼此連接以形成大顆粒的效果。另一方面，兩個Ru顆粒可以在中心的水平延伸的Cu島上，在沒有彼此連接下生長。這是因為，Ru是在保持預定的顆粒直徑的同時可以容易生長為柱形的材料。在這些Ru顆粒與已經生長在所述Ti層上并且被阻止增大的Ru顆粒接觸時，這些Ru顆粒在面內方向中的生長也停止。因此，所述顆粒直徑可以制造得小于自然形成的顆粒的直徑。如上所述，在本發明的一個實施例中，可推測Ru適合于作為第三金屬襯層。
此外，通過濺射(Co-16at％Pt-10at％Cr)-10mol％SiO2復合靶來在所述第三金屬襯層上形成10nm-厚垂直磁性記錄層。
隨后，通過CVD來層疊3-nm-厚C保護層。
在執行所述膜成形到這一階段后，通過離子研磨等移除所述中間層下方的層，并且執行平面圖TEM觀測。
因此，所述垂直記錄層具有隔離結構，在該隔離結構中，通過幾乎非晶顆粒邊界來分離所述結晶磁性晶體顆粒。可以估計，平均顆粒直徑約為5nm，并且所述平均顆粒邊界厚度約為1nm。
即使當使用包含8mol％的SiO2的靶時，所述平均顆粒直徑稍微增加但不會大變化。然而，在這種情況下，所述顆粒邊界的厚度降低，并且所述晶體顆粒彼此部分接觸。也就是說，生長為柱形的個體磁性晶體顆粒之間的磁性隔離在所述結構中可能變壞。由于磁性曲線的斜率可以用作垂直磁性記錄介質中的磁性晶體顆粒之間的隔離的指標，所以通過使用振動樣本磁強計(VSM)來估計所述磁特性。結果，在8-mol％樣本中的磁性晶體顆粒之間的磁耦合明顯強于10-mol％樣本中的磁耦合，并且這可能增加所述介質噪聲。
而且，當SiO2的添加量從8mol％變到10mol％時，通過所述厚顆粒邊界可以明顯地改善生長為柱形的磁性晶體顆粒之間的磁性隔離。因此，為了增強這種效果，可以進一步增加SiO2的量。在這種情況下，也可以預期進一步降低所述磁性晶體顆粒的顆粒大小的效果。
另外，對所述獲得的垂直磁性記錄介質執行剖面TEM觀測。由此，類似于圖12，在所述垂直磁性記錄層，所述磁性晶體顆粒在Ru顆粒上彼此一一對應地從所述中間層生長為柱形的形式。晶格圖像示出所述記錄層的密堆(晶體)表面與所述中間層地密堆表面平行地外延地生長。即使當所述顆粒大小降低時，這種晶體結構不會意外地發生變化。在本發明的一個實施例中，當在具有hcp結構的Ru中間層上形成具有hcp結構的CoPtCr-基氧化物顆粒記錄層時，作為垂直介質的特性，例如結晶性、分隔結構、矯磁力和介質噪聲顯示出了全面改進。因此，這是有利的組合。
由于所述Ru顆粒和磁性晶體顆粒具有一一對應關系，精細Ru顆粒的形成可以促進所述精細磁性晶體顆粒的形成。而且，當在所述記錄層中所述晶體顆粒與非晶顆粒邊界的體積比恒定時，如果所述顆粒大小降低時，所述顆粒邊界的厚度降低。實際上，當所述Ru中間層中的顆粒直徑為8nm或更大時，先前用作比較的8mol％的成分是合適的值。即使利用這種簡單的理由也可以預測，如果在所述組成成分固定時所述顆粒直徑降低到6nm，則所述顆粒邊界的厚度降低，并且所述相互作用增加。因此，為了保持磁性平衡，隨著所述襯層的顆粒直徑減小，期望的是，通過增加所述記錄層中的氧化物成分而升高所述非晶顆粒邊界的體積比。
在直到所述保護層的多個層被如上疊制后，從所述膜成形腔中移除所述襯底，并且通過浸漬來在所述保護層上形成1.3-nm-厚的全氟聚醚潤滑層，由此獲得垂直磁性記錄介質。除了沒有示出所述潤滑層之外，所述獲得的垂直磁性記錄介質具有與圖6相同的結構。
通過使用讀取-寫入分析器(由美國的Guzik制造的1632)和旋轉臺(spinstand)(S1701MP)評估所述記錄/再現特性。而且，通過使用用于垂直記錄的組合磁頭來記錄和再現信息，該組合磁頭具有中間屏蔽(intershield)距離為90nm的由CoFeNi制成的單極記錄元件和巨磁阻效應(GMR)再現元件。值得注意的是，作為記錄磁極的材料，還可以使用比如CoFe、CoFeN、NbFeNi、FeTaZr和FeTaN的材料。還可以將添加元素添加到這些作為主要組成成分的磁性材料中。
當測量所述獲得的垂直磁性記錄介質的再現信號輸出/介質噪聲比時，可以獲得22.8的高值。
當在約100kFCl的線性記錄密度下，以約800kFCl的幅度/線性記錄密度執行記錄時，所述再現信號輸出/介質噪聲比是噪聲的方均根值，并且在下文中稱為SNRm。
另一方面，當測量不具有Cu層的垂直磁性記錄介質的再現信號輸出/介質噪聲比時，所述SNRm為17.2dB。
根據以上描述，所述Cu層的形成對降低所述介質噪聲具有非常大的影響。
實驗實施例2除了取代Cu而使用具有與Cu相同fcc的Ni、Rh、Pd、Pt、Ag和Au作為第二金屬襯層外，依照與實驗實施例1中相同的步驟來制造垂直磁性記錄介質。
如同在實驗實施例1中，為了檢查金屬晶體顆粒的生長，當這些第二金屬材料被濺射時停止所述膜成形，并且執行AFM測量。
當所述第二金屬襯層的濺射量在相當于約0.5到2nm的平均層厚的范圍內增加或降低(在必要時)時，所述表面粗糙度增加。因此，取決于所述膜形成條件，不管用作第二金屬襯層的金屬材料是何種材料，預計可能將金屬顆粒形成為島且獲得具有多個孔的第二金屬襯層。
隨后，為了檢查Ru的顆粒大小，在停止所述第三金屬襯層的形成而獲得的狀態中執行平面圖TEM觀測。
由此，當與未濺射Ag和Au的情形相比，發現在存在Ag和Au的情況下所述Ru層的顆粒減小的效果。然而，對于Ni、Rh、Pd和Pt，則沒有發現精細顆粒效果。
另外，形成直到潤滑層的多個層，并且估計所述記錄/再現特性。結果是，當與其中不形成第二金屬襯層的情形相比，在使用Ag和Au的情況中，獲得了增大的SNRm的效果。然而，對于Ni、Rh、Pd和Pt，沒有發現降低介質噪聲的效果。
而且，與不形成第二金屬襯層的情形相比，當通過混合Cu、Ag和Au形成金屬顆粒作為第二金屬襯層時，發現了減小顆粒大小和降低介質噪聲的效果。
用作第二金屬襯層的Ni、Rh、Pd和Pt與用作第三金屬襯層的Ru形成幾乎純粹的固體溶液。因此，可能因為在所述第二金屬襯層中的金屬顆粒在所述第一金屬襯層上形成非連續島狀結構，并且在所述第二金屬襯層上形成的第三金屬襯層相對于所述第二金屬襯層上的金屬顆粒不具有固體溶液特性，所以通過從所述第三金屬襯層到所述磁性記錄層的停止器(stopper)可以有效地使所述晶體顆粒精細。因此，在本發明的一個實施例中，由于所述密堆結構特別適合于Ru層以便獲得所述垂直磁性記錄介質中高程度的晶體取向，所以優選具有所述密堆結構的Cu、Ag和Au，并且作為在所述第二金屬襯層中使用的金屬材料，Cu更為優選，利用Cu可以獲得更受歡迎的特性。
實驗實施例3除了取代Ti而使用Ni、Rh、Pd、Pt、Ag、Au、Nb和Ta作為第一金屬襯層外，依照與實驗實施例1中相同的步驟來制造垂直磁性記錄介質。
如同在實驗實施例1中，為了檢查金屬顆粒的生長，當在所述第一金屬襯層上濺射Cu時停止所述膜成形，并且執行AFM測量。
當所述Cu的濺射量在等于約0.5到2nm的平均層厚的范圍內增加或降低(在必要時)時，所述表面粗糙度增加。
因此，由于所述濺射量小，取決于所述膜成形條件，不管所述金屬材料如何，估計可能將金屬顆粒形成為島，且獲得在所述第一金屬襯層上具有多個孔的第二金屬襯層。
隨后，為了檢查Ru的顆粒大小，在通過停止所述Ru層的形成而獲得的狀態中執行平面圖TEM觀測。由此，當Ni、Pd、Pt、Nb和Ta用作第一金屬襯層時發現形成Ru層的精細顆粒的效果(通過形成Cu島)，但是，對于Rh、Ag和Au，則沒有發現精細顆粒效果。
另外，形成直到潤滑層的多個層，并且評估所述記錄/再現特性。結果是，在使用Ni、Pd和Pt的情況中，獲得了所述SNRm增加的效果(通過形成Cu島)，對于Rh、Ag、Au、Nb和Ta，沒有發現降低介質噪聲的效果。
而且，當通過混合Ti、Ni、Pd和Pt形成第一金屬襯層時發現通過形成Cu島而減小顆粒大小和降低介質噪聲的效果。即使當通過向這些主要組成成分添加Nb和Ta而形成第一金屬襯層時，也可以獲得通過形成Cu島來減小顆粒大小和降低所述介質噪聲的效果。
對于Nb和Ta，可以發現精細顆粒效果，但是不能獲得SNRm增加效果。這可能主要時由于Nb和Ta的晶體結構導致的。在所述第一金屬襯層材料中，單獨的Nb和Ta具有bcc結構。因此，即使當在不形成任何Cu層作為第二金屬襯層的情況下直接層疊作為第三金屬襯層的Ru層，所述Ru層的晶體取向也比其他第一金屬襯層材料的晶體取向差。然而，Ru具有(00.2)取向。這是因為，特別在所述膜厚小時，Nb和Ta容易形成精細晶體，并且對Ru的晶體取向沒有大影響。如果層疊厚的Nb或Ta層，且很強的原始(110)取向出現，那么Ru可能具有非(00.2)的取向。而且，在所述Nb或Ta襯層上濺射Cu時，可以相當清楚地觀測到島狀結構，并且所述第一金屬襯層容易被保持為暴露出，這是因為Nb和Ta相對于Cu都不具有固體溶液特性。然而，即使這樣在該表面上形成Ru，所述晶體取向也不會特別地改善，并且僅僅獲得弱于其他fcc(密堆結構)的Ru(00.2)取向。在根據本發明的磁性記錄介質中，所述晶體取向和SNRm具有相關性。因此，當Nb或Ta用作第一金屬襯層時，獲得了通過形成精細顆粒而達到的SNRm增加效果，但是低的晶體取向可能抵消通過精細顆粒達到的這種增加。
如上所述，在本發明的一個實施例中，具有密堆結構的金屬適合于本發明中使用的第一金屬襯層材料。
接著，就形成所述精細Ru顆粒方面，對具有相同密堆結構的各個襯層進行比較。結果是，在使用Ni、Pd和Pt的情況中獲得了所述效果，而對于Ag和Au，則沒有發現所述效果。當基于利用島形成所述中間層的精細顆粒的上述模型來考慮這一問題時，為了獲得停止器的效果，Ru可能是必須優選生長在所述襯層上而不是島上，即，Ru對所述襯層比對所述島具有更高的親和力(affinity)。所述親和力的一個標準是容易形成合金。然而，在Ni、Pd和Pt與Ru基本上形成完全固體溶液時，Ag和Au很難與Ru形成任何完全固體溶液(complete solid solution)。當形成Ru時，在襯層和島之間，前者在親和力方面具有大的差異，但是后者具有小的差異并且不會允許容易的有選擇地生長。這可能導致所述精細顆粒效果的存在與否。
值得注意的是，Ti與Ru不能形成完全固體溶液，但是取決于組成成分可以形成合金，因此Ti對Ru比對Cu具有更高的親和力。根據上述考慮，在本發明的一個實施例中，為了形成精細顆粒，優選第二金屬襯層與所述第三金屬襯層不形成固體溶液，而所述第一金屬襯層與所述第三金屬襯層形成固體溶液。
而且，在本發明的一個實施例中，就對Ru的高親和力而言，Pd或Pt強于Ti，但是就增加所述SNRm的效果而言，總整體上，Ti更適合。可能的主要原因是通過Cu島形成的島狀結構的大小和所述第一金屬襯層自身的顆粒大小的貢獻。
實驗實施例4除了當所述第二金屬襯層被濺射時，不僅作為金屬顆粒材料的Cu而且TiO、TiO2、SiO2和Cr2O3被同時濺射之外，依照與實驗實施例1中相同的步驟來制造垂直磁性記錄介質。
采用共同濺射(co-sputtering)法作為同時濺射方法，該方法對單個的靶同時放電，并且使用混合Cu和氧化物的符合靶。然而，也可以使用一些其他方法。值得注意的是，在本發明的一個實施例中，TiO是適合的，這是因為TiO是導電的且在共同濺射期間其可以利用DC來放電。在本發明的一些實施例中，即使在使用復合靶時，當與其中混合作為隔離劑等的SiO2等的情況相比，不容易發生異常放電，并且不容易產生微粒。
如同在實驗實施例1中，為了檢查所述金屬顆粒的生長，當在所述第一金屬襯層上同時濺射Cu和上述氧化物時，停止膜成形，并且執行AFM測量。即使所述氧化物被添加，所述島狀結構可以被清楚地觀測到，并且通過增加所述氧化物的成分而減小所述島的大小。例如，當使用TiO時，可以通過添加40到50vol％的TiO，可將所述顆粒直徑減小到約7到8nm。
隨后，為了檢查所述Ru的顆粒大小，在通過停止所述第三金屬襯層的形成而獲得的狀態下執行平面圖TEM觀測。因此，與單獨使用Cu時相比，當氧化物被添加到Cu時，減小所述Ru層的顆粒大小的效果更大。例如，當添加40到50Vol％的TiO時，所述平均顆粒直徑約為5nm。
如前面所述，當所述Ru層的顆粒大小減小時，所述磁性記錄層的微結構的平衡也發生變化。因此，所述磁性記錄層的組成成分被優化。
而且，形成直到潤滑層的多個層，并且評估所述記錄/再現特性。結果是，與單獨使用Cu時相比，當氧化物被添加到Cu時，增加所述SNRm的效果更大。例如，當添加40到50Vol％的TiO時，所述SNRm高達24.5dB。
另外，即使通過混合TiO、TiO2、SiO和Cr2O3作為氧化物來執行濺射，也可以達到減小所述顆粒大小和降低介質噪聲的效果(通過添加氧化劑)。
對于向其添加了氧化物的Cu，所述濺射量被增加或減少，以便促進精細顆粒和增加SNRm。由此，即使當對于，例如，等于2nm的平均層厚，添加量為50vol％時，所述氧化物的比率相當于1nm。像這樣的小量通常很難被檢測到。因此，為了檢查所述氧化物起作用的方式，通過使用SIMS在深度方向上進行分析。結果是，和在Cu的情況中一樣，所述氧化物存在于Ti襯層和Ru中間層之間的邊界附近，但是其位置很難定位。
而且，對通過濺射來同時層疊Cu和TiO而形成的20-nm厚的膜執行XRD測量。結果是，所述峰位置沒有移動，并且獲得了與僅僅使用Cu時相同的結果。根據上述，可認定Cu與TiO是相分離的，沒有與Ti組合或氧化。當還考慮對CoPtCr-SiO2記錄層的分析結果時，沒有氧化物必須以化學價比(stoichiometric ratio)存在于所述膜中。然而，一般而言，通過添加氧化物可以形成其中非晶顆粒邊界包圍晶體顆粒的顆粒結構，并且可以預期減小所述晶體顆粒的顆粒大小的效果。
而且，當在Cu膜成形后執行所述AFM測量時，與基本上不添加任何氧化物的情況一樣，可以觀測到明顯的島(盡管獲得了精細顆粒效果)。當還考慮這一情況時，所述氧化物可能存在于在Cu島之間(即，在由Cu制成的第二金屬襯層的孔中)暴露出的Ti襯層中。
由于在XRD測量時，所述晶體取向的程度不會特別地變壞，所以即使在存在氧化物時，在所述Ti層上生長的Ru層的晶體取向的程度也不會變差。實際效果上，其厚度等于約0.5nm的平均層厚(即，其厚度的數量級約為原子大小的兩倍)的TiO不會作為薄膜以1∶1的化合價比存在于化合物狀態中，并且特別地，O可能輕微地擴散進Ti層或Ru層中。在這種狀態下，所述Ru層基本上被認為已經生長在所述Ti層上，并且所述氧化物不會降低所述第三金屬襯層的晶體取向。很有理由期望形成精細第三金屬襯層顆粒的效果。
另外，通過形成其厚度等于10nm的平均層厚的Cu-TiO層來執行AFM測量。結果是，雖然所述Cu島的直徑增加，但是Cu島的形狀接近于圓形并且彼此清楚地分離，并且所述表面具有三維結構，該三維結構具有10nm的10-點表面粗糙度Rz。當在這個層上形成Ru中間層時，沒有發現在單獨Cu的平均層厚等于10nm時形成的此種三維結構，并且所述Ru表面被平面化到一個狀態，在該狀態中，僅僅保持約為3nm大小的Ru顆粒的三維結構。該基質的TiO中的Ti應該有助于在所述Cu-TiO表面上填充所述三維結構。然而，不像所述Ti襯層被暴露出時，沒有發現精細Ru顆粒形成效果。根據這個結果，在本發明的一個實施例中，用作在所述顆粒基質中使用的氧化物的基底(base)的金屬可以從對Ru具有高親和力的材料或作為襯層的相同材料中選擇出。然而，如果利用厚層來覆蓋所述氧化物和襯層的表面，可能打亂所述精細Ru顆粒的形成。
如上所述，當與所述第二金屬襯層的形成同時形成氧化物層時，以及，在本發明的一個實施例中，當在所述第二金屬襯層的孔中進一步形成氧化物層時，可以在所述第三金屬襯層中形成精細晶體顆粒，并且在形成于所述第三金屬襯層上的磁性記錄層中形成精細晶體顆粒。
值得注意的是，當所述第二金屬襯層中的金屬顆粒被制作精細以縮短所述顆粒間的距離時，在所述第一金屬襯層的形成有金屬顆粒的表面上生長的所述第三金屬襯層的精細顆粒模型可以成為比圖13到15中示出的模型圖更簡單。
圖16到18是示出所述第三金屬顆粒淀積在所述第二金屬襯層上的方式的另一實例的模型圖。
圖16示出了在所述第一金屬襯層22上形成由精細金屬顆粒24‘形成的所述第二金屬襯層的情況。如圖16中所示，如果所述濺射量保持相同，那么所述顆粒大小越小，所述顆粒密度越大，并且所述顆粒間距越窄。圖17示出了其中第三金屬顆粒25’開始在所述精細的第二金屬顆粒24‘上形成的狀態。由于所述第三金屬顆粒25’基本上很難剛好在所述金屬顆粒24‘上生長，并且所述金屬顆粒24’很小，所有第三金屬顆粒25‘可能有選擇地生長在所述第一金屬襯層的從第二金屬顆粒24’之間暴露出的第一金屬襯層22上。根據這個狀態，所述第二金屬襯層的金屬顆粒24‘可能起大批停止器的作用，阻止所述金屬顆粒25’的面內方向中的增大，因此所述第三金屬襯層的精細顆粒如圖18中所示生長為柱形。
在圖17中示出的結構中，所述第三金屬顆粒25‘不會容易地生長在所述第二金屬顆粒24’上。因此，所述精細第三金屬顆粒25‘的形成獨立于所述第二金屬顆粒24’的晶體結構和晶體取向。而且，所述第二金屬顆粒24‘的間距為窄，并且這防止了多個所述第三金屬顆粒25’的晶核的形成。因此，可以在不將比如Ru的材料(利用該材料，所述顆粒大小容易地減小)作為第三金屬顆粒25‘使用的情況下，能夠獲得精細第三金屬襯層。
實驗實施例5通過將實驗實施例1到4中的垂直磁性記錄介質與所述旋轉臺評估中使用的同樣磁頭組合來制造磁性記錄/再現裝置。
執行記錄/再現操作來估計所述誤碼率(bER)。結果是，獲得與上述SNRm的增加對應的bER的增加。當對用于縱向磁性記錄的環形磁頭執行這種估計時，其bER低于所述垂直磁性記錄磁頭的bER。這可能是因為由于所述記錄元件的形狀之間的差異造成的所述記錄容量降低，并且所述SNRm和記錄分辨率降低。也就是說，所述垂直磁性記錄磁頭比所述縱向磁性記錄磁頭更優越。
在本說明書中解釋了所述磁性記錄/再現裝置中的本發明的效力。然而，當考慮具有本發明的效果的磁性記錄介質的特性時，本發明不僅可以對磁盤裝置而且可以對使用垂直磁性記錄方法的通用磁性記錄/再現裝置實現其效果，而不管是否使用盒式介質、鼓式介質等，即，與磁性記錄介質的形狀無關。
對于本領域的技術人員而言，另外優點和修改是容易想到的。因此，在其更廣的方面，本發明不限于在這里示出和描述的具體細節和代表性的實施例。因此，在不背離由所述附屬的權利要求和其等價物限定的總的創造性概念的精神或范圍的情況下，可以進行各種修改。
雖然本發明的一些實施例已經被公開，但是這些實施例僅僅是已作為實例呈現，并不是為了限制本發明的范圍。實際上，這里描述的新方法和系統可以以各種其他方式體現，而且，可以在不背離本發明的精神的情況下可以進行這里描述的方法和系統的形式中的各種省略、替換和修改。所附權利要求書和其等價物意在覆蓋此種形式或修改，這將落在本發明的范圍和精神內。
權利要求
1.一種垂直磁性記錄介質，其特征在于，包括襯底；多層襯層，其包括在所述襯底上形成的第一金屬襯層，在所述第一金屬襯層上形成且具有孔的第二金屬襯層，以及在所述第二金屬襯層上形成的第三金屬襯層，該第三金屬襯層相對于所述第一金屬襯層具有固體溶液特性，相對于所述第二金屬襯層不具有固體溶液特性；以及磁性記錄層，其形成在所述多層襯層上。
2.如權利要求1所述的介質，其特征在于，所述第二金屬襯層和所述第三金屬襯層具有六角密堆結構和面心立方晶格結構中的一種。
3.如權利要求2所述的介質，其特征在于，所述第三金屬襯層是釕。
4.如權利要求3所述的介質，其特征在于，所述釕的晶體顆粒大小小于8nm。
5.如權利要求2所述的介質，其特征在于，所述第二金屬襯層是從由銅、銀和金組成的組中選擇出的成員。
6.如權利要求5所述的介質，其特征在于，所述第二金屬襯層是銅。
7.如權利要求1所述的介質，其特征在于，在所述第二金屬襯層的所述孔中進一步形成氧化物層。
8.如權利要求7所述的介質，其特征在于，所述氧化物是鐵氧化物。
9.如權利要求1所述的介質，其特征在于，所述第一金屬襯層具有六角密堆結構和面心立方晶格結構中的一種。
10.如權利要求1所述的介質，其特征在于，所述第一金屬襯層是從由鈦、鎳、鈀和鉑組成的組中選擇出的成員。
11.如權利要求1所述的介質，其特征在于，所述第二金屬襯層是通過濺射形成的，使得平均層厚小于10-點平均粗糙度Rz。
12.如權利要求1所述的介質，其特征在于，還包括在所述襯底和所述第一金屬襯層之間的軟磁性層。
13.一種垂直磁性記錄/再現裝置，其特征在于，包括垂直磁性記錄介質，該垂直磁性記錄介質包括，襯底；多層襯層，其包括在所述襯底上形成的第一金屬襯層，在所述第一金屬襯層上形成且具有孔的第二金屬襯層，以及在所述第二金屬襯層上形成的第三金屬襯層，該第三金屬襯層相對于所述第一金屬襯層具有固體溶液特性，相對于所述第二金屬襯層不具有固體溶液特性；以及磁性記錄層，其形成在所述多層襯層上；以及單極磁頭。
14.如權利要求13所述的裝置，其特征在于，所述第二金屬襯層和所述第三金屬襯層具有六角密堆結構和面心立方晶格結構中的一種。
15.如權利要求14所述的裝置，其特征在于，所述第三金屬襯層是釕。
16.如權利要求15所述的裝置，其特征在于，所述釕的晶體顆粒大小小于8nm。
17.如權利要求14所述的裝置，其特征在于，所述第二金屬襯層是從由銅、銀和金組成的組中選擇出的成員。
18.如權利要求17所述的裝置，其特征在于，所述第二金屬襯層是銅。
19.如權利要求13所述的裝置，其特征在于，在所述第二金屬襯層的所述孔中進一步形成氧化物層。
20.如權利要求19所述的裝置，其特征在于，所述氧化物是鐵氧化物。
21.如權利要求13所述的裝置，其特征在于，所述第一金屬襯層具有六角密堆結構和面心立方晶格結構中的一種。
22.如權利要求13所述的裝置，其特征在于，所述第一金屬襯層是從由鈦、鎳、鈀和鉑組成的組中選擇出的成員。
23.如權利要求13所述的裝置，其特征在于，所述第二金屬襯層是通過濺射形成的，使得平均層厚小于10-點平均粗糙度Rz。
24.如權利要求13所述的裝置，其特征在于，還包括在所述襯底和所述第一金屬襯層之間的軟磁性層。
全文摘要
在垂直磁性記錄介質(10)中，多層襯層(6)包括第一金屬襯層(2)，相對于所述第一金屬襯層不具有固體溶液特性且具有孔(3)的第二金屬襯層(4)，以及第三金屬襯層(5)，該第三金屬襯層相對于所述第一金屬襯層(2)具有固體溶液特性，相對于所述第二金屬襯層(4)不具有固體溶液特性；以及，在所述多層襯層(6)上形成的磁性記錄層(7)。
文檔編號G11B5/738GK1870145SQ20061008467
公開日2006年11月29日 申請日期2006年5月29日 優先權日2005年5月27日
發明者及川壯一 申請人:株式會社東芝