專利名稱：垂直磁記錄介質(zhì)及其制造方法和磁存儲裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于垂直磁記錄介質(zhì)及其制造方法和磁存儲裝置，特別是關于每1平方英寸具有50吉比特以上面記錄密度(areal recording density)的磁記錄介質(zhì)及其制造方法，和組裝了該磁記錄介質(zhì)的磁存儲裝置。
背景技術：
自1998年以來，磁盤裝置(hard disk drive)的面記錄密度，正在以年增長率100％增長擴大。然而，隨著面記錄密度的提高，磁記錄數(shù)據(jù)受到周圍熱的影響也會消失，所謂熱減磁問題(thermal decay)也開始顯現(xiàn)出來，可以認為，用現(xiàn)有的面內(nèi)記錄(longitudinal recording)方式很難達到每1平方英寸超過50吉比特的面記錄密度。
另一方面，垂直記錄(perpendicular recording)方式與面內(nèi)記錄方式不同，越提高線記錄密度(linear recording density)，在鄰位(adjacent bits)間作用的反磁場(demagnetizing field)越減少，具有穩(wěn)定保持記錄磁化(recorded magnetization)的特性。進而，在垂直記錄層下，通過設置具有高透磁率(permeability)的軟磁性底層，由于可獲得很強的磁頭記錄磁場(head magnetic field)，所以可增大垂直記錄層的矯頑力(coercivity)。根據(jù)這些理由，可認為它是超過面內(nèi)記錄方式的熱波動界限(thermalfluctuation limit)的有力手段之一。
在垂直記錄方式中，由軟磁性底層和垂直記錄層構(gòu)成的二層垂直記錄介質(zhì)(double-layer perpendicular recording media)和單磁極型磁頭的組合，可有效地實現(xiàn)高密度記錄。然而，可以指出，由于二層垂直記錄介質(zhì)具有很高飽和磁通密度(Saturation magnetic flux density)(BS)的軟磁性底層，所以能觀測到從軟磁性底層的磁疇壁(domain wall)上以尖峰脈沖噪音(spike noise)產(chǎn)生的泄漏磁通(stray field)，或者由于軟磁性底層的磁疇壁移動，而使記錄磁化消失的問題等。作為解決這樣問題的辦法，例如，如特開平7-129946號公報和特開平11-191217號公報中公開的，在軟磁性層和底板之間設置硬磁性鎖定層(hard magnetic pinning layer)，使軟磁性底層的磁化趨于一致的方向的方法，和特開2001-155322號公報中公開的，使軟磁性底層由以非磁性層彼此分隔的二層以上的軟磁性層構(gòu)成，使軟磁性層的磁化形成逆向的方法。
然而，設置硬磁性鎖定層的方法，在盤的內(nèi)周和外周的端部(the innerand outer edges of a disk)很容易形成磁疇(magnetic domain)，從該部分有可能觀測到尖峰脈沖噪音。進而，需要使硬磁性鎖定層進行磁化(magnetize)的過程，這就導致生產(chǎn)費用增高的問題。另一方面，使相鄰的軟磁性層形成逆向磁化的方法，在底板形狀和盤的形狀一樣時，各層很容易產(chǎn)生多磁疇構(gòu)造(multi-domain structure)，對于伴隨著磁疇壁移動(domain wall motion)，記錄磁場消失的問題，未必能說是有效的方法。
在特開平2002-074648號公報中，公開了一種作為軟磁性底層材料使用通過熱處理析出的強磁磁性納諾結(jié)晶的方法。用此方法很難形成明顯的磁疇壁，所以對于降低尖峰脈沖噪音和記錄磁化消失是有效的。然而，有時能觀測到由于介質(zhì)形成過程引起的強度較弱的尖峰脈沖噪音和再生信號(output signal)的調(diào)制，這樣的再生信號質(zhì)量低劣成為構(gòu)成磁盤裝置的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于這些問題，其目的是通過抑制軟磁性底層形成的尖峰脈沖噪聲音和調(diào)制，提供一種具有高介質(zhì)S/N的垂直磁記錄介質(zhì)，記錄密度每1平方英寸在50吉比特以上。本發(fā)明的再一個目的是通過使用這種高記錄密度介質(zhì)，實現(xiàn)高密度磁存儲裝置。
為了達到上述目的，本發(fā)明的垂直磁記錄介質(zhì)的特征是從上述垂直磁記錄介質(zhì)斷面的法線方向入射電子線，觀察斷面的透過電子顯微鏡中，可認出納諾結(jié)晶構(gòu)成的多層軟磁性層，和物理分離該軟磁性層的非磁性層，進而在與上述透過電子顯微鏡像同視野的電子線衍射圖案中，可認出體心立方構(gòu)造的110、200、211衍射環(huán)。
在如上構(gòu)成的垂直磁記錄介質(zhì)中，在通過非磁性層鄰接的軟磁性層之間，形成局部的磁化閉環(huán)，由此可同時抑制尖峰脈沖噪音和再生信號的調(diào)制。
本發(fā)明的垂直磁記錄介質(zhì)的制造方法，其特征是，在形成軟磁性底層時，使以Fe為主成分的非晶質(zhì)合金層與非磁性層交替疊層，進行熱處理，使上述非晶質(zhì)合金層折出α-Fe納諾結(jié)晶。
本發(fā)明的磁存儲裝置，其特征是，具有如下的垂直磁記錄介質(zhì)，即，軟磁性底層含有用非磁性層進行物理分離的數(shù)層軟磁性層，軟磁性層由結(jié)晶方位無定向的納諾結(jié)晶構(gòu)成。


圖1是一實施例的垂直記錄介質(zhì)斷面圖。
圖2是一比較例的垂直記錄介質(zhì)斷面圖。
圖3是表示尖峰脈沖噪音分布的特性圖。
圖4是表示再生輸出的調(diào)制特性圖。
圖5是通過非磁性層在鄰接的軟磁性層的層間所形成的局部磁化閉環(huán)的模式圖。
圖6是表示軟磁性底層的磁化狀態(tài)的模式圖。
圖7是表示軟磁性底層的矯頑力和軟磁性層的總膜厚的關系的特性圖。
圖8是表示再生輸出的調(diào)制的特性圖。
圖9是表示尖峰脈沖噪音分布的特性圖。
圖10是表示軟磁性底層的矯頑力和非磁性層的膜厚度的關系的特性圖。
圖11是表示一實施例的垂直記錄介質(zhì)的層結(jié)構(gòu)的斷面圖。
圖12是表示一實施例的垂直記錄介質(zhì)的層結(jié)構(gòu)的斷面圖。
圖13是表示薄膜X射線衍射圖案(2θ掃描角度)的特性圖。
圖14(a)斷面TEM的明顯視野像，(a)’斷面TEM的明顯視野像的模式圖，(b)電子線衍射圖案的特性圖，(b)’電子線衍射圖案的模式圖。
圖15是表示尖峰脈沖噪音分布的特性圖。
圖16是表示尖峰脈沖噪音分布的特性圖。
圖17是表示軟磁性底層的矯頑力和軟磁性層的層數(shù)的關系的特性圖。
圖18是X射線衍射圖案(θ-2θ掃描角度)的特性圖。
圖19是表示尖峰脈沖噪音分布的特性圖。
圖20是表示標準化再生輸出和線記錄密度的關系的特性圖。
圖21是表示介質(zhì)SNR和線記錄密度的關系的特性圖。
圖22是記錄再生分離型磁頭的斷面圖。
圖23是表示尖峰脈沖噪音分布的特性圖。
圖24是表示位誤差率和線記錄密度的關系的特性圖。
圖25(a)-實施例的磁存儲裝置的模式圖。
(b)磁存儲裝置的A-A’縱向斷面圖。
圖26是表示利用了磁隧道效應的高靈敏度元件的層結(jié)構(gòu)的斷面圖。
具體實施例方式
以下參照附圖詳細說明適用于本發(fā)明的垂直磁記錄介質(zhì)和磁存儲裝置。
適用于本發(fā)明的垂直磁記錄介質(zhì)是在底板上通過軟磁性底層形成垂直記錄層，做成由使軟磁性底層以非磁性層進行相互物理分離的數(shù)層軟磁性層構(gòu)成的多層膜，是由結(jié)晶方位無定向的納諾結(jié)晶構(gòu)成這些軟磁性層。
此處所說的納諾結(jié)晶是指粒狀的結(jié)晶，其大小為5-15nm，納諾結(jié)晶與利用噴濺法(Sputtering method)形成的薄膜中常見到的圓柱狀(columnar)結(jié)晶形態(tài)不同。所謂相互分離是指物理的隔離。作為隔離數(shù)層軟磁性層的非磁性層，特征是在鄰接的軟磁性層之間，具有形成一定厚度的局部磁化閉環(huán)，因此需要某種程度的極薄的非磁性膜，可形成靜磁性(magnetostatic)耦合(couple)。
作為軟磁性層，使用的材料是在成膜時(during film formation)實質(zhì)上(Substantially)為非晶質(zhì)狀，通過實施熱處理析出強磁性(ferromagnetic)的納諾結(jié)晶。具體的，可使用FeTaC合金、FeNbC合金、FeTiC合金等。為了使熱處理后析出的α-Fe納諾結(jié)晶的尺寸更小，可向這些合金中加入少量的(0.5-1.5at％)的Cu。另外，也可以在這些合金中添加Co，通過析出α-FeCo納諾結(jié)晶(Co濃度20-40at％)，可提高軟磁性層的Bs。
通過這種熱處理，由非晶質(zhì)合金層析出的α-Fe納諾結(jié)晶，形成三元無規(guī)(即無定向)的狀態(tài)。
在具有上述結(jié)構(gòu)的垂直磁記錄介質(zhì)中，通過非磁性層在鄰接的軟磁性層的層間起作用的靜磁的相互作用，形成局部的磁化閉環(huán)，由于抑制了泄漏磁通，所以可認為抑制了尖峰脈沖噪音。
當將各軟磁性層的膜厚做成50-150nm時，可使層間產(chǎn)生有效的靜磁相互作用。各軟磁性層的膜厚小于50nm時，可增大各軟磁性層具有的矯頑力，其結(jié)果，靜磁相互作用不能形成有效的作用。另一方面，各軟磁性層的膜厚大于150nm時，因上述靜磁相互作用的效果相對降低，很不理想。
在數(shù)層軟磁性層之間形成的非磁性層中，使用在軟磁性層的熱處理時盡可能不發(fā)生反應，而且能在很薄的膜中形成連續(xù)膜的材料。具體講，最好使用Ta、NiTa合金、NiNb合金、NiTaZr合金、NiNbZr合金等高熔點(melting point)、膜平坦性(flatness)高的非晶質(zhì)金屬。即使是非晶質(zhì)材料，在上述熱處理時，B、C、Si、Ge等也會與軟磁性層發(fā)生反應，不能以非磁性層發(fā)揮作用(形成磁連續(xù))，很不理想。此處所說的非晶質(zhì)是指，除了不具有長程有序(但有短程有序(short-range ordering))的無規(guī)則原子排列形態(tài)外，在粒徑為2-3nm時，利用X射線衍射，未顯示明顯的峰值的極細微的結(jié)晶。
非磁性層的膜厚，為了使鄰接的軟磁性層的層間起作用的靜磁相互作用能充分發(fā)揮作用，最好做得盡可能的薄。例如，通過使用Ta、NiTa合金、NiNb合金、NiTaZr合金、NiNbZr合金等、高熔點的、膜平坦性高的非晶質(zhì)金屬，可使非磁性層的膜厚薄到1nm。
構(gòu)成軟磁性底層的軟磁性層的膜厚和層數(shù)，可綜合考慮垂直記錄層的矯頑力和磁頭的尺寸予以選擇。例如，需要膜厚為300nm的軟磁性底層時，可選擇各種各樣的組合，例如，各層膜厚為150nm的二層膜，各層膜厚為100nm的三層膜、各層膜厚為75nm的四層膜等。
這種軟磁性底層雖可直接形成在底板上，但通過在底板上形成的非磁性予涂層形成軟磁性底層，可控制由底板材料和熱處理時溫度分布引起的軟磁特性不均勻性。作為予涂層的材料，最好是與底板的粘合性(adhesion)好的，表面平坦的，在進行上述熱處理時與軟磁性底層反應小的材料。
垂直記錄層通過非磁性中間層(intermediate layer)形成在軟磁性底層上時，由于能抑制介質(zhì)噪音(medium noise)，所以更好。對于中間層的材料，可使用非晶質(zhì)或六方稠密(hexagonal closed packed)(hcp)構(gòu)造和面心立方(face centered cubic)(fcc)構(gòu)造的合金。中間層可以是單層膜(S/Ngle-layer film)，也可以使用例如由非晶質(zhì)合金和chp合金構(gòu)成的二層膜(bi-layer film)。對于垂直記錄層，可使用CoCrPt合金、CoCrPtB合金等hcp-Co合金、和(Co/Pd)多層膜(multilayer film)、(CoB/Pd)多層膜、(CoSi/Pd)多層膜、(Co/Pt)多層膜、(CoB/Pt)、(CoSi/Pt)多層膜。
以下，對使用具有上述結(jié)構(gòu)的垂直磁記錄介質(zhì)的磁存儲裝置進行說明。該磁存儲裝置具有上述的垂直磁記錄介質(zhì)、沿記錄方向驅(qū)動它的驅(qū)動部分、由記錄部分和再生部分構(gòu)成的磁頭、使該磁頭對上述垂直磁記錄介質(zhì)作相對運動的裝置、用于進行上述磁頭的信號輸入和由磁頭輸出的信號再生的記錄再生處理裝置，其特征之一是磁頭的記錄部分由單磁極磁頭構(gòu)成，而該磁頭的再生部分由利用了磁阻效應或隧道磁阻效應的高靈敏度元件構(gòu)成。
在如上述構(gòu)成的磁存儲裝置中，由于具有充分降低了尖峰脈沖噪音和再生信號調(diào)制的磁記錄介質(zhì)，所以能以每1平方英寸50吉比特以上的面記錄密度實現(xiàn)了具有高可靠性的磁存儲裝置。實施例1圖1示出了本實施例磁記錄介質(zhì)的層結(jié)構(gòu)。對于底板11，使用堿洗凈(alkali-cleaned)的2.5英寸型的玻璃盤，利用DC磁控管噴濺法(DCmagnetron Sputtering)依次疊層預涂層12、軟磁性層13、非磁性層14、軟磁性層15、中間層16、垂直記錄層17和保護層(protective layer)18。表1中示出了各層制作中使用的目標組成。由軟磁性層13、非磁性層14和軟磁性層15構(gòu)成的層結(jié)構(gòu)相當于二層垂直記錄介質(zhì)的軟磁性底層。此處，以下為方便起見，使用構(gòu)成軟磁性底層的軟磁性層數(shù)，記作二層膜的軟磁性底層。
表1

軟磁性層13、15所使用的材料，成膜時，因非晶質(zhì)磁化很小，不適宜用作軟磁性底層。因此，為了析出磁矩(magnetic moment)大的α-Fe納諾結(jié)晶，形成軟磁性底層后，利用紅外線燈加熱器(infrared lamp heater)進行12秒熱處理(底板達到溫度約420℃)。該熱處理后的軟磁底層的Bs為1.6-1.7T。潤滑層(lubricant layer)19用氟碳(fluorocarbon)材料烯釋全氟烷基聚醚(perfluoroalkylpolyether)系材料后涂布。作為比較例，如圖2所示，以同樣的制膜條件，制作使用單層膜(軟磁性層21)作為軟磁性底層的試樣。比較例的單層軟磁性膜21的膜厚是將本實施例的軟磁性層13和軟磁性層15的二層膜合起來的膜厚。表二中示出了實施例和比較例的介質(zhì)的層構(gòu)成的各層膜厚。表2

括弧內(nèi)的數(shù)值表示各層的膜厚(單位nm)。
圖3和圖4分別示出了實施例和比較例的介質(zhì)的尖峰脈沖噪音和調(diào)制圖像。使用旋轉(zhuǎn)臺(Spin stand)和數(shù)字示波器(digital oscilloscope)進行評價。以100μm間距測定盤半徑16-30mm的范圍。通過在軟磁性底層上使用介入非磁性層14的二層膜，可大大減小尖峰脈沖噪音(與圖中白色部分對應)，同時能抑制再生輸出的調(diào)制(與圖中濃淡相對應)。
抑制尖峰脈沖噪音的理由，如圖5所示，可認為是由于靜磁相互作用在軟磁性層13和軟磁性層15的層間發(fā)揮了作用，其結(jié)果，形成局部的磁化閉環(huán)，減少了泄漏磁通。另一方面，調(diào)制被抑制的理由可認為如下。本實施例和比較例的介質(zhì)的軟磁性層，由于對非晶質(zhì)材料不能付與像見到的那樣很強的單軸異向性(uniaxial anisotropy)，在膜形成的過程(filmformation process)中，有時付與較弱的單軸異向性。
例如，在使用了單層膜的軟磁性底層的比較例介質(zhì)中，認為圖6(a)的用虛線表示的方向為易磁化軸的方向，介質(zhì)形成后的軟磁性底層的磁化是如圖6(a)的箭頭所示的狀態(tài)。記錄效率(Write efficiency)和再生效率(read efficiency)由于受到軟磁性底層的磁化狀態(tài)的影響，作為結(jié)果，對再生輸出產(chǎn)生了調(diào)制。另一方面，在使用了二層膜的軟磁性底層的本實施例的介質(zhì)中，認為由于上述層間(interlayer)的靜磁相互作用發(fā)揮了作用，形成介質(zhì)后的軟磁性底層的磁化是如圖6(b)的箭頭所示的狀態(tài)。這樣，可以認為，由于局部的磁化相互形成反向，記錄效率和再生效率的變動受到抑制，其結(jié)果，減小了再生輸出的調(diào)制。
圖7中示出了軟磁性底層的矯頑力和軟磁性層的總膜厚的關系。此處的矯頑力是沿易磁化軸方向的測定值。不管膜厚如何，通過將軟磁性底層作成二層膜，都可得到低的矯頑力。該結(jié)果暗示出軟磁性層13和軟磁性層15的層間，靜磁相互作用發(fā)揮了作用。
圖8是改變軟磁性層13、15膜厚的本實施例的介質(zhì)的再生輸出的調(diào)制圖像。各軟磁性層的膜厚為100nm和150nm時，雖可抑制調(diào)制，但厚度達到200nm時，會觀察到較大的調(diào)制。這是因為底板一側(cè)的軟磁性層13和磁頭的距離較遠，記錄效率和再生效率受垂直記錄層一側(cè)的軟磁性層15的影響很大。因此，為了抑制住再生輸出的調(diào)制，各軟磁性層的膜厚最好至少在150nm以下。
圖9是改變非磁性層14的膜厚的本實施例的介質(zhì)的尖峰脈沖噪音圖。當非磁性層的膜厚很薄時，發(fā)現(xiàn)尖峰脈沖噪音趨向于減少。這可以認為是，當非磁性層的膜厚變薄時，軟磁性層的層間的靜磁相互作用發(fā)揮作用增加，加強了二層化的效果(形成局部的磁化閉環(huán))。圖10示出了軟磁性底層的矯頑力和非磁性層的膜厚的關系。此處的矯頑力是沿易磁化軸方向上測定的值。當非磁性層的膜厚小于1nm時，矯頑力大幅度降低，這就暗示層間的靜磁相互作用發(fā)揮了作用。當非磁性層的膜厚大于3nm時，矯頑力趨向于增加，這可以認為是層間的靜磁相互作用減少的緣故。因此，為了有效利用軟磁性層大層間的靜磁相互作用，抑制尖峰脈沖噪音，非磁性層的膜厚最好為1-3nm。
如上所述，作為軟磁性底層，通過使用介入非磁性層的二層膜，可減小尖峰脈沖噪音和再生輸出的調(diào)制。實施例2按與實施例1相同的順序制作磁記錄介質(zhì)。對于軟磁性底層，除了實施例1講述的二層膜外，使用了三層膜(參照圖11)和四層膜(參照圖12)。作為比較例，制作了軟磁性層使用非晶質(zhì)材料的介質(zhì)。表3示出了制作各層使用的目標組成，表4示出了本實施例和比較例的介質(zhì)的層結(jié)構(gòu)和各層的膜厚。
表3

表4

括弧內(nèi)的數(shù)值表示各層的膜厚(單位nm)。
由于α-Fe納諾結(jié)果的析出溫度隨軟磁性層所使用的材料而異，所以通過改變輸入到紅外線燈加熱器的電功率，可調(diào)整熱處理條件(annealingcondition)。熱處理后軟磁性底層的Bs，使用FeNbC合金時，為1.4-1.5T(底板達到溫度約380℃)、使用FeTiC合金時，為1.3-1.4T(底板達到溫度約360℃)、使用FeTaCCu合金時，為1.6-1.7T(底板達到溫度約400℃)。
圖13示出了利用薄膜的X射線衍射法(掃描角2θ)研究本實施例和比較例的軟磁性層的微觀結(jié)構(gòu)的結(jié)果。此處，X射線入射角度θ，相對于試樣表面取為2度。可以確認，在本實施例的軟磁性層中為bcc構(gòu)造的α-Fe，110，200，211的衍射峰。根據(jù)該結(jié)果可知，軟磁性層是由α-Fe納諾結(jié)晶構(gòu)成，結(jié)晶方位與特定方向并不一致。另一方面，可以確認比較例的FeCoB合金是非晶質(zhì)的。
圖14是用透過電子顯微鏡(TEM)觀察本實施例的介質(zhì)的細微構(gòu)造的結(jié)果及其模式圖。在此作為一例，分別示出了在軟磁性層中使用FeNbC合金，在非磁性層中使用了Ta的情況(介質(zhì)Q)。在觀察介質(zhì)斷面的明顯視野像(圖14(a))中，可以確認由粒徑為10nm的非柱狀辦(non-columnar)納諾結(jié)晶(參照圖14(a)′)構(gòu)成的三層軟磁性層，和分離它們的非磁性層。在該明顯視野像(bright-Field image)和同一視野的電子線衍射圖案(圖14(b))中，觀察到了為bcc構(gòu)造的確α-Fe的110、200、211的衍射環(huán)(圖14(b)′)，可知構(gòu)成軟磁性層的α-Fe納諾結(jié)晶的結(jié)晶方位并不與特定方向一致，是無定向的。該結(jié)果正好與上述薄膜X射線衍射的結(jié)果相一致。
圖15是本實施例的介質(zhì)的尖峰脈沖噪音圖。通過使軟磁性底層多層化，可以看到能減小尖峰脈沖噪音。此處，雖然示出了軟磁性層材料使用了FeNbC合金的情況(介質(zhì)A、B、C、D)，但在使用FeTiC合金的情況下(介質(zhì)E、F、G、H)和使用FeTaCCu合金的情況下(介質(zhì)I、J、K、L)也觀察到了同樣的情況。另一方面，如圖16所示，比較例的介質(zhì)既使使軟磁性底層多層化，但尖峰脈沖噪音并沒有減少。這些結(jié)果表示使用非晶質(zhì)的軟磁性層，使軟磁性底層多層化時，尖峰脈沖噪音未必能降低。如圖17所示，可以見到，本實施例的軟磁性底層，通過多層化矯頑力有大幅度降低的趨向，但比較例的軟磁性底層卻見不到這種趨向。因此，可以認為，在比較例的軟磁性底層中，層間的靜磁相互作用沒有有效的發(fā)揮作用，其結(jié)果，尖峰脈沖噪音也就沒有減少。
由以上可知，為了利用軟磁性層的層間發(fā)揮作用的靜磁相互作用，以降低尖峰脈沖噪音，使用具有無定向析出α-Fe納諾結(jié)晶構(gòu)造的軟磁性層是非常有效的。實施例3按照和實施例1相同的順序制作磁記錄介質(zhì)。對于軟磁性底層，使用實施例2中講述的三層膜(參照圖11)和四層膜(參照圖12)。作為比較例，制作軟磁性底層使用單層膜的介質(zhì)(參照圖2)。表5中示出了制作各層所用的目標組成，表6中示出了本實施例和比較例的介質(zhì)的層結(jié)構(gòu)和各層的膜厚。
表5

表6

括弧內(nèi)的數(shù)值表示各層的膜厚(單位nm)。
圖18是本實施例的介質(zhì)C的X射線衍射圖(掃描角度θ-2θ)?？纱_認從CoCrPtB(0002)面產(chǎn)生的很強的衍射峰，根據(jù)θ角掃描求得的CoCrPtB0002衍射峰的Δθ50值小到4.4度，這樣在垂直記錄層中使用的CoCrPtB合金膜的C軸形成很強的垂直取向。
圖19是本實施例和比較例的介質(zhì)的尖峰脈沖噪音圖。作為軟磁性底層，通過使用三層膜或四層膜，可知能大幅度降低尖峰脈沖噪音。尤其是，如本實施例的情況，軟磁性底層的膜厚達400nm厚時，增加構(gòu)成軟磁性層的層數(shù)是很有效的。
作為軟磁性底層，使用介入非磁性層的多層構(gòu)造時，擔心的是降低了輔助磁頭寫入的能力，其結(jié)果，導致記錄再生特性(read/writecharacteristics)惡化。因此，使用磁道寬為0.25μm的單極型磁頭作為記錄用，使用屏蔽間隙(Shield gap)為0.07μm，磁道寬度(track width)為0.16μm的GMR磁頭作為再生用，在磁頭的上浮量(head flying height)為10nm的條件下，評價記錄再生特性。使用Kerr效應測定裝置(Kerr-effect magnetometer)測定本實施例和比較例的介質(zhì)的垂直記錄層磁特性時，矯頑力為3.95-4.05KOe，角形比(Squareness)為0.98-0.99，未發(fā)現(xiàn)有顯著差異。
圖20和圖21分別示出了再生輸出(read output)和介質(zhì)SNR的線記錄密度依賴存性。即使是使軟磁性底層多層化時，也沒有見到輸出分解能(output resolution)和介質(zhì)SNR的降低，可知輔助磁頭的寫入能力沒有降低。這是因為本實施例的軟磁性底層使用的非磁性層的膜厚很薄，為2.5nm，由于非磁性層的層數(shù)少，由多層化引起的軟磁性底層的透磁率降低也非常小。
即，由于獲得了和使用單層膜的軟磁性底層時同等的寫入磁場分布，所以可認為沒有見到輸出分解能和介質(zhì)SNR的降低。該評價中使用的記錄再生分離型磁頭是具有眾所周知的結(jié)構(gòu)的磁頭，即具有如圖22所示的主磁極(main pole)221、記錄線圈222、輔助磁極兼上部屏蔽(auxiliarypole/upper shield)223、GMR元件224和下部屏蔽(lower shield)225。
如上所述，通過使用本實施例的軟磁性底層，不會導致記錄再生特性的惡化，并能降低尖峰脈沖噪音，和提高再生信號的質(zhì)量。實施例4除了中間層使用PdB單層膜、垂直記錄層使用(CoB/Pd)多層膜外，其他按照和實施例3相同的順序制作磁記錄介質(zhì)。但是，PdB單層膜和(CoB/Pd)多層膜，都在Ar/O2環(huán)境中(噴濺氣壓sputtering-gas pressure5.6Pa)、氧分壓(oxygen partial pressure35mPa)形成。對于軟磁性底層使用實施例2和3中講述的四層膜(參照圖12)。作為比較例，制作軟磁性底層使用了單層膜的介質(zhì)(參照圖2)。表7示出了各層中使用的目標組成，表8示出了本實施例和比較例的介質(zhì)的層結(jié)構(gòu)和各層的厚度。
表7

表8括弧內(nèi)的數(shù)值表示各層的膜厚(單位nm)。

用Kerr效應測定裝置測定本實施例和比較例的介質(zhì)的垂直記錄層的磁特性時，矯頑力為5.85KOe和5.90KOe、角形比都為1，沒有見到顯著差異。
圖23是本實施例和比較例的介質(zhì)的尖峰脈沖噪音圖。對于垂直記錄層既使使用(Co/Pd)多層膜系材料時，通過使用本實施例的介入非磁性層的多層構(gòu)造軟磁性底層，可知能降低尖峰脈沖噪音。這樣，根據(jù)本發(fā)明的軟磁性底層，對垂直記錄層的材料沒有限定。
其次，為確認垂直記錄層的矯頑力高達約6KOe時，不會伴隨著軟磁性底層的多層化而引起記錄再生特性的惡化，測定本實施例和比較例的介質(zhì)的位誤差率(bit error rate)。此處，使用磁道寬度為0.25μm的單磁極型磁頭作為記錄用，使用屏蔽間距為0.065μm，磁道寬度為0.16μm的GMR磁頭作為再生用，在磁頭上浮量為10nm的條件下進行。為了消除影響位誤差率的尖峰脈沖噪音，在比較例的介質(zhì)中未見到較強尖峰脈沖噪音的盤半徑為25mm的位置進行評價。
圖24示出了位誤差率的線記錄密度依賴存性。即使是使軟磁性底層多層化時，也沒有見到位誤差率有顯著差異，可知記錄再生特性沒有惡化。在發(fā)生尖峰脈沖噪音場所，由于形成誤差的概率較高，就整盤進行評價時，本實施例的介質(zhì)與比較例的介質(zhì)相比實現(xiàn)了低的位誤差率。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過使用介入非磁性層的多層構(gòu)造的軟磁性底層，即使使用垂直記錄層可獲得高矯頑力的(Co/Pd)多層膜系的材料時，也不會導致記錄再生特性惡化，并能降低尖峰脈沖噪音，和提高再生信號質(zhì)量。實施例5根據(jù)圖25說明本發(fā)明的磁存儲裝置的一實施例。該裝置是具有以下一般結(jié)構(gòu)的磁存儲裝置，該結(jié)構(gòu)具有垂直磁記錄介質(zhì)251，驅(qū)動其旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動部分252、磁頭253及其驅(qū)動裝置254、和磁頭的記錄再生信號處理裝置255。此處使用的磁頭是在磁頭浮動塊上形成的記錄再生分離型磁頭。單磁極型的記錄磁頭的磁道寬度為0.25μm，再生用的GMR磁頭的屏蔽間距為0.08μm、磁道寬度為0.22μm。將上述實施例3的介質(zhì)C組裝在磁存儲裝置中，在磁頭上浮量為10nm、線記錄密度為590KBPI、磁道密度為89KTPI的條件下，評價記錄再生特性時，在10-50℃的溫度范圍內(nèi)，可充分滿足面記錄密度為52.5Gb/in2的記錄再生特性標準的要求。實施例6以和實施例5的磁記錄裝置相同的構(gòu)成，在使用了利用了隧道磁阻效應作再生磁頭的高靈敏度元件的磁存儲裝置中，組裝實施例3的介質(zhì)C，在磁頭上浮量為10nm、線記錄密度為674KBPI、磁道密度89KTPI的條件下進行記錄再生評價時，在10-50℃的測定范圍內(nèi)，可充分滿足面記錄密度為60Gb/in2的錄再生特性標準的要求。在該評價中使用的利用了磁隧道效應的高靈敏度元件，如圖26所示，具有眾所周知的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有上部磁極(upper electrode)261、反強磁性層(antiferromagnetic layer)262、磁化固定層(pinned layer)263、絕緣層(insulating layer)264、磁化自由層(free layer)265和下部磁極(lower electrode)266。
通過以上說明可以清楚，根據(jù)本發(fā)明的垂直磁記錄介質(zhì)及其制造方法，在通過軟磁性底層在底板上形成垂直記錄層的垂直磁記錄介質(zhì)中，其構(gòu)成含有利用非磁性層使軟磁性底層形成特理分離的數(shù)層軟磁性層，該軟磁性層由納諾結(jié)晶構(gòu)成，通過非磁性層鄰接的軟磁性層的層間發(fā)揮作用的靜磁相互作用，形成局部的磁化閉環(huán)，可抑制住泄漏磁通，所以能抑制尖峰脈沖噪音，同時也能抑制再生信號的調(diào)制。因此，根據(jù)本發(fā)明的垂直磁記錄介質(zhì)及其制造方法，可以每1平方英寸50吉比特以上的記錄密度，實現(xiàn)具有高介質(zhì)S/N的垂直磁記錄介質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的磁存儲裝置，通過具有上述構(gòu)成的垂直磁記錄介質(zhì)，可以每1平方英寸50吉比特以上的記錄密度，實現(xiàn)誤差率低的、可靠性優(yōu)良的磁存儲裝置。
權(quán)利要求
1.一種垂直磁性記錄介質(zhì)，通過軟磁性底層(soft magnetic underlayer)在底板(substrate)上形成垂直記錄層(perpendicular recording layer)的垂直磁記錄介質(zhì)中，其特征是從上述垂直磁記錄介質(zhì)的斷面的法線方向上，向該斷面入射電子線(electron beam)，在觀察的透過電子顯微鏡(transmission electronmicroscopy)像中，確認有由納諾結(jié)晶(nanocrystals)構(gòu)成的數(shù)層軟磁性層(soft magnetic layer)，和物理分離該軟磁性層的非磁性層(non-magneticlayer)，進而在上述透過電子顯微鏡像和同視野的電子線衍射圖案(electron diffraction pattern)中，確認有體心立方構(gòu)造(body-centeredcubic(bcc)structure)的110、200、211衍射環(huán)(diffraction rings)。
2.一種垂直磁記錄介質(zhì)，通過軟磁性底層在底板上形成垂直記錄層的垂直磁記錄介質(zhì)中，其特征是含有由非磁性層使上述軟磁性底層形成物理分離的數(shù)層軟磁性層，上述軟磁性層由結(jié)晶方位(crystallographic orientation)無定向(random)的納諾結(jié)晶構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的垂直磁記錄介質(zhì)，其特征是通過上述非磁性層鄰接的軟磁性層的層間形成局部的磁化閉環(huán))(local magneticloops)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的垂直磁記錄介質(zhì)，其特征是相對于試樣表面將X射線入射角度(X-ray incident angle)固定為2度，在測定的薄膜X射線衍射分布(thin-film X-ray diffraction profile)中，確認存在α-Fe的110、200、211衍射峰(diffraction peaks)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的垂直磁記錄介質(zhì)，其特征是所謂結(jié)晶方位無定向的納諾結(jié)晶，是指確認在從上述垂直磁記錄介質(zhì)斷面的法線方向上，向該斷面入射電子線，在測定的電子線衍射圖案中存在體心立方構(gòu)造的110、200、211衍射環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的垂直磁記錄介質(zhì)，其特征是上述納諾結(jié)晶的大小為5-15nm的粒狀結(jié)晶(granular crystals)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的垂直磁記錄介質(zhì)，其特征是上述非磁性層的厚度為1-3nm，上述軟磁性層的厚度為50-150nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的垂直磁記錄介質(zhì)，其特征是上述軟磁性層，作為第1元素含有Fe、作為第2元素含有C、作為第3元素含有Ta、Nb、Ti中至少一種元素(element)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的垂直磁記錄介質(zhì)，其特征是上述非磁性層是Ta薄膜，或含有Ta和Nb中至少一種的非晶質(zhì)合金(amorphous alloy)薄膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的垂直磁記錄介質(zhì)，其特征是上述非磁性層是不具有長程有序(long-range ordering)，但具有無規(guī)則的原子排列(disordered atom arrangement)形態(tài)的非晶質(zhì)金屬(amorphous metal)薄膜，或利用X射線衍射不顯示明顯峰的微結(jié)晶金屬(microcrystal metal)薄膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的垂直磁記錄介質(zhì)，其特征是上述非磁性層，在鄰接的軟磁性層之間具有靜磁相互作用發(fā)揮作用的厚度。
12.一種垂直磁記錄介質(zhì)，通過軟磁性底層在底板上形成垂直記錄層的垂直磁記錄介質(zhì)中，其特征是含有由非磁性層使上述軟磁性底層形成物理分離的數(shù)層軟磁性層，上述軟磁性層是由通過熱處理(annealing)析出(precipitated)的納諾結(jié)晶所構(gòu)成。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的垂直磁記錄介質(zhì)，其特征是上述非磁性層，在上述熱處理后，用作非磁性層，能抑制與上述軟磁性層的界面反應(interfacial reaction)，具有耐熱性。
全文摘要
本發(fā)明涉及垂直磁記錄介質(zhì)及其制造方法和磁存儲裝置，特別是關于每1平方英寸具有50吉比特以上面記錄密度的高介質(zhì)S/N的垂直磁記錄介質(zhì)及其制造方法，和組裝了該磁記錄介質(zhì)的磁存儲裝置。通過軟磁性底層在底板上形成垂直記錄層，其構(gòu)成含有利用非磁性層使軟磁性底層形成物理分離的數(shù)層軟磁性層，該軟磁性層由納諾結(jié)晶構(gòu)成，進一步在通過非磁性層鄰接的軟磁性層的層間形成局部的磁化閉環(huán)，可抑制住軟磁性底層引起的尖峰脈沖噪音和再生信號的調(diào)制。
文檔編號G11B5/667GK1467708SQ0310235
公開日2004年1月14日 申請日期2003年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月5日
發(fā)明者棚橋究, 菊川敦, 高橋由夫, 細江讓, 夫 申請人:株式會社日立制作所