專利名稱：納米孔、磁記錄介質(zhì)及它們的制造以及磁記錄裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可用于磁記錄介質(zhì)中的納米孔結(jié)構(gòu)，以及以低成本高效率制造該納米孔結(jié)構(gòu)的方法；適用于制造該納米孔結(jié)構(gòu)并能夠高效制造該納米孔結(jié)構(gòu)的壓模，以及制造該壓模的方法；具有大容量且能夠高速記錄的磁記錄介質(zhì)，可用于作為計算機、消費導(dǎo)向型視頻記錄器的外部存儲器而廣泛使用的硬盤設(shè)備中，以及以低成本高效率制造該磁記錄介質(zhì)的方法；以及使用該磁記錄介質(zhì)進(jìn)行垂直磁記錄的裝置和方法。
背景技術(shù)：
隨著信息技術(shù)工業(yè)的技術(shù)革新，需要提供具有大容量、可以高速記錄，并且能夠以低成本獲得的磁記錄介質(zhì)，并且由此增加這種磁記錄介質(zhì)中的記錄密度。人們試圖通過在介質(zhì)中連續(xù)磁性膜上水平地記錄信息來增加磁記錄介質(zhì)的記錄密度。然而，這種技術(shù)幾乎達(dá)到其極限。如果構(gòu)成連續(xù)磁性膜的磁性粒子的晶粒具有大尺寸，則會形成復(fù)雜的磁疇結(jié)構(gòu)，由此增加噪聲。相反，如果為避免增加噪聲，磁性粒子的晶粒具有小尺寸，則由于熱波動，磁化隨著時間減少，因此引起誤差。另外，用于記錄的消磁場隨著磁記錄介質(zhì)的記錄密度增加而相應(yīng)地增加。因此，磁記錄介質(zhì)必須具有提高的矯頑力，并且由于記錄頭不充分的寫入能力而不具有足夠的重寫性能。
近來，對可以替代水平記錄系統(tǒng)的新型記錄系統(tǒng)進(jìn)行了集中研發(fā)。其中之一是使用圖案化磁記錄介質(zhì)的記錄系統(tǒng)，其中，介質(zhì)中的磁性膜不是連續(xù)膜而是例如納米級的點、條或柱的圖案，并且由此構(gòu)成單疇結(jié)構(gòu)(singledomain structure)而不是復(fù)雜的磁疇結(jié)構(gòu)(例如，S.Y.Chou Proc.IEEE85(4)，652(1997))。另一種是垂直記錄系統(tǒng)，其中，記錄消磁場更小，并且能夠以比水平記錄系統(tǒng)中更高的密度來記錄信息，記錄層可具有略大的厚度，并且記錄磁化強度耐熱波動(例如，日本專利申請公開(JP-A)No.06-180834)。在垂直記錄系統(tǒng)上，JP-A No.52-134706提出了軟磁膜和垂直磁化膜的結(jié)合使用。然而，這項技術(shù)在使用單極頭(single pole head)時寫能力不夠。為避這一問題，JP-A No.2001-283419提出了進(jìn)一步包括軟磁底層的磁記錄介質(zhì)。圖1示出了按照垂直記錄系統(tǒng)在磁記錄介質(zhì)上進(jìn)行的這種磁記錄。垂直記錄系統(tǒng)的讀-寫頭(單極頭)100具有面向該磁記錄介質(zhì)的記錄層30的主極102。該磁記錄介質(zhì)包括依次設(shè)置的襯底、軟磁層10、中間層(非磁層)20以及記錄層(垂直磁化膜)30。讀-寫頭(單極頭)100的主極102提供朝向記錄層(垂直磁化膜)30的高磁通密度的記錄磁場。記錄磁場從記錄層(垂直磁化膜)30經(jīng)由軟磁層10流向讀-寫頭100的后半部分104，以形成磁路。后半部分104具有面向記錄層(垂直磁化膜)30且具有較大尺寸的部分，并且因此其磁化不會影響記錄層(垂直磁化膜)30。磁記錄介質(zhì)中的軟磁層10也具有與讀-寫頭(單極頭)100相同的功能。
然而，軟磁層10不僅聚焦讀-寫頭(單極頭)100提供的記錄磁場，而且聚焦從環(huán)境泄漏到記錄層(垂直磁化膜)30的懸浮磁場(floating magneticfield)，從而將其磁化，由此引起記錄時噪聲增加。圖案化磁性膜需要復(fù)雜的圖案化工藝，由此成本很高。在具有軟磁底層的磁記錄介質(zhì)中，在磁記錄時必須將軟磁底層設(shè)置距離單極頭很近的距離處。否則，從讀-寫頭(單極頭)100延伸到軟磁底層40的磁通量隨兩個元件之間的距離增加而發(fā)散，從而在軟磁層10(圖2A)上設(shè)置的記錄層(垂直磁化膜)30下部中，在變寬的磁場中以更多位數(shù)記錄信息。在這種情況下，讀-寫頭(單極頭)100必須提供增加的寫電流。另外，如果在記錄多位(large bit)之后記錄少位(small bit)，則多位的大部分仍未被擦除，由此使重寫性能惡化。
例如，在JP-A No.2002-175621中提出了根據(jù)垂直記錄系統(tǒng)和使用圖案化介質(zhì)的記錄系統(tǒng)的一種磁記錄介質(zhì)。這種類型的磁記錄介質(zhì)包括充入陽極氧化鋁孔的磁性金屬，根據(jù)使用圖案化磁記錄介質(zhì)的垂直磁記錄系統(tǒng)將信息記錄在其上。更具體地，該磁記錄介質(zhì)包括依次設(shè)置的襯底110、下電極層(underlying electrode layer)120和陽極氧化鋁孔層130(氧化鋁層)(圖3)。陽極氧化鋁孔層130(氧化鋁層)包括規(guī)則排列的多個氧化鋁孔，并且所述氧化鋁孔填充有鐵磁金屬以形成鐵磁層140。
然而，陽極氧化鋁孔層130(氧化鋁層)必須具有超過500nm的厚度，以在其中形成規(guī)則排列的氧化鋁孔，并且其中即使提供軟磁底層，也不能高密度記錄信息。為解決這個問題，嘗試了拋光陽極氧化鋁孔層130(氧化鋁層)以減少其厚度。然而，拋光較困難并需要很長時間進(jìn)行，因此，引起更高的成本并使產(chǎn)品質(zhì)量惡化。事實上，要想在1500kBPI的線性記錄密度磁性記錄信息以實現(xiàn)1Tb/in2的記錄密度，單極頭和軟磁底層之間的距離必須減少至約25nm，并且陽極氧化鋁孔層130(氧化鋁層)的厚度必須減少至約20nm。將陽極氧化鋁孔層130(鋁層)拋光至這個厚度需要花費很多時間和精力。
在包括填充有磁性材料的陽極氧化鋁孔的磁記錄介質(zhì)中，陽極氧化孔以高深寬比，沿垂直于露出表面的方向上延伸。這種介質(zhì)在垂直方向上易被磁化，且關(guān)于磁性材料在尺寸上為各向異性，并且耐熱波動。該陽極氧化鋁孔一般以自組織(self-orgnaizing)方式生長，以形成六角密堆積的蜂窩狀網(wǎng)格，并能夠以比用光刻技術(shù)一個接一個形成這種孔更低的成本來生產(chǎn)。
然而，該陽極氧化鋁孔典型以六角密堆積網(wǎng)格二維伸展，且相鄰行的位排列緊密，而沒有間隔或空隙。這是磁記錄中的嚴(yán)重缺陷。具體地講，在圖案化介質(zhì)中，在一個點中記錄一位是理想的。然而，這些點不僅在線性方向(圓周方向)而且在徑向上均以相同的間隔排列，因此引起相鄰軌道中的互寫(crosswrite)和互擾(crosstalk)。參見圖4A和圖4B，幾個到幾十個或更多個點61應(yīng)構(gòu)成圖4B中的一位63，但即使在這種情況下，仍會發(fā)生互寫和互擾(61點；62氧化鋁；63一位區(qū)域；64下電極層；65底層；66襯底)。因此需要提供一種包括陽極氧化鋁孔的磁記錄介質(zhì)，該陽極氧化鋁孔填充有磁性材料，并被非磁性區(qū)域以行為單位隔開。
一種圖案化介質(zhì)包括襯底，在襯底上突出和凹入部分；其中圖案沿著凹入部分(凹槽)形成(JP-A No.2003-109333以及JP-A No.2003-157503)。在這些介質(zhì)中，成塊共聚物(block copolymer)或微小粒子以自組織方式二維伸展，并且利用二維圖案在該凹槽中充入或埋入磁性材料。然而，這項技術(shù)仍不能實現(xiàn)在一條軌道中排列成行的孔。該出版物也參考一種技術(shù)，該技術(shù)是在凹入部分形成鋁制成的帶狀結(jié)構(gòu)并且陽極氧化帶狀結(jié)構(gòu)，從而以自組織方式形成微納米孔陣列。然而，此技術(shù)仍然未能提供在一條軌道中排列成行的陽極氧化鋁孔。
例如，在JP-A No.2002-298448提出了這種圖案化介質(zhì)，其中通過電子束光刻或近場光刻在直線上形成磁性材料的圖案。在理論上，按照此技術(shù)使用圖案校準(zhǔn)器可以在一條軌道中沿一條直線排列點。然而，此技術(shù)要求后續(xù)工序如蝕刻和離子研磨(ion milling)，以在形成圖案后形成磁性點。另外，可使用的磁性材料由于其為了垂直記錄必須在垂直方向上呈現(xiàn)出各向異性而受到限制，因此又引起額外的工序如熱處理并且增加了成本。當(dāng)圖案是納米級的小尺寸時，在整個介質(zhì)上形成點圖案需要花費很長時間，由此降低產(chǎn)量，導(dǎo)致成本增加。在這種花費很長時間的圖案化步驟中，電子束或近場光的強度和焦點不能充分維持穩(wěn)定。這種不穩(wěn)定性導(dǎo)致一些缺陷，由此降低產(chǎn)量并增加了成本。
因而，本發(fā)明的目的是解決傳統(tǒng)技術(shù)的上述問題，并提供一種在磁記錄介質(zhì)、DNA芯片、催化劑載流子以及其他應(yīng)用中有用的納米孔結(jié)構(gòu)，以及以低成本高效率制造該納米孔結(jié)構(gòu)的方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種適用于制造該納米孔結(jié)構(gòu)并允許高效率制造該納米孔結(jié)構(gòu)的壓模，以及制造該壓模的方法。本發(fā)明的又一目的是提供磁記錄介質(zhì)，可用于作為計算機、消費導(dǎo)向型視頻記錄器的外部存儲器而廣泛使用的硬盤設(shè)備中，以及能夠以高密度及高速度記錄信息，且具有高存儲容量，而不會增加磁頭的寫入電流，呈現(xiàn)出令人滿意且均勻的特性例如重寫特性，并且可以避免互相干擾及互寫，并具有非常高的質(zhì)量。本發(fā)明的又一目的是提供以低成本高效率地制造該磁記錄介質(zhì)的方法。此外，本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供使用該磁記錄介質(zhì)進(jìn)行垂直磁記錄的裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容
具體地，在第一方案中，本發(fā)明提供一種納米孔結(jié)構(gòu)，包括金屬矩陣；以及納米孔，規(guī)則排列在該金屬矩陣中，其中，該納米孔以行為單位隔開特定間隔，以構(gòu)成納米孔行。通過充入至少一種磁性材料到該納米孔中，該納米孔結(jié)構(gòu)可以用作例如硬盤設(shè)備中使用的磁記錄介質(zhì)；通過充入DNA到該納米孔中，該納米孔結(jié)構(gòu)可以用作DNA芯片；通過充入抗體到該納米孔中，該納米孔結(jié)構(gòu)可以用作蛋白質(zhì)檢測設(shè)備或診斷設(shè)備；通過充入典型地用于形成碳納米管的催化劑金屬到該納米孔中，該納米孔結(jié)構(gòu)可以用作形成碳納米管管或場發(fā)射器件的襯底。
在第二個方案中，本發(fā)明也提供一種制造根據(jù)本發(fā)明的第一方案的納米孔結(jié)構(gòu)的方法，包括在金屬矩陣上形成多孔層，以具有40nm厚或更厚；去除該多孔層，由此形成該多孔層的跡線；以及在該多孔層的跡線上形成多孔層，其中，該多孔層包括納米孔，每個納米孔在基本上與該金屬矩陣垂直的方向上延伸，以及其中，該多孔層的跡線包括規(guī)則排列的凹入部分，以及其中，該凹入部分以行為單位隔開特定間隔，以構(gòu)成凹入部分行。
在制造這種納米孔結(jié)構(gòu)的方法中，當(dāng)多孔層包括納米孔時，在基本上與該金屬矩陣垂直的方向上延伸的每個納米孔形成在該金屬矩陣上，以具有40nm厚或更厚，然后去除該多孔層，在去除之后，該納米孔作為該多孔層的跡線保留在金屬矩陣上。由于納米孔以相對于金屬矩陣的凹入部分形式存在，可以得到包括規(guī)則排列的凹入部分的該多孔層的跡線，其中，該凹入部分以行為單位隔開特定間隔，以構(gòu)成凹入部分行。接下來，當(dāng)該凹入部分用作形成納米孔的開始處或開始點時(其起到形成納米孔的開始處或開始點的作用)，以及當(dāng)在包括凹入部分的多孔層跡線上再次形成多孔層時，可以很容易和高效率地制造包括規(guī)則排列的納米孔的納米孔結(jié)構(gòu)，其中，納米孔以行為單位隔開特定間隔，以構(gòu)成納米孔行。
在第三方案中，本發(fā)明進(jìn)一步提供一種磁記錄介質(zhì)，包括襯底；以及多孔層，設(shè)置在該襯底上并包括納米孔，在該多孔層與該襯底之間插入或不插入一個或多個層，每個納米孔在基本上垂直于襯底平面的方向上延伸并且其中包含至少一種磁性材料，其中，該多孔層是根據(jù)本發(fā)明第一方案的納米孔結(jié)構(gòu)。在此磁記錄介質(zhì)中，納米孔行隔開特定間隔，且每個納米孔行包括填充有磁性材料并規(guī)則排列的多個納米孔。因此，該磁記錄介質(zhì)能夠以高密度及高速度記錄信息，且具有高存儲容量，而不會增加磁頭的寫入電流，呈現(xiàn)出令人滿意且均勻的特性例如重寫特性，并且可以避免互相干擾及互寫，并具有非常高的質(zhì)量。該磁記錄介質(zhì)可用于例如硬盤設(shè)備中，其被廣泛用作計算機和消費導(dǎo)向視頻記錄器的外部存儲器。
在磁記錄介質(zhì)中，優(yōu)選每個納米孔包含從襯底起依次設(shè)置的軟磁層和鐵磁層，并且該鐵磁層的厚度等于或小于該軟磁層的厚度。在該磁記錄介質(zhì)中，鐵磁層被設(shè)置在多孔層中納米孔內(nèi)部的軟磁層上面或上方，并其厚度小于多孔層的厚度。當(dāng)在磁記錄介質(zhì)上使用單極頭進(jìn)行磁記錄時，在單極頭與軟磁層之間的距離小于多孔層的厚度，并基本上等于鐵磁層的厚度。因此，通過控制鐵磁層的厚度，而不需考慮多孔層的厚度，就能夠控制來自單極頭的磁通量的會聚、以一定記錄密度進(jìn)行磁記錄和復(fù)制的優(yōu)選特性。如圖2B和5所示，來自單極頭(讀-寫頭)100的磁通量會聚在鐵磁層(垂直磁化膜)30。因此，與傳統(tǒng)類似物相比，磁記錄介質(zhì)呈現(xiàn)出顯著增加的寫入效率，需要減少的寫入電流，并具有顯著改善的重2寫特性。
在第四方案中，本發(fā)明還提供一種制造根據(jù)本發(fā)明第三方案的磁記錄介質(zhì)的方法，包括形成納米孔結(jié)構(gòu)的步驟；形成納米孔結(jié)構(gòu)的步驟包括在襯底上形成金屬層；以及處理該金屬層，由此形成在基本上垂直于該襯底平面的方向上延伸的納米孔，以由此形成作為多孔層的納米孔結(jié)構(gòu)，以及充入至少一種磁性材料到該納米孔中。充入磁性材料的步驟優(yōu)選包括以下步驟在納米孔中形成軟磁層；以及在該軟磁層上面或上方形成鐵磁層。
根據(jù)這種制造磁記錄介質(zhì)的方法，在襯底上形成金屬層，然后對其進(jìn)行納米孔形成處理，由此在形成納米孔結(jié)構(gòu)的步驟中形成在基本上垂直于該襯底平面的方向上延伸的多個納米孔。在充入磁性材料的步驟中，磁性材料被充入到該納米孔中。因此，可以以低成本高效率制造根據(jù)本發(fā)明第三方案的磁記錄介質(zhì)。當(dāng)充入該磁性材料的步驟包括在納米孔中形成軟磁層以及在該軟磁層上面或上方形成鐵磁層的步驟時，在形成軟磁層的步驟中，軟磁層形成在納米孔中。在形成鐵磁層步驟中，鐵磁層形成在該軟磁層上面或上方。
在第五方案中，本發(fā)明進(jìn)一步提供一種磁記錄裝置，包括根據(jù)本發(fā)明第三方案的磁記錄介質(zhì)和垂直磁記錄頭。在此磁記錄裝置中，使用垂直磁記錄頭將信息記錄在此磁記錄介質(zhì)上。該磁記錄裝置能夠以高密度及高速度記錄信息，且具有高存儲容量，而不會增加磁頭的寫入電流，呈現(xiàn)出令人滿意且均勻的特性例如重寫特性，并且可以避免互相干擾及互寫，并具有非常高的質(zhì)量。
在第五方案中，本發(fā)明額外并方便地提供一種磁記錄方法，其包括使用垂直磁記錄頭在根據(jù)本發(fā)明第三方案的磁記錄介質(zhì)上記錄信息的步驟。根據(jù)這種磁記錄方法，使用垂直磁記錄頭將信息記錄在磁記錄介質(zhì)上。因此，該磁記錄方法能夠以高密度及高速度記錄信息，且具有高存儲容量，而不會增加磁頭的寫入電流，呈現(xiàn)出令人滿意且均勻的特性例如重寫特性，并且可以避免互相干擾及互寫。當(dāng)磁記錄介質(zhì)是包括納米孔的磁記錄介質(zhì)時，各納米孔包含從襯底起依次設(shè)置的軟磁層和鐵磁層，并且鐵磁層的厚度等于或小于軟磁層的厚度，使用垂直磁記錄頭例如單極頭在磁記錄介質(zhì)上進(jìn)行磁記錄，且在垂直磁記錄頭與軟磁層之間的距離小于多孔層的厚度，而基本上等于鐵磁層的厚度。因此，通過控制鐵磁層的厚度，，而不需考慮多孔層的厚度，就能夠控制來自垂直磁記錄頭的磁通量的會聚以及以一定記錄密度進(jìn)行磁記錄和復(fù)制的優(yōu)選特性。如圖2B和5所示，來自垂直磁記錄頭(單極頭)100的磁通量會聚在鐵磁層(垂直磁化膜)30。結(jié)果，與傳統(tǒng)類似物相比，磁記錄介質(zhì)呈現(xiàn)出顯著增加的寫入效率，需要減少的寫入電流，并具有顯著改善的重寫特性。
本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點從以下參照附圖對優(yōu)選實施例的描述將變得更為明顯。


圖1為按照垂直磁記錄系統(tǒng)的磁記錄的示意圖。
圖2A為在垂直磁記錄中磁通量的發(fā)散的示意圖。
圖2B為在垂直磁記錄中磁通量的會聚的示意圖。
圖3為磁記錄介質(zhì)的示意圖，該磁記錄介質(zhì)是圖案化介質(zhì)，在陽極氧化鋁孔中包括磁性金屬，并允許垂直記錄。
圖4A和4B分別為磁記錄介質(zhì)的示意圖及其沿線B-B’的截面圖，該磁記錄介質(zhì)包括充入二維伸展的陽極氧化鋁孔的磁性金屬。
圖5為使用單極頭在磁記錄介質(zhì)上進(jìn)行垂直磁記錄的局部截面圖。
圖6A為在從模具壓印轉(zhuǎn)移后的鋁層表面的掃描電子顯微圖。
圖6B為在陽極氧化以形成納米孔行之后圖6A的鋁層表面的掃描電子顯微圖。
圖7為通過刻劃鋁層并陽極氧化刻劃后的鋁層所形成的納米孔行的掃描電子顯微圖。
圖8為通過刻劃鋁層然后陽極氧化刻劃后的鋁層所形成的納米孔行的另一掃描電子顯微圖。
圖9A至9F為制造作為本發(fā)明實施例的磁記錄介質(zhì)的方法的示意10為作為本發(fā)明實施例的磁記錄介質(zhì)的示意11為在該磁記錄介質(zhì)中納米孔行的示意12A和12B分別為在形成納米孔行(它們以特定間隔分離或隔開)之前和之后的磁記錄介質(zhì)的示意圖。
圖13A和13B分別為在形成納米孔行(每個以特定間隔變化的寬度)之前和之后的磁記錄介質(zhì)的示意圖。
圖14為借助頻譜分析儀讀取波形的頻率分析的曲線圖。
圖15為由在讀取時脫軌(off-tracking)所確定的信號振幅的曲線圖。
圖16為根據(jù)本發(fā)明的磁記錄介質(zhì)和傳統(tǒng)的磁記錄介質(zhì)的信噪比和重寫特性的曲線圖。
圖17A為根據(jù)本發(fā)明納米孔結(jié)構(gòu)的制造步驟的視圖(No.1)。
圖17B為根據(jù)本發(fā)明納米孔結(jié)構(gòu)的制造步驟的視圖(No.2)。
圖17C為在模具的壓印轉(zhuǎn)移(imprint transfer)后的鋁層表面的實例的示意圖。
圖17D為根據(jù)本發(fā)明納米孔結(jié)構(gòu)的制造步驟的視圖(No.3)。
圖17E為在陽極氧化后的鋁層表面的實例的示意圖。
圖18A為根據(jù)本發(fā)明納米孔結(jié)構(gòu)的制造步驟的視圖(No.4)。
圖18B為去除多孔層后鋁層表面的實例的示意圖。
圖18C為根據(jù)本發(fā)明納米孔結(jié)構(gòu)的制造步驟的視圖(No.5)。
圖18D為根據(jù)本發(fā)明納米孔結(jié)構(gòu)(排列的納米孔結(jié)構(gòu))表面的排列的納米孔實例的示意圖。
圖19A為通過直接印刷進(jìn)行的跡線轉(zhuǎn)移步驟的實例的示意圖。
圖19B為通過熱壓印進(jìn)行的跡線轉(zhuǎn)移步驟的實例的示意圖。
圖19C為通過光壓印進(jìn)行的跡線轉(zhuǎn)移步驟的實例的示意圖。
圖19D為在熱壓印和光壓印中剝?nèi)ゾ酆蠈拥牟襟E的示意圖。
圖19E為在熱壓印和光壓印中殘余物處理的示意圖。
圖19F在熱壓印和光壓印中蝕刻處理的示意圖。
圖20A為在陽極氧化后鋁層表面附近的實例的截面圖片。
圖20B為圖20A所示的圖片的X部分的放大圖片。
圖21A為在陽極氧化后鋁層表面上排列的納米孔實例的圖片。
圖21B為在陽極氧化后從鋁膜表面起200nm深處排列的納米孔的實例的圖片。
圖22為本發(fā)明納米孔結(jié)構(gòu)(排列的納米孔結(jié)構(gòu))表面的排列的納米孔實例的示意圖。
圖23A為制造本發(fā)明的磁記錄介質(zhì)的方法的納米孔結(jié)構(gòu)形成步驟的實例的示意圖。
圖23B為由納米孔結(jié)構(gòu)形成步驟得到的納米孔結(jié)構(gòu)表面的排列的納米孔實例的示意圖。
圖23C為制造本發(fā)明的磁記錄介質(zhì)的方法的磁性材料充入步驟的實例的示意圖。
圖23D為制造本發(fā)明的磁記錄介質(zhì)的方法的拋光步驟的實例的示意圖。
圖23E為在拋光步驟后納米孔結(jié)構(gòu)表面的實例的示意圖。
圖24A為在拋光步驟前納米孔結(jié)構(gòu)表面的實例的示意圖。
圖24B為在拋光步驟后納米孔結(jié)構(gòu)表面的實例的示意圖。
圖25A為本發(fā)明磁記錄介質(zhì)(磁盤測試樣品J)結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖25B為圖25A所示的磁記錄介質(zhì)的排列的納米孔結(jié)構(gòu)表面的實例的示意圖。
圖26為本發(fā)明磁記錄介質(zhì)(磁盤測試樣品J和A)的磁通量強度變化的曲線圖。
圖27A為本發(fā)明壓模的制造步驟的視圖(No.1)。
圖27B為本發(fā)明壓模的制造步驟的視圖(No.2)。
圖27C為本發(fā)明壓模的制造步驟的視圖(No.3)(示出本發(fā)明的光敏聚合物實例的示意圖)。
圖27D為本發(fā)明壓模的制造步驟的視圖(No.4)。
圖27E為本發(fā)明壓模的制造步驟的視圖(No.5)。
圖27F為本發(fā)明壓模的制造步驟的視圖(No.6)。
圖27G為本發(fā)明壓模的制造步驟的視圖(No.7)。
具體實施例方式
納米孔結(jié)構(gòu)根據(jù)本發(fā)明的納米孔結(jié)構(gòu)不受具體限制，只要它包括金屬矩陣和在該金屬矩陣中規(guī)則排列的多個納米孔，其中所述納米孔以行為單位隔開特定間隔，以構(gòu)成納米孔行，并且根據(jù)目的選擇其材料、形狀、結(jié)構(gòu)、尺寸以及其他參數(shù)。
用于金屬矩陣的材料可以是符合目的所選擇的任何適當(dāng)材料，例如元素金屬以及氧化物、氮化物以及這些金屬的合金。在這些材料中，優(yōu)選氧化鋁(鋁氧化物)、鋁、玻璃和硅。
納米孔結(jié)構(gòu)可以是符合目的所選擇的任何適當(dāng)?shù)男螤?，其中，?yōu)選為平板或圓盤形。優(yōu)選的，當(dāng)納米孔結(jié)構(gòu)用在磁記錄介質(zhì)如硬盤時，典型為圓盤形。
當(dāng)納米孔結(jié)構(gòu)為平板形或圓盤形時，納米孔(微小孔)排列為在基本上垂直于平板或圓盤的自由表面(平面)的方向上延伸。
納米孔可以是穿透納米孔結(jié)構(gòu)的通孔或者不穿透納米孔結(jié)構(gòu)的坑或凹入部分。例如，當(dāng)在磁記錄介質(zhì)中使用納米孔結(jié)構(gòu)時，納米孔優(yōu)選是穿透納米孔結(jié)構(gòu)的通孔。
納米孔結(jié)構(gòu)可以是符合目的任何適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)并且可以是例如單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。
納米孔結(jié)構(gòu)可以是符合目的所設(shè)定的任何適當(dāng)?shù)某叽?。例如，?dāng)其用于磁記錄介質(zhì)例如硬盤時，其優(yōu)選具有對應(yīng)于常規(guī)硬盤尺寸的尺寸。當(dāng)其用作DNA芯片時，其優(yōu)選具有對應(yīng)于常規(guī)DNA芯片的尺寸。當(dāng)其用作用于場發(fā)射器件的催化劑襯底例如碳納米管時，其優(yōu)選具有對應(yīng)于場發(fā)射器件的尺寸。
納米孔行可以排列成符合目的的任何適當(dāng)?shù)年嚵?。例如，?dāng)納米孔結(jié)構(gòu)用作DNA芯片時，其優(yōu)選平行排列，以在一個方向上延伸。當(dāng)納米孔結(jié)構(gòu)用于磁記錄介質(zhì)例如硬盤或視頻盤中時，其優(yōu)選同心或螺旋排列。更具體地，在用于硬盤時，優(yōu)選同心排列，而在用于視頻盤時，優(yōu)選螺旋排列。
在納米孔結(jié)構(gòu)用于磁記錄介質(zhì)例如硬盤的情況下，相鄰納米孔行中的納米孔優(yōu)選沿徑向排列。所得到的磁記錄介質(zhì)能夠以高密度及高速度記錄信息，且具有高存儲容量，而不會增加磁頭的寫入電流，呈現(xiàn)出令人滿意且均勻的特性例如重寫特性，并且可以避免互擾及互寫，并具有高質(zhì)量。
相鄰納米孔行之間的間隔可以為任何適當(dāng)?shù)拈g隔。當(dāng)納米孔結(jié)構(gòu)用于磁記錄介質(zhì)例如硬盤時，該間隔優(yōu)選為從5nm到500nm，更優(yōu)選為從10nm到200nm。
如果間隔小于5nm，則很難形成納米孔。如果超過500nm，很難規(guī)則排列納米孔。
相鄰納米孔行之間的間隔與納米孔行的寬度之比可以是任何適當(dāng)?shù)谋?，并且?yōu)選為從1.1到1.9，更優(yōu)選為從1.2到1.8。
小于0.1的比(間隔/寬度)可能引起相鄰納米孔熔合而不能提供分離的納米孔。超過1.9的比則可能引起除陽極氧化的凹入部分行之外的額外部分中形成納米孔。
納米孔行各具有任何適當(dāng)?shù)膶挾?。?dāng)納米孔結(jié)構(gòu)用于磁記錄介質(zhì)如硬盤時，寬度優(yōu)選為從5nm到450nm，更優(yōu)選為從8nm到200nm。
如果納米孔行寬度小于5nm，則將很難形成納米孔。如果其超過450nm，則很難規(guī)則排列納米孔。
各納米孔行的寬度可以是常數(shù)，或者可以在納米孔行的縱向方向上在特定周期內(nèi)以特定間隔變化。在后一種情況下，在具有更大寬度的納米孔行部分中可以容易地形成納米孔(圖13A和圖13B)。
納米孔可以具有任何適當(dāng)?shù)拈_口直徑。當(dāng)納米孔結(jié)構(gòu)用于磁記錄介質(zhì)如硬盤時，開口直徑優(yōu)選為使鐵磁層變?yōu)閱萎牻Y(jié)構(gòu)，并且開口直徑優(yōu)選為200nm或更少，更優(yōu)選為5到100nm。
如果納米孔具有直徑超過200nm的開口，就不能得到具有單疇結(jié)構(gòu)的磁記錄介質(zhì)。
納米孔可以具有任何適當(dāng)?shù)纳顚挶?，即開口的深度與直徑的比。對于空間上更高的各向異性和磁記錄介質(zhì)更高的矯頑力，優(yōu)選為高深寬比。當(dāng)納米孔結(jié)構(gòu)用于磁記錄介質(zhì)如硬盤時，深寬比優(yōu)選為2或更大，更優(yōu)選為3到15。
小于2的深寬比可能引起磁記錄介質(zhì)的矯頑力不夠。
相鄰納米孔之間間隔的變化系數(shù)可以是任何適當(dāng)值。優(yōu)選較小的變化系數(shù)。當(dāng)納米孔結(jié)構(gòu)用于磁記錄介質(zhì)如硬盤時，變化系數(shù)優(yōu)選為10％或更小，更優(yōu)選為5％或更小，尤其是0％。
如果變化系數(shù)超過10％，則來自每個孤立磁性材料的磁信號脈沖的周期減少，引起信噪比的惡化。
變化系數(shù)代表測量值不同于平均值的程度。例如，通過測量納米孔行中相鄰納米孔開口的中心到中心距離并根據(jù)以下公式計算，可以得到變化系數(shù)CV(％)＝σ/<X>×100其中，CV是變化系數(shù)；σ是標(biāo)準(zhǔn)偏差，以及<X>是平均值。
納米孔結(jié)構(gòu)可以具有符合目的的任何適當(dāng)?shù)暮穸?。?dāng)納米孔結(jié)構(gòu)用于磁記錄介質(zhì)如硬盤時，該厚度優(yōu)選為500nm或更小，更優(yōu)選為300nm或更小，典型優(yōu)選為從20到200nm。
如果具有超過500nm厚的納米孔結(jié)構(gòu)用于磁記錄介質(zhì)如硬盤時，即使磁記錄介質(zhì)進(jìn)一步包括軟磁底層，也不能以高密度在其上記錄信息。因此，必須拋光納米孔結(jié)構(gòu)以減少其厚度，從而磁記錄介質(zhì)的制造需要花很長時間，引起更高的成本并導(dǎo)致質(zhì)量惡化。
可以通過符合傳統(tǒng)工藝的任何適當(dāng)方法制備納米孔結(jié)構(gòu)。例如，通過濺射或氣相沉積形成一層金屬材料并陽極氧化金屬層形成納米孔，來制備納米孔結(jié)構(gòu)，但優(yōu)選通過下文提到的根據(jù)本發(fā)明制造納米孔結(jié)構(gòu)的方法來制備納米孔結(jié)構(gòu)。
在陽極氧化前，優(yōu)選在金屬矩陣上形成用于形成納米孔行的凹入部分行。因此，作為陽極氧化的結(jié)果，可以在凹入部分行上有效地形成納米孔。
凹入部分行在垂直于縱向的方向上可以具有任何適當(dāng)?shù)慕孛嫘螤?，如矩形，V-形或半圓形。
凹入部分行可以通過符合目的的任何適當(dāng)方法形成。這些方法實例是方法(1)，模具(模板)被壓印并轉(zhuǎn)移到例如由氧化鋁或鋁制成的金屬層，其中模具表面上具有包括凸出部分行(line)的行-間距(line and space)圖案，從而形成包括以特定間隔交替排列的凹入部分行和間距的行-間距圖案，其中，當(dāng)納米孔結(jié)構(gòu)用于磁記錄介質(zhì)時，該凸出部分優(yōu)選同心或螺旋排列；方法(2)在金屬層上形成樹脂層或光致抗蝕劑層，然后通過常規(guī)感光(photo)步驟并使用模具的壓印方法將樹脂層或光致抗蝕劑層圖案化，再進(jìn)行蝕刻以在金屬層表面上形成凹入部分行；以及方法(3)，在金屬層上直接形成凹槽(凹入部分行)。
例如，通過改變模具中凸出部分行的寬度或改變凹入部分行(在其縱向上以特定間隔形成于光致抗蝕劑層中)圖案的寬度，各納米孔行的寬度可以在其縱向方向上以特定間隔(規(guī)則間隔)改變。因此，使用該納米孔結(jié)構(gòu)的磁記錄介質(zhì)允許高密度記錄并減少抖動(jitter)。
模具可以是符合目的的任何一種模具，但從半導(dǎo)體領(lǐng)域中被最廣泛用作制造微小結(jié)構(gòu)的材料的觀點來看，優(yōu)選是硅、二氧化硅膜及其組合，并優(yōu)選金剛砂襯底以及Ni壓模，其被用于光盤成型中，以在連續(xù)使用中具有高耐用性。模具可以多次使用。壓印轉(zhuǎn)移可以是按照符合目的的任何傳統(tǒng)工藝來進(jìn)行。用于光致抗蝕劑層的抗蝕材料不僅包括光致抗蝕劑材料，而且包括電子束抗蝕材料。用在這里的光致抗蝕劑材料可以是半導(dǎo)體領(lǐng)域中公知的任何適當(dāng)材料，如對近紫外線或近場光敏感的材料。
陽極氧化可以任何適當(dāng)?shù)碾妷哼M(jìn)行，但是優(yōu)選以滿足以下公式的電壓進(jìn)行V＝I/A，其中V是陽極氧化的電壓，I是相鄰納米孔行之間的間隔(nm)；以及A是1.0到4.0的常數(shù)(nm/V)。
當(dāng)以滿足上述公式的電壓進(jìn)行陽極氧化時，有利于在凹入部分行中納米孔排列成行并被隔開。
陽極氧化可以在任何適當(dāng)?shù)臈l件下進(jìn)行，這些條件包括電解液的類型、濃度和溫度，以及陽極氧化的時間周期，上述條件是根據(jù)目標(biāo)納米孔的數(shù)目、尺寸、深寬比而設(shè)置的。例如，電解液在相鄰納米孔行的間隔(間距)為150nm到500nm時優(yōu)選為稀釋磷酸溶液，在80nm到200nm的間距時優(yōu)選為稀釋草酸溶液；在10nm到150nm的間距時優(yōu)選為稀釋硫酸溶液。在任何情況下，通過將陽極氧化的金屬層浸入例如磷酸溶液以增加納米孔例如氧化鋁孔的直徑，來控制納米孔的深寬比。
根據(jù)本發(fā)明的納米孔結(jié)構(gòu)可用于磁記錄介質(zhì)例如硬盤，其被廣泛用作計算機、消費導(dǎo)向型視頻記錄器的外部存儲器，以及可用于DNA芯片和催化劑襯底中。
制造納米孔結(jié)構(gòu)的方法本發(fā)明制造納米孔結(jié)構(gòu)的方法是制造本發(fā)明的納米孔結(jié)構(gòu)的方法，包括多孔層形成步驟和多孔層去除步驟，按這樣的順序多孔層形成步驟(以下稱為“第一多孔層形成步驟”)，多孔層去除步驟和多孔層形成步驟(以下稱為“第二多孔層形成步驟”)，并且如果需要還可包括一個或多個其他步驟。
多孔層形成步驟多孔層形成步驟是用于在金屬矩陣(其中形成有多個孔，這些孔沿基本垂直于金屬矩陣的方向延伸)上形成多孔層的步驟，且包括第一多孔層形成步驟，其中，形成40nm或更厚的多孔層；和第一多孔層形成步驟，其中，在下文提到的多孔層去除步驟后，在所得到的多孔層的跡線上形成多孔層。
金屬矩陣、納米孔等的細(xì)節(jié)已經(jīng)在上文中描述。
在第一多孔層形成步驟中，要求納米孔具有40nm厚或更厚，優(yōu)選40nm到1μm厚，而在第二多孔層形成步驟中，該厚度可以是符合目的的任何厚度，例如優(yōu)選為500nm或更小，更優(yōu)選為從5到200nm。
在第一多孔層形成步驟中，如果納米孔具有40nm厚或更厚，則在后面提到的多孔層去除步驟中，可以得到規(guī)則排列的多孔層凹入部分的跡線，在這里，凹入部分以行為單位以特定間隔形成，而構(gòu)成凹入部分行。在該多孔層中，在該多孔層形成開始時，納米孔(氧化鋁孔)以雜亂狀態(tài)排列，但在多孔層形成步驟時，納米孔(氧化鋁孔)以規(guī)則狀態(tài)排列。因此，在多孔層表面附近產(chǎn)生多余的氧化鋁孔(從最上表面起小于40nm)，導(dǎo)致排列的氧化鋁孔的不規(guī)則間隔，而在從多孔層最上表面起40nm深或更深處，不產(chǎn)生多余的氧化鋁孔，而氧化鋁孔規(guī)則排列且以行為單位以特定間隔隔開而構(gòu)成氧化鋁孔行。因此，該跡線(通過形成40nm厚或更厚的多孔層，然后去除該多孔層得到)具有規(guī)則排列的微小凹入部分。通過使用該跡線(其起到形成納米孔的起始處或起始點的作用)作為形成納米孔的起始處或起始點進(jìn)行第二多孔層形成步驟，形成包括規(guī)則排列的納米孔的納米孔結(jié)構(gòu)，其中，納米孔以行為單位以特定間隔形成，而構(gòu)成納米孔行(以下稱為“排列的納米孔結(jié)構(gòu))。
另一方面，如果納米孔具有1μm厚或更厚，則六角密堆積結(jié)構(gòu)重新排列出現(xiàn)，而得不到理想的納米孔陣列。
在第二多孔層形成步驟中，如果多孔層的厚度超過500nm，會導(dǎo)致某些問題。例如，當(dāng)納米孔結(jié)構(gòu)用于磁記錄介質(zhì)如硬盤時，這會阻礙將磁性材料令人滿意地充入到納米孔中。
多孔層可以通過符合目的的任何適當(dāng)方法形成。優(yōu)選在通過濺射或氣相沉積形成一層金屬材料之后，通過陽極氧化形成該多孔層。
在陽極氧化前，優(yōu)選在金屬矩陣上形成用于形成納米孔行的凹入部分行。因此，作為陽極氧化的結(jié)果，可以在凹入部分行上高效形成納米孔。
另外，凹入部分行優(yōu)選沿縱向以特定間隔劃分。因此，使用納米孔結(jié)構(gòu)的磁記錄介質(zhì)能夠高密度記錄，并減少抖動。
陽極氧化的方法、形成凹入部分的方法等已經(jīng)在上述對納米孔結(jié)構(gòu)的描述中詳細(xì)說明。
多孔層去除步驟多孔層去除步驟是去除由第一多孔層形成步驟形成的多孔層的步驟。通過進(jìn)行多孔層去除步驟，在金屬矩陣上得到多孔層的跡線。
多孔層的跡線至少包括在去除所形成的40nm厚或更厚的多孔層后保留在金屬矩陣上的納米孔。由于在多孔層的跡線上，納米孔規(guī)則排列并作為相對于金屬矩陣的凹入部分存在，因此微小的凹入部分規(guī)則排列并以行為單位以特定間隔存在，而構(gòu)成凹入部分行。以此方式，多孔層的跡線包括規(guī)則排列的微小凹入部分，該跡線可以適當(dāng)?shù)赜米餍纬杉{米孔的起始處或起始點(其起到形成納米孔的起始處或起始點的作用)。
多孔層可以用符合目的的任何適當(dāng)方法去除，且優(yōu)選為使用包含鉻和磷酸的溶液的蝕刻處理。在此情況下，當(dāng)鋁被用作金屬矩陣時，僅選擇去除由第一多孔層形成步驟所形成的多孔層(耐酸鋁孔)。
這里，將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明制造納米孔結(jié)構(gòu)的方法。如圖17A所示，開始，在用于磁盤的襯底200上形成軟磁底層(未示出)，且形成40nm厚或更厚的鋁膜，該襯底具有例如由濺射形成的平面。如圖17B所示，以10000到50000N/cm2(1到5噸/cm2)的壓強擠壓由高硬度材料例如Ni和SiC制成的納米圖案模具204，并將其轉(zhuǎn)移到鋁膜202，以形成如圖17C所示的凸出和凹入圖案。隨后，如圖17D所示，通過陽極氧化，形成40nm厚或更厚至100nm厚或更薄的多孔層(耐酸鋁孔)206，該多孔層206包括在基本垂直于襯底200的方向上延伸的多個納米孔(氧化鋁孔)。此時，如圖17E所示，在多孔層206表面上分散著多余的納米孔(多余的氧化鋁孔)207，引起排列的氧化鋁孔205的一些不規(guī)則間隔。這對應(yīng)于第一多孔層形成步驟。
接下來，如圖18A所示，使用包含鉻和磷酸的溶液進(jìn)行的蝕刻處理，且通過選擇性單獨去除多孔層206，形成包括多個微小凸出部分的多孔層208的跡線。此時，如圖18B所示，在多孔層208的跡線中，作為微小凸出部分的納米孔規(guī)則排列，且以行為單位以特定間隔形成，而構(gòu)成納米孔行。這對應(yīng)于多孔層去除步驟。
使用多孔層208的跡線的微小凸出部分(氧化鋁孔)205作為形成納米孔的起始處或點，通過陽極氧化，如圖18C所示，在2到500nm厚的多孔層208的跡線上形成納米孔結(jié)構(gòu)(多孔層或耐酸鋁孔)210。如圖18D所示，所得到的納米孔結(jié)構(gòu)210是包括被規(guī)則排列的納米孔(氧化鋁孔)205)的排列的納米孔結(jié)構(gòu)，其中，所述納米孔以行為單位以特定間隔形成而構(gòu)成納米孔行。這對應(yīng)于第二多孔層形成步驟。
根據(jù)本發(fā)明制造納米孔的方法，可以低成本高效率制造本發(fā)明的納米孔結(jié)構(gòu)。
壓模及其制造方法通過本發(fā)明制造壓模的方法獲得本發(fā)明的壓模。
本發(fā)明制造壓模的方法包括多孔層形成步驟、多孔層去除步驟和跡線轉(zhuǎn)移步驟，并且根據(jù)需要還可以包括適當(dāng)選擇的一個或更多其他步驟。
在下文中，通過描述本發(fā)明制造壓模的方法，可清楚本發(fā)明的壓模的詳細(xì)內(nèi)容。
在本發(fā)明制造壓模的方法中，多孔層形成步驟和多孔層去除步驟分別對應(yīng)于本發(fā)明制造納米孔結(jié)構(gòu)的方法中的第一多孔層形成步驟和多孔層去除步驟，并且上文中已經(jīng)對其細(xì)節(jié)進(jìn)行了描述。
跡線轉(zhuǎn)移步驟跡線轉(zhuǎn)移步驟是將由多孔層去除步驟得到的多孔層的跡線轉(zhuǎn)移到壓模形成材料的步驟。
該跡線是由多孔層去除步驟得到的多孔層的跡線，且包括規(guī)則排列的凹入部分，所述凹入部分以行為單位以特定間隔形成，而構(gòu)成凹入部分行。由于該跡線包括規(guī)則排列的微小凸出部分，該跡線可適當(dāng)?shù)赜米餍纬杉{米孔的起始處或點(其起到形成納米孔的起始處或點的作用)。
該壓模形成材料不受特殊限制且可以根據(jù)目的適當(dāng)選擇。其實例包括感光(photo-setting)聚合物、Ni、SiC、SiO2等。這些材料可以單獨使用，或者結(jié)合使用兩種或更多中。從具有用于連續(xù)使用的高耐用性角度來看優(yōu)選Ni，并且使用厚板從一個原版(master)可容易地制造多個復(fù)版。
感光聚合物不受特殊限制且可以根據(jù)目的適當(dāng)選擇，只要其在曝光時能被硬化即可。其實例包括丙烯酸感光樹脂(acrylic photo-setting resin)、環(huán)氧感光樹脂(epoxy photo-setting resin)等。在這些材料中，丙烯酸感光樹脂因其優(yōu)秀的轉(zhuǎn)移性和流動性而為優(yōu)選。
優(yōu)選根據(jù)在金屬矩陣上形成用于形成納米孔的起始處或點的方法，來選擇壓模形成材料。例如，使用本發(fā)明的壓模通過直接印刷、熱壓印、光壓印等，可形成用于形成納米孔的起始處或點。在下文中，將參考附圖描述這些方法的實例。
通過直接印刷形成用于形成納米孔的起始處或點的方法以如下方式進(jìn)行。如圖19A所示，以大約1到5噸/cm2的高壓將本發(fā)明的壓模510直接壓在金屬矩陣(例如鋁)500上，以形成凹入部分。在此情況下，壓模形成材料優(yōu)選為具有高硬度的材料。其中，特別優(yōu)選容易復(fù)制的金屬。
通過熱壓印形成用于形成納米孔的起始處或點的方法以如下方式進(jìn)行。如圖19B所示，熱塑性聚合物層520例如光致抗蝕劑(resist)和PMMA被設(shè)置在金屬矩陣(例如鋁)500上，并且在等于或高于該聚合體軟化點(約100℃到約200℃)的溫度下并以中度壓強(50kg/cm2到1噸/cm2)，將本發(fā)明的壓模510壓在熱塑性聚合物層520上，以形成凹入部分。在此情況下，壓模形成材料優(yōu)選為具有高硬度或中硬度并具有耐熱性的材料。例如，優(yōu)選使用金屬、Si、SiC、SiO2等。其中，特別優(yōu)選容易復(fù)制的金屬。
通過光壓印形成用于形成納米孔的起始地或點的方法以如下方式進(jìn)行。如圖19C所示，光敏聚合物層530設(shè)置在金屬矩陣500上，該光敏聚合物530經(jīng)本發(fā)明的壓模510暴露在紫外線光450下，并使用壓模510作為掩膜圖案化，以形成凹入部分。在此情況下，壓模形成材料優(yōu)選為透明材料，因為其需要傳輸紫外線光。例如，優(yōu)選使用SiO2，聚合物等。其中，特別優(yōu)選容易復(fù)制的聚合物。
在使用熱壓印和光壓印的方法中，如圖19D所示，剝?nèi)耗?10，如圖19E所示，通過O2等離子體灰化(ashing)等進(jìn)行殘余物處理，然后，如圖19F所示，使用氯氣干燥系統(tǒng)或氯氣加濕系統(tǒng)進(jìn)行蝕刻，以在金屬矩陣500上形成凹入部分。
轉(zhuǎn)移多孔層的跡線的方法不受特別限制且可以根據(jù)目的適當(dāng)選擇。例如，當(dāng)壓模形成材料是感光聚合物時，跡線轉(zhuǎn)移如下。具體地講，例如，通過涂覆感光聚合物于金屬矩陣上的跡線上來形成感光聚合物之后，將透明玻璃板置于其上，該感光聚合物層經(jīng)由透明玻璃板暴露于紫外線光下，然后金屬矩陣被剝?nèi)?。因此，在多孔層的跡線中規(guī)則排列的微小凸出部分被轉(zhuǎn)移到硬化的感光聚合物，并形成能夠嚙合于凹入部分且規(guī)則排列的微小凸出部分。然后，將約0.2nm厚或更薄的模具釋放劑涂覆在感光聚合物層上，通過相同工藝進(jìn)行到感光聚合物層的再次轉(zhuǎn)移，因此，實現(xiàn)凸面和凹面的顛倒。模具釋放劑不受特別限制且可以根據(jù)目的適當(dāng)選擇。其實例包括氟模具釋放劑和硅模具釋放劑，但是氟模具釋放劑因其優(yōu)秀的釋放特性為優(yōu)選的。包括微小凸出部分且在層上涂覆有模具釋放劑的感光聚合物層可以用作本發(fā)明的光敏聚合物壓模。
接下來，金屬被氣相沉積在感光聚合物層的表面上(在這里，作為凸面和凹面的顛倒的結(jié)果，跡線被轉(zhuǎn)移)，以形成用作電鍍電極的10到50nm厚的膜。由于此金屬電極也作為模具擠壓時的接觸表面，需要其具有低阻抗且及高硬度。例如，使用高硬度金屬例如Ni、Ti和Cr。其中，Cr因其具有高硬度是優(yōu)選的。
此外，當(dāng)在感光聚合物表面上(其上，跡線被轉(zhuǎn)移)進(jìn)行厚金屬電鍍并氣相沉積約200到10000μm厚的電極之后，該感光聚合物層被剝?nèi)ィ纱酥苽浔景l(fā)明由金屬制成的壓模。作為金屬，適當(dāng)使用容易通過電鍍制造且具有高硬度的金屬例如Ni、Cr等，但從容易厚電鍍的觀點看，Ni是特別優(yōu)選的。
通過本發(fā)明制造壓模的方法得到的本發(fā)明的壓模優(yōu)選包括規(guī)則排列的圓形凸出部分，它們以行為單位隔開特定間隔，且其材料、形狀、結(jié)構(gòu)、尺寸和其他參數(shù)根據(jù)目的選擇。
凸出部分可具有任何適當(dāng)?shù)母叨?。?dāng)由壓模形成的納米孔結(jié)構(gòu)用在磁記錄介質(zhì)例如硬盤中時，優(yōu)選高度為10nm或更高，更優(yōu)選為20nm到100nm。如果凸出部分高度少于10nm，在轉(zhuǎn)移到鋁膜表面時，不能充分地限制納米孔的起始點，引起得到的納米孔不規(guī)則。相反，如果凸出部分的高度與凸出部分之間的間隔的比率(深寬比)太高，在轉(zhuǎn)移時模具的凸出部分很容易變形和破裂。因此，優(yōu)選深寬比為1.2或更少，即，當(dāng)納米孔的間距為10到50nm時，凸出部分優(yōu)選為20到100nm高。
相鄰?fù)钩霾糠种g間隔的變化系數(shù)不受特別限制且可以根據(jù)目的適當(dāng)選擇。變化系數(shù)越小越適合。當(dāng)使用壓模制成的納米孔結(jié)構(gòu)被用在磁記錄介質(zhì)例如硬盤中時，變化系數(shù)優(yōu)選為10％或更少，更優(yōu)選為5％或更少，尤其優(yōu)選為0％。
如果變化系數(shù)超過10％，來自每個孤立磁性材料的磁信號脈沖的周期減少，引起信噪比的惡化。
變化系數(shù)代表測量值與平均值的差異。測量方法例如為通過測量在一行中排列的相鄰?fù)钩霾糠值闹行牡街行木嚯x，并根據(jù)以下公式通過計算可以得到變化系數(shù)CV(％)＝σ/<X>×100其中，CV是變化系數(shù)；σ是標(biāo)準(zhǔn)偏差，以及<X>是平均值。
本發(fā)明的壓模包括規(guī)則排列的圓形凸出部分，這些圓形凸出部分以行為單位隔開特定間隔。因此，當(dāng)使用本發(fā)明的壓模形成納米孔結(jié)構(gòu)時，可以容易并有效地制造包括理想納米孔陣列的納米孔結(jié)構(gòu)，且本發(fā)明的壓模可以適當(dāng)用于本發(fā)明制造納米孔結(jié)構(gòu)的方法中。
磁記錄介質(zhì)根據(jù)本發(fā)明的磁記錄介質(zhì)包括襯底和多孔層，還可包括根據(jù)需要選擇的任何其他層。
多孔層優(yōu)選包括多個納米孔，所述納米孔沿基本上與襯底平面垂直的方向上延伸，并且多孔層優(yōu)選是上述納米孔結(jié)構(gòu)。上文已描述了納米孔結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。
多孔層的厚度可以是根據(jù)目的設(shè)定的任何合適的厚度，例如優(yōu)選是500nm或更少，更優(yōu)選是從5nm到200nm。
多孔層的厚度超過500nm將會阻礙將磁性材料令人滿意地充入到納米孔中。
多孔層中的納米孔(納米孔結(jié)構(gòu))可以是穿透多孔層的通孔或不穿透多孔層的坑(凹陷部分)。在磁性材料被充入納米孔以形成磁層并且在前一磁層下還形成另一磁層的情況下，納米孔優(yōu)選為通孔。
納米孔優(yōu)選填充有至少一種磁性材料，以在其中形成至少一個磁層。
磁層可以是符合目的的任何適當(dāng)?shù)拇艑?，且可以例如是鐵磁層和軟磁層。優(yōu)選軟磁層和鐵磁層從襯底起依次在納米孔中設(shè)置。必要時，在鐵磁層和軟磁層之間可形成非磁層(中間層)。
襯底可以根據(jù)目的具有的任何適當(dāng)?shù)男螤睢⒔Y(jié)構(gòu)和尺寸并包括任何適當(dāng)?shù)牟牧稀．?dāng)磁記錄介質(zhì)是磁盤例如硬盤時，襯底優(yōu)選為圓盤形。它可以具有單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。材料可以從公知的用于磁記錄介質(zhì)襯底的材料中選擇，且可以是例如鋁、玻璃、硅、石英或SiO2/Si，其包括硅上的熱氧化物膜。這些材料的每一種均可以單獨或結(jié)合使用。
襯底可以適當(dāng)?shù)刂苽?，或者作為商品獲得。
鐵磁層起到磁記錄介質(zhì)中記錄層的功能，且與軟磁層一起構(gòu)成磁層。
鐵磁層可以由符合目的的任何適當(dāng)?shù)牟牧闲纬?，例如，F(xiàn)e、Co、Ni、FeCo、FeNi、CoNi、CoNiP、FePt、CoPt和NiPt。這些材料可以單獨或結(jié)合使用。
鐵磁層可以是由作為垂直磁化膜的材料形成的任何適當(dāng)?shù)膶?。其適當(dāng)?shù)膶嵗秊榫哂蠰10有序結(jié)構(gòu)且具有垂直于襯底平面的方向取向的C軸的層，以及具有fcc結(jié)構(gòu)或bcc結(jié)構(gòu)且沿垂直于襯底平面的方向取向的C軸的層。
鐵磁層可以具有不違背本發(fā)明優(yōu)點的任何適當(dāng)?shù)暮穸龋铱梢砸罁?jù)例如線性記錄密度來設(shè)置。優(yōu)選的厚度是(1)等于或小于軟磁層的厚度；(2)由線性記錄密度決定的最小位長的三分之一到三倍；或(3)等于或小于軟磁層和軟磁底層的總厚度。一般優(yōu)選為從約5到約100nm，更優(yōu)選從約5到50nm。在1Tb/in2目標(biāo)密度、1500kBPI線性記錄密度的磁記錄中，優(yōu)選為50nm或更小(約20nm)。
當(dāng)鐵磁層包括多個連續(xù)層或多個分離層時，例如，在鐵磁層被一個或多個中間層例如非磁層劃分且構(gòu)成不連續(xù)的分離鐵磁層的情況時，“鐵磁層”的厚度表示各個鐵磁層的總和。當(dāng)軟磁層包括多個連續(xù)層或多個分離層時，例如，在軟磁層被一個或多個中間層例如非磁層劃分且構(gòu)成不連續(xù)的軟磁層的情況下，“軟磁層”的厚度表示各個軟磁層的總厚度。當(dāng)至少軟磁層和軟磁底層其中之一包括多個連續(xù)層或多個分離層時，例如，在軟磁層或軟磁底層被一個或多個中間層例如非磁層劃分且構(gòu)成不連續(xù)的軟磁(襯)層的情況時，“軟磁層和軟磁底層的總厚度”表示各個軟磁層和軟磁底層的總和。
按照本發(fā)明的磁記錄介質(zhì)，在磁記錄中單極頭與軟磁層之間的距離可以小于多孔層的厚度，且基本上等于鐵磁層的厚度。因此，僅通過控制鐵磁層的厚度，而不需考慮多孔層的厚度，就能夠控制來自單極頭的磁通量的會聚，以及實際以一定記錄密度進(jìn)行磁記錄和復(fù)制的優(yōu)選特性。與傳統(tǒng)類似物相比，該磁記錄介質(zhì)呈現(xiàn)出顯著增加的寫入效率，需要減少的寫入電流，并具有顯著改善的重寫特性。
鐵磁層可以根據(jù)任何適當(dāng)?shù)墓に嚾珉姌O沉積來形成。
軟磁層可以由符合目的的任何適當(dāng)?shù)牟牧闲纬桑?，NiFe、FeSiAl、FeC、FeCoB、FeCoNiB和CoZrNb。這些材料可以單獨或結(jié)合使用。
軟磁層可以具有不違背本發(fā)明優(yōu)點的任何適當(dāng)厚度，且可以依據(jù)多孔層中納米孔的深度和鐵磁層的厚度進(jìn)行選擇。例如(1)軟磁層的厚度或(2)軟磁層與軟磁底層的總厚度可以大于鐵磁層的厚度。
軟磁層有利于將磁記錄中來自磁頭的磁通量有效會聚到鐵磁層，以增加磁頭磁場的垂直分量。軟磁層和軟磁底層優(yōu)選構(gòu)成磁頭提供的記錄磁場的磁路。
軟磁層優(yōu)選具有在基本上垂直于襯底平面的方向上的易磁化軸。因此，在使用垂直磁記錄頭的磁記錄中，可以控制來自垂直磁記錄頭的磁通量的會聚，以及實際以一定記錄密度進(jìn)行磁記錄和復(fù)制的優(yōu)選特性，并且磁通量會聚到鐵磁層。結(jié)果，與傳統(tǒng)類似物相比，磁記錄介質(zhì)呈現(xiàn)出顯著增加的寫入效率，需要減少的寫入電流，并具有顯著改善的重寫特性。
軟磁層可以根據(jù)任何適當(dāng)?shù)墓に嚾珉姌O沉積來形成。
多孔層中的納米孔還可包括鐵磁層和軟磁層之間的非磁層(中間層)。該非磁層(中間層)用來減少鐵磁層和軟磁層之間的交換耦合力，以將磁記錄中的復(fù)制特性控制并調(diào)整到期望水平。
非磁層的材料可以是從傳統(tǒng)材料選擇的任何適當(dāng)?shù)牟牧?，例如，Cu、Al、Cr、Pt、W、Nb、Ru、Ta和Ti。這些材料可以單獨或結(jié)合使用。
非磁層可以具有符合目的的任何適當(dāng)厚度。
非磁層可以根據(jù)任何適當(dāng)?shù)墓に嚾珉姌O沉積來形成。
磁記錄介質(zhì)還可包括襯底與多孔層之間的軟磁底層。
軟磁底層可以由任何適當(dāng)?shù)牟牧闲纬?，例如那些舉例作為軟磁層的材料。這些材料的每一種均可以單獨或結(jié)合使用。軟磁底層的材料可以與軟磁層的材料相同或不同。
軟磁底層優(yōu)選具有沿襯底平面內(nèi)方向的易磁化軸。因此，為有效記錄，來自磁頭的磁通量靠攏而形成磁路，由此增加磁頭磁場的垂直分量。在以100nm或更小的位尺寸(納米孔開口直徑)在單疇中記錄時，使用軟磁底層也是有效的。
軟磁底層可根據(jù)任何適當(dāng)?shù)墓に噥硇纬?，如電極沉積或非電解鍍層(electroless plating)。
磁記錄介質(zhì)還可根據(jù)目的包括一個或多個其他層，例如電極層或保護(hù)層。
電極層用作典型通過電極沉積形成磁層中(包括鐵磁層和軟磁層)的電極，且一般設(shè)置在襯底與鐵磁層之間。為通過電極沉積形成磁層，電極層以及軟磁底層或另一個層可以用作電極。
電極層可以根據(jù)目的由任何適當(dāng)?shù)牟牧闲纬?，例如Cr、Co、Pt、Cu、Ir、Rh及其合金。這些材料的每一種均可以單獨或結(jié)合使用。除了前述材料外，電極層還可包括任何其他物質(zhì)例如W、Nb、Ti、Ta、Si和O。
電極層可以具有符合目的的任何適當(dāng)厚度。磁記錄介質(zhì)可包括一個或多個這種電極層。
電極層可以按照任何適當(dāng)?shù)墓に囆纬?，例如濺射或氣相沉積。
保護(hù)層用于保護(hù)鐵磁層，并在鐵磁層上或上方設(shè)置。磁記錄介質(zhì)可以包括一個或多個這種保護(hù)層，其具有單層或多層結(jié)構(gòu)。
保護(hù)層可以根據(jù)目的由任何適當(dāng)?shù)牟牧闲纬桑玢@石類碳(DLC)。
保護(hù)層可以具有符合目的的任何適當(dāng)厚度。
保護(hù)層可以按照任何適當(dāng)?shù)墓に囆纬?，例如等離子體CVD或涂覆。
磁記錄介質(zhì)可以用在使用磁頭的各種磁記錄系統(tǒng)中，可用于使用單極頭的磁記錄中，典型用于根據(jù)下文提到的本發(fā)明的磁記錄裝置和磁記錄方法中。
該磁記錄介質(zhì)能夠以高密度及高速度記錄信息，并具有高存儲容量，而不會增加磁頭的寫入電流，呈現(xiàn)出令人滿意且均勻的特性例如重寫特性，并且具有高質(zhì)量。因此，它們能被設(shè)計并用作磁盤，例如廣泛用作計算機及消費導(dǎo)向型視頻記錄器的外部存儲器的硬盤設(shè)備中的硬盤。
磁記錄介質(zhì)可以由任何適當(dāng)?shù)姆椒ㄖ圃?，并?yōu)選由根據(jù)下文提到的本發(fā)明制造磁記錄介質(zhì)的方法制造。
制造磁記錄介質(zhì)的方法根據(jù)本發(fā)明的制造磁記錄介質(zhì)的方法是制造本發(fā)明的磁記錄介質(zhì)的方法。該方法包括納米孔結(jié)構(gòu)形成步驟(多孔層形成步驟)，磁性材料充入步驟和優(yōu)選的拋光步驟，以及還可包括一個或多個其他步驟，例如軟磁底層形成步驟，電極層形成步驟，非磁層形成步驟，以及保護(hù)層形成步驟。
軟磁底層形成步驟是根據(jù)需要進(jìn)行的，其中，軟磁底層形成在襯底上或上方。
襯底可以是上述任何襯底。
軟磁底層可以按照傳統(tǒng)工藝形成，例如濺射、氣相沉積或另一真空膜形成步驟，以及電極沉積或非電解鍍層。
根據(jù)軟磁底層形成步驟，在襯底上或上方形成具有期望厚度的軟磁底層。
在電極層形成步驟中，在納米孔結(jié)構(gòu)和軟磁底層之間形成電極層。
電極層可以在符合目的任何適當(dāng)條件下，按照傳統(tǒng)工藝?yán)鐬R射或氣相沉積形成。
軟磁層、非磁層及鐵磁層中至少一個在通過電極沉積的形成中，由電極層形成步驟形成的電極層用作電極。
納米孔結(jié)構(gòu)形成步驟(多孔層形成步驟)包括在襯底或軟磁底層上或上方形成金屬材料制成的金屬層；如果形成該金屬層，則對該金屬層進(jìn)行納米孔形成處理例如陽極氧化，以形成基本上垂直于襯底平面的方向上延伸的多個納米孔，進(jìn)而形成納米孔結(jié)構(gòu)(多孔層)。
金屬材料可以是任何適當(dāng)?shù)牟牧?，例如上述金屬材料。在它們中間，優(yōu)選氧化鋁(鋁的氧化物)和鋁，其中典型優(yōu)選鋁。
金屬層可以在符合目的任何適當(dāng)?shù)臈l件下，按照任何適當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)工藝?yán)鐬R射或氣相沉積形成。濺射可以使用金屬材料制成的靶進(jìn)行。這里使用的靶優(yōu)選具有高純度，且當(dāng)金屬材料是鋁時，優(yōu)選具有99.990％或更高的純度。
納米孔形成處理可以是符合目的的任何適當(dāng)處理，例如陽極氧化或蝕刻。在它們之中，典型優(yōu)選陽極氧化，以在金屬層中已基本上相同的間隔形成多個均勻納米孔，這些納米孔各在基本上垂直于襯底平面的方向上延伸。
陽極氧化可以通過在硫酸、磷酸或草酸的水溶液中，使用金屬層上或上方的電極作為陽極，電解并蝕刻金屬層來進(jìn)行。在形成金屬層之前已經(jīng)形成的軟磁底層或電極層可用作電極。
如上所述，優(yōu)選在陽極氧化之前，在金屬層表面上形成用于形成納米孔行的凹入部分行。因此，作為陽極氧化的結(jié)果，僅在凹入部分行上納米孔被有效形成并隔開特定間隔。
凹入部分行在垂直于縱向方向的方向上可以具有任何適當(dāng)?shù)慕孛嫘螤?，如矩形，V-形或半圓形。
凹入部分行可以通過符合目的的任何適當(dāng)方法形成。這些方法的實例是方法(1)，表面上具有包括凸出部分行的行-間距圖案的模具被壓印，然后該圖案被轉(zhuǎn)移到例如由氧化鋁或鋁制成的金屬層，以形成包括以特定間隔交替排列的凹入部分行和間距的行-間距圖案，其中，當(dāng)納米孔結(jié)構(gòu)用于磁記錄介質(zhì)時，該凸出部分優(yōu)選同心或螺旋設(shè)置；方法(2)在金屬層上形成樹脂層或光致抗蝕劑層，然后對其進(jìn)行圖案化和蝕刻，由此在金屬層的表面上形成凹入部分行；以及方法(3)，在金屬層表明上直接形成凹槽(凹入部分行)。
例如，通過周期性改變模具中凸出部分的線寬或凹入部分行(在其縱向方向上以特定間隔在光致抗蝕劑層中形成)圖案的寬度，納米孔行的寬度可以在該行的縱向方向上以特定間隔改變。因此，使用該納米孔結(jié)構(gòu)的磁記錄介質(zhì)能夠進(jìn)行高密度記錄，且減少抖動。另外，凹入部分行優(yōu)選以特定間隔在縱向方向上劃分。因此，納米孔能夠以基本上規(guī)則的間隔在凹入部分行中于劃分后的部分形成。
模具可以是符合目的的任何一種，但為在連續(xù)使用的具有高耐用性優(yōu)選為金剛砂襯底以及Ni壓模，其用于光盤注塑。模具可以多次使用。壓印轉(zhuǎn)移可以按照任何符合目的傳統(tǒng)工藝來進(jìn)行。用于光致抗蝕劑層的抗蝕材料不僅包括光致抗蝕劑材料，而且包括電子束抗蝕材料。用在這里的光致抗蝕劑材料可以是半導(dǎo)體領(lǐng)域中公知的任何適當(dāng)材料，如對近紫外線或近場光敏感的材料。
陽極氧化可以任何適當(dāng)電壓進(jìn)行，但是優(yōu)選在滿足以下公式的電壓進(jìn)行V＝I/A，其中V是陽極氧化的電壓，I是相鄰納米孔行之間的間隔(nm)；以及A是1.0到4.0的常數(shù)(nm/V)。
當(dāng)在滿足上述公式的電壓下進(jìn)行陽極氧化時，有利于納米孔排列在凹入部分行中。
根據(jù)目標(biāo)納米孔的數(shù)目、尺寸及深寬比，陽極氧化可以在任何適當(dāng)條件下進(jìn)行，這些條件包括電解液的類型、濃度和溫度，以及陽極氧化的時間周期。例如，電解液在相鄰納米孔行的間隔(間距)為150nm到500nm時優(yōu)選為稀釋磷酸溶液，在80nm到200nm的間距時優(yōu)選為稀釋草酸溶液；在10nm到150nm的間距時優(yōu)選為稀釋硫酸溶液。在任何情況下，通過將陽極氧化的金屬層浸入磷酸溶液，由此增加納米孔例如氧化鋁孔的直徑，可以控制納米孔的縱橫比。
當(dāng)通過陽極氧化進(jìn)行納米孔結(jié)構(gòu)形成步驟(多孔層形成步驟)時，可在金屬層中形成多個納米孔。然而，在某些情況下，在納米孔底部可能會形成屏障層。該屏障層可以使用傳統(tǒng)蝕刻劑例如磷酸，按照傳統(tǒng)蝕刻很容易地去除。因此，在金屬層中可以形成多個納米孔，以使其在基本上垂直于襯底平面的方向上延伸，且從其底部露出軟磁底層或襯底。
納米孔結(jié)構(gòu)形成步驟(多孔層形成步驟)在襯底或軟磁底層上或上方形成納米孔結(jié)構(gòu)(多孔層)。
磁性材料充入步驟是用于將至少一種磁性材料充入到納米孔結(jié)構(gòu)(多孔層)中的納米孔中的步驟，且可以包括例如將鐵磁材料充入到納米孔中的鐵磁層形成步驟，和/或用于將軟磁材料充入到納米孔中的軟磁層形成步驟。
根據(jù)軟磁層形成步驟，在納米孔內(nèi)部形成軟磁層。
軟磁層可以例如由典型通過電極沉積將用于軟磁層的材料沉積或充入到納米孔內(nèi)部來形成。
電極沉積可以在符合目的任何適當(dāng)條件下，按照任何適當(dāng)?shù)墓に囆纬?。?yōu)選通過將電壓施加至包含一種或更多種用于軟磁層的材料的溶液，使用軟磁底層或電極層作為電極并將該材料沉淀或沉積在電極上來進(jìn)行。
作為軟磁層形成步驟的結(jié)果，在多孔層中納米孔內(nèi)部的襯底、軟磁底層或電極層上或上方形成軟磁層。
鐵磁層形成步驟是用于在軟磁層或非磁層上或上方形成鐵磁層的步驟，如果所述層被形成。
鐵磁層可以例如由典型通過電極沉積將用于鐵磁層的材料沉積或充入到納米孔內(nèi)部的軟磁層或非磁層上或上方來形成。
電極沉積可以在符合目的任何適當(dāng)條件下，按照任何適當(dāng)?shù)墓に囆纬?。?yōu)選通過將電壓施加至包含一種或更多種用于鐵磁層的材料的溶液，使用軟磁底層或電極層(籽層)作為電極，并將材料沉淀或沉積到納米孔內(nèi)部來進(jìn)行。
作為鐵磁層形成步驟的結(jié)果，在多孔層中納米孔內(nèi)部的軟磁層或非磁層上面或上方形成鐵磁層。
非磁層形成步驟是用于在軟磁層上面或上方形成非磁層的步驟。
非磁層可以例如由典型通過電極沉積將用于非磁層的材料沉積或充入到納米孔內(nèi)部的軟磁層上或上方來形成。
電極沉積可以在符合目的任何適當(dāng)條件下，按照任何適當(dāng)?shù)墓に囆纬?。?yōu)選的通過將電壓施加至包含一種或更多種用于非磁層的材料的溶液，使用軟磁底層或電極層作為電極并將該材料沉淀或沉積到納米孔內(nèi)部來進(jìn)行。
作為非磁層形成步驟的結(jié)果，非磁層形成為典型與多孔層中納米孔內(nèi)部的軟磁層相鄰。
拋光步驟是用于拋光和平坦化納米孔結(jié)構(gòu)(多孔層)表面的步驟。通過在拋光步驟中將納米孔結(jié)構(gòu)表面去掉一定厚度，可確保高密度記錄和高速記錄，且通過在拋光步驟中平坦化磁記錄介質(zhì)的表面，磁頭例如垂直磁記錄頭可以穩(wěn)定地浮置在接近該介質(zhì)上方處，以實現(xiàn)高可靠性的高密度記錄。
優(yōu)選在包括鐵磁層形成步驟和軟磁層形成步驟的金屬層形成步驟之后，進(jìn)行拋光步驟。當(dāng)在磁層形成步驟之前進(jìn)行拋光步驟時，納米孔結(jié)構(gòu)將會被損害，且殘渣、碎片等被排放到納米孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部，引起電鍍失敗。
拋光步驟的拋光量從納米孔結(jié)構(gòu)(多孔層)的最上表面起優(yōu)選為15nm厚或更厚，更優(yōu)選為40nm或更厚。
如果拋光量為15nm或更多，則可以除去包括存在于納米孔結(jié)構(gòu)表面附近的多余孔(氧化鋁孔)及氧化鋁孔以不規(guī)則間隔排列的的層，且拋光后納米孔結(jié)構(gòu)的表面上，納米孔可以規(guī)則排列并以行為單位以特定間隔形成，而構(gòu)成納米孔行。
在拋光步驟中，可以按照任何適當(dāng)?shù)墓に噿伖饧{米孔結(jié)構(gòu)表面。其適當(dāng)?shù)膶嵗–MP和離子研磨。
根據(jù)本發(fā)明的方法，能夠以低成本高效率制造本發(fā)明的磁記錄介質(zhì)。
磁記錄裝置和方法根據(jù)本發(fā)明的磁記錄裝置包括本發(fā)明的磁記錄介質(zhì)和垂直磁記錄頭，并且還可根據(jù)需要包括一個或更多其他裝置或構(gòu)件。
根據(jù)本發(fā)明的磁記錄方法包括使用垂直磁記錄頭將信息記錄在本發(fā)明的磁記錄介質(zhì)的步驟，并且還可根據(jù)需要包括一個或更多其他處理或步驟。優(yōu)選使用本發(fā)明的磁記錄裝置進(jìn)行該磁記錄方法。其他處理或步驟可以使用其他裝置或構(gòu)件進(jìn)行。下面將說明該磁記錄裝置和該磁記錄方法。
垂直磁記錄頭可以是根據(jù)目的選擇的任何適當(dāng)?shù)拇怪贝庞涗涱^，且優(yōu)選為單極頭。該垂直磁記錄頭可以是只寫頭或者是與讀取頭例如大型磁阻(GMR)頭集成的讀/寫頭。
在該磁記錄裝置或磁記錄方法中，本發(fā)明的磁記錄介質(zhì)用于磁記錄。因此，在垂直磁記錄頭與磁記錄介質(zhì)中的軟磁層之間的距離少于多孔層的厚度，并基本上等于鐵磁層的厚度。因此，通過控制鐵磁層的厚度，而不需考慮多孔層的厚度，就能夠控制來自垂直磁記錄頭的磁通量的會聚，以及實際以一定記錄密度進(jìn)行磁記錄和復(fù)制的優(yōu)選特性。如圖2B所示，來自垂直磁記錄頭(讀-寫頭)100的主磁極的磁通量會聚在鐵磁層(垂直磁化膜)30。結(jié)果，與傳統(tǒng)類似物相比，磁記錄裝置(方法)呈現(xiàn)出顯著提高的寫入效率，需要減少的寫入電流，并具有顯著改善的重寫特性。
磁記錄介質(zhì)優(yōu)選還包括用于更高記錄密度的軟磁底層，因為垂直磁記錄頭和軟磁底層構(gòu)成磁路。
根據(jù)本發(fā)明的磁記錄裝置或磁記錄方法，來自垂直磁記錄頭的磁通量不會發(fā)散，而是會聚到磁記錄介質(zhì)中的鐵磁層，即使在其底部即在與軟磁層或非磁層的界面處。因此，能夠以較少位來記錄信息。
只要在不會有損本發(fā)明的優(yōu)點的范圍內(nèi)，磁通量能夠以任何適當(dāng)?shù)臅鄱?發(fā)散度)會聚到鐵磁層。
下面，將參照幾個實例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明，但是這并不是意圖限制本發(fā)明的范圍。在以下的實例中，通過本發(fā)明的方法制造包括納米孔的磁記錄介質(zhì)，并且使用本發(fā)明的磁記錄裝置將信息記錄于其上，以實施本發(fā)明的磁記錄方法。
制備納米孔結(jié)構(gòu)的測試實例具有150nm間距的行-間距圖案的模具被擠壓在鋁層上，由此壓印并轉(zhuǎn)移包括行(凹入部分或凹槽)和間距(凸出部分或凸區(qū)(land))的圖案到鋁層上。因此，形成包括以特定間隔排列的凹入部分行的線性凸出與凹入圖案(圖6A)。然后，在稀釋草酸溶液中以60V電壓陽極氧化鋁層，由此僅在凹入部分行中形成納米孔(氧化鋁孔)，這些納米孔以自組織方式(圖6B)沿其縱向方向上排列。即，形成了納米孔行。
個別地，代替行-間距圖案的壓印轉(zhuǎn)移，刻劃另一片鋁層表面，以在其上以40到90nm的間隔形成刻痕。在0.3mol/l的稀釋硫酸溶液中在16℃下以25V電壓陽極氧化具有刻痕的此鋁層，由此沿刻痕形成納米孔(氧化鋁孔)(圖7)。即，形成納米孔行。典型以60nm的間隔沿刻痕形成納米孔行。
為減少納米孔行之間的間隔進(jìn)行了嘗試。具體地講，間隔為20nm的行在另一片鋁層上形成；且在稀釋硫酸溶液中以8V電壓陽極氧化該鋁層，由此形成約20nm間隔的納米孔行，其中納米孔(氧化鋁孔)以行為單位隔開(圖8)。這些結(jié)果表明納米孔行的間隔(間距)與陽極氧化中的電壓成比例，且可以減少到約20nm。
實例1納米孔結(jié)構(gòu)的制備通過圖9A到9D所示的步驟來制備納米孔。首先，通過旋轉(zhuǎn)涂法在玻璃襯底上形成40nm厚的光致抗蝕劑層40。使用深UV校準(zhǔn)器(波長257nm)在該光致抗蝕劑層上沿圓周方向形成螺旋(螺旋狀)線圖案，由此形成表1所示的各個凸出和凹入圖案。每個凸出和凹入圖案在凹入部分行之間間隔(間距)為1mm，而凹入部分行的深度為40nm。然后，通過濺射在每個凸出和凹入圖案表面上形成Ni層，將鎳層作為電極在硫酸鎳電解槽中電鑄成0.3mm的鎳層，并且襯底的背面被拋光，從而產(chǎn)生一系列Ni壓模模具51(圖9A；模具制備步驟)。
接下來，上述制備的各個Ni壓模模具被擠壓到鋁襯底53，由此將Ni壓模模具上的每個凸出和凹入圖案壓印并轉(zhuǎn)移到鋁襯底53的表面(圖9B和圖9C；壓印步驟)。鋁襯底53具有5個9的純度，且作為電解拋光的結(jié)果具有平坦化表面。壓印轉(zhuǎn)移中的壓強設(shè)定為3000kg/cm2。
在稀釋磷酸電解槽中，壓印轉(zhuǎn)移后的鋁襯底被陽極氧化(圖9D，陽極氧化步驟)。陽極氧化中的電壓如表1所示變化。通過掃描電子顯微鏡對所形成的納米孔(氧化鋁孔)55進(jìn)行觀察。該結(jié)果如表1所示。
表1

其中，在表1中，“良好”、“合理”、“失敗”各表示以下情況良好包括以行為單位隔開的納米孔(氧化鋁孔)的納米孔行形成在凹入部分中。
合理一些凸出部分?jǐn)嗔?，且納米孔(氧化鋁孔)與相鄰凹入部分中的納米孔融合。
失敗納米孔(氧化鋁孔)不僅形成在凹入部分中而且形成在凸出部分中。
表1中的結(jié)果表明對于僅在凹入部分中規(guī)則形成的納米孔行，陽極氧化中的電壓(V)優(yōu)選滿足公式V＝I/A，其中，V是電壓，I是納米孔行之間的間隔或間距(nm)；A是約2.5的常數(shù)(nm/V)；凹入部分行之間的間隔(間距)優(yōu)選為500nm或更少；以及凸出部分的寬度與凹入部分的寬度的比率優(yōu)選為0.2到0.8。換句話說，凹入部分的間隔與寬度的比率優(yōu)選為從1.2到1.8。
實例2除了使用電子束(EB)校準(zhǔn)器代替深UV校準(zhǔn)器并用于形成行之間的間隔為100nm的凹入部分行的60nm寬的螺旋圖案，通過實例1的工藝制備模具。個別地，通過濺射在硅制成的磁盤襯底上形成100nm厚的鋁層。以上制備的模具被擠壓在該鋁層，從而將該圖案壓印并轉(zhuǎn)移到該鋁層。然后，在稀釋硫酸溶液中以40V電壓陽極氧化該鋁層，由此在凹入部分行上形成納米孔行，在所述納米孔行中納米孔(氧化鋁孔)以行為單位隔開特定間隔。然后，通過電極沉積，將鈷(Co)56充入納米孔行中的各個納米孔中(圖9E；磁粉電極沉積步驟)。通過掃描電子顯微鏡觀察產(chǎn)物，而發(fā)現(xiàn)其具有如圖11所示的結(jié)構(gòu)。填充有鈷(Co)的納米孔(氧化鋁孔)沿凹入部分行以行為單位隔開，如在圖6B的情況中，但是在它們的陣列中觀察到一些不規(guī)則。
實例3除了行凹入部分行的圖案在其縱向方向上以500nm長度劃分(圖12A；模具)之外，重復(fù)圖2的工藝。結(jié)果，在行凹入部分行的每個500nm長的劃分區(qū)域中，以基本相同的間隔形成五個納米孔(氧化鋁孔)(圖12B；在Co電極沉積之后)。這個結(jié)果表明與凹入部分行的連續(xù)圖案相比，通過以特定間隔劃分凹入部分行的圖案，能夠以特定的數(shù)目在更規(guī)則的陣列中形成納米孔(氧化鋁孔)。
實例4重復(fù)實例2的工藝，除了通過在電子束應(yīng)用中于圓周方向周期性調(diào)節(jié)暴光功率(exposure power)，制備模具，該模具的凹入部分行具有在其圓周方向上以100nm的間隔而改變的寬度(圖13A；模具)。通過掃墓電子顯微鏡觀察通過實例2的工藝所得到的納米孔結(jié)構(gòu)，而發(fā)現(xiàn)其具有如圖13B所示的結(jié)構(gòu)(在Co電極沉積之后)，在該結(jié)構(gòu)中，在凹入部分行中具有較寬寬度的部分處規(guī)則地形成填充有鈷(Co)的納米孔(氧化鋁孔)。
實例5制備具有納米孔結(jié)構(gòu)的磁記錄介質(zhì)(磁盤)，且該磁盤的特性以如下方式被確定。
軟磁底層形成步驟通過非電解鍍層在玻璃襯底上形成FeCoNiB層，以形成500nm厚的軟磁底層。
納米孔結(jié)構(gòu)形成步驟(多孔層形成步驟)以如下方式形成納米孔結(jié)構(gòu)。5nm厚的Nb膜和150nm厚的鋁膜一這樣的順序通過濺射分別形成在該軟磁底層上，以形成三層多層襯底。按照實例2至4制備的具有沿徑向以100nm間距的凸出-凹入行的各個模具，被擠壓在該襯底的鋁(Al)層表面，由此壓印并轉(zhuǎn)移凹入部分行。
在20℃的電解槽溫度下于0.3mol/l的草酸溶液中以40V電壓對壓印-轉(zhuǎn)移后的三個樣品的每個進(jìn)行陽極氧化，以形成納米孔(氧化鋁孔)。在陽極氧化后，在30℃的電解槽溫度下將每個樣品浸入磷酸溶液占5％重量的電解槽中，以將納米孔(氧化鋁孔)的開口直徑增加至40nm，由此控制深寬比。從而，完成納米孔結(jié)構(gòu)形成步驟。
磁性材料充入步驟通過在35℃的電解槽溫度下，使用包含5％重量的硫酸銅溶液和2％重量的硼酸溶液的電鍍電解槽，在納米孔內(nèi)部進(jìn)行電極沉積，來進(jìn)行磁性材料充入步驟，由此將鈷(Co)充入到納米孔中，以在其中形成鐵磁層。因此，制造了一系列的磁盤。
拋光步驟以如下方式進(jìn)行拋光步驟(圖9F)。使用拋光帶(lapping tap)拋光磁盤表面，以懸浮磁頭。更具體地，使用粒子尺寸為3μm的氧化鋁帶，來大致拋光從納米孔開口露出的凹入部分中的氧化鋁，然后，使用粒子尺寸為0.3μm的氧化鋁帶來精細(xì)拋光上述氧化鋁。在該拋光步驟后的多孔層(氧化鋁層)約有100nm厚，且填充有鈷(Co)的納米孔具有約2.5的深寬比。
接下來，通過浸泡將全氟聚合物(AM3001，從比利時蘇威(SolvaySolexis)公司處可獲得)膜應(yīng)用在拋光后的磁盤表面，以形成一系列磁盤測試樣品。
將按照實例2、3和4使用模具制備的具有圖10所示結(jié)構(gòu)的磁盤測試樣品作為樣品盤A、B和C。個別地，除了不進(jìn)行使用模具進(jìn)行壓印轉(zhuǎn)移之外，通過以上工藝制造比較磁盤，由此產(chǎn)生樣品盤D。在樣品盤D中，納米孔(氧化鋁孔)并不以行為單位隔開，而是以圖4A所示的六角密堆積網(wǎng)格的形式二維伸展。
通過使用下面提到的合并型磁頭(包括用于垂直記錄的單極寫入頭和GMR讀出頭)來確定樣品盤A、B、C和D的磁性。該磁頭的參數(shù)如下寫入磁心寬度60nm寫入磁極長度50nm讀取磁心寬度50nm讀取間隙長度60nm首先，使用永久磁鐵在垂直于襯底平面的方向上磁化每個樣品盤A、B、C和D。然后，當(dāng)以7m/s的周速轉(zhuǎn)動每個盤時，懸浮磁頭，從而觀察到讀取波形。圖14示出借助頻譜分析儀對該讀取波形的頻率分析。
每個樣品盤A、B、C和D顯示具有71MHz波峰的頻譜，該波峰對應(yīng)于100nm周期和7m/s周速。更具體地，具有對應(yīng)于圖13B的結(jié)構(gòu)的樣品盤C呈現(xiàn)突出的波峰，表明納米孔(氧化鋁孔)以行為單位隔開規(guī)則的間隔。具有對應(yīng)于圖12B的結(jié)構(gòu)的樣品盤B呈現(xiàn)相對突出的波峰。具有對應(yīng)于圖11的結(jié)構(gòu)的樣品盤A由于納米孔(氧化鋁孔)之間有些不規(guī)則的間隔，而呈現(xiàn)相對寬的頻譜分布。
相反，具有對應(yīng)于圖4A的二維伸展的納米孔的樣品盤D，因為檢測到50nm的周期結(jié)構(gòu)以及100nm的周期結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)延伸到約150MHz的寬頻譜分布。
這些結(jié)果表明在對應(yīng)于圖12B和13B的納米孔(氧化鋁孔)陣列中，納米孔(氧化鋁孔)即磁點以行為單位在圓周方向上非常規(guī)則地隔開特定間隔。
為證實通過非磁性區(qū)域劃分各包括多個磁點的納米孔行的優(yōu)點，確定在讀取脫軌(off-tracking)時樣品盤C和D的信號幅度。這些結(jié)果在圖15中示出。
圖15示出樣品盤C，其中多個磁點在一條軌道中以行隔開，且軌道通過非磁性區(qū)域而彼此分離，樣品盤C在脫軌時呈現(xiàn)出快速減少的信號幅度，這表示相鄰軌道上的信號幾乎完美地被分開了。
相反，樣品盤D(其中磁點二維伸展)顯示即使在脫軌時，信號也基本上沒有減少，這表示相鄰軌道的信號沒有被分開。
這些結(jié)果表明根據(jù)本發(fā)明的磁記錄介質(zhì)(磁盤)使高密度軌道能夠完全分開地讀取圓周方向上的磁點，允許記錄和復(fù)制一個磁點中一位，因此能夠高密度記錄。
實例6以如下方式制造根據(jù)本發(fā)明的磁記錄介質(zhì)。首先，通過濺射，在作為襯底的硅襯底上形成作為軟磁底層材料的CoZrNb膜，以形成500nm厚的軟磁底層。該步驟是根據(jù)本發(fā)明制造磁記錄介質(zhì)的方法中的軟磁底層形成步驟。
接下來，通過使用99.995％純度的鋁(Al)作為靶進(jìn)行濺射，在軟磁底層上形成鋁層，以形成500nm厚的金屬層。除了使用軟磁底層(CoZrNb)作為電極，通過實例5的工藝陽極氧化該金屬層，由此在金屬層(鋁層)中形成納米孔(氧化鋁孔)。該納米孔(氧化鋁孔)具有40nm直徑的開口、12.5的深寬比，并以特定間隔同心地隔開，以形成納米孔行。
多孔層(納米孔結(jié)構(gòu))中的氧化鋁孔在其底部具有屏障層，且通過使用磷酸進(jìn)行蝕刻來去除該屏障層，以露出軟磁底層(CoZrNb)，由此將納米孔轉(zhuǎn)換為通孔。該步驟是制造磁記錄介質(zhì)方法中的納米孔結(jié)構(gòu)形成步驟。
接下來，在施加負(fù)電壓的情況下，使用軟磁底層(CoZrNb)作為電極，在容納包含硫酸鎳和硫酸鐵的溶液的電解槽中，通過電極沉積在多孔層(納米孔結(jié)構(gòu))中的納米孔(氧化鋁孔)內(nèi)部形成250nm厚的NiFe層，作為軟磁層。在該溶液中硫酸鎳和硫酸鐵的成分是鎳鐵導(dǎo)磁合金成分(Ni80％-Fe20％)。該步驟是根據(jù)本發(fā)明制造磁記錄介質(zhì)的方法中的軟磁層形成步驟。
隨后，使用包含F(xiàn)eCo的溶液代替上述包含硫酸鎳和硫酸鐵的溶液，通過電鍍，在多孔層中被陽極氧化的鋁孔內(nèi)部的軟磁層上形成FeCo層，作為鐵磁層。該步驟是制造磁記錄介質(zhì)方法中的鐵磁層形成步驟。
在拋光多孔層表面之后，通過濺射于其上形成SiO2膜作為保護(hù)層。此外，對該物進(jìn)行磨亮及潤滑，以生產(chǎn)出樣品盤E，作為根據(jù)本發(fā)明的磁記錄介質(zhì)。樣品盤E中的鐵磁層具有250nm厚。
作為比較盤，以與樣品盤E相同的方式制造樣品盤F，除了不形成軟磁層以及在多孔層(納米孔結(jié)構(gòu))中的納米孔內(nèi)部僅形成鐵磁層，其厚度等于樣品盤E中鐵磁層和軟磁層的總厚度。
作為另一比較盤，以與樣品盤E相同的方式制造樣品盤G，除了不形成軟磁層以及將多孔層(納米孔結(jié)構(gòu))被拋光至250nm厚，并且之后在納米孔內(nèi)部僅形成鐵磁層，其厚度等于樣品盤E中鐵磁層和軟磁層的總厚度)。
在以上制造的各個樣品盤E、F和G上進(jìn)行磁記錄并確定記錄-復(fù)制特性。具體地，使用具有作為寫入磁頭的單極頭和作為讀取磁頭的GMR頭的磁記錄裝置，用單極頭將信號寫入到盤上，而用GMR頭讀取該信號。
結(jié)果如圖16所示。圖16的上部(a)是示出對應(yīng)于60nm間距的400kBPI寫入電流與所復(fù)制信號的信噪比S/N之間的關(guān)系曲線。圖16的橫坐標(biāo)下面下部(b)是示出作為寫入電流的函數(shù)的重寫特性的曲線，其中寫入具有多位的200kBPI信號，然后重寫具有少位的400kBPI信號，并確定未被擦除的200kBPI信號(未被擦除的多位)的程度。
圖16示出樣品盤E比比較樣品盤F具有更加令人滿意的S/N比和重寫特性。樣品盤G示出在盤的一圈中有欠缺的輸出包(envelop)，因此未能提供精確的數(shù)據(jù)。這可能因為由于較大拋光量所導(dǎo)致的不規(guī)則的盤厚。
實例7以如下方式制造根據(jù)本發(fā)明的磁記錄介質(zhì)。首先，通過濺射在作為襯底的硅襯底上形成NiFe(Ni80％-Fe20％)膜作為軟磁底層的材料，由此形成500nm厚的軟磁底層。這是制造磁記錄介質(zhì)方法中的軟磁底層形成步驟。
接下來，通過使用99.995％純度的鋁(Al)作為靶進(jìn)行濺射，在軟磁底層上形成鋁層，由此形成500nm厚的金屬層。除了使用軟磁底層(NiFe)作為電極之外，通過實例5的工藝陽極氧化該金屬層，以在金屬層(鋁層)中形成納米孔(氧化鋁孔)。因此，形成多孔層(納米孔結(jié)構(gòu))。該納米孔(氧化鋁孔)具有13nm的開口直徑、38.5的深寬比，并以特定間隔(間距)同心地隔開，以形成納米孔行。
多孔層(納米孔結(jié)構(gòu))中陽極氧化的鋁孔在其底部具有屏障層，且通過使用磷酸進(jìn)行蝕刻，去除該屏障層，以露出軟磁底層(NiFe)，由此將納米孔轉(zhuǎn)換為通孔。該步驟是根據(jù)本發(fā)明制造磁記錄介質(zhì)的方法中的納米孔結(jié)構(gòu)形成步驟。
接下來，在施加負(fù)電壓的情況下，使用軟磁底層(NiFe)作為電極，在容納包含硫酸鎳和硫酸鐵的溶液的電解槽中，通過電極沉積在多孔層(納米孔結(jié)構(gòu))中的納米孔(氧化鋁孔)內(nèi)部形成470nm厚的NiFe層，作為軟磁層。在該溶液中硫酸鎳和硫酸鐵的成分是鎳鐵導(dǎo)磁合金成分(Ni80％-Fe20％)。該步驟是制造磁記錄介質(zhì)方法中的軟磁層形成步驟。
接下來，在容納包含硫酸銅的溶液的電解槽中，在施加負(fù)電壓的情況下，使用軟磁底層(NiFe)作為電極，通過電極沉積在多孔層(納米孔結(jié)構(gòu))中的納米孔內(nèi)部于軟磁層上形成5nm厚的Cu層，作為非磁層。該步驟是制造磁記錄介質(zhì)方法中的非磁層形成步驟。
除了在電解槽中使用包含硫酸鈷和六氯鉑(hexachloroplatinic)酸的溶液代替上述溶液之外，通過以上工藝進(jìn)行電極沉積，在多孔層中的納米孔內(nèi)部于非磁層上形成CoPt層，作為鐵磁層。這個步驟是制造磁記錄介質(zhì)方法中的鐵磁層形成步驟。
在拋光多孔層表面之后，通過濺射于其上形成SiO2膜，以形成3nm厚的保護(hù)層。此外，對該物進(jìn)行磨亮和潤滑，由此生產(chǎn)出樣品盤H，作為根據(jù)本發(fā)明的磁記錄介質(zhì)。樣品盤H中的鐵磁層具有20nm厚。
作為比較盤，以與樣品盤H相同的方式制造樣品盤I，除了不形成多孔層和軟磁層以及在軟磁底層(NiFe(Ni80％-Fe20％))上形成非磁層(Cu)鐵磁層(CoPt)，以具有與樣品盤H中相同的成分和厚度。
除了使用具有單極頭的磁記錄裝置(磁極尺寸20nm)作為寫入磁頭之外在通過實例6的工藝在以上制造的樣品盤H和I上通過磁記錄寫入信號。在此工藝中，單極頭被懸浮在該介質(zhì)上方5nm處。
使用磁力顯微鏡觀察樣品盤H和I中所記錄的部分。結(jié)果，在樣品盤H中，觀察到在所記錄部分中有對應(yīng)于磁化方向的最小尺寸為20nm的亮部分和暗部分，這表明每個填充有磁性材料的納米孔(氧化鋁孔)構(gòu)成單個疇。相反，在樣品盤I中，在與樣品盤H相同的寫入電流(寫入條件)下，沒有觀察到對應(yīng)于記錄頻率的磁化圖案，且在寫入電流是在樣品盤H中的1.5倍或更多時，觀察到具有30nm或更大的記錄位長的記錄圖案。此磁化圖案具有不規(guī)則的尺寸。這些結(jié)果表明根據(jù)本發(fā)明的樣品盤H能夠以1.6Tb/in2的記錄密度在各個尺寸為20nm的位中進(jìn)行記錄。
納米孔結(jié)構(gòu)的制造如圖17A所示，起初，通過濺射，在用作硬盤(HDD)磁記錄介質(zhì)200的襯底上，形成1500nm厚的鋁膜202。如圖17B所示，將具有60nm間距的行-間距圖案的納米圖案模具204擠壓到鋁膜202上，由此將包括行(凹入部分或凹槽)和間距(凸出部分或凸區(qū))的圖案壓印并轉(zhuǎn)移到鋁膜202上。在壓印轉(zhuǎn)移中壓強設(shè)為40000N/cm2，且形成包括以特定間隔排列的凹入部分行的線性凸出-凹入圖案(圖17C)。在壓印轉(zhuǎn)移后，如圖17D所示，在稀釋硫酸溶液中以25V電壓進(jìn)行陽極氧化，且形成1000nm厚的的多孔層(耐酸鋁孔)206，該多孔層包括在基本垂直于襯底200的方向上延伸的多個納米孔(氧化鋁孔)。如圖17E所示，在多孔層206表面上，散布著多余的納米孔(多余氧化鋁孔)207，且以不規(guī)則間隔排列著氧化鋁孔205。此步驟對應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明制造納米孔結(jié)構(gòu)的方法中的第一多孔層形成步驟。
通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察所得到的多孔層206。圖20A和圖20B分別示出多孔層206的橫截面SEM圖和多孔層206表面附近X部分的放大圖。從這些SEM圖片中，從多孔層206的最上表面到小于40nm的深度，觀察到在納米孔中納米孔205之間有些不規(guī)則的間隔。相反，在40nm深或更深時，觀察到納米孔205被排列成行并發(fā)現(xiàn)可得到理想的排列。此外，圖21A和圖21B分別示出多孔層206最上表面SEM圖片和從表面起200nm深的SEM圖片。從圖21A中發(fā)現(xiàn)在多孔層206的最上表面處存在多余的納米孔(多余的氧化鋁孔)，但從圖21B中發(fā)現(xiàn)在從多孔層206的最上表面處起200nm深處不存在多余的納米孔，且納米孔規(guī)則地排列。
接下來，如圖18A所示，使用包含催化劑和磷酸的蝕刻溶液進(jìn)行蝕刻處理，由此選擇性單獨去除多孔層206。在去除多孔層206后，在鋁膜202中形成多孔層208的跡線，且在跡線208中，如圖18B所示，在凹入部分行上，微小凹入部分(氧化鋁孔)205隔開特定間隔，以構(gòu)成納米孔行。此步驟對應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明制造納米孔結(jié)構(gòu)的方法中的多孔層去除步驟。
使用所得到的多孔層跡線中的微小凹入部分(氧化鋁孔)205，如圖18C所示，在稀釋硫酸溶液中以25V電壓進(jìn)行陽極氧化，并形成100nm厚的納米孔結(jié)構(gòu)(多孔層)，從而得到包括規(guī)則排列的納米孔205的排列的納米孔結(jié)構(gòu)210(圖18D)。納米孔的平均開口直徑是30nm。此步驟對應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明制造納米孔結(jié)構(gòu)的方法中的第二多孔層形成步驟。
通過SEM觀察所得到的排列的納米孔結(jié)構(gòu)210。該SEM圖如圖22所示。圖22表明在排列的納米孔結(jié)構(gòu)210中未觀察到多余的納米孔，且納米孔規(guī)則排列，且以特定間隔形成行，以構(gòu)成納米孔行。在圖22所示的SEM圖片，選擇某一行，且對于該行中排列的納米孔，通過如下方法測量相鄰納米孔之間的間隔變化系數(shù)。這些結(jié)果如表格2所示。
變化系數(shù)的測量對于圖22所示在一行中排列的22個納米孔，測量相鄰納米孔的中心到中心距離，根據(jù)以下公式計算平均值<X>及其標(biāo)準(zhǔn)偏差σ，并得到變化系數(shù)CV(％)＝σ/<X>×100其中，CV是變化系數(shù)；σ是標(biāo)準(zhǔn)偏差；以及<X>是平均值。
表2


從表2的結(jié)果發(fā)現(xiàn)相鄰納米孔之間的間隔變化系數(shù)是8.95％，且在通過本發(fā)明制造納米孔結(jié)構(gòu)的方法所得到的排列的納米孔結(jié)構(gòu)中，納米孔沒有變化的規(guī)則排列。
實例9以如下方式制造根據(jù)本發(fā)明的磁記錄介質(zhì)(磁盤)。具體地，通過非電解鍍層在作為襯底的玻璃襯底上形成FeCoNiB層，以形成(層疊)500nm厚的軟磁底層。此步驟是根據(jù)本發(fā)明制造磁記錄介質(zhì)的方法中的軟磁底層形成步驟。
接下來，通過濺射，在軟磁底層上分別形成5nm厚的Nb膜和150nm厚的Al膜。將具有60nm間距的行-間距圖案的模具擠壓到鋁膜的層疊襯底上，由此將包括行(凹入部分或凹槽)和間距(凸出部分或凸區(qū))的圖案壓印并轉(zhuǎn)移到鋁膜的表面上(圖17A到17C)。
接下來，在20℃的電解槽溫度下在0.3mol/l的草酸溶液中以25V電壓對壓印-轉(zhuǎn)移后的樣品進(jìn)行陽極氧化，從而形成包括納米孔(氧化鋁孔)的200nm厚的納米孔結(jié)構(gòu)(圖23A)。此步驟為制造磁記錄介質(zhì)方法中的納米孔結(jié)構(gòu)形成步驟。
在所得到的納米孔結(jié)構(gòu)表面上散布著多余的納米孔(多余氧化鋁孔)207，并且觀察到在納米孔陣列中納米孔(氧化鋁孔)205之間有些不規(guī)則的間隔(圖23B)。
通過在35℃的電解槽溫度下，使用包含5％重量的硫酸銅溶液和2％重量的硼酸溶液的電鍍電解槽，在納米孔內(nèi)部進(jìn)行電極沉積，來充入鈷(Co)250到該納米孔205中，以在其中形成鐵磁層(圖23C)。此步驟為根據(jù)本發(fā)明制造磁記錄介質(zhì)的方法中的磁性材料充入步驟。
接下來，使用CMP拋光充有磁性材料的納米孔結(jié)構(gòu)表面。將此次拋光量設(shè)置為從最上表面起100nm厚度(圖23D)。拋光后，在納米孔結(jié)構(gòu)表面納米孔規(guī)則排列，這些納米孔以行為單位隔開特定間隔以構(gòu)成納米孔行(圖23E)。此外，使用拋光帶拋光磁盤表面，以懸浮磁頭。更具體地，使用粒子尺寸為3μm的氧化鋁帶作為拋光帶，來大致拋光納米孔開口表面(平面)的氧化鋁凸出部分，然后使用粒子尺寸為0.3μm的氧化鋁帶來精細(xì)拋光。在該拋光步驟后，該多孔層(氧化鋁層)具有約100nm厚，且填充有鈷(Co)的納米孔(氧化鋁孔)具有約3的深寬比。
這里，圖24A和24B分別示出在拋光步驟之前和之后納米孔結(jié)構(gòu)表面的SEM圖。如圖24A所示，在拋光步驟前多余的納米孔(多余的氧化鋁孔)散布在納米孔結(jié)構(gòu)表面上，且觀察到納米孔的有些不規(guī)則排列。相反，如圖24B所示，在拋光步驟中去除100nm厚之后，納米孔規(guī)則排列在納米孔結(jié)構(gòu)的表面上。
在圖24A和24B所示的SEM圖中，選擇某一行，并且對于在該行中排列的納米孔，以與實例8相同的方式測量相鄰納米孔之間的間隔變化系數(shù)。這些結(jié)果如表3所示。
表23


從表3所示的結(jié)果，在拋光前相鄰納米孔之間間隔變化系數(shù)是24.95％，而拋光后變化系數(shù)是6.27％，這表明在拋光前相鄰納米孔間隔的變化。因此，發(fā)現(xiàn)通過拋光步驟來去除納米孔結(jié)構(gòu)表面附近存在多余納米孔的區(qū)域，可以得到包括沒有變化規(guī)則排列的納米孔的納米孔結(jié)構(gòu)。
隨后，通過濺射形成SiO2膜作為保護(hù)膜，進(jìn)一步，通過浸泡應(yīng)用全氟聚合物(AM3001，從比利時蘇威(Solvay Solexis)公司可獲得)作為潤滑劑，由此形成圖25A所示的磁盤測試樣品J。磁盤測試樣品J依次包括襯底200、軟磁底層201、氧化停止層180、包括充有磁性材料250的納米孔的排列的納米孔結(jié)構(gòu)210、保護(hù)層260。排列后的納米孔結(jié)構(gòu)210表面的SEM圖片如圖25B所示。從圖25B發(fā)現(xiàn)具有約10nm開口直徑的納米孔規(guī)則排列。此外，比較樣品盤J與實例1中的樣品盤A，該樣品盤A除了在拋光步驟中不拋光從納米孔結(jié)構(gòu)起100nm厚之外，而只使用層疊帶進(jìn)行拋光，以與樣品盤J相同的方式制造。
使用永久磁鐵將樣品盤J和A沿與襯底平面垂直的方向上磁化。然后，使用MFM沿行方向測量磁通量強度。磁通量強度變化如圖26所示。圖26上部分的曲線示出磁性樣品盤J的強度變化，而下部分曲線示出磁性樣品盤A的強度變化。從圖26發(fā)現(xiàn)在磁性樣品盤J中，由于相鄰納米孔之間的間隔變化非常小，來自磁性樣品盤J的信號具有幾乎恒定的脈沖間隔和強度。根據(jù)本發(fā)明的樣品盤J被認(rèn)為能夠在一點中記錄一位，其脈沖間隔沒有變化且可避免互擾。
實例10以如下方式制造根據(jù)本發(fā)明的壓模。具體地，進(jìn)行與實例8中制造納米孔結(jié)構(gòu)中的第一多孔層形成步驟和多孔層去除步驟相同的步驟，以得到多孔層208的跡線，其中，微小凹入部分(氧化鋁孔)205排列在凹入部分行上且以特定間隔隔開，以構(gòu)成凹入部分行(氧化鋁孔行)。
接下來，如圖27A所示，通過旋涂法將感光聚合物應(yīng)用在鋁膜202的多孔層208的跡線上，以形成感光聚合物層300。將透明玻璃板310置于感光聚合物層300上，且使用深UV校準(zhǔn)器(波長257nm)將感光聚合物層300經(jīng)透明玻璃平板310暴露在紫外光450下。然后，剝?nèi)ヤX膜202。因此，如圖27B所示，在多孔層208的跡線中規(guī)則排列的微小凹入部分205的形狀被轉(zhuǎn)移到感光聚合物層300，且形成微小凸出部分320，其能夠與凹入部分205相嚙合并且被規(guī)則排列。如圖27C所示，0.2nm厚的氟模具釋放劑330被應(yīng)用到包括凸出部分的感光聚合物層300表面上。這里，包括凸出部分320的感光聚合物層300可用作本發(fā)明的光敏聚合物壓模340，其中在該層上涂覆有模具釋放劑330。
如圖27D所示，使用所得到的光敏聚合物340，凸出部分320的形狀被再次轉(zhuǎn)移到感光聚合物層300，凸?fàn)詈桶紶畋坏怪茫瑥亩纬晌⑿“既氩糠?05。接下來，如圖27E所示，20nm厚的Cr膜350被氣相沉積在感光聚合物層300表面上，其中多孔層208的跡線被轉(zhuǎn)移到該表面(凸出部分320所處的一側(cè))。如圖27F所示，使用氣相沉積的Cr350表面作為電極，在硫酸電解槽中進(jìn)行Ni的厚電鍍，由此形成300μm厚的Ni鍍層400。硫酸電解槽的濃度是600g/l，pH是4，以及電流密度是2A/cm2。在電鍍后，如圖27G所示，剝?nèi)ジ泄饩酆衔飳?00，從而得到本發(fā)明的Ni壓模410，其包括以行為單位隔開特定間隔的圓形凸出部分。
測量所得到的Ni壓模的凸出部分的寬度和高度。該凸出部分的寬度和高度分別是20nm和20nm。
另外，以與實例8相同的方式測量相鄰納米孔之間間隔的變化系數(shù)，而得到6.27％。發(fā)現(xiàn)在相鄰?fù)钩霾糠种g的間隔不變，且凸出部分被規(guī)則排列。
因而，本發(fā)明可解決傳統(tǒng)技術(shù)中的問題，并提供一種納米孔結(jié)構(gòu)，其可用于磁記錄介質(zhì)、DNA芯片、催化劑載流子以及其他應(yīng)用中；以低成本高效率制造該納米孔結(jié)構(gòu)的方法；一種壓模，適用于制造該納米孔結(jié)構(gòu)并能夠高效率制造該納米孔結(jié)構(gòu)；制造該壓模的方法；一種磁記錄介質(zhì)，其可用于例如廣泛用作計算機、消費導(dǎo)向視頻記錄器的外部存儲器的硬盤設(shè)備中，以及能夠以高密度及高速度記錄信息，且具有高存儲容量，而不會增加磁頭的寫入電流，呈現(xiàn)出令人滿意且均勻的特性例如重寫特性，并且可以避免互相干擾及互寫，并具有非常高的質(zhì)量；一種以低成本高效率制造該磁記錄介質(zhì)的方法；一種使用該磁記錄介質(zhì)按照垂直磁記錄系統(tǒng)用于磁記錄的裝置和方法，其能夠進(jìn)行高密度記錄。
根據(jù)本發(fā)明的納米孔結(jié)構(gòu)可用于磁記錄介質(zhì)，例如可用于廣泛用作計算機、消費導(dǎo)向型視頻記錄器的外部存儲器的硬盤設(shè)備以及DNA芯片、診斷裝置、檢測傳感器、催化劑襯底、電子場發(fā)射顯示器和其他應(yīng)用中。
本發(fā)明制造納米孔結(jié)構(gòu)的方法可適用于本發(fā)明的納米孔結(jié)構(gòu)的制造中。
根據(jù)本發(fā)明的壓?？蛇m用于納米孔結(jié)構(gòu)的制造中，并允許高效率制造本發(fā)明的納米孔結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明制造壓模的方法可適用于本發(fā)明的磁記錄介質(zhì)的制造中。
根據(jù)本發(fā)明的磁記錄介質(zhì)可適用于例如廣泛用作計算機、消費導(dǎo)向型視頻記錄器的典型外部存儲器的硬盤設(shè)備中。
本發(fā)明制造磁記錄介質(zhì)的方法可適用于本發(fā)明的磁記錄介質(zhì)的制造中。
根據(jù)本發(fā)明的磁記錄裝置可適用于例如廣泛用作計算機、消費導(dǎo)向型視頻記錄器的典型外部存儲器的硬盤設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的磁記錄方法能夠以高密度及高速度記錄信息，且具有高存儲容量，而不會增加磁頭的寫入電流，呈現(xiàn)出令人滿意且均勻的特性例如重寫特性，并且可以避免互相干擾及互寫，并具有非常高的質(zhì)量；參照目前來看優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，應(yīng)理解本發(fā)明不限于所公開的實施例。相反，本發(fā)明意圖覆蓋在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種改形和等同設(shè)置。所附權(quán)利要求的范圍應(yīng)按照最寬解釋，以包括所有這種改型和等同的結(jié)構(gòu)及功能。
權(quán)利要求
1.一種納米孔結(jié)構(gòu)，包括金屬矩陣；以及納米孔，規(guī)則排列在該金屬矩陣中，其中，所述納米孔以行為單位隔開特定間隔，以構(gòu)成納米孔行。
2.如權(quán)利要求1所述的納米孔結(jié)構(gòu)，其中，所述納米孔行至少以同心和螺旋其中一種方式排列。
3.如權(quán)利要求2所述的納米孔結(jié)構(gòu)，其中，在相鄰納米孔行中的納米孔沿徑向排列。
4.如權(quán)利要求1所述的納米孔結(jié)構(gòu)，其中，相鄰納米孔行以5到500nm的間隔隔開。
5.如權(quán)利要求1所述的納米孔結(jié)構(gòu)，其中，每個納米孔行的寬度沿所述納米孔行的縱向以特定間隔改變。
6.如權(quán)利要求1所述的納米孔結(jié)構(gòu)，其中，相鄰納米孔之間的間隔變化系數(shù)是10％或更少。
7.一種制造納米孔結(jié)構(gòu)的方法，包括在金屬矩陣上形成多孔層，以使其具有40nm厚或更厚；去除該多孔層，由此形成該多孔層的跡線；以及在該多孔層的跡線上形成多孔層，其中，該多孔層包括納米孔，每個納米孔在基本上與該金屬矩陣垂直的方向上延伸，以及其中，該多孔層的跡線包括規(guī)則排列的凹入部分，其中，所述凹入部分以行為單位隔開特定間隔，以構(gòu)成凹入部分行，以及其中，所述納米孔結(jié)構(gòu)包括金屬矩陣；以及納米孔，規(guī)則排列在該金屬矩陣中，其中，所述納米孔以行為單位隔開特定間隔，以構(gòu)成納米孔行。
8.如權(quán)利要求7所述的制造納米孔結(jié)構(gòu)的方法，其中，在形成該多孔層之前，在該金屬矩陣上形成凹入部分行。
9.一種磁記錄介質(zhì)，包括襯底；以及多孔層，設(shè)置在該襯底上并包括納米孔，在該多孔層與該襯底之間插入或不插入一個或多個層，每個納米孔在基本上垂直于襯底平面的方向上延伸并且其中包含至少一種磁性材料，其中，該多孔層為納米孔結(jié)構(gòu)，以及其中，該納米孔結(jié)構(gòu)包括金屬矩陣；以及納米孔，規(guī)則排列在該金屬矩陣中，其中，該納米孔以行為單位隔開特定間隔，以構(gòu)成納米孔行。
10.如權(quán)利要求9所述的磁記錄介質(zhì)，其中，每個納米孔從襯底起依次包含軟磁層和鐵磁層，并且其中該鐵磁層的厚度等于或小于該軟磁層的厚度。
11.如權(quán)利要求9所述的磁記錄介質(zhì)，進(jìn)一步包括在該襯底與該多孔層之間的軟磁底層，其中，鐵磁層的厚度等于或小于軟磁層和該軟磁底層的總厚度。
12.如權(quán)利要求10所述的磁記錄介質(zhì)，進(jìn)一步包括在該鐵磁層與該軟磁底層之間的非磁層。
13.一種制造磁記錄介質(zhì)的方法，包括以下步驟形成納米孔結(jié)構(gòu)；以及將至少一種磁性材料充入所述納米孔中，其中，形成納米孔結(jié)構(gòu)的步驟包括在襯底上形成金屬層；以及處理該金屬層，由此形成在基本上垂直于該襯底平面的方向上延伸的納米孔，從而形成作為多孔層的納米孔結(jié)構(gòu)，以及其中，該磁記錄介質(zhì)包括襯底；以及多孔層，設(shè)置在該襯底上并包括納米孔，在該多孔層與該襯底之間插入或不插入一個或多個層，每個納米孔在基本上垂直于襯底平面的方向上延伸并且其中包含至少一種磁性材料，其中，該多孔層為納米孔結(jié)構(gòu)，以及其中，該納米孔結(jié)構(gòu)包括金屬矩陣；以及納米孔，規(guī)則排列在該金屬矩陣中，其中，該納米孔以行為單位隔開特定間隔，以構(gòu)成納米孔行。
14.如權(quán)利要求13所述的制造磁記錄介質(zhì)的方法，其中，充入磁性材料的步驟包括以下步驟在所述納米孔中形成軟磁層；以及在該軟磁層上面或上方形成鐵磁層。
15.如權(quán)利要求13所述的制造磁記錄介質(zhì)的方法，其中，進(jìn)一步包括拋光納米孔結(jié)構(gòu)表面的步驟，其中，拋光步驟中的拋光量從該納米孔結(jié)構(gòu)的最上表面起為15nm或更厚。
16.如權(quán)利要求13所述的制造磁記錄介質(zhì)的方法，其中，進(jìn)一步包括拋光納米孔結(jié)構(gòu)表面的步驟，其中，拋光步驟中的拋光量從該納米孔結(jié)構(gòu)的最上表面起為40nm或更厚。
17.一種磁記錄裝置，包括磁記錄介質(zhì)；以及垂直磁記錄頭，其中，該磁記錄介質(zhì)包括襯底；以及多孔層，設(shè)置在該襯底上并包括納米孔，在該多孔層與該襯底之間插入或不插入一個或多個層，每個納米孔在基本上垂直于襯底平面的方向上延伸并且其中包含至少一種磁性材料，其中，該多孔層為納米孔結(jié)構(gòu)，以及其中，該納米孔結(jié)構(gòu)包括金屬矩陣；以及納米孔，規(guī)則排列在該金屬矩陣中，其中，所述納米孔以行為單位隔開特定間隔，以構(gòu)成納米孔行。
18.如權(quán)利要求17所述的磁記錄裝置，其中，該垂直磁記錄頭是單極頭。
19.一種磁記錄方法，包括使用垂直磁記錄頭將信息記錄在磁記錄介質(zhì)上的步驟，其中，該磁記錄介質(zhì)包括襯底；以及多孔層，設(shè)置在該襯底上并包括納米孔，并且在該多孔層與該襯底之間插入或不插入一個或多個層，每個納米孔在基本上垂直于襯底平面的方向上延伸并且其中包含至少一種磁性材料，其中，該多孔層為納米孔結(jié)構(gòu)，以及其中，該納米孔結(jié)構(gòu)包括金屬矩陣；以及納米孔，規(guī)則排列在該金屬矩陣中，其中，該納米孔以行為單位隔開特定間隔，以構(gòu)成納米孔行。
20.如權(quán)利要求19所述的磁記錄方法，其中，該磁記錄介質(zhì)包括軟磁底層，并且其中該軟磁底層與該垂直磁記錄頭構(gòu)成磁路。
全文摘要
一種納米孔結(jié)構(gòu)，包括金屬矩陣；以及納米孔，規(guī)則排列在該金屬矩陣中，其中，所述納米孔以行為單位隔開特定間隔，以構(gòu)成納米孔行。納米孔行優(yōu)選同心或螺旋排列。在相鄰納米孔行中的納米孔優(yōu)選沿徑向設(shè)置。每個納米孔行的寬度優(yōu)選沿其縱向以特定間隔改變。一種磁記錄介質(zhì)，包括襯底；以及在該襯底上面或上方的多孔層。該多孔層包括納米孔，每個納米孔在基本上垂直于襯底平面的方向上延伸，其中包含至少一種磁性材料，并且該多孔層為上述納米孔結(jié)構(gòu)。
文檔編號G11B5/66GK1694163SQ20051005948
公開日2005年11月9日 申請日期2005年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月26日
發(fā)明者伊藤健一, 中尾宏, 菊地英幸, 守部峰生, 益田秀樹 申請人:富士通株式會社, 財團(tuán)法人神奈川科學(xué)技術(shù)研究院