專利名稱：具有改進(jìn)的高氧含量記錄層的垂直磁記錄盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及垂直磁記錄介質(zhì)，更具體地，涉及用于在磁記錄硬盤驅(qū)動(dòng)器中使用的具有垂直磁記錄層的盤。
背景技術(shù)：
垂直磁記錄是在磁記錄硬盤驅(qū)動(dòng)器中實(shí)現(xiàn)超高記錄密度的途徑之一，其中所記錄的位(bit)在記錄層中垂直或離面(out-of-plane)取向。最普通類型的垂直磁記錄系統(tǒng)是利用具有單寫極的記錄頭和“雙層”介質(zhì)的系統(tǒng)，如圖1所示。雙層介質(zhì)包括形成在“軟磁”或較低矯頑力導(dǎo)磁襯層(SUL)上的垂直磁數(shù)據(jù)記錄層(RL)。SUL用作來(lái)自寫極的場(chǎng)到記錄頭的返回極的磁通返回路徑。此類型的系統(tǒng)也稱為“1型”垂直磁記錄。圖1中，RL示出為具有垂直記錄或磁化的區(qū)域，相鄰區(qū)域具有相反的磁化方向，如箭頭所示。相鄰的相反方向磁化區(qū)域之間的磁轉(zhuǎn)變(magnetic transition)作為所記錄的位被讀元件或讀頭所檢測(cè)。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)垂直磁記錄盤的橫截面的示意圖。該盤包括硬盤襯底、用于SUL的生長(zhǎng)的粘合層或始層(onset layer，OL)、SUL、SUL上促進(jìn)RL的生長(zhǎng)的襯層(UL)、及保護(hù)覆層(OC)。用于RL的一類傳統(tǒng)材料是顆粒鐵磁鈷合金，例如CoPtCr合金。此材料的鐵磁晶粒(grain)具有六角密堆積(hcp)晶體結(jié)構(gòu)以及由于沉積期間hcp晶體結(jié)構(gòu)的c軸被誘導(dǎo)為垂直于層平面生長(zhǎng)而導(dǎo)致的離面或垂直磁各向異性。為了誘導(dǎo)hcp RL的該外延生長(zhǎng)，其上形成RL的UL通常也是hcp材料。釕(Ru)是建議用于UL的一種材料。盡管單層UL示于圖2，但UL可以是多層結(jié)構(gòu)，具有一個(gè)或更多hcp層及SUL與hcp層或多層之間的籽層。UL還通常起到交換中斷層的作用，從而中斷RL與導(dǎo)磁SUL之間的磁交換耦合。
已經(jīng)提出了一種垂直磁記錄介質(zhì)，其中RL是反鐵磁耦合(AFC)層的上鐵磁層，如圖3所示。AFC層包括UL上的下鐵磁層、下鐵磁層上的反鐵磁(AF)耦合層、以及AF耦合層上的上鐵磁層(RL)。在此類型的介質(zhì)中，如US 6815082 B2所述，每個(gè)鐵磁層是具有垂直磁各向異性的顆粒鈷合金。AF耦合層誘發(fā)兩鐵磁層之間的垂直反鐵磁交換耦合，如圖3中AFC層的每個(gè)磁化區(qū)域中兩鐵磁層之間的反平行磁化方向所示。
為了以超高記錄密度例如大于200Gbits/in2實(shí)現(xiàn)高性能垂直磁記錄盤，RL應(yīng)當(dāng)表現(xiàn)出低本征介質(zhì)噪聲(高信噪比或SNR)、大于約5000Oe的矯頑力Hc及大于(更負(fù))約-1500Oe的成核場(chǎng)(nucleation field)Hn。成核場(chǎng)Hn是反轉(zhuǎn)場(chǎng)(reversing field)，優(yōu)選地在M-H磁滯回線的第二象限，該處磁化開始從其飽和值(Ms)下降。成核場(chǎng)越負(fù)，剩磁狀態(tài)越穩(wěn)定，因?yàn)樾枰蟮姆崔D(zhuǎn)場(chǎng)來(lái)改變磁化。
公知地，顆粒鈷合金RL應(yīng)具有良好隔離的精細(xì)顆粒(fine-grain)結(jié)構(gòu)以制造高Hc介質(zhì)并減小顆粒間交換耦合，顆粒間交換耦合是造成高本征介質(zhì)噪聲的原因。已經(jīng)提出通過(guò)加入析淀在晶粒邊界處的金屬氧化物來(lái)提高RL中的晶粒分離(segregation)。H.Uwazumi等在“CoPtCr-SiO2Granular Mediafor High-Density Perpendicular Recording”(IEEE Transactions on Magnetics，Vol.39，No.4，July 2003，pp.1914-1918)中描述了從CoPtCr-SiO2復(fù)合靶通過(guò)濺射沉積向CoPtCr顆粒合金加入SiO2。該文獻(xiàn)中描述的RL具有約4000Oe的Hc和約-700Oe的Hn。T.Chiba等在“Structure and magnetic properties ofCo-Pt-Ta2O5film for perpendicular magnetic recording media”(Journal ofMagnetism and Magnetic Materials，Vol.287，F(xiàn)ebruary 2005，pp.167-171)中描述了向CoPt顆粒合金加入Ta2O5。當(dāng)從CoPt和Ta2O5的復(fù)合靶濺射沉積RL時(shí)，該文獻(xiàn)中描述的RL具有約3000Oe的Hc，并且通過(guò)濺射期間引入氧氣沒有獲得Hc的增加。
在上面引用的參考文獻(xiàn)中，所加入的氧的量不顯著大于化學(xué)計(jì)量的金屬氧化物所需的氧的量。M.Zheng等在“Role of Oxygen Incorporation inCo-Cr-Pt-Si-O Perpendicular Magnetic Recording Media”(IEEE Transactions onMagnetics，Vol.40，No.4，July 2004，pp.2498-2500)中描述了在氬/氧(Ar/O2)氣體混合物中通過(guò)CoPtCr-SiO2復(fù)合靶的反應(yīng)濺射沉積向CoPtCr顆粒合金添加更大量的氧的效果。該參考文獻(xiàn)教導(dǎo)，RL中在15原子百分比(at.％)的氧的最優(yōu)量處實(shí)現(xiàn)了大約4000Oe的最大Hc。只有少部分Cr處于氧化物形式并且沒有RL中的SiO2的有力證據(jù)。如果增加氧的量高于最優(yōu)值，過(guò)量的氧在晶粒中形成Cr和Co的氧化物，導(dǎo)致Hc下降。在21at.％氧的水平，Hc下降到大約1000Oe，這使得RL不可用。
所需要的是具有CoPtCr顆粒合金RL的垂直磁記錄盤，該RL表現(xiàn)出大于約-1500Oe的Hn并具有良好隔離的精細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生高SNR和大于約5000Oe的Hc。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是具有改進(jìn)的記錄層的垂直磁記錄盤，以及包括該盤、寫頭和讀頭的垂直磁記錄系統(tǒng)。該記錄層是具有顆粒間材料的顆粒CoPtCr基鐵磁合金，顆粒間材料由Cr的一種或更多氧化物及Si、Ta、Ti、B、Nb或Hf分離子(segregant)中的一種或更多種的一種或更多種氧化物構(gòu)成，其中記錄層中存在的氧的量大于約22原子百分比并且小于約35原子百分比。記錄層中氧的量顯著大于分離子或多種分離子的化學(xué)計(jì)量氧化物或多種氧化物所需的量，記錄層中存在的氧的主要部分出現(xiàn)在顆粒間材料中。優(yōu)選地僅添加單種分離子，從而除了Cr氧化物或多種氧化物以外，顆粒間材料中的僅有氧化物或多種氧化物是來(lái)自選自Si、Ta、Ti、B、Nb和Hf的單一元素的氧化物。記錄層表現(xiàn)出高SNR、大于約5000Oe的Hc及大于(更負(fù))約-1500Oe的Hn。
為了充分理解本發(fā)明的本質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)參考下面結(jié)合附圖一起進(jìn)行的詳細(xì)說(shuō)明。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)垂直磁記錄系統(tǒng)的示意圖；圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的垂直磁記錄盤的橫截面的示意圖；圖3是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)具有反鐵磁耦合(AFC)層的垂直磁記錄盤的橫截面的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的垂直磁記錄盤的橫截面的示意圖；圖5是用于制造根據(jù)本發(fā)明的具有記錄層成分的盤的多靶濺射源和相關(guān)的靶成分的視圖；圖6是對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的具有記錄層成分的盤而言作為濺射室中O2分壓的函數(shù)的矯頑力Hc和成核場(chǎng)Hn的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的垂直磁記錄盤示于圖4。該結(jié)構(gòu)類似于圖2的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)，除了RL的成分。
參照?qǐng)D4，構(gòu)成盤的各層位于硬盤襯底上。該襯底可以是任何商業(yè)可得的玻璃襯底，但是還可以是具有NiP或其它已知表面涂層的傳統(tǒng)鋁合金，或者諸如硅、硅堿鈣石或硅碳化物的供選襯底。SUL位于襯底上，或者直接在襯底上或者直接在粘合層或OL上。OL促進(jìn)SUL的生長(zhǎng)并可以是具有約20至50埃厚度的AlTi合金或者類似材料。SUL是由多個(gè)軟磁層(SULa和SULb)形成的層疊或多層SUL，該多個(gè)軟磁層由在SULa和SULb之間作為反鐵磁(AF)耦合膜從而起到反鐵磁交換耦合的媒介作用的層間膜(諸如Ru、Ir或Cr)分隔開。這類SUL在美國(guó)專利6686070 B1和6835475 B2中作了描述。SUL也可以是單層。SUL還可以是由多個(gè)軟磁膜形成的層疊或多層SUL，該多個(gè)軟磁膜通過(guò)諸如Al或CoCr導(dǎo)電膜的非磁膜分隔開。SUL層或多層由非晶導(dǎo)磁材料形成，例如合金CoNiFe、FeCoB、CoCuFe、NiFe、FeAlSi、FeTaN、FeN、FeTaC、CoTaZr、CoFeB、以及CoZrNb。SUL的厚度通常在約500至4000埃的范圍。形成在RL上的OC可以是非晶“類金剛石(diamond-like)”碳膜或其它公知保護(hù)覆層，例如硅氮化物。
SUL上的非磁襯層UL是用于控制顆粒RL中的六角密堆積(hcp)晶體取向的具有hcp晶體結(jié)構(gòu)的非磁金屬或合金。UL促進(jìn)hcp顆粒RL的外延生長(zhǎng)使得其c軸基本垂直地取向，從而產(chǎn)生垂直磁各向異性。釕(Ru)是通常用于UL的材料，但是其它材料包括選自Ti、Re和Os的金屬，以及包含選自Ti、Re、Ru和Os的至少一種元素的合金。UL的厚度通常在大約70至220埃的范圍。如果Ru用作UL，則它可以直接形成在籽層(SL)上，籽層形成在SUL上，例如為10至20埃厚的NiFe層。
RL是顆粒CoPtCr基鐵磁合金，具有由Cr的一種或更多氧化物以及“M”分離子(segregant)(其中M為Si、Ta、Ti、B或Nb)中的一種或更多的一種或更多氧化物構(gòu)成的顆粒間材料，其中RL中存在的氧的量大于約22原子百分比且小于約35原子百分比。該氧的量基本大于化學(xué)計(jì)量的M氧化物或多種氧化物所需的氧的量，且RL中存在的氧的大部分(大于70％)在顆粒間材料中。優(yōu)選地顆粒間材料中的M氧化物或多種氧化物是選自Si、Ta、Ti、B和Nb的僅一種元素的氧化物或多種氧化物。該RL表現(xiàn)出高SNR、大于約5000Oe的Hc和大于(更負(fù))約-1500Oe的Hn。
具有各種成分的記錄層(RL)利用Unaxis Triatron多靶濺射源在Ar/O2氣體混合物中通過(guò)反應(yīng)濺射制造。該濺射源示于圖5并具有三個(gè)同心靶，每個(gè)具有其自己的電源。為了制造各種成分，內(nèi)靶是M-O化學(xué)計(jì)量材料(SiO2、Ta2O5、TiO2、Nb2O3)或僅是M(B)。中間靶是CrPt合金(Cr52Pt48或Cr56Pt44，其中下標(biāo)代表at.％)并且外靶是Co。
雖然氧出現(xiàn)在M-O靶中，但是需要顯著更多的氧來(lái)制造具有高性能磁特性的RL。這通過(guò)控制Ar/O2氣體混合物中O2的分壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖6示出在五種不同的O2分壓下沉積的五種不同RL(Ta2O5作為M-O內(nèi)靶)的所測(cè)量的Hc和Hn。圖6示出對(duì)于具有不同M-O或M內(nèi)靶的所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的類似曲線。每條曲線上的數(shù)據(jù)點(diǎn)確定給出具有最好Hc和Hn的RL的O2分壓。然后利用盧瑟福背散射(RBS)和顆粒誘導(dǎo)X線發(fā)射(PIXE)的標(biāo)準(zhǔn)方法分析具有這些最優(yōu)RL的盤的氧含量和成分。數(shù)據(jù)總結(jié)于下面的表1。
表1

在上表中，SNR在365000磁通變化/英寸(kfci)的線記錄密度下測(cè)量。
如圖6的曲線還用于確定RL中將產(chǎn)生具有大于約5500Oe的Hc和大于約-2000Oe的Hn的RL的氧含量的范圍。在所有情況下該范圍確定為在大約22和35at.％之間。因?yàn)镽L中氧的量顯著大于形成化學(xué)計(jì)量的M-O所需的氧的量，顯著量的Cr氧化物也形成在晶粒之間。還用電子能量損失譜(EELS)的標(biāo)準(zhǔn)方法分析了表1中的RL。結(jié)果證明基本上僅Cr、M和O出現(xiàn)在晶粒邊界附近的顆粒間材料中，且RL中出現(xiàn)的大于70％的氧存在于顆粒間材料中。由于出現(xiàn)的大量氧，該數(shù)據(jù)基本確認(rèn)Cr的大部分作為氧化物出現(xiàn)在顆粒間材料中。
除了表1所列的RL之外，通過(guò)改變施加到多靶濺射源中的不同靶的功率，還制造了具有不同量的M分離子的其它樣品，以確定將提供具有所需要的磁特性的RL的M分離子成分的范圍。優(yōu)選的分離子范圍確定為大約Si是2-9at.％，Ta是2-5at.％，Ti是4-10at.％，B是3-7at.％，Nb是2-5at.％。
表1所列的RL僅具有所給出的單一M元素，因?yàn)槎喟袨R射源的內(nèi)靶僅包含單M-O或M元素。然而，公知可以制造具有Si、Ta、Ti、B和Nb中的一種或更多元素的其它成分濺射靶，從而RL可以包括一種以上的M分離子，在該情況下，除了Cr的一種或更多氧化物以外顆粒間材料還將包括所有分離子的一種或更多氧化物。
利用如上所述的相同反應(yīng)濺射方法還制造了以鉿(Hf)作為M分離子的RL。盡管對(duì)于具有Hf的該RL沒有類似表1中的具體數(shù)據(jù)，但對(duì)于Co-Pt-Cr-Hf-O RL獲得了相當(dāng)好的記錄性能。
盡管對(duì)于如圖4所示的單層RL示出上面的數(shù)據(jù)，但具有根據(jù)本發(fā)明的成分的RL也可用作具有反鐵磁耦合(AFC)層的垂直磁記錄盤中的上鐵磁層，如圖3所示。
盡管本發(fā)明參照其優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了特定示出和描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種改變。因此，所公開的方面將被認(rèn)為僅是說(shuō)明性的并僅限制在權(quán)利要求所確定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種垂直磁記錄盤，包括襯底；所述襯底上的非磁襯層；以及垂直磁記錄層，其在所述襯層上并且包括具有垂直磁各向異性的CoPtCr基鐵磁合金的晶粒和顆粒間材料，該顆粒間材料包括Cr的一種或更多種氧化物及Si、Ta、Ti、B、Nb和Hf中的一種或更多的一種或更多種氧化物，其中所述記錄層中存在的氧的量大于約22個(gè)原子百分比并且小于約35個(gè)原子百分比。
2.如權(quán)利要求1所述的盤，其中所述顆粒間材料主要包括Cr的一種或更多種氧化物及選自包括Si、Ta、Ti、B和Nb的元素的一種或更多種氧化物。
3.如權(quán)利要求1所述的盤，其中所述顆粒間材料主要包括Cr的一種或更多種氧化物及Si的一種或更多種氧化物，其中所述記錄層中存在的Si的量大于約2個(gè)原子百分比并且小于約9個(gè)原子百分比。
4.如權(quán)利要求1所述的盤，其中所述顆粒間材料主要包括Cr的一種或更多種氧化物及Ta的一種或更多種氧化物，其中所述記錄層中存在的Ta的量大于約2個(gè)原子百分比并且小于約5個(gè)原子百分比。
5.如權(quán)利要求1所述的盤，其中所述顆粒間材料主要包括Cr的一種或更多種氧化物及Ti的一種或更多種氧化物，其中所述記錄層中存在的Ti的量大于約4個(gè)原子百分比并且小于約10個(gè)原子百分比。
6.如權(quán)利要求1所述的盤，其中所述顆粒間材料主要包括Cr的一種或更多種氧化物及B的一種或更多種氧化物，其中所述記錄層中存在的B的量大于約3個(gè)原子百分比并且小于約7個(gè)原子百分比。
7.如權(quán)利要求1所述的盤，其中所述顆粒間材料主要包括Cr的一種或更多種氧化物及Nb的一種或更多種氧化物，其中所述記錄層中存在的Nb的量大于約2個(gè)原子百分比并且小于約5個(gè)原子百分比。
8.如權(quán)利要求1所述的盤，其中所述記錄層中存在的多于約70％的氧是在所述顆粒間材料中。
9.如權(quán)利要求1所述的盤，其中所述記錄層具有大于約5000Oe的矯頑力Hc。
10.如權(quán)利要求1所述的盤，其中所述記錄層具有大于約1500Oe的成核場(chǎng)Hn。
11.如權(quán)利要求1所述的盤，其中所述垂直磁記錄層是反鐵磁耦合(AFC)層的上鐵磁層，所述反鐵磁耦合(AFC)層包括所述襯層上的鈷合金下鐵磁層、所述下鐵磁層上的非磁反鐵磁耦合層、及所述反鐵磁耦合層上的所述上鐵磁層。
12.如權(quán)利要求11所述的盤，其中所述AFC層的所述非磁反鐵磁耦合層由選自包括釕(Ru)、鉻(Cr)、銠(Rh)、銥(Ir)、銅(Cu)、及它們的合金的組的材料形成。
13.如權(quán)利要求1所述的盤，其中所述襯層由選自包括Ru，Ti，Re，Os及Ru、Ti、Re、Os中的一種或更多的合金的組的材料形成。
14.如權(quán)利要求1所述的盤，還包括所述襯底與所述襯層之間的導(dǎo)磁材料層。
15.如權(quán)利要求14所述的盤，其中所述導(dǎo)磁材料層由選自包括合金CoFe、CoNiFe、NiFe、FeCoB、CoCuFe、FeAlSi、FeTaN、FeN、FeTaC、CoTaZr、以及CoZrNb的組的材料形成。
16.如權(quán)利要求14所述的盤，其中所述導(dǎo)磁材料層是由非磁膜隔開的多個(gè)導(dǎo)磁膜的疊層。
17.如權(quán)利要求16所述的盤，其中所述疊層中的所述非磁膜提供所述疊層中的所述導(dǎo)磁膜的反鐵磁耦合。
18.一種垂直磁記錄盤，包括襯底；所述襯底上的導(dǎo)磁材料層；非磁襯層，其在所述導(dǎo)磁材料層上并具有六角密堆積(hcp)晶體結(jié)構(gòu)；以及顆粒磁記錄層，其在所述襯層上且具有hcp晶體結(jié)構(gòu)，c軸基本垂直于所述記錄層取向，所述記錄層包括Co，Pt，Cr，Cr的一種或更多種氧化物，以及從包括Si、Ta、Ti、B、Nb和Hf的組選擇的元素的一種或更多種氧化物，其中所述記錄層中存在的氧的量大于約22個(gè)原子百分比并且小于約35個(gè)原子百分比，所述記錄層具有大于約5000Oe的矯頑力Hc及大于約1500Oe的成核場(chǎng)Hn。
19.如權(quán)利要求18所述的盤，其中所述Cr的一種或更多種氧化物及所述從包括Si、Ta、Ti、B、Nb和Hf的組選定的元素的一種或更多種氧化物主要出現(xiàn)在所述顆粒磁記錄層的所述晶粒之間。
20.如權(quán)利要求19所述的盤，其中所述記錄層中出現(xiàn)的多于約70％的氧出現(xiàn)在所述晶粒之間。
21.如權(quán)利要求18所述的盤，其中所述選定的元素是Si，所述記錄層中出現(xiàn)的Si的量大于約2個(gè)原子百分比并且小于約9個(gè)原子百分比。
22.如權(quán)利要求18所述的盤，其中所述選定的元素是Ta，所述記錄層中出現(xiàn)的Ta的量大于約2個(gè)原子百分比并且小于約5個(gè)原子百分比。
23.如權(quán)利要求18所述的盤，其中所述選定的元素是Ti，所述記錄層中出現(xiàn)的Ti的量大于約4個(gè)原子百分比并且小于約10個(gè)原子百分比。
24.如權(quán)利要求18所述的盤，其中所述選定的元素是B，所述記錄層中出現(xiàn)的B的量大于約3個(gè)原子百分比并且小于約7個(gè)原子百分比。
25.如權(quán)利要求18所述的盤，其中所述選定的元素是Nb，所述記錄層中出現(xiàn)的Nb的量大于約2個(gè)原子百分比并且小于約5個(gè)原子百分比。
26.一種垂直磁記錄系統(tǒng)，包括權(quán)利要求18所述的盤；寫頭，其用于磁化所述盤的所述記錄層中的區(qū)域；及讀頭，其用于檢測(cè)所述磁化區(qū)域之間的轉(zhuǎn)變。
全文摘要
本發(fā)明提供一種垂直磁記錄盤，其具有改進(jìn)的具有顆粒間材料的顆粒CoPtCr基鐵磁合金的記錄層，顆粒間材料由Cr的一種或更多氧化物及Si、Ta、Ti、B、Nb或Hf分離子中的一種或更多種的一種或更多種氧化物構(gòu)成，其中記錄層中出現(xiàn)的氧的量大于約22個(gè)原子百分比并且小于約35個(gè)原子百分比。記錄層中的氧的量顯著大于分離子或多種分離子的化學(xué)計(jì)量氧化物或多種氧化物所需的量，出現(xiàn)在記錄層中的氧的主要部分存在于顆粒間材料中。記錄層表現(xiàn)出高信噪比(SNR)、大于約5000Oe的矯頑力H
文檔編號(hào)G11B5/62GK1870143SQ20061008982
公開日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2006年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月24日
發(fā)明者霍亞·V·多, 伯恩德·海因茨, 池田圭宏, 高野賢太郎, 肖敏 申請(qǐng)人:日立環(huán)球儲(chǔ)存科技荷蘭有限公司