粒子間交換結合を増加させる交換スプリング記録構造および水平結合層を備えた垂直磁気記録媒体
【課題】交換スプリング記録層構造を備えた垂直磁気記録媒体を提供する。
【解決手段】垂直磁気記録システムおよび媒体は、交換スプリング構造および強磁性の水平結合層(LCL)を含む多層の記録層を有する。交換スプリング構造は、それぞれ垂直磁気異方性を有する、2つの強磁性的に交換結合された磁性層(MAG1およびMAG2)から構成される。MAG1およびMAG2は、互いに直接接触しているか、またはそれらの間に位置する結合層(CL)を有する。LCLは、MAG2と直接接触して位置し、MAG2中の粒子間交換結合を仲介する。LCL中の強磁性合金は、一般的には酸化物などの分離個体を含むMAG2中の強磁性合金よりも、著しく大きな粒子間交換結合を有する。LCLは、好ましくは、LCL中の粒子間交換結合を低減させる傾向があるであろう、酸化物または他の分離個体を含まない。
【解決手段】垂直磁気記録システムおよび媒体は、交換スプリング構造および強磁性の水平結合層(LCL)を含む多層の記録層を有する。交換スプリング構造は、それぞれ垂直磁気異方性を有する、2つの強磁性的に交換結合された磁性層(MAG1およびMAG2)から構成される。MAG1およびMAG2は、互いに直接接触しているか、またはそれらの間に位置する結合層(CL)を有する。LCLは、MAG2と直接接触して位置し、MAG2中の粒子間交換結合を仲介する。LCL中の強磁性合金は、一般的には酸化物などの分離個体を含むMAG2中の強磁性合金よりも、著しく大きな粒子間交換結合を有する。LCLは、好ましくは、LCL中の粒子間交換結合を低減させる傾向があるであろう、酸化物または他の分離個体を含まない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、一般に、磁気記録ハードディスクドライブに使用される垂直磁気記録ディスクなどの、垂直磁気記録媒体に関し、より具体的には、「交換スプリング」記録層構造を備えた垂直磁気記録媒体に関する。
【背景技術】
【0002】
記録されたビットが、ディスク基板および平坦な記録層にほぼ平行に向けられる、水平または長手方向磁気記録媒体は、磁気記録ハードディスクドライブに使用される従来の媒体である。記録されたビットが、ほぼ垂直に、または面外配向で(すなわち、ディスク基板および記録層の表面に平行以外で)記録層に格納される、垂直磁気記録媒体は、磁気記録ハードディスクドライブにおける記録密度超高度化への有望な道を示している。垂直磁気記録システムの一般的なタイプは、「二重層」媒体を使用するものである。この種のシステムは図1に示されており、単一の書込み磁極タイプの記録ヘッドを備える。二重層媒体は、基板上に形成された、「軟磁性」の、すなわち保磁力が比較的低い透磁性下層(SUL)上に、垂直磁気データ記録層(RL)を含む。RLは、一般に、c軸がRLにほぼ垂直に向けられた六方最密(hcp)結晶構造を有する、CoPtCr合金などの粒状強磁性コバルト合金である。
【0003】
SULは、記録ヘッドの書込み磁極から戻り磁極への磁界の磁束戻り経路としての役割を果たす。図1では、矢印によって表されるように、RLは、垂直に記録または磁化された領域を備えて示され、隣接する領域は反対の磁化方向を有する。隣接する反対向きの磁化領域の間の磁気転移は、読取りエレメントまたはヘッドによって、記録されたビットとして検出することができる。
【0004】
図2は、記録層RLに作用する書込み磁界Hを示す、従来の垂直磁気記録ディスクの断面の概略図である。ディスクは、さらに、続いて堆積される層の表面をほぼ平坦にするハードディスク基板を含む。基板の表面上に形成されるほぼ平坦な層は、さらに、SULを成長させるためのシード層またはオンセット層(OL)、SULとRLの透磁性膜の間の磁気交換結合を壊し、かつRLのエピタキシャル成長を促進する交換ブレーク層(EBL)、ならびに保護被膜(OC)を含む。図2に示されるように、RLは、「見掛けの」記録ヘッド(ARH)のギャップの内部に位置し、長手方向または面内記録に比べて著しく高い書込み磁界を許容する。ARHは、ディスクの上にある実際の書込みヘッド(RWH)である書込み磁極(図1)、およびRLの下の第2の書込み磁極(SWP)を備える。SWPは、EBLによってRLから減結合されたSULによって促進され、書込みプロセス中にRWHの磁性画像を生成する。これは、RLをARHのギャップに有効に至らせ、RL内部の大きな書込み磁界Hを許容する。しかしながら、この幾何学形状により、また、RL内部の書込み磁界Hが、基板の表面およびRLの表面にほぼ直角に、すなわち、容易軸2を有する一般的な粒子1に示されるような、RL粒子の垂直な容易軸に沿って向けられる。書込み磁界HとRL容易軸のほぼ平行な配列は、最小トルクが粒子の磁化に与えられることから、磁化を反転させるために比較的高い書込み磁界が必要であるという短所を有する。さらに、非特許文献1(M.BenakliらのIEEE Trans.MAG 37,1564(2001))に記載されているように、書込み磁界/容易軸の配列は、RL粒子の磁化反転時間を増加させる。
【0005】
これらの理由で、非特許文献2(K.−Z.GaoらのIEEE Trans.MAG 39,704(2003))に記載されているように、RLの磁化容易軸が垂直な表面に対して約45度以下の角度で傾けられ、その結果、反転時間が増加することなく、より低い書込み磁界を用いて磁化反転を達成できる、「傾けられた」媒体が理論上提案された。しかしながら、傾けられた容易軸を有するRLを用いて高品質の記録媒体を製造する既知の作製プロセスはない。
【0006】
傾けられた媒体をエミュレートし、従来の作製プロセスと互換性をもつ、垂直磁気記録媒体が提案されてきた。この種の媒体は、RL中の「交換スプリング」構造を使用して、傾けられた媒体の挙動をエミュレートする磁気挙動を達成する。交換スプリング垂直磁気記録媒体では、RL構造は、強磁性的に交換結合された、「硬」磁性層(より高い保磁力)と「軟」磁性層(より低い保磁力)との複合体である。中間結合層が、硬磁性層と軟磁性層の間に置かれて、中間層の交換結合の強度を低減してもよい。2つの磁性層は、一般的に異なる異方性磁界(Hk)を有する。(一軸磁気異方性Kuを有する強磁性層の異方性磁界Hkは、磁化方向を切り替えるために容易軸に沿って印加される必要があるであろう磁界である。)均一な書込み磁界Hの存在下で、低Hk層の磁化が最初に回転し、高Hk層の磁化の反転を助けるが、この挙動は「交換スプリング」挙動と呼ばれることがある。交換スプリング垂直磁気記録媒体は、非特許文献3(R.H.Victoraらの「Composite media for Perpendicular Magnetic Recording」,IEEE Trans MAG 41(2),537−542,Feb 2005)、および非特許文献4(J.P.Wangらの「Composite media(dynamic tilted media)for magnetic recording」,Appl.Phys.Lett.86(14)Art.No.142504,Apr 4 2005)に記載されている。2005年9月21日に出願された、本願と同じ譲受人に譲受された係属中の出願第11/231,516号には、下側の高Hk強磁性層、上側の低Hk強磁性層、および2つの強磁性層の間の中間結合層で形成された、交換スプリングRL構造を備えた垂直磁気記録媒体が記載されている。
【0007】
【非特許文献1】M.BenakliらのIEEE Trans.MAG 37,1564(2001)
【非特許文献2】K.−Z.GaoらのIEEE Trans.MAG 39,704(2003)
【非特許文献3】R.H.Victoraらの「Composite media for Perpendicular Magnetic Recording」,IEEE Trans MAG 41(2),537−542,Feb 2005
【非特許文献4】J.P.Wangらの「Composite media(dynamic tilted media)for magnetic recording」,Appl.Phys.Lett.86(14)Art.No.142504,Apr 4 2005
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
従来のRLを備えた垂直磁気記録媒体、および交換スプリングRL構造を備えた媒体には、熱揺らぎの問題がある。RL構造の厚さが減少するにしたがって、磁気粒子は磁気揺らぎにより弱くなり、すなわち、磁化領域がその磁化を自然に失い、結果としてデータが失われる。これは、小さな磁気粒子の熱活性化(超常磁性効果)に起因する。磁気粒子の熱的安定性は、Kuを層の磁気異方性定数とし、Vを磁気粒子の容積とするKuVによってほとんど決まる。したがって、高いKuを有するRLが熱的安定性にとって重要である。しかしながら、交換スプリングRL構造を備えた媒体では、磁性層の1つは非常に低いKuを有するので、この層はRLの熱的安定性に寄与することができない。
【0009】
交換スプリング媒体における熱揺らぎの問題に対処するため、2006年3月9日に出願された、本願と同じ譲受人に譲受された係属中の出願第11/372,295号は、中間の非磁性のまたは弱い強磁性結合層によって強磁性的に交換結合された、ほぼ類似の異方性磁界Hkを有する2つの強磁性層で形成された、交換スプリングRL構造を備えた垂直磁気記録媒体を記載している。書込みヘッドが、RLの上側部分において、より大きな磁界とより大きな磁界勾配を生成すると共に、RLの内部では磁界強度がさらに減少されるので、上側強磁性層は高い異方性磁界を有することができる。上側強磁性層が位置するRLの頂部付近における高い磁界および磁界勾配は、上側強磁性層の磁化を反転させ、それが次に、下側強磁性層の磁化反転を助ける。この交換スプリングタイプのRL中の両方の強磁性層は、高い異方性磁界を有し、十分に交換結合されているので、媒体の熱的安定性は損なわれない。
【0010】
粒状強磁性コバルト合金の記録層を使用する、水平および垂直磁気記録媒体は両方とも、増加する線記録密度による増加する固有の媒体ノイズを呈する。媒体ノイズは、記録された磁気転移の不規則性から生じ、結果として、リードバック信号ピークが不規則にシフトする。高い媒体ノイズは、高いビット誤り率(BER)につながる。したがって、より高い面積記憶密度を得るため、記録媒体の固有の媒体ノイズを減少させる、すなわち信号対雑音比(SNR)を増加させることが必要である。したがって、RL構造中の粒状コバルト合金は、高い固有の媒体ノイズに関与する粒子間交換結合を低減するため、良好に隔離された微粒子構造を有するべきである。コバルト合金RL中の粒子の分離は、Si、Ta、Ti、Nb、Cr、V、およびBの酸化物などの分離個体を添加することによって強化することができる。これらの酸化物は、粒界に沈殿する傾向があり、コバルト合金のエレメントと共に非磁性粒子間物質を形成する。
【0011】
しかしながら、粒子間交換結合が全くないことによって最良のSNRを提供する水平記録媒体と異なり、垂直磁気記録媒体では、最良のSNRは粒子間交換結合のある中間レベルで達成される。さらに、粒子間交換結合は、媒体の粒子中の磁化状態の熱的安定性を改善する。したがって、垂直磁気記録媒体では、あるレベルの粒子間交換結合が有利である。
【0012】
高いSNRおよび高い熱的安定性を生成するのに最適な粒子間交換結合、ならびに優れた書込み可能性を有する交換スプリングRL構造を備えた、垂直磁気記録媒体が求められている。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明は、交換スプリング構造、および交換スプリング構造中の粒子間交換結合を仲介する強磁性の水平結合層(LCL)を含む、RL構造を備えた垂直磁気記録媒体である。交換スプリング構造は、それぞれ垂直磁気異方性を有する、2つの強磁性的に交換結合された磁性層(MAG1とMAG2)から構成される。MAG1およびMAG2は、互いに直接接触しているか、またはそれらの間に位置する結合層(CL)を有する。CLは、適切な強磁性結合強度のMAG1およびMAG2を提供する。LCLは、MAG2の上にあってそれと接触して位置するか、またはMAG2の下にあり、MAG2がLCLの上にあってそれと接触する。
【0014】
LCLは、Co、またはCoCr合金などの強磁性Co合金で形成されてもよい。Co合金は、PtおよびBの1つまたは両方を含んでもよい。LCL中の強磁性合金は、一般的には酸化物などの分離個体を含むMAG2中の強磁性合金よりも、著しく大きな粒子間交換結合を有する。LCL合金は、好ましくは、LCL中の粒子間交換結合を低減させる傾向があるであろう、何らかの酸化物または他の分離個体を含むべきではない。LCL粒界は、それと接触しているMAG2のほぼ分離され減結合された粒子の境界の上に重なり、LCLおよびMAG2の粒子は垂直に強く結合されているので、LCLは、MAG2に有効な粒子間交換結合をもたらし、または、より正確には、粒子間交換のレベルが調整可能な組み合わされたLCL+MAG2システムを可能にする。
【0015】
本発明は、また、上述した媒体および磁気記録書込みヘッドを含む垂直磁気記録システムである。
本発明の性質および長所のさらに十分な理解のため、添付図面とともに以下の詳細な説明を参照されたい。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、高いSNRおよび高い熱的安定性を生成するのに最適な粒子間交換結合、ならびに優れた書込み可能性を有する交換スプリング記録層構造を備えた垂直磁気記録媒体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
図3Aは、2つの強磁性的に交換結合された磁性層(MAG1およびMAG2)から構成された、交換スプリング記録層(RL)を備えた従来技術による垂直磁気記録ディスクの断面の概略図である。MAG1およびMAG2はそれぞれ、垂直磁気異方性を有する。しかしながら、MAG1およびMAG2は、異なる磁気特性を有するので、印加された書込み磁界に対する応答が異なる。例えば、MAG1およびMAG2の1つは軟磁性であり、他方は硬磁性であることができる。軟磁性層中の磁気粒子は互いから交換減結合され、すなわち、軟磁性層中の粒子間交換結合は非常に低い。MAG1およびMAG2の中の粒子間の中間層交換結合が適切であれば、書込み磁界が印加されると最初に軟磁性粒子が回転すると同時に、交換磁界が硬磁性粒子に提供されて、それらの容易軸を有効に傾け、したがって、硬磁性層中の粒子の磁化反転を助ける。
【0018】
図3Bは、結合層(CL)がMAG1とMAG2の間に位置する、上記に引用した係属中の出願第11/372,295号に記載されているものと同様の交換スプリング媒体を示す。複合RLは、少なくとも2つの強磁性的に交換結合された磁性層(MAG1およびMAG2)を有し、それらはそれぞれ、ほぼ垂直な磁気異方性と、CLによって分離されたほぼ同様の異方性磁界Hkとを有する。CLは、磁性層間に適切な強磁性結合強度を提供する。複合RL構造は、深さに依存する書込み磁界Hを利用し、すなわち、一般に、書込みヘッドがRLの表面付近においてより大きな磁界およびより大きな磁界勾配を生成すると共に、磁界強度はRLの内部でさらに減少する。MAG2が位置するRLの頂部付近における高い磁界および磁界勾配により、MAG2を高Hk材料で形成することが可能になる。MAG2の磁化が書込み磁界によって反転されると、それは、下側の磁性層MAG1の磁化反転を助ける。MAG1およびMAG2の磁化のこの非干渉性の反転では、MAG2は、書込み磁界に応じてその磁化配向を変え、次に、MAG1に与えられる「トルク」を増幅し、または磁界を反転させて、MAG2がなければ必要となるであろう磁界よりも弱い書込み磁界に応じてMAG1の磁化方向を変化させる。MAG1に作用する書込み磁界は、MAG2に作用する書込み磁界よりも著しく低い場合があるが、MAG2の磁化反転によって作られるトルクにより、MAG1はほぼ同じHkを有することができる。したがって、MAG1およびMAG2は、同じ材料構成を、すなわちほぼ同様の異方性磁界Hkを有することができる。
【0019】
ディスクの形態の媒体が、書込み磁界Hと共に図3Bの断面図に示される。図3Bの拡大部分に示されるように、MAG2中の一般的な粒子10は、容易軸12に沿ってほぼ垂直または面外の磁化を有し、書込み磁界H2によって作用される。MAG2粒子10の下にあるMAG1中の一般的な粒子20もまた、容易軸22に沿って垂直磁化を有し、H2よりも書込み磁界H1によって作用される。書込み磁界H2が印加されている、MAG1の磁化の反転を助ける磁気トルクをMAG1に与えることにより、MAG2は書込みアシスト層の役割を果たす。
【0020】
本発明では、交換スプリングRL中に追加層を備えた多層RL構造は、交換スプリングRLの改善された書込み可能性と共に、高められたレベルの粒子間交換結合を有するRL構造で見られるノイズ低下および熱的安定性を有する。図4Aの1つの実施例に示されるように、水平結合層(LCL)と呼ばれる追加層は、交換スプリング構造中のMAG2の上にそれと接触して位置する。図4Bの別の実施例に示されるように、LCLはMAG2の下に位置し、MAG2はLCLの上にそれと接触して位置する。LCLは、交換スプリング構造中の粒子間交換結合を仲介する。LCLは、図4Aおよび4Bでは、図3Bに示されるものと同様に、CLを含む交換スプリング構造を備えて実現されるものとして図示されているが、LCLは、図3Aに示されるものと同様に、CLを有さない交換スプリング構造にも十分に適用可能である。
【0021】
図4A〜4Bに示される本発明の代表的なディスク構造が以下に記載される。ハードディスク基板は、任意の市販のガラス基板であってもよいが、NiP表面コーティングを有する従来のアルミニウム合金、または、シリコン、カナサイト、または炭化シリコンなどの別の基板であってもよい。
【0022】
SULを成長させるための粘着層、すなわちOLは、厚さ約2〜5nmのAlTi合金または類似の材料であってもよい。SULは、CoNiFe、FeCoB、CoCuFe、NiFe、FeAlSi、FeTaN、FeN、FeTaC、CoTaZr、CoFeTaZr、CoFeB、およびCoZrNbの合金などの、透磁性材料で形成されてもよい。SULは、また、AlまたはCoCrの導電性膜などの非磁性膜によって分離された複数の軟磁性膜で形成された、積層または多層SULであってもよい。SULは、さらに、Ru、Ir、もしくはCr、またはそれらの合金などの反強磁性結合を仲介する中間膜によって分離された、複数の軟磁性膜で形成された、積層または多層SULであってもよい。
【0023】
EBLはSULの上に位置する。それは、SULおよびRLの透磁性膜の間の磁気交換結合を破壊するように作用し、また、RLのエピタキシャル成長を促進する役割を果たす。EBLは必須ではないかも知れないが、使用される場合、非磁性(Ti)層、Si、Ge、およびSiGeの合金などの非導電性材料、Cr、Ru、W、Zr、Nb、Mo、V、およびAlなどの金属、非晶質のCrTiおよびNiPなどの合金、CNx、CHx、およびCなどの非晶質炭素、あるいは、Si、Al、Zr、Ti、およびBから成る群から選択された元素の酸化物、窒化物、または炭化物であることができる。EBLが使用される場合、シード層が、EBLを堆積させる前にSULの上に使用されてもよい。例えば、RuがEBLとして使用される場合、厚さ1〜8nmのNiFeまたはNiWのシード層がSULの上に堆積され、その後、厚さ3〜30nmのRuのEBLが堆積されてもよい。EBLはさらに、多層のEBLであってもよい。
【0024】
MAG1およびMAG2の層は、垂直磁気異方性を呈する、既知の非晶質または結晶質の材料および構造のいずれから形成されてもよい。したがって、MAG1およびMAG2はそれぞれ、Si、Ta、Ti、Nb、Cr、V、およびBの酸化物などの適切な分離個体を有する、CoPtまたはCoPtCr合金などの、粒状多結晶コバルト合金の層であってもよい。また、MAG1およびMAG2はそれぞれ、上述した材料などの適切な分離個体を含有する、Co/Pt、Co/Pd、Fe/Pt、およびFe/Pdの多層などの、垂直磁気異方性を有する多層から成ってもよい。さらに、CoSm、TbFe、TbFeCo、GdFeの合金などの、希土類元素を含有する垂直磁性層がMAG1およびMAG2に使用可能である。MAG1およびMAG2は、印加された書込み磁界に対して異なる応答をし、それによって交換スプリング挙動を呈して書込み可能性を改善することを確保するため、異なる異方性磁界(Hk)などの、実質的に異なる磁気特性を有してもよい。MAG1およびMAG2は、さらに、実質的に同じ異方性磁界(Hk)を有してもよく、すなわち、より低いHkを有する層のHk値は、より高いHkを有する層のHk値の少なくとも70%(および少なくとも90%以下)であり、依然として図3Bに示される媒体に関して上述したような交換スプリング挙動を呈する。
【0025】
CLは、弱い強磁性結合を仲介し、かつMAG2の成長に対して良好なテンプレートを提供する六方最密(hcp)材料であってもよい。CLは、適切な中間層の交換結合強度を可能にしなければならないので、非磁性または弱い強磁性であるべきである。したがって、CLは、Co含量の低い(約60原子百分率未満)RuCoおよびRuCoCrの合金、あるいはCrおよび/またはB含量の高い(Cr+Bが約30原子百分率超)CoCrおよびCoCrBの合金で形成されてもよい。Si酸化物、またはTa、Ti、Nb、Cr、V、およびBの酸化物などの他の酸化物が、これらの合金に添加されてもよい。CLは、また、PtまたはPd、あるいはPtまたはPd系の合金などの、面心立方(fcc)材料で形成されてもよいが、それは、これらの材料が、磁性層間の強磁性結合の強度を調整可能にし(すなわち、厚さを増加させることによって結合を低減する)、かつ媒体の成長と適合性をもつためである。
【0026】
CLの材料の選択に応じて、より具体的にはCL中のコバルト(Co)の濃度に応じて、CLは、3.0nm未満、より好ましくは約0.2nm〜2.5nmの厚さを有してもよい。Coは磁性が高いため、CLを厚くすることによってCL中のより高いCo濃度が相殺されて、MAG1とMAG2の間の最適な中間層の交換結合が達成されてもよい。MAG1とMAG2の間の中間層の交換結合は、部分的には、材料とCLの厚さとを調節することによって最適化されてもよい。CLは、スイッチング磁界(およびスイッチング磁界分布)に対して相当な効果を有するのに十分な、ただしMAG1およびMAG2の層を強固に結合しない程度に低い結合強度を提供するべきである。
【0027】
LCLは、Co、またはCoCr合金などの強磁性Co合金で形成されてもよい。Co合金は、PtおよびBの1つまたは両方を含んでもよい。LCLは、図4Aの実施例ではMAG2上に直接堆積され、あるいは、図4Bの実施例では、LCLはCL上に堆積され、MAG2がLCL上に直接堆積される。LCL中の強磁性合金は、MAG2中の強磁性合金よりも著しく大きな粒子間交換結合を有する。LCL合金は、好ましくは、LCL中の粒子間交換結合を低減させる傾向があるであろう、何らかの酸化物または他の分離個体を含むべきではない。LCL粒界は、それと接触しているMAG2のほぼ分離され減結合された粒子の境界の上に重なり、LCLおよびMAG2の粒子は垂直に強く結合されているので、LCLは、MAG2に有効な粒子間交換結合をもたらし、または、より正確には、粒子間交換のレベルが調整可能な組み合わされたLCL+MAG2システムを可能にする。これは、LCLを有さない(図5A)およびLCLを有する(図5B)MAG中の粒子および磁化を概略的に示す、図5A〜5Bに図示されている。LCL+MAG2全体の厚さは、約2〜10nm、好ましくは約3〜7nmであるべきである。LCL+MAG2全体の厚さのLCL部分は、約10〜90%、好ましくは約20〜60%であるべきである。最適なLCL厚さは、厚さを変化させ、ディスクの性能を測定して、どの厚さが組み合わされたLCL+MAG2システムに最も適切なレベルの粒子間交換結合を提供するかを判断することによって、実験により決定することができる。
【0028】
RLの上に形成されるOCは、非晶質の「ダイヤモンド・ライク」炭素膜、またはSi窒化物などの他の既知の保護被膜であってもよい。
【0029】
本発明による構造は、Co(1−x)CRx(x=0.1〜0.22)のLCLがその上に堆積された、CoPtCr−Ta酸化物/RuCo/CoPtCr−Si酸化物で作られたMAG1/CL/MAG2交換スプリング構造を使用して実験により試験された。図6は、いくつかの特定の構造に対する、記録ヘッドの書込み電流によって決まるBERの記録結果を示す。
(a)第1の参照構造:LCLを有さない、CoPtCr−Ta酸化物/CoPtCrSi酸化物で作られたMAG1/MAG2の二重MAG層構造。
(b)第2の参照構造:LCLを有さない、CoPtCr−Ta酸化物/RuCo/CoPtCr−Si酸化物(4nm)で作られたMAG1/CL/MAG2交換スプリング構造。
(c)Co90Cr10(1.5nm)のLCLを有する、CoPtCr−Ta酸化物/RuCo/CoPtCr−Si酸化物(3nm)で作られたMAG1/CL/MAG2交換スプリング構造。
【0030】
参照構造と比較することにより、それ自体でTa酸化物/Si酸化物の二重層による第1の参照構造よりもはるかに良好な第2の参照構造の記録性能よりも、LCLを有する構造の記録性能がさらに改善されることが、図6から明白である。図6に示される著しい誤り率の改善は、比較可能な信号レベルおよびトラック幅に対して達成された。それに加えて、これらの構造の磁気ヒステリシスループにより、比較可能な核生成磁界において、LCLを有する構造の飽和磁界が著しく(約10%)低減されることが明らかになり、CoCrのLCL中の高度に交換結合された粒子のため、構造全体の中により高いレベルの粒子間交換結合が存在することが実証された。
【0031】
本発明の構造によって提供される改善は、また、MAG1/CL/MAG2交換スプリング構造における粒子間交換結合の役割に関するミクロ磁気的なモデリングの研究によって証明されている。この目的のため、ジッタ(リードバック電圧に対するゼロ交差の標準偏差として測定される、ビット遷移の位置決めエラーである)およびT50(信号の+50%ポイントと−50%ポイントの間の距離として測定される、孤立遷移の幅である)の重要な記録性能パラメータが、本発明者らの実験においてCoCrのLCLを追加することに該当する、MAG2中の粒子間交換結合(Hex)の関数として計算された。この研究における構造およびパラメータの説明は図7Aに示され、計算は図7B〜7Cに示される。図7Aにおいて、Dcはモデリングに使用される平均粒径である。図7Bは、MAG2中の粒子間交換結合が強化されたことにより、ノイズ低減を達成できることを示す。また、図7Cは、T50の値をある程度まで低減することができ、それによって全体的な記録性能がさらに改善されることを示す。
【0032】
本発明を、好ましい実施形態を参照して具体的に示しかつ説明してきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態および詳細の様々な変更が行われてもよいことが、当業者には理解されるであろう。したがって、開示される発明は単に例示目的のものであり、その範囲は、添付の特許請求の範囲に明記されるものによってのみ限定されるものと見なされる。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】従来技術の垂直磁気記録システムの概略図である。
【図2】記録層(RL)に作用する書込み磁界Hを示す従来技術の垂直磁気記録ディスクの断面の概略図である。
【図3A】2つの強磁性的に交換結合された磁性層(MAG1およびMAG2)から構成された、交換スプリング記録層(RL)を備えた垂直磁気記録ディスクの断面の概略図である。
【図3B】強磁性結合層(CL)によって分離された2つの磁性層(MAG1およびMAG2)から構成された、交換スプリング記録層(RL)を備えた垂直磁気記録ディスクの断面、ならびにMAG1およびMAG2にそれぞれ作用する磁界H1およびH2の概略図である。
【図4A】水平結合層(LCL)がMAG2上に直接堆積された、本発明の1つの実施例を示す概略図である。
【図4B】LCLがCL上に堆積され、MAG2がLCL上に直接堆積された、本発明の別の実施例を示す概略図である。
【図5A】LCLを有さない場合のMAG2の粒子および磁化の概略図である。
【図5B】LCLを有する場合のMAG2の粒子および磁化の概略図である。
【図6】2つの参照構造および本発明による構造に対する記録ヘッドの書込み電流によって決まるビット誤り率(BER)のグラフである。
【図7A】モデリング試験構造の概略、ならびに粒子間交換結合によって決まるジッタおよびT50を試験する試験パラメータの説明図である。
【図7B】図7Aのモデリングパラメータに対する、粒子間交換結合によって決まるジッタのグラフである。
【図7C】図7Aのモデリングパラメータに対する、粒子間交換結合によって決まるT50のグラフである。
【符号の説明】
【0034】
10、20…粒子、
12、22…容易軸。
【技術分野】
【0001】
本発明は、一般に、磁気記録ハードディスクドライブに使用される垂直磁気記録ディスクなどの、垂直磁気記録媒体に関し、より具体的には、「交換スプリング」記録層構造を備えた垂直磁気記録媒体に関する。
【背景技術】
【0002】
記録されたビットが、ディスク基板および平坦な記録層にほぼ平行に向けられる、水平または長手方向磁気記録媒体は、磁気記録ハードディスクドライブに使用される従来の媒体である。記録されたビットが、ほぼ垂直に、または面外配向で(すなわち、ディスク基板および記録層の表面に平行以外で)記録層に格納される、垂直磁気記録媒体は、磁気記録ハードディスクドライブにおける記録密度超高度化への有望な道を示している。垂直磁気記録システムの一般的なタイプは、「二重層」媒体を使用するものである。この種のシステムは図1に示されており、単一の書込み磁極タイプの記録ヘッドを備える。二重層媒体は、基板上に形成された、「軟磁性」の、すなわち保磁力が比較的低い透磁性下層(SUL)上に、垂直磁気データ記録層(RL)を含む。RLは、一般に、c軸がRLにほぼ垂直に向けられた六方最密(hcp)結晶構造を有する、CoPtCr合金などの粒状強磁性コバルト合金である。
【0003】
SULは、記録ヘッドの書込み磁極から戻り磁極への磁界の磁束戻り経路としての役割を果たす。図1では、矢印によって表されるように、RLは、垂直に記録または磁化された領域を備えて示され、隣接する領域は反対の磁化方向を有する。隣接する反対向きの磁化領域の間の磁気転移は、読取りエレメントまたはヘッドによって、記録されたビットとして検出することができる。
【0004】
図2は、記録層RLに作用する書込み磁界Hを示す、従来の垂直磁気記録ディスクの断面の概略図である。ディスクは、さらに、続いて堆積される層の表面をほぼ平坦にするハードディスク基板を含む。基板の表面上に形成されるほぼ平坦な層は、さらに、SULを成長させるためのシード層またはオンセット層(OL)、SULとRLの透磁性膜の間の磁気交換結合を壊し、かつRLのエピタキシャル成長を促進する交換ブレーク層(EBL)、ならびに保護被膜(OC)を含む。図2に示されるように、RLは、「見掛けの」記録ヘッド(ARH)のギャップの内部に位置し、長手方向または面内記録に比べて著しく高い書込み磁界を許容する。ARHは、ディスクの上にある実際の書込みヘッド(RWH)である書込み磁極(図1)、およびRLの下の第2の書込み磁極(SWP)を備える。SWPは、EBLによってRLから減結合されたSULによって促進され、書込みプロセス中にRWHの磁性画像を生成する。これは、RLをARHのギャップに有効に至らせ、RL内部の大きな書込み磁界Hを許容する。しかしながら、この幾何学形状により、また、RL内部の書込み磁界Hが、基板の表面およびRLの表面にほぼ直角に、すなわち、容易軸2を有する一般的な粒子1に示されるような、RL粒子の垂直な容易軸に沿って向けられる。書込み磁界HとRL容易軸のほぼ平行な配列は、最小トルクが粒子の磁化に与えられることから、磁化を反転させるために比較的高い書込み磁界が必要であるという短所を有する。さらに、非特許文献1(M.BenakliらのIEEE Trans.MAG 37,1564(2001))に記載されているように、書込み磁界/容易軸の配列は、RL粒子の磁化反転時間を増加させる。
【0005】
これらの理由で、非特許文献2(K.−Z.GaoらのIEEE Trans.MAG 39,704(2003))に記載されているように、RLの磁化容易軸が垂直な表面に対して約45度以下の角度で傾けられ、その結果、反転時間が増加することなく、より低い書込み磁界を用いて磁化反転を達成できる、「傾けられた」媒体が理論上提案された。しかしながら、傾けられた容易軸を有するRLを用いて高品質の記録媒体を製造する既知の作製プロセスはない。
【0006】
傾けられた媒体をエミュレートし、従来の作製プロセスと互換性をもつ、垂直磁気記録媒体が提案されてきた。この種の媒体は、RL中の「交換スプリング」構造を使用して、傾けられた媒体の挙動をエミュレートする磁気挙動を達成する。交換スプリング垂直磁気記録媒体では、RL構造は、強磁性的に交換結合された、「硬」磁性層(より高い保磁力)と「軟」磁性層(より低い保磁力)との複合体である。中間結合層が、硬磁性層と軟磁性層の間に置かれて、中間層の交換結合の強度を低減してもよい。2つの磁性層は、一般的に異なる異方性磁界(Hk)を有する。(一軸磁気異方性Kuを有する強磁性層の異方性磁界Hkは、磁化方向を切り替えるために容易軸に沿って印加される必要があるであろう磁界である。)均一な書込み磁界Hの存在下で、低Hk層の磁化が最初に回転し、高Hk層の磁化の反転を助けるが、この挙動は「交換スプリング」挙動と呼ばれることがある。交換スプリング垂直磁気記録媒体は、非特許文献3(R.H.Victoraらの「Composite media for Perpendicular Magnetic Recording」,IEEE Trans MAG 41(2),537−542,Feb 2005)、および非特許文献4(J.P.Wangらの「Composite media(dynamic tilted media)for magnetic recording」,Appl.Phys.Lett.86(14)Art.No.142504,Apr 4 2005)に記載されている。2005年9月21日に出願された、本願と同じ譲受人に譲受された係属中の出願第11/231,516号には、下側の高Hk強磁性層、上側の低Hk強磁性層、および2つの強磁性層の間の中間結合層で形成された、交換スプリングRL構造を備えた垂直磁気記録媒体が記載されている。
【0007】
【非特許文献1】M.BenakliらのIEEE Trans.MAG 37,1564(2001)
【非特許文献2】K.−Z.GaoらのIEEE Trans.MAG 39,704(2003)
【非特許文献3】R.H.Victoraらの「Composite media for Perpendicular Magnetic Recording」,IEEE Trans MAG 41(2),537−542,Feb 2005
【非特許文献4】J.P.Wangらの「Composite media(dynamic tilted media)for magnetic recording」,Appl.Phys.Lett.86(14)Art.No.142504,Apr 4 2005
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
従来のRLを備えた垂直磁気記録媒体、および交換スプリングRL構造を備えた媒体には、熱揺らぎの問題がある。RL構造の厚さが減少するにしたがって、磁気粒子は磁気揺らぎにより弱くなり、すなわち、磁化領域がその磁化を自然に失い、結果としてデータが失われる。これは、小さな磁気粒子の熱活性化(超常磁性効果)に起因する。磁気粒子の熱的安定性は、Kuを層の磁気異方性定数とし、Vを磁気粒子の容積とするKuVによってほとんど決まる。したがって、高いKuを有するRLが熱的安定性にとって重要である。しかしながら、交換スプリングRL構造を備えた媒体では、磁性層の1つは非常に低いKuを有するので、この層はRLの熱的安定性に寄与することができない。
【0009】
交換スプリング媒体における熱揺らぎの問題に対処するため、2006年3月9日に出願された、本願と同じ譲受人に譲受された係属中の出願第11/372,295号は、中間の非磁性のまたは弱い強磁性結合層によって強磁性的に交換結合された、ほぼ類似の異方性磁界Hkを有する2つの強磁性層で形成された、交換スプリングRL構造を備えた垂直磁気記録媒体を記載している。書込みヘッドが、RLの上側部分において、より大きな磁界とより大きな磁界勾配を生成すると共に、RLの内部では磁界強度がさらに減少されるので、上側強磁性層は高い異方性磁界を有することができる。上側強磁性層が位置するRLの頂部付近における高い磁界および磁界勾配は、上側強磁性層の磁化を反転させ、それが次に、下側強磁性層の磁化反転を助ける。この交換スプリングタイプのRL中の両方の強磁性層は、高い異方性磁界を有し、十分に交換結合されているので、媒体の熱的安定性は損なわれない。
【0010】
粒状強磁性コバルト合金の記録層を使用する、水平および垂直磁気記録媒体は両方とも、増加する線記録密度による増加する固有の媒体ノイズを呈する。媒体ノイズは、記録された磁気転移の不規則性から生じ、結果として、リードバック信号ピークが不規則にシフトする。高い媒体ノイズは、高いビット誤り率(BER)につながる。したがって、より高い面積記憶密度を得るため、記録媒体の固有の媒体ノイズを減少させる、すなわち信号対雑音比(SNR)を増加させることが必要である。したがって、RL構造中の粒状コバルト合金は、高い固有の媒体ノイズに関与する粒子間交換結合を低減するため、良好に隔離された微粒子構造を有するべきである。コバルト合金RL中の粒子の分離は、Si、Ta、Ti、Nb、Cr、V、およびBの酸化物などの分離個体を添加することによって強化することができる。これらの酸化物は、粒界に沈殿する傾向があり、コバルト合金のエレメントと共に非磁性粒子間物質を形成する。
【0011】
しかしながら、粒子間交換結合が全くないことによって最良のSNRを提供する水平記録媒体と異なり、垂直磁気記録媒体では、最良のSNRは粒子間交換結合のある中間レベルで達成される。さらに、粒子間交換結合は、媒体の粒子中の磁化状態の熱的安定性を改善する。したがって、垂直磁気記録媒体では、あるレベルの粒子間交換結合が有利である。
【0012】
高いSNRおよび高い熱的安定性を生成するのに最適な粒子間交換結合、ならびに優れた書込み可能性を有する交換スプリングRL構造を備えた、垂直磁気記録媒体が求められている。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明は、交換スプリング構造、および交換スプリング構造中の粒子間交換結合を仲介する強磁性の水平結合層(LCL)を含む、RL構造を備えた垂直磁気記録媒体である。交換スプリング構造は、それぞれ垂直磁気異方性を有する、2つの強磁性的に交換結合された磁性層(MAG1とMAG2)から構成される。MAG1およびMAG2は、互いに直接接触しているか、またはそれらの間に位置する結合層(CL)を有する。CLは、適切な強磁性結合強度のMAG1およびMAG2を提供する。LCLは、MAG2の上にあってそれと接触して位置するか、またはMAG2の下にあり、MAG2がLCLの上にあってそれと接触する。
【0014】
LCLは、Co、またはCoCr合金などの強磁性Co合金で形成されてもよい。Co合金は、PtおよびBの1つまたは両方を含んでもよい。LCL中の強磁性合金は、一般的には酸化物などの分離個体を含むMAG2中の強磁性合金よりも、著しく大きな粒子間交換結合を有する。LCL合金は、好ましくは、LCL中の粒子間交換結合を低減させる傾向があるであろう、何らかの酸化物または他の分離個体を含むべきではない。LCL粒界は、それと接触しているMAG2のほぼ分離され減結合された粒子の境界の上に重なり、LCLおよびMAG2の粒子は垂直に強く結合されているので、LCLは、MAG2に有効な粒子間交換結合をもたらし、または、より正確には、粒子間交換のレベルが調整可能な組み合わされたLCL+MAG2システムを可能にする。
【0015】
本発明は、また、上述した媒体および磁気記録書込みヘッドを含む垂直磁気記録システムである。
本発明の性質および長所のさらに十分な理解のため、添付図面とともに以下の詳細な説明を参照されたい。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、高いSNRおよび高い熱的安定性を生成するのに最適な粒子間交換結合、ならびに優れた書込み可能性を有する交換スプリング記録層構造を備えた垂直磁気記録媒体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
図3Aは、2つの強磁性的に交換結合された磁性層(MAG1およびMAG2)から構成された、交換スプリング記録層(RL)を備えた従来技術による垂直磁気記録ディスクの断面の概略図である。MAG1およびMAG2はそれぞれ、垂直磁気異方性を有する。しかしながら、MAG1およびMAG2は、異なる磁気特性を有するので、印加された書込み磁界に対する応答が異なる。例えば、MAG1およびMAG2の1つは軟磁性であり、他方は硬磁性であることができる。軟磁性層中の磁気粒子は互いから交換減結合され、すなわち、軟磁性層中の粒子間交換結合は非常に低い。MAG1およびMAG2の中の粒子間の中間層交換結合が適切であれば、書込み磁界が印加されると最初に軟磁性粒子が回転すると同時に、交換磁界が硬磁性粒子に提供されて、それらの容易軸を有効に傾け、したがって、硬磁性層中の粒子の磁化反転を助ける。
【0018】
図3Bは、結合層(CL)がMAG1とMAG2の間に位置する、上記に引用した係属中の出願第11/372,295号に記載されているものと同様の交換スプリング媒体を示す。複合RLは、少なくとも2つの強磁性的に交換結合された磁性層(MAG1およびMAG2)を有し、それらはそれぞれ、ほぼ垂直な磁気異方性と、CLによって分離されたほぼ同様の異方性磁界Hkとを有する。CLは、磁性層間に適切な強磁性結合強度を提供する。複合RL構造は、深さに依存する書込み磁界Hを利用し、すなわち、一般に、書込みヘッドがRLの表面付近においてより大きな磁界およびより大きな磁界勾配を生成すると共に、磁界強度はRLの内部でさらに減少する。MAG2が位置するRLの頂部付近における高い磁界および磁界勾配により、MAG2を高Hk材料で形成することが可能になる。MAG2の磁化が書込み磁界によって反転されると、それは、下側の磁性層MAG1の磁化反転を助ける。MAG1およびMAG2の磁化のこの非干渉性の反転では、MAG2は、書込み磁界に応じてその磁化配向を変え、次に、MAG1に与えられる「トルク」を増幅し、または磁界を反転させて、MAG2がなければ必要となるであろう磁界よりも弱い書込み磁界に応じてMAG1の磁化方向を変化させる。MAG1に作用する書込み磁界は、MAG2に作用する書込み磁界よりも著しく低い場合があるが、MAG2の磁化反転によって作られるトルクにより、MAG1はほぼ同じHkを有することができる。したがって、MAG1およびMAG2は、同じ材料構成を、すなわちほぼ同様の異方性磁界Hkを有することができる。
【0019】
ディスクの形態の媒体が、書込み磁界Hと共に図3Bの断面図に示される。図3Bの拡大部分に示されるように、MAG2中の一般的な粒子10は、容易軸12に沿ってほぼ垂直または面外の磁化を有し、書込み磁界H2によって作用される。MAG2粒子10の下にあるMAG1中の一般的な粒子20もまた、容易軸22に沿って垂直磁化を有し、H2よりも書込み磁界H1によって作用される。書込み磁界H2が印加されている、MAG1の磁化の反転を助ける磁気トルクをMAG1に与えることにより、MAG2は書込みアシスト層の役割を果たす。
【0020】
本発明では、交換スプリングRL中に追加層を備えた多層RL構造は、交換スプリングRLの改善された書込み可能性と共に、高められたレベルの粒子間交換結合を有するRL構造で見られるノイズ低下および熱的安定性を有する。図4Aの1つの実施例に示されるように、水平結合層(LCL)と呼ばれる追加層は、交換スプリング構造中のMAG2の上にそれと接触して位置する。図4Bの別の実施例に示されるように、LCLはMAG2の下に位置し、MAG2はLCLの上にそれと接触して位置する。LCLは、交換スプリング構造中の粒子間交換結合を仲介する。LCLは、図4Aおよび4Bでは、図3Bに示されるものと同様に、CLを含む交換スプリング構造を備えて実現されるものとして図示されているが、LCLは、図3Aに示されるものと同様に、CLを有さない交換スプリング構造にも十分に適用可能である。
【0021】
図4A〜4Bに示される本発明の代表的なディスク構造が以下に記載される。ハードディスク基板は、任意の市販のガラス基板であってもよいが、NiP表面コーティングを有する従来のアルミニウム合金、または、シリコン、カナサイト、または炭化シリコンなどの別の基板であってもよい。
【0022】
SULを成長させるための粘着層、すなわちOLは、厚さ約2〜5nmのAlTi合金または類似の材料であってもよい。SULは、CoNiFe、FeCoB、CoCuFe、NiFe、FeAlSi、FeTaN、FeN、FeTaC、CoTaZr、CoFeTaZr、CoFeB、およびCoZrNbの合金などの、透磁性材料で形成されてもよい。SULは、また、AlまたはCoCrの導電性膜などの非磁性膜によって分離された複数の軟磁性膜で形成された、積層または多層SULであってもよい。SULは、さらに、Ru、Ir、もしくはCr、またはそれらの合金などの反強磁性結合を仲介する中間膜によって分離された、複数の軟磁性膜で形成された、積層または多層SULであってもよい。
【0023】
EBLはSULの上に位置する。それは、SULおよびRLの透磁性膜の間の磁気交換結合を破壊するように作用し、また、RLのエピタキシャル成長を促進する役割を果たす。EBLは必須ではないかも知れないが、使用される場合、非磁性(Ti)層、Si、Ge、およびSiGeの合金などの非導電性材料、Cr、Ru、W、Zr、Nb、Mo、V、およびAlなどの金属、非晶質のCrTiおよびNiPなどの合金、CNx、CHx、およびCなどの非晶質炭素、あるいは、Si、Al、Zr、Ti、およびBから成る群から選択された元素の酸化物、窒化物、または炭化物であることができる。EBLが使用される場合、シード層が、EBLを堆積させる前にSULの上に使用されてもよい。例えば、RuがEBLとして使用される場合、厚さ1〜8nmのNiFeまたはNiWのシード層がSULの上に堆積され、その後、厚さ3〜30nmのRuのEBLが堆積されてもよい。EBLはさらに、多層のEBLであってもよい。
【0024】
MAG1およびMAG2の層は、垂直磁気異方性を呈する、既知の非晶質または結晶質の材料および構造のいずれから形成されてもよい。したがって、MAG1およびMAG2はそれぞれ、Si、Ta、Ti、Nb、Cr、V、およびBの酸化物などの適切な分離個体を有する、CoPtまたはCoPtCr合金などの、粒状多結晶コバルト合金の層であってもよい。また、MAG1およびMAG2はそれぞれ、上述した材料などの適切な分離個体を含有する、Co/Pt、Co/Pd、Fe/Pt、およびFe/Pdの多層などの、垂直磁気異方性を有する多層から成ってもよい。さらに、CoSm、TbFe、TbFeCo、GdFeの合金などの、希土類元素を含有する垂直磁性層がMAG1およびMAG2に使用可能である。MAG1およびMAG2は、印加された書込み磁界に対して異なる応答をし、それによって交換スプリング挙動を呈して書込み可能性を改善することを確保するため、異なる異方性磁界(Hk)などの、実質的に異なる磁気特性を有してもよい。MAG1およびMAG2は、さらに、実質的に同じ異方性磁界(Hk)を有してもよく、すなわち、より低いHkを有する層のHk値は、より高いHkを有する層のHk値の少なくとも70%(および少なくとも90%以下)であり、依然として図3Bに示される媒体に関して上述したような交換スプリング挙動を呈する。
【0025】
CLは、弱い強磁性結合を仲介し、かつMAG2の成長に対して良好なテンプレートを提供する六方最密(hcp)材料であってもよい。CLは、適切な中間層の交換結合強度を可能にしなければならないので、非磁性または弱い強磁性であるべきである。したがって、CLは、Co含量の低い(約60原子百分率未満)RuCoおよびRuCoCrの合金、あるいはCrおよび/またはB含量の高い(Cr+Bが約30原子百分率超)CoCrおよびCoCrBの合金で形成されてもよい。Si酸化物、またはTa、Ti、Nb、Cr、V、およびBの酸化物などの他の酸化物が、これらの合金に添加されてもよい。CLは、また、PtまたはPd、あるいはPtまたはPd系の合金などの、面心立方(fcc)材料で形成されてもよいが、それは、これらの材料が、磁性層間の強磁性結合の強度を調整可能にし(すなわち、厚さを増加させることによって結合を低減する)、かつ媒体の成長と適合性をもつためである。
【0026】
CLの材料の選択に応じて、より具体的にはCL中のコバルト(Co)の濃度に応じて、CLは、3.0nm未満、より好ましくは約0.2nm〜2.5nmの厚さを有してもよい。Coは磁性が高いため、CLを厚くすることによってCL中のより高いCo濃度が相殺されて、MAG1とMAG2の間の最適な中間層の交換結合が達成されてもよい。MAG1とMAG2の間の中間層の交換結合は、部分的には、材料とCLの厚さとを調節することによって最適化されてもよい。CLは、スイッチング磁界(およびスイッチング磁界分布)に対して相当な効果を有するのに十分な、ただしMAG1およびMAG2の層を強固に結合しない程度に低い結合強度を提供するべきである。
【0027】
LCLは、Co、またはCoCr合金などの強磁性Co合金で形成されてもよい。Co合金は、PtおよびBの1つまたは両方を含んでもよい。LCLは、図4Aの実施例ではMAG2上に直接堆積され、あるいは、図4Bの実施例では、LCLはCL上に堆積され、MAG2がLCL上に直接堆積される。LCL中の強磁性合金は、MAG2中の強磁性合金よりも著しく大きな粒子間交換結合を有する。LCL合金は、好ましくは、LCL中の粒子間交換結合を低減させる傾向があるであろう、何らかの酸化物または他の分離個体を含むべきではない。LCL粒界は、それと接触しているMAG2のほぼ分離され減結合された粒子の境界の上に重なり、LCLおよびMAG2の粒子は垂直に強く結合されているので、LCLは、MAG2に有効な粒子間交換結合をもたらし、または、より正確には、粒子間交換のレベルが調整可能な組み合わされたLCL+MAG2システムを可能にする。これは、LCLを有さない(図5A)およびLCLを有する(図5B)MAG中の粒子および磁化を概略的に示す、図5A〜5Bに図示されている。LCL+MAG2全体の厚さは、約2〜10nm、好ましくは約3〜7nmであるべきである。LCL+MAG2全体の厚さのLCL部分は、約10〜90%、好ましくは約20〜60%であるべきである。最適なLCL厚さは、厚さを変化させ、ディスクの性能を測定して、どの厚さが組み合わされたLCL+MAG2システムに最も適切なレベルの粒子間交換結合を提供するかを判断することによって、実験により決定することができる。
【0028】
RLの上に形成されるOCは、非晶質の「ダイヤモンド・ライク」炭素膜、またはSi窒化物などの他の既知の保護被膜であってもよい。
【0029】
本発明による構造は、Co(1−x)CRx(x=0.1〜0.22)のLCLがその上に堆積された、CoPtCr−Ta酸化物/RuCo/CoPtCr−Si酸化物で作られたMAG1/CL/MAG2交換スプリング構造を使用して実験により試験された。図6は、いくつかの特定の構造に対する、記録ヘッドの書込み電流によって決まるBERの記録結果を示す。
(a)第1の参照構造:LCLを有さない、CoPtCr−Ta酸化物/CoPtCrSi酸化物で作られたMAG1/MAG2の二重MAG層構造。
(b)第2の参照構造:LCLを有さない、CoPtCr−Ta酸化物/RuCo/CoPtCr−Si酸化物(4nm)で作られたMAG1/CL/MAG2交換スプリング構造。
(c)Co90Cr10(1.5nm)のLCLを有する、CoPtCr−Ta酸化物/RuCo/CoPtCr−Si酸化物(3nm)で作られたMAG1/CL/MAG2交換スプリング構造。
【0030】
参照構造と比較することにより、それ自体でTa酸化物/Si酸化物の二重層による第1の参照構造よりもはるかに良好な第2の参照構造の記録性能よりも、LCLを有する構造の記録性能がさらに改善されることが、図6から明白である。図6に示される著しい誤り率の改善は、比較可能な信号レベルおよびトラック幅に対して達成された。それに加えて、これらの構造の磁気ヒステリシスループにより、比較可能な核生成磁界において、LCLを有する構造の飽和磁界が著しく(約10%)低減されることが明らかになり、CoCrのLCL中の高度に交換結合された粒子のため、構造全体の中により高いレベルの粒子間交換結合が存在することが実証された。
【0031】
本発明の構造によって提供される改善は、また、MAG1/CL/MAG2交換スプリング構造における粒子間交換結合の役割に関するミクロ磁気的なモデリングの研究によって証明されている。この目的のため、ジッタ(リードバック電圧に対するゼロ交差の標準偏差として測定される、ビット遷移の位置決めエラーである)およびT50(信号の+50%ポイントと−50%ポイントの間の距離として測定される、孤立遷移の幅である)の重要な記録性能パラメータが、本発明者らの実験においてCoCrのLCLを追加することに該当する、MAG2中の粒子間交換結合(Hex)の関数として計算された。この研究における構造およびパラメータの説明は図7Aに示され、計算は図7B〜7Cに示される。図7Aにおいて、Dcはモデリングに使用される平均粒径である。図7Bは、MAG2中の粒子間交換結合が強化されたことにより、ノイズ低減を達成できることを示す。また、図7Cは、T50の値をある程度まで低減することができ、それによって全体的な記録性能がさらに改善されることを示す。
【0032】
本発明を、好ましい実施形態を参照して具体的に示しかつ説明してきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態および詳細の様々な変更が行われてもよいことが、当業者には理解されるであろう。したがって、開示される発明は単に例示目的のものであり、その範囲は、添付の特許請求の範囲に明記されるものによってのみ限定されるものと見なされる。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】従来技術の垂直磁気記録システムの概略図である。
【図2】記録層(RL)に作用する書込み磁界Hを示す従来技術の垂直磁気記録ディスクの断面の概略図である。
【図3A】2つの強磁性的に交換結合された磁性層(MAG1およびMAG2)から構成された、交換スプリング記録層(RL)を備えた垂直磁気記録ディスクの断面の概略図である。
【図3B】強磁性結合層(CL)によって分離された2つの磁性層(MAG1およびMAG2)から構成された、交換スプリング記録層(RL)を備えた垂直磁気記録ディスクの断面、ならびにMAG1およびMAG2にそれぞれ作用する磁界H1およびH2の概略図である。
【図4A】水平結合層(LCL)がMAG2上に直接堆積された、本発明の1つの実施例を示す概略図である。
【図4B】LCLがCL上に堆積され、MAG2がLCL上に直接堆積された、本発明の別の実施例を示す概略図である。
【図5A】LCLを有さない場合のMAG2の粒子および磁化の概略図である。
【図5B】LCLを有する場合のMAG2の粒子および磁化の概略図である。
【図6】2つの参照構造および本発明による構造に対する記録ヘッドの書込み電流によって決まるビット誤り率(BER)のグラフである。
【図7A】モデリング試験構造の概略、ならびに粒子間交換結合によって決まるジッタおよびT50を試験する試験パラメータの説明図である。
【図7B】図7Aのモデリングパラメータに対する、粒子間交換結合によって決まるジッタのグラフである。
【図7C】図7Aのモデリングパラメータに対する、粒子間交換結合によって決まるT50のグラフである。
【符号の説明】
【0034】
10、20…粒子、
12、22…容易軸。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、
前記基板上の、面外磁化容易方向を有する第1の強磁性層と、
面外磁化容易軸を有する、前記第1の層に強磁性的に交換結合された第2の強磁性層と、
前記第2の強磁性層と接触している強磁性の水平結合層(LCL)とを備える、垂直磁気記録媒体。
【請求項2】
前記LCLが前記第1および第2の強磁性層の間に位置する、請求項1に記載の媒体。
【請求項3】
前記LCLが、Coおよび強磁性Co合金から成る群から選択される、請求項1に記載の媒体。
【請求項4】
前記LCLが、Crと、BおよびPtから成る群から選択された元素とを含む強磁性Co合金である、請求項3に記載の媒体。
【請求項5】
前記LCLが、本質的にCoおよびCrから成る強磁性合金である、請求項3に記載の媒体。
【請求項6】
前記第1の強磁性層と前記第2の強磁性層との間に結合層(CL)をさらに含み、前記第1の強磁性層と前記第2の強磁性層との強磁性交換結合を可能にする、請求項1に記載の媒体。
【請求項7】
前記CLが、(a)約60原子百分率未満のCoを含むRuCo合金、(b)約60原子百分率未満のCoを含むRuCoCr合金、および(c)合計含量が約30原子百分率超過のCrおよびBを含む、Coと、CrおよびBの1つまたは複数との合金、から成る群から選択された材料から形成される、請求項6に記載の媒体。
【請求項8】
前記LCLが前記CLと前記第2の強磁性層の間に位置する、請求項6に記載の媒体。
【請求項9】
前記第1および第2の強磁性層がそれぞれ、粒状多結晶のコバルト合金と、Si、Ta、Ti、Nb、Cr、V、およびBの1つまたは複数の酸化物とを含む、請求項1に記載の媒体。
【請求項10】
前記第1および第2の強磁性層が実質的に異なる保磁力を有する、請求項1に記載の媒体。
【請求項11】
前記第1および第2の強磁性層が実質的に異なる異方性磁界を有する、請求項1に記載の媒体。
【請求項12】
前記基板上の透磁性材料の下層と、前記下層と前記第1の強磁性層との間に、前記下層と前記第1の強磁性層との磁気交換結合を防ぐ交換ブレーク層とをさらに含む、請求項1に記載の媒体。
【請求項13】
ほぼ平坦な表面を有する基板と、
前記基板表面上の透磁性材料の下層と、
前記下層上の、第1および第2の交換結合強磁性層を含む交換スプリング構造であって、前記第1および第2の層がそれぞれ、面外磁化容易軸を有するとともに、粒状多結晶のコバルト合金と、Si、Ta、Ti、Nb、Cr、V、およびBの1つまたは複数の酸化物とを含む、交換スプリング構造と、
前記第2の層と接触している、CoおよびCrを含む酸化物を有さない強磁性合金を含む強磁性の水平結合層(LCL)とを備える、垂直磁気記録ディスク。
【請求項14】
前記LCLが前記第1および第2の強磁性層の間に位置する、請求項13に記載のディスク。
【請求項15】
前記LCL合金が、BおよびPtから成る群から選択された元素を含む、請求項13に記載のディスク。
【請求項16】
前記第1の強磁性層と前記第2の強磁性層との間に結合層(CL)をさらに含み、前記第1の強磁性層と前記第2の強磁性層との強磁性交換結合を可能にする、請求項13に記載のディスク。
【請求項17】
前記CLが、(a)約60原子百分率未満のCoを含むRuCo合金、(b)約60原子百分率未満のCoを含むRuCoCr合金、(c)合計含量が約30原子百分率超過のCrおよびBを含む、Coと、CrおよびBの1つまたは複数との合金、(d)Pt、(e)Pd、(f)Pt系合金、および(g)Pd系合金、から成る群から選択された材料から形成される、請求項16に記載のディスク。
【請求項18】
前記下層と前記第1の強磁性層との間に、前記下層と前記第1の強磁性層との磁気交換結合を防ぐ交換ブレーク層をさらに含む、請求項13に記載のディスク。
【請求項19】
請求項13に記載のディスクと、
前記ディスクの、前記LCL、前記LCLと接触している前記第2の強磁性層、および強磁性的に交換結合された前記第1の強磁性層の中の領域を磁化する書込みヘッドと、
前記磁化領域間の転移を検出する読取りヘッドとを備える、垂直磁気記録システム。
【請求項1】
基板と、
前記基板上の、面外磁化容易方向を有する第1の強磁性層と、
面外磁化容易軸を有する、前記第1の層に強磁性的に交換結合された第2の強磁性層と、
前記第2の強磁性層と接触している強磁性の水平結合層(LCL)とを備える、垂直磁気記録媒体。
【請求項2】
前記LCLが前記第1および第2の強磁性層の間に位置する、請求項1に記載の媒体。
【請求項3】
前記LCLが、Coおよび強磁性Co合金から成る群から選択される、請求項1に記載の媒体。
【請求項4】
前記LCLが、Crと、BおよびPtから成る群から選択された元素とを含む強磁性Co合金である、請求項3に記載の媒体。
【請求項5】
前記LCLが、本質的にCoおよびCrから成る強磁性合金である、請求項3に記載の媒体。
【請求項6】
前記第1の強磁性層と前記第2の強磁性層との間に結合層(CL)をさらに含み、前記第1の強磁性層と前記第2の強磁性層との強磁性交換結合を可能にする、請求項1に記載の媒体。
【請求項7】
前記CLが、(a)約60原子百分率未満のCoを含むRuCo合金、(b)約60原子百分率未満のCoを含むRuCoCr合金、および(c)合計含量が約30原子百分率超過のCrおよびBを含む、Coと、CrおよびBの1つまたは複数との合金、から成る群から選択された材料から形成される、請求項6に記載の媒体。
【請求項8】
前記LCLが前記CLと前記第2の強磁性層の間に位置する、請求項6に記載の媒体。
【請求項9】
前記第1および第2の強磁性層がそれぞれ、粒状多結晶のコバルト合金と、Si、Ta、Ti、Nb、Cr、V、およびBの1つまたは複数の酸化物とを含む、請求項1に記載の媒体。
【請求項10】
前記第1および第2の強磁性層が実質的に異なる保磁力を有する、請求項1に記載の媒体。
【請求項11】
前記第1および第2の強磁性層が実質的に異なる異方性磁界を有する、請求項1に記載の媒体。
【請求項12】
前記基板上の透磁性材料の下層と、前記下層と前記第1の強磁性層との間に、前記下層と前記第1の強磁性層との磁気交換結合を防ぐ交換ブレーク層とをさらに含む、請求項1に記載の媒体。
【請求項13】
ほぼ平坦な表面を有する基板と、
前記基板表面上の透磁性材料の下層と、
前記下層上の、第1および第2の交換結合強磁性層を含む交換スプリング構造であって、前記第1および第2の層がそれぞれ、面外磁化容易軸を有するとともに、粒状多結晶のコバルト合金と、Si、Ta、Ti、Nb、Cr、V、およびBの1つまたは複数の酸化物とを含む、交換スプリング構造と、
前記第2の層と接触している、CoおよびCrを含む酸化物を有さない強磁性合金を含む強磁性の水平結合層(LCL)とを備える、垂直磁気記録ディスク。
【請求項14】
前記LCLが前記第1および第2の強磁性層の間に位置する、請求項13に記載のディスク。
【請求項15】
前記LCL合金が、BおよびPtから成る群から選択された元素を含む、請求項13に記載のディスク。
【請求項16】
前記第1の強磁性層と前記第2の強磁性層との間に結合層(CL)をさらに含み、前記第1の強磁性層と前記第2の強磁性層との強磁性交換結合を可能にする、請求項13に記載のディスク。
【請求項17】
前記CLが、(a)約60原子百分率未満のCoを含むRuCo合金、(b)約60原子百分率未満のCoを含むRuCoCr合金、(c)合計含量が約30原子百分率超過のCrおよびBを含む、Coと、CrおよびBの1つまたは複数との合金、(d)Pt、(e)Pd、(f)Pt系合金、および(g)Pd系合金、から成る群から選択された材料から形成される、請求項16に記載のディスク。
【請求項18】
前記下層と前記第1の強磁性層との間に、前記下層と前記第1の強磁性層との磁気交換結合を防ぐ交換ブレーク層をさらに含む、請求項13に記載のディスク。
【請求項19】
請求項13に記載のディスクと、
前記ディスクの、前記LCL、前記LCLと接触している前記第2の強磁性層、および強磁性的に交換結合された前記第1の強磁性層の中の領域を磁化する書込みヘッドと、
前記磁化領域間の転移を検出する読取りヘッドとを備える、垂直磁気記録システム。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【公開番号】特開2008−71479(P2008−71479A)
【公開日】平成20年3月27日(2008.3.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−235620(P2007−235620)
【出願日】平成19年9月11日(2007.9.11)
【出願人】(503116280)ヒタチグローバルストレージテクノロジーズネザーランドビーブイ (1,121)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成20年3月27日(2008.3.27)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年9月11日(2007.9.11)
【出願人】(503116280)ヒタチグローバルストレージテクノロジーズネザーランドビーブイ (1,121)
【Fターム(参考)】
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