專利名稱：具有高磁矩耐侵蝕軟磁襯層的介質和垂直磁記錄系統的制作方法
技術領域：
本發明總地涉及垂直磁記錄介質，更特別地，涉及具有形成在“軟磁”或較低矯頑力導磁襯層(SUL)上的記錄層(RL)的“雙層”垂直磁記錄盤。
背景技術：
記錄位在記錄層中以垂直或離面取向存儲的垂直磁記錄是在磁記錄硬盤驅動器中實現超高記錄密度的希望途徑之一。普通類型的垂直磁記錄系統使用“雙層”介質。此類系統以單寫極類記錄頭示于圖1中。所述雙層介質包括形成在“軟磁”或較低矯頑力導磁襯層(SUL)上的垂直磁數據記錄層(RL)。SUL用作從記錄頭的寫極到返回極的磁場的磁通返回路徑。在圖1中，示出RL具有垂直記錄或磁化的區域，相鄰區域具有相反的磁化方向，如箭頭所示。相鄰的相反指向的磁化區域之間的磁轉變可被讀元件或讀頭作為記錄位檢測到。
圖2是現有技術垂直磁記錄盤的示意性剖視圖，示出寫場Hw作用在記錄層RL上。該盤還包括硬盤襯底、用于SUL的生長的粘著層或始層(OL)、用于中斷導磁膜SUL與RL之間的磁交換耦合且促進RL的外延生長的非磁交換中斷層(EBL)、以及保護涂層(OC)。如圖2所示，RL位于“表象(apparent)”記錄頭(ARH)的間隙內，與縱向或面內記錄相比這允許顯著更高的寫場。ARH包括盤上方是真實寫極(RWH)的寫極(圖1)、以及RL之下的有效次級寫極(SWP)。SWP由SUL促成，其通過EBL自RL去耦，并且由于其高的磁導率在寫過程期間產生RWH的磁鏡像。這有效地使RL在ARH的間隙中且允許在RL內有大的寫場Hw。
用于RL的一種類型的材料是顆粒鐵磁鈷合金，例如CoPtCr合金，具有c軸基本離面或垂直于RL取向的六角密堆積(hcp)晶體結構。此顆粒鈷合金RL還應具有良好隔離的精細晶粒結構從而產生高矯頑力(Hc)介質且減小顆粒間交換耦合，其是造成高本征介質噪聲的原因。因此，RL可包括氧化物，例如Si、Ta和Nb的氧化物，其沉淀到晶粒邊界從而增強鈷合金RL中的晶粒分離(segregation)。H.Uwazumi等人在“CoptCr-SiO2GranularMedia for High-Density Perpendicular Recording”，IEEE Transactions onMagnetics，Vol.39，No.4，July 2003，pp.1914-1918中描述了具有帶添加的SiO2的CoPtCr顆粒合金RL的垂直磁記錄介質。T.Chiba等人在“Structureand magnetic properties of Co-Pt-Ta2O5film for perpendicular magneticrecording media”，Journal of Magnetism and magnetic Materials，Vol.287，February 2005，pp.167-171中描述了具有帶添加的Ta2O5的CoPt顆粒合金RL的垂直磁記錄介質。
SUL通常包括高磁矩(Ms)材料，具有在約50nm至400nm范圍內的總厚度。SUL的Ms和厚度必須足以避免SUL飽和，SUL飽和將使寫性能變差。臨界厚度t(SUL)應滿足下面的等式t(SUL)＝Ms(寫頭)/2Ms(SUL)×LW(L+W)，其中L和W分別是寫極的長度和寬度。為了在盤上實現更高記錄密度，寫極將制得較小，這將使SUL的厚度減小。SUL的高Ms對于防止降低記錄性能的寫場和寫場梯度的退化是需要的。然而，SUL材料的高Ms還將減小SUL厚度要求。因為SUL通常由包括Co、Fe和/或Ni的非晶導磁材料形成，其是非常易反應的且當暴露于空氣或水時容易形成氧化物和氮化物，所以SUL非常易受侵蝕影響。因此，重要的是SUL不僅具有高Ms，而且耐侵蝕，特別是對于較薄SUL。
CoTaZr和CoNbZr合金是公知的用于SUL的材料。然而，這些高磁矩合金具有差的耐侵蝕性。
需要具有SUL的垂直磁記錄介質，該SUL能實現良好的耐侵蝕性和高Ms，從而介質的記錄屬性不會退化。

發明內容
本發明是具有SUL層或多層的垂直磁記錄盤以及包括該盤的垂直磁記錄系統，該SUL層或多層具有良好的耐侵蝕性以及高磁矩。該SUL的材料是包括Co、Fe、X和Y的合金；其中X是Ta或Nb，Y是Zr或Hf，合金中存在的X和Y的組合量(combined amount)為約10和20原子百分比。合金中Co和Fe的原子比在約90∶10至10∶90之間，優選在25∶75和35∶65之間。該SUL可以是單層SUL或者通過層間膜或多個層間膜分隔開的多個軟磁層形成的多層SUL。
為了更全面地理解本發明的本質和優點，請結合附圖參考下面的詳細說明。


圖1是垂直磁記錄系統的示意圖。
圖2是垂直磁記錄盤的示意性剖視圖，示出寫場。
圖3是具有反鐵磁耦合層疊SUL的垂直磁記錄盤的示意性剖視圖。
圖4是對于不同CoFeTaZr合金和對于Co92Ta3Zr5合金的一組電化學極化曲線。
具體實施例方式
現有技術已知的垂直磁記錄盤示于圖3中。構成盤的各個層位于硬盤襯底上。襯底可以是任何商業可得的玻璃襯底，但是還可以是具有NiP或其它已知表面涂層的常規鋁合金，或者是替代的襯底，例如硅、硅堿鈣石或硅碳化物。SUL位于襯底上，或者直接在襯底上，或者直接在粘著層或始層(OL)上。OL有利于SUL的生長且可以是AlTi合金或類似材料，具有約2-5納米(nm)的厚度。
SUL可以是軟磁導磁材料的單層。期望的是，SUL表現為軟磁屬性，且沒有疇壁。在該情況下，“軟磁”指的是SUL與驅使磁通的面內磁場直接成比例地承載磁通量的能力。為了實現沒有疇壁的軟磁性，期望的是在靜態，即沒有記錄磁轉變和/或寫場的情況下，SUL有效地在“單疇狀態”，由此SUL中的磁化到處主要沿單個方向排列。SUL中多個疇的存在是介質噪聲之源且將導致記錄層中所記錄的信息的增強熱退磁的局部區域。為了解決此問題，已經提出了層疊的多層SUL。圖3所示的SUL是由多個軟磁層(SULa和SULb)形成的層疊或多層SUL，所述多個軟磁層通過用作反鐵磁(AF)耦合膜從而作為SULa和SULb之間的反鐵磁交換耦合的媒介的層間膜(例如Ru、Ir或Cr)分隔開。圖3中SULa和SULb中的箭頭表示靜止狀態下的反平行磁化方向。此類SUL描述于美國專利6686070B1和6835475B2中。該SUL還可以是由通過非磁膜分隔開的多個軟磁膜形成的層疊或多層SUL，所述非磁膜例如為碳或SiN的膜或者Al或CoCr的導電膜。單層SUL和層疊SUL中各軟磁層通常由包括Co、Fe和/或Ni的非晶導磁合金形成，例如CoTaZr和CoNbZr。該SUL的厚度通常在約50-400nm的范圍內。在不久的將來，隨著每代產品中寫極尺寸持續按比例縮小，SUL在厚度上將下降到50nm以下。
SUL上的非磁EBL是具有六角密堆積(hcp)晶體結構的非磁金屬或合金，用于控制顆粒RL中的hcp晶體取向。該EBL促進hcp顆粒RL的生長，使得其c軸基本垂直地取向，由此產生垂直磁各向異性。釕(Ru)是用于EBL的一般使用的材料，但是其它材料包括選自Ti、Re和Os的金屬以及含有選自Ti、Re、Ru和Os的至少一種元素的合金，包括Ru基合金。如果Ru用作EBL，它可以直接形成在籽層(SL)上，所述籽層形成于SUL上。
RL是具有顆粒間材料的顆粒鐵磁Co合金，該顆粒間材料由一種或更多添加的分離子(segregant)的一種或更多氧化物構成。優選地顆粒間材料中的氧化物或多種氧化物是僅一種元素的氧化物或多種氧化物，即Si-Ox、Ti-Ox或Ta-Ox。RL還可以含有Cr，Cr的一種或多種氧化物還作為顆粒間材料存在。因此一般的RL成分將包括CoPtCr-SiO2、CoptCr-TiO2和CoPt-Ta2O5。
形成在RL上的OC可以是非晶“類金剛石”碳膜或其它公知保護涂層，例如氮化硅。
用作SUL的CoTaZr和CoNbZr合金的一般成分非常易受侵蝕影響。這已經利用光學顯微鏡和透射電子顯微鏡(TEM)通過具有由Co92Ta3Zr5(其中下標表示原子百分比)形成的SUL的垂直磁記錄盤的檢驗得到證實。利用蔡司光學顯微鏡在500X下SUL的檢驗顯示草酸鈷(cobalt oxalate)桿狀物均勻分布在暴露下面的SUL的膜缺陷周圍。在垂直磁記錄盤中，草酸Co(CoC2O4)是侵蝕產物，經常以桿狀物或針狀物的形式存在。它們通常約1-2μm長且直徑在0.1μm左右。由于缺乏SUL的鈍化和Co離子的高遷移率，尤其是在由于更多不活潑材料(noble material)例如碳涂層而存在電耦合(galvanic coupling)時，Co離子向上滲透且與周圍環境中的草酸反應從而形成桿狀草酸Co。另外，剖視TEM清楚地顯示下面的SUL層從缺陷中心的氧化。這些結果表明Co92Ta3Zr5合金中的Ta和Zr含量不足以鈍化侵蝕。
增大CoTaZr SUL中Ta和Zr的量從而確定是否可得到侵蝕的鈍化。侵蝕檢測表明Co85Ta10Zr5SUL具有足夠的耐侵蝕性。然而，雖然Co85Ta10Zr5合金具有足夠的耐侵蝕性，但是其Ms比Co92Ta3Zr5合金的Ms小約25％。Ms的減小會由于寫場和寫場梯度的退化而導致記錄性能的損失。
本發明是具有SUL層或多層的垂直磁記錄盤，該SUL層或多層具有良好的耐侵蝕性以及高磁矩。SUL的材料是含Co、Fe、X和Y的合金；其中X是Ta或Nb，Y是Zr或Hf，合金中存在的X和Y的組合量為約10和20原子百分比之間。合金中Co和Fe的原子比為約90∶10至10∶90之間，優選地約25∶75和35∶65之間。
對于耐侵蝕性和磁矩，檢驗了具有不同CoFeTaZr合金成分的SUL。圖4是不同CoFeTaZr合金和Co92Ta3Zr5合金的電化學極化曲線的比較。這些曲線的數據在實驗配置中獲得，在該實驗配置中，SUL形成在玻璃襯底上，SUL用作一個電極。然后鉑(Pt)電極置于SUL上方1mm且水滴沉積在Pt電極與SUL之間。然后所施加的電壓從-1.0V至+1.0V掃描且測量電流作為所施加電壓的函數。在圖4中，在約-0.4V處的負尖峰表明從陰極區到陽極區的轉變，該處SUL變為陽極。隨著電壓正地增加，電子從SSUL中引出。陽極區中所測量電流的值表明SUL的侵蝕可能性。如圖4所示，Co92Ta3Zr5的交換電流(exchange current)最高。Co92Ta3Zr5合金的極化曲線迅速上升且僅由于該合金已經被如此嚴重地侵蝕使得檢測電極已經被嚴重腐蝕時開始下降。其它三種合金(Co34Fe51Ta10Zr5、Co51Fe34Ta10Zr5和Co59Fe26Ta10Zr5)全都顯示出顯著更低的交換電流水平。在零電勢，Co92Ta3Zr5合金的交換電流為約50×10-6A，相比之下，Co34Fe51Ta10Zr5、Co51Fe34Ta10Zr5和Co59Fe26Ta10Zr5合金分別為2×10-6A、3×10-6A和1×10-6A。因此本發明的合金具有約15至50倍的耐侵蝕性。
為了檢測膜對侵蝕的敏感性，控制膜Co92Ta3Zr5和利用各種(CoFe)Ta10Zr5SUL合金制成的膜經歷嚴重的凝露試驗(condensation test)，包括在高濕度(99％)下暴露于升高的溫度(65℃)四天。控制膜(Co92Ta3Zr5)上飾有侵蝕斑點，表明具有草酸Co桿狀物的缺陷。然而(CoFe)Ta10Zr5膜未顯示任何侵蝕斑點。該結果驗證了本發明的SUL合金的所測量的電化學極化曲線和改善的耐侵蝕性。
兩種(CoFe)Ta10Zr5SUL合金的Ms分別測量為在11kOe和12kOe，其僅稍微小于Co92Ta3Zr5控制合金的13kOe。新SUL合金中Co與Fe的原子比為約90∶10至10∶90之間，從而實現所需Ms。Ms還可以通過優化Co∶Fe原子比至30∶70(約25∶75和35∶65之間)附近來得到進一步提高，根據公知的斯萊特-鮑林曲線(Slater-Pauling曲線)，其產生最大Ms。另外，如果侵蝕檢測表明(CoFe)Ta10Zr5SUL合金的耐侵蝕性超過了產品規格，Ms還可以通過減小Ta和/或Zr含量來進一步優化。合金中Ta和Zr的組合量優選在約10和20原子百分比之間。
雖然已經如上所述展示了本發明的具有Ta和Zr的CoFeXY SUL合金，但是Nb可以替代Ta，且/或者Hf可以替代Zr。
雖然參照優選實施例特別顯示和描述了本發明，但是本領域技術人員將理解，在不偏離本發明的思想和范圍的情況下，可以進行形式和細節上的各種改變。因此，所公開的發明應僅被理解為示例性的，且局限于僅由所附權利要求定義的范圍。
權利要求
1.一種垂直磁記錄介質，包括襯底；垂直磁記錄層；以及在該襯底與該記錄層之間包括導磁材料的襯層，該導磁材料是包括Co、Fe、元素X和元素Y的合金，其中X是Ta或Nb，Y是Zr或Hf。
2.如權利要求1所述的介質，其中所述合金中X和Y的組合量為約10和20原子百分比之間。
3.如權利要求1所述的介質，其中所述合金中的Co與所述合金中的Fe的原子比在約90∶10至10∶90的范圍。
4.如權利要求3所述的介質，其中所述合金中的Co與所述合金中的Fe的原子比在約25∶75至35∶65的范圍。
5.如權利要求1所述的介質，還包括在該襯層與該記錄層之間用于磁去耦該記錄層與該襯層的交換中斷層。
6.如權利要求1所述的介質，其中該記錄層包括顆粒鐵磁Co合金。
7.如權利要求6所述的介質，其中該記錄層包括選自包括Si、Ta、Ti和Nb的組的一種或更多種元素的氧化物或多種氧化物。
8.如權利要求1所述的介質，其中該襯層包括通過非磁膜分隔開的所述導磁材料的兩層膜。
9.如權利要求8所述的介質，其中該非磁膜提供所述兩層導磁膜的反鐵磁耦合。
10.一種垂直磁記錄系統，包括權利要求1的所述介質；寫頭，用于磁化所述介質的該記錄層的區域；以及讀頭，用于檢測所述被磁化的區域之間的轉變。
11.一種垂直磁記錄盤，包括襯底；導磁襯層，在該襯底上且包括合金，該合金含有Co、Fe、元素X和元素Y，其中X是Ta或Nb，Y是Zr或Hf，其中所述合金中X和Y的組合量為約10和20原子百分比之間；垂直磁記錄層，包括Co基鐵磁合金的晶粒，其具有六角密堆積(hcp)晶體結構且c軸基本垂直于該記錄層取向；以及交換中斷層，在該襯層與該記錄層之間用于磁去耦該記錄層與該襯層。
12.如權利要求11所述的盤，其中所述元素X是Ta且所述元素Y是Zr。
13.如權利要求11所述的盤，其中所述合金中的Co與所述合金中的Fe的原子比在約90∶10至10∶90的范圍。
14.如權利要求13所述的盤，其中所述合金中的Co與所述合金中的Fe的原子比在約25∶75至35∶65的范圍。
15.如權利要求11所述的盤，其中該記錄層還包括選自包括Si、Ta、Ti和Nb的組的一種或更多種元素的氧化物或多種氧化物。
16.如權利要求11所述的盤，其中所述襯層包括所述導磁材料的兩層膜且還包括將所述兩層導磁膜分隔開的非磁膜。
17.如權利要求16所述的盤，其中所述非磁膜提供所述兩層導磁膜的反鐵磁耦合。
全文摘要
本發明涉及一種具有軟磁襯層(SUL)的垂直磁記錄盤，該SUL具有良好的耐侵蝕性以及高磁矩。該SUL的材料是含有Co、Fe、X和Y的合金；其中X是Ta或Nb，Y是Zr或Hf，且所述合金中存在的X和Y的組合量為約10和20原子百分比之間。所述合金中Co與Fe的原子比在約90∶10至10∶90之間，優選地在約25∶75至35∶65之間。該SUL可以是單層SUL或由被層間膜或多個層間膜分隔開的多個軟磁層形成的多層SUL。
文檔編號C22C38/10GK1949369SQ200610142350
公開日2007年4月18日 申請日期2006年10月10日 優先權日2005年10月13日
發明者戴青, 伯恩德·海因茨, 池田圭宏, 瑪麗·F·米納迪, 高野賢太郎 申請人:日立環球儲存科技荷蘭有限公司