CN100555421C - 磁记录介质以及磁记录和再现装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁记录介质和一种磁记录和再现装置。所述磁记录介质包括基底11、在所述基底11上形成的衬层12、在所述衬层12上形成的磁记录层13、以及在所述磁记录层13上形成的保护层14，所述磁记录层13由相互交换耦合的主记录层16和次记录层15构成。所述主记录层16具有磁性颗粒以及包围所述磁性颗粒的非磁性材料，并具有垂直磁性各向异性。所述次记录层15由具有负的晶体磁性各向异性的材料构成，并且其易磁化面在所述介质的平面内。

Description

磁记录介质以及磁记录和再现装置

相关申请的交叉引用

要求获得2005年6月13日提交的日本专利申请No.2005-172601的优先权。本申请是在35U.S.C.§111(a)之下进行的一个申请，并根据35U.S.C.§119(e)要求获得按照35U.S.C.§111(b)于2005年6月23日提交的临时申请60/693,091的申请日的权益。

技术领域

本发明涉及到一种磁记录介质和一种磁记录和再现装置。

背景技术

在过去几年中，随着计算机处理速度的增加，希望在诸如硬盘驱动器(HDD)等能够记录和检索数据信号的磁记录和再现装置中可以实现更快的记录速度和更高的记录密度。目前的HDDs使用纵向磁记录方法，其中，磁化方向位于磁记录介质平面内。然而，为了在HDDs中获得更高的记录密度，使用磁化方向垂直于介质的垂直磁记录方法是有利的，因为可以实现急遽的磁化转变。

此外，在目前的磁记录介质中，热涨落成为关注点，就热涨落而言，因为垂直磁记录技术允许介质中的磁记录层做得比纵向磁记录技术中的厚，所以可以将记录信号的退化减到最小。

对垂直磁记录层的研究主要集中在CoCr合金基(例如，CoCrPt合金)磁性层上，这种磁性层具有不规则的六角密堆积(hcp)晶体结构。为了解决热涨落问题，也对具有较大的磁性各向异性(Ku)的材料做了大量的研究。

然而，因为磁性各向异性Ku正比于矫顽力(Hc)，所以，对具有大的磁性各向异性Ku的这种材料，需要较大的记录磁场。因此，在这种垂直磁记录介质中，通常将磁性各向异性Ku设置为接近磁头记录能力上限的一个值。

这里，如果能将矫顽力Hc降低，同时保持大的磁性各向异性Ku，那么就可以获得具有好的抗热涨落性的垂直磁记录介质。

最近提出了倾斜型垂直磁记录介质(下面称作“倾斜型介质”)(例如，参见专利文件1和2，以及非专利文件1)，其中，磁记录层中易磁化轴的方向相对于介质的法向是倾斜的。就是说，在常规垂直磁记录介质中，磁性晶体颗粒的晶面取向要使得易磁化轴指向介质的法向，而所述倾斜型介质的特征在于，磁性晶体颗粒的晶面取向要使得易磁化轴相对于介质的法向是倾斜的。

非专利文件1中报道了由于垂直于介质的外加磁场方向与易磁化轴的方向之间的夹角而导致矫顽力Hc下降。理论上已经发现，当外加磁场的方向和易磁化轴的方向之间的夹角为45°时可以获得最小的矫顽力Hc。夹角为45°时所获得的矫顽力Hc约为夹角为0°时的矫顽力之半。

为了使磁记录层中的易磁化轴的方向相对于介质的法向发生倾斜，希望使用衬层，以便能够生长具有这种取向的磁性晶体颗粒。然而，对用于目前实际中所用的CoCrPt合金磁性层的这种衬层却很少有研究。

另外，在实际中有用的倾斜型介质要求具有“粒状结构”，其中磁性晶体颗粒由非磁性材料分隔开。然而，在上述CoCrPt合金磁性层中，对获得粒状结构的方法很少有研究，其中，在这种粒状结构中，磁性晶体颗粒的取向要使得易磁化轴(C轴)相对于介质的法向是倾斜的。

因此，对于薄膜的形成，需要解决许多问题，以便获得使用目前的合金基磁性材料的倾斜型介质。另外，在这种倾斜型介质中，磁性晶体颗粒的取向有一个角度，这样会降低输出，这是不希望的。如果C轴以随机角度生长，那么，在磁性转变区中会出现去磁化场的问题，其方式与常规纵向磁记录中的情形相同。

在倾斜型介质中，因为各个磁性晶粒的磁化矢量在不同的方向，所以，当制造被构图介质(其中记录数据或记录磁道形状被赋予磁记录层)时，每个图形中的磁性特性会有大的变化。尽管这样，在衬层上可以生长在圆周方向上以一个角度均匀地取向的磁性颗粒。

已经提出的另一种获得倾斜型介质的方法(例如，参见非专利文件2)涉及一种复合介质，该复合介质在上述颗粒结构中由磁性隔离的硬磁性颗粒构成，这些硬磁性颗粒与类似地隔离的软磁性颗粒有交换耦合。当这种复合介质处于没有外加磁场的状态中时，磁性颗粒的磁化都沿垂直方向取向。当施加记录磁场时，软磁性层发生磁性反转，使得交换耦合的硬磁性层的磁化发生倾斜，最终产生了倾斜型介质。

这种复合介质不需要使硬磁性层的易磁化轴倾斜，因而就不需要控制磁性晶体颗粒的取向。然而，因为具有粒状结构的软磁性层的形成方法或软磁性颗粒上的硬磁性颗粒获得好的晶体取向的方法都还没有建立，所以，在制造这种介质时还有未解决的挑战。

另外，在复合介质中，为了获得上述效应，需要软磁性层具有大的厚度。然而，在这种情形中，因为由各个磁性颗粒引起的磁化变得更大，所以磁性颗粒之间的静磁耦合会影响记录图形的可记录性或稳定性。另外，材料设计余地变得更窄。

专利文件1：日本待审专利审请公开JP-Hei8-129736A

专利文件2：日本专利公开JP-3235003B

非专利文件1：IEEE Transaction on Magnetics，Vol.38，pp.3675-3683

非专利文件2：IEEE Transaction on Magnetics，Vol.41，pp.537。

发明内容

如上所述，很难获得磁性隔离的软磁性区以实现一种倾斜型介质，该倾斜型介质能使具有高的磁性各向异性(Ku)和高的矫顽力(Hc)的垂直磁记录介质的矫顽力减小。此外，因为饱和磁化强度(Ms)应该比较大，所以介质设计裕量最终变得比较窄。

本发明的提出就是为了解决上述问题。所以，本发明的一个目标是，提供一种倾斜型垂直磁记录介质，该磁记录介质容易制造并且有助于介质的设计。本发明的另一个目标是，提供一种使用这种介质的磁记录和再现装置。

因此，本发明提供下列内容。

(1)一种磁记录介质，它包括基底、在所述基底上形成的衬层、在所述衬层上形成的磁记录层、以及在所述磁记录层上形成的保护层。所述磁记录层由相互交换耦合的主记录层和次记录层构成。所述主记录层具有磁性颗粒以及包围所述磁性颗粒的非磁性材料，并具有垂直磁性各向异性。所述次记录层由具有负的晶体磁性各向异性的材料构成，并且其易磁化面在所述介质的平面内。

(2)根据上述(1)的磁记录介质，其特征在于，所述磁记录层在所述介质的平面内被分成磁性部位和非磁性部位，这些部位在所述介质上沿圆周方向规则排列。

(3)根据上述(1)或(2)的磁记录介质，其特征在于，所述次记录层的晶体磁性各向异性的绝对值至少为10⁵erg/cc。

(4)根据上述(1)到(3)中的任一项所述的磁记录介质，其特征在于，所述次记录层的厚度至少为1nm。

(5)根据上述(1)到(4)中的任一项所述的磁记录介质，其特征在于，所述次记录层的厚度不大于所述主记录层厚度之半。

(6)根据上述(1)到(5)中的任一项所述的磁记录介质，其特征在于，所述次记录层包含从CoIr、CoFe、MnSb、FeC和Fe₃Pt中选出来的一种或多种合金。

(7)根据上述(1)到(6)中的任一项所述的磁记录介质，其特征在于，所述次记录层为CoIr，Ir含量为5到40原子百分比。

(8)根据上述(1)到(7)中的任一项所述的磁记录介质，其特征在于，在所述次记录层之下有晶体衬层，该晶体衬层的六角密堆积晶格或四方晶格的晶面在平行于所述基底的平面内取向。

(9)一种磁记录和再现装置，它包括根据上述(1)到(8)中的任一项所述的磁记录介质，以及用于在所述磁记录介质上读信号和写信号的磁头。

(10)根据上述(9)所述的磁记录和再现装置，其特征在于，所述磁头为单极型磁头。

附图说明

图1是本发明所述的磁记录介质的透视图；

图2是示出图1的磁记录介质的层结构的剖面图；

图3是图1所示的磁记录介质的颗粒结构的示意图；

图4A是描述图1所示的磁记录介质中磁化反转过程的示意图；

图4B是描述图1所示的磁记录介质中磁化反转过程的示意图；

图4C是描述图1所示的磁记录介质中磁化反转过程的示意图；

图5是图1中圆圈区域A的放大，显示了离散磁道介质的平面图；

图6是图1中圆圈区域A的放大，显示了被构图介质的平面图；

图7是基底刻蚀型被构图介质的剖面图；

图8是磁性层刻蚀型被构图介质的剖面图；

图9是本发明所述的磁记录和再现装置的透视图；

图10显示了由本发明所述的仿真所获得的迟滞回线；

图11是本发明中的次记录层的厚度与矫顽力和方形度的关系图；

图12是本发明中外加磁场的角度与矫顽力的关系图；

图13是本发明中的次记录层的Ir含量和磁性各向异性Ku的关系图；

在上述图中，数字符号1指示磁盘(磁记录介质)、11指示基底、12指示衬层、13指示磁记录层、14指示保护层、15指示次记录层、16指示主记录层、17指示磁性颗粒、18指示非磁性材料、20指示图形、21指示数据磁道区、22指示伺服信号区、30指示硬盘驱动器(磁记录和再现装置)、31指示外壳、32指示磁头、33指示磁头悬架组件、34指示致动器、35指示电路板、36指示悬架、37指示悬臂。

具体实施方式

下面将参考附图详细描述本发明所述的磁记录介质以及磁记录和再现装置。在与下面的描述一道使用的图中，为了方便起见，某些区别性特征被放大显示，以帮助更好地理解本发明。因此，这些图在任何精度意义上都不一定反应了各个部分的相对尺寸。

首先描述本发明所述的磁记录介质。

如图1所示，本发明所述的磁记录介质通常是诸如硬盘驱动器(HDD)等磁记录和再现装置中所用类型的磁盘1。如图2所示，这种磁盘1至少包括基底11、在基底11上所形成的衬层12、在衬层12上所形成的磁记录层13、在磁记录层13上所形成的保护层14。

基底11可以是由诸如玻璃、铝合金、陶瓷、碳、或具有氧化物表面的单晶硅等材料构成的非磁性基底。玻璃基底的例子有非晶玻璃和晶化玻璃。非晶玻璃的合适例子包括通常所用的钠钙玻璃和硅铝酸盐玻璃。晶化玻璃的合适例子包括锂基晶化玻璃。陶瓷的合适例子包括主要由氧化铝、氮化铝或氮化硅构成的烧结材料，以及这种烧结材料的纤维强化形式。或者，所用基底11是金属或上述非金属基底，并且在其表面上具有通过电镀或溅射所形成的NiP层。基底11可以具有任何迄今已知的大小，诸如3.5英寸、2.5英寸、1.8英寸、1英寸、0.85英寸、或0.8英寸。

衬层12有若干作用，包括控制磁记录层13中的晶体、控制晶粒大小、提高附着力。衬层12可以由常规磁记录介质中所用的材料构成，诸如金属、电介质、或其混合物。为了有效地实现上述目标，衬层12可以由多个层构成。此外，衬层12的表面可以通过诸如离子辐照或气体处理进行修饰。

在衬层12中也可以使用磁性材料。在基底11和磁记录层13之间提供由高磁导率软磁性材料构成的软磁性衬层(SUL)的情形中，衬层12可以由有时被称作“垂直双层介质”的介质构成。这种垂直双层介质中的软磁性衬层SUL具有磁头的一些功能，用来磁化垂直磁记录层。例如，它具有这样的功能，即，允许来自单极型磁头的记录磁场在水平方向上穿过，并使之回到磁头的一侧。此外，能够为磁记录层13提供充分的垂直磁场的能力使记录和再现效率得以增强。

软磁性衬层SUL可以由铁或含有镍或钴的铁基材料构成，这种材料的说明性例子包括FeCo合金(如FeCo和FeCoV)、FeNi合金(如FeNi、FeNiMo、和FeNiSi)、FeAl合金或FeSi合金(如FeAl、FeAlSi、FeAlSiCr、FeAlSiTiRu和FeAlO)、FeTa合金(如FeTa、FeTaC和FeTaN)、以及FeZr合金(如FeZrN)。或者，所述软磁性衬层SUL也可以由具有微晶结构的至少含60at％的Fe的材料构成，诸如FeAlO、FeMgO、FeTaN或FeZrN；或者，构成所述软磁性衬层SUL的材料也可以具有由散布在基体中的细晶粒所形成的颗粒结构。

另外，所述软磁性衬层SUL中也可以使用含有Co以及含有Zr、Hf、Nb、Ta、Ti和Y中的至少一种元素的Co合金。这种钴合金中的钴含量优选至少为80at％。当这种Co合金通过溅射法形成薄膜时，很容易形成非晶层。当形成了这种非晶层时，它呈现出出色的软磁性，因为这种非晶软磁性材料没有晶体磁性各向异性、晶体缺陷和颗粒边界。此外，使用这种非晶软磁性材料可以获得低噪声介质。非晶软磁性材料的优选例子有，CoZr、CoZrNb和CoZrTa合金。

在所述软磁性衬层SUL之下可以提供衬层，以便增强软磁性衬层SUL的结晶性，并提高与基底11的附着力。该衬层可以由例如Ti、Ta、W、Cr、Pt、以及包含这些元素的合金、或其氧化物或氮化物构成。

构成衬层12的多个层中的一部分可以以由非磁性材料构成的中间层的形式存在，该中间层设置于软磁性衬层SUL和磁记录层13之间。所述中间层用来切断软磁性衬层SUL和磁记录层13之间的交换耦合相互作用并控制磁记录层13的结晶性。构成中间层的材料有，Ru、Re、Pt、Pd、W、Ti、Ta、Cr、Si及其合金、或其氧化物或氮化物。

为了防止尖锐噪声，可以将所述软磁性衬层SUL分为若干层，并在各层之间***例如0.5到1.5nm的Ru层以形成反铁磁耦合结构。或者，可以使用钉扎层，与软磁性衬层形成交换耦合，该钉扎层由诸如CoCrPt、SmCo或FePt构成的具有面内各向异性的硬磁层或者由诸如IrMn或PtMn等反铁磁材料构成。在这种情况下，为了控制交换耦合力，可以在所述Ru层之上或之下提供一层磁性层(例如，Co)或者非磁性层(例如，Pt)。

磁记录层13由次记录层15和形成在次记录层15之上的主记录层16构成。主记录层16和次记录层15相互交换耦合。为了使主记录层16和次记录层15相互相交换耦合，主记录层16和次记录层15优选为相互接触。或者，尽管主记录层16和次记录层15彼此之间不接触，在它们之间有小于等于2nm的距离，但在主记录层16和次记录层15之间提供最多2nm厚由非磁性材料构成的中间层，以影响交换耦合相互作用。

磁记录层13可以具有由磁性材料构成的中间层，以便调整主记录层16和次记录层15之间的交换耦合强度。此外，磁记录层13不限于图2所示的结构，即，其中主记录层16位于次记录层15之上。例如，次记录层15反过来可以位于主记录层16之上。或者，磁记录层13可以具有由多层所述主记录层16和次记录层15以层叠排列的方式所形成的结构。例如，当所述结构中主记录层16、次记录层15和主记录层16按这样的顺序排列时，作用在次记录层15上的交换耦合力就加倍，于是可以获得更大的介质设计余地。也可以采用这样一种结构，其中，多层磁性层和非磁性层层叠在一起形成所述主记录层和次记录层。例如，采用在多层磁性层之间***Ru层以便引入反铁磁交换耦合的技术，可以增大线性记录密度。

从迟滞回线中可以判断在次记录层15和主记录层16之间是否存在交换耦合。当所述层之间没有交换耦合时，各层的迟滞回线只是简单地重叠，而当所述层之间有交换耦合时，它们的迟滞回线会相互影响。本发明的一个特有的特征是，与次记录层15的交换耦合可以降低主记录层16所固有的矫顽力(Hc)。所以，交换耦合的存在可以通过迟滞回线来确认，而该迟滞回线所表明的矫顽力Hc小于利用主记录层16的磁性各向异性Ku计算并估计出来的矫顽力Hc，而主记录层16的磁性各向异性Ku通过例如转矩测量(torque measurement)法来测量得到。从随后要详细描述的迟滞回线的特征中也可以做出这样的判断。

主记录层16由具有垂直磁各向异性的硬磁材料构成。即，主记录层16是由磁性晶粒所构成的垂直磁化层，绝大多数的所述磁性晶粒的易磁化轴沿垂直于介质的方向取向。如果构成所述主记录层16的磁性晶粒是由钴合金(诸如CoPt合金)构成的，那么，可以获得很大的各向异性。除了钴以及含有铬或铂的钴合金外，该磁性晶粒还可以包括从硼、钽、钼、铜、钕、钨、铌、钐、铽、钌、铼中选出来的至少一种元素。通过包含这些元素，可以提高磁性晶粒的结晶性和取向，并可以调节磁性特性，这使得记录和再现特性以及热涨落特性更适合于高密度记录。或者也可以使用所谓的“磁性人造晶格”，其中，Co和诸如Pt和Pd等贵金属排列成许多层。或者，可以使用由铁或钴结合铂或钯所组成的有序相合金。而且，主记录层16自身也可以具有多层结构。通过层叠两种或多种磁性特性不同的磁性层，可以获得更高的记录密度。

主记录层16的厚度优选为2到60nm，最好为3到30nm。如果主记录层16的厚度小于2nm，那么，读取输出会太低并且噪声成份会变得较高。另一方面，厚度大于60nm的主记录层16会导致读取输出太大，使波形失真。通过将主记录层16的厚度设置在上述范围内，可以获得适合于更高记录密度的磁记录介质。为了防止抗热涨落性的退化，优选将主记录层16的矫顽力单独设置为至少237,000A/m(3kOe)。主记录层16的磁性各向异性Ku优选至少为10⁶erg/cc。

如图3所示，主记录层16具有颗粒结构，由磁性颗粒17和周围的非磁性材料18构成。在该颗粒结构中，每个磁性颗粒17都完全分开，尽管一些颗粒17并不是分开的，但假设这对磁记录不构成问题。在图3中，次记录层15也具有颗粒结构，尽管为了本发明的目的，该次记录层15可以是颗粒结构，可以为连续层，或者也可以是包含这两者的一种结构(例如，上半部分为颗粒结构)。

次记录层15由一种磁性材料构成，该磁性材料具有负的晶体磁各向异性(Ku)并且具有一个取向与介质平面平行的易磁化面(C平面)。就是说，所述次记录层15的难磁化轴(C轴)垂直于介质平面。因为构成所述次记录层15的磁性晶体颗粒中的易磁化轴并不在某个具体的面内方向上，所以，磁化方向可以被设置到介质平面内的任何方向上。在本发明中，易磁化轴所在的平面被定义为“易磁化面”，这是因为不能将易磁化轴定义为所述层的平面中的某个具体方向。这不同于晶体磁性各向异性(Ku)为正的磁性材料，而在晶体磁性各向异性(Ku)为正的磁性材料中，易磁化轴指向介质平面内的某一方向，这种介质的例子有，易磁化轴在介质平面内的CoCr合金，易磁化轴指向四个方向的fcc晶体等。易磁化面在介质平面内的材料的例子包括，CoIr、CoFe、MnSb、Fec和Fe₃Pt。

通过使次记录层15与主记录层16发生交换耦合，本发明性磁记录介质变为一种倾斜型介质(tilted medium)。为了实现作为倾斜型介质的所述介质的大多数性能，次记录层15的磁性各向异性Ku的绝对值优选为至少10⁵erg/cc。

具体说，相互交换耦合的主记录层16和次记录层15作为单个单元承受热涨落。因此，如果次记录层15的磁性各向异性Ku也不大的话，那么，整个磁记录层的抗热涨落性会下降。例如，非专利文件2中所描述的复合介质使用磁性各向异性可以被认为是零的软磁性材料作为次记录层。所以，抗热涨落性必须完全由主记录层来提供，于是，主记录层和次记录层的总厚度不可避免地变大。这对于垂直磁记录介质来说是不希望的，在垂直磁记录介质中，软磁性衬层SUL和记录头之间的距离需要很小。这里，次记录层15和主记录层16的各向异性中的易磁化轴彼此正交，但方向与抗热涨落性没有关系。原因如下：如果次记录层15具有大的磁性各向异性Ku，那么，磁化微结构由这两层的能量均衡来确定，所得到的结构自身具有抗热涨落性，其磁性各向异性为这两层的平均磁性各向异性Ku。考虑到这一点，希望次记录层15的磁性各向异性Ku至少为10⁵erg/cc，优选至少为1Merg/cc。

满足这些条件的次记录层15所用材料的例子包括上述的CoIr、CoFe、MnSb、FeC和Fe₃Pt。在这些材料中，CoIr的优点是，它与目前硬盘驱动器中磁记录介质所用的CoCrPt合金具有同样的六方密堆积(hcp)结构；它也具有类似的晶格常数。所以，当一层CoCrPt形成在C轴取向的CoIr上时，该CoCrPt也将变成C轴取向。在这种情形中，构成次记录层15的CoIr的易磁化面为所述层所在的平面，构成主记录层16的CoCrPt的易磁化轴垂直于所述层所在的平面。

形成在CoCrPt上的CoIr的C轴也可以沿垂直于所述层所在的平面取向。就是说，这里，构成次记录层15的CoIr的易磁化面就是该层所在的平面，构成主记录层16的CoCrPt的易磁化轴垂直于所述层所在的平面。

为了获得构成次记录层15的、C轴取向的CoIr，希望在次记录层15之下放置一个晶体衬层(衬层12)，该晶体衬层的取向在一个与六方密堆积晶格的晶面或四方晶格的晶面平行的平面内。就是说，通过使用取向在与六方密堆积晶格的晶面或四方晶格的晶面平行的平面内的晶体衬层，可以获得这样一个薄膜，其中CoIr的C轴取向在垂直于该介质平面的方向上。

在主记录层16为CoCr合金或次记录层15为CoIr的情形中，例如，可以使用具有六角密堆积(hcp)结构或面心立方(fcc)结构的Ru、Pt、Pd、NiCr、NiFeCr或Mg作为衬层12来影响次记录层15中的C轴垂直取向。

如上所述，在本发明所述的磁记录介质中，无论是CoCrPt层形成在CoIr层上、还是CoIr层形成在CoCrPt层上、还是CoIr层和CoCrPt层重复地在彼此之上形成，都可以使薄膜平面成为作为次记录层15的CoIr的易磁化面，而使形成主记录层16的CoCrPt的易磁化轴垂直于该层所在的平面。

此外，在本发明所述的磁记录介质中，通过Ir的含量可以调节CoIr的饱和磁化强度(Ms)。

具体说，当Ir含量设置在5到40at％时，可以使次记录层15的磁性各向异性Ku为负，其绝对值至少可以为10⁵erg/cc。

次记录层15的厚度优选为至少0.5nm，更优选为至少1nm。当次记录层15的厚度小于0.5nm时，作为倾斜型介质(tilted medium)的磁记录介质的效果会变小，除此之外，也很难保证在整个介质表面的均匀性。

另外，次记录层15的厚度优选不要超过主记录层16厚度的一半。

当次记录层15的厚度超过了主记录层16厚度的一半时，主要的磁化分量变为在面内，这会降低信号强度。

保护层14保护磁记录层13免受腐蚀，防止磁头与介质接触时对磁记录介质表面造成损伤。保护层14的说明性例子包括，由碳或由含有诸如Si-O、Zr-O、或Si-N等的硬材料构成的保护层。保护层14的厚度优选为0.5nm到10nm。这样，磁头和磁记录层13之间的距离可以做得较小，以便可以实现更高的记录密度。

此外，在本发明性磁记录介质中，可以在保护层14上提供一层润滑层(未示出)。可用于所述润滑层的润滑剂的说明性例子包括现有技术中已知的材料，诸如，全氟聚醚(perfluoropolyethers)、乙醇氟化物(fluorinatedalcohol)、以及羧酸氟化物(fluorinated carboxylic acid)。

具有上述类型结构的本发明所述的磁记录介质可以成为一种倾斜型介质，其中，垂直磁记录介质中的高磁性各向异性(Ku)材料的矫顽力Hc可以被减小。

这里，参考图4A-4C描述本发明中所获得的矫顽力(Hc)降低效应的背后的原理，其中，图4A-4C示意地显示了次记录层15和主记录层16在截面方向上的磁化方式。在图4A-4C中，空心箭头指出外磁场的方向，而空心箭头的长度表示外磁场的大小，实心箭头指出每个层中的磁化方向。

首先，如图4A所示，当没有外磁场时，次记录层15和主记录层16的磁化实质上朝向单一的方向(图4A中的向上方向)。就是说，当主记录层16的磁性各向异性能大于次记录层15的磁性各向异性能时，次记录层15的磁化也沿着垂直方向取向。然而，在实际中，也有这样的情形，其中，在次记录层15的内部出现一种扭曲的磁化结构。

接着，如图4B所示，当施加一个较小的反向磁场时，次记录层15的磁化方向开始朝着这一层所在平面取向。由于主记录层16与该次记录层15有交换耦合相互作用，所以主记录层16的磁化方向也开始倾斜。

接着，如图4C所示，当反向磁场更大时，就在主记录层16反转之前，次记录层15的磁化取向实质上在该层的平面内了，而主记录层16的磁化方向约为45°。这样，采用45°记录技术，与只有主记录层16存在的情形相比，可以用较小的外磁场使磁化反转。

本发明所述的磁记录介质的特征也在于，在介质平面内，磁记录层13被分成磁性部位和非磁性部位，该磁性部位和非磁性部位具有在介质上按圆周方向规则地排列的各个区域。

这种磁记录介质被称为被构图介质。例如，可以通过像图1中的圆圈区域A内所示的纹理化图形20将磁记录层13分成磁性部位和非磁性部位。如图5中放大后所显示的，磁记录介质1的表面具有用于脉冲信号和用于地址及前导码(即，寻道和数据访问控制)的伺服信号区22，以及写入数据的数据磁道区21。通过上述图形20将这些区域21和22分成了磁性部位和非磁性部位。通过形成上述磁记录层13、然后经薄膜修饰使之变成希望的形状，或者通过采用普通的薄膜形成过程在形成了希望形状的基底11上沉积磁记录层13，可以获得这样一个图形20。数据磁道区21可以是如图5所示的连续磁道，也可以是如图6所放大显示的被分成了单比特单元或多比特单元的磁道。

图5所示的磁记录介质也被称作离散磁道介质，而图6所示的磁记录介质在狭义的术语上有时被称作被构图介质。在离散磁道介质中，线性记录密度在目前的实际中通过由磁头在介质上所形成的磁性转变宽度来确定。另一方面，在图6所示的被构图介质中，线性记录密度由赋予基底的形状来确定。一般来说，在图6所示的被构图介质中可以实现更高的记录密度。

被构图介质包括基底刻蚀型被构图介质和磁性层刻蚀型被构图介质，前者通过将基底11图形化成一种分为伺服信号区22和数据磁道区21的形状来获得，如图7所示，而后者通过将磁记录层13图形化成一种分为伺服信号区22和数据磁道区21的形状来获得，如图8所示。在图8所示的磁性层刻蚀型被构图介质中，只要信号是从磁记录层13获得的，那么刻蚀也可以延伸到下面的衬层12或基底11。或者，在图形的底部可以留有磁性材料(例如，只对主记录层16进行图形化)。

本发明可以用于图5到图8所示的任何被构图介质中，在被构图的区域中可以获得矫顽力Hc降低效应。因此，被构图区域可以存在于整个介质上，也可以只存在于介质的某些部分上。另外，被构图区域在圆周方向上可以是连续的，在圆周方向上也可以是间歇的。

下面描述本发明所述的磁记录和再现装置。

本发明性磁记录和再现装置由图9所示的硬盘驱动器(HDD)30来举例说明。所述HDD 30使用垂直磁记录技术来读写各种类型的数据，它由安装在主轴电动机(未显示)上并能被驱动着转动的上述磁盘1、能在磁盘1上读写信号的磁头32、安装有磁头32的磁头悬架组件33、驱动磁头悬架组件33的致动器34、以及对各个部件进行控制的电路板35构成，这些部件都装在外壳31之内。

磁头32是一个组合磁头，其中，写磁头和读磁头被安装在一个共同的滑块机构上。如上所述，在本发明所述的磁记录介质中可以获得矫顽力Hc降低效应。因为当记录磁场的取向垂直于介质时该效应大，所以优选使用单极型磁头作为写磁头。可以使用屏蔽极构造，其中，单极型磁头配置有一个屏蔽。或者，可以使用诸如纵向介质中常用的环型磁头来进行垂直磁记录。所述读磁头可以是例如屏蔽型磁阻(MR)读磁头，其中使用了GMR层或TMR层。

磁头悬架组件33跨过磁盘1的记录面支撑着磁头32，它含有悬架36和悬臂37，在该悬架的远端安装有上述滑块机构，悬臂37支撑该悬架的近端。致动器34使用音圈马达(VCM)通过磁头悬架组件33将磁头32定位在磁盘1上给定的径向位置处。电路板35具有磁头IC芯片，通过致动器34对磁头进行驱动控制并通过磁头32进行读写控制。

例子

在下面的例子中更充分地说明了本发明的效果。

例1

在例1中，首先进行LLG仿真以判断上述本发明中的矫顽力Hc降低效应是否能在某个实用范围内发生。仿真结果示于图10。

在这个仿真中，将主记录层的磁性特性选择为磁性各向异性Ku为6Merg/cc，饱和磁化强度为500emu/cc。这些值接近垂直磁记录介质的磁记录层中所用的CoCrPt的特性。将次记录层的磁性特性选择为磁性各向异性Ku 4Merg/cc，饱和磁化强度Ms 1000emu/cc。这些值接近于CoIr的特性。磁晶粒内的以及主记录层和次记录层之间的交换耦合常数都设置为0.5μerg/cm。仿真中的网格大小被设置为1立方纳米，采用直径为8nm、高度为18nm的柱体作模型进行计算。

在图10所示的结果中，虚线表示在高度为18nm的柱体只由主记录层构成的情形中的迟滞回线。矫顽力Hc约为20kOe。实线表示在主记录层的厚度为12nm、次记录层的厚度为6nm的情形中的迟滞回线；这里，矫顽力Hc(M＝0时的外磁场H的值)小于大的值的一半的大小。H＝0时的值M(残余磁化强度Mr)小于饱和磁化强度Ms。这最可能是由于磁化的面内分量的缘故，因为次记录层内部的磁化并没有与主记录层中的磁化完全对齐。从H＝0到Hc附近磁化强度突然改变之处的曲线部分表明，当反向磁场变得更大时，该面内磁化分量渐渐上升。此外，在曲线的这个部分中，磁化发生可逆转动，并且当外磁场返回零时磁化强度返回Mr值。在矫顽力Hc处的突然改变是不可逆的；因此，当外磁场返回零时，磁化强度变为-Mr。所以，导致磁化反转的磁场为Hc。只要次记录层的磁性各向异性Ku为负值并且易磁化面在该层所在的平面内，那么就会发生这个效应。

下面，在上述条件下，对不同的主记录层和次记录层厚度进行仿真。这些仿真的结果示于图11中。

在这些仿真中，保持主记录层和次记录层的总厚度固定在18nm来进行计算。对于次记录层的饱和磁化强度为600emu/cc的情形也进行了计算。在图11中，横坐标表示次记录层的厚度，纵坐标表示矫顽力Hc和方形度S(Mr/Ms)。

从图11所示的结果中可以清楚地看到，即使厚度只有1nm，次记录层也具有将矫顽力Hc基本上减半的效果。此外，由于当次记录层的厚度增加时方形度S会减小，所以，从读信号的强度的角度看，优选采用厚度较小的次记录层。当次记录层的厚度非常小时，总的抗热涨落性的变化变小。此外，按顺序穿过磁极头、主记录层、次记录层、中间衬层和软磁性衬层的磁通量会遇到较小的干扰。

无论是主记录层形成在次记录层之上还是次记录层形成在主记录层之上，结果都是相同的。也可以在主记录层之间***次记录层。在这样的情形中，作用在次记录层上的交换耦合相互作用的大小就会加倍，使得方形度S接近1。

下面进行的仿真用来研究本发明性磁记录介质的角度依赖关系。这些仿真的结果示于图12中。

在这些仿真中，对主记录层具有下面的值的情形进行计算：磁性各向异性Ku 6Merg/cc；饱和磁化强度Ms 500emu/cc；厚度12nm。次记录层的值被设置为：磁性各向异性Ku-4Merg/cc；饱和磁化强度Ms 1000emu/cc；厚度6nm。

当主记录层为单层、并且磁化反转遵从所谓的S-W模型时，矫顽力Hc对角度的依赖关系是一条向下凸出的曲线，在45°处有最小值。然而，在本发明所述的磁记录介质中，矫顽力Hc呈现出不同的角度依赖关系。就是说，基于图12所示的结果，Hc的值在从0°到45°附近基本上是相同的。原因似乎是，磁化结构中总有一部分相对于磁场的角度不为零。

也可以采用被构图介质来实现本发明所述的效果，在被构图介质中，磁记录层在介质平面内被分成磁性部位和非磁性部位，该磁性部位和非磁性部位具有在介质上按圆周方向规则地排列的区域。可以基于诸如要制造的HDD***的类型和生产成本这些考虑来合适地选择所述介质。

例2

在例2中，基于例1中的结果来制造下述的2.5英寸硬盘驱动器所用的磁盘。首先，将非磁性玻璃基底(TS-10SX，Ohara Inc.制造)置入溅射***(C-3010型，Canon ANELVA公司制造)的真空腔内，随后，在1×10^-6Pa的真空中在基底上相继形成下列各层：由CoZrNb组成的厚度为100nm的软磁性衬层、厚度为5nm的Ta籽层、厚度为10nm的Pt衬层、厚度为10nm的Ru衬层、厚度为t1＝18nm、17nm、15nm、9nm、或3nm的CoCrPt和SiO₂主记录层、厚度为(18-t1)＝0nm、1nm、3nm、9nm、或15nm的Co₈₀Ir₂₀次记录层、厚度为4nm的碳保护层。接着，将上面形成有这个膜层序列的基底从真空腔移出，随后在保护层的表面通过浸蘸的方法覆盖厚度为1.3nm的全氟聚醚(PFPE)作为润滑剂。由于薄膜的形成是在真空状态下连续进行的，所以在主记录层和次记录层之间不会形成诸如表面氧化层这样的界面层，其结果是，在这两层之间的界面处会形成好的交换耦合态。形成主记录层时所用的靶的成份为((Co₉₀Cr₁₀)₈₀Pt₂₀)₉₀-(SiO₂)₁₀。这里，括号中的数字表示组分的原子百分比。

接着，对所制备的磁记录介质进行切割，切割方式要使得能够通过透射电子显微镜(TEM)来检查次记录层和主记录层部分。通过这种方式发现，所述介质具有颗粒结构，该结构如图3所示由磁性颗粒和包围这些颗粒的非磁性材料构成。该样品的厚度约为10nm。进行顺序EDX测量，由此证实，来自Ru衬层的信号很低。

所述介质的非磁性材料部分主要由SiO₂构成。对这部分的EDX分析证实，存在Co和Cr峰。鉴于在EDX分析中所探测的主记录层和次记录层的组成元素，次记录层和主记录层在磁性颗粒部分处似乎有重叠。所以用透射电子显微镜(TEM)检查样品的横截面，从中发现，该样品的横截面结构类似图2所示的那样。另外，在次记录层中，尽管没有加入特别的元素周来隔离各颗粒，但的确似乎由于诸如硅等元素从主记录层的扩散而形成了粒状结构。这样的粒状结构似乎部分地由次记录层形成期间CoIr在相关的CoCrPt合金上的选择性沉积以及在这种薄膜形成期间不可避免地形成的诸如Co-O的氧化物在主要由SiO₂构成的基体材料上的选择性沉积所导致。

当主记录层的厚度t1为18nm时，即，当没有次记录层时，矫顽力Hc为5.4kOe。当主记录层的厚度t1＝17nm、15nm、9nm或3nm时，这些样品中的每一个样品的迟滞回线都与图10所示的类似。另外，在每个样品中在磁化突然改变的地方估计矫顽力Hc时，所得到的结果分别为3.9kOe、3.5kOe、2.8kOe、和2.5kOe。在每个情形中，证实有矫顽力Hc降低效应，但是Hc的减小与上述仿真结果不同。可能的原因是，主记录层的垂直磁性各向异性并不是完全垂直于该层的平面取向的；代之的是，其角度有约5°的变化，和/或强度有约10％的变化。

基于由扭矩测量(torque measurement)所获得的估计，发现CoIr的磁性各向异性Ku约为-4Merg/cc。主记录层厚度t1为3nm的样品具有小的残留磁化强度Mr。该介质不能用于磁记录介质。

接着，使用由CoIr作为次记录层的磁记录介质，建造如图9所示的磁记录和再现装置。在该磁记录和再现装置中，采用纵向介质中常用的环型磁头作为写磁头，磁盘转动速度设定为4500rpm，记录50MHz的信号。结果是，只能对矫顽力Hc小于3kOe的样品进行写入。因为在其它样品中不能完整地进行写入，所以，在示波器上可以清楚地观察到波形的失真。

接着，在和上述同样的条件下，使用具有单极型磁头作为写磁头的磁记录和再现装置进行写操作。观察到对于含有厚度t1为17nm、15nm或9nm的主记录层的样品可以进行完整的写入。对于含有厚度t1为18nm的主记录层的样品，不能很好地进行写入，在示波器上观察到了波形的失真。

例3

制造一种磁记录介质，除了所制备的样品的主记录层的厚度t1被设定为9nm、构成次记录层的材料为CoFe、MnSb、FeC或Fe₃Pt之外，该介质和例2中的磁记录介质相同。所有这些样品的矫顽力Hc为3到4kOe，这表明，获得了矫顽力Hc降低效应。

例4

制备一种磁记录介质，除了在基底上相继形成下述层：7nm厚的Ti衬层、3nm厚的Ru衬层、5nm厚的CoIr和SiO₂次记录层、4nm厚的碳保护层之外，该介质和例2中的磁记录介质相同。所述CoIr-SiO₂层通过Co-SiO₂靶、Co靶和Ir靶三源同时溅射来形成。

在例4中，首先，SiO₂的体积比设为10％，测量不同Ir原子组分比下的磁性各向异性Ku。这些结果示于图13中。从图13中清楚看到，尽管由于薄膜形成时的压强(使用氩气作为溅射气体)不同而产生了不同的结果，但在Ir含量为5到40at％的范围内，磁性各向异性Ku均为负值。

接着，使用由CoIr-SiO₂作为次记录层的磁记录介质，建造如图9所示的磁记录和再现装置。通过在玻璃基底上相继形成下列各层来获得磁记录介质：7nm厚的Ti衬层、3nm厚的Ru衬层、5nm厚的CoIr和SiO₂次记录层、13nm厚的CoCrPt和SiO₂主记录层、4nm厚的碳保护层。由于该磁记录介质没有使用软磁性衬层(SUL)，所以可以使用环型磁头进行记录。

制备Ir原子组分比分别为0、5、10、20、30、40、和50at％的磁记录介质，在与上述条件相同的条件下进行写操作。在Ir含量为0at％和50at％的磁记录介质上，由于不能完整地进行写入，所以在示波器上可以观察到波形的失真。在Ir含量为0at％的磁记录介质中，这最可能是由于平均饱和磁化强度增加的缘故，因为次记录层完全由Co构成，导致由于静磁相互作用而形成了任意的磁畴。在Ir含量为50at％的磁记录介质中，次记录层的饱和磁化强度Ms小，磁性各向异性Ku为正值。这导致矫顽力接近主记录层的矫顽力值，从而不可以使用环型磁头进行记录。在所有其它磁记录介质中可以获得矫顽力Hc降低效应，从而即使使用环型磁头也可以进行普通的写操作。

例5

制备一种磁记录介质，除了在基底上相继形成7nm厚的Ti衬层、10nm厚的CoCrPt和SiO₂主记录层、3nm厚的次记录层、5nm厚的CoCrPt和SiO₂主记录层、以及4nm厚的碳保护层之外，该磁记录介质与例2中的磁记录介质相同。这种磁记录介质的矫顽力Hc估计为3.0kOe，这表明甚至可以获得比例2更好的矫顽力Hc降低效应。另外也发现方形度提高了。

接着，使用这种磁记录介质建造如图9所示的磁记录和再现装置，在与例2相同的条件下进行写操作。使用单极型磁头作为写磁头。于是，与主记录层厚度t1为15nm的例2中的情形相比，信号强度增加了10％，信噪比(SNR)增加了约2dB。这最可能是由于矫顽力Hc降低效应更大以及方形度增加的缘故。

工业实用性

如上所述，本发明提供了一种倾斜型垂直磁记录介质，通过将具有颗粒结构的主记录层与具有负的晶体磁性各向异性的次记录层进行交换耦合，可以容易地制造出该磁记录介质，并使其容易进行介质设计。本发明也提供使用这样一种磁记录介质的磁记录和再现装置。

Claims (10)

1.一种磁记录介质，包括：

基底；

在所述基底上形成的衬层；

在所述衬层上形成的磁记录层；以及

在所述磁记录层上形成的保护层，

其中，所述磁记录层包括

主记录层，该层具有磁性颗粒以及包围所述磁性颗粒的非磁性材料，并具有垂直磁性各向异性；以及

次记录层，该层由具有负的晶体磁性各向异性的材料构成，其易磁化面定向为平行于所述介质的平面，以及

所述主记录层和所述次记录层之间有交换耦合。

2.根据权利要求1所述的磁记录介质，其中，所述磁记录层在所述介质的平面内被分成磁性部位和非磁性部位，所述磁性部位和非磁性部位具有在所述介质上沿圆周方向规则排列的各个区域。

3.根据权利要求1所述的磁记录介质，其中，所述次记录层的晶体磁性各向异性的绝对值至少为10⁵erg/cc。

4.根据权利要求1所述的磁记录介质，其中，所述次记录层的厚度至少为1nm。

5.根据权利要求1所述的磁记录介质，其中，所述次记录层的厚度不大于所述主记录层厚度的一半。

6.根据权利要求1所述的磁记录介质，其中，所述次记录层包含一种或多种从CoIr、CoFe、MnSb、FeC和Fe₃Pt中选出来的合金。

7.根据权利要求1所述的磁记录介质，其中，所述次记录层为CoIr，并且Ir含量为5到40原子百分比。

8.根据权利要求1所述的磁记录介质，该介质在所述次记录层之下具有晶体衬层，该晶体衬层的六角密堆积晶格的晶面或四方晶格的晶面在平行于所述基底的平面内取向。

9.一种磁记录和再现装置，包括：

根据权利要求1所述的磁记录介质，以及

用于在所述磁记录介质上读信号和写信号的磁头。

10.根据权利要求9所述的磁记录和再现装置，其中，所述磁头为单极型磁头。

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