DE60320548T2

DE60320548T2 - Laminierte magnetische aufzeichnungsmedien mit antiferromagnetisch gekoppelter schicht als eine der einzelnen magnetischen schichten in dem laminat

Info

Publication number: DE60320548T2
Application number: DE60320548T
Authority: DE
Inventors: Hoa Fremont VAN DO; Eric Edward Morgan Hill FULLERTON; David Thomas Gilroy Margulies; Hal Jervis Los Gatos ROSEN
Original assignee: Hitachi Global Storage Technologies Netherlands BV
Current assignee: HGST Netherlands BV
Priority date: 2002-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2009-08-13
Anticipated expiration: 2023-01-30
Also published as: DE60320548D1; US6773834B2; EP1495466B1; TW200302456A; WO2003065356A1; US20020098390A1; MY126680A; EP1495466A4; TWI234770B; KR20040075852A; EP1495466A1

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen Magnetaufzeichnungsmedien, insbesondere thermisch stabile Medien mit hoher Dichte.
Stand der Technik
Herkömmliche Magnetaufzeichnungsmedien, wie etwa Magnetaufzeichnungsplatten in Festplattenlaufwerken, verwenden üblicherweise eine körnige ferromagnetische Schicht, wie etwa eine sputterabgeschiedene Kobalt-Platin-Legierung (CoPt), als Aufzeichnungsmedium. Jeder magnetisierte Bereich in der Magnetschicht besteht aus vielen kleinen magnetischen Körnern. Diese Übergänge zwischen magnetisierten Bereichen stellen die „Bits" der aufgezeichneten Daten dar. Die US-Patente von IBM US-A-4.789.598 und US-A-5.523.173 beschreiben diesen Typ herkömmlicher starrer Platten.
Während sich die Speicherdichte der Magnetaufzeichnungsplatten erhöht hat, wurde das Produkt aus der Remanenzmagnetisierung Mr (wobei Mr in Einheiten des magnetischen Moments pro Volumeneinheit ferromagnetischen Materials gemessen wird) und der Magnetschichtdicke t verkleinert. In ähnlicher Weise hat sich die Koerzitivfeldstärke oder die Koerzitivkraft (H_c) der Magnetschicht erhöht. Dies führte zu einer Verringerung des Verhältnisses Mrt/H_c. Damit die Verringerung des Mrt erzielt wird, kann die Dicke t der Magnetschicht reduziert werden, aber nur bis zu einer Grenze, da die Schicht einen zunehmenden Schwund der Magnetisierung erfährt, welcher der thermischen Aktivierung kleiner magnetischer Körner (superparamagnetischer Effekt) zugeschrieben wird. Die thermische Stabilität eines magnetischen Korns wird größtenteils durch K_uV bestimmt, wobei K_u die magnetische Anisotropiekonstante der Schicht und V das Volumen des magnetischen Korns ist. Wenn die Dicke der Schicht verringert wird, nimmt auch V ab. Wenn die Dicke der Schicht zu dünn ist, werden die gespeicherten magnetischen Informationen bei normalen Plattenlaufwerks-Betriebsbedingungen nicht mehr länger stabil sein.
Ein Ansatz zur Lösung dieses Problems ist die Verwendung eines höheren Anisotropiematerials (höhere K_u). Die Erhöhung von K_u ist jedoch bis zu einem Punkt eingeschränkt, an dem die Koerzitivkraft H_c, welche in etwa gleich K_u/M_r ist, zu groß wird, um mithilfe eines herkömmlichen Aufzeichnungskopfs beschrieben werden zu können. Ein ähnlicher Ansatz ist die Verringerung des M_r der Magnetschicht für eine bestimmte Schichtendicke, aber dies ist ebenfalls durch die Koerzitivkraft, die beschrieben werden kann, begrenzt. Eine weitere Lösung ist die Erhöhung des intergranularen Austauschs, so dass das effektive Magnetvolumen V der magnetischen Körner erhöht wird. Es zeigt sich jedoch, dass dieser Ansatz sich nachteilig auf den Eigenrauschabstand (SNR) der Magnetschicht auswirkt.
Ein Magnetaufzeichnungsmedium mit hohem Eigen-SNR (geringem Medieneigenrauschen) ist erwünscht, da es allgemein bei Metalllegierungsmedien, wie z. B. CoPt-Legierungen bekannt ist, dass das Medieneigenrauschen mit zunehmender linearer Aufzeichnungsdichte zunimmt. Medienrauschen entsteht durch Unregelmäßigkeiten in den magnetischen Übergängen und führt zu Zufallsverschiebungen der Auslesesignalpeaks. Diese Zufallsverschiebungen werden als „Peak-Jitter" oder „Zeit-Jitter" bezeichnet. Stärkeres Medienrauschen führt in der Folge zu höheren Bitfehlerraten. Daher ist es wünschenswert, ein Dünnfilm-Metalllegierungsmagnetmedium zu entwickeln, das Rauschen unter einem annehmbaren Maximalwert erzeugt, sodass Daten bei maximaler linearer Dichte aufgezeichnet werden können. Es ist bekannt, dass ein im Wesentlichen verbesserter SNR durch Ersetzen einer Einzelmagnetschicht mit einer laminierten Magnetschicht aus zwei (oder mehreren) getrennten Magnetschichten, die durch eine nichtmagnetische Abstandsschicht voneinander beabstandet sind, erzielt werden kann. Diese Entdeckung wurde von S. E. Lambert et al., „Reduction of Media Noise in Thin Film Metal Media by Lamination", Bd. 26, Nr. 5, 2706-2709, IEEE Transactions an Magnetics, (September 1990) gemacht und danach im US-Patent von IBM US-A-5.051.288 patentiert. Die Reduktion des Medienrauschens durch Laminierung ist, so wird angenommen, auf eine Entkopplung der magnetischen Wechselwirkung oder der Austauschkopplung zwischen den Magnetschichten im Laminat zurückzuführen. Durch umfassende Studien bezüglich der Anwendung von Laminierverfahren zur Rauschreduktion wurden vorteilhafte Materialien für die Abstandsschicht, einschließlich Cr, CrV, Mo und Ru, und Abstandsschichtdicken von 5 bis 400 A, gefunden, die die beste Entkopplung der Magnetschichten und in der Folge das niedrigste Medienrauschen ergaben. Diese Arbeit ist in Beiträgen von E. S. Murdock et al., „Noise Properties of Multilayered CoAlloy Magnetic Recording Media", Bd. 26, Nr. 5, 2700-2705, IEEE Transactions an Magnetics, (September 1990); A. Murayama et al., „Interlayer Exchange Coupling in Co/Cr/Co Double-Layered Recording Films Studied by Spin-Wave Brillouin Scattering", Bd. 27, Nr. 6, 5064-5066, IEEE Transactions an Magnetics, (November 1991); und S. E. Lambert et al., "Laminated Media Noise for High Density Recording", Bd. 29, Nr. 1, 223-229, IEEE Transactions an Magnetics, (Januar 1993) beschrieben.
In dem US-Patent 5.642.796 und dem darauf bezogenen Beitrag von E. Teng et al., „Flash Chromium Interlayer for High Performance Disks with Superior Noise and Coercivity Squareness", Bd. 29, Nr. 6, 3679-3681 (November 1993), IEEE Transactions an Magnetics, ist eine laminierte rauscharme Platte beschrieben, bei der ein diskontinuierlicher Cr-Film eingesetzt wird, der dick genug ist, um die Austauschkopplung zwischen den zwei Magnetschichten in dem Laminat zu reduzieren, jedoch so dünn ist, dass die zwei Magnetschichten physisch nicht voneinander getrennt sind.
Es besteht Bedarf an einem Magnetaufzeichnungsmedium, das Aufzeichnungen mit sehr hoher Dichte bei gleichzeitiger Erhaltung guter thermischer Stabilität und SNR unterstützt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein wie in Anspruch 1 dargelegtes Magnetaufzeichnungsmedium bereit. Jedes Medium umfasst eine antiferromagnetisch-(AF-)gekoppelte Magnetschicht als eine der jeweiligen Magnetschichten und eine herkömmliche Einzelmagnetschicht als andere jeweilige Magnetschicht, wobei die zwei Magnetschichten durch eine nichtferromagnetische Abstandsschicht voneinander beabstandet sind. Die AF-gekoppelte Magnetschicht des laminierten Mediums weist zwei fer romagnetische Filme auf, die durch einen nicht ferromagnetischen Abstandsfilm hindurch austauschgekoppelt sind, sowie ein Netto-Remanenzdickeprodukt (Mrt), das die Differenz der Mrt-Werte der zwei ferromagnetischen Filme darstellt. In der AF-gekoppelten Magnetschicht wird die Dicke des nicht ferromagnetischen Abstandsfilms gewählt, um die Stärke der antiferromagnetischen Austauschkopplung zwischen den zwei ferromagnetischen Filmen zu maximieren, was zu einer antiparallelen Ausrichtung der magnetischen Momente zwischen den zwei ferromagnetischen Filmen führt. Die jeweiligen, Körner in den ferromagnetischen Filmen verfügen über Dipolfelder, die auch zur Kopplung durch den Abstandsfilm hindurch beitragen und die antiparallele Momentausrichtung bevorzugen. In der AF-gekoppelten Magnetschicht ist die Stärke der Dipolkopplungsfelder jedoch im Wesentlichen geringer als jene des Austauschfelds aus der antiferromagnetischen Austauschkopplung.
Im Gegensatz zum nicht ferromagnetischen Abstandsfilm in der AF-gekoppelten Magnetschicht weist die zur Trennung der AF-gekoppelten Magnetschicht von der Einzelmagnetschicht verwendete nicht ferromagnetische Abstandsschicht eine Dicke auf, die sicherstellt, dass die Einzelmagnetschicht nicht mit dem am nächsten gelegenen ferromagnetischen Film der AF-gekoppelten Magnetschicht antiferromagnetisch austauschgekoppelt wird, auch wenn Dipolfelder vorliegen, und einer antiparallelen Momentausrichtung den Vorzug geben kann. Da die Dipolfelder über der dickeren nicht ferromagnetischen Abstandsschicht jedoch weniger stark als das Koerzitivfeld entweder der AF-gekoppelten Magnetschicht oder der Einzelmagnetschicht sind, ist das Magnetmoment der Einzelmagnetschicht und das Nettomagnetmoment der AF-gekoppelten Magnetschicht in den Remanenzmagnetzuständen nach erfolgter Sättigung in einem angelegten Feld parallel ausgerichtet.
Die AF-gekoppelte Magnetschicht kann sich unter- oder oberhalb der Einzelmagnetschicht befinden, wobei die zwei Magnetschichten durch die nicht ferromagnetische Abstandsschicht voneinander getrennt sind. Das laminierte Medium kann eine oder mehrere AF-gekoppelte Schichten und eine oder mehrere Einzelmagnetschichten in dem Laminat umfassen.
Für ein umfassenderes Verständnis des Wesens und der Vorteile der vorliegenden Erfindung wird auf die nachstehende detaillierte Beschreibung zusammen mit den beigefügten Figuren verwiesen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Schnittansicht der antiferromagnetisch (AF-)gekoppelten Magnetaufzeichnungsschicht, die in einem Aufzeichnungsmedium gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann.
2A ist eine schematische Darstellung der AF-gekoppelten Schicht, die die Momentausrichtungen der ferromagnetischen Filme an einem aufgezeichneten Magnetübergang zeigt.
2B ist ein Diagramm eines ermittelten Magnetfelds über der AF-gekoppelten Schicht und einem Einzelschicht-(SL-)Medium als Funktion einer Downtrack-Position von einem Übergang.
3 ist eine schematische Schnittansicht einer Plattenstruktur, die ein Substrat, eine Unterschicht, die Filme in der AF-gekoppelten Schicht und einen Schutzüberzug darstellt.
4 ist eine magnetische Hystereseschleife für die Struktur mit der AF-gekoppelten Schicht von 3.
5 ist eine schematische Schnittansicht einer laminierten Plattenstruktur nach dem Stand der Technik mit herkömmlichen jeweiligen Einzelschichten als Magnetschichten in dem Laminat.
6 ist eine schematische Schnittansicht einer laminierten Plattenstruktur mit AF-gekoppelten Schichten als die jeweiligen Magnetschichten in dem Laminat.
7 ist eine schematische Schnittansicht einer laminierten Plattenstruktur gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einer AF-gekoppelten Schicht als unterste Magnetschicht und einer herkömmlichen Einzelschicht als oberste Magnetschicht in dem Laminat.
8 ist eine schematische Schnittansicht einer laminierten Plattenstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit einer herkömmlichen Einzelschicht als unterste Magnetschicht und einer AF-gekoppelten Schicht als oberste Magnetschicht in dem Laminat.
9 ist eine schematische Veranschaulichung des laminierten Zweischichtmediums von 7, die die Ausrichtungen der Momente der ferromagnetischen Einzelschicht und der zwei ferromagnetischen Filme der AF-gekoppelten Magnetschicht an einem aufgezeichneten magnetischen Übergang zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die in der vorliegenden Erfindung verwendbare antiferromagnetisch (AF-)gekoppelte Struktur ist nachstehend bezugnehmend auf die 1 bis 6 beschrieben.
Das Magnetaufzeichnungsmedium der vorliegenden Erfindung weist eine Aufzeichnungsschicht auf, die zwei oder mehrere ferromagnetische Filme umfasst, die mit ihren angrenzenden ferromagnetischen Filmen durch einen oder mehrere nicht ferromagnetische Abstandsfilme antiferromagnetisch (AF-)austauschgekoppelt sind. Dies ist in 1 für eine Aufzeichnungsschicht 10 schematisch dargestellt, die aus zwei ferromagnetischen Filmen 12, 14 besteht, welche von einem nicht ferromagnetischen Abstandsfilm 16 getrennt sind. Die Dicke und Zusammensetzung des nicht ferromagnetischen Abstandsfilms 16 sind so gewählt, dass die magnetischen Momente 22, 24 der angrenzenden Filme 12 bzw. 14 durch den nicht ferromagnetischen Abstandsfilm 16 AF-gekoppelt und antiparallel sind, wenn keine Felder angelegt sind.
Die AF-Kopplung von ferromagnetischen Filmen durch einen nicht ferromagnetischen Übergangsmetall-Abstandsfilm hindurch ist in der Literatur umfassend erforscht und beschrieben. Im Allgemeinen oszilliert die Austauschkopplung mit zunehmender Abstandsfilmdicke von ferromagnetisch zu antiferromagnetisch. Diese oszillatorische Kopplungsbeziehung für ausgewählte Materialkombinationen ist von Parkin et al., in „Oscillations in Exchange Coupling and Magnetoresistance in Metallic Superlattice Structures: Co/Ru, Co/Cr und Fe/Cr", Phys. Rev. Lett., Bd. 64, S. 2034 (1990) beschrieben. Die Materialkombinationen umfassen ferromagnetische Filme aus Co, Fe, Ni und deren Legierungen, wie z. B. NiFe, NiCo und FeCo, und nicht ferromagnetische Abstandsfilme, wie z. B. Ruthenium (Ru), Chrom (Cr), Rhodium (Rh), Iridium (Ir), Kupfer (Cu) und deren Legierungen. Für jede solche Materialkombination muss die oszillatorische Austauschkopplungsbeziehung bestimmt werden, sofern sie nicht bereits bekannt ist, sodass die Dicke des nicht ferromagnetischen Abstandsfilms gewählt wird, um die antiferromagnetische Kopplung zwischen den zwei ferromagnetischen Filmen zu sichern. Die Periode der Schwingung hängt von dem nicht ferromagnetischen Abstandsmaterial ab, wobei die Stärke und Phase der Oszillationskopplung auch von dem ferromagnetischen Material und der Grenzflächenqualität abhängt. Die oszillatorische antiferromagnetische Kopplung von ferromagnetischen Filmen wurde in Riesenmagnetwiderstands-(GMR-)Aufzeichnungsköpfen vom Spinventil-Typ eingesetzt, um kontinuierlich magnetisierte antiferromagnetisch gekoppelte Filme zu entwickeln, deren magnetische Momente fest miteinander antiparallel gekoppelt sind, wenn der Kopf betrieben wird. Diese Typen von Spinventil-Strukturen sind beispielsweise in den IBM-Patenten 5.408.377 und 5.465.185 beschrieben. Das '185-Patent beschreibt eine in zahlreichen im Handel erhältlichen Spinventil-GMR-Köpfen verwendete Struktur, nämlich eine laminierte antiparallel zusammengepresste ferromagnetische Schicht mit ferromagnetischen Filmen, deren Momente fest miteinander verkoppelt sind und während dem Betreiben des Kopfes feststehend bleiben.
Die Filme 12, 14 weisen Magnetmomentwerte Mr₁t₁ bzw. Mr₂t₂ auf. (Da die Remanenzmagnetisierung Mr als magnetisches Moment pro Einheitsvolumen des ferromagnetischen Materials ausgedrückt wird, ist das Produkt Mrt das magnetische Mo ment pro Einheitsfläche für eine magnetische Schicht der Dicke t.) Für diese AF-gekoppelte Struktur sind die Ausrichtungen der magnetischen Momente 22, 24 der angrenzenden Filme 12 bzw. 14 antiparallel ausgerichtet und tragen daher auf negative Weise dazu bei, das magnetische Moment der Verbundschicht 10 zu reduzieren. Die Pfeile 22, 24 stehen für die Momentausrichtungen einzelner magnetischer Domänen, die direkt über- und untereinander über den AF-Kopplungsfilm 16 hinweg vorliegen. Ist kein magnetisches Feld angelegt, wenn der ferromagnetische Film 14 auf das Mediumsubstrat abgeschieden wird, weist dieser eine körnige Struktur mit mehreren angrenzenden Körnern auf, die miteinander gekoppelt sind, um einzelne magnetische Bereiche zu bilden. Ist kein magnetisches Feld angelegt, sind die Momente dieser Bereiche im Film 14 im Wesentlichen zufällig ausgerichtet. Der Abstandsfilm oder AF-Kopplungsfilm 16 wird anschließend auf die korrekte Dicke direkt auf den ferromagnetischen Film 14 abgeschieden. Als Nächstes wird der zweite ferromagnetische Film 12 direkt auf den AF-Kopplungsfilm 16 abgeschieden. Wenn die Körner des ferromagnetischen Films 12 wachsen, bilden sie magnetische Bereiche mit Momentausrichtungen, die mit den Momentausrichtungen des ferromagnetischen Films 14 antiparallel ausgerichtet sind, die direkt über dem AF-Kopplungsfilm 16 vorliegen.
Der Typ des ferromagnetischen Materials und die Dickewerte t₁, t₂ der ferromagnetischen Filme 12, 14 sind so gewählt, dass das Nettomoment, wenn kein Feld angelegt ist, gering ist, jedoch nicht Null ist. Für den in 1 gezeigten Fall ist das Mrt für die Struktur durch Mr₁t₁Mr₂t₂ dargestellt. Mr₁t₁ sollte > Mr₂t₂ sein. Dies kann erzielt werden, indem die gleichen ferromagnetischen Materialien in den zwei Filmen 12, 14 eingesetzt werden und t₁ größer als t₂ gemacht wird, oder die Magnetisierung (das magnetische Moment pro Einheitsvolumen des Materials) der zwei ferromagnetischen Filme kann abgeändert werden, indem unterschiedliche ferromagnetische Materialien für die zwei Filme eingesetzt werden. Während 1 für eine Zweifilmstruktur mit einem Einzelabstandsfilm 16 gezeigt ist, können Strukturen mit mehreren Abstandsfilmen und mehreren ferromagnetischen Filmen verwendet werden.
Die AF-gekoppelte Struktur weist eine Reihe von Vorteilen gegenüber einer als Einzelschicht aus ferromagnetischem Material gebildeten Magnetschicht auf. Es kann eine niedrige Remanenzmagnetisierung ohne den Einsatz ultradünner Magnetschichten oder Legierungen mit geringer Magnetisierung erhalten werden. Dadurch werden oben dargestellte Probleme in Zusammenhang mit thermischer Instabilität und Schwierigkeiten beim Schreiben vermieden. Wird die Magnetschicht in 1 mit einer aus nur einem Film 12 bestehenden Einzelschicht verglichen, reduziert beispielsweise die Zugabe des AF-gekoppelten ferromagnetischen Films 14 das magnetische Nettomoment der Verbundstruktur ohne weder die Dicke noch die Magnetisierung des Films 12 zu verringern.
Die verstärkte thermische Stabilität der Verbundstruktur im Vergleich zu einer Einzelmagnetschicht entsteht dadurch, dass die Anisotropie der Körner in beiden Filmen 12 und 14 im Wesentlichen einachsig ist und sich daher positiv auswirken kann, auch wenn die magnetischen Momente der Filme 12, 14 antiparallel sind. Der sich ergebende Stabilitätsparameter des gekoppelten Systems KuV ist durch Ku₁V₁ > KuV > (Ku₁V₁ + Ku₂V₂) gegeben, worin Ku₁V₁ und Ku₂V₂ die Anisotropieenergien typischer Körner in den Filmen 12 bzw. 14 sind. Die obere Grenze für den Verbundstabilitätsparameter KuV = Ku₁V₁ + Ku₂V₂ wird für jenen Fall erzielt, wenn magnetische Körner in Film 12 und 14 stark gekoppelt sind und eine gemeinsame Anisotropie-Achsenrichtung aufweisen. Das Magnetvolumen V der Verbundstruktur (Schicht 10), welches die thermische Stabilität bestimmt, ist in etwa die Summe der Volumen der austauschgekoppelten Körner in den Filmen 12 und 14, während das magnetische Moment der Schicht 10 die Differenz der einzelnen Momente der Filme 12, 14 ist. Die antiferromagnetische Kopplung zwischen den zwei ferromagnetischen Filmen stellt einen Mechanismus zur Erhöhung der effektiven Filmdicke bereit, während der Netto-Mrt-Wert der Verbundstruktur reduziert wird. Folglich können die ferromagnetischen Filme Körner mit sehr geringem Durchmesser aufweisen und die thermische Stabilität erhalten.
Ein AF-gekoppeltes Medium ist in 2A mit einem aufgezeichneten oder beschriebenen Magnetübergang schematisch dargestellt. Die Symbole Plus (+) und Minus (–) stellen die sich von dem Übergang ergebenden magnetischen Pole dar. Das berechnete Längsfeld (H_x) 10 nm über der Oberfläche des AF-gekoppelten Mediums ist in 2B als Funktion der X-Richtung oder Downtrack-Position vom Übergang gezeigt. Die Werte für das Moment und die Dicke für die zwei Filme 12, 14 und das berechnete Mrt für die AF-gekoppelte Schicht sind in 2B angeführt. Zum Vergleich sind in 2B auch Modellberechnungen des magnetischen Längsfelds angeführt, das sich aus Übergängen in einem Einzelschicht-(SL-)Medium mit einem ähnlichen Mrt ergibt. Die Dicken (t₁ und t₂) wurden so gewählt, dass das Peak-Längsfeld für das AF-gekoppelte Medium verglichen mit dem SL-Medium gleich war. Die Gesamtdicke des ferromagnetischen Materials in dem AF-gekoppelten Medium ist 2,7 mal dicker. Daher sollte das AF-gekoppelte Medium thermisch stabiler als das SL-Medium sein. Das Längsfeldprofil in der Downtrack-Richtung fällt beim AF-gekoppelten Medium rascher ab, was zu einem schärferen Übergang führt. Dies weist darauf hin, dass die Übergänge enger beabstandet sein können als im SL-Medium, was zu einer höheren linearen Bitdichte für das Medium führt. Obwohl nicht in 2B angeführt, haben Berechnungen auch ergeben, dass das Entmagnetisierungsfeld von einem Übergang innerhalb des AF-gekoppelten Mediums auch rascher abfällt als im SL-Medium. Darüber hinaus hängt die Größe und das Vorzeichen des Entmagnetisierungsfelds von der Y-Position (siehe 2A) innerhalb des Mediums ab. Folglich ist das Entmagnetisierungsfeld für bestimme Y-Positionen in dem Medium auf Null reduziert. Es sind kleine Entmagnetisierungsfelder erwünscht, da sie andere Übergänge bewirken können und veranlassen können, dass sich der Übergang selbst entmagnetisiert.
Es wurde eine AF-gekoppelte Struktur gezeigt, die herkömmliche CoPtCrB-Längsaufzeichnungsmedienlegierungen für die ferromagnetischen Filme einsetzt. Eine Beispielstruktur ist in 3 angeführt. Die Struktur wurde unter Einsatz herkömmlicher Sputterabscheidungsgeräte und -verfahren hergestellt. Die strukturbildenden Filme wurden auf einer Cr-Unterschicht gezüchtet, die auf ein Substrat eines AlMg-Plattenrohlings mit Nickel-Phosphor-(NiP-)Oberflächenbeschichtung abgeschieden war, wobei die Substrattemperatur etwa 200°C betrug. Die ferromagnetischen Filme sind CoPtCrB, wobei der obere Film, der Film 12 in 1 entspricht, dicker als der untere ferromagnetische Film ist, der Film 14 in 1 entspricht (12 nm gegenüber 7 nm). Der nicht ferromagnetische Abstandsfilm ist ein 0,6 nm dicker Ru-Film. Wie bei Einzelschichtmedien ist es vorteilhaft, ein körniges ferromagnetisches Material mit isolierten magnetischen Körnern zu verwenden, um das Medienrauschen zu senken. Die Ru-Filmdicke wurde so gewählt, dass sie an dem ersten antiferromagnetischen Peak in der oszillatorischen Kopplungsbeziehung liegt. Für dieses Beispiel umfasste jeder ferromagnetische CoPtCrB-Film einen Grenzflächenfilm, der im Wesentlichen aus 0,5 nm Co an der Grenzfläche mit dem Ru-Film bestand. Diese ultradünnen Co-Filme erhöhen das Grenzflächenmoment zwischen den ferromagnetischen Filmen und dem Ru-Film, was zu einer verbesserten antiferromagnetischen Kopplung führt. Die antiferromagnetische Austauschkopplung wurde jedoch dargestellt, ohne die Co-Grenzflächenfilme in den ferromagnetischen CoPtCrB-Filmen einzubeziehen.
4 zeigt die Haupthystereseschleife (durchgehende Linie) und die Remanenzhystereseschleife (gestrichelte Linie), die bei einer Temperatur von 350°K für die Struktur von 3 gemessen wurde. Bezugnehmend auf zuerst die Remanenzhystereseschleife wird diese erhalten, indem die AF-gekoppelte Schicht in einem positiven Feld gesättigt wird und anschließend ein ansteigendes Umkehr-Feld angelegt und das Remanenzmoment in der Schicht nach Anlegung des Umkehr-Felds gemessen wird. Die Remanenzschleife ist ein Diagramm des Remanenzmoments über der Größe des Umkehr-Felds. Für diese Probe zeigt die Remanenzschleife Mrt = 0,21, das Remanenz-Koerzitivfeld H_Cr = 3,2 kOe und S_ = 0,92 bei Raumtemperatur, wobei S' ein Maß für die Steigung der Remanenzschleife bei H_Cr ist. Zum Vergleich weist eine ähnlich gezüchtete 15-nm-Einzelschicht der gleichen CoPtCrB-Legierung bei Raumtemperatur folgende Eigenschaften auf: ein Mrt von 0,38, H_Cr von 2,4 kOe und S_ von 0,76. Folglich ermöglicht das AF-gekoppelte Medium ein deutlich niedrigeres Mrt, das mit einer größeren Magnetschichtgesamtdicke zu erzielen ist.
Als Nächstes wird auf die Haupthystereseschleife von 4 Bezug genommen, wobei die Paare von horizontalen Pfeilen auf die Ausrichtung der ferromagnetischen Filme in der AF-gekoppelten Schicht an verschiedenen Punkten in der Hystereseschleife hinweisen. Das angelegte Feld wird in der positiven Richtung (Pfeile 30, 32) erhöht. Für große angelegte Felder (> 3.000 Oe) wird die antiferromagnetische Kopplung überwunden und die Momente der zwei ferromagnetischen Filme sind beide parallel mit dem angelegten Feld (Pfeile 42, 44) ausgerichtet. Mit der Verkleinerung des angelegten Felds (Pfeil 34) kehrt sich das Moment des dünneren unteren ferromagnetischen Films um und richtet sich mit dem Moment des dickeren oberen ferromagnetischen Films (Pfeile 52, 54) und dem angelegten Feld antiparallel aus, wobei das Nettomoment abfällt. Dieser Wechsel ereignet sich etwa beim Austauschfeld, das von dem unteren Film (H_ex2 = 2.000 Oe) abgefühlt wird, welches sich aus der Kopplung durch den Ru-Film hindurch ergibt. Der Wert von H_ex2 = J_ex/M₂t₂, wobei J_ex die antiferromagnetische Grenzflächen-Austauschenergiedichte durch die Ru-Abstandsschicht hindurch ist und M₂ und t₂ für die Magnetisierung bzw. Dicke des unteren ferromagnetischen Films stehen. Eine antiparallele Ausrichtung der umzusetzenden ferromagnetischen Filme erfordert, dass H_ex2 das Koerzitivfeld übersteigt, welches erforderlich ist, um den unteren ferromagnetischen Film (H_c2) umzukehren. H_c2 ist das Koerzitivfeld des unteren Films, wobei keine Austauschwechselwirkung mit dem oberen ferromagnetischen Film angenommen wird. Folglich müssen die magnetischen Eigenschaften und Dicke des unteren Films sowie des AF-Kopplungsfilms so gestaltet sein, dass H_ex2 > H_c2 aufrechterhalten werden kann.
Der Remanenzzustand nach der Sättigung in einem positiven Feld ist durch das Moment des oberen ferromagnetischen Films, das parallel zur Feldrichtung ausgerichtet ist, und das Moment des unteren ferromagnetischen Films, das antiparallel zur positiven Feldrichtung ausgerichtet ist, gegeben (Pfeile 52, 54). In einem umgekehrt angelegten Feld (Pfeil 36) ist der magnetische Zustand stabil bis sich das Moment des oberen ferromagnetischen Films umkehrt und die Momente beider Filme parallel sind und in negativem Sättigungszustand ausgerichtet sind (Pfeile 62, 64). Das Wechseln das Moments des oberen ferromagnetischen Films bestimmt das Koerzitivfeld der AF-gekoppelten Schicht und ist durch H_c = H_ex1 + H_c1 gegeben, wobei Hext das Austauschfeld ist, das auf den oberen ferromagnetischen Film (H_ex1 = J_ex/M₁t₁) wirkt und H_c1 das Koerzitivfeld des oberen ferromagnetischen Films ist, wobei angenommen wird, dass dieser nicht mit dem unteren ferromagnetischen Film in Wechselwirkung tritt. Folglich müssen die Eigenschaften des oberen ferromagnetischen Films und des AF-Kopplungsfilms so gestaltet sein, dass der H_c der Verbundstruktur unter dem erwarteten Schreibfeld des Kopfes gehalten wird. Für dieses Beispiel führt der Weg von einem Remanenzzustand (Pfeile 52, 54) zum nächsten Remanenzzustand (Pfeile 72, 74) durch einen Zwischenzustand, bei dem die Momente der zwei Filme parallel sind (Pfeile 62, 64). Folglich sind die Momente der ferromagnetischen Filme in diesem Medium im Gegensatz zu den in Spin-Ventil-GMR-Aufzeichnungsköpfen eingesetzten AF-gekoppelten Strukturen durch den AF-Kopplungsfilm hindurch nicht fest miteinander gekoppelt, da die Kopplung überwunden werden muss, um auf dem Medium zu schreiben. Die Hystereseschleife von 4 zeigt das gewünschte Merkmal einer AF-gekoppelten Schicht, und zwar insbesonders eine geringe Remanenzmagnetisierung in Bezug auf die Sättigungsmagnetisierung.
Es wurden Aufzeichnungsleistungstests auf der AF-gekoppelten Schicht unter Einsatz eines herkömmlichen Längsaufzeichnungskopfes durchgeführt. Rauschabstandmessungen ergaben einen Medien-S₀NR mit 31,9 dB bei 9.500 Flusswechsel pro mm (fc/mm), wobei S₀ die isolierte Impulsamplitude und N das Medieneigenrauschen bei 9.500 fc/mm Aufzeichnungsdichte ist. Diese Ergebnisse zeigen die Brauchbarkeit von AF-gekoppelten Magnetschichten für die Datenspeicherung.
Die AF-gekoppelten Medien wurden auch für Strukturen mit und ohne einen oder beide Co-Grenzflächenfilme, mit und ohne eine oder beide CoCr-Grenzflächenschichten und mit ferromagnetischen CoCrPtTa-Filmen dargestellt.
Laminierte Medien mit AF-gekoppelten Schichten
Laminierte Magnetaufzeichnungsmedien auf Basis der im vorhergehend angeführten Patent ' 288 beschriebenen Erfindung wurden ebenfalls mit den AF-gekoppelten (AFC-)Schichten, die oben als einzelne Magnetschichten in dem Laminat beschrieben sind, hergestellt. 5 ist eine schematische Darstellung eines herkömmlichen laminierten Magnetaufzeichnungsmediums, worin die Magnetaufzeichnungsschicht 30 zumindest zwei einzelne Magnetschichten 32, 34 umfasst, die beide ein magnetisches Moment (pro Einheitsfläche) von Mrt₁ aufweisen, worin zwei aneinander angrenzende Schichten durch eine nicht ferromagnetische Abstandsschicht 36 getrennt sind. Diese Verbundstruktur weist ein Gesamt-Mrt = 2 Mrt₁ für ein Zweischichtlaminat auf. (Zur einfacheren Erklärung wird angenommen, dass sämtliche ferromagnetische Schichten die gleiche Zusammensetzung aufweisen, sodass Mr gleich ist. Es liegt jedoch im Schutzumfang der Erfindung, dass unterschiedliche ferromagnetische Materialien eingesetzt werden können, wobei in einem solchen Fall das Gesamtmagnetmoment für die Struktur von 5 durch Mr₁t₁ + Mr₂t₂ gegeben wäre.)
Das laminierte Medium unter Einsatz von AFC-Schichten ist in 6 für eine Struktur mit zwei AFC-Schichten und einer nicht ferromagnetischen Abstandsschicht schematisch dargestellt. In dem laminierten AFC-Magnetmedium von 6 umfasst die Magnetaufzeichnungsschicht 30' AFC-Schichten 32', 34', die durch die nicht ferromagnetische Abstandsschicht 36' getrennt sind. Die einzelnen AFC-Schichten 32', 34' ersetzen die entsprechenden Magnetschichten 32, 34 (5). Jede AFC-Schicht 32', 34' besteht aus zwei Filmen (42, 46 bzw. 52, 56), die durch antiferromagnetisch gekoppelte Filme (44 bzw. 46) antiferromagnetisch gekoppelt sind, sodass das Netto-Mrt jeder AFC-Schicht durch Mrt₁ – Mrt₂ gegeben ist. Dadurch wird die Steuerung des Mrt unabhängig von sowohl Mr als auch t ermöglicht. Wie oben für nicht laminierte AFC-Medien erläutert, können thermisch stabile Magnetmedien mit niedrigem Mrt erhalten werden. In der neuen laminierten Struktur ist, wie in 6 gezeigt, das Verbund-Mrt 2·(Mrt₁ – Mrt₂). Durch Ändern der relativen Größe von Mrt₁ und Mrt₂ kann der Mrt der laminierten Verbundstruktur eingestellt werden, ohne thermische Instabilität zu erfahren. Daher können thermisch stabile laminierte Medien mit niedrigem Mrt erhalten werden. Obwohl nur zwei AFC-Schichten in 6 dargestellt sind, können die laminierten AFC-Medien der vorliegenden Erfindung natürlich drei oder mehr AFC-Schichten aufweisen, wobei sich nicht ferromagnetische Abstandsschichten zwischen angrenzenden AFC-Schichten befinden.
Eine Reihe von herkömmlichen Einzelschichtmedien, nicht laminierten AFC-Medien und laminierten AFC-Medienstrukturen wurden auf zwei Typen von im Handel erhältlichen Plattensubstraten, Glas und NiP/AlMg-Metall hergestellt, um den Medieneigen-SNR zu vergleichen. Die Strukturen auf Glassubstraten wurden auf einer NiAl/Cr/Co₆₃Cr₃₇-Unterschichtstruktur gezüchtet. Die Strukturen auf NiP/AlMg-Substraten wurden auf einer Cr/Co₆₃Cr₃₇-Unterschichtstruktur gezüchtet.
Für diese Tests betrug die Magnetschichtzusammensetzung sämtlicher Magnetfilme Co₆₂Pt₁₀Cr₂₂B₆. Die in den AFC-Schichten 32' bzw. 34' eingesetzten antiferromagnetischen Kopplungsfilme 46, 56 waren 6 Å Ru-Schichten. Die nicht ferromagnetische Abstandsschicht 36' war auch Ru, wobei die Dicke von 12 bis 48 Å reichte. In den laminierten AFC-Medien ist die nicht ferromagnetische Abstandsschicht 36' zwischen den zwei AFC-Schichten 32', 34' so gewählt, dass sie eine solche Zusammensetzung und Dicke aufweist, dass es im Wesentlichen zu keiner ferromagnetischen oder antiferromagnetischen Kopplung zwischen den zwei angrenzenden ferromagnetischen Filmen 44 und 52 kommt. Für bekannte Materialien kann die Dicke der Abstandsschicht 36' ohne weiteres bestimmt werden, da aus der oszillatorischen Kopplungskurve bekannt ist, wie die Austauschkopplung mit zunehmender Abstandsschichtdicke von ferromagnetisch zu antiferromagnetisch oszilliert. Im angeführten Patent ' 288 weist der Cr-Abstandsfilm zwischen den zwei Co-Legierungsfilmen eine Dicke von 40 Å oder größer auf, was weit über jeglichem detektierbaren ferromagnetischen oder antiferromagnetischen Austauschkopplungspeak auf der oszillatorischen Kopplungskurve liegt. Für ferromagnetische Co₆₂Pt₁₀Cr₂₂B₆-Legierungsfilme und Ru reicht eine Ru-Dicke von mehr als etwa 10 Å aus, was jenseits dem ersten antiferromagnetischen Peak auf der oszillatorischen Kopplungskurve liegt, um sicherzustellen, dass keine signifikante ferromagnetische oder antiferromagnetische Kopplung auftritt. Diese Anforderung an die Abstandsschicht steht in direktem Gegensatz zur Anforderung an die antiferromagnetischen Kopplungsfilme 46, 56, die jeweils so ausgewählt sind, dass sie eine Dicke und Zusammensetzung aufweisen, die dem ersten antiferromagnetischen Peak der oszillatorischen Kopplungskurve entspricht.

Die AFC-Schichten in sowohl den laminierten und nicht laminierten AFC-Medienstrukturen wurden so gestaltet, dass Mrt = Mrt1 – MRt2 = 0,20 memu/cm² war. Das laminierte AFC-Medium mit zwei einzelnen AFC-Schichten (6) wies somit einen Gesamt-Mrt von 0,40 memu/cm² auf. Das herkömmliche Medium mit einer CoPtCrB- Einzelschicht wurde hergestellt, um einen Mrt von 0,38 memu/cm² aufzuweisen. Der gemessene SNR für diese Strukturen ist in Tabelle 1 (Glassubstrate) und Tabelle 2 (Metallsubstrate) nachstehend angeführt. Tabelle 1 (Glassubstrate)

PROBE	Mrt (memu/cm²)	Medien-SNR (dB)
herkömmliche CoPtCrB Einzelschicht	0,38	32,3
nicht laminierte AFC Schicht	0,20	31,5
laminierte AFC/12 A Ru-Abstandsschicht	0,40	33,3
laminierte AFC/24 A Ru-Abstandsschicht	0,40	33,3
laminierte AFC/48 A Ru-Abstandsschicht	0,40	33,2

Tabelle 2 (Metallsubstrate)

PROBE	Mrt (memu/cm²)	Medien-SNR (dB)
nicht laminierte AFC-Schicht	0,24	32,4
laminierte AFC/12 A Ru-Abstandsschicht	0,40	34,6
laminierte AFC/24 A Ru-Abstandsschicht	0,39	34,8
laminierte AFC/36 A Ru-Abstandsschicht	0,40	34,9

Bei beiden Sätzen an Platten wird bei den laminierten Medien im Vergleich zu den nicht laminierten AFC-Medien und herkömmlichen Einzelschichtmedien eine Verbesserung des SNR von 1 bis 2 dB erzielt.
Laminierte Medien mit AF-gekoppelter Schicht und Einzelmagnetschicht
Erfindungsgemäße laminierte Medien zur horizontalen Magnetaufzeichnung oder für Magnetaufzeichnungen in gleicher Ebene basieren ebenfalls auf der im vorhergehend angeführten Patent ' 288 beschriebenen Erfindung und werden unter Einsatz der oben als eine der einzelnen Magnetschichten beschriebenen AF-gekoppelten (AFC-)Schicht und der anderen Magnetschicht in einem Zweimagnetschichtlaminat hergestellt.
Das laminierte Medium unter Einsatz der AFC-Magnetschicht und einer Einzelschicht ist in 7 für eine Zweimagnetschichtstruktur schematisch dargestellt, wobei die AFC-Schicht die untere Schicht ist und eine herkömmliche Einzelmagnetschicht über der AFC-Schicht ist. In dem laminierten Medium von 7 umfasst die laminierte Magnetaufzeichnungsschicht 130 eine AFC-Schicht 132 und eine Einzelmagnetschicht 134, die durch eine nicht ferromagnetische Abstandsschicht 136 getrennt sind. Die AFC-Schicht 132 ersetzt die Einzelmagnetschicht 32 (5). Die AFC-Schicht 132 besteht aus zwei Filmen 142 und 144, die durch den antiferromagnetisch gekoppelten Film 146 antiferromagnetisch gekoppelt sind, sodass das Netto-Mrt der AFC-Schicht 132 durch Mrt₁ – Mrt₂ gegeben ist. Dadurch wird die Steuerung des Mrt unabhängig von sowohl Mr als auch t ermöglicht. Wie oben für die nicht laminierten AFC-Medien erläutert, können thermisch stabile Magnetmedien mit niedrigem Mrt erhalten werden. In der neuen laminierten Struktur ist, wie in 7 gezeigt, das Verbund-Mrt Mrt_s + |(Mrt₁ – Mrt₂)|, wobei Mrt_s das Mrt der Einzelmagnetschicht 134 ist. Weisen die Schicht 134 und die Filme 142 und 144 alle die gleiche Zusammensetzung auf, kann diese Einstellung durch Auswählen der gewünschten Dicke für dieselben erzielt werden. Daher ermöglicht die Verwendung der AFC-Schicht als eine der Magnetschichten, dass thermisch stabile laminierte Medien mit niedrigem Mrt erhalten werden können. Da in einem laminierten Medium natürlich jede der Magnetschichten zum Wiederholungssignal beiträgt, muss das Nettomagnetmoment der AFC-Schicht ungleich Null sein, sodass Mrt₁ und Mrt₂ so ausgewählt werden, dass sie nicht gleich sind. Das magnetische Moment der Einzelmagnetschicht 134 und das Nettomagnetmoment der AF-gekoppelten Magnetschicht 132 sind in den Remanenzmagnetzuständen nach der Sättigung in einem angelegten Magnetfeld parallel ausgerichtet. Da Mrt₁ größer als Mrt₂ dargestellt ist, ist in 7 das Moment der Schicht 134 so gezeigt, dass es mit dem Moment des Films 144 parallel ausgerichtet ist. Wäre das Moment des unteren Films 142 der AF-gekoppelten Schicht 132 jedoch größer als das Moment des oberen Films 144, dann wäre das Moment der Schicht 134 in den Remanenzmagnetzuständen parallel zum Moment des Films 142.
8 zeigt eine alternative Ausführungsform für die laminierte Aufzeichnungsschicht 130', wobei die Einzelmagnetschicht 134' die untere Schicht ist und die HF-gekoppelte Magnetschicht 132' oberhalb der Einzelschicht 134' und davon durch die nicht ferromagnetische Abstandsschicht 136' beabstandet ist. In dieser Ausführungsform kann, wie in der Ausführungsform von 7, der obere Film 144' ein Moment aufweisen, das größer als oder geringer als das Moment des unteren Films 142' ist, wobei das Moment der Einzelschicht 134' in den Remanenzmagnetzuständen des Moments der Einzelschicht 134' parallel zum Film 144' oder 142' mit dem größeren Moment ist.
Obwohl nur eine laminierte Zweimagnetschichtstruktur in den 7 und 8 dargestellt ist, können die laminierten Medien der vorliegenden Erfindung zwei oder mehrere AFC-Schichten und zwei oder mehrere Einzelmagnetschichten aufweisen, wobei sich nicht ferromagnetische Abstandsschichten zwischen den angrenzenden Magnetschichten befinden.
Zum Aufzeigen der Verbesserung hinsichtlich der Aufzeichnungsleistung, die mit diesen Strukturen erzielt werden kann, wurde ein Vergleich des S₀NR mit einer Struktur mit nur einer AFC-Schicht vorgenommen. Der S₀NR ist der Rauschabstand der Medien, wobei S₀ die isolierte Impulsamplitude ist und die Rauschamplitude an der aufgezeichneten Dichte gemessen wird. Beide Platten wurden auf im Handel erhältlichen Glasplattensubstraten hergestellt. Die für den Vergleich herangezogenen zwei Strukturen sind nachstehend beschrieben.

1) Medium, umfassend eine Einzel-AFC-Schicht: Cr₅₀Ti₅₀/Ru₅₀Al₅₀/Cr₉₀Ti₁₀/Co₈₉Cr₁₁ (Mrt = 0,13 memu/cm²)/Ru(6 Å)/Co₆₃Pt₁₂Cr₁₄B₁₁ (Mrt = 0,37 memu/cm²)/Kohlenstoffüberzug
2) Medium, umfassend ein Zweischichtlaminat bestehend aus einer AFC-Schicht und einer ferromagnetischen Einzelschicht: Cr₅₀Ti₅₀/Ru₅₀Al₅₀/Cr₉₀Ti₁₀/Co₈₉Cr₁₁ (Mrt = 0,13 memu/cm²)/Ru(6 Å)/Co₆₃Pt₁₂Cr₁₄B₁₁ (Mrt = 0,37 memu/cm²)/Ru(12 Å)/Co₆₃Pt₁₂Cr₁₄B₁₁ (Mrt = 0,37 memu/cm²)/Kohlenstoffüberzug

Cr₅₀Ti₅₀/Ru₅₀Al₅₀/Cr₉₀Ti₁₀ ist die auf dem Substrat ausgebildete Unterschichtstruktur, die bei beiden Strukturen gleich ist. Co₈₉Cr₁₁ (Mrt = 0,13 memu/cm²)/Ru(6 Å)/Co₆₃Pt₁₂Cr₁₄B₁₁ ist die AFC-Schicht. In Struktur 2), die gleich wie in 7 gezeigt ist, ist die Co₆₃Pt₁₂Cr₁₄B₁₁-Schicht 134 die auf dem obersten Abschnitt der AFC-Schicht 132 ausgebildete Einzelmagnetschicht, die aus dem Co₆₃Pt₁₂Cr₁₄B₁₁-Film 146 in der AFC-Schicht 132 durch die nicht ferromagnetische 12-Å-Ru-Abstandsschicht 136 entkoppelt ist. Sämtliche restliche Züchtungsparameter waren für die zwei Strukturen gleich. Der Gesamt-Mrt der AFC-Einzelschichtstruktur ist 0,24 memu/cm², während der Gesamt-Mrt der Zweischichtlaminatstruktur 0,61 memu/cm² ist.
Das gemessene S₀NR in Abhängigkeit von der Aufzeichnungsspurdichte für eine Plattenstruktur mit nur der AF-gekoppelten Schicht wurde mit jenem der laminierten Plattenstruktur der vorliegenden Erfindung mit einem Zweischichtlaminat einer AF-gekoppelten Schicht und einer Einzelmagnetschicht verglichen. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Verbesserung des S₀NR in sämtlichen Aufzeichnungsdichten für die Zweischichtlaminatstruktur mit einer Verbesserung von etwa 2 dB bei 98 × 10³ Flusswechsel/cm (250 Kiloflusswechsel/Zoll (kfci)) und einer Verbesserung von etwa 3,5 dB bei 197 × 10³ Flusswechsel/cm (500 kfci).
Der in der AFC-Schicht in beiden Strukturen 1) und 2) eingesetzte antiferromagnetische Kopplungsfilm betrug 6 Å Ru, was die Dicke ist, die fast dem ersten antiferromagnetischen Austauschkopplungspeak der oszillatorischen Kopplungskurve entspricht. Dieser Peak tritt bei einer Ru-Dicke im Bereich von etwa 5 bis 8 Å auf. Die nicht ferromagnetische Abstandsschicht in Struktur 2) war auch Ru, wobei die Dicke 12 Å betrug. In dem Zweischichtlaminat, das die AFC-Schicht und die ferromagnetische Einzelschicht (7) umfasst, weist die nicht ferromagnetische Abstandsschicht 136 eine solche Zusammensetzung und Dicke auf, dass es zu keiner signifikanten ferromagnetischen oder antiferromagnetischen Kopplung zwischen Film 144 und Schicht 134 kommt. Für bekannte Materialien kann die Dicke der Abstandsschicht 136 ohne weiteres bestimmt werden. Dies hängt damit zusammen, dass aus der oszillatorischen Kopplungskurve hervorgeht, dass mit zunehmender Abstandsschichtdicke die Austauschkopplung mit abnehmender Größe von antiferromagnetisch zu ferromagnetisch oszilliert. In dem angeführten Patent ' 288 weist der Cr-Abstandsfilm zwischen den zwei Co-Legierungsfilmen eine Dicke von 40 Å oder mehr auf, was weit über jeglichem detektierbaren ferromagnetischen oder antiferromagnetischen Austauschkopplungspeak auf der oszillatorischen Kopplungskurve liegt. Für körnige Cobaltlegierungen, wie z. B. CoPtCrB-Legierungen, und einen antiferromagnetischen Ru-Kopplungsfilm fallen die oszillatorischen Peaks, die kein erster antiferromagnetischer Peak sind, mit der Ru-Dicke rasch ab und sind kaum zu detektieren, sodass eine Ru-Dicke von mehr als etwa 10 Å, was über dem ersten antiferromagnetischen Peak von etwa 6 Å ist, ausreicht, um daraus zu schließen, dass es zu keiner Austauschkopplung kommen wird. Folglich ist die Abstandsschicht 136 so gewählt, dass sie eine Zusammensetzung und eine Dicke aufweist, die in direktem Gegensatz zum antiferromagnetischen Kopplungsfilm 146 stehen, der ausgewählt ist, um eine Zusammensetzung und Dicke aufzuweisen, die dem ersten antiferromagnetischen Peak auf der oszillatorischen Kopplungskurve entsprechen.
In der AF-gekoppelten Magnetschicht 132 weisen die einzelnen Körner in den ferromagnetischen Filmen 142, 144 Dipolfelder auf, die auch zum Koppeln durch den Abstandsfilm 146 hindurch beitragen und eine antiparallele Momentausrichtung der Filme 142 und 144 bevorzugen, wobei die Stärke dieser Dipolkopplungsfelder im Wesentlichen geringer als das Austauschfeld aus der antiferromagnetischen Austauschkopplung ist. Dipolfelder aus der Schicht 132 und der Schicht 134 liegen ebenfalls vor und würden dazu neigen, eine antiparallele Momentausrichtung zwischen diesen Schichten zu bevorzugen, wobei die nicht ferromagnetische Abstandsschicht 136 in dem laminierten Medium eine Dicke aufweist, die sicherstellt, dass die Schicht 134 nicht an den Film 144 antiferromagnetisch austauschgekoppelt ist. Da die dipolaren Felder durch die dickere nicht ferromagnetische Abstandsschicht 136 hindurch weniger stark als das Koerzitivfeld sowohl der Schicht 132 als auch der Schicht 134 sind, sind die Magnetmomente der Einzelmagnetschicht 134 und das Nettomagnetmo ment der AF-gekoppelten Magnetschicht 132 in den Remanenzmagnetzuständen nach der Sättigung in einem angelegten Magnetfeld parallel ausgerichtet.
Die Ausrichtungen der Momente der ferromagnetischen Einzelschicht 134 und der zwei ferromagnetischen Filme 142, 144 der AF-gekoppelten Magnetschicht an einem aufgezeichneten Magnetübergang sind in 9 für das in 7 gezeigte laminierte Zweischichtmedium dargestellt. Die Momentausrichtungen auf den zwei Seiten des Übergangs veranschaulichen auch die Ausrichtungen der Momente in den zwei Magnetremanenzzuständen (kein angelegtes Feld).

Claims

Magnetaufzeichnungsmedium, umfassend: ein Substrat; eine Magnetaufzeichnungsschicht auf dem Substrat und ein Zweimagnetschichtlaminat umfassend, in welchem eine Magnetschicht eine antiferromagnetisch gekoppelte (AFC-)Schicht und die andere Magnetschicht eine ferromagnetische Einzelschicht mit einer nicht ferromagnetischen Abstandsschicht ist, die die AFC-Schicht und die ferromagnetische Schicht voneinander trennt, wobei die AFC-Schicht einen ersten ferromagnetischen Film, einen zweiten ferromagnetischen Film und einen zwischen dem ersten und dem zweiten ferromagnetischen Film angeordneten antiferromagnetischen Kopplungs-Film umfasst und eine Dicke und Zusammensetzung aufweist, um die antiferromagnetische Austauschkopplung des ersten und zweiten ferromagnetischen Films bereitzustellen, wobei die nicht ferromagnetische Abstandsschicht zwischen dem zweiten ferromagnetischen Film der AFC-Schicht und der ferromagnetischen Schicht angeordnet ist und eine Dicke und Zusammensetzung aufweist, wobei die ferromagnetische Schicht und der zweite ferromagnetische Film der AFC-Schicht nicht miteinander austauschgekoppelt sind, und wobei das magnetische Moment der ferromagnetischen Schicht zu dem magnetischen Netto-Moment der AFC-Schicht parallel ausgerichtet ist.
Medium nach Anspruch 1, worin die ferromagnetische Schicht zwischen dem Substrat und der nicht ferromagnetischen Abstandsschicht angeordnet ist, und die AFC-Schicht auf der nicht ferromagnetischen Abstandsschicht angeordnet ist.
Medium nach Anspruch 1, worin die ferromagnetische Schicht eine erste ferromagnetische Schicht ist und ferner eine zweite ferromagnetische Schicht und eine zweite nicht ferromagnetische Abstandsschicht umfasst, die zwischen der ersten ferromagnetischen Schicht und der zweiten ferromagnetischen Schicht angeordnet ist und eine Dicke und Zusammensetzung aufweist, wobei die erste und zweite ferromagnetische Schicht nicht miteinander austauschgekoppelt sind.
Medium nach Anspruch 1, ferner umfassend eine zweite AFC-Schicht und eine zweite nicht ferromagnetische Abstandsschicht, die zwischen der ferromagnetischen Schicht und dem ersten ferromagnetischen Film der zweiten AFC-Schicht angeordnet ist, wobei die zweite nicht ferromagnetische Abstandsschicht eine Dicke und Zusammensetzung aufweist, worin die ferromagnetische Schicht und der erste Film der zweiten AFC-Schicht nicht miteinander austauschgekoppelt sind.
Medium nach Anspruch 1, worin der erste ferromagnetische Film der AFC-Schicht eine Dicke t1 und eine Magnetisierung M1 aufweist, der zweite ferromagnetische Film der AFC-Schicht eine Dicke t2 und eine Magnetisierung M2 aufweist, und worin sich die magnetischen Momente pro Einheitsfläche (M1 × t1) und (M2 × t2) des ersten bzw. zweiten ferromagnetischen Films der AFC-Schicht voneinander unterscheiden.
Medium nach Anspruch 5, worin der erste und zweite ferromagnetische Film der ersten AFC-Schicht aus dem gleichen Material gebildet sind und sich t1 von t2 unterscheidet.
Medium nach Anspruch 5, worin der erste und zweite ferromagnetische Film der ersten AFC-Schicht aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sind und worin t1 und t2 im Wesentlichen die gleiche Dicke aufweisen.
Medium nach Anspruch 1, worin der antiferromagnetisch gekoppelte Film der AFC-Schicht aus einem aus Ruthenium (Ru), Chrom (Cr), Rhodium (Rh), Iridium (Ir), Kupfer (Cu) und deren Legierungen bestehenden Gruppe ausgewählten Material gebildet ist.
Medium nach Anspruch 1, worin der erste und zweite ferromagnetischen Film der AFC-Schicht aus einem aus Co, Fe, Ni und deren Legierungen bestehenden Gruppe ausgewählten Material gebildet sind.
Medium nach Anspruch 1, worin der erste ferromagnetische Film der AFC-Schicht einen Grenzflächenfilm umfasst, der im Wesentlichen aus Cobalt besteht und an der Grenzfläche zwischen dem ersten ferromagnetischen Film und dem antiferromagnetischen Kopplungs-Film angeordnet ist.
Medium nach Anspruch 1, worin der zweite ferromagnetische Film der AFC-Schicht einen Grenzflächenfilm umfasst, der im Wesentlichen aus Cobalt besteht und an der Grenzfläche zwischen dem zweiten ferromagnetischen Film und dem antiferromagnetisch Kopplungs-Film angeordnet ist.
Medium nach Anspruch 1, ferner eine auf dem Substrat zwischen dem Substrat und der Magnetaufzeichnungsschicht angeordnete Unterschicht umfassend.
Medium nach Anspruch 1, ferner einen über der Magnetaufzeichnungsschicht ausgebildeten Schutzüberzug umfassend.
Medium nach Anspruch 1, worin der zweite ferromagnetische Film der AFC-Schicht und die ferromagnetische Schicht jeweils eine körnige Cobalt-Platin-Legierung umfassen und worin die nicht ferromagnetische Abstandsschicht aus Ru besteht und eine Dicke aufweist, die größer als 10 Å ist.
Magnetaufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, worin eine des ersten und zweiten ferromagnetischen Films der AFC-Schicht ein magnetisches Moment pro Einheitsfläche aufweist, das größer als das magnetische Moment pro Einheitsfläche des anderen ferromagnetischen Films ist; und wobei die Magnetaufzeichnungsschicht eine Haupthysterseschleife mit zwei remanent magnetischen Zuständen aufweist, wenn kein Magnetfeld angelegt ist, wobei die Ausrichtungen der Momente des ersten und zweiten ferromagnetischen Films in jedem der remanenten Zustände an tiparallel sind, wobei jedoch die Momentausrichtung des ersten ferromagnetischen Films in einem remanenten Zustand in Bezug auf dessen Ausrichtung im anderen remanenten Zustand antiparallel ist, und wobei die Ausrichtungen der Momente der ferromagnetischen Schicht und des ferromagnetischen Films mit dem größeren Moment in beiden remanenten Zuständen parallel sind.
Medium nach Anspruch 15, worin die AFC-Schicht auf dem Substrat angeordnet ist, wobei die nicht ferromagnetische Abstandsschicht über der AFC-Schicht angeordnet ist und die ferromagnetische Schicht über der Abstandsschicht angeordnet ist.
Medium nach Anspruch 16, worin der obere ferromagnetische Film der AFC-Schicht ein größeres Moment als der untere ferromagnetische Film aufweist.
Medium nach Anspruch 17, worin der untere ferromagnetische Film der AFC-Schicht eine CoCr-Legierung umfasst, wobei der nicht ferromagnetische Abstandsfilm der AFC-Schicht Ru mit einer Dicke von 5 bis 8 Å umfasst, der obere ferromagnetische Film der AFC-Schicht eine CoCrPtB-Legierung umfasst, die nicht ferromagnetische Abstandsschicht Ru mit einer größeren Dicke als 10 Å umfasst und die ferromagnetische Schicht eine CoCrPtB-Legierung umfasst.