垂直磁记录介质转让专利
申请号 : CN200610051567.7
文献号 : CN1845241B
文献日 : 2010-04-21
发明人 : 久保木孔之
申请人 : 富士电机电子技术株式会社
摘要 :
本发明一目的是提供一种具有软磁垫层的垂直磁记录介质，其中钴的流出量被抑制，而无需对保护层的结构加以限制。本发明的垂直磁记录介质包括：依次层压到非磁性衬底上的至少一软磁垫层、磁记录层和保护层，软磁垫层包括铁和钴，并且还包括从Si、Ni、Ta、Nb、Zr、Ti、Cr、Mo和B中选择出的至少两种元素，软磁垫层的表面粗糙度在中线平均粗糙度的0.2nm到0.8nm的范围中。较好地，软磁垫层中的铁浓度在40％原子百分数到85％原子百分数的范围内，钴浓度在10％原子百分数到45％原子百分数的范围内，并且Si、Ni、Ta、Nb、Zr、Ti、Cr、Mo和B的总浓度在20％原子百分数到50％原子百分数的范围内。
权利要求 :
1.一种垂直磁性记录介质，包括依次层压到非磁性衬底上的至少软磁性垫层、磁性记录层和保护层，所述软磁性垫层包含铁和钴，并且还包含从Si、Ni、Ta、Nb、Zr、Ti、Cr、Mo和B中选出的至少两种元素，以及所述软性磁垫层的表面粗糙度在中心线平均粗糙度为0.2nm到0.8nm的范围中，其中，所述软磁性垫层中Si、Ni、Ta、Nb、Zr、Ti、Cr、Mo和B的总浓度在20％原子百分数到40％原子百分数的范围内。
2.如权利要求1所述的垂直磁性记录介质，其特征在于，所述软磁性垫层中的钴浓度在10％原子百分数到20％原子百分数的范围内。
3.如权利要求1或2所述的垂直磁性记录介质，其特征在于，所述软磁性垫层的厚度在20nm到300nm的范围内。
4.如权利要求1到3的任一个所述的垂直磁性记录介质，其特征在于，所述软磁性垫层中晶粒的粒径至多为5nm。
说明书 :
技术领域
本发明涉及用于记录和重现信息的垂直磁记录介质，特别是涉及安装在硬盘驱动器(HDD)中的垂直磁记录介质。
相关技术
近年来对磁记录介质中的高密度记录的需求增加了。现今的磁记录介质使用纵向磁记录系统，其中通过衬底上的铬、铬合金底层等来提供CoCr合金等的磁记录层，并且记录磁化是顺着衬底表面的方向。最近，垂直磁记录系统引起了注意，其中执行记录，同时记录层中易于磁化的轴顺着垂直方向。无论在哪一种记录系统中，高密度记录需要高度的热稳定性、低噪声以及磁间距减小。在一种减少磁间隙的方法中，在磁记录层上形成的保护层要做得很薄。但是，保护层厚度的减少导致从磁记录层中的钴流出增加所致的可靠性问题，并且极大损害了滑动性。由于在垂直磁记录系统中软磁垫层是必需的，在由钴基(cobalt-based)合金而制成的软磁垫层中，钴流出的问题更加严重。
已经提出一种防止由于薄保护层所致的钴流出的问题，其中除了铂之外的铂系元素或具有阴极电势的元素加入到磁层中(例如，参见专利文献1)。但是，将一种元素加入到磁薄膜中的方法，仅通过少量的加入几乎是无效的，但是太多的加入会引起磁性和电磁转换性能的降低。除了铂之外的铂系元素具有大的原子半径，并且需要调节中间层和底层的构成和淀积过程。还提出了另一种方法，其中在钝化处理之后，一中间层置于磁层和保护层之间(例如，参见专利文献2)。但是，设置中间层将会引起由于附加该层所致的磁间距增加所致的问题。还提出了另一种技术，其中铬和硬度微粒加入到保护层中(例如，参见专利文献3)。但是，保护层除了有防止钴流出的功能之外，还要执行包括确保滑动性的其它功能。限制防止钴流出的保护层的材料给实现其它功能上的最佳性能造成了巨大的不利约束。
〔专利文献1〕日本未审查专利申请号.2003-223707
〔专利文献1〕日本未审查专利申请号.H8-173155
〔专利文献1〕日本未审查专利申请号.2002-100036
〔非专利文献1〕范幸(H.Takenoiri)等：“CoPtCr-SiO2微粒垂直磁记录介质(CoPtCr-SiO2granular perpendicular magnetic recording medium)”日本磁协会期刊，27期，9号，940-945页，2003
发明内容
〔非专利文献2〕H.中川等：“用于垂直磁记录的具有PtB/Pd/MgO中间层的CoB/Pd多层(CoB/Pd Multiplayers with PtB/Pd/MgO Intermediate Layers forPerpendicular Magnetic Recording)”，IEEE学报，磁学，39期，5号，2311-2313页，2003
考虑到上述问题而做出本发明，并且本发明的目的之一是提供一种磁记录介质，它通过减少钴流出，同时无需对包括保护层厚度、淀积过程、或层结构的保护层结构有约束，而具有展示改善的抗腐蚀性和良好的读写性能的软磁垫层。
本发明的发明者做出了广泛的研究，并发现由于如下原因造成薄保护层所致的钴流出，并且完成本发明。在纵向磁记录介质中，称作纹理的凹槽通常在铝或玻璃衬底的圆周方向中形成，以防止磁头附着，并提供磁属性的各向异性。因此，在表面上形成有不规则，并且不规则反映到了磁层表面。即便是由纹理所致的不规则降低了，从底层到磁层的各个层是多晶体薄膜，并且晶界是在整个薄膜上形成不规则的凹陷部分。关于垂直磁记录介质，在大多数情形中没有设置纹理。但是，例如，CoPtCr-SiO2的微粒磁层(例如，非专利文献1)以及Co/Pd人工晶格的磁薄膜(例如，非专利文献2)较之纵向磁性记录介质，展示了更显著的表面不规则。在具有如此不规则的表面上形成的保护层虽然在厚薄膜中不会导致问题，但是随着薄膜厚度减少，由于表面的不规则，覆盖(coverage)变坏。结果，产生了几乎没有保护层覆盖的区域。钴通过这些区域流出。空气中的湿气以及保护表面上吸收的湿气穿透过未覆盖的区域，并到达记录层和软磁垫层，从而导致腐蚀。
考虑到如上的情况，本发明的垂直磁记录介质包括：依次层压在非磁性衬底上的至少一个软磁垫层、磁记录层、和保护层，该软磁垫层包含有铁和钴，并且还包含有Si、Ni、Ta、Nb、Zr、Ti、Cr、Mo和B中的两种或多种元素，并且软磁垫层表面粗糙度在中线平均粗糙度为0.2nm到0.8nm范围内。
较好地，软磁垫层中铁的浓度在40％到85％原子百分数的范围内。
较好地，软磁垫层中钴的浓度在10％到45％原子百分数的范围内。
较好地，软磁垫层中Si、Ni、Ta、Nb、Zr、Ti、Cr、Mo和B的总浓度在20％到50％原子百分数的范围内。
较好地，软磁垫层的厚度在20nm到300nm的范围内。
较好地，软磁垫层中的晶粒直径至多为5nm。
通过上述描述的特征，钴流出可减少，同时无需对保护层的结构有限制，并且提供一种具有展示改善的抗腐蚀性和良好的读写性能的软磁垫层的垂直磁记录介质。
下面将参照附图对本发明的一些较佳实施例进行描述。
考虑到上述问题而做出本发明，并且本发明的目的之一是提供一种磁记录介质，它通过减少钴流出，同时无需对包括保护层厚度、淀积过程、或层结构的保护层结构有约束，而具有展示改善的抗腐蚀性和良好的读写性能的软磁垫层。
本发明的发明者做出了广泛的研究，并发现由于如下原因造成薄保护层所致的钴流出，并且完成本发明。在纵向磁记录介质中，称作纹理的凹槽通常在铝或玻璃衬底的圆周方向中形成，以防止磁头附着，并提供磁属性的各向异性。因此，在表面上形成有不规则，并且不规则反映到了磁层表面。即便是由纹理所致的不规则降低了，从底层到磁层的各个层是多晶体薄膜，并且晶界是在整个薄膜上形成不规则的凹陷部分。关于垂直磁记录介质，在大多数情形中没有设置纹理。但是，例如，CoPtCr-SiO2的微粒磁层(例如，非专利文献1)以及Co/Pd人工晶格的磁薄膜(例如，非专利文献2)较之纵向磁性记录介质，展示了更显著的表面不规则。在具有如此不规则的表面上形成的保护层虽然在厚薄膜中不会导致问题，但是随着薄膜厚度减少，由于表面的不规则，覆盖(coverage)变坏。结果，产生了几乎没有保护层覆盖的区域。钴通过这些区域流出。空气中的湿气以及保护表面上吸收的湿气穿透过未覆盖的区域，并到达记录层和软磁垫层，从而导致腐蚀。
考虑到如上的情况，本发明的垂直磁记录介质包括：依次层压在非磁性衬底上的至少一个软磁垫层、磁记录层、和保护层，该软磁垫层包含有铁和钴，并且还包含有Si、Ni、Ta、Nb、Zr、Ti、Cr、Mo和B中的两种或多种元素，并且软磁垫层表面粗糙度在中线平均粗糙度为0.2nm到0.8nm范围内。
较好地，软磁垫层中铁的浓度在40％到85％原子百分数的范围内。
较好地，软磁垫层中钴的浓度在10％到45％原子百分数的范围内。
较好地，软磁垫层中Si、Ni、Ta、Nb、Zr、Ti、Cr、Mo和B的总浓度在20％到50％原子百分数的范围内。
较好地，软磁垫层的厚度在20nm到300nm的范围内。
较好地，软磁垫层中的晶粒直径至多为5nm。
通过上述描述的特征，钴流出可减少，同时无需对保护层的结构有限制，并且提供一种具有展示改善的抗腐蚀性和良好的读写性能的软磁垫层的垂直磁记录介质。
下面将参照附图对本发明的一些较佳实施例进行描述。
附图说明
图1是示出根据本发明实施示例的垂直磁记录介质结构的示意截面图；
图2是示出钴的流出量与软磁垫层表面粗糙度的相关性的图表；以及
图3是示出SNR与软磁垫层表面粗糙度的相关性的图表。
〔符号说明〕
1非磁性衬底
2软磁垫层
3晶粒层
4非磁性底层
5磁记录层
6保护层
7液体润滑层
图2是示出钴的流出量与软磁垫层表面粗糙度的相关性的图表；以及
图3是示出SNR与软磁垫层表面粗糙度的相关性的图表。
〔符号说明〕
1非磁性衬底
2软磁垫层
3晶粒层
4非磁性底层
5磁记录层
6保护层
7液体润滑层
具体实施方式
(继续)
图1是示出根据本发明的一实施示例的磁记录介质基本结构的示意截面图。该磁记录介质包括依次层压在非磁性衬底1上的软磁垫层2、晶粒层3、非磁性底层4以及磁记录层5。在磁记录层5上形成有保护层6和液体润滑层7。
所发明的磁记录介质的基本特性是将合适的材料用作软磁垫层2，藉此使得该软磁垫层具有微晶或无定形结构，这样就减少了源自软磁垫层的表面不规则，并且抑制了钴流出。因此，无需在诸如厚度、淀积过程以及层结构方面对保护层有限制，就可以实现抗腐蚀性的改善以及良好的读写性能。
下面是更详细的描述。非磁性衬底1可以由通常用在磁记录介质中的材料，例如镀NiP的铝合金、强化玻璃或晶化玻璃所构成。如果衬底温度控制在100℃以内，也可使用聚碳酸酯树脂或聚烯烃树脂。
软磁垫层2防止在记录时由磁头所产生的磁通量偏移，以包含垂直磁场。对于软磁垫层的材料，FeCo基的合金具有高度的B值。加入从Si、Ni、Ta、Nb、Zr、Ti、Cr、Mo、Ti或B中选择出的两种或多种元素可使得薄膜结构是多晶或无定形的，可减少表面不规则和矫顽性。特别是要获得最小化的晶粒和类无定形薄膜结构，最好是加入Nb、Zr、Ti或B。从抗腐蚀性的观点看来，最好是加入有助于形成钝化膜的元素，诸如Si、Ta、Cr或Mo。根据软磁属性和抗腐蚀性来调节每种附加元素的量。
铁浓度最好在40％到85％原子百分数的范围内。少于40％原子百分数的铁浓度导致饱和磁通量密度(B)值很小，并且几乎不具备良好的读写性能。大于85％原子百分数的铁浓度，虽然具备很高的饱和磁通量密度值，但会导致软磁垫层中有巨大的晶粒，并且加剧了软磁垫层表面上的不规则，从而读写性能和抗腐蚀性降低。
钴浓度最好在40％到50％原子浓度的范围内。钴的效果类似于铁的效果；钴浓度小于10％原子百分数将导致饱和磁通量(B)值很小，并且难以提供良好的读写性能。钴浓度大于45％原子百分数，则在提供高度饱和磁通量值的同时将导致软磁垫层中晶粒增大并加剧了软磁垫层的不规则，由此降低了读写性能和抗腐蚀性。
Si、Ni、Ta、Nb、Zr、Ti、Cr、Mo和B的总浓度最好是在20％到50％原子百分数的范围内。小于20％原子百分数的浓度不能在软磁垫层中提供晶粒最小化的效果，以及由附加元素所致的钝化效果，从而不能够增加抗腐蚀性。大于50％原子百分数的浓度会导致非磁性属性，从而失去了软磁垫层的功能。
软磁垫层中的晶粒的微粒直径最好至多为5nm。将微粒直径控制在5nm内可减少软磁垫层表面的不规则，从而同时达到良好的读写性能和抗腐蚀性。
该表面不规则的减少和上述合适的材料选择将减少钴流出。为了达到减少钴流出的效果，表面不规则在中线平均粗糙度(Ra)上需要在0,2nm到0,8nm的范围内，最好至多为0.5nm。软磁垫层的厚度，虽然是对应于记录的磁头的结构和特性做出了调节，但是为获得良好的软磁性能，需要至少为20nm，但是从生产性上来看，最好是至多为300nm。
最好提供有晶粒层3，以控制在晶粒层上形成的非磁性底层4的排列和微粒直径。晶粒层3最好是由具有fcc(立方面心)结构或hcp(六方最密堆积)结构的材料构成，以在磁记录层5中实现良好的垂直排列，并改善非磁性底层4的排列。用在晶粒层中的材料是具有fcc结构的坡莫合金材料，例如NiFeAl、NiFeSi、NiFeNb、NiFeB、NiFeNbB、NiFeMo或NiFeCr。对晶粒层3的厚度进行调节，以获得磁记录层5的磁属性的期望值，以及读写性能，并且该厚度最好是在2nm到20nm的范围内。薄于2nm的厚度不利于非磁性底层4和磁记录层5中的排列；厚于20nm的厚度导致晶粒层3中有巨大的晶粒直径，并且经过非磁性底层4，在磁记录层5中也会有巨大的晶粒直径，从而读写性能降低。
非磁性底层4可改善磁记录层5的排列、控制其微粒直径，并抑制磁记录层中出现首层。非磁性底层4最好是由具有hcp结构的、诸如Ru、Re、Ti、Zr、Nd、Tm或Hf的材料所组成。非磁性底层4的厚度最好在3nm到20nm的范围内。薄于3nm的厚度不足以实现良好的结晶度，使底层中的排列变差，导致磁记录层5中排列变差以及晶粒之间出现隔离。并且，薄的底层有助于在磁记录层5中形成首生长层。厚于20nm的厚度使非磁性底层4中的微粒直径增大，结果也使磁层5中的微粒直径增大，从而噪声增加。
磁记录层5记录信息。用在垂直磁记录介质中的磁记录层具有顺着垂直于衬底表面的容易磁化的轴。特别地，hcp(002)平面最好是顺着平行于衬底表面。磁层5最好是所谓的粒状结构，其中由主要是氧化物组成的非磁性微粒边界围绕钴基合金的铁磁晶粒。该微粒结构可减少噪声。术语“主要是…组成”并不排除含有微量的其它成分，并且表示氧化物存在于非磁性微粒边界中的超过90％摩尔比的组分中。
包括铁磁晶粒的钴基合金可以从诸如CoPtCr、CoPt、CoPtSi和CoPtCrB的CoPt基合金，以及诸如CoCr、CoCrTa和CoCrTaPt的CoCr基合金中选择。最好是CoPt基合金，因为Ku值可以设置为很高的值。
最好是从在基于Co的合金的铁氧晶粒之间展示良好的磁隔离能力的SiO2、Cr2O3、ZrO3和Al2O3中选择氧化物。SiO2是最好的，是因为它在Co基合金的铁磁晶粒之间有良好的磁隔离能力。保护层6是通常所用的保护层，例如，主要由碳组成的保护层。保护层6的厚度可以是普通磁记录介质中所用的厚度。润滑层7可由通常所用的材料，例如全氟聚醚润滑剂构成。润滑层7的厚度可以是普通磁记录介质中所用的厚度。
下面对根据本发明的一些实施例进行描述。该实施示例仅仅是用于示出本发明的代表示例，并非限制本发明。
〔示例1〕
以图1的结构制造出示例1、比较示例1、比较示例2和比较示例3的垂直磁记录介质，它们在软磁垫层的厚度和附加元素上有所变化。
具有65mm直径和0.635mm厚度的化学强化玻璃衬底(由HOYA公司制造的N-10玻璃衬底)用作非磁性衬底1。在洁净之后，将衬底引入到溅射装置中，并使用Fe20Co12Nb10Mo8B的目标物(target)来形成200nm厚的FeCoNbMoB的软磁垫层2。(每一个数字表示下述元素的％原子百分数含量，表明20％原子百分数的Co，12％原子百分数的Nb，10％原子百分数的Mo，8％原子百分数的B，以及余下的是铁；相同的表示法在下面的描述中仍有效。)因此，用Ni12Fe8B的目标物来形成具有5nm厚度的晶粒层3。因此，在4.0Pa的氩气压下使用钌目标物来形成具有10nm后的的非磁性底层4。因此，在4.0Pa的氩气压下使用90％摩尔比(Co8Cr16Pt)-10％摩尔比SiO2的目标物来形成具有15nm后的的磁层5。因此，用CVD的方法形成具有5nm厚的碳保护层6。然后将具有这些层的衬底从真空室中取出。用DC磁控溅射的方法来执行淀积这些层(除了碳保护层之外)的处理。在这之后，通过醮沾的方法来形成2nm厚的全氟聚醚的液体润滑层7。因此，制造出示例1的垂直磁记录介质。
(比较示例1)
用如示例1相同的方式(除了软磁垫层2的目标物成分是Co8Zr5Nb之外)制造出比较示例1的垂直磁记录介质。
(比较示例2)
用如示例1相同的方式(除了软磁垫层2的目标物成分是Fe20Co10Ti之外)制造出比较示例2的垂直磁记录介质。
(比较示例3)
用如示例1相同的方式(除了软磁垫层2的厚度是15nm之外)制造出比较示例3的垂直磁记录介质。
〔示例2〕
在该示例中软磁垫层的材料是FeCoCrMoNbB。
用如示例1相同的方式(除了软磁垫层2的目标物成分是Fe20Co12Cr10Mo6Nb5B之外)制造出示例2的垂直磁记录介质。
〔示例3〕
在该示例中软磁垫层的材料是FeCoTaTiCrNb。
用如示例1相同的方式(除了软磁垫层2的目标物成分是Fe15Co12Ta10Ti10Cr8Nb之外)制造出示例3的垂直磁记录介质。
〔示例4〕
在该示例中软磁垫层的钼含量改变了。
用如示例1相同的方式(除了软磁垫层的目标物成分是Fe17Co15Mo10Nb8B之外)制造出示例4的垂直磁记录介质。
〔示例5〕
在该示例中软磁垫层的铬含量和钼含量改变了。
用如示例1相同的方式(除了软磁垫层的目标物成分是Fe20Co15Cr12Mo6Nb5B之外)制造出示例5的垂直磁记录介质。
对于每一个示例和比较示例，对钴的流出量、SNR、软磁垫层的结构和软磁垫层的表面粗糙度做出测量。图表1给出结果。
〔图表1〕
流出的钴 (ng/cm2) SNR(db) (*)结构 (*)微粒直径 (nm) (*)表面粗糙度Ra (nm) 示例1 0.038 9.3 多晶 3 0.35 示例2 0.045 9.1 多晶 4.5 0.48
流出的钴 (ng/cm2) SNR(db) (*)结构 (*)微粒直径 (nm) (*)表面粗糙度Ra (nm) 示例3 0.035 10 无定形 - 0.25 示例4 0.023 9.7 多晶 2 0.27 示例5 0.013 9.9 无定形 - 0.23 比较示例1 0.58 10.3 无定形 - 0.28 比较示例2 0.52 8.2 多晶 25 1.53 比较示例3 0.018 7.3 多晶 3 0.32
(*)软磁垫层的
在将垂直磁记录介质在80℃温度和85％湿度的环境中放置96小时之后，由ICP-MS测量出钴的流出量。通常认为在0.05ng/cm2之内的量是没有问题的。使用装备有400kFCI线性记录密度的GMR头的自旋立式检测器来测量SNR。
通过截面TEM观测来确认软磁垫层的结构。在多晶结构的情形中，由平面TEM观测来测量平均微粒直径。使用原子力显微镜(AFM)在10μm×10μm的区域中测量软磁垫层的表面粗糙度。
图2是对于示例1到5和比较示例2示出钴的流出量与软磁垫层的表面粗糙度Ra之间的相关性的图表。图3是示出SNR与软磁垫层的表面粗糙度Ra的相关性的图表。参照图2，可以看出：当表面粗糙度Ra超过0.8nm时，钴的流出量迅速增加到一实际上无法接受的水平。当Ra值在0.2nm到0.8nm的范围中，钴的流出量保持为低。当Ra在0.2nm到0.4nm的范围中，钴的流出量取决于垂直磁记录介质的结构状态而变化。稍后对这一点给出详细的描述。参照图3，当软磁垫层的表面粗糙度Ra从0.8nm开始增加时，SNR变差。在0.2nm到0.8nm的Ra范围内，SNR相对较大。在0.2nm到0.4nm的Ra范围内，SNR值取决于垂直磁记录介质的结构状态而变化。稍后对这一点给出详细的描述。
下面将做出更多的描述。
将示例1、比较示例1和比较示例2作比较，软磁垫层的表面粗糙度Ra随着软磁垫层上的附加元素而变化。伴随这些变化，性能也会改变。具有0.35的软磁垫层表面粗糙度Ra的示例1，展示了很高的SNR并且导致钴流出量在可容许范围内的。另一方面，比较示例1展示了软磁垫层中的无定形结构，并且薄膜表面的Ra为0.28的很小的值。SNR比示例1中的要大。但是，钴的流出量超过了可容许的限度，这是由于比较示例1的软磁垫层的组分(没有包括从Si、Ta、Cr、Mo和Fe中选择出的任何元素)所导致的，并且容易被腐蚀。比较示例2的软磁垫层是由三种元素组成的，并且具有大晶粒直径的多晶结构，从而导致1.53大的表面不规则Ra值。SNR和钴的流出量都比示例1中的要差。由噪声增加所致的SNR降低是由于表面不规则增加所导致的，它将导致磁层中c轴的垂直排列分散降低，以及晶粒之间的隔离度降低。钴的流出量增加由软磁垫层的表面不规则增加所致，它将影响到保护层的表面不规则。因此，覆盖变差，并且在凹陷处容易发生露点凝固，它将成为一腐蚀路径。
比较示例3与示例1不同的是软磁垫层的厚度减小了。较之示例1，SNR显著减小，并且钴的流出量减少。SNR降低是由小漏磁场所致的小重复输出所导致的，它由15nm厚度的极薄薄膜所产生的，而材料是如示例1中相同的软磁材料。考虑到钴的流出量，由于薄膜厚度很薄，要经历腐蚀的钴本身的量就减少了。
其次，对示例2到5做出描述。在示例2到5中软磁垫层的组分以及铬和钼含量改变了。在每一组分中，软磁垫层的粗糙度Ra在0.2nm到0.3nm的范围内，并且钴的流出量被抑制在可容许的限度内。钴的流出量要少于示例1中的量，从而展示了更好的抗腐蚀性。如示例4和5中添加相对大量的钼或铬将显著地减少了钴的流出量，从而显示出添加钼和铬可以抑制钴流出。在SNR中也可发现一些差异。展示良好SNR的薄膜通常具有精细微粒直径或无定形结构的软磁垫层，并展示了很小的软磁垫层表面粗糙度Ra值。因此，SNR中的差异由表面不规则中的差异所致。
相关申请
本发明基于并要求于2005年4月7日提交的日本申请号.2005-110431的优先权，该申请的内容通过引用结合在此。
图1是示出根据本发明的一实施示例的磁记录介质基本结构的示意截面图。该磁记录介质包括依次层压在非磁性衬底1上的软磁垫层2、晶粒层3、非磁性底层4以及磁记录层5。在磁记录层5上形成有保护层6和液体润滑层7。
所发明的磁记录介质的基本特性是将合适的材料用作软磁垫层2，藉此使得该软磁垫层具有微晶或无定形结构，这样就减少了源自软磁垫层的表面不规则，并且抑制了钴流出。因此，无需在诸如厚度、淀积过程以及层结构方面对保护层有限制，就可以实现抗腐蚀性的改善以及良好的读写性能。
下面是更详细的描述。非磁性衬底1可以由通常用在磁记录介质中的材料，例如镀NiP的铝合金、强化玻璃或晶化玻璃所构成。如果衬底温度控制在100℃以内，也可使用聚碳酸酯树脂或聚烯烃树脂。
软磁垫层2防止在记录时由磁头所产生的磁通量偏移，以包含垂直磁场。对于软磁垫层的材料，FeCo基的合金具有高度的B值。加入从Si、Ni、Ta、Nb、Zr、Ti、Cr、Mo、Ti或B中选择出的两种或多种元素可使得薄膜结构是多晶或无定形的，可减少表面不规则和矫顽性。特别是要获得最小化的晶粒和类无定形薄膜结构，最好是加入Nb、Zr、Ti或B。从抗腐蚀性的观点看来，最好是加入有助于形成钝化膜的元素，诸如Si、Ta、Cr或Mo。根据软磁属性和抗腐蚀性来调节每种附加元素的量。
铁浓度最好在40％到85％原子百分数的范围内。少于40％原子百分数的铁浓度导致饱和磁通量密度(B)值很小，并且几乎不具备良好的读写性能。大于85％原子百分数的铁浓度，虽然具备很高的饱和磁通量密度值，但会导致软磁垫层中有巨大的晶粒，并且加剧了软磁垫层表面上的不规则，从而读写性能和抗腐蚀性降低。
钴浓度最好在40％到50％原子浓度的范围内。钴的效果类似于铁的效果；钴浓度小于10％原子百分数将导致饱和磁通量(B)值很小，并且难以提供良好的读写性能。钴浓度大于45％原子百分数，则在提供高度饱和磁通量值的同时将导致软磁垫层中晶粒增大并加剧了软磁垫层的不规则，由此降低了读写性能和抗腐蚀性。
Si、Ni、Ta、Nb、Zr、Ti、Cr、Mo和B的总浓度最好是在20％到50％原子百分数的范围内。小于20％原子百分数的浓度不能在软磁垫层中提供晶粒最小化的效果，以及由附加元素所致的钝化效果，从而不能够增加抗腐蚀性。大于50％原子百分数的浓度会导致非磁性属性，从而失去了软磁垫层的功能。
软磁垫层中的晶粒的微粒直径最好至多为5nm。将微粒直径控制在5nm内可减少软磁垫层表面的不规则，从而同时达到良好的读写性能和抗腐蚀性。
该表面不规则的减少和上述合适的材料选择将减少钴流出。为了达到减少钴流出的效果，表面不规则在中线平均粗糙度(Ra)上需要在0,2nm到0,8nm的范围内，最好至多为0.5nm。软磁垫层的厚度，虽然是对应于记录的磁头的结构和特性做出了调节，但是为获得良好的软磁性能，需要至少为20nm，但是从生产性上来看，最好是至多为300nm。
最好提供有晶粒层3，以控制在晶粒层上形成的非磁性底层4的排列和微粒直径。晶粒层3最好是由具有fcc(立方面心)结构或hcp(六方最密堆积)结构的材料构成，以在磁记录层5中实现良好的垂直排列，并改善非磁性底层4的排列。用在晶粒层中的材料是具有fcc结构的坡莫合金材料，例如NiFeAl、NiFeSi、NiFeNb、NiFeB、NiFeNbB、NiFeMo或NiFeCr。对晶粒层3的厚度进行调节，以获得磁记录层5的磁属性的期望值，以及读写性能，并且该厚度最好是在2nm到20nm的范围内。薄于2nm的厚度不利于非磁性底层4和磁记录层5中的排列；厚于20nm的厚度导致晶粒层3中有巨大的晶粒直径，并且经过非磁性底层4，在磁记录层5中也会有巨大的晶粒直径，从而读写性能降低。
非磁性底层4可改善磁记录层5的排列、控制其微粒直径，并抑制磁记录层中出现首层。非磁性底层4最好是由具有hcp结构的、诸如Ru、Re、Ti、Zr、Nd、Tm或Hf的材料所组成。非磁性底层4的厚度最好在3nm到20nm的范围内。薄于3nm的厚度不足以实现良好的结晶度，使底层中的排列变差，导致磁记录层5中排列变差以及晶粒之间出现隔离。并且，薄的底层有助于在磁记录层5中形成首生长层。厚于20nm的厚度使非磁性底层4中的微粒直径增大，结果也使磁层5中的微粒直径增大，从而噪声增加。
磁记录层5记录信息。用在垂直磁记录介质中的磁记录层具有顺着垂直于衬底表面的容易磁化的轴。特别地，hcp(002)平面最好是顺着平行于衬底表面。磁层5最好是所谓的粒状结构，其中由主要是氧化物组成的非磁性微粒边界围绕钴基合金的铁磁晶粒。该微粒结构可减少噪声。术语“主要是…组成”并不排除含有微量的其它成分，并且表示氧化物存在于非磁性微粒边界中的超过90％摩尔比的组分中。
包括铁磁晶粒的钴基合金可以从诸如CoPtCr、CoPt、CoPtSi和CoPtCrB的CoPt基合金，以及诸如CoCr、CoCrTa和CoCrTaPt的CoCr基合金中选择。最好是CoPt基合金，因为Ku值可以设置为很高的值。
最好是从在基于Co的合金的铁氧晶粒之间展示良好的磁隔离能力的SiO2、Cr2O3、ZrO3和Al2O3中选择氧化物。SiO2是最好的，是因为它在Co基合金的铁磁晶粒之间有良好的磁隔离能力。保护层6是通常所用的保护层，例如，主要由碳组成的保护层。保护层6的厚度可以是普通磁记录介质中所用的厚度。润滑层7可由通常所用的材料，例如全氟聚醚润滑剂构成。润滑层7的厚度可以是普通磁记录介质中所用的厚度。
下面对根据本发明的一些实施例进行描述。该实施示例仅仅是用于示出本发明的代表示例，并非限制本发明。
〔示例1〕
以图1的结构制造出示例1、比较示例1、比较示例2和比较示例3的垂直磁记录介质，它们在软磁垫层的厚度和附加元素上有所变化。
具有65mm直径和0.635mm厚度的化学强化玻璃衬底(由HOYA公司制造的N-10玻璃衬底)用作非磁性衬底1。在洁净之后，将衬底引入到溅射装置中，并使用Fe20Co12Nb10Mo8B的目标物(target)来形成200nm厚的FeCoNbMoB的软磁垫层2。(每一个数字表示下述元素的％原子百分数含量，表明20％原子百分数的Co，12％原子百分数的Nb，10％原子百分数的Mo，8％原子百分数的B，以及余下的是铁；相同的表示法在下面的描述中仍有效。)因此，用Ni12Fe8B的目标物来形成具有5nm厚度的晶粒层3。因此，在4.0Pa的氩气压下使用钌目标物来形成具有10nm后的的非磁性底层4。因此，在4.0Pa的氩气压下使用90％摩尔比(Co8Cr16Pt)-10％摩尔比SiO2的目标物来形成具有15nm后的的磁层5。因此，用CVD的方法形成具有5nm厚的碳保护层6。然后将具有这些层的衬底从真空室中取出。用DC磁控溅射的方法来执行淀积这些层(除了碳保护层之外)的处理。在这之后，通过醮沾的方法来形成2nm厚的全氟聚醚的液体润滑层7。因此，制造出示例1的垂直磁记录介质。
(比较示例1)
用如示例1相同的方式(除了软磁垫层2的目标物成分是Co8Zr5Nb之外)制造出比较示例1的垂直磁记录介质。
(比较示例2)
用如示例1相同的方式(除了软磁垫层2的目标物成分是Fe20Co10Ti之外)制造出比较示例2的垂直磁记录介质。
(比较示例3)
用如示例1相同的方式(除了软磁垫层2的厚度是15nm之外)制造出比较示例3的垂直磁记录介质。
〔示例2〕
在该示例中软磁垫层的材料是FeCoCrMoNbB。
用如示例1相同的方式(除了软磁垫层2的目标物成分是Fe20Co12Cr10Mo6Nb5B之外)制造出示例2的垂直磁记录介质。
〔示例3〕
在该示例中软磁垫层的材料是FeCoTaTiCrNb。
用如示例1相同的方式(除了软磁垫层2的目标物成分是Fe15Co12Ta10Ti10Cr8Nb之外)制造出示例3的垂直磁记录介质。
〔示例4〕
在该示例中软磁垫层的钼含量改变了。
用如示例1相同的方式(除了软磁垫层的目标物成分是Fe17Co15Mo10Nb8B之外)制造出示例4的垂直磁记录介质。
〔示例5〕
在该示例中软磁垫层的铬含量和钼含量改变了。
用如示例1相同的方式(除了软磁垫层的目标物成分是Fe20Co15Cr12Mo6Nb5B之外)制造出示例5的垂直磁记录介质。
对于每一个示例和比较示例，对钴的流出量、SNR、软磁垫层的结构和软磁垫层的表面粗糙度做出测量。图表1给出结果。
〔图表1〕
流出的钴 (ng/cm2) SNR(db) (*)结构 (*)微粒直径 (nm) (*)表面粗糙度Ra (nm) 示例1 0.038 9.3 多晶 3 0.35 示例2 0.045 9.1 多晶 4.5 0.48
流出的钴 (ng/cm2) SNR(db) (*)结构 (*)微粒直径 (nm) (*)表面粗糙度Ra (nm) 示例3 0.035 10 无定形 - 0.25 示例4 0.023 9.7 多晶 2 0.27 示例5 0.013 9.9 无定形 - 0.23 比较示例1 0.58 10.3 无定形 - 0.28 比较示例2 0.52 8.2 多晶 25 1.53 比较示例3 0.018 7.3 多晶 3 0.32
(*)软磁垫层的
在将垂直磁记录介质在80℃温度和85％湿度的环境中放置96小时之后，由ICP-MS测量出钴的流出量。通常认为在0.05ng/cm2之内的量是没有问题的。使用装备有400kFCI线性记录密度的GMR头的自旋立式检测器来测量SNR。
通过截面TEM观测来确认软磁垫层的结构。在多晶结构的情形中，由平面TEM观测来测量平均微粒直径。使用原子力显微镜(AFM)在10μm×10μm的区域中测量软磁垫层的表面粗糙度。
图2是对于示例1到5和比较示例2示出钴的流出量与软磁垫层的表面粗糙度Ra之间的相关性的图表。图3是示出SNR与软磁垫层的表面粗糙度Ra的相关性的图表。参照图2，可以看出：当表面粗糙度Ra超过0.8nm时，钴的流出量迅速增加到一实际上无法接受的水平。当Ra值在0.2nm到0.8nm的范围中，钴的流出量保持为低。当Ra在0.2nm到0.4nm的范围中，钴的流出量取决于垂直磁记录介质的结构状态而变化。稍后对这一点给出详细的描述。参照图3，当软磁垫层的表面粗糙度Ra从0.8nm开始增加时，SNR变差。在0.2nm到0.8nm的Ra范围内，SNR相对较大。在0.2nm到0.4nm的Ra范围内，SNR值取决于垂直磁记录介质的结构状态而变化。稍后对这一点给出详细的描述。
下面将做出更多的描述。
将示例1、比较示例1和比较示例2作比较，软磁垫层的表面粗糙度Ra随着软磁垫层上的附加元素而变化。伴随这些变化，性能也会改变。具有0.35的软磁垫层表面粗糙度Ra的示例1，展示了很高的SNR并且导致钴流出量在可容许范围内的。另一方面，比较示例1展示了软磁垫层中的无定形结构，并且薄膜表面的Ra为0.28的很小的值。SNR比示例1中的要大。但是，钴的流出量超过了可容许的限度，这是由于比较示例1的软磁垫层的组分(没有包括从Si、Ta、Cr、Mo和Fe中选择出的任何元素)所导致的，并且容易被腐蚀。比较示例2的软磁垫层是由三种元素组成的，并且具有大晶粒直径的多晶结构，从而导致1.53大的表面不规则Ra值。SNR和钴的流出量都比示例1中的要差。由噪声增加所致的SNR降低是由于表面不规则增加所导致的，它将导致磁层中c轴的垂直排列分散降低，以及晶粒之间的隔离度降低。钴的流出量增加由软磁垫层的表面不规则增加所致，它将影响到保护层的表面不规则。因此，覆盖变差，并且在凹陷处容易发生露点凝固，它将成为一腐蚀路径。
比较示例3与示例1不同的是软磁垫层的厚度减小了。较之示例1，SNR显著减小，并且钴的流出量减少。SNR降低是由小漏磁场所致的小重复输出所导致的，它由15nm厚度的极薄薄膜所产生的，而材料是如示例1中相同的软磁材料。考虑到钴的流出量，由于薄膜厚度很薄，要经历腐蚀的钴本身的量就减少了。
其次，对示例2到5做出描述。在示例2到5中软磁垫层的组分以及铬和钼含量改变了。在每一组分中，软磁垫层的粗糙度Ra在0.2nm到0.3nm的范围内，并且钴的流出量被抑制在可容许的限度内。钴的流出量要少于示例1中的量，从而展示了更好的抗腐蚀性。如示例4和5中添加相对大量的钼或铬将显著地减少了钴的流出量，从而显示出添加钼和铬可以抑制钴流出。在SNR中也可发现一些差异。展示良好SNR的薄膜通常具有精细微粒直径或无定形结构的软磁垫层，并展示了很小的软磁垫层表面粗糙度Ra值。因此，SNR中的差异由表面不规则中的差异所致。
相关申请
本发明基于并要求于2005年4月7日提交的日本申请号.2005-110431的优先权，该申请的内容通过引用结合在此。