[发明专利]磁性记录介质

说明书

技术领域

本发明涉及磁性记录介质。本发明找到一种硬盘上的数据存储领域中尤为引人注意的应用。

背景技术

磁性记录始终是用于以二进制形式来可恢复地存储和重新读取海量数据的最为可靠和经济的技术。磁性记录以磁性层的使用为基础，磁性层的属性针对最大写入密度而优化，从而使写入和读取过程是有效的，并且存储的信息具有足够和可预知的生命周期(通常为10年)。

计算机硬盘(也即，磁性记录介质)的存储密度在大约15年中以每年60％的速率增长。在50年内，存储容量已经从2K比特/平方英寸变为接近400G比特/平方英寸(1英寸＝2.54厘米)。

目前，磁性记录介质是最常见的连续介质，其包括至少一个磁敏感层，沉积在通常以铝合金或者玻璃制成的衬底上。

现在，该敏感层包括连续的多晶合金膜CoPtCrX，其具有hcp六边形密集结构，其沿平面中或者与平面垂直的方向上定向的c轴(称为容易轴)呈现出高的磁晶各向异性。该层由纳米大小的多个晶体形成。附加的X元素是Ta或P或B，并且对粒子的去耦合和/或其定向起作用。Pt的目的是加强介质的磁各向异性。目前的数据密度处于150G比特/平方英寸的量级；晶体的大小处于8nm的量级，并且倾向于与存储容量的增加一样多地减小。每比特数据通常包括数百粒子(也即，比特的大小通常对应于200nm×40nm)，并且其平均磁化的定向定义了二进制值0或1。因此，这些存储层的各向异性是单轴的，并且写入数据的稳定性取决于数据的幅度、介质的磁化(由于消磁化场效应)以及粒子的大小。

为了增加存储密度，在已知方式中，必须降低数据比特的大小。目前，已经达到了150nm×30nm量级的比特大小，并且尽力缩小纵横比(代表数据比特的磁性域的纵横比)到4和5之间的比，每比特的粒子数目约为100。

然而，为了保持充足的信噪比，比特不能具有少于50个粒子(如若不然，统计的比特到比特波动变得过大)，并且层必须具有足够大的磁化强度。

一个解决方案可以是降低粒子大小，每比特的粒子数目保持大于或等于50，以便维持读取期间的足够的信噪比。

然而，由于半导体部件领域的摩尔定律，降低粒子大小具有公知为超顺磁限制的物理限制。如果粒子的体积V变得过小而使得KV＜40k_BT，其中k_B是波尔兹曼常数、T是温度而K是磁晶各向异性，则数据变得不稳定(注意，稳定性标准是大约10年)。在这种情况下，数据比特(也就是说，磁性粒子的磁化方向)或者比特之间的跃迁在消磁化场和热波动的结合作用下无定向，并且存储的值丢失。对于通常的平面磁化介质来说，超顺磁大约出现在200G比特/平方英寸的量级的密度上。

推动进一步的超顺磁限制的第一种解决方案包括选择呈现出较高磁晶各向异性的材料。

然而，通过增加材料的磁晶各向异性，材料的矫顽场(coercivefield)也会增加。继而将变得难以写入数据，因为可以利用写入头产生的场受限于包括头的极性部分在内的材料的饱和磁化。该增加可能变成禁止的，因为用于在几纳秒中写入数据的环境温度所需的写入场值可能变得大于公知为写入头所产生的磁场(通常处于1.7-1.8T量级)。通过与具有软材料(例如，NiFe合金)底层的平面相垂直的磁化的介质允许通过进一步集中头的写入极之下的场线并由此稍微偏移超顺磁限制，来提高写入效率。而且，对于热辅助记录的正在进行中的研究旨在通过恰在写入时间期间局部加热介质以及在介质返回环境温度时确保良好的热稳定性，来暂时降低介质的磁各向异性。正在研究中的还有尝试通过射频波来辅助写入。

然而，这些解决方案有时难以在技术上实现。

已提出若干年的第二种解决方案包括使用公知为离散介质的其他类型的磁性记录介质，其包括不同的也即物理上分离的磁区域(即，将敏感层去耦合为纳米级磁点)。在所有离散介质中，基本数据比特降低为区域(点)的大小。由于区域之间的间隔，比特彼此去耦合。这使得有可能每个比特具有单个粒子，并且由此粒子比连续介质的情况中大得多，这又带回了超顺磁限制问题，并且有助于材料的选择。与颗粒状连续介质不同，在此类系统中，比特之间跃迁的宽度不再与介质的粒度(也就是说，粒子大小)有关，而是与材料的纳米构造所定义的点之间的物理间隔有关。这种新技术的预期密度在0.5T比特/平方英寸之上，也就是说，小于35nm的点周频。