[发明专利]具有由纳米粒子混合物形成的模板层的垂直磁记录磁盘

说明书

技术领域

本发明一般地涉及垂直磁记录介质，例如用在磁记录硬盘驱动器中的垂直磁记录磁盘，并且更具体的，涉及一种具有含受控的晶粒尺寸的粒状记录层的连续介质类型的垂直磁记录磁盘。

背景技术

在“连续介质”型垂直磁记录磁盘中，该记录层是粒状钴合金磁性材料的连续层，当写入头在磁性材料上写时，该记录层形成为包含磁性记录的数据位的同心数据磁轨。本发明所指的连续介质磁盘区别于“比特格式介质”(bit-patterned-media，BPM)磁盘，其已被提出以增加数据密度。在BPM磁盘中，磁盘上的可磁化材料被图案化为小的独立数据岛，从而在每个岛或“位”中有单个磁畴。该单个磁畴可以是单个晶粒或由磁态转换为一致以作为单个磁量的一些强耦合晶粒组成。这与连续介质磁盘相反，在连续介质磁盘中，单个“位”可具有多个磁性晶粒。

图1是现有技术的垂直磁记录连续介质盘的横截面的示意图。该磁盘包括磁盘基板和可选的“软”或相对低矫顽力的导磁底层(SUL)。该SUL作为从记录磁头的写入极至返回极的磁场的磁通返回路径。在图1的示例中，用于记录层(RL)的材料是粒状铁磁钴(Co)合金，诸如CoPtCr合金，具有包括实质上面外或垂直于RL的c轴取向的六方密排(hcp)晶体结构。该粒状钴合金RL也应该具有隔离良好的细晶粒结构以产生高矫顽力(H_c)介质且减少晶间交换耦合，晶间交换耦合是形成高固有介质噪声的原因。在钴合金RL中的晶粒隔离的增强通过增加非磁性隔离物而获得，其在图1中被描述为氧化物，包括Si、Ta、Ti、Nb、B、C和W的氧化物。这些氧化物(Ox)倾向于在晶粒边界形成，如图1所示，且与钴合金元素一起形成非磁性晶间材料。可选的覆盖层(CP)，例如没有添加的氧化物或具有比RL的量小的氧化物的粒状Co合金，典型地沉积在RL上以介导(mediate)RL的晶粒的晶间耦合，并且保护外层(OC)例如非晶类金刚石碳沉积在CP上。

由于在沉积过程中引起其六方密排(hcp)晶体结构的c轴实质上垂直于该层的平面，所以Co合金RL具有实质上面外或是垂直的磁各向异性。为了引起hcp RL的该生长，钌(Ru1和Ru2)的中间层位于RL以下。钌(Ru)和某些钌合金，例如RuCr，是促使RL的正常生长的非磁性hcp材料。在沉积Ru1之前可以在SUL上形成可选的籽层(SL)。

通过添加的氧化物作为隔离物增强RL中磁性晶粒的隔离对于获得高面密度和记录性能来说是重要的。晶间Ox隔离材料不仅去耦合晶间交换也对RL中的磁性晶粒的尺寸和分布施加控制。通过在Ru2层上生长RL，当前磁盘制作方法获得此隔离的RL，其展示了Ru或Ru合金晶粒的柱形生长。需要RL内部的足够的Ox隔离物的量以提供充足的晶粒与晶粒的分离，但又不能太高而破坏了RL的热稳定性。Ox隔离物的典型含量是约20％的体积，而平均晶粒边界厚度典型地在大约1.0和1.5nm之间。

图2是与图1中所示的磁盘类似的现有技术的CoPtCr-SiO₂RL的部分表面的透射电子显微镜(TEM)图像。图2示出由晶间SiO₂(白色区域)分离的良好隔离的CoPtCr磁性晶粒。然而，从图2中可见，磁性晶粒的尺寸存在相对宽的变化。图2也示出了晶粒位置的随机性，这导致了晶粒间距离或晶粒“节距”的宽的变化。因为在溅射沉积期间成核位置是自然地随机分布的，因此没有晶粒位置的控制。不期望宽的晶粒尺寸分布和宽的粒距分布，因为它们会导致磁各向异性强度和晶间交换的宽的分布，其在读回信号中引起噪声。

为了实现1至5太比特/平方英寸(Terabits/in²)及以上的高面密度，期望在RL中具有高的晶粒均一性(或更紧密的分布)，主要是晶粒直径(也就是，与晶粒具有相同面积的圆的直径)的结构参数、和晶粒间距离或粒距(也就是，相邻晶粒的中心之间的距离)。晶粒直径和粒距的更窄的分布将导致磁交换相互作用和磁各向异性强度的更窄的分布，这两者都是期望的。

因此图2所示的现有技术的RL远不是理想的。首先，晶粒具有大尺寸分布的不规则多边形。平均晶粒直径为大约8-11nm，具有超过20％的相对宽分布。第二，晶粒中心的分布是高度随机的，具有平均20-23％的宽分布。分布信息通过在高分辨率扫描电子显微镜(SEM)或TEM图像中测量相邻晶粒间距离然后用对数正态函数拟合而获得。本申请中涉及的分布值将意味着对数正态函数的宽度。