DE69621099T2

DE69621099T2 - Magnetischer Aufzeichnungsträger mit einer durch Zerstäubung aufgetragenen Keimschicht aus MgO

Info

Publication number: DE69621099T2
Application number: DE69621099T
Authority: DE
Inventors: Byung-Ki Cheong; David N. Lambeth; David E. Laughlin; Li-Lien Lee
Original assignee: Carnegie Mellon University
Current assignee: Carnegie Mellon University
Priority date: 1995-11-06
Filing date: 1996-11-05
Publication date: 2003-01-02
Anticipated expiration: 2016-11-06
Also published as: DE69621099D1; EP0772188A1; US5800931A; SG43435A1; EP0772188B1

Description

Diese Arbeit wurde zum Teil durch eine Förderung durch die National Science Foundation, Nr. ECD-8907068, unterstützt. Die Regierung hat an dieser Erfindung gewisse Rechte.

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Dünnfilme für langgestreckte magnetische Aufzeichnungsmedien.

Hintergrund der Erfindung

Die Nachfrage nach magnetischen Aufzeichnungsmedien mit größerer Speicherkapazität, geringerem Rauschen und niedrigeren Kosten steigt stetig. Die Aufzeichnungsdichte in Computern ist in den letzten beiden Jahrzehnten stetig gestiegen.
Magnetische Scheiben und Plattenlaufwerke ermöglichen schnellen Zugriff auf große Mengen von Informationen. Es sind sowohl flexible als auch starre Scheiben verfügbar. Daten werden auf den Scheiben in kreisförmigen Spuren gespeichert und innerhalb der Spuren in Segmente unterteilt. Typischerweise verwenden Plattenlaufwerke eine oder mehrere auf einer Mittelachse gedrehte Scheibe. Ein Magnetkopf ist über den Scheibenflächen angeordnet, um entweder auf die gespeicherten Informationen zuzugreifen oder diesen Informationen hinzuzufügen. Die Köpfe für Plattenlaufwerke sind an einem bewegbaren Arm montiert, der den Kopf sehr nahe an der Scheibe über die verschiedenen Spuren und Segmente trägt. Der Aufbau von Plattenlaufwerken ist bekannt.
Der Aufbau einer typischen DünnfilmScheibe ist mehrschichtig und weist an der Basis ein von einer Unterschicht bedecktes Substrat, eine Magnetschicht und optional eine Oberschicht an der Oberseite auf. Die Oberschicht kann mit einer Beschichtung und einem organischen Schmiermittel versehen sein. Die Magnetschicht ist der Hauptteil, auf dem die magnetischen Bits aufgezeichnet werden. Langgestreckte Aufzeichnungsmedien, die aus Kobaltfilmen oder auf einer Kobaltlegierung basierenden magnetischen Filmen bestehen, die eine Chromunterschicht oder eine auf einer Chromlegierung basierenden Unterschicht aufweisen, die auf einem nicht magnetischen Substrat aufgebracht sind, sind zum Industriestandard geworden.
Wichtige magnetische Eigenschaften wie Koerzitivkraft (Hc), remanente Magnetisierung (Mr) und koerzitive Rechteckigkeit, die für die Aufzeichnungsleistung des Co-Legierung-Dünnfilms bei einer festen Zusammensetzung entscheidend sind, hängen hauptsächlich von dessen Mikrostruktur ab. Bei langgestreckten magnetischen Dünnfilm-Aufzeichnungsmedien ist die gewünschte Kristallstruktur des Co und der Co-Legierungen hexagonal dicht gepackt (HCP) mit uniaxialer Anisotropie und die Richtung der leichten Magnetisierung entlang der c-Achse liegt in der Ebene des Films. Je besser die kristallographische Textur entlang der c-Achse in der Ebene ist, desto höher ist die Koerzitivkraft der für die längsgerichtete Aufzeichnung verwendeten Co-Legierung. Dies ist zum Erreichen einer hohen Remanenz erforderlich. Bei sehr kleinen Korngrößen nimmt die Koerzitivkraft mit der Korngröße zu. Große Körner führen jedoch zu stärkerem Rauschen. Es besteht die Notwendigkeit, höhere Koerzitivkräfte ohne eine mit dem Anstieg der Korngröße verbundene Zunahme des Rauschens zu erreichen. Um ein magnetisches Medium mit geringem Rauschen zu erhalten, sollte der Co-Legierung-Dünnfilm gleichmäßige kleine Körner mit Korngrenzen haben, die benachbarte Körner magnetisch isolieren können. Diese Art von Mikrostruktur und kristallographischer Textur wird normalerweise durch Manipulieren des Ablagerungsvorgangs, durch versehen der Substratfläche mit Rillen oder zumeist durch die korrekte Verwendung einer Unterschicht erhalten.
Unterschichten können die kristallographische Orientierung, die Korngröße und die chemische Segregation an den Co-Legierung-Korngrenzen stark beeinflussen. Aus der Literatur bekannte Unterschichten enthalten Cr, Cr mit einem zusätzlichen Legierungselement X (X = C, Mg, Al, Si, Ti, V, Co, Ni, Cu, Zr; Nb, Mo, La, Ce, Nd, Gd, Tb, Dy, Er, Ta und W), Ti, W, Mo und NiP. Zwar scheint eine Vielzahl von Unterschichtmaterialien verfügbar, jedoch sind in der Praxis nur sehrwenige geeignet, die Anforderungen der Industrie zu erfüllen. Unter diesen besteht die am häufigsten verwendete und erfolgreichste Unterschicht aus reinem Cr. Für das hochdichte Aufzeichnen wurde die Ausrichtung in der Ebene bisher durch kornweises epitaxiales Züchten des HCP-Co- Legierung-Dünnflms auf einer raumzentrierten kubischen (BCC) Cr-Unterschicht erreicht. Der polykristalline, auf einer Co-Legierung basierende Dünnfilm wird mit entweder parallel zur Filmebene oder mit zum großen Teil in der Filmebene verlaufender c-Achse, der (0002)-Achse aufgebracht. K. Hono, B. Wong und D. E. Laughlin, "Crystallography of Co/Cr bilayer magnetic thin films", Journal of Applied Physics 68 (9) p 4734 (1990), hat gezeigt, daß BCC-Cr-Unterschichten das kornweise epitaxiale Züchten von auf diesen Unterschichten aufgebrachten HCP-Co-Legierung-Dünnfilmen fördern. Die heteroepitaxialen Beziehungen zwischen Cr und Co, welche die (0002)Co Achse herunter auf oder nahe an die Filmebene bringen, sind (002)Cr//(1120)Co, (110)Cr//(1011)Co, (110)Cr// (1010)Co und (112)Cr/(1010)Co. Andere Co/Cr-Epitaxialverhältnisse gelten für andere Ablagerungsverfahren. Um eine gute BBC-Struktur zu erreichen, welche die Bildung der HCP-Struktur fördert, muß die Cr-Unterschicht dicker als ungefähr 100 Å sein. Das US-Patent 4 652 499 offenbart Bemühungen zur Verbesserung der Unterschicht durch Hinzufügen von Vanadium (V) zu Cr, um die Gitterkonstante zu verändern und so eine bessere Gitteranpassung zwischen den HCP-Co-Legierungen, CoPt oder CoPtCr und der BCC-CrV- Unterschicht zu fördern.
Bei senkrechten Magnetaufzeichnungsmedien wird üblicherweise eine Dünnfilmschicht, die manchmal als Vorbeschichtung oder Keimschicht bezeichnet wird, zwischen dem Substrat und der Unterschicht aufgebracht, um die Unterschicht gegen mögliche Substratverunreinigungen zu isolieren. Unterschiedlich erfolgreiche Materialien für diese Schicht sind unter anderem Al, Ti, Ni&sub2;P, TiSi&sub2;, Cr, C, Ta, W und Zr. A. Nakamura und M. Futamoto, "Epitaxial Growth of Co/Cr Bilayer Films on MgO Single Crystal Substrates", J. Applied Physics, Bd. 32, Teil 2, Nr. 10A, L1410 (Oktober 1993) beschreibt einen auf einem Einkristall MgO (002) aufgebrachten Co-Film. Ein (1120) bikristallines längsgerichtetes Magnetaufzeichnungsmedium, CoCrPt/Cr, das auf einem MgO-Einkristall- Plattensubstrat ausgebildet ist, ist in M. Futamoto et al., "Magnetic and recording characteristic of bicrystalline longitudinal recording media formed on an MgO single crystal disc substrate", IEEE Transactions on Magnetics, Bd. 30, Nr. 6, S. 3975 (1994) beschrieben. Wegen der anisotropen magnetischen Eigenschaften und somit der Aufzeichnungseigenschaften um den Umfang der EinkristallScheibe ist diese Scheibe von begrenztem Nutzen.
Das US-Patent 4833020 offenbart bei einem Magnetaufzeichnungsmedium mit einer Unterschicht und einer sequentiell auf einem Substrat ausgebildeten Magnetschicht, daß die Unterschicht aus einer Verbund-Unterschicht besteht, die einen wenigstens zweischichtigen Aufbau hat, wobei die Unterschicht auf der Seite des Substrats aus einem Material besteht, das dem Magnetaufzeichnungsmedium eine geringe Modulation verleiht, während die Unterschicht auf der Seite der Magnetschicht aus einem Material besteht, das dem Medium ein großes S/N-Verhältnis verleiht. Dies ermöglicht es, ein Magnetaufzeichnungsmedium mit einer geringen Modulation und einem großen S/N-Verhältnis zu erhalten.
Der Bedarf nach leichteren, kleineren und leistungsstärkeren Computern mit größerer Speicherdichte erfordert Festplattenmedien mit höherer Dichte. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung diesen Bedarf durch ein längsgerichtetes Magnetaufzeichnungsmedium mit hoher Koerzitivkraft und geringem Rauschen zu erfüllen.
Nach einem Aspekt der Erfindung ist ein magnetisches Aufzeichnungsmedium mit einem Substrat, einer Unterschicht und einer magnetischen Schicht vorgesehen, wobei die Unterschicht eine (002)-Textur aufweist und wobei eine Keimschicht zwischen dem Substrat und der Unterschicht angeordnet ist, wobei die Keimschicht polykristallines MgO mit einer (002)-Textur aufweist, das auf das Substrat aufgesputtert ist, um die (002)-Textur in der Unterschicht zu fördern.
Ein anderer Aspekt der Erfindung sieht eine Vorrichtung zum Aufzeichnen und Lesen magnetischer Daten vor, mit:
- einer drehbaren Scheibe, wobei die Scheibe aufweist: ein Substrat, eine Keimschicht bestehend aus polykristallinem MgO mit einer (002)-Textur, das auf das Substrat aufgesputtert ist, einen Co- oder Co-Legierung-Film, der eine magnetische Schicht bildet, und eine zwischen der Keimschicht und der magnetischen Schicht angeordneten Unterschicht mit Cr, einer Cr-Legierung mit einer A2-Kristallstruktur oder einem Material mit einer B2-Kristallstruktur, wobei die Unterschicht eine (002)-Textur aufweist;
- einem magnetischen Wandlerkopf; und
- einer Einrichtung zum Stützen des Kopfs in großer Nähe zur Scheibe und zur magnetischen Schicht zum gesteuerten Bewegen des Kopfs relativ zur Scheibe.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung einer orientierten Unterschicht zwischen einem Substrat und einer magnetischen Schicht in einem magnetischen Medium, mit den folgenden Schritten:
- Sputtern von MgO auf das Substrat zur Bildung einer polykristallinen Keimschicht mit einer (002)-Textur; und
- Ablagern einer Unterschicht aus Cr oder einer Cr-Legierung mit einer A2- Struktur oder einem Material mit einer B2-Struktur, wobei die Unterschicht eine (002)-Textur aufweist und zwischen der Keimschicht und der magnetischen Schicht angeordnet ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft Aufzeichnungsmedien in einem Plattenlaufwerk mit einer drehbaren Scheibe zum Betrieb in Verbindung mit magnetischen Wandlerköpfen für das Aufzeichnen und das Lesen von magnetischen Daten. Das Aufzeichnungsmedium hat eine neuartige Keimschicht, auf der die (002) kristallographische Textur in eine Unterschicht für den magnetischen Film des Mediums zu induzieren ist. Das erfindungsgemäße Magnetaufzeichnungsmedium weist ein Substrat, eine Magnetschicht, vorzugsweise aus einem Film aus Co oder Co-Legierung, und eine aus MgO bestehende Keimschicht mit einer B1 kristallinen Struktur mit einer (002) Textur auf, die auf das Substrat aufgesputtert ist. Ferner ist eine Unterschicht vorgesehen, die vorzugsweise ein Material aufweist, das entweder eine A2 Struktur oder eine B2 kristalline Struktur zwischen der Keimschicht und der Magnetschicht aufweist. Die A2- Phase besteht vorzugsweise aus Cr oder einer Cr-Legierung wie CrV. Die B2 Phase ist aus der Gruppe gewählt, die besteht aus: NiAl, AICo, FeAL, FeTi, CoFe, CoTi, CoHf, CoZr, NiTi, CuBe, CuZn, AlMn, AlRe, AgMg und Al&sub2;FeMn&sub2;, und besteht höchst vorzugsweise aus FeAl oder NiAl.
Die Unterschicht kann aus mehreren Schichten gebildet sein, wobei jede Schicht aus einem anderen der genannten Materialien besteht. Das als vorzugsweise als Magnetschicht verwendete Co oder die Co-Legierung hat eine hexagonale dicht gepackte (HCP) Struktur und ist vorzugsweise mit ihrer c-Achse, der Achse der einfachen Magnetisierung (die Richtung, in der sie leicht magnetisierbar ist), im wesentlichen parallel zur Ebene der Magnetschicht angeordnet.
Das Aufzeichnungsmedium kann ferner eine zwischen der Magnetschicht und der Unterschicht angeordnete Zwischenschicht aus Chrom oder Chromlegierung aufweisen. Die Zwischenschicht ist relativ dünn, vorzugsweise zwischen ungefähr 10 und 500 Å (1 bis 50 nm) dick. Dünnere Schichten können einige Verbesserung bringen, vorausgesetzt, die Schicht ist dick genug, um eine im wesentlichen durchgehende Schicht auf der Oberfläche der Unterschicht zu bilden.
Die Magnetschicht kann von einer Oberschicht bedeckt sein, die ihrerseits von einer Beschichtung bedeckt sein kann. Über der Beschichtung ist zusätzlich vorzugsweise ein organisches Schmiermittel vorgesehen.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann eine erste Magnetschicht und eine zweite Magnetschicht mit einer oder mehreren zwischen den beiden Magnetschichten vorgesehenen Zwischenschichten vorgesehen sein. Die Zwischenschicht besteht üblicherweise aus Cr mit einer Dicke von ungefähr 10 bis 40 Å (1 bis 4 nm). Die zweite Magnetschicht kann von den zuvor beschriebenen Oberschicht-/Beschichtungs-/Schmiermittelschichten bedeckt sein.
Materialien mit B2-Struktur sind geordnete strukturelle Derivative der raumzentrierten (BCC) Struktur, welche die Struktur von Cr ist. NiAl ist beispielsweise eine Hume-Rothery β-Phase Elektron-Verbindung mit einem Valenzelektron/Atom-Verhältnis von 3/2, was eine B2 Kristallstruktur ergibt, wie in Fig. 2(b) gezeigt. NiAl hat eine Gitterkonstante von 0,2887 nm, die beinahe identisch mit derjenigen von Cr, nämlich 0,2884 nm, ist. Durch Anordnen der B2-geordneten Struktur auf dem Substrat unter der Magnetschicht wachsen die Co- oder Co-Legierungsfilme, falls aufgebracht, entweder direkt oder durch eine zwischengefügte Cr- oder Cr-Legierungsschicht, epitaxial an der B2-Grenzfläche und reorientieren die HCP c-Achse weg von einer beliebigen oder senkrechten Anordnung zur Filmebene, wodurch sich eine stabile verbesserte Dünnfilm-Mikrostruktur mit magnetischen Eigenschaften ergibt, die besonders gut für hochdichtes Aufzeichnen geeignet sind. NiAl beispielsweise hält seine B2-Struktur bis zum Schmelzpunkt von 1911 K stabil und die Struktur verändert sich über einen breiten Zusammensetzungsbereich von 41,5 bis 55 at% Al bei 673 K nicht. Die starke Bindung zwischen den Metallatomen verlangsamt die atomare Beweglichkeit während des Aufbringens des Films, wodurch sich ein Film mit kleinerer Korngröße ergibt als in der Cr- Unterschicht. Eine kleine Korngröße ist für die Aufzeichnungseigenschaften der Medien vorteilhaft, indem die Zahl der Körner pro Flächeneinheit vergrößert und damit das Medienrauschen verringert wird.
Ferner ist NiAl nicht magnetisch bei einer extrem geringen magnetischen Empfindlichkeit im Bereich von 2 · 10&supmin;&sup7; bis 5 · 10&supmin;&sup7; emu/g, es hat eine gute thermische Leitfähigkeit, hohe Steifigkeit und gute Korrosionsbeständigkeit unter Umwelteinflüssen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind unter Bezugnahme auf die Zeichnungen besser zu verstehen, welche zeigen:
Fig. 1(a)-(c) - schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen einer mehrschichtigen Struktur der erfindungsgemäßen Dünnfilmscheibe;
Fig. 2(a) und 2(b) - Darstellungen der Kristallstrukturen von Cr (BCC) und NiAl (B2);
Fig. 3(a) und 3(b) - Darstellungen der Hellfeld-TEM-Schliffbilder eines 100 nm NiAl-Films (a) und eines 100 nm Cr-Films (b);
Fig. 4(a) und 4(b) - Rasterkraftmikroskopdarstellungen (AFM) eines NiAl-Films (a) und eines Cr-Films (b);
Fig. 5 - eine Kurve der Koerzitivkraft gegenüber der Unterschichtdicke eines 40 nm dicken CoCrTa-Films, der entweder auf eine NiAl- oder eine Cr-Unterschicht ohne Substratvorspannung aufgesputtert ist;
Fig. 6 - eine Darstellung des Koerzitivkraftwertes und der Röntgenstrahlbrechungsspektren von CoCrTa/Cr- und CoCrTa/NiAl-Filmen auf Glassubstraten, wobei die CoCrTa-Schichten 40 nm und die Cr- und NiAl-Unterschichten 100 nm dick sind;
Fig. 7 - eine Kurvendarstellung der Koerzitivkraft eines 40 nm dicken CoCrPt- Films in Abhängigkeit von der Unterschichtdicke für NiAl- und Cr- Unterschichten;
Fig. 8 - eine Darstellung des Koerzitivkraftwertes und der Röntgenstrahlbrechungsspektren von CoCrPt/Cr- und CoCrPt/NiAl-Filmen auf Glassubstraten, wobei die CoCrPt-Schichten 40 nm und die Cr- und NiAl-Unterschichten 100 nm dick sind;
Fig. 9 - eine Darstellung des Koerzitivkraftwertes und der Röntgenstrahlbrechungsspektren eines CoCrTa/NiAl-Films mit und ohne eine 2,5 nm dicke Cr-Zwischenschicht zwischen der CoCrTa-Schicht und der NiAl-Schicht;
Fig. 10 - eine Darstellung des Koerzitivkraftwertes und der Röntgenstrahlbrechungsspektren eines CoCrPt/NiAl-Films mit und ohne eine 2,5 nm dicke Cr-Zwischenschicht zwischen der CoCrPt-Schicht und der NiAl-Schicht;
Fig. 11 - eine Darstellung des Koerzitivkraftwertes und des Röntgenstrahlbrechungsspektrums eines 40 nm dicken CoCrPt-Films auf einer 100 nm dicken FeAl-Unterschicht auf einem Glassubstrat;
Fig. 12 - eine Darstellung der Röntgenstrahlbrechungsspektren von NiAl- Filmen mit 100 nm und 500 nm Dicke auf Glassubstraten;
Fig. 13 - eine Darstellung der Röntgenstrahlbrechungsspektren von FeAl- Filmen mit 100 nm und 740 nm Dicke auf Glassubstraten;
Fig. 14 - eine Kurvendarstellung des Verhältnisses des Trägers zum gesamten integrierten Rauschen (CINR) in Abhängigkeit von der linearen Dichte für zwei Scheiben, CoCrTa/Cr und CoCrTa/NiAl, mit vorspannungsgesputterten Magnetschichten und ohne Vorspannung gesputterten Unterschichten;
Fig. 15 - eine Kurvendarstellung des Verhältnisses des Trägers zum gesamten integrierten Rauschen (CINR) in Abhängigkeit von der linearen Dichte für zwei Scheiben, CoCrTa/Cr und CoCrTa/NiAl, mit ohne Vorspannung gesputterten Magnetschichten und Unterschichten;
Fig. 16 - eine Kurvendarstellung der gesamten mittleren integrierten Rauschenergie (MNP) in Abhängigkeit von der linearen Dichte für die beiden Scheiben von Fig. 14;
Fig. 17 - eine Kurvendarstellung der gesamten mittleren integrierten Rauschenergie (MNP) in Abhängigkeit von der linearen Dichte für die beiden Scheiben von Fig. 15;
Fig. 18(a)-(c) - Darstellungen der Kristallstruktur des MgO und der Gitterübereinstimmung zwischen den atomaren Ebenen des MgO (002) und Cr (002) bzw. NiAl (002);
Fig. 19(a) und (b) - ein Transmissionselektronenmikrsoskop(TEM)-Hellfeldbild eines 100 nm dicken MgO-Films auf einem Glassubstrat (a) zusammen mit seinem Elektronenbrechungsmuster (b);
Fig. 20 - eine Darstellung eines Röntgenstrahlbrechungsspektrums der CoCrPt(40 nm)/Cr (100 nm)-Filme mit verschiedenen Dicken von MgO-Keimschichten;
Fig. 21 - eine Darstellung eines Röntgenstrahlbrechungsspektrums der CoCrPt(40 nm)/Cr (100 nm)-Filme ohne Keimschicht und auf verschiedenen Dicken von MgO-Keimschichten;
Fig. 22 - eine Darstellung eines Röntgenstrahlbrechungsspektrums von CoCrPt(40 nm)/Cr (100 nm)- und CoCrPt(40 nm)/NiAl(100 nm)-Filmen mit einer 10 nm Cr-Keimschicht und ohne Keimschicht;
Fig. 23 - eine Kurvendarstellung der in der gleichen Ebene herrschenden Koerzitivkraft von CoCrPt(40 nm) gegenüber der Cr-Unterschichtdicke für MgO-Keimschichten von 0 nm, 5 nm, 20 nm und 50 nm Dicke;
Fig. 24 - eine Kurvendarstellung der in der gleichen Ebene herrschenden Koerzitivkraft von CoCrPt(40 nm) gegenüber der NiAl-Unterschichtdicke für MgO-Keimschichten von 0 nm, 5 nm, 20 nm und 50 nm Dicke;
Fig. 25(a)-(d) - eine Draufsicht auf ein TEM-Hellfeldbild von CoCrPt(40 nm)/- Cr(100 nm)-Filmen auf MgO-Keimschichten von (a) 0 nm, (b) 5 nm, (c) 20 nm, (d) 50 nm Dicke;
Fig. 26 - ein Rasterkraftmikroskop-Schliffbild (AFM) von 100 nm Cr auf einem Glassubstrat;
Fig. 27 - ein AFM-Schliffbild von 100 nm Cr auf einer 5 nm MgO-Keimschicht auf einem Glassubstrat;
Fig. 28 - ein AFM-Schliffbild von 100 nm Cr auf einer 50 nm MgO-Keimschicht auf einem Glassubstrat;
Fig. 29 - Hellfeld-TEM-Schliffbilder von CoCrPt(40 nm)/NiAl(100 nm)-Filmen auf einer MgO-Keimschicht (a) und einer 10 nm Cr-Keimschicht (b); und
Fig. 30(a) - (b) - AFM-Oberflächendarstellungen von 100 nm NiAl-Filmen mit MgO-Keimschichten von 10 nm (a) und 20 nm (b) auf glatten Glassubstraten.

Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Das erfindungsgemäße Aufzeichnungsmedium kann eine starre Magnetscheibe sein, die um eine in einem (nicht dargestellten) Laufwerk integrierte Achse drehbar ist. Üblicherweise weist das Laufwerk einen Magnetwandlerkopf oder Schieber auf, der an einem bewegbaren Arm abgestützt ist, welcher seinerseits Teil einer Aufhängungsanordnung zum Bewegen des Kopfs über die Oberfläche der Scheibe ist. Der Wandlerkopf ist bei der Bewegung über die Oberfläche der Scheibe im Normalbetrieb in beabstandetem parallelem Verhältnis zur Oberfläche der Scheibe und nahe der Scheibe gehalten. Ein typischer Abstand ist 10 uin (2,54 · 10&supmin;&sup4; mm) oder weniger. Laufwerke wie dieses sind Standardausrüstung in der Industrie. Siehe Mee, C. D. und Daniel, E. D., Magnetic Recording, Bde. I-III (McGraw-Hill pub. 1987); F. Jorgenson, The Complete Handbook of Magnetic Recording, Chapter 16 (3rd ed. 1988) und US-Patent 5 062 021. Die erfindungsgemäßen Magnetaufzeichnungsmedien können auch mit flexiblen Magnetscheiben unter Verwendung bekannter flexibler Substrate verwendet werden.
Wie in Fig. 1(a) dargestellt, besteht ein zum Einsatz in Laufwerken vorgesehenes Magnetaufzeichnungsmedium, das zum erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmedium führte, aus einem Substrat 12, einer Unterschicht 14 und einer Magnetschicht 16. Ferner kann wie gezeigt eine Beschichtung 20 vorgesehen sein. Eine Zwischenschicht 22 aus Cr kann zwischen der Unterschicht 14 und der Magnetschicht 16 vorgesehen sein. Ein organisches Schmiermittel 24 ist vorzugsweise auf der Beschichtung 20 aufgebracht.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in Fig. 1(b) dargestellt ist, können eine erste und eine zweite Magnetschicht 16' und 16" und eine oder mehr zwischen der ersten Magnetschicht 16' und einer zweiten Magnetschicht 16" vorgesehene Zwischenschicht 30 vorgesehen sein. Die Zwischenschicht 30 besteht vorzugsweise aus Cr und ist 1 nm bis 4 nm (10 bis 40 Å) dick. Die zweite Magnetschicht 16" ist von einer Oberschicht 18, der Beschichtung 20 und dem organischen Schmiermittel 24 bedeckt, das in Fig. 1(a) gezeigt ist. Eine Keimschicht 28 von 1,0 nm bis 50 nm (10 bis 500 Å) Dicke ist zwischen dem Substrat 12 und der Unterschicht 14 zum Initiieren des Wachstums vorgesehen. Die Keimschicht 28 besteht aus MgO.
Bei der in Fig. 1(c) dargestellten Erfindung besteht die Keimschicht 28 aus MgO mit einer B1-geordneten Kristallstruktur mit einer (002)-Textur, die auf das Substrat unter der Unterschicht aufgesputtert ist. Die keimschicht bildet eine im wesentlichen durchgehende Schicht von bis zu 50 nm Dicke und vorzugsweise bis zu 20 nm Dicke. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Keimschicht 1,0 nm bis 50 nm (10 bis 500 Å) dick, und vorzugsweise zwischen 1,0 nm und 20 nm (10 bis 200 Å) dick, höchst bevorzugt 2,5 bis 20 nm (25 bis 200 Å) dick, und meist bevorzugt zwischen 2,5 nm und 10 nm (25 bis 100 Å) dick.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht das Substrat 12 aus nicht magnetischem Material wie Glas, Silizium oder eine mit NiP beschichtete Aluminiumlegierung. Alternative Festplattensubstrate wie Canasit oder SiC können verwendet werden.
Die Magnetschichten 16, 16' und 16" werden mit ihrer längsgerichteten Achse der einfachen Magnetisierbarkeit im wesentlichen parallel zur Ebene dieser Magnetschicht aufgebracht, sind vorzugsweise ein Co- oder ein Co-Legierung- Film, beispielsweise aus CoCr, SmCo, CoP, CoPt, CoNiCr, CoNiPt, CoCrTaSi, CoCrPtSi, CoCrPtB, CoCrPtTa oder andere bekannte Co-Legierung-Megnatfilme und sind jeweils 5-60 nm (50-600 Å) dick.
Die B2-geordnete Kristallstruktur der Unterschicht 14 ist in Fig. 2(b) dargestellt. Die Unterschicht 14 besteht vorzugsweise aus NiAl. Sie ist 10-200 nm (100- 2000 Å) dick. Alternativ kann die Unterschicht aus FeAl oder mehreren Schichten bestehen, die zwischen einer NiAl-Schicht und einer FeAl-Schicht abwechseln. Andere Phasen mit einer B2-geordneten Struktur und Gitterkonstanten nahe denen von NiAl (a = 0,2887 nm), FeAl (a = 0,291 nm) und Cr (a = 0,2884 nm) (das nicht selbst eine B2-geordnete Struktur ist) gelten ebenfalls als gute Kandidaten für die Unterschicht der vorliegenden Erfindung. Die Materialien sind AlCo (a = 0,286 nm), FeTi (a = 0,298 nm), CoFe (a = 0,285 nm), CoTi (a = 0,299 nm), CoHf (a = 0,316 nm), CoZr (a = 0,319 nm), NiTi (a = 0,301 nm), CuBe (a = 0,270 nm), CuZn (a = 0,295 nm), AlMn (a = 0,297 nm), AlRe (a = 0,288 nm), AgMg (a = 0,328 nm) und Al&sub2;FeMn&sub2; (a = 0,296 nm), Es wird erwartet, daß eine Unterschicht aus einer oder mehr Schichten verschiedener Materialien der genannten Liste verwendet werden kann. Beispielsweise wird angenommen, daß eine mehrlagige Schicht mit einer ersten Schicht aus NiAl und einer zweiten Schicht aus FeAl, AlCo, FeTi, CoFe, CoTi, CoHf, CoZr, NiTi, CuBe, CuZn, AlMn, AlRe, AgMg oder Al&sub2;FeMn&sub2; verwendet werden kann. Verschiedene Kombinationen von mehrlagigen Schichten, bei denen jede Schicht eine der B2-geordneten Kristallphasen ist, können als die Unterschicht der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel von Fig. 1(c), welche die erforderliche aufgesputterte (002) MgO Keimschicht aufweist, kann die Unterschicht das zuvor beschriebene B2-geordnete Material oder eine A2- Struktur wie Cr oder eine Cr-Legierung sein, beispielsweise CrV.
Eine Oberschicht 18, die der Korrosionsverhinderung dienen soll, kann nahe und vorzugsweise in Kontakt mit der Magnetschicht 16 oder 16" vorgesehen werden. Die Oberschicht 18 ist 1-10 nm (10-100 Å) dick und kann aus W, Ta, Zr, Ti, Y, Pt, Cr oder jeder Kombination derselben bestehen.
Eine Beschichtung 20 kann auf der Außenseite der Oberschicht 18 vorgesehen sein, so daß die Oberschicht 18 zwischen der Magnetschicht 16 oder 16" und der Beschichtung 20 angeordnet ist, wie in den Fig. 1(a) und (b) dargestellt. Die Beschichtung bildet eine mechanische Verschleißschicht und ist 2,5-30 nm (25 bis 300 Å) dick. Sie besteht vorzugsweise aus einem Keramikmaterial oder diamantartigem Kohlenstoff wie SiO&sub2;, SiC, CN, ZrO&sub2; oder C. Ein organisches Schmiermittel 24 kann auf der Beschichtung 20 aufgebracht sein. Das Schmiermittel ist 1 nm bis 30 nm (10 bis 300 Å) dick und ist vorzugsweise ein Fluorchlorkohlenstoff oder ein Perfluorether. Beispiele sind unter anderem CCl&sub2;FCClF&sub2;, CF&sub3;(CF&sub2;)&sub4; CF&sub3;, CF&sub3;(CF&sub2;)&sub5; CF&sub3;, CF&sub3;(CF&sub2;)&sub1;&sub0; CF&sub3; und CF&sub3;(CF&sub2;)&sub1;&sub6; CF&sub3;.
Bei Arbeiten, die zu den erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmedien führten, wurden Ausführungsbeispiele untersucht, welche die erfindungsgemäße Unterschicht aufwiesen, jedoch die erfindungsgemäße Keimschicht nicht aufwiesen. Um die magnetischen Eigenschaften auf der Ebene eines derartig frühen Ausführungsbeispiels eines Magnetaufzeichnungsmediums zu vergleichen, wurden CoCrTa- und CoCrPt-Filme auf Cr- oder NiAl-Unterschichten auf Glassubstraten durch dem Fachmann bekannte Verfahren aufgesputtert. Vibrierende Probenmagnetometrie (VSM) wurde zum Messen der magnetischen Eigenschaften verwendet. Bei den folgenden experimentellen Beispielen wurde für die Filmablagerung auf glatte Glassubstrate, die nicht mechanisch texturiert waren, RF-Dioden-Sputtern verwendet.
Ein 100 nm NiAL-Film wurde auf ein Glassubstrat aufgebracht. Seine Mikrostruktur, betrachtet durch Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), wurde mit einem ähnlich aufgebrachten Cr-Film verglichen, der in den Fig. 3a und 3b dargestellt ist. Der in Fig. 3a dargestellte NiAl-Film hat eine Korngröße von ungefähr 15 nm, die merklich kleiner ist (ungefähr 50%) als die Korngröße des ähnlich aufgesputterten Cr-Films in Fig. 3b. Die Korngröße der Unterschicht beeinflußt die Korngröße der Co-basierten Magnetschicht erheblich. Es wird angenommen, daß die starke Atombindung in der Doppel-Atomstruktur von NiAl die Mobilität der Ni- und Al-Atome behindert und so das Wachstum der Körner begrenzt. Die kleinen gut facettierten Körner des NiAl fördern die Bildung kleinerer besser definierter Körner in der Magnetschicht. Kleinere Körner verringern das Rauschen in den Aufzeichnungsmedien.
Die Rauheitsanalyse erfolgte ebenfalls unter Verwendung eines Rasterkraftmikroskops (AFM). Das AFM verwendet eine extrem kleine scharfe Spitze, um die Probenoberfläche abzutasten und die atomare Anziehung zwischen der scharfen Spitze und der Oberfläche der Probe zu messen. Das AFM kann so in sehr kleinem Maßstab die Topologie der Probenoberfläche bestimmen. Die weißen und dunklen Flächen der Fig. 4(a) und (b) repräsentieren Höhendifferenzen der NiAl- und Cr-Unterschichtfilme von 100 nm Dicke. Die Bilder zeigen klar, daß die Körner (Durchmesser der Erhebungen) der NiAl-Filme (Fig. 4(a)) wesentlich kleiner und gleichmäßiger sind als die Cr-Körner (Fig. 4(b)). Kleine und gleichmäßige Körner implizieren geringeres Rauschen, wenn alle anderen Fakten bezüglich der Medien gleich sind. Die Rauheit ist ein Maß der Variationen der vertikalen Höhen beim Abtasten der Probenfläche. Der quadratische Mittelwert (RMS) und die mittlere (durchschnittliche) Rauheit sind zwei verschiedene Arten des Berechnens der Rauheit as den selben Daten. Während die maximale Höhe (Rmax) irreführend sein kann, wenn die Probe eine fehlerhafte Stelle aufweist, ist sie eine gute Angabe hinsichtlich der Extreme (Fehlen der Gleichmäßigkeit) der Rauheit, wenn die Probe fehlerfrei ist. Die Rauheitsdifferenz zwischen dem NiAl und dem Cr ist eine andere Angabe der größeren Variation der Cr-Korngröße. Die Bildstatistiken für den NiAl-Film zeigen eine RMS-Rauheit von 0,372 nm, eine durchschnittliche Rauheit (Ra) von 0,296 nm und eine maximale Höhe (Rmax) von 2,798 nm. Der Cr-Film zeigt eine RMS-Rauheit von 0,722 nm, eine durchschnittliche Rauheit (Ra) von 0,581 nm und eine maximale Höhe (Rmax) von 4,914 nm. Deutlich weist die Cr-Unterschicht sowohl größere Körner als auch eine stärkere Rauheit als der NiAl-Film auf.
Wie in Fig. 5 wurden 40 nm dicke CoCrTa-Filme auf NiAl- und Cr-Unterschichten verschiedener Dicke auf Glassubstraten aufgebracht. Die Koerzitivkräfte in der Ebene der Magnetfilme wurden als Funktion der Unterschichtdicke aufgetragen. Wenn die Unterschicht dicker als 100 nm ist, haben die CoCrTa/NiAl-Filme eine größere Koerzitivkraft, Hc, als die CoCrTa/Cr-Filme bei vergleichbarer Dicke. In beiden Fällen steigt die Koerzitivkraft und erreicht mit der Dickenzunahme der Unterschicht ein Plateau. Die stetige Zunahme gibt größere Körner an. Wie zuvor erwähnt, verursachen größere Körner auch stärkeres Rauschen. Bei einer Cr-Unterschicht verursacht die erhöhte Korngröße eine erheblich rauhere Fläche, welche die Fähigkeit des Magnetkopfs oder Wandlers beeinträchtigt nahe an die Scheibe zu gelangen und diese zu lesen. In der Praxis wird die Unterschicht wegen der erhöhten Herstellungskosten nicht dicker als für die gewünschte Verbesserung der Koerzitivkraft erforderlich gemacht. Für Dicken um und größer als 100 nm bietet das Aufzeichnungsmedium mit einer NiAl-Unterschicht eine größere Koerzitivkraft bei einer Dicke gleich oder sogar geringfügig kleiner als bei einem Aufzeichnungsmedium mit einer Cr- Unterschicht. Bei einer Dicke von 100 nm bietet die NiAl-Unterschicht vergleichbare Koerzitivkräfte und kleinere Körner als die Aufzeichnungsmedien mit einer Cr-Unterschicht.
Darüber hinaus weist das Aufzeichnungsmedium eine bessere kristallographische Textur des Films mit in der Ebene liegender c-Achse auf, wenn NiAl als Unterschicht verwendet wird, als wenn Cr die Unterschicht ist. Die (110) und (112) Ebenen des NiAl-Films sind vorzugsweise parallel zu der Filmebene orientiert. Dies ist durch Röntgenstrahlbrechungsuntersuchungen gestützt, die zeigen, daß der CoCrTa-Film auf der NiAl-Unterschicht einen größeren (1010)Co-Peak aufweist als der CoCrTa-Film auf einer Cr-Unterschicht. Fig. 6 bietet einen Vergleich von Röntgenstrahlbrechungsspektren der CoCrTa/NiAl- und CoCrTa/Cr- Filme mit auf den Kurven markierten Hc-Werten. Das NiAl-Spektrum hat einen erheblich stärkeren HCP Co (1010)-Peak nahe dem NiAl (110) Peak, der eine (112) NiAl-Textur wiedergibt, die schwach oder in der Cr-Unterschicht nicht vorhanden ist.
Ähnliche Untersuchungen wurden für CoCrPt-Filme durchgeführt. Die Koerzitivkraft in der Ebene eines 40 nm CoCrPt-Films ist in Fig. 7 als Funktion der Unterschichtdicke für NiAl- und Cr-Unterschichten eingetragen. Es zeigt sich, daß bei einer dickeren Unterschicht der CoCrPt/NiAl-Film eine größere Koerzitivkraft hat als der CoCrPt/Cr-Film. Fig. 8 zeigt das Röntgenstrahlbrechungsspektrum von CoCrPt/NiAl- und CoCrPt/Cr-Filmen, wobei ersichtlich ist, daß der CoCrPt-Film auf der NiAl-Unterschicht einen stärkeren (1010)Co-Peak aufweist als der selbe Film auf einer Cr-Unterschicht, was wiederum ein Anzeichen für eine bessere kristallographische Textur der in der Ebene liegenden c-Achse des Films ist. Fig. 11 zeigt, daß eine andere Phase mit der B2-Struktur, FeAl, ebenfalls einen starken (1010)Co-Peak erzeugt. Pt wird zu Co-Legierungen hinzugefügt, um die Koerzitivkraft zu verbessern, jedoch paßt bei einem Pt- Gehalt von 15-20% das Gitter der Magnetschicht nicht gut zur Cr-Unterschicht. Das Hinzufügen größerer Mengen von Pt-Atomen zur Co-Legierung erweitert den Atomabstand, so daß kein gutes Zusammenpassen der Gitter mit der Cr-Unterschicht mehr möglich ist. Fig. 8 zeigt ferner einen (0002)co-Peak, der ein schwaches epitaxiales Wachstum der Cr-Unterschicht anzeigt. Dieses Phänomen scheint nicht aufzutreten, wenn NiAl las Unterschicht verwendet wird. Die NiAl- und FeAl-Spektren zeigen einen starken (1010)Co-Peak und das Fehlen des (0002) Peaks, was eine gute längsgerichtete Struktur anzeigt.
Bisher wurde NiAl nicht als Unterstruktur für längsgerichtete Dünnfilm-Magnetaufzeichnungsmedien verwendet. Die aufgesputterten NiAl-Filme haben eine kleine Korngröße und verbessern die (1010)-Textur der Co-Legierungsfilme.
Die erfindungsgemäßen Unterschichten verbessern die Ausrichtung der c-Achse in der Ebene und verbessern somit die magnetischen Eigenschaften der Dünnfilmscheibe mit einem Glassubstrat. Ähnliche Verbesserungen ergeben sich, wenn andere Substrate, beispielsweise mit NiP beschichtete Aluminiumlegierungssubstrate oder Siliziumsubstrate, verwendet werden. Ähnliche Ergebnisse auf alternativen Festplattensubstraten wie Canasit oder SiC sollten ebenfalls erhalten werden können. Die erfindungsgemäße Unterschicht kann als Unterschicht für andere Co-Legierung-Dünnfilme verwendet werden, beispielsweise CoCr, SmCo, CoP, CoPt, CoNiCr, CoNiPt, CoCrTaSi, CoCrPtB und CoCrPtTa.
Eine weitere Verbesserung der magnetischen Eigenschaften der Co-Legierung- Dünnfilme auf NiAl-Unterschichten kann erreicht werden, wenn eine Zwischenschicht aus Cr- oder Cr-Legierung zwischen dem Co-Legierung-Dünnfilm und der NiAl-Unterschicht vorgesehen wird. Ferner wird die darunterliegende NiAl- Textur auf die Cr-Zwischenschicht übertragen. Fig. 9 zeigt die Röntgenfilmspektren eines CoCrTa/NiAl-Films mit und ohne eine 2,5 nm Cr-Zwischenschicht zwischen der CoCrTa-Schicht und den NiAl-Schichten. Aus der Fig. 9 ist ersichtlich, daß bei einer sehr dünnen Cr-Schicht zwischen NiAl und CoCrTa die hochqualitative Textur des Co (1010) beibehalten und die Koerzitivkraft verbessert wird. Es hat sich gezeigt, daß eine Zwischenschicht 22 aus Cr mit einer Dicke von weniger als ungefähr 1,0 nm keine durchgehende Schicht bildet. Eine im wesentlichen durchgehende Schicht ist offenbar erforderlich, um konsistente Ergebnisse zu erreichen. Bei 1,0 nm bis 5,0 nm Dicke und darüber ist jedoch die verbesserte Koerzitivkraft deutlich und beständig. Dicken über 5,0 nm bieten weiterhin eine gute Koerzitivkraft, erzeugen jedoch keine erhebliche Verbesserung. Die Kombination einer CoCrPt-Magnetschicht, einer NiAl-Unterschicht und einer sehr dünnen (ungefähr 2,5 nm) Cr-Zwischenschicht zwischen der Magnetschicht und der Unterschicht erhöht die Koerzitivkraft noch deutlicher um 450 Oe. Wenn die Kobaltlegierung-Magnetschicht nur die 2,5 nm dicke Cr-Schicht ohne die NiAl-Unterschicht aufweist, neigt die Co-Schicht dazu, entweder flächenzentriert kubisch (FCC) zu bleiben oder sich (0001) senkrecht zur Ebene des Films auszurichten.
Fig. 10 zeigt die Röntgenstrahlspektren eines CoCrPt/NiAl-Films mit und ohne eine 2,5 nm Cr-Zwischenschicht zwischen der CoCrPt-Schicht und der NiAl- Schicht. Die Zunahme der Koerzitivkraft ist sogar noch bedeutender als die Zunahme nach Fig. 9, bei der eine CoCrTa-Magnetschicht verwendet wird. Die Gitterkonstante der Kobalt-HCP-Struktur ist erheblich gesteigert, wenn das größere Pt-Atom das Co ersetzt. Daraus ergibt sich eine schlechtere Gitterübereinstimmung zwischen dem CoCrPt und der Unterschicht. Dies ist aus der Fig. 8 ersichtlich, in der CoCrPt auf Cr keinen Co (1010)-Peak aufweist. Dieser Peak tritt jedoch für die NiAl-Unterschicht auf. Es wird angenommen, daß der Unterschied der Fähigkeit des NiAl zugeschrieben werden kann, eine bessere (112) Textur zu bilden als Cr. Obwohl dies auf den Röntgenstrahlbrechungsmustern nicht zu erkennen ist, sollte der Peak bei 2θ = 81,86 Grad zu erkennen sein. Dickere Filme zeigen diesen Peak wie in den Fig. 12 und 13 für die NiAl und die FeAl-Unterschichten dargestellt. Die (112) Textur zeigt eine gute Gitterübereinstimmung mit der Co (1010)-Textur. Durch vergleich der Fig. 8 und 10 ergibt sich ferner der dramatische Unterschied zwischen CoCrPt auf einer Cr-Unterschicht (kein (1010)-Peak und eine geringere Koerzitivkraft) und CoCrPt auf NiAl mit einer dünnen Zwischenschicht.
Es wurden Tests zum Vergleichen des Verhältnisses von Träger und gesamtem integrierten Rauschen (CINR) als Funktion der linearen Aufzeichnungsdichte, gemessen in Kilo-Flux-Veränderungen pro Inch (KFCI), zwischen zwei Scheiben durchgeführt. Eine Kilo-Flux-Veränderung pro Inch entspricht 39,4 Flux- Veränderung pro mm. Verfahren zum Erfassen von Daten des gesamten integrierten Rauschens sind dem Fachmann bekannt. Siehe beispielsweise Belk et al., "Measurement of intrinsic signal-to-noise ratio for high-performance rigid recording media", Journal of Applied Physics, Bd. 59, Nr. 2, S. 557 (15. Januar, 1986). Die Ergebnisse sind in Fig. 14 aufgetragen. Die Unterschichten wurden auf ein Glassubstrat ohne Vorspannung aufgesputtert und die Magnetschicht wurde mit Vorspannung, d. h. mit einer an die Oberfläche angelegten Spannung, aufgesputtert. Die durch Quadrate wiedergegebene Scheibe bestand aus CoCrTa/Cr mit einer Koerzitivkraft von 1700 Oe. Die durch Kreise wiedergegebene Scheibe bestand aus CoCrTa/NiAl mit einer Koerzitivkraft von 1400 Oe. Die Scheiben, die NiAl als Unterschicht aufweisen, verhielten sich vergleichbar mit den Scheiben, die Cr als Unterschicht aufweisen, jedoch waren die Koerzitivkräfte bei dieser Probe bei NiAl-Filmen etwas geringer, wenn die Magnetschicht mit Vorspannung aufgebracht wird. Die Rauschpegel waren ebenfalls etwas geringer.
Um Aufzeichnungen auf Medien mit ähnlichen Koerzitivkräften jedoch unterschiedlichen Unterschichten zu vergleichen, wurden Scheiben ohne Vorspannung gesputtert. Tests zum Vergleichen des Verhältnisses von Träger zum gesamten integrierten Rauschen (CINR) zwischen zwei Scheiben wurden durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Fig. 15 dargestellt. Die durch die Quadrate wiedergegebene Scheibe hatte eine CoCrTa-Magnetschicht auf einer Cr-Unterschicht und eine Koerzitivkraft von 1000 Oe. Die durch Kreise wiedergegebene Scheibe hatte eine CoCrTa-Magnetschicht und eine NiAl-Unterschicht und eine Koerzitivkraft von 1150 Oe. Das Verhalten der beiden Scheiben war wiederum mit der NiAl-Scheibe vergleichbar, die ein leicht geringeres Rauschen hatte.
Fig. 16 zeigt die mittlere integrierte Rauschenergie (MNP) als Funktion linearer Aufzeichnungsdichte. Die MNP repräsentiert die gesamte integrierte Rauschenergie geteilt durch den Spannungsimpuls, der erhalten würde, wenn das Signal mit niedrigen Frequenzen aufgezeichnet wird (d. h. die isolierte Impulshöhe). Fig. 16 zeigt die Ergebnisse für die Scheiben von Fig. 14. Fig. 17 zeigt die MNP als Funktion der linearen Dichte für die Scheiben der Fig. 15. Die Ergebnisse für die Scheiben in den Fig. 16 und 17 sind vergleichbar, wobei ein geringeres Rauschen bei der Scheibe mit einer NiAl-Unterschicht gegeben ist, insbesondere wenn die Magnetschicht nicht mit Vorspannung aufgebracht wird. Die Ergebnisse zeigen, daß die Anordnung der NiAl-Unterschicht zwischen dem Substrat und der Magnetschicht zumindest genauso wertvoll für das verbesserte Verhalten der Aufzeichnungsmedien ist, wenn nicht wertvoller, als die ähnliche Anordnung einer Cr-Unterschicht. Es wird erwartet, daß längsgerichtete Dünnfilm-Magnetaufzeichnungsmedien mit NiAl-Unterschichten oder anderen B2-geordneten Strukturen als Unterschichten mit geringfügiger Optimierung bessere Leistungen zeigen als die vergleichbaren Produkte mit Cr-Unterschichten.
Erfindungsgemäß weisen die Magnetaufzeichnungsmedien eine auf das Substrat unter der Unterschicht aufgesputterte Keimschicht auf, wobei sich gezeigt hat, daß dünne MgO-Schichten mit einer B1-geordneten Kristallstruktur und einer (002) Filmtextur die Textur und die magnetischen Eigenschaften der Co- und Co-Legierung-Dünnfilme verbessern. Die MgO-keimschicht kann zum Verbessern der Textur von Unterschichten verwendet werden, die entweder aus der A2-Struktur, beispielsweise CR, oder den B2-geordneten Strukturen bestehen, beispielsweise NiAl, AlCo, FeAL, FeTi, CoFe, CoTi, CoHf, CoZr, NiTi, CuBe, CuZn, AlMn, AlRe, AgMg und Al&sub2;FeMn&sub2;.
MgO ist ein ionischer Kristall, der die B1 (NaCl-Typ) Kristallstruktur mit einer Gitterkonstanten von 0,421 nm aufweist (Fig. 18). Es hat eine ausgezeichnete chemische Stabilität bei hohen Temperaturen. Der Schmelzpunkt beträgt nahezu 3000ºC. Der durch dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung gebildete starke (002) texturierte polykristalline MgO-Film mit zufälliger Orientierung in der Ebene ist von größerem praktischen Nutzen als die MgO-Einkristall-Scheibensubstrate, die von M. Futamoto et al. in "Magnetic and recording characteristic of bicrystalline longitudinal recording media formed on an MgO single crystal disc substrate", IEEE Transactions on Magnetics, Bd. 30, Nr. 6, S. 3975 (1994) untersucht wurden.
Es wurden Versuch unter Verwendung einer auf das Substrat aufgesputterten MgO-Keimschicht durchgeführt. Sämtliche getesteten Filme in dieser Versuchsreihe wurden in einem Leybold-Heraeus Z-400 System durch RF-Dioden- Sputtern auf 1 Quadrat-Inch (6,45 cm²) Corning 7059 Glassubstrate ohne Vorwärmung beschichtet. Die Ablagerung erfolgte mit einer festen Wechselstromenergie von 2,3 W/cm² unter einem Sputterdruck von 10 mTorr (1,33 Pa) Ar-Gas. Eine EDX-Analyse des magnetischen CoCrPt-Films bestimmte die Zusammensetzung mit 72 at% Co, 10 at% Cr und 18 at% Pt. Sämtliche CoCrPt-Filme wurden auf einer konstanten Dicke von 40 nm durch Steuern der vorkalibrierten Ablagerungszeit gehalten. Die Dicke der Filme wurde ferner mittels eines Tencor-Profilometers geprüft. Die Oberflächenmorphologie der Filme wurde durch Rasterkraftmikroskopie geprüft und die magnetischen Gesamteigenschaften wurden durch Vibrationsprobenmagnetometrie gemessen. Die kristallographischen Texturen wurden mittels Röntgenstrahldiffraktometrie mit CuKn-Strahlung untersucht.
Es hat sich gezeigt, daß die aufgesputterten MgO-Filme leicht wachsen, um eine (002) Filmtextur anzunehmen. Es wird angenommen, daß die (002) Vorzugsausrichtung gegeben ist, weil die dichtest gepackte (002) Ebene die geringste Oberflächenenergie hat. Wenn 20 nm dicke MgO-Keimschichten vor dem Aufbringen der Cr- oder NiAl-Unterschichten aufgebracht werden, ist die resultierende Textur der darunter liegenden Unterschichten eine starke (002), egal ob das Substrat erwärmt ist oder nicht. Dies ist die oft gesuchte Unterschichttextur, da die (1120) texturierte Co-Legierung-Magnetfilmschicht auf dieser epitaxial wächst. Die Verwendung von aufgesputterten MgO-keimschichten fördert die gewünschte (002) Textur in den Cr- oder NiAl-Unterschichten, ohne auf eine externe Substraterwärmungsvorrichtung zurückzugreifen.
Fig. 19 zeigt das Transmissionelektronenmikroskopie(TEM)-Hellfeld-Schliffbild eines 100 nm dicken MgO-Films und dessen Elektronendiffraktionsringmuster. Das Ringmuster paßt gut zu dem erwarteten Diffraktionsmuster eines B1 polykristallinen Materials mit einer Gitterkonstanten von 0,423 nm. Die Korngröße wird auf ungefähr 45 nm geschätzt.
Fig. 20 ist eine Kurvendarstellung des Röntgenstrahldiffraktionsmusters von CoCrPt(40 nm)/Cr(100 nm)-Filmes mit verschiedenen Dicken der MgO-Keimschichten. Alle Filme mit MgO-Keimschichten zeigen Cr (002) und Co (1120)- Peaks, während der Film ohne die Keimschicht keine Reflexionen aufweist, die eine Textur mit in der Ebene befindlicher c-Achse anzeigen. Der erkennbare Co (0002)-Peak im Diffraktionsspektrum des Films ohne MgO-Keimschicht ist eine Manifestation der erheblichen Gitterunterschiede zwischen Cr (110)und der Co (1010)- oder Co (1011)-Gitterebene oder zwischen Cr (002) und der Co (1120) Gitterebene. Trotz der schlechten atomaren Übereinstimmung des CoCrPt mit hohem Pt-Gehalt und dem reinen Cr (002), scheint die hochqualitative Textur des auf dem MgO gezüchteten (002)Cr eine gute Oberfläche für das epitaxiale Wachstum von Co (1120) zu bilden. Das Auftreten des Co (1120)- Peaks und das Unterdrücken des Co (0002)-Peaks durch die MgO-Keimschicht in der Fig. 20 ist für das Erreichen hoher Koerzitivkraft in der Ebene wichtig.
In Fig. 20 nimmt die Intensität des Cr (002)-Peaks und diejenige des Co (1120) mit der Zunahm der MgO-Dicke auf bis zu 10 nm zu. Die Zunahme der MgO- Dicke auf 50 nm verringert jedoch die Intensität der Cr (002)- und Co (1120)- Peaks, möglicherweise durch Überhitzung des Films während der Ablagerung. Rasterkraftmikroskopie(AFM)-Untersuchungen haben gezeigt, daß die Rauheit des MgO-Films mit der Dicke erheblich zunimmt. Dies kann durch Wärme verursacht werden. Es wird angenommen, daß ein kühlerer Ablagerungsvorgang keine MgO-Erhebungen erzeugt, bis die Filmschicht erheblich dicker ist, wenn überhaupt. (Fig. 26, 27, 28) Mikro-Erhebungen von bist zu 40 nm Höhe und 200 nm Durchmesser wurden in dem 50 nm dicken MgO-Film der Fig. 28 beobachtet. Eine zu starke Zunahme der Rauheit bewirkt eine Verschlechterung der Epitaxie des MgO und Cr. Die Magnetmediumoberflächenrauheit durch MgO-Erhebungen von ungefähr 50 bis ungefähr 200 Å sind jedoch vorteilhaft, um das Haften der Schieberköpfe an der Scheibe zu verhindern. Gegenwärtig werden Scheibenflächen absichtlich mit Sandpapier mechanisch oder durch Lasertechnik angeraut, um dieses Anhaften zu verhindern. Das Sandpapierverfahren ist schwierig zu steuern. Die MgO-Keimschicht bildet eine zweifoch verwendbare Textur mit leicht zu steuernde Rauheit.
Fig. 23 zeigt die Werte der Koerzitivkraft in der Ebene der CoCrPt(40 nm)/Cr- Filme mit verschiedenen Cr-Unterschichtdicken mit und ohne MgOP-Keimschichten auf Glassubstraten. Die Tabelle I führt einen kompletten Satz von magnetischen Eigenschaften in der Ebene der CoCrPt(40 nm)/Cr(100 nm)-Filme mit verschiedenen Dicken auf. Tabelle I Magnetische Eigenschaften in der Ebene der CoCrPt(40 nm)/Cr(100 nm)-Filme auf MgO-Keimschichten verschiedener Dicke
Es zeigt sich, daß die Verbesserung der Koerzitivkraft mit der Dicke der Cr- Unterschicht oder der MgO-Keimschicht zunimmt. Die Koerzitivkraft erreicht einen Wert von bis zu 4000 Oe, wenn eine 50 nm dicke MgO-Keimschicht zusammen mit einer Cr-Unterschicht von mehr als 75 nm Dicke verwendet wird. Es ist bekannt, daß Mikro-Erhebungen unter dem Co-Legierung-Film zu einer physischen Trennung zwischen den Co-Legierungskörnern und damit zu einer Erhöhung des Koerzitivkraftwerts führen. Andererseits würde eine Verringerung der Co (1120)-Textur, die durch die zunehmende Rauheit des Films erzeugt wird, die Koerzitivkraft abnehmen lassen.
Die fortgesetzte Zunahme von Hc mit der zunehmenden Dicke der MgO-Schicht zeigt, daß der Effekt der Schwächung der Co (1120)-Textur durch die Verbesserung der Isolierung der Co-Körner mehr als kompensiert wird. Die Korngröße des CoCrPt-Films kann sich jedoch auch durch die MgO-Keimschichterhebungen ändern. Größere Korngrößen sind ein Faktor, der eine Zunahme der Koerzitivkraft bewirkt, solange die Körner Einzeldomänen sind. Die TEM- Bilder der CoCrPt(40 nm)/Cr(100 nm)-Filme auf verschiedenen Dicken von MgO-Keimschichten sind in Fig. 25 dargestellt. Es existiert lediglich eine geringe Zunahme in der Korngröße der CoCrPt-Filme. Die großen dunklen Flecken in den Fig. 25(c) und 25(d) sind Schatten der MgO-Erhebungen, nicht Körner.
Die mehrschichtigen Filme dieser Versuche wurden durch Sputtern einer Schicht nach der anderen ohne Unterbrechung des Vakuums des Sputtersystems gebildet. Es hat sich jedoch gezeigt, daß Glassubstrate mit vorgesputterten MgO-Keimschichten noch immer gutes (002) Cr epitaxiales Wachstum induzieren können, selbst wenn die MgO-Filme absichtlich Luft für mehr als einen Monat ausgesetzt wurden. Dies kann für Medienherstellung, bei der MgO in einem separaten Vakuumsystem aufgebracht werden kann, vorteilhaft sein.
Die Tabelle II führt die VSM-Messungen der 40 nm dicken CoCrPt-Filme auf einer 100 nm NiAl-Unterschicht auf MgO-Keimschichten mit verschiedenen Dicken auf. Tabelle II Magnetische Eigenschaften in der Ebene der CoCrPt(40 nm)/NiAl(100 nm)-Filme auf MgO-Keimschichten verschiedener Dicke
Die Koerzitivkraft steigt schnell und verflacht mit der Dickenzunahme der MgO-Keimschicht. Die durch Röntgenstrahldiffraktionsspektren aufgezeigte kristallographische Textur dieser 40 nm CoCrPt/100 nm NiAl-Filme auf MgO- Keimschicht ist in Fig. 21 aufgetragen. Der (002) MgO-Peak wird mit der Dickenzunahme der MgO-Schicht stetig stärker. Die Intensität des (002) NiAl- Peaks ist nicht proportional zur MgO-Dicke. Der Film mit der maximalen Koerzitivkraft in Tabelle II entspricht dem Gfilm mit der stärksten (002) NiAl kristallographischen Textur.
AFM-Untersuchungen der Filme zeigten eine geringe Zunahme der Oberflächenrauheit bei einer Verdickung der MgO-Keimschicht von 2 nm auf 10 nm. Es existiert jedoch ein dramatischer Anstieg der Oberflächenrauheit wenn die MgO-Keimschicht 20 nm erreicht, was, wie zuvor erwähnt, möglicherweise auf die Erwärmung der Oberfläche während des MgO-Ablagerungsvorgangs zurückzuführen ist. Magnetron-Sputtern erwärmt das Substrat nicht so sehr wie das in den Beispielen verwendete Verfahren und erzeugt daher keine derart unebene Oberfläche. Fig. 30(a) und (b) zeigen AFM-Oberflächentopographiekurven von 100 nm NiAl-Filmen auf 10 nm und 20 nm MgO-Keimschichten auf Glassubstraten. Die Kurven zeigen, daß eine 20 nm MgO-Keimschicht den Film erheblich rauher machen kann, um Oberflächenerhabenheiten bis zu ungefähr 150 nm im Durchmesser und ungefähr 25 nm Höhe zu bilden. Es wird angenommen, daß die hochdichten Aufzeichnungsmedien der Zukunft eine geringe Höhe benötigen. Ungeachtet der Tatsache, daß die Oberfläche des Scheibensubstrats generell durch mechanisches oder chemisches Texturieren angeraut wird, um ein Haften des Wandlerkopfs an der glatten Scheibe zu verhindern, kann die rauheit der 20 nm MgO-Dicke für hochdichte Aufzeichnungsmedien problematisch sein. Andererseits kann die MgO-Keimschicht verwendet werden, um die Rauheit durch Regeln der MgO-Schichtdicke, der Ablagerungstemperatur und des Sputtervorgangs anzupassen.
Fig. 24 ist eine Darstellung von vier Sätzen von Koerzitivkraftdaten der 40 nm dicken CoCrPt-Filme mit variierender NiAl-Unterschichtdicke bei MgO- Keimschichtdicken von 0 nm, 5 nm, 20 nm und 50 nm.
Es wurden ferner Versuche zum Vergleich einer Keimschicht aus Cr mit der MgO-Keimschicht durchgeführt. Eine 10 nm Cr-Keimschicht wurde auf einem auf 260ºC vorgewärmten Substrat ausgebildet, um die (002)-Textur zu erhalten. Die (002)-Textur wurde in eine nachfolgende NiAl-Unterschicht induziert. Fig. 22 zeigt die Röntgenstrahldiffraktionsspektren von 40 nm CoCrPt/100 nm NiAl-Filmen mit und ohne eine 10 nm Cr Keimschicht und einen 40 nm CoCrPt/1- 00 nm Cr-Film. Die Substraterwärmung unterstützt das Herausbilden der (002)- Textur der Cr-Keimschicht so gut wie bei einer reinen Cr-Unterschicht. Es wurde kein (002)-Peak in einem Film mit einer reinen NiAl-Unterschicht beobachtet. Die Tabelle III listet die einfachen magnetischen Gesamteigenschaften der in Fig. 22 dargestellten Proben auf. Tabelle III Magnetische Eigenschaften in der Ebene der 40 nm CoCrPt-Filme auf 100 nm NiAl-, 100 nm Cr- und 100 nm NiAl/10 nm Cr-Unterschichten
Die Daten zeigen, daß die Koerzitivkraft des CoCrPt-Films auf der NiAl-Unterschicht durch das Vorsehen der Cr-Keimschicht erheblich verstärkt ist, ähnlich der MgO-Keimschicht. Jedoch wurde eine geringere Koerzitivkraft-Quadratur und eine geringere MrT in dem Film mit einer Cr-Keimschicht beobachtet. Bei einer ähnlichen (002)-Textur scheint die NiAl-Unterschicht eine größere Koerzitivkraft in den CoCrPt-Film zu induzieren als die Cr-Unterschicht.
Fig. 29 vergleicht die TEM-Hellfeld-Schliffbilder von 40 nm CoCrPt/100 nm NiAl-Filmen auf 5 nm MgO- und 10 nm Cr-Keimschichten. Obwohl diese Plan- Schliffbilder überlappende NiAl- und Co-Körner zeigen, ist ersichtlich, daß die Korngröße des Films mit einer Cr-Keimschicht mehr als das Doppelte der Korngröße (180 Å) des Films mit einer MgO-Keimschicht beträgt, was wahrscheinlich darauf zurückzuführen ist, daß zusätzliche Wärme beim Ablagern der MgO-Keimschicht nicht erforderlich ist.
Keimschichten aus Cr und MgO induzieren die (002) kristallographische Textur in die NiAl-Unterschichten, die sich als vorteilhaft für die Koerzitivkraft in der Ebene der CoCrPt-Filme erwiesen hat. Die MgO-Keimschicht erfordert jedoch keine Erwärmung und hat daher feinere Unterschichtkörner. Eine aufgesputterte dünne MgO-Keimschicht mit der (002) kristallographischen Textur induziert die (002)-Textur in die Cr- und die NiAl-Unterschicht, die wiederum die (1120)- Textur in die CoCrPt-Magnetschicht induziert. So können die magnetischen Eigenschaften in der Ebene verbessert werden, ohn auf externes Substraterwärmen zurückzugreifen. Durch Verwenden der MgO-Keimschichten bieten die Co-Legierung-Filme stark verbesserte hochdichte Aufzeichnungsmedien. Auch die Oberflächenrauheit der MgO-Keimschicht kann geregelt werden. Daher kann die Oberflächenrauheit des Aufzeichnungsmediums durch die Rauheit der MgO-Schicht geregelt werden.

Claims

1. Magnetisches Aufzeichnungsmedium mit einem Substrat, einer Unterschicht und einer magnetischen Schicht, wobei die Unterschicht eine (002)-Textur aufweist und wobei eine Keimschicht zwischen dem Substrat und der Unterschicht angeordnet ist, wobei die Keimschicht polykristallines MgO mit einer (002)-Textur aufweist, das auf das Substrat aufgesputtert ist, um die (002)-Textur in der Unterschicht zu fördern.

2. Medium nach Anspruch 1, bei dem die Keimschicht zwischen 1,0 nm und 50 nm dick ist.

3. Medium nach Anspruch 2, bei dem die Keimschicht zwischen 2,5 und 20 nm dick ist.

4. Medium nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Keimschicht eine im wesentlichen durchgehende Schicht bildet.

5. Medium nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner eine zwischen der magnetischen Schicht und der Unterschicht angeordnete Zwischenschicht aus Chrom oder einer Chromlegierung aufweist.

6. Medium nach Anspruch 5, bei dem die Zwischenschicht zwischen 1,0 nm und 5,0 nm dick ist.

7. Medium nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Unterschicht Cr, eine Cr-Legierung mit einer A2-Kristallstruktur oder ein Material mit einer B2-Kristallstruktur aufweist.

8. Medium nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Unterschicht ein Material aufweist, das gewählt ist aus: Cr, CrV, NiAl, AlCo, FeAl, FeTi, CoFe, CoTi, CoHf, CoZr, NiTi, CuBe, CuZn, AlMn, AlRe, AgMg und Al&sub2;FeMn&sub2;, und die magnetische Schicht einen Film aus Co oder einer Co-Legierung aufweist.

9. Medium nach Anspruch 8, bei dem die Unterschicht ein Material aufweist, das unter NiAl und FeAl gewählt ist.

10. Medium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Unterschicht mehrere Schichten aus zwei oder mehr dieser Materialien aufweist.

11. Medium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die magnetische Schicht einen Film aus Co oder Co-Legierung aufweist.

12. Medium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die magnetische Schicht eine epitaxial aus der Unterschicht gezüchtete (1120)-Textur aufweist.

13. Medium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner einen Überzug auf der magnetischen Schicht aufweist, derart daß die magnetische Schicht zwischen der Unterschicht und dem Überzug liegt.

14. Medium nach Anspruch 13, das ferner ein organisches Schmiermittel aufweist, das auf dem Überzug derart aufgebracht ist, daß der Überzug zwischen dem Schmiermittel und der magnetischen Schicht liegt.

15. Medium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eine Oberschicht aufweist, die derart auf der magnetischen Schicht aufgebracht ist, daß die Oberschicht zwischen der magnetischen Schicht und dem Überzug liegt.

16. Medium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Keimschicht eine der Unterschicht benachbarte Fläche aufweist, wobei die Keimschichtfläche gerauht ist, um eine Oberflächenrauheit von 50 bis 200 Å in der magnetischen Schicht zu bewirken.

17. Vorrichtung zum Aufzeichnen und Lesen magnetischer Daten mit:

- einer drehbaren Scheibe, wobei die Scheibe aufweist: ein Substrat, eine Keimschicht bestehend aus polykristallinem MgO mit einer (002)- Textur, das auf das Substrat aufgesputtert ist, einen Co- oder Co- Legierung-Film, der eine magnetische Schicht bildet, und eine zwischen der Keimschicht und der magnetischen Schicht angeordneten Unterschicht mit Cr, einer Cr-Legierung mit einer A2-Kristallstruktur oder einem Material mit einer B2-Kristallstruktur, wobei die Unterschicht eine (002)-Textur aufweist;

- einem magnetischen Wandlerkopf; und

- einer Einrichtung zum Stützen des Kopfs in großer Nähe zur Scheibe und zur magnetischen Schicht zum gesteuerten Bewegen des Kopfs relativ zur Scheibe.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der die Unterschicht ein Material aufweist, das gewählt ist aus: NiAl, AICo, FeAL, FeTi, CoFe, CoTi, CoHf, CoZr, NiTi, CuBe, CuZn, AlMn, AlRe, AgMg und Al&sub2;FeMn&sub2;.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei dem die Unterschicht ein Material aufweist, das unter NiAl und FeAl gewählt ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, bei der die magnetische Schicht eine epitaxial aus der Unterschicht gezüchtete (1120)-Textur aufweist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, bei der die Keimschicht zwischen 1,0 nm und 50 nm dick ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, bei der die Scheibe ferner eine zwischen der magnetischen Schicht und der Unterschicht der Scheibe angeordnete Zwischenschicht aus Chrom oder einer Chromlegierung aufweist.

23. Verfahren zur Herstellung einer orientierten Unterschicht zwischen einem Substrat und einer magnetischen Schicht in einem magnetischen Medium, mit den folgenden Schritten:

- Sputtern von MgO auf das Substrat zur Bildung einer polykristallinen Keimschicht mit einer (002)-Textur; und

- Ablagern einer Unterschicht aus Cr oder einer Cr-Legierung mit einer A2-Struktur oder einem Material mit einer B2-Struktur, wobei die Unterschicht eine (002)-Textur aufweist und zwischen der Keimschicht und der magnetischen Schicht angeordnet ist.

24. Verfahren nach Anspruch 23, das ferner die Bildung einer magnetischen Schicht aus Co oder Co-Legierung vorsieht.

25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, bei dem der Schritt des Aufbringens einer Unterschicht das Aufbringen einer Unterschicht mit einem Material aufweist, das gewählt ist aus: Cr, CrV, NiAl, AlCo, FeAl, FeTi, CoFe, CoTi, CoHf, CoZr, NiTi, CuBe, CuZn, AlMn, AlRe, AgMg und Al&sub2;FeMn&sub2;, und die magnetische Schicht mit der (1120)-Textur auf der Unterschicht gebildet wird.

26. Verfahren nach Anspruch 23, 24 oder 25, bei dem der Schritt des Sputterns Radiofrequenzdiodensputtern umfaßt.