DE69029024T2

DE69029024T2 - Magnetischer Dünnfilmspeicher und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE69029024T2
Application number: DE69029024T
Authority: DE
Inventors: Robert J Baseman; Christopher V Jahnes; Igor Y Khandros; Seyyed M Mirzamaani; Michael A Russak
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1989-10-05
Filing date: 1990-08-29
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2010-08-30
Also published as: DE69029024D1; EP0421120A2; EP0421120B1; JPH0561685B2; US5134038A; EP0421120A3; JPH03189922A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen magnetischen Dünnfilmspeicher mit kontrollierter Topologie und Morphologie der Körner sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Die Forderung nach Speichermedien mit erhöhter Kapazität hat zu der Entwicklung der magnetischen Dünnfilm-Speicherplatte geführt. Die magnetische Dünnfilm-Speicherplatte sollte eine hohe und kontrollierbare Koerzitivfeldstärke, vorzugsweise in Bereich zwischen 0,48 x 10&sup5; und 1,59 x 10&sup5; Am&supmin;¹ (600 - 2000 Oe), und eine hohe remanente Magnetisierung aufweisen. Üblicherweise werden auf den Gebiet der magnetischen Dünnfilm-Speicherplatten binäre oder ternäre Kobalt-basierende Legierungen, wie beispielsweise CoCr, CoRe, CoPt, CoNi, CoNiCr, CoPtCr und ähnliche, als magnetisches Material verwendet. Platin (Pt) ist eines der Schlüsselelemente, um eine hohe Koerzitivfeldstärke von mehr als 0,72 x 10&sup5; Am&supmin;¹ (900 Oe) zu erzielen, wie sie für Speicherplatten erforderlich ist. Abhängig von den erforderlichen Bereich der Koerzitivfeldstärke, können bis zu 20% Platin der auf Kobalt-(Co)-basierenden Legierung beigefügt werden.
Die magnetische Schicht wird auf einem nicht-magnetischen Substrat abgeschieden, typischerweise eine NiP-beschichtete Al/Mg- oder Glas-Platte. Die Aufzeichnungsdichte eines Mediums ist umgekehrt proportional zu den Abstand (die Flughöhe) zwischen der Scheibe und dem magnetischen Kopf, mit dem die Information aufgezeichnet wird. Aus diesem Grund sollte die Oberfläche des Scheibensubstrates extrem glatt sein, um eine geringe Flughöhe zu erlauben. Allerdings resultiert die extreme Ebenheit der Scheibe im allgemeinen in einer großen Kontaktfläche zwischen der Scheibe und dem Kopf, wodurch sich andererseits ein hoher Haftungs- und Reibungswert ergibt. Die hohe Reibung kann eine Beschädigung der Scheibe, des Aufzeichnungskopfes und seines Aufbaus ebenso wie des Scheibenmotors verursachen. Um dieses Problem zu mildern, wird ein Schmiermittel, üblicherweise Kohlenstoff, auf die äußerste Schicht aufgebracht. Jedoch zeigen extrem ebene Scheiben selbst mit einer Schmiermittel-Beschichtung noch ein unakzeptabel-hohes Haftungs- und Reibungsniveau. Darüberhinaus wird im Laufe der Zeit das Schmiermittel von der Scheibenoberfläche entfernt. Aus diesem Grund wird eine kontrollierte Oberflächentopologie oder -textur benötigt, um die Flugfähigkeit und Dauerschmierfähigkeit zu verbessern.
Um die Probleme hoher Reibung zu überwinden, wird vor der Abscheidung der magnetischen Schicht die Oberfläche des Scheibensubstrates durch eine der üblichen mechanischen Schleiftechniken, die als Texturierung bekannt sind, aufgerauht. Das mechanische Texturieren geht üblicherweise einher mit der Bildung von Wällen und Schroffheiten entlang der Texturlinien. Diese Wälle können eine Erhöhung der Flughöhe zur Folge haben ebenso wie eine erhebliche Abnutzung der magnetischen Schicht während des Betriebes der Scheibe. Es ist daher wünschenswert, die Substratoberfläche durch andere Mittel als durch mechanisches Abschleifen zu texturieren oder aufzurauhen, ohne die magnetischen Eigenschaften der Scheibe nachteilig zu beeinflußen.
Es ist weiterhin wünschenswert, die Koerzitivfeldstärke der magnetischen Scheiben zu verbessern, während die Menge und Kosten der Beimengungen von Platinelementen reduziert werden.
In dem U.S. Patent Nr. 4,539,264 mit dem Titel "Magnetic Recording Medium", wird ein magnetisches Aufzeichnungsmedium beschrieben, das ein nicht-magnetisches Substrat, eine Wismut- Schicht von weniger als 10 nm (10 x 10&supmin;&sup9; m, 100 Angström) Dicke und eine magnetische Metall-Dünnschicht auf der Wismut-Schicht aufweist. Wenngleich das beschriebene Medium erhöhte Koerzitivwerte erreicht, bleibt die Wismut-Schicht eine diskrete Unterschicht und die topologischen Effekte, die sich durch eine vorübergehend-flüssige Schicht ergeben, werden nicht erzielt. Das Patent gibt auch keinen Hinweis auf die Verwendung einer Metallschicht zwischen der Wismut-Schicht und der magnetischen Schicht, die eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Die vorliegende Erfindung löst die oben beschriebenen Schwierigkeiten durch die Verwendung einer vorübergehend-flüssigen Schicht als Unterschicht zwischen einem nicht-benetzenden oder wenig-benetzenden Substrat und der magnetischen dünnen Schicht. Die vorübergehend-flüssige Metallschicht wird aufgebracht während das Substrat, das nicht von dem flüssigen Metall benetzt ist, auf einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des vorübergehend-flüssigen Metalles gehalten wird. Das hat zur Folge, daß das flüssige Metall gezwungen wird "aufzuperlen", und eine Schicht von nichtzusammenhängender flüssiger Gestalt zu bilden. Anstatt eine abgegrenzte Unterschicht zu bilden, tritt eine Verteilung der Konzentration des vorübergehend-flüssigen Metalls über die Struktur der magnetischen Schicht ein. Die Elemente des vorübergehend-flüssigen Metalls schließen ein, sind aber nicht begrenzt auf: Gallium, Indium, Zinn, Wismut, Blei, Kadmium, Quecksilber, Selen, Tellur und ihre Legierungen mit anderen Metallen einschließlich Silber, Palladium, Platin oder Gold ebenso wie binäre oder ternäre Verbindungen der vorübergehend-flüssigen Metalle selbst. Die bevorzugten vorübergehendflüssigen Metalle sind Gallium, Indium und Zinn. Das Substrat kann bestehen aus, ist aber nicht beschränkt auf: Siliziumdioxid, Glas, Polymeren oder metallischen Substraten, die in einer Weise behandelt wurden, daß sie nicht durch das vorübergehend-flüssige Metall benetzt werden, wobei Glas das bevorzugte Substratmaterial ist. Die magnetische Dünnschicht kann aus Co-Pt-Cr, Co-Cr, Co-Ni-Cr, Co-Re bestehen, ist aber nicht darauf beschränkt.
Um das Medium entsprechend der vorliegenden Erfindung herzustellen, wird das Substrat während der Abscheidung der vorübergehend-flüssigen Schicht auf dem Substrat durch konventionelle Kathodenstrahlzerstäubung (Sputtern), Verdampfung, Beschichtung oder anderen Abscheidetechniken, die aus der Technik bekannt sind, auf einer Temperatur über oder nahe den Schmelzpunkt des vorübergehend-flüssigen Metalls gehalten. Die äußerste magnetische Schicht wird dann auf dem vorübergehend-Flüssigen abgeschieden, entweder bei einer erhöhten Temperatur, oberhalb des Schmelzpunktes des vorübergehend-flüssigen Metalls, oder alternativ bei einer mehr konventionellen, geringeren Temperatur, bei der das unterliegende Material, während es metastabil unterkühlt ist, dennoch flüssig ist. Das vorübergehend-Flüssige verbindet sich mit der magnetischen Schicht und verleiht dadurch der magnetischen Schicht eine kontrollierte Topologie, die eine Scheibenoberfläche mit verbesserter Tribologie bereitstellt. Das magnetische Medium beinhaltet keine reine, vorübergehend-flüssige metallische Unterschicht.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung beinhalten die Eliminierung der Veränderlichkeit und Abhängigkeit von der Richtung der magnetischen Eigenschaften, die Kontrolle der Rauhigkeit der Oberfläche der magnetischen Schicht und die Kontrolle der Koerzitivfeldstärke des Mediums.
Es ist für die Fachleute ersichtlich, daß das Gebiet der Oberfläche des Mediums, das aufgerauht werden soll, durch die Verwendung bekannter Maskierungstechniken begrenzt werden kann.
Wenn die beschriebene Wechselwirkung zwischen der magnetischen Schicht und der vorübergehend-flüssigen Unterschicht nicht erwünscht ist, besteht die Möglichkeit, eine metallische Schicht zwischen der Unterschicht und einer äußeren magnetischen Schicht zu verwenden, welche die Oberflächentopologie nicht nachteilig beeinflußt. Däruberhinaus erlaubt die Anwendung einer solchen zusätzlichen Schicht die Kontrolle der Oberflächentopologie über einen weiteren Bereich von Rauhigkeit, um die Tribologie zu verbessern, während die Koerzitivfeldstärke der Schicht konstant gehalten wird. Bevorzugte metallische Schichten für die Zwischenschicht sind beispielsweise Chrom, Molybdän, Vanadium, Palladium und Platin.
Eine grundsätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines magnetischen Mediums mit kontrollierter Oberflächenmorphologie und -topologie sowie magnetischen Eigenschaften.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines magnetischen Mediums, das aus einem nicht-benetzenden Substrat, einer vorübergehend-flüssigen Unterschicht und einer magnetischen, äußeren Schicht zusammengesetzt ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines magnetischen Mediums, das aus einem nicht-benetzenden Substrat, einer vorübergehend-flüssigen, metallischen Unterschicht und einer magnetischen Schicht zusammengesetzt ist, wobei die Oberflächenrauhigkeit der magnetischen Schicht kontrollierbar ist durch die Einstellung der Dicke der vorübergehend-flüssigen, metallischen Unterschicht und der Abscheidetemperatur.
Weitere und noch andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden noch klarer ersichtlich werden, wenn die nachfolgende Beschreibung in Zusammenhang mit den zugehörigen Zeichnungen gelesen wird, wobei:
Fig. 1A eine Querschnitt-Darstellung einer vorübergehendflüssigen, metallischen Schicht ist, die auf einem Substrat entsprechend der vorliegenden Erfindung aufgebracht ist;
Fig. 1B eine Querschnitt-Darstellung eines magnetischen Mediums ist, das entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
Fign. 2A bis 2D sind REM (RasterElektronenMikroskopische) Aufnahmen der Oberflächentopologie von verdampftem Gallium mit einer durchschnittlichen Dicke von jeweils 2,5 nm, 5 nm, 10 nm und 20 nm, aufgebracht auf ein Siliziumdioxid- Substrat;
Fign. 3A bis 3D sind REM-Aufnahmen der Oberflächentopologie von Strukturen, die durch Sputter-Abscheidung von 75 nm Co-Pt-Cr Legierungsschichten über jeweils 2,5 nm, 5 nm, 10 nm und 20 nm dicken Gallium- Schichten auf einem Siliziumdioxid-Substrat entstanden sind;
Fig. 4 ist eine REM-Aufnahme der Oberflächentopologie von einer gesputterten Co-Pt-Cr Schicht ohne irgendeine vorübergehend-flüssige Unterschicht;
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der magnetischen Eigenschaften einer 75 nm dicken Co-Pt-Cr Schicht ohne irgendeine Unterschicht;
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung der magnetischen Eigenschaften einer 75 nm dicken Co-Pt-Cr Schicht, die auf eine 2,5 nm dicke Schicht aus Gallium gesputtert wurde, welche auf einem reinen Siliziumdioxid-Substrat abgeschieden wurde;
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung der magnetischen Eigenschaften einer 75 nm dicken Co-Pt-Cr Schicht, die auf eine 5 nm dicke Schicht aus Gallium gesputtert wurde, welche auf einen reinen Siliziumdioxid-Substrat abgeschieden wurde;
Fig. 8 ist eine graphische Darstellung der magnetischen Eigenschaften einer 75 nm dicken Co-Pt-Cr Schicht, die auf eine 10 nm dicke Schicht aus Gallium gesputtert wurde, welche auf einem reinen Siliziumdioxid-Substrat abgeschieden wurde;
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung der magnetischen Eigenschaften einer 75 nm dicken Co-Pt-Cr Schicht, die auf eine 20 nm dicke Schicht aus Gallium gesputtert wurde, welche auf einem reinen Siliziumdioxid-Substrat abgeschieden wurde;
Fig. 10 ist eine Querschnitt-Darstellung eines alternativen bevorzugten magnetischen Mediums, hergestellt entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 ist eine REM-Aufnahme der Oberflächentopologie einer 75 nm dicken Lage einer Co-Pt-Cr Legierungsschicht, die auf einer Zwischenlage einer 10 nm dickem Chrom- Schicht aufgebracht ist, welche auf einer 10 nm dicken Schicht aus Gallium aufgebracht ist, welche auf einen Siliziumdioxid-Substrat abgeschieden wurde; und
Fig. 12 ist eine graphische Darstellung der Koerzitivfeldstärke von Co-Pt-Cr Legierungsschichten, die auf einer Cr-Zwischenlagenschicht abgeschieden wurden, welche auf einer Gallium-Unterlage mit unterschiedlichen Dicken abgeschieden wurde.
Mit Bezug insbesondere auf die Fig. 1A, ist in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ein Substrat 10 dargestellt, beispielsweise aus Siliziumdioxid, Glas, Polymer oder dünne Beschichtungen daraus auf irgendeinem geeigneten nichtmagnetischen Speicherscheibenmaterial. Es wird ein Substrat ausgewählt, welches eine nur geringe Benetzbarkeit durch flüssige Metalle aufweist.
Für die Benutzung im Kontext dieser Erfindung bezieht sich der Ausdruck "nicht-benetzbar" auf das Aufbrechen einer gleichförmig abgeschiedenen Schicht aufgrund des Fehlens einer Benetzung oder Wechselwirkung zwischen einem Substrat und den flüssigen Metall, um eine Verteilung von nicht-zusammenhängenden Flüssigmetall- Bereichen zu bilden.
Abgeschieden auf dem Substrat ist eine Unterschicht aus einen vorübergehend-flüssigen Metall 12, beispielsweise Gallium, Indium, Zinn, Wismut, Blei, Kadmium, Quecksilber, Selen, Tellur und deren Legierungen mit anderen Elementen einschließlich Silber, Palladium, Platin oder Gold oder auch binäre oder ternäre Verbindungen der vorübergehend-Flüssigen selbst. Die bevorzugten vorübergehend-flüssigen Metalle sind Gallium, Indium und Zinn. Die durchschnittliche Dicke der Schicht 12 liegt im Bereich zwischen ungefähr 2,5 nm und 30 nm, vorzugsweise im Bereich zwischen 2,5 nm und 10 nm. Der Ausdruck "vorübergehend-flüssige" Schicht bezieht sich auf die vorübergehende Existenz einer flüssigen metallischen Schicht, die solange existiert, bis eine Abscheidung einer ausreichenden Menge eines magnetischen Legierungsmaterials in der Auflösung und Reaktion des flüssigen Metalls in der magnetischen Legierung resultiert, einhergehend mit dem in wesentlichen vollständigen Verschwinden der flüssigen Phase von der Struktur des magnetischen Mediums. Im Ergebnis ist in dem engültigen magnetischen Medium keine abgegrenzte vorübergehend-flüssige metallische Schicht mehr vorhanden, sondern vielmehr eine zwischengranulare Segregation dieses Metalles, wie in der Fig. 1B dargestellt. Die vorübergehend-flüssige Metallschicht wird auf das Substrat aufgebracht, während das Substrat auf einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des vorübergehendflüssigen Metalles gehalten wird. Im Falle einer Galliumschicht wird das Substrat während der Abscheidung des vorübergehendflüssigen Metalles auf einer Temperatur oberhalb von ungefähr 30ºC gehalten. Aufgrund der geringen Benetzung des Substrates durch das flüssige Metall, bildet sich das flüssige Metall in spärischen Körpern aus, wie in der Fig. 1A dargestellt.
Die Unterschicht aus dem vorübergehend-flüssigen Metall wird auf das Substrat durch konventionelle Mittel aufgebracht, wie beispielsweise Abscheidung aus der Gasphase oder Sputtern und ähnliches, während das Substrat auf einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des vorübergehend-flüssigen Metalles gehalten wird. Eine magnetische Schicht 14 wird auf der vorübergehendflüssigen metallischen Schicht in einer konventionellen Weise abgeschieden, wobei das Substrat und das vorübergehend-Flüssige entweder auf einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des vorübergehend-flüssigen Metalles gehalten wird oder auf irgendeiner anderen, geringeren, üblicherweise verwendeten Temperatur gehalten wird, bei der die vorübergehend-flüssige metallische Unterschicht noch in der flüssigen Phase existiert. Wenn es der Unterschicht erlaubt wird, sich vor der Abscheidung der magnetischen Schicht zu verfestigen, existiert sie in der resultierenden Struktur des magnetischen Mediums und verändert die mechanischen und Haftungs-Eigenschaften der magnetischen Scheibe nachteilig. Die magnetische Schicht besteht vorzugsweise aus Co-Pt-Cr, aber jedes andere magnetische Dünnschichtmaterial kann bei der Ausführung der Erfindung ebenfalls verwendet werden. Die Dicke der magnetischen Schicht liegt im Bereich zwischen 10 nm und 150 nm, vorzugsweise im Bereich zwischen 20 nm und 100 nm.
Die Oberfläche der magnetischen Schicht 14 folgt im allgemeinen der Topologie der sphärischen Strukturen der vorübergehendflüssigen metallischen Schicht und weist im Bereich zwischen den sphärischen Strukturen und im Bereich der sphärischen Strukturen Gebiete von erhöhter Konzentration des vorübergehend-flüssigen Metalls 18, beispielsweise Gallium, auf.
Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, kann eine oberste Beschichtung, typischerweise Kohlenstoff, und ein Gleitmittel auf die magnetische Schicht aufgebracht werden und ist für viele Anwendungen erforderlich. Eine solche Behandlung ist vollständig kompatibel mit dem hierin beschriebenen magnetischen Medium.
Während nach dem Stand der Technik das Substrat mechanisch aufgerauht wurde, um die Topologie der nachfolgend abgeschiedenen magnetischen Schicht zu kontrollieren, traten die oben beschrieben Probleme auf. Entsprechend der Lehre der vorliegenden Erfindung, wird die Topologie der magnetischen Schicht durch die Anpassung der Dicke der vorübergehend-flüssigen Schicht kontrolliert, wodurch die Probleme im Zusammenhang mit dem mechanischen Aufrauhen vermieden werden und gleichzeitig die magnetischen Eigenschaften des Mediums erhalten oder sogar verbessert werden.
Die Figuren 2A bis 2D sind mit einem Rasterelektronenmikroskop gemachte Aufnahmen von verdampften Galliumschichten, die bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes von Gallium auf einem Siliziumdioxidsubstrat abgeschieden wurden. Durch die geringe Benetzbarkeit des Substrates bildet das Gallium keine zusammenhängende ebene Schicht, sondern bildet viele sphärische Strukturen und Gebilde. Die Anzahl der sphärischen Strukturen und die Größenverteilung der Strukturen sind abhängig von der durchschnittlichen Dicke der Galliumschicht, der Substrattemperatur während der Abscheidung und dem Grad der Benetzbarkeit des Substrates durch das vorübergehend-flüssige Metall. Der Grad der Benetzbarkeit des Substrates kann durch die Menge der Zusätze an Legierungselementen zum Gallium beeinflußt werden, wobei die Legierungselemente heftig mit dem Substratmaterial wechselwirken.
Die Dickenabhängigkeit im Falle von reinem Gallium, das bei einer Temperatur von 32ºC bis 35ºC während der Abscheidung auf dem Siliziumdioxidsubstrat abgeschieden wurde, ist in den Figuren 2A bis 2D dargestellt. Die Figur 2A ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer 2,5 nm-dicken Lage einer aufgedampftem Galliumschicht auf einem Siliziumdioxidsubstrat. Die Figur 2B ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer 5 nm-dicken Lage einer aufgedampftem Galliumschicht auf einem Siliziumdioxidsubstrat. Die Figur 2C ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer 10 nm-dicken Lage einer aufgedampftem Galliumschicht auf einem Siliziumdioxidsubstrat. Die Figur 2D ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer 20 nm-dicken Lage einer aufgedampftem Galliumschicht auf einem Siliziumdioxidsubstrat.
Aus den Figuren 2A bis 2D ist ersichtlich, daß die Anzahl der sphärischen Strukturen pro Flächeneinheit der Oberfläche mit Zunahme der Dicke der Galliumschicht abnimmt, und die Größe der sphärischen Strukturen mit zunehmender Dicke der Galliumschicht zunimmt.
Für die Herstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Mediums wird eine 75 nm dicke, magnetische Co-Pt-Cr Legierungsschicht auf eine Lage von Gallium aufgebracht, welches zuvor auf einem Siliziumdioxidsubstrat abgeschieden wurde. Das Gallium löst sich auf oder legiert mit dem Kobalt, und die Gallium- Schicht als eine abgegrenzte Schicht verschwindet im wesentlichen. Die Oberflächentopologie der magnetischen Schicht ist in den rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen der Figuren 3A bis 3D dargestellt. In der Figur 3A ist eine 75 nm dicke magnetische Schicht auf einer durchschnittlich 2,5 nm dicken Lage aus Gallium abgeschieden. In der Figur 3B ist eine 75 nm dicke magnetische Schicht auf einer durchschnittlich 5 nm dicken Lage aus Gallium abgeschieden. In der Figur 3C ist eine 75nm dicke magnetische Schicht auf einer durchschnittlich 10 nm dicken Lage aus Gallium abgeschieden. In der Figur 3D ist eine 75 nm dicke magnetische Schicht auf einer durchschnittlich 20 nm dicken Lage aus Gallium abgeschieden.
Die Betrachtung der Figuren 3A bis 3D zeigt, daß es mit zunehmender Schichtdicke der Unterschicht offensichtlich weniger und größere sphärische Strukturen in der Oberfläche der magnetischen Schicht gibt. Für den Fachmann ist es ersichtlich, daß die Oberflächentopologie und -morphologie der äußeren magnetischen Schicht durch die Auswahl der durchschnittlichen Dicke der vorübergehend-flüssigen Unterschicht kontrolliert werden kann.
Zum Vergleich und zur weiteren Demonstration des Einflusses der vorübergehend-flüssigen metallischen Unterschicht zeigt die Figur 4 eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Oberfläche einer Schicht aus einer magnetischen Co-Pt-Cr Legierungsschicht, die ohne eine dazwischenliegende Galliumschicht direkt auf dem Substrat aufgebracht ist. Die Abbildung der Figur 4 zeigt keine klar definierte sphärische Struktur.
Es wird angenommen, daß der Einfluß der Gallium-Unterschicht auf die magnetische Schicht auf die Ungleichheit der Schichtbildungs- und Schichtwachstumsbedingungen auf der Oberfläche der Galliumsphären und auf dem Siliziumdioxid zurückzuführen ist, sowie durch mögliche Abschattungseffekte aufgrund der sphärischen Form der Gallium-Oberflächengestalt.
Eine wichtige Betrachtung bei der Herstellung eines magnetischen Mediums ist der Einfluß, den jede Schicht im Hinblick auf die Koerzitivkraft der Schicht des magnetischen Materials und des koerzitiven Rechteckigkeitsverhältnisses hat.
Die Figuren 5 bis 9 sind graphische Darstellungen der magnetischen Eigenschaften einer 75 nm dicken Schicht einer Co-Pt-Cr Legierung, die auf einer Unterschicht aus Gallium mit unterschiedlichen durchschnittlichen Dicken aufgebracht ist, welche auf einem Siliziumdioxidsubstrat aufgebracht sind.
In der Figur 5 ist keine Gallium-Unterschicht vorhanden, die magnetische Schicht ist direkt auf dem Substrat aufgebracht. In der Figur 6 ist eine durchschnittlich 2,5 nm dicke Gallium- Schicht vorhanden. In der Figur 7 ist eine durch-schnittlich 5 nm dicke Gallium-Schicht vorhanden. In der Figur 8 ist eine durchschnittlich 10 nm dicke Gallium-Schicht vorhanden. In der Figur 9 ist eine durchschnittlich 20 nm dicke Gallium-Schicht vorhanden.
Der Anstieg der Koerzitivfeldstärke H aufgrund der Gallium- Unterschicht wird ersichtlich, wenn der Wert von 0,39 x 10&sup5; Am&supmin;¹ (485 Oe) für die Probe ohne eine Gallium-Unterschicht aus der Figur 5 mit den Werten von 1,10 x 10&sup5; Am&supmin;¹ (1384 Oe), 1,03 x 10&sup5; Am&supmin;¹ (1292 Oe), 1,46 x 10&sup5; Am&supmin;¹ (1829 Oe) und 3,07 x 10&sup5; Am&supmin;¹ (1680 Oe) für die Proben aus den Figuren 6 bis 9 verglichen wird, wobei die durchschnittliche Dicke der Gallium- Schicht jeweils 2,5 nm, 5 nm, 10 nm und 20 nm beträgt. Bezugnehmend auf die graphischen Darstellungen ist auch eine Abnahme des B-H Schleifenrechteckes zu erkennen, wenn die Dicke der Gallium-Unterschicht erhöht wird, wie dies durch die geringeren Werte für das Rechteckigkeitsverhältnis (Squareness Ratio, SR) und das koerzitive Rechteckigkeitsverhältnis (S*) bei steigender durchschnittlicher Gallium-Schichtdicke in der nachfolgenden Tabelle I dargestellt ist. TABELLE 1
Während eine Erhöhung der Dicke der Gallium-Unterschicht die Topologie und Koerzitivfeldstärke der magnetischen Dünnschicht positiv beeinflußt, reduzieren übermäßige Dicken der Unterschicht die remanente Magnetisierung drastisch und damit die Schreib/Lese-Eigenschaften des magnetischen Mediums. Dieser Effekt ist durch übermäßige Reaktionen zwischen dem vorübergehend-flüssigen Metall und der magnetischen Legierung verursacht, die in einer insgesamt-betrachteten Reduzierung der magnetischen Phase resultieren. In diesen Fällen wird eine Zwischenschicht 16 aus Chrom, Palladium, Tantal, Molybdän, Vanadium, vorzugsweise aus Chrom, auf der vorübergehendflüssigen Schicht 12 abgeschieden, welche auf dem Substrat 10, wie in der Figur 10 schematisch dargestellt, aufgebracht ist. Die magnetische Schicht wird dann auf der metallischen Zwischenschicht abgeschieden. Eine derartige Zwischenschicht, die nicht auf die oben genannten Elemente beschränkt ist, muß eine intermetallische Verbindung mit dem Gallium bilden, die reich an Gallium ist, wobei die bevorzugte atomare Zusammensetzung Ga&sub6;B ist, mit B als dem Barriereelement, beispielsweise Chrom. Das Ergebnis ist eine frühe Verfestigung der flüssigen Unterschicht, sogar mit einer nur dünnen Barriereschicht, da sich ein Chrom-Atom mit sechs Gallium-Atomen zu einer Festphasen-Komponente verbindet.
Die Figur 1 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der magnetischen Schicht eines Mediums, das zusammengesetzt ist aus einem Siliziumdioxid-Substrat, auf dem eine durchschnittlich 10 nm dicke Unterschicht aus Gallium abgeschieden wurde, gefolgt von einer Barriere-Zwischenschicht aus 10 nm dickem Chrom, auf welche eine 75 nm dicke, magnetische Co-Pt-Cr Legierungsschicht abgeschieden wurde.
Ein Vergleich der Figuren 3C und 11 zeigt, daß die Morphologie im wesentlichen die gleiche ist, wenn die Schicht auf einer 10 nm dicken Unterschicht aus Gallium ohne eine Chrom-Zwischenschicht abgeschieden wird. Darüberhinaus erlaubt das Hinzufügen der Chrom-Zwischenschicht die Kontrolle der Oberflächentopologie über einen weiten Bereich der Oberflächenrauhigkeit, um die Tribologie zu verbessern, während die hohe Koerzitivfeldstärke der Schicht nach wie vor erhalten bleibt. Die Kurve 20 zeigt die Koerzitivfeldstärke (Hc) als eine Funktion der Dicke der Gallium-Unterschicht bei einer 30 nm dicken, magnetischen Co-Pt- Cr Legierungsschicht. Die Kurve 22 zeigt die Koerzitiv- feldstärke (Hc) als eine Funktion der Dicke der Gallium- Unterschicht mit einer 10 nm dicken Schicht aus Chrom, die auf der Gallium-Unterschicht abgeschieden wurde, und einer 30 nm dicken, magnetischen Co-Pt-Cr Legierungsschicht, die auf der Chrom-Schicht abgeschieden wurde. Die Kurve 22 zeigt, daß eine hohe Koerzitivfeldstärke auch mit der Chrom-Barriere-Zwischenschicht erzielt werden kann. Zusätzliche Messungen haben gezeigt, das die Chrom-Schicht die Gallium-Unterschicht verschließt, ohne die magnetischen Eigenschaften des Mediums nachteilig zu beeinflußen.
Die tribologische Leistungsfähigkeit der magnetischen Schichten mit der kontrollierten Topologie entsprechend der vorliegenden Erfindung ist der Leistungsfähigkeit, die mit konventionellen magnetischen Schichten erreicht wird, überlegen.
Die Ergebnisse der tribologischen Tests auf einem ebenen Glassubstrat sind in der nachfolgenden Tabelle II dargestellt. TABELLE II
Wie in der obenstehenden Tabelle gezeigt, reduziert die Verwendung einer vorübergehend-flüssigen metallischen Unterschicht während der Herstellung eines magnetischen Mediums, mit oder ohne einer Chrom- oder anderen metallischen Zwischenschicht, die Haftung im Vergleich zu einem magnetischen Medium, daß ohne die Verwendung einer vorübergehend-flüssigen metallischen Unterschicht hergestellt wurde.
Es ist für den Fachmann ersichtlich, daß es möglich ist, durch Maskierung des Substrates die Abscheidung der vorübergehendflüssigen Unterschicht auf vorbestimmte Gebiete auf dem Substrat zu begrenzen. Damit kann die Oberflächenrauhigkeit des magnetischen Mediums an verschiedenen Stellen auf dem Medium variiert werden.

Claims

1. Ein magnetisches Speichermedium mit:

einem nicht-benetzbaren Substrat (10); und

einer magnetischen Schicht (14) mit einer Oberfläche, die im wesentlichen einer Topologie von sphärischen Strukturen folgt, die durch eine vorübergehend-flüssige, metallische Schicht (18) von vorgegebener Dicke gebildet ist, die auf dem Substrat (10) aufgebracht ist, um eine Verteilung von nicht-zusammenhängenden, geschmolzenen, metallischen Formen zu bilden.

2. Das magnetische Speichermedium gemäß Patentanspruch 1, wobei

die magnetische Schicht (14) im Bereich zwischen den sphärischen Strukturen und im Bereich der sphärischen Strukturen Gebiete mit erhöhter Konzentration des vorübergehend-flüssigen Metalls (18) aufweist.

3. Das magnetische Speichermedium gemäß Patentanspruch 1 oder 2, weiterhin mit

einer Zwischenschicht aus Metall, die zwischen der vorübergehend-flüssigen Metallschicht (18) und der magnetischen Schicht angebracht ist, um eine Reaktion des vorübergehend-flüssigen Metalls und der magnetischen Schicht (14) zu unterbinden.

4. Das magnetische Speichermedium gemäß Patentanspruch 3, wobei

die metallische Zwischenschicht aus der Gruppe bestehend aus Chrom, Palladium, Tantal, Molybdän und Vanadium ausgewählt wird.

5. Das magnetische Speichermedium gemäß irgendeinem der vorangegangenen Patentansprüche, wobei

die vorübergehend-flüssige metallische Schicht (18) eine Verbindung aufweist, die aus der Gruppe bestehend aus Gallium, Indium, Zinn, Wismut, Blei, Kadmium, Quecksilber, Selen, Tellur und deren Legierungen mit anderen Metallen einschließlich Silber, Palladium, Platin und Gold, sowie binäre und ternäre Verbindungen der flüssigen Metalle ausgewählt wird.

6. Das magnetische Speichermedium gemäß irgendeinem der vorangegangenen Patentansprüche, wobei

die magnetische Schicht (14) eine Legierung ist, deren einer Hauptbestandteil Kobalt ist.

7. Das magnetische Speichermedium gemäß irgendeinem der vorangegangenen Patentansprüche, wobei

die magnetische Schicht (14) aus der Gruppe bestehend aus Co-Pt-Cr, Co-Cr, Co-Ni-Cr und Co-Re ausgewählt ist.

8. Das magnetische Speichermedium gemäß irgendeinem der vorangegangenen Patentansprüche, wobei das Substrat (10) aus der Gruppe bestehend aus Siliziumdioxid, Glas, Polymere und metallische Substraten, die in einer Weise behandelt wurden, daß sie nicht durch das vorübergehend-flüssige Metall benetzt werden, ausgewählt ist.

9. Ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Speichermediums, mit den Schritten:

Bereitstellen eines nicht-benetzbaren Substrates (10);

Abscheiden einer vorübergehend-flüssigen, metallischen Schicht (18) mit einer vorbestimmten Dicke auf dem Substrat (10), während das Substrat auf einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des flüssigen Metalles gehalten wird, um eine Verteilung von nicht-zusammenhängenden geschmolzenen, metallischen sphärischen Strukturen zu bilden; und

Halten der flüssigen metallischen Schicht (18) in einem flüssigen Zustand während eine magnetische Schicht (14) auf der vorübergehend-flüssigen metallischen Schicht (18) abgeschieden wird, wobei das vorübergehend-flüssige Metall mit der magnetischen Schicht reagiert.

10. Das Verfahren gemäß dem Patentanspruch 9, weiterhin mit einem Schritt

Abscheiden einer metallischen Zwischenschicht auf der vorübergehend-flüssigen metallischen Schicht.

11. Das Verfahren gemäß dem Patentanspruch 9 oder 10, wobei das Substrat (10) während der Abscheidung auf einer Temperatur zur Erhaltung der vorübergehend-flüssigen metallischen Schicht in einem flüssigen Zustand ist.

12. Das Verfahren gemäß dem Patentanspruch 11, wobei

die Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des flüssigen Metalles ist.

13. Das Verfahren gemäß irgendeinem der Patentansprüche 9 bis 12, wobei

die vorbestimmte Dicke ausgewählt wird, um die Topologie der magnetischen Schicht (14) zu kontrollieren.

14. Das Verfahren gemäß irgendeinem der Patentansprüche 9 bis 13, wobei

das vorübergehend-flüssige Metall (18) an einem vorausgewählten Bereich des Substrates (10) abgeschieden wird.