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KR100630583B1 - 자기 기록 매체 - Google Patents

자기 기록 매체 Download PDF

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KR100630583B1
KR100630583B1 KR1020000031179A KR20000031179A KR100630583B1 KR 100630583 B1 KR100630583 B1 KR 100630583B1 KR 1020000031179 A KR1020000031179 A KR 1020000031179A KR 20000031179 A KR20000031179 A KR 20000031179A KR 100630583 B1 KR100630583 B1 KR 100630583B1
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South Korea
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magnetic
magnetic recording
ferromagnetic
recording medium
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KR1020000031179A
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아바라이노엘
오까모또이와오
미조시따요시후미
요시다유끼
우메다히사시
스즈끼마사야
아끼모또히데유끼
사또히사테루
가이쓰이사따께
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후지쯔 가부시끼가이샤
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Priority claimed from JP2000107071A external-priority patent/JP3476739B2/ja
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Priority claimed from JP2000107074A external-priority patent/JP2001056923A/ja
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Abstract

본 발명의 자기 기록 매체에는 적어도 하나의 교환층 구조와, 이 교환층 구조 위에 자성층이 형성된다. 교환층 구조는 강자성층과, 강자성층 위에 그리고 자성층 아래에 설치된 비자성 결합층을 갖는다.
강자성층, 에피텍셜 성장

Description

자기 기록 매체{MAGNETIC RECORDING MEDIUM}
도1은 본 발명에 의한 자기 기록 매체의 제1 실시예의 주요부를 나타내는 단면도.
도2는 본 발명에 의한 자기 기록 매체의 제2 실시예의 주요부를 나타내는 단면도.
도3은 Si기판 상에 형성된 막두께가 1Onm인 단일의 CoPt층의 면내 자화 곡선을 나타내는 도면.
도4는 막두께가 0.8nm인 Ru층에 의해 분리된 2개의 CoPt층의 면내 자화 곡선을 나타내는 도면.
도5는 막두께가 1.4nm인 Ru층에 의해 분리된 2개의 CoPt층의 면내 자화 곡선을 나타내는 도면.
도6은 막두께가 0.8nm인 Ru층에 의해 분리된 2개의 CoCrPt층의 면내 자화 곡선을 나타내는 도면.
도7은 본 발명에 의한 자기 기억 장치의 1 실시예의 주요부를 나타내는 단면도.
도8은 자기 기억 장치의 1 실시예의 주요부를 나타내는 평면도.
도9는 유리 상의 NiAl층 위에 CoCrPtB로 되는 층이 1층 형성된 자기 기록 매체의 면내 자화 곡선을 나타내는 도면.
도10은 NiP가 도포된 Al-Mg기판 상에, 막두께가 0.8nm인 Ru층에 의해 분리된 CoCrPtB로 되는 2개의 강자성층을 가지는 자기 기록 매체의 면내 자화 곡선을 나타내는 도면.
도11은 NiP가 도포된 Al기판 상에, Ru층에 의해 분리된 CoCrPtB로 되는 2개의 강자성층을 가지는 자기 기록 매체의 면내 자화 곡선을 나타내는 도면.
도12는 NiP이 도포된 Al기판 상에, 서로 인접하는 CoCrPtB층이 Ru층에 의해 분리된 3개의 CoCrPtB강자성층을 가지는 자기 기록 매체의 면내 자화 곡선을 나타내는 도면.
도13은 NiAl이 도포된 유리 기판 상에, Ru층에 의해 분리된 CoCrPtB로 되는 2개의 부결합된 강자성층을 가지는 자기 기록 매체의 면내 자화 곡선을 나타내는 도면.
도14는 NiAl이 도포된 유리 기판 상에, CoCrPtB의 단일의 강자성층을 가지는 자기 기록 매체의 면내 자화 곡선을, 도13에 나타내는 면내 자화 곡선과 비교해 나타내는 도면.
도15는 2개의 강자성층 및 3개의 강자성층을 갖는 자기 기록 매체의 신호 감쇠를, 단일의 강자성층을 갖는 자기 기록 매체의 신호 감쇠와 비교해 나타내는 도면.
도16은 2개의 부결합된(negatively coupled) 강자성층을 갖는 자기 기록 매체의 M-H곡선을 다른 온도에 대해서 나타내는 도면.
도17은 도16에 나타내는 특성을 갖는 자기 기록 매체의 보자력의 온도 의존성을 나타내는 도면.
도18은 1개, 2개 및 3개의 강자성층을 갖는 자기 기록 매체의 강자성층의 유효 및 총 막두께에 대한 PW50치 의존성을 나타내는 도면.
도19는 고립파 매체 SNR의 유효 막두께 의존성을 나타내는 도면.
도20은 자기 기록 매체 제조 장치의 개략 구성을 나타내는 도면.
도21은 자성층 두께에서 고립파 출력 의존성을 나타내는 도면.
도22는 고주파 SNR의 온도 의존성을 나타내는 도면.
도23은 고립파 매체 SNR(Siso/Nm)과 Ru의 스퍼터링 속도와의 관계를 나타내는 도면.
도24는 본 발명에 의한 자기 기록 매체의 제4 실시예의 주요부를 나타내는 단면도.
도25는 Ru에 의해 분리된 2개의 CoCr계 합금층의 면내 특성을 설명하는 도면.
도26은 본 발명에 의한 자기 기록 매체의 제5 실시예의 주요부를 나타내는 단면도.
도27은 자기 기록 매체의 비자성 결합층으로 순Ru를 사용하였을 때에 얻어지는 자화 곡선을 나타내는 도면.
도28은 표본 표면에 대하여 수직인 방향으로 자장을 인가하면서 수직 Kerr 루퍼로 측정한 자화 곡선을 나타내는 도면.
도29는 본 발명에 의한 자기 기록 매체의 제6 실시예의 주요부를 나타내는 단면도.
도30은 자기 기록 매체의 제6 실시예의 고립파 출력(Siso)과 매체 노이즈(Nm)의 Siso/Nm 비와 Ru 비자성 분리층의 막두께의 관계를 나타내는 도면.
도31은 고립파 출력(Siso)과 매체 노이즈(Nm)의 Siso/Nm 비와 제1 및 제2 자기 기록층의 막두께비의 관계를 나타내는 도면.
도32는 제1 및 제2 자기 기록층의 막두께비와 출력(S) 대 노이즈(Nt)의 S/Nt 비의 관계를 나타내는 도면.
도33은 본 발명에 의한 자기 기록 매체의 제7 실시예의 주요부를 나타내는 단면도.
본 발명은 자기 기록 매체 및 자기 기억 장치에 관한 것으로, 특히 고밀도 기록에 적합한 자기 기록 매체 및 자기 기억 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 자기 기록 매체에 정보를 자기적으로 기록하는 기록 방법 및 자기 기록 매체의 제조 방법에 관한 것이다.
자기 디스크 등의 수평 자기 기록 매체의 기록 밀도는 매체 노이즈의 저감과 자기 저항 효과형 및 고감도 스핀 밸브 헤드의 개발에 의해서, 현저하게 증가되었다. 전형적인 자기 기록 매체는 기판과, 하지층(underlayer)과, 자성층과, 보호층이 이 순서로 적층된 구조를 갖는다. 하지층은 Cr 또는 Cr계 합금으로 구성되고, 자성층은 Co계 합금으로 구성된다.
매체 노이즈를 저감하는 다양한 방법이 제안되어 왔다. 예를 들면 Okamoto et al., "Rigid Disk Medium For 5 Gbit/in2 Recording", AB-3, Intermag '96 Digest에는 CrMo로 구성되는 하지층을 적절히 사용해 자성층의 두께를 감소시킴으로써, 자성층의 입자 사이즈 및 사이즈 분포를 감소시키는 것이 제안되고, 미국 특허 제5,693,426호에서는 NiAl로 구성되는 하지층을 사용하는 것이 제안되고 있다. 또한, 예를 들어, Hosoe et al., "Experimental Study of Thermal Decay in High-Density Magnetic Recording Media", IEEE Trans. Magn. Vol.33, 1528(1997)에서는 CrTiB로 되는 하지층을 사용하는 것이 제안되고 있다. 상기의 하지층은 자성층의 면내의 c축 배향을 촉진하여 잔류 자화 및 기록된 비트의 열안정성을 증가시킨다. 또한 자성층의 두께를 감소시켜 분해능을 높이거나 또는 기록된 비트간의 천이폭을 감소시키는 것도 제안되고 있다. 또한 CoCr계 합금으로 구성되는 자성층의 Cr편석을 촉진시킴으로써 입자간의 교환 결합(exchange coupling)을 감소시키는 것도 제안되고 있다.
그러나 자성층의 입자가 더욱 작아지고, 자기적으로 서로 더욱 고립됨에 따라, 기록된 비트는 선밀도에 따라서 증가하는 감자장(demagnetizing field)과 열활성화로 인해 불안정해진다. Lu et al., "Thermal Instability at 10 Gbit/in2 Magnetic Recording", IEEE Trans. Magn. Vol.30, 4230(1994)에서는 마이크로 마그네틱 시뮬레이션에 의해서, 직경이 10nm이고, 400kfci 디-비트(di-bit)에서 KuV/kBT~60 비가 되는 교환 감결합(decoupled)된 입자는 큰 열적 열화를 받기 쉽다는 것이 발표되어 있다. 여기서 Ku는 자기 이방성 상수, V은 자성 입자의 평균 체적, kB는 볼츠만 상수, T는 온도를 나타낸다. 또한 KuV/kBT 비는 열안정성 계수라고도 불린다.
Abarra et al., "Thermal Stability of Narrow Track Bits in a 5 Gbit/in2 Medium", IEEE Trans. Magn. Vol.33, 2995(1997)에서는 입자간의 교환 결합의 존재가 기록된 비트를 안정화시키는 것이 5Gbit/in2의 CoCrPtTa/CrMo매체의 어닐링된 200kfci비트의 MFM해석에 의해 보고되고 있다. 그러나, 20Gbit/in2이상의 기록 밀도에서는 입자의 감결합이 더 클 것이 필요하게 된다.
분명한 해결책은 자성층의 자기 이방성을 증가시키는 것이었다. 그러나 불행하게도 자성층의 자기 이방성을 증가시키면 헤드의 기록 자장에 큰 부하가 걸려서 이전에 기록된 데이터에 오버라이트하는 성능이 열화한다.
또한 He et al. "High Speed Switching in Magnetic Recording Media", JMagn. Magn. Mater. Vol 155,6(1996)에서 자기 테이프 매체에 대해서, 그리고 J. H. Richter, "Dynamic Coercivity Effects in Thin Film Media", IEEE Trans.Magn. Vol.34, 1540(1997)에서 자기 디스크 매체에 대해서 보고되어 있는 바와 같이, 열적으로 불안정한 자기 기록 매체의 보자력은 스위칭 시간의 감소에 따라 급격히 증가한다. 이 결과 데이터 속도에 악영향이 발생한다. 즉, 자성층에 얼마나 빠르게 데이터를 기록하는지와 자성 입자의 자화를 반전시키는데 필요한 헤드의 자장 강도가 스위칭 시간의 감소에 따라서 급격하게 증가한다.
한편, 열안정성을 향상시키는 다른 방법으로서, 자성층 아래의 기판에 적절히 텍스처 처리함으로써, 자성층의 배향율을 증가시키는 방법도 제안되고 있다. 예를 들어 발행중인 Akimoto et al. "Relationship Between Magnetic Circumferential Orientation and Magnetic Thermal Stability", J. Magn. Magn. Mater. vol. 193, pp.240-242(1999)에서는 마이크로 마그네틱 시뮬레이션에 의해서, 유효한 KuV/kBT치가 배향율의 근소한 증가에 의해 증가하는 것이 보고되고 있다. 이 결과, Abarra et al. "The Effect of Orientation Ratio on the Dynamic Coercivity of Media for >15 Gbit/in2 Recording", IEEE Trans. Magn.vol.35, pp.2709-2711에서 보고되고 있는 바와 같이, 자기 기록 매체의 오버라이트 성능을 향상시키는 보자력의 시간 의존성을 보다 약하게 할 수 있다.
또한 열안정성을 향상시키기 위한 키퍼(keepered) 자기 기록 매체도 제안되고 있다. 키퍼층은 자성층과 평행인 연자성층으로 구성된다. 이 연자성층은 자성층의 위 또는 아래에 배치된다. 종종 Cr자기 절연층이 연자성층과 자성층 사이에 설치된다. 연자성층은 자성층에 기록된 비트의 감자장을 감소시킨다. 그러나 자성층을 연속적으로 교환 결합하는 연자성층에 결합함으로써, 자성층의 입자의 감결합이란 목적을 달성할 수 없게 된다. 그 결과, 매체 노이즈가 증가된다.
열안정성을 향상시키고, 매체 노이즈를 저감하는 다양한 방법이 제안되고 있다. 그러나 제안된 방법으로는 기록된 비트의 열안정성을 대폭적으로 향상시킬 수는 없고, 이에 따라 매체 노이즈를 대폭적으로 감소시키기 어려운 문제가 있었다. 또한 제안된 방법에 따라서는 매체 노이즈를 저감하기 위한 대책 때문에 자기 기록 매체의 성능에 악영향을 미치는 문제도 있었다.
구체적으로는 열안정성이 높은 자기 기록 매체를 얻기 위해서는
(i) 자기 이방성 상수 Ku를 증가시키거나, (ii) 온도 T를 감소시키거나 또는 (iii) 자성층의 입자 체적 V를 증가시키는 등의 대책이 생각된다. 그러나 대책(i)에서는 보자력이 증가하여 자성층에 정보를 기록하는 것이 더 어렵게 된다. 한편 대책(ii)은, 예를 들면 디스크 드라이브 등의 동작 온도가 60℃를 넘으면 비실용적이다. 또한 대책(iii)은 상기와 같이 매체 노이즈를 증가시킨다. 또한 대책(iii)을 대신하여, 자성층의 두께를 증가시키는 것도 생각되지만, 이 방법에서는 분해능이 저하된다.
따라서 본 발명은 상기한 과제를 해결한, 신규의 유용한 자기 기록 매체, 자기 기억 장치, 기록 방법 및 자기 기록 매체의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 보다 구체적인 목적은 매체 노이즈를 증가시키지 않고도 기록된 비트의 열안정성을 향상시키고 자기 기록 매체의 성능에 악영향을 미치게 하는 일이 없이, 즉 불필요하게 자기 이방성을 증가시키지 않고도 신뢰성이 높은 고밀도 기록을 할 수 있는 자기 기록 매체, 자기 기억 장치, 기록 방법 및 자기 기록 매체의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 자기 기록 매체에서 적어도 하나의 교환층 구조와, 교환층 구조 위에 형성된 자성층을 구비하고, 교환층 구조는 강자성층과, 강자성층 위에 또한 자성층 하에 형성된 비자성 결합층으로 되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 자기 기록 매체에 의하면, 기록된 비트의 열안정성을 향상시킴으로써 오버라이트 성능을 떨어뜨리는 일이 없이 신뢰성이 높은 고밀도 기록을 할 수 있게 한 자기 기록 매체를 제공할 수 있다.
본 발명은 자기 기록 매체에서 기판과, 기판의 위에 설치된 하지층과, 하지층 위에 설치되고 잔류 자화와 막두께의 곱 Mriδi를 갖는 하측 강자성층과, 하측 강자성층 위에 설치되고 잔류 자화와 막두께의 곱 Mrjδj를 갖는 상측 강자성층을 적어도 포함하는 자성층 구조를 구비하고, 자성층 구조 내의 인접하는 강자성층의 자화 방향이 대략 반평행이 되는 자성층 구조의 총 잔류 자화와 막두께의 곱을 Mrδ로 하면, Mrδ ≒ Σ(Mriδi-Mrjδj)을 만족하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 정보를 자기적으로 자기 기록 매체에 기록하는 기록 방법으로, 자기 기록 매체의 자성층 구조를 형성하고 자화 방향이 반평행인 강자성층들 중 적어도 하나의 강자성층의 자화 방향을 바꾸는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 기판과, 하지층과 자기층 구조를 가진 자기 기록 매체의 제조 방법에서 (a) 하지층 위에 설치되고 잔류 자화와 막두께의 곱 Mriδi를 갖는 하측 강자성층과, 하측 강자성층 위에 설치되고 잔류 자화와 막두께의 곱 Mrjδj를 갖는 상측 강자성층을 적어도 포함하고, 자성층 구조 내의 인접하는 강자성층의 자화 방향이 대략 반평행이 되는 자성층 구조의 총 잔류 자화와 막두께의 곱을 Mrδ라 하면, Mrδ ≒ Σ(Mriδi-Mrjδj)을 만족하는 자성층 구조를 형성하는 단계와, (b) 하지층 및 자성층 구조를 연속 스퍼터링으로 형성하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
본 발명은 자기 기록 매체에서 적어도 하나의 교환층 구조와 교환층 구조 위에 형성된 자성층을 구비하고, 교환층 구조는 강자성층과 강자성층 위에 형성된 비자성 결합층을 포함하는 자기 기록 매체로서, 강자성층과 비자성 결합층 사이 및/또는 비자성 결합층과 자성층 사이에 자성 결합층이 설치되고, 자성 결합층은 강자성층 및 자성층과 평행인 자화 방향을 가지는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 자기 기록 매체에 의하면, 기록된 비트의 열안정성을 향상시킴으로써 오버라이트 성능을 떨어뜨리는 일이 없이 신뢰성이 높은 고밀도 기록을 할 수 있게 한 자기 기록 매체를 제공할 수 있다.
본 발명은 자기 기록 매체에서 적어도 하나의 교환층 구조와, 교환층 구조 위에 형성된 자성층을 구비하고, 교환층 구조는 강자성층과, 강자성층 위에 또한 자성층 하에 형성된 비자성 결합층으로 구성되고, 강자성층 및 자성층은 서로 자화 방향이 반평행이고, 비자성 결합층은 원소 또는 합금 M3이 첨가된 Ru-M3로 구성되는 합금으로 구성되고, 비자성 결합층과 그 상하의 자성층과 강자성층과의 격자 부정합을 M3의 첨가로 약 6% 이하로 조정하고 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 자기 기록 매체에 의하면, 기록된 비트의 열안정성을 향상시킴으로써 오버라이트 성능을 떨어뜨리는 일이 없이 신뢰성이 높은 고밀도 기록을 할 수 있고, 자성층의 면내 결정 방향을 향상시킴으로써 기록 분해능을 향상시킨 기록 매체를 제공할 수 있다.
본 발명은 자기 기록 매체에서 적어도 하나의 교환층 구조와, 교환층 구조 위에 형성된 자성층을 구비하고, 교환층 구조는 강자성층과, 강자성층 위에 또한 자성층 하에 형성된 비자성 결합층으로 구성되고, 강자성층 및 자성층은 서로 자화 방향이 반평행이고, 비자성 결합층은 Ru-M3로 되는 합금으로 구성되고, M3 = Co, Cr, Fe, Ni, Mn 또는 이들의 합금으로 되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 자기 기록 매체에 의하면, 기록된 비트의 열안정성을 향상시킴으로써 오버라이트 성능을 떨어뜨리는 일이 없이 신뢰성이 높은 고밀도 기록을 할 수 있고, 자성층의 면내 결정 방향을 향상시킴으로써 기록 분해능을 향상시킨 기록 매체를 제공할 수 있다.
본 발명은 자기 기록 매체에서 기판과, 기판 상에 배치된 하지층과, 하지층 위에 배치된 자기 기록층을 포함하는 자기 기록 매체에 있어서, 자기 기록층은 비자성 분리층(non-magnetic separation layer)에 의해 상하로 분리된 다층 구조를 가지고, 비자성 분리층은 Ru, Rh, Ir 및 이들의 합금으로 되는 군으로부터 선택된 하나의 재료로 형성되고, 비자성 분리층에 의해서 상하로 분리된 자기 기록층 각각의 자화 방향은 서로 평행이 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 자기 기록 매체에 의하면, Ru 등으로 된 소정 두께의 비자성 분리층은 비자성 분리층 상하로 서로 평행하게 자기 기록층의 자기 결합을 유지하고 있다. 이에 따라 노이즈가 낮고 열안정성이 뛰어난 자기 기록 매체를 실현할 수 있게 된다. 종래의 자기 기록 매체에 비하여 본 자기 기록 매체는 신뢰성이 높으며 고밀도 기록에 적합하다.
기록된 비트의 열안정성을 향상시킴으로써 오버라이트 성능을 떨어뜨리는 일이 없이 신뢰성이 높은 고밀도 기록을 할 수 있고, 자성층의 면내 결정 방향을 향상시킴으로써 기록 분해능을 향상시킨 기록 매체를 제공할 수 있다.
본 발명은 자기 기록 매체에서 적어도 하나의 교환층 구조와, 교환층 구조 위에 설치된 자성층을 구비하고, 교환층 구조는 강자성층과 강자성층 위에 형성된 비자성 결합층을 포함하고, 강자성층 및 자성층 중 적어도 하나는 강자성 결정 입자가 비자성 모재 중에 균일하게 분산된 그래뉼러(granular)층 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 자기 기록 매체에 의하면, 기록된 비트의 열안정성을 향상시킴으로써 오버라이트 성능을 떨어뜨리는 일이 없이 신뢰성이 높은 고밀도 기록을 할 수 있게 한 자기 기록 매체를 제공할 수 있다. 교환층 구조의 강자성층 및 교환층 구조 위에 설치되는 자성층 중 적어도 하나에 노이즈를 낮추는 성질이 뛰어난 그래뉼러 층 구조를 사용함으로써 기록된 비트의 열안정성을 향상시키면서 매체 노이즈의 저감화를 더욱 도모할 수 있다.
자기 기록 매체는 적어도 제1 교환층 구조와, 제1 교환층 구조와 자성층 사이에 설치된 제2 교환층 구조를 구비하고, 제1 및 제2 교환층 구조는 그래뉼러 층 구조로 형성되고, 제2 교환층 구조의 그래뉼러 층 구조는 제1 교환층 구조의 그래뉼러 층 구조보다 자기 이방성이 약하고, 제1 및 제2 교환층 구조의 그래뉼러 층 구조는 서로 반평행인 자화 방향을 가져도 좋다.
자기 기록 매체는 적어도 제1 교환층 구조와, 제1 교환층 구조와 자성층 사이에 설치된 제2 교환층 구조를 구비하고, 제1 및 제2 교한층 구조의 강자성층은 그래뉼러 층 구조로 형성되고, 제2 교환층 구조의 그래뉼러 층 구조의 잔류 자화와 막두께의 곱은 제1 교환층 구조의 그래뉼러층 구조의 잔류 자화와 막두께의 곱보다 작고, 제1 및 제2 교환층 구조의 그래뉼러 층 구조는 서로 반평행인 자화 방향을 가져도 좋다.
본 발명은 자기 기억 장치에서 상기한 방식중 어느 하나의 자기 기록 매체를 적어도 하나 구비한 것을 특징으로 한다. 본 발명의 자기 기억 장치에 의하면, 기록된 비트의 열안정성을 향상시키면서, 자기 기록 매체의 성능에 악영향을 미치지 않고도 신뢰성이 높은 고밀도 기록을 할 수 있는 자기 기억 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 목적 및 특징 들은 첨부한 도면을 참조하여 이하에 상세히 설명함으로써 명백해질 것이다.
(실시예)
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
먼저 본 발명의 동작 원리를 설명한다.
본 발명은 서로 반평행인 자화 구조를 갖는 복수의 층을 사용하는 것이다. 예를 들어 S.S.P. Parkin, "Systematic Variation of the Strength and Oscillation Period of Indirect Magnetic Exchange Coupling through the 3d, 4d, and 5d Transition Metals", Phys. Rev. Lett. Vol.67, 3598(1991)에서는 Ru, Rh 등의 얇은 비자성 중간층을 통해서 자성층에 결합하는 Co, Fe, Ni 등의 자기 천이 금속이 설명되어 있다. 한편, 미국 특허 제5,701,223호 공보에는 센서의 안정화를 위해서, 상기와 같은 층을 적층된 피닝(pining)층으로서 사용하는 스핀 밸브가 제안되어 있다.
2개의 강자성층 사이에 설치된 Ru 또는 Ir층의 특정한 두께에 대하여 자화 방향을 서로 평행 또는 반평행으로 할 수 있다. 예를 들면 서로 다른 막두께에서 자화 방향이 반평행인 2개의 강자성층으로 구성되는 구조에 대하여, 자기 기록 매체의 유효 입자 사이즈는 분해능에 크게 영향을 미치지 않고도 증가시킬 수 있다. 이와 같은 자기 기록 매체로부터 재생된 신호 진폭은 역방향의 자화로 인해 감소하지만, 이것은 적층 자성층 구조 아래에 적절한 막두께 및 자화 방향의 층을 더 설치함으로써, 하나의 층에 의한 영향을 상쇄시킬 수 있다.
그 결과, 자기 기록 매체로부터 재생되는 신호 진폭을 증가시키고, 또한 유효 입자 체적을 증가시킬 수 있다. 따라서 열안정성이 높은 기록된 비트를 실현할 수 있다.
본 발명은 자성층을 다른 강자성층과 반대 자화 방향으로의 교환 결합이나, 적층된 페리 자성(ferrimagnetic) 구조에 의해 기록된 비트의 열안정성을 증가시킨다. 강자성층 또는 적층된 페리자성 구조는 교환 감결합된 입자로 구성되는 자성층으로 이루어진다. 즉 본 발명은 자기 기록 매체의 열안정성의 성능을 향상시키기 위해서 교환 피닝 강자성층 또는 페리자성 다층 구조를 사용한다.
도1은 본 발명에 의한 자기 기록 매체의 제1 실시예의 주요부를 나타내는 단면도이다. 자기 기록 매체는 비자성 기판(1), 제1 시드층(2), NiP층(3), 제2 시드층(4), 하지층(5), 비자성 중간층(non-magnetic interlayer)(6), 강자성층(7), 비자성 결합층(8), 자성층(9), 보호층(10) 및 윤활층(11)이 도1에 나타내는 바와 같이 이 순서로 적층된 구조를 갖는다.
예를 들면 비자성 기판(1)은 Al, Al합금 또는 유리로 구성된다. 이 비자성 기판(1)은 텍스처 처리를 하거나, 하지 않아도 좋다. 제1 시드층(2)은, 특히 비자성 기판(1)이 유리로 되는 경우에는, 예를 들면 Cr 또는 Ti으로 구성된다. NiP층(3)은 텍스처 처리 또는 산화 처리를 하거나, 하지 않아도 좋다. 제2 시드층(4)은 하지층(5)에 NiAl, FeAl 등의 B2 구조의 합금을 사용한 경우의 하지층(5)의 (001)면 또는 (112)면의 텍스처를 양호하게 하기 위해서 설치되어 있다.
제2 시드층(4)은 제1 시드층(2)과 마찬가지인 적절한 재료로 구성된다.
자기 기록 매체가 자기 디스크일 경우에는 비자성 기판(1) 또는 NiP층(3)에 실시되는 텍스처 처리는 디스크의 둘레 방향, 즉 디스크 상의 트랙이 연재하는 방향을 따라 행하여진다.
비자성 중간층(6)은 자성층(9)의 에피텍셜 성장, 입자 분포 폭의 감소 및 자기 기록 매체의 기록면과 평행인 면을 따른 자성층(9)의 이방성축의 배향을 촉진하기 위해서 설치되어 있다. 이 비자성 중간층(6)은 CoCr-M 등의 hcp구조를 갖는 합금으로 구성되고, 1~5nm 범위의 막두께를 갖는다. 여기서 M = B, Mo, Nb, Ta, W, Cu 또는 이들의 합금이다.
강자성층(7)은 Co, Ni, Fe, Co계 합금, Ni계 합금, Fe계 합금 등으로 구성된다. 즉 CoCrTa, CoCrPt, CoCrPt-M등의 Co계 합금을 강자성층(7)으로 사용할 수 있다. 여기서 M = B, Mo, Nb, Ta, W, Cu 또는 이들의 합금이다. 이 강자성층(7)은 2~10nm 범위의 막두께를 갖는다. 비자성 결합층(8)은 Ru, Ir, Rh, Cr, Cu, Ru계 합금, Ir계 합금, Rh계 합금, Cu계 합금,Cr계 합금 등으로 구성된다. 예를 들어 이 비자성 결합층(8)은 0.4~1.0nm 범위의 막두께를 갖고, 바람직하게는 약 0.6~0.8nm 정도의 막두께를 갖는다. 이러한 비자성 결합층(8)의 막두께 범위에서 강자성층(7) 및 자성층(9)의 자화 방향이 서로 반평행이 된다. 강자성층(7) 및 비자성 결합층(8)은 교환층 구조를 형성한다.
Fe계 합금으로 구성된 강자성층(7)에서 Cr는 더욱 양호한 비자성 결합층(8)을 형성한다. 이 경우, Cr 비자성 결합층은 대략 1.8nm인 최적 두께를 갖는다.
자성층(9)은 Co 또는 CoCrTa, CoCrPt, CoCrPt-M을 포함하는 Co계 합금 등으로 구성된다. 여기서 M = B, Mo, Nb, Ta, W, Cu 또는 이들의 합금이다. 자성층(9)은 5~30nm 범위의 막두께를 갖는다. 물론, 자성층(9)은 단일층 구조에 한정되지 않고, 다층 구조도 자성층(9)으로 사용되어도 좋다.
보호층(10)은, 예를 들어 C로 구성된다. 또한 윤활층(11)은, 예를 들어 스핀 밸브 헤드 등의 자기 트랜스듀서와 사용하기 위한 유기물 윤활제로 구성된다. 보호층(10) 및 윤활층(11)은 자기 기록 매체의 기록면에 보호층 구조를 형성한다.
교환층 구조 아래에 설치되는 층 구조는 물론 도1에 나타내는 것에 한정되지 않는다. 예를 들면 하지층(5)은 Cr 또는 Cr계 합금으로 구성되고, 기판(1) 상에 5~40nm 범위의 막두께로 형성하고, 교환층 구조는 이 하지층(5) 상에 설치해도 좋다.
다음에 본 발명에 의한 자기 기록 매체의 제2 실시예를 설명한다.
도2는 자기 기록 매체의 제2 실시예의 주요부를 나타내는 단면도이다. 도2에서 도1과 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고, 그 설명은 생략한다.
이 자기 기록 매체의 제2 실시예에서는 교환층 구조가 페리자성 다층 구조를 형성하는 2개의 비자성 결합층(8, 8-1) 및 2개의 강자성층(7, 7-1)으로 된다. 이와 같은 구조를 사용함으로써 2개의 비자성 결합층(8, 8-1)의 자화는 자성층(9)의 일부를 상쇄하는 대신에 서로 상쇄하므로, 유효 자화 및 신호를 증가할 수 있게 된다. 그 결과, 자성층(9)의 입자 체적 및 자화의 열안정성이 유효적으로 증가된다. 자화 용이축이 이어서 설치되는 층에 대하여 적절하게 배향되고, 강자성층과 비자성층의 쌍으로 구성되는 2층 구조가 더 부가됨으로써, 유효 입자 체적의 증가를 도모할 수 있다.
강자성층(7-1)은 강자성층(7)과 마찬가지의 재료로 구성되고, 막두께도 강자성층(7)과 마찬가지의 범위에서 선정된다. 또한 비자성 결합층(8-1)은 비자성 결합층(8)과 마찬가지의 재료로 구성되고, 막두께도 비자성 결합층(8)과 마찬가지의 범위에서 선정된다. 강자성층(7, 7-1) 내에서는 c축은 면내 방향이고, 입자는 기둥 상으로 성장하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 강자성층(7-1)의 자기 이방성은 강자성층(7)의 자기 이방성보다 세게 설정되어 있다. 그러나 강자성층(7-1)의 자기 이방성은 자성층(9)의 자기 이방성과 같거나 보다 세게 설정되어도 좋다.
또한 강자성층(7)의 잔류 자화와 막두께의 곱은 강자성층(7-1)의 잔류 자화와 막두께의 곱보다 작게 설정되어 있다.
도3은 Si기판 상에 형성된 막두께10nm인 단일의 CoPt층의 면내 자화 곡선을 나타내는 도면이다. 도3중, 종축은 자화(emu), 횡축은 자장(Oe)을 나타낸다. 종래의 자기 기록 매체는 도3에 나타내는 특성을 나타낸다.
도4는 자기 기록 매체의 제1 실시예와 같이, 막두께가 0.8nm인 Ru층에 의해 분리된 2개의 CoPt층의 면내 자화 곡선을 나타내는 도면이다. 도4중, 종축은 잔류 자화(Gauss), 횡축은 자장(Oe)을 나타낸다. 도4로부터도 알 수 있는 바와 같이, 루프는 반평행 결합을 나타내는 자장 근방에서 시프트를 나타낸다.
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도5는 막두께가 1.4nm인 Ru층에 의해 분리된 2개의 CoPt층의 면내 자화 곡선을 나타내는 도면이다. 도5중, 종축은 잔류 자화(emu), 횡축은 자장(Oe)을 나타낸다. 도5로부터도 알 수 있는 바와 같이, 2개의 CoPt층의 자화 방향은 평행이다.
도6은 자기 기록 매체의 제2 실시예와 같이, 막두께가 0.8nm인 Ru층에 의해 분리된 2개의 CoCrPt층의 면내 자화 곡선을 나타내는 도면이다. 도6중, 종축은 잔류 자화(emu/cc), 횡축은 자장(Oe)을 나타낸다. 도6에서도 알 수 있는 바와 같이, 루프는 반평행 결합을 나타내는 자장 근방에서 시프트를 나타낸다.
도3 및 도4로부터, 교환층 구조를 설치함으로써, 반평행 결합이 얻어짐을 알 수 있다. 또한 도5를 도4 및 도6과 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 비자성 반평행 결합을 얻기 위해서는 결합층(8)의 막두께는 0.4~1.0nm 범위인 것이 바람직하다.
따라서 자기 기록 매체의 제1 및 제2 실시예에 의하면, 자성층과 강자성층 사이의 비자성 결합층을 통한 교환 결합에 의해서, 분해능을 희생하지 않고 유효 입자 체적을 증가시킬 수 있다. 즉 열안정성이 좋은 자기 기록 매체를 실현할 수 있도록, 입자 체적에 대하여 자성층의 외관상의 막두께를 증가시킬 수 있다. 또한 하부층으로부터의 신호의 상쇄가 이루어지므로 자성층의 유효 두께가 유지된다. 이에 따라 두꺼운 매체에서는 얻어지지 않는 고선형 밀도 기록이 가능해진다. 그 결과, 매체 노이즈가 저감되고, 또한 열안정성이 향상된 자기 기록 매체를 얻을 수 있다.
다음에 본 발명에 의한 자기 기억 장치의 1 실시예를, 도7 및 도8을 참조하여 설명한다. 도7은 자기 기억 장치의 1 실시예의 주요부를 나타내는 단면도이고, 도8은 자기 기억 장치의 1 실시예의 주요부를 나타내는 평면도이다.
도7 및 도8에 나타내는 바와 같이, 자기 기억 장치는 대체로 모터(14), 허브(15), 복수의 자기 기록 매체(16), 복수의 기록 재생 헤드(17), 복수의 서스펜션(18), 복수의 암(19) 및 액츄에이터 유니트(20)가 하우징(13) 내에 설치된다. 자기 기록 매체(16)는 모터(14)에 의해 회전되는 허브(15)에 장착되어 있다. 기록 재생 헤드(17)는 MR 헤드나 GMR 헤드 등의 재생 헤드와, 인덕티브 헤드 등의 기록 헤드로 구성된다. 각 기록 재생 헤드(17)는 대응하는 암(19)의 선단에 서스펜션(18)을 통해서 장착되어 있다. 암(19)은 액츄에이터 유니트(20)에 의해 구동된다. 이 자기 기억 장치의 기본 구성은 주지이므로, 그 상세한 설명은 본 명세서에서는 생략한다.
자기 기억 장치의 본 실시예는 자기 기록 매체(16)에 특징이 있다. 각 자기 기록 매체(16)는 도1 및 도2와 함께 설명한 자기 기록 매체의 제1 또는 제2 실시예의 구조를 갖는다. 물론, 자기 기록 매체(16)의 수는 3개로 한정되지 않고, 1개이어도, 2개 또는 4개 이상이어도 좋다.
자기 기억 장치의 기본 구성은 도7 및 도8에 나타내는 것에 한정되지 않는다. 또한 본 발명에서 사용하는 자기 기록 매체는 자기 디스크에 한정되지 않는다.
다음에 본 발명의 다른 특징을, 교환층 구조를 갖지 않는 종래의 자기 기록 매체와의 비교로 설명한다. 이하의 설명에서는 교환층 구조의 강자성층 및 자성층은 어느 것이다 자성층 구조를 형성하는 강자성층이라고도 칭한다.
도9는 유리 위의 NiAl층 위에 CoCrPtB로 되는 층이 단일의 층을 갖는 자기 기록 매체의 면내 자화 곡선을 나타내는 도면이다. 도9에서, 종축은 자화 M(emu/cc)를 나타내고, 횡축은 자장(H)(Oe)을 나타낸다. NiP가 도포된 Al기판 혹은 NiP가 도포된 유리 기판 상의 Cr 하지층 위에 Co계층을 1층 성장시킨 경우에 마찬가지의 M-H곡선이 얻어진다.
한편, 도10은 NiP가 도포된 Al-Mg기판 상에, 막두께가 0.8nm인 Ru층에 의해 분리된 CoCrPtB로 되는 2개의 강자성층이 스퍼터링 형성된 자기 기록 매체의 면내 자화 곡선을 나타내는 도면이다. 도10에서 종축은 자화(M)(emu/cc), 횡축은 자장(H)(Oe)을 나타낸다. 도10으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 자화(M)는 자장(H)이 H=500 Oe의 근방에서 급격하게 감소하고, 대략 1000 Oe의 교환 결합 자장을 나타내고 있다. H=0에서의 자화(M)의 저하는 반평행 결합의 존재를 입증한다.
네거티브 결합을 위한 Ru의 최적 막두께는 자기력학 뿐만 아니라, 스핀스탠드법(spin stand method)에 의해서도 결정된다. 저밀도에서의 재생 신호는 잔류 자화와 막두께의 곱 Mrδ를 나타낸다. 여기서 Mr는 잔류 자화를 나타내고, δ는 CoCrPtB층, 즉 자성층 구조의 강자성층의 유효 두께를 나타낸다. 2개의 CoCrPtB층의 막두께를 일정하게 유지하면서 Ru층의 막두께를 변화시키면, 재생 신호는 Ru층의 최적 막두께의 값에서 저하한다. Ru층의 최적 막두께는 자성층 구조의 강자성층을 형성하는 자성 재료와 성막 공정에 의존한다. 150℃ 이상의 온도에서 제조되는 CoCrPt계 합금에 대하여 Ru층의 막두께가 약0.4~1.0nm 범위에서 반평행 결합을 발생시킨다.
도11은 NiP가 도포된 Al기판 상에, Ru층에 의해 분리된 CoCrPtB로 되는 2개의 강자성층이 설치된 자기 기록 매체의 면내 자화 곡선을 나타내는 도면이다. 도11에서 종축은 자화(M)(emu/cc), 횡축은 자장(H)(Oe)을 나타낸다. 도11은 기판에 가까운 쪽의 제1 CoCrPtB층의 막두께가 8nm이고, Ru층의 막두께가 0.8nm이고, 기판으로부터 먼쪽의 제2 CoCrPtB층의 막두께가 20nm인 경우를 나타낸다.
이 경우에 높은 부(negative)자장에서는 반평행 결합이 관측되었다. 비트 내의 감자장이 꽤 높지 않은 한, 완전한 반평행 결합은 얻을 수 없고, 또한 제1 및 제2 CoCrPtB층의 자화가 모두 실질적으로 동일한 방향이기 때문에 매우 큰 재생 신호가 얻어진다. 따라서 제1 CoCrPtB층의 막두께의 감소 또는 보자력(Hc)의 감소를 동반하는 조성의 사용에 의해 제1 CoCrPtB층의 보자력(Hc)을 감소시킬 필요가 있다. CoCrPt계의 재료의 경우에 후자는 통상 Cr함유량의 증가에 의해 및/또는 Pt 함유량의 감소에 의해 실현 가능하다.
도12는 NiP가 도포된 Al기판 상에, 두 인접하는 CoCrPtB층이 Ru층에 의해 분리된 3개의 CoCrPtB강자성층을 가지는 자기 기록 매체의 면내 자화 곡선을 나타내는 도면이다. 도12중 종축은 자화(M)(emu/cc), 횡축은 자장(H)(Oe)을 나타낸다. 도12는 기판에 가까운 쪽의 제1 및 제2 CoCrPtB층의 막두께가 6nm이고, 정상의 제3 CoCrPtB층의 막두께가 20nm이고, 제1 및 제2 CoCrPtB층 사이의 Ru층 및 제2 및 제3 CoCrPtB층 사이의 Ru층의 막두께가 각각　0.8nm인 경우를 나타낸다. 이 경우에 자화(M)는 자장(H)이 H=500 Oe의 근방에서 저하하고, 제1~제3 CoCrPtB층 중 어느 하나의 자화가 정자장에서 반전한 것을 나타낸다. 자화가 반전한 것은 한가운데의 제2 CoCrPtB층일 가능성이 높다. 이는 한가운데의 제2 CoCrPtB층이 2개의 계면으로부터 강한 반전 자장을 받기 때문이다. 층간 상호 작용은 한가운데의 제2 CoCrPtB층의 보자력(Hc)보다 500 Oe 높다.
그러나 낮은 부자장에서는 최저 제1 CoCrPtB층이 자화 반전을 개시하고, 약 -1000 Oe에서는 정상의 제3 CoCtPtB층의 자화만이 반전되지 않는다. 바람직하게는 최저 제1 CoCtPtB층의 자화 반전은 비트 내의 감자장에 비해 낮은 자장에서 일어나지 않아야 하고, 이것은 예를 들면 최저 제1 CoCrPtB층의 막두께 및/또는 조성을 적절히 선택함으로써 실현할 수 있다. 이와 같은 3개의 강자성층을 갖는 자기 기록 매체는 교환 결합을 갖지 않는 단일의 강자성(자성)층을 갖는 자기 기록 매체보다 좋은 리드/라이트 성능을 나타내는 경향이 있다. 많은 입자가 층 자화 특성을 평행으로부터 보다 안정한 반평행으로 바꿈에 따라, 재생 신호가 시간에 따라 저하할 가능성이 있다. 그러나 매체 노이즈 레벨도 따라서 저하하기 때문에, 자기 기록 매체의 고립파(isolated wave) 매체 신호대 잡음비(SNR)Siso/Nm은 유지되리라 예상된다. 따라서 고립파 매체 SNR Siso/Nm과 밀접한 관계에 있는 비트 에러 레이트(BER)는 저하하지 않는다.
도13은 NiAl이 도포된 유리 기판 상에, Ru층에 의해 분리된 CoCrPtB로 구성되는 2개의 부결합(negatively coupled)된 강자성층을 가지는 자기 기록 매체의 면내 자화 곡선을 나타내는 도면이다. 도13에서, 종축은 자화(M)(emu/cc), 횡축은 자장(H)(Oe)을 나타낸다. 이 경우에 기판에 가까운 쪽의 최저 CoCrPtB층의 자화는 자장(H)이 H=0 Oe가 되기 전에 반전한다.
도14는 NiAl이 도포된 유리 기판 상에, 2개의 부결합된 강자성층을 갖는 자기 기록 매체와 마찬가지의 방법으로 제조된 CoCrPtB로 구성되는 단일의 강자성층을 가지는 자기 기록 매체의 면내 자화 곡선을, 도13에 나타내는 면내 자화 곡선과 비교해 나타내는 도면이다. 도14중, 종축은 자화(M)(emu/cc), 횡축은 자장(H)(Oe)을 나타낸다. 도 14에 있어서, 도13에 나타낸 면내 자화 곡선은 실선으로 나타내고, 단일의 강자성층을 갖는 자기 기록 매체의 면내 자화 곡선은 파선으로 나타낸다. 도14에서는 자기 기록에 관련된 M-H곡선부의 유사성을 나타내기 위해서, 포화 자화는 정규화되어 있다.
헤드가 2개의 부로 결합된 강자성층을 갖는 자기 기록 매체의 일부를 포화시키면, 2개의 강자성층의 자화는 모두 헤드 자장 방향이 되지만, 헤드 자장이 더 인 가되지 않게 되면, 최저 강자성층의 자화가 반전하고, 비트 내의 상황은 단일의 강자성층을 갖는 자기 기록 매체의 경우와 마찬가지가 된다. 리드 헤드는 최종적인 자화만 감지한다. 따라서 당업자라면 자기 기록 매체가 종래의 자기 기록 매체와 마찬가지 특성을 가지면서 더욱 향상된 열안정성을 구비하도록 강자성층의 두께, 조성 및 성막 공정을 최적화할 수 있다.
도15는 2개의 강자성층 및 3개의 강자성층을 갖는 자기 기록 매체의 신호 감쇠를 단일 강자성층을 갖는 자기 기록 매체의 신호 감쇠와 비교하여 나타내는 도면이다. 도15에서, 종축은 207kfci비트에서의 재생 신호의 신호 감쇠(dB), 횡축은 시간(s)을 나타낸다. 도15에서, ◇는 막두께가 10nm인 단일의 CoCrPtB층을 갖는 자기 기록 매체의 데이터, ●는 막두께가 10nm인 하측의 제1 CoCrPtB층과, 막두께가 0.8nm인 Ru층과, 막두께가 4nm인 위의 제2 CoCrPtB층으로 구성되는 자기 기록 매체의 데이터, □는 막두께가 10nm인 하측의 제1 CoCrPtB층과, 막두께가 0.8nm인 제1 Ru층과, 막두께가 4nm인 한가운데의 제2 CoCrPtB층과, 막두께가 0.8nm인 제2 Ru층과, 막두께가 4nm인 위의 제3 CoCrPtB층으로 구성되는 자기 기록 매체의 데이터를 나타낸다. 각 강자성층의 조성은 동일하고, Kerr 자력계를 사용해 측정한 보자력(Hc)은 마찬가지로 약2700 Oe(214.8kA/m)이다. 도15로부터도 알 수 있는 바와 같이, 2개의 강자성층 및 3개의 강자성층을 갖는 자기 기록 매체는 단일의 강자성층을 가지고 교환 결합을 사용하지 않는 자기 기록 매체의 경우와 비교하면, 유효 체적이 증가함에 따라 개선된 열안정성 특성을 나타낸다.
도16은 2개의 부결합된 강자성층을 갖는 자기 기록 매체의 M-H곡선을 다른 온도에 대해서 나타내는 도면이다. 도16에서 종축은 자화(M)(emu/cc), 횡축은 자장(H)(Oe)을 나타내고, 데이터는 3개의 다른 온도 0℃, 25℃ 및 75℃에 대해서 나타낸다. 강한 부결합이 넓은 온도 범위에 걸쳐서 관측되고, 디스크나 테이프 등의 자기 기록 매체에서 사용되는 유익한 범위를 커버하는 것이 확인되었다.
도17은 도16에 나타내는 특성을 갖는 자기 기록 매체의 보자력의 온도 의존성을 나타내는 도면이다. 도17중, 종축은 보자력(Hc)(Oe), 횡축은 측정한 온도(℃)를 나타낸다. 또한 y=-15.47x+4019.7되는 표현식에서, y=Hc, x=온도이다. 온도에 대한 보자력의 변화인 dHc/dT=15.5 Oe/℃이고, 단일의 강자성층을 갖는 자기 기록 매체의 그것보다도 낮다. 단일의 강자성층을 갖는 자기 기록 매체의 대표적인 dHc/dT값은 16~17 Oe/℃이다. 따라서 2개의 부결합된 강자성층을 갖는 자기 기록 매체에 대하여 얻어진 dHc/dT의 개선값은 일차적으로 증가된 유효 체적으로부터 야기됨을 알 수 있다.
도18은 2개의 강자성층 및 3개의 강자성층을 갖는 자기 기록 매체의 강자성층의 유효 및 총 막두께에 대한 PW50 의존성을 단일의 강자성층을 갖는 자기 기록 매체의 강자성층의 유효 및 총 막두께에 대한 PW50 의존성과 비교해 나타내는 도면이다. 도18에서 종축은 PW50(ns), 횡축은 강자성층의 유효 및 총 막두께(nm)를 나타낸다. 도18에 있어서, ◆는 단일의 강자성층을 갖는 자기 기록 매체의 데이터, ■는 2개의 교환 결합된 강자성층을 갖는 자기 기록 매체의 데이터, △는 3개의 교환 결합된 강자성층을 갖는 자기 기록 매체의 데이터를 나타낸다. 각 강자성층의 두께 및 조성은 도15의 데이터를 구하는 데 사용된 것과 동일하다. 좌측의 실선을 따른 데이터는 유효 막두께를 강자성층의 두께로서 사용한 경우, 즉 반평행 구조에 의한 자화 상쇄를 상정한 경우의 데이터를 나타낸다. 상당한 상관성이 관측되고, 그 가정이 옳은 것이 확인되었다. 1 또는 복수의 강자성층의 총 막두께로서 사용한 경우의 데이터는 우측의 파선을 따른 위치로 시프트하고, 단일의 강자성층을 갖는 자기 기록 매체의 데이터와 비교하면, 막두께에 대한 PW50치가 터무니 없이 작다.
따라서 하층에서의 신호가 상쇄되므로,매체 두께의 증가에 따라서 기록 분해능이 저하되어도 판독 분해능이 저하되는 일은 없으며. 이는 단일의 강자성층을 갖는 자기 기록 매체보다 개선된 고립파 매체 SNR Siso/Nm이 얻어지는 것을 설명한다. 2개의 교환 결합된 강자성층 및 매우 낮은 유효 Mrδ를 갖는 자기 기록 매체의 고립파 매체 SNR Sios/Nm은 단일의 강자성층을 갖는 자기 기록 매체보다 크게 개선되어 있다. 이와 같은 매우 낮은 유효 Mrδ는 2개의 강자성층이 대략 동일한 Mrδ를 갖는 경우에 실현할 수 있다. 또한 3개의 교환 결합된 강자성층을 갖는 자기 기록 매체에 대해서 하측의 제1 강자성층의 두께와 한가운데의 제2 강자성층의 두께의 합이 위의 제3 강자성층의 두께와 크게 차이가 없는 경우에 성능이 향상된다. 2개의 비결합(uncoupled)층의 막두께의 최선의 조합은 2개의 층이 동일한 막두께일 때이므로, 이 현상은 이중 비결합층에서 발생하는 현상과 모순되지 않는다.
도19는 고립파 매체 SNR Siso/Nm의 변화의 유효 막두께 의존성을 나타내는 도면이다. 도19에서, 종축은 고립파 매체 SNR Siso/Nm의 변화 ΔSiso/Nm(dB), 횡축은 강자성층의 유효 막두께(nm)를 나타낸다. 또한 도19에 있어서, 동일 기호, ◆, ■ 및 △는 도18과 마찬가지로 3종류의 자기 기록 매체의 데이터를 나타낸다. 도19로부터도 알 수 있는 바와 같이, 낮은 Mrδ를 갖는 2개의 교환 결합된 강자성층으로 구성되는 자기 기록 매체에 대하여 특히 양호한 고립파 매체 SNR Siso/Nm이 관측되었다. 이 경우의 강자성층의 총 막두께는 단일의 강자성층으로 되는 자기 기록 매체보다 커지지만, 리드/라이트 특성은 거의 저하하지 않고, 경우에 따라서는 훨씬 개선된 것이 확인되었다.
본 발명자들은 자성층 구조의 적어도 하나의 강자성층이 서로 접촉하고 있고 강자성 결합되어 있는 복수의 강자성층으로 되어 있을 때, 하측의 강자성층이 23at% 이상의 Cr함유량을 가져 Cr함유량이 많고, 위의 강자성층의 Cr함유량이 적은 경우에 특히 양호한 특성이 얻어지는 것을 확인했다. 이 결과는 하측의 강자성층의 역할이 매우 중요한 것을 나타낸다. 본 발명자들에 의한 실험 결과에 의하면, 하측의 강자성층의 결함에 기인하는 노이즈는 그 위의 강자성층의 상쇄에 의해 효과적으로 감소하는 것이 확인되었다. 즉 하측의 층이 큰 노이즈원이 되지만, 본 실시예에서는 하측의 층에서의 신호가 상쇄되어 신호의 대부분과 노이즈 또한 위의 층에서 오게 되어, SNR를 개선할 수 있다.
본 발명에 의한 자기 기록 매체의 제3 실시예는 상기의 관측 결과에 기초한 것이다.
즉 제 3 실시예에서는, 기판과, 기판 상에 설치된 하지층과, 하지층 위에 설치되고, 적어도 잔류 자화와 막두께의 곱 Mriδi를 갖는 하측 강자성층과, 하측 강자성층 위에 설치되고 잔류 자화와 막두께의 곱 Mrjδj를 갖는 상측 강자성층을 포함하는 자성층 구조를 구비하고, 자성층 구조 내의 인접하는 강자성층의 자화 방향이 대략 반평행이 되는 자성층 구조의 총 잔류 자화와 막두께의 곱을 Mrδ라고 하면, Mrδ ≒ Σ(Mriδi-Mrjδj)를 만족하는 구성으로 되어 있다. δ, δi, δj는 유효 막두께라고 할 수 있다.
자기 기록 매체는 반평행의 자기 상호 작용을 발생시키기 위해서, 상기 자성층 구조 내의 두 인접하는 강자성층 사이에 형성된 비자성 결합층을 더 구비하여도 좋다. 이 비자성 결합층은 실질적으로 Ru로 구성되고 약0.4~1.0nm인 막두께를 가져도 좋다. 또한 이 비자성 결합층은 Ru, Rh, Ir, Cu, Cr 및 이들의 합금을 포함하는 군에서 선택된 재료로 구성되어도 좋다.
자기 기록 매체에 있어서, 상기 자성층 구조 내의 각 강자성층은 Co, Fe, Ni, CoCrTa, CoCrPt, CoCrPt-M으로 되는 군에서 선택된 재료로 구성되고, 여기서 M은 B, Cu, Mo, Nb, Ta, W 및 이들의 합금이어도 좋다. 또한 상기 자성층 구조의 적어도 하나의 강자성층은 서로 접촉하고 있고 강자성 결합된 복수의 강자성층으로 구성되어도 좋다. 상기 자성층 구조 내의 정상 강자성층의 Mrjδj는 자성층 구조 내의 다른 강자성층의 잔류 자화와 막두께의 곱중에서 제일 크게 하여도 좋다. 또한 상기 자성층 구조 내의 강자성층은 서로 다른 조성을 가져도 좋다.
자기 기록 매체의 제3 실시예에 의하면, 마찬가지의 Mrδ치를 갖지만 단일의 자성층 또는 대략 평행인 자화의 복수의 자성층으로 구성되는 자기 기록 매체보다 높은 열안정성 계수 및 고립파 매체 SNR Siso/Nm을 얻을 수 있다. 또한 마찬가지의 총 자성층 두께를 갖는 자기 기록 매체보다 PW50치가 작다.
또한 마찬가지의 Mrδ를 갖지만 단일의 자성층 또는 대략 평행인 자화의 복수의 자성층으로 구성되는 자기 기록 매체보다 자기 기록 매체의 제3 실시예에서 얻어진 dHc/dT치가 작다.
또한 도16 및 도17에 나타내는 데이터 등으로부터, 자기 기록 매체의 제3 실시예에서 얻어지는 강자성 결합은 약 -10℃~150℃의 범위에서 충분히 강하고, 거의 반평행인 것이 확인되었다.
물론 상기한 자기 기록 매체의 실시예는 상기한 자기 기록 매체의 제3 실시예를 따른 하나 이상의 자기 기록 매체를 사용하여도 좋다.
다음에 본 발명에 의한 기록 방법의 1 실시예를 설명한다. 본 기록 방법의 실시예에서는 상기 자기 기억 장치의 실시예 중의 하나를 사용하여, 상기 자기 저장 장치의 실시예의 자기 기록 매체에 정보를 자기적으로 기록한다.
구체적으로는 정보를 자기적으로 자기 기록 매체에 기록하는 기록 방법은 상기 자기 기록 매체의 제3 실시예와 같이, 자기 기록 매체의 자성층 구조를 형성함과 동시에, 자화 방향이 반평행인 복수의 강자성층중, 적어도 하나의 강자성층의 자화 방향을 바꾸는 스텝을 포함한다. 본 실시예에 의하면, 개선된 열안정성을 유지하여 고밀도 기록을 할 수 있다.
다음에 본 발명에 의한 자기 기록 매체 제조 방법의 1 실시예를 설명한다.
상기한 자기 기록 매체 중 어느 하나의 실시예를 제조할 때 자기 기록 매체 를 형성하는 각 층의 결정 특성 및 결정 배향을 적절히 제어할 필요가 있다. 특히 비자성 결합층은 하지층 등의 다른 층과 비교하면 얇기 때문에, 이와 같은 얇은 비자성 결합층을 균일하게 성장하는 것이 바람직하다. 또한 강자성 결합을 바르게 발생시키기 위해서는 인접하는 층 사이의 계면도 매우 깨끗하게 하여 두드러진 결함을 포함하지 않도록 할 필요가 있다.
따라서 매체 제조 방법의 본 실시예에서는 자기 기록 매체의 층을 연속적으로 형성하고, 스퍼터링이 다른 층 형성 방법에 비해 매우 얇아서 균일한 층의 성장을 가능하게 하기 때문에, 바람직하게는 연속 스퍼터링을 사용한다. 또한 연속 스퍼터링을 사용함으로써, 인접하는 층 사이로의 오염을 최소한으로 억제할 수 있다.
스퍼터링을 사용한 경우에서도, 약1nm이하 오더의 얇은 층의 균일한 성장을 보증하기 어렵다. 본 발명자들의 실험 결과에 의하면, 이와 같은 매우 얇은 층의 균일한 성장을 보증하려면 스퍼터링 속도를 0.35nm/s이하로 설정하는 것이 바람직하다는 것이 확인되었다.
또한 스퍼터링 시의 가스압이 너무 높으면, 층이나 인접하는 층 사이의 계면이 오염되기 쉽다. 한편, 스퍼터링 시의 가스압이 너무 낮으면, 불안정한 플라즈마에 의해 박막의 성장이 불균일해진다. 본 발명자들의 실험 결과에 의하면, 스퍼터링 시의 가스압은 약5mTorr으로 설정하는 것이 바람직하다는 것이 확인되었다.
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또한 스퍼터링 동안의 기판 온도도 최적화할 필요가 있다. 기판 온도가 너무 높으면, 기판이 변형하여 특히 비자성 결합층 같은 매우 얇은 층의 균일한 성장을 방해한다. 한편, 기판 온도가 너무 낮으면, 성장하는 층의 결정 특성이 저하된다. 본 발명자들의 실험 결과에 의하면, 스퍼터링 전의 기판 온도는 약100℃~300℃의 범위 내로 설정하는 것이 바람직하다는 것이 확인되었다.
도20은 매체 제조 방법의 본 실시예에서 사용하는 자기 기록 매체 제조 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 도20에 나타내는 자기 기록 매체 제조 장치는 대략 로딩/언로딩 장치(50), 열처리 챔버(51) 및 복수의 스퍼터링 챔버(52-1~52-n)로 구성되고, n은 제조되는 자기 기록 매체의 층 구조에 의존한다. 마지막 스퍼터링 챔버(52-n)는 로딩/언로딩 장치(50)에 접속되고, 제조된 자기 기록 매체의 언로드를 가능하게 한다. 편의상 여기서는 n=9로 가정한다.
먼저 기판은 로딩/언로딩 장치(50)에 로드되고, 열처리 챔버(51)에서 약100℃~300℃의 기판 온도로 가열된다. 다음에 스퍼터링 챔버(52-1~52-9)에 의해 연속적으로 DC 스퍼터링이 행하여지고, 기판 상에는 막두께가 40nm인 NiAl층, 막두께가 20nm인 CrMo 하지층, 막두께가 1.5nm인 CoCr중간층, 막두께가 4nm인 CoCrPtB강자성층, 막두께가 0.8nm인 Ru비자성 결합층, 막두께가 4nm인 CoCrPtB강자성층, 막두께가 0.8nm인 Ru비자성 결합층, CoCrPtB자성층 및 C보호층이 차례로 형성된다.
스퍼터링 챔버(52-1~52-9) 내의 Ar 가스압은 약 5mTorr으로 설정된다. 또한 스퍼터링 챔버(52-5, 52-7)의 스퍼터링 속도는 약 0.35nm/s이하로, 다른 스퍼터링 챔버의 스퍼터링 속도보다 늦게 설정된다. 늦은 스퍼터링 속도는, 예를 들면 스퍼터링 챔버(52-5, 52-7)에 대해서 나타내는 바와 같이, 캐소드 사이의 거리를 증가시켜 타겟과 기판간의 거리를 증가시킴으로써 실현할 수 있다.
도21은 유효 자성층 막두께에서 고립파 출력 의존성을 나타내는 도면이다. 도21에서, 종축은 고립파 출력(μVpp), 횡축은 자성층의 유효 막두께(nm)를 나타낸다. 도21에 나타내는 데이터는 제조된 자기 기록 매체에 대해 신호를 기록하여, GMR헤드에 의해 기록된 신호를 판독함으로써 구하였다. 고립파 출력은 자성층의 유효 막두께에 비례하고, 자성층 구조의 반평행인 강자성 결합의 존재가 확인되었다.
도22는 고주파 SNR의 온도 의존성을 나타내는 도면이다. 도22에서, 종축은 고주파 SNR(dB), 횡축은 스퍼터링 시의 기판 온도(℃)를 나타낸다. 기판 온도가 바람직하게는 약100℃~300℃의 범위 내로 설정되면 양호한 성장막 특성이 얻어지는 것이 확인되었다.
도23은 고립파 매체 SNR Siso/Nm 와 Ru의 스퍼터링 속도와의 관계를 나타내는 도면이다. 도23에서, 종축은 고립파 매체 SNR Siso/Nm(dB, 상대치), 횡축은 스퍼터링 속도(nm/s)를 나타낸다. 도23에 나타내는 데이터는 Ru층 상하에 형성된 자성층 및 강자성층이 정상적으로 자기적 결합을 할지 여부를 확인하기 위해서 구해졌다. 편의상, 도23에 나타내는 데이터는 CCPB강자성층 위에 막두께가 1.4nm인 Ru층을 형성하고, Ru층 위에 CCPB자성층을 형성한 경우에 얻어지는 데이터이다.
도23에서, 고립파 매체 SNR Siso/Nm은 Ru층을 갖지 않는 비교용의 모델 매체의 고립파 매체 SNR에 대한 상대치로 표시되고 있다. 도23으로부터도 알 수 있는 바와 같이, Ru의 스퍼터링 속도가 증가함에 따라, 고립파 매체 SNR Siso/Nm이 저하한다. 이것은 매우 얇은 Ru층이 높은 스퍼터링 속도에서는 일정하게 형성되지 않는 것을 나타낸다. 도23에서는 특히 Ru의 스퍼터링 속도가 0.35nm/s보다 빠르게 되면, 고립파 매체 SNR Siso/Nm이 Ru층을 갖지 않는 비교용의 모델 매체보다 저하하고 있다. 따라서 상기와 같이 고성능 자기 기록 매체를 제조하려면 Ru의 스퍼터링 속도는 0.35nm/s이하로 하는 것이 바람직한 것이 확인되었다.
다음에 본 발명에 의한 자기 기록 매체의 제4 실시예를 나타낸다. 제4 실시예는 전술한 제1 또는 제2 실시예에서 설명한 강자성층과 비자성 결합층 사이, 혹은 자성층과 비자성 결합층 사이의 적어도 한쪽에 자성 결합층(magnetic bonding layer)이 더 설치된다. 제4 실시예는 교환 결합 효과를 강하게 하기 위해서 추가로 자성 결합층을 설치하여, 열안정성을 더욱 향상시킨다.
도24는 본 발명에 의한 자기 기록 매체의 제4 실시예의 주요부의 단면도이다. 자기 기록 매체는 비자성 기판(101), 시드층(102), 하지층(103), 비자성 중간층(104), 강자성층(105), 하부 자성 결합층(106), 비자성 결합층(107), 상부 자성 결합층(108), 자성층(109), 보호층(110) 및 윤활층(111)이 도24에 나타내는 바와 같이 이 순서로 적층되어 있다.
본 실시예에서는 2개의 자성 결합층이 설치되어 있지만, 상기 하부 자성 결합층(106), 상부 자성 결합층(108) 중 어느 한쪽만 설치하여도 좋다. 하부 자성 결합층(106) 및 상부 자성 결합층(108)을 모두 설치했을 때에는 이 상부 자성 결합층(108), 하부 자성 결합층(106)의 교환 결합 효과는 강자성층(105)과 자성층(109)과의 교환 결합 효과보다 커지도록 설정한다. 이와 같이 상부 및 하부 자성 결합층(108, 106)의 교환 결합 효과를 설정함으로써, 비자성 결합층(107) 상하의 교환 결합력이 증가되어, 자기 기록 매체의 열안정성을 향상시킬 수 있다.
하나의 자성 결합층만 설치하면 하부 자성 결합층(106)과 자성층(109) 혹은 상부 자성 결합층(108)과 강자성층(105)과의 교환 결합력이 증가하여 자기 기록 매체의 열안정성을 향상시킬 수 있다.
예를 들면 상기 비자성 기판(101)은 Al, Al합금 또는 유리로 구성된다. 비자성 기판(101)은 텍스처 처리를 실시하여도, 실시하지 않아도 좋다.
시드층(102)은 특히 비자성 기판(101)이 Al 또는 Al합금으로 되는 경우에는, 예를 들면 NiP으로 구성된다. NiP 시드층(102)은 텍스처 처리 또는 산화 처리를 실시하여도, 실시하지 않아도 좋다. 또는 시드층(102)은 특히 비자성 기판(101)이 유리로 되는 경우에는, 예를 들면 NiAl, FeAl로 되는 군에서 선택된 B2구조를 갖는 합금으로 구성된다. 상기 시드층(102)은 하지층(103)의 (001)면 또는 (112)면의 배향을 양호하게 하기 위해서 설치되어 있다.
본 자기 기록 매체를 자기 디스크로 하는 경우에 비자성 기판(101) 또는 NiP시드층(102)에 실시되는 텍스처 처리는 디스크의 둘레 방향, 즉 디스크 상의 트랙이 연재하는 방향을 따라 행하여진다.
비자성 중간층(104)은 자성층(109)의 에피텍셜 성장, 입자 분포 폭의 감소 및 자기 기록 매체의 기록면과 평행인 면을 따른 자성층(109)의 이방성 축의 배향을 촉진하기 위해서 설치되어 있다. 이 비자성 중간층(104)은 CoCr-M 등의 hcp구조를 갖는 합금으로 구성되고, 1~5nm 범위의 막두께를 갖는다. 여기서M=B, Mo, Nb, Ta, W, Cu 또는 이들의 합금이다.
상기 강자성층(105)은 Co, Ni, Fe, Co계 합금, Ni계 합금, Fe계 합금 등으로 구성된다. 즉 CoCrTa, CoCrPt, CoCrPt-M을 포함하는 Co계 합금을 강자성층(105)에 사용할 수 있다. 여기서M=B, Mo, Nb, Ta, W, Cu 또는 이들의 합금이다. 예를 들어 강자성층(105)은 약 2~10nm 범위의 막두께를 갖는다.
하부 자성 결합층(106)은 Co, Fe, Ni계 합금, Co계 합금, Fe계 합금 등으로 구성된다. 즉 CoCrTa, CoCrPt, CoCrPt-M을 포함하는 Co계 합금을 하부 자성 결합층(106)에 사용할 수 있다. 여기서M=B, Mo, Nb, Ta, W, Cu 또는 이들의 합금이다. 이 하부 자성 결합층(106)의 Co 농도 또는 Fe 농도는 강자성층(105)의 Co 농도 또는 Fe 농도보다 높게 하는 것이 바람직하다. 하부 자성 결합층(106)은 약 1~5nm 범위의 막두께를 갖는다.
또한 강자성층(105)에 Co 또는 Fe를 사용한 경우에는 하부 자성 결합층(106)을 생략할 수 있고, 하부 자성 결합층(106)을 설치하는 경우에는 강자성층(105)과는 반대로 Fe 또는 Co를 사용한다.
즉 하부 자성 결합층(106)(상부 자성 결합층(108)에 대해서는 후술함)의 Co 농도 또는 Fe 농도는 강자성층(105) 및 자성층(109)의 Co 농도 또는 Fe 농도보다 높게 설정하는 것이 바람직하다. 상. 자성층(109) 또는 강자성층(105)에 Co 또는 Fe를 사용한 경우에는, 하부 자성 결합층(106)을 생략할 수 있다. 하부 자성 결합층(106)을 설치하는 경우에는 하부 자성 결합층(106)에 사용되는 재료는 강자성층(105) 또는 자성층(109)에 사용되는 것과는 반대인 것이 바람직하다.
비자성 결합층(107)은 Ru, Rh, Ir, Cr, Cu, Ru계 합금, Rh계 합금, Ir계 합금, Cr계 합금 또는 Cu계 합금 등으로 구성된다.
비자성 결합층(107)으로서 Ru, Rh, Ir, Cu, Ru계 합금, Rh계 합금, Ir계 합금 또는 Cu계 합금을 사용하는 경우에는 자성 결합층(106)에는 Co, Co계 합금 또는 NiFe를 사용하는 것이 바람직하다. 비자성 결합층(107)이 Cr 또는 Cr계 합금으로 된 경우에는 자성 결합층(106)에는 Fe 또는 Fe계 합금을 사용하는 것이 바람직하다.
예를 들면 비자성 결합층(107)을 Ru로 형성한 경우에는 비자성 결합층(107)의 두께는 약 0.4~1.0nm 범위의 막두께를 갖고, 바람직하게는 약0.8nm인 막두께를 갖는다. 이 비자성 결합층(107)의 막두께를 이와 같은 범위로 설정함으로써, 강자성층(105) 및 자성층(109)의 자화 방향이 서로 반평행으로 된다.
즉 강자성층(105)과 자성층(109)의 자화 방향은 서로 반평행이거나 서로 평행이어도 좋다.
자화 방향이 서로 반평행인 경우에, 비자성 결합층(107)이 Ru, Rh, Ir, Cr, Ru계 합금, Rh계 합금, Ir계 합금 및 Cr계 합금으로 되는 군에서 선택된 재료로 형성되는 경우에는 약 0.4~1.0nm 범위의 막두께를 갖고, Cu 및 Cu계 합금으로 되는 군에서 선택된 재료로 형성되는 경우에는 약 1.5~2.1nm 범위의 막두께를 갖는 것이 바람직하다.
한편, 자화 방향이 서로 평행인 경우에, 비자성 결합층(107)이 Ru, Rh, Ir, Cu, Ru계 합금, Rh계 합금, Ir계 합금 및 Cu계 합금으로 되는 군에서 선택된 재료로 형성되는 경우에는, 약 0.2~0.4nm 및 1.0~1.7nm 범위에서 선정된 막두께를 갖고, Cr 및 Cr계 합금으로 되는 군에서 선택된 재료로 형성되는 경우에는 약 1.0~1.4nm 및 약 2.6~3.0nm 범위에서 선정된 막두께를 갖는 것이 바람직하다.
상부 자성 결합층(108)은 하부 자성 결합층(106)과 마찬가지의 재료로 구성된다. 상부 자성 결합층(108)의 Co 농도 또는 Fe 농도는 자성층(109)의 Co 농도 또는 Fe 농도보다 높은 것이 바람직하다. 상부 자성 결합층(108)은 약 1~5nm 범위의 막두께를 갖는다. 자성층(109)에 Co 또는 Fe를 사용한 경우에는 상부 자성 결합층(108)을 생략할 수 있다. 상부 자성 결합층(108)을 설치하는 경우에는 자성층(109)과는 반대로 Fe 또는 Co를 사용한다.
상부 및 하부 자성 결합층(108, 106)은 강자성층(105) 및 자성층(109)과 다른 재료로 구성되어도 좋다. 이 경우에 다른 재료는 동일한 재료 조성을 갖지만 재료 함량비는 다르다.
상부 및 하부 자성 결합층(108, 106) 사이의 교환 결합은 자성층(109)과 강자성층(105) 사이의 교환 결합보다 큰 것이 바람직하다.
상기 비자성 결합층(107)에 Ru, Rh, Ir, Cu, Ru계 합금, Rh계 합금, Ir계 합금 또는 Cu계 합금을 사용하는 경우에는 상부 및 하부 자성 결합층(108, 106)에는 Co, Co계 합금 또는 NiFe를 사용하는 것이 바람직하고, 비자성 결합층(107)에 Cr 또는 Cr계 합금을 사용하는 경우에는 상부 및 하부 자성 결합층(108, 106)에는 Fe 또는 Fe계 합금을 사용하는 것이 바람직하다.
강자성층(105)과 비자성 결합층(107)은 기본적인 교환층 구조를 형성한다. 그리고 비자성 결합층(107)의 상하에 설치되는 상부 및 하부 자성 결합층(108, 106)은 이 교환층 구조의 교환 결합 효과를 높이는 기능을 갖는다.
자성층(109)은 Co, Ni, Fe, Co계 합금, Ni계 합금, Fe계 합금, CoCrTa, CoCrPt, CoCrPt-M 등을 포함하는 Co계 합금으로 되는 군에서 선정된 재료로 구성된다. 여기서M=B, Mo, Nb, Ta, W, Cu 또는 이들의 합금이다. 자성층(109)은 5~30nm 범위의 막두께를 갖는다. 물론, 자성층(109)은 단일층 구조에 한정되지 않고, 다층 구조이어도 된다.
상기 보호층(110) 및 윤활층(111)은 상기 제1, 제2 실시예와 마찬가지로 구성된다. 교환층 구조 아래에 설치되는 층 구조는 물론 도24에 나타내는 것에 한정되지 않는다. 예를 들면 하지층(103)은 Cr 또는 Cr계 합금으로 구성되고, 기판(101) 상에 5~40nm 범위의 막두께로 형성하고, 교환층 구조는 이와 같은 하지층(103) 상에 설치해도 좋다.
제4 실시예에서는 자기 기록 매체는 기판과 상기 기판 상에 설치된 하지층을 포함하고 교환층 구조가 하지층 위에 설치된다. 또한 자기 기록 매체는 하지층과 교환층 구조 사이에 설치된 비자성 중간층을 더 포함하여도 좋으며, 비자성 중간층은, hcp 구조 및 약 1~5nm의 두께를 갖는 CoCr-M합금으로 구성된다. 여기서 M은 B, Mo, Nb, Ta, W, Cu 또는 이들의 합금으로 구성된다. 또한 자기 기록 매체는 기판과 하지층 사이에 설치된 시드층을 더 포함하여도 좋다. 시드층은 텍스터 처리되거나 되지 않거나, 산화 처리되거나 되지 않아도 좋은 NiP로 구성되어도 좋다. 또한 시드층은 NiAl 및 FeAl 등의 B2 구조를 갖는 합금으로 구성되어도 좋다.
자기 기록 매체는 적어도 제1 교환층 구조와, 제 1 교환층 구조 및 자성층 사이에 설치된 제2 교환층 구조를 더 포함하여도 좋고, 제2 교환층 구조는 제1 교환층 구조의 강자성층보다 자기 이방성이 작은 강자성층을 가지며, 제1 및 제2 교환층 구조는 서로 반평행인 자화 방향을 갖는 강자성층을 갖는다.
자기 기록 매체는 적어도 제1 교환층 구조와, 제 1 교환층 구조와 자성층 사이에 설치된 제2 교환층 구조를 더 포함하여도 좋고, 제2 교환층 구조는 제1 교환층 구조의 강자성층보다 잔류 자화와 두께의 곱이 작은 강자성층을 가지며, 제1 및 제2 교환층 구조는 서로 반평행인 자화 방향을 갖는 강자성층을 갖는다.
도25는 유리 기판 상에 시드층, 하지층, 비자성 중간층, 강자성층, Ru비자성 결합층, CoCr계 합금 자성층을 이 순서로 적층하여 형성한 경우에 Ru으로 분리된 2개의 CoCr계 합금층의 면내 특성을 나타내고 있다.
강자성층과 자성층에 대해서는 동일한 CoCr계 합금을 사용하고 있다. 2개의 루프는 Co 및 Cr의 농도가 다름을 나타내지만, Co와 Cr이외의 성분 및 층 구성은 동일한 것을 나타내고 있다. 도25에서 종축은 자화(emu/cc), 횡축은 자장(Oe)이다.
도25로부터도 알 수 있는 바와 같이, 2개의 루프 모두 종축 근방에서 시프트가 발생하여, 반강자성 결합이 발생하는 것을 알 수 있다. 또한 Co 농도가 높은(Co-rich) 파선으로 나타낸 루프는 보자력이 더 큰 것을 알 수 있다. 교환층 구조를 갖지 않는 종래의 자기 기록 매체에서도 그 자성층의 Co 농도가 낮은 쪽에 비해서 높은 쪽의 자성층의 보자력이 약 400 Oe 향상된다. 루프 시프트는 자성층과 강자성층 사이에 발생하는 반강자성 결합에 의한 자장과 외부 인가 자장의 합이 보자력과 동일하게 되었을 때에 발생하기 때문에, 루프의 시프트 위치와 보자력의 차가 반강자성 교환 결합의 강도가 된다. 도25에서 루프 시프트는 거의 동일한 자장의 위치에서 발생하지만, 두 경우의 보자력의 차이로부터, 파선으로 나타낸 Co 농도가 높은 경우의 교환 결합이 더 큰 것을 알 수 있다. 또 Co 농도가 높은 루프의 종횡비도 다른 루프보다 좋아진다.
따라서 Co 농도가 높은 합금을 상기 자성 결합층에 채용함으로써 교환 결합 효과를 증가시키고, 보다 열안정성이 좋은 자기 기록 매체를 실현할 수 있다.
도1에 나타내는 제1 실시예와 같은 교환층 구조를 갖는 자기 기록 매체에서, 비자성 결합층(8)에 Ru를 사용하고, 자성층(9)에 CoCr계 합금을 사용한 경우에 이들 층(8, 9)은 함께 hcp구조를 갖는다. 자기 기록 매체의 보자력 및 분해능을 모두 높게 하기 위해서는 hcp구조의 c축이 기판(1)의 표면에 대해 평행인 것이 바람직하다. 강자성층(7)에 CoCr계 합금을 사용한 경우에 강자성층(7)은 hcp구조의 합금으로 구성되고 (002)면에 배향한 비자성 중간층(6) 상에 에피텍셜 성장하므로, 강자성층(7)의 c축의 면내 배향성은 양호하다.
한편 비자성 결합층(8)에 사용하는 Ru는 CoCr계 합금과 마찬가지로 hcp구조를 갖지만, Ru의 격자 상수는 CoCr계 합금의 격자 상수에 비하면 약5% 정도 크다. 이 때문에, 강자성층(7)과 비자성 결합층(8) 사이, 혹은 비자성 결합층(8)과 자성층(9) 사이에서 에피텍셜 성장이 격자불일치로 인해 약간 저해되는 일도 있다. 이와 같이 격자불일치로 인해 에피텍셜 성장이 약간 저해되면, 자기 기록 매체의 보자력이 저하하고, CoCr계 합금의 c축의 면내 배향성이 불안정해진다.
따라서, Ru와 CoCr계 합금 사이의 에피텍셜 성장을 개선하고, 자기 기록 매체의 보자력의 증가와 CoCr계 합금의 c축의 면내 배향성을 개선함과 동시에, 자기 기록 매체의 주로 기록 분해능 특성을 개선할 수 있는 실시예를 이하에서 설명한다.
도26은 본 발명에 의한 자기 기록 매체의 제5 실시예의 주요부를 나타내는 단면도이다.
자기 기록 매체는 비자성 기판(216), 시드층(217), Cr계 합금으로 구성되는 하지층(218), 비자성 중간층(219), 강자성층(220), 비자성 결합층(221), 자성층(222), 보호층(223) 및 윤활층(224)이 도26에 나타내는 바와 같이 이 순서로 적층된 구조를 갖는다.
비자성 기판(216)은 예를 들면 Al합금 또는 유리로 구성된다. 비자성 기판(216)은 텍스처 처리를 실시하여도, 실시하지 않아도 좋다. 시드층(217)은 비자성 기판(216)이 Al합금으로 구성되는 경우에는 도금으로 형성된 NiP으로 구성된다. 이 NiP 시드층(217)은 텍스처 처리를 실시하여도, 실시하지 않아도 좋다. 또한 비자성 기판(216)이 유리로 구성되는 경우에는 시드층(217)은 NiAl, FeAl 등의 B2구조를 갖는 금속간 화합물 재료로 구성된다.
비자성 중간층(219)은 자성층(222)의 에피텍셜 성장, 입자 사이즈 분포 폭의 감소 및 자기 기록 매체의 기록면과 평행인 면을 따른 자성층(222)의 이방성축(c축, 자화 용이축)의 배향을 촉진하기 위해서 설치되어 있다. 이 비자성 중간층(219)은 CoCr-M1 등의 hcp구조를 갖는 합금으로 구성되고, 약 1~5nm 범위의 막두께를 갖는다. 여기서 M1 = B, Mo, Nb, Ta, W 또는 이들의 합금이다.
강자성층(220)은 Co, Ni, Fe, Co계 합금, Ni계 합금, Fe계 합금 등으로 된 군에서 선택된 재료로 구성된다. 환언하면 CoCrTa, CoCrPt, CoCrPt-M2를 포함하는 Co계 합금을 강자성층(220)에 사용할 수 있다. 여기서M2=B, Mo, Nb, Ta, W 또는 이들의 합금이다. 이 강자성층(220)은 약 2~10nm 범위의 막두께를 갖는다.
비자성 결합층(221)은 Ru-M3 등의 hcp 구조를 갖는 합금으로 구성되고, 여기서 M3=Co, Cr, Fe, Ni, Mn 또는 이들의 합금이다. 비자성 결합층(221)은, 예를 들면 약0.4~1.0nm 범위의 막두께를 갖고, 바람직하게는 약0.6~0.8nm인 막두께를 갖는다. 비자성 결합층(221)의 막두께를 이와 같이 설정함으로써, 강자성층(220) 및 자성층(222)의 자화 방향이 서로 반평행이 된다. 이와 같이 강자성층(220) 및 비자성 결합층(219)은 교환층 구조를 형성한다.
자성층(222)은 Co 또는 CoCrTa, CoCrPt, CoCrPt-M4를 포함하는 Co계 합금으로 구성된다. 여기서 M4=B, Mo, Nb, Ta, W 또는 이들의 합금이다. 이 자성층(222)은 약5~30nm 범위의 막두께를 갖는다. 물론 자성층(222)은 단일층 구조에 한정되지 않고, 다층 구조를 자성층(222)으로서 사용하여도 좋다.
보호층(223)은 C 또는 다이아몬드형 C(DLC)로 구성된다. 또한 윤활층(224)은 자기 기록 매체를 스핀 밸브 헤드 등의 자기 트랜스듀서와 같이 사용하기 위한 유기물 윤활제로 구성된다. 보호층(223) 및 윤활층(224)은 자기 기록 매체의 보호층 구조를 형성한다.
상기한 바와 같이, 비자성 결합층(221)은 Ru-M3 합금으로 구성되고, M3 = Co, Cr, Fe, Ni, Mn 또는 이들의 합금이다. 본 실시예에서는 Ru에 첨가되는 원소(M3)의 양은 안정한 hcp구조가 유지되도록 다음과 같은 조성 범위가 바람직하다. 다음의 조성 범위에서, 괄호 내의 값은 원자%(at%)를 나타낸다.
Ru-Co(0~50at%)
Ru-Cr(0~50at%)
Ru-Fe(0~60at%)
Ru-Ni(0~10at%)
Ru-Mn(0~50at%)
도27은 도26에 나타내는 자기 기록 매체의 비자성 결합층(221)에 순Ru를 사용한 경우에 얻어지는 자화 곡선을 나타내는 도면이다. 도27에서, 종축은 자화(M)(임의 단위), 횡축은 자장(H)(kOe)를 나타낸다. 도27에 나타내는 자화 곡선은 진동 시료형 자력계에 의해서, 시료면 즉 자기 기록 매체의 기록면에 평행으로 자장을 인가하면서 측정했다. 강자성(220)과 자성층(222)이 반평행으로 결합하는 영역이 존재하기 때문에 자화 곡선에는 잘록한 부분이 발생하고 있다.
또한 비자성 결합층(221)으로 Ru-M3 합금을 사용한 경우에 얻어지는 자화 곡선도 상기와 같이 하여 측정했다. 비자성 결합층(221)에 Ru-M3 합금을 사용한 경우도, 도27에 나타낸 경우와 마찬가지로, 강자성(220)과 자성층(222)이 반평행으로 결합하는 영역이 존재하기 때문에 자화 곡선에는 잘록한 부분이 발생하는 것이 확인되었다.
도27의 제1상한 및 제4상한에서, 잘록한 부분 보다 고자장측의 자화 곡선의 직선 부분을 자장축에 외부 삽입하고, 자장축과의 교점을 면내 보자력(Hc//)이라고 정의한다.
도28은 도10의 데이터를 측정한 자기 기록 매체에 대해서, 시료면에 대해 수직 방향으로 자장을 인가하면서, 수직 Kerr루퍼(또는 루프)에 의해 측정한 자화 곡선을 나타내는 도면이다. 도28중, 종축은 Kerr 회전(도), 횡축은 수직 자장(Oe)을 나타낸다. 수직보자력(Hc┴)은 도28에 그 정의를 나타낸다.
자성층(222)의 자화 용이축의 면내 배향성의 정도는 (Hc┴)/(Hc//)되는 비(ratio)에 의해 평가할 수 있다. 이 (Hc┴)/(Hc//) 비가 작을수록, 자성층(222)의 면내 배향성이 양호한 것을 나타낸다.
비자성 결합층(221)에 각종 재료를 사용한 경우의 면내 보자력(Hc//) 및 (Hc┴)/(Hc//) 비의 측정 결과를 이하에 나타낸다. 각종 재료에 대한 면내 보자력(Hc//)는 순Ru를 비자성 결합층(221)에 사용한 경우의 면내 보자력(Hc//)을 1로 한 경우의 상대치로 나타낸다.
Figure 112000011549330-pat00034
이와 같이 본 실시예에 의하면, Ru-M3 합금을 비자성 결합층(221)에 사용한 경우에서도, 순Ru를 사용한 경우와 비교해 (Hc┴)/(Hc//) 비의 값이 개선된 것이 확인되었다. 그 결과 자성층(222)의 면내 배향성의 개선에 의해서, 기록 분해능이 약1.5~2.5% 향상되는 것도 확인되었다.
또한 비자성 결합층(221)에 사용하는 Ru의 hcp구조의 (002)면 간격의 격자 부정합이 상하에 각각 위치하는 강자성층(220) 및 자성층(222)에 대하여 최악의 경우에서 약8%, 통상은 최대 5% 정도 발생하고 있다. 그러나 상기와 같이 원소M3을 Ru에 첨가함으로써, 격자 부정합을 약 6% 이하 바람직하게는 2% 이하로 줄일 수 있는 것이 확인되었다. 또한 Ru에 첨가 가능한 원소M3로서는 상기 Co, Cr, Fe, Ni, Mn 또는 이들의 합금이 바람직하지만, Ir, Mo, Nb, Pt, Rh, Ta, Ti, V, W 또는 이들의 합금으로 된 군에서 선택된 재료를 Ru에 첨가하여 격자 부정합을 조정해도 좋다.
또한 본 실시예는 상기 자기 기록 매체의 제2 실시예의 구성에도 마찬가지로 적용 가능하다.
다음에 도29~도32를 참조하여 본 발명의 다른 특성에 대해서 설명하기 전에 종래 기술을 간단히 설명한다.
정보 처리 기술의 발전으로 인해, 고밀도 자기 기록 매체에 대한 요구가 높아지고 있다. 저노이즈, 고보자력, 고잔류 잔화 및 고분해능의 요구를 만족시키는 자기 기록 매체가 요구되고 있다.
종래에는 자기 기록 매체의 노이즈를 저감하기 위해서 다양한 대책이 제안되었다. 일반적인 자기 기록 매체는 Al 등으로 구성되는 비자성 기판, 하지층, 자기 기록층, 보호층 및 윤활층이 이 순서로 기판 상에 설치된다. 예를 들어 하지층에 대해서는 자기 기록층의 자화 특성을 향상시키기 위해서 자기 기록층의 면내 배향을 촉진하고 잔류 자화 및 비트의 열안정성을 증가시키는 기능이 요구된다. 적합한 하지층을 사용하면 자기 기록층의 막두께를 감소시키고, 혹은 자기 기록층의 자기 입자의 크기 및 입자 분포폭을 감소시킬 수 있으므로 저노이즈화를 도모할 수 있다.
또한 자성층의 막두께를 감소시켜서 분해능을 증가시키거나 또는 기록된 비트 사이의 천이폭을 감소시키는 제안이 있다. 또한 CoCr계 합금으로 된 자기 기록층의 Cr 편석을 촉진시키고 자기 입자 사이의 교환 결합을 감소시키는 등의 다양한 관점에서 노이즈 감소에 대한 제안이 이루어져 왔다.
노이즈 감소에 유효한 기술의 하나로서, 분리층으로 자기 기록층을 상부 및 하부로 분리함으로써 자기 기록층의 다층 구조를 채용하는 자기 기록층이 제안되고 있다. 분리층으로 자기 기록층을 다층화함으로써 자성층 사이의 자기적 결합을 분리할 수 있으므로 노이즈를 확실하게 저감시킬 수 있다.
그러나 다층 구조를 갖는 자기 기록 매체에서, CoCr계 합금이나 Cr계 합금 등의 비자성 재료가 분리층으로서 사용된다. 이러한 비자성 재료는 상하에 설치된 자성층과 섞이기 쉬워 자기 기록층의 자기적 특성이 열화하고, 따라서 그러한 자기 기록 매체로부터 얻어지는 재생 출력이 열화하는 문제가 발생한다. 또한 CoCr계 합금 및 Cr계 합금 등의 비자성 재료는 상하에 설치된 자성층의 자기적 결합을 사실상 완전히 분리한다. 따라서 노이즈를 감소시키는 점에 있어서는 이러한 비자성 재료가 바람직하므로, 상하에 설치된 자성층은 열적으로 불안정해진다. 따라서 비교적 고온 환경 하에서 사용되는 자기 디스크 등의 자기 기록 매체의 경우에는 이러한 분리층의 존재로 인해 기록된 비트의 검출 감도가 열화하는 문제가 생긴다.
다음에 본 발명에 의한 자기 기록 매체의 제6 실시예를 설명한다. 본 실시예는 다층 구조로 된 자기 기록층을 가지고, 소망의 열안정성과 자기 특성을 유지하면서 노이즈를 감소시킬 수 있다.
제 1 및 제 2 실시예에서, 자기 기록 매체는 적어도 하나의 교환층 구조와, 교환층 구조에 설치된 자성층을 포함하고, 교환층 구조는 강자성층과, 강사성층 상 및 자성층 하에 설치된 비자성 결합층을 포함하고, 강자성층과 자성층의 자화 방향이 서로 평행이다.
제 1 및 제2 실시예에서, 두 강자성층 사이의 특정한 Ru 또는 Ir층 두께에 대하여, 자화는 평행 또는 반평행으로 이루어질 수 있다. 예를 들어 자화 방향이 반평행인 두께가 다른 2 강자성층으로 된 구조에서는, 자기 기록 매체의 유효 입자 크기는 분해능에 별로 영향을 미치지 않으면서도 크게 증가시킬 수 있다. 이러한 자기 기록 매체로부터 재생된 신호 진폭은 역방향의 자화에 의해 감소하지만, 이는 적층 자성층 구조 아래에 적절한 막두께 및 자화 방향의 층을 더 설치함으로써, 하나의 층의 영향을 상쇄시킬 수 있다. 그 결과 자기 기록 매체로부터 재생되는 신호 진폭을 증대시키고, 또한 유효 입자 체적을 증대시킬 수 있다. 따라서 열안정성이 높은 기록된 비트를 실현할 수 있다.
제1 및 제2 실시예는 자성층을 다른 강자성층과 역의 자화 방향으로 교환 결합시키거나 또는 적층 페리자성 구조를 사용함으로써 기록된 비트의 열안정성을 향상시킬 수 있다. 강자성층 또는 적층 페리자성 구조는 교환 감결합된 입자로 된 자성층으로 구성된다. 환언하면 제 1및 제2 실시예는 교환 피닝 강자성층 또는 페리자성 다층 구조를 사용함으로써 자기 기록 매체의 열안정성을 향상시킨다.
이하에 설명하는 본 발명의 제6 실시예에서는 제1 및 제2 실시예에서 얻은 상기 성과를 잘 활용하여, 2개의 강자성층 사이에 설치된 Ru 등의 층이 특정의 막두께를 가질 때에 강자성층의 자화 방향이 서로 평행이 되는 점을 착안하였다. 따라서 제 6 실시예는 제1 및 제2 실시예의 기본 층 구조와 유사한 층 구조를 갖는다. 제 1 및 제 2 실시예의 자성층, 비자성 결합층 및 강자성층은 각각 제 6 실시예의 (제 1) 자기 기록층, 비자성 분리층 및 (제2) 자기 기록층에 상당하지만, 제 6 실시예의 층의 기능은 제1 및 제2 실시예와 다르다.
본 발명에 의한 자기 기록 매체의 제 6 실시예의 기본 구성은 종래의 자기 기록 매체와 마찬가지로 비자성 기판, 하지층, 자기 기록층, 보호층 및 윤활층을 이 순서로 적층한 구조를 갖지만, 그 자기 기록층은 다층 구조로 되어 있다.
도29는 본 발명에 의한 자기 기록 매체의 제 6 실시예의 자기 기록 매체(10)의 주요부를 나타내는 도면이다. 자기 기록 매체(30)는 비자성 기판(31), NiP층(32), 하지층(33), 비자성 중간층(34), 제2자기 기록층(35), 비자성 분리층(36), 제1자기 기록층(37), 보호층(38) 및 윤활층(39)이 이 순서로 적층된 구조를 갖는다.
본 자기 기록 매체(30)의 자기 기록층은 제2 자기 기록층(35), 비자성 분리층(36), 제1자기 기록층(37)의 3층으로 형성되어 있다. 나중에 상술하는 바와 같이 비자성 분리층(36)을 개재하여 상측의 제1자기 기록층(37)과 하측의 제2자기 기록층(35)은 자기적으로 결합되고, 제 1 자기 기록층(37)과 제2자기 기록층(35)의 자화 방향은 평행(동일 방향)이다. 자기 기록 매체(30)가 자기 디스크로서 형성되고, 신호가 자기 헤드에 의해 기록될 때에는 상기한 관계를 갖는 제 1 및 제2 자기 기록층(37, 35)은 서로 평행한 상태를 유지하면서 기록 자화를 따라서 고정된다. 제 1 및 제2 자기 기록층(37, 35)의 자화 상태는 신호 재생시에 판독된다.
이 때에, 제1자기 기록층(37)과 제2자기 기록층(35)이 비자성 분리층(36)에 의해 분리되므로, 자기적 분리의 효과에 의해 저노이즈화가 실현된다. 그러나 종래의 CoCr계 합금 또는 Cr계 합금으로 형성한 비자성 분리층과는 달리, 본 실시예의 경우에는 제1자기 기록층(37)과 제2자기 기록층(35)의 서로 평행한 자화 상태가 충분히 유지될 정도의 자기적 결합이 존재하고 있다. 그 결과 열안정성이 향상되고, 비교적 고온 환경 하에서도 자기 기록층에 요구되는 자기 특성을 본 실시예에서는 유지할 수 있으므로 종래의 자기 기록 매체보다 자기 기록 매체(30)의 신뢰성이 향상된다.
상기 다층 구조의 자기 기록층에서는 비자성 분리층을 2층 이상 설치해도 좋다. 예를 들어 비자성 분리층을 2층으로 하는 경우에는 자기 기록층이 제1, 제2, 제3자기 기록층으로 구성되고, 제1 비자성 분리층이 제1 및 제2 자기 기록층 사이에 형성되고, 제 2 비자성 분리층이 제2 및 제3 자기 기록층에 형성된다.
도29에 나타낸 자기 기록 매체(30)의 설명으로 돌아가서, 비자성 기판(31)은 비자성의 재료, 예를 들면 Al, Al합금 또는 유리로 구성된다. 이 비자성 기판(31)은 텍스처 처리를 실시하여도, 실시하지 않아도 좋다.
상기 NiP층(32)은 NiP로 되어 있지만, B2구조를 갖는 NiAl 혹은 FeAl 등의 재료로 된 층으로 대체되어도 좋고, 또 텍스처 처리를 실시하여도, 실시하지 않아도 좋다. 본 자기 기록 매체(30)가 자기 디스크이고 텍스처 처리가 실시될 경우에 비자성 기판(31) 또는 NiP층(32)은 디스크의 둘레 방향, 즉 디스크 상의 트랙이 존재하는 방향을 따라 텍스처 처리가 행하여진다.
하지층(33)은 적어도 1층의 Cr계 합금으로 형성된다. 예를 들면 하지층(22)은 Cr-M 합금으로 구성되고, 여기서 M은 Mo, Fe, Mn, Ti, V, W 또는 이들의 합금이다.
비자성 중간층(34)이 제1 및 제2 자기 기록층(37, 35)의 에피텍셜 성장, 입자 분포 폭의 감소 및 자기 기록 매체(30)의 기록면과 평행인 면을 따른 자기 기록층의 이방성축(자화 용이축)의 배향을 촉진하기 위해서 설치되어 있다. 이 비자성 중간층(34)은 CoCr-M 등의 hcp구조를 갖는 합금으로 구성되고, 약 1~5nm 범위의 막두께를 갖는다. 여기서 M = B, Mn, Mo, Nb, Ta, Ti, W 또는 이들의 합금이다. 이 비자성 중간층(34)은 필수의 층이 아니고, 비자성 중간층(34)은 생략 가능하다.
제2자기 기록층(35)은 Co, Ni, Fe, Co계 합금, Ni계 합금, Fe계 합금으로 구성된다. 환언하면 Co, 및 CoCrTa, CoCrPt, CoCrPt-M을 포함하는 Co계 합금을 제2자기 기록층(35)에 사용할 수 있다. 여기서 M=B, Mo, Nb, Ta, W 또는 이들의 합금이다. 이 제2자기 기록층(35)은 약 2~10nm 범위의 막두께로 하는 것이 바람직하다.
상기 비자성 분리층(36)은 Ru, Rh, Ir 또는 이들의 합금으로 구성된다. 비자성 분리층(36)을 Ru로 형성하는 경우에는 약 0.2~0.4nm 또는 약 1.0~1.7nm 범위로 막두께를 설정하는 것이 바람직하다. 비자성 분리층(36)의 막두께를 이와 같은 범위로 설정함으로써, 제2자기 기록층(35) 및 제1자기 기록층(37)의 자화 방향을 서로 평행이 되게 설정할 수 있다.
또한 제1자기 기록층(37)은 제2자기 기록층(35)과 마찬가지로, 예를 들면 Co, 및 CoCrTa, CoCrPt, CoCrPt-M의 Co계 합금 등으로 구성된다. 여기서 M = B, Mo, Nb, Ta, W 또는 이들의 합금이다. 제1자기 기록층(37)은 약 5~30nm 범위의 막두께를 갖는 것이 바람직하다. 이 제1자기 기록층(37)은 단일층 구조에 한정되지 않고 제1 자기 기록층(37) 자체를 다층 구조로 형성해도 좋다.
상기 제1자기 기록층(37)과 제2자기 기록층(35)을 형성하는 재료는 동일해도, 서로 달라도 좋다.
보호층(38)은 예를 들면 C계 재료로 구성된다. 또한 윤활층(39)은 자기 기록 매체(30)를 스핀 밸브 헤드 등의 자기 트랜스듀서와 같이 사용하기 위한 유기물 윤활제로 구성된다. 보호층(38) 및 윤활층(39)은 자기 기록 매체(30) 상의 보호층 구조를 형성한다.
본 발명에 의한 자기 기록 매체의 제6 실시예의 층 구조는 물론 도29에 나타내는 것에 한정되지 않는다. 예를 들면 하지층(33)은 Cr 또는 Cr계 합금으로 구성되고, 기판(31) 상에 약 5~40nm 범위의 막두께로 형성된다. 제2자기 기록층(35)은 이와 같은 하지층(33) 상에 설치해도 좋다.
다음에 자기 기록 매체(30)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 본 자기 기록 매체(30)의 기판(31) 상에 형성되는 층은 하지층(33)으로부터 보호층(38)까지 스퍼터링법을 사용해 성막할 수 있다.
예를 들어 NiP 도금된 두께 0.8mm의 3.5인치 직경의 Al기판(31)을 세정한 후, 마그네트론 스퍼터링 장치를 사용해 기판 온도를 220℃까지 가열한 후, 하지층(33)으로부터 보호층(38)까지의 층이 연속해서 스퍼터링으로 형성된다. Al 기판(31) 상의 NiP층에는 산화 처리 또는 텍스처 처리를 실시하여도 좋다. 스퍼터링은 5mTorr의 압력 하에서, 스퍼터링 시간은 4초 일정으로 한다. 스퍼터링에 의해, 각각의 막두께는 재료 Cr95Mo2.5W2.5를 3nm 및 Cr80Mo10W10 를 7nm로서 형성한 하지층(33)이 10nm가 되게 한다. 스퍼터링에 의해, 재료 Co63Cr37로 형성한 비자성 중간층(34)을 3nm, 재료 Co63Cr22Pt11B4으로 형성한 제2자기 기록층(35)을 9.5nm, 재료 Ru로 형성한 비자성 분리층(36)의 막두께를 0.2~0.4nm 및 1.0~1.7nm 범위에서 선정해 형성하고, 재료 Co63Cr22Pt11B4으로 형성한 제1자기 기록층(37)을 9.5nm 형성했다. 또한 C계의 보호층(38)을 성막한 후, 보호층(38) 위에 유기계 윤활제를 도포해 윤활층(39)으로 했다.
도30은 상기와 같이 제조된 자기 기록 매체(30)의 본 실시예에 대해서, 고립파 출력(Siso)과 매체 노이즈(Nm)의 Siso/Nm 비와, Ru의 비자성 분리층(36)의 두께와의 관계를 나타내는 도면이다. Siso/Nm 비는 270kFCI에서의 고립파(isolated wave) 출력 Siso와 매체 노이즈 Nm의 비(ratio)이다. 비자성 분리층(36)의 막두께의 증가에 따라서 Siso/Nm 비의 값이 증가하므로, 노이즈가 준 것을 도 30으로부터 확인할 수 있다.
또한 상술한 바와 같이, Ru에 의해 비자성 분리층(36)을 형성했을 때에는 비자성 분리층(36)의 막두께에 따라 상하에 배치된 제1 및 제2 자기 기록층(37, 35)의 자화 방향이 서로 평행 또는 반평행이 된다. 본 실시예의 경우 0.4nm 이하, 또는 1.0nm 이상의 비자성 분리층(36)의 막두께를 선정함으로써 제1자기 기록층(37)과 제2자기 기록층(35)의 자화 방향이 서로 평행으로 된다.
다음에 도31은 동일한 자성 재료 Co63Cr22Pt11B4를 제1 및 제2 자기 기록층(37, 35)에 사용한 경우에, 제1자기 기록층(37)과 제2자기 기록층(35)의 막두께비와, 고립파 출력(Siso)과 매체 노이즈(Nm)의 Siso/Nm 비와의 관계를 나타내는 도면이다. 도31에서 횡축은
(제1자기 기록층(37)의 막두께)/{(제1자기 기록층(37)의 막두께+제2자기 기록층(35)의 막두께)}
를 나타내고 있다. 도31로부터 막두께비가 0.5~0.7의 범위에 있을 때에 높은 Siso/Nm 비가 되는 것을 확인할 수 있다.
또한 도32는 제1자기 기록층(37)과 제2자기 기록층(35)의 막두께비와, 출력(S)과 노이즈(Nt)의 S/Nt 비와의 관계를 나타내는 도면이다. 도32의 횡축은 도31과 마찬가지이다. 도32에 있어서도, 제1자기 기록층의 막두께비가 약 0.5~0.7의 범위일 때, 높은 S/Nt비가 되는 것을 확인할 수 있다.
상기 도31 및 도32로부터, 제1자기 기록층의 막두께:제2자기 기록층의 막두께의 비를 5:5~7:3으로 설정하면 노이즈 저감 효과가 더욱 향상되는 것을 알 수 있다. 저노이즈화를 도모하는 관점에서는 막두께비를 5:5에 가까운 값을 선정하는 것, 고분해능화를 도모하는 관점에서는 7:3에 가까운 값을 선정하는 것이 바람직하다.
따라서 자기 기록 매체의 제6 실시예에 의하면, Ru 등으로 된 소정 두께의 비자성 분리층이 비자성 분리층 상하의 자기 기록층의 자기적 결합을 유지하여 서로 평행한 상태가 되게 한다. 따라서 노이즈가 적고 소망의 열안정성을 갖는 자기 기록 매체를 실현할 수 있다. 종래의 자기 기록 매체에 비해서 본 자기 기록 매체는 신뢰성이 높고 고밀도 기록에 적합하다.
또한 이러한 자기 기록 매체를 사용하는 자기 기억 장치는 고밀도 기록의 요구에 호응하여 고감도로 정보의 자기 기록 및 재생을 가능하게 한다.
다음에 본 발명에 의한 자기 기록 매체의 제7 실시예를 설명한다. 제7 실시예에서는 강자성층과 상술한 제1 또는 제2 실시예의 자성층 중 적어도 하나가 그래뉼러 층 구조를 갖는다. 제7 실시예에서 사용된 그래뉼러 층 구조는 비자성 모재(母材) 내에 균일하게 분포된 강자성 결정 입자를 가짐으로써 자성 입자를 더욱 고립시킨다.
강자성층과 자성층 모두 그래뉼러층 구조를 갖는 경우, 그래뉼러층의 자화 방향은, 상기한 제1 및 제2 실시예와 마찬가지로, Ru 등으로 구성되고 소정의 두께를 갖는 비자성 결합층이 그래뉼러층 사이에 배치됨으로써, 서로 평행 또는 서로 반평행으로 된다. 그 결과 유효 체적을 증가시킴으로써 기록된 비트의 열안정성을 향상시키고 매체 노이즈를 저감할 수 있다.
강자성층과 자성층 모두 그래뉼러 층 구조를 가질 필요는 없고, 그래뉼러 층 구조는 강자성층과 비자성층 중 어느 하나에만 채택되어도 좋다. 하나의 그래뉼러 층만 사용할 경우에는 기록층을 형성하는 자성층이 그래뉼러 층 구조를 갖는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 그래뉼러 층은 다른 그래뉼러 층 또는 CoCr계 자성층에 역방향인 자화 방향(반평행)으로 자기적으로 교환 결합됨으로써 기록된 비트의 열안정성을 향상시킨다. 즉 본 실시예에는 자기 기록 매체의 열안정성을 향상시키는 피닝 구조가 형성되어 있으며, 매체 노이즈를 저감하기 위한 그래뉼러 층 구조가 더 형성되어 있다.
그래뉼러 층 구조란 일본 특개평10-92637호 공보에 기재된 바와 같이 비자성 모재 내에 강자성 결정 입자가 균일하게 분포된 층 구조를 말한다. 이 그래뉼러 층 구조를 자기 기억 장치의 기록 매체에 적용함으로써 그래뉼러 매체가 얻어진다. CoCr계 자성 재료를 자기 기록층으로 사용하는 종래의 기록 매체에서는 Co 및 Cr 석출이 자성 입자의 고립과 노이즈 저감에 사용된다. 그러나 종래의 기록 매체에서는 소망의 자성 입자의 고립 상태를 얻기가 어려웠다.
반면, 본 발명에 의한 그래뉼러 매체에서는 SiO2(세라믹재) 등의 모재(母材) 내에 강자성 결정 입자(금속)를 균일하게 분포시킴으로서 확실하게 고립되고, 이에 따라 노이즈가 매우 적은 매체를 실현할 수 있다.
도33은 본 발명에 의한 자기 기록 매체의 제7 실시예의 주요부를 나타내는 단면도이다. 자기 기록 매체는 비자성 기판(401), 제1 시드층(402), NiP층(403), 제2 시드층(404), 하지층(405), 비자성 중간층(406), 강자성층(407), 비자성 결합층(408), 자성층(409), 보호층(410) 및 윤활층(411)이 도33에 나타내는 바와 같이 이 순서로 적층된 구조를 갖는다.
예를 들면 비자성 기판(401)은 Al, Al합금 또는 유리로 구성된다. 이 비자성 기판(401)은 텍스처 처리를 실시하여도, 실시하지 않아도 좋다. 제1 시드층(402)은 특히 비자성 기판(401)이 유리로 되는 경우에는 예를 들면 NiP로 구성된다. NiP층(403)은 텍스처 처리 또는 산화 처리를 실시하여도, 실시하지 않아도 좋다. 제2 시드층(404)은 하지층(405)이 NiAl, FeAl 등의 B2구조의 합금으로 된 경우의 하지층(405)의 (001)면 또는 (112)면의 배향을 양호하게 하기 위해서 설치되어 있다. 제2 시드층(404)은 제1 시드층(402)과 마찬가지인 재료로 구성된다.
자기 기록 매체가 자기 디스크일 경우, 비자성 기판(401) 또는 NiP층(403)에 실시되는 텍스처 처리는 디스크의 둘레 방향, 즉 디스크 상의 트랙이 연재하는 방향을 따라 행하여진다.
비자성 중간층(406)은 자성층(409)의 에피텍셜 성장, 입자 분포 폭의 감소 및 자기 기록 매체의 기록면과 평행인 면을 따른 자성층(409)의 이방성축의 배향을 촉진하기 위해서 설치되어 있다. 그러나 비자성 중간층(406)은 필수적인 것은 아니다. 이 비자성 중간층(406)은 CoCr-M 등의 hcp구조를 갖는 합금으로 구성되고, 1~5nm 범위의 막두께를 갖는다. 여기서 M = B, Mo, Nb, Ta, W, Cu 또는 이들의 합금이다.
강자성층(407)은 비자성 모재에 강자성 결정 입자를 균일하게 분포시킴으로써 형성된 그래뉼러 층으로 구성되어도 좋다. 이 경우에 강자성 결정 입자는 Co, Ni, Fe, Ni계 합금, Fe계 합금 또는 CoCrTa, CoCrPt, CoCrPt-M을 포함하는 Co계 합금으로 되어도 좋다. 여기서 M = B, Mo, Nb, Ta, W, Cu 또는 이들의 합금이다. 강자성 결정 입자의 입자 직경은 2~30nm의 범위에 있는 것이 바람직하다. 또한 비자성 모재는 SiO2, Al2O3 및 MgO 또는 NiO 등의 산화물 재료로 구성되어도 좋다. 강자성층(407)은 그래뉼러 층 구조를 사용하지 않는다면 CoCr계 자성 재료로 구성되어도 좋다.
그래뉼러 층 구조는 강자성 결정 입자와 비자성 모재의 보자 에너지, 표면 에너지 및 탄성 에너지 등의 물리적 상수 또는 특성에 따라 변한다. 따라서 강자성 결정 입자에 사용되는 자성 재료, 비자성 모재에 사용되는 세라믹 또는 산화물 재료 조합의 수는 매우 많이 존재하며, 필요에 따라 적절한 조합이 채용될 것이다.
그래뉼러 층 구조는 자성층(409)에 우선적으로 사용하는 것이 바람직하고, 강자성층(407)에는 상기한 바와 같이 CoCr계의 자성 재료를 사용해도 좋다. 자성층(409)에 그래뉼러 층 구조를 사용하는 이유는 비자성 결합층(408)의 설치에 의한 교환 결합 효과에 의해서, 노이즈 저감에 주로 기여하는 것은 최상단의 자성층(409)이기 때문에다.
물론 강자성층(407) 및 자성층(409)은 단일층 구조에 한정되지 않고, 다층 구조가 각 강자성층(407) 및 자성층(409)에 사용되어도 좋다.
상기 비자성 결합층(408)은 Ru, Rh, Ir, Ru계 합금, Rh계 합금 및 Ir계 합금으로 구성된다. 이 비자성 결합층(408)에, 예를 들면 일본 특개평 10-149526호 공보에 기재되는 그래뉼러 층 구조에 사용하는 세라믹재료 SiO2, Al2O3 등 또는 산화물 재료 NiO 등을 첨가해도 좋다. 세라믹 또는 산화물 재료를 비자성 결합층(408)에 첨가함으로써 비자성 결합층(408)과 자성층(409)의 에피텍셜 성장이 촉진됨으로써 S/N 비를 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 보호층(410) 및 윤활층(411)은 상기한 제1, 제2 실시예와 마찬가지로 형성할 수 있다.
강자성층(407)은 약2~10nm 범위의 막두께를 가져도 좋고, 자성층(409)은 약 5~30nm 범위의 막두께를 가져도 좋다.
또한 강자성층(407)과 자성층(409)의 자화 방향은 서로 반평행 또는 서로 평행이어도 좋다.
강자성층(407)과 자성층(409)의 자화 방향을 서로 반평행으로 하면, 비자성 결합층(408)은 바람직하게는 Ru, Rh, Ir, Ru계 합금, Rh계 합금 및 Ir계 합금으로 된 군에서 선택된 재료로 구성되고, 약 0.4~1.0nm 범위의 막두께를 갖는다.
강자성층(407)과 자성층(409)의 자화 방향이 서로 평행일 경우, 비자성 결합층(408)은 바람직하게는 Ru, Rh, Ir, Ru계 합금, Rh계 합금 및 Ir계 합금으로 된 군에서 선택된 재료로 구성되고, 약 0.2~0.4nm 및 1.0~1.7nm 범위의 막두께를 갖는다. Ru는 바람직하게는 비자성 결합층(408)으로 사용된다.
상술한 그래뉼러 층 구조를 갖는 교환층 구조의 수는, 물론 하나에 한정되는 것이 아니고, 상기한 제2 실시예에 나타나는 제1 및 제2 교환층 구조에 그래뉼러 층 구조를 형성하여도 좋다. 이 경우에는, 제2 교환층 구조의 그래뉼러 층 구조의 자기 이방성은, 이 제2 교환층 구조 아래에 배치되는 제1 교환층 구조의 그래뉼러 층 구조의 자기 이방성보다 작게 설정하는 것이 바람직하다. 또 제2 교환층 구조의 그래뉼러 층 구조의 잔류자화와 막두께의 곱은, 제2 교환층 구조의 아래에 배치되는 제1 교환층 구조의 그래뉼러 층 구조의 잔류자화와 막두께의 곱보다 작게 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않고도 다양한 변경과 수정이 가능하다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기록된 비트의 열안정성을 향상시키고, 매체 노이즈를 저감하고, 자기 기록 매체의 성능에 악영향을 미치지 않고도 신뢰성이 높은 고밀도 기록을 행할 수 있는 자기 기록 매체, 자기 기억 장치를 실현할 수 있고, 기록 방법 및 자기 기록 매체의 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims (34)

  1. 적어도 하나의 교환층(exchange layer) 구조와,
    상기 교환층 구조 위에 형성된 자성층을 구비하고,
    상기 교환층 구조는
    강자성층과,
    상기 강자성층 위에, 또한 상기 자성층 하에 형성된 비자성 결합층(non-magnetic coupling layer)으로 구성되고,
    상기 강자성층과 상기 자성층은 교환 결합되며 서로 반평행인(antiparallel) 자화 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 강자성층은 Co, Ni, Fe, Ni계 합금, Fe계 합금 및 CoCrTa,
    CoCrPt, CoCrPt-M을 포함하는 Co계 합금으로 되는 군에서 선택된 재료로 구성되고, 여기서 M은 B, Mo, Nb, Ta, W, Cu 또는 이들의 합금인 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비자성 결합층은 Ru, Rh, Ir, Ru계 합금, Rh계 합금 및 Ir계 합금으로 되는 군에서 선택된 재료로 구성된 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 비자성 결합층은 0.4~1.0nm 범위의 막두께를 가지는 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 자성층은 Co 및 CoCrTa, CoCrPt, CoCrPt-M을 포함하는 Co계 합금으로 되는 군에서 선택된 재료로 구성되고, 여기서 M은 B, Mo, Nb, Ta, W, Cu 또는 이들의 합금인 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
  7. 제1항에 있어서,
    기판과,
    상기 기판의 위에 설치된 하지층(underlayer)을 더 구비하고,
    상기 교환층 구조는 상기 하지층 위에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    제1 교환층 구조와 상기 자성층 사이에 설치된 제2 교환층 구조를 더 구비하고,
    상기 제2 교환층 구조의 강자성층은 상기 제1 교환층 구조의 강자성층보다 자기 이방성이 약하고, 상기 제1 및 제2 교환층 구조의 강자성층의 자화 방향은 반평행인 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 제1항에 있어서,
    상기 강자성층과 상기 비자성 결합층 사이 및/또는 상기 비자성 결합층과 상기 자성층 사이에 설치된 자성 결합층(magnetic bonding layer)을 더 구비하고,
    상기 자성 결합층은 상기 강자성층 및 상기 자성층과 평행인 자화 방향을 가지는 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 제1항에 있어서,
    상기 비자성 결합층은 원소 또는 합금 M3이 첨가된 Ru-M3로 되는 합금으로 구성되고, 상기 비자성 결합층과 그 상하에 각각 배치된 상기 자성층과 상기 강자성층과의 격자 부정합을 M3의 첨가로 약 6% 이하로 조정하고 있는 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
  27. 제1항에 있어서,
    상기 비자성 결합층은 Ru-M3로 되는 합금으로 이루어지고, 여기서 M3는 Co, Cr, Fe, Ni, Mn 또는 이들의 합금인 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 제1항에 있어서,
    상기 강자성층 및 상기 자성층 중 적어도 하나는 강자성 결정 입자가 비자성 모재(母材, non-magnetic base material) 중에 균일하게 분산된 그래뉼러 층 구조(a granular layer structure)로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
  33. 삭제
  34. 삭제
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