特許 6055523 信頼性のある書き込み能力および消去を有する磁気記録媒体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6055523

(24)【登録日】2016年12月9日

(45)【発行日】2016年12月27日

(54)【発明の名称】信頼性のある書き込み能力および消去を有する磁気記録媒体

(51)【国際特許分類】

   G11B 5/738 20060101AFI20161219BHJP

【ＦＩ】

   G11B5/738

【請求項の数】18

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-160098(P2015-160098)

(22)【出願日】2015年8月14日

(62)【分割の表示】特願2012-525688(P2012-525688)の分割

【原出願日】2010年8月19日

(65)【公開番号】特開2015-228275(P2015-228275A)

(43)【公開日】2015年12月17日

【審査請求日】2015年8月26日

(31)【優先権主張番号】12/544,091

(32)【優先日】2009年8月19日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500373758

【氏名又は名称】シーゲイト テクノロジー エルエルシー

【氏名又は名称原語表記】Ｓｅａｇａｔｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＬＬＣ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ノーラン，トーマス・ピィ

(72)【発明者】

【氏名】バルク，ボグダン・エフ

(72)【発明者】

【氏名】タン，リ

【審査官】 中野 和彦

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０２１７０７４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−１１８８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０１８８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０７２０１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２５０２２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ１１Ｂ ５／７３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

媒体であって、
第１の磁気厚み（Ｂｓｔ）を有する第１の軟磁気層を備え、前記第１の軟磁気層は低透磁率領域と高透磁率領域とを有し、
第２の磁気厚みを有する第２の軟磁気層を備え、前記第２の磁気厚みは、前記第１の磁気厚みと異なるとともに、前記低透磁率領域の磁気厚みと等しく、
前記第１の軟磁気層と前記第２の軟磁気層との間に配置された第１の結合層を備え、前記第１の結合層は、前記第１の軟磁気層と前記第２の軟磁気層とを反強磁性的に結合するように構成され、
前記第１及び第２の軟磁気層の少なくとも一つは非晶質材料を含む、媒体。

【請求項2】

前記低透磁率領域は、前記高透磁率領域の上に積層される、請求項１に記載の媒体。

【請求項3】

前記第２の軟磁気層は、前記第１及び第２の軟磁気層の全厚みの３７．５％以下の厚みを有する、請求項２に記載の媒体。

【請求項4】

前記高透磁率領域は、前記低透磁率領域の上に積層される、請求項１に記載の媒体。

【請求項5】

前記第１の軟磁気層は、前記第１及び第２の軟磁気層の全厚みの５６．２５％より大きく６２．５％以下の厚みを有する、請求項４に記載の媒体。

【請求項6】

前記低透磁率領域と前記第２の軟磁気層とはそれぞれ、前記第１の結合層に隣接して配置される、請求項２〜５のいずれか１項に記載の媒体。

【請求項7】

前記第１の軟磁気層と前記第２の軟磁気層とは等しくない厚みを有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の媒体。

【請求項8】

前記第１の軟磁気層と前記第２の軟磁気層とは等しい磁気モーメントを有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の媒体。

【請求項9】

前記第１及び第２の軟磁気層は非晶質材料を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の媒体。

【請求項10】

前記第１の結合層はルテニウムを含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の媒体。

【請求項11】

第３の磁気厚みを有する第３の軟磁気層をさらに備え、前記第３の磁気厚みは、前記第１の磁気厚み及び前記第２の磁気厚みの１つまたは両者と異なる大きさを有し、
前記第３の軟磁気層と前記第１の軟磁気層との間に配置された非磁性スペーサ層をさらに備える、請求項１に記載の媒体。

【請求項12】

前記第３の軟磁気層は、前記第１の軟磁気層と前記第２の軟磁気層のそれぞれより高い透磁率を有する、請求項１１に記載の媒体。

【請求項13】

第４の磁気厚みを有する第４の軟磁気層をさらに備え、前記第４の磁気厚みは、前記第３の磁気厚みと異なる大きさを有し、
前記第３の軟磁気層と前記第４の軟磁気層との間に配置されるとともに、前記第３の軟磁気層と前記第４の軟磁気層とを反強磁性的に結合する第２の結合層をさらに備える、請求項１１に記載の媒体。

【請求項14】

前記第３及び第４の軟磁気層は、前記第１の軟磁気層及び前記第２の軟磁気層のそれぞれよりも低い透磁率を有する、請求項１３に記載の媒体。

【請求項15】

前記第２の軟磁気層は、前記低透磁率領域と同じ厚みを有する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の媒体。

【請求項16】

前記第１の軟磁気層は、前記第２の軟磁気層よりも高い透磁率を有する、請求項１〜１０、１５のいずれか１項に記載の媒体。

【請求項17】

前記第１の軟磁気層と前記第２の軟磁気層と前記第１の結合層との上に積層される種層と、
前記種層の上に積層される中間層と、
前記中間層の上を覆う磁気記録層とをさらに備える、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の媒体。

【請求項18】

前記磁気記録層は、硬磁気的な垂直記録層である、請求項１７に記載の媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

分野
本発明は、一般に磁気記録媒体に関し、より特定的には記録媒体の書き込み能力を高め、かつ意図しない消去を減らす方法および媒体に関する。

【背景技術】

【0002】

背景
磁気記憶媒体は様々な用途、より特定的には、データ／情報の記憶および検索の用途、ならびに音声および画像信号の記憶のためにコンピュータ産業において幅広く使用される。ディスク駆動記憶システムは、磁気ディスク媒体の同心トラック上に記録されるデジタル情報を記憶する。少なくとも１つのディスクがスピンドルに回転可能に搭載され、ディスク内での磁気転移の方式で記憶することができる情報は、読み取り／書き込みヘッドまたは変換器を使用してアクセスされる。駆動制御部は、通常はホストシステムから受け取った命令に基づいてディスク駆動システムを制御するために使用される。駆動制御部は、ディスクドライブを制御して磁気ディスクからの情報を記憶および検索させる。磁気媒体の面記憶密度、すなわちビット密度を高めるための試みが継続して行なわれている。

【0003】

さまざまな図の全体において同じ構成要素が同一の参照符号で表わされる図面を参照すると、図１は、本発明が有用である典型的なディスク駆動データ記憶システムおよびディスク記録媒体の斜視図、ならびに長手磁気記録と垂直磁気記録との違いを示すディスクの断面図である。図１はディスクの片面を示しているが、磁気記録層は通常は図１の非磁性アルミニウム基板の両面にスパッタにより生成されている。また、図１はアルミニウム基板を示しているが、代替の実施例では、ガラス、ガラスセラミック、アルミニウム／ＮｉＰ、金属合金、プラスチック／ポリマー材料、セラミック、ガラスポリマー、複合材料、または他の非磁性材料からなる基板が含まれる。

【0004】

微粒子の多結晶磁性合金層が活性記録媒体層としての機能を果たす磁性薄膜媒体は、磁性材料の粒子の磁区の磁場配向に応じて、一般に「長手」または「垂直」に分類される。長手媒体（多くの場合、「従来の」媒体とも呼ばれる）においては、ディスクに対してヘッドが移動する方向に対して平行と逆平行との間でビットの磁化が切り換わる。長手媒体と比較して（熱的安定性の制限を受けることなく）高密度な記録を行なうために垂直磁気記録媒体が開発されている。薄膜垂直磁気記録媒体は、基板と垂直磁気異方性（Ｈｋ）を有する磁気層とを備える。長手記録の場合のようにディスクの面内に磁化が横の方向にあるのではなく、垂直媒体においては、ディスクの磁化がディスクの面に対して縦方向にある。ビットは、上方向または下方向を向いた磁化の領域として表わされる（デジタルデータの１と０に対応する）。

【0005】

垂直媒体技術は長手媒体よりも高い面密度受容能力を提供する一方、磁性粒子間での強力な横方向の交換結合の存在によって制限される従来の垂直磁気記録と比較してさらに面密度を高めるために、粒子垂直磁気記録媒体の開発が行なわれている。粒構造は、酸化物を粒界に分離することによって良好に粒子を隔離し、これにより、粒子間の磁気分離が向上し、媒体の信号対雑音比（ＳＮＲ）が高められる。粒子垂直磁気層は、磁性粒子を分離するための酸化物、窒化物、または炭化物のような誘電材料を有する粒界により分離された柱状磁性粒子を含む。約２オングストロームから約３０オングストロームの厚みを有する粒界により、磁性粒子間の磁気相互作用が実質的に減少する。

【0006】

垂直媒体は、多くのコンピュータ関連の記録用途において長手媒体に取って代わってお
り、長手媒体の能力をはるかに超える面記録密度をかつてないほどに高める傾向が続いている。しかし、垂直媒体および垂直記録技術は、様々な面において長手媒体および長手記録技術ほど発展はしていない。

【0007】

記録密度の増加が続くにつれ、１ビット当たりの磁性粒子の数を類似の値に維持するために、より小さい粒構造を作る必要がある。しかし、より小さい粒構造はより容易に消去されることから、熱的安定性を維持するためにより高い異方性が必要となり、書き込み能力が低下する。垂直記録が直面する主要な問題の一つに、意図しない消去、より特定的にはサイドトラック消去（ＳＴＥ）がある。記録ヘッドによって記録トラックに効果的に書き込みができる一方で、隣接するトラックが漂遊磁界または熱的安定性の制限によって消去されることを回避することができる記録媒体を作ることはますます困難となる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

概要
垂直磁気記録媒体の書き込み能力を向上させ、意図しない消去を減らすための方法および媒体構造がここに記載される。一実施例において、垂直磁気記録媒体は、基板と、基板の上に位置する上積層とを備える。積層は、軟磁気的な下地層を含む。下地層は、積層順に、第一層と、反強磁性結合層である第二層と、第三層とを有する積層構造である。第一層は、高透磁率領域と、その上に低透磁率領域とを有する。第三層は、低い透磁率を有する。第一層と第三層は等しくない磁気モーメントを有して不均衡であり、かつ反強磁的に結合されている。高透磁率領域は、低透磁率領域よりも高い透磁率を有している。これらおよび他のさまざまな特徴や利点は、以下の詳細な説明に照らして明らかとなる。

【0009】

図面の簡単な説明
本発明の前述の局面および多くの付随する利点は、以下の添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照することにより、より容易に理解される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明が有用となる典型的なディスク駆動データ記憶システムおよびディスク記録媒体の斜視図、ならびに長手磁気記録と垂直磁気記録との違いを示すディスクの断面図である。

【図2】図１のディスク駆動データ記憶システムに使用することができる、従来の粒子垂直磁気記録媒体の一部および単極の交換器ヘッドを有する検索システムを示す簡略断面図である。

【図3】近年の設計による、軟下地層構造を有する垂直磁気記録媒体の一部を示す簡略断面図である。

【図4】本発明の実施例による、最下領域に低い透磁率を有する不均衡で反強磁的に結合された軟下地層構造を含む垂直磁気記録媒体の一部を示す簡略断面図である。

【図5】本発明の他の実施例による、最上領域に高い透磁率を有する不均衡で反強磁的に結合された軟下地層構造を含む垂直記録媒体の一部を示す簡略断面図である。

【図6】本発明の他の実施例による、不均衡で反強磁的に結合された五層の軟下地層構造を有する垂直磁気記録媒体の一部を示す簡略断面図である。

【図7】本発明の他の実施例による、不均衡で反強磁的に結合された七層の軟下地層構造を有する垂直磁気記録媒体の一部を示す簡略断面図である。

【図8】２０ｎｍの単層軟下地層のヒステリシス曲線を示すグラフ図である。

【図9】二つの１０ｎｍの反強磁的に結合された層のヒステリシス曲線を示すグラフ図である。

【図10】いずれも同じ磁気モーメント（Ｂ_ｓ）値を有する、１０ｎｍの軟下地層と反強磁的に結合した３０ｎｍの軟下地層のヒステリシス曲線を示すグラフ図である。

【図11】本発明の他の実施例による、最上領域に低い透磁率を有する不均衡で反強磁的に結合された軟下地層構造を含む垂直磁気記録媒体の一部を示す簡略断面図である。

【図12】記録計量のリバースオーバーライト（ＲＯＷ）を示し、軟下地層の最上領域の厚みと比較した書き込みの容易さを示すグラフ図である。

【図13】記録計量の隣接トラックへの干渉（ＡＴＩ）を示し、軟下地層の最上領域の厚みと比較した隣接トラックの消去の容易さを示すグラフ図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

詳細な説明
具体的な構成を参照して、例示的な実施例が記載される。当業者なら、添付の請求の範囲内においてさまざまな変更や変形ができることを理解するであろう。よく知られた構成要素、装置、部品、方法、処理工程などについては、発明の不明瞭化を避けるために、詳細には述べられない。

【0012】

垂直記録媒体（磁気層における垂直異方性（Ｈｋ）と磁気層の面に対して垂直方向に形成される磁化とを有する記録媒体）は、長手媒体に付随する熱的安定性の制限を受けることなく非常に高いビット密度を実現するとして、長手媒体より優れていることが知られている。垂直磁気記録媒体おいては、適切な基板の上に設けられた典型的には磁性材料の層である磁気媒体の表面に対して垂直方向に、残留または残り磁化が形成される。非常に高いまたは超高の線記録密度は、「単極の」磁気変換器または「ヘッド」とそのような垂直磁気媒体を利用することにより得られる。典型的に、垂直記録媒体は多結晶ＣｏＣｒ酸化物または多結晶ＣｏＰｔ酸化物を含む膜によって作られる。多結晶膜においてＣｏが豊富な領域は強磁性であり、多結晶膜においてＣｒまたは酸化物が豊富な領域は非磁性である。隣接する強磁性多結晶粒子の領域間での磁気相互作用は、その間の非磁性領域により弱められる。

【0013】

高密度垂直記録媒体は、熱的安定性を確保し、耐消去性を有し、最新のヘッド設計と併せて効果的に機能するための十分に高い異方性、ヘッドによる書き込みを可能にするための十分に低いスイッチング磁界、磁気粒子間またはクラスタ間の短い相関長を維持するための十分に低い横方向の交換結合、狭いスイッチング磁界分布（ＳＦＤ）を維持するための十分に高い横方向の交換結合、熱的安定性および最低限のＳＦＤを維持するための粒子間の磁性の均一性などを含む磁性を慎重に均衡化させる必要がある。

【0014】

記録密度が増加し続けるにつれ、ビット内の磁性粒子の数を類似の値に維持するために、より小さい粒構造を作る必要がある。より小さい粒構造はより容易に消去され、熱的安定性を維持するためにより高い異方性を必要とし、書き込み能力を低下させる。漂遊磁場または熱的安定性の限界によって隣接するトラックが消去されることを避けつつ、記録ヘッドによって効果的に記録トラックに書き込むことができる記録媒体を作ることはますます難しくなる。

【0015】

以下でより詳細に述べるように、垂直磁気記録媒体は通常、硬磁気記録層と、非磁性中間層と、軟磁性下地層（ＳＵＬ）とを含む。一般に、ＳＵＬは磁束の伝導度を増加させる高い透磁率（μ）および多量の磁束の伝導を可能とする高い磁気モーメント（Ｂ_s）を有
する。ＳＵＬは媒体記録層を通じてヘッドの主極から磁束を伝え、ヘッドのリターンポールへ磁束を戻すことを助け、媒体の書き込み能力を向上させる。しかし、併せて起こる症状として、書き込み能力の向上が記録トラックだけでなく隣接するトラックにも同様に及ぶので、隣接トラックが消去され得ることになる。

【0016】

ここで、垂直磁気記録媒体において、書き込み能力を向上させ、意図しない消去を減らすための方法および媒体構造について述べる。明細書本文および請求項に記載の磁気記録
記録媒体の特徴は、ロープロファイルディスク駆動記憶システムを含むディスク駆動記憶システムで利用することができると理解される。本発明は、磁気モーメント（Ｂ_s）およ
び磁気異方性（Ｈｋ）のようなバルクＳＵＬ材料特性とは無関係に、ＳＵＬ薄層構造内の可変透磁率を制御するための改良された方法を提供する。異なる透磁率および磁気厚み（Ｂ_ｓ＊ｔ）の値を含む層を有するＳＵＬ構造により、部分的に、記録トラックへの書き込みを容易にする能力と、オフトラック（トラック間および隣接するトラック）を消去し難くする性能の改良された組合せを有する媒体が実現される。

【0017】

図２を参照すると、図１のディスク駆動データ記憶システムに使用することのできる従来の粒子垂直磁気記録媒体の一部および単極変換器ヘッドを有する検索システムの簡略断面図が示される。縦方向に配向された磁気媒体２１０を利用した従来の垂直記録システム２００が示されている。積層は、非磁性基板２１２、すなわちガラス、アルミニウム（Ａｌ）またはＡｌ系合金と、任意の接着層２１４とを有する。任意の接着層は、基板の表面に設けられる場合、一般にＴｉ、Ｔｉ系合金、Ｔａ、Ｔａ系合金、Ｃｒ、Ｃｒ系合金のような金属または金属合金などからなる約２００オングストロームより薄い薄層を含む。任意の接着層の上に、（磁気記録層２２２と比較して）比較的厚い「軟」磁気的な透磁率を有する下地層２１６、すなわちＮｉＦｅ合金（パーマロイ）または容易に磁化および消磁される材料からなる約１ｋＯｅより低い保磁力を有する磁気層が積層される。軟磁気的な下地層（ＳＵＬ）２１６は、ヘッドから発する磁束を硬磁気的な垂直記録層を通して案内し、書き込み能力を向上させる役割を持つ。下地層２１６の上には、任意の種層２１８および少なくとも１つの非磁性中間層２２０が積層される。種層２１８が設けられる場合、一般に種層２１８はＣｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、もしくはＡｕの合金のようなＦＣＣ材料、またはＴａ、ＴａＷ、ＣｒＴａ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、もしくはＴｉＣｒのような非結晶もしくは微粒子材料からなる約１００オングストロームより小さい厚みを有する層を含む。

【0018】

比較的薄い介在層または中間層２２０は、典型的に約５０から約３００オングストロームの厚みを有する層または非磁性材料の層を含む。中間積層は、一般に硬磁気的な垂直記録層２２２に隣接して、Ｒｕ、ＴｉＣｒ、ＲｕＣｒ／ＣｏＣｒＰｔのようなｈｃｐ素材の中間層を少なくとも１つ有する。中間層の役割は、良好な媒体性能を得るためには重要である。具体的には、垂直磁気記録媒体において中間層は、
１．主記録層の結晶包囲を制御し、
２．主記録層の粒度および粒度分布を制御し、
３．硬磁気的な記録層と軟磁気的な記録層との間の交換結合を破壊し、
４．主記録層の隣接する粒子間を物理的に分離する
役割を有し、この特徴は、後者が低温高ガス圧スパッタ処理、および／または反応性スパッタ処理により形成され、隣接する粒子間の境界においてＣｏ酸化物またはＣｒ酸化物のような酸化物が発生する場合に特定的に望ましく、重要である。

【0019】

中間層２２０の上を覆うのは、膜面に対して垂直な磁化容易軸を有する少なくとも１つの比較的薄い硬磁気的な垂直記録層２２２が積層される。磁気的に「硬い」記録層には、一般に垂直な異方性を有し、約３から８ｋＯｅの比較的高い保磁力を有するコバルト系合金（すなわち、ＣｏＣｒＰｔＢのようなＣｏ−Ｃｒ合金）が用いられる。硬磁気的な垂直記録層２２２は、一般にＣｒ、Ｆｅ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｇｅ、Ｂ、Ｐｄを含むグループの中から選択される１つまたは複数の構成要素を有し、約１０から約２５ｎｍの厚みを有するコバルト合金の層を含む。

【0020】

積層は、硬磁気的な層２２２の上に形成される、たとえばダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）からなる保護オーバーコート層２２４により完成する。保護オーバーコート２２４は、磁気記録層２２２を腐食から保護し、ディスクと読み込み／書き込みヘッドとの間の摩擦
力を減少させる。さらに、保護オーバーコート２２４の摩擦および摩耗を軽減させることでヘッドとディスクのインターフェイスのトライボロジー性能を向上させるために、たとえばペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）材料からなる潤滑剤２２６の薄膜を保護オーバーコート２２４の表面に塗布してもよい。

【0021】

磁束Φの経路を示す矢印で表わされるように、磁束Φは磁気変換器ヘッド２０２の主書き込み極２０４から発出し、主極２０４の下方領域で縦方向に配向された少なくとも１つの硬磁気的な記録層２２２に入って通過し、軟磁気的な中間層（ＳＵＬ）２１６に入って所定距離を進み、そこから出て変換器ヘッド２０２の補助極２０６の下方領域内の硬磁気的な記録層２２２を通過する。変換器ヘッド２０２を通過した後の垂直磁気媒体２１０の移動方向は、媒体２１０の上方の矢印２３０により図面内に示される。

【0022】

続いて図２を参照すると、垂直線２３２は、積層構成媒体２１０の多結晶層２２０および２２２の粒界を示す。硬磁気的な主記録層２２２は中間層２２０の上に形成され、粒度分布により表わされる異なる幅（水平方向に計測）を有し得る各多結晶層の粒子は、一般に垂直に置かれる、すなわち、垂直に相関または整列される。

【0023】

現在採用されている磁気記録媒体を分類する方法は、粒子を物理的かつ磁気的に分離して媒体性能特性を向上させるために、どのような方法で記録層の磁性粒子が互いに離されるか、すなわち分離されるかをもとにしている。この分類方法によれば、Ｃｏ系合金（すなわち、ＣｏＣｒ合金）の磁気記録層を有する磁気媒体は、（１）Ｃｒ原子が層の粒界へ拡散することにより磁気層の粒子の分離が起こり、Ｃｒが豊富な粒界が形成され、磁気層の形成（堆積）時にこの拡散処理で媒体基板を加熱する必要がある第一タイプと、（２）隣接する磁性粒子間の境界で酸化物、窒化物、および／または炭化物が形成されることにより粒子の分離が起こり、いわゆる「粒子」媒体が形成され、Ｃｏ系合金の磁気層のスパッタ堆積時に不活性ガス（すなわち、Ａｒ）雰囲気に酸素、窒素、および／または炭素原子を含む少量の活性ガス（すなわち、Ｏ_２、Ｎ_２、ＣＯ_２など）を導入することにより酸化物、窒化物、および／または炭化物が形成される第二タイプの２つの異なるタイプに分類される。実施例においては、磁気記録媒体の両タイプを使用することができる。

【0024】

図３を参照すると、近年の設計による軟下地層構造を含む垂直磁気記録媒体３００の一部の簡略断面図が示されている。この近年使用されている構造の下地層は、単層ＳＵＬ設計と比較して透磁率が低く、均衡で反強磁的に結合された（ＡＦＣ）層を有して設計される。ＳＵＬ３０４とＳＵＬ３０８とは、ルテニウム（またはルテニウム合金）層３０６を介してＡＦＣ結合されており、記録層３２０はＳＵＬの上方に位置する。これらの近年使用されている設計を有するＳＵＬは、一般に磁束の伝導性を高めるための十分に高い透磁率（μ）および多量の磁束を伝導できるようにするための高い磁気モーメント（Ｂ_ｓ）を有する。したがって、ＳＵＬは磁束の方向付けを助け、媒体の書き込み能力を向上させる。しかし、併せて起こる症状として、書き込み能力の向上が記録トラックだけでなく隣接するトラックにも同様に及ぶので、隣接するトラックが消去され得ることになる。

【0025】

図４は、本発明の実施例による、最下領域に低い透磁率を有する不均衡で反強磁的に結合された軟下地層構造を含む垂直磁気記録媒体４００の一部を示す簡略断面図である。

【0026】

媒体の書き込み能力の向上に対するＳＵＬの有効性は、一般にＳＵＬの透磁率、磁気モーメント、厚み、および運ばれる磁束（ヘッドにより供給される）の量に依存する。ＳＵＬの薄層が（高い透磁率または磁気伝導性を有して）有効に運ぶことのできる磁束は、飽和磁気誘電と層の厚みとの積であるＢ_ｓｔである。Ｂ_ｓｔより大きい更なる磁束は、ＳＵＬ内を真空または非磁性材料（μ＝１）よりも優先的に運ばれない。非常に薄いまたは低い磁気モーメント（Ｂ_ｓ）の層は効率的に少量の磁束を運ぶことができるが、大きい量の
磁束を効率的に運ぶことはない。ＳＵＬがＢ_ｓｔより小さい少量の磁束を運ぶ際の効率性は、制御可能なパラメータμの値を変えることによりさまざまに変更することができる。μの値が高ければ、ＳＵＬはより効率的に磁束を運び、書き込み能力をさらに向上させることができる。オントラック記録書き込み処理に伴う磁束の量は、隣接するトラックを部分的に消去する原因となる磁束よりも著しく大きい。したがって、実施例において、本発明は磁束が小さいときに透磁率が低くなるようにＳＵＬを設計することにより、消去に対する媒体の耐性を向上させる。

【0027】

本発明は、磁気モーメント（Ｂ_ｓ）および磁気異方性（Ｈｋ）のようなバルクＳＵＬ材料の特性とは無関係に、ＳＵＬ薄層構造内の可変の透磁率を制御するものである。記録トラックへの書き込みを容易にする能力と、オフトラック（トラック間、および隣接トラック）を消去し難くする能力との改良された組合せを有する媒体が、異なる透磁率および磁気厚み（Ｂ_ｓ＊ｔ）を有するＳＵＬ構造により部分的に実現される。

【0028】

垂直磁気記録媒体４００は、最下領域の透磁率が低く、最上領域の透磁率が高く、所定の厚みを有する不均衡で反強磁的に結合された三層のＳＵＬ構造を含む。示される例において、磁気記録媒体４００は、基板（図示せず）と、基板の上に配置される上積層とを有する。積層は、基板の上に積層される順に、軟磁気的な下地層を有する。下地層は積層構造であって、積層される順に、第一層４０４と、反強磁性結合層である第二層４０６と、第三層（４０８Ａおよび４０８Ｂ）とを有する。磁気記録層４２０、および種層や中間層を含む任意の他の層は、ＳＵＬの上に配置される。第一層４０４は低い透磁率を有し、第三層は低透磁率領域４０８Ａと、その上に積層される高透磁率領域４０８Ｂとを有する。第一層４０４と第三層（４０８Ａおよび４０８Ｂ）とは不均衡（等しくない磁気モーメント）であり、反強磁的に結合されている。高透磁率領域４０８Ｂは、低透磁率領域４０８Ａよりも高い透磁率を有する。

【0029】

高低の透磁率を有する層の厚みおよび積み重ねは、ＡＦＣ結合ＳＵＬ構造の単体に含まれる各ＳＵＬ層の厚みにより制御される。不均衡なＡＦＣ構造のＳＵＬ特性は、単層と、最も薄いＳＵＬ層の層厚みを有する等厚層ＡＦＣＳＵＬと組合せることにある。より一般的には、大きいモーメントを有して低い透磁率の特性を示すＳＵＬ層の厚みは、その大きいモーメントを有する層と同じモーメントを有する層の厚みと等しい。より大きいモーメントを有する層の残りモーメントは、単層ＳＵＬの層厚みと同等の透磁率を示す。

【0030】

一実施例においては、第一層４０４と第三層の低透磁率領域４０８Ａとは同じ磁気厚み（Ｂ_ｓｔ）を有する。磁気厚み（Ｂ_ｓｔ）は磁気モーメント（Ｂ_ｓ）と層厚み（ｔ）との積に等しい。他の実施例において、第一層４０４および第三層４０８Ａの低透磁率領域は同じ厚み（ｔ）を有する。一例では、第一層４０４と第三層４０８Ａの低透磁率領域はともに１００より小さい透磁率（μ）と約２ｍｅｍｕ／ｃｍ^２未満の磁気厚み（Ｂ_ｓｔ）とを有する。

【0031】

一例では、ＳＵＬ_１（４０８Ａ、４０８Ｂ）はモーメントＢｓ_１ｔ_１を有し、ＳＵＬ_２４０４はモーメントＢｓ_２ｔ_２を有し、Ｂｓ_１ｔ_１＞Ｂｓ_２ｔ_２であり、ＲｕＡＦＣ結合層４０６の厚みは最適化されている。ＳＵＬ_２４０４の厚みｔ_２は、低μＡＦＣ特性を有する。ＳＵＬ_１４０８Ａの厚みｔ′＝Ｂｓ_２ｔ_２＊（Ｂｓ_２／Ｂｓ_１）は、ＳＵＬ_２４０４と同じ低μＡＦＣ特性を有する。ＳＵＬ_１４０８Ｂの厚みｔ_１−ｔ′は厚みｔ_１−ｔ′を有するＳＵＬ_１材料の単層の高μ特性を有する。ＳＵＬ_１の高μ領域４０８Ｂは、ＡＦＣ結合層４０６から最も遠い厚みｔ_１−ｔ′の領域である。これにより、厚みがｔ_２＋ｔ′の低μ層と厚みがｔ_１−ｔ′の高μ層とを有するデュアルμＳＵＬ構造を形成することができる。これらの層の厚み、透磁率、および相対位置は、各ＳＵＬ層の厚みとＢｓ、およびＲｕ合金結合層の結合の強さを選択することにより、広範囲にわたって適宜調整する
ことができる。

【0032】

図５は、最上領域５０８に低い透磁率を有する不均衡で反強磁的に結合されたＳＵＬ構造を含む垂直磁気記録媒体５００の一部を示す簡略断面図である。この不均衡なＳＵＬ設計により、垂直磁気記録媒体の書き込み能力が向上し、意図しない消去が減少する。この設計および図４に示された設計は、所望の書き込み能力および消去能力の調整のための透磁率のレベル分けを可能にする。この代替実施例において、第一層は高透磁率領域５０４Ａとその上の低透磁率領域５０４Ｂとを有し、第三層５０８の透磁率は低い。第一層（５０４Ａ、５０４Ｂ）および第三層５０８は不均衡（等しくない磁気モーメント）であり、ＡＦＣ結合層５０６（すなわち、ルテニウムまたはルテニウム合金）を介して反強磁的に結合されている。第一層の低透磁率領域５０４Ｂおよび第三層５０８は、同じ磁気厚み（Ｂ_ｓｔ）を有して設計されている。一実施例において、第一層の低透磁率領域および第三層はともに第一層の高透磁率領域の磁気厚み（Ｂ_ｓｔ）よりも小さい磁気厚み（Ｂ_ｓｔ）を有する。磁気厚み（Ｂ_ｓｔ）は、磁気モーメント（Ｂ_ｓ）と層厚み（ｔ）との積に等しい。実施例において、第一層の低透磁率領域５０４Ｂおよび第三層５０８の厚み（ｔ）は同じに設計されている。他の実施例では、第一層（５０４Ａ、５０４Ｂ）および第三層５０８は、等しくない磁気厚み（Ｂ_ｓｔ）を有する。

【0033】

上述のように、本発明の実施例によれば、ＳＵＬ層の厚みおよび磁気厚みはさまざまに変更することができる。一例では、第一層の低透磁率領域５０４Ｂおよび第三層５０８はともに１００より低い透磁率（μ）および２ｍｅｍｕ／ｃｍ^２より小さい磁気厚み（Ｂ_ｓｔ）を有する。他の例では、下地層の全厚みは約４００オングストロームであり、第三層５０８の厚みは約１７５オングストロームより小さい。さらに他の例では、第三層５０８の厚みは下地層の全厚みの約４３．７５％より小さい。さらに他の例では、第一層の低透磁率領域５０４Ｂおよび第三層５０８はともに１００より低い透磁率（μ）を有し、第一層の高透磁率領域５０４Ａは１００より高い透磁率（μ）を有する。他の例では、第一層の低透磁率領域５０４Ｂおよび第三層５０８はともに５０より低い透磁率（μ）を有し、第一層の高透磁率領域５０４Ａは２００より高い透磁率（μ）を有する。一例では、第一層の低透磁率領域５０４Ｂおよび第三層５０６はともに１０ｎｍより小さい厚みおよび１ナノウェーバーより小さい磁気厚み（Ｂ_ｓｔ）を有する。

【0034】

非磁性スペーサにより分離されたＡＦＣ結合ＳＵＬ構造と単層ＳＵＬとを有する五層構造から、高透磁率層と低透磁率層とを有するＳＵＬ構造を構成することもできる。図６は、不均衡で反強磁的に結合された五層の軟下地層構造を含む垂直磁気記録媒体の一部を示す簡略断面図である。ここで、ＳＵＬ層６０８は結合層６１０を介してＳＵＬ層６１２と反強磁的に結合されている。ＳＵＬ層６０４は非磁性スペーサ６０６（すなわち、チタニウム）により分離されている。一例として、ＳＵＬ層６０４は高い透磁率を有して設計され、ＡＦＣ結合ＳＵＬ層６０８および６１２は低い透磁率を有して設計されている。五層構造においては、さまざまな実施例で望まれるようにレベル分けができる、三つのレベルの透磁率を有してＳＵＬ構造を形成してもよい。たとえば、ＳＵＬ層６０４はＳＵＬ層６０８および６１２よりも高い透磁率を有してもよい。これらのＡＦＣ結合ＳＵＬ層は、比較的低い透磁率領域と高い透磁率領域を形成し、両方とも層６０４より低い透磁率を有して、上述のように不均衡な設計で形成されてもよい。五層構造によって、高、中、低の三つのレベルの透磁率や、高と低の二つのレベルの透磁率などの透磁率のレベル分けが可能となる。代替の実施例では、ＳＵＬ層６０４と６０８とはＡＦＣ結合され、ＳＵＬ層６１２は高透磁率層であり、層６１０がスペーサとなる。

【0035】

他の実施例では、異なるＲｕ層の厚みを有し、非磁性スペーサにより分離された二つのＡＦＣ結合構造を有する七層構造から、高透磁率層と低透磁率層を有するＳＵＬ構造が構成される。図７は、不均衡で反強磁的に結合された七層の軟下地層構造を含む垂直磁気記
録媒体の一部を示す簡略断面図である。ここで、ＳＵＬ層７０４は結合層７０６を介してＳＵＬ層７０８と反強磁的に結合される。ＳＵＬ層７１２は、結合層７１４を介してＳＵＬ層７１６と反強磁的に結合される。ＳＵＬ層７０８および７１２は、非磁性スペーサ７１０により分離される。一例として、ＡＦＣ結合層７０４および７０８は低い透磁率を有して設計され、ＡＦＣ結合ＳＵＬ層７１２および７１６は高い透磁率を有して設計される。代替的に、ＡＦＣＳＵＬサブ構造７０４および７０８は二つのレベルの透磁率を有し、ＡＦＣＳＵＬサブ構造７１２および７１６は二つのレベルの透磁率を有し、合計で四つのレベルの透磁率を七層ＳＵＬ積層に設ける。

【0036】

次に図８を見ると、２０ｎｍ単層ＳＵＬのヒステリシス曲線のグラフ図が示される。ＳＵＬの透磁率は、振動試料磁力計（ＶＳＭ）を利用するなどの方法でヒステリシス曲線から計ることができる。示されるように、印加された磁界または飽和保磁力Ｈ（Ｏｅ）はｘ軸上に描かれ、磁化ｍ（ｅｍｕ）はｙ軸に描かれる。大きな磁界が印加され、試料２０ｎｍ単層ＳＵＬ材料が磁気飽和状態となる。試料ＳＵＬの平均透磁率（μ）は、磁気飽和（Ｈｓａｔ）に到達した磁界でＭｓを割ったものである（すなわち、Ｍｓ／ＨＳａｔ）。描かれた点の傾斜はＳＵＬ材料の透磁率である。

【0037】

１０００以上の高い単層透磁率値を有するＳＵＬ材料の透磁率は、ＡＦＣ結合層の最適な厚みにより分離された二つのＳＵＬ層を有する反強磁的な結合（ＡＦＣ）構造を形成することで、１００より小さい値、または１０の値にまで減らすことができる。

【0038】

図９は、二つの１０ｎｍの反強磁的に結合されたＳＵＬ層のヒステリシス曲線のグラフ図である。ここでも、印加された磁界または飽和保磁力Ｈ（Ｏｅ）はｘ軸上に描かれ、磁化ｍ（ｅｍｕ）はｙ軸上に描かれる。描かれた点の傾斜は、ＳＵＬ材料の透磁率である。

【0039】

図１０は、いずれも同じ磁気モーメント（Ｂ_ｓ）値を有する、１０ｎｍのＳＵＬと強磁的に結合された３０ｎｍのＳＵＬのヒステリシス曲線のグラフ図である。ここでも、印加された磁界または飽和保磁力Ｈ（Ｏｅ）はｘ軸上に描かれ、磁化ｍ（ｅｍｕ）はｙ軸上に描かれる。描かれた点の傾斜は、ＳＵＬ材料の透磁率である。図１０の双μＳＵＬ構造の磁気特性は、図８の単層ＳＵＬと図９のＡＦＣ構造とを重ね合わせることで構成される。ＳＵＬ構造は、ＡＦＣＳＵＬの特性を有する２０ｎｍのＳＵＬと、単層ＳＵＬの特性を有する２０ｎｍのＳＵＬとなる。この方法により、制御された製造方法によって所望の厚みを有する高μＳＵＬ材料を所望の低いμＳＵＬ材料の上または下に置くことができる。

【0040】

図１１は、本発明の実施例による、最上領域に低い透磁率を有する不均衡で反強磁的に結合された軟下地層構造を含む垂直磁気記録媒体の一部を示す簡略断面図である。媒体構造は、基板８０４と、ＳＵＬ構造（以下に記載）と、上に積層される種層８１２と、中間層８１４と、磁気記録層８２０とを有する。積層は、腐食から磁気記録層８２０を保護し、ディスクと読み込み／書き込みヘッドとの間の摩擦力を減少させるダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）などからなる保護オーバーコート層８２０により完成する。保護オーバーコート８２４の摩擦および摩耗を軽減することでヘッドとディスクのインターフェースのトライボロジー性能を向上させるために、ペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）材料からなる潤滑剤（図示せず）の薄層を保護オーバーコート８２４の面に塗布してもよい。

【0041】

図１１の実施例において、ＳＵＬ構造は、磁気厚み（Ｂｓ_１＊Ｔ_１）を有する第一軟磁気層８１０と、反強磁性結合層８０８と、磁気厚み（Ｂｓ_２＊Ｔ_２）＝（Ｂｓ_１＊Ｔ_１）＋（Ｂｓ’＊Ｔ’）を有する第二軟磁気層（８０６Ａ、８０６Ｂ）とを含む。磁気層（８０６Ａ、８０６Ｂ）は、磁気厚み（２Ｂｓ_１＊Ｔ_１）を有する低透磁率領域８０６Ｂと、磁気厚み（Ｂｓ’＊Ｔ’）を有する高透磁率領域８０６Ａとを含む。

【0042】

図１１の他の実施例では、記録媒体ＳＵＬはＢｓ_１＝Ｂｓ_２で設計され、磁気厚み（Ｂｓ＊Ｔ）_１を有する第一軟磁気層８１０と、反強磁結合層８０８と、磁気厚みＢｓＴ_２＝（Ｂｓ＊（Ｔ_１＋Ｔ’）を有する第二軟磁気層（８０６Ａ、８０６Ｂ）とを含む。磁気層（８０６Ａ、８０６Ｂ）は、磁気厚み２Ｂｓ＊Ｔ_１を有する低透磁率領域８０６Ｂと、磁気厚みＢｓ＊Ｔ’を有する高透磁率領域８０６Ａとを含む。

【0043】

図１２は、記録計量のリバースオーバーライト（ＲＯＷ）を示し、軟下地層の最上領域の厚みと比較した書き込みの容易さを示すグラフ図である。

【0044】

データは、同じ材料及び全厚みを有する三つのＳＵＬ設計、すなわちｉ）約２００オングストロームの最上ＳＵＬ層の厚みを有する低μＡＦＣＳＵＬ（図３に示すような設計）、ｉｉ）２００オングストロームより大きい最上ＳＵＬ層の厚みを有し、最上領域が高μであり最下領域が低μである設計（図４に示すような設計）、及びｉｉｉ）２００オングストロームより小さい最上ＳＵＬ層の厚みを有し、最下領域が高μであり最上領域が低μである設計（図５に示すような設計）について表わす。

【0045】

図１２においては、約２５オングストロームから約１７５オングストロームの最上ＳＵＬの厚みは、最上領域が低μであり最下領域が高μである設計を表わす。約２００オングストロームの最上ＳＵＬの厚みは、低μＡＦＣＳＵＬを有する均衡のとれた設計を表わす。約２２５オングストロームから約３７５オングストロームの最上ＳＵＬの厚みは、最上領域が高μであり最下領域が低μである設計を表わす。約０オングストロームから約４００オングストロームの最上ＳＵＬの厚みは、高い透磁率の単層ＳＵＬ設計を表わす。

【0046】

ＲＯＷが大きい負の値であると、磁気記録媒体への書き込みが容易である。しかし、少量の消去磁束が通る記録ヘッドおよび記録層に最も近い領域のＳＵＬの透磁率を低下させているので、薄い最上ＳＵＬ層（厚い最下ＳＵＬ層）は意図しない消去（図１３に示す）を最小化または回避させる。図１３は、隣接トラック消去の容易さを示し、ＡＴＩ（隣接トラック干渉）デルタＢＥＲ（ビット誤り率）と最上領域の軟下地層の厚みとを対応させて示す。ＡＴＩが大きい正の値であれば、磁気記録媒体への書き込みが容易となる。最上領域が低μの設計（図５に示すようなもの）は、最上領域の高μに類似した書き込み容易性の向上と、低μの均衡なＡＦＣ設計に類似した消去の減少との良い組み合わせを示す。

【0047】

本発明の主旨および範囲内で、開示された実施例に対して変更および修正をすることができる。上述の実施および他の実施は以下の請求の範囲に含まれる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図9】