CN1366299A

CN1366299A - 正交磁记录磁盘

Info

Publication number: CN1366299A
Application number: CN01130278A
Authority: CN
Inventors: 金在永
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2000-12-29
Filing date: 2001-12-29
Publication date: 2002-08-28
Anticipated expiration: 2021-12-29
Also published as: JP2002230733A; US7214404B2; KR20020058230A; US20060147761A1; CN1196115C; KR100374792B1; US7101600B1; SG96269A1

Abstract

本发明提供了一种正交磁记录磁盘。该正交磁记录磁盘包括一个位于一个基片和一个正交磁记录层之间的底层,用于引导所述正交磁记录层的正交定向,该正交磁记录层的厚度在这样一个范围内,即其中正交矫顽力Hc与最大正交矫顽力Ho之间的比率随正交磁记录层的厚度的减小而减小。

Description

正交磁记录磁盘

发明领域：

本发明涉及一种磁记录磁盘，更具体地说，涉及一种具有微磁畴(microsized domain)的单层和假双层(pseudo double-layer)正交磁记录磁盘。

背景技术：

应用于硬盘驱动器(HDD，计算机的一种主要外部数据存储设备)的轴向磁记录(LMR，longitudinal magnetic recording)中，由于记录高密度数据的需求不断增长，磁盘中数据记录区已减至微结构(microstructure)。然而，这种尺寸的减小使得所述数据记录区(datarecord domain)容易被HDD的运行所产生的热能消除，这种热能比数据记录区的静磁能更大，这就是超顺磁效应。为了克服这种超顺磁效应，LMR技术被正交磁记录技术(PMR)所代替而应用于HDD。与LMR技术相比，PMR技术利用较高的静电能和较低的去磁能，因此在记录高密度数据方面有其优越性。这种高密度PMR技术还结合了高灵敏读出头制造中的先进性，从而使得检测微数据区成为可能。

在适合于高密度磁记录的PMR技术中，正交磁性异向能量用于使被磁化的磁畴的方向与磁盘表面正交。于是，磁头的头部就垂直于磁盘表面而平行于所述被磁化的磁畴。为了做到这一点，就需要使用一种单极型(SPT)正交磁头。然而，所述SPT正交磁头还产生一种比该磁头的正交磁场强的去磁场，所以被SPT头所感应的正交磁场不足以记录，于是限制了正交磁记录技术在HDD中的应用。

根据磁记录技术的最新进展，利用一种环型头的PMR技术可将增强的正交磁场用于记录，这种环型头因其优良的性能而被广泛应用在LMR中。基于利用所述环型磁头的PMR技术，开发出一种具有一个正交磁记录/回放层的单层PMR磁盘。

单层PMR磁盘的示意性结构如图1所示。所述单层PMR磁盘包括一个底层12，用于提高一个正交磁记录层13的正交度，该正交磁记录层13形成于底层12的上面，且该正交磁记录层13具有正交磁性异向能量(perpendicular magnetic anisotropy energy)以保持所述数据记录区的正交方向；该单层PMR磁盘还包括一个用于保护正交磁记录层13不受外部碰撞的保护层14，和一个润滑层15。

所述正交磁记录层13具有正交磁性异向能量，由于存在底层12，正交磁记录层13的易磁化轴就与该正交磁记录层13的表面正交。因此，正交数据的记录可通过环型磁头的正交磁场分量来实现。但是，在如图1所示的传统单层PMR磁盘中，具有磁性异向能量的正交磁记录层13还有一个很大的去磁因子，于是强去磁能量被沿着与正交磁记录层13的磁矩相反的方向引入，如公式(1)所示：

Ku_eff＝Ku-2πNdMs² …(1)

其中Ku_etf是有效正交磁性异向能量，Ku是正交磁性异向能量，Nd是去磁因子，Ms是磁饱和度，2πNdMs²是去磁能。

于是，正交磁记录层13的有效正交磁性异向能量就大大减少，从而使得高密度记录的特性不能令人满意，因此限制了正交磁记录技术在HDD中的应用。

为了克服在这这种单层PMR磁盘中所述有效正交磁性异向能量的减少，一种可减少其正交磁记录层的去磁能的假双层PMR磁盘被开发出来。

在所述假双层PMR磁盘中，如图2所示，一个中间软磁层26设置在用于提高正交度的底层22和正交磁记录层23之间，以便由环型磁头的正交磁场分量形成一个通过正交磁记录层23的闭合磁路。由中间软磁层26形成的该闭合磁路减少了正交磁记录层23的去磁因子和其去磁能，并因此限制了有效正交磁性异向能量的减少。

图3是一曲线图，示出了对应图1所示的单层PMR磁盘和图2所示的具有中间软磁层的假双层PMR磁盘，以kFRPI(每英寸千磁力线圈数)为单位的记录密度及信号和噪声水平的变化之间的关系。图3中，-■-和-□-分别表示单层PMR磁盘的信号和噪声水平，-●-和-○-分别表示假双层PMR磁盘的信号和噪声水平。

假双层PMR磁盘的信号输出高于单层PMR磁盘，因为中间软磁层26的作用使得有效正交磁性异向能量得以维持，该中间软磁层26通过形成一个经由正交磁记录层23的闭合磁路减少了去磁能。可是，中间软磁层26也可能引起周围磁场的随机定向并导致额外的噪声(振动)，所以假双层PMR磁盘具有比单层PMR磁盘高的噪声水平。由于信号和噪声水平的增加，假双层PMR磁盘的信噪比对于高密度记录来说太小了。因此就需要降低假双层PMR磁盘的正交磁记录层23的噪声输出水平以获得对于高密度记录来说足够大的SNR(信噪比)。

降低噪声水平对于改善单层PMR磁盘的信噪比也是有利的。为此，人们不断努力降低由单层和假双层PMR磁盘中正交磁记录层自身所放大的噪声水平以改善SNR。

发明内容：

为了解决上述问题，本发明的一个目的在于提供一种正交磁记录(PMR)磁盘，其具有单层结构或一种假双层结构，该假双层结构包括一个中间软磁层以减少正交磁记录层的去磁能，其中随着信号水平的提高而发生的噪声水平的放大利用磁畴中的一个稳定的信噪比(SNR)来降低。

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种正交磁记录磁盘，该磁盘包括一个位于基片和正交磁记录层之间的底层以引导所述正交磁记录层的正交定向，该正交磁记录层的厚度在这样的范围内，其中正交矫顽力Hc与最大正交矫顽力Ho的比率随正交磁记录层的厚度减小而减小。

所述正交磁记录磁盘最好利用假双层结构，该结构包括一个位于所述底层和所述正交磁记录层之间的中间软磁层，以和该正交磁记录层一起形成闭合磁路。

在正交磁记录层的厚度范围中，正交剩磁与最大正交剩磁的比率的变化率最好大于正交矫顽力Hc与最大正交矫顽力Ho的比率的变化率。

在正交磁记录层的厚度范围中，噪声水平比例常数α(如下列公式所示)最好随正交磁记录层的厚度的减小而递减。

α = \frac{4 πMr}{Hc}

其中，Mr是正交剩磁，Hc是正交矫顽力。

所述正交磁记录层最好是由CoCr合金制成。正交磁记录层最好还包括从硼、铂、钽、钒、铌、锆、钇和钼中选出的至少一种材料。该正交磁记录层的厚度最好为20-50纳米。

所述中间软磁层最好选用镍铁合金。该中间软磁层最好还包括从铌、钒、钽、锆、铪、钛、硼、硅和磷中选出的至少一种材料。中间软磁层的厚度最好为3-30纳米。

所述正交磁记录磁盘最好还包括顺次设置在正交磁记录层上的一个保护层和一个润滑层。

根据本发明的PMR对于环型记录磁头和防磁(MR)读出头也是适合的。

附图说明：

本发明的上述目的和优点通过参照附图详细讲解的优选实施例将更明显地看到。

图1是一剖面图，示出了单层正交磁记录(PMR)磁盘的结构；

图2是一剖面图，示出了具有中间软磁层的假双层正交磁记录PMR磁盘的结构；

图3是一曲线图，示出了对应单层PMR磁盘和假双层PMR磁盘，以kFRPI(每英寸千磁力线圈数)为单位的记录密度与信号和噪声水平的变化之间的关系；

图4是一曲线图，示出了PMR层厚度的变化与正交矫顽力Hc的变化之间的关系；

图5是一曲线图，示出了PMR层厚度的变化与磁畴直径和噪声水平比例常数α的变化之间的关系；

图6是一曲线图，示出了PMR层厚度的变化与正交矫顽力比率Hc/Ho和正交剩磁比率Mr/Mo的变化之间的关系；

图7是一曲线图，示出了根据例1、例2和比较例1中的单层PMR磁盘的以kFRPI为单位的记录密度与信号和噪声水平的变化之间的关系；

图8是一曲线图，示出了根据例1、例2和比较例1中的单层PMR磁盘的以kFRPI为单位的记录密度与信噪比(SNR)的变化之间的关系；

图9是一曲线图，示出了根据例3、例4和比较例2中的假双层PMR磁盘的以kFRPI为单位的记录密度与信号和噪声水平的变化之间的关系；

图10是一曲线图，示出了根据例3、例4和比较例2中的假双层PMR磁盘的以kFRPI为单位的记录密度与信噪比SNR的变化之间的关系；

图11对比性地示出了根据比较例1和2以及例2和4中的PMR磁盘的以kFRPI为单位的记录密度与信噪比SNR的变化之间的关系。

具体实施方式：

为了增加单层或假双层正交磁记录(PMR)磁盘的信噪比(SNR)，当保持一个PMR层的信号水平为恒定时必须降低噪声水平。噪声水平与噪声水平常数成比例，该噪声水平常数α与形成在磁记录层中的反相磁畴(reversed magnetic domain)的平均直径成比例，二者关系如下列公式(2)所示

α = \frac{4 πMr}{Hc} . . . . . . . (2)

其中，Mr是正交剩磁，Hc是正交矫顽力。因此，需要减小磁记录层的磁畴的直径以降低噪声水平。

磁记录层的磁畴直径取决于静磁能和磁畴壁能量(domain wallenergy)之间的平衡。更准确地说，为了降低静磁能，需要将磁记录层中的磁畴划分成许多微磁畴(micro-domain)以形成闭合磁路。然而，磁畴壁能量会因微磁畴数量的增加而增加，因此使所述PMR层的总能量水平增加。静电能与磁畴壁能量之和与磁畴直径的关系如下：

E_tot＝E_ms+E_wall＝1.7Ms²D+γL/D …(3)

其中，E_tot是PMR层的总能量，E_ms是PMR层的静电能，为1.7Ms²D，E_wall是磁畴壁能量，等于γL/D，Ms是磁饱和度，D是磁畴直径，γ是磁畴壁能量，L是PMR层厚度。

为了将PMR层的总能量减至最小，即上述公式(3)中静电能和磁畴壁能量之和为最小，磁畴直径D是基于下列公式(4)来确定的：

D = \sqrt{\frac{γL}{1.7 {Ms}^{2}}} . . . . . . . . . (4)

从上述公式(4)可以看出，可以通过减小单层或假双层PMR磁盘的PMR层的厚度L来减小PMR层中的磁畴直径D，从而降低了噪声水平。

在制造传统PMR磁盘时，为了降低其PMR层的噪声水平，PMR层的厚度确定为正交矫顽力Hc为最大值时的数值，这样就上述公式(2)中的噪声水平比例常数α就为最小值。例如，采用CoCr合金制造的传统PMR磁盘的磁记录层，正交矫顽力Hc当记录层厚度小于等于50纳米时大大减小，从图4所示的正交矫顽力Hc与最大正交矫顽力Ho之比率随记录层厚度变化的曲线中可看出这一点。于是，在传统PMR磁盘中，为了控制噪声水平采用CoCr合金制造的磁记录层的厚度大于50纳米。

然而，对于假双层PMR磁盘来说，即使有厚度大于等于50纳米的高矫顽力的磁记录层，也不足以减小所述噪声水平比例常数α，如图5所示。此外，因采用所述中间软磁层，假双层PMR磁盘会产生额外噪声(振动)，因此就会导致高噪声水平。因而信噪比SNR就很差。

图5示出了一种假双层PMR磁盘中采用CoCr合金制造的磁记录层的厚度的变化与磁畴直径之间的关系曲线。如图5所示，当磁记录层的厚度小于某一值时(该值是所述正交矫顽磁力Hc开始减小的点)，磁畴直径开始减小。很明显，各微磁畴可在厚度减小了的磁记录层上形成。而且，如图5所示，在磁记录层上形成的微磁畴能导致所述噪声水平比例常数α锐减。

图6是一曲线图，示出了采用CoCr合金制造的假双层PMR磁盘的磁记录层厚度的变化与正交矫顽力比率Hc/Ho和正交剩磁比率Mr/Mo的变化之间的关系；图6中，Hc表示正交矫顽力，Ho表示最大矫顽力，Mr表示正交剩磁，Mo表示最大正交剩磁。

如图6所示，与正交矫顽磁力比率(Hc/Ho)相比，正交剩磁比率(Mr/Mo)相对于采用CoCr合金制造的假双层PMR磁盘的磁记录层厚度的变化锐减。随磁记录层厚度的减小(由于微磁畴的形成所致)，正交剩磁比率(Mr/Mo)的这种锐减就使得所述噪声水平比例常数α减小。

在本发明涉及的假双层PMR磁盘中，采用CoCr合金制造的磁记录层的厚度减小至某一厚度值(在该值时正交矫顽磁力开始减小)，而且在该磁记录层上形成微磁畴，因此降低了噪声水平，改善了信噪比。本发明的发明人还通过实验发现这对于单层PMR磁盘有着相同的效果。

根据本发明的一个优选实施例，可按如下方法制造假双层PMR磁盘。在一个玻璃或(AL)合金基片上通过真空沉积形成一个厚度为50-100纳米的底层，该底层可引导PMR层正交定向，在所述底层上形成一个3-30纳米厚的中间软磁层，然后在该中间软磁层上形成20-50纳米厚的PMR层。接着，在PMR层上顺次形成一个保护层和一个润滑层。

单层PMR磁盘可用上述制造假双层PMR层的同样的方法制造，但是不形成中间软磁层。

制造可提高PMR层的正交定向度的底层的合适材料可包括钛(Ti)合金、非磁性钴(Co)合金、铂(Pt)合金和钯(Pd)合金，但最好用钛合金。

在本发明中，所述保护层和润滑层可采用任何材料，厚度可为在一个预定范围内的任意值，该厚度范围可按本领域中用于常规沉积的厚度确定，没有限制。

下面将通过实例更详细地介绍本发明。下列实例仅为解释本发明之用，而无意限制本发明的范围。

<例1>

在厚度为650纳米的玻璃基片上沉积一个厚度为50纳米的钛底层。在该底层上形成一个厚度为35纳米的CoCr合金PMR层，其上形成作为保护层的一个碳基层，其厚度为10纳米，该碳基层的上面是厚度为2纳米的润滑层，这样就形成了一个单层PMR磁盘。

<例2>

以例1中同样的方法制造的单层PMR磁盘，只是其中的PMR层厚度为20纳米。

<例3>

在厚度为650纳米的玻璃基片上沉积一个厚度为50纳米的钛底层。在该钛底层上形成厚度为20纳米的一个镍铁合金中间软磁层，接着形成厚度为35纳米作为PMR层的一个CoCr合金的磁记录层。然后在该磁记录层上形成作为保护层的一个碳基层，其厚度为10纳米，再上面是润滑层，厚度为2纳米，这样就形成了一个假双层PMR磁盘。

<例4>

以例3中同样的方法制造的假双层PMR磁盘，只是其PMR层厚度为20纳米。

<比较例1>

以例1中同样的方法制造的单层PMR磁盘，只是作为其PMR层的CoCr合金磁记录层厚度为50纳米。

<比较例2>

以例3中同样的方法制造的假双层PMR磁盘，只是作为其PMR层的CoCr合金磁记录层厚度为50纳米。

图7示出了根据例1、例2和比较例1中的单层PMR磁盘的以kFRPI为单位的记录密度与信号和噪声水平的变化之间的关系；如图7所示，信号水平随由于正交磁场斜率的增加导致的PMR层厚度的减小而提高。此外，噪声水平因微磁畴的形成而锐减。

图8示出了根据例1、例2和比较例1中的单层PMR磁盘的以kFRPI为单位的记录密度与信噪比(SNR)的变化之间的关系。如图8所示，由于信号水平的提高和噪声水平的降低(如图7所述)，信噪比随PMR层厚度的减小而得到改善。

图9示出了根据例3、例4和比较例2中的假双层PMR磁盘的以kFRPI为单位的记录密度与信号和噪声水平的变化之间的关系。如图9所示，由于正交磁场斜率的增加和所述软磁层引起的去磁的减少，信号水平随PMR层厚度的减小而提高。此外，噪声水平因微磁畴的形成而显著降低。

图10示出了根据例3、例4和比较例2中的假双层PMR磁盘的以kFRPI为单位的记录密度与信噪比SNR的变化之间的关系。如图10所示，由于信号水平的提高和噪声水平的减小(如图9所述)，信噪比随PMR层厚度的减小而得到改善。

图11对比地示出了对应具有50纳米厚的CoCr合金磁记录层的传统单层和假双层PMR磁盘，以及根据本发明制造的具有20纳米厚的CoCr合金磁记录层的单层和假双层PMR磁盘的以kFRPI为单位的记录密度与信噪比SNR的变化之间的关系。根据本发明制造的，厚度为20纳米的，且带有微磁畴的CoCr合金磁记录层的所述假双层PMR磁盘的信噪比得到极大改善。

如上所述，在根据本发明的PMR磁盘中，根据静磁能量和磁畴壁能量之间的关系在磁记录层上形成微磁畴。这种具有微磁畴的PMR层被应用到具有闭合磁路的单层PMR磁盘或假双层PMR磁盘中，由此降低了噪声水平并改善了信噪比。

虽然已经参照本发明的优选实施例详细具体地描述了本发明，但是本领域普通的技术人员应当理解，在不背离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，本发明在形式和细节上可以有各种变化。

Claims

1、一种正交磁记录磁盘，包括一个位于基片和正交磁记录层之间的底层，该底层用于引导所述正交磁记录层的正交定向，所述正交磁记录层的厚度在这样一个范围内，即其中正交矫顽力Hc与最大正交矫顽力Ho之间的比率随所述正交磁记录层的厚度的减小而减小。

2、如权利要求1所述的正交磁记录磁盘，还包括一个位于所述底层和所述正交磁记录层之间的中间软磁层，用于和所述正交磁记录层一起形成闭合磁路。

3、如权利要求1或2所述的正交磁记录磁盘，其中，在所述正交磁记录层的厚度范围内，正交剩磁与最大正交剩磁之间的比率的变化率大于正交矫顽力Hc与最大正交矫顽力Ho之间的比率的变化率。

4、如权利要求1或2所述的正交磁记录磁盘，其中，在所述正交磁记录层的厚度范围内，如下列公式所示的噪声水平比例常数α随该正交磁记录层厚度的减小而减小：

α = \frac{4 πMr}{Hc}

其中，Mr是所述正交剩磁，Hc是所述正交矫顽力。

5、如权利要求1或2所述的正交磁记录磁盘，其中，所述正交磁记录层采用CoCr合金制成。

6.如权利要求5所述的正交磁记录磁盘，其中，在所述正交磁记录层还包含从硼、铂、钽、钒、铌、锆、钇和钼中选出的至少一种材料。

7、如权利要求6所述的正交磁记录磁盘，其中，所述正交磁记录层的厚度为20-50纳米。

8、如权利要求2所述的正交磁记录磁盘，其中，所述中间软磁层采用镍铁合金制成。

9、如权利要求8所述的正交磁记录磁盘，其中，所述中间软磁层还包括从铌、钒、钽、锆、铪、钛、硼、硅和磷中选出的至少一种材料。

10、如权利要求9所述的正交磁记录磁盘，其中，所述中间软磁层的厚度为3-30纳米。

11、如权利要求1或2所述的正交磁记录磁盘，还包括在所述正交磁记录层上顺次形成的一个保护层和一个润滑层。