具有CrTi/NiP双层结构的磁薄膜介质

摘要

公开了一种薄膜磁介质结构，该结构具有非晶钛化铬(CrTi)和其后的磷化镍(NiP)非晶层的双层结构。在淀积NiP之后，使其暴露到氧中形成氧化的表面。优选地将垫层直接淀积到氧化的NiP表面上。CrTi/NiP双层结构促进了在钴合金磁层中优良的平面内结晶取向，并允许使用对晶粒尺寸和分布提供良好控制的超薄铬垫层。当CrTi/NiP双层结构与圆周纹理衬底、优选玻璃结合时，产生了高Mrt取向率(OR)。

说明书

技术领域

本发明涉及磁薄膜介质及它们的制造方法，尤其涉及在垫层(underlayer)之前用在磁薄膜磁盘中的材料。

背景技术

在图1中说明了典型现有技术的磁头和磁盘系统10。在工作中，当磁换能器20在磁盘16上方飞驶时，磁换能器20由悬挂装置13支撑。磁换能器20，一般称为“磁头”或“滑动器”，由执行写磁转变(magnetic transition)任务的元件(写磁头23)和执行读磁转变任务的元件(读磁头12)构成。到达或来自读和写磁头12、23的电信号沿着连结或嵌入在悬挂装置13中的导电路径(引线)14传输。磁换能器20位于从磁盘16的中心起不同半径距离的点的上方从而读和写圆形磁轨(未示出)。磁盘16连结到轴18上，轴18由轴电机24驱动从而使磁盘16旋转。磁盘16包括其上淀积了多层薄膜21的衬底26。薄膜21包括其中写磁头23记录磁转变的铁磁材料，在磁转变中信息被编码。传统上，衬底是带有由湿式非电镀(wet electrolessplating)淀积的非晶NiP表面膜的AlMg。AlMg/NiP磁盘被认为是其上真空淀积了薄膜以形成磁介质层的衬底。

典型地和玻璃衬底一起使用的薄膜21的一个实施例包括非晶原始薄膜，其被称为预种子层(pre-seed layer)并且随后是结晶种子层(crystallineseed layer)。典型地，预种子层和种子层是相对薄的层。在Bian等人的美国专利5789056中，介绍了结晶CrTi种子层的使用。在种子层之后典型地是诸如Cr、CrV和CrTi的铬或铬合金垫层。基于钴的多种合金的一层或多层铁磁层跟随在垫层之后。例如，通常使用的合金是CoPtCr。在磁合金中还常常使用诸如钽和硼的附加元素。使用保护涂层以改善耐磨损性和抗腐蚀性。上面介绍的磁盘实施例是多种可能中的一种。例如，在现有技术中已经提出了多种子层、多垫层和多磁层。

2003年7月15日签发给Bian等人的美国专利6593009介绍了一种包括呈现出非晶或纳米晶体(nanocrystalline)结构的预种子层CrTi的薄膜磁介质结构。在下文中，将使用的术语非晶包括纳米晶体。优选的种子层表述为RuAl。使用CrTi/RuAl双层结构以提供对衬底更优良的粘附性和抗刮擦性以及优良的矫顽磁力(coercivity)和信噪比(SNR)，并相对现有技术降低了成本。

Doerner等人的美国专利6567236介绍的层结构的优选实施例为：CrTi非晶预种子层、RuAl种子层、CrTi结晶垫层、CoCr底部铁磁层、Ru反铁磁耦合/间隔层以及顶部铁磁结构，该顶部铁磁结构包括：CoCr、CoCrB或CoPtCrB的薄的第一子层和具有比第一子层更低的力矩的较厚的CoPtCrB第二子层。

Chang等人的美国专利5879783介绍了在玻璃或玻璃陶瓷衬底上溅射淀积的NiP种子层的使用，并且通过氧化使该表面变粗糙。在Chen等人的美国专利6596419中，介绍了一种磁记录介质，其包括一种子层，该种子层包含从氧化NiP(NiPOx)和CrTi构成的组中选取的材料。该种子层的厚度为大约4nm到6nm。CrTi和NiPOx种子层增强了CoTi/Cr(200)和Co(11.0)结晶取向的发展，并有助于减小CoTi/Cr合金垫层的晶粒尺寸。

此处所讨论的在磁盘上形成层的各种结晶材料的优选晶向(PO)不必是在材料中可找到的唯一晶向，而仅仅是最主要的晶向。当在涂敷了NiP的AlMg衬底上以足够高的温度溅射淀积Cr垫层时，常常形成[200]PO。该PO促进了六方紧密堆积(hcp)钴(Co)合金的[11-20]PO的外延生长，由此改善了磁盘的磁性。[11-20]PO指的是一六方结构的薄膜，该六方结构的(11-20)晶面主要平行于该薄膜的表面。同样地，[10-10]PO指的是一六方结构的薄膜，该六方结构的(10-10)晶面主要平行于该薄膜的表面。可以在具有[112]PO的适当的垫层上外延生长[10-10]PO。

在现有技术中所用的改善在薄膜磁盘上磁记录性能的一个技术是圆周抛光(circumferential polishing)以产生微细“划痕”(圆周纹理)图案，该微细“划痕”图案一般沿磁盘表面上的磁轨(同心圆)定向。商用薄膜磁盘的纹理尺寸是极小的，典型地具有小于5nm的峰-谷值。5nm的结构对未经训练的眼睛来说看起来像镜子一样。需要特定的抛光设备来实现这种微细的圆周纹理。其上淀积薄膜的表面的形貌对薄膜的成核和生长方式以及薄膜的特性具有显著的影响。通常使用在磁盘上的所谓圆周纹理来影响用于多种磁合金的平面内磁各向异性。为了纵向记录，有时在圆周方向上具有比在半径方向上高的矫顽磁力(Hc)和Mrt是有用的。圆周Hc与半径Hc的比率被称为矫顽磁力取向率(OR)。类似地，圆周Mrt与半径Mrt的比率被称为Mrt取向率(OR)。目前的磁盘典型使用六方紧密堆积(hcp)钴合金，大多数(并非全部)圆周纹理的磁盘具有Hc或Mrt OR＞1。

发明内容

该申请公开了一种薄膜磁介质结构，该结构具有非晶钛化铬(CrTi)和在其之后的磷化镍(NiP)非晶层的双层结构，其中磷化镍非晶层在垫层之前淀积。在淀积NiP之后，其优选地暴露到氧中以形成一氧化的表面。优选地将垫层直接淀积到氧化的NiP表面上。CrTi/NiP双层结构促进了在钴合金磁层中优良的平面内结晶取向，并使得一超薄铬垫层被使用从而提供对晶粒尺寸和分布的良好控制。当CrTi/NiP双层结构与圆周纹理磁盘、优选玻璃结合时，产生了高Mrt取向率(OR)。

附图说明

图1是表示在磁盘驱动中磁头和相关部件之间关系的现有技术的示意图。

图2是包含本发明CrTi/NiP双层结构的磁薄膜磁盘的薄膜叠层的示意图。

图3是用于图2的叠层中的磁薄膜层结构的一实施例的示意图。

具体实施方式

对于在玻璃或其它非金属衬底上的纵向介质，最大化c轴平面内结晶取向并维持取向率是重要的。某些种子层材料用于光滑或随机抛光的衬底上时提供了良好的平面内c轴取向，但用于圆周纹理的衬底上时却不令人满意，因为它们产生低得多的取向率(OR)。这里介绍的双层结构由两层非晶或纳米晶体层构成。因为其有助于实现良好的平面内c轴取向以及高取向率，该结构特别适用于圆周纹理衬底上。

参照图2说明在包含本发明的磁膜磁盘16中的薄膜层。在图2所示的实施例中，衬底26优选为玻璃，但可以为任意其它合适的材料。更优选地衬底是圆周纹理玻璃。CrTi层31直接真空淀积到衬底26的表面上。NiP层32真空淀积到CrTi层31上。优选地在室温下且无衬底偏压地淀积这些层。CrTi层和NiP层将合起来作为CrTi/NiP双层结构。在真空淀积NiP层之后，通过把氧气供给到淀积室中或通过破坏真空将表面暴露到大气中来氧化NiP的表面。在氧化NiP表面之后，将垫层33直接真空淀积到NiP上。该垫层优选为铬，但也可以为铬合金。本发明的双层结构可使垫层33保持非常薄。具有超薄垫层的优点在于改善了对晶粒尺寸和分布的控制。通常，垫层越薄，晶粒尺寸的伸展越小。在磁层结构34之后是保护涂敷层35。

CrTi/NiP双层结构和垫层的结合厚度的优选范围从60到150埃。作为说明，本发明的一个实施例具有20埃的CrTi层、45埃的NiP层和40埃的铬垫层以成为105埃的结合厚度。这可与授予Bian等人的美国专利6593009中200埃的CrTi、60埃的RuAl和60埃的CrTi垫层的实施例相比较。

本发明的双层结构可以用于多种磁层结构34。磁层结构34可以是单磁层或者其可以包括多层磁层、间隔层、起始层(onset layer)等的组合，如现有技术中已知的那样。还可以使用反铁磁耦合磁叠层。图3说明了使用本发明双层结构的磁层结构34的一特定实施例。在现有技术中介绍了起始层41的功能。在该实施例中，优选CrMo。下磁层(lower magnetic layer)42优选为CoCr。间隔层43优选为钌。上磁层(upper magnetic layer)44优选为CoPtCrB。

在实验中，使用NiP作为单一种子层和本发明的CrTi/NiP双层结构制备磁盘。垫层是铬，磁层结构如上面介绍的那样。衬底是圆周纹理玻璃。在表1中给出了测量结果。

表1

种子 Mrt Hc Mrt ORCr(200)摇摆曲线切向----------径向Co(11-20)摇摆曲线切向------------径向CrTi/NiP 0.35 4100 2.0 6.6 12.9 6.0 10.4NiP 0.36 3900 1.5 7.3 13.3 6.8 11.4

对于NiP种子的Mrt取向率(OR)是1.5，但本发明的CrTi/NiP产生Mrt OR 2.0。较高的OR是理想的。FWHM摇摆曲线测量涉及结晶取向的分布。较低的值表示取向的较小(优良)分布。对于Cr(200)晶向和Co(11-20)晶向CrTi/NiP双层结构产生较小的摇摆曲线值。

CrTi层优选的成分范围受其维持非晶要求的限制；因此，应使用大约从45到55at.％的钛，优选50at.％。对于NiP层，优选成分范围从15到25at.％的必须同样维持非晶的磷。特别优选具有19at.％的磷的NiP。如本领域技术人员所熟知的那样，不考虑在溅射薄膜中总是存在的少量污染物而给出原子百分比成分。

虽然已参照特定实施例介绍了发明，但是对于本发明的种子层结构的其它使用和应用对于本领域技术人员将是显而易见的。