具有化学排序的磁性层的磁记录介质

摘要

本发明涉及一种具有化学排序的磁性层的磁记录介质，具体地提供一种薄膜结构，其具有磁性层和邻接该磁性层的籽晶层。该籽晶层包括L10结构。

说明书

政府权利

本发明是在美国国家标准技术研究院(MST)授权第70NANB1H3056号 协议的支持下完成的。美国政府在本发明中享有权利。

背景技术

当前的存储系统包括具有衬底、下底层以及被保护/润滑层所覆盖的磁性层 的多层结构。通过改变磁性层的磁化方向，信息能够被存储在该磁性层上。具 有有限的热稳定颗粒的高磁各向异性的磁性层是所希望的。

为了增强磁性层的磁各向异性，磁性层的颗粒可以化学排序为L1₀结构。 然而，室温下所沉积的磁性层的晶胞一般为面心立方结构。这些面心立方结构 的材料具有非常低的磁各向异性。在充足的热处理或原位高温沉积下，该磁性 层可以生长为化学排序的L1₀结构，从而产生高的磁各向异性。然而，上述过 程昂贵且耗时，并且对于生产工艺不实用。

发明内容

提供一种具有磁性层和与该磁性层邻接的籽晶层的薄膜结构。该籽晶层包 括L1₀结构。

另外，提供一种磁记录介质。该记录介质包括衬底和位于该衬底上的下底 层。籽晶层位于该下底层上并具有L1₀结构。磁性层邻接于该籽晶层。

还提供一种方法，该方法包括提供具有L1₀结构的籽晶层。在该籽晶层上 提供具有L1₀结构的磁性层。

本发明实施方案所表现的其他特征和益处将在阅读下面的详细说明和相关 附图中变得清楚。

附图的简要说明

图1是面心立方结构的示意图；

图2是L1₀结构的示意图；

图3是薄膜结构的示意图；

图4是具有两层籽晶层的薄膜结构的示意图；

图5是具有三层籽晶层和两层磁性层的薄膜的结构图；

图6是用于形成薄膜结构的方法的流程图。

具体实施方式

记录介质的磁性层可以由硬磁性金属合金组成。例如，该磁性合金可以是 铁铂合金(FePt)，钴钯合金(CoPd)，铁钯合金(FePd)，或钴铂合金(CoPt)。 该磁性合金还可以是上述合金与第三种或更多的元素掺杂剂的合金，所述元素 掺杂剂为诸如Cu，Ni，Mn，Cr等。这些合金包括两种化学结构的原子。图1 是面心立方结构100的示意图。在图1所示的面心立方结构100中，该磁性合 金的原子随机占据结构100的点阵位置，例如点阵位置102。以FePt为例，位 置102可以被Fe原子或Pt原子占据。

在室温沉积时，诸如FePt，FePd，CoPd和CoPt的磁性材料通常呈现面心 立方结构。当处于面心立方结构时，磁性合金具有低的磁各向异性。通过化学 排序结构100，磁性合金可以呈现高的磁各向异性。需要在结构100中促使发 生相变以导致化学排序的结构。

图2是相对于轴202，204和206，化学排序的L1₀结构200的示意图。该 L1₀结构包括原子平面208，210和212，其中该结构中的第一类型原子占据第 一平面，该结构中的第二类型原子占据相邻接的第二平面，以及第一类型原子 占据与第二平面相邻接的第三平面。例如，平面208(由轴204和206所设定) 被第一类型原子在所示的具体位置(角和面心)占据，该第一类型原子可以为 铂或钯。邻接于平面208的平面210被第二类型原子在所示的具体位置(面心) 占据，该第二类型原子可以为铁或钴。邻接于平面210的平面212同样被第一 类型原子所占据。

化学排序的结构，诸如所述L1₀结构200，在室温下是积极首选的。然而， 除非被合适的相变另外排序，膜的沉积是无序的。为了使原子排序为L1₀结构， 在沉积期间或沉积后需要充足的扩散。热能可以被施加给原子以使其来回移动 直到找到优选的能量位置。可以使用许多不同的技术在沉积期间施加热能，诸 如使用红外碳加热器，能量放射灯，电阻加热器等。在相变过程中，获得如图 2所示的L1₀结构200。

在磁记录介质中所使用的薄膜结构中，当邻接的籽晶层包括L1₀结构时， 磁性层将更容易达到L1₀相。在此情形下，该磁性层将经受由该籽晶层所产生 的张应力。为了减小在该磁性层内产生的应力，该磁性层将转化为四方晶体形 态，这将促使其L1₀相变。四方晶体形态所具有的高(在图2中表示为“c”)小 于宽(在图2中表示为“a”)。在FePt的L1₀结构中，“a”为0.3852nm以及“c”为 0.3713nm。向四方晶体结构的形态转化将加速该磁性层的L1₀相变并使之在更 低的温度下发生。

在该相变中起辅助作用的籽晶层包括铝钛合金(AlTi)，铜钛合金(CuTi)， 镁铟合金(MgIn)，铂锌合金(PtZn)、铜金合金(CuAu)和镉钯合金(CdPd)。 这些合金的一个共同特征是比上述诸如FePt，FePd，CoPd和CoPt的磁性合金 具有更低的熔化温度。更低的熔化温度使得籽晶层在磁性层上更好地扩散。因 此，籽晶层的原子可以更加容易地来回移动以达到L1₀相。该L1₀结构有助于产 生磁性层的L1₀相变。以上所述的籽晶层L1₀相的点阵参数如下：

  合金   a(nm)   c(nm)   c/a   相变温度   (℃)   合金 T_mel(℃)   元素1 T_melt(℃)   元素2 T_melt(℃)   FePt   3.853   3.713   0.96   1300   1580   1536   1772   AlTi   3.976   4.049   1.02   1460   1460   660   1670   CuTi   4.440   2.856   0.64   982   982   1085   1670   MgIn   4.571   4.397   0.96   340   400   157   649   PtZn   4.027   3.474   0.86   ＞900   ＞900   1772   420   AuCu   3.960   3.670   0.93   385   910   1065   1085   CdPd   4.277   3.620   0.85   ＞800   ＞800   321   1552

表1-籽晶层的点阵参数

上面所列出合金的另一个特征是在L1₀相变和熔化之间存在一个非常小或 为零的温度间隔(temperature gap)。这表明当合金由液态相或气态相形成时， 该合金将直接形成L1₀结构而不是形成面心立方或其他结构。

图3示出了一种薄膜结构300，其包括衬底302，附加底层304，下底层306， 籽晶层308，磁性层310以及保护/润滑层312。衬底302形成薄膜结构300的 基底，其可以由任何合适的材料诸如陶瓷玻璃，无定形玻璃或镀有镍磷(NiP) 的铝镁合金(AlMg)制成。附加底层304可以根据需要包括诸如钛(Ti)，钽 (Ta)以及钛铬合金(TiCr)等的粘接层，以用于充当衬底302和下底层306之 间的界面。底层304还可以包括散热层以控制整个介质的热性能。可能的散热 材料包括铜(Cu)，银(Ag)，金(Au)，铝(Al)，钨(W)，钌(Ru)，以及 它们之间的合金或与其他元素的合金。

下底层306是随意选择的，并且如果需要，可以包括多层。该下底层被用 于改善籽晶层308的取向分布并加强其外延生长(即形成相同的结构)。一些材 料可以用于下底层306，其包括氧化镁(MgO)，或具有氯化钠(NaCl)结构的 氧化物，等等。具有与MgO类似的点阵参数的金属和合金可以用作位于MgO 层上的第二下底层以进一步加强下底层和L1₀籽晶层之间的(100)取向和外延 生长。这些金属可以是铬(Cr)，镍铝合金(NiAl)，钌铝合金(RuAl)等。下 底层306具有(100)取向，在下底层306上的籽晶层308沿(001)取向外延 生长。此外，籽晶层308可以与诸如MgO，二氧化硅(SiO₂)，二氧化钛(TiO₂)， 氧化钽(Ta₂O₅)或氧化铌(Nb₂O₅)等氧化物一起生长以形成颗粒结构。磁性 层310在籽晶层308上生长成连续或颗粒状的微结构，用于形成图案的介质和/ 或热辅助的磁记录(HAMR)介质。任选地，在该磁记录介质的外表面周围还 可以设置保护/润滑层312。

图4进一步展示了另一种薄膜结构400，其包括衬底402，附加底层404， 下底层406，第一籽晶层408，磁性层410，第二籽晶层412以及保护/润滑层 414。除了图3所示的结构300之外，结构400包括两层籽晶层，分别为第一籽 晶层408和第二籽晶层412。磁性层410设置在第一籽晶层408和第二籽晶层 412之间，用于加强磁性层410的L1₀相变。

图5展示了另一种薄膜结构500，其包括衬底502，附加底层504，下底层 506，第一籽晶层508，第一磁性层510，第二籽晶层512，第二磁性层514，第 三籽晶层516以及保护/润滑层518。在图5中，有三层籽晶层508，512和516 以及两层磁性层510和514。第一磁性层510在第一籽晶层508和第二籽晶层 512之间。第二磁性层514在第二籽晶层512和第三籽晶层516之间。在所述 薄膜结构500中，所述两层磁性层510和514有助于提供额外的磁信号强度， 而籽晶层508，512和516则有助于在磁性层510和514中引起L1₀相变。

图6展示了形成磁记录介质的流程图。在步骤602中提供衬底，例如衬底 302，402或502。在步骤604中提供邻接于衬底的附加底层。然后在步骤606 中提供下底层。在步骤608中在下底层上沉积籽晶层。该下底层可以有助于该 籽晶层的外延生长和取向。在沉积过程中或沉积后，该籽晶层可相变到L1₀结 构。在步骤610中磁性层被生长或设置在该籽晶层上。例如，该磁性层可以为 FePt，CoPd，FePd或CoPt。在步骤612中引导L1₀相变。该相变是施加到磁性 层上的外部热能的结果，也受籽晶层的L1₀结构所助。

如果需要，如环614所示，可以增加另外的籽晶层和/或磁性层。例如，另 外的籽晶层可被设置成相邻于该磁性层。该籽晶层可以有助于在磁性层中保持 L1₀结构。如果需要，第二磁性层可以被设置在第二籽晶层的上面。可以使用任 意数量的籽晶层和/或磁性层。

可以理解即使本发明各种实施例中的众多特征和优点在上面的结合本发明 各种实施例的结构和功能的细节的描述中被阐明，这种公开仅仅是示意性的， 并且具体的，特别是与本发明的原理到所附权利要求的所述术语的广义解释所 表示的全部内容中的部件排列和结构相关的是可以作出改变的。例如，在不偏 离本发明精神和范围的情况下保持基本相同的功能，可以根据对记录介质特别 的应用而改变特别的元素。另外，虽然此处所述的具体实施例具体为薄膜结构， 然而本领域技术人员知道本发明的教导在不偏离本发明的精神和范围的情况下 可以用于其他磁记录材料。