(57)【要約】      （修正有）【課題】磁気的にリセット可能な単一磁区軟磁性裏打ち層を使用する垂直磁気記録ディスクを提供すること。【解決手段】垂直磁気記録ディスク３００は、基板３１０の上に配置された硬磁性ピンニング層３２０、硬磁性ピンニング層の上に配置されたスペーサ層３３０、スペーサ層の上に配置された軟強磁性膜３４０、および軟強磁性膜の上に配置された磁気記録層３５０を備えることができる。【選択図】図２
2006190461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に配置された硬磁性ピンニング層と、
前記硬磁性ピンニング層の上に配置された第１のスペーサ層と、
前記スペーサ層の上に配置された軟強磁性膜と、
前記軟強磁性膜の上に配置された磁気記録層と
を備える垂直磁気記録ディスク。
【請求項２】
前記軟強磁性膜は、約８ナノメートルを超える厚さを持つ請求項１に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項３】
前記軟強磁性膜は、約４０から２００ナノメートルの範囲の厚さを持つ請求項１に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項４】
前記硬磁性ピンニング層は、約５０から２０００Ｏｅの範囲の保磁力を持つ材料を含む請求項１に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項５】
前記硬磁性ピンニング層は、コバルトを含む合金材料を含む請求項４に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項６】
前記軟強磁性膜は、ピン留め方向にそって約３０Ｏｅよりも小さい保磁力を持つ材料を含む請求項５に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項７】
前記軟強磁性膜は、ＣｏＴａＺｒを含む請求項６に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項８】
前記硬磁性ピンニング層は、ＣｏＣｒＴａを含む請求項７に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項９】
前記硬磁性ピンニング層は、前記軟強磁性膜の厚さ以下の厚さを持つ請求項３に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項１０】
前記第１のスペーサ層は、前記硬磁性層と前記軟強磁性膜との間に反強磁性交換バイアス磁界を発生する請求項１に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項１１】
さらに、前記硬磁性ピンニング層と前記スペーサ層との間に配置された第１の交換結合強化層を備える請求項１に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項１２】
前記第１の交換結合強化層は、Ｃｏを含む合金材料を含む請求項１に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項１３】
前記第１の交換結合強化層の前記合金材料は、ＣｏＦｅを含む請求項１２に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項１４】
さらに、前記スペーサ層と前記軟強磁性膜との間に配置された第２の交換結合強化層を備え、前記第２の交換結合強化層はＣｏＦｅを含む請求項１１に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項１５】
前記軟強磁性膜は、合成反強磁性多重層構造を含む請求項１に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項１６】
前記軟強磁性膜は、
前記スペーサ層の上に配置された第１の軟強磁性層と、
前記第１の軟強磁性層の上に配置された第２のスペーサ層と、
前記第２のスペーサ層の上に配置された第２の軟強磁性層と
を備える請求項１に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項１７】
さらに、前記硬磁性ピンニング層と前記スペーサ層との間に配置された第１の交換結合強化層を備える請求項１６に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項１８】
さらに、前記スペーサ層と前記軟強磁性膜との間に配置された第２の交換結合強化層を備える請求項１７に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項１９】
前記第１および第２の交換結合強化層は、Ｃｏを含む合金材料を含む請求項１３に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項２０】
前記第２の軟強磁性層は、前記第１の軟強磁性層の厚さ以下の厚さを持つ請求項１６に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項２１】
前記第１および第２の軟強磁性層はそれぞれ、ＣｏＴａＺｒを含む請求項１９に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項２２】
前記硬磁性ピンニング層は、約５から１００ナノメートルの範囲内であって、前記軟強磁性膜の厚さよりも小さい厚さを持つ請求項１に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項２３】
ＪAFは、前記硬磁性ピンニング層と前記軟磁性膜との間の界面交換エネルギーであり、Ｈcは、前記軟強磁性膜の保磁力であり、Ｍrは、前記軟強磁性膜の残留磁化であり、ｔFMは、前記軟強磁性膜の厚さであるとすると、ＪAF＞Ｈc  Ｍr  ｔFMである請求項１に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項２４】
前記軟強磁性膜は、ピン留め方向にそって約３０Ｏｅよりも小さい保磁力を持つ請求項１に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項２５】
さらに、
前記硬磁性ピンニング層と前記軟強磁性膜との間の界面交換エネルギーを高める手段を備える請求項１に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項２６】
さらに、浮遊磁界から垂直記録ディスクの磁気的安定性を制御する手段を備える請求項２５に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項２７】
さらに前記軟強磁性膜の保磁力を減少させるための手段を備える請求項２５に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項２８】
前記硬磁性ピンニング層は、硬磁性材料を含む請求項４に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項２９】
前記硬磁性ピンニング層は、軟強磁性材料と結合された硬磁性材料を含む請求項４に記載の垂直磁気記録ディスク。
【請求項３０】
磁気抵抗読み取り素子を備えるヘッドと、
前記ヘッドに作用するように結合された垂直磁気記録ディスクと
を備えるディスク・ドライブであって、前記垂直磁気記録ディスクが
基板と、
前記基板の上に配置された硬磁性ピンニング層と、
前記硬磁性ピンニング層の上に配置された第１のスペーサ層と、
前記スペーサ層の上に配置された軟強磁性膜と、
前記軟強磁性膜の上に配置された磁気記録層と
を備えるディスク・ドライブ。
【請求項３１】
前記軟強磁性膜は、約４０から２００ナノメートルの範囲の厚さを持つ請求項３０に記載のディスク・ドライブ。
【請求項３２】
前記硬磁性ピンニング層は、約１００から２０００Ｏｅの範囲の保磁力を持つ材料を含む請求項３０に記載のディスク・ドライブ。
【請求項３３】
前記硬磁性ピンニング層は、コバルトを含む合金材料を含む請求項３２に記載のディスク・ドライブ。
【請求項３４】
前記硬磁性ピンニング層は、ＣｏＣｒＴａを含み、前記軟強磁性膜は、ＣｏＴａＺｒを含む請求項３３に記載のディスク・ドライブ。
【請求項３５】
前記硬磁性ピンニング層は、軟強磁性膜の厚さ以下の厚さを持つ請求項３０に記載のディスク・ドライブ。
【請求項３６】
前記垂直磁気記録ディスクは、さらに、前記硬磁性ピンニング層と前記スペーサ層との間に配置された第１の交換結合強化層を備える請求項３０に記載のディスク・ドライブ。
【請求項３７】
前記第１の交換結合強化層の前記合金材料は、ＣｏＦｅを含む請求項３６に記載のディスク・ドライブ。
【請求項３８】
前記垂直磁気記録ディスクは、さらに、前記スペーサ層と前記軟強磁性膜との間に配置された第２の交換結合強化層を備え、前記第２の交換結合強化層は、ＣｏＦｅを含む請求項３７に記載のディスク・ドライブ。
【請求項３９】
前記軟強磁性膜は、
前記スペーサ層の上に配置された第１の軟強磁性層と、
前記第１の軟強磁性層の上に配置された第２のスペーサ層と、
前記第２のスペーサ層の上に配置された第２の軟強磁性層と
を備える請求項３０に記載のディスク・ドライブ。
【請求項４０】
前記垂直磁気記録ディスクは、さらに、前記硬磁性ピンニング層と前記スペーサ層との間に配置された第１の交換結合強化層を備える請求項３９に記載のディスク・ドライブ。
【請求項４１】
前記垂直磁気記録ディスクは、さらに、前記スペーサ層と前記軟強磁性膜との間に配置された第２の交換結合強化層を備える請求項４０に記載のディスク・ドライブ。
【請求項４２】
ＪAFは、前記硬磁性ピンニング層と前記軟磁性膜との間の界面交換エネルギーであり、Ｈcは、前記軟強磁性膜の保磁力であり、Ｍrは、前記軟強磁性膜の残留磁化であり、ｔFMは、前記軟強磁性膜の厚さであるとすると、ＪAF＞Ｈc  Ｍr  ｔFMである請求項４０に記載のディスク・ドライブ。
【請求項４３】
硬磁性ピンニング層を基板の上に堆積させることと、
第１のスペーサ層を前記硬磁性ピンニング層の上に堆積させることと、
約８ナノメートルよりも大きい厚さを持つ軟強磁性膜を前記スペーサ層の上に堆積させることと、
磁気記録層を前記軟強磁性膜の上に堆積させることとを含む方法。
【請求項４４】
前記軟強磁性膜は、約４０から２００ナノメートルの範囲の厚さを持つように堆積される請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
さらに、交換結合強化層を前記硬磁性ピンニング層の上に堆積させることを含み、前記交換結合強化層は、前記第１のスペーサ層の下に配置される請求項４３に記載の方法。
【請求項４６】
前記交換結合強化層は、Ｃｏを含む合金材料からなる請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
さらに、交換結合強化層を前記第１のスペーサ層の上に堆積させることを含み、前記第１の交換結合強化層は、前記軟強磁性膜の下に配置される請求項４３に記載の方法。
【請求項４８】
前記交換結合強化層は、Ｃｏを含む合金材料からなる請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記軟強磁性膜を堆積させることは、
第１の軟強磁性層を堆積させることと、
第２のスペーサ層を前記第１の軟強磁性層の上に堆積させることと、
第２の軟強磁性層を前記第２のスペーサ層の上に堆積させることと
を含む請求項４３に記載の方法。
【請求項５０】
さらに、
第１の交換結合強化層を前記硬磁性ピンニング層の上に堆積し、前記第１の交換結合強化層は前記第１のスペーサ層の下に配置されることと、
第２の交換結合強化層を前記第１のスペーサ層の上に堆積し、前記第２の交換結合強化層は前記軟強磁性膜の下に配置されることと
を含む請求項４９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスク・ドライブの分野に関するものであり、より具体的には、ディスク・ドライブで使用される垂直磁気記録ディスクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
垂直磁気記録システムは、長手磁気記録システムで実現可能な記録密度よりも高い記録密度を実現するために開発された。図１Ａは、従来の垂直磁気記録ディスク・ドライブ・システムの一部分を例示している。ディスク・ドライブ・システムは、後縁ライト・ポール、そのライト・ポールに磁気的に結合された前縁リターン（対向ポール）、ライト・ポールのヨークの周りの導電性磁化コイルを含む記録ヘッドを備える。反対側ポールの底部は、ライト・ポールの先端の表面積を大幅に超える表面積を持つ。磁気記録ディスクに書き込むために、記録ヘッドは、磁気記録ディスクから浮上高さと呼ばれる距離だけ隔てられている。磁気記録ディスクが記録ヘッドを通って回転し、記録ヘッドが磁気記録媒体のトラックを辿る。電流がコイル内を通り、ライト・ポール内に磁束を発生する。磁束は、ライト・ポールから、ディスクを通り、対向ポールへ横切るように通る。従来の垂直記録ディスクは、通常、データが記録される磁気記録層と軟磁性裏打ち層（ＳＵＬ）を含む。図１Ａにヘッドのイメージとして例示されているように、ＳＵＬにより、後縁ライト・ポールから出た磁束は、低インピーダンスのヘッドの前縁対向ポールに戻ることができる。磁束が低インピーダンスのヘッドの前縁対向ポールに戻れるように、比較的厚い、例えば、約４０〜２００ナノメートル（ｎｍ）のＳＵＬが必要である。薄すぎる、または磁化が低すぎるＳＵＬは、ＳＵＬの底部に飽和領域があることを示し、そこにはかなりの量の磁荷が形成され、磁束漏れやＳＵＬ性能低下をもたらす。Ｍａｎｆｒｅｄ  Ｅ．Ｓｃｈａｂｅｓ、他、「Ｍｉｃｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  ｏｆ  Ｓｏｆｔ  Ｕｎｄｅｒｌａｙｅｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ  ａｎｄ  Ｆｉｅｌｄｓ  ｉｎ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、第３８巻、第４号、１６７０、２００２年７月で説明されているように、さらにＳＵＬ厚さが２００ｎｍを超えると、磁束の封じ込め能力は高まるが、ＳＵＬ内部の磁化の空間的振動が、ＳＵＬによって誘起された書き込みノイズに対応する静磁気により生じる渦構造を誘起する。また、ＳＵＬの厚さは、書き込みヘッドの種類によっても異なる。Ｍ．Ｍａｌｌａｒｙ、他、「Ｏｎｅ  Ｔｅｒａｂｉｔ  ｐｅｒ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｉｎｃｈ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  Ｃｏｎｃｅｐｔ  Ｄｅｓｉｇｎ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、第３８巻、第４号、１７１９、２００２年７月で提案されているように遮蔽ポール書き込みヘッドを使用すると、非遮蔽ポール設計と比べて最大５０％までＳＵＬ厚さ要件を緩和することができる。
【０００３】
垂直記録ディスクは、長手記録ディスクに現在見られる以上にかなり狭いＰＷ50を持つが、それは、垂直記録層では、磁気容易軸のすべてが、垂直方向、つまり記録方向に揃えられているからである。垂直記録型の媒体では、ＳＵＬは、狭い転移を書き込めるように鋭いヘッド磁界勾配をもたらす磁束集束装置として使用されている。しかし、ＳＵＬは、完全交換結合されている磁気構造を含み、そのようなものとして、ＳＵＬ内に存在する磁化転移は、図１Ｂに例示されているように、少なくとも典型的な磁壁幅（例えば、１００から５００ｎｍ）程度の幅である。このような磁壁から生じる浮遊磁界は、記録層からの磁界よりも強く、通常、スパイク・ノイズを引き起こす。反転磁区は、通常、ディスクの縁にそった強い反磁界によって観察される。
【０００４】
書き込みプロセスのときヘッド磁界強度と勾配を高くできるため、高い透磁率を持つＳＵＬが望ましい。しかし、ＳＵＬの透磁率が高すぎると、読み取りヘッド素子の飽和が引き起こされ、ＳＵＬの保磁力（Ｈｃ）よりも高い浮遊磁界に対し高い感受性を示し、広域隣接トラック消去とともに磁区ノイズが増大する。ほとんどのＳＵＬ内の軟強磁性（ＦＭ）層の誘起された異方性磁界（Ｈk）は、浮遊磁界では高温時に喪失する可能性がある。このため、Ｄｉｍｉｔｒｉ  Ｌｉｔｖｉｎｏｖ、他、「Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  Ｌａｙｅｒ  Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ  ｏｆ  ａ  Ｓｏｆｔ  Ｕｎｄｅｒｌａｙｅｒ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、第３８巻、第５号、１９９４、２００２年９月で説明されているように、周方向にそって透磁率が減少し、ドライブ書き込み磁界に対するジッターの多い時間応答とともに、ＳＵＬ性能が低下する可能性がある。したがって、熱的安定性のためには、Ｈkが約１００℃の最大ディスク動作温度で消えないことが必要である。シミュレーションの結果、Ｈ．Ｍｕｒａｏｋａ、他、「Ｌｏｗ  Ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ  ａｎｄ  Ｈｉｇｈ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｐｏｌｅ  Ｗｒｉｔｉｎｇ  Ｈｅａｄ  ｆｏｒ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｌａｙｅｒ  Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  Ｍｅｄｉａ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、第３５巻、第２号、６４３、１９９９年３月で説明されているように、ＳＵＬの透磁率が１００に減少した場合、浮遊磁界に対する感受性は大幅に減少し、記録性能に対する影響がほとんどないことがわかった。単一磁区の状態、周方向にそった中程度の透磁率、浮遊磁界からの磁気的安定性、熱的安定性を維持しながら低ノイズＳＵＬを生産することは、これまで現在の解決手段の製造方法のコストが高く、また複雑であるため、達成が困難な目標であった。
【０００５】
解決手段の１つは、米国特許第６，５４８，１９４号と、Ｔｏｓｈｉｏ  Ａｎｄｏ、他、「Ｔｒｉｐｌｅ−Ｌａｙｅｒ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  Ｍｅｄｉａ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈ  ＳＮ  Ｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、第３８巻、第５号、２９８３、１９９７年９月で説明されているように、コバルト・サマリウム（ＣｏＳｍ）硬磁性ピンニング層を持つ３層構造を使用する必要があった。３層構造は、ＣｏＣｒＴａ垂直記録層、ＣｏＺｒＮｂ軟磁性層、ＳＵＬ内の磁区をピン留めし、単一磁区状態をもたらすＣｏＳｍ層を含む。しかし、この単一磁区の状況は、交換結合に対するＣｏＳｍピンニング層の効果が支配的である場合にのみ維持された。これは、厚さ１５０ｎｍと比較的厚いＣｏＳｍを必要とした。さらに、ＣｏＳｍ／ＣｏＺｒＮｂの反転エッジ磁区は、ディスクのエッジにそって、ＣｏＳｍ／ＣｏＺｒＮｂ交換結合膜内の強磁性構成によって引き起こされる強反磁界があるため依然として存在していた。薄い硬磁性（ＨＭ）層が使用される場合、ＨＭ／ＦＭ二重層は、ＨＭ層との強い強磁性結合があるため軟ＦＭ層の比較的高い保磁力を含む典型的な一軸スイッチング特性を示す。すると、単一残留磁化状態が失われ、交換バイアス磁界（Ｈeb）が失われる、つまり、マイナー・ヒステリシス・ループ測定におけるヒステリシス・ループがシフトすることになる。ＳＵＬの帯磁方向は、使用されるＨＭの帯磁方向に全面的に依存する。
【０００６】
ディスク・ドライブ内の浮遊磁界が存在している場合にＳＵＬ内の磁壁から生じるスパイク・ノイズを減らす他の解決手段では、ＳＵＬと基板との間または［ＡＦ／ＦＭ］n多層構造内の反強磁性（ＡＦ）ピンニング層を使用する。鉄マンガン（ＦｅＭｎ）とイリジウム・マンガン（ＩｒＭｎ）の無秩序構造ＡＦまたは白金マグネシウム（ＰｔＭｎ）、パラジウム白金マグネシウム（ＰｄＰｔＭｎ）、ニッケル・マンガン（ＮｉＭｎ）の秩序構造は、ＡＦピンニング層として使用することができる。ＡＦの一方向非補償型界面磁気モーメントは、膜堆積時に、またはアニーリング後処理を介して、ＳＵＬの磁化方向にそって誘起されるが、これについては、例えば、米国特許第６，７２３，４５７号、Ｓ．Ｔａｎａｈａｓｈｉ、他、「Ａ  Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  Ｓｏｆｔ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｂａｃｋｌａｙｅｒ  ｆｏｒ  Ｄｏｕｂｌｅ−ｌａｙｅｒｅｄ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  Ｍｅｄｉｕｍ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｉｎ  Ｊａｐａｎ、第２３巻、第５２号、１９９９年、およびＪｕｎｇ、他、「ＦｅＴａＮ／ＩｒＭｎ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  Ｆｉｌｍｓ  ａｓ  Ｓｏｆｔ  Ｕｎｄｅｒｌａｙｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｍｅｄｉａ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、第３７巻、第４号、２２９４、２００１年７月で説明されている。熱的安定性が無秩序なＡＦよりも優れている秩序のあるＡＦでは、１ｋＯｅよりも大きい配向磁界を使用し、２５０〜２８０℃の温度を２〜５時間持続するアニーリング・プロセスで、面心正方ＡＦ相を達成することを必要とする。したがって、追加アニーリングすることなくＨebを得るためには無秩序なＡＦが好ましい。ｔFMを軟ＦＭ層の厚さとしてＨeb∝１／ｔFMなので、ヒステリシス・ループは、Ｈeb＞ＨcになるまでｔFMを小さくして行くことによりシフトできる。この結果、ユニークな単一残留磁化状態が生じ、システムは磁界サイクル後にこれに戻る。ピン留めされた方向に垂直な磁化は、非常に反転しやすく、これは、磁壁形成を妨げる重要な要件である。このような解決手段では、ＳＵＬの単一磁区状態は、ＡＦピンニング層との交換結合により実現され、浮遊磁界とは独立している。ＦｅＭｎは、耐食性に劣り、またＨebが０になる温度であるブロッキング温度（ＴB）も１５０℃と低い。しかし、ＩｒＭｎは、十分な耐食性とＴBを示し、したがって、Ｓ．Ｔａｋｅｎｏｉｒｉ、他、「Ｅｘｃｈａｎｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  ＩｒＭｎ／ＣｏＺｒＮｂ  Ｓｏｆｔ  Ｕｎｄｅｒｌａｙｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｒｅｃｏｄｉｎｇ  Ｍｅｄｉａ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、第３８巻、第５号、１９９１、２００２年９月で説明されているように、記録媒体で使用することができる。しかし、ＩｒＭｎは、非常に高価なので、製造原価が著しく増大する。ＩｒＭｎを使用することに関連して、ほかに、依然として追加磁界アニーリング・プロセスで一様なＨebを径方向にそって誘起する必要があるという問題もある。さらに、ＨＭ／ＦＭ層構造よりも比較的弱い反磁界が、ディスクのエッジにそってまだ存在する。したがって、ディスクのエッジにそって反転磁区を形成する可能性がある。
【０００７】
他のアプローチでは、合成反強磁性（ＳＡＦ）結合膜構造を使用する必要があった。ＳＡＦ結合膜構造は、元々、磁気読み取りセンサと長手記録媒体で使用するために開発されたもので、エッジ反磁界を低減し、浮遊磁界に対する堅牢性を改善し、熱的安定性を高めるために垂直記録媒体で使用されている。ＳＡＦ構造は、例えば、コバルト・タンタル・ジルコニウム（ＣｏＴａＺｒ）または鉄コバルト（ＦｅＣｏ）からなる２つの軟ＦＭ交換結合層の間でルテニウム（Ｒｕ）スペーサ層を使用する。Ｒｕ中間層は、軟ＦＭ層間にＳＡＦ結合を誘起する。容易磁化をもたらすために、膜堆積時に径方向に分散される十分に高い強度と一様性を持つ放射状磁界が必要である。しかし、軟ＦＭ層の厚さが等しいＳＡＦ構造は、磁界の除去後に同じスイッチング・プライオリティを持つため、単一磁区状態を保持しない場合がある。Ｂ．Ｒ．Ａｃｈａｒｙａ、他、「Ａｎｔｉ−Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｓｏｆｔ  Ｕｎｄｅｒｌａｙｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈ−Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、第４０巻、第４号、２３８３、２００４年７月で説明されているように、軟ＦＭ層厚さが等しくないＳＡＦ構造は、単一磁区状態を維持しながら磁場整列を助け、磁気記録層に最も近い上部軟ＦＭ層内のＨebを増大し、その結果、隣接トラック消去を減らす。しかし、厚い底部軟ＦＭ層内はＨcが低いため、望ましくない磁壁が容易に誘起される。薄い上部層を持つＳＡＦ構造では、後述のように、厚い底部軟ＦＭ層に対しピンニング層を必要とする。
【０００８】
一般的なピンニング概念は、元々スピン・バルブ・ヘッドで使用するために考案された。典型的なスピン・バルブ・ヘッドは、ＦＭピン留め層、スペーサ層、軟自由ＦＭ層に結合されたＡＦ層からなる。使用される最も一般的なＡＦ材料はＰｔＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、ＩｒＭｎである。すでに説明されているように、これらの材料は高価であり、一般的に、腐食しやすい。このような高価なＡＦ層材料を安価な永久磁石で置き換えるために、例えば、米国特許第６，７５４，０５４号、Ｍｉｃｈａｅｌ  Ａ．Ｓｅｉｇｌｅｒ、他、「Ｕｓｅ  Ｏｆ  Ａ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｉｎ  Ｔｈｅ  Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｏｆ  Ａ  Ｓｐｉｎ−Ｖａｌｖｅ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、第９１巻、第４号、２１７６、２００２年２月、およびＹｉｈｏｎｇ  Ｗｕ、他、「Ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｈａｒｄ／Ｒｕ／Ｓｏｆｔ  Ｌａｙｅｒｓ  ａｎｄ  Ｔｈｅｉｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｉｎ  Ｓｐｉｎ  Ｖａｌｖｅｓ」、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、第８０巻、第２３号、４４１３、２００２年６月で説明されているように、永久磁石、スペーサ層、ＦＭピン留め層を持つ構造が開発された。このような関連文献では、ＣｏＣｒＰｔをＨＭ層として、Ｒｕをスペーサ層として、ＣｏＦｅまたはＮｉＦｅを軟磁性ピン留め層として使用することについて説明している。特に、Ｗｕらは、ＣｏＦｅとＮｉＦｅ層の厚さに対するＨebの依存関係を研究するために実施された一連の実験について説明している。このような構造は、ＩｒＭｎまたはＰｔＭｎピンニング層構造より高いＨebと優れた熱的安定性を示すことが報告された。図１Ｃは、磁化Ｍ（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）について、それぞれ厚さｔ＝２、３．５、６ｎｍの場合のＣｒ（４）／ＣｏＣｒＰｔ（８）／Ｒｕ（０．８）／ＣｏＦｅ（ｔ）の構造の磁界Ｈ（ｋＯｅ）ループのグラフを示している。図１Ｃに例示されている実験結果は、ＣｏＦｅピン留め層の厚さが２から６ｎｍに増えるときの反強磁性結合から強磁性結合に変化するＣｏＣｒＰｔ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ（ＨＭピンニング層／スペーサ層／軟ＦＭピン留め層）構造を示している。しかし、ＣｏＦｅピン留め層が厚さ６ｎｍ未満であった場合、ＳＡＦ結合が観察されただけである。厚さ６ｎｍ未満の層だと、４０〜２００ｎｍの範囲の厚さを通常は必要とする垂直磁気記録ディスクについてＳＵＬで使用するのには適していない。６ｎｍのＳＡＦ結合強度が失われても驚くべきことではない、というのも、Ｓ．Ｃ．Ｂｙｅｏｎ、他、「Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｓｏｆｔ  Ｕｎｄｅｒｌａｙｅｒｓ  ｆｏｒ  ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  Ｍｅｄｉａ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、第４０巻、第４号、２３８６、２００４年７月で説明されているように、ＪAFは５ｎｍ以上の厚さで急激に減少し、また厚さ６ｎｍのＣｏＦｅ内の１２０Ｏｅの大きなＨｃも示しているからである。ＪAFの減少とＨcの増大は両方とも、強磁性構造に寄与する。Ｈebを高めるために、薄い（０．５〜２ｎｍ）のＣｏＦｅ膜をＣｏＣ���Ｐｔピンニング層とスペーサＲｕ層の間に挿入し、ＣｏＣｒＰｔ／ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ構造を得た。これにより、ＣｏＣｒＰｔ／ＣｏＦｅ層スタックのＨｃが減少したが、これは読み取りセンサ・アプリケーションに対しては有益でないことが判明した。
【非特許文献１】Ｍａｎｆｒｅｄ  Ｅ．Ｓｃｈａｂｅｓ、他、「Ｍｉｃｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  ｏｆ  Ｓｏｆｔ  Ｕｎｄｅｒｌａｙｅｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ  ａｎｄ  Ｆｉｅｌｄｓ  ｉｎ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、第３８巻、第４号、１６７０、２００２年７月
【非特許文献２】Ｍ．Ｍａｌｌａｒｙ、他、「Ｏｎｅ  Ｔｅｒａｂｉｔ  ｐｅｒ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｉｎｃｈ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  Ｃｏｎｃｅｐｔ  Ｄｅｓｉｇｎ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、第３８巻、第４号、１７１９、２００２年７月
【非特許文献３】Ｄｉｍｉｔｒｉ  Ｕｔｖｉｎｏｖ、他、「Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  Ｌａｙｅｒ  Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ  ｏｆ  ａ  Ｓｏｆｔ  Ｕｎｄｅｒｌａｙｅｒ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、第３８巻、第５号、１９９４、２００２年９月
【非特許文献４】Ｈ．Ｍｕｒａｏｋａ、他、「Ｌｏｗ  Ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ  ａｎｄ  Ｈｉｇｈ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｐｏｌｅ  Ｗｒｉｔｉｎｇ  Ｈｅａｄ  ｆｏｒ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｌａｙｅｒ  Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  Ｍｅｄｉａ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、第３５巻、第２号、６４３、１９９９年３月
【特許文献１】米国特許第６，５４８，１９４号
【非特許文献５】Ｔｏｓｈｉｏ  Ａｎｄｏ、他、「Ｔｒｉｐｌｅ−Ｌａｙｅｒ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  Ｍｅｄｉａ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈ  ＳＮ  Ｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、第３８巻、第５号、２９８３、１９９７年９月
【特許文献２】米国特許第６，７２３，４５７号
【非特許文献６】Ｓ．Ｔａｎａｈａｓｈｉ、他、「Ａ  Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  Ｓｏｆｔ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｂａｃｋｌａｙｅｒ  ｆｏｒ  Ｄｏｕｂｌｅ−ｌａｙｅｒｅｄ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  Ｍｅｄｉｕｍ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｉｎ  Ｊａｐａｎ、第２３巻、第５２号、１９９９年
【非特許文献７】Ｊｕｎｇ、他、「ＦｅＴａＮ／ＩｒＭｎ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  Ｆｉｌｍｓ  ａｓ  Ｓｏｆｔ  Ｕｎｄｅｒｌａｙｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｍｅｄｉａ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、第３７巻、第４号、２２９４、２００１年７月
【非特許文献８】Ｓ．Ｔａｋｅｎｏｉｒｉ、他、「Ｅｘｃｈａｎｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  ＩｒＭｎ／ＣｏＺｒＮｂ  Ｓｏｆｔ  Ｕｎｄｅｒｌａｙｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｒｅｃｏｄｉｎｇ  Ｍｅｄｉａ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、第３８巻、第５号、１９９１、２００２年９月
【非特許文献９】Ｂ．Ｒ．Ａｃｈａｒｙａ、他、「Ａｎｔｉ−Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｓｏｆｔ  Ｕｎｄｅｒｌａｙｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈ−Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、第４０巻、第４号、２３８３、２００４年７月
【特許文献３】米国特許第６，７５４，０５４号
【非特許文献１０】Ｍｉｃｈａｅｌ  Ａ．Ｓｅｉｇｌｅｒ、他、「Ｕｓｅ  Ｏｆ  Ａ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｉｎ  Ｔｈｅ  Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｏｆ  Ａ  Ｓｐｉｎ−Ｖａｌｖｅ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、第９１巻、第４号、２１７６、２００２年２月
【非特許文献１１】Ｙｉｈｏｎｇ  Ｗｕ、他、「Ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｈａｒｄ／Ｒｕ／Ｓｏｆｔ  Ｌａｙｅｒｓ  ａｎｄ  Ｔｈｅｉｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｉｎ  Ｓｐｉｎ  Ｖａｌｖｅｓ」、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、第８０巻、第２３号、４４１３、２００２年６月
【非特許文献１２】Ｓ．Ｃ．Ｂｙｅｏｎ、他、「Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｓｏｆｔ  Ｕｎｄｅｒｌａｙｅｒｓ  ｆｏｒ  ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  Ｍｅｄｉａ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、第４０巻、第４号、２３８６、２００４年７月
【非特許文献１３】Ｗｅｎ  Ｊｉａｎｇ、他、「Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｏｆ  Ｇｒａｎｕｌａｒ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｍｅｄｉａ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、近刊、２００５年１月
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、付属の図面の図において限定されることなく例を使用して説明され、類似の参照番号は類似の要素を示す。
【００１０】
以下の説明では、本発明のいくつかの実施形態を完全に理解できるように、特定の材料、コンポーネント、寸法などの例などの具体的詳細事項を多数述べている。しかし、当業者にとっては、本発明の実施形態を実施するうえでこれらの具体的詳細事項を使用する必要がないことは明白であろう。また他の場合については、本発明の実施形態を不必要にわかりにくくすることを避けるため、よく知られているコンポーネントまたは方法について詳述していない。
【００１１】
「の上（に）」、「の下（に）」、「の間（に）」という用語は、本明細書では、一方の層に関する他方の層の相対的位置を示す。したがって、一方の層が他方の層の上または下に堆積または配置されている場合は、他方の層と直接接触するか、１つまたは複数の介在層があることもある。さらに、一方の層が層間に堆積または配置されている場合は、それらの層と直接接触するか、１つまたは複数の介在層があってもよい。さらに、「裏打ち層」という用語は、本明細書では、磁気記録層に関する位置を参照するために使用される。そのため、裏打ち層と磁気記録層との間に１つまたは複数の他の層が配置されることもある。さらに、本明細書で使用されているような「膜」という用語は、材料の１つまたは複数の層を指す。
【００１２】
「硬（い）」または「軟（らかい）」媒体は、垂直磁気記録ディスク内に複数の層を形成する。データ層として働く硬磁性記録層は、粒子間の交換結合が低い面外方向にそって大きな保磁力（例えば、＞３ｋＯｅ）を持つ。その一方で、軟磁性層は、例えば、容易軸にそって約３０Ｏｅ未満、硬軸にそって約５Ｏｅ未満と比較的低い保磁力を持つ。ＳＵＬに対する硬磁性（ＨＭ）ピンニング層は、粒子間の交換結合が高い面内方向にそっておおよそ５０Ｏｅ超から７ｋＯｅ未満までの範囲内の保磁力を持つ。軟磁性層を実現する材料を硬磁性層とともに使用して、後述のように性能を改善することができる。
【００１３】
磁気的にリセット可能な単一磁区軟磁性裏打ち層を使用する垂直磁気記録ディスクを説明する。垂直磁気記録ディスクは、通常、読み取り・書き込みヘッドを備えるディスク・ドライブ・システムで使用することができる。ヘッドは、後縁ライト・ポール、そのライト・ポールに磁気的に結合された前縁リターン（対向ポール）を含む。硬磁性記録層の下にあるＳＵＬは、ヘッドにより磁気回路を形成するために使用される。ＳＵＬは、磁束がヘッドに流れる、またはヘッドから流れる経路を備える。垂直磁気記録ディスク用のＨＭバイアス合成反強磁性またはフェリ磁性結合軟ＦＭピン留め膜を持つＳＵＬは、基板、シード層（例えば、Ｃｒを含む）、ＨＭピンニング層（例えば、Ｃｏベースの合金を含む）、反強磁性結合誘起（ＡＩ）、スペーサ層（例えば、Ｒｕを含む）、軟ＦＭピン留め膜で構成されている。一実施形態では、ＨＭピンニング層は、ＨＭ単一層またはＨＭ／薄軟ＦＭ二重層を含んでもよい。面内等方性または異方性ＨＭ層は、使用できるが、ＨＭ層内の面外磁化は、一実施形態では最小にしなければならない。
【００１４】
一実施形態では、軟ＦＭピン留め層は、軟ＦＭ単層またはＳＡＦ結合ＦＭ／ＡＩ／ＦＭ層構造のいずれかを含むことができる。ＳＵＬの放射状異方性磁界は、ＳＵＬを室温で（複数の）ＨＭピンニング層のＨcよりも大きい外部放射状磁界に曝すことにより任意の方向に誘起される。長手磁界がＨＭピンニング層の保磁力を超えない限り、軟ＦＭピン留め層は、ＨＭピンニング層に逆平行である残留状態に戻る。この構造により、ピン留め層は、制御可能な帯磁方向で単一磁区状態に容易に配列できる。ＨＭピンニング層を一様な径方向に整列することにより、ピン留め層を径方向に単一磁区としてピン留めすることができるが、中程度の透磁率、例えば、ＳＵＬの周方向に約３０〜４００の透磁率を維持する。さらに、本明細書で説明されている磁気的に設定されたＳＵＬは、ピン留めされていないＳＵＬとＳＡＦ結合ＳＵＬと比較した場合に、浮遊磁界に対する安定性を高め、熱的安定性を高めている。そのような構造の著しい利点は、特別な修正を行うことなく説明されている垂直記録媒体を生産するために従来のスパッタ機器を使用できる点である。
【００１５】
図２は、垂直磁気記録ディスクの一実施形態を例示している。一実施形態では、垂直磁気記録ディスク３００は、基板３１０、硬磁性記録層３５０、それらの間に配置された裏打ち層構造を含む。上述の層（および本明細書で説明されている他の層）を基板３１０の両面に形成し、両面磁気記録ディスクが形成されている。しかし、説明しやすくするために、基板３１０の片面の層のみが示されている。それとは別に、片面垂直磁気記録ディスクを形成することもできる。
【００１６】
基板３１０は、例えば、ガラス材料、金属、合金材料で形成することができる。使用できるガラス基板は、例えば、ホウ・ケイ酸ガラスやアルミノ・ケイ酸ガラスなどのシリカ含有ガラスなどである。使用できる金属や合金基板としては、それぞれ、例えば、アルミニウム（Ａｌ）とアルミニウム・マグネシウム（ＡｌＭｇ）基板がある。他の実施形態では、ポリマーやセラミックスなどの他の基板材料を使用することができる。基板３１０は、さらに、ニッケル・リン（ＮｉＰ）層（図に示されていない）でメッキすることも可能である。基板表面（またはメッキされたＮｉＰ表面）は、研磨および／またはテクスチャ加工される。シード層３１５（例えば、Ｃｒ）は、基板３１０の上に配置される。基板とシード層は、当業で知られており、したがって、さらに詳しい説明は行わない。
【００１７】
一実施形態では、ＨＭピンニング層３２０は、シード層３１５の上に堆積される。ＨＭピンニング層３２０は、一実施形態では約１００〜２０００Ｏｅの範囲のＨcと、０．６０を超える磁化の角形比を持つ硬磁性材料または任意のＨＭ／ＦＭ二重層で構成することができる。ＨＭピンニング層３２０は、約５から１００ｎｍの範囲の厚さ（ｔ）３２１である。一実施形態では、ＨＭピンニング層３２０は、Ｃｏベースの合金またはＣｏベースの合金／ＣｏＦｅ合金で形成できる。それとは別に、ＨＭピンニング層３２０は、他の保磁力、厚さ、材料を持ちうる。ＨＭピンニング層３２０について、以下で詳述する。
【００１８】
スペーサ層３３０は、ＨＭピンニング層３２０の上に配置される。スペーサ層３３０は、Ｒｕなどの材料から形成できる。それとは別に、ピンニング層３２０とピン留め膜３４０との間のＳＡＦ結合を誘起する他の材料、例えば、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、またはクロム（Ｃｒ）をスペーサ層３３０に使用することができる。スペーサ層３３０は、厚さ３３１が約０.４から１.０ｎｍの範囲、特定の一実施形態では、Ｒｕの場合に約０.８ｎｍとすることができる。それとは別に、スペーサ層３３０は、上で与えられた範囲を外れた厚さ３３１を持つことができる。
【００１９】
軟ＦＭピン留め膜３４０は、スペーサ層３３０の上に配置される。軟ＦＭピン留め膜３４０は、飽和磁束密度４πＭｓが例えば５ｋＧよりも高い軟ＦＭ材料、またはＳＡＦ結合ＦＭ／ＡＩ／ＦＭ層構造で形成することができ、またＦＭ層全体の厚さは約４０〜２００ｎｍの範囲内である。
【００２０】
図３Ａは、本発明の一実施形態による、ＨＭピンニング層（厚さｔ、保磁力Ｈc）／スペーサ層／軟ＦＭピン留め膜（厚さｔ、交換バイアス磁界Ｈeb）の構造を持つ垂直磁気記録ディスクに対するＳＵＬの予想される完全ヒステリシス・ループとマイナー・ヒステリシス・ループを例示している。図３Ａに例示されている磁化対印加磁界（Ｍ−Ｈ）ループは、ディスクの径方向にそって磁界を印加することにより導くことができる予想結果を示す。ＨＭピンニング層３２０のＨcは、浮遊磁界に対するＳＵＬの磁気的安定性を決定するＯｅを単位として測定される。軟ＦＭピン留め膜３４０内のＨebは、ＳＵＬの透磁率をほとんど決定する。すでに説明されているように、高い透磁率を持つＳＵＬは、書き込みプロセスにおいてヘッド磁界強度と勾配を高める。ＨＭピンニング層３２０と軟ＦＭ層３４０との間のＳＡＦ結合については、それらの層の間の界面交換エネルギー（ＪAF）は、外部磁界が０である軟ＦＭピン留め層のジーマン・エネルギー（ＭrＨcｔFM）よりも大きい必要がある。Ｍrは、単位体積当たりの磁気モーメント（例えば、ｅｍｕ／ｃｍ3）を単位として測定される残留磁化である。ｔFMは、軟ＦＭ層の厚さである。材料とＪAFが与えられると、ジーマン・エネルギーが一定の場合に、Ｈcを低くすることでｔFMを大きくできる。したがって、後述のように、ＨＭピンニング層３２０で軟ＦＭピン留め層３４０の構造をさらに改善するために、ＪAFを大きくするか、および／または層材料を選択するか、および／またはＳＵＬ構造内に層を追加挿入することにより、軟ＦＭピン留め層のＨcを低減することができる。
【００２１】
図３Ｂは、本発明の一実施形態による、特定の層材料と厚さを持つ垂直磁気記録ディスクに対するＳＵＬの測定されたＭ−Ｈループを例示する。例えば、高４πＭsが５ｋＧを超える軟ＦＭピン留め膜３４０を選択して、ＳＵＬの飽和効果を回避することができる。特定の一実施形態では、容易軸にそってＨc＜１  Ｏｅ、かつ４πＭs〜１３ｋＧのアモルファスＣｏ90Ｔａ5Ｚｒ5（＝ＣｏＴａＺｒ）は、軟ＦＭピン留め膜３４０の材料として使用することができ、等方性Ｈｃ＝５１５  Ｏｅ、角形比＝０．８５のＣｏ80Ｃｒ16Ｔａ4（＝ＣｏＣｒＴａ）は、ＨＭピンニング層３２０の材料として使用することができる。ＣｏＴａＺｒ軟ＦＭピン留め膜３４０は、例えば約１００ｎｍの厚さ３４１を持ち、ＨＭピンニング層３２０は、軟ＦＭピン留め膜３４０より小さい厚さを持つ。それとは別に、軟ＦＭピン留め膜３４０は、例えば、約８ｎｍよりも大きい他の厚さを持つ。
【００２２】
括弧内の数はそれぞれの層厚さをｎｍ単位で示している、Ｃｒ（１０）シード層３１５／ＣｏＣｒＴａ（５０）ピンニング層３２０／Ｒｕ（０．８）スペーサ層３３０／ＣｏＴａＺｒ（１００）ピン留め層３４０の層材料と厚さを持つ垂直磁気記録ディスクが生産された。磁化曲線は、垂直磁気記録ディスクの径方向と周方向にそって磁界を印加することにより得られた。ｙ軸は、磁化Ｍをｅｍｕ／ｃｍ3の単位で示し、ｘ軸は、印加磁界ＨをＯｅの単位で示している。図３Ｂに示されているように、上記の層構造では、厚さ１００ｎｍのＣｏＴａＺｒ層のＳＡＦ交換結合が達成された。ＣｏＣｒＴａ  ＨＭピンニング層のＨcは、図３Ｂで指摘されているように、５９５  Ｏｅであった。このようにＨcが５１５から５９５Ｏｅに大きくなるのは、ＣｏＣｒＴａ層とＣｏＴａＺｒ層との間のＳＡＦ交換結合および静磁気相互作用による。
【００２３】
図３Ｃは、垂直磁気記録ディスク上のさまざまな種類のＳＵＬの光学面分析装置（ＯＳＡ）により作成されたＫｅｒｒイメージにより特徴付けられる磁区構造を例示している。低Ｈｃ＜１  Ｏｅの従来の厚さ１８０ｎｍのＣｏＴａＺｒ単層で加工されたディスク３８１は、多くの１８０°磁区と反転エッジ磁区を示す。Ｗｅｎ  Ｊｉａｎｇ、他、「Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｏｆ  Ｇｒａｎｕｌａｒ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｍｅｄｉａ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、近刊、２００５年１月で説明されているように、磁区の非対称分布は、ＣｏＴａＺｒのＨcよりも大きいＯＳＡ機器内の１〜２Ｏｅの面内浮遊磁界の存在により引き起こされる可能性がある。ＣｏＴａＺｒ（９０）／Ｒｕ（０．８）／ＣｏＴａＺｒ（９０ｎｍ）の構造を持つＳＡＦ結合ＳＵＬで加工されたディスク３８２は、従来の単層ＳＵＬを持つディスク３８１と比較して不規則な磁区形状を持つかなり小さい磁区を示す。しかし、Ｃｒ（１０）／ＣｏＣｒＴａ（５０）／Ｒｕ（０．８）／ＣｏＴａＺｒ（１００ｎｍ）の構造を持つＨＭバイアスＳＡＦ結合ＳＵＬを持つディスク３８３では、事実上磁区は観察されない。
【００２４】
図３Ｄは、図３Ｂのディスクの軟ＦＭピン留め層のマイナーＭ−Ｈループを例示しており、外部磁界によりスイッチングされるピン留め方向を示す。グラフ３９８の磁化曲線は、垂直磁気記録ディスクの径方向と周方向にそって磁界を印加することにより得られた。ｙ軸は、磁化Ｍをｅｍｕ／ｃｍ3の単位で示し、ｘ軸は、印加磁界ＨをＯｅの単位で示している。Ｈeb＝３２ＯｅとＨc＝６Ｏｅのマイナー・ループは、ＩｒＭｎ／（ＣｏＴａＺｒまたはＣｏＺｒＮｂ）のループに類似しているが、ＩｒＭｎ／（ＣｏＴａＺｒまたはＣｏＺｒＮｂ）のＪAF＝０．０８−０．１ｅｒｇ／ｃｍ2とＣｏＴａＺｒ／Ｒｕ／ＣｏＴａＺｒのＪAF＝０．０７−０．０９ｅｒｇ／ｃｍ2の値と比べてＪAF〜０．３ｅｒｇ／ｃｍ2と著しく高い値、およびＩｒＭｎのニール温度よりも高いＣｏＣｒＴａのキュリー温度に基づき優れた熱的安定性を示す。約２ｋＯｅ（ＨＭピンニング層３２０のＨc＝５９５Ｏｅよりも高い）の外部磁界が、ディスクの周方向にそって印加された。ディスクの周方向にそったマイナー・ループ３８８は、グラフ３９８内の反転可能ループからグラフ３９９内の単一残留磁化（Ｈeb＝３６ＯｅとＨc＝１０Ｏｅ）を持つヒステリシス・ループ３８９に変更された。図３Ｄのグラフ３９９に示されているように、ＨＭピンニング層３２０のＨcよりも大きい磁界がディスク３００に任意の方向で印加される場合、印加磁界方向にそって放射状異方性を誘起する。誘起された単一残留磁化は、ＨＭピンニング層３２０のＨcよりも小さい外部浮遊磁界の下で維持される。
【００２５】
図４Ａは、交換結合強化層およびＨＭピンニング層を持つ垂直磁気記録ディスクの他の実施形態を例示する。この実施形態では、ＳＵＬの単一磁区安定性を高めるために、薄い交換結合強化層４２１（例えば、ＣｏＦｅで作られる）がＨＭピンニング層３２０（例えば、ＣｏＣｒＴａで作られる）とスペーサ層３３０との間に挿入され、ＪAFを高める。一実施形態では、軟ＦＭピンニング層４２１の厚さは、約１〜５ｎｍの範囲内とすることができる。それとは別に、Ｃｏ、ＣｏＳｍ、ＣｏＰｔベースの合金、ＣｏＮｉベースの合金、ＣｏＣｒベースの合金などの他のＣｏベースの合金を交換結合強化層４２１に使用することができる。
【００２６】
すでに説明されているように、軟ＦＭピン留め膜３４０のＨcを小さくすることも都合がよい。軟ＦＭピン留め膜３４０のＨcは、軟ＦＭ層自体の寄与とＨＭピンニング層との交換結合によるＨcの増大により決定される。ＨＭピンニング層の劣る帯磁方向と粒子分離の増大も、軟ＦＭピン留め膜のＨcを高める。軟ＦＭピン留め膜３４０のＨcも、ＨＭピンニング層３２０の真上に堆積された薄い交換結合強化層４２１を使用してＨＭピンニング層３２０の磁気的一様性を改善し、ピンニング層として使用するために選択された適切なシード層と高Ｃｏ含有量の選択を通じてＣｏベースの合金を最適化することにより低くすることができる。軟ＦＭピン留め膜３４０のＨcは、さらに、軟ＦＭピン留め膜３４０の非常に軟らかいＦＭ材料（例えば、約２Ｏｅ未満）を選択することにより低くできる。
【００２７】
図４Ｂは、交換結合強化層とＨＭピンニング層を持つ垂直磁気記録ディスクの他の実施形態を例示する。この実施形態では、ＳＵＬの性能を改善するために、交換結合強化層４２２（例えば、ＣｏＦｅで作られる）がスペーサ層３３０と軟ＦＭピン留め膜３４０との間に挿入され、ＪAFを高める。一実施形態では、交換結合強化層４２２は、例えば、約１〜５ｎｍの範囲の厚さを持つ。それとは別に、交換結合強化層４２１に関して上で説明されているのと類似の他の材料を、交換結合強化層４２２に使用することができる。他の実施形態では、ディスク３００は、交換結合強化層４２１と交換結合強化層４２２の両方を含むことができる。 
【００２８】
図５は、ピン留めＳＡＦ構造を持つ垂直磁気記録ディスクの一実施形態を例示する。図５に例示されている構造は、軟ＦＭ膜３４０とＨＭピンニング層３２０との間のＪAFを高め、ＳＵＬの性能を改善するために使用できる代替または補助的手段である。この実施形態では、ＳＡＦ  ＦＭ／ＡＩ／ＦＭ多重層構造は、軟ＦＭピン留め膜３４０に使用することができる。特に、ピン留めＳＡＦ  ５４０は、軟ＦＭ層５４１、軟ＦＭ層５４１の上に配置されたスペーサ層５４２、スペーサ層５４２の上に配置された他の軟ＦＭ層５４３を含む。
【００２９】
層５４１、５４３に対するＳＡＦ構造も、軟ＦＭピン留め膜３４０のＨebを高めるように選択される。厚い軟ＦＭピン留め層は、比較的低いＨebを持ち、透磁率が高い。ＳＡＦ構造の導入により、軟ＦＭピン留め層５４１、５４３の厚さが減り、全厚さを一定に保ちながらＨebを高くできる。一実施形態では、軟ＦＭ層５４３の厚さ５５３は、軟ＦＭ層５４１の厚さ５５１よりも小さくなるように選択できる。Ｈebが高い軟ＦＭピン留め層５４３は、軟ＦＭピン留め層５４１よりも低い透磁率を持ち、隣接トラック消去を効果的に減らす。それとは別に、他の厚さ関係（例えば、ほぼ等しい）を、軟ＦＭ層５４１、５４３に使用することができる。
【００３０】
図６は、ＳＡＦピン留め構造とそれぞれの層に対し使用できる例として示す材料を使用するＨＭピンニング層を持つ垂直磁気記録ディスクの一実施形態を例示している。本実施形態では、ディスク３００は、基板３１０の上に配置されたＣｒシード層３１５を含む。ＣｏＣｒＴａ  ＨＭピンニング層３２０がシード層３１５の上に配置されている。ＣｏＦｅ交換結合強化層４２１がＨＭピンニング層３２０の上に配置されている。Ｒｕスペーサ層３３０がＣｏＦｅ交換結合強化層４２１の上に配置されている。ＣｏＦｅ交換結合強化層４２２がスペーサ層３３０の上に配置されている。ＣｏＴａＺｒ軟ＦＭ層５４１が交換結合強化層４２２の上に配置されている。Ｒｕスペーサ層５４２がＣｏＴａＺｒ軟ＦＭ層５４１の上に配置されている。ＣｏＴａＺｒ軟ＦＭ層５４３がスペーサ層５４２の上に配置されている。磁気記録層３５０が軟ＦＭ層５４３の上に配置されている。
【００３１】
図２〜６に関して、軟ＦＭピン留め膜３４０と磁気記録層３５０との間に、１つまたは複数の追加層を、例えば、核生成層（図に示されていない）を配置することもできることに留意されたい。核生成層を使用すると、磁気記録層３５０内のある程度の結晶成長を促進できる。（複数の）裏打ち層に加えて構造化核生成層は、磁気記録層３５０の微細結晶構造およびｃ軸優先配向を規定することができる。構造化核生成層は、例えば、後で堆積される磁気記録層３５０のエピタキシャル成長を行えるようにする複数の中間層を含むことができる。核生成層は、核生成裏打ち層として実装されようと、中間層として実装されようと、後続の層の形態と粒子配向を制御する。特に、核生成層は、後で堆積される層と磁気記録層３５０の粒子の粒子サイズ、粒子間隔、粒子配向、ｃ軸を制御する。核生成層材料は、その結晶構造と選択された磁気層材料に対するいくつかの格子面についての比較的密集している格子に基づいて選択することができる。垂直記録層として最もよく機能するために、磁気記録層３５０の材料（例えば、コバルト合金またはコバルト合金酸化物）は、基板面に垂直に配置された粒子構造のｃ軸を持たなければならない。したがって、核生成層を使用して、膜平面に垂直な磁気記録層３５０内の結晶方向を促進できる。核生成層は、当業で知られており、したがって、詳しい説明は行わない。他の例として、追加層は、さらに、磁気記録層３５０と軟ＦＭピン留め膜３４０との間に他の（複数の）中間層を含むことも可能である。
【００３２】
ディスク３００は、さらに、磁気記録層３５０の上に１つまたは複数の層（図に示されていない）を含むことができる。例えば、保護層を磁気記録層３５０の上に堆積させて、ＣＳＳ（ｃｏｎｔａｃｔ−ｓｔａｒｔ−ｓｔｏｐ）と防食などの摩擦学的要件を満たす十分な特性を持たせることができる。保護層の主要な材料は、水素化炭素または窒素化炭素などの炭素含有材料である。潤滑剤、例えば、ペルフルオロポリエーテルまたはホスファゼン潤滑剤を保護層の上に置き（例えば、ディップ・コーティング、スピン・コーティングなどにより）、摩擦学的性能を改善できる。保護や潤滑層は、当業で知られており、したがって、詳しい説明は行わない。
【００３３】
図７は、垂直磁気記録ディスク３００を製造する方法の一実施形態を例示する。基板３１０は、ステップ７１０で、生成されるか、または他の何らかの手段により用意される。磁気記録ディスク用の基板を生成することは、当業では知られており、したがって、詳細な説明は行わない。一実施形態では、基板３１０をメッキし（例えば、ＮｉＰで）、さらに、その後層の堆積に先立って研磨および／またはテクスチャ化を行うこともできる。
【００３４】
ステップ７２０で、シード層３１５が基板３１０の上に堆積される。ステップ７３０で、ＨＭピンニング層３２０がシード層３１５の上に堆積される。ステップ７４０で、交換結合強化層４２１がＨＭピンニング層３２０の上に堆積される。ステップ７５０で、スペーサ層３３０が交換結合強化層４２１の上に堆積される。ステップ７６０で、交換結合強化層４２２がスペーサ層３３０の上に堆積される。ステップ７７０で、軟ＦＭ層５４１が交換結合強化層４２２の上に堆積される。ステップ７８０で、スペーサ層５４２が軟ＦＭ層５４１の上に堆積される。ステップ７９０で、軟ＦＭ層５４３がスペーサ層５４２の上に堆積される。ステップ７９５で、磁気記録層３５０が軟ＦＭ層５４３の上に堆積される。追加層は、上述のように、磁気記録層３５０の上下に堆積させることができる。必要に応じて上記のステップのうちの１つまたは複数を省略することができることに留意されたい。
【００３５】
シード層、ＨＭピンニング層、（複数の）スペーサ層、（複数の）軟ＦＭ層、核生成層、磁気記録層、保護層のそれぞれの堆積は、当業でよく知られているさまざまな方法により実施することが可能であり、例えば、スパッタリング（例えば、スタティックまたはインライン）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、イオン・ビーム堆積法（ＩＢＤ）などを使用できる。スタティック・スパッタ・システムは、米国カリフォルニア州サンタクララのＩｎｔｅｖａｃ  Ｉｎｃ．やドイツ、アルゼナウのＢａｌｚｅｒｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．などのメーカーから市販されている。インライン・スパッタリング・システムでは、ディスク基板はパレットに装填され、このパレットが一連の堆積室を通り、基板上に堆積膜が連続して配置される。インライン・スパッタリング・システムは、日本のＵｌｖａｃ  Ｃｏｒｐ．などのメーカーが市販している。
【００３６】
図８は、ディスク３００を備えるディスク・ドライブを例示している。ディスク・ドライブ８００はデータムを格納するための１つまたは複数のディスク３００を含む。ディスク３００は、ドライブ・ハウジング８８０に取り付けられたスピンドル・アセンブリ８６０上に置かれる。データは、ディスク３００の磁気記録層３５０内のトラックにそって格納される。データの読み取りと書き込みは、読み取り素子と書き込み素子の両方を備えるヘッド８５０により行われる。書き込み素子は、ディスク３００の垂直磁気記録層３５０の特性を変化させるために使用される。一実施形態では、ヘッド８５０は、磁気抵抗（ＭＲ）、特に、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）読み取り素子と誘導書き込み素子を備えている。他の実施形態では、ヘッド８５０は、他の種類のヘッド、例えば、誘導読み取り／書き込みヘッドまたはホール効果ヘッドとすることができる。スピンドル・モータ（図に示されていない）は、スピンドル・アセンブリ８６０を回転し、それによって、ディスク３００に対し所望のディスク・トラックにそった特定の位置にヘッド８５０を位置決めする。ディスク３００に関するヘッド８５０の位置は、位置制御回路８７０により制御することができる。上述のようにして加工されたディスク３００を使用することで、ディスク３００の垂直磁気記録層３５０は、（複数の）軟磁性裏打ち層からのノイズの影響を受けにくくなるようにできる。
【００３７】
本明細書では、本発明は特定の例示的実施形態を参照しつつ説明がなされている。しかし、付属の請求項で定められているように、本発明の広い精神と範囲を逸脱することなく本発明にさまざまな修正および変更を加えられることは明白であろう。したがって、明細書と図面は、制限ではなく、例示することを目的としているものとみなすべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１Ａ】従来の垂直記録ディスク・ドライブ・システムを例示する図である。
【図１Ｂ】従来の垂直記録ディスク・ドライブ・システムにおける磁壁効果を例示する図である。
【図１Ｃ】従来技術のスピン・バルブ構造におけるピン留め層のＭ−Ｈループを例示する図である。
【図２】ＨＭピンニング層および軟ＦＭピン留め膜を持つ垂直磁気記録ディスクの一実施形態を例示する図である。
【図３Ａ】ＨＭピンニング層および軟ＦＭピン留め膜を持つ垂直磁気記録ディスクのＳＵＬの予想される完全Ｍ−ＨループおよびマイナーＭ−Ｈループを例示する図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による、特定の層材料および厚さを持つ垂直磁気記録ディスクに対するＳＵＬの測定されたＭ−Ｈループを例示する図である。
【図３Ｃ】垂直磁気記録ディスク上のさまざまな種類のＳＵＬの光学面分析装置のＫｅｒｒイメージを例示する図である。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態による、外部磁界によりスイッチングされるピン留め層のピン留め方向のマイナーＭ−Ｈループを例示する図である。
【図４Ａ】交換結合強化層およびＨＭピンニング層を持つ垂直磁気記録ディスクの一実施形態を例示する図である。
【図４Ｂ】交換結合強化層およびＨＭピンニング層を持つ垂直磁気記録ディスクの他の実施形態を例示する図である。
【図５】ＳＡＦピン留め構造を持つ垂直磁気記録ディスクの一実施形態を例示する図である。
【図６】ＳＡＦピン留め構造、交換結合強化層、およびＨＭピンニング層を持つ垂直磁気記録ディスクの一例示的実施形態を示す図である。
【図７】垂直磁気記録ディスクを製造する方法の一実施形態を例示する図である。
【図８】垂直磁気記録ディスクの一実施形態を備えるディスク・ドライブを例示する図である。
【符号の説明】
【００３９】
３００  垂直磁気記録ディスク、３１０  基板、３１５  シード層、３２０  ＨＭピンニング層、３２１  厚さ（ｔ）、３３０  スペーサ層、３３１  厚さ、３４０  軟ＦＭピン留め膜、３５０  硬磁性記録層、３８１、３８２、３８  ディスク、３８８  マイナー・ループ、３８９  ヒステリシス・ループ、３９８  グラフ、３９９  グラフ、４２１  薄い交換結合強化層、４２２  交換結合強化層、５４０  ピン留めＳＡＦ、５４１  軟ＦＭ層、５４２  スペーサ層、５４３  他の軟ＦＭ層、５５１、５５３  厚さ、８００  ディスク・ドライブ、８５０  ヘッド、８６０  スピンドル・アセンブリ、８７０  位置制御回路、８８０  ドライブ・ハウジング
【図１Ａ】
2006190461.tif 000003
【図１Ｂ】
2006190461.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
2006190461.tif 000007
【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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