(57)【要約】【課題】良好な熱安定性およびＳＮＲを維持しながら、非常に高い密度の記録に対応する磁気記録媒体を提供すること。【解決手段】データ記憶用の積層磁気記録媒体は、非強磁性スペーサ層によって間隔をあけて配置された少なくとも２つの反強磁性結合（ＡＦＣ）層を有する磁気記録層を使用する。各ＡＦＣ層は反強磁性結合薄膜を越えて互いに反強磁性的に結合された２つの強磁性薄膜として形成され、この反強磁性結合薄膜は第２の薄膜を第１の薄膜に反強磁性的に結合させる組成と厚さを有する。各ＡＦＣ層内の２つの反強磁性結合薄膜の磁気モーメントの向きは逆平行であるので、各ＡＦＣ層の正味の残留磁化−厚さの積（Ｍｒｔ）は、２つの強磁性薄膜のＭｒｔ値の差である。隣り合うＡＦＣ層間の非強磁性スペーサ層は、１つのＡＦＣ層の強磁性薄膜と隣り合うＡＦＣ層の強磁性薄膜との任意の反強磁性結合を防止する組成と厚さを有する。【選択図】図１
2004505397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上にあり、第１（３４’）および第２（３２’）の反強磁性結合（ＡＦＣ）層および前記２つのＡＦＣ層を隔てる非強磁性スペーサ層（３６’）を備える磁気記録層（３０’）とを備え、各ＡＦＣ層が、第１の強磁性薄膜（４４、５４）、第２の強磁性薄膜（４２、５２）、および、前記第１と第２の薄膜の間に位置し、かつ前記第１と第２の薄膜の反強磁性結合を実現するのに十分な厚さと組成を有する反強磁性結合薄膜（４６、５６）を備え、前記非強磁性スペーサ層が、前記第１のＡＦＣ層の前記第２の薄膜と前記第２のＡＦＣ層の前記第１の薄膜との間に位置し、かつ前記第１のＡＦＣ層の前記第２の薄膜と前記第２のＡＦＣ層の前記第１の薄膜との間の任意の有意な結合を防止するのに十分な厚さと組成を有する磁気記録媒体。
【請求項２】
第３のＡＦＣ層、および、前記第２のＡＦＣ層（３２’）の前記第２の薄膜（５４）と前記第３のＡＦＣ層の第１の薄膜との間に位置し、かつ前記第２のＡＦＣ層の前記第２の薄膜と前記第３のＡＦＣ層の前記第１の薄膜との間の任意の有意な結合を防止するのに十分な厚さと組成を有する第２の非強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３】
前記第１のＡＦＣ層（３４’）の前記第１の強磁性薄膜（４４）が厚さｔ１および磁化Ｍ１を有し、前記第１のＡＦＣ層の前記第２の強磁性薄膜（４２）が厚さｔ２および磁化Ｍ２を有し、さらに、前記第１のＡＦＣ層の前記第１および第２の強磁性薄膜それぞれの単位面積当たりの磁気モーメント（Ｍ１×ｔ１）および（Ｍ２×ｔ２）が互いに異なる、請求項１に記載の媒体。
【請求項４】
前記第１のＡＦＣ層（３２’）の前記第１（４４）および第２（４２）の強磁性薄膜が同じ材料で形成され、さらにｔ１がｔ２と異なる、請求項３に記載の媒体。
【請求項５】
前記第１のＡＦＣ層（３２’）の前記第１（４４）および第２（４２）の強磁性薄膜が異なる材料で形成され、さらにｔ１とｔ２が実質的に同じ厚さである、請求項３に記載の媒体。
【請求項６】
前記ＡＦＣ層の１つの前記反強磁性結合薄膜（４６、５６）がルテニウム（Ｒｕ）、クロム（Ｃｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、銅（Ｃｕ）、およびそれらの合金から成るグループから選ばれた材料で形成される、請求項１に記載の媒体。
【請求項７】
前記ＡＦＣ層（３４’、３２’）の各々の前記第１（４４）および第２（４２）の強磁性薄膜が、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、およびそれらの合金から成るグループから選ばれた材料で作られる、請求項１に記載の媒体。
【請求項８】
前記ＡＦＣ層（３４’、３２’）の１つの前記第１の強磁性薄膜（４４、５４）が、前記第１の強磁性薄膜と前記反強磁性結合薄膜（４６、５６）の界面に位置する基本的にコバルトから成る界面薄膜を含む、請求項１に記載の媒体。
【請求項９】
前記ＡＦＣ層（３４’、３２’）の１つの前記第２の強磁性薄膜（４２、５２）が、前記第２の強磁性薄膜と前記反強磁性結合薄膜（４６、５６）の界面に位置する基本的にコバルトから成る界面薄膜を含む、請求項１に記載の媒体。
【請求項１０】
前記基板と前記磁気記録層（３０’）の間の基板上に位置する基層をさらに備える、請求項１に記載の媒体。
【請求項１１】
前記磁気記録層（３０’）の上に形成された保護膜をさらに備える、請求項１に記載の媒体。
【請求項１２】
基板と、
前記基板上の基層と、
前記基層上にあり、第１（３４’）と第２（３２’）の反強磁性結合（ＡＦＣ）層および前記２つのＡＦＣ層を隔てる非強磁性スペーサ層（３６’）を備える磁気記録層（３０’）とを備え、各ＡＦＣ層が、第１のコバルト合金強磁性薄膜（４４、５４）、第２のコバルト合金強磁性薄膜（４２、５２）、および、前記第１と第２の薄膜の間に前記第１および第２の薄膜と接触して位置し、かつ前記第２の薄膜が前記第１の薄膜に反強磁性結合させるのに十分な厚さを有し、かつルテニウム（Ｒｕ）、クロム（Ｃｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、銅（Ｃｕ）およびそれらの合金から成るグループから選ばれた材料から成る反強磁性結合薄膜（３６’）を備え、前記非強磁性スペーサ層が、前記第１のＡＦＣ層の前記第２の薄膜と前記第２のＡＦＣ層の前記第１の薄膜との間に位置し、かつ前記第１のＡＦＣ層の前記第２の薄膜と前記第２のＡＦＣ層の前記第１の薄膜との間の任意の有意な結合を防止するのに十分な厚さと組成を有する磁気記録ディスク。
【請求項１３】
第３のＡＦＣ層、および、前記第２のＡＦＣ層の前記第２の薄膜（４２）と前記第３のＡＦＣ層（３２’）の前記第１の薄膜との間に位置し、かつ前記第２のＡＦＣ層の前記第２の薄膜と前記第３のＡＦＣ層の前記第１の薄膜との間の任意の有意な結合を防止するのに十分な厚さと組成を有する第２の非強磁性スペーサ層をさらに備える、請求項１２に記載のディスク。
【請求項１４】
前記第１のＡＦＣ層（３４’）の前記第１の強磁性薄膜（５４）が厚さｔ１および磁化Ｍ１を有し、前記第１のＡＦＣ層の前記第２の強磁性薄膜（５２）が厚さｔ２および磁化Ｍ２を有し、さらに、前記第１のＡＦＣ層の前記第１および第２の強磁性薄膜それぞれの単位面積当たりの磁気モーメント（Ｍ１×ｔ１）および（Ｍ２×ｔ２）が互いに異なる、請求項１２に記載のディスク。
【請求項１５】
前記第１のＡＦＣ層（３４’）の前記第１（５４）および第２（５２）の強磁性薄膜が同じ材料で形成され、さらにｔ１がｔ２と異なる、請求項１４に記載のディスク。
【請求項１６】
前記第１のＡＦＣ層（３４’）の前記第１（５４）および第２（５２）の強磁性薄膜が異なる材料で形成され、さらにｔ１とｔ２が実質的に同じ厚さである、請求項１４に記載のディスク。
【請求項１７】
前記ＡＦＣ層（３４’、３２’）の１つの前記第１の強磁性薄膜（５４、４４）が、前記第１の強磁性薄膜と前記反強磁性結合薄膜（３６’）の界面に位置する基本的にコバルトから成る界面薄膜を含む、請求項１２に記載のディスク。
【請求項１８】
前記ＡＦＣ層（３４’、３２’）の１つの前記第２の強磁性薄膜（５２、４２）が、前記第２の強磁性薄膜と前記反強磁性結合薄膜（３６’）の界面に位置する基本的にコバルトから成る界面薄膜を含む、請求項１２に記載のディスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、磁気記録媒体に関し、より詳細には、熱的に安定な高密度媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハード・ディスク・ドライブ内の磁気記録ディスクなど従来の磁気記録媒体は、一般に、スパッタ堆積コバルト白金（ＣｏＰｔ）合金などの粒状強磁性層を記録媒体として使用している。磁性層の各磁化領域は多数の小さな磁性粒から成っている。磁化領域間の遷移が記録データの「ビット」を表す。ＩＢＭの米国特許第４，７８９，５９８号および第５，５２３，１７３号には、この種の従来の剛性ディスクが記載されている。
【０００３】
磁気記録ディスクの記憶密度が増加したのにつれて、残留磁化Ｍｒ（強磁性材料の単位体積当たりの磁気モーメント）と磁性層の厚さｔとの積は小さくなった。同様に、磁性層の保磁力すなわち飽和保磁力（Ｈｃ）は増大した。このことは、Ｍｒｔ／Ｈｃの比の減少をもたらした。Ｍｒｔの減少を実現するために、磁性層の厚さｔを減少させることができるが、その層は磁気遅延を増加させるので、ある限度までに限られる。この磁気遅延は、小さな磁性粒の熱活性化によると考えられている（超常磁性効果）。磁性粒の熱安定性は、大部分はＫｕＶによって決まる。ここで、Ｋｕは磁性層の磁気異方性定数であり、Ｖは磁性粒の体積である。層の厚さが減少するにつれて、Ｖは減少する。層厚が余りにも薄い場合、記憶磁気情報は、通常のドライブ動作条件でもはや安定でなくなる。
【０００４】
この問題を解決するための１つの方法は、より高い異方性材料（より大きなＫｕ）に向かって進むことである。しかし、Ｋｕの増加は、Ｋｕ／Ｍｒにほぼ等しい飽和保磁力Ｈｃが大きくなりすぎて従来の記録ヘッドで書き込むことができなくなる点で制限される。同様な方法は、一定の層厚で磁性層のＭｒを減少させることであるが、これもまた、書き込むことができる飽和保持力で制限される。他の解決法は、粒間交換を増すことであり、その結果、磁性粒の実効的な磁気的な体積Ｖが増加する。しかし、この方法は、磁性層の固有の信号対雑音比（ＳＮＲ）に有害であることが証明されている。
【０００５】
英国特許出願２３５５０１８は、記録層として、反強磁性的に結合された強磁性薄膜を有する磁気記録媒体を開示している。
【０００６】
固有媒体雑音は線記録密度の増加につれて増大することが、ＣｏＰｔ合金などの金属合金媒体ではよく知られているので、固有ＳＮＲ（低固有媒体雑音）の高い磁気記録媒体が望ましい。媒体雑音は、磁気遷移の不規則によって生じ、リードバック信号ピークの無秩序なシフトの原因となる。この無秩序なシフトは、「ピーク・ジッタ」または「時間ジッタ」と呼ばれる。このようにして、媒体雑音が大きいほど、ビット・エラー率が高くなる。したがって、データを最大線密度で記録することができるように、最大許容レベルより下の雑音を発生する薄膜金属合金磁気媒体を開発することが望ましい。単一磁性層を非磁性スペーサ層で間隔をあけて配置された２つの（または、それより多い）別個の磁性層から成る積層磁性層に取り替えることによって、実質的に改良されたＳＮＲを実現できることは知られている。この発見はＳ． Ｅ． Ｌａｍｂｅｒｔ等の、「Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｅｄｉａ Ｎｏｉｓｅ ｉｎ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｍｅｔａｌ Ｍｅｄｉａ ｂｙ Ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ」， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ， Ｖｏｌ．２６， Ｎｏ．５， Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９９０， ｐｐ．２７０６〜２７０９によってなされ、後に、ＩＢＭの米国特許第５，０５１，２８８号で特許権を与えられている。積層による媒体雑音の減少は、積層物内の磁性層間の磁気相互作用すなわち交換結合の減結合によると信じられている。雑音低減のために積層を使用することが広範囲に研究されて、Ｃｒ、ＣｒＶ、Ｍｏ、およびＲｕを含んだ好ましいスペーサ層材料、および磁性層の最良の減結合したがって最小の媒体雑音をもたらす５から４００ＣＥのスペーサ層厚が見出された。この成果は、Ｅ． Ｓ． Ｍｕｒｄｏｃｋ， ｅｔ ａｌ．，「Ｎｏｉｓｅ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｅｄ Ｃｏ−Ａｌｌｏｙ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ Ｍｅｄｉａ」， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ， Ｖｏｌ． ２６， Ｎｏ． ５， Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９９０， ｐｐ． ２７００〜２７０５； Ａ． Ｍｕｒａｙａｍａ， ｅｔ ａｌ．， 「Ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｉｎ Ｃｏ／Ｃｒ／Ｃｏ Ｄｏｕｂｌｅ−ｌａｙｅｒｅｄ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ Ｆｉｌｍｓ Ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ Ｓｐｉｎ−ｗａｖｅ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ」， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ， Ｖｏｌ． ２７， Ｎｏ． ６， Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １９９１， ｐｐ． ５０６４〜５０６６；およびＳ． Ｅ． Ｌａｍｂｅｒｔ， ｅｔ ａｌ．， 「Ｌａｍｉｎａｔｅｄ Ｍｅｄｉａ Ｎｏｉｓｅ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ」 ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ， Ｖｏｌ． ２９， Ｎｏ． １， Ｊａｎｕａｒｙ １９９３， ｐｐ． ２２３〜２２９の論文で報告された。米国特許第５，４６２，７９６号および関連する論文、Ｅ． Ｔｅｎｇ ｅｔ ａｌ．， 「Ｆｌａｓｈ Ｃｈｒｏｍｉｕｍ Ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｄｉｓｋｓ ｗｉｔｈ Ｓｕｐｅｒｉｏｒ Ｎｏｉｓｅ ａｎｄ Ｃｏｅｒｃｉｖｉｔｙ Ｓｑｕａｒｅｎｅｓｓ」， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ， Ｖｏｌ． ２９， Ｎｏ． ６， Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １９９３， ｐｐ． ３６７９〜３６８１は、積層物内の２つの磁性層間の交換結合を減少させるには十分厚いが、２つの磁性層が物理的に分離されない程度に薄い不連続なＣｒ薄膜を使用する積層低雑音ディスクについて記載している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
良好な熱安定性とＳＮＲを維持しながら、非常に高密度の記録に対応する磁気記録媒体が必要とされている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、磁気記録層が非強磁性スペーサ薄膜を越えて互いに反強磁性的（ＡＦ）に結合された少なくとも２つの強磁性薄膜である、磁気記録媒体である。２つの反強磁性的に結合された薄膜の磁気モーメントの向きは逆平行であるので、記録層の正味の残留磁化−厚さの積（Ｍｒｔ）は、その２つの強磁性薄膜のＭｒｔ値の差である。反強磁性結合薄膜内の磁性粒の体積は建設的に増加するので、このＭｒｔの減少は、記録媒体の熱安定性を低下させることなく達成される。また、この媒体で、遥かに鋭い磁気遷移が、減磁界の減少とともに達成されるようになり、結果として、媒体の線ビット密度が高くなる。一実施形態では、磁気記録媒体は２つの強磁性薄膜を備え、この２つ強磁性薄膜は、各々がスパッタ堆積されたＣｏＰｔＣｒＢ合金の粒状薄膜であり、その２つのＣｏＰｔＣｒＢ薄膜間の反強磁性交換結合を最大にする厚さを有するＲｕスペーサ薄膜で隔てられている。強磁性薄膜の一方は他方よりも厚く作られるが、その厚さは、印加磁界ゼロでの正味のモーメントが小さいがゼロでないように選ばれる。
【０００９】
本発明のＡＦ結合磁気記録層、すなわち、非強磁性スペーサ薄膜を越えて互いに反強磁性的に結合された少なくとも２つの強磁性薄膜は、上で引用した’２８８特許に記載された積層媒体内の個々の磁気層として使用されて、熱安定性と低固有媒体雑音の両方を有する媒体を製造することができる。
【００１０】
本発明の本質および利点をより完全に理解するために、添付の図とともに行われる下記の詳細な説明を参照すべきである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
磁気記録媒体は、１または複数の非強磁性スペーサ薄膜によって隣り合う強磁性薄膜に反強磁性（ＡＦ）的に交換結合された２以上の強磁性薄膜で形成された記録層を有する。非強磁性スペーサ薄膜１６で隔てられた２つの強磁性薄膜１２、１４で構成された記録層１０について、これを図１に模式的に示す。隣り合う薄膜１２、１４それぞれの磁気モーメント２２、２４が、非強磁性スペーサ薄膜１６を通してＡＦ結合され、かつ印加磁界ゼロで逆平行であるように、非強磁性スペーサ薄膜１６の厚さと組成が選ばれる。
【００１２】
非強磁性の遷移金属スペーサ薄膜を介した強磁性薄膜のＡＦ結合は、広く研究され、文献に記述されている。一般に、スペーサ薄膜の厚さの増加につれて、交換結合は強磁性結合から反強磁性結合まで振動する。この振動性結合の関係が、選ばれた材料の組合せに関して、Ｐａｒｋｉｎ ｅｔ ａｌ．によって、「Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉｎ Ｍｅｔａｌｌｉｃ Ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ： Ｃｏ／Ｒｕ， Ｃｏ／Ｃｒ ａｎｄ Ｆｅ／Ｃｒ」， Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｌｅｔｔ．， Ｖｏｌ． ６４， ｐ． ２０３４ （１９９０）に記述されている。材料の組合せには、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＮｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｃｏなどのそれらの合金で作られた強磁性薄膜と、ルテニウム（Ｒｕ）、クロム（Ｃｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、銅（Ｃｕ）およびそれらの合金のような非強磁性スペーサ薄膜とが含まれる。これまでに分かっていない場合は、そのような材料の組合せごとに、振動性交換結合関係を決定しなければならない。その結果、非強磁性スペーサ薄膜の厚さは、２つの強磁性薄膜間の反強磁性結合を保証するように選ばれるようになる。振動の周期は非強磁性スペーサ材料に依存するが、振動性結合の強さおよび位相は、また、強磁性材料および界面特性に依存する。強磁性薄膜の振動性反強磁性結合は、ヘッドの動作中に磁気モーメントが互いに逆平行で堅く結合している連続した磁化反強磁性結合薄膜を設計するために、スピンバルブ型ジャイアント磁気抵抗（ＧＭＲ）記録ヘッドで使用されている。この種のスピンバルブ構造は、例えば、ＩＢＭ特許第５，４０８，３７７号および５，４６５、１８５号に記載されている。’１８５号特許は、多くの市販のスピンバルブＧＭＲヘッドで使用されている構造、すなわち、ヘッドの動作中にモーメントが互いに堅く結合し静止したままである強磁性薄膜を有する積層逆平行ピン強磁性層について記載している。
【００１３】
薄膜１２、１４は、それぞれＭｒ１ｔ１およびＭｒ２ｔ２の磁気モーメント値を有する。（残留磁化Ｍｒは、強磁性材料の単位体積当たりの磁気モーメントとして表されるので、積Ｍｒｔは厚さｔの磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントである。）このＡＦ結合構造に関して、隣り合う薄膜１２、１４それぞれの磁気モーメント２２、２４の向きは逆平行で並んでおり、したがって破壊加算して複合層１０の磁気モーメントを減少させる。矢印２２、２４は、ＡＦ結合薄膜１６を挟んで互いに真上と真下に存在する個々の磁区のモーメントの向きを表す。印加磁界の無い状態で、強磁性薄膜１４が媒体基板の上に堆積されるとき、強磁性薄膜は粒状構造を持つようになり、多数の隣り合う磁性粒が互いに結合して個々の磁区を形成している。印加磁界が無い状態で、薄膜１４中のこれらの磁区のモーメントは、基本的に無秩序な方向を向いている。次に、スペーサ薄膜すなわちＡＦ結合薄膜１６が、強磁性薄膜１４の直ぐ上に適正な厚さに堆積される。次に、第２の強磁性薄膜１２が、ＡＦ結合薄膜１６の直ぐ上に堆積される。強磁性薄膜１２の磁性粒が成長するとき、その磁性粒は、ＡＦ結合薄膜１６の直ぐ向こう側の強磁性薄膜１４のモーメントの向きに対して逆平行なモーメントの向きを有する磁区を形成する。
【００１４】
強磁性材料の種類および強磁性薄膜１２、１４の厚さの値ｔ１、ｔ２は、印加磁界ゼロの状態で正味モーメントが小さいがゼロではないように選ばれる。図１に示す場合では、この構造のＭｒｔはＭｒ１ｔ１−Ｍｒ２ｔ２で与えられる。Ｍｒ１ｔ１＞Ｍｒ２ｔ２でなければならない。２つの薄膜１２、１４に同じ強磁性材料を使用し、かつｔ１をｔ２よりも大きくすることで、これを達成することができる。または、２つの薄膜に異なる強磁性材料を使用することで、２つの強磁性薄膜の磁化（材料の単位体積当たりの磁気モーメント）が異なるようにすることができる。図１は単一スペーサ薄膜１６を有する２薄膜構造について示しているが、多数スペーサ薄膜および多数強磁性薄膜を有する構造を使用することができる。
【００１５】
上で述べた磁性層は、単一層の強磁性材料として形成された磁性層に優る利点をいくつか有する。極薄磁性層または低磁化合金を使用することなく、低残留磁化を得ることができる。これによって、熱不安定性および上述の書込み困難の問題が回避される。図１の磁性層を例えば薄膜１２だけから成る単一層と比較すると、ＡＦ結合強磁性薄膜１４の付加によって、薄膜１２の厚さか磁化かいずれかを減少させることなく、複合構造の正味磁気モーメントを減少できる。
【００１６】
単一磁性層に比べて高められた複合構造の熱安定性は、薄膜１２と１４の両方の磁性粒の異方性が実質的に単軸であるために生じ、薄膜１２、１４の磁気モーメントが逆平行である場合でも建設的に加算することができる。結合システムの結果として得られる安定性パラメータＫｕＶは、Ｋｕ１Ｖ１＼ＫｕＶ＼（Ｋｕ１Ｖ１＋Ｋｕ２Ｖ２）で与えられる。ここで、Ｋｕ１Ｖ１およびＫｕ２Ｖ２は、それぞれ薄膜１２、１４の一般的な磁性粒の異方性エネルギーである。複合安定性パラメータＫｕＶ＝Ｋｕ１Ｖ１＋Ｋｕ２Ｖ２の上限は、薄膜１２、１４の磁性粒が強く結合し共通の異方性軸方向を共有する場合に達成される。熱安定性を決定する複合構造（層１０）の磁気的な体積Ｖは、薄膜１２および１４の交換結合磁性粒の体積のほぼ和であるが、一方で、層１０の磁気モーメントは薄膜１２、１４の個々のモーメントの差である。２つの強磁性薄膜の間の反強磁性結合によって、複合構造のＭｒｔ値を減少させながら実効薄膜厚さを増大させる機構が可能になる。したがって、強磁性薄膜は、非常に小さな直径の磁性粒を含み、熱安定性を維持することができる。
【００１７】
記録すなわち書込み磁気遷移とともに、ＡＦ結合媒体を模式的に図２に示す。プラス（＋）およびマイナス（−）の符号は、遷移によって生じる磁極を表す。ＡＦ結合媒体の表面から１０ｎｍ上の計算された長さ方向の磁界（Ｈｘ）を、遷移からのＸ方向すなわちダウントラック位置の関数として図３に示す。２つの薄膜１２、１４のモーメントと厚さの値、およびＡＦ結合層の計算されたＭｒｔを図３に列記する。比較のために、図３は、同様なＭｒｔを有する単一層（ＳＬ）媒体内の遷移で生じる長さ方向磁界のモデル計算値も示す。厚さの値（ｔ１およびｔ２）は、長さ方向のピーク磁界がＡＦ結合媒体でＳＬ媒体と同じであるように選んだ。ＡＦ結合媒体の強磁性材料の全体厚さは２．７倍である。したがって、ＡＦ結合媒体は、当然ＳＬ媒体よりも熱的に安定である筈である。ダウントラック方向の長さ方向磁界分布は、ＡＦ結合媒体でより早く減衰し、より鋭い遷移をもたらす。このことは、遷移をＳＬ媒体よりも近い間隔で配置することができ、結果として本媒体の線ビット密度がより高くなることを示している。図３には示さないが、ＡＦ結合媒体内の遷移による減磁界もまたＳＬ媒体よりも早く減少することも、計算で証明された。さらに、減磁界の大きさおよび符号は、媒体内のＹ位置（図２を参照されたい）に依存する。このようにして、媒体内のある特定のＹ位置について、減磁界はゼロまで減少する。小さな減磁界は他の遷移に影響を及ぼし自己減磁するように遷移を起こすことができるので、小さな減磁界は望ましい。
【００１８】
図４は、強磁性薄膜に使用されている従来のＣｏＰｔＣｒＢ長手記録媒体合金の構造例を示す。この構造は、従来のスパッタ堆積装置およびプロセスを使用して製造した。この構造を形成する薄膜は、ニッケル−リン（ＮｉＰ）表面被膜付きのＡｌＭｇディスク素材の基板に堆積されたＣｒ基層の上に、約２００ａ＾Ｃの基板温度で成長した。強磁性薄膜はＣｏＰｔＣｒＢであり、図１の薄膜１２に対応する一番上の薄膜は、図１の薄膜１４に対応する一番下の強磁性薄膜よりも厚かった（１２ｎｍ対７ｎｍ）。非強磁性スペーサ薄膜は０．６ｎｍのＲｕ薄膜である。単一層媒体のように、媒体雑音を下げるために孤立した磁性粒を有する粒状強磁性材料を使用するのが有利である。Ｒｕ薄膜厚さは、振動性結合関係の第１の反強磁性ピークにあるように選んだ。この例では、各ＣｏＰｔＣｒＢ強磁性薄膜は、Ｒｕ薄膜との界面に基本的に０．５ｎｍのＣｏから成る界面薄膜を含んだ。この極薄Ｃｏ薄膜によって、強磁性薄膜とＲｕ薄膜の間の界面モーメントが増加し、結果として反強磁性結合が高められる。しかし、Ｃｏ界面薄膜をＣｏＰｔＣｒＢ強磁性薄膜に組み込むことなく、反強磁性交換結合は実証されている。
【００１９】
図５は、図４の構造についてＴ＝３５０ａ＾Ｋで測定された主ヒシテリシス・ループ（実線）と残留ヒシテリシス・ループ（破線）を示す。最初に残留ヒシテリシス・ループを参照して、ＡＦ結合層を正の磁界で飽和させ、次に増加する逆の負磁界を加え、負磁界を加えた後のこの層の残留モーメントを測定することで、残留ヒシテリシス・ループが得られる。残留ループは、逆磁界の大きさに対する残留モーメントの図である。このサンプルでは、残留ループは、室温でＭｒｔ＝０．２１、残留保磁力Ｈｃｒ＝３．２ＫＯｅ、およびＳ’＝０．９２を示す。ここで、Ｓ’はＨｃｒでの残留ループの勾配の目安である。比較として、同じＣｏＰｔＣｒＢ合金の同じ様に成長された１５ｎｍの単一層は、室温でＭｒｔ＝０．３８、Ｈｃｒ＝２．４ＫＯｅ、およびＳ’＝０．７６の特性を有する。このように、ＡＦ結合媒体によって、より大きな全磁性層厚を用いて著しく小さなＭｒｔを実現することができるようになる。
【００２０】
次に図５の主ヒシテリシス・ループを参照して、水平な矢印の組は、ヒシテリシス・ループの異なる点でのＡＦ結合層内の強磁性薄膜の配向を示す。正方向に印加磁界が増大する（矢印３０、３２）。大きな印加磁界（＞３０００Ｏｅ）のために、反強磁性結合は負かされて、２つの強磁性薄膜のモーメントは両方とも印加磁界に平行になる（矢印４２、４４）。印加磁界が減少するとき（矢印３４）、より薄い一番下の強磁性薄膜のモーメントは、逆向きになり、また、より厚い一番上の強磁性薄膜のモーメントおよび印加磁界に対して逆平行となって（矢印５２、５４）、正味モーメントが減少する。この切換わりは、大雑把に言って、Ｒｕ薄膜を越えた結合で生じる、一番下の薄膜が感じる交換磁界（Ｈｅｘ２＝２０００Ｏｅ）で起こる。Ｈｅｘ２＝Ｊｅｘ／Ｍ２ｔ２の値である。ここで、ＪｅｘはＲｕスペーサ層を越える反強磁性界面交換エネルギー密度であり、Ｍ２およびｔ２はそれぞれ一番下の強磁性薄膜の磁化および厚さである。強磁性薄膜の逆平行配向が実現されるためには、一番下の強磁性薄膜を逆にするのに必要な保磁力（Ｈｃ２）よりもＨｅｘ２が大きいことが必要である。Ｈｃ２は、一番上の強磁性薄膜との交換相互作用は無いと仮定した、一番下の薄膜の保磁力である。このようにして、ＡＦ結合薄膜はもちろんのこと、一番下の薄膜の磁気的な特性および厚さは、Ｈｅｘ２＞Ｈｃ２を維持するように設計しなければならない。
【００２１】
正磁界での飽和後の残留状態は、磁界方向に対して平行な一番上の強磁性薄膜のモーメントおよび正磁界方向に対して逆平行な一番下の強磁性薄膜のモーメント（矢印５２、５４）によって与えられる。逆印加磁界（矢印３６）において、この磁気状態は、一番上の強磁性薄膜のモーメントが逆になり両薄膜のモーメントが平行でかつ負の飽和状態で整列する（矢印６２、６４）まで、安定である。一番上の強磁性薄膜のモーメントの切換わりは、ＡＦ結合層の保磁力を決定し、Ｈｃ＝Ｈｅｘ１＋Ｈｃ１で与えられる。ここで、Ｈｅｘ１は一番上の強磁性薄膜に作用する交換磁界であり（Ｈｅｘ１＝Ｊｅｘ／Ｍ１ｔ１）、Ｈｃ１は、一番下の強磁性薄膜との相互作用が無いと仮定した一番上の強磁性薄膜の保磁力である。したがって、一番上の強磁性薄膜およびＡＦ結合薄膜の特性は、複合構造のＨｃをヘッドの期待される書込み磁界よりも下に維持するように設計しなければならない。この例では、１つの残留状態（矢印５２、５４）から次の残留状態（矢印７２，７４）に行く経路は、２つの薄膜のモーメントが平行である（矢印６２、６４）中間状態を通過する。このように、スピンバルブＧＭＲ記録ヘッドで使用されるＡＦ結合構造とは対照的に、結合に打ち勝って媒体に書き込まなければならないので、本発明による媒体内の強磁性薄膜のモーメントは、ＡＦ結合薄膜を越えて互いに堅く結合されていない。図５のヒシテリシス・ループは、ＡＦ結合層の望ましい特徴、すなわち、飽和磁化に比べて小さな残留磁化を示している。
【００２２】
ＡＦ結合層に対する記録動作試験は、従来の長手記録ヘッドを使用して行った。信号対雑音比の測定で、１ミリメートル当たり９５００の磁束変化（ｆｃ／ｍｍ）で３１．９ｄＢの媒体ＳｏＮＲが求められた。ここで、Ｓｏは孤立パルスの振幅であり、Ｎは９５００ｆｃ／ｍｍの記録密度での積分媒体雑音である。この結果は、データ記憶用にＡＦ結合磁性層が経済的に成り立つことを実証している。
【００２３】
また、本発明によるＡＦ結合媒体は、一方または両方のＣｏ界面薄膜の有るおよび無い、一方または両方のＣｏＣｒ界面層の有るおよび無い、およびＣｏＣｒＰｔＴａ強磁性薄膜の有る構造についても実証された。
【００２４】
ＡＦ結合層付き積層媒体
また、積層内の個々の磁性層として上記のＡＦ結合（ＡＦＣ）層を用いて、先に引用した’２８８特許に記載されている発明に基づいた積層磁気記録媒体を製造した。図６は、従来の積層磁気記録媒体の図であり、磁気記録層３０は、各々がＭｒｔ１の磁気モーメント（単位面積当たり）を有する少なくとも２つの個別の磁性層３２、３４を備える。ここで、隣り合った２つの層は非強磁性スペーサ層３６で隔てられている。この複合構造は２層積層について合計でＭｒｔ＝２Ｍｒｔ１を有する。（説明の容易さのために、全ての強磁性層は同じ組成を有するものと仮定する。したがって、Ｍｒは同じである。しかし、異なる強磁性材料を使用することは、本発明の範囲内であり、その場合、図６の構造について、全磁気モーメントはＭｒ１ｔ１＋Ｍｒ２ｔ２で与えられる可能性がある。）
【００２５】
ＡＦＣ層を使用する新しい積層媒体を、２つのＡＦＣ層および１つの非強磁性スペーサ層を有する構造について、図７に模式的に示す。図７の積層ＡＦＣ磁気媒体において、磁気記録層３０’は、非強磁性スペーサ層３６’で隔てられたＡＦＣ層３２’、３４’を備える。個々のＡＦＣ層３２’、３４’が、対応する磁性層３２、３４（図６）に取って代わっている。各ＡＦＣ層３２’、３４’は、各ＡＦＣ層の正味ＭｒｔがＭｒｔ１−Ｍｒｔ２で与えられるように反強磁性結合薄膜（それぞれ、４６、５６）で反強磁性的に結合された２つの薄膜（それぞれ、４２、４４および５２、５４）で構成される。これによって、Ｍｒかｔかいずれかに無関係にＭｒｔを制御することが可能になる。非積層ＡＦＣ媒体について上で説明したように、熱的に安定な低Ｍｒｔ磁気媒体を得ることができる。新しい積層構造では、図７に示すように、複合Ｍｒｔは、２＊（Ｍｒｔ１−Ｍｒｔ２）である。Ｍｒｔ１およびＭｒｔ２の相対的な大きさを変えることで、複合積層構造のＭｒｔは、熱不安定性を経験することなしに調整することができる。したがって、熱的に安定な低Ｍｒｔ積層媒体を得ることができる。もちろん、図７ではただ２つのＡＦＣ層を示すが、本発明の積層ＡＦＣ媒体は、非強磁性スペーサ層が隣り合うＡＦＣ層の間に位置付けされた３以上のＡＦＣ層を有することができる。
【００２６】
一連の従来の単一層媒体、非積層ＡＦＣ媒体、および積層ＡＦＣ媒体の構造を、固有媒体ＳＮＲを比較するために、２種類の市販のディスク基板、すなわちガラスとＮｉＰ／ＡｌＭｇ金属の上に製造した。ガラス基板上の構造は、ＮｉＡｌ／Ｃｒ／Ｃｏ６３Ｃｒ３７の基層構造の上に成長した。ＮｉＰ／ＡｌＭｇ基板上の構造は、Ｃｒ／Ｃｏ６３Ｃｒ３７の基層構造の上に成長した。
【００２７】
この試験について、全ての磁気薄膜の磁性層の組成はＣｏ６２Ｐｔ１０Ｃｒ２２Ｂ６であった。ＡＦＣ層３２’、３４’に使用された反強磁性結合薄膜４６、５６はそれぞれ６ÅのＲｕ層であった。非強磁性スペーサ層３６’もまたＲｕであったが、１２から４８Åの範囲の厚さであった。積層ＡＦＣ媒体において、２つのＡＦＣ層３２’と３４’の間の非強磁性スペーサ層３６’は、２つの隣り合う強磁性薄膜４４と５２の間に有意な強磁性結合または反強磁性結合が無いような組成と厚さを持つように選ばれる。知られている材料では、スペーサ層厚の増加につれて、交換結合が強磁性結合から反強磁性結合までどのように振動するかは、振動性結合曲線から分かるので、スペーサ層３６’の厚さは容易に決定することができる。引用された’２８８特許では、２つのＣｏ合金薄膜の間のＣｒスペーサ薄膜は、４０Åまたはそれより大きな厚さであった。この厚さは、振動性結合曲線の任意の検出可能な強磁性または反強磁性交換結合ピークを遥かに越えている。Ｃｏ６２Ｐｔ１０Ｃｒ２２Ｂ６合金の強磁性薄膜とＲｕについて、振動性結合曲線の第１の反強磁性ピークを越えるほぼ１０Åよりも大きなＲｕ厚さは、有意な強磁性または反強磁性結合が決して無いことを保証するのに十分である。スペーサ層に要求されるこの条件は、反強磁性結合薄膜４６、５６に要求される条件とは全く対照的であり、この反強磁性薄膜４６、５６の各々は、振動性結合曲線の第１の反強磁性ピークに対応する厚さおよび組成を持つように選ばれる。
【００２８】
積層および非積層ＡＦＣ媒体構造の両方のＡＦＣ層は、Ｍｒｔ＝Ｍｒｔ１−Ｍｒｔ２＝０．２０ｍｅｍｕ／ｃｍ２を持つように設計された。２つの個々のＡＦＣ層を有する積層ＡＦＣ媒体（図７）は、合計Ｍｒｔ＝０．４０ｍｅｍｕ／ｃｍ２であった。単一ＣｏＰｔＣｒＢ層を有する従来の媒体は、Ｍｒｔ＝０．３８ｍｅｍｕ／ｃｍ２であるように製造された。これらの構造で測定されたＳＮＲは、以下の表１（ガラス基板）および表２（金属基板）に示す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
【表２】
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【００３１】
両方の組のディスクに関して、非積層ＡＦＣ媒体および従来の単一層媒体に比べて、積層媒体で１〜２ｄＢのＳＮＲの改良が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
記録媒体内の反強磁性（ＡＦ）結合磁気記録層の模式化された断面図である。
【図２】
記録された磁気遷移での強磁性薄膜のモーメントの向きを示すＡＦ結合層の模式図である。
【図３】
遷移からのダウントラック位置の関数として、ＡＦ結合層および単一層（ＳＬ）媒体の上の計算された磁界のグラフである。
【図４】
基板、基層、ＡＦ結合層内の薄膜、および保護被薄膜を示すディスク構造の模式化された断面図である。
【図５】
図４のＡＦ結合層を有する構造の磁気ヒシテリシス・ループの図である。
【図６】
積層内の磁性層として従来の個別の単一層を有する従来技術の積層ディスク構造の模式化された断面図である。
【図７】
積層内の個別の磁性層としてＡＦ結合層を有する積層ディスク構造の模式化された断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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