(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さが50Åより厚いパラジウムまたはプラチナの群から選択された非磁性体金属の核形成層(32)が蒸着された基板(30)と、垂直の磁気異方性を有し、第１の厚さを有するコバルトクロム合金と、第２の厚さを有するパラジウムまたはプラチナの群から選択された非磁性体金属との複数の複層(34,35)とからなる記録層(33)、とから構成された磁気記録媒体において、
第３の厚さを有する焼きなましされたキーパー層(31)が設けられ、このキーパー層が核形成層と基板との間に配置されていることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項２】
厚さが50Åより厚いパラジウムまたはプラチナの群から選択された非磁性体金属の核形成層が蒸着された基板と、核形成層と基板との間に配置された焼きなましされたキーパー層と、第１の厚さを有するコバルトクロム合金と、第２の厚さを有するパラジウムまたはプラチナの群から選択された非磁性体金属との複数の２重層とからなる記録層、とから構成された磁気記録媒体において、
第１の厚さが約1.5Åと10Åとの間であり、第２の厚さが約5Åと15Åとの間であり、２重層の数が約10と30との間であり、核形成層と記録媒体との厚さ全体が1500Åを超えず、媒体の保磁力が約2500エールステッドを超えることを特徴とする媒体。
【請求項３】
情報記憶装置において、
請求項１に従い且つ情報を磁束の形式で受信し、記憶し、かつ読取るために２×106erg／ccか、それ以上である垂直の磁気異方性kuを有する平坦な磁気記録媒体と、
環状の書込み素子と、磁気抵抗（MR）読取り素子とからなり、媒体に磁束の形式で情報を書込み、媒体から磁束の形式で情報を読取るための読取り／書込みヘッドと、からなることを特徴とする情報記憶装置。
【発明の詳細な説明】
１．発明の分野
本発明は改良型の多層磁気記録媒体およびこれを搭載した磁気抵抗型駆動システムに関する。特に、コバルトまたはコバルト合金と、パラジウムまたはプラチナのような貴金属の交互の層を含む多層媒体を開示する。
２．発明の背景
磁気記録媒体はテープレコーダまたはVCR用のテープが使用するものと同様の素材である。情報（音楽、語、および画像）を記録、再生することができる。
しかし、ほとんどのテープレコーダやVCRのテープとは異なり、本発明の媒体は一般に情報をディジタル形式で記録するために使用される。ディジタル情報は基本的にモールス信号の点と長点と同様の態様で解読できる１と０のストリングである。このディジタル情報は（ディスク駆動におけるような）コンピュータまたはその他の情報処理機械が利用できる。
記録媒体は一般に支持層に取付けた磁性体層からなっている。磁性体層は各々の結晶が別個の磁石のように作用する多くの微小結晶を有するものと考えることができる。磁石は北極と南極とを有している。一方の磁石の北極が他方の磁石の南極を引張り、または一方の磁石の北極が他方の磁石の北極を弾く態様を想起すればよい。
結晶に電子の電荷を印加することによって、結晶の磁化の方向を例えば北から南、または南から北へと強制的に変化させることができる。このようにして、磁気記録媒体に電子の電荷を強制しつつ印加することによって、媒体に“磁気テクスチャー”(magnetic texture)を付与することができる。このテクスチャーは一般に“書込みヘッド”によって媒体へと“書込まれる”。書込みヘッドは電気を媒体に導通させて結晶の磁化方向の強制的に変化させる。
そこで、例えばその結晶の全てが南向きに整列された媒体から検討し始めるものと想定してみる。更に、媒体に電気を導通させると、結晶を北向きに弾くことができると想定してみる。最後に、南向きの結晶が０を表し、北向きの結晶が１を表すものと想定してみよう。すると、２つの結晶に通電し、１つの結晶への通電を停止し、１つの結晶に通電し、３つの結晶への通電を停止し、１つの結晶に通電することによって媒体に、
11010001
の“テクスチャー”を生成することができる。
媒体が読取りヘッドの下を移動すると、読取りヘッドは磁化の方向を感知し、感知している磁化方向を接続されている機械に報知する。読取りヘッドが感知するものは物体が通過する際の空気の一吹きと同様の“磁束”(flux)と呼ばれている。
従来形の記録媒体は一般に磁気テクスチャーを磁性体層の平面内に配しているので（長手即ち前後方向の記録媒体）、結晶の磁化方向は一般に右または左のいずれかとして表現できる。より新式の記録媒体は一般にテクスチャーを媒体内に縦方向に配するので、結晶は上向きか下向きのいずれかである（垂直方向の記録媒体）。垂直方向の記録媒体により多くの情報を記録し、またそれから情報を読出すことができることが判明している。
しかし、今日市販されている磁気記録システムのほとんど全ては前後方向の記録媒体を採用している。前後方向の記録では、情報は媒体の表面と平行な磁気媒体に記憶される。垂直方向の記録では、前後方向の記録とは対照的に磁束は媒体の表面と平行にではなく、表面から表面へと媒体を横切って、または媒体に対して垂直に進行する。
理論上は、垂直の媒体は大幅に高い直線データ密度で記録できる。一般にこの能力は、周囲領域に見られる磁化とは反対の磁化方向を有する垂直の媒体の離散的領域に情報が記憶されるという事実に起因している。このような領域は潜在的に媒体内の極めて少数の結晶内に存在することができる。一般に情報は離散的な垂直の磁化領域内に存在する局部的な不連続性を後に情報として処理できる電界へと変換する磁気ヘッドを使用して媒体から読出される。
しかし、通常は離散的な磁化領域の間に、媒体の表面と平行な磁化、すなわち亜領域(subdomain)または逆方向の磁化が存在する。このことは層の残留磁気が媒体の飽和磁化よりも大幅に少ない場合に特に当てはまる。このような状況では、領域間の遷移によって本来磁気ノイズに起因する望ましくない電子信号が誘発されることがある。
磁気記録媒体を記述するのに重要な幾つかの用語は飽和保磁力、異方性、出力およびノイズである。保磁力とは本来、媒体が磁化の特定の方位をいかに確保するかのことである。例えば、媒体内の結晶の方位を変化させるのにどの程度のエネルギを要するかである。異方性とは結晶が一方向、または他方向を向くのに必要なエネルギの差のことである。結晶は一般に優先磁化方向を有しているので、結晶をその方向から別の方向に弾くのにはより多くのエネルギを要し、優先方位に戻るにはより少ないエネルギしか要しない。出力とは基本的に、簡単に媒体内の磁束であると解される。そして最後に、ノイズとは無線の空電と同様である。多くの空電がある場合は、どの歌を演奏中であるかを識別することは困難である。
垂直の記録を行うには、垂直の異方性を有する磁気記録媒体を使用する必要がある。垂直の異方性は本質的に媒体の表面に対して垂直な磁気モーメントを生成する磁性体材料の結晶構造に因るものである。代表的な垂直の磁性体材料の１つはコバルト−クロム（CoCr）合金である。
CoCr合金の異方性の度合いは合金中のクロムの量によって変化する。クロム含有量が増えると、異方性は減少する。磁気ヒステリシス（Ｍ−Ｈ）も減少する。例えば、CoCrの媒体用の（異方性を判定する）一般的なＭ−Ｈループの垂直方向の直角度は僅か約0.3から0.4であり、これは最適な値である１よりも遙にに低い。更に、充分な垂直の保磁力を達成するには比較的厚い薄膜を使用しなければならない。例えば、1000エルステッド（Oe）の垂直異方性を達成するには、薄膜の厚さはおよそ500Å程度でなければならない。
コバルトとパラジウム、またはプラチナの交互の層を含む多層媒体が優れた垂直記録能力を有するものとしてこの分野で提案されてきた。例えば、カルシア氏の米国特許明細書第4,587,176号（“カーシアＩ”）、ブレーダー氏他の米国特許明細書第4,678,721号、およびカーシア氏の米国特許明細書第5,106,703号（“カーシアII”）のそれぞれにコバルトとパラジウム、またはプラチナの交互の層を含む多層媒体が開示されている。
カーシアＩの特許はコバルトとパラジウム、またはプラチナの交互の層を有する可干渉性（コヒーレント）積層構造に関するものである。コバルトの各層は厚さが８Å未満（より好ましくは７Å未満、また最も好ましくは５Å未満）であるものと記載されている。プラチナまたはパラジウムの各層の厚さは0.65λ（より好ましくは0.80λ、最も好ましくは0.90λ）であり、但しλはコバルトとプラチナ／パラジウムの２つの隣接層に等しい周期性の関数である。λの値は好適には100Å未満である。積層媒体の全体の厚さは3,000Åから20,000Åであることが好ましい。参考文献は、このような交互の層で製造した媒体によって垂直の磁気異方性が高まることを開示している。
ブレーダー氏他の特許は垂直な異方性を伴う磁性体の薄層を有する非磁性体材料の基板からなる磁気記録媒体に関するものである。磁性体層はパラジウムとコバルトの交互の層からなっている。個々のパラジウム層の厚さは0.2nmと2.0nmの間であり、個々のコバルト層は少なくとも１つのコバルト原子の単層を含み、厚さは0.3nm未満である。例えば、前記特許は20nmのPd層、（ｘ）nmの（ｎ）のCo層、および（ｙ）nmの（ｎ）のPd層を含む媒体の製造を開示しており、但しｎ＝150、200、250および300であり、ｘ＝0.2であり、ｙ＝1.80−0.45である。加えて、下層として軟電磁層（すなわちパーマロイ）を加えてもよい。
カーシアIIの特許はプラチナとコバルトの交互の層を含むプラチナ／コバルト多層薄膜を製造する改良型の工程に関するものである。この改良では、クリプトン、キセノン、またはその混合物がスパッタ・ガスとして使用されている。好適には、各コバルト層は互いに同様の厚さを有し、各プラチナ層は他のプラチナ層と同様の厚さを有している。例えば、コバルト層の好適な厚さは12Å（1.2nm）またはそれ未満であり（最も好ましくは２−５Å（0.2−0.5nm）、プラチナ層の好適な厚さは24Å（2.4nm）またはそれ未満であり（最も好ましくはdpt/dCoは約１：５）、積層の全体の厚さは約750Å（75nm）またはそれ未満である。実施例では、プラチナとコバルトの５，10，15，20，25および40の複層を有するサンプルが製造された。更に、より高いスパッタ圧を用いてもよいと思われる。上記特許に基づいて製造された薄膜は高い保磁力と、高程度の異方性を有するものと記載されている。
上記の各特許の開示内容にも関わらず、そこに開示されている媒体によって示される保磁力、出力、およびノイズ・レベルは格別なものではない。保磁力、出力、およびノイズ・レベルは磁気記録媒体によって付与され、媒体から設定される絶対的データ密度に影響を及ぼすことが理解されよう。従って、保磁力と出力とを高め、ノイズ・レベルの低減を伴う多層磁気記録媒体を提供することが望ましい。
発明の大要
出力を高め、ノイズ・レベルを低減する垂直方向の記録媒体の製造を期せずして可能にする基本的な発明は、従来形のものよりも保磁力を大幅に高め、出力が高く、ノイズ・レベルを低減する改良型の多層磁気記録媒体である。この媒体はコバルト、またはコバルトとパラジウムまたはプラチナのような貴金属との合金の積層、もしくは超格子構造である。特に好ましい媒体はパラジウムの核形成層の上のコバルトおよびパラジウムの層を含んでおり、これらの全ては軟磁気（キーパー）（すなわちパーマロイ）層の上に積層されている。
加えて、ある処理条件を採用することによって媒体のノイズ・レベルを精密に制御できることが判明した。例えば、低い真空低面圧と高いスパッタ圧を利用することによって媒体のノイズを低減することができる。更に、スパッタ・ガスに酸素を含めることで媒体のノイズを低減できる。更に、媒体および／またはキーパー層を焼なましすることによって媒体のノイズを制御することができる。格子内の層の数を制御することによっても媒体のノイズに影響を及ぼすことができる。媒体のノイズは更にコバルト層をドーピングしてクロムおよび／またはタンタルとの合金を形成することによっても制御できる。最後に、媒体および／または読取りヘッドの結晶構造を物理的な偏倚を伴って製造することができる。
本発明の別の側面では、本発明に従った媒体とともに使用される新規のヘッドの設計も発見された。ヘッドの設計には本質的に磁気抵抗（MR）読取りヘッドと組合わせた、媒体にかきむための従来形の環状ヘッドが含まれる。媒体ノイズの低減を達成するため、MR素子の感度を媒体に対して完全な垂直方向から偏倚させるように、MRヘッドを物理的に偏倚させて製造することができる。
上記の発明的な特徴の組合わせによって、３ギガビットの実際の直線データ密度に接近する単一のディスク駆動を構成することが可能になる。このような結果は従来形の磁気記録媒体と比較して驚嘆すべき改良を示している。
本発明の媒体を使用することによって、1800Oe、2500Oe、および5000Oeさえも超える保磁力を有する縦方向の磁気記録媒体を製造した。本発明の媒体は高い保磁力、鮮鋭なスイッチ・フィールド分布、および高い直角度比を示すものである。このように、本発明に基づく媒体は超高密度の記録に最適である。例えば、Ｍ−Ｈループの実験では、本発明の媒体は0.8−0.9から１と例外的な直角度を示している。更に、格子内にある積層の数を変更することによって、本発明に従った媒体のMrtを0.5から1.5memu/cm2までに調整することができる。しかし、有利なことに、Mrtを調整するために積層の数を変更すると、保磁力の僅かな変化が認められた。最後に、本発明に基づく媒体は概して30％も鮮鋭な遷移、高い出力、および高いデータ密度を示す。
本発明の一側面では、パラジウムまたはプラチナの群から選択された厚さが50Åより厚い非磁性金属の核形成層を蒸着した基板と、垂直の磁気異方性を有する第１の厚さの磁性金属またはその合金と、パラジウムまたはプラチナの群から選択された第２の厚さの非磁性金属の複数の２重層からなる記録層と、から構成された磁気記録媒体が提供される。
一般に、第１の厚さは約1.5Åと10Åの間である。第２の厚さは一般に約５Åと15Åの間である。核形成層の厚さは一般に約200Åと約600Åの間である。複層の数は一般に約10と30の間である。一般に、核形成層と記録層の全体の厚さは1500Åを超えない。一般に、媒体の保磁力は約1800エルステッド以上である。ある実施例では、媒体は更に核形成層と基板との間に配置されたキーパー層を備えている。キーパー層はNiFe合金から形成されたものでよい。一般に、キーパー層の厚さは約２μmと約６μmの間である。
本発明の第２の側面では、パラジウムまたはプラチナの群から選択された厚さが50Åより厚い非磁性金属の核形成層を蒸着した基板と、第１の厚さのコバルトまたはその合金と、パラジウムまたはプラチナの群から選択された第２の厚さの非磁性金属の複数の２重層からなる記録層と、から構成され、第１の厚さが約1.5Åと10Åの間であり、第２の厚さが約５Åと15Åの間であり、２重層の数が約10と30の間であり、核形成層と記録層との厚さが1500Åを越えず、媒体の保磁力が約1800エルステッド以上であることを特徴とする磁気記録媒体が提供される。
本発明の第３の側面では、基板を備え、パラジウムとプラチナの群から選択された核形成層を約50Åより厚い厚さで基板上に真空蒸着し、核形成層上に記録層を真空蒸着する各ステップからなり、記録層は第１の厚さのコバルトまたはその合金と、パラジウムまたはプラチナの群から選択された第２の厚さの非磁性金属との複数の２重層からなっている磁気記録媒体の製造工程が提供される。
１実施例では、上記の工程は更に、核形成層を蒸着するステップの後に酸素を介在させて媒体を焼なましするステップを含んでいる。別の実施例では、工程は更に、核形成層を蒸着する前に基板上にキーパー層を真空蒸着するステップを含んでいる。別の実施例では、工程は更に、核形成層を蒸着する前に酸素を介在させて媒体をキーパー層とともに焼なましするステップを含んでいる。別の実施例では、記録層を蒸着するステップは酸素を介在させて行われる。
本発明の第４の側面では、情報を磁束の形式で受容し、記憶し、読取ることができるように垂直の磁気異方性Ku、すなわち２×106erg/cc以上である平坦な磁気記録媒体と、磁束の形式で情報を書込み、媒体から磁束の形式で情報を読取るための、環状の書込み素子と磁気抵抗読取り素子とからなる書込み／読取りヘッドと、からなる情報記憶装置が提供される。
１実施例では、磁気記録媒体は更に、パラジウムまたはプラチナの群から選択された厚さが50Åより厚い非磁性金属の核形成層を蒸着した基板と、第１の厚さのコバルトまたはその合金と、パラジウムまたはプラチナの群から選択された第２の厚さの非磁性金属の複数の２重層からなる記録層と、から構成され、第１の厚さが約1.5Åと10Åの間であり、第２の厚さが約５Åと15Åの間であり、複層の数が約10と30の間であり、核形成層と記録層との厚さは1500Åを超えない。
１実施例では、MR素子は媒体の平面に対して垂直に延びる線に対して約−10°から10°の角度で物理的に偏倚されている。別の実施例では、磁気読取り／書込みヘッドは磁気情報を磁気記録媒体に書込むための環状ヘッドと、磁気記録媒体から磁気情報を読取るための磁気抵抗（MR）読取りヘッドとからなり、MRヘッドは磁気記録媒体に対して垂直な方向でヘッド内に配置され、MR素子が磁気記録媒体に対する垂直方向に対して約−10°から10°の角度だけ偏倚されるように、MR素子を物理的に偏倚させたことを改良点としている。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に基づく多層媒体構造の概略断面図である。
第２図は1000ÅのCoCrTaの場合のＭ−Ｈループ図表（第2a図）と、本発明に従った多層媒体の場合のＭ−Ｈループ図表（第2b図）との比較である。
第３図は環状ヘッドによって記録され、MRセンサで読取られる厚さが約200から250ÅのCoCr10.4Ta4の前後方向の磁気抵抗（MR）記録媒体からの孤立パルスを示したプロットである。
第４図は環状ヘッドによって記録され、MRセンサで読取られる、キーパー層を有する750Åの厚さのCoCr17Ta5の縦方向の記録媒体からの孤立パルスを示したプロットである。
第５図は環状ヘッドによって記録され、MRセンサで読取られる、キーパー層を有する本発明に基づく多層媒体からの孤立パルスを示したプロットである。
第６図は環状ヘッドによって記録され、MRセンサで読取られる第３図に示した媒体からの73Kcfiでの信号出力を示したプロットである。
第７図は環状ヘッドによって記録され、MRセンサで読取られる第４図に示した媒体からの73Kcfiでの信号出力を示したプロットである。
第８図は環状ヘッドによって記録され、MRセンサで読取られる第５図に示した媒体からの73Kcfiでの信号出力を示したプロットである。
第９図は環状ヘッドによって記録され、MRセンサで読取られる第３図に示した媒体からの95Kcfiでの信号出力を示したプロットである。
第10図は環状ヘッドによって記録され、MRセンサで読取られる第４図に示した媒体からの95Kcfiでの信号出力を示したプロットである。
第11図は環状ヘッドによって記録され、MRセンサで読取られる第５図に示した媒体からの95Kcfiでの信号出力を示したプロットである。
第12図は従来形の（TDK）MRヘッドで読取られる本発明に基づく媒体の低密度の再生信号を示したプロットである。
第13図は本発明に基づく媒体からの微分された孤立パルスを示す２つのプロットである。第13a図には正のパルスが示され、第13b図には負のパルスが示されている。
第14図は220Kfiでの実測された微分された３ビット・パターン（・・・）と、孤立パルスの線形の重ね合わせからの理論上の３ビット・パターン（＿＿）とを示したプロットである。
第15図は262Kfiでの測定された微分３ビット・パターン（・・・）と、孤立パルスの線形の重ね合わせからの理論上の３ビット・パターン（＿＿）とを示したプロットである。
第16図は媒体のノイズをボルト／周波数1/2）〔v／sqrt（平方根）f〕で表す本発明に基づいて製造された媒体のノイズ・スペクトルと周波数（MHz）との対比を示したプロットである。スパッタしたままの(as sputtered)媒体（＿＿）を本発明に基づく焼なまし後の同じ媒体（・・・）と比較してある。
第17図は媒体のノイズをｖ／sqrt  ｆで表す本発明に基づいて製造された媒体のノイズ・スペクトルと周波数（MHz）との対比を示したプロットである。キーパー層を含むスパッタしたままの(as sputtered)媒体（＿＿）を本発明に基づく焼なまし後の同じ媒体（・・・）と比較している。
第18図は媒体のノイズをｖ／sqrt  ｆで表す本発明に基づいて製造された媒体のノイズ・スペクトルと周波数（MHz）との対比を示したプロットである。焼なまししていないキーパー層を設けて製造された媒体（＿＿）を本発明に基づきキーパーを焼なましした同じ媒体（・・・）と比較している。
第19図はノイズ（ｖ／sqrt  ｆ）と周波数（MHz）とを比較した、本発明に基づいて製造されたキーパーを設けない媒体のノイズ・スペクトルの、クロムのドーピングの作用を観察したプロットである。
第20図はノイズ（ｖ／sqrt  ｆ）と周波数（MHz）とを比較した、本発明に基づいて製造されたキーパーを設けた媒体のノイズ・スペクトルの、クロムのドーピングの作用を観察したプロットである。
第21図はノイズ（ｖ／sqrt  ｆ）と周波数（MHz）とを比較した、本発明に基づいて製造されたキーパーを設けた媒体のノイズ・スペクトルの、格子内の層の数の作用を観察したプロットである。
第22図はノイズ（ｖ／sqrt  ｆ）と周波数（MHz）とを比較した、本発明に基づいて製造された媒体のノイズ・スペクトルの、酸素を介在させた格子内のスパッタリングの作用を観察したプロットである。
第23図は本発明に基づく物理的な偏倚を伴うMR素子を有するMRヘッドの概略側部断面図である。
第23a図および23b図は第23図のMR素子の方位の拡大図である。
第24図は様々な記録媒体の記録／読取り法の比較である。第24a図は環状書込みヘッドと帯状MR読取りヘッドとを使用した前後方向の記録媒体での記録／読取り媒体の従来の法の例である。第24b図は単極の読取りおよび書込みヘッドを使用した垂直方向の記録媒体での記録／読取り媒体の従来の法の例である。第24c図は環状書込みヘッドと帯状MR読取りヘッドとを使用した本発明に基づく垂直方向の記録媒体での記録／読取り媒体の戦略の例である。
第25図は本発明に基づいて組立てたディスク駆動の上部透視図である。
第26図は第25図に示したディスク駆動の分解図である。
発明の詳細な説明
本発明人は期せずして従来形のものよりも保磁力が著しく高く、出力が向上し、ノイズ・レベルが低減した改良形の磁気記録媒体を発見した。基本となる媒体はコバルトまたはコバルト合金と、パラジウムまたはプラチナのような貴金属との積層もしくは超格子構造である。特に好ましい媒体はパラジウムの核形成層の上のコバルトおよびパラジウムの層を含んでおり、これらの全ては軟磁気（キーパー）（すなわちパーマロイ）層の上に積層されている。
加えて、ある処理条件を採用することによって媒体のノイズ・レベルを精密に制御できることが判明した。例えば、低い真空低面圧と高いスパッタ圧を利用することによって媒体のノイズを低減することができる。更に、スパッタ・ガスに酸素を含めることで媒体のノイズを低減できる。更に、媒体および／またはキーパー層を焼なましすることによって媒体のノイズを制御することができる。格子内の層の数を制御することによっても媒体のノイズに影響を及ぼすことができる。媒体のノイズは更にコバルト層をドーピングしてクロムおよび／またはタンタルとの合金を形成することによっても制御できる。最後に、媒体および／または読取りヘッドの結晶構造を物理的な偏倚を伴って製造することができる。
本発明の別の側面では、本発明に従った媒体とともに使用される新規のヘッドの設計も発見された。ヘッドの設計は本質的にMR読取りヘッドと組合わせた、媒体に書込むための従来形の環状ヘッドからなっている。媒体ノイズの低減を達成するため、MR素子の感度を媒体に対して完全な垂直方向から偏倚させるように、MRヘッドを物理的に偏倚させて製造することができる。
上記の発明的な特徴の組合わせによって、３ギガビットの実際の直線データ密度に接近する単一のディスク駆動を構成することが可能になる。このような結果は従来形の磁気記録媒体と比較して驚嘆すべき改良を示している。
本発明の媒体を使用することによって、1800Oe、2500Oe、および5000Oeさえも超える保磁力を有する垂直方向の磁気記録媒体を製造した。本発明の媒体は高い保磁力、鮮鋭なスイッチ・フィールド分布、および高い直角度比を示すものである。このように、本発明に基づく媒体は超高密度の記録に最適である。例えば、Ｍ−Ｈループの実験では、本発明の媒体は0,8−0.9から１と例外的な直角度を示している。更に、格子内にある積層の数を変更することによって、本発明に従った媒体のMrtを0.5から1.5memu/cm2までに調整することができる。しかし、有利なことに、Mrtを調整するために積層の数を変更すると、保磁力の僅かな変化が認められた。最後に、本発明に基づく媒体は概して30％も鮮鋭な遷移、高い出力、および高いデータ密度を示す。
本発明に基づく媒体
本発明に基づく媒体の１実施例A、媒体の断面図である第１図に概略的に示す。前述したように、本発明に基づく媒体は基板30上に基本的にコバルトまたはコバルト合金のような垂直の磁性体材料34と、好適にはパラジウムまたはプラチナのような貴金属からなる非磁性体材料35との積層、もしくは超格子構造33を含んでいる。本発明に基づく別の媒体は軟磁性体材料、もしくはキーパー層31を含んでいる。別の実施例では、本発明に基づく媒体は核形成層32を含んでいる。１実施例では、格子33はパラジウムの核形成層32の上のコバルトおよびパラジウムの層を含んでおり、これらの全ては軟磁気（キーパー）（すなわちパーマロイ）層31の上に積層されている。
図では、媒体は基板30上に形成されている。実施例によっては、基板30は剛性であり、金属、シリコンをベースにした金属、および剛性ポリマーのような従来の任意の基板材料によって形成することができる。例えば、本発明に基づく基板はアルミニウム、ニッケル−リンをメッキしたアルミニウム、石英、ガラス、セラミック、シリコン、炭化シリコン、炭素などを含むことができる。あるいは、基板30は比較的可撓性であって、ポリエステルまたはポリイミドなどの材料から形成されてもよい。基板30は後に蒸着される層の接着性を高めるために洗浄その他の処理を必要とすることがある。加えて、後に蒸着される磁気記録層の所望の結晶形態を促進するため、組織化(texturizing)または研磨のような表面処理を行うことが公知である。あるいは、基板30は従来の磁気テープ記録に適した、例えばポリビニリデンのようなテープでもよく、または従来のフロッピー・ディスクに使用するのに適したポリエチレンエーテルファタレートのような熱可塑性材料のシートでもよい。後の蒸着のためにその他の表面処理を採用して後半部の基板を製造してもよい。
１実施例では、軟磁性体材料層31が基板30上に蒸着される。軟磁性体材料層31はキーパー層31と呼ばれることがある。キーパー層31は多様な軟磁性体材料で形成したものでよい。例えば、１実施例ではキーパー層31はパーマロイ（ニッケル−鉄（NiFe））薄膜からなっている。キーパー層31としてNiFeを使用することの他、その他の多くの軟磁性体材料も同様に効果的である。その他の軟磁性体層の例にはNiFeMo、NiFeMoCu、およびFe、FeAlSi、FeNiO、FeNiO、FeNx、FeTi、FeSiB、FeBC、FeAl、CoVFe、CoTa、CoZr、CoNbZr、CoTi、CoNbTa、CoNiZr、FeNiP、NiFeMo、NiFeCuMo、およびFeCoZrのようなその他の軟合金が含まれる。
一般に、軟磁性体キーパー層31は従来のメッキおよびスパッタ技術を用いて基板30上にメッキ、またはスパッタリングされる。キーパー層31は一般に約0.1から約20μm、または約１から約10μmの深さで蒸着され、ある実施例では約２から約６μmの厚さで蒸着される。
次に、ある実施例では、非磁性体材料の核形成層32がキーパー層31上に蒸着される。核形成層32はパラジウムまたはプラチナのような貴金属で形成したものでよい。他の金属（すなわち銅、亜鉛、カドミウム、水銀合金、銀、および金）も有用であろうが、今のところパラジウムとプラチナが好適である。核形成層32に使用される貴金属は一般に後述の格子に使用される金属に応じて選択される。
核形成層32も一般に従来の技術を用いて軟磁性体層31上にスパッタリングされる。核形成層32は一般に約30から1000Å、または約100から約500Åの深さに蒸着され、実施例によっては約250から約500Åに蒸着されることもある。
１実施例では核形成層32上に、磁性体層34と非磁性体層35の交互の超格子構造33が蒸着される。ある実施例では、磁性体層34はコバルトまたはコバルト合金からなっている。磁性体層34がコバルト合金で形成されている場合は、一般に合金は製造される媒体に充分な垂直の磁気異方性と保磁力が得られるように選択される。例えば、垂直方向の保磁力は約1500Oeから約6000Oeの間であることが多い。ある実施例では、ほぼ純正のコバルトを使用して磁性体層34が形成される。別の実施例では、コバルト−カドミウム、およびコバルト−クロム−タンタルの合金が使用される。このような合金で製造された媒体は本発明において良好に動作する。
磁性体層34の構造がコバルト合金を含む場合には媒体の保磁力は低減することが判明した。同時に、媒体の出力も減少するように思われる。しかし有利なことに、媒体のノイズは低減し、媒体の信号／ノイズ比は高くなる。
ある実施例では、格子32内の磁性体層34は約1.5Åと10Åの間、または約２Åと７Åの間の厚さに蒸着され、実施例によっては約３Åと５Åの間の厚さに蒸着されることもある。
ある実施例では、非磁性体層35はパラジウムまたはプラチナのような貴金属を含んでいる。他の金属（すなわち銅、亜鉛、カドミウム、水銀合金、銀、および金）も有用であろうが、今のところパラジウムとプラチナが好適である。非磁性体層35に使用される貴金属は一般に本発明に従って前述の核形成層32に使用される金属に応じて選択される。しかし、本発明に従って貴金属の混合物を使用してもよいことが理解されよう。例えば、核形成層32をパラジウムで製造し、非磁性体層をプラチナで製造してもよく、その逆でもよいであろう。その上、非磁性体層35を交互の金属、すなわちプラチナとパラジウム（またはその方の適当な金属）の層で製造することもできよう。
非磁性体層35は一般に約５Åと15Åの間、または約７Åと12Åの間の厚さに蒸着され、実施例によっては約８Åと11Åの間の厚さに蒸着されることもある。
磁性体層34と非磁性体層35の一対の層（２重層）の数（もしくは周期性）は一般に約10と40、または約15と25の間である。従って、一般に格子33を構成する層の総数は約20から50である。
格子33は従来の技術を用いてスパッタリングされることができる。例えば、媒体が磁性体層34と非磁性体層35の連続的なスパッタにさらされるように、回転卓上に交互の層を形成することができる。スパッタリング工程中、層を厚く、または薄く蒸着できるようにするため卓が休止するように卓の運動を制御することができる。その上、相互汚染の可能性を防止するため、各層の蒸着の合間に卓を休止させることができる。あるいは、標的をシャッターで遮り、各層を蒸着するのに充分な期間だけシャッターを開けてもよい。本発明に従って媒体を製造するある有利な工程は後に詳細に説明する。
ある実施例では、本発明に従った媒体は媒体の上表面37上に付加的に保護層36を設けている。保護層36は磁気信号処理装置内にある蒸気による磨耗および腐食作用から媒体を保護する役割を果たす。１実施例では、保護層36は所定位置にスパッタリングされる炭素被覆である。あるいは、保護層36はロジウムを含む金属と、炭素および無機非金属炭化物、窒素化合物および例えばシリカまたはアルミナのような酸化物のような非金属材料からなるものでよい。磁気記録ディスクの場合は、保護層の厚さは約80Åと約350Åの間でよく、今のところ約100Åと約150Åの間が好適である。
このように、本発明に基づく媒体は一般に基板30、核形成層32、格子33およちび保護層36を含むことが理解されよう。多くの実施例では基板は研磨されたアルミニウムである。核形成層32の厚さは一般に100Å以上であり、または実施例によっては約200から約600Åである。格子32はある実施例では、コバルト（またはその合金）とパラジウムまたはプラチナの２重層（34および35）を含んでいる。コバルト層の厚さは約1.5Åと約10Åの間、または約２Åと７Åの間であり、実施例によっては約５Åと約15Åの間である。パラジウムまたはプラチナ層の厚さは約５Åと約15Åの間、または約７Åと12Åの間であり、実施例によっては約８Åと約11Åの間のものもある。格子33内の層の数、すなわち周期性は約10と30の間、または約15と25の間である。ある実施例では、格子33と核形成層32の厚さは1500Åを超えない。
本発明に従って製造したある媒体の例を以下の表に示す。この表は本発明に従って製造した多様な媒体を比較したものである。
0003846900.tif 000002
0003846900.tif 000003
表において、ｎ／ｍは非測定値に対応する。表に示されるように、本発明に基づく媒体は高度の保磁力と、増強された信号出力と、低減されたノイズを伴って製造することができる。表はある構造の影響を示すために５種類の別個の媒体に区分されている。サンプル１−３はPd核形成層とCo／Pd格子(lattice)を設け、キーパー層を設けずに製造された本発明の媒体を示している。そのうちサンプル３は焼なましの影響を示している。また、サンプル１は核形成層の厚さの変化の影響を示している。
保磁力ＨcはVSMで測定された。最大印加磁界は（第2a図および2b図に示すように）10KOeであった。磁界は媒体表面に対して垂直に印加された。事前増幅の後に出力、ノイズおよび信号／ノイズ比が測定された。使用されたヘッドは別個の読取りおよび書込み素子を有している。すなわち、環状ヘッドの書込み素子と磁気抵抗素子の読取りヘッドである。書込みヘッドのギャップの長さは0.35μmであり、ギャップ幅は4.3μmであり、巻数は15であり、書込み電流は20mAである。読取り素子は幅が3.5μmの単一のMR読取り素子を有するものであった。
表に示した各例で、信号は73kfciおよび469IPSで記録された。ノイズは信号ピークを除去して、25mHzの帯域幅にわたってノイズ電力スペクトルを積分することによって判定された。ヘッドと電子部品のノイズ要素が積分された全ノイズ電力から減算されて媒体のノイズ電力が判定され、その平方根が媒体のノイズ電圧Nを析出する。信号／ノイズ比（SNR）は下記の方程式から算定される。
0003846900.tif 000004
サンプル４−６もPd核形成層とCo／Pd格子を設け、キーパー層を設けていない本発明の媒体を示している。そのうちのサンプル５および６では、合金を使用したことの影響を示すために、CrがCoと共にスパッタリングされたCoCr合金が形成されたものである。
サンプル７−16はキーパー層を設けたPd核形成層およびCo／Pd格子を設けて製造された本発明の媒体を示している。そのうちのサンプル10−16では、合金を使用したことの影響を示すために、CrがCoと共にスパッタリングされてCoCr合金が形成されたものである。それに加えて、サンプル７では焼なましの影響が示され、サンプル14と15では格子層の数の影響が示されている。
サンプル17はキーパー層を設けたPt核形成層およびCo合金／Pt格子を設けて製造された本発明の媒体を示している。
サンプル18−20はPd核形成層とCoCrTa合金／Pd格子とを設けて製造された本発明の媒体を示している。サンプル18はキーパー層の影響を示し、サンプル20はCoCrTa層の厚さを増したことの影響を示している。
サンプルの比較によって幾つかの傾向が明らかである。第１に、サンプル１によって示されるように、核形成層と単純なCo／Pd格子を使用することによって著しく高い保磁力が可能である。しかし、サンプル２および３に見られるように、出力信号は格別のものではない。出力信号はサンプル７−18に示されるようにキーパー層を使用することによって増強することができる。更に、焼なましによって（サンプル３および７）また、更にある合金成分を使用することによって（サンプル６および17）、ノイズを低減することができる。更に、格子層の数を増すことによって、サンプル14および15に示されるように出力を増強し、ノイズ・レベルを安定させることができる。
ノイズを低減しつつ、出力を増強するための微調整に関するより厳密なデータを下記に記載する。
本発明の媒体の製造工程
本発明に基づく媒体はDCマグネトロン・スパッタリング、RFスパッタリングおよび真空蒸着のような従来のスパッタリング工程を用いて製造することができる。この研究ではDCマグネトロン・スパッタリングが使用された。直径が２インチのCo、Cr、Pt、Pd、およびCoCrTaの円形の標的が使用された。４つの標的を別個に、または同時にスパッタリングできるようにスパッタリング装置には４個の陰極が備えられている。基板は回転卓式のスパッタリングの場合と同様にスパッタ室内で約１から約100rpmの間で回転される。スパッタリング工程中、基板は任意の１つの、または任意の組合わせの標的に晒される。４個の各標的の電力のオン／オフはプログラマブル・コントローラによって個別に制御される。同様にして、４個の各標的への電力は個々に制御される。選択された標定への電力のオン／オフによちって下層および積層を形成することができる。各層の厚さは標的への電力を制御するか、または標的の電力オン時間を制御することによって調整することができる。
媒体のノイズに対する底面圧の影響を研究するため、スパッタリングの前に底面圧を約５×10-5から約２×10-7トルの間で変化させた。スパッタリング・ガス（高純度のアルゴン）の圧力は蒸着中に約10−20mトルの間に保たれた。
驚くべきことに、底面圧とスパッタ圧が媒体のノイズに影響を及ぼすことが判明した。媒体のノイズが低いのは、高いスパッタ圧が用いられる場合が多い。このように、本用例に含まれる大多数の例では、媒体のノイズ低下を達成するために15μmのスパッタ圧が用いられた。加えて、スパッタ・ガス内に酸素を含めることで媒体のノイズを更に制御できることが予期せぬままに判明した。例えば、スパッタ・ガスに約0.05から約0.5％の（ｖ／ｖ）酸素を含めることによって、媒体のノイズを顕著に低減することができた。
本発明に基づく媒体の特性
従って、第２図を注目すると、1000ÅのCoCrTaの縦方向の媒体のＭ−Ｈループのグラフ（第2a図）と、本発明に基づく多層媒体のＭ−Ｈループのグラフ（第2b図）との比較が示されている。第2b図のＭ−Ｈループのグラフは表１に示したサンプル１の媒体から導出したものである。
先行技術の保磁力とMrtが第2a図に示されている。保磁力は1669Oeであり、Mrtは1.6memu/cm2である。更に、グラフ中のループの直角度は約0.39である。これとは対照的に、第2b図に示した本発明に基づく媒体の保磁力は5038Oeであり、Mrtは0.7memu/cm2であり、グラフ中のＭ−Ｈループの直角度は0.83である。
第３図−５図は先行技術の２つの媒体（第３図および４図）と、本発明に基づく媒体（第５図）からの独立パルスを示したプロットである。第３図は環状ヘッドによって記録され、MRセンサによって読取られた厚さが250ÅのCoCr10.4Ta4の前後方向の磁気抵抗（MR）記録媒体からの独立パルスを示したプロットである。媒体のMrtは1memu/cm2であり、保磁力は2100Oeであった。このプロットは事前増幅の後、34．6nsのPW50と、231mvのピークピーク出力を示している。
第４図は環状ヘッドによって記録され、MRセンサによって読取られたキーパー層を有する750ÅのCoCr17Ta5の縦方向の記録媒体からの孤立パルスを示したプロットである。媒体のMrtは1.6memu/cm2であった。立上がり時間は59ns以上であり、事前増幅の後のピーク−ピーク出力は426mvである。
第５図は環状ヘッドによって記録され、MRセンサによって読取られたキーパー層を有する本発明に基づく多層媒体からの孤立パルスを示したプロットである。媒体のMrtは0.7memu/cm2であった。このプロットは事前増幅後に28．5nsの立上がり時間と355mvのピークピーク値を示している。この媒体は表１、サンプル８に示されている。
本発明の媒体から得られたパルスは先行技術の媒体よりも大幅に向上している。パルスの直角度と立上がり時間は図３および図４のCoCrTaの各媒体よりも大幅に向上している。更に、本発明の媒体の出力電圧は第４図の媒体によって示された出力電圧と匹敵し、第３図の媒体によって示された電圧よりも大幅に向上している。
ここで第６図から８図を参照すると、CoCr10.4Ta4の前後方向の磁気抵抗（MR）記録媒体（第６図）（第３図で言及）、750ÅのCoCr17Ta5の垂直方向の記録媒体（第７図）（第４図で言及）、および本発明に基づく媒体（第８図）（第５図で言及）から73kcfiで出力された信号を示したプロットが図示されている。各場合とも、媒体は環状ヘッドによって記録され、MRセンサで読取られた。プロットは特に各媒体のピークピーク出力を示している。第６図では、CoCr10.4Ta4の前後方向の磁気抵抗（MR）記録媒体が事前増幅の後の165mvのピークピーク出力を示している。第７図では、750ÅのCoCr17Ta5の垂直方向の記録媒体が事前増幅の後の160mvのピークピーク出力を示している。第８図では、本発明に基づく媒体が事前増幅の後の256mvのピークピーク出力を示している。
本発明の媒体の出力は73kcfiにおける出力で先行技術の媒体よりも明らかに優れている。本発明の媒体からの信号出力は先行技術の前後（長手）方向の媒体および先行技術の垂直方向の媒体からの出力よりも約40％高い。先行技術の垂直方向の媒体からの高周波出力の低下は、垂直方向の媒体は低周波で高出力を有するにも関わらずその解像度が低いことに起因するものと予測している。
同様にして、第９図−11図はCoCr10.4Ta4の前後方向の磁気抵抗（MR）記録媒体（第９図）（第３図で言及）、750ÅのCoCr17Ta5の縦方向の記録媒体（第10図）（第４図で言及）、および本発明に基づく媒体（第11図）（第５図で言及）から95kcfiで出力された信号を示したプロットである。各場合とも、媒体は環状ヘッドによって記録され、MRセンサで読取られた。プロットは特に各媒体のピークピーク出力を示している。第９図では、CoCr10.4Ta4の前後方向の磁気抵抗（MR）記録媒体が事前増幅の後の122mvのピークピーク出力を示している。第10図では、750ÅのCoCr17Ta5の垂直方向の記録媒体が事前増幅の後の93mvのピークピーク出力を示している。第11図では、本発明に基づく媒体が事前増幅の後の168mvのピークピーク出力を示している。
これらの場合も、本発明の媒体の出力は95kcfiにおける出力で先行技術の媒体よりも明らかに優れている。本発明の媒体からの信号出力は先行技術の前後方向記録の媒体からの出力よりも30％高く、先行技術の垂直方向記録の媒体からの出力よりも約45％高い。
ここで第12図を参照すると、従来形の（TDK）MRヘッドによって読取られた本発明に基づく媒体の低密度再生信号を示したプロットが図示されている。ピーク−ピーク出力は約460mvである。出力は極めて方形に近く、対称である。
ここで第13ａ図および13ｂ図を参照すると、本発明に基づく媒体からの微分された孤立パルスを示す２つのプロットが図示されている。第13ａ図では、正のパルスが図示され、第13ｂ図では負のパルスが示されている。第13ｂ図でのPW50は9.8μin．であるものと計算された。パルスの微分が有用であるのは、微分によって信号がある程度増強され、既存のチャネル・ハードウェアを使用でき、低周波ノイズの作用が最小限にされ、ここで使用されるヘッドが相当量の＋／−の非対称性を有しているにも関わらず正と負のPW50と振幅が完全に対称になるからである。
本発明に基づく媒体におけるPW50は極めて狭い。PWの狭い幅はPW50がギャップの長さによって拡がってはならないことを示している。むしろ、遷移長さは媒体の粒子サイズとMR条片と媒体との間隔とによって限定されるように思われる。このことはPW50を方程式２（Ｄ＋Ａ）によって近似計算できることによって示され、但しＤはMR条片と媒体との間隔であり、Ａは遷移長さである。使用されたヘッドでは、間隔（Ｄ）は約3.5μin．である。このように、粒子サイズは約1.2μin．であると思われる。
ヘッドと媒体との実際の間隔は従来の技術を利用して約２μin．に縮小でき、粒子サイズは1/2に縮小できるものと思われるので、本発明に基づく媒体では5.2μin．のPW50を達成できるものと思われる。密度（データビット／PW50）が２以上である場合は、このような結果はデータの直線密度が約400kビット／inであるものと解釈できる。
ここで第14図を参照すると、測定された微分３ビット(tribit)・パターン（・・・）と、本発明に基づく媒体の220kfiでの孤立パルスの線形重ね合わせからの理論上の３ビット・パターン（＿＿）とを比較したプロットが示されている。本発明に基づく媒体の実際の出力は、従来の前後方向の媒体の場合のように低下するのではなく、線形的な重ね合わせよりも高まっている。上昇の理由は、本発明に基づく媒体には浸透(percolation)がないことにあるものと思われる。プロットでは書込みシフトを視認できるものと思われる。例えば、連続的な遷移は前後方向の記録で認められるものとは反対に重ね合わせよりも遅く押上げられている。この作用は書込みの事前補償によって容易に修復できるものと思われる。従って、非直線性は全て減磁シフトに起因するものであろう。
同じ作用が第15図にも認められ、これは測定された微分３ビット・パターン（・・・）と、本発明に基づく媒体の262kfiでの孤立パルスの線形重ね合わせからの理論上の３ビット・パターン（＿＿）とを比較したプロットである。この解像度レベルは前後方向か、垂直方向かを問わずどの従来形の媒体よりも大幅に高い。
本発明に基づく媒体を使用することによって、1Gビット／in2以上の面積密度を達成できることが期待される。第15図の直線密度は349KBPIである。読取り素子の幅は3.5μmである。このように、インチ当たり5000トラック（TPI）のトラック密度を達成可能である。5000TPIのトラック密度によって、1.745Gビット／in2の面積密度が得られる。
本発明の媒体のノイズの制御
前述したように、本発明の媒体のノイズを制御できることも判明した。媒体のノイズの制御に貢献する要因の幾つかを表１を参照して認めることができる。しかし、媒体のノイズを最小限にするのに有用であることが判明したある基本原理が存在する。このような原理は、本発明の媒体と関連した効用に加えて、多様な縦方向の磁気媒体の設計と製造にも有効であることが予期される。
媒体のノイズを制御するために有用であると判明した基本原理は次のとおりである。（ｉ）酸素または空気を介在させて、スパッタしたままの(as sputtered)薄膜の焼なまし、（ii）垂直方向媒体の蒸着に先立つキーパー層の焼なまし、（iii）垂直方向のコバルト媒体をドーピングしてクロム／タンタルのような合金を形成、（iv）縦方向の記録層の積層数の調整、および（ｖ）酸素を介在させた縦方向の記録媒体のスパッタリングの実施。これらの各要因は以下に逐次説明する。
スパッタリングされた薄膜の焼なまし
一般に、スパッタしたままの(as sputtered)薄膜の焼なましによって垂直方向の記録媒体内の媒体ノイズを低減することが可能であることが実証された。本発明に従って、比較的中庸の温度で、比較的短期間だけスパッタしたままの(as sputtered)薄膜を晒すことによって焼なましが遂行される。例えば、ある実施例では、媒体の焼なましは約260℃の温度で約30分未満だけ行われる。ある実施例では、薄膜は約260℃の温度で約10から20分間焼なましされる。更に、別の実施例では、焼なましステップは空気または酸素の介在の下で行われる。
何らかの特定の理論または動作モードに囚われる意図がなくても、焼なましは縦方向の磁気記録層の結晶構造の方位を更に決定する作用があるものと思われる。しかし、焼なましを更に効果的なものにするため、焼なまし温度と焼なましの継続期間は比較的入念に制御されなければならない。焼なまし時間または温度が長すぎるか、高すぎても焼なましは媒体のノイズを依然として低下すると思われるが、媒体の出力も低下する。従って信号／ノイズ比は最適なものにはならない。
焼なましが酸素または空気を介在させて行われると、焼なましの効果は最大になる。酸素または空気の介在によってどのような効果が誘発されるかは明らかではないが、記録媒体の粒子の境界内に酸素がある程度形成されることが可能であり、これが粒子の磁気交換結合を減結合する。
本発明に基づくスパッタしたままの(as sputtered)媒体のアニーリング作用の例が第16図に示されている。第16図には、本発明に基づいて製造された媒体のノイズ・スペクトルと示したプロットが示され、媒体のノイズv／平方フィート：周波数MHzを提示している。スパッタしたままの(as sputtered)媒体（＿＿）が本発明に基づく焼なまし後の同じ媒体（・・・）と比較されている。
実験では、本発明に従って多相媒体が製造された。媒体は300Åのパラジウムのキーパー層と、3.5Åの20層格子と、10Åのパラジウムとを含むものであった。媒体のスパッタリング後、ノイズ・スペクトルが得られた。ノイズ・スペクトルが得られた後、媒体には約10−20分間260℃の制御された焼なましが施された。
図中、スパッタしたままの(as sputtered)媒体のノイズ・スペクトルが実線（＿＿）で示され、点線（・・・）で示された焼なまし後の媒体のノイズ・スペクトルと比較してある。図に示すように、媒体の信号出力は変化しない。しかし、媒体のノイズは低減した。信号ノイズ比の4.2dBmの上昇が認められた。
媒体をキーパー層を設けて製造した場合の同様の実験も行われた。この実験の結果は第17図に示してある。第17図では、本発明に基づいて製造された媒体のノイズ・スペクトルを示すプロットが図示され、媒体のノイズがv／平方フィート：周波数MHzで示されている。キーパー層を含むスパッタしたままの(as sputtered)媒体（＿＿）が本発明に基づく焼なまし後の媒体（・・・）と比較してある。
実験では、本発明に基づいて６μmのNiFeキーパー層を有する縦方向の記録媒体が製造され、その上に280Åのパラジウム核形成層が蒸着された。核形成層の上には20層の格子が蒸着された。格子は3.5Åのコバルト層と10Åのパラジウム層とを含むものであった。
媒体のスパッタリング後、媒体のノイズ・スペクトル分析が行われた。媒体のノイズ・スペクトルは太い実線（＿＿）で図示してある。ノイズ・スペクトルが得られた後、媒体は本発明に従って焼なましされた。焼なまし260℃で10から20分間焼付けして行われた。焼なまし後、媒体でノイズ・スペクトル分析が行われた。ノイズ・スペクトルの結果は細い実線（＿＿）で図示してある。
図に示すように、焼なましした媒体のノイズは焼なまししない媒体と比較して大幅に低減した。この場合もむしろ興味深いことに、信号は僅かな上昇を示した。しかし、サンプル７および８に関連して表１に示したように信号／ノイズ比は約7dBと著しい上昇を示した。
キーパー層の事前焼なまし
垂直方向の記録媒体の蒸着前のキーパー層の事前焼なましによって、媒体のノイズ低減が認められることも判明した。興味深いことに、垂直方向の層のスパッタリングに先立ってキーパー層を焼なましした場合は、観察される信号が高まるものと思われる。
１実施例では、焼なましは比較的中庸な温度で、比較的短い期間だけキーパー層を晒すことによって行われた。例えば、ある実施例では焼なましは約260℃の温度で約30分未満だけ行われる。別の実施例では、薄膜は約260℃の温度で約10から20分間焼なましされる。更に、別の実施例では、焼なましステップは空気または酸素の介在の下で行われる。
本発明に基づくキーパー層の焼なましの作用の例は第18図に示され、表１およびサンプル７および９に示したとおりである。第18図には、本発明に基づいて製造された媒体のノイズ・スペクトルを示したプロットが図示され、媒体のノイズをv／平方フィート：周波数MHzで示してある。焼なまししないキーパー層（＿＿）を設けて製造された媒体が、本発明に基づいてキーパー層を焼なましした（・・・）同じ媒体と比較してある。
実験では、２種類の媒体が検討された。一方はメッキしたままの(as plated)NiFeキーパー層であり、他方は焼なましされたNiFeキーパー層である。焼なましは基板を含むメッキしたままの(as plated)NiFeを有する基板を約260℃で約10から20分間加熱して行われた。次に、本発明に従って多層媒体が双方の基板上で製造された。媒体は280Åのパラジウムの下層と、3.5Åのコバルトと10Åのパラジウムの20層の格子とを含むものであった。
図中、メッキしたキーパー層を有する媒体のノイズ・スペクトルが実線（＿＿）で示され、点線（・・・）で示された焼なましされたNiFe媒体のノイズ・スペクトルと比較してある。図に示すように、媒体の信号出力は変化しない。しかし、媒体のノイズは低減した。表、サンプル７および９に示すように、信号ノイズ比の6.5dBmの上昇が認められた。
垂直方向のコバルト層のドーピング
垂直方向の記録材料の合金を形成、また記録材料内に合金を形成することによって、媒体のノイズを制御できることも判明した。この目的のため、本発明に従って７つの別個の媒体を製造した。（ｉ）キーパー層を設けないクロムを含まないコバルトの垂直方向の媒体、（ii）キーパー層を設けない、６％のクロムを共スパッタリングしたコバルトの垂直方向の媒体、（iii）キーパー層を設けない、12％のクロムと共スパッタリングしたコバルトの垂直方向の媒体、（iv）キーパー層を設けた、クロムを含まないコバルトの垂直方向の媒体、（ｖ）キーパー層を設けた、６％のクロムを共スパッタリングしたコバルトの垂直方向の媒体、（vi）キーパー層を設けた、12％のクロムを共スパッタリングしたコバルトの垂直方向の媒体、（vii）キーパー層を設けた、18％のクロムを共スパッタリングしたコバルトの垂直方向の媒体、である。
このようなサンプルから生じたノイズ・スペクトルは第19図および20図に示されており、これらは本発明に基づいて製造した媒体のノイズをｖ／平方フィート：周波数MHzで比較したノイズ・スペクトルであり、クロムをドーピングした作用を観察したものである。第19図はキーパー層を設けない媒体の結果（サンプル（ｉ）−（iii））であり、第20図はキーパー層を設けた媒体の結果（サンプル（iv）−（vii））である。
第19図および下記の表２を参照して見られるように、クロムの濃度が高まると、信号出力は僅かに低くなる。しかし、媒体のノイズは大幅に低下する。信号／ノイズ比は約3.31dBmだけ上昇する。表１、サンプル４−６をも参照されたい。
0003846900.tif 000005
ここで第20図および下記の表３を参照すると、本発明に基づくキーパー層を設けた媒体の合金濃度の結果が示されている。表に示すように、クロム濃度が高まると、信号出力は僅かに低下する。同時に、媒体中のノイズも低減する。しかし、ノイズ低下の直線性は、クロム含有量が0.18amps（すなわち18％）に押し上げられる時点で終了するものと思われる。信号／ノイズ比はクロム含有量が高まると上昇する。表１、サンプル９−12をも参照されたい。
0003846900.tif 000006
更に、本発明に基づいて媒体を製造する再にコバルト−クロム−タンタルを使用した場合の、合金の厚さの変化の作用をも観察した。その結果は下記の表４に示してある。表に示すように、サンプル毎の媒体のノイズは前述のクロム・ドーピングしたものと同様であり、その際、クロム含有量はクロム標的への0.12amps（すなわち12％）の電力に基づいている。表１、サンプル12、および表１、サンプル18−20をも参照されたい。
0003846900.tif 000007
記録媒体内の積層数の調整
前述したように、格子内の積層数が媒体のノイズに影響を及ぼすことも認められた。この作用は下記の表５で観察できる。表１、サンプル11および14をも参照されたい。
0003846900.tif 000008
表に示すように、15層の媒体ではノイズは相当に低減するものの、信号も低減する。従って、信号／ノイズ比は増強される。それにも関わらず、本発明の媒体を微調整することによって、20層以上の格子で僅かに少ない積層数を選択しても恐らくは信号の低減を誘発することはないと思われる。それによって媒体のノイズをより良好に制御することができる。第21図には、本発明に基づいて製造した媒体のノイズをｖ／平方フィート・周波数MHzで比較したノイズ・スペクトルのプロットが示されており、格子中の積層数の作用を観察したものである。
酸素を介在させた記録層のスパッタリング
更に、少量の酸素を介在させた格子のスパッタリングによって媒体のノイズが低減することが判明した。この工程の何らかの特定の理論または動作モードに囚われる意図がなくても、酸素は記録媒体内の結晶の方位の再編成を促進することが期待される。加えて、記録媒体の水晶格子内にある程度の酸素が形成されることも可能である。更に、RFスパッタリングを採用する場合は、ノイズを低減するために酸化コバルトを標的にすることも可能である。
酸素を介在させた格子のスパッタリングの作用が第22図に示されており、この図は本発明に基づいて製造した媒体のノイズをｖ／平方フィート：周波数MHzで比較したノイズ・スペクトルのプロットが示されており、酸素を用いた格子のスパッタリングの作用を観察したものである。酸素は底面圧を変更することによって調整される。ある実施例では、使用される酸素の量は約0.05から0.5％（ｖ／ｖ）の間である。
MR読取りヘッド内でのMR素子の物理的な偏倚
媒体のノイズを制御するための上述の戦略に加えて、更に本発明に基づいて製造された媒体はMR読取りヘッドを使用して極めて効率よく読取られることが判明した。このような発見にかんがみ、顕著な媒体ノイズを低減するために物理的に偏倚させた（すなわち媒体内の垂直方向の磁束に対して傾斜させた）MRヘッドを設計した。このようにヘッドは第23図に示されており、この図は本発明に基づく物理的な偏倚を有するMRヘッドの概略側断面図である。
ここで用いるMRとは異方性磁気抵抗作用（AMR）および巨大磁気抵抗作用（GMR）である。多様なAMRおよびGMRセンサおよび材料が公知である。例えば、AMRセンサは一般にはNiFe材料（すなわちパーマロイ）から形成され、基板上でホイートストーン・ブリッジ構造に構成されている。GMRセンサは一般に磁性体材料（すなわちFe、Co、Ni、またはその合金）と非磁性体材料（すなわちCr、Ru、Cu、Al、Ag、Au、またはその合金）の交互の多層薄膜から形成され、一般に基板上にホイートストーン・ブリッジ構造に構成されている。本発明に基づいて、AMRまたはGMR型のセンサのいずれかを用いてもよい。
図には記録層61とキーパー層62とを有する本発明に基づく垂直方向の記録媒体60が、環状書込み素子63とMR条片の読取り素子64とによって示されたヘッドと組あわせて示されている。環状書込み素子63は一般に第１磁束アーム65と、第２磁束アーム66と、ギャップ67とを含んでいる。環状書込み素子63はギャップ67を横切る磁束68を生成するために使用される。磁束は媒体60内の磁束の所望の方向に応じて第１磁束アーム65、または第２磁束アーム66のいずれかを通して誘導してよい。磁束68は媒体60内に差分磁束密度69（矢印）の領域を生成する。このような磁束69は驚くべきことに、環状書込み素子63を使用すると一般に、間に遷移領域72を置いて垂直上70または垂直下71の方向に整列される。
媒体60がMR素子64の下を通過すると、MR素子64は媒体60内の磁束が垂直である領域（すなわちポイント70および71）で抵抗の変化を生じ、信号は媒体60内の垂直に位置合わせされた磁束に応答する。
MR素子64はシールド74aおよび74bによって書込みヘッド63から遮蔽され、またMR素子64シールド74aと74bとの間に配置される。図中、MR素子64は媒体60に対して垂直に延びた想像線76に対して角度75（θ）で偏倚されている。
角度75（θ）は約−20°から約20°の間、または約−15°から約15°の間であり、ある実施例では、約−10°から約10°の間にある。
第23a図および23b図には、第23図に示したMR読取りヘッドの拡大図を示してある。第23a図では、MR読取り素子64は物理的な偏倚なく、すなわち角度75（θ）が０°である状態が示されている。第23b図では、MR読取り素子64は物理的に偏倚されて、すなわち角度75（θ）が約10°である状態が示されている。
動作時には、MR素子64の角度75は物理的な偏倚を付与するように作用する。角度75は本質的に、垂直の上昇70方向、または垂直下降71方向である媒体内の磁束69に対するMR素子64の感度を僅かに低下させる役割を果たす。媒体内の各粒子は、少なくとも粒子サイズと粒子の方位に左右される可変磁束密度を有するものと予測される。このように、MR素子64の感度が磁束密度の上記の変化に応じて僅かに低下することによって、媒体のノイズが低減することが予期される。
格子内の同様の僅かな物理的な偏倚をともなわて格子内の結晶が成長することにより、同様の効果を達成できることが理解されよう。例えば、角度を有する種類の結晶の成長を誘発するように基板の組織を変更することができる。加えて、基板と標的とのスパッタリング工程中に角度付きの変化を生成することも可能である。
上記を組合わせたアプローチを採用することも可能であろう。例えば、結晶の成長を垂直の１方向に物理的に偏倚させ、一方、MR素子64を反対方向に範囲させることができよう。このようなアプローチを利用して媒体のノイズを大幅に低減することが可能であろう。
本発明に基づく媒体と環状書込み／MR読取りヘッドとを組入れたディスク駆動システム
本発明に従って、本発明に基づく媒体と環状書込み／MR読取りヘッドとを組入れたディスク駆動システムが提供される。このシステムの動作は情報を記録し、かつ読取る従来形のシステムの説明と組合わせることによってより明解に理解されよう。一般に、従来形のシステムは前後方向と垂直方向の媒体、および記録と読取りに使用されるヘッドの種類によって分類してもよい。
このように、第24図には種々の記録媒体を使用した記録／読取り法の比較が示されている。第24a図は環状の書込みヘッドとMR条片の読取りヘッドとを使用した前後方向の記録媒体での従来の記録／読取り法の例である。第24b図は、単極の読取りおよび書込みヘッドを使用した垂直方向の記録媒体での従来の記録／読取り法の例である。第24c図は環状書込みヘッドとMR条片の読取りヘッドとを使用した本発明に基づく垂直方向の記録媒体での読取りおよび書込み法の例である。
第24a図には、環状書込み素子39とMR条片の読取り素子40とによって示されたヘッドの組合わせを有する前後方向の記録媒体38を示してある。環状書込み素子39は一般に上部の、すなわち第１の極41と、第２の極42と、ギャップ43とを含んでいる。環状の書込み素子39はギャップ43を横切って磁束44を生成するために使用される。磁束44は媒体38内に差分磁束密度45（矢印）の領域を生成する。理解されるように、媒体の表面と平行な磁束は一般に前後方向の媒体内に情報を記憶するために使用される磁束差分を含む情報である。このような磁束45は、環状書込み素子39を使用する場合、一般に平行方向右46、垂直方向上47a、垂直方向下47b、または平行方向左48に整列される。
媒体38がMR素子40の下を通過すると、MR素子40は媒体38内の磁束が垂直（すなわちポイント47aおよび47b）である領域で抵抗値が変化し、信号は出力49で示すように発生される。
第24b図では、垂直方向の媒体に対する読取りと書込みのための従来形のシステムが示されている。図では、記録層51とキーパー層52とを有する垂直方向の記録媒体50が示されている。媒体50に対して磁束54を発生するために単極の読取りおよび書込みヘッド53が使用されている。磁束54は一般に、例えばキーパー層52を通過して媒体を経て戻る。磁束54は媒体50内に差分磁束密度55（矢印）の領域を生成する。このような磁束55は、極ヘッド53を使用した場合、一般に間に遷移領域58を置いて垂直上56、または垂直下57方向に整列される。極ヘッド53が書込みをしていない場合は、このヘッドは媒体50に対して垂直な媒体からの磁束に感応する。
媒体50が読取りヘッド53の下を通過すると、読取りヘッド53は垂直の磁束領域（すなわちポイント56および57）を検出し、例えば出力58のような出力を生成する。
最後に、第24c図では、記録層61と、キーパー層62とを有する本発明に基づく垂直方向の記録媒体60が環状書込み素子63とMR条片の読取り素子64とによって示されたヘッドとともに示されている。環状書込み素子63は一般に第１の極65と、第２の極66と、ギャップ67とを含んでいる。磁束68は媒体60内に差分磁束密度69（矢印）の領域を生成する。このような磁束69は、環状書込み素子63を使用すると、驚くべきことに、間に遷移領域72を置いて垂直上70、または垂直下71方向に整列される。
媒体60がMR素子64の下を通過すると、MR素子64は媒体60内の磁束が垂直（すなわちポイント70および71）である領域で抵抗値が変化し、信号は出力73で示すように発生される。
本発明の媒体と、前述の環状書込み／MR読取りヘッドとを使用したディスク駆動の驚嘆すべき特徴は、環状書込みヘッドを使用して本発明の媒体が垂直の方位に容易に磁化されることにある。本発明に基づく環状書込みヘッドを使用可能であることには、顕著な利点がある。このようなヘッドは容易に、かつ安価に構成できる。更に、環状書込みヘッドは単極の書込みヘッドで必要であるように磁束の戻りのために媒体に依存しない。
第25図は本発明に基づいて組立てたディスク駆動の上部透視図である。ディスク駆動77は嵌合してハウジング80を形成する平面78とカバー79とからなるハードディスク・アセンブリを含んでいる。ハウジング80はディスク記憶媒体81と、アクチュエータ・アセンブリ82とを格納している。ディスク記憶媒体81は上表面82と下表面（図示せず）とを含んでいる。更に駆動システム77内でのデータ記憶を制御するために用いられる複数の集積回路部品を有する印刷配線板84からなる制御手段83も備えられている。印刷配線板84からハウジング80へと制御信号を転送するためにヘッダ・アセンブリ85も含まれている。
第25図に示したようなディスク駆動77の分解図である第26図に示すように、軸とは垂直な平面のディスク87のほぼ中心を通る軸を支点に回転するように底面78に回転モータ86が取りつけられ、ディスク記憶媒体81を支持している。アクチュエータ・アセンブリ82はディスク81の表面の近傍位置にある少なくとも１つの相互作用素子88を実装するためのアクチュエータ・アーム87を含んでいる。専門家には明解に理解できるように、一般に例えば磁気読取りヘッドと書込みヘッドのような少なくとも２個の相互作用素子88が、ディスク記憶媒体81の各表面に１個ずつ備えられている。
これまで本発明を特定の実施例に関連して説明してきたが、本発明はその他に修正も可能であり、本明細書は一般に、本発明の原理に基づく任意の変更、用途、または適合をも包括することを意図したものであり、かつ本発明が関連する公知の、またはこの分野の通常の実施態様内に含まれ、かつ本発明の範囲と、添付の請求の範囲の限定内に含まれる前述の本質的な特徴が該当するこれまでの記述とは異なる実施態様を含むことを意図したものである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２４Ｃ】
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【図２５】
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【図２６】
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