DE69023156T2

DE69023156T2 - Magnetplatte zur Datenspeicherung mit niedrigem inhärenten Störpegel.

Info

Publication number: DE69023156T2
Application number: DE69023156T
Authority: DE
Inventors: Richard Henry Ahlert; James Kent Howard; Steven Eugene Lambert; Ian Lewis Sanders
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: IBM United Kingdom Ltd; HGST Netherlands BV
Priority date: 1989-03-16
Filing date: 1990-03-08
Publication date: 1996-05-30
Anticipated expiration: 2010-03-09
Also published as: JP3443547B2; EP0388088A2; HK71396A; JPH02281414A; JP2000207727A; JP3041702B2; EP0388088B1; DE69023156D1; EP0388088A3; US5051288A

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf Magnetplatten zur Datenspeicherung mit niedrigem inhärentem Störpegel bei hoher linearer Aufzeichnungsdichte.

Hintergrund der Erfindung

Eines der Probleme bei Dünnschichtmedien mit Metallegierung, die in Magnetplatten zur Datenspeicherung verwendet werden, einschließlich Medien mit CoPt-Legierung und CoNi-Legierung, ist die Zunahme des inhärenten Störpegels mit zunehmender linearer Aufzeichnungsdichte. Der Störpegel entsteht durch Unregelmäßigkeiten in den magnetischen Übergängen und führt zu unkontrollierbaren Schwankungen der Prüflesesignal-Maxima Diese unkontrollierbaren Schwankungen werden als "Spitzen-jitter" oder "Zeit-jitter" bezeichnet. Das heißt, je höher der Störpegel, desto größer die Bit-Fehlerhäufigkeit. Es ist daher wünschenswert, ein Dünnschichtmedium mit einer Metallegierung zu entwickeln, bei dem der Störpegel unter einer maximal zulässigen Höhe bleibt, damit Daten mit maximaler linearer Dichte aufgezeichnet werden können. Die Auswirkungen des inhärenten Störpegels auf die Bit-Fehlerhäufigkeit in magnetischen Aufzeichnungssystemen, gemessen anhand des Spitzen-jitter und des Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR) des Mediums, wird von Katz, et al in "Effect of Bitshift Distribution on Error Rate in Magnetic Recording", IEEE Trans. on Magnetics, Band MAG-15, Seite 1050-1053, 1979 beschrieben. Die Messung des SNR in Aufzeichnungsmedien wirci von Belk, et al. in "Measurement of the Intrinsic Signal-to-Noise Ratio for High Performance Rigid Recording Media", J.Appl. Physics, 59(2), 15. Januar 1986, Seite 557-562 beschrieben.
In der U.S. Patentschrift 4,789,598 des Rechtsnachfolgers wird eine Aufzeichnungsmagnetplatte aus einer CoPtCr-Metallegierung beschrieben, bei der durch die hohe Cr-Konzentration der inhärente Störpegel bei hoher Aufzeichnungsdichte reduziert wird.
EPA-0243860 beschreibt eine Platte zur Datenspeicherung für vertikales Aufzeichnen mit einer mehrschichtigen Struktur, mit der man eine erhöhte Koerzitivkraft erreicht. JP-A-59-142738 beschreibt eine Datenspeicherplatte mit zwei magnetischen Schichten, eine zum Aufzeichnen von Servo-Informationen, die zweite zum Aufzeichnen von Daten. Die dazwischenliegende Schicht soll vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,8 Mikrometer dick sein.
Dementsprechend stellt die Erfindung eine Magnetplatte zur Datenspeicherung für horizontales Aufzeichnen bereit, die folgendes umfaßt: ein Substrat und eine über dem Substrat gebildete laminierte magnetische Schicht, wobei die laminierte magnetische Schicht weiter abwechselnd Schichten einer magnetischen Schicht aus einer Legierung auf Kobaltbasis mit Platin oder Nickel, und einer nichtmagnetischen Abstandsschicht umfaßt, wobei die laminierte Schicht zwei der genannten magnetischen Schichten und eine der genannten Abstandsschichten aufweist, und dadurch gekennzeichnet ist, daß die genannte Abstandsschicht eine Dicke unter etwa 8 nm (80 Angström) aufweist.
Die Erfindung stellt außerdem eine Magnetplatte zur Datenspeicherung für horizontales Aufzeichnen bereit, die folgendes umfaßt: ein Substrat; und eine laminierte magnetische Schicht, die über dem Substrat gebildet wird, wobei die laminierte magnetische Schicht weiter abwechselnd Schichten einer magnetischen Schicht aus einer Legierung auf Kobaltbasis mit Platin oder Nickel aufweist, und eine nichtmagnetische Abstandsschicht, und dadurch gekennzeichnet ist, daß die laminierte Schicht mindestens drei der genannten magnetischen Schichten und zwei der genannten Abstandsschichten aufweist.
Die hieraus entstehende laminierte Plattenstruktur hat einen wesentlich geringeren inhärenten Störpegel bei hohen linearen Aufzeichnungsdichten. Die Vorteile für das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) können am besten erreicht werden, wenn die nichtmagnetische Abstandsschicht so dünn wie möglich gehalten wird; die Dicke muß gerade ausreichen, um die Kontinuität der später abgeschiedenen magnetischen Schicht wirksam zu unterbrechen.
Es wird bevorzugt, daß die Magnetplatte zur Datenspeicherung weiter eine nichtmagnetische Unterschicht zwischen dem Substrat und der Magnetschicht umfaßt, wobei die Unterschicht entweder aus Chrom, Molybdän oder einer Legierung mit Chrom und Vanadium gebildet wird. Es wird weiter bevorzugt, daß die Magnetschichtlegierung Kobalt, Chrom und Platin umfaßt oder Molybdän oder Chrom enthält, und die Legierung der nichtmagnetischen Abstandsschicht aus Chrom, Molybdän oder einer Legierung mit Chrom und Vanadium gebildet wird, wobei jede magnetische Schicht eine Dicke unter etwa 25 nm (250 Angström) aufweisen soll.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Kurvenbild des SNR als eine Funktion der linearen Dichte für eine einschichtige und eine zweischichtige CoPtCr-Plattenstruktur;
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung des SNR als eine Funktion der linearen Dichte für verschiedene laminierte CoPtCr- Plattenstrukturen, die die Störpegelreduzierung im Verhältnis zu der zunehmenden Anzahl der Schichten erläutert;
Fig. 3 ist ein Balkendiagramm, das die Messungen des Signals und des Störpegels als eine Funktion der Anzahl der Schichten in der laminierten Plattenstruktur erläutert;
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung des SNR als eine Funktion der linearen Dichte für eine CoPtMo-Platte, welche die allgemeine Reduzierung des Störpegels mit zunehmender Schichtanzahl erläutert;
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung des Verhältnisses des Störpegels zur Signalamplitude als eine Funktion der Magnetschichtdicke; und
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung der Rechteckigkeit der Koerzitivkraft als eine Funktion der Dicke der magnetischen Schicht.

Ausführliche Beschreibung

Zur Erläuterung des verbesserten SNR für laminierte Platten mit CoPt-Legierung und der Abhängigkeit dieser Verbesserung von der Anzahl und der Dicke der einzelnen Schichten wurden verschiedene Arten von Platten mit CoPt-Legierung mit verschiedenen Arten von nichtmagnetischen Abstandsschichten hergestellt.
Die Platten wurden in einem HF-DC-Magnetron-Sputtersystem (S-Kanone) hergestellt. Der Ar-Sputterdruck betrugt etwa 1,333 x 10&supmin;&sup5; Pa (1 x 10&supmin;&sup7; Torr) vor der Abscheidung und wurde bei jeder Abscheidung bei 0,427 Pa (3,2 m Torr) gehalten.
Alle Abscheidungen wurden ohne Substratwärme ausgeführt. Die Substrate waren 5 1/4" AlMg/NiP-Platten (133 x 35 mm). Die Oberflächen der Substrate wurden mittels HF-Entladung gereinigt und die Unterschichten aus Mo, Cr oder CrV (30-40 nm, 300-400 Angström dick) wurden vor der Laminierung der Magnetschicht auf die Substrate aufgesputtert. Die Magnetschicht wurde dann durch Wechseln der Sputter-Sources (Magnetschicht und Abstandsschicht) aufgesputtert, um die Laminatstruktur zu bilden.
Tabelle 1 beschreibt die magnetischen Eigenschaften einer einschichtigen Co74Pt9CRr17-Schicht (55 nm, 550 Angström) im Vergleich mit einer zweischichtigen Schicht (2 x 25 nm, 2 x 250 Angström), die durch eine 8 nm (80 Angström) dicke Schicht aus nichtmagnetischem Cr80V20 voneinander getrennt werden. Tabelle 1 Einzelschicht (55 nm, 550 Angström) Laminierte Schicht (2 x 25 nm, 2 x 250 Angström) Mr Hc S S*
Fig. 1 ist eine graphische Darstellung des SNR (dB) im Verhältnis zur linearen Aufzeichnungsdichte für die beiden horizontalen Aufzeichnungsplatten, deren Daten in der Tabelle 1 enthalten sind, wobei SNR das Verhältnis der Signalamplitude Basis-Spitze (in Mikrovolt) zum RMS-Störpegel (in Mikrovolt) darstellt. Man beachte, daß eine zweischichtige Struktur von CoPtCr das SNR um etwa 8-9 dB bei 3.000 Flußumkehrungen pro Millimeter (fr/mm) erhöht. Die 8 nm (80 Angström) dicke Cr80V20-Schicht, die die beiden CoPtCr-Schichten voneinander trennte, hatte keine Auswirkung auf die isolierten Prüfleseimpulse, was darauf hindeutet, daß die Laminierung die Aufzeichnungseigenschaften nicht nachteilig beeinflußte.
Fig. 2 beschreibt die Wirkung einer Laminierung von CoPtCr in bis zu 6 Schichten (6 x 9 nm, 6 x 90 Angström), wobei aneinandergrenzende Schichten durch nichtmagnetische Abstandsschichten aus Cr80V20 getrennt werden (4 nm/40 Angström). Bei einer einschichtigen Struktur ergab sich ein SNR von nur etwa 5 dB bei 3.000 fr/mm, verglichen mit einem SNR von etwa 20 dB bei einer laminierten Struktur mit 6 Schichten.
Fig. 3 zeigt einen Gesamtvergleich der Wirkung der Laminierung auf das Signal und den Störpegel. Man kann erkennen, daß die Auswirkung der Laminierung auf das Signal minimal, jedoch die Reduzierung des Störpegels außerordentlich groß ist, wenn man die Anzahl der Schichten in der Laminierung erhöht.
Fig. 4 beschreibt SNR-Daten für eine Co68Pt12Mo20-Platte, die entweder mit 8 nm (80 Angström) oder 4 nm (40 Angström) dickem, nichtmagnetischem Mo laminiert wurde, als eine Funktion der linearen Dichte. Man beachte, daß durch die Laminierung das SNR bei 3.000 fr/mm verbessert wird, ähnlich wie bei CoPtCr für ein- und zweischichtige Strukturen (Fig. 1). Jedoch war die dreischichtige Struktur (3 x 13,4 nm, 3 x 134 Angströni) mit 8 nm (80 Angström) dicken Mo-Abstandsschichten nicht so gut wie die zweischichtige Struktur. Reduzierte man die Dicke der Mo-Abstandsschicht von 8 nm (80 Angström) auf 4 nm (40 Angström), erreichte man eine Verbesserung des SNR. Hieraus kann man ablesen, daß die nichtmagnetische Abstandsschicht so dünn wie möglich sein sollte, das heißt, daß sie eine minimale Dicke aufweisen sollte, die gerade ausreicht, um das Wachstum einer magnetischen Schicht zu ermöglichen.
Ähnliche Eregebnisse mit verbessertem SNR erreichte man bei Platten, bei denen die magnetischen Schichten aus CoPtCr auch mit Mo legiert und durch nichtmagnetische Abstandsschichten aus Mo (4 nm, 40 Angström) voneinander getrennt wurden. Verbesserungen des SNR konnten auch bei Platten beobachtet werden, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, wenn die Abstandsschichten entweder aus Cr, Mo oder CrV bestanden und Dicken zwischen etwa 4 nm und 8 nm (40 und 80 Angström) aufwiesen.
Die rauscharme laminierte Dünnschichtplatte aus CoPt-Legierung basiert auf der Feststellung, daß eine einzige dünnere Schicht mit einer CoPt-Legierung bessere Eigenschaften hinsichtlich des Störpegels aufweist, als eine dicke Schicht (siehe Fig. 5, wo So die Null-Maximum Signalamplitude eines isolierten Übergangs ist). Außerdem konnte experimentell nachgewiesen werden, daß das verbesserte SNR mit einer Reduzierung der Schichtdicke der CoPt-Legierung von einer Reduzierung der Vierkantigkeit der Koerzitivkraft S* begleitet wird (siehe Fig. 6). Es wird angenommen, daß der niedrige S*-Wert auf eine geringere Austauschkoppelung zwischen den Kristallkörnern der polykristallinen CoPt-Legierungsschicht hindeutet. Gemäß der vorliegenden Erfindung, jedoch anders als bei den herkömmlichen CoPt-legierten Dünnschichtplatten, ist es also wünschenswert, eine Laminierung mehrerer Schichten zu haben, wobei jede Schicht einen relativ niedrigen Wert für S* hat, da dies zu einem niedrigen inhärenten Störpegel führt. Unter Bezugnahme auf die Figuren 5 und 6 wird klar, daß sich dieses Phänomen auch auf dünne CoNi-legierte Schichten anwenden läßt. Es wird daher angenommen, daß ein verbesserter niedriger Störpegel auch durch die Laminierung dünner CoNi-legierter Schichten mit dünnen nichtmagnetischen Abstandsschichten erreicht werden kann.
Die obige Beschreibung bezieht sich nur auf die Erfindungsstruktur, die einen Teil des Aufzeichnungsmediums bildet, nicht auf die herkömmlichen bekannten Teile des Mediums und die Herstellungsverfahren. Es ist z. B. bekannt, daß bei der Herstellung von Dünnschichtplatten mit Metallegierung über der Magnetschicht ein Schutzüberzug, beispielsweise durch Aufsputtern einer Kohlenstoffschicht, aufgetragen wird. In der vorliegenden Erfindung wird die Schutzschicht über der obersten Schicht der laminierten Schichtstruktur gebildet.

Claims

1. Eine Magnetplatte zur Datenspeicherung für horizontales Aufzeichnen, folgendes umfassend:

ein Substrat; und

eine laminierte magnetische Schicht die über dem Substrat gebildet wird, wobei die laminierte magnetische Schicht weiter abwechselnd Schichten einer Magnetschicht aus einer Legierung auf Kobaltbasis umfaßt, wobei in der Legierung Platin oder Nickel vorhanden sind, und eine nichtmagnetische Abstandsschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die laminierte Schicht mindestens zwei der genannteil magnetischen Schichten hat und eine der genannten Abstandsschichten, jedoch nicht enthaltend eine Platte mit zwei magnetischen Schichten und einer Abstandsschicht, wo die Abstandsschicht eine Dicke von mehr als etwa 8 nm (80 Angström) aufweist.

2. Eine Magnetplatte zur Datenspeicherung nach Anspruch 1, bei der jede Abstandsschicht eine Dicke unter etwa 8 nm (80 Angström) hat.

3. Eine Magnetplatte zur Datenspeicherung nach jedem vorangehenden Anspruch, weiter umfassend eine nichtmagnetische Unterschicht zwischen dem Substrat und der Magnetschicht.

4. Eine Magnetplatte zur Datenspeicherung nach jedem vorangehenden Anspruch, bei der die Legierung der Magnetschicht Kobalt, Chrom und Platin enthält.

5. Eine Magnetplatte zur Datenspeicherung nach Anpruch 1 oder 2, bei der die Legierung der Magnetschicht Chrom oder Molybdän enthält.

6. Eine Magnetplatte zur Datenspeicherung nach jedem vorangehenden Anspruch, bei der die nichtmagnetische Abstandsschicht aus Chrom, Molybdän oder einer Legierung gebildet wird, die Chrom und Vanadium enthält.

7. Eine Magnetplatte zur Datenspeicherung nach jedem vorangehenden Anspruch, bei der jede Magnetschicht eine Dicke unter etwa 25 nm (250 Angström) aufweist.

8. Eine Magnetplatte zur Datenspeicherung nach jedem vorangehenden Anspruch, bei der die laminierte Magnetschicht eine Vierkantigkeit der Koerzitivkraft S* im Bereich von etwa 0,6 bis 0,8 aufweist.

9. Eine Magnetplatte zur Datenspeicherung nach jedem vorangehenden Anspruch, bei der über der Schicht, die am weitesten vom Substrat entfernt ist, eine Schutzschicht gebildet wird.

10. Den Einsatz von Laminierungen in der magnetischen Schicht, die abwechselnd Schichten einer magnetischen Schicht mir einer auf Kobalt basierenden Legierung mit Platin oder Nickel und einer nichtmagnetischen Abstandsschicht umfaßt, in einer Magnetplatte zur Datenspeicherung für horizontales Aufzeichnen, die ein Substrat und eine über dem Substrat gebildete magnetische Schicht umfaßt, wobei mindestens zwei der genannten magnetischen Schichten und eine der genannten Abstandsschichten vorhanden sind, um den inhärenten Störpegel zu reduzieren.