FR2924261A1 - Support d'enregistrement magnetique - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un support d'enregistrement magnétique (100). L'invention trouve une application particulièrement intéressante dans le domaine du stockage d'informations sur des disques durs. Le support (100) comporte un réseau de zones magnétiques disposées sur un substrat (102), chaque zone magnétique comportant au moins une première (C'1) et une deuxième (C'2) couches magnétiques superposées et séparées l'une de l'autre par une couche non magnétique (NM'). En outre, ladite première couche magnétique (C'1) présente une aimantation orientée sensiblement parallèlement au plan dudit substrat (102) et ladite deuxième couche magnétique (C'2) présente une aimantation orientée sensiblement perpendiculairement au plan dudit substrat (102).

Description

La présente invention concerne un support d'enregistrement magné-tique. L'invention trouve une application particulièrement intéressante dans le domaine du stockage d'informations sur des disques durs. L'enregistrement magnétique demeure la technique la plus fiable et la plus économique pour stocker et relire de façon réversible des quantités massives d'information sous forme binaire. Elle est basée sur l'utilisation de couches magnétiques dont les propriétés sont optimisées pour que la densité d'écriture soit maximale, que les processus d'écriture et de lecture soient efficaces, et que l'information qui y est stockée ait une durée de vie suffi- sante (typiquement 10ans) et prévisible. La densité de stockage des disques durs d'ordinateurs, c'est-à-dire des supports d'enregistrement magnétiques, croit à un rythme de 60% par an depuis une quinzaine d'années. En 50 ans, la capacité de stockage est passée de 2 Kbits/in2 à près de 400 Gbits/in2 (1 in = 2.54cm).

Actuellement, les supports d'enregistrement magnétiques sont le plus souvent des supports continus comportant au moins une couche sensible magnétiquement, déposée sur un substrat généralement fabriqué dans un alliage d'aluminium. Cette couche sensible est aujourd'hui constituée d'un film continu d'alliage polycristallin CoPtCrX de structure hexagonale compacte hcp pré-sentant une forte anisotropie magnétocristalline selon l'axe c (dit axe facile) orienté soit dans le plan, soit dans la direction perpendiculaire au plan. Cette couche est formée d'une multitude de cristallites de dimension nanométrique. Les éléments d'addition X sont soit du Ta soit du P soit du B, et agis- sent sur le découplage des grains et/ou sur leur orientation. Le Pt a pour but de renforcer l'anisotropie magnétique du media. Aux densités d'information actuelles de l'ordre de 150Gbit/in2, la taille des cristallites est de l'ordre 8nm et tend à décroitre au fur et à mesure que la capacité de stockage augmente. Chaque bit d'information comprend typiquement une centaine de grains (i.e. la taille d'un bit correspondant typiquement à 200nm x 40nm) et l'orientation de leur aimantation moyenne définit la valeur binaire 0 ou 1. L'anisotropie de ces couches de stockage est donc uniaxiale et la stabilité de l'information écrite dépend de l'amplitude de cette dernière, de l'aimantation du média (à cause des effets de champ démagnétisant), et de la taille des grains. Afin d'augmenter la densité de stockage, de façon connue, la taille d'un bit d'information doit être diminuée. On parvient aujourd'hui à des tailles de bit de l'ordre de 150nmx30nm, et des rapports d'aspect (rapport longueur sur largeur du domaine magnétique représentant un bit d'information) diminuant pour tendre vers un rapport compris entre 4 et 5, le nombre de grains par bit étant d'environ une centaine.

Toutefois, pour garder un rapport signal sur bruit suffisant, il ne faut pas qu'il y ait moins de 50 grains par bit (sinon les fluctuations statistiques de grains à grains deviennent excessives) et que les couches présentent des aimantations plus importantes. Une solution peut être de diminuer la taille des grains, le nombre de grains par bit devant rester supérieur ou égal à 50 pour maintenir un rapport signal sur bruit suffisant lors de la lecture. Toutefois, comme pour la loi de Moore dans le domaine des composants semiconducteurs, la diminution de la taille des grains connaît une limite physique appelée limite superparamagnétique. Si le volume V des grains devient trop petit, tel que KV<40kBT, où kB est la constante de Boltzmann, T la température et K l'anisotropie magnétocristalline, l'information devient instable (rappelons que le critère de stabilité est d'une dizaine d'années). Dans ce cas, les bits d'information (c'est à dire les directions d'aimantation des grains magnétiques), ou les transitions entre bits, se dé- sorientent sous l'action conjuguée des champs démagnétisants et de l'agitation thermique et la valeur stockée se perd. Le superparamagnétisme apparaît pour des densités de l'ordre de 200Gbits/in2 avec les médias à aimantation planaire usuels. Une première solution consiste à repousser la limite superparama-gnétique en choisissant un matériau présentant une plus forte anisotropie magnétocristalline. Toutefois, en augmentant l'anisotropie magnétocristalline d'un matériau, le champ coercitif du matériau augmente également. Il devient alors difficile d'écrire des informations car le champ que l'on peut produire avec une tête d'écriture est limité par l'aimantation à saturation des matériaux constituant les pièces polaires de la tête. Cette augmentation peut devenir rédhibitoire puisque les valeurs de champ d'écriture nécessaire à tempéra- ture ambiante pour une écriture de l'information en quelques nanosecondes peuvent devenir supérieures au champ magnétique que l'on sait produire avec une tête d'écriture (typiquement de l'ordre de 1.7 û 1.8T). Le passage à des médias à aimantation perpendiculaire au plan avec une sous-couche de matériau doux (tel qu'un alliage NiFe par exemple) permet d'augmenter l'efficacité de l'écriture en concentrant davantage les lignes de champ sous le pole d'écriture de la tête et ainsi de repousser un peu la limite superparamagnétique. De même, les recherches en cours sur l'enregistrement assisté thermiquement visent à temporairement abaisser l'anisotropie magnétique du média en échauffant celuiûci localement juste pendant le temps de l'écriture et en assurant une bonne stabilité thermique lorsque le média est à température ambiante. Des recherches sont également en cours pour essayer d'assister l'écriture par ondes radiofréquence. Ces solutions sont toutefois difficiles à mettre en oeuvre technologiquement.

Une seconde solution envisagée depuis quelques années consiste à utiliser un autre type de support d'enregistrement magnétique, dit discret, comportant un réseau de zones magnétiques distinctes, c'est-à-dire physiquement séparées (i.e. découpage de la couche sensible en plots magnétiques nanométriques). Dans tous les supports discrets, le bit élémentaire d'information se réduit à la taille d'une zone (plot). Grâce à l'espacement entre les zones, les bits sont découplés les uns des autres. On peut se per-mettre d'avoir un seul grain par bit et donc des grains beaucoup plus gros que dans le cas des supports continus, ce qui repousse le problème de la limite superparamagnétique et facilite le choix des matériaux. Contrairement aux médias continus granulaires, dans ce type de système, la largeur des transitions entre bits n'est plus liée à la granulosité du média (c'est-à-dire à la taille des grains) mais à la séparation physique entre plots définie par le procédé de nanostructuration du média. Les densités escomptées pour cette nouvelle technologie se situent au-delà de 0.5Tbit/in2, c'est à dire une périodicité de plots inférieure à 35nm. Différentes méthodes sont en cours d'étude pour l'obtention de médias discrets. Certaines reposent sur des phénomènes d'auto-organisation d'assemblées de nanostructures magnétiques (cf. Monodisperse FePt nanoparticles and ferromagnetic FePt nanocrystal superlattices, S.Sun et al., Science 287 (2000) 1989). Elles permettent d'obtenir une bonne régularité à une échelle locale (typiquement 1 micron) mais la densité de défauts à grande échelle (de l'ordre de 1 cm) est beaucoup trop grande par rapport aux exigences requises par le stockage magnétique à ultrahaute densité. D'autres techniques reposent sur la nanostructuration directe par lithographie électronique ou faisceau d'électrons focalisés de la couche magnétique mais ces techniques sont coûteuses, longues à mettre en oeuvre et inadaptées pour de grandes surfaces.

Une autre méthode d'obtention est proposée dans l'article Magnetic properties of Co/Pt multilayers deposited on silicon dots arrays (Phys. Rev. B, 62, 12271 (2000) S. Landis et al.). Cette méthode utilise un réseau de plots de silicium pré-gravés : l'obtention de ce réseau est obtenue par nanoimpression ou par toute autre voie lithographique. La technique de na- noimpression consiste à faire un moule qui contient l'empreinte de ce que l'on veut réaliser. On vient alors mettre une couche de résine polymère sur le substrat lisse, on presse le moule contre la résine de sorte qu'on transfère la forme des plots dans la résine puis on enlève le moule. Une étape de gravure permet ensuite de transférer dans le substrat les motifs imprimés dans la résine. La résine est alors retirée par voie chimique ou sous l'action d'un plasma. Le matériau magnétique est ensuite déposé sur le sommet des plots de silicium ainsi pré-gravés. Aucune étape de lithographie ou de gravure n'est nécessaire après dépôt du matériau magnétique. Un avantage certain est le découplage des étapes de nanostructuration des étapes de dépôt, rendant le procédé plus versatile. Un deuxième avantage de taille est l'utilisation de la nanoimpression qui permet une réplication rapide et peu coûteuse de structures sur de grandes surfaces (typiquement un disque de 3,5 pouces de diamètre), technique facilement transposable dans le do- maine industriel. Des études actuelles s'intéressent à des dépôts par pulvérisation cathodique de la couche magnétique sur un réseau de plots en silicium naturellement oxydé en surface. Chaque couche est formée d'une alternance de sous-couches ou multicouches de Pt et de Co du type Pt/(Co/Pt)n ou d'alliages PtCo ou FePt (à forte anisotropie perpendiculaire) sur des réseaux de plots de Si/SiO2. Ces systèmes ont deux états stables d'aimantation sur chaque plot perpendiculaires au plan de la couche: aimantation vers le haut ou vers le bas . On peut également utiliser d'autres matériaux pour ces médias discrets à aimantation hors du plan : il s'agit d'alliages CoPtCrX de structure hexagonale avec leur axe c orienté hors du plan, ou d'alliages ordonnés de structure L10 comme le FePt ou encore de multicouches constituées d'alternance de couches de Co et de Ni (par exemple Co0.3nm/Ni0.3nm). L'utilisation de médias discrets devrait permettre d'obtenir des capacités de stockage supérieure au Terabit/in2 (1000Gbit/in2 i.e. un facteur 2,5 par rapport aux médias continus correspondant à une périodicité de plots de 25nm). La capacité de stockage des supports discrets est toutefois limitée par les procédés de fabrication des plots magnétiques. Afin d'augmenter la capacité de stockage, la demande de brevet FR2859306 propose d'utiliser les médias discrets comme support multiniveaux. Le stockage discret traditionnel est un stockage binaire dans lequel chaque plot ne peut prendre que deux états magnétiques possibles (i.e. 1 plot =1 bit). Dans le stockage multi-niveaux, il s'agit de faire en sorte que chaque plot puisse prendre plus que deux états magnétiques possibles de sorte à porter une information supérieure à 1 bit. Pour cela, une possibilité déjà proposée consiste à empiler sur chaque plot N (N>1) couches présentant des propriétés de coercitivité différentes afin de stocker plus de deux états sur la même structure, et par la même de multiplier les densités. Une telle configuration 10 est illustrée en figure 1. Le substrat 2 comporte un ré- seau de plots 1 submicroniques séparés. Une zone magnétique est disposée sur le sommet 3 de chacun des plots 1, deux zones magnétiques adjacentes étant séparées par un espace correspondant à l'espacement des plots. Chaque zone magnétique est constituée par la superposition d'une première couche magnétique Cl et d'une deuxième couche magnétique C2, ayant respectivement des champs coercitifs Hcl et Hc2 différents et des valeurs de moments magnétiques rémanents (définis comme le produit de l'aimantation rémanente par le volume magnétique de la couche considérée) ml et m2 différentes. Les couches magnétiques Cl et C2 ont un axe d'anisotropie magnétique Al (axe facile d'aimantation) préférentiellement disposé perpendiculairement au substrat 2 et sont séparées par une couche non magnétique NM. Le moment magnétique m de chaque zone magnétique est alors la somme des moments magnétiques des première et deuxième cou- ches magnétiques Cl et C2 correspondantes. Les aimantations des couches magnétiques Cl et C2 d'une zone magnétique peuvent être orientées dans le même sens (en parallèle) ou en sens opposé (en antiparallèle). Le moment magnétique rémanent m de chaque zone peut ainsi prendre deux valeurs absolues m différentes et deux orientations différentes, respective- ment positive et négative. Ainsi, le moment magnétique m de chaque zone magnétique peut prendre quatre valeurs différentes. Le moment magnétique m de chaque zone permet alors de représenter une information codée sur quatre valeurs. Cependant, la mise en oeuvre d'une telle approche multi-niveaux pose certaines difficultés. Ainsi, une première difficulté réside dans l'implémentation de l'écriture sur le support d'enregistrement. En effet, la méthode d'écriture, c'est-à-dire la méthode d'aimantation de la zone magnétique sélectionnée dudit support, suppose une séquence d'application du champ magnétique d'écriture relati- vement complexe nécessitant deux étapes successives, avec deux champs magnétiques H successifs, de valeur absolue décroissante. Tout d'abord, dans une première étape, un champ magnétique H supérieur à Hc2 est appliqué, changeant l'orientation des aimantations des deux couches Cl et C2, le champ coercitif Hc2 étant choisi supérieur au champ coercitif Hcl. Puis, dans une seconde étape, un nouveau champ magnétique H, compris entre Hcl et Hc2, permet de fixer l'aimantation de la première couche magnétique Cl. Les champs magnétiques H sont appliqués suivant la direction de l'axe facile d'aimantation Al.

Par ailleurs, une seconde difficulté réside dans la mise en oeuvre de la lecture sur le support d'enregistrement. La méthode de lecture impose en effet de réaliser une discrimination efficace entre différentes valeurs de champs rayonnés et nécessite dès lors une tête de lecture présentant une très bonne sensibilité. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de fournir un support d'enregistrement magnétique visant à s'affranchir des problèmes précités tout en permettant une augmentation de la capacité de stockage. A cette fin, l'invention propose un support d'enregistrement magnéti- que comportant un réseau de zones magnétiques disposées sur un substrat, chaque zone magnétique comportant au moins une première et une deuxième couche magnétique superposée ; elles sont séparées l'une de l'autre par une couche non magnétique, ledit support étant caractérisé en ce que ladite première couche magnétique présente une aimantation orien-tée sensiblement parallèlement au plan dudit substrat et ladite deuxième couche présente une aimantation orientée sensiblement perpendiculaire-ment au plan dudit substrat. Le support d'enregistrement magnétique selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considé- rées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - Ladite deuxième couche à aimantation perpendiculaire est située au dessus de ladite première couche à aimantation parallèle. - ladite première couche magnétique est une monocouche réalisée à partir d'un des alliages suivants : o un alliage CoPt ou CoPd ou CoFeNi; o un alliage chimiquement ordonné FePt ou FePd; o un alliage CoCr ou CoPtCr ou CoPtCrX où X désigne le Ta ou le P ou le B; -ladite première couche magnétique est formée par deux sous-couches magnétiques à aimantations antiparallèles séparées par une sous-couche non magnétique réalisée dans un matériau tel que du Ru apte à induire un couplage antiferromagnétique entre les deux sous-couches adjacentes; - les épaisseurs desdites sous-couches sont de préférence différentes - ladite deuxième couche magnétique est une multicouche magnéti- que ; - ladite multicouche magnétique est une multicouche cobalt/platine de forme générale (Co/Pt)m ou une multicouche cobalt/palladium de forme générale (Co/Pd)n ou une multicouche (Co/Ni)p, m, n et p dé-signant des entiers naturels correspondant aux nombres de répéti- tions respectives des motifs Co/Pt, Co/Pd et Co/Ni; - ladite deuxième couche magnétique est une monocouche réalisée à partir d'un des alliages suivants : o un alliage CoPt ou CoPd; o un alliage chimiquement ordonné FePt ou FePd; o un alliage CoCr ou CoPtCr ou CoPtCrX où X désigne le Ta ou le P ou le B; - ladite couche non magnétique est réalisée dans un matériau choisi parmi les métaux non magnétiques tels que le Pt, le Cr, le Ru ou le Cu ou les oxydes tels qu'AI2O3, MgO, HfO2 ou Ta2O5; - ladite première couche est une couche de CoPtCr, ladite couche non magnétique est une couche de Pt et ladite deuxième couche est une multicouche de Co/Pt ; - chaque zone magnétique comporte une couche magnétique douce à aimantation planaire d'épaisseur inférieure aux épaisseurs desdites première et deuxième couche magnétique, ladite couche douce étant située au-dessus ou en-dessous de ladite deuxième couche et lui étant magnétiquement couplée par échange pour faciliter l'écriture dans ladite deuxième couche ; - ledit substrat comporte un réseau de plots, chaque zone magnétique étant respectivement disposée sur un sommet d'un plot ; - ledit support d'enregistrement comporte une pluralité de pistes de lec- ture/écriture concentriques sur lesquelles sont positionnées lesdites zones magnétiques, chaque piste étant distante de la suivante d'un espace prédéterminé; - chacune desdites premières couches à aimantation parallèle pré-sente une orientation d'aimantation longeant la piste à laquelle appar- tient ladite première couche ; - chacune desdites zones magnétiques comporte une troisième couche présentant une aimantation orientée sensiblement parallèlement au plan dudit substrat et perpendiculairement à l'orientation d'aimantation de ladite première couche, c'est à dire perpendiculai- rement à la direction de balayage de la tête. La présente invention a également pour objet un procédé de lecture d'un support d'enregistrement magnétique selon l'invention via une tête de lecture comportant les étapes suivantes : -passage de ladite tête de lecture à l'aplomb d'une succession de zo- nes magnétiques voisines ; - détection par ladite tête de lecture de la composante verticale du champ rayonné lors dudit passage; - détermination de la valeur du bit correspondant à ladite deuxième couche magnétique des différentes zones magnétiques successives à partir de la forme du signal de la composante verticale obtenue à l'aplomb de ces différentes zones magnétiques successives; - détermination de la valeur du bit correspondant à ladite première couche magnétique des différentes zones magnétiques successives à partir de la forme du signal de la composante verticale obtenue en- tre les différentes zones magnétiques successives. La présente invention a également pour objet un procédé d'aimantation des zones magnétiques d'un support d'enregistrement selon l'invention par une tête d'écriture comportant une pièce polaire avant et une pièce polaire arrière, ledit procédé incluant les étapes suivantes, pour cha- cune desdites zones à adresser : - ladite première couche magnétique est aimantée lors du passage de l'entrefer de ladite tête d'écriture à l'aplomb de ladite zone magnétique ; - ladite deuxième couche magnétique est aimantée lors du passage de la pièce polaire arrière de la tête d'écriture ( trailing edge en anglais) à l'aplomb de ladite zone magnétique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clai- rement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nul- lement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique simplifiée d'un support d'enregistrement magnétique selon l'art antérieur; - la figure 2 est une représentation schématique simplifiée d'un support d'enregistrement magnétique selon l'invention, -les figures 3 a) et 3 b) représentent le champ de fuite à la verticale d'un plot à aimantation respectivement planaire et perpendiculaire, - la figure 4 représente les composantes verticales des champs de fuite calculés pour deux plots à aimantation planaire voisins et pour des configurations parallèle (figure 4 a)) et antiparallèle (figure 4b)) de ces deux bits planaires voisins, - la figure 5 représente une vue en trois dimensions de la composante verticale du champ de fuite d'un ensemble de quatre plots magnétiques d'un support d'enregistrement selon l'invention -Les figures 6a) à 6c) représentent chacune une forme de signal de champ de fuite calculée dans le cas de deux plots successifs d'une même piste sur un support d'enregistrement selon l'invention, pour trois configurations différentes. - la figure 7 illustre un procédé d'écriture sur un support d'enregistrement selon l'invention. Dans toutes les figures, les éléments communs portent les mêmes numéros de référence. La figure 1 a déjà été décrite en référence à l'état de la technique. La figure 2 est une représentation schématique simplifiée d'un sup- port d'enregistrement magnétique 100 selon l'invention. Ce support 100 est formé par un substrat 102 comportant un réseau de plots 101 submicroniques séparés. Une zone magnétique est disposée sur le sommet 103 de chacun des plots 101, deux zones magnétiques adja- centes étant séparées par un espace correspondant à l'espacement des plots. Chaque zone magnétique est constituée par la superposition d'une première couche magnétique C'l et d'une deuxième couche magnétique C'2, les deux couches magnétiques étant séparées par une couche NM' ré- alisée dans un matériau non magnétique. La première couche magnétique C'l a un axe d'anisotropie magnétocristalline (axe facile d'aimantation) dis-posé parallèlement au substrat 102 (la couche C'l est dite à aimantation planaire ou longitudinale). La deuxième couche magnétique C'2 a un axe d'anisotropie magnétocristalline perpendiculairement au substrat 102 (la couche C'2 est dite à aimantation perpendiculaire ou hors du plan). Les orientations d'aimantation des couches magnétiques C'l et C'2 d'une zone magnétique permettent de représenter une information codée sur quatre valeurs. La couche à aimantation planaire C'l est ici située sur le dessous de l'empilement : de façon générale, les matériaux à aimantation planaire ont une aimantation plus forte que les matériaux à aimantation hors du plan. Dès lors, on mettra préférentiellement la couche à aimantation perpendiculaire C'2 au-dessus (cas de la figure 2). On notera toutefois qu'il est égale-ment parfaitement envisageable de placer la couche à aimantation planaire au-dessus de la couche à aimantation perpendiculaire. L'épaisseur de la couche planaire C'l (variant typiquement de l nm à quelques dizaines de nm) doit être optimisée et dépend de la dimension latérale des plots, de la hauteur de vol de la tête de lecture, et des épaisseurs des autres constituants du média. Différents matériaux peuvent être utilisés pour la réalisation de cette couche Cl. Il peut s'agir par exemple d'alliage CoPtCr ou d'alliage CoPtCrX, X étant du Ta ou du P, ou d'autres matériaux utilisés dans les supports d'enregistrement à aimantation longitudinale. On peut également utiliser tout type de matériaux ferromagnétiques à forte anisotropie uniaxiale dans le plan, par exemple des alliages tels que CoPt, CoPd ou CoFeNi ou des alliages chimiquement ordonnés tels que FePt ou FePd. On notera qu'il est également possible de réaliser une première couche magnétique synthétique formée par deux sous-couches magnétiques à aimantations antiparallèles séparées par une sous-couche non magnéti- que apte à induire un couplage antiferromagnétique entre couches ferromagnétiques adjacentes, réalisée dans un matériau tel que du Ru. Les deux sous-couches sont par exemple réalisées dans un alliage CoFeCr. Ainsi, au lieu d'avoir une seule couche magnétique, on a deux couches magnétiques (ayant de préférence une épaisseur différente) qui sont couplées antiferromagnétiquement par une fine couche de ruthénium: l'avantage d'une telle configuration est qu'elle permet d'augmenter le volume du matériau magné-tique et d'avoir une meilleure stabilité thermique. Un exemple d'une telle configuration peut être une première couche magnétique d'alliage CoFeCr d'épaisseur 2nm sur laquelle est superposée une couche de Ru d'épaisseur 0.9nm sur laquelle est superposée une deuxième couche magnétique d'alliage CoFeCr d'épaisseur 4nm. La couche non magnétique NM' intercalée entre les deux couches C'1 et C'2 sert à assurer leur découplage magnétique. Différents matériaux peuvent être utilisés pour la réalisation de cette couche NM'. Il peut s'agir de Pt, de Cu, ou de tout autre métal non magnétique comme le Cr ou le Ru. On peut également utiliser un isolant tel que I'AI2O3 ou tout autre isolant non magnétique comme le HfO2, Ta2O5, MgO, d'épaisseur suffisante (typique- ment de l'ordre ou supérieure à 1 nm) pour assurer le découplage des deux couches magnétiques C'1 et C'2 du support d'enregistrement. La couche à aimantation perpendiculaire C'2 possède une épaisseur qu'il convient d'optimiser en fonction de la hauteur de vol de la tête de lecture, comme dans le cas de la couche à aimantation planaire Cl. Dans ce cas également, différents matériaux peuvent être utilisés. Il peut s'agir par exemple d'alliage CoPtCr ou d'alliage CoPtCrX, X étant du Ta ou du P. On peut également utiliser des multicouches du type cobalt/platine (une couche de cobalt et une couche de platine superposées) de forme générale (Co/Pt)m, cobalt/palladium de forme générale (Co/Pd)n ou cobalt/nickel de forme générale (Co/Ni)p, m, n et p correspondant respectivement aux nom- bres de répétitions des motifs Co/Pt, Co/Pd et Co/Ni. On peut également utiliser tout type de matériau ferromagnétique à forte anisotropie perpendiculaire au plan, par exemple des alliages tels que CoPt ou CoPd ou des alliages chimiquement ordonnés tels que FePt ou FePd. Il est en outre possible d'adjoindre à la couche magnétique à aimantation perpendiculaire une fine couche douce à aimantation planaire située en-dessous ou au-dessus de la couche perpendiculaire. La douceur (ou dureté ) d'une couche magnétique se définit par rapport à la valeur du champ magnétique coercitif nécessaire au renversement de l'aimantation de la couche. Telle couche magnétique sera donc réputée plus douce Si son champ coercitif est plus faible. Cette couche à aimantation planaire est magnétiquement couplée par échange à la couche d'aimantation perpendiculaire de sorte à former une demi-paroi magnétique dans l'épaisseur de cette bicouche formée de l'association d'une couche à aimantation perpendiculaire et d'une fine couche à aimantation planaire. Le but de l'adjonction de cette couche d'aimantation planaire est d'abaisser le champ magnétique nécessaire au retournement de l'aimantation de la couche perpendiculaire. En effet, lors-qu'un champ perpendiculaire au plan est appliqué afin de retourner l'aimantation de la couche à aimantation perpendiculaire, ce champ exerce un couple important sur l'aimantation de la couche planaire puisque l'aimantation de cette dernière est perpendiculaire à la direction du champ. Ainsi l'aimantation de la couche planaire tend à tourner en sortant du plan dans la direction du champ perpendiculaire appliqué ce qui initie le retour- nement de l'aimantation de la couche à aimantation perpendiculaire qui lui est couplée. Bien entendu, l'épaisseur de la couche douce doit être inférieure aux épaisseurs des couches magnétiques C'l et C'2 de façon à ne pas trop perturber le champ rayonné par la couche C'l à aimantation planaire. L'utilisation d'une telle couche peut par exemple permettre de placer la couche magnétique perpendiculaire sous la couche magnétique planaire. A titre d'exemple, une configuration possible alliant des couches à aimantation planaire et perpendiculaire peut être : COPtCrionm / Pt2nm / (COo.5nm/Pt1.8nm)4 où 10nm désigne l'épaisseur de la couche C'l à aimantation planaire réali- sée en alliage CoPtCr, 2nm désigne l'épaisseur de la couche NM' réalisée en Pt, 0.5nm et 1.8nm désigne respectivement les épaisseurs des couches de Co et de Pt et 4 le nombre de répétitions du motif Co/Pt formant la couche C'2 à aimantation perpendiculaire.

Dans les configurations connues de l'art antérieur, les systèmes magnétiques discrets présentent soit une aimantation perpendiculaire au plan soit une aimantation longitudinale. D'une manière générale, la tête de lecture, de par son principe de fonctionnement, détecte la composante hors du plan du champ rayonné (champ de fuite) par le support d'enregistrement. Une aimantation perpendiculaire au plan a pour effet de localiser les lignes de champ de fuite à la verticale même des plots : ce phénomène est illustré sur la figure 3b) qui représente le champ de fuite à la verticale d'un plot à aimantation perpendiculaire calculé pour différentes hauteurs de vol de la tête de lecture, respectivement 15, 20 et 30nm (i.e. composante verticale du champ rayonné). Dans cette géométrie, on observe un pic de signal à l'aplomb du plot et les espaces entre plots (i.e. les tranchées entre plots) sont donc des espaces perdus pour le stockage. Par opposition, dans le cas de couches à aimantation planaire, les champs de fuite sont localisés aux extrémités des structures : ce phénomène est illustré sur la figure 3a) qui représente le champ de fuite à la verticale d'un plot à aimantation planaire calculé pour différentes hauteurs de vol de la tête de lecture, respectivement 5, 15 et 20nm. Dans cette géométrie, le champ de fuite est maximal aux extrémités du plot.

Ainsi, les têtes de lecture détectent essentiellement les transitions entre plots pour les supports à aimantation longitudinale et les bits d'informations des plots eux-mêmes pour les supports à aimantation perpendiculaire. La présente invention propose de superposer des couches planaire et perpendiculaire sur une même structure afin de mieux utiliser tout l'espace dont peut bénéficier le support d'enregistrement. L'approche proposée par cette invention permet d'éviter que l'espace au dessus des tranchées soit un espace perdu du point de vue du stockage de l'information. En effet, les composantes verticales des champs de fuite générés par les structures pla- naires seront situées en majeure partie à l'aplomb des tranchées, régions séparant les bits tandis que les composantes verticales des champs de fuite rayonnés par les structures perpendiculaires seront situées en majeure partie à l'aplomb des plots. Il sera donc possible de lire la valeur du bit de la couche perpendiculaire à la verticale du plot, et la valeur du bit planaire à la verticale des tranchées de part et d'autre du plot dans la direction de l'aimantation planaire. Sur la figure 4 sont présentées les composantes verticales des champs de fuite calculés pour deux plots à aimantation planaire et pour des configurations parallèle (figure 4 a)) et antiparallèle (figure 4b)) de ces deux bits planaires voisins. On remarque que la forme du signal de transition (encadré) entre bits et en particulier sa parité dépend clairement de leur configuration respective. Ce signal est impair dans le cas de la figure 4a) (configuration parallèle) et pair dans le cas de la figure 4b) (configuration antiparallèle). Nous verrons par la suite que l'on peut également utiliser cette forme de signal pour discriminer la configuration parallèle ou antiparallèle entre deux plots successifs dans le cas d'un support d'enregistrement selon l'invention. La figure 5 représente une vue en trois dimensions de la composante verticale Hz du champ de fuite d'un ensemble de quatre plots magnétiques d'un support d'enregistrement selon l'invention comprenant une couche planaire C'l de 10nm, une couche non magnétique NM' de 2nm et une couche perpendiculaire C'2 de 1 nm. Comme indiqué par l'échelle d'intensité, la composante verticale Hz du champ de fuite est d'autant plus intense que la zone de la cartographie est soit blanche (forte composante positive) soit noire (forte composante négative). Les plots sont de forme carrée (30nm de côté) et espacés de 15nm. L'aimantation perpendiculaire est ici suivant l'axe z et l'aimantation planaire est suivant l'axe y. Chaque rangée de plots suivant l'axe y appartient à une même piste de lecture. L'anisotropie de la cou- che planaire est le long de ces pistes, c'est-à-dire que la composante planaire de l'aimantation se situe dans la direction de balayage de la tête d'écriture. A la verticale des plots, on observe une zone blanche (correspondant à un champ de fuite intense): les champs de fuite positifs de la couche per- pendiculaire située au-dessus de l'empilement sont relativement forts. Entre chaque plot, le long de la piste (i.e. le long de l'axe y) on observe des zones noires (correspondant également à un champ de fuite intense) dues aux couche d'aimantation planaire des plots de part et d'autre de la tranchée.

Ainsi le stockage peut être optimisé sur l'espace disponible formé par un plot et la tranchée. Notons que l'absence de signal dans la zone entre chaque piste le long de l'axe x peut être utilisée comme source de guidage de la tête de la tête d'écriture/lecture (tracking). En effet, l'utilisation des systèmes dis- crets comme supports de stockage nécessite un guidage parfait de la tête, puisque cette dernière doit envoyer les impulsions de champs d'écriture aux endroits précis où sont localisés les plots. On notera qu'il est également possible de rajouter une troisième couche magnétique sur le plot sous les première et deuxième couches magné-tiques, cette couche ayant une aimantation orientée parallèlement au plan du substrat et perpendiculairement à l'orientation d'aimantation de la première couche C'1 ; en d'autres termes, en référence à la figure 5, l'aimantation de cette couche serait selon l'axe x : une telle configuration permettrait d'utiliser avantageusement les zones situées entre chaque plots adjacents appartenant à deux pistes consécutives. Dans une telle configuration, la zone située le long des pistes (mentionnée plus haut) et permettant le guidage de la tête est beaucoup plus réduite mais il reste cependant une partie de cette zone quasiment sans champ rayonné correspondant à la zone centrale C de la cartographie représentée en figure 5. Ces zones cor- respondent à l'intersection des tranchées orientées suivant l'axe x et des tranchées orientées suivant l'axe y. La figure 5 représente également une coupe de la composante Hz du champ rayonné le long d'une ligne passant par le milieu des plots à une hauteur de 4nm au dessus des plots. La nette asymétrie de cette coupe Hz(y) est utilisée pour la détection du signal planaire comme nous allons le voir en référence aux figures 6a) à 6c). Les figures 6a) à 6c) représentent chacune une forme de signal de champ de fuite (composante verticale du champ rayonné) calculée dans le cas de deux plots successifs d'une même piste sur un support d'enregistrement selon l'invention, pour trois configurations différentes: - une première configuration (figure 6a)) pour laquelle les aimantations des couches planaires et perpendiculaires des deux plots successifs sont parallèles ; - une deuxième configuration (figure 6b)) pour laquelle les aimantations des couches planaires des deux plots successifs sont parallèles et les aimantations des couches perpendiculaires des deux plots successifs sont antiparallèles ; - une troisième configuration (figure 6c)) pour laquelle les aimantations des couches planaires et perpendiculaires des deux plots successifs sont antiparallèles. On notera que la forme du signal de la figure 6a) est sensiblement identique à la forme du signal de la figure 5, les deux plots présentant une même configuration d'aimantation. Les couches perpendiculaires des deux plots successifs ont des épaisseurs de l nm et les couches planaires ont des épaisseurs de 10nm. Les couches non magnétiques ont des épaisseurs de 2 nm. La hauteur de vol est de 4nm. Les plots sont de forme carrée de 15nm de côté et sont sé- parés de 15nm. Comme il a été dit précédemment la lecture de l'information du bit contenu dans la couche perpendiculaire (correspondant à la composante verticale du champ rayonné par la couche perpendiculaire) se fait à l'aplomb même de chaque plot par la mesure du champ de fuite : on observe en effet un pic de signal vers le haut ou vers le bas selon la direction vers le haut ou vers le bas de l'aimantation. Ces pics correspondent directement à la valeur du bit. Pour ce qui est de la couche planaire, la parité du signal de transition (encadré en pointillés sur les figures 6a) à 6c)) permettra de donner des va- leurs aux bits adjacents. Ainsi, lorsque les bits (aimantations planaires) des deux couches planaires successives sont antiparallèles, le signal de transition est sensible-ment pair. C'est le cas de la configuration illustrée en figure 6c). Inversement, lorsque les bits des deux couches planaires successi- ves sont parallèles, le signal de transition est impair. C'est le cas des configurations illustrées sur les figures 6a) ou 6b). Une autre manière de caractériser ces signaux consiste à considérer leur pente (et non la parité des signaux).

Ainsi, on constate que pour deux aimantations planaires antiparallèles (courbe 6c)), le signal ne présente quasiment pas de pente à l'aplomb du milieu des tranchées (signal quasi plat). En revanche, on constate que pour deux aimantations planaires pa- rallèles (courbes 6a) et 6b)), le signal varie très fortement et présente une pente importante à l'aplomb du milieu des tranchées. La transformation du signal analogique de la tête de lecture en signal numérique nécessite la mise en oeuvre d'un décodeur adapté utilisant un algorithme de type décodeur de Viterbi. Ce dernier peut utiliser les caracté- ristiques données ci-dessus à savoir que les bits associés aux couches à aimantation hors du plan seront extraits de la valeur du signal analogique capté à l'aplomb des plots tandis que les bits associés aux couches à aimantation planaire seront extraits de la pente ou parité du signal analogique capté à l'aplomb des tranchées séparant les plots.

Concernant l'adressage (écriture) des états planaires et longitudinaux, il est par ailleurs possible d'utiliser une tête d'écriture conventionnelle adaptée aux supports à aimantation planaire telle que la tête 200 illustrée sur la figure 7. Cette tête 200 adaptée aux supports d'enregistrement longitudinaux est un électroaimant miniature comportant deux pièces polaires (une pièce polaire avant 201 et une pièce polaire arrière 202) et une bobine de Cu (non représentée) de dimensions micrométriques. Comme illustré sur la figure 7, le profil du champ rayonné dans l'entrefer est presque exclusivement planaire, alors que son orientation est perpendiculaire sous les pôles d'écriture 201 et 202.

Ainsi, la couche planaire C'l est adressée (i.e. orientation de l'aimantation dans un sens ou dans l'autre) lors du passage de l'entrefer à l'aplomb du plot tandis que la couche perpendiculaire C'2 est adressée lors du passage du pôle arrière 202 à l'aplomb du plot. C'est donc le profil du champ rayonné par la tête de lecture qui permet l'adressage de tous les états (perpendiculaire sous les pôles et planaire dans l'entrefer). Dans chacun des cas, l'adressage se fait par l'application d'un champ magnétique supérieur au champ coercitif des couches à adresser.

Il est prévu qu'au-delà de 500Gbit/pouce2, les médias discrets de-viennent incontournables pour le stockage magnétique ultra-haute densité. L'utilisation de médias discrets pour l'enregistrement perpendiculaire permet d'espérer des densités de stockage supérieures au terabit par pouce carré.

Le support selon invention concerne l'enregistrement magnétique sur média discret et s'appuie sur des systèmes alliant des couches planaire et perpendiculaire. La spécificité de l'invention tient à l'augmentation de la sur-face utile de stockage dans les media discrets en tirant partie de l'espace entre les plots. Ceci est réalisé en associant sur chaque plot une couche de matériau à aimantation hors du plan dont le champ rayonné est situé essentiellement à la verticale du plot, avec une couche à aimantation planaire orientée le long de la piste dont le champ rayonné est essentiellement localisé dans l'espace séparant des plots voisins le long de la piste. Ainsi, la réalisation de systèmes multi-niveaux à partir de matériaux magnétiques d'anisotropies orientées dans différentes directions sur média discret est une voie particulièrement intéressante pour obtenir une augmentation de la densité d'information stockée d'un facteur 2 par rapport aux médias discrets actuellement envisagés (plot à une couche magnétique), une meilleure utilisation de l'espace disque disponible ainsi qu'une mise en oeuvre simplifiée tant dans le domaine de l'écriture du média que de sa lecture.

Claims (17)

REVENDICATIONS

1. Support (100) d'enregistrement magnétique comportant un réseau de zones magnétiques disposées sur un substrat (102), chaque zone ma- gnétique comportant au moins une première (Cl) et une deuxième (C'2) couches magnétiques superposées et séparées l'une de l'autre par une couche non magnétique (NM'), ledit support étant caractérisé en ce que ladite première couche magnétique (Cl) présente une aimantation orientée sensiblement parallèlement au plan dudit substrat (102) et ladite deuxième couche magnétique (C'2) présente une aimantation orientée sensiblement perpendiculairement au plan dudit substrat (102).

2. Support (100) d'enregistrement magnétique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite deuxième couche (C'2) à aimantation perpendiculaire est située au dessus de ladite première couche (Cl) à aimantation parallèle.

3. Support (100) d'enregistrement magnétique selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite première couche magné-tique (Cl) est une monocouche réalisée à partir d'un des alliages suivants : o un alliage CoPt ou CoPd ou CoFeNi; o un alliage chimiquement ordonné FePt ou FePd; o un alliage CoCr ou CoPtCr ou CoPtCrX où X désigne le Ta ou le P ou le B.

4. Support (100) d'enregistrement magnétique selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que ladite première couche magnétique (C'l) est formée par deux sous-couches magnétiques à aimantations antiparallèles séparées par une sous-couche non magnétique réalisée dans un matériau tel que du Ru apte à induire un couplage antiferromagnétique entre lesdites deux sous-couches adjacentes.

5. Support (100) d'enregistrement magnétique selon la revendication précédente caractérisé en ce que les épaisseurs desdites sous-couches sont différentes.

6. Support (100) d'enregistrement magnétique selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite deuxième couche magnétique (C'2) est une multicouche magnétique.

7. Support (100) d'enregistrement magnétique selon la revendication précédente caractérisé en ce que ladite multicouche magnétique est une multicouche cobalt/platine de forme générale (Co/Pt)m ou une multicouche cobalt/palladium de forme générale (Co/Pd)n ou une multicouche cobalt/nickel de forme générale (Co/Ni)p, m, n et p désignant des entiers naturels correspondant respectivement aux nombres de répétitions respectives des motifs Co/Pt, Co/Pd et Co/Ni.

8. Support (100) d'enregistrement magnétique selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que ladite deuxième couche magnétique (C'2) est une monocouche réalisée à partir d'un des alliages suivants : o un alliage CoPt ou CoPd; o un alliage chimiquement ordonné FePt ou FePd; o un alliage CoCr ou CoPtCr ou CoPtCrX où X désigne le Ta ou le P ou le B

9. Support (100) d'enregistrement magnétique selon l'une des revendications précédente caractérisé en ce que ladite couche non magnétique (NM') est réalisée dans un matériau choisi parmi les métaux non magnétiques tels que le Pt, le Cr, le Ru ou le Cu ou les oxydes tels qu'AI2O3, MgO, HfO2 ou Ta2O5.

10. Support (100) d'enregistrement magnétique selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que ladite première couche (Cl) est une couche de CoPtCr, ladite couche non magnétique (NM') est une couche de Pt et ladite deuxième couche (C'2) est une multicouche de Co/Pt.

11. Support (100) d'enregistrement magnétique selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que chaque zone magnétique comporte une couche magnétique douce à aimantation planaire d'épaisseur inférieure aux épaisseurs desdites première et deuxième couche magnétique, ladite couche douce étant située au-dessus ou en-dessous de ladite deuxième couche et lui étant magnétiquement couplée par échange pour faciliter l'écriture dans ladite deuxième couche.

12. Support (100) d'enregistrement magnétique selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit substrat (102) comporte un réseau de plots (101), chaque zone magnétique étant respective-ment disposée sur un sommet (103) d'un plot.

13. Support d'enregistrement magnétique selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de pistes de lecture/écriture espacées et concentriques sur lesquelles sont positionnées lesdites zones magnétiques.

14. Support d'enregistrement magnétique selon la revendication pré-cédente caractérisé en ce que chacune desdites premières couches à ai-mantation parallèle présente une orientation d'aimantation suivant la direc- tion de balayage de la tête d'écriture.

15. Support d'enregistrement magnétique selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que chacune desdites zones magnéti- ques comporte une troisième couche présentant une aimantation orientée sensiblement parallèlement au plan dudit substrat et perpendiculairement à l'orientation d'aimantation de ladite première couche.

16. Procédé de lecture d'un support d'enregistrement magnétique selon l'une des revendications 1 à 15 via une tête de lecture comportant les étapes suivantes : - passage de ladite tête de lecture à l'aplomb d'une succession de zones magnétiques voisines; - détection par ladite tête de lecture de la composante verticale du champ rayonné lors dudit passage; -détermination de la valeur du bit correspondant à ladite deuxième couche magnétique des différentes zones magnétiques successives à partir de la forme du signal de la composante verticale obtenue à l'aplomb de ces différentes zones magnétiques successives; - détermination de la valeur du bit correspondant à ladite première couche magnétique des différentes zones magnétiques successives à partir de la forme du signal de la composante verticale obtenue entre les différentes zones magnétiques successives.

17. Procédé d'aimantation des zones magnétiques d'un support d'enregistrement selon l'une des revendications 1 à 15 par une tête d'écriture (200) comportant une pièce polaire avant (201) et une pièce polaire arrière (202), ledit procédé incluant les étapes suivantes, pour chacune desdites zones à adresser : - ladite première couche magnétique (Cl) est aimantée lors du pas-sage de l'entrefer de ladite tête d'écriture (200) à l'aplomb de ladite zone magnétique ; - ladite deuxième couche magnétique (C'2) est aimantée lors du pas- sage de la pièce polaire arrière (202) à l'aplomb de ladite zone magnétique.