专利名称：磁性记录媒体及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁性记录媒体及其制作方法。
背景技术：
磁性记录媒体可分为两种，即水平磁记录媒体(Longitudinal MagneticRecording Media)和垂直磁记录媒体(Perpendicular Magnetic RecordingMedia)。
目前，广泛应用的磁性记录媒体为水平磁记录媒体，其具有水平磁各向异性；通过磁读/写头产生的磁场形成记录位，使每一个记录位的N极和S极分别与其相邻记录位的N和S极相对；记录位以平行于媒体平面之方式排列；对于该种磁性记录媒体，为达到高的记录密度，有必要减小退磁场对记录位的影响；采取的手段有减小磁层厚度和增加磁层的矫顽力。
垂直磁记录媒体，具有垂直磁各向异性；通过磁读/写头产生的垂直于磁层平面的磁场形成记录位，使被磁化的相邻的记录位呈反向平行状态；因此，一个记录位的磁极极性与其相邻记录位的磁极极性相反，使相邻记录位的磁矩相互吸引，有利于稳定记录位的磁化状态及提高其矫顽力；从而利于更高密度记录媒体的实现。
对于以上两种磁性记录媒体，增大磁性媒体的矫顽力是提高其记录密度的重要环节，而磁晶各向异性、形状各向异性等是决定矫顽力的重要因素。磁晶各向异性能可以通过易于定向在某一特定晶向的磁性晶粒的磁矩大小来决定，磁矩越大，则其磁晶各向异性能越大；例如，Co晶粒，其具有六方晶格结构，C轴为其易磁化轴，磁矩易于定向在其六方晶格的C轴；而形状各向异性可减小退磁场对记录位的影响。目前，一般采用的磁晶粒的晶格结构为六方晶格结构。
将磁矩定向在晶粒的易磁化轴所需的能量可由公式KuV(其中，Ku为磁各向异性常数，V为晶粒的体积)表示。由于热搅动而使磁矩产生波动，热搅动能以kBT(其中，kB为波尔兹曼常数，T为绝对温度)表示。
磁矩的改变依赖于KuV与kBT的相对大小，如果kBT＜＜KuV，则磁各向异性能足够大，从而使磁矩近似定向于C轴方向；反之，如果kBT＞＞KuV，则热搅动能远大于磁各向异性能，将导致磁矩连续地波动(超顺磁状态)。这种热搅动在单位时间内会以一定的概率引发磁矩翻转。例如，磁矩以每秒1/e的概率发生翻转所需的热搅动能为25kBT；如果磁矩发生翻转，则其矫顽力将以1/e的概率慢慢减小，从而导致记录密度的减小。因此，磁性记录媒体至少满足条件25kBT＜＜KuV。
磁性记录媒体被广泛应用于个人电脑和工作站，更高的容量，更低的价格以及超低的杂讯的磁性记录媒体长久以来一直是最重要的课题。而作为高记录密度媒体的材料，则需有高的顽磁力Hc。一般的磁性记录媒体，如硬盘中使用的磁记录盘片，典型地，采用由晶粒构成的铁磁层(FerromagneticLayer)，如通过溅射沉积CoPt合金作为记录媒体。磁层中的每一个磁域(Magnetized Domain)都由许多小磁性晶粒构成。磁域间的磁转化区表示一个记录位。美国公告专利第4,789,598号和第5,523,173号就描述了这种磁记录媒体。
然而，由于磁性转换区的大且非均匀的晶粒分布，导致磁性转换区是曲折状(ZigZag)的，在较为严重的部分就会产生媒体杂讯，即磁转变杂讯；从而无法完全反应出理想的写场梯度(Write Field Gradient)。另外，由于其形成磁记录媒体的磁记录层的磁性粒子呈连续性分布状态，因此还会受到相邻粒子反向磁场的影响，即磁交换耦合。作为解决磁转变杂讯的对策，可以通过缩小粒子粒径减少出现曲折状(ZigZag)区域以改进磁体形状。但晶粒尺寸的减小，将导致与晶粒体积相关的磁各向异性能(KuV)的减小。当热搅动能kBT＞＞KuV，即热搅动能远大于磁各向异性能，将导致磁矩连续地波动(超顺磁状态)，以致于直接导致数据本身的丢失。因此，在磁性记录媒体中，使用高磁性磁记录材料成为必要；作为解决相邻粒子反向磁场的对策，可以通过采用由不连续分布的磁性粒子构成磁记录层。
目前，高磁性记录材料如CoCrPtM合金(其中，M为Ni、Ta、W等)薄膜层被广泛用作磁记录材料，但其在高密度磁记录应用中有两大缺点(1)记录媒体噪声高；(2)矫顽力太低，以致记录密度很难提升。
对于这些金属薄膜而言，最明显的问题在于位于磁性转换区的晶粒之间的磁交换耦合所产生的杂讯。由于磁性粒子的不断减小，磁性粒子呈连续性分布的金属薄膜的磁性粒子之间因缺乏足够的间隔，所以即使磁性粒子尺寸能下降至单磁域尺寸，也会因为磁性粒子之间的磁交换耦合(ExchangeCoupling)过强，而导致杂讯过多以致读取失败。美国公告专利第6,183,606号提供一制作磁性粒子不连续性分布的磁记录媒体的方法，是通过将高磁性的FePt粒子散布在非磁性之非晶质SiN基底，由于FePt磁性粒子被非晶质之SiN分开，可降低磁性粒子间彼此之磁交换耦合作用，而可降低媒体杂讯，提高盘片的记录密度；然而，由于其磁性粒子尺寸(约30nm)不够小，导致盘片记录密度很难再进一步提升。
随着人们对高密度磁性记录媒体的需求，有必要进一步缩小磁性晶粒尺寸，降低磁性记录媒体杂讯。
发明内容为解决现有技术中的磁记录密度很难再进一步提升，媒体杂讯较大的问题，本发明的目的在于提供一高记录密度、超低媒体杂讯的磁性记录媒体。
本发明的另一目的在于提供一高记录密度、超低媒体杂讯磁性记录媒体的制作方法。
为实现本发明的第一目的，本发明提供一种磁性记录媒体，其包括一非磁性基底；以及一形成在非磁性基底上的磁记录层，其特征在于磁记录层是由内含磁性粒子的碳纳米管构成。
其中，所述碳纳米管是分立的(Isolated)。
所述的非磁性基底包括铝合金、玻璃、陶瓷或塑胶。
所述的碳纳米管内含的磁性粒子成分包括铁、钴、镍或其合金。
所述的碳纳米管内含的磁性粒子成分包括铁基、钴基、铁镍基、铁钴基合金。
所述的磁记录层是磁各向异性的。
所述的磁记录层为水平磁各向异性，也可为垂直磁各向异性。
所述的碳纳米管的管径大小分布范围，优选为5nm～10nm。
可选的，所述记录媒体还包括一形成在非磁性基底与磁记录层之间的非磁性中间层(Intermediate layer)。
为实现本发明另一目的，本发明提供一种磁性记录媒体的制作方法
提供一非磁性基底；以及在非磁性基底上均匀分布内含磁性粒子的碳纳米管，并在基底上施加一磁场以形成磁记录层。
其中，所述碳纳米管是分立的(Isolated)。
所述的施加磁场的方向可为平行非磁性基底。
所述的磁性记录媒体具有水平磁各向异性。
所述的施加磁场的方向也可为垂直非磁性基底。
所述的磁性记录媒体具有垂直磁各向异性。
可选的，还可以在非磁性基底与磁记录层之间形成一非磁性中间层(Intermediate layer)。
另外，还可以在磁记录层之上形成一保护层。
另外，如果所述的磁性记录媒体具有垂直磁各向异性，还可以在非磁性基底与磁记录层之间(若有非磁性中间层，则在非磁性基底与非磁性中间层之间)形成一软磁底垫层(Soft Magnetic Underlayer)。
相对于现有技术，本发明采用由内含磁性晶粒且分立的碳纳米管均匀分布在非磁性基底上，以形成一磁记录媒体。由于包覆磁性晶粒的碳纳米管的管径均匀，且管径大小分布范围，优选为5nm～10nm，因此由此形成的磁性记录媒体由于具有极端小且均匀的晶粒尺寸；并且，每个碳纳米管都是分立的(Isolated)，相当于一个个孤立的“小岛”，从而使磁转化区的ZigZag情形非常小；且由于被碳纳米管包覆，使磁性晶粒呈分立状态，减小了相邻磁性晶粒间的磁交换耦合，从而使该磁性记录媒体具有超低的媒体杂讯。
图1是本发明的磁性记录媒体的结构示意图。
图2是本发明的第一实施例中的磁记录层的结构示意图。
图3是本发明的第二实施例中的磁记录层的结构示意图。
具体实施方式碳包金属纳米微粒是一种新型纳米材料，当金属为过渡金属或稀土金属时，该材料具有优越的磁学特性。由于金属纳米颗粒之间被碳包裹而互相隔离，因此该结构形式具有良好的磁特性和高耐蚀性；本发明是通过采用碳纳米管包覆磁性粒子来获得高密度、超低媒体杂讯的磁性记录媒体。
下面将对本发明作进一步的详细说明。
本发明所提供的磁记录媒体(参见图1～图3)，包括一非磁性基底1，以及形成非磁性基底1上的磁记录层2；该磁记录层2是由内含磁性粒子12的碳纳米管11均匀分布在非磁性基底1而构成，每个碳纳米管11都是分立的(Isolated)。
该内含磁性粒子12的碳纳米管11可通过电弧放电法或热化学气相沉积法(Thermal CVD)制备。而每个碳纳米管11都是分立的，最好呈完全封闭状态。其中，电弧放电法制备碳包覆磁性金属粒子的方法，可参见美国公告专利第5,783,263号、第5,456,986号等。上述所用的磁性粒子12包括铁、钴、镍或其合金等，其具有高矫顽力。为获取更高的磁记录密度，最好选用管径大小在5nm～10nm范围内的碳纳米管。
第一实施例形成具有水平磁各向异性的水平磁记录媒体的方法，包括下列步骤首先，提供一非磁性基底，其中，非磁性基底包括铝合金、玻璃、陶瓷或塑胶；然后，将所选用的内含磁性粒子的碳纳米管均匀分布在非磁性基底上，同时施加一平行于上述非磁性基底的磁场，使碳纳米管的磁场具有水平取向，形成磁记录层(参见图2)。
可选的，在非磁性基底与磁记录层间形成一非磁性中间层(Intermediatelayer)，以利于内含磁性粒子的碳纳米管的取向；其中，非磁性中间层包括具有体心立方结构(bcc)的金属(如Cr、Mo、W等)或其合金(如Cr-Ti等)。
上述形成的水平磁记录媒体，由于其磁记录层在水平方向具有强磁晶各向异性能(Magnetocrystalline Anisotropy Energy)和形状各向异性能(ShapeAnisotropy Energy)，从而使其具有高矫顽力，且碳纳米管管径大小分布范围，优选为5nm～10nm，有利于磁记录密度的进一步提高，可达到100Gbits/In2以上；并且由于每个磁性粒子被包覆在碳纳米管内而呈分立状态(Isolated)，因此减小了相邻磁性粒子间的磁交换耦合，有利于媒体杂讯的进一步降低。
第二实施例形成具有垂直磁各向异性的垂直磁记录媒体的方法，包括下列步骤首先，提供一非磁性基底，其中，非磁性基底包括铝合金、玻璃、陶瓷或塑胶；然后，将选用的内含磁性粒子的碳纳米管均匀分布在非磁性基底上，并施加一垂直于上述非磁性基底的磁场，使碳纳米管的磁场具有垂直取向，从而形成磁记录层(参见图3)。
可选的，在非磁性基底与磁记录层之间形成一非磁性中间层(Intermediate layer)，以利于内含磁性粒子的碳纳米管的取向；其中，非磁性中间层包括具有六方晶结构的金属合金(如由W、Mo、Nb、Ti、V、Ir、Zr与Co、CoCr的任意组合)。
上述形成的垂直磁记录媒体，由于其磁记录层在垂直方向具有强磁晶各向异性能(Magnetocrystalline Anisotropy Energy)和形状各向异性能(ShapeAnisotropy Energy)，从而使其具有高热稳定性和矫顽力，且碳纳米管管径大小分布范围，优选为5nm～10nm，有利于磁记录密度的进一步提高，可达到100Gbits/In2以上；并且由于每个磁性粒子被包覆在碳纳米管内而呈分立状态(Isolated)，因此减小了相邻磁性粒子间的磁交换耦合，有利于媒体杂讯的进一步降低。
第一实施例和第二实施例所述的磁性粒子还包括其它如钴铂铬合金(CoPtCr)、钴铬钽(CoCrTa)、钴铬铂铌(CoCrPtNb)、钴铬铂钽铌(CoCrPtTaNb)、钴铬铂钽(CoCrPtTa)、钐钴(SmCo)、钕铁硼(NdFeB)、FeCoCr(铁钴铬)、FePt(铁铂)等铁基、钴基、铁镍基、铁钴基合金。
以上描述仅仅是相关本发明的形成水平或垂直磁记录媒体的部分，并非磁性记录媒体的所有构成部分及制作过程。例如，在磁性媒体的制作过程中，众所周知的需提供一保护层，如在磁记录层上溅射一碳膜层等；为增加磁记录层与保护层的粘附力，可以在保护层与磁记录层之间溅射一钛膜层。且对于垂直磁记录媒体，还可以在非磁性基底与磁记录层之间(若有非磁性中间层，则在非磁性基底与非磁性中间层之间)增加一软磁底垫层(Soft MagneticUnderlayer)，以形成一磁通回路(Magnetic Flux Return Path)。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，如在磁记录层与非磁性基底之间设置多层、采用其它方法制备碳纳米管以用于本发明等设计。当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
1.一种磁性记录媒体，其包括一非磁性基底；以及一形成在非磁性基底上的磁记录层，其特征在于磁记录层是由内含磁性粒子的碳纳米管构成。
2.如权利要求1所述的磁性记录媒体，其特征在于，所述碳纳米管是分立的。
3.如权利要求1所述的磁性记录媒体，其特征在于，在非磁性基底和磁记录层之间还形成有一非磁性中间层。
4.如权利要求1所述的磁性记录媒体，其特征在于，所述的非磁性基底包括铝合金、玻璃、陶瓷或塑胶。
5.如权利要求1所述的磁性记录媒体，其特征在于，所述碳纳米管内含的磁性粒子包括铁、钴、镍或其合金。
6.如权利要求1所述的磁性记录媒体，其特征在于，所述碳纳米管内含的磁性粒子包括铁基、钴基、铁镍基、铁钴基合金。
7.如权利要求1所述的磁性记录媒体，其特征在于，所述磁记录层是磁各向异性的。
8.如权利要求7所述的磁性记录媒体，其特征在于，所述磁各向异性包括水平磁各向异性，及垂直磁各向异性。
9.如权利要求1～8任意一项所述的磁性记录媒体，其特征在于，所述的碳纳米管的管径大小分布为5nm～10nm。
10.一种磁性记录媒体制作方法，其包括提供一非磁性基底；以及在非磁性基底上均匀分布内含磁性粒子的碳纳米管，并在基底上施加一磁场以形成磁记录层。
11.如权利要求10所述的磁性记录媒体制作方法，其特征在于，所述所述碳纳米管是分立的。
12.如权利要求10所述的磁性记录媒体制作方法，其特征在于，所述施加磁场的方向为平行非磁性基底。
13.如权利要求10所述的磁性记录媒体制作方法，其特征在于，所述施加磁场的方向为垂直非磁性基底。
14.如权利要求12所述的磁性记录媒体制作方法，其特征在于，所述磁性记录媒体具有水平磁各向异性。
15.如权利要求13所述的磁性记录媒体制作方法，其特征在于，所述磁性记录媒体具有垂直磁各向异性。
16.如权利要求14项所述的磁性记录媒体制作方法，其特征在于，在非磁性基底与磁记录层之间还形成一非磁性中间层。
17.如权利要求15所述的磁性记录媒体制作方法，其特征在于，在非磁性基底与磁记录层之间还形成一软磁底层。
18.如权利要求10～17任意一项所述的磁性记录媒体制作方法，其特征在于，在磁记录层之上还形成一保护层。
全文摘要
本发明涉及一种磁性记录媒体及其制作方法。本发明提供的磁性记录媒体，包括一非磁性基底，以及一形成在非磁性基底上的磁记录层。由于，磁记录层是由内含磁性粒子的碳纳米管构成，且构成磁记录层的碳纳米管具有管径均匀、尺寸小且是分立的(Isolated)等特点；因此，上述磁性记录媒体具有高密度、超低媒体杂讯。从而解决现有的磁性记录媒体磁记录密度难以提升、媒体杂讯较大等问题。本发明还提供上述磁性记录媒体的制作方法。
文档编号G11B5/84GK1779789SQ20041005251
公开日2006年5月31日 申请日期2004年11月26日 优先权日2004年11月26日
发明者吕昌岳 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司