专利名称：磁性记录介质及磁性记录介质用衬底的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于磁性记录介质的衬底，和包括一个记录层的磁记录介质。
背景技术：
在磁记录领域中，利用硬盘设备进行信息记录是计算机(例如，个人计算机)首要外部记录设备必不可少的。随着硬盘驱动的记录密度的增加，能够进行更高密度的记录的垂直(perpendicμlar)磁记录类型的发展得以推进，代替了传统的纵向(longitμdinal)磁记录方法。
在垂直(perpendicμlar)磁记录中，相邻字节的磁场方向与磁化方向是一致的，其在相邻字节之间形成一个封闭的磁路，并且由自身磁化引起的自减磁场(下面称作“去磁场”)比在横向(horizontal)磁记录中小，磁化条件稳定。
在垂直磁记录中，不用特别要求磁薄膜很薄来使得记录密度增加。从这些方面来看，因为垂直磁记录能够减少去磁场并使KμV值稳定，其中Kμ表示各向异性能量(anisotropic energy)，能够特别使在磁记录情况下表示晶体的磁性各向异性能量(crystalline magneticanisotropic energy)，以及使V表示记录比特量单位。因此，具有了防止由热波动引起磁化的稳定性，并可认为这是一种记录方法，使得记录极限由显著提升变为可能。对于记录媒体，垂直记录媒体与横向记录媒体非常密切相关，可以在磁记录的读与写方面使用基本相同的传统的技术。
关于垂直磁记录介质，可以详细地观察双层垂直磁记录介质，其中除了记录层外，还有一软磁性内衬层(典型地是强磁性铁镍合金或类似物)，一记录层(其候选材料为基于CoCr的合金，极薄的PtCo层和Pd和Co的薄膜，以及SmCo非晶体薄膜交互层叠而成的多层薄膜)，一保护层，和一润滑层，都按照此顺序形成于衬底上。
双层垂直磁记录介质比仅具有一层作为磁功能层的记录层的垂直磁记录介质具有更好的写特性。
双层垂直磁记录介质的内衬层必须是软磁性的，并且具有一层厚度为至少100nm到大约500nm的薄膜。软磁性内衬层不仅是来自其上的记录薄膜的磁通量的传导通路，而且是来自记录头的写流量的传导通路。因此，它与永久磁铁上铁轭的磁电路扮演着相同的角色，由此其厚度需要比记录层的厚度厚得多。
与横向记录媒体中的基于Cr的无磁性底层薄膜的形成相比，形成垂直记录媒体的软磁性内衬层薄膜不是一件简单的事情。通常，构成横向记录媒体的薄膜都是通过干燥处理的(主要使用磁控溅射法magnetron spμttering)(参见日本专利未审公开号5-143972/1993)。通过干燥处理形成双层垂直记录介质的记录层和软磁层的方法都已经研究出来了。然而从批量生产和产量这方面来看，由于处理的稳定性、参数设定的复杂性，以及更多其他因素，处理速度等，使得通过干燥处理形成软磁层还存在着很大问题。此外，为达到更高密度的目的，必须使得磁盘表面上方的头浮标的高度(飞行高度，the flying height)，尽可能低，并且制造双层垂直记录介质过程中，需要覆盖一个金属薄膜的衬底，其金属薄膜的厚度能够通过磨擦而调平。然而，通过干燥处理而获得的厚膜的附着力很低，通过磨擦达到调平很成问题。因而，进行了各种测试，以覆盖一个电镀金属薄膜的无磁性衬底，厚的薄膜能够通过比真空方法沉积更容易的方法而形成。
发明内容
当通过镀膜法形成双层类型的垂直磁记录介质的软磁层时，就会产生多磁畴(multiple magnetic domains)。该磁畴是在构成了软磁层的镀膜表面上几毫米到几厘米的一个范围内以一特定方向进行磁化而形成的，并且磁畴壁产生于这些磁畴的边界上。当包含这样的磁畴壁的软磁层应用到双层垂直磁记录介质中时，由磁畴壁部分所产生的漏磁畴引起的如尖峰脉冲噪声那样的孤立脉冲噪声的出现而引起的信号再现特性的大幅度退化的问题就会出现。
为了能够通过简单的方法来获得具有优质特性的双层垂直磁记录介质，发明人对使用镀膜法形成软磁层的条件以及适宜使用的软磁层的类型进行了仔细的研究。
结果，发明人发现利用由Co，Ni和Fe组成的一组金属中至少两种金属的合金通过化学镀层在记录介质的衬底上面或者上方形成一软磁层，该软磁层选择那种在平行于衬底表面的方向上具有少于20奥斯特(Oe)矫顽磁力的软磁层，且在平行于衬底表面方向上的饱和磁化与剩余磁化强度的产生比率为4∶1到4∶3，这样的软磁层在防止尖峰脉冲噪声的产生以及引起尖峰脉冲噪声的磁畴壁方面有显著的效果。
此外，申请人发现当这样的镀层具有在垂直于衬底表面的方向上的饱和磁化与剩余磁化强度的比率为10000∶1到100∶1时，磁畴壁的产生能够更多地被抑制，这是所期望的。
而且，对获得如此的软磁膜的镀膜条件进行全面的研究之后，申请人发现优选地自转或绕转地对衬底镀膜以使得在衬底上面或上方镀膜形成的速度与衬底表面上方的电镀溶液速度的比率从至少1∶3×106到少于1∶2×108。
也就是说，本发明提供一种磁记录介质的经表面处理的衬底，包括一个直径不多于90mm的衬底；及一个设置在衬底上面或上方的由包含Co，Ni和Fe一组中至少两种金属的合金镀膜形成的软磁层；其中软磁层在平行于衬底表面的方向上的矫顽磁力少于20奥斯特(Oe)，且其中在平行于衬底表面的方向上的饱和磁化与剩余磁化强度的比率为4∶1到4∶3。
此外，本发明提供一种制造磁记录介质的经表面处理的衬底的方法。包括在直径不多于90mm的衬底上面或上方由包含Co，Ni和Fe一组中至少两种金属的合金通过非电解电镀形成软磁层的步骤，其中镀膜包括在镀膜过程中将自转或绕转的衬底镀一层膜以使得在衬底上面或上方镀膜形成的速度与衬底表面上方的电镀溶液速度的比率从至少1∶3×106到少于1∶2×108，且镀膜形成的速度为至少0.03μm/min到少于0.3μm/min。
此外，本发明提供一种包括磁记录介质衬底的磁记录介质。
经历过依据本发明的软磁层镀膜的磁记录介质的经表面处理的衬底，其表面上的磁畴壁发生率很低，且具有很好的尖峰噪声特性。当表面处理的衬底被用于垂直磁记录设备时，其具有优异的噪声特性。也就是能够获得高的记录密度。另外，根据本发明，软磁层通过湿类型非电解置换镀膜法来形成软磁层，以使得处理过程比通过蒸汽沉积或等同方法引入一底层镀层的过程要简单。然而，该制造软磁层的处理过程能够通过镀膜过程之后的粒化来确保其平滑度，且使得磁记录介质具有极好的特性。
具体实施例方式
对于本发明中用作无磁性衬底的衬底没有特殊的限制。可以使用Si单晶体衬底、玻璃衬底，或者铝衬底，并在其上面设置一层Ni-P非电解质镀膜，这通常用在磁记录介质的制造中。
该Si单晶体衬底能够经历置换镀膜。因为它具有非常均匀的特属，特别适合从镀膜的不规则性引起的磁化不规则性的抑制点来达到本发明的目的。
该Si衬底中使用的Si单晶体可以特别优选地包括一种通过CZ(Czochralski)处理或FZ(Floating Zone)方法制造的Si单晶体材料。该衬底可以具有任何可能的方向，包括例如(100)、(110)或(111)。此外，该衬底可以含有硼(B)，磷(P)，氮(N)，砷(As)，锡(Sn)等中的一种或多种杂质在衬底中，总量在0至1022atoms/cm2。然而，当利用在同一衬底表面上具有不同结晶方向的多晶体Si，和杂质的分布极其局部化的Si作为衬底时，在衬底上形成的底镀层就会因为化学反应不同而不均匀。而且，当使用具有极度离析的衬底时，将不能形成所期望的底镀层结构，因为在底镀膜过程中在衬底表面的局部形成了局部电池。
当Si被用作本发明的衬底材料时，优选地，可首先通过轻微的腐蚀表面氧化层和衬底表面来激活衬底表面，用于底镀层的形成。
该腐蚀能够通过各种方法如酸、碱或电解来实现。关于腐蚀的条件，当碱性水溶液如腐蚀性苏打用于腐蚀过程时，衬底表面被浓度为2到60wt％溶液温度在30到100℃的溶液腐蚀，用于在轻微腐蚀衬底表面的同时，除去表面氧化膜。
之后，优选地实施置换取代镀膜法来获得良好的附着性，之后进行化学电镀以获得软磁层。
在腐蚀之后的置换镀膜中，可通过将衬底浸在电镀液中来形成镀膜，其电镀液包含Ag，Co，Cμ，Ni，Pd以及Pt一组金属中的一种或多种离子或主要离子，浓度为至少0.01N，且优选地为0.05N到0.3N。因此，衬底表面的Si原子被金属原子所取代。对于置换镀膜法没有特殊的限制，且公知技术中任何镀膜法都可使用。
置换的镀层的厚度优选地为10到1000nm，更优选地为50到500nm。当层厚度小于10nm时，将不能获得金属多晶微粒的均匀分布。当层厚度大于1000nm时，晶体微粒将增大以至于不适合作为底镀层。
本发明的主要特征在于在制造磁记录介质中使用化学镀层作为软磁层，其中软磁层在平行于衬底表面的方向上的矫顽磁力少于20奥斯特(Oe)，优选地2到5奥斯特(Oe)，并且具有饱和磁化与剩余磁化强度的比率为4∶1到4∶3。该软磁层可以更优选地在垂直于软磁镀膜的衬底方向上具有饱和磁化与剩余磁化强度的比率为100∶1到10000∶1。
该软磁镀层可通过通常所知的如非电解置换镀膜法来形成。
在电解镀膜法中，能够使用硫化物或氯化物电镀液。尽管电镀液中可以包含各种金属，然而还是使用从包含Co，Ni及Fe中选择的两种或多种金属元素的金属盐，以使得形成包含两种或多种元素的合金镀层。这是因为必须达到软磁层的磁化属性且必需获得一个立方晶体。
因为Co，Ni以及Fe能够用于化学电镀，并且作为软磁性材料具有极好的特属，所以根据本发明需要包含这些元素。
根据本发明，因为是通过极其细小的区域内的主要金属元素的离析来推测磁化特属，所以就需要包含至少两种这些金属元素的合金镀层。另一方面，使用单一金属镀层很难得到本发明的效果。
电镀液(溶液)成分的一个特定例子可以包括优选地浓度为0.01N到0.5N的硫酸镍和硫酸钴的混合电镀液。
可用在化学电镀法中的还原剂可以包括次磷酸、二甲基胺硼烷、以及基于镀液或镀液中的金属离子所选择的混合物。
本发明所需的电镀的软磁层能够通过对衬底进行化学电镀来获得，其中衬底在镀膜液中自转或绕转，以使得在衬底上面或上方镀膜形成的速度与衬底表面上方的电镀液速度的比率从至少1∶3×106到少于1∶2×108，且优选地是从1∶8×106到1∶1.5×108。
当在衬底上面镀膜形成的速度与将要电镀的衬底表面的电镀液的速度的比率小于1∶3×106时，相对于自转的频率，剩余磁化强度将比本发明规定的饱和磁化与剩余磁化强度比率为4∶3时要大得多。当在衬底上面镀膜形成的速度与将要电镀的衬底表面的电镀液速度的比率大于1∶2×108时，是所不希望的，因为饱和磁化与剩余磁化强度的比率要比本发明规定的4∶1要小，且将引起通过镀膜形成的薄膜不平坦。
正如前面所描述的比率，镀膜形成速度本身对于实施本发明是很重要的因素。根据本发明，镀膜速度至少为小于和等于0.03μm/min，且优选地是至少为0.2μm/min。
当镀膜形成速度小于0.03μm/min时，即使改变组成或电镀条件也很难获得小于20奥斯特(Oe)的矫顽磁力，且此外，剩余磁化强度会变得太大以至于在垂直于衬底表面方向上的饱和磁化与剩余磁化强度的比率不可期望地超出4∶3。
当镀膜形成速度超出0.3μm/min时，则由于组成的晶体微粒变得非晶体而使剩余磁化强度将变得太小，且在垂直于衬底表面方向上的饱和磁化与剩余磁化强度的比率变得比期望的比率4∶1要小。
获得预先确定的电镀液流动速度的方法可包括在镀膜期间控制溶液再循环的方法，使用如叶片那样的搅拌器搅动电镀液的方法，以及使衬底自转和绕转的方法。
于此，绕转衬底的方法简单且对于获得预先确定的溶液流动速度是有效的。然而，当衬底很大时，衬底表面易受涡流形成的影响。
根据本发明，衬底的尺寸被设置在不大于90mm。当衬底的直径大于90mm时，将很难在衬底表面形成均匀的电镀溶液流动以至于很难得到本发明的效果。
根据本发明，镀膜形成速度被定义为单位时间内电镀膜生长的厚度。镀膜的横截面可通过扫描电子显微镜、荧光X射线分析仪或等同物观察到。
根据本发明，电镀液速度被定义为电镀溶液在平行于衬底表面的方向上相对于要电镀的衬底的相对速度。尤其是，在距离衬底表面小于10mm的区域内与衬底相比较的电镀液的相对速度。可以使用皮托管、叶轮型质量流量计、超声波流量计或激光-多普勒流量计来测量在所述区域内的电镀液的速度与将要电镀的衬底的位移之间的速度之差。
在距离被电镀的衬底少于1mm的区域内，有一个平稳的电镀液流动层，其在一种由流动边界膜的粘度引起的与镀膜表面半混合的状态下流动。然而，根据本发明，电镀液流动速度不考虑直接接近衬底的那个区域的流动速度，其是很难用数字来测量的，如流动边界膜的区域。
根据本发明，具有规定的特性的软磁层的晶体结构可通过X射线衍射来观察。结果表明，不考虑其成分，软磁层的晶体排列是FCC或BCC立方体晶体结构。比较形成晶体正方面的晶格面之间的间隔，当比较垂直于软磁层表面的晶格面间隔和平行于软磁层表面的面间隔时在晶格面间隔上是有区别的。垂直于软磁层表面的立方体晶格面长出至少0.3％且小于3％。此外，发现晶格面间隔的这一点差别不依赖于构成软磁层的晶体方向或排列，但是依赖于相对于平面软磁层表面的角度。关于这一点的准确的原因还是未知，但是可以推定如此的内在晶体结构是确定本发明的软磁层的磁化特性的一个要素。
软磁层的厚度优选地为100到1000nm。
当厚度超出1000nm时，信号再现期间来自介质的软磁层的磁噪声会变大且介质的S/N将使其特性减弱。因此这是所不期望的。当厚度小于100nm时，磁渗入特性将不足以作为软磁性底层且会减弱介质的重写特性。因此也是不期望的。
如上述的形成100nm到1000nm的软磁层之后，本发明的磁记录介质优选地通过在软磁层上面或上方顺序形成5到100nm的磁记录层、2到20nm的保护层以及润滑层来产生。
该磁记录层形成于软磁层上面或上方，且是用于磁记录磁性硬材料的记录层。
该磁记录层可直接形成在软磁层上，或通过一层或多层中间层如Ti形成于其上，通过该中间层晶体微粒的尺寸和磁性特性能够根据需要进行匹配。
对于用于磁记录层的材料没有特别的限制，只要其是包含了容易地在垂直于平面层的方向上磁化的磁畴的高磁性材料就可以。该磁记录层可包括通过溅射应用的Co-Cr合金膜、Fe-Pt合金膜、Co-Si微粒膜以及Co/Pd多层膜。另外，通过湿法镀膜形成的膜，如基于Co-Ni的镀膜能够作为记录膜。此外，通过涂上诸如磁铁铅矿形态的钡铁酸盐而形成的膜能够用作记录层。
这种记录层的厚度通常是5到100nm，更优选地是10到50nm。此外，关于矫顽磁力，其优选地提供0.5到10kOe的记录层，更优选地是1.5到3.5kOe。
在磁记录层上面或上方形成的保护层包括通过溅射或CVD形成的非晶体的基于碳的保护膜，诸如Al2O3的晶体的保护膜等。
此外，最上层的润滑膜可以包括通过应用基于氟的润滑油的单分子的薄膜。对于本申请代理或方法的类型没有特殊的限制。
本发明将通过下面的实例进行解释。然而，本发明并不局限于此。
例1通过将直径为200mm的Si单晶体衬底使用CZ处理法进行去心、倒角和磨光步骤而制成直径65mm的(100)Si单晶体(P掺杂N型衬底)。用具有平均微粒大小为15mm的硅胶研磨两个表面来获得粗糙度(Rms)为4nm的表面。该Rms是均方粗糙度，且通过AFM(原子力显微镜，Atomic Force Microscope)来测量。
将衬底表面一层薄薄的氧化膜除去，并将衬底浸在2％重量，45℃的腐蚀性苛性烧碱溶液中3分钟来腐蚀衬底表面上的Si，之后，在0.1N的硫酸镍水溶液中加入0.5N硫酸铵制成的底层电镀液(溶液)中浸泡衬底5分钟并加热到80℃。结果，底层电镀层形成于衬底上。
然后，制备好一个含有0.2N硫酸铵、0.02N硫酸镍、0.1N硫酸钴、0.01N硫酸铁以及0.04N二甲基胺硼烷的电镀液作为还原剂。将电镀液加热到65℃以使得在衬底上的化学电镀的膜生长速度达到0.1μm/min。
将镀膜的衬底在电镀液中以60rpm的速度进行高速旋转，同时化学电镀进行20分钟，产出2μm厚的软磁层。
在此期间，距离衬底表面5mm处的电镀液速度通过激光多普勒流量计测量。距离衬底中心10mm处的衬底内圆周边缘上的速度为3000mm/min，而距离衬底中心32.5mm处的衬底的外圆周边缘上的速度为10000mm/min。镀膜形成速度与电镀液在将要的衬底表面上方的电镀液流动速度的比率为1∶3×107和1∶108。
当这样方式获得的软磁膜的磁特性用振荡型磁力计测量时，在平行于软磁层表面的方向上的矫顽磁力为4奥斯特(Oe)，饱和磁化为18000G，剩余磁化强度为9000G，饱和磁化与剩余磁化强度的比率为2∶1。
当以同样的方式在垂直于软磁层表面的方向上测量磁特性时，矫顽磁力为50Oe，饱和磁化为18000G，剩余磁化强度为10G，饱和磁化与剩余磁化强度的比率为1800∶1。
此外，当通过X射线衍射观察软磁层的晶体时，在平行于由一组非定向的FCC晶体构成的薄膜的表面的方向上的晶格面平均间隔为2.024，垂直于膜表面方向上立方体晶格面的平均间隔为2.040，因此在垂直于薄膜的表面的方向上的晶格面间隔比平行于膜表面方向上立方体晶格面的间隔长0.8％。
将包括这种软磁层的衬底涂上一层用质量比为Co∶Cr∶Ta＝79∶19∶2的含有Co，Cr和Ta的厚度为20nm的垂直磁记录膜，其在220℃的恒温下喷镀而成。
当测量记录层的矫顽磁力时，在垂直于膜表面的矫顽磁力为2.2Koe，且平行于膜表面的矫顽磁力为500奥斯特(Oe)。
此外，衬底用厚度为10nm的非晶体碳元素来覆盖，并然后通过浸渍涂上一层基于氟的润滑膜。因此，垂直记录介质就制成了。
将由此获得的介质安装在旋转台(spinstand)并进行直流消磁(DCerasing)。然后，用nanoslider GMR探头在悬浮高度为10nm处测量介质的噪声。结果再现包络图形时没有尖峰噪声。
此外，为了研究磁性迁移的状态的目的，用磁感应装置(OSA5100，由Candela有限公司制作)在整个衬底区域内观察克尔效应。然而，没有观察到来自软磁层的磁迁移引起的尖峰噪声。
权利要求
1.一种用于磁记录介质的经表面处理的衬底，包括直径不大于90mm的衬底，及设置在衬底上面或上方的由包含Co、Ni和Fe组中选择的至少两种金属的合金的软磁镀层；其中该软磁层在平行于衬底表面的方向上的矫顽磁力小于20奥斯特(Oe)，以及其中，在平行于衬底表面的方向上的饱和磁化与剩余磁化强度的比率为4∶1到4∶3。
2.根据权利要求1的用于磁记录介质的经表面处理的衬底，进一步包括磁记录层，其设置在软磁镀层上面或上方。
3.根据权利要求1的用于磁记录介质的经表面处理的衬底，其中所述软磁镀层在垂直于所述衬底表面的方向上具有饱和磁化与剩余磁化强度的比率为100∶1到10000∶1。
4.根据权利要求2的用于磁记录介质的经表面处理的衬底，其中所述软磁镀层在垂直于所述衬底表面的方向上具有饱和磁化与剩余磁化强度的比率为100∶1到10000∶1。
5.一种制造用于磁记录介质的经表面处理的衬底的方法，其包括化学电镀的步骤，用于在直径不大于90mm的衬底上面或上方形成包含由Co、Ni和Fe的组中选择的至少两种金属的合金的软磁层，其中该化学电镀的步骤包括将在镀膜过程中自转或绕转的衬底涂敷，以使得在衬底上面或上方镀膜形成的速度与衬底表面上方的电镀液速度的比率从1∶3×106到少于1∶2×108，且维持镀膜形成的速度为至少0.03μm/min到小于0.3μm/min。
6.一种根据权利要求1至4中任一个权利要求的包含经表面处理的衬底的磁记录介质。
全文摘要
当通过镀膜方法形成用于双层型垂直磁记录介质的软磁层时，存在着称作尖峰噪声的孤立脉冲噪声发生的问题，以使得信号的再现特性丢失。为了解决此问题，提供一种用于磁记录介质的经表面处理的衬底，其包括一个直径不大于90mm的衬底；及一个设置在衬底上面或上方的由包含Co，Ni和Fe一组中选择的至少两种金属的合金镀膜形成的软磁层；其中该软磁层在平行于衬底表面的方向上的矫顽磁力少于20奥斯特(Oe)，并且其中在平行于衬底表面的方向上的饱和磁化与剩余磁化强度的比率为4∶1到4∶3；以及一种包含磁记录介质衬底的磁记录介质。
文档编号G11B5/74GK1595499SQ20041007522
公开日2005年3月16日 申请日期2004年9月13日 优先权日2003年9月12日
发明者逢坂哲弥, 朝日透, 横岛时彦, 津森俊宏 申请人:学校法人早稻田大学, 信越化学工业株式会社