專利名稱：具有反鐵磁耦合疇擴展雙層結構的磁光記錄介質的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種磁光(MO)記錄介質，例如數(shù)據(jù)存儲介質，包含磁光記錄層以及輔助磁層，其中磁光記錄層中記錄的磁疇在被復制輻射的照射時，例如復制光或其它適當?shù)妮椛洌淮艂鬟f給輔助磁層，由此比磁光記錄層記錄的磁疇更大的磁疇就能夠借助于輔助磁層的磁性在復制時從輔助磁層中被重新讀取。此外，本發(fā)明涉及一種制造這種MO記錄介質的方法。
MO存儲提供了超過相移記錄的優(yōu)點，相移記錄的特征為遠低于衍射極限的尺寸能被寫入或讀取。在MO記錄中，這些小的比特是通過使用激光脈沖磁場調制(LP-MFM)寫入的。在LP-MFM中比特變換是通過磁場切換以及激光切換引起的溫度梯度決定的。為了讀出用這種方法記錄的小的月牙形標記，必須使用磁超級分辨率(MSR)或疇擴展(DomEx)方法。這些技術是基于具有多個磁靜態(tài)或交換耦合的稀土轉換金屬層(RE-TM)的介質的。磁盤上的輔助或讀取層在讀取期間屏蔽相鄰的比特，使得只有來自于存儲層的傳遞疇能夠被探測到(MSR)，或在讀取點中擴大傳遞疇(DomEx)。DomEx優(yōu)于MSR的優(yōu)點是尺寸遠小于衍射極限的比特和尺寸與衍射極限點相當?shù)谋忍匾粯幽軌蚴褂孟嗨频男盘?噪聲比(SNR)被探測到。
AC-MAMOS(交流磁放大磁光系統(tǒng))是一種DomEx方法，由H.Awano等人在Appl.Phys.Lett.第69卷，No.27，第4257-4259頁，1996年12月中提出，該方法基于磁-靜態(tài)耦合存儲以及擴展或讀取層。在AC-MAMOS磁盤中，存儲層中的疇通過非磁中間層被有選擇地復制到讀取層，并且所復制的疇的尺寸通過使用外部磁場被擴展為大于激光點的直徑。因此，通過復制擴大的疇就獲得了大信號。之后，通過應用反向外部磁場，擴展的疇可從讀取層中移除。
疇壁替換探測(DWDD)是另一種DomEx方法，該方法基于一種交換耦合存儲以及讀取層，由T.Shiratori等人在Proc.MORIS’97，J.Magn.Soc.Jpn.，1997年第22卷，增刊No.S2，第47-50頁中提出的。在DWDD介質中，作為交換耦合力的結果，在存儲層中記錄的標記通過一個中間切換層被傳遞到輔助或替換層中。當復制激光點被照射在磁盤磁軌上時，溫度升高。當切換層超過居里(Curie)溫度時，磁化消失，致使各層之間的交換耦合力消失。交換耦合力是一種在替換層中保持傳遞標記的力。當所述交換耦合力消失的時候，記錄的標記周圍的疇壁變換到高溫區(qū)，該區(qū)具有低疇壁能量，允許小的記錄標記擴展。即使記錄在高密度時進行，也允許通過激光束讀取。
應用在MO存儲中的存儲以及(磁超級分辨率)讀取層是基于RE-TM合金例如TbFeCo以及GdFeCo。這些層是亞鐵磁的，且具有與RE和TM子晶格相反的磁化方向。亞鐵磁性是一種在那些反鐵磁材料中發(fā)生的磁性形式，其中微觀磁力矩的排列是反平行且不相等的。通過適當選擇RE元素及成分，使用依賴于磁性的特定各向異性、磁化以及溫度設計鐵磁物質是可能的。通常，成分的選擇使得垂直磁各向異性能夠被獲得。通過在每個RE-TM層上面沉淀兩個RE-TM層，兩RE-TM層能夠容易地交換耦合。最低能態(tài)通常為兩層的子晶格具有相同的排列方向的狀態(tài)。但是，當一層為富RE層而另一層為富TM層時，兩層中的網(wǎng)狀磁化就會相反。RE-TM層的這種(直接)交換耦合以及非磁化電介質層之上RE-TM層的磁靜態(tài)耦合在MO記錄中形成了所有已知的超級分辨率技術的基礎。
對于鐵磁以及反鐵磁或亞鐵磁薄膜，性態(tài)可通過將兩個鐵磁薄膜耦合在例如薄非磁Ru層上獲得特性。這種影響是用來向傳感器和磁隨機訪問存儲器(MRAM)中的GMR和TMR元件施加偏壓的。在硬盤存儲器中使用鐵磁存儲層的反鐵磁耦合也是已知的，并且應用在本領域中的硬盤驅動器產(chǎn)品中來增加存儲層的磁穩(wěn)定性。在這種情況下，兩個鐵磁平面磁化的Co合金薄膜被反鐵磁耦合在Ru層上。美國文獻5,756,202公開了一種在例如Ru層之上兩個鐵磁垂直磁化的Co/Pt多層層疊的反鐵磁耦合，被用于超級分辨率和直接重寫MO記錄。
多種MAMMOS讀取方案是已知的。對于這些MAMMOS技術，應用了調制讀取磁場的AC-MAMMOS已經(jīng)被詳細研究。在這種方法中，使用了均勻的垂直磁化的讀取層。在讀取點的中間，加熱導致了存儲層的雜散磁場的增加以及讀取層的矯頑性的減少。當所述點中間的比特的磁化方向與初始讀取層的磁化方向相反時，相反的疇就會在讀取層中形成晶核。調制外部讀取磁場驅動疇擴張以及隨后的崩潰。但是這種方法有一些缺點。在讀取期間，讀取字段的準確定時以及磁盤上數(shù)據(jù)的點的位置是需要的。此外，來自于數(shù)據(jù)的定時恢復是不可能存在于傳統(tǒng)讀取方案中的，并且高分辨率讀取期間的讀取功率以及磁場邊界都很小。為了解決前述問題，最近提出的零磁場MAMMOS技術已被研制出來。在這種技術中，不再需要讀取磁場，而且記錄實驗表明邊界會更大。
本發(fā)明的一個目的是提供一種MO記錄介質以及其制造方法，借助于所述介質及方法，MO記錄介質的讀取性能被改善了。
此目的是通過如權利要求1所述的MO記錄介質以及如權利要求12所述的制造方法實現(xiàn)的。
因此，提出了MO記錄介質的一種可選擇的改善結構，其中一種反鐵磁耦合雙層結構被用作MO記錄介質上的讀取層。在聚焦點引起的溫度升高以及依賴于溫度的交換或耦合在存儲層上的雜散磁場的影響下，雙層結構中的磁化配置將改變。讀取層的這種改變的磁化狀態(tài)以通常方式通過反射光的極化狀態(tài)中的變化被探測到。這種層結構的主要優(yōu)點在于它提供了一種對于存儲層中上下磁化的對稱的讀取響應，以及通過適當選擇層的磁性這種層結構可在沒有外部讀取磁場的情況下被使用。
所述子層均包含RE-TM物質。特別的，所述RE-TM物質可能包含GdFeCo、GdFe或GdFeAl。
至少兩個子層最好具有基本上相同的成分以及磁性。因此，在兩個磁化方向上可獲得完全對稱的性態(tài)，因此兩個磁化方向就能夠以相同的方式擴展，并且涉及輔助磁層中的壁的能量對于兩種情況也是相同的。
通過將所述子層耦合在適當物質和厚度的非磁金屬耦合層上可獲得兩子層的反鐵磁耦合。Ru最好被用于厚度約為0.9nm的耦合層，因為這種材料及厚度的層引起強反鐵磁耦合。其它耦合材料，例如V、Cr、Mn、Cu、Nb、Mo、Rh、Ta、W、Re、Os、Ir及其混合物原則上也可使用。
可通過選擇讀取子層和耦合層之間的適當?shù)慕缑鎸釉黾臃谴篷詈蠈由系鸟詈蠌姸?。對于GdFeCo讀取層，例如Gb、Fe、Co或FeCo的界面層可被使用。界面層還可用來防止記錄期間夾層擴散進入存儲子層。
本發(fā)明的有利改善在附加權利要求中定義。
下面，將參考附圖在優(yōu)選實施例的基礎上更加詳細的描述本發(fā)明，其中

圖1示出了MAMMOS讀取方案的示意圖；圖2示出了雙層結構的不同磁化狀態(tài)；圖3A和3B示出了雙層結構在大和小反鐵磁耦合強度中的磁滯的特性要素圖；圖4示出了GdFeCo/Ru/GdFeCo層層疊的滯后回線；圖5A、5B和5C示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的讀取層的示意性結構；圖6A和6B示出了分別對應于存儲層中復制的位的上下磁化方向的第一DomEx實施例的讀取過程的示意圖；圖7示出了第二DomEx實施例的讀取過程的示意圖；和圖8示出了帶有反鐵磁耦合讀取雙層的用于DomEx記錄的磁盤的層結構。
圖1示出了MAMMOS讀取方案的示意圖。在MAMMOS記錄介質中，在圖1的存儲層SL中各自箭頭指出的疇通過中間層IL被復制到讀取層或擴展層EL。通過使用由帶有勵磁線圈的磁頭MH產(chǎn)生的外部磁場，所復制的疇被擴展到大于激光束LB的激光點的直徑。存儲以及擴展層的依賴于溫度的磁性以如下方式選擇，在讀取過程中，小記錄疇被有選擇地復制到讀取層中。然后，所復制的疇在讀取層或輔助層EL中被外部磁場擴展。因此，在讀取讀取層EL中的擴展疇的過程中，可獲得強信號。讀取層EL中的擴展疇可通過應用相反的外部磁場去除。此過程被連續(xù)重復，以便有選擇地讀取存儲層SL中的小記錄疇。
根據(jù)優(yōu)選實施例，提出了在讀取層中使用反鐵磁(交換)耦合雙層結構。對于這種具有垂直各向異性的雙層結構，可能存在四種磁化狀態(tài)。圖2示出了由I、II、III和IV表示的這四種磁化狀態(tài)。在特定外部磁場中發(fā)生的特定狀態(tài)將依賴于子層的反鐵磁耦合強度、磁化和厚度，以及磁滯。在足夠強的外部磁場中，所述的兩層將使其方向平行于外部磁場且與反鐵磁耦合相反，如狀態(tài)I和IV所示。在弱外部場情況下，反鐵磁耦合占優(yōu)勢，導致了反平行狀態(tài)，如II和III所示。
圖3A和3B示出了磁化強度M對于外部磁場H的特性要素圖，其中示出了上述磁化狀態(tài)I至IV。圖3A中的圖表示出了強反鐵磁耦合的情況，其中滯后回線的大部分都得到了反平行狀態(tài)II和III。另一方面，在圖3B中，交換耦合的強度被減小了，并且滯后回線會越來越類似于只包含磁化狀態(tài)I和IV的單層的回線。虛線支路為部分局部磁滯回線，當外部磁場在子層磁化沿著磁場的方向處的數(shù)值以及磁化在反平行隊列中的數(shù)值之間變化時，局部磁滯回線能夠達到。磁滯回線示出了如圖3A所示的情況，其中在零場中只有兩個反平行穩(wěn)定狀態(tài)。如圖3B的情況的另一方面，I至IV的所有狀態(tài)在零場中都是穩(wěn)定的。
對于例如為Ru的非磁耦合層，耦合強度通常不表現(xiàn)出強的溫度相關性。但是，對于RE-TM相鄰層，當補償溫度于MO記錄感興趣的溫度范圍相近時，磁化以及矯頑性可能是與溫度高度相關的。例如，當補償溫度與室溫接近并且居里溫度超過讀取溫度時，在室溫與讀取溫度之間回線的形狀能夠輕易的從如圖3A所示的形狀改變?yōu)槿鐖D3B所示的形狀。
圖4示出了在室溫并且波長為633nm時，在克爾磁滯回線示蹤器中測量到的20nmSi3N4/15nmGdFeCo/0.9nmRu/10nmGdFeCo/20nmSi3N4層層疊的磁滯回線。在該圖表中，水平軸以kA/m表示外部磁場(H)，垂直軸以度表示克爾旋轉(KR)。箭頭表示磁場沿著磁滯回線的特定分支的掃描方向。因為外部磁場可從圖4中推測，振幅超過60kA/m的外部磁場足夠確保穩(wěn)定的切換。局部磁滯回線也在此圖中示出。
圖5A、B和C示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例提出的雙層結構。如圖5A所示，GdFeCo/Ru/GdFeCo形式的合成反鐵磁性耦合雙層結構作為讀取層EL提出。圖5B示出了GdFeCo/FeCo/Ru/FeCo/GdFeCo形式的合成反鐵磁耦合雙層結構，其中薄FeCo合金層(EL1i，EL3i)被加在GdFeCo和Ru的界面上來增加耦合強度。圖5C示出了取讀層實施例，其中子層EL1和EL2包含多層薄膜，例如Gd/FeCo或GdFeCo/Pt。多層的應用在獲得更高的垂直各向異性或在短波長時增加克爾旋轉中是有優(yōu)勢的。
圖6示出了根據(jù)第一優(yōu)選實施例的DomEx層層疊，所述層疊由激光束LB照射。該層層疊包含擴展層EL，所述擴展層具有第一RE-TM層EL1、非磁性金屬層EL2以及第二RE-TM層EL3的雙層結構。此外，DomEx層疊包含非磁性中間層IL以及存儲層SL。粗垂直線表示不同磁化疇之間的疇壁。在層層疊中箭頭的方向表示網(wǎng)狀磁化的方向，箭頭的厚度及長度表示網(wǎng)狀磁化的強度。假定擴展層EL以及存儲層的兩部分或子層的補償溫度接近室溫。讀取子層的反鐵磁耦合、厚度以及磁性選擇為在室溫條件下零磁場中只有反平行狀態(tài)是穩(wěn)定的，且在讀取溫度時所述層能夠被小磁場切換到平行狀態(tài)。在讀取點中，存儲層中比特的磁化被增加了，特別是在中部。在讀取層上的存儲層的雜散磁場變高了，以至于該雜散場控制了讀取子層的反鐵磁耦合。如果讀取子層EL1、EL3的矯頑性足夠低，那么它們中的一個將會切換到雜散磁場的方向。因此兩個子層就會與雜散磁場平行。這種比特的選擇以及成核機制與傳統(tǒng)MAMMOS介質中的機制相似。但是，其主要差別在于由其依賴于溫度的磁化形狀引起的未切換讀取子層的雜散磁場將輔助有核疇的擴展。因此，沒有外部場因為所述目的被需要。依靠層疊中層的實際成分和厚度，擴展的數(shù)量可在點的小部分(MSR類型讀取)以及擴展至充滿點的尺寸(飽和DomEx讀取)之間變化。另一個區(qū)別在于兩個磁化方向的完全對稱性態(tài)可在當擴展層EL的兩個RE-TM子層EL1、EL3具有相同的成分和磁性時獲得。在這種情況下，它們將以相同的方式擴展，并且與擴展層EL中的壁相關的能量在兩種情況下會相同，如圖6B所示，其中相同的讀取過程表示存儲層SL中讀疇的相反(向下)的磁化。
當非磁耦合層被省略時，即，當為RE-TM子層EL1、EL3具有直接的RE-TM至RE-TM交換耦合或耦合在薄RE-TM中間層上時，獲得帶有兩個成分基本相同的子層的反平行的耦合是很困難甚至是不可能的。因此，為了此目的提出了應用薄非磁金屬中間層EL2。此中間層EL2可能是薄Ru層，當Ru層的厚度值適當時，該薄Ru層會導致反鐵磁耦合。
圖7示出了根據(jù)第二優(yōu)選實施例的DomEx層層疊，該DomEx層層疊被激光束LB照射。層層疊包含帶有第一RE-TM層EL1、非磁金屬層EL2以及第二RE-TM層EL3的雙層結構的擴展層EL。此外，DomEx層疊包含一個磁RE-TM類型切換或中間層IL以及一個存儲層SL。粗垂直線表示不同磁化疇之間的疇壁DW。層層疊中的箭頭的方向表示網(wǎng)狀磁化的方向，箭頭的厚度或長度表示網(wǎng)狀磁化的強度。假定擴展層以及存儲層的兩部分或子層的補償溫度高于室溫。在點的外部，存儲層中的比特通過帶有中間或切換層的交換耦合被復制到讀取子層EL3。讀取子層之間的反鐵磁耦合強度及其磁化、矯頑性、厚度的選擇使得只有反平行狀態(tài)是穩(wěn)定的。在讀取點中，溫度超過切換層的居里溫度，便于切換層中的非磁區(qū)域的形成。在此區(qū)域中，讀取層中的壁不再受阻，并且能夠向具有最小壁能量的位置自由移動。因為在較高溫度時壁能量較低，所以讀取子層中的所述壁DW1和DW2將向最高溫度的位置移動。這就因此導致了疇擴展過程。因為兩個擴展子層的網(wǎng)狀磁化小，所以可獲得快速擴展過程。
此外，沒有必要象DWDD介質一樣在讀取溫度下為微小磁化優(yōu)化擴展層的成分。對于強讀取信號以下述方式選擇子層的厚度是有利的，所述方式為當磁層處于反平行方向時，克爾旋轉或橢圓率最大。與DWDD相似，RE-TM控制層可被加在切換和讀取層之間來抑制疇壁從點的后面的移動。
圖8示出了根據(jù)第二DomEx實施例的MO磁盤上的全層層疊。存儲層SL、中間層IL、以及讀取雙層結構E11、EL2、EL3合并在干擾層疊中，該干擾層疊具有電介質層I1和I2以及金屬散熱層M。存儲層SL以傳統(tǒng)方式與切換層IL交換耦合。例如，TbFeCo合金可被用于存儲層，TbFeAl合金可被用于切換層，GdFeAl子層可被用于置換層EL1、EL3。兩個子層的厚度被選擇為基本相同，使得在讀取溫度附近可獲得微小的全面磁化來得到快速擴展。Ru被用作耦合層EL2。
應注意到本發(fā)明不局限于上述優(yōu)選實施例給出的特定層結構以及層材料。任何適當?shù)腞E-TM合金以及金屬材料可分別被用于上面提出的擴展層EL或存儲層SL反鐵磁耦合雙層結構。因此優(yōu)選的實施例可在附加權利要求的范圍之內變化。
權利要求
1.一種磁-光記錄介質，包含一個磁-光記錄層和一個輔助磁層，其中所述磁-光記錄層記錄的磁疇在具有復制輻射的照射下被磁傳遞給所述輔助磁層，由此比所述磁-光記錄層的所述記錄磁疇更大的磁疇能夠在復制時依靠所述輔助磁層的磁特性從所述輔助磁層中讀回，并且其中所述輔助磁層包含一個層疊，該層疊包含至少兩個子層，所述子層通過非磁金屬層反鐵磁耦合。
2.如權利要求1所述的記錄介質，其中所述子層都包含稀土過渡金屬材料。
3.如權利要求1或2所述的記錄介質，其中所述子層具有基本相同的成分。
4.如權利要求1、2或3所述的記錄介質，其中所述稀土過渡金屬材料包含GdFeCo。
5.如權利要求1、2或3所述的記錄介質，其中所述稀土過渡金屬材料包含GdFe。
6.如前述任何一個權利要求所述的記錄介質，其中所述非磁金屬層為Ru層。
7.如權利要求6所述的記錄介質，其中所述Ru層的厚度范圍為0.5nm至1.5nm。
8.如權利要求6所述的記錄介質，其中所述Ru層的厚度范圍約為0.9nm。
9.如前述任何一個權利要求所述的記錄介質，其中記錄層疊的克爾旋轉或橢圓率對于子層磁化的反平行方向的量級大于其平行方向的量級。
10.如前述任何一個權利要求所述的記錄介質，其中存儲層和輔助層通過非磁中間層耦合。
11.如前述任何一個權利要求所述的記錄介質，其中輔助層和中間層至少在溫度范圍低于讀取溫度時通過交換交互作用耦合。
12.一種制造磁-光記錄介質的方法，該磁-光記錄介質包含一個磁-光記錄層以及一個輔助磁層，其中所述磁-光記錄層記錄的磁疇在具有復制輻射的照射下被磁傳遞給所述輔助磁層，由此比所述記錄磁疇更大的磁疇能夠在復制時依靠所述輔助磁層的磁特性從所述輔助磁層中讀回，所述方法包含通過產(chǎn)生至少兩個子層來形成輔助磁層的步驟，所述子層通過非磁金屬層反鐵磁耦合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁光記錄介質以及制造這種介質的方法，其中讀取擴展層(EL)包含反鐵磁層的雙或兩層結構，例如，GdFeCo或TbFeCo，耦合在比較薄的非磁金屬層上，例如，Ru層。在由讀取輻射光束以及來自于存儲層(SL)的雜散磁場引起的溫度升高的影響下，雙層中的磁化將會從反平行狀態(tài)切換到平行狀態(tài)。這種層結構的主要優(yōu)點在于它針對存儲層(SL)的上下磁化提供了一種對稱讀取響應，并且原則上可在沒有外部讀取磁場時使用。
文檔編號G11B11/105GK1666273SQ03815893
公開日2005年9月7日 申請日期2003年6月23日 優(yōu)先權日2002年7月5日
發(fā)明者H·W·范科斯特倫 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司