WO1998036409A1

WO1998036409A1 - Procede d'enregistrement magnetique

Info

Publication number: WO1998036409A1
Application number: PCT/JP1998/000593
Authority: WO
Inventors: Masaya Ishida; Tsugio Ide; Takanobu Katsuyama; Satoshi Nebashi
Original assignee: Seiko Epson Corporation
Priority date: 1997-02-17
Filing date: 1998-02-12
Publication date: 1998-08-20
Also published as: EP0899721A4; EP0899721A1

Description

明棚書磁気記録方法技術分野

本発明は磁気記録方法に関わり、特に、高密度に情報を記録する磁気記録方法に関する。背景技術

磁気を用いた高密度な記録方式として、磁気記録方式と光磁気記録方式が挙げられる。両者ともに磁性体に磁区として磁気情報を記録を行うが、その記録方式と再生方式は大きく異なる。磁気記録方式は、微小なサイズに形成した磁気へッドを記録層に非常に近づけて、磁気ヘッドから発生する磁界で記録を行い、記録層からの磁束の変化を検出して情報の再生を行う。磁気記録で高密度化を図るには、磁気ヘッドのサイズを小さくし、尚且つ記録層に非常に近接して配置する必要がある。磁気記録の特徴は、線記録密度が高いことが挙げられる。線記録密度は磁界の反転速度により制限されるが、現在では 0 . 1 z m以下の磁区長は容易に実現できる。これに対して、トラック幅は現在のところ 1 z m程度に制限されている。この原因としてトラック方向のへッドの位置精度なども一因ではあるが、本質的な問題ではないと考えられる。トラック幅を制限する本質的な要因として、記録トラックの両側に発生する記録にじみ（サイドィレ一ズ、サイドフリンジ）が 0 . 3 z m程度存在することによる実効的なトラック幅の低減と、記録磁区幅の減少による再生信号の出力の低下である。再生信号出力の低下については、磁気抵抗素子あるいは巨大磁気抵抗素子の開発が進み、その出力の増大が実現されてきており、より小さな磁区からの磁束の変化を検出できるようになってきている。しかし、記録にじみについてはさまざまな工夫がなされているが、本質的な解決には至っていないというのが現状である。磁気記録方式の記録密度は徐々に向上してはい _るのの、トラック幅方向の密度を増加させるのが容易ではなく、超高密度磁気記録を実現するための制約となっている。一方、光磁気記録方式は、レーザ光を集光して記録層の一部を加熱し、同時に磁界を印加することによりその領域に磁区を形成して記録を行う。また、情報の再生は、記録層に直線偏光のレーザ光を照射して、磁化の向きに対応する偏光面の回転を検出することにより行う。光磁気記録で高密度化は、記録層に集光するレーザ光のスポヅトを小さくすることで実現される。レーザスポットはえ/ N A (入：レーザ波長、 N A ：対物レンズの開口数）に比例するため、レーザ波長を短く、 N Aを大きくすれば、スポット径は小さくなるが、 0 . 3 5〃m以下にするには容易ではない。ソリッド · ィマルジョン - レンズ（ S I L ) という 2群のレンズを用いることにより、 N A > 1を実現して、スポット径を小さくすることも試みられている。しかしながら、直径 0 . 3 5〃m程度の磁区サイズからの良好な再生信号の検出は非常に難しい。このように N Aが大きい場合、より精密な光学系の調整が必要となってくる。また、スポット径が小さくなつて分解能が向上してくると、基板や案内溝などについてもより平滑性や制御性が求められる。現状では、スポットを小さくしても、 S / Nの高い信号の再生が困難は難しい。さらに、 0 . 3 5 m以下にスポット径を小さくすることは容易ではない。媒体の可換性など光磁気記録の特徴を犠牲にすることでスポット径を小さくすることは可能ではあるが、 S /Nの高い信号の再生を簡便に実現することは困難であると考えられる。光磁気効果の大きな記録層を用いることで高 S / N再生信号を得ることも可能ではあるが、現在のところ光磁気効果が非常に大きな材料系は見当たらず、超高密度光磁気記録の実現は再生の点から難しいと考えられる。

現在、磁気記録方式と光磁気記録方式ともに記録密度は年々増大しており、今後もこの傾向は続くと予想されている。しかし、 0 . 2〃m角のサイズ、面積では 0 . 0 4 m ²以下のサイズの磁区情報を記録 ·再生するための技術基盤は整つていない。磁気記録方式では、トラック幅方向に関して密度を増大させることが困難であり、光磁気記録方式では、微小磁区を再生した場合の信号出力が低下してしまい、記録密度を増大させることが困難になる。発明の開示

本発明の磁気記録方法は、基板と磁性層からなる記録膜とを有する記録媒体に、熱磁気記録方式によって情報の記録を行う磁気記録方法において、前記記録媒体の 1 トラックあたりの加熱領域の幅を 0 . 3 5 m以下にして前記情報を記録することを特徴とする。このような特徴により、磁気記録方式や光磁気記録方式では実現が困難であった、 0 . 2 / m角以下の非常に微小なサイズの磁区を良好に記録することができる。このサイズは、磁気記録で実現可能なトラック幅よりもはるかに狭く、また、光磁気記録で実現可能な、記録磁区長さよりもはるかに短い。磁気記録や光磁気記録のみでは実現できない超高密度の記録が実現可能となる。ここで、前記記録膜は、記録層と記録補助層との 2層の磁性層からなることにより、高密度で熱磁気記録された媒体からの再生が初めて可能となる。記録補助層は、安定して熱磁気記録するためには不可欠であり、記録媒体の 1 トラックあたりの幅が 0 . 3 5〃m以下の高密度記録にとって、磁区の安定性、記録するのに必要な磁界の低減に大きな効果を奏する。さらに、前記記録層のキュリー温度を T c 1，前記記録補助層のキュリー温度を T c 2としたとき、 T c 1 < T c 2であることが好ましい。

また、前記記録層の磁化の大きさは、 2 0 0 e m u / c c以上であることにより、 1 トラックあたりの幅が 0 . 3 5〃m以下である高密度の記録磁区からも良好な情報の再生が可能となる。ここで、記録された情報を再生するときには、前記記録媒体上の磁化による磁束の変化を、磁気による抵抗の変化として検出する再生方法を用いる。

熱磁気記録の加熱方法としては、ソリツドィマルジヨンレンズを用いて加熱する方法、エバネッセント光を照射して加熱する方法、先鋭化された探針と前記記録媒体との間に流れる電流によって加熱する方法が適用される。ここで、加熱温度と前記記録媒体へ印加する磁界の強度とを同時に変調させることが好ましい。また、先鋭化された探針と記録媒体との間に流れる電流によって加熱する方法の場合は、前記記録媒体へ流れる電流と前記記録媒体へ印加する磁界とを同時に変調させる方法が好ましい。このようにすると、良好な記録が可能であるだけでなく、トラック幅を低減でき、より高密度化が可能となるからである。

本発明の磁気記録方法が適用される磁気記録媒体は、基板と磁性層からなる記録膜とを有し、 1 トラックあたりの幅が 0 . 3 5 m以下であることを特徴とする。また、前記記録膜が記録層と記録補助層とからなることを特徴とする。基板はシリコンあるいは酸化シリコンであることが好ましい。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の磁気記録媒体の第 1の実施例の構造を示す断面図。

図 2は、第 1の実施例の磁気記録再生装置を示す図。

図 3は、本発明の磁気記録媒体の第 2の実施例の構造を示す断面図。

図 4は、第 2の実施例の磁気記録再生装置を示す図。

図 5は、本発明の磁気記録媒体の第 3の実施例の構造を示す断面図。

図 6は、第 3の実施例の磁気記録再生装置を示す図。符号の説明

1 1

1 2 下地保護膜

1 3 記録層

1 4 記録補助層

1 5 上部保護膜

1 6

2 1 記録媒体

2 2 磁界印加用コイル

2 3 ソリッドィマルジョンレンズ

2 4 対物レンズ

2 5 レーザー光

2 6 スライダー

2 7 記録磁区

2 8 磁束検出手段

1 3 - a 下地層

1 3 - b コバルト層

1 3 - c P t層 41 光ファイバ一発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の磁気記録方法を添付図面に示す好適実施例に基づいて詳細に説明する。

(実施例 1 )

図 1は、本発明に従う磁気記録に適した磁気記録媒体の第 1の実施例の断面構造を示す。シリコンウェハー基板 1 1上に、下地保護膜 12を形成した後に、記録層 13としてテルビウム ' 鉄 ' コバルト合金薄膜を 20 OA形成し、さらに、記録補助層 14としてデイスプロシゥム · コバルト合金薄膜を 3 OA形成し、上部保護膜 15、潤滑層 16を形成した。記録層 13の組成は、 T b ₁₄ F e ₈₂ C o ₄であり、そのキュリー温度は 1 65 Cであった。記録補助層 14の組成は、 D y ₂₉ C o ₇！であり、そのキュリ一温度は 300 °C以上であった。組成の添え字は原子比を表している。記録層 13、記録補助層 14ともにアモルファス合金であり、垂直磁気異方性を示す。記録層 13の磁化の大きさは 280 emu/c cであった。下地保護膜 12は窒化シリコンを用い、その膜厚は 100 Aである。上部保護膜 15はアモルファス水素化カーボン膜を用い、その膜厚は 15 OAである。潤滑層 16は PFPE (パーフルォロポリエ一テル）系の材料で、膜厚は約 2 OAである。ここで示した記録膜は、特願平 8— 72 15、特願平 8— 776 43で本発明者らが開示したものである。その特徴は、光磁気記録において非常に低い印加磁界で良好な磁界変調記録を可能にするものである。この記録膜は磁化の大きな記録層からなるために、磁束の変化を検出することで情報の再生が可能となる。一方、従来の熱磁気記録に用いられる補償組成近傍の希土類一遷移金属の場合、良好な磁区が形成される組成近傍では室温での磁化の値はかなり小さい。従って、従来の熱磁気記録用磁性膜では、磁束の変化により情報の再生を行うのが事実上不可能であつた。本発明者らが開示した 2層の磁性膜を用いることにより、高密度で熱磁気記録した媒体から磁束の変化で情報を再生することが初めて可能になった。

図 2は、本発明に従う高密度磁気記録に適した磁気記録再生装置の第 1の実施例を示す。へッドは記録手段と磁束検出手段 2 8に分けられる。記録手段は、微小領域加熱手段と磁界印加用コイル 2 2からなる。微小領域加熱手段は、 2群のレンズからなり、 1つは記録媒体に近接するように配置された半球状のソリッドィマルジヨンレンズ 2 3である。 2つのレンズを合わせた実効的な N Aは 0 . 8 5である。用いたレーザー光 2 5の波長は 4 3 0 n mであり、記録媒体面上で得られたスポットサイズは 0 . 3 5 / mであった。これらの 2群のレンズは、スライダ 2 6に搭載されており、媒体表面とソリッドィマルジヨンレンズ 2 3の間隔は 3 0 n mになるように制御した。磁界印加用コイル 2 2はソリッドィマルジョンレンズの周囲に配置した。磁束検出手段 2 8 としては、スライダ上に縦型 MR ヘッドを搭載した。 0 . 2〃m以下のトラックピッチの磁気情報の再生が可能なように、磁気抵抗効果膜の感磁部のみを記録媒体に対して突出した構成を用いた。上述の記録媒体と記録再生装置を用いて記録再生を行った。記録半径 1 0 mm、回転数 3 6 0 0 r p m、記録周波数 9 . 4 2 M H z、記録ドメイン長 0 . 2〃m の条件で記録を行った。スライダ 2 6を半径方向に送ることにより、トラックビヅチ 0 . 3 z mを実現した。記録時に 4 . 2 mWと一定のレーザパワーで照射し、磁界をデューティ一比 5 0 %で変調することにより熱磁気記録を行った。磁界の強度は記録媒体上で 1 5 0 0 eである。再生は、記録時と同一の線速度で行ったところ、 1 0 0〜 2 0 0〃Vの出力が得られた。また、 M F M (Magnetic Force Microscope：磁気力顕微鏡）により記録された磁区を観察したところ、 0 . 3〃 m幅に形成されていることが確認された。熱シミュレーションにより記録膜の温度分布を見積もったところ、記録層のキュリー温度以上に昇温した領域の幅は 0 . 3 1〃mであった。シミュレーションで得られたキユリ一温度以上の領域の幅と最終的に形成された磁区幅がほぼ一致した。したがって、加熱された領域は、ビ —ムスポットよりも若干小さく、最終的に形成された磁区幅程度と考えて良いことがわかる。また、以上の結果から、本発明により 0 . 3 m角以下の微小なサィズの磁区を良好に記録 ·再生できることがわかる。

さらに、同一の記録媒体、記録再生装置を用いて、記録時のレーザ照射をパルス状に変更して記録を行った。記録レーザパワーは 7 mWで、磁界のスィッチングに同期して 4 0 n s e cのパルスを照射した。ボトムパワーは 1 mWである。これ以外の条件はすべて同一として熱磁気記録を行い、情報の再生を行ったところ、 100〜 200 Vの出力が得られた。また、磁区観察の結果、磁区幅が 0. 25 mであった。パルス状の加熱による温度と磁界とを同時に変調した場合においても、良好な記録が実現できることが確かめられ、両方を同時に変調した場合においては、さらにトラック幅が低減できることが明らかになった。

(実施例 2 )

図 3は、本発明に従う磁気記録に適した磁気記録媒体の第 2の実施例の断面構造を示す。シリコンウェハ一基板 1 1上に、下地保護膜 12を形成した後に、下地層 13— aとして P t膜を 20 A形成し、さらに、コバルト層（ 13— b) 5 Aと P t層（ 13— c) 20 Aとの積層膜を 7層形成したものを記録層とした。さらに、記録補助層 14としてデイスプロシゥム · コバルト合金薄膜を 30 A形成し、上部保護膜 15、潤滑層 16を形成した。記録補助層 14の組成は、 Dy 2 9 C o ₇ である。記録補助層 14はアモルファス合金である。記録層 13— a~ c、記録補助層 14ともに垂直磁気異方性を示す。記録層 13— a〜cの磁化の大きさは 230 emu/ c cであり、そのキュリー温度は 200 °Cであった。 P t /C 0人工格子膜に記録補助層を形成した場合の保磁力は 1. 5 kO eであつた。下地保護膜 12、上部保護膜 15、潤滑層 16については、実施例 1と同様に作成した。

図 4は、本発明に従う高密度磁気記録に適した磁気記録再生装置の第 2の実施例を示す。本実施例の微小領域加熱手段は、光ファイバ一 41の先端をアルミで覆い、一部に微小な開口を設けた S N 0 M ( Scanning Near-field Optical Microscope) ヘッドを用いた。開口のサイズは 80 nmである。記録に用いたレ一ザの波長は 680 nm、パワーは 15 mW—定である。開口 80 nmの先端から出射されるレーザ光はエバネッセント光である。磁界印加用コイル 22は光フアイバー 41の周囲に配置した。以上で述べた記録手段はスライダー 26に固定し、記録媒体 2 1とファイバー先端の間の距離を 80 nmになるように調整した。磁束検出手段 28としては、スライダ上に縦型 MRへッドを搭載した。 0. 2 m以下のトラックピツチの磁気情報の再生が可能なように、磁気抵抗効果膜の感磁部のみを記録媒体に対して突出した構成を用いた。

上記の記録媒体と記録再生装置を用いて記録再生を行った。記録半径 10mm、回転数 120 r pm、記録周波数 3 14 kHz, 記録ドメイン長 0. 2 /mの条件で記録を行った。スライダを半径方向に送ることにより、トラックピッチ 0. 2〃mを実現した。磁界をデューティー比 50 %で変調することにより熱磁気記録を行った。再生は、記録時と同一の線速度で行ったところ、 100〜200〃 Vの出力が得られた。磁区観察の結果、記録磁区幅は 0. 2〃mであった。以上の結果から、本発明により 0.2〃m角以下の微小なサイズの磁区を良好に記録 - 再生できることがわかる。

(実施例 3)

本実施例は、ピックアップ用の探針と記録媒体との間に流れる電流（例えば、トンネル電流）を用いた加熱による磁区形成について説明する。図 5は、本発明に従う磁気記録に適した磁気記録媒体の第 3の実施例の断面構造を示す。シリコンウェハー基板 1 1上に、下地保護膜 12を形成した後に、記録補助層 14としてデイスプロシゥム · コバルト合金薄膜を 35 A形成し、さらに下地層 13— a として P t膜を 20 A形成し、コバルト層（ 13— b) 5Aと P t層（ 13— c) 20 Aとの積層膜を 7層形成したものを記録層とした。上部保護膜 1 5として P t層を 3 OAさらに形成した。記録補助層 14の組成は、 Dy₂₉Co₇₁である。記録層 13— a〜c、記録補助層 14ともに垂直磁気異方性を示す。記録層 1 3 一 a〜cの磁化、保磁力、キュリー温度については実施例 2と同様であった。下地保護膜 12については、実施例 1と同様な条件で作成した。

図 6は、本発明に従う高密度磁気記録に適した磁気記録再生装置の第 3の実施例を示す。本実施例の微小領域加熱手段は、 S T M ( Scanning Tunnel Microscope) へッドを用いた。探針の先端の曲率は 20 OAである。記録膜 2 1をグランドに落とし、短針 61と記録膜 2 1を近接させて、短針 61にパルス状に約 6 V印加することで電流を流し、同時に磁界の向きを変えることで磁区の形成を行った。磁束検出手段 28としては、スライダ上に縦型 MRへヅドを搭載した。 0. 2 m以下のトラックピッチの磁気情報の再生が可能なように、磁気抵抗効果膜の感磁部のみを記録媒体に対して突出した構成を用いた。

上記の記録媒体と記録再生装置を用いて記録再生を行った。記録半径 1 0 mm、回転数 6 0 r p m、記録周波数 1 5 7 k H z、記録ドメイン長 0 . 2〃mの条件で記録を行った。スライダを半径方向に移動することにより、トラックピッチ 0 . 2 mを実現した。再生は、記録時と同一の線速度で行ったところ、 1 0 0〜 2 0 0〃Vの出力が得られた。磁区観察の結果、記録磁区幅は 0 . 1 5〃mであつた。以上の結果から、本発明により 0 . 2〃m角以下のサイズの微小なサイズの磁区を良好に記録 ·再生できることがわかる。

実施例 1から 3において、さまざまな加熱手段を用いた場合の微小磁区形成について述べたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、別の手段によって加熱された場合においても有効であることは言うまでもない。

Claims

請求の範囲

1 . 基板と磁性層からなる記録膜とを有する記録媒体に熱磁気記録方式によつて情報の記録を行う磁気記録方法において、

前記記録媒体の 1 トラックあたりの加熱領域の幅を 0 . 3 5〃m以下にして前記情報を記録することを特徴とする磁気記録方法。

2 . 請求項 1に記載の磁気記録方法において、前記記録膜は、記録層と記録補助層との 2層の磁性層からなることを特徴とする磁気記録方法。

3 . 請求項 2に記載の磁気記録方法において、前記記録層のキュリー温度を T c 1 , 前記記録補助層のキュリー温度を T c 2としたとき、

T c 1 < T c 2

であることを特徴とする磁気記録方法。

4 . 請求項 3に記載の磁気記録方法において、前記記録層の磁化の大きさは、 2 0 0 e m u / c c以上であることを特徴とする磁気記録方法。

5 . 請求項 1に記載の磁気記録方法において、ソリッドィマルジヨンレンズを用いて加熱することを特徴とする磁気記録方法。

6 . 請求項 1に記載の磁気記録方法において、エバネッセント光を照射して加熱することを特徴とする磁気記録方法。

7 . 請求項 1に記載の磁気記録方法において、先鋭化された探針と前記記録媒体との間に流れる電流によって加熱することを特徴とする磁気記録方法。

8 . 請求項 5又は 6に記載の磁気記録方法において、加熱温度と前記記録媒体へ印加する磁界の強度とを同時に変調させることを特徴とする磁気記録再生方法 ₍

9 . 請求項 7に記載の磁気記録方法において、前記記録媒体へ流れる電流と前記記録媒体へ印加する磁界とを同時に変調させることを特徴とする磁気記録方法 ₍