(57)【要約】磁気記憶媒体５８に情報ビットを記録する方法であって、第１の導体５０を磁気記録媒体５８に近接して配置し、導体は幅および長さを有し、第１の導体と磁気記録媒体の距離が該幅および長さ以下であること、および１テスラより大きく、ビット寸法に対する交差トラック方向および下方トラック方向の磁界の勾配が１００Ｏｅ／ｎｍより大きい磁界を磁気媒体に生成するのに十分な大きさの第１の電流を導体に流すことを含む方法。該方法に従ってデータを記録する磁気記録ヘッド４８およびディスク・ドライブ１０も含まれる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気記憶媒体に情報ビットを記録する方法であって、
第１の導体（５０）を磁気記録媒体（５８）に近接して配置し、導体は幅および長さを有し、第１の導体と磁気記録媒体の距離が該幅および長さ以下であること、および
１テスラより大きく、ビット寸法に対する交差トラック方向および下方トラック方向の磁界の勾配が１００Ｏｅ／ｎｍより大きい磁界を磁気媒体に生成するのに十分な大きさの第１の電流を導体に流すことを含む方法。
【請求項２】
幅および長さが、磁気記録媒体におけるビット長およびトラック幅にほぼ等しい、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１の電流が１００ｍＡ未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第１の導体における電流の密度が１０9アンペア／ｃｍ2より大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第１の導体の長さ、幅および厚さがそれぞれ１００ｎｍ未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
強磁性体の層（１５２）を第１の導体に近接して配置すること、および
強磁性体の層を用いて、磁界を増強することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
磁気ヨーク（２８８）の書込み極（２９０）と戻り極（２９２）との間に第１の導体を配置すること、
第２の電流をコイル（２９４）に流して、ヨークに磁束を生成すること、および
ヨーク内の磁束を使用して磁界を増強することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
アンテナ（３５４、３５６）を第１の導体に近接して、または一体的に配置すること、および
アンテナを使用して磁気媒体を加熱することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
第２の導体（１８４）を磁気記録媒体に近接し、かつ第１の導体に平行に配置し、第２の導体は幅および厚さを有し、該幅は該厚さより大きいこと、および
第２の電流を第２の導体に流して、磁界を増強することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
第１の電流は、所定のクロック・サイクル時間より短い持続時間を有する電流パルスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
第１の電流は、所定のクロック・サイクル時間の持続時間の時間周期内に複数の電流パルスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
第１の導体は、第１の導体と磁気記録媒体の距離以下の厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
第１の電流を導体に流すステップは、
第１の導体の第１の末端に接続される第１の接触子（５２）に第１の電流を流すこと、および
第１の導体の第２の末端に接続される第２の接触子（５４）に第１の電流を流すことを含み、
第１の導体における平均電流密度が、第１および第２の接触子の各々における平均電流密度の１０００倍より大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
磁気記憶媒体に使用される記録ヘッドであって、
幅および長さを有する第１の導体（５０）と、
第１の導体を磁気記録媒体に近接して配置する手段（１８）であって、第１の導体と磁気記録媒体の距離が該幅および長さ以下である手段（１８）と、
１テスラより大きく、ビット寸法に対する交差トラック方向および下方トラック方向の磁界の勾配が１００Ｏｅ／ｎｍより大きい磁界を磁気媒体に生成するのに十分な大きさの第１の電流を導体に流す手段（５６）とを備えた記録ヘッド。
【請求項１５】
第１の導体に近接する強磁性体（１５２）の層をさらに備えた、請求項１４に記載の記録ヘッド。
【請求項１６】
書込み極（２９０）と戻り極（２９２）とを有する磁気ヨーク（２８８）であって、第１の導体が書込み極と戻り極の間に配置されるヨーク（２８８）と、
ヨークに磁束を生成するためのコイル（２９４）とをさらに備えた、請求項１４に記載の記録ヘッド。
【請求項１７】
第１の導体に近接するアンテナ（３５４、３５６）をさらに備えた、請求項１４に記載の記録ヘッド。
【請求項１８】
第１の導体を磁気記録媒体に近接して配置する手段は、第１の導体と磁気記録媒体の距離が第１の導体の厚さ以上になるように、第１の導体をさらに配置する、請求項１４に記載の記録ヘッド。
【請求項１９】
第１の電流を第１の導体に流す手段は、
第１の導体の第１の末端に接続される第１の接触子（５２）と、
第１の導体の第２の末端に接続される第２の接触子（５４）とを備え、
第１および第２の接触子の各々の断面積が、第１の導体の断面積の１０００倍より大きい、請求項１４に記載の記録ヘッド。
【請求項２０】
筐体（１２）と、
筐体内に配置される磁気記憶媒体を支持する手段と、
記録ヘッドを前記回転式磁気記憶媒体に近接して配置する手段（１８）であって、記録ヘッドは、幅および長さを有する第１の導体（５０）であって、第１の導体と磁気記録媒体の距離が該幅および長さ以下である第１の導体（５０）と、１テスラより大きく、ビット寸法に対する交差トラック方向および下方トラック方向の磁界勾配が１００Ｏｅ／ｎｍより大きい磁界を磁気媒体に生成するのに十分な大きさの第１の電流を導体に流す手段とを含む手段（１８）とを備えた磁気ディスク・ドライブ記憶システム。
【請求項２１】
記録ヘッドは、第１の導体に近接する強磁性体（１５２）の層をさらに備える、請求項２０に記載の磁気ディスク・ドライブ記憶システム。
【請求項２２】
記録ヘッドは、
書込み極（２９０）と戻り極（２９２）とを有する磁気ヨーク（２８８）であって、第１の導体が書込み極と戻り極の間に配置されるヨーク（２８８）と、
ヨークに磁束を生成するためのコイル（２９４）とをさらに備える、請求項２０に記載の磁気ディスク・ドライブ記憶システム。
【請求項２３】
記録ヘッドは、第１の導体に近接するアンテナ（３５４、３５６）をさらに備える、請求項２０に記載の磁気ディスク・ドライブ記憶システム。
【請求項２４】
記録ヘッドは、第１の導体に平行に配置される第２の導体（１８４）をさらに備える、請求項２０に記載の磁気ディスク・ドライブ記憶システム。
【請求項２５】
記録ヘッドを前記回転式磁気記憶媒体に近接して配置する手段は、第１の導体と磁気記憶媒体の距離が第１の導体の厚さ以上になるように、第１の導体をさらには位置する、請求項２０に記載の磁気ディスク・ドライブ記憶システム。
【請求項２６】
第１の電流を第１の導体に流す手段は、
第１の導体の第１の末端に接続される第１の接触子（５２）と、
第１の導体の第２の末端に接続される第２の接触子（５４）とを備え、
第１および第２の接触子の各々の断面積が、第１の導体の断面積の１０００倍より大きい、請求項２０に記載の磁気ディスク・ドライブ記憶システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００１年８月２８日に提出された米国暫定特許出願第６０／３１５，４６７号の有益性を主張するものである。
【０００２】
本発明は、磁気記憶媒体に使用する記録ヘッドに関し、より詳細には水平または垂直磁気記録のための書込み場を誘導するための単一導体を利用する当該磁気記録ヘッド、および当該記録ヘッドを使用してデータを記録する方法。
【背景技術】
【０００３】
磁気記憶媒体に使用する水平および垂直記録ヘッドが広く知られている。水平記録ヘッドは、記録ヘッドの底面で先端が互いに近接した一対の対向する書込み極を利用する。それら２つの極は、極に使用される物と類似した強磁性体で構成することのできるヨークによって頂部で接続される。複数の巻数を有するコイルが、２つの対向する極の一方に密接して配置される。コイルに電流を流すと、ヨークに磁束が誘導され、それにより書込みギャップに磁界が生成され、それにより２つの極が分離される。書込みギャップの磁束の一部が磁気記憶媒体を通過することによって、ヘッド磁界が媒体保磁力より大きい磁気記憶媒体内の磁気状態の変化を引き起こす。媒体保磁力は、極間の狭いギャップのヘッド磁界のみが記憶媒体上の情報のビットを修正するように高く選定される。
【０００４】
情報のビットは、保護帯域によって分離される同心トラックに沿うディスク上に記録される。トラックの幅、および情報が記憶されていない保護帯域の幅がトラック密度を定める。トラックに沿うビットの長さが線密度を定める。全記憶容量は、トラック密度と線密度の積に正比例する。記録密度が高くなると、超常磁性効果により磁気記憶媒体内に磁気不安定が生じるため、水平記録で可能な記録密度は、約７．７５から１５．５Ｇｂｉｔ／平方センチメートル（約５０から１００Ｇｂｉｔ／平方インチ）に限定されるものと考えられる。
【０００５】
水平記録の記録密度限界を克服するために垂直記録が提案されている。磁気記憶媒体に使用される垂直記録ヘッドは、底面積が小さい主要書込み極と、底面積が大きい磁束戻り極とを含む一対の磁気結合極を含むことができる。複数の巻数を有するコイルが主要書込み極に近接して配置され、極と軟質下部層の間に磁界を誘導する。軟質下部層は、磁気記憶媒体の硬質記録層の下に配置され、主要極によって生成された磁界振幅を高める。その結果、これによって、より高い保磁力で記憶媒体を使用することが可能になる。その結果、より安定したビットを媒体に記憶することが可能になる。記録処理時に、コイル内の電流が主要極を活性化させ、それにより磁界を生成する。この磁界像を軟質下部層に生成して、磁気媒体で生成される磁界力を強める。磁束は、書込み極先端から発生し、軟質下部層へ流れ、戻り磁束極を介して主要極に戻る。戻り極は、主要極と戻り極の間の漏れ束が磁気媒体の磁性に影響しないように、主要極から十分離して配置される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
磁気記録におけるビット面密度が、ハード・ディスク・ドライブの記憶容量を増加させるべく連続的に高くなるにつれて、磁気トランジション（ビット）寸法、そしてそれに伴って、記録媒体臨界特徴が１００ｎｍ未満に押し下げられる。より高い面密度で記録媒体を安定させようとする並行的な試みには、磁気的により硬質の（高保磁力）媒体材料が必要になる。従来、誘導性書込みヘッドの磁性体の飽和磁性、または４πＭｓ値を高めることで、媒体に加えられる磁界を強化することによって、より硬質の媒体への書込みが達成されてきた。書込みヘッドのＭｓを高める材料研究努力においてある程度の成功がみられたが、その増加率は、ディスク記憶におけるビット面密度の毎年の増加率を支えるほど大きくない。ますます硬質化する媒体への書込みに向けた並行的な試みは、書込み処理時の媒体の保磁力を局所的に低下させるものである。これは、典型的には、（光学的刺激、またはより一般的には電磁刺激により）局所的に媒体を加熱して、書込み処理時の温度依存保持力を低下させることによって達成される。したがって、この技術は概念上の実験室的な実証に限定され、ヘッド設計とディスク材料の両方において多くの進歩を必要とする。よって、製造性の利点を有する、次世代以降の記録技術に適した磁気媒体の保磁力を克服することが可能な記録ヘッドが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、磁気記憶媒体に情報ビットを記録する方法に関し、該方法は、第１の導体を磁気記録媒体に近接して配置し、導体は幅および長さを有し、第１の導体と磁気記録媒体の距離が該幅および長さ以下であること、および１テスラより大きく、ビット寸法に対する交差トラック方向および下方トラック方向の磁界の勾配が１００Ｏｅ／ｎｍより大きい磁界を磁気媒体に生成するのに十分な大きさの第１の電流を導体に流すことを含む。導体における電流密度は１０９アンペア／ｃｍ２より大きく、導体の長さは１００ｎｍより大きくすることが可能である。所定のクロック・サイクル時間における１つまたは複数のパルスとして電流を加えることが可能である。さらなる導体、近接する強磁性フィルム、および／または磁気ヨークおよびコイルを使用することによって磁界を拡大することが可能である。第１の導体は、導体と磁気記録媒体の距離より小さい厚さを有しうる。
【０００８】
本発明は、磁気記憶媒体に使用される記録ヘッドであって、幅および長さを有する第１の導体と、第１の導体を磁気記録媒体に近接して配置する手段であって、第１の導体と磁気記録媒体の距離が該幅および長さ以下である手段と、１テスラより大きく、ビット寸法に対する交差トラック方向および下方トラック方向の磁界の勾配が１００Ｏｅ／ｎｍより大きい磁界を磁気媒体に生成するのに十分な大きさの第１の電流を導体に流す手段とを備えた記録ヘッドをも包括する。記録ヘッドは、第１の導体に平行する第２の導体、第１の導体に近接する強磁性層、磁気ヨーク構造体、媒体の保持力を低下させる手段、またはこれらの構造体の組合せをさらに備えることができる。
【０００９】
本発明の他の態様は、筐体と、筐体内に配置される磁気記憶媒体を支持する手段と、記録ヘッドを前記回転式磁気記憶媒体に近接して配置する手段であって、記録ヘッドは、幅および長さを有する第１の導体であって、第１の導体と磁気記録媒体の距離が該幅および長さ以下である第１の導体と、１テスラより大きく、ビット寸法に対する交差トラック方向および下方トラック方向の磁界勾配が１００Ｏｅ／ｎｍより大きい磁界を磁気媒体に生成するのに十分な大きさの第１の電流を導体に流す手段とを含む手段とを備えた磁気ディスク・ドライブ記憶システムを含む。記録ヘッドは、第１の導体に平行する第２の導体、第１の導体に近接する強磁性層、磁気ヨーク構造体、媒体の保持力を低下させる手段、またはこれらの構造体の組合せをさらに含むことができる。第１の導体は、導体と磁気記録媒体の距離より小さい厚さを有しうる。
【００１０】
本発明は、大きさがテスラのオーダで、磁界勾配が少なくとも１００Ｏｅ／ｎｍで、データ転送速度がほぼＧＨｚ以上の磁界を生成することが可能な磁気記録方法および装置を提供する。本発明は、導体内の電流から生じる局所的な磁界を利用して、磁気記録媒体へのデータ・ビットの書込みを行う。局所的な磁界は、導体の空気受け面から、最大の導体寸法以下の距離だけ離れたところで生成される。
【実施例】
【００１１】
図面を参照すると、図１は、本発明に従って構成された記録ヘッドを使用することができ、本発明の方法に従ってデータを記録することができるディスク・ドライブ１０の絵画図である。ディスク・ドライブ１０は、ディスク・ドライブのそれぞれの構成要素を収容するように寸法決め、かつ構成された筐体１２（図では上部が取り除かれ下部が見えるようになっている）を含む。ディスク・ドライブ１０は、水平または垂直磁気記録用に構成されうる少なくとも１つの磁気記録媒体１６を回転させるためのスピンドル・モータ１４を筐体内に含む。筐体１２内には少なくとも１つのアーム１８が収容され、アーム１８は、記録ヘッドまたはスライダ２２を有する第１の末端２０と、ベアリング２６により軸上に中枢的に取りつけられた第２の末端２４とを有する。アーム１８を回転させて、ディスク１６の所望のセクタまたはトラックに記録ヘッド２２を配置するためのアクチュエータ・モータ２８がアームの第２の末端２４に配置される。アクチュエータ・モータ２８は、図示されておらず、当該技術分野でよく知られているコントローラによって制御される。
【００１２】
本発明は、磁束密度、磁界勾配およびデータ転送率が磁気記録に使用するのに十分なものになるように、薄膜導体における高電流密度による局所的な磁界を生成するための方法および装置を提供する。アンペールの法則を用いた非常に単純な構造の電流供給導線によって生成される磁界を計算することができるため、アンペール・ヘッドのような磁気記録ヘッドを参照する。例えば、（ｚ軸方向の）厚さｔが（ｘ軸方向の）幅ｗに比べて小さく、（Ｊ＝Ｉ／ｔ・ｗの電流密度Ｊの）電流Ｉを供給する薄膜は、以下の式で与えられる大きさを有する磁界をその表面付近（ｗに比べて小さい、導線の先端または表面からの距離内）に生成する。
【００１３】
【数１】
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ただし、μ０（＝４π×１０−７Ｗｂ／Ａ・ｍ）は自由空間の透過率である。
【００１４】
図２は、本発明の動作を説明する、導体３０の斜視図である。矢印３２で示される方向に導体を流れる電流Ｉは、導体の近傍に磁界Ｈを生成する。導体は幅ｗおよび厚さｔを有する。この図において、垂直方向をｚ方向で表し、水平方向をｘ方向で表す。
【００１５】
図３は、本発明の動作を説明する、他の導体３４の斜視図である。矢印３６で示される方向に導体を流れる電流Ｉは、導体の近傍に磁界Ｈを生成する。
【００１６】
式１は、図２のような薄膜導線の磁界の大きさに対する良好な推定値を与える。この式は示していないが、記録処理にとって同等に重要なのは、磁界プロフィル、特に当該発生源に関連する磁界勾配である。磁界勾配が大きいと、記録ヘッドが、下方トラック方向と交差トラック方向の両方において、近接ビット間のシャープなトランジションでトラックを書き込むことが可能になる。すなわち、トランジションがビット長およびトラック間隔に比べて短くなる。
【００１７】
図４は、本発明の動作を説明する、電流供給薄膜導線の算定磁界プロフィルのグラフである。厚さの１０倍の幅を有する導体の短形の断面が項目３８で示されている。曲線４０は、導体を流れる電流から生じる導体近傍の水平磁界を表す。曲線４２は、導体を流れる電流から生じる導体近傍の垂直磁界を表す。図４に示されるように、導線の電流によって生成される磁界分布は、本質的にカールクビスト磁界分布である。
【００１８】
磁力線は、導線の中央に向かって薄膜導体面に対して概ね平行または水平であり、先端付近に大きな垂直成分を有する。当該電流供給導線の磁界の大きさは、その幅と同等の長さスケールにおいて低下するため、導線の構造および寸法を適切に選択することにより、磁気記録に必要とされる大きな磁界勾配を達成することが可能である。実際、電流供給薄膜導線に対する磁界プロフィルは、誘導性水平ヘッドのそれに極めて類似している。図３に示される電流供給導線ループは、近似的に以下の式で与えられる大きさの垂直磁界をその中央付近で生成する。
【００１９】
【数２】
2005502150.tif 000004
ただし、２ａは、導線厚さｔ＜＜２ａ、および２ａ以下の幅ｗを有するループの内径である。磁束密度はループの中央付近で大きく、ａまたはｗと同等の長さスケールにおいて、ループ内径の外側で急速に低下する。両式１および２は、固定電流に対する磁界の大きさを示し、磁界の大きさは、導線の寸法と逆比例して増加するため、アンペール・ヘッドは逆安定性を有する。ディスク・ドライブ記録ヘッドのための典型的なプリ・アンプは、約１００ｍＡまでの電流を送ることができる。したがって、電流限界は本質的に固定され、当該電流を供給する導線は、その水平方向の寸法が約１００ｎｍ以下になると、実質的な磁界（＞１テスラ）を生成する。例えば、Ｉ＝１００ｍＡ、ｗ＝１００ｎｍ（かつ／またはａ＝１００ｎｍ）、かつｔ＝３０ｎｍでは、Ｊ＝３．３×１０９Ａ／ｃｍ２の電流密度において、Ｈ≒０．６３Ｔ（≒６．３ｋＯｅ）になる。Ｉ＝１００ｍＡ、ｗ＝２５ｎｍ（かつ／またはａ＝２５ｎｍ）、かつｔ＝８ｎｍでは、Ｊ＝５×１０１０Ａ／ｃｍ２の電流密度において、Ｈ≒２．５Ｔになる。概して、ヘッドと媒体の間隔（ｈｔｍｓ）は、ほぼ導線の幅および長さ以下で、導線厚さ以上である。導線の幅および長さをｈｔｍｓ以上にする目的は、磁界（局所的な磁界）が最大になる導線の表面から離れるのに伴う磁界強度の損失を最小限にすることである。磁界の大きさは、ｗ、ｌより小さいｈｔｍｓに対して大きさの損失が最小限になるように、導線寸法ｗおよびｌと同等の長さスケールで低下する。一方、導線の厚さをｈｔｍｓより小さくすることは、すべての電流をできるだけ媒体の近くに集中させる作用がある。導線が厚くなると、電流要素が媒体から遠くなるため、それらの要素からの磁界の大きさの損失が大きくなり、電流の使用効率が悪くなる。概して、導線の幅は下方トラックのビット解像度を定め、ビット長にほぼ等しくなる必要があるのに対して、導線の長さは交差トラックの解像度を定め、磁気媒体のトラック幅にほぼ等しくなる必要がある。本発明のこれらの設計特徴を以下の式に集約する。
【００２０】
【数３】
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【００２１】
最近の実験により、このサイズ・スケールの薄膜構造体においてこのオーダの大きさの電流密度が実際に達成可能であることが実証された。連続的な電流バイアスを用いて、１００ｎｍ以下のオーダの長さおよび幅の薄膜導線スタックに１０９Ａ／ｃｍ２を上回る電流密度が得られることが実証された。それらのスタックは、本質的に、薄い絶縁層（厚さ１００ｎｍ以下）によって分離されているが、単一点で互いに電気的に接触して、直径および長さが約１００ｎｍの金属スタックを形成する厚い金属膜である。
【００２２】
１０１０Ａ／ｃｍ２を上回る遙かに大きい電流密度を運ぶ、同様の構造および寸法（またはより小さい寸法）の導線を設計、製造できることを提示する。例えば、導線に対するＡｕ、ＡｇまたはＣｕなどの低抵抗率（ρ）の高熱伝導性材料は、オーム（Ｉ２Ｒ、Ｒ＝ρ・１／ｔ・ｗ）加熱を最小にし、短時間スケール（非連続的）電流パルス（媒体の動的応答によって制限される持続時間τｍのパルス）を採用して、導線の電流供給容量に対する主な制限要素である、導線内で放散するエネルギーをさらに最小限にすることが可能である。導線寸法が小さく、書込みヘッドに対して以下に論述する単一巻数構造が用いられるため、当該導線のインダクタンスがピコヘンリ未満と非常に小さく、それに対応して応答時間も短く、ピコ秒のオーダになる。また、固有電子応答時間（休止時間τｅ）はたいていの金属においてピコ秒以下であるため、制限要因にならない。したがって、（高速）信号の保全性を損なうことなく、ピコ秒の持続時間の電流パルスをこれらの導線に容易に適用することができる。
【００２３】
アンペール導線書込みヘッドには、導線にＡｕ、ＡｇまたはＣｕのような単純な単元素物質を使用するなど多くの利点がある。磁界の大きさに対する上限は、式１および２より予測されるように本質的に無制限で、当該ヘッドの応答時間は、記録媒体における磁性体の動態に比べて非常に短い。実際、ＧＨｚを上回るデータ転送率の進歩を考慮し、アンペール・ヘッドの高速機能を用いて、記録媒体の導体を駆動することが可能である。したがって、磁気記録ヘッドのサイズ・スケールが縮小し続け、利用可能な技術の制約内で、電流供給導線が、将来に向けて磁気記録を発達させる面密度およびデータ転送率で記録媒体に磁気トランジションを書き込むのに必要とされる局所的な磁界を生成、変調する実行可能な手段になる。
【００２４】
図４に、幅ｗがその厚さｔよりはるかに大きい（ｗ＝１０ｔの）電流供給導線からの（導線の幅に平行な方向、すなわちｘ軸に沿う位置の関数としての）正規化された磁界振幅の略図を示す。水平磁界成分は、大きな導関数を有する先端付近を除いて、導線の幅に沿って比較的フラットである。垂直成分は、幅方向に沿うほぼすべての点に大きな導関数を有する。実際、先に指摘したように、この磁界プロフィルは、導線幅に等しいギャップを有する水平誘導性ライタのギャップに沿う磁界分布と事実上区別できない。例えば、図２のライタに対する関連水平および垂直（下方向トラック）磁界勾配は、１テスラの最大磁界値および導線幅ｗ＝１００ｎｍを想定することによって推定することができ、誘導性ライタの勾配と同等の少なくとも２００Ｏｅ／ｎｍの勾配が得られる。この同一の大きさの交差トラック磁界勾配が本明細書で述べられている導線ループ設計において明示されており（図８、９、１０、２０、２１、２５および２６）、適切な導線構造を用いると、提案されたアンペール・ヘッドのいずれかによって達成されうるはずである。したがって、記録処理に必要な磁界分布および磁界勾配を生成する局所的な磁界源としての導線を実際に設計することが可能である。導線により生成されうる磁界の大きさは、「融解」することなく支えることができる電流密度によって制限される。式１は、磁界の大きさの上限を示すものではない。これは、究極的には、多くの設計および動作パラメータによって支配され、そのうちのいくつかのパラメータについては、導線から非常に高い磁界を達成するための方法として以下に論述する。
【００２５】
図５は、本発明の動作時の電圧パルスのタイミングを説明する図である。曲線４４は一連のクロック・パルスを表す。曲線４６は一連の電流パルスを表す。導線における電流密度に対する実用的な上限は設定されていないが、一定の電流バイアスを用いた１０９Ａ／ｃｍ２より大きい密度が、アンペール・ヘッドに適した構造および寸法の構造体において既に実証されている。導線の電流容量を最大にするために、それは、Ａｕ、ＡｇまたはＣｕのような優れた電気および熱伝導体でなければならず、良好な熱伝導体がそのまわりを囲む必要がある。大きな磁界を生成するために使用される導線の長さは、余分に長くすると導線抵抗を不必要に増加させるため、可能な限り短くすべきである。導線への電気接触子も、導線に発生する熱の効果的な除去を考慮して、Ａｕ、ＡｇまたはＣｕのような材料で構成する必要があり、接触子の寸法は、導線に比べて非常に長くする必要がある。加えて、窒化アルミニウムの如き、設計できる限りの大きな熱導電性を有する電気絶縁材料にデバイスを埋め込んで、導線から熱をさらに引き出しやすくすべきである。しかし、ある点において、導線におけるオーム加熱では、実際に、導線を破損することなく熱を消散できるように電流を循環させることが必要になる。導線に電流を流す時間が短いほど、流しうる電流密度が大きくなる。ナノ秒以下の時間スケールでのおよその時間依存性が図５に示されている、ほぼ１００ｍＡの電流を生成することが可能なプリ・アンプが現在の技術で実現可能であり、アンペール・ヘッドに電流を流して、それが支えうる電流密度を最大にするための図５のようなスキームを提案する。
【００２６】
電流パルスは、媒体の磁性を切り換えるのに必要とされる時間に等しい持続時間τｐｕｌｓｅであればよい（磁気応答／切換時間τｍ≦τｐｕｌｓｅ）。電流極性が反対の２つのパルスを２クロック・パルス毎に生成するので、クロック・サイクル時間τｃｌｏｃｋ（データ転送率の逆数以下、ＧＨｚ以下）は少なくともパルス継続時間と同じ長さになるため、τｃｌｏｃｋ≧τｐｕｌｓｅ）となる。ゼロ電流時間τ０または冷却時間は、τ０＝τｃｌｏｃｋ−τｐｕｌｓｅで与えられ、この時間は、使用する電流密度およびパルス持続時間によって規定されることになる。磁気切換え時間に対する下限は１ナノ秒未満に設定され、干渉磁性回転応じた１ピコ秒に近づけることが可能である。より高い電流密度、そしてより高い磁界の生成を達成するためにピコ秒のオーダの持続時間の電流パルスを用いると、パルス持続時間が、実用的なクロック・サイクル（τｃｌｏｃｋ≒τｐｕｌｓｅ）に比べて非常に短くなりうる。この場合、アンペール・ヘッドは、媒体におけるビットが、媒体の保磁性を超える全ヘッドの磁界分布の一種の「スナップショット」になる、媒体における磁気フットプリントを作ることによって書込みを行うことになる。τｃｌｏｃｋ＝τｐｕｌｓｅが実現可能であれば、アンペール・ヘッドは、充填ヘッドがクロック・サイクルにわたって媒体の長さに沿って「ドラッグ」されるときにビットが定められる従来の誘導性ライタのように動作し、ヘッドの極性は次のクロック・サイクルで逆になる。
【００２７】
図４の磁界分布は、空間内の異なる点において、導線が「軸外」磁界方向（ベクトル）（「軸外」とは面内（水平）成分と面外（成分）の両方を有するベクトルを意味する）を生成することを実証するものである。「軸外」ベクトルは、媒体における磁性の干渉回転を誘導する手段として、磁気記録処理に好適であるといえる。所定の空間軸に沿う対称性が、軸に沿う磁性を逆転させるために加えられる磁界によって壊されると、軸に沿う磁性の逆転が干渉的に進行し、最低限の時間で磁性を逆転させる。これは、単一の書込み処理時に媒体に複数の磁界パルスを加えて、トランジションを書き込むのにかかる時間と必要とされる磁界の大きさの両方の点で書込みを向上させるように、電流パルスのシーケンスでも実現されうる。上述したように、単一の書込み処理時の磁界パルスのシーケンスを容易に加えることができるように、導線からの磁界を（ピコ秒以下の）非常に短い時間スケールで加えることが可能である。当該シーケンスは、クロック・サイクルを通じて（極性が同じであるが、大きさおよび持続時間が異なる）複数のパルスを加える、図５に示されるタイミング・スキームに容易に組み込むことが可能である。したがって、書き込まれた磁気トランジション毎に単一の磁界を加えることによって、または単一の書込み処理時に磁界パルスのシーケンスを加えることによって、書込みに対する当該「軸外」ベクトル磁界アプローチにアンペール・ヘッドを使用することを提案する。電流パルスの持続時間をクロック周期よりはるかに短くすることができる。
【００２８】
図６は、本発明に従って構成された水平記録ヘッド４８の絵画図である。該ヘッドは、短形の断面を有し、２つの導電熱シンク５２および５４の間に配置され、それらと電気的に接続された線形導体５０を含む。熱シンクの断面積は導体５０の断面積よりはるかに大きい。電流原５６は、熱シンクおよび導体に電流を供給する。動作中は、ヘッドは磁気記録媒体５８に近接して配置され、空気受け６０により媒体から隔てて配置されることになる。導体における電流は、磁気記録媒体の磁性に影響を与えるのに十分な強度を有する磁界Ｈを生成する。熱シンクにおける電流密度は、導体５０における電流密度よりはるかに低い。図６の構造体では、厚さを測定するのに用いられる方向が記録媒体の表面に平行になるように導体が方位づけられる。これを平行方位と呼ぶ。
【００２９】
図７は、本発明に従って構成された他の水平記録ヘッド６２の絵画図である。該ヘッドは、短形の断面を有し、２つの導電熱シンク６６および６８の間に配置され、それらと電気的に接続された線形導体６４を含む。熱シンクの断面積は導体５０の断面積よりはるかに大きい。電流原７０は、熱シンクおよび導体に電流を供給する。動作中は、ヘッドは磁気記録媒体７２に近接して配置され、空気受け７４により媒体から隔てて配置されることになる。導体における電流は、磁気記録媒体の磁性に影響を与えるのに十分な強度を有する磁界Ｈを生成する。図７の構造体では、厚さを測定するのに用いられる方向が記録媒体の表面に垂直になるように導体が方位づけられる。これを垂直方位と呼ぶ。
【００３０】
先に述べたように、導線の電流密度が１０１０Ａ／ｃｍ２を超えると、磁界の大きさが、誘導性磁気記録ヘッドの磁界の大きさ、すなわちＨ〜２テスラと同等になる。したがって、図６および７では、水平書込みヘッドとして使用できる導線構造を示す。電流の方向が磁界方位を規定し、図６および７では２つの可能な方位が示されている。この電流を逆にすると、それに伴って磁界方向も逆になり、変調された電流により、図６および７に示されるように、一連の反対極性の磁気トランジションを記録媒体に記録するのに使用できる、対応する磁界変調がもたらされる。上述のように、低インピーダンス電気接触子および低熱インピーダンス熱シンクとして機能する接触パッドを、例えばＡｕ、ＡｇまたはＣｕで構成することが可能である。熱電流を低インピーダンスで熱シンクに流し、高電流密度が加えられたときの導線の損傷を防ぐことができるように、磁界を生成するために使用する導線の長さ（ｌ）は、これらのパッドの寸法に比べて小さく、しかも導線幅と同等の大きさにすべきである。図４に描かれている薄膜電流供給導電の磁界プロフィルは、ギャップ寸法が導線幅と同じ水平誘導性ヘッドの書込みギャップに生成されるものと事実上区別不可能である。図６と図７の２つの構造体の重要な違いは、図６では、薄膜導線幅がスライダの空気受け面（ＡＢＳ）に垂直（すなわち、ヘッドの製造時にウェハ面に平行）になり、図７では、導線幅が空気受け面に平行になる。どちらの導線方位も可能であり、この説明を通して、所定のアンペール・ヘッド設計にどちらの導線構造も使用できることが暗示される（設計によっては明示される）。上述し、かつ図２および３に示される磁界プロフィルを考慮するとともに、所定のヘッド設計に必要とされる臨界寸法および磁界振幅、ならびに製造にとってより実用的な方位を考慮することによって、最も適切な導線方位を求めることができる。また、標準的なヘッド構成は、スライダのラッピング処理を必要とするため、ラッピング制御（分解能）によって、使用可能な導線方位が規定されることになる。例えば、導線面をＡＢＳに平行にして、導線厚さ（ｔ＜＜ｗ）をラッピング処理によって制御するが、それは導線厚さを制御する実行可能な手段になる場合もあれば、ならない場合もある。したがって、水平アンペール・ヘッドの構造および臨界特徴を適切に選択することにより、所望の磁界プロフィルおよび磁界勾配を達成する必要がある。
【００３１】
図８は、本発明に従って構成された、記録ヘッドへの垂直書込み用電流供給導体７６の絵画図である。導体は、全体的に短形の断面を有し、外部電流源７８によって供給される導体内の電流が、磁気記録媒体８０の磁性に影響を与えるのに十分な強度を有する磁界Ｈを生成するように、ループを形成するように成形される。これにより、磁気記録媒体に垂直磁性領域Ｍが形成される。垂直記録に適した導線構造を図８に概略的に示す。円形ループは、ループの中央、高磁束密度領域および目的とする書込み場に発生する磁束密度と、磁束密度が比較的低いループの外側の磁束密度との最大の差を考慮したものである。
【００３２】
図９は、本発明に従って構成された、記録ヘッドへの他の垂直書込み用供給導体８２の絵画図である。導体は、全体的に短形の断面を有し、外部電流源８４によって供給される導体内の電流が、磁気記録媒体８６の磁性に影響を与えるのに十分な強度を有する磁界Ｈを生成するように、ループを形成するように成形される。図９の短形ループ構造は、空気受け面（ＡＢＳ）がヘッド構成におけるウェハの面に直交しており、それがＡＢＳにおける円形構造体の製造を困難にしているため、円形ループに比べて、記録ヘッドとしての製造が容易であるという長所を有する。しかし、ループの中央における書込み場と、ループ外側の書込み場との差は、円形ループの場合より小さい。
【００３３】
図１０は、本発明に従って構成された他の垂直書込み用記録ヘッド８８の絵画図である。記録ヘッド８８は、全体的に短形の断面を有するＵ字型導体９０を含む。導体は、外部電流源９６によって供給される電流を受ける第１および第２の導電性熱シンク９２および９４に接続されて、磁気記録媒体９８の磁性に影響を与えるのに十分な強度を有する磁界Ｈを生成する。図１０の短形ループ構造は、空気受け面（ＡＢＳ）がヘッド構成におけるウェハの面に直交しており、それがＡＢＳにおける円形構造体の製造を困難にしているため、円形ループに比べて、記録ヘッドとしての製造が容易であるという長所を有する。磁気媒体がヘッドに相対的に移動すると、磁性Ｍの領域が媒体内に形成される。
【００３４】
図１１は、本発明に従って構成された他の垂直書込み用記録ヘッド１００の絵画図である。記録ヘッド１００は、それぞれ全体的に短形の断面を有する第１および第２の線形導体１０２および１０４を含む。導体１０２の第１の末端は第１の導電性熱シンク１０６に接続され、導体１０２の第２の末端は第２の導電巣熱シンク１０８に接続される。導体１０４の第１の末端は第３の導電性熱シンク１１０に接続され、導体１０４の第２の末端は第２の導電性熱シンク１０８に接続される。熱シンク１０６および１１０は、外部電流源１１２により供給される電流を受けるように接続されて、磁気記録媒体１１４の磁性に影響を与えるのに十分な強度を有する磁界Ｈを生成する。
【００３５】
図１２は、本発明に従って構成された他の垂直書込み用記録ヘッド１１６の絵画図である。記録ヘッド１１６は、それぞれ全体的に短形の断面を有する第１および第２の線形導体１１８および１２０を含む。導体１１８の第１の末端は第１の導電性熱シンク１２２に接続され、導体１１８の第２の末端は第２の導電巣熱シンク１２４に接続される。導体１２０の第１の末端は第３の導電性熱シンク１２６に接続され、導体１２０の第２の末端は第２の導電性熱シンク１２４に接続される。熱シンク１２２および１２６は、外部電流源１２８により供給される電流を受けるように接続されて、磁気記録媒体１３０の磁性に影響を与えるのに十分な強度を有する磁界Ｈを生成する。
【００３６】
図１０、１１および１２は、導線におけるオーム加熱による熱電流が低インピーダンスで流れることができる熱シンクとして設計された電気接触子を組み込んだ短形ループに関する変型である。図１１および１２のフレーミング構造は、熱シンク間の導線の最小の長さを考慮し、電気的インピーダンスと熱的インピーダンスの両方を最小にする。図１１および１２に示すルーピング電流を伴う導線対は、導線間にほぼ垂直な磁界（Ｈ）を生成する一方で、ループの外側であるが、はるかに低い磁束密度で磁界方向が逆転する。
【００３７】
図１３は、本発明に従って構成された他の垂直書込み用記録ヘッド１３２の絵画図である。記録ヘッド１３２は、第１および第２の熱シンク１４０および１４２の間に装着され、それらと電気的に接続された、先端１３６および後端１３８を有する単一の導体１３４を含む。外部電流源１４４は導体に電流を供給する。図１３に示されるような単一導線書込みヘッドも磁気媒体１４６への垂直記録に使用することが可能で、製造が容易である。
【００３８】
図１４は、本発明に従って構成された水平書込み用記録ヘッド１４８の絵画図である。ヘッド１４８は、短形の断面を有する線形導体１５０を含む。第１の強磁性フィルム１５２と第２の強磁性フィルム１５４の間に配置される。導線の磁界分布は、水平書込みのギャップに沿って磁界分布を再現する。したがって、磁束密度は高くなり、磁界プロフィルは本質的に変化しない。書込みヘッドの空隙に導線を配置して、書込みヘッドの極と同じ磁界分布を生成することが可能である。導体１５０の第１の末端は第１の導体１５６に電気的に接続され、導体１５０の第２の末端は第２の導体１５８に電気的に接続される。導体１５６および１５８は、外部電流源１６０に接続される。導体１５０内を流れる電流Ｉは、記録媒体１６２における磁性Ｍの水平領域を形成するのに十分な強度の磁界を生成する。
【００３９】
図１５は、本発明に従って構成された他の水平書込み用記録ヘッドの絵画図である。ヘッド１６４は、短形の断面を有する線形導体１６６を含む。第１の強磁性フィルム１６８と第２の強磁性フィルム１７０の間に配置される。導体１６６の第１の末端は第１の導体１７２に電気的に接続され、導体１６６の第２の末端は第２の導体１７４に電気的に接続される。導体１７２および１７４は、外部電流源１７６に接続される。導体１６６内を流れる電流Ｉは、記録媒体１７８における磁性Ｍの水平領域を形成するのに十分な強度の磁界を生成する。
【００４０】
図１６は、本発明に従って構成された他の垂直書込み用記録ヘッド１８０の絵画図である。記録ヘッド１８０は、それぞれ全体的に短形の断面を有する第１および第２の線形導体１８２および１８４を含む。導体１８２の第１の末端は第１の導電性熱シンク１８６に接続され、導体１８２の第２の末端は第２の導電巣熱シンク１８８に接続される。導体１８４の第１の末端は第３の導電性熱シンク１９０に接続され、導体１８４の第２の末端は第２の導電性熱シンク１８８に接続される。強磁性体１９２の層が線形導体間に配置される。熱シンク１８６および１９０は、外部電流源により供給される電流を受けるように接続されて、磁気記録媒体１９４の磁性に影響を与えるのに十分な強度を有する磁界Ｈを生成する。図１６において、導体は、記録媒体の表面に垂直に方位づけられる。
【００４１】
図１７は、本発明に従って構成された他の垂直書込み用記録ヘッド１９６の絵画図である。記録ヘッド１９６は、それぞれ全体的に短形の断面を有する第１および第２の線形導体１９８および２００を含む。導体１９８の第１の末端は第１の導電性熱シンク２０２に接続され、導体１９８の第２の末端は第２の導電巣熱シンク２０４に接続される。導体２００の第１の末端は第３の導電性熱シンク２０６に接続され、導体２００の第２の末端は第２の導電性熱シンク２０４に接続される。強磁性体２０８の層が線形導体間に配置される。熱シンク２０２および２０６は、外部電流源により供給される電流を受けるように接続されて、磁気記録媒体２１０の磁性に影響を与えるのに十分な強度を有する磁界Ｈを生成する。図１７において、導体は、記録媒体の表面に平行に方位づけられる。
【００４２】
図１４、１５、１６および１７に、アンペール・ヘッドからの磁界を支えるために、軟質の高４πＭＳ強磁性（Ｆ）体を組み込んだ水平および垂直アンペール・ヘッドのための設計を示す。磁気フィルムは、導線と同等の寸法を有することになるため、大きい反磁界により、磁性の形状異方性が極めて大きくなる。したがって、この「軟質」磁性体は、そのバルクでの挙動に比べてかなり磁気的に硬度に作用するため、導線および磁性体からの磁界の重ね合せを利用するために、アンペール・ヘッドからの磁界を十分に大きくして材料を磁化する必要がある。この意味において、アンペール・ヘッドおよび磁性体は、書込み場に対して同等に寄与することになる。勿論、本明細書に述べられている垂直設計のいずれにも磁性体を同様に組み込むことが可能である。
【００４３】
図１８は、本発明に従って構成された他の水平書込み用記録ヘッド２１２の絵画図である。記録ヘッド２１２は、第１および第２の磁極端２１６および２１８を形成する磁気ヨーク２１４を含む。コイル内の電流がヨーク内に磁界を誘導し、磁極端の間に伸びる磁界Ｈを生成するように、コイル２２０がヨーク内に装着される。短形の断面を有する線形導体２２４が、磁極端の間の空隙に配置される。線形導体の第１の末端は第２の導体２２６に接続され、線形導体の第２の末端は第３の導体２２８に接続される。第２および第３の導体は外部電流源２３０に接続される。磁極端の間の磁束は、磁気記録媒体２３２内に磁性Ｍの水平領域を誘導する。導体内を流れる電流によって生成される磁束の磁界分布は、磁極端で生成される磁束の磁界分布と本質的に同じである。導体における電流密度は、コイルにおける電流密度よりはるかに大きい。
【００４４】
図１９は、本発明に従って構成された他の水平書込み用記録ヘッド２３４の絵画図である。記録ヘッド２３４は、第１および第２の磁極端２３８および２４０を形成する磁気ヨーク２３６を含む。コイル内の電流がヨーク内に磁界を誘導し、磁極端の間に伸びる磁界Ｈを生成するように、コイル２４２がヨーク内に装着される。短形の断面を有する線形導体２４４が、磁極端の間に配置される。線形導体の第１の末端は第２の導体２４６に接続され、線形導体の第２の末端は第３の導体２４８に接続される。第２および第３の導体は外部電流源２５０に接続される。磁極端の間の磁束は、磁気記録媒体２５２内に磁性Ｍの水平領域を誘導する。図１８の書込みヘッドと同様に、導体内を流れる電流によって生成される磁束の磁界分布は、磁極端で生成される磁束の磁界分布と本質的に同じである。導体における電流密度は、コイルにおける電流密度よりはるかに大きい。
【００４５】
従来、誘導性書込みヘッドの磁性体の飽和磁性、または４πＭｓ値を高めることで、媒体に加えられる磁界を強化することによって、より硬質の媒体への書込みが達成されてきた。磁極体のＭｓを高める材料研究努力においてある程度の成功がみられたが、その増加率は、ディスク記憶におけるビット面密度の毎年の増加率を支えるほど大きくない。アンペール・ヘッドを誘導性ライタと合体させて、新しい材料を設計することによって達成されうるものを超えるほど局所的磁界を強化する方法を提示する。当該水平書込み用合体ヘッドのための２つの設計が図１８および１９に示されており、ここでは、導線が磁気ヨークから電気的に絶縁されるように、薄膜導線を誘導性水平ライタのギャップに配置される。示されているように、導線およびコイル内の電流が同時に流されると、誘導性ライタからの磁界とアンペール・ヘッドからの磁界が加算されて、局所的に磁束密度を高める。例えば、飽和磁性が２．４Ｔの誘導性ライタが、電流Ｉ＝１００ｍＡ（Ｊ＝３．３×１０９Ａ／ｃｍ２）を供給する、幅ｗ＝１００ｎｍ、厚さｔ＝３０ｎｍの書込みギャップにまたがる導線を有する場合は、追加的な磁界がＨ≒０．６３Ｔとなって全磁界が約３Ｔとなる。
【００４６】
図２０は、本発明に従って構成された垂直書込み用記録ヘッド２５４の絵画図である。ヘッド２５４は、書込み極２５８および戻り極２６０を有するヨーク２５６を含む。コイル２６２が、ヨークに磁束を誘導するように配置される。短形の断面を有する導体２６４が書込み極のまわりのループに形成され、外部電流源２６６に接続される。コイル２６２内の電流と導体２６４内の電流を組み合わせると、磁気記録媒体２６８の磁性に影響を与える磁界Ｈが生成される。
【００４７】
図２１は、本発明に従って構成された他の垂直書込み用記録ヘッド２７０の絵画図である。ヘッド２７０は、書込み極２７４および戻り極２７６を有するヨーク２７２を含む。コイル２７８が、ヨークに磁束を誘導するように配置される。短形の断面を有する導体２８０が書込み極のまわりのループに形成され、外部電流源２８２に接続される。コイル２７８内の電流と導体２８０内の電流を組み合わせると、磁気記録媒体２８４の磁性に影響を与える磁界Ｈが生成される。
【００４８】
図２２は、本発明に従って構成された他の垂直書込み用記録ヘッド２８６の絵画図である。ヘッド２８６は、書込み極２９０および戻り極２９２を有するヨーク２８８を含む。コイル２９４が、ヨークに磁束を誘導するように配置される。短形の断面を有する第１の線形導体２９６が、書込み極の片側に近接して配置される。短形の断面を有する第２の線形導体２９８が、書込み極の反対側に近接して配置される。第１の線形導体の第１の末端は第１の熱シンク３００に接続される。第１の線形導体の第２の末端は第２の熱シンク３０２に接続される。第２の線形導体の第１の末端は第３の熱シンク３０４に接続される。第２の線形導体の第２の末端は第２の熱シンク３０２に接続される。熱シンク３００および３０４は外部電流源に接続される。コイル２９４内の電流と２つの線形導体２９６および２９８における電流とを組み合わせると、磁気記録媒体３０６の磁性に影響を与える磁界Ｈが生成される。
【００４９】
図２３は、本発明に従って構成された他の垂直書込み用記録ヘッド３０８の絵画図である。ヘッド３０８は、書込み極３１２および戻り極３１４を有するヨーク３１０を含む。コイル３１６が、ヨークに磁束を誘導するように配置される。短形の断面を有する第１の線形導体３１８が、書込み極の片側に近接して配置される。短形の断面を有する第２の線形導体３２０が、書込み極の反対側に近接して配置される。第１の線形導体の第１の末端は第１の熱シンク３２２に接続される。第１の線形導体の第２の末端は第２の熱シンク３２４に接続される。第２の線形導体の第１の末端は第３の熱シンク３２６に接続される。第２の線形導体の第２の末端は第２の熱シンク３２４に接続される。熱シンク３２４および３２６は外部電流源に接続される。コイル３１６内の電流と２つの線形導体３１８および３２０における電流とを組み合わせると、磁気記録媒体３２８の磁性に影響を与える磁界Ｈが生成される。
【００５０】
図２０から２３に、合体アンペール・ヘッドを有する「単極」垂直誘導性ライタを示す。この場合、導線を単極に巻きつけて、磁極面から発生する垂直磁界を局所的に増加させる垂直磁界を生成し、水平誘導性ライタについて上述したのと同様の方法で達成可能な磁界を強化する。
【００５１】
図２４は、本発明に従って構成された他の垂直書込み用記録ヘッド３３０の絵画図である。ヘッド３３０は、書込み極３３４および戻り極３３６を有するヨーク３３２を含む。コイル３３８が、ヨークに磁束を誘導するように配置される。短形の断面を有する第１の線形導体３４０が、書込み極の片側に近接して配置される。第１の線形導体の第１の末端は第１の熱シンク３４２に接続される。第１の線形導体の第２の末端は第２の熱シンク３４４に接続される。コイル３３８内の電流と線形導体３４０内の電流とを組み合わせると、磁気記録媒体３４６の磁性に影響を与える磁界Ｈが生成される。
【００５２】
図２１、２２、２３および２４は、製造がより簡単な、図２０の設計に関する変型であり、図２２、２３および２４によって、高電流密度に対応する熱シンクを組み込む方法を示す。図２４の設計は、合体ヘッドの最も単純な実現形態を表す。作用原理は、単極誘導性ヘッドは、後端が、媒体が「見る」磁極の最後の部分であるため、後端エッジの垂直磁界を用いて磁気トランジションを書き込むことに基づく。図２１、２２および２３の設計は、所定の電流に対してより大きな磁界を生成するという利点があるが、それらの設計のようにＡＢＳにおける磁極面全体ではなく、後端において局所的に磁界を強化するだけで十分である。その結果、磁極の後端に最も近い導線の端で生成される垂直磁界によって書込み場が強化されるように、図２４に示すように、導線を後端に近接させて組み込むことができる。後端に大きな磁界勾配を維持することも必要であり、図４に示される導線に対するシャープな垂直磁界プロフィルを磁極の垂直磁界プロフィルに重ねることでこれを満たすものとする。実際、これは上述したすべての設計に当てはまる。
【００５３】
導線および磁極の磁界勾配が大きいため、電気的接触をさせずにそれらを可能な限り近づけることが不可欠で、さもなければ、それらの磁界を重ねる強化効果が間隔ロスによって低下することになる。電気的絶縁については図１４から２４の概略図に明示されていないが、導線幅に比べて厚さが非常に小さい絶縁層をそれらの間に設けるのが妥当であるといえる。ウェハはＡＢＳに直交して設けられるため、磁極（ともに水平および垂直設計）の先端および後端から導線を隔てるのに必要とされる絶縁層をウェハ表面に平行に積層することで、約１ｎｍの厚さで均一かつ十分に積層することができるため、５０ｎｍまたはそれ以上の磁極および導線寸法に対する磁界間隔ロスが最小になる。また、磁極材料の抵抗率は、典型的には、例えばＣｕより１から２桁大きい（または大きく設計することができる）、（さらに、同等の寸法で、より大きな磁極抵抗に変えられる）ため、導線と磁極が電気的に接触しても、導線から大きな電流漏れが生ずることはないものと考えられる。したがって、導線と磁極を任意に近づけて配置し、実質的に磁界間隔ロスをなくすことができる。
【００５４】
より保磁性の高い媒体に記録する他のアプローチは、磁性体の温度を局所的かつ一時的に上げることで、その温度依存保磁性を低下させ、その時点で磁界を加えてトランジションを書き込む。１つの加熱方法は、エネルギー密度の高い電磁放射線によって媒体を刺激するものである。これを行うための技術は、光レーザを使用して、刺激された高エネルギー密度の放射線を近傍場に導入するための小さな開口を有する金属「アンテナ」を刺激することを含む。近傍場放射線は、開口寸法のオーダの長さスケールにわたって広がり、書込み処理時に媒体を局所的に加熱して保磁性を低下させる。放射場と書込み場が空間的かつ時間的に一致するように、光学的アンテナを誘導性ライタと合体させなければならない。この技術は、光支援磁気記録（ＯＡＭＲ）と呼ばれる。当該熱の作用設計はまだ実証されておらず、当該デバイスの製造は困難である。
【００５５】
図２５は、本発明に従って構成された、ＯＡＭＲ蝶ネクタイ型構造体を含む他の垂直書込み用記録ヘッド３４８の絵画図である。ヘッド３４８は、短形の断面を有し、２つの蝶ネクタイ型セグメント３５４と３５６の間に配置される導体３５２のループ３５０を含む。ループ内の電流は、近接する磁気記録媒体へ書き込むために使用される磁界を生成する。蝶ネクタイ型セグメントは、書き込まれる領域における記録媒体の温度を上げるのに使用されるアンテナを形成する。
【００５６】
図２６は、本発明に従って構成された、ＯＡＭＲ蝶ネクタイ型構造体を含む他の垂直書込み用記録ヘッド３５８の絵画図である。ヘッド３５８は、２つの蝶ネクタイ型セグメント３６６、３６８および３７０に接続される一対の導体３６２および３６４を含むループ３６０を含む。セグメント３６６および３７０は、外部電流源に接続され、ループ内の電流は、近接する磁気記録媒体に書き込むのに使用される磁界を生成する。
【００５７】
図２７は、本発明に従って構成された、ＯＡＭＲ蝶ネクタイ型構造体を含む他の垂直書込み用記録ヘッド３７２の絵画図である。ヘッド３７２は、２つの蝶ネクタイ型セグメント３８０、３８２、３８４および３８６に接続される一対の導体３７６および３７８を含むループ３６０を含む。セグメント３８２と３８４は導体３８８によって電気的に接続される。セグメント３８０および３８６は、外部電流源に接続され、ループ内の電流は、近接する磁気記録媒体に書き込むのに使用される磁界を生成する。
【００５８】
図２５の設計は、垂直アンペール・ヘッドを光学的アンテナ、特には蝶ネクタイ型アンテナと呼ばれるものと合体させるものである。アンペール導線が配置される２つの蝶ネクタイ区域の間の領域からレーザ刺激放射場が発生し、次いで媒体上で放射場と磁界が一致する。そのアイデアは、単に、上述のＯＡＭＲ設計の誘導性書込みヘッドをアンペール・ヘッドに取り換えることである。合体設計は、図２５の導線ループ、またはそれに関する垂直記録に限定されるものではなく、本明細書に述べられているすべてのアンペール・ヘッドをより包括的に取り入れることができる。アンペール・ヘッドを使用して磁界を生成させることのいくつかの利点について上述したが、さらなる利点としては柔軟性が高められることや合体設計物の製造が容易であることを挙げることができる。例えば、ＡｕやＡｇはアンテナとアンペール・ヘッドの双方に対して良好な選定材料であるため、アンペール・ヘッドを光学的アンテナと一体化することができ、蝶ネクタイ型アンテナによりこれを達成するための１つの当該方法を図２６に示す。ある程度の磁界の大きさを犠牲にして、図２５の設計より熱伝達効率を向上させた完全分割蝶ネクタイ構造による設計物を図２７に示す。図２５から２７には蝶ネクタイ型構造体が示されているが、他の代替的なアンテナ構造体を本発明の記録ヘッドに利用することも可能であることを理解すべきである。
【００５９】
電流供給導線のより詳細な分析によって、磁気記録のための局所的な磁界源としての本発明の望ましい特性がさらに実証される。図２８は、本発明の動作をさらに説明するのに使用できる記録ヘッドの絵画図である。図２８の記録ヘッド４００は、熱シンクとしても機能する２つの接触子４０４および４０６に電気的に接続され、その間に配置された薄膜導線４０２を含む。電流源４０８を使用して、導線および接触子に電流を供給する。導線は、ヘッドの空気受け面４１０に近接して配置される。図２８の構造体は、高密度記録に適した寸法で容易に製造することが可能である。
【００６０】
有限要素モデル化（ＦＥＮ）技術を用いて、図２８に概略的に示される特定のデバイス構造に対する局所的な磁界プロフィルを計算した。モデル化された例において、交差トラック方向の長さｌが１００ｎｍで、下方トラック方向の幅ｗが３０ｎｍで、厚さｔが５ｎｍのＣｕ導線４０２の各末端を、ｘ方向の寸法が５００ｎｍで、ｙ方向の寸法が３００ｎｍで、ｚ方向の寸法が７５０ｎｍのＣｕ接触子４０４および４０６に接触させる。導線は、ＡＢＳ面４１０に接触して配置され、ｚ方向に沿って調心される。導線を通じて１００ｍＡの電流を誘導すると、導線内の電流密度が約６×１０１０Ａ／ｃｍ２になる。これは、例えば、高温（２５０℃）で直径１０ｎｍの炭素微小管を通じて１．８×１０１０Ａ／ｃｍ２のＤＣバイアス電流密度を連続的に（２週間）誘導したという文献に報告されている電流密度より若干大きい。
【００６１】
導線（３０ｎｍ×５ｎｍ）と接触子（電流方向に応じて７５０ｎｍ×３００ｎｍ、５００ｎｍ×３００ｎｍ、または５００ｎｍ×７５０ｎｍ）との断面積の差が大きいため、それぞれの電流密度の差が大きくなり、それらが生成する磁界の差も大きくなる。これにより、導線によって局所的に大きな磁界が生成し、導線の境界を越えるとこの磁界の大きさが急速に低下する。
【００６２】
図２９は、図２８の構造体の電流供給薄膜導線の磁界プロフィルのグラフである。図２９は、導線の長さの中央、ならびにＡＢＳ、および軟磁性の下部層を有さない想定媒体の下部における導線面から（ｙ方向に沿って）２０ｎｍ離れた箇所で測定された水平磁界４１２および垂直磁界４１４の下方トラック磁界プロフィルを示す図である。磁界の水平成分の最大値は約６０００Ｏｅで、最大磁界勾配（傾き）が約１６０Ｏｅ／ｎｍと見なすことができるのに対して、垂直磁界の最大値は、それぞれ４０００Ｏｅおよび１４０Ｏｅ／ｎｍである。
【００６３】
図３０は、図２８の構造体の電流供給薄膜導線の磁界プロフィルの他のグラフである。図３０は、ＡＢＳの２０ｎｍ下に位置し、３５ｎｍの厚さを有し、正規化された透磁率がμ＝５０の媒体の想定記録層の下に軟磁性の下部層（ＳＵＬ）を配置した場合の水平磁界４１６および垂直磁界４１８の下方トラック磁界プロフィルを示す。したがって、図３０のデータは、ＳＵＬの上部、または同等に記録層の下部で測定される。そのデータから、垂直磁界が強化され、水平成分が低減されることが明らかであるため、ＳＵＬは垂直磁気記録に適している。ここでは、最大垂直磁界は約７５００Ｏｅで、最大下方トラック磁界勾配は約２７０Ｏｅ／ｎｍである。
【００６４】
図３１は、図２８の構造体の電流供給薄膜導線の磁界プロフィルの他のグラフである。図３１は、ＡＢＳから２０ｎｍ離れた箇所、軟磁性の下部層を有さない想定媒体の下部、および磁界の大きさが最大になる下方トラック位置において測定された水平磁界４２０および垂直磁界４２２の交差トラック磁界プロフィルを示す図である（図２９および３０を参照）。
【００６５】
図３２は、ＡＢＳの２０ｎｍ下に位置し、３５ｎｍの厚さを有し、正規化された透磁率がμ＝５０の媒体の想定記録層の下に軟磁性の下部層（ＳＵＬ）を配置した場合の水平磁界４２４および垂直磁界４２６の公差トラック磁界プロフィルを示す。ＳＵＬを用いた垂直磁界成分の特定の例において、交差トラック方向に沿って１００Ｏｅ／ｎｍと同じ大きさの磁界勾配が得られることが実証された。
【００６６】
本発明は、導線と接触子の間の電流密度の差を大きくすることで、高密度の磁気記録に必要とされる実質的な交差トラック磁界勾配を得る。例えば、上述のモデル化された構造体において、導線の電流密度は、接触子の平均電流密度の１０００倍より大きいと想定された。また、比較的電流密度が低い大容量接触子は、導線で生成される熱を消失することができる熱伝導の大きい熱シンクとして作用する。加えて、提示する導線の長さ（ｌ≦１００ｎｍ）は、典型的な金属の電子平均自由工程（１００ｎｍ以下）と同程度か、またはそれより小さく、導線内の（遍歴電子散乱事象による）オーム加熱を最小限に抑えるのに役立つことになる。これらの磁界プロフィル、およびそれらの対応する大きさおよび勾配は、１００Ｇｂｉｔ／ｉｎ２に近い面密度で書込みを行うのに十分な大きさであり、勿論、より小さい導線寸法を用い、かつ／または同じ印加電流に対してより大きい磁界をもたらす、本明細書で述べられている他のデバイス構造のいずれか１つを用いることによって、これをより高い面密度まで拡大することが可能である。モデル化の結果は、高密度磁気記録に対応する書込みヘッドとしての本発明の実行可能性を実証している。
【００６７】
所望のビット面密度に適した寸法および間隔で、磁性体の規則的な配列の島でリソグラフまたは他の方法で媒体が規定されるパターン化媒体は、ビット形状が、ヘッドではなく媒体のパターン化によってほぼ規定されるため、アンペール・ヘッドの使用に対して理想的な媒体である。したがって、ビットを生成するのに必要とされる磁界プロフィルは、それが近隣の島を磁化することなく１つの島を磁化するのに十分な精度でその空間分布を規定すればよいように緩和することが可能である。これは、磁界パルス持続時間が短いためにフットプリント書込み方を用いる場合に特に適しており、パターン化磁気媒体の島は、島に対して磁界をほぼ同時に均一に加えることによって磁化されることになる。
【００６８】
アンペール・ヘッドを使用することには多くの利点がある。従来の材料、製造方法およびリソグラフ技術を用いてヘッドを製造することが可能である。特に、薄膜導線材料は、Ａｕ、ＡｇまたはＣｕの如き単純な単一元素でありうる。導線構造は、複雑さが極めて低く、既知の方法を用いてそのまま製造されるものとする。ヘッドの動的応答は、磁性体に比べて極めて速く、より高いデータ転送率を実現可能にする。実際、ＧＨｚをはるかに上回るデータ転送率の向上を考慮し、アンペール・ヘッドの高速機能を用いて記録媒体の動態を駆動することが可能である。他の任意の方法によって達成可能なものより大きな磁界を生成する可能性がある。導線の寸法が小さくなるほど、一定の電流に対して、電流供給導線により生成される磁界が大きくなるため、アンペール・ヘッドは逆スケーラビィリティを有する。導線構造体は複雑さが低いため、様々な形態の現行技術と併用して、これらの技術を発展させて現行の限界を超越させるのに適する。最後に、ここで触れた多くの理由により、アンペール・ヘッドは製造費用が比較的安価で、将来に向けた実行可能な磁気記録ヘッドになるはずである。したがって、磁気記録ヘッドのサイズ・スケールが継続的に縮小し、利用可能な技術の範囲におさまるにつれて、電流供給導線は、磁気記録を将来に向けて十分に発展させる面密度およびデータ転送率で磁気トランジションを記録媒体に書き込むのに必要とされる局所的な磁界を生成、変調する実行可能な手段になる。
【００６９】
本発明は、磁気記録ヘッドにおける電流供給導線から局所的な磁界を生成する方法を提供する。磁気記録媒体の平面に対して水平または垂直な磁界を生成するために、導線を幾何学的に規定することができる。導線の臨界寸法、ならびにその構造が、この方法により書き込むことのできる磁気ビットのサイズ・スケールを規定し、臨界寸法は標準的なリソグラフ技術によってのみ限定される。適度に高い電流密度および信号周波数をリソグラフ規定された導線に加えることにより、局所的な磁界を、それぞれ、十分な電流密度で生成し、十分に大きな速度で変調して、磁気記録を現行の技術を超えるレベルまで発展させる面密度およびデータ転送率で情報を記録媒体に記憶することができる。
【００７０】
これまで、本発明を例示することを目的とし、本発明を限定することを目的とせずに、本発明の具体的な実施例を説明したが、添付の請求項に定められた本発明の範囲から逸脱することなく、詳細、材料および部品配列に多くの変更を加えることができることを当業者なら理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明に従って構成された記録ヘッドを使用できるディスク・ドライブの絵画図である。
【図２】本発明の動作を説明する、導体の斜視図である。
【図３】本発明の動作を説明する、他の導体の斜視図である。
【図４】本発明の動作を説明する、電流供給薄膜の磁界プロフィルのグラフである。
【図５】本発明の動作を説明するタイミング図である。
【図６】本発明に従って構成された水平記録ヘッドの絵画図である。
【図７】本発明に従って構成された他の水平記録ヘッドの絵画図である。
【図８】本発明に従って構成された記録ヘッドへの垂直書込みのための電流供給導体の絵画図である。
【図９】本発明に従って構成された記録ヘッドへの垂直書込みのための他の電流供給導体の絵画図である。
【図１０】本発明に従って構成された他の垂直書込み用記録ヘッドの絵画図である。
【図１１】本発明に従って構成された他の垂直書込み用記録ヘッドの絵画図である。
【図１２】本発明に従って構成された他の垂直書込み用記録ヘッドの絵画図である。
【図１３】本発明に従って構成された他の垂直書込み用記録ヘッドの絵画図である。
【図１４】本発明に従って構成された水平書込み用記録ヘッドの絵画図である。
【図１５】本発明に従って構成された他の水平書込み用記録ヘッドの絵画図である。
【図１６】本発明に従って構成された他の垂直書込み用記録ヘッドの絵画図である。
【図１７】本発明に従って構成された他の垂直書込み用記録ヘッドの絵画図である。
【図１８】本発明に従って構成された他の水平書込み用記録ヘッドの絵画図である。
【図１９】本発明に従って構成された他の水平書込み用記録ヘッドの絵画図である。
【図２０】本発明に従って構成された他の垂直書込み用記録ヘッドの絵画図である。
【図２１】本発明に従って構成された他の垂直書込み用記録ヘッドの絵画図である。
【図２２】本発明に従って構成された他の垂直書込み用記録ヘッドの絵画図である。
【図２３】本発明に従って構成された他の垂直書込み用記録ヘッドの絵画図である。
【図２４】本発明に従って構成された他の垂直書込み用記録ヘッドの絵画図である。
【図２５】本発明に従って構成された、ＯＡＭＲ（光支援磁気記録）蝶ネクタイ型を含む他の垂直書込み用記録ヘッドの絵画図である。
【図２６】本発明に従って構成された、ＯＡＭＲ蝶ネクタイ型を含む他の垂直書込み用記録ヘッドの絵画図である。
【図２７】本発明に従って構成された、ＯＡＭＲ蝶ネクタイ型を含む他の垂直書込み用記録ヘッドの絵画図である。
【図２８】本発明の動作をさらに説明するのに用いることができる、記録ヘッドの絵画図である。
【図２９】図２８の構造体の電流供給薄膜導線の磁界プロフィルのグラフである。
【図３０】図２８の構造体の電流供給薄膜導線の磁界プロフィルの他のグラフである。
【図３１】図２８の構造体の電流供給薄膜導線の磁界プロフィルのグラフである。
【図３２】図２８の構造体の電流供給薄膜導線の磁界プロフィルの他のグラフである。
【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2005502150.tif 000078
2005502150.tif 000079
2005502150.tif 000080