(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体で形成される複数の記録層と、
非磁性体で形成される複数の中間層と、を具備し、
複数の前記記録層は、データの記録および該データの読み出しに用いられる磁気ヘッドから遠い位置にある記録層から該磁気ヘッドに近い位置にある記録層に向かって、該記録層の有効磁気異方性の度合いが順次高くなるように積層され、該有効磁気異方性の度合いが高いほど記録層の記録密度が高く設定され、
前記記録層と前記中間層とが交互に積層されることを特徴とする三次元磁気記録媒体。
【請求項２】
前記記録層は、前記磁気ヘッドから遠い記録層から該磁気ヘッドに近い記録層に向かって、前記記録密度が順次高くなるように積層されることを特徴とする請求項１に記載の三次元磁気記録媒体。
【請求項３】
前記記録層は、磁気共鳴を利用することによりデータが記録されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の三次元磁気記録媒体。
【請求項４】
前記記録層は、磁気共鳴を利用することによりデータが読み出されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の三次元磁気記録媒体。
【請求項５】
前記記録層は、磁化の向きが該記録層の厚み方向であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の三次元磁気記録媒体。
【請求項６】
前記記録層は、磁化の向きが該記録層の面内方向であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の三次元磁気記録媒体。
【請求項７】
前記記録層は、磁性体で形成される２以上の磁性層が磁気的に結合することにより形成されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の三次元磁気記録媒体。
【請求項８】
前記記録層は、前記データを記録するための複数のビットを含み、該複数のビットが磁気的に分離されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の三次元磁気記録媒体。
【請求項９】
前記記録層は、前記データを記録するための複数のビットを含み、該複数のビットが磁気的に分離されていないことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の三次元磁気記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、三次元磁気記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）をはじめとする磁気記録製品の記録密度のさらなる向上のため、三次元磁気記録方式に対応する三次元磁気記録媒体が提案されている。三次元磁気記録媒体は、データを記録する記録層を複数層有する記録媒体である。三次元磁気記録媒体は、１層のみの記録層を有する単層記録媒体よりも、記録層の数に応じて媒体単位面積あたりの記録密度も増える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−８０９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述の三次元磁気記録方式では、各記録層に同じビットサイズで書き込みが行われ、複数の記録層の記録密度は全て同一である。記録層を多層化する場合は、各記録層で有効磁気異方性を差別化する必要があるので、記録層の限界記録密度は、有効磁気異方性の度合いに応じて変化する。よって、記録密度が全ての記録層で同一である場合は、限界記録密度が最も低い（ビットが大きい）記録層の記録密度より記録密度を高めることができないため、限界記録密度に達していない密度で記録される記録層が多くなり、記録効率が悪い。
【０００５】
本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであり、記録効率を高めることができる三次元磁気記録媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態に係る三次元磁気記録媒体は、複数の記録層と複数の中間層とを含む。複数の記録層は、磁性体で形成される。複数の中間層は、非磁性体で形成される。前記記録層は、データの記録および該データの読み出しに用いられる磁気ヘッドから遠い位置にある記録層から該磁気ヘッドに近い位置にある記録層に向かって、該記録層の有効磁気異方性の度合いが順次高くなるように積層され、該有効磁気異方性の度合いが高いほど記録層の記録密度が高く設定される。前記記録層と前記中間層とが交互に積層される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態に係る三次元磁気記録媒体を示す図。
【図２】垂直磁気記録方式に対応する三次元磁気記録ビットパターンドメディア（ＢＰＭ）媒体のビットパターンを示す図。
【図３】垂直磁気記録方式に対応する三次元磁気記録連続媒体のビットパターンを示す図。
【図４】三次元磁気記録媒体にデータを書き込む場合の一例を示す図。
【図５】三次元磁気記録媒体からデータを読み出す場合の一例を示す図。
【図６】面内磁気記録方式に対応する三次元磁気記録ＢＰＭ媒体のビットパターンを示す図。
【図７】面内磁気記録方式に対応する三次元磁気記録連続媒体のビットパターンを示す図。
【図８】磁性層を複数結合した記録層を有するＢＰＭ媒体の一例を示す図。
【図９】磁性層を複数結合した記録層を有する連続媒体の一例を示す図。
【図１０】本実施形態に係る三次元磁気記録媒体の作製例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
従前の磁気記録媒体は、二進法の“１”と“０”とが「ビット」という微小領域の磁化向きとして記録される。磁気記録媒体へのデータの書き込みは、磁気ヘッドから磁気記録媒体の保磁力よりも大きい書き込み磁界をビットに印加し、ビットの磁化の向きを反転させることにより行われる。データの読み出しは、磁気ヘッドがビットからの漏れ磁界を検知することにより、ビットの磁化の向きを判定できる。
【０００９】
一般的に、磁気記録密度の向上はビットのサイズの縮小を意味する。１ビットのサイズを縮小した際に、十分な読み出し信号対ノイズ比（ＳＮ比）を維持するためには、磁気記録媒体の磁性結晶粒子を微細化する必要がある。磁性結晶粒子の微細化に伴い、磁性結晶粒子の熱安定性が問題となる。磁性結晶粒子の熱安定性はＫｅｆｆＶ／ｋＢＴ（Ｋｅｆｆ、Ｖ、ｋＢおよびＴはそれぞれ、磁性結晶粒子の有効磁気異方性エネルギー密度、体積、Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ定数および温度を示す）で表される。十分な熱安定性が達成されないと、常温でも熱揺らぎの影響で、磁化の向きが反転し、記録したデータが失われる恐れがある。そのため、ビットサイズの縮小には限界がある。従来の単層磁気記録媒体では記録密度がＴｂｉｔ／ｉｎ２程度になると、ビットサイズの更なる縮小が困難になる。
【００１０】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係る三次元磁気記録媒体について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は同様の動作をおこなうものとして、重複する説明を適宜省略する。  
本実施形態に係る三次元磁気記録媒体について図１を参照して説明する。  
本実施形態に係る三次元磁気記録媒体１００は、複数の記録層１０１と複数の非磁性中間層１０２とを含む。本実施形態に係る三次元磁気記録媒体１００は、複数の記録層１０１が多層化され、図１の例では、記録層１０１はｎ層（ｎは２以上の自然数）積層される。図１に示すように、磁性層１０１と非磁性層１０２とが１層ずつ交互に積層される。
【００１１】
記録層１０１は、磁性体で形成され、磁性体の磁化の向きを変化させることによりデータを記録する。記録層１０１は、Ｔｂｉｔ／ｉｎ２以上の磁気記録密度に達成するために、磁気異方性エネルギー密度が１０６ｅｒｇ／ｃｍ３程度であることが望ましい。そのため、記録層１０１を形成する磁性体として、例えば、ＣｏとＰｔとを主成分とする合金、ＦｅとＰｔとを主成分とする合金、ＣｏとＦｅとＰｔとを主成分とする合金、ＣｏとＣｒとＰｔとを主成分とする合金、ＦｅとＰｄを主成分とする合金、またはＣｏ／Ｐｔ多層膜かＣｏ／Ｐｄ多層膜を用いることが望ましい。
【００１２】
また、記録層１０１の厚みが厚いほど三次元磁気記録媒体１００の厚みが増えるので、磁気ヘッドから遠い記録層１０１に印加される磁気ヘッドからの磁界の強さが弱くなる。そのため、磁気ヘッドから遠い位置にある記録層の保磁力および有効磁気異方性の度合いを小さくする必要があり、限界記録密度が低くなる。よって、記録層１０１の厚みは薄いほうが好ましいが、薄すぎると、体積の減少により熱安定性が悪くなるので、各記録層の厚さは３ｎｍから１０ｎｍ程度が望ましい。有効磁気異方性の度合いは、例えば、試料振動型磁力計（ＶＳＭ：Ｖｉｂｒａｔｉｎｇ  Ｓａｍｐｌｅ  Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ）またはトルク磁力計（Ｔｏｒｑｕｅ  Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ）を用いて測定すればよい。
【００１３】
また、記録層は、磁気ヘッドから遠い位置にある記録層１０１から磁気ヘッドに近い位置にある記録層１０１に向かって、記録層１０１の有効磁気異方性の度合いが高くなるように積層し、有効磁気異方性の度合いが高いほど記録密度を高くする。  
非磁性中間層１０２は、例えば、Ｔｉ、Ｃｒなどの非磁性材料で形成され、記録層１０１の間に積層される。非磁性中間層１０２は、上下の記録層１０１を隔離する役割を果たすとともに、記録層の結晶配向を制御する役割を果たす。非磁性中間層１０２を形成する非磁性材料は、記録層材料と結晶格子定数とが近いことが好ましい。非磁性中間層１０２が厚すぎると、上述したように、ヘッドから遠い記録層の記録密度が低くなる一方、非磁性中間層１０２が薄すぎると、十分な隔離効果が得られない。そのため、非磁性中間層１０２の厚さは１ｎｍから５ｎｍが望ましい。
【００１４】
三次元磁気記録では、磁気共鳴周波数により、記録層を選択して書き込みおよび読み出しを行うため、各記録層の磁気共鳴周波数を差別化する必要がある。例えば、垂直磁気記録の場合は、記録層の磁気共鳴周波数は（１）式で表される。  
【数１】
0005738791.tif 000002
【００１５】
ここで、γは磁気回転比であり、Ｈｋｅｆｆは有効磁気異方性磁界である。（１）式からわかるように、記録層の有効磁気異方性磁界Ｈｋｅｆｆが高くなるほど、磁気共鳴周波数ｆも高くなる。よって、有効磁気異方性磁界がそれぞれ異なる記録層が積層されることにより、各記録層固有の磁気共鳴周波数を用いて、所望の記録層に対する書き込みおよび読み出しを行うことができる。
【００１６】
また、記録層にデータを書き込める最大の記録密度（以下、限界記録密度という）は、記録層の磁性体の有効磁気異方性で定められる。これは記録層のビットは、ビットサイズが小さいほど熱安定性を保つために高い有効磁気異方性が必要となるからである。よって、有効磁気異方性の度合いが高い記録層ほど、書き込みの記録密度を限界記録密度まで高く設定することができる。  
なお、有効磁気異方性の度合いが大きいほど各記録層の保持力は大きくなり、書き込みに必要な磁界も大きくなる。一方、磁気ヘッドから発生する磁界は、磁気ヘッドからの距離が遠くなるほど弱くなる。従って、保持力が小さい、すなわち有効磁気異方性の度合いが低い記録層が三次元磁気記録媒体の下層に積層されることが望ましい。従って、図１に示すように、三次元磁気記録媒体１００の最下層の記録層が最も有効磁気異方性の度合いが低く、磁気共鳴周波数も低い。反対に、三次元磁気記録媒体の最上層の記録層が最も有効磁気異方性の度合いが高く、磁気共鳴周波数も高くなる。
【００１７】
次に、本実施形態に係る三次元磁気記録媒体のビットパターンの一例を図２および図３を参照して説明する。  
図２に示すビットパターンは、隣接する記録ビット２０１が、非磁性体２０２で分離されるビットパターンドメディア（ＢＰＭ）媒体の例を示す。図３は、ビットパターンドメディアではなく、記録ビット３０１が互いに隣接する連続媒体の例を示す。  
図２および図３ともに、下層の記録層１０１ほどビットサイズが大きく、上層の記録層１０１ほどビットサイズが小さくなり、記録密度が高くなっていることがわかる。
【００１８】
次に、本実施形態に係る三次元磁気記録媒体１００に対してデータを書き込む場合の一例について図４を参照して説明する。  
図４に示す例では、最下層の記録層１０１にデータを記録する場合を示す。  
磁気ヘッド４０１は、最下層の記録層１０１の磁気共鳴周波数と同一の周波数で高周波磁界４０２を印加する。高周波磁界４０２が印加された最下層の記録層１０１は磁気共鳴状態となる。磁気ヘッド４０１は、高周波磁界４０２とは別に、書き込み磁界４０３を発生する。記録層１０１が磁気共鳴状態であれば、印加される磁界が保磁力以下でも磁化反転が起こるので、磁気ヘッド４０１からの高周波磁界４０２の周波数を調整することにより、所望の記録層にデータを書き込むことができる。
【００１９】
次に、本実施形態に係る三次元磁気記録媒体１００からデータを読み出す場合の一例について図５を参照して説明する。  
図５に示す例では、最下層の記録層１０１からデータを読み出す場合を示す。  
読み出したい記録層の磁気共鳴周波数に合わせて、磁気ヘッド４０１から高周波磁界５０１を印加し、最下層の記録層１０１を磁気共鳴状態とする。さらに、磁気ヘッド４０１は読み出し磁界５０２を最下層の記録層１０１に印加する。磁気共鳴状態にある記録層のビットの磁化の向きにより、高周波磁界５０１によるエネルギー吸収が変わるので、磁気ヘッド４０１によりエネルギー吸収の変化を検知することで、磁化の向きを判定してデータを読み出すことができる。
【００２０】
次に、三次元磁気記録媒体１００の記録層の別例について図６および図７を参照して説明する。
【００２１】
図６および図７の記録層は、垂直磁気記録方式ではなく、記録層の磁化が面内方向にある面内磁気記録方式の場合を示す。また、図６に示す記録層６０１は、ビット２０１間に非磁性体２０２が挿入されたＢＰＭの場合を示し、図７に示す記録層７０１は、ビット２０１の間に非磁性体２０２が挿入されない場合を示す。このような面内磁気記録方式の記録層を多層化した三次元磁気記録媒体でも、上述した垂直磁気記録方式の三次元磁気記録媒体と同様に、記録層の有効磁気異方性の度合いが高いほど記録密度を高めることで、同様の効果を得ることができる。
【００２２】
また、２つ以上の磁性層を磁気的に結合した記録層を用いてもよい。磁性層を２層結合して記録層を形成する場合を図８および図９に示す。磁性層を２層結合することにより記録層の磁化反転が易くなるという効果を奏する。
【００２３】
図８はＢＰＭ方式である記録層８０１が積層される三次元磁気記録媒体の場合を示し、図９は、ＢＰＭ方式ではない記録層９０１が積層される三次元磁気記録媒体の場合を示す。各記録層８０１および記録層９０１は、上述した記録層１０１の上に書き込み補助層８０２が積層されており、２層合わせて１つの記録層を形成する。図８および図９に示す三次元磁気記録媒体でも、記録層の有効磁気異方性の度合いが高いほど記録密度を高めることにより、記録効率を高めることができる。書き込み補助層８０２は、例えばＮｉＦｅやＦｅＳｉなどの磁化反転しやすい材料を用いて形成することができる。
【実施例】
【００２４】
以下、本実施形態に係るＢＰＭ方式の三次元磁気記録媒体の作製例について図１０を参照して説明する。
【００２５】
図１０は三次元磁気記録媒体の一部分を切り出した図である。三次元磁気記録媒体１０００は、記録層１０１を３層有しており、スパッタ超高真空成膜によりガラス基板上に成膜した磁性層を含む積層膜が、電子ビームリソグラフィーとイオンミリングとを用いて生成される。各記録層の磁性ドット（ビット）２０１は非磁性体２０２でビットごとに仕切られる。
【００２６】
記録層１０１は、本実施例では、ＦｅＰｔＣｕ合金またはＦｅＰｔ合金を用いて生成される。ＦｅＰｔＣｕ合金を用いる場合は、Ｃｕの成分が１５パーセント以内であれば、Ｃｕの濃度が高いほど、結晶磁気異方性も上がり、磁気異方性磁界が高くなる。
【００２７】
また、ＦｅＰｔを主成分とする合金は、磁気異方性の度合いが大きい一方、ダンピング定数も大きい。そのため、磁気共鳴の線幅が数ＧＨｚほど広い。よって、選択した記録層だけを磁気共鳴状態にするために、各記録層の磁気共鳴周波数の差が３ＧＨｚから５ＧＨｚ程度であることが望ましい。以下の実施例では、各記録層間の磁気共鳴周波数の差を５ＧＨｚと設定する。
【００２８】
磁気ヘッドに一番近い最上層の記録層（以下、第１記録層１００１という）は、（ＦｅＰｔ）９０Ｃｕ１０を用いる。この組成では、有効磁気異方性エネルギー密度が３．５×１０６ｅｒｇ／ｃｍ３であり、有効磁気異方性磁界が７ｋＯｅである。ここで、十分な熱安定性を保つためには、ＫｅｆｆＶ／ｋＢＴ＞６０となることが必要である。そのため、磁性ドットの体積は７２０ｎｍ３以上である必要がある。記録層の厚さを５ｎｍとし、微細加工できるドットの間隔を１２ｎｍとすれば、面内の磁性ドットのサイズを１２ｎｍ×１２ｎｍよりも小さくすることはできない。よってここでは、限界密度を実現するために、第１記録層１００１の面内における磁性ドットのサイズを１２ｎｍ×１２ｎｍとする。このサイズでは、記録密度が１．１２Ｔｂｉｔ／ｉｎ２である。よって、有効磁気異方性磁界に基づいて、第１記録層１００１の磁気共鳴周波数ｆ１は約２０ＧＨｚになる。
【００２９】
中間の記録層（以下、第２記録層１００２という）は、磁気共鳴周波数が第１記録層１００１の磁気共鳴周波数に比べて約５ＧＨｚ小さくするため、磁気共鳴周波数ｆ２を１５ＧＨｚ程度にする必要がある。そのため、第２記録層１００２を形成する材料として、（ＦｅＰｔ）９５Ｃｕ５を用いる。（ＦｅＰｔ）９５Ｃｕ５の有効磁気異方性エネルギー密度が約２．５×１０６ｅｒｇ／ｃｍ３であり、有効磁気異方性磁界が約５．３ｋＯｅである。磁気共鳴周波数は１５ＧＨｚとするので、上述したＫｅｆｆＶ／ｋＢＴ＞６０の式を満たして、かつ十分な熱安定性を保つための面内の磁気ドットのサイズは、１２ｎｍ×１７ｎｍ以上にする必要がある。よって、第２記録層１００２の面内における磁性ドットのサイズを１２ｎｍ×１７ｎｍとする。このサイズでは、記録密度が０．９３Ｔｂｉｔ／ｉｎ２となる。
【００３０】
最下層の記録層（以下、第３記録層１００３という）は、第２記録層１００２の磁気共鳴周波数に比べて約５ＧＨｚ小さくするため、磁気共鳴周波数ｆ３を１０ＧＨｚ程度にする必要がある。そのため、磁気共鳴周波数ｆ３が約１０ＧＨｚと設定するには、第３記録層１００３の有効磁気異方性磁界が約３．６ｋＯｅであればよい。ここでは、ＦｅＰｔ合金を用いる。ＦｅＰｔの有効磁気異方性エネルギー密度がおよそ１．８×１０６ｅｒｇ／ｃｍ３であり、有効磁気異方性磁界が約３．５ｋＯｅである。十分な熱安定性を保つための面内の磁気ドットのサイズは、１２ｎｍ×２３ｎｍ以上にする必要がある。よって、ここでは、第３記録層１００３の面内における磁性ドットのサイズは１２ｎｍ×２３ｎｍである。このサイズで、記録密度が０．９３Ｔｂｉｔ／ｉｎ２となる。
【００３１】
上述のように、有効磁気異方性の異なる記録層を積層し、磁性ドットのサイズをそれぞれ、１２ｎｍ×１２ｎｍと１２ｎｍ×１７ｎｍと１２ｎｍ×２３ｎｍとに設計すれば、各記録層の限界記録密度がそれぞれ１．１２Ｔｂｉｔ／ｉｎ２と０．９３Ｔｂｉｔ／ｉｎ２と０．７６Ｔｂｉｔ／ｉｎ２とになる。よって、三層の記録層を有する三次元磁気記録媒体は、記録密度が総計２．８１Ｔｂｉｔ／ｉｎ２になる。
【００３２】
なお、従来の三次元磁気記録媒体のように各記録層に同じ密度で記録を行う場合は、媒体全体としての記録密度の総計は２．２８Ｔｂｉｔ／ｉｎ２であるので、本実施形態の三次元磁気記録媒体によれば、媒体全体としての記録密度が２３％程度向上させることができる。
【００３３】
以上に示した本実施形態に係る三次元磁気記録媒体によれば、磁気ヘッドに近い記録層ほど有効磁気異方性の度合いが高くなるように積層し、有効磁気異方性の度合いが高いほど記録密度を高くすることにより、記録効率を高めることができる。
【００３４】
なお、本実施形態に係る三次元磁気記録媒体は、例えばＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）のような円盤形状のディスクを想定するが、これに限らず、長方形、正方形、多角形、その他任意の形状で形成されてもよく、記録層が多層構造であればよい。
【００３５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３６】
１００，１０００・・・三次元磁気記録媒体、１０１，６０１，７０１，８０１，９０１・・・記録層、１０２・・・非磁性中間層、２０１，３０１・・・記録ビット、２０２・・・非磁性体、４０１・・・磁気ヘッド、４０２，５０１・・・高周波磁界、４０３・・・書き込み磁界、５０２・・・読み出し磁界、８０２・・・書き込み補助層、１００１・・・第１記録層、１００２・・・第２記録層、１００３・・・第３記録層。
【図１】
0005738791.tif 000003
【図２】
0005738791.tif 000004
【図３】
0005738791.tif 000005
【図４】
0005738791.tif 000006
【図５】
0005738791.tif 000007
【図６】
0005738791.tif 000008
【図７】
0005738791.tif 000009
【図８】
0005738791.tif 000010
【図９】
0005738791.tif 000011
【図１０】
0005738791.tif 000012