(57)【要約】【課題】ＧＭＲ素子の非線形応答を避けてエラーレート劣化のない垂直磁気ディスク装置を提供する。【解決手段】垂直記録層を有する垂直磁気記録媒体と、前記垂直磁気記録媒体に記録された磁化を読み出す磁気抵抗効果素子を含む再生ヘッドとを有し、前記再生ヘッドと前記記録層との間の磁気スペーシングＳ（ｎｍ）が下記式０．０５３２Ｌ＋３２．６５＞Ｓ＞０．０５３２Ｌ＋２．６５（ここで、Ｌは最長ビット長（ｎｍ））を満たす垂直磁気ディスク装置。【選択図】　図２
2004005838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直記録層を有する垂直磁気記録媒体と、前記垂直磁気記録媒体に記録された磁化を読み出す磁気抵抗効果素子を含む再生ヘッドとを有し、前記再生ヘッドと前記記録層との間の磁気スペーシングＳ（ｎｍ）が下記式
０．０５３２Ｌ＋３２．６５＞Ｓ＞０．０５３２Ｌ＋２．６５
（ここで、Ｌは最長ビット長（ｎｍ））
を満たすことを特徴とする垂直磁気ディスク装置。
【請求項２】
前記垂直記録層が、ＣｏＣｒ系合金で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は垂直磁気ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ディスク装置は飛躍的な記録密度の増加を続けている。これは大容量、小型化というユーザーニーズによるところが大きく、この傾向は今後も続いていくと考えられる。
【０００３】
記録密度向上技術には、ヘッドまたは媒体のそれぞれにおける記録再生能力に関するもの、磁気ディスク装置としての性能に関するものなどが含まれる。現行の長手記録媒体における記録層を構成する磁性粒子の微小化も記録密度向上に大きく貢献する重要な技術である。すなわち、磁性粒子を微小化すると、磁化転移幅を狭くすることができ、高分解能の再生が可能となるため、高密度化に貢献する。しかし、磁性粒子を微小化すると、熱揺らぎの影響が大きくなり記録磁化が消失する可能性があるため、記録粒子をさらに微小化することは困難になってきている。これは長手記録媒体の限界と考えられており、これを打開する新たな技術が必要となっている。
【０００４】
垂直記録方式は長手記録媒体の限界を超える技術のひとつである。垂直記録方式では、記録磁化方向が長手記録方式と異なることから、理論的には熱揺らぎによる記録密度限界が存在せず、長手記録方式よりも高い記録密度を実現できる。また、磁化転移幅が狭く、急峻な磁化転移での微分波形として大きな出力が得られるという利点がある。このため、今後の磁気ディスク装置は垂直記録方式を採用したものになっていくと予想される。ここで、垂直磁気ディスク装置においても、長手記録方式のものと同様に、再生ヘッドには巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）などの磁気抵抗効果素子を用いることが想定されている。
【０００５】
しかし、ＧＭＲ素子を含む再生ヘッドを用いた垂直磁気ディスク装置においては、非線形再生に伴うエラーレートの劣化という問題が生じることがわかってきた。以下、この点について説明する。
【０００６】
ＧＭＲ素子は、反強磁性層、軟磁性層（ピン層）、非磁性層および軟磁性層（フリー層）を含む積層構造を有し、ピン層とフリー層の磁化が平行か反平行かによって電気抵抗が変化する（ＧＭＲ効果）ことを利用して、再生磁界を抵抗値の変化により検出するものである。
【０００７】
一方、垂直磁気ディスク装置の磁気ディスクとしては、一般的に軟磁性裏打ち層と垂直記録層とを積層したものが用いられる。このような磁気ディスクの記録磁化を再生する際には、ＧＭＲ素子と軟磁性裏打ち層との間に磁気的な結合が生じる。このため、垂直記録方式では長手記録方式の約２倍の高再生磁界、高再生出力が得られ、長手記録方式に対する長所であるとされている。
【０００８】
しかし、ＧＭＲ素子のフリー層の磁化が有限であることから、再生磁界が大きすぎると、フリー層の応答が鈍くなるかまたは応答しなくなる。これを非線形再生と呼ぶ。しかも、ＧＭＲ素子のディメンジョンが小さくなるにつれて、再生非線形応答が生じやすい。非線形応答が生じると再生波形が歪み、チャネルにおいて最適な信号処理ができなくなるため、エラーレートの劣化を招く。このように、再生磁界（Ｈ）を再生出力（ρ）に変換するＧＭＲ素子では、ρ−Ｈ特性が線形関係を有していることが望ましいことは明らかである。
【０００９】
長手磁気ディスク装置では再生磁界が小さいため、これまで非線形再生が問題になったことはない。すなわち、上記の問題は再生磁界の大きい垂直磁気ディスク装置特有の問題である。一方、再生素子に着目すれば、上記の問題はＧＭＲ素子だけでなくトンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）でも起こる共通した問題である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ＧＭＲ素子の非線形応答を避けてエラーレート劣化のない垂直磁気ディスク装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様に係る磁気ディスク装置は、垂直記録層を有する垂直磁気記録媒体と、前記垂直磁気記録媒体に記録された磁化を読み出す磁気抵抗効果素子を含む再生ヘッドとを有し、前記再生ヘッドと前記記録層との間の磁気スペーシングＳ（ｎｍ）が下記式
０．０５３２Ｌ＋３２．６５＞Ｓ＞０．０５３２Ｌ＋２．６５
（ここで、Ｌは最長ビット長（ｎｍ））
を満たすことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明についてより詳細に説明する。
垂直磁気ディスク装置において、非線形再生を起こさないようにするためには、再生磁界（Ｈ）に対するＧＭＲ素子の再生出力（ρ）の線形領域を広げること、または再生磁界を減少させることが考えられる。前者の線形領域を広げるアプローチとしては、（１）ρ−Ｈ特性の傾きを緩やかにすることが考えられる。後者の再生磁界を減少させるアプローチとしては、（２）再生ヘッドを構成する再生シールドの位置、形状、材料を調整して再生シールドに導入される再生磁界を増やす、（３）再生ヘッド−媒体間の磁気スペーシングを増す、（４）媒体の残留磁化を減らす、などが考えられる。
【００１３】
ここで、これまでの磁気ディスク装置の開発過程では、記録密度の向上に伴う再生磁界の低下および分解能の低下に対応するために、磁気ヘッドの浮上高を減少させる傾向が続いている。このため、垂直磁気ディスク装置でも、長手記録方式での再生出力の低い領域に合わせた設計を採用して、浮上高をできる限り低くするように設計している。これに対して、垂直磁気ディスク装置で浮上高を上げれば、（３）の再生ヘッド−媒体間の磁気スペーシングを増して再生磁界を弱くできるうえに、装置の信頼性や製造性も向上できるので望ましい。
【００１４】
本発明においては、上述したように磁気スペーシングＳ（ｎｍ）を、
Ｓ＞０．０５３２Ｌ＋２．６５
（ここで、Ｌは最長ビット長（ｎｍ））
を満たすように広くする。ただし、磁気スペーシングが広すぎると、ビットエラーレート（ＢＥＲ）が劣化するので、
０．０５３２Ｌ＋３２．６５＞Ｓ
を満たすように磁気スペーシングＳの上限を設定する。これらの式の導出については実施例の欄で詳細に説明する。
【００１５】
なお、垂直磁気ディスク装置における磁気ヘッドと垂直記録層との間の磁気スペーシングについて規定している公知例としては、特許第３０３９０３３号公報および特開平６−２６７２２１号公報がある。
【００１６】
特許第３０３９０３３号公報は、単磁極型磁気ヘッドの主磁極先端面と二層膜構造の垂直磁気記録媒体の垂直記録膜面との間のスペーシングの微小な変動に対する再生出力の変動を小さくして安定化させるために、スペーシングを適切に設定することを開示している。この公報の請求項に記載されている式から、垂直記録膜の特性に対応してスペーシングの上限値が設定されることがわかる。
【００１７】
特開平６−２６７２２１号公報は、垂直記録媒体の再生出力の低下を避けるために、記録時の媒体−ヘッド間のスペーシングを再生時の媒体−ヘッド間のスペーシングよりも小さくすることを開示している。また、この公報では、再生時の媒体−ヘッド間のスペーシングについて上限値が規定されている。
【００１８】
しかし、上記のいずれの公知例も、非線形再生を避けるという課題を開示しておらず、この課題を解決するために従来の装置よりも媒体−再生ヘッド間の磁気スペーシングを大きくするという本願発明の技術的思想を示唆していない。
【００１９】
本発明の実施形態の磁気ディスク装置において用いられる垂直磁気記録媒体は、基板上に形成された軟磁性裏打ち層および垂直記録層を有する。なお、軟磁性裏打ち層と垂直記録層との間に、結晶制御層などの下地層を設けてもよい。また、通常、垂直記録層上には保護層が設けられる。
【００２０】
軟磁性裏打ち層は高透磁率と高飽和磁束密度を併せ持つ材料であることが望ましい。軟磁性裏打ち層の材料としては、Ｆｅ、Ｃｏなどの３ｄ遷移金属を含む材料が用いられ、具体的にはＣｏＺｒＮｂやＦｅＡｌＳｉなどが挙げられる。
【００２１】
垂直記録層は垂直磁気異方性を有し、低保磁力、高残留磁化、高角形比を満たす材料が望ましい。保磁力が高すぎると、記録ヘッドの能力によっては良好に記録できなくなる可能性がある。現行の記録ヘッドの記録能力を考慮すると、垂直記録層の保磁力は約３〜６ｋＯｅであることが望ましい。垂直記録層は、高再生出力のためには高残留磁化、高記録保持能力のためには高角形比を有することが望ましい。具体的な垂直記録層の材料としては、ＣｏＣｒ系合金や、Ｃｏ層と非磁性層とを交互に積層した人工格子膜などが挙げられる。
【００２２】
本発明の実施形態の磁気ディスク装置において用いられる再生ヘッドは再生素子として磁気抵抗効果素子を含む。具体的な磁気抵抗効果素子としては、高感度再生を実現できる巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）、トンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）などが挙げられる。
【００２３】
ＧＭＲ素子は、反強磁性層、軟磁性層（ピン層）、金属非磁性層および軟磁性層（フリー層）を含む積層構造を有する。ＴＭＲ素子は、反強磁性層、軟磁性層（ピン層）、誘電体層および軟磁性層（フリー層）を含む積層構造を有する。通常、これらの再生素子は、１対のシールド間に挟まれる。
【００２４】
再生ヘッドは記録ヘッドとともに形成される。記録ヘッドの代表例は、垂直磁気記録に適した単磁極ヘッドである。磁極材料は高透磁率と高飽和磁束密度を満たす材料が望ましく、具体的にはパーマロイなどが挙げられる。磁極形状は、磁化転移幅減少のために、そのＡＢＳ面が台形となるように加工されていることが望ましい。
【００２５】
再生ヘッドで読み出されたリード信号は、微分回路を含むチャネルで信号処理されて微分信号に変換される。
【００２６】
【実施例】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
【００２７】
図１は、本実施例における垂直磁気ディスク装置の内部構造を示す斜視図である。筐体１内には、磁気ディスク１０がスピンドルモータ１１に回転可能に取り付けられている。一方、磁気ディスク１０近傍の軸１２に、アーム１３、サスペンション１４、スライダ１５が取り付けられ、スライダ１５の先端に再生ヘッドおよび記録ヘッドを含む磁気ヘッド（図１では表示せず）が形成されている。アーム１３は、ボイスコイルモータ１６により磁気ディスク１０の径方向に移動可能になっている。記録・再生時には磁気ディスク１０表面に形成された所定のトラック上に再生ヘッドおよび記録ヘッドを含む磁気ヘッドが浮上した状態で配置される。磁気ヘッドはフレキシブルプリント回路を介してプリアンプ回路、リード／ライトチャネル、コントローラなどを実装した回路基板に接続されている。
【００２８】
図２は、記録・再生時の磁気ディスクおよび磁気ヘッドを示す断面図である。磁気ディスク１０は、非磁性基板１０１上に、軟磁性裏打ち層１０２、結晶制御層１０３、垂直記録層１０４、保護層１０５を形成した構造を有する。垂直記録層１０４には、最長ビット長Ｌを表示している。
【００２９】
磁気ヘッド２０は再生ヘッド２１と記録ヘッド２２とを含む。再生ヘッド２１は、図示しないヘッド基板上で一対のシールド２０１、２０３の間に絶縁層を介してＧＭＲ素子２０２を挟んだ構造を有する。ＧＭＲ素子２０２は反強磁性層、ピン層、金属非磁性層およびフリー層を含む。一方のシールド２０３上に絶縁膜を介して単磁極ヘッド２０４が形成されている。単磁極ヘッド２０４は、媒体対向面から後退した位置で、シールド２０３と磁気的に結合している。また、シールド２０３と単磁極ヘッド２０４との間の絶縁膜には励磁コイル（図示せず）が埋め込まれている。また、磁気ヘッド２０全体の表面には保護層２０５が形成されている。
【００３０】
図２には、磁気ヘッドの浮上高ＦＨおよびヘッド−記録層間の磁気スペーシングＳを示している。
【００３１】
単磁極ヘッド２０４から発生される記録磁界は、垂直記録層１０４、軟磁性裏打ち層１０２を通って閉磁路を形成し、垂直記録層１０４には膜面垂直方向に記録磁界が印加される。ＧＭＲ素子２０２で読み出されたリード信号は、微分回路を含むチャネルを通して微分信号に変換されて信号処理される。
【００３２】
図３に、ＧＭＲ素子の再生出力ＴＡＡ（μＶ）と再生磁界との関係（ρ−Ｈ特性）を示す。この図は、ＧＭＲ素子単独の特性を調べたものである。５つのＧＭＲ素子について同様の測定を行ったが、いずれの場合も同様の傾向を示したので、図３にはその代表例を示している。
【００３３】
図３に示されるように、再生磁界が約−２５０Ｏｅから約２００Ｏｅまでの範囲ではＧＭＲ素子は線形応答するとみなすことができる。しかし、再生磁界が約−２５０Ｏｅまたは約２００Ｏｅを超えると、ＧＭＲ素子の再生出力は飽和して傾きがなだらかになる。ここで、線形領域の限界をＨｓと定義する。図３から、この磁気ヘッドは再生出力が１６００μＶ（Ｈ＝２００Ｏｅ）以上で、ρ−Ｈ特性の非線形領域を用いて再生を行っていることになる（非線形再生）。
【００３４】
非線形再生を行うと信号が歪み、チャネルでの信号処理時にエラーレートが高まる原因となる。以下、本発明においてこの問題を防ぐために、ρ−Ｈ特性の非線形領域を用いずに線形再生する手段について説明する。
【００３５】
図４に本実施例の垂直磁気ディスク装置における再生出力の記録周波数依存を示す。図４に示されるように、記録周波数を増加させると再生出力は減少している。このため、大きな再生出力が得られる最低記録周波数の信号の再生時に非線形再生を行わない条件を考えればいいことばわかる。
【００３６】
最低記録周波数での再生出力を詳細に調べるため、図４の低記録周波数領域を拡大したものを図５に示す。図５から、低記録周波数での再生出力ＴＡＡ（μＶ）と記録周波数ｆ（ｋＦＣＩ）との関係は、
ＴＡＡ＝−１．６２ｆ＋１７５０
と線形近似できることがわかる。
【００３７】
図５の横軸の記録周波数を最長ビット長Ｌに換算して、再生出力ＴＡＡ（μＶ）と最長ビット長Ｌ（ｎｍ）との関係を図６に示す。図６から、再生出力ＴＡＡ（μＶ）と最長ビット長Ｌ（ｎｍ）との関係は、
ＴＡＡ＝０．１５９Ｌ＋１５７７
で線形近似できることがわかる。
【００３８】
上記の式に、図３で得られた線形領域の限界であるＴＡＡ＝１６００μＶを代入すると、１４５ｎｍよりも長い記録ビットでは非線形再生を行っていることがわかる。したがって、（Ｌ−１４５）×０．１５９（μＶ）だけ再生出力を減少させることができれば、非線形再生はなくなるといえる。
【００３９】
ここで磁気スペーシングＳを広げることによって、再生出力を減少させて非線形再生をなくすように考える。
【００４０】
図７に、磁気スペーシングＳの増分ΔＳと規格化再生出力との関係を示す。図７から、磁気スペーシングを１ｎｍ増やすと、再生出力が１％減少することがわかる。本実施例の磁気ヘッドでは、１％の再生出力は１７．５μＶに相当するため、ヘッド飽和を抑えるため増やすべき磁気スペーシングの増分ΔＳは
ΔＳ＝（Ｌ−１４５）×０．１５９）／１７．５
となる。
【００４１】
図８に現行の設計における磁気スペーシングＳｃと最長ビット長Ｌとの関係を示す。図８の破線の関係は、
Ｓｃ＝０．０４４１Ｌ＋３．９６４
となる。しかし、この設計では非線形再生が起きる。このため、本発明では磁気スペーシングＳを、現行のＳｃよりも少なくともΔＳだけ広げる。すなわち、磁気スペーシングＳ＞（Ｓｃ＋ΔＳ）とする。この式に上記のＳｃおよびΔＳを代入することにより、本発明における磁気スペーシングＳと最長ビット長Ｌとの関係が得られる。すなわち、
Ｓ＞０．０５３２Ｌ＋２．６５
（ここで、Ｌは最長ビット長（ｎｍ））
となり、この式を図８に実線で示す。この式を満たすように磁気スペーシングＳを設計すれば非線形再生をなくすことができる。
【００４２】
次に、磁気スペーシングＳの上限について検討する。図９に垂直磁気ディスク装置のビットエラーレート（ＢＥＲ）の浮上高（ΔＦＨ）依存性を示す。図９から、浮上高が１ｎｍ高くなると、ＢＥＲは約０．１だけ劣化している。この図からわかるように、浮上高を必要以上に増加させるとＢＥＲが劣化して、ＨＤＤ性能が仕様を満たさなくなる。ＨＤＤのＢＥＲ初期値は６．０前後であり、これが３．０に近い値になるとその後に信号処理してもＢＥＲの向上分が著しく劣化する。よって、ＢＥＲの劣化が３．０以上になると明らかにデメリットが大きい。この値は３０ｎｍのΔＦＨに相当する。したがって、本発明では、磁気スペーシングＳ（ｎｍ）の上限値を、
０．０５３２Ｌ＋３２．６５＞Ｓ
（ここで、Ｌは最長ビット長（ｎｍ））
とすることが好ましい。
【００４３】
以上のように、磁気スペーシングが上式を満たすように設計された垂直磁気ディスク装置では非線形再生をなくすことができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、ＧＭＲ素子の非線形応答を避けてエラーレート劣化のない垂直磁気ディスク装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における垂直磁気ディスク装置の内部構造を示す斜視図。
【図２】記録・再生時の磁気ディスクおよび磁気ヘッドを示す断面図。
【図３】ＧＭＲ素子の再生出力ＴＡＡと再生磁界との関係を示す図。
【図４】本発明の実施例における垂直磁気ディスク装置の再生出力の記録周波数依存を示す図。
【図５】図４の低記録周波数領域を拡大して示す図。
【図６】再生出力ＴＡＡと最長ビット長Ｌとの関係を示す図。
【図７】磁気スペーシングＳの増分ΔＳと規格化再生出力との関係を示す図。
【図８】現行の設計における磁気スペーシングＳｃと最長ビット長Ｌとの関係、および本発明における磁気スペーシングＳと最長ビット長Ｌとの関係を示す図。
【図９】本発明の実施例における垂直磁気ディスク装置のビットエラーレートの浮上高依存性を示す図。
【符号の説明】
１…筐体
１０…磁気ディスク
１１…スピンドルモータ
１２…軸
１３…アーム
１４…サスペンション
１５…スライダ
１６…ボイスコイルモータ
２０…磁気ヘッド
２１…再生ヘッド
２２…記録ヘッド
１０１…非磁性基板
１０２…軟磁性裏打ち層
１０３…結晶制御層
１０４…垂直記録層
１０５…保護層
２０１、２０３…シールド
２０２…ＧＭＲ素子
２０４…単磁極ヘッド
２０５…保護層
【図１】
2004005838.tif 000003
【図２】
2004005838.tif 000004
【図３】
2004005838.tif 000005
【図４】
2004005838.tif 000006
【図５】
2004005838.tif 000007
【図６】
2004005838.tif 000008
【図７】
2004005838.tif 000009
【図８】
2004005838.tif 000010
【図９】
2004005838.tif 000011