(57)【要約】【課題】超高記録密度で熱減磁耐性にすぐれた熱磁気転写型の垂直磁気記録媒体を実現する。【解決手段】低ノイズＣｏ系合金強磁性体を用いた第一の記録層と、補償点を動作環境温度以下に持つフェリ磁性体（例えば希土類−遷移金属化合物）を用いた第二の記録層との間に中間層を有する記録媒体に対し、まず磁界を印加して第一記録層に磁化パターンを形成し、次に加熱手段で昇温することで第二記録層に磁化パターンを転写する。環境温度下では第二記録層の方が高保磁力となり、記録磁界を適当に設定する事で第一記録層にのみ磁化パターンを形成できる。また、加熱時には第二記録層の方が低保磁力となるため磁化パターンは第一記録層から第二記録層に転写される。【選択図】図１
2005209290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、第一記録層と、前記第一記録層と基板との間に形成された第二記録層と、前記第一記録層と第二記録層との間に形成された中間層とを備え、
前記第二記録層は、環境温度Taにおいて前記第一記録層よりも大きな磁気異方性又は保磁力を有し、環境温度Taより高く設定した温度Ｔｗにおいて前記第一記録層よりも小さな磁気異方性又は保磁力を有することを特徴とする熱磁気転写型記録媒体。
【請求項２】
前記中間層の厚みは、１ｎｍ以上、８ｎｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１記載の熱磁気転写型記録媒体。
【請求項３】
環境温度Taより高く設定した温度Ｔｗにおける第二記録層の飽和磁化は、環境温度Taにおける第二記録層の飽和磁化よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の熱磁気転写型記録媒体。
【請求項４】
前記第二記録層は、環境温度Ta以下に補償点温度Tcmpを有するフェリ磁性体を含有することを特徴とする請求項１記載の熱磁気転写型記録媒体。
【請求項５】
前記フェリ磁性体は、希土類元素と遷移金属元素との化合物を含有することを特徴とする請求項４記載の熱磁気転写型記録媒体。
【請求項６】
前記第二記録層は、上部強磁性層と下部強磁性層とが反平行結合層を介して積層された構造であることを特徴とする請求項１記載の熱磁気転写型記録媒体。
【請求項７】
前記第二記録層は、フェリ磁性体からなる磁性粒子が非磁性体で分離されていることを特徴とする請求項１記載の熱磁気転写型記録媒体。
【請求項８】
熱磁気転写型記録媒体と、記録磁界を印加する記録素子を有する記録ヘッドと、熱磁気転写型記録媒体を加熱する加熱手段とを備え、
前記熱磁気転写型記録媒体は、基板と、第一記録層と、前記第一記録層と基板との間に形成された第二記録層と、前記第一記録層と第二記録層との間に形成された中間層とを備え、前記第二記録層は、環境温度Taにおいて前記第一記録層よりも大きな磁気異方性又は保磁力を有し、環境温度Taより高く設定した温度Ｔｗにおいて前記第一記録層よりも小さな磁気異方性又は保磁力を有し、
前記加熱手段は、前記記録素子のトレーリング側に配置されていることを特徴とする磁気記録再生装置。
【請求項９】
前記記録素子から記録磁界が印加されて前記第一記録層に磁化パターンが形成された後に、前記加熱手段により加熱されて前記第一記録層の磁化パターンが前記第二記録層に転写されることを特徴とする請求項８記載の磁気記録再生装置。
【請求項１０】
前記加熱手段の媒体対向面における中心と前記記録素子の媒体対向面におけるトレーリング側端部の間の距離が、あらかじめ設定された最大記録波長よりも大きい事を特徴とする請求項８記載の磁気記録再生装置。
【請求項１１】
さらに、再生素子を有する再生ヘッドを備えることを特徴とする請求項８記載の磁気記録再生装置。
【請求項１２】
前記中間層の厚みは、１ｎｍ以上、８ｎｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項８記載の磁気記録再生装置。
【請求項１３】
環境温度Taより高い温度における第二記録層の飽和磁化は、環境温度Taにおける第二記録層の飽和磁化よりも大きいことを特徴とする請求項８記載の磁気記録再生装置。
【請求項１４】
前記第二記録層は、環境温度Ta以下に補償点温度Tcmpを有するフェリ磁性体を含有することを特徴とする請求項８記載の磁気記録再生装置。
【請求項１５】
前記フェリ磁性体は、希土類元素と遷移金属元素との化合物を含有することを特徴とする請求項１４記載の磁気記録再生装置。
【請求項１６】
前記第二記録層は、上部強磁性層と下部強磁性層とが反平行結合層を介して積層された構造であることを特徴とする請求項８記載の磁気記録再生装置。
【請求項１７】
前記第二記録層は、フェリ磁性体からなる磁性粒子が非磁性体で分離されていることを特徴とする請求項８記載の磁気記録再生装置。
【請求項１８】
基板と、第一記録層と、前記第一記録層と基板との間に形成された第二記録層と、前記第一記録層と第二記録層との間に形成された中間層とを備え、前記第二記録層が、環境温度Taにおいて前記第一記録層よりも大きな磁気異方性又は保磁力を有し、環境温度Taより高く設定した温度Ｔｗにおいて前記第一記録層よりも小さな磁気異方性又は保磁力を有することを特徴とする記録媒体に対し、
まず、記録磁界を印加して第一記録層に磁化パターンを形成し、
次に、加熱して第一記録層の磁化パターンを第二記録層に転写することを特徴とする熱磁気転写記録方式。
【請求項１９】
前記中間層の厚みを、１ｎｍ以上、８ｎｍ以下の範囲とすることを特徴とする請求項１８記載の熱磁気転写記録方式。
【請求項２０】
環境温度Taより高く設定した温度Ｔｗにおける第二記録層の飽和磁化は、環境温度Taにおける第二記録層の飽和磁化よりも大きいことを特徴とする請求項１８記載の熱磁気転写記録方式。
【請求項２１】
前記第二記録層は、環境温度Ta以下に補償点温度Tcmpを有するフェリ磁性体を含有することを特徴とする請求項１８記載の熱磁気転写記録方式。
【請求項２２】
前記フェリ磁性体は、希土類元素と遷移金属元素との化合物を含有することを特徴とする請求項１８記載の熱磁気転写記録方式。
【請求項２３】
前記第二記録層は、上部強磁性層と下部強磁性層とが反平行結合層を介して積層された構造であることを特徴とする請求項１８記載の熱磁気転写記録方式。
【請求項２４】
前記第二記録層は、フェリ磁性体からなる磁性粒子が非磁性体で分離されていることを特徴とする請求項１８記載の熱磁気転写記録方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超高密度磁気記録技術に関する熱磁気転写型磁気記録方法、熱磁気転写型記録媒体および磁気記録再生装置に関わる。
【背景技術】
【０００２】
情報処理技術の発達に伴い、様々な分野のディジタル化が急速に進行している。従来からのパーソナルコンピュータやサーバに加え、家電・オーディオ等においても大量のディジタル情報データを貯える必要性が生じており、これら膨大なデータを蓄えるために不揮発性ファイルシステムの中核である磁気ディスク装置はこれまでにも増して急速な大容量化を求められている。磁気ディスク装置の大容量化とはすなわち、媒体上に記録するビット密度すなわち面記録密度をより高めることを意味する。
【０００３】
現在実用化されている磁気ディスク装置で採用されている記録方式は一般に面内記録方式と呼ばれる。これは、ディスク基板面と平行な方向に大きな保磁力を持つ強磁性体薄膜を記録媒体とし、この記録媒体を基板面内方向に磁化することで情報を記録する方式である。この場合、面内磁化が１８０度の角度をなして向き合っている磁化反転部がビットの１に対応する。
【０００４】
面記録密度を高めるには、ディスク円周方向のビット密度（線記録密度）及びディスク半径方向のビット密度（トラック密度）を同時に増やす必要がある。トラック密度は記録/再生ヘッドのトラック幅形成プロセスや機構系の位置決め精度によって制限されるが、これらは主として技術的な課題にすぎない。これに対し線記録密度の増大は記録媒体が強磁性体微粒子の集合体であるという事実により原理的な制約を受けると考えられている。
【０００５】
面内記録方式においては磁化反転部を中心にして磁化どうしが向き合っているため、この磁化反転部周辺では磁化を減少させる方向に反磁界と呼ばれる大きな内部磁界を生じる。この反磁界によって磁化反転部には有限の幅を持った磁化遷移領域すなわち磁化が充分な飽和に達していない領域が形成される。
【０００６】
この磁化遷移領域が比較的広い場合、ビット間隔を狭めるに従って磁化遷移領域が干渉し合い、実質的な磁化反転の位置がシフトする等の不都合が起きる。このため磁化遷移領域の幅は少なくともビット間隔より小さくする必要がある。従って線記録密度を高めるには媒体が反磁界に打ち勝って磁化するような構成、具体的には媒体の保磁力を向上するとともに記録磁性膜の厚さを低減して反磁界を抑制することが必要である。このため線記録密度は媒体の構成や磁気特性によって強く制限されることになる。
【０００７】
標準的な面内記録方式では、線記録密度とトラック密度の比は約５〜１０程度とすることが望ましいとされている。この条件のもとに一平方インチ当たり１００ギガビット（ギガビット＝１０の９乗ビット）の記録密度を実現する場合、円周方向のビット間隔は約２５ｎｍになる。一方、簡単なモデルにより磁化反転幅が２５ｎｍ以下になる媒体の必要特性を見積もると、媒体膜厚１５ｎｍ以下、保磁力５ｋＯｅ（エルステッド）以上が必要条件である。
【０００８】
しかしながら、面内記録方式の記録素子が発生することのできる記録磁界は、使用可能な磁極材料に期待できる最大の飽和磁束密度（以下Ｂｓ）である２．４Ｔ（テスラ）を前提としても高々９ｋＯｅ程度が限度と考えられている。この場合媒体記録層の保磁力が５ｋＯｅを超えると、媒体を充分に磁化することができるだけの記録磁界の確保が困難になる。
【０００９】
またＣｏ合金系磁性膜では磁性膜の厚さが１５ｎｍ以下になると、実質的な媒体結晶粒子の体積が小さくなるため、個々の粒子の磁気異方性エネルギー（即ち、磁化を一定方向に安定化しようとするエネルギー）に比べて熱エネルギー（即ち、磁化を擾乱するエネルギー）の大きさが無視できなくなる。このため磁化の熱揺らぎが顕著となり、記録磁化の大きさが時間の経過につれて減少する熱減磁の問題が発生する。熱減磁を抑制するためには保磁力を更に増大させるか結晶粒の体積を増大させる必要がある。
【００１０】
しかしながら、先述のようにヘッド磁界が制限されている場合、許容しうる保磁力には上限がある。また、結晶粒の体積増大のために膜厚を増やすことは反磁界の増加による磁化遷移領域の増大即ち可能な線記録密度の低下を意味する。
【００１１】
一方、結晶粒体積を面内方向の結晶サイズで確保しようとすると、媒体内磁化分布のランダムネスが大きくなるため、媒体ノイズの増大をまねき充分な信号Ｓ／Ｎ比が得られなくなる。このように熱減磁耐性、低ノイズ、十分な記録という条件を満足しつつ一平方インチ当たり１００ギガビットを超える面内記録を実現するためには原理的な困難が予想される。
【００１２】
この原理的困難を回避するために提案されているのが、垂直記録方式である。垂直記録方式は薄膜媒体の磁化を膜面に垂直に形成する方式で、記録原理が従来の面内磁気記録媒体の場合とは異なる。垂直磁気記録方式は隣接する磁化が向き合わずに逆平行配列となるために反磁界の影響を受けない。そのため磁化遷移領域を非常に狭くできることが期待され、線記録密度を高めやすい。また同じ理由から媒体薄膜化への要求が面内記録ほど強くないため熱減磁に対しても高い耐性を確保できる。
【００１３】
このように垂直磁気記録方式は本質的に高密度磁気記録に適した方式として注目され、様々な媒体の材料・構造およびそれらと組み合わせた薄膜磁気ヘッドの構成が提案されている。垂直記録方式には垂直磁化膜単体の媒体を用いる方式と、垂直磁化膜に加えてそのディスク基板側に隣接した低保磁力かつ高飽和磁束密度の磁束キーパ層を設ける方式がある。
【００１４】
磁束キーパ層を持つ２層垂直磁気記録媒体を用いると、（１）記録層内に発生する反磁界を低減できる（２）単磁極型の記録素子との組み合わせで、面内記録において用いるリングヘッドにくらべてより急峻な分布をもつ大きな記録磁界を発生させることが可能になる、といった利点が考えられる。この技術に関しては、例えば非特許文献１に記述されている。
【００１５】
この方式の垂直磁気記録媒体としては、パーマロイやＦｅ系アモルファス合金ないし微細結晶合金などの軟磁性層からなる磁束キーパ層上にＣｏＣｒ合金からなる垂直磁化膜を設けた媒体などが検討されている。更に近年は、記録層として（Ｃｏ／Ｐｄ）ｎや（Ｃｏ／Ｐｔ）ｎなどのいわゆる人工格子膜やＳｉＯ２中にＣｏ系磁性体微粒子を分散させたいわゆるグラニュラ媒体が検討されており、キーパ層としては反強磁性体を用いることで磁区を安定化した積層膜あるいは強磁性層同士を反強磁性的に結合させた磁性多層膜なども用いられる。
【００１６】
以上のように、現行の面内磁気記録方式に換わる技術としてキーパ層を有する媒体を用いた垂直磁気記録方式が有望視されているが、この方式においてもやはり記録密度の限界があると考えられる。その最も大きな要因は、記録磁界が原理的上限に到達することで記録媒体の長期安定性を決める磁気異方性エネルギーを高めることができなくなる事である。
【００１７】
垂直記録においては、上述したように面内記録におけるリングヘッドよりも大きな記録磁界が期待できるものの、たとえば面記録密度が一平方インチ当たり１テラビット（テラ＝１０の１２乗）を前提としたパラメータ設定では、磁界分布形状なども考慮すると、遷移金属磁性体における最大の飽和磁束密度である約２．４Ｔ＝２４ｋＧ（キロガウス）を有する材料を用いても１６ｋＯｅ程度が記録磁界の上限であるという検討結果もある（非特許文献２）。この場合記録媒体の異方性磁界許容値は最大で１６ｋＯｅ程度ということになる。
【００１８】
これまで面記録密度が一平方インチ当たり１テラビットの磁気記録の可能性をシミュレーションにより検討したいくつかの例ではいずれも２０ｋＯｅ程度の異方性磁界が必要とされており、上記は不足である事が予想される。このため、磁気的手法のみによる記録方式に新しい要素を導入してより高い記録密度を実現する方法が考えられている。これらは大きくは次の２つの候補が考えられる。
【００１９】
（１）熱アシスト記録（又はハイブリッド記録）
記録磁界印加時にのみ媒体の磁気異方性エネルギーを低下させることで、室温では記録磁界より大きな異方性磁界をもつ記録媒体への書き込みを可能にする。従って同じ強度の記録磁界を用いた純粋の磁気記録よりも大きな磁気異方性エネルギーをもつ小さい結晶粒子からなる記録媒体を用いることができ、より高い記録密度を達成できる可能性がある。
【００２０】
この手法に関しては、これまでいくつかの媒体構造やヘッド構造が提案されてきた（例えば非特許文献３）。
【００２１】
（２）熱磁気転写記録
記録素子からの磁界で通常の磁気記録と同じように記録媒体中の特定の層に磁化パターンを書き込んだのち、記録媒体を加熱することでこの磁化パターンを別の層に転写し、実質的に記録層の膜厚を増大させ長期安定性を確保する。初めに書き込む層単独では熱安定性が低くてもよいため、小さい結晶粒子からなる記録媒体を用いることができ、より高い記録密度を達成できる可能性がある。
【００２２】
この手法に関しては、光磁気記録の分野において検討されてきた。特に、光記録で一般的に行う消去過程を経ず直接オーバーライトを可能にする技術の候補と考えられている。
【００２３】
例えば、特許文献１には、磁気的に書き込むためのＣｏ−Ｃｒ合金薄膜と、そのパターンを転写する希土類−遷移金属合金薄膜を組み合わせた媒体に磁気記録と光照射を組み合わせた方法で記録する技術が開示されている。また特許文献２には、加熱により保磁力が増大する「記録層補助層」から、加熱により保磁力が低減する「記録層」に磁化パターンを転写する技術が開示されている。
【００２４】
【特許文献１】特開昭６３−２７６７３１号公報
【００２５】
【特許文献２】特開平２−１８９７５１号公報
【非特許文献１】IEEE Transactions on Magnetics, Vol. MAG-20, No.5, September 1984, pp.657-662, Perpendicular magnetic recording -Evolution and future'
【非特許文献２】IEEE Transactions on Magnetics, Vol. MAG-39, No.4, July 2003, pp.1955-1960, Recording field analysis of narrow-track SPT head with side shields, tapered main pole, and tapered return path for 1 Tb/in2’
【非特許文献３】Journal of Applied Physics, Vol. 87, No. 9, May 2003, pp.5398-5403, 'Disk recording beyond 100 Gb/in2: Hybrid recording?'
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
しかしながら、上記（１）の手法を磁気ディスク装置に適用するにあたっての最も大きな問題点は、ヘッドの集積化にある。通常本手法では磁界印加と加熱を記録媒体上のほぼ同一領域に対して行うことが前提であり、磁界発生手段と媒体加熱手段を一つのスライダ上に搭載するのは非常に困難である。このため、実際のところ、磁界印加手段を記録媒体の上面側に配置し、媒体加熱手段を記録媒体の下面側に配置した実験が行われている。
【００２７】
このように、磁界印加と媒体加熱とを同時に行う記録方式である（１）の手法を用いて磁気記録再生装置を実現することは、小型化・薄型化への要求が強まる磁気ディスク装置に用いる技術として、極めて不利である。
また、上記（２）の手法には熱磁気転写記録の要件を満たす基本的な構成が開示されていると言えるが、これらの目的はあくまで光磁気記録におけるオーバーライト記録にあるため、そのまま磁気ディスク装置に適用しようとするといくつかの問題が生じる。
【００２８】
例えば、特許文献１では記録素子と加熱／再生手段である光ビームが媒体を挟んで反対側に配置されている。このことは、今後益々小型化・薄型化を求めれらている磁気ディスク装置の技術としては不利であると言える。
また特許文献２においては、まずフェリ磁性体の特性を持つ「記録層」に磁極からの磁界でパターンを形成し、これを「記録補助層」に転写して、再び「記録層」に光ビームを照射して信号再生を行っているが、
光ヘッドによる信号再生を前提とした光磁気記録とは異なり、磁気ディスク装置ではいわゆる磁気抵抗効果を用いた再生が必須となるため、フェリ磁性体層からの再生は適さない。たとえば非特許文献２では、フェリ磁性体を記録媒体の一部に使用した磁気記録が検討されている。
【００２９】
これによると、希土類元素−遷移金属化合物からなる記録媒体は磁壁生成に伴うノイズの増大が激しく、高記録密度の磁気記録には向かないという結果が開示されている。従って特許文献２のように磁界による磁化パターン形成をフェリ磁性層に形成すると、元々ノイズの大きな信号を転写することになる。さらに同じフェリ磁性層から信号を再生するため、これを磁気記録に用いるとＳ／Ｎ比の低い信号しか得られず、磁気ディスク向けの高密度磁気記録に適用することはできない。
【００３０】
さて、ディスク装置向け磁気記録方式において記録磁界は物理的限界に達しようとしている。一方では、熱揺らぎ減磁に対する耐性を高めるため媒体の磁気異方性を増大させても記録性能が得られるように、（１）記録時だけ磁気異方性を下げる熱アシスト方式、（２）記録後に他層へ転写することで実質的に膜厚（体積）増大させることで長期安定性を確保する熱磁気転写記録、の２つが考えられる。しかしいずれの従来技術も小型かつ大容量のＨＤＤ用磁気記録技術としては不適当である。
そこで、本発明は、熱減磁耐性とノイズ低減とが両立可能で、１Tb/in2という超高記録密度を実現する記録方式及び記録媒体、並びに集積化が可能な磁気記録再生装置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】
【００３１】
熱磁気転写記録方式において、環境温度下では低Ｍｓかつ高Ｈｃで加熱時は高Ｍｓかつ低Ｈｃとなるようなフェリ磁性体を被転写層として用いる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る記録方式、記録媒体及び磁気記録再生装置によれば、被転写層の磁化が磁界記録時に小さく、加熱による転写時には大きくなる事で、オーバーライト等の記録性能は高いままで長期安定性を高め、再生時のノイズを抑制する事が可能となり、一平方インチ当たり３００ギガビットを超える高い面記録密度が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明を適用した記録媒体は、第一記録層と、第二記録層と、前記第一記録層及び第二記録層の間に形成される中間層とを備えることを特徴とする。
第一記録層は、記録磁界により磁化パターンが形成されるものである。また、第二記録層は、環境温度においては記録磁界により磁化パターンが形成されないような保磁力を有し、且つ、環境温度よりも高い温度では保磁力が低減すると共に飽和磁化が増加する材料を含有する。
【００３４】
ここで環境温度Ｔａとは、加熱手段等により記録媒体を故意に昇温させない時の雰囲気温度のことである。これは磁気記録再生装置が正常な動作をする温度範囲に相当し、たとえばハードディスクドライブでは−１０℃〜６０℃の範囲とする。
また、中間層は、第一記録層及び第二記録層の交換結合を切断し、第一記録層及び第二記録層を静磁気的に結合させるものである。
【００３５】
一般に、２つの強磁性体薄膜を連続して堆積した場合、交換結合によって両者の磁化が同じ方向にそろう傾向が現れる。一方、ある厚さ以上の中間層を介した場合にはこの交換結合は小さくなり、代わりに両者の飽和磁化に依存したゼーマンエネルギーに基づく静磁気結合が現れることが知られている。
【００３６】
交換結合と静磁気結合は、ともに２つの磁性体の磁化を同じ方向にそろえようとする効果である。
しかし交換結合は温度の上昇と共に単調に減少する相互作用であるのに対し、静磁結合は飽和磁化に依存した効果であるため、上記第二記録層のように飽和磁化が温度と共に増加する磁性体を用いた場合加熱によって結合を強める事が可能である。
【００３７】
２つの磁性体に静磁気結合が働いているとすると、これは双方の磁性体内部の反磁界が減少しているのと等価である。反磁界の増減は一般に磁化曲線の保磁力付近での傾きの大小に現れるため、積層膜の磁化曲線に置いて飽和磁化の増大と共に上記傾きが大きくなるとき、静磁気結合が働いているという事ができる。
【００３８】
このように、第一記録層と第二記録層とが、中間層を介して積層されることにより静磁気的に結合している記録媒体に対して、まず、磁界を印加することにより第一記録層に磁化パターンを形成する。次に、磁界を印加した後の第一記録層の磁化パターンを加熱することにより第二記録層にその磁化パターンを転写する。
【００３９】
これら一連の記録動作を経ることで、中間層を介して隣接する第一および第二記録層内の結晶粒は、ほぼ一つのクラスタとして振舞うようになる。その結果、第一および第二記録層内の結晶粒では、実質的な結晶粒体積が増大するので、磁区構造が安定して媒体ノイズが低減すると同時に、耐熱減磁耐性の向上した記録媒体を実現できる。
【００４０】
また、第一記録層と第二記録層との間に中間層12を挿入しているので、オーバーライト時において第一記録層の磁化パターンと第二記録層の磁化パターンとが異なるときであっても、異なる磁化パターン同士の干渉を抑制できるので、オーバーライト特性に優れた記録媒体を実現できる。
【００４１】
また、本発明を適用した記録媒体に磁化パターンを記録する記録方式は、第一記録層に磁化パターンを記録するための磁界印加と、第一記録層の磁化パターンを第二記録層に転写するための加熱とを異なるタイミングで行うので、磁気ヘッドの集積化が容易であり、磁気記録装置の小型化・薄型化が可能である。
以下、本発明を適用した具体的な磁気記録媒体について、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００４２】
図１は、本発明を実施した磁気記録再生システムの模式図である。再生素子は省略してある。また図２には同じ系に再生素子を加えてその斜視図を示した。
記録素子101は記録磁界16を発生する磁極17とこれに磁束を供給するためのヨーク18、リターンパス19およびこれらを励磁するための導体コイル20からなる。また加熱手段102はレーザ光源26と光導波路27からなる。レーザ光源27は波長５００ｎｍ以下の光を発生する半導体レーザを用いることが望ましい。
【００４３】
ここでは記録素子101と磁束キーパ層36は磁束が還流する磁路を形成しており、記録媒体はその中間に挿入された配置となっているので、磁極17から磁束キーパ層36に向う記録磁界16すなわち記録媒体の表面に略垂直な磁界が印加される。
記録媒体は第一記録層11、中間層12および第二記録層13を有し、記録素子に対して図中左方向に移動する。従って、記録媒体を局所的に昇温させるための加熱手段102は、記録素子に対してトレーリング側に位置することになる。
【００４４】
この配置により、記録素子101からの記録磁界16が記録媒体に印加されて第一記録層11に磁化パターン14が形成され、その後に加熱手段102から発生する光25が照射されることで第二記録層13に磁化パターン15が転写されるという一連の記録動作が実現される。
記録動作原理を更に詳細に説明するため、用いた記録媒体各層の保磁力と飽和磁化の温度依存性を図３に示す。
【００４５】
第一記録層11は、ＣｏＣｒＰｔＢ多結晶からなる強磁性層とした。なお、第一記録層11としてはＳｉＯ２マトリクス中にＣｏ系合金結晶粒を分散させたいわゆるグラニュラ型強磁性層でもよい。いずれにしても磁化容易軸は膜面に垂直な成分が主となるように配向されている。
【００４６】
これらの強磁性体では一般に温度の上昇に対して保磁力・飽和磁化共に単調減少するという温度特性を有している。第二記録層にはフェリ磁性体であるＴｂＦｅＣｏを用いた。フェリ磁性体の特徴は、飽和磁化が０になる「補償点」（図３のＴｃｍｐ）と呼ばれる特性温度を有する事である。このＴｃｍｐ近辺で保磁力が極大値をとるため、温度依存性は図３上段に点線で示したようなカーブとなる。これらの温度特性を利用した記録動作は以下のようになる。
【００４７】
まず、環境温度Ｔａにおいて、所望の記録磁界を磁極から発生させて、第一記録層11に磁化パターン14を形成する。ここで、第二記録層13の保磁力は、記録磁界16により磁化されないように、充分大きく設定されている。また、第二記録層13の飽和磁化は、第二記録層13から発生する静磁界が記録磁界16と干渉して第一記録層11に形成する磁化パターンを歪ませない程度に、小さく設定されている。具体的には、第二記録層の室温における最適な飽和磁化の範囲は、２００〜５００ｅｍｕ／ｃｃであった。
【００４８】
次に、加熱手段102によって、照射光25を磁化パターン14に印加する。ここで、照射光25の光スポット中心部は温度Ｔｗまで上昇する。このとき、第二記録層13の磁化は、図３下段のように増大するので、第一記録層11と第二記録層13の間の静磁気結合エネルギーが増大し、両層の磁化は平行に揃う方がエネルギー的に安定となる。
ここで、図３上段に示すように、第二記録層13の保磁力は、昇温とともに急速に減少するので、温度Ｔｗにおいて第一記録層11の保磁力を下回る。このため、温度Ｔｗにおいて、第二記録層13の磁化15は回転しやすくなっている。このようにして、第二記録層13には磁化パターン14が転写される。
【００４９】
これら一連の記録動作を経ることで、中間層を介して隣接する第一および第二記録層内の結晶粒は、ほぼ一つのクラスタとして振舞うようになる。その結果、第一および第二記録層内の結晶粒では、実質的な結晶粒体積が増大する。
図４は、磁極による記録後に光照射を行った場合と行わなかった場合の信号レベルの経時変化を示したものである。光照射を行った場合は明らかに熱減磁が大幅に抑制されており、熱磁気転写によって実効的な結晶粒体積が増大している事は明らかである。
【００５０】
図５を参照して、本実施例に用いた記録媒体の構成を詳細に説明する。この記録媒体は、ディスク基板38上に、バッファ層37、キーパー層36、スペーサー層35、第二記録層13、中間層12、第一記録層11、保護膜および潤滑層31がこの順に積層されたものである。
ディスク基板38としては、アルミおよびガラスを用いた。一般に基板材料の選択は系の熱伝導に大きな影響を及ぼす。このためバッファ層37は加熱・冷却過程を最適化するように選択する必要がある。なお、アルミ基板を用いた場合、バッファ層37を金属のみで構成すると熱拡散が大きすぎるためレーザ光による加熱が充分できなかったが、バッファ層37の一部にＡｌないしＳｉの酸化物を用いると熱拡散が抑制され、非常に短時間で昇温する事が可能になった。この場合の加熱・冷却特性はガラス基板の場合と同等であった。
【００５１】
磁束キーパ層36は、記録素子101の磁極17から出る磁束16を効率的に副磁極へ伝達する役割を担っている。このため、磁束キーパ層の特性は、記録特性に大きな影響を及ぼす。一般的に記録磁界強度の点から磁束キーパ層の飽和磁化は大きいことが望ましく、また透磁率も高いほうが記録効率は良くなる。
【００５２】
しかしながら飽和磁化の大きな強磁性材料は通常軟磁気特性が悪く、複雑な磁区構造を有している事が多い。この磁区はいわゆるスパイクノイズの原因となり装置のエラーレートを悪化させると言われているが、本発明においては熱磁気転写の動作中に第一記録層以外からの磁界が重畳されることで第二記録層の磁化パターンが乱れることが考えられる。
【００５３】
そこで、本実施例では、磁束キーパ層36として、Ｃｏを含むアモルファス合金、たとえばＣｏＴａＺｒやＦｅＴａＣ等の微結晶材料を用いたところ、良好な記録特性とスパイクノイズ抑制と外部磁界安定性を同時に満たす事ができた。また、強磁性層／非磁性層／強磁性層という３層構造を基本にした多層膜からなる磁束キーパ層を用いたことで、顕著なスパイクノイズは観測されなくなった。更に、上記非磁性層にＲｕ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｉｒを用いることでスパイクノイズはほぼ完全に抑制された。これは上下の強磁性層に反強磁性結合が生じ、磁区構造がより安定化されたためと考えられる。さらまた、この反強磁性結合型の磁束キーパ層を用いた場合、透磁率が適度に抑制されたため、外部磁界に対する安定性と高い記録効率も実現する事ができた。
【００５４】
第二記録層13としては、希土類元素としてＴｂの他にＧｄ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒを、遷移金属としてはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏいずれか単独もしくはこれらを組み合わせて用いても同様の特性を得ることが可能である。また、上記希土類元素とＦｅないしＣｏを含むガーネット型酸化物、ＭｎＢｉでも同様の温度特性を得ることができるため、本実施例と全く同等の構成を実現する事ができる。
【００５５】
中間層12としては、Ｒｕを用いたところ最適な記録特性を得ることができた。また、ＣｒないしＴｉを含む合金を用いたところほぼ同等の特性を得ることができた。また、中間層12は、第一記録層11の下地層としても重要であり、第一記録層11の磁性粒子の分散を制御することが可能である。
【００５６】
第一記録層11としては、通常の垂直磁気記録に用いられる記録層と同様の材料を用いることが可能である。ここでは、ＣｏＣｒＰｔＢ結晶をＳｉ−Ｏで分離した多結晶磁性膜を用いた。また、Ｃｏ／ＰｔあるいはＣｏ／Ｐｄ多層膜などのいわゆる人工格子膜を用いても良い。
図６は、本実施例で開示された媒体加熱手段を有する磁気記録ヘッドと記録媒体を搭載した磁気ディスク装置の概念図を示している。磁気記録ヘッドを形成したスライダ121はサスペンションアーム122により支持され、位置決め機構123によりディスク124上で位置決めされて所望の場所で情報の読み書きを行う。
【００５７】
ディスク124はスピンドルモータ125により回転が制御されている。ディスク124上にはあらかじめ位置を示す信号（サーボ信号）が記録されており、ヘッドが読み取ったサーボ信号を機構制御回路130で処理したうえで位置決め機構123にフィードバックすることで閉ループ制御が行われている。
外部インタフェイス127を通して入力されたユーザデータは、データ符号・記録回路128で磁気記録系に好適な方法で符号化・整形されて記録電流波形に変換され、記録素子を励磁することで媒体にビットが書き込まれる。逆に書き込まれたビットから出る漏洩磁界は再生素子がセンスすることで電気的信号に変換され、データ再生・復号回路129で磁気記録系に好適な方法で波形整形・復号化処理を経てユーザデータが再現される。
【００５８】
このように動作する磁気ディスク装置に本発明を適用した熱転写磁気記録方式を用いた結果、線記録密度２ＭＢＰＩ（ＭＢＰＩ：ビット数が１インチあたり１０の６乗）、トラック密度２５０ｋＴＰＩ（ｋＴＰＩ：トラック数が１インチあたり１０の３乗）すなわち面記録密度として１平方インチあたり５００ギガビットを実現する事ができた。これにより小型大容量の磁気ディスク装置を安価に提供することができるようになった。
【実施例２】
【００５９】
図７は、本発明を適用した熱転写型磁気記録再生系において、古い記録データの上から新しい記録データを書き込む動作であるオーバーライト動作中の様子を示した斜視図である。
磁極17からの磁界により第一記録層にパターンが形成された後、加熱手段により昇温する前の状態に注目すると、第一の記録層11の磁化パターンと第二の記録層13の磁化パターンが異なっている。このため、記録パターンの形成される場所によっては、第二記録層13の磁化パターンから出る静磁界が、第一記録層11の磁化を劣化させることがある。
【００６０】
これは、古い記録データのパターンが新しい記録データに干渉することを意味しており、記録特性としてはオーバーライト特性の劣化をもたらす。この干渉を防ぐためには、第一記録層と第二記録層との間に中間層12を形成することが必須である。
図８は、中間層を０ナノメートル（中間層なし）から１０ナノメートルまで変化させた磁気記録媒体に関し、記録動作を行ってからオーバーライト特性ならびに１００日後の信号劣化量を測定した結果である。
【００６１】
中間層がない場合、第一及び第二の記録層間に交換結合が生じる。このため、磁界による第一記録層への記録時に、第二記録層の磁化状態が強く干渉するので、第一記録層に新しい磁化パターンを書き込む事が困難になる。その結果、オーバーライト特性は非常に悪くなり、このような膜構成が熱転写磁気記録には不適当である事がわかる。一方、本願発明のように中間層を挿入すると、オーバーライト特性が改善する。
【００６２】
ここで、中間層の膜厚を１ｎｍ以上とすることが望ましい。これは、第二記録層に残された古い記録データからの静磁界が、オーバーライト過程に必要以上に干渉することを抑制するためである。一方、中間層厚が８ｎｍを越えると、熱減磁による信号劣化量は急激に増大している。これは、第一記録層と第二記録層が離れすぎたために熱磁気転写時の静磁気結合が弱くなり、磁化パターンの転写が不十分となったためと考えられる。
本実施例の検討から、中間層厚を１ｎｍから８ｎｍとすることが望ましいといえる。
【実施例３】
【００６３】
図９は第３の実施例で用いた記録媒体の断面図である。第３の実施例における磁気記録媒体では、第二記録層が、上部強磁性層13a／反平行結合層32／下部強磁性層13bという３層構造となっている。上部強磁性層13aは、低温での飽和磁化が下部強磁性層13bよりも小さく、且つ、磁化が消失するキュリー温度は高いという材料が選択されている。反平行結合層32としてＲｕ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｉｒなどを用いることで、上下の強磁性層の磁化は常に反平行となるように結合している。
【００６４】
図１０は、上部強磁性層、下部強磁性層の飽和磁化の温度依存性を示す特性図と、三層膜からなる第二記録層（上部強磁性層13a／反平行結合層32／下部強磁性層13b）の飽和磁化の温度依存性を示す特性図である。
上部強磁性層及び下部強磁性層の温度特性及びこれらが反平行結合していることから、三層膜合計の飽和磁化の温度に対する振る舞いは、図３に示した単層のフェリ磁性膜と全く同じであることがわかる。
従って、第二記録層を三層膜とすることで、上下強磁性層において、一般的に取り扱いが容易でない希土類化合物等のみならず、ＣｏないしＦｅを主とした強磁性体を用いることが可能となり、熱磁気転写記録が可能となる分かった。
【実施例４】
【００６５】
図１１は、第四の実施例で用いた記録媒体の第二記録層の平面ＴＥＭ観察像である。これまでの実施例では、第二記録層が単層又は多層を問わず、膜面内方向には磁性体が連続した構造となっていた。実施例４の記録媒体では、図１１に示されているように、フェリ磁性体からなる磁性粒子62が非磁性体61で分離された膜構造を採用した。非磁性体61としてＡｌ、Ｓｉ、Ｔａいずれかの酸化物及びいずれかの窒化物を用いた。酸化物を用いた場合、磁性粒子の腐食が発生するため不適当であることが分かった。一方、窒化物を用いた場合、耐食性が良好であり、磁性粒子を孤立化させたことにより連続した膜構造の場合に比べてＳ／Ｎ比が約２ｄＢ向上した。また、磁性粒子62としては、実施例１〜３に示したいかなる材料を用いても、同等の結果が得られた。
【実施例５】
【００６６】
図１２は、本発明を適用した磁気ディスク装置において、記録素子における磁極と加熱手段との距離の最適値を示したものである。Ｌは磁極のトレーリング側縁から加熱手段による熱スポットの中心までの距離であり、Ｂは本ディスク装置における最大ビット長を示している。
【００６７】
熱磁気転写記録を効率的に行うためには、加熱手段により昇温する時点で第一記録層からの静磁界はなるべく大きいほうが望ましい。一般に、ビット長が長くなるほど記録トラックから出る静磁界は大きくなるため、Ｌはなるべく大きい方が望ましい。実際の装置では、線記録密度や信号処理の効率などから最大のビット長Ｂは固定されているため、Ｌは少なくともＢより大きいことが必要とされる。すなわち、Ｌ＞Ｂとすることが、ディスク装置を設計する上で必要である事がわかる。本実施例では、この設計ルールを適用する事で熱磁気転写記録を高い効率で行う事ができ、長期にわたって安定に動作する磁気ディスク装置を構成することができた。
なお、上記トレーリング側とは、記録媒体に対して記録素子と同じ側に位置しかつ記録素子の磁気記録媒体に対する相対運動に対して記録素子の記録磁界発生部位よりも後方のことである。
【実施例６】
【００６８】
以上の実施例において第二の記録層には補償温度を有するフェリ磁性体を用いてきたが、加熱により飽和磁化が増大すると共に保磁力ないし異方性磁界が減少する磁性体であれば同様の記録動作を実現する事が可能である。
図１３はそのひとつの例として示したもので、第二記録層にＦｅＰｔ／ＦｅＲｈＩｒからなる２層膜を用い、第二記録層以外には実施例１と同じ構成を用いた場合の各記録層の磁気特性を示したものである。
【００６９】
図１３をみると、環境温度Ｔａにおいて保磁力は第二記録層が第一記録層より大きく、第二記録層の飽和磁化はｌＴａのときより記録温度Ｔｗで大きくなっている。これは実施例一で述べたように本発明の熱転写磁気記録を実現する要件を満たしている。
【００７０】
一般に知られているように、ＦｅＲｈ合金は低温で反強磁性体であり、ある転移温度以上の高温で強磁性体になるという性質を有している。反強磁性体は飽和磁化を持たないが、本実施例では第二記録層がＦｅＰｔ膜を含むので、環境温度ＴａではＦｅＰｔ膜のみの飽和磁化が現れ、上記転移温度Ｔｒより高い温度に設定した記録温度ＴｗにおいてはＦｅＲｈＲｍ膜の飽和磁化が加わるため合計の飽和磁化が大きくなるという特性になる。
【００７１】
またこの転移温度Ｔｒ付近における第二記録層の急激な保磁力低下は、飽和磁化が増大した事による異方性磁界の低下に起因するものである。
なお、ここではＦｅＰｔ／ＦｅＲｈＩｒを用いたが、環境温度や記録温度の設定に対応するために他の組成で第二記録層を構成することも可能である。確認した範囲ではＦｅＰｔＭ１／ＦｅＲｈＭ２（但しＭ１は組成比３０％以下でありＮｉ，Ｃｒ，Ｐｄのうちいずれか又は２種類の組み合わせからなる。Ｍ２は組成比１０％以下の任意の添加元素であり、Ｉｒ，Ｒｕ，Ｐｔなどが代表的なものである。）でも同様の結果が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明はガラス基板やアルミ基板を用いた３．５インチ以下のフォームファクタを有する小型磁気ディスク装置のほか、ポリカーボネイト基板を用いた光磁気記録装置特に記録媒体と記録再生機構を分離できるいわゆるリム−バブルタイプの外部記憶装置に利用することも可能である。また記録媒体１面に対して複数の磁気記録再生素子を有する磁気記録再生装置に用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】第一の実施例である磁気記録再生系の模式図。
【図２】第一の実施例である磁気記録再生系の斜視図。
【図３】第一の実施例に用いた記録媒体の磁気特性の温度依存性。
【図４】第一の実施例に用いた記録媒体の構造の詳細を示す断面図。
【図５】第一の実施例で光照射の有無による熱減磁の変化を示す測定データ。
【図６】第一の実施例を適用した磁気ディスク装置の概念図。
【図７】第二の実施例におけるオーバーライト動作を示した斜視図。
【図８】第二の実施例におけるオーバーライトと減磁量の中間層厚依存性。
【図９】第三の実施例に用いた記録媒体の構造の詳細を示す断面図。
【図１０】第三の実施例に用いた記録媒体の飽和磁化の温度依存性を示す特性図。
【図１１】第四の実施例に用いた記録媒体の第二記録層の平面観察図。
【図１２】第五の実施例において記録素子と加熱手段との最適距離を示した斜視図。
【図１３】第六の実施例に用いた記録媒体の磁気特性の温度依存性を示す特性図。
【符号の説明】
【００７４】
11…第一記録層、12…中間層、13,13a,13b…第二記録層、14…第一記録層に形成された磁化パターン、15…第二記録層に形成された磁化パターン、16…記録磁界、17…磁極、18…ヨーク、19,19'…リターンパス、20…励磁用コイル、25…照射光、26…光源、27…光導波路、31…保護膜および潤滑層、32…反強磁性結合層、35…スペーサ層、36…磁束キーパ層、37…下地層、38…基板、61…フェリ磁性粒子、62…非磁性粒界、71…上部シールド、72…下部シールド、73…ＭＲ素子、101…記録素子、102…加熱手段、103…再生素子、121…薄膜磁気ヘッドを搭載したスライダ、122…サスペンションアーム、123…ヘッド位置決め機構、124…磁気ディスク、125…スピンドルモータ、126…磁気ディスク装置の外部インタフェイス、127…データ符号化及び記録部、128…データ再生及び復号部、129…機構制御系回路。
【図１】
2005209290.tif 000003
【図２】
2005209290.tif 000004
【図３】
2005209290.tif 000005
【図４】
2005209290.tif 000006
【図５】
2005209290.tif 000007
【図６】
2005209290.tif 000008
【図７】
2005209290.tif 000009
【図８】
2005209290.tif 000010
【図９】
2005209290.tif 000011
【図１０】
2005209290.tif 000012
【図１１】
2005209290.tif 000013
【図１２】
2005209290.tif 000014
【図１３】
2005209290.tif 000015