JP2003067901A - 情報記録方法および情報記録装置 - Google Patents
情報記録方法および情報記録装置Info
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Abstract
を確保し、磁気情報の書込みを安定して行い、装置構成
の簡易な垂直磁気記録装置を提供する。 【解決手段】 垂直記録ヘッドの主磁極1に対し、媒体
5に対しヘッドの側から光を斜入射23して光アシスト
を行う。 【効果】 常温での熱減磁が小さく、記録情報の寿命の
長い、保存信頼性の高い垂直磁気記録装置を提供でき
る。
Description
行う垂直記録用磁気ヘッド及びその垂直記録用磁気ヘッ
ドを搭載した磁気ディスク装置、および磁気ディスク装
置を用いた情報機器・製品に関する。
クの容量増加に伴い、単一記録面内における情報の記録
密度が増加している。磁気ディスク装置では、記録媒体
上のデ−タは磁気ヘッドによって読み書きされる。磁気
ディスクの単位面積当たりの記録容量を多くするために
は、面記録密度を高くする必要がある。しかし、記録密
度が高くなるに従って、記録媒体上で1ビット当りの占
める記録面積(=ビットサイズ)が小さくなっている。
情報が持つエネルギーが室温の熱エネルギーに近くな
り、記録した磁化の情報が熱揺らぎのために反転する、
または消えてしまうという、いわゆる熱減磁の問題が生
じる。
では、磁化の方向が、媒体の面内方向に向くように磁気
を記録するが、この方式では熱減磁による記録情報の消
失が起こりやすい。この問題の解決のために、媒体に垂
直な方向に磁化信号を記録する垂直記録方式が注目され
はじめている。これは、記録媒体に対し、単磁極(磁石
のNまたはSのどちらか一つの極のみ)を媒体に近づけ
る原理で、磁気情報を記録する方式である。隣接する反
転磁化との相互作用を小さく抑えることができるため、
記録情報の変化を抑えやすという利点がある。
示す。
るヘッドの構成を示す立体図である。図3は同断面図で
ある。リソグラフィーを併用し、薄膜の作製技術を用い
て作製されるため、薄膜磁気ヘッドとも呼ばれる。実際
のハードディスク装置等では、このヘッド部は、浮上の
ためのパッド構造を付した、スライダ4と呼ばれる1〜
3mm角のチップの一部に作り込まれているため、チッ
プ全体としてスライダ型薄膜磁気ヘッドとも呼ぶ。ヘッ
ドの心臓部には、主磁極1と補助磁極2がある。直方体
の大きめの磁極は、磁束をフィードバックするための補
助磁極2で、先端の細くなった小さ目の磁極の方が主磁
極1である。その周囲にコイル3が形成されている。補
助磁極の裏側には、もう一つの磁極と同様の金属があ
り、これを下部シールド8と呼んでいる。下部シールド
8と補助磁極2の間の隙間に、磁気抵抗素子9(MR素
子、GMR素子、TMR素子)を配置して再生ヘッドと
している。記録のためのヘッド部と、再生のためのヘッ
ドが構造的に分かれているため、この構造のヘッドを、
記録再生分離型薄膜磁気ヘッドとも呼ぶ。なお、記録ヘ
ッドと再生ヘッドを合わせて、単に磁気ヘッドとも呼
ぶ。
中させ、記録磁界を発生させる。一方、補助磁極2は、
主磁極が発生した磁束を拾ってもう一度コイル3と主磁
極1に戻す役割があり、補助磁極2の方が大きい柱状の
形をしている。主磁極が、磁石のNまたはSに相当する
独立した極(単磁極)となって記録するため、このヘッ
ドを、単磁極ヘッド、または単磁極型垂直記録ヘッドと
も呼ぶ。主磁極1や補助磁極2の材料としては、パーマ
ロイなどの磁性を持つ金属も使用できる。
ィスク上に記録膜6を付けた媒体5へ記録してゆく。記
録膜6としては、TeFeCoのような、硬磁性金属の
薄膜も使用できる。これが磁気記録層となる。これをパ
ーマロイなど軟磁性薄膜7上に重ねることで、垂直記録
用の磁気記録媒体とする。この媒体のことを、単に磁性
媒体、記録媒体とも呼ぶ。この媒体を、先程のヘッドに
近接して配置し、矢印15の方向に回転させる。このよ
うにして記録した磁気情報は、ディスク媒体上で、図2
0のように、主磁極1のトレーリング側のエッジを離れ
る瞬間に、磁石のS・Nに相当する磁気パターンとして
形成される。
と媒体の組合せを用いることにより、記録磁界が、記録
膜に対しほぼ垂直な方向を向く。垂直な磁界で記録され
た情報は、膜面内においてN極とS極がループを作りに
くいため、熱による記録磁化の微小回転に対しても、エ
ネルギー的に安定を保ちやすい。これにより、垂直記録
方式は、面内記録方式に比較して、熱減磁に強くなって
いる。
には、垂直記録方式と光アシスト磁気記録方式を組合せ
る方法が提唱されている。ここで、光アシストとは、光
を照射することで媒体の加熱を行うことである。この方
法では、従来の面内記録方式に用いる光アシスト方法
を、垂直記録方式のヘッドに適用することを提案してい
る。
eeting 2001 (Santa Fe, New Mexico, April 2001)、1
30頁には、媒体の反対面側からの光入射して光アシス
トする方法が記載されている。この方法では、媒体基板
として透明なガラス基板を用い、基板の反対側の面から
ガラス基板を透過させて、光を直接磁極の直下に集光照
射する。
特開2000−195002号の記載の装置では、この
光アシストは、従来の面内記録方式のハードディスクに
て最適化された光アシスト方法である。これを、垂直記
録に適用すると、光アシストとしての十分な効果を発揮
できないという問題点があった。具体的には、特開20
00−195002号では、導波路を用いて主磁極と補
助磁極の間の隙間に光を導いて、2つの磁極の間を加熱
する構造としていた。面内記録方式では、2つの磁極の
ちょうど中点で、磁化パターンを形成するため、ここで
光アシストを行うことが、狙いであった。しかし図3の
ような構成のヘッドを用いる垂直記録方式では、図20
のように、主磁極1について補助磁極2とは反対側のエ
ッジで磁気パターンを形成するので、面内記録方式で行
うような磁極間の加熱では不適当であった。更に、光の
波長よりも狭い隙間に、細長い導波路を用いて光を投光
する構造であったため、導波効率が悪く、実用的な量の
光が照射部まで届かなかったという問題点があった。具
体的には、導波路の幅が光の半波長よりも狭く、しかも
長さが数ミクロンと長いため、導波カットオフという現
象で、伝わる光の量は、実質的に1万分の一以下まで減
衰してしまうためである。このような効率が低い導波構
造では、光源として数W級の大型のレーザを用いなけれ
ばならないため、小型(個人用)情報端末として実用的
ではない。
ting 2001 (Santa Fe, New Mexico,April 2001)130
頁の方法で、対面から光入射する光アシスト方法では、
装置化の際に、本願の図5のように、媒体5の両面を、
磁気ヘッド12と光ヘッド13を配置し、機械的な誤差
なく二つのヘッドの動きを合わせて追従させ合うことが
必要となる。なお、図中20は光ファイバ、22はロー
タリアクチュエータである。この装置構成では、光学的
にも機構的にも、複雑となり、実際にハードディスク装
置として形成するとコスト高となる点が問題となってい
た。
報の記録寿命の信頼性を確保し、磁気情報の書込みを安
定して行い、装置構成の簡易な垂直磁気記録装置を提供
することにある。
とすることによって、達成される。即ち、垂直記録方式
の薄膜磁気ヘッドの主磁極として、金属製の主磁極を用
い、磁気記録媒体として、金属製の記録膜を用い、これ
ら主磁極と媒体の二つの金属を微小な隙間を置いて近接
配置させておく。そして、この隙間に対して、光を主磁
極と媒体面の中間の角度(斜めの角度)から照射した際
に生じる近接場効果を利用して、主磁極直下の媒体上に
集光する。
成する役割を持つ磁極を主磁極と呼ぶことにする。主磁
極と磁気回路的につながっており、主磁極の生じた磁力
を、媒体を経由して主磁極へ戻す役割を持った磁極を補
助磁極と呼ぶ。媒体に記録される磁化が、媒体面に対し
垂直な方向を主とする記録方式を垂直記録方式と呼び、
記録磁化が媒体面に対し平行な面内方向を主とする方式
を面内記録方式と呼ぶことにする。
行った結果、特開昭62−200507号を見いだし
た。この公知例には、光を基板に対して斜入射させる垂
直磁化記録再生装置が記載されている。しかし、主磁極
は非晶状カーボンの基板にMn-Znフェライト膜を形成し
たものであって、本願発明のような近接場効果を生じさ
せるものではない。ここで、本明細書では、近接場効果
とは、光の半波長を直径とする領域よりも小さな領域に
光電場の集中を起こす効果(集光効果))をいい、近接
場光とはこのような集光効果によって発生する光をいう
以下、本願発明について、詳細に説明する。
ト方法の原理を示す。図中、下側が媒体円板、上側がヘ
ッドである。図1が立体図、図6が断面図である。
の磁気ヘッドの構造自体は、垂直記録方式薄膜磁気ヘッ
ドとして、知られている構造である。媒体としては、た
とえばTbFeCoのような金属製の磁気記録膜を持っ
た媒体円板を用いる。ハードディスク装置においては、
薄膜磁気ヘッドを、この記録媒体円板上に近づけて、媒
体円板を回転させる。円板の回転により生じる空気の流
れによって、薄膜磁気ヘッドが、浮力で、5〜30nm
のわずかな隙間(浮上ギャップ)をおいて、媒体円板表
面から浮上する。この浮上によって、薄膜磁気ヘッド
は、媒体円板と一定の距離を保って、記録膜上を走査す
ることができる。つまりこの状態では、薄膜磁気ヘッド
の主磁極と、媒体記録膜の間の距離が、5〜30nm程
度で、一定の距離を保っている。円板の回転方向15
は、一般的な垂直記録方式のディスク装置と同じく、図
3のように、磁化パターンが形成されていく方向、主磁
極に対し補助磁極とは反対側の方向、即ち、主磁極のト
レーリング側となる方向である。
態で、図1・図6のように、金属の主磁極と、金属の記
録膜の隙間を狙うように、光束を、主磁極の横から、斜
め約45度の角度で斜入射する。通常、可視光の波長は
450〜700nmであり、レンズで集光した光スポッ
トの大きさは、回折限界の光学原理によって、波長の2
分の3程度にまでしか小さくならない。従って、光スポ
ットの大きさは、主磁極と媒体記録膜との隙間5〜30
nmに比べて十分に大きく、隙間を狙って照射した光ス
ポットは、図1のように、主磁極と隙間と媒体とにまた
がって覆う形となる。つまり、光束は、媒体の面に対
し、主磁極と同じ側、つまり磁気ヘッドのある側から入
射され、媒体と主磁極の境界部をまたがるように照射さ
れる形となる。そして、この状態で光加熱される媒体上
の磁気記録層に対して情報の書込みを行う。
光加熱を行う、いわゆる光アシストの方法が有効とな
る。これは、図4のように、元来、光アシストを用いな
い従来のヘッドでは書き込めなかったような高い保磁力
の媒体を用い、光を照射して媒体を光加熱し、媒体の温
度を一時的に上げることで、保磁力(媒体の磁化の反転
を防いで維持する力)を一時的に小さくし、その瞬間に
書込みを行う方法である。保存時は媒体が室温であるの
で熱減磁が起こりにくく、書込み時のみ温度を上げるこ
とで、従来のヘッドの発生磁力でも書込みができる。た
とえば、主磁極の膜厚を400nmと厚めに設定してい
た従来の構造のヘッドでは、250Mbpsを超える高
速なデータの書き込みが可能であったが、主磁極の先端
のサイズが大きい分、磁束密度が薄まるため、媒体の保
磁力2.8kOeまでが、書き込める限界であった。そ
のため、例えば多層膜媒体でCo(コバルト)2nm/
Pd(パラジウム)1nmを繰返し積層したような4k
Oeという高い保磁力を持つ媒体は、そのままでは書き
込みは出来ず、これに光アシストを用いずに書き込むた
めには、主磁極の膜厚を減らして磁束密度を高め、高周
波特性を大きく犠牲としたヘッド構造を新規に作製する
必要があった。光アシストを用いる本方法では、光照射
で媒体側の保磁力を下げるので、高周波特性を犠牲にせ
ずに、磁気的なヘッド構造は従来のままで、室温で高い
保磁力を持つ媒体への書き込みが可能となる。
説明する。図7・図8は、前記図1の配置において、主
磁極の下に生じる、光電場強度の分布を、計算により求
めた結果である。図7が、主磁極直下の光電場強度分
布、図8が主磁極から20nm離れた媒体表面上の光電
場強度分布である。つまりこの計算では、主磁極と媒体
は、20nmの隙間(間隔)を保っているとした。計算
方法は、FDTD法として知られる方法を用いている。
X軸側は一マス10nmであり、Y軸側は一マス25n
mの長さに対応する。斜線で囲まれた白い領域が主磁極
の形状を示している。
ートの効果によって、主磁極周囲の光電場は、主磁極に
吸い取られ、金属媒体表面近傍の光電場は、媒体の金属
記録膜に吸い取られ、ゼロ近くまでに減衰する。そして
吸い取られた光電場エネルギーは、光スポットのまたが
る、先ほどの主磁極と媒体の5〜30nmの隙間に集中
する。これは、いわば雷の避雷針の原理と同じで、でき
るだけ抵抗の少ない部分へ電気が集中しようとする性質
によるものである。これにより、あたかも照射した光ス
ポットの光エネルギーが、主磁極と媒体の隙間に集中し
たような、集光効果を起こし、元の光電場強度(均一)
の、数十〜200倍近い光電場の集中を起こす。ただ
し、この効果により集められる光の範囲が、光の半波長
程度のサイズに限られることから、これは、近接場光効
果によるものといえる。このようにして集光された光電
場の強度は、入射された光電場の元来の電場強度にくら
べ、エネルギー密度が2桁高くなっている。このような
集光効果は、前記の主磁極と媒体に対し、入射するアシ
スト光23の光束の、入射角度が、媒体に対しても主磁
極に対しても、約45度付近の角度をもって斜入射され
た図1や図6のような場合に最大となる。角度が15度
から75度の範囲を外れると、極端に集光効果が弱くな
る。図19に集光部周囲における光電場強度の入射角度
依存性を示す。ただし、実際は磁極のサイズや媒体との
間隔によって、光電場強度の分布は多様に異なるので、
ここではギャップの幅が光の波長に比べて十分に小さい
とした場合で、角度90度で交わる2つの金属面を考え
た単純化された系で、プラズモン等の表面共鳴効果がな
いとした場合について、ギャップ部付近に生じる光電場
強度の角度依存性についての定性的な性質のみを述べ
る。光の電場が直交部のギャップ近傍で生じる定常波に
おける、ギャップを挟んで最も近い2点の振幅の腹部
(振幅が最大となる点)の間の光の位相差より、電場強
度を求めてプロットしている。横軸が入射角、縦軸がギ
ャップ近傍の光電場強度である。最大値を1として規格
化している。角度が15度から75度の範囲を外れる
と、効率がほぼ最大となる45度付近に比べ、本効果に
よる本質的な集光の効率は2桁落ちとなる。効率が最大
となる45度付近において、主磁極直下での最大電場強
度は、入射光電場強度の100倍程度であったので、角
度が15度から75度の範囲を外れると、集光部の電場
強度が、元の光電場強度を下回り、ほとんど集光の効果
は得られないことになる。従って、良い効率を得るため
には入射角がこの15度〜75度の範囲に入っているこ
とが必要となる。集光効率が最も高くなるのは、入射角
が45度の付近である。また、より実用的には、集光効
率が、最大時の半分程度に入っている必要がある。図2
2は、図19の縦軸を、リニアスケールでプロットし直
したものであるが、入射角が35度〜55度の範囲を外
れると、効率は、最大時の半分以下となり、その場合、
使われなかった大半の光エネルギーが、他の部分で発熱
を起こして悪さをするなどの副作用を生じる。従って、
これを防ぐためには、より実用的に、入射角はさらに3
5度〜55度の範囲に入っていることが望ましい。ま
た、この図では偏向方向については示していないが、そ
の時の入射光の偏光方向24は、光の電場の方向が、主
磁極と媒体にまたがる方向に向いている時に、効果が大
きい。この方向は、媒体を反射面としてみなした時に、
媒体面に対してP偏光と呼ばれる偏光方向である(媒体
面に対し垂直な方向に主偏向成分を持つ光)。媒体面に
対し平行な方向の電場成分しか持たないS偏光の成分の
偏光光では、ギャップと平行な偏向成分の光がこの集光
効果に作用しないため、本効果による集光効果は小さ
い。従って、入射角度は15度と75度の間にあり、し
かもレーザのようなg偏光した光を用いる場合は、P偏
光の偏光方向で入射することが望ましい。
のもう一点は、主磁極1に対して、媒体5の金属記録膜
が平面であることにより生じる鏡像効果である。鏡像効
果により、主磁極と媒体の隙間のうち、媒体表面上に近
い側で、集光された光電場強度が最大となる。これにつ
いて、次に図7〜9を用いて説明する。
熱して保磁力を下げ、その瞬間に磁気情報を書き込むこ
とを狙いとしている。しかし、媒体と同様に主磁極が加
熱されてしまうと、主磁極の磁気伝達特性が劣化してし
まい、磁気ヘッドが生じることのできる最大磁界強度が
小さくなってしまう。そこで、媒体に対しては、できる
だけ強い磁界を印加して、確実な磁気情報の書込みを行
いたいので、主磁極自身が加熱されることは極力避けた
い。
極1が媒体5に対し針のように垂直に立っており、平面
の金属記録膜により、図9のように、ちょうど鏡のよう
に、電場分布を反転する、鏡像効果が生じる。鏡像上の
対極する仮想主磁極25とのちょうど中点となる、媒体
表面上において、集光された光の電場強度が最大とな
る。逆に、両極となる主磁極と仮想主磁極の上では、電
場強度がゼロに近くなるため、主磁極上には光電場エネ
ルギーはほとんど集中しない。図7と図8のFDTD法
による計算結果も、この結果を反映しており、光電場強
度の分布は、主磁極の表面(図7)よりも、媒体の表面
上(図8)において、全体的に強くなっている。これに
よって、加熱を避けたい主磁極自身は、あまり加熱され
ることなく、加熱を行いたい媒体上にのみ光エネルギー
を集中することができる。これによって、効率良く、安
定な光アシストが可能となる。
光を集光させ、集中的に光加熱し、この光照射中に磁気
情報を書込むことで、光アシスト磁気記録を行う。垂直
記録方式に適した光アシストを行うためには、磁気パタ
ーンが形成される、主磁極のトレーリング側エッジ付近
を集中的に加熱する必要がある。これは、補助磁極2と
は反対側のエッジである(図3)。すなわち、主磁極の
直下から主磁極に対し補助磁極とは反対側にかけての部
分を集中的に加熱する。図8の電場分布より分かるよう
に、光を入射した側である、図手前側(主磁極のトレー
リング側)の電場強度が全体的に強くなっている。これ
を用いて光アシストすると、図10に示すように、主磁
極の直下から、補助磁極とは反対側の部分に、加熱領域
11の中心をつくることができる。すなわち、垂直記録
方式にて望まれる、主磁極のトレーリング側を集中する
光アシストが実現できることが分かる。
法においては、金属製の主磁極と、金属製の記録膜を持
つ媒体を、近接して配置し、その隙間をまたいで光束を
斜入射する際に生じる近接場的な集光効果と、鏡像効果
による媒体上の集中的な加熱を利用している。この効率
の良い実現のために、入射する光の角度は、媒体または
主磁極に対し45度近く(斜入射)が適しており、入射
光の偏光方向としては、隙間に対し垂直な光電場成分を
持つ、媒体に対してP偏光となる成分を持つ光であるこ
とが望まれる。
によって、光の入射光路を、媒体に対し、磁気ヘッドと
同じ面の側に配置することができる。即ち、磁気ヘッド
と光学集光系を一体化したスライダを構成することが可
能となる。従来技術のOptical Data Storage Topical M
eeting 2001 (Santa Fe, New Mexico, April 2001)13
0頁の方法構造のように、媒体の反対側の面に光ヘッド
を別に設置し、磁気ヘッドと媒体の両面から挟んで磁気
ヘッドと光ヘッドの動きを合わせて追従させ合うことが
必要ではなくなり、二段サーボを用いたコスト高の機構
を用いることなく、ハードディスク装置を構成すること
ができる。光学的にも機構的にも、よりシンプルな構成
となり、ハードディスク装置としてより低コストで形成
できる。また、片面駆動が可能となり、媒体の表裏は独
立した記録面として使えるため、両面記録が可能とな
る。実質的に記録密度を2倍に上げることができる。
出分解能が高い、即ち記録時に主磁極が形成する磁気マ
ークを明瞭に再生できる再生ヘッドが比較的容易に作製
できるので、本方式と、磁気抵抗素子による再生ヘッド
との組合せによって、微小なマークの記録と再生が効率
良く両立できるヘッドが実現できる。
を用いることによって、より微細な磁気パターンを形成
するために、ヘッドの主磁極の先端のサイズを小さくし
た場合でも、その集光原理によって、主磁極先端のサイ
ズに応じて集光される光スポットのサイズが自動的に小
さくなる。また、金属間の電場の集中効果を用いている
ため、導波路や開口等を用いて集光する方式に比較し
て、集光される光スポットのサイズを小さくしても、高
い集光効率が維持できる。このため、100Gbit/
in2(一平方インチ当り1000億ビット)クラスを
超える高い記録密度においても、効率の良い光アシスト
を行うことができるため、高密度記録に適している。
イバを用いて光を供給する装置について説明する。具体
的な光学系の構成の一例について述べる。
ヘッドによる、情報記録方法と、その装置の構成例(そ
の1)を示す。図11と図12は、各々、同じものの側
面図(図11)と、斜視図(図12)である。ただし、
図12では、図を見やすくするため、板バネ21を省い
ている。
ある。上記課題を解決するための手段の欄にて示した垂
直記録方式の薄膜磁気ヘッドを、金属製の磁気記録膜を
持つ媒体円板上に配置している。光の入射用の集光系と
して、ボールレンズを約4分の1の扇型に割ったもの
を、垂直記録用薄膜磁気ヘッドのスライダの先端に取付
けて、レンズ部18としている。ここに斜め45度近い
角度から、光束を斜入射し、主磁極先端とスライダ底面
の境界部に集光できるよう構成している。実際には、ボ
ールレンズは正確に4分の1ではなく、中心付近を多め
に残して図13のような形とする。
してあり、光ファイバ20を板バネ側からこのスライダ
上に固定している。焦点の位置および深度は、光ファイ
バ20の位置により調節できる。調整については、圧電
素子を用いた調整治具を用いて行えば良い。この製造方
法により、主磁極先端に集光照射する本発明の垂直記録
用磁気ヘッドを製造できる。スライダを含めこれら全体
を、ジンバルと呼ばれる板バネ21上に固定し、記録媒
体面に合わせて角度が変わるように柔らかく支持してい
る。
約59度の角度をなし、光ファイバから供給された光
は、ここの斜面により、レンズ部18側へ向けて反射さ
れる。反射された光が、約45度の角度で台形プリズム
より出射され、前記レンズ部18に斜入射される。この
ような台形プリズムを用いることで、光路を確保しつ
つ、磁気ヘッドのスライダ4との十分な接触面積を確保
して、機械的な強度を保って光学系と磁極の位置関係を
堅持することができる。
導体レーザにつながっており、レーザ光を導入できるよ
うになっている。半導体レーザは、放熱をとるため、エ
ンクロージャ(ケース)の近くに別に配置している。
り供給された光の集光点が、安定して主磁極(または単
磁極)と、浮上面との境界部に堅持されている必要があ
る。本構造を用いると、レンズ部18と台形プリズム1
9が、垂直記録ヘッドのあるスライダ4上に一体化また
は固定されていることにより、スライダ4が媒体面に接
触した際にも、主磁極に対する光軸の配置は一定に保た
れるという利点がある。また、光ファイバ20の接続方
向は、板バネ21の半径方向と同じ方向を向いているた
め、板バネの途中上で光ファイバを固定する構造がとり
やすい。光ファイバが板バネ上にも固定されることで、
台形プリズム19との接続部の付け根付近に加わる負担
が減り、耐久性が向上する。また、ファイバの固定が強
固なものとなることで、光軸自体も安定する。ヘッドが
トラッキング等で駆動されて移動した場合でも、光学的
に集光点の位置の安定性が得られる。これによって安定
な光アシストが可能となる。
置)の初期調節は、スライダ4に対するレンズ部18の
接着位置と、スライダ4に対する台形プリズム19の接
着位置と、台形プリズム19に対する光ファイバ20の
固定位置と角度の調節によって行う。具体的には、スラ
イダ底面を観察しながら、圧電素子を用いた微動調節機
構を用いて調整しながら組み立てることで、調節可能で
ある。
は、この構成を用いて、磁気情報の書込み時に、光ファ
イバより光を供給して、光加熱による光アシストを行
う。通常の読出し時は、すでに書きこまれた磁気情報を
損傷しないよう、光ファイバからの光供給はOFFされ
る。
スト方法を組合せることによって、従来構造の垂直記録
用磁気ヘッドを用いても、4kOeを超える保磁力の高
い媒体に、安定して垂直記録を行うことができる。従来
のように、光アシストを行わない垂直記録方式において
も、保磁力3kOe程度の媒体までは利用できたが、3
kOe程度の保磁力では、50〜60Gbit/in2
(一平方インチ当り500〜600億ビット)の記録密
度で、室温においても、熱減磁による磁化の減少が、数
ヶ月を単位に、目に見える程度に表れる。100Gbi
t/in2(一平方インチ当り1000億ビット)以上
の高い記録密度で、室温における情報の記録寿命の信頼
性を確保するためには、室温において4kOe以上の保
磁力を持つ媒体への磁気情報の書込みができることが必
要である。本発明によれば、わずか100℃程度の光加
熱であっても、現状の垂直記録ヘッドにて記録可能な
2.5kOeまで保磁力を一時的に下げることができる
ため、4kOeといった高い保磁力の媒体も十分に利用
できる。これにより、情報の保存信頼性の高い、ハード
ディスク装置を提供することができる。
8として、ボールレンズを約4分の1の扇型に割ったも
の接着して用いる例を示しているが、レンズ構造は、熱
可塑性樹脂材料を液滴状に固めたものや、円形のマスク
を型として、透明埋込み層のドライエッチングにより作
ることもできる。主磁極とスライダ底面(浮上面)との
境界部に対して集光可能な光学構造であればよい。上記
のレンズの構成例に束縛されるものではない。
ために、垂直記録用薄膜磁気ヘッドのヘッド埋込み媒質
としては、アルミナ(AlO3)よりは石英(SiO
2)の方が好ましい。理由は、アルミナの単結晶は光学
異方性があり、斜入射された光の集光時に、光の位相
(波面)を乱してしまい、十分な集光特性が得られない
場合があるためである。このような乱れを起こさない材
質として、光学的に等方性を持つ石英が安価かつ化学的
に安定しており、好ましい。 (実施例2)先の実施例1では、光ファイバによるを用
いた光供給方法を用いた例について述べた。もう一つの
構成例として、次に、半導体レーザチップとの一体化構
造による構成例について述べる。
による、情報記録方法と、その装置の構成例(その2)
を示す。
9を用いる基本構成までは、図11と同様である。ただ
し、台形プリズム19の長さを短くし、光ファイバを省
き、代わりに半導体レーザチップ30とレーザチップ駆
動のための配線を付した構造とする。なお、図では電気
配線については省略している。光ファイバを用いた外部
からの光供給に代えて、半導体レーザチップ30自身を
スライダ構造として一体化することで、光学系と磁気ヘ
ッドを全て一体化している。
光ヘッドの構造も、全て一体化して板バネ21上に固定
されているため、このヘッド構造から外に出るものは、
磁気ヘッドの記録コイル用配線と、磁気再生ヘッドの信
号配線と、半導体レーザチップの駆動用の電気配線のみ
となる。スライダ4が、媒体面に角度をあわせて接触し
ても、レンズ部、台形プリズム、半導体レーザチップも
共に、同時に向きが変わるため、主磁極に対する光軸の
配置は、実施例2と同様、一定に保たれるという利点が
ある。さらに、光学系が板バネ上に集約されているため
に、光ファイバ・光切換器等の光学部品の点数が減ら
せ、板バネから引き出され、可動部にて屈曲させられる
接続線は、従来同様の電気配線のみで済むという利点が
ある。このため、機械的な駆動性、柔軟性、耐久性は、
従来の磁気のみのハードディスク装置と同様、非常に高
い。 (実施例3)先の実施例までにおいて、本発明による光
アシストによるヘッドの板バネよりヘッド側の構成例に
ついて述べた。次に、全体的なハードディスク装置の構
成例について述べる。
トによるハードディスク装置の全体構成の例を示す。
アシストによるハードディスク装置の構成例である。実
施例1にて示した台形プリズムと一体化した垂直記録用
薄膜磁気ヘッドのスライダ4を、板バネ21の先端に取
付け、光ファイバ20を板バネ21に沿って配置し、光
切換器28を介して半導体レーザ29に接続し、半導体
レーザよりアシスト光を供給している。なお、本構成例
では、実施例1にて示したような、光ファイバを用いて
アシスト光を供給する構成としているが、実施例2のよ
うな半導体レーザチップをスライダに一体化した構造を
用いる場合は、光ファイバ20と光切換器21は不要で
あり、省略できる。
乗せた板バネ21は、ロータリアクチュエータ22と呼
ばれるトラッキング位置決め用の駆動機構にて、半径方
向に駆動される。円盤状の記録媒体5は、モータによっ
て回転される。回転に伴い生じる空気の流れを用いて、
前記スライダ4を、5〜30nmというわずかな距離だ
け浮上させる。この状態で、磁気抵抗素子より得られる
再生信号を、記録再生アンプ27にて増幅し、トラッキ
ング信号を検知することで、円板の一定半径上を走査す
る、いわゆるトラッキングサーボを実現する。
ータを復元することで、情報の読出しを行う。書込み時
は、記録再生アンプから記録データに応じて変調された
電流を、前記垂直記録用薄膜磁気ヘッドのコイルへ供給
すると共に、半導体レーザをONして、アシスト光を供
給する。このアシスト光は、前期薄膜磁気ヘッドの主磁
極まで、光ファイバ20・台形プリズム・レンズ構造を
経由して集光され、供給される。アシスト光により主磁
極直下の媒体上の記録膜が加熱され、媒体の保磁力が下
がった部分に対して、コイルにより発生された磁界が供
給され、磁気情報が書き込まれる。書込み終わった媒体
は、ディスクの回転と共に主磁極を離れ、早やかに室温
まで冷却されて、以後安定して磁気情報を保持すること
ができる。この方法を用いて、室温で保磁力3.5〜4
kOeを超える媒体に対し、安定して磁気情報を書込む
ことができる。半導体レーザは、熱を発生するので、エ
ンクロージャ26と呼ばれるケース外壁の近くに配置し
ている。なお光ファイバ途中に、光切換器28として、
導波路型光スイッチ(光セレクター)が設けられてお
り、複葉枚の媒体に対し、供給する半導体レーザからの
アシスト光を切換えることができるようになっている。 (実施例4)本実施例は、媒体の多層膜構造について説
明する。本発明における光アシスト方法は、多層膜構造
をとることで高保磁力化した、たとえばCo(コバル
ト)とPd(パラジウム)の繰返し膜といった、多層膜
構造の媒体に対して用いると、再生信号の信号/ノイズ
比をも向上することができる。ここで、多層膜構造の媒
体とは、磁性(非磁性/強磁性/反強磁性)の異なる複
数の材料を繰返し積層し、記録膜(記録層)としたもの
で、代表的には、上記のような強磁性の材料(コバルト
・鉄)と非磁性の材料(白金・パラジウム)を交互に積
層したものがある。反強磁性という特性は、化合物の層
構造や界面構造等により生じるもので、例えば上記材料
とルテニウム系材料の組合せにより生じる。これらの磁
性を持つ複数の材料の組合せにより多層膜構造の媒体が
形成される。例として、図21に示すようなコバルト2
nmと白金1nmの多層膜構造を記録層としたものがあ
る。
構造を用いることで磁気異方性を向上しているので、磁
荷の反転には書込みヘッドの負担が大きくなる。本発明
による構成では、光アシストによって、この負担を改善
することができ、使用に伴う磁気ヘッドのコイルの劣化
を小さくすることができる。 (実施例5)本実施例では、レーザ光変調による情報の
書き込みについて説明する。
のを変調することで情報の書込みを行うこともできる。
この場合、コイルにより発生する磁界を一定方向にして
おき(直流磁界を印加)、アシスト光のレーザ光強度3
2を図17のようにON・OFFして変調することで、
媒体に記録する磁界を変調し、磁気マーク16を形成し
てデータを記録する。レーザ光強度の変調速度は、40
Gbit/秒程度まで高速化することが可能であるの
で、現在コイルの遮断周波数で限界となっている記録変
調速度を、より高くすることができる。磁界を発生する
コイルのインダクタンスによらず、光によって記録磁界
情報を変調できるため、情報の記録速度を現在よりも1
0〜100倍の速度へ上げることができる。この方法に
よるデータの記録の場合、媒体上の以前のデータを消去
してあらかじめ一方向に磁化を揃えるという作業が必要
になる。具体的には、先に記録ヘッドで、レーザ光を直
流的に照射したまま、磁気ヘッドより直流磁界をかけ
て、一方向に磁化を揃えておく。この後で、コイルに流
す電流を反転させ、磁気ヘッドより発生させる磁界を反
転させておき、この状態でレーザをON・OFFして変
調することで、レーザをONしているときのみ、媒体の
保磁力がヘッドの発生磁界よりも下がり、図17のよう
に反転した磁化情報が記録される。またこの方法では、
情報を記録する速度は、媒体の加熱と熱拡散による冷却
の速度で制限される。レーザ光の強度変調は、たとえば
直流レーザ光源と光変調器(多重量子井戸型)との組合
せによって、10GHz以上高速なものが実現でき、こ
れは媒体の加熱と熱拡散による冷却で制限される速度よ
りもずっと速い。従って、媒体構造の工夫により、現在
の磁気ヘッドのコイル・インダクタンスによる周波数限
界を超えて、さらに情報記録速度を高速化することがで
きる。
によって高い保磁力を持つ媒体を記録材料として用いる
ことができるため、ビットサイズの小さくなった高密度
記録においても、長期にわたり安定して情報を保持する
ことができる。記録情報の寿命を大幅に伸ばすことがで
きるため、情報の蓄積を用途とするコンピュータ機器に
て利用することができる。また、情報の記録密度を高く
でき、コンパクト性に優れるという点と、使用温度環境
に対する耐性の高さから、携帯情報端末にて利用でき
る。特に、ノートブック型と呼ばれる携帯型のパーソナ
ルコンピュータでは、熱減磁による情報の消失を防ぐた
めには、図18のように、ハードディスク装置33(H
D)を、動作中温度の高くなる中央演算ユニット34
(CPU)から離して配置する必要があり、配置上の不
自由を生じていた。本発明を適用したハードディスク装
置では、高い保磁力の記録媒体と光アシストを用いるこ
とで、使用温度環境に対する耐性が高くなっているた
め、たとえば中央演算ユニットの付近にハードディスク
装置を配置することができるなど、熱源となるデバイス
との位置関係について、配置の自由度が高まる。
保磁力の媒体を用いても、書込み時に必要とする記録ヘ
ッドの発生磁界が小さくて済むため、記録用コイルの巻
き数を減らしても、安定して書込みできることである。
このため、コイルのインダクタンス(交流抵抗)が小さ
くなり、書込み時における磁界の変調速度を上げ、高速
化することができる。これにより、一秒当りに記録でき
る情報の量を多くすることができ、より高速な情報の記
録を行えるハードディスク装置としても利用できる。よ
り高速な情報の記録再生を行うことが求められる情報記
憶装置やコンピュータ機器へ応用することができる。
保磁力の媒体を用いても、書込み時に必要とする記録ヘ
ッドの発生磁界が小さくて済むため、ヘッドのコイルに
かかる電流を大幅に低減して記録することができる。こ
のため、ヘッドのコイルに繰返し限界近くの電流を流す
ことにより発生する熱損傷を防ぐことができるため、と
くに長期の使用に対する信頼性の求められるコンピュー
タ機器への用途に使用することができる。
装置の磁気ヘッドにおいては、主磁極自体をプローブと
しているため、開口や光導波路を併設する必要がなく、
高効率で、高密度記録に必要な、微小領域への光アシス
トができる。
体レーザ等による光供給を行い、瞬時的に媒体の保磁力
を下げて書込むことで、記録ヘッドには負担少なく書込
みができ、また情報の保存時は熱減磁の少ない保存寿命
の長い情報保持ができる。または、ヘッドのコイルにか
かる電流を大幅に低減して記録することができるため、
コイルの熱損傷や故障を低減し、信頼性をも向上するこ
とができる。装置寿命を大幅に伸ばすことができる。
り高い保磁力の記録媒体を用いて、従来の垂直記録ヘッ
ドを用いても、磁気情報を記録・再生できる。特に、従
来光アシスト方法で問題であった、磁極直下での光加熱
も可能なため、十分な加熱時間を確保でき、しかも加熱
範囲のサイズを、自動的に主磁極の形状で決まるトラッ
クピッチに収めることができる点で、狭トラック化にも
有利である。これにより、さらに高密度化も可能であ
る。光アシストによって温度を上げて記録するので、常
温よりも使用環境温度を高く設定でき、記録媒体として
高い保磁力の媒体を用いることができることで、使用環
境に対する信頼性も高くすることができる。
搭載することにより、高い保磁力の記録媒体を用いて、
高密度記録でも、常温での熱減磁が小さく、情報の保存
寿命の長い、信頼性の高いハードディスク装置を提供す
ることができる。また媒体の裏表両面を記録面として用
いることができるので、より記録密度の高い光アシスト
情報記録装置を提供することができる。
属主磁極と金属記録膜媒体とのギャップ間に集中する光
電場を利用して、効率の良い光アシストを、垂直記録用
磁気ヘッドに組合せて実現することができ、高い保磁力
の記録媒体を用いて、より高密度で、常温での熱減磁が
小さく、記録情報の寿命の長い、保存信頼性の高いハー
ドディスク装置を提供することができる。
する図である。
構造)の構成を説明する図である。
アシスト方法の一例を示す図である。
である。
の光強度分布を示す図である。
の光強度分布を示す図である。
鏡像効果を説明する図である。
熱領域を説明する図である。
ッドの構成例の側面図である。
ッドの構成例の斜視図である。
明する図である。
ッドの構成例を示す図である。
ィスク装置の全体構成例を示す図である。
断面構造図である。
る。
デバイスの配置例を説明する図である。
示す図である。
ーンを形成する様子を説明する図である。
した垂直記録用の記録層構造の例を示す図である。
示す図であり、縦軸をリニアスケールに取り直したもの
である。
Claims (23)
- 【請求項1】金属製の磁極と、磁気記録層を有する金属
製の媒体とを近接して配置し、前記磁極と前記媒体との
間に近接場光を発生させて、前記磁気記録層に情報を記
録することを特徴とする情報記録方法。 - 【請求項2】前記近接場光は、光源からの光を、前記媒
体と前記磁極との間に、前記媒体に対して斜入射させて
照射することによって、発生させることを特徴とする請
求項1記載の情報記録方法。 - 【請求項3】前記磁極と前記媒体とを5nm以上30nm以
下の間隔で配置することを特徴とする請求項1記載の情
報記録方法。 - 【請求項4】前記光源からの光を、前記媒体に対して1
5度以上75度以下の角度で斜入射させることを特徴と
する請求項2記載の情報記録方法。 - 【請求項5】前記光源からの光を、前記媒体に対して3
5度以上55度以下の角度で斜入射させることを特徴と
する請求項2記載の情報記録方法。 - 【請求項6】前記光は、前記媒体面に対し垂直な方向に
主偏向成分を持つ光であることを特徴とする請求項1記
載の情報記録方法。 - 【請求項7】前記光の偏向は、前記媒体面に対しP偏光
であることを特徴とする請求項1記載の情報記録方法。 - 【請求項8】前記媒体は、室温における保磁力が4kO
e以上であることを特徴とする請求項1記載の情報記録
方法。 - 【請求項9】前記磁気記録層は、磁性の異なる複数の層
が積層された層であることを特徴とする請求項1記載の
情報記録方法。 - 【請求項10】前記磁気記録層は、強磁性膜と非磁性膜
とが交互に積層された層であることを特徴とする請求項
1記載の情報記録方法。 - 【請求項11】前記磁極より直流磁界を印加し、前記光
源からの光の光変調によって、前記媒体に情報を記録す
ることを特徴とする請求項2記載の情報記録方法。 - 【請求項12】前記媒体は回転し、前記光は、前記媒体
の回転方向から斜入射されることを特徴とする請求項2
記載の情報記録方法。 - 【請求項13】前記記録は、垂直磁気記録方式によるこ
とを特徴とする請求項1記載の情報記録方法。 - 【請求項14】金属製の磁極と、 前記磁極と近接して配置され、金属製の記録膜を有する
磁気記録媒体を設置する手段と、 前記磁極と前記媒体との境界部に、前記磁極のトレーリ
ング側から光を斜入射させる光源とを有することを特徴
とする情報記録装置。 - 【請求項15】前記斜入射は、前記媒体に対し15度以
上75度以下で行われることを特徴とする請求項14記
載の情報記録装置。 - 【請求項16】更に、前記媒体に記録された情報を再生
するための磁気抵抗素子を有することを特徴とする請求
項14記載の情報記録再生装置。 - 【請求項17】前記磁極は、主磁極と、前記主磁極の生
じた磁力を、媒体を経由して前記主磁極へ戻す補助磁極
とを有し、前記磁気抵抗素子は、前記主磁極と前記補助
磁極との間に配置されることを特徴とする請求項16記
載の情報記録再生装置。 - 【請求項18】前記磁極は、前記媒体に対し垂直に配置
されることを特徴とする請求項14記載の情報記録再生
装置。 - 【請求項19】前記媒体と前記磁極との間に前記光を集
光させるためのレンズと、前記磁極とが、スライダ上に
固定されていることを特徴とする請求項14記載の情報
記録再生装置。 - 【請求項20】前記磁極は、石英により埋め込まれてい
ることを特徴とする請求項14記載の情報記録再生装
置。 - 【請求項21】前記光源からの光を反射する台形プリズ
ムと、前記台形プリズムから反射された光を集光するレ
ンズとがスライダ上に固定されていることを特徴とする
請求項14記載の情報記録再生装置。 - 【請求項22】前記磁極を有する磁気ヘッドと、前記光
を供給する光ファイバとが、ジンバル上に固定されてい
ることを特徴とする請求項14記載の情報記録再生装
置。 - 【請求項23】前記磁極を有する磁気ヘッドと、前記光
を供給する半導体レーザチップとが、ジンバル上に固定
されていることを特徴とする請求項14記載の情報記録
再生装置。
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