JP2005166238A - パターン状多重レベル垂直磁気記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】パターン状媒体と多重レベル記録双方の利点を生かした磁気記録媒体を得る。
【解決手段】パターン状垂直磁気記録媒体は、多重レベル記録を可能にする積重なった複数個の個別磁気セル２２，３２を含む磁気の島５２を有する。島５２の中の各セル２２，３２は、当該セルに垂直磁気異方性を付与するための１材料又は材料の組合わせで形成され、単一磁気ドメインをなす。各セルは、非磁性間隙層３０によって当該島５２の中の他のセルとは磁気的に非結合化されている。斯くして、各セル２２，３２は、２つの方向（セルを構成する層の平面に対し入又は出）のうちの１方向の磁化（磁気モーメント）を有することができ、この磁化は、当該島５２における他のセルの磁化とは独立している。これにより各磁気の島の中に複数の磁気レベル又は状態を記録することとができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気記録媒体と装置、例えば、磁気記録ハード・ディスク・ドライブ、特に、パターン状垂直磁気記録媒体による媒体と装置に関わる。

ハード・ディスク・ドライブなどの磁気記録データ・ストレージのビット密度を上げるためにパターン状磁気記録媒体が提案されている。パターン状媒体においては、磁性材料は、孤立小ブロック即ち島状にパターン化され、各島即ち「ビット」には単一の磁気ドメインが存在する。単一磁気ドメインは、単一の粒か、単一の磁気量として同調して磁気状態をスイッチする強く結合した数個の粒で構成される。この点は、単一の「ビット」がドメイン壁で仕切られた複数の磁気ドメインを有する従来型連続媒体と対照的である。特許文献１は、パターン状媒体の種々のタイプとその製造方法を示している。パターン状媒体による磁気記録装置とそれに関連した諸課題が、非特許文献１に記載されている。

垂直磁気異方性を有するパターン状媒体は、磁気モーメントが平面の内又は外方向に向いており、故に２種の磁化状態可能性を有するという好特性を有する。この状態は、熱特性が安定しており、当媒体は、連続（非パターン状）媒体と比較してより向上した信号対雑音比（ＳＮＲ）を示すとの報告がある。しかしながら、ビット密度１Terabit／in２のパターン状媒体を得る為には、２．５インチ径ディスク全面に２５ｎｍ周期のナノ構造配列が必要となる。ビット密度３００Gbit／in２までの製造方法は実証されているが、低不良率、高均一性の大領域超高密度の磁気パターンは未だ利用可能なものがない。

特許文献２に記載されているように、多重レベル磁気ストレージの使用が提案されているが、連続（非パターン状）磁気フィルムに関してのみであり、パターン状の磁性の島に関するものではない。しかし、多重レベル連続磁気フィルムにおいては、磁気粒の数、従って、信号と雑音は、多重レベルに分割され、従って、SNRは劣化する。

米国特許第５，８２０，７６９号明細書 R.L. White 他「パターン状媒体：磁気記録５０Gbit／in２以上への可能性ある道」、IEEE,Transactions,on,Magnetics,３３巻, 1号, 1997年1月,p990-995 米国特許第５，５８３，７２７号明細書

必要なのは、パターン状媒体と多重レベル記録双方の利点を生かした磁気記録媒体である。

本発明は、各磁気ブロック即ち島が積重なった複数の個別磁気セルを含むパターン状垂直磁気記録媒体である。島の中の各セルは、垂直磁気異方性をもたらす１材料又は１組の材料群で形成され、単一磁気ドメインをなす。各セルは、その島の中の他のセルとは、非磁性間隙層により磁気的に分離されている。これにより各セルは２方向（セルを形成する層平面に対して入又出）のうちの一方向に磁化（磁気モーメント）され得、しかも、この磁化は、その島の中の他セルの磁化とは独立である。従って、島単位で異なるセルに亘って全体の磁化を統合すると、各島に複数の磁気信号レベル或いは状態を記録することができる。各島の各セルは単一の磁気ドメインであるので、磁気レベルが複数であることによるノイズの増加はない。島の中に積重ねた磁性セルの数がｎであると、異なる再生信号レベルが２^ｎに増加する。従って、記録密度は２^{（ｎ−１）}倍に増加する。

ある島の中の各セルは、当該島の中の他のセルとは異なる保磁力を有する。これらの磁性セルは、多様な電流で書込むことのできる誘導型書込ヘッドにより書込み（磁化をスイッチする）可能であり、各書込電流が異なる書込磁界を発生する。あるセルの保磁力を上回るが他のセルの保磁力には満たない書込磁界をかけることにより、島の中の選択したセルのみに書込みできる。保磁力のもっとも高いセルの保磁力よりも大きい書込磁界をかけることにより島の全セルに書込みがなされる。磁性セルは、単一書込み磁界を生ずる固定書込み電流を有する誘導型書込ヘッドと熱アシストによっても書込み可能である。熱アシストなしで書込磁界をかけると保磁力の低いセルのみが書込まれる。同じ書込磁界を熱アシストと共にかけると、その島のセルでその温度がそのキュリー温度に近く上がり、それによってその保磁力が書込磁界より低くなったセル全てが書込まれる。

磁性の島々は、空隙又はセルの磁気特性に影響を与えず、又セルへの書込みに悪影響を及ぼさない材料によって基板上に間隙分離されている。基板は、島が同心円のトラックのパターンになっている磁気記録ディスク基板か、島が相互に垂直なx−ｙパターンになっているプローブ型アレイ・ストレージ装置に用いられるタイプの基板である。

本発明の性格と利点をより十分に理解するために、以下の詳細説明を添付図面とともに参照されたい。

本発明によれば、パターン状媒体と多重レベル記録双方の利点を生かした磁気記録媒体を提供することができる。

＜パターン状多重レベル垂直磁気記録媒体＞
図１は、本発明によるパターン状磁気記録媒体の概略図である。媒体は、基板１２、多重レベル垂直磁気記録層５０、オプショナル下地層１４とオプショナル保護膜１６を含む。記録層５０は、代表例としての島５２，５４，５６，５８のような複数の島を含み、これらの島は間隙６０により間隙分離されている。各島は、垂直磁気異方性を有する磁性材料による第１層２０、垂直磁気異方性を有する磁性材料による第２層４０と、各島で２つの磁性層２０，４０を分離し磁気的に非結合化する間隙層３０を含む。各島は、従って島５２におけるセル２２，３２のように、磁気的に非結合化されたセルが少なくとも２ヶ積重なっている多重磁性島である。各セルは単一磁気ドメインであり、同じ島の他セルとは間隙層３０で分離され、他の島のセルからは間隙６０と表示した領域により分離されている。

間隙６０は、磁性の島の間の領域を確定し、通常非磁性材料で形成されるが、それが分離する磁性の島への信号記録及びそれからの読取りに当該材料が悪影響を及ぼさない限り強磁性材料で形成されてもよい。磁性の島は、先ずリソグラフィにより基板にパターンを描き、パターン状のレジストの上に記録層５０となる層を積層した後、レジストを除去すると磁性の島が残ることにより形成できる。もしくは、基板の上に先ず記録層５０となる層を積層し、記録層にリソグラフによりパターンを描き、リソグラフマスクによって記録層をエッチングし、レジストを除去して磁性の島を残すことによっても磁性の島を形成できる。両例において、島間領域の間隙６０は空隙であり、アルミナあるいはスピン・オン・ガラスのような非磁性材料で充填される。次いで、実質的に平坦な表面のトポグラフィが形成できる。その工程では、先ず磁性の島を形成し、それから間隙６０を埋めるのに必要な程度より厚くアルミナを積層し、次に、磁性の島が丁度現れるまで化学的機械研磨（CMP）工程によりアルミナを磨く。これにより間隙６０のアルミナと磁性の島の頭とがほぼ平坦に残ることになる。

パターン状媒体は又、マスクを通したイオン照射により被照射領域の特性を変えることによっても製造することができる。イオン照射によるパターン状媒体製造工程の一例では、間隙は、磁性の島の垂直磁気特性に影響を与えない磁性材料によって形成される。例えば、Cｏ／Pｔ複合層の強垂直磁気異方性は、マスクの穴を通ったイオン照射により破壊され、平面内磁化を有する磁性材料領域を造り、それが、Cｏ／Pｔ複合層のイオン照射を受けない磁性の島の間の間隙として働く。パターン状磁気記録媒体のイオン照射による製造方法は、次の参考文献に説明されている。「C．Chappert，et al,撤lanar Patterned Magnetic Media Obtained by Ion Irradiation,“Science,280巻,6月19日、1998、p1919-922」、「A.Diesel et al.、”Ion Projection Direct Structuring for Patterning of Magnetic Media、祢EEE Transactions on Magnetics,38巻、5号,2002年9月,p1952-1954」、「米国特許第６，３３１，３６４号及び６，３８３，５９７号」
図１において、代表例としてA, B, C, Dの記号と矢印で示しているように、各島には４種の磁気レベル又は状態があり得、各磁気状態は、各磁性セルにおける磁化（磁気モーメント）の方向に依存している。図１における２層例の各磁気状態は、従って２ビットのバイト又はワードで表すことができる。仮に下層２０のセルをバイト又はワードの第１ビットとし、上向きの磁化を０と考えると、これらの磁気状態は次のようになる。
Ａ：[１，１]
Ｂ：[０，１]
Ｃ：[０，０]
Ｄ：[１，０]
図１には、２つの磁性層を描いているが、３又はそれ以上の層も可能である。ｎ個の異なる磁性層を統合した全体の再生信号は２^ｎの異なる信号レベルに増え、磁気記録に使用できる。これにより、記録密度は２^（n−1）倍に増える。

実験で、直径１５０ｎｍ、高さ８０ｎｍのＳｉＯ２柱の６方配列上に磁性薄膜を室温でスパッタ積層した。柱の中心間の間隔は３００ｎｍである。柱は、Ｓｉ基板の上にＳｉＯ２フィルムをリソグラフィによりパターン形成した。その構造は、垂直２層のＣｏ／Ｐｄ複合層を、上下の複合層を磁気的に非結合化するため、厚さ５ｎｍのＰｄ層で分離した。膜の構成は次の通りである：
Ｃ（４０オングストローム）／Ｐｄ（１０オングストローム）／[Ｃｏ（３．３オングストローム）／Ｐｄ（８．３オングストローム）]６／Ｐｄ（５０オングストローム）／[Ｃｏ（２．５オングストローム）／Ｐｄ（６．５オングストローム）]１０／Ｐｄ（２０オングストローム）／ＳｉＯ_２
この実験構造物を図１の略図と対比すると、複合層１０Ｃｏ／Ｐｄペアが下の磁性層２０であり、複合層６Ｃｏ／Ｐｄペアが上の磁性層４０、そして５ｎｍ厚Ｐｄ層が間隙層３０である。磁性層の磁気異方性及び保磁力の強さは、ＣｏとＰｄの厚さを変えることにより容易に変えられる。この構造物では、層２０，３０，４０を構成する全層がSiO₂柱間のSiO₂領域即ち「溝」の中にも積層された。しかしながら、柱上の磁性の島に対するこれらの層の深さ故に、島の磁気特性は溝に入った磁性材料の影響を受けず、従って磁性の島の間には空隙が存在する。

この構造物のパターン化しない連続部分について磁気光学的カー効果（MOKE）ヒステリシスを計測した結果、図２に示されるように、かける磁界の変化によって顕著なスイッチングを各Cｏ／Ｐｄ複合層が示した。２つの磁性層間の静磁気的結合による相互作用が無視できるものであることを確認するため、また結合磁界を確認するため微少ループも計測したが、結合の兆候は見られなかった。従って、このヒステリシスの波形は、２つの独立した磁性層のヒステリシスの重ね合わせであると単純に理解できる。図２は又、[Ｃｏ（２．５オングストローム）／Ｐｄ（６．５オングストローム）]１０複合層（下の層）がおよそ３５０ Oeの保磁力、そして、[Ｃｏ（３．３オングストローム）／Ｐｄ（８．３オングストローム）]６複合層（上の層）がおよそ７００ Ｏｅの保磁性を有することを示している。

この島配列構造物について磁気記録実験も行った。この構造物をｘ−ｙステージに固定し、解像度２ｎｍ未満の圧電駆動によって制御し、記録ヘッドを物理的に接触させながら低速（約５μｍ／ｓ）でスキャンした。従来の長手方向記録巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）読取／書込ヘッドで、書込ヘッド幅、読取ヘッドの幅がそれぞれ２４０ｎｍと１８０ｎｍのものを用いた。構造物を先ず２０ｋＯｅの外部垂直磁界の中でｄｃ磁化した。次いで記録ヘッドを磁性の島の列に平行に配した。従来の長手方向誘導型記録ヘッドは、略媒体の平面内でその磁極間に書込磁界を発生させるが、この実験では、島の中の垂直に磁化されたセルの磁化を変えるのに、両極からの周辺磁界の垂直部分を用いた。

媒体の何処にでもビットの書込みが可能な従来の連続媒体への書込みと対照的に、パターン状媒体への書込みは、方形波書込パターンと島のパターンの同期が必要になる。島の位置は、ｄｃ消去により磁化した島の再生信号から容易に情報が得られる、すなわち、図３の最上位の信号図に見られるように、極小点が、島を分離している溝ないし間隙を示している。約１８０ｎｍの読取りヘッド幅が配列した各島からの信号の読取りを可能にする。この実験例では、水平型書込ヘッドを４０ｍＡの一定書込電流で用いた。一定の書込電流を用いたが、書込パルスのタイミングを適切にすることにより、最大値に満たない強さの周辺磁界を島にかけ、島中で保磁力の低いセルのみの磁化をスイッチすることができた。最大値の周辺磁界がかかる書込パルスのタイミングでは、島の両セルの磁化がスイッチした。このようにして４種の磁化状態（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）全部を書込むことができた。図３の下の信号図は、ＧＭＲ読取ヘッドを複数の島パターンを横切って引きずったときの再生波形を示し、４つの磁化レベル（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）が現れている。

上記の実験結果は、その垂直磁気異方性を有する磁性セルがＣｏ／Ｐｄ層を交互にした複合層である、多重レベル記録媒体に関するものであった。Ｃｏ／Ｐｔ複合層も使用可能である。本発明は、垂直磁気異方性が得られる他の磁気記録材料と構造についても完全に適用可能である。

磁性セルは、粒状多結晶コバルト・クロミウム（ＣｏＣｒ）合金を特殊な成長促進下地層の上に成長させて形成することができる。このような成長促進下地層は、結晶Ｃ軸が層の平面に対し垂直になるようにし、それによって層が強い垂直磁気結晶異方性をもつことになる。このＣｏＣｒ粒状層のための成長促進下地層として用い得る材料には、Ｔｉ，ＴｉＣｒ，Ｃ，ＮｉＡｌ，ＳｉＯ_２とＣｏＣｒが含まれ、その場合、Ｃｒは約３５−４０原子％である。

磁性セルは又、ＣｏＳｍ，ＴｂＦｅ，ＴｂＦｅＣｏ，及びＧｄＦｅ合金など、垂直磁気異方性を示す既知のどんなアモルファス材料でも形成できる。

磁性セルは又、化学的に規則化されたＣｏＰｔ，ＣｏＰｄ，ＦｅＰｔ，ＦｅＰｄ，ＣｏＰｔ_３，又はＣｏＰｄ_３でも形成できる。化学的に規則化されたＣｏＰｔ，ＣｏＰｄ，ＦｅＰｔ，ＦｅＰｄの合金は、バラ積み状態のものは、面心正方（ＦＣＴ）Ｌ１０規則相材料（ＣｕＡｕ材料とも呼ばれる）として知られている。これらは、高い磁性結晶異方性と磁気モ−メントで知られている。Ｌ１０位相のＣ軸は、磁化しやすい軸で、基材に対して垂直に向いており、従って、垂直磁気記録媒体に適している。Ｃｏ／ＰｔとＣｏ／Ｐｄの複合層のように、これらの層は、非常に強い垂直異方性を有する。

上記で説明した例では、間隙層材料としてＰｄを用いたが、基本的にはどんな非磁性材料でも用いることができるが、その厚さが、島の中の磁性セルが磁気的に確実に非結合化できるに十分なものであることが条件である。Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，とＲｕが、間隙層に使用可能な他の材料の例である。

磁極ヘッドを読取／書込に用いる垂直磁気記録装置では、よく、「軟質」透磁性下地層を基板上、磁性層下に用い、読取／書込磁極ヘッドによる磁界の磁束帰還路とする。読取／書込に環状ヘッドを用いる垂直磁気記録装置では、軟磁性下地層は不必要であろう。軟磁性下地層に適した合金材料には、ＮｉＦｅ，ＦｅＡｌＳｉ，ＦｅＴａＮ，ＦｅＮ，ＣｏＦｅＢとＣｏＺｒＮｂが含まれる。
＜可変書込電流を用いて多重レベル媒体に記録する方法＞
図４は、誘導型書込ヘッド１００が、２つの単一ドメイン磁性セルを有する磁性の島において、可能な４つの磁気状態の各々を記録する態様を示している。ヘッド１００は、垂直ヘッドで、電流源１０４に接続するコイル１０２を有している。電流源１０４は、少なくとも２つの異なる電流レベルＩ１とＩ２で２方向の書込パルスを生成するスイッチング回路も含む書込ドライバ回路の部分である。書込電流は書込磁極１０５から略垂直な磁界を生成し、その磁界は戻り磁極１０７に戻る。２層媒体の好ましい実施例では、下の磁性層２０は、上の磁性層４０より高い保磁力を有する。電流レベルＩ１は、下の層２０の保磁力より大きな磁気書込磁界を生成する。

従って図４（ａ）に示すように、正電流Ｉ１は、２０，４０の両層の磁化方向を変え、Ａ状態を造る。同様に、図４（ｂ）に示すように、負電流Ｉ１の書込パルスは、両層２０，４０の磁化方向を変え、Ｃ状態を造る。Ｄ状態を造るには、図４（ｃ）に示すように、島は先ずＡ状態になければならず、それからＩ２の大きさの「負」方向の第２の電流パルスが印加される。この負のＩ２電流パルスは上の層４０の保磁力よりは大きく下の層２０の保磁力よりは小さい磁気書込磁界を生成し、上の層４０の磁化のみがスイッチされる。同様に、Ｂ状態を造るには、図４（ｄ）に示すように、島は先ずＣ状態になければならず、それからＩ２の大きさの「正」方向の第２の電流パルスが印加される。この正のＩ２電流パルスは上の層４０の保磁力よりは大きく、下の層２０の保磁力よりは小さい磁気書込磁界を生成し、上の層４０の磁化のみがスイッチされる。

両磁性層間で保磁力の差が相当なものであることにより、Ｉ２のパルスによって磁性の島の上のセルのみがスイッチされることが確実になる。しかしながら、もし当該媒体が、下のセルが上のセルと十分に離れるように設計されるならば、島の中の両セルの保磁力が極めて近接していたり、或いは、下のセルの保磁力が上のセルの保磁力より極く僅かしか大きくなくても可である。例えば、間隙層３０の厚さを適切に選択することにより、Ｉ２パルスが印加されたときに下の層２０が上の層４０より遙かに低い書込磁界を受けることになる。
＜一定電流と熱アシストを用いて多重レベル媒体に記録する方法＞
図５は、熱アシストを伴う誘導型書込ヘッド１００'が、２つの単一ドメイン磁性セルを有する磁性の島において、可能な４つの磁気状態の各々を記録する態様を示している。ヘッド１００'は、垂直ヘッドで、固定書込電流１０を提供する電流源１０４に接続するコイル１０２を有している。電流源１０４は、正又は負の電流レベルＩｏで２方向の書込パルスを生成するスイッチング回路も含む書込ドライバ回路の部分である。ヘッド１００'は又、書込磁極１０５と戻り磁極１０７との間に位置する電気抵抗ヒータ１０３を有している。ヒータ１０３は、ヒータ１０３が熱パルスを媒体上の磁性の島に生じさせるような電流パルスを加える回路に接続されている。

米国特許第６，４９３，１８３号は、磁気書込磁界を発生させる誘導型書込ヘッドと媒体を暖めるヒータを開示している。書込電流は書込磁極１０５から略垂直な磁界を生成し、その磁界は戻り磁極１０７に戻る。２層媒体の好ましい実施例では、下の磁性層２０は、上の磁性層４０より高い保磁力を有する。電流レベルＩ０は、上の層４０の保磁力よりは大きく、下の層２０の保磁力よりは小さい磁気書込磁界を生成する。従って、ヒータからの熱アシストなしで、上の層４０の磁化のみが磁気書込磁界によってスイッチされる。しかしながら、ヒータ１０３から媒体に熱が加えられると、下の層２０の温度は、下の層２０の強磁性材料のキュリー温度近くまで上昇し、これにより下の層２０の保磁力が電流I０によって発生する書込磁界より低く下げられる。

かくして、図５（ａ）に示すように、正のＩ０電流パルスとヒータ１０３からの熱パルスが共同して両層２０，４０の磁化方向を変え、Ａ状態を生成する。同様にして、図５（ｂ）に示すように、負のＩ０電流パルスとヒータ１０３からの熱パルスが共同して両層２０，４０の磁化方向を変え、Ｃ状態を生成する。Ｄ状態を生成するには、島は先ずＡ状態でなければならず、その後、図５（ｃ）に示すように、負のＩ０電流パルスが印加される。この負のＩ０電流パルスは上の層４０の保磁力よりは大きいが下の層２０の保磁力よりは小さい磁気書込磁界を生成し、上の層４０の磁化のみがスイッチされる。同様に、Ｂ状態を生成するには、島は先ずＣ状態でなければならず、その後、図５（ｄ）に示すように、正のＩ０電流パルスが印加される。この正のＩ０電流パルスは上の層４０の保磁力よりは大きいが下の層２０の保磁力よりは小さい磁気書込磁界を生成し、上の層４０の磁化のみがスイッチされる。両磁性層間の保磁力の違いが十分であればＩ０パルスの印加により磁性島の上の層のみのスイッチが確実になる。しかしながら、もし当該媒体が下のセルが上のセルから十分に離れるように設計されるならば、島の中の両セルの保磁力が極めて近接していたり、或いは、下のセルの保磁力が上のセルの保磁力より極く僅かしか大きくなくても可である。

例えば、間隙層３０の厚さを適切に選択することにより、Ｉ０パルスが印加されたときに下の層２０が上の層４０より遙かに低い書込磁界を受けることになる。この１実施例として、下の層を６[Cｏ（４オングストローム）／Ｐｄ（１０オングストローム）]複合層で形成し約３０００ Ｏｅの保磁力を持たせ、上の層は６[Cｏ（２．５オングストローム）／Ｐｄ（５オングストローム）]複合層で形成し約２０００ Ｏｅの保磁力を持たせることができる。１０ｍＡの固定書込電流パルスで約３０００ Ｏｅの磁気書込磁界を生成する。熱パルス数ミリワットで両層の温度は約４０Ｋ上昇し、これにより下の層の保磁力性が約１０００ Ｏｅに下がる。

図５では、ヒータ１０３は、磁極１０５と１０７の間に位置しているが、ヒータは、いずれかの磁極側に位置してもよい。又、ヒータは、米国特許出願公開第２００３／００２１１９１号に記載されているように縦型書込ヘッドのコイルの一部として形成してもよく、上記出願例では、コイルの一部がヒータの電気リード線の役を果たしている。更に、ヒータは電気抵抗ヒータである必要はなく、例えば媒体に光点をあてるレーザのように、確実に望みのセルだけが磁化をスイッチされるように熱パルスと磁気書込磁界を局所化できれば、誘導型書込ヘッドとは直接関係しない別の要素であってもよい。

図６は、本発明による多重レベル磁気記録装置の実施例であるディスク・ドライブの上面図である。ドライブ２００は、ハウジング又はベース２１２を有し、それは、アクチュエータ２２０及び多重レベル磁気記録ディスク２１４を回転させるためのドライブモータを支持している。ディスク２１４の基板は、従来型ディスク・ドライブに用いられているガラス若しくはアルミニウム−マグネシウム（ＡｌＭｇ）基板のような、如何なる適切な基板でもよい。アクチュエータ２３０は、ヴォイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）回転式アクチュエータで、剛体のアーム２３４を有し、矢印２２４に示すように旋回軸２３２の周りに回転するものでもよい。ヘッド・サスペンション部２２０は、その一端がアクチュエータ２３４の端に付いたサスペンション２２１と、そのサスペンション２２１他の端に付いた、エアー・ベアリング・スライダのような、ヘッド・キャリア２２２を有している。ディスク２１４上の磁気の島２１５は、放射状に間隔をもった円トラック状に配列されている。

ディスク２１４が回転すると、アクチュエータ２３０の動きによって、ヘッド・キャリア２２２の先端のヘッド１００が、ディスク２１４の異なるデータ・トラック２１８にアクセスし、磁気の島２１５に多重レベルのデータを記録することができる。前述したように、パターン状媒体への書込みには書込パルスと島のパターンとの同期化が必要となる。磁気の島を用いて書込みを同期させるパターン状媒体磁気記録装置が、「パターン状媒体をセンスして書込パルスのタイミングをとるパターン状媒体磁気記録ディスク・ドライブ」と題して2003年6月12日に公開され、本出願の譲受人と同一者に譲渡された米国特許出願公開第２００３／０１０７８３３号明細書に開示されている。

図３に示す信号の記録に用いた誘導型書込ヘッドは、従来の縦型誘導型書込ヘッドであった、そして、図４に示す誘導型書込ヘッドは、書込磁極と戻り磁極を有する垂直ヘッドである。本発明において用いるもう一つのタイプの誘導型書込ヘッドは、その先端にナノメータの鋭さの磁気片を付けたカンチレバーを有する磁気力顕微鏡（MFM）探触子に基づくものである。ＭＦＭ探触子の１つのタイプは、米国特許第５，９００，７２９号明細書に開示されており、図６に示す。

図７は、探触子３００の横断面図で探触子本体３１０がカンチレバー３５０に付いている。探触子本体３１０は、一対の磁極３４０，３４２と誘導コイル３１１を有する。コイル３１１と磁極３４０，３４２は、コイルと磁極を従来型ディスク・ドライブのエアー・ベアリング・スライダの先端に形成する薄膜誘導型書込ヘッドの製造でよく知られている従来のリソグラフ技術を用いて形成される。磁極３４０，３４２は、非磁性のギャップ３１４で間隙分離されている。磁極３４０，３４２は、その間をコイル３１１が通るヨークを形成するように相互接続している。コイル巻線の断面端が、コイル３１１としてその端面図で示されている。

コイル３１１に電流が流れると、ヨークに磁界が誘起され、従来の縦型薄膜誘導型書込ヘッドと丁度同じ様に磁極３４０，３４２間に磁束が生成される。探触子先端３２０は、磁極３４０，３４２の少なくとも一方と接し、また、できればギャップ３１４の端面とも接して形成され、磁極端から延在している。探触子先端３２０は、少なくとも１つの表面、又は側面３２２が磁極の１つに接し、磁性材料で形成されている。探触子先端３２０は、略円錐形のものとして示しているが、実際の形は可変である。

図７に描いたヨーク構造の代替として、当該コイルによって生成される磁界が磁性の探触子先端３２０に向くようにできる材料で形成されるなら、コイルを探触子先端３２０、探触子本体３１０、或いはカンチレバー３５０の周囲に螺旋状に巻き付けてもよい。このタイプのMFM探触子は、米国特許第５，４３６，４４８号明細書に説明されている。これらMFM探触子を誘導型書込ヘッドとして用いるいずれの場合においても、コイルは、書込ドライバからI1又はI2の電流を受け、それが探触子先端３２０を、I1又はI2の値で決まる磁界の強さで一方向に磁化する。コイルを通る電流の向きが変わると、探触子先端の磁化方向が逆向きになる。この２つの磁化方向は、図８（ａ）−８（ｂ）に略図で示している。これら可能な２つの磁化方向と２つの磁界値によって、図４で説明したのと同様の態様で、可能な４つの磁化状態（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を磁性の島に書くことができる。

ＭＦＭ探触子を誘導型書込ヘッドとする本発明によるディスク・ドライブの実施例において、探触子先端３２０を付けたカンチレバー３５０は、アクチュエータ・アーム２３４（図５）に取り付けられている。MFM探触子をディスク・ドライブに用いることが可能なアクチュエータのもう一つのタイプが、米国特許第５，８０４，７１０号明細書に説明されている。しかしながら、MFM探触子タイプの誘導型書込ヘッドは、スキャン式探触装置での多重レベル磁気記録にも使用可能である。スキャン式探触装置は、「Millipede-A MEMS-Based Scanning-Probe Data-Storage System」、IEEE Transactions on Magnetics、39巻、2号、2003年3月、p938-945」に説明されている。「Millipede」装置は、探触チップを熱して高分子記録媒体に窪みを生じさせデータを記録する熱機械的装置である。

本発明による多重レベル磁気記録装置のスキャン式探触の実施例を図９に示す。多重レベル磁気記録媒体４００は、図１に示した通りであり、基板４０１と磁性の島４０２を有する。島４０２は基板４０１の上に相互に垂直な列のｘ−ｙ配列に配されている。基板４０１は、ｘｙｚスキャナのプラットフォーム４４０の上に支持されている。MFMタイプ探触子先端４１０の配列が関係するカンチレバー４１１とともにチップ４２０上に造られている。チップ４２０と媒体４００は、ｘｙｚスキャナによって相互にｘ−ｙ方向に移動可能である。各探触子は、全体の島配列中の１セクションのみに関係し、そのセクションの島にのみアドレスする。マルチプレクス・ドライバ（ＭＵＸ）４３０，４３２によって、各ＭＦＭ探触子個別に書込電流Ｉ_１，Ｉ_２が伝達される。

上に説明し、図９に描いたスキャン式探触装置は、探触子の配列を有する。しかしながら、本発明によるスキャン式探触子多重レベル磁気記録装置は、従来のＭＦＭ装置のやり方で、１個の探触子のみとｘｙｚスキャナとの組み合わせでも可能である。

本発明を特に好適な実施例を参照して図示及び説明したが、当業者には、本発明の精神及び範囲を逸脱することなしに、形態及び詳細における様々な変更が加えられうることが理解されよう。従って、開示の発明は、単に例示と見なされ、添付の特許請求項に記載の範囲においてのみ制限される。

本発明によるパターン状多重レベル垂直磁気記録媒体の概略断面図である。 磁気記録媒体の非パターン化部分の磁気光学的カー効果（MOKE）ヒステリシス・ループで、磁性の島におけるセルの可能な４つの磁化レベル（A,B,C,Dと表示）を概略的に示す図である。 パターン状多重レベル媒体の再生信号でサンプルｄｃ磁化後（上）と、方形波書込パターン印加後（中）、と再生信号に対応したセルの磁化の概略表示（下）を示す図である。 誘導型書込ヘッドが、パターン状多重レベル媒体の磁性の島に４つの磁化レベルを書込む方法を示す略図である。 電気抵抗ヒータを有する誘導型書込ヘッドが、パターン状多重レベル媒体の磁性の島に４つの磁化レベルを書込む方法を示す略図である。 多重レベル磁気記録装置のディスク・ドライブの実施例の上面図で、磁性の島を記録ディスクの同心円トラック上のドットとして示す。 多重レベル磁気記録装置用誘導型書込ヘッドとしての磁気力顕微鏡（MFM）探触子の１タイプの断面図である。 図７に示すＭＦＭ探触子タイプ誘導型ヘッドの探触子先端の２つの異なる磁化を示す図である。 多重レベル磁気記録装置のスキャン式探触子の実施例の図で、ＭＦＭ探触子タイプ誘導型ヘッドのｘ−ｙ配列と磁性の島がｘ−ｙ配列に配された媒体基板を示し、島はドットで表している。

符号の説明

１２…基板、
１４…下地層、
１６…保護膜、
２０…第１層、
２２，２４，２６，２８…セル、
３０…間隙層、
３２，３４，３６，３８…セル、
４０…第２層、
５０…多重レベル垂直磁気記録層、
５２，５４，５６，５８…磁性の島、
６０…間隙、
１００，１００′…誘導型書込みヘッド、
１０２…コイル、
１０４…電流源、
１０５…書込磁極、
１０７…戻り磁極、
３００…探触子、
３１０…探触子本体、
３１１…コイル、
３１４…ギャップ、
３２０…探触子先端、
３２２…表面又は側面、
３４０，３４２…磁極、
３５０…カンチレバー、
４０１…基板、
４０２…磁性の島、
４１０…ＭＦＭタイプ探触子先端、
４１１…カンチレバー、
４２０…チップ、
４３０，４３２…マルチプレクス・ドライバ（ＭＵＸ）、
４４０…プラットフォーム。

Claims (36)

1. 基板と、前記基板上に間隙分離された複数個の磁性の島を有し、
   前記各島は少なくとも２個を重ねた磁性セルを有し、前記各セルは垂直磁気異方性を有し、その島の中で他方のセルと分離されていることを特徴とする磁気記録媒体。
2. 前記島の中の２個の隣接するセル各々の磁気モーメントが、平行か又は逆平行であることを特徴とする請求項１に記載の媒体。
3. 前記各セルが単一磁気ドメインであることを特徴とする請求項１に記載の媒体。
4. 前記各セルが、実質的に前記基板に対して垂直な２つの反対方向の内の一方向に向いた磁気モーメントを有することを特徴とする請求項３に記載の媒体。
5. 前記各島が、前記積層したセル間に当該セルを分離するための非磁性材料層を有することを特徴とする請求項１に記載の媒体。
6. 前記複数個の島が、空隙によって間隙分離されていることを特徴とする請求項１に記載の媒体。
7. 前記基板が複数個の柱にパターン化され、前記島が前記柱の上に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の媒体。
8. 前記島が、前記島間の基板上に形成され、かつ実質的に垂直磁気異方性を有しない間隙材料によって間隙分離されていることを特徴とする請求項１に記載の媒体。
9. 前記間隙材料が、非磁性体であることを特徴とする請求項８に記載の媒体。
10. 前記各島に、セルが２個のみ存在することを特徴とする請求項１に記載の媒体。
11. 前記各セルが、Cｏ及びＦｅからなるグループから選ばれる第１の材料とＰｔ及びＰｄからなるグループから選ばれる第２の材料との交互層である複合層であり、その複合層が実質的に前記基板に対して垂直な磁気異方性を有することを特徴とする請求項１に記載の媒体。
12. 前記各セルが、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ及びこれらの合金のうち１つ以上を含む強磁性材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載する媒体。
13. 前記各セルが、前記基板に対して実質的に垂直な磁気結晶異方性を有するＣｏ及びＣｒの合金を含む強磁性材料で形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の媒体。
14. 前記各セルが、成長促進下地層から直接形成されることを特徴とする請求項１３に記載の媒体。
15. 前記成長促進下地層が、Ｔｉ、ＴｉＣｒ，Ｃ，ＮｉＡｌ，ＳｉＯ_２及びＣｏＣｒからなるグループから選ばれた材料で形成され、ＣｏＣｒ下地層の場合は、Ｃｒは約３５−４０原子％であることを特徴とする請求項１４に記載の媒体。
16. 前記各島における前記基板に最も近いセルが、その島の他のセルの保磁力よりも大きい保磁力を有することを特徴とする請求項１に記載の媒体。
17. 更に、前記島の下の前記基板上に下地層を有することを特徴とする請求項１に記載の媒体。
18. 前記下地層が、ＮｉＦｅ、ＦｅＡｌＳｉ、ＦｅＴａＮ，ＦｅＮ，ＣｏＦｅＢ及びＣｏＺｒＮｂからなるグループから選ばれた材料の軟質透磁性下地層であることを特徴とする請求項１７に記載の媒体。
19. 前記島が、前記基板上に複数個の略同心円のトラック状に配置されることを特徴とする請求項１に記載の媒体。
20. 前記島が、前記基板上に相互に垂直な列の配列に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の媒体。
21. 基板と、前記基板上に間隙分離された複数個の磁性の島を有し、前記各島は少なくとも２個の積層された磁性セルを有し、前記各セルは（ａ）実質的に前記基板に対して垂直な磁気異方性と、（ｂ）その島の中の隣接セルの磁気モーメントとは実質的に非結合の磁気モーメント、及び（ｃ）その島の中の隣接セルの保磁力とは異なる保磁力と、を有することを特徴とするパターン状磁気記録媒体。
22. 前記各島が、さらに、隣接セルの磁気モーメントと非結合化するため隣接セル間に間隙層を有することを特徴とする請求項２１に記載の媒体。
23. 前記島が空隙によって間隙分離されていることを特徴とする請求項２１に記載の媒体。
24. 前記基板が複数個の柱にパターン化され、前記島が前記柱の上に形成されていることを特徴とする請求項２３に記載の媒体。
25. 前記島間の前記基板上に形成され実質的に垂直磁気異方性を有しない間隙材料によって前記島が間隙分離されていることを特徴とする請求項２１に記載の媒体。
26. 前記間隙材料が、非磁性体であることを特徴とする請求項２５に記載の媒体。
27. 前記各島に２個のセルのみが存在することを特徴とする請求項２１に記載の媒体。
28. 前記各セルが、ＣｏとＦｅからなるグループから選ばれた第１の材料と、ＰｔとＰｄとからなるグループから選ばれた第２の材料との交互層である複合層であり、その複合層が実質的に前記基板に対して垂直な磁気異方性を有することを特徴とする請求項２１に記載の媒体。
29. 前記各セルが、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ及びこれらの合金のうち１以上を含む強磁性材料で形成されていることを特徴とする請求項２１に記載の媒体。
30. 前記各セルが、前記基板に対して実質的に垂直な磁気結晶異方性を有するＣｏとＣｒとの合金を含む強磁性材料で形成されていることを特徴とする請求項２９に記載の媒体。
31. 前記各セルが、成長促進下地層上に直接形成されることを特徴とする請求項３０に記載の媒体。
32. 前記成長促進下地層が、Ｔｉ、ＴｉＣｒ、Ｃ、ＮｉＡｌ、ＳｉＯ_２及びＣｏＣｒからなるグループから選ばれた材料で形成され、ＣｏＣｒ下地層の場合は、Ｃｒは約３５−４０原子％であることを特徴とする請求項３１に記載の媒体。
33. 更に、前記島の下の前記基板上に下地層を有することを特徴とする請求項２１に記載の媒体。
34. 前記下地層が、ＮｉＦｅ、ＦｅＡｌＳｉ、ＦｅＴａＮ、ＦｅＮ、ＣｏＦｅＢ及びＣｏＺｒＮｂからなるグループから選ばれた材料の軟質透磁性下地層であることを特徴とする請求項２１に記載の媒体。
35. 前記媒体がディスクであり、前記島が前記基板上に複数個の略同心円のトラック状に配置されていることを特徴とする請求項２１に記載の媒体。
36. 前記島が、前記基板上に相互に垂直な列の配列に配置されていることを特徴とする請求項２１に記載の媒体。
    

Images