JP2005332474A - 熱アシスト磁気記録装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 耐熱性に優れ、低ノイズ化が実現できる熱アシスト磁気記録装置を提供する。
【解決手段】 磁性粒子間の交換結合相互作用が、常温（磁化を保存する温度）では記録層を構成する磁性粒子が結びついて磁化が熱的に安定となるように大きく、記録時には記録磁化遷移の傾きが急峻になるように、加熱によって減少するような磁気記録媒体を用いる。媒体のＭＨループの保磁力近傍における傾きを規格化した値Aは、常温で１．５≦A＜６．０であり、加熱するとおよそ１になる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高記録密度の情報記憶装置に関し、磁気記録媒体と、磁気記録媒体を加熱する手段を搭載した磁気記録再生用ヘッドを備えた、熱アシスト磁気記録装置に関する。
情報記憶システムの１つとして、コンピュータ等に装着されている磁気ディスク装置は、現代の膨大な情報化社会を支えるために高記録密度化が求められている。磁気ディスク装置の高記録密度化を実現するためには、磁気ディスクと磁気ヘッドの距離を狭めること、磁気記録媒体の磁性膜を構成する結晶粒径を微細化すること、磁気記録媒体の保磁力（異方性磁界）を増大させること、信号処理方法の高速化等が必要である。
磁気記録媒体において、結晶粒径を微細化することはノイズを低減することにつながるが、一方、粒子が熱的に不安定になるという問題が生じる。従って、結晶粒径を微細化して更に熱安定性も確保するためには、異方性エネルギーを大きくしなければならない。異方性エネルギーの増加、即ち、異方性磁界（保磁力）の増加は、記録に必要なヘッド磁界強度の増加も意味する。しかし、記録用ヘッドに使われる磁極材料の制限及び、磁気ディスクと磁気ヘッドの距離を狭めることの制限から、今後、高記録密度化に比例して異方性磁界を増大させることは困難である。
以上の問題を解決するために、光記録技術と磁気記録技術を結合したハイブリッド記録技術が提案され、注目を浴びている。例えば、Intermag2000 HA-04及びHA-06がある。ここで用いられている記録再生ヘッドは、媒体を加熱する機構を付加したものである。記録時には、印加磁界発生とともに媒体を加熱して、媒体保磁力を低減させる。これにより、従来の磁気ヘッドでは記録磁界強度が不足して記録が困難であった高保磁力の媒体も記録が容易になる。再生は、従来の磁気記録で用いられているＭＲ（磁気抵抗効果型）ヘッドを用いる。以上の記録方法を熱アシスト磁気記録と呼ぶ。
また、特開2001-344725号公報には、垂直磁気異方性を有し、粒子間磁気交換相互作用の大きさがほぼ零である第１の記録層の上に、垂直磁気異方性を有し、粒子間磁気交換相互作用が第１の記録層より大きい第２の記録層を積層した垂直磁気記録媒体が記録されている。特開2002-358616号公報には、基板上に、磁性体を含むベース層、非磁性体を含むスイッチング層、複数の磁性粒子及びそれらの間を埋める非磁性体壁を有する構造の記録層を順に形成し、ベース層のキュリー温度をTcB、記録層とベース層とが交換結合相互作用を及ぼし始める温度をTswとするとき、TcB＞Tswを満たすように、スイッチング層の厚さ及び記録層を形成する磁性粒子間の距離が設定されている磁気記録媒体が記載されている。特開平10-79307号公報には、磁気記録媒体となる磁性薄膜を構成する微結晶粒の粒界におけるＣｒ濃度を、２１〜２４ａｔ％の範囲とした磁気記録媒体が記載されている。
Intermag2000 HA-04, HA-06 特開2001-344725号公報 特開2002-358616号公報 特開平10-79307号公報
熱アシスト磁気記録では、磁気ヘッドと媒体の加熱機構を融合する技術とともに、熱アシスト磁気記録に最適な媒体の開発が重要である。従来の磁気ディスク装置で用いられてきたＣｏＣｒ合金媒体は、作製は容易であるが、記憶容量がテラビット級の超高記録密度を実現するためには、粒径を現状（９ｎｍ程度）よりも小さくする必要がある。例えば、磁化の反転間隔が１５ｎｍ程度の場合、粒径は３ｎｍ程度まで小さくすべきであると予想される。一方、熱揺らぎによる記録磁化の劣化を回避するためには、磁気異方性エネルギーＫｕと粒子の体積Ｖの積をボルツマン定数ｋと温度Ｔの積で割った値Ｋｕ・Ｖ／ｋ・Ｔは１００以上が好ましいことが知られている。これより、ＣｏＣｒ合金媒体で可能な最大異方性エネルギー５×１０５Ｊ／ｍ３（異方性磁界Ｈｋは１６００ｋＡ／ｍ）と一般的な膜厚２０ｎｍを用いても、粒径は７ｎｍ以下にすることはできない。従って、ＣｏＣｒ合金媒体を用いた通常の磁気記録方式では、超高記録密度を実現することは不可能であると考えられる。
ところで、耐熱性を高めるためには、粒子間の交換相互作用を強くして、粒子の磁化反転単位を大きくすればよいと考えられる。しかし、従来の磁気記録方法でこのような粒子の磁化反転単位が大きい媒体に記録を行えば、磁化遷移領域が乱れてノイズが増加してしまう。粒子間の交換相互作用を強くした媒体として、例えば、特開平10-79307号公報に、磁気記録媒体となる磁性薄膜を構成する微結晶粒の粒界におけるＣｒ濃度を、２１〜２４ａｔ％の範囲とした磁気記録媒体が記載されている。これは、ノイズの減少が目的であるため、粒子間効果相互作用の増加は粒子の磁化反転単位を増加させない程度に弱く、耐熱性は向上できないと考えられる。
一方、熱アシスト磁気記録の原理実験で主に使われている媒体材料は、光磁気記録装置に用いられているＴｂＦｅＣｏである。ＴｂＦｅＣｏは強い垂直磁気異方性を示し、結晶粒界に起因するようなノイズも少なく、更に連続的な組成調整が可能である。この点で、従来、磁気記録装置で用いられているＣｏＣｒ合金系の媒体よりも優れている。しかし、ＴｂＦｅＣｏは強い粒子間の交換相互作用を持つため、後述するAが非常に大きく、記録磁化は光のスポットよりも広がるので、高記録密度化には限界があると考えられる。また、ＴｂＦｅＣｏは常温において磁気補償点温度を有するため、磁化が小さくなることから、再生時にも熱を照射するなど再生方法にも工夫が必要である。
耐熱性を高めるための媒体として、例えば、特開2001-344725号公報や、熱アシスト磁気記録用媒体として、特開2002-358616号公報に記載されているように、例えばＣｏＣｒ系合金層とＴｂＦｅＣｏ層を、スパッタリング法により積層した媒体がある。これは、ＣｏＣｒ系合金層とＴｂＦｅＣｏ層を交換結合で結合し、記録層として一体化することで、粒子体積増大の効果を狙った媒体である。従って、ＴｂＦｅＣｏ層厚は磁性粒子が小さくなるに従い増大させなければならず、高記録密度では１０nm以上もの膜厚となりうる。しかし、ＴｂＦｅＣｏ層厚の増大とともにヘッドと軟磁性層間の距離も増大するため、ヘッド磁界強度は減衰しヘッド磁界分布はブロードになり、記録再生特性は劣化してしまうという問題が生じる。
以上のことから、熱アシスト磁気記録を効果的に利用するための媒体材料及び構造を探索することは重要な課題となっている。
本発明の目的は、熱アシスト磁気記録方式に最適な媒体を備えた、熱アシスト磁気記録装置を提供することである。
上記目的を達成するため、本発明の熱アシスト磁気記録装置は、磁性粒子間の交換結合相互作用が、常温（磁化を保存する温度）では記録層を構成する磁性粒子が結びついて磁化が熱的に安定となるように大きく、記録時には記録磁化遷移の傾きが急峻になるように、加熱によって減少するような磁気記録媒体を用いる。
また、本発明の熱アシスト磁気記録装置は、記録層の基板側に非晶質ＴｂＦｅＣｏ層、ＣｏＣｒ層、ＣｏＣｒとＰｔを積層した層、またはＣｏＣｒとＰｄを積層した層を有する磁気記録媒体を用いる。記録層の基板側に設ける上記層の膜厚は５ｎｍ以下とする。
本発明の熱アシスト磁気記録装置に用いた上記磁気記録媒体は、いずれも、ＭＨループの保磁力近傍における傾きを規格化した値Aが、常温（磁化を保存する温度Ｔ：−３０℃＜Ｔ＜８０℃）で１．５≦A＜６．０を満たしているが、加熱することにより媒体の温度が上昇して、ＭＨループのAは小さくなり、およそ１になる。ここで、Aは次式で定義される量である。
Figure 2005332474
本発明によれば、常温において交換相互作用が強く、加熱とともに減少する特性を持った媒体を用いることで、耐熱性に優れ、低ノイズ化が実現できる熱アシスト磁気記録装置を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図２は、本発明による磁気ディスク装置の構造を示す模式図である。磁気ディスク装置のドライブ内には通常一枚ないし数枚の磁気ディスク１５が実装されている。本発明の磁気ディスク１５は、軟磁性下地層と垂直磁気記録層を備える垂直磁気記録用の磁気ディスクであり、矢印１０の方向に回転駆動される。
拡大図（ａ）に示すように、キャリッジ１３の先端に固定された磁気ヘッドスライダー１１後端にある磁気ヘッド１２は、ボイスコイルモータ１４によって任意のトラックにアクセスし、磁気ディスク（媒体）上で情報の記録再生を行っている。拡大図（ｂ）は、磁気ヘッド１２について、記録を行う記録ヘッド１０１と再生を行う再生ヘッド１６の構成を媒体対向面から見た概略図である。記録ヘッド１０１は主磁極１００と補助磁極１０２とを備える垂直磁気記録用の単磁極型記録ヘッドであり、主磁極１００から漏れ出る磁界によって媒体１５に磁気記録が行われる。再生ヘッド１６は、磁気シールド１７と補助磁極を兼ねる磁気シールド１０２の間に配置される磁気抵抗効果素子からなる再生素子１８を備え、再生素子１８内に媒体１５からの漏れ磁束が流入することで、再生出力が得られる。
図３は、本発明による加熱手段を有した記録ヘッド／媒体系の構成例を示す図である。図は、記録ヘッド１０１及び磁気記録媒体１２０を、記録媒体面に垂直（図中の上下方向）かつトラック走行方向に平行な面で切断した場合における記録ヘッド周辺の断面構造を表している。
記録ヘッド１０１は主磁極１００と補助磁極１０２を有し、平板状の補助磁極１０２は記録媒体１２０に略直交するように形成されている。更にこの補助磁極１０２には、導体パターン１０３が螺旋状に形成され、その両終端は外部に引き出されて磁気ヘッド駆動回路に接続されている。主磁極１００は一端が補助磁極１０２に接続され、他端は記録ヘッド底面に至り、磁気記録媒体１２０に対向している。補助磁極１０２、主磁極１００及び導体パターン１０３は全体として電磁石を構成しており、駆動電流によって主磁極１００の先端部分近傍の磁気記録層１２１に記録磁界が印加される。
加熱手段としては、例えば、抵抗ヒーター１０４を、図に示すように主磁極に対し、ヘッド走行方向と反対側に、主磁極から離した位置に配置する。もしくは、主磁極に対しヘッド走行方向側に配置する。抵抗ヒーター１０４は、抵抗ヒーター周辺の媒体の広い範囲を加熱することができるため、主磁極から離して配置させても所望の位置を加熱することが可能となる。抵抗ヒーター１０４には電流を流すための電源線（図示せず）が接続されており、記録ヘッド１０２から外部に引き出されている。抵抗ヒーター１０４に電流が流れて加熱し、輻射熱で記録媒体を加熱する。
図４に、加熱手段と記録ヘッド／媒体系について、別の構成例を示す。記録ヘッド及び媒体は図３と同じである。加熱手段である抵抗ヒーター１０５は主磁極に隣接させる。これにより、特に加熱を必要とする主磁極直下を十分に加熱することが可能となる。
更に別の加熱手段としては、レーザ光をレンズで絞り込んで媒体に照射する方法、更にレーザ光をレンズで絞り込んだ後、金属散乱体に照射して加熱させる方法を用いてもよい。
更に別の加熱手段としては、主磁極と媒体間に電圧をかけて、電流を流し加熱させる方法を用いてもよい。
記録媒体１２０は、結晶化ガラス基板１２４上に軟磁性層１２３、非磁性中間層１２２、及びＣｏＣｒ合金磁気記録層１２１を、順にスパッタリング法により形成する。ここで、ＣｏＣｒ合金磁気記録層をスパッタリングするときの基板温度は５０℃から１５０℃の低温で形成する。非磁性中間層１２２は例えばＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒであり、磁気記録層１２１の結晶配向を制御するために設けられる。非磁性中間層１２２を形成する前に記録層の結晶粒径を制御するために、ＮｉＡｌやＮｉＴａなどを設けてもよい。軟磁性層１２３は、記録ヘッドと磁気的に結合することにより、記録磁界をより強く、より急峻にする働きをもつ。ＣｏＣｒ合金磁気記録層１２１としては、例えば、ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＰｔＴａ、ＣｏＣｒＰｔＢ等を用いることができる。記録層１２１の膜厚は、記録ヘッドと軟磁性層１２３とが磁気的な結合をするためには、２０ｎｍ以下が望ましい。
図５は、磁気記録層作製時の基板温度とターゲットのＣｒ濃度、及び作製された記録層の粒界に存在するＣｒ濃度との関係を示す図である。媒体は、ガラス基板上に、軟磁性層としてパーマロイを１００ｎｍ、非磁性中間層としてＲｕを２０ｎｍ積層した後、基板温度を１０℃から３５０℃まで変えて、ＣｏＣｒＰｔ記録層を２０ｎｍ積層した。本作製媒体は、Ｘ線回折等により、膜面垂直方向に磁化容易軸を有する垂直磁化膜であることが観測された。また、ＴＥＭ観察により、結晶粒子は柱状であることを確認した。次に、磁気記録層の微視的な組成分布を調べるために高分解能のエネルギー分散Ｘ線分光検出器（ＥＤＸ：Energy Dispersive X-ray Spectroscopy）付き透過電子顕微鏡を用いることにより、結晶粒界のＣｒ元素の濃度を測定した。測定は、空間分解能は１ｎｍのＥＤＸを用いて、結晶粒子の境界部に電子線をあてて、Ｃｒの含有率を求めた。図より、基板温度の増加に比例して、粒界のＣｒ濃度が増加することがわかった。
図６は媒体の磁性粒子１３０と粒界１３１の模式図であり、Ｃｒ濃度を本発明（ａ）と従来の媒体（ｂ）で比較して示した。基板温度が５０℃以上１５０℃以下である本発明（図６（ａ））の場合、結晶粒界のＣｒ組成濃度は１５〜２０ａｔ％となる。これは、同図（ｂ）に示す基板温度が２５０℃以上とした従来の垂直媒体の結晶粒界のＣｒ組成濃度３０〜４０ａｔ％に比べてはるかに低濃度である。即ち、従来の垂直磁気記録媒体は、粒界１３１のＣｒ濃度を増加させて磁性粒子１３０間の交換エネルギーをほぼ０にする目的で作製されているのに対し、本発明の垂直磁気記録媒体は、磁性粒子間の交換エネルギーを増大させて、磁気的な交換相互作用を強くすることを目的として作製された。
図７は、このようにして作製した媒体の室温における磁化Ｍ−磁界Ｈ曲線（ＭＨループ）の一例を示す図である。基板温度は１５０℃で作製した。磁化測定は、測定試料を振動させることによって発生する交流磁界を検出する方式（ＶＳＭ測定）や磁化量に対応して反射光の偏光角が傾く現象を利用する光学的方式（Kerr効果）を用いるとよい。測定の結果、Aは約２．０となった。粒子間の交換エネルギーが０であれば、Aはほぼ１となり、交換相互作用が強まるほどAは大きくなる。ここで、図７に示すように、ＭＨループにおいて、飽和磁化Ｍｓの±５０％値を結ぶ直線の傾きをΔＭ／ΔＨ、真空の透磁率（４π×１０−７［Ｈ／ｍ］）をμ０とする時、以下の式によってAの値を求めた。
A＝（ΔＭ／μ０）／ΔＨ
次に、この媒体を加熱してＭＨループを測定した。加熱温度は０℃から３００℃まで変化させた。図８は、Aと加熱温度の関係を示した図である。図８より、温度が上昇するに従い、Aは減少することがわかった。即ち、加熱することにより、磁性粒子間の交換相互作用が減少して、２３０℃以上では、ほぼ交換相互作用が０になることがわかった。
従って、本発明による熱アシスト磁気記録装置を用いることにより、常温では粒子間の交換相互作用が強いため耐熱性に優れ、記録時には、主磁極１００によって記録磁界が印加されると同時に、磁気記録層１２１が加熱されるので、粒子間の交換相互作用が小さくなり、急峻な磁化遷移をもった記録磁化パターンが形成されることが可能となる。
磁気記録層１２１に記録された情報の再生は、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子、又はＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）素子等の磁束検出手段を搭載した再生ヘッドを用いて、磁気記録層からの漏洩磁束を検出することにより磁気的に情報の再生を行う。あるいは、記録媒体のKerr効果及びFaraday効果を利用した光学的磁束検出手段を搭載した再生ヘッドを用いて光学的に再生してもよい。
以下に、本発明の効果を、マイクロマグネティクスを用いた計算機シミュレーションによって示す。計算は、以下に示すLandau-Lifshitz-Gilbert方程式に、熱エネルギーによる磁界ｈ(ｔ)を加えたLangevin方程式を用いた（J.Appl.Phys.75(2),15 Jan.1994）。
Figure 2005332474
ここで、Ｍは粒子の磁化、ｔは時間、Ｈｅｆｆは実効磁界、γはジャイロ磁気定数、αはGilbertのダンピング定数（消衰定数）、Ｍｓは飽和磁化、ｈ(ｔ)は熱揺らぎによる実効的な磁界、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度、Ｖは粒子の体積、δ(τ)はDiracのデルタ関数、τは時間ステップである。δｉｊはKronecker deltaで、ｉ，ｊは磁界の成分（ｘ，ｙ，ｚ）である。＜＞は時間平均である。
式（２）、（３）より、各粒子に印加されるｈ（ｔ）の大きさは、平均が０、（２）式の右辺の係数（２ｋＴα／γＶＭｓ）を分散とするガウス分布に従うとし、その方向はランダムなベクトルであるとした。また、（２）式より、δ(τ)は、時間ステップの逆数とし、時間刻みごとに、粒子に加わる熱揺らぎによる実効磁界の大きさが変化するとした。記録ヘッドの主磁極は、トラック走行方向の磁極厚さが４００ｎｍ、トラック幅方向の磁極幅は１００ｎｍとした。主磁極と媒体間の空隙は１５ｎｍとした。加熱手段である抵抗ヒーターは、主磁極に隣接させて主磁極直下を温める方法とした。
ヘッド磁界は、市販の積分要素法を用いた三次元ヘッド磁界解析プログラムMAGICを用いて解析した。ヘッド磁界は最大９６０ｋＡ／ｍである。熱プロファイルは有限要素法を用いて熱拡散方程式を解くことによって求めた。また、熱エネルギーは膜厚方向に均等に吸収されると仮定した。入射パワー１ｍＷで４ｎｓ加熱した結果、加熱温度Ｔは２００℃となった。再生出力はＭＲヘッドの感度分布をリングヘッドの相反定理の式に代入して求めた（松本光功：磁気記録（共立出版、東京、１９７７））。再生条件は、シールド間距離Ｇｓ＝０．０６μｍ、再生トラック幅Ｔｗｒ＝８０ｎｍとした。
図９は、異方性磁界Ｈｋと飽和磁化Ｍｓの温度依存性を示す図である。異方性磁界は温度が４０℃増加すると１５％減少し、飽和磁化は５％減少するとした（IEEE Trans. Magn., vol. 34 , pp. 1558-1560, 1998）。この図より、上記加熱手段による加熱温度Ｔ＝２００℃では（室温を２０℃とする）、異方性磁界Ｈｋは４００ｋＡ／ｍ程度にまで減少する。
図１は、粒子サイズ＝３ｎｍ、記録膜厚＝２０ｎｍ（粒径Dgrainと膜厚ｔの比Dgrain／ｔは約０．１５）、Ｈｋ＝１６００ｋＡ／ｍの媒体に上記加熱手段により２００℃で媒体を暖めて記録を行い、１０年間放置した場合の出力残存率とAの関係を求めたシミュレーションの結果を示す図である。記録磁化パターンは、磁化の反転間隔を５０ｎｍとして、媒体膜厚方向に上向きと下向きに交互に記録した（以後、磁化の反転間隔を記録ビット長と呼ぶ）。これより、Aが増加するに従い、出力残存率は増大し、Aが１．５以上では熱減磁がおこらないことが明らかになった。即ちAが１．５以上の媒体が耐熱性に優れた媒体であることがわかった。同様の計算をDgrain／ｔを０．１５以上１．０まで変えて計算を行ったが、図１と同様にAが１．５以上では熱減磁がおこらないことがわかった。ここで、Dgrain／ｔを０．１５から１．０までの範囲で調べた理由は、次の通りである。Dgrainとｔの比は、小さくなるに従い磁化は不均一な回転を起こして熱的に不安定になるため、Dgrain／ｔは０．１５以上が望ましい（IEEE Trans. Magn. Vol. 39, no.5, Sep. 2003）。また、垂直磁気記録のメカニズムより、膜厚は粒径より大きい方が、急峻な磁化反転が得られる上に熱的にも安定であるため、Dgrain／ｔは１．０以下が望ましい。
Aが１．５以上で熱減磁がおこらない理由を以下に説明する。図１０は、粒径Dgrainと膜厚ｔの比Dgrain／ｔが０．１５、０．４、１．０の場合における磁性粒子間の表面交換エネルギーＪ（Ｊ／ｍ２）とAの関係を示している。これより、Dgrain／ｔが０．１５以上の時、Aが１．５以上となるためには、Ｊは少なくとも０．１３×１０−３Ｊ／ｍ２となることがわかった。即ち、従来のＣｏＣｒ系合金媒体は、Ｊがほぼ０であることを考えると、本発明の媒体は、０．１３×１０−３Ｊ／ｍ２以上のかなり強い交換相互作用が磁性粒子間に働いていることがわかった。磁性粒子間の交換相互作用が強くなるに従い磁性粒子の磁化反転単位が大きくなるため、Aが１．５以上では熱減磁が起きなくなると考えられる。
以上の結果に示されるように、磁性粒子間の交換相互作用が強いほど耐熱減磁性は高いが、一方、従来の磁気記録では、磁性粒子間の交換相互作用が強いほどノイズも増加することが知られている。しかし、本発明を用いて、媒体の交換相互作用が十分に低下する温度で記録を行えば、急峻な磁化遷移が得られ、ノイズの低下を図ることが可能である。
図１１は記録ビット長が１５０ｎｍの再生出力ＳＬＦと、記録ビット長が２５ｎｍのノイズＮＨＦの比を、従来の磁気記録方式と本発明の熱アシスト磁気記録方式において加熱温度Ｔを変えて比較計算した結果である。Dgrain／ｔは０．１５である。媒体の粒径及びＨｋは図１と同じである。これより、従来の磁気記録方式では、Aの増加とともにＳＬＦ／ＮＨＦが低下し始めるのに対し、本発明では、加熱温度を上げるに従いＳＬＦ／ＮＨＦは向上し、加熱温度が４００℃では、A＝６までは、ＳＬＦ／ＮＨＦは減少しないことがわかった。これは、記録時に加熱することにより磁性粒子間の交換相互エネルギーがほぼ０になるためである。なお、Dgrain／ｔが０．４と１．０以下の時にもA＝６までは、ＳＬＦ／ＮＨＦは減少しないこと確認している。
なお、本実施例の媒体は、図９に示したように、交換相互作用が温度の増加とともにほぼ直線的に減少する特性を有するが、加熱温度において、急速に交換相互作用が低下するような媒体材料を選ぶことにより、粒子の磁化が冷却の途中で交換相互作用のために反転してしまうことを防ぐことができるため、なお好ましい。
図１２にDgrain／ｔが０．１５、０．４、１．０の場合について、結晶粒界のＣｒ量とAの関係を示す。これより、Aを１．５以上にするためには、Ｃｒ量は２０ａｔ％以下とすべきであることがわかった。また、ヒーターの加熱温度の限界を考えると４００℃以上に加熱することは不可能となる。図１１から、Ｔ＝４００℃以下で、ＳＬＦ／ＮＨＦが劣化しないためにはAは６．０未満でなければならない。図より、Dgrain／ｔが０．１５の時は、Ｃｒ量は１５ａｔ％以上必要であることがわかった。また、Dgrain／ｔが０．４と１．０の時は、Ｃｒ量は１５ａｔ％近傍になると急激にＡが６．０近傍まで増加する。従って、Dgrain／ｔが０．４と１．０の時においてもＡを６．０以下にするためにはＣｒ量は１５ａｔ％以上必要であることがわかった。以上より、粒間のＣｒ量は１５ａｔ％以上２０ａｔ％以下であれば良いことがわかった。
次に、実際に実験を行った結果を示す。媒体は、ガラス基板上に、軟磁性層としてパーマロイを１００ｎｍ、非磁性中間層としてＲｕを２０ｎｍ積層した後、基板温度を１５０℃、ターゲットのＣｒ濃度２０ａｔ％としてＣｏＣｒＰｔ記録層を２０ｎｍ積層した本発明の媒体と、基板温度を２８０℃、ターゲットのＣｒ濃度１５ａｔ％としてＣｏＣｒＰｔ記録層を２０ｎｍ積層した従来の媒体の２種類を作製した。各層形成時のアルゴン（Ａｒ）ガス圧はすべて０．９Ｐａとした。作製した２種類の媒体を磁気光学Kerr効果によりＭＨループからAを求めると、それぞれAは２．０と１．０となった。次にこれらの媒体について、粒子間交換結合エネルギーを、活性化体積を利用して次のようにして求めた。
媒体垂直方向に、１テスラを超える正の大きな磁界を印加して十分磁化を飽和（飽和磁化Ｍｓ）させた後、一定の割合（Ｒ１：例えば５００００（Ａ／ｍ）／ｓ）で磁界を減少させていき、負の大きな磁界に達するまで連続的に磁化測定（磁化曲線１）を行う。更に、異なる磁界減少の割合（Ｒ２：例えば５０００（Ａ／ｍ）／ｓ）で、先ほどと同様の磁化測定（磁化曲線２）を行い、図１３を得る。次に、磁化曲線１と磁化曲線２において、０．９×Ｍｓ、０、−０．９×Ｍｓの３種類の異なる磁化レベルを与える磁界の差をｄＨｐ、ｄＨｚ、ｄＨｍとすると、式
ｈ＝ｄＨｚ×（ｄＨｍ−ｄＨｐ）／（４×ｄＨｐ×ｄＨｍ）
より求めた規格化磁界ｈを用いて、粒子間界面交換結合エネルギーＪは、
Ｊ＝（ｈ×Ｋｕ＋Ｍｓ２×１０７／（８π））×（Ｖｚ／（π×ｔ））０．５
で与えられる。ここで、Ｋｕは異方性エネルギーで磁気トルク測定から得られたものを、ｔは記録層厚で断面ＴＥＭ像から得られたものを用いるとよい。また、活性化体積Ｖｚは、ｄＨｚを用いて、
Ｖｚ＝ｋ×Ｔ×ｌｎ（Ｒ１／Ｒ２）／（Ｍｓ×ｄＨｚ）
より求めた。ここでｋはボルツマン定数，Ｔは絶対温度である。
図１４は、本方式で求めたＣｏＣｒＰｔ合金薄膜の２５℃における粒子間界面交換結合エネルギーＪを粒子境界Ｃｒ濃度に対して示したものである。Ｊは粒子境界Ｃｒ濃度の増大とともに減少しており、Ｃｒ濃度が２０ａｔ％より大きくなると０．１３×１０−３Ｊ／ｍ２より小さくなっている。粒子境界Ｃｒ濃度の測定には、加速電圧３ｋＶ、ビーム径０．５ｎｍの電子線を用いたオージェ電子分光を用いた。
磁気記録層生成時の基板温度１５０℃で作製した本発明の媒体はＣｒ濃度が１９ａｔ％であり、図から交換結合エネルギーは０．２×１０−３Ｊ／ｍ２であることがわかった。また、基板温度２８０℃で作製した従来の媒体はＣｒ濃度が３５ａｔ％であり、図から交換結合エネルギーは０であることがわかった。
更に、基板温度１５０℃で作製した本発明の媒体と基板温度２８０℃で作製した従来の媒体について、残留磁化の時間依存性を測定した結果、本発明の媒体は、１００時間常温で放置しても再生出力の劣化は見られなかった。一方、従来の媒体は１００時間後に磁化は８０％まで低下した。
以上より、常温では粒子間の交換相互作用は強いが、加熱によって弱まり、記録温度でほぼ消失する（完全に消失するよりも、若干交換相互作用は残っている方が良い）特性を持つ媒体を、熱アシスト磁気記録装置に適用することで、低ノイズかつ耐熱性に優れた熱アシスト磁気記録装置を提供することができる。
次に、本発明の第２の実施例について説明する。第２の実施例における加熱手段、記録ヘッド及び再生ヘッドの構造は、図３及び図４に示した実施例と同じである。図１５（ａ）、（ｂ）に、第２の実施例で用いる媒体の模式図を示す。
図１５（ａ）で示す磁気記録媒体１２０は、結晶化ガラス基板１２４上に軟磁性層１２３を２００nm、第一の非磁性中間層１２２を１５nm、と順にスパッタリング法により積層した後、ＴｂＦｅＣｏ等の非晶質層またはＣｏＣｒ層またはＣｏ（０．３ｎｍ）とＰｄ（０．７ｎｍ）を５層積層した層を第２の中間層１２５として、厚さ５ｎｍ以下で積層し、その上に磁気記録層として、例えばＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＰｔＢ等のＣｏＣｒ合金磁気記録層１２１を２０nm形成する。ここで、ＣｏＣｒ合金磁気記録層１２１をスパッタリングするときの基板温度は、従来用いられている２５０℃から３００℃の高温とする。図５より、基板温度２５０℃から３２０℃では、媒体の磁性粒子間のＣｒ濃度は３０ａｔ％以上４０ａｔ％以下になる。図１４より、Ｃｒ濃度が３０ａｔ％以上の時、磁性粒子間の交換相互作用は０となる。ここで、基板温度を３５０℃以上にした場合、媒体が第２の中間層のキュリー点は記録時の温度と一致するかもしくは、若干記録時の温度より大きいほうがよい。
本実施例の媒体は、常温では、第２の中間層の磁気モーメント間の交換相互作用が強いため、第２の中間層と記録層が磁気的に結合することにより、粒子間の交換相互作用が大きい第１の実施例と同様の磁気特性が得られる。即ち、Aが非常に大きくなる。従って、本実施例の媒体は、常温では熱的に安定となる。記録時には、媒体を加熱するため、第２の中間層の磁気モーメント間の交換相互作用は消失する。従って、媒体は粒間の交換相互作用が小さい媒体と同様に、ノイズの低い良好な記録再生特性が得られる。ここで、第２の中間層の磁気モーメント間の交換相互作用はまったく消失するよりも、若干交換相互作用が働く方が、磁化遷移が急峻となり、より低ノイズ化が図れる。従って、ＴｂＦｅＣｏのキュリー点は記録時の温度より若干大きい方がよい。
次にＴｂＦｅＣｏの膜厚について考える。本熱アシスト磁気記録ヘッドで用いた記録ヘッドのヘッド磁界強度は、記録層中心で９６０ｋＡ／ｍ程度である。良好な記録再生特性を得るためには、異方性磁界は記録層中心のヘッド磁界強度まで下げなければいけない。従って、図９より媒体の加熱温度は１５０度以上にすればよい。即ち、加熱温度を１５０度以上にした時に、第２の中間層の磁気モーメント間の交換相互作用が失われるような膜厚を考えればよい。交換相互作用は保磁力と比例関係があることから、ＴｂＦｅＣｏ層に熱を加えた時の保磁力の膜厚依存性を測定した。結果を図１６に示す。加熱温度が１５０度以上で交換相互作用が０になる膜厚は、保磁力が０になる膜厚である。図１６より、第２の中間層１２５の膜厚は、５ｎｍ以下が望ましい。ただし、常温において保磁力を得るためには、少なくとも１ｎｍ以上必要である。
本発明の媒体をKerr効果測定装置を用いてＭＨループを測定した結果、Aは１．５となることが確認された。次に、この媒体を加熱してＭＨループを測定した。加熱温度は０℃から３００℃まで変化させた。図１７は、Aと加熱温度の関係を示した図である。図１７より、温度が上昇するに従い、Aは減少することがわかった。即ち、加熱することにより、磁性粒子間の交換相互作用が減少して、２００℃以上では、ほぼ交換相互作用が０になることがわかった。
図１８は、図４の手段を用い、２００℃で本発明の媒体を暖めて記録を行い、１０年間放置した場合の出力残存率とAの関係を求めたシミュレーションの結果を示す図である。記録層は、粒子サイズ＝３ｎｍ、記録膜厚＝２０ｎｍ（粒径Dgrainと膜厚ｔの比Dgrain／ｔは約０．１５）、Ｈｋ＝１６００ｋＡ／ｍとした。第２の中間層は、膜厚５nm、飽和磁化Ｍｓ＝０．２５Ｔ，Ku=４×１０５Ｊ／ｍ３の層として、記録層下に設けた。また、Msは温度の増加とともに減少していき補償温度を８０℃とした。記録磁化パターンは、磁化の反転間隔を５０ｎｍとして、媒体膜厚方向に上向きと下向きに交互に記録した。これより、Aが増加するに従い、出力残存率は増大し、Aが１．５以上では熱減磁がおこらないことが明らかになった。即ちAが１．５以上の媒体が耐熱性に優れた媒体であることがわかった。同様の計算をDgrain／ｔを０．１５以上１．０まで変えて計算を行ったが、図１と同様にAが１．５以上では熱減磁がおこらないことがわかった。
図１９は、媒体を４００℃まで暖めて、記録した時のＳＬＦ／ＮＨＦのＡ依存性である。これより、Ａが６以下であれば、ＳＬＦ／ＮＨＦは劣化しないことがわかった。
記録層とＴｂＦｅＣｏを直接、スパッタリング法により積層した媒体として、特開2001-344725号公報に記載された媒体がある。これは、ＴｂＦｅＣｏを記録層として用いているために、１０ｎｍの厚さを必要としており、異方性エネルギーはＣｏＣｒ合金よりも高いことは明らかである。従って、ＴｂＦｅＣｏは記録層の上に積層して、記録層よりも記録ヘッドに近づける必要がある。これは、ＴｂＦｅＣｏを記録するために大きな記録磁界を要するためである。本発明においては、ＴｂＦｅＣｏは記録層としての機能は持たないので、膜厚は５ｎｍ以下と薄く、異方性エネルギーも小さい点で上記公知の媒体とは異なる。
また、熱アシスト磁気記録装置において、ＴｂＦｅＣｏに直接記録層をスパッタリング法により積層した媒体として特開2002-358616号公報に記載された媒体があるが、この場合は、ＴｂＦｅＣｏのキュリー点が記録時の温度よりも低いところが本発明と異なる。また、本発明は前記したように、ＴｂＦｅＣｏは記録層としての機能は持たないのに対し、この公報記載の媒体のＴｂＦｅＣｏは、常温では記録層として働く。従って、公知例に従来の媒体条件（粒径３．０ｎｍ、記録層膜厚２０ｎｍ、異方性エネルギー５×１０５Ｊ／ｍ３）を適用すると、例えばＫｕＶ／ｋＴ＝６０以上を得ようとした場合、５０ｎｍ以上のＴｂＦｅＣｏの膜厚が必要となってしまうが、本発明ではＴｂＦｅＣｏの膜厚は５ｎｍ以下である点が公知例と異なる。
別の実施例として、図１５（ｂ）は（ａ）で示した媒体と同様に、ＴｂＦｅＣｏ層１２５まで積層した後、磁気記録層１２１との間に、ＣｏＣｒ層１２６を２〜３ nm程度積層した媒体である。ＣｏＣｒ層は２〜３nmにする理由は、２nm以下では結晶の格子不整合がおこり、３nm以上では、ＣｏＣｒ層は、磁気記録層１２１の結晶配向性を高める効果があるからである。
本発明の第１の実施例における１０年後の再生出力残存率とAの関係を示す図。 本発明による磁気ディスク装置の構造を示す模式図。 本発明による記録ヘッドの構成例を示す図。 本発明による記録ヘッドの他の構成例を示す図。 磁気記録媒体のターゲットのＣｒ濃度及び粒界Ｃｒ濃度と記録層作成時の基板温度との関係を示す図。 媒体の磁性粒子と粒界の模式図。 磁気記録媒体のＭＨループを示す図。 本発明の第１の実施例におけるＭＨループの傾きAと温度との関係を示す図。 異方性磁界Ｈｋと飽和磁化Ｍｓの温度依存性を示す図。 磁性粒子間の表面交換エネルギーとAの関係を示す図。 本発明の第１の実施例におけるＭＨループの傾きAとＳＬＦ／ＮＨＦの関係を示す図。 本発明の第１の実施例におけるＭＨループの傾きAと記録層の磁性粒界のＣｒ濃度との関係を示す図。 減少磁界割合を変えた場合の磁化曲線の比較を示す図。 粒子間の交換結合エネルギーＪと磁性粒界Ｃｒ濃度との関係を示す図。 本発明による磁気記録媒体の第２の実施例を示す模式図。 ＴｂＦｅＣｏ層の加熱温度を変えた時の保磁力と膜厚の関係を示す図。 本発明の第２の実施例におけるＭＨループの傾きAと温度との関係を示す図。 本発明の第２の実施例における１０年後の再生出力残存率とAの関係を示す図。 本発明の第２の実施例において、ヒーター温度４００℃時で、記録した時のＳＬＦ／ＮＨＦのＡ依存性を示す図。
符号の説明
１１…磁気ヘッドスライダー
１２…磁気ヘッド
１３…キャリッジ
１４…ボイスコイルモータ
１５…磁気ディスク
１６…再生ヘッド
１７…下部シールド
１８…再生素子
１００…主磁極
１０１…記録ヘッド
１０２…補助磁極
１０３…導体パターン
１０４…抵抗ヒーター
１０５…抵抗ヒーター
１２０…磁気記録媒体
１２１…磁気記録層
１２２…中間層
１２３…軟磁性層
１２４…ガラス基板
１２５…非晶質合金層
１２６…ＣｏＣｒ層
１３０…磁性粒子
１３１…粒界

Claims (11)

  1. 磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体に磁界を印加する磁極と、前記磁気記録媒体の磁界印加領域を加熱する加熱手段とを有する熱アシスト磁気記録装置において、
    前記磁気記録媒体は、基板と前記基板上に形成された記録層とを有し、前記記録層は硬磁性層であり、前記硬磁性層を構成する磁性粒子間の交換結合エネルギーは、常温では、前記磁性粒子の磁化が熱的に安定となるように大きく、記録時には、記録磁化遷移の傾きを急峻にするために、加熱により減少することを特徴とする熱アシスト磁気記録装置。
  2. 請求項１記載の熱アシスト磁気記録装置において、前記硬磁性層の磁化Ｍと磁界Ｈの関係を表すＭＨループにおいて、保磁力近傍における前記ＭＨループの傾きを規格化した下記Aの値が、常温で１．５以上６未満であることを特徴とする熱アシスト磁気記録装置。
    Figure 2005332474
  3. 請求項１記載の熱アシスト磁気記録装置において、記録時には、前記磁気記録媒体の磁界印加領域のAが前記加熱手段による加熱により略１となることを特徴とする熱アシスト磁気記録装置。
  4. 請求項１記載の熱アシスト磁気記録装置において、前記磁性粒子間の交換結合エネルギーが常温で０．１３×１０−３Ｊ／ｍ２以上であることを特徴とする熱アシスト磁気記録装置。
  5. 請求項１記載の熱アシスト磁気記録装置において、前記記録層は前記磁性粒子と粒界から構成されるＣｏＣｒ系合金層であり、前記粒界のＣｒ濃度が１５〜２０ａｔ％であることを特徴とする熱アシスト磁気記録装置。
  6. 磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体に磁界を印加する磁極と、前記磁気記録媒体の磁界印加領域を加熱する加熱手段とを有する熱アシスト磁気記録装置において、
    前記磁気記録媒体は、基板と前記基板上に形成された記録層を有し、前記記録層は磁性粒子と粒界から構成されるＣｏＣｒ系合金層であって前記粒界のＣｒ濃度が１５〜２０ａｔ％であり、
    前記硬磁性の磁化Ｍと磁界Ｈの関係を表すＭＨループにおいて、保磁力近傍における前記ＭＨループの傾きを規格化した下記Aの値が、常温で１．５以上６未満であることを特徴とする熱アシスト磁気記録装置。
    Figure 2005332474
  7. 請求項６記載の熱アシスト磁気記録装置において、記録時には、前記磁気記録媒体の磁界印加領域のAが前記加熱手段による加熱により略１となることを特徴とする熱アシスト磁気記録装置。
  8. 請求項６記載の熱アシスト磁気記録装置において、前記磁性粒子間の交換結合エネルギーが常温で０．１３×１０−３Ｊ／ｍ２以上であることを特徴とする熱アシスト磁気記録装置。
  9. 磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体に磁界を印加する磁極と、前記磁気記録媒体の磁界印加領域を加熱する手段を有する熱アシスト磁気記録装置において、
    前記磁気記録媒体は、基板と前記基板上に形成された記録層を有し、前記記録層は磁性粒子と粒界から構成されるＣｏＣｒ系合金層であって前記粒界のＣｒ濃度が３０〜４０ａｔ％であり、
    前記記録層の前記基板側に、膜厚が５ｎｍ以下の非晶質ＴｂＦｅＣｏ層、ＣｏＣｒ層、ＣｏＣｒとＰｔを積層した層、またはＣｏＣｒとＰｄを積層した層が設けられていることを特徴とする熱アシスト磁気記録装置。
  10. 請求項９記載の熱アシスト磁気記録装置において、前記記録層の磁化Ｍと磁界Ｈの関係を表すＭＨループにおいて、保磁力近傍における前記ＭＨループの傾きを規格化した下記Aの値が、常温で１．５以上６未満であることを特徴とする熱アシスト磁気記録装置。
    Figure 2005332474
  11. 請求項９記載の熱アシスト磁気記録装置において、記録時には、前記磁気記録媒体の磁界印加領域のAが前記加熱手段による加熱により略１となることを特徴とする熱アシスト磁気記録装置。
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