JP2006012249A - 近接場光を用いた熱アシスト磁気記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐熱性に優れ、低ノイズ化が実現できる近接場光を用いた熱アシスト磁気記録装置を提供する。
【解決手段】 常温において交換結合エネルギーが強く、加熱とともに交換結合エネルギーが減少する特性を持った媒体を、近接場光を用いた熱アシスト磁気記録装置に搭載する。
【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、磁気記録媒体を近接場光によって加熱する手段を搭載する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。ここで、光による加熱機構は、従来、光記録で用いられているレーザ光をレンズにより絞りこむ方法を用いる。しかし、磁気ディスク装置の高記録密度化には、微小な加熱領域の速やかな加熱・冷却が必要であるため、従来の方法では限界が生じる。これを解決する方法として、近接場光を発生させる方法が提案され、研究が行われてきた（Optics Japan 2002 Extended Abstracts, 3pA6(2002)、特開2003-45004号公報等）。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、粒子間磁気交換エネルギー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、粒子間磁気交換エネルギーが第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 Optics Japan 2002 Extended Abstracts, 3pA6(2002) 特開2003-45004号公報 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K_u・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H_k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、粒子間の磁気的な交換相互作用（エネルギー）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。粒子間の交換エネルギー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エネルギーを持つため、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、近接場光による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本発明の第1の熱アシスト磁気記録装置は、磁気記録媒体と、磁気記録媒体に磁界を印加する磁極と、磁気記録媒体の磁界印加領域を近接場光によって加熱する加熱手段とを備え、磁気記録媒体は基板と基板上に形成された硬磁性の記録層を有し、記録層を構成する磁性粒子間の交換結合エネルギーは常温（磁化を保存する温度）では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、加熱手段によって記録層を加熱して、磁性粒子間の交換エネルギーを減少させる。

また、本発明の第2の熱アシスト磁気記録装置は、磁気記録媒体と、磁気記録媒体に磁界を印加する磁極と、磁気記録媒体の磁界印加領域を近接場光によって加熱する加熱手段とを備え、磁気記録媒体は基板と基板上に形成された硬磁性の記録層を有し、記録層を構成する磁性粒子間の交換結合エネルギーはほぼ０であり、記録層の基板側にはTbFeCo等の非晶質層、CoCr層、CoCrとPtを積層した層、又はCoCrとPdを積層した層からなる中間層が設けられている。常温（磁化を保存する温度）では、記録層と磁気的に結合している中間層は、磁気モーメント間の交換エネルギーが強いため、本磁気記録媒体は熱的に安定である。一方、記録時には、中間層が加熱手段によって加熱されて中間層の磁気モーメント間の交換エネルギーが消失するため、媒体は粒子間の交換エネルギーが小さい媒体と同様に、ノイズに低い良好な記録再生特性が得られる。

上記２形態の熱アシスト磁気記録装置に用いた磁気記録媒体は、いずれも当該磁気記録媒体のMHループの保磁力近傍における傾きを規格化した値Aが、常に6.0≦Aを満たしているが、磁気記録媒体を加熱することにより媒体の温度が上昇して、MHループの傾きAが小さくなり、およそ1になることを特徴とする。ここで、MHループの傾きAは、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とした時、以下の式から求められる。
A = (ΔM/μ₀)/ΔH
上式はまた、次式のように表すこともできる。

本発明によれば、常温において媒体粒子間の磁気的な交換エネルギーが強く、加熱とともに減少する特性を持った媒体を熱アシスト磁気記録装置に搭載することで、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102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102は主磁極100と補助磁極103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103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102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102は主磁極100と補助磁極103を有し、平板状の補助磁極103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103には、導体パターン104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103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103、主磁極100及び導体パターン104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。

発熱手段は、光源である平面レーザ113から放射されたレーザ光106をホログラム・レンズ105によって集束させ、金属散乱体112に照射して近接場光を発生させる。上記光照射手段によって発生した近接場光が記録ヘッドの主磁極100の近傍を熱することにより熱アシストの効果が得られる。近接場光は、主磁極のヘッド走行方向側であるヘッドリーディングエッジ101-aに照射してもよいが、反対側であるヘッドトレーリングエッジ101-bに照射することにより、より高い出力が得られる。

別の発熱手段を図４に示す。例えば、磁気ヘッドスライダー上に設けた、半導体レーザ106から出射したレーザ光108は、ホログラム・レンズ107により集束され、ポリイミド層109を介して主磁極100の反対側に接合された反射ミラー110及び111によって、磁気記録媒体120に対して垂直方向に導かれ、磁気記録媒体120に照射される。ここで、半導体レーザ106から出射したレーザ光108は、フォトニック結晶導波路を用いて磁気記録媒体120まで導いてもよい（図示せず）。

記録媒体120は、垂直磁気記録用媒体を例として説明する。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時の基板温度は、50 ℃を超えないように冷却機構を用いて制御する。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が磁気的な結合するためには、最大でも20 nm、望ましくは15 nm以下が良い。

図５は、磁気記録層生成時の基板温度とCr濃度の関係を示した図である。記録媒体は、ガラス基板上に、軟磁性層としてパーマロイを100 nm、非磁性中間層としてRuを20 nm積層した後、基板温度１0 ℃から350 ℃まで変えて、CoCrPt記録層を15 nm積層した。

作製された媒体の磁気記録層は、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。結晶粒界Cr濃度の測定には、電子線を用いたオージェ電子分光を用いてもよい。これより、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は媒体の磁性粒子と粒界を模式化した図であり、Cr濃度を本発明(a)と従来の媒体(b)で比較した。基板温度が50 ℃以下の場合（図６(a)）、結晶粒界131のCr組成濃度は15at%以下である。これは、同図(b)に示す基板温度を250 ℃以上とした従来の垂直媒体の結晶粒界のCr組成濃度30〜40 at%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、本発明の媒体は、磁性粒子130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）の一例である。基板温度は40 ℃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）を用いて行った。これより、Aは約7.0となった。磁性粒子間の交換結合エネルギーが０の場合、Aは１に近く、交換相互作用が強まるほどAは大きくなる。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530 ℃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。これより、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、粒子間の交換エネルギーが減少して、500 ℃以上では、ほぼ交換結合エネルギーが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エネルギー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、粒子間の交換エネルギーが小さくなり、急峻な磁化遷移をもった記録磁化パターンを形成す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）。

ここで、M は粒子の磁化、tは時間、H_eff 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）、M_s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。δ_ij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/γVM_ｓ）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200nm、トラック幅方向の磁極幅は50 nmとした。主磁極と媒体間の空隙は12 nmとした。発熱手段は図３で示した方法とした。

ヘッド磁界の計算には、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を用いた。ヘッド磁界は最大960 kA/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。光スポットは、記録層の中心部でガウス分布の強度分布をもち、照射された光のエネルギーは膜厚方向に均等に吸収されると仮定した。スポット半径（最大光強度の1/e²になる円の半径）は30 nmとした。入射パワーは1 mWとし1 ns照射した場合、光スポット中心における媒体の最大温度Tは450 ℃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 = 0.05μm、再生トラック幅T_wr = 40 nmとした。

図9は、実測から求めた異方性磁界H_kと飽和磁化M_sの温度依存性である。この図より、上記照射手段によるT=450 ℃では（室温を20 ℃とする）、異方性磁界H_kは1000 kA/m程度にまで減少する。

図１は粒子サイズ=1.5 nm、Hk =2000 kA/mの媒体に記録を行い、10年間放置した場合の出力残存率をAとの関係において求めた結果である。ここで、記録磁化パターンは、磁化の反転間隔を50 nm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６以上では熱減磁がおこらないことが明らかになった。

図１０は、粒径Dgrainと膜厚tの比が0.1における磁性粒子間の表面交換エネルギーJ (J/m²)とAの関係を示す図である。これより、Jの増大とともにAは増大し、Jが0.7×10-³ J/m²以上の時、Aは6.0以上となることがわかった。従って、従来のCoCr合金媒体のJがほぼ０であるのに対し、かなり強い交換相互作用が粒子間に働いているため、熱減磁がなかったと考えられる。

以上の結果に示されるように、粒子間の交換エネルギー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、粒子間の交換エネルギー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、媒体の交換エネルギー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100 nmの再生出力S_LFと、記録ビット長20 nmのノイズN_HF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温度Tを変えて比較計算した結果である。これより、従来の磁気記録方式では、Aの増加とともにS_LF/N_HFが低下し始めるのに対し、本発明では、温度を上げるに従いS_LF/N_HFは向上し、媒体が450 ℃まで上昇すると、S_LF/N_HF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粒子間の交換相エネルギーがほぼ０になるためである。

なお、本実施例の媒体は、図９に示したように、交換エネルギー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、媒体が上昇する最大温度において、急速に交換エネルギー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エネルギー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を0.1とした場合の、結晶粒界のCr量とAの関係を示す。これより、Aを6.0以上にするためには、Cr量は15 at%以下とすべきであることがわかった。

次に、実際に実験を行った結果を示す。前記したように、磁気記録層生成時の基板温度を40 ℃と280 ℃と変えた媒体を作製し、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7.0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た。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50 ℃で作製した媒体はCr濃度が14 at%であり、図１４から交換結合エネルギーは0.7×10^-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35 at%であり、図１４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、本発明の媒体と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エネルギーは強いが、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、若干交換エネルギーはある方が良い）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の実施例を示す。第2の実施例における近接場光による発熱手段、記録ヘッド及び再生装置の構造は、図３及び図４に示した第1の実施例と同じである。第１５図(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、非磁性中間層122、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（0.3 nm）とPd（0.7 nm）を５層積層した層を第2の中間層125として、厚さ5 nm以下で積層し、その上に磁気記録層であるCoCr合金磁気記録層121を形成する。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℃以上の高温とし、磁性粒子間の交換エネルギーが０になるように制御する。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。これより、第2の中間層は、常温では磁気モーメント間の交換エネルギーが強いため、その上に記録層を積層することにより、第2の中間層と記録層が磁気的に結合して、粒子間の交換エネルギーが強い媒体と同様の磁気特性が得られる。即ち、常温では熱的に安定となる。記録時には媒体を加熱するに従い、第2の中間層の磁気モーメント間の交換エネルギーは消失していくため、媒体は粒間の交換エネルギー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エネルギーはまったく消失するよりも、若干ある方が、磁化遷移が急峻となり、より低ノイズ化がはかれる。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。図９の異方性磁界の温度依存性より、媒体の加熱温度は450度以上にすればよい。即ち、加熱温度を450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エネルギーが失われるような膜厚を考えればよい。交換エネルギー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450度以上で交換エネルギーが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。

Kerr効果測定装置を用いて、本発明の媒体のMHループを測定した結果、Aは6.0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。温度は20度から500℃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は減少して450℃以上では１になることがわかった。即ち、450℃以上では、交換エネルギーがほぼ０になる。

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るために、10 nmの厚さを必要とするため、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。即ち、TbFeCoは記録層の上に積層して、記録ヘッドに近づける必要がある。これは、記録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は記録層の効果は持たないので、膜厚は5 nm以下と薄く、異方性エネルギーも小さくてよい点が公知例と異なる。

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げられるが、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TbFeCo層の粒間の交換エネルギーが温度に依存することを利用したものであるのに対し、公知例では、記録層とTbFeCo間の交換エネルギーを利用することにより、耐熱性に関係する膜厚と記録特性に関係する膜厚を制御することが狙いである。従って、公知例に従来の媒体条件（粒径1.5nm、記録層膜厚15 nm、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、50 nm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5 nm以下でよいという点が、公知例と本発明の違いである。

別の実施例として、図１4 (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を薄く積層した媒体である。CoCr層は、磁気記録層121の結晶配向性を高める効果がある。

実際にTbFeCoを第2の中間層として5 nm積層して磁気記録媒体を作製してMHループを測定した結果、Aは6.5となることが確認された。

本発明による媒体の10年後の再生出力残存率とMHループの傾き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Cr濃度と記録層作成時の基板温度との関係を示す図。 粒内と粒界のCr量と媒体の模式図。 本発明による磁気記録媒体のMHループの図。 MHループの傾きAと温度との関係を示す図。 異方性磁界 H_k と飽和磁化M_s の温度依存性を示す図。 MHループの傾きAと記録層の粒子間の交換エネルギーJの関係を示す図。 記録ビット長100 nmの再生出力S_LFと記録ビット長20 nmのノイズN_HFの比S_LF/N_HFとMHループの傾きAの関係を示す図。 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とき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。

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-a…主磁極リーディング側
101-b…主磁極トレーリング側
102…記録ヘッド
103…補助磁極
104…導体パターン
105…ホログラム・レンズ
106…レーザ光
112…光散乱体
113…平面レーザ
114…主磁極のトラック幅方向の磁極幅Tww
117…光照射位置
120…磁気記録媒体
121…磁気記録層
122…下地層
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 (6)

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近接場光によって加熱する加熱手段とを備え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硬磁性の記録層を有し、前記記録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、前記加熱手段によって前記記録層を加熱して、前記磁性粒子間の交換エネルギーを減少させ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の値は、常温では6.0以上であり、記録時には、前記記録層の前記磁界印加領域のAが前記加熱手段による加熱によって略１となることを特徴とする熱アシスト磁気記録装置。
   

   
3. 請求項１又は２記載の熱アシスト磁気記録装置において、前記磁性粒子間の前記交換結合エネルギーが常温で0.7×10^-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。
4. 請求項１〜３のいずれか１項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 at%以下であることを特徴とする熱アシスト磁気記録装置。
5. 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近接場光によって加熱する加熱手段とを備え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硬磁性の記録層を有し、前記記録層の前記基板側にTbFeCo等の非晶質層、CoCr層、CoCrとPtを積層した層、又はCoCrとPdを積層した層からなる中間層が設けられており、
   前記記録層を構成する磁性粒子間の交換結合エネルギーはほぼ０であり、常温では前記記録層を構成する磁性粒子の磁化が熱的に安定になるように、前記中間層の磁気モーメント間の交換結合エネルギーは強く、前記記録層と前記中間層とが磁気的に結合しており、記録時には、記録磁化遷移の傾きを急峻にするために、前記加熱手段によって前記中間層を加熱することにより前記中間層の磁気モーメント間の交換結合エネルギーを弱めることを特徴とする熱アシスト磁気記録装置。
6. 請求項５記載の熱アシスト磁気記録装置において、前記磁気記録媒体の磁化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の値は、常温では6.0以上であり、記録時には、前記磁界印加領域のAが前記加熱手段による加熱によって略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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