JP2007012226A - 磁気情報記録方法、及び磁気情報記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の熱アシスト磁気記録を用いて高密度化を行う場合、トラック方向の記録幅は、光スポットの集光の限界、または記録ヘッドの加工技術の限界、発生磁界の限界によって制限されてしまう。
【解決手段】 加熱昇温領域の中心と記録磁界の印加領域の中心とがトラック方向にずれていると共に、
加熱昇温領域の一部のみと記録磁界印加領域の一部のみとが重なっている状態で、磁気的情報を記録することを特徴とする熱アシスト磁気記録方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、記録媒体に磁気的情報を記録する磁気記録方法において、特に狭トラック化に適した記録方法及び装置に関するものである。

書き換え可能な情報記録装置として、光ディスクドライブや光磁気ディスクドライブ、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等、各種の記録装置が実用化されている。その中で、ＨＤＤは、大容量で高速、かつ安価な情報記録装置として、コンピューターの発展と共に著しい発展を続けている。近年、動画像のデジタル化の動き、装置の小型化への動きとあいまって、さらなる記録密度化が要求されている。

ＨＤＤの磁気記録の高記録密度化は、記録マークの微細化によって行うが、記録マークの微細化に伴い媒体ノイズの低減が必須となる。主に媒体ノイズは、記録マーク境界の磁化転移部の乱れによって生じている。磁気記録媒体には、主に多磁性粒子系薄膜が利用されており、低ノイズ化には、磁性微粒子サイズの微細化が必要になる。しかし、高密度化に伴い、磁性微粒子を微細化していくと、微粒子の磁気的エネルギーＫｕＶ（Ｋｕ：磁気異方性定数、Ｖ：磁性微粒子体積）が熱エネルギーｋ_ＢＴ（ｋ_Ｂ：ボルツマン定数、Ｔ：温度）よりも小さくなり、記録マークが消失するという「熱擾乱」の問題が顕在化してくる。

この熱擾乱を回避するためには、Ｋｕの大きな磁性微粒子材料を使えば良いが、Ｋｕの大きな磁性微粒子は保磁力も大きいため、記録に必要な記録磁界が増加する。一方で、高密度化に伴って磁気ヘッドの磁極も微細化していくため発生磁界の強度は低減してしまう。従って、単純に高密度化を進めていくと、磁気媒体の保磁力が磁気ヘッドの磁界発生能力を超えてしまい磁気記録が出来なくなってしまう。

上記に述べた問題を解決する方法として、高保磁力な記録媒体を加熱することで保磁力を低下させ、その保磁力が低下した領域に記録磁界を印加することにより磁気情報を記録する方法が提案されている（この方法を熱アシスト磁気記録と称する）。以下、熱アシスト磁気記録方法について、簡単に説明をする。

図６（ａ）は記録媒体の記録層の保磁力Ｈｃの温度Ｔ依存性を示す。熱アシスト磁気記録の記録層には、室温近傍では保磁力が大きく、高温では保磁力が低下する記録材料が用いられる。加熱昇温されていない領域は、磁気ヘッドからの記録媒体に印加される記録磁界（Ｈｗ）の方が、記録層の保磁力よりも小さくなり、磁化状態に変化はない。一方、加熱昇温された領域は、保磁力が低下する。そのため、磁気ヘッドからの記録磁界の方が、保磁力よりも大きくなり、磁化反転させることが可能になる。すなわち、Ｈｗ＞Ｈｃとなる領域が記録可能領域となる。ここで、Ｈｗ＞Ｈｃとなる温度をＴｗと称する。

図６（ｂ）（ｃ）（ｄ）は代表的な熱アシスト磁気記録の基本的概念を示す概念図である。記録媒体上の加熱昇温領域（Ｔｗ以上の領域を網掛けで示す）と記録磁界Ｈｗ印加領域の相互関係を示している。

図６（ｂ）は広域な所定の大きさの記録磁界印加領域に、微小な加熱領域を形成することで記録を行う。そのため、記録マークのエッジは全て、温度変化に対応した保持力変化によって、Ｈｗ＞Ｈｃとなる等温線Ｔｗに対応する位置によって決定される。

図６（ｃ）は、図６（ｂ）と同様に記録マークのトラック幅方向のエッジは、温度Ｔｗを満たすような記録媒体の保磁力となる位置によって決定される。

図６（ｄ）は記録磁界印加領域より、加熱領域の方が広域なため、記録マークのエッジは、記録磁界Ｈｗの印加領域のエッジの位置（主に記録磁界の変化が支配的）によって決定される。

上述のような従来の熱アシスト磁気記録を用いた場合、記録マークのトラック幅方向のサイズ（以下記録幅と称する）は加熱昇温用領域の大きさ、または記録磁界印加領域のトラック幅方向の幅によって決まる。そのため、従来例では記録幅を小さくするために、加熱昇温手段である光スポットの大きさ、または記録磁界印加手段の磁気ヘッドの磁極幅を小さくする必要がある。

通常光スポット大きさに関して、光スポットの集光直径ｄはレーザ光の波長λと対物レンズの開口数ＮＡで決まり、ｄ＝０．６λ／ＮＡで与えられる。現行の波長４０５ｎｍ、ＮＡ０．８５の光学系を用いても集光スポットは約３００ｎｍ程度となってしまう。微小な加熱スポットを得る手段として、実効的なＮＡを大きくするＳＩＬや、微小な開口を設けて光照射エリアを限定する、いわゆる近接場光技術が提案されている。

ところが、ＳＩＬを用いた場合、記録可能領域を数十ｎｍの大きさに形成することは困難である。更に、近接場光技術における微小な開口を用いた場合は、光照射エリアは開口の加工限界まで微小化することが可能だが、開口が小さくなると光の透過効率が急激に減少するため、記録に必要とされる十分な加熱を行うことが困難である。

一方、記録磁界印加手段である記録磁気ヘッドも、磁極を微小化していくと発生磁界が小さくなってしまうという問題がある。そのうえ、磁極を数十ｎｍの大きさに加工することは工業的に非常に困難である。
シャープ技報 第８７号・２００３年１２月「光アシスト型高密度ディスクメモリ」

上記のように記録幅は、光スポットによる加熱量及び光スポットの大きさ、または磁気ヘッドの磁極の大きさ及び発生磁界の大きさによって制限されてしまうという問題があった。

そこで、本発明の目的は、トラック幅よりも幅の大きな磁極及び、トラック幅よりも大きな熱のスポットを用いた場合であっても、狭トラックピッチ化に適した熱アシスト磁気情報記録方法を提供することにある。

上記課題を達成するために、以下の手段を提供する。

磁極ヘッドによる磁気ディスクへの記録磁界の印加領域に対して、Ｔｗ以上に加熱昇温することにより保磁力を低下させ、磁気的情報を記録する熱アシスト磁気記録方法において、
前記記録磁界の印加領域の一部にのみ前記加熱昇温されるように、前記記録磁界印加領域の中心と前記加熱昇温領域の中心とをトラック幅方向にずらした状態で、
かつ前記記録磁界の印加領域の一部のみと前記Ｔｗ以上の加熱昇温領域の一部のみとが重なっている状態で、前記磁気的情報を記録する熱アシスト磁気記録方法。

本発明によれば、トラック幅よりも幅の大きな磁極（記録磁界の印加領域）及び、トラック幅よりも大きな熱のスポットを用いた場合であっても狭トラック幅に適した幅の記録マークを記録することが可能となる。

本発明の実施の形態について説明する。

図１は本発明による熱アシスト磁気記録方法の基本的概念を示す概念図である。図１（ａ）は記録媒体を上から見た平面図であり、加熱昇温手段により加熱された記録媒体の等温線及び記録磁界印加手段により印加された記録磁界印加領域の配置を示す模式図である。図１（ａ）中の、矢印ａはトラック幅方向を示し、矢印ｂは記録媒体の移動方向を表している。記録媒体が矢印ｂ方向へ移動することで、相対的に加熱領域及び記録磁界印加領域が矢印ｃ方向に移動する。１は記録磁界印加領域、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔｗは等温線、ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４は記録マーク、ｌｃはトラック幅方向の加熱中心、ｌｉｎは加熱中心側の記録マーク終端、ｌｏｕｔは加熱中心に対して外側の記録マーク終端を表す。また、記録磁界印加領域１の太線で示した側（記録媒体の回転に対する磁極の相対的な進行方向の後ろ側）を後端辺Ｅｂと称し、トラック幅方向加熱中心側の端辺を端辺Ｅｏと称する。加熱手段により加熱された領域では、記録媒体を所望の速度で回転させる事で、図１（ａ）Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３に示したような温度分布が形成される。図１（ｂ）は加熱領域の、磁界発生手段後端辺Ｅｂに対応するラインにおいて記録媒体に形成される温度分布を示すグラフである。

記録媒体の記録層の材料としては、幅広い範囲で垂直磁気異方性を示し、かつ、低温では保磁力が大きく、高温では保磁力が低下する材料を用いる。図１（ｃ）は図１（ｂ）の温度分布に対応する記録層の保磁力Ｈｃ及び、記録磁界印加手段から記録媒体に印加される記録磁界Ｈｗの強度分布を示すグラフである。記録媒体に印加される記録磁界Ｈｗは、磁極のトラック幅方向の端辺Ｅｏ（ｌｉｎ）よりも加熱中心（高温）側では急峻に零に近づき、端辺Ｅｏよりも加熱中心に対して外（低温）側では一様に分布する構成になっている。記録媒体の記録層の保磁力Ｈｃは、ｌｏｕｔより加熱中心（高温）側でＨｗ以下になっている。ここで、Ｈｗ＞Ｈｃとなる温度をＴｗと称する。図１（ａ）の等温線Ｔ２は、記録媒体の等保磁力線Ｈｗに対応する。また、ピーク温度Ｔｐにおいては記録を保持するために十分な保磁力Ｈｐを有する構成になっている。また、記録媒体の保磁力Ｈｃは加熱中心に対して外（低温）側ほど大きくなる構成になっている。ここで、上記温度分布及び保磁力分布は、記録媒体の磁気特性や熱伝導率、また加熱条件を変えることで調整することができる。その結果、ｌｉｎとｌｏｕｔの間において、Ｈｗ＞Ｈｃとなり磁化反転が可能になる（記録可能領域と呼ぶ）。ｌｉｎより加熱中心側及びｌｏｕｔより加熱中心に対して外側ではＨｗ＜Ｈｃとなり磁化反転が起こらない。以上のような記録条件において、記録情報に応じて記録磁界の向きを高周波で変化させることで、ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４のような記録マークを形成することが可能になる。

上記、記録可能領域は、等温線Ｔｗと、記録磁界Ｈｗ印加領域が重なっている幅で決まる。すなわち記録マークのトラック方向の幅は、加熱領域と記録磁界Ｈｗ印加領域のトラック方向の相対的な位置を変えることで、制御することが出来る。よって、本発明によれば、加熱領域の大きさと磁極（記録磁界の印加領域）の大きさに依存せず、狭トラック化に適した記録を行うことができる。

（実施例１）
以下、本発明に従う熱アシスト磁気情報記録方法の詳細な実施例について説明するが、この構成に限定する物ではない。

本実施例では、記録媒体としては、垂直磁気異方性を有し低温では保磁力が大きく、高温では保磁力が低下する希土類−遷移金属の非晶質フェリ磁性合金を記録層として用い、記録磁界発生手段としては、矩形の主磁極を持つ単磁極ヘッドを用い、加熱昇温手段としては光学的昇温装置を用いた場合を例に説明する。

図２は本発明による熱アシスト磁気記録方法を用いた磁気記録装置の一実施形態を示す構成図である。トラック幅方向の断面であり、記録媒体は紙面に対して垂直方向に移動する。

この磁気記録装置は、ＨＤＤの記録／再生評価装置（スピンスタンド）に単磁極ヘッド２２０を装着し、光学的昇温装置２３０を付加したものである。精密なピエゾ素子によるヘッドの駆動で、光の照射位置と単磁極ヘッドの位置を調整する。記録媒体２１０に対して膜２１２側に単磁極ヘッドが配置され、基板２１１側に光学的昇温装置が配置されている。また、記録媒体はスピンドル装置（未図示）を用いて回転させられる。

記録媒体２１０は、ガラス基板２１１と、膜２１２とで構成されている。この記録媒体の模式的断面図を図３に示す。円盤状の滑らかなガラス基板上に、下地層としてＳｉＮを３０ｎｍ、記録層として垂直磁気異方性を有するＴｂＦｅＣｏを２０ｎｍ、保護層としてＳｉＮを５ｎｍ順次形成した。前記各層は、マグネトロンスパッタ装置によるスパッタリング法により形成した。さらに、最表面に潤滑材を塗布した。ここで、記録層のキュリー温度は３２０℃で、補償温度は１００℃となるように調整した。保磁力は２５０℃で４ｋＯｅとした。

単磁極ヘッド２２０は、記録媒体の対向面が略矩形である主磁極２２１と、この主磁極に巻かれたコイル２２２とで構成されている。主磁極のトラック幅方向の幅は３００ｎｍとした。また、前記主磁極と記録媒体は所定の間隔を隔てて設けられている。本実施例では主磁極と記録層の距離を２５ｎｍに保った。

前記コイルの両端には、磁界発生用回路２２３が接続されており、電流を流すことで主磁極から磁界を発生させる。記録情報に応じて、電流を変化させることで、情報に対応した記録マークが形成される。

光学的昇温装置２３０は、レーザー照射装置２３１と、このレーザー照射装置から照射されたレーザー光を記録媒体の記録層に集光させる凸レンズ等からなる集光光学系２３２によって構成されている。レーザー光の波長は４０５ｎｍ、集光光学系の凸レンズは開口数ＮＡが０．８５とした。

以上のように構成された磁気記録装置でのデータの記録は、スピンドルを用いて記録媒体を所望の線速度で移動しながら、光学的昇温装置２３０を用いて記録媒体上に記録用のビームスポットを形成し、これと同時に単磁極ヘッド２２０を用いて記録磁界を発生させ、データに応じてこの記録磁界の向きを高周波で変化させ記録マークを形成する。

記録条件としては、線速及び記録パワー、記録磁界を調整することで、記録媒体がＴｗ以上となる条件で、かつ、予め記録を行った領域に、前記光スポットのみを照射しても、記録マークが消えることなく残っている条件を用いた。

また、記録マークの確認はＭＦＭ（磁気力顕微鏡）を用いて行った。

まず、加熱領域と記録磁界印加領域のトラック幅方向の配置を変化させて記録を行った結果を示す。ここで、記録印加領域の後端辺Ｅｂを記録媒体の回転に対する単磁極ヘッドの相対的な進行方向と直交するように配置し、かつ、等温線Ｔｗのトラック幅方向の幅が最も広くなるライン（ｌｍと称する）上に位置するように配置した。

配置１）光スポットによるトラック幅方向の加熱中心と、主磁極中心が重なる配置（オフセット０ｎｍ）
配置２）光スポットによるトラック幅方向の加熱中心と、主磁極中心をトラック幅方向に、１５０ｎｍオフセットさせた配置
配置３）光スポットによるトラック幅方向の加熱中心と、主磁極中心をトラック幅方向に、２００ｎｍオフセットさせた配置
配置４）光スポットによるトラック幅方向の加熱中心と、主磁極中心を２５０ｎｍオフセットさせた配置
表１に以上の記録配置で記録を行った記録マークの幅を示す。

以上の結果を、図４を用いて説明する。

配置１）では、記録マークのトラック幅方向のエッジは点線で示した等温線Ｔｗ内で磁化反転が起こり、その幅は２００ｎｍであった。

配置２）、配置３）では、トラック幅方向のエッジに関して、
エッジの一方は、配置１）と同様に等温線Ｔｗを満たすような記録媒体の保持力の変化位置で決まり、他方は主磁極からの記録磁界のエッジ位置によって決定する。

その幅は等温線Ｔｗ内の領域と記録磁界の重なっている幅で決まり、それぞれ、１００ｎｍ、５０ｎｍであった。

配置４）は等温線Ｔｗと記録磁界領域が重なっていないため磁化反転が起こらない。

以上の結果から、本発明によれば、トラック幅よりも幅の大きな記録磁気ヘッド及び、トラック幅よりも大きな熱のスポットを用いた場合にも狭トラック幅の記録マークを記録することが可能となることが明らかになった。

（実施例２）
次に、加熱領域と記録磁界印加領域の、線密度方向の配置を変化させて記録を行った結果を示す。

配置５）主磁極による記録磁界印加領域の後端辺Ｅｂが、ｌｍより前方に位置する配置
配置６）記録磁界印加領域の後端辺Ｅｂがｌｍより後方に位置する配置
図５に以上の記録配置で記録を行った記録マークの形状を示す。また、Ｈｗ＞Ｈｃとなり、磁化反転する領域を網掛けで示してある。

配置５）では、記録マークの線密度方向のエッジは後端辺Ｅｂを反映した形状であった。

配置６）では、記録マークの線密度方向のエッジは等温線Ｔｗの形状を反映した部分を含んでしまった。

以上の結果から、後端辺Ｅｂは等温線幅が最も広がる位置より前方にあることが望ましいことが明らかになった。

ここで、本発明は本実施例に限定するものではない。

記録媒体の記録層としては、垂直磁気異方性を有し高温では保磁力が低下する希土類−遷移金属の非晶質フェリ磁性合金を記録層として用いたがこれに限定するものではない。本発明の熱アシスト記録方法を実現する記録媒体としては、加熱によって保磁力が低下するＣｏ／Ｐｔ積層構造、ＣｏＰｔ、ＳｍＣｏ，ＮｄＦｅなどの強磁性、または、パターンドメディアやディスクリートトラックメディア等を用いることができる。また、記録媒体の構成もこれに限定する物ではない。この場合、保磁力、キュリー温度、熱伝導率、比熱の違いに応じて、記録条件は変更される。

記録磁界発生手段としては、矩形の主磁極を持つ単磁極ヘッドを用いたが、これに限定するものではなく、磁界印加領域のＥｂ及びＥｏが直線に近い形状になれば良く、リングヘッド等の他の磁気ヘッドや矩形でない磁極も用いる事が出来る。尚、磁極の相対的な進行方向と直交するように配置し、望ましくはｌｍより前方に配置する事が望ましいとしたが、信号処理上問題の無い範囲であればこれに限定する物ではない。

熱アシスト磁気記録装置は、記録媒体に対して磁界発生装置と加熱昇温装置が対向する配置を用いたが、記録媒体に対して同一方向に配置する方法もある。

なお、本発明は、ＨＤＤに限るものではなく、ＭＯなどの熱アシストによる磁気記録であっても、適用可能である。

本発明を用いたヘッドとしては、書き込みのみ、あるいは読み出し及び書き込み、の両方を行うことができるものが含まれる。

トラッキングに関しては、サーボ情報を予め記録媒体に形成しておき、この、サーボ情報によってトラッキングを行いながら、書き込みを行うことができる。この場合、記録磁界発生手段と一体化して信号再生用の検出器を形成し、サーボ情報を読み取ればよい。また、サーボ情報再生専用の検出器を別途形成する事も可能である。サーボ情報としては、磁気的記録または光学的記録を選択することができ、これに合わせて再生用の検出器を選択すればよい。また、ＲＯＭディスクを作製する場合、トラッキングを行うためのサーボ情報と信号記録とを同時に形成することも可能である。

本発明による熱アシスト磁気記録方法の基本的概念を示す概念図 本発明による熱アシスト磁気記録方法を用いた磁気記録装置の構成図 実施例の記録媒体の模式的断面図 実施例１の記録配置、及び記録結果を示す図 実施例２の記録配置、及び記録マークの形状を示す図 従来の熱アシスト磁気記録を示す図

Claims (5)

1. 磁極ヘッドによる磁気ディスクへの記録磁界の印加領域に対して、Ｔｗ以上に加熱昇温することにより保磁力を低下させ、磁気的情報を記録する熱アシスト磁気記録方法において、
   前記記録磁界の印加領域の一部にのみ前記加熱昇温されるように、前記記録磁界印加領域の中心と前記加熱昇温領域の中心とをトラック幅方向にずらした状態で、
   かつ前記記録磁界の印加領域の一部のみと前記Ｔｗ以上の加熱昇温領域の一部のみとが重なっている状態で、前記磁気的情報を記録することを特徴とする熱アシスト磁気記録方法。
2. 光ビームを発生するための光源と、前記光ビームを磁気ディスクに照射するための対物レンズと、前記磁気ディスクに記録磁界を印加するための磁極ヘッドを有する記録磁界印加手段とを有する磁気ディスク記録装置において、
   前記光ビームの熱により前記磁気ディスク上に形成される加熱昇温領域の一部の領域にのみ前記記録磁界印加手段からの記録磁界が印加されるように、前記対物レンズの中心と前記磁極ヘッドの中心とがトラック幅方向にずれて配置されていると共に、
   前記Ｔｗ以上の加熱昇温領域の一部のみと前記記録磁界の印加領域の一部のみとが重なっていることを特徴とする磁気ディスク記録装置。
3. 前記磁気ディスクの回転に対する前記磁極ヘッドの相対的な進行方向において、前記記録磁界の印加される領域の後終端位置は、前記加熱昇温領域のトラック幅方向の等温線幅が最も広がる位置より前方にあることを特徴とする請求項１記載の熱アシスト磁気記録方法。
4. 前記磁気ディスクの回転に対する前記磁極ヘッドの相対的な進行方向において、前記記録磁界の印加される領域の後終端位置は、前記加熱昇温領域のトラック幅方向の等温線幅が最も広がる位置より前方にあることを特徴とする請求項２記載の熱アシスト磁気ディスク記録装置。
5. 前記加熱昇温による最高温度は前記磁気的記録情報の消去が起こる保磁力を超えないことを特徴とする請求項１または請求項２記載の磁気情報記録方法。
   

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