JP2009134852A - ナノ探針加熱装置及びこれを用いた熱補助磁気記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は磁気記録型ハードディスクドライブの磁気記録ヘッドに装着され、記録媒体の極微細領域に磁気場と同時に急加速で熱を加えることの出来る尖鋭に加工された磁気記録用ナノ探針加熱装置に関する。
【解決手段】記録媒体の磁気記録ビットに熱を加えるための尖頭を端に備えたナノ探針と、上記ナノ探針を加熱する加熱部と、上記ナノ探針と上記記録媒体との間の間隙を調節する間隙調整部と、上記ナノ探針、上記加熱部及び間隙調整部を支持する支持部と、を含むことにより高密度の記録が可能という効果がある。
【選択図】図２

Description

本発明はナノ探針加熱装置及びこれを用いた熱補助磁気記録ヘッドに関するもので、さらに詳しくは、磁気記録型ハードディスクドライブの磁気記録ヘッドに装着され、記録媒体の極微細領域を磁気場と同時に急加速で熱を加えることの出来る尖鋭に加工されたナノ探針加熱装置に関する。

本発明は情報通信部及び情報通信研究振興院のＩＴ源泉技術開発事業の一環として行った研究から導き出されたものである［課題管理番号：２００６−Ｓ−００５−０２、課題名：ＴＨｚ波発振変換検出機及び信号源］。

現在、磁気記録技術は記録密度が漸次増加することにつれ単位情報が記録される記録媒体の単位記録ビットの大きさが小さくなる傾向にある。例えば１０Ｇｂｉｔ／ｉｎ²級の記録密度の場合、単位記録ビットの大きさは２００×３００ｎｍ²程度の大きさを有し、１００Ｇｂｉｔ／ｉｎ²級の記録密度では７５×１００ｎｍ²程度、１Ｔｂｉｔ／ｉｎ²の場合は２０×３０ｎｍ²の極微細な大きさを有することとなる。

ところが、このように単位記録ビットの物理的な大きさが小さくなると、単位記録ビット内に存在する磁気粒子の数と体積が減少して熱的な雑音が増加し、これによりそれ以上の磁気記録が不可能になるという限界に至ることとなる。

即ち、磁気記録装置としての機能を果たすためには磁気粒子が磁気場誘導（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ）による磁化状態（ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ）を少なくとも１０年以上維持しなければならない。しかし、記録密度の増加に伴い磁気粒子の大きさと体積が減少して、熱的雑音（ｔｈｅｒｍａｌ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）により該持続期間が指数関数的に減少することとなる。特に、臨界値の付近では単位粒子の体積が１／２ほど減少した際の持続時間は１０からたった数秒以下に激しく減少する現象があらわれる。

このような現象を超常磁性（ｓｕｐｅｒｐａｒａｍａｇｎｅｔｉｓｍ）現象といい、理論的には超常磁性現象により記録が不可能となる限界記録密度を２００〜３００Ｇｂｉｔ／ｉｎ²程度とみている。従って、２００〜３００Ｇｂｉｔ／ｉｎ²の限界記録密度以上の記録密度を具現するためには、このような超常磁性現象を克服しなければならない。

このような超常磁性現象の克服方案の一つとして磁気記録粒子の素材を磁気異方性係数（ｍａｇｎｅｔｉｃ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）が大きいものを使用して、少ない数の磁気粒子で熱的雑音なく磁化状態を保持できるようにすることにより、高密度磁気記録が出来るようにする。

しかし、この際には磁気素材を磁化させるための保磁力（ｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｅｒｃｉｖｉｔｙ）が大きくなるため記録及び除去時に非常に強い磁気場を使用すべきであり、これにより全体記録ヘッドの大きさが大きくて重くなるという問題が発生する。実際に、Ｔｂｉｔ／ｉｎ²級の記録密度を具現するためには、ディスクドライブより大きい大きさの記録ヘッドが必要となって実現性がない。

これにより磁気異方性係数の大きい素材を使用するが記録時にも弱い磁気場で記録が可能で、長時間磁化状態が維持されるようにする技術が求められる。これを解決する場合、超常磁性現象の限界を超えてＴｂｉｔ／ｉｎ²以上の超高密度磁気記録が可能となる。

最近、このような問題を解決するための技術のうち最も可能性の高いものと評価されている方法としては、熱補助磁気記録（ＨＡＭＲ：Ｈｅａｔ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ）技術があり、現在も多くの研究開発が行われている。

この技術は、磁気記録時に記録ビットの部分に磁気場と共に同時に熱を加えることにより、記録に必要な磁気場、即ち保磁力（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｏｅｒｃｉｖｉｔｙ）の大きさを小さくして、弱い磁気場でも記録が出来るようにした方法で、このためには極微小領域に極めて速い速度で数百℃程度を加熱、冷却できる技術が必要である。

これまでは、このような目的の加熱手段として数十ｎｍ²領域に急加熱できる方法の、図１に図示されたレーザを用いた方案が唯一な対案として考えられ多くの研究が進められてきた。

図１は、従来に提案されたレーザ光を用いた熱補助磁気記録ヘッド１を概略的に表した斜視図である。

図１に図示された通り、情報を磁気信号に変換して記録媒体２に印加する記録ヘッド３及び記録媒体２から記録されたビットを検出する再生ヘッド４、そして熱補助のための光源５で構成されている。

記録媒体２がＡ方向に動くと、レーザダイオードのような光源５から射るレーザ光によって記録媒体２には光焦点６が形成され、記録媒体２はレーザ光により加熱された直後、保磁力が低くなった状態で記録ヘッド３から発生した漏れ磁束により磁化する。

上記熱補助磁気記録ヘッド１により高密度の記録を行うためにはレーザ光により形成される光焦点が非常に小さくなければならない。

しかし、レーザ光は急加速、急冷却には適用可能であるが光学的回折限界により波長の１／２以下の極微細領域には集束が不可能という問題がある。そのため一般の光学では波長２００〜４００ｎｍ程度の青紫外線レーザを用いても直径１００ｎｍ以下の焦点を形成することが殆ど不可能である。

そのため、近接場を使用しなければならないが、この場合には光効率が１０^-4〜１０^-6程度と低すぎるだけでなく、価格が高くて複雑な光学系を設置しなければならないという問題があり、急加熱及び急冷却のための適した方案が開発されていないため進展をみせていない。

従って、磁気ディスクの記録限界である超常磁性現象（ｓｕｐｅｒｐａｒａｍａｇｎｅｔｉｓｍ）を克服するための方案として熱補助磁気記録技術（ＨＡＭＲ：Ｈｅａｔ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ）が提案された。

この熱補助磁気記録技術は、情報記録時に磁気場と同時に熱を加えるもので、一般的に超微細領域に最短時間に熱を加えて冷却するための技術として近接場レーザ光を用いている。

しかし、レーザ光を用いた場合、回折限界による極微細焦点を得ることが極めて難しいため高密度記録のための実現性のある結果が得られないという問題点がある。

本発明は上述の問題点を解決するため、近接場レーザ光の代わりにナノ探針を用いた加熱方法を提案しようとする。

また、本発明は高記録密度を具現するための熱補助磁気記録技術に適用できる加熱方法として尖鋭に加工されたナノ探針を用いて記録媒体の記録ビットに熱を加えることの出来る探針型記録装置（ＳＰＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｅｍｏｒｙ）を提案しようとする。

本発明の好ましい一実施形態によるナノ探針加熱装置は、記録媒体の磁気記録ビットに熱を加えるための尖頭を端に備えたナノ探針と、上記ナノ探針を加熱する加熱部と、上記ナノ探針と上記記録媒体との間の間隙を調節する間隙調整部と、上記ナノ探針、上記加熱部及び間隙調整部を支持する支持部と、を含む。

好ましくは、上記尖頭は尖鋭な形態であり、記録媒体と非接触の状態で熱を加える。

好ましくは、上記尖頭は、上記記録媒体の磁気記録ビットの上部及び上記上部の付近に位置する。

好ましくは、上記加熱部は、上記ナノ探針を加熱するための電気抵抗を備える。

好ましくは、上記間隙調整部は、電気的信号に応じて微細移動が可能な圧電体素子であり、上記圧電体素子によりナノ探針の微細移動及び間隙調整が可能である。

一方、本発明の好ましい一実施形態による熱補助磁気記録ヘッドは、記録媒体の磁気記録ビートに磁気記録のための磁気場を加えて, 前記磁気記録ビートを磁化させる磁気記録ヘッドと、前記磁気記録ヘッドに接するように装着されて, 前記磁化された磁気記録ビートに熱を加えるナノ探針加熱装置と、を含む。

好ましくは、上記ナノ探針加熱装置は、上記記録媒体の磁気記録ビットに熱を加えるための尖頭を端に備えたナノ探針と、上記ナノ探針を加熱する加熱部と、上記ナノ探針と上記記録媒体との間の間隙を調節する間隙調整部と、上記ナノ探針、上記加熱部及び間隙調整部を支持する支持部と、を含む。

好ましくは、上記加熱部は、上記ナノ探針を加熱するための電気抵抗を備える。

好ましくは、上記間隙調整部は、上記間隙を自動で調節するため電気的信号に応じて微細移動が可能な圧電体素子である。

好ましくは、上記尖頭は尖鋭な形態であり、上記記録媒体と非接触の状態で熱を加える。

本発明によると、熱補助磁気記録に必要な熱源として大きさの制限のないナノ探針を使用することにより、既存の記録ヘッド及び再生ヘッド、例えば既に開発され常用化している垂直磁気記録（ＰＭＲ：Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ）、パターンメディア及び次世代磁気記録技術に容易に適用可能という効果がある。

また、本発明によると、既存の記録ヘッドに容易に適用可能であることにより、既存のレーザ近接場の限界を克服し、より簡単な構造と原理で記録媒体の極微細領域に十分な熱を加えることが出来るため、現在の磁気記録密度限界がＴｂｉｔ／ｉｎ²級の高密度の記録が可能という効果がある。

また本発明によると、既存の記録及び再生ヘッドに別途に装着したナノ探針加熱装置と記録媒体に対して自動で間隙調整が行われるようにして記録媒体が一定の温度を維持できるようにする効果がある。

以下、添付の図面を参照に本発明が属する技術分野において通常の知識を有している者が本発明を容易に実施できる好ましい実施例による磁気記録用ナノ探針加熱装置とこれを用いた熱補助磁気記録ヘッドを詳しく説明する。

但し、本発明の好ましい実施例に対する動作原理を詳しく説明するにおいて関連の公知機能または構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不明にすると判断される場合には、その詳しい説明を省略する。

また、図面に図示された構成要素の厚さや大きさなどは説明の明瞭性のため便宜上誇張して図示されることがあり、明細書の全体にわたり類似な機能及び作用をする部分に対しては同一の図面符号を使用する。

さらに、明細書の全体において、ある部分が他の部分と「連結」されているとしたとき、これは「直接的に連結」されている場合だけでなく、その間に他の素子を介して「間接的に連結」されている場合も含む。

また、ある構成要素を‘含む’ということは、特にその反対の記載がない限り他の構成要素を除くことではなく、他の構成要素をさらに含むことが出来るということを意味する。

図２は、本発明の好ましい一実施例によるナノ探針加熱装置が搭載された熱補助磁気記録ヘッドを表したものである。

図２に図示された通り、熱補助磁気記録ヘッド２０は記録媒体２１に情報を記録及び再生するため磁気記録ヘッド２２、再生ヘッド２３及びナノ探針加熱装置で構成される。そして、上記ナノ探針加熱装置はナノ探針２４、加熱部２６、間隙調整部２７及び支持部２８を含む。

ナノ探針２４は磁気記録ヘッド２２の近くに装着され、記録媒体２１の磁気記録ビットに熱を加えるための尖頭２５を端部に形成する。加熱部２６はナノ探針２４を加熱するもので、ナノ探針２４の上部面に付着することが出来る。

上記間隙調整部２７はナノ探針２４と記録媒体２１との間の間隙を調節するもので、加熱部２６の上部面に付着することが出来る。上記支持部２８はナノ探針２４、加熱部２６及び間隙調整部２７を支持し、間隙調整部２７の一側に付着することが出来る。

具体的に、磁気記録ヘッド２２及び再生ヘッド２３は従来に使用されていたものをそのまま適用するが、磁気ディスクドライブの性能に応じてその大きさ、形態と規格は変わることが出来る。

ナノ探針２４及び尖頭２５は微細領域の加熱のために尖鋭に加工され、尖頭２５の曲率半径は数ｎｍ内外とする。

そして、ナノ探針２４及び尖頭２５は熱補助磁気記録ヘッド２０がＢ方向に移動するとき、磁気記録ヘッド２２の前方に付着し、支持部２８により固定される。

また、尖頭２５の位置は記録媒体２１の記録部分の上部またはその付近に位置して磁気記録時に十分な熱を加えるようにする。

加熱部２６は熱抵抗方式を使用することを原則とし、より改善された方式を開発する場合取替え出来る。この加熱部２６には抵抗熱を発生するための電気抵抗が連結され、間隙調整部２７と連係して再生及び休止の時には上記電気抵抗に電流が流れないようにする。

即ち、ナノ探針２４は磁気記録の部分に、より効果的に熱を加えるための装置で、間隙調整部２７は尖頭２５と記録媒体２１が非接触の状態で一定の間隙を維持するようにするための装置である。

また、加熱する部分の体積と温度が間隙距離と密接な関係があるため、間隙調整部２７は自動で間隙距離を感知し一定の間隙距離を維持するようナノ探針２４を調整する。このような自動間隙距離調整のために間隙調整部２７は圧電体で構成される。

また、間隙調整部２７は圧電体を用いて電気的信号による微細移動が可能であるよう構成され、その詳細な原理と回路については言及しない。

支持部２８はナノ探針２４及び尖頭２５、加熱部２６、間隙調整部２７を支持する役割をし、磁気記録ヘッド２２の機能及び移動に影響を与えないようにする。従って、支持部２８の大きさと位置は付着する磁気記録ヘッド２２の形態によって定められ最適の性能を具現できるようにする。

従って、本発明は上記のようなナノ探針加熱装置を熱補助磁気記録ヘッド２０に用いることにより、磁気ディスクの記録限界である超常磁性現象（ｓｕｐｅｒｐａｒａｍａｇｎｅｔｉｓｍ）を克服して高密度記録を具現する。

また、上記ナノ探針２４は尖頭２５の大きさ（曲率半径）を数ナノメートルの水準に微細に加工できるため、ディスクなどの記録媒体２１の数十ｎｍ直径の極微細領域に機械的なキズ、電気場、近接場、熱または磁気場などを加えることができ、これにより高密度の記録及び再生を可能とする。

図３は、本発明の一実施例によるナノ探針２４を用いて記録媒体２１の磁気記録ビットに熱を加える位置を表した概念図である。

図３に図示された通り、記録媒体２１の進行方向が矢印Ｂのような場合、磁気記録のための記録媒体２１のトラック３１に沿って磁気場が加わると、磁気記録ビット３２が磁化する。

この際、本発明によるナノ探針２４は尖頭２５を用いて磁化した磁気記録ビット３２に熱を加えることにより、弱い磁気場のみでもデータの記録を可能とする。

上記ナノ探針２４により熱が加わる部分は丸で表示した部分３３であり直径３０ｎｍ程度の極微細領域である。

図４は、本発明の好ましい一実施例によるナノ探針２４を用いて記録媒体２１に熱を加える原理を説明するための概念図である。

図４に図示された通り、ナノ探針２４の尖頭２５から放射される熱の分布４１はガウシアン分布 に近くなる。従って、磁気記録に必要な温度領域はこの分布の中心の部分42であり、これは尖頭２５と記録媒体２１との間の距離に依存する。

従って、尖頭２５と記録媒体２１との間の間隙が３０ｎｍ内外４3を維持しなければならず、このため圧電体で構成された間隙調整部２７がこの間隙を３０ｎｍ内外になるよう自動で調節する。

以上で説明した本発明は前述の実施例及び添付の図面により限定されず、本発明の技術的思想を外れない範囲内で様々な置換、変形及び変更できるということは本発明が属する技術分野において通常の知識を有する当業者にとって明らかである。

従来のレーザ光を用いた熱補助磁気記録ヘッドの概略的な斜視図である。 本発明の好ましい一実施例によるナノ探針加熱装置が装着された熱補助磁気記録ヘッドの全体の構成を表した斜視図である。 本発明のナノ探針加熱装置を用いて記録媒体の磁気記録ビットに熱を加える位置を表した概念図である。 本発明の好ましい一実施例によるナノ探針の尖頭から熱が放射されて記録媒体が加熱する原理を説明するための概念図である。

符号の説明

２１ 記録媒体
２２ 磁気記録ヘッド
２３ 再生ヘッド
２４ ナノ探針
２５ 尖頭
２６ 加熱部
２７ 間隙調整部
２８ 支持部

Claims (10)

1. 記録媒体の磁気記録ビットに熱を加えるための尖頭を端に形成したナノ探針と、
   前記ナノ探針を加熱する加熱部と、
   前記ナノ探針及び前記加熱部を支持する支持部と
   を含むことを特徴とするナノ探針加熱装置。
2. 前記ナノ探針と前記記録媒体との間の間隙を調節する間隙調整部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のナノ探針加熱装置。
3. 前記尖頭は尖鋭な形態であり、前記記録媒体と非接触の状態で磁気記録ビットの上部及び前記上部の付近に位置して熱を加えることを特徴とする請求項１に記載のナノ探針加熱装置。
4. 前記加熱部は、前記ナノ探針を加熱するための電気抵抗を備えることを特徴とする請求項１に記載のナノ探針加熱装置。
5. 前記間隙調整部は、前記間隙を自動で調節するため電気的信号に応じて微細移動が可能な圧電体素子であることを特徴とする請求項２に記載のナノ探針加熱装置。
6. 記録媒体の磁気記録ビットに磁気記録のための磁気場を加えて、前記磁気記録ビットを磁化させる磁気記録ヘッドと、
   前記磁気記録ヘッドに接するように装着されて、前記磁化された磁気記録ビットに熱を加えるナノ探針加熱装置と
   を含む熱補助磁気記録ヘッド。
7. 前記ナノ探針加熱装置は、
   前記記録媒体の磁気記録ビットに熱を加えるための尖頭を端に形成したナノ探針と、
   前記ナノ探針を加熱する加熱部と、
   前記ナノ探針と前記記録媒体との間の間隙を調節する間隙調整部と、
   前記ナノ探針、前記加熱部及び間隙調整部を支持する支持部と
   を含むことを特徴とする請求項６に記載のナノ探針加熱装置を用いた熱補助磁気記録ヘッド。
8. 前記加熱部は、前記ナノ探針を加熱するための電気抵抗を備えることを特徴とする請求項７に記載のナノ探針加熱装置を用いた熱補助磁気記録ヘッド。
9. 前記間隙調整部は、前記間隙を自動で調節するため電気的信号に応じて微細移動が可能な圧電体素子であることを特徴とする請求項７に記載のナノ探針加熱装置を用いた熱補助磁気記録ヘッド。
10. 前記尖頭は尖鋭な形態であり、前記記録媒体と非接触の状態で熱を加えることを特徴とする請求項７に記載の熱補助磁気記録ヘッド。

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