JP2010055722A - 熱アシスト磁気記録方式、磁気記録ヘッド、磁気記録媒体、磁気記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気記録ヘッドの構造を複雑化することなく、高記録密度化を図ることが可能な熱アシスト磁気記録方式を提供する。
【解決手段】本発明に係る熱アシスト磁気記録方式は、各記録ビット７が絶縁体により分離されたビットパターンを有する磁気記録媒体６の所望の記録ビット７に対して、前記磁気記録媒体６上を浮上する磁気記録ヘッド１に設けられたトンネル電流配線１５からトンネル電流を印加して、前記記録ビット７を昇温させて保磁力を低下させた状態で前記磁気記録ヘッド１から情報に応じた交番磁界を印加して該情報の記録を行う。
【選択図】図６

Description

本発明は、熱アシスト磁気記録方式の磁気記録ヘッド、磁気記録媒体、およびそれらからなる磁気記録装置に関する。

近年、ハードディスク（以下、「ＨＤＤ」と記載する）に代表される磁気メモリの記録密度は、装置の小型軽量化等の要望に応えるために、著しく高密度化されてきている。
ＨＤＤでは高密度化に伴って磁性記録ビット（以下、「記録ビット」という）が縮小されるため、記録情報（磁化）の「熱揺らぎ」という課題が生じるが、耐熱性の高い磁性材料を加熱して保磁力を十分に低下させることにより記録し易い状態にして記録を行う熱アシスト磁気記録方式を採用することで、熱揺らぎの解決と高密度化との両立を図っている。
例えば、特許文献１に開示される従来の熱アシスト磁気記録方式では、光源と光導波路を搭載した光ヘッドから磁気記録媒体に光を供給し、当該磁気記録媒体の磁気記録磁性層（以下、「記録磁性層」という）の温度を上昇させることにより記録磁性層の保磁力を減少させている。このとき、磁気記録ヘッドの磁極から記録磁界を発生し記録磁性層に磁気情報を書き込む。その後、記録磁性層の温度が室温に戻ると、保磁力は再び増大し、磁気情報が保持される。
また、特許文献２に開示されるように、熱アシスト磁気記録方式の別の技術としては電子放出源と磁気記録ヘッドとを備え、磁気記録媒体に対して電子放出源から電子を放出することにより磁気記録媒体の記録磁性層を加熱昇温させて、磁気記録ヘッドからの記録磁界で磁気情報を記録可能とする技術もある。

特開平４−１７６０３４号公報 特開２００５−３２７４６７号公報

しかしながら、従来の光を用いた熱アシスト記録方式では、光のスポット径の限界により、意図しない記録ビットの磁化反転が生じてしまい、記録解像度が上げられないといった課題があった。また、浮上スライダの外部に光源を持ってくるため、磁気記録ヘッドの構造が複雑になるといった点も課題であった。
また電子放出を用いる方式では、磁気記録ヘッドに電子放出源を取り付けただけでは媒体内に電流が流れる際に電流が特定の記録磁性層のみを効率的に流れることができず、上記と同様に記録解像度が上げられないといった課題があった。

本発明は、磁気記録ヘッドの構造を複雑化することなく、高記録密度化を図ることが可能な熱アシスト磁気記録方式を提供することを目的とする。

本発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。

この熱アシスト磁気記録方式は、各記録ビットが絶縁体により分離されたビットパターンを有する磁気記録媒体の所望の記録ビットに対して、前記磁気記録媒体上を浮上する磁気記録ヘッドに設けられたトンネル電流配線からトンネル電流を印加して、前記記録ビットを昇温させて保磁力を低下させた状態で前記磁気記録ヘッドから情報に応じた交番磁界を印加して該情報の記録を行うことを要件とする。

本発明によれば、加熱されて保磁力が低下することにより記録可能となる磁気記録媒体の記録ビットを昇温させるために磁気記録ヘッドから印加されるトンネル電流を、所望の記録ビット毎に選択的に流すことができ、磁気記録媒体の記録領域の低減、すなわち記録解像度の向上を図ることが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳しく説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る磁気記録ヘッド１の例を示す概略図（コア幅方向に垂直な断面図）である。図２は、図１の磁気記録ヘッド１の媒体対向面５側の端面図である。図３は、本発明の実施の形態に係る磁気記録ヘッド１の他の例を示す概略図（媒体対向面５側の端面図）である。図４は、本発明の実施形態に係る磁気記録媒体６の例を示す概略図であって、図４（ａ）は磁気記録ヘッド１に対向する面側の全体図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ部拡大図、図４（ｃ）は図４（ｂ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。図５は、本発明の実施形態に係る磁気記録装置５０の例を示す概略図である。図６は、本発明の実施の形態に係る熱アシスト磁気記録方式を説明するための説明図である。
なお、各図において、磁気記録ヘッド１の膜厚方向および磁気記録媒体６のダウントラック方向をＸ、磁気記録ヘッド１のコア幅方向および磁気記録媒体６のクロストラック方向をＹ、磁気記録ヘッド１の素子高さ方向をＺで表示する。

本発明の実施の形態に係る熱アシスト磁気記録方式は、磁気記録媒体として記録ビットが物理的（熱的、電気的）に孤立した、いわゆるビットパターンド媒体を用い、各記録ビットに選択的に電流を流し、記録ビットをジュール熱により温度上昇させて当該記録ビットの保磁力を十分に低下させた状態で、磁気記録ヘッドから外部磁界を印加して、所望の情報を磁気情報として当該磁気記録媒体に記録を行うものである。
より具体的には、磁気記録ヘッドにおいて、記録用の磁極近傍にトンネル電流配線を設置し、磁気記録媒体の各記録ビットとの間でトンネル電流を流す構成を備える。また、磁気記録媒体において、各記録ビットには比抵抗の高い材料からなる発熱層４２を配置し、ジュール熱を効率的に発生させる構成を備える。

先ず、本実施の形態に係る磁気記録ヘッド１の構成について、垂直記録型の磁気記録ヘッドを例にとり説明する。ただし、あくまでも一例示に過ぎず、当該構成に限定されるものではない。

図１、図２に示すように、磁気記録ヘッド１は、一つの実施形態として、再生ヘッド部２と記録ヘッド部３とを備える複合型磁気ヘッドとして構成される。なお、本発明の適用を当該複合型磁気ヘッドに限定するものではない。ここで、図１は磁気記録ヘッド１のコア幅方向に垂直な方向の断面図として図示しており、図１は磁気記録ヘッド１の媒体対向面５側の端面図として図示している。ちなみに、媒体対向面５は、各層の積層工程が完了した後に、研磨工程を経て所定位置に形成される。

ここで、再生ヘッド部２の構成例を説明する。ベースとなるウエハ基板（図示せず）上に、再生ヘッド部２の下部シールド層１２が形成される。
下部シールド層１２の上層には、再生素子１３が形成される。ここで、再生素子１３には、例えば、ＴＭＲ素子もしくはＧＭＲ素子等の磁気抵抗効果型再生素子が用いられるが、その膜構成としては、種々の構成を採用することができる。
再生素子１３の両側（図１中の手前側と奥側）に、ハードバイアス膜（図示せず）が形成され、また、再生素子１３の後方には、Ａｌ_２Ｏ_３等を用いて絶縁膜３０が形成される。
再生素子１３、絶縁膜３０、およびハードバイアス膜上に、上部シールド層１４が形成される。なお、上部シールド層１４、下部シールド層１２共に、ＮｉＦｅ等の磁性材料（軟磁性材）を用いて形成される。

次に、記録ヘッド部３の構成例を説明する。前記上部シールド層１４上に、Ａｌ_２Ｏ_３等を用いて絶縁膜３１が形成される。
また、絶縁膜３１上に、非磁性の導電性金属材料を用いてトンネル電流配線１５が形成される。
さらに、トンネル電流配線１５が被覆されるように、Ａｌ_２Ｏ_３等を用いて絶縁膜３２が形成される。

絶縁膜３２上には、全面に第１リターンヨーク１６が形成される。
第１リターンヨーク１６上にＡｌ_２Ｏ_３等を用いて絶縁膜３３が形成され、絶縁膜３３上には導電材料を用いて、平面螺旋状に第１コイル１７が形成される。
第１コイル１７の層間および上層には、Ａｌ_２Ｏ_３等を用いて絶縁膜３４が形成される。

絶縁膜３４上に、ＣｏＦｅ等の強磁性材料を用いて主磁極２０が形成される。主磁極２０の作用として、主磁極２０から第１リターンヨーク１６および第２リターンヨーク２２に向かう方向および逆の方向に磁界を発生させる。つまり、当該磁界が磁気記録媒体６に記録用外部磁界として作用することとなる。

主磁極２０の後端側には、バックギャップ１９が形成されると共に、主磁極２０上にＡｌ_２Ｏ_３等を用いて絶縁膜３５が形成され、さらに絶縁膜３５上に、バックギャップ１９を取り巻くように導電材料からなる第２コイル１８が形成される。また、主磁極２０の先端部の上方には、主磁極２０と離間（トレーリングギャップと呼ばれる）させる形で、磁性材料からなるトレーリングシールド２１が形成される。さらに、第２コイル１８の層間および上層に絶縁膜３６が形成されると共に、さらにその上層に、バックギャップ１９およびトレーリングシールド２１に連結する第２リターンヨーク２２が形成される。
さらに、第２リターンヨーク２２上に保護層（不図示）等の形成が行われて、磁気記録ヘッド１が所定の積層構造として完成される。

ここで、本実施の形態に特徴的なトンネル電流配線１５の構成に関して詳細に説明する。
トンネル電流配線１５の媒体対向５面に露出している部分の配線サイズ（図２参照）は、磁気記録媒体６の記録ビット７のビットサイズ（ダウントラック方向およびクロストラック方向の各寸法）以下が望ましい。
例えば、１［Ｔｂｐｓｉ（Ｔｅｒａ ｂｉｔｓ ｐｅｒ ｓｑｕｒｅ ｉｎｃｈ）］級の記録密度を実現するためには媒体対向面５に露出している部分の配線サイズ（膜厚方向およびコア幅方向の各寸法）は２５［ｎｍ］以下となるように形成する（本実施の形態では２０［ｎｍ］）。

また、磁気記録ヘッド１の他の例として、図３に示すように、トンネル電流配線１５をコア幅方向に複数設ける構成とすることも考えられる。その際、トンネル電流配線１５間の間隔（コア幅方向の間隔）は、磁気記録媒体６の記録ビット７間の間隔（クロストラック方向の間隔）（図４（ｂ）参照）と同等となるように形成する。
この構成によって、同時に書き込めるビット数を増やすことができ、書き込み速度を向上させることが可能となる。

なお、記録用の磁極（主磁極２０）に関して、磁気記録媒体６上の記録ビット７を微細化しようとする場合、従来であれば磁気記録ヘッドの主磁極のサイズ（膜厚方向およびコア幅方向の各寸法）も当該記録ビットに合わせて微細化する必要があるが、本発明では信号を書き込む記録ビット７は、選択的にトンネル電流の印加により昇温させた記録ビット７のみとなるため、主磁極２０のサイズを極端に微細化する必要はない。換言すれば、主磁極２０のサイズを、例えば現状の３００［ｎｍ］程度に形成した場合であっても、現状以上の高記録密度化を達成することが可能となる。

続いて、本実施の形態に係る磁気記録媒体６の構成について説明する。
図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、磁気記録媒体６は導電下地層４３、発熱層４２、記録磁性層４１が積層された構成を有する。このうち少なくとも発熱層４２、および記録磁性層４１は隣接する記録ビット７と電気的に分離させるために分離層４４が設けられる。ここで、当該分離層４４は、記録磁性層４１に対して熱伝導性の低い絶縁材料を用いることにより、クロストラック方向およびダウントラック方向の記録ビット７間を電気的に且つ熱的に分離した構成とすることが好適である。 例えば、分離層４４を構成する材料として、熱伝導率が０．６［Ｗ／ｍＫ］の鉛ガラス等を用いることが考えられる。
また、導電下地層４３は、膜厚方向の一部が絶縁体によって記録トラック毎に分離されて形成される。

従来の光による熱アシスト方式では、光のスポット径が記録ビットサイズ以上になり、不要な記録ビットへの誤情報書き込み（サイドイレーズ）が発生し得るが、本実施の形態に係る上記構成によれば、記録磁性層４１よりも熱伝導性の低い絶縁材料を用いて、クロストラック方向を熱的に分離することにより、隣接トラックへの熱伝導を抑制できるため、従来の課題であったサイドイレーズの発生を抑制することができる。さらに、ダウントラック方向の記録ビット７と記録ビット７との間に熱伝導性の低い絶縁体を用いて、ダウントラック方向の記録の解像度をより向上させることができる。

ここで熱アシスト磁気記録を行うために、一般的には磁気記録媒体６の記録磁性層４１を約１００［Ｋ］加熱上昇させることが必要である。その記録磁性層４１を効率的に加熱するために発熱層４２には抵抗の高い材料を用いることが好適である。当該材料としては、ＴｉＯ_２、ヒータガラス等を用いることが考えられる。
一方、記録磁性層４１は、外部磁界による情報記録が、常温においては保磁力が高く記録不可能であって、且つ所定温度まで加熱されて保磁力が低下することによって記録可能となる材料を用いて形成される。当該材料としては、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜、Ｃｏ３Ｐｔ合金膜、ＣｏＰｔ３合金膜、ＦｅＰｄ合金膜、ＣｏＰｔ合金膜、ＦｅＰｔ合金膜等を用いることが考えられる。
例えば、記録磁性層４１にＦｅを用いると仮定して、記録ビット７の断面積を１５０［ｎｍ^２］、高さ（層厚）を５［ｎｍ］とすると、Ｆｅの比熱は４４０［Ｊ・ｋｇ^−１・Ｋ^−１］、比重は７８７４［ｋｇ・ｍ^−３］であるから、温度を１００［Ｋ］上げるためには、２．６×１０^−１６［Ｊ］のエネルギーが必要となる。発熱層４２に例えば比抵抗が８×１０^−３［Ωｍ］のＴｉＯ_２を用いた場合、同じく面積は１５０［ｎｍ^２］で高さ（層厚）を１００［ｎｍ］とし、０．１［μＡ］・５［ｎｓ］の電流パルスを印加したとすると、発生するジュール熱は２．７×１０^−１６［Ｊ］となり、所望の記録磁性層４１加熱ができることとなる。なお、上記は一例であって、比抵抗や記録ビット面積、層厚等は磁気記録装置に合わせて適宜、設定することができる。

続いて、本発明の実施の形態に係る磁気記録装置、すなわち本発明の実施の形態に係る磁気記録ヘッド１および磁気記録媒体６を備える磁気記録装置の概略構成図を図５に示す。この磁気記録装置５０は熱アシスト磁気記録方式のＨＤＤである。
基本構成は公知のＨＤＤと同様であり、具体的には、前記の磁気記録ヘッド１は、磁気記録媒体（磁気記録ディスク）６との間で情報を記録し、情報を再生するヘッドスライダ５２に組み込まれる。さらに、ヘッドスライダ５２は、ヘッドサスペンション５３のディスク面に対向する面に取り付けられ、該サスペンション５３の端部を固定し、回動自在なアクチュエータアーム５４と、該サスペンション５３および該アクチュエータアーム５４上の絶縁された導電線を通じて、前記磁気抵抗効果素子１３に電気的に接続され、磁気記録ディスク５１に記録された情報を読み取るための電気信号を検出する回路とを有する記憶装置として構成される。
なお、磁気記録装置としてＨＤＤを例にとり説明したが、これに限定されるものではない。

磁気記録装置５０における情報記録作用について説明する。図６に示すように、矢印Ｒ方向に回転する磁気記録媒体６に対して情報を記録する場合には、トンネル電流配線１５の媒体対向面５側の端部から、磁気記録媒体６の所望の記録ビット７に対して、トンネル電流が印加される（図６中の破線矢印で示す）。
このトンネル電流は、磁気記録媒体６の発熱層４２に通電されることによって、当該発熱層４２を発熱させる。その結果、記録磁性層４１が所定温度まで昇温されて、当該記録磁性層４１の保持力が低下する。
そこで、主磁極２０から発生する（もしくは主磁極２０に入る）記録磁界を記録媒体６の当該記録ビット７（記録磁性層４１）に印加することによって磁気記録媒体６（記録磁性層４１）に磁気情報を記録することが可能となる。
その後、記録磁性層４１の温度が室温に戻ると、保磁力は再び増大し、磁気情報が保持される。

以上説明した通り、本実施の形態に係る熱アシスト磁気記録方式では、磁気記録ヘッドのトンネル電流配線先端部に対向した磁気記録媒体の記録ビットにトンネル電流を流すことができるため、当該記録ビットのみが局所的に加熱され、選択的に記録を行うことが可能となるため、記録の解像度を高めることができる。
すなわち、ＨＤＤの高密度化に伴って記録ビットが縮小されることにより生じる記録情報（磁化）の熱揺らぎの課題の解決が可能になると共に、１［Ｔｂｐｓｉ］級の高記録密度化を達成することが可能となる。

また、トンネル電流配線をコア幅方向に複数設けることで、クロストラック方向の複数記録ビットに対するマルチ記録を可能とし、書き込み速度を増加することが可能になる。
さらに、磁気記録ヘッドの主磁極サイズについては極端な微細化が不要となるため、製造プロセスの設計マージンを高めることができる。また、光による熱アシスト方式と違い、従来の磁気ヘッド製造プロセスにトンネル電流配線形成工程を組み込むことによって製造することができるため、従来プロセスと親和性が高く、改良が容易となる。

本発明の実施の形態に係る磁気記録ヘッドの例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る磁気記録ヘッドの例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る磁気記録ヘッドの他の例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る磁気記録媒体の例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る磁気記録装置の例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る熱アシスト磁気記録方式を説明するための説明図である。

符号の説明

１ 磁気記録ヘッド
２ 再生ヘッド部
３ 記録ヘッド部
５ 媒体対向面
６ 磁気記録媒体
７ 記録ビット
１２ 下部シールド層
１３ 再生素子
１４ 上部シールド層
１５ トンネル電流配線
１６ 第１リターンヨーク
１７ 第１コイル
１８ 第２コイル
１９ バックギャップ
２０ 主磁極
２１ トレーリングシールド
２２ 第２リターンヨーク
３０〜３６ 絶縁膜
４１ 記録磁性層
４２ 発熱層
４３ 導電下地層
４４ 分離層
５０ 磁気記録装置（磁気ディスク装置）

Claims (7)

1. 各記録ビットが絶縁体により分離されたビットパターンを有する磁気記録媒体の所望の記録ビットに対して、前記磁気記録媒体上を浮上する磁気記録ヘッドに設けられたトンネル電流配線からトンネル電流を印加して、前記記録ビットを昇温させて保磁力を低下させた状態で前記磁気記録ヘッドから情報に応じた交番磁界を印加して該情報の記録を行うことを特徴とする熱アシスト磁気記録方式。
2. 請求項１記載の熱アシスト磁気記録方式で用いられる磁気記録ヘッドであって、
   媒体対向面における前記トンネル電流配線の寸法が、前記磁気記録媒体の表面における前記記録ビットの寸法と同等であることを特徴とする磁気記録ヘッド。
3. 前記トンネル電流配線を複数有することを特徴とする請求項２記載の磁気記録ヘッド。
4. 請求項１記載の熱アシスト磁気記録方式で用いられる磁気記録媒体であって、
   前記記録ビットに比抵抗の大きな発熱層を有することを特徴とする磁気記録媒体。
5. 請求項１記載の熱アシスト磁気記録方式で用いられる磁気記録媒体であって、
   導電下地層、発熱層、および記録磁性層を積層した構造を有することを特徴とする磁気記録媒体。
6. 前記導電下地層の膜厚方向の一部が絶縁体によって記録トラック毎に分離されていることを特徴とする請求項５記載の磁気記録媒体。
7. 請求項２または３記載の磁気記録ヘッドと、請求項４〜６のいずれか一項記載の磁気記録媒体とを備えることを特徴とする磁気記録装置。