JP4030264B2 - 熱アシスト磁気記録装置、熱アシスト磁気再生装置、電子線記録装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱アシスト磁気記録装置に関し、より詳細には、電子ビームにより磁気記録媒体を加熱昇温して磁気記録を行うことにより極めて高密度な磁気的記録を可能とした新規な熱アシスト磁気記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピューター（ＰＣ）システム、音声画像（ＡＶ）システムを構築する上では、大容量で低価格の周辺記憶装置が必須である。現行の周辺記憶装置としては、磁気記録装置、光記録装置が主たるものであり、磁気記憶装置には、ディスク形態の固定型磁気ディスク装置（ＨＤＤ）とテープ形態の磁気テープ装置がある。ＰＣシステムでは、ＯＳを含めた各種データのランダムアクセスはＨＤＤ主体に行われ、重要データの長期保管には光ディスク装置もしくは磁気テープ装置が使用される。大量の動画像情報を含むＡＶシステムにおいては、従来は磁気テープ装置が主たる記憶装置だったが、近年のＨＤＤ及び光記録装置の大容量化により、ＨＤＤと光記録装置も、それらのテープには無い高速アクセス性を武器に、ＡＶシステムへの応用が期待される様になってきている。ＰＣシステムにおいてもＡＶシステムにおいても、磁気記録装置、光記録装置にはさらなる大容量化、高速化、低価格化が強く求められているが、従来の周辺記憶装置は今後以下の課題が顕在化するものと言われている。
【０００３】
まず磁気記録装置であるが、磁気的に情報の記録再生を行う磁気記録装置は、大容量、高速、安価な情報記憶手段として発展を続けている。特に、近年のハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の進展は著しく、製品レベルで記録密度は１０Ｇｂｐｓｉ（Giga bits per squre inch）を、内部データ転送速度は１００Ｍｂｐｓ（Mega bits per second）を超え、メガバイト単価は数円／ＭＢに低価格化している。ＨＤＤの高密度化は、信号処理、メカ・サーボ、ヘッド、媒体、ＨＤＩなど複数の要素技術の集大成として進展してきているが、近年、媒体の熱擾乱問題がＨＤＤの高密度化の阻害要因として顕在化しつつある。
【０００４】
磁気記録の高密度化は、記録セル（記録ビット）サイズの微細化により実現するが、記録セルの微細化により媒体からの信号磁界強度が減少する為、所定の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）を確保する上では、媒体ノイズの低減化が必須となる。媒体ノイズの主因は、磁化転移部の乱れであり、乱れの大きさは媒体の磁化反転単位に比例する。磁気媒体には多結晶磁性粒子からなる薄膜（本願明細書においては、「多粒子系薄膜」あるいは「多粒子系媒体」と称する）が用いられているが、多粒子系薄膜の磁化反転単位は、粒子間に磁気的な交換相互作用が作用する場合は、交換結合された複数の磁性粒子から構成される。
【０００５】
従来、例えば数１００Ｍｂｐｓｉから数Ｇｂｐｓｉの記録密度においては、媒体の低ノイズ化は、主に磁性粒子間の交換相互作用を低減し磁化反転単位を小さくすることにより実現してきた。最新の１０Ｇｂｐｓｉ級の磁気媒体では、磁化反転単位は磁性粒子２−３個分にまで縮小されており、近い将来、磁化反転単位は磁性粒子一つに相当するまで縮小するものと予測される。
【０００６】
従って今後さらに磁化反転単位を縮小して所定のＳ／Ｎを確保する為には、磁性粒子の大きさ自身を小さくする必要がある。磁性粒子の体積をＶとおくと粒子の持つ磁気的エネルギーはＫｕＶで表わされる。ここでＫｕは粒子の磁気異方性エネルギー密度である。低ノイズ化の為にＶを小さくするとＫｕＶが小さくなり室温付近の熱エネルギーによって記録情報が乱れる、という熱擾乱問題が顕在化する。
【０００７】
Sharrockらの解析によれば、粒子の磁気的エネルギーと熱エネルギー（ｋＴ；ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度）の比、ＫｕＶ／ｋＴは１００程度の値でないと記録寿命の信頼性を損ねる。従来から媒体磁性膜に用いられてきたＣｏＣｒ基合金のＫｕ（２−３×１０^６ｅｒｇ／ｃｃ）では、低ノイズ化の為に粒径微細化を進めると熱擾乱耐性の確保が困難な状況に至りつつある。
【０００８】
具体的には、現行の磁気記録媒体に採用されているＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ−Ｐｔ系多粒子膜のＫｕは２〜４×１０^６ｅｒｇ／ｃｃ程度なので、粒子サイズが１０ｎｍφ−１０ｎｍｔ程度になると、粒子一つの持つ磁気エネルギーは室温の熱エネルギーの１００倍を下回り、熱擾乱による情報の破壊が顕在化する。媒体材料を改良しＫｕを大きくするのが、一見一つの解決策にも見えるが、Ｋｕを高くすると同時に保磁力が高くなるので、記録しにくくなるという問題がある。
【０００９】
そこで近年、ＣｏＰｔ，ＦｅＰｄなど１０^７ｅｒｇ／ｃｃ以上のＫｕを示す磁性膜材料が注目を浴びてきているが、粒径微細化と熱擾乱耐性を両立する為に、単純にＫｕを上げると別の問題が顕在化する。それは記録感度の問題である。すなわち、媒体磁性膜のＫｕを上げると媒体の記録保磁力Ｈｃ０（Ｈｃ０＝Ｋｕ／Ｉｓｂと定義され、ここでＩｓｂは媒体磁性膜の正味の磁化を表す）が上昇し、Ｈｃ０に比例して飽和記録に必要な磁界が増加する。
【００１０】
記録ヘッドから発生し媒体に印加される記録磁界は記録コイルへの通電電流の他に、記録磁極材料、磁極形状、スペーシング、媒体の種類、膜厚などに依存するが、高密度化に伴い記録磁極先端部のサイズが縮小することを考慮すると、発生磁界の大きさには限界がある。
【００１１】
例えば、最も発生磁界の大きな単磁極ヘッドと軟磁性裏打ち垂直媒体の組合せでも、記録磁界の大きさは高々１０ｋＯｅ（Ｏｅ：エルステッド）程度が限界である。一方で将来の高密度・低ノイズ媒体に必要な５ｎｍ程度の粒径で、十分な熱擾乱耐性を得る上では、１０^７ｅｒｇ／ｃｃ以上のＫｕを示す磁性膜材料を採用する必要があるが、その場合、室温付近における媒体の記録に必要な磁界は１０ｋＯｅを軽く上回る為、記録が出来なくなる。従って単純に媒体のＫｕを増加させてしまうと、記録自体が出来ないという問題が顕在化するのである。
【００１２】
以上説明したように、従来の多粒子系媒体を用いた磁気記録では、低ノイズ化、熱擾乱耐性の確保、記録感度の確保がトレードオフの関係にあり、これが記録密度の限界を決定する本質的な要因となっいた。
【００１３】
一方、光記録装置に目を向けると、光記録の高密度化は基本的には、媒体面上でのレーザスポットサイズの縮小に依るものなので、レーザ光の短波長化もしくは対物レンズの高ＮＡ化が必須である。しかしながら、レーザ光の短波長化はレーザ素子材料上の制約を受ける他、光ディスク媒体の基板を筆頭に各種光学素子の分光透過率特性にも制限を受ける。近年、近接場光（エバネッセント波）を利用する超高密度光記録の提案がされているが、近接場光の場合、媒体上での光スポットサイズと光強度が原理的にトレードオフの関係にあるので、実用化には解決すべき課題も多い。
【００１４】
従って、将来のＴｂ（テラビット）／ｉｎｃｈ^２を超えるクラスの記録密度を有する周辺記憶装置を構築するに際しては、従来の磁気記録方式でも光記録方式でも多大なる困難を伴うと予測される。
【００１５】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものである。すなわち、そのひとつの目的は、従来の磁気記録装置とは異なる原理に基づく新規な構成により、記録密度を飛躍的に改善することが可能な磁気記録装置を提供することにある。
【００１６】
また、本発明のもうひとつの目的は、従来の周辺記憶装置が有する記録密度限界を打破するべく、磁気記録における熱擾乱問題の解決、光記録における近接場光の有するトレードオフ問題を解決する電子線記録装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する手段として、本発明者は、新規な着想に基づく熱アシスト磁気記録装置を提案する。熱アシスト磁気記録装置においては、十分にノイズが低くなる程度に微細な磁性粒子を用い、且つ熱擾乱耐性を確保する為に室温付近で高いＫｕを示す記録層を用いる。このような大きなＫｕを有する媒体は、室温付近では記録に必要な磁界が記録ヘッドの発生磁界を上回り記録不能である。これに対して、媒体を何らかの手段で局所的に加熱すると、加熱部のＨｃ０を記録ヘッド磁界以下に低下させて記録することができる。
【００１８】
媒体を加熱する手段としては、記録磁極の近傍に光ビームを照射する方法も考えられる。この光ビームによって記録時に局所的に媒体を加熱すれば、加熱部のＨｃ０をヘッド磁界以下に低下させて記録することが可能となる。
【００１９】
しかしながら、通常の光源から得られる光ビームを加熱源として用いると、光スポットのサイズが回折限界で規定される為に、加熱領域が数１００ｎｍ以上と大きく、将来のトラック幅が１００ｎｍ以下となる磁気記録には不適当である。回折限界以下に光を絞り込む方法としてニアフィールド光の利用も考えられるが、従来の光源から取り出されるニアフィールド光では光の利用効率が悪く、加熱領域の微細化と照射パワーがトレードオフの関係にある為、記録密度を高密度化すると十分な加熱ができなくなる。
【００２０】
つまり、加熱源としてファーフィールド光を用いる形態では、光スポットサイズが回折限界で規定される為、微小領域の加熱が不可能であり、一方、ニアフィールド光を用いる形態では、光利用効率が低く、高密度化するほど十分な加熱が困難となる。
【００２１】
これに対して、本発明においては、加熱源として電子ビームを利用する。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の熱アシスト磁気記録装置は、電子放出源と、記録磁極と、前記電子放出源及び前記記録磁極に対して磁気記録媒体を相対的に走行させる走行機構を備え、前記走行機構により前記磁気記録媒体を走行させた際に、前記電子放出源が前記記録磁極よりも前記磁気記録媒体の走行方向に関してリーディング側に設けられており、前記走行方向を記録トラックの長手方向とした時に、前記電子放出源の記録トラック幅Ｔｅは、前記記録磁極の記録トラック幅Ｔｗに対して、Ｔｅ／２≦Ｔｗ≦２Ｔｅなる関係を満足し、 前記磁気記録媒体に対して前記電子放出源から電子を放出することにより前記磁気記録媒体の記録部を加熱昇温した状態で前記記録磁極により磁気的に情報を記録可能とし、前記電子放出源は、非酸化性雰囲気もしくは減圧雰囲気にあり、前記電子放出源における酸素分圧密度をＸ（ mols/cm ³ ）、放出電子電流密度をＪ（ A/cm ² ）とした時に、Ｘ≦１．２５×１０ ^１２ ×Ｊ、且つＪ≧１０ ^４ なる関係を満足し、前記記録部における前記記録磁極からの記録磁界よりも前記記録部の保磁力の方が小さくなるように前記磁気記録媒体を加熱昇温し、かつ前記記録部は、常温において前記記録磁極からの記録磁界よりも大きな保磁力を有することを特徴とする。電子ビームは、スポットサイズを極めて微小に絞ることが容易であり、記録密度を大幅に改善することができる。また、電子放出源は、非酸化性雰囲気もしくは減圧雰囲気にあり、前記電子放出源における酸素分圧密度をＸ（ mols/cm ³ ）、放出電子電流密度をＪ（ A/cm ² ）とした時に、Ｘ≦１．２５×１０ ^１２ ×Ｊ、且つＪ≧１０ ^４ なる関係を満足する雰囲気におけば、信頼性や寿命をさらに改善することができる。
このような構成とすることにより、保磁力の大きな記録媒体に確実に記録することができる。また熱擾乱に強く、記録セルサイズを従来よりもはるかに微小化することが可能となる。さらに、記録する前に確実に記録部を昇温することができる。
【００２６】
ここで、前記電子放出源は、前記磁気記録媒体の走行方向に沿って複数の電子放出部を有することとすれば、記録部を確実に昇温することができる。
【００２８】
また、前記電子放出源は、電界放出によって前記電子を放出するものとすれば、微小な電子ビームを確実に形成することができ、信頼性や寿命も良好なものとなる。
【００４５】
本発明の熱アシスト磁気記録の方式においては、加熱源として電子放出源を採用する。電子放出源としては、電界放出型や熱電子放出型、光電子放出型あるいはトンネル電子放出型などの各種のものを用いることが可能である。「電界放出型」とは、電子放出面において高い電位勾配（電界）を設けることにより直接電子を放出させる形式のものをいう。「熱電子放出型」とは、陰極を加熱することにより熱電子を放出させる形式のものをいう。本発明においては、特に電界放出型の電子放出源を採用した場合、電子放出領域は１０ｎｍ程度なので、媒体の１０ｎｍ程度の領域を選択的に加熱することが容易であり、従来提案されていた光ビームを用いる方式の分解能を遥かに超えることができる。しかし、熱電子放出型の電子放出源を用いた場合においても、電子線を所定のビームサイズに収束すれば同様の効果を得ることができる。
【００４６】
従来より電子線の利用は真空中で為されるのが常識とされてきたが、磁気ヘッドと媒体間のスペーシングが数１０ｎｍ以下であること、さらに今後このスペーシングはさらに狭くなる事、及び大気圧下における電子の平均自由行程は１５０ｎｍ程度とスペーシングに比較して十分に長いことを考慮すれば、媒体に近接して電子放出源を配置すれば、放出された電子ビームは無衝突で媒体に照射可能であると言え、通常の大気圧に置かれる磁気記録装置への電子放出源の搭載が可能である。
【００４７】
ここで、電子の平均自由行程は、ガスの種類と電子のエネルギーに依存するが、空気の主要構成成分の一つである窒素場合、電子エネルギーが２ｅＶ程度で最も平均自由行程は短くなる。この２ｅＶのエネルギーを有する電子の大気圧窒素中での平均自由行程が１５０ｎｍである。また、空気のもう一つの主要構成元素である酸素の場合、電子エネルギーが２０ｅＶ程度の時に最も平均自由行程が短いが、この時の平均自由行程は３００ｎｍ程度と前記スペーシングに比較すると十分に長い。
【００４８】
さらに、本発明に従って減圧雰囲気を用いれば、電子ビームが媒体に入射するまでの衝突確率はさらに低いと言える。又、本発明のもう一つのやり方である不活性ガス雰囲気を用いる形態では、ドライ窒素の場合は前記した通り、電子の平均自由行程は短くとも１５０ｎｍ程度であり、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅなどの希ガスを用いる場合には、１気圧下での電子の平均自由行程の最小値は各々のガスに対して、１０００ｎｍ，１６０ｎｍ，１３０ｎｍ，９４ｎｍといづれもスペーシングに比較して十分に長く、電子は殆ど無衝突で媒体に入射可能であることに変わりはない。
【００４９】
また、記録装置の内部を大気圧付近の不活性ガス雰囲気とすると、電子源の寿命をさらに伸ばすために好ましいが、不活性ガスとしてドライ窒素を用いる場合には、前述のように電子の平均自由行程は短くとも１５０ｎｍ程度であり、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅなどの希ガスを用いる場合にも、上述のように十分にながい平均自由行程が得られ、いずれの場合も、スペーシングを数１０ｎｍとすれば、本質的には真空中の動作と同等になる。このように、ドライ窒素や希ガス雰囲気を採用して安定した性能を得ることができる。
【００５０】
また、雰囲気の圧力については、大気圧付近であっても良く、あるいは大気圧よりも高くても低くても良い。但し、実用の観点からは実質的な大気圧とすることが便利である。
【００５１】
装置内の圧力をＰ（Ｔｏｒｒ）、１気圧における電子の平均自由行程の最小値をλmin（ｎｍ）、電子放出部と媒体の間隔をｄ（ｎｍ）としたときに、本発明は基本的に、次式を満たすことが望ましい。
【００５２】
ｄ＜λmin×（７６０／Ｐ）
ここで、λminの定義は、電子がλminだけ走行した時に、１／ｅ（ｅは自然対数）の確率で無衝突であるものとする。つまり、ｄ＝λmin×（７６０／Ｐ）の条件においては、電子が放出されてから媒体に流入するまでに約６３％の確率で気体分子に衝突することになる。より好ましくは、次式を満たすことが望ましい。
【００５３】
ｄ＜（１／３）×λmin×（７６０／Ｐ）
この条件においては、衝突確率を１／２未満とすることができる。上式の係数（１／３）の代わりに（１／５）を用いると、さらに望ましい。この程度の係数とすると、衝突確率は実用上差し支えない程度の小さい値に抑えることができるからである。
【００５４】
圧力Ｐの範囲は実質的に大気圧であり、上式で表される条件を満足する範囲で、且つその下限は実用的な装置が可能であるか否かにより決定することができる。装置内部の圧力が大気圧と異なる場合、あるいは大気圧でも、大気とは異なるガスを充填する場合には、密閉型の筺体が必要とされる。
【００５５】
密閉型の筐体を用いる場合、筐体の機械的強度が圧力Ｐの下限を決定する場合がある。従来の真空中の電子線記録装置の場合には、筐体に１ｋｇ／ｃｍ２もの圧力がかかるため、その機械的強度を十分にすることが容易でなく、また、真空状態を維持することも容易でない。
【００５６】
これに対して、本発明によれば、圧力Ｐの下限は、実用的に許容される加重と真空封じ方式により決定することができる。これは筐体の設計事項であるので一概に数値を固定できないが、常識的な下限値としては、０．５気圧程度を挙げることができる。この圧力以上であれば、筐体にかかる圧力は０．５ｋｇ／ｃｍ２程度であり、密閉度も例えば、アルミサッシの窓材と同程度の簡便なものでよい。
【００５７】
圧力Ｐの上限値は、基本的には、上述の式で規定されるが、下限値と同様の考え方から、実用的な上限値は２気圧程度である。本発明における「実質的に大気圧」の意義は、上述の通りである。
【００５８】
一方、電界放出型電子源の電子放出領域のサイズは、印加電界と放出源の形状に依存するが、１０^６−１０^７Ｖ／ｃｍの電界、選択エッチングもしくは先端曲率が数１０ｎｍ以下の先鋭な形状においては、１０ｎｍ程度である。光ビームでは実現が困難なサイズであり、将来の記録セルサイズが数１０ｎｍクラスの磁気記録装置へ電子放出源を適用することが好適である。放出電流は印加電界に依存するが、１０^６−１０^７Ｖ／ｃｍの電界では直径１０ｎｍの領域から１０^−６−１０^−４Ａ程度の放出電流を得ることが可能である。
【００５９】
ここで、放出電流はファウラーノルトハイムの式に従い印加電界強度の二乗にほぼ比例する。従って例えば３．３×１０^７Ｖ／ｃｍの電界強度であれば、１０^−３Ａの放出電流を得ることも可能である。１０^６−１０^７Ｖ／ｃｍは一見極めて高い値にも見えるが、スペーシングが数１０ｎｍであることを考慮すれば、電子放出源と媒体の間に印加すべき電圧の値としては、高々数から数１０Ｖであり、磁気記録装置への適用が十分に可能な値であることが判る。
【００６０】
次に、電子ビームによる媒体加熱のメカニズムについて説明する。１０Ｖの印加電圧（１０ｎｍスペーシング、１０^７Ｖ／ｃｍ）で１０^−４Ａの放出電流は１０^−３Ｗ、３３Ｖの印加電圧（１０ｎｍスペーシング、３．３×１０^７Ｖ／ｃｍ）で１０^−３Ａの場合には３．３×１０^−２Ｗのパワーになる。このパワーが例えば媒体の１０ｎｍ四方の領域に投入される場合、パワー密度は、１０^９Ｗ／ｃｍ^２あるいは３．３×１０^１０Ｗ／ｃｍ^２となる。又、磁気ディスク装置における実用的な線速度（トラック方向への媒体の移動速度）として１０ｍ／ｓを用いると、１０ｎｍの加熱領域を媒体が通過する時間は、１ｎｓであるから、媒体の１０ｎｍ四方の領域に投入されるエネルギー密度は、１Ｊ／ｃｍ^２あるいは３３Ｊ／ｃｍ^２となる。この値が媒体を加熱する上で十分かどうか検討する。
【００６１】
電子線による加熱機構としては、電子線がドブロイ波として振る舞い、媒体を加熱する機構を挙げることができる。ドブロイ波の波長は、電子のエネルギーが１０Ｖの場合に０．４ｎｍ程度、３３Ｖの場合に０．２ｎｍ程度であり、原子のサイズと同等であるので、格子振動（加熱）を起させることができるる。または、このようなエネルギを有する電子線が媒体に入射してプラズモンを振動励起し、プラズモン振動した電子・正孔対が再結合する際に放出するエネルギーをフォノン即ち格子に与え、格子振動即ち熱を誘起するメカニズムも推定される。
【００６２】
加熱に必要なパワー密度、エネルギー密度は、光ディスクのそれらと同等に捉えることができるので、光ディスクで用いられているパワー密度もしくは投入エネルギー密度と比較して前記の１０^９Ｗ／ｃｍ^２あるいは３．３×１０^１０Ｗ／ｃｍ^２もしくは１Ｊ／ｃｍ^２あるいは３３ Ｊ／ｃｍ^２が同等以上であれば、媒体を十分に加熱できると言える。例えば通常の相変化ディスクにおいては、線速度６ｍ／ｓ、光スポットの全半値幅０．６μｍ、記録パワー１０ｍＷで媒体をその融点（６００℃）以上に加熱出来ている。媒体が光スポットの全半値幅を通過する時間は１００ｎｓ、スポット面積は０．２８×１０^−８ｃｍ２であるから、パワー密度としては、３．５×１０^６Ｗ／ｃｍ^２、エネルギー密度としては０．３５Ｊ／ｃｍ^２である。従って、１Ｊ／ｃｍ^２のプラズモン励起による媒体加熱は十分に可能と判断できる。
【００６３】
プラズモン振動に重畳する加熱機構は電子ビームが媒体中を通電してジュール加熱する機構である。この場合はジュール熱を前記の光ディスクのパワー密度と比較すれば良い。媒体の１０ｎｍ四方の領域に膜厚方向に１０^−４Ａあるいは１０^−３Ａ通電した場合の加熱パワーはＲ×１０^−８ＷあるいはＲ×１０^−６Ｗである。ここでＲは媒体の抵抗である。磁気媒体もしくは光磁気記録媒体に用いられる磁性膜の比抵抗は、５−６×１０^−６Ωｃｍ、電流パスの面積は１０^−１２ｃｍ^２（１０ｎｍ四方）、電流パスの長さ即ち磁性膜厚を２×１０^−６ｃｍ（２０ｎｍ）とすると、Ｒは１０Ω程度となる。従って加熱パワーは１０^−７Ｗあるいは１０^−５Ｗ、これを加熱面積（１０^−１２ｃｍ^２）で割ると１０^５Ｗ／ｃｍ^２あるいは１０^７Ｗ／ｃｍ^２が得られる。通電時間は電子ビームの照射時間とは異なるので、ジュール加熱の機構で考える場合には、エネルギー密度ではなくパワー密度で比較すれば良い。従って１０^−４Ａでは若干不足するが、１０^−３Ａでは十分なジュール加熱が起こるものと判断できる。
【００６４】
実際には、プラズモン振動励起を介して媒体が加熱する過程と、通電によるジュール加熱が共存するが、上記したようにいづれの過程でもパワー密度、エネルギー密度的に十分なので、加熱のメカニズムはどちらでも良い。
【００６５】
本発明の熱アシスト磁気記録ヘッドの好ましい態様は、媒体進行方向の上流（リーディング）側から、電子放出源、記録磁極の順番に配されている熱アシスト磁気記録ヘッドである。このように配置することで、媒体が電子ビーム加熱された直後のＨｃ０が十分に低下している位置で、記録磁界を印加することが可能となる。電子ビーム照射位置と記録磁界印加位置との距離は、媒体の熱応答にも依存するが、好ましくは１００ｎｍ以下より好ましくは数１０ｎｍ以下とするのが良い。
【００６６】
加熱の効率をより高める上では、電子放出源の電子放出部が記録トラック方向に複数配されているのが好ましい。加熱領域のサイズは記録トラック幅と略一致しているのが、トラック幅全体に亘り一様な磁化転移を形成する上で好ましく、電子放出源のトラック幅をＴｅ、記録ヘッドのトラック幅をＴｗとする時、Ｔｅ／２≦Ｔｗ≦２Ｔｅなる関係を満足するのが良い。
【００６７】
通常の磁気ディスク装置は、内部雰囲気が大気であるが、酸素や水が存在する雰囲気中で電子ビームを用いようとする場合、電子の平均自由行程以外にもう一つ考慮しなければならないのは、電子放出源の寿命である。大気圧下では電子放出源に空気分子あるいは空気中の水分子が吸着して電子放出源の寿命を損ねる可能性がある。近年、開発が活発に進められている電界放出型電子ビーム源は、従来の熱放出型電子ビーム源、光電子放出型電子ビーム源とは異なり、吸着分子に対する耐久性が格段に高く、特に炭素（Ｃ）を電子放出源とする場合、酸化の影響は少ないが、実用的な寿命を確保する上では、エミッター近傍のガス雰囲気、特に酸素、水及びそれらの解離種の密度と、それらのエミッターへの入射頻度を低く抑える必要がある。
【００６８】
本発明者は、主にＳＴＭ（scanning tunneling microscopy）のエミッターを用いた実験結果から、安定して電界放出電流を得る為に必要なエミッター周辺雰囲気を見出した。エミッター周辺雰囲気がどうあるべきかは、後述の実施例に記載するように、エミッター材料に依存するが、表面酸化膜が容易に形成されるシリコン（Ｓｉ）を用いた場合においても、エミッター周辺雰囲気中の酸素分子密度をＸ（ｍｏｌｓ／ｃｍ３）、エミッターからの放出電子電流密度をＪ（Ａ／ｃｍ２）とおく時、Ｊ≧１０^４においてＸ≦１．２５×１０^１２×Ｊを満足していれば、安定して電子を放出することが可能な事を発明者等は見出した。Ｊの範囲限定の意味は、媒体を有意に加熱するに必要なＪの範囲を示しているもので、有意な加熱が起こらない程度の放出電流、もしくはエミッター動作停止時には、ＸとＪの関係を規定しても全く意味をなさない。
【００６９】
エミッター停止時は、エミッター表面に自然酸化層が形成されるか、物理吸着層が形成されるが、本発明の条件式を満たせば、これらの層は次のエミッター動作によって容易に脱離する。本発明のＸ，Ｊの関係規定は、あくまで媒体を有意に加熱し得る放出電流動作をしている際に、エミッター先端が酸素にアタックされて劣化しない為の条件を提供するものである。Ｘ，Ｊの関係式は物理的には、エミッターから１００個の電子が放出される間に一個の酸素分子がエミッター表面に流入することを意味しており、この程度の流入量であれば、電子放出によるエミッター表面の加熱などによって、流入酸素は再脱離し、エミッター表面を劣化することが無いことを実験的に見出した結果である。
【００７０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【００７１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の熱アシスト磁気記録ヘッドの一実施例の構成を示す図であり、同図（ａ）は媒体も含めたヘッド記録素子部の側断面主要構成を示す図、同図（ｂ）は媒体面側からヘッドの記録素子部主要構成を見込む図である。図１（ｂ）のＡ−Ａ’は記録トラックの中心線に対応し、この線に垂直にヘッド、媒体を切断した面から見た図が同図（ａ）に相当する。
【００７２】
図１において、Ｓはヘッド基板、Ｘは媒体進行方向（トレーリング方向）、１０は記録磁極部全体、１１は主磁極部、１２はリターンパス磁極部、１３は主磁極先端部、１４は主磁極とリターンパス磁極の接続部、１５は記録磁極リーディング部、１６は記録磁極トレーリング部、１７は記録磁束、２１は記録コイル、２２は記録コイル埋め込み部、３０は電子放出源電極、４０は電子放出源、４１は電子ビーム、５０は保護膜、６０は媒体主要部、６１は記録層、６２は軟磁性裏打ち層、６３は媒体の電子ビーム照射部、６４は媒体の磁化固定部、６５は媒体の磁化である。上記構成の中で、記録磁極リーディング部１５、記録磁極トレーリング部１６、保護膜５０は必ずしも必要ではない。
【００７３】
上記構成の熱アシスト磁気記録ヘッドは、例えば以下の手順で作成することが可能である。
【００７４】
まず、基板Ｓとしては、例えばスライダー加工し易い通常の磁気ヘッドに用いられるアルチック基板が好適である。基板上に直接、もしくは必要に応じて設けられる絶縁膜上にフレームメッキ法を用いて、記録磁極部１０を形成する。その材料としては、ＣｏＮｉＦｅ，ＮｉＦｅなど通常の磁気記録素子に使用される軟磁性・高飽和磁束密度のものが用いられる。記録磁極部全体を高飽和磁束密度の材料で形成する必要は無く、主磁極先端部１３のみを高飽和磁束密度の材料で形成しても良い。
【００７５】
磁極部１０を形成した後に、レジストフレームを除去して、コイル形成部２２をエッチングオフしても良いし、記録磁極部の中で、リーディング部１５、主磁極とリターンパスの接続部１４、トレーリング部１６を先ず平面上に形成した後にフレームパターンを変えて、主磁極１１とリターンパス磁極１２を形成する。主磁極の高さとリターンパス磁極の高さは同一でも、リターンパス磁極の高さが低く調整されていても良い。主磁極先端部１３の加工はトラック幅が比較的広くＰＥＰ工程で作成可能な場合には、レジストフレームを用いて行っても良く、その場合には、主磁極１１のトラック方向の幅と線端部１３のトラック幅を一致させて、一括フレームメッキ形成しても良い。トラック幅が１００ｎｍ以下の場合にはＰＥＰ工程の採用は困難であるので、先ず主磁極部１１と先端部１３のトラック方向の幅を一致させてメッキ形成した後に、後工程でＦＩＢ加工により、先端部１３のトラック幅を決めるのが良い。
【００７６】
次に、記録磁極パターンのリーディング部１５、接続部１４、トレーリング部１６の上部に、記録コイル埋め込み部２２を形成する。２２の状面に記録コイル２１のパターンと、電極３０のパターニングを行い、メッキ法で例えばＣｕコイル２１とＣｕ電極３０を一括形成する。必要に応じてＣｕコイル部２１周辺及びＣｕ電極３０周辺のレジストが露出している部分の上に後プロセス用の保護コーティングを行う。ここでは保護膜として５０を形成した。ここで電極３０と電子放出源４０の電気的な接続を行う為、電極３０上には、絶縁性の膜は設けない。
【００７７】
次に、電子放出部を形成する。
図２は、図１の電子放出部近傍の拡大図であり、電子放出部作成工程を示す工程断面図である。同図２を参照しつつ電子放出源部の形成プロセスを説明すると以下の如くである。なお、図２において図１と同等の機能を有する要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７８】
前記工程に引き続き、記録磁極の最上面即ち先端部１３の上面（工程の途中では主磁極部１１の上面と一致）までレジスト２３を埋め込み、必要に応じて平坦化した後に、レジスト面上に誘電体膜もしくは金属膜２４を形成し図２（ａ）の形状を得る。誘電体膜もしくは金属膜２４はレジストとの選択エッチングが可能な材料であれば何でも良い。
【００７９】
次に、誘電体膜もしくは金属膜の電子放出源部に孔２５をパターニングして図２（ｂ）の形状を得る。孔の形状は円形でも正方形でも長方形でも構わないが、作成すべき電子放出源４０の先端幅が記録トラック幅と略一致するようにトラック幅方向の孔の長さを規定するのが良い。トラック方向の孔の長さは、以下に説明する電子放出源の先鋭な形状が作成可能な長さに規定するのが良い。
【００８０】
例えば、トラック幅をＴｗとし、作成する電子放出源４０の高さをＨｅとおく時、孔のトラック幅方向の長さはＴｗ＋２ｎＨｅ程度、孔のトラック方向の長さは２ｎＨｅ程度するのが、効率的な電界放出が起こる先鋭な先端形状を得る上で好ましい。ｎは、電子放出源材料を形成する際の孔２５への入射角度分布に依存するパラメータで、垂直入射に近い場合には、ｎは小さく、等方入射に近いほどｎは大きい。ｎ＝１の時、電子放出源のテーパ角が４５°となる。即ち孔の大きさは、トラック幅Ｔｗの他に、電子放出源の形成手法で決まるｎと、電子放出源４０の高さの両方に依存する。
【００８１】
具体例としては例えば記録トラック幅Ｔｗ（記録主磁極先端部１３のトラック幅）を０．７５μｍとし、Ｈｅを０．２５μｍとし、孔サイズをトラック幅方向に１．２５μｍ、トラック方向に０．５μｍとした（ｎ＝１）。孔加工はＰＥＰ工程で行ってもＦＩＢ加工で行っても良い。
【００８２】
次に、この孔を介してレジスト２３のウエットエッチングを行い、電子放出源４０の設けられるべき位置に空洞部２６を形成して図２（ｃ）の形状を得る。次に電子放出源材料を蒸着もしくはスパッタ法などを利用して孔２５の上面から入射する。電子放出源材料としては、Ｍｏ，Ｗ，Ｔａなどの高融点金属、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、Ｃ等を用いる事が可能であるが、大気中で安定した電子放出寿命を得る上ではＣを用いるのが好適である。
【００８３】
電子放出源材料を孔２５の上面から孔中に形成していくと、最初は電極膜３０の上に孔２５のサイズとほぼ等しいサイズで電子放出源材料の島が形成される。電子放出材料は電極膜３０上に形成されると同時に膜２４上にも４２として形成される。膜４２の孔２５へのつきまわりは、電子放出材料の孔方向への入射角度分布で規定され、これは制御可能である。
【００８４】
例えばスパッタ法を採用する場合には、スパッタリングターゲットと孔２５間の距離、スパッタガスの圧力によって、あるいはスパッタリングターゲットと孔２５の間にスルーホールを設け、スルーホールのアスペクト比によって入射角度分布を制御する事ができる。入射角度分布が孔２５に対して垂直に近い程、電子放出源４０のテーパ角度（電極膜３０からの立上り角度）は大きく形状が急峻になり、入射角度分布が等方に近い程、電子放出源４０のテーパ角度は小さく形状がなだらかになる。
【００８５】
重要なのは、先端部の曲率半径を１０ｎｍ程度に先鋭化することと、先端部の高さが記録磁極先端部の上面と略一致するようにすることである。これらは、レジスト２３の厚み、膜２４の厚み、孔２５のサイズ、電子放出源材料の形成方法により制御可能である。このようにして電子放出部４０を成長させると、電極膜３０に近接する部分では孔２５と同一サイズだったものが、孔２５に電子放出材料が逆テーパ状に形成されて実効孔サイズが縮小されるのに伴って、徐々に先細りの形状を呈しながら成長していく。
【００８６】
図２（ｄ）は、電子放出源４０の形成途中の形状を示す図である。
【００８７】
さらに電子放出源材料の成長を続けると、次第に放出源４０の先端が細り、膜２４上の電子放出源材料層４２が孔２５を塞ぐまで成長すると先鋭な放出源４０の形成が完了し、図２（ｅ）の形状を呈する。電子放出源の形状を電子顕微鏡観察した所、側壁テーパ角がほぼ４５°のトラック幅方向に長くトラック方向に短いリッジ形状を呈し、先端部のトラック幅はほぼ０．７５μｍ、先端部曲率はほぼ１０ｎｍである事が確認された。
【００８８】
最後に、膜２４及びレジスト２３を除去すれば、図１の形状の熱アシスト磁気記録ヘッドを得ることができる。図１には再生素子部は描いていないが、通常のプラナータイプの磁気ヘッドと同ように例えば、記録素子部のリーディング側もしくはトレーリング側に形成すれば良い。
【００８９】
図３は、図１のリーディング側もしくはトレーリング側に配置することのできる再生素子部の一実施例を示す図である。図３において、Ｓは基板、Ｘは媒体進行方向（トレーリング側）、７は調整層、８は電極、９はヨーク、９１はヨーク先端部、１０はＧＭＲ（giant magnetoresistive）素子、１１は絶縁部、６０は媒体、６１は記録層、６２は裏打ち層である。上記構成中、調整層７は必ずしも必要では無い。図３においても、図１あるいは図２と同等の機能を有する要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９０】
図３に例示した再生素子部は、前記した記録素子部と平行して以下のようにして作成することが可能である。例えば、アルチック基板上にヨーク先端９１の上面を、記録磁極先端部１３の上面と略一致させる為の調整層７を形成する。次に、調整層７の上にレジストフレームを形成して例えばＣｕ電極８を形成する。レジストを除去後、例えばＳｉＯ２絶縁部１１をＧＭＲ素子部１０の下面位置まで埋め込み形成した後、テーパエッチングして電極８を露呈する。ここに、ヨーク部９をＧＭＲ素子部１０の下面までフレームメッキ法で形成し、必要に応じて平坦化した後、ＧＭＲ素子部を形成してパターニングする。ＧＭＲ素子部としては例えば、Ｃｏ／Ｃｕ／Ｃｏ／ＦｅＭｎ積層膜を用いることが可能である。
【００９１】
次に、絶縁部１１のＧＭＲ上部の部分を形成してテーパエッチングして、ヨーク下部を露呈した後、ヨーク上部をフレームメッキ形成する。ヨーク先端部９１及び、再生ギャップ（二つの先端部の間）は微細加工が必要であり、必要に応じてＦＩＢ加工をして数１０ｎｍのパターンを形成する。ヨーク先端部９１で媒体６０の記録層６１の磁化の向きで決まる信号磁界を掬い上げ、埋設されたＧＭＲ素子で再生する。
【００９２】
上記のように作成した電子放出源４０を具備する図１の磁気記録素子部、図１のトレーリング側に配された図３の再生素子部を搭載する基板を、列切断、チップ切断、スライダー加工を行ってサスペンションに取付け本発明の熱アシスト磁気記録ヘッドを得ることができる。ここで、アルチック基板以外の適当な基板上に薄膜素子を作成して保護部材を比較的厚くコートした後、基板から薄膜素子部を剥離して、スライダーに貼付け、面出し加工を行っても本発明の熱アシスト磁気記録ヘッドを得ることが可能である。
【００９３】
本発明の実施に際しては、電子放出源先端の電界強度が重要なので、ヘッドを浮上動作すると浮上量変動が電界強度の変動となって好ましくない。その為、スライダー形状を接触パッド型にして接触動作を可能とすると良い。接触動作の場合には、浮上量変動は無く、ヘッドと媒体の間に作用する荷重変動となる。ヘッドの媒体摺動面にはヘッドの保護を目的として５ｎｍ程度の厚みのＤＬＣ（diamond-like carbon）膜をコートした。
【００９４】
次に、本発明の熱アシスト磁気記録装置に搭載可能な媒体の実施例について説明する。媒体の基本的な構成は、図１に示した通りである。図１では、簡単のために媒体保護膜、潤滑層は示していないが、これらは通常は設けることが望ましい。本具体例においては、媒体として軟磁性下地層付垂直磁化・多粒子系膜を用いることができる。すなわち、ガラス基板上に、軟磁性下地膜６２としてＮｉＦｅ膜を１００ｎｍ、その上に膜厚２０ｎｍのＣｏＰｔ−ＳｉＯ２垂直磁化・多粒子系薄膜６１、さらにＣ保護膜３ｎｍを連続してスパッタ形成し、潤滑剤をコーティングした後、テープバニッシュにより表面突起を除去する。本具体例では記録層としてＳｉＯ_２母材中にＣｏＰｔ磁性粒子が分散する構造の所謂グラニュラー膜を採用したが、これは磁性粒子の粒径制御、含有率制御などがやり易い為である。ＣｏＰｔ−ＳｉＯ_２記録層形成時は、ＣｏＰｔターゲットとＳｉＯ_２ターゲットの２元同時スパッタとし、各ターゲットへのスパッタ入力を変えて粒径とＣｏＰｔ含有比を制御する。また、スパッタ中に基板にバイアスを印加し、バイアスパワーによって粒径のみを独立制御することも可能である。
【００９５】
記録再生実験を行う前に、別途、本発明に関わる媒体の組成、微細構造、磁気特性を調べた。典型的な条件で成膜したＣｏＰｔ−ＳｉＯ_２膜中のＣｏＰｔ含有比は６０ｖｏｌ％であった。また、微細構造分析の結果、ＣｏＰｔとＳｉＯ_２は分離しており、ＳｉＯ_２母材中にＣｏＰｔ粒子が点在する構造を為す事が判った。ＣｏＰｔ粒子の平均粒径は約７ｎｍであった。磁気特性の測定はトルクメータとＶＳＭを用い、各々液体窒素温度から５００℃の間で温度特性を調べた。室温における典型的な磁気特性は、Ｋｕ：４．５×１０^６ｅｒｇ／ｃｃ、Ｈｃ：５ｋＯｅ、Ｍｓ：４００ｅｍｕ／ｃｃであった。平均粒径を有する粒子の室温（３００Ｋ）におけるＫｕＶ／ｋＴは約１２５なので、本実施例で用いた媒体は室温付近では十分な熱擾乱耐性を示すものと言える。磁気特性は温度の関数として変化し、低温から高温に向けて単調に低下した。
【００９６】
図４は、ＶＳＭで実測したＨｃと、シャロックの式を用いて推定したＨｃ０の温度依存性を表すグラフ図である。ＶＳＭはループ測定に１０分程度の時間を要するので、ＶＳＭループから得られたＨｃはその温度で１０分程度の熱擾乱を受けた後の保磁力である。一方で、記録の関わる保磁力Ｈｃ０は、実際にヘッドで記録する際の１０ｎｓ以下程度の高速磁化反転に要する磁界であり、これは熱擾乱の影響を殆ど受けない時間内で磁化反転するのに必要な磁界を意味する。１０分程度の時間内では熱擾乱の影響を殆ど受けない温度領域ではＨｃとＨｃ０はほぼ一致するが（０Ｋでは完全に一致する）、高温域ではＨｃはＨｃ０を大幅に下回る。熱アシスト記録で重要なのはＨｃでは無くＨｃ０なので、ＶＳＭ測定とシャロックの式を組合せてＨｃ０を求めた。
【００９７】
その結果、室温付近のＨｃ０は５．２ｋＯｅとＨｃとほぼ一致したが、熱アシスト記録の記録温度に相当する１００℃以上の温度域ではＨｃはＨｃ０を大幅に下回った。記録に必要な媒体飽和磁界は好ましくはＨｃｏの２倍程度であるが、飽和磁界とＨｃ０はほぼ比例関係にあるので、本願では記録に必要な磁界として以下Ｈｃ０を用いて説明する。ちなみに０Ｋでの異方性エネルギーＫｕ０は８×１０^６ｅｒｇ／ｃｃ、０Ｋでの飽和磁化Ｍｓ０は６００ｅｍｕ／ｃｃであった。膜中のＣｏＰｔ含有比は前記したように６０ｖｏｌ％なので、正味の磁化量Ｉｓｂは１０００ｅｍｕ／ｃｃである。高温側のＨｃ０を外挿するとキューリー点は５００数１０℃と推定され、Ｈｃ０が２ｋＯｅに低下する温度は約３００℃と推定された。
【００９８】
以上の磁気特性を有する媒体を、本発明の熱アシスト磁気ヘッドと共にスピンスタンド磁気記録再生評価機にセットし、媒体を１０ｍ／ｓでヘッドに対して移動させ、１００ｋｆｃｉの孤立波出力相当の比較的低い線密度で記録再生試験を行い、再生出力電圧を調べた。ヘッドは接触動作とし、スペーシングは８ｎｍから１０ｎｍ、即ち、ヘッド保護膜厚と媒体保護膜厚の和（８ｎｍ）からこれらに潤滑層厚を加えた値（１０ｎｍ）の間に制御した。録再動作の変数としては、電子放出源への印加電圧により放出電子電流を、記録コイルへの通電電流により記録磁界強度を、各々変えた。電子放出源の電極３０に設置電位に対して負の電圧を印加し、媒体は設置電位とした。電子放出源に印加する電圧は直流でもパルスでも構わない。
【００９９】
図５は、電子放出源への印加電圧Ｖｅとトラック幅１μｍ当りのＧＭＲ再生出力電圧Ｖｓの関係を、記録コイルへの通電電流Ｉｗをパラメータとして示すグラフ図である。図５においては、Ｉｗが２０ｍＡと４０ｍＡの２例のみを表したが、Ｖｅが７．５Ｖ未満の条件では、Ｉｗを幾ら大きくしても全く再生出力は得られなかった。これに対して、磁気ディスク装置として実用的なＩｗ＝４０ｍＡにおいては、Ｖｅ＞１５Ｖ、さらに好ましいＩｗ＝２０ｍＡではＶｅ＞２５Ｖ程度の範囲で、高い飽和再生出力が得られ、本発明の効果が明確となった。
【０１００】
ここで、図１の電子放出源４０の先端部と記録磁極先端部１３のリーディングエッジ間のトラック方向の距離（Ｄ）を変えて、幾つかの熱アシスト磁気記録ヘッドを試作して同様の評価を行った所、距離Ｄが大きすぎると電子ビーム加熱された媒体が記録磁界印加部に至るまでに冷めてしまって有意な記録が出来ない事が判った。有意な記録が可能なＤの範囲は、単一の電子放出源を備えたヘッドの場合、５００ｎｍ以下、好ましくは２５０ｎｍ以下、最も好ましくは１００ｎｍ以下であった。図５の結果は、距離Ｄが２５０ｎｍの場合に相当する。図５で距離Ｄが短い程、飽和記録に必要なＶｅ，Ｉｗの値は低下した。但し距離Ｄを幾ら短く設定した場合でも、Ｖｅが５Ｖ以下では有意な記録は出来なかった。ここで後述するように、トラック方向に複数の電子放出源を備えたヘッドの場合もしくは、リッジの稜線がトラック方向に設定されているヘッドの場合には、距離Ｄは上記よりも長くとも有意な記録をすることが可能となる。
【０１０１】
次に、本発明の熱アシスト磁気記録装置の記録メカニズムを図面を参照に説明する。
【０１０２】
図６は、本願の熱アシスト磁気記録ヘツドを用いた記録過程を模式的に示す図である。図６（ａ）は図１（ｂ）の中で記録過程に関わる部分を抽出した断面図、図６（ｂ）は媒体面での電子ビームプロファイルと媒体の温度分布を示すグラフ図、図６（ｃ）は媒体保磁力の空間分布と記録磁界の空間分布を示すグラフ図である。図６（ａ）において、１１は主磁極部、１３主磁極先端部、１７は主磁極が発生する磁束、３０は電子放出源電極、４０は電子放出源、４１は電子ビーム、６０は媒体、６１は記録層、６２は軟磁性裏打ち層、６３は媒体加熱部、６４は磁化固定部、６５は磁化を各々示している。図６（ａ）においては、図１（ｂ）と同等の機能を有する要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１０３】
また図中、Ｖｅは電子放出源への印加電圧、Ｄは電子放出源先端と記録磁極先端部のリーディングエッジ間のトラック方向の距離、Ｘは媒体進行方向、Ｂｅは媒体面上での電子ビームプロファイル、Ｔｍは媒体温度、Ｈｃ０は媒体の保磁力、Ｈｗは記録磁界をそれぞれ表す。
【０１０４】
媒体をヘッドに対して移動させ（図６では紙面左から右；即ち左側がリーディング側、右側がトレーリング側）、電子放出源４０にＶｅを印加して放出源先端部から電子ビーム４１を記録層６１に照射する。媒体に照射される電子ビームの空間分布は図６（ｂ）中のＢｅに示される様な分布を呈する。このＢｅの分布を有する電子ビームにより記録層が加熱される。媒体は高速で移動しているので、記録層の温度は電子ビームプロファイルに対して、トレーリング側にピークシフトして伸びる形状、即ち図６（ｂ）のＴｍの形状を呈する。記録層のＨｃ０の分布は温度分布Ｔｍと図４に示したＨｃ０の温特で決定され、図６（ｃ）のＨｃ０で示される分布を呈する。このＨｃ０の分布と記録磁極から発生して媒体を鎖交する磁束１７の分布Ｈｗの交線が、媒体の磁化の向きが決定される位置６４になる。
【０１０５】
図６から判るように、Ｈｃ０の谷の深さは、照射する電子ビームのパワーもしくはエネルギーが高い程深く、Ｈｗの山の高さは記録コイルへの通電電流Ｉｗが大きい程高い。又、Ｈｃ０，Ｈｗの交わる位置は電子ビーム源４０先端位置と記録磁極先端部１３のリーディングエッジ間の距離Ｄに依存して変化する。
【０１０６】
ここで、図６から本発明の熱アシスト磁気記録における磁化転移点は、従来の磁気記録における磁化転移点と異なり、記録磁極先端部のトレーリングエッジ以外の点にも位置することが判る。
【０１０７】
熱アシストを用いない従来の磁気記録では、媒体のＨｃ０は空間的に一様であり、Ｈｃ０よりも大きな記録磁界が印加して磁化転移を形成したいた為に、磁化転移部は必ず記録磁極先端部のトレーリングエッジに位置していた。これに対して、本発明の熱アシスト磁気記録においては、磁化の向きが記録磁界の向きに揃うのはＨｃ０とＨｗの二つの交線の間のみである。媒体がＨｃ０とＨｗの間を通過するタイミングで記録磁界の向きが逆転した場合は、その位置において磁化転移が形成される。従って、磁化転移は必ずしも記録磁極のトレーリングエッジに形成されるのでは無く、リーディングエッジからトレーリングエッジ間のＨｃ０とＨｗの交線間の任意の領域で形成される。
【０１０８】
また、図６には記録素子主要部と媒体の側断面のみが描いてあるが、媒体面上の電子ビームの強度分布がトラック幅方向に湾曲している時には、Ｈｃ０とＨｗの交わる線も湾曲する。従って、本発明の熱アシスト磁気記録によって形成される磁化転移もトラック幅方向に湾曲する場合が有る。磁化転移が必ずしも記録磁極先端部のトレーリングエッジでは無くＨｃ０とＨｗの交線間の任意点で形成される点、磁化転移がトラック幅方向に湾曲する場合がある（基本的に媒体の等温度線の形状に従う）点が、従来の磁気記録と本発明の熱アシスト磁気記録の相違点として挙げることができる。
【０１０９】
以上説明した本発明の基本的な実施形態においては、信号出力の挙動を明確に調べる目的で低い記録周波数を選んだが、高い線密度で記録した時も同様であることは説明するまでもない。
【０１１０】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
前述した第１実施形態では媒体として多粒子系を用いたが、本発明は連続磁性膜すなわち非晶質状の磁性体膜を媒体として用いる場合にも効果的である。本実施形態においては、光磁気記録媒体として用いられている、非晶質希土類・遷移金属フェリ磁性合金膜（Ｒ−Ｔ膜）を搭載する媒体を試作して第１実施形態と同様の評価を行った。
【０１１１】
作成した媒体は、ガラス基板上に、Ａｌ合金系ヒートシンク層、ＴｂＦｅＣｏ記録層、Ｃ保護層、潤滑層を順次積層した構成である。ヒートシンク層は記録層の熱応答特性を調整する為に設けた。
【０１１２】
図７は、試作した媒体の熱磁気特性を表すグラフ図であり、同図において、Ｈｃは保磁力、Ｍｓは再生信号に関わる飽和磁化である。光磁気膜の様な連続磁性体においては熱擾乱が無いので、ＨｃとＨｃ０は基本的に全温度領域で一致する。記録層の組成を調整して、室温（再生温度）付近でのＭｓを２００ｅｍｕ／ｃｃ程度として、十分な磁気信号が得られるようにした。また、補償点を１００℃程度、記録点は２００数１０℃、キューリー点は３００℃とした。この媒体を第１実施形態の場合と同ように、本発明の熱アシスト磁気記録ヘッドと共にスピンスタンド評価機にセットして第１実施形態と同様の評価を行った。その結果、第１実施形態とほぼ同等の効果が得られた。
【０１１３】
図８は、図７の媒体を用いて本発明を実施する場合の記録過程の概念を表す説明図である。熱アシスト磁気ヘッドの構成、電子ビーム強度分布、媒体の温度分布は図６（ｂ）と一致する。図６と異なるのは媒体のＨｃ分布であり、１００℃付近に補償点を設定したので、図６（ｂ）と同様の温度分布Ｔｍに対応して、図８のＨｃ分布が形成される。このＨｃ分布と記録磁極から供給される磁界Ｈｗの分布の交線が磁化の向きが決定される位置である。
【０１１４】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
本実施形態は、図１もしくは図６（ａ）において、電子放出源先端部のトラック幅Ｔｅと記録磁極先端部のトラック幅Ｔｗを幾通りかに変えて本発明の熱アシスト磁気記録ヘッドを作成し、第１実施形態の媒体と組合せて、第１実施形態と同様の評価、並びにクロスイレーズ（隣接トラックの記録信号の消去）の評価を行った。
【０１１５】
本実施形態においては、記録磁極先端部のトラック幅を第１実施形態と同ように０．７５μｍに固定し、電子放出源作成時の孔（図２の２５）のトラック幅方向の長さを変えて、電子放出源先端部のトラック幅Ｔｅを変えた。また、トラックピッチを１μｍに設定して隣接する５トラックに記録周波数を変えて記録を行った後、真中のトラックに１０^５回記録を行って隣接トラックの記録信号が劣化するかどうかを調べた。
【０１１６】
図９は、本実施形態における評価結果を表すグラフ図であり、横軸はＴｅとＴｗの比、縦軸は再生出力、Ａは第１実施形態と同ように記録したトラックからの再生出力、Ｂは１０^５回記録したトラックに隣接するトラックの（１０^５回記録したトラックとは異なる周波数で予め記録した）再生出力である。ＡからＴｅ／Ｔｗが１／２未満では急激に再生出力が低下することが判る。これはＴｅ／Ｔｗが小さすぎるとトラック幅全体に亘り媒体を十分に加熱することが困難となり、トラックエッジ付近で有意な記録が出来なくなる為である。
【０１１７】
また、ＢからＴｅ／Ｔｗが大きすぎると記録を繰り返した際に隣接するトラックに記録済みの信号を劣化させてしまうことが判る。これは、記録時に隣接するトラックには記録磁界は印加されないが、Ｔｅ／Ｔｗが過大だと、隣接するトラックの端部を加熱し徐々に熱擾乱によるデータ破壊を発生させる為と考えられる。図９のデータから、本発明の実施においては、電子放出源のトラック幅Ｔｅと記録磁極先端部のトラック幅Ｔｗの間を、１／２Ｔｅ≦Ｔｗ≦２Ｔｅなる関係に設定するのが好ましいことが判る。
【０１１８】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。
本実施形態においては、電子放出源先端部をトラック方向に複数有する熱アシスト磁気ヘッドを提案する。
【０１１９】
図１０は、複数の電子放出源先端部を有する熱アシスト磁気記録ヘッドを例示する要部断面図である。図１０において、１１は主磁極部、１３は主磁極先端部、３０は電子放出源電極、４０１は第１の電子放出源、４０２は第２の電子放出源、４０３は第３の電子放出源である。図１０においても、図１もしくは図６と同等機能を有する要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。図１０には電子放出源を３個有する例を示したが、電子放出源は幾つ有っても構わない。但し本実施例の主たる効果はトラック方向に複数の電子放出源を設けることにより、媒体加熱効率を高める点にあるので、記録磁極から余り離れた位置に電子放出源を配置しても効果は薄い。好ましい電子放出源の数は、２−５個程度である。
【０１２０】
図１０に例示した複数の電子放出源は、第１実施形態に関する図２に表したプロセスの若干の変更を加えることにより形成可能である。即ち、図２（ｂ）に表した膜２４に孔を開けるプロセスにおいて、トラック方向に所定のサイズの孔を複数個開ければ良い。複数の電子放出源を設ける形態では、電子放出源先端部間の距離は短い方が良いので、放出源４０１，４０２，４０３の作成時（図２（ｄ）に対応）には放出源材料の形成を異方性の高い成膜法、例えばロングスロースパッタ、コリメーションスパッタ等を用いるのが良い。また、電子放出源の高さも低く設定するのが良い。
【０１２１】
このようにして形成した複数の電子放出源を有する熱アシスト磁気記録ヘッドを用いて、第１実施形態と同様の評価を行った結果、単一の電子放出源を有する第１実施形態の場合には有意な記録が可能な距離Ｄの範囲が５００ｎｍ以下、好ましくは２５０ｎｍ以下、最も好ましくは１００ｎｍ以下であったのに対して、本実施形態においては、第１実施形態の倍以上の距離Ｄでも十分な記録を行うことが可能であった。この場合の媒体温度は、個々の電子源が放出する電子ビームによる加熱がトラック方向に積算された形態を呈する。複数の電子放出源間の距離は、単一の電子放出源を有する場合の距離Ｄと同等の値とするのが良い。
【０１２２】
一方、複数の電子放出源を設ける代りに、電子放出源のリッジの向きを変えても同等の効果は得られる。具体的には、図１において、電子放出源をトラック方向に長い長方形にすれば良い（図１（ｂ）で電子放出源を紙面内で９０°回転させた形状とする）。この場合も媒体の電子照射範囲がトラック方向に長くなるので、媒体加熱効率は高い。この場合のトラック幅はトラック幅方向に複数の電子放出源を設けて規定しても良いし、単一の電子放出源で決定される数１０ｎｍとしても良い。ここで電子放出源の実効的な電子放出部は、前述もしたが、先端の１０ｎｍ程度であるが、印加電界を高くすれば、２０ｎｍ程度に拡張することが可能である。また、放出源先端部と媒体面との間の電界の分布が、媒体面側に多少広がる形状を呈する為に、媒体面での電子照射領域は、放出領域よりも広い。例えばスペーシングが１０ｎｍ程度の場合には、放出領域に対して２０−３０％程度、照射領域は広い。スペーシングが狭いほど、放出領域と照射領域のサイズは等しくなる。
【０１２３】
（第５の実施の形態）
以上説明した実施形態ではプラナー型磁気記録ヘッドと電子放出源とを組合せた具体例を挙げたが、本発明は積層型薄膜磁気ヘッドにおいても実施することが可能である。
【０１２４】
図１１は、積層型磁気ヘッドと電子放出源を組合せた本発明の熱アシスト磁気記録ヘッドの要部構成を示す断面図である。図１１において、１１は主磁極、１２はリターンパス磁極、１３は主磁極先端部、１４は主磁極とリターンパスの接続部、２１はコイル、２２は埋め込み部材、３０は電極、３１は絶縁膜、３２は再生ギャップ部、３３は上部シールド、１０はＧＭＲ再生素子部、６０は媒体、６１は記録層、６２裏打ち層、Ｓは基板、Ｘは媒体進行方向である。図１１においても、図１もしくは図３と同等の機能を有する要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１２５】
図１１に例示した熱アシスト磁気記録ヘッドは、例えば以下の手順で作成することが可能である。基板Ｓとしてはスライダー加工が容易なアルチック基板を用いるのが良い。基板上に絶縁膜を介するか又は直接、電子放出源用の電極３０をストライプ状に形成し、その上にＣ膜をやはりストライプ状に形成する。平坦化後に、絶縁膜３１を形成してフレームメッキ法により主磁極部１１を形成する。主磁極先端部をエッチングして先端部１３を加工する。
【０１２６】
次に、フレームメッキ法でＣｕコイル２１を作成し連結部１４の部分にスルーホールを形成した後、連結部１４をフレームメッキ形成、続いてリターンパス磁極１２をフレームメッキ形成し、表面を平坦化する。
【０１２７】
次に、再生ギャップ膜を半分ほど形成し、ＧＭＲ素子部を形成、ハードバイアス膜とＣｕリードをＧＭＲ素子部の両端に設けた後、再生ギャップ部の残りの部分を形成し、上部シールド３３を形成する。この状態では電子放出源の先端部はリッジ状では無く、四角柱状になっている。薄膜素子を形成した後に基板を列切断、チップ切断しＡＢＳ面を露出する。この段階でＡＢＳ面に保護膜をコーティングし、最後にＣ電子放出源先端部のテーパ加工をＡＢＳ面側からＦＩＢを用いて行う。この時、必要に応じて記録磁極先端部１３のトリミング加工を同時に行っても良い。
【０１２８】
上記の手順に従って作成した本発明の熱アシスト磁気記録ヘッドを、前記実施例と同ように評価を行った結果、同ように本発明の効果を実証できた。
【０１２９】
（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。
本実施形態は、熱アシスト磁気記録装置のシステム構成に関する。
【０１３０】
図１２は、本発明の熱アシスト磁気記録装置のシステム構成を例示するブロック図である。同図において、Ｉｅは電子放出源駆動入力、Ｉｓは信号入力、Ｏｓは信号出力、１０１は電子放出源駆動回路系、１０２はヘッドに内蔵された電子放出素子、１０３はＥＣＣ（誤り訂正コード）附加回路系、１０４は変調回路系、１０５は記録補正回路系、１０６はヘッドに内蔵された記録素子部、１０７は媒体、１０８はヘッドに内蔵された再生素子部、１０９は等価回路系、１１０は復号回路系、１１１は復調回路系、１１２はＥＣＣ回路系である。
【０１３１】
熱アシスト方式ではない従来の磁気ディスク装置と比較すると、電子放出源駆動入力Ｉｅ、電子放出素子駆動回路系１０１、電子放出素子１０２が附加された点、前記実施形態に関して詳述したようにヘッドの構成が新規な点、前記実施形態に関して詳述したように媒体の熱磁気特性が特別に調整されている点、などが本実施形態の熱アシスト磁気記録装置を特徴付けている。
【０１３２】
電子放出素子駆動入力は、電子放出源へのＤＣ電圧の供給で構わず、電子放出素子駆動回路系は特に設けずに電子放出素子をＤＣ駆動しても構わない。また、変調回路の出力に同期させてパルス的に駆動しても良く、パルス駆動の方が回路構成は複雑化するが、電子放出源の寿命を長期化する上では好ましい。ＥＣＣ附加回路系１０３とＥＣＣ回路系１１２は特に設けなくても構わない。変復調の方式、記録補正の方式は自由に選定することが可能である。
【０１３３】
媒体への情報入力は、電子放出素子部１０２からの電子ビーム照射と、この電子ビーム照射でＨｃ０が低下している媒体位置に、記録素子部１０６から記録信号変調された記録磁界を印加することにある。記録情報が媒体面上の磁化転移列として形成される点は従来の磁気記録装置と同等である。但し、媒体面上での電子ビームがトラック幅方向に湾曲している場合には、磁化転移もトラック幅方向に湾曲している点が特徴となる。磁化転移列から発生する媒体からの漏洩磁界を信号磁界として再生素子部１０８が検出する。
【０１３４】
再生素子部は、ＧＭＲ型が典型的であるが、通常のＡＭＲ（anisotropic magnetoresistnace）型でも良く、将来的にはＴＭＲ（tunneling magnetoresistance）型を採用しても良い。
【０１３５】
上記構成を用いて本発明の熱アシスト磁気記録再生を実施した結果は、前記実施形態においてスピンスタンドタイプの実験評価系で得られた結果と同等である。
【０１３６】
（第７の実施の形態）
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。
本実施形態は、電子放出源付近の雰囲気を制御することにより、さらに信頼性を改善することができる熱アシスト磁気記録装置を提供する。
【０１３７】
まず、本実施形態にかかる熱アシスト磁気記録装置を説明する前に、本発明者が行った実験及びその結果について詳細に説明する。すなわち、本発明者は、本実施形態の構成に至る過程において、エミッター周辺の雰囲気がどうあるべきかを調べる実験を実施した。
【０１３８】
図１３は、本発明者が行った実験に使用した装置の構成を示すブロック図である。すなわち、同図の装置は、ＳＴＭ（scanning tunneling microscopy）を改造したものであり、以下にその改造点を中心に説明する。
【０１３９】
まず、改造の１点目は、ＳＴＭにおいて探針（本発明の電子放出源に相当する）として通常用いられているＰｔ（白金）上にＣ（炭素），Ｔａ（タンタル）、Ｓｉ（シリコン）をコーティングし、一般的に電界放出エミッターに用いられている材料からなる探針を用意した点である。
【０１４０】
また、改造の２点目は、ＳＴＭ観察対象（本発明における記録媒体に相当する）として、ガラス基板上にＣ（炭素）膜をコートした擬似的媒体表面を有する試料を用いた。
【０１４１】
さらに、改造の３点目は、探針と試料の間の距離制御に関するものである。通常のＳＴＭにおいては、トンネル電流が流れるように探針の先端と試料面とは数Ａ（オングストローム）の距離に近接配置されるる。これに対して、本発明者は、１０ｎｍ程度の距離を流れる電界放出電流を検出するために、インチワーム素子をサンプル保持回路で制御し４ｎｍ／ＳＴＥＰのパルス動作で試料を針に対して移動し、針と試料面の間の距離を１０ｎｍ程度に固定できるようにした。
【０１４２】
改造の４点目は、測定電流範囲の増加である。通常のＳＴＭでは、０．３−０．５ｎＡ程度のトンネル電流を用いているが、本発明の熱アシスト磁気記録装置においては、１０^−４Ａにもなる電界放出電流を用いるのがポイントであることから、Ｉ−ＶアンプのＩＶ変換抵抗を切換え可能として１０^−４Ａオーダの電流もモニターできるようにした。さらには、１０^−４Ａ程度の放出電流が得られた時点で、一定電流モード制御し、電流が安定に流れ続ける時間を計測可能とした。針への印加電圧は０−１５Ｖ可変とした。又、針と試料は密閉容器中に配置し、内部雰囲気を自由に変える事ができるようにした。
【０１４３】
以上説明した構成を用いて、本実施形態の基礎となった実験を以下の手順で実施した。
【０１４４】
まず、針を設置電位に保持したまま、試料面に接近させてトンネル電流を検出した。この時点で針と試料面は数Ａの距離にいると推定できる。この距離を基準にインチワーム素子を駆動し、２−３ＳＴＥＰ試料を針から離す方向に移動し、サンプル保持回路で固定した。この状態で、針に電圧を徐々に印加し、Ｉ−Ｖアンプの変換抵抗を切換えながら広い電流範囲で、電界放出電流を調べた。
【０１４５】
ここで、針としては、前記したように、通常のＳＴＭに使用されるＰｔ上にＣ，Ｔａ，Ｓｉを２−５ｎｍ程度スパッタコートしたものを使用した。針の置かれた密閉容器の雰囲気は、真空排気ポンプとガス導入系を用いて種々変えた。また、容器中のガスの成分分析は、四重極型質量分析系（ＱＭＳ）を容器に取付けて行った。容器内の圧力がＱＭＳの動作可能圧力よりも高い時は、オリフィスを介してガスをサンプリングして行った。オリフィスの直径は、容器内の圧力に応じて変え、常に感度良く測定可能とした。ＱＭＳの出力は、対象としたガス（ここでは主に酸素）を１００％所定圧導入した際の出力で較正し、ガス分圧の絶対値を求めた。又、容器内のパーティクル数はクラス１００未満になるように、実験はクリーンルーム内で行い、針や試料を交換した後は、容器内を数回、ドライ窒素でパージし清浄化した後、所定の雰囲気とした。
【０１４６】
図１４は、探針材料としてＴａ，Ｃの二種を用い、１０×１０^−４Ｐａの真空減圧下で取得した、電界放出電流Ｉと探針への印加電圧Ｖの関係を示すグラフ図である。前述したように、探針先端と試料面の間は１０ｎｍに固定されているので、電圧１Ｖは電界強度換算で１０^６Ｖ／ｃｍに相当する。放出電流の電界強度に対する挙動は、ファウラーノルトハイムの式を反映した形状を成し、かつ仕事関数の低いＴａの方が仕事関数の高いＣよりも放出電流値が高く、納得のいくデータとなっている。Ｓｉについても同様の実験を行ったが、放出電流値はＴａとＣの間の値を示した。これも仕事関数を反映している。
【０１４７】
次に、放出電流を１×１０^−５〜１×１０^−４Ａの間で何通りか一定になるように印加電圧を設定し、放出電流の時間変化を調べた。この実験では、上記した１０^−４Ｐａの真空雰囲気も含め、針の設置されている容器内の雰囲気を各種変えた。真空排気後、高純度希ガスを１気圧置換した雰囲気（雰囲気１）、真空排気後、高純度ドライ窒素を１気圧置換した雰囲気（雰囲気２）、真空排気後、通常の大気（相対湿度：２５％ＲＨ程度）を導入し、真空ポンプで圧力調整し幾つかの圧力に設定した雰囲気（雰囲気３）、さらに正味、酸素の影響を調べる為、真空排気後、高純度酸素を幾つかの設定圧力にて導入した雰囲気（雰囲気４）を各々用いた。雰囲気３，４ではＱＭＳを用いて酸素の絶対量を確認しながら実験した。
【０１４８】
図１５は、放出電流を５×１０^−５Ａに設定し、Ｃ（炭素）探針を用いて行った実験結果の一例を示す図であり、ａは雰囲気１，２と雰囲気３，４で酸素量が５×１０^１７（mols／ｃｍ^３）以下の場合、ｂ，ｃ，ｄは図中に示した酸素量の場合を各々示している。Ｃ探針の先端曲率半径は約５ｎｍで、この先端のほぼ半球状の領域から電界放出が起こるので、この場合、放出電流密度Ｊとしては、３．１８×１０⁵（Ａ／ｃｍ^２）であった。図１４のデータは比較的短い時間でのエミッターの劣化を示したものだが、耐酸化性に優れたＣエミッターを用いる場合においても、酸素分子密度が５×１０^１７（mols／ｃｍ^３）を超えると劣化の状況が顕著になることが明らかになった。
【０１４９】
ここで、本発明のひとつの特徴であるＸ，Ｊの関係式に上記したＪを代入すると、関係式右辺は、３．９８×１０¹⁷となり、実験的に得られた５×１０^１７（mols／ｃｍ^３）は、規定式におけるＸの上限よりもかなり高いことが判る。これは耐酸化性に優れるＣの特質を示しており、次に説明する各種エミッターと、各種放出電流密度を用いた実験結果からは、Ｓｉの様な表面酸化層が容易に形成されるエミッターも含めて、実用的な放出寿命を得る上では、本発明において規定する関係式を満足するのが最も好ましい。
【０１５０】
図１５に表した特性において、放出電流が初期値の９０％（同図中に破線で示した）に劣化するまでの時間（ｔｄ）を指標に、各種エミッター、各種放出電流密度で、雰囲気中の酸素量とｔｄの関係を調べた。
【０１５１】
図１６は、その結果を表すグラフ図である。図１５も含めて、電子放出は１０Ｈの連続放出と１２Ｈの休止を繰り返した積算時間で、トータル積算時間が３００Ｈになるまで実験を継続し、ｔｄが３００Ｈを超えるラインを図１６には示した。図１６のＳｉ，Ｔａで示した実線が、Ｓｉ，Ｔａエミッターを用いた場合にｔｄが３００Ｈをキープするラインであり、このラインより下側の領域ではｔｄは３００Ｈを超えた。Ｃで示した破線はＣエミッターで得られた結果である。
【０１５２】
図中の右側に「電界蒸発限界」として示した線は、これ以上の放出電流密度（φ１０ｎｍの半球からの放出電流値として５×１０^−４（Ａ）に相当）では印加電界強度が１０^８（Ｖ／ｃｍ）程度となり、電界蒸発が顕著になり電子エミッターとしての使用が困難となることを示している。Ｊの下限については前述した通り、媒体を有意な温度に加熱するに足るＪの下限という意味である。ここで、雰囲気４の高純度酸素を導入した場合は、雰囲気３の湿度を有する大気を導入した場合に比べて、図１６のラインよりもエミッターの寿命は伸びる傾向を示した。これは、雰囲気３が酸素の他に水を含む為、酸素及びその解離種に加えて、水及びその解離種が劣化を促進する為と考えられる。
【０１５３】
以上詳述した一連の実験により、本発明の熱アシスト磁気記録装置の電子放出源の周辺の雰囲気をどうすべきかが明確になった。本発明者は、この知見に基づき、以下に説明する本実施形態の熱アシスト磁気記録装置を発明した。
【０１５４】
すなわち、本実施形態において用いる熱アシスト磁気記録ヘッドの構成は、第１乃至第５実施形態と同様のものである。また、これらのヘッドとともに用いる高Ｋｕ（Ｈｃ０）の熱アシスト磁気記録媒体としては、例えば第１実施形態に関して前述したものを用いることができる。
【０１５５】
図１７は、本実施形態にかかる磁気記録装置の一部を例示する概念図であり、その筐体内部雰囲気を調整する為の手段を特に表している。すなわち、同図（ａ）は筐体の斜視外観図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ’部を拡大した断面図である。この筐体の中には、上記の磁気特性を有する媒体を、本発明の熱アシスト磁気ヘッドと共に、装置筐体にセットし、内部雰囲気を調整して本実施形態の熱アシスト磁気記録装置を試作した。
【０１５６】
図１７において、７０は筐体、７１はシーリング溝、７２はネジ孔、７３は蓋、７４はＯリングである。図１７には示していないが、筐体７０中には後記する磁気記録装置主要部が内蔵されている。筐体の板厚は、シーリング後の筐体内部の圧力に応じて適宜設定され、内圧が低い程、板厚は厚く設定され、外気圧による筐体の変形を防止する。外気圧による変形を防止する為には、単純に板厚を厚くする以外に、板内壁にハニカム状もしくは矩形セル状の補強部材を貼り付けるなどしても良いし、筐体の上下面、左右面間を幾つかのスタッドで連結しても良い。筐体内部を大気圧の不活性ガスで封入する場合は、特に板厚を厚くしたり補強部材を用いる必要は無い。
【０１５７】
筐体と蓋の間には、内部雰囲気を外気から遮断する為のシーリング溝７１が設けられる。シーリング溝の設けられる部位は、筐体の設計に依存し、シャーシー（図１８に示す）に磁気記録装置を構成する部品が取付けられた後に、直方体状で五面を一体成形された筐体を取付ける場合は、シーリング溝は一面のみに設ければ良い。シーリング溝中にはＯリング、角型リング、甲丸リングなど、通常の気密シールに使用されるゴムなどからなる変形可能なリング７４が埋設される。このリングの上に蓋７３（シャーシーである場合もある）を乗せて、ネジ孔にネジを取付けて蓋を押さえつければ、気密シールが完成する。気密の度合いは、本発明に規定する酸素濃度を所定の時間維持すれば良い程度なので、真空装置並みにタイトにする必要は無い。特に筐体内部を減圧するのではなく、大気圧程度の不活性ガス雰囲気にする場合には、比較的簡易型の気密でも所定の時間、本発明の酸素量を維持することは可能である。
【０１５８】
図１８は、図１７に示した筐体内部に配置される磁気記録装置の主要部構成の一実施例を示す図である。図１８において、８０はシャーシー、８１は本発明に関わる磁気記録媒体、８２は本発明に関わる熱アシスト磁気記録ヘッド、８３は高精度・高速位置決め系、８４は信号処理系である。図１８のシャーシー部の内面は略鏡面研磨されたシーリング面であり、図１７に示したＯリングの密着によって装置内部を外気から遮断する。
【０１５９】
また、このような気密手段の他にも、酸化性雰囲気を防ぐための方法としては、酸素をゲッタリングする材料を電子放出源や筐体内壁に設けたり、脱酸素剤を封入する方法などがある。ゲッタリング材料としては、例えば、チタンあるいはその合金などを挙げることができる。
【０１６０】
図１７及び図１８に例示した磁気記録装置は、例えば以下の手順で作成することが可能である。
【０１６１】
まず、通常の大気雰囲気（通常の製造工程に採用されているクリーンルーム内）下で、シャーシー８０に、位置決め系８３、磁気記録媒体８１、磁気ヘッド８２の取付けられたサスペンションアーム部、信号処理系などの制御部を通常の手順で順次取付ける。ヘッドの薄膜素子部には本発明に関わる電子ビーム源が形成され、制御部には電子ビームコントローラ（電圧源など）が附加されている。
【０１６２】
次に、不活性ガスを充填するグローブボックスもしくは密閉容器中に、各部材の取付けられたシャーシー部と筐体部を挿入し、グローブボックスもしくは密閉容器内の酸素濃度をモニターして、不活性ガス循環により、酸素濃度を所定値以下に下げる。酸素濃度が十分に低下した事を確認した後、ロボット又は人手（グローブボックスの場合）によって、筐体とシャーシーをネジ止めする。ネジ止め以外に接着、簡易型溶接などの手段も採用可能である。また、筐体もしくはシャーシーに脱気孔を設けておいて、通常の雰囲気において、筐体とシャーシーを取付けた後に、脱気孔を通じて筐体内部の雰囲気を不活性ガス置換するか、真空排気しても構わない。この場合、筐体内部が所定の酸素濃度に至った事を排気系で確認し、その後、脱気孔付近をシーリングすれば良い。この場合のシーリングのやり方としては、脱気孔と排気系間を延展性を有する金属配管としておき、所定の酸素濃度に至った後に、配管部を圧着するなどの手段を挙げることができる。
【０１６３】
このようにして作成した本発明の熱アシスト磁気記録装置は、本発明に関わる電子エミッターの安定性試験に供した。媒体（設置電位）を回転し、ヘッドを媒体上の所定のトラックに移動した後、エミッターに対して−１０Ｖの電圧を印加し、記録磁極に高周波電流を通電して、例えば３００ｋｆｃｉの記録を行い、ＧＭＲ再生部で記録直後に信号再生し、数１０トラックの記録動作をした後に、最初のトラックにヘッドをシークバックさせて、例えば２００ｋｆｃｉの信号をオーバライト、ＧＭＲで記録直後の信号再生、数トラックの記録、シークバック、再度３００ｋｆｃｉのオーバライトと繰り返し動作を行う。
【０１６４】
上記動作を１０００時間の間連続で継続した結果、再生信号品質に特に変化は見られず、本発明の効果が確認された。ここで電子エミッターに電圧を印加せずに記録磁極に上記と同一の高周波電流を通電しただけでは全く記録は起こらず、電子ビームによる媒体加熱によって記録が実行出来ていることは事前に確認済みであり、記録信号品質に変化が無いということは、電子エミッターの放出特性に変化が無いことを意味する。
【０１６５】
（第８の実施の形態）
次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。
本実施形態は、磁気記録ヘッドの磁気ヨークあるいは磁極を電子放出源とした磁気ヘッド及び熱アシスト磁気記録装置を提供する。この構成によれば、さらなる高密度記録が可能となる。
【０１６６】
図１９は、本実施形態にかかる第１の磁気記録ヘッドの要部断面構成を例示する概念図である。すなわち、同図の記録ヘッドは、いわゆる単磁極型の磁気記録ヘッドであり、同図において、２１１はスライダー基部、２１２は記録磁極部、２１３は記録コイル、２１４は主磁極、２１５はリターン磁極、２１６は媒体対向面（Air Bearing Surface：ＡＢＳ）の位置、２１７は磁極に接続されているリード線、２１８は記録コイルに接続されているリード線をそれぞれ示す。リード２１７に電圧が印加されることにより主磁極２１４やリターン磁極２１５の先端部から電子を放出することが可能になる。記録コイルへのリード線２１８には通常、所望の記録周波数の電気信号が印加され、この電気信号で変調された磁界が磁極から図示しない磁気記録媒体へと印加されることになる。リード２１７は、それ単独で接続用のパッドを持っていても良いし、他の信号線等のパッドと共用しても良い。
【０１６７】
本実施形態によれば、磁極が加熱用の電子放出源を兼ねるので、加熱源と磁束放出部とを極めて近接させることができる。その結果として、超高密度の熱アシスト磁気記録が可能となる。
【０１６８】
本実施形態の磁気記録ヘッドが満たすべき条件は、磁極２１２（または磁気ヨーク）に電圧印加のためのリード２１７が設置される以外は、従来用いられてきた磁気記録ヘッドのものと同じである。以下に、本発明の磁気ヘッドにおいて特徴的ないくつかの構成要素について補足する。
【０１６９】
（リード２１７及びパッド）
リード２１７が満たすべき要件は、例えば磁界発生コイルに電流を供給するために設置するリード２１８と同様である。すなわち、リード２１７は、Ｃｕ（銅）等の金属薄膜がパターニングされたものでよい。
【０１７０】
磁極２１２にリード１７を設置する工程は、例えば磁界発生コイル２１３に電流を供給するために設置するリード１８と同様の方法で作成することができ、場合によってはエッチングマスクの変更のみで同一工程で作成することができる。従って、レーザを用いて媒体を加熱する方式の熱アシスト磁気記録用の磁気記録ヘッドに比べてはるかに安価に作成することができるという利点を有する。
【０１７１】
一方、リード１７に電圧を印加するために図示しないパッドを設けても良い。このようなパッドについても、従来の磁気記録ヘッドに用いられるパッドと同じものを同様の工程で簡便に形成することができる。
【０１７２】
（主磁極２１４の先端面）
高密度ＨＤＤにおいては、主磁極２１４（または磁気ヨーク）の媒体対向面２１６におけるサイズが十分に小さいので、電子放出は容易に起こりうる。しかしながら、さらに容易にかつ制御良く電子放出を起こさせるには、主磁極２１４（または磁気ヨーク）の媒体対向面を「荒らす」方法がある。表面が荒れていると多数の微小な突出部が形成され、これらの突起部に電界が集中するため、そこから優先的に電界放出が起こる。これに対して、表面が平滑であると電界放出点が時間とともに変動して制御性が悪くなる可能性がある。ただし、主磁極２１４（または磁気ヨーク）の媒体対向面２１６におけるサイズの範囲で媒体が加熱されればよいというシステムからの要請がある場合には、この問題は特に顕著にはならない。
【０１７３】
このような表面の「荒れ」は、ＡＦＭ（atomic force microscope：原子間力顕微鏡）等の評価によって得られる一般的な指標である平均粗さＲａにおいて、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であれば良い。Ｒａが０．５ｎｍ以下では電界放出点の移動が起こりやすくなり、また、１０ｎｍ以上では加工に時間がかかってしまうからである。
【０１７４】
（リターン磁極２１５のリセス）
磁気記録ヘッドの磁極あるいは磁気ヨークにおいては、磁束の利用効率を上げるために、磁気記録媒体を通して磁束が戻ってくるリターン磁極２１５（またはトレーリング側ヨーク）が設置されるのが一般的である。本実施形態による磁気ヘッドの場合、記録を行いたいリーディング側の位置の加熱をすることが肝要であるので、このリターン磁極２１５（またはトレーリング側ヨーク）で主に電界放出が起こるのは好ましくない。
【０１７５】
これを防ぐためには、リターン磁極２１５（またはトレーリング側ヨーク）を主磁極２１４（またはリーディング側ヨーク）に比べて媒体面２１６からある程度引き離す（リセスする）方法が有効である。リセス量としては、０．５ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下であることが望ましい。０．５ｎｍ以下では電界放出を効果的に抑制できないので不適であり、１０００ｎｍ以上は磁束の利用効率が悪く、製造工程にも時間がかかるといった問題が生ずるからである。
【０１７６】
図２０は、単磁極ヘッドにおいてリターン磁極部２１５を媒体対向面２１６からリセスさせた構成を例示する概念図である。この例では、リターン磁極部２１５が、同図中に符号Ｒで示した距離だけリセスされている。このようにリセスさせるには、ヘッド作成時のパターニングで行う、ヘッド形成後ＦＩＢ加工により削り取る、等の方法を挙げることができる。
【０１７７】
（主磁極とリターン磁極の表面粗さ）
一方、リターン磁極２１５からの電界放出を抑制する別の手法として、主磁極２１４（またはリーディング側ヨーク）の表面の粗さを、リターン磁極２１５（またはトレーリング側ヨーク）の表面粗さよりも大きくすることもできる。上記のように、表面が荒れている方が電界集中が起こり電界放出が起こりやすくなる。そうすると相対的に荒れていないリターン磁極２１５（またはトレーリング側ヨーク）での放電は起こりにくくなる。これらの表面を荒らす手法としては、収束イオンビーム（ＦＩＢ）による加工、パターニングの際のエッチングの条件の最適化、エッチングパターンそのものによる形成、などがある。システムの要求やコストに応じて適宜選択すればよい。
【０１７８】
（主磁極２１４の突起）
また、リターン磁極２１５からの電界放出を抑制する別の手法として、主磁極２１４（またはリーディング側ヨーク）の表面に少なくともひとつの突起を形成することもできる。突起の部分に電界が集中するので、突起を設けた磁極しか電界放出しなくなる。
【０１７９】
図２１は、本実施形態の記録ヘッドの主磁極あるいはリーディング側磁極の媒体対向面の付近を拡大した概念図である。同図において、２１４は磁極部分、２４１は突起部である。同図に表した例では突起部は２つであるが、本実施形態による磁気ヘッドの機能を果たすためには、突起の数は１つであっても３つ以上であっても良い。また、突起部２４１の形状は、電子を効率よく放出できるものであれば、円錐状、四角錐状、三角錐状、等の種々の形状を適宜採用することができる。突起部の形状は、ヘッド作成プロセスに応じて適切なものを選ぶことも可能である。また、２つ以上の突起部を設ける場合の突起部の配置も適宜決定することができる。
【０１８０】
前述した表面粗さに違いを設けるか突起を形成するかは、システム要求やコストに応じて選択すべきものである。また、突起の数はひとつであっても複数であっても構わない。複数であれば放電がより制御良く起こる利点があり、ひとつであれば加工コストが下がる利点がある。突起を形成する手法としても、収束イオンビーム（ＦＩＢ）による加工、パターニングの際のエッチングの条件の最適化、パターンそのものによる形成、などを挙げることができる。システムの要求やコストに応じて適宜選択すればよい。
【０１８１】
（磁極の構成）
本実施形態の磁気ヘッドは、以下に詳述するように、従来、面内媒体で用いられてきたリング型ヘッドや垂直磁気記録に用いられてきた単磁極型ヘッドなどの各種の型式のものにも応用できる。どの磁極型にするかは、システムの要求やコストに応じて適宜選択すればよい。
【０１８２】
図２２は、本実施形態にかかるリングヘッド型の磁気記録ヘッドの要部断面構成を例示する概念図である。同図において、２１１はスライダー基部、２１２は記録磁極部、２１３は記録コイル、２２１はリーディング側磁極、２２２はトレーリング側磁極をそれぞれ表す。その他の要素については、図１９と同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１８３】
本変形例においても、リーディング側磁極２２１の先端から磁気記録媒体に電子を放出させることにより、加熱しながら磁気記録を行うことができる。加熱源と磁束放出部とが極めて近接しているので、超高密度の熱アシスト磁気記録が可能となる。
【０１８４】
また、リングヘッドの場合には、トレーリング側の磁極２２２を図１９のリターン磁極２１５の場合と同様に扱うことができる。
【０１８５】
（保護膜）
本実施形態の磁気ヘッドは、その媒体対向面２１６を保護の目的のためにＣ（炭素）やＢ（ボロン）、あるいは硬質の酸化物や窒化物、あるいはこれらの複合材料で覆うと耐久性が増して好ましい。Ｃを用いる場合、大気中で安定した電子放出寿命が得られるという利点がある。具体的には、磁極部分を含む媒体対向面２１６の表面に、保護膜として３〜１０ｎｍのＣ（炭素）を堆積することが望ましい。
【０１８６】
（記録装置）
本発明による磁気記録を行う記録装置としては、上述の磁気記録ヘッドとそのヘッドに電圧を印加する手段を設ける以外は従来の磁気記録装置と同様である。
【０１８７】
図２３は、本実施形態の磁気記録装置の要部構成を例示する概念図である。従来の磁気記録装置と同様の部分は省略してある。同図中、２５１は記録コイル２１３に記録信号に応じた電流を供給する書き込み制御部であり、２５２は磁極部２１４に電子放出のための電圧を印加する電圧印加部であり、２５３は磁気記録媒体である。
【０１８８】
電圧印加部２５２は、磁気記録媒体２５３と磁極２１４とに接続されている。電子を磁極から媒体へと放出させる必要があるので、磁極２１４（またはヨーク）には媒体電位に対して負の電圧を印加する必要がある。
【０１８９】
また。電圧印加部２５２に磁極２１４と磁気記録媒体２５３との電位差をモニタする装置をさらに設け、常に一定あるいは所望の電圧が印加されるようにフィードバックできるようにすると安定した記録ができ好ましい。
【０１９０】
電圧の印加方法は、連続的でも良いし、パルス的であっても良い。連続の場合には、記録磁極２１４（または磁気ヨーク）下の温度は常に一定であり、安定した熱アシスト記録が可能である。また電子放出のドライバー回路も簡単になり、また高周波によるロスや誘導加熱が起こりにくくて好ましい。
【０１９１】
一方、パルス的に印加する場合には、熱の冷却が早くなるので、クロスイレーズが起こりにくいという利点がある。また、パルス的に照射すると、温度の広がりが小さくなって、隣接トラックの記録情報の消去が起こりにくくなり好ましい。さらに、パルス幅が十分に短い場合には、加熱温度が線速度によらず一定となり、特に補償措置を取らなくても安定した記録が行えるようになって好ましい。また、必要であればパルス間隔や強度を変調して媒体温度や温度の広がりを任意に制御することができて好ましい。
【０１９２】
ところで、媒体の温度上昇は電子線放出タイミングに対してある程度の遅れが生じるのでその分を考慮するとより高密度の記録が行えるようになる。例えば、図２１に関して前述した突起２４１を主磁極２１４のトレーリング側に設けるのも１つの方法である。この方法は簡便ではあるが、加熱部位と記録確定部位（磁化転移領域）との距離をあまり大きくは調整できない。そのような調整が必要な場合には、例えば、電子放出のタイミングを記録タイミングとずらすことも有効である。
【０１９３】
図２４は、このように両者のタイミングをずらした例を表すタイミングチャートである。すなわち、同図において符号２７１で表したパターンは、記録コイル２１３に印加される記録信号を表し、簡単のために０１０１０１・・・・のパターンを例示している。この信号に対して、符号２７２に表したような信号を電子放出源に印加する。同図では下側がマイナスであり、信号がマイナスになったときのみ電子が記録媒体へ放出されるように設定している。この例では、タイミングの位相を逆転して与えているが、媒体加熱の状況や記録磁極における信号と発生磁界との時間ずれ等を考慮して、位相差は適宜設定すればよい。
【０１９４】
次に、本実施形態の磁気ヘッドについて実施例を参照しつつさらに詳細に説明する。
【０１９５】
（第１の実施例）
まず、本実施形態の第１の実施例として、図１９の構成の磁気記録ヘッドを作成し、磁気記録媒体とともにスピンスタンドにセットし、磁気記録／再生実験を行った。磁気記録ヘッドとは別に、ＧＭＲ（Giant-magnetoresistive effect）素子を用いた再生ヘッドも設置した。媒体は、直径２．５インチのガラス基板上に軟磁性下地膜としてＮｉＦｅ膜を１００ｎｍ、その上に膜厚２０ｎｍのＣｏＰｔ−ＳｉＯ_２磁気記録層を積層し、さらにＣ保護膜３ｎｍを連続してスパッタ形成し、潤滑剤をコーティングした後、テープバニッシュにより表面突起を除去した。
【０１９６】
磁気記録層は垂直磁気異方性を有し、アモルファスのＳｉＯ_２母材中に約７ｎｍの直径を持つＣｏＰｔ磁性粒子が分散する構造である。ＣｏＰｔ−ＳｉＯ_２膜中のＣｏＰｔ含有比は６０体積％であった。磁気特性の測定はトルクメータとＶＳＭを用い、各々液体窒素温度から５００℃の間で温度特性を調べた。室温における典型的な磁気特性は、Ｋｕ：４．５×１０^６ ｅｒｇ／ｃｃ、Ｈｃ：５ｋＯｅ、Ｍｓ：４００ｅｍｕ／ｃｃであった。平均粒径を記す粒子の室温（３００Ｋ）におけるＫｕＶ／ｋＴは約１２５なので、本実施例で用いた媒体は室温付近では十分な熱擾乱耐性を示すものと言える。磁気特性は温度の関数として変化し、低温から高温に向けて単調に低下した。熱揺らぎ劣化を考慮して、１０ｎｓ程度の反転磁界下での保磁力Ｈ_ｃ０の温度依存性を見積もった。その結果、室温付近のＨ_ｃ０は５．２ ｋＯｅであり、本発明による磁気記録装置を用いて行われる熱アシスト記録の想定記録温度に相当する２５０℃ではＨ_ｃ０が２ｋＯｅに低下することがわかった。高温側のＨ_ｃ０を外挿すると、キューリー点は５００℃よりも数１０℃高い温度と推定された。
【０１９７】
以上の磁気特性を有する媒体を１０ｍ／ｓでヘッドに対して移動させ、１００ｋｆｃｉの孤立波出力相当の比較的低い線密度で記録再生試験を行い、再生出力電圧を調べた。ヘッドは接触動作とし、スペーシングは８ｎｍから１０ｎｍ、即ち、ヘッド保護膜厚と媒体保護膜厚の和（８ｎｍ）からこれらに潤滑層厚を加えた値（１０ｎｍ）の間に制御した。録再動作の変数としては、電子放出源への印加電圧により放出電子電流を、記録コイルへの通電電流により記録磁界強度を、各々変えた。媒体は接地電位とした。
【０１９８】
図２５は、評価結果を表すグラフ図である。すなわち、同図は、電子放出源への印加電圧Ｖｅとトラック幅１μｍ当りのＧＭＲ再生出力電圧Ｖｓとの関係を、記録コイルへの通電電流Ｉｗをパラメータとして表す図である。図２５には、通電電流Ｉｗが２０ｍＡと４０ｍＡの２例のみを表したが、Ｖｅが７．５Ｖ未満の領域では、Ｉｗを幾ら大きくしても再生出力は全く得られなかった。磁気ディスク装置として実用的なＩｗ＝４０ｍＡにおいては、Ｖｅ＞１５Ｖ、さらに好ましいＩｗ＝２０ｍＡではＶｅ＞２５Ｖ程度の範囲で、高い飽和再生出力が得られ、本発明の効果が明確となった。
【０１９９】
すなわち、Ｖｅが７．５Ｖ未満の場合には電子放出による媒体の加熱が不十分かあるいはまったくなされないために、媒体のＨ_ｃ０が記録磁極が発生する磁界強度よりも大きくて記録ができなかったのである。Ｖｅが１０Ｖ程度を超え、電子放出による媒体加熱が進み、媒体温度が上昇するに連れてＨ_ｃ０は徐々に下がり始め、記録ができ再生信号が増加し始める。Ｉｗが小さい場合には、磁極から発生する磁界強度が小さく、媒体温度がより高くなるＶｅ〜２０Ｖあたりから記録ができるようになる。
【０２００】
上記した本発明の基本的な実施例では信号出力の挙動を明確に調べる目的で低い記録周波数を選んだが、高い線密度で記録した時も同様であることは説明するまでもない。
【０２０１】
（第２の実施例）
次に、本実施形態の第２の実施例として、保護膜の効果を調べた。すなわち、第１実施例と同様の構成の磁気ヘッドと、この磁気記録ヘッドにＣ（炭素）保護膜を設けない比較例の磁気ヘッドとを試作し、第１実施例と同様の記録再生実験を行った。その結果、書き込み特性に関しては、基本的には同様の結果が得られたが、実験開始後約１時間で、比較例の磁気ヘッドにおいてヘッドクラッシュが発生し、実験不可能となった。
【０２０２】
この比較例の磁気ヘッドの媒体対向面をＳＥＭ（scanning electron microsope：走査型電子顕微鏡）により観察したところ、磁極部周辺には多数の付着物があるとともに、ヘッド構造も一部が破壊されていた。Ｃ膜による保護機能がなかったための結果と考えられる。但し、この比較例の磁気ヘッドも、例えば浮上量が３０ｎｍ程度の磁気記録装置、あるいはドライブ内が清浄な雰囲気が保たれており、かつ媒体が平滑であるような場合には用いることができる。つまり、Ｃ保護膜は、システムの要求に応じて設ければよい。
【０２０３】
（第３の実施例）
次に、本実施形態の第３の実施例として、図２０に表したように、リターン磁極２１５をリセスした磁気ヘッドを作成し第１実施例と同様の記録再生実験を行った。この磁気ヘッドは、第１実施例と同様に形成した後に、ＦＩＢ加工して作成した。リターン磁極部２１５のリセス量Ｒは、５０ｎｍとした。リセス処置によって、リターン磁極２１５側からの放電が起こらなくなり、安定した放電ができるようになった。その結果、図２５に表した特性よりも媒体ノイズが約３ｄＢ減少した。このようなリセス処置が、リング型ヘッドに対しても同じ効果があることは明らかである。ＦＩＢ加工のコストがヘッドにかかるので、リセスを行うかどうかはシステム要求によって適宜選択すればよい。また、ＦＩＢ加工によらず最初からパターニングによってリセスしても良い。
【０２０４】
（第４の実施例）
次に、本実施形態の第４の実施例として、磁極の先端面に微細な凹凸を形成した磁気ヘッドを試作した。具体的には、第３実施例と同様のプロセスを採用し、前述したＦＩＢ加工の際に、イオンビームのパワーを落とし、かつスキャン中に間欠的に照射することによって、主磁極２１４およびリターン磁極２１５の媒体対向面に微細な凹凸を形成した。
【０２０５】
この磁気ヘッドを、第１実施例と同様の記録再生試験機に設置し、回転動作時の放電電流の変化を調べた。図２６は、放電電流特性を表すグラフ図である。すなわち、同図の横軸は一般的な指標である平均表面粗さＲａ（ｎｍ）を表し、縦軸は電流変動量の指標として放電電流の時間微分を積分したもの（Ｒａ＝５ｎｍのときの値で規格化）である。同図から分かるように、Ｒａ＜０．５ ｎｍでは放電不安定性が急激に増加した。つまり、表面荒れが少なくなると、磁極部での放電位置の不安定性によると思われる放電電流の変化が観察された。一方、Ｒａ＞１０ｎｍではヘッドクラッシュが頻発し、安定した浮上ができなかった。
【０２０６】
また、ＦＩＢ加工時のイオンビームの強度を変えて、主磁極側のＲａを３ｎｍ、リターン磁極側のＲａを０．５ｎｍ以下（ＦＩＢ加工せず）としたヘッドを作成し、上記同様の記録再生実験を行った。主磁極側のＲａを３ｎｍとしたことで、リターン側での放電不安定性はほぼなくなった。その結果、図２５に表した特性よりも媒体ノイズが約２ｄＢ減少した。この処置がリング型ヘッドに対しても同じ効果があることは明らかである。種々のＲａについて調べたところ、同様な媒体ノイズ低減効果は主磁極側のＲａがリターン磁極側のＲａよりも大きければ得られることが判明した。ＦＩＢ加工分のコストがヘッドにかかるので、表面荒れの形成を行うかどうかはシステム要求によって適宜選択すればよい。
【０２０７】
（第５の実施例）
次に、本実施形態の第５の実施例として、主磁極部の先端に突起を設けた磁気ヘッドを試作した。具体的には、第４実施例と同様のプロセスに基づき、ＦＩＢ加工の際に、イオンビームの走査パターンを制御することにより、図２１に表したような断面形状の突起２４１を主磁極２１４の表面に形成した。突起２４１の数は４つとした。この磁気ヘッドを第１実施例と同様に記録再生試験機に設置し、回転動作時の放電電流の変化を調べた。その結果、突起２４１を設けることにより、放電部位が安定し、放電電流の変化を図２６における規格値１に相当するレベルに抑えられることが確認された。同時に、リターン磁極２１５側での放電がなくなり、図２５に表した特性よりも媒体ノイズが約３ｄＢ減少した。このような突起がリング型ヘッドに対しても同じ効果を有することは明らかである。
【０２０８】
突起の形成方法は、ＦＩＢ加工には限られず、ヘッドの形成時に例えばパターンニングで形成することも可能である。この手法は、ＦＩＢの手間が省ける利点があるが、プロセスによっては細かい突起が形成しにくいという欠点もある。どういうプロセスにするかはシステムの要求に応じて適宜選択すればよい。また、突起の数も、４つに限定されないことはいうまでもない。突起２４１が１つであれば加熱点が絞られて、より微小な加熱を行うことができて好ましいが、投入パワーを大きくしづらいという欠点がある。突起２４１の数を増やすと放電不安定をより確実に抑えることができるが、加工コストがかかる。
【０２０９】
（第６の実施例）
以上述べてきた、リセス、保護膜、表面粗さ、突起の形成といった本発明による記録ヘッドにかかわる技術は、図２２に模式的に示すリングヘッドにもすべて適用できることは自明である。なぜならば、電子放出源を磁極に設ける（磁極を電子放出源とする）という基本概念およびその効果はヘッドの形態とは無関係であるからである。
【０２１０】
（第９の実施の形態）
次に、本発明の第９の実施の形態について説明する。
本実施形態は、磁気再生ヘッドの磁気ヨークあるいは磁極を電子放出源とした磁気ヘッド及び熱アシスト磁気再生装置を提供する。この構成によれば、さらなる高密度記録再生が可能となる。
【０２１１】
図２７は、本実施形態にかかる磁気再生ヘッドの要部断面構成を例示する概念図である。すなわち、同図の記録ヘッドは、いわゆる「ヨークタイプ」と呼ばれる構造のＧＭＲヘッドである。ヘッドは図中の矢印Ａの向きに進行する。同図において、符号２６１はＧＭＲ素子、２６２はリーディング側の磁極、２６３はトレーリング側の磁極、２６４は補助リード、２６５はＧＭＲ素子に供給される電流リード、２６６は再生信号に相当する抵抗変化に基づく電圧を検出するリードである。ヨーク、すなわち磁極２１２によって記録媒体の磁区から発生する漏洩磁界はＧＭＲ素子２６１に伝達される。なお、同図の構成は一例にすぎず、ＧＭＲ素子２６１の代わりにＴＭＲ（tunneling magnetoresistance effect）素子やその他の各種の磁気再生素子を用いることもできる。
【０２１２】
さて、図２７の構成においては、ヨーク２１２に電圧リード２１７を取り付けることにより、媒体対向面のヨーク端より電子を放出して、図示しない記録媒体を加熱することができる。そして、第８実施形態と同様に、加熱源と磁気検出部とを極めて近接させることにより、超高密度の熱アシスト磁気再生が可能となる。
【０２１３】
熱アシスト磁気再生の詳細を開示した文献としては、例えば、H. Katayama et al. : Journal of Magnetic Society of Japan, vol.23, No. S1, p.233, 1999を挙げることができる。
【０２１４】
その概略を説明すると以下の如くである。例えば、光磁気記録媒体として用いられている非晶質希土類・遷移金属フェリ磁性合金膜は、図２８に示すような磁気特性をもっている。すなわち、保磁力は温度と共に増加し、ある温度（補償温度：図中にＴ_ｃｏｍｐと記した）で無限大に発散し、磁化はＴ_ｃｏｍｐを境に極性が逆転する。ここで、Ｔ_ｃｏｍｐは希土類と遷移金属の比により調整可能である。
【０２１５】
Ｔ_ｃｏｍｐを室温近傍になるように媒体を設計すると、記録後の磁壁の移動が起こりにくく（保磁力が極めて大きいため）情報保持特性が増して好ましい。しかし、この状態では媒体の磁化量がほとんどゼロであるために、磁気再生ヘッドで再生しても信号は得られない。そこで再生時に例えば図中にＴｒと記した温度まで媒体を加熱すればその温度の磁化に比例した強度で漏洩磁界が発生し、信号を再生することができる。
【０２１６】
上述のＨ．Ｋａｔａｙａｍａらによる報告では、媒体の加熱を集光したレーザによっている。この方法では１μｍ前後のサイズの記録を行う場合には都合がよいが、光の回折限界があるために、本発明による磁気記録装置が想定している高い密度の磁気記録は行えない。そこで、電子線による加熱を行う。上述したように、電子線照射によれば非常に小さな領域の加熱が可能である。
【０２１７】
本実施形態による磁気再生ヘッドの場合にも、第８実施形態に関して前述したリセス、保護膜、表面粗さ、突起の形成などの記録ヘッドにかかわる技術をそのまま適用できる。
【０２１８】
なお、ＧＭＲ素子２６１とヨーク２１２とが電気的に接触する場合もありうる。トレーリング側ヨーク２６３より電子放出が起こる場合には、放出された電子分の電流がＧＭＲ素子２６１を流れることになる。これが問題となる場合には、第８実施形態に関して前述したように、リセス、表面粗さ、突起の形成等の技術によりトレーリング側で電子放出が起こらないようにすればよい。または、補助リード２６４を設けると、電子放出の有無にかかわらずＧＭＲ素子２６１の両端には電位差が生じず、ＧＭＲ素子２６１に電流が流れることはない。以上の構成は、加工が必要であったり、リードの数が増えるので、ＧＭＲ素子２６１に流れる電流の程度に応じて適宜採用すれば良い。
【０２１９】
以下、実施例を参照しつつ、本実施形態の磁気再生ヘッドについてさらに詳細に説明する。
【０２２０】
（第７の実施例）
非晶質希土類・遷移金属フェリ磁性合金膜（Ｒ−Ｔ膜）を搭載する媒体を試作して第１実施例と同様の評価を行った。作成した媒体は、ガラス基板上に、Ａｌ合金系ヒートシンク層、ＴｂＦｅＣｏ記録層、Ｃ保護層、潤滑層を順次積層した構成である。ヒートシンク層は、記録層の熱応答特性を調整するために設けた。記録層の組成を調整して、室温（再生温度）付近での保磁力が最大印加磁界２０ｋＯｅのＶＳＭ装置でも測定できない大きさとなるようにした。この媒体を、第１実施例と同様に本実施形態の熱アシスト再生ヘッドと共にスピンスタンド評価機にセットして再生評価を行った。この媒体には、第１実施例に用いた磁気記録ヘッドにより記録磁区が形成されているが、通常のＧＭＲ磁気再生ヘッドでは信号を検出できなかった。
【０２２１】
図２９は、再生実験の結果を表すグラフ図である。すなわち、同図の横軸はヨークに印加した電圧、縦軸はトラック幅１μｍ当りのＧＭＲ再生出力電圧Ｖｓ（ピーク値で規格化）をそれぞれ表す。Ｖｅが７．５Ｖ未満の場合には電子放出による媒体の加熱が不十分かあるいはまったくなされないために、媒体の磁化がＧＭＲ素子が検出可能な漏洩磁界を発生するほどには大きくならず信号がまったく得られていない。Ｖｅが１０Ｖ程度を超え、電子放出による媒体加熱が進み、媒体温度が上昇するにつれて磁化がは徐々に増加し始め、再生信号が増加してくる。媒体温度がより高くなるＶｅ〜２５Ｖあたりからは、図２８におけるＴｒよりも媒体温度が高くなったために再生信号強度が下がってくる。このように、本実施形態によれば、熱アシスト磁気再生により従来の磁気ヘッドでは読み取り困難な微小磁区からの磁気的情報を高い感度で検出できることが確認できた。
【０２２２】
（第１０の実施の形態）
次に、本発明の第１０の実施の形態について説明する。
本実施形態は、大気中あるいはそれに近いような雰囲気においても、超高密度の記録が可能な電子線記録装置を提供する。この構成によれば、磁気記録媒体のみならず光記録媒体などの各種の媒体に対して、さらなる高密度記録再生が可能となる。
【０２２３】
（電界放出実験）
まず、本実施形態にかかる電子線記録装置を説明する前に、本発明者が行った実験及びその結果について詳細に説明する。すなわち、本発明者は、本実施形態の構成に至る過程において、エミッターの構成とその周辺の雰囲気がどうあるべきかを調べる実験を実施した。
【０２２４】
本発明者が行った実験に使用した装置は、図１３に関して前述したものと同様である。すなわち、第７実施形態に関して前述したように、ＳＴＭ（scanning tunneling microscopy）を改造した装置を用い、同図に関して前述した４点の改造も同様に施した。従って、ここでは、この実験装置及び実験手順の詳細な説明は省略する。
【０２２５】
まず、本発明者は、探針材料としてＣ（炭素）を用い、大気雰囲気下で取得したＩ−Ｖ特性をファウラー・ノルトハイム（Ｆ−Ｎ）プロットした。
【０２２６】
図３０は、この結果を表すグラフ図である。この実験では、探針先端と試料面との間隔は８ｎｍに固定した。針先端の電界集中効果を無視して平等電界と仮定すると、電圧１Ｖは電界強度換算で１．２５×１０^６Ｖ／ｃｍに相当する。
【０２２７】
図３０から明らかなように、印加電圧が３．１７Ｖ以上の範囲でＩ−Ｖ特性はＦ−Ｎの式に従っており、大気中でも確かに電界放出電子流が得られたことが証明された。１０Ｖ印加時の放出電流は６１μＡにも達しており、これは実際の記録装置において媒体を記録温度まで加熱する上で十分な値である。図３０の直線部の傾斜から、実効的な仕事関数（ＤＬＣ（diamond-like carbon）膜の仕事関数を形状エンハンス係数で割った値である）を求めると、平等電界として０．２３５ｅＶとなり、この値と報告されているＤＬＣ膜の仕事関数（１．５１ｅＶ）を用いると、形状エンハンス係数αは６．４２と導出される。この値は用いたＣ針先端曲率半径が５ｎｍ（Ｐｔチップ上のコーティングしたＣ膜厚）であることと、針と試料面の間が８ｎｍであることを考慮すれば妥当な値と言える。
【０２２８】
ちなみに針を離して同様の実験を行った結果、距離が長い程、形状エンハンス係数は増加した。これは距離が長い場合、電界集中が顕著になるためと考えられ、妥当な結果である。Ｃ以外にＴａ，Ｓｉについても同様の実験を行った結果、電界放出のターンオン電圧（Ｆ−Ｎプロットで直線に乗り始める電圧）がＣよりも高く、また放出電流も低かったが、いづれの場合もＦ−Ｎプロットで直線部が得られ、電界放出していることが証明できた。低い電圧で高い電界放出電流を得るためには、Ｃを用いるのが好ましい。
【０２２９】
次に、放出電流を５μＡ〜６０μＡの間で何通りか一定になるように印加電圧を設定し、放出電流の時間変化を調べた。この実験では、上記した大気雰囲気（「雰囲気１」とする）も含め、針の設置されている容器内の雰囲気を各種変えた。すなわち、真空排気後、通常の大気を０．５〜１気圧導入した雰囲気（「雰囲気２」とする）、高純度希ガスを１気圧置換した雰囲気（「雰囲気３」とする）、真空排気後、高純度ドライ窒素を１気圧置換した雰囲気（「雰囲気４」とする）を用いた。
【０２３０】
雰囲気３と雰囲気４下では、Ｃ，Ｔａ，Ｓｉいづれの針の場合も電界放出電流は数１０時間の連続動作でも安定であった。雰囲気１と雰囲気２では、Ｃ針では安定した電界放出電流が得られたが、Ｔａ，Ｓｉでは１０時間未満から電流低下が起こった。不活性ガス雰囲気であれば、特に針材料に制約は無いが、大気中での動作ではＣを用いるのが好ましいと言える。
【０２３１】
以下、大気圧に近い雰囲気中における電子の平均自由行程について補足的に説明する。従来のＴＥＭ（transmission electron microscopy：透過型電子顕微鏡）やＳＥＭ（scanning electron microscopy：走査電子顕微鏡）などのシステムにおいて電子線が真空中で扱われる理由は、電子がガス分子と衝突すると、散乱（弾性衝突）されたり、エネルギーを失う（非弾性衝突）からである。これに対して、本発明者は、電子線放出源と媒体との間隔が十分に小さい場合には、大気中でも電子線がガス分子と殆ど衝突せず、媒体に照射され得ることを知得するに至った。
【０２３２】
図３１及び図３２は、それぞれ、Ｎ_２（窒素）、Ｏ_２（酸素）中の電子の衝突断面積を電子エネルギ（Ｅｅ）の関数として表したグラフ図である。
【０２３３】
また、図３３は、Ｈ_２Ｏ（水）中の運動量変換衝突頻度（Ｐｃ）を表すグラフ図である。
【０２３４】
ここで、Ｑｍ、Ｑｖ、Ｑｅｘ、Ｑｄ、Ｑｉ、Ｑａは、それぞれ、運動量変換（弾性）、振動励起、電子励起、解離、電離、付着の各衝突断面積である。Ｐｃは、ガス圧１（Ｔｏｒｒ）下で電子が１ｃｍ走行する間の衝突頻度で、Ｑｍとの間に次式の関係を有する。
【０２３５】
Ｐｃ＝３．５４×１０^１６×Ｑｍ（ｃｍ^−１）
図３１及び図３２における各衝突断面積をみると、Ｑｍが最も大きいので、先ず、Ｑｍに着目する。Ｑｍは、運動量変換衝突であり、電子と分子との衝突では、電子はエネルギは殆ど失わず運動の方向を変える。
【０２３６】
Ｑｍのままでは衝突確率が掴みにくいので、平均自由行程（λ）に変換する。Ｑｍとλとの関係は、次式により与えられる。
【０２３７】
λ＝（ｎ×Ｑｍ）^−１（ｃｍ）
ここで、ｎは分子密度であり、室温（２５℃）の大気圧では、次式により与えられる。
【０２３８】
ｎ＝２．４６×１０^１９（ｃｍ^−３）
図３１、図３３からわかるように、Ｑｍは、Ｎ_２中においてはＥｅが約２．５（ｅＶ）付近、Ｈ_２Ｏ中においてはＥｅが約１（ｅＶ）付近で最も大きな値を示す。この時のＱｍ値（約２×１０^−１５（ｃｍ^２））を用いると、平均自由行程λは、約２００ｎｍになる。例えば、電子エミッターと媒体との距離が１０ｎｍの場合、エミッターから放出した電子が媒体に流入する前にガス分子と衝突する確率は５％程度（１−ｅ^{−０．０５}）と試算される。この値は、λが最も短い場合のものである。図３１から分かるように、Ｎ２中における１〜４（ｅＶ）の電子を除き、平均自由行程λは４００ｎｍ以上ある。このλを用いると電子の衝突確率は２．５％程度となる。完全に無衝突とは言えないが、弾性衝突散乱損失は極めて少ないと言える。
【０２３９】
次に、非弾性衝突について説明する。先ず、Ｎ_２、Ｏ_２について説明すると、図３１、図３２から分かるように、Ｅｅ：〜１０（ｅＶ）の範囲では、衝突断面積は、大きい順にＱｖ、Ｑｅｘ、Ｑｄ、Ｑａである。これらに対して、Ｑｍと同様に衝突確率を見積もる。ここでの見積もりは、各々の断面積の大きいガスに対して行うことにする。エミッターから放出した電子が１０ｎｍ離れた媒体面に到達する間に、電子が各衝突を起す最大確率は、振動励起衝突が１．２％（Ｎ２中）、電子励起衝突が０．１％（Ｏ_２中）、解離衝突（Ｏ_２→Ｏ＋Ｏ）が０・０７％、解離付着衝突（Ｏ_２＋ｅ→Ｏ⁻＋Ｏ）が０．００４％と見積もられる。各衝突による電子のエネルギ損失量は、図３１、図３２の横軸の値に相当し、振動励起で１〜４（ｅＶ）、電子励起・解離で５〜１０（ｅＶ）程度である。一回の非弾性衝突によるエネルギ損失量は無視できないが、非弾性衝突の確率自体が非常に低いので、全体としてのエネルギ損失は無視し得る程度に小さいと見て良い。
【０２４０】
Ｈ_２Ｏについての非弾性衝突の断面積は不明であるが、振動励起は起こると考えられる。また、Ｈ２Ｏ→Ｈ＋ＯＨ、ＯＨ→Ｏ＋Ｈの解離エネルギは、それぞれ、０．２ｅＶ、４．８ｅＶであるから、解離衝突も考慮する必要がある。解離種と電子との衝突はステップワイズなので、無視し得る程低いと考えられる。また、Ｈ_２Ｏの解離種であるＨ、Ｏの電離閾値は、各々１３．５ｅＶ、１３．６ｅＶであるから、Ｈ、Ｏの電離を考慮する必要は無い。Ｈ_２Ｏの非弾性衝突の断面積が、Ｎ_２、Ｏ_２と同程度であるに推定すれば、エネルギ損失はやはり極めて少ないと判断できる。
【０２４１】
上述した議論は、エミッターと媒体との間隔が数１００ｎｍよりも小さい場合に、エミッターから放出した電子は、媒体面に入射するまでに散乱損失やエネルギ損失を殆ど受けないことを示している。但し、頻度は低いものの、励起衝突、解離衝突が起こることも事実である。実用的には、解離種、励起種の中、再結合もしくは脱励起せずに、エミッターもしくは媒体側に拡散してきたものが、劣化要因になるかどうかが、ひとつのポイントである。主に考慮すべきものは、ＯＨラジカルやＯラジカルなどの活性なガス種である。従って、これらのガス種に関しては、エミッター表面や媒体最表面の潤滑層への影響の有無を考慮して適宜分圧を決定することが望ましい。
【０２４２】
（スタティックな状態でのデータ書き込み）
上述の実験により、媒体加熱に十分な電界放出電流が安定して得られることが判った。そこで、実際に光磁気媒体、相変化媒体、色素媒体などを試料として準備し、先ずはＳＴＭを用いて大気中において、スタティックすなわち相対的に静止した状態での記録実験を行った。
【０２４３】
試料は、Ｓｉウェーハ基板上に各媒体に用いられる記録膜を５０ｎｍ程度成膜したものとし、光磁気膜は遷移金属リッチの膜（補償点が室温未満）を用いて膜面下向きに一様に磁化し、相変化膜は一様に初期結晶化を行った。記録再生実験に用いた装置は、図１３と同じ装置である。
【０２４４】
記録実験は、Ｃコートした針を試料面から１０ｎｍ程度離し、電圧をパルス的に印加して電子流を電界放出させて媒体を加熱して行った。針に印加する電圧（即ち放出電流値）、電圧パルス時間をパラメータとした。一つ記録する毎に試料を１００ｎｍ程度スキャンし、記録マークをマトリクス状に形成した。これは次のマーク観察実験（スタティック再生）において記録マークを形成した場所を見つけ易くするためである。
【０２４５】
光磁気膜を用いた記録実験では、試料に上向きの記録磁界２００ Ｏｅを一様に印加し、針に印加する電圧と電圧パルス時間をパラメータに反転磁区列を形成した後、ＭＦＭ（磁気力顕微鏡）でマーク列の観察を行った。
【０２４６】
相変化膜を用いた実験では、針に印加する電圧と電圧パルス時間をパラメータに非晶質マークの記録を行った後に、ＳＰＯＭ（表面電位顕微鏡）でマークの観察を行った。
【０２４７】
また、色素膜を用いた実験では、針に印加する電圧と電圧パルス時間をパラメータに色素の変形記録を行った後に同一のＳＴＭでＳＴＭモードに切換えてマークの観察を行った。
【０２４８】
図３４は、スタティックな記録再生実験の結果を纏めたものであり、その縦軸は電界放出電流Ｉ、横軸は電圧パルス時間ｔをそれぞれ表す。ここで、Ａは光磁気記録膜に対する結果、Ｂは相変化記録膜に対する結果、Ｃは色素膜に対する結果をそれぞれ表す。図３４中の各曲線は、同図においてこの曲線よりも上側の領域で記録マークの観察ができた境界を表している。観察の分解能は、観察の手段にも依るが、大体１０ｎｍ程度なので、１０ｎｍ未満のマークについては明確な観察は不能だった。つまり、図３４の曲線Ａ、Ｂ及びＣは、この曲線よりも上側の条件でほぼ１０ｎｍのマークが形成されたことを意味している。電流Ｉが大きいかパルス時間ｔが長い条件ではマークは大きくなり、そのサイズは２０ｎｍ程度で飽和した。これは、電子線の媒体面でのスポットサイズが２０ｎｍ程度であることを意味している。針の先端直径が１０ｎｍ程度で電界放出電子はその先端部分から放出されることと、針と媒体膜の間が１０ｎｍ程度と近接していることから考えると、この結果は妥当なものと言える。以上説明したように、スタティックな書き込み実験では電圧印加時間が比較的長いために、１〜１０μＡ以上程度の比較的低い電流でも記録マークの形成が可能であった。
【０２４９】
（ダイナミックな記録再生）
スタティックな記録再生に成功したので、次に記録装置を試作して記録動作を試みた。
【０２５０】
図３５は、本発明の電子線記録装置に用いることができる記録ヘッドの要部構成を例示する概念図である。同図において、３０１はヘッド基板、３０２はエミッター電極膜、３０３は絶縁部材、３０４はゲート電極、３０５はエミッター、３０６は電圧源である。図３５のゲート電極膜３０４の表面が媒体対向面、所謂、磁気記録における媒体対向面である。
【０２５１】
図３５に表した構成は、磁気ヘッドにおける構造としては所謂「シルマグタイプ」のプラナーヘッドに類似するものである。基板３０１としては、磁気ヘッドのスライダーに用いられるアルチック基板、もしくはアルチック基板上にＳｉウェーハを接合したものを用いるのが好ましい。Ｓｉを接合した場合にはエミッターをＳｉの面方位選択エッチングで作成することができる。エミッター電極３０２は導電性材料で有れば何でも良いが、高伝導率のＣｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）あるいはそれらを主体とする合金を用いるのが好ましい。
【０２５２】
絶縁部材３０３は、誘電体、レジストなどを用いることができ、例えばＳｉＯ_２を用いることができる。ゲート電極３０４は必ずしも無くても構わない。ゲート電極が無い構成では、電圧はエミッターと媒体の間に直接印加する。ゲート電極が無い構成においてもエミッター先端の摩耗を防止する上では、エミッター先端は図３５に表したように媒体対向面からリセスするのが好ましい。接触記録を行う場合には、このリセス量がエミッターと媒体間の距離を規定する。浮上記録を行う場合は特にリセスさせる必要は無い。
【０２５３】
ゲート電極３０４には、エミッター電極３０２と同様な材料を用いることができる。エミッター材料は電界電子放出可能なものなら何でも良いが、好ましくはＴａ、Ｓｉ、Ｃ、さらに好ましくはＣ（ＤＬＣ）を用いるのが良い。適当な金属材料をコーン状に加工した後にＤＬＣを薄くコーティングして用いても構わない。電圧源３０６はＤＣでもパルスでも構わないし、変調されていても良い。変調されている場合には、浮上量変動による放出電流変動を防止する様に変調するか、記録マークサイズを多値化しより高密度な記録を行うように変調するのが良い。
【０２５４】
図３５の構成の電子線記録ヘッドは、例えば以下の様に作成することが可能である。まず、アルチック基板３０１上にスパッタ法もしくは蒸着法によりエミッター電極膜３０２を形成し、所定のパターンにエッチング加工する。所定のパターンとは、エミッター電極とエミッターが電気的に接続する事と、エミッターが電圧源３０６と接続する様にパッド部に導かれていることを意味する。
【０２５５】
次に、絶縁部３０３をスパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法などで形成する。絶縁部３０３をレジストで形成する場合はスピンコート法が採用される。続いて、ゲート電極膜をスパッタ法、蒸着法などを用いて形成した後、ＰＥＰ工程に供してエミッターが設けられるべき部分のゲート電極とその下の絶縁部をエッチング加工して取り除く。絶縁部のエッチングは異方性エッチングでも等方性エッチングでも構わない。等方性エッチングの場合はゲート電極の加工孔付近には空洞が形成される。ゲート電極を用いない形態では、ゲート電極部は導電性材料以外のものを用いることが可能で、絶縁部材３０３と同一の材料でも構わない。
【０２５６】
次に、エミッター材料を例えばスパッタ法で形成する。例えば、ゲート上から適当な異方性でスパッタリングすると、スパッタ特有の「シャドーイング効果」で、自然にコーン状のエミッターを作成することができる。「シャドーイング効果」とは、ゲート３０４の上面にスパッタされた膜がゲート孔周囲から中心に向けてデブリ状に成長し、このデブリが陰になってエミッター電極上にエミッターが成長していくプロセスを意味する。
【０２５７】
次に、例えばＣＭＰ（chemical mechanical polishing）法によりゲート上のエミッター膜を除去する。次に、エミッター電極、ゲート電極のパッド部を露出してＡｕをパッド上にフレームメッキ成長させて端子を作成後、素子切断しスライダー加工を行い、ヘッドジンバルアセンブリーを行って、端子と電圧源からのリード線を接続すれば、本発明の電子線記録装置に搭載可能な記録ヘッドが完成する。
【０２５８】
上記の電子線記録ヘッドは、所謂磁気記録分野におけるシルマグタイプのヘッドに電子線を作り込んだ具体例であるが、本発明は、特にヘッドタイプには限定されず、スライダー側面に薄膜素子を作り込む所謂プラナータイプのヘッド、もしくは現行の磁気記録ヘッドの主流を為すスライダー後端面に薄膜素子を作り込んだヘッド、もしくはスライダーに電子線源をＰＥＰ精度で貼り付けたものでも構わない。スライダー側面もしくは後端面に電子エミッターを形成する手法の一例としては、楔状マスクを用いて、斜めスパッタしマスク上に形成するＤＬＣ膜によるシャドーイング効果によって先鋭な先端を有するエミッターを作る態様、後行程で例えばＦＩＢ加工によってエミッター先端部を先鋭化する態様などを挙げることができる。
【０２５９】
また、スライダー上薄膜行程で直接エミッターを形成する以外に、貼り合わせる方法では、スライダー基板上に例えば凸パターンをスライダーサイズのピッチで形成し、エミッター形成基板にスライダー基板の凸パターンに対応する凹パターンを設けておいて、接合しチッピングする方法を例示することが可能である。
【０２６０】
上記した方法で作成した記録ヘッドを、例えばスピンスタンドタイプの磁気記録評価装置のヘッド部に取付ければ、本発明の電子線記録を以下の手順で実施する事ができる。
【０２６１】
図３６は、本発明の実施に使用可能な記録媒体の一実施例の構成を示す図である。同図において、３０７は媒体基板、３０８はシード層、３０９は記録層、３１０は保護層である。媒体の構造は、再生方式によって異なり、図３６の構成は、前記したスタティックな記録再生実験に用いたと同様に、プローブ型再生に適した構成となっている。近接場光を用いて光学的に再生を行う場合には、通常の光ディスクに用いられているのと同様に、光学干渉構造とするのが良い。
【０２６２】
いづれの場合にも、記録においては電子エミッターと媒体を、動作雰囲気下での電子の平均自由行程以下に近接させることが重要であり、また、再生時もプローブもしくは近接場光源と媒体は記録時同様に近接配置させることが、高分解能の再生を行う上で重要である。
【０２６３】
媒体基板３０７としては、ガラス、Ｓｉ、ポリカーボネイトなどを用いることが可能で、アドレス情報、サーボ情報などのフォーマッティングは、プリフォーマットでもソフトフォーマットでも構わない。
【０２６４】
プリフォーマットの形態では、例えば２Ｐプロセスでプリピット、プリグルーブを形成するか、ポリカーボネイト基板の場合には直接射出成形しても良い。
【０２６５】
シード層３０８は特には必要無いが、記録層３０９として相変化膜を用いる場合には、結晶化速度を促進させる、結晶粒径を制御するなどの目的で、金属膜、窒化物膜、酸化物膜、金属微粒子分散膜などを使用するのが好ましく、記録層３０９として光磁気膜を用いる場合には、磁壁のピンニングサイト制御などの目的で、金属膜、金属化合物膜などを使用するのが好ましく、記録層３０９として色素系膜を用いる場合は、色素の変形を助長する為の光吸収性金属層、色素以外の有機層を用いるのが良く、記録層３０９として磁気記録膜を用いる場合には、結晶磁気異方性制御の為に、Ｃｒ系、Ｖ系の多結晶膜、垂直磁化記録層の場合には軟磁性膜を用いるのが好ましい。
【０２６６】
記録層３０９としては、上記した様に、相変化膜、光磁気膜、色素膜、磁気記録膜などが代表的であるが、この他、電子ビーム照射により昇温し、何らかの物理的変化を起すものであれば何でも良い。
【０２６７】
保護膜３１０としては、酸化物、窒化物、炭化物、硼化物などのセラミクスやＤＬＣを用いるのが良い。保護膜上には、磁気記録に用いられている潤滑層をコーティングするのが好ましい。
【０２６８】
図３６の媒体は、プリフォーマットプロセスとスパッタリングプロセスの併用、ソフトフォーマットの場合には、スパッタリングプロセスとソフトフォーマツトプロセス（例えば磁気記録におけるサーボライトプロセス）の併用で作成することができる。
【０２６９】
前記した本発明に関わる電子線記録ヘッドと上記した媒体をスピンスタンドタイプの記録再生機にセットし本発明を以下の手順で実施した。
【０２７０】
図３７は、本発明の電子線記録再生装置の一実施例の構成図である。同図において、５１１はディスク状の記録媒体、５１２はスピンドルモータ、５１３は記録用の電子エミッターと再生用のプローブもしくは近接光源を具備する記録再生ヘッド、５１４はヘッドを駆動するサーボモータ系、５１５は再生信号を増幅するプリアンプ、５１６は可変利得増幅器、５１７は増幅後の再生信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路、５１８はビタビデコーダなどの線形等価器、５２０は再生信号を原信号に復元するデータ検出回路、５２１はデコーダ、５２２は記録再生データの転送制御を行うドライブコントローラ、５２３はインターフェース、５２４はスピンドルモータとヘッド駆動用サーボモータを駆動制御する回路、５２５は電子エミッタードライバ、５２６は変調回路である。
【０２７１】
なお、本発明の実施に必要なのは、インターフェース５２３、ドライブコントローラ５２２、電子エミッタードライバ５２５、駆動制御回路５２４、ヘッド駆動用サーボモータ５１４、電子エミッターを具備する記録ヘッド５１３、媒体駆動用スピンドルモータ５１２、及び記録媒体５１１の記録系であり、他の再生に関わる部位は必須では無い。
【０２７２】
図３７の構成において、スピンドルモータ５１２により媒体５１１を回転し、電子エミッターを搭載するヘッド５１３を所定の記録トラックに導き、電子エミッタードライバ５２５により、エミッターから媒体へ向けて電子ビームを照射して記録すれば、基本的に本発明を実施する事が可能である。電子線源がゲート電極を有する場合は、ドライバ５２５はエミッターとゲート間の電圧、ゲートと媒体間の電圧の両方を制御するものであれば良い。
【０２７３】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【０２７４】
例えば、電子放出源や磁気ヘッドを構成する各要素の構造や材料については、前述したもの他にも当業者が公知技術の範囲から適宜選択して同様の効果を得ることができる。
【０２７５】
また、記録媒体として用いるものも、磁気的な記録が可能なものであれば良く、いわゆる「面内記録」でも「垂直記録」でも可能であり、例えば、磁気的記録層と軟磁性層とを有する「キーパードメディア」などの各種の記録媒体を用いることができる。
【０２７６】
さらに、記録媒体は、いわゆるハードディスクには限定されず、その他フレキシブルディスクや磁気カードなどの磁気的記録が可能なあらゆる媒体を用いることができる。
【０２７７】
同様に、磁気記録装置に関しても、磁気記録のみを実施するものでも良く、記録・再生を実施するものでも良い。磁気ヘッドと媒体との位置関係についても、いわゆる「浮上走行型」でも「接触走行型」でも良い。さらに、記録媒体を磁気記録装置から取り外し可能とした、いわゆる「リムーバブル」の形式の磁気記録装置であっても良い。
【０２７８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、高密度磁気記録再生に必要な極めて微細な粒径からなる低ノイズの多粒子系媒体に対して、室温付近で十分に高い熱擾乱耐性を付与できると共に、記録磁界印加部では電子ビーム照射により媒体の保磁力すなわち磁化反転に必要な磁界を低減化させて、実用的な記録ヘッドで高速記録を実現することが可能となる。
【０２７９】
また、電子放出源と記録再生素子の一体化により、小型軽量の熱アシスト磁気記録ヘッドが提供できるので、高速シーク動作が可能になると共に低価格にヘッドとドライブを構成することができる。
【０２８０】
さらに、本発明によれば、高分解能・高効率の電子放出源を用いて媒体を加熱し、加熱部の媒体保磁力を低下して、保磁力低下部に記録磁界を印加して記録を行う、熱アシスト磁気記録装置における電子放出源の寿命を実用レベルに改善することができる。
【０２８１】
一方、本発明によれば、磁極あるいは磁気ヨークを電子放出源として兼用することにより、さらに高密度の磁気記録再生を実現することができる。
【０２８２】
また、本発明によれば、従来の記録装置に用いられていた、光ビームもしくは磁気記録ヘッドと比較して格段に記録分解能に優れた電子エミッターを用いて記録することができるので、記録密度を大幅に向上することができると共に、従来の電子ビーム記録では実現不可能だった大気雰囲気での動作を可能足らしめるために、実用的な記録装置を提供することも可能となる。
【０２８３】
すなわち、本発明によれば、新規な着想に基づき記録密度を従来のものから飛躍的に向上させることができる熱アシスト磁気記録装置を提供することができ産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱アシスト磁気記録ヘッドの一実施例の構成を示す図であり、同図（ａ）は媒体も含めたヘッド記録素子部の側断面主要構成を示す図、同図（ｂ）は媒体面側からヘッドの記録素子部主要構成を見込む図である。
【図２】図１の電子放出部近傍の拡大図であり、電子放出部作成工程を示す工程断面図である。
【図３】図１のリーディング側もしくはトレーリング側に配置することのできる再生素子部の一実施例を示す図である。
【図４】ＶＳＭで実測したＨｃの温特と、シャロックの式を用いて推定したＨｃ０の温特を示す図である。
【図５】電子放出源への印加電圧Ｖｅとトラック幅１μｍ当りのＧＭＲ再生出力電圧Ｖｓの関係を、記録コイルへの通電電流Ｉｗをパラメータとして示すグラフ図である。
【図６】本発明の熱アシスト磁気記録ヘツドを用いた記録過程を模式的に示す図であり、図６（ａ）は図１（ｂ）の中で記録過程に関わる部分を抽出した断面図、図６（ｂ）は媒体面での電子ビームプロファイルと媒体の温度分布を示すグラフ図、図６（ｃ）は媒体保磁力の空間分布と記録磁界の空間分布を示すグラフ図である。
【図７】本発明において試作した媒体の熱磁気特性を表すグラフ図であり、同図において、Ｈｃは保磁力、Ｍｓは再生信号に関わる飽和磁化である。
【図８】図７の媒体を用いて本発明を実施する場合の記録過程の概念を表す説明図である。
【図９】本発明の第３実施形態における評価結果を表すグラフ図であ
【図１０】複数の電子放出源先端部を有する熱アシスト磁気記録ヘッドを例示する要部断面図である。
【図１１】積層型磁気ヘッドと電子放出源を組合せた本発明の熱アシスト磁気記録ヘッドの要部構成を示す断面図である。
【図１２】本発明の熱アシスト磁気記録装置のシステム構成を例示するブロック図である。
【図１３】本発明者が行った実験に使用した装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】探針材料としてＴａ、Ｃの二種を用い、１０×１０^−４Ｐａの真空減圧下で取得した、電界放出電流Ｉと探針への印加電圧Ｖの関係を示すグラフ図である。
【図１５】放出電流を５×１０^−５Ａに設定し、Ｃ（炭素）探針を用いて行った実験結果の一例を示す図であり
【図１６】図１５に表した特性において、放出電流が初期値の９０％（同図中に破線で示した）に劣化するまでの時間（ｔｄ）を指標に、各種エミッター、各種放出電流密度で、雰囲気中の酸素量とｔｄの関係を調べた結果を表すグラフ図である。
【図１７】本発明の第７実施形態にかかる磁気記録装置の一部を例示する概念図であり、その筐体内部雰囲気を調整する為の手段を特に表している。すなわち、同図（ａ）は筐体の斜視外観図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ’部を拡大した断面図である。
【図１８】図１７に示した筐体内部に配置される磁気記録装置の主要部構成の一実施例を示す図である。
【図１９】本発明の第８実施形態にかかる第１の磁気記録ヘッドの要部断面構成を例示する概念図である。
【図２０】単磁極ヘッドにおいてリターン磁極部２１５を媒体対向面２１６からリセスさせた構成を例示する概念図である。
【図２１】本発明の第８実施形態の記録ヘッドの主磁極あるいはリーディング側磁極の媒体対向面の付近を拡大した概念図である。
【図２２】本発明の第８実施形態にかかるリングヘッド型の磁気記録ヘッドの要部断面構成を例示する概念図である。
【図２３】本発明の第８実施形態の磁気記録装置の要部構成を例示する概念図である。
【図２４】本発明の第８実施形態の磁気記録装置におけるタイミングチャートである。
【図２５】評価結果を表すグラフ図である。
【図２６】放電電流特性を表すグラフ図である。
【図２７】本発明の第９実施形態にかかる磁気再生ヘッドの要部断面構成を例示する概念図である。
【図２８】非晶質希土類・遷移金属フェリ磁性合金膜の磁気特性を表すグラフ図である。
【図２９】再生実験の結果を表すグラフ図である。す
【図３０】探針材料としてＣ（炭素）を用い、大気雰囲気下で取得したＩ−Ｖ特性をファウラー・ノルトハイム（Ｆ−Ｎ）プロットした結果を表すグラフ図である。
【図３１】Ｎ_２（窒素）中の電子の衝突断面積を電子エネルギ（Ｅｅ）の関数として表したグラフ図である。
【図３２】Ｏ_２（酸素）中の電子の衝突断面積を電子エネルギ（Ｅｅ）の関数として表したグラフ図である。
【図３３】Ｈ_２Ｏ（水）中の運動量変換衝突頻度（Ｐｃ）を表すグラフ図である。
【図３４】スタティックな記録再生実験の結果を纏めたものであり、その縦軸は電界放出電流Ｉ、横軸は電圧パルス時間ｔをそれぞれ表す。
【図３５】本発明の電子線記録装置に用いることができる記録ヘッドの要部構成を例示する概念図である。
【図３６】本発明の実施に使用可能な記録媒体の一実施例の構成を示す図である。
【図３７】本発明の電子線記録再生装置の一実施例の構成図である。
【符号の説明】
Ｓ ヘッド基板
Ｘ 媒体進行方向（トレーリング方向）
１０ 記録磁極部全体
１１ 主磁極部
１２ リターンパス磁極部
１３ 主磁極先端部
１４ 主磁極とリターンパス磁極の接続部
１５ 記録磁極リーディング部
１６ 記録磁極トレーリング部
１７ 記録磁束
２１ 記録コイル
２２ 記録コイル埋め込み部
３０ 電子放出源電極
４０ 電子放出源
４１ 電子ビーム
５０ 保護膜
６０ 媒体主要部
６１ 記録層
６２ 軟磁性裏打ち層
６３ 媒体の電子ビーム照射部
６４ 媒体の磁化固定部
６５ 媒体の磁化
８０ シャーシー
８１ 磁気記録媒体
８２ 熱アシスト磁気記録ヘッド
８３ 高精度・高速位置決め系
８４ 信号処理系
Ｉｅ 電子放出源駆動入力
Ｉｓ 信号入力
Ｏｓ 信号出力
１０１ 電子放出源駆動回路系
１０２ 電子放出素子
１０３ ＥＣＣ（誤り訂正コード）附加回路系
１０４ 変調回路系
１０５ 記録補正回路系
１０６ 記録素子部
１０７ 媒体
１０８ 再生素子部
１０９ 等価回路系
１１０ 復号回路系
１１１ 復調回路系
１１２ ＥＣＣ回路系

Claims (3)

1. 電子放出源と、
   記録磁極と、
   前記電子放出源及び前記記録磁極に対して磁気記録媒体を相対的に走行させる走行機構を備え、
   前記走行機構により前記磁気記録媒体を走行させた際に、前記電子放出源が前記記録磁極よりも前記磁気記録媒体の走行方向に関してリーディング側に設けられており、
   前記走行方向を記録トラックの長手方向とした時に、前記電子放出源の記録トラック幅Ｔｅは、前記記録磁極の記録トラック幅Ｔｗに対して、Ｔｅ／２≦Ｔｗ≦２Ｔｅなる関係を満足し、
   前記磁気記録媒体に対して前記電子放出源から電子を放出することにより前記磁気記録媒体の記録部を加熱昇温した状態で前記記録磁極により磁気的に情報を記録可能とし、
   前記電子放出源は、非酸化性雰囲気もしくは減圧雰囲気にあり、前記電子放出源における酸素分圧密度をＸ（ mols/cm ³ ）、放出電子電流密度をＪ（ A/cm ² ）とした時に、Ｘ≦１．２５×１０ ^１２ ×Ｊ、且つＪ≧１０ ^４ なる関係を満足し、前記記録部における前記記録磁極からの記録磁界よりも前記記録部の保磁力の方が小さくなるように前記磁気記録媒体を加熱昇温し、
   かつ前記記録部は、常温において前記記録磁極からの記録磁界よりも大きな保磁力を有することを特徴とする熱アシスト磁気記録装置。
2. 前記電子放出源は、前記磁気記録媒体の走行方向に沿って複数の電子放出部を有す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装置。
3. 前記電子放出源は、電界放出によって前記電子を放出することを特徴とする請求項１または２に記載の熱アシスト磁気記録装置。

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