JP4158340B2 - 光磁気記録媒体及び信号再生方法 - Google Patents
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Description
本発明は、磁壁移動により記録磁区を拡大して信号の再生を行う光磁気記録媒体に関するものであり、特にゴースト信号を解消するための技術に関する。
背 景 技 術
近年、ディスプレイスメント層、スイッチ層、メモリ層からなる磁性3層膜を用い、信号の再生時に、膜温度がスイッチ層のキュリー温度以上となった領域でのディスプレイスメント層の磁壁移動を利用することにより、実効的に記録磁区の大きさを拡大し、再生キャリア信号を大きくする光磁気再生方式が提案されている。
DWDD(Domain Wall Displacement Detection)と呼ばれるこの方式では、再生光の光学的な限界分離能以下の周期の微小記録磁区からも非常に大きな信号を再生することが可能であり、光の波長、対物レンズの開口数NA等を変更することなく高密度化が行える有力な方式の一つである。
しかしながら、このDWDDにおいては、未だ解決すべき問題点が多く、例えば、ある周期以上の長い周期の信号再生時に、その記録磁区に対応する信号が現れた後、1度消え、ある時間を経過した後に再度現れるという挙動を示す。
この現象はゴーストと呼ばれるが、現れた信号がゴースト信号なのか、次の記録磁区に対応する信号であるのか判別するのが難しく、またゴースト信号が現れ始める記録磁区周期近傍でノイズが上昇すること等が問題となり、結果として記録密度があまり向上しないという問題を有している。
発 明 の 開 示
本発明は、DWDD方式の光磁気記録媒体におけるゴースト現象を解消することを目的とする。
本発明者は、上述の目的を達成するために種々の検討を重ねてきた。本発明の光磁気記録媒体は、これらの検討結果に基づいて案出されたもので、ディスプレイスメント層の無用な磁壁移動を抑えるというのが基本的な考えである。
すなわち、本発明の光磁気記録媒体は、少なくとも3層の磁性層からなる磁性多層膜を記録層とし、磁性多層膜が、再生光照射側から第1の磁性層、第2の磁性層、第3の磁性層、第4の磁性層よりなる4層構造を有し、第1の磁性層のキュリー温度をT C1 、第2の磁性層のキュリー温度をT C2 、第3の磁性層のキュリー温度をT C3 、第4の磁性層のキュリー温度をT C4 としたときに
T C1 >T C2 >T C3
T C4 >T C3
なる関係を満たし、
且つ、第1の磁性層の磁気異方性をK U1 、第2の磁性層の磁気異方性をK U2 としたときに
K U2 >K U1
なる関係を満たし、
再生光スポットの走行方向前方において再生光照射側の磁性層の磁壁がスポット中心方向に移動して記録磁区が拡大されるとともに、再生光スポットの走行方向後方において再生光照射側の磁性層の磁壁のスポット中心方向への移動が抑制されているものである。
再生光スポットの走行方向後方における再生光照射側磁性層の磁壁の移動を抑制することで、ゴースト現象が解消される。
再生光照射側の磁性層の上記磁壁の移動を抑制するには、例えばディスプレイスメント層とスイッチ層の間に所定の磁気特性を有する磁性層を挿入すればよく、これによりDWDDの特性を維持したままゴーストを除去することができる。
発 明 を 実 施 す る た め の 最 良 の 形 態
以下、本発明について、図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明の光磁気記録媒体の基本構成は、通常の光磁気記録媒体と同様であり、図1に示すように、透明基板1上に誘電体膜2、記録層3、誘電体膜4、反射膜5、保護膜6を順次積層形成してなるものである。
上記誘電体膜2、4は例えば窒化珪素からなり、また保護膜6は例えば紫外線硬化樹脂からなる。誘電体膜2、4の材質としては、これに限らず、酸化珪素、窒化アルミニウム等、他の誘電体材料を用いてもよい。
上記反射膜5は、アルミニウム等よりなるものであり、省略する事も可能である。
また、ここでは、記録再生用の光が透明基板1側から照射されることを前提としているが、逆に、記録再生用の光が保護膜6側から照射されるような構成とすることも可能である。その場合には、反射膜5の形成位置が誘電体膜2と透明基板1の間になること、後述する記録層3の層構成が逆になることが上記構成とは異なる。
なお、上記各層の膜厚は任意に設定することができるが、例えば誘電体膜1の膜厚を700Å、第2の誘電膜4の膜厚を500Å、反射膜5の膜厚を300Åとする。
−方、DWDD方式の光磁気記録媒体においては、記録層3は、基本的にはディスプレイスメント層、スイッチ層、メモリ層の3層からなるが、本発明では、ディスプレイスメント層の磁壁の移動を抑制する第4の磁性層をディスプレイスメント層とスイッチ層の間に有し、合計4層の磁性層からなる。
すなわち、図1に示すように、再生先入射側から、第1の磁性層(ディスプレイスメント層。以下、DS層と称する。)11、第2の磁性層(磁壁移動を抑制する層。以下、YS層と称する。)12、第3の磁性層(スイッチ層。以下、SW層と称する。)13、第4の磁性層(メモリ層。以下、MM層と称する。)14の4層の磁性層が積層され、これらにより記録層3が構成されている。
これら各磁性層に要求される特性であるが、先ず、DS層11においては、再生時の温度においても十分な信号が再生される必要があり、したがってキュリー温度が高く、カー回転角が大きいことが必要である。少なくとも、そのキュリー温度TC1は、SW層13のキュリー温度TC3よりも高くなければならない。
また、再生時、SW層13との交換結合が切れた際に容易に磁壁が移動できなければならず、磁壁抗磁力(保磁力)が小さくなけらばならない。好ましくは、磁壁抗磁力1kOe以下である。
DS層11の膜厚は、カー回転角が飽和するに足る膜厚以上であれば十分であり、200Å以上、望ましくは250Å以上、350Å以下であることが好ましい。
上記DS層の材質としては、例えばGdFeCoが挙げられる。
なお、DS層がキュリー温度の異なる2層、例えば、キュリー温度250℃のGdFeCoとキュリー温度210℃のGdFeの2層膜により構成されても構わない。
同様な3層により構成されても良い。これらの場合、キュリー温度の高い順に再生光入射側から配される。
次に、SW層13であるが、このSW層13は、DS層11とMM層14との交換結合を一定の温度で遮断する役割を担うため、その設定温度にあたる所定のキュリー温度TC3を有することが必要である。
また、その膜厚は、交換力を安定に、且つ均一に切断できる程度であればよく、50Å以上であることが好ましく、できれば100Å以上が望ましい。このSW層13の膜厚は、あまり厚くてもメリットは無いので、上限としては200Å程度である。
このSW層の材質としては、例えばTbFeが挙げられる。
MM層14は、記録磁区を保持する層であり、再生時にも安定に微小記録磁区形状を保持しなければならないため、キュリー温度TC4はSW層130キュリー温度TC3以上でなけらばならず、さらに、微小な記録磁区が安定に保持できるよう、保磁力、垂直磁気異方性が大きいことが必要である。
このMM層の材質としては、例えばTbFeCoが挙げられる。
本発明においては、YS層12をDS層11とSW層13の間に挿入することが大きな特徴であるが、このYS層12は、再生光スポットの走行方向後方においてDS層11の磁壁のスポット中心方向への移動を抑制する機能を有するものであり、したがってDS層11よりも磁壁抗磁力(磁気異方性)が大きいことが必要である。
また、そのキュリー温度TC2は、DS層11のキュリー温度TC1とSW層13のキュリー温度TC3の中間にあることが必要である。
このYS層12の材質としては、磁壁移動を抑制するという機能を考えたときにTbを含有するものが好ましく、例えばTbFeCoが挙げられる。
上記各磁性層の特性の関係をまとめると、先ず、キュリー温度に関しては、DS層11のキュリー温度をTC1、YS層12のキュリー温度をTC2、SW層13のキュリー温度をTC3、MM層14のキュリー温度をTC4としたときに TC1>TC2>TC3
TC4>TC3
なる関係を満たすことが必要である。
また、磁気異方性に関しては、DS層11の磁気異方性をKU1、YS層12の磁気異方性をKU2としたときに
KU2>KU1
なる関係を満たすことが必要である。
表1に具体的な記録層3の構成例を示す。
【表1】
次に、本発明の光磁気記録媒体における信号の再生動作について説明する。
先ず、DWDD方式の光磁気記録媒体の基本的な動作を、DS層11、SW層13、MM層14からなる3層構造で説明する。
この光磁気記録媒体においては、3層の磁性層(DS層11、SW層13、MM層14)はいずれも再生温度においては垂直磁化膜であり、それらの磁化は、図2に示すように、少なくとも再生時の温度において膜面に対して垂直に揃う。なお、DS層11及びSW層13については、室温においては必ずしも垂直磁化膜である必要はなく、面内磁化膜であっても構わない。
以下の図面においても同様であるが、図2において、矢印は各磁性層のスピンの方向(例えば遷移金属であるFeあるいはCo等の磁化方向)を示す。
これらの層間には、例えば交換結合が作用することによって、通常の状態では、スピンの方向は揃っている。
ここでは、媒体としてディスク状のものを想定しており、ディスクの回転により、再生時に媒体は図中左の方向へ移動する。記録については、通常の光磁気記録に用いられる光変調記録方法、あるいは磁界変調記録方法が用いられる。
記録は主にMM層14に対してなされ、MM層14のスピンの向きがSW層13、DS層11に転写されることによって記録が完結する。例えば、MM層14の記録磁区aは、DS層11に転写され、DS層11には記録磁区Aが形成される。
再生時には、再生光の照射により各磁性層の温度は上昇する。このとき、3層の磁性層のうちSW層13のキュリー温度TC3が最も低く設定されており、図2に示すように、再生光の照射による温度上昇によりキュリー温度TC3を越えた部分で、SW層13の磁化が消失する。温度Tが上記キュリー温度TC3を越え、SW層13の磁化が消失した領域は、空白で示してある。
SW層13のキュリー温度TC3以上に暖められた領域では、MM層14とDS層11の間の交換結合は働かなくなる。
ここで、MM層14は、磁気異方性が大きく、保磁力も高い磁性材料、例えばTbFeCoにより構成されるため、他の磁性層との交換結合が消失しても、記録状態に変化は表れない。
一方、DS層11は、MM層14とは逆に、磁気異方性が小さく、保磁力も相対的に小さく、且つ、記録磁区の周囲に形成される磁壁が容易に移動し易い材料、例えばGdFeCoにより構成されるため、MM層14との交換結合が消失すると、再生光スポットの走行方向前方位置において、DS層11の磁壁σ1は、図3に示すように、磁気的なエネルギーが低くなるような方向へ移動する。ここでは、磁壁σ1が左側に移動した方がエネルギーが低くなる。
磁壁σ1が移動した状態が図4である。DS層11において磁壁σ1が移動することにより、MM層14の記録磁区aに対応するDS層11の記録磁区Aが拡大され、大きな再生キャリア信号を得ることができる。
磁気的なエネルギーとし、ここでは磁壁エネルギーσwを考慮する。DS層11の磁化は非常に小さく、且つ、印加されている外部磁界も小さく、これらの条件により静磁気エネルギーは非常に小さいものとする。
一般に、DS層11の磁壁エネルギーσw1は交換スティフネス定数A1、及び磁気異方性定数KU1を用いて下記のように表される。
σw1=4√A1KU1
交換スティフネス定数A1及び磁気異方性定数KU1は、共に温度の関数で、温度上昇に対して単調に減少し、キュリー温度で零になる。したがって、磁壁は温度の最も高い位置にあることがエネルギー的に最も安定である。この理由により、磁壁σ1は図中左方向へ移動する。
但し、以下に示すように、記録磁区径がDS層11の最小安定磁区径よりも小さいため、このような場合にどの位置まで磁壁が移動するのか、あるいは磁壁エネルギーの値も、上記一般式とは異なった値となる。
DS層11単独での安定な磁区径Lminは、GdFe(飽和磁化MS1、保磁力HC1)では、
Lmin=σw1/MS1・HC1≒1μm
(σw1=1×10−3J/m2、MS1・HC1=103J/m3)
と推定される。
一方、図に示す記録磁区の大きさは、例えば、波長640nm、対物レンズ開口数NA=0.55の場合には、0.05μm以上、1μm以下のような場合もある。この場合、DS層11には、他の層からの交換結合が磁区内の一部で切れたときには、1μm以上の大きさが磁気的に安定であるため、左側の磁壁位置での交換結合が切れると同時に磁区が拡大して磁気的に安定な場所まで磁壁が移動する、と考えることもできる。このとき、より大きな信号を得るためには、σw1/MS1・HC1は小さいことが望ましい。
さらに、図5に示すように、MM層14の記録磁区aとSW層13との交換結合が完全に切れると、上述の説明にもあるように、DS層11の記録磁区の大きさがDS層11に単独で安定に存在できる磁区の大きさよりも小さい場合には、磁壁σ1が移動し、図6に示すように、磁区Aは消滅する。
以上の図2から図6に示す一連の磁壁移動動作により、通常の光学系では再生できない程度に小さい、あるいは周期の小さい磁区からの信号を再生することが可能となる。
上記DWDD方式では、記録磁区の周期Pが大きい(P/2≧σD:磁壁幅)ときに、ゴーストと呼ばれる磁壁の移動が発生する。この磁壁の移動は、再生光スポット後方位置で発生するもので、再生光スポット前方位置での移動とは逆に、再生光スポット後方位置からスポット中心に向かって移動するものである。
そこで、このゴーストの発生メカニズムについて、図7〜図13を用いて説明する。この説明では、理解を容易なものとするため、非常に小さい孤立記録磁区aが1個存在する場合を例にして再生時の磁壁の動きを示す。
通常の記録磁区の拡大動作(図7〜図9)については、図2〜図6と同様であるので、ここでは説明を省略する。
記録磁区aの拡大再生が終了後、ディスクが進んでMM層14の記録磁区aの左端がSW層13の空白領域の右端位置を通過すると、図10に示すように、温度が低下することにより、SW層13にMM層14の記録磁区aと同じ方向のスピンが生じ、さらに、SW層13からDS層11への交換結合により、DS層11にも同じ方向のスピンが生じ、記録磁区Bが形成される。その結果、DS層11に新たな磁壁σ2が存在することになる。
すると、ここで生じた磁壁σ2も磁気的なエネルギーが最小となる位置まで移動する。このときの移動も、温度の高い方向、あるいは磁区Bを拡大させる方向であり、図11に示すように、磁壁σ2がスポット中心に向かって移動し、DS層11の記録磁区Bが拡大される。
さらにディスクが移動して、図12に示すように、孤立記録磁区の全てで交換結合が働くようになると、磁壁σ2は再び移動して、再生前の状態に戻る。
したがって、孤立記録磁区の再生の際には、始めに磁壁が図中左方向に移動し、記録磁区が拡大されて大きな信号が現れ、その後、DS層11の磁区が消失して信号レベルが零になり、その後再び、磁壁の右方向への移動による信号が現れ、消えていく。これらの信号の時間変化を図13に示す。
この図13に示す信号変化において、2度目に現れる信号が、以上に説明したゴースト現象により現れたものなのか、あるいは次に記録された記録磁区により現れたものなのかを区別することは非常に難しく、再生エラーを生じてしまう。
このゴースト現象は、図2に示すような記録状態の場合にも起こる可能性はあるが、磁壁が移動を起こすためには、DS層11で交換結合している領域が、ある程度の長さ(およそ磁壁幅以上)でなければならない。記録磁区の周期が短い場合には、その長さが得られないため、ゴーストは現れない。
本発明では、上記ゴースト現象を解消するために、YS層12をDS層11とSW層13の間に挿入している。このYS層12の特性(キュリー温度、磁気異方性)は、先に述べた通りである。
そこで、以下に、このYS層12を挿入したことによるゴースト現象解消のメカニズムについて説明する。
YS層12を挿入し4層構造とした光磁気記録媒体における一連の磁壁移動動作を図14〜図18に示す。
この場合にも、通常の記録磁区の拡大動作(図14〜図16)については、図2〜図6と同様であるので、ここでは説明を省略する。ただし、3層構造の光磁気記録媒体では、SW層13のキュリー温度TC3以上になった領域でDS層11の磁壁が移動していたのに対し、ここではYS層12のキュリー温度TC2以上になった領域でDS層11の磁壁の移動が生ずる。
SW層13のキュリー温度TC3以上の領域では、SW層13とYS層12の交換結合は消失するが、YS層12の磁気異方性がDS層11に比べ大きいため、あるいは別の表現では、YS層12の保磁力が高く磁壁が移動し難いため、その温度範囲では磁壁は移動しない。
また、再生光スポットの走行方向後方位置において、YS層12のキュリー温度TC2となる位置でYS層12に磁化が生ずるが、この温度ではDS層11からの交換結合しか働かないため、YS層12のスピンの向きはDS層11の方向に揃う。ここでは、DS層11には磁壁が存在しない状態である。
さらにディスクが進み、温度が低下してSW層13のキュリー温度TC3になると、図17に示すように、SW層13に磁化が生じる。
ここで、SW層13には、YS層12及びMM層14からの交換結合力が働くが、MM層14の記録磁区aの直上では後者の影響の方が強く、結局、この部分ではSW層13はMM層14の記録磁区aの方向にスピンが揃い、さらに交換結合によりこれがYS層12、DS層11に転写され、YS層12には記録磁区bが、DS層11には記録磁区Bが転写形成される。したがって、DS層11には、磁壁σ2が生ずる。
従来であれば、これが移動してゴースト信号の原因となっていたが、YS層12を設けたことにより、この磁壁移動が抑制され、ゴースト信号が解消される。
すなわち、上記YS層12に記録磁区bが形成された際に、その右側にDS層11と交換結合する領域cが残る。この領域cは、上記DS層11の記録磁区Bとは逆方向のスピンを有し、その交換結合力により、この上のDS層11は記録磁区Bと同じスピン方向となることはできない。
この状態は、図18に示すように、孤立記録磁区の全てで交換結合が働くようになり再生前の状態に戻るまで続く。
したがって、DS層11の磁壁は移動できず、したがって、4層構造とすることにより再生時にゴーストが生ずることはない。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明を適用した光磁気記録媒体の一構成例を示す要部概略断面図である。
図2は、3層構造の光ディスクにおける磁壁移動動作を説明するものであり、記録磁区の状態及び媒体の温度プロファイルを示す模式図である。
図3は、磁壁移動状態を示す模式図である。
図4は、磁壁の安定化状態を示す模式図である。
図5は、磁壁の消失状態を示す模式図である。
図6は、孤立記録磁区における磁壁移動動作を説明するものであり、磁壁移動状態を示す模式図である。
図7は、磁壁の安定化状態を示す模式図である。
図8は、磁壁の消失状態を示す模式図である。
図9は、再生光スポット後方位置での記録磁区の転写を示す模式図である。
図10は、ゴーストとなる磁壁の移動を示す模式図である。
図11は、ゴーストとなる磁壁の安定化状態を示す模式図である。
図12は、再生前の状態へ戻った状態を示す模式図である。
図13は、一連の磁壁移動動作により得られる信号を示す特性図である。
図14は、4層構造の光ディスクにおける磁壁移動動作を説明するものであり、磁壁移動状態を示す模式図である。
図15は、磁壁の安定化状態を示す模式図である。
図16は、磁壁の消失状態を示す模式図である。
図17は、再生光スポット後方位置での記録磁区の転写を示す模式図である。
図18は、再生前の状態へ戻った状態を示す模式図である。
Claims (4)
- 少なくとも3層の磁性層からなる磁性多層膜を記録層とし、
上記磁性多層膜が、再生光照射側から第1の磁性層、第2の磁性層、第3の磁性層、第4の磁性層よりなる4層構造を有し、
第1の磁性層のキュリー温度をT C1 、第2の磁性層のキュリー温度をT C2 、第3の磁性層のキュリー温度をT C3 、第4の磁性層のキュリー温度をT C4 としたときに
T C1 >T C2 >T C3
T C4 >T C3
なる関係を満たし、
且つ、第1の磁性層の磁気異方性をK U1 、第2の磁性層の磁気異方性をK U2 としたときに
K U2 >K U1
なる関係を満たし、
再生光スポットの走行方向前方において再生光照射側の磁性層の磁壁がスポット中心方向に移動して記録磁区が拡大されるとともに、再生光スポットの走行方向後方において再生光照射側の磁性層の磁壁のスポット中心方向への移動が抑制されている光磁気記録媒体。 - 上記第2の磁性層がTbを含有する請求項1記載の光磁気記録媒体。
- 少なくとも3層の磁性層からなる磁性多層膜を記録層とする光磁気記録媒体に再生光を照射して信号を再生する信号再生方法において、
上記光磁気記録媒体の磁性多層膜を、再生光照射側から第1の磁性層、第2の磁性層、第3の磁性層、第4の磁性層よりなる4層構造とし、
第1の磁性層のキュリー温度をT C1 、第2の磁性層のキュリー温度をT C2 、第3の磁性層のキュリー温度をT C3 、第4の磁性層のキュリー温度をT C4 としたときに
T C1 >T C2 >T C3
T C4 >T C3
なる関係を満たし、
且つ、第1の磁性層の磁気異方性をK U1 、第2の磁性層の磁気異方性をK U2 としたときに
K U2 >K U1
なる関係を満たし、
再生光スポットの走行方向前方において再生光照射側の磁性層の磁壁をスポット中心方向に移動して記録磁区を拡大するとともに、再生光スポットの走行方向後方において再生光照射側の磁性層の磁壁のスポット中心方向への移動を抑制する信号再生方法。 - 上記第2の磁性層がTbを含有する請求項3載の信号再生方法。
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