JP5934084B2 - 熱アシスト磁気記録ヘッドおよび平面プラズモンジェネレータ - Google Patents

Description

本発明は、ＴＡＭＲを用いた、高保磁力および高磁気異方性を有する磁気メディアへの書込が可能な磁気記録再生ヘッドの構造に関する。具体的には、必要とされる熱エネルギーを、表面プラズモンモードの伝播によって上記磁気記録再生ヘッドから磁気メディアへの移動を行うために用いられる平面プラズモンジェネレータおよびそれを備えた熱アシスト磁気記録ヘッドに関する。

データ密度が１から１０テラ（Ｔ）ビット／平方インチの領域への磁気記録は、新たな磁気記録メディアの発達、新たな磁気記録ヘッドの発達、もっとも重要なものである新たな磁気記録スキームの発達を伴うものである。そのような新たな磁気記録スキームは、いわゆる超常磁性効果の発現を遅らせることのできるものである。このような効果は、磁気記録がなされるべき磁性体の極めて微少な部分における熱不安定性であり、要求されるデータ密度を達成するためのものである。この熱不安定性を回避する方法は、高い磁気異方性および高い保持力を有する磁気記録メディアを使用することである。そのような磁気記録メディアに対しては、高データ密度の生成のために要求される、ますます小さくなった記録ヘッドによって記録が可能である。このような問題に取り組む方法は、以下のような２つの相反する要求を生み出す。
１．より高い磁気異方性および保磁力を有する磁気メディアによって余儀なくされるより強い記録磁界の必要性。
２．より高い記録密度を実現するための十分な明確性を有する小さな磁気記録ヘッドの必要性。
このような小さな磁気記録ヘッドは、不都合にも、より小さな磁界勾配を有し、ブロードな磁界プロファイルを有する。

これらの要求を同時に満足することは、ＨＤＤ技術において採用される現在の磁気記録スキームのさらなる発達のなかで制限因子となる可能性がある。そのような場合、記録領域密度のさらなる増加はそのようなスキームの範囲内では実現できないかもしれない。これらの相反する要求に対処する１つの方法は、アシスト記録という方法、特に、熱アシスト磁気記録（ＴＡＭＲ）を使用するものが挙げられる。

上記の問題を除去するために用いられる従来のアシスト記録方式は、記録ヘッドによって生成される磁界に直接的に関連しない物理的方法の使用によって、エネルギーを磁気記録システムへ遷移させるという、共通の特徴を有している。もし、アシスト記録スキームが、局所記録磁界領域への低磁場記録を実現するためのメディアの特性プロファイルを形成することができる場合、微弱な記録磁界であっても高いデータ記録密度を実現できる。メディア特性プロファイルおよび記録磁界の双方の空間的勾配の相乗効果によるものである。これらの従来のアシスト記録方式は、光ビームによるディープサブミクロンサイズに局所化された加熱によるものだけでなく、超高周波ＡＣ磁界の生成によるものをも含む。

ＴＡＭＲの加熱効果は、磁気メディアにおける微小領域の、キュリー温度Ｔｃに至るまでの温度上昇によって引き起こされる。キュリー温度では、磁気メディアの保磁力および磁気異方性の双方が著しく減少し、より容易にその微小領域への磁気記録がなされる。

我々は、注意をＴＡＭＲの推進に向けることとなる。すなわち、磁気メディア上の微小なサブミクロンサイズの領域への電磁エネルギーの輸送を、光周波数レーザによって励起されたエッジプラズモンの近接場を伴う磁気メディアとの相互作用により行うのである。この輸送された電磁エネルギーは磁気メディアの温度を局所的に上昇させる。

エッジプラズモンは、特定の形状のプラズモンジェネレータにおいて励起される。そのプラズモンジェネレータは、磁気記録再生ヘッド構造に組み込まれている。光学的な励起の源はレーザダイオードであり、これも磁気記録再生ヘッド構造に組み込まれている。あるいは、レーザ光源を、磁気記録再生ヘッド構造の外部に設けることもできる。いずれにせよ、例えば光導波路のような中間輸送（伝達）手段を介して、光学放射のビームをプラズモンジェネレータへ向かわせる。光導波路により、入射ビームの光モードは伝搬エッジプラズモンモードと結合し、光エネルギーはプラズモンジェネレータに沿って伝播するプラズモンエネルギーへ変換される。このプラズモンエネルギーはプラズモンジェネレータによって磁気メディア表面にフォーカスされ、焦点位置が加熱される。磁気メディア上における加熱されたスポットが記録ヘッドポールによって生成される記録磁界に沿って正しく配列されたとき、熱アシスト磁気記録（ＴＡＭＲ）が実現される。

以下に示す先行技術はＴＡＭＲの実施例に関するものである。そのうちのいくつかはエッジプラズモンジェネレータ（ＥＰＧ）構造を採用した方式である。そのＥＰＧ構造におけるプラズモン伝播方向と直交する面（以下ＹＺ面という。）の断面は、三角形状を有している。
K.Tanaka等は、特許文献１においてＴＡＭＲヘッドを開示している。
K. Shimazawa等は、特許文献２において、ＨＤＤ装置におけるＴＡＭＲヘッドに組み込まれた近接場光発生プレートを開示している。
Y. Zhou等は、特許文献３において、ＴＡＭＲに適用する磁性コアと共に用いるプラズモンアンテナについて開示している。
Buechal等は、特許文献４において、ヘッド内部の微小な金属構造の寸法によって規定される光スポットの寸法について記載している。理論上、光スポットは２０ｎｍ程度とすることが可能である旨の記載がある。
Chou等は、特許文献５において、非常に小さなビームスポットを生成するプラズモンジェネレータについて開示している。
Shimazawa等およびTanaka等は、それぞれ特許文献６または特許文献７において、導電性材料からなる三角形状のプラズモンアンテナについて開示している。
Kamura等もまた、特許文献８において三角形状のプラズモンジェネレータを開示している。

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適切な形状を有する従来のＥＰＧは、光導波路の近くに配置されると、高度に閉じ込められたエッジプラズモン（ＥＰ）モードをサポートすることとなる。光導波路における光モードとＥＰＧにおけるエッジプラズモンモードとのエバネセント結合を用いて、光導波路における光エネルギーは効率的にＥＰＧモードへ変換され得る。ＥＰＧモードはＡＢＳへ向けて伝播し光エネルギーを伝達し、磁気メディアにおけるＥＰＧと対向する領域は局所的に加熱される。ＥＰＧ構造は貴金属、例えばＡｇ（銀）やＡｕ（金）からなる。これらの貴金属は光学的に運ばれる表面プラズモンモードを生成するのに優れていることは知られている。ＥＰＧ構造内部におけるプラズモンモードの局所的な閉じ込めは、三角形状のＥＰＧ構造の頂点部分の角度および半径、ＥＰＧ構造を構成する貴金属およびＥＰＧの先端部を取り巻く誘電材料によって決定される。

図１は、金からなる従来のＥＰＧ構造における、クロストラック方向の光スポットサイズと、ＥＰＧ先端部の頂点の角度（チップ角度）との関係を表す特性図である。縦座標はクロストラック方向の光スポットサイズを表し、一方の横座標はＥＰＧ構造先端部の曲率半径を表す。ＥＰＧ先端部の半径が２５ｎｍのとき、磁気メディア上のスポットサイズは約１００ｎｍとなる。たとえＥＰＧ先端部の半径を５ｎｍとしても、磁気メディア上のスポットサイズを５０ｎｍ以下とすることは困難である。５０ｎｍ以下のスポットサイズとは、第１世代のＴＡＭＲ製品において要求されるレベルである。ＥＰＧ先端部の頂点の角度（チップ角度）を減少させることで、スポットサイズを小さくすることができる。しかし、導波路（ＷＧ）とＥＰＧとの結合効率、およびＥＰモードの伝播効率の双方が著しく減少するであろう。チップ角度の減少に伴い、モード係数および減衰損失が高まるからである。そのような現象はどちらも望ましくなく、ＥＰＧの信頼性に対する懸念を増大させることとなる。加えて、そのような鋭利なチップ角度を形成するためのプロセス上の制御レベルはそれ自体、困難を伴う。

熱的に支配するＴＡＭＲスキームでは、記録された部分（ビット）の特性が、記録層における熱的スポットサイズおよびその形状、ならびに磁気勾配と熱勾配との位置関係に強く依存する。したがって、明確に定義され、かつ、数世代に亘るＴＡＭＲ製品の開発に対応可能な拡張性のあるＰＧ構造を用いて、磁気記録メディア上の光スポットサイズを一貫して減少させることが非常に望まれる。おそらく、ＴＡＭＲ製品のそのような進化はサイズの縮小を必要とし、その一方で、記録された部分（ビット）の特性に対して影響を及ぼさないことを特徴とするものである。ＰＧ構造はこの拡張可能性（scalability）を有するだけでなく、比較的容易に製造可能であり、その製造プロセスは容易に制御できるものであることが求められる。

これらの論点は上述の先行技術では取り組まれていないが、本願発明によって対処される。以下、詳細に説明する。

本発明の第１の目的は、磁気メディア上の光スポットサイズおよび熱スポットサイズを減少させることについて拡張性のあるプラズモンジェネレータを提供することにある。本発明の第２の目的は、磁気メディア上の熱勾配を改善し、線記録密度を向上させることのできるプラズモンジェネレータを提供することにある。本発明の第３の目的は、平坦面内に形成され、その結果、従来の磁気ヘッドの製造プロセスと適合するプラズモンジェネレータを提供することにある。本発明の第４の目的は、上述のプラズモンジェネレータを改良された磁気ヘッドに組み込んだＴＡＭＲ構造を提供することにある。

これらの目的は、表面プラズモン（ＳＰ）の平坦プラズモンジェネレータ（ＰＰＧ）によって実現される。そのようなＰＰＧは磁気記録ポールと結合されてＴＡＭＲ構造を構成する。第１の具体例としてのＴＡＭＲ構造は、包括的なＰＰＧであり、図２Ａ〜２Ｅおよびその説明文に記載されている。そのＴＡＭＲ構造の一般的な作用および動作は、図３Ａ，図３Ｂおよび図４に記載されている。平面表面プラズモンジェネレータの一般的な作用および動作についても同様である。それが磁気記録ポールと結合されるとＴＡＭＲシステムが構成される。このような組合せについては、図５〜１０に示された第２〜第７の実施の形態で説明される。

第１の実施の形態のＴＡＭＲ構造は、伝播する表面プラズモン（ＳＰ）モードをサポートするＰＰＧを含むものである。そのようなＳＰモードは、ＡＢＳに露出した端部における独立した、あるいは連結されたペグによって微小領域に閉じ込められる。第２〜第７の実施の形態では、ＰＰＧが磁極と結合されている。

本発明の熱アシスト磁気記録（ＴＡＭＲ）ヘッドは、励起されることにより、回転する磁気記録媒体上にＡＢＳから記録磁界を発生する磁気記録ポールと、電磁放射線源と、電磁放射線源からの電磁放射線の方向付けをする導波路と、電磁放射線がＡＢＳへ向けて伝播する表面プラズモンモードと結合するように、導波路に隣接し、かつギャップを介することで前記導波路から離間して配置された平面プラズモンジェネレータと、平面プラズモンジェネレータにおけるＡＢＳに露出した端部に設けられたペグとを備え、表面プラズモンモードの一部である近接場を、ペグが対向する磁気記録媒体の表面上におけるペグを取り囲む領域に閉じ込め、近接場が磁気記録媒体上の領域へエネルギーを遷移させることで磁気記録媒体上の領域を加熱し磁気情報の書込を行う。

本発明の平面プラズモンジェネレータは、電磁放射線源と、電磁放射線源からの電磁放射線の方向付けをする導波路と、自らの内部に閉じ込められてＡＢＳへ向けて伝播する表面プラズモンモードと電磁放射線が結合するように、導波路に隣接し、かつギャップを介することで導波路から離間して配置された平面積層構造と、平面積層構造におけるＡＢＳに露出した端部に設けられたペグとを有し、表面プラズモンモードの一部である近接場は、ペグと対向する磁気記録媒体の表面上におけるペグを取り囲む領域に閉じ込め、近接場が磁気記録媒体上の領域へエネルギーを遷移させることで磁気記録媒体上の領域を加熱し磁気情報の書込を行う。

本発明のＴＡＭＲヘッドおよび平面プラズモンジェネレータによれば、ＡＢＳに露出した端部にペグを設けるようにしたので、プラズモンモードの近接場をペグの周囲および直下に制限し、かつ集中させることができる。このため、対向する磁気メディア上の光スポットサイズおよび熱スポットサイズを減少させることができ、磁気メディア上の熱勾配を改善し、線記録密度の向上を図ることができる。

図１は、クロストラック方向の光スポットサイズと、従来のＥＰＧ先端部の半径との関係を表す特性図である。 図２Ａは、第１の実施の形態としてのＰＰＧおよび導波路の構成を表すＡＢＳと直交する断面図である。 図２Ｂは、第１の実施の形態としてのＰＰＧおよび導波路の構成を表す平面図である。 図２Ｃは、第１の実施の形態としてのＰＰＧおよび導波路の構成を表す他の平面図である。 図２Ｄは、第１の実施の形態としてのＰＰＧおよび導波路の、ＡＢＳにおける構成図である。 図２Ｅは、第１の実施の形態としてのＰＰＧおよび導波路の、ＡＢＳと平行な断面図である。 図３Ａは、図２Ａに示したＰＰＧのうちの１つの面における、基本的な表面プラズモンモードの分布のシミュレーション結果を表す概略説明図である。 図３Ｂは、図３Ａに示した基本的な表面プラズモンモードの分布のうち、ＰＰＧのペグ部分に対応して励起された部分のシミュレーション結果を表す概略説明図である。 図４は、図２Ａに示したＰＰＧにおける、ペグの幅と磁気メディア上の光スポットサイズとの関係を表す特性図である。 図５Ａは、第２の実施の形態としてのＰＰＧおよび導波路の構成を表すＡＢＳと直交する断面図である。 図５Ｂは、第２の実施の形態としてのＰＰＧおよび導波路の、ＡＢＳにおける構成図である。 図６Ａは、第３の実施の形態としてのＰＰＧおよび導波路の構成を表すＡＢＳと直交する断面図である。 図６Ｂは、第３の実施の形態としてのＰＰＧおよび導波路の、ＡＢＳにおける構成図である。 図７Ａは、第４の実施の形態としてのＰＰＧおよび導波路の構成を表すＡＢＳと直交する断面図である。 図７Ｂは、第４の実施の形態としてのＰＰＧおよび導波路の、ＡＢＳにおける構成図である。 図８Ａは、第５の実施の形態としてのＰＰＧおよび導波路の構成を表すＡＢＳと直交する断面図である。 図８Ｂは、第５の実施の形態としてのＰＰＧおよび導波路の、ＡＢＳにおける構成図である。 図９Ａは、第６の実施の形態としてのＰＰＧおよび導波路の構成を表すＡＢＳと直交する断面図である。 図９Ｂは、第６の実施の形態としてのＰＰＧおよび導波路の、ＡＢＳにおける構成図である。 図１０Ａは、第７の実施の形態としてのＰＰＧおよび導波路の構成を表すＡＢＳと直交する断面図である。 図１０Ｂは、第７の実施の形態としてのＰＰＧおよび導波路の、ＡＢＳにおける構成図である。

本発明の第１〜第７の実施の形態は、いずれもＴＡＭＲヘッドに用いられる、光導波路に隣接して配置されたＰＰＧに関するものである。ＰＰＧは、例えば２層構造であり、第１の平坦層（層１）、第２の平坦層（層２）、および、第１の平坦層とＡＢＳとの間に独立して設けられ、あるいは第１の平坦層と接合されたペグ（peg）を有している。第１の平坦層は表面プラズモン基本モードの伝播をサポートし、第２の平坦層は第１の平坦層における他のモードの形成を抑制し、かつヒートシンクとして機能する。ＰＰＧは、さらに磁極と隣接した第３の層を追加した３層構造であってもよい。ペグは、表面プラズモン基本モードの近接場の微小部分を、磁気記録メディアにおいて制限し、ＴＡＭＲを行う際、磁気メディアへの熱エネルギーの効率的な伝達をもたらす。そのため、回転する磁気メディアの上方を飛行する磁気ヘッドによる書込動作が効率的に行われる。ペグの構成材料の選択によりペグの寸法の変化を軽減し、ペグを取り巻く誘電材料の選択によりＰＰＧの拡大縮小が可能となり、ＰＰＧの平坦性も現状の製造スキームの範囲内で実現可能となる。

［第１の実施の形態］
図２Ａ〜２Ｅは、第１の実施の形態としてのＴＡＭＲヘッド構造の構成図である。図２Ａは、第１の実施の形態としてのＰＰＧを備えた、本発明の目的に合致したＴＡＭＲヘッド構造のＡＢＳと直交する断面（ＸＹ面）を表している。図２Ｂ，２Ｃは、いずれも、本実施の形態としてのＴＡＭＲヘッド構造の、図２Ａに示した断面およびＡＢＳの双方と直交する断面（ＸＺ平面）を表している。なお、図２Ｂでは、平坦層２２２（後出）の図示を省略している。図２Ｄは、本実施の形態としてのＴＡＭＲヘッド構造の、ＡＢＳに露出した端面の構成を表している。図２Ｅは、本実施の形態としてのＴＡＭＲヘッド構造の、図２Ａ，２Ｂに示したＡ−Ａ切断線に沿ったＡＢＳに平行な断面構成を表している。

本実施の形態のＴＡＭＲヘッド構造は、ＰＰＧと磁極との組合せにより構成される。後述する第２〜第７の実施の形態においても同様である。

以下、全ての実施の形態において、Ｙ軸をダウントラック方向とし、Ｘ軸をＡＢＳと直交する方向とし、Ｚ軸をクロストラック方向とする。

このＴＡＭＲヘッド構造は、励起されることにより、回転する磁気記録媒体（図示せず）上にＡＢＳから記録磁界を発生する磁気記録ポール（図示せず）と、電磁放射線源（図示せず）と、その電磁放射線源からの電磁放射線の方向付けをする光導波路（ＷＧ）２１と、電磁放射線がＡＢＳへ向けて伝播する表面プラズモンモードと結合するように、ＷＧ２１に隣接し、かつギャップを介することでＷＧ２１から離間して配置された平面プラズモンジェネレータ（ＰＰＧ：Planar Plasmon Generator）２２と、そのＰＰＧ２２におけるＡＢＳに露出した端部に設けられたペグ２２４とを備える。このような構成により、表面プラズモンモードの一部である近接場を、ペグ２２４が対向する磁気記録媒体の表面上におけるペグ２２４を取り囲む領域に閉じ込め、近接場がエネルギーを遷移させることで磁気記録媒体上のその領域を加熱し磁気情報の書込を行う。

このＴＡＭＲヘッド構造では、ＷＧ２１とＰＰＧ２２とがギャップ１５によって分離されている。ここで、ＰＰＧ２２は２層構造を有するものとする。但し、ＰＰＧ２２は３層以上の多層構造としてもよい。図２Ａ図面において＋Ｘ方向は、ＷＧ２１の後方からＡＢＳへ向かう方向である。ＰＰＧ２２は積層された２つの平坦層２２１，２２２によって構成されており、平坦層２２１はギャップ１５を介してＷＧ２１と対向している。

平坦層２２１，２２２は、いずれもＷＧ２１のＡＢＳから微小な距離３５だけ後退している。したがって、磁気記録メディアの表面からも、ＷＧ２１と比較して距離３５だけ遠ざかっている。実際のＡＢＳと平坦層２２１の端面との間には、独立したペグ（peg）２２４が設けられている。なお、以下に述べる他の実施の形態では、このペグ２２４が平坦層２２１から突き出した突起部として設けられている。いくつかのケースでは、この一体化された突起部の形成はより単純化された製造プロセスが要求されることで選択される。他のケースでは、より高い効率が求められることから、独立したペグ２２４が採用される。しかし、ペグ２２４が独立した素子であるか、平坦層２２１からの突起部分であるかどうかにかかわらず、磁気記録媒体への記録の際に要求される分解能に容易に到達させるため、ペグの寸法および形状の変更が許される。

図２Ｂは、図２ＡおよびＡＢＳの双方と直交する断面のうち、平坦層２２１を含む断面を表している。平坦層２２１はＸＺ平面においておおよそ三角形状もしくは台形状を有しており、独立した素子であるペグ２２４はおおよそ正方形状もしくは矩形状である。頂角２３０の大きさは、ＳＰモードを規定する因子である。

光エネルギー（光周波数の電磁エネルギー）は、好ましくは固体光レーザ（図示せず）からもたらされ、誘電体からなるＷＧ２１と結合する。ＷＧ２１に入射した光は、基本ＷＧモードとして後端面６０から反対側のＡＢＳへ向けてＷＧ２１内部を伝播する。その際、僅かに光学的な損失が生じる。ＰＰＧ２２の内部の任意の位置において、エバネセント結合を介して基本ＷＧモードにおける光エネルギーは表面プラズモン（ＳＰ）モードへ変換される。ＳＰモードは平坦層２２１における下面および２つの側面によってサポートされる。ＳＰモードはＰＰＧ２２に沿ってＡＢＳへ向けて伝播する。ＡＢＳにおいて、ペグ２２４によってＳＰモードは閉じ込められる。なお、ペグが平坦層２２１と一体化されている場合も同様である。

回転する磁気メディアの上方をＴＡＭＲヘッド構造が通過する際、閉じ込められたＳＰモードによって磁気記録媒体のその部分は局所的に加熱される。ペグ２２４によって閉じ込められる光エネルギーは、そのペグ２２４の寸法、ＡＢＳと磁気記録媒体との間隔、磁気記録媒体の熱特性に依存する。ペグ２２４の寸法を低減することは、光スポットのサイズを低減することである。

図２Ｃは、図２ＡおよびＡＢＳの双方と直交する断面のうち、平坦層２２２を含む断面を表している。平坦層２２２は、基本的に矩形状をなしており、平坦層２２１において励起され得る基本のＳＰモード以外のＳＰモードを抑制する。平坦層２２２は、また、ＰＰＧ２２のヒートシンクとしても用いられ、ＳＰモードが平坦層２２１を伝播する際の平坦層２２１の抵抗熱に起因する熱を放散する。

図２Ｄは、ＴＡＭＲ構造の、ＹＺ平面に沿った、すなわち端面３０，４０を含むＡＢＳの構成を表している。

図２Ｅは、ＴＡＭＲ構造の、図２Ａに示したＡ−Ａ線に沿ったＹＺ平面のＡＢＳに平行な断面図である。

図３Ａは、ＰＰＧ２２の平坦層２２１に閉じ込められた伝播ＳＰモードにおける強度分布のシミュレーション結果を表している。基本モードは、ＷＧ２１と対向する平坦層２２１の表面に沿って閉じ込められている。

図３Ｂは、磁気記録媒体（例えば図２Ｄ参照）におけるペグ２２４と対向する部分およびそれを取り囲む部分に閉じ込められた近接場光の強度分布のシミュレーション結果を表している。

図２Ａに示したＰＰＧ２２（平坦層２２１，２２２およびペグ２２４）は、Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｃｕその他の貴金属によって形成される。これらの材料は、励起する光の波長およびＷＧ２１を構成する誘電材料によって選択される。一般的には、伝播長（例えば１μｍ〜１０μｍ）よりも長く伝播するＳＰモードをサポートすることのできる金属材料を選択する。結合モード理論（例えばHuang, Wei-Pingによる "Coupled-mode theory for optical waveguides, an overview", JOSA, A, Vol. 11, issue 3, pp. 963-983 (1994) を参照）に基づき、ＰＰＧの長さは導波路２１と平坦層２２１との間のギャップ１５の幅と整合可能である。

２５ｎｍの幅のギャップ１５であれば、平坦層２２１の長さは約０．６μｍ以上１．５μｍ以下となる。頂角２３０は例えば１５〜６０°の範囲で変更できる。平坦層２２１の厚さは、ＡＢＳでの光スポットサイズの要求に応じて、例えば２ｎｍから１００ｎｍ程度まで変化させることができる。平坦層２２２の厚さは、ＰＰＧ２２の全体の厚さが例えば１００ｎｍ以上となるように選択される。ＰＰＧ２２の上面（平坦面２２１の、ＷＧ２１と反対側の面）における表面プラズモンの励起を抑制し、光学的損失を最小限度とするためである。

ペグ２２４の長さは例えば５ｎｍ以上６０ｎｍ以下とすることができる。最適な光学的な効率を得るために、ペグ２２４の長さはＡＢＳの研磨量の制御により最適化される。ペグ２２４の幅は、要求される光スポットサイズや可能なプロセスに応じて選択可能であり、例えば１０ｎｍ以上６０ｎｍ以下である。

図４は、本実施の形態のＴＡＭＲヘッド構造における、ＡＢＳの直下１０ｎｍの位置にある磁気記録媒体上の光スポットサイズ（縦座標）と、ペグ２２４の幅（横座標）との関係を表す特性図である。ペグ２２４の幅が４０ｎｍ（０．０４μｍ）の場合、ＦＷＨＭ光スポットサイズは約４５ｎｍである。ペグ２２４の幅が１０ｎｍ（０．０１μｍ）に減少すると、光スポットサイズ（半値幅）は約２５ｎｍにまで縮小する。ＴＡＭＲヘッド構造と磁気記録媒体との間隔を近づけることでさらなる減少が可能である。間隔が離れるほど、より強く閉じ込められた光近接場がそれてしまうからである。ペグ２２４を備えた拡張可能性を有するＰＰＧ構造は、従来のＥＰＧ構造と比較して、光スポットサイズの拡張可能性（scalability）に優れている。

［第２の実施の形態］
図５Ａ，５Ｂは、ＰＰＧおよびＷＧを備えた本発明の第２の実施の形態としてのＴＡＭＲヘッド構造を表している。図中の矢印１は、ヘッドに対する磁気記録媒体の移動方向を表している。

本実施の形態のＴＡＭＲヘッドでは、３層構造のＰＰＧ２２と、それに隣接配置された磁気記録ポール２３を備えている。磁気記録ポール２３は、ＷＧ２１へ向けて−Ｙ方向へ突出した小さなスティッチトポールチップ２３１を有している。スティッチトポールチップについてはよく知られているので、ここでは説明を省略する。磁気記録ポール２３は、実質的に一様な厚さを有し、スティッチトポールチップ２３１の上方に位置する。ＷＧ２１は誘電体充填層とも呼ばれるギャップ１５によってＰＰＧ２２から分離されている。主磁極はヨーク（図示せず）と連結されている。

本実施の形態のＰＰＧ２２は３層構造であり、ＷＧ２１のもっとも近くに位置する平坦層２２１と、その平坦層２２１におけるＷＧ２１と反対側の面上に形成された平坦層２２２と、さらに平坦層２２２にける平坦層２２１と反対側の面上に形成された平坦層２２３とを有している。したがって、平坦層２２２は、平坦層２２１と平坦層２２３との間に設けられている。平坦層２２３は、スティッチトポールチップ２３１の周囲を部分的に覆っている。また、平坦層２２３の、平坦層２２２と反対側の面は磁極２３と接している。平坦層２２１およぶ平坦層２２２は、ＸＺ平面において図２Ｂに示した形状に形成されている。但し、全体の厚さは１００ｎｍ以下（例えば１０ｎｍ以上６０ｎｍ以下）である。平坦層２２３が設けられているからである。ＰＰＧ２２を構成する３つの層（平坦層２２１〜２２３）の合計の厚さは、光学損失を最小化するために１００ｎｍ以上とすることが望ましい。ＡＢＳに向かうほど平坦層２２１は幅を縮小し、ペグ２２４を形成するように突出している（図２Ｂ参照）。よって、本実施の形態におけるペグ２２４は、独立した構成要素というよりも平坦層２２１の延長上にある拡張部分であるといえる。平坦層２２１は、ギャップ層を介してＷＧ２１と隣接し、ＷＧ２１における光モードとエバネセント結合することにより表面プラズモンモードを励起させる。平坦層２２３は、ＷＧ２１と対向する磁気記録ポール２３の一側面と隣接しており、スティッチトポールチップ２３１の後方においてＡＢＳから遠ざかるように延在している。平坦層２２２は、それらの平坦層２２１と平坦層２２３との間に位置し、平坦層２２１における不要なプラズモンモードを抑制すると共にヒートシンクとして振る舞う。

平坦層２２２の端部はＡＢＳから後退した位置にあり、ＡＢＳにおいてペグ２２４とスティッチトポールチップ２３１との間にスペースが形成されている。そのスペースには誘電性スペーサ層２５が設けられている。誘電性スペーサ層２５は、ＳｉＯ₂ ，ＳｉＯＮ，Ｔａ₂ Ｏ₅ ，Ａｌ₂ Ｏ₃ またはこれらと同様の光学的性質を有する他の誘電性材料によって構成されている。ＷＧ２１は、ＰＰＧ２２１の平坦層２２１と近接し、かつそれと平行をなすように配置されている。ＷＧ２１は、他の誘電性スペーサ層としてのギャップ１５によって平坦層２２１と分離されている。ギャップ１５は、それらＷＧ２１と平坦層２２１との間のギャップに充填されており、例えば５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さを有する。ギャップ１５は、ＳｉＯ₂ ，ＳｉＯＮ，Ｔａ₂ Ｏ₅ ，Ａｌ₂ Ｏ₃ またはこれらと同様の光学的性質を有する他の誘電性材料によって構成されている。ＷＧ２１は、スライダ（ここでは図示せず）に搭載されたレーザダイオードからＴＡＭＲヘッドへ向けて光周波数の光波を伝播する。ＷＧ２１は、ＰＰＧ２２（の平坦層２２１）に沿って伝播する光波のエネルギーを表面プラズモンモードと結合させる。ＷＧ２１とＰＰＧ２２（の平坦層２２１）との結合は、それらの重複部分の間のエバネセント結合として生じる。

ＰＰＧ２２の平坦層２２１は、表面プラズモンモードをペグ２２４の端面（入射側と反対側の端面）へ向けて伝播する。光エネルギーは、プラズモンモードの近接場光に変換され、ペグ２２４の近傍の領域に閉じ込められる。近接場光は、ペグ２２４の下方に位置する記録メディアの表面にまで延在する。ＴＡＭＲヘッド構造が回転する磁気記録媒体の上方を飛行する間、磁気記録媒体（の表面）は局所的に加熱される。磁気記録媒体は、スライダ（図示せず）のリーディングエッジからそのトレーリングエッジへ向かう矢印１の方向へ回転する。このとき、ＴＡＭＲヘッド装置は移動しない。ＷＧ２１は、ＴＡＭＲヘッド構造のリーディングエッジ側にあり、磁極はトレーリングエッジ側にある。局所的な加熱は磁気記録媒体の磁気異方性を低下させ、ポールチップ２３１から生成される記録磁場によるスイッチングをより容易に可能とする。加熱箇所はポールのリーディングエッジ側にあるので、リーディング光学構造（leading optics configuration）と呼ばれる。

図５Ｂは、図５Ａに示したＴＡＭＲ構造におけるＡＢＳに平行な断面図である。 図５Ｂには、ＷＧ２１、誘電性スペーサ層１５、平坦層２２１のペグ２２４、ペグ２２４およびスティッチトポールチップ２３１の間に挟まれた誘電性スペーサ層２５、スティッチトポールチップ２３１を取り巻く平坦層２２３、主磁極２３２における各々の端面を含むＡＢＳが描かれている。

［第３の実施の形態］
図６Ａ，６Ｂは、本発明の第３の実施の形態としてのＰＰＧおよびＷＧを備えたＴＡＭＲヘッドの構成を表している。

本実施の形態は、２つの吸熱ブロック２４１，２４２（図６Ｂ参照）を有すること除き、第２の実施の形態と同様である。吸熱ブロック２４１，２４２は、追加のヒートシンクとして、例えば磁気記録ポール２３およびスティッチトポールチップ２３１に沿って並ぶように設けられている。これらの吸熱ブロック２４１，２４２は、良好な熱伝導性を有する耐腐食性の金属、例えばＲｕ，Ｃｒ，Ａｕなどのほか、良好な熱伝導性を有するその他の硬質材料、例えばＳｉＣなどによって構成される。本構成は、書込動作中の磁極温度のさらなる低下をもたらす利点がある。よって、ＴＡＭＲのさらなる信頼性向上がもたらされる。

［第４の実施の形態］
図７Ａ，７Ｂは、本発明の第４の実施の形態としてのＰＰＧおよびＷＧを備えたＴＡＭＲヘッドの構成を表している。本実施の形態は、磁極２３がスティッチトポールチップ２３１を有しないこと除き、第２の実施の形態と同様である。よって、平坦層２２３はＡＢＳに至るまで均質な断面を有するように延伸している。本構成では、磁極２３は平坦層２２３の存在によってペグ２２４と分離されており、スティッチトポールチップの欠如により、ペグ２２４の周辺において閉じ込められる近接場が減少し、光学損失に起因する抵抗熱が減少する。したがって、磁極における温度を低減できる。本構成は、より高い信頼性をもたらす。本構成においても加熱スポットと磁界との距離を広げることとなる。このような状況は、加熱スポットが非常に小さく熱勾配が大きい場合には、（性能が）熱的に支配されるＴＡＭＲでは好ましい。

［第５の実施の形態］
図８Ａ，８Ｂは、本発明の第５の実施の形態としてのＰＰＧおよびＷＧを備えたＴＡＭＲヘッドの構成を表している。

本実施の形態は、例えば図８Ｂに示したようにスティッチトポールチップ２３１がＡＢＳと平行なＹＺ断面において三角形状を有する点を除き、第２の実施の形態と同様である。スティッチトポールチップ２３１の頂点部分がペグ２２４の方を指しており、ペグ２２３の周囲および直下に局在するプラズモン近接場の加熱スポットに正確に収まる記録ヘッドの磁界を、（磁極２３が）さらに集中するようになっている。

［第６の実施の形態］
図９Ａ，９Ｂは、本発明の第６の実施の形態としてのＰＰＧおよびＷＧを備えたＴＡＭＲヘッドの構成を表している。

本実施の形態は、ＰＰＧ２２において平坦層２２２が平坦層２２１と実質的に同一の形状を有し、ＡＢＳにまで到達するように延伸している（平坦層２２２の端部がＡＢＳに露出している）ことを除き、第２の実施の形態と同様である。したがって、図９Ｂに示したように、ペグ２２４の厚みは大きく、平坦層２２１と平坦層２２２とを合わせた厚みとなっている。ペグ２２４は、したがって、スティッチトポールチップ２３１と直接接している。本構成では、ＷＧ２１と隣接するペグ２２４のリーディング側のエッジに加熱スポットを移動させ、ペグ２２４において拡散する熱は、スティッチトポールチップ２３１および主磁極２３２を通じて放出される。

［第７の実施の形態］
図１０Ａ，１０Ｂは、本発明の第７の実施の形態としてのＰＰＧおよびＷＧを備えたＴＡＭＲヘッドの構成を表している。

本実施の形態は、全ての構成要素がＹ方向において反対の順序で設けられていることを除き、第２の実施の形態と同様である。実質的に、図１０Ａに示したＴＡＭＲヘッドは、図５Ａに示したＴＡＭＲヘッドの鏡像である。

本構成では、ＴＡＭＲヘッドに対して相対的に矢印の方向へ回転するディスク上をＴＡＭＲヘッドが飛行するとき、ディスクは（リーディングエッジ側の）磁極と最初に出会うこととなる。そののち、ディスクは、ポールのトレーリングエッジ側に位置するプラズモンジェネレータによって局所的に加熱される。加熱される位置が磁極のトレーリング側となるので、これはトレーリング光学構造（trailing optics configuration）と呼ばれる。

当業者であれば理解されるように、本願発明の好ましい具体例は本願発明を説明するための例示であり、本願発明を限定するものではない。ペグを含む拡張性のある平坦プラズモンジェネレータを備えたＴＡＭＲヘッドを構成するにあたっての方法、プロセス、材料、構造および寸法などの改良や変更を行うことができる。

１５…ギャップ、２１…光導波路（ＷＧ）、２２…平面プラズモンジェネレータ（ＰＰＧ）、２２１〜２２３…平坦層、２２４…ペグ、２３…磁気記録ポール、２３１…スティッチトポールチップ、２４１，２４２…吸熱ブロック、２５…誘電性スペーサ層。

Claims (35)

1. 励起されることにより、回転する磁気記録媒体上にＡＢＳから記録磁界を発生する磁気記録ポールと、
   電磁放射線源と、
   前記電磁放射線源からの電磁放射線の方向付けをする導波路と、
   第１の層、第２の層および第３の層を有し、かつ、誘電体充填層を介して前記導波路に隣接して配置された平面プラズモンジェネレータと、
   前記平面プラズモンジェネレータの前記第１の層における前記ＡＢＳに露出した端部に設けられたペグと
   を備え、
   前記第１の層は、前記誘電体充填層を介して前記導波路と隣接し、前記導波路における光モードとエバネセント結合することにより表面プラズモンモードを励起させ、
   前記第２の層は、前記第１の層と前記第３の層との間に位置し、前記第１の層における不要なプラズモンモードを抑制すると共にヒートシンクとして振る舞い、
   前記第３の層は、前記第２の層に接するとともに前記導波路と対向する前記磁気記録ポールの一側面と隣接し、
   前記表面プラズモンモードの一部である近接場を、前記ペグが対向する前記磁気記録媒体の表面上における前記ペグを取り囲む領域に閉じ込め、前記近接場が前記磁気記録媒体上の前記領域へエネルギーを遷移させることで前記磁気記録媒体上の領域を加熱し磁気情報の書込を行う
   熱アシスト磁気記録（ＴＡＭＲ）ヘッド。
2. 前記磁気記録ポールに沿って並び、追加のヒートシンクとして機能するブロックをさらに備えた
   請求項１記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
3. ＡＢＳに露出した端部に、−Ｙ方向へ突出したスティッチトポールチップを有し、かつ励起されることにより、回転する磁気記録媒体上に前記ＡＢＳから記録磁界を発生する磁気記録ポールと、
   電磁放射線源と、
   前記電磁放射線源からの電磁放射線の方向付けをする導波路と、
   第１の層、第２の層および第３の層を有し、かつ誘電体充填層を介して前記導波路に隣接して配置された平面プラズモンジェネレータと、
   前記平面プラズモンジェネレータの前記第１の層における前記ＡＢＳに露出した端部に設けられたペグと
   を備え、
   前記第１の層は、前記誘電体充填層を介して前記導波路と隣接し、前記導波路における光モードとエバネセント結合することにより表面プラズモンモードを励起させ、
   前記第２の層は、前記第１の層と前記第３の層との間に位置し、前記第１の層における不要なプラズモンモードを抑制すると共にヒートシンクとして振る舞い、
   前記第３の層は、前記第２の層に接するとともに前記導波路と対向する前記磁気記録ポールの一側面と隣接し、かつ、Ｚ軸方向において前記スティッチトポールチップの周囲を部分的に覆い、ＡＢＳから遠ざかるように延在し、
   前記スティッチトポールチップのＡＢＳ端は露出され、
   前記表面プラズモンモードの一部である近接場を、前記ペグが対向する前記磁気記録媒体の表面上における前記ペグを取り囲む領域に閉じ込め、前記近接場が前記磁気記録媒体上の前記領域へエネルギーを遷移させることで前記磁気記録媒体上の領域を加熱し磁気情報の書込を行う
   熱アシスト磁気記録（ＴＡＭＲ）ヘッド。
4. 前記第２の層の端部は前記ＡＢＳから後退した位置にあり、前記ＡＢＳにおいて前記ペグと前記スティッチトポールチップとの間に誘電性材料で満たされたスペースが形成されている
   請求項３記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
5. 前記第２の層の端部は前記ＡＢＳに露出している
   請求項３記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
6. 前記第１の層における層面に平行な平面は、頂角が１５°以上６０°以下の三角形状を有している
   請求項３記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
7. 前記第１の層は、０．６μｍ以上１．５μｍ以下の長さを有し、
   前記誘電体充填層は、２５ｎｍの幅を有する
   請求項３記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
8. 前記第１の層は、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さを有する
   請求項３記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
9. 前記ペグは、前記平面プラズモンジェネレータから独立した素子であり、または前記第１の層の端部と接続されて一体となっている
   請求項３記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
10. 前記ペグは、前記第１の層の端部から前記ＡＢＳへ突き出した拡張部分である
    請求項６記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
11. 前記ペグは、５ｎｍ以上６０ｎｍ以下の長さを有する
    請求項９記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
12. 前記ペグは、１０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の幅を有する
    請求項９記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
13. 前記誘電体充填層は、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さを有する
    請求項３記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
14. 前記平面プラズモンジェネレータの全体の厚さは、１００ｎｍ以上である
    請求項３記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
15. 前記第１の層と前記導波路との間の前記誘電体充填層は、Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＳｉＯ₂ ，ＳｉＯＮまたはＴａ₂ Ｏ₅ のうちの少なくとも１種を含む光学誘電材料からなる
    請求項１記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
16. 前記第１の層と前記導波路との間の前記誘電体充填層は、Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＳｉＯ₂ ，ＳｉＯＮまたはＴａ₂ Ｏ₅ のうちの少なくとも１種を含む光学誘電材料からなる
    請求項３記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
17. 前記第２の層の端部と前記ＡＢＳとの間の前記スペースは、Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＳｉＯ₂ ，ＳｉＯＮまたはＴａ₂ Ｏ₅ のうちの少なくとも１種を含む光学誘電材料によって充填されている
    請求項４記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
18. 前記導波路および前記平面プラズモンジェネレータは、前記磁気記録ポールのリーディングエッジと対向して配置されている
    請求項３記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
19. 前記導波路および前記平面プラズモンジェネレータは、前記磁気記録ポールのトレーリングエッジと対向して配置されている
    請求項３記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
20. 電磁放射線源と、
    前記電磁放射線源からの電磁放射線の方向付けをする導波路と、
    自らの内部に閉じ込められてＡＢＳへ向けて伝播する表面プラズモンモードと前記電磁放射線が結合するように、前記導波路にギャップを介して隣接して配置された平面積層構造として形成された平面プラズモンジェネレータと、
    前記平面積層構造における前記ＡＢＳに露出した端部に設けられたペグと
    を有し、
    前記平面積層構造は、
    前記ギャップを介して前記導波路と隣接する第１の層と、
    前記第１の層の上に設けられ、前記第１の層における不要なプラズモンモードを抑制すると共にヒートシンクとして振る舞う第２の層と
    を有し、
    前記第１の層における層面に平行な平面は、頂角が１５°以上６０°以下の三角形状を有し、
    前記表面プラズモンモードの一部である近接場は、前記ペグと対向する磁気記録媒体の表面上における前記ペグを取り囲む領域に閉じ込め、前記近接場が前記磁気記録媒体上の前記領域へエネルギーを遷移させることで前記磁気記録媒体上の領域を加熱し磁気情報の書込を行う
    熱アシスト磁気記録（ＴＡＭＲ）ヘッド。
21. 前記第１の層は、０．６μｍ以上１．５μｍ以下の長さを有し、
    前記ギャップは、２５ｎｍの幅を有する
    請求項２０記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
22. 前記第１の層は、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さを有する
    請求項２０記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
23. 前記平面積層構造の全体の厚さは、１００ｎｍ以上である
    請求項２２記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
24. 前記ペグは、前記平面プラズモンジェネレータから独立した素子であり、または前記第１の層の端部と接続されて一体となっている
    請求項２０記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
25. 前記ペグは、前記第１の層の端部から前記ＡＢＳへ突き出した延長部分である
    請求項２４記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
26. 前記ペグは、５ｎｍ以上６０ｎｍ以下の長さを有する
    請求項２４記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
27. 前記スティッチトポールチップは、前記ＡＢＳにおいて三角形状の断面を有し、頂点部分が前記ペグの方を指して、前記記録磁界がさらに集中するようになっている
    請求項３記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
28. 前記磁気記録ポールに沿って並び、追加のヒートシンクとして機能するブロックをさらに備えた
    請求項３記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
29. 前記ペグは、前記平面プラズモンジェネレータから独立した素子であり、または前記第１の層の端部と接続されて一体となっている
    請求項１記載の平面プラズモンジェネレータ。
30. 前記ペグは、前記第１の層の端部から前記ＡＢＳへ突き出した延長部分である
    請求項２９記載の平面プラズモンジェネレータ。
31. 前記ペグは、５ｎｍ以上６０ｎｍ以下の長さを有する
    請求項２９記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
32. 前記ペグは、１０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の幅を有する
    請求項２９記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
33. 前記第２の層の端部は前記ＡＢＳから後退した位置にあり、前記ＡＢＳにおいて前記ペグと前記スティッチトポールチップとの間に誘電性材料で満たされたスペースが形成され、
    前記第２の層の端部と前記ＡＢＳとの間の前記スペースは、Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＳｉＯ₂ ，ＳｉＯＮまたはＴａ₂ Ｏ₅ のうちの少なくとも１種を含む光学誘電材料によって充填されている
    請求項３記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
34. 前記導波路および前記平面プラズモンジェネレータは、前記磁気記録ポールのリーディングエッジと対向して配置されている
    請求項１記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
35. 前記導波路および前記平面プラズモンジェネレータは、前記磁気記録ポールのトレーリングエッジと対向して配置されている
    請求項１記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
    
    

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