JPH043016B2

JPH043016B2 -

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Publication number: JPH043016B2
Application number: JP57124317A
Authority: JP
Priority date: 1982-07-19
Filing date: 1982-07-19
Publication date: 1992-01-21
Also published as: JPS5916158A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はマイクロ磁気ヘツドに関し、磁気記録
媒体上に超微細記録ビツトを記録および再生とす
ることができるようにしたものである。

近年磁気記録の進歩は目覚ましく、より高記録
密度化、転送速度の高速化が進んでいる。特に垂
直磁気記録モードを用いると原理的にはビツト間
の減磁界の影響がないため無限小の記録ビツトが
可能である。実際、Co−Crパツタ膜を用いて
8000bpm（bit／mm）の線記録密度が確認されてい
る。（中村、岩崎“垂直磁気記録の記録再生特性”
垂直磁性記録シンポジウム論文集p35、東北大学
電気通信研究所、1982年）。また、水平磁気記録
モードでも、γ−Fe₂O₃スパツタ膜を用いてD50
（再生出力が低密度状態の半分となる記録密度）
が2600bpmsの線記録密度が実現されている（O.I
shii、S.Ohta.T.Nakagawa、“High density
magneticdisk”Trans.of the IECE of Japan
Vol.E65、No.1.p63、No.1982）垂直記録の場合の
8000bpmという値は再生出力がかろうじて出たと
いう値であり、実用的見地からは未だ、3000bpm
程度が限界である。これらの記録密度の限界を定
めているものは、現状ではヘツドの構造、特に再
生感度である。ここで現状でのヘツドの問題点を
概説しておく。

従来、記録再生両用の磁気ヘツドとしては、リ
ングヘツドおよび垂直記録用のシングルボールヘ
ツドがあり、再生専用としては磁気抵抗素子を用
いたMRヘツド（Magnet Resistance head）と
磁性ガーネツトを用いた転写ヘツドとがある。

(1) リングヘツドリングヘツドは、第１図に示すように全体が
馬蹄形になつており、ヘツドコア１−１の一部
に記録励磁用と再生用のコイル１−２が巻かれ
ている。そして、ヘツドコア１−１の一部には
ギヤツプ１−３が切らており、コイル１−２で
励磁され発生した磁束の一部がこのギヤツプ１
−３から洩れて、ギヤツプ１−３の下にある記
録媒体を磁化する。再生は記録媒体上の漏洩磁
束をギヤツプ１−３から吸い上げ、コイル１−
２内の磁束変化を電磁誘導によつてコイル１−
２の電圧変化に変えて行なう。従来技術に係る
この種のリングヘツドは、Ni−ZnあるいはMn
−Znフエライト等のバルク材をヘツドコア１
−１磁路長が数mmまで小さく加工して作製して
いたが、再生の空間分解能を上げるためにはギ
ヤツプ長を1μｍ以下に小さくする必要がある
こと、および再生出力周波数特性を向上させる
ためにはコイル１−２によるインダクタンスを
小さくすることが必要であり、バルス材の加工
として限界となつていた。

この問題を解決するために全体を薄膜とリン
グラフイーによる集積化技術によつて作製した
のが薄膜ヘツドであり、第２図ａ，ｂに示す。
両図に示すように、これは基板２−４上にヘツ
ドコア２−１、コイル２−２ギヤツプ２−３を
形成する非磁性層をすべて薄膜で作製したもの
であり、これによるとヘツドコア２−１のヨー
ク長l₂は数10μｍ〜数100μｍにすることが可能
となり、まだギヤツプ２−３も薄膜で形成する
ため1μｍ以下に小さくすることが簡単になる
ばかりでなくコイル２−２自体も小さくなるた
めインダクタンスも大幅に小さくできる。た
だ、ギヤツプ２−３が狭くなるとこのギヤツプ
２−３から漏洩する磁場が小さくなること及び
ヘツドコア２−１が薄いためヨークの部分から
漏れる磁束がバルクヘツドよりその割合が大き
いこと等により、記録再生効率がバルクヘツド
の約60％程度という欠点がある。したがつて、
再生の空間分解能を上げるための小型化には現
状では問題点が多く、未だバルクヘツド並みに
はできていない。そこで、ヘツドコア材として
現状でのパーマロイより磁化が大きく、透磁率
が大きいものが開発されない限り現状での限界
は打破できないという致命的な問題点がある。

(2) シングルポールヘツド垂直磁気記録に適した記録再生ヘツドとして
シングルボールヘツドがある。これを第３図に
示す。同図において、３−１は主磁極、３−２
は補助磁極、３−３はコイル、３−４はCo−
Cr等の垂直記録媒体、３−５はその基板、t₃は
主磁極の厚さである。かかるシングルボールヘ
ツドによる記録は、先ずコイル３−３に記録電
流を流し補助磁極３−２から磁束を発生せし
め、その磁束により主磁極３−１の先端を磁化
する。そして、この主磁極３−１より発生した
磁束で媒体３−４を磁化する。再生はこの逆で
あるり、媒体磁場により主磁極３−１の先端が
磁化され、その漏洩磁束を補助磁極３−２を介
してコイル３−３で検出する。かかるシングル
ボールヘツドでの空間分解能は主磁極３−１の
厚さt₃に依存する。また、厚さt₃が記録波長の
半分の整数倍になるとリングヘツドのギヤツプ
損失と同様に出力が零となる。これまで実験に
よつて得られた値はCo−Cr垂直膜と厚さ1.1μ
ｍの主磁極３−１を用いてＤ５０が1400bpmが
最高であり、それ以上の記録密度の領域では上
に述べた理由により出力が波打ちをおこす。一
方、波打ちをなくすために主磁極３−１の厚さ
t₃を小さくすれば、補助磁極３−２に入る磁束
が小さくなるため出力が取れなくなる。したが
つて出力の波打ちのない記録密度の限界はせい
ぜい1500bpmであり、これをさらに向上させる
ためにはリングヘツドと同様に主磁極３−１の
材料としてパーマロイではなく、より磁化及び
透磁率の大きいものを開発する必要がある。ま
た、このシングルボールヘツドでは主磁極３−
１と補助磁極３−２の間隔が重要であり、この
間隔が大きいと記録電流が大きくなり、再生感
度も小さくなる。現状ではこの間隔は50μｍ程
度であり、したがつて記録媒体３−４の基板３
−５も薄いプラスチツク材料しか用いることが
できない。基板３−５が数mmと厚いハードデイ
スクではこの種のシングルボールヘツドは使用
が困難であるという大きな欠点がある。

(3) MRヘツド MRヘツドの原理図を第４図に示す。同図に
おいて、４−１はパーマロイ膜等から成る磁気
抵抗素子であり、厚さt₄、幅w₄、長さl₄とす
る。４−２は磁気抵抗素子４−１の両端に形成
された電流のリード線、４−３は記録媒体、矢
印は記録媒体４−３中の磁化の向きを示す。磁
気抵抗素子４−１の電気抵抗ρは記録媒体４−
３からの磁界信号の有無によつて変化するため
この変化分を検出することにより、再生ヘツド
として用いられる。磁界信号Hsがある場合と
ない場合の出力電圧Δeは、 △ｅ＝l₄／t₄・w₄・ｉ{ρ(Hs)-ρ(Hs=0)} …(1) となる。

但し、ｉはリード線４−２を通して磁気抵抗
素子４−１に流れる電流である。(1)式より分る
ように出力電圧△ｅは磁気抵抗素子４−１の断
面が小さく且つ長さl₄が大きい程大きい。電気
抵抗ρは材質によつて決まる量である。しかし
ながら磁気抵抗素子４−１と断面積を小さくす
ると電気抵抗が大きくなつてジユール熱が発生
しこれが電流を制限してしまう。また、長さl₄
を長くすればトラツク密度を大きくすることが
できないため、実用的には、厚さt₄は200〜500
Å、幅w₄は約10μｍ、長さl₄は約30μｍ程度が
そのサイズの限界となつている。更に、第４図
に示した構造では再生したいビツトの隣のビツ
トからの漏洩磁場の影響でＳ／Ｎが下るため、
実際には第５図に示すように、磁気抵抗素子４
−１の両側にパーマロイ膜等で作製した磁気シ
ールド５−１を必要とする。この不便を解決す
るために、第６図に示すように、リング形のヨ
ークの一部に磁気抵抗素子４−１を挿入する方
法もある。第６図に示した構成において、磁気
抵抗素子４−１はできるだけリングのギヤツプ
１−３付近にくるようにすれば再生の感度が上
るが、この場合でも出力は(1)式に従うためのそ
のサイズには限界があり、今までの所、最小の
記録波長で1.2μｍ以下のものは十分なＳ／Ｎで
再生できていない。

(4) ガーネツト転写ヘツド（山田他“カーネツト
膜を用いた磁気録画再生方式”磁気記録研究
会、MR79−11、p21 1979）ガーネツト転写ヘツドの原理図を第７図に示
す。同図に示すように、このガーネツト転写ヘ
ツドでは、記録媒体４−３からの漏洩磁場で、
媒体上のYIG（イツトリウム・アイアン・ガー
ネツト）等のガーネツト膜７−２の磁区を再配
列、すなわち転写させそのガーネツト膜７−２
の転写磁区を光源７−５から出た直線偏光を用
いて検出するものである。第７図において、７
−１はガーネツト膜７−２の基板、７−３はア
ルミニウム膜等から成る反射膜、７−４は
SiO₂等から成る保護膜、７−６は光を絞るレ
ンズ、７−７はビームスプリツター、７−８は
光検出器である。現用のBi置換YIGを用いた
ガーネツト転写ヘツドは、保護膜７−４や反射
膜７−３が全体で0.8μｍ程度であり記録媒体４
−３の表面とガーネツト膜７−２の距離が1.3μ
ｍもあるため、再生した最小記録ビツトは4μ
ｍに止まつている。このガーネツト転写ヘツド
で再生空間分解能を上げるためには、ガーネツ
ト膜７−２と記録媒体４−３の距離を小さくす
ればよいが、原理的にその回折限界以下のビツ
トは再生できないという根本的な問題がある。

(5) 光磁気記録磁気記録媒体上の記録ビツトをヘツドコアを
使わないで再生する光磁気再生がある。これは
記録媒体へ直接偏光を当て媒体の磁気光学効果
を利用して媒体磁化を検出するものである。こ
の場合も光の回折限界以下の大きさのビツトは
再生できないとい言う根本的な問題がある。

本発明は、現用の各種磁気ヘツドでの高空間
分解能の記録再生が不可能という問題点を解決
し高密度再生を可能にするとともに記録も同一
ヘツドで行なうことができるマイクロ磁気ヘツ
ドを提供することを目的とする。かかる目的を
達成する本発明は、コアとクラツドからなり、
偏波面保持性を有する単一モードと光導波路
と、この光導波路の光軸を含む断面に形成され
た磁気光学効果を有する磁性薄膜とを備えてお
り、しかも前記磁性薄膜はコアサイズと同程度
の断面を有し、その形状はリング状で、かつリ
ングの一部には微小ギヤツプを有することを特
徴とする。

以下本発明の実施例を同一部分には同一番号を
付して図面に基づき詳細に説明する。

第８図は本発明の一実施例に係るマイクロ磁気
ヘツドの縦断面図、第９図はそのＡ−Ａ線断面図
である。両図において、８−１は偏波面保存性を
有する単一モードの光導波路でコア部８−１ａ及
びクラツド部８−１ｂからなる。８−２は導波路
断面に形成された軟磁性体より成る磁性薄膜、８
−３は偏波面保存性を有する単一モードの前記光
導波路８−１と同様の光導波路でコア部８−３ａ
及びクラツド部８−３ｂからなる。８−４は単一
偏波の光源、８−５は光源８−４への電流用供給
用のリード線、８−６は偏光子、８−７は光検出
器、８−８は光検出器８−７より信号を取り出す
リード線、８−９は基板である。このとき、前記
磁性薄膜８−２は、第１０図に特に明らかな通
り、コア部８−１ａの大きさより僅かに大きく、
コア部８−１ａの光軸を含む断面（本例の場合光
軸を含みこれと90゜の断面）全体にそのヨーク部
８−２ａが重なるリング状となつてクラツド部８
−１ｂのうちコア部８−１ａの下方でギヤツプ８
−２ｂが形成されている。

かかるマイクロ磁気ヘツドを用いて記録媒体か
ら再生出力を得るには、先ずギヤツプ８−２ｂの
下方に記録媒体を近づけ、この記録媒体の漏洩磁
場により磁性薄膜８−２を磁化する。一方、光導
波路８−１，８−３を伝搬する光源８−４からの
偏波光はこの磁性薄膜８−２を透過することによ
りフアラデー効果によりその偏波面が回転する。
この偏波光を偏光子８−６を通して光検出器８−
７で受けることにより光の強弱として信号を検出
できる。この場合偏波光は光導波路８−１，８−
３の中でその偏波方向を変えてはいけないため、
光導波路８−１，８−３は偏波面保存性を有する
ものを用いる必要がある。偏波面保存性光導波路
はたとえばコア部を楕円状にしたり、異方的な歪
みを強制的にコア部に加えて長軸と短軸方向の屈
折率を変えることによつて実現できるが、本特許
は偏波面保存導波路を規定するものではない。た
だし、不要モードがノイズになるため本質的に光
導波路８−１，８−３内は一つのモードだけ伝搬
可能にしなければならない。光導波路８−１，８
−３の半径をａ、使用波長λ、コア部とクラツド
部の比屈折率差△、コアの屈折率ｎとすると規格
化周波数ｖはｖ＝2xna√２△／λ ……(2) であり、単一モード条件にするためには規格化周
波数ｖを2.4以下にする必要があり、そのために
はλ＝0.6〜1.2μｍ△＝0.5％としてコア直径2aは
3.1〜6.1μｍでなければならない。

次に本実施例を超小型にする利点を定量的に示
しておく。第１１図は磁性薄膜８−２内の磁化の
大きさを推定するためのモデルであり、同図中
ａ，ｂ，α，β，γ，εは各部分の長さ、R₁、
R₂、R₃は各磁路の磁気抵抗、１１−１は記録媒
体、１１−２は記録媒体１１−１内の磁束源、ｇ
は本実施例に係るマイクロ磁気ヘツドと記録媒体
１１−１の間隔、l₁₁は記録ビツトの大きさであ
る。第１２図は第１１図のモデルの等価回路であ
り、同図中R₁は記録媒体１１−１と前記マイク
ロ磁気ヘツド間およびヨーク部の足の部分までの
磁気抵抗、R₂はギヤツプを回る磁路の磁気抵抗、
R₃はヨーク部を回る磁路の磁気抵抗であり第１
１図のR₁，R₂，R₃に対応している。また、磁束
は他に漏れないと仮定する。更に、前記マイクロ
磁気ヘツドの厚さはt₁₁とし、記録媒体１１−１
のトラツク幅も同様とする。この場合記録媒体１
１−１および真空の透磁率をそれぞれμ、μ₀、記
録媒体１１−１からの磁束の大きさをφとしてマ
イクロ磁気ヘツドのギヤツプと対向する部分の中
心（第１１図におけるＡ点）の磁化の大きさIxを
計算すると第１２図の等価回路より φ₁＝φ₂＋φ₃（但しφ₁、φ₂、φ₃はR₁、R₂、R₃部
分の磁束） φ₂R₂＝φ₃R₃ であるから、Ａ点での磁束φ₃は、 φ₃＝R₃／R₂＋R₃φ₁ R₂、R₃は各部のサイズと長さおよび透磁率に
よつて決まる。φ₃が決まればその部分の磁束密
度が求まり、磁化Ixが求まる。記録媒体１１−１
の磁化をIrとするととなる。但し記録媒体１１−１からの磁束は第１
１図に示したようにビツト中心からギヤツプ端ま
での長さを半径とする半円の部分だけ減少するも
のとした。

(3)式においてａ＝ｂ、ε＝0.1μｍ、ｇ＝０と
し、サイズ効果をみるためにａ＝500μｍ、50μ
ｍ、5μｍとした時のIx／Irを図示したのが第１３
図である。このとき、β／ａ＝0.4、γ＝1μｍと
した。また、Ixは無限に大きくなる。即ち飽和し
ないものとして考えている。第１３図より、ヘツ
ドのサイズが一辺の長さで１桁小さくなるにした
がいその磁化は約１桁大きくなることが分る。因
に現用のバルクヘツドでは、加工技術上の制約上
ヘツドの長さは２〜３mm、薄膜ヘツドはヘツドヨ
ークにコイルを巻く必要上、100〜200μｍ以下に
することは困難である。また、MRヘツドにして
もMR出力をＳ／Ｎ良く取り出すためには、約30
×100μｍ程度の大きさが必要である。本発明に
係るヘツドは、ヘツドコアの大きさを単一モード
光導波路のコア程度まで小さくするものであり、
その直径は３〜6μｍ程度とするものである。し
たがつて、ヘツド素子感度としては現用のMRヘ
ツドよりさらに向上する。

更に、本発明と似ているものとして、軟磁性膜
を膜面が記録媒体面と直角になるように配置して
媒体からの信号磁場により軟磁性膜を磁化させ、
その軟磁性膜の磁化を磁気光学効果によつて検出
しようとするものが既にある。（特許出願公告56
−33781）。この場合軟磁性膜をできるだけ媒体に
近づけ、又光もできるだけ媒体面に近い軟磁性膜
に当るように若干の工夫がなされているが、本発
明の思想であるリングのヨーク長が10μｍ以下の
微細リングに軟磁性膜を加工するということや、
光導波路断面にリング状軟磁性膜を形成するとい
うことは全く無関係である。即ち本発明ヘツドは
その形状はあくまでリング型であり、リングのギ
ヤツプ付近の媒体ビツトからの磁束を第１１図の
モデルに示したようにひろい上げるものであり、
ひろいたいビツトの近傍のビツトの磁束はヘツド
の上方まで導びかないようになつている。即ち、
ヨーク部の下部である足の部分を通つて隣接ビツ
ト間とで閉磁路を作る。ところが、前記特公昭56
−33781ではひろいたいビツトの上に磁性体をお
くものであり、これは前述のMRヘツドのように
他のビツトからの影響を受け易く、特にビツトが
小さくなると必ず磁気シールドが必要となる。し
たがつてこのタイプの構成法としては、磁気光学
効果を有する磁性膜の前後にさらに磁性膜を設置
する必要があるため、仮にそうしたとすると検出
したい磁性膜が両側からマスクされてしまい光で
の再生は不可能となる。また、本発明ヘツドは、
そのヘツドサイズは10μｍ以下とするものであ
り、それによつてヘツド感度の向上を図るもので
あるが、特公昭56−33781ではヘツドサイズにつ
いては全く考慮されていない。即ち56−33781の
構成では、光を小さく絞ることは不可能であり本
発明ヘツドの効果を期待することはできない。

更に、バルクヘツドの磁路の一部を軟磁性膜で
おき換え、この軟磁性膜の磁化変化を磁気光学結
果によつて検出しようとするものも既にある（特
許出願公告昭56−32687）。これも軟磁性膜リング
全体を10μｍ以下に小さくし、単一偏波単一モー
ド光導波路断面に軟磁性膜リングを形成するとい
う思想とは関係がない。そして特公昭56−32687
の基本思想はバルクリングヘツドでひろい上げた
磁束をリングヘツド上部に磁路の一部として設け
た磁性膜に集中させ、再生信号を得ようとするも
のである。したがつて、再生分解能に関しては従
来のリングヘツドの問題がそのまま存在する。ま
た、ヘツド高感度化をトラツク幅を広くして検出
素子である磁性膜の幅を狭くすることにより行な
うというものであるが、記録ビツトが小さくなる
につれてヘツドコアを回る磁路の磁気抵抗よりも
記録ビツト付近を回る磁路の磁気抵抗が小さくな
るために本質的にヘツドコア自体を小さくしなけ
れば、高感度検出が不可能となる。本発明ヘツド
の本質はその点を解決したものである。更に、近
年記録におけるトラツク密度も大きくなつてお
り、特に垂直記録を用いると3μｍ以下のトラツ
ク幅で記録できる。このとき特公昭56−32687に
よれば検出素子幅を3μｍ以下にしなければ感度
を上げることができずこれは光の回折限界に近い
値となり狭いトラツク化には適用することはでき
ない。本発明は、従来のリングヘツドをコイルが
巻ける限界をはるかに越えてそのサイズを小さく
すると共に、その微細ヘツド磁化を光を用いて検
出する場合、光の回折限界の光スポツトサイズを
用いるためレンズ等ではなく単一モード光導波路
を用いるというものである。

さて、第８図に示したマイクロ磁気ヘツドでは
磁性薄膜８−２と光導波路８−１の光軸とは直角
になつている。したがつてこの時の磁気光学効果
を大きくするためには磁性薄膜８−２は、膜面に
対し垂直方向に残留磁化を持ついわゆる垂直磁化
巻である必要がある。この時の磁性薄膜８−２と
してはガーネツトエライト、オルソフエライト等
が適している。又パーマロイ、鉄等の金属磁性膜
は磁化が膜面内にあるため、光は垂直入射よりも
入射角が60゜〜70゜の斜め入射の方が磁気光学効果
は大きい。したがつてこの場合は、第１４図に示
すように、光導波路の光軸に対して斜めの断面内
に同様の磁性薄膜８−２を形成すれば良い。

また、これまで示したように磁性薄膜を透過し
た光の磁気光学効果だけではなく反射した光の磁
気光学効果（カー効果）を利用しても良い。この
場合には第１５図ａ，ｂに示すように、光を導入
する光導波路８−１の一部に斜めにスリツト１５
−１を作り、このスリツト１５−１の隙間を前記
光導波路８−１と異なる屈折率を有する媒体で満
たすことにより導波型光スプリツターをつくり磁
性薄膜８−２からの反射光を光検出器８−７に導
くことができる。なお第１５図ｂ中、１５−２は
記録媒体、１５−３はその磁化方向である。

更に第１５図ｃ，ｄに示すように、磁性薄膜８
−２の記録媒体１５−２と接する方向を第１５図
ａ，ｂに示す場合と90度異なる配置でも良い。こ
の場合第１５図ｄに示したようにギヤツプの近傍
部分だけを膜厚を厚くすることにより摩耗の影響
をなくすことができる。リングのキヤツプ８−２
ｂは後に示すようにリングフライ技術によつて作
製することができるが、第１５図ｅ，ｆに示すよ
うな構成にすることによりリンググラフイ技術に
よらないで簡単に狭いギヤツプ８−２ｂを作製す
ることができる。即ち、ギヤツプ部にSiO₂等の
非磁性層をはさむものであり、通常の多層膜作製
技術によつて微少なギヤツプ８−２ｂを作製する
ことができる。特に0.1μｍ以下の微少キヤツプ８
−２ｂをギヤツプ８−２ｂ付近の磁性薄膜８−２
に加工歪みを与えないで作製する場合有効であ
る。

更に、第１６図に示すように、磁性薄膜８−２
のギヤツプ８−２ｂを光導波路８−１，８−３の
光軸に対して直角方向につけても良い。この場合
磁性薄膜８−２のサイズは光導波路８−１，８−
３のコア部８−１ａ，８−３ａのサイズと同程度
であるが、その厚さは第８図で示したものより若
干長くなるため磁性薄膜８−２内での光損失が大
きくなる。この場合には、磁性薄膜８−２の周囲
に(2)式において規格化周波数ｖ＝2.4を満足する
ように、磁性薄膜８−２よりも若干屈折率が小さ
い物質でクラツドすることにより単一モード条件
が満たされるため損失が小さくなる。

次に第８図に示す実施例の場合、基板８−９の
全体のサイズは数mm³程度である。そこで、現状で
の半導体素子より成るレーザフオトデイテエクタ
ー等を用いると光導波路８−１，８−３、光源８
−４であるレーザ、光検出路８−７、磁性薄膜等
を集積化して一つのチツプとし、そのチツプを現
用の浮上スライダーに搭載することにより、浮上
ヘツドとして用いることができる。しかしなが
ら、集積化のためには作製上コストが高くつく欠
点があるため、第１７図に示すように、ヘツドチ
ツプには光導波路８−１，８−３と磁性薄膜８−
２だけを作製し、光源８−４であるレーザ及び光
検出路８−７等は別体として両者間を偏波面保存
単一モード光フアイバ１７−１，１７−２で連結
しても良い。この場合には全体を集積化する必要
がないためコスト的には安くなる。

本発明は光導波路を規定するものではないが、
光導波路は一般に次のようにして作製できる。光
導波路としての薄膜は、InP、ZnS、ZnSe等の基
板上に液相エピタキシ（LPE）、分子ビームエピ
タキシ（MBE）法等によりInGaAsP、AlGAsSb
ZnS等の膜を形成する。あるいはサフアイア基板
上に化学気相成長（CVD）、スパツタリング、蒸
着等よりZnO、BeO、PLZT等を形成する。これ
らをＸ線、電子ビーム、イオン、光等を用いたリ
ングラフイ技術により、導波路パターンを作製す
る。但し、光導波路としては屈折率の高いコア部
と、屈折率の低いクラツド部の少なくとも二層構
造にする必要があり、適宜材料を選定して作製す
る。また、光導波路として通常の光フアイバの使
用も可能であり、この場合はチツプに光フアイバ
のサイズの溝をつくり光フアイバを埋め込むこと
によつて作製できる。更に、光導波路端面への磁
性膜の形成は、光導波路端面上へRFスパツタリ
ング、イオンビームスパツタリング、クラスター
ビーム蒸着、イオンプレーテイング、メツキ等に
より、パーマロイ、センダスト等の軟磁性薄膜を
形成し、光導波路パターン作製と同じ技術により
リングパターンを作製する。特にリングギヤツプ
は電子ビーム露光により0.1μｍ以下にも作製でき
る。

これまでは主として再生の方だけについて述べ
て来たが、次のようにすれば記録もできることを
示す。第８図〜第１０図において、磁性薄膜リン
グ８−２の内側に電流を流す流体を形成すること
により原理的にリングのギヤツプ８−２ｂに磁場
を発生させれば記録もできる。また、記録用の電
流は、第１８図に示すように、磁性薄膜８−２の
上方に大きな電流の通路である導体１７−１を形
成して流すことにより同じヘツドにより容易に記
録できる。同図中、点線１７−２は磁力線であ
り、導体１７−１の周囲にできた磁力線は磁性薄
膜８−２で集中すると共にそのギヤツプ８−２ｂ
から鋭く磁場が漏洩するためこれによつて記録媒
体を磁化できる。このとき、導体１７−１の空間
的制約はないためいくらでも大きくでき、したが
つて磁性薄膜８−２のギヤツプ８−２ｂ部分も十
分飽和させることができる。また、磁性薄膜８−
２は記録まで考慮すれば磁化が大きい金属磁性材
料が望しい。ただし金属膜は光の吸収が大きいた
め光が透過する実用的膜厚は約500Å以下である。
したがつて実際の磁性薄膜８−２の形状として
は、光が通る場所だけ500Å以下にして他の部分、
特にギヤツプ８−２ｂ付近は数μｍと厚くした方
がよい。これは記録再生時共に磁場が集中し易く
なるからである。第１１図において、R₃の磁路
長をｌとすると磁性薄膜８−２側をリング状に磁
束が回る条件は、 R₃＜R₂ ……(4) であり、磁路の断面積は同じであるから(4)式よりｌ／μ＜ε／μ₀ ……(5) となる。今μ／μ₀＝300（数ＭHzの高周波として）とし、εは0.05μｍとすればｌ＜15μｍとなる。した
がつて簡単に言えばμ／μ₀＝300で、0.05μｍ以下
の記録ビツトを再生するためには、磁性薄膜８−
２のヨーク長を15μｍ以下にしなければならな
い。これは従来のいかなるヘツドにおいても不可
能であり、本発明をもつてして始めて可能とな
る。

次に本発明の原理確認の実施例を示す。光導波
路としても8μｍコア径、比屈折率差△＝0.28％、
200μｍ外径の単一モード光フアイバをＶ溝に埋
め込んでその端面を光軸に対して50度に斜めに研
磨し、この端面に磁性薄膜を形成した。このとき
の媒体は、80at％Ni−Feパーマロイ薄膜をイオ
ンビームスパツタ法により膜厚300Åフアイバ端
の端面に作製し、第１９図の拡大図に示したパタ
ーンに電子ビーム露光技術とスパツタエツチング
技術により加工した。このときの磁性薄膜の抗磁
力は8Oeであつた。また、そのギヤツプは0.3μｍ
で一辺の長さは100μｍ、25μｍ、10μｍと変えて
作製した。この磁性薄膜のギヤツプ部に、第２０
図に示すように、通常の磁気記録で用いるMn−
Znフエライトリングヘツド１８−１（ヘツドギ
ヤツプが1μｍ）をギヤツプ同士が一致するよう
に配置して接触させフエライトリングヘツド１８
−１で入力を与えた時のマイクロ磁気ヘツド１８
−２の出力を測定した。測定は1.15μｍ波長の単
一偏波He−Neレーザを用い光フアイバコア部１
８−３にはレンズ１８−４を用いて集光した。磁
性薄膜８−２と透過した後は再びレンズ１８−５
で集光しグラントムソン偏光子を通過させた後、
PINフオトダイオードで検出した。このとき、パ
ーマロイ膜である磁性薄膜８−２のフアラデー回
転角は0.05度であつた。第２１図は一辺が25μｍ
のマイクロヘツドを用い100Hzで入力を与えた時
の出力波形例である。このときの出力電圧は
0.8V程度であり18dB程度のＳ／Ｎとなつている。
ただし増幅器は5000倍のものを用いた。高周波に
なる程Ｓ／Ｎは低下し、1MHzではＳ／Ｎは10dB
程度に低下したが、これは用いたパーマロイ膜の
フアラデー回転角が小さいためでありフアラデー
回転角あるいはカー回転角が0.5度の材料を用い
れば30dBと十分なＳ／Ｎがとれるものと期待さ
れる。次に第２０図に示した測定系でヘツドサイ
ズによる最小感度磁束密度を測定した。第２２図
に結果を示す。入力の磁束密度は使用したMn−
Znフエライトの飽和磁束密度3000gaussとフエラ
イトヘツド１８−１に巻いたコイルに流す電流か
ら推定した。これは実際の媒体からの磁束を変化
させることが容易ではないこと、媒体を用いる場
合、従来−ヘツド間の距離を一定に保つことが難
かしく定量的データがとりにくいためである。第
２２図にはヘツドの一辺の長さが１桁小さくなる
と最小感度磁束が１桁小さくなり、高感度になる
ことが定量的に示されている。実際の媒体からの
磁束密度は記録媒体の残留磁束密度及びヘツドと
媒体との距離によつて異なるが、たとえば抗磁力
1000OeのCo−Cr垂直記録媒体の場合、0.1μｍビ
ツト長で媒体からの距離を0.15μｍとすると磁束
密度は約10gaussとなり、第２２図から一辺の長
さが6μｍ以下のマイクロ磁気ヘツドを作製する
ことにより検出可能となる。実際に第２３図ａに
示すように、コア径6μｍ、比屈折率差0.5％の単
一モード光フアイバ２３−１の端面に前実施例と
同様の磁性薄膜８−２を作製した。この磁性薄膜
８−２内には2μｍ幅で金の導線２３−２を１タ
ーン配線しこれに電流を流して記録した。用いた
記録媒体は、アルマイト基板上にCo−Cr膜を
0.7μｍ厚さスパツタしたものである。ヘツドと媒
体はほぼ接触させ、150ｍＡの電流を導線２３−
２に流し媒体とヘツドを相対的に移動させて記録
した。これにより、0.1μｍのビツトを記録するこ
とができた。同じビツトを再生した所Ｓ／Ｎが
15dBで出力が検出された。ヘツドチツプ内の光
フアイバ２３−１への光の導入は、コアの両側に
ボロンをドープしてボロンドープの方向とそれと
直角方向のコアの屈折率差を１×10^-4程度にした
偏波面保存型単一モード光フアイバによつて導入
した。なお、第２３図ｂはこのときの磁性薄膜８
−２の正面図で各部の寸法は次の通りである。
l_23-1＝6μｍ、l_23-2＝8μｍ、l_23-3＝6μｍ、l_23-4＝
2μｍ、l_23-5＝0.08μｍ、l_23-5＝4μｍ、厚さt_23-1＝
0.04μｍ、厚さt_23-2＝2μｍである。

以上実施例とともに具体的に説明したように、
本発明によれば磁性薄膜のギヤツプを無限に小さ
くし、用いる光導波路のコアとクラツドの比屈折
率差を大きくしてコア径を小さくすることにより
原理的に再生できる記録ビツトサイズを無制限に
小さくできる。少なくとも垂直記録媒体を用いる
ことにより記録が確認されている8000bpmをＳ／
Ｎ良く再生でき、さらに10000bpm以上の記録再
生も可能である。トラツク方向の幅は磁性薄膜の
膜厚程度でよくその膜厚を300Åとすればトラツ
ク幅を500Åとして20000bpmとなり面密度にすれ
ば２×10³bit／mm²となる。これは現用の最高の磁
気記録の10⁴倍であり、光記録の200倍の密度に当
る。更に、本発明に係るマイクロ磁気ヘツドは、
現用の磁気デイスク等に用いられているヘツドと
の互換性もあり、従来の装置を記録媒体を含めて
大きく変える必要はない。したがつて、従来の磁
気記録はもちろん光フアイル記録の分野において
も従来の装置を大きく凌駕するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は従来技術に係る磁気ヘツドを
示すもので、第１図はリングヘツドを示す原理
図、第２図ａは薄膜ヘツドを示す側面図、第２図
ｂはその正面図、第３図はシングルポールヘツド
を示す原理図、第４図はMRヘツドを示す原理
図、第５図は第４図に示したMRヘツドに磁気シ
ールドを施した場合の斜視図、第６図は第５図に
示したMRヘツドの欠点を除去した場合の原理
図、第７図はガーネツト転写ヘツドを示す原理
図、第８図は本発明の一実施例を示す縦断面図、
第９図はそのＡ−Ａ線断面図、第１０図はその要
部を切欠いて示す斜視図、第１１図はその特性を
検討するためのモデルを示す説明図、第１２図は
その等価回路を示す回路図、第１３図は第１１図
におけるＡ点の磁化Ixと記録媒体Iyとの磁化との
比の特性を示す特性図、第１４図は本発明の第２
の実施例を示す原理図、第１５図ａは本発明の第
３の実施例を正面からみた原理図、第１５図ｂは
その右側面からみた原理図、第１５図ｃは本発明
の第４の実施例の要部を示す原理図、第１５図ｄ
はその右側面からみた原理図、第１５図ｅは本発
明の第５の実施例に係る磁性薄膜を示す正面図、
第１５図ｆはその右側面図、第１６図は本発明の
第６の実施例の要部を示す原理図、第１７図は本
発明の第７の実施例を示す原理図、第１８図は本
発明の第８の実施例の要部を示す原理図、第１９
図は本発明の特性確認のための実験に供する磁性
薄膜のパターンを示す拡大図、第２０図は第１９
図のパターンにより形成した磁性薄膜を用いたヘ
ツドサイズによる最小感度磁束密度を測定するた
めの測定系を概念的に示す説明図、第２１図は第
２０図による実験におけるヘツドの出力電圧波形
の一例を示す波形図、第２２図は第２０図による
実験結果を示す特性図、第２３図ａは本発明の特
性確認のための他の実施例を概念的に示す説明
図、第２３図ｂはその磁性薄膜の寸法を示すため
の説明図、である。図面中、８−１，８−３は光導波路、８−１
ａ，８−３ａはコア部、８−１ｂ，８−３ｂはク
ラツド部、８−２は磁性薄膜、８−２ａはヨーク
部、８−２ｂはギヤツプ、８−４は単一偏波光
源、８−６は偏光子、８−７は光検出器、１７−
１は導体である。

Claims

【特許請求の範囲】

１コアとクラツドからなり、偏波面保持性を有
する単一モードと光導波路と、この光電波路の光
軸を含む断面に形成された磁気光学効果を有する
磁性薄膜とを備えており、しかも前記磁性薄膜は
コアサイズと同程度の断面を有し、その形状はリ
ング状で、かつリングの一部には微小ギヤツプを
有することを特徴とするマイクロ磁気ヘツド。