KR100422287B1 - 열 지원형 자기 기록 방법 및 열 지원형 자기 기록 장치 - Google Patents

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Abstract

광 빔과 같은 열원으로 매체를 가열함으로써 기록부의 보자력를 감소시키고, 그곳에 기록 자극(magnetic pole)로부터의 기록 자계를 가함으로써 보자력이 감소된 상기 기록부 상에 정보를 자기적으로 기록하도록 구성된 열 지원형 자기 기록 장치에서, 매체와 자기 기록사이의 상대적 타이밍은 기록부의 보자력이 기록 자계의 세기와 같아지는 자화 반전점을 기록 자극의 트레일링 에지의 리딩 측내에 위치시킴으로써 최적화된다.

Description

열 지원형 자기 기록 방법 및 열 지원형 자기 기록 장치{ THERMALLY-ASSISTED MAGNETIC RECORDING METHOD AND THERMALLY-ASSISTED MAGNETIC RECORDER}
본 발명은 열 지원형 자기 기록 방법 및 열 지원형 자기 기록장치에 관한 것으로, 특히 매우 높은 밀도를 갖는 매체에 데이터를 자기적으로 기록하기 위해, 열 원에 의해 자기 기록 매체를 가열시킬 수 있는 새로운 열 지원형 자기 기록 방법 및 열 지원형 자기 기록장치에 관한 것이다.
정보를 자기적으로 기록하고 재생하기 위한 자기 기록장치는 대용량, 고속, 및 저렴한 정보 저장 수단으로서 그 개발이 진행중이다. 특히, 최근의 하드 디스크 드라이브(HDD)는 그 향상이 획기적으로 증강되었다. 생산 레벨에서 증명되는 바와 같이, 그 기록 밀도는 10Gbpsi(제곱 인치당 기가비트)를 넘으며, 내부 데이터 전송 속도는 100Mbps(초당 메가비트)를 넘고, 그 가격은 수 엔(yens)/MB(메가바이트)으로 저렴하다. HDD의 높은 기록 밀도는 신호 처리 기술, 서보 제어 메커니즘, 헤드, 매체, HID, 등과 같은 복수의 소자들의 향상을 조합한 것에 기인한다. 그러나, 최근들어 매체의 열적 교반(agitation)으로 인해 HDD의 보다 높은 밀도가 저해된다는 것이 분명해졌다.
고밀도 자기 기록은 기록 셀(기록 비트) 크기를 소형화함으로써, 얻어질 수 있다. 그러나, 기록 셀의 소형화가 진행됨에 따라, 매체로부터의 신호 자계 강도가 감소되어졌다. 따라서, 소정의 신호-대-노이즈 비(S/N 비)를 보장하기 위해, 매체 노이즈를 감소시킬 수 밖에 없었다. 매체 노이즈는 주로, 무질서한 자화 전이에 의해 유발된다. 무질서의 크기는 매체의 자화 반전 유닛에 비례한다. 자기 매체는 다결정질 자성 입자로부터 형성된 박막(본 발명에서는 "다입자 박막" 또는 "다입자 매체"라 불리어짐)을 사용한다. 자기 교환 상호 작용이 자성 입자들 간에 이루어지는 경우, 다입자 박막의 자화 반전 단위는 복수의 교환-결합된(exchange-coupled) 자성 입자들로 구성된다.
지금까지, 매체가 수백 Mbpsi 내지 수 Gbpsi의 기록 밀도를 가지려면, 예를 들어, 매체의 노이즈 감소는 주로, 자성 입자들 간의 교환 상호 작용을 감소시키고, 자화 반전 유닛를 작게 함으로써 얻어져 왔다. 10Gbpsi의 기록 밀도를 갖는 최근의 자기 매체에서, 자화 반전 유닛은 2 또는 3개의 자성 입자만으로 되어 있다. 따라서, 예상대로, 자화 반전 유닛은 가까운 미래에는 한 개의 자성 입자만의 크기로 줄여질 것이다.
따라서, 자화 반전 유닛을 보다 더 줄임으로서 소정의 S/N 비를 보장하기 위해, 자성 입자의 크기를 감소시킬 필요가 있다. 자성 입자의 부피를 V라 한다면, 그 입자가 갖는 자성 에너지는 KuV로서 표현될 수 있으며, Ku는 입자가 갖는 자기적으로 이방성인 에너지 밀도이다. V가 보다 낮은 매체 노이즈보다 더 작게 만들어질 때, KuV가 더 작아져서 그 결과 상온 근처의 열 에너지에 의해 매체에 기록되어진 정보를 교란시켜, 열 교반 문제가 드러난다.
샤록(Sharrock) 등에 의해 만들어진 분석에 따라, 입자의 자성 에너지와 열 에너지(kT, k는 볼쯔만 상수이고 T는 절대 온도임) 간의 비, kuV/kT가 100 정도가 되지 않아서, 기록 수명의 신뢰도를 손상시킬 것이다. 기록 매체에서 자성 막으로서 종래에 사용된 CoCr계 합금의 (2 내지 3)×106erg/cc에서 유지되어질 이방성 에너지 밀도 Ku를 가지면서, 낮은 매체 노이즈에 대하여 입자의 감소가 진행된다면, 열 교반 저항을 보장하기 어려워진다.
최근, CoPt, FePd, 등과 같은 107erg/cc 이상의 Ku 값을 갖는 자성 막 물질이 많은 관심을 끌고 있다. 그러나, 소립자 크기와 열 교반 내성간의 호환성을 위해 Ku값을 단순히 증가시킨다면 또 다른 문제가 야기될 것이다. 그 문제는 기록 감도와 관련있다. 구체적으로, 매체의 자성막의 Ku 값이 증가함에 따라, 매체(HcO=Ku/Isb; Isb는 매체의 자성 막의 총 자화임)의 기록 보자력(coercive force) HcO가 증가하고, 포화 기록을 위한 필수적 자계가 HcO에 비례하여 증가한다.
기록 헤드에 의해 전개되고 매체에 인가되는 기록 자계는, 기록 자극(magnetic pole) 재료, 자극 형상, 간격, 매체 타입, 막 두께 등은 물론, 기록 코일에 공급되는 전류에도 의존한다. 기록 자극의 팁(tip)은 기록 밀도가 높아질수록 크기가 감소하기 때문에, 기록 헤드에 의해 전개되는 자계는 강도면에 있어서 제한된다.
최대 자계를 전개할 단극 헤드와 연자성 뒷받침(soft-magnetic backing)을 갖는 수직 매체의 조합을 이용하는 경우, 그 최대 기록 자계는 10kOe 정도일 뿐이다 (Oe: oersted). 한편, 장래의 고밀도ㆍ저잡음 매체에 요구되는 약 5㎚의 입자 크기를 갖는 동시에 충분한 열 교란 내성을 보장하기 위해서는, Ku값이 107erg/cc 이상인 자성막을 이용할 필요가 있다. 그러나, 이 경우에서, 실온에 가까운 온도에서 매체에 기록하는 데에 필요한 자계 강도는 10kOe 이상이기 때문에, 매체에 대한 기록이 불가능해진다. 따라서, 매체의 Ku값이 단조 증가하는 경우, 매체에 대한 기록이 불가능해진다는 문제점이 발생할 것이다.
상기에서 설명한 바와 같이, 종래의 다립자 매체를 이용하는 자기 기록에서, 잡음 감소, 열 교란 내성 및 고 기록 밀도는 서로 트레이드-오프 관계에 있으며, 기록 밀도에 제한을 가하는 필수적인 요인이다.
열 지원형 자기 기록 시스템은 이러한 문제점을 극복할 수 있을 것이다. 바람직하게는, 다립자 매체를 이용하는 열 지원형 자기 기록 시스템은 잡음을 충분히 감소시킬 수 있을 만큼 미세한 자성 입자를 이용하며, 실온근처에서 높은 Ku값을 나타내는 기록층을 이용하여 열 교란 내성을 보장한다. 이와 같이 높은 Ku값을 나타내는 매체에서는, 기록에 요구되는 자계 강도가 실온 근처에서 기록 헤드에 의해 전개되는 자계 강도를 초과하기 때문에, 기록이 불가능하다. 반면, 열 지원형 자기 기록 시스템에서는, 기록 자극 부근에 광빔과 같은 매체 가열 수단을 설치하고, 기록하는 동안 기록 매체를 국부적으로 가열하여 매체의 가열된 부분의 HcO를 기록 헤드로부터의 자계 강도 미만으로 저하시켜, 기록이 실행된다.
이러한 기본 개념을 실현하기 위한 중요한 사항들은 다음과 같다. 첫째, 기록은 가열동안이나 가열된 매체가 냉각되기 전에 기록 자계를 인가함으로써 완료되어야 한다. 둘째, 인접한 트랙들이 바람직하지 못하게 가열되고 인접 자화 전이(magnetic transition)가 열 교란에 의해 파괴되는 것을 방지하기 위해, 기록 자극의 폭정도로 작은 제한된 면적만이 선택적으로 가열되어야 한다.
다입자 매체를 이용하는 모드에서, 인접 트랙들의 열 교란에 부가하여, 기록될 트랙에서 생성되는 자화 전이가 충분히 냉각되지 않은 다운스트림 영역에 열 교란의 영향을 주지 않을 것을 보장할 필요가 있다. 그러나, 이것은 기록 밀도가 입자 크기에 의해 결정되고, 자화 반전 속도가 현저히 높다는 이점을 갖는다.
한편, 연속적인 자성막(즉, 비정질 자성막)을 이용하는 시스템은, 기록 밀도가 자구벽(magnetic domain wall)의 두께(10-20㎚)에 의해 결정되고, 자벽(domain wall)의 변위가 발생할 때에는 자구벽 변위의 속도(수십㎧)가 데이터 전송 속도를 결정한다는 단점을 가지며, 이들은 다입자 시스템에서는 발생하지 않는 문제점이다. 그러나, 자성 입자의 부피 V는 무한한 것으로 간주할 수 있으며, 열 교란의 문제점은 논의의 대상이 되질 않는다. 또한, 연속적인 자성막을 이용하는 시스템은, 헤드 기록 자계보다 높은 실온 근처에서의 매체의 보자력을 조정하는 것과, 헤드 자계보다 낮게 가열된 부분의 매체의 보자력을 조정하는 측면에서는 다입자 시스템과 동등하다.
연속적인 자성막과 같은 광자기 매체를 이용하여 열 지원형 자기 기록을 실현하려는 종래 기술은, 예를 들어, 일본 응용 자기 학회지 vol.23, No.8의 페이지 1901-1906에 개시되어 있다. 이 종래 기술은 매체를 가열하는 열원으로서는 파필드(far-field) 광빔을 이용하고, 기록 자극과 빔원은 매체에 대해서 상호 대향되게 배치되어 있기 때문에, 양면 기록은 불가능하며 니어필드(near-field) 광빔은 이용될 수 없다. 또한, 기록 비트 길이는 자기 헤드에 의해 결정되지만, 기록 트랙폭이 광 스폿에 의해 결정되기 때문에, 트랙폭의 한계는 파필드 광빔의 스폿 사이즈에 의해 결정된다. 즉, 단파장 레이저와 고 NA 렌즈를 결합하더라도, 트랙폭의 한계는 수백㎚이다.
또한, 종래 기술에서는, 광 조사 위치와 기록 자계 인가 위치가 실질적으로 일치하기 때문에, 데이터 전송 속도는 매체를 가열하는 데 요구되는 시간에 의해 결정된다는 문제도 발생한다.
상술한 바와 같이, 열 지원형 자기 기록 시스템에서, 다립자 매체를 이용하는 것은 여러가지 문제를 발생시킨다. 즉, 매체가 충분히 가열된 시점에서 매체를 기록 자계를 가로질러 이동시킬 수단의 불안정성, 소형, 경량이며 저가인 열 지원형 자기 기록 헤드를 실현하는 데에 있어서의 어려움, 및 특히, 니어필드 광을 이용하는 모드에서 광 개구(또는 콜렉터)의 크기와 기록 자극 간에 적절한 위치 관계 결여 등과 같은 문제가 발생한다.
반면에, 연속 자성막 매체의 사용은, 불가능한 양면 기록, 니어필드 광을 사용할 수 없기 때문에 발생하는 불충분한 기록 밀도, 광 조사 위치와 기록 자계가 인가되는 위치 사이의 일치로 인해 매체의 열 응답에 의해 제한되는 데이타 전송 속도의 문제점을 내포하고 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 인식하면서 이루어졌다. 즉, 본 발명의 목적은 매체의 가열 타이밍 및 광 빔과 같은 가열원으로 매체를 가열함으로써 자기 정보를 기록하기 위한 열 지원형 자기 기록중의 기록을 최적화하여, 소형화, 경량화 및 고 신뢰성을 가질 수 있으면서 기록 밀도를 현저하게 개선할 수 있는 열 지원형 자기 기록 방법 및 열 지원형 자기 기록장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 기록 매체를 먼저 가열하여 기록부의 보자력을 감소시키고, 그 후 보자력이 감소된 기록부 상에 기록 자극으로부터의 기록 자계를 인가하여 정보의 자기 기록을 가능하게 하는 열 지원형 자기 기록 방법에 있어서, 기록부의 보자력이 기록 자극의 트레일링 에지의 리딩측의 소정 위치에 배치된 기록 자계의 강도와 동일한 자화 반전점을 특징으로 한다.
열 지원형 자기 기록 방법에서, 양호하게는 D≤Bmin의 관계가 만족되며, 여기서 D는 자화 반전점 및 기록 자극의 트레일링 에지로부터의 거리이며, Bmin은 기록부 상에 기록된 최소 자화 전이 거리이다.
본 발명에 따르면, 기록 매체의 기록부를 가열하기 위한 가열원, 및 가열원에 의해 가열되고 보자력이 감소된 기록부에 기록 자계를 인가함으로써 자기 정보를 기록하는 기록 자극, 기록부의 보자력이 기록 자극의 트레일링 에지의 리딩측의 소정 위치에 배치된 기록 자계의 강도와 동일한 자화 반전점을 포함하는 열 지원형 자기 기록장치가 제공된다.
열 지원형 자기 기록장치에 있어, 양호하게는 D ≤Bmin의 관계가 만족되며, 여기서 D는 자화 반전점 및 기록 자극의 트레일링 에지로부터의 거리이며, Bmin은 기록부 상에 기록된 최소 자화 전이 거리이다.
열 지원형 자기 기록장치는 기록 자극의 트레일링측의 소정 위치에 배치되어기록부 상에 기록된 자기 정보를 검출하는 자기 재생 소자를 더 포함한다.
열 지원형 자기 기록장치에 있어서는, Dmr ≤V·△T ≤Dmr+Lmag의 관계를 만족시키는 것이 바람직하며, 여기서 Lmag는 기록 자극의 리딩 에지에서 트레일링 에지까지의 거리이고, Dmr은 기록 자극의 트레일링 에지에서 자기 재생 소자의 자기 검출기의 중심부까지의 거리이고, △T는 기록부상에 자화 전이를 기록하기 위한 기록 자계를 반전시키는 순간부터 기록부상에 기록된 자화 전이를 검출하기 위한 자기 재생 소자의 순간까지의 시간 간격이고, v는 기록부와 기록 자극 간의 상대 속도이다.
열 지원형 자기 기록장치에 있어서는, 열원은 기록부를 가열시키기 위해 기록 매체에 전자를 방출시키는 전자 방출원일 수 있다.
열 지원형 자기 기록장치에 있어서는, 열원은 기록 자극의 리딩측의 소정의 위치에 배치된 발광 소자일 수 있으며, Dth ≤4L의 관계를 만족시키는 것이 바람직하며, 여기서 Dth는 발광 소자의 발광부의 트레일링 에지에서 기록 자극의 리딩 에지까지의 거리이며, L은 발광부의 리딩 에지에서 트레일링 에지까지의 거리이다.
또한, 본 발명에 따르면, 기록 매체의 기록부를 가열시키는 열원으로서의 발광 소자와, 기록 자계를 인가하여 발광 소자에 의해 가열된 기록 매체의 기록부 상에 자기 정보를 기록하기 위해 발광 소자의 트레일링측의 소정의 위치에 배치된 기록 자극을 포함하고, 열원에 의해 가열된 기록부가 기록 자극에 의해 인가된 기록 자계를 통과하기 전에, 기록부의 보자력이 기록 자계보다 작고, Dth ≤4L의 관계를 만족시키는 모멘트가 제공되어 있는 - 여기서, Dth는 발광 소자의 발광부의 후연에서부터 기록 자극의 선연까지의 거리이고, L은 발광부의 선연에서부터 후연까지의 거리임 - 것을 특징으로 하는 열지원형 자기 기록장치가 제공된다.
열 지원형 자기 기록장치에 있어서는, 기록 자극은 발광 소자의 트레일링 측의 소정의 위치에 모노리딕식으로 매립되는 것이 바람직하다.
열 지원형 자기 기록장치에 있어서는, 발광 소자는 미세 구멍을 갖는 레이저 소자일 수 있으며, 발광부가 미세 구멍이다.
본 발명의 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해 새로운 개념에 기초한 열 지원형 자기 기록장치를 제안하였다. 이 열 지원형 자기 기록장치에 있어서는, 이 기록장치로부터의 노이즈가 충분히 작을 정도로 미세한 자성 입자를 사용하고, 실온 부근의 온도에서 높은 Ku 값을 갖는 기록층을 사용하여 열적 교란 내성을 보장한다. 이러한 큰 값의 Ku을 갖는 매체에서는, 기록에 필요한 자계 강도가 실온 부근의 온도 아래에서 기록 헤드에 의해 발생된 자계 강도를 초과하므로, 기록은 가능하지 않다. 그러나, 적당한 수단에 의해 기록 매체를 국부적으로 가열시킴으로써, 매체의 가열부의 Hc0 값을 기록 헤드의 자계 이하로까지 감소시킬 수 있어 기록이 가능해 진다.
기록 매체는 광 빔이나 전자 빔을 사용하여 가열될 수 있다.
전자 방출에 있어서는, 전계 방출형, 열전자 방출형 등의 여러 유형의 소정의 전자 방출원을 사용할 수 있다. "전계 방출형"은 전자 방출 표면 상에 고 전위 경도(전계)를 제공함으로써 전자들을 표면으로부터 직접 방출시키는 것이다. 특별히 본 발명이 전계 방출형 전자 방출원을 채용할 경우, 전자 방출 영역은 10㎚정도이므로 매체의 약 10㎚의 영역은 쉽사리 가열될 수 있으므로, 본 발명은 광 빔을 이용한 종래 방법에서의 해상도보다 훨씬 더 높은 해상도를 얻을 수 있다. 그러나, 열전자 방출형의 전자 방출원을 사용할 경우에는, 전자 빔을 소정의 사이즈로 집속시킴으로써 사실상 동일한 효과가 얻어진다.
상기에서 기술된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 고밀도 자기 기록 및 재생에 필요한 초미립자로 형성된 저-노이즈 다입자 매체를 실온 부근의 온도에서 열적 교란에 대한 높은 내성을 충분히 갖도록 제조할 수 있으며, 자속 반전에 필요한 자계인 매체의 보자력이 기록 자계가 인가되는 매체의 일부 상에 광 빔 또는 전자 빔을 조사함으로써 감소되어, 실용적인 열 특성 헤드는 고속 기록을 달성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 매체의 공통측으로부터 열원으로서의 광 빔과 기록 자계를 모두 공급함으로써 니어필드 광을 이용할 수 있어 파필드 광으로는 실현될 수 없는 수십㎚ 정도의 미세 영역을 선택적으로 가열시킬수 있다.
본 발명에 따르면, 복잡한 구조와 무거운 질량을 갖는 광 시스템을 제외하고, 발광 소자와 자기 기록 소자는 일체형 구조로 형성되므로, 본 발명에서는 헤드에 의한 고속 탐색 동작, 도파관이나 섬유를 이용한 광 조사에 비해 광의 높은 사용 효율, 및 수십 ㎽의 반도체 레이저의 사용이 보장된다.
본 발명에 따라, 광방출 소자와 기록 자극을 매체의 움직이는 방향의 다운스트림(리딩) 측으로부터 순차적으로 적층하여 광 방출원과 기록 자극을 가깝게 배치함으로서, 기록 자계는 매체의 Hc0가 충분히 낮게 될 때 인가될 수 있다.
또한, 열원과 기록 자극 사이의 위치 관계를 고유의 범위 내로 제한함으로써, 기록 자계에 의한 기록부의 쓸모없는 자화 반전이 방지될 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 정보가 종래의 기록장치보다 현저하게 높은 밀도로 기록되는 것이 가능한 새로운 개념을 실현하는 열 지원형 자기 기록장치를 제공할 수 있다. 따라서 본 발명은 당 분야에 매우 유용하다.
본 발명은 이하에 주어지는 상세한 설명과 본 발명의 바람직한 실시예의 첨부되는 도면들로부터 더 완전히 이해될 수 있다. 그러나, 도면들은 본 발명을 특정 실시예로 한정하는 것이 아니라, 오직 설명과 이해를 위한 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 제1 실시예의 개요를 설명하기 위한 개략도로서, 도 1a는 기록 헤드와 기록 매체의 기본적 배치를 보여주는 단면도이고, 도 1b는 기록 매체의 열적 응답을 보여주는 그래프이고, 도 1c는 기록 매체의 보자력 HcO와 기록 헤드의 기록 자계 Hw사이의 관계를 보여주는 그래프.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열 지원형 기록장치의 주요 부분의 모델을 보여주는 단면도.
도 3은 재생 신호들의 진폭들과 D/Bmin 사이의 관계를 보여주는 그래프.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열 지원형 자기 기록장치의 모델을 보여주는 도면으로서, 도 4a는 매체 표면으로부터 본 열 지원형 자기 헤드의 평면도이고, 도 4b는 트랙 방향의 A-A' 선을 따라 취해진, 관련된 매체를 갖는 단면도.
도 5는 도 4a 및 도 4b에 보여지는 자기 기록 헤드에서 고립 자화 반전의 기록/재생 특성을 보여주는 그래프로서, 시간에 대한 기록 전류의 의존성은 (a)로 도시되며, 시간에 대한 GMR 요소로 부터 취득되는 재생 전압의 의존성은 (b)로 도시된다.
도 6은 플래너형(planar type) 박막 자기 헤드에 인가된 본 발명의 모델의 주요 부분, 즉, 기록 소자 영역과 표면 발광 방출 소자 영역만의 구성을 보여주는 도면.
도 7a와 도 7b는 본 발명의 모델에 따른 열 지원형 자기 기록 헤드의 일반적인 구성를 보여주는 도면으로서, 도 7a는 매체 표면으로부터 취해진 평면도이고, 도 7b는 트랙 방향의 A-A' 선을 따라 취해진, 관련된 매체를 갖는 단면도.
도 8은 VSM으로 실제 측정한 Hc와 샤록의 식을 이용하여 추정된 HcO의 온도 의존성을 나타내는 그래프.
도 9a는 광학적 출력 전력 Po와 트랙폭의 1㎛당의 GMR 재생 출력 전압 Vs 사이의 관계를 보여주는 그래프이고, 도 9b는 기록 코일에 공급된 전류 Iw와 재생 출력 전압 Vs 사이의 관계를 보여주는 그래프.
도 10은 발광 소자(도 7a와 도 7b의 117)의 발광 표면의 트레일링 에지로부터 기록 자극(magnetic pole)(도 7a와 도 7b의 122)까지의 거리(Dth)와, 재생 출력 전압(Vs) 사이의 관계를 보여주는 그래프.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명에 따른 열 지원형 자기 기록 헤드에 의한 기록 과정을 개략적으로 보여주는 도면으로서, 도 11a는 도 7b로부터 기록 과정과 연관된 부분을 추출한 단면도이고, 도 11b는 매체 상의 광빔 프로파일과 매체 상의 온도 분포를 보여주는 그래프이고, 도 11c는 매체 보자력의 공간 분포와 기록 자계의 공간 분포를 보여주는 그래프.
도 12는 실험적으로 준비된 매체의 열 지원형 자기 특성을 보여주는 그래프이며, 여기서 Hc는 보자력이고 Ms는 재생 신호에 관련된 포화 자화이다.
도 13은 본 발명에 따른 도 12의 매체를 이용하여 발명을 수행하는 경우의기록 과정의 개념을 설명하는 도면.
도 14는 매체 표면으로부터 본, 미세 홀을 갖는 열 지원형 자기 기록 헤드의 실시예의 주요 부분, 즉, 헤드 주요부의 구성을 보여주는 평면도.
도 15는 도 14의 헤드를 이용하여 행한 실험적인 기록과 재생의 결과를 보여주는 그래프.
도 16은 본 발명에 따른 구체화된 열 지원형 자기 기록장치를 보여주는 블록도.
도 17은 본 발명을 플래너형 박막 자기 헤드에 적용한 예시의 주요부, 즉, 기록 소자 영역과 표면 발광 방출 영역의 구성을 보여주는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 매체 기판
13 : 기록 자성층
14 : 보호층
21 : 광 개구
22 : 도파관
31 : 제1 도파관 격벽
32 : 제2 도파관 격벽
33 : 제3 도파관 격벽
41 : 자극
51 : 제2 클래딩층
52 : 활성층
본 발명의 몇몇 실시예를 몇몇 모델을 참조하여 상세하게 후술한다.
(제1 실시예)
본 발명의 제1 실시예로서, 여기서는 먼저 매체를 가열하는 타이밍 및 자기 기록에 관련된 고유의 구성에 대해서 설명한다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 제1 실시예의 개요를 설명하는 개략도인데, 도 1a는 기록 헤드 및 기록 매체의 기본 배치를 도시하는 단면도이고, 도 1b는 기록 매체의 열 응답을 그래프로 도시하는 도면이며, 도 1c는 기록 매체의 보자력 Hc0와 기록 헤드의 기록 자계 Hw와의 관계를 그래프로 도시한다.
도 1a에서, 참조 번호 1은 매체의 기록 자성층, 2는 가열원의 방출 홀, 3은 방출 홀 주위의 격벽, 4는 기록 자극, LE는 기록 자극의 리딩 에지, TE는 기록 자극의 트레일링 에지, MFP는 자화 반전점 (자기적으로 고정되는 점)을 나타내는데, 여기서 HcO 및 Hw는 크기가 동일하고, D는 MFP와 TE간의 거리이며, Bmin은 자화 전이의 최소 거리이다.
매체를 가열하기 위한 가열원으로서 광 빔 또는 전자빔을 이용할 수 있다. 광 빔을 이용한 모드로서, 예를 들면, 단부면 발광 레이저의 방출면상에 전반사막(3)을 적층하고 활성층의 중앙부 부근에 미세한 광학 개구(2)를 설치하는 모델이 있다. 전자빔을 이용한 모드로서, 개구(2)의 위치에 이미터 콘을 형성하고 콘 팁으로부터 방출된 전자 빔 방출 전계를 매체 상으로 직접 조사하는 모델이 있다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 개구부를 이용한 모드에서는, 개구부(2)로부터 방출된 광 빔이나 전자 빔이 매체(1)와 충돌하고, 매체의 이동 방향은 도 1a에 도시된 "매체 이동 방향"으로 표시된 바와 같이, 도면의 좌측에서 우측이다. 이 경우, 각 소자의 좌측은 리딩측으로서 정해지고, 우측은 트레일링측으로서 정해진다.
그 다음, 예시적 실시예에서, MFP와 TE사이의 거리 D와 최소 자화 전이 거리 Bmin은 D ≤Bmin을 만족하도록 결정된다. 기록 자성층의 온도는, 예를 들면, 도 1b에 도시된 바와 같은 시간 응답을 나타낸다. 즉, 도 1b의 세로좌표 T는 자성층의 온도이고, 가로좌표 t는 시간을 나타낸다. 시간 t를 선형 속도와 곱하면, 도 1b 및 도 1c의 가로좌표는 기록 트랙 방향의 위치에 있는 것으로 해석될 수 있다. 매체의 열 응답은 조사된 가열 빔의 공간적 프로파일, 가열 빔의 파워, 빔에 대한 매체의 이동 속도(선형 속도), 매체의 막 재료 (열적 물리적 특성), 막 두께, 막 구조(도 1a 내지 도 1c에 도시되지는 않았으나, 기록 자성층에 부가하여, 기초층, 보호층, 윤활층 등을 포함함) 등에 의존한다. 실제 크기로 매체의 가열 응답 분석 을 하면, 도 1b에 도시된 바와 같이 냉각 시간은 매체가 기록 자극 아래의 면적을 가로지르는데 필요한 시간보다 길다.
즉, 미래에 수백 Gbpsi급의 자기 기록 시스템에서는, Bmin이 수nm로 감소될 것이고, 기록 트랙 폭은 수백nm 이하로 감소될 것이다. 사이드 이레이저(side-erasure)(인접한 트랙상의 정보를 원하지 않게 삭제함)를 방지하기 위해, 빔 크기를 트랙폭 정도로 조정해야하므로, 개구부(2)의 크기는, 예를 들면, 약 200nm가 되어야 한다. 가우스 타입 빔이 개구부로부터 방출되면, 예를 들면, 유효 가열 범위는 전체 폭의 최대 절반정도에 대응하는 약 100nm이고, 선형 속도가 20m/s이면, 유효 가열 시간은 약 5ns가 된다.
매체 구조가 더 고속 열 응답을 위해 열적으로 조정되면, 가열 속도는 수십 k/ns가 되고, 가열 속도가 50k/ns이면, 매체는 약 250k만큼 온도가 상승될 수 있다. 냉각 속도가 평균 20k/ns정도이기 때문에, 250k까지 온도를 낮추기 위해서는, 12.5ns의 시간이 필요하고, 그 사이에 매체는 250nm 이동한다.
한편, 열 지원형 기록(thermal-assisted recording)의 원리의 관점에서 볼 때, 가열부로서의 개구와 기록 자극간의 거리는 가능한 한 가까워야 한다. 그 이유는, 매체의 입자 크기가 더 높은 밀도를 위해 최소화되어야 하기 때문에, 큰 자기 이방성 에너지 (Ku)를 갖는 자성막은 상온에서 충분한 열 교란 내성을 확보하는 관점의 매체로서 사용되어야 한다. Ku의 증가와 함께, 상온에서의 보자력(Hc0)이 증가하여 기록이 보다 어렵게 되기 때문에, 기록 온도는 어쩔 수 없이 열 지원형 기록을 위해 높게 설정된다. 따라서, 매체가 충분히 가열되었을 때 기록 자계가 인가되지 않으면, 기록이 불가능하게 될 것이다. 이는 개구부와 기록 자극이 가능한 한 가깝게 위치해야 되는 이유이다.
예를 들면, 개구부(2)와 기록 자극의 LE와의 거리는 수십 nm, 예컨대, 20nm 이하의 범위 내로 결정될 것이고, 기록 자계는 선형 속도가 20m/s일 때, 매체가 개구의 트레일링 에지를 통과한 후에 매체에 인가될 것이다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 매체가 기록 자극 아래를 통과하면서, 매체 온도는 계속해서 감소되며, 그 결과, Hc0는 도 1c에 도시된 바와 같이 증가한다. 기록하기 위해서는 Hw ≥HcO가 만족되어야하기 때문에, 매체의 자화는 MFP에서 고정된다.
이미 제안된 열 지원형 자기 기록시에, 기록 자극의 트랙 방향으로의 길이(LE-TE 거리)는 고려의 대상이 아니였기 때문에, 그에 대해서 어떠한 규정도 이루어지지 않았다. 반대로, 예시적 실시예에서는 위치적 관계를 중요하게 생각하고, 고유한 구성을 규정한다. 이러한 이론적 근거 및 효과를 후술하겠지만, 여기서는 각 소자의 위치와 냉각 시간과의 관계가 왜 도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이 되는지에 대해 설명한다.
MFP가 자극의 중간점(LE와 TE사이의 점)에 있는 경우, 최소 자화 전이 거리가 20nm인 경우, 예를 들면, 기록 자극의 트랙 방향의 길이는 본 실시예의 규정에 따라서 40nm이다. 20m/s의 선형 속도에서, 매체가 기록 자극 아래를 통과하는 시간은 2ns이다. 이 값과 개구와 LE 사이의 거리를 통과하는 시간 1ns는 매체를 상온 부근으로 냉각하는데 필요한 시간 12.5nm보다도 훨씬 짧다. 이 값들은 선형 속도, 매체의 열 응답, MFP의 위치 등에 따라 어느 정도까지 변할 수 있지만, 매체는 도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이 충분히 냉각되기 전에 기록 자극을 통과할 것이다.
종래의 자기 기록시에는, MFP는 자극의 TE였다. 그러나, 예시적 실시예에서는, MFP가 자극의 TE보다도 LE에 더 가깝게 위치한다. 이는 2가지 효과, 하나는 기록의 급경사성이고, 다른 하나는 기록 후의 열 교란 내성의 신뢰도이다.
기록 급경사성에 대해서는, HcO의 공간적 급경사성이 기록 자계 Hw의 공간적 급경사성보다도 더 예리하다는 것을 의미한다. 매체의 자화 전이 폭, 헤드와 매체간의 간격, 및 Hw의 공간적 급경사성은 선형 속도를 제한하는 요인으로 알려져 있다. Hw 급경사성은 통상 100 Oe/nm 이하이고, 전형적으로는 50 Oe/nm 부근이다. 한편, 이미 설명한 바와 같이, HcO는 그 값이 최대값 온도에서 상온의 값까지 250nm로 변화한다. 전술한 설명에 도시된 값을 다시 이용하면, 기록점에서 상온까지의 거리는 약 200nm이다. 기록점의 HcO와 상온의 HcO와의 차가 증가함에 따라, 밀도는 상술한 바와 같이 높아진다. 그러나, 상온의 HcO를 갖는 매체가 50KOe라고 가정하면, 기록점의 HcO를 10KOe로 조정하면, HcO의 변화는 200nm당 40KOe이기 때문에, HcO의 공간적 급경사성은 200 Oe/nm가 되며, 기록 급경사성은 종래의 자기 기록시보다 훨씬 향상된다고 말할 수 있다.
다른 효과로서, 즉, 기록 직후의 열 교란 내성의 신뢰도는 예시적 실시예의 큰 특징중의 하나이다. MFP로부터의 트레일링 측상에서는, HcO > Hw이기 때문에, 매체의 자화가 Hw만으로는 변화하지 않고, 기록층의 온도는 여전히 높게 남아있다. 상술한 수치를 이용하여, MFP (선형 속도가 20m/s일 때 10ns의 시간에 대응함) 이후의 200nm의 거리에 걸쳐, KuV/kT는 충분히 상승하지 않고, 재반전될 가능성이 있다. 그러나, 매체가 MFP에서 TE까지의 거리를 통과하는 시간 범위에서는, Hw는 열교란에 의해 반전되는 것을 방지하도록 작용하고, 적어도 이 때에는 재반전이 발생하지 않는다. 그러나, 매체가 MFP에서 TE를 통과하는 동안, Hw의 극성이 원하지 않게 반전되고, Hw는 열 교란을 지지하는 방향으로 변화하고, 즉각적인 재반전이 발생할 가능성이 크다.
Hw가 극성을 변화시키는 시간 내에 매체의 이동 거리는 최소 자성 전이 거리 Bmin이다. 따라서, 본 발명에 의해 정해진 대로 D ≤Bmin으로 설정함으로써, Hw의 인가는 기록 직후에 재반전되는 것을 방지하는 방향으로만 작용할 것이고, 열 교란을 지지하는 방향으로는 작용하지 않는다.
예시적 실시예를 이하의 몇몇 모델을 이용하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 본 실시예에 따른 열 지원형 자기 기록장치의 주요 부분의 예를 도시하는 단면도이다. 도 2에서, 참조 번호 11은 자기 매체 기판, 12는 기초층, 13은 기록 자성층, 및 14는 보호층을 나타내는데, 모두 자기 기록 매체부를 형성한다. 또한, 참조 번호 21은 광학 개구, 22는 도파관을 나타내는데, 이들은 광학 개구부를 형성한다. 참조 번호 31은 제1 도파관 격벽, 32는 제2 도파관 격벽, 33은 제3 도파관 격벽을 나타내는데, 이들은 모두 자기 기록 헤드 격벽을 형성한다. 참조 번호 40은 기록 자극 전체부, 41은 기록 자극, 42는 리턴 패스, 및 43은 코일을 나타내는데, 이들은 모두 자기 기록 헤드 기록 자극부를 형성한다. 참조 번호 51은 제2 클래딩층, 52는 활성층, 53은 제1 클래딩층, 54는 레이저 소자 성장 기판, 55는 레이저 소자 격벽을 나타내는데, 이들은 모두 레이저 소자부를 형성한다.
도 2에 도시된 열 지원형 자기 기록 헤드 및 열 지원형 자기 기록 매체는, 예를 들면, 다음과 같은 공정에 의해 제조될 수 있다.
먼저 레이저가 포함된 자기 헤드를 제조하는 방법에 대해 설명한다.
제1 클래딩층(53), 활성층(52) 및 제2 클래딩층(51)은 대표적 기판 재료인 GaAs 또는 사파이어로 이루어진 레이저 소자 성장 기판(54) 상에, MOCVD (금속 유기 화학 기상 증착) 또는 MBE(분자 빔 에피텍시)를 이용하여, 예를 들면, 자기 기록/재생 소자 영역 (예를 들면, 수백 ㎛)의 간격에 따라서 아일랜드 형태로 표면 방출 레이저를 형성하기 위해 결정 성장에 의해 순차적으로 적층된다. 도 2는 레이저 소자의 주요부만을 도시한다. 전극뿐만 아니라, 클래딩층, 활성층 및 다른 층의 상세한 구조는 단순화를 위해 도 2의 설명에서는 생략한다.
아일랜드형 레이저 소자들 간의 공간에는, 격벽부(55)로 매립하고 필요에 다라서 평탄화한다.
그런 다음, 플래너형 자기 헤드부가 하부면(51 및 55) 상에 순차적으로 형성된다. 자기 헤드 소자부를 제조하는 공정은 재료 및 공정 기술에 대해 선택적으로 선택 가능한 인자를 포함하나, 여기서는 전형적인 예를 설명한다.
우선, 도파관부(22) 및 광학 개구부(21)를 형성한다. 예를 들면, 스퍼터링에 의해 SiO2막을 적층한 후에, CHF3-RIE(반응성 이온 에칭) 및 CDE(화학적 건조 에칭)의 이중 에칭 공정을 이용하여, 개구부를 수직으로 가공하고, 도파관을 테이퍼 처리하여 도 2의 구성을 얻는다.
그런 다음, 격벽(31, 32)이, 예를 들면, TiN 또는 Ta-N 등의 고융점 및 고반사율을 갖는 재료, 또는 예를 들면, W, Mo 또는 Ta의 고융점 금속을 CVD 또는 스퍼터링에 의해 형성된다. 이 때, 격벽(31, 32)의 재료는 51 및 55의 하부면 상에 적층될 수 있다. 개구(21)의 측벽 상에 대해 격벽(31, 32)의 보다 나은 접착을 위해, CVD 또는 기판 회전형 스퍼터링이 바람직하다.
그 다음, 예를 들면, 레지스트를 격벽부(33)로서 매립하고, 다음으로 패터닝하여 기록 자극 전체부(40) 및 코일부(43)를 구성한다.
그런 다음, 기록 자극 전체부(40)가, 예를 들면, 레지스트 프레임 도금 성장법에 의해 코일의 상부 표면까지 성장되고, 코일 패턴에 따른 레지스트의 패터닝 형성 및 Cu 코일의 프레임 도금 성장법에 의해 자극의 잔류부가 다시 도금 성장된다.
기록 자극부(41)는 약 100㎚의 미세 패턴이기 때문에 예를 들어, 필요하다면 마지막으로 FIB(focused ion beam) 처리를 하게 된다.
상술된 과정을 통해서, 도 2의 발광부와 열 지원형 자기 헤드의 기록 자극이 얻어진다. 재생 소자부는 기록 자극의 트레일링측(도 2의 우측)에서 적절히 만들어질 수 있게 됨으로써 발광 소자를 포함하는 열 지원형 자기 헤드를 얻는다. 상술한 실시예는 표면 방출 레이저와 수직 기록 헤드의 조합의 예이다. 그러나 본 발명은 에지 방출 레이저 또는 세로의 기록 헤드에 응용될 수 있다. 에지 방출 레이저를 이용하는 모드에서, 활성층은 예컨데 도 2와 동일한 방향에서 광을 방출하도록 광학 개구위에 직접적으로 위치될 수 있다. 세로 기록에 적용되는 경우, 제2 기록 자극은 격벽(31)의 좌측에 위치될 수 있다.
또한 레이저 대신에 열원으로서 전자빔을 이용할 수도 있다. 이 경우에, 예를 들어, C(탄소)의 콘형 이미터를 개구(21)의 일부분에 위치시키고 음전압을 매체에 인가함으로써, 매체를 가열하기에 충분한 전계 방출 전자빔이 얻어질 수 있다.
도 2에 도시된 열 지원형 자기 기록 매체를 제조하는 과정이 후술된다. 매체 기판(11)의 대표적인 물질은 예를 들어 유리와 AIP로 코팅된 Al기판이며, 매체의 각 층은 통상적으로 스퍼터링에 의해 기판상에 형성된다.
수직 매체의 실시예에서, 대표적인 물질인 NiFe 또는 CoZrNb의 연자성 뒷받침층이, 먼저 기초층(12)으로서 형성되고 다음으로 높은 Ku값을 갖는 대표적 재료인 CoPt, SmCo, 또는 FePt의 기록 자성층(13)과 대표적인 물질로서 C로 된 보호층(14)을 연속적으로 적층한다. 다음으로, 스퍼터링 장치로부터의 생산품을 제거한 후에, PTFE의 윤활층의 디핑(dipping)이나 스핀 코팅을 통해 예를 들어 도 2의 열 지원형 자기 기록매체가 얻어질 수 있다.
반면에, 세로(표면) 기록 매체의 예에서, 예를 들어 Cr 또는 v의 결정 방위 제어층이 기초층으로서 이용될 수 있다.
본 발명의 효과를 확인하기 위한 시험 전에, 기록 자성층의 열 지원형 자기 특성이 토크 미터와 VSM으로 조사되며, 그것의 미세구조가 TEM을 통해 조사된다. 그것들의 결과가 후술된다. TEM 관찰 레벨의 평균 자성 입자 크기는 약 5㎚만큼 미세하고, 파동 필드의 측정으로 얻어진 활성 부피는 실질적으로 물리적 입자 부피에 가까우며, 예시적인 실시예에 따른 매체는 우수한 고밀도 전위를 갖는 것으로 확인되었다. 실온에서 Ku값은 2.5 × 107erg/cc로 충분히 높고, 이는 실온 KuV/kT가 약 100의 충분한 열 교란 내성을 갖는다는 것을 설명한다. 실온 HcO값은 약 25kOe만큼 높았으며 기록 자계의 시뮬레이션 값으로서 10kOe를 고려하면, 실온에서의 기록은 불가능한 것으로 결정되었다. HcO의 열특성은 상기 온도로부터 고온으로 실질적으로 선형으로 떨어지게 되고, HcO로서 10kOe를 나타내는 막 온도는 약 250°였다.
도 2의 구조를 이용하면, 예시적인 실시예는 다음의 절차로 수행되었고, 그것들의 효과가 검토되었다. 이 예에서, 광 개구(21)의 크기는 200㎚였고, 각 측에서, 격벽(32)의 두께(개구(21)의 트레일링 에지로부터 기록 자극(41)의 리딩 에지까지의 거리)는 20㎚였고, 트랙 방향에서 기록 자극의 길이는 150㎚였다. 자극의 길이는 수백 Gpsi의 상술된 종류에서 더 짧지만, 실시예는 본 발명의 효과를 명확히 할 목적으로 그것을 150㎚로 결정했다. 본 발명의 효과를 명확히 하기 위해서 기록 자극 자체의 길이는 중요하지 않지만 최소 자성 전이 거리 Bmin과의 관계가 중요하다는 것은 물론이다.
여러 방법으로 최소 자성 전이 거리 Bmin를 변화시키면서, 값이 최소 자성 전이 거리에 대응하는 단일 기록 주파수로 기록되었고, 기록된 직후의 신호는 기록 자극의 트레일링 측에 위치된 GMR(giant magnetoresistive) 헤드로 재생되었고, MFP가 계측되어 본 발명에 의해 결정된 D와 Bmin 사이의 비율의 변화와 재생된 신호의 진폭을 조사하였다. MFP측정은 다음의 방법으로 수행되었다. 기록 자계의 상승과 하강이 매체가 기록 자극하에서 통과하는데 필요한 시간보다 극히 짧게 조정되는 경우에, 기록 자계의 제로-크로스점(극성이 변할 때의 시간)과 재생된 신호의 피크 값(미분 신호의 제로-크로스 점) 사이의 시간 간격은 MFP와 GMR 소자 사이의 거리를 선속도를 나누어 얻어지는 값에 대응한다. 더욱이, 매체가 기록 자극의 TE로부터 GMR 재생부까지 이동하는데 필요한 시간은 기록 자극의 TE와 GMR 소자부 사이의 물리적인 거리를 선속도로 나눔으로써 얻어지는 값에 대응한다. 그들 두 개의 시간 값 사이의 차이와 선속도를 곱함으로써, 자화 반전점과 예시적인 실시예에 의해 결정된 기록 자극의 TE 사이의 거리 D가 얻어질 수 있다. D는 광빔의 전력, 기록 자계의 강도 및 매체의 열적 응답에 따라 변한다.
도 3은 재생 신호의 진폭과 D/Bmin 사이의 관계를 도시한다. D/Bmin < 1의 범위에서, 신호의 진폭은 D/Bmin이 증가함에 따라 점차로 감소한다. 이는 GMR 재생 소자부로 흐르는 매체 자계의 강도가 Bmin의 감소에 따라 점차로 감소하기 때문이다. 완만한 감소보다 훨씬 큰 감소율에 의한 신호 진폭의 급격한 감소는 D/Bmin ∼ 1근처에서 관찰된다.
Bmin을 변화시킴으로써 기록된 소정의 트랙은 MFM에 의해 관찰되었다. 결과적으로, D/Bmin < 1의 범위에서 그것들은 단일 기록 셀 내의 기록 자화 방향으로 실질적으로 배열되었다. 그러나, D/Bmin > 1인 경우에, 다수의 재반전 자성 입자가 단일 기록 셀 내에서 관찰되었고 소자(demagnetization)의 상태에 가까운 자화 상태가 나타났다. 이것은 MFP에 의해 이루어진 자화 전이의 트레일링측에서 자성 입자의 자화가, 기록 자계가 기록 방향과 방위에서 변하지 않는 시간 범위에서 기록된 것과 같은 방향을 유지하지만, 기록 자극하에 위치되는 동안 일단 자계의 극성이 반전되면, HcO가 Hw보다 크고, 자화의 재반전이 생성되더라도, Hw는 열적 교반을 증진한다. 동시에, 이것은 예시적인 실시예에 따라서 열 지원형 자기 기록장치의 효과를 명확히 나타낸다.
계속해서 도 3을 참조하면, 광의 조사 강도, 기록 자계, 매체의 열적 응답 및 다른 요소가 확실히 결정되고 트랙 폭 방향의 광빔의 공간 분포가 트랙에 수직한 선의 세그먼트인 경우에, D가 확실히 결정된다. 그러나 트랙 폭 방향에서 구부러지는 경우, 트랙 중심에서의 값과 트랙 에지에서의 값이 다르다. 또한 그런 경우에, 트랙 폭 방향에 대한 평균 D가 상술된 기술에 따라 재생 신호로부터 정의될 수 있다.
도 3의 예에서, D/Bmin의 하위 경계가 관찰되지 않는다. 그러나 자성 입자 크기가 더 작아지는 경우에, MFP로부터 기록 자극의 Te까지의 D/Bmin ≤ l의 범위에서의 기록 후에 자화의 열 교반을 막는 쪽으로 Hw가 작용하기 때문에, 하위 경계값이 존재한다. 이 하위 경계값은 매체의 자성 입자의 입자 크기와 Ku에 의존한다.
상술된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 열 지원형 자기 기록에서의 자화 전이가 급격해질 수 있고 동시에, 자화 전이의 생성 직후 열 교란에 의한 재반전이 신뢰성 있게 방지될 수 있다. 결과적으로 기록 밀도는 현저히 개선될 수 있고 안정되고 매우 신뢰성있는 자기 기록이 가능해진다.
(제2 실시예)
다음에 본 발명의 제2 실시예가 설명된다.
본 실시예에 따른 열 지원형 자기 기록장치는 (1) 열원으로서 광빔과 기록 자계를 매체의 공통 표면측으로부터 제공하고, (2) 발광 소자와 자기 기록 소자를 통합하여 일체형 구조를 형성하고, (3) 매체 이동 방향의 업스트림 측으로부터 발광 소자와 기록 자극을 순차적으로 적층하고, (4) 발광부와 기록 자극을 가까이 위치시키는 것을 구성상의 기본으로 한다.
(1) 열원으로서 광빔 및 기록 자계를 공통 표면측으로부터 인가함으로써, 파필드 광으로 실현하기 불가능한 약 수십㎚의 작은 영역의 선택적인 가열이 가능해진다. (2) 발광 소자와 자기 기록 소자를 통합시킨 일체형 구조를 채용함으로써, 복잡한 구조와 무거운 질량을 갖는 광학 시스템을 배제하고, 헤드가 고속 검색용으로 작동될 수 있으며 광의 사용 효율이 도파관이나 광섬유를 이용하여 광을 조사하도록 구성된 시스템과 비교하면 크게 증가될 수 있으며 수십 ㎽의 반도체 레이저가 이용될 수 있다. (3) 매체 이동 방향의 업스트림측으로부터 발광 소자와 기록 자극을 순차적으로 적층시킨 구조와 (4) 발광부와 기록 자극의 근접 배치때문에, 기록 자계가 매체의 HcO가 충분히 낮아질 수 있는 최적 타이밍에서 공급될 수 있다.
상술된 기본 구조 외에도, 예시적인 실시예는 자기 재생 소자를 고유한 위치 관계에 놓는다.
즉, 예시적인 실시예에서, 발광 소자, 기록 자극 및 자기 재생 소자는 매체 이동 방향에서 업스트림(리딩)측으로부터 순차적으로 근접하게 위치된다. Lmaq를 트랙 방향에서 기록 자극의 길이(기록 자극의 리딩 에지로부터 트레일링 에지까지의 거리)에, Dmr을 트랙 방향에서 기록 자극의 트레일링 에지로부터 재생 소자의 자기 갭의 중심까지의 거리에, ΔT를 기록 자극으로부터의 기록 자계를 반전시킴으로써 자기 기록 매체의 기록층 위에 자화 전이를 기록하기 위해서 기록 자극을 교차시킨 코일에 제공된 기록 전류를 반전시키는 순간부터 자기 재생 소자가 자화 반전을 검출하고 재생 신호를 출력하는 순간까지의 시간 간격에, 그리고 v를 자기 기록 매체와 기록 자극 사이의 상대 속도에 할당하는 경우, 다음의 관계가 만족된다.
Dmr ≤ v·ΔT ≤ Lmag + Dmr
이 조건이 만족될 때, 자화 반전이 기록되는 자기 기록 매체상의 위치는 기록 자극의 바로 아래 범위, 즉 기록 자극의 리딩 에지로부터 트레일링 에지까지 범위로 되고, 자화 반전의 기록이 결정되는 순간까지 일정한 값을 유지하면서 기록 자계가 자기 기록 매체로 인가된다. 따라서, 기록의 결정 이전에 열 교란에 의한 소자(demagnetization)를 초래하지 않고 안정한 고속 기록이 보장된다.
이하, 도면을 참조하여 실시예들이 보다 상세히 설명된다.
(제1 모델)
본 실시예에 따라 비교적 넓은 트랙 폭을 구비하는 열 지원형 자기 헤드가 본 실시예의 제1 모델로서 먼저 마련되었고, 그 효과가 검토되었다. 본 모델은 니어 필드 광 개구 또는 수렴 렌즈 시스템을 사용하지 않는다.
도 4a 및 4b는 본 모델로서 취해진 열 지원형 자기 기록장치를 나타내는 것으로, 도 4a는 열 지원형 자기 헤드를 매체 표면으로부터 바라본 평면도이고, 도 4b는 관련 매체와 함께 트랙 방향의 A-A' 선을 따라서 취해진 단면도이다.
도 4a 및 4b에서, 참조 번호 151 내지 154로 표시된 부분은 매체의 주요부이고, 나머지 참조 번호들에 의해 표시된 모든 부분은 열 지원형 자기 헤드의 주요부이다.
헤드의 구성 부분은 반도체 레이저 발광 소자부(111 내지 119), 자기 기록 소자부(120 내지 127), 자기 재생 소자부(130 내지 133), 및 보호 코팅부(104)로 이루어진다. 도면에 도시된 바와 같이, 발광부, 자기 기록 소자부 및 자기 재생 소자부는 업스트립(리딩) 측으로부터 기술된 순서대로 배치된다. 여기서 다시, "업스트림(리딩)" 및 "다운스트림(트레일링)"라는 용어는, 기록 및 재생을 위해 업스트림 측으로부터 다운스트림 측으로 헤드에 대해 매체가 이동하는 것을 나타내기 위해 사용된다.
"리딩 에지" 및 "트레일링 에지"라는 용어는, 트랙 방향에서 헤드를 구성하는 소자들(발광 소자, 광 개구, 기록 자극, 재생 소자 등)의 업스트림 단부들 및 다운스트림 단부들을 특정하기 위해 사용된다. 도 4a 및 4b에서, 소자들이 본 발명에 직접 관련되는 것은 아니므로, 재생 소자부의 상세한 구조, 전극 리드-아웃부의 구조 등과 같은 것은 간략화를 위해 설명에서 생략된다.
도 4a 및 4b에 도시된 반도체 발광 소자부의 구성에서, 참조 번호 111은 기판을 나타내고, 112는 수㎛ 정도의 두께를 갖는 GaAs 층 등의 격자 매칭을 위한 버퍼층을 나타내고, 113은 200㎚ 정도의 두께를 갖는 p-형 GaAs층 등의 p-형 층을 나타내고, 114는 1㎛의 폭과 100㎚ 정도의 전체 두께를 갖는 Ti/Pt/Au 다층막 등의 스트라이프형 다층 금속 전극을 나타내고, 115는 1㎛ 정도의 두께를 갖는 p-형 AlGaInP층 등의 p-형 클래딩층을 나타내고, 116은 100㎚ 정도의 두께를 갖는 GaInP 층 등의 활성층을 나타내고, 117은 활성층내의 캐비티 영역(발광 영역)을 나타내고, 118은 1㎛ 정도의 두께를 갖는 n-형 AlGaInP층 등의 n-형 클래딩층을 나타내며, 119는 100㎚ 정도의 두께를 갖는 AuGe/Au 다층막 등의 전극을 나타낸다.
상술된 구조에서, 발광 영역은 활성층의 두께에 대응하여 트랙 방향으로 대략 1㎛의 폭과 수십 ㎚의 두께의 직사각형 형태를 갖는다. 이하 설명되듯이, 발광 표면(117)과 매체는 수십㎚ 이격되어 분리된다. 매체 표면상의 빔 프로파일은 시뮬레이션에 의해 얻어진다. 결과적으로, 이것은 트랙 폭 방향으로 대략 1 ㎛이고 트랙 방향으로 200㎚ 정도의 빔 직경(e-2-직경)을 갖는 타원이다.
트랙 방향으로의 빔 직경과 활성층 두께 사이의 관계는 이격에 의존하지만, 이격이 수십 ㎚일 때, 빔 직경은 활성층 두께의 2배 정도이다.
도 4a 및 4b에 도시된 자기 기록 소자부의 구성에서, 참조 번호 120은 100 ㎚두께의 SiO2등의 절연막을 나타내고, 121은 20㎚ 두께의 CoNiFe막 등의 업스트림 자극 (자극 팁(122)를 제외한 부분은 도 4a에서 생략됨)을 나타내고, 122는 발광 소자에 매립된 기록 자극 팁(본 발명에 고유한 부분임)을 나타낸다. 팁(122)는 0.75 ㎛ 폭 및 1 ㎛ 깊이일 수 있다. 참조 번호 123은 레지스트 프레임 등의 절연체를 나타내고, 124는 10회 권선된 Cu 코일 등의 기록 자계 발생 코일을 나타내고, 125는 1㎛ 두께 NiFe막 등의 리턴 패스 자극을 나타내고, 126은 업스트림 자극과 리턴 패스 자극의 접속부를 나타내며, 127은 500㎚ 두께의 Si02등의 평탄화/절연막을 나타낸다.
도 4a 및 4b의 자기 기록 소자부의 구성에서, 참조 번호 130은 500㎚ 두께의 NiFe 등의 업스트림 실드(shield)를 나타내고, 131은 200㎚의 실드간 두께를 갖는 Si02등의 재생 갭(실드와 GMR사이에 100 ㎚, 즉 재생 갭을 구비함)을 나타내고, 132는 CoFe/Cu/CoFe/FeMn 다층막 등의 GMR 재생 소자부를 나타내며, 133은 500㎚ 두께의 NiFe 등의 다운스트림 실드를 나타낸다. 도 4a가 도시하지 않았지만, GMR 소자의 양단에 CoPt 및 금속 전극막과 같은 하드 바이어스막이 연결된다. 참조 번호 104는, 예를 들어, 수십 ㎛의 두께를 갖는 Al203막일 수 있는, 전체 헤드용 보호막을 나타낸다.
도 4a 및 4b에 도시된 매체부의 구성에서, 151은 30㎚ 두께의 CoPt-SiO2수직 자화된 다입자 박막 등의 자기 기록층을 나타내고, 152는 100㎚ 두께의 NiFe 등의 연자성 기초를 나타내고, 153은 발광 소자로부터의 광에 의해 가열된 부분을 나타내고, 154는 냉각 도중에 자화 전이가 결정되는 위치를 나타내고, 155는 매체를 가로질러 기록 자극으로부터 공급된 기록 자속을 나타내며, 156은 레이저 발광 소자의 에지로부터 매체 표면을 향하여 방출된 광속을 나타낸다. 매체 구조에서, 그 기판, 보호막 및 윤활막은 설명에서 생략되었다.
도 5는 도 4a 및 4b에 도시된 자기 기록 헤드에서 유일한 자속 반전의 특성들을 기록/재생하는 것을 그래픽으로 나타낸 것으로, 시간에 대한 기록 전류의 의존성은 (a)로 나타나고, GMR 소자로부터 얻어진 재생 전압의 시간에 대한 의존성은 (b)로 나타낸다.
트랙 방향의 기록 자극(122)의 길이에 Lmag(기록 자극(122)의 리딩 에지로부터 트레일링 에지까지의 거리)를 할당하고, 트랙 방향으로 기록 자극(122)의 트레일링 에지로부터 재생 소자의 자기 갭의 중심까지의 거리에 Dmr을 할당하고, 기록 자극(122)으로부터의 기록 자계를 반전함으로써 자기 기록 매체의 기록층 상에 자화 전이를 기록하기 위해 기록 자극을 가로지르는 코일에 공급되는 기록 전류를 반전하는 순간으로부터 자기 재생 소자가 자화 반전을 검출하고 재생 신호를 출력하는 순간까지의 시간 간격에 ΔT(이 시간은, 예를 들어, 고주파 대역을 갖는 오실로스코프를 사용하여 측정될 수 있음)를 할당하며, 자기 기록 매체와 기록 자극 사이의 상대 속도에 v를 할당할 때, 아래의 식이 만족된다면,
Dmr ≤vㆍΔT ≤ Dmr + Lmag
자화 반전이 기록되는 자기 기록 매체상의 위치는 기록 자극 바로 아래의 영역, 즉 기록 자극의 리딩 에지로부터 그 트레일링 에지까지의 영역에 들게 된다. 결과적으로, 기록 자계는 자화 반전의 기록이 결정되는 순간까지 일정한 값을 유지하면서 자기 기록 매체에 인가된다.
여기에 도시된 모델은 다입자 매체를 사용하지만, 연속적인 자성막과 다입자 자성막을 기판상에 순차적으로 적층하는 구조, 또는 연속적인 자성막, 수 ㎚ 정도의 매우 얇은 비자성막(또는 예를 들어, CoZrNb의 연자성 비정질 층), 및 다입자 자성층을 기판상에 순차적으로 적층하는 구조를 사용할 수도 있다.
이러한 매체를 사용하고 다입자 층과 연속적인 자성층 사이에 인가된 교환 결합력의 열적 특성을 사용함으로써, 다입자 기록층 만으로는 얻기 어려운 기록 온도 근처에서 보자력 Hc0의 열적 특성을 급격하게 하는 것이 가능하고, 기록 온도 근처 및 그 이상의 온도에서 매체 기록층의 활성화된 부피 V를 증가하는 것이 가능하다. 따라서, 트랙 방향의 선형 기록 분해능이 증가될 때에도(기록 신호 주파수의 증가를 의미함), 기록 자화가 안정하게 이루어질 수 있다. 더욱이, 빔 사이즈가 기록 트랙 폭보다 크게 증가되고 인접 기록 트랙들이 비교적 고온에 노출되더라도, V의 증가는 열 교란 내성을 확장시키는 작용을 하여, 크로스 이레이저가 예방될 수 있다.
도 6에 도시된 열 지원형 자기 기록 헤드의 구성이 그 제조 프로세스와 함께 아래에서 설명된다.
전술한 모델에서와 유사하게, GaAs 버퍼층을 갖는 사파이어 기판 또는 비교적 두꺼운 버퍼층을 성장시킨 ALTIC 기판이 기판으로 사용된다. 도 6은 기판을 도시하고 있지 않지만, 이것은 본 도면의 상부면 상에 위치된다. 즉, 기판은 n-형 클래딩층 위에 위치되고, 막들은 도 6의 위에서 아래로 성장된다.
도시되진 않았지만, n-형 접합층이 기판상에 성장된 후, n-형 AlGaAs/AlAs 다층 클래딩층(159), InGaAs 다중 적층 양자 우물 활성층(160) 및 p-형 GaAs/AlGaAs 다층 클래딩층(161)이 순차적으로 적층된다. 전류 주입용 전극은 발광 소자의 측면상에 제공된다. 예를 들어, Zn 확산층이 전극으로서 사용되기도 한다. 활성층으로부터의 방출은 활성층의 상하방향으로 일어나고, 광은 2개의 클래딩층들에 의해 활성층을 향하여 레이저 발진을 위해 반사 및 증폭된다.
레이저 광은 p-형 클래딩층(151)의 하부면으로부터 기록 자극을 향하여 방출된다. 발광 소자부의 성장 후, 절연 재료가 매립되고 그 표면이 평탄화된다. 그 후, 기록 소자부 및 수렴 렌즈부가 형성된다. 먼저, 테이퍼된 저-굴절부(162)가 발광 소자의 발광부에 형성되고, 저-굴절부(162)의 중심에 대향 테이퍼가 형성되며, 고-굴절부(163)가 대향 테이퍼된 부분에 매립되어, 수렴 렌즈부를 형성한다. 발광 소자부로부터의 광은 저-굴절부(162)와 고-굴절부(163) 사이의 경계에서 내측으로 구부러져, 발광부(164)로 효과적으로 인도된다. 저-굴절부(162) 용으로 적합한 재료로는 CaF2, MgF2, SiO2등이 있고, 고-굴절부(163) 용으로 적합한 재료로는 ZnS, TiO2, Si3N4등이 있다.
수렴 렌즈부(162, 163)는 광 이용 효율을 향상하기 위해 사용되며, 발광부(164)의 사이즈가 비교적 크고 수렴 렌즈 없이도 이용 효율이 비교적 높을때에는 제공될 필요가 없다. 매체 표면으로부터 관측되는 수렴 렌즈의 구성은 원형, 타원형, 사각형 또는 직사각형일 수 있다.
그 후, 저-굴절 재료가 다시 고-굴절부(163) 상에서 테이퍼된 형상으로 형성되고, 기록 자극(165) 및 대향 테이퍼부(169)가 테이퍼된 콘형의 측벽들을 이용하여 이루어진다. 기록 자극(165)를 형성하기 위해서는, 레지스트 프레임 도금이 적합한 기술이다. 수직 기록 시스템이 채용될 때는, 대향부(169)가 비자성 재료로 이루어진다. 길이 방향 기록 시스템이 채용될 때는, 대향부(169)는 기록 자극의 것과 동일한 자성 재료로 이루어진다. 본 모델은 수직 기록 시스템을 채용하기 때문에, 여기서는 그 표면상에 예를 들어, Cu, Al 또는 Au와 같은 고-반사율 막 등의 비자성 재료를 갖는 부재가 사용된다.
온도가 광에 의하여 현저하게 증가하는 경우, W, Mo 또는 Ta와 같은 고융점을 갖는 금속이 바람직하게 제공된다. 또한, 기록 자극의 테이퍼진 면을 열 절연체(168)와 같은 고반사막 또는 고융점 금속막으로 도포하는 것이 추천된다. 이런 방식으로, 광에 의해 기록 자극의 온도 증가를 방지하여, 기록 자계의 감소를 방지할 수 있으며 동시에 광 사용의 효율을 개선하게 된다. 열 절연체는 단지 금속 코팅일 수 있으나, 기록 자극의 온도 증가의 방지 효과는 낮은 열 전도도를 갖는 세라믹 부재와 금속막을 적층함에 의해 강화될 수 있다.
기록 자극(165) 및 대향부(169)가 형성된 후, 코일 홀이 자극내에 형성된다. 연속해서, 기록 전류를 제공하기 위한 Cu 코일부(167)는 예컨데, 플레임 도금에 의해 형성된다. 그 후, 기록 자극팁(166)은 PEP 또는 FIB와 같은 미세 처리에 의해 형성된다. 발광부(164)는 또한 크기에 따라 바람직하게 FIB에 의해 완성된다.
보호막(170)의 코팅을 완성함에 의해, 도 6에 도시된 열 지원형 자기 헤드는 완성된다.
또한, 이 모델에서는, 제1 모델과 유사하게, 트랙 방향에서 기록 자극(166)의 길이(기록 자극(166)의 리딩 에지에서 트레일링 에지까지의 거리)로 Lmag가 할당되고, 트랙 방향에서 기록 자극(122)의 트레일링 에지으로부터 요크형 자극(171), GMR 소자(173), 전극(174,175) 및 비자기 절연층(172)으로 구성되는 요크형 재생 소자의 자기 갭의 중심까지의 거리로 Dmr이 할당되고, 기록 자극(122)으로부터의 기록 자계를 반전함으로써 자기 기록 매체의 기록층(151)상에 자화 전이를 기록하기 위해서 기록 자극(166)을 가로지르는 코일에 공급되는 기록 전류를 반전하는 순간부터 자기 재생 소자가 자화 반전을 검출하고 재생 신호를 출력하는 순간까지의 시간 간격 (이 시간은 예컨데, 고주파 대역 오실로스코프를 사용함에 의해 측정될 수 있다)에 ΔT를 할당하며, 자기 기록 매체와 기록 자극 사이에 상대 속도에 v를 할당할 때, 다음 관계가 만족된다면:
Dmr ≤v·ΔT ≤ Dmr+Lmag
안정적인 고속 기록은 실현될 수 있다.
제1 및 제2 모델의 방식에서 상세하게 상술한 바와 같이, 본 실시예는 고밀도 기록 및 재생에 요구되는 매우 작은 입자 크기를 갖는 저잡음 다입자 매체에 상온 근처에서 충분히 높은 열 교란 내성을 제공하며, 기록 자계 인가부에서 광의 조사에 의해 매체의 자속 역전용 자계의 요구되는 강도를 동시에 감소시킬 수 있어, 실용적인 기록 헤드로 고속 기록을 실현할 수 있게 된다.
또한, 발광 소자 및 기록/재생 소자의 일체화 구조를 채택함에 의해 본 실시예는 소형의 광열 지원형 자기 기록 헤드를 제공할 수 있으며 고속 탐색 동작이 가능하게 되며 헤드와 드라이브를 경제적으로 제공할 수 있다.
(제3 실시예)
다음은 본 발명의 제3 실시예가 설명된다.
제3 실시예에 따르는 열 지원형 자기 기록장치는 (1)열원으로서 광 빔과 매체의 공통면측으로부터의 기록 자계를 제공하며, (2)발광 소자와 자기 기록 소자를 일체화하여 일체화 구조를 형성하며, (3)발광 소자와 기록 자극을 매체 이동 방향에서 업스트림측으로부터 연속적으로 적층하는 기본적인 구조를 가진다. 본 실시예의 다른 기본적인 특징은 (4)발광부와 기록 자극을 가깝게 위치시키는데 있다.
(1)열원으로서 광빔과 매체의 공통면측으로부터 기록 자계를 제공함에 의해, 파필드 광으로 실현되는 것이 불가능한 약 수십nm의 작은 영역의 선택적 가열이 가능하게 된다. (2)발광 소자와 자기 기록 소자를 일체화하는 일체화 구조를 채택하며 복잡한 구조 및 무거운 질량을 갖는 광학 시스템을 배제함에 의해, 헤드는 고속 탐색용으로 동작할 수 있으며, 도파관 또는 파이버를 사용하여 광을 조사하도록 구성된 시스템과 비교할 경우 광사용의 효율성이 훨씬 더 증가할 수 있으며, 수십 nW의 반도체 레이저가 채택될 수 있다. (3)발광 소자와 기록 자극을 매체 이동 방향에서 업스트림 측으로부터 연속해서 적층하는 구조와, (4)발광부 및 기록 자극의 가까운 배치때문에, 기록 자계는 매체의 HcO가 충분히 낮아지는 가장 좋은 타이밍에서 제공될 수 있다.
더 구체적으로는, 발광부의 트레일링 에지과 기록 자극의 리딩 에지간의 거리가 Dth이고, 트랙 방향에서 발광부의 길이가 L일 때, 본 실시예는 Dth ≤4L을 만족하도록 구성된다.
발광부와 기록 자극을 가깝게 위치시키기 위한 바람직한 수단(4)은 기록 자극이 매체면으로부터 관찰될 때 레이저 발광 소자의 다운스트림측에 매립되는 구조를 채택한다. 즉, 매체가 헤드와 대향해서 동작할 때, 먼저 발광 소자에 접하고 그후 기록 자극에 접한다. 발광 소자의 다운스트림(트레일링)에서의 클레딩층을 위치시키는 구조에서, 자극은 클래딩층에 직접 매립될 수 있다. 선택적으로, 발광면은 기록 자극의 면으로부터 리세스되고, 기록 자극은 이 리세스부에 매립될 수 있다. 이는 다운스트림측에 활성층을 위치시키는 구조에서 또한 유사하게 적용가능하다. 즉, 기록 자극팁이 매체면으로부터 관찰될 때 발광 소자의 트레일링 에지에 위치되는 층에 매립되는 것으로 충분하다.
발광부의 트레일링 에지 위치의 정의는 클래딩층이 트레일링 에지측에 위치하는 경우에 활성층의 트레일링 에지의 위치를 의미하며, 활성층이 트랙 방향에서 위치되는 경우 활성층의 끝단 위치를 의미한다. 상기 정의된 위치와 기록 자극팁의 리딩 에지간의 거리는 Dth이다. 트랙 방향에서 발광부의 길이 L은 발광부의 길이에 대응하며, 발광 소자의 활성층의 두께에 실질적으로 동일하다.
활성층이 트레일링 측에 위치하는 경우, L은 활성층에서 발광부의 폭이다. 표면 방출 소자의 방출 출구가 기록 자극상에 적층되는 경우, L은 기록 자극에 인접하게 위치하는 발광부의 트랙 방향에서의 길이이다.
한편, 니어필드광(에버네슨트(evanescent) 광)을 사용하는 구성에서, 몇몇 구조가 채택될 수 있다. 대표적인 구성은 반도체 레이저의 발광면에 반사막을 도포하며 그후 발광면에서 수십 내지 수백 nm의 크기의 미세 홀(광학 개구)를 오픈하고, 여기에 니어필드 광을 형성한다. 이런 구성에서, 미세 홀의 크기가 감소된다면, 광을 사용하는 효율은 감소된다. 따라서, 기록 밀도가 증가함에 따라 광원의 필요한 전력도 증가된다. 그러나, 구조는 가장 간단해지며, 헤드는 값싸게 제공될 수 있다. 다른 구성은 광이 표면 발광 소자의 발광 출구로부터 테이퍼 형태로 유도되며 미세 홀이 기록 자극에 인접하여 제공되는 것에도 적용될 수 있다.
미세 홀을 사용하는 구성에서, Dth ≤4L이 만족하는 것이 바람직하며, 여기서 Dth는 미세 홀의 트레일링 에지와 기록 자극의 리딩 에지 사이의 거리이며, L은 트랙 방향에서 미세 홀의 길이이다. Dth 〉4L인 경우, 광의 조사에 의해 가열된 매체 온도는 매체가 기록 자극아래로 이동하여 도달할 때 이미 감소되며 효율적인 기록이 어렵게 된다.
본 발명에 따르는 열 지원형 자기 기록장치는 매체의 종류에 제한되지 않고, 기록층으로서 다입자 박막을 사용하는 매체이거나 기록층으로서 연속 자성막을 사용하는 매체들 중 어느 하나를 채택할 수 있다.
본 실시예는 몇몇 모델을 참조하여 아래에서 보다 상세히 설명된다.
(제1 모델)
비교적 넓은 트랙 폭을 가지는 제3 실시예의 제1 모델로서 본 실시예에 따르는 열 지원형 자기 헤드가 먼저 제공되며, 그 효과가 검토되었다. 이 모델은 니어필드 광학 개구 또는 수렴 렌즈 시스템을 사용하지 않는다.
도 7a 및 7b는 본 모델로서 취해진 열 지원형 자기 기록장치를 도시하며, 도 7a는 매체 표면으로부터 취해진 열 지원형 자기 헤드의 평면도이고, 도 7b는 트랙 방향의 라인 A-A'를 따라 취해진, 관련된 매체를 포함한 단면도이다.
도 7a 및 7b에서, 참조번호 151 내지 154로 도시된 부분은 매체의 주요부이며, 나머지 참조번호에 의해 도시된 모든 부분은 열 지원형 자기 헤드의 주요부이다. 헤드의 구성요소는 반도체 레이저 발광 소자부(111 내지 119), 자기 기록 소자부(120 내지 127), 자기 재생 소자부(130 내지 133), 및 보호 코팅부(104)이다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따르는 헤드에서, 발광부, 기록 소자부, 및 자기 기록 소자부는 업스트림(리딩 에지)측으로부터 상기 순서로 배치된다. "업스트림(리딩)" 및 "다운스트림(트레일링)" 용어는 매체가 기록 및 재생을 위해 업스트림측에서 다운스트림 측으로 헤드에 대해 이동되는 것을 표현하는데 사용된다. "리딩 에지" 및 "트레일링 에지" 용어는 트랙 방향에서 헤드 구성 소자(예컨데, 발광 소자, 광학 개구, 기록 자극, 재생소자 등)의 업스트림 단부 및 다운스트림 단부를 특정하는데 사용된다. 도 7a 및 7b에서, 본 발명에 직접 관련되지 않은 소자, 예컨데 재생 소자부의 상세 구조, 전극 추출부의 구조 등은 간략화를 위해 설명이 생략된다.
도 7a 및 7b에 도시된 반도체 발광부의 구성에서, 참조번호 111은 기판을, 112는 약 수㎛의 두께를 갖는 GaAs와 같은 격자 매칭용 버퍼층을, 113은 약 200nm의 두께를 갖는 p형 GaAs층과 같은 p형 층을, 114는 1㎛의 폭과 약 100nm의 전체 두께를 갖는 Ti/Pt/Au 다층막과 같은 스트라이프형 다층 금속 전극을, 115는 1㎛의 두께를 갖는 GaInP층과 같은 p형 클래딩층을, 116은 약 100nm의 두께를 갖는 GaInP층과 같은 활성층을, 117은 활성층에서의 캐비티 영역(발광 영역)을, 118은 약 1㎛의 두께를 갖는 n형 AlGaInP층과 같은 n형 클래딩층을, 119는 약 100nm의 두께를 갖는 AuGe/Au 다층막과 같은 전극을 나타낸다.
상술한 모델의 경우, 발광 영역은 활성층의 두께에 대응하는, 트랙 방향에서 약 1μm 폭과 수십 nm 두께를 갖는 직사각형 형태를 가진다. 후술할 바와 같이, 발광면(117) 및 매체는 수십 nm의 간격으로 분리된다. 매체면상의 빔 프로파일은 시뮬레이션에 의해 얻어진다. 그 결과, 트랙 폭 방향에서 약 1㎛길이를 가지며 트랙 방향에서 약 200nm의 빔 직경을 갖는 타원이 된다. 트랙 방향에서의 빔 직경과 활성층 두께간의 관계는 간격에 의존하며, 간격이 수십nm일때, 빔 직경은 활성층 두께의 약 2배가 된다.
도 7a 및 7b에 도시된 자기 기록 소자부의 구성에서, 참조번호 120은 100nm 두께의 SiO2와 같은 절연막을, 121은 20nm 두께의 CoNiFe막과 같은 업스트림 자극(자극팁(122)과는 다른부분은 도 4a에서 안쪽으로 들어간다)을, 122는 본 발명의 독특한 점인 발광 소자에 매립된 기록 자극팁을 각각 나타낸다. 팁(122)은 0.75μm 폭과 1μm 깊이일 수 있다. 참조번호 123은 레지스트 프레임과 같은 절연체를 나타내며, 124는 10권선수 Cu 코일과 같은 자계 발생 코일이며, 125는 1μm 두께의 NiFe막과 같은 리턴 패스 자극이며, 126은 업스트림 자극 및 리턴 패스 자극의 연결부이며, 127은 500nm 두께의 SiO2와 같은 평활/절연막을 나타낸다.
도 7a 및 도 7b의 자기 기록 소자부의 구성에서, 참조 번호 130은 500nm 두께의 NiFe 등의 업스트림 실드이고, 131은 200nm의 실드간 두께(실드와 GMR 간의 100nm를 갖는, 즉 재생 갭)를 갖는 SiO2등의 재생 갭이고, 132는 CoFe/Cu/CoFe/FeMn 다층막과 같은 GMR 재생 소자부이고, 133은 500nm 두께의 NiFe 등의 다운스트림 실드이다. 도 7에 도시하지 않았지만, GMR 소자의 대향 단부에 CoPt와 금속 전극막 등의 하드 바이어스막이 연결된다. 참조 번호 104는 예를 들어 수십 ㎛의 두께를 갖는 Al2O3일 수 있는 전체 헤드를 위한 보호막을 나타낸다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 매체부의 구성에서, 참조 번호 151은 30nm 두께의 CoPt-SiO2수직 자화 다입자 박막과 같은 자기 기록층이고, 152는 100nm 두께의 NiFe등의 연자성 기초이고, 153은 발광 소자로부터의 광에 의해 가열된 부분이고, 154는 자화 전이가 냉각 과정에서 결정되는 위치이고, 155는 매체를 가로질러 기록 자극으로부터 공급된 기록 자속이고, 156은 매체 표면을 향한 레이저 발광 소자의 에지로부터 방출된 광속이다. 도 7a 및 도 7b의 매체부에서, 그 기판, 보호막 및 윤활막의 도시는 생략되어 있다.
다음에, 상술한 구조를 갖는 열 지원형 자기 기록 헤드 및 매체를 제조하기 위한 방법에 대하여 설명한다.
우선, 기판이 업스트림측에 위치되도록 헤드를 형성하는 박막들이 적절하게 성장된다. 그 이유는, 반도체 발광 소자의 성장 온도가 자기 기록/재생 소자의 성장 온도보다 높기 때문이다. 즉, 반도체 발광 소자가 자기 기록/재생 소자 후에 성장되면, 자기 기록/재생 소자는 반도체 발광 소자의 성장 온도에 의해 파괴될 것이다.
다른 이유는, 기판이 슬라이더로서 사용될 수 있고 현존하는 자기 헤드와 동등한 제2 처리를 이용할 수 있기 때문이다.
반도체 발광 소자의 최적의 결정학적 성장의 관점에서 볼 때, AlGaAs 계열 또는 AlGaInP 계열의 적색 발광 소자의 경우, GaAs 기판, 또는 GaAs 버퍼층이 상부에 형성된 사파이어 기판을 기판(111)으로서 사용한다. InGaN 계열의 청색 발광 소자의 경우, 예를 들면, 사파이어 기판 또는 GaN 버퍼층이 상부에 형성된 SiC 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 슬라이더 처리를 이용할 수 있고 슬라이더로서의 확실한 동작을 보증하기 위해서는, 현존하는 자기 헤드에서 사용되는 사파이어 기판 또는 ALTIC 기판을 사용하는 것이 바람직하다.
성장을 위해 GaAs를 기판으로서 사용할 경우, 기판은 박막 소자부를 형성한 후에 얇게 되고, 그 후 ALTIC 기판에 접합되어, 이후의 단계들로 전달된다. ALTIC 기판을 이용할 경우, 격자 정합을 위한 버퍼층이 두껍게 적층되는 것이 바람직하다.
이하, 반도체 발광부를 제조하기 위한 단계들의 일례를 설명한다.
기판(111)으로서 사파이어 기판을 이용하면, 예를 들면 수 ㎛ 두께의 GaAs층과 같은 격자 정합 버퍼층이 MOCVD에 의해 성장된다.
그 후, 약 200nm의 두께를 갖는 p형 GaAs층과 같은 p형 층이 재차 MOCVD에 의해 형성된다.
그 후, 활성층의 캐비티 폭(레이저 발광부의 폭)을 규정하기 위해, 스트라이프 형상의 그루브가 에칭에 의해 p형 GaAs층 내에 형성되고, 1㎛의 폭과 100nm 부근의 총 두께를 갖는 Ti/Pt/Au 다층막(114)막 같은 스트라이프 형의 다층 금속 전극이 스퍼터링에 의해 그루브 내에 형성된다.
레지스트를 제거한 후, CMP에 의해 표면을 평탄화하고 세정한다. 그 다음, 예를 들어 1㎛ 두께의 p-AlGaInP층(115)과 같은 p형 클래딩층이 재차 MOCVD에 의해 성장된다. 이 때, p형 클래딩층은 금속 전극(114) 상에 직접 성장되지 않지만, 측면 확산 성장이 전극 단부로부터 발생되어, p형 GaAs층(113) 및 전극(114) 상에 평탄한 p형 클래딩층(115)이 균일하게 형성된다.
다음에, 100nm 두께의 GaInP층(116)과 같은 활성층이 MOCVD에 의해 성장되고, 1㎛ 두께의 n형 AlGaInP층(118)과 같은 n형 클래딩층이 MOCVD에 의해 연속해서 적층된다.
그 후, 레지스트 마스크가 n형 클래딩층 상에 형성되고, 100nm 두께의 AuGe/Au 다층막과 같은 스트라이프 형상의 전극이 캐비티부 바로 위의 오프셋된 부분 내에 매립된다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 전극(119)은 캐비티부 상부에 대칭적으로 또는 그의 한 측면에만에 대칭적으로 배치될 수 있다. 즉, 전극(119)은 활성층의 캐비티부로의 전류 주입이 보증되는 임의의 위치에 제공될 수 있다.
지금까지, 반도체 발광부를 제조하기 위한 방법의 일례를 설명했다.
다음에는, 자기 기록 소자부를 제조하기 위한 공정의 일례를 설명한다.
반도체 소자부의 다운스트림 전극과 업스트림 기록 자극 사이의 절연을 위해, 절연막(120)이 형성된다. 이는 반도체 소자를 제조하기 위한 공정의 최종 단계에서 전극(119)을 매립한 후에 레지스트 마스크를 남겨 둔 채로 SiO2를 스퍼터링함으로써 제조될 수 있다. 대안으로, SiO2는 다운스트림 클래딩층(118) 내에 업스트림 자극(121)의 매립부를 형성한 후에 균일하게 적층될 수 있다. 이 경우에는, 도 7a의 업스트림 자극막(121)의 업스트림측에 SiO2연속막이 형성되는 구조를 얻는다.
절연막을 제공하지 않고서 반도체 발광 소자의 다운스트림 전극으로서 업스트림 자극을 이용할 수도 있다. 이 경우, 전극(119)은 개별적으로 형성될 필요가 없다. 반도체 발광 소자의 다운스트림 전극으로서 업스트림 자극막을 이용하는 경우, 활성층의 캐비티부에 전류가 효율적으로 주입될 수 있다. 그러나, 확실한 접착 및 전기 접속을 보증하기 위해서는, 업스트림 자극에 인접하는 금속 전극(119) 및 균일한 코팅 SiO2를 제공하는 것이 바람직하다.
이들 구조 중에서, 본 실시예의 포인트는 다운스트림 클래딩층 내에 업스트림 자극을 매립하는 것이다. 매립 방법에 대해서, 여기서는 업스트림 자극의 업스트림측에 인접한 SiO2를 균일하게 코팅하는 구성을 이용하는 예를 설명하고 있다.
전극(119)이 매립된 후, 레지스트는 전극을 제조하는 데 사용된 것과 반대의 형태로 제조되고, 클래딩층(118)이 에칭된다. 기록 자극부(122)의 일부는 수직으로 에칭되고, 기록 자극부(122) 이외의 업스트림 자극의 팁이 테이퍼 에칭 또는 이방성 에칭에 의해 처리된다. 기록 자극부의 수직 에칭의 목적은 기록 자계의 공간 분포를 급격하게 하기 위한 것이고, 기록 자극부 이외의 부분의 테이퍼 에칭의 목적은 기록 자극부 상에 자속을 효율적으로 집중시키기 위한 것이다.
0.75㎛의 팁 폭 및 1㎛의 깊이를 갖는 기록 자극 팁(122)이 형성된 경우, 다운스트림 클래딩층의 다운스트림측 표면 상의 최대 에칭 폭은 도 7a에서 2㎛ 부근이고, 다운스트림 클래딩층의 에칭 폭(매체 표면에 수직 방향으로의 폭)은 도 7b에서 2 내지 3㎛ 부근이다. 클래딩층의 부분 에칭의 결과, 방출구 부근에서 광이 부분적으로 산란되어, 방출 효율이 열화된다. 그러나, 캐비티부의 전체 길이(깊이 방향으로의 거리)가 수십 내지 수백 ㎛이기 때문에, 산란의 영향은 크지 않다. 또한, 후술하는 바와 같이, 에칭 부분이 감소되기 때문에, 기록 밀도가 높을수록, 광의 산란 영향이 작다.
이 예에서, 발광부(117)의 트레일링 에지와 기록 자극 팁(122)의 리딩 에지 간의 거리 Dth는 50㎚ 내지 1㎛의 범위에서 변화되었다. 1㎛의 경우에, 클레딩층은 에칭되지 않는다. 거리 Dth는 클레딩층의 팁을 에칭할 경우 에칭 시간에 의해서 제어될 수 있다. 그러나, 정확성을 향상시키기 위해서, 예를 들면, SiO2막이 활성층면에 대한 에칭후에 막을 거리 규정막으로 피복되는 것이 바람직하다. 이 경우에, 클레딩층에 대한 적절한 에칭액은 바람직하게는 활성층이 에칭 스토퍼로서 작용하도록 클레딩층과 활성층간의 에칭비를 조절하도록 선택된다.
업스트림 자극막(21)은 프레임 도금 기술을 사용하여 클레딩층의 에칭된 부분에 형성되었다. Ni 또는 NiFe 스퍼터링막은 도금 시드층(plating seed layer)으로서 사용될 수 있다. 이어서, Cu 코일(124) 및 절연 부재부(123)가 프레임 도금에 의해서 형성된 후에, 다시 개구(125)가 형성되고, 다운스트림 자극(리턴 패스)(126)가 프레임 도금에 의해서 형성되었다. 리턴 패스는 그의 매체측 면의 영역이 기록 자극 팁(122)의 영역보다 넓게 형성되도록 이루어지고, 그 결과 리턴 패스에서 매체 상으로 자속이 집중되는 것을 방지할 수 있다.
마지막으로, 평활/절연막(127)이 스퍼터링에 의해서 피복되고 CMP에 의해서 더 평활해 진 후에 기록 소자부가 완성된다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 열 지원형 자기 기록 헤드의 특징적 구성 - 발광 소자부 및 기록 소자부를 가깝게 위치함 - 이 완성된다.
다음으로, 재생 소자부는 평활/절연막(127) 상에 형성된다.
업스트림 실드(130)는 도금 또는 스퍼터링에 의해서 형성되며, 약 100㎚의 두께를 가진 업스트림 절연막이 그 위에 형성된다. 다시 GMR막부(132)가 이온 밀링 기술에 의해서 형성 및 처리되어 팁에 GMR의 아일랜드가 형성된다. 마스크로서 아일랜드를 사용하여 하드 바이어스막 및 전극막이 스퍼터링에 의해서 형성되어 재생 소자의 주부가 형성된다. 이 예에서, 재생 트랙폭은 0.6㎛로 조정된다. 이어서, 대략 100㎚두께의 다운스트림 절연막 및 다운스트림 실드(133)가 형성되어 재생 소자부가 형성된다. 마지막으로, 도 7a 및 7b에는 도시되어 있지 않지만 전극의 외부 추출선을 통해서 보호막(104)을 피복하고, 기판을 절단하고, 사파이어 기판을 슬라이더 처리하고, 리드 배선을 접속하고 서스펜션에 설치한 후에, 본 발명에 따른 열 지원형 자기 기록 헤드가 얻어진다.
이러한 방식으로 얻어진 헤드는 본 발명의 실제 확인 테스트를 위한 스핀-스탠드(spin-stand)형 자기 기록/재생 평가 시스템 상에 세트된다. 이에 대해서는 후술한다.
이어서, 본 실시예를 실현하는데 사용되는 매체를 제조하는 공정에 대해서 설명한다. 이 예에서, 연자성 기초층을 가진 수직 자화 다입자 박막이 매체로서 사용된다. 유리 기판 상에 연자성 기초층(152)으로서 100㎚두께의 NiFe막, 그 위에 30㎚두께의 CoPt-SiO2수직 자화 다입자 박막(151), 및 10㎚두께의 C보호막이 스퍼터링에 의해서 연속적으로 형성되고 윤활제가 피복되었다. 그 후에, 표면 돌출막이 테이프 베니싱(tape-vanishing)에 의해서 제거되고, 매체는 상술한 열 지원형 자기 기록 헤드와 함께 스핀-스탠드형 자기 기록/재생 평가 시스템 상에 세트되었다.
이 예는 그의 기록층으로서 자성 입자의 입자 크기 및 양의 용이한 제어를 위해서 SiO2매트릭스내에 CoPt 자성 입자가 분산된 구조의 소위 그래뉼러(granular)막을 사용하였다. CoPt-SiO2기록막을 형성한 후에, CoPt 타겟 및 SiO2타겟이 이중 동시 스퍼터링 모드(double simultaneous sputtering mode)에서 사용되고, CoPt의 입경 및 함유된 비율이 개개의 타겟으로의 스퍼터링 입력을 변화시킴에 의해서 제어되었다. 또한, 바이어스 파워와 관계 없이 입경만을 제어하도록 스퍼터링 동안 기판에 바이어스를 인가하는 것이 가능하다.
기록/재생 테스트를 행하기 전에, 본 발명에 따른 매체의 조성, 미세 구조및 자기 특성이 개별적으로 조사되었다. 전형적인 조건에서 형성된 CoPt-SiO2막의 CoPt의 함유율은 60 vol%이었다. 또한, 미세 구조의 분석 결과, CoPt 및 SiO2가 개별적으로 존재하고 SiO2매트릭스 내에 분산된 CoPt 입자를 함유하는 구조를 형성하는 것으로 확인되었다. CoPt 입자의 평균 입자 크기는 대략 7 ㎚였다.
자기 특성의 측정을 위하여, 500℃까지 액체 질소 온도의 범위 내에 각각 포함되는 서로 다른 온도에서 토크미터 및 VSM을 이용하여 열적 특성이 검사되었다. 실온에서 측정된 전형적인 자기 특성은 Ku : 4.5×106erg/cc, Hc : 5kOe, 및 Ms : 400 emu/cc였다. 평균 크기를 갖는 입자들은 실온(300K)에서 약 125의 kuV/kT 값을 갖는 것으로 확인되었다. 따라서, 이 예에서 사용된 매체는 실온 근처의 온도에서 대기 열적 교란을 보인다고 말할 수 있다. 자기 특성은 온도의 함수로서 변화하며 저온에서 고온으로의 방향으로 단조 감소하는 것으로 확인되었다.
도 8을 참조하면, VSM을 사용하여 측정된 Hc의 온도 및 샤록 식을 이용하여 추정된 Hc0의 온도에 대한 의존성의 그래프가 도시되어 있다. VSM은 루프 측정에 약 10분의 시간을 필요로 하므로, VSM에 의해 측정된 Hc는 해당 온도에서 자계가 약 10분 동안 열적 교란에 놓인 후의 보자력이다. 다른 한편으로, 기록과 관련된 보자력 Hc0은 헤드에 의한 실제 기록 중에 약 10 ㎱ 동안 고속 자화 전이에 필요한 자계이다. 이는 열적 교란에 의해 거의 영향을 받지 않을 시간 내의 자화 전이에 필요한 자계를 의미한다.
약 10분의 시간 내에 열적 교란에 의해 자계가 거의 영향을 받지 않을 온도 범위에서, Hc 및 Hc0은 서로 거의(k가 0일 때는 완전히) 일치하겠지만, 고온 범위에서는 Hc가 Hc0보다 상당히 낮을 것이다. 열 지원형 자기 기록에서 중요한 것은 Hc가 아니라 Hc0이다. 그래서, Hc0은 VSM에 의한 측정 및 샤록 식의 조합에 기초하여 결정되었다.
그 결과, 실온 근처의 온도에서 측정된 Hc0은 5.2 kOe였고, 이것은 Hc과 거의 같지만, 열 지원형 기록 중의 온도에 상당하는 100℃보다 높은 온도에서는, Hc는 Hc0보다 상당히 높았다. 기록에 필요한 매체의 포화 자계는 바람직하게는 Hc0의 거의 2배여야 한다. 그러나, 포화 자계는 Hc0에 거의 비례하기 때문에, 이하에서는 열 지원형 자기 기록을 위해 필요한 자기장으로서 Hc0을 이용하여 본 실시예를 설명하겠다. K가 0일 때, 이방성 에너지 Ku0은 8×106erg/cc였고 포화 자화 Ms0은 600 emu/cc였다. 막 내의 CoPt 함유량은 60 vol%였기 때문에, 순 자화 Isb는 1000 emu/cc였다. 고온측 Hc0가 외삽될 경우, 큐리 점은 5백 및 수십 ℃인 것으로 추정되었고 Hc0가 2 kOe로 감소한 온도는 약 300℃인 것으로 추정되었다.
상술한 자기 특성을 갖는 매체는 스핀-스탠드형 자기 기록/재생 평가 장치 내의 열 지원형 자기 열적 특성 헤드와 함께 설치되었고, 매체는 헤드와 관련하여 10 m/s의 속도로 이동되었고, 기록 및 재생은 판독 출력 전압을 검사하기 위해 100 kfci의 단독파 출력에 상당하는 비교적 낮은 선형 밀도로 테스트되었다. 파라미터로서의 광학 출력 전력은 발광 소자에 주입되는 전류에 의해 변화되었고, 다른 파라미터로서의 기록 자계 강도는 기록 코일에 공급되는 전류에 의해 변화되었다.
도 9a, 9b 및 10은 평가 결과를 보여준다. 도 9a는 1 ㎛의 트랙 폭 당 광학 출력 전력 Po와 GMR 재생 출력 전압 Vs 사이의 관계를 보여주는 그래프이다. 도 9a는 기록 코일에 공급되는 전류 Iw와 재생 출력 전압 Vs 사이의 관계를 보여주는 그래프이다. 도 10은 발광 소자(도 7a 및 7b의 117)의 방출 표면의 트레일링 에지로부터 기록 자극(도 7a 및 7b의 122)의 리딩 에지까지의 거리 Dth와 재생 출력 전압 Vs 사이의 관계를 보여주는 그래프이다. 이들 도면의 데이터 곡선에는 파라미터로서 변화된 Po 및 Iw의 값이 첨부되어 있다.
실제 자기 기록장치의 경우, 기록 코일에 공급되는 전류의 권장값은 60 ㎃ 이하이고, 바람직하게는 40 ㎃ 이하이고, 보다 바람직하게는 20 ㎃ 이하이다. 실제 광학 기록장치의 경우, 광학 출력의 권장값은 15 ㎽ 이하이고, 바람직하게는 10 ㎽ 이하이다. 도 9a 및 9b에 도시되지는 않았지만, 광이 조사되지 않았을 때, 기록 코일에 60 ㎃의 전류가 공급되어도 아무런 출력도 얻어지지 않았다.
매체가 기록 자극 아래로 지나가는 업스트림측에서 광의 조사에 의해 매체를 가열시킴으로써 기록을 위해 매체가 필요로 하는 자계를 감소시키고, 그 후 기록을 실행하도록 본 발명에 따라 구성된 모드에서는, 충분히 높은 재생 출력이 광학 강도 및 기록 전류의 실용적인 범위 내에서 얻어질 수 있다는 것이 도 9a 및 9b로부터 자명하다.
본 실시예에서 중요한 또 다른 데이터는 도 10에 도시된 데이터로서, 이것은 기록 자계의 인가 및 광의 조사에 의한 가열의 상대 시간을 정의하는 Dth와 관련이 있다. 즉, Dth가 광 스폿의 빔 크기 내로 설정된 경우에, 광학 전력 및 기록 전류의 매우 바람직한 값들로 충분히 높은 출력이 얻어질 수 있고, Dth가 광 스폿 크기의 약 2배인 경우에도, 전력 및 공급 전류를 증가시킴으로써 충분한 재생 출력이 얻어질 수 있다는 것이 도 10으로부터 자명하다.
Dth>4L인 경우, 광학 조사 전력 및 공급 전류가 더욱 증가된 경우에도 실질적인 개선이 관찰되지 않았다. 이는, Dth>4L인 경우, 기록 자계가 Hc0가 감소된 영역 이외의 영역에 바람직하지 않게 공급된 것을 의미한다. 트랙 방향으로의 광 스폿 크기는 이미 설명한 발광 소자의 활성층의 두께의 대략 2배이다. 그러므로, 레이저 발광 소자 및 기록 자극이 매체 진행 방향에서 업스트림(리딩) 측으로부터 차례차례 배치되는 구조에서는, 효과적인 기록을 위하여 Dth≤4L을 만족시키도록 구성된 열 지원형 자기 기록 헤드가 필요한데, 여기서 Dth는 발광 소자의 방출 표면의 트레일링 에지와 기록 자극의 리딩 에지사이의 거리이다.
활성층의 두께가 L일 때, 발광 소자의 클래딩 층의 두께는 전형적으로 약 1 ㎛이고, 레이저 발진을 위하여 대략 적어도 500 ㎚ 이상이어야 하기 때문에, 매체 표면으로부터 보았을 때, 레이저 발광 소자의 다운스트림(트레일링) 측에서 기록 자극을 매립하도록 구성된 열 지원형 자기 기록 헤드가 매우 유용하다고 할 수 있다. 상술한 실험의 결과를 보다 쉽게 이해하기 위하여, 이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 기록 프로세스를 설명한다.
도 11a 내지 11c는 본 실시예에 따른 열 지원형 자기 기록 헤드를 이용한 기록 프로세스를 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 11a는 기록 프로세스와 관련되고 도 7b로부터 추출된 부분의 단면도이고, 도 11b는 매체 상의 광빔 프로파일 및 매체 상의 온도 분포를 도표로 도시하고 도 11c는 매체의 Hc0의 공간 분포 및 기록 자계의 공간 분포를 도표로 도시한다.
도 11a에서, 도 1에 도시된 소자들과 동일하거나 유사한 기능을 갖는 소자들은 도 1에서와 동일하거나 유사한 참조 부호로 표시하겠다. 참조 부호 115는 발광 소자의 리딩측 클래딩 층을 가리키고, 117은 활성층의 발광부를, 118은 발광 소자의 트레일링 측 클래딩 층을, 122는 기록 자극의 팁을, 151은 매체의 기록층을, 153은 수광부를, 154는 자화 전이가 결정되는 위치를, 155는 매체에 인가되는 기록 자속을, 156은 발광 소자의 발광부(117)로부터 방출된 광속을 가리킨다.
매체는 헤드에 대하여 이동되고(도 11a의 도면 상에서 우측에서 좌측으로, 우측은 리딩측이고 좌측은 트레일링측임), 발광 소자는 활성층의 발광부(117)로부터 기록층(151)으로 광속(156)을 조사하도록 활성화된다. 매체 상에 조사되는 광의 공간 분포는 도 11b의 B1에 도시된 바와 같이 가우스형 분포를 나타낸다. 기록층은 가우스형 광에 의해 가열된다. 매체는 고속으로 이동하기 때문에, 기록층의 온도 프로파일은 그 피크가 트레일링측으로 시프트되어 트레일링되는 형태, 즉 도 11b의 B2에 도시된 형상을 나타낸다. 기록층의 Hc0 프로파일은 도 8에 도시된 Hc0의 열적 특성 및 온도 프로파일 B2에 의해 결정되고, 도 11c의 C1에 도시된 프로파일을 나타낸다. 이 C1 프로파일과 기록 자극으로부터 발생하여 매체와 교차하는 자속(155)의 프로파일 C2의 교차점은 자화 전이가 결정되는 위치(154)이다.
도 11a 내지 11c로부터, 곡선 C1의 골은 입사 광 전력 Po가 높을수록 깊고, 곡선 C2의 마루는 기록 코일에 공급되는 전류 Iw가 클수록 크다는 것을 알 수 있다. C1과 C2가 서로 교차하는 위치는 방출 표면(117)의 트레일링 에지로부터 기록 자극(122)의 리딩 에지까지의 거리 Dth에 따라 변화한다. Dth가 4L 이하인 경우, 기록 전류 또는 광 입사 전력이 높을 때, C1 및 C2는 교차점을 갖는다. 그러나, 만일 Dth가 4L보다 크다면, C1 및 C2는 아무런 교차점도 갖지 않으며, 효과적인 기록이 가능하지 않을 것이다.
도 11에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 열 지원형 자기 기록에서의 자화 전이점은 종래의 자기 기록에서의 것과 다르고 또한 기록 자극의 팁의 트레일링 에지이외의 곳에도 위치할 것이다.
종래의 자기 기록에서는, 매체의 Hc0가 공간적으로 균일하고 Hc0보다 큰 기록 자계가 인가되어 자화 전이를 제공하므로, 자화 전이의 위치는 필연적으로 기록 자극의 팁의 트레일링 에지에 위치한다. 그와 대조적으로, 본 발명에 따른 열 지원형 자기 기록에서는, 자화 방향이 C1과 C2의 2개의 교차점 사이에서만 기록 자계의 방향과 일치한다. 매체가 C1과 C2 사이를 지나갈 때 기록 자계의 방향이 반전되는 경우, 그 위치에서 자화 전이가 발생하므로, 자화 전이는 기록 자극의 트레일링 에지에서 항상 발생하지 않고 리딩과 트레일링 에지 사이의 C1과 C2 사이의 임의 영역에서 발생할 것이다.
도 11a에서는, 기록장치 및 매체의 주요 구성요소만이 횡단면 형태로 도시되어 있다. 그러나, 매체 표면 상의 광 스폿의 강도 분포가 트랙 폭 방향으로 만곡될 때, C1과 C2 사이의 교차점들 사이의 라인도 만곡한다. 그러므로, 본 발명에 따른 열 지원형 자기 기록에 의해 제공된 자화 전이는 경우에 따라서 트랙 폭 방향으로 만곡될 수 있다. 자화 전이의 발생이 항상 기록 자극의 팁의 트레일링 에지에서만 일어나는 것이 아니라 C1과 C2 사이의 임의 점에서도 일어나고 트랙 폭의 방향으로 자화 전이의 만곡(기본적으로 매체의 등온선에 따름)이 본 발명에 따른 열 지원형 자기 기록과 종래의 자기 기록과의 차이로 간주될 수 있다.
앞에서는, 신호 출력의 양태의 명확한 조사를 목적으로 낮은 기록 주파수를 선택하는 것으로 본 발명의 기본 실시예를 설명하였다. 그러나, 본 발명은 높은 선형 밀도에 의해서도 우량한 열 지원형 자기 기록을 실현할 수 있음은 물론이다.
(제2 모델)
다음으로, 이하에서는 본 실시예를 그 제2 모델로 설명하겠다. 제1 모델에서는, 매체로서 다입자층이 사용되었다. 그러나, 본 실시예는 매체로서 연속적인 자성막이 사용될 때도 유리하다. 이 모델에서는, 비정질 희토류 및 천이 금속의 페리 자성 합금의 막(R-T 막)을 포함하고 광자기 기록 매체로서 사용되는 매체가 실험적으로 준비되어 앞에서 설명한 제1 실시예와 유사하게 평가되었다.
준비된 매체는 Al 합금의 열 싱크층, TbFeCo의 TbFeCo 기록층, C의 보호층 및 윤활층을 순서대로 유리 기판 상에 형성함으로써 구성된다. 열 싱크층은 기록층의 열적 응답을 조정하도록 구비되었다.
도 12는 본 모델에서 실험적으로 준비된 매체의 열 지원형 자기 특성을 그래프로 도시한 것이다. 도 12에서, Hc는 보자력이고, Ms는 판독 신호와 관련된 포화자화이다.
광자기층과 같은 연속적인 자기층에서는 열교란이 발생할 수 없기 때문에, Hc와 Hc0은 전체 온도 범위에서 기본적으로 서로 일치한다. 이 두번째 모델에서, 기록층의 조성은 실온 근처의 온도에서 Ms가 충분한 자기 신호를 위해 200 emu/cc 정도가 되도록 조절되었다. 또한, 보상점은 약 100℃로 설정되었고, 기록점은 이백수십℃로 설정되었으며, 큐리점은 300℃로 설정되었다. 매체는 스핀-스탠드형 평가 장치 내에 본 실시예에 따른 열 지원형 자기 기록 헤드와 함께 세트되어, 제1 모델과 동일한 평가를 받게 되었다.
평가 결과는 제1 모델과 거의 같았다. 즉, 방출 표면(117)의 트레일링 에지에서부터 기록 자극(122)의 리딩 에지까지의 거리 Dth가 매체 평면 상에서 트랙 방향의 빔 크기의 2배, 즉 Dth ≤4L 이내일 때, 양호한 재생 신호가 얻어질 수 있다.
도 13은 도 12의 매체를 사용하여 본 발명을 실행할 때의 기록 프로세스의 개념을 그래프로 설명하기 위한 도면이다. 열 지원형 자기 기록 헤드의 구성, 광 빔의 세기 분포, 및 매체 상의 온도 분포는 정확하게 도 11b 및 도 11c에 도시된 바와 같다. 이들 도면들의 차이점은 매체 상의 Hc 분포이다. 보상점이 거의 100℃로 설정되기 때문에, Hc는 도 11b의 온도 분포 B2에 대응하여 도 13의 C3에서 도시된 바와 같이 분포될 수 있다. 기록 자극으로부터 공급된 자계의 분포 C3과 분포 C2의 교차점은 자화 방향이 결정되는 위치이다.
(제3 모델)
다음에, 제3 모델로서, 제1 모델을 참조하여 이미 설명된 다입자 매체를 사용하는 모델에 관하여 설명하겠다.
제1 및 제2 모델은 트랙 방향이 넓은 발광부를 직접 사용하였지만, 발광부의 트랙 폭은 고밀도 기록을 실현하기 위해서 좁은 것이 더욱 양호하다. 이러한 관점에서, 매체 표면에 보다 근접한 표면 상에 반사막을 갖고 있고 반사막 내에 미세한 홀을 갖고 있는 발광 소자를 준비함으로써, 실험적인 기록이 실행되었다.
도 14는 한 예로서, 미세한 홀을 갖고 있는 열 지원형 자기 기록 헤드의 주요 부분의 구성을 도시한 평면도이다. 이것은 매체 표면으로부터의 헤드의 주요 부분의 도면이다. 도 14에서, 도 7a 및 도 7b와 동일하거나 또는 대등한 기능을 하는 구성부분은 동일한 참조 번호로 표시된다. 즉, 도 14에서, 참조번호 116은 활성층을 나타내고, 참조번호 117은 발광부, 참조번호 118은 트레일링측 클래딩층, 121은 기록 자극 막, 122는 트레일링측 클래딩층 내에 매립된 기록 자극의 팁, 157은 발광 소자의 방출 표면 상에 코팅된 Al 합금 반사막, 158은 반사막 내에 형성된 미세한 광학 개구를 나타낸다. 도 7a 및 7b의 구조와 도 14의 구조의 차이점은 반사막(157)과 광 개구(158)의 존재 유무이고, 이들 2개의 구조는 다른 점에서는 공통이다.
도 14에 도시된 미세한 광 개구를 갖는 열 지원형 자기 기록 헤드는 예를 들어, 다음과 같은 방식으로 제조될 수 있다.
도 7a 및 7b에 도시된 소자를 형성하여, 매체 대향면을 노출시키기 위해 기판을 벽개한 후, 예를 들어 5 nm 두께의 SiO2가 매체 대향면 상에 절연막으로서 코팅되고, 10 nm 두께의 Al 합금 반사막이 스퍼터링에 의해 코팅된다. 그 다음, Ga 이온이 FIB(focused ion beam)에 의해 매체 대향면으로부터 공급되어 광 개구(158)를 형성한다.
반사막 이전에 SiO2를 코팅하는 목적은 소자들 사이의 전기적 접촉을 방지하기 위함이다. 광 개구 이외의 발광부로부터의 광의 누출을 막기 위해, 반사막은 두껍게 될 필요가 있다. 그러나, 두꺼운 막은 자성 소자의 스페이싱 손실을 바람직하지 못하게 증가시킬 수 있다. FIB에 의한 광 개구의 형성 시에, 기록 자극의 팁은 자극의 트랙폭을 좁게 하기 위해 동시에 프로세싱될 수 있다. FIB 프로세스는 전형적인 PEP(photo-engraving process)로 불가능한 수십 nm의 프로세싱을 가능하게 한다. 이 예에서, 광 개구의 트랙 폭은 200 nm로 마무리되었고, 기록 자극의 트랙 폭은 200 nm로 마감되었는데, 둘다 FIB 프로세싱에 의한 것이다. FIB 프로세싱의 위치설정은 기존의 자기 헤드의 ABS(air bearing surface)로부터의 트리밍(trimming) 프로세스와 유사하게 결정될 수 있다.
도 14에서, 광 개구(158)의 트레일링 에지와 기록 자극의 팁(122)의 리딩 에지 사이의 거리 Dth는 50 nm 내지 600 nm의 범위에서 변화될 수 있고, 트랙 방향의 광 개구의 길이 L은 50 nm와 100 nm의 2가지 방식으로 처리되었다. FIB 처리후에, 칩으로의 절단, 전극의 외부 돌출, 슬라이더 프로세싱, 서스펜션의 실장, 전극 접속 등의 두번째 단계들을 거친 헤드는 본 실시예의 제1 실시예에서 사용된 스핀-스탠드형 기록/재생 평가 장치 상에 세트되었다.
이 예에서, GMR 재생 소자의 트랙 폭은 제1 예와 동일하게 0.6 μm이었고, 광 스폿의 트랙 폭 및 기록 자극의 트랙 폭만이 FIB에 의해 좁게 되었다. 그러므로, 이 예의 재생된 출력은 제1 및 제2 실시예에 비해 감소했다. 그러나, 기록의 가능 또는 불가능 여부에 있어서, GMR 소자의 재생된 출력은 반전될 수 있다.
도 15는 도 14의 헤드를 사용하여 실행된 실험적인 기록 및 재생의 결과를 도시한 그래프이다. 도 15에서, 세로축은 재생된 출력을 나타내고, 가로축은 Dth/L 비를 나타낸다. 미세한 광 개구를 사용할 때에도, Dth ≤4L의 상태가 양호하고, Dth ≤ 2L의 상태가 더욱 양호하여, 효과적인 기록을 보증한다는 것이 도 15로부터 명백하다.
(제4 모델)
다음에, 본 실시예의 제4 모델로서 열 지원형 자기 기록장치의 한 예에 대해 설명하겠다.
도 16은 이 모델에 따른 열 지원형 자기 기록장치를 도시한 블록도이다. 도 16에서, 참조부호 Io는 발광 소자의 구동 입력을 나타내고, Is는 신호 입력, Os는 신호 출력, 201은 발광 소자의 구동 회로 시스템, 202는 헤드에 내장된 발광 소자, 203은 ECC(error correction code) 부가 회로, 204는 변조 회로, 205는 기록 보정 회로, 206은 헤드에 내장된 기록 소자, 207은 매체, 208은 헤드에 내장된 재생 소자, 209는 등가 회로, 210은 디코딩 회로, 211은 복조 회로, 212는 ECC 회로이다.
이 모델에 따른 열 지원형 자기 기록장치는 발광 소자 구동 입력 Io, 전자 방출 소자 구동 회로(201) 및 발광 소자(202)의 추가된 것, 상술된 모델에 관하여 상술된 신규한 헤드 구성, 및 상술된 모델에 관하여 상술된 매체의 특별하게 조정된 열 지원형 자기 특성에 의해 특징지워진다.
발광 소자를 구동시키기 위해, DC 전압이 레이저 소자에 인가될 수 있고, 또는 발광 소자가 발광 소자 구동 회로의 제공없이 DC 구동될 수 있다. 또한, 발광 소자는 변조 회로로부터의 출력과 동기하여 펄스화 방식으로 구동될 수 있다. 펄스화 구동 방식은 회로 구성을 더욱 복잡하게 할 수 있지만, 레이저의 서비스 수명을 더욱 길게하는 데에는 바람직하다. ECC 부가 회로(203) 및 ECC 회로(212)는 제공될 필요가 없다. 변조 및 복조 방법, 및 기록 보정 방법이 자유롭게 선택될 수 있다.
정보는 발광 소자(202)로부터 매체로 광을 조사하고, 기록 소자(206)로부터의 기록 신호를 Hc0가 광의 조사로 인해 저하된 매체 상의 위치로 변조시킴으로써 얻어진 기록 자계를 인가함으로써 매체에 입력된다. 매체 표면 상에 자화 전이 트레인으로서 기입될 정보의 형성은 종래의 자기 기록장치와 동일하다. 그러나, 매체 표면 상의 광 스폿이 트랙 폭의 방향으로 구부러질 때, 자화 전이 또한 트랙 폭의 방향으로 구부러진다. 만곡된 자화 전이는 본 발명이 발광 소자의 발광부에 미세한 홀을 제공하지 않고 실행될 때 형성되고, 또한 홀 부근에 형성된 니어-필드 광 분포가 트랙 폭 방향으로 구부러질 때 미세한 홀을 사용하는 구성으로 형성된다. 광 세기 분포가 미세한 홀의 구성을 특별히 설계한 결과로서 트랙 폭 방향으로 선형일 때, 자화 전이는 구부러지지 않으며, 선형으로 된다. 자화 전이 트레인으로부터 발생되어 매체로부터의 프린징(fringing) 필드는 판독 소자(108)에 의해 신호 필드로서 검출된다.
재생 소자는 전형적으로 GMR 형태이지만, 통상적으로 AMR(anisotropic magnetoresistance) 형태로 될 수도 있다. 장래에는 TMR(tunneling magnetoresistance) 형태가 사용될 수 있다.
상술된 구조를 사용하여 실행된 열 지원형 자기 기록 및 재생은 스핀-스탠드형 평가 장치를 사용하여 이전 모델의 실험으로부터 얻어진 것과 동일한 평가 결과를 얻었다.
(제5 모델)
다음에는 본 발명의 제5 모델에 대해 설명된다.
이전 모델들은 통상의 다층 박막 자기 헤드의 리딩측에 표면 방출형 발광 소자를 제공하는 것으로서 설명되었다. 그러나, 본 실시예는 플래너형 박막 자기 헤드에 표면형 발광 소자가 설치되는 구성에도 적용가능하다.
도 17은 본 발명이 플래너형 박막 자기 헤드에 적용되는 예의 주요 부분의 구성을 도시한 것으로, 기록 소자 및 표면 방출 발광 소자 만이 도시되어 있다. 도 17에서, 참조 번호 159는 n형 클래딩층, 참조 번호 160은 활성층, 참조 번호 161은 p형 클래딩층, 참조 번호 162는 저굴절부, 참조 번호 163은 고굴절부, 참조 번호 164는 발광부, 참조 번호 165는 기록 자극, 참조 번호 166은 기록 자극의 팁, 참조 번호 167은 코일, 참조 번호 168은 열 절연체, 참조 번호 169는 대향 테이퍼부, 참조 번호 170은 보호막, 참조 번호 151은 매체의 기록층, 참조 번호 152는 매체의 뒷받침층, X는 매체 진행 방향, L은 발광부의 길이, Dth는 발광부의 트레일링 에지와 기록 자극의 팁의 리딩 에지 사이의 거리를 표시한다.
도 17에 도시되지는 않았지만, 재생 소자가 기록 소자의 리딩측 또는 트레일링측의 플래너 구조 내에 배치될 수 있다. 특히, 자속을 들어올리기 위한 요크가 예를 들어 매체와 마주하여 배치된 구조를 사용하는 것이 가능하고, GMR 재생 소자가 요크 내에 매립된다.
도 17에 도시된 열 지원형 자기 기록 헤드의 구성이 그 제조 공정에 이어 아래에 설명된다.
GaAs 버퍼층을 갖는 사파이어 기판 또는 이전 모델과 유사하게 비교적 두꺼운 버퍼층이 성장된 ALTIC 기판이 기판으로서 사용된다. 도 17은 기판을 도시하지는 않았지만, 이것은 도면의 상부 표면 상에 배치된다. 즉, 기판은 n형 클래딩층 위에 배치되고, 막들은 도 17의 위로부터 아래로 성장된다.
n형 접합층이 도시되지 않은 기판 상에 성장된 후, n형 AlGaAs/AlAs 다층 클래딩층(159), InGaAs 다층 양자 웰 활성층(160) 및 p형 GaAs/AlGaAs 다층 클래딩층(161)이 순차적으로 적층된다. 전류를 주입하기 위한 전극이 발광 소자의 측면 상에 제공된다. Zn 확산층은 예를 들어, 전극으로서 사용될 수 있다. 활성층으로부터의 방출이 활성층의 상하 방향으로 일어나고, 광이 레이저 발진을 위해 활성층을 향해 2개의 클래딩층에 의해 반사되고 증폭된다.
레이저 광은 기록 자극을 향하여 p형 클래딩층(151)의 하부 표면으로부터 방출된다. 발광 소자부의 성장 후에, 절연 물질이 매립되고 그 표면은 평탄화된다. 그 다음에, 기록 소자부 및 수렴 렌즈부가 형성된다. 먼저, 테이퍼된 저굴절부(162)는 발광 소자의 발광부내에 형성되고, 대향 테이퍼는 저굴절부(162)의 중심에 형성되고, 고굴절부(163)는 대향 테이퍼부에 매립되어, 수렴 렌즈부를 형성한다. 발광부로부터의 광은 저굴절부(162)와 고굴절부(163) 사이의 경계에서 안으로 굽어지고, 발광부(164)로 효과적으로 유도된다. 저굴절부(162)로 적합한 물질은 CaF2, MgF2, SiO2등이고, 고굴절부(163)으로 적합한 물질은 ZnS, TiO2, Si3N4등이다.
수렴 렌즈부(162, 163)는 광을 사용하는 효율을 개선하는데 사용되고, 발광 부(164)의 크기가 비교적 크고 사용 효율이 수렴 렌즈 없이도 비교적 높을 때는 제공될 필요가 없다. 매체 표면으로부터 관찰된 수렴 렌즈의 구성은 원형, 타원형, 정사각형 또는 직사각형이다.
그 이후, 저굴절 물질이 고굴절부(163) 상의 테이퍼된 형상 내에 다시 형성되고, 기록 자극(165) 및 대향 테이퍼부(169)는 테이퍼된 콘의 측벽을 사용하여 만들어진다. 기록 자극(165)을 만들기 위해서는, 레지스트 프레임 도금이 적합한 기술이다. 수직 기록 시스템이 사용될 때, 대향부(169)는 비자성 물질로 이루어진다. 길이 방향의 기록 시스템이 사용될 때, 기록 자극의 것과 동일한 자성 물질로 이루어진다. 이 모델은 수직 기록 시스템을 사용하기 때문에, 그것의 표면상에 예를 들어, Cu, Al 또는 Au와 같이 고반사막과 같은 비자성 물질을 갖는 부재가 사용된다.
온도가 광에 의해 상당히 상승되는 경우에, W, Mo 또는 Ta와 같은 고융점을갖는 금속이 양호하게 제공된다. 또한 기록 자극의 테이퍼된 표면을 열 절연체(168)와 같이 고반사막 또는 고융점 금속막으로 덮는 것이 추천된다. 이 방식으로, 광에 의한 기록 자극의 온도의 증가를 방지하여 기록 자계의 감소를 방지하고, 동시에 광을 사용하는 효율을 개선시키는 것이 가능하다. 열 절연체는 금속 코팅 만으로 될 수 있으나, 기록 자극의 온도 증가를 방지하는 효과는 낮은 열 전도성을 갖는 세라믹 부재와 금속막을 적층함으로써 향상될 수 있다.
기록 자극(165) 및 대향부(169)가 형성된 후에, 코일 홀은 자극 내에 형성될 수 있다. 후속하여, 기록 전류를 공급하기 위한 Cu 코일부(167)는 예를 들어 프레임 도금에 의해 만들어진다. 그 이후, 기록 자극 팁(166)은 PEP 또는 FIB와 같은 미세 공정에 의해 만들어진다. 크기에 따라, 또한 발광부(164)가 양호하게는 FIB에 의해 완료된다.
보호막(170)을 최종적으로 코팅함으로써, 도 17에 도시된 열 지원형 자기 헤드가 완성된다.
이러한 방식으로 제공된 열 지원형 자기 기록 헤드를 사용할 경우, 이전 모델과 동일한 평가가 이루어진다. 결과적으로, Dth ≤ 4L일 경우, 효과적인 기록이 가능하다. 또한, 도 17의 구성에서, 기록 자극은 발광 소자내에 그 팁을 매립하도록 구성된다.
제1 내지 제5 모델을 참조로 하여 상술한 바와 같이, 고밀도 기록 및 재생에 필요한 아주 작은 입경를 갖는 낮은 잡음의 다입자 매체에 대해 실온 근처에서 충분히 높은 열 교란 내성을 제공할 수 있는 실시예가 제공될 수 있고 동시에 기록 자계 인가부내에 광을 조사하여 매체의 자속 반전을 위해 필요한 자계의 강도를 낮춤으로써 실용적인 기록 헤드를 갖는 고속 기록이 실현된다. 따라서, 발광 소자와 기록/재생 소자의 일체형 구성을 사용함으로써, 실시예는 소형의 광 열 지원형 자기 기록 헤드를 제공할 수 있고, 고속 탐색 동작을 가능하게 하고 헤드 및 드라이브를 경제적으로 제공한다.
지금까지, 본 발명의 제1 내지 제3 실시예가 소정의 모델을 참조로 하여 설명되었다. 그러나, 본 발명은 이러한 모델에 한정되지 않는다.
예를 들면, 전자 방출원 또는 열원과 같은 발광 소자, 자기 기록 헤드, 자기 재생 헤드 등의 구성 및 재료에 있어서, 알려진 기술로부터 본 기술 분야의 숙련된 사람에 의해 선택된 임의의 적절한 것이 선택적으로 사용되어 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 기록 매체에 있어서, 다양하게 자기적으로 기록되는 임의의 매체, 기록층 및 연자성층 모두를 구비하는 "키퍼드 미디어(Keepered media)"와 같은 "수직 기록"형 또는 "수평 기록"형중의 하나가 사용될 수 있다.
또한, 기록 매체는 소위 하드 디스크에 한정되지 않고 플렉시블 디스크, 자기 카드 등과 같이 정보를 자기적으로 기록할 수 있는 모든 종류의 매체중의 임의의 것이 사용될 수 있다.
또한, 자기 기록장치에 있어서, 자기 기록만을 위한 타입이거나 기록 및 재생을 위한 타입일 수도 있다. 자기 헤드와 매체사이의 위치 관계에 있어서, "부유 이동형(floating traveling type)" 또는 "접촉 이동형(contact traveling type)"중의 임의의 것이 사용될 수 있다. 또한, 내부에 기록 매체를 제거 가능하게 수신하는, "제거형(removable)"형 자기 기록장치가 사용될 수 있다.
본 발명이 보다 나은 이해를 위하여 바람직한 실시예와 관련하여 개시되었으나, 본 발명의 원리에 벗어나지 않고도 다양한 방식으로 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 인식해야 한다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 청구범위에 제시된 바와 같이 본 발명의 원리로부터 벗어남이 없이 실시될 수 있는 모든 가능한 실시예들을 포함하는 것으로 이해해야 한다.
명세서, 청구 범위, 도면 및 요약을 포함하여 1999년 12월 28일에 출원된 일본 특허출원 No.H11-375083의 전체가 참조용으로 본원에 포함된다.
본 발명의 열 지원형 자기 기록 방법 및 열 지원형 자기 기록장치에 따르면, 매체의 가열 타이밍 및 광 빔과 같은 가열원으로 매체를 가열함으로써 자기 정보를 기록하기 위한 열 지원형 자기 기록중의 기록을 최적화하여, 소형화, 경량화 및 고 신뢰성을 가질 수 있으면서 기록 밀도를 현저하게 개선할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 실온 부근의 온도에서 열적 변동에 대한 높은 내성을 충분히 갖는 고 밀도 자기 기록 및 재생에 필요한 초 미립자로 형성된 저-노이즈 다입자 매체를 제조할 수 있으며, 자화 반전에 필요한 자계인 매체의 보자력을 기록 자계가 인가되는 매체의 일부 상에 광 빔 또는 전자 빔을 조사함으로써 감소시켜, 실용적인 열 특성 헤드는 고속 기록을 달성할 수 있다.
이외에도, 매체의 공통측으로부터 열원으로서의 광 빔과 기록 자계를 공급함으로써 니어필드 광을 이용할 수 있어 파필드 광으로는 실현될 수 없는 수십㎚ 정도의 미세 영역을 선택적으로 가열시킬수 있고, 복잡한 구조와 무거운 질량을 갖는 광 시스템을 제외하고 발광 소자와 자기 기록 소자는 일체형 구조로 형성되므로, 본 발명에서는 헤드에 의한 고속 탐색 동작, 도파관이나 섬유를 이용한 광 조사에 비해 광의 고 사용 효율, 및 수십 ㎽의 반도체 레이저의 사용이 보장된다.
또한, 열원과 기록 자극 사이의 위치 관계를 고유의 범위 내로 제한함으로써, 기록 자계에 의한 기록 부분의 쓸모없는 자화 반전이 방지될 수 있다.

Claims (20)

  1. 열 지원형 자기 기록 방법(thermally-assisted magnetic recording method)에 있어서,
    기록부를 갖는 기록 매체를 가열하여 상기 기록부의 보자력(coercive force)을 감소시키는 단계; 및
    자극(magnetic pole)으로부터의 자계를 보자력이 감소된 상기 기록부상에 인가하여 정보를 자기적으로 기록하는 단계
    를 포함하고,
    상기 기록부의 상기 보자력이 상기 자계의 세기와 같아지는 자화 반전점은 상기 자극의 트레일링 에지(trailing edge)의 리딩측(leading side)내에 위치하는
    것을 특징으로 하는 열 지원형 자기 기록 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자화 반전점은 상기 자극의 트레일링 에지와 상기 리딩 에지사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 열 지원형 자기 기록 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    D ≤ Bmin의 관계 - D는 상기 자화 반전점부터 상기 자극의 상기 트레일링 에지까지의 거리이고, Bmin은 상기 기록부상에 기록될 최소 자화 전이(magnetic transition) 거리임 - 를 만족하는 것을 특징으로 하는 열 지원형 자기 기록 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    Dmr ≤ v·ΔT ≤ Dmr + Lmag의 관계 - Lmag는 상기 자극의 상기 리딩 에지로부터 상기 트레일링 에지까지의 거리이고, Dmr은 상기 자극의 상기 트레일링 에지로부터 자화부분(magnetic portion) 상에 기록된 상기 정보를 재생하기 위해 상기 자극의 트레일링 에지에 구비되는 자기 재생 소자의 중심까지의 거리이고, ΔT 는 상기 기록부상의 자화 전이를 위해 상기 자계를 반전시키는 순간부터 상기 자기 재생 소자가 상기 기록부상에 기록된 상기 자화 전이를 재생하기 위한 순간까지의 시간 간격, 및 v는 상기 기록부와 상기 자극사이의 상대 속도임 - 를 만족하는 것을 특징으로 하는 열 지원형 자기 기록 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기록부는 상기 기록 매체로 전자를 방출함으로써 가열되는 것을 특징으로 하는 열 지원형 자기 기록 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전자는 전계 방출형(field emission-type) 방출원로부터 방출되는 것을 특징으로 하는 열 지원형 자기 기록 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기록부는 상기 자극의 상기 리딩측상에 제공된 발광 소자로부터 상기 기록 매체로 발광함으로써 가열되고,
    Dth ≤ 4L의 관계 - Dth는 상기 발광 소자의 발광부의 트레일링 에지로부터 상기 자극의 상기 리딩 에지까지의 거리이고, L은 상기 발광부 리딩 에지로부터 상기 트레일링 에지까지의 거리임 - 를 만족하는 것을 특징으로 하는 열 지원형 자기 기록 방법.
  8. 열 지원형 자기 기록 방법에 있어서,
    발광 소자로부터 광을 조사하여 기록부를 갖는 기록 매체를 가열함으로써 상기 기록부의 보자력을 감소시키는 단계; 및
    자극으로부터의 자계를 보자력이 감소된 상기 기록부상으로 가하여 정보를 자기적으로 기록하는 단계
    를 포함하고,
    상기 발광 소자에 의해 가열된 상기 기록부가 상기 자극에 의해 가해진 상기 자계를 통과하기 전에, 상기 기록부의 보자력은 상기 자계보다 작게 되고,
    Dth ≤ 4L의 관계 - Dth는 상기 발광 소자의 발광부의 트레일링 에지로부터 상기 자극의 리딩 에지까지의 거리이고, L은 상기 발광부의 리딩 에지로부터 상기 트레일링 에지까지의 거리임 - 를 만족하는
    것을 특징으로 하는 열 지원형 자기 기록 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 발광 소자는 미세한 구멍을 갖는 레이저 소자이고, 상기 발광부는 상기 미세한 구멍인 것을 특징으로 하는 열 지원형 자기 기록 방법.
  10. 열 지원형 자기 기록장치에 있어서,
    기록 매체의 기록부를 가열하도록 구성된 열원; 및
    상기 열원에 의해 가열되고 보자력이 감소된 상기 기록부로 자계를 인가하여 정보를 자기적으로 기록하도록 구성된 자극
    을 포함하고,
    상기 기록부의 상기 보자력이 상기 자계의 세기와 같아지는 자화 반전점은 상기 자극의 트레일링 에지의 리딩측내에 위치하는
    것을 특징으로 하는 열 지원형 자기 기록장치.
  11. 제10항에 있어서,
    D ≤ Bmin의 관계 - D는 상기 자화 반전점부터 상기 자극의 상기 트레일링 에지까지의 거리이고, Bmin은 상기 기록부상에 기록된 최소 자화 전이 거리임 - 를 만족하는 것을 특징으로 하는 열 지원형 자기 기록 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 기록 자극의 상기 트레일링 측내에 위치하고, 상기 기록부상에 기록된 상기 정보를 재생하도록 구성된 자기 재생 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열 지원형 자기 기록 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    Dmr ≤ v ·ΔT ≤ Dmr + Lmag의 관계 - Lmag는 상기 자극의 상기 리딩 에지로부터 상기 트레일링 에지까지의 거리이고, Dmr은 상기 자극의 상기 트레일링 에지로부터 상기 자기 재생 소자의 중심까지의 거리이고, ΔT 는 상기 기록부상의 자화 전이를 기록하기 위한 상기 자계를 반전시키는 순간부터 상기 자기 재생 소자가 상기 기록부상에 기록된 상기 자화 전이를 재생하기 위한 순간까지의 시간 간격, 및 v는 상기 기록부와 상기 자극사이의 상대 속도임 - 를 만족하는 것을 특징으로 하는 열 지원형 자기 기록 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 열원은 상기 기록 매체로 전자를 방출하여 상기 기록부를 가열시키는 전자 방출원인 것을 특징으로 하는 열 지원형 자기 기록 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전자 방출원는 전계 방출형인 것을 특징으로 하는 열 지원형 자기 기록 장치.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 열원은 상기 자극의 상기 리딩측내에 위치한 발광 소자이고,
    Dth ≤ 4L의 관계 - Dth는 상기 발광 소자의 발광부의 트레일링 에지로부터 상기 자극의 상기 리딩 에지까지의 거리이고, L은 상기 발광부의 상기 리딩 에지로부터 상기 트레일링 에지까지의 거리임 - 를 만족하는 것을 특징으로 하는 열 지원형 자기 기록 장치.
  17. 열 지원형 자기 기록 장치에 있어서,
    기록 매체의 기록부를 가열하도록 구성된 열원으로서의 발광 소자; 및
    상기 발광 소자의 상기 트레일링 측내에 위치하고, 자계를 인가함으로써 상기 발광 소자에 의해 가열된 상기 기록 매체의 상기 기록부상에 자기적 정보를 기록하도록 구성되는 자극
    을 포함하고,
    상기 열원에 의해 가열된 상기 기록부가 상기 자극에 의해 가해진 상기 자계를 통과하기 전에, 상기 기록부의 보자력은 상기 자계보다 작게 되고,
    Dth ≤ 4L의 관계 - Dth는 상기 발광 소자의 발광부의 트레일링 에지로부터 상기 자극의 리딩 에지까지의 거리이고, L은 상기 발광부의 상기 리딩 에지로부터 상기 트레일링 에지까지의 거리임 - 를 만족하는
    것을 특징으로 하는 열 지원형 자기 기록 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 자극은 상기 발광 소자의 상기 트레일링 측내의 소정의 위치에 모노리식으로 매립되는 것을 특징으로 하는 열 지원형 자기 기록 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 발광 소자는 미세한 구멍을 갖는 레이저 소자이고, 상기 발광부는 상기 미세한 구멍인 것을 특징으로 하는 열 지원형 자기 기록 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    에버네슨트 파(evanescent wave)가 상기 미세한 구멍으로 부터 제공되는 것을 특징으로 하는 열 지원형 자기 기록 장치.
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