KR100637104B1 - 자기 기록 매체 및 자기 기억 장치 - Google Patents

자기 기록 매체 및 자기 기억 장치 Download PDF

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후지쯔 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 높은 S/N비와 기록된 비트의 우수한 열 안정성을 양립하여 고기록 밀도화를 도모하는 자기 기록 매체 및 자기 기억 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
기판(21)과, 상기 기판(21) 상에, 제1 시드층(22), 제2 시드층(23), 기초층(24), 비자성 중간층(25), 제1 자성층(26), 비자성 결합층(28), 제2 자성층(29), 보호층(30) 및 윤활층(31)이 순차 형성된 구성으로 하여, 제1 자성층(26)과 제2 자성층(29)이 비자성 결합층(28)을 통해 반강자성적으로 교환 결합된 교환 결합 구조를 가지고, 면내 방향으로 배향한 자화는 외부 자계가 인가되지 않은 상태에서 반평행 방향으로 향하고 있다. 제1 자성층(26) 및 제2 자성층(29)은 서로 다른 퀴리 온도 등을 가지고, 잔류 자화의 온도 변화가 서로 다르며, 실온 부근의 온도에서의 순 잔류 면적 자화보다도, 실온 부근의 온도보다도 높은 온도에 있어서 순 잔류 면적 자화가 증가하는 구성으로 한다.

Description

자기 기록 매체 및 자기 기억 장치{MAGNETIC RECORDING MEDIUM, MAGNETIC STORAGE AND METHOD FOR REPRODUCING INFORMATION FROM MAGNETIC RECORDING MEDIUM}
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 한 원리를 설명하기 위한 면내 자기 기록 매체의 주요부를 도시하는 모식도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 자기 기록 매체의 잔류 면적 밀도의 온도 특성을 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 수직 자기 기록 매체의 주요부를 도시하는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 면내 자기 기록 매체의 단면도이다.
도 5는 참고예의 자기 디스크의 잔류 자화의 온도 특성을 도시한 도면이다.
도 6은 제1 실시예에 따른 실시예의 자기 디스크의 잔류 면적 자화의 온도 특성을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 수직 자기 기록 매체의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 패턴화된 매체의 단면도이다.
도 9는 제3 실시예의 제1 변형예에 따른 패턴화된 매체의 단면도이다.
도 10은 제3 실시예의 제2 변형예에 따른 패턴화된 매체의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예의 자기 기억 장치의 주요부를 도시한 도면이다.
도 12는 제4 실시예의 자기 기억 장치의 주요부 단면도이다.
도 13은 자기 디스크(1 및 2)의 자기 특성을 도시한 도면이다.
도14는 자기 디스크(1 및 2)의 열 안정성을 도시한 도면이다.
도 15a 및 도 15b는 오버라이트 특성과 레이저 출력의 관계를 도시한 도면이다.
도 16은 자기 디스크(1 및 2)의 고립파 반치폭 특성을 도시한 도면이다.
도 17은 자기 디스크(1)의 S/N비와 레이저 출력의 관계를 도시한 도면이다.
도 18은 자기 디스크(1 및 2)의 S/N비가 최대가 되는 레이저 출력과 기록 전류의 관계를 도시한 도면이다.
도 19는 기록 소자의 발생 자계와 기록 전류의 관계를 도시한 도면이다.
도 20은 자기 디스크(1)의 저기록 밀도에서의 평균 출력과 기록 전류의 관계를 도시한 도면이다.
도 21은 자기 디스크(1)의 레이저 조사시의 규격화 평균 출력의 변화를 도시한 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11, 15, 26, 62, 72 : 제1 자성층
12, 16, 29 : 제2 자성층
13, 28 : 비자성 결합층
20 : 면내 자기 기록 매체
21 : 기판
22 : 제1 시드층
23 : 제2 시드층
24 : 기초층
25 : 비자성 중간층
30 : 보호층
31 : 윤활층
40 : 수직 자기 기록 매체
41 : 연자성 보강층
42 : 시드층
43 : 비자성 중간층
44 : 제1 수직 자화막
45 : 제2 수직 자화막
50, 60, 70 : 패턴화된 매체
51, 61, 71 : 적층체
52 : 비자성부
63 : 나노입자
73 : 결정립
80 : 자기 기억 장치
81 : 하우징
82 : 허브
83 : 자기 기록 매체
84 : 액츄에이터 유닛
85 : 아암
86 : 헤드 서스펜션
87 : 레이저 조사 광학계
88 : 헤드 슬라이더
89 : 기록 소자
90 : GMR 재생 소자
91 : 집광 렌즈
본 발명은, 고밀도 기록에 알맞은 자기 기록 매체 및 자기 기억 장치에 관한 것으로, 특히 자기 기록 매체가 선택적으로 가열되어 기록·재생이 이루어지는 자기 기록 매체 및 자기 기억 장치에 관한 것이다.
최근 고밀도 기록화가 급속히 진행되어, 연 100%의 신장율을 보이고 있다. 현재 주류인 면내 기록 방식에 있어서는 면 기록 밀도의 한계가 100 Gb/in2로 예상 되고 있다. 그 이유로서, 고밀도 기록 영역에서는, 매체 노이즈 저감을 위해, 기록층의 자화 단위를 구성하는 결정립의 크기를 저감하여, 자화 단위끼리의 경계 즉 자화 천이 영역의 지그재그의 저감 등을 행하고 있다. 그러나, 결정립의 크기를 저감시키면, 자화 단위를 구성하는 체적이 감소되기 때문에, 열 흔들림에 의해 잔류 자화가 감소된다고 하는 열 안정성의 문제가 생긴다.
이러한 매체 노이즈의 저감과 열 안정성을 양립하는 자기 기록 매체로서, 반강자성적으로 교환 결합하는 2개의 자성층을 갖춘 자기 기록 매체(소위 신세틱 페리자성 매체)가 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 실질적인 결정립의 체적은 교환 결합한 2개의 자성층의 체적의 합으로 되어, 열적 안정성이 현저히 향상되는 동시에, 결정립을 더욱 미세화할 수 있게 하기 위해서 저매체 노이즈화를 도모할 수 있다고 하는 것이다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 2001-056924호 공보
그러나, 한층 더 고기록 밀도화를 도모하기 위해서는 신세틱 페리자성 매체에 있어서도 S/N비 및 열 안정성을 한층 더 향상시킬 필요가 있다.
예컨대, 열 안정성을 향상시키는 수법으로서 자성층의 결정 자기 이방성을 증대시키는 수법이 있다. 그러나, 결정 자기 이방성을 증가시키면 보자력이 증가하여, 기록에 필요한 헤드 자계가 증대되어, 오버라이트 특성이 열화되어 버린다. 예전에는 기록 헤드의 고포화 자속 밀도(Bs)의 자극 재료의 탐색에 의해 해결해 왔지만, 한층 더 높은 Bs의 재료 개발도 몹시 곤란을 겪고 있다.
한편, 광자기 기록에 있어서는, 광자기 기록 매체를 선택적으로 가열하여 광자기 기록 매체의 온도를 상승시켜, 보자력이 저하된 부분에 기록을 하는, 소위 열 어시스트 기록 방식이 채용되고 있다. 이 방식에서는 결정 자기 이방성이 큰 재료가 사용 가능하게 되어 열 안정성을 향상시키는 동시에, 비교적 낮은 헤드 자계에 의해 기록이 가능하다. 그러나, 이 방식에서는, 고기록 밀도화를 도모하기 위한 스폿 사이즈의 미소화와 레이저 파워의 증대화에 한계가 있으며, 또한 고속 전송 속도에서의 온도 상승에 의한 보자력 저하에도 한계가 있다. 따라서, 이 방식에서도 결정 자기 이방성의 증가에만 의한 열 안정화로는 한층 더 고기록 밀도화를 실현할 수 없다고 하는 문제가 있다.
그래서, 본 발명은 상기 문제점에 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 높은 S/N비와 기록된 비트의 우수한 열 안정성을 양립하여 고기록 밀도화를 도모하는 자기 기록 매체 및 자기 기억 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 관점에 따르면, 제1 자성층과, 제1 자성층 상에 형성된 제2 자성층을 구비하고, 상기 제1 자성층과 제2 자성층은 교환 결합하는 동시에, 외부 자계가 인가되지 않는 상태에서 제1 자성층의 자화와 제2 자성층의 자화가 서로 반(反)평행하며, 상기 제1 자성층, 제2 자성층의 각각의 잔류 자화를 Mr1, Mr2, 각각의 막 두께를 t1, t2라고 하면, 상기 제1 자성층 및 제2 자성층의 순 잔류 면적 자화는 ｜Mr1×t1－Mr2×t2｜로 나타내어지며, 제1 온도에 있어서의 상기 순 잔류 면적 자화 가, 제1 온도보다도 낮은 제2 온도에 있어서의 상기 순 잔류 면적 자화보다도 큰 자기 기록 매체가 제공된다.
본 발명에 따르면, 제2 온도보다도 높은 제1 온도에 있어서의, 반강자성적으로 교환 결합하는 제1 자성층과 제2 자성층의 순 잔류 면적 자화｜Mr1×t1－Mr2 ×t2｜는, 제2 온도에 있어서의 상기 순 잔류 면적 자화보다도 크기 때문에, 재생 출력이 증가하여, S/N비를 향상시킬 수 있다. 또, 제2 온도에 있어서의 순 면적 자화를 저감할 수 있고, 그 결과, 자기 기록 매체가 면내 자기 기록 매체인 경우는 인접 비트로부터의 반자계를 억제하고, 수직 자기 기록 매체의 경우는 반자계를 억제하여 기록된 비트의 열 안정성을 향상시킬 수 있다.
한편, 제1 온도는 제1 자성층 및/또는 제2 자성층의 재료, 조성 등에 따라 순 잔류 면적 자화 ｜Mr1×t1－Mr2×t2｜가 증가하는, 제2 온도보다 높은 온도로 적절하게 선택되는데, 제1 자성층 및 제2 자성층의 잔류 자화가 양쪽 모두 소실되지 않는 온도로 설정된다. 제1 온도는 기판의 내열성의 점에서 400℃ 이하의 온도에서 선택되는 것이 바람직하고, 기초층에 비정질층을 이용한 경우의 결정화의 점에서는 200 ℃ 이하가 특히 바람직하고, 150℃ 이하가 보다 바람직하다. 또한, 제1 온도는 제1 자성층 및/또는 제2 자성층의 열 안정성의 점에서 65℃ 이상인 것이 바람직하다.
또한, 제2 온도는 통상, 자기 기록 매체가 사용되는 온도, 즉 실온 부근의 온도이며, 예컨대 0℃∼65℃의 범위에서 선택된다. 단, 제2 온도는 이 범위에 한정 되지 않으며, 예컨대, 자기 기록 매체를 실온 이하로 냉각하여 사용하는 경우 혹은 실온이하로 냉각된 환경에서 사용하는 경우는 제2 온도는 냉각된 온도이다.
또한, 순 잔류 면적 자화 ｜Mr1×t1－Mr2×t2｜와 보자력(Hc)의 비 ｜Mr1×t1－Mr2×t2｜/Hc를 작게 할수록, 자화 천이의 폭이 작아진다. 종래의 자기 기록 매체에서는, 순 잔류 면적 자화를 작게 하면 재생 출력이 저하되어, S/N비가 반대로 저하되어 버린다고 하는 문제가 있다. 그러나, 본 발명의 자기 기록 매체는, 온도를 올림으로써 순 잔류 면적 자화를 증가할 수 있기 때문에, 이러한 문제는 생기지 않으며, 분해능을 향상시켜 S/N비를 향상시킬 수 있다.
제1 자성층이 기판 측에 위치하는 경우, 제1 자성층과 제2 자성층과 잔류 면적 자화의 관계가, 제1 온도 및 제2 온도에 있어서 Mr2×t2>Mr1×t1 라도 좋다. 자기 헤드에 가까운 제2 자성층에 자기 헤드의 기록 자계의 반전 위치에 대응하여 정보를 정확히 기록할 수 있어, 자기 기록 매체가 면내 자기 기록 매체인 경우는 NLTS가 향상된다. 수직 자기 기록 매체인 경우는 자기 헤드에 가까운 제2 자성층에는 제1 자성층보다도 집중된 기록 자계가 인가되기 때문에, 제2 자성층의 자화 천이 영역의 폭을 좁게 할 수 있어, 선기록 밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 결정질의 자성 입자를 포함하는 기록층을 갖는 자기 기록 매체와, 상기 자기 기록 매체를 선택적으로 가열하는 가열 수단과, 자기 기록 헤드 소자를 갖는 기록 수단을 구비하고, 상기 가열 수단에 의해 자기 기록 매체를 가열하는 동시에 자기 기록 헤드 소자에 의해 상기 기록층에 정보를 기록하는 자기 기억 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 결정질의 자성 입자를 포함하는 기록층을 선택적으로 가열하여, 기록층의 보자력(더욱 자세히는, 후술하는 수학식 1로 나타내어지는 동적 보자력)을 저하시킴으로써, 가열하지 않는 경우의 보자력이 종래의 자기 기록 매체보다도 높은 경우라도, 자기 기록 헤드 소자로부터의 기록 자계를 증가시킬 필요가 없이 우수한 오버라이트 특성 등의 기록 성능을 유지하여 용이하게 기록할 수 있어, 높은 S/N비를 실현할 수 있다. 또, 우수한 기록 성능을 유지하면서, 보자력 혹은 결정 자기 이방성 상수를 증가시킬 수 있기 때문에, 열 안정성을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 높은 S/N비 및 우수한 열적 안정성을 갖는 자기 기억 장치를 실현할 수 있다.
한편, 제1 자성층과, 상기 제1 자성층 상에 형성된 제2 자성층을 가지고, 상기 제1 자성층과 제2 자성층은 교환 결합하는 동시에, 외부 자계가 인가되지 않는 상태에서 제1 자성층의 자화와 제2 자성층의 자화가 서로 반평행인 자기 기록 매체와, 상기 자기 기록 매체를 선택적으로 가열하는 가열 수단과, 자기 기록 헤드 소자와 자기 재생 소자를 갖는 기록 재생 수단을 구비하고, 상기 가열 수단에 의해 자기 기록 매체를 가열하는 동시에 자기 기록 헤드 소자에 의해 정보를 기록하는 자기 기억 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 반강자성적으로 교환 결합하는 제1 자성층과 제2 자성층으로 이루어지는 기록층을 갖는 자기 기록 매체를 선택적으로 가열하여, 제1 자성층 및 제2 자성층의 보자력(더욱 자세히는, 후술하는 수학식 1로 나타내어지는 동 적 보자력)을 저하시킴으로써, 가열하지 않는 경우의 보자력이 종래의 자기 기록 매체보다도 높은 경우라도, 자기 기록 헤드 소자로부터의 기록 자계를 증가시킬 필요가 없이 우수한 오버라이트 특성 등의 기록 성능을 유지하여 용이하게 기록할 수 있으며, 높은 S/N비를 실현할 수 있다. 또한, 우수한 기록 성능을 유지하면서, 보자력 혹은 결정 자기 이방성 상수를 증가시킬 수 있기 때문에, 열 안정성을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 높은 S/N비 및 우수한 열적 안정성을 갖는 자기 기억 장치를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 자기 기억 장치에서는, 종래의 자기 기록 매체를 이용하는 경우보다 자기 기록 헤드 소자에 공급하는 기록을 저감하더라도 오버라이트 특성 및 분해능을 유지할 수 있으며, 기록 전류를 저감함으로써, 자기 기록 헤드 소자로부터의 기록 자계의 양호한 분포를 형성할 수 있어, 기록 자계를 자기 기록 매체의 원하는 트랙에 집중시킬 수 있다. 따라서, 종래의 기록 전류가 40 ㎃ 정도에 있어서 자기 기록 헤드 소자로부터 자기 기록 매체의 면내 방향으로 넓어지고 있었던 기록 자계에 의해 생기고 있던 사이드 소거나 자화 천이 영역 폭의 증대화 등을 대폭 억제할 수 있다.
한편, 본 발명의 자기 기억 장치에서는 자기 기록 매체를 가열하는 온도는, 가열하지 않는 경우보다 제1 자성층 및 제2 자성층의 보자력이 저하되는 온도이면 되며, 상기 제1 온도라도 좋다. 또한, 제1 자성층과 제2 자성층과의 교환 결합의 크기, 예컨대 교환 자계가 저하되는 온도라도 좋다. 제1 자성층과 제2 자성층과의 교환 결합을 약하게 함으로써, 기록 자계 방향의 전환에 의한 제1 자성층 및/또는 제2 자성층의 자화 방향으로 전환하기 쉽게 되어, 오버라이트 특성, 분해능 또 NLTS(NonLiner Transition Shift) 특성이 향상된다.
또한, 본 발명에 따르면, 기록하는 트랙 폭은 자기 기록 헤드 소자가 인가하는 기록 자계의 폭, 구체적으로는 코어 폭에 의해 결정되기 때문에, 종래의 광자기 기록 방식보다도 가열하는 범위를 트랙 폭보다 넓게 잡을 수 있어, 높은 트랙 밀도화를 용이하게 도모할 수 있다고 하는 이점이 있다.
본 발명의 그 밖의 관점에 따르면, 제1 자성층과, 상기 제1 자성층 상에 형성된 제2 자성층을 가지고, 상기 제1 자성층과 제2 자성층은 교환 결합하는 동시에, 외부 자계가 인가되지 않는 상태에서 제1 자성층의 자화와 제2 자성층의 자화가 서로 반평행인 자기 기록 매체와, 상기 자기 기록 매체를 선택적으로 가열하는 가열 수단과, 기록 재생 수단을 구비하고, 상기 가열 수단에 의해 자기 기록 매체를 가열함으로써 재생 출력을 높여 기록 재생 수단에 의해 기록된 정보를 재생하는 자기 기억 장치가 제공되다.
본 발명에 따르면, 반강자성적으로 교환 결합하는 제1 자성층과 제2 자성층으로 이루어지는 기록층을 갖는 자기 기록 매체의 원하는 데이터가 기록되어 있는 부위를 선택적으로 가열하여, 재생 출력을 높임으로써 S/N비를 향상시킬 수 있다. 가열되지 않는 부분 혹은 가열을 하지 않는 경우는 재생 출력이 낮은 상태, 예컨대 제1 자성층과 제2 자성층의 순 면적 자화를 저감할 수 있어, 그 결과, 자기 기록 매체가 면내 자기 기록 매체인 경우는 인접 비트로부터의 반자계를 억제하고, 수직 자기 기록 매체인 경우는 반자계를 억제하여 기록된 비트의 열 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 한 원리를 설명하기 위한 면내 자기 기록 매체의 주요부를 도시하는 모식도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 면내 자기 기록 매체(10)의 기록층은 제1 자성층(11)과, 제2 자성층(12)과, 제1 자성층(11) 및 제2 자성층(12) 사이에 형성된 비자성 결합층(13)으로 구성되어 있다. 제1 자성층(11)과 제2 자성층(12)은 비자성 결합층(13)의 막 두께 등에 의해 제어되며 반강자성적으로 교환 결합하여, 자계가 인가되지 않는 상태에서는, 제1 자성층(11)의 자화와 제2 자성층(12)의 자화는 서로 반평행 방향으로 향하고 있다. 이 경우, 제1 자성층(11)과 제2 자성층(12)으로부터의 누설 자계, 즉, 자기 헤드가 자기 기록 매체로부터 정보를 재생할 때의 누설 자계(Hx)는 제1 자성층(11), 제2 자성층(12)의 잔류 자화를 각각 Mr1, Mr2, 막 두께를 각각 t1, t2라고 하면, 제1 자성층 및 제2 자성층의 순 잔류 면적 자화 ｜Mr1×t1－Mr2×t2｜에 비례한다.
본 발명에서는, 잔류 자화의 온도 특성이 다른 자성층을 제1 자성층(11) 및 제2 자성층(12)에 조합하여 이용한다. 잔류 자화의 온도 특성이 다른 경우란, 물질 면에서 보면, 예컨대 강자성체 등의 퀴리 온도나 페리자성체의 보상 온도가 다른 경우, 재료 면에서 보면, 제1 자성층(11) 혹은 제2 자성층(12)이 다수의 결정립으로 이루어지는 경우는 결정립의 사이즈가 다를 때, 혹은 비정질 재료로 이루어지는 경우 등을 들 수 있다. 여기서는, 제1 자성층(11)이 제2 자성층(12)보다도 퀴리 온 도가 낮은 것으로 하여 설명한다. 즉, 가열함으로써 제1 자성층(11)이 제2 자성층(12)보다도 잔류 자화의 저감율이 커진다.
도 1a는 자기 기록 매체의 온도가 실온 부근의 온도(청구항 1에 기재한 "제2 온도"의 일례로서의 온도)인 경우의 자화 상태를 나타내고, 도 1b는 실온보다도 높은 온도, 예컨대 100℃(청구항 1에 기재한 "제1 온도"의 일례로서의 온도)에서의 자화 상태를 나타내고 있다. 잔류 면적 자화는 실온 부근의 온도 및 100℃에 있어서 Mr2×t2>Mr1×t1이며, 100℃에 있어서 Mr1이 Mr2보다도 큰 저하율로 저하되기 때문에, 실온 부근의 온도에 있어서의 순 잔류 면적 자화보다도 100℃에 있어서의 순 잔류 면적 자화가 커진다. 즉, 도 1a에 도시하는 실온 부근의 온도의 경우는, 제1 자성층(11)과 제2 자성층(12)의 잔류 면적 자화가 거의 동일하기 때문에, 제1 자성층(11)과 제2 자성층(12)으로부터의 누설 자계는 서로 부정하여 작고, 도 1b에 도시하는 100℃의 경우는, 제1 자성층(11)의 잔류 면적 자화가 저하되기 때문에, 제1 자성층(11)과 제2 자성층(12)으로부터 누설 자계는 서로 부정하는 정도가 적어져, 그 결과 제1 자성층(11)과 제2 자성층(12)으로부터의 누설 자계는 실온 부근의 온도의 경우보다도 증가한다. 따라서, 100℃에 있어서 재생 자기 헤드 소자가 검지할 수 있는 제1 자성층(11)과 제2 자성층(12)으로부터의 자계는 증가되고, 그 결과, 재생 출력이 증가한다. 따라서, 종래의 신세틱 페리자성 매체와 비교하여 재생 출력을 증가할 수 있어, 그 결과, S/N비를 향상시킬 수 있다.
한편, 실온 부근의 온도에 있어서는, 본 발명의 자기 기록 매체에서는, 제1 자성층(11) 및 제2 자성층(12)의 각각의 잔류 면적 자화를 거의 동일하거나 혹은 소정의 미세한 차로 설정함으로써, 제1 자성층(11) 및 제2 자성층(12)의 자화는 서로 반평행이기 때문에, 제1 자성층(11) 및 제2 자성층(12)의 순 잔류 면적 자화를 억제하고, 따라서, 제1 자성층(11) 및 제2 자성층(12)으로부터의 누설 자계가 억제된다. 그 결과, 인접하는 비트(磁區)에 서로 인가되는 반자계를 저감할 수 있다. 반자계가 작을수록 잔류 자화의 시간 경과에 따른 저하는 억제되기 때문에, 기록된 비트의 열 안정성은 향상되어, 우수한 열 안정성의 자기 기록 매체가 실현된다. 이하에, 본 발명의 원리를 보다 구체적으로 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 자기 기록 매체의 잔류 면적 밀도의 온도 특성을 도시한 도면이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 일례인 자기 기록 매체는, 제1 자성층(11)과 제2 자성층(12)의 잔류 면적 자화의 대소 관계 및 퀴리 온도(Tc1, Tc2)의 관계가, 도 1a 및 도 1b에 도시한 것과 같은 식으로 되어 있다. 즉, 온도 T1에서는, 제2 자성층(12)은 제1 자성층(11)보다도 잔류 면적 자화가 크고, 제1 자성층(11) 및 제2 자성층(12)은 순 잔류 면적 자화(A)를 갖고 있다. 제1 자성층(11)은 제2 자성층(12)보다도 퀴리 온도가 낮기 때문에(Tc1<Tc2), 이 자기 기록 매체를, 예컨대 제1 자성층(11)의 퀴리 온도 Tc1 부근의 온도 T2로 가열하면, 제1 자성층(11)의 잔류 면적 자화의 저감율이 크고, 순 잔류 면적 자화(B)는, 온도 T1에 있어서의 순 잔류 면 적 자화(A)보다도 대폭 증가한다. 따라서, 재생 출력은 순 잔류 면적 자화(B)에 비례하기 때문에, 온도 T2로 가열함으로써 재생 출력을 대폭 증가할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 본 발명의 다른 예인 자기 기록 매체는, 제1 자성층(11)과 제2 자성층(12)의 퀴리 온도의 관계가 도 2a의 경우와 달리, 제2 자성층(12)이 제1 자성층(11)보다도 퀴리 온도가 낮아지고 있다(Tc1>Tc2). 즉, 자기 기록 매체는, 온도 T1에서는, 도 2a와 같은 정도의 순 잔류 면적 자화(C)를 갖고 있지만, 가열하면, 제2 자성층(12)의 잔류 면적 자화가 저하되어, 제1 자성층(11)의 잔류 면적 자화와 동일하게 되고, 더욱 가열하여 온도 T2에서는, 제2 자성층(12)은 제1 자성층(11)보다도 잔류 면적 자화가 작아진다. 도 2b에 이 경우의 제1 자성층(11) 및 제2 자성층(12)의 자화 상태와 누설 자계를 나타냈지만, 순 잔류 면적 자화(D)에 비례하는 누설 자계의 방향은 온도 T1의 경우와 반대로 된다. 이러한 경우라도, 본 발명의 효과는 도 2a의 경우와 마찬가지이며, 온도 T2로 가열함으로써 재생 출력을 대폭 증가할 수 있다.
또한 본 발명은 면내 자기 기록 매체뿐만 아니라, 수직 자기 기록 매체에 있어서도 적용할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 수직 자기 기록 매체의 주요부를 도시하는 모식도이다. 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 수직 자기 기록 매체(14)의 기록층은, 제1 자성층(15)과, 제2 자성층(16)과, 제1 자성층(15) 및 제2 자성층(16) 사이에 형성된 비자성 결합층(13)으로 구성되어 있다. 제1 자성층(15)과 제2 자성층(16)은 비자성 결합층(13)의 막 두께 등에 의해 제어되고 반강자성적으로 교환 결합하여, 자계가 인가되지 않는 상태에서는, 제1 자성층(15)의 자화와 제2 자성층(16)의 자화는 막면에 수직으로 서로 반평행 방향으로 향하고 있다. 이 경우, 제1 자성층(15)과 제2 자성층(16)으로부터 누설되는 자계, 즉, 자기 헤드가 수직 자기 기록 매체(14)로부터 정보를 재생할 때의 자계(Hy)는 도 1a 및 도 1b의 경우와 마찬가지로, 제1 자성층(15), 제2 자성층(16)의 잔류 자화를 각각 Mr1, Mr2, 막 두께를 각각 t1, t2라고 하면, 제1 자성층 및 제2 자성층의 순 잔류 면적 자화 ｜Mr1×t1－Mr2×t2｜에 비례한다. 제1 자성층(15)이 제2 자성층(16)보다도 퀴리 온도가 낮은 경우는, 가열함으로써 제1 자성층(15)이 제2 자성층(16)보다도 잔류 자화의 저감율이 커져, 예컨대 제1 자성층(15)의 퀴리 온도 부근의 온도에서는 Mr1이 Mr2보다도 큰 저하율로 저하되기 때문에, 실온 부근의 온도에 있어서의 순 잔류 면적 자화보다도 순 잔류 면적 자화가 증가한다. 따라서, 재생 출력은 증가하여 S/N비를 향상시킬 수 있다.
이하, 도면에 기초하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
(제1 실시예)
도 4는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 면내 자기 기록 매체의 단면도이다. 도 4를 참조하면, 이 실시예의 면내 자기 기록 매체(20)는 기판(21)과, 상기 기판(21) 상에, 제1 시드층(22), 제2 시드층(23), 기초층(24), 비자성 중간층(25), 제1 자성층(26), 비자성 결합층(28), 제2 자성층(29), 보호층(30) 및 윤활층(31)이 순차 형성된 구성으로 되어 있다. 면내 자기 기록 매체(20)는 제1 자성층(26)과 제2 자성층(29)이 비자성 결합층(28)을 통해 반강자성적으로 교환 결합된 교환 결합 구조를 가지고, 제1 자성층(26) 및 제2 자성층(29)의 면내 방향으로 배향한 자화는 외부 자계가 인가되지 않는 상태에서 서로 반평행 방향으로 향하고 있다. 또한, 본 발명의 원리에 있어서 설명한 바와 같이, 제1 자성층(26) 및 제2 자성층(29)은 서로 다른 자화 혹은 잔류 자화(이하, 특별히 말해 두지 않는 한 "자화 혹은 잔류 자화"를 "잔류 자화"라고 약칭함)의 온도 특성을 가지고, 예컨대 퀴리 온도 혹은 보상 온도(이하 특별히 말해 두지 않는 한 "퀴리 온도 혹은 보상 온도"를 "퀴리 온도"라고 약칭함)가 서로 다르다. 또한, 퀴리 온도 등이 거의 다르지 않는 경우라도, 페리자성과 강자성의 차이와 같이, 스핀 배열이 다른 경우도 포함된다.
기판(21)은, 예컨대 디스크형의 플라스틱 기판, 유리 기판, NiP 도금 알루미늄 합금 기판, 실리콘 기판 등을 이용할 수 있으며, 특히 기판(21)이 테이프형인 경우는, PET, PEN, 폴리이미드 등의 플라스틱 필름을 이용할 수 있다. 기판(21)은 텍스쳐 처리가 실시되고 있더라도 좋고, 실시되지 않더라도 좋다. 한편, 텍스쳐 처리는 면내 자기 기록 매체(20)가 자기 디스크인 경우, 둘레 방향, 즉 트랙 길이 방향으로 형성된다.
제1 시드층(22)은 비자성 재료, 예컨대 NiP, CoW, CrTi 등으로 이루어지며, 텍스쳐 처리가 실시되고 있더라도 좋고, 실시되지 않더라도 좋다. 한편, 제1 시드층(22)이 NiP 등의 비정질 재료인 경우는 산화 처리되어 있는 것이 바람직하다. 강 자성층(26) 및 자성층(29)의 c축의 면내 배향이 향상된다. 또한, c축 배향을 향상시키는 공지의 재료라면 NiP 대신에 이용할 수 있다.
제2 시드층(23)은 예컨대 NiP, CoW, CrTi 등의 비정질 재료, AlRu, NiAl, FeAl 등의 B2 구조를 갖는 합금으로 이루어진다. 제2 시드층(23)이 비정질 재료로 이루어지고, 이 위에 형성되는 기초층(24)이 B2 구조를 갖는 합금으로 이루어지는 경우에, 기초층(24)의 (001)면 또는 (112)면의 배향을 향상시킨다. 텍스쳐 처리가 실시되고 있더라도 좋고, 실시되지 않더라도 좋다. 한편, 상술한 텍스쳐 처리는 면내 자기 기록 매체(20)가 자기 디스크인 경우, 둘레 방향, 즉 트랙 길이 방향으로 형성된다.
기초층(24)은 예컨대, Cr, CrMo, CrW, CrV, CrB, CrMoB 등의 Cr 합금이나, AlRu, NiAl, FeAl 등의 B2 구조를 갖는 합금으로 구성된다. 상술한 바와 같이, 기초층(24)은 제2 시드층(23) 상에 에피텍셜 성장하고, 기초층(24)이 B2 구조를 갖는 경우는 (001)면 또는 (112)면이 성장 방향으로 양호한 배향을 보이며, 기초층(24)이 Cr나 Cr 합금으로 이루어지는 경우는 (002)면이 성장 방향으로 양호한 배향을 보인다. 또한 기초층(24)은 이들 Cr 합금이나 B2 구조를 갖는 합금으로 이루어지는 층을 복수 적층하더라도 좋다. 적층함으로써 기초층(24) 자체의 배향을 향상시켜, 비자성 중간층(25)의 에피텍셜 성장을 양호하게 하고, 또한 제1 자성층(26) 및 제2 자성층(29)의 배향을 향상시킬 수 있다.
비자성 중간층(25)은 예컨대 CoCr 합금에 원소 혹은 합금 M을 첨가한 hcp 구조를 갖는 비자성 합금으로 구성되며, 두께가 1 ㎚∼5 ㎚의 범위로 설정된다. 여기 서 M은 Pt, B, Mo, Nb, Ta, W, Cu 및 이들의 합금에서 선택된다. 비자성 중간층(25)은 기초층(24)의 결정성 및 결정립 사이즈를 계속해서 에피텍셜 성장하고, 비자성 중간층(25) 상에 에피텍셜 성장하는 제1 자성층(26) 및 제2 자성층(29)의 결정성을 향상시켜, 결정립(자성 입자) 사이즈의 분포 폭을 감소시켜, 면내 방향(기판면과 평행한 방향)의 c축 배향을 촉진한다. 또한, 비자성 중간층(25)은 상기 합금으로 이루어지는 층을 복수 적층하더라도 좋다. 제1 자성층(26) 및 제2 자성층(29)의 배향을 향상시킬 수 있다.
한편, 제1 자성층(26) 혹은 제2 자성층(29)의 격자 상수에 대하여, 비자성 중간층(25)의 격자 상수를 수%만큼 다르게 하여, 비자성 중간층(25)과 제1 자성층(26)의 계면 또는 제1 자성층(26) 중에, 면내 방향으로 내부 응력을 발생시키는 구성으로 하여도 좋다. 제1 자성층(26)의 정적 보자력을 증가할 수 있다. 또, 비자성 중간층(25)은 설치하더라도 좋고, 설치하지 않더라도 좋다.
제1 자성층(26)은 두께가 0.5 ㎚∼20 ㎚의 범위로 설정되며, Co, Ni, Fe, Co계 합금, Ni계 합금, Fe계 합금 등으로 구성된다. 특히 Co, CoCr, CoCrTa, CoPt, CoCrPt 등의 재료나, 이들 재료에 Gd, Tb, Dy, Pr, Nd, Yb, Sm, Ho 및 Er의 희토류 그룹 중 어느 한 적어도 1종의 원소를 첨가한 재료가 바람직하다. 이러한 합금에서는, 결정립이 결정립계에 의해 분리된 다결정체가 형성되어, 결정립의 Co 원자와 예컨대 Gd 원자가 갖는 스핀이 페리자성적인 배치가 되어 서로 반평행하게 된다. 이들 희토류의 첨가량을 제어함으로써, 잔류 자화의 온도 특성을 제어할 수 있어, 후술하는 제2 자성층(29)보다도 잔류 자화의 온도에 대한 저감율을 크게 할 수 있 다. 또, 제1 자성층(26)은 결정립 지름의 저감, 이방성 자계의 저감 등에 의해서도 잔류 자화의 온도 특성을 제어할 수 있다. 또한, 제1 자성층(26)의 조성을 제2 자성층(29)의 조성에 대하여 조금 바꾸어서도 잔류 자화의 온도 특성을 제어할 수 있다. 또한 재료 고유의 상전이 온도, 예컨대 퀴리 온도를 조정하여 온도 특성을 제어하더라도 좋다.
한편, 제1 자성층(26)은 비자성 중간층(25) 상에 에피텍셜 성장하여, c축이 면내 방향으로 배향하여 자화용이축 방향이 면내 방향으로 된다. 제1 자성층(26)은 상술한 재료에 또한 B, Mo, Nb, Ta, W, Cu 및 이들의 합금을 첨가한 재료가 바람직하다. 결정립의 입자 지름을 제어할 수 있다. 또한, 제1 자성층(26)은 복수 적층하더라도 좋다. 제2 자성층(29)의 배향성을 향상시킬 수 있다.
비자성 결합층(28)은 예컨대 Ru, Rh, Ir, Ru계 합금, Rh계 합금, Ir계 합금 등으로 구성된다. 이들 중, Rh, Ir는 fcc 구조를 갖는 데 대하여 Ru는 hcp 구조를 갖고 CoCrPt계 합금의 격자 상수(a)=0.25 ㎚에 대해 Ru는 a=0.27 ㎚에서 근접하고 있기 때문에 Ru 혹은 Ru계 합금이 적합하다. Ru계 합금으로서는 Co, Cr, Fe, Ni 및 Mn 중 어느 하나 또는 이들 합금과 Ru의 합금이 적합이다.
또한, 비자성 결합층(28)의 두께는 0.4 ㎚∼1.5 ㎚(바람직하게는 0.6 ㎚∼0.9 ㎚, Ru 합금에서는 합금 중의 Ru의 함유량에 따라 다르기도 하지만 0.8 ㎚∼1.4 ㎚)의 범위로 설정된다. 비자성 결합층(28)을 통해 제1 자성층(26)과 제2 자성층(29)이 교환 결합하며, 비자성 결합층(28)의 두께를 이 범위로 설정함으로써 제1 강자성층(26)의 자화와 제2 자성층(29)의 자화가 반강자성적으로 결합하여, 도 4에 도시한 바와 같이 외부 자계가 인가되어 있지 않은 상태에서는 서로 반평행하게 된다. 특히, 비자성 결합층(28)의 두께는 비자성 결합층의 두께에 의존한 진동형 교환 결합의 반강자성적인 제1 피크(가장 박막 측의 피크)에 맞추는 것이 특히 바람직하다.
제2 자성층(29)은 두께가 5 ㎚∼20 ㎚의 범위로 설정되고, Co, Ni, Fe, Co계 합금, Ni계 합금, Fe계 합금 등으로 구성된다. 특히 CoPt, CoCrTa 및 CoCrPt, 또한 이들에, B, Mo, Nb, Ta, W, Cu 및 이들의 합금을 첨가한 재료가 바람직하다. 제2 자성층(29)은 상술한 바와 같이 제1 자성층(26)과 서로 다른 온도 특성을 갖도록 설정된다. 또한, 제2 자성층(29)에 제1 자성층(26)과 마찬가지로, Gd, Tb, Dy, Pr, Nd, Yb, Sm, Ho 및 Er의 희토류 그룹 중 어느 한 적어도 1종의 원소를 첨가한 재료를 이용하여도 좋다. 또, 제2 자성층(29)은 복수 적층하더라도 좋다.
또한, 제1 자성층(26)과 제2 자성층(29)의 관계에 있어서, 제1 자성층(26), 제2성층(29)의 각각의 잔류 자화를 Mr1, Mr2, 막 두께를 t1, t2로 나타내면, Mr1×t1<Mr2×t2로 설정하는 것이 바람직하다. 제2 자성층(29)이 순 잔류 면적 자화와 동일한 방향의 자화를 가지며, 자기 헤드의 기록 자계의 반전 위치에 대응하여 제2 자성층(29)에 정보를 정확히 기록할 수 있다. 또, Mr1×t1>Mr2×t2 로 설정하더라도 좋다. 제1 자성층(26) 및 제2 자성층(29)이 박막화되면, 상기 기록시의 문제점은 해소된다.
여기서, Mr1×t1<Mr2×t2로 설정한 경우, 제1 자성층(26)의 퀴리 온도 Tc1과 제2 자성층(29)의 퀴리 온도 Tc2는 상기한 본 발명의 원리에서 설명한 바와 같이, Tc1<Tc2라도 좋고, Tc1>Tc2라도 좋다. 또한, Mr1 ×t1>Mr2×t2로 설정한 경우라도 마찬가지이다. 한편, 면내 자기 기록 매체(20)는 통상, 실온 부근의 온도에서 사용하거나 보관하거나 하기 때문에, Tc1, Tc2는 실온보다 높은 온도인 것은 물론이다.
또한, 제1 자성층(26) 또는 제2 자성층(29)을 보상 온도가 실온보다 이하의 온도가 되도록 조성을 설정하여, 가열 온도를 적절하게 선택함으로써, 가열에 의해 제1 자성층(26) 또는 제2 자성층(29)의 잔류 자화를 증가할 수 있어, 순 잔류 면적 자화를 증가할 수 있다.
또한, 실온 부근의 온도에서의 제1 자성층(26) 및 제2 자성층(29)의 잔류 면적 자화를 거의 Mr1×t1=Mr2×t2가 되도록 설정하더라도 좋다. 인접 비트로부터의 반자계를 대폭 억제할 수 있어, 기록된 비트의 열적 안정성을 비약적으로 향상시킬 수 있다. 한편, 이 경우는, 서보 신호가 매립형 서보 방식과 같이 미리 기록되어 있는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 가열하지 않을 때라도 목표로 하는 트랙으로의 액세스가 가능해진다. 물론, Mr1×t1 및 Mr2×t2를 낮은 선기록 밀도로 면내 자기 기록 매체(20)에 기록되는 서보 신호가, 면내 자기 기록 매체(20)를 가열하지 않더라도 재생할 수 있을 정도로 다르게 하여도 좋다. 예컨대, 실온 부근의 온도에서, 종래의 면내 자기 기록 매체의 출력에 대하여 10%∼80%만큼 출력이 저하되는 순 잔류 면적 자화 ｜Mr1×t1－Mr2×t2｜,예컨대 1.26 nTm∼5.02 nTm(0.1 memu/㎠∼0.4 memu/㎠)의 범위로 설정하더라도 좋다.
상기 보호층(30)은 두께가 0.5 ㎚∼10 ㎚(바람직하게는 0.5 ㎚에서 5 ㎚)의 범위로 설정되며, 예컨대 다이아몬드형 카본, 질화 카본, 비정질 카본 등에 의해 구성된다.
상기 윤활층(31)은 예컨대 퍼플루오로폴리에테르를 주쇄로 하여 말단기가 -OH, 벤젠 고리 등으로 이루어지는 유기계 액체 윤활제로 구성된다. 구체적으로는, 두께가 0.5 ㎚∼3.0 ㎚인 ZDol(Monte Fluos사 제조, 말단기 : -OH), AM3001(아우지몬트사 제조, 말단기 : 벤젠 고리), Z25(Monte Fluos사 제조) 등을 이용할 수 있다. 한편, 윤활제는 보호층(30)의 재질에 맞춰 적절하게 선정된다. 또, 상술한 각 층은 윤활층(31)을 제외하고 스퍼터법, 진공증착법 등에 의해 형성된다. 한편, 윤활층(31)은 침지법, 스핀코터법이 이용되며, 면내 자기 기록 매체(20)가 테이프형인 경우는 다이도공법 등도 이용할 수 있다.
이 실시예에서는, 반강자성적으로 교환 결합한 제1 자성층(26)과 제2 자성층(29)의 온도 변화를 서로 다르게 함으로써, 면내 자기 기록 매체(20)를 가열하여 실온 부근의 온도에서의 순 잔류 면적 자화보다도 큰 순 잔류 면적 자화를 얻을 수 있어, 재생 출력을 증가시킬 수 있다. 따라서, S/N비를 종래의 면내 자기 기록 매체보다 향상시킬 수 있다. 또한, 실온 부근의 온도에 있어서 순 면적 자화를 감소시킬 수 있어, 인접 비트로부터의 반자계를 억제하여 기록된 비트의 열 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 이 실시예의 면내 자기 기록 매체(20)는 기록 과정에 있어서 기록 자 계를 인가할 때에 기록하는 부위를 재생할 때와 같은 식으로 가열하더라도 좋다. 제1 자성층(26) 및 제2 자성층(29)의 보자력이 저하되어, 자화 방향을 전환하기 위해 필요한 기록 자계를 감소시킬 수 있다. 또, 제1 자성층(26) 및 제2 자성층(29)의 잔류 자화가 실온 부근의 온도의 이들의 잔류 자화와 비교하여 감소하고, 제1 자성층(26)과 제2 자성층(29)의 교환 상호 작용이 감소하고 있기 때문에, 서로 작용하는 교환 자계가 감소하여 자화 방향의 회전이 용이하게 되어, 한층 더 오버라이트 특성이 향상된다.
이하, 이 실시예에 따른 실시예를 설명한다. 우선, 제1 자성층의 잔류 자화의 온도 변화를 측정하기 위해서 참고예에 의한 자기 디스크를 형성하였다. 참고예의 자기 디스크는, 유리 기판/CrTi층(두께 25 ㎚)/AlRu층(두께 15 ㎚)/CrMo층(두께 5 ㎚)/CoCrTa층(두께 1 ㎚)/제1 자성층으로서의 CoCrTaGd층(두께 10 ㎚)/다이아몬드형 카본(DLC)층(두께 4.0 ㎚)의 구성으로 하였다. CoCrTaGd층은 (Co82Cr13Ta5 )100-xGdx, x=0, 8, 16 원자%로 하였다. 한편, 조성의 수치는 전부 원자%로 나타내고 있다. 이들의 성막에 있어서는 DC 마그네트 스퍼터링 장치를 이용하였다.
도 5는 참고예의 자기 디스크의 잔류 자화의 온도 특성을 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, x=0 원자%에 대하여, x=8 원자%에서는 예컨대 300 K에 대하여 400 K에 있어서의 잔류 자화가 대폭 감소하고 있음을 알 수 있다. 즉, 제1 자성층에 x=8 원자% 조성의 자성층, 제2 자성층에 x=0 원자% 조성의 자성층을 이용하고, 300 K에서의 순 잔류 면적 자화가 원하는 범위가 되도록 제1 자성층 및 제2 자성층 의 두께를 선택함으로써, 가열 온도를 예컨대 400 K로 하여 이 실시예의 면내 자기 기록 매체(20)를 구성할 수 있음을 알 수 있다.
또한, x=16 원자%의 조성에서는, 잔류 자화가 약 270 K 부근에서 0(보상 온도)으로 되고, 270 K에서부터 350 K 부근에서는 잔류 자화가 증가하고 있다. 제1 자성층에 x=0 원자% 조성의 자성층, 제2 자성층에 x=16 원자%의 조성의 자성층을 이용하여, 예컨대 350 K로 가열함으로써, 순 잔류 면적 자화를 증가시킬 수 있다. 즉, 실온 이하에 보상 온도가 있는 페리자성의 자성층을 이용함으로써, 적절한 온도, 예컨대 보상 온도 이상에서 잔류 자화가 최대를 나타내는 온도 부근으로 가열함으로써 잔류 자화를 증가시켜, 순 면적 자화를 증가시킬 수 있음을 알 수 있다. 한편, 잔류 자화의 온도 특성은 SQUID 장치를 이용하였다.
다음에 이 실시예에 따른 실시예의 자기 디스크로서, 상기 참고예의 자기 디스크에 있어서, 유리 기판/CrTi층(두께 25 ㎚)/AlRu층(두께 15 ㎚)/CrMo층(두께 5 ㎚)/CoCrTa층(두께 1 ㎚)/CoCrTaGd층[(Co81Cr14Ta5)92Gd8 층, 두께 2 ㎚]/Ru층(두께 0.7 ㎚)/CoCrPtB층(CoCrPt14B5층, 두께 12 ㎚)/DLC층(두께 4.0 ㎚)/윤활층(AM3001, 두께 1.2 ㎚)을 형성하였다.
도 6은 이 실시예에 따른 실시예의 자기 디스크의 잔류 면적 자화의 온도 특성을 도시한 도면이다. 도 6을 참조하면, CoCrTaGd층이 350 K 부근에서부터 잔류 면적 자화가 급격히 감소되고, 한편 CoCrPtB층의 잔류 면적 자화의 변화는 작기 때문에, 순 잔류 면적 자화가 350 K 부근에서부터 급격히 증가하고 있음을 알 수 있 다. 따라서, 가열 온도를 350 K 이상 400 K의 범위로 선택함으로써, 높은 재생 출력 및 높은 S/N비를 얻을 수 있다. 한편, CoCrTaGd층 및 CoCrPtB층의 잔류 면적 자화의 데이터는 각각 독립적으로 상기한 구성으로 형성한 자기 디스크를 측정한 것이다.
한편, 이 실시예의 기록층은 2층에 한정되지 않고, 3층 이상의 다층이라도, 본 발명의 구성을 갖추고 있으면 된다. 즉, 이 다층 중 적어도 2층이 상술한 바와 같이 반강자성적으로 교환 결합하며, 또한 가열에 의해 잔류 면적 자화가 증가하도록 자성층이 선택되어 있으면 된다.
(제2 실시예)
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 수직 자기 기록 매체의 단면도이다. 도면에서, 앞서 설명한 부분에 대응하는 부분에는 동일한 참조 부호를 붙여, 설명을 생략한다.
도 7을 참조하면, 이 실시예에 따른 수직 자기 기록 매체(40)는 기판(21)과, 기판(21) 상에, 연자성 보강층(41), 시드층(42), 비자성 중간층(43), 제1 수직 자화막(44), 비자성 결합층(28), 제2 수직 자화막(45), 보호막(30) 및 윤활층(31)을 순차 적층한 구성으로 되어 있다.
연자성 보강층(41)은 예컨대, 두께가 50 ㎚∼2 ㎛이며, Fe, Co, Ni, Al, Si, Ta, Ti, Zr, Hf, V, Nb, C, B에서 선택된 적어도 1종류의 원소를 포함하는 비정질 혹은 미결정의 합금 또는 이들 합금의 적층막으로 구성된다. 기록 자계를 집중할 수 있다는 점에서는 포화 자속 밀도(Bs)가 1.0 T 이상인 연자성 재료가 바람직하 다. 예컨대, FeSi, FeAlSi, FeTaC, CoNbZr, CoCrNb, NiFeNb 등을 이용할 수 있다. 연자성 보강층(41)은 도금법, 스퍼터법, 증착법, CVD법(화학적기상성장법) 등에 의해 형성된다. 연자성 보강층(41)은 기록 헤드로부터의 거의 모든 자속을 흡수하기 위한 것으로, 포화 기록하기 위해서는 포화 자속 밀도(Bs)와 막 두께의 곱의 값이 큰 쪽이 바람직하다. 또한, 연자성 보강층(41)은 높은 전송 레이트에서의 기록성이라는 점에서는 고주파 투자율(透磁率)이 높은 쪽이 바람직하다.
시드층(42)은 예컨대 두께가 1.0 ㎚∼10 ㎚이며, Ta, C, Mo, Ti, W, Re, Os, Hf, Mg 및 이들의 합금에서 선택된다. 이 위에 형성되는 비자성 중간층(43)의 결정성을 높이는 동시에, 연자성 보강층(41)과 비자성 중간층(43)과의 결정 배향 또는 결정 성장의 관계를 끊을 수 있다. 한편, 시드층(42)은 설치하더라도 좋고, 설치하지 않더라도 좋다.
비자성 중간층(43)은 예컨대 두께가 2 ㎚∼30 ㎚이며, Co, Cr, Ru, Re, Ri, Hf 및 이들의 합금 등의 비자성 재료로 구성되며, 예컨대, Ru막, RuCo막, CoCr막 등을 들 수 있고, hcp 구조를 갖는 것이 바람직하다. 제1 수직 자화막(44), 제2 수직 자화막(45)이 hcp 구조를 갖는 경우는 에피텍셜 성장시킬 수 있어 결정성을 향상시킬 수 있다.
제1 수직 자화막(44) 및 제2 수직 자화막(45)은 막 두께 방향으로 자화용이축을 갖는 소위 수직 자화막이며, 두께 3 ㎚∼30 ㎚의 범위로 설정되고, Co계 합금, Ni계 합금, Fe계 합금, CoPt, CoCrTa, CoCrPt, CoPt-M, CoCrPt-M을 포함하는 Co계 합금으로 이루어지는 그룹 중 어느 재료로 구성된다. 여기서, M은 B, Mo, Nb, Ta, W, Cu 및 이들의 합금에서 선택된다. 특히 이들의 합금에, Gd, Tb, Dy, Pr, Nd, Yb, Sm, Ho 및 Er의 희토류 그룹 중 어느 한 적어도 1종의 원소를 첨가한 재료가 바람직하다. 제1 실시예에서 설명한 바와 같이, 이러한 합금에서는, 결정립이 결정립계에 의해 분리된 다결정체가 형성되고, 결정립의 Co 원자와 예컨대 Gd 원자가 갖는 스핀이 페리자성적인 배치가 되어 서로 반평행으로 된다. 이들 희토류의 첨가량을 제어함으로써, 보상 온도나 퀴리 온도를 제어할 수 있다. 이러한 강자성 합금은 결정립이 기판면에 대하여 수직 방향(막 두께 방향)의 주상(柱狀) 구조를 가지며, hcp 구조의 경우는 성장 방향이 (001)면으로 되어, 막 두께 방향으로 자화용이축을 갖는다(이하, "수직 연속막"이라 약칭함).
제1 수직 자화막(44) 및 제2 수직 자화막(45)은 그 사이에 형성된 비자성 결합층(28)에 의해 반강자성적으로 결합하고 있다. 비자성 결합층(28)은 Ru에서는 두께가 0.2 ㎚∼1.5 ㎚(바람직하게는 0.2 ㎚∼0.5 ㎚), Ru 합금에서는 합금 중의 Ru의 함유량에 따라 다르기도 하지만 두께가 0.2 ㎚∼1.5 ㎚의 범위로 설정된다. 비자성 결합층(28)의 두께를 이 범위로 설정함으로써 제1 수직 자화막(44)의 자화와 제2 수직 자화막(45)의 자화가 반강자성적으로 결합하여, 외부 자계가 인가되고 있지 않은 상태에서는 서로 반평행하게 된다. 특히, 비자성 결합층(28)의 두께는 그 두께에 의존하는 진동형 교환 결합의 반강자성적인 제1 피크(가장 박막 측의 피크)에 맞추는 것이 특히 바람직하다.
제1 수직 자화막(44) 및 제2 수직 자화막(45)의 퀴리 온도나 잔류 면적 자화의 관계는 제1 실시예와 같은 식으로 설정된다. 제1 수직 자화막(44), 제2 수직 자 화막(45)의 각각의 잔류 자화를 Mr1, Mr2, 막 두께를 t1, t2로 나타내면, 순 면적 자화｜Mr1×t1－Mr2×t2｜은 실온 부근의 온도보다도 가열에 의해 증가하도록 재료가 선택된다.
또한, ｜Mr1×t1<Mr2×t2｜으로 설정하는 것이 바람직하다. 제2 수직 자화막(45)이 순 잔류 면적 자화와 동일한 방향의 자화를 가지고, 자기 헤드의 기록 자계의 반전 위치에 대응하여 제2 수직 자화막(45)에 정보를 정확하게 기록할 수 있어, 자화 천이 영역의 폭을 좁게 할 수 있으며, 재생할 때에 누설 자계를 담당하는 제2 수직 자화막(45)이 자기 헤드에 가깝기 때문에 분해능이 향상된다.
또한, 제1 수직 자화막(44) 또는 제2 수직 자화막(45)의 적어도 한 쪽은 Si, A1, Ta, Zr, Y, Mg에서 선택된 적어도 어느 1종의 원소와, O, C 및 N에서 선택된 적어도 어느 1종의 원소의 화합물로 이루어지는 비자성 재료를 포함하며, 상술한 강자성 합금의 주상 구조 결정입자와, 인접하는 결정입자를 물리적으로 분리하는 비자성상으로 구성되더라도 좋다[이하, "주상 그래뉼(columnar granular) 구조"라 약칭함]. 예컨대, (Copt)-(SiO2), (CoCrPt)-(SiO2), (CoCrPtB)-(MgO) 등을 들 수 있다. 자성 입자가 주상 구조를 형성하고, 비자성상이 자성 입자를 둘러싸도록 형성되기 때문에, 자성 입자가 서로 분리되어, 자성 입자 사이의 상호 작용을 효과적으로 억제하거나 혹은 절단하여 매체 노이즈를 저감할 수 있다.
한편, 제1 수직 자화막(44) 또는 제2 수직 자화막(45) 중 어느 것에 주상 그래뉼 구조를 이용한 경우는, 다른 쪽의 수직 자화막은 상술한 수직 연속막을 이용 하더라도 좋다. 예컨대, 제1 수직 자화막(44)에 주상 그래뉼 구조의 (CoCrTa)-(SiO2)를 이용하고, 제2 수직 자화막(45)에 수직 연속막의 CoCrPtB를 이용함으로써, 제1 수직 자화막(44)은 결정입자의 크기 및 간격을 선택하여, 잔류 자화의 온도 상승에 따른 감소율을 제어할 수 있기 때문에, 가열에 의해 순 면적 자화 ｜Mr1×t1－Mr2×t2｜가 증가한다.
또한, 제1 수직 자화막(44) 또는 제2 수직 자화막(45)의 적어도 한 쪽은 Co/Pd, CoB/Pd, Co/Pt, CoB/Pt 등의 인공 격자막이라도 좋다. 인공 격자막은 예컨대 CoB(두께 0.3 ㎚)/Pd(두께 0.8 ㎚)를 교대로 각각을 5층에서 30층을 적층하여 구성된다. 이들 인공 격자막은 수직 자기 이방성이 크기 때문에 열적 안정성이 우수하다.
이 실시예에서는, 반강자성적으로 교환 결합한 제1 수직 자화막(44)과 제2 수직 자화막(45)의 온도 변화를 서로 달리 하여, 수직 자기 기록 매체(40)를 가열함으로써, 실온 부근의 온도에서의 순 잔류 면적 자화보다도 큰 순 잔류 면적 자화를 얻을 수 있어, 재생 출력을 증가시킬 수 있다. 따라서, S/N비를 종래의 수직 자기 기록 매체보다 증가시킬 수 있다. 또한, 실온 부근의 온도에 있어서 순 잔류 면적 자화를 저감할 수 있으며 반자계를 억제하여 기록된 비트의 열 안정성을 향상시킬 수 있다.
(제3 실시예)
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 패턴화된 매체의 단면도이다. 도면에 서, 앞서 설명한 부분에 대응하는 부분에는 동일한 참조 부호를 붙여, 설명을 생략한다.
도 8을 참조하면, 패턴화된 매체(50)는 기판(21)과, 기판(21) 상에 형성되어 주기적으로 배치된 적층체(51)와, 적층체(51)를 격리하는 비자성 재료로 이루어지는 비자성부(52) 등으로 구성되어 있다. 적층체(51)는 제1 실시예의 면내 자기 기록 매체 혹은 제2 실시예의 수직 자기 기록 매체와 같은 구성으로 되어 있다. 여기서는 제1 실시예의 면내 자기 기록 매체를 일례로 하여 설명한다. 단, 설명의 편의를 위해, 제1 자성층(26), 비자성 결합층(28) 및 제2 자성층(29)만을 나타내고, 다른 것은 생략한다.
패턴화된 매체(50)는 제1 자성층(26)과 제2 자성층(29)이 반강자성적으로 결합한 적층체(51)가 비자성부(52)에 의해 격리되며, 주기적으로 배치되어 있다. 적층체(51)의 크기는 예컨대 30 ㎚×30 ㎚, 비자성부(52)의 폭은 예컨대 10 ㎚이다. 적층체(51)가 격리되어 있음으로 인해 인접하는 적층체(51)끼리의 상호 작용을 저감하여, 매체 노이즈를 저감시킬 수 있다.
그런데, 고기록 밀도화에 동반되어, 적층체(51)끼리가 접근해 오면 정자기적 상호 작용이 커져 온다. 그러나, 또한 이 실시예의 패턴화된 매체(50)는 제1 실시예에 있어서 설명한 바와 같이, 실온 부근의 온도에서 제1 자성층(26)과 제2 자성층(29)의 순 잔류 면적 자화가 저감되고 있기 때문에, 적층체(51)로부터 누설되는 자계가 저감되어, 인접하는 적층체(51)에 부여하는 반자계를 억제할 수 있다. 따라서, 정자기적인 상호 작용을 억제할 수 있어, 열적 안정성을 높이는 동시에 매체 노이즈를 저감할 수 있다.
이 실시예의 패턴화된 매체(50)는 제1 실시예에 따른 면내 자기 기록 매체를 형성한 후에 제2 자성층(29)의 표면에 실리콘 산화막(도시하지 않음)을 형성하고, 이어서 그 위에 레지스트막(도시되지 않음)을 형성하여, 포토리소그래피법 및 RIE 등에 의해 제1 자성층(26)까지 연삭한다. 이어서, 형성된 홈부에 실리콘 산화막 혹은 다이아몬드형 카본 등을 매립하여 비자성부(52)를 형성한다. 마지막으로 표면의실리콘 산화막 등을 평탄화한다. 포토리소그래피법은 예컨대 전자선 묘화를 이용하더라도 좋다. 수십 ㎚의 미세 묘화가 가능하다.
한편, 도 9에 도시하는 이 실시예의 제1 변형예에 따른 패턴화된 매체(60)는 적층체(61)의 제1 자성층(62)이 자기조직적으로 배열되는 강자성체의 나노입자(63)로 구성되어 있다. 나노입자(63)는 비자성 결합층(28)을 통해 반강자성적으로 제2 자성층(29)과 교환 결합한다. 나노입자(63)를 구성하는 강자성체, 예컨대, Co계 합금, Ni계 합금, Fe계 합금 등의 재료에 의해 자화의 온도 특성을 적절하게 선택한다. 나노입자(63)의 크기, 나노입자(63) 사이 거리, 나노입자(63) 사이의 자기적인 결합의 정도, 조성 혹은 예컨대 퀴리 온도 등의 상전이 온도의 조정에 의해 잔류 자화의 온도 특성을 제어할 수 있다. 이와 같이 나노입자(63)를 이용한 경우는 이들의 특성치를 용이하게 제어할 수 있기 때문에, 온도 특성의 제어 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 도 9에는 나노입자(63)를 1층 형성한 예를 도시했지만, 2층 이상 설치하더라도 좋다. 이 경우라도 인접하는 나노입자(63)는 서로 강자성적으로 교환 결합하기 때문에, 나노입자(63)로 이루어지는 제1 자성층(62)은 제2 자성층 (29)과 반강자성적으로 교환 결합한다.
또한, 도 10에 이 실시예의 제2 변형예로서 도시한 바와 같이, 적층체(71)는 제1 자성층(72)에, 결정립(73)이 제2 자성층(29)에 대하여 미세한 면내 연속막 혹은 수직 연속막을 이용하더라도 좋고, 제2 실시예에 있어서 설명한 주상 그래뉼막을 이용하고 있더라도 좋다. 결정립의 크기, 재료 등에 따라 퀴리 온도를 적절하게 선택한다.
한편, 패턴화된 매체를 형성하는 방법은 상기한 예에 한정되지 않고, 공지의 방법을 이용하더라도 좋다. 예컨대, 기판(21)에 주기적으로 형성된 오목부에 상기 적층체를 매립하더라도 좋다. 또한, 매립형 서보 방식의 기판이나 랜드 및 그루브 방식의 기판을 이용하더라도 좋다.
(제4 실시예)
도 11은 본 발명의 제4 실시예의 자기 기억 장치의 주요부를 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 이 실시예의 자기 기억 장치(80)는 대략 하우징(81)으로 이루어진다. 하우징(81) 내에는 스핀들(도시되지 않음)에 의해 구동되는 허브(82), 허브(82)에 고정되어 회전되는 자기 기록 매체(83), 액츄에이터 유닛(84), 액츄에이터 유닛(84)에 장착되어 자기 기록 매체(83)의 반경 방향으로 이동되는 아암(85) 및 헤드 서스펜션(86), 및 헤드 서스펜션(86)에 지지된 헤드 슬라이더(88)가 설치되어 있다. 헤드 슬라이더(88)에는 자기 기록 매체(83)의 표면에 레이저광을 조사하여 가열하기 위한 레이저 조사 광학계(87)가 접속되어 있다. 레이저 조사 광학계 (87)는 반도체 레이저 등의 레이저 광원, 레이저광을 헤드 슬라이더로 유도하기 위한 광섬유 혹은 집광 광학계 등으로 구성되어 있다.
도 12는 이 실시예의 자기 기억 장치의 주요부 단면도이다. 앞서 설명한 부분에 대응하는 부분에는 동일한 참조 부호를 붙여, 설명을 생략한다.
도 12를 참조하면, 헤드 슬라이더(88)에는 기록 소자(89)와, GMR 재생 소자(90)와, 집광 렌즈(91)가 설치되어 있다. 기록 소자(89)는 예컨대, 링형의 박막 유도형 기록 소자, 자기 기록 매체가 수직 자기 기록 매체인 경우는 단자극 헤드가 이용된다. 또, GMR 재생 소자(90)는 공지된 것을 이용할 수 있으며, 또한 GMR 재생 소자(90)를 대신하여 TMR(Ferromagnetic Tunnel Junction magneto Resistive) 소자, 발리스틱 MR 소자 등을 이용할 수 있다. 자기 기록 매체(83)는 일례로서 제1 실시예의 면내 자기 기록 매체가 설치되어 있다.
우선, 기록 과정에 대해 설명한다. 자기 기억 장치(80)는 화살표 X 방향으로 이동하는 자기 기록 매체(83) 위를 부상하는 헤드 슬라이더(88)가, 자기 기록 매체(83)의 기록을 행하는 트랙에 있어서 레이저 조사 광학계(87)에 의해 레이저광(예컨대, 파장 685 ㎚)을 조사하여 자기 기록 매체(83)의 표면을 가열하면서, 기록 소자(89)에 의해 기록 자계를 인가하여 원하는 정보를 기록한다. 레이저광의 스폿 지름[피크 강도에 대하여 상대 강도가 50%가 되는 지름(직경)]은 예컨대 기록을 하는 트랙 폭의 0.1∼20배의 범위에서 선택하여 설정한다. 레이저광의 스폿 지름은 기술적으로 형성하기 쉽다는 점에서는 트랙 폭의 5∼10배가 바람직하고, 기록을 하는 트랙에 인접하는 트랙에 미치는 열적 영향이라는 점에서는 트랙 폭의 1∼5배가 바 람직하다. 이 실시예의 자기 기억 장치(80)는 레이저광의 스폿 지름을 트랙 폭보다도 크게 하더라도, 트랙 폭은 기록 소자(89)의 코어 폭과 거의 같아진다. 즉, 레이저광의 스폿 지름을 기록 소자(89)의 코어 폭보다도 크게 하더라도 좋다. 한편, 스폿 지름을 트랙 폭 또는 기록 소자(89)의 코어 폭보다도 작게 하고 열 확산을 이용하여, 기록 소자(89)의 코어 폭과 거의 같은 트랙 폭을 형성하더라도 좋다.
레이저광의 출력은 제1 자성층(26) 및 제2 자성층(29)의 조성, 스폿 지름 등에 맞춰 적절하게 결정되는데, 예컨대 0.1 ㎽∼20 ㎽, 바람직하게는 1 ㎽∼5 ㎽의 범위로 설정된다.
레이저광의 조사에 의해 제1 자성층(26) 및 제2 자성층(29)은 예컨대 100∼200℃로 온도가 상승하여, 온도의 상승에 의해 제1 자성층(26) 및 제2 자성층(29)의 결정 자기 이방성 상수(Ku)나 이방성 자계가 감소하고, 실온 부근의 온도에서 결정 자기 이방성 상수(Ku)나 이방성 자계가 큰 조성이라도, 기록 소자(89)의 기록 자계의 크기를 증대하지 않더라도 용이하게 기록할 수 있어, 소요의 오버라이트 특성, 비트 에러 레이트를 유지할 수 있다. 따라서, 종래의 가열하지 않는 기록 방법에서는 오버라이트 특성 열화에 의해 기록할 수 없었던 제1 자성층(26) 및/또는 제2 자성층(29)에, 결정 자기 이방성 상수(Ku)가 큰 재료를 사용할 수 있다. 예컨대, 제1 자성층(26) 및/또는 제2 자성층(29)이 CoCrPt계 합금인 경우, Pt량은 12 원자%∼35%의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 그 결과 KuV/kBT로 나타내어지는 열 안정성의 지표를 증가할 수 있어, 열 안정성을 향상시킬 수 있다. 특히, 제2 자성층 (29)은 제1 자성층(26)보다도 결정 자기 이방성 상수(Ku)나 이방성 자계가 큰 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 헤드 슬라이더(88) 측에 위치하는 제2 자성층(29)은 제1 자성층(26)보다도 큰 기록 자계가 인가되기 때문에, 결정 자기 이방성 상수(Ku)나 이방성 자계가 큰 재료를 제2 자성층(29)에 이용함으로써, 비교적 낮은 기록 자계에 의해 효율적으로 열 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제1 자성층(26) 및/또는 제2 자성층(29)의 결정 자기 이방성 상수(Ku)를 증가시키는 동시에, 포화 자화(Ms)를 증가하여, 이방성 자계 Hk[=2 (Ku)/Ms]의 증가를 억제하더라도 좋다. 포화 기록을 하기 위해서 필요한 기록 소자(89)의 기록 자계는 이방성 자계(Hk)에 거의 비례하기 때문에, 기록 소자(89)의 기록 자계 및 레이저 출력을 억제할 수 있다. 구체적으로는, 제1 자성층(26) 및/또는 제2 자성층(29)이 CoCrPt계 합금인 경우는 Pt량 및 Co량을 원자 농도 환산으로 증가하여, Pt 및 Co 이외의 원소를 저감한다. 또한, 제1 자성층(26) 및/또는 제2 자성층(29)이 CoCrPt계 합금의 결정립으로 이루어지는 다결정체인 경우는, 가열 처리를 하여 Cr 편석을 촉진하여, 결정립의 Co 농도를 증가시키더라도 좋다.
또한, 레이저광 조사시의 조사된 영역의 가열 상태에서의 자기 기록 매체(83)의 KuV/kBT는 15 이상(특히 바람직하게는 45 이상)으로 설정하는 것이 바람직하다. 레이저광 조사시의 조사된 영역 중, 기록 소자(89)의 기록 자계가 인가된 부위는 자화 반전 등이 발생하여 새로운 정보가 기록되는데, 기록 자계가 인가되지 않 는 부위의 잔류 자화, 특히 제2 자성층(29)의 잔류 자화의 열 안정성이 높아진다. 통상, 열 안정성의 조건이 엄격한 하드디스크 장치에서는, 실온에 보관한 경우에 10년 동안에 잔류 자화가 약 10% 감소하는 정도를 허용치로 하고 있는데, KuV/kBT=15는 1회에 10 ns의 조사 시간으로 하여 1만회 조사했을 때의 잔류 자화의 감소를 고려한 것이다.
또한, 레이저광 조사시의 조사된 영역의 가열 상태에서의 자기 기록 매체(83)의 KuV/kBT는 기판(21)의 열 변형 등의 가열에 의한 영향이나 기록 소자(89)의 현재 기술적으로 가능한 자극 재료의 포화 자속 밀도라는 점에서, 제1 자성층(26)이나 제2 자성층(29)이 연속 박막[연속 박막이라면 제1 자성층(26)이나 제2 자성층(29)에 한정되지 않으며, 제2 실시예의 제1 수직 자화막이나 제2 수직 자화막, 제3 실시예의 제1 자성층이나 제2 자성층, 단층 자성층을 갖는 자기 기록 매체의 자성층의 경우도 포함함]의 경우는 80 이하인 것이 바람직하며, 주상 그래뉼 구조의 자성 입자를 갖는 자성층이나, 비자성 기체(基體)에 규칙적으로 자성 입자가 배치된 패턴화된 매체의 경우는 1500 이하인 것이 바람직하고, 300 이하인 것이 특히 바람직하다. 한편, 여기서 연속 박막은 결정질의 자성 입자와 편석 등에 의해 자성 입자의 주위에 비자성 영역이 형성된 박막이다.
이들 점에서, 레이저광 조사시의 조사된 영역의 가열 상태에서의 자기 기록 매체(83)의 KuV/kBT는 제1 자성층(26)이나 제2 자성층(29)이 연속 박막인 경우는, 15 이상 80 이하인 것이 바람직하며, 주상 그래뉼 구조의 자성 입자를 갖는 자성층 이나, 비자성 기체에 규칙적으로 자성 입자가 배치된 패턴화된 매체인 경우는, 15 이상 1500 이하인 것이 바람직하다.
이러한 KuV/kBT을 제어하는 구체적 수단으로서는, 상술한 자기 기록 매체의 결정 자기 이방성 상수(Ku)나, 레이저광의 출력을 선택한다. 한편, KuV/kBT는 후술하는 수학식 1에 기초하여, 여러 가지 자계 스위칭 시간(t)에 대하여 소위 동적 보자력 (Hc')을 측정함으로써 구한다. 동적 보자력(Hc')의 측정은 일례로서 역 DC 소자법(消磁法)을 이용한다. 역 DC 소자법에서는 기록할 때에 상기 가열 상태의 온도로 설정하여 행한다.
또한, 레이저광의 조사에 의해 제1 자성층(26) 및 제2 자성층(29)의 교환 상호 작용의 크기(교환 결합 자계)가 감소하여, 실온 부근 온도에서의 기록 과정과 비교하여, 제1 자성층(26) 및 제2 자성층(29)의 각각의 자화의 회전이 쉽게 되어, 오버라이트 특성이 한층 더 향상된다.
한편, 레이저광의 조사에 의해 제1 자성층(26) 및 제2 자성층(29)의 온도는 100∼200℃에 한정되지 않고, 통상 자기 기록 매체(83)가 사용되는 온도보다도 높은 온도면 된다. 기판의 내열성의 점에서 400℃ 이하의 온도에서 선택되는 것이 바람직하며, 자기 기록 매체(83)의 기초층에 비정질층을 이용한 경우의 결정화의 점에서는 200℃ 이하가 특히 바람직하며, 150℃ 이하가 보다 바람직하다. 제1 자성층(26) 및/또는 제2 자성층(29)의 열 안정성이라는 점에서 65℃ 이상인 것이 바람직하다.
또, 레이저광의 출력, 즉 자기 기록 매체(83)에 조사하는 조사 에너지는 기록주파수에 따라서 변화시키더라도 좋다. 즉, 고주파 기록의 경우는 고출력, 저주파 기록의 경우는 저출력의 레이저광을 조사한다. 예컨대, 후술하는 실시예의 자기 디스크(1)에 대해서는, 기록 주파수가 105 ㎑이면 레이저 출력을 1 ㎽, 기록 주파수가 73 ㎒이면 3 ㎽로 하고, 이 사이는 기록 주파수에 대하여 레이저 출력을 비례시킨다. 이와 같이 설정함으로써, 고분해능화를 도모할 수 있으며, 또한, 전력 절약화를 도모할 수 있다.
이어서 재생 과정에 관해서 설명한다. 도 11에 도시한 바와 같이, 자기 기억 장치(80)는 화살표 X 방향으로 이동하는 자기 기록 매체(83) 위를 부상하는 헤드 슬라이더가, 자기 기록 매체(83)의 재생을 실시하는 트랙에 있어서 레이저광을 조사하여 자기 기록 매체(83)의 표면을 가열하면서, GMR 재생 소자(90)에 의해 자기 기록 매체(83)에 기록된 비트를 재생한다. 레이저광의 조사에 의해 제1 자성층(26) 및 제2 자성층(29)이 소정의 온도로 가열되어, 제1 자성층(26)의 자화(M1a)가, 자화(M1a)보다도 잔류 자화의 작은 자화(M1b)로 변화하고 있다. 한편, 제2 자성층(29)도 마찬가지로 자화(M2a)가 자화(M2b)로 변화되는데, 제1 자성층(26)의 자화(M1b) 쪽이 잔류 자화의 감소율이 크고, 제1 자성층(26) 및 제2 자성층(29)의 막 두께를 거의 같게 설정함으로써, 순 잔류 면적 자화는 가열하기 전보다 가열한 상태 쪽이 커진다. 따라서, 가열에 의해 증가한 순 잔류 면적 자화에 비례한 재생 출력이 GMR 재생 소자(90)에 의해 얻어지기 때문에, 재생 출력이 증가하여 S/N비가 증가한다.
재생 과정의 가열 온도는 제1 자성층(26) 및/또는 제2 자성층(29)의 재료, 조성 등에 의해 순 잔류 면적 자화가 증가하는, 자기 기록 매체(83)가 사용되는 온도보다도 높은 온도로 설정되는데, 제1 자성층(26) 및 제2 자성층(29)의 잔류 자화가 양쪽 모두 소실되지 않은 온도 범위에서 선택된다. 이 범위이며, 또 기판의 내열성의 점에서 400℃ 이하의 온도에서 선택되는 것이 바람직하며, 기초층에 비정질층을 이용한 경우의 결정화의 점에서는 200℃ 이하가 특히 바람직하고, 150℃ 이하가 보다 바람직하다. 제1 자성층(26) 및/또는 제2 자성층(29)의 열 안정성이라는 점에서 65℃ 이상인 것이 바람직하다.
한편, 자기 기록 매체(83)는 제1 실시예의 면내 자기 기록 매체에 한정되지 않으며, 제2 실시예의 수직 자기 기록 매체, 제3 실시예의 패턴화된 매체의 어느 것이라도 좋다. 또한, 이 실시예의 기록 과정을 적용한 자기 기억 장치에 있어서는, 자기 기록 매체(83)는 가열에 의해 순 잔류 면적 자화가 증가하는 제1∼제3 실시예의 자기 기록 매체에 한정되지 않고, 제1 자성층(26)과 제2 자성층(29)의 잔류 자화의 온도 특성이 거의 동등한 재료, 예컨대 같은 조성을 이용하더라도 좋고, 또한 공지의 신세틱 페리자성 매체, 예컨대 일본 특허 공개 2001-056924호 공보의 실시예에 기재된 자기 기록 매체라도 좋다.
더욱이, 제1 실시예의 제1 자성층/비자성 결합층/제2 자성층이나 제2 실시예의 제1 수직 자화막/비자성 결합층/제2 수직 자화막 대신에 단층의 면내 배향의 자성층 또는 수직 자화막을 갖는 자기 기록 매체라도 좋고, 기타, 자화 배향 방향이 기판면에 대하여 거의 45도 방향인 자성층이나 0도보다도 크고 45도보다도 작은 범 위 방향의 자성층을 갖는 자기 기록 매체라도 좋다.
또한, 제1 실시예의 제1 자성층이나 제2 자성층, 제2 실시예의 제1 수직 자화막이나 제2 수직 자화막, 제3 실시예의 제1 자성층이나 제2 자성층, 나노입자, 단층자성층을 갖는 자기 기록 매체의 자성층, 또한 비자성 기체에 규칙적으로 자성 입자가 배치된 패턴화된 매체의 자성 입자는 CoPt 혹은 CoPt을 주성분으로 하여 B, Mo, Nb, Ta, W, Cu, Cr 및 이들의 합금을 첨가한 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 또, 이들 재료의 Pt량은 상기 자성층이 연속 박막인 경우는 12 원자%∼35 원자%의 범위로 설정하는 것이 특히 바람직하며, 자성층이 주상 그래뉼 구조인 자성 입자나, 나노입자나, 비자성 기체에 규칙적으로 자성 입자가 배치된 패턴화된 매체의 자성 입자인 경우는 1 원자%∼35 원자%[보다 바람직하게 hcp(육방 세밀 충전) 구조가 안정적이라는 점에서 1 원자%∼25 원자%]의 범위로 설정하는 것이 특히 바람직하다. 그 결과, KuV/kBT로 나타내어지는 열 안정성의 지표를 증가할 수 있어, 열 안정성을 향상시킬 수 있다. 비자성 기체에 규칙적으로 자성 입자가 배치된 패턴화된 매체의 경우는 결정 자기 이방성 상수(Ku)의 증가와 함께 자성 입자의 포화 자화(Ms)를 증가시켜 이방성 자계(Hk) 및 매체 노이즈의 증가 억제를 양립하기 쉽다는 점에서 바람직하다.
또, 여기서, 헤드 슬라이더(88)는 기록 소자(89), GMR 재생 소자 및 집광 렌즈(91)를 설치한 렌즈 일체형으로 했지만, 헤드 슬라이더와는 별도로 집광 렌즈(91) 및 레이저 조사 광학계(87)를 별도 설치한 것이라도 좋다. 물론, 집광 렌즈 (91) 및 레이저 조사 광학계(87)에 한정되지 않고, 기록 혹은 재생을 하는 트랙을 선택적으로 가열하는 수단이면 된다.
다음에, 이 실시예에 따른 실시예를 설명한다. 우선, 자기 기록 매체로서 이하의 구성을 갖는 자기 디스크를 이용하였다. 자기 디스크는 제2 자성층의 조성을 달리 하고, 유리 기판에서부터 비자성 결합층까지를 공통으로 하여, 유리 기판/CrTi층(두께 25 ㎚)/AlRu층(두께 15 ㎚)/CrMo층(두께 5 ㎚)/CoCrTa층(두께 1 ㎚)/CoCr층(두께 1.5 ㎚)/Ru층(두께 0.7 ㎚)으로 하였다. 또한 제2 자성층 상에는 DLC막(두께 4 ㎚)/윤활층(두께 1.5 ㎚)을 형성하였다. 제2 자성층을 이하의 재료를 이용한 자기 디스크(1 및 2)를 제작하였다.
자기 디스크 1 : CoCrPt14B층(두께 15 ㎚)
자기 디스크 2 : CoCrPt17B층(두께 15 ㎚)
한편, 자기 디스크(1 및 2)는 DC 마그네트론 스퍼터법에 의해 기판 온도를 240℃ 또는 그 이하로 설정하여, CrTi에서부터 DLC 막까지 형성하고, 윤활층은 인상법에 의해 도포하고, 윤활층을 도포한 후 오븐을 이용하여 대기 속에서 110℃, 1시간의 가열 처리를 하였다.
도 13은 자기 디스크(1 및 2)의 자기 특성을 도시한 도면이다. 도 13을 참조하면, 자기 디스크(1 및 2)는 Pt량의 차이에 의해, 25℃에서의 보자력 및 포화 자속 밀도가 자기 디스크(1)보다 자기 디스크(2) 쪽이 커지고 있다. 또한, SQUID에 의해 측정한 자기 디스크(1) 및 자기 디스크(2)의 포화 자속 밀도 및 보자력의 10 K∼300 K의 온도 특성으로부터 구한 0 K에서의 결정 자기 이방성 상수는 자기 디스크(1)와 비교하여, 자기 디스크(2)가 약 20% 커지고 있다.
한편, 기록 자계를 고속으로 전환할 때의 자기 디스크의 보자력, 소위 동적 보자력(Hc')은 Bertram[H. N. Bertram, H. J. Richter, Arrhenius-Neel : J. Appl. Phys., vol. 85, No. 8, pp. 4991(1999)]에 의해 하기의 수학식 1로 나타내어진다.
Hc'=0.474Hk{1－1.55[(kBT/KuV)×ln(fot/ln2)/2]}2/3
여기서, Hk는 이방성 자계, kB는 볼트만 상수, T는 온도(K), Ku는 결정 자기 이방성 상수, V는 제1 자성층(26) 및 제2 자성층(29)에 있어서의 교환 결합하고 있는 비트의 체적, fo는 완화 주파수(Attempt frequency), t는 자계 스위칭 시간이다. 수학식 1에 의하면, T=0 K에서는 동적 보자력(Hc')=0.474 Hk이 되고, 동적 보자력(Hc')은 자계 스위칭 시간(t)에 의존하지 않기 때문에 보자력과 같아진다. 0 K∼300 K 에서의 온도 특성으로부터 구한 0 K에서의 보자력은 도 13에 도시한 바와 같이 자기 디스크(1)와 자기 디스크(2)는 거의 같기 때문에, 이방성 자계(Hk)도 자기 디스크(1)와 자기 디스크(2)는 거의 같은 것을 알 수 있다.
이상으로부터 알 수 있는 것과 같이, 자기 디스크(2)는 자기 디스크(1)에 대하여 이방성 자계(Hk)를 그다지 바꾸지 않고서 결정 자기 이방성 상수(Ku) 및 포화 자속 밀도를 증가시켜, 열적 안정성의 향상을 도모한 것이다. 이하, 도 14∼도 17을 도시하면서 구체적으로 설명한다.
도 14는 자기 디스크(1 및 2)의 열 안정성을 도시한 도면이다. 종축은 잔류 자화 감소율이며, 0에서부터 시작한 방향으로 갈수록 잔류 자화 감소율이 커지는 것을 나타낸다. 잔류 자화 감소율의 단위인 %/decade는 반자계를 인가 시작에서부터 시각(t)에 있어서의 잔류 자화(M1)를 기준으로 하여, 시각이 10t(=시각 t의 10배)에 있어서의 잔류 자화(M2)에 의해, 잔류 자화 감소율이 (1－M2/M1)×100으로 나타내어지는 것을 나타낸다. 또, 횡축은 반자계(Hd)이다. 열 안정성의 측정은 상기 자기 디스크(1 및 2)로부터 소편(크기 약 7 mm 각)을 잘라내어, 한 방향으로 자화한 후, 그 반대 방향으로 반자계(Hd)로서 0∼－1500 Oe(118.5 kA/m)의 범위에서 선택한 자계를 인가하면서, 27℃(300 K)에서의 잔류 자화 감소율을 SQUID에 의해 측정하였다. 잔류 자화 감소율은 0에 가까울수록 즉 종축의 위쪽으로 갈수록 열 안정성이 양호한 것을 보이고 있다.
도 14를 참조하면, 예컨대 반자계(Hd)가 －800 Oe이면 자기 디스크(1)에 대하여 자기 디스크(2)는 잔류 자화 감소율이 약 1/6까지 억제되고 있다. 즉, 결정 자기 이방성 상수가 큰 재료를 제2 자성층으로 함으로써 열 안정성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
도 15a 및 도 15b는 오버라이트 특성과 레이저 출력의 관계를 도시한 도면이다. 도 15a는 자기 디스크(1), 도 15b는 자기 디스크(2)의 오버라이트 특성을 나타내고, 도면 중의 수치는 레이저 출력의 크기를 나타내고 있다.
도 15a 및 도 15b를 참조하면, 기록시에 레이저를 조사하지 않는(도면에서 0 ㎽로 나타냄) 경우, 기록 전류를 48 ㎃로 하여도, 자기 디스크(1) 및 자기 디스크(2)의 어느 것이나 합격치인 －30 dB에 달하고 있지 않다. 한편, 레이저광을 조사한 경우는, 레이저 출력을 증가함에 따라서 오버라이트 특성이 향상되어, 자기 디스크(1)의 경우는 3 ㎽, 자기 디스크(2)의 경우는 5 ㎽에서 오버라이트 특성이 －30 dB보다 향상되고 있다. 따라서, 종래의 레이저광을 조사하지 않는 경우에는 오버라이트 특성이 합격되지 못한 기록하기 어려운 자기 디스크(1) 및 자기 디스크(2)라도, 소정의 레이저 출력의 레이저광을 조사함으로써 오버라이트 특성이 대폭 향상되는 것을 알 수 있다.
한편, 오버라이트 특성의 측정은 자기 디스크 평가용의 스핀스탠드(교도덴시시스템사 제조, 제품명 LS90)를 이용하여, 기록 소자의 자극의 포화 자속 밀도 2.4 T, 코어 폭 0.3 ㎛, GMR 재생 소자의 코어 폭 0.19 ㎛, 레이저광 파장 685 ㎚, 스폿 사이즈 1.1 ㎛, 기록 위치 반경=25.5 mm, 회전수 2000 RPM, 장파 길이 87 kfci, 단파 길이 700 kfci로 하고, 레이저 출력을 0 ㎽에서 10 ㎽까지 다르게 하였다. 또, 레이저광은 성막되어 있지 않은 유리 기판면에서부터 입사하여, 성막된 제2 자성층 등에 초점을 맞췄다. 이하에 설명하는 특성도, 특별히 거절하지 않는 한 같은 조건에 의해 측정하였다.
도 16은 자기 디스크(1) 및 자기 디스크(2)의 고립파 반치폭(PW50) 특성을 도시한 도면이다. 자기 디스크(1)는 레이저 출력을 3 ㎽, 자기 디스크(2)는 레이저 출력을 5 ㎽로 하여, 도 15에서 도시한 오버라이트 특성이 －30 dB를 확보하는 조건으로 하였다.
도 16을 참조하면, 자기 디스크(1) 및 디스크(2)는 자기 기록 전류가 약 16 ㎃에서 고립파반치폭(PW50)이 거의 포화되어, 적어도 기록 전류가 20 ㎃에서부터 40 ㎃의 범위에서 PW50이 일정하게 되고 있다. 또한, 도시하지 않지만, 기록 전류가 16 ㎃ 이상이면 출력이 포화되는 것이 확인되고 있어, 종래에는 기록 전류를 40 ㎃로 하고 있었던 데 대하여, 낮은 기록 전류로 고립파 반치폭(PW50)이 포화되어, 즉 분해능이 양호하여, 이 점에서 기록 전류를 선택하는 폭의 확대화 효과를 갖는 것을 알 수 있다. 또한 기록 전류를 저감함으로써 기록 소자로부터의 기록 자계 분포가 양호하게 되어, 종래의 40 ㎃ 정도에 있어서 기록 소자로부터 매체 방향의 면내 방향으로 넓어지고 있었던 기록 자계에 의해 생기고 있던 사이드 소거나 자화 천이 영역 폭의 증대화 등을 대폭 억제할 수 있다. 한편, 고립파 반치폭(PW50)의 기록 밀도를 24 kfci로 설정하여 측정하였다.
도 17은 자기 디스크(1)의 S/N비와 레이저 출력과의 관계를 도시한 도면이다. S/N비는 평균 신호 출력 S(기록 밀도3 50 kfci)와 매체 노이즈 ㎚의 비로 나타내며, 도면 중의 수치는 기록 전류를 나타내고 있다. 이 도면에서는 자기 디스크(1)의 제2 자성층의 막 두께가 19 ㎚인 것을 이용하였다.
도 17을 참조하면, 기록 전류가 10 ㎃인 경우 이외인 15 ㎃, 30 ㎃ 및 40 ㎃에서는, 레이저 출력이 2∼4 ㎽에 있어서 S/N비가 최대치를 보이고 있다. 즉, 레이저 출력이 다소 변동되더라도 S/N비에 미치는 영향이 적은 것을 알 수 있다. 또한, 비교적 미소한 레이저 출력에 의해 S/N비의 최대치를 달성할 수 있어, 소자 등의 자기 디스크에 미치는 열적 영향을 억제할 수 있음을 쉽게 기대할 수 있다. 한편, 자기 디스크(2)에 대해서는 특별히 도시하지 않지만, S/N비가 최대치를 나타내는 레이저 출력의 범위는 거의 같다.
도 18은 자기 디스크(1 및 2)의 S/N비가 최대가 되는 레이저 출력과 기록 전류의 관계를 도시한 도면이다. 도 18은 자기 디스크(1)에 대해서 도 17에 도시하는 S/N비가 최대가 되는 레이저 출력과 기록 전류의 관계를 나타내고, 같은 식으로 자기 디스크(2)에 관해서도 구한 것이다.
도 18을 참조하면, 자기 디스크(1)는 기록 소자의 기록 전류가 10 ㎃이면, S/N비를 최대로 하는 레이저 출력은 10 ㎽를 필요로 하는 데 대하여, 기록 전류가 15 ㎃이면 레이저 출력이 3 ㎽까지 감소하는 동시에 그 이상의 기록 전류를 공급하더라도, S/N비를 최대로 하는 레이저 출력은 거의 3 ㎽에서 일정하게 되고 있다. 또한, 자기 디스크(2)에서는 S/N비가 최대가 되는 레이저 출력이 거의 일정하게 되는 기록 전류는 16 ㎃로 되고 있다. 즉, 종래의 레이저광을 조사하지 않는 자기 기억 장치에서는 통상, 오버라이트 등을 확보하기 위해서 기록 전류를 50 ㎃ 정도로 설정하고 있었지만, 이 실시예의 자기 기억 장치에서는 그 반 이하인 16 ㎃의 기록 전류에 의해 S/N비를 최대로 하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다. S/N비가 최대가 되는 레이저 출력이 거의 일정하게 되는 기록 전류는 다음에 설명하는 것과 같이, 기록 소자의 발생 자계의 기록 전류에 대한 기울기가 크게 감소하는 기록 전류(이하, "자계 포화 기록 전류"라 함)에 상당한다.
도 19는 기록 소자의 발생 자계와 기록 전류의 관계를 도시한 도면이다. 도 19는 계산에 의해 기록 소자의 기록 갭 부근의 발생 자계(최대치)와 기록 전류의 관계를 구한 것이다.
도 19를 참조하면, 기록 소자의 발생 자계는 기록 전류 10 ㎃에서부터 기록 전류의 증가에 따라 급격히 증가하여, 기록 전류가 15 ㎃(자계 포화 기록 전류) 부근에서 발생 자계의 증가하는 정도 즉 기울기가 감소하기 시작하여, 기록 전류를 이 이상 증가시키라도 발생 자계의 증가는 적은 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 종래의 레이저광을 조사하지 않는 자기 기억 장치에서는 통상, 오버라이트 등을 확보하기 위해서 기록 전류를 50 ㎃ 정도로 설정하지만, 자계 포화 기록 전류를 넘으면, 점차로 발생 자계의 공간 분포가 넓어져 발생 자계의 집중도가 저하되고, 기록 소자의 선단부에서는 자기 디스크에 대향하는 면 이외에서도 자계가 누설되어, 인접 트랙의 정보를 소거해 버리는 사이드 소거의 문제나, 기록 전류에 기인하는 발열에 의한 기록 소자의 코어(자극)의 돌출에 의한 헤드 크래쉬 등의 문제가 생긴다. 따라서, 이들 문제점을 억제한다는 점에서, 기록 전류는 15 ㎃ 이상이며 또 낮은 기록 전류치를 이용하는 것이 바람직하며, 15 ㎃ 이상 40 ㎃인 것이 바람직하고, 15 ㎃ 이상 30 ㎃ 이하인 것이 특히 바람직하다.
한편, 도 19에 도시하는 관계는 계산으로부터 구한 것으로, 다음과 같은 식으로 자계 포화 기록 전류의 대신이 되는 출력 포화 전류(Isat)를 측정에 의해 용이하게 구할 수 있다.
도 20은 자기 디스크(1)의 저기록 밀도에서의 평균 출력과 기록 전류의 관계를 도시한 도면이다. 도 20은 상술한 실시예의 측정 조건 중, 기록 밀도를 24 kfci 로 하고, 레이저 출력을 1 ㎽로 하여 측정한 것이다.
도 20을 참조하면서 출력 포화 전류(Isat)를 구하는 순서를 설명한다. 맨 처음에 평균 출력의 최대치(V㎃ x)를 구한다. 다음에, V㎃ x의 90%(도 20에 도시하는 0.9 V㎃x)를 나타내는 기록 전류 IO(12.4 ㎃)를 구하고, 그 150%의 기록 전류(=1.5×Io)를 출력 포화 전류(Isat)로 한다. 도 20에 도시한 바와 같이, 이와 같은 식으로 구한 출력 포화 전류(Isat)는 18.6 ㎃가 되어, 평균 출력이 포화된 기록 전류로 되고 있음을 알 수 있다. 상술한, 자계 포화 기록 전류와 출력 포화 전류(Isat)의 관계는 자계 포화 기록 전류가 15 ㎃이므로, 대략 자계 포화 기록 전류=출력 포화 전류(Isat)×80%이다. 따라서, 상술한 발생 자계의 공간 분포, 사이드 소거, 자극의 돌출이라는 점에서, 기록 전류는 출력 포화 전류(Isat)에 기초하여 80%∼215%의 범위인 것이 바람직하며, 80%∼160%의 범위인 것이 특히 바람직하다.
이어서, 기록시의 레이저광 조사에 의한 이미 기록된 정보, 즉 잔류 자화에 미치는 영향에 관해서 설명한다.
도 21은 자기 디스크(1)의 레이저 조사시의 규격화 평균 출력의 변화를 도시한 도면이다. 한편, 종축은 350 kfci의 기록 밀도로 기록한 후에 측정한 초기 평균 출력으로 규격화한 규격화 평균 출력을 나타낸다. 횡축은 레이저광의 스폿 지름을 거의 일정하게 하고 레이저 출력을 변화시켜 다르게 한 레이저광 조사 에너지이다. 측정은, (1) 선기록 밀도 350 kfci로 기록하고, (2) 평균 출력(초기 평균 출력)을 측정하고, (3) 소정의 레이저광 조사 에너지의 레이저광 조사를 예컨대 트랙 1주 실시하고, (4) 평균 출력(조사후 평균 출력)을 측정하여, (5) 규격화 평균 출력=조사후 평균 출력/초기 평균 출력으로 하였다. 이어서, 다른 레이저광 조사 에너지에 대해서, 상기 (1)∼(5)의 순서로 측정하였다.
도 21을 참조하면, 자기 디스크(1)의 규격화 평균 출력은 레이저광 조사 에너지가, 210 J/㎡∼1050 J/㎡이면 초기 평균 출력으로부터의 감소는 인정되지 않으며, 1260 J/㎡의 레이저광 조사 에너지에서는 약 5%의 감소가 인정된다. 따라서, 기록시에, 자기 기록 매체의 이곳에서부터 기록하는 영역 이외의 영역, 즉 정보를 유지하는 영역에 기록시의 레이저광이 조사될 가능성을 고려하면, 기록시의 레이저광 조사 에너지는, 규격화 평균 출력이 감소하지 않는 1050 J/㎡ 이하인 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다. 한편, 자기 디스크(1)의 경우는 도 15a에 도시한 바와 같이, 기록시의 레이저광은 －30 dB의 오버라이트를 확보하기 위해서는 레이저 출력이 3 ㎽, 즉 이 레이저 출력에 대응하는 레이저 조사 에너지가 360 J/㎡ 이상인 것이 바람직하기 때문에, 기록시의 레이저광 조사 에너지는, 360 J/㎡∼1050 J/㎡의 범위로 설정되는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다. 이 범위는 자기 디스크의 레이저광 조사 에너지는 자기 디스크의 자기 특성에 따라 다르며, 예컨대 자기 디스크(2)에서는, 결정 자기 이방성 상수(Ku)가 자기 디스크(1)보다도 크기 때문에, 레이저광 조사 에너지의 바람직한 범위의 상한이 증가되는 것이 예상된다.
이상의 점에 의해서, 실시예에 따르면 기록시에 자기 디스크의 표면을 가열 함으로써, 기록 자계를 증가시키지 않고서 열 안정성이 양호한 결정 자기 이방성 상수가 큰 자기 디스크를 이용하여 양호한 오버라이트 특성 및 분해능을 실현하여, 높은 S/N비의 특성을 실현할 수 있다. 또한, 기록 전류를 종래보다 저하할 수 있기 때문에, 양호한 기록 자계 분포의 조건으로 기록할 수 있어, 분해능이 한층 더 향상되어, 사이드 소거 등의 문제를 억제할 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 관해서 상술했지만, 본 발명은 이러한 특정한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위 내에서, 여러 가지 변형·변경이 가능하다.
예컨대, 제4 실시예에 따른 자기 기억 장치에서는, 자기 기록 매체로서 자기 디스크를 예로 설명했지만, 자기 기록 매체는 자기 디스크에 한정되지 않고, 기판에 PET나, PEN, 폴리이미드로 이루어지는 필름을 이용하고, 헬리컬 스캔(helical scan) 혹은 서펜타인(serpentine) 방식의 자기 테이프라도 좋고, 카드 형태라도 좋다.
한편, 이상의 설명에 관해서 또한 이하의 부기를 개시한다.
(부기 1) 제1 자성층과,
상기 제1 자성층 상에 형성된 제2 자성층을 구비하고,
상기 제1 자성층과 제2 자성층은 교환 결합하는 동시에, 외부 자계가 인가되지 않는 상태에서 제1 자성층의 자화와 제2 자성층의 자화가 서로 반평행이며,
상기 제1 자성층, 제2 자성층의 각각의 잔류 자화를 Mr1, Mr2, 각각의 막 두 께를 t1, t2라고 하면, 상기 제1 자성층 및 제2 자성층의 순 잔류 면적 자화는 ｜Mr1×t1－Mr2×t2｜로 나타내어지고,
제1 온도에 있어서의 상기 순 잔류 면적 자화가, 제1 온도보다도 낮은 제2 온도에 있어서의 상기 순 잔류 면적 자화보다도 큰 자기 기록 매체.
(부기 2) 상기 제2 온도에 있어서의 상기 순 잔류 면적 자화가 1.26 nTm∼5.02 nTm의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재한 자기 기록 매체.
(부기 3) 상기 제1 자성층과 제2 자성층 사이에 비자성 결합층을 구비하는 것을 특징으로 하는 부기 1 또는 2에 기재한 자기 기록 매체.
(부기 4) 상기 제1 자성층 및 제2 자성층의 막 두께가 거의 같고,
상기 제1 온도에 있어서의 Mr1과 Mr2가 다르며,
상기 제2 온도에 있어서의 Mr1과 Mr2가 거의 같은 것을 특징으로 하는 부기 1∼3 중 어느 하나에 기재한 자기 기록 매체.
(부기 5) 상기 제1 자성층 및 제2 자성층은 면내 배향막인 것을 특징으로 하는 부기 1∼4 중 어느 하나에 기재한 자기 기록 매체.
(부기 6) 상기 제1 자성층 및 제2 자성층은 수직 자화막인 것을 특징으로 하는 부기 1∼4 중 어느 하나에 기재한 자기 기록 매체.
(부기 7) 기판과,
상기 기판 상에 형성된 상기 제1 자성층과,
상기 제1 자성층 상에 형성된 비자성 결합층과,
상기 비자성 결합층 상에 형성된 제2 자성층으로 이루어지고,
상기 제1 온도 및 제2 온도에 있어서 Mr2×t2>Mr1×t1인 것을 특징으로 하는 부기 1∼6 중 어느 하나에 기재한 자기 기록 매체.
(부기 8) 상기 제1 자성층의 제1 온도에 있어서의 Mr1×t1은 상기 제2 온도에 있어서의 Mr1×t1보다도 작은 것을 특징으로 하는 부기 7에 기재한 자기 기록 매체.
(부기 9) 상기 제1 자성층의 제1 온도에 있어서의 Mr1×t1은 상기 제2 온도에 있어서의 Mr1×t1보다도 큰 것을 특징으로 하는 부기 7에 기재한 자기 기록 매체.
(부기 10) 상기 제1 자성층 또는/및 제2 자성층은 페리자성을 나타내는 것을 특징으로 하는 부기 1∼9 중 어느 하나에 기재한 자기 기록 매체.
(부기 11) 상기 제1 자성층 또는 제2 자성층은 Ni, Fe, Co, Ni계 합금, Fe계 합금, CoCr, CoPt, CoCrTa, CoCrPt, CoPt-M, CoCrPt-M을 포함하는 Co계 합금으로 이루어지는 그룹 중의 어느 한 재료로 이루어지며, M=B, Mo, Nb, Ta, W, Cu 및 이들의 합금인 것을 특징으로 하는 부기 1∼10 중의 어느 한 하나에 기재한 자기 기록 매체.
(부기 12) 상기 제1 자성층 또는 제2 자성층은 Gd, Tb, Dy, Pr, Nd, Yb, Sm, Ho 및 Er의 희토류 그룹 중의 어느 한 적어도 1종의 원소를 더욱 포함하는 것을 특 징으로 하는 부기 11에 기재한 자기 기록 매체.
(부기 13) 상기 제1 자성층과 제2 자성층의 퀴리 온도 또는 보상 온도가 서로 다른 것을 특징으로 하는 부기 1∼12 중의 어느 하나에 기재한 자기 기록 매체.
(부기 14) 제1∼제n의 자성층을 갖추고,
상기 n층의 자성층 중 적어도 2개의 자성층이 반강자성적으로 교환 결합하여 이루어지고,
제1 온도에 있어서의 상기 제1∼제n의 자성층의 순 잔류 면적 자화가, 제1 온도보다도 낮은 제2 온도에 있어서의 상기 순 잔류 면적 자화보다도 큰 자기 기록 매체(여기서 n은 3 이상의 정수).
(부기 15) 결정질의 자성 입자를 포함하는 기록층을 갖는 자기 기록 매체와,
상기 자기 기록 매체를 선택적으로 가열하는 가열 수단과,
자기 기록 헤드 소자를 갖는 기록 수단을 구비하고,
상기 가열 수단에 의해 자기 기록 매체를 가열하는 동시에 자기 기록 헤드 소자에 의해 상기 기록층에 정보를 기록하는 자기 기억 장치.
(부기 16) 상기 기록층은 결정립으로 이루어지는 다결정체 또는 주상 구조의 결정입자와 상기 결정입자를 둘러싸는 비자성 재료를 갖는 주상 그래뉼 구조, 또는 나노입자가 배치된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 부기 15에 기재한 자기 기억 장치.
(부기 17) 상기 가열 수단은 상기 자기 기록 매체 표면에 레이저광을 조사하는 레이저 조사 광학계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부기 15 또는 16에 기재 한 자기 기억 장치.
(부기 18) 상기 레이저광의 자기 기록 매체 표면의 스폿 지름은 트랙 폭을 기준으로 하여 0.1배∼20배의 범위인 것을 특징으로 하는 부기 17에 기재한 자기 기억 장치.
(부기 19) 상기 레이저광의 자기 기록 매체 표면의 스폿 지름은 상기 기록 헤드 소자의 코어 폭보다도 큰 것을 특징으로 하는 부기 17 또는 18에 기재한 자기 기억 장치.
(부기 20) 상기 레이저광은 정보가 기록된 영역에 레이저광을 1회 조사하고, 그 조사 전후의 상기 영역의 평균 출력이 대략 일정한 경우의 단위면적당의 레이저 조사 에너지량의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 부기 17∼19 중의 어느 하나에 기재한 자기 기억 장치.
(부기 21) 상기 자기 기록 헤드 소자가 기록하는 기록 주파수에 따라서 레이저광의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 부기 17∼20 중의 어느 하나에 기재한 자기 기억 장치.
(부기 22) 상기 자기 기록 헤드 소자는 발생 자계가 기록 전류에 대하여 대략 포화되는 출력 포화 기록 전류치에 기초하여, 그 80%∼215%의 범위에 기록 전류를 설정하는 것을 특징으로 하는 부기 17∼21 중의 어느 하나에 기재한 자기 기억 장치.
(부기 23) 상기 가열의 온도에 있어서의 자기 기록 매체의 KuV/kT가, 상기 기록층이 연속 박막으로 이루어지는 경우는 15 이상 80 이하의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 부기 15∼22 중의 어느 하나에 기재한 자기 기억 장치.
(부기 24) 상기 기록층은,
제1 자성층과,
상기 제1 자성층 상에 형성된 제2 자성층을 가지고,
상기 제1 자성층과 제2 자성층은 교환 결합하는 동시에, 외부 자계가 인가되지 않은 상태에서 제1 자성층의 자화와 제2 자성층의 자화가 서로 반평행인 것을 특징으로 하는 부기 15∼23 중의 어느 하나에 기재한 자기 기억 장치.
(부기 25) 상기 제1 자성층과 제2 자성층 사이에 비자성 결합층을 갖추는 것을 특징으로 하는 부기 24에 기재한 자기 기억 장치.
(부기 26) 상기 제1 자성층 및 제2 자성층은 면내 배향막 또는 수직 자화막인 것을 특징으로 하는 부기 24 또는 25에 기재한 자기 기억 장치.
(부기 27) 상기 제1 자성층 및 제2 자성층은 패턴화된 매체를 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 부기 24 또는 25에 기재한 자기 기억 장치.
(부기 28) 상기 제1 자성층 및/또는 제2 자성층이 CoPt, CoCrPt, CoPt-M, CoCrPt-M을 포함하는 Co계 합금으로 이루어지는 그룹 중의 어느 한 재료로 이루어지고, M=B, Mo, Nb, Ta, W, Cu 및 이것들의 합금이며, Pt량이 12 원자%∼35 원자%의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 부기 24∼27 중의 어느 하나에 기재한 자기 기억 장치.
(부기 29) 상기 제2 자성층은 상기 제1 자성층보다도 이방성 자계가 큰 것을 특징으로 하는 부기 24∼28 중의 어느 하나에 기재한 자기 기억 장치.
(부기 30) 제1 자성층과,
상기 제1 자성층 상에 형성된 제2 자성층을 가지고,
상기 제1 자성층과 제2 자성층은 교환 결합하는 동시에, 외부 자계가 인가되지 않은 상태에서 제1 자성층의 자화와 제2 자성층의 자화가 서로 반평행인 자기 기록 매체와,
상기 자기 기록 매체를 선택적으로 가열하는 가열 수단과,
자기 기록 헤드 소자와 자기 재생 소자를 갖는 기록 재생 수단을 구비하고,
상기 가열 수단에 의해 자기 기록 매체를 가열하는 동시에 자기 기록 헤드 소자에 의해 정보를 기록하는 자기 기억 장치.
(부기 31) 제1 자성층과,
상기 제1 자성층 상에 형성된 제2 자성층을 가지고,
상기 제1 자성층과 제2 자성층은 교환 결합하는 동시에, 외부 자계가 인가되지 않은 상태에서 제1 자성층의 자화와 제2 자성층의 자화가 서로 반평행인 자기 기록 매체와,
상기 자기 기록 매체를 선택적으로 가열하는 가열 수단과,
기록 재생 수단을 구비하고,
상기 가열 수단에 의해 자기 기록 매체를 가열함으로써 재생 출력을 높여 기록 재생 수단에 의해 기록된 정보를 재생하는 자기 기억 장치.
(부기 32) 상기 자기 기록 매체가 부기 1∼14 중 어느 하나에 기재한 자기 기록 매체인 것을 특징으로 하는 부기 31에 기재한 자기 기억 장치.
(부기 33) 교환 결합하는 2개의 자성층을 갖는 자기 기록 매체를 가열하여 한 쪽의 자성층의 잔류 자화를 다른 쪽의 자화의 잔류 자화보다도 큰 비율로 변화시켜 상기 자기 기록 매체에 기록된 정보를 재생하는 방법.
(부기 34) 상기 2개의 자성층은 반강자성적으로 교환 결합하는 것을 특징으로 하는 부기 33에 기재한 방법.
본 발명에 의하면, 기록할 때에 가열하여 보자력을 저하시켜 기록함으로써 오버라이트 특성 등이 향상되어, 고기록 밀도화를 도모하는 동시에, 높은 S/N비와 우수한 열 안정성을 양립할 수 있다. 또한, 자기 기록 매체의 순 잔류 면적 자화가, 실온 부근의 온도에서 종래의 자기 기록 매체보다도 저감되어 온도의 상승에 의해 증가하기 때문에, 재생할 때에 가열함으로써 재생 출력이 증가하여 S/N비를 향상시킬 수 있는 동시에, 열 안정성을 향상시킬 수 있다.

Claims (15)

  1. 외부에 누설하는 신호 자계 강도에 따라 기록된 정보가 자기 헤드에 의해 재생되는 자기 기록 매체에 있어서,
    기판과,
    상기 기판 상에 형성된 제1 자성층과,
    상기 제1 자성층 상에 형성된 제2 자성층을 구비하고,
    상기 제1 자성층과 제2 자성층은 교환 결합하는 동시에, 외부 자계가 인가되지 않는 상태에서 제1 자성층의 자화와 제2 자성층의 자화가 서로 반(反)평행하며,
    상기 제1 자성층, 제2 자성층의 각각의 잔류 자화를 Mr1, Mr2, 각각의 막 두께를 t1, t2라고 하면, 상기 제1 자성층 및 제2 자성층의 순 잔류 면적 자화는 ｜Mr1×t1－Mr2×t2｜로 나타내어지고,
    외부에 상기 순 잔류 면적 자화에 따른 강도의 신호 자계를 발생시키고,
    제1 온도에 있어서의 상기 순 잔류 면적 자화가, 제1 온도보다도 낮은 제2 온도에 있어서의 상기 순 잔류 면적 자화보다도 큰 것인 자기 기록 매체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 자성층과 제2 자성층 사이에 비자성 결합층을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 온도 및 제2 온도에 있어서 Mr2×t2>Mr1×t1인 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 자성층 또는/및 제2 자성층은 페리자성을 나타내는 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
  5. 결정질의 자성 입자를 포함하는 기록층을 갖는 자기 기록 매체와,
    상기 자기 기록 매체를 선택적으로 가열하는 가열 수단과,
    자기 기록 헤드 소자를 갖는 기록 수단을 구비하고,
    상기 기록층은,
    제1 자성층과,
    상기 제1 자성층 상에 형성된 제2 자성층을 구비하고,
    상기 제1 자성층과 제2 자성층은 실온에서 교환 결합함과 동시에, 외부 자계가 인가되지 않은 상태에서 제1 자성층의 자화와 제2 자성층의 자화가 서로 반평행이고,
    상기 가열 수단에 의해 자기 기록 매체를 가열하는 동시에 자기 기록 헤드 소자에 의해 상기 기록층에 정보를 기록하는 것인 자기 기억 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 가열 수단은 상기 자기 기록 매체 표면에 레이저광을 조사하는 레이저 조사 광학계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기 기억 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 레이저광의 자기 기록 매체 표면의 스폿 지름은 트랙 폭을 기준으로 하여 0.1배∼20배의 범위인 것을 특징으로 하는 자기 기억 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 레이저광의 자기 기록 매체 표면의 스폿 지름은 상기 자기 기록 헤드 소자의 코어 폭보다도 큰 것을 특징으로 하는 자기 기억 장치.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 레이저광은 정보가 기록된 영역에 레이저광을 1회 조사하여, 그 조사 전후의 상기 영역의 평균 출력이 일정한 경우의 단위면적당의 레이저 조사 에너지량의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 자기 기억 장치.
  10. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기 기록 헤드 소자는, 발생 자계가 기록 전류에 대하여 포화되는 출력 포화 기록 전류치에 기초하여, 그의 80%∼215%의 범위로 기록 전류를 설정하는 것을 특징으로 하는 자기 기억 장치.
  11. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 온도에 있어서의 자기 기록 매체의 KuV/kT가, 상기 기록층이 연속 박막으로 이루어지는 경우는 15 이상 80 이하의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 자기 기억 장치.
  12. 삭제
  13. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 자성층 및/또는 제2 자성층이 CoPt, CoCrPt, CoPt-M, CoCrPt-M을 포함하는 Co계 합금으로 이루어지는 그룹 중 어느 한 재료로 이루어지고, M=B, Mo, Nb, Ta, W, Cu 및 이들의 합금이며, Pt량이 12원자%∼35원자%의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 자기 기억 장치.
  14. 제1항 또는 제2항에 기재된 자기 기록 매체와,
    상기 자기 기록 매체를 선택적으로 가열하는 가열 수단과,
    기록 재생 수단을 포함하고,
    상기 가열 수단에 의해 자기 기록 매체를 가열함으로써 상기 자기 기록 매체로부터 누설되는 자계 강도를 높여 기록 재생 수단에 의해 기록된 정보를 재생하는 것인 자기 기억 장치.
  15. 삭제
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