KR100712106B1

KR100712106B1 - 열지원 자기기록용 저장매체

Info

Publication number: KR100712106B1
Application number: KR1020027012922A
Authority: KR
Inventors: 루이그로크야코부스제이.엠.; 루이텐스스티븐비.
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2007-04-27
Also published as: CN1432179A; KR20030004360A; AU2001263819A1; US6804175B2; JP2003529175A; IL151913A0; IL151913A; EP1410383A1; US20030128635A1; WO2001073763A1; CN1210692C

Abstract

열지원 자기 기록용 저장매체는 정보를 기록하기 위한 거의 평행한 복수의 트랙을 갖는 기록층을 갖는다. 기록층은 일련의 기록 영역들(51, 52)을 포함하고, 각각의 영역은 정보를 자기 기록하기 위한 복수의 트랙을 포함한다. 이 영역에 있는 트랙들(53)은 피치 p를 갖고, 이 영역은 영역의 최외측 트랙의 중심선을 넘어 거리 1/2p만큼 연장된다. 인접하는 영역들은 피치 p와 거의 동일하거나 큰 폭을 갖는 자기적으로 미기록된 영역들(54)에 의해 분리된다. 한 개의 영역의 기록은 다른 영역들에 대해 열적 누화를 갖지 않는다.

열지원, 저장매체, 자기기록, 하이브리드, 기록 영역, 미기록 영역

Description

열지원 자기기록용 저장매체{STORAGE MEDIUM FOR THERMALLY-ASSISTED MAGNETIC RECORDING}

본 발명은, 정보를 기록하기 위한 거의 평행한 복수의 트랙을 갖는 기록층을 구비한 열지원 자기기록용 저장매체에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 정보매체에 상에 정보를 기록하는 방법과, 이 방법을 수행하는 장치에 관한 것이다.

머지 않아, 길이방향의 자기 및 (광자기) 광 기록은 더 큰 밀도와 데이터 레이트로의 성장이 제한될 것이다. 통상적인 자기 기록에 있어서 초상자성(superparamagnetism)은 결국 정보의 안정된 저매체노이즈(low-medium-noise) 기록을 제한하는 한편, 광자기 기록에 있어서 비트 크기와 판독 데이터 레이트는 광학 해상도와 제한된 커(Kerr) 회전 및 판독중의 허용가능한 레이저 파워에 의해 각각 제한된다. 일반적으로, 가장 진보된 제품에서 현재의 면밀도(areal density)는 이미 10 Gb/in² 근처에 이르고 현재의 연 성장률은 60%가 넘기 때문에, 약 50-100 Gb/in²의통상적인 자기 디스크 기록의 한계가 지금부터 수년내에 도달하게 되는 것으로 생각되고 있다.

종래의 길이방향의 기록에 대한 50-100 Gb/in²(1 Gb/in²= 제곱 인치당 1 기가 비트=1.6 bit㎛²)의 제한된 면밀도 D_a는, 10년의 데이터 수명을 갖고 고포화 기록 헤드들로 기록가능한 과립상 매체에 대한 계산된 SNR인 SNR_med에 근거하여 Bertram 등에 의해 추정되었다. 추후에 밀도의 향상을 위해서는, 충분한 SNR_med를 유지하기 위해 결정립 크기의 대폭적인 감소가 필요하다. 그러나, 입자의 이방성 자기장 H_k가 대폭적으로 증가되지 않는다면, 입자 크기의 감소는 저장된 정보의 안정성을 크게 줄이게 된다. 높은 H_k를 갖는 매체는 더 높은 항자계 H_c를 갖고, 통상적인 기록 헤드들을 사용하여, 또는 심지어 철 또는 코발트를 다량 함유한 자소 안내부재를 갖는 현재 입수가능한 최상의 기록 헤드를 사용하더라도 이와 같은 매체 상에 기록하는 것은 매우 곤란하거나 심지어 불가능하게 된다.

하이브리드 기록을 사용하여 면밀도가 더욱 증가될 수 있다. 하이브리드 기록은 일종의 열지원 자기기록이다. 하이브리드 기록과 광자기 기록은 모두 기록층의 자화를 국부적으로 변화시키기 위해 자기장을 사용하여 기록층을 가열하기 위해 방사빔을 사용한다. 일반적으로, 방사빔은 스펙트럼의 가시부에 또는 그 근처에 파장을 갖는다. 하이브리드 기록에 있어서, 비트들은 기록층의 위치에 있는 자기장을 반전시킴으로써 자화 천이의 형태로 기록층의 트랙을 따라 기록되며, 이때 트랙을 따른 천이의 위치는 자기장의 반전에 의해 결정된다. 이에 반해, 광자기 기록을 사용할 때 자화 반전의 위치는 기록층을 가열하는데 사용된 방사빔의 전력의 변화에 의해 결정된다. 즉, 전이의 위치는 하이브리드 기록에서는 자기장의 감소에 의해 고정되고 광자기 기록에서는 온도의 감소에 의해 고정된다. 하이브리드 기록에 있어서 자화 천이의 가파름은 기록과정동안 기록층의 자기장 구배에 의해 결정되는 한편, 광자기 기록에 있어서 이것은 기록과정 동안 기록층의 온도 구배에 의해 결정된다. 일반적으로, 방사빔에 의해 발생된 기록층 내부의 열적 프로파일은, 하이브리드 기록에 있어서 기록층 내부의 자기장의 분포보다 크고, 광자기 기록에서보다 작다.

밀도의 증가는 기록된 비트들의 안정성에 의해 제한된다. 매우 작은 결정립들 상에 기록된 정보의 안정성을 증가시키기 위해, 하이브리드 기록에서의 기록과정은, 높은 포화 자속 안내부재와 그것에 추가된 일체화된 광 경로를 갖는 기록 헤드들을 사용하여, 실온에서 매우 높은 보자력을 갖는 매체 상에 온도를 올리면서 수행된다. 기록과정 중의 광 경로를 통한 레이저 광에 의한 매체의 국부적인 가열은, 매체의 보자력을 높은 포화 기록 헤드들을 사용한 기록이 가능하도록 하는 값으로 일시적으로 줄인다. 하이브리드 기록을 사용하면, 종래의 자기 및 광자기 기록에 의해 얻을 수 있는 것보다 더 작은 천이 폭과 더 높은 밀도 또는 더 우수한 신호대 잡음`비를 얻을 수 있다.

하이브리드 기록 매체는, 특히 Proc. of MORIS'99, J. Magn. Soc. Jpn. 23, Suppl. S1, 233(1999)에 개시된 H. Katarayama, S. Sawamura, Y. Ogimoto, J. Nakajima, K. Kojima 및 K. Ohta에 의한 논문으로부터 공지되어 있다. 이들 매체의 문제점은, 기록된 데이터의 저장 수명이 저장 온도와 기록층 상의 자기 천이의 안정성에 의해 결정된 수명보다 짧다는 것이다.

결국, 본 발명의 목적은, 종래의 기록매체보다 기록된 데이터의 저장 수명이 더 긴 하이브리드 기록매체를 제공함에 있다.

본 발명의 목적은, 전제부에 기재된 저장매체가, 상기 기록층이 일련의 기록 영역들을 포함하고, 각각의 영역은 정보를 자기 기록하기 위한 피치 p를 갖는 복수의 트랙을 구비하며 이 영역의 최외측 트랙의 중심선을 넘어 거리 1/2p 만큼 연장되고, 인접하는 영역들은 피치 p와 거의 동일하거나 큰 폭을 갖는 자기적으로 미기록된 영역들에 의해 분리되는 것을 특징으로 할 때 달성된다. 본 발명은, 열지원 자기 기록에 대한 종래의 저장매체의 비교적 짧은 저장 수명은 이 종래의 기록 헤드들의 열적 프로파일의 공간 크기에 의해 기인한다는 착상에 근거를 두고 있다. 프로파일이 기록되는 트랙에 인접한 트랙들을 넘어 연장되기 때문에, 인접한 트랙들은 짧은 기간의 온도 증가를 겪게 된다. 기록된 데이터의 안정성은, 기록중과 기록 후의 전체 가열시간에 의해 제한된다. 따라서, 트랙의 기록은 인접한 트랙들에 기록된 데이터의 수명을 줄인다. 서로 매우 근접한 매체의 부분들의 반복된 기록은 데이터의 저장 수명을 줄인다. 이와 같은 기록이 더 또는 덜 무작위로 구성되면, 최대 기록 시간이 더 또는 덜 결정되지 않게 되며, 특정한 최대 기록시간이 보장될 수 없게 된다. 따라서, 트랙들을 한번 기록하는 것에 의한 불가피한 가열 시간보다 훨씬 긴 시간의 가열을 피하기 위해 특수한 데이터 기록 구조가 바람직하다. 본 발명에 따른 저장매체는, 기록층을 미기록 영역들에 의해 서로 분리된 복수의 영역으로 분할함으로써 이 문제를 해결한다. 복수의 영역이 단일 세션에 기록되면, 이 영역에 있는 트랙들은 불가피한 가열 시간 동안에만 가열된다. 미기록된 영역들로 인 해, 인접한 영역들은 전혀 가열되지 않는다. 이들 영역들은 인접한 영역들에 기록된 데이터를 위험에 빠뜨리지 않으면서 무작위로 기록될 수 있다.

미기록된 영역들의 폭은 적어도 기록층의 열적 프로파일의 폭의 절반과 동일하야만 한다. 작은 방사선 분포를 위해, 인접한 영역들의 가장 근접한 트랙들의 중심선들 사이의 거리는 한 영역에 있는 트랙들의 피치의 2배와 같거나 커야만 한다. 더 큰 열적 프로파일에 대해서는, 이 거리는 적어도 피치의 3배가 되어야 한다.

본 발명의 제 2 국면은, 저장매체의 기록층의 트랙들 내부에 자화 천이들의 형태로 정보를 열지원 자기 기록하는 장치에 관한 것으로, 이 장치는, 기록층의 위치에 방사장(radiation field)과 자기장을 형성하여, 방사장이 기록층의 자기장의 분포보다 큰 열적 프로파일을 형성하도록 하는 기록 헤드와, 자화 천이들의 트랙을 따른 위치가 자기장의 반전에 의해 결정되도록 방사장과 자기장을 제어하는 제어부를 구비한다. 자기장의 분포와의 비교를 위한 열적 프로파일의 크기는, 온도가 실온과 열적 프로파일의 최대 온도의 평균값보다 높은 영역이다. 마찬가지로, 자기장의 분포의 크기는, 자기장이 이 분포에서 자기장의 최대 강도의 값의 절반보다 큰 영역이다.

하이브리드 기록장치는, 특히 Proc. of MORIS'99, J. Magn. Soc. Jpn. 23, Suppl. S1, 233(1999)에 개시된 H. Katayama, S. Sawamura, Y. Ogimoto, J. Nakajima, K. Kojima 및 K. Ohta에 의한 논문으로부터 공지되어 있다.

두 번째 국면에서는, 종래의 장치보다 저장매체 상에 더 높은 면밀도를 달성할 수 있는 하이브리드 기록장치가 제공된다.

이것은, 상기한 장치가, 상기 방사장이 자기장에 동기하여 펄스화되는 것을 특징으로 할 때 달성된다. 종래의 열지원 기록방법에 있어서, 기록층 내부의 자화 천이들의 위치는 펄스화된 자기장의 감소에 의해 결정된다. 자기장의 거동은 자화 천이의 위치 및 가파름에 대해 중요하지 않은 것으로 생각되기 때문에, 방사장은 일정한 전력으로 유지되고, 기록층의 열적 프로파일은 기록 헤드가 기록매체 위에서 움직일 때의 속도에 의해 결정된다. 이 해결책은, 하이브리드 기록과정에 있어서, 천이들의 위치 및 가파름이 기록층의 냉각을 증가시킴으로써 상당히 향상될 수 있다는 착상에 근거를 두고 있다. 이것은, 연속적인 방사장으로부터 펄스화된 방사장으로 변경함으로써 달성된다.

방사빔의 펄스 시간은 5/f₀보다 짧은 것이 바람직한데, 이때 f₀는 기록층의 반전 시도(reversal attempt) 주파수이다. 더욱 바람직하게는, 펄스 기간은 1/f₀보다 짧다.

트랙을 따라 길이 B를 갖는 마크들을 기록하며, 액추에이터가 기록 헤드에 대해 저장매체를 속도 v로 이동시키는 장치에 있어서는, 펄스 시간이 0.7 B/v보다 작은 것이 바람직하다.

장치의 바람직한 실시예에 있어서, 방사장은 트랙 방향으로 가장 긴 치수로 연장된다. 방사장의 형태는 방사장을 형성하는 평판 광 도파로를 구비한 기록 헤드를 사용하여 유리하게 형성될 수 있는데, 이 도파로는 기록층의 위치와 마주보는 길다란 출사창을 갖고, 이 출사창의 가장 긴 치수는 트랙 방향으로 향한다.

장치의 바람직한 실시예에 있어서, 기록 헤드는 자기 판독헤드를 구비한다.

또한, 본 발명의 제 2 국면은, 기록층 상에 방사장 및 자기장을 가함으로써 저장매체의 기록층의 트랙들 내부에 자화 천이들의 형태로 정보를 열지원 자화 기록하며, 방사장이 기록층의 자기장의 분포보다 큰 열적 프로파일을 형성하고, 자화 천이들의 트랙을 따른 위치가 자기장의 반전에 의해 결정되며, 방사장이 자기장에 동기하여 펄스화되는 기록방법에 관한 것이다.

본 발명의 제 3 국면은, 저장매체의 기록층의 트랙들 내부에 복수의 마크의 형태로 정보를 열지원 자기 기록하는 장치에 관한 것으로, 이 장치는 기록층의 위치에 방사장과 자기장을 형성하는 기록 헤드와, 판독 헤드와, 기록 헤드가 트랙을 따라가도록 기록 헤드에 대해 기록매체를 이동시키는 액추에이터를 구비하고, 방사장은 기록층의 위치에서 자기장의 분포와 적어도 일부 중첩하는 열적 프로파일을 형성하며, 자기 분포의 후미(trailing) 경사는 열적 프로파일의 후미 경사보다 뒤쳐지거나 그것과 일치하는 기록장치에 관한 것이다. 자기장의 분포와의 중첩을 결정하기 위한 열적 프로파일의 영역은, 온도가 실온과 열적 프로파일의 최대 온도의 평균값보다 높은 영역이다. 마찬가지로, 자기장의 분포의 영역은, 자기장이 이 분포의 자기장의 최대 강도의 값의 절반보다 큰 영역이다. 이들 양 영역이 중첩하면, 상기한 의미에서 중첩이 존재하게 된다.

하이브리드 기록장치는, 특히 Proc. of MORIS'99, J. Magn. Soc. Jpn. 23, Suppl. S1, 233(1999)에 개시된 H. Katayama, S. Sawamura, Y. Ogimoto, J. Nakajima, K. Kojima 및 K. Ohta에 의한 논문으로부터 공지되어 있다. 이 종래의 장치의 문제점은, 이 장치를 사용하여 기록된 저장매체의 수명이, 실온에서 기록된 비트들의 안정성으로부터 유도될 수 있는 수명보다 짧다는 것이다.

제 3 국면에서는, 기록된 데이터의 더 긴 저장 수명을 갖는 저장매체를 기록할 수 있는 하이브리드 기록장치가 제공된다.

이것은, 상기 장치가, 방사선 분포가 트랙 방향으로 가장 긴 치수로 연장되는 것을 특징으로 할 때 달성된다. 이와 같은 해결책은, 종래의 장치를 사용하여 기록된 정보의 비교적 짧은 저장 수명은 트랙 포보다 넓은 스폿의 사용에 기인한다는 착상에 근거를 두고 있다. 이것은, "열적인" 소거가 발생하여, 현재 기록되고 있는 트랙에 인접하는 트랙에 기록된 데이터의 저장 수명을 줄인다는 것을 의미한다. 예를 들면, 방사 스폿의 가장 짧은 치수가 트랙 폭 방향으로 존재하고 가장 긴 치수가 트랙 방향으로 존재하는 평판 도파로를 사용함으로써, 대략 사각형의 (펄스화된) 방사선 스폿이 제안된다. 레이저 스폿의 폭은 트랙 피치와 대략 같거나 작으며, 매체는 최적의 열적 성능을 가지므로, 기록중의 인접한 트랙들의 열적 붕괴(thermal decay)에 의한 소거를 피할 수 있다. 레이저의 후미측에서 확장된 자기장이 발생되거나(열적 붕괴 없음, 직선 천이 없음), 레이저 스폿의 하강부 앞에서 가파른 하강부를 갖는 자기장이 발생된다(작은 열적 붕괴, 직선 천이).

장치의 바람직한 실시예에 있어서, 기록 헤드는, 방사장을 형성하는 평판 광 도파로를 구비하고, 이 도파로는 기록층의 위치를 마주보는 길다란 출사창을 가지며, 출사창의 가장 긴 치수는 트랙 방향으로 향한다. 이 기록 헤드의 특정한 실시예에 있어서, 출사창은 후미측과 선단측을 구비하고, 후미측은 선단측보다 저장매 체의 입사면의 위치에 더 근접하다. 바람직하게는, 출사창의 가장 짧은 치수에 대한 출사창의 가장 긴 치수의 길이의 비율은 2보다 크다.

기록 헤드는, 바람직하게는, 출사창의 가장 작은 치수와 대략 동일하거나 작은 폭을 갖는 자기 판독 헤드를 구비한다. 특정한 실시예에 있어서, 기록 헤드는, 출사창의 가장 작은 치수와 거의 동일허가나 작은 폭을 갖는 자기 기록 헤드를 구비한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 장치는, 방사장과 자기장을 제어하여, 바람직하게는 자기장에 동기하여 방사장을 펄스화하도록 구성된 제어부를 구비한다.

본 발명의 제 3 국면에 장치에 사용하는데 적합한 저장매체는, 기판과 이 기판 상에 배치된 자기 기록층을 구비하고, 이 기판은 자기 기록층에 대해 히트싱크로서의 역할을 수행하기 위해 큰 열용량과 작은 저항을 가지며, 자기 기록층은 작은 열용량과 자기 기록층의 평면에서보다 히트싱크의 방향으로 더 낮은 열저항을 갖는다.

본 발명의 제 4 국면은, 시간 t_w 동안 기록층을 온도 T_w로 가열하여 자화 천이들의 형태로 정보를 기록하는 기록층을 구비하고, 이 기록층이 이방성 자기장 H_k, 포화 자화 M_s, 잔류자화 M_r 및 반전 시도율 f₀를 갖는 열지원 자기 기록용 저장매체에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 상기 저장매체를 구비한 정보 저장 시스템과, 이 매체 상에 정보를 기록하는 장치에 관한 것이다.

하이브리드 기록매체는, 특히 Proc. of MORIS'99, J. Magn. Soc. Jpn. 23, Suppl. S1, 233(1999)에 개시된 H. Katayama, S. Sawamura, Y. Ogimoto, J. Nakajima, K. Kojima 및 K. Ohta에 의한 논문으로부터 공지되어 있다. 제 4 국면에 있어서는, 종래의 기록매체보다 높은 면밀도를 갖는 하이브리드 기록매체가 제공된다.

이것은, 기록매체에 있어서, 이방성 자기장과 포화 자화가 다음 식을 만족하는 온도 의존성을 갖는 경우에 달성되는데,

이때, T_s는 기록 온도 T_w보다 작은 기록매체의 저장 온도이고, C는 4보다 크거나 같은 상수이다. 종래의 자기 기록보다 높은 면밀도 증가는 sqrt(C)=2 또는 그 이상의 크기보다 크다.

바람직하게는, 기록매체는 다음 식을 만족하는 이방성 자기장 및 포화 자화의 온도 의존성을 갖는 것을 특징으로 하는데,

이때, T_s는 저장매체의 저장 온도이고 t_s는 3x10⁷s인 붕괴 시간이다. 파라미터 t_w는 기록 시간, 즉 기록된 비트들이 대략 T_w로의 가열을 겪는 시간이다. 이와 같은 관계는 기록층의 열활성화된 자화 반전들을 줄임으로써 t_s인 저장 수명을 달성하기 위해 필요한 매체 파라미터를 제공한다. 부등호 다음의 제 1 항은 종래의 자기 기록에 대한 하이브리드 기록의 면밀도의 이득에 비례하기 때문에, 이 부등식은, 기록 및 저장 파라미터들과 안정성 파라미터 f₀의 함수로써 하이브리드 기록에서 달성될 수 있는 면밀도를 제공한다. 매체의 파라미터가 부등식에서 > 부호를 사용하는 것으로 선택되면, 매체로부터 얻을 수 있는 판독신호는 = 부호가 사용될 때보다 더 높아진다.

기록층의 온도 T가 T_w로부터 T_s로 감소할 때 H_k(T)M_s(T)가 단조 증가하면, 기록된 자화 천이들의 안정성이 향상된다.

기록된 정보를 판독하기 위해 판독 온도 T_r≥T_s를 갖는 열지원 기록 시스템에 있어서, 저장매체는 바람직하게는 다음 식을 만족하는 파라미터 H_k(T_r) 및 M_s(T_r)을 가지며,

이때, t_r은 판독 중에 기록층이 온도 T_r로 유지되는 시간이다. 안전을 위해 이와 같은 시간은 t_s와 동일하게 선택된다. 이때, T_r=T_s일 때 t_r=t _s라는 점에 주목하기 바란다. 특정한 실시예에서, 판독 온도 T_r은 T_s보다 크며, T_s에서 M_s≒0이다. 이 저장매체는, 바람직하게는 T_w에서 대얄 T_r로 감소하는 온도에 대해 단조 증가하는 H_k(T) 및 M_s(T)를 가지며, T_r에서 T_s로 감소하는 온도 T에 대해 단소 증가하는 H _k(T) 및 단조 감소하는 M_s(T)를 갖는다.

바람직한 실시예에 있어서, 저장매체는, T_w 및 T_s 사이의 모든 온도에서 다음 식을 만족하고,

M_s는 기록층의 잔류자화이다.

저장매체는, 바람직하게는, 온도 T_w와 T_s 사이의 모든 온도에서 다음 식을 만족한다:

T_s와 거의 동일한 온도 T_r에서 판독하는데 적합한 저장매체는, 바람직하게는, T_w에서 T_s로 감소하는 온도에 대해 H_k(T)와 M_s(T)가 단소 증가하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, H_c(T_w)>240 kA/m 및/또는 H_c(T_s)>480 kA/m이다.

저장 온도 T_s는 바람직하게는 300K와 거의 동일하다.

기록 온도는 바람직하게는 T_s+100K<T_w<800K를 만족한다. 더욱 바람직하게는, T_s+100K<T_w<570K를 만족한다.

저장매체는, 바람직하게는 10 ns<t_w<100μs를 만족하는 값의 기록 시간 t_w를 갖는다.

기록층의 반전 시도율 f₀는 바람직하게는 10⁹/s와 거의 같다.

정보 저장 시스템은, 이방성 자기장 H_k, 포화 자화 M_s 및 반전 시도율 f₀를 갖는 기록층을 지닌 저장매체와, 기록층을 가열하여 기록층에 자화 천이들의 형태로 정보를 열지원 자기 기록하며, 기록하고자 하는 기록층의 위치에 방사장과 자기장을 형성하는 기록 헤드와, 방사장 및 자기장을 제어하는 제어부를 구비하며, 기록층이 시간 t_W동안 온도 T_W로 가열되고 이방성 자기장 H_w 및 포화 자화 M_s의 온도 의존성이 다음 식을 만족하도록, 상기 제어부가 방사빔을 제어하도록 구성된 기록장치를 구비하며,

이때, T_s는 저장매체의 저장 온도이고 t_s는 3x10⁷s인 붕괴 시간이다.

이하, 본 발명의 이점을 다음의 첨부도면을 참조하여 더욱 더 상세히 설명한다:

도 1은 천이 노이즈만 또는 랜덤 입자(프와송(Poisson)) 노이즈만을 가정할 때, 종래의 자기 기록에 대한 하이브리드 기록의 면밀도와 매체 SNR을 나타낸 것이 다. 본 명세서에서, SNR은 신호 비율로서 정의되며, 전력 비율로서 정의되지 않는다.

도 2는 디스크 형태의 기록매체와 디스크 구조에 대한 명명법을 나타낸 것이다(도면은 비례 축적으로 도시하지 않았다).

도 3은 구역의 정의를 사용한 디스크 형태의 기록매체를 나타낸 것이다.

도 4는 저장매체 상에 기록되고 저장매체 상의 미기록 영역을 가리키는 항목을 갖는 표를 나타낸 것이다.

도 5는 저장매체의 미기록 영역 주위의 트랙을 나타낸 것이다.

도 6은 면밀도 D_s 비율 대 전체 가열시간 t_w 및 반전 시도율 f₀의 그래프를 나타낸 것이다.

도 7은 신호대 잡음비 대 전체 가열시간 t_w 및 반전 시도율 f₀의 그래프를 나타낸 것이다.

도 8은 신호대 잡음비 및 면밀도 비율 대 가열시간 t_{w equiv}를 나타낸 그래프이다.

도 9는 열지원 기록용 장치를 나타낸 것이다.

도 10은 자기장 반전과 방사장 펄스들의 타이밍도이다.

도 11은 하이브리드 저장매체의 간단한 하이브리드 기록 적층체를 나타낸 것이다.

도 12는 더 우수한 온도 균일성을 위해 중간층을 갖는 하이브리드 기록 적층 체를 나타낸 것이다.

도 13은 저-HC(T_w) 형태의 매체를 갖는 하이브리드 기록 헤드를 나타낸 것이다.

도 14는 열지원 기록^vi에 대한 이중층 MO형 매체의 M_r(실선) 및 H_c(점선)의 온도 의존성을 나타낸 것이다. 정사각형(■, □): 메모리층, 다이아몬드(◆, ◇): 판독층.

도 15는 열지원 기록을 위한 단일층 MO형 매체의 M_r(●) 및 H_c(□)의 온도 의존성을 나타낸 것이다.

매체 파라미터

이 섹션은, 하이브리드 기록으로 가능한 밀도 또는 SNR 향상을 다룬 다음에, 이들 상당한 향상을 실질적으로 실현하기 위해 어떤 매체 특성이 필요한 지에 대한 문제에 초점을 맞추고자 한다. 그후, 종래의 자기 기록에 비해 얼마나 많은 개량값을 얻을 수 있으며, 이들 상당한 향상을 실제로 구현하기 위해 어떤 (추가적인) 매체 특성이 필요한지에 대한 문제에 초점을 맞춘다.

기록된 데이터의 안정을 위해서는, 실온에서의 높은 보자력과 큰 입계가 충분하다. 작은 천이 길이에 대해서는 높은 항자계 H_c도 필요하다. 기록가능성에 대해서는, Fe₈₈Ta₁₂N, Fe₉₇Si₃N 또는 다른 Fe가 다량 함유된 합금 등의 높은 포화 유도 B_s(B_s=1.45 또는 1.9 T)를 갖는 물질로 제조된 헤드를 사용하여 기록하기 위해 기록 온도 T_w에서 대략 360 kA/m(4500 Oe) 이하의 기록 보자력이 필요하다. 대략 240 kA/m(3000Oe)의 보자력은, 기록 헤드 물질(공통적인 조성: Ni₈₀Fe₂₀, Co₈Nb ₉Zr₃, Fe_84.9Al_5.6Si_9.5는 B_s≒1T를 갖고, Fe 또는 Co 성분이 증가될 때 더 높은 B_s를 갖는데, 예를 들면 Ni₄₅Fe₅₅는 B_s≒1.6T를 갖는다)의 선택에 더 큰 자유도를 제공하거나, 더 작은 기록 갭이 가능하게 하여, 약간 더 큰 헤드장 구배를 제공한다는 이점을 갖는다. 이들 보자력은 통상적으로, 결정립(다결정) 매체에서 무작위로 배향된 결정립의 경우에는, H_c 값의 대략 2배, 즉 480 내지 720 kA/m(6000 및 9000 Oe)의 이방성 자기장 H_k에 해당한다. 한층 더의 SNR 모델링을 위해서는, 종래의 선택값 H_k=480 kA/m가 적용된다.

가장 높은 선밀도에서의 포화 기록시의 감자(demagnetization)와 붕괴 시간의 감소를 피하고 천이의 확대를 피하기 위해서는, 매체의 약 1.2H_c(0.6 H_k, 이때 H_k는 이방성 자기장이다)보다 높지 않은 포화 자화 M_s 및 잔류 자화 M_r의 값이 보통 바람직하게 사용된다. 천이 확대에 의한 단파장 출력 감소는, 그렇지 않다면 증가된 M_r이 발생할 수 있는 더 큰 출력을 방해한다. 비트 길이에 대해 비교적 얇은 매체에 대해서는, M_r의 더 높은 값이 최적이다. 하이브리드 기록은, 새로운 조건, 즉 기록 온도와 실온 사이의 M_s/H_c≒M_r/H_c∝H_dem/H _c 비율이 충분히 낮아야만 된다는 조건 을 도입한다. 비교적 큰 감자장이 감자장 방향으로 자화 점프에 대한 에너지 장벽을 줄이기 때문에, 큰 비율은 천이에 악영향을 미친다. 이에 따라, 아레니우스-닐(Arrhenius-Neel) 법칙에 따른 직접적인 감자 또는 급속 열활성화 반전이 발생한다. 이것은 단파장 출력과 매체의 천이 노이즈 모두에 악양향을 미친다. 실온에서, 이것은 동일한 아레니우스-닐 법칙에 따라 잔여 정보의 저장 수명에 상당한 영향을 미친다.

상업적으로 시판되고 있는 매체의 M_r/H_c의 온도 의존성은, 기록 온도에서( 및 그 이하에서) 충분히 낮은 M_r/H_c를 가져야 한다는 기본적인 요구사항을 충족시키지 않으며, 실온에서만 이 비율이 최적이 된다.

H_k(T) 및 M_s(T)의 임의의 조합을 갖는 매체가 개발될 수 있다고 가정하면, 종래의 자기 기록에 배해 하이브리드 기록의 최대의 가능한 이점을 얻을 수 있다. 이러한 이점의 크기는, 전술한 것과 같은 기록 고려사항과 아레니우스 닐 붕괴로부터 이끌어진다:

이때, 랜덤 입자(프와송) 노이즈에 대해서는 β=1이고 천이 노이즈에 대해서는 2/3 이며, t_w 및 t_s는 t=0에서의 자화 M_r로부터 t=t_w 또는 t_s에서의 자화 M까지의 초 단위를 갖는 붕괴 시간이고, f₀는 반전 시도율이다. 붕괴 시간 t_w 및 t_s는, 매체의 임의의 점에 의해 겪는 온도 T_w에서의 최대 전체 가열시간과, 매체의 온도 T_s에서의 필요한 저장 시간과 각각 동일하도록 선택되어야 한다. 아래첨자 H 및 C는 각각 하이브리드와 종래의 기록을 나타낸다.

(0.1)의 최종 비율은, SNR 및 D_a(3차 및 4차 비율)와 최소의 하이브리드 기록매체 요구사항(1차 및 2차 비율)의 가능한 개량값을 결정한다. 최종 비율을 연구하고, t_s가 t_w보다 거의 15배 정도 크다는 점을 인식하면, 최대 밀도 또는 SNR의 개량값은 주로 t_s와 t_w에 의해 좌우되며, T_s/T_w에 의해서는 거의 좌우되지 않는다는 것을 알 n 있다. f₀ 및 M/M_r의 실제적인 변화는 거의 중요하지 않다. 수식 뒤에 숨겨진 물리학의 지식을 얻기 위해, 종래의 기록에 있어서의 최소 결정립 부피 V_C와 하이브리드 기록에 있어서의 최소 결정립 부피 V_H 사이의 5차 비율이 추가된다. 마지막 수식의 로그 함수로 인해, 이 용적 비율은 붕괴시간 비율 t_s/t_w에 비해 매우 작다. 하이브리드 기록에서의 결정립 부피 감소는 매체의 SNR 향상과 면밀도 증가를 위해 사용될 수 있다.

(0.1)에 있어서의 = 부호에 따른 M_s 및 H_k 비율은 하이브리드 기록에 대한 최저 매체에 대한 최소 조건을 나타내며, 이 '최소' 하이브리드 기록매체는 냉각중에 일정한 H_k(T)/M_s(T) 비율을 가져야만 한다. 따라서, 하이브리드 기록에 대한 바람직한 매체는 저장(예를 들면, 실온) 온도에서 이방성 자기장 H_k 및 포화 자화 M_s를 갖는데, 이것은 기록 온도 T_W(예를 들면, 200℃)에서 개량 인자에 H_k 및 M_s를 곱한 값과 거의 동일하다. 기록 및 저장(더욱 상세하게는 판독) 온도 사이에서,

가 좋은 선택이다. 또한, 기록 및 저장(더욱 상세하게는 판독) 온도 사이에서 점차(단조) 증가하도록 H_k(T) 및 M_s(T)를 선택하고, 기록 및 저장 온도 사이에서 점차(단조) 증가하도록 H_k(T)xM_s(T)를 선택하는 것이 바람직하다.

수식 (0.1)에서 > 부호를 사용하여 상기한 '최적' 매체에 대해 요구된 것보다 더 높은 저장온도 M_s는, 저장 온도에서의 대략 비례하는 더 높은 H_k와 결합될 때, 더 높은 밀도 또는 더 낮은 매체 노이즈를 제공하지 않는다. 이것은 더 많은 출력을 제공하는데, 이것은 매체 노이즈 이외의 노이즈 발생원의 영향을 줄인다. 따라서, 이들 노이즈 신호들, 예를 들면 전자 노이즈를 매체 노이즈 훨씬 아래의 레벨로 '억제'하기에 헤드 출력이 불충분한 경우에, 저장(더욱 상세하게는 판독) 온도에서의 대략 비례하는 더 높은 H_k와 결합하여, 상기한 '최적' 매체에 대해 요구된 온도보다 더 높은 저장(더욱 상세하게는 판독) 온도 M_s를 사용하는 것이 유리하다.

판독이 T_s보다 높은 온도 T_r에서 수행될 때, 장기 저장을 보장하기 위해 K(T_s)≒M_s(T_s)H_k(T_s)≒M_s(T_s)H _c(T_s)가 K(T_w)에 대해 충분히 증가된다면, M_s(T_s)이 훨씬 더 작게 또는 심지어는 제로값으로 허용된다. 이것은, 대략 T_s에서 보상온도를 갖고 자기 판독에 충분한 M_s(T_r)을 갖는 MO 형태의 매체를 선택하게 할 수 있다.

T_s보다 높은 온도에서 판독하고 T_s 근처에서 보상온도를 갖는 MO형 매체를 사용하는 경우에, 기록 및 저장 온도 사이(기록 및 판독 온도 사이와 판독 및 저장 온도 사이)에서 H_k(T)/M_s(T)> 또는 ≒H_k(T_w)/M_s(T _w)를 선택하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성은, 천이가 냉각중에 열화되지 않도록 보장한다. 기록 및 저장 온도 사이의 모든 온도에서, K(T)≒H_k(T)xM_s(T)가 충분해야만 한다. 이것은, 저장 시간이 크기 때문에(이것은 감자장이 T_s에서 제로값에 근접하도록 돕는다), 저장온도에서 K가 커야만 한다는 것을 의미한다. 또한, 판독 온도에서도, 많은 판독 사이클이 허용되어야 하므로, K가 다소 커야만 한다. 판독 및 저장 시간 사이에서는, 더 긴 기간에 걸쳐 K가 열적 붕괴를 견딜 수 있을 정도로 충분히 커야만 한다. 이것은, 판독 온도로부터 저장 온도로의 냉각시의 M_s의 큰 감소가 H_k의 큰 증가를 수반하여야 한다는 것을 의미한다.

종래의 매체의 M_r/H_c의 온도 의존성은 기록 온도에서(그리고 그 이하에서) 충분히 낮은 M_r/H_c 비율의 기본적인 요구조건을 충족시키지 않으며, 실온에서만 이 비 율이 최적이 된다.

M의 값의 실제적인 선택이 수식 (0.1)의 결과에 거의 중요한 역할을 하지 않는다는 것을 인식하면, 상기한 수식은 다음과 같이 다시 쓸 수 있다:

종래의 자기 기록에 대한 하이브리드 기록의 이점을 예를 들기 위해 다음의 파라미터 값들, 즉 M/M_r=0.8, f₀=10⁹s^-1, T_w=450K, T_s=300K 및 t_s=10 yr를 사용하여 계산하였으며, 그 결과를 도 1에 t_w의 함수로 도시하였다. 기록 시간 t_w는, 기록 속도에서 기록층 위에서 움직이는 일정한 강도의 방사장에 의해 형성된 기록층 내부의 움직이는 열적 프로파일의 체류 시간(dwell time)에 해당한다.

매체의 임의의 지정이 가열되는 전체 시간에 대한 실제적인 값은 t_w=490 ns이다. 이 값은 100 ns의 실제적인 스폿 중심선 가열 시간(길이방향의 스폿 직경 1㎛ 및 속도 10 m/s)과 한번에 6 트랙의 가열(1㎛의 횡방향 스폿 직경 및 0.16㎛의 트랙 피치 p)에 해당한다. 이 0.16㎛의 트랙 피치는 (간단한 비제로 복귀 NRZI 코드를 가정할 때, W/g=4, g/B=0.8 및 W/p=0.75를 사용하는 경우, 이때 W=트랙폭, g=갭 길이 및 B=사용자 비트 길이, 즉 천이 사이의 최단 거리) p/B=4.27에 대해 D_a=100 Gb/in²에 해당한다. 2.2배의 면밀도의 증가, 또는 프와송 노이즈에 대해 5.3 dB(1.8x), 천이 노이즈에 대해 8 dB(2.5x)의 매체 SNR의 증가가 이와 같은 t_w=490ns에 대해 이론적으로 가능하다.

서로 매우 근접하게 놓인 매체의 부분들의 반복 기록은 최대 가열 시간을 더욱 더 증가시킨다. 이와 같은 기록이 더 또는 덜 무작위로 구성되면, 최대 기록시간은 더 또는 덜 결정되지 않으며, 특정한 최대 기록시간이 보장될 수 없데 된다. 따라서, 전술한 불가피한 가열시간(상기한 예에서는 490 ns)보다 긴 가열을 피하기 위한 특수한 데이터 기록 구조가 바람직하다. 이것을 다음 섹션에서 설명한다.

다음에, 수식 (1.0)은, 상기한 선택사항과 조건에 대해, 상기한 개량을 가능하게 하기 위한 하이브리드 기록용의 바람직한 단일층 매체는, 저장 온도 T_s와 기록 온도 T_W 사이에서 1.8배의 H_k(∝H_c)의 감소를 가져야만 하며, M_s(≒M _r)의 마찬가지로 큰 감소를 수반한다.

기록매체의 바람직한 실시예는 T_w와 T_s 사이의 모든 온도에서 다음 식을 만족한다:

마찬가지로, T_w와 T_s 사이의 모든 온도에서 다음 식을 만족한다:

기록층이 판독중에 온도가 증가하지 않고 저장온도에서 유지될 때, H_k(T) 및 M_s(T)는 온도 T가 T_w에서 T_s로 줄어들 때 단조 증가하는 것이 바람직하다. 판독 온도 T_r이 T_s보다 높을 때, M_s는 바람직하게는 T_s에서 대략 0이 된다.

온도 T가 T_w에서 대략 T_r로 감소할 때 H_k(T) 및 M_s(T)는 단조 증가하는 것이 바람직하며, 이때 온도 T가 대략 T_r에서 T_s로 감소할 때 H_k(T)는 단조 증가하고 M_s(T)는 단조 감소한다. 바람직하게는, H_c(T_s)>480 kA/m이고 더욱 바람직하게는 H_c(T_w)>240 kA/m이다.

바람직하게는, 저장 온도 T_s는 실온, 즉 300 K와 거의 같다. 기록 온도 T_w는 바람직하게는 T_s+100K<T_w<800K를 만족한다. 기록 시간 t_w는 바람직하게는 10 ns<t_w<10 μs를 만족한다.

기록 구조

전술한 불가피한 가열 시간(전술한 실시예에서는 490 ns)보다 긴 가열을 피하기 위한 특수한 데이터 기록 구조가 바람직하다. 이 구조의 주된 특징은 상호 분리된 기록 영역들, 즉 자기 기록이 허용되는 기록층의 기록 영역 주위를 자기적으로 미기록된 영역이 둘러싼다. 미기록 영역은, 자기 기록이 금지된 영역이다. 이와 같은 영역은 하이브리드 기록에 의해 기록된 어떤 정보도 포함하지 않는다. 이 영 역의 기록은 인접한 기록 영역에 기록된 데이터의 저장 수명을 손상시키지 않는다. 이 미기록 영역의 폭은 적어도 열적 프로파일의 폭의 약 절반과 같은 것이 바람직하며, 열적 프로파일의 폭은 기록층 상의 방사선 분포의 폭과 거의 동일하다. 모든 기록 영역이 전체적으로 (재)기록됨으로써, 한 영역 안에 있는 개별적인 트랙이 인접한 트랙 상의 기록에 기인한 가열을 무작위로 겪는 것을 방지하게 된다.

미기록 영역 분리 구역들은, 예를 들면 구역 번호에 대한 정보를 포함하고, '섹터들'(스포크들(spokes))을 분할하는 미기록 영역들은, 예를 들면 이 구역 또는 섹터 내부의 섹터 번호 및/또는 트랙 번호에 대한 정보를 포함한다. 바람직하게는, 이들 미기록 영역들의 자화 물질이 기록 영역들에서보다 상당히 높은 보자력 또는 훨씬 큰 입자들을 갖지 않는다면, 이들 미기록 영역들에 있는 정보의 형태는 안정성 문제로 인해 자성을 갖지 않는다. 양호한 선택으로는, 열지원 기록 시스템에 이미 사용되고 있는 광학계의 도움으로 광학적으로 검출될 수 있는 임의의 (낮은 정보밀도의) 구조를 들 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 디스크 형태의 저장매체(1)의 개략도로서, 기록층은 복수의 기록 영역들(2)로 분할되며, 도시된 실시예에 있어서 각각의 기록 영역은 매체 상에 환형 구역의 일부를 구성한다. 이와 같은 기록 영역은 섹터로도 불린다. 정보는 각각의 기록 영역의 한 개 이상의 트랙에 기록된다. 트랙은 기록 헤드가 추종하는 경로의 부분이다. 트랙들은, 도 2에 도시된 저장매체에서와 같이 원형 또는 나선형이거나, 카드 등의 사각형 저장매체에서와 같이 직선 형태를 가질 수 있다. 트랙들은 본 발명의 누화 문제의 관점에서는 거의 평행하다. 트랙들에는, 예를 들 면 그루브 또는 엠보싱된 피트들의 패턴과 같이, 기록 헤드를 안내하기 위한 도면에 미도시된 종래의 서보 구조가 설치된다. 각각의 기록 영역(2)은 복수의 트랙을 구비한다. 기록 영역들은 미기록 영역들(3)에 의해 서로 분리된다. 도 2에 도시된 실시예에서 미기록 영역들은, 섹터들을 반경방향으로 분리하는 환형 트랜치들(4)과, 길이방향 또는 트랙방향으로 섹터들을 분리하는 반경방향의 트랜치들(5)이다. 서로 다른 반경에서 섹터들 사이의 반경방향의 트랜치들은 도면에 미도시된 것과 같은 스포크를 구성한다. 도 3은 기록매체 상의 일련의 구역들(6)을 나타낸다.

이들 트랙들의 서보 구조는 미기록 영역에서 연속될 수 있다. 미기록 영역들 및/또는 기록 영역들의 위치는 기록층의 제어영역에 기록된 테이블의 항목으로 표시될 수 있다. 이와 같은 테이블의 일례를 도 4에 나타내었다. 이 테이블의 각각의 항목은 트랙 번호들 및/또는 섹터 번호들을 사용하여 영역의 시작위치와 종료위치를 표시하는 어드레스를 포함한다. 또한, 영역들의 위치는 표준에 규정되어 있을 수도 있으며, 저장매체를 주사하는 장치는 위치 정보가 저장되는 메모리를 구비한다. 기록중에, 이 장치는 미기록된 영역의 시작위치로 테이블에 표시된 어드레스와 마주칠 때까지 트랙에 정보를 기록한다. 이 장치는, 미기록 영역의 종료위치로서 테이블에 표시된 어드레스에 도달할 때까지 기록과정을 중단하고, 이 위치에서부터 정보의 기록을 계속한다.

저장매체의 또 다른 실시예에 있어서, 미기록 영역들은 서보 구조를 구비하지 않으므로, 정상적인 판독 또는 기록 동작에서 기록 헤드가 이들 영역의 주사를 피한다. 도 5는, 기록 영역(51)과 인접한 기록 영역(52)의 일부를 나타낸 것이다. 기록 영역들에 있는 트랙들(53a-d)은 인접한 트랙들의 중심선들 사이에 횡단방향의 거리인 트랙 피치 p를 갖는다. 기록 영역은 이 영역의 최외측 트랙(53b)의 중심선으로부터 거리 1/2p 만큼 확장된다. 이들 영역들 51 및 52 사이에 있는 미기록 영역(54)의 폭 q는 적어도 p의 폭을 가져, 이들 영역의 최외측 트랙들의 중심선 사이의 거리가 적어도 2p와 같게 만든다. 이들 기록 영역 사이의 교차소거(cross-erase)를 더욱 줄이기 위해서는, 폭 q는 3p와 같거나 큰 것이 바람직하다. 2개의 인접한 기록 영역들을 연결하는 트랙(55)을 제외하고는, 이 영역(54)의 주요 부분은 서보 구조를 구비하지 않는다.

최적의 구조와 관련된 고려사항

본 발명에 따른 저장매체의 일 실시예는 다음과 같은 파라미터 값을 가지므로,

트랙 피치, p, 0.16 ㎛

트랙폭, W, 0.12 ㎛

비트 길이, B, 0.037 ㎛

100 Gb/in²의 면밀도를 얻는다. 이들 상기한 값들은, 달리 언급하지 않는 한, 다음의 수치 예에서 사용된다.

100 Gb/in²의 예에서는, 하이브리드 기록매체가, 인접한 트랙들의 필요한 6배 가열이 허용될 수 있도록 설계된다. 이것은 실제적으로, 미기록 영역에 의해 둘 러싸인 기록 영역이 전체적으로 재기록되어야 한다는 것을 의미한다. 한 영역에서 랜덤 기록이 허용될 때 특정한 트랙의 노출수를 추적하는 것이 하나의 해결책이 될 수 있지만, 비교적 복잡한 것으로 밝혀졌다. 따라서, 트랙들의 일부만이 교체되어야 하더라도, 전체 영역이 재기록되어야만 한다. 더구나, 재기록은 시간을 필요로 한다. 이들 영역이 접선 방향(즉, 원 또는 타원) 뿐만 아니라 반경 방향(반경 또는 "스포크들")을 따라 떨어져 있으면, 기록 헤드에 대한 저장매체의 회전의 일부분만이 판독 또는 기록하는데 쓰여질 수 있으며, 스폿이 동일한 영역에 도달하는 연속적인 시간들 사이에 상당한 대기시간이 발생될 수 있다. 이것은, 판독 및 기록 레이트에 대해 유효 데이터 레이트를 10배 이상 열화시킬 수도 있다. 다음과 같은 2가지 서로 다른 응용분에 대해 영역들의 유효 크기를 찾을 수 있다:

대개 1 MB(메가 바이트)보다 작은 비교적 작은 유니트의 정보가 저장되는(워드 파일 등) PC(personal computer)형 응용,

음향 및 영상 정보를 저장하기 위한 AV(audio-video) 응용. 이 경우에는, 유니트들의 크기가 훨씬 큰데, 일반적으로 >10 MB이다.

이것을 조사하기 위해서는, 360°의 각도 크기를 갖는 한 개의 (원형 또는 나선형) 트랙에 있는 비트의 수를 규정하는 것이 유용하다. 디스크의 기록가능한 부분은 일반적으로 반경 24 및 57mm 사이에 연장부를 갖는다. 따라서, 외부 트랙들은 내부 트랙의 데이터 양의 2배를 갖게 된다. (미기록 영역들을 계산하지 않은) 트랙들의 수는 대략 210000이다(트랙 피치=0.16 ㎛). 최내측 트랙의 용량은 약 0.5 MB이고 최외측 트랙의 용량은 약 1.2 MB이다. 이것은, 한 개의 트랙이 이미 PC 용 도에 맞는 높은 용량을 가지며, 이들을 2개 이상 조합하면 현재의 PC 용도에서 발견되는 유니트보다 훨씬 큰 "섹터"의 용량이 쉽게 제공된다는 것을 의미한다.

따라서, PC 응용을 위한 저장매체 내부의 영역은 너무 많은 트랙을 가질 필요가 없다. 이것으로부터, 2개의 반경 사이에 제한된 수(N_p)의 트랙을 포함하는 영역의 구조를 알 수 있다. 디스크 상의 이 영역의 매우 비효율적인 이용을 야기하지 않으면서, 이 영역의 용량을 더욱 더 줄이기 위해, 한 개의 구역이 N_z개의 섹터들로 분할될 수 있으며, 이들 각각의 접선방향을 따라 360°/N_z의 각도 크기를 갖는다. 이것은 현재의 광학 및 자기 디스크 장치에 존재하는 구조와 유사하다. 예를 들면, 소위 "블루 DVR 포맷"은 155개의 구역을 갖고, 8개의 스포크가 트랙들을 분할한다. 더 큰 유니트를 저장하려면 스포크들은 무시되며 전체 트랙의 총 360°가 판독 또는 기록된다. 이것은 AV 응용에 해당한다. 이와 같은 판독/기록 방식에 필요한 버퍼 메모리의 양을 줄이고, 섹터가 결함이 있는 것으로 밝혀진 경우에 손실을 최소화하기 위해, 한 개의 구역의 용량을 제한한다. 구역들과 스포크들의 수는, 디스크의 효율적인 사용, PC 용도를 위한 섹터의 용량과 AV 응용을 위한 구역의 용량 사이의 타협점이 되어야만 한다.

통상적인 예는 2000개의 구역과 64개의 스포크를 취하는 것일 수 있다. 한 개의 구역은 대략 17 ㎛의 폭(≒106 트랙)을 갖는다. 내부 반경(24mm)에서, 이것은 대략 53 MB의 용량에 해당한다. 64개의 스포크를 취하면, 이것은 섹터당 0.84 MB를 제공하게 된다. 외부 반경(57mm)에서, 한 개의 구역의 용량은 129 MB가 된다. 한 개의 섹터의 용량은 2 MB가 된다. 반경에 비례하여 스포크의 수를 증가시킴으로써(예를 들면, 64에서 155로), 이 값이 내부 반경의 값으로 낮아질 수 있다. 기록 영역으로 인해, 디스크 영역의 약 3-4%가 데이터 저장을 위해 손실된다.

본 실시예에 있어서 구역당 저장용량이 비교적 크다. 10 Mb/s의 통상적인 사용자 비트 레이트에서 53MB(전체 424 MB, 또는 약 212 M의 사용자 비트)의 비디오의 (내부) 구역의 재생시간은 21초이다. 채널 코드와 ECC(Error Correction Code)의 오버헤드에 대해 2배가 취해진다. AV 저장을 위해서는 21초가 큰 것으로 보인다. 이것은 10초 아래로(외부 반경에 대해서도 마찬가지) 선택될 수 있다. 구역당 용량은 약 10 내지 20 MB로 감소되어야 한다. 이것은 ∼5000 구역과 32 스포크에 해당한다. 그러나, 거의 5000/2000=1.5배의 더 많은 미기록 영역이 디스크 상에 존재하여, 거의 10%의 디스크 영역을 발생하기 때문에, 저장효율이 떨어진다.

2000개의 구역으로의 분할을 갖는 실시예(AV 응용: 360°의 106개 트랙)와 구역이 64개의 스포크로 분할되는 실시예(PC 응용: 5.6°의 106개의 트랙)에 대해, 저장매체의 복수의 기록 영역으로의 분할은 기록시에 데이터 레이트에 대한 결과를 갖는다. 이와 같은 응용에 대해, 이것은 AV 저장에 전체 구역이 재기록되거나 PC 지정에 64배 작은 섹터가 재기록된다는 것을 의미한다. v=10 m/s라고 가정하면, 최대 비트 레이트는 10[m/s]/0.037x10^-6[m/bit] = 270[Mb/s]가 된다. 이것은, 24mm의 내부 반경에서, 68 Hz의 회전 주파수와 ∼15 ms의 회전시간에 해당한다. 전체 구역에 있는 모든 데이터가 교체되어야 하는 경우에는, 유효 데이터 레이트가 마찬가지로 270 Mb/s가 된다. 이들 섹터들 중에서 한 개만이 재기록되어야 하는 경우에는, 유효 데이터 레이트가 스포크의 수와 동일한 배수만큼 줄어들어, 상기한 예에 대해서는 270[Mb/s]/64=4.2 Mb/s의 유효값을 제공한다. 모든 106개의 트랙(0.84 MB)을 교체하기 위해서는 1.6s의 총 시간이 필요하다. 외부 트랙들에 대해서는, 한 개의 섹터를 교체하기 위한 유효 데이터 레이트가 더 작으며 약 1.7 Mb/s가 된다. 5000개의 구역과 32개의 스포크의 경우에는, 유효 데이터 레이트가 대략 2배 만큼 상승한다.

일반적으로, 본 발명에 의한 형태의 저장매체 상의 결함의 특성은, 교정 유니트(ECC 블록)를 위해 예약된 특정한 양의 기록 공간을 필요로 한다. 광학 기록에 있어서, 이와 같은 블록에 있는 비트의 수는 외부 반경의 거의 180°에서 일정하게 유지되어야 하므로, 이 블록의 길이는 내부 반경에서 종종 360°의 한 개의 완전한 트랙과 동일하게 선택된다. ECC 블록의 이와 같은 큰 길이는 정보가 디스크의 큰 부분에 걸쳐 분산되도록 하며, 치명적인 버스트 에러의 발생이 최소화된다. 이와 가튼 오류정정 전략은 단지 한 개의 섹터가 교체되는 'PC 전략'과 적절히 일치하지 않는다(충돌을 일으킨다). PC 응용에 대해서도 (전체적으로 뿐만 아니라 유효하게, 270 Mb/s의 데이터 레이트를 갖는) 전체 구역을 판독 및 버퍼링하는 것은 오류정정을 위해 바람직하다. 대기시간이 부분적으로 또는 완전히 줄어들기 때문에, 이것은 섹터의 전체 교체를 위해 필요한 시간을 거의 증가시키지 않는다. 이때, AV 모드에 대해서와 같이, 증가된 버퍼 크기가 필요하다.

디스크 형태의 저장매체를 주사하기 위해 다음과 같은 2가지의 공지된 속도 모드가 존재한다:

예를 들면, 광 디스크 드라이브에 있어서, 일반적으로 오디오-비디오용으로 적용되는 일정 선속도(CLV)와,

예를 들면, 하드디스크 드라이브에 있어서, 일반적으로 데이터를 위해 적용되는 일정 각속도(CLV).

내부 반경으로 진행할 때, CLV 모드에서의 회전은 시간과 에너지를 필요로 한다. 이와 같은 관점에서, CAV 모드가 바람직하다. 그러나, 가열시간은, 선속도에 거의 반비례하여 증가되므로, CAV 모드에서는 반경에 반비례하여, 외부 반경에서보다 내부 반경에서 대략 2배 더 크다. 이것은 가열시간 동안의 열적 동요로 인해 비트반전(bit-reversal)의 수를 내부 반경에서 동일한 약 2배만큼 증가시킨다. 필요한 낮은 원래의(raw) 비트 에러 레이트가 주어진다면, 이것은 심각한 문제가 아니다. 예를 들면 1x10^-6 및 2x10^-6의 원래의 비트 레이트 사이의 차이는, 오류정정 후에 모든 종류의 허용오차의 관점에서는 에러 레이트에 대해 중요하지 않다. 이와 같은 에러 레이트의 증가가 허용될 수 없었다면, 필요한 안정성, 따라서 필요한 원래의 비트 에러 레이트를 복원하기 위해 입자의 용적, 또는 연속적인 매체의 경우에는 활성화 용적의 대단히 작은 증가만으로 충분하였을 것이다. 이것이, 필요한 입자(또는 활성화) 용적이 반전시간과 매우 작은 반전 시도 주기 1/f₀의 비율의 로그값에 비례하는 이유이다.

하이브리드 기록의 추가적인 개발

2.9배보다 큰 면밀도의 증가, 즉 (T_w가 T_s에 근접하고 M_r 및 H_c가 T_s와 T_w 사이에서 적어도 2.9배 만큼 줄어들었을 때 얻어지는) 프와송 노이즈에 대한 7 dB(2.2x) SNR_med의 개량값과 천이 노이즈에 대한 11 dB(3.4x)의 개량값은 전술한 하이브리드 기록 시스템에 대해서는 이론적으로 불가능하다는 것이 밝혀졌다. 100 Gb/in²보자 낮은 면밀도에서, 최대 개량값은 약간 더 크며, 더 높은 밀도에서는 약간 더 작다. 1 ㎛ 대신에 0.3 ㎛의 방사선 분포의 스폿 크기는 5.3 dB로부터 6.7 dB로의 프와송 노이즈에 대한 SNR_med의 증가를 초래하게 된다.

상기한 것보다 실질적으로 작은 f₀t_{w equiv}의 값을 갖는 특수한 하이브리드 기록 시스템에 대해서는, 종래의 자기 기록 ( 및 '종래의' 하이브리드 기록)에 대한 예측할 수 없을 정도로 큰 개량을 얻을 수 있다. 이들 값은 방사장을 펄스화함으로써 달성될 수 있다.

종래의 자기 기록과 특수한 하이브리드 기록 사이의 매우 적절한 비교는, 아레니우스-닐 붕괴가 유효할 때 얻어질 수 있다. 기록 온도 T_w를 저장온도 T_s로 가깝게 한다면(실제로는 불가능하며 위험하다), 가장 큰 개량값이 얻어질 수 있을 것이다. 그러나, 모든 계산에서는, 더욱 안전한 기록 온도 T_w=1.5 T_s가 취해진다.

다음의 파라미터 값들이 비교적 큰 값의 f₀xt_{w equiv}를 사용하는 하이브리드 기록과 관련하여 도 6 및 도 7에 대한 계산에 사용되었다.

(* 연속적인 가열 스폿을 위한 입력 *)

T_s=300 K;(*저장온도*)

T_w=450 K;(*유효 스폿 온도*)

t_s=10*365*24*60*60 s;(* 필요한 저장시간*)

Dspot=1x10^-6m;(*유효 횡단방향의 핫 스폿 직경*)

v=10 m/s;(*매체 속도*)

p=0.16x10^-6 m;(*피치; 0.16㎛은 100 Gb/in² 상태*)

Novw=0; (*리프레시 이전의 오버라이트의 수; 0=오버라이트 없슴, 즉 언제나 리프레시*)

f_s=10⁹ s^-1;(*반전 시도율, 즉 반전 시도시간은 1 ns*)

M=240x10³;(*t=t_s 및 t=t_w에서의 필요한 잔류자화*)

M_r=300x10³;(*t=0에서의 최대 잔류자화*)

t_ww=Dspot/v;(*스폿 중심선 가열시간*)

t_w=(Novw+1)*(Pi/4)*Dspot/p*t_ww;(*전체 가열시간. 주의: Dspot²에 비례한다. 최소의 열적 측면 소거를 갖는 하이브리드 기록 시스템의 실시예에 대해서는, (0.1)에서 t_w에 대한 정의마다 전체 등가 가열시간 t_{w equiv}가 치환되어 변화한다.*)

(*펄스화된 가열 스폿에 대한 추가 입력*)

t_pp=50x10^-9s;(*연속적인 가열 대신에 펄스화된 가열에 대한 유효 단일샷(single-shot) 가열시간). 적어도 최소 반전시간에 거의 동일하게 선택된다. 비트 시간 B/v의 0.7보다 큰 비트 시간은 사용될 수 없다. 일반적인 가열시간은 50ns의 레이저 펄스 + 약 20 ns의 '체류 시간'.*)

Wog=4;(*갭 길이 W/g에 대한 판독 트랙폭*)

beta1=0.8;(*g/B; B=비트 길이*)

beta2=0.75;(*W/p; p=피치*)

t_w>>1/f₀를 갖는 라이브리드 기록과 종래의 자기 기록의 비교에 대한 계산 결과를 도 6 미 도 7에 나타내었다. 도 6에서, 종축은 하이브리드 및 종래의 자기 기록에 대한 면밀도의 비율을 나타내고, 횡축들은 가열 시간 t_w의 로그값과 반전 시도율 f₀의 로그값을 나타낸다. 도 7에 있어서, 하이브리드 및 종래의 자기 기록에 대한 매체의 SNR의 비율을 dB 단위로 나타내고, 횡축은 도 6과 동일한 파라미터를 나타낸다.

매우 짧은 가열 펄스를 사용한 하이브리드 기록은, 기록층의 가열 시간 t_w가 f₀/1 또는 그 이하의 차수를 가져, t_{w equiv}→1/f₀를 제공한다. 가열 펄스가 매우 짧고, 저장매체가 매우 얇은 기록층을 가지며, 기록층 아래에 매우 양호한 히트싱크가 배치되고, 기록층이 수식 (0.1)에 따라 M_s(T_w)/M_s(T_s) 비율에 대한 대응하는 큰 값을 가지면, '종래의' 하이브리드 기록에 비해 면밀도 또는 SNR이 더욱 증가된다. 이때, M_s(T_w)/M_s(T_s) 비율은 이하에서 M_sRatio로 칭한다.

계산시에 펄스 시간 t_pp의 값이 매우 작게 선택될 때, 펄스화된 가열에 대해 매체 내부의 각각의 결정립에 겪는 가열 펄스의 수가 계산되고, 결과적으로 얻어진 전체 가열시간(최악의 가정)을 고려한다. (예를 들면, 느린 가열 및 냉각으로 인한) 긴 가열 펄스에 대해서는, 비트들 사이의 시간이 가열펄스 시간보다 작을 때, 연속적인 가열의 통상적인 상태가 실제로 도달된 후, 자동적으로 그 상태 그대로 고려사항에 포함된다.

이때, 이 분석은 아레니우스-닐 수식에 기반을 둔 것이므로, 모든 추정계산의 기반을 이루는 가정은 전체 가열시간의 대부분 동안 열적 평형이 이루어진다는 것이라는 점에 주목하기 바란다. 이것은, 반전 시도시간 1/f₀ 또는 그보다 작은 크기의 지속기간을 갖는 다수의 양호하게 분리된 가열 펄스들로 구성된 전체 가열시간에 대해 교정된 것이 아니다. 이때, 이러한 추정에서 붕괴는 과대평가되어(최악의 경우), 첫 번째 반전이 발생하기 전에 특정한 '스위칭' 시간을 필요로 한다. 실 제 가열시간 t_w보다 작은 등가 전체 가열시간 t_{w equiv}를 도입하는 경우에, 여전히 아레니우스-닐 수식을 사용할 수 있다. 이것은, 열적 평형으로부터 벗어난 자화상태가 신속하게 열정 평형으로 돌아갈 때, 기록의 직후와 가열주기의 시작 직후의 다음과 같은 물리현상으로부터 일어난다.

정량적인 결과의 기본을 이루는 아레니우스-닐 수식은, 기록 직후에(또한 어떠한 기록 필드로 가해지지 않았을 때 가열 펄스의 시작 직후에) 열적으로 활성화된 반전 과정을 정밀하게 기술하지 않는다. 기록(또는 가열) 직후란 '반전 시도 시간' 1/f₀ 또는 '스위칭' 시간 t_s의 크기의 시간 내를 의미한다. 이와 같은 스위칭 시간은 대략 t_s≒1/(αγH_equiv)와 같은데, 이때 α=길버트의 감쇠상수, γ=자이로자기율 및 h_equiv=국부적인 자발 자화가 겪는 전체 등가 자기장이다(참조: 예를 들면, J.J.M.Ruigroj, Short-wavelength magnetic recording, Elsevier 1990의 서적의 p369-370). (동적) 보자력보다 높은 자기장을 사용한 기록 직후에, 자화가 바로 직전에 가해진 기록 자기장과 대략 '정렬된다(lined-up)'. 따라서, 기록 직후에 결정립과 활성화 용적의 자화는 격자와 열적 평형을 이루지 않는다. (또한, 기록 자기장이 없는 경우에는, 이전의 낮은 온도에서, 더 작은 열적 동요와 더 큰 H_k 및 M_s로 인해, 자화가 평균 이방성 자기장 등과 더욱 양호하게 정렬되었기 때문에, 새로운 모든 가열 펄스의 시작 직후에는 열적 평형이 존재하지 않는다.) h_equiv에 포함된 전체 자기력(열적 동요를 포함하는 감자장과 이방성 '자기장' 등)과 정렬하기 위한 ( 스위칭 시간에 의해 서술된) 자화과정의 '지체(slowness)'로 인해, 결정립 또는 활성화 용적의 자화가 열적으로 활성화된 격자와 평형을 이루기 전에, 다소의 스위칭 시간 t_s를 소비한다. 다소의 시간 t_s 후에, 자화와 격자 사이의 열정 평형이 달성되었을 때에는, (f₀(H_equiv(T))의 정확한 수식이 사용될 수 있고 적용될 수 있다고 가정할 때) 아레니우스-닐 수식에 의해 예측된 반전 레이트를 신뢰할 수 있다. 이보다 짧은 펄스에서는, 붕괴가 과대평가된다. 이것은, 실제 가열시간 t_w보다 작은 등가 전체 가열시간 t_{w equiv}를 도입함으로써, 아레니우스-닐 수식에서 보상될 수 있다.

그럼에도 불구하고, 정성적으로 이미 설명한 상기한 개량인자들은, 반전시간 1/f₀의 크게 내에서 매우 짧은 가열시간을 교정하고, 매체가 국부적으로 가열되는 시간 동안의 열적 동요에 의해 매체가 스위칭되는 것을 방지하며, 정적 항자계 h_c0가 크게 줄어든다. 그 결과, 비교적 짧은 시간 기록시간 동안 자화를 스위칭하는 것이 곤란해진다. 따라서, 스위칭 시간을 줄이기 위한 더 높은 기록 자기장이 필요하다. 이것은 사실상 더 높은 동적 보자력을 의미한다.

최종 면밀도 D_a=100 Gb/in², D_spot=1 ㎛ 및 v=10 m/s를 사용한 매우 짧은 가열시간에 대한 계산결과는 다음을 제공한다:

연속적인 가열(즉, t_w=490 ns)에 대해, M_sRatio=1.83 및 D_aRatio=2.24.

1ns 펄스에 대해, M_sRatio=1.99 및 D_aRatio=2.51.

100ps 펄스에 대해, M_sRatio=2.42 및 D_aRatio=3.25.

10ps 펄스에 대해, M_sRatio=3.35 및 D_aRatio=5.02.

1ps 펄스에 대해, M_sRatio=11.4 및 D_aRatio=25.7.

더 짧은 펄스에 대해서는, 최대의 가능한 밀도 개량인자 D_aRatio와 저장온도에서의 매체 내부에 필요한 자화 M_sRatio가 매우 커진다.

큰 D_aRatio는 물론 100 Gb/in²의 면밀도에 필요한 것보다 훨씬 높다. 더 높은 최종 면밀도에서는, 이들이 더 중요하게 된다. 그러나, 더 높은 밀도에서 스폿 직경 내부의 더 큰 수의 트랙으로 인해, t_w가 위에서 취한 값보다 더 커지게 된다는 점에 주목하기 바란다(연속 가열에 대해서는 t_w∝

이고 짧은 펄스에 대해서는 ∝D_a이다). 인접한 트랙들과의 중첩이 없이 (그리고, 많은 인접한 비트들과의 중첩이 없이) (예를 들면 기록 헤드의 갭 전체에 레이저광을 가하여, 기록 자기장의 위치의) 가열이 매우 국부적으로 인가될 때에만, 매우 짧은 가열 펄스에 대해 매우 큰 밀도 향상이 가능하게 된다. 다른 모든 경우에는, 짧은 펄스의 추가적인 효과가 적당하다.

도 8에 도시된 그래프에는, 매체 내부의 각각의 결정립의 전체 등가 가열시간 t_{w equiv}의 함수로써 개량인자 D_aRatio 및 SNR_medRatio를 도시하였다. 매우 짧은 가열 펄스에 대해서는 전체 등가 가열시간이 실제 가열시간보다 상당히 짧다. D_a는 면 밀도(도면에서 실선)이고, SNR은 신호대 잡음비이다[P=프와송 노이즈(도면에서 점괘선), T=천이 노이즈(도면에서 점선), H=하이브리드 기록, C=종래의 자기기록]. t_{w equiv}(=1/f₀)의 값은 1 ns이며, x축에서 -9로 표시된다. 계산을 위한 다른 입력값들은 위에 주어져 있다.

전술한 것과 같이, 가열펄스 시간 t_pp가 반전 시도시간 1/f₀의 크기 또는 그 이하의 값을 가질 때, 등가 가열시간은 가열펄스 시간의 실제 합계보다 (훨씬) 작아지며, 반전 시도시간의 몇배보다 긴 펄스에 대해 실제적인 전체 가열시간과 동일하다.

도 9는 본 발명에 따른 열지원 기록을 위한 장치(90)를 나타낸 것이다. 디스크 형태의 저장매체(91)는 액추에이터(92)에 의해 회전한다. 기록 헤드(93)는 (미도시된) 판독 및 기록 헤드와 광학 헤드를 구비한다. 수신기(94)는 판독 헤드에 접속되어 판독 헤드로부터 출력된 판독신호 내부의 데이터를 검출한다. 드라이버 95는 기록 헤드의 자기장을 제어하고, 드라이버 96은 광학 헤드의 방사장을 제어한다. 신호처리부(97)는, 저장매체로부터 판독된 데이터를 추후의 이용을 위해 사용가능하게 하며, 저장매체 상에 기록될 데이터를 받아들인다. 신호처리부는 제어부(98)에 데이터 기록을 위한 정보를 제공한다. 제어부는, 자기장과 방사장이 데이터를 기록하기 위해 정확히 펄스화되도록 2개의 드라이버 95 및 96을 제어한다. 신호처리부(97)로부터의 기록 헤드(93)의 실제 위치에 대한 정보가 주어진 제어부(99)는, 액추에이터(100)를 통해 기록매체(91)에 대해 기록 헤드의 반경방향의 위치를 제어한다.

도 10은 상부 궤적에는 시간 t의 함수로서의 자기장 B를 하부 궤적에서는 방사장의 전력 P를 나타낸 것이다. 방사펄스들이 자기장 반전에 동기되어, 방사장의 하강부가 반전부분과 거의 일치한다.

짧은 방사선 펄스의 모든 이득을 얻기 위해, 하이브리드 기록층 적층체는 바람직하게는 다음과 같이 구성될 수 있다:

1) 자기 기록층이 신속하게 낮은 레이저 전력으로 가열될 수 있도록 하는 작은 열용량,

2) 자기 기록층이 히트싱크 내에서 신속하게, 그러나 레이저 전력이 낭비될 정도로 빠르지는 않게 냉각되도록 하는 최적의 열저항,

3) 히트싱크의 방향보다 횡방향(들)으로 더 큰 이방성 열 저항을 갖는 자기 기록층.

4) 히트싱크의 방향으로 작은 저항을 갖는 자기 기록층에 추가하여, 최적의 저항을 갖는 중간층이 적용될 수 있는데, 이와 같은 조합은 기록층 내부의 더욱 균일한 온도를 위해 바람직하다.

자기 상부층이 주위를 가열하지 않고 신속하게 냉각되도록, 히트싱크로서의 역할을 하는 큰 열용량과 충분히 작은 저항을 갖는 하부층 또는 기판(예를 들면, 금속).

원주형 구조 또는 패터닝된 구조는 기록층(과 중간층)에서 원하는 이방성 열저항을 얻는데 상당히 도움이 된다.

도 11은 저장매체의 간단한 하이브리드 기록 적층체(111)를 나타낸 것이다. 기록층(112)은 히트싱크(113) 위에 배치된다. 기록층(112)은, 전이금속의 형태에 의해 결정되는 약 600 K의 큐리 온도와, 대략 실온의 보상온도를 갖는 Tb₂₂Co₁₈의 12 nm 층이다. Co를 Fe로 변경하면, 큐리 온도가 400 K로 낮아진다. 이 기록층은 유사한 보상온도를 제공하는 Tb_21.5Fe₇₁Co_7.5로 제조될 수도 있다. 후자는 2.8x10 ⁶J/(m³K)의 열용량 C와 열전도율 L=9 W(m·K)를 갖는다. 실온 근처에서 판독하기 위해서는, 상기한 조성에서 희토류 성분을 줄이는 것이 필요하다(%=RE 성분 변화에서 ΔT_comp=30 K). 히트싱크는, 예를 들면 L=20 W/(m·K)를 갖는 25 nm 두께의 AlCr의 층이며, 열용량 C=2.7x10⁶ J/(m³K)를 갖는다. Al 기판 또는 층도 히트싱크로서의 역할을 수행할 수 있는데, Al은 L=190 W/(m·K)의 매우 높은 열전도율을 가지므로, 더 우수한 히트싱크가 된다.

도 12는, 기록층(122), 중간층(123) 및 히트싱크(124)를 구비한 하이브리드 기록 적층체(121)를 도시한 것이다. 이 기록층은 낮은 열저항을 갖고 기록층 112와 유사하다. 중간층은 최적의 열전도율을 갖는다. 중간층은, L=1 W/(m·K)의 열전도율과 예를 들면 6 nm의 두께를 갖는 산화물, 예를 들면 Al 산화물일 수 있다. 히트싱크는, 기록층에 비해 높은 열용량과 높은 열전도율을 갖는 것이 바람직하며, 히트싱크 113과 유사하다.

최소의 열적 측면 소거를 갖는 하이브리드 기록 시스템

a) 레이저 스폿이 (트랙폭 방향과 후미측에서 트랙 방향 모두로) 자기 스폿을 벗어나 연장되지 않을 때, 기록과정은 MO형 기록과 호환성을 가지게 된다. 이와 같은 경우에, 낮은 보자력이 허용되며, 가파른 공간 온도 감소에 의해 자화가 동결된다. 관심사가 되는 밀도로 인해 (종래의 MO 기록/판독에서) 커 효과를 사용하는 대신에 적용된 MR 센서에 의한 판독을 위해서는(비트 크기 < 최적 스폿 크기), 일반적인 MO 시스템보다 더 큰 매체 잔류자화, M_r(따라서, 더 큰 H_c)가 바람직하다.

도 13은, 위에서 설명하고 다음 섹션인 '...추가정보'에서 설명하는 열적 붕괴에 대한 지식을 필요로 하는 시스템에 대한 기록 헤드(130)의 일 실시예를 나타낸 것이다. 이 헤드는, 낮은 열용량을 갖는 기록층(132), 최적의 열전도율을 갖는 중간층(133)과, 히트싱크로서의 역할을 하는 기판(134)을 구비한 저장매체(131) 상에서 동작한다. 수직 기록의 경우에는, 기록층 및/또는 중간층이 연자성 후방층(back layer)을 구비할 수 있다. 트랙 폭 W>λ_light에 대해 열 스폿에 의한 측면 소거/붕괴를 방지하기 위해, 트랙(137)의 폭방향 n(화살표 136)으로 최소의 치수를 갖는 테이퍼진 평판 도파로(135) 또는 레이저가 사용된다. 도파로는 기록층과 마주보는 출사창을 갖고, 이 출사창의 가장 긴 치수는 트랙방향으로 향한다. 가장 긴 치수와 가장 짧은 치수의 비율은 8이다. 특히, (T_w에서) 낮은 보자력을 갖는 매체(예를 들면, MO형 매체)가 사용될 때, 이것이 중요하다. 그러나, T_w에서 높은 보자력을 갖는 '하이브리드 기록매체'와 조합될 때에도, 제안된 설정은 유리한 면이 있다. 도파로(135)는 기록층에 길다란 가열 스폿(138)을 형성한다. 이 스폿은, 도 파로가 아직 지나가지 않은 트랙 부분과 마주보는 선단측(139)과, 이 선단측의 반대편에 있는 후미측(140)을 갖는다. 박막 기록 헤드(141)(또는 수직 기록의 경우에는 기록 자극)는 스폿(138)의 후미측(140) 근처에 배치되며, 출사창의 최단 치수와 대략 같거나 작은 폭을 갖는다. 기록 자기장의 위치는 스폿의 후미측에 사각형(142)으로 표시된다. 전술한 것과 같이, 기록 자기장 '스폿'은 각각 비트 길이와 트랙폭보다 훨씬 더 길고 폭이 넓도록 허용되며, 자기장 스폿의 가장자리에서의 자기장의 경사는 전혀 중요하지 않다. 판독 헤드는 기록 헤드 상에 배치될 수 있지만, 이것은 필요하지 않다.

b) 이와 달리, 그것의 하강부에 가파른 자기장 프로파일을 갖는 기록 헤드(바람직하게는, 그러나 반드시 그런 것은 아닌, 작은 자극 길이(또는 작은 갭 길이)의 기록 헤드)가 열 스폿의 하강부로부터 (좌측으로, 즉 열 스폿의 상승부의 방향으로) 일정한 거리 떨어져 배치될 수 있다. 자기 스폿의 하강부와 열 스폿의 하강부 사이에 있는 가열된 스폿의 열적 붕괴로 인해, 수식 (0.1)에 따른 파라미터들 M_r 및 H_c를 갖고 t_w가 작지만 제로값이 아닌 하이브리드 기록매체가 사용되어야만 한다.

열적 붕괴로 인한 (실시예 a에 비해) 더 높은 H_c(T_w)와 M_r(T_w)가 필요하다는 이와 같은 문제점은, 실시예 a에서보다 더 확실하게 직선적이고 더 날카로운 천이들에 의해 보상된다. 더욱 직선적인 천이는 자기 판독헤드를 사용한 판독을 위해서도 유리하다.

열적 안정성에 필요한 것보다 더 큰 M_s(T_s), 따라서 더 큰 H_k(T_s)(즉, (0.1) 에서의 = 부호 대신에 > 부호)는 더 많은 자기 판독신호를 전달한다. M_r(T)/H_c(T) 또는 M_s(T)/H_k(T) 비율이 고정되기 않은 경우에(T_r>T_s에서 판독하는 것에 해당한다), 열적 안정성의 일반적인 요구사항은 (0.1)로 표시되는 것보다 더 복잡하다.

상기한 자기 기록헤드의 과도한 폭은 악영향을 거의 미치지 않는다.

이에 따르면, t_w가 매우 작거나(실시예 b) 제로값(실시예 c)이기 때문에, 얻을 수 있는 개량인자는 매우 크다. 더구나, 트랙폭은 광학 한계에 의해 좌우되지 않고 자기 헤드의 서브마이크론 폭에 의해 좌우되며, 비트들은 사각형 형태를 갖는다.

대안 b는, (트랙폭 방향 뿐만 아니라 후미측에서 트랙 방향으로) 자기 스폿을 넘어 연장되는 비교적 큰 레이저 스폿을 갖고, 이를 위해 높은 보자력(또는 K)이 필요하며, 자화가 자기 헤드 또는 자극으로부터 발생된 자기장의 가파른 공간 감소에 의해 동결되는 열지원 기록에 대한 전술한 제안 1, 2 및 3의 설정에 근접하게 된다.

본 발명에서 이방성 에너지 K, 이방성 자기장 H_k, 항자계 H_c, 포화자화 M_s 및 잔류자화 M_r 등의 매체 파라미터는 중요한 파라미터이다. 서로 다른 파라미터 값들을 갖는 복수의 (자기 결합된) 층들의 다층 적층체로 구성된 기록층의 경우에는, 언제나 적층체의 유효 파라미터 값이 사용된다.

상기한 (부)등식에서는, H_c가 H_k 대신에 치환될 수 있고, M_r이 M_s 대신에 치 환될 수 있으며, K 또는 H_cM_r이 H_kM_s 대신에 치환될 수 있다(이들이 서로 비례, 즉 H_c∝H_k, M_r∝M_s이고, 그 결과 K≡1/2μ₀H_kM_s∝H_kM_s∝H_cM_s이기 때문에 성립한다). 이것은, 절대값이 동일한 파라미터들 사이에서 비율 대신에 역할을 담당하는 (부)등식에는 적용되지 않는다.

더구나, ≥ 및 ≤ 부호는, 더 크거나 대략 같은 크기를 갖는 것으로, 또한 더 작거나 대략 같은 크기를 갖는 것으로 각각 해석되어야 한다.

공지된 매체(의 적용불가능)에 관한 추가 정보

하이브리드 기록에 대해 적용될 수 있는 상당히 다른 형태의 매체는 MO형 매체이다. 수직 MO 매체는 고온에서 기록하기 위해 개발되었다. 이를 매체의 (판독)층들은 광자기 (커 효과) 판독을 위해 최적화되어 있다. 자기 판독은 판독온도에서 M_s의 최적화를 필요로 한다. 도 14는 실온에서의 열지원 기록 및 판독에 대해 히타치의 Namoto et al.^vi에 의해 채택된 이중층 MO형 매체의 자기 특성을 나타낸 것이다.

실온에서 판독층의 거의 300 kA/m(300 emu/cm³)의 자화가 자기 판독에 적합하다. 실온에서 Tb-Dy-Fe-Co 판독층의 상대적으로 매우 낮은 보자력은, 실온에서 높은 보자력을 갖는 Tb-Fe-Mo에 대한 교환결합에 의해 보상된다.

단일층 광자기(MO)형 매체는 열지원 기록 및 판독을 위해 Katayama et al.ⁱⁱ 에 의해 최적화되었다. 선택된 희토류 전이금속(RE-TM)의 보상온도는 대략 실온으로, 도 15를 참조하기 바란다.

실온에서 TM 서브격자의 M_s에 의한 RE 서브격자의 M_s의 보상으로 인해 감자장이 존재하지 않기 때문에, 큰 저장 시간이 보장된다.

극도로 높은 밀도에서 하이브리드 기록에 대한 MO형 매체의 적합성을 평가하기 위해서는, 단일층의 종래의 하드디스크 형태의 매체에 대한 열적붕괴와 같은 열적붕괴가 (적어도) 2가지 점에 변형을 가하면서 적용되어야 한다. 첫째, MO 층들은 과립상(다결정)이 아니고 연속적(비정질)이며, 유효 활성화 용적이 과립상 매체의 교환결합된 결정립들의 역할을 맡는다. 둘째, MO 매체는 수직이며, 그 결과 비트 길이가 감소할 때 감자장이 감소한다. MO 매체의 활성화 용적에 대한 많은 실험 및 이론적 결과와, 기록밀도에 대한 그것의 가능한 의존성과, 천이 및 프와송 노이즈에 대한 의미가 잘 알려져 있지 않다. 샤프사의 매체에 대해(또한, 대체로 히타치사의 매체의 메모리층에 대해서도), 감결합된 결정립들의 (활성화) 용적의 정의에 대해 열적 안정성에 대한 동등한 활성화 용적 정의를 가정하면, 177 ℃(450 K)에서 490 ns의 전체 판독(또는 기록) 시간 동안 충분한 열적 안정성을 위해서는 (13 nm)³의 최소 활성화 용적이 필요하다. 이와 같은 결과에 대해, M_r=130 kA/m, H_c=200 kA/m, M_s=M_r, H_k=2H_c와 최대 감자장 H_dem=M_r/4를 더 가정한다(최소 활성화 용적은 H_dem=0에 대해 (12 nm)³이다.). 이전 섹션에서 사용된 파라미터들에 대한 100 Gb/in ² 에 대응하는 비트 용적 WBt_m=122x38x9.5 nm³=(35 nm)³은, 이들 활성화 용적의 단지 20을 차지하며, 이때 t_m은 매체 두께이다. 이들 활성화 용적이 천이 노이즈 및 프와송 노이즈에 대한 결정립 용적과 대략 동등하다고 가정하면, 17 dB(7x)의 불충분한 매체 SNR이 발생한다. 프와송 노이즈에 대해, 매체 SNR은 단지 13 dB(4.5x)이다.

이때, 모든 정상적인 MO 매체, 즉 16 kA/m(200 Oe) 크기의 매우 낮은 H_c들을 갖는 매체에 있어서는, 비교적 큰 레이저 스폿을 사용한 열지원 기록 방식으로 기록한 직후에, 레이저 스폿 내부에서 증가된 기록 온도에서 기록된 데이터가 즉시 붕괴될 수 있다는 점에 주목하기 바란다. 이것은, 특히 매우 높은 온도에서 적절한 S/N 비를 얻기 위해 MO 매체의 활성화 용적이 줄어들 때 성립한다.

450 K의 원하는 기록온도에서 너무 큰 M_r/H_c=(280 kA/m)(150 kA/m) 비율을 갖는 Komag에서 제어된 상업적으로 입수가능한 과립상 하드디스크 매체에 대한 모델 계산에 따르면, MO 매체에 대해 얻어진 것보다 더 큰 감자장 H_dem=M_r/2가 얻어진다. 그 결과, 더 나쁜 매체 SNR(천이 노이즈만을 가정하면, 14 dB)이 발생된다. 이들 결과는, 하이브리드 기록에 대해서는, 종래의 매체에 비해 (훨씬) 더 높은 H_c 및 M_s 값 이외에 적절한 M_r(T)/H_c(T) 비율이 연속적인 MO 형태 뿐만 아니라 과립상 매체에 대해 필요하다는 것을 나타낸다.

참고문헌 목록

¹H. Neal Bertram, Hong Zhou and Roy Gustavson, IEEE Trans. Magn. 34, 1845(1998).

ⁱⁱH. Katayama, S.Sawamura, Y.Ogimoto, J.Nakajima, K. Kojima and K. Ohta, Proc. of MORIS'99, J. Magn. Soc. Jpn. 23, Suppl. S1, 233(1999).

ⁱⁱⁱH. Nemoto, H. Saga, H. Sukeda and M. Takahashi, Proc. of MORIS'99, J. Magn. Soc. Jpn. 23, Suppl. S1, 229(1999).

^ivH. Saga, H. Nemoto, H. Sukeda and M. Takahashi, Proc. of MORIS'99, J. Magn. Soc. Jpn. 23, Suppl. S1, 225(1999).

^vS.H. Charap, Pu-Ling Lu, Yanjun He, IEEE Trans. Magn. 33, 978(1997).

^viH. Nemoto, H. Saga, H. Sukeda and M. Takahashi, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 38, 1841(1999).

Claims

정보를 기록하기 위한 거의 평행한 복수의 트랙을 갖는 기록층을 구비한 열지원 자기기록용 저장매체에 있어서,

상기 기록층이 일련의 기록 영역들을 포함하고, 각각의 영역은 정보를 자기 기록하기 위한 피치 p를 갖는 복수의 트랙을 구비하며 이 기록 영역의 최외측 트랙의 중심선을 넘어 거리 1/2p 만큼 연장되고, 인접하는 기록 영역들은 피치 p와 거의 동일하거나 큰 폭을 갖는 식별가능한 자기적으로 미기록된 영역들에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는 저장매체.
제 1항에 있어서,

상기 매체는 미기록 영역들을 가리키는 복수의 항목을 갖는 것을 특징으로 하는 저장매체.
제 1항에 있어서,

기록 영역들에 있는 트랙들은 트랙킹용 서보 구조를 구비하고, 미기록 영역들의 적어도 일부는 서보 구조를 갖지 않은 것을 특징으로 하는 저장매체.
제 1항에 있어서,

상기 매체는 디스크 형태를 갖고, 기록 영역들은 환형 미기록 영역들에 의해 분리된 환형 구역들인 것을 특징으로 하는 저장매체.
제 4항에 있어서,

환형 구역들 중에서 적어도 한 개는 미기록 영역들을 반경방향으로 연장시켜 복수의 섹터로 분할된 것을 특징으로 하는 저장매체.
제 5항에 있어서,

적어도 2개의 구역이 복수의 섹터로 분할되고, 이들 구역의 반경방향으로 연장된 미기록 영역들이 정렬된 것을 특징으로 하는 저장매체.
제 1항에 있어서,

미기록 영역들의 폭이 트랙들의 피치 p의 3배와 같거나 그 보다 큰 것을 특징으로 하는 저장매체.
제 1항에 있어서,

미기록 영역들은 정보를 표시하는 광학적으로 검출가능한 마크들을 포함하는 것을 특징으로 하는 저장매체.
제 5항에 있어서,

환형 미기록 영역들은 구역 어드레스 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 저장매체.
제 5항에 있어서,

반경방향으로 연장된 미기록 영역들은 트랙 어드레스 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 저장매체.
정보를 기록하기 위한 거의 평행한 복수의 트랙을 갖는 기록층을 구비한 저장매체 상에 정보를 기록하는 방법에 있어서,

적어도 한 개의 미기록 영역에 의해 분리된 기록 영역들 내부에 정보가 기록되고, 각각의 기록 영역은 정보를 자기 기록하기 위한 피치 p를 갖는 복수의 트랙 을 구비하며 이 기록 영역의 최외측 트랙의 중심선을 넘어 거리 1/2p 만큼 연장되고, 미기록 영역은 트랙들의 피치 p와 거의 동일하거나 큰 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 기록방법.
제 11항에 있어서,

트랙들에 수직하게 연장되는 적어도 한 개의 미기록된 횡단 영역에 의해 분리된 기록 영역들 내부에 정보가 기록되고, 이 횡단 영역은 트랙들에 평행한 방향으로 트랙들의 피치와 거의 동일하거나 큰 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 기록방법.
제 11항에 있어서,

한 개의 기록 세션에 한 개의 기록 영역이 기록되는 것을 특징으로 하는 기록방법.
정보를 기록하기 위한 거의 평행한 복수의 트랙을 갖는 기록층을 구비한 저장매체 상에 정보를 열지원 기록하고, 기록 헤드와, 저장매체에 대해 기록 헤드를 이동시키는 액추에이터를 구비한 기록장치에 있어서,

서로 분리된 기록 영역들 내부에 정보가 기록되도록 액추에이터를 제어하는 제어부를 구비하고, 각각의 기록 영역은 정보를 자기 기록하기 위한 피치 p를 갖는 복수의 트랙을 구비하며 이 기록 영역의 최외측 트랙의 중심선을 넘어 거리 1/2p 만큼 연장되고, 인접하는 기록 영역들은 피치 p와 거의 동일하거나 큰 폭을 갖는 자기적으로 미기록된 영역들에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는 기록장치.