KR101535861B1

KR101535861B1 - 자기 저장장치, 하드드라이브 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101535861B1
Application number: KR1020107012510A
Authority: KR
Inventors: 길레스 루이스 사우딘; 피에레-진 제르마텐; 요안 미하이 미론; 아라인 쉴
Original assignee: 쌍뜨르 나시오날 드 라 르셰르쉬 시앙띠피끄; 꼼미사리아 아 레네르지 아토미끄 에뜨 옥스 에너지스 앨터네이티브즈; 유니베르시떼 조셉 푸리에
Priority date: 2007-11-12
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2015-07-10
Also published as: WO2009092923A4; EP2210255B1; WO2009092923A1; FR2923644A1; KR20100088692A; JP2011503764A; CN101855672A; EP2210255A1; CN101855672B; JP5449178B2

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 기초 자기층(elementary magnetic layer)을 가지는 적어도 하나의 비구조화된 저장매체(non-structured storage medium)를 포함하는 자기저장장치(magnetic storage device)에 관한 것으로, 상기 저장매체는 상기 매체의 평면(plane)에 수직인 자성(magnetisation)을 가지며, 상기 매체의 평면에 수직인 자성을 가지고 상기 저장매체의 역필드(reverse field) 보다 높은(higher) 역필드를 가지며 비자성 물질로 이루어진 분리층(decoupling layer)(47)에 의해 상기 저장매체로부터 분리되어 상기 저장매체에 쌍극 필드(dipolar field)를 발생하도록 하는 자기소자(magnetic elements)(46)를 포함하며, 상기 자기소자(46)는 비자성영역(non-magnetic region)(41)에 의해 서로 분리되어 있고, 각각의 자기소자(46)는 쓰기동작(write operation) 동안 상기 저장매체 내에 메모리 포인트(memory point)를 규정하는(define) 것을 특징으로 한다.

Description

자기 저장장치, 하드드라이브 및 그 제조방법{Magnetic storage device, particularly for a hard drive, and method for making same}

본 발명은 자기 기록장치(magnetic recording device)에 관한 것이며, 특히, 하드디스크와 같은 저장수단 및 그 제조방법에 관한 것이다.

오프 플레인(off-plane) 자성(magnetization)을 가지는 매체에 메모리 포인트들이 기록되는 수직 자기 기록(perpendicular magnetic recording)이 컴퓨터 하드디스크에 있어서 증가하는 저장밀도(초고저장밀도(ultra-high storage density) 쪽으로)에 대한 매우 유망한 공정(promising procedure)으로서 인식되어 왔다. 이러한 기술은 최근, 시게이트(Seagate), 히타치(Hitachi), 도시바(Toshiba) 등의, 해당 분야(sector)의 주된 산업 주자(industrial player)들에 의해 제시되고(instituted) 판매되어(marketed) 왔다.

초상자성적 불안정성(superparamagnetic instability)의 문제를 해결하고, 예를 들면, 제곱 인치당 1Tbit, 즉, 0.155Tbit/㎠의, 25nm×25nm 메모리 포인트에 해당하는 초고저장밀도를 달성하기 위한 다양한 솔루션들이 제시되어(envisaged) 왔다.

가장 유망한 솔루션 중 하나는, 특히 메모리 포인트들 사이에 물리적 분리(physical separation)를 가능하게 하는, 소위 구조화된 서포트(structured supports) 또는 "미디어(media)"의 구현(implementation)이다. 이러한 솔루션은, 그럼에도 불구하고 번거로운 제한을 나타내며, 특히 자기층(magnetic layer)을 구성하는 단계에 기인하는, 다양한 포인트들의 반전필드(inversion fields)의 폭넓은 분포(wide distribution)가 가장 중요하다.

주된 제한은, 다수의 그룹에 의해 관찰되고 2007년 Intermag/MMM 컨퍼런스 동안 보고된 반전필드의 폭넓은 분포의 존재이다. 특히, "Patterned media for future magnetic data storage", B. D. Terris, Thomson and G. Hu, Microsyst. Tech. 13, p189-196 2007을 참조하면, 이러한 폭넓은 분포는 정보 저장에 이들 매체를 적용하기 어렵게 한다.

레이어(layer)가 도트(dot)로 구성되면, 도트의 항자영역(coercive field)은 연속층(continuous layer)에 비하여 커지고 심지어 매우 크게 증가할 수도 있다. 이는, 예를 들면, "Enhanced Coercivity in Submicrometer-Sized Ultrathin Epitaxial Dots with In-Plane Magnetization" by O Fruchart, J-F. Nozieres, W. Wernsdorfer, D. Givord, F. Rousswaux and D. Decanini, Physical Reviwiew Letters 82, 1305, 1999의 기사(article)에서 찾아볼 수 있다.

예를 들면, "Magnetic properties of Co/Pt multilayers deposited on silicon dot arrays", by S.　Landis, B. Rodmacq and B.　Dieny, Physical Review B 6212271 2000.을 참조하면, 연속적인 서포트 또는 미디어를 형성하기 위해 배치된 Co/Pt 멀티레이어에 있어서, 항자영역은 170 Oe이나, 400nm×400nm의 도트로 구성된 미디어를 형성하기 위해 배치되어 있을 때에는 1000 Oe 보다 커지게 된다. 이러한 구성에 있어서, 구조화된 도트(structured dot)는 메모리 포인트 자체를 나타내며 이러한 구성의 결과는 이들 도트의 반전 영역이 매우 커질 수 있고 심지어 때로는 이러한 미디어 문제(media problematic)의 이용을 행하는(rendering) 기입극 부분(write pole pieces)의 포화 영역(field at saturation) 보다도 커질 수 있다.

구조화된 미디어 또는 서포트의 다른 난점은 쓰기/읽기 헤드가 더 이상 평탄한 연속적 매체를 찾지(see) 않고 하강(depression)의 연속과 그것의 상승(flight)을 방해할(impede) 수도 있는 도트를 찾는다는 것이다. 이러한 제한은, 솔루션들이, 예를 들면, 도트들 사이의 공간을 비자기 물질(nonmagnetic material)로 채우도록 구성된 것과 같이 고안될(devised) 수도 있다는 점에서 상기에 제시된 것보다는 덜 중요하다.

특히 기하학적 이질성(geometric inhomogeneities)에 대응하는 매체 자신의 구조화에 의해 야기되는 단점(defects)은, 초고저장밀도 쪽으로 가면서 메모리 포인트의 사이즈가 점점 작아지는(increasingly small) 경우에 특히 제어하기가 매우 어렵다.

본 발명의 기본 개념(basic idea)은, 구조화 처리(structuring processes)에 의해 변경되지(altered) 않는 기록층(recording layer)에 정보를 기록하고 연속층(continuous layer)의 외부(outside)에 위치한(situated) 구조화된 자기소자(structured magnetic element)에 의해 메모리 포인트의 사이즈를 제어하며, 기록 서포트(recording support)의 쓰기 처리 동안 자성(magnetization)이 변경되지 않고 남아 있는 것이다.

따라서 본 발명은, 적어도 하나의 기초 자기층(elementary magnetic layer)을 나타내는 적어도 하나의 비구조화 기록 서포트(unstructured recording support)를 포함하는 자기 기록장치(magnetic recording device)에 관한 것이며, 상기 기록 서포트는, 상기 서포트의 평면(plane)에 수직인 자성방향을 가지며, 상기 서포트의 평면에 수직인 자성방향을 가지고 상기 기록면의 반전필드보다 더 큰 반전필드를 가지며 비자기물질 분리층(nonmagnetic material decoupling layer)에 의해 상기 기록 서포트로부터 분리되는 자기소자(magnetic elements)를 포함하여, 상기 자기소자가 상기 기록 서포트에 쌍극영역(dipolar field)을 생성하도록 하고, 상기 자기소자는 비자기 영역(nonmagnetic region)에 의해 서로 떨어져 있으며, 각 자기소자는 쓰기 동작(write operation) 동안 메모리 포인트(memory point)를 상기 기록 서포트에 위치시키는(definig) 것을 특징으로 한다.

정보가 저장되는 층이 도트로 구조화되어 있지 않으므로, 그 반전 영역이 구조화에 의해 변경되지 않고, 부가된 자기소자는 그들이 생성한 쌍극영역으로 인해 자기 영역(magnetic domain)을 연속층의 메모리 포인트 내로 제한한다(confine). 이러한 쌍극영역은 부가된 자기소자의 자성에 직접적으로 비례하며, 이는 오직 제조 결함(fabrication defects)에 의해 약하게 유도되는(slightly influenced) 그들의 체적(volume)에만 의존하는 것이다. 일반적으로, 제조 결함은 자기소자의 반전필드를 크게 변경(modify) 시키기 쉬우나, 모든 경우에 있어서 비구조화 기록 서포트의 모노레이어(monolayer) 또는 멀티레이어의 쓰기 헤드(write head)에 의해 생성된 반전필드보다 더 크게 남아 있는다고 하면 충분하다.

자기소자에 의해 생성된 자성은 하나의 소자로부터 다른 소자로 약간씩 변화하고, 부가적인 쌍극영역에 의해 야기되는 반전필드에 대하여 동일하게 유지된다.

이 결과, 기록면의 레벨에서, 반전필드의 분포에 있어서 알려진 구조화 기술에 비하여 매우 크게 감소된다.

자기소자에 의해 생성된 쌍극영역은 서로 서포트를 구조화하지 않고 메모리 포인트를 규정하는 것을 가능하게 한다. 비자성소자로 이루어진 분리층의 존재는 기록 서포트의 자기소자의 자성의 복제를 발생시킬 수 있는 교환(exchange)에 의한 자기 결합(magnetic coupling)을 회피하는 결과를 가지며, 따라서 자기소자의 자성을 유지하면서(retaining) 기록 서포트의 쓰기를 가능하게 한다. 자기소자가 기록 서포트의 반전필드보다 더 큰 반전필드를 가질수록, 쓰기 처리 동안 그들의 자성을 유지한다.

이러한 특성은, 입자간 교환결합(intergranular exchange coupling)을 감소하기 위해 분리재(decoupling material)에 의해 분리 가능하도록 자기입자(magnetic grains)로 구성된 제 1 다결정층에서 데이터 기입이 발생하고, 이러한 기입은 기록을 위해 이용되고 연속적인 제 2의 층으로 전송되는(transferred) 미국특허 US 2007/0172705호에 기재된 바와 본질적으로 다르다. 이러한 제 2의 층은 마찬가지로 자기입자로 구성되고, 입자간 교환결합은 제 1층보다 이러한 제 2층에서 더 강하며, 상기 전송은 이들 두 층간의 교환결합에 의해 수행된다. 따라서 두 개의 다른 퀴리 온도(Curie temperature)를 가지는 두 가지 물질(제 1층이 더 높은 퀴리 온도를 가짐)을 마련하는 것과, 상기 두 개의 퀴리 온도로 장치를 가열하는 것과, 그 후 점차적으로(progressively) 냉각하는 것이 요구되며, 그것에 의해, 한편으로는 각 기입동작 동안 기록 서포트의 삭제(erasure)를 수행하고, 또 한편으로는, 임플멘테이션(implementation)의 중대한(great) 컴플리케이션(complication)을 행한다. 따라서 이러한 기술은, 기록층의 직접 기입을 가능하게 하지 못하나, 자성이 결여된 기록층에 교환에 의한 전송을 요구한다.

상기 발명에 따른 자기소자의 반전필드는 적어도 서포트의 기입 동안 자기소자의 필드가 역전하는(reversing) 것을 방지하기 위한 기록 서포트의 반전필드의 1.1배와 동등하다. 이는 유리하게는 2에서 20배 사이이고, 바람직하게는 기록 서포트의 반전필드의 5배에서 10배 사이이다. 20보다 큰 임의의 값도 또한 생각할 수 있다(conceivable).

기록 서포트 및/또는 자기소자는, 하나 이상의 기초층, 특히, 수직 자성을 가지는 합금(alloy)이나(예를 들면, FePt, FePd CoPt, TbFeCo, GdCo) 또는 수직 자성을 가지는 적어도 두 개의 기초 자기층(예를 들면, Co/Pt, Co/Pd, Fe/Pt, Fe/Pd, Au, Co), 또는, 예를 들면, Co/알루미나, Co/Si와 같이, 금속(metal)과 유전체(dielectric)(또는 반도체)의 교번(alternation)을 연관시키는(associating) 두 개의 기초층을 포함하는 수직 자성(perpendicular magnetization)을 가지는 연속층일 수 있다.

기록 서포트는 또한 다결정 물질로 이루어질 수도 있다.

자기소자 및 기록 서포트는 유리하게는 0.5nm와 15nm 사이(예를 들면, 2nm)의 두께를 가지는 비자성 물질로 이루어진 분리층에 의해 분리된다.

자기소자를 분리하는 비자성 영역은 자기소자들 사이의 공간을 띄우는(space) 단순한 공기(simple air)일 수 있다.

유리하게는, 실질적으로 평면 구조화된 층이 형성되고, 비자성 충진재(filling material)에 의해 분리되는 자기영역을 포함한다.

기록 서포트와 자기소자를 구성하는 어셈블리(assembly)는 특히 하드디스크와 같은 정보저장수단의 표면(surface)에 배치되도록 하고, 제 1 실시예에서 자기소자는 기판과 접촉하며, 제 2 실시예에서, 기록 서포트는 상기 기판과 접촉하고 있다.

본 발명은 또한 상기 정의된 바와 같은 장치의 제조방법에 관한 것이다. 이는 비구조화 기록 서포트를 형성하고 자기소자의 배열(array)을 만들기 위해 하나 이상의 자성물질의 기초층의 침착(deposition)을 구현하며, 바람직하게는 비자성물질 분리층에 의해 기록 서포트로부터 분리된다.

제 1 변형예에 따르면, 상기 방법은 자기소자나 도트의 배열의 형성이 상기 하나 이상의 기초층의 침착 전에 수행되고 비자성물질층의 침착을 구현하는 것을 특징으로 한다.

제 2 변형예에 따르면, 상기 방법은 자기소자나 도트의 배열의 형성이 기록 서포트를 형성하는 상기 하나 이상의 층의 침착 후에 수행되는 것을 특징으로 한다.

자기소자의 배열을 만들기 위해, 상기 방법은, 적어도 하나의 자성물질의 층이 침착된 후, 상기 자기소자를 형성하기 위해 의도된 위치에 홀(holes)을 형성하고, 그리고 나서 상기 층의 평탄화(planarization)가 비자성물질까지 수행되는 구조화를 구현할 수 있다.

상기 자기소자의 배열을 만들기 위해, 상기 방법은, 비자성물질층의 침착이 수행된 후, 그 평탄화에 이어서, 상기 자기소자를 형성하기 위해 구조화되는 하나 이상의 자성물질의 층의 침착을 구현할 수 있다.

본 발명은, 첨부된 도면과 함께, 이하의 상세한 설명의 내용으로부터 명확하게 이해될 것이다.

도 1은 기입구역(writing zone)이 수직 자성을 가지고 구조화되지 않은, 종래기술에 따른 하드디스크의 단면(section)의 부분도(partial view)를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 하드디스크의 레이어 스택 다이어그램(layer stack diagram)을 나타내는 도면이다.
도 3은 종래기술의 구조화된 자기 서포트 또는 매체의 스택의 부분 단면도이다.
도 4a 내지 4c는 하드디스크 타입의 정보저장수단에 적용된 본 발명에 따른 자기기록장치의 세 가지 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5a, 5b 및 도 6은 본 발명에 따라 자기소자에 의해 기록 서포트에 유도된 제한 현상(confinement phenomenon)을 나타내는 도면이다. 이들 중, 도 5a 및 도 6은 사각형 도트(square shaped dot)의 경우에 해당하고, 도 5b는 직경 400nm의 원형 도트의 경우에 해당하며, 두 경우 모두 2nm 두께의 스페이서(spacer)를 가진다.
도 7a 및 7b, 그리고 도 8a 내지 8c는 기록 서포트와 자기소자가 반대 방향(sense)의 아웃셋(outset) 자성을 가지거나(도 7a 및7b) 또는 같은 방향인 경우(도 8a 내지 8c)의 쓰기 동작을 나타내는 도면이다.
도 9a 및 9b는 공지의 쓰기 헤드로 본 발명에 따른 장치에 기입 동작을 수행하는 것을 나타내는 도면이다.
도 10a 내지 10g, 10a', 10'd 또한 도 11a 내지 11e는 하드디스크 기판(substrate)에 집적된(integrated) 본 발명에 따른 기록장치를 제조하는 방법의 두 가지 변형예를 나타내는 도면이다.

도 1은 폭(112)을 가지며 읽기/쓰기 헤드(100)가 트랙상에 정보를 기입하고 읽어내는 비구조화층(108)으로 오버레이된(overlaid) 서포트(107)를 나타내는 공지의 하드디스크를 도시하고 있다. 이는, 스크린(109)에 의해 경계된(bordered) 쓰기 헤드(102)와 읽기 헤드(110)를 포함한다.

이 도면에서, 부호(I_e)는 기입코일(writing coil)(101)을 통해 흐르는 기입전류(write current)를 나타내고, 이는 기입극(write pole)(102)을 자화시키며 기입층(writing layer)(108)의 자성의 방향을(층의 평면에 수직으로) 변경한다.

기입을 위해, 상기 장치는, 기록이 수행되는, 수직 자성(108)을 가지는(하나 이상의 기초층을 나타내는) 기록층(recording layer)을 포함하며, 바람직하게는, 기입극(write pole)(102)에 의해 생성된 자기장(magnetic field)을 그 경로(route)를 따라(화살표(105)로 나타냄) 쓰기 헤드(102)의 반전극(inversion pole)(106)으로 연결하는(channel), 상대적으로 낮은 억제력(coercivity)의 층(104)을 포함한다. 이러한 이중 레이어 시스템(double-layer system)은 기입층에 의해 감지되는 필드의 폭(amplitude)을 증가시키며 말단(latter)이 기입층에 대하여 적절하게 수직이 되도록 보증하므로(ensure) 장점이 있다.

정보 포인트의 기입은 기입 헤드(102)의 극 부분(pole piece) 둘레의 권선(winding)(101)을 통하여 기입전류 펄스(Ie)를 공급함으로써(dispatching) 이루어진다.

생성된 필드는 그 후, 위 아래의 두 개의 방향(orientations) 사이에서 기입될 영역의 자성을 반전한다. 독출소자(reading element)(110)의 독출권선(111)을 통하여 읽기전류(I_l)를 공급하고 독출헤드(110)가 지향된(oriented) 영역(103₁)의 위쪽과 지향된 영역(103₂)의 아래쪽을 통과할 때 이들 권선(111)의 단자(terminals)의 양단의 전압을 읽음으로써 읽기가 이루어진다. 독출소자(110)의 저항은 사실상 그것이 속한 자기장에 의존한다. 현재, 금속 스핀 밸브(metal spin valves) 또는 자기 터널 접합(magnetic tunnel junction)에 근거하여 스택을 구축한다.

디스크는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 몇 개의 층의 스택을 나타낸다. 예를 들면, 유리(glass), 알루미늄 또는 Nip나 다른 산출물(product)로 커버된 알루미늄 합금, 또는 그 외에 실리콘, 실리콘 카바이드(silicon carbide), 또는 무른 표면(smooth surface)을 나타내는 다른 물질(플라스틱, 레진, 폴리카보네이트 등으로 만들어진 기판)로 구성될 수 있는, 하드디스크의 기판 프로퍼(substratr proper)(16) 상에는, 예를 들면, 서브레이어(104)로 시작하는 몇 개의 레이어가 배치된다. 말단은 일반적으로 낮은 강제성을 가지는 부드러운 강자성 물질(soft ferromagnetic material)로 이루어지나, 예를 들면, 이나무라(Inamura)에 의해 미국특허 US 2007/0124749호에 제안된 바와 같이 페리자성(ferrimagnetic) 물질과 같은 다른 물질로도 또한 구성될 수 있다. 또한, 예를 들면, 누설 필드(leakage field)를 감소하도록 반강자성적으로(antiferromagnetically) 이들 두 개의 자성층을 결합하는 하나의 비자성 물질(예를 들면, 루테늄, 이리듐, 크롬 등)의 층을 둘러싸는 두 개의 부드러운 강자성 물질의 층과 같은 몇 개의 기초층으로 구성될 수도 있다. 이러한 이중 레이어의 형태는, 예를 들면, 미국특허 US 2003/0022023호(Carry)와 US 6,686,070호(Futamoto)에 개시되어 있다. 이러한 자성층 또는 이들 서브레이어는 일반적으로 CoNiFe, FeCoB, CoTaZr 합금 등과 같은 비결정질 침투성(amorphous permeable) 자성물질로 구성되어 있다.

서브레이어(104)는 일반적으로 50에서 400nm 사이의 두께를 가진다.

이러한 서브레이어(104) 상에는 그 후 중간층(intermediate layer)(14) 및 기록층(108)의 서브레이어(103)이 배치된다. 두 레이어(14, 13)의 목적은 모두 서브레이어(104)와 기록층(108) 사이의 교환에 의한 결합을 방지하고 기록층의 성장을 촉진하는 것이다. 중간층(14)은 비결정질로 이루어지거나, 또는, 치밀한 육각격자(compact hexaginal) 또는 표면-중심 큐빅구조(face-centered cubic structure)의 결정질 : 예를 들면, NiFe나CuNb와 같은 Ni 또는 Cu 합금으로 이루어질 수 있다.

서브레이어(13)는, 예를 들면, Ru 또는 Ru 합금으로 구성될 수 있다.

기록층(108)은, 예를 들면, 입상(granular) CoPtCr 합금과 같은수직 자성을 가지는 자성물질로 구성된다. 또한, 예를 들면, Co/Pt, Co/Pd, Fe/Pt 등과 같은 수직 자성을 가지는 몇 개의 자성 기초층으로 구성될 수도 있다.

기록층(108)에 걸쳐 있는(overlie) 수퍼레이어(11)는 일반적으로 (확대도의 아래에서 위로) 기록층(108)에 인접하는(applied) 보호층(protective layer)(11₁)과 그 다음의 윤활층(lubricant layer)(11₂)으로 구성되어 있다. 보호층(11₁)은 일반적으로 카본으로 주로 구성되며, 예를 들면, 스퍼터링(sputtering) 또는 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD)에 의해 배치되고 윤활층(lubricant layer)(11₂)은, 예를 들면, 퍼플루오로폴리에스테르(perfluoropolyether)와 같은 윤활액(lubricant liquid)으로 구성된다.

구조화된 매체를 가지는 공지의 장치에 있어서, 기록층(108)은 더 이상 연속적이지 않다. 이는 구조화된 레이어로 대체된다.

도 3은 구조화된 매체의 예를 나타낸다.

상기한 레이어(104, 14, 13, 11)가 도시되어 있고, 기록층은 구조화된 레이어(108')로 이루어지며, 구조화된 레이어(108')는 상기 레이어(108')의 평면에 수직인 자성(23)을 가지고 비자성 물질(22)에 의해 분리된 자성물질(21)의 부분(portion)을 포함한다. 자성물질(21)의 부분은, 일반적으로 구조화된 레이어(108')의, 사각 또는 원형 섹션(section)을 구성한다.

본 발명에 따르면, 기록은, 즉, 정보가 저장되는 비구조화된 자기 서포트와, 자기소자의 배열을 포함하는, 두 개의 겹쳐진 구역(superimposed zone) 또는 층(layer)에 의해 수행된다. 이들 두 개의 층은 스페이서를 구성하고 자기소자와 비구조화된 자기 서포트 사이에서 직접 결합(direct coupling)을 회피하는 기능을 가지는 비자성층에 의해 분리되어, 자기 서포트가 자성소자에 의해 발생된 쌍극 영역(dipolar field)에 종속되도록(subjected) 한다.

만약, 자기소자 또는 도트와 기록 서포트 사이에 비자성 스페이싱층(nonmagnetic spacing layer)이 없다면, 특성(properties)이 전혀 달라질 것이고, 그러므로 직접 결합(쌍극 영역을 통한 결합이 아님)이 발생할 것이다.

이러한 직접 결합은 사실상 본 발명에 다른 쌍극 결합보다 훨씬 더 큰 에너지를 가지는 교환과, 기록 서포트층의 자기소자의 자기 구성의 복제(replication)에 의한 결합을 야기한다. 말단은 더 이상 자신의 역할을 수행하지 못하게 되고, 따라서 자기소자의 방향과 자성이 한번 정해지면, 자기소자의 자성의 방향을 변경하지 않고서는 자기소자에 이웃하는 연속층의 자성을 변경하는 것은 불가능하다.

T. NAGAHAMA 및 Collaborators(Journal of Applied Physics)에 의해 "Electronic Resistance of Magnetic Domain with NiFe wires with CoSm Pinning Pads"에 기술된 이러한 시스템은 자기 서포트의 자성 기록을 가능하게 하지 못한다.

스페이서에 의해 분리된 이들 두 개의 층의 어셈블리는, 예를 들면, 하드디스크와 같은 정보저장수단의 기판에 배치될 수 있는 기록장치를 형성한다. 이들 두 개의 층의 각각은 기초층의 스택으로 구성될 수 있다.

도 4a 내지 4c는 기록장치를 구성하는 스택의 예이다. 세 가지 경우에 있어서, 기록장치(12, 12', 12'')는, 하나/또는 그 이상의 기초층과, 자기소자 또는 도트(46)를 분리하는 비자성부(nonmagnetic parts)(41, 41')를 포함하는 구조화된 층(40)을 나타내며, 화살표(42)에 의해 그 자성이 표시되고, 정보가 기입되는 기록 서포트(43)의 영역을 가두는(trap) 쌍자영역(dipolar magetic field)을 발산하도록(radiate) 층(40)의 평면에 수직이 되는 비구조회된 기록 서포트(43)의 두 개의 소자로 구성된다. 층(43)에 있어서, 화살표(44)는 두 개의 정보 포인트 사이의 자성(아래쪽 방향)을 나타내고, 화살표(45, 45')는 위쪽으로(화살표(45)) 또는 아래쪽(화살표(45'))을 향하는 정보 포인트의 자성을 나타낸다.

기록 서포트(43)와 구조화된 층(40)은 비자성층(47)으로 구성되는 스페이서에 의해 분리되어 있다. 도 4a에 있어서, 기록장치는 부호(42)로 나타내지고 구조화된 층(40)은 정보 서포트 아래에(under) 위치해 있는 반면 도 4b에 있어서 기록장치는 부호(12')로 나타내지고 구조화된 층(40)은 정보 서포트(43)의 위에(above) 위치한다. 도 4c(기록장치(12''))는 구조화된 층(40)의 두 개의 자기소자(46)를 분리하는 스페이스(41')가 비어 있는(empty) 반면 수퍼레이어(11)는 생략되어(omitted) 있는 것에 의해 도 4b와 구별된다.

비자성층(47)의 기능은 두 개의 자성층(40, 43) 사이의 교환에 의한 직접 자기 결합(direct magnetic coupling)을 방지하는 것이다. 이는 금속(예를 들면, Cu, Pt, Ru등) 또는 비금속(예를 들면, Al_xO_y, MgO, TiO₂ 등과 같은 산화물)일 수 있다. 그 두께는, 예를 들면, 0.5nm에서 15nm 사이이고, 특히, 1nm에서 10nm 사이이며, 예를 들면, 실질적으로 2nm와 같다.

정보는, 구조화 처리에 의해 변경되지 않고 자기 기록 서포트의 외부이며 메모리 포인트의 사이즈가 구조화된 자기소자에 의해 제어되는 자기 서포트(43)에 기록된다. 따라서 반전 처리와 반전필드가 결함의 존재에 대하여 매우 민감하면, 말단은 일반적으로 점과 같은(pointlike) 또는 작은 공간적 확장(spatial expanse)이 된다. 자기소자의 자성은 따라서, 만일 있다면, 이러한 결함에 의해 약간 변경된다. 메모리 포인트의 정의(definition)에 있어서 중요한 이러한 자성은 따라서 실질적으로 하나의 나노구조(nanostructure)부터 서로 동일하다. 이는 도 5a 내지도 8c와 관련하여 이하에 설명된다.

도 5a는, 수직으로 이 소자와 일치하여(in line with) 2nm 두께의 스페이서(47)를 가지는,수직 자성을 가지는 사각형 영역(square section)의 자기소자에 의해 생성된 쌍극영역의 계산된 형태(calculated form)이다(부호 3). 부호(1)는 소자(46)의 자성 방향을 나타내고, 말단(latter)에 대하여 수직이며 위쪽 방향을 향한다. 영역(3)은 양의 3₂ 및 3₃과, 음의 3₁ 및 3₄의 두 개의 국부 최대값(local maxima)과, 3₂ 와 3₃ 사이의 평탄영역(plateau region)(3₅)을 나타낸다.

원형의 도트에 대하여(도 5b), 방사된 필드(radiated field)의 모양이 약간 변경된다.

이러한 모양은 필드가 자기소자(46)의 사이즈에 약간 의존하는 것에 기인한다.

수직 자성을 가지는 비구조화된 층에 대하여 고찰한다. 먼저, 이러한 층의 자성이 아래쪽을 향한다.

정보를 기입하기 위해, 이러한 자성은 부분적으로(locally) 위로 반전된다. 쓰기 헤드의 작용에 의해 응집된 영역(nucleated domain)은 그 후 그것이 그것의 평형 사이즈(equilibrium size)에 도달할 때까지 증식한다(propagate). 말단은 일반적으로 너무 커서 초고기록밀도에 적용할 수 없다. 예를 들면, Pt₁ _.8 _nm/(Co₀ _.5 _mn/Pt₁ _.8 _nm)₄ 수직 자화를 가지는, 즉, 버퍼층(buffer layer)으로서 Pt 1.8nm의 기초층과 Co 0.5nm 및 Pt 1.8nm의 두 개의 기초층의 4회의 복제(replication)를 가지는 복합층은, 1㎛보다 큰 사이즈의 평형 영역을 가진다(Magnetic Properties of Co/Pt multilayers deposited on silicon dot arrays, S.Landis, B. Rodmacq, B. Dieny, Phys Rev. B 62, 12271-12281 (2000) 참조).

도 5에 나타낸 바와 같은 자성(1)을 가지는 자기소자는 이러한 층(43)의 위(on) 또는 아래(under)에, 예를 들면, 도 6에 나타낸 바와 같은 말단의 아래에 위치된다. 이러한 소자(46)는 연속층보다 더 높은 반전필드(적어도 1.1배 더 높은)를 가지고, 그러므로 연속층에 기입하는 처리 동안 그 자성이 변하지 않도록 한다. 부호(25)는 소자(46)의 좌측으로 자기층(43)의 자성을 나타내고, 소자(46) 상의 부호(26) 및 부호(27)는 소자(46)의 우측으로의 자성을 나타낸다. 곡선(curve)(3)은, 상기 소자와 수직으로 일치하여 소자(46)에 의해 방사된 필드의 계산된 형태를 나타내고, 점선(19)은 수직으로 소자(46)의 경계를 나타낸다.

소자 상에서 한 영역(domain)이 아래쪽에서 위쪽으로 국부적으로 반전하면, 그것은 소자(46)의 가장자리(edge)의 수직축의 근방(neighborhood)에 도달할 때까지 증식하고, 이는 소자(46)에 의해 방사된 필드가 상기 영역(위쪽 방향 자성이 양으로 방사된 필드에 가해지는 반면 도트(46)의 수직의 좌측 또는 우측으로의 아래 방향 자성(25 또는 27)이 음으로 방사된 필드에 가해지는)의 벽(wall)을 강하게(energetically) 안정화하는(stabilize) 곳이다. 상기 영역은 따라서 그 증식을 중지하고 정보(반전된 자성(26))는 라인(19)으로 경계지어진 영역 내에서 소자(46)와 일치하여 수직으로 제한된다(confined).

이러한 쓰기시의 자기영역의 트래핑(trapping)은, 소자(46), 즉, 이러한 소자(46)를 자성을 띄게 하는 것에 의해 방사된 필드에 기인한 것이며, 이는 하나의 소자(46)와 서로 크게 다르지 않은 것이다. 더욱이, 연속(또는 다결정질) 자성층(43)은 구조화에 의해 손상되지 않는다. 다양한 메모리 포인트의 반전은 따라서 그들이 매우 유사한 반전 필드를 가지므로 서포트의 전체 표면상에서 생성될 수 있다(reproducible).

도 6에 있어서, 연속층(43)은 초기 자성에 수직으로 지향되어 아래쪽 방향을 가진다. 이러한 자성의 방향은 종래의 쓰기 헤드의 도움으로 소자(46) 위에서 국부적으로 반전된다. 영역(domain)은 소자(46)와 일치하여 수직으로 증식하나 영역(28)의 밖으로는 나가지 않고, 그러므로 상기 소자(46)에 의해 방사된 영역에 의해 가두어진다(trapped). 반전필드(reverse field)를 이용하여 기입하는 것은 초기 상태(initial state)(영역(28)에서 아래쪽 자성)를 저장하는 것을 가능하게 한다.

기입 처리의 예( Examples of writing process ) :

자기소자(46)는 동일한 방향으로 그들의 자성을 가지고 이러한 방향은 기입 처리 동안 변화하지 않는다. 이는, 예를 들면, 자기소자(46)의 이러한 반전필드가 레이어의 반전필드보다 강하다는 목적을 만족한다.

두 개의 시작 구성(starting configurations)이 상정될(envisaged) 수 있다. :

1) 비구조화된 층(43)의 자성과 비자성층(47)에 의해 분리된 소자(46)의 자성이 서로 반대 방향(도 7a 및 7b).

초기상태(도 7a)는 모두 동일한 방향의 자화를 가지는 자기소자에 대하여 레이어가 반대 방향(converse sense)으로 자화되는 것이다. 도 7b에 있어서, 메모리 포인트는 소자(46) 위에(above) 기입된다. 메모리 포인트를 기입하는 동작은 쓰기 헤드로 자성영역(magnetization domain)을 응집하는(nucleating) 것으로 구성된다. 말단은 이동(move)을 계속하기 위해 벽(wall)이 여분의(extra) 에너지를 필요로 하는 도트(46)의 끝(end)의 수직축의 근방까지 증식한다. 메모리 포인트(35)는 따라서 자기소자(46)의 위, 반전된 자성의 영역 내에, 수직으로 소자(46)와 일치하여, 제한된다. 이러한 영역(35)은 기입된(written) 메모리 포인트를 구성한다.

이러한 메모리 포인트를 재기입하기를 원하면, 즉, 자성(35)을 위에서 아래로 반전하기 위해, 그것의 증식에 이어서 인가된 필드(도 7a의 경우에서 위쪽으로 지향된)의 방향으로 자화된 영역의 응집(nucleation)에 의해, 또는, 더 적합하게는, 영역(35)의 "파열(implosion)"에 의한 것으로 추정되는 에너지로, 이러한 소자 위의 자성을 반전하는 소자(46) 위의 쓰기 헤드에 자기장이 인가된다. 특히, 소자(46) 외부에 위치된 영역은 인가된 자기장의 방향으로 그 자성을 가지고 강하게 지지된다(favored). 이는 소자(46) 아래에서 성장하고(grow) 침투하여(penetrate), "파열"에 의해 최종적으로 사라지게 할 때까지 영역(35)의 사이즈를 감소한다. 이러한 방향으로 기입이 이루어지면, 자기소자(46)의 작용하에서의 제한현상(phenomenon of confinement)은 발생하지 않는다.

2) 비구조화된 층(43)의 자성과 비자성층(47)에 의해 분리된 소자(46)의 자성이 동일한 방향(도 8a 내지 8c).

쓰기 헤드로 자기소자(46)와 수직으로 일치하는 역자성영역(inverse magnetization domain)의 정위(orientation)의 배치(permuting)가 허가되면, 이 영역이 증식한다. 이는 자기소자(46)의 수직축의 근방의 외측까지 증식할 수 있고, 따라서 이 경우, 자성의 방향은 영역의 벽(domain wall)이 자기소자(46)에 의해 안정화되지 못하는 것과 같다. 한편, 이러한 영역이 인접하는 소자(46)의 수직축의 근방에 도달하면, 벽은 안정화되고 영역은 도 8b에 나타낸 바와 같이 증식을 멈춘다. 쓰기영역(writing domain)(45)은 따라서 도트(46)의 수직축에 돌출한다(overhang). 이번에는 아래에서 위로 그 방향을 변경하면서 이러한 메모리 포인트를 기입하기 위해 다시 찾고자 하면, 영역이 이러한 동일한 소자(46)와 일치하여 수직으로 응집되고 이러한 영역은 상기 소자의 수직축의 근방에 도알할 때까지 증식한다. 이는 사실상 도 7a 및 7b에 나타낸 상황으로 이어지는 것이다. 메모리 포인트는 따라서 도트(46)와 일치하여 수직으로 제한된 영역(45') 내에 기입된다(도 8c). 이러한 메모리 포인트의 이어지는 기입은 그 후 도 7a 및 7b에 기재된 처리와 유사하다. 자기벽(magnetic wall)은 따라서 자기소자(또는 도트)의 끝의 수직축의 근방에서 안정화되고 그 후도 7b의 상태를 유지한다.

도 9a 및 9b는 본 발명에 따른 미디어의 두 가지 예에서 수직 표준 쓰기 헤드(perpendicular standard write head)를 이용한 쓰기 처리를 도시하고 있다. : 하나는 정보 운송층(information carrier layer)(43) 아래에 구조화된 층(40)을 가지는 것이며(도 9a), 다른 하나는 이러한 구조화된 층(40)을 위에 가지는 것이다(도 9b). 쓰기 헤드는 기입극부(write pole piece)(53), 기입극(write pole)(52), 자기장 반전극(magnetic field inversion pole)(54)을 나타내고 있다. 도 2, 도 3 및 도 4a 내지 4c에 나타낸 바와 같이, 선택적 서브레이어(optional sublayer)(104)는 반전극 쪽으로 필드를 연결할(channel) 수 있도록 한다. 화살표(51)는 다운 도메인(down domain)이 기입되는 경우에 이러한 층의 자성을 나타낸다.

이러한 미디어의 기입은 종래의 미디어와 동일하고, 수직 기록에 통상적으로 사용되는 것과 동일한 쓰기 헤드(50) 및 필드 레벨(field level)로 이루어질 수 있다. 도 9a는 구조화된 층(40)이 정보 운송층(43) 아래에 위치되는 경우에 다운 도메인의 기입을 개략적으로 나타내는 도면인데 반하여 위에 위치된 경우는 도 9b에 도시되어 있다. 자기소자 또는 도트의 자성은 쓰기 헤드에 의해 방사된 필드에 의해 영향받지 않는다(도면의 경우 위쪽으로 유지됨). 기입극(52)은 극부(53) 주위의 권선(도시하지 않음)을 통하여 흐르는 전류의 수단에 의해 아래쪽으로 자화된다. 이는 바람직하게는 서브레이어(104)를 경유하여 반전극에 접속하는(close) 자기장을 발생한다. 정보 운송층(43)은 이러한 자기장이 인가되고 말단이 상기 층(43)이 반전극보다 크면(기입 처리 동안), 그 자성을 반전하고 메모리 포인트는 기입된다. 반전극(54)은 기입극보다 훨씬 큰 치수(dimensions)를 가짐으로써 이 극 아래에서 필드가 더욱 약해지도록 하고(자속(flux)

은 보존된다) 반전극(54) 아래에 위치되는 메모리 포인트는 반전하지 않는다. 이는 수직 기록의 기술의 설명에 따르는 것이다.

그렇지만, 차이점에 주목해야 한다. : 메모리 포인트에 가해진(excerted) 필드는 쓰기 헤드의 기입극(52)에 의해 방사된(그리고 서브레이어(104)에 의해 닫히거나 닫히지 않은(closed or not)) 필드의 합(sum)이며 자기소자(46)에 의해 방사된 필드의 합(sum)이다.

따라서, 예를 들면, 자기소자(46)의 필드가 도 9a 및 도 9b에 나타낸 바와 같이 위쪽으로 지향되면, 메모리 포인트의 자성을 아래에서 위로 반전하기 위해 필요한 필드는 H_r-H_s와 같은 반면 위에서 아래로 반전하기 위해 필요한 필드는 -H_r-H_s이며, 여기서, H_r은 메모리 포인트의 자성을 반전하기 위해 인가되어야 하는 양의 필드(positive field)이고(이 예에서는, 아래에서 위로 및 위에서 아래로 반전하기 위한 필드가 동일한 것으로 상정하며, 이는 일반적인 경우이다.); H_s는 도트상에서 위쪽으로 자화된 소자에 의해 방사된 양의 필드이다.

또한 본 발명에 따른 기록장치(기록 서포트(43) 및 자기소자(46))는 필요에 따라 서브레이어(104) 없이 스택에 이용될 수도 있음에도 주목해야 한다. 이 경우, 스택은 보다 간소해진다. 예를 들면, 기록장치(기록 서포트(43) 및 레이어(40))가 하드디스크 기판(상기한 바와 동일한 물질의)에 직접 배치될 수 있다. 서포트(43)의 기입은 그 후 미리 지시된 대로 이루어진다.

모든 경우에 있어서, 기록은 수직 미디어의 기록에 대한 것과 동일한 방식으로 이루어지며, 즉, 자기저항 소자(magnetoresistive element)의 수단에 의해, 금속 스핀 밸브(metal spin valve), 또는, 현재, 자기터널 접합(magnetic tunnel junction)에 근거하여 이루어진다.

헤드는 자성이 위쪽 방향인지 아래쪽 방향인지에 의존하여 메모리 포인트를 읽는다. 본 발명의 경우, pahfl 포인트에 의해 방사되는 필드는 자기소자(46)에 의해 발생되는 것으로 보충된다(supplemented). 그러나 말단이 그 자성이 변경되지 않은 채로 유지되고 한편 읽기 헤드의 높이(height)가 이러한 구조에 대하여 변화하지 않으므로, 상기 소자(46)에 의해 방사되고 메모리 포인트에 의해 방사되어 그것에 부가된 필드는 알기 어려운(예를 들면, 사전 측정이나 계산에 의해) 불변 천이(constant shift)로서만 작용한다.

본 발명에 따른 장치의 제조 과정은 당업자에게 있어 알려진 기술을 구현하는 것이다.

구조화된 레이어의 제조는 규정된 외형(defined contour)의, 비자성부(nonmagnetic parts)(41, 41')에 의해 분리된 자기소자를 얻을 수 있도록 한다.

구조화된 레이어가 정보 운송층의 위 또는 아래에 위치되어 있는지 없는지에 따라, 두 개의 제조예가 도 10a 및 도 10b에 주어져 있다.

초고기록밀도(ultra-high recording density)는 1 Tbit/inch² 및 그 이상에 대응한다. 1 Tbit/inch²는 25nm×25nm의 치수, 즉, 예를 들면, 그것이 인접하는 것과 5nm 만큼 떨어진 20nm×20nm 메모리 포인트를 의미한다.

비자성부(41 또는 41')의 폭(width)은 실제로는 2nm에서 20nm 사이가 되도록 선택될 수 있다. 이러한 폭은 바람직하게는 인접하는 자기소자 사이의 교환 결합을 회피하도록 선택된다.

구조화된 층(40)의 이러한 규모(scale)에 대한 구조화는 전자 리소그래피(electronic lithography) 또는, 예를 들면, 반응성 드라이 에칭 단계(reaactive dry etching step)에 의한 에칭에 이어지는 나노프린팅(nanaprinting)에 의해 즉시(presently) 얻어질 수 있다.

도 10a 내지 10g는 자기 도트(46)를 나타내는 구조화된 층(40)이 정보 운송층(43) 위에 위치된 경우에 대응하는 도면이다. 첫 번째 경우에 있어서, 스택은, 예를 들면, 스퍼터링(sputtering)에 의한 침착(deposition)에 의해, 여기에는 도시하지 않은(도 2 참조) 하드디스크의 기판상에 만들어진다. : 즉, 연속적으로 "자기적으로 부드러운(magnetically soft)" 서브레이어(104); 중간층(intermediate layer)(14); 기록층에 대한 선택적 서브레이어(optional sublayer)(13); 정보 서포트층(information support layer)(43); 선택적으로 비자기 분리층(nonmagnetic separating layer)(47) 그리고 끝으로 도트로 구성되는 자기층(magnetic layer)(48)으로 이루어진다. 레이어(43 및 48)는 임의의 공지된 방법(스퍼터링, 증착(evaporation), 전기화학적 침착(electrochemical deposition) 등)에 의해 침착될 수 있는 수직 자성을 가지는 물질로 이루어진다. 제 1 단계는 자기층을 구조화하는 것이다. 이러한 동작은, 예를 들면, 구조화하기 위해 노출되는 감광성(photosensitive) 또는 감전성(electrosensitive) 수지(resin)를 살포함으로써(spreading) 또는 나노프린팅법에 의해 구조화되는 폴리머나 수지(50)(도 10b)를 침착함으로써 수행될 수 있다. 구조화의 결과물(result)(50')은 도 10c에 도시되어 있다. 이러한 패턴은 그 후, 예를 들면, 이온 빔 드라이 에칭(ion beam dry etching)에 의해, 또는, 반응성 드라이 에칭과 같은, 에칭에 의해 자기층으로 전사된다(transferred)(도 10d). 이러한 구조는 그 후, 예를 들면, SiO₂ 또는 다른 유전체(dielectric)나 그 밖의 비자성 물질과 같은, 비자성물질(51)로 덮인다(covered)(도 10e). 예를 들면, 전자 산업 분야에서 잘 알려진 화학적-기계적 평탄화법(chemical-mechanical planarization method)을 이용하는 평탄화 단계(planarization step)는, 비자성 물질(41)에 의해 분리되고 수퍼레이어(superlayer)(11)가 마지막으로 침착되는(도 10g) 자기 도트(46)의 배열을 나타내는 구조화된 층(40)(도 10 f)을 얻을 수 있도록 한다.

도 10a' 및 10d'에 나타낸 변형(variant)은 중간층(47) 까지 스택을 침착하는 것이다. 자기 구조(magnetic structure)(도 10d')는 그 후 더 이상 에칭에 의해 얻어지지 않고, 예를 들면, 나노프린팅에 이어지는 노출된 수지 또는 폴리머를 이용하는 소위 "리프트 오프(lift-off)" 방법에 의한, 침착에 의해 직접적으로 얻어진다. 상기 방법의 나머지는 동일하다.

구조화된 층(40)이 정보 운송층(43) 아래에 위치되는 바람직한 변형예에 있어서(도 11a 내지 11e), 상기한 경우와 같이 하드디스크(도시하지 않음)의 기판상에 레이어(104, 14, 13)를 침착하도록 구현될 수 있다.

비자성층(51')은 그 후 침착된다(도 11a). 그리고 도트(46)의 위치에 홀(hole)을 생성하고 보존된(preserved) 비자성 물질(41)을 형성하기 위해, 도 10c 및 10d가 얻어질 수 있도록 하는 것과 동일한 기술에 의해 구조화된다(도 11b). 비자성 물질(48')은 그 후 이 구조상에 침착된다(도 11c). 상기한 바와 동일한 평탄화 단계는, 비자성 영역(41)에 의해 분리된 자기 도트의 배열을 구성하는 구조화된 층(40)을 얻을 수 있도록 한다(도 11d). 정보 서포트층(information support layer)(43)과 선택적 수퍼레이어(11)는 그 후 레이어(40)상에 침착될 수 있다. 두 개의 변형예의 각각에 대하여, 도트의 직접 구조화에 의해 아니면 도트의 이후의 위치(future location)에 홀을 생성하기 위해 비자성층을 구조화함으로써 자기 도트가 동일하게 만들어질 수 있음을 알 수 있다.

또한, 예를 들면, "Nanofabricated and self-assembled magnetic structures as data storage media" by B.D. Terris and T. Thompson, J. Phys. D: Applied Physics 38 (2005) p.199~222에 기재된 기술에 따른 물리적 및/또는 화학적 처리에 의해 조직화된 자기 나노구조(organized magnetic nanostructures)의 조직적 침착(organized deposition)을 수행할 수도 있다. 이러한 침착은 평탄화에 이어지는 비자기물질의 층(51)의 침착에 이어서 수행될 수 있다.

기록장치는 다른 기능을 가지는 두 개의 "레이어"로 잉\루어져 있다. : 하나는, 하나 이상의 기초층을 나타내는 기록 서포트이고, 이는, 정보를 운송하고 바람직하게는 포인트의 반전 필드가 지나치게 커지지 않고, 예를 들면, 10년의 기간에 걸쳐(열 변동(thermal fluctuations)에 대하여) 정보를 유지하기 위해 충분한 이방성(anistropy)을 가지며, 또 하나는, 구조화된 층에 배치되고 메모리 포인트를 규정하는 도메인을 한정하는 필드를 생성하는 자기소자이다.

정보 운송층(carrier field)(43)의 반전 필드와 쓰기 헤드로 전달(deliver)하기를 원하는 필드에 의존하여, 구성소자(constituent element) 또는 도트(46)의 소자는, 예를 들면, 포화(sturation)시 자성의 값을 최적화(optimize)하도록 조정될(adjusted) 수 있다.

특히, 기록층(43)을 구성하는 물질과 도트(46)를 구성하는 물질은, 기록층(43) 및 도트(46)의 두께와 마찬가지로, 완전히 다를(totally different) 수 있고 그러므로 독립적으로(independently) 최적화된다. 레이어(43) 및 도트(46)는 사실상 메모리포인트를 제한을 위해 기능하는 도트(46)에 의해 생성된 쌍극 영역(dipolar field)에 의해서만 결합된다(coupled).

다른 중요한 점은 구조화가 없는 종래의 기술들은 입자(grains)가 분리된(decoupled) 다결정질 미디어를 이용하고, 정보 포인트가 수백 개의 입자를 점유한다는(occupying) 것이다. 이러한 경우의 구조화된 미디어에 있어서 일반적으로, 그리고 특히 본 발명에서는, 이러한 레이어는 더 이상 다결정질을 요구하지 않고, 따라서 메모리 포인트 사이의 분리는 물리적이며 레이어(43)의 외부에 위치된 도트(46)의 구조화에 의해 주어진다. 그러므로 하나 이상의 연속적인 기초층을 나타내는 연속층을 얻는 것을 가능하게 한다.

실시예(Examples) :

레이어(43) 및 도트(46)는 Co/Pt 이중층(bilayer)의 스택으로 형성되고, 도트에 대하여 연속 저장층(continuous storage layer) 보다 큰 반전 필드가 얻어지도록 반복 회수(number of repititions)가 선택된다. 구조화된 층의 도트(46)는 0.6nm의 Co 기초층과 1.8nm의 Pt 기초층을 포함하는 네 개의 연속적인 이중 기초층(elementary bilayer)의 스택으로 이루어진다(즉, 모두 8개의 레이어).

분리층(separating layer)(47)은 상기 소자(46)에 의해 레이어(43)에 생성된 필드를 최적화하도록 그 두께가 선택된, 예를 들면, 2nm의, 백금(platinum)이다.

연속층은, 0.6nm의 Co와 1.8nm의 Pt의 이중 기초층의 스택의 도트와 마찬가지로 네 번 반복되고, 레이어(43)의 반전 필드는 0.06T 이며, 도트는적어도 0.4T와 같고, 즉, 도트(46)의 반전 필드는 적어도 레이어(43)의 반전 필드의 7배와 같다. 더욱이 도트로 구조화하는 것은 연속층에 대하여 반전 필드를 크게 증가시키고 이러한 반전 필드의 값은 도트가 작아질수록 더욱 증가한다.

200nm의 도트(46)와, 2nm의 두께를 가지는 백금으로 이루어진 분리층(47)에 대하여, 도트에 인접하는(adjoin) 연속층(43)상에 방사되는 쌍극 필드는 0.05T의 최대값을 가지고(도 5a의 3₂ 및 3₃) 평면 영역(plateau region)에서의 값은 실질적으로 0.015T와 같다. 이러한 쌍극 필드의 값은 분리층(47)의 두께를 변경함으로써 조절될 수 있다. 이러한 두께가 증가할수록, 연속층(43) 상에 방사되는 쌍극 필드는 감소한다.

레이어(43) 및/또는 도트(46)는, 예를 들면, CoPt, Co/Pd; Fe/Pd, AuCo 등과 같은 수직 자성을 가지는 임의의 멀티레이어로 구성될 수 있다.

레이어(43) 및/또는 도트(46)는 또한, 예를 들면, 금속 및 Co/알루미나, Co/실리콘 등에 근거한 멀티레이어와 같은, 유전체 또는 반도체로 구성될 수도 있다.

레이어(43) 및/또는 도트(46)는 또한, 예를 들면, FePt, FePd, CoPt 등과 같은 수직 자화 합금, 아니면 TbFeCo 및 GdCo 등과 같이, 전이금속(transition metals) 및 희토류(rare earth)를 포함하는 합금으로 구성될 수도 있다.

기록 서포트(43) 및 자기소자(46)의 자성의 방향을 확보하기(ensure) 위해, 상기 장치에 자기소자(46)의 반전 필드보더 더 큰 강력한 자기장을 인가할 수 있다. 기록 서포트(43)가 자기소자(46)에 대하여 역방향으로 지향되는 것이 요구되면, 장치에 기록 서포트(43)의 반전 필드보다 더 크고, 자기소자(46)의 반전 필드보다는 낮은 강도(intensity)의 자기장을 인가하도록 한다.

Claims

적어도 하나의 기초 자기층(elementary magnetic layer)을 나타내는(exhibiting) 적어도 하나의 비구조화된(unstructured) 기록 서포트(recording support)를 포함하고, 상기 기록 서포트는 기록헤드(recording head)의 쓰기극(write pole)과 상기 기록 서포트의 결합(coupling)에 의해 상기 기록 서포트의 평면(plane)에 수직인(perpendicular) 자성(magnetization)을 가지는 자기기록장치(magnetic recording device)에 있어서,
상기 기록 서포트(43)의 평면에 수직으로 정해진(determined) 자성을 가지고 상기 기록 서포트(43)의 반전 필드(inversion field)보다 더 큰 반전 필드를 가지는 자기소자(magnetic element)(46)를 포함하고,
상기 자기소자(46)는, 교환(exchange)에 의한 결합(coupling) 없이 상기 자기소자(46)가 상기 기록 서포트(43)의 쌍극 필드(dipolar field)만을 생성하도록 하는 두께(thickness)를 가지는 비자성 물질(nonmagnetic meterial)로 이루어진 분리층(decoupling layer)(47)에 의해 상기 기록 서포트(43)로부터 분리되며, 비자성 영역(nonmagnetic region)(41)에 의해 서로 간격을 두고 떨어져 위치되고(spaced apart), 각각의 자기소자(46)는 상기 기록 서포트(43) 상에 쓰기 동작(write poeration) 동안 메모리 포인트(memory point)를 상기 기록 서포트(43) 내에 규정하는(defining) 것을 특징으로 하는 자기기록장치.
제 1항에 있어서,
상기 자기소자(46)의 반전 필드는 상기 기록 서포트(43)의 반전 필드의 1.1배 에서 20배 사이인 것을 특징으로 하는 자기기록장치.
제 1항에 있어서,
상기 자기소자(46)의 반전 필드는 상기 기록 서포트(43)의 반전 필드의 2배에서 10배 사이인 것을 특징으로 하는 자기기록장치.
제 1항에 있어서,
상기 기록 서포트(43) 또는 자기소자(46)는 몇 개의(several) 기초층을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기기록장치.
제 1항에 있어서,
상기 기록 서포트(43)는 FePt FePd CoPt, TbFeCo, GdCo로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기기록장치.
제 4항에 있어서,
상기 기록 서포트(43)는 적어도 하나의 기초 이중 자기층(elementary magnetic bilayer)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기기록장치.
제 4항에 있어서,
상기 기록 서포트(43)는 CoPt, CoPd, Fe/Pt, Fe/Pd,, Au/Co의 적어도 하나의 이중 자기층(elementary magnetic bilayer)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기기록장치.
제 4항에 있어서,
상기 기록 서포트(43)는 금속, 유전체(dielectric) 또는 반도체(semiconductor)를 결합하는(associating) 적어도 두 개 기초층을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기기록장치.
제 4항에 있어서,
상기 기록 서포트(43)는 Co/Si, Co/알루미나(alumina)를 결합하는(associating) 적어도 두 개의 기초층을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기기록장치.
제 1항에 있어서,
상기 기록 서포트(43)는 다결정질 재료(polycrystalline material)로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기기록장치.
제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비자성 물질 분리층(47)은 0.5nm에서 15nm 사이의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 자기기록장치.
제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비자성 영역(41)은 상기 자기소자(46) 사이의 공극(air space)(41')인 것을 특징으로 하는 자기기록장치.
제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비자성 영역(41)은 상기 자기소자와 평평한 층(plane layer)을 형성하도록 비자성 고체물질(nonmagnetic solid material)로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기기록장치.
제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기록 서포트(43)와 상기 자기소자(46)를 구성하는 어셈블리(assembly)는 하드디스크와 같은 정보저장수단의 기판(substrate)(16)에 배치되는(disposed) 것을 특징으로 하는 자기기록장치.
제 14항에 있어서,
상기 자기소자(46)는 상기 저장수단 기판의 표면(surface)에 접하고 있는(contact) 것을 특징으로 하는 자기기록장치.
제 14항에 있어서,
상기 기록 서포트(43)는 상기 저장수단 기판의 표면에 접하고 있는 것을 특징으로 하는 자기기록장치.
제 1항 내지 제 10항 중 한 항에 따른 장치를 제조하는 제조방법(process)에 있어서,
비구조화된 기록 서포트(43)를 형성하기 위한 적어도 하나의 자기물질(magnetic material)의 층 및 비자성 물질로 이루어진 분리층(47)의 침착(deposition)과, 자기소자(46)의 배열(array)의 형성(making)을 수행하는(implement)는 것을 특징으로 하는 제조방법.
제 17항에 있어서,
상기 자기소자의 배열의 형성은 상기 기록 서포트(43)를 형성하는 상기 하나 이상의 자기물질의 침착 전에 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
제 17항에 있어서,
상기 자기소자의 배열의 형성은 상기 기록 서포트(43)를 형성하는 상기 하나 이상의 자기물질의 침착 후에 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
제 18항에 있어서,
상기 자기소자(46)의 배열을 형성하기 위해, 자기물질(48)까지 평탄화(planarization)가 수행되는 것에 이어서, 적어도 하나의 자기물질(48)의 층이 침착된 후, 상기 자기소자(46)를 형성하도록 예정된(intended) 위치(locations)를 규정함으로써(defining) 구조화되는(structured) 비자기물질층(nonmagnetic material layer)(51)의 침착을 수행하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
제 18항에 있어서,
상기 자기소자(46)의 배열을 형성하기 위해, 상기 자기소자(46)를 유지하도록(remain) 구조화되는 적어도 하나의 자기물질(48)의 층의 침착을 수행하고, 그 후 비자기물질층의 침착 및 그것의 평탄화가 이어지는 것을 특징으로 하는 제조방법.
제 18항에 있어서,
물리적(physical) 또는 화학적(chemical) 처리(procedure)에 의해 자기 나노구조(magnetic nanostructures)의 조직화된 침착(organized deposition)을 수행하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
제 22항에 있어서,
상기 조직화된 침착은 비자기물질층(51)의 침착이 이어지며, 그 후 상기 비자기물질층(51)의 평탄화가 이어지는 것을 특징으로 하는 제조방법.