KR20030022001A - 자기 기록 매체 및 이를 이용한 자기 기억 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열 안정성의 향상 및 매체 노이즈의 저감을 실현하도록 형성한 반평행의 제 1 및 제 2 자성층을 포함하는 자기 기록 매체를 보다 고속으로 자기 기록 및 재생이 가능하도록 개량하는 것을 과제로 한다.
본 발명은 제 1 자성층과 제 2 자성층이 비자성 결합층을 사이에 개재시켜 자기적으로 반평행 상태로 결합한 구조를 포함하는 자기 기록 매체로서, 상기 제 1 자성층의 교환 결합 자계 Hex1은 상기 제 1 자성층의 보자력 Hc1 및 제 2 자성층의 보자력 Hc2의 각각보다도 크게 설정되어 있다.
Description
본 발명은 자기 기록 매체 및 자기 기억 장치에 관한 것으로서, 특히 고밀도 기록이며 고속으로의 기록 및 재생이 가능한 자기 기록 매체 및 자기 기억 장치에 관한 것이다.
정보처리 기술이 발달함에 따라, 자기 기록 매체에 대한 고밀도화의 요구가 증대하고 있다. 이 요구를 충족시키는 자기 기록 매체에 요구되는 특성은, 예를 들어, 하드 디스크에서는 노이즈 저감화와 열 안정성의 향상이 있다.
자기 디스크 등의 수평 자기 기록 매체의 기록 밀도는, 매체 노이즈의 저감 및 자기저항 효과형 헤드 및 스핀 밸브 헤드 등의 개발에 의해 현저하게 증대하였다. 대표적인 자기 기록 매체는 기판과, 하지층과, 자성층과, 보호층이 이 순서로 적층된 구조를 갖는다. 하지층은 Cr 또는 Cr계 합금으로 이루어지고, 자성층은 Co계 합금으로 이루어진다.
매체 노이즈를 저감시키는 방법은, 현재까지 각종 제안이 이루어지고 있다. 예를 들면, 「Okamoto et al., "Rigid Disk Medium For 5Gbit/in2Recording", AB-3, Intermag '96 Digest」에는, CrMo으로 이루어진 적절한 하지층을 이용하여 자성층의 막 두께를 감소시킴으로써, 자성층의 입자 사이즈 및 사이즈 분포를 감소시키는 것이 제안되어 있다. 또한, 미국 특허 제5,693,426호에서는, NiAl로 이루어진 하지층을 이용하는 것이 제안되어 있다. 또한, Hosoe et al., "Experimental Study of Thermal Decay in High-Density Magnetic Recording Media", IEEE Trans. Magn. Vol.33, 1528(1997)에서는, CrTi으로 이루어진 하지층을 이용하는 것이 제안되어 있다. 상기와 같은 하지층은 자성층의 면내 배향을 촉진시켜 잔류 자화 및 비트의 열 안정성을 증가시킨다. 자성층의 막 두께를 감소시켜 해상도를 높이거나, 또는 기록된 비트 사이의 천이(遷移) 폭을 감소시키는 것도 제안되어 있다. 또한, CoCr계 합금으로 이루어진 자성층의 Cr 편석을 촉진시키고, 입자 사이의 교환 결합을 감소시키는 것도 제안되어 있다. 이 사고를 발전시켜, 리소그래피 등의 가공에 의해 자기 단위 기록부 사이를 인공적으로 분리시킨 패턴화 매체(패턴화된 매체)도 제안되어 있다.
그러나, 자성층의 입자가 작아져 서로 자기적으로 보다 고립됨에 따라, 기록된 비트는 선밀도에 따라 증가하는 감자계와 열 활성화에 의해 불안정해진다. 「Lu et al., "Thermal Instability at 10Gbit/in2Magnetic Recording", IEEE Trans. Magn. Vol.30, 4230(1994)」에서는, 마이크로 마그네틱 시뮬레이션에 의해, 직경이 10㎚이고 400kfci 비트이며 Ku V/kB T∼60인 비의 각 입자의 교환 결합이 억제된 매체에서는, 대폭적인 열적 완화를 받기 쉬운 것이 발표되어 있다. 여기서, Ku는 자기 이방성 상수, V는 자성 입자의 평균 체적, kB는 볼츠만 상수, T는 온도를 나타낸다. 또한, Ku V/kB T인 비는 열 안정성 계수라고도 불린다.
「Abarra et al., "Thermal Stability of Narrow Track Bits in a 5Gbit/in2Medium", IEEE Trans. Magn. Vol.33, 2995(1997)」에서는, 입자 사이의 교환 상호작용의 존재가 기록된 비트를 안정화시키는 것이, 5Gbit/in2인 CoCrPtTa/CrMo 매체의 어닐링된 200kfci 비트의 MFM(자기간력 현미경) 해석에 의해 보고되어 있다. 그런데, 20Gbit/in2이상의 기록 밀도에서는 입자 사이의 자기적 결합의 억제가 필수로 된다.
이에 대한 적당한 해결책은 자성층의 자기 이방성을 증가시키는 것이었다. 그러나, 자성층의 자기 이방성을 증가시키기 위해서는, 헤드의 기록 자계에 큰 부하가 인가된다.
또한, 열적으로 불안정한 자기 기록 매체의 보자력은, 「He et al., "High Speed Switching in Magnetic Recording Media", J. Magn. Magn. Mater. Vol.155,6(1996)」에서 자기 테이프 매체에 대하여, 그리고, 「J.H. Richter, "Dynamic Coercivity Effects in Thin Film Media", IEEE Trans. Magn. Vol.34, 1540(1997)」에서 자기 디스크 매체에 대하여 보고되어 있는 바와 같이, 스위치 시간의 감소에 따라 급격하게 증가한다. 따라서, 데이터 속도에 악영향이 생기게 된다. 즉, 자성층에 대한 데이터의 기록 속도, 및 자성 입자의 자화를 반전시키는데 필요한 헤드의 자계 강도가 스위치 시간의 감소에 따라 급격하게 증가한다.
한편, 열 안정성을 향상시키는 다른 방법으로서, 자성층 아래의 기판에 적절한 텍스처(texture) 처리를 실시함으로써, 자성층의 배향율을 증가시키는 방법도 제안되어 있다. 예를 들면, 발행 중인 「Akimoto et al., "Magnetic Relaxation in Thin Film Media as a Function of Orientation", J. Magn. Magn. Mater.(1999)」에서는, 마이크로 마그네틱 시뮬레이션에 의해, 실효적인 Ku V/kB T 값이 배향율의 근소한 증가에 의해 증대하는 것이 보고되어 있다. 그 결과, 「Abarra et al., "The Effect of Orientation Ratio on the Dynamic Coercivity of Media for ＞15Gbit/in2Recording", EB-02, Intermag '99, Korea」에서 보고되어 있는 바와 같이, 자기 기록 매체의 오버라이트(overwrite) 성능을 향상시키는 보자력의 시간 의존성을 보다 약화시킬 수 있다.
또한, 열 안정성을 향상시키기 위한 키퍼(keeper) 자기 기록 매체도 제안되어 있다. 키퍼층은 자성층과 평행한 연자성층으로 이루어진다. 이 연자성층은 자성층의 위 또는 아래에 배치된다. 대부분의 경우, Cr 자기 절연층이 연자성층과자성층 사이에 설치된다. 연자성층은 자성층에 기록된 비트의 감자계를 감소시킨다. 그러나, 자성 기록층과 연속적으로 교환 결합하는 연자성층의 결합에 의해, 자성층 입자의 감결합이라는 목적이 달성되지 않게 된다. 그 결과, 매체 노이즈가 증대한다.
상기 문제를 해결하는 수법으로서, 본 출원인은 앞서 관련된 특허출원을 하였다(일본국 특원평11-161329호, 1999년 6월 8일) 이 제안에서는, 적어도 1개의 교환층 구조와 상기 교환층 구조 위에 설치된 자성층을 구비하고, 상기 교환층 구조는 강자성층과 상기 강자성층 위로서 상기 자성층 아래에 설치된 비자성 교환층으로 이루어지고, 상기 자성층 및 상기 강자성층은 서로 자화 방향이 반평행으로 되는 자기 기록 매체가 개시되어 있다. 이러한 자기 기록 매체의 경우, 기록된 비트의 열 안정성을 향상시키고, 매체 노이즈를 저감시켜, 자기 기록 매체의 성능에 악영향을 미치지 않으며 신뢰성이 높은 고밀도 기록을 실현할 수 있다.
즉, 이 제안의 구조는 제 1 자성층으로 되는 상기 강자성층과 제 2 자성층으로 되는 상기 자성층이 비자성 교환층(본 명세서에서는 비자성 결합층이라고 칭함)을 사이에 개재시켜 형성된 구조를 갖는다. 이 자화 방향이 반평행인 2개의 제 1 및 제 2 자성층으로 이루어진 구조의 경우, 서로 자화의 일부를 소거하기 위해, 자기 기록 매체의 유효 입자 사이즈를 해상도에 실질적인 영향을 미치지 않고 증가시킬 수 있다. 따라서, 입자 체적으로부터 보면 열 안정성이 양호한 매체를 실현할 수 있도록 자성층의 외관상 막 두께를 증가시킬 수 있다.
따라서, 상기 관련 특허출원에서는 강자성층(제 1 자성층)과 자성층(제 2 자성층)의 전체적인 열 안정성을 향상시키며, 매체 노이즈를 저감시키기 위한 기본적인 구성을 제안하고 있다.
그리고, 상기 자기 기록 매체에서는 기록 자계가 외부로부터 공급되면 제 1 자성층 및 제 2 자성층이 동시에 함께 평행 상태로 되고, 그 후, 기록 자계가 감소하여 없어졌을 때(잔류 자화 상태)에는 제 1 자성층의 자화 방향이 반전하여, 제 2 자성층의 자화 방향과 반평행 상태로 된다.
그러나, 기록 고밀도화 및 신호 전송 속도의 고속화에 따라, 기록 및 재생 속도를 증가시키는 것도 필요하게 되었다. 기록 후에 상기 제 1 자성층에 자화 반전이 발생하기를 기다리는 것은, 장차 고속 기록 및 재생을 실현하는데 장해가 될 것으로 예상된다.
즉, 상기 자기 기록 매체의 제 1 자성층과 제 2 자성층은 잔류 자화 상태에서 반평행 상태에 있고, 여기에 외부로부터 기록 자계가 공급되면 제 1 자성층 및 제 2 자성층이 함께 평행 상태로 된다. 그리고, 그 후, 기록 자계가 감소하여 소멸되고 다시 잔류 자화 상태로 되면, 제 1 자성층의 자화 방향이 반전하여 제 2 자성층의 자화 방향과 반평행 상태로 된다. 이 과정에서는 제 1 자성층이 자연스럽게 자화 반전하기를 기다리게 된다.
그런데, 기록 속도를 높이고, 상기 제 1 자성층이 반전하기 전에 인접 비트에 대한 기록이 실행되면, 평행 상태의 비트로부터의 반자계에 의해, 기록하고자 하는 비트 위치가 어긋나고, 비선형 천이 시프트(Non Linear Transition Shift:NLTS)가 열화되어 기록에 악영향을 미친다는 문제가 발생한다.
또한, 기록으로부터 재생까지의 시간이 단축되도록 고속화한 경우에, 제 1 자성층이 평행 상태로부터 반전하여 반평행 상태로 되기 전에 재생이 실행되면 이상한 신호로 되어 정상적인 재생을 행할 수 없다는 문제도 발생한다.
따라서, 본 발명은 열 안정성의 향상 및 매체 노이즈의 저감을 실현하도록 형성한 반평행의 제 1 및 제 2 자성층을 포함하는 자기 기록 매체를 보다 고속으로 자기 기록 및 재생이 가능하도록 개량하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 자기 기록 매체의 요부 개요를 나타내는 도면.
도 2는 도 1에 나타낸 자기 기록 매체의 제 1 자성층 및 제 2 자성층과 그 사이의 비자성 결합층 부분을 확대하여 결합 강화 영역을 형성한 경우의 층 구성 예를 나타내는 도면.
도 3은 본 실시예의 자기 기록 매체에 관하여, 횡축에 자계, 종축에 커 효과(Kerr effect)에 의한 신호를 설정한 경우의 히스테리시스(hysteresis) 루프를 나타내는 도면.
도 4a는 실시예의 자기 기록 매체의 자화 반전 상태를 나타내는 도면, 도 4b는 종래의 자기 기록 매체의 자화 반전 상태를 나타내는 도면.
도 5는 패턴화된 매체의 일부를 확대하여 나타내는 평면도.
도 6은 자기 기억 장치의 일 실시예의 요부를 나타내는 단면도.
도 7은 도 6에 나타낸 자기 기억 장치의 요부를 나타내는 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 자기 기록 매체
11 : 비자성 기판
12 : 시드층
13 : 하지층
14 : 비자성 중간층
15 : 제 1 자성층
16 : 비자성 결합층
17 : 제 2 자성층
18 : 보호층
19 : 윤활층
상기 목적은 특허청구범위의 청구항 1에 기재된 바와 같이, 제 1 자성층과 제 2 자성층이 비자성 결합층을 사이에 개재시켜 자기적으로 반평행 상태로 결합한 구조를 포함하는 자기 기록 매체로서, 상기 제 1 자성층의 교환 결합 자계 Hex1은 상기 제 1 자성층의 보자력 Hc1 및 제 2 자성층의 보자력 Hc2의 각각보다도 크게 설정되어 있는 자기 기록 매체에 의해 달성된다.
특허청구범위의 청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 제 1 자성층과 제 2 자성층의 반평행 상태를 유지하도록 작용하는 교환 결합 자계 Hex1이 제 1 자성층 및 제 2 자성층의 각각의 보자력 Hc1 및 Hc2보다도 크기 때문에, 잔류 자화 상태에서 이들을 안정적으로 반평행으로 할 수 있다.
즉, 본 발명의 경우에는, 종래의 경우와 같이 제 1 자성층의 자화 방향이 제 2 자성층의 자화 방향과 함께 평행으로 되고나서 반평행으로 되는 과정이 없고, 기록과 동시에 최종 자화 위치가 달성된다. 따라서, 보다 고속으로의 기록 및 재생이 가능한 고밀도 기록화한 자기 기록 매체로 된다.
또한, 본 발명에서는, 제 1 자성층과 상기 제 2 자성층과의 사이에 이들을 자기적으로 반평행 상태로 결합하는 비자성 결합층을 개재시킨 구조로 되기 때문에, 제 1 자성층과 상기 제 2 자성층의 자화 방향이 반평행인 형태를 확실하게 형성할 수 있다.
상기한 바와 같이 제 1 자성층과 상기 제 2 자성층의 자화 방향을 반평행으로 하는 비자성 결합층은 Ru, Rh, Re, Ir, Cr, Cu, Ru계 합금, Rh계 합금, Re계 합금, Ir계 합금, Cr계 합금, Cu계 합금 등에 의해 형성할 수 있다.
또한, 상기 제 1 자성층과 제 2 자성층은 어느쪽이 상층, 즉, 자기 헤드 측에 위치하는 구성이어도 상관없으나, 기록을 지배하는 측의 자성층을 자기 헤드 측에 배치하도록 하는 것이 일반적으로 바람직하다.
또한, 특허청구범위의 청구항 2에 기재된 바와 같이, 청구항 1에 기재된 자기 기록 매체에 있어서, 상기 제 1 자성층의 자화 방향을 반전시켜서 상기 제 2 자성층의 자화 방향과 평행 상태로 하는 반전 자계 Hsw*를 상기 교환 결합 자계 Hex1 및 상기 보자력 Hc1의 합으로서 설정할 수 있다.
교환 결합 자계 Hex1을 제 1 자성층 및 제 2 자성층의 각각의 보자력 Hc1 및 Hc2보다도 크게 설정하면, 제 1 자성층의 자화 방향을 반전시켜서 상기 제 2 자성층의 자화 방향과 평행 상태로 하도록 작용하는 반전 자계 Hsw*는, 이 교환 결합 자계 Hex1보다도 더 커진다. 즉, 이 반전 자계 Hsw*는 제 1 자성층의 교환 결합 자계Hex1과 그 보자력 Hc1과의 합과 대략 동일하다고 볼 수 있다.
따라서, 특허청구범위의 청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 상기 제 1 자성층의 자화 방향을 반전시켜서 상기 제 2 자성층의 자화 방향과 평행 상태로 하는 반전 자계 Hsw*가 현재화(顯在化)되지 않도록 외부로부터의 기록 자계 강도를 규정할 수 있다. 즉, 기록 자계를 반전 자계 Hsw*가 현재화되지 않는 범위 내에 기록 자계를 설정함으로써, 제 1 자성층과 제 2 자성층의 자화 방향을 반평행 상태로 유지시키면서 회전하는 자기 기록 매체를 확실하게 형성할 수 있다.
또한, 특허청구범위의 청구항 3에 기재된 바와 같이, 청구항 1 또는 2에 기재된 자기 기록 매체에 있어서, 상기 제 1 자성층의 막 두께와 자화의 곱 tMs1은 상기 제 2 자성층의 막 두께와 자화의 곱 tMs2보다 작은 구성으로 하는 것이 바람직하다.
특허청구범위의 청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 막 두께와 자화의 곱 tMs가 작은 제 1 자성층에 대한 교환 결합 자계 Hex1이 보다 커지고, 교환 결합 자계 Hex1이 제 1 자성층의 보자력 Hc 및 제 2 자성층의 보자력 Hc2보다도 큰 자기 기록 매체를 보다 확실하게 실현할 수 있다.
또한, 특허청구범위의 청구항 4에 기재된 바와 같이, 청구항 1 내지 3 중의 어느 하나에 기재된 자기 기록 매체에 있어서, 상기 제 1 자성층의 보자력 Hc1은 상기 제 2 자성층의 보자력 Hc2보다 작은 구성으로 하는 것이 바람직하다.
특허청구범위의 청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 이러한 설정이 매체 설계에 있어서 제 1 자성층과 제 2 자성층의 주종 관계를 결정하는 하나의 요인으로 된다. 즉, 보자력을 크게 설정한 제 2 자성층에 주요 기록층으로서의 역할을 확실하게 부여할 수 있다.
또한, 특허청구범위의 청구항 5에 기재된 바와 같이, 청구항 1 내지 4 중의 어느 하나에 기재된 자기 기록 매체에 있어서, 상기 제 1 자성층과 상기 비자성 결합층과의 경계, 및 상기 제 2 자성층과 상기 비자성 결합층과의 경계 중의 적어도 한쪽에 상기 제 1 자성층과 상기 제 2 자성층의 교환 결합력을 강화하는 결합 강화 영역을 포함하는 구성으로 할 수도 있다.
또한, 특허청구범위의 청구항 6에 기재된 바와 같이, 청구항 5에 기재된 자기 기록 매체에 있어서, 상기 결합 강화 영역을 Fe, Co, Ni 및 이들을 포함하는 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 형성할 수도 있다.
특허청구범위의 청구항 5 및 6에 기재된 발명에 의하면, 상기 제 1 자성층과 상기 제 2 자성층의 교환 결합력을 향상시키는 것과 같은 교환 결합 자계 Hex를 확실하게 형성할 수 있다.
또한, 특허청구범위의 청구항 7에 기재된 바와 같이, 패턴화한 기록용의 각 단위 기록부에 청구항 1 내지 6 중의 어느 하나에 기재된 자기 기록 매체의 구조를 포함하는 자기 기록 매체를 채용할 수도 있다.
특허청구범위의 청구항 7에 기재된 발명에 의하면, 기억 용량이 종래의 자기 기록 매체보다 몇 배나 커지는 소위 패턴화된 매체의 단위 기록부를 상기 제 1 자성층, 비자성 결합층 및 제 2 자성층을 적어도 포함하는 적층 구조로 형성하기 때문에, 고기록 밀도이며 고속 기록 및 재생이 가능한 신규의 자기 기록 매체를 제공할 수 있다.
그리고, 본 발명의 범주에는, 청구항 8에 기재된 바와 같이, 청구항 1 내지 7 중의 어느 하나에 기재된 자기 기록 매체를 적어도 1개 구비한 자기 기억 장치도 포함한다.
특허청구범위의 청구항 8에 기재된 발명에 의하면, 고기록 밀도이며 고속 기록 및 재생이 가능한 자기 기억 장치를 제공할 수 있다.
또한, 특허청구범위의 청구항 9에 기재된 바와 같이, 청구항 8에 기재된 자기 기억 장치에 있어서, 기록용 헤드로부터 상기 기록 매체에 공급하는 기록 자계가 상기 제 2 자성층의 보자력 Hc2보다도 크며, 상기 반전 자계 Hsw*보다도 작은 범위로 설정되어 있는 것이 바람직하다.
특허청구범위의 청구항 9에 기재된 발명에 의하면, 자기 기록 매체 내의 제 1 자성층과 상기 제 2 자성층의 자화 방향을 반평행 상태로 유지하여 기록이 실행되기 때문에, 확실하게 고속 기록을 행할 수 있다.
이하, 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 자기 기록 매체(10)의 요부 개요를 나타내는 도면이다.
도 1에 있어서, 자기 기록 매체(10)는 비자성 기판(11) 위에 아래로부터 차례로 시드층(12), 하지층(13), 비자성 중간층(14), 제 1 자성층(15), 비자성 결합층(16), 제 2 자성층(17) 및 보호층(18)이 적층된 구조를 갖고 있다. 본 자기 기록 매체(10)는, 예를 들어, 스퍼터링법을 이용함으로써 제조할 수 있고, 상기 보호층(18) 위에는 윤활층(19)을 더 형성할 수도 있다.
상기 비자성 기판(11)은, 예를 들어, Al 기판, 유리 기판 또는 Si 기판으로 이루어진다. 이 기판 표면에 텍스처 처리를 실시할 수도 있다.
상기 시드층(12)에는 NiP 또는 NiAl을 사용할 수 있다. 특히, 비자성 기판(11)이 Al 및 Al 합금으로 이루어진 경우에는, 예를 들어, NiP을 사용할 수 있다. 이 시드층(12)에는 텍스처 처리 또는 산화 처리를 실시할 수도 있다. 또한, 시드층(12)은 비자성 기판(11)이, 예를 들어, 유리로 이루어진 경우에는, NiAl 및 FeAl 등의 B2 구조의 합금을 사용할 수 있다. 상기 시드층(12)은, 이 위에 형성되는 하지층(13)의 (001)면 또는 (112)면의 배향을 양호하게 하기 위해 설치되어 있다. 하지층(13)에는 종래와 동일하게 Cr 또는 Cr계 합금을 이용할 수 있다.
또한, 본 자기 기록 매체(10)가 자기 디스크인 경우, 비자성 기판(11) 또는 NiP층을 이용한 시드층(12)에 실시되는 텍스처 처리는, 디스크의 둘레 방향, 즉, 디스크 위의 트랙이 연장되는 방향을 따라 실행된다.
상기 비자성 중간층(14)은 이 위에 형성되는 제 1 자성층(15)의 에피택셜 성장, 입자 분포 폭의 감소, 및 자기 기록 매체의 기록 면과 평행한 면에 따른 제 1 자성층(15)의 이방성 축(자화 용이 축)의 배향을 촉진시키기 위해 설치되어 있다. 이 비자성 중간층(14)은, 예를 들어, CoCr-M 등의 hcp 구조를 갖는 합금으로 이루어지고, 예를 들어, 1∼5㎚의 범위로 선정된 막 두께를 갖는다. 여기서, M=B, Mo,Nb, Ta, W, Cu 또는 이들의 합금으로 할 수 있다.
상기 제 1 자성층(15)은 Co, Ni, Fe, Co계 합금, Ni계 합금, Fe계 합금 등에서 적절히 선택하여 채용할 수 있다. 예를 들면, CoCr, CoCrTa, CoCrPt, CoCrPt-M을 포함하는 Co계 합금을 제 1 자성층(15)에 이용할 수 있다. 여기서, M=B, Mo, Nb, Ta, W, Cu 또는 이들의 합금이다. 특히, Co 합금을 이용할 경우는 후술하는 교환 결합 자계를 크게 하기 위해 Co 농도를 높게 설정하는 것도 가능하다. 이 제 1 자성층(15)은, 예를 들어, 2∼30㎚의 범위로 선정된 막 두께로 할 수 있다.
상기 비자성 결합층(16)은 Ru, Rh, Re, Ir, Cr, Cu, Ru계 합금, Rh계 합금, Re계 합금, Ir계 합금, Cr계 합금, Cu계 합금 등으로 할 수 있다. 이 비자성 결합층(16)은, 예를 들어, Ru으로 형성할 경우에는, 0.4∼1.0㎚의 범위에서 선정된 막 두께를 갖고, 바람직하게는 약 0.8㎚의 막 두께를 갖는다. 이 비자성 결합층(16)의 막 두께를 이러한 범위로 선정함으로써, 상기 제 1 자성층(15)과 후술하는 제 2 자성층(17)의 자화 방향이 서로 반평행으로 되는 관계를 형성할 수 있다.
제 2 자성층(17)은 Co 또는 CoCr, CoCrTa, CoCrPt, CoCrPt-M을 포함하는 Co계 합금 등에서 선택하여 채용할 수 있다. 여기서, M=B, Mo, Nb, Ta, W, Cu 또는 이들의 합금이다. 제 2 자성층(17)에 대해서도 특히 Co 합금을 이용할 경우는, 교환 결합 자계를 크게 하기 위해 Co 농도를 높게 설정하는 것도 가능하다. 제 2 자성층(17)은, 예를 들어, 2∼30㎚의 범위로 선정된 막 두께를 갖는다. 물론, 제 2 자성층(17)은 단일층 구조의 것에 한정되지 않고, 다층 구조로 이루어진 구성일 수도 있다.
보호층(18)은, 예를 들어, C로 이루어진다. 또한, 윤활층(19)은 자기 기록 매체(10)를, 예를 들어, 스핀 밸브 헤드 등의 자기 트랜스듀서와 사용하기 위한 유기물 윤활제로 이루어진다. 보호층(18) 및 윤활층(19)은 자기 기록 매체 위의 보호층 구조를 구성한다.
자기 기록 매체(10)로서의 층 구조는 물론 도 1에 나타낸 것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 하지층(13)은 Cr 또는 Cr계 합금으로 이루어지고, 기판(11) 위에 5∼40㎚의 범위에서 선정한 막 두께로 하여 형성하며, 제 1 자성층(15)은 이러한 하지층(13) 위에 설치할 수도 있다. 또한, 본 실시예에서는 반평행으로 되는 자성층이 1층씩인 경우를 예시하나, 하측의 제 1 자성층 아래에 인접하는 자성층과 반평행인 자화의 자성층을 1층 이상 추가하는 것도 가능하다. 이 경우도 추가한 각 자성층이 이미 설치된 제 1 자성층(15) 및 제 2 자성층(17)과 일체로 되어 자화 방향을 회전시키도록 추가한 자성층의 교환 결합 자계 Hex가 제 2 자성층의 보자력 Hc2보다 커지도록 설정한다.
그리고, 상기와 같은 기본 구조를 갖는 자기 기록 매체(10)에 관한 특징은, 제 1 자성층(15)과 제 2 자성층(17)이 기록 시에 반평행 상태를 유지하여 일체적으로 자화 방향을 회전시키는 점에 있다. 따라서, 제 1 자성층(15)의 자화 방향을 반전시켜 제 2 자성층(17)의 자화 방향과 평행 상태로 하도록 작용하는 반전 자계 Hsw*가 현재화되지 않는 범위에서 기록 자계를 공급하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이 반전 자계 Hsw*의 위치는, 제 1 자성층(15)과 제 2 자성층(17)이 교환 결합한 경우에 생긴 제 1 자성층(15)의 교환 결합 자계 Hex1과 제 1 자성층(15)의 보자력 Hc1로부터 알 수 있다. 이 점에 대해서는 상세하게 후술한다.
또한, 교환 결합 자계 Hex는 제 1 자성층(15)과 제 2 자성층(17)의 교환 결합에 의해 생기는 자계이고, 제 1 자성층(15)의 교환 결합 자계 Hexl은 일반적으로 Hex1=J/tMs1로 구할 수 있다. J는 교환 결합 상수이다. 이와 동일하게 제 2 자성층(17)에는 Hex2=J/tMs2가 생긴다. 본 명세서에서는, 제 1 자성층(15)에 생기는 교환 결합 자계 Hex1에 착안하여 설명하고 있다.
교환 결합 자계 Hex1이 제 1 자성층(15)의 보자력 Hc1 및 제 2 자성층(17)의 보자력 Hc2보다 크게 설정되어 있으면, 제 1 자성층(15)과 제 2 자성층(17)의 자화 방향을 서로 반평행으로 할 수 있다. 그리고, 후술하는 바와 같이 반전 자계 Hsw*는, 교환 결합 자계 Hex1과 제 1 자성층(15)의 보자력 Hc1과의 합으로서 구할 수 있기 때문에, 반전 자계 Hsw*가 현재화되지 않도록 기록 자계를 공급함으로써 제 1 자성층(15)과 제 2 자성층(17)의 자화 방향을 반평행으로 유지하면서 기록을 행할 수 있다.
또한, 제 1 자성층(15)의 보자력 Hc1을 크게 한 경우에는, 제 2 자성층(17)의 보자력 Hc2와 반전 자계 Hsw*와의 차를 크게 할 수 있기 때문에, 자기 기록 매체(10)를 설계할 때의 자유도를 증대시킬 수 있다.
또한, 본 명세서에서의 반전 자계 Hsw*는, 제 2 자성층(17)의 보자력 Hc2가교환 결합 자계 Hex1보다 작은 경우에 있어서, 외부로부터 강도를 증가시키면서 자계를 공급했을 때에, 제 1 자성층(15)의 자화 방향을 제 2 자성층(17)의 자화 방향과 평행으로 되도록 반전시키는 자계이다.
이하, 자기 기록 매체(10)에 포함되는 상기와 같은 특징적인 구성을 보다 구체적으로 설명한다.
본 실시예에서는, 예를 들어, 제 2 자성층(17)의 보자력 Hc2를 약 4kOe, 제 1 자성층(15)의 보자력 Hc1을 약 0.5kOe로 한다. 따라서, 제 2 자성층(17)의 보자력 Hc2는 제 1 자성층(15)의 보자력 Hc1보다도 충분히 크다.
또한, 제 2 자성층(17)의 막 두께와 자화의 곱 tMs2는, 제 1 자성층(15)의 막 두께와 자화의 곱 tMs1보다도 커지도록 설정하고 있다. 따라서, 제 2 자성층(17)의 tMs2에서 제 1 자성층(15)의 tMs1을 뺀 만큼이 주로 재생 시에서의 신호에 기여한다. 또한, 제 1 자성층(15)의 막 두께와 자화의 곱 tMs1을 작게 하고 있기 때문에, 교환 결합 자계 Hex1이 커지는 효과가 있다. 이것은 상술한 바와 같이 Hex1=J/tMs1로 구할 수 있기 때문이다.
또한, 본 실시예의 자기 기록 매체(10)에서는, 도 1에 나타낸 기본 구조와 함께, 제 2 자성층(17)과 제 1 자성층(15)의 교환 결합력을 강화하는 결합 강화 영역을 설치하는 것이 바람직하다. 도 2는 제 1 자성층(15) 및 제 2 자성층(17)과 그 사이의 비자성 결합층(16) 부분을 확대하여 결합 강화 영역을 형성한 경우의 층 구성 예를 나타낸 도면이다.
도 2에 나타낸 층 구성 예에서는, 상기 제 1 자성층(15)과 비자성결합층(16)과의 경계, 또는 제 1 자성층(17)과 비자성 결합층(16)과의 경계 중의 적어도 한쪽에 결합 강화 영역(21, 22)이 형성된다. 하부 결합 강화 영역(21)은 제 1 자성층(15)과 평행한 자화 방향을 갖고, 상부 결합 강화 영역(22)은 제 2 자성층(17)과 평행한 자화 방향을 갖는다. 상부 결합 강화 영역(22) 및 하부 결합 강화 영역(21)의 각각이 제 1 자성층(15) 또는 제 2 자성층(17)과 일체화하여, 제 1 자성층(15)과 제 2 자성층(17)의 교환 결합을 강화하는 기능을 수행한다. 상기 결합 강화 영역(21, 22)은 어느 한쪽만을 형성한 경우에도, 제 1 자성층(15)과 제 2 자성층(17)의 교환 결합력 강화를 도모할 수 있다.
상기 결합 강화 영역(21, 22)은, 상기 제 1 자성층(15), 상기 비자성 결합층(16) 및 상기 제 2 자성층(17) 중의 어느 한쪽 표면의 일부로서, 즉, 이들 표면에 형성된 계면으로서 형성될 수도 있고, 또는 어느 정도의 두께를 확인할 수 있도록 형성될 수도 있다.
상기 결합 강화 영역(21, 22)을 형성하는 재료는, 예를 들어, Fe, Co, Ni 및 이들을 포함하는 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된다. 특히, 이들 결합 강화 영역(21, 22)을 구성하는 재료로서는, Co, CoCr, CoCrTa 등을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 결합 강화 영역(21, 22)을 구성하는 재료로서는, Co-X, CoCr-Y 및 CoCrTa-Y로 표현되는 재료를 선택하여 이용할 수도 있다. 여기서, X=Pt, Ta, B, Cu, W, Mo, Nb, Ru, Rh, Ir 또는 이들의 합금이고, Y=Pt, B, Cu, W, Mo, Nb, Ru, Rh, Ir 또는 이들의 합금이다.
상기 결합 강화 영역(21, 22)을 형성하는 재료는, 최대 2㎚ 정도까지의 두께로 제한하는 것이 바람직하다. 이 재료는 면 상태뿐만 아니라, 분산 상태일 수도 있다. 예를 들면, 상기 제 1 자성층(15)의 위 또는 그 표면에 원하는 재료가 점 형상으로 분산된 상태일지라도 상기 교환 결합 강화의 기능을 충분히 발휘한다. 따라서, 이와 같이 적은 재료가 분산된 것과 같은 상태에서도, 전체적으로 결합 강화 영역으로 할 수 있다.
따라서, 결합 강화 영역 내에서의 재료 두께는 0∼2.O㎚ 정도이다. 다만, 이 결합 강화 영역을 형성하는데 이용하는 재료에 따라, 자기 기록 매체(10)에 요구되는 특성이 변화하기 때문에, 이들을 종합적으로 감안하여 결합 강화 영역(21, 22)을 형성시키는 재료의 두께를 정하는 것이 바람직하다.
결합 강화 영역(21, 22)을 형성하는 재료로서 가장 적합한 Fe, Co, Ni 및 이들을 포함하는 합금 등은, 상기 제 1 자성층(15) 또는 제 2 자성층(17)을 형성하는 재료로서도 이용할 수 있는 경우가 있다. 따라서, 이들을 형성하는 재료가 서로 동일 성분을 갖는 경우 또는 유사 성분을 갖는 경우가 있어도 좋지만, 결합 강화 영역(21, 22)을 형성하는 측의 재료에 대해서는 Co 등의 함유 비율이 소정 이상(rich)인 것이 바람직하다. 예를 들면, 일반적인 Co를 포함하는 자성층용 재료보다도 Co 등의 함유 비율이 10∼20(at%) 이상 높은 것을 이용하는 것이 바람직하다. 따라서, 제 1 자성층(15) 및 제 2 자성층(17)에 이용되는 재료와 결합 강화 영역(21, 22)에서 이용하는 재료의 구성 성분이 유사한 경우에도, 결합 강화 영역(21, 22) 측의 재료에 함유되는 Co 등은 풍부한 상태로 한다.
제 1 자성층(15) 또는 제 2 자성층(17)을 형성하는 재료로서, 상기와 같은Co 등이 풍부한 재료를 이용하는 것도 가능하다. 이 경우, 결합 강화 영역(21, 22)은 제 1 자성층(15) 및 제 2 자성층(17)에 포함되고, 제 1 자성층(15) 및 제 2 자성층(17)의 표면, 즉, 비자성 결합층(16)과의 계면이 실질적으로 결합 강화 영역(21, 22)에 상당하게 된다. 이 경우에는, 별도로 결합 강화 영역(21, 22)을 형성하기 위한 재료를 준비할 필요가 없다.
이상과 같이, 결합 강화 영역(21, 22)은 제 2 자성층(17)과 비자성 결합층(16)과의 경계, 제 1 자성층(15)과 비자성 결합층(16)과의 경계에 실질적으로 존재하는 것이 좋다.
본 실시예의 경우, 상기 결합 강화 영역(21, 22)은 각각 1㎚ 두께의 Co에 의해 형성하고 있다. 이러한 결합 강화 영역을 포함하는 구성을 채용함으로써, 교환 결합력이 강화되고, 제 2 자성층(17)의 보자력 Hc2와 상기 제 1 자성층의 보자력 Hc1 및 교환 결합 자계 Hex1에 대해서 보자력 Hc2와 보자력 Hc1의 각각이 교환 결합 자계 Hex1보다 작아지는 구성을 실현하고 있다. 이 구성에서는 당연히 보자력 Hc2＜반전 자계 Hsw*로 된다.
도 3은 본 실시예의 자기 기록 매체(10)에 관하여, 횡축에 자계, 종축에 커 효과에 의한 신호를 설정한 경우의 히스테리시스 루프를 나타내는 도면이다.
또한, ST1로부터 ST4로서 상부에 나타낸 2개의 화살표는 제 1 자성층(15)과 제 2 자성층(17)의 자화 방향을 모식적으로 나타내고 있다. 또한, 도 3에 나타낸 히스테리시스 루프에는, 중앙에 나타낸 메인히스테리시스 루프 MAR과 좌우에 1개씩있는 서브 히스테리시스 루프 SUR가 포함되어 있다.
중앙의 큰 메인히스테리시스 루프 MAR은, 제 1 자성층(15) 및 제 2 자성층(17)이 자화 방향을 반평행으로 유지하여 일체로 회전되는 상태, 즉, ST2의 상태와 ST3의 상태를 반복하는 경우에 대해서 나타내고 있다.
또한, 오른쪽의 작은 서브히스테리시스 루프 SUR은, 제 1 자성층(15)의 자화 방향이 반평행으로부터 평행 상태 및 그 반대로 되는 상태에 대해서 나타내고 있다. 또한, 도 3 중에서의 참조부호 γ는 제 1 자성층(15)의 자화 방향이 반평행 상태로부터 평행 상태로 되는 반전 자계 Hsw*의 위치를 나타내고 있다.
이 서브히스테리시스 루프 SUR은, 제 1 자성층(15)의 자화 방향 상태를 나타내는 히스테리시스 루프(minor loop)로 볼 수 있다. 즉, 참조부호 δ로 나타낸 자계가 없는 상태(잔류 자화 상태)로부터 자계를 플러스(+10kOe) 측에 공급한 경우, γ를 통과하여 오른쪽의 SUR-1을 찾아간다. 이 때에 제 1 자성층(15)의 자화 방향은, 제 2 자성층(17)의 자화 방향과 반평행한 ST3의 상태로부터 제 1 자성층(15)의 자화를 반전시킨 평행한 ST4의 상태로 된다. 또한, 그 반대로 ST4의 상태로부터 자계를 마이너스(-10kOe) 측에 공급한 경우, 왼쪽의 SUR-2를 찾아갈 때에 제 1 자성층(15)의 자화 방향을 반전시켜 반평행한 ST3의 상태로 된다.
따라서, 도 3으로부터 명확히 알 수 있듯이, γ로 나타낸 반전 자계 Hsw*보다 작은 메인히스테리시스 루프 MAR의 범위 내에서 기록 자계를 공급하도록 하면, 제 1 자성층(15)과 제 2 자성층(17)의 반평행 상태를 유지할 수 있음을 알 수 있다.
여기서, 상기 서브히스테리시스 루프 SUR의 대략 중앙은 제 1 자성층(15)의 교환 결합 자계 Hex1을 나타내고 있다. 또한, 메인 루프 MAR 중에서의 상기 참조부호 β는, 제 1 자성층(15) 및 제 2 자성층(17)이 반평행을 유지하여 자화 방향을 회전시키는 것과 같은 자계의 강도를 나타낸다. 이것은 제 2 자성층(17)의 보자력 Hc2에 대략 상당한다. 따라서, 본 자기 기록 매체(10)에서, 제 1 자성층(15)과 제 2 자성층(17)이 반평행 상태를 유지하여 일체로 자화 방향을 회전시키는 조건은, 적어도 보자력 Hc2＜교환 결합 자계 Hex1이고, 반전 자계 Hsw*보다 강한 자계를 공급하지 않도록 하는 것이다.
그리고, 상술한 바와 같이 서브히스테리시스 루프 SUR은 제 1 자성층(15)의 자화 상태를 나타내고 있다고 볼 수 있기 때문에, 제 1 자성층(15)의 교환 결합 자계 Hex1과 반전 자계 Hsw*와의 자계 강도 차는 제 1 자성층(15)이 갖는 보자력 Hc1로 볼 수 있다. 따라서, 반전 자계 Hsw*=교환 결합 자계 Hex+보자력 Hc1이다.
도 3에 의한 예시에서는, 보자력 Hc2＜교환 결합 자계 Hex1의 조건을 만족시키고 있다. 그리고, 당연히 보자력 Hc2＜(교환 결합 자계 Hex1+보자력 Hc1)이고, 보자력 Hc2＜반전 자계 Hsw*로 된다. 이 경우에는 교환 결합 자계 Hex1과 보자력 Hc1을 이용하여 반전 자계 Hsw*의 위치를 규정할 수 있기 때문에, 매체 설계 시의 참고로 할 수 있다.
그리고, 보자력 Hc2＜반전 자계 Hsw*를 충족시키는 범위, 즉, 도 3에서 MT로 나타낸 기록 자계를 이용함으로써, 제 1 자성층(15)과 제 2 자성층(17)을 반평행 상태로 유지하면서 기록을 실행할 수 있다.
또한, 상기 설명에서는 도 3의 오른쪽을 이용하여 설명했으나, 왼쪽에 대해서는 원점에 대하여 대략 대칭이다.
도 3에서 수치를 나타내어 보다 구체적으로 설명한다. 본 실시예의 자기 기록 매체(10)에서는 결합 강화 영역을 설치하여 결합력의 강화를 도모하고 있다. 따라서, 제 1 자성층(15)과 제 2 자성층(17)의 교환 결합 자계 Hex는 약 5kOe까지 향상되고, 반전 자계 Hsw*는 5.5kOe이다.
여기서, 교환 결합 자계 Hex1은 제 2 자성층(17)의 보자력 Hc2보다 크게 설정되고, 제 2 자성층(17)의 보자력 Hc2과 반전 자계 Hsw*는 보자력 Hc2＜반전 자계 Hsw*로 되어 있다.
이러한 관계가 충족되어 있으면 참조부호 α로 나타낸 잔류 자화 상태로부터 기록 자계가 공급되고 참조부호 β로 나타낸 자화 반전을 하는 사이에 항상 제 1 자성층(15)과 제 2 자성층(17)을 반평행 상태에 유지하는 것이 가능해진다. 즉, 자계가 없는 상태(잔류 자화 상태 α)에서는, 제 1 자성층(15)과 제 2 자성층(17)은 반평행한 ST2의 상태이나, 이 때에 제 2 자성층(17)의 자화와 반대 방향의 기록 자계를 공급하면, 자계가 제 2 자성층(17)의 보자력 Hc2보다 커졌을 때에 제 2 자성층(17)이 반전하여 ST3의 상태로 된다(대략 참조부호 β의 위치).
이 때, 자기 기록 매체(10)에서 제 2 자성층(17)의 보자력 Hc2와 교환 결합 자계 Hex1이 보자력 Hc2＜교환 결합 자계 Hex1의 관계를 충족시키고 있기 때문에, 제 1 자성층(15)은 제 2 자성층(17)과는 강하게 결합하고 있으며, 제 1 자성층(15)은 제 2 자성층(17)과 반평행을 유지한 상태에서, 제 2 자성층(17)과 동시에 반전한다. 기록 자계가 소멸된 잔류 자화 상태(참조부호 δ의 위치)에서는 이 반평행 상태가 유지된다.
상기 상태를 간단히 설명하면, 외부로부터 공급된 기록 자계보다도 2개의 제 1 및 제 2 자성층 사이를 반평행으로 유지하고자 하는 교환 결합력이 더 강한 상태에 있다고 할 수 있다.
따라서, 도 4a에 나타낸 바와 같이, 어느 일정한 기록 자계에 의해 1회의 자화 반전(Ⅰ로부터 Ⅲ, 또는 그 반대)으로 반전 과정이 완료된다. 따라서, 도 4b에 비교로서 나타낸 종래의 경우와 같이 제 1 자성층(15)의 자화 방향이 제 2 자성층(17)의 자화 방향에 대하여 함께 평행으로 된다는 과정 Ⅱ가 존재하지 않기 때문에, 보다 고속의 자화 반전에 의한 기록을 실현할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 결합 강화 영역을 이용하여 교환 결합력을 향상시키는 구성 예를 나타냈으나, 자기 기록 매체(10) 중의 제 1 자성층(15)과 제 2 자성층(17)의 교환 결합력은 이들과 비자성 결합층(16)인 Ru의 계면 상태에 따라서도 조정할 수 있다. 따라서, 결합 강화 영역을 설치하지 않아도 교환 결합력의 강화를 도모하는 것은 가능하다. 예를 들면, 제 1 자성층(15)과 제 2 자성층(17)의 조성과 막 두께, 또는 자성립의 상태, 더 나아가서는 Ru과의 계면의 평활성 개량 등에 의해서도 교환 결합력의 강화를 실현할 수 있다. 보다 구체적으로 예시하면 자성층을 얇게 하거나, 자성층의 Co 농도를 높이거나, 자성 입자를 크게 하는 등의 수단을 들 수 있다.
한편, 그 반대로 상기 교환 결합력을 변경시키지 않고(즉, 대략 일정하게 유지하고), 제 2 자성층(17)의 보자력 Hc2를 작게 하여, 상술한 제 2 자성층(17)의 보자력 Hc2와 교환 결합 자계 Hex1의 관계를 유지하도록 설계할 수도 있다. 구체적으로는 제 2 자성층(17)의 보자력 Hc2는 제 2 자성층의 재료, 첨가 물질, 제작 프로세스를 변경시켜 미세 구조, 결정 구조, 자구(磁區) 구조를 변경시킴으로써 조정을 실현할 수 있다. 예를 들면, CoCrPtB로 제 2 자성층(17)을 형성한 경우는, Pt의 함유량을 억제하여 보자력 Hc2를 저감시킬 수 있다.
또한, 제 1 자성층(15)의 보자력 Hc1을 증가시키는 것도 보자력 Hc2＜Hex1+Hc1의 관계를 충족시키기 위한 수법의 하나이다. 그러나, 이 보자력 Hc1을 지나치게 강화하면 잔류화 상태에서 반평행을 유지할 수 없게 될 경우가 있다. 따라서, 보자력 Hc1은 적어도 교환 결합 자계 Hex보다 작아지도록 설계할 필요가 있다.
본 실시예에서 나타낸 자기 기록 매체(10)에 관하여 중요한 점은, 제 1 자성층(15)의 교환 결합 자계 Hex1과 제 2 자성층(17)의 보자력 Hc2, 제 1 자성층의 보자력 Hc1을 제어하는 다양한 수법을 이용하여, 보자력 Hc2보다도 큰 기록 자계를 공급하여 제 1 자성층(15)과 제 2 자성층(17)의 자화 방향을 반평행으로 유지하면서 회전시키는 것이다. 이 때, 공급하는 기록 자계에 의해, 제 1 자성층(15)의 자화 방향을 반전시키는 반전 자계 Hsw*가 현재화되지 않도록 하는 것이다. 이것에 의해, 제 1 자성층(15)과 제 2 자성층(17)의 자화 방향을 서로 반평행을 유지한 상태에서, 그 방향을 반전시키는 스위칭 프로세스를 고속으로 행하는 것이 가능해진다.
확인적으로 기재하면, 도 3으로부터 명확히 알 수 있듯이 기록 자계의 크기에 대해서, 반전 자계 Hsw*보다 충분히 큰 자계를 공급하면, 제 1 자성층(15)의 자화 방향이 제 2 자성층(17)의 자화 방향과 평행한 상태로 되기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 기록 자계의 최대치는 보자력 Hc2보다 크며, 반전 자계 Hsw*보다 작게 하는(도 3에서 참조부호 β와 γ와의 사이) 것이 필요하다. 즉, 기록용 헤드로부터의 자계의 최대치가 반전 자계 Hsw*를 초과하지 않도록 설정하는 것이 바람직하다.
이상과 같이, 제 2 자성층(17)의 보자력 Hc2와 교환 결합 자계 Hex1이 다음의 관계, 즉, 보자력 Hc2＜교환 결합 자계 Hex1을 충족시키고, 기록 헤드로부터 공급하는 기록 자계가 반전 자계 Hsw*를 초과하지 않도록 제어함으로써, 제 1 자성층(15)과 제 2 자성층(17)을 반평행으로 유지한 상태에서 자화 반전시키는 것이 가능해진다. 따라서, 기록 과정에서 종래와 같이 제 1 자성층(15)과 제 2 자성층(17)이 평행으로 되는 상태가 존재하지 않기 때문에, 고속 기록을 실현할 수 있다. 따라서, 앞서 종래의 과제로서 지적한 원인에 의한 비선형 천이 시프트(NLTS)의 열화라는 문제는 발생하지 않는다. 또한, 기록 직후의 고속 재생에서도 정상적인 재생을 행할 수 있다.
도 5는 소위 패턴화된 매체의 기록면 일부를 확대하여 나타내는 도면이다. 패턴화된 매체(30)는, 종래의 자기 기록 매체보다 단위 면적당의 기억 용량이 몇 배나 커서 최근 주목되고 있는 자기 기록 매체의 하나이다. 이 패턴화된 매체(30)는, 종래의 자기 기록 매체의 구조와는 달리 리소그래피 기술 등을 이용하여, 인공적으로 설계한 미세한 자기 기록 영역을 단위 기록부(31)로 한다. 패턴화된 매체는 서로 인접하는 단위 기록부의 경계를 분리시키고 있기 때문에 노이즈의 저감화가 가능해진다. 특히, 편석 및 입자 직경 미세화를 촉진시키는 Cr 등의 첨가물을 사용할 필요가 없어진다. 따라서, 자성층 재료로서 첨가물이 적고 Co 농도가 높은, 즉, 보다 큰 교환 결합력이 얻어지는 재료를 이용할 수 있고, 상기 제 1 자성층의 교환 결합 자계 Hex1이 제 1 자성층 및 제 2 자성층의 보자력 Hc1 및 보자력 Hc2보다도 크게 설정되어 있는 관계를 충족시키는 것이 용이해진다. 따라서, 이러한 단위 기록부(31)에 상술한 관계를 갖는 제 1 자성층(15), 비자성 결합층(16) 및 제 2 자성층(17)을 적어도 포함하고 있는 적층 구조를 형성하면, 고기록 밀도이며 고속 기록 및 재생이 가능한 신규의 자기 기록 매체를 형성할 수 있다.
또한, 상술한 본 실시예에서는 아래로부터 제 1 자성층(15), 비자성 결합층(16), 제 2 자성층(17)으로 하고 있으나, 이러한 층 구성에 한정되지 않고 아래로부터 제 2 자성층(17), 비자성 결합층(16), 제 1 자성층(15)으로 할 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 자기 기억 장치의 일 실시예를 도 6 및 도 7과 함께 설명한다. 도 6은 자기 기억 장치의 일 실시예의 요부를 나타내는 단면도이고, 도 7은 상기 장치의 요부를 나타내는 평면도이다.
도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 자기 기억 장치는 대략 하우징(43)으로 이루어진다. 하우징(43) 내에는 모터(44), 허브(45), 복수의 자기 기록 매체(46), 복수의 기록 재생 헤드(47), 복수의 서스펜션(48), 복수의 암(49) 및 액추에이터 유니트(41)가 설치되어 있다. 자기 기록 매체(46)는 모터(44)에 의해 회전되는 허브(45)에 부착되어 있다. 기록 재생 헤드(47)는, MR 헤드 또는 GMR 헤드 등의 재생 헤드와 인덕티브 헤드 등의 기록 헤드로 이루어진 복합형 기록 재생 헤드이다. 각 기록 재생 헤드(47)는 대응하는 암(49)의 선단에 서스펜션(48)을 통하여 부착되어 있다. 암(49)은 액추에이터 유니트(41)에 의해 구동된다. 이 자기 기억 장치의 기본 구성 자체는 주지이며, 그 상세한 설명은 본 명세서에서는 생략한다.
상기 자기 기억 장치의 실시예에서, 각 자기 기록 매체(46)로서 도 1 내지 도 5에서 설명한 구성을 갖는 자기 기록 매체를 이용하고, 기록 재생 헤드(47)의 기록 헤드부로부터 공급하는 기록 자계를 제 2 자성층의 보자력 Hc2보다 크면서 반전 자계 Hsw*보다 작게 제어함으로써 바람직한 자기 기억 장치로 된다. 물론, 자기 기록 매체(46)의 수는 3개에 한정되지 않고, 1개, 2개 또는 4개 이상일 수도 있다.
본 자기 기억 장치의 기본 구성은 도 6 및 도 7에 나타낸 것에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명에서 이용하는 자기 기억 매체는 자기 디스크에 한정되지 않는다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세하게 설명했으나, 본 발명은 이러한 특정 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에서 다양한 변형 및 변경이 가능하다.
이상 상세하게 설명한 바로부터 명확히 알 수 있듯이, 특허청구범위의 청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 종래의 경우와 같이 제 1 자성층의 자화 방향이 제 2 자성층의 자화 방향과 함께 평행으로 되고나서 반평행으로 되는 과정이 없고, 기록과 동시에 최종 자화 위치가 달성된다. 따라서, 보다 고속으로의 기록 및 재생이 가능한 고밀도 기록화한 자기 기록 매체로서 제공할 수 있다.
또한, 특허청구범위의 청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 기록 자계를 반전 자계 Hsw*가 현재화되지 않는 범위 내에 설정할 수 있기 때문에, 제 1 자성층과 제 2 자성층의 자화 방향을 반평행 상태로 유지시키면서 자화 회전하는 자기 기록 매체를 확실하게 형성할 수 있다.
또한, 특허청구범위의 청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 교환 결합 자계 Hex1이 제 1 자성층의 보자력 Hc 및 제 2 자성층의 보자력 Hc2보다도 큰 자기 기록 매체를 보다 확실하게 실현할 수 있다.
또한, 특허청구범위의 청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 보자력을 크게 설정한 자성층을 주요 기록층으로 하여 자기 기록 매체를 설계할 수 있다.
또한, 특허청구범위의 청구항 5 및 6에 기재된 발명에 의하면, 상기 제 1 자성층과 상기 제 2 자성층의 교환 결합력을 향상시키는 것과 같은 교환 결합 자계 Hex를 확실하게 형성할 수 있다.
또한, 특허청구범위의 청구항 7에 기재된 발명에 의하면, 패턴화된 매체의 단위 기록부를 상기 제 1 자성층, 비자성 결합층 및 제 2 자성층을 적어도 포함하는 적층 구조로 형성하기 때문에, 고기록 밀도이며 고속 기록 및 재생이 가능한 신규의 자기 기록 매체를 제공할 수 있다.
그리고, 특허청구범위의 청구항 8 및 9에 기재된 발명에 의하면, 고기록 밀도이며 고속 기록 및 재생이 가능한 자기 기억 장치를 제공할 수 있다.
Claims (9)
- 제 1 자성층과 제 2 자성층이 비자성 결합층을 사이에 개재시켜 자기적으로 반평행 상태로 결합한 구조를 포함한 자기 기록 매체로서,상기 제 1 자성층의 교환 결합 자계 Hex1은 상기 제 1 자성층의 보자력 Hc1 및 제 2 자성층의 보자력 Hc2의 각각보다도 크게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 자성층의 자화 방향을 반전시켜서 상기 제 2 자성층의 자화 방향과 평행 상태로 하는 반전 자계 Hsw*가 상기 교환 결합 자계 Hex1 및 상기 보자력 Hc1의 합으로서 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 1 자성층의 막 두께와 자화의 곱 tMs1은 상기 제 2 자성층의 막 두께와 자화의 곱 tMs2보다 작은 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 자성층의 보자력 Hc1은 상기 제 2 자성층의 보자력 Hc2보다 작은것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 자성층과 상기 비자성 결합층과의 경계, 및 상기 제 2 자성층과 상기 비자성 결합층과의 경계 중의 적어도 한쪽에 상기 제 1 자성층과 상기 제 2 자성층의 교환 결합력을 강화하는 결합 강화 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
- 제 5 항에 있어서,상기 결합 강화 영역이 Fe, Co, Ni 및 이들을 포함하는 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
- 패턴화한 기록용의 각 단위 기록부에 청구항 1 내지 6 중의 어느 하나에 기재된 자기 기록 매체의 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
- 청구항 1 내지 7 중의 어느 하나에 기재된 자기 기록 매체를 적어도 1개 구비한 자기 기억 장치.
- 제 8 항에 있어서,기록용 헤드로부터 상기 기록 매체에 공급하는 기록 자계가 상기 제 2 자성층의 보자력 Hc2보다도 크며, 상기 반전 자계 Hsw*보다도 작은 범위로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 기억 장치.
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