KR20060082396A

KR20060082396A - 패터닝된 박막 및 열 보조 자기 기록매체의 열적제어층로서의 패터닝된 박막 사용

Info

Publication number: KR20060082396A
Application number: KR1020050135209A
Authority: KR
Inventors: 줄리어스 쿠르트 홀펠트; 유키코 쿠보타; 디이터 클라우스 웰러; 스탄코 라드반 브란코빅; 시아오민 양; 얼 츨자스츠 존스
Original assignee: 시게이트 테크놀로지 엘엘씨
Priority date: 2005-01-12
Filing date: 2005-12-30
Publication date: 2006-07-18
Also published as: US7521137B2; JP2006196151A; JP4206406B2; US20060154110A1; KR100826032B1

Abstract

패터닝된 박막은 상대적으로 높은 열적 전도성 재료의 영역들에 의해 분리된 상대적으로 낮은 열적 전도성 재료의 영역들을 포함한다. 낮은 열적 전도성 영역들은 높은 열적 전도성 재료의 연속 매트릭스에 배치되는 실린더 또는 육면체의 형태로 제공된다. 박막은 열 보조 자기 기록매체와 같은 데이터 기록매체의 열적 제어층으로서 사용될 수 있다.

Description

패터닝된 박막 및 열 보조 자기 기록매체의 열적 제어층로서의 패터닝된 박막 사용{PATTERNED THIN FILMS AND USE OF SUCH FILMS AS THERMAL CONTROL LAYERS IN HEAT ASSISTED MAGNETIC RECORDING MEDIA}

도 1은 열 보조 자기 기록 헤드 및 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 열적 제어층을 구비한 기록매체를 포함하는 디스크 드라이브 저장 시스템을 도시한다.

도 2는 열 보조 자기 기록 헤드 및 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 열적 제어층을 포함하는 기록매체의 부분적 개략도이다.

도 3은 도 2에 도시된 자기 기록매체(16)의 확대도로서, 본 발명의 일 실시예에 따라 상대적으로 높은 열적 전도성을 가진 영역들 및 상대적으로 낮은 열적 전도성을 가진 영역들을 포함하는 박막 열적 제어층을 예시한다.

도 4는 도 3에 도시된 박막 열적 제어층의 등적 단면도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 박막 열적 제어층 상에 증착된 자기 기록층을 예시하는 등적 단면도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 열적 제어층을 포함하는 열 보조 자기 기록매체의 트랙 상의 위치 대 온도를 도시하는 공간상 열적 프로파일이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 열적 제어층을 포함하는 열 보조 자기 기록매체에 대한 시간 대 온도를 도시하는 시간상 열적 프로파일이다.

본 발명은 미국 국립표준기술연구소(NIST)에 의해 부여된 협약 No. 70NANB1H3056 하에 미국 정부의 지원으로 만들어졌다. 따라서, 미국 정부는 본 발명에 대한 일정 권리를 갖는다.

본 발명은 패터닝된 박막 및 상기 박막을 열 보조 자기 기록매체와 같은 데이터 기록매체 내 열적 제어층으로 사용하는 것에 관한 것이다.

종래 형태의 자기 기록은 높은 비트 밀도에서 초상자성 불안정성을 갖는다는 문제점을 가져 왔다. 면적 밀도를 증가시키기 위하여 자기 기록매체의 그레인 크기가 감소됨에 따라, 안정적인 데이터 저장이 더 이상 실행가능하지 않은 초상자성 한계로서 알려진 임계값이 주어진 재료 및 온도에 대해 도달된다.

자기 기록 시스템의 열적 안정성은 매우 높은 자기 이방성을 갖는 재료로 형성된 기록매체를 채택함에 의해 개선될 수 있다. 그러나, 그와 같이 강한 자기 재료는 거의 존재하지 않는다. 부가하여, 현재 이용가능한 자기 재료를 사용하여, 기록 헤드는 상기 재료 상에 기록하기에 충분한 자기 기록 필드를 제공할 수 없다.

높은 면적 밀도 기록에 대하여 매체 잡음을 제어하는 현재의 전략은 그레인의 측면 수치를 감소시키는 것이다. 결과적인 그레인 부피 감소는 저장된 비트들 의 열적 안정성을 적어도 10년 이상의 기간에 걸쳐 보장하기 위하여 매체의 자기 결정 이방성 에너지 밀도의 대응하는 증가에 의해 보상되어야 하다. 비록 최근에 개발된 L1₀계 FePt 또는 CoPt와 같은 입상 매체의 높은 자기 결정 이방성은 수 Tbit/inch²까지의 면적 밀도를 지지하지만, 그것 또한 종래의 기록을 방해한다.

이러한 딜레마를 극복하기 위한 한 가지 해결책은 외부 기록 필드가 자화를 역전시킬 수 있는 온도로 매체를 국부적으로 가열함으로써 매체를 일시적으로 연화시키는 것이다. 열 보조 자기 레코딩(HAMR)으로서 공지된 이러한 컨셉은 열 프로파일의 공간적 시간적 변동의 적절한 관리에 의존한다. HAMR은 한정된 영역에서 레코딩 매체의 보자력을 감소시키기 위해 자기 기록매체를 국부적으로 가열하는 것과 관련되고, 그 결과 인가된 자기 기록 필드는 열 소스에 의해 야기된 기록매체의 일시적 자기 연화 동안 가열된 영역 내 기록매체의 자화를 보다 용이하게 지향시킬 수 있다. HAMR은 작은 그레인 매체의 사용을 허용하고, 이것은 충분한 열적 안정성을 보증하는 실내 온도에서 더 큰 자기 이방성을 갖는 증가된 면적 밀도에서의 기록을 위해 바람직하다.

HAMR에서의 측면 열 확산은 가열되어야 할 영역의 바람직한 수치를 설정할 때 고려되어야 하는 요소이다. Tbit/inch² 기록을 위한 전형적인 수치는 1의 비트 종횡비(bit-aspect-ratio)를 보증하는 25×25 nm²이다. 열 전달 시스템이 25 nm의 가우시안 FWHM를 가진 강도 프로파일을 전달한다면, 매체 내 어떠한 부가적 열 스 프레드도 허용될 수 없다.

HAMR을 경유하여 기록된 전이부의 폭 및 곡률은 측면 열 프로파일의 형태에 의해 결정된다. 전이부 곡률이 선택된 기록 온도에 대한 등온선을 따라가는 동안, 전이부 폭은 트랙 방향의 온도 구배에 비례한다. 최적의 판독 신호의 신호 대 잡음비는 교차 트랙 방향으로 일직선은 전이부에 대해 달성된다. 최대 면적 밀도는 트랙을 가로질러 일정한 최소 트랙 폭에 대해 달성된다. 그리하여, 직각 온도 프로파일은 원형 프로파일에 비해 우수하다.

온도 구배는 열 확산을 위한 구동력이고, 열 확산은 차례로 감소된 온도 구배를 일으킨다. 주어진 매체의 열 확산 속도는 매체의 열적 확산성에 의해 좌우된다. 등방성 열적 확산성을 가진 매체에 대하여, 임의의 초기 직사각형 온도 프로파일은 재빨리 원형 프로파일로 변형될 것이다. 대조적으로, 균일하게 가열된 박막으로부터 높은 열적 확산성 재료의 매트릭스에 박힌 낮은 열적 확산성 영역들을 포함하는 패터닝된 히트 싱크로의 수직 열적 확산은 히트 싱크 패턴을 닮은 막 온도의 국부적 변동을 일으킬 것이다.

HAMR의 다른 중요한 특징들은 열 전달 시스템의 효율성 및 매체의 냉각 속도이다. 가열이 매체의 퀴리 온도에 근접한 온도로 매체를 가열하기에 충분하여야 하는 반면, 냉각 속도는 매체가 냉각되는 시간 동안 기록된 정보의 열적 불안정화를 회피하기에 충분히 빨라야 한다. 열 전달 시스템 및 빠른 냉각 속도는 경쟁적인 요소이다. 더 빠른 냉각 속도는 특정 온도 증가에 대한 더 많은 가열 전력을 요구한다.

열 보조 자기 기록 및 다른 타입의 시스템에 대하여 효율적으로 열 전달을 제어할 수 있는 기록 막에 대한 필요성이 존재한다.

본 발명은 상대적으로 낮은 열적 전도성 재료를 가진 영역들 또는 부분들 및 상대적으로 높은 열적 전도성 재료를 가진 영역들 또는 부분들을 갖는 패터닝된 박막을 제공한다. 박막은 열 보조 자기 기록매체의 열적 제어층 및 이와 유사한 것으로서 유용하다. 일 실시예에서, 박막의 낮은 열적 전도성 및 높은 열적 전도성의 패턴은 인접한 자기 기록층의 기록 비트 패턴과 조화되어, 열은 박막의 주로 높은 열적 전도성 영역들을 통해 기록 층으로부터 전도되어 나간다. 예를 들어, 낮은 열적 전도성 영역은 기록 비트 영역들로부터의 열 전달을 감소시키고 비트를 둘러싸는 영역들의 열 전달을 증가시키기 위하여 기록층의 각각의 기록 비트들 아래에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 양상은 막의 두께를 통해 적어도 부분적으로 연장되는 낮은 열적 전도성 재료로 이루어진 영역들 및 낮은 열적 전도성 재료의 영역들을 분리시키는 높은 열적 전도성 재료의 영역들을 포함하는 박막을 제공하는 것이고, 여기서, 상기 영역들은 낮은 열적 전도성 영역들보다 높은 전도성 영역들 내 막의 두께를 통해 더 큰 열 전달을 제공하도록 배열되고 구성된다.

본 발명의 다른 양상은 기록층 및 기록층에 인접한 패터닝된 박막을 포함하는 데이터 기록매체를 제공하는 것이다. 박막은 막의 두께를 통해 적어도 부분적 으로 연장되는 낮은 열적 전도성 재료의 영역들 및 낮은 열적 전도성 재료의 영역들을 분리시키는 높은 열적 전도성 재료의 영역들을 포함하고, 여기서, 상기 영역들은 낮은 열적 전도성 영역들보다 높은 전도성 영역들 내 막의 두께를 통해 더 큰 열 전달을 제공하도록 배열되고 구성된다.

본 발명의 부가적인 양상은 패터닝된 열적 제어층을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 본 방법은 빈 영역 및 충전 영역의 패턴을 포함하는 제거가능한 재료의 층을 형성하는 단계, 제 1 열적 전도성을 갖는 제 1 재료로 빈 영역을 충전하는 단계, 제거가능한 재료를 제거하는 단계, 및 제거가능한 재료에 의해 이전에 점유된 영역들을 제 1 열적 전도성과 상이한 제 2 열적 전도성을 가진 제 2 재료로 충전하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 양상은 기록매체 및 열 보조 자기 기록 헤드를 포함하는 열 보조 자기 기록 시스템을 제공하는 것이다. 기록매체는 자기 기록층 및 자기 기록층에 인접한 패터닝된 박막을 포함한다. 박막은 막의 두께를 통해 적어도 부분적으로 연장되는 낮은 열적 전도성 재료의 영역들 및 낮은 열적 전도성 재료의 영역들을 분리시키는 높은 열적 전도성 재료의 영역들을 포함하고, 여기서, 상기 영역들은 낮은 열적 전도성 영역들보다 높은 전도성 영역들 내 막의 두께를 통해 더 큰 열 전달을 제공하도록 배열되고 구성된다. 열 보조 자기 기록 헤드는 기록매체에 인접하여 배치가능하고, 자기 기록 필드를 기록매체에 인가하기 위한 기록 폴 및 기록 폴이 기록매체에 자기 기록 필드를 인가하는 곳에 근접하여 기록매체를 가열하기 위한 열 소스를 포함한다.

본 발명의 상기 양상들 및 다른 양상들이 이하의 설명으로부터 보다 자명해질 것이다.

본 발명은 상대적으로 낮은 열적 전도성을 가진 영역들 및 상대적으로 높은 열적 전도성을 가진 영역들을 포함하는 패터닝된 박막을 제공한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "낮은 열적 전도성" 및 "높은 열적 전도성"은 한 재료의 열적 전도성이 나머지 재료의 열적 전도성보다 더 낮음을 나타내는 상대적인 개념의 용어들이다. 예를 들어, 낮은 열적 전도성 영역은 높은 열적 전도성 재료의 열적 전도성보다 적어도 10 퍼센트 이상 더 낮은 열적 전도성을 갖고, 전형적으로 적어도 100 퍼센트 이상 더 낮은 열적 전도성을 갖는다.

박막은 데이터 기록매체의 자기 타입 또는 다른 타입과 같은 여러 응용예에 열적 제어층으로서 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 박막 열적 제어층은 열 보조 자기 기록매체에 제공된다. 비록 열 보조 자기 기록매체에서의 사용이 본 명세서에 주로 기술되지만, 본 발명의 박막 열적 제어층은 레이저 재료 프로세싱 및 광학 레코딩과 같은 측면으로 한정된 온도 프로파일을 요구하는 다른 응용예에 사용될 수 있다.

도 1은 열 보조 자기 기록 헤드를 포함하는 디스크 드라이브(10)를 나타내는 도면이다. 디스크 드라이브(10)는 디스크 드라이브의 여러 부품들을 포함하도록 구성되고 수치가 정해진 하우징(12)(도면에서는 상부가 제거되고 하부가 보이도록 도시됨)을 포함한다. 디스크 드라이브(10)는 하우징 내에 적어도 하나의 자기 저장 매체(16)를 회전시키기 위한 스핀들 모터(14)를 포함하고, 상기 자기 저장 매체 (16)는 수직 자기 기록매체일 수 있다. 적어도 하나의 암(18)은 하우징(12) 내에 포함되고, 각각의 암(18)은 기록 헤드 또는 슬라이더(22)를 구비한 제 1 단부(20) 및 베어링(26)에 의해 축 상에 회전가능하게 장착된 제 2 단부(24)를 갖는다. 액츄에이터 모터(28)는 디스크(16)의 목적하는 섹터 또는 트랙(27) 위에 기록 헤드(22)를 배치시키기 위해 암(18)을 회전시키기 위한 암의 제 2 단부(24)에 배치된다. 액츄에이터 모터(28)는 제어기에 의해 통제되고, 상기 제어기는 도면에 도시되지는 않았으나 당업계에 공지되어 있다.

도 2는 HAMR 헤드(22) 및 본 발명의 일 실시예에 따른 패터닝된 박막 열적 제어층(40)을 포함하는 자기 기록매체(16)의 부분적 개략 측면도이다. 비록 본 발명의 실시예는 수직 자기 기록매체로서 매체(16)를 참조하여 본 명세서에서 기술되었지만, 본 발명의 양상들은 또한 열 보조 기록을 채택하는 것이 바람직한 다른 타입의 기록 헤드 및/또는 기록매체와 관련하여 사용될 수 있다.

HAMR 헤드(22)는 요크 또는 페데스탈(35)에 의해 자기적으로 결합된 주 기록 폴(30) 및 반환 또는 대향 폴(32)을 포함하는 기록기 섹션을 포함한다. HAMR 헤드(22)는 단지 기록 폴(30)만을 사용하여 반환 폴(32) 또는 요크(35) 없이 구성될 수도 있다. 자화 코일(33)은 HAMR 헤드(22)에 에너지를 공급하기 위하여 요크 또는 페데스탈(35)을 둘러쌀 수 있다. HAMR 헤드(22)는 또한 판독 헤드를 포함할 수 있고(미도시), 판독 헤드는 당업계에 널리 공지된 임의의 통상적인 타입의 판독 헤드일 수 있다. 기록매체(16)는 예를 들어, 화살표 A 방향으로의 이동을 위해 기록 헤드(22)에 인접하여 또는 그 아래에 배치된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 기록 헤드(22)는 또한 기록 폴(30)이 자기 기록 필드 H를 기록매체(16)에 인가하는 곳에 근접한 자기 기록매체(16)를 가열하기 위하여 HAMR을 위한 구조를 포함한다. 구체적으로, HAMR을 위한 상기 구조는 예를 들어, 참조번호 50에 의해 개략적으로 표현되는 평면형 광 도파로를 포함할 수 있다. 도파로(50)는 광원(52)과 광학적으로 통신한다. 광원(52)은 예를 들어, 레이저 다이오드 또는 광 빔(54)을 도파로(50)에 결합시키기 위한 다른 적합한 레이저 광원들일 수 있다. 광 빔(54)을 도파로(50)에 결합시키기 위한 것으로 공지된 여러 기술들이 본 발명과 결합하여 사용될 수 있고, 예를 들어, 광원(52)은 광 섬유로부터 나온 광 빔(54)을 회절 격자(diffraction grating)(미도시) 쪽으로 시준하기 위하여 집적된 구형 렌즈와 같은 외부 광학장치 및 광 섬유와 관련하여 작용할 수 있다. 대안적으로, 예를 들어, 레이저는 도파로(50) 상에 장착될 수 있고, 광 빔(54)은 외부 광학 구성을 요구하지 않으면서 도파로(50) 내로 직접 결합될 수 있다. 일단 광 빔(54)이 도파로(50) 내로 결합되면, 광은 광 도파로(50)를 통해 기록 헤드(22)의 공기-베어링 표면(ABS)에 인접하여 형성된 도파로(50)의 절단된 단부(56) 쪽으로 전달될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 열 보조 자기 기록매체(16)는 본 발명의 패터닝된 박막 열적 제어층(40)을 포함한다. 기록매체(16)는 또한 기판(38), 선택적 연질 하부층(39), 자기 기록층(42) 및 보호 오버코트(43)를 포함한다. 기판(38)은 세라믹 글래스, 비정질 글래스, 알루미늄 또는 NiP 코팅된 AlMg와 같은 임의의 적합한 재료로 구성될 수 있다. 연질 하부층(39)은 약 50 내지 약 1,000 nm의 전형적 두 께를 갖고, CoFe, FeCoB, FeAlN, FeAlSi, NiFe, CoZrNb 또는 FeTaN과 같은 임의의 적절한 재료로 구성될 수 있다. 연질 하부층(39)은 또한 (FeCoB/Ta)·n (여기서, n은 2 내지 10) 또는 (FeAlSi/C)·n (여기서, n은 2 내지 10)과 같은 적층된 구조들을 포함할 수 있다. 연질 하부층(39)은 부가하여 Cu/(IrMn/FeCo)·n (여기서, n은 1 내지 5)과 같은 교환 바이어싱된 구조들을 포함한다. 자기 기록층(42)은 약 5 내지 약 30 nm의 전형적 두께를 갖고, FePt, FePtNi, CoCrPt, Co/Pt 다층, 및 희토류/전이 금속 합금과 같은 주변 온도에서 상대적으로 높은 이방성을 갖는 재료들을 포함할 수 있다.

시드층(미도시)이 예를 들어, 연질 하부층(39)과 열적 제어층(40) 사이에, 또는 패터닝된 박막(40)과 기록층(42) 사이에 선택적으로 제공될 수 있다. 시드층은 약 1 내지 약 50 nm의 전형적 두께를 가질 수 있고, 후속적으로 증착된 층들의 배향 및 그레인 크기와 같은 속성들을 제어하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 시드층은 후속적으로 증착된 막(42)의 배향을 제어하는 Pt와 같은 면심 입방 재료일 수 있고, 그레인 크기를 제어하고 후속적으로 증착된 층들의 에피택셜 성장을 촉진하는 Ru 또는 Rh와 같은 재료 또는 그 결합물일 수 있다. 시드층은 CoCr, CoCrRu, Ru, Pt, Pd, Rh, Ta, TiC, 인듐 틴 옥사이드(ITO), AlN, TiN 또는 ZnO와 같은 재료로 이루어진 하나 이상의 층들로 구성될 수 있다. 시드층의 구조적 속성들에 부가하여, 시드층의 열적 속성들은 자기 기록층 및 열적 제어층의 열적 속성들과 양립가능하여야 한다. 보호층(43)은 다이아몬드형 탄소와 같은 임의의 적절한 재료로 구성될 수 있다.

도 3은 패터닝된 박막 열적 제어층(40)의 세부사항을 도시하는 자기 기록매체(16)의 확대도이다. 도 4는 박막 열적 제어층(40)의 등적 단면도이다. 박막(40)은 상대적으로 낮은 열적 전도성 재료(40a)로 이루어진 영역들 또는 부분들 및 상대적으로 높은 열적 전도성 재료(40b)로 이루어진 영역들 또는 부분들을 포함한다. 도 4에 가장 명확히 도시된 바와 같이, 낮은 열적 전도성 영역들(40a)은 높은 열적 전도성 재료(40b)의 매트릭스에 의해 분리된 실린더의 형태로 제공될 수 있다. 각각의 실린더 영역(40a)은 전형적으로 약 2 내지 약 50 nm, 예를 들어, 약 10 내지 약 25 nm에 이르는 직경 D를 갖는다. 인접한 단열 실린더들(40a) 사이의 간격 S는 전형적으로 약 2 내지 약 50 nm, 예를 들어, 약 5 내지 약 25 nm 범위에 이른다. 열적 제어층(40)의 두께 T는 전형적으로 약 20 내지 약 500 nm, 예를 들어, 약 100 내지 약 200 nm의 범위에 이른다.

비록 실린더형 단열 영역들(40a)의 어레이가 도 3 및 도 4에 도시되었지만, 본 발명에 따라 다른 형태 및 배열이 사용될 수 있다. 예를 들어, 원형 단면 대신에, 실린더 영역들(40a)이 약 5 내지 약 50 nm의 측벽 길이를 가진 육면체와 같이, 정사각형, 직사각형, 환형 및 이와 유사한 것과 같은 임의의 다른 적절한 단면을 가질 수 있다. 높은 열적 전도성 영역(40b)은 전형적으로 낮은 열적 전도성 재료(40a)의 이산 영역들을 둘러싸는 연속 매트릭스를 포함한다. 그러나, 높은 열적 전도성 영역(40b)은 대안적으로 불연속 매트릭스로서 제공될 수 있고, 예를 들어, 높은 열적 전도성 영역들은 낮은 열적 전도성 재료의 동심 환형 영역들에 의해 분리된 동심 환형 영역들로서 제공될 수 있다.

본 발명에 따라, 도 3 및 도 4에 도시된 낮은 열적 전도성 영역들(40a)은 낮은 열적 확산성 및 이와 유사한 것으로 이루어진 세라믹, 글래스 또는 금속과 같은 임의의 적절한 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 영역들(40a)은 산화물, 붕화물, 질화물, 탄화물을 포함할 수 있다. 영역들(40a)의 특정 재료들은 SiO₂, ZrO₂, NiO, Al₂O₃, MgO, Ta₂O₅ 및 TiO₂로부터 선택된 산화물, HfB₂ 및 TaB₂로부터 선택된 붕화물, ZrN, TiN, AlN, Si₃N₄로부터 선택된 질화물, 및 ZrC 및 SiC로부터 선택된 탄화물, Ti 및 Sc로부터 선택된 금속을 포함한다. 예를 들어, 낮은 열적 전도성 영역들(40a)은 전형적으로 SiO₂, NiO 또는 Al₂O₃를 포함한다.

높은 열적 전도성 영역(40b)은 금속, 금속 합금 또는 반도체와 같은 임의의 적절한 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 영역(40b)은 Cu, CuZr, Au, Al, Pt, Cr, Mo, W 및/또는 Si를 포함할 수 있다. 특정한 예시로서, 높은 열적 전도성 영역(40b)은 Cu, CuZr 또는 Au로 구성될 수 있다.

표 1은 낮은 열적 전도성 재료부터 높은 열적 전도성 재료 순으로 본 발명과 관련한 소정의 재료 선택을 열거한다. SiO₂, ZrO₂ 및 TiO₂와 같은 산화물은 효율적 열적 장벽으로서 기능하는 경향이 있는 반면, Cu, Ag, Au 및 Al과 같은 금속 또는 CuZr과 같은 합금은 높은 열적 전도성 또는 히트 싱크 재료를 위한 좋은 선택이다.

표 1

다양한 재료들의 열적 전도성(cal/sec/K/cm)

도 5는 도 4에 도시된 것과 유사한, 본 발명의 일 실시예에 따라 상부에 기록층(42)이 증착된 패터닝된 박막 열적 제어층(40)을 도시한다. 기록층(42)은 스페이서 영역들(42b)에 의해 분리된 기록 영역들(42a)의 비트 패턴을 포함한다. 기록 영역들(42a)에 대한 전형적인 재료들은 FePt, FePtNi, CoCrPt, Co/Pt 다층 및/또는 희토류/전이 금속 합금을 포함한다. 스페이서 영역(42b)에 대해 적합한 재료는 NiO, SiO₂ 및/또는 Cr을 포함한다.

도 5에 도시된 실시예에서, 기록 영역들(42a)은 하부에 놓인 낮은 열적 전도성 영역들(40a)에 실질적으로 정렬된 실린더의 형태로 제공된다. 실린더형 기록 영역들(42a)은 기록매체의 개별 기록 트랙들을 따라 정렬될 수 있다. 그러나, 임의의 다른 적절한 정렬 또는 형태가 사용될 수 있다. 예를 들어, 원형 단면 대신에, 기록 영역들(42a)은 정사각형, 직사각형 또는 환형 단면을 가질 수 있다. 낮은 열적 전도성 영역들(40a)과 기록 영역들 또는 비트들(42a)을 정렬시킴으로써, 기록층(42)의 가열은 각 기록 영역(42a)이 그 주변 영역들보다 더 낮은 열 전달 속도를 갖도록 기록층(42)으로부터 선택적인 열 전달을 일으킨다. 본 열적 제어층들은 예를 들어, 미국 특허 출원 제 10/447,602호에 기술된 바와 같이 패터닝된 자기 기록층들과 결합될 수 있고, 상기 미국 특허 출원은 참조에 의해 본 명세서에 결합된다.

도 2-도 5에 도시된 실시예에서, 박막 열적 제어층은 양호한 열적 전도체(40b)의 매트릭스에 삽입된 단열 재료로 구성된 기둥(40a)의 패턴을 포함한다. 자기 기록층(42)이 도 5에 도시된 바와 같이 열적 제어층(40) 상에 증착될 때, 그 결과 일어나는 HAMR 동작 동안의 수직 열 이송 변동은 자기 기록층이 입상인지 연속성인지 여부에 불구하고 최대 온도에서의 관련된 변동 및 수직 온도 구배를 야기한다. 큰 온도 상승은 기둥들(40a)에 대해 일어나고, 작은 증가는 사이 공간(40b)에 대해 일어난다. 기록층(42)의 비트 패턴은 히트 싱크 영역들의 패턴에 의해 사전정의될 수 있고, 가열 전력은 양호한 전도성 사이 공간/낮은 전도성 기둥들의 최상부 상에 있는 자기층에서의 최대 온도 상승이 기록 온도 이하 또는 이상이 되도록 조정될 수 있다. 측면 온도 변조가 주로 히트 싱크 패턴에 의해 좌우된다는 사실은 가열 소스의 측면 한정에 대한 높은 요구를 완화시킨다.

본 발명의 열적 제어층들은 임의의 적절한 프로세싱 기술, 예를 들어, 통상적인 리소그래피, 다이블록 코폴리머 리소그래피, 다공성 제오라이트 막 내로의 금속의 전착(electrodeposition), 블록 코폴리머 템플릿을 사용한 반응성 이온 에칭, 복사 및 이와 유사한 것에 의해 제조될 수 있다.

일 방법은 통상적인 리소그래피를 사용하여 히트 싱크 층을 물리적으로 패터닝하는 것이다. 반응성 이온 에칭 이후의 레지스트 패터닝은 채널들을 형성하고, 채널들은 그 다음 Cu, Ag, Au 또는 Al과 같은 높은 전도성 금속으로 다시 충전되고, 그 이후 평탄화가 수행된다. 그러나, 리소그래피 해상도의 한계는 이러한 접근법을 제한할 수 있고, 예를 들어, 대략 20 nm의 해상도가 전자 빔 리소그래피 및 PMMA 레지스트 재료를 사용하여 달성될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 다이블록 코폴리머들은 목적하는 리소그래피 해상도를 달성하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, PMMA/폴리스틸렌 다이블록 코폴리머가 사용될 수 있다. 이러한 프로세스는 자체-조립된 다이블록 코폴리머 막의 리소그래피 형성, UV 노출 및 블록 재료들 중 하나의 제거와 관련된다. 일 실시예에서, 실린더 부분은 제거되어 보다 견고한 비전도성 재료로 다시 충전될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 주변 매트릭스 부분은 제거될 수 있고, 양호한 열적 전도성 재료는 제거된 영역에서 전착될 수 있고, 그 다음 제거되어 실린더 영역들이 낮은 열적 전도성 재료로 충전된다. 그 다음, 미세 구조는 예를 들어, CMP로 평탄화된 다. 다이블록 코폴리머로 이러한 접근법을 사용하여, 열들의 직경은 10 또는 5 nm만큼 작을 수 있다.

활성 패터닝 및 에칭으로의 대안적인 경로는 제오라이트와 같은 나노다공성 또는 메조다공성 재료를 사용하는 것이고, 상기 재료에서 홀/채널은 높은 전도성 금속으로 다시 충전된다. 금속 나노와이어는 배향된 제오라이트 막들에 형성될 수 있다. 적절한 제오라이트 재료들의 예는 표 2에 열거된다. 블록 코폴리머들은 금속 나노와이어를 형성하기 위하여 반응성 이온 에칭에 대한 템플릿으로서 사용될 수 있다. 다공성 b-배향 MFI 막들은 또한 본 발명과 관련하여 사용될 수 있다.

표 2

제오라이트 재료들

예상되는 공간적 시간적 온도 변동에 대한 수치 시뮬레이션의 결과들이 각각 도 6 및 도 7에 도시된다. 결과들은 2 nm 및 1 fs 공간적 시간적 단계들 및 이하의 입력 파라미터들을 사용하여 유한-차이-시간-도메인 코드에 의해 달성된다. 330 mW/㎛² 전력의 10 nm FWHM 가우시안 열 소스는 t=0에서 순간적으로 스위치 온된다. 이 시점에서, 열 소스는 40 nm에 배치되고, 그 다음 음의 값 쪽으로 일정 속도 50 m/s로 이동한다. 자기 기록층은 10 nm 두께를 갖고, 3.73e6 J/m³K의 열 용량 및 99.2 W/mK의 수직 열적 전도성을 갖는다. 이러한 층의 측면 열적 전도성은 이러한 층의 입상 기질을 고려하기 위하여 0.992 W/mK로 100배 더 작게 설정된다. 열적 제어층의 두께는 100 nm이다. 열적 제어층의 높은 전도성 매트릭스는 금으로 가정되고, 그것의 열 용량 및 열적 전도성은 각각 2.49e6 J/m³K 및 317 W/mK로 설정된다. 히트 싱크의 낮게 전도하는 부분들은 트랙 방향을 따라 그리고 트랙 방향을 가로질러 각각 16×32 nm의 치수를 갖는 육면체로 가정된다. 이러한 부분들의 열 용량이 금의 값과 동일하게 설정되는 반면, 상기 부분들의 열적 전도성은 자기 기록층의 측면 열 전도성과 같이 낮게 0.992 W/mK로 설정된다. 어떠한 다른 층도 계산에 고려되지 않으며, 자기 기록층으로부터 공기로, 그리고 열적 제어층으로부터 기판으로 어떠한 열 이송도 존재하지 않음이 가정된다.

도 6은 50 ps의 증분으로 여러 시점들에 대한 표면 온도의 온-트랙 방향의 공간적 프로파일이다. 이러한 프로파일은 상대적으로 높은 열적 전도성 영역들(40b) 및 상대적으로 낮은 열적 전도성 영역들(40a)을 포함하는 히트 싱크 패턴에 대한 최대 온도 의존성을 보여준다.

도 7은 시간 대 표면에서의 여러 교차 트랙 위치들 및 여러 열 소스의 중심 아래의 깊이에 대한 온도 변동을 도시하고, 히트 싱크 패턴이 단지 표면에서의 최 대 온도를 좌우할 뿐만 아니라 수직 온도 구배 또한 좌우함을 나타낸다.

본 발명의 특정 실시예들이 예시의 목적으로 앞서 기술되었으나, 본 발명의 세부사항에 대한 다양한 변형예들이 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명으로부터 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있음이 당업자에게 자명할 것이다.

본 발명에 의해 열 보조 자기 기록 및 다른 타입의 시스템에 대하여 효율적으로 열 전달을 제어할 수 있는 기록 막이 제공될 수 있다.

Claims

박막으로서,

상기 박막의 두께를 통해 적어도 부분적으로 연장되는 낮은 열적 전도성 재료의 영역들; 및

상기 낮은 열적 전도성 재료의 영역들을 분리시키는 높은 열적 전도성 재료의 영역들;

을 포함하고, 상기 영역들은 낮은 열적 전도성 영역들에서보다 높은 열적 전도성 영역들에서 상기 박막의 두께를 통해 더 큰 열 전달을 제공하도록 구성되고 배열되는 박막.
제1항에 있어서,

상기 낮은 열적 전도성 영역들은 실질적으로 실린더형인 박막.
제2항에 있어서,

상기 실질적으로 실린더형인 낮은 열적 전도성 영역들은 약 2 내지 약 50 nm의 단면 직경을 갖는 박막.
제2항에 있어서,

상기 낮은 열적 전도성 영역들은 실질적으로 직사각형 단면을 포함하는 박 막.
제4항에 있어서,

상기 실질적으로 직사각형 단면은 약 5 내지 약 50 nm의 측면 길이를 갖는 박막.
제1항에 있어서,

상기 낮은 열적 전도성 영역들은 서로로부터 약 2 내지 약 50 nm의 거리를 두고 이격된 박막.
제1항에 있어서,

상기 낮은 열적 전도성 영역들은 산화물, 붕화물, 탄화물 및/또는 질화물을 포함하는 박막.
제1항에 있어서,

상기 낮은 열적 전도성 영역들은 SiO₂, ZrO₂, NiO, Al₂O₃, MgO, Ta₂O₅, TiO₂, HfB₂, TaB₂, ZrN, TiN, AlN, Si₃N₄, ZrC 및/또는 SiC를 포함하는 박막.
제1항에 있어서,

상기 낮은 열적 전도성 영역들은 0.1 cal/sec/K/cm보다 작은 열적 전도성을 갖는 박막.
제1항에 있어서,

상기 높은 열적 전도성 영역들은 연속적인 매트릭스를 포함하는 박막.
제1항에 있어서,

상기 높은 열적 전도성 영역들은 금속 또는 금속 합금을 포함하는 박막.
제1항에 있어서,

상기 높은 열적 전도성 영역들은 Cu, CuZr, Au, Ag, Al, Pt, Cr, Mo, W 또는 이들의 합금을 포함하는 박막.
제1항에 있어서,

상기 높은 열적 전도성 영역들은 0.1 cal/sec/K/cm보다 큰 열적 전도성을 갖는 박막.
제1항에 있어서,

상기 박막은 약 500 nm 이하의 두께를 갖는 박막.
제1항에 있어서,

상기 낮은 열적 전도성 영역들은 자기 기록매체의 비트 패턴에 대응하는 패턴으로 배열되는 박막.
제15항에 있어서,

각각의 낮은 열적 전도성 영역은 상기 자기 기록매체의 단일 비트에 대응하는 박막.
데이터 기록매체로서,

기록층; 및

상기 기록층에 인접한 패터닝된 박막;

을 포함하고, 상기 박막은,

상기 박막의 두께를 통해 적어도 부분적으로 연장되는 낮은 열적 전도성 재료의 영역들; 및

상기 낮은 열적 전도성 재료의 영역들을 분리시키는 높은 열적 전도성 재료의 영역들;

을 포함하고, 상기 영역들은 낮은 열적 전도성 영역들에서보다 높은 열적 전도성 영역들에서 상기 박막의 두께를 통해 더 큰 열 전달을 제공하도록 구성되고 배열되는 데이터 기록매체.
제17항에 있어서,

상기 낮은 열적 전도성 영역들은 실질적으로 실린더형인 데이터 기록매체.
제17항에 있어서,

상기 낮은 전도성 영역들은 실질적으로 육면체인 데이터 기록매체.
제17항에 있어서,

상기 낮은 열적 전도성 영역들은 0.1 cal/sec/K/cm보다 작은 열적 전도성을 갖고, 상기 높은 열적 전도성 영역들은 0.1 cal/sec/K/cm보다 큰 열적 전도성을 갖는 데이터 기록매체.
제17항에 있어서,

상기 기록층은 비트 패턴을 포함하는 데이터 기록매체.
제21항에 있어서,

상기 낮은 열적 전도성 영역들은 상기 기록층의 상기 비트 패턴에 대응하는 패턴으로 배열되는 데이터 기록매체.
제22항에 있어서,

각각의 낮은 열적 전도성 영역은 상기 기록층의 단일 비트에 대응하는 데이 터 기록매체.
제21항에 있어서,

상기 기록층의 각각의 비트는 FePt, FePtNi, CoCrPt, Co/Pt 다층 및/또는 희토류/전이 금속 합금을 포함하는 데이터 기록매체.
제21항에 있어서,

각각의 비트는 NiO, SiO₂ 및/또는 Cr을 포함하는 재료에 의해 분리되는 데이터 기록매체.
제17항에 있어서,

상기 기록매체는 열 보조 기록매체인 데이터 기록매체.
패터닝된 열적 제어층을 제조하는 방법으로서,

빈 영역들 및 충전된 영역들의 패턴을 포함하는 제거가능한 재료의 층을 형성하는 단계;

제 1 열적 전도성을 갖는 제 1 재료로 상기 빈 영역들을 충전하는 단계;

상기 제거가능한 재료를 제거하는 단계; 및

상기 제거가능한 재료에 의해 이전에 점유된 영역들을 상기 제 1 열적 전도 성과 상이한 제 2 열적 전도성을 가진 제 2 재료로 충전하는 단계;

를 포함하는 패터닝된 열적 제어층 제조 방법.
제27항에 있어서,

상기 제 1 재료는 상기 제 2 재료보다 더 낮은 열적 전도성을 갖는 패터닝된 열적 제어층 제조 방법.
제27항에 있어서,

상기 제거가능한 재료는 다이블록 코폴리머 막 또는 배향된 제오라이트 막을 포함하는 패터닝된 열적 제어층 제조 방법.
자기 기록층 및 상기 자기 기록층에 인접한 패터닝된 박막을 포함하는 기록매체 - 여기서, 상기 박막은,

상기 박막의 두께를 통해 적어도 부분적으로 연장되는 낮은 열적 전도성 재료의 영역들; 및

상기 낮은 열적 전도성 재료의 영역들을 분리시키는 높은 열적 전도성 재료의 영역들;

을 포함하고, 상기 영역들은 낮은 열적 전도성 영역들에서보다 높은 열적 전도성 영역들에서 상기 박막의 두께를 통해 더 큰 열 전달을 제공하도록 구성되고 배열됨 -; 및

상기 기록매체에 자기 기록 필드를 인가하기 위한 기록 폴 및 상기 기록 폴이 상기 기록매체에 상기 자기 기록 필드를 인가하는 곳에 근접하여 상기 기록매체를 가열하기 위한 열 소스를 포함하고, 상기 기록매체에 인접하여 배치가능한 열 보조 자기 기록 헤드;

를 포함하는 열 보조 자기 기록 시스템.