KR20070024350A

KR20070024350A - 열어시스트 자기 기록 매체 및 자기 기록 재생 장치

Info

Publication number: KR20070024350A
Application number: KR1020060066907A
Authority: KR
Inventors: 스스무 소에야
Original assignee: 히다치 글로벌 스토리지 테크놀로지스 네덜란드 비.브이.
Priority date: 2005-08-25
Filing date: 2006-07-18
Publication date: 2007-03-02
Also published as: JP2007059008A; US20070048552A1; EP1760698A1; CN100419860C; CN1920961A; US8084149B2

Abstract

본 발명은 RT에서의 열 요동 내성과 고온에서의 기록 용이성의 상극을 도모할 수 있고, 기록 온도 바로 아래에서의 보자력 온도에 대한 변화를 급준하게 할 수 있으며, 저온 형성이 가능한 열어시스트 자기 기록 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

기판 상에 T_W＜T_C의 고 K_F의 하층 강자성막(301), T_B＜T_W의 저 K_AF의 중간층 반강자성막(401), T_W＜T_C의 기록 재생층인 상층 강자성막(501)을 순차 적층한다(T_W : 기록 온도, T_C : 퀴리 온도, T_N : 니일 온도, T_B : 블로킹 온도, K_F : 강자성체의 결정 자기 이방성 에너지 상수(정수), K_AF : 반강자성체의 결정 자기 이방성 에너지 정수).

자기 기록 매체

Description

열어시스트 자기 기록 매체 및 자기 기록 재생 장치{THERMALLY ASSISTED MAGNETIC RECORDING MEDIA AND MAGNETIC RECORDING AND REPRODUCING APPARATUS}

도 1은 본 발명에 관한 하층 강자성막/중간층 반강자성막/기록 재생용 상층 강자성막으로 구성되는 열어시스트 자기 기록용 교환 결합 3층 매체의 확대 단면도.

도 2는 도 1의 열어시스트 자기 기록용 교환 결합 3층 매체 중 기록 재생용 상층 강자성막 보자력의 온도 의존성을 도시한 도면.

도 3은 도 1의 열어시스트 자기 기록용 교환 결합 3층 매체에의 열어시스트 자기 기록 중의 스핀 배열의 이력 모양을 묘사한 도면.

도 4는 본 발명에 관한 하층 강자성막/중간층 반강자성막/기록 재생용 상층 페리 자성막으로 구성되는 열어시스트 자기 기록용 교환 결합 3층 매체의 확대 단면도.

도 5는 도 4의 열어시스트 자기 기록용 교환 결합 3층 매체 중 기록 재생용 상층 페리 자성막 보자력의 온도 의존성을 도시한 도면.

도 6은 도 4의 열어시스트 자기 기록용 교환 결합 3층 매체에의 열어시스트 자기 기록 중의 스핀 배열의 이력 모양을 묘사한 도면.

도 7은 본 발명에 관한 하층 반강자성막/중간층 반강자성막/기록 재생용 상 층 강자성막으로 구성되는 열어시스트 자기 기록용 교환 결합 3층 매체의 확대 단면도.

도 8은 도 7의 열어시스트 자기 기록용 교환 결합 3층 매체 중의 기록 재생용 상층 강자성막 보자력의 온도 의존성을 도시한 도면.

도 9는 도 7의 열어시스트 자기 기록용 교환 결합 3층 매체에의 열어시스트 자기 기록 중의 스핀 배열의 이력 모양을 묘사한 도면.

도 10은 본 발명에 관한 하층 반강자성막/중간층 반강자성막/기록 재생용 상층 페리 자성막으로 구성되는 열어시스트 자기 기록용 교환 결합 3층 매체의 확대 단면도.

도 11은 도 10의 열어시스트 자기 기록용 교환 결합 3층 매체 중의 기록 재생용 상층 페리 자성막 보자력의 온도 의존성을 도시한 도면.

도 12는 도 11의 열어시스트 자기 기록용 교환 결합 3층 매체에의 열어시스트 자기 기록 중의 스핀 배열의 이력 모양을 묘사한 도면.

도 13은 기록 온도, 퀴리 온도(curie point), 니일 온도(neel point) 및 블로킹 온도(blocking temperature)의 온도 관계가 역회전한 경우에 발생하는 문제점을 정리한 도면.

도 14는 본 발명에 관한 기록 재생용 강자성막의 종류와 그 자기 물성값을 정리한 도면.

도 15는 본 발명에 관한 중간층 반강자성막의 종류와 그 자기 물성값을 정리한 도면.

도 16은 본 발명에 관한 하층 강자성막 및 하층 반강자성막의 종류와 그 자기 물성값을 정리한 도면.

도 17은 본 발명에 관한 하층 강자성막 또는 하층 반강자성막과, 상층 강자성막 또는 상층 페리 자성막의 중간층 반강자성막을 개재한 교환 결합의 주된 재료의 조합과, 그 교환 결합에 의해 상층 강자성막 또는 상층 페리 자성막에 부여되는 RT에서의 열 요동 내성값 및 보자력을 정리한 도면.

도 18은 본 발명에 의한 열어시스트 자기 기록 매체를 이용한 자기 디스크 장치를 도시한 모식도.

도 19는 자기 헤드의 예를 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 자기 디스크 12 : 회전축

14 : 모터 16 : 슬라이더

18 : 자기 헤드 20 : 짐벌

22 : 아암 24 : 액츄에이터

26 : 제어 수단 28, 30, 32 : 라인

100 : 기판 181 : 열어시스트 자기 기록 헤드

182 : 재생 헤드 200 : 하지막

1814 : 레이저광 1816 : 근접장광

본 발명은 열어시스트 자기 기록 매체 및 그것을 이용한 자기 기록 재생 장치(HDD)에 관한 것이다.

최근, 컴퓨터의 처리 속도 향상에 따라 정보·데이터의 기록·재생 기능을 담당하는 자기 기록 재생 장치(HDD)에는 고속·고밀도화가 항상 요구되고 있다. 그러나, 현행의 CoCrPt계의 매체에서는 고밀도화에 물리적인 한계가 있어 문제시되고 있다.

HDD 장치의 경우, 정보가 기록되는 자기 기록 매체는 미세한 자성 입자의 집합체를 포함하는 자성층을 갖는다. 고밀도 기록을 행하기 위해서는 자성층에 기록되는 자구(magnetic domain)를 작게 해야 한다. 작은 기록 자구를 분별할 수 있도록 하기 위해서는 자구의 경계가 미끈해야 하며, 그러기 위해서는 자성층에 포함되는 자성 입자를 미소화해야 한다. 또한, 인접하는 자성 입자까지 자화 반전(magnetization reversal)이 연쇄하면, 자구의 경계가 흐트러지기 때문에, 자성 입자간에 교환 상호 작용(입자간 상호 작용)이 작동하지 않도록 자성 입자간은 비자성체에 의해 자기적으로 분단되어 있어야 한다(통칭, Grain segregation 기술이라고 부르고 있음). 또한, 헤드-매체간의 상호 작용의 관점에서 고밀도의 기록을 행하기 위해서는 자성층의 막 두께도 작게 해야 한다.

이상의 요청으로부터, 고밀도의 기록을 행하기 위해서는 자성층에 있어서의 자화 반전 유닛(자성 입자와 대략 동일함)의 체적을 더 작게 해야 한다. 그러나, 자화 반전 유닛을 미소화하면, 그 유닛이 갖는 자기 이방성 에너지((결정 자기 이 방성 에너지 정수 K_F)×(자성 입자의 체적 V_F), 즉 (K_FV_F)이라고도 불리고 있다. 또한, F는 강자성체 Ferromagnetism의 약호임))가 열 요동(thermal fluctuation) 에너지((볼트먼 정수 K_B)×(온도 T))보다도 작아지므로, 이미 자구를 유지할 수 없게 된다. 이것이 열 요동 현상이며, 기록 밀도의 물리적 한계(열 요동 한계라고도 불리고 있음)의 주원인이 되고 있다.

열 요동에 의한 자화의 반전을 막기 위해서는 K_F를 크게 하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 상기와 같은 HDD 매체의 경우, 고속에 의해 자화 반전 동작을 행할(기록할) 때의 보자력 H_C는 K_F에 대략 비례하기 때문에, 기록 헤드가 발생할 수 있는 자계(최대 10 kOe)에서는 기록을 할 수 없게 되어 문제에 직면한다. 또한, 열 요동에 의한 자화의 반전을 막기 위해 V_F를 크게 하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 매체면 내에서의 자성 입자의 사이즈를 크게 함으로써 V_F를 크게 하면, 고밀도 기록을 달성할 수 없다. 또한, 기록층의 막 두께를 두껍게 함으로써 V_F를 크게 하면, 헤드 자계가 기록층의 하부까지 충분히 도달되지 않아 자화 반전이 일어나지 않게 되며, 역시 고밀도 기록할 수 없다는 문제에 직면한다.

이상의 문제를 해결하기 위해 열어시스트(thermal assistant) 자기 기록이라는 아이디어가 제안되어 있다. 기록층에 K_F의 큰 재료를 이용하고, 기록시에 기록층을 가열하여 K_F(즉, H_C)를 국소적으로 작게 함으로써 자기 기록을 행하는 것이다. 이 방식에서는 매체의 사용 환경하(통상은 RT : 실온)에 있어서 기록층의 K_F가 크더라도 현재 헤드에서 발생 가능한 기록 자계에 의해 자화 반전이 가능해진다.

그러나, 기록시에는 인접 트랙이 약간은 가열되기 때문에, 이미 기록되어 있는 인접 트랙의 정보에 악영향을 미치거나, 열 요동이 가속되어 기록 자구가 소거되는 현상(크로스 소거)이 일어날 수 있다. 또한, 기록 직후에 헤드 자계가 없어진 시점에서도 매체가 어느 정도 가열되어 있기 때문에, 역시 열 요동이 가속되어, 일단 형성된 자구의 소실이 일어날 수 있다. 이들의 문제를 해결하기 위해서는 기록 온도 근방에서 K_F(즉, H_C)의 온도에 대한 변화가 가능한 한 급준한 재료를 이용해야 한다. 그러나, 현행의 CoCrPt계 매체의 K_F(즉, H_C)의 온도에 대한 변화는 거의 선형이기 때문에, 상기한 조건을 만족시킬 수 없다.

이 문제를 해결하기 위해, 일본 특허 공개 제2002-358616호 공보에, 「기능층(하층)/스위칭층(중간층)/기록층(상층)」으로 구성되는 매체 구조가 개시되어 있다. 동 공보에 의하면, 기능층은 예컨대 T_bFe 등의 비정질 희토류(RE.)-천이 금속(TM.) 합금의 페리 자성(F)층으로 구성되고(페리 자성체는 강자성체에 포함되기 때문에, 페리 자성체(Ferrimagnetism)의 일반적 약호도 「F」임), 기록층은 예컨대 현행의 CoCrPt계 등의 강자성(F)층으로 구성된다. 스위칭층에 대해서는 예컨대 RE.-TM. 합금의 페리 자성(F)층으로 구성되며, 상기 F층은 기록 온도(T_W) 바로 아래에 퀴리 온도(T_C)를 갖는다. 위에서 설명한 「기능층/스위칭층/기록층」으로 구성 되는 매체에 있어서는 RT에서 「F/F/F」의 교환 결합(exchange coupling)이 형성된다. 교환 결합이 발생하고 있기 때문에, RT에서의 기록층의 K_F(즉, H_C)값을 매우 큰 값까지 높일 수 있다는 취지를 나타내고 있으며, 이것에 의해 열 요동 내성을 높일 수 있다는 것이 표시되어 있다. 또한, 위에서 설명한 바와 같은 중간층의 T_C 온도에서 「F/F/F」의 교환 결합이 소실되고, 「F/Para./F」[Para.: 상자성( Paramagnetism)의 약호]의 자성 상태가 되기 때문에, 기록층의 K_F(즉, H_C) 값은 중간층 T_C의 온도로 기록층 단막의 값까지 급준하게 저하하는 것이 나타나 있으며, 그 때문에, 중간층의 T_C 온도에서 K_F(즉, H_C)의 온도에 대한 급준한 변화가 얻어지고 있다[K_F, 또는 H_C의 온도(T)에 대한 변화 dK_F/dT 또는 dH_C/dT는 「K_F의 온도 구배」 또는 「H_C의 온도 구배」로 정의되어 이용되고 있기 때문에, 본 명세서에서도 적절하게 「K_F의 온도 경사」 또는 「H_C의 온도 경사」라는 표현을 이용하고 있음). 또한, T_W의 온도에서는 K_F(즉, H_C) 값은 기록층 단막의 값까지 저하하기 때문에, 작은 기록 자계에 의해 기록층에 기록할 수 있는 취지를 나타내고 있다.

또한, Appl. Phys. Lett., Vol.82, pp. 2859-2861(2003)에, 「FeRh(하층)/FePt(상층)」으로 구성되는 자성막 구조가 개시되어 있다. FeRh계 재료는 100℃ 근방에서 반강자성(AF)→강자성(F)으로 상전이(phase transition)하는 유일한 재료이다(AF : 반강자성체 Antiferromagnetism의 약호). 이 논문에 의하면, RT에 서는 「AF/F」의 교환 결합에 의해, FePt의 H_C를 높일 수 있는 취지를 나타내고 있다. 또한, AF→ F 상전이에 따라 「AF/F」의 교환 결합이 소멸되고, 대신에 「F/F」의 교환 결합이 발생, 또한 하층의 FeRh의 F가 연자기 특성을 갖기 때문에, FeRh의 AF→ F 상전이 온도 근방(100℃ 근방)에서 급준한 H_C의 온도 구배를 얻을 수 있다고 한다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2002-358616호 공보

[비특허 문헌 1] Appl. Phys. Lett., Vol. 82, pp. 2859-2861(2003)

면 기록 밀도 테라비트/in²를 초과한 HDD를 실현하기 위해서는 열 요동 한계를 타파한 열어시스트 자기 기록 매체를 실현시켜야 한다. 초고밀도 기록 대응의 열어시스트 자기 기록 매체를 실현시키기 위해서는 RT에서의 열 요동 내성과 고온에서 기록의 용이성의 상극을 도모할 수 있는 매체이며, 또한 T_W 직하에서의 H_C의 온도 구배를 급준하게 할 수 있는 매체를 실현시켜야 한다. 게다가, 저온에서 형성할 수 있는 매체이어야 한다. 그러나, 이들을 만족할 수 있는 매체는 없다.

상술한 일본 특허 공개 제2002-358616호 공보에서는 「중간층의 T_C를 이용하여」 T_W 직하(right below)에서의 H_C의 온도 구배를 급준하게 하는 수단을 설치하고 있다. 그러나, RT에서의 열 요동 내성과 고온에서의 기록 용이성의 상극은 도모되지만, 이하의 이유에 의해 T_W 직하에서의 H_C의 온도 구배를 더 급준하게 할 수 없다.

중간층의 T_C의 온도에서 중간층 중 S_F는 열적으로 심하게 흔들리고 있으며 ＜S_F＞는 소실, 따라서 J_F＜S_F＞＜S_F＞를 갖는 F 스핀 배열도 소실되고 있다(S : 스핀, ＜＞ : 열평균, J : 교환 적분(exchange integration)). 따라서, 상술한 「기능층/스위칭층(중간층)/기록층」의 「F/F/F」의 교환 결합막 중 기록층의 K_F(즉, H_C)의 온도 의존성에 중간층의 T_C보다도 꽤 낮은 온도로부터 중간층의 ＜S_F＞의 온도 의존성(＜S_F＞가 온도 상승과 함께 브릴루앙 함수(brillouin function)적으로 저하하고, T_C에서 소실된다는 물리 현상. T_C에 근접함에 따라 d＜S_F＞/dT가 크다는 물리 현상.)이 크게 반영되어 실제로는 H_C의 온도 구배가 반드시 완만해진다는 문제에 직면한다. 따라서, 위에서 설명한 바와 같은 인접 트랙에의 악영향이나 크로스 소거 등의 문제를 해결할 수 없다는 문제에 직면한다.

한편, 상술한 Appl. Phys. Lett., Vol. 82, pp. 2859-2861(2003)에 기재되어 있는 「FeRh/FePt」로 구성되는 자성 구조막에 있어서는 AF→ F 상전이 온도 바로 직전에서의 FeRh 막 중에 큰 ＜S_F＞가 잔존하고 있으며, 따라서 큰 J_F＜S_F＞＜S_F＞를 가진 F 스핀 배열이 있다. 그 때문에, H_C의 온도 구배를 급준하게 할 수 있고, 상술한 인접 트랙에의 악영향이나 크로스 소거 등의 문제를 회피하는 것이 가능하다. 그러나, FeRh는 규칙 합금(ordered alloy)이며, 또한 규칙화(불규칙/규칙상 변태)시키기 위해 필요한 열처리 온도가 550℃로 매우 높아 실용화에는 부적합하다.

본 발명의 목적은 (1) RT에서의 열 요동 내성과 고온에서의 기록 용이성의 상극을 도모할 수 있고, (2) T_W 직하(right below)에서의 H_C의 온도 구배를 급준하게 할 수 있으며, (3) 저온 형성이 가능한 3가지를 동시에 만족할 수 있는 열어시스트 자기 기록 매체를 실현하는 것에 있다.

본 발명의 목적은 T_W를 기록 온도, T_C를 퀴리 온도, T_N을 니일 온도, T_B를 블로킹 온도, K_F를 강자성체의 자기 이방성 에너지 정수, K_AF를 반강자성체의 자기 이방성 에너지 정수로 하였을 때, 기판 상에 T_W＜T_C의 고 K_F의 강자성체 또는 T_W＜T_N의 고 K_AF의 반강자성체로 이루어지는 하층막과, T_B＜T_W의 저 K_AF의 반강자성체로 이루어지는 중간층과, T_W＜T_C의 기록 재생층인 강자성체 또는 페리 자성체로 이루어지는 상층막을 적층한 적층막을 갖고, 상기 중간층 반강자성막의 T_B 및 T_B＜＜T_N의 특질을 이용하며, 기록 재생층의 H_C의 온도에 대한 변화, 소위 H_C의 온도 구배를 급준하게 함으로써 달성된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 대표적인 실시예에 대해서 설명한다.

[실시예 1]

도 1에 본 발명에 관한 열어시스트 자기 기록용 교환 결합 3층 매체를 도시 한다. 이 매체는 기판(100) 상에 하지막(200), T_W＜T_C의 고 K_F의 하층 강자성(F)막(301), T_B＜T_W의 저 K_AF의 중간층 반강자성(AF)막(401), T_W＜T_C의 기록 재생용 상층 강자성(F)막(501), 보호막(600)을 순차 적층하여 이루어지는 층을 갖는다. 여기서, T_W : 기록 온도, T_C : 퀴리 온도, T_B : 블로킹 온도, K_F : 강자성체의 결정 자기 이방성 에너지 정수, K_AF : 반강자성체의 결정 자기 이방성 에너지 정수이다. 기판(100)은 예컨대 유리 기판으로 구성되고, 하지막(200)은 예컨대 Ru막, 하층 F막(301)은 예컨대 L1₀-FePt막, 중간층 AF막(401)은 예컨대 γ-FeMn막, 상층 F막(501)은 예컨대 CoCrPt-SiO₂막(또는 CoCrPt-Cr막), 보호막(600)은 예컨대 C막으로 구성된다. 저온에서 형성한 경우에는 각 층의 조밀면인 Ru(001)/L1₀-FePt(111)/γ-FeMn(111)/CoCrPt-SiO₂(001)(또는 CoCrPt-Cr(001))의 결정 배향을 얻을 수 있고, 수직 자화막이 형성된다. 대표적인 막 두께는 하지막(200)이 20nm, 하층 F막(301)이 10nm, 중간층 AF막(401)이 10nm, 상층 F막(501)이 10nm, 보호막(600)이 3nm이다. 여기서, CoCrPt-SiO₂막 중 SiO₂ 및 CoCrPt-Cr막 중 일부의 Cr은 입계에 석출하여 Grain segregation의 역할·자화 반전 유닛의 형성 역할을 담당하고 있기 때문에, 본 발명에서는 "CoCrPt-SiO₂막" 및 "CoCrPt-Cr막"이라는 표현을 이용하고 있다.

도 2는 본 발명에 관한 열어시스트 자기 기록용 교환 결합 3층 매체 중 상층 F막(501)의 보자력(H_C)의 온도(T) 의존성을 도시하는 것이다. 하층 F막(301)이 10nm의 L1₀-FePt막, 중간층 AF막(401)이 10nm의 γ-FeMn막, 상층 F막(501)이 10nm의 CoCrPt-SiO₂막(또는 CoCrPt-Cr막)으로 구성되는 경우의 H_C 와 T의 관계를 도시하고 있다. 또한, K_F∝H_C의 관계에 있기 때문에, K_F의 온도 의존성도 도 2의 H_C의 온도 의존성과 유사한 특성을 갖는 것을 부기해 두고자 한다.

상층 F막(501)의 RT에서의 H_C 값은 「하층 F막(301)/중간층 AF막(401)/상층 F막(501)」의 3층의 「F/AF/F」의 교환 결합에 의해 매우 큰 값을 나타내었다. 도 17에 정리되어 있는 바와 같이, 상층 F막(501)이 CoCrPt-SiO₂막으로 구성되는 경우에는 H_C 값은 약 46-56 kOe이고, CoCrPt-Cr막으로 구성되는 경우에는 H_C 값은 약 36-54 kOe라는 값을 얻을 수 있었다.

여기서, H_C 값의 산출(개산)시에는 가중 평균을 이용하였다. 도 14에 기재한 상층 F막(501)의 K_F 값 및 H_C 값과, 도 16에 기재한 하층 F막(301)의 K_F 값을 이용하고,

[(하층 F막(301)의 K_FV_F＋상층 F막(501)의 K_FV_F)/(하층 F막(301)의 V_F 값＋상층 F막(501)의 V_F 값)]×[1/(RT에서의 상층 F막(501) 단층막의 K_F 값)]×(RT 에서의 상층 F막(501) 단층막의 H_C 값)이 되는 관계식을 이용하여 개산(槪算)하였다(V_F : 강자성체의 결정 입자의 체적, V_AF : 반강자성체의 결정 입자의 체적). 도 15에 정 리되어 있는 바와 같이, 중간층 AF막(401)의 K_AF가 근소하기 때문에, 중간층 AF막(401)의 K_AFV_AF 은 무시하고 산출하였다.

또한, 도 14는 본 발명에 관한 기록 재생용 상층 F막(501, 502)의 종류와 그 자기 물성치(physical property value)를 정리한 도면이고, 도 15는 본 발명에 관한 중간층 AF막(401)의 종류와 그 자기 물성치를 정리한 도면이며, 도 16은 본 발명에 관한 하층 F막(301) 및 하층 AF막(302)의 종류와 그 자기 물성치를 정리한 도면이고, 도 17은 본 발명에 관한 하층 F막(301) 또는 하층 AF막(302)과, 상층 F막(501, 502)의(중간층 AF막(401)을 통해서) 교환 결합의 주된 재료의 조합과, 그 교환 결합에 의해 상층 F막(501, 502)에 부여되는 실효적 열 요동 내성 (KV)_eff/(K_BT) 값(RT)과 H_C 값(RT)을 정리한 도면이다[(KV)_eff : 실효적(KV), K_B : 볼트먼 정수〕. 여기서의 (KV)_eff/(K_BT) 값은 하층 F막(301)의 K_FV_F 또는 하층 AF막(302)의 K_AFV_AF 이 중간층 AF막(401)을 통하여, 상층 F막(501, 502)의 K_FV_F 에 완전히 중첩하는 것을 가정한 개산값, 한쪽의 H_C 값은 하층 F막(301)의 K_FV_F 또는 하층 AF막(302)의 K_AFV_AF이 중간층 AF막(401)을 사이에 두고, 상층 F막(501, 502)의 K_FV_F 에 완전히 중첩하는 것을 가정하여 가중 평균을 이용한 개산값이다.

CoCrPt-SiO₂ 단층막의 RT에서의 H_C 값이 약 5-6 kOe, CoCrPt-Cr 단층막의 RT 에서의 H_C 값이 약 2-3 kOe였기 때문에(도 14), 「F/AF/F」의 교환 결합에 의해 매 우 큰 값까지 높일 수 있고, 또한 기록 헤드의 최대 자계 10 kOe를 크게 상회할 수 있다는 것을 알았다. 또한, 상층 F막(501)의 RT에서의 매우 큰 H_C 값은 가온과 함께 브릴루앙 함수적으로 서서히 감소하고, 중간층 AF막(401)의 T_B 값이 약 155℃ 근방 및 T_W≒200℃ 직하일 때(즉, 「F/AF/F」의 교환 결합이 소실되는 온도에서) 급준히 감소하고, 이후, 상층 F막(501)의 단층막 H_C의 온도 의존성에 따른 H_C 값을 나타내었다. T_W≒200℃ 근방에서의 H_C 값은 상층 F막(501)이 CoCrPt-SiO₂막인 경우에는 약 2-3 kOe, CoCrPt-Cr막인 경우에는 약 1-1.5 kOe였다. 도 2에 있어서는 T_B 값 근방, 및 T_W 직하에서, H_C 값의 온도에 대한 변화(즉, H_C의 온도 구배)가 매우 급준(단계형 또는 계단형)하게 되어 있다는 것을 강조하고자 한다. 또한, T_W≒200℃를 선택하여 설명한 이유는 하기와 같다. T_W가 너무 높으면 중첩되는 열조사(heat scanning)에 의해 매체가 열화되고, 반대로, 너무 낮다고 생각되는 H_C의 온도 구배를 얻을 수 없다. 이상이 T_W≒200℃가 이상적으로 간주되는 이유이다.

또한, 도 17에는 본 실시예에 관계되는 교환 결합 3층 매체 중 상층 F막(501)의 RT에서의 (KV)_eff/(K_BT) 값이 정리되어 있다. 여기서의 (KV)_eff/(K_BT) 값은

[(하층 F막(301)의 K_FV_F)＋(상층 F막(501)의 K_FV_F)]/(K_BT)

가 되는 관계식을 이용하여 개산하였다. 도 15에 정리되어 있는 바와 같이, 중간층 AF막(401)의 K_AF가 근소하기 때문에, 중간층 AF막(401)의 K_AFV_AF 곱은 무시하고 산출하였다. 상층 F막(501)의 RT에서의 (KV)_eff/(K_BT) 값은 상층 F막(501)이 CoCrPt-SiO₂막으로 구성되는 경우에는 약 1417, CoCrPt-Cr막으로 구성되는 경우에는 약 1378이라는 값을 얻을 수 있었다. CoCrPt-SiO₂ 단층막의 RT에서의 (K_FV_F)/(K_BT) 값이 약 77, CoCrPt-Cr 단층막의 RT에서의(K_FV_F)/(K_BT) 값이 약 38이었기 때문에(도 14), 상층 F막(501)의 RT에서의 (KV)_eff/(K_BT) 값은 「F/AF/F」의 교환 결합에 의해 매우 큰 값까지 높일 수 있다는 것을 알았다. 또한, 도 2에서는 T_W≒200℃ 근방에서의 H_C 값에 대해서, 상층 F막(501)이 CoCrPt-SiO₂ 막인 경우에는 약 2-3 kOe, CoCrPt-Cr 막인 경우에는 약 1-1.5 kOe라는 값을 얻고 있다. 현행 헤드의 최대 기록 자계는 약 10 kOe이기 때문에, T_W≒200℃ 근방에서의 H_C 값은 약 2-3 kOe(CoCrPt-SiO₂막) 또는 약 1-1.5 kOe(CoCrPt-Cr막)까지 저하되어, 상층 F막(501)에의 기록 작업이 용이하게 수행된다. 또한, 하지막(200), 하층 F막(301), 중간층 AF막(401), 상층 F막(501) 및 보호막(600)은, 상술한 바와 같이 조밀면으로 구성될 수도 있기 때문에 RT 형성이 가능하다. 유일하게, 하층 F막(301)을 구성하고 있는 L1₀-FePt막을 얻을 때, 가온 프로세스가 필요하지만, 높아도 350℃ 이하이고, 현행 매체의 최대 가열 온도와 같은 정도이며 실용상의 문제는 없다.

이상으로부터, 「하층 F막(301)/중간층 AF막(401)/상층 F막(501)」의 3층의 「F/AF/F」의 교환 결합에 의해, RT∼T_B의 온도 범위에서 매우 큰 열 요동 내성 및 고 H_C 값을 얻을 수 있다는 것을 알았다. 또한, 고온에서의 기록 용이성의 상극을 도모할 수 있다는 것을 알았다. 또한, T_B 값 근방, 및 T_W 직하에서 매우 급준한 H_C 값의 온도에 대한 변화(즉, 큰 H_C의 온도 구배)를 얻을 수 있다는 것을 알았다. 또한, 저온 형성이 가능한 취지를 확인할 수 있었다. 따라서, 실시예 1에 도시하는 「하층 F막(301)/중간층 AF막(401)/상층 F막(501)」의 3층의 「F/AF/F」의 교환 결합 3층 매체를 이용함으로써, (1) RT에서의 열 요동 내성과 고온에서의 기록 용이성의 상극을 도모할 수 있고, (2) T_W 직하에서의 H_C의 온도 구배를 급준하게 할 수 있으며, (3) 저온 형성이 가능한 3 가지를 동시에 만족할 수 있는 열어시스트 자기 기록 매체를 실현할 수 있다.

다음에, 본 발명에 관한 「하층 F막(301)/중간층 AF막(401)/상층 F막(501)」으로 구성되는 교환 결합 3층 매체에의 열어시스트 자기 기록 과정에 대해서 설명한다. 도 3에 「하층 F막 중 하나의 결정립(3010)/중간층 AF막 중 하나의 결정립(4010)/상층 F막 중 하나의 결정립(5010)」으로 구성되는 하나의 「F/AF/F」교환 결합 결정립 내의 열어시스트 자기 기록시의 스핀 배열의 열이력의 모양을 도시한다. 하나의 결정립 내의 모양을 묘사하고 있지만, 하나의 자화 반전 유닛 내의 모양도 동일하다. 여기서는 하층 F막(301) 및 하층 F막 중 하나의 결정립(3010)이 L1₀-FePt, 중간층 AF막(401) 및 중간층 AF막 중 하나의 결정립(4010)이 γ-FeMn, 상 층 F막(501) 및 상층 F막 중 하나의 결정립(5010)이 CoCrPt-SiO₂(또는 CoCrPt-Cr)로 구성되는 경우에 대해서 설명한다. 또한, L1₀-FePt의 T_C는 약 470℃(도 16), γ-FeMn의 니일 온도(T_N)는 약 217℃(도 15), CoCrPt-SiO₂의 T_C는 약 600℃, CoCrPt-Cr의 T_C는 약 427℃이다(도 14). 또한, 이상적인 T_W는 약 200℃이기 때문에, T_W≒200℃로서, 이하에 설명한다.

도 3(a)에 도시하는 바와 같이, 열어시스트 자기 기록시, T＝T_W에서 열 및 기록 자계(10000)가 매체 상측면으로부터 하향으로 조사 및 인가되게 한다. L1₀-FePt의 T_C가 약 470℃, γ-FeMn의 T_N이 약 217℃, CoCrPt-SiO₂의 T_C가 약 600℃(또는 CoCrPt-Cr의 T_C가 약 427℃)로, 모두 T_W≒200℃보다 높기 때문에, T＝T_W에서의 「하층 F막 중 하나의 결정립(3010)/중간층 AF막 중 하나의 결정립(4010)/상층 F막 중 하나의 결정립(5010)」으로 구성되는 하나의 결정립 내의 자성 상태는 「F/AF/F」이다. 그러나, γ-FeMn의 T_B ^*는 약 155℃이기 때문에, 보다 상세하게 자성 상태를 기술하면 「F/Para.(계면)/AF/Para.(계면)/F」이다(Para. : 상자성 Paramagnetism의 약호). 따라서, T＝T_W에서는 상층 F막 중 하나의 결정립(5010) 중의 자화 벡터는 CoCrPt-SiO₂의 저 H_C(또는 CoCrPt-Cr의 저 H_C)이기 때문에 용이하게 하향으로 향하게 된다. 그러나, 교환 결합이 발생하지 않는 상태이기 때문에, 중간층 AF막 중 하나의 결정립(4010) 중 AF 스핀 배열의 방향은 임의이다. 마찬가지로, 하층 F막 중 하나의 결정립(3010) 중 F 스핀 배열의 방향도 임의이다. 왜냐하면, L1₀-FePt 단층막의 H_C 값은 매우 높고, 또한 최하층에 배치되어 있기 때문에, 기록 자계의 영향을 받지 않기 때문이다. 단, 도면에서는 반자계의 영향을 고려하여, 하층 F막 중 하나의 결정립(3010) 중의 자화 벡터는 상향으로 하여 그려져 있다.

(^* 블로킹 온도 T_B는 강자성/반강자성의 교환 결합이 소실되는 온도로 정의되어 있다. 반강자성 재료로 결정되며, 강자성 재료에는 그다지 의존하지 않는다. 대부분의 반강자성 재료로 "T_B＜＜T_N의 특질"을 갖고 있다는 것을 강조해 두고자 한다. 반강자성/반강자성 교환 결합의 경우에는 T_B는 T_N이 낮은 쪽의 반강자성 재료로 결정되며, 그 T_B 값은 위에서 설명한 강자성/반강자성의 교환 결합이 소실되는 T_B 값과 대강 동일하다. 따라서, 본 발명에서는 「반강자성막의 T_B나 γ-FeMn 등의 T_B」라는 표현을 이용함)

도 3(b)에 도시하는 바와 같이, T＝T_B까지 냉각되면, 교환 결합이 발생한다. 이것에 따라,

「하층 F막 중 하나의 결정립(3010)/중간층 AF막 중 하나의 결정립(4010)/상층 F막 중 하나의 결정립(5010)」으로 구성되는 하나의 결정립 내의 자성 상태는 「F/Para.(계면)/AF/Para.(계면)/F」→「F/AF/F」로 천이한다. 상층 F막 중 하나 의 결정립(5010) 중의 스핀을 하향으로 향하도록 각 층, 각 계면의 스핀이 가지런해지고, 필드 쿨링(field-cooling)되어 동결된다. 교환 결합에 의해 발생하는 내부 자장은 수백 kOe에 이르므로, 그 크기를 감안하여 중간층 AF막 중 하나의 결정립(4010) 중의 AF 스핀, 하층 F막 중 하나의 결정립(3010) 중 F 스핀은, 예컨대 도 3(b)와 같이 규칙적으로 된다.

또한, "T_B＜＜T_N의 특질"이 있기 때문에, T＝T_B에 냉각된 시점에서, 중간층 AF막 중 하나의 결정립(4010) 중에는 이미 비교적 큰 ＜S_AF＞가 있으며, 따라서 비교적 큰 J_AF＜S_AF＞＜S_AF＞를 가진 AF 스핀 배열이 있다(S : 스핀, ＜＞ : 열평균, J : 교환 적분). 비교적 큰 ＜S_AF＞ 및 J_AF＜S_AF＞＜S_AF＞가 있는 상태에서 T＝T_B로 냉각된 시점에서 갑자기 「F/AF/F」의 교환 결합이 형성되게 되기 때문에, T＝T_B의 온도에서 갑자기 H_C가 급준히(단계형으로) 증대한다. 이것이 T＝T_B의 온도에서 H_C의 온도 구배를 급준하게 할 수 있는 이유이며, "T_B＜＜T_N의 특질"을 이용하여 처음으로 얻어지는 물리 현상인 것을 강조해 두고 싶다. 즉, 이미 설명한 일본 특허 공개 제2002-358616호 공보에 기재한 중간층의 T_C 이용에서는 얻어지지 않는 물리 현상이다.

도 3(c)에 도시하는 바와 같이 RT＜T＜T_B까지 냉각되면, 각 층의 자화 벡터는 커지며, 도 3(d)에 도시하는 바와 같이 T＝RT에서는 더 커져 고정된다. 이상이 열어시스트 자기 기록 과정이다. 또한, 상향의 기록 과정에 대해서는 상술한 자화 벡터를 반대로 하여 생각하면 된다.

또한, 본 실시예에 관계되는 하층 F막(301)은 L1₀-CoPt막, L1₀-FePtNi막으로 구성되어도 좋다. 도 17에 정리되어 있는 바와 같이,

(a) 하층 F막(301)이 L1₀-CoPt막, 상층 F막(501)이 CoCrPt-SiO₂막이라는 조합에서도 상층 F막(501)의 RT에서의 (KV)_eff/(K_BT) 값은 약 613이고, H_C 값은 약 20-24 kOe이며,

(b) 하층 F막(301)이 L1₀-CoPt막, 상층 F막(501)이 CoCrPt-Cr막이라는 조합에서도 상층 F막(501)의 RT에서의 (KV)_eff/(K_BT) 값은 약 574이고, H_C 값은 약 15-23 kOe이며,

(c) 하층 F막(301)이 L1₀-FePtNi막, 상층 F막(501)이 CoCrPt-SiO₂막이라는 조합에서도 상층 F막(501)의 RT에서의 (KV)_eff/(K_BT) 값은 약 842이고, H_C 값은 약 28-33 kOe이며,

(d) 하층 F막(301)이 L1₀-FePtNi막, 상층 F막(501)이 CoCrPt-Cr막이라는 조합에서도 상층 F막(501)의 RT에서의 (KV)_eff/(K_BT) 값은 약 803이고, H_C 값은 약 21-32 kOe라는 매우 큰 값을 얻을 수 있기 때문이다. 또한, L1₀-CoPt막, L1₀-FePtNi막을 얻을 때에도 가온 프로세스가 필요하지만, 높아도 350℃ 이하이며 실용상의 문 제는 없다.

또한, 본 실시예에 관계되는 중간층 AF막(401)은 도 15에 정리되어 있는 바와 같은 γ-MnIr막, γ-MnRh막, γ-MnRu막, γ-MnNi막, γ-MnPt막, γ-MnPd막, γ-Mn(PtRh)막, γ-Mn(RuRh)막으로 구성될 수도 있다. 또한, 여기서의 Ir 조성, Rh 조성, Ru 조성, Ni 조성, Pt 조성, Pd 조성, (PtRh) 조성, (RuRh) 조성은 T_B 값을 200℃ 이하로 하기 때문에 모두 20 at.% 이하이다. 도 15에 도시되어 있는 바와 같이, 이들의 AF막의 K_AF 값은 γ-FeMn막과 같은 정도이며, T_B 값도 γ-FeMn막과 같은 정도이고, 또한 AF막은 "T_B＜＜T_N의 특질"을 갖고 있기 때문이다.

또한, 도 15를 보면, γ-MnIr막, γ-MnRh막, γ-MnRu막의 경우, T_B 값과 T_N 값의 차가 큰 것을 확인할 수 있다. 따라서, 이들의 AF막을 이용함으로써, "T_B＜＜T_N의 특질"을 보다 유효하게 발휘시키는 것이 가능해진다. 즉, 열어시스트 자기 기록 과정에 있어서, T＝T_B에 냉각된 시점에서, 보다 큰 ＜S_AF＞ 및 보다 큰 J_AF＜S_AF＞＜S_AF＞가 있는 상태에서 돌연히 「F/AF/F」의 교환 결합이 형성되게 되기 때문에, T＝T_B의 온도에서의 H_C의 온도 구배를 보다 한층 더 크게 하는 것이 가능하다.

또한, γ-MnIr막, γ-MnRh막, γ-MnRu막의(111) 면 내의 조밀 육방격자의 한 변의 길이는 하층 F막(301)을 구성하는 L1₀-FePt막, L1₀-CoPt막 및 L1₀-FePtNi막의(111) 면 내의 조밀 육방격자의 한 변의 길이와 같은 정도이며, 또한 상층 F 막(501)을 구성하는 CoCrPt-SiO₂막의(001) 면 내〔또는 CoCrPt-Cr 막의(001) 면 내〕의 조밀육방격자의 한 변의 길이와 같은 정도이다.

따라서, 중간층 AF막(401)으로서, γ-MnIr막, γ-MnRh막, γ-MnRu막을 이용함으로써, 격자 미스 매치의 문제를 회피할 수 있기 때문에, 이론값(예컨대, 도 17에 기재한 개산값)에 가까운 H_C 값이나 (KV)_eff/(K_BT) 값을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 상층 F막(501)의 이방성 분산을 작게 억제하는 것이 가능해진다.

또한, T_W를 200℃보다도 높게 하고자 하는 경우, 중간층 AF막(401)으로서, 20 at.% 이상의 Ir 조성, Rh 조성, Ru 조성을 갖는 γ-MnIr막, γ-MnRh막, γ-MnRu막 등을 사용할 수도 있다. 이들의 AF막은 약 240-300℃의 T_B 값을 갖고 있으며, 또한 Ir 조성, Rh 조성, Ru 조성에 의해 T_B 값을 원하는 값, 즉, T_B 값이 T_W 바로 아래에 오도록 조절 가능하기 때문이다.

그러나, γ-MnIr막, γ-MnRh막, γ-MnRu막 등을 적용하면 비용이 높아지기 때문에, 이들의 AF막을 적용하는 경우에는 자기 물성치과 비용 문제의 트레이드 오프가 필요할 것이다.

또한, 상술한 교환 결합 3층 매체에서는 수직 자기 기록의 경우에 대해서 설명하였지만, 면 내 자기 기록에 대해서도, 경사 자기 이방성 자기 기록에 대해서도 전개는 가능하다.

[실시예 2]

도 4는 본 발명에 관한 열어시스트 자기 기록용 교환 결합 3층 매체를 도시한다. 이 매체는 기판(100) 상에 하지막(200), T_W＜T_C의 고 K_F의 하층 강자성(F)막(301), T_B＜T_W의 저 K_AF의 중간층 반강자성(AF)막(401), T_W＜T_C의 기록 재생용 상층 페리자성(F)막(502), 보호막(600)을 순차 적층하여 이루어지는 층을 갖는다. 기판(100)은 예컨대 유리 기판으로 구성되고, 하지막(200)은 예컨대 Ru막, 하층 F막(301)은 예컨대 L1₀-FePt막, 중간층 AF막(401)은 예컨대 γ-FeMn막, 상층 F막(502)은 예컨대 자화 보상 온도 T_comp≤0℃를 갖는 비정질 TbFeCo막, 보호막(600)은 예컨대 C막으로 구성된다. 저온에서 형성한 경우에는, 각 층의 조밀면인 Ru(001)/L1₀-FePt(111)/γ-FeMn(111)/비정질 TbFeCo의 결정 배향을 얻을 수 있고, 수직 자화막이 형성된다. 대표적인 막 두께는 하지막(200)이 20nm, 하층 F막(301)이 10nm, 중간층 AF막(401)이 10nm, 상층 F막(502)이 10nm, 보호막(600)이 3nm이다.

도 5는 본 발명에 관한 열어시스트 자기 기록용 교환 결합 3층 매체 중 상층 F막(502)의 보자력(H_C)의 온도(T) 의존성을 도시하는 것이다. 하층 F막(301)이 10nm인 L1₀-FePt막, 중간층 AF막(401)이 10nm인 γ-FeMn막, 상층 F막(502)이 10nm인 TbFeCo막으로 구성되는 경우의 H_C 와 T의 관계를 도시하고 있다. 상층 F막(502)의 RT에서의 H_C 값은 「하층 F막(301)/중간층 AF막(401)/상층 F막(502)」의 3층의 「 F/AF/F」의 교환 결합에 의해, 매우 큰 값을 나타내었다. 도 17에 정리되어 있는 바와 같이, 상층 F막(502)이 TbFeCo막으로 구성되는 경우에는 H_C 값으로 약 704-937 kOe라는 값을 얻을 수 있었다.

여기서, H_C 값의 산출(개산)시에는 가중 평균을 이용하였다. 도 14에 기재한 상층 F막(502)의 K_F 값 및 H_C 값과, 도 16에 기재한 하층 F막(301)의 K_F 값을 이용하여,

[(하층 F막(301)의 K_FV_F ＋상층 F막(502)의 K_FV_F )/(하층 F막(301)의 V_F 값＋상층 F막(502)의 V_F 값)]×[1/(RT에서의 상층 F막(502) 단층막의 K_F 값)]×(RT에서의 상층 F막(502) 단층막의 H_C 값)

이 되는 관계식을 이용하여 개산하였다. 도 15에 정리되어 있는 바와 같이, 중간층 AF막(401)의 K_AF가 근소하기 때문에, 중간층 AF막(401)의 K_AFV_AF 는 무시하고 산출하였다.

TbFeCo 단층막의 RT에서의 H_C 값이 약 8 kOe였기 때문에(도 14), 「F/AF/F」의 교환 결합에 의해 매우 큰 값까지 높일 수 있고, 또한 기록 헤드의 최대 자계 10 kOe를 크게 상회할 수 있다는 것을 알았다. 또한, 상층 F막(502)의 RT에서의 매우 큰 H_C 값은 가온과 함께 브릴루앙 함수적으로 서서히 감소하고, 중간층 AF막(401)의 T_B 값인 약 155℃ 근방, 및 T_W≒200℃ 직하에서(즉, 「F/AF/F」의 교환 결합이 소실되는 온도에서) 급준하게 감소하여, 이후, 상층 F막(502)의 단층막 H_C의 온도 의존성에 따른 H_C 값을 나타내었다. T_W≒200℃ 근방에서의 H_C 값은 상층 F막(502)이 TbFeCo막인 경우에는 약 1 kOe였다. 도 5에 있어서는 T_B 값 근방, 및 T_W 직하에서 H_C 값의 온도에 대한 변화(즉, H_C의 온도 구배)가 매우 급준(단계형)하게 되어 있다는 것을 강조하고자 한다.

또한, 도 17에는 본 실시예에 관계되는 교환 결합 3층 매체 중 상층 F막(502)의 RT에서의 (KV)_eff/(K_BT) 값이 정리되어 있다. 여기서의 (KV)_eff/(K_BT) 값은

[(하층 F막(301)의 K_FV_F)＋(상층 F막(502)의 K_FV_F)]/(K_BT)

가 되는 관계식을 이용하여 개산하였다. 도 15에 정리되어 있는 바와 같이, 중간층 AF막(401)의 K_AF가 근소하기 때문에, 중간층 AF막(401)의 K_AFV_AF은 무시하고 산출하였다.

상층 F막(502)의 RT에서의 (KV)_eff/(K_BT) 값은 상층 F막(502)이 TbFeCo막으로 구성되는 경우에는 약 1347이라는 값을 얻을 수 있었다. TbFeCo 단층막의 RT에서의(K_FV_F)/(K_BT) 값이 약 5.8-7.7이었기 때문에(도 14), 상층 F막(502)의 RT에서의 (KV)_eff/(K_BT) 값은 「F/AF/F」의 교환 결합에 의해 매우 큰 값까지 높일 수 있다는 것을 알았다. 또한, 도 5에서는 T_W≒200℃ 근방에서의 H_C 값에 대해서, 상층 F 막(502)이 TbFeCo막인 경우에는 약 1 kOe라는 값을 얻고 있다. 현행 헤드의 최대 기록 자계는 약 10 kOe이기 때문에, T_W≒200℃ 근방에서의 H_C 값이 약 1 kOe까지 저하되어, 상층 F막(502)에의 기록 작업이 용이하게 수행된다. 또한, 하지막(200), 하층 F막(301), 중간층 AF막(401), 상층 F막(502) 및 보호막(600)은 상술한 바와 같이 조밀면으로 구성될 수 있기 때문에 RT 형성이 가능하다. 유일하게, 하층 F막(301)을 구성하고 있는 L1₀-FePt 막을 얻을 때, 가온 프로세스가 필요하지만, 높아도 350℃ 이하이며, 현행 매체의 최대 가열 온도와 같은 정도이며 실용상의 문제는 없다.

이상으로부터, 「하층 F막(301)/중간층 AF막(401)/상층 F막(502)」의 3층의「F/AF/F」의 교환 결합에 의해, RT∼T_B의 온도 범위에서 매우 큰 열 요동 내성 및 고 H_C 값을 얻을 수 있다는 것을 알았다. 또한, 고온에서의 기록 용이성의 상극을 도모할 수 있다는 것을 알았다. 또한, T_B 값 근방 또한 T_W 직하에서, 매우 급준한 H_C 값의 온도에 대한 변화(즉, 큰 H_C의 온도 구배)를 얻을 수 있다는 것을 알았다. 또한, 저온 형성이 가능하다는 취지를 확인할 수 있었다. 따라서, 실시예 2에 도시하는 「하층 F막(301)/중간층 AF막(401)/상층 F막(502)」의 3층의「F/AF/F」의 교환 결합 3층 매체를 이용함으로써, (1) RT에서의 열 요동 내성과 고온에서의 기록 용이성의 상극을 도모할 수 있고, (2) T_W 직하에서의 H_C의 온도 구배를 급준하게 할 수 있으며, (3) 저온 형성이 가능한 3 가지를 동시에 만족할 수 있는 열어시스 트 자기 기록 매체를 실현할 수 있다.

다음에, 본 발명에 관한 「하층 F막(301)/중간층 AF막(401)/상층 F막(502)」으로 구성되는 교환 결합 3층 매체에의 열어시스트 자기 기록 과정에 대해서 설명한다. 도 6에 「하층 F막 중 하나의 결정립(3010)/중간층 AF막 중 하나의 결정립(4010)/상층 F막 중 하나의 결정립(5020)」으로 구성되는 하나의 「F/AF/F」 교환 결합 결정립 내의 열어시스트 자기 기록시의 스핀 배열의 열이력의 모양을 도시한다. 하나의 결정립 내의 모양을 묘사하고 있지만, 하나의 자화 반전 유닛 내의 모양도 동일하다. 도면 중 TM.은 천이 금속, RE.은 희토류의 의미이다. 여기서는 하층 F막(301) 및 하층 F막 중 하나의 결정립(3010)이 L1₀-FePt, 중간층 AF막(401),및 중간층 AF막 중 하나의 결정립(4010)이 γ-FeMn, 상층 F막(502) 및 상층 F막 중 하나의 결정립(5020)이 TbFeCo로 구성되는 경우에 대해서 설명한다. 또한, L1₀-FePt의 T_C는 약 470℃(도 16), γ-FeMn의 T_N은 약 217℃(도 15), TbFeCo의 T_C는 약 270℃이다(도 14). 또한, 이상적인 T_W는 약 200℃이기 때문에, T_W≒200℃로서, 이하에 설명한다.

도 6(a)에 도시하는 바와 같이, 열어시스트 자기 기록시, T＝T_W에서 열 및 기록 자계(10000)가 매체 상측면으로부터 하향으로 조사 및 인가되게 한다. L1₀-FePt의 T_C가 약 470℃, γ-FeMn의 T_N이 약 217℃, TbFeCo의 T_C가 약 270℃, 모두 T_W≒200℃보다도 높기 때문에, T＝T_W에서의 「하층 F막 중 하나의 결정립(3010)/중간 층 AF막 중 하나의 결정립(4010)/상층 F막 중 하나의 결정립(5020)」으로 구성되는 하나의 결정립 내의 자성 상태는 「F/AF/F」이다. 그러나, γ-FeMn의 T_B가 약 155℃이기 때문에, 보다 상세하게 자성 상태를 기술하면 「F/Para.(계면)/AF/Para.(계면)/F」이다. 따라서, T＝T_W에서는 상층 F막 중 하나의 결정립(5020) 중 자화 벡터(토탈의 자화 벡터)는 TbFeCo의 저 H_C이기 때문에 용이하게 하향으로 향하게 된다. 그러나, 교환 결합이 발생하지 않는 상태이기 때문에, 중간층 AF막 중 하나의 결정립(4010) 중 AF 스핀 배열의 방향은 임의이다. 마찬가지로, 하층 F막 중 하나의 결정립(3010) 중 F 스핀 배열의 방향도 임의이다. 왜냐하면, L1₀-FePt의 단층막 H_C 값이 매우 높고, 또한 최하층에 배치되어 있으므로, 기록 자계의 영향을 받지 않기 때문이다. 단, 도면에서는 반자계의 영향을 고려하여, 하층 F막 중 하나의 결정립(3010) 중 자화 벡터는 상향으로 하여 그려져 있다.

도 6(b)에 도시하는 바와 같이, T＝T_B까지 냉각되면, 교환 결합이 발생한다. 이것에 따라,

「하층 F막 중 하나의 결정립(3010)/중간층 AF막 중 하나의 결정립(4010)/상층 F막 중 하나의 결정립(5020)」으로 구성되는 하나의 결정립 내의 자성 상태는 「F/Para.(계면)/AF/Para.(계면)/F」→「F/AF/F」로 천이한다. 상층 F막 중 하나의 결정립(5020) 중 스핀(토탈 스핀)을 하향하도록 각 층, 각 계면의 스핀이 규칙적으로 되고, 필드 쿨링되어 동결된다. 교환 결합에 의해 발생하는 내부 자장은 수백 kOe에도 미치고 있으며, 그 크기를 감안하여 중간층 AF막 중 하나의 결정립(4010) 중 AF 스핀, 하층 F막 중 하나의 결정립(3010) 중 F 스핀은, 예컨대 도 6(b)와 같이 규칙적으로 된다.

또한, "T_B＜＜T_N의 특질"이 있기 때문에, T＝T_B에 냉각된 시점에서, 중간층 AF막 중 하나의 결정립(4010) 중에는 이미 비교적 큰 ＜S_AF＞가 있으며, 따라서 비교적 큰 J_AF＜S_AF＞＜S_AF＞를 가진 AF 스핀 배열이 있다. 비교적 큰 ＜S_AF＞ 및 J_AF＜S_AF＞＜S_AF＞가 있는 상태에서 T＝T_B에 냉각된 시점에서 돌연히 「F/AF/F」의 교환 결합이 형성되게 되기 때문에, T＝T_B의 온도에서 돌연히 H_C가 급준하게 증대한다. 이것이 T＝T_B의 온도에서 H_C의 온도 구배를 급준하게 할 수 있는 이유이며, "T_B＜＜T_N의 특질"을 이용하여 처음으로 얻어지는 물리 현상은 이미 설명한 바와 같다.

도 6(c)에 도시하는 바와 같이 RT＜T＜T_B까지 냉각되면, 각 층의 자화 벡터는 커지고, 도 6(d)에 도시하는 바와 같이 T＝RT에서는 더 커져 고정된다. 또한, 상층 F막 중 하나의 결정립(5020) 중에 있어서는 [RE. 스핀의 온도 저하에 따른 스핀의 크기 증대]＞[TM. 스핀의 온도 저하에 따른 스핀의 크기 증대]의 관계가 있기 때문에, 본 관계에 따라 RE. 스핀 및 TM. 스핀이 증대하게 된다. T＝RT에서는 RE. 스핀의 크기와 TM. 스핀 크기의 차분이 작아져 M_S≒50 emu/㎤까지 저하하게 된다. 저 M_S이기 때문에 재생 감도가 부족해지는 문제가 발생한 경우에는, 예컨대 상층 F 막(502) 상에 RT에서의 M_S 값 약 300 emu/㎤를 갖는 비정질 DyTbFeCo막과 같은 재생 전용의 층을 설치할 수도 있다. 이상이 열어시스트 자기 기록 과정이다. 또한, 상향의 기록 과정에 대해서는 상술한 자화 벡터를 반대로 하여 생각하면 좋다.

또한, 본 실시예에 관계되는 하층 F막(301)은 L1₀-CoPt막, L1₀-FePtNi막으로 구성될 수도 있다. 도 17에 정리되어 있는 바와 같이,

(a) 하층 F막(301)이 L1₀-CoPt막, 상층 F막(502)이 TbFeCo막이라는 조합에서도 상층 F막(502)의 RT에서의 (KV)_eff/(K_BT)값은 약 543이고, H_C 값은 약284-377 kOe이며,

(b) 하층 F막(301)이 L1₀-FePtNi막, 상층 F막(502)이 TbFeCo막이라는 조합에서도 상층 F막(502)의 RT에서의 (KV)_eff/(K_BT) 값은 약 772이고, H_C 값은 약 404-537 kOe라는 매우 큰 값을 얻을 수 있기 때문이다. 또한, L1₀-CoPt막, L1₀-FePtNi막을 얻을 때에도 가온 프로세스가 필요하지만, 높아도 350℃ 이하이며 실용상의 문제는 없다.

또한, 본 실시예에 관계되는 중간층 AF막(401)은 도 15에 정리되어 있는 바와 같은 γ-MnIr막, γ-MnRh막, γ-MnRu막, γ-MnNi막, γ-MnPt막, γ-MnPd막, γ-Mn(PtRh)막, γ-Mn(RuRh)막으로 구성될 수도 있다. 또한, 여기서의 Ir 조성, Rh 조성, Ru 조성, Ni 조성, Pt 조성, Pd 조성, (PtRh) 조성, (RuRh) 조성은 T_B 값을 200℃ 이하로 하기 때문에 모두 20 at.% 이하이다. 도 15에 도시되어 있는 바와 같이, 이들의 AF막의 K_AF 값은 γ-FeMn막과 같은 정도이며, T_B 값도 γ-FeMn 막과 같은 정도이고, 또한 AF막은 "T_B＜＜T_N의 특질"을 갖는다.

또한, γ-MnIr막, γ-MnRh막, γ-MnRu막의(111) 면 내의 조밀 육방격자의 한 변의 길이는 하층 F막(301)을 구성하는 L1₀-FePt막, L1₀-CoPt막 및 L1₀-FePtNi막의(111) 면 내의 조밀 육방격자의 한 변의 길이와 같은 정도이다. 따라서, 중간층 AF막(401)으로서, γ-MnIr막, γ-MnRh막, γ-MnRu막을 이용함으로써, 격자 미스매치의 문제를 회피할 수 있기 때문에, 이론값(예컨대, 도 17에 기재한 개산값)에 가까운 H_C 값이나 (KV)_eff/(K_BT) 값을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 상층 F막(502)의 이방성 분산을 작게 억제하는 것이 가능해진다.

또한, T_W를 200℃보다도 높게 하고자 하는 경우, 중간층 AF막(401)으로서, 20 at.% 이상의 Ir 조성, Rh 조성, Ru 조성을 갖는 γ-MnIr막, γ-MnRh막, γ-MnRu 막 등을 사용할 수도 있다. 이들의 AF막은 약 240-300℃의 T_B 값을 갖고 있으며, 또한 Ir 조성, Rh 조성, Ru 조성에 의해 T_B 값을 원하는 값(즉, T_B 값의 바로 아래에 오는 값)으로 조절 가능하기 때문이다.

그러나, γ-MnIr막, γ-MnRh막, γ-MnRu막을 적용하면 비용이 높아지기 때문에, 이들의 AF막을 적용하는 경우에는 자기 물성치와 비용 문제의 트레이드 오프가 필요할 것이다.

[실시예 3]

도 7에 본 발명에 관한 열어시스트 자기 기록용 교환 결합 3층 매체를 도시한다. 이 매체는 기판(100) 상에 하지막(200), T_W＜T_N의 고 K_AF의 하층 반강자성(AF)막(302), T_B＜T_W의 저 K_AF의 중간층 반강자성(AF)막(401), T_W＜T_C의 기록 재생용 상층 강자성(F)막(501), 보호막(600)을 순차 적층하여 이루어지는 층을 갖는다. 기판(100)은, 예컨대 유리 기판으로 구성되고, 하지막(200)은 예컨대 Ru막, 하층 AF막(302)은 예컨대 L1₀-PtMn막, 중간층 AF막(401)은 예컨대 γ-FeMn막, 상층 F막(501)은 예컨대 CoCrPt-SiO₂막(또는 CoCrPt-Cr막), 보호막(600)은 예컨대 C막으로 구성된다.

저온에서 형성한 경우에는 각 층의 조밀면인 Ru(001)/L1₀-PtMn(111)/γ-FeMn(111)/CoCrPt-SiO₂(001)(또는 CoCrPt-Cr(001))의 결정 배향을 얻을 수 있으며 수직 자화막이 된다. 대표적인 막 두께는 하지막(200)이 20nm, 하층 AF막(302)이 10nm, 중간층 AF막(401)이 10nm, 상층 F막(501)이 10nm, 보호막(600)이 3nm 이다.

도 8은 본 발명에 관한 열어시스트 자기 기록용 교환 결합 3층 매체 중 상층 F막(501)의 보자력(H_C)의 온도(T) 의존성을 도시하는 것이다. 하층 AF막(302)이 10nm인 L1₀-PtMn막, 중간층 AF막(401)이 10nm인 γ-FeMn막, 상층 F막(501)이 10nm인 CoCrPt-SiO₂막(또는 CoCrPt-Cr막)으로 구성되는 경우의 H_C 와 T의 관계를 도시하고 있다. 상층 F막(501)의 RT에서의 H_C 값은 「하층 AF막(302)/중간층 AF막(401)/상층 F막(501)」의 3층의 「AF/AF/F」의 교환 결합에 의해 큰 값을 나타내었다. 도 17에 정리되어 있는 바와 같이, 상층 F막(501)이 CoCrPt-SiO₂막으로 구성되는 경우에는 H_C 값은 최대 약 11 kOe이고, CoCrPt-Cr막으로 구성되는 경우에는 H_C 값은 최대 약 10 kOe라는 값을 얻을 수 있었다.

여기서, H_C 값의 산출(개산)시에는 가중 평균을 이용하였다. 도 14에 기재한 상층 F막(501)의 K_F 값 및 H_C 값과 도 16에 기재한 하층 AF막(302)의 K_AF 값을 이용하여,

[(하층 AF막(302)의 K_AFV_AF ＋상층 F막(501)의 K_FV_F)/(하층 AF막(302)의 V_AF 값＋상층 F막(501)의 V_F 값)]×[1/(RT에서의 상층 F막(501) 단층막의 K_F 값)]×(RT에서의 상층 F막(501) 단층막의 H_C 값)

이 되는 관계식을 이용하여 개산하였다. 도 15에 정리되어 있는 바와 같이, 중간층 AF막(401)의 K_AF가 근소하기 때문에, 중간층 AF막(401)의 K_AFV_AF 은 무시하고 산출하였다.

CoCrPt-SiO₂단층막의 RT에서의 H_C 값이 약 5-6 kOe, CoCrPt-Cr 단층막의 RT 에서의 H_C 값이 약 2-3 kOe이기 때문에(도 14), 「AF/AF/F」의 교환 결합에 의해 큰 값으로 높일 수 있다는 것을 알았다. 또한, 상층 F막(501)의 RT에서의 큰 H_C 값은 가온과 함께 브릴루앙 함수적으로 서서히 감소하고, 중간층 AF막(401)의 T_B 값인 약 155℃ 근방, 및 T_W≒200℃ 직하에서(즉, 「AF/AF/F」의 교환 결합이 소실되는 온도에서) 급준하게 감소, 이후, 상층 F막(501)의 단층막 H_C의 온도 의존성에 따른 H_C 값을 나타내었다. T_W≒200℃ 근방에서의 H_C 값은 상층 F막(501)이 CoCrPt-SiO₂막인 경우에는 약 2-3 kOe, CoCrPt-Cr막인 경우에는 약 1-1.5 kOe였다. 도 8에 있어서는 T_B값 근방, 또한 T_W 직하에서 H_C 값의 온도에 대한 변화(즉, H_C의 온도 구배)가 매우 급준(단계형)하게 되어 있다는 것을 강조하고자 한다.

또한, 도 17에는 본 실시예에 관계되는 교환 결합 3층 매체 중 상층 F 막(501)의 RT에서의 (KV)_eff/(K_BT) 값이 정리되어 있다. 여기서의 (KV)_eff/(K_BT) 값은

[(하층 AF막(302)의 K_AFV_AF)＋(상층 F막(501)의 K_FV_F)]/(K_BT)

가 되는 관계식을 이용하여 개산하였다. 도 15에 정리되어 있는 바와 같이, 중간층 AF막(401)의 K_AF가 근소하기 때문에, 중간층 AF막(401)의 K_AFV_AF 은 무시하고 산출하였다. 상층 F막(501)의 RT에서의 (KV)_eff/(K_BT) 값은 상층 F막(501)이 CoCrPt-SiO₂막으로 구성되는 경우에는 최대 약 268, CoCrPt-Cr막으로 구성되는 경우에는 최대 약 229라는 값을 얻을 수 있었다. CoCrPt-SiO₂ 단층막의 RT에서의(K_FV_F)/(K_BT) 값이 약 77이고, CoCrPt-Cr 단층막의 RT에서의 (K_FV_F)/(K_BT) 값이 약 38이었기 때문에(도 14), 상층 F막(501)의 RT에서의 (KV)_eff/(K_BT) 값은 「AF/AF/F」의 교환 결합에 의해 매우 큰 값까지 높일 수 있다는 것을 알았다. 또한, 도 8에서는 T_W≒200℃ 근방일 때, 상층 F막(501)이 CoCrPt-SiO₂막인 경우에는 H_C 값은 약 2-3 kOe, CoCrPt-Cr막인 경우에는 H_C 값은 약 1-1.5 kOe라는 값을 얻고 있다. 현행 헤드의 최대 기록 자계는 약 10 kOe이기 때문에, T_W≒200℃ 근방에서의 H_C 값은 약 2-3 kOe(CoCrPt-SiO₂막) 또는 약 1-1.5 kOe(CoCrPt-Cr막)까지 저하되어 상층 F막(501)에의 기록 작업이 용이하게 수행된다. 또한, 하지막(200), 하층 AF 막(302), 중간층 AF막(401), 상층 F막(501) 및 보호막(600)은 상술한 바와 같이 조밀면으로 구성될 수도 있기 때문에 RT 형성이 가능하다. 유일하게, 하층 AF막(302)을 구성하고 있는 L1₀-PtMn막을 얻을 때, 가온 프로세스가 필요하지만, 250℃ 정도이며, 실용상의 문제는 없다.

이상으로부터, 「하층 AF막(302)/중간층 AF막(401)/상층 F막(501)」의 3층의「AF/AF/F」의 교환 결합에 의해, RT∼T_B의 온도 범위에서 매우 큰 열 요동 내성, 및 고 H_C 값을 얻을 수 있다는 것을 알았다. 또한, 고온에서의 기록 용이성의 상극을 도모할 수 있다는 것을 알았다. 또한, T_B 값 근방, 또한 T_W 직하에서 매우 급준한 H_C 값의 온도에 대한 변화(즉, 큰 H_C의 온도 구배)를 얻을 수 있다는 것을 알았다. 또한, 저온 형성이 가능한 취지를 확인할 수 있었다. 따라서, 실시예 3에 도시하는 「하층 AF막(302)/중간층 AF막(401)/상층 F막(501)」의 3층의 「AF/AF/F」의 교환 결합 3층 매체를 이용함으로써, (1) RT에서의 열 요동 내성과 고온에서의 기록 용이성의 상극을 도모할 수 있고, (2) T_W 직하에서의 H_C의 온도 구배를 급준하게 할 수 있으며, (3) 저온 형성이 가능한 3 가지를 동시에 만족할 수 있는 열어시스트 자기 기록 매체를 실현할 수 있다.

다음에, 본 발명에 관한 「하층 AF막(302)/중간층 AF막(401)/상층 F막(501)」으로 구성되는 교환 결합 3층 매체에의 열어시스트 자기 기록 과정에 대해서 설명한다. 도 9에 「하층 AF막 중 하나의 결정립(3020)/중간층 AF막 중 하나의 결정 립(4010)/상층 F막 중 하나의 결정립(5010)」으로 구성되는 하나의 「AF/AF/F」 교환 결합 결정립 내의 열어시스트 자기 기록시의 스핀 배열의 열이력의 모양을 도시한다. 하나의 결정립 내의 모양을 묘사하였지만, 하나의 자화 반전 유닛 내의 모양도 동일하다. 여기서는, 하층 AF막(302) 및 하층 AF막 중 하나의 결정립(3020)이 L1₀-PtMn, 중간층 AF막(401) 및 중간층 AF막 중 하나의 결정립(4010)이 γ-FeMn, 상층 F막(501) 및 상층 F막 중 하나의 결정립(5010)이 CoCrPt-SiO₂(또는 CoCrPt-Cr)로 구성되는 경우에 대해서 설명한다. 또한, L1₀-PtMn의 T_N은 약 700℃(도 16), γ-FeMn의 T_N은 약 217℃(도 15), CoCrPt-SiO₂의 T_C는 약 600℃, CoCrPt-Cr의 T_C는 약 427℃이다(도 14). 또한, 이상적인 T_W는 약 200℃이기 때문에, T_W≒200℃로서, 이하에 설명한다.

도 9(a)에 도시하는 바와 같이, 열어시스트 자기 기록시, T＝T_W에서 열 및 기록 자계(10000)가 매체 상측면으로부터 하향으로 조사 및 인가되게 한다. L1₀-PtMn의 T_N이 약 700℃, γ-FeMn의 T_N이 약 217℃, CoCrPt-SiO₂의 T_C가 약 600℃(또는 CoCrPt-Cr의 T_C가 약 427℃)로 모두 T_W≒200℃보다 높기 때문에, T＝T_W에서의 「하층 AF막 중 하나의 결정립(3020)/중간층 AF막 중 하나의 결정립(4010)/상층 F막 중 하나의 결정립(5010)」으로 구성되는 하나의 결정립 내의 자성 상태는 「AF/AF/F」이다. 그러나, γ-FeMn의 T_B는 약 155℃이기 때문에, 보다 상세하게 자성 상태를 기술하면 「AF/Para.(계면)/AF/Para.(계면)/F」이다. 따라서, T＝T_W에서는 상층 F막 중 하나의 결정립(5010) 중 자화 벡터는 CoCrPt-SiO₂의 저 H_C(또는 CoCrPt-Cr의 저 H_C)이기 때문에 용이하게 하향을 향하게 된다. 그러나, 교환 결합이 발생하지 않는 상태이기 때문에, 중간층 AF막 중 하나의 결정립(4010) 중 AF 스핀 배열의 방향은 임의이다. 마찬가지로, 하층 AF막 중 하나의 결정립(3020) 중 AF 스핀 배열의 방향도 임의이다.

도 9(b)에 도시하는 바와 같이, T＝T_B까지 냉각되면, 교환 결합이 발생한다. 이것에 따라,

「하층 AF막 중 하나의 결정립(3020)/중간층 AF막 중 하나의 결정립(4010)/상층 F막 중 하나의 결정립(5010)」으로 구성되는 하나의 결정립 내의 자성 상태는 「AF/Para.(계면)/AF/Para.(계면)/F」→「AF/AF/F」로 천이한다. 상층 F막 중 하나의 결정립(5010) 중 스핀을 하향으로 향하도록, 각 층, 각 계면의 스핀이 규칙적으로 되며, 필드 쿨링되어 동결된다. 교환 결합에 의해 발생하는 내부 자장은 수백 kOe에 미치고 있으므로, 그 크기를 감안하여 중간층 AF막 중 하나의 결정립(4010) 중 AF 스핀, 하층 AF막 중 하나의 결정립(3020) 중 AF 스핀은, 예컨대 도 9(b)와 같이 규칙적으로 된다.

또한, "T_B＜＜T_N의 특질"이 있기 때문에, T＝T_B인 냉각된 시점에서, 중간층 AF막 중 하나의 결정립(4010) 중에는 이미 비교적 큰 ＜S_AF＞가 있으며, 따라서 비 교적 큰 J_AF＜S_AF＞＜S_AF＞를 가진 AF 스핀 배열이 있다. 비교적 큰 ＜S_AF＞ 및 J_AF＜S_AF＞＜S_AF＞가 있는 상태에서 T＝T_B인 냉각된 시점에서 돌연히 「AF/AF/F」의 교환 결합이 형성되게 되기 때문에, T＝T_B의 온도에서 돌연히 H_C가 급준하게 증대하게 된다. 이것이 T＝T_B의 온도에서 H_C의 온도 구배를 급준하게 할 수 있는 이유이며, "T_B＜＜T_N의 특질"을 이용하여 처음으로 얻어지는 물리 현상은 이미 설명한 바와 같다.

도 9(c)에 도시하는 바와 같이 RT＜T＜T_B까지 냉각되면, 각 층의 자화 벡터는 커지며, 도 9(d)에 도시하는 바와 같이 T＝RT에서는 더 커져 고정된다. 이상이, 열어시스트 자기 기록 과정이다. 또한, 상향의 기록 과정에 대해서는 상술한 자화 벡터를 반대로 하여 생각할 수 있다.

또한, 본 실시예에 관계되는 하층 AF막(302)은 L1₀-(PtPd)Mn막으로 구성될 수도 있다. 도 17에 정리되어 있는 바와 같이,

(a) 하층 AF막(302)이 L1₀-(PtPd)Mn막, 상층 F막(501)이 CoCrPt-SiO₂막이라는 조합에서도 상층 F막(501)의 RT에서의 (KV)_eff/(K_BT) 값의 최대는 약 268이고, H_C 값의 최대는 약 11 kOe이며,

(b) 하층 AF막(302)이 L1₀-(PtPd)Mn막, 상층 F막(501)이 CoCrPt-Cr막이라는 조합에서도 상층 F막(501)의 RT에서의 (KV)_eff/(K_BT) 값의 최대는 약 229이고, H_C 값 의 최대는 약10 kOe라는 큰 값을 얻을 수 있기 때문이다. 또한, L1₀-(PtPd)Mn막을 얻을 때에도 가온 프로세스가 필요하지만, 250℃ 정도이며 실용상의 문제는 없다.

또한, 본 실시예에 관계되는 중간층 AF막(401)은 도 15에 정리되어 있는 바와 같은 γ-MnIr막, γ-MnRh막, γ-MnRu막, γ-MnNi막, γ-MnPt막, γ-MnPd막, γ-Mn(PtRh)막, γ-Mn(RuRh)막으로 구성될 수도 있다. 또한, 여기서의 Ir 조성, Rh 조성, Ru 조성, Ni 조성, Pt 조성, Pd 조성, (PtRh) 조성, (RuRh) 조성은 T_B 값을 200℃ 이하로 하기 때문에 모두 20 at.% 이하이다. 도 15에 도시되어 있는 바와 같이, 이들의 AF막의 K_AF 값은 γ-FeMn 막과 같은 정도이며, T_B 값도 γ-FeMn막과 같은 정도이고, 또한 AF막은 "T_B＜＜T_N의 특질"을 갖는다.

또한, 도 15를 보면, γ-MnIr막, γ-MnRh막, γ-MnRu막의 경우, T_B 값과 T_N 값의 차가 큰 것을 확인할 수 있다. 따라서, 이들의 AF막을 이용함으로써, "T_B＜＜T_N의 특질"을 보다 유효하게 발휘시키는 것이 가능해진다. 즉, 열어시스트 자기 기록 과정에 있어서, T＝T_B인 냉각된 시점에서, 보다 큰 ＜S_AF＞ 및 보다 큰 J_AF＜S_AF＞＜S_AF＞가 있는 상태에서 돌연히 「AF/AF/F」의 교환 결합이 형성되게 되기 때문에, T＝T_B의 온도에서의 H_C의 온도 구배를 보다 한층 더 크게 하는 것이 가능하다.

또한, γ-MnIr막, γ-MnRh막, γ-MnRu막의(111) 면 내의 조밀 육방격자의 한 변의 길이는 하층 AF막(302)을 구성하는 L1₀-PtMn막 및 L1₀-(PtPd) Mn 막의(111) 면 내의 조밀 육방격자의 한 변의 길이와 같은 정도이며, 또한 상층 F막(501)을 구성하는 CoCrPt-SiO₂막의(001) 면 내〔또는 CoCrPt-Cr 막의(001) 면 내〕의 조밀 육방격자의 한 변의 길이와 같은 정도이다. 따라서, 중간층 AF막(401)으로서, γ-MnIr막, γ-MnRh막, γ-MnRu막을 이용함으로써, 격자 미스매치의 문제를 회피할 수 있기 때문에, 이론값(예컨대, 도 17에 기재한 개산값)에 가까운 H_C 값이나 (KV)_eff/(K_BT) 값을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 상층 F막(501)의 이방성 분산을 작게 억제하는 것이 가능해진다.

또한, T_W를 200℃보다도 높게 하고자 하는 경우, 중간층 AF막(401)으로서, 20 at.% 이상의 Ir 조성, Rh 조성, Ru 조성을 갖는 γ-MnIr막, γ-MnRh막, γ-MnRu막 등을 사용할 수도 있다. 이들의 AF막은 약 240-300℃의 T_B 값을 갖고 있으며, 또한 Ir 조성, Rh 조성, Ru 조성에 의해 T_B 값을 원하는 값(즉, T_B 값의 바로 아래에 오는 값)으로 조절 가능하기 때문이다.

또한, 상술한 교환 결합 3층 매체에서는 수직 자기 기록의 경우에 대해서 설명하였지만, 면 내 자기 기록에 대해서도 경사 자기 이방성 자기 기록에 대해서도 전개는 가능하다.

[실시예 4]

도 10에 본 발명에 관한 열어시스트 자기 기록용 교환 결합 3층 매체를 도시한다. 이 매체는 기판(100) 상에 하지막(200), T_W＜T_N의 고 K_AF의 하층 반강자성(AF)막(302), T_B＜T_W의 저 K_AF의 중간층 반강자성(AF)막(401), T_W＜T_C의 기록 재생용 상층 페리자성(F)막(502), 보호막(600)을 순차 적층하여 이루어지는 층을 갖는다. 기판(100)은, 예컨대 유리 기판으로 구성되고, 하지막(200)은 예컨대 Ru막, 하층 AF막(302)은 예컨대 L1₀-PtMn막, 중간층 AF막(401)은 예컨대γ-FeMn막, 상층 F막(502)은 예컨대 자화 보상 온도 T_comp.≤0℃를 갖는 비정질 TbFeCo막, 보호막(600)은 예컨대 C막으로 구성된다. 저온에서 형성한 경우에는 각 층의 조밀면인 Ru(001)/L1₀-PtMn(111)/γ-FeMn(111)/비정질 TbFeCo의 결정 배향을 얻을 수 있으며 수직 자화막이 형성된다. 대표적인 막 두께는 하지막(200)이 20nm, 하층 AF막(302)이 10nm, 중간층 AF막(401)이 10nm, 상층 F막(502)이 10nm, 보호막(600)이 3nm 이다.

도 11은 본 발명에 관한 열어시스트 자기 기록용 교환 결합 3층 매체 중 상층 F막(502)의 보자력(H_C)의 온도(T) 의존성을 도시하는 것이다. 하층 AF막(302)이 10nm인 L1₀-PtMn막, 중간층 AF막(401)이 10nm인 γ-FeMn막, 상층 F막(502)이 10nm인 TbFeCo막으로 구성되는 경우의 H_C와 T의 관계를 도시하였다. 상층 F막(502)의 RT에 서의 H_C 값은 「하층 AF막(302)/중간층 AF막(401)/상층 F막(502)」의 3층의 「AF/AF/F」의 교환 결합에 의해 매우 큰 값을 나타내었다. 도 17에 정리되어 있는 바와 같이, 상층 F막(502)이 TbFeCo막으로 구성되는 경우에는 H_C 값은 최대 약 137 kOe라는 값을 얻을 수 있었다.

여기서, H_C 값의 산출(개산)시에는 가중 평균을 이용하였다. 도 14에 기재한 상층 F막(502)의 K_F 값 및 H_C 값과, 도 16에 기재한 하층 AF막(302)의 K_AF 값을 이용하여,

[(하층 AF막(302)의 K_AFV_AF＋상층 F막(502)의 K_FV_F)/(하층 AF막(302)의 V_AF 값＋상층 F막(502)의 V_F 값)]×[1/(RT에서의 상층 F막(502) 단층막의 K_F 값)]×(RT에서의 상층 F막(502) 단층막의 H_C 값)

이 되는 관계식을 이용하여 개산하였다. 도 15에 정리되어 있는 바와 같이, 중간층 AF막(401)의 K_AF가 근소하기 때문에, 중간층 AF막(401)의 K_AFV_AF 곱은 무시하고 산출하였다.

TbFeCo 단층막의 RT에서의 H_C 값이 약 8 kOe였기 때문에(도 14), 「AF/AF/F」의 교환 결합에 의해 매우 큰 값까지 높일 수 있고, 또한 기록 헤드의 최대 자계 10 kOe를 크게 상회할 수 있다는 것을 알았다. 또한, 상층 F막(502)의 RT에서의 매우 큰 H_C 값은 가온과 함께 브릴루앙 함수적으로 서서히 감소하고, 중간층 AF 막(401)의 T_B 값인 약 155℃ 근방, 및 T_W≒200℃ 직하에서(즉, 「AF/AF/F」의 교환 결합이 소실되는 온도에서) 급준하게 감소, 이후, 상층 F막(502)의 단층막 H_C의 온도 의존성에 따른 H_C 값을 나타내었다. T_W≒200℃ 근방에서의 H_C 값은 상층 F막(502)이 TbFeCo막인 경우에는 약 1 kOe였다. 도 11에 있어서는 T_B 값 근방, 또는 T_W 직하에서 H_C 값의 온도에 대한 변화(즉, H_C의 온도 구배)가 매우 급준하게 되어 있다는 것을 강조하고자 한다.

[(하층 AF막(302)의 K_AFV_AF )＋(상층 F막(502)의 K_FV_F)]/(K_BT)

상층 F막(502)의 RT에서의 (KV)_eff/(K_BT) 값은 상층 F막(502)이 TbFeCo막으로 구성되는 경우에는 최대 약 198이라는 값을 얻을 수 있었다. TbFeCo 단층막의 RT 에서의 (K_FV_F)/(K_BT) 값이 약 5.8-7.7이었기 때문에(도 14), 상층 F막(502)의 RT에서의 (KV)_eff/(K_BT) 값은 「AF/AF/F」의 교환 결합에 의해 매우 큰 값까지 높일 수 있다는 것을 알았다. 또한, 도 11에서는 상층 F막(502)이 TbFeCo막인 경우에는 T_W≒200℃ 근방에서의 H_C 값은 약 1 kOe라는 값을 얻고 있다. 현행 헤드의 최대 기록 자계는 약 10 kOe이기 때문에, T_W≒200℃ 근방에서의 H_C 값은 약 1 kOe까지 저하되어 상층 F막(502)에의 기록작업이 용이하게 수행된다. 또한, 하지막(200), 하층 AF막(302), 중간층 AF막(401), 상층 F막(502) 및 보호막(600)은 상술한 바와 같이 조밀면으로 구성될 수도 있기 때문에 RT 형성이 가능하다. 유일하게, 하층 AF막(302)을 구성하고 있는 L1₀-PtMn막을 얻을 때, 가온 프로세스가 필요하지만, 250℃ 정도이며 실용상의 문제는 없다.

이상으로부터, 「하층 AF막(302)/중간층 AF막(401)/상층 F막(502)」의 3층의「AF/AF/F」의 교환 결합에 의해 RT∼T_B의 온도 범위에서 매우 큰 열 요동 내성 및 고 H_C 값을 얻을 수 있다는 것을 알았다. 또한, 고온에서의 기록 용이성의 상극을 도모할 수 있다는 것을 알았다. 또한, T_B 값 근방, 또한 T_W 직하에서 매우 급준한 H_C 값의 온도에 대한 변화(즉, 큰 H_C의 온도 구배)를 얻을 수 있다는 것을 알았다. 또한, 저온 형성이 가능한 취지를 확인할 수 있었다. 따라서, 실시예 4에 도시하는 「하층 AF막(302)/중간층 AF막(401)/상층 F막(502)」의 3층의 「AF/AF/F」의 교환 결합 3층 매체를 이용함으로써, (1) RT에서의 열 요동 내성과 고온에서의 기록 용이성의 상극을 도모할 수 있고, (2) T_W 직하에서의 H_C의 온도 구배를 급준하게 할 수 있으며, (3) 저온 형성이 가능한 3 가지를 동시에 만족할 수 있는 열어시스트 자기 기록 매체를 실현할 수 있다.

다음에, 본 발명에 관한 「하층 AF막(302)/중간층 AF막(401)/상층 F막(502)」으로 구성되는 교환 결합 3층 매체에의 열어시스트 자기 기록 과정에 대해서 설명한다. 도 12에 「하층 AF막 중 하나의 결정립(3020)/중간층 AF막 중 하나의 결정립(4010)/상층 F막 중 하나의 결정립(5020)」으로 구성되는 하나의 「AF/AF/F」 교환 결합 결정립 내의 열어시스트 자기 기록시의 스핀 배열의 열이력 모양을 도시한다. 하나의 결정립 내의 모양을 묘사하였지만, 하나의 자화 반전 유닛 내의 모양도 동일하다. 도면 중 TM.은 천이 금속, RE.은 희토류의 의미이다. 여기서는 하층 AF막(302) 및 하층 AF막 중 하나의 결정립(3020)이 L1₀-PtMn, 중간층 AF막(401) 및 중간층 AF막 중 하나의 결정립(4010)이 γ-FeMn, 상층 F막(502) 및 상층 F막 중 하나의 결정립(5020)이 TbFeCo로 구성되는 경우에 대해서 설명한다. 또한, L1₀-PtMn의 T_N은 약 700℃(도 16), γ-FeMn의 T_N은 약 217℃(도 15), TbFeCo의 T_C는 약 270℃이다(도 14). 또한, 이상적인 T_W는 약 200℃이기 때문에, T_W≒200℃로 하여 이하에 설명한다.

도 12(a)에 도시하는 바와 같이, 열어시스트 자기 기록시, T＝T_W에서 열 및 기록 자계(10000)가 매체 상측면으로부터 하향으로 조사 및 인가되게 한다. L1₀-PtMn의 T_N이 약 700℃, γ-FeMn의 T_N이 약 217℃, TbFeCo의 T_C가 약 270℃로, 모두 T_W≒200℃보다도 높기 때문에, T＝T_W에서의 「하층 AF막 중 하나의 결정립(3020)/중간층 AF막 중 하나의 결정립(4010)/상층 F막 중 하나의 결정립(5020)」으로 구성되는 하나의 결정립 내의 자성 상태는 「AF/AF/F」이다. 그러나, γ-FeMn의 T_B가 약 155℃이기 때문에, 보다 상세하게 자성 상태를 기술하면 「AF/Para.(계면)/AF/Para.(계면)/F」이다. 따라서, T＝T_W에서는 상층 F막 중 하나의 결정립(5020) 중 자화 벡터(토탈의 자화 벡터)는 TbFeCo의 저 H_C이기 때문에 용이하게 하향을 향하게 된다. 그러나, 교환 결합이 발생하지 않는 상태이기 때문에, 중간층 AF막 중 하나의 결정립(4010) 중 AF 스핀 배열의 방향은 임의이다. 마찬가지로, 하층 AF막 중 하나의 결정립(3020) 중 AF 스핀 배열의 방향도 임의이다.

도 12(b)에 도시하는 바와 같이, T＝T_B까지 냉각되면, 교환 결합이 발생한다. 이것에 따라,

「하층 AF막 중 하나의 결정립(3020)/중간층 AF막 중 하나의 결정립(4010)/상층 F막 중 하나의 결정립(5020)」으로 구성되는 하나의 결정립 내의 자성 상태는 「AF/Para.(계면)/AF/Para.(계면)/F」→「AF/AF/F」로 천이한다. 상층 F막 중 하나의 결정립(5020) 중 스핀(토탈의 스핀)을 하향을 향하도록 각 층, 각 계면의 스핀이 규칙적으로 되고, 필드 쿨링되어 동결된다. 교환 결합에 의해 발생하는 내부 자장은 수백 kOe에 미치고 있으며, 그 크기를 감안하여 중간층 AF막 중 하나의 결정립(4010) 중 AF 스핀, 하층 AF막 중 하나의 결정립(3020) 중 AF 스핀은, 예컨대 도 12(b)와 같이 규칙적으로 된다.

또한, "T_B＜＜T_N의 특질"이 있기 때문에, T＝T_B인 냉각된 시점에서, 중간층 AF막 중 하나의 결정립(4010) 중에는 이미 비교적 큰 ＜S_AF＞가 있으며, 따라서 비교적 큰 J_AF＜S_AF＞＜S_AF＞를 가진 AF 스핀 배열이 있다. 비교적 큰 ＜S_AF＞ 및 J_AF＜S_AF＞＜S_AF＞가 있는 상태에서 T＝T_B인 냉각된 시점에서 돌연히 「AF/AF/F」의 교환 결합이 형성되게 되기 때문에, T＝T_B의 온도에서 돌연히 H_C가 급준하게 증대되게 된다. 이것이 T＝T_B의 온도에서 H_C의 온도 구배를 급준하게 할 수 있는 이유이며, "T_B＜＜T_N의 특질"을 이용하여 처음으로 얻어지는 물리 현상은 이미 설명한 바와 같다.

도 12(c)에 도시하는 바와 같이 RT＜T＜T_B까지 냉각되면, 각 층의 자화 벡터는 커지며, 도 12(d)에 도시하는 바와 같이 T＝RT에서는 더 커져서 고정된다. 또한, 상층 F막 중 하나의 결정립(5020) 중에 있어서는 [RE. 스핀의 온도 저하에 따른 스핀의 크기 증대]＞[TM. 스핀의 온도 저하에 따른 스핀 크기 증대]의 관계가 있기 때문에, 본 관계에 따라 RE. 스핀 및 TM. 스핀이 증대하게 된다. T＝RT에서는 RE. 스핀의 크기와 TM. 스핀 크기의 차분이 작아져 M_S≒50 emu/㎤까지 저하되어 버린다. 저 M_S이기 때문에 재생 감도가 부족한 문제가 발생한 경우에는, 예컨대 상층 F막(502) 상에 RT에서의 M_S 값 약 300 emu/㎤를 갖는 비정질 DyTbFeCo막과 같은 재생 전용의 층을 설치하여도 상관없다. 이상이 열어시스트 자기 기록 과정이다. 또한, 상향의 기록 과정에 대해서는 상술한 자화 벡터를 반대로 하여 생각할 수도 있다.

또한, 본 실시예에 관계되는 하층 AF막(302)은 L1₀-(PtPd) Mn막, L1₀-NiMn막 또는 규칙상 Mn₃Ir막으로 구성될 수도 있다. 도 17에 정리되어 있는 바와 같이,

(a) 하층 AF막(302)이 L1₀-(PtPd)Mn막, 상층 F막(502)이 TbFeCo막이라는 조합에서도 상층 F막(502)의 RT에서의 (KV)_eff/(K_BT) 값은 최대 약 198이고, H_C 값은 최대 약 137 kOe이며,

(b) 하층 AF막(302)이 L1₀-NiMn막, 상층 F막(502)이 TbFeCo막이라는 조합에서도 상층 F막(502)의 RT에서의 (KV)_eff/(K_BT) 값은 최대 약 27이고, H_C 값은 최대 약 17 kOe이며,

(c) 하층 AF막(302)이 규칙상 Mn₃Ir막, 상층 F막(502)이 TbFeCo막이라는 조합에서도 상층 F막(502)의 RT에서의 (KV)_eff/(K_BT) 값은 최대 약 46이고, H_C 값은 최대 약 31 kOe라는 큰 값을 얻을 수 있기 때문이다. 또한, L1₀-(PtPd)Mn막, L1₀-NiMn막 또는 규칙상 Mn₃Ir막을 얻을 때에도 가온 프로세스가 필요하지만, 250℃ 정도이며 실용상의 문제는 없다.

또한, 본 실시예에 관계되는 중간층 AF막(401)은 도 15에 정리되어 있는 바 와 같은 γ-MnIr막, γ-MnRh막, γ-MnRu막, γ-MnNi막, γ-MnPt막, γ-MnPd막, γ-Mn(PtRh)막, γ-Mn(RuRh)막으로 구성될 수도 있다. 또한, 여기서의 Ir 조성, Rh 조성, Ru 조성, Ni 조성, Pt 조성, Pd 조성, (PtRh) 조성, (RuRh) 조성은 T_B 값을 200℃ 이하로 하기 때문에 모두 20 at.% 이하이다. 도 15에 도시되어 있는 바와 같이 이들의 AF막의 K_AF 값은 γ-FeMn막과 같은 정도이며, T_B 값도 γ-FeMn막과 같은 정도고, 또한 AF막은 "T_B＜＜T_N의 특질"을 갖는다.

또한, 도 15를 보면, γ-MnIr막, γ-MnRh막, γ-MnRu막의 경우, T_B 값과 T_N 값의 차가 큰 것을 확인할 수 있다. 따라서, 이들의 AF막을 이용함으로써, "T_B＜＜T_N의 특질"을 보다 유효하게 발휘시키는 것이 가능해진다. 즉, 열어시스트 자기 기록 과정에 있어서, T＝T_B인 냉각된 시점에서 보다 큰 ＜S_AF＞ 및 보다 큰 J_AF＜S_AF＞＜S_AF＞가 있는 상태에서 돌연히 「AF/AF/F」의 교환 결합이 형성되게 되기 때문에, T＝T_B의 온도에서의 H_C의 온도 구배를 보다 한층 더 크게 하는 것이 가능하다.

또한, γ-MnIr막, γ-MnRh막, γ-MnRu막의(111) 면 내의 조밀 육방격자의 한 변의 길이는 하층 AF막(302)을 구성하는 L1₀-PtMn막, L1₀-(PtPd)Mn막, L1₀-NiMn막 및 규칙상 Mn₃Ir 막의(111) 면 내의 조밀 육방격자의 한 변의 길이와 같은 정도이다. 따라서, 중간층 AF막(401)으로서, γ-MnIr막, γ-MnRh막, γ-MnRu막을 이용함으로써, 격자 미스매치의 문제를 회피할 수 있기 때문에, 이론값(예컨대, 도 17에 기재한 개산값)에 가까운 H_C 값이나 (KV)_eff/(K_BT) 값을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 상층 F막(502)의 이방성 분산을 작게 억제하는 것이 가능해진다.

또한, T_W를 200℃보다도 높게 하고자 하는 경우, 중간층 AF막(401)으로서, 20 at.% 이상의 Ir 조성, Rh 조성, Ru 조성을 갖는 γ-MnIr막, γ-MnRh막, γ-MnRu막 등을 사용할 수도 있다. 이들의 AF막은 약 240-300℃의 T_B 값을 갖고 있으며, 또한 Ir 조성, Rh 조성, Ru 조성에 의해 T_B 값을 원하는 값(즉, T_B 값 바로 아래에 오는 값)으로 조절 가능하기 때문이다.

그러나, γ-MnIr막, γ-MnRh막, γ-MnRu막을 적용하면 비용이 높아지기 때문에, 이들의 AF막을 적용하는 경우에는 자기 물성치과 비용 문제의 트레이드 오프가 필요할 것이다.

도 13에 상층 F막(501 및 502)의 T_W와 T_C의 온도 관계, 중간층 AF막(401)의 T_B와 T_W의 온도 관계 및 하층 F막(301)의 T_W와 T_C의 온도 관계, 하층 AF막(302)의 T_W와 T_N의 온도 관계가 역회전한 경우에 대해서 정리하였다. 도 13에 도시한 바와 같이, 어느 하나라도 온도 관계가 역회전해버리면, H_C의 온도 구배를 급준하게 할 수 있는 실시예 1∼4에 기재한 열어시스트 자기 기록 매체를 실현할 수 없게 된다는 것을 설명해 두고자 한다.

또한, 교환 결합 이론이 확립되어 있지 않기 때문에, 도 17의 H_C 값 산출(개산)시에는 위에서 설명한 바와 같은 가중 평균을 이용하였다. 이 H_C 값은 매우 이상적인 「F/AF/F」의 교환 결합 또는 「AF/AF/F」의 교환 결합을 가정한 개산값인 것은 물론이다. 상세하게 설명하면, 하층 F막(301)의 K_FV_F 또는 하층 AF막(302)의 K_AFV_AF 이 중간층 AF막(401)을 사이에 두고, 상층 F막(501 또는 502)의 K_FV_F 에 완전히 중첩하는 것을 가정한 가중 평균을 이용한 개산값이다. 따라서, 실제로는 격자 미스매치의 문제나 계면에서의 불순물 유입 등에 의해, 도 17에 기재한 H_C 값보다는 H_C 값이 낮아진다. 그러나, 발명자들은 이전의 다른 분야에서의 실험에서 경자성 F막과 AF막을 교환 결합시킴으로써, 경자성 F막의 H_C 값을 단막에 비해서 수배∼수십배로 높일 수 있었다 것을 알아냈다. 또한, Appl. Phys. Lett., Vol. 82, pp. 2859-2861(2003)에 기재한 「FeRh(하층)/FePt(상층)」으로 구성되는 자성막 구조에 있어서도 격자 미스매치가 큼에도 불구하고, "상층 F 단막의 H_C 값은 약 1 kOe→「AF/F」의 교환 결합에 의해 상층 F막의 H_C 값은 약 8 kOe"까지 높일 수 있는 취지를 나타내고 있다. 따라서, 실험적인 견지로부터도 교환 결합에 의해 상층 F막(501, 502)의 H_C 값을 단막에 비해서 수배∼수십배로 높이 수 있고, 도 17의 「×」 표시의 기재되어 있지 않은 대부분의 조합에 있어서 최저에서도 H_C＞10 kOe(기록 헤드의 최대 자계)를 얻을 수 있을 것이라는 것은 충분히 예측되는 일이다.

또한, 하층 F막(301)으로서 고 K_F를 갖는 F막, 하층 AF막(302)으로서 고 K_AF를 갖는 AF막이 아니면, 기록 재생용 상층 F막(501, 502)에 큰 (KV)_eff/(K_BT) 값, 큰 H_C 값을 부여할 수 없다. 즉, 저 K_F의 F막이나 저 K_AF의 AF막에서는 효과가 없다. 도 17의 「×」 표시가 기재되어 있는 하층 AF막(302)과 상층 F막(501)의 조합은 AF막의 저 K_AF이기 때문에 효과가 확인되지 않는 대표적인 예이다.

또한, 중간층 AF막(401)의 개재되어 있지 않은 하층 AF막(302)과 기록 재생용 상층 F막(501, 502)의 2층의「AF/F」의 교환 결합에서는 급준한 H_C의 온도 구배를 갖는 실시예 1∼4에 기재한 바와 같은 열어시스트 자기 기록 매체를 실현할 수 없다. 왜냐하면, T_B 값이 약 150-200℃이며, 또한 고 K_AF를 갖는 AF막이 거의 무익하기 때문이다. 즉, 고 K_AF를 갖는 AF막의 T_N은 모두 높고(도 16), 따라서, T_B 값이 T_W≒200℃를 대폭 상회하게 되는 것만 있기 때문이다. 단, T_B 값이 약 150-200℃이며, 또한 고 K_AF를 갖는 AF막이 있으면, 원리적으로는 가능하다.

또한, 하층 F막(301)을 구성하는 L1₀-FePt, L1₀-CoPt 또는 L1₀-FePtNi의 자화에 의해 바이어스 자계가 발생하고, 이 바이어스 자계가 기록 재생용 상층 F막(501, 502)에 인가되어 기록시에 악영향을 미치게 하는 문제가 발생한다는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이 문제는 중간층 AF막(401)의 막 두께를 두껍게 함으로 써 해결은 가능하다. 또한, 하지막(200)의 하측에 (Fe/Cr) 다층막을 배치하고, 바이어스 자계로부터 새는 자속을 (Fe/Cr) 다층막으로 흡수시키는 수단을 설치할 수도 있다. 하층막이 AF막인 경우에는 바이어스 자계가 제로이기 때문에, 상기와 같은 문제는 발생하지 않는다.

[실시예 5]

도 18은 본 발명에 의한 열어시스트 자기 기록 매체를 이용한 하나의 실시예의 자기 디스크 장치를 도시하는 도면이다. 자기 기록 장치로서의 자기 디스크 장치에 본 발명에 의한 열어시스트 자기 기록 매체를 적용한 개요를 도시하는 것이다. 그러나, 본 발명의 열어시스트 자기 기록 매체는 예컨대, 자기 테이프 장치 등과 같은 자기 기록 장치, 광자기 디스크 장치에도 적용하는 것이 가능하다.

도시한 자기 디스크 장치는 동심 원형의 트랙이라고 불리는 기록 영역에 데이터를 기록하기 위한, 디스크형으로 형성된 본 발명에 의한 열어시스트 자기 기록 매체로서의 자기 디스크(10)와, 상기 데이터를 기록, 판독하는 상기 열어시스트 자기 기록 매체를 따뜻하게 하기 위한 근접장광, 레이저광 조사 수단이 설치되는 자기 헤드(18)와, 상기 자기 헤드(18)를 지지하여 자기 디스크(10) 상의 소정 위치로 이동시키는 액츄에이터 수단과, 자기 헤드(18)가 판독, 기록하는 데이터의 송수신 및 액츄에이터 수단의 이동 등을 제어하는 제어 수단(26)을 포함하여 구성된다.

또한, 구성과 동작에 대해서 이하에 설명한다. 적어도 한 장의 회전 가능한 자기 디스크(10)가 회전축(12)에 의해 지지되고, 구동용 모터(14)에 의해 회전된다. 적어도 한 개의 슬라이더(16)가 자기 디스크(10) 상에 설치되고, 상기 슬라이 더(16)는 한 개 이상 설치되어 있으며, 판독, 기록하기 위한 자기 헤드(18)를 지지하고 있다.

자기 디스크(10)가 회전하는 동시에, 슬라이더(16)가 디스크 표면을 이동함으로써, 목적으로 하는 데이터가 기록되어 있는 소정 위치로 액세스된다. 슬라이더(16)는 짐벌(20)에 의해 아암(22)에 부착된다. 짐벌(20)은 근소한 탄력성을 가지며, 슬라이더(16)를 자기 디스크(10)에 밀착시킨다. 아암(22)은 액츄에이터(24)에 부착된다. 또한, 도 18에는 짐벌에 유지된 슬라이더(16)의 확대 모식도를 동시에 도시하고 있다.

액츄에이터(24)로서는 보이스 코일 모터가 있다. 보이스 코일 모터는 고정된 자계 중에 놓여진 이동 가능한 코일로 이루어지며, 코일의 이동 방향 및 이동 속도 등은 제어 수단(26)으로부터 라인(30)을 통해 부여되는 전기 신호에 의해 제어된다. 따라서, 본 실시예에 의한 액츄에이터 수단은 예컨대, 슬라이더(16)와 짐벌(20)과 아암(22)과 액츄에이터(24)와 라인(30)을 포함하여 구성되는 것이다.

자기 디스크의 동작 중 자기 디스크(10)의 회전에 의해 슬라이더(16)와 디스크 표면 사이에 공기의 흐름에 의한 에어 베어링이 발생하고, 그것이 슬라이더(16)를 자기 디스크(10)의 표면에서 부상시킨다. 따라서, 자기 디스크 장치의 동작 중 에어 베어링은 짐벌(20)의 근소한 탄성력과 밸런스를 취함으로써, 슬라이더(16)는 자기 디스크 표면에 닿지 않게, 또한 자기 디스크(10)와 일정 간격을 유지하여 부상하도록 유지된다.

통상, 제어 수단(26)은 논리 회로, 메모리 및 마이크로 프로세서 등으로 구 성된다. 그리고, 제어 수단(26)은 각 라인을 통해 제어 신호를 송수신하고, 또한 자기 디스크 장치의 여러 가지의 구성 수단을 제어한다. 예컨대, 모터(14)는 라인(28)을 통해 전송된 모터 구동 신호에 의해 제어된다. 액츄에이터(24)는 라인(30)을 통해 전송된 헤드 위치 제어 신호 및 시크 제어 신호 등에 의해 제어되어, 선택된 슬라이더(16)를 자기 디스크(10) 상의 요구되는 데이터 트랙으로 알맞게 이동, 위치 결정한다.

그리고, 제어 수단(26)은 자기 헤드(18)가 자기 디스크(10)의 데이터를 판독하여 변환한 전기 신호를 라인(32)을 통해 수신하고 해독한다. 또한, 자기 디스크(10)에 데이터로서 기록하기 위한 전기 신호(포함, 근접장광, 레이저광 조사 신호)를 라인(32)을 통해 자기 헤드(18)에 송신한다. 즉, 제어 수단(26)은 자기 헤드(18)가 판독 또는 기록하는 정보의 송수신을 제어하고 있다.

또한, 상기한 판독, 기록 신호는 자기 헤드(18)로부터 직접 전달되는 수단도 가능하다. 또한, 제어 신호로서 예컨대 액세스 제어 신호 및 클록 신호 등이 있다. 또한, 자기 디스크 장치는 복수의 자기 디스크나 액츄에이터 등을 가지며, 상기 액츄에이터가 복수의 자기 헤드를 가질 수도 있다.

다음에, 도 19를 참조하여, 자기 헤드(18)의 예에 대해서 설명한다. 자기 헤드(18)는 열어시스트자기 기록 헤드(181)와 재생 헤드(182)를 포함하여 구성된다.

열어시스트 자기 기록 헤드(181)는 적어도 하부 자기 코어(1810)와, 코일(1811)과, 코일(1811)과 상부 자기 코어(1813) 중간에 설치되는 레이저광(1814) 을 통과시키기 위한 도파로(1812)와, 상부 자기 코어(1813)를 포함하여 구성된다. 부상면(1830)에는 Au 얇은 띠 등으로 구성되는 나노 광원(1815)이 구비되어 있으며, 레이저광(1814)이 나노 광원(1815)의 동체부에 조사되도록 배치되어 있다. 상기 나노 광원(1815)은 얇은 띠로 구성되며, 또한 레이저광(1814)에 의해 고온으로 가열되기 때문에 광원 내에서는 전자의 비탄성 산란이 활성화되고, 플라즈몬(plasmon)이 여기된다. 상기 나노 광원(1815)의 선단부는 예컨대 폭 수십nm 이하의 Beaked Apex 형상을 갖도록 형성하여 본 선단부에 열(플라즈몬) 에너지가 집약되도록 하고, 나노광원(1815) 선단부로부터 소위 근접장광(optical near-field light; 1816)(광 스폿 직경 수십nm 이하)을 발생시키도록 한다. 상기 근접장광(1816)에 의해 열어시스트 자기 기록 매체(10)를 국소적으로 원하는 온도로 가열시키도록 하여, 대략 동시에 열어시스트 자기 기록 헤드(181)로부터의 기록 자계를 열어시스트 자기 기록 매체(10)에 인가함으로써 열어시스트 자기 기록을 행하도록 한다. 한쪽의 재생 헤드(182)는 적어도 하부 실드(1821)와, GMR 헤드 또는 TMR 헤드 등의 고감도 재생 센서(1822)와, 상부 실드(1823)를 포함하여 구성된다.

이상, 본 발명에 의한 열어시스트 자기 기록 매체 및 자기 디스크 장치에 대해서 설명하였지만, 본 발명에 관한 열어시스트 자기 기록 매체의 하지막(200)은 Cu막, Cr막, CrRu막, NiFeCr막, Rh막, Pd막, Ag막, Pt막, MgO막 또는 Au 막으로 구성될 수도 있다. L1₀-FePt막, L1₀-CoPt막, L1₀-FePtNi막, L1₀-PtMn막, L1₀-(PtPd) Mn막, L1₀-NiMn막 또는 규칙상 Mn₃Ir 막의 하지가 되는 막이면 어떤 것이라도 좋다.

하층 F막(301)은 L1₀-FePt에 Co를 첨가한 L1₀-FePtCo막 또는 L1₀-CoPt에 Ni를 첨가한 L1₀-CoPtNi막으로 구성될 수도 있다. 또한, L1₀-FePd막, 규칙상(ordered phase) Co₃Pt막, 불규칙상 CoPt막, SmCo막 또는 NdFeB막 등, 고 K_F를 갖는 막으로 구성되어도 좋다. 하층 AF막(302)은 규칙상 AuMn막으로 구성되어도 좋다. 또한, 불규칙상 CrMnM막으로 구성되어도 좋다. 제3 원소 M으로서는 Pt, Rh, Pd 및 Cu가 좋고, 이들의 원소 중 두 가지 이상을 조합시켜 첨가하여도 좋다.

중간층 AF막(401)은 고 K_AF를 갖는 AF막으로 구성될 수도 있다. 그러나 고 K_AF이며, 또한 T_B＜T_W(T_W≒200℃)의 조건을 만족시키는 AF막은 거의 없다. 또한, 중간층 AF막(401)은 스핀글라스, 미크트 자성을 갖는 자성막으로 구성되어도 동일한 효과를 기대할 수 있다. 또한, 중간층 AF막(401)으로서 FeRh계 재료의 규칙화 온도를 350℃ 이하로 저감할 수 있는 기술이 이후 확립되면, 100℃ 근방에서 AF→ F 상전이하는 FeRh계의 재료로 구성될 수도 있다.

상층 F막(501)은 CoCr 합금막, CoPt 합금막, CoCrTa 합금막 또는 CoCrPtTa 합금막으로 구성될 수도 있다. 또한, (Co/Pt) 다층막이나 (Co/Pd) 다층막으로 구성될 수도 있다. 또한, RT에서의 HC 값이 HC＜＜10 kOe가 되도록 제3 원소 M을 첨가한 L1₀-FePtM 합금막, L1₀-CoPtM 합금막, L1₀-FePtNiM 합금막, L1₀-FePtCoM 합금막 또는 L1₀-CoPtNiM 합금막으로 구성될 수도 있다. 제3 원소 M으로서는 Cu, Ru, Rh, Pd, Ag, Au, Sn, Sb, Ir, Pb 및 B가 좋고, 이들의 원소 중 2 가지 이상을 조합시켜 첨가할 수도 있다. 또한, 이들의 원소 중 Ag, Sn, Sb, Ir, Pb 및 B에서는 과잉 첨가에 의해 Grain segregation의 효과를 기대할 수 있다. 왜냐하면, 이들의 원소는 불규칙상(disordered phase)에서는 강제 고용하고 있지만, 불규칙/규칙상 변태에 의해 규칙상이 된 시점에서 비고용(insoluble)되며, 입계로 배출되어 버리기 때문이다.

또한, 상층 F막(502)은 비정질 TbFe막, 비정질 GdFe막, 비정질 TbCo막, 비정질 GdTbFeCo막, 비정질 GdDyFeCo막, 비정질 NdFeCo막 또는 비정질 NdTbFeCo막과 같은 RE.-TM. 합금막으로 형성될 수도 있다.

보호막(600)은 Cu막, Cr막, Ta막, Ru막, Pd막, Ag막, Pt막 또는 Au 막으로 구성될 수도 있다. 상층 F막(501, 502)을 포함하여 보호막의 하측에 배치되어 있는 막의 내식성을 확보할 수 있는 막이면 어떤 것이라도 상관없다.

또한, 하층 AF막(302)과 중간층 AF막(401) 중간에 Co막과 같은 F막을 1층 이상 개재시킬 수도 있다. (Co/Pt) 다층막이나 (Co/Pd) 다층막을 개재시켜도 좋다. 하지막(200)의 하측에 높은 열전도율을 갖는 Au막, Cu막 등의 히트 싱크 대응층을 설치하여도 상관없다. 하지막(200)의 하측에 SUL층(Soft underlayer층)을 설치하여도 상관없다.

본 발명에 관한 「중간층 AF막(401)의 T_B를 이용하여, 적정 온도의 위치에 자계 구배를 설치한다」의 기본 컨셉은 MRAM(Magnetic random access memory)에도 전개가 가능하다.

본 발명에 의한 자기 기록 매체를 이용함으로써, (1) RT에서의 열 요동 내성과 고온에서의 기록 용이성의 상극을 도모할 수 있고, (2) 기록 온도 직하에서의 보자력의 온도에 대한 변화, 소위 보자력의 온도 구배를 급준하게 할 수 있으며, (3) 저온 형성이 가능한 3가지를 동시에 만족할 수 있는 열어시스트 자기 기록 매체를 제공할 수 있다. 따라서, 현행의 CoCrPt-SiO₂ 등의 수직 자기 기록 매체가 직면하고 있는 기록 밀도의 한계(열 요동 한계)를 타파할 수 있다.

또한, RT∼블로킹 온도(기록 온도 직하)의 온도 범위에서 기록 재생층은 매우 큰 열 요동 내성과 고보자력을 유지할 수 있기 때문에, 열어시스트 기록시에 인접 트랙이 베이스 온도 상승에 따라 약간은 가열되었다고 하여도 인접 트랙에 악영향을 미치거나 하지 않으며, 크로스 소거의 문제도 회피 가능하다. 따라서, 테라비트/in² 초급의 기록 밀도에 대응할 수 있는 열어시스트 매체 및 HDD 장치를 제공할 수 있다.

또한, 기록 재생층에는 Grain segregation 기술·자화 반전 유닛의 형성이 필요하지만, 기록 재생층으로서 CoCrPt-SiO₂막이나 CoCrPt-Cr막을 이용한 경우에는 현행의(또는 종래의) 기술을 그대로 전용할 수 있다는 효과도 있다. 또한, 기록 재생층으로서 비정질 TbFeCo계 막을 이용한 경우에는 Grain segregation 기술은 불필요하며, 굳이 그것을 위한 개발을 하지 않아도 된다는 효과도 있다.

Claims

T_W를 기록 온도, T_C를 퀴리 온도, T_N을 니일 온도, T_B를 블로킹 온도, K_F를 강자성체의 자기 이방성 에너지 정수, K_AF를 반강자성체의 자기 이방성 에너지 정수로 하였을 때,

기판 상에, T_W＜T_C의 고 K_F의 강자성체 또는 T_W＜T_N의 고 K_AF의 반강자성체로 이루어지는 하층막과, T_B＜T_W의 저 K_AF의 반강자성체로 이루어지는 중간층과, T_W＜T_C의 기록 재생층인 강자성체 또는 페리 자성체로 이루어지는 상층막을 적층한 적층막을 포함하는 것을 특징으로 하는 열어시스트 자기 기록 매체.
제1항에 있어서, 상기 강자성체로 이루어지는 하층막이 L1₀-FePt계 막이고, 상기 중간층이 γ-FeMn계 막이며, 상기 강자성체로 이루어지는 상층막은 CoCrPt-SiO₂계 막 또는 CoCrPt-Cr계 막인 것을 특징으로 하는 열어시스트 자기 기록 매체.
제1항에 있어서, 상기 강자성체로 이루어지는 하층막이 L1₀-FePt계 막이고, 상기 중간층이 γ-FeMn계 막이며, 상기 페리 자성체로 이루어지는 상층막은 비정질 TbFeCo계 막인 것을 특징으로 하는 열어시스트 자기 기록 매체.
제1항에 있어서, 상기 반강자성체로 이루어지는 하층막이 L1₀-PtMn계 막이고, 상기 중간층이 γ-FeMn계 막이며, 상기 강자성체로 이루어지는 상층막이 CoCrPt-SiO₂계 막 또는 CoCrPt-Cr계 막인 것을 특징으로 하는 열어시스트 자기 기록 매체.
제1항에 있어서, 상기 반강자성체로 이루어지는 하층막이 L1₀-PtMn계 막이며, 상기 중간층은 γ-FeMn계 막이며, 상기 페리 자성체로 이루어지는 상층막은 비정질 TbFeCo계 막인 것을 특징으로 하는 열어시스트 자기 기록 매체.
제1항에 있어서, 상기 강자성체로 이루어지는 하층막은 L1₀-CoPt 또는 L1₀-FePtNi인 것을 특징으로 하는 열어시스트 자기 기록 매체.
제1항에 있어서, 상기 반강자성체로 이루어지는 하층막은 L1₀-(PtPd)Mn인 것을 특징으로 하는 열어시스트 자기 기록 매체.
제1항에 있어서, 상기 반강자성체로 이루어지는 하층막은 L1₀-(PtPd)Mn, L1₀-NiMn 또는 규칙상(ordered phase) Mn₃Ir인 것을 특징으로 하는 열어시스트 자기 기록 매체.
제1항에 있어서, 상기 중간층은 γ-MnIr, γ-MnRh, γ-MnRu, γ-MnNi, γ-MnPt, γ-MnPd, γ-Mn(PtRh) 또는 γ-Mn(RuRh)인 것을 특징으로 하는 열어시스트 자기 기록 매체.
열어시스트 자기 기록 매체와,

상기 열어시스트 자기 기록 매체를 구동하는 매체 구동부와,

매체 가열 수단과 기록 자계 인가 수단을 갖는 기록 헤드와 재생 헤드를 탑재한 자기 헤드와,

상기 자기 헤드를 상기 열어시스트 자기 기록 매체 상의 원하는 위치에 위치시키는 자기 헤드 구동부를 구비하고,

상기 열어시스트 자기 기록 매체는 T_W를 기록 온도, T_C를 퀴리 온도, T_N을 니일 온도, T_B를 블로킹 온도, K_F를 강자성체의 자기 이방성 에너지 정수, K_AF를 반강자성체의 자기 이방성 에너지 정수로 하였을 때, 기판 상에, T_W＜T_C의 고 K_F의 강자성체 또는 T_W＜T_N의 고 K_AF의 반강자성체로 이루어지는 하층막과, T_B＜T_W의 저 K_AF의 반강자성체로 이루어지는 중간층과, T_W＜T_C의 기록 재생층인 강자성체 또는 페리 자성체로 이루어지는 상층막을 적층한 적층막을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 기록 재생 장치.