JP4297585B2

JP4297585B2 - 磁気記録再生装置

Info

Publication number: JP4297585B2
Application number: JP2000051917A
Authority: JP
Inventors: 靖孝西田; 公史 ▲高▼野; 正文望月
Original assignee: 株式会社日立グローバルストレージテクノロジーズ
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2020-02-28
Also published as: US20040070869A1; US20010017746A1; JP2001243602A; US7088548B2; US6657813B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、裏打ち磁性層を有する垂直磁気記録媒体（二層垂直磁気記録媒体）を用いた磁気記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二層垂直磁気記録媒体を用いた磁気記録再生装置においては、記録ヘッドの主磁極から出た磁束は、二層垂直磁気記録媒体の裏打ち磁性層を通って磁気ヘッドの補助磁極に入り、そこから主磁極に戻るという磁路を通る。従来の垂直磁気記録媒体は、裏打ち磁性層の磁気的飽和を避けるために裏打ち磁性層を厚くする設計が採られていた。
【０００３】
図４は、従来モデルでの磁束の流れるパスの断面を説明する図である。図４に示すように、磁気ヘッドの主磁極１からの磁束によって垂直磁気記録媒体の裏打ち磁性層６が飽和しないためには、主磁極先端面１０から出た磁束が通る裏打ち磁性層内磁束パス断面１１の面積と、裏打ち磁性層６の飽和磁束密度とで限界が決まり、主磁極１のトラック幅Ｔ_ww、主磁極１の飽和磁束密度Ｂｓ₁、主磁極１の厚みＴ_m、裏打ち磁性層６の飽和磁束密度Ｂｓ₂、裏打ち磁性層の厚みＴ_blが次の関係式、
Ｔ_ww×Ｔ_bl×Ｂｓ₂＞Ｔ_ww×Ｔ_m×Ｂｓ₁
即ち
Ｔ_bl×Ｂｓ₂＞Ｔ_m×Ｂｓ₁ 式（１）
を満たす必要があると考えて、厚い裏打ち磁性層を設けた垂直磁気記録媒体が作成されていた。
【０００４】
例えば、特開平１０−２８３６２４号公報には厚さ６００ｎｍの裏打ち磁性層を用いる二層垂直磁気記録媒体が記載され、特開平１０−２８３６２４号公報には厚さ５２０ｎｍの裏打ち磁性層を用いる二層垂直磁気記録媒体が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の考え方では、例えば、主磁極の飽和磁束密度Ｂｓが１．６Ｔ、厚みＴ_mが０．５μｍ、裏打ち磁性層の飽和磁束密度Ｂｓが１．２Ｔの場合、式（１）から、裏打ち磁性層の厚みＴ_blは、０．６７μｍ以上の厚いものを必要とすることになる。これは、現在の面内磁気記録媒体の磁気記録層の膜厚が数十ｎｍ以下であるのに対して、その１０倍以上であり、成膜レートが同程度とすると成膜時間が１０倍以上となり生産効率が低下し、コストの増大につながる。また、スパッタに用いるターゲットの消費量も増え、コスト増となる。また、膜厚を厚くすると結晶成長の不均一性のために表面の平滑性が劣化する。高密度磁気記録媒体には、ヘッド媒体間スペーシングの低減のために表面の平滑性が要求されており、問題となる。このため、従来の二層垂直磁気記録媒体は、面内磁気記録媒体や単層垂直磁気記録媒体に比べて不利であった。
【０００６】
裏打ち磁性層を厚くせずに裏打ち磁性層の飽和を避けるためには、磁気ヘッドの主磁極を薄くするか、裏打ち磁性層の飽和磁化（Ｂｓ）を非常に高くする必要がある。しかし、媒体記録層の保磁力（Ｈｃ）が比較的大きな場合には、記録磁界強度を高くする必要があり、主磁極を薄くすると主磁極の飽和が問題となる。また、裏打ち磁性層の飽和磁化をそれほど高くする材料が見つかっていないなどの問題があった。
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み、二層垂直磁気記録媒体の裏打ち磁性層の飽和を回避しながら裏打ち磁性層の厚みを従来より薄く設計した磁気記録再生装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、裏打ち磁性層の厚み設計に、記録ヘッドのトラック幅、トラック端部の効果を考慮することによって、トラック幅が小さい場合に裏打ち磁性層の厚みを低減可能であることを見出した。図１、図２を用いて、二層垂直磁気記録媒体の裏打ち磁性層の厚みに関し、本発明者が見出した関係式を説明する。
【０００８】
図１は、記録ヘッドの先端を浮上面側から見た略図であり、裏打ち磁性層内での磁束の流れを説明する図である。磁気記録媒体に磁化転移を記録する磁気ヘッドの主磁極１から出た磁束３は、磁気記録媒体の裏打ち磁性層を経由して磁気ヘッドの補助磁極２に戻る。磁束３の流れるパスは、トラック中心で主磁極１と補助磁極２の対向面をほぼまっすぐに流れるパスＡと、主磁極１の側面方向から補助磁極２に戻るパスＢ、主磁極１の端部近傍の背面側から回りこんで補助磁極２に戻るパスＣの３つに分類できる。また、主磁極１については、パスＡしかもたないトラック中心部の領域Ｉと、パスＡ，Ｂ，Ｃの３つを持つ両端の領域IIとに分類できる。
【０００９】
図２は、磁気ヘッドの主磁極１の先端部と二層垂直磁気記録媒体の裏打ち磁性層６を示す略図であり、磁束の流れるパスの断面を説明する図である。主磁極１の領域IIの幅をＷ_sと仮定する。また、主磁極１の膜厚をＴ_m、主磁極１のトラック幅をＴ_ww、主磁極１の飽和磁束密度をＢｓ₁、裏打ち磁性層６の層厚をＴ_bl、裏打ち磁性層６の飽和磁束密度をＢｓ₂とする。主磁極１の領域Ｉから出た磁束によって裏打ち磁性層６が飽和しない限界は、主磁極１の領域Ｉの先端面積と飽和磁束密度Ｂｓ₁との積が、裏打ち磁性層６のパスＡとなる膜面平行の面積と飽和磁束密度をＢｓ₂との積と等しいときである。即ち、次式が成立するときである。
【００１０】
Ｂｓ₂×Ｔ_bl×（Ｔ_ww−２Ｗ_s）＝Ｂｓ₁×Ｔ_m×（Ｔ_ww−２Ｗ_s）
上式は整理すると、次の式（１′）となる。
【００１１】
Ｂｓ₂×Ｔ_bl＝Ｂｓ₁×Ｔ_m 式（１′）
【００１２】
領域IIについては、前記した３つのパスＡ，Ｂ，Ｃの全てについて、領域Ｉと同様に面積と飽和磁束密度の積の関係を満たす必要がある。即ち、
Ｂｓ₂×（Ｔ_bl×Ｗ_s＋Ｔ_bl×Ｗ_s＋Ｔ_bl×Ｔ_m）＝Ｂｓ₁×Ｔ_m×Ｗ_s
故に
Ｂｓ₂×Ｔ_bl×（２Ｗ_s＋Ｔ_m）＝Ｂｓ₁×Ｔ_m×Ｗ_s 式（２）
を満たす必要がある。
【００１３】
主磁極１の膜厚Ｔ_mに対して、主磁極１と補助磁極２の距離が同程度か又は大きく、トラック幅が同程度か又は小さい場合には式（２）が十分条件となり、この場合、Ｔ_wwの限界は最大でＷ_sの２倍、すなわち、
Ｔ_ww＝２Ｗ_s 式（３）
となる。式（２）、（３）より、次の式（４）が導かれる。
【００１４】
Ｔ_bl＝（Ｂｓ₁×Ｔ_m×Ｔ_ww）／２（Ｂｓ₂×（Ｔ_m＋Ｔ_ww））式（４）
【００１５】
式（４）は、主磁極１からの磁束が全く損失なく裏打ち磁性層６に入り、補助磁極２に戻ることを仮定しており、現実には、式（４）は十分条件であり必要条件ではない。裏打ち磁性層６を必要以上に厚くすることは前述のように多くの問題を伴う。従って、裏打ち磁性層６の厚みＴ_blは、次の式（５）を満たす厚みで十分であるということができる。
【００１６】
Ｔ_bl＜（Ｂｓ₁×Ｔ_m×Ｔ_ww）／２（Ｂｓ₂×（Ｔ_m＋Ｔ_ww））式（５）
【００１７】
裏打ち磁性層６の厚みＴ_blについての以上の関係を確認するために行った計算の結果を図３に示す。図３は、磁気ヘッドの主磁極のトラック幅Ｔ_wwが０．４μｍの場合について、磁気記録媒体の裏打ち磁性層の厚みＴ_blを変化させて主磁極下での最大記録磁界強度を求め（主磁極下の磁界は分布を持ち完全に一様ではないため、その最大値を求めた）、それをグラフにしたものである。縦軸は裏打ち磁性層の厚みが０．５μｍのときの最大記録磁界強度で規格化してある。曲線は規格化磁界強度を示しており、裏打ち磁性層の厚みを小さくすると１より小さくなってくる。これは裏打ち磁性層の飽和による劣化のためである。
図には、次式において、Ｋ＝１．０に相当する裏打ち磁性層厚と、Ｋ＝０．２５に相当する裏打ち磁性層厚に矢印を付して示した。
【００１８】
Ｔ_bl＝Ｋ×（Ｂｓ₁×Ｔ_m×Ｔ_ww）／２（Ｂｓ₂×（Ｔ_m＋Ｔ_ww））
【００１９】
Ｋ＝１．０の位置では規格化磁界強度はほぼ１となり、Ｋ＝０．２５近傍から規格化磁界強度が急激に低下していることがわかる。磁気記録媒体を作製する場合、膜厚のバラツキがある程度発生することは避けられず、磁界強度が急激に変化する領域に中心値を設定した場合、磁界強度もそのバラツキの影響で大きく変化することとなり、問題である。従って、裏打ち磁性層厚の変化に対して、記録磁界強度の変化が緩やかで、磁界強度も確保できるという観点で、Ｋ＝０．２５が下限とすることができる。このことから、記録磁界強度の裏打ち磁性層厚依存性を小さくするには、裏打ち磁性層の厚みは式（５）に加えて次の式（６）の条件を満たすことが必要なことが分かる。
【００２０】
Ｔ_bl＞Ｋ×（Ｂｓ₁×Ｔ_m×Ｔ_ww）／２（Ｂｓ₂×（Ｔ_m＋Ｔ_ww））式（６）
Ｋ＝０．２５
【００２１】
図３から、上記条件下では裏打ち磁性層の厚みＴ_blは０．０５〜０．２μｍの範囲で十分であることが分かる。この０．２μｍ以下という裏打ち磁性層の厚みは、従来の二層垂直磁気記録媒体における裏打ち磁性層の厚みと比較すると非常に薄いものである。
【００２２】
式（５）及び式（６）は、主磁極１と補助磁極２の距離に比べてトラック幅が十分に小さい場合という条件、すなわち式（３）が成立するという条件のもとに導出されたものである。また、主磁極と他の磁極との距離が小さすぎると垂直記録に適さなくなってくる。更に、主磁極と補助磁極との距離が小さい場合、主磁極から出た磁束が、裏打ち磁性層まで到達せずに、補助磁極に戻ってくる経路の方が磁気抵抗が小さくなる可能性があり、そうすると記録磁界の垂直成分が弱まってしまう。このため、主磁極と補助磁極との距離は、ヘッド先端と裏打ち磁性層との距離よりも十分大きくする必要がある。
【００２３】
式（３）が成立するための数値条件は、主磁極と補助磁極の全体のサイズに対する比率も関係するため一般的な形で提示するのは困難である。しかし、現実的な条件として考えると、現状以上の高記録密度を達成するためにはトラック幅Ｔ_wwを０．５μｍ以下とする必要があること、また、主磁極の膜厚Ｔ_mは実際上０．５μｍ程度であることを勘案すると、式（３）が成立するためには主磁極と補助磁極との距離を０．５μｍ以上とする必要がある。すなわち、典型的には、トラック幅Ｔ_wwが０．５μｍ以下、主磁極と補助磁極との距離が０．５μｍ以上の場合に、主磁極のトラック端部の効果が利いてきて、式（３）の関係が成立する。このとき、垂直磁気記録媒体の裏打ち磁性層の厚みＴ_blは、例えば０．２μｍ以下に設定することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図５は、本発明による磁気記録再生装置の磁気ヘッド・磁気記録媒体部分の拡大図である。磁気記録媒体は、基板９上に裏打ち磁性層６と記録層５とを有する二層垂直磁気記録媒体である。記録ヘッドの主磁極１にはコイル４が巻かれ、このコイル４を流れる記録電流によって記録磁界が誘起される。また、主磁極１に磁気的に結合された補助磁極２を有し、補助磁極２と対向する下部シールド７との間に再生素子８を持つ構造となっている。
【００２５】
図６は、二層垂直磁気記録媒体及び記録ヘッドにおける磁束の流れを説明する図である。図６に示すように、磁気記録媒体は矢印方向に移動し、主磁極１によって記録層５に磁化転移が記録されていく。主磁極１が過ぎ去った領域は記録済み領域となり、主磁極１より前の部分はこれから記録される領域である。
【００２６】
本実施の形態では、主磁極１のトラック幅Ｔ_wwは０．４μｍ、膜厚Ｔ_mは０．５μｍ、飽和磁束密度Ｂｓ₁は１．６Ｔである。補助磁極２は幅が２０μｍ、厚みが３μｍ、飽和磁束密度Ｂｓが１．０Ｔである。主磁極１と補助磁極２との距離Ｇ_lwは５．０μｍである。磁気記録媒体は、記録層５として膜厚２５ｎｍのＣｏＣｒＰｔ三元系材料を用い、その保磁力は約３０００Ｏｅである。また、裏打ち磁性層６はＣｏＮｂＺｒからなり、膜厚Ｔ_blが０．０１μｍ、飽和磁束密度Ｂｓ₂が１．２Ｔである。
【００２７】
図７に、式（４）に相当する記録トラック幅と裏打ち磁性層厚みの上限ラインと式（６）に相当する下限ライン、及び本実施の形態の位置を示す。本実施の形態の場合、
Ｂｓ₁×Ｔ_m×Ｔ_ww／２（Ｂｓ₂×（Ｔ_m＋Ｔ_ww））＝０．１５［μｍ］
であるから、裏打ち磁性層厚Ｔ_blは
０．１５×０．２５［μｍ］＜Ｔ_bl＝０．１［μｍ］＜０．１５［μｍ］
を満たしており、上限と下限の間にある。このときの補助磁極下での記録磁界強度は約６０００Ｏｅである。記録磁界強度は保磁力の約２倍となっており、良好なオーバーライト特性が得られた。
【００２８】
本実施の形態で説明した記録ヘッドは、主磁極とこれに対向する補助磁極の２つの磁極で構成される磁極構造となっている。しかし本発明は、図８に示すような、補助磁極が主磁極の両側にあり、３つの磁極からなる磁極構造も含め、実際に磁気記録を行う主たる磁極と磁束の戻る機能を持ち記録を行わない補助的な磁極とからなる記録ヘッドの磁極構造すべてに対して有効である。
【００２９】
また、本実施の形態で説明した二層垂直磁気記録媒体は、裏打ち磁性層（軟磁性層）の上に直接記録層を設けた構造になっているが、本発明は、図９に断面構造を略示するように、裏打ち磁性層の上に記録層の配向性を制御するためのＴｉ等の中間層を設けた構造の二層垂直磁気記録媒体や、図１０に断面構造を略示するように、裏打ち磁性層の下に磁区制御のための裏打ち磁性層磁区固定層としてＳｍＣｏ等の磁性層を設けた二層垂直磁気記録媒体に対しても有効である。二層垂直磁気記録媒体の基板としては、ＮｉＡｌＰ基板、ガラス基板等を用いることができ、保護層としてはカーボン等を用いることができる。裏打ち磁性層としては上記のＣｏＮｂＺｒ以外にＮｉＦｅ，ＦｅＡｌＳｉ等を用いることができるし、記録層としては、上記したＣｏＣｒＰｔ以外にＣｏＣｒＴａ，ＣｏＣｒＴａＰｔ，ＦｅＰｔ等を用いることができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によると、裏打ち磁性層の厚み設計に記録ヘッドのトラック幅を考慮することで、トラック幅が小さい場合に裏打ち磁性層の厚みを低減することが可能となる。これにより、二層垂直磁気記録媒体を用いた磁気記録再生装置の製造時間短縮、コスト低減が可能となる。また、媒体表面の平坦性も向上し、ヘッド浮上量の低減が可能となって高記録密度化が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】裏打ち磁性層内での磁束の流れを説明する図。
【図２】磁束の流れるパスの断面を説明する図。
【図３】本発明を裏付けるシミュレーション結果を示す図。
【図４】従来モデルでの磁束の流れるパスの断面を説明する図。
【図５】二層垂直磁気記録媒体と記録ヘッド構造を説明する図。
【図６】二層垂直磁気記録媒体及び記録ヘッドにおける磁束の流れを説明する図。
【図７】本発明での記録トラック幅と裏打ち磁性層厚の関係を示す図。
【図８】本発明が適用可能な記録ヘッド構造の他の例を示す図。
【図９】二層垂直磁気記録媒体構造の他の例を示す断面模式図。
【図１０】二層垂直磁気記録媒体構造の他の例を示す断面模式図。
【符号の説明】
１…主磁極、２…補助磁極、３…磁束、４…コイル、５…記録層、６…裏打ち磁性層、７…下部シールド、８…再生素子、９…基板、１０…主磁極先端面、１１…裏打ち磁性層内磁束パス断面

Claims

裏打ち磁性層を有する垂直磁気記録媒体と、前記垂直磁気記録媒体に磁気記録を行う磁気記録ヘッドとを備える磁気記録再生装置において、
前記垂直磁気記録媒体の裏打ち磁性層の厚みをＴ_bl、飽和磁束密度をＢｓ₂とし、前記磁気記録ヘッドの磁極のうち前記垂直磁気記録媒体に磁化反転を記録する主磁極の浮上面近傍のトラック方向の磁極厚をＴ_m、トラック幅をＴ_ww、飽和磁束密度をＢｓ₁とするとき、
Ｔ_bl＜（Ｂｓ₁×Ｔ_m×Ｔ_ww）／２（Ｂｓ₂×（Ｔ_m＋Ｔ_ww））
を満たすことを特徴とする磁気記録再生装置。
請求項１記載の磁気記録再生装置において、前記裏打ち磁性層の厚みＴ_blが、
Ｔ_bl＞０．２５（Ｂｓ₁×Ｔ_m×Ｔ_ww）／２（Ｂｓ₂×（Ｔ_m＋Ｔ_ww））
を満たすことを特徴とする磁気記録再生装置。
請求項１又は２記載の磁気記録再生装置において、Ｔ_ww＜０．５μｍであることを特徴とする磁気記録再生装置。
請求項１，２又は３記載の磁気記録再生装置において、前記磁気記録ヘッドは前記主磁極と他の磁極との距離が０．５μｍ以上であることを特徴とする磁気記録再生装置。
請求項３又は４記載の磁気記録再生装置において、前記垂直磁気記録媒体の裏打ち磁性層の厚みＴ_blが０．２μｍ以下であることを特徴とする磁気記録再生装置。
軟磁性の裏打ち磁性層を有する垂直磁気記録媒体と、
磁気記録ヘッドと磁気再生ヘッドを有する磁気ヘッドとを備え、
前記磁気再生ヘッドは、上部シールド、下部シールド、及び前記上部シールドと下部シールドの間に設けられた再生素子を有し、
前記磁気記録ヘッドは、前記垂直磁気記録媒体に磁化反転を記録するための主磁極を有し、
前記軟磁性の裏打ち磁性層の厚みをＴ _bl 、飽和磁束密度をＢｓ ₂ とし、前記主磁極の浮上面近傍のトラック方向の磁極厚をＴ _m 、トラック幅をＴ _ww 、飽和磁束密度をＢｓ ₁ とするとき、Ｔ _ww は０．５μｍ未満であり、
Ｔ _bl ＜（Ｂｓ ₁ ×Ｔ _m ×Ｔ _ww ）／２（Ｂｓ ₂ ×（Ｔ _m ＋Ｔ _ww ））
を満たすことを特徴とする垂直磁気記録システム。
請求項６記載の垂直磁気記録システムにおいて、前記磁気記録ヘッドは更に補助磁極を有することを特徴とする垂直磁気記録システム。
請求項７記載の垂直磁気記録システムにおいて、前記補助磁極は前記上部シールドであることを特徴とする垂直磁気記録システム。
請求項７記載の垂直磁気記録システムにおいて、前記主磁極と前記補助磁極間の距離は０．５μｍ以上であることを特徴とする垂直磁気記録システム。
請求項６記載の垂直磁気記録システムにおいて、前記軟磁性の裏打ち磁性層の厚みＴ _bl は０．２μｍ以下であることを特徴とする垂直磁気記録システム。
請求項６記載の垂直磁気記録システムにおいて、前記軟磁性の裏打ち磁性層の厚みＴ _bl は
Ｔ _bl ＞０．２５（Ｂｓ ₁ ×Ｔ _m ×Ｔ _ww ）／２（Ｂｓ ₂ ×（Ｔ _m ＋Ｔ _ww ））
を満たすことを特徴とする垂直磁気記録システム。