專利名稱：磁記錄裝置和磁記錄方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁記錄和重放信息的磁記錄裝置，以及一種磁記錄方法。
近年來隨著計算機處理速度的提高，需要一種用來記錄和重放信息的磁記錄裝置(如硬磁盤驅(qū)動器(HDD))以不斷提高記錄速度和密度。然而，在提高記錄密度時存在物理限制。
為了使用磁記錄裝置執(zhí)行高密度記錄，需要制造記錄在記錄層中的小磁疇。為了識別小的記錄磁疇，則要求磁疇邊緣光滑。為了滿足上述要求，則需要減小組成記錄層的磁微粒大小。還需要減小用于高密度記錄的記錄層厚度，這也使得磁微粒減小。然而，在減小磁微粒的時候，磁微粒的磁各向異性能量(即磁各向異性能量密度Ku與磁微粒體積的乘積)可能將小于熱起伏能量。如果磁微粒的磁各向異性能量小于熱起伏能量，那么所記錄磁疇的磁化會再一次反轉(zhuǎn)，因而使其不能再保留記錄的信息。這種現(xiàn)象稱作熱起伏限制或超磁(superparamagnetic)限制。為防止熱起伏引起的磁化反轉(zhuǎn)，可提高磁微粒的Ku。然而，當(dāng)磁微粒的Ku變得更大時，磁微粒的矯頑力與Ku成比例增加。因而，不可能使用普通記錄頭產(chǎn)生的磁場來反轉(zhuǎn)磁化。
本發(fā)明目的在于提供一種磁記錄裝置和一種磁記錄方法，它們可以超過熱起伏限制執(zhí)行這種高密度記錄。
根據(jù)本發(fā)明提供了一種磁記錄裝置，它包括磁記錄介質(zhì)，該磁記錄介質(zhì)具有在襯底上形成的記錄層該記錄層由磁微粒和磁微粒間形成的非磁性材料組成；還包括加熱記錄層的加熱單元以及把磁場施加到記錄層上的磁記錄單元，其中該磁記錄介質(zhì)、該加熱單元和該磁記錄單元構(gòu)成為滿足下面的關(guān)系T/RKu(T)＜11200/(ln(t)+20.72)其中，定義Ku(T)為記錄層在溫度為T時的磁各向異性能量密度，并且Ku(Ta)是記錄層在環(huán)境溫度下的磁各向異性能量密度，RKu(T)表示比值Ku(T)/Ku(Ta)，而t表示在完成磁場施加后所經(jīng)過的時間。
在本發(fā)明的磁記錄裝置中，記錄層在環(huán)境溫度下最好具有4kOe或更大的矯頑力。
根據(jù)本發(fā)明提供了一種用于磁記錄介質(zhì)的磁記錄法，該磁記錄介質(zhì)包括在襯底上形成并且由磁微粒和在磁微粒間形成的非磁性材料組成的記錄層，該方法包括下列步驟加熱記錄層；以及把磁場施加到記錄層，由此執(zhí)行記錄，其中這些步驟滿足下面的關(guān)系T/RKu(T)＜11200/(ln(t)+20.72)其中，定義Ku(T)是記錄層在溫度為T時的磁各向異性能量密度，并且Ku(Ta)是記錄層在環(huán)境溫度下的磁各向異性能量密度，RKu(T)表示比值Ku(T)/Ku(Ta)，而t表示在完成磁場施加后所經(jīng)過的時間。
在本發(fā)明中可使用的一種方法是，其記錄層在加熱步驟被加熱，使得在最高溫度Tmax下的TKu(Tmax)變成0.01或更小，并且在記錄步驟中，記錄操作在記錄層達到最高溫度后的1ns到50ns之內(nèi)完成。
在本發(fā)明中可使用的另一種方法是，其記錄層在加熱步驟被加熱，使得在記錄層達到最高溫度之前RKu(T)變?yōu)?，并且在記錄步驟中，記錄操作在記錄層達到最高溫度后的20ns到100ns之內(nèi)完成。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將在下面的描述中提出，并且通過該描述部分地顯現(xiàn)出來，或者可通過本發(fā)明的實施來認(rèn)識到。本發(fā)明的目的和優(yōu)點可通過隨后特別指出的裝置和組合來實現(xiàn)和獲得。
構(gòu)成說明書一部分的附圖表示本發(fā)明所提出的最佳實施例，并且與上面的一般描述以及下面的對最佳實施例的詳細(xì)描述一起，用來解釋本發(fā)明的原理。


圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的磁記錄裝置的實施例示意圖；圖2示出了Ku、RKu、T/Ku和T/RKu及溫度T之間的關(guān)系曲線圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的磁記錄介質(zhì)中，記錄后所經(jīng)過的時間t的對數(shù)ln(t)與溫度T的倒數(shù)1/T之間的關(guān)系曲線圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的磁記錄介質(zhì)中的RKu/T和ln(t)之間的關(guān)系曲線圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的磁記錄介質(zhì)中的T/RKu和記錄后所經(jīng)過的時間t之間的關(guān)系曲線圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的磁記錄介質(zhì)中的RKu/T和ln(t)之間的關(guān)系曲線圖；以及圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的磁記錄介質(zhì)中的T/RKu和記錄后所經(jīng)過的時間t之間的關(guān)系曲線圖。
根據(jù)本發(fā)明的磁記錄裝置，包括磁記錄介質(zhì)、加熱單元和磁記錄單元。在本發(fā)明的裝置中，通過用加熱單元加熱磁記錄介質(zhì)的記錄層，隨后通過用磁記錄單元把磁場施加到記錄層，來執(zhí)行記錄。這種方法稱作熱輔助記錄。當(dāng)磁層溫度升高時，其矯頑力降低，因此磁層的磁化可通過施加磁場來反轉(zhuǎn)，這樣就能夠進行磁記錄。本發(fā)明的磁記錄裝置甚至可以對在環(huán)境溫度下具有4k0e或更大矯頑力的磁性材料執(zhí)行磁記錄。
本發(fā)明的磁記錄介質(zhì)具有這樣一種結(jié)構(gòu)，其中由磁微粒和磁微粒間所形成的非磁性材料組成的記錄層在襯底上形成。底基層(underlayer)可置于襯底和記錄層之間。而且保護層可在記錄層上形成。
村底用于支撐記錄層，可由金屬、玻璃、陶瓷等形成。
記錄層是由磁微粒和在磁微粒間所形成的非磁性材料組成的所謂的顆粒層。具有這種結(jié)構(gòu)的記錄層可如下所述而形成。例如，當(dāng)磁性材料通過濺射置于襯底上時，正如形成普通硬盤的記錄層一樣，生長柱狀磁晶體，并同時使用非磁性元素在磁晶體周圍隔離，從而在磁微粒間形成非磁性材料(晶界)。
也可以，將非晶磁性材料的連續(xù)膜置于襯底上，接著通過處理該連續(xù)膜以形成柱狀磁微粒。把非磁性材料置于襯底的整個表面上，并且拋光，這個表面，可形成在磁微粒間形成非磁性材料的結(jié)構(gòu)。而且，僅在襯底的整個表面上涂上潤滑劑就可形成在磁微粒間形成非磁性材料的結(jié)構(gòu)。
作為用于形成記錄層的物質(zhì)，呈現(xiàn)高飽和磁化Is和高磁各向異性的磁性材料是適宜的。可采用從包括Co、Pt、Sm、Fe、Ni、Cr、Mn、Bi、Al和這些金屬的合金的組中所選的至少一種磁性金屬材料作為這種磁性材料。在這些磁性金屬材料中，最好是具有高晶體磁各向異性的Co基合金，特別是CoPt基合金、SmCo基合金和CoCr基合金。磁性金屬材料的具體實例如Co-Cr、Co-Pt、Co-Cr-Ta、Co-Cr-Pt、Co-Cr-Ta-Pt、Co和Fe。
可采用諸如Tb-Fe、Tb-Fe-Co、Tb-Co、Gd-Fe-Co、Gd-Dy-Fe-Co、Nd-Fe-Co、Nd-Tb-Fe-Co的非晶稀土過渡金屬合金、諸如PtMnSb和FePt的有序合金、諸如Co鐵氧體和Ba鐵氧體的磁性氧化物作為磁性材料。
為了控制諸如飽和磁化和矯頑力的磁性能，可將從Fe和Ni中所選的至少一種元素添加到上面的磁性材料中。而且，為了提高磁性能，可將諸如Cr、Nb、V、Ta、Ti、W、Hf、Cr、V、In、Si、B的一種元素、或這些元素與從氧、氮、碳和氫中所選的至少一種元素所組成的一種化合物添加到上面的磁性材料中。
記錄層可以象硬盤記錄層一樣呈現(xiàn)平面內(nèi)(in-plane)磁各向異性，或者如磁光盤記錄層一樣呈現(xiàn)垂直磁各向異性。
底基層可由磁性材料或非磁性材料組成。由磁性時料組成的底基層通過交換耦合相互作用或靜磁耦合相互作用與記錄層中的磁疇磁性耦合。當(dāng)高矯頑力的磁性底基層置于記錄層之下并與記錄層中的磁疇交換耦合時，磁疇可被穩(wěn)定。而且，當(dāng)高磁化的磁性底基層置于記錄層之下并且與記錄層中的磁疇交換耦合時，輸出信號可被加強。
可配置由非磁性材料組成的底基層，以用于控制記錄層的結(jié)晶性，或者用于防止來源于村底或來源于混合的記錄層的雜質(zhì)。例如，當(dāng)配置具有與記錄層晶格常數(shù)相近的晶格常數(shù)的底基層時，可以控制記錄層的結(jié)晶性。這種底基層的一個實例是Cr層。通過使用非晶體底基層，記錄層通?？杀恢瞥煞蔷w。為了防止來源于襯底或來源混合的記錄層的雜質(zhì)，最好采用具有小晶格常數(shù)的薄膜或致密薄膜作為底基層。
而且，磁性底基層還可具有上述的非磁性底基層的功能。例如，磁性底基層可用于控制記錄層的結(jié)晶性。在這種情況下，既可以得到提高讀出/寫入特性的效果又可以得到提高結(jié)晶性的效果。這種底基層的一個實例是非晶體CoZrNb底基層。
應(yīng)當(dāng)注意的是，該底基層可由改進的襯底表面層構(gòu)成。改進的表面層可通過離子涂覆、氣態(tài)元素的摻雜、中子束輻射等獲得。在這種情況下，可忽略沉積底基層的步驟。
可采用碳、SiN、SiO2、Au或這些金屬的堆疊(stack)作為保護層。
可設(shè)計加熱單元以加熱記錄介質(zhì)的整個表面或者局部加熱記錄介質(zhì)的表面。當(dāng)高密度磁記錄介質(zhì)被加熱時，它通常會遭受到熱起伏的影響，從而損害數(shù)據(jù)存儲性能。因而希望能夠執(zhí)行局部加熱以使大部分記錄介質(zhì)保持在環(huán)境溫度下。然而，在磁性記錄裝置的記錄介質(zhì)即使完全加熱時其數(shù)據(jù)存儲特性也不可能損害的情況下，從降低成本考慮最好采用全部加熱。
作為能夠高速局部加熱的加熱單元實例，希望采用如光盤中使用的激光器加熱，或者感應(yīng)加熱，或使用電熱線加熱探針的方式加熱。為了執(zhí)行更局部化的加熱，還可采用一種激光束通過透鏡聚焦到記錄介質(zhì)表面的加熱系統(tǒng)，一種通過使用連接到探針尖端的微小(fine)天線來執(zhí)行感應(yīng)加熱的加熱系統(tǒng)，或者一種通過使用其面對介質(zhì)的尖端盡可能尖的加熱探針或使用其尖端盡可能靠近介質(zhì)的加熱探針來執(zhí)行加熱的加熱系統(tǒng)。這些加熱裝置可位于記錄面的一邊或位于記錄介質(zhì)記錄面的反面。
可采用普通磁記錄頭作為一種磁記錄單元。該記錄頭形成由磁極和感應(yīng)線圈組成的磁路。還可以采用一種永磁體作為磁記錄單元。當(dāng)采用永磁體時，該永磁體以能夠改變與記錄介質(zhì)的距離的方式放置，或者該永磁體被細(xì)化處理，從而高速施加一個高分辨率的磁場。還可采用堆積在記錄層上的附加磁層作為用于施加磁場的裝置。當(dāng)通過使用加熱或光照射在附加磁層產(chǎn)生溫度分布的時候，磁化分布在該層產(chǎn)生，通過它可把磁場施加到該記錄層。從該磁層產(chǎn)生的漏磁場可作為記錄磁場施加到記錄層。
參考圖1解釋根據(jù)本發(fā)明的磁記錄裝置的一個實施例。在圖1中，磁記錄介質(zhì)10具有底基層12、記錄層13和保護層14連續(xù)堆積在盤襯底11上的結(jié)構(gòu)。磁記錄裝置10以圖1中箭頭A所示的方向旋轉(zhuǎn)。
在磁記錄介質(zhì)10的上方配置了一個滑動觸頭20，其端面上安裝了一個讀出/寫入元件30。讀出/寫入元件30中的記錄部分用作磁記錄單元(用于施加磁場的裝置)?；瑒佑|頭20具有光波導(dǎo)40以傳輸激光束，這樣，激光束從波導(dǎo)40的末端部分發(fā)射到介質(zhì)10上。當(dāng)磁記錄介質(zhì)10旋轉(zhuǎn)的時候，滑動觸頭20在其上滑動。波導(dǎo)40和讀出/寫入元件30是以激光束首先從波導(dǎo)40的末端部分41發(fā)射到記錄層13以用于加熱，隨后磁場通過該記錄元件施加到記錄層13的這種方式來安排的。
根據(jù)本發(fā)明的磁記錄裝置，以滿足下列記錄層溫度和磁性能與完成磁場施加到記錄層之后(即記錄后)所經(jīng)過的時間t的關(guān)系式(1)的方式進行記錄。
T/RKu(T)＜11200/(ln(t)+20.72)(1)其中，T為記錄層的溫度。另外，假設(shè)Ku(T)是記錄層在溫度為T時的磁各向異性能量密度值，而且Ku(Ta)是記錄層在環(huán)境溫度下的磁各向異性能量密度值，RKu(T)表示這兩個值之間的比，即Ku(T)/Ku(Ta)。只要記錄層滿足公式(1)，就可以在記錄層形成均勻且不同(distinct)的磁疇，即使記錄層是由小尺寸且高矯頑力的磁微粒組成。因而就可以執(zhí)行超出熱起伏限制的高密度磁記錄。
下面將更詳細(xì)地描述公式(1)的關(guān)系。
在與記錄層磁化反轉(zhuǎn)相關(guān)的物理性能中，磁各向異性能量密度Ku隨溫度變化很大。磁各向異性能量密度Ku隨溫度T的升高而單調(diào)下降。由于矯頑力Hc隨Ku的變化而約成比例變化，所以它也隨溫度T的升高而下降。反之，公式(1)中的數(shù)值T/RKu(T)隨溫度T的升高而單調(diào)增加。圖2示出了這些函數(shù)之間的數(shù)量關(guān)系。
首先，本發(fā)明通過把激光束射到介質(zhì)上來模擬具有圖1示出的薄膜堆積結(jié)構(gòu)的記錄介質(zhì)的溫度響應(yīng)。結(jié)果可以看出，在記錄介質(zhì)溫度T的倒數(shù)1/T和磁場施加完成后所經(jīng)過的時間t的對數(shù)ln(t)之間有一個簡單的關(guān)系。圖3示出了記錄介質(zhì)溫度T的倒數(shù)1/T和磁場施加完成后所經(jīng)過的時間t的對數(shù)ln(t)之間的關(guān)系實例。從圖3可以看出，在記錄介質(zhì)冷卻過程的初始階段以及后面的階段中，1/T與ln(t)約成比例，這樣，它們之間的關(guān)系可近似為兩條直線(圖3中的虛線)。因此，本發(fā)明人希望通過記錄層中溫度響應(yīng)的各種情況的讀出/寫入實驗來研究與ln(t)相關(guān)的記錄狀態(tài)，從而可找出能夠?qū)崿F(xiàn)完全記錄狀態(tài)的情況，即使磁化反轉(zhuǎn)在記錄介質(zhì)的冷卻過程中發(fā)生時它可能會不清晰。
如上所述，與記錄層磁化反轉(zhuǎn)密切相關(guān)的磁各向異性能量密度Ku的變化隨溫度T而單調(diào)變化。然而，由于在記錄層冷卻過程中T和Ku一起變化，所以難以把這些變量與記錄狀態(tài)單獨聯(lián)系起來。因而本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，隨溫度下降的函數(shù)Ku/T或通過使用環(huán)境溫度下的Ku值來校正Ku/T而獲得的函數(shù)RKu/T將用于與ln(t)相聯(lián)系。
基于這種判斷，讀出/寫入實驗如下執(zhí)行。
所采用的是圖1示出的磁記錄介質(zhì)10，它通過把作為底基層12的70nm厚的Cr層，作為記錄層13的20nm厚的CoPtCr合金層和作為保護層14的10nm厚的碳層堆積到2.5英寸厚的玻璃盤襯底11上而構(gòu)成。CoPtCr合金層形成的記錄層13在環(huán)境溫度下具有8×106erg/cc的Ku和4kOe的矯頑力。
磁記錄介質(zhì)10以箭頭A所示的方向并且以4,500rpm的速度旋轉(zhuǎn)，并且滑頭觸點的滑動高度設(shè)定為80nm。波長為650nm且功率為3mW的激光束通過光波導(dǎo)40的末端部分41連續(xù)發(fā)射到記錄介質(zhì)10上，而且磁場通過記錄元件施加到記錄介質(zhì)10，由此在200kfci的記錄頻率上執(zhí)行記錄。記錄介質(zhì)表面的射束點半寬度設(shè)定為2μm。記錄軌跡寬是2μm。通過使用磁力顯微鏡(MFM)觀察磁疇來確定記錄介質(zhì)的記錄狀態(tài)。
使用這個裝置不可能在沒有激光束發(fā)射到記錄介質(zhì)上時形成不同的磁疇。然而，當(dāng)在上述情況下激光束發(fā)射到記錄介質(zhì)上時，則肯定形成磁疇。
而且，為了研究形成磁疇的情況，記錄實驗是通過使用記錄介質(zhì)的各種旋轉(zhuǎn)速度以及激光束的加熱情況來執(zhí)行的。之后，使用MFM觀察記錄介質(zhì)以檢查是否形成均勻且不同的磁疇。
在這種情況下，記錄介質(zhì)的Ku(T)值通過測量來確定，而RKu(T)由計算得出。記錄介質(zhì)的溫度根據(jù)模擬來確定。
實驗結(jié)果用RKu(T)和ln(t)的坐標(biāo)系統(tǒng)描述。圖4中的空心圓表示磁疇在此處形成，而實心圓表示此處不形成磁疇?？梢钥闯鲈诖藞D所示直線的上邊區(qū)域內(nèi)的情況下可執(zhí)行記錄。這個關(guān)系可由下面的公式表示。
RKu(T)/T＞(ln(t)+20.72)/11200(2)為了易于理解溫度T隨所經(jīng)過時間t而降低的關(guān)系，該實驗結(jié)果以圖5示出的記錄后所經(jīng)過時間t和T/RKu的坐標(biāo)系統(tǒng)來描述。圖5中的空心圓也表示磁疇在此處形成，而實心圓表示此處不形成磁疇。圖5表示在曲線下邊區(qū)域內(nèi)的情況下可執(zhí)行記錄。圖5中的關(guān)系通過交換公式(2)的分母和分子得到，它由下面的公式表示。
T/RKu(T)＜11200/(ln(t)+20.72)(1)只要滿足上面的公式(1)，就可在記錄層形成磁疇。
為了跟蹤記錄后經(jīng)過的每個時間的RKu/T的變化，加熱并磁記錄到記錄介質(zhì)是以同上所述的方式在四種情況下執(zhí)行的。四種情況從靠近圖5中的邊界選定。該實驗結(jié)果以圖6中的RKu(T)和ln(t)的坐標(biāo)系統(tǒng)表示。圖6中的四種標(biāo)記分別對應(yīng)于四種狀態(tài)。圖6中的空心圓也表示磁疇在此處形成，而實心圓表示此處不形成磁疇。圖6中直線的上邊區(qū)域通過上述公式(2)表示。圖6表示如果在記錄后存在不滿足公式(2)的時刻，即使是暫時的，那種情況下也不可能在記錄層形成磁疇。
為了易于理解溫度T隨所經(jīng)過時間t而下降的關(guān)系，該實驗結(jié)果以圖7示出的記錄后所經(jīng)過時間t和T/RKu的坐標(biāo)系統(tǒng)來描述。圖7中的標(biāo)記與圖6中的標(biāo)記具有相同含義。在圖7中，曲線下邊的區(qū)域由上面提到的公式(1)表示。圖7表示如果在記錄后存在不滿足公式(1)的時刻，即使是暫時的，那種情況下也不可能在記錄層形成磁疇。因此可以斷定需要公式(1)所表示的情況以滿足記錄后的冷卻過程中的任意時間。
根據(jù)本發(fā)明的磁記錄裝置，磁記錄介質(zhì)、加熱單元和磁記錄單元構(gòu)成為執(zhí)行記錄操作可以滿足上面提到的公式(1)。接著，下面將解釋為了滿足公式(1)而考慮的因素。
記錄層溫度改變方式可做如下控制。例如，可采用一種熱沉層具有高導(dǎo)熱性的記錄介質(zhì)，或者采用在光記錄介質(zhì)中所采用的包括低導(dǎo)熱性介電材料的熱絕緣層置于記錄層附近的記錄介質(zhì)。當(dāng)提供熱沉層的時候，相對于時間t的記錄層溫度T的變化的比dT/dt增加，因而可獲得溫度突變。可采用諸如Ag的導(dǎo)熱材料作為用于熱沉層的材料。另一方面，當(dāng)提供熱絕緣層的時候，(dT/dt)變小，因而可獲得適中的溫度變化?？墒褂弥T如SiO2的介電材料作為用于熱絕緣層的材料。
另外，當(dāng)既提供熱沉層又提供介質(zhì)層的時候，可在記錄層設(shè)計一個希望的溫度變化。這種記錄介質(zhì)可應(yīng)用到使用激光器加熱或感應(yīng)加熱的系統(tǒng)。在使用激光器加熱的系統(tǒng)中，記錄介質(zhì)的dT/dt可通過提供其吸收和厚度適度可調(diào)的光吸收層來控制。
Ku與溫度的關(guān)系以及記錄層的RKu(T)可通過選擇用于記錄層的適當(dāng)材料來控制。為了允許通過加熱的方式記錄到包括細(xì)磁微粒的記錄層上，從而在環(huán)境溫度下保存記錄的數(shù)據(jù)，在本發(fā)明中記錄層的矯頑力Hc最好是4kOe或更大。
當(dāng)記錄層由鐵磁體CoPt制成時，由于Pt含量升高時居里溫度降低，所以可在環(huán)境溫度附近增加dKu/dt。與此相同的效果還可在CoPtCr記錄層中通過增加Cr的含量而獲得。一般說來，提高記錄層中非磁性元素的含量可增加環(huán)境溫度附近的dKu/dt。另一方面，當(dāng)用于提高居里溫度的元素添加到記錄層時，可獲得與上述相反的效果。
當(dāng)在磁光記錄介質(zhì)中采用的記錄層是由鐵磁體TbFeCo組成的時候，降低Co含量可降低居里溫度，因此可增加環(huán)境溫度附近的dKu/dT。而且，如果記錄層是通過使用具有居里溫度高于通過加熱所獲得的記錄層最高溫度的鐵磁材料而形成的，那么記錄可在矯頑力Hc下降而RKu保持固定值的情況下執(zhí)行。由于在這種情況T/RKu和T之間存在比例關(guān)系，所以就設(shè)計磁記錄介質(zhì)而言，這是一個優(yōu)勢。
調(diào)整組成記錄層的磁微粒大小也可控制記錄層的RKu。如上所述，為了不產(chǎn)生交換耦合作用，在硬盤中所采用的CoCrPtTa組成的記錄層由彼此分開的細(xì)磁晶粒構(gòu)成。當(dāng)記錄層以使磁晶粒的尺寸更小的方式形成時，熱能的影響將變得相對較大，這樣可增加dKu/dT的值。另外，通過使用高Ku的材料可將這種影響減至最小。通過選擇具有適當(dāng)Ku值的材料可控制記錄層的RKu。還可以在不改變記錄層材料的情況下，通過在記錄層平面把磁化反轉(zhuǎn)的易磁化軸由不規(guī)則排列為單一方向來增加記錄層的Ku值。
為了滿足上面提到的公式(1)的情況，激光器加熱能夠以下面所解釋的各種方式調(diào)整。
(1)可調(diào)整激光器功率。激光器功率越大，記錄層的最高溫度也就最大。
(2)可調(diào)整激光束發(fā)射方式。例如，當(dāng)激光束連續(xù)發(fā)射的時候，熱流將從激光束已經(jīng)經(jīng)過的區(qū)域發(fā)生。結(jié)果，記錄層的溫度變化將變得適中。
(3)與激光器相關(guān)的記錄介質(zhì)的線速度可調(diào)。特別是，盤的旋轉(zhuǎn)速度可調(diào)。由于提高記錄介質(zhì)的移動速度可縮短激光束發(fā)射到記錄區(qū)域的時間，所以可以抑制記錄層的溫度上升，同時其溫度變化將變得劇烈。
(4)激光器能夠以脈沖方式操作，并且同時脈沖寬度可調(diào)。由于脈沖寬度變窄，所以可抑制記錄層溫度的升高，并且其溫度變化將變得劇烈。
(5)除了上面的方法(4)之外，可調(diào)節(jié)每個脈沖的激光器功率。例如，預(yù)先發(fā)射較低能量的短脈沖以用于預(yù)先初步加熱，隨后發(fā)射較高能量的脈沖以用于主加熱。通過使用該方法，溫度上升可變得適中。在這種情況下，可以想象這幾乎是不確定的脈沖串的脈沖寬度、調(diào)制和功率的組合。因而，優(yōu)化組合的脈沖串應(yīng)當(dāng)以滿足公式(1)的情況的這種方式來確定，其中公式(1)的情況用于呈現(xiàn)給定RKu(T)特性的記錄層。
(6)可改變激光射束點的形狀。當(dāng)射束點的形狀變成其長軸沿介質(zhì)的移動方向放置的橢圓時，記錄層的溫度變化因為與在上面的項(2)中提到的相同影響而變得更為適中。在這種情況下，用于激光器的光學(xué)系統(tǒng)可使用壓電元件或微機驅(qū)動以改變射束點的形狀。通過使用這種方法，激光束的形狀能夠以符合呈現(xiàn)各種RKu(T)特性、記錄介質(zhì)的線速度和旋轉(zhuǎn)半徑的記錄介質(zhì)的類型來調(diào)整。
(7)用于施加磁場的記錄元件和激光器之間的距離可調(diào)。記錄元件和激光器之間的距離越大，記錄期間記錄層的溫度變化就越適中。在這種情況下，激光束發(fā)射尖端的位置可使用壓電元件或微機來驅(qū)動。通過使用這種方法，能夠以符合呈現(xiàn)各種RKu(T)特性、記錄介質(zhì)線速度和旋轉(zhuǎn)半徑的記錄介質(zhì)的類型的方式來調(diào)節(jié)上述的距離。
上述的方法(1)至(7)彼此可適當(dāng)組合。在采用其它加熱單元而不是激光器的情況下，可應(yīng)用上述的方法。
下面將解釋在磁記錄介質(zhì)上執(zhí)行記錄的實施例，其中該磁記錄介質(zhì)具有包括非晶體稀土過渡金屬合金的記錄層。所采用的是磁記錄介質(zhì)10，它是通過把作為底基層12的110nm厚的SiN層，作為記錄層13的20nm厚的GdFbFeCo合金層和作為保護層14的40nm厚的SiN和25nm厚的Au層堆積到2.5英寸厚的玻璃盤襯底11上構(gòu)成的。
將GdTbFeCo記錄層13用于磁光介質(zhì)，而且GdTbFeCo記錄層13是呈現(xiàn)垂直磁各向異性的鐵磁性材料。其在環(huán)境溫度下的Ku是108erg/cc并且矯頑力高達8kOe。記錄層13的Ku在溫度T接近居里溫度時幾乎線性下降。通過調(diào)整6dTb和FeCo之間的組成比例可大大降低矯頑力Hc，而不需要隨著溫度的上升而顯著降低Ku。這是鐵磁材料的特性。
記錄介質(zhì)以8m/s的線速度旋轉(zhuǎn)。通過使用光盤的拾取裝置，650nm波長的激光束從玻璃襯底側(cè)11發(fā)射。執(zhí)行聚焦以把記錄個質(zhì)表面的激光射束點的大小設(shè)定為0.7μm。通過使用安裝在圖1示出的滑動觸點10上的讀出/寫入部分30，記錄操作以100nm的滑動高度執(zhí)行。當(dāng)連續(xù)發(fā)射3mW的激光束時，磁記錄在200kfci的記錄頻率執(zhí)行。該記錄軌跡的寬度是2μm。重放是通過使用包括GMR部分的重放頭來執(zhí)行的。
當(dāng)記錄層13加熱到最高溫度時，RKu變成0.9，但矯頑力Hc的值從環(huán)境溫度下的8kOe下降到0.9kOe。如果矯頑力在這個值附近，那么普通記錄頭可形成磁疇。從這個實驗中的T/RKu與時間的關(guān)系的判斷可以看出，由于RKu的值大，所以公式(1)的情況被充分滿足。
然而，當(dāng)GdTbFeCo記錄層作為非晶連續(xù)膜形成時，會不可避免地形成疇壁，因而難以形成細(xì)磁疇。
所以，在形成GdTbFeCo的連續(xù)膜之后，該膜經(jīng)過電子束光刻法而形成一種具有陣列柱狀磁微粒且每個磁微粒直徑為10nm并且間隔為10nm的結(jié)構(gòu)。之后，該介質(zhì)的記錄實驗以與上面所解釋的相同方式執(zhí)行，而且使用MFM觀察磁疇。因此可確定能夠形成沒有疇壁的記錄的磁疇，其中每個磁疇均包括一個單磁疇(single-domain)微粒。這意味著可以在一個單磁疇大小的單元中實現(xiàn)高密度記錄。從上面的解釋能夠看出，可獲得更高密度的磁記錄介質(zhì)可以通過處理記錄層來制造。
接著進行用于研究在激光束發(fā)射后把磁場施加到記錄層的適當(dāng)定時的實驗。在這些實驗中，采用的是具有CoPtCr記錄層的磁記錄介質(zhì)。
(A)該介質(zhì)的結(jié)構(gòu)、激光器功率和盤的旋轉(zhuǎn)速度以可在磁記錄介質(zhì)的最高溫度時獲得RKu≥0.01的情況的這種方式調(diào)整。以把從介質(zhì)達到最高溫度的時間到記錄完成時間的這個時區(qū)分別設(shè)定為1，2，5，10，20，50，100ns的方式，執(zhí)行記錄實驗。在記錄操作后，使用MFM觀察記錄層以檢查磁疇是否形成。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定的磁疇可以在除了時區(qū)為100ns的情況之外的所有情況下形成?？梢赃@樣理解這些結(jié)果，即由于矯頑力Hc隨著記錄層達到最高溫度后所經(jīng)過的時間而增加，所以難以執(zhí)行穩(wěn)定的記錄。而且，為了把介質(zhì)溫度保持到足夠高以能夠進行約100ns周期的充分記錄，介質(zhì)的最高溫度必須增加。結(jié)果，周圍的磁疇將變得不穩(wěn)定，從而使這些磁疇反轉(zhuǎn)。
(B)介質(zhì)的結(jié)構(gòu)、激光器功率和盤的旋轉(zhuǎn)速度以記錄層的最高溫度超過其居里溫度的這種方式調(diào)整。在這種情況下，記錄介質(zhì)失去磁化并且RKu因此在記錄層達到最高溫度前變?yōu)?。記錄實驗以把介質(zhì)達到最高溫度的時間到記錄完成時間的這個周期分別設(shè)定為1，2，5，10，20，50，100ns的這種方式來執(zhí)行。在記錄操作后，使用MFM觀察記錄層以檢查磁疇是否形成。結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，與上面的(A)相反，穩(wěn)定的磁疇只在上述周期設(shè)定為20ns或更多的時候才能形成?？梢赃@樣解釋這些結(jié)果，即由于所記錄磁疇在RKu＝0的附近非常不穩(wěn)定，所以如果在記錄層達到最高溫度后的短時間內(nèi)完成記錄，那么磁疇將反轉(zhuǎn)。另外，如果與這種情況相同，在完成記錄之前需要一個長時間，那么從提高記錄密度和傳輸率的觀點來看這并不是所希望的。然而，由于在這種情況下可采用在環(huán)境溫度下具有相當(dāng)高的矯頑力Hc的記錄介質(zhì)，所以可把介質(zhì)應(yīng)用到低速磁記錄系統(tǒng)，它的數(shù)據(jù)庫存儲器(archival)性能非常優(yōu)秀。
本發(fā)明的其它優(yōu)點和改進對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說將是容易實現(xiàn)的。因此，在其更廣范圍內(nèi)的本發(fā)明不局限于這里描述并示出的特定細(xì)節(jié)和代表實施例。從而，在不背離附屬權(quán)利要求及其等價物所定義的發(fā)明構(gòu)思的宗旨和范圍的情況下，可進行各種改進。
權(quán)利要求
1.一種磁記錄裝置，包括磁記錄介質(zhì)(10)，其具有在襯底(11)上形成的記錄層(13)，所述記錄層(13)由磁微粒和在磁微粒間形成的非磁性材料組成；加熱單元，用來加熱記錄層(13)；以及磁記錄單元(30)，用來把磁場施加到記錄層(13)上；其特征在于，將所述磁記錄介質(zhì)(10)、所述加熱單元和所述磁記錄單元(30)構(gòu)成為滿足下面的關(guān)系T/RKu(T)＜11200/(ln(t)+20.72)其中，Ku(T)是記錄層(13)在溫度T時的磁各向異性能量密度，并且Ku(Ta)是記錄層在環(huán)境溫度下的磁各向異性能量密度，RKu(T)表示比值Ku(T)/Ku(Ta)，而t表示在完成磁場施加后所經(jīng)過的時間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，記錄層(13)的矯頑力在環(huán)境溫度下是4kOe或更大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述記錄層(13)由Co基合金形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述記錄層(13)由稀土過渡金屬合金形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述加熱單元是激光器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述磁記錄單元(30)是磁記錄頭。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述加熱單元和所述磁記錄單元(30)是整體提供的。
8.一種用于磁記錄介質(zhì)(10)的磁記錄方法，其中磁記錄介質(zhì)(10)包括在襯底(11)上形成的記錄層(13)，并且記錄層(13)由磁微粒和在磁微粒間形成的非磁性材料組成，所述方法包括下列步驟加熱所述記錄層(13)；以及把磁場施加到所述記錄層(13)，由此來執(zhí)行記錄；其特征在于，這些步驟滿足下面的關(guān)系T/RKu(T)＜11200/(ln(t)+20.72)其中，Ku(T)是記錄層(13)在溫度T時的磁各向異性能量密度，而Ku(Ta)是記錄層在環(huán)境溫度下的磁各向異性能量密度，RKu(T)表示比值Ku(T)/Ku(Ta)，而t表示在完成磁場施加后所經(jīng)過的時間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，記錄層(13)的矯頑力在環(huán)境溫度下是4kOe或更大。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，執(zhí)行所述加熱步驟，使得記錄層(13)在最高溫度Tmax下的RKu(Tmax)變成0.01或更小；且執(zhí)行所述記錄步驟，使得記錄操作在記錄層(13)達到最高溫度后的1ns到50ns之內(nèi)完成。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，執(zhí)行所述加熱步驟，使得記錄層(13)的RKu(T)在記錄層(13)達到最高溫度之前變?yōu)?，且執(zhí)行所述記錄步驟，使得記錄操作在記錄層(13)達到最高溫度后的20ns到100ns之內(nèi)完成。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述加熱單元是激光器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，從所述激光器發(fā)射到記錄層(13)上的激光束的功率和所述記錄介質(zhì)(10)的旋轉(zhuǎn)速度是可調(diào)的。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，使用脈沖激光束照射所述記錄層(13)，該脈沖激光束具有可調(diào)節(jié)的脈沖寬度。
全文摘要
一種磁記錄裝置,具有磁記錄介質(zhì)(10),該磁記錄介質(zhì)(10)具有在襯底(11)上形成的記錄層(13);加熱單元(40);和磁記錄單元(30)。磁記錄介質(zhì)(10)、加熱單元(40)和磁記錄單元(30)構(gòu)成為滿足下面的關(guān)系:T/RKu(T)< 11200/(ln(t)+20.72)。其中,Ku(T)是記錄層(13)在溫度為T時的磁各向異性能量密度,并且Ku(Ta)是記錄層在環(huán)境溫度下的磁各向異性能密度,RKu(T)表示比值Ku(T)/Ku(Ta),t表示在磁場施加完成后所經(jīng)過的時間。
文檔編號G11B13/04GK1267054SQ00106879
公開日2000年9月20日 申請日期2000年3月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月15日
發(fā)明者喜喜津哲, 市原勝太郎 申請人:株式會社東芝