JP2002056587A - Head for high density recording and recording device - Google Patents
Head for high density recording and recording deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、データの記録技術
に関し、特に微少ヒータを用いて、熱により記録する技
術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for recording data, and more particularly to a technique for recording by heat using a minute heater.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光磁気ディスクは実用化されて１０年以
上が経ち、様々な分野でメモリーとして用いられてい
る。通常用いられている光磁気装置では、レーザー光に
より記録磁気媒体を加熱し、かつ電磁コイルにより磁性
媒体の磁化方向を変化させる。記録・消去は、磁化膜の
温度がレーザー光によって加熱された部分のみ起こる。
レーザー光を用いた場合は、光の回折限界によって決ま
るスポットサイズにより、記録密度が決まってしまう。2. Description of the Related Art Magneto-optical disks have been used for more than 10 years and have been used as memories in various fields. In a commonly used magneto-optical device, a recording magnetic medium is heated by a laser beam, and the magnetization direction of the magnetic medium is changed by an electromagnetic coil. Recording / erasing occurs only in a portion where the temperature of the magnetic film is heated by the laser beam.
When laser light is used, the recording density is determined by the spot size determined by the diffraction limit of light.
【０００３】一方、マイクロマシニング技術は、様々な
微小電気機械システムの開発に役立った。この応用分野
は広く、科学・バイオ・医療・環境・機械などの多岐に
わたる分野で、センサー、分析機器、マニピュレーター
などに用いられている。従来マイクロのスケールであっ
たマイクロマシンの寸法を更に小さくしたナノスケール
のメカニックスを利用すれば、従来の微小電気機械シス
テムの性能を更に向上させることができる。具体的に
は、システムの感度や応答速度が一桁の寸法の小型化で
１０倍の性能向上が期待できる。さらに発展させ、開発
したナノスケールの超微細加工技術を用いれば、より高
感度・高速のデバイスが実現でき、高密度記録装置など
への展開が可能である。[0003] On the other hand, micromachining technology has been useful for the development of various microelectromechanical systems. This field of application is wide and is used for sensors, analytical instruments, manipulators, etc. in a wide variety of fields such as science, biotechnology, medical care, environment, and machinery. The use of nano-scale mechanics, in which the size of a micro-machine, which has conventionally been a micro-scale, is further reduced, can further improve the performance of a conventional micro-electro-mechanical system. Specifically, a 10-fold improvement in performance can be expected by reducing the size of the system to a single-digit sensitivity and response speed. Further development and use of the developed nanoscale ultra-fine processing technology can realize devices with higher sensitivity and higher speed, and can be applied to high-density recording devices.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、光記
録が本質的に熱によって記録を行っている点に着目し、
ナノメータ・オーダのヒータを有するヘッドを用いて、
熱による記録を行うことでより高密度化を目指すことで
ある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to pay attention to the fact that optical recording is essentially performed by heat,
Using a head with a nanometer-order heater,
The goal is to achieve higher density by performing recording with heat.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、記録媒体に熱を加えて変化を起こして記
録するための高密度記録用ヘッドであって、内部に導電
体を有する、前記記録媒体に対して突き出た突起部を有
し、前記突起部の先端付近では前記導電体が細く、前記
導電体に通電することによって、細くなっている導電体
部分が局所的に加熱されることを特徴とする高密度記録
用ヘッドである。このヘッドを用いることにより、記録
媒体に対して高密度の記録を行うことができる。To achieve the above object, the present invention provides a high-density recording head for recording by applying heat to a recording medium to cause a change in the recording medium. Having a protrusion protruding from the recording medium, and the conductor is thin near the tip of the protrusion, and when the conductor is energized, the thinned conductor portion is locally heated. And a high-density recording head. By using this head, high-density recording can be performed on a recording medium.
【０００６】また、前記突起部の周囲に金属コイルを有
し、金属コイルに通電することで、前記記録媒体に磁束
を印加することができ、このヘッドを用いることで、磁
気記録を行うことができる。前記導電体は金属であり、
前記突起部の先端で、異種の金属との間で熱電対を形成
しており、前記熱電対により温度変化を検出できるの
で、相変化により記録したものを読み出すことができ
る。Also, a metal coil is provided around the projection, and a magnetic flux can be applied to the recording medium by energizing the metal coil. Magnetic recording can be performed by using this head. it can. The conductor is a metal,
A thermocouple is formed between the dissimilar metal and the tip of the protruding portion. A temperature change can be detected by the thermocouple, so that data recorded by a phase change can be read.
【０００７】このような高密度記録用ヘッドは、前記突
起部は酸化シリコンで構成され、酸化シリコン内部に導
電体を有する構成とすることができる。この高密度記録
用ヘッドの製造方法は、シリコン基板をエッチングし
て、くぼみを加工するステップと、加熱してシリコン基
板を酸化するステップと、シリコン基板上に絶縁膜を形
成するステップと、シリコン基板に蒸着により金属配線
を行うステップと、エッチングにより成形するステップ
とで構成することができる。さらに、突起部先端に穴を
あけて、金属膜を蒸着するステップを備え、突起部の先
端に熱電対を形成することもできる。この製造技術は、
マイクロマシニングの技術の応用であり、複数のヘッド
でも一括で製造することができる。In such a high-density recording head, the projections may be made of silicon oxide, and may have a conductor inside the silicon oxide. The method of manufacturing a high-density recording head includes a step of etching a silicon substrate to form a depression; a step of oxidizing the silicon substrate by heating; a step of forming an insulating film on the silicon substrate; A metal wiring by vapor deposition and a molding by etching. The method may further include a step of forming a hole at the tip of the projection and depositing a metal film, and forming a thermocouple at the tip of the projection. This manufacturing technology
This is an application of micromachining technology, and it is possible to manufacture multiple heads at once.
【０００８】これらの高密度記録用ヘッドを用いて、前
記高密度記録用ヘッドを少なくとも１つ有する記録部
と、記録媒体を高速回転させる駆動部と、記録制御を行
う制御部とを備え、高速回転する前記記録媒体に対し
て、高密度記録用ヘッドにより前記加熱することで記録
を行う記録装置を構成することができる。複数のヘッド
を有する記録部を用いて並列に書き込むことで、高速の
書き込みを行うこともできる。Using these high-density recording heads, a recording unit having at least one high-density recording head, a driving unit for rotating a recording medium at high speed, and a control unit for performing recording control are provided. A recording apparatus that performs recording on the rotating recording medium by heating the recording medium with the high-density recording head can be configured. High-speed writing can also be performed by writing in parallel using a recording unit having a plurality of heads.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を、図面を参照
して詳細に説明する。図１に、本発明でのヘッド構造の
例を示す。図１に示すように、ヘッド１００は片持ち梁
構造としている。また、ヘッド１００の先端にナノメー
タ・オーダのヒータ１２０が集積化されている。ヒータ
１２０は、ピラミッド状の突起形態として形成されてお
り、内部に金属等の導電体を含んでいる。この内部の導
電体に通電することにより、記録媒体２００を直接加熱
することができる。記録媒体２００に対する記録方式と
しては、磁気記録型および相変化型の両方に用いること
ができる。Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of a head structure according to the present invention. As shown in FIG. 1, the head 100 has a cantilever structure. A heater 120 of the order of nanometer is integrated at the tip of the head 100. The heater 120 is formed as a pyramid-shaped protrusion, and includes a conductor such as a metal inside. By applying a current to the internal conductor, the recording medium 200 can be directly heated. As a recording method for the recording medium 200, both a magnetic recording type and a phase change type can be used.
【００１０】磁気記録では、数十nmサイズのヒータ１２
０を用いて記録磁気媒体２００を加熱するとともに、電
磁コイルにより磁性媒体の磁化方向を変化させることに
より、ナノメートル・サイズのビットを書き込み・読み
出しを高速に行う。この記録方式の特徴は、そのビット
のサイズがヒータ１２０のサイズで決まってしまう点で
あり、ヒータ・サイズを小さくすれば、原理的に光を用
いた場合よりも記録密度が向上できる。読み出しは、別
に形成した磁気ヘッドを用いて行うか、ヘッドの先端の
磁性体と磁気媒体との磁気力の大きさから読み出しを行
う。磁気記録では、記録時に接触動作、読み出し時に非
接触動作を行う必要がある。In magnetic recording, a heater 12 having a size of several tens of nanometers is used.
By using 0 to heat the recording magnetic medium 200 and changing the magnetization direction of the magnetic medium with an electromagnetic coil, writing / reading of nanometer-sized bits is performed at high speed. The feature of this recording method is that the bit size is determined by the size of the heater 120. If the heater size is reduced, the recording density can be improved in principle compared to the case where light is used. Reading is performed using a separately formed magnetic head, or reading is performed based on the magnitude of the magnetic force between the magnetic material at the tip of the head and the magnetic medium. In magnetic recording, it is necessary to perform a contact operation during recording and a non-contact operation during reading.
【００１１】相変化による記録も、ヒータを有するヘッ
ドを用いて行うことができる。例えば、記録媒体２００
上のＧｅＳｂＴｅなどの相変化膜を、ヒータ１２０で融
点以上に加熱し、結晶相からアモルファス相へと変化さ
せることで記録を行うことができる。結晶化温度まで加
熱すれば消去できる。ヒータ１２０を用いて、結晶化相
とアモルファス相との熱伝導性・熱拡散性の違いを測定
し、読み出し動作を行うことができる。具体的には、結
晶化温度以下にヒータ１２０を急速に加熱して、記録媒
体の熱伝導等の差による温度変化をヒータ１２０の先端
に形成したナノサイズの熱電対を用いて測定する。熱磁
気型の読み出しは、ヘッドと媒体とを非接触動作させる
必要があるが、相変化型では接触動作でよい特徴を持
つ。なお、相変化は、他の方式例えば、ヒータ１２０と
記録媒体２００との間に電圧を印加し、ヒータ１２０と
記録媒体２００との間で流れる電流を検出することでも
検出することができる。[0011] Recording by phase change can also be performed using a head having a heater. For example, the recording medium 200
Recording can be performed by heating the above phase change film such as GeSbTe to a temperature higher than the melting point by the heater 120 and changing the phase from a crystalline phase to an amorphous phase. It can be erased by heating to crystallization temperature. Using the heater 120, the difference in thermal conductivity and thermal diffusivity between the crystallized phase and the amorphous phase can be measured, and a read operation can be performed. Specifically, the heater 120 is rapidly heated to a temperature lower than the crystallization temperature, and a temperature change due to a difference in heat conduction or the like of the recording medium is measured using a nano-sized thermocouple formed at the tip of the heater 120. The thermomagnetic readout requires a non-contact operation between the head and the medium, but the phase change type has a feature that a contact operation is sufficient. The phase change can be detected by another method, for example, by applying a voltage between the heater 120 and the recording medium 200 and detecting a current flowing between the heater 120 and the recording medium 200.
【００１２】図２（ａ）には、記録速度を向上させるた
め、複数のヒータ付ヘッド１００を用いて、並列処理も
可能な構造とした例を示している。図２（ａ）に示した
ヘッド構造は、各ヘッド１００は片持ち梁の形態で、先
端部にヒータ１２０を有している。各ヒータの周りには
コイル１３０を設けている。図２（ｂ）の先端部を拡大
した図において、ヒータ１２０の周りのコイル１３０の
構成が理解できる。このコイル１３０に、電極１４４お
よび１４６から電流を流すことで、ヒータ１２０による
加熱とともに磁場の印加を可能としている。各ヒータ１
２０への電流は、電極１４２と電極１４８（この図２
（ｃ）に示すヒータの構成の場合は、基板１６０の裏側
の配線と接続されている）との間で流されている。基板
１６０上の回路部１５０には、ヘッドの電気的制御を行
うための回路を形成することができる。図２（ｃ）は、
ヒータ１２０の具体的な構成例を示す。突起部はＳｉＯ
2と、絶縁膜として働くＳｉＯＮからなる。ヒータ１２
０の加熱部は金属（ここではＰｔ／Ｃｒ）の細い配線か
らなる。突起部の先端付近では配線が細くなっており、
この金属の配線に通電することによって、細くなってい
る部分が局所的に加熱されることで、ヒータの機能を果
たしている。ヒータ１２０における突起形態の先端は、
異種金属が接合されて熱電対となっている。この熱電対
により、パルス的に電流の大きさを変化させることによ
って加熱と温度測定を交互に行い、ヒータ１２０におけ
る加熱をモニタすることもできる。熱電対として用いる
金属は、耐薬品性のあるＰｔとＮｉで構成している。ま
た、ＳｉとＰｔの密着性を高めるためにＣｒを用いてい
る。なお、ヒータ１２０に熱電対を構成する必要の無い
場合は、Ｐｔと異種金属であるＮｉとを接続する必要は
なく、Ｐｔ層を形成してヒータ部に電流を流す構成とし
てもよい。FIG. 2 (a) shows an example in which a plurality of heads 100 with heaters are used to improve the recording speed and a structure capable of performing parallel processing. In the head structure shown in FIG. 2A, each head 100 is in the form of a cantilever, and has a heater 120 at the tip. A coil 130 is provided around each heater. 2B, the configuration of the coil 130 around the heater 120 can be understood. By applying a current to the coil 130 from the electrodes 144 and 146, heating by the heater 120 and application of a magnetic field are enabled. Each heater 1
20 is applied to electrodes 142 and 148 (FIG.
In the case of the configuration of the heater shown in (c), the heater is connected to the wiring on the back side of the substrate 160). In the circuit section 150 on the substrate 160, a circuit for performing electrical control of the head can be formed. FIG. 2 (c)
A specific configuration example of the heater 120 is shown. The protrusion is SiO
2 and SiON acting as an insulating film. Heater 12
The heating portion 0 is made of a thin metal (here, Pt / Cr) wiring. The wiring is thin near the tip of the protrusion,
By energizing the metal wiring, the thinned portion is locally heated, thereby fulfilling the function of a heater. The tip of the protrusion form in the heater 120 is:
Dissimilar metals are joined to form a thermocouple. With this thermocouple, heating and temperature measurement can be alternately performed by changing the magnitude of the current in a pulsed manner, and the heating in the heater 120 can be monitored. The metal used as the thermocouple is composed of chemically resistant Pt and Ni. Further, Cr is used to enhance the adhesion between Si and Pt. When it is not necessary to form a thermocouple in the heater 120, there is no need to connect Pt and Ni, which is a dissimilar metal, and a Pt layer may be formed to allow current to flow through the heater section.
【００１３】＜ヘッドの製作方法＞図３に、図２に示し
たヒータ１２０を含むヘッド１００の製作工程を示す。
ヘッド１００はマイクロ・マシニングにより形成するた
め、一括加工で形成できる。図３を用いて製作手順を、
以下に順を追って説明する。図３（ａ）に示すように、
まず、Ｓｉ基板１１０をエッチングし、ピラミッド状の
くぼみを加工する。その後、図３（ｂ）に示すように、
Ｓｉ基板１１０の表面を９５０℃で熱酸化する。９５０
℃の熱酸化では、ＳｉＯ2膜１１１の厚さが突起の先端
になるほど薄くなる。このため、後で説明するように、
突起先端をエッチングすると、ナノメータ・オーダの直
径の穴を開口できる。次に、図３（ｃ）に示すように、
Ｓｉ基板１１０上にＳｉＯＮ膜１１２を成膜する。その
後、図３（ｄ）に示すように、ＳｉＯＮ膜１１２上にＰ
ｔ／Ｃｒ層１１３を蒸着する。次に、図３（ｅ）に示す
ように、背面からＳｉ基板１１０をエッチングする。図
３（ｆ）に示すように、突起部の先端が出てきたところ
で、ここに穴を開ける。最後に、図３（ｇ）に示すよう
に、Ｎｉ層１１４を蒸着して、Ｐｔ／Ｃｒとの間で熱電
対を形成する。<Method of Manufacturing Head> FIG. 3 shows a process of manufacturing the head 100 including the heater 120 shown in FIG.
Since the head 100 is formed by micro-machining, it can be formed by batch processing. The production procedure is described with reference to FIG.
The description will be given in order below. As shown in FIG.
First, the Si substrate 110 is etched to process pyramid-shaped depressions. Then, as shown in FIG.
The surface of the Si substrate 110 is thermally oxidized at 950 ° C. 950
In the thermal oxidation at ° C., the thickness of the SiO 2 film 111 becomes thinner as the tip of the projection becomes closer. For this reason, as explained later,
Etching the protrusion tip can open a hole with a diameter on the order of nanometers. Next, as shown in FIG.
An SiON film 112 is formed on a Si substrate 110. Thereafter, as shown in FIG.
The t / Cr layer 113 is deposited. Next, as shown in FIG. 3E, the Si substrate 110 is etched from the back surface. As shown in FIG. 3F, when the tip of the projection comes out, a hole is made here. Finally, as shown in FIG. 3G, a Ni layer 114 is deposited to form a thermocouple with Pt / Cr.
【００１４】図４に、実際に製作したヘッドのＳＥＭ写
真を示す。図４（ａ）はＳｉＯ2の突起先端部の微小開
口を写したものである。この写真では、開口の中にＣｒ
の微小突起がつきでていることが認められる。ここにＮ
ｉを蒸着し、熱電対を形成しているのである。図４
（ｂ）は片持ち梁先端部を上から見た写真である。ピラ
ミッド状にくぼんでいる底部にヒータが形成されてい
る。くぼみ内部にはＳｉＯ2による段差が確認できる。FIG. 4 shows an SEM photograph of the actually manufactured head. FIG. 4A is a photograph of a minute opening at the tip of the SiO 2 protrusion. In this photo, Cr
It can be seen that the micro projections are attached. Where N
i is deposited to form a thermocouple. FIG.
(B) is a photograph of the cantilever tip viewed from above. A heater is formed at the bottom of the pyramid. A step due to SiO 2 can be confirmed inside the depression.
【００１５】＜記録装置＞図５に、上述の複数のヘッド
１００を用いた記録装置３００の構成例を示す。このシ
ステムでは、静電浮上および回転用電極３４０による静
電浮上により、浮上ディスク３２０（記録媒体２００）
を浮上させて高速に回転させる機構を用いている。ま
た、ヘッド１００を複数並べて、トラッキング動作を行
う必要がない構造を取っている。なお、記録媒体（ディ
スク）を駆動する駆動系は、図示した静電浮上の構成に
限らず、ヘッドに対して相対的に移動させることができ
るものでよい。<Recording Apparatus> FIG. 5 shows a configuration example of a recording apparatus 300 using the above-described plurality of heads 100. In this system, the floating disk 320 (recording medium 200) is formed by electrostatic levitation and electrostatic levitation by the rotating electrode 340.
A mechanism is used to levitate and rotate at high speed. In addition, a structure in which a plurality of heads 100 are arranged and it is not necessary to perform a tracking operation is adopted. The drive system for driving the recording medium (disk) is not limited to the electrostatic levitation configuration shown in the figure, but may be any that can be moved relative to the head.
【００１６】[0016]
【発明の効果】微少構成のヒータを有するヘッドにより
記録媒体を直接加熱することで記録しているので、高密
度に記録することができる。According to the present invention, recording is performed by directly heating a recording medium by a head having a minutely configured heater, so that high-density recording can be performed.
【図１】本発明のヘッドの構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a head of the present invention.
【図２】本発明のヘッドの具体的構成の例を示す図であ
る。FIG. 2 is a diagram showing an example of a specific configuration of a head according to the present invention.
【図３】本発明のヘッドの製造方法の例を示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a method for manufacturing a head according to the present invention.
【図４】製造されたヘッドの写真を示す図である。FIG. 4 is a view showing a photograph of a manufactured head.
【図５】本発明のヒータを有するヘッドを用いた記録装
置の構成例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a recording apparatus using a head having a heater according to the present invention.
１００ ヘッド １１０ シリコン基板 １１１ ＳｉＯ2層 １１２ ＳｉＯＮ膜 １１３ Ｐｔ／Ｃｒ層 １１４ Ｎｉ層 １２０ ヒータ １３０ コイル ２００ 記録媒体 ３００ 記録装置 ３２０ 浮上ディスク ３４０ 回転用電極REFERENCE SIGNS LIST 100 head 110 silicon substrate 111 SiO 2 layer 112 SiON film 113 Pt / Cr layer 114 Ni layer 120 heater 130 coil 200 recording medium 300 recording device 320 floating disk 340 electrode for rotation
Claims (7)
するための高密度記録用ヘッドであって、 内部に導電体を有する、前記記録媒体に対して突き出た
突起部を有し、 前記突起部の先端付近の前記導電体は細くなっており、 前記導電体に通電することによって、細くなっている部
分が局所的に加熱されることを特徴とする高密度記録用
ヘッド。1. A high-density recording head for recording by applying heat to a recording medium to cause a change, comprising: a projection that has a conductor inside and protrudes from the recording medium; The high-density recording head according to claim 1, wherein the conductor near the tip of the protrusion is thin, and when the conductor is energized, the thin part is locally heated.
て、 前記突起部の周囲に金属コイルを有し、 金属コイルに通電することで、前記記録媒体に磁束を印
加することを特徴とする高密度記録用ヘッド。2. The high-density recording head according to claim 1, wherein a metal coil is provided around the projection, and a magnetic flux is applied to the recording medium by energizing the metal coil. High-density recording head.
において、 前記導電体は金属であり、前記突起部の先端で異種の金
属との間で熱電対を形成しており、 前記熱電対により、温度変化を検出できることを特徴と
する高密度記録用ヘッド。3. The high-density recording head according to claim 1, wherein the conductor is a metal, and a thermocouple is formed at a tip of the protrusion with a different kind of metal. A high-density recording head characterized in that a temperature change can be detected by a pair.
いて、 前記突起部は酸化シリコンで構成され、酸化シリコン内
部に導電体を有していることを特徴とする高密度記録用
ヘッド。4. The high-density recording head according to claim 1, wherein said projection is made of silicon oxide, and has a conductor inside the silicon oxide.
ップと、 加熱してシリコン基板を酸化するステップと、 シリコン基板上に絶縁膜を形成するステップと、 シリコン基板に蒸着により導電体を形成するステップと
を備えることを特徴とする高密度記録用ヒータの製造方
法。5. A method for manufacturing a high-density recording head, comprising the steps of: etching a silicon substrate to form a dent; heating; oxidizing the silicon substrate; and forming an insulating film on the silicon substrate. And a step of forming a conductor on the silicon substrate by vapor deposition.
方法において、 前記導電体は金属であり、さらに、突起部先端に穴をあ
けて、金属膜を蒸着するステップを備え、 突起部の先端に熱電対を形成することを特徴とする高密
度記録用ヘッドの製造方法。6. The method for manufacturing a high-density recording head according to claim 5, wherein the conductor is a metal, and further comprising a step of forming a hole at a tip of the projection and depositing a metal film. Forming a thermocouple at the tip of the head.
録用ヘッドを用いる記録装置であって、 前記高密度記録用ヘッドを少なくとも１つ有する記録部
と、 記録媒体を高速回転させる駆動部と、 記録制御を行う制御部とを備え、 高速回転する前記記録媒体に対して、高密度記録用ヘッ
ドにより前記加熱することで記録を行うことを特徴とす
る記録装置。7. A recording apparatus using the high-density recording head according to claim 1, wherein a recording unit having at least one high-density recording head and a recording medium are rotated at a high speed. A recording apparatus comprising: a driving unit; and a control unit that performs recording control, and performs recording on the recording medium that rotates at a high speed by heating the recording medium with a high-density recording head.
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