KR20020042641A - 열지원 자기기록용 기록 헤드 - Google Patents

Abstract

저장매체(5) 상에 열지원 자기기록을 하는 기록 헤드(3)가 개시된다. 이 헤는, 기록 자극(7a)이 끝 부분에 위치하는 기록 자속 가이드(7)를 갖는 자기회로를 포함하는 유도부와, 광학 출구(11a)가 끝 부분에 위치하는 광학 가이드를 포함하는 광학부를 갖는다. 광학 가이드는 자기회로의 옆에 배치되고 선택된 파장에 대해 투명한 광학층(11)에 해당한다. 광학층은 2개의 클래딩층 사이에 삽입되는데, 이들 클래딩층 중에서 한 개는 자기회로의 기록 자속 가이드로 이루어지고, 나머지 한 개는 광학층의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 층으로 이루어진다. 이 기록 헤드는, 열지원 기록과정에서, 저장매체의 최대 에너지 흡수 순간과 매체 상의 기록 순간 사이에 경과하는 시간을 최소화할 수 있도록 한다.

Description

열지원 자기기록용 기록 헤드{RECORD HEAD FOR THERMALLY ASSISTED MAGNETIC RECORDING}

본 발명은, 저장매체 상에 열지원 자기기록을 하며, 헤드면를 갖고, 기록 자극이 끝 부분에 위치하는 기록 자속 가이드를 갖는 자기회로를 포함하는 유도부와, 헤드면에 있는 광학 출구가 끝 부분에 위치하는 광학 가이드를 포함하는 광학부를 구비하되, 광학 가이드는 자기회로 옆에 배치되며 주어진 파장에 투명한 광학층이고, 광학층은 이 광학층의 굴절률의 실수부보다 작은 실수부를 지닌 굴절률을 갖는 2개의 클래딩층 사이에 삽입되도록 구성된 기록 헤드에 관한 것이다.

이와 같은 헤드의 일 실시예는 US 특허 5,317,800에 공지되어 있는데, 이 문헌에는 광자기 물질의 기록매체와 상호작용하는 일체화된 광자기 판독 및 기록 헤드가 개시되어 있다. 이와 같은 매체는, 물질의 자화 방향에 대응하는 이진 데이터를 자구의 형태로 저장할 수 있다. 사용된 매체는 수직 자기기록에 적합하다. 외부 자기장의 영향하에서, 외부 자기장이 광자기 물질의 보자력을 초월하면, 상기한 자구들이 외부 자기장과 동일한 방향으로 배향된다. 특정한 위치로 배향된 자구에 대해, 적절한 자기장이 이 자구를 반대방향으로 전환할 수 있다. 자화의 전환을 제어하기 위해, 광자기 물질은, 상온으로부터 특정한 값으로 온도가 상승할 때, 그것의 보자력이 감소하도록 선택된다. 종래의 광자기 헤드는, 매체의 한 구역을 가열하여이 구역에서의 자화가 전환될 수 있도록 하는 광학 서브조립체를 갖는다. 종래의 헤드는, 전환하는 자기장을 발생하는 자기 서브조립체를 더 구비한다. 광학 서브조립체는, 광학 가이드의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 2개의 투명층 사이에 삽입된 광학층으로 이루어진 광학 가이드를 구비한다. 상기한 2개의 층 뿐만 아니라, 광학층도 특정한 파장을 갖는 빛에 투명하다. 자기 서브조립체는 하부 자극 부분과 상부 자극 부분을 갖는 자기회로를 구비한다. 하부 자극 부분은, 상기한 투명층들 중에서 한 개의 투명층에 인접하고, 광학 가이드의 광학 출구에 대해 뒤쪽에 설치되며 이 광학 출구로부터 비교적 큰 길이방향의 거리에 배치된 말단 자극이 끝 부분에 놓이는데, 이때 이 거리는 주로 하부 자극 부분에 인접한 투명층의 두께에 의해 좌우된다. 종래의 헤드는, 자극 아래의 자기장의 수직 성분과 광학 출구 아래의 자기장의 수직 성분의 비율이 비교적 작도록 하는 자기장을 제공해야만 한다.

하이브리드 기록은 열지원 자기기록의 한가지 형태로, 저장매체를 국부적으로 가열하기 위해 보통 레이저 스폿이 사용된 후, 기록과정과 그후의 급속 냉각과정이 이어진다. 이와 같은 종류의 기록은, 상온에서 비교적 높은 자기 이방성을 갖고, 이에 따라 우수한 열 안정성을 갖는 저장매체를 사용할 수 있도록 하는 한편, 기록온도에서의 보자력과 이에 따른 이방성은 구현가능한 기록 헤드를 사용하여 기록하기에 충분히 작다. 종래의 종방향 기록에 대해 면 비트 밀도의 이득을 얻을 수 있지만, 이와 같은 이득은 기록 후의 냉각시간에 크게 의존한다. 적절히 설계된 시스템에 대해, 이것은 본 명세서에서는 지연시간 t=d/v로 불리는 가열과 기록 사이의 시간의 크기로서 추정될 수 있는데, 이때 d는 광학 출구와 기록 자극 사이의 종방향 거리이고, v는 저장매체의 선밀도이다. 이것은 다음과 같이 이해할 수 있다. 기록 후에 냉각시간을 증가시키면, 최대 가능 면 비트 밀도가 줄어든다. 이것은, 기록 순간과, 저장매체의 보자력과 자기 이방성이 매체 상의 기록된 자화 패턴의 열 안정성을 확보하기에 충분히 큰 값으로 온도가 감소하는 순간 사이의 시간에 해당한다. 이 시간은 매체의 유효 열 확산도를 증가시킴으로써 줄어들 수 있다. 그러나, 이것이 가열과 기록 사이의 시간보다 훨씬 짧은 냉각 시간을 제공하는 경우에는, 가열과 기록 사이의 냉각과정이 이미 중요한 의미를 갖게 된다. 이와 같은 효과는, 비교적 높은 가열 온도, 특히 기록 중의 매체의 온도보다 상당히 높은 온도를 필요로 할지도 모른다. 그러나, 높은 가열 온도는 실제적으로는 매체의 과열을 일으킬 수 있으며, 이 과열은 인접하는 트랙들 상의 비트 패턴의 증가된 열적 완화를 일으킨다. 더구나, 이와 같은 과정은 많은 에너지를 필요로 한다. 전술한 내용으로부터, 지연시간을 줄임으로써 최대 가능 면 비트 밀도가 증가될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 이와 관련하여, 일반적으로, 매체가 최대 온도에 도달하는 순간은 최대 에너지 흡수 순간 이후에 일어난다는 점에 주목하기 바란다. 이와 같은 효과는 소위 페크레이수(Peclet number) Pe≡Lv/2D≥1일 때에 현저하게 되는데, 이때 L은 트랙 길이 방향으로 측정된 광 스폿 치수 - 반치전폭(full width at half maximum)이고, v는 저장매체의 선밀도이며, D는 매체의 유효 열 확산도이다. 그러나, 실제 조건하에서는 Pe≤1이며, 최대 온도의 위치와 최대 에너지 흡수의 위치 사이의 거리는 L보다 훨씬 작다.

결국, 본 발명의 목적은, 열지원 기록과정에서, 저장매체의 최대 에너지 흡수 순간과 매체 상의 기록 순간 사이에 경과하는 시간을 최소화할 수 있도록 하는, 서두에 기재된 형태를 갖는 기록 헤드를 제공함에 있다.

상기한 목적은, 상기 클래딩층들 중에서 한 개의 클래딩층이, 자기회로의 기록 자속 가이드, 및/또는 광학층과 기록 자속 가이드 사이에 삽입된 금속층으로 구성된 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 기록 헤드에 의해 달성된다. 이와 같은 구성으로 인해, 본 발명에 따른 헤드에 있어서 광학 출구와 기록 자극이 서로 매우 근접하므로, 본 발명에 따른 헤드를 사용하는 기록과정에서 매체의 한 구역의 가열과 가열된 구역에의 정보의 기록 사이의 시간이 매우 짧아진다. 본 발명에 따른 헤드는 열지원 수직 자기기록에 매우 적합한데, 이 경우에 종 방향에서, 즉 헤드면에 평행하게, 그리고 매체의 트랙방향에서 보았을 때, 기록 자극의 두께가 매체 상의 비트들 사이의 전이점들 사이의 최단 거리에 근접할 수 있다. 기록 자극의 두께는, 100 Gbit/in²의 기록밀도의 경우에 예를 들면 단지 40 nm 및 그 이하일 수 있다. 저장매체의 선밀도가 20 내지 50 m/s의 차수를 갖는 경우에, 이것은 0.8 내지 2 ns의 지연 시간을 제공한다. 본 발명에 따른 헤드를 사용한 기록 시스템이 적절히 설계되었다고 가정하면, 즉 기록후의 유효 냉각시간이 지연시간과 동일한 차수의 크기를 갖는다고 가정하면, 하이브리드 수직 기록은 상당한 면 밀도 증가를 일으킬 수 있다. 종래의 종방향 자기 기록에 대해 5 내지 6배의 밀도 이득이 얻어질 수 있다.

광학층과 기록 자속 가이드 사이에 있는 금속층이 클래딩층으로 적용되는 경우에, 금속층의 두께는 100 nm보다 작은 것이 바람직하다. 바람직하게는, 사용된 파장에 대해 굴절률의 실수부는 0.5보다 작다. 금속층으로 적합한 물질로는 예를들면 은 또는 알루미늄을 들 수 있다. 금속층은 광학층과 직접 접촉하거나, 점착층과 같은 서브층이 사용될 수 있다. 금속층이 사용되지 않는 경우에는, 기록 자속 가이드가 광학층과 직접적으로 또는 간접적으로 접촉할 수 있다. 사용된 파장에 대해 0.5보다 작은 실수부를 지닌 굴절률을 갖는 상기 금속층의 경우에는, 광학 가이드의 광학 모드들 중 한가지, 소위 TM0 코드에 대해, 광 출력의 매우 큰 부분이 저굴절률층, 즉 금속층을 통해 전달되는 것으로 밝혀졌다. 이와 같은 구성은, 이와 같은 층이 존재하지 않는 경우에 가능할 수 있는 값보다 더 짧은 유효 지연시간을 제공하게 된다. 추가적인 이점은, 금속층의 두께를 변화시킴으로써 자속 가이드 물질의 직접 광 여기가 변동될 수 있으며, 금속층이 Ag 또는 Al 등의 우수한 열 전도체로 제조된 경우에, 자속 가이드의 온도가 제어될 수 있다는 것이다.

본 발명에 따른 기록 헤드에 있어서, 기록 자극과 광학 출구는 바람직하게는 헤드면에 배치된다. 연자성 서브층을 갖는 저장매체의 경우에 이와 같은 구성이 매우 중요하다. 헤드면에 기록 자극을 배치하는 것은, 기록 자극과 연자성 서브층 사이의 거리를 최소화하며, 이에 따라 기록이 일어나는 기록 자극의 하강 모서리(trailing edge)의 자기장 성분을 최소화한다. 이것은 연속적인 기록 구역들 사이에 매우 좁은 전이를 발생한다.

자기회로의 기록 자속 가이드로 이루어진 클래딩층은 자기층, 일반적으로 금속층이다. 기록 자속 가이드로 이루어지지 않은 클래딩층은, 광학층의 투명 물질의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 유전물질로 이루어진 층 또는 기판일 수 있다. 이와 같은 유전물질로는, 예를 들면 SiO₂를 들 수 있다.

데이터의 하이브리드 변환을 가능하게 하기 위해 광자기 데이터 저장 시스템에 사용되는 종래의 판독/기록 헤드는 PCT 출원 WO 99/35643에 개시되어 있다는 점에 주목하기 바란다. 이와 같은 종래의 헤드는 자기 요크와 광학 채널을 갖는다. 자기 요크는 거의 동일한 두께를 갖는 2개의 자극층을 포함하며, 이들 자극층들은 비금속 기록 간극을 정의한다. 광학 채널은 자기 요크 내부에, 즉 2개의 자극층 사이에 형성되며, 상기한 자극층들 중에서 한 개를 따라 연장되며, 특히 광학 채널은 기록 간극 내부에 형성된다. 저장매체의 기록 구역의 가열과 기록과정 사이의 짧은 지연시간이 구현될 수 있기는 하지만, 이와 같은 종래의 헤드는, 100 Gbit/in²또는 그 이상의 면 밀도가 요구되는 경우에는, 기록 간극을 통한 빛의 전달면에서 상당히 비효율적이다. 이와 같은 고밀도의 경우에, 간극 길이, 즉 헤드에 대해 저장매체의 속도 방향에서 본 기록 간극의 치수는, 예를 들면 청색 레이저에서 발생된 빛의 400 nm인 파장의 1/4에 해당하는 100 nm 및 그 이항의 크기를 가져야 하는 한편, 간극 폭, 즉 간극 길이에 수직한 기록 간극의 치수는 160 nm보다 작아야 한다. 따라서, 빛을 통과시키는데 사용될 수 있는 개구가 작다.

본 발명에 따른 기록 헤드의 일 실시예는, 기록 자속 가이드 및/또는 금속층으로 이루어진 클래딩층이 박막층인 것을 특징으로 한다. 이와 같은 층은 통상적인 박막 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 기록 자속 가이드에 적합한 자기 물질은, 예들 들면, Ni₈₀Fe₂₀또는 Ni₄₅Fe₅₅등의 Ni-Fe 합금이다. 광학층 그 자체와 다른 클래딩층도 박막층인 것이 바람직하다. 광학층은 Si₃N₄등의 투명 물질로 형성되며,후자의 클래딩층은 광학층의 투명물질의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 SiO₂등의 유전물질로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 기록매체의 일 실시예는 청구항 3에 기재된 것과 같은 특징을 갖는다.

광학 가이드 상의 클래딩층으로서 기록 자속 가이드를 사용하면, 이 자속 가이드의 가열이 일어날 수 있다. 사용하는 동안 자속 가이드를 가열하는 예기치 못한 효과는 다음과 같은 이유로 유리하게 작용한다. 현재 사용된 기록 헤드들로부터의 기록장(write field)은, 가장 높은 알려진 포화자화 Ms를 갖는 물질로 이루어진 기록 자속 가이드가 사용될 수 있는 경우에 얻어질 수 있는 궁극적인 기록장과 다르다. 이와 같은 포화자화는 Fe₆₅Co₃₅합금에 대해 약 1900 kA/m가 된다. 현존하는 헤드에서, 자속 가이드는 일반적으로 단지 1200 kA/m의 포화자화를 갖는다. 최대 면밀도는 Ms^4/3에 비례하므로, 1.8배의 최대 밀도 향상이 가능하게된다. 비교적 높은 포화자화를 갖는 공지된 자기물질의 단점은, 그들의 자기 이방성(과 자왜)이 기록 헤드에 실제 사용하기에는 너무 높다는 것이다. 수많은 물질에 대해, 온도가 증가하면 자기 이방성이 크게 떨어지는 한편, 큐리 온도가 충분히 높으면, 포화자화가 온도 상승에 의해 거의 영향을 받지 않는다는 것은 공지되어 있다. 이것은, 예를 들면 소위 나노-Fe형 연자성 물질의 경우에 해당하는데, 이에 대해서는 유효 이방성이 K^2.5에 비례하며, 이때 K는 실제 이방성을 나타낸다. 이들 물질은 무작위로 배향된 결정립을 가지며, 이들 결정립은 입계를 가로질리는 교환 상호작용에 의해 자기적으로 결합되고, 동일한 조성을 갖는 단결정 물질에 대한 자구 벽 두께보다 작은 평균 입경을 갖는다. 100-200℃에서, 전술한 물질의 이방성은 실온에서 보다 낮은 수십 퍼센트가 될 수 있는 한편, 포화자화는 거의 줄어들지 않는다. 본 발명에 따른 기록 헤드는, 기록 자속 가이드의 가열로 인해, 궁극적인 물리적 한계에 근접한 포화자화를 갖는 자속 안내부제 물질의 도입하는 것이 가능하게 한다. 이와 관련하여, 기록 자속 가이드 또는 그것의 일부는 자기회로의 나머지 부분의 자기물질과 다른 자기물질로 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 기록 헤드의 일 실시예는 청구항 5에 기재된 것과 같은 특징을 갖는다.

더구나, 본 발명은 본 발명에 따른 기록 헤드를 구비한 슬라이더에 관한 것이다.

더구나, 본 발명은, 정보를 저장매체에 자기 기록, 특히 수직 기록하는 시스템에 관한 것으로, 이 시스템은 본 발명에 따른 슬라이더 상에 본 발명에 따른 기록 헤드를 구비한다. 이 시스템은 오디오, 비디오 또는 데이터 저장 시스템일 수 있다. 저장매체는 디스크일 수 있다. 필요한 경우에, 이 시스템은 저장매체로부터 정보를 판독하는 판독장치를 구비할 수 있다.

청구항들을 참조하면, 복수의 청구항들에 기재된 것과 같은 다수의 특징부가 조합하여 발생될 수 있다는 점에 주목하기 바란다.

본 발명의 전술한 발명내용과 또 다른 발명내용은, 이하에서 설명되는 실시예를 참조하여 명백해질 것이다.

도면에 있어서,

도 1은 본 발명에 따른 슬라이더의 일 실시예의 개략적 단면도를 나타낸 것이고,

도 2는 본 발명에 따른 시스템의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 슬라이더(1)는, 저장매체(5) 상에 열지원 수직 자기기록을 하도록 의도된 본 발명에 따른 일체화된 기록 헤드(3)를 구비한다. 이와 같은 매체는, 수직으로 정보가 기록될 수 있는 기록층(5a)과, 연자성 서브층(5b)을 갖는다. 기록중에, 매체(5)는 기록 헤드(3)에 대해 선속도 v로 움직인다. 기록 헤드(3)는, 헤드면(3a)을 갖고, Ni₄₅Fe₅₅등의 금속 물질로 이루어진 자기 요크의 형태를 갖는 자기회로를 포함하는 유도부를 갖는다. 이와 같은 요크는 기록 자속 가이드(7)와 궤환 자속 가이드(9)를 가지며, 기록 자속 가이드(7)는 기록 자극(7a)에서 끝난다. 기록 헤드(3)는, 광학 출구(11a)가 끝 부분에 놓이는 광학층(11)으로 이루어진 평판 광학 가이드를 포함하는 광학부를 더 갖는다. 광학층(11)은 한 개, 또는 필요한 경우에는, 다수의 선택된 파장에 대해 투명하다. 본 실시예에 있어서, 광학층(11)은 Si₃N₄로 이루어진 박막층으로, 400 nm의 파장을 갖는 빛(13)에 대해 투명하다. 광학층(11)은, 기록 자속 가이드(7)와 기판(15) 각각이 광학층(11) 상에서 클래딩층 17 및 19를 각각 형성하도록, 슬라이더(1)의 기록 자속 가이드(7)와 기판(15)사이에 삽입된다. 이것은, 기록 자속 가이드(7)로 이루어진 클래딩층(17)이 자기, 특히 금속층이라는 것을 의미한다. 기판(15)은, 기판(15)으로 이루어진 클래딩층(19)이 광학층(11)의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖도록 하는 특성을 지닌 유전물질, 본 실시예에 있어서는 SiO₂로 이루어진다. 본 실시예에 있어서, 클래딩층(17)은 박막기술을 사용하여 형성되고, 자기 요크의 나머지 부분의 자기물질보다 높은 포화자화를 갖는 Fe 및 Ni의 합금 등의 자기물질로 구성된다. 광학 출구(11a)와 마찬가지로, 자극(7a)은 헤드면(3a)에 놓인다. 자극과 광학 출구는 초점이온빔(Focus-Ion-Beam) 공정에 의해 형성되는데, 이 방법은 사용중에 광 스폿과 기록장의 우수한 정렬을 보장한다.

또 다른 실시예에 있어서는, 광학층(11)과 기록 자속 가이드(7) 사이에 금속층이 삽입되는데, 이 금속층은 사용된 파장에 대해 0.5보다 작은 실수부를 갖는 굴절률을 지닌 Ag 등의 금속으로 형성될 수 있다.

도 2에 도시된 본 발명에 따른 시스템은, 저장매체, 특히 광자기 디스크 등의 디스크 형태의 정보매체(204)를 지지하는, 프레임(200)과 이 프레임(200) 내부에 회전가능하게 장착된 스핀들(202)을 구비한다. 이 정보매체(204)는 일체화된 매체 또는 착탈가능한 매체일 수 있다. 이 시스템은 레이저 발생원과 본 발명에 따른 기록 헤드(208)를 갖는 슬라이더를 지지하는 스윙암(206)을 더 구비한다. 기록 헤드를 갖는 슬라이더는 도 1에 도시된 것과 같이 설계될 수 있다. 또한, 스핀들(202)과 아암(206)을 구동하기 위한 구동장치가 설치된다. 동작상태에서, 기록 헤드(208)는 회전하는 정보매체(204)에 정보를 열지원 기록하기 위한 기록장을발생하며, 이 헤드는 정보매체(204)의 반대편에 배치되어 매체(204)에 대해 거의 반경방향으로 움직인다. 이 시스템은, 유도형 헤드와 같은 판독장치를 구비할 수 있다. 도시된 시스템은 데이터 저장 시스템이지만, 예를 들면 오디오 및/또는 비디오 시스템이 될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 시스템은 카드 또는 테이프로부터 정보를 판독하는 시스템일 수 있다.

마지막으로, 본 발명에 따른 기록매체의 기본적인 특징은 광학 출구와 자극 사이의 거리가 대단히 작아, 전술한 것과 같은 효과를 제공한다는 점에 주목하기 바란다. 본 발명의 범주 내에서 본 명세서에 개시된 개념의 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (9)

1. 저장매체 상에 열지원 자기기록을 하며, 헤드면를 갖고, 기록 자극이 끝 부분에 위치하는 기록 자속 가이드를 갖는 자기회로를 포함하는 유도부와, 헤드면에 있는 광학 출구가 끝 부분에 위치하는 광학 가이드를 포함하는 광학부를 구비하되, 광학 가이드는 자기회로 옆에 배치되며 주어진 파장에 투명한 광학층이고, 광학층은 이 광학층의 굴절률의 실수부보다 작은 실수부를 지닌 굴절률을 갖는 2개의 클래딩층 사이에 삽입되도록 구성된 기록 헤드에 있어서,

   상기 클래딩층들 중에서 한 개의 클래딩층이, 자기회로의 기록 자속 가이드, 및/또는 광학층과 기록 자속 가이드 사이에 삽입된 금속층으로 구성된 것을 특징으로 하는 기록 헤드.
2. 제 1항에 있어서,

   기록 자속 가이드 및/또는 금속층으로 이루어진 클래딩층이 박막 자기층인 것을 특징으로 하는 기록 헤드.
3. 제 1항에 있어서,

   기록 자속 가이드로 이루어진 클래딩층은, 자기회로의 나머지 부분의 자기물질보다 높은 포화자화를 갖는 자기물질로 제조된 것을 특징으로 하는 기록 헤드.
4. 제 1항에 있어서,

   기록 자극과 광학 출구는 헤드면에 배치된 것을 특징으로 하는 기록 헤드.
5. 제 1항에 있어서,

   자기회로는 궤환 자속 가이드를 갖고, 기록 자속 가이드의 두께는 궤환 자속 가이드의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 기록 헤드.
6. 청구항 1 내지 5 중에서 한 항에 기재된 기록 헤드를 구비한 슬라이더.
7. 정보를 저장매체에 자기 기록하는 시스템에 있어서,

   청구항 1 내지 5 중에서 어느 한 항에 기재된 기록 헤드, 또는 청구항 6에 기재된 슬라이더를 구비한 것을 특징으로 하는 시스템.
8. 제 7항에 있어서,

   저장매체로부터 정보를 판독하는 판독장치를 구비한 것을 특징으로 하는 시스템.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 시스템은 수직 자기기록용 시스템인 것을 특징으로 하는 시스템.