信息存储载体、信息存储装置及存储方法

专利名称：信息存储载体、信息存储装置及存储方法
技术领域：
本发明涉及至少具有2层磁膜的超高密度存储用信息存储载体、信息存储装置及存储方法，尤其涉及通过光照射和外加磁场高密度地进行信息存储的信息存储载体及信息存储装置和适合高密度存储的存储方法。
为实现磁存储器的高密度存储化，期待之事有四，(1)缩小磁盘与磁头间的距离；(2)增大磁存储载体的顽磁力；(3)实现信号处理方法高速化；(4)开发热波动小的载体。
在磁存储载体中，要实现高密度存储，尤其是超过50Gbits/inch2(约7.75Gbits/cm2)的面存储密度，必须将存储时或清除时磁层中产生磁性颠倒的单元(磁束)做得更小，或将其分布进行精密的控制。而要将磁束做小，必须将构成磁层的晶粒细微化，或者将构成磁束的晶粒数加以减少。
在将晶粒细微化时，从降低热波动的观点来看，降低晶粒粒径的离差也很重要。因为微小的晶粒容易产生热波动，所以必须将晶粒粒径控制在一定大小以上。而晶粒粒径增大到超过必要大小时，当晶粒粗大化后，在进行高密度存储后的信息再生时，会产生噪声增大的问题。因此，必须对构成磁层的晶粒的大小及其分布进行严格的控制。作为实现此工作的尝试，有诸如美国专利第4652499号所公开的在基板与磁层之间设置薄膜的建议。
然而，通过在上述的基板上的薄膜来设置磁层的方法对于控制磁层中的晶粒粒径及其分布是有局限的。例如，即使以超过50Gbits/inch2(约7.75Gbits/cm2)的存储密度进行信息存储，也难以充分抑制由载体产生的噪声或热波动。
另外，为了获得粒径在10nm左右的磁层晶粒，即使将薄膜材料、成膜条件、薄膜结构等进行调整，得到的晶粒粒径的分布也呈火山山麓形的广阔高斯分布，10nm的2倍左右粗大化的晶粒和10nm的二分之一左右微细化的晶粒相当地混杂。晶粒中大于平均粒径的晶粒在存储/再生时会引起噪声的增大，小于平均粒径的晶粒在存储/再生时会增大热波动。
为了抑制这种热波动的发生、使微小的晶粒稳定地存在，提高磁层的顽磁力是有利的。而一旦提高磁层的顽磁力，则不得不强化由磁头产生的磁场，有时使用目前的磁头难以进行信息存储。于是便出现了在信息存储时通过光照射将磁层加热，临时性地降低顽磁力，通过在顽磁力下降了的区域上外加磁场来进行信息存储的建议被提出。这种存储方式被称为“热辅助式磁存储”，尽管是提高了磁层顽磁力的磁存储载体，由于在信息存储时通过光照射加热使存储层的顽磁力降低，所以即使目前的磁头也能进行信息存储。但因为热辅助式磁存储方式必须使光照射区域与外加磁场的区域准确一致，所以要求将磁头与光头进行高精度地定位。因此存在存储头的结构复杂化、制造成本提高的问题。
本发明的目的之二在于提供一种热稳定性良好的和具有高可靠性的信息存储装置。
本发明的目的之三在于提供一种信息存储载体，其能够在用于信息存储的磁膜上以50Gbits/inch2(约7.75Gbits/cm2)以上的超高存储密度进行信息存储。
本发明实施例1提供一种信息存储载体的存储方法，其设有第1磁膜及第2磁膜，其特征在于，包括在上述信息存储载体上外加磁场并在第2磁膜上存储信息；在存储该信息的区域进行激光照射；将第2磁膜上存储的信息在第1磁膜上进行磁性复制。
本发明的存储方法的特征是，在信息存储载体的第2磁膜上，通过诸如磁头外加与存储信息对应的极性磁场，并进行信息存储(试写存储)。在这种信息存储之后，在已存储了信息的区域(下称信息存储区域)，通过诸如光头进行激光照射，使第2磁膜上存储(试写存储)的存储信息在第1磁膜上进行磁性复制并将信息保持在第1磁膜(正式存储)上。换句话说，本发明的存储方法包括两个独立过程，即为将信息存储在第2磁膜上，外加对应存储信息的磁场的磁场外加过程，以及为将第2磁膜上存储的信息磁性复制到第1磁膜上，在已存储了信息的区域进行激光照射的激光照射过程，通过相对磁场外加将激光进行后照射(post-irradiation)来进行信息存储。
在本发明的存储方法中，能使信息存储载体对于外加磁场及激光做相对移动，边行外加磁场边存储信息，同时在存储了该信息的区域进行激光照射。此情况下，当使信息存储载体对于外加磁场及激光做相对移动时，磁场的外加先行于激光照射进行是较好的。由此，就能将由磁场的外加进行的向第2磁膜的存储和由激光照射进行的从第2磁膜向第1磁膜的信息复制平行地进行。
另外，通过磁场外加将信息存储在第2磁膜上，在自完成存储经过一定时间后向信息存储区域进行激光照射，即进行从第2磁膜向第1磁膜的信息复制也是可以的。也就是说，先将信息连续地存储到第2磁膜上，在第2磁膜上积累了一定量的信息之后，且在没有进行向信息存储载体的信息存储或再生时，对信息存储区域进行激光照射，使第2磁膜上积蓄的信息集中地磁性复制到第1磁膜上也是可以的。这样，由于由磁场外加的第2磁膜的信息存储的定时(timing)与由激光照射的从第2磁膜向第1磁膜的信息复制的定时(timing)相独立，因此能够在不对传输性能产生不良影响的条件下将第2磁膜的信息复制到第1磁膜上。
这里，关于本发明存储方法的原理参照图3加以说明。以下说明中将具有如下磁特性的磁存储载体作为一例。如图3所示，磁存储载体将第1磁膜2和第2磁膜4相接而设。第1磁膜2是在室温下具有高顽磁力和低饱和磁化，是热稳定性高的磁膜。另一方，第2磁膜4具有低顽磁力和高饱和磁化，是最适合存储再生的磁膜。图中，磁存储载体为相对光头55及磁头53在画面左右方向上移动的物体。
令磁头53在磁存储载体上运行，当在磁存储载体上外加对应于存储信息的来自磁头53的极性磁场时，由于第2磁膜4具有低顽磁力，所以在第2磁膜4上便形成对应存储信息的极性磁区11。另一方，由于第1磁膜2具有高顽磁力，所以不受来自磁头53的磁场极性的影响，第1磁膜2上仍然保持从前形成的存储信息的磁区12。
当磁存储载体的存储了信息的区域(信息存储区域)移动到光头55的正下方时，通过光头物镜64发出的聚焦激光便对信息存储区域进行加热。这里，光头64发出的激光优选能呈聚光在第1磁膜2上进行照射。通过这种激光照射的加热，信息存储区域中的第1磁膜2的顽磁力下降。其结果是作用于第1磁膜2与第2磁膜4之间作用的磁性结合力比第1磁膜2的顽磁力作用更强，第2磁膜4上形成的磁区13磁性地复制到第1磁膜2上并在第1磁膜2上形成与第2磁膜的磁区13相同极性的磁区14。也就是说，存储于第2磁膜4上的信息通过光头64存储到第1磁膜2上。激光照射后，因为第1磁膜的温度变为接近室温，所以第1磁膜在其饱和磁化下降的同时顽磁力上升。这样，激光照射的第1磁膜以保持与第2磁膜上存储的信息相同的信息的状态而稳定化。另外，通过作用于第1磁膜与第2磁膜之间作用的磁性结合力，使第1磁膜上存储的信息也实现了稳定化。根据这一原理能在信息存储载体上存储信息。
本发明实施例2提供了一种信息存储装置，其具有存储信息的信息存储载体、用于进行信息存储的磁头、用于在上述信息存储载体上照射激光的光头、用于使上述信息存储载体相对磁头及光头做相对移动的驱动装置，在进行上述相对移动时，由上述光头在上述磁头存储了信息的区域上照射激光。
本发明的信息存储装置通过驱动装置使信息存储载体对应于磁头及光头做相对移动，其配置有在信息存储载体的预定区域用磁头存储信息之后对存储了信息的预定区域进行激光照射的光头。因此，这种信息存储装置是非常适合用做实现本发明的存储方法的存储装置。
在本发明的信息存储装置中，光头和磁头能够进行各自独立驱动式的控制。由此，就能在信息存储时驱动磁头，并在信息存储载体上存储信息之后不访问信息存储载体时驱动光头在存储了信息的区域进行激光照射。另外，也可将磁头和光头搭载并固定在诸如可在信息存储载体上悬浮的浮动块上。这种情况下，当将浮动块相对信息存储载体做相对运动时，优选将磁头及光头呈磁头相对光头先行状配置在浮动块上。另外，光头和磁头也可呈将信息存储载体挟于二者中间状配置、也可呈与信息存储载体同在一侧状配置。
在本发明的信息存储装置中，因为不必要求由磁头在信息存储载体上形成的磁场外加区域与由光头在信息存储载体上形成的光照射区域在信息存储载体上一致，所以磁头和光头的控制非常简单。
本发明的信息存储装置的磁头，还能设有用于将信息存储载体上存储的信息进行再生的再生元件。这种再生元件，可以用MR元件(Magneto Resistive元件；磁阻效应元件)或GMR元件(Giant Magneto Resistive元件；巨型磁阻效应元件)、TMR元件(Tunneling Magneto Resistive元件；隧道型磁阻效应元件)。通过采用这些再生元件，能够以高的S/N将信息存储载体上存储的信息进行再生。
本发明的实施例3提供一种信息存储载体，它是通过磁头进行信息存储的信息存储载体，设有基板和该基板上的第1磁膜及第2磁膜，在通过上述磁头于第2磁膜上存储信息之后进行激光照射，使第2磁膜上存储的信息磁性地复制到第1磁膜上。
本发明的信息存储载体在第2磁膜上存储了信息后，通过激光照射将第2磁膜上存储的信息在第1磁膜上进行磁性复制，而第1磁膜上仍然能保持存储信息。这种信息存储载体是非常适合用做本发明实施例1中所用的存储方法进行信息存储的信息存储载体。
本发明中，第1磁膜可以用非晶质铁磁性体构成，易磁化轴可以在基板面上形成相对垂直方向的垂直磁化膜上得到。此时，铁磁性体优选为铁族元素和稀土类元素组成的合金，铁族元素优选为从Fe、Co及Ni中选出的至少1种元素，稀土元素优选为从Tb、Gd、Dy及Ho中选出的至少1种元素。
另外，第2磁膜的易磁化轴也可以在基板面上形成相对平行方向的面内磁化膜上得到。此时，构成第1磁膜的铁磁性体优选为铁族元素和稀土类元素组成的合金，铁族元素优选为从Fe、Co及Ni中选出的至少1种元素，稀土元素优选为从Er、Tm、Nd、Pr、Tb、Dy、Ho、Gd及Sm中选出的至少1种元素。
另外，第2磁膜可以用以Co-Cr为主体的合金构成。又，第2磁膜也可是在以Co-Cr为主体的合金中含有选自Pt、Pd、Ta、Nb、Si、V、B、Ti中至少1种元素的准晶质合金薄膜而得到。第2磁膜作为垂直磁化膜构成或作为面内磁化膜构成都可以。当第2磁膜作为面内磁化膜构成时，优选将Cr浓度定在10at％～25at％左右、将在Co-Cr为主体的合金中添加的元素浓度定在10at％～25at％左右；当作为垂直磁化膜构成时，优选将Cr浓度定在30at％40at％左右、将在Co-Cr为主体的合金中添加的元素浓度定在10at％～25at％左右。作为材料Co-Cr-Pt、Co-Cr-Pt-B、Co-Cr-Pt-Ta及Co-Cr-Pt-Ta-B都特别适合。
本发明的信息存储载体可在第1磁膜与第2磁膜之间设置非磁性的中间膜而得到。通过设置中间膜，在控制第1磁膜与第2磁膜之间的磁结合力的同时控制第2磁膜的结晶定向性。通过调整中间膜的材料或膜厚，将第1膜与第2膜之间的磁结合力进行合适地控制，从而能够使第2磁膜的信息很好地复制到第1磁膜上。另外，中间膜能够将信息存储时由激光照射在第1磁膜或第2磁膜上而产生的热量阻断在第1磁膜与第2磁膜之间。构成这种中间膜的材料优选为单独具有从Mg、Co及Ni中选出的至少1种元素的氧化物晶粒的材料，或呈包围这种晶粒状地的从Si、Zn、Ti、Ta、Al中选出的至少1种元素的氧化物的非晶质相形成的材料。
另外，中间膜也可以用软磁性材料构成。通过用软磁性材料构成中间膜能够精密地控制第1磁膜和第2磁膜的磁结合力，因此适合于超高密度存储。作为可使用的材料，以MgO、CoO-SiO2、CoO-SiO2-TiO2、NiO-SiO2、Co3O4-SiO2、Co-O-Ta2O5、NiO-Al2O3、CoO-ZnO等材料系为好。以MgO、CoO、Co3O4或NiO为主体，通过添加SiO2、Ta2O5、Al2O3、ZnO等，能够控制结晶形状或晶粒尺寸等。作为软磁性材料，以超导磁合金或铁硅铝磁合金、Fe-Co-Si-B(具体为Fe4.7Co70.3Si15B10)、Co-Nb-Zr等为好。
在本发明的信息存储载体中，第1磁膜的室温下顽磁力大于第2磁膜的顽磁力为好。这样，就能将通过激光照射从第2磁膜复制的存储信息在室温环境下稳定地保持。又，在通过激光照射被加热的温度(约80℃～130℃)下，第1磁膜的顽磁力小于第2磁膜的顽磁力为好。这样，在通过激光照射进行加热时，就能将第2磁膜上存储的信息良好且准确地进行磁性复制。又，为使在第1磁膜上形成的磁区(存储信息)在室温环境下稳定化，在室温下第1磁膜的饱和磁化小于第2磁膜的饱和磁化为好。
本发明的信息存储载体上存储的信息，能够将从第2磁膜上形成的磁区的漏泄磁场通过诸如磁阻元件进行直接检测并再生。另外，也可通过光头，根据从第2磁膜上形成的磁区的磁性光学效应(如电介质内光电效应)的信号(光磁信号)进行检测并再生。
本发明中，使信息存储载体上照射的激光从基板侧入射或从与基板相反侧入射都可以。
实施例1本实施例中，作为本发明的信息存储载体，制作了

图1所示的具有叠层结构的垂直磁存储式磁存储载体。磁存储载体10在盘片基板1上设有铁磁性膜(第1磁膜)2、非磁性中间膜3、信息存储膜(第2磁膜)4及保护膜5。铁磁性膜2采用Tb-Fe-Co膜，信息存储膜4采用硬质磁性材料的Co-Cr-Pt膜。铁磁性膜2与信息存储膜4之间形成的非磁性中间膜3采用MgO膜。MgO膜能够对作用于铁体磁性膜2与信息存储膜4之间的磁性相互作用进行控制。这种具有叠层结构的磁存储载体10的制作方法说明如下。〔第1磁膜的成膜〕首先，准备一块2.5英寸(约6.35cm)的玻璃基板作为具有刚性的盘片基板1，在基板1上，通过RF磁控喷镀法形成Tb-Fe-Co膜作为铁磁性膜2。喷镀靶采用Tb22.5Fe65.5Co12烧结体，放电气体使用Ar。放电时的气压为5mTorr(约665mPa)，投入RF功率为1kW/150mmΦ。铁磁性膜2的膜厚为30nm。在形成铁磁性膜2之前，为保护铁磁性膜及提高与基板的粘着力，也可在基板上形成底膜。
经调查，通过这种喷镀得到的铁磁性膜2的磁特性的顽磁力为8kOe(约636.64kA/m)，饱和磁化为120emu/ml。另外，补偿温度为60℃，居里温度为170℃。构成铁体磁性膜2的Tb-Fe-Co膜的组成是以Fe的亚晶格磁化为优势。顽磁力及饱和磁化的值通过调整构成铁磁性膜2的稀土类元素与铁族元素的组成比而能得到期望的值。〔非磁性中间膜的成膜〕接着，在铁磁性膜2上，将作为非磁性中间膜3的MgO膜通过利用了微波共振吸收的电子回旋加速器共振(ECR)喷镀法加以形成。非磁性中间膜3不仅控制铁体磁性膜2与信息存储膜4的磁性结合力，还能控制非磁性中间膜上形成的信息存储膜4的结晶定向性和晶粒粒径。喷镀靶使用MgO，放电气体使用高纯度Ar气体。喷镀时的压力为0.3mTorr(约39.9mPa)，投入微波电力为0.7kW。另外，为了牵引由微波激发的等离子体，外加了500W的RF偏压。喷镀中不加热基板，在室温下成膜。〔信息存储膜的成膜〕接着，在非磁性中间膜3上，通过DC喷镀法形成膜厚为10nm的Co69Cr19Pt12膜作为信息存储膜4。信息存储膜4的成膜中将基板加热到150℃。喷镀靶使用Co-Cr-Pt合金，放电气体使用纯Ar。喷镀时的压力为3mTorr(约39.9mPa)，投入Dc电力为1kW/150mmΦ。
在这里，信息存储膜4的成膜使用了DC磁控喷镀法，而使用利用微波的共振吸收的ECR喷镀法也可以。当使用ECR喷镀法进行信息存储膜成膜时，得到的膜的顽磁力比用DC磁控喷镀法成膜而得到的膜的顽磁力还高0.5kOe(约39.79kA/m)左右。而且，即使膜厚不足10nm也未见顽磁力的劣化。并且，磁各向异性能量也增大3倍以上。
接着，对信息存储膜4的磁特性在单膜状态下进行调查，得到的磁特性是，顽磁力为3.5kOe(约278.53kA/m)、Isv为2.5×10-16emu。M-H环的磁滞的方形性指标S为0.90、S+为0.95，具有良好的磁特性。这样地将表示方形性的指标做大(接近方形)是为了降低构成信息存储膜的磁性材料的磁性晶粒间的相互作用。另外，信息存储膜的饱和磁化值为280emu/ml。上述铁磁性膜(第1磁膜)及信息存储膜(第2磁膜)都是易磁化轴相对基板面垂直方向的垂直磁化膜。〔保护膜的成膜〕最后，形成膜厚为5nm的C(碳)膜作为保护膜5。保护层的成膜采用了利用微波的共振吸收的ECR喷镀法。喷镀时的压力为0.3mTorr(约39.9mPa)，投入微波电力为0.7kW。另外，为了牵引由微波激励的等离子体，外加了500V的DC偏压。
这里，喷镀气体使用了Ar，而使用含氮的气体进行成膜也可以。当使用含氮气体时，因为粒子微细，得到的C膜的致密化而能进一步提高保护性能。由于碳膜的膜质与喷镀的条件关系很大，因此，此条件不是绝对性的，最好根据需要做适当地调整。
保护膜的成膜使用了ECR喷镀法，尽管膜厚为2～3nm非常之薄，但得到的膜致密、无气孔，而且覆盖性好。这种RF方法与喷镀法或DC喷镀法相比明显不同。除此之外，这层膜能抑制成膜时对磁膜的损伤。尤其考虑到在进行超过50Gbits/inch2(约7.75Gbits/cm2)的高密度存储时磁膜厚度达到10nm以下，因此成膜时磁膜受到损伤的影响更加明显。这种场合，ECR喷镀法是极其有效的方法，适合于超高密度磁存储用磁存储载体的制造。〔磁存储器〕这样，制作出了如图1所示的具有叠层结构的磁存储载体。接着，通过在得到的磁存储载体的表面涂布润滑剂制成磁盘。通过同样的过程制作多个磁盘，同轴地安装在磁存储器上。图2所示为磁存储器的大致结构。
图2(A)为磁存储器100的俯视图，图2(B)为图2(A)所示的磁存储器100的磁头53附近部位的放大截面图。在磁存储器100中，光头55和磁头53如图2(B)所示，隔着磁盘51相对而设。而且，光头55及磁头53当在磁盘51上扫描时，磁头53处在先于光头55进行扫描的位置上。光头55设有波长为630nm的半导体激光(无图示)和开口比(NA)为0.60的透镜(无图示)。在图2(A)及(B)中，磁头53为存储用磁头和再生用磁头一体化的一体型磁头。存储用磁头采用具有2.1T的高饱和磁束密度的软磁性膜的薄膜磁头。存储用磁头的间隙长为0.12μm。再生用磁头采用具有巨大磁阻效应的双旋阀式GMR磁头。此一体化磁头53由磁头驱动系统54控制，磁头驱动系统54根据控制信息进行光头55的位置控制。多个磁盘51通过轴52进行同轴旋转。磁头53在信息存储或再生时，其底面与磁盘51表面的距离控制在12nm。在这种结构的磁存储器中，使磁盘设置成使光头发出的激光从基板侧入射。
驱动这种磁存储器，由磁头在磁盘的信息存储膜上存储了相当于50Gbits/inch2(约7.75Gbits/cm2)的信号后，进行存储信息再生及S/N评价的结果，测得33dB的再生输出。
接着，将光头55发出的激光功率6mW的激光一边在磁盘的铁磁膜上聚焦，一边对已由磁头存储了信息的区域进行照射。这里，从模拟计算的结果可知，通过激光照射后加热的第1磁膜(铁体磁性膜)的温度为约130℃，此温度下第1磁膜顽磁力的大小是第2磁膜顽磁力的约60％。这样，在被激光照射的区域中，因为第1磁膜的顽磁力下降、第1磁膜与第2磁膜的磁性结合力上升，所以在该区域第2磁膜的磁化信息能够磁性复制到第1磁膜上。当停止光照射或信息复制的区域在光照射区域之外时，温度变为接近室温，第1磁膜的顽磁力变为大于第2磁膜的顽磁力，第1磁膜以保持存储信息的状态而稳定化。这样就能在第1和第2磁膜上存储信息。〔环境试验〕接着，为了检查磁盘的热稳定性进行了环境试验。环境试验是将存储了相当于50Gbits/inch2(约7.75Gbits/cm2)的信号的磁盘在80℃的环境中放置1000小时以上后进行存储信号的再生。其结果，与环境试验前的再生信号输出相比，输出下降在3％以下。为了比较，制作了没有铁磁性膜的、其结构为基板/MgO/Co-Cr-Pt/C的结构的磁盘作为以往的磁盘，对这种磁盘进行了同样的环境试验后观测到，相对环境试验前的再生信号输出其输出下降了30％。这样，本发明的磁盘与没有铁磁性层的以往的磁盘相比，能够大幅度提高热稳定性。另外，此磁盘的缺陷比率测定的结果，在不进行信号处理时的值为1×10-5。
介质层6的成膜采用RF磁控喷镀法。介质层6的膜厚为20nm。喷镀靶采用Si，喷镀气体采用Ar/N2混合气体(混合比90/10)。并且，喷镀时的压力为3mTorr(约399mPa)，投入RF电力为1kW/150mmΦ。这里，将Si3N4用作靶成膜也可以，不存在因成膜方法而影响成膜特性的问题。
除介质层6外，铁磁性膜2、信息存储膜4及保护膜5的材料和成膜方法与实施例1相同，故不赘述。〔磁存储器及环境试验〕接着，与实施例1一样，在磁存储载体的表面涂布润滑剂并制作多个磁盘，将得到的多个磁盘同轴地安装在磁存储器上。磁存储器的结构与实施例1相同，如图2(A)及(B)。
这里，为了检查磁盘的热稳定性进行了环境试验。环境试验是将磁存储器进行驱动，在磁盘上存储了相当于50Gbits/inch2(约7.75Gbits/cm2)的信号，再将其在80℃的环境中放置1000小时以上后进行存储信号的再生。其结果，与环境试验前的再生信号输出相比，输出下降在3％以下。本发明的磁盘也能够大幅度提高热稳定性。另外，此磁盘的缺陷比率测定的结果，在不进行信号处理时的值为1×10-5以下。
这里，对信息存储膜4的磁特性在单膜状态下进行调查，得到的磁特性是，顽磁力为3.5kOe(约278.53kA/m)、Isv为2.5×10-16emu。M-H环的磁滞的方形性指标S为0.90、S+为0.95，具有良好的磁特性。如此地将表示方形性的指标做大(接近方形)是为了降低构成信息存储膜的磁性材料的磁性晶粒间的相互作用。另外，信息存储膜的饱和磁化值为280emu/ml。〔铁磁性膜的成膜〕接着，通过RF磁控喷镀法在信息存储膜4上形成Tb-Fe-Co膜，作为的铁体磁性膜2。喷镀靶采用Tb22.5Fe65.5Co12烧结体，放电气体使用Ar。放电时的气压为5mTorr(约665mPa)，投入RF功率为1kW/150mmΦ。铁磁性膜2的膜厚为30nm。
经调查，通过这种喷镀得到的铁体磁性膜2的磁特性的顽磁力为8kOe(约636.64kA/m)，饱和磁化为120emu/ml)。另外，补偿温度为60℃，居里温度为170℃。构成铁磁性膜2的Tb-Fe-Co膜的组成是以Fe的亚晶格磁化为优势。顽磁力及饱和磁化的值通过调整构成铁体磁性膜2的稀土类元素与铁族元素的组成比，能得到期望的值。上述铁磁性膜(第1磁膜)2及信息存储膜(第2磁膜)4都是易磁化轴相对基板面垂直方向的垂直磁化膜。〔介质膜的成膜〕接着，在铁体磁性膜21上采用RF磁控喷镀法形成SiNx膜作为介质层8。喷镀靶采用SiN，放电气体采用Ar-N2混合气体(混合比90/10)。又，放电时的气压为10mTorr(约1.33Pa)，投入电力为1kW/150mmΦ。介质膜8的膜厚为3nm。〔保护膜的成膜〕最后，形成5nm厚的C(碳)膜作为保护膜5。保护膜5的成膜采用了利用微波的共振吸收的ECR喷镀法。喷镀时的压力为0.3mTorr(约39.9mPa)，投入微波电力为0.7kW。另外，为了牵引由微波激励的等离子体，外加了500V的DC偏压。〔磁存储器〕这样，制作出了如图5所示的具有叠层结构的磁存储载体。接着，与实施例1一样，在磁存储载体的表面涂布润滑剂并制成多个磁盘，将制成的多个磁盘安装在具有图6及图7所示的大致结构的磁存储器上。
图6为磁存储器200的俯视图，图7为磁存储器200的图6中沿虚线A-A’方向的截面图。在图6及7中，光磁头58能够对磁盘51从保护膜侧施加光和磁场。图8所示为光磁头的大致结构图。光磁头58的结构是设有悬浮浮动块71，悬浮浮动块71上搭载着磁头72和光头73。磁头72及光头73在悬浮浮动块内的位置呈光磁头58在磁盘51上扫描时磁头72先于光头73进行扫描状设置。磁头72为存储用磁头和再生用磁头一体化的磁头。存储用磁头采用具有2.1T的高饱和磁束密度的软磁性膜的薄膜磁头。存储用磁头的间隙长为0.12μm。另外，再生用磁头采用具有巨大磁阻效应的双旋阀式GMR磁头。
光头73主要设有物镜74和用于将激光源76发出的激光导入物镜74的光纤75。激光源76采用波长630nm的半导体激光，物镜74采用开口比NA＝0.60的透镜。
参照图6及图7可知，光磁头58由驱动系统54控制，光磁头58在磁盘51上的定位利用搭载于光磁头58上的磁头72对磁盘51上存储的磁伺服信号进行检测来进行。磁盘51由主轴52进行旋转驱动，控制悬浮浮动块的底面与信息存储层的距离保持在12nm。〔环境试验〕这里，为了检查磁盘的热稳定性进行了环境试验。环境试验是将磁存储器进行驱动，在磁盘上存储了相当于50Gbits/inch2(约7.75Gbits/cm2)的信号，再将其磁盘在80℃的环境中放置1000小时以上后进行存储信号的再生。其结果，与环境试验前的再生信号输出相比，输出下降在3％以下。本发明的磁盘也能够大幅度提高热稳定性。另外，此磁盘的缺陷比率测定的结果，在不进行信号处理时的值为1×10-5以下。
经调查，通过这种喷镀得到的铁体磁性膜42的磁特性的顽磁力为3.5kOe(约278.53kA/m)，饱和磁化为400emu/ml。顽磁力和饱和磁化的值可通过调整构成铁磁性膜42的稀土元素与铁族元素的组成比得到期望的值。铁磁性膜42也可使用将Er、Fe及Co多层化的人工晶格膜。这种结构在平行于基板面方向的各方异性大，具有热稳定性。〔非磁性中间膜的成膜〕接着，在铁体磁性膜42上，通过利用了微波的共振吸收的电子回旋加速器共振(ECR)喷镀法形成作为非磁性中间膜43的MgO膜。非磁性中间膜43不仅控制铁体磁性膜42与信息存储膜44的磁性结合力，还能控制非磁性中间膜43上形成的信息存储膜44的结晶定向性和晶粒粒径。喷镀靶使用MgO，放电气体使用高纯度Ar气体。喷镀时的压力为0.3mTorr(约39.9mPa)，投入微波电力为0.7kW。另外，为了牵引由微波激励的等离子体，外加了500W的RF偏压。喷镀中不加热基板，在室温下成膜。〔信息存储膜的成膜〕接着，在非磁性中间膜43上，通过DC喷镀法形成膜厚10nm的Co69Cr18Pt10Ta3膜，作为信息存储膜44。信息存储膜44的成膜中将基板加热到150℃。喷镀靶使用Co-Cr-Pt-Ta合金，放电气体使用纯Ar。喷镀时的压力为3mTorr(行39.9mPa)，投入Dc电力为1kW/150mmΦ。
接着，对信息存储膜44的磁特性在单膜状态下进行调查，得到的磁特性是，顽磁力为3.0kOe(约238.74kA/m)、Isv为3×10-16emu。M-H环的磁滞的方形性指标S为0.83、S+为0.86，具有良好的磁特性。这样地将表示方形性的指标做大(接近方形)是为了降低构成信息存储膜44的磁性材料的磁性晶粒间的相互作用。另外，信息存储膜44的饱和磁化值为350emu/ml。上述铁磁性膜(第1磁膜)42及信息存储膜(第2磁膜)44都是易磁化轴相对基板面平行方向的面内磁化膜。〔保护膜的成膜〕最后，形成膜厚5nm的C(碳)膜作为保护膜45。保护膜45的成膜采用了利用微波的共振吸收的ECR喷镀法。喷镀时的压力为0.3mTorr，投入微波电力为0.7kW。又，为了牵引由微波激励的等离子体，外加了500V的DC偏压。
这样制出了具有图9所示结构的面内磁存储载体40。
接着，与实施例1一样，在磁存储载体的保护膜上涂布润滑剂并制作多个磁盘，将得到的多个磁盘同轴地安装在磁存储器上。磁存储器的结构除作为存储用磁头的使用面内存储用磁头外，与实施例1相同，如图2(A)及(B)。
这里，关于本实施例的面内磁存储载体的存储原理参照图10加以说明。图中，磁存储载体相对物镜56及磁头53向纸面的左方移动。
令磁头53在磁存储载体上运行，当在磁存储载体上外加与由磁头53存储信息相对应的极性磁场时，第2磁膜44上便形成对应存储信息的极性磁区111。另一方，因为第1磁膜42在室温下为高顽磁力，所以不受来自磁头53的磁场极性的影响，第1磁膜42上仍然保持从前形成的存储信息的磁区112。
当磁存储载体的存储了信息的区域(信息存储区域)移动到物镜56的正上方时，通过物镜56发出的聚焦激光便对信息存储区域进行加热。这里，物镜56发出的激光在第1磁膜42上聚光照射。通过这种激光照射的加热，信息存储区域中的第1磁膜42的顽磁力下降。其结果，第2磁膜44的磁区113产生的泄漏磁场强度比第1磁膜42的顽磁力作用更强，第1磁膜42上便形成与第2磁膜44的磁区113相反极性的磁区114。也就是说，存储于第2磁膜44上的信息通过光头的物镜56以逆磁化状态存储到第1磁膜42上。激光照射后，因为第1磁膜的温度变为接近室温，所以第1磁膜在其饱和磁化下降的同时顽磁力上升。这样，激光照射的第1磁膜以与第2磁膜上存储的信息相反的磁化状态进行信息保持并实现稳定化。这样，就能在信息存储载体上存储信息。
这里，为了检查磁盘的热稳定性进行了环境试验。环境试验是先将磁存储器进行驱动，再在磁盘上存储相当于50Gbits/inch2(约7.75Gbits/cm2)的信号，将该磁盘在80℃的环境中放置1000小时以上后进行存储信号的再生。其结果，与环境试验前的再生信号输出相比，输出下降在3％以下。这样，本发明的磁盘也能够大幅度提高热稳定性。另外，此磁盘的缺陷比率测定的结果，在不进行信号处理时的值为1×10-5以下。
以上关于本发明的信息存储载体及信息存储装置和存储方法通过实施例进行了说明，当然本发明不限于此，还可包括各种变形例及改进例。
例如实施例1及2，信息存储膜(第2磁膜)采用Co-Cr-Pt系磁性材料，而替代Pt采用Pd也能得到具有同样特性的磁膜。在这种3源系磁膜中添加Ta、Nb、V、Ti中至少1种或2种元素也可以。这些元素具有向Co的晶界附近进行Cr偏析的促进作用。由此，能够降低磁性晶粒间的磁性相互作用，所以适合于高密度存储。另外，含有B成Si也可以，这能在促进Co晶粒微细化的同时也促进Cr的偏析。
另外，作为非磁性中间膜使用了MgO，而只要是非磁性材料可以使用任意材料，无论无机化合物或金属都可以。但是，在第2磁膜使用晶质系材料进行高密度存储时，因为要对第2磁膜的定向性加以控制，所以这时沿Co的(112—0)(这里2—意为带有上杠的2)进行定向为好。MgO膜对这种定向性的控制非常有效。
另外，除MgO之外，也可使用在粒径尺寸为10nm左右的CoO及Co3O4、NiO等晶粒的周围(晶界)形成了SiO2及TiO2、Ta2O5、ZnO等非晶质物质结构的中间膜。当使用这种中间膜时，CoO及Co3O4、NiO等晶粒具有控制磁膜定向性的作用。另外，由这种材料构成的中间膜以非晶质部分和准晶质部分生成结构不同的膜，膜的截面结构是，准晶质部分为柱状结构，非晶质部分为3维无规则结构。由于此中间膜的结晶性及结构的不同，使中间膜上形成的磁膜产生不同的磁气特性，所以降低了磁膜中磁粒间磁性的相互作用，能够在磁膜上进行高密度的信息存储。另外，在中间膜上，Co-Cr系磁膜也可使用Ni-Al系合金(B2结构)、Cr-X系(X＝Mo、Ti、Ta、W、Nb、V等)、Co-Cr-Ru系合金等作为易成长金属。
另外，实施例1～3中，作为构成铁磁性膜(第1磁膜)的材料使用了Tb-Fe-Co，而不仅限于此种材料，只要是具有垂直磁各方异性的铁磁性体使用任意材料都可以。例如在使用由稀土类元素和铁族元素组成的金属作为铁体磁性体时，作为稀土元素适合从Tb、Dy、Ho、Gd中选择至少1种元素，作为铁族元素适合从Fe、Co、Ni中选择至少1种元素。另外，也可将Co/Pt(或PD)人工晶格膜等用于第1磁膜。
另外，实施例4中，作为构成铁磁性膜(第1磁膜)的材料使用了Er-Fe-Co的稀土类—铁族系的铁体磁性体，而不仅限于此种材料，只要是具有面内磁化的铁体磁性体使用任意材料都能构成。例如稀土类—铁族系的铁体磁性体，作为稀土类元素适合从Tm、Nd、Pr、Tb、Dy、Ho、Gd及Sm中选择至少1种元素，作为铁族元素适合从Fe、Co及Ni中选择至少1种元素。
另外，实施例4的磁存储载体中，因为在第1磁膜与第2磁膜之间形成了中间膜，所以在照射激光时，通过从第2磁膜上形成的磁区的漏泄磁场，第1磁膜的磁区相反于第2磁膜的磁区被磁化，第2磁膜上的信息便复制到第1磁膜上。但在不设中间膜的、第1磁膜与第2磁膜相接而成的场合，第1磁膜与第2磁膜为了进行交换结合，通过第1磁膜的磁区在与第2磁膜的磁区相同方向上被磁化，第2磁膜的上信息便复制到第1磁膜上。
上述实施例中，第1磁膜(铁磁性膜)及第2磁膜(信息存储膜)的构成都采用了易磁化轴方向相同的磁性膜，而采用易磁化轴的方向互不相同的磁性膜也可以。也就是说，在第1磁膜采用垂直磁化膜的同时第2磁膜采用面内磁化膜的结构也可以，第1磁膜采用面内磁化膜第2磁膜采用垂直磁化膜的结构也可以。
本发明的存储方法能在信息存储载体的第2磁膜上存储了信息之后，通过在存储了该信息的区域进行激光照射，将第2磁膜上存储的信息磁性复制到第1磁膜上，因此能确实且稳定地在第1磁膜及第2磁膜上存储信息。
本发明的信息存储装置能在使信息存储载体对于磁头及光头做相对移动的同时，用光头扫描已由磁头存储了信息的区域，并对该区域进行激光照射，因此是适合用做实现本发明的存储方法的存储装置。
本发明的信息存储载体能够构成诸如设有使用热稳定性好的铁磁性体构成的第1磁膜和使用适合信息存储再生的硬质磁性材料构成的第2磁膜，在通过磁头在第2磁膜上存储了信息之后，因为能对存储了信息的区域照射激光且第2磁膜的信息能磁性复制到第1磁膜上，所以第2磁膜上存储的信息能由第1磁膜稳定地保持。因此，本发明的信息存储载体抗热波动及热消磁性极强，具有高可靠性，能够以50Gbits/inch2(行7.75Gbits/cm2)以上的存储密度存储信息。
权利要求
1.一种信息存储载体的存储方法，其信息存储载体设有第1磁膜及第2磁膜，其特征在于，在所述信息存储载体上外加磁场并在第2磁膜上存储信息，在存储了该信息的区域进行激光照射，将第2磁膜上存储的信息磁性复制到第1磁膜上。
2.根据权利要求1所述的存储方法，其特征在于，使所述信息存储载体对于外加磁场及激光做相对移动，在对信息存储载体进行外加磁场的同时进行激光照射。
3.根据权利要求1所述的存储方法，其特征在于，在第2磁膜上存储一定量的信息，在结束存储后进行激光照射，将所述一定量的信息磁性复制到第1磁膜上。
4.根据权利要求1所述的存储方法，其特征在于，第1磁膜由铁磁性体构成，第2磁膜由以Co-Cr为主体的合金构成。
5.根据权利要求1所述的存储方法，其特征在于，第1及第2磁膜在所述信息存储载体中，第2磁膜相对第1磁膜位于磁场外加侧的位置。
6.根据权利要求1所述的存储方法，其特征在于，所述信息存储载体设有形成第1磁膜及第2磁膜的基板，第1磁膜及第2磁膜在与基板面垂直方向设有易磁化轴。
7.根据权利要求6所述的存储方法，其特征在于，第1磁膜由铁族元素和稀土类元素组成的合金构成，铁族元素为从Fe、Co及Ni组成的组中选出的至少1种元素，稀土元素为从Tb、Gd、Dy及Ho组成的组中选出的至少1种元素。
8.根据权利要求4所述的存储方法，其特征在于，以所述Co-Cr为主体的结晶物质的合金还包括从Pt、Pd、Ta、Nb、Si、V、B及Ti组成的组中选出的至少1种元素。
9.根据权利要求1所述的存储方法，其特征在于，所述信息存储载体进而设有形成第1磁膜及第2磁膜的基板，第1磁膜及第2磁膜在与基板面平行方向设有易磁化轴。
10.根据权利要求9所述的存储方法，其特征在于，第1磁膜由铁族元素和稀土类元素组成的合金构成，所述稀土元素为从Er、Tm、Nd、Pr、Tb、Dy、Ho、Gd及Sm组成的组中选出的至少1种元素，所述铁族元素为从Fe、Co及Ni组成的组中选出的至少1种元素。
11.根据权利要求6或9所述的存储方法，其特征在于，在第1磁膜和第2磁膜之间设有中间膜。
12.根据权利要求9所述的存储方法，其特征在于，在第1磁膜和第2磁膜之间设有非磁性中间膜，通过激光照射，在第1磁膜上形成与对应第2磁膜上存储信息磁区的磁化相反磁化的磁区。
13.根据权利要求11所述的存储方法，其特征在于，所述中间膜由从Mg、Co、及Ni组成的群中选出的至少1种元素的氧化物晶粒的非磁性材料构成，或者由该晶粒和包围在其周围的从Si、Zn、Ti、Ta及Al组成的组中选出的至少1种元素的氧化物组成的非晶质相构成的非磁性材料构成。
14.根据权利要求11所述的存储方法，其特征在于，所述中间膜由软磁性材料构成。
15.根据权利要求1所述的存储方法，其特征在于，所述激光在第1磁膜上聚光进行照射。
16.根据权利要求1所述的存储方法，其特征在于，在室温下，第1磁膜的顽磁力大于第2磁膜的顽磁力。
17.根据权利要求1所述的存储方法，其特征在于，通过激光照射加热到预定温度时的第1磁膜的顽磁力小于第2磁膜的顽磁力。
18.一种信息存储装置，其特征在于，设有能存储信息的信息存储载体、用于存储信息的磁头、用于在所述信息存储载体照射激光的光头和用于使所述信息存储载体对应磁头及光头做相对移动的驱动装置，在进行所述相对移动时，设置所述光头在由所述磁头存储了信息的区域上照射激光。
19.根据权利要求18所述的信息存储装置，其特征在于，在所述相对移动时，磁头相对光头呈先行状。
20.根据权利要求18所述的信息存储装置，其特征在于，设有搭载所述磁头及光头的浮动块，磁头呈比光头先行状设于浮动块上。
21.根据权利要求18所述的信息存储装置，其特征在于，所述信息存储载体设有第1磁膜及第2磁膜，由所述磁头在第2磁膜上存储了信息后，第2磁膜上存储的信息通过光头发出的激光照射，在第1磁膜上进行磁性复制。
22.根据权利要求21所述的信息存储装置，其特征在于，第1磁膜由铁磁性体构成，第2磁膜由以Co-Cr为主体的合金构成。
23.根据权利要求21所述的信息存储装置，其特征在于，第1磁膜及第2磁膜在所述信息存储载体中，第2磁膜比第1磁膜更靠近所述磁头。
24.根据权利要求21所述的信息存储装置，其特征在于，所述信息存储载体上设有形成第1磁膜及第2磁膜的基板，第1磁膜及第2磁膜在与基板面垂直方向设有易磁化轴。
25.根据权利要求24所述的信息存储装置，其特征在于，第1磁膜由铁族元素和稀土类元素组成的合金构成，铁族元素为从Fe、Co及Ni组成的组中选出的至少1种元素，稀土元素为从Tb、Gd、Dy及Ho组成的组中选出的至少1种元素。
26.根据权利要求22所述的信息存储装置，其特征在于，以所述Co-Cr为主体的结晶物质的合金还包括从Pt、Pd、Ta、Nb、Si、V、B及Ti组成的组中选出的至少1种元素。
27.根据权利要求21所述的信息存储装置，其特征在于，所述信息存储载体设有形成第1磁膜及第2磁膜的基板，第1磁膜及第2磁膜在与基板面平行方向设有易磁化轴。
28.根据权利要求27所述的信息存储装置，其特征在于，第1磁膜由铁族元素和稀土类元素组成的合金构成，所述稀土元素为从Er、Tm、Nd、Pr、Tb、Dy、Ho、Gd及Sm组成的组中选出的至少1种元素，所述铁族元素为从Fe、Co及Ni组成的组中选出的至少1种元素。
29.根据权利要求24或27所述的信息存储装置，其特征在于，在第1磁膜和第2磁膜之间设有中间膜。
30.根据权利要求27所述的信息存储装置，其特征在于，在第1磁膜和第2磁膜之间设有非磁性中间膜，通过激光照射，在第1磁膜上形成与对应第2磁膜上存储信息磁区的磁化相反磁化的磁区。
31.根据权利要求29所述的信息存储装置，其特征在于，所述中间膜由从Mg、Co、及Ni组成的组中选出的至少1种元素的氧化物晶粒的非磁性材料构成，或者由从该晶粒和包围在其周围的从Si、Zn、Ti、Ta及Al组成的组中选出的至少1种元素的氧化物组成的非晶质相构成的非磁性材料构成。
32.根据权利要求28所述的信息存储装置，其特征在于，所述中间膜由软磁性材料构成。
33.根据权利要求21所述的信息存储装置，其特征在于，所述光头对信息存储载体的第1磁膜进行激光聚光和照射。
34.根据权利要求21所述的信息存储装置，其特征在于，在室温下，第1磁膜的顽磁力大于第2磁膜的顽磁力。
35.根据权利要求21所述的信息存储装置，其特征在于，通过激光照射加热到预定温度时的第1磁膜的顽磁力小于第2磁膜的顽磁力。
36.根据权利要求21所述的信息存储装置，其特征在于，由所述磁头在第2磁膜上存储了一定量的信息后，在存储了信息的区域上由所述光头进行激光照射，将所述一定量的信息磁性复制到第1磁膜上。
37.根据权利要求18所述的信息存储装置，其特征在于，使用所述磁头及光头中的一个对所述信息存储载体上存储的信息进行再生。
38.一种信息存储载体，其通过磁头存储信息，其特征在于，设有基板和该基板上的第1磁膜及第2磁膜，在由所述磁头于第2磁膜上存储了信息后照射激光，使第2磁膜上存储的信息磁性复制到第1磁膜上。
39.根据权利要求38所述的信息存储载体，其特征在于，第1磁膜由铁磁性体构成，第2磁膜由以Co-Cr为主体的合金构成。
40.根据权利要求38所述的信息存储载体，其特征在于，第1及第2磁膜在所述信息存储载体中，第2磁膜比第1磁膜更靠近磁头。
41.根据权利要求38所述的信息存储载体，其特征在于，第1磁膜及第2磁膜的在与基板面垂直方向设有易磁化轴。
42.根据权利要求39所述的信息存储载体，其特征在于，第1磁膜由铁族元素和稀土类元素组成的合金构成，铁族元素为从Fe、Co及Ni组成的组中选出的至少1种元素，稀土元素为从Tb、Gd、Dy及Ho组成的组中选出的至少1种元素。
43.根据权利要求39所述的信息存储载体，其特征在于，以所述Co-Cr为主体的合金还包括从Pt、Pd、Ta、Nb、Si、V、B及Ti组成的组中选出的至少1种元素。
44.根据权利要求38所述的信息存储载体，其特征在于，所述信息存储载体设有形成第1磁膜及第2磁膜的基板，第1磁膜及第2磁膜在与基板面平行方向设有易磁化轴。
45.根据权利要求44所述的信息存储载体，其特征在于，第1磁膜由铁族元素和稀土类元素组成的合金构成，所述稀土元素为从Er、Tm、Nd、Pr、Tb、Dy、Ho、Gd及Sm组成的组中选出的至少1种元素，所述铁族元素为从Fe、Co及Ni组成的组中选出的至少1种元素。
46.根据权利要求41或44所述的信息存储载体，其特征在于，在第1磁膜和第2磁膜之间设有中间膜。
47.根据权利要求44所述的信息存储载体，其特征在于，在第1磁膜和第2磁膜之间设有非磁性中间膜，通过激光照射，在第1磁膜上形成与对应第2磁膜上存储信息磁区的磁化相反磁化的磁区。
48.根据权利要求46所述的信息存储载体，其特征在于，所述中间膜由从Mg、Co、及Ni组成的组中选出的至少1种元素的氧化物晶粒的非磁性材料构成，或者从该晶粒和包围在其周围的从Si、Zn、Ti、Ta及Al组成的组中选出的至少1种元素的氧化物组成的非晶质相构成的非磁性材料构成。
49.根据权利要求46所述的信息存储载体，其特征在于，所述中间膜由软磁性材料构成。
50.根据权利要求38所述的信息存储载体，其特征在于，所述激光在第1磁膜上聚光照射。
51.根据权利要求38所述的信息存储载体，其特征在于，在室温下，第1磁膜的顽磁力大于第2磁膜的顽磁力。
52.根据权利要求38所述的信息存储载体，其特征在于，通过激光照射加热到预定温度时的第1磁膜的顽磁力小于第2磁膜的顽磁力。
全文摘要
本发明涉及至少具有(2)层磁膜的超高密度存储用信息存储载体、信息存储装置及存储方法。磁存储载体(10)在基板(1)上设有第(1)磁膜(2)及第(2)磁膜(4)，由适合存储再生的磁性材料构成第(1)磁膜，由热稳定性好的铁磁性材料构成第(2)磁膜。由磁头(53)在第(2)磁膜上存储信息，在向第(2)磁膜存储信息后，通过激光照射加热第(1)磁膜使其顽磁力下降并使第(2)磁膜的信息在第(1)磁膜上进行磁性复制，因第(1)磁膜热稳定性好，故存储信息稳定，这种磁存储载体抗热波动，具有高可靠性，尤其能使由50Gb/inch
文档编号G11B5/02GK1466747SQ01816226
公开日2004年1月7日 申请日期2001年2月7日 优先权日2000年9月25日
发明者岛崎胜辅, 太田宪雄, 桐野文良, 良, 雄 申请人:日立麦克赛尔株式会社