テラビット・スピニック・データストレージの基礎検討

テラビット・スピニック・データストレージの基礎

検討

著者

中村 慶久

課題番号: 07405052 !■■±S ● A  ;

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テラビット･スピ二､二

平成9年度科学研究費補助金(基盤研究(A)(2))

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研究成果報告書

平成10年3月

研究代表者:中村慶久(東北大学･電気通信研究所)

■■■■川l ■■■llll ■■■■■l ■llllll一一 ■llllll ■■■■■■l lllllll ■■■■■■ll一 ■■■■l ■■llll一ll ■■■lll一■■■ ■■■lllll■ l■lllll l一 l 00010132970 ｣一    一

平成9年度科学研究費補助金(基盤研究(A)(2))

研究成果報告書

テラビット･スピニック･データストレージの

研究期間:平成7年度 ∼ 9年度 課題番号: 07405052

研究代表者‥ 中村慶久(東北大学･電気通信研究所･教授)

研究組織 研究代表者: 中村慶久(東北大学･電気通信研究所･教授) 研究分担者: 杉田櫨(東北大学･電気通信研究所･教授) 村岡裕明(東北大学･電気通信研究所･助教授) 丹健二(東北大学･電気通信研究所･助手) 研究経費 平成7年度 平成8年度 平成9年度 円 円 円 千 千 千 0 o o 0 o o 4 2 7 '     ' 4 6 2 2 合計     33, 300 千円

研究発表

(1)学会誌等 (発表者:テーマ名､学会徒名､巻号､年月)

竹尾昭彦,田河育也,中村慶久:

一一Co-Cr垂直磁気記録媒体のM-Hループにおける粒子間相互作用の影響t･,

日本応用磁気学会晩vol.{9, No.2, pp.97-100 (April 1995).

丹 健二,田河育也,中村慶久:

nモンテカルロ法シミュレーションによる軟磁性薄膜の磁区構造の-検討･･,

日本応用磁気学会払vol.19, No.2, pp.1451148 (April 1995).

江 年季,村岡裕明,中村慶久:

叩薄膜コイルによる単磁極ヘッドの高感度化け,

′

日本応用磁気学会誌, vol.19, No.2, pp.149-152 (April 1995).

佐野 裕,村岡裕,渡辺 軌中村慶久:

''窒素添加による垂直二層膜媒体の粒子構造と記録特&･･,

日本応用磁気学会誌, vol.19, No.2, pp.185-188 (April 1995).

清水寺也,田河育也中村慶久:

サブミクロントラック垂直磁気記録の3次元計算機解析,

日本応用磁気学会誌, vol.19, No.2, pp.189-192 (April 1995).

田河育也中村慶久:

■1平面導体励磁型単磁極薄膜ヘッドにおける渦電流効果一㌧

日本応用磁気学会綻, vol.19, Supplement, No.S2, pp.43-47 (October 1995).

中塩栄治,渡辺功,村岡裕明,中村鹿久:

僧体窒素シュラウドが軟磁性膜に与える効果■-,

日本応用磁気学会軌vol.19, supplement, No.S2, pp.83-86 (October 1995).

栗原義武,大沢寿,岡本好弘,村岡裕明,中村慶久:

傾合膜主磁極型単磁極ヘッドによる各種pRML方式のSN化■I,

日本応用磁気学会払vol.19, supplement, No.S2, pp.87-91 (October 1995).

佐藤泰東,村岡裕明,中村慶久:

'1多値/トシャルレスポンスによるマルチトラック一括再生方式'1, 日本応用磁気学会徒,

Vol･ 19, supplement, No.S2, pp.92-95 (October 1995).

Z. Wang and Y. Nakamura:

日本応用磁気学会誌, vol･19, supplement, No.S2, pp.108-111 (October 1995).

高野研一,村岡裕明,中村慶久:

1'垂直磁気記録用MRJhductiveヘッドの検討･-,

日本応用磁気学会誌, vol.19, supplement, No.S2, pp.112-116 (October 1995).

山田洋,村岡裕明,中村慶久:

-●MRヘッドを用いた垂直磁化記録再生特性の基礎検討川,

日本応用磁気学会#, vol.19, supplement, No.S2, pp.117-121 (October 1995). N. Jiang, H. Muraoka and Y. N独amura:

''Highly Sensitive Single Pole Headwithhminated Thin FilmCbils'■,

IEEE Transactions on Magnctics, Vol.31, No.6, pp.2715-2717 (Noycmber 1995).

Y. Shimizu, I. Tagawa, H. Muraoka and Y. Nakamura:

"AnAnalysis on Multi-Track Submicron-WidthRecordinginPerpendicular Magnetic

Recording一一,     ′

正EE Transactions on Magnetics, Vol.31 , No.6, pp.309613098 (Noyembcr 1995).

Y. Nakamura:

t'Extrcmely High-Density Magnetic hfornation Storage

- Outlook Based onAnalyscs of Magnetic Recording Mechanisms Jl,

正ICE Transactoins on Electromics, Vol.E78-C, No. 1 1, pp. 1477-1492 (November 1995).

H. Muraoka and Y. Nakamura:

'rTrialfor Deep Submicron Track Width RecordingII,

正ICE Transactions on Electronics, Vol.E78-C, No. 1 1, pp.15 17-1522 (November 1995).

Z. Wang and Y. Nakamura:

.'Design, Simulation, aLld Realization of Solid State Memory Element Using the Weakly Coupled

GMR Effectl',

IEEE Transactions on Magnctics, Vol.32, No.2, pp.520-526 (March 1996).

Z. Wang and Y. Nakamura:

''A new type of GMR memory",

Jounalof Magnetism and Magnetic Materials, Vol.155, pp.161-163 (1996).

Z. Wang and Y. Nakamura:

"The magnetization reversal mechanism in soft magnetic rllm",

Joumalof Magnetism and Magnetic Materials, Vol.155, pp.187･189 (1996). Y. San°, H. Muraoka, I. Watanabe and Y. Nakanura:

MEffects ofmitrogen addition to the CoCr recordinglayer of a double layered perpendicularrigid

diskH,

I. Tagawa, A. Takeo and Y. Nakamula:

nNumeriCalanalysis ofmise and intcrparticle interaction inperpendicular magnetic recording

mediaM,

Joumalof Magnetism aJld Magnetic Materials, Vol･ 155, pp.341-344 (1996).

丹.健二,田河育也,中村慶久:

川磁壁エネルギーと渦エネルギーを考慮した軟磁性薄膜のモンテカルロシミュレー

ションt,

日本応用磁気学会誌, vol.20, No.2, pp.85-88 (April 1996).

清水幸也田河育也,中村慶久:

サブミクロントラック記掛こおけるスペーシング損失･･, 日本応用磁気学会誌, vol.20, No.2, pp.89-92 (April 1996).

高野研一,村岡裕明,中村慶久:

f'垂直磁気記魚用MRJ<ッドの再生特肘,

日本応用磁気学会払vol.20, No.2, pp.145-148 (April 1996).

江年季,村岡裕明,中村慶久:

-サブミクロントラック幅単磁極ヘッドの多トラック化･･,

日本応用磁気学会払vol.20, No.2, pp.149-152 (April 1996).

王智剛,中村慶久:

HGMR人工格子メモリーの記憶メカニズム一一,

日本応用磁気学会誌, vol.20, No.2, pp.369･372 (April 1996).

K Takano, H.Muraoka and Y. Nakamtm:

''Contact magnetorcsistive head for perpendicular magnetic recordiJ)g.I, Joumalof Applied Physics, Vol･79, No･8, pp.5002-5004 (April 1996). Z. Wang azId Y. Nakamura:

''Quartemarygiant magnetoresistance random a∝ess memory",

Joumalof Applied Physics, Vol･79, No･8, pp.6639-6641 (April 1996).

Z. Wane aJld Y. Nakamura:

llAnalyticalmodel in a weakly coupled sandwich for memory purposeSl';

Joumalof Applied Physics, VoI･79, No･8, pp.664916651 (April 1996).

Y･ Kmihara, H. Osawa, Y. Okamo(0, H. Muraoka and Y. Nakamura:

1-Performance of PRML systems in perpendicular magnetic recording by a bi-layered main pole bead'',

Joumalof Magnetism and Magnetic Materials, Vol.157/158, pp.262-263 (1996).

中村慶久,田河育也,清水幸也:

電子情報通信学会論文誌C-I, vol.J79-C-I, No.6, pp.152-164 (June 1996).

Z. Wangand Y. Nakamura:

''A spin-Valve memory cell",

Joumalof Magnetismand Magnetic Materials, Vol.159, pp.233-235 (1996). H. Muraoka, H. Yamada and Y. Nakamura

"MR Head Reading Chancteristics in Perpendicular Magnetic Recording",

正EE Transactions on Magnetics, Vor.32, No.5, pp.3482-3484 (September 1996).

N. Jiang, H. Muraoka and Y. NakamuIa:

''SubmicronwidthMultitrack Single Pole Head for Ultra HighDensity Perpendicular Magnetic

Recording'',

IEEE Transactions on Magnetics, Vol.32, No.5, pp.3554-3556 (September 1996)･

H. Muraoka, R. Wood aJld Y. Nakamura:

●二甲onlinearTransition Shi允 MTeasurement in Perpendicular Magnetic ReJcording■-,

IEEE Transactions on Magnetics, Vol.32, No.5, pp.3926-3928 (September 1996)･

Z. G. Wane and Y. Nakamura:

t.SpinTunneling Random Access Memory(STram)1㌧

正EE Transactions on Magnetics, Vol.32, No.5, pp.4022-4024 (September 1996)･

中塩栄治,渡辺 功,村岡裕明,中村慶久:

■■co-cr垂直磁気其方性膜成膜における背圧改善効果M,

日本応用磁気学会綻, vol.21, No.4-2, pp.285-288 (April 1997).

妻 文紅,村岡裕明,田河育也,中村慶久: ･垂直磁気記録メディアにおける熟磁気緩和の記録密度依存性日, 日本応用磁気学会誌, vol.21, No.4-2, 2931295 (1997). 清水幸也,中村慶久: ･三次元シミュレータによる垂直記録媒体のノイズ解析…, 日本応用磁気学会誌, vol.21, No.4-2, 305-308 (1997). 山田 洋,村岡裕明,中村慶久,阿部岩男,矢沢健児: ･･垂直磁気記録におけるMRヘッド再生記録の高分解能化●-, 日本応用磁気学会綻, VOI.21, No.4-2, 309-312 (1997). 村岡裕明,中村慶久:,. ･･MRヘッドを用いた二層膜垂直磁気記録の高密度化とその展望一一, 日本応用磁気学会払vol.21, No.6, 966-971 (1997).

H. Muraoka, H. Yamada, Y. Nakamura, I. Abeand K. Yazawa:

''Resolution Enhancement of Shielded MR Heads for Perpendicular Magnetic Recording.-I IEEE Transactions on Magnetics, Vol.33, No.5, pp･2929-2931 (September 1997)･

H. Muraoka aLId Y. Nakamura:

''Experimental Study of Nonlinear Transition Shi允 in Perpendicular Magnetic Recordingwilh

Single･Pole Head'',

正ICE Transactions on Electronics, Vol.E80-C, No.9, pp. 1 187･1 193 (September 1997). Y. Nakamura:

''Tcchnical lssucs for Realization of Perpendicular Magnetic Recording",

Joumal of The Magnetics Society of Japan, Vol.21, Supplement No.S2, pp.125-134 (1997) H.Muraokaand Y. Nakamura:

''QuaJltiBcatioT1 0f Perpendicular Magnetic Recordingwith Double hyer Mcdia一㌧

Joumalof The Magnetics Society of Japan, Vol.21, Supplement No.S2, pp.157-162 (1997) H. Yamada, H. Muraoka and Y. Nakamura:

''Sidc-Writing of Merged Type Head for Pcrpcndicular Double-layered Mediaf',

Joumal of The Magnetics S品icty of Japan,Vol.21, Supplement No.S2, pp.2331236 (1997)

W. H. Jiang, H. Muraoka, Y. Sugita and Y. Nakamura:

.'nemalRelaxalion in Perpendicular R∝ordingwithSingle Pole Head and MR Headl',

Joumalofne Magnetics Society of Japan, Vol.21, Supplement No.S2, pp.317-320 (1997)

S. J. Greaves, H. Muraoka and Y. Nakamura:

.-Deposition and modeling of spin valve structures.',

Joumalof The Magnetics Society of Japan,Vol.21, Supplement No.S2, pp.383-386 (1997) H. Yamada, H. Muraoka and Y. Nakanura:

■■A study of perpendicular magnetic recording characteristicswith magnetoresistive head'',

Joumalof Magne(ism and Magnetic MatcdalS, Vol.176, pp.56-60 (1997). K Thkano, H. Muraokaand Y. Nakamura:

.'Resolution of unshicldcd and shielded MR heads for perpezldicular magnetic recording'', Joumal of Magnetismand Magnetic Materials, Vol.176, pp.61-65 (1997).

H. Muraoka, Y. Satohand Y. Nakamura:

.'Multi-track recording utilizing multi-level partial rcsponse一㌧

(2)口頭発表 (発表者:テーマ名､学会等名､年月) 王 智剛,中村慶久: 一一GMRランダム･アクセス･メモリー  ー小型高速簡単の新原理固体メモリ 素子一一● 電子情報通信学会技術研究報告【MR95-07】, pp.9-16 (1995-06) 渡辺功,中盤栄治,村岡裕明,中村慶久:メ '.垂直磁気記録媒体作成用アルミニウムチャンバーの検針･ 電子情報通信学会技術研究報告【MR95-12], pp.1-6 (1995-06) 江年季,村岡裕明,中村慶久: -■積層薄膜コイル単磁極ヘッドの高出力化一一 電子伊藤通信学会技術研究報告【MR95117], pp.39-46 (1995-06) 坂口 武,渡辺 功,村岡裕明,中村慶久: 川垂直二層膜媒体におけるCr下地層の影響川 平成7年度電気関係学会東北支部連合大会訴演論文集【2B13] (August 1995). 五十嵐克人,村岡裕明,中村慶久: ''垂直磁気記録における媒体記録層膜厚依存性[一 平成7年度電気関係学会東北支部連合大会練演論文集【2B14】 (Angust 1995). 中盤栄治,渡辺功,村岡裕明,中村慶久: "軟磁性膜の成膜における液体窒素シュラウドの効果‖ 平成7年度電気関係学会東北支部連合大会講演論文集【2B15] (August 1995). 佐藤泰東,村岡裕明,中村慶久 一■多値パーシャルレスポンスによるマルチトラック一括再生方式川, 1995年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会講演論文集, C-350, p.42 (September 1995). 丹健二,田河育也中村慶久: 一一磁壁エネルギーと渦エネルギーを考慮した軟磁性薄膜のモンテカルロシミュレー ション■, 第19回日本応用磁気学会学術耕溝板要集, 23aD-5, p.53 (September 1995). 清水幸也,田河育也,中村慶久: ●サブミクロントラック記録におけるナノスケール掛ヒ機構とスペーシング依存性一一, 第19回日本応用磁気学会学術耕演概要集, 23pE-2, p.84 (September 1995). 高野研一,村岡裕明,中村慶久: 一一垂直磁気記録用コンタクトMRヘッド●■, 第19回日本応用磁気学会学術講演概要集, 26pC-10, p.453 (September 1995).

高野研一,村岡裕明,中村慶久: '●コンタクトMRヘッドによる垂直二Ji膜メディアの評価･･, 第1姻日本応用磁気学会学術耕演概要集, 26pC-ll, p･454 (September 1995). 江年季,村岡裕明,中村慶久: -サブミクロントラック幅単磁極ヘッドの多トラック化･･, 第1姻日本応用磁気学会学術練溝板要集, 26pC114, p･457 (September 1995). 王智剛,中村慶久: 川弱結合型oMR膿を使った四進数メモリ一･･, 第19回日本応用磁気学会学術辞演概要集, 26aF-2, p･484 (September 1995). 村岡裕明,中盤栄治,渡辺 功,中村慶久: '.液体窒素シュラウドとアルミニウムチャンバを用いたスバッタ装置より成膜した二 届膜記録媒体-I 電子情報通信学会技術研究報告【MR95-111, pp･43-48 (1995･11) 高野研一,山田 洋,村岡裕明,中村慶久: ''垂直ハードディスクと組み合わせたMRヘッドの記録再生特性n 電子情報通信学会技術研究報告【MR95-60】, pp･29-34, (1995･1 1) 田河育也,中村慶久: ●-微粒子磁化モデルと有限要素法を用いた磁気記録シミュレータ･･ 日本シミュレーション学会第16回計算電気･電子工学シンポジウム､ I-4､ pp.25-28 1995年12月5･ 6日Peccmber 1995). 佐藤泰兼,村岡裕明,中村慶久: 〝多値パーシャルレスポンス方式によるマルチトラック一括再生川 電子情報通信学会技術研究報告【MR95･70】, pp. 15-22 (1995-12) 山田 洋,村岡裕明,中村慶久 一-垂直磁気記録におけるMRヘッドの再生波形式川, 1996年電子情報通信学会総合大会務演論文集, C-445, p･61 (March 1996). 王 智剛,中村慶久 1'スピン･トンネル･ランダム･アクセス･メモリーの原理と夷&･･, 1996年電子情報通信学会総合大会耕演論文亀C-446, p.62 (March 1996). 西田周治,田河育也村岡裕明,中村慶久 一●ニューラルネットワーク波形等化による垂直磁気記録の非線形歪みの改善一･, 1996年電子情報通信学会総合大会甜演論文亀C-453, p.69 (March 1996). 大沢 寿,藤本典宏,岡本好弘,斎藤秀俊,村岡裕明,中村慶久 一t垂直記録における8/10MSN符号化pRML方式の一検討･･, 1996年電子情報通信学会総合大会講演論文象C-456, p.72 (March 1996).

西田周治,田河育也,村岡裕明,中村慶久: 川ニューラルネットワークによる垂直磁気記録の波形等化■-電子情報通信学会技術研究報告【MR96-5】, pp.25-32 (1996-06) 丹 健二,中村慶久: 一一モンテカルロ法による軟磁性薄膜のマイクロ磁化機構シミュレーション●-電子情報通信学会技術研究報告【MR96･7】, pp.1-8 (1996-06) 佐藤一樹,村岡裕明,中村慶久: '.高密度広帯域単磁棲形薄膜ヘッドの基礎検討'1 平成8年度電気関係学会東北支部連合大会耕演論文集【lA8】 (August 1996). 庄司智宏,渡辺 功,村岡裕明,中村慶久: '.リングヘッド用垂直塩気記録媒体の研究'. 平成8年度電気関係学会東北支部連合大会辞演論文集【1AIO] (August 1996). 自藤幸喜,村岡裕明,中村慶久` ''コンタクト記掛こおけるヘッド先端形状の検討.I, 1996年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会耕演論文集, C-386, p.44 (September 1996). 村岡裕明,中村慶久 t■垂直磁気記録における非線形転移点シフトtt, 1996年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会講演論文集, C-387, p.45 (September 1996). 清水幸也,中村慶久: "3次元シミュレータによる垂直記録媒体のノイズ解析一一,

第20回El本応用滋気学会学術耕演概要集, 20pAl12, p.22 (September 1996).

山田 洋,村岡裕明,中村慶久,阿部岩男,渡辺鹿次郎: t-垂直磁気記録におけるMRヘッドの高分解能再生…, 第20回日本応用磁気学会学術講演概要亀22pA-1, p.221 (September 1996). 妻 文紅,村岡裕明,田河育也中村慶久: ■●垂直磁気メディアにおける熱磁気援和の記録密度依存性'., 第20回日本応用磁気学会学術甜演概要集, 22pA-4, p.224 (September 1996). 中塩栄治,坂口 武,渡辺 功,村岡裕明,中村慶久: 一一co-cr垂直膜成膜時の背庄改善効果一㌧ 第20回日本応用磁気学会学術静演概要亀22pA-5, p.225 (September 1996). 丹健二,中村慶久: ‖モンテカルロ法によるMR膜の磁化解析一㌧ 第20回日本応用磁気学会学術講演概要亀23aA-9, p.361 (September 1996).

村岡裕明,清水幸也,山田洋,中村慶久: 一一微分等化によるMRヘッド再生垂直磁気記録のS N比の改善･･ 電子情報通信学会技術研究報告【MR96-67】, pp.95-100(1996･11) 大沢寿,藤本典宏,岡本好弘,斎藤秀俊,村岡裕明,中村慶久: -●二層垂直記録媒体とMRヘッド再生のためのP RML方式の検討･･ 電子情報通信学会技術研究報告【MR96･70】, pp.17-24 (1996-12) 村岡裕明,中村慶久: 一一単磁極ヘッド記録二層膜垂直磁気記掛こおけるN L T Sの実験的検討川 電子情報通信学会技術研究報告【MR96･721, pp.31･36 (1996-12) 山田 洋,村岡裕明,中村慶久 t●垂直磁気記録における/トシャルイレ-ジヤの測定一一, 1997年電子情報通信学会総合大会辞演論文亀C-7-19, p.63 (March 1997). 庄司骨宏,渡辺 功,村岡裕呪串村慶久 川リングヘッド垂直磁気記掛こおける媒体厚みの検討一㌧ 1997年電子情報通信学会総合大会辞演論文集C-7-27, p.71 (Match 1997). 杉田 値: ■■磁性薄膜とマイクロマグネティクスの進展川 平成9年度スどこクス研究会【97-3-1], (June 1997) 妾 文紅,村岡裕呪中村慶久: '-coICr垂直二層媒体における再生電圧経時変化の検肘･. 電子情報通信学会技術研究報告【MR97-6】, pp.9-14 (1997-06) Pauvi Sulistio,渡辺 功,村岡裕明,中村慶久: 1'Co-Zr-Nb層を碁打ちとした垂直二層膜媒体の作製の検針･ 平成9年度電気関係学会東北支部連合大会耕演論文集【2A2] (August 1997). 佐々木保,村岡裕明,中村慶久: ''二届膜媒体の記録層膜厚が記錬再生特性に及ぼす影響M 平成9年度電気関係学会東北支部連合大会耕演論文集【2JU] (Angust 1997). 佐々木保,村岡裕明,中村慶久: ''二層膿媒体を用いた垂直磁気記掛こおける媒体厚みの影響t一, 第21回日本応用滋気学会学術練演概要集, 3aB-2, p.152 (October 1997). 山田 洋,村岡裕明,杉田 櫨,中村慶久: ●■薄膜導体励磁型単磁棲浮上ヘッドのオフトラックオーバーライト特性川, 第21回日本応用磁気学会学術辞演概要集, 3aB-3, p.153 (October 1997). 佐藤一樹,村岡裕明,中村慶久,片倉 亨,佐藤 仁,矢沢健児,: ''薄膜導体励磁型単磁棲浮上ヘッドの試作とその記録特性日,

第21回日本応用磁気学会学術耕演概要集, 3aB-4, p.154 (October 1997). 妻 文紅,村岡裕明,杉田 櫨,中村慶久: "垂直二層膜媒体における再生減磁に対する単磁極ヘッドの影響一㌧ 第21回日本応用磁気学会学術続演枕妻集, 3aB-5, p.155 (October 1997). 服部一博,青山 勉,佐藤勇武,清水幸也中村慶久: '■三次元シミュレータによる狭トラックMRヘッドの磁化解析一㌔ 第21回日本応用磁気学会学術耕演概要集, 5aB-3, p.407 (October 1997).

S. J. Greaves, H. Muraoka and Y. Nakamura:

"SiZ:e effects in spin yalve structures",

第21回日本応用磁気学会学術講演概要集, 5pB-7, p.423 (October 1997). 丹 健二,中村慶久: -●軟磁性膜のモンテカルロシミュレーション･-電子情報通信学会技術研究報告【MR97-111, pp.41-46 (1997-ll) 庄司智宏,渡辺 功,村岡裕呪中村慶久: ■ワェライト基板を用いた垂直ハードディスクの記録再生特性■I 電子情報通信学会技術研究報告【MR97-1 1】, pp.65-69 (1997-ll) 庄司智宏,渡辺 功,村岡裕明,杉田 値,中村慶久: "7エライト基板を用いた垂直ハードディスクの記録再生特性1' 平成9年度スどこクス研究会【9716-1], December 1997) pauvisulistio,渡辺 功,村岡裕明,中村慶久: -●coIZr-Nb軟磁性層を用いた垂直二層膜媒体の低ノイズ化の検討一一 平成9年度スピニクス研究会【97-6-2], December 1997) 丹 健二,中村慶久: ･軟磁性膜のモンテカルロシミュレーションi 平成9年度スピニクス研究会【97-6-17), (December 1997) 小松和彦,丹 健二,村岡裕明,中村慶久,杉田 値: "強磁性トンネル接合素子の検討一一 平成9年度スどこクス研究会【9716-181, December 1997) 佐藤-樹.村岡裕明､中村慶久､片倉亨､佐藤仁､矢沢健児: 一層膜導体励磁型単磁極浮上ヘッドの試作とその記録特性-I 平成9年度スピニクス研究会【9716-19], December 1997) 村岡裕明,妻 文紅,サイモングリーブス,杉田 値,中村慶久: 川垂直磁気記録二層膜媒体における熟磁気援和の検討■■ 日本応用磁気学会第103回研究会, 103-6, pp.37-44 (January 1998)

研究成果

1.緒言 1.1研究の背景 昨今の高度な情報ネットワーク社会では､マルチメディアに代表されるような高細精度 動画情報などの大容量情報が急速に普及､拡大している｡このような背景から情報インフ ラストラクチャとしては.伝達､演算､だけでなく､処理システムの三要素の一つを成す 情報蓄積の格段の進歩がなければ､バランスの取れたシステム構築が不可欠である｡この 情報蓄積分野においては､磁気記録システムが速度と容量を両立できるテクノロジーとし て半導体や光技術に対して康位性を示して幅広く使用されている｡しかし､社会の要請す る情報量は今後も増大の一途を辿るのは必須であり､いかに大容量性に優れる磁気記録ス トレ丁ジといえどもさらなる高密度化が緊急の課題になっている｡触えば､ストレージの 中核をなすハードディスク装置は年率60% (5年で10倍)という急速な高密度化を遂げて いる｡すでに1平方インチ当たり20ビットの記録密度を突破し,研究の最先端レベルでは 106ビットに達している｡このような急速な高密度化､すなわち大容量化の結果､既存技 術はその発展の限界に達しつつあり､現状の1000倍とも言われる次世代高次情報社会で求 められるストレージの要諦を満たすことは難しい｡新しい原理に基づくストレージの飛躍 的な発展が必須である｡ この最有力候補が垂直磁気記録であり､既存技術が限界に達しつつある現在改めて注目 されている｡代表者らは､方式提案以来､研究成果を横み上げてきたが､コバルト･クロ ム垂直磁気ハードディスクメディアと単磁極ヘッドを組み合わせたシステムにより､ 1 ビットの情報を0.05平方ミクロン(トラック幅: 0.4FLmX線分解能: 0.13FLm)の微小面積 に記録して､世界的にも高い記録密度の可能性を示した｡これは1平方センチの面横内に 書籍500冊程度に相当する2ギガビットの情報量を蓄積できる能力であり､上述の社会的要 請に応えうるポテンシャルである｡ 従来の磁気記録理論の概念では.記録ビットは磁性薄膜の磁区として一様な磁化頼域を 形成するか､多数の磁性微粒子の集合体として平均的な情報ビットとしての記録磁化を形 成することを想定している｡しかし,学術的な視点からは､最近の垂直磁気記録の最先端 では､このような磁性体の額域として情報を記魚するというより､記録媒体構成要素の最 小単位である単磁区磁性微粒子あるいは電子スピン群に情報を書き込むという新規の牡念 が必要である｡実験結果は､すでに1ピットの情報をメディアの微結晶粒数個分の領域に 記録できることを示している｡このため代表者等はこの学理及びこれを応用する工学頗域 を､スピニック･データ･ストレージと呼ぶことを捷喝している｡磁気記録の分野ではこ

のような新しい展開が目前に迫っている｡今後の工学としての発展にはこの分野の学問 な体系の確立とそれに基づくストレージシステムの設計原理を尊くことが早急に求めら る｡ 1.2 研究の目的 本研究の目的はデバイスからシステムの研究に至るまでのいくつかの段階から成る｡ なわち･ (1)垂直磁気記録用の高性能デバイスの試作､ (2)そのアナログ特性やデジタル 性としてのシステム性能の検証, (3)従来のトラックバイトラック記録方式に替わる高面 度記録方式の提案と検証､である｡ この高密度スピニックストレージをストレージシステムとして発展させるために､従 型のトラックバイトラック方式から複数のサブミクロントラック幅の集積型ヘッド群に るマルチトラック並列記録方式に2次元信号処理を組み合わせる新規ストレージシステ を研究する｡このための記録再生ヘッド､記録メディア､記録再生信号処理方式を絵合 に検討しその具体構成を提案することが目的である｡ 以下に本研究において得られた成果の要点を述べる｡なお､詳細については本報告に 付した発表論文の別刷りを参無されたい｡

2.研究成果の概要 2･1高分解能広肯城単磁棲ヘッドの就作 上述した高密度性に加えて､動画情報ファイルアクセスの必要性から､コンピュータ用 ハード磁気ディスク装置や放送用ディジタルvTRでは高速化の要求が強く､動作周波数は 100MHzを遡えて200MHzを目指した研究開発が盛んである｡垂直磁気記録では高い線記録 密度が実現できるので､本来高転送レート化にも適した記録方式であると言える｡しかし､ このためにはヘッド･ディスク系を高周波に適したものとしておくことが前提である｡こ のため高分解能単磁極ヘッドを実用性の高い浮上スライダに実装した､高感度かつ低イン ダクタンスの垂直磁気記録用記録ヘッドを試作した｡ A,劫搾原著と膚遭    ′ 単磁極ヘッドには軟磁性裏打層を有する二層膜媒体を使用する｡コイルで励磁された主 磁極から発生する記録磁束は記録層を垂直に井いて情報を記録するが､この記魚磁束は記 魚層裏面の軟磁性薄膜(碁打ち層)を流れて､磁末の帰掛こ相当するりターンパスを経由 して戻る｡このような動作から､単磁極ヘッドは長芋磁界ベクトル成分が少なく､しかも 急峻な磁界勾配を持つ垂直記録磁界を発生できる｡しかし記轟感度等の性能に優れた単磁 極ヘッドには､高い透磁率と飽和磁束密度などの腐れた軟磁気特性を持つ主磁極と､これ を効率よく励磁するコイルに加えて､低磁気抵抗のリターンバスが必要である｡ 本ヘッドの拭作では,リターンパスの構造が異なる2種類のヘッドを拭作した｡一方は 図2-1-1薄膜リターンを有する薄膜導体励 磁型単磁棲ヘッドの概略構造 叫m厚のCoZrNbアモルファス膿をリターン とするもの(a)､他方はバルクのMnZnフェラ イト材を基板として薄膜ヘッドを成膜し､ リターンパスをバルク軟磁性材で形成する ことで低磁気抵抗化を図ったもの(b)である｡ (a)の構造を図2-1-1に､仲)について図2-1-2に 示す｡ (b)タイプのヘッド.は､ (a)タイプのリ ターンパスを省略し､替わりに軟磁性フェ ライト基板を用いた｡いずれも主磁極は CoZrNbアモルファス膜で､十分な記録磁界 を発生させるために厚さは400mmとやや厚め にした｡導体層は密着性を向上させるため にQで挟んだchでこの積層膜の全厚は2∝kml､

絶縁劇isiO2頃で第1層が300皿である卿 は十分な絶縁を保つために500mmとして いる｡ 本ヘッドは記録専用であり､再生用には MRヘッドを用いることを前提とする｡ 試作したヘッドのリソグラフイ完了時点 での構造写真を図2-1-3に､浮上スライタ への加工が完了した写真を図2-1-4に示す B.電素辞任と記凝辞任 本ヘッドの評価に当たり､先ずその電気 度まで2nH以下のインダクタンスを示し それ以上では緩やかに減少する｡この侶 した飽和特性を長芋記録の一例とともに 図2-1-2バルクフェライト基板上に作製した 薄膜導体励磁型単磁極ヘッドの概略構造 図2･1-3薄膜プロセスが完了した試作へツ 学顕微鏡写真 図2-1-4浮上スライダに搭載した試作ヘッドの外観

示す｡ (b)のヘッドでは0.03AT(30rnA)と 極めて小さい起磁力で記鼓媒体を飽和 磁化できており､ここでの長芋記録の 例に対して､約1/10程度の高い記録感 度が得られた｡ただし､薄膜リターン パスを使用した(a)タイプのヘッドでは､ (b)タイプのヘッドに比べるとやや感度 が低い｡この結果はリターンパスの磁 気抵抗の設計が重要なことを意味して おり､今後の試作に対する有用な指針 と理解している｡また,記録密度特性 については､タイプ(a)とタイプ(b)の ヘッドはD,.で120kFRPIと135kFRPIであ り､これまでその高記録分解能が示され ているコンタクト型単磁極ヘッドの 140kFRPIにほぼ等しい結果を得た｡ C.トラックプロファイル(トラック膚 分厚虚) また､最近の高面密度ヘッドディスク に重要なトラック端分解能について.そ のオフトラックオーバーライト時のト ラックプロファイルを湘定することで評 価を行った｡測定結果を図2-1-7に示す

が､記録したトラック幅は記録主磁極

幅に等しく､記轟にじみはサブサブミ クロンの分解能でも親測されず､非常 に小さい｡さらに隣接トラック間で生 じるイレ-ズバンドも25nmと従来方式 の数分の1以下であ?た｡これらの結果 は高いトラック密度を達成するために 極めて有利な性質である｡ (Hu)83Uq当PLq 1○ 2.3 2.4 1j t.○ OJB ■○ 波 4竸仄 ｴｦGfFﾄｧ%F" ､ｦ ﾈ ﾈ ﾈ ﾈ ﾈ ﾈ ﾈ ﾈ ﾈ ﾈ ﾂ 粐 r 35 30 25 20 14 1〇 I ■1ー Frequency (6Hz) 図2-1_5インダクタンスの周波数特性 Ⅷ つ^u)書pcqtJM (U)8UqSISe∝ 0 01      0.1      1 Ftecdbq lTtagneb-nld柵･bl切tATJ 図2_1_6試作ヘッドの飽和特性 r^u)喜p寺H 50     1CKI     1 50     2CO R叫血r18Ltl (kFJtPJ) 図2_1_7拭作ヘッドの記録密度特性 250

ヘッドを用いた垂直磁気記鋲ハ｢ドディスクの 今後の超高密度記録を考えるとその ビットサイズは極めて小さくなるため 再生磁束は非常に微弱で､再生停号の 読み出しには高再生感度のヘッドが必 須である｡この目的にかなうのが MRヘッド､あるいはさらに高感度の GMRヘッドである｡このヘッドはす でに従来の長芋記録方式でも実用に供 されているが､垂直磁気記録による高 密度記録においてもやはり再生ヘッド としてこれを前提にしておくことが求 (gp)fe^a〓nd一nO ノ 10 15

PerpendlcLJlaT doubleJayered J,ne仙m Readb: 3･1 PJTI

Writo: 5.1 pJTt

Thin何rrl SfqJe-pole head

1 00 kFRP1 25 nn Overwritten 三_-:_･:_･:::I:,:--･-･*:･::-_:-: l I l l l _∫一一 ー-lqL 一一･●r   日  -､へ. ヽ1L ･0.5･0.4-0.3･0.2-0.1 0 0.1 0.2 0.3 0fF-track displacement (pm) 0.4 0.5 図2-1-8オフトラックオーバーライトプロフアイ められる`｡垂直磁気記録の高分解能再 ル 生については､これまでインダクテイ ブ型の単磁極ヘッドでは,優れた再生特性が理論的にも実験的に確認されているが､ MRヘッドについてもこれを調べておく必要がある｡ 後述のように､単磁極ヘッド記録･ MRヘッド再生系における実験では､再生波形に対 して簡単な微分処理を施すことで長芋記録媒体を上回る高いD5.が得られる.これは最近 の狭ギャップMRヘッドでは特に有効で､ SN比はむしろ高密度で改善される｡これらに関 連する理論的及び実験的な検討を行った｡垂直磁気記録では､垂直磁気異方性を有する媒 体であれば､記録ヘッドとしてリングヘッドも適用可能であるが､ここではより理想的な 記録を念頭におき単磁極ヘッド記録と二層膜媒体を前提としている｡また､実射こは,記 録層厚さ50nmの垂直二層膜媒体とシールドギャップ長200nJn､浮上圭50mmの縦型MRヘッ ドを用いた｡記録ヘッドには主磁極厚200mmの単磁極ヘッドをコンタクト記録で用いた｡ 後述するアナログ信号処理用の微分等化器は高速オペアンプで構成し､微分後のD,oに相 当する周波数での利得が最大のOdBとなるようにし､それより高い周波数域では 120dB/decadeで利得が減衰するようにした｡ A.再生顔形 図2-2-1にはMRヘッドの垂直磁気記録再生波形を示している｡同園には同一のヘッドで再 生した長芋媒体(tBr=150 Gum, Hc= 18000e)の一例も示す｡従来方式でのMRヘッド再生 波形､あるいはインダクテイブ型の単磁極ヘッドでの単峰性の再生パルスとはまったく性 質が異なる矩形波状の再生パルスで､記録払化分布に対応するレスポンスであることが明 らかになった｡これは図2-2-2に示す理論解ともよく一致するものである｡

この波形はこれまでの単峰性パルスを前提に.した 信号処理系には不向きなもので､これまでの実績 を生かした高密度信号処理系を使用するという立 場に立てば､この波形を変換して用いるほうが得 策である｡これを実現するためには微分型の等化 器が有効である｡図2-2-2にはこの微分等化器の効 果も示すが(perpen(diff)) ､単峰性のパルスに等 化されることが示されている｡一方､垂直磁気記 録の微分波形と長芋記録波形を比較すると､垂直

磁気記録の微分波形にはその後端にアンダー

シュートが見られるものの､全体の傾向は両者と も単峰性のパルス形状で同様である｡ただし､微 分垂直波形では長芋波形に比べて140mmと顕著に 半値幅が狭く､同一のMRヘッドによる再生であ りながら高い再生分解能を示しその差違は明らか である｡ a.甜密度持盤 図2-2-1 MRヘッドによる垂直磁化と 長芋磁化の再生波形(上:垂直､ 下:長手) さらにこの微分等化は高周波のレスポンスを改善するものであるため､波形変換と同時 に､高密度特性を改善できる｡図2-2-3には200mmのシールド間隔を有する狭ギャップ MRヘッドでの測定結果を示すが･微分等化により270kFRPIという高いD5.が得られた｡垂 直磁気記録にMRヘッドと微分等化器を用いると浮上圭50mmのヘッドスライダでも狭いパ ルス幅と高いD5｡が得られる利点が確認された｡ 従来から垂直磁気記録は高線密度性が大きな 利点と認識されているが､高密度化が進んだ

長手記録といえども達成困難なパルス幅と

D5｡を実用的な浮上皇で実現できていることは 意味がある｡この高いD5｡は､垂直磁気記録媒 体の微分再生波形が長芋記録磁化再生波形と 相似形で､かっより狭いパルス幅が得られる 上述の結果とよく対応する｡この結果は､垂 直微分波形と同一のJてルス幅を長芋記録で得 るには､たとえ記録媒体の磁化転移幅が同等 でも､より狭いシールドギャップのMRヘッド が必要になることを意味する｡ apnl!Id∈epOz]IeLLJJON 1.5    2 1 X (llm) 0    0.5 図2-2-2 長芋記録と垂直記録のMRヘッ ド再生孤立再生パルス波形と微分等化

C.再生膚号のSN此 記録再生分解能と並んで実際のシステム特

性にはノイズ特性(あるいは再生信号の

sN比)が極めて重要である｡この点につい て測定を行い､微分等化により200kFRPI以 上の領域で優れたsN比を示すことも確認し た｡ 2.5pmのリードトラック幅のMRヘッド の測定から得られたメディアSN比を図 2-2-4に示す｡ここで､再生信号振幅は正負 の尖頭値で求め､メディアノイズについて は､全ノイズからディスク静止時のノイズ を差し引いたスペクトラムを周波数積分す メ ることで､実効値メディアノイズで求めて いる｡ノイズ積分帯域は22MHz (22qkFRPI)である｡比較用に用い た長垂記録媒卿こ比べると,垂直磁 気記録媒体q)sN比は低密度では低い が､ 100kFRPIを越える高密度で優れ ている｡この傾向は微分器の出力で みた再生信号ではより顕著であり､ 200kFRPIではここで用いた長芋媒体 よりも10dB程度優れたsN比が確証さ れた｡二層膜垂直磁気記録媒体の現 状のメディアノイズは長芋媒体より も必ずしも小さくないが､高密度で ー 〇･五 ノ M M lnd)nopoz葛∈JOtJ '■ ‥血__.--..-∼ヽPerP.-lff. -...-.-...ヽ PerP. lon9Lw 150GpJTn800Oe/ 10○GpJTd250COe 二JTJTCal.rotJdedさteP Read叫qhelghta50Jln(nCNTI.) _一 10    20  30   50   100   200 300  50

linear density (kFRPI) ,

図2-2_3記録密度特性の測定結果 50 100 150 200 250 300. Density (kFRPl) 5  0  5  0 3322 (sE＼ddgP)∝NS 図2-2-4 MRヘッド再生時の再生信号のSN比 もノイズの増大がなく､一方高密度     ′ の再生信号の減衰が少ないことが上述の測定結果に現れている｡また､ここでのSN比は-長芋媒体に比べて比較的厚い50nmの垂直媒体により得られていることは重要な結果であ ると考えている｡ ㌔ D.高密度記録方式としての者/Vラメ-タの月膚も0 以上述べたように､垂直磁気記録にMRヘッドを用いると高再生感度化に加えて､微分 等化によって等価的にヘッドの再生分解能が改善される｡しかもこの場合に得られる再生 i 波形は単峰性であり､現在のPRMLチャネルに適合し易い｡以上で述べた実験結果を延長 して､ 20Gbits/inch2での目標仕様をあくまでも一例ではあるが設定し､その電磁変換特性

表1. 20Gbit/inch2のための目療仕様 perpendcuJar 輪'2 D'skdiすTleter 絣" r=28.5mm kBPl 塗 X ｲ balcngh=42.3rm kTPl 2 廿ackph=h=0.76Lm ヽefoc恥(∩/S) b 5400rpm TransferrabB(MB/S) 鼎r綯 Badwbh(Mト均 #B 1.7rTJwsfqrab kBPlh(TPl ゅ BitkB咽th(rm) 鼎" 川MSpaoe(rm) 鉄 magnelicSpac咽 D50(kFRPJ) 3 L訓/ders吋cLJtPUt山Vp-p) S2 d肝ererti虞ed PW50(JYT1) R d肝ererti虞cd BitkBrgNPV% ﾃ"縒 Totafrx)'se(LLVrms) 途 HbadrdSehVrTTVS) 迭 R芦20n Amp.Pb'Se(LLVrms) 緜 NaF=0.4nVJLt1/2 Disk-rdse山Vrms) M∋diaSNR弓8dB SNR(dBpdmS) 叫Jlm) 緜R 86%dt柑Ckpitch 叫Jlm) 紊 64%ofねckpitdl Shiek]gap(rvT1) S を概算で見積もる と表1に掲げるよ うな数値となる｡ 本見積もりでは, ビット線密度は孤 立波形の半値幅と PRMLチャネルで の復調系の性能で 限界が規定される とした｡すなわち. 上述のよ う に 120nmのパルス幅 が実現でき､この 1/2.5程度のビット

長に相当する線記

録密度がチャネル で達成できるとす ると､ 600kBPIと なる｡従って､ト ラ ック密度は 16･7kTPI程度(トラックピッチは1.5ミクロン)となる｡このように垂直磁気記録での高い 線密度のポテンシャルを活用すれば､トラック.密度をより接やかなものにできることが期 待される｡この程度のトラック密度臥将来のヘッド加工技術とサーボ技術の進歩を考慮 すれば達成可能であろう｡この際､媒体sN比は図2-2-4の結果をトラック幅換算して低密 度で30dB弱と推定される｡このSN比はまだ十分なものとは言えないが､垂直磁気記録･ MRヘッド系では着々と改善されつつあるディスクノイズが主なノイズソースであり､今 後の改善は可能である｡ 2･3マルチトラック並列記鐘方式の模型 これまで代表者らは次世代超高密度記録方式として垂直磁化方式による超高面密度記録 の可能性を検討してきており､狭トラック暗記掛こついても. 400nmというサブミクロン トラック幅記録が可能なことを突放で示している｡しかし現実的なトラッキングサーボを 考えた場合.サブミクロンのトラックを正確に追従することは困難である｡本方式は複数

のサブミクロントラックを集 積型の記録ヘッドを用いて並 列に記録し､これを一括して 再生し､等価的なトラッキン グ精度の制約を緩やかにする ものである｡図2_3_1に概念的 に本並列トラック記録方式の ヘッド構成を示す｡並列の集 合形記録ヘッドによりパラレ _{図2_3_1並列マルチトラック記録･一括再生方式のへツ}

ルに同時マルチトラック記録構成概念図

を行い､単一の再生ヘッドで 読み出すものである｡この方式を実現するには複数のトラックを単一の再生ヘッドで読 出した際に個々のトラックのデータを分離して復調できることが前提になる｡これは現 のトラックバイトラック記録方式では不可能で､このために多値論理を磁気記録に導入 てその可能性を調べた｡ A‥並列トラック定点方式 複数のトラックを単一の再生ヘッド で一括して再生した場合にはきわめて 強いクロストークが生じる｡例えば従Ilnbut 束の記録方式では､ 1つのトラックの 磁化は上向き(+Ms)あるいは下向き (-Ms)の2状態のいずれかである｡この (a) binary data (b) M u]ti-leve I Sfgnal 結果･ 2トラックで実現できる組み合(RC!C｡,de. わせは､ (+Ms,+Ms)､ (+Ms,-Ms)､ Magnetizatfon (-Ms,+Ms)､ (-Ms,-Ms)の4状態である｡ これを一括して嶋の広い再生ヘッドでkdi,,0.uced 再生すると､ (+Ms,-Ms)と(-Ms,+Ms)は head output 加算した結果はいずれもゼロであり弁 (ら) 別が不能である｡この影響を回避する 叫egrated Slgnal u Demodu lated binary data ために線形演算を利用したトラック間 加算による多値記録を導入した｡元来 垂直磁気記掛まトラック端の切れが良 く記録再生系の重畳性に康れているの で､本方式は適当なものと考えられる｡ 図2_3-2多値を利用した並列トラック記録の磁イ バターン配列の一例

なお､本検討では原理的な可能性

を検証するためにトラック数は2と した｡ 記録符号効率の低下を回避して一 括記録方式を成立させるために､ 上記の正と負の磁化レベルに加え て､磁化ゼロの状態を導入する3億 記録を適用した｡この磁化ゼロの

状態は､垂直磁気記録の高い記録

分解能を利用して再生ヘッドの分 解能を越える棲めて高い記録密度 で磁化反転を連続して書き込むこ とで､再生時にはこの記録領域で は再生ヘッド出力がゼロになるた め磁化レベルも等価的にゼロとみ binary data O 5-1ovol on00do O PR4 proCodo ノIn modul0 5 や data distTibLJtion recorded rTlagnOthbn O eqLJaJLzed head output O modulo 5 なせる状態を作ることで得ている｡ OPerath■■l 0 この結果､ 2トラックで取りうる磁 data 化状態は､ (+Ms,+Ms)､ (+Ms,0)､ rec｡nst,uctl｡n (+Ms,･Ms)･ (0,+Ms)､ (0,0)､ (0,･Ms)､ (-Ms,+Ms)､ (-Ms,0)､ (-Ms,-Ms)､の 図2-3-3 多値パーシャルレスポンス方式での記録再 生信号処理フロー 9通りであり､加算してその和が弁 別可能な組み合わせは､ (+Ms,+Ms)･ (+Ms,0)I (+Ms,-Ms)､ (0,-Ms)､ (-Ms,-Ms)､の5通りで ある｡したがって､ 2進数の4通りの組み合わせをすべて区別して復調可能である上に､む しろ符号効率を向上させることができる｡ただし､ここでは状態数を5から4に制限して実 験を行っているので､記録密度はトラックバイトラック方式の場合と同一である｡概念的 にこの記録方式の一例を図2_3_2に示しておく｡ a.多M/Y-シャルレスポンス マルチトラックを一括再生した借号は､各々のトラックの再生信号を加算したものであ り､それぞれの信号を検出点間隔で離散値に規定した多値レベル信号系列になる｡ここで､ 各々の単一トラックのヘッドメディア系が/トシャルレスポンスチャネル特性PR)に従う 伝達関数を有するとし､さらにトラック間で線形重畳性が成立すれば､その加算した信号 系列に多値pRを適用できる｡原理的にはこの多値pR方式はそのクラスを問わないが､こ こでは一般的な高密度系に広く用いられているclass4を選択した｡記録再生系のデータ処 理フローを図2-3-3に示す｡倍号処理の手順は以下の通りである｡まず入力2進データ系列

･演鴛43 lt) i,32 き1 ン● o よ ヽ の4 ･言.3 対言2 て萱.こ lt) .賀-1 のgj2 れ2-3 -4 演 白 I 2 ;1 1 0510152d. normaJizedtime 3 2 1 0 剪 0 5 -1 釘 1(4) e 蒜R -2 I 剪 3(2) 0 劔劍 S# r 号nOrmaJiZedtime さ図2す4シミュレーションによる並列トラック記録方式の ぎ 進検討 進I ｢式では2トラックに並列に記録できるため､入力データの最大 イアチャネルで決まる上限の2倍に増加できる利点がある.ち '=> 形としてローレンツ波形を考え､理想的に加算の成り立つ記琴 ミユレーションによる各トラックのデータに対する等化後の出 =その結果を示す.各々の図中には数字にて再生されるべきレ 二示す復調された多値pR検出レベルはmod4演算を施すことで入 -夕に一致することが分かる.なお､先行するhOl'および後に碕 アンプルとポストアンブルとして処理されるべきビットであっ' :る淵の兎酸 ヨ的なので､便宜的に2トラック間の記録位相を合わせた上で一 i録した.この記録時の位相合わせは2トラック全幅にわたる広 フアレンス信号となる転移を予め記録しておき､各々のトラ.i 準パルスを検出して両トラックの記録開始点を揃えた.集積型 I i ･演鴛43 lt) i,32 き1 ン● o よ ヽ の4 ･言.3 対言2 て萱.こ lt) .賀-1 のgj2 れ2-3 -4 演 白 I 2 ;1 1 0510152d. normaJizedtime 3 2 1 0 剪 0 5 -1 釘 1(4) e 蒜R -2 I 剪 3(2) 0 劔劍 S# r 号nOrmaJiZedtime さ図2す4シミュレーションによる並列トラック記録方式の ぎ 進検討 進I ｢式では2トラックに並列に記録できるため､入力データの最大 イアチャネルで決まる上限の2倍に増加できる利点がある.ち '=> 形としてローレンツ波形を考え､理想的に加算の成り立つ記琴 ミユレーションによる各トラックのデータに対する等化後の出 =その結果を示す.各々の図中には数字にて再生されるべきレ 二示す復調された多値pR検出レベルはmod4演算を施すことで入 -夕に一致することが分かる.なお､先行するhOl'および後に碕 アンプルとポストアンブルとして処理されるべきビットであっ' :る淵の兎酸 ヨ的なので､便宜的に2トラック間の記録位相を合わせた上で一 i録した.この記録時の位相合わせは2トラック全幅にわたる広 フアレンス信号となる転移を予め記録しておき､各々のトラ.i 準パルスを検出して両トラックの記録開始点を揃えた.集積型 I i を2ビット毎に切り出し 4進数に変換した後､ Mod4 算のclass4プリコーダを通 た後に2トラックにマッピ グする.この際に前述の

うな磁化状態を想定して

一括再生時の各トラック 信号の和が2Ms､ +Ms､ 0 -Ms. -2Msのいずれかに1 1で対応するように留意し 分散記録する｡ 再生時にはこれらの複数 トラックの信号が加算さ て読み出されるが, Mod4 算を行うことで4進入力信 +

に相当するデータが復調

れる｡この後､ 4進から2進 への逆変換を施して元の2進 情報が復元できる｡この方 転送レートを各ヘッドメデ

C.淵のシミュレ-シ

実験を行う前に､孤立波 再生系を仮定した場合のシ カ波形を求めた｡図2_3_3に ベルを示しているが､ (C)に カデータである図の4進デー く"-1日, "一2川,･ "-2●■は各々プリ て､情報は担っていない｡ D.臭へツIZメディア系によ ここでは原理的な実験が目 各々のトラックを別々に記 いトラック幅で先行するリ クに記録を行う際にこの基

ヘッドを用いる際にもヘッドの作 製精度などのためやはり位相合わ せの問題は生じると思われるが､ 本手法はその際にも応用可能と考 えている｡ 集魚では､ 7ビット長のデータを 使用してまずトラック1を記録し､ 次にヘッドをオフトラックしてト ラック2のデータを記録する｡その 後さらにオフトラックして直流消 去することで等しいトラック峠の 隣接並列記録トラックを実現した｡ ここでオフトラック量はいず才でも ('qJt!)08qo^pdptopolRJ8elUf ノ 80 60 40 20 0 20 40 60 00 6ｳ ｷ 6ｳ" 2468 Tlme( LL SeC) 図2･3･5 実際のヘッドメディアを用いた並列トラッ ク記録方式の美浜における再生信号 2叫mであり､従ってトラック幅も各々20LAmである｡これらの2つのトラックに記録した 信号を同一ヘッドで一括再生した後に､点列データとして計算機に取り込み､計算機上で トランスバーサルフィルタを構成して波形等化を行った｡ 図2-3-5に各トラックの等化後の出力波形を示す｡ほぼ前述のシミュレーション通りの波 形が得られている｡従って､等化後の一括再生波形に対して､各検出点での振幅値を mod4演算により4進データとして取り出すことが可能なことが分かる｡以上の実験結果は 磁化ゼロレベル導入の仮定が近似的に成立すること､および本多値記録方式が有効なこと を示している｡

3.結言 次世代超高面密度記録方式として､垂直磁気記録を中心にシステム的な視点も含めて研■ 究を遂行した｡これまでの垂直磁気記録の研究の歴史は長いが､主としてヘッドディスク 系のデバイス関連の研究にとどまっており､加えてその性能評価も高線密度での再生信号 検出に終始することが多かった｡本研究では､高感度MR再生ヘッドの導入､低浮上ステ イ夕への搭載､高速薄膜導体励磁型単磁極ヘッド､などデバイス系の研究も高い周辺技補! を可能な限り取り込んで深め､サブミクロンあるいはサブサブミクロン以下の記録分解能 を測定､検討した｡これは従来の磁気記録の議論に比べると､さらに微細頼域に踏み込ん■l だ議論となっており､冒頭で述べたスピニックストレージの端緒を成すものである｡ 同時に､本研究ではデバイスの研究にとどまらず､微分型等化方式などの停号処理方式 信号のSN比評価､トラック端分解能の高精度測定､並列記録方式による高面密度･高速 記録再生システム､など新しいシステム的なコンセプトを盛り込んだ第2世代垂直磁気記 録とも言うべき成果を得た｡これらは今後のストレージシステムとしての包括的な研究の 有用性を示すとともに.今後のマルチメディア対応の飛躍的な高速･大容量ストレージの システム的な性能向上に対して大きく寄与するものであると考えている｡ 記録媒体の低雑音化等の改良により垂直磁気記録のよる20Gbiuinch2の可能性が確認でき書 たことは上述の通りである｡この検肘はトラックピッチを現在の現実的なトラック追従メ■ カニズム精度に沿って760mmとした｡しかし､本課題で提案したトラック追従精度の制約 がない並列記線方式を用いれば､さらなる高トラック密度化が可能である｡実際､垂直磁 気記録のヘッドディスク系の優れたトラック書き込み分解能についても､すでに現状方式 の数分の1という25mmのトラック端消去額域しかないことも確認している｡ 以上の要因を考えると､ここで想定した1β倍程度の150mm程度のトラックピッチの実現 の可能性がある｡この場合には100Gbit/inch之という超高密度記録､すなわち1ビットが一 辺80mmの面積に記録されることに相当する｡これは磁性微粒子数個分で1ビットという密 度でまさに冒頭に述べたスピニックストレージの概念によく合致する額域である｡ 一方､この100Gbit/inch2という記録密度は現状の製品レベルの50倍程度であるから､ 3.5インチのハードディスク装置であれば1ユニット当たり500Gバイトクラスが実現でき: 高細精度動画情報などの大容量マルチメディア情報も十分にコンパクトに記録可能である･ ここで示した垂直磁気記録の高速性とあいまって､大容量情報ストレージシステムに対し て大きな波及効果を持つと考えられる｡

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