成果報告書詳細
管理番号20120000000705
タイトル平成20年度~平成23年度成果報告書 超高密度ナノビット磁気記録技術の開発(グリーンITプロジェクト)
公開日2012/7/19
報告書年度2008 - 2011
委託先名株式会社日立グローバルストレージテクノロジーズ
プロジェクト番号P08010
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約件名:平成20年度?平成23年度成果報告書 超高密度ナノビット磁気記録技術の開発(グリーンITプロジェクト)
本プロジェクトでは、HDDを構成する媒体、ヘッド、アドレッシング技術に関して、平成24年度末までに5 Tb/in2対応の個別要素技術を開発することを目標に取り組んできた。まず、中間目標として設定した2.5 Tb/in2級の高記録密度を実現する高感度・高分解能再生ヘッドの候補としてTMRセンサを選定し、その開発課題であった素子レベルでの低抵抗・高MR比化について検討を行った。その結果、低抵抗TMR膜の形成条件の最適化および低ダメージ加工技術を適用することにより、2.5 Tb/in2級センサの暫定ターゲットであるRA 0.3 Ωμm2、MR比50 %を上回る、MR比60?70 %のTMRセンサ素子を実現した。また、低ダメージ狭小トラック形成技術の検討を行い、最小トラック幅18 nmの素子において、規格化MR比の平均値0.92、最低値0.8を達成した。これらによって、目標とする20 nm以下のトラック幅を有する素子の、低ダメージ、高歩留まり形成が可能であることを検証できた。次に、再生ヘッドのもう一つの開発課題である、高分解能化のための薄膜化、狭ギャップ化技術の検討を行った。その結果、従来の固定層構造に代えて、単純化した固定層構造を用いることにより、TMRセンサ膜の薄膜化に成功し、かつ従来型の固定層構造とほぼ同等のMR比が得られることを検証した。また、ギャップ幅20.8 nmの狭ギャップ素子を試作し、正常なスピンバルブ動作を示すことを検証した。一方、2.5 Tb/in2級の高記録密度を実現する磁気ヘッドのリードライト特性解析を進めるために、動特性評価設備(スピンスタンド)を導入して測定環境整備を進めた。付加機能としては、極低浮上条件での評価を可能にしたヘッド浮上量設定システム、および高周波高位置決めサスペンション対応システムを構築した。導入した設備を用いて、まず記録ヘッドと再生ヘッド両方を具備するヘッドを用い、自己記録再生条件での評価が可能であることを確認した。また素子試作期間を短縮して研究開発を迅速に推進するためには、再生ヘッドのみを有するヘッドの特性評価が必要であり、そのための測定環境準備を進めた。再生ヘッド単独の素子評価においては、記録再生のために複数回ヘッド交換をする必要があり、ヘッドをロードする度に事前に書いておいたサーボ信号とデータ信号上にヘッドを位置決めする必要がある。そこで、磁気記録媒体上に特殊なプリライトサーボを準備することで「記録再生分離」すなわち別々の記録ヘッドと再生ヘッドを組み合わせた状態でもエラーレート測定が可能な環境を構築した。また、エネルギーアシスト搭載ヘッド特性評価の準備として、特殊な測定環境拡充を推進した。更に、5 Tb/in2級ヘッド動作の課題を抽出するため、再生ヘッドのSN比、分解能などの基本特性評価、及びアシスト記録方式ヘッドの特性評価を株式会社日立製作所と共同で推進した。その中で、上記において開発した測定環境にて、幾何リード幅22 nm、再生ギャップ長22 nmを持つプロジェクト用1次試作ヘッドを評価し、その妥当性を検討した。SN比/OW/実効幅/分解能の値は妥当な値であり、プロジェクトの1次試作を用いて、測定システム及び開発した環境が適切に動作していることが確認できた。また株式会社日立製作所と共同で、ハードディスクドライブシステム化技術の構築に向けて課題を抽出し、システム動作確認の具体的な手法の妥当性検討を進めると共に、目標仕様のシミュレーション検討を行った。
英文要約Title: Development of Nanobit Technology for Ultra-high Density Magnetic Recording (Green IT Project) FY-2008-FY2011 Final Report
In this project, we have been exploring component technology of Hard Disk Drives (HDD) such as magnetic recording media and heads to achieve areal recording density of 5 Tb/in2 by the end of fiscal year 2012. In the read head development activity, TMR (Tunneling Magneto-Resistive) sensor was chosen as a sensor film candidate to realize 2.5 Tb/in2 recording density demonstration. After process optimization work for lower sensor resistance and larger signal amplitude, we have successfully developed TMR sensor elements with MR ratio of 60?70 % at RA (Resistance-Area product) of 0.3 Ωμm2 in fabricated devices. For narrow track fabrication to meet 2.5 Tb/in2 sensor dimension requirement, low damaging process was studied. Results showed good improvement in track edge damage elimination, and normalized MR ratio, which is a process damage index defined as (device-level MR ratio)/ (film-level MR ratio), of fabricated narrow-track (18nm) devices reached to 0.92 as average, 0.8 as minimum, indicating that stable process control was realized. In addition, narrow read gap process development for higher signal resolution has been investigated. A simplified pinned layer structure from conventional pinned design to simplified pinned design was evaluated. The total thickness of the developed simplified pinned TMR sensor film was reduced to less than 17 nm without remarkable MR ratio degradation, that is suitable for narrow gap read heads. Also, with test devices fabricated by using the simplified pinned structure TMR film, we confirmed narrow read gap of 20.8 nm and good typical spin-valve type MR response curves. Regarding the head characterization technology development, we introduced a spinstand system for dynamic read-write performance evaluation. This tool has some specially-designed measurement capability to analyze read-write characteristics of trial heads under high recording density evaluation conditions including extraordinary low flying-height recording and accurate head positioning capability with new suspensions having high stiffness. Using the spinstand apparatus, we have developed a new head evaluation method which enables detailed analyses for the head having only a read element, without a write element on the same head slider. This is helpful to reduce the process lead time of trial head fabrication. In this method, in order to maintain good head positioning accuracy, special pre-written servo patterns on magnetic media were prepared for better measured data repeatability and reliability. Also, another special setting for the read-write “split” evaluation with energy-assisted heads was developed. One of fabricated trial heads in this project having read track width of 22nm and read gap length of 22nm was evaluated to check the spinstand measurement capability. The results demonstrated that the developed environment worked successfully with good enough data reliability which is necessary for high recording density evaluation.
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