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	HDD用GMR薄膜ヘッド

　近年の高度情報化産業の進展に欠くことができない情報記憶装置のなかで、中心的な役割を担っているものがＨＤＤである。ここでは、その市場動向および重要な機能部品である磁気ヘッドの市場動向、技術動向に関して現状と将来を展望する。

　ＨＤＤはその全生産量の約９０％（２００２年予測）がコンピューター用（デスクトップ型、ノートブック型、サーバー）として搭載されており、約１０％がＰＶＲ（Ｐｅｒ―ｓｏｎａｌＶｉｄｅｏＲｅｃｏｒｄｅｒ）や、ＳＴＢ（Ｓｅｔ　Ｔｏｐ　Ｂｏｘ）、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　ＸマイナスＢｏｘに代表されるゲーム機器に採用。サイズ的には圧倒的に３．５”サイズが全市場にわたって（市場の約９０％、２００２年予測）採用されている。２．５”ＨＤＤではおもにノートブック型ＰＣ、小型の１．８”、あるいは１．０”ＨＤＤは、車載用ナビゲーションシステム、デジカメ用記憶メモリー、あるいは最近発売になったＡｐｐｌｅ社のＩＰａｄなど音楽用として、その特徴を生かし応用範囲が広まってきており、ますますその重要度とあいまって量的拡大も進んでいる。
　表１は、ＴｒｅｎｄＦｏｃｕｓ社（ＰＣ用）とＩＴＴ総研（民生機器用）両社のＨＤＤ予測を合算したものであり、今後の拡大が期待できることがわかる。
　ＨＤＤは１９５２年、ＩＢＭ社がＲＡＭＡＣと名付けた最初のディスクドライブを発売以来技術革新を重ね、現在は３．５”サイズで４０ＧＢ（メディア両面記録）、２．５”サイズで３０ＧＢの容量が主流となっている。小型サイズでは１．８”で１５ＧＢ、１．０”で１ＧＢのものが市場に投入されており、各社とも次世代機種開発にしのぎを削っている。
　現在、ＨＤＤ装置製造メーカーは寡占化が進みＳｅａｇａｔｅ社、Ｍａｘｔｏｒ社、Ｗｅｓｔｅｒｎ　Ｄｉｇｉｔａｌ社、ＩＢＭと日立の合弁会社（２００２・１２月合併）、富士通、東芝および韓国のＳａｍｓｕｎｇ社で全世界のＨＤＤのほとんどを作っている。米国、日本で開発し、生産はフィリピン、シンガポール、タイランド、マレーシア、インドネシアおよび中国など、すべてアジア地域が担当している。今後中国のウエイトがますます大きくなることが予想される。
　この技術革新を支えるＨＤＤ技術としては
（１）高記録再生密度を達成する磁気ヘッド技術
（２）データを低ノイズ高信頼性で記憶する磁気媒体技術
（３）ヘッド、メディアの低浮上、トライポロジー技術
（４）高利得を得る信号処理技術
（５）高速回転技術
（６）高精度サーボ技術
などがある。このなかで、磁気ヘッド技術は、ＨＤＤの記録容量を飛躍的に伸ばす重要な技術である。アルプス電気を含め磁気ヘッドメーカー３社とＨＤＤ装置メーカーの一部が内作している。おおむね５５％が内作比率である。
　以下に、この磁気ヘッドの市場動向、技術動向及び将来展望について述べる。

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	HDDの市場予測

　一般的にＨＤＤ用磁気ヘッドは、記録用薄膜ヘッドと再生用ＧＭＲヘッドで構成されている（図１）。この磁気ヘッドは、ＨＤＤのさらなる記録容量アップのために
（１）記録、再生側コアーの極小化
（２）再生側の単位トラック幅あたりのさらなる感度アップ
（３）データ転送レート向上のための記録ヘッドの周波数特性向上
（４）ヘッドと媒体間の間隙を下げることとトライポロジー改善
が技術的な流れとなっている。
　記録ヘッドは上部ポール、記録ギャップ、下部ポールとで構成され、それぞれ薄膜プロセスで形成される。従来は、フレームレジストを構成したあとメッキ法で上部ポールを形成、その後ポールトリミング工程で記録ヘッドのトラック幅を形成していたが、このポールトリミング工程によるとトラック幅の制御には限界があり、特に最近の高密度記録用には対応できない。このため当社は、積層メッキ法と呼ばれる工法とミリング法の組み合わせで一段と高精度のトラック幅を達成し実用化している（図２）。
　図３、４、５は、従来型ヘッドと当社のステッチ構造といわれるヘッドの構造の断面図である。これは浮上面に対し、垂直方向から見たもので、ギャップ部から発生する磁界強度の向上を図っている。また、媒体は高密度化すると一般的に熱揺らぎ現象が発生する。このため、記録磁化状態を安定化させるために、より保持力の高い材料を採用しており、磁気薄膜への記録がますます困難になってきている。
　このような媒体へ記録するために記録ヘッドは磁性材料の最適化が必要で、より強い、シャープな磁界を発生させる必要がある。
　当社では、これらへの対応のために上部ポール、下部ポールに対し飽和磁束密度の高い材料（１．９テスラ）を選定し実用化しており、さらなる飽和磁束密度の高い材料（２．４テスラ）も検討も行っている。
　一方、再生側ヘッドにおいては当社はＣＩＰ-ＧＭＲ（Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｉｎ　ｔｈｅＰｌａｎｅ）と呼ばれるハードバイアス方式を採用している（図６）。
　一般的にＣＩＰ-ＧＭＲ方式では下部シールドと上部シールドの約１００ｎｍ以下の間隙に、上下にアルミナ系の絶縁膜をはさんでＧＭＲ積層部およびリード部、ハードバイアス膜部を形成している。ＧＭＲ積層部は、反強磁性体層、ピンド層、フリー層などで構成されるが、当社においては、Ｓｅｅｄ層の上に当社独自開発の反強磁性体であるＰｔＭｎを採用し、ピンド層にはＳＦＰ（Ｓｙｎｔｅｔｉｃ　Ｆｅｒｒｉｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｐｉｎｎｅｄ　Ｌａｙｅｒ）といわれるＣｏＦｅ、Ｒｕなどの材料を採用、フリー層にはＣｏＦｅ／ＮｉＦｅなどを採用している。また、ＭＲ比を上げるためにスペキュラー効果を持つＴａＯｘ系材料を利用し、界面での伝道電子スピンが鏡面散乱しＭＲ比を上げる方式を採用。これらの技術を通してＣＩＰ-ＧＭＲの感度向上をめざしている。
　一部４０ＧＢモデルにおいてＬＯＬ（Ｌｅａｄ-Ｏｖｅｒｌｅｙ）方式と呼ばれる方式が話題となったが、感度が向上するもトラック幅の制御が困難であり６０ＧＢモデル以上においては採用されていない。
　当社においては、これらの技術をもとにエクスチェンジバイアス方式といわれる反強磁性膜とフリー層間のスピン相互作用を利用した方式、あるいはＳＦＦ方式（Ｓｙｎｔｈｔｉｃ　Ｆｅｒｒｉｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｆｒｅｅ　Ｌ―ａｙｅｒ）と呼ばれるフリー層をさらに積層化させＭＲ比をアップする方式、また、スペキュラー効果を利用し、ピンド層にもＴａＯｘ膜を挿入する方式など、各種方式でさらなる記録容量アップの検討を行っている。

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		GMRヘッド構造図			記録ヘッドプロセスの比較			図3従来型のGMRヘッド,図4アルプス電気のGMRヘッド
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		GMRヘッドの構造断面図			CIP-GMR素子の積層

　現在は３．５”ＨＤＤにおいて、８０ＧＢが主流となっているが、各ＨＤＤ装置メーカーは、次世代モデルとして、１２０ＧＢあるいは１６０ＧＢモデルの開発にしのぎを削っている。記録密度１２５Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ２（３．５”１６０ＧＢ）以上においては、上記のＣＩＰ―ＧＭＲ方式では媒体信号の再生が困難となることも予想され、当社においては、現行方式であるＣＩＰ―ＧＭＲ方式のさらなる構造、材料を含めた最適化の検討開発と、ＣＰＰ―ＧＭＲ方式（Ｃｕｒｒｅｎｔ　ＰｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌｅｒｔｏｔｈｅＰｌａｎｅ）と呼ばれる膜面に垂直に電流を流す方式での検討開発を同時に進めている。
　このＣＰＰ―ＧＭＲ方式にはＴＭＲヘッド（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ　Ｍａｇｎｅｔ　Ｒｅｓｉｓｔｅｖｅ）ヘッド方式と、ＧＭＲ効果を利用した方式があり、電磁変換特性のみならず、生産における経済性も考慮した開発を行っている（図７）。また、長年大学及び各社のＲ＆Ｄ部門において研究開発されてきた垂直記録も、長手記録による限界から脚光をあびつつあり、その可能性も想定されるため、垂直記録用の記録再生複合ヘッドの開発も行っている（図８）。
　当社では、蓄積した固有技術をベースに、ＨＤＤ業界のたゆまぬ大容量化に対応すべくさまざまな技術革新を通してＨＤＤ業界の発展に貢献していくことを考えている。

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	CPP素子TMR CPP-GMRの積層			垂直記録ヘッド試作品断面写真