CN105989856B - 高频辅助磁头及磁记录再现装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方式得到记录特性良好的高频辅助磁头及磁记录再现装置。实施方式涉及的高频辅助磁头具有旋转扭矩振荡元件，该旋转扭矩振荡元件包含直接形成于主磁极上的、含有从W、Mo、Re、Os及Ir选择的元素的非磁性的分离种子层/SIL/IL/FGL。

Description

高频辅助磁头及磁记录再现装置
相关申请
本申请享有以日本专利申请2014-215549号(申请日:2014年10月22日)为基础申请的优先权。本申请通过参照该基础申请而包含基础申请的全部内容。
技术领域
本发明的实施方式涉及高频辅助磁头及磁记录再现装置。
背景技术
在高频辅助记录头中，在主磁极或辅助磁极上形成STO，并进行图案形成。STO以与磁性体电连接的方式形成。若对STO进行通电，则例如按主磁极、基底层、SIL的顺序导通电流。此时，有下述问题：SIL对主磁极进行旋转扭矩作用，由此在主磁极产生旋转波，由于有效的主磁极的导磁率劣化从而记录特性变差。
因此，期望抑制针对旋转扭矩的、主磁极中的旋转波产生。
发明内容
本发明的实施方式提供表现良好的磁记录特性的高频辅助磁头及磁记录再现装置。
根据实施方式，提供高频
辅助磁头，其具备：主磁极，其对磁记录介质施加记录磁场；辅助磁极，其与该主磁极构成磁路；以及旋转扭矩振荡元件，其设置于该主磁极与该辅助磁极之间；所述旋转扭矩振荡元件包括：直接形成于所述主磁极上的非磁性的分离种子层、形成于该非磁性分离种子层或所述辅助磁极中的一方上的旋转注入层、形成于该旋转注入层上的非磁性中间层及形成于该非磁性中间层上的振荡层，所述非磁性的分离种子层含有从包括钨、钼、铼、锇及铱的组中选择的至少一种元素。
附图说明
图1是表示实施方式涉及的高频辅助磁头的概略结构的图。
图2是表示另一实施方式涉及的高频辅助磁头的概略结构的图。
图3是表示从另一角度看图1的高频辅助磁记录头的结构的示意图。
图4是例示可以搭载实施方式涉及的高频辅助磁头的磁记录再现装置的概略结构的主要部分立体图。
图5是表示实施方式涉及的磁头组件的一例的概略图。
图6是表示振荡开始电流密度与分离种子层、基底层及SIL的合计厚度的关系的曲线图。
图7是表示记录电流频率与SNR的关系的曲线图。
具体实施方式
实施方式涉及的高频辅助磁头具有：对磁记录介质施加记录磁场的主磁极；设置于主磁极上的旋转扭矩振荡元件；设置于旋转扭矩振荡元件上且与主磁极构成磁路的辅助磁极；在主磁极与旋转扭矩振荡元件之间与主磁极接触而形成的非磁性的分离种子层。
旋转扭矩振荡元件(STO)包括设置于分离种子层上或辅助磁极上的旋转注入层(SIL)、形成于旋转注入层上的非磁性中间层(IL)及形成于非磁性中间层上的振荡层(FGL)。
分离种子层含有从包括钨(W)、钼(Mo)、铼(Re)、锇(Os)及铱(Ir)的组中选择的至少一种元素。
在分离种子层使用的元素，可具有通过与邻接的磁性层的旋转轨道相互作用而使邻接的磁性层的磁阻尼常数增大的旋转泵浦(スピンポンピング)效果。此外，这些元素旋转扩展长度短，若在主磁极与SIL之间或主磁极与FGL之间与主磁极接触地设置分离种子层，则使主磁极的磁阻尼增大，抑制针对旋转扭矩的、主磁极中的旋转波的产生，结果可得到良好的记录特性。
此外，若在主磁极中激励旋转波，则通过与FGL磁合并而成为阻碍稳定的FGL的振荡的原因，但是通过主磁极的磁化稳定，有使旋转扭矩振荡变得容易的效果。
分离种子层能够包含材料组1与材料组2的交替层叠，材料组1包括从包括Cu、Ag、Au、Ru、Pd、Cr、Pt、V、Nb的组中选择的至少一种元素，材料组2包括从包括W、Mo、Re、Os、Ir的组中选择的至少一种元素。由此，旋转扩散长度短，可得到使主磁极的磁阻尼增大的效果。
分离种子层能够具有大于0.2nm且5nm以下的厚度。若分离种子层的厚度为0.2nm以下，则旋转泵浦的效果小，有得不到记录的能力的提高的趋势。分离种子层的厚度到达5nm之前记录能力一直提高，但是5nm以上的厚度时有改善达到饱和的趋势。
以下，关于实施方式，参照附图进行说明。
在图1中，表示实施方式涉及的高频辅助磁头的概略结构。
图1是从空气轴承面看高频辅助磁头的图。
如图所示，该高频辅助磁头20具有主磁极21、STO10和与主磁极构成磁路的辅助磁极22，所述STO10包含直接形成于主磁极21上的分离种子层1、SIL2、IL3及FGL4。
在图2中，表示另一实施方式涉及的高频辅助磁头的概略结构。
图2与图1同样是从空气轴承面看高频辅助磁头的图。
如图所示，该高频辅助磁头30除了代替STO10而具有在分离种子层1与SIL2之间还包含基底层5、在FGL4与辅助磁极22之间还包含覆盖层6的STO10’以外，具有与图1同样的结构。
分离种子层的膜厚，为了形成连续的层，需要为0.5nm以上。
在基底层，能够使用例如Ta、Ru等金属。
基底层的厚度例如能够设为0.5至10nm。进而能够设为约2nm。
作为SIL，能够使用从包括Fe/Co、Fe/Ni、Co/Ni、Co/Pt、Co/Pd、Fe/Pt、Fe/Pd的组中选择的至少一种人工晶格材料或CoPt、FePt等合金。此外，SIL能够在与IL的界面进而设置包括合金材料的层，该合金材料包含FeCo和从包括Al、Ge、Si、Ga、B、C、Se、Sn以及Ni的组中选择的至少一种添加成分。
SIL的厚度例如能够设为2至30nm。
作为IL，能够使用从例如包括Cu、Al、Au、Ag、Pd、Os以及Ir的组中选择的至少一种非磁性金属。IL的厚度例如能够设为0.5至10nm。
作为FGL，例如能够使用合金材料及从包括Fe/Co、Fe/Ni及Co/Ni的人工晶格组中选择的至少一种材料等，所述合金材料在FeCo中添加了Al、Ge、Si、Ga、B、C、Se、Sn以及Ni中的至少一种。
作为覆盖层，能够使用从包括Cu、Ru、W以及Ta的组中选择的至少一种非磁性元素。
另外，在图1及图2中，STO10在主磁极21上按分离种子层1、SIL2、IL3及FGL4的顺序形成，但是也能够按相反方向即在主磁极21上按分离种子层1、FGL4、IL3、SIL2的顺序形成。
图3是表示从另一角度看图1的高频辅助磁记录头的结构的示意图。
图3的实施方式涉及的磁头20具备未图示的再现头部、和写入头部50。再现头部具有未图示的磁再现元件及防护层。此外，写入头部50具有作为记录磁极的主磁极21、包含直接形成于主磁极21的分离种子层的STO10、使来自主磁极21的磁场回流的尾部防护层(辅助磁极)22、设置于主磁极21与尾部防护层(辅助磁极)22之间的励磁线圈23。
在记录时以及再现时，如图所示，能够使磁头20与磁记录介质40相对地配置。
在该高频磁场辅助记录头20的写入头部50中，通过主磁极21与尾部防护层22的间隙磁场，施加膜面垂直的外部磁场，由此以与膜面大致垂直的轴为旋转轴，其振荡层进行旋进运动，由此在外部产生高频磁场。通过将从STO10产生的高频磁场与从主磁极21施加的磁场重叠，可以对与更高记录密度对应的磁记录介质40进行写入。
在该图中，STO10的空气轴承面指与磁记录介质40相对的面。
在实施方式中，能够将临界电流密度低的旋转扭矩振荡元件用作为高频磁场的产生源。由此，能够以大的高频磁场使磁记录介质的磁化反转。
另一实施方式涉及的磁记录再现装置具备实施方式涉及的高频辅助磁头。
图4是例示可以搭载实施方式涉及的高频辅助磁头的磁记录再现装置的概略结构的主要部分立体图。
即，磁记录再现装置150是使用了旋转致动器的形式的装置。在该图中，记录用介质盘180安装于轴157，通过对来自未图示的驱动装置控制部的控制信号进行应答的未图示的马达在箭头A的方向旋转。磁记录再现装置150也可以具备多个介质盘180。
进行介质盘180中存储的信息的记录再现的头滑块103具有前面关于图3描述的那样的结构，安装于薄膜状的悬架154的前端。在此，头滑块103例如在其前端附近搭载有实施方式涉及的磁头。
若介质盘180旋转，则头滑块103的空气轴承面(ABS)以距离介质盘180的表面预定的浮起量地被保持。或者也可以是滑块与介质盘180接触的所谓“接触移动型”。
悬架154连接于致动器臂155的一端，该致动器臂155具有保持未图示的驱动线圈的线圈架部等。在致动器臂155的另一端设置有音圈马达156。音圈马达156包括：卷绕于致动器臂155的线圈架部的未图示的驱动线圈、和包括以夹持该线圈的方式相对地配置的永久磁体及相对轭的磁路。
致动器臂155由设置于轴157的上下2个位置的未图示的滚珠轴承保持，能够通过音圈马达156自由地进行旋转滑动。
在图5中示出表示实施方式涉及的磁头组件的一例的概略图。
图5是从盘侧从致动器臂155开始眺望前部的磁头组件的放大立体图。即，磁头组件160具有致动器臂155，该致动器臂155例如具有保持驱动线圈的线圈架部等，在致动器臂155的一端连接着悬架154。
在悬架154的前端，安装有具备图3中所示的磁头20的头滑块103。悬架154具有信号的写入以及读取用的导线164，该导线164与组装于头滑块103的磁头的各电极电连接。图中，165是磁头组件160的电极盘。
在高频辅助记录头中，在主磁极或尾部防护层上进行STO的成膜，进行图案形成。STO以与磁性体相接的形式形成，若导通电流，则例如以主磁极、基底层、SIL的顺序导通电流。此时，存在从主磁极通过基底层流入到SIL的旋转扭矩，使振荡不稳定。根据实施方式，通过使用旋转扩散长度短的材料作为直接形成于主磁极上的分离种子层，可以使从STO外部流入到SIL的旋转扭矩减轻，使得SIL的磁化方向稳定化，能够更高效地生成振荡所需的反射旋转扭矩。特别地，为了应对狭窄的光隙，有时不得不将SIL形成得薄。在SIL膜厚薄(例如5nm左右以下)的情况下，由于因来自主磁极的旋转扭矩的影响引起的磁化的不稳定性变得明显，所以优选减轻旋转扭矩的流入。
以下，示出实施例，更具体地说明实施方式。
【实施例】
实施例1
作为实施例1，制作具有以下的层叠结构的高频辅助磁头：
主磁极(FeCo)/分离种子层W2/基底层Ta2/Cu2/SIL[Co0.2/Ni0.4]ⅹ10/Co0.4/中间层Cu2/FGL FeCo14/覆盖层Ru5。
另外，在实施例中，层叠结构中的元素旁边的数值表示该层的厚度(nm)，例如基底层Ta2表示2nm的厚度的Ta基底层，此外x表示层叠次数，例如[Co/Ni]ⅹ10表示将Co/Ni的层叠反复10次。
首先，通过FeCo形成主磁极。
在主磁极上以溅射法进行STO的各层的成膜。
形成包括2nm厚度的W的非磁性分离种子层作为STO的初始的层。
接着，层叠2nm的Ta、2nm的Cu作为基底层。
接着，反复10次0.2nm的Co层与0.4nm的Ni层的层叠而形成人工晶格膜作为SIL。
进而，形成2nm的Cu作为非磁性中间层。
此后，形成14nm的FeCo层作为振荡层。
接着，形成5nm的Ru层作为覆盖层。
另外，基底层由于其结晶性对旋转注入层的单轴结晶磁各向异性常数Ku等膜特性有影响，所以需要选择材料，但是如果使用例如Ta等非晶层，则可以与分离种子层无关地形成以下所示那样的STO。
对通过层叠至覆盖层而形成的STO的层叠构造，如以下那样进行微细加工。
在覆盖层上形成抗蚀剂掩模，并通过物理蚀刻，残留约50nm宽度的细线。此时，既可以是处于STO膜的下部的FeCo层与STO合起来较深地挖入100nm左右(Deep milling，深度铣削)，也可以是在STO正下方停止的工艺(Flat MP，平面MP)。以绝缘层填埋该部分，并以将STO的最上部露出的方式通过湿法蚀刻等进行平坦化(露头)。
接着，在与最初的抗蚀剂掩模为十字的方向形成细线，并再次蚀刻STO膜，并以绝缘层填埋，由此得到具有角型的STO的高频辅助磁头。
在角型的STO上部形成包括Fe、Co及Ni的合金的尾部防护层。尾部防护层主要以电镀成膜，但是用于涂镀的种子层能够以溅射形成。
此后，通过从介质相对面方向进行抛光(CMP)，可以得到小尺寸的STO。
作为包括Co/Ni的SIL的基底层，设为用于充分地得到垂直磁各向异性的结构，可以使用Ta和Cu。在实施例中从确保结晶性的观点出发，形成合计4nm左右的膜厚作为基底层。
作为分离种子层，在主磁极与SIL之间使与主磁极接触地设置旋转扩散长度短的材料，由此可以使SI主磁极稳定化。作为旋转扩散长度比较短的材料，例如举出Pt和/或Ru、W等。这些材料，通过CPP-GMR旋转阀的MR测定可以看出旋转扩散长度短。
旋转扩散长度是表示在非磁性体内部旋转反转的产生容易度的物性参数。W、Re、Os、Ir与Cu相比旋转扩散长度短，有通过邻接的磁性层的旋转轨道相互作用，使邻接的磁性层的磁阻尼常数增大的效果。已知现状是，主磁极由于通过高频辅助磁场而激励旋转波，所以与STO的主磁极界面部分的磁矩容易波动，成为阻碍稳定的FGL的振荡的原因。
从该观点出发，通过在主磁极上直接层叠设置从W、Mo、Re、Os、Ir选择的材料的分离种子层，也能够增强主磁极本身的磁矩的动态稳定性。此外，由于旋转扩散长度短，所以关于从主磁极向SIL的旋转扭矩流入也可以降低。这样，主磁极通过使用分离种子层而稳定化，外部磁场的分散受到抑制，可以激励更加均一的旋转扭矩振荡。
实施例2
作为实施例2，制作具有以下的层叠结构的高频辅助磁头：
主磁极(FeCo)/分离种子层[W0.2/Cu0.2]ⅹ5/基底层Ta2/Cu2/SIL[Co0.2/Ni0.4]ⅹ10/Co0.4/中间层Cu2/FGL FeCo14/覆盖层Ru。
在实施例2中，成为下述结构：通过将Cu与W层叠，分离种子层内的非磁性体界面数增大。在这样的结构中，也能够通过旋转泵浦使主磁极的阻尼增大。此外，由于非磁性体界面数越多，界面旋转反转概率越增大，所以与以W单层阻止旋转流入的结构相比，更能够期待旋转流入防止的效果。
实施例3
作为实施例3，制作具有以下的层叠结构的高频辅助磁头：
主磁极(FeCo)/分离种子层W5/基底层Cu1/振荡层FeCo14/中间层Cu2/SIL[Co0.2/Ni0.4]ⅹ10/覆盖层Ru。
在实施例3中，成为在主磁极侧配置FGL、在尾部防护层侧配置SIL的结构，此情况与实施例1、2及比较例的层叠顺序不同。在哪种情况下，都通过在与主磁极相接的层配置分离种子层而能够期待旋转扭矩流入防止和主磁极的旋转波激励抑制效果。但是，在FGL与W相接的情况下，由于FGL的阻尼常数增大，振荡所需的旋转扭矩增大，所以不优选。从而，在实施例3中，形成为通过在与FGL邻接的位置设置Cu而避免FGL的阻尼常数增大的构造。
此外，作为比较制作以下的比较例1的磁头。
比较例1
主磁极(FeCo)/基底层Ta2/基底层Cu2/SIL[Co0.2/Ni0.4]ⅹ10/Co0.4/中间层Cu2/FGL FeCo14/覆盖层Ru。
在比较例1中，作为通常使用的基底层的膜构成，使用Ta2/Cu2。在比较例1中，成为主磁极/Ta2/Cu2/SIL这样的构造，由于不包含上述所示的W等材料，所以旋转扭矩从主磁极流入STO。
另一方面，在实施例1中，使用W2/Ta2/Cu2。在实施例1中，由于成为主磁极/W2/Ta2/Cu2/SIL这样的构造，所以不仅没有从MP向SIL的旋转扭矩流入，而且MP本身的磁矩的动态稳定性也可以增强。
关于实施例1、实施例2及比较例1，通过改变分离种子层、基底层的各层W的厚度而使分离种子层、基底层的合计厚度变化，关于所得到的磁记录头求出振荡开始电流密度，将表示振荡开始电压与分离种子层厚度的关系的曲线图示于图6。
振荡开始电流密度Jc通过下述过程测定：在对线圈施加恒定记录电流由此对STO施加磁场的状态下，对STO逐渐施加电压而观察因磁阻效应引起的电阻变化分量，由此检测振荡的开始。
图中，分别地，曲线图301表示实施例1，曲线图302表示实施例2，曲线图303表示比较例1。
如图所示，可看出，在分离种子层W与基底层Cu交替层叠的情况下，与分离种子层W、基底层Ta、Cu各形成1层的情况比较，通过膜厚变薄的情况，能够降低振荡电压。此外，可看出，在不形成分离种子层W的情况下，振荡所需的电压变高。
实施例4
除了改变分离种子层的厚度以外，与实施例1同样地制作具有以下的层叠结构的高频辅助磁头：
主磁极(FeCo)/分离种子层W0.1/基底层Ta2/基底层Cu2/SIL[Co0.2/Ni0.4]ⅹ10/Co0.4/中间层Cu2/FGL FeCo14/覆盖层Ru。
比较例2
作为比较例2，制作具有以下的层叠结构的高频辅助磁头：
主磁极(FeCo)/基底层Ta2/W2/SIL[Co0.2/Ni0.4]ⅹ10/Co0.4/中间层Cu2/FGLFeCo14/覆盖层Ru。
在比较例2中，使用Ta2/W2这样的基底。该情况下，虽然有抑制向SIL流入的旋转扭矩的效果，但是由于主磁极与W层不邻接，所以没有增大主磁极内的阻尼的效果，难以得到抑制旋转波的效果。
使用具有实施例1、2、3、4、比较例1及2的结构的高频辅助磁头，如以下所述，进行对记录介质的记录再现实验。
使用实施例1至4、比较例1至2的高频辅助磁头，在记录介质上边使记录电流的频率变化边进行记录，使用再现头读取其信号，来测定信号噪声比SNR。介质使用硬盘驱动器的圆形垂直磁记录介质。对STO施加150mV的电压作为振荡驱动电压，进行高频辅助磁记录。
在图7中示出表示记录电流频率与SNR的关系的曲线图。
图中，202、203、204、207分别表示实施例3、1、2、4。此外，205、206分别表示比较例1、2。
如图7所示，可看出，通过如实施例1、2、3、4所示设置分离种子层W，与不设置分离种子层的比较例1、2比较，记录特性变得良好。此外，实施例4虽然将W形成为0.1nm的厚度，但是由于非常薄，所以旋转泵浦的效果小，使主磁极稳定化的效果小，所以记录能力的改善也非常小。
此外，由此可看出，根据实施例，能够改善主磁极的磁力。
虽然说明了本发明的几种实施方式，但是这些实施方式只是作为例子而呈现的，而并非要限定发明的范围。这些新实施方式可以其他各种形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式和/或其变形包含于发明的范围和/或主旨，并且包含于权利要求所记载的发明及其均等的范围。

Claims (4)

1.一种高频辅助磁头，其特征在于，具备：
主磁极，其对磁记录介质施加记录磁场；
辅助磁极，其与该主磁极构成磁路；以及
旋转扭矩振荡元件，其设置于该主磁极与该辅助磁极之间；
所述旋转扭矩振荡元件包括：直接形成于所述主磁极上的非磁性的分离种子层、形成于该分离种子层或所述辅助磁极中的一方上的旋转注入层、形成于该旋转注入层上的非磁性中间层及形成于该非磁性中间层上的振荡层，所述非磁性的分离种子层含有从包括钨、钼、铼、锇及铱的组中选择的至少一种元素；
所述分离种子层包含材料组1与材料组2的交替层叠，所述材料组1包括从包括铜、银、金、钌、钯、铬、铂、钒及铌的组中选择的至少一种元素，所述材料组2包括从包括钨、钼、铼及锇的组中选择的至少一种元素。
2.根据权利要求1所述的高频辅助磁头，其特征在于：
所述分离种子层具有大于0.2nm且5nm以下的厚度。
3.根据权利要求1所述的高频辅助磁头，其特征在于：
所述分离种子层与所述旋转注入层的合计膜厚为3至10nm。
4.一种磁记录再现装置，其特征在于，具备权利要求1至3的任意一项所述的高频辅助磁头。
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