CN110910909B - 磁记录再现装置 - Google Patents

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Abstract

实施方式提供一种抑制磁通控制层的氧化且具有高可靠性的磁记录再现装置。实施方式的磁记录再现装置包括设置于主磁极与辅助磁极之间的磁通控制层和设置于辅助磁极的ABS的保护层。磁通控制层包括设置于第1导电层与第2导电层之间的、由包含Fe、Co或Ni中的至少1种的磁性材料形成的调整层，通过通电而产生自旋转矩，使调整层内的磁化的方向反转。施加于磁通控制层的电压Vb比由下式(1)表示的Vba低。Vba＝Vb0‑a×1/log(t)×log(RH)×log(PO2)…(1)。

Description

磁记录再现装置
相关申请
本申请享有以日本专利申请2018-173566号(申请日：2018年9月18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磁记录再现装置。
背景技术
在具有磁通控制层(自旋转矩辅助元件)的辅助磁记录头中，通过控制写间隙的磁场，从而增强向介质施加的磁场，由此在现有的头中也能够对难以记录的介质进行记录。但是，在使用了辅助磁记录头的记录方式中，为了体现辅助效果，需要使磁通控制层通电。然而，由于通过该通电而磁通控制层会发热，因此存在如下问题：残留在磁记录再现装置内的氧原子与作为磁通控制层的主成分的磁性体会发生氧结合而会形成氧化磁性体，从而会使磁化消失，辅助效果会衰减。另外，与氧结合的磁通控制层由于结合的氧成分的体积增加而会以从空气支承面(ABS)突出的形式膨胀，头盘接口(HDI)的风险也会增加。
发明内容
本发明的实施方式提供一种抑制磁通控制层的氧化并具有高可靠性的磁记录再现装置。
实施方式的磁记录再现装置具备具有磁记录层的旋转自如的盘状记录介质、以及对所述记录介质记录信息的磁记录头，所述磁记录头包括：空气支承面；主磁极，其具有延伸至所述空气支承面的前端部，并产生垂直方向的记录磁场；辅助磁极，其与所述主磁极的所述前端部隔着写间隙而相向，并与所述主磁极一起构成磁芯；磁通控制层，其包括第1导电层、调整层及第2导电层，并通过通电而产生自旋转矩，使所述调整层内的磁化的方向反转，所述第1导电层设置在所述主磁极上，所述调整层层叠于所述第1导电层，由包含铁、钴或镍中的至少1种的磁性材料形成，所述第2导电层将所述调整层与所述辅助磁极电连接；以及保护层，其设置于所述主磁极、所述磁通控制层以及所述辅助磁极的所述空气支承面，向磁通控制层施加的电压Vb比由下式(1)表示的电压Vba低。
Vba＝Vb0-a×1/log(t)×log(RH)×log(PO2)…(1)
(其中，式中，Vb0为能够施加于磁通控制层的电压，t为保护层的膜厚(nm)，RH为相对湿度，PO2为装置内气氛的氧分压(Pa)，a为每个装置的系数。)
附图说明
图1是示出实施方式的硬盘驱动器(以下称为HDD)的立体图。
图2是示出所述HDD中的磁头及悬架的侧视图。
图3是放大地示出所述磁头的头部的剖视图。
图4是示意性地示出所述磁头的记录头的立体图。
图5是放大地示出所述记录头的ABS侧端部的沿着磁道中心的剖视图。
图6是示出将图5的磁头的一部分放大得到的图的剖视图。
图7是示意性地示出所述记录头的产生磁场的图。
图8是磁通控制层的氧化机理的示意图。
图9是示出使保护层的膜厚变化时的电压与故障率的关系的图表。
图10是示出施加电压与故障率的关系的图表。
图11是示出HDD内的残留氧原子数与斜率α的关系的图表。
图12是示出温度与析出数的关系的图表。
图13是示出使湿度变化时的施加电压与析出数的关系的图表。
图14是示出使氧分压变化时的施加电压与析出物的个数的关系的图表。
图15是比较的磁记录头的截面的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对作为实施方式所涉及的磁记录再现装置的盘装置进行说明。
此外，公开只不过是一个例子，本领域技术人员能够在保持发明的主旨的情况下进行适当变更而容易想到的内容当然也包含在本发明的范围内。另外，为了使说明更加明确，与实际的方式相比，附图有时示意性地示出各部分的宽度、厚度、形状等，但只是一个例子，并不限定本发明的解释。另外，在本说明书和各图中，对于已说明的图，对与前述内容相同的要素标注相同的附图标记，有时适当省略详细的说明。
(第1实施方式)
在图1中，作为盘装置，取下实施方式所涉及的硬盘驱动器(HDD)的顶罩而示出内部构造，图2示出浮起状态下的磁头。如图1所示，HDD具备框体10。框体10具有上表面开口的矩形箱状的基座12和通过多个螺钉螺纹固定于基座12并封闭基座12的上端开口的未图示的顶罩。基座12具有矩形形状的底壁12a和沿着底壁的周缘竖立设置的侧壁12b。顶罩通过多个螺钉而螺纹固定于基座12并封闭基座12的上端开口。
在框体10内，作为记录介质，例如设置有两块磁盘16以及作为支承磁盘16并使其旋转的驱动部的主轴马达18。主轴马达18配置在底壁12a上。各磁盘16在上表面及下表面具有磁记录层。磁盘16与主轴马达18的未图示的轮毂相互同轴地嵌合，并且由夹紧弹簧27夹紧，固定在轮毂上。由此，磁盘16被支承为与基座12的底壁12a平行地配置的状态。磁盘16通过主轴马达18以预定的速度旋转。
在框体10内设置有对磁盘16进行信息的记录、再现的多个磁头17、和将这些磁头17相对于磁盘16移动自如地支承的托架组件22。另外，在框体10内设置有：音圈马达(以下称为VCM)24，所述音圈马达24使托架组件22转动并定位；斜坡装载机构25，所述斜坡装载机构25在磁头17移动到磁盘16的最外周时将磁头17保持在从磁盘16离开的卸载位置；闩锁机构26，所述闩锁机构26在冲击等作用于HDD时将托架组件22保持于退避位置；以及柔性印刷电路基板(FPC)单元21，所述柔性印刷电路基板单元21安装有转换连接器等电子部件。
在基座12的外表面螺纹固定有未图示的控制电路基板，并与底壁12a相向地配置。控制电路基板控制主轴马达18的工作，并且经由FPC单元21控制VCM24以及磁头17的工作。
托架组件22具备固定在基座12的底壁12a上的轴承部28、从轴承部28延伸出的多个臂32、以及能够弹性变形的细长的板状的悬架34。悬架34的基端通过点焊或粘接固定于臂32的前端，从臂32延伸出。在各悬架34的延伸端支承有磁头17。这些悬架34以及磁头17将磁盘16夹在中间而彼此相对。
如图2所示，各磁头17构成为浮起型的头，具有大致长方体形状的滑块42和设置于该滑块42的流出端(尾随端)的记录再现用的头部44。磁头17固定于万向弹簧41，该万向弹簧41设置于悬架34的前端部。利用悬架34的弹性向各磁头17施加朝向磁盘16的表面的头载荷L。如图1以及图2所示，各磁头17经由固定在悬架34以及臂32上的配线部件35以及中继FPC37与FPC单元21电连接。
接着，对磁盘16及磁头17的结构进行详细说明。图3是放大地示出磁头17的头部44及磁盘16的剖视图。
如图1至图3所示，磁盘16例如具有形成为直径约2.5英寸(6.35cm)的圆板状、由非磁性体形成的基板101。在基板101的各表面上，作为基底层层叠有由呈现软磁特性的材料形成的软磁性层102，在其上层部层叠有在与盘面垂直的方向具有磁各向异性的磁记录层103，在其上层部层叠有保护层104。
如图2及图3所示，磁头17的滑块42例如由氧化铝和碳化钛的烧结体(AlTiC)形成，头部44通过层叠薄膜而形成。滑块42具有与磁盘16的表面相向的矩形形状的盘相向面(空气支承面(ABS))43。滑块42通过空气流C而上浮，所述空气流C通过磁盘16的旋转而在盘表面与ABS43之间产生。空气流C的方向与磁盘16的旋转方向B一致。滑块42以ABS43的长度方向与空气流C的方向大致一致的方式配置于磁盘16的表面。
滑块42具有位于空气流C的流入侧的前导端42a和位于空气流C的流出侧的尾随端42b。在滑块42的ABS43上形成有未图示的前导台阶(leading step)、尾随台阶(trailingstep)、侧台阶(side step)和负压腔等。
如图3所示，头部44在滑块42的尾随端42b具有通过薄膜工艺形成的再现头54及记录头(磁记录头)58，形成为分离型的磁头。除了在滑块42的ABS43露出的部分之外，再现头54及记录头58由保护绝缘膜76覆盖。保护绝缘膜76构成头部44的外形。
再现头54由呈现磁阻效应的磁性膜55和以在该磁性膜55的尾随侧以及前导侧夹着磁性膜55的方式配置的屏蔽膜56、57构成。这些磁性膜55、屏蔽膜56、57的下端在滑块42的ABS43露出。记录头58相对于再现头54设置在滑块42的尾随端42b侧。
图4是示意性地示出记录头58及磁盘16的立体图，图5是放大地示出记录头58的磁盘16侧的端部的沿着磁道中心的剖视图。图6是示出将图5的磁头58的一部分放大得到的图的剖视图。
如图3至图5所示，记录头58具有：主磁极60，所述主磁极60由产生与磁盘16的表面垂直的方向的记录磁场的高饱和磁化材料形成；尾随屏蔽件(辅助磁极)62，所述尾随屏蔽件62配置在主磁极60的尾随侧，由为了经由主磁极60正下方的软磁性层102有效地闭合磁路而设置的软磁性材料形成；记录线圈64，所述记录线圈64为了在向磁盘16写入信号时使磁通在主磁极60中流通而配置成卷绕于包括主磁极60及尾随屏蔽件62的磁芯(磁回路)；以及磁通控制层65，所述磁通控制层65配置在主磁极60的ABS43侧的前端部60a与尾随屏蔽件62之间且与ABS43共面地配置。
由软磁性材料形成的主磁极60相对于磁盘16的表面及ABS43大致垂直地延伸。主磁极60的ABS43侧的下端部具有朝向ABS43前端变细且在磁道宽度方向缩减为漏斗状的缩小部60b和从该缩小部60b向磁盘侧延伸的预定宽度的前端部60a。前端部60a的前端、即下端露出在磁头的ABS43露出。前端部60a的磁道宽度方向的宽度与磁盘16中的磁道的宽度TW大致对应。另外，主磁极60具有与ABS43大致垂直地延伸并朝向尾随侧的屏蔽侧端面60c。在一个例子中，屏蔽侧端面60c的ABS43侧的端部相对于ABS43向屏蔽侧(尾随侧)倾斜地延伸。
由软磁性材料形成的尾随屏蔽件62形成为大致L字形状。尾随屏蔽件62具有与主磁极60的前端部60a隔开写间隙WG而相向的前端部62a、和从ABS43离开并且与主磁极60连接的连接部(后间隙部)50。连接部50经由非导电体52与主磁极60的上部、即从ABS43向里侧或上方离开的上部连接。
尾随屏蔽件62的前端部62a形成为细长的矩形形状。尾随屏蔽件62的下端面在滑块42的ABS43露出。前端部62a的前导侧端面(主磁极侧端面)62b沿着磁盘16的磁道的宽度方向延伸，并且相对于ABS43向尾随侧倾斜。该前导侧端面62b在主磁极60的下端部(前端部60a以及缩小部60b的一部分)与主磁极60的屏蔽侧端面60c隔着写间隙WG而大致平行地相向。
如图5所示，磁通控制层65具有仅抑制磁通从主磁极60向尾随屏蔽件62的流入、即以有效地使写间隙WG的导磁率为负的方式振荡自旋转矩的功能。
详细而言，磁通控制层65具有：具有导电性的中间层(第1非磁性导电层)65a、调整层65b、以及具有导电性的传导罩层(第2非磁性导电层)65c，将这些层从主磁极60侧向尾随屏蔽件62侧依次层叠，即沿着磁头的行进方向D依次层叠而构成。中间层65a、调整层65b、传导罩层65c分别具有与主磁极60的屏蔽侧端面60c平行、即在与ABS43交叉的方向上延伸的膜面。
需要说明的是，中间层65a、调整层65b、传导罩层65c的层叠方向不限于上述内容，也可以反向即从尾随屏蔽件62侧向主磁极60侧层叠。
另外，如图6所示，在包括主磁极60、磁通控制层65以及尾随屏蔽件62的记录头58的ABS43上设置有保护层68。
中间层65a例如可以由Cu、Au、Ag、Al、Ir、NiAl合金等金属层且不妨碍自旋传导的材料形成。中间层65a直接形成于主磁极60的屏蔽侧端面60c上。调整层65b包括含有铁、钴、或镍中的至少一种的磁性材料。作为调整层，例如可以使用从在FeCo中添加了Al、Ge、Si、Ga、B、C、Se、Sn以及Ni中的至少一种的合金材料以及由Fe/Co、Fe/Ni及Co/Ni形成的人工晶格组选择的至少一种材料。调整层的厚度例如可以为2～20nm。传导罩层65ck可以使用非磁性金属且阻断自旋传导的材料。传导罩层65c例如可以由从Ta、Ru、Pt、W、Mo、Ir中选择的至少一种或包含至少一种的合金形成。传导罩层65c直接形成在尾随屏蔽件62的前导侧端面62b上。另外，传导罩层可以为单层或多层。
中间层65a形成为传递来自主磁极60的自旋转矩且交换相互作用充分变弱的程度的膜厚、例如1～5nm的膜厚。传导罩层65c只要具有阻断来自尾随屏蔽件62的自旋转矩且交换相互作用充分变弱的程度的膜厚、例如1nm以上的膜厚即可。
由于调整层65b需要根据来自主磁极60的自旋转矩而使磁化的方向成为与磁场相反的方向，因此调整层65b的饱和磁通密度较小为好。另一方面，为了利用调整层65b有效地屏蔽磁通，调整层65b的饱和磁通密度较大为好。由于写间隙WG间的磁场为10～15kOe左右，所以即使使调整层65b的饱和磁通密度为1.5T左右以上，改善效果也难以提高。由此，调整层65b的饱和磁通密度优选为1.5T以下，更具体而言，优选形成为调整层65b的膜厚与饱和磁通密度之积为20nmT以下。
为了使电流在与中间层65a、调整层65b、传导罩层65c的膜面垂直的方向集中流动，磁通控制层65的周围除了与主磁极60以及尾随屏蔽件62接触的部分以外，由绝缘层、例如保护绝缘膜76覆盖。
主磁极60可以由以Fe-Co合金为主成分的软磁性金属合金形成。该主磁极60兼具作为用于向中间层65a施加电流的电极的功能。尾随屏蔽件62可以由以Fe-Co合金为主成分的软磁性金属合金形成。该尾随屏蔽件62兼具作为用于向传导罩层65c施加电流的电极的功能。
保护层68是为了保护ABS而设置的，由一种或两种以上的材料形成，由单层或多层构成。保护层例如具有由类金刚石碳形成的表面层。
另外，也可以在记录头58的ABS43与保护层68之间例如设置由Si等形成的基底层。
另外，可以在主磁极60与中间层65a之间进一步设置基底层。
在基底层例如可以使用Ta、Ru等金属。基底层的厚度例如可以为0.5～10nm。可以进一步设为约2nm。
而且，可以在尾随屏蔽件62与传导罩层65c之间进一步设置罩层。
作为罩层，可以使用从由Cu、Ru、W及Ta构成的组中选择的至少一种非磁性元素。罩层的厚度例如可以为0.5～10nm。可以进一步设为约2nm。
另外，可以在主磁极与中间层之间使用CoFe作为自旋极化层。
如图3所示，主磁极60以及尾随屏蔽件62分别经由配线66、供电端子70、72以及电压控制部79与电源74连接，构成从该电源74通过配线66、主磁极60、电压控制部79、磁通控制层65以及尾随屏蔽件62串联地供给电流Iop的电流电路。电压控制部79控制施加于磁通控制层65的电压。
记录线圈64例如在主磁极60与尾随屏蔽件62之间绕连接部50卷绕。记录线圈64经由配线77与端子78连接，在该端子78上连接有第2电源80。从第2电源80向记录线圈64供给的记录电流Iw由未图示的HDD的控制部控制。在向磁盘16写入信号时，从第2电源80向记录线圈64供给预定的记录电流Iw，使磁通在主磁极60中流通，产生记录磁场。HDD的控制部可以包括上述电压控制部79。
根据按上述方式构成的HDD，通过驱动VCM24，托架组件22转动，磁头17移动到磁盘16的所希望的磁道上而被定位。另外，如图2所示，磁头17通过空气流C而上浮，所述空气流C通过磁盘16的旋转而在盘表面与ABS43之间产生。在HDD工作时，滑块42的ABS43相对于盘表面保持间隙地相向。在该状态下，利用再现头54对磁盘16进行记录信息的读取，并且利用记录头58对磁盘16进行信息的写入。
图7示意性地示出磁通控制层65发挥功能的状态下的写间隙WG内的磁化状态。
在上述信息的写入中，如图3及图7所示，通过从电源80向记录线圈64流过交流电流，从而利用记录线圈64对主磁极60进行励磁，从该主磁极60向正下方的磁盘16的记录层103施加垂直方向的记录磁场。由此，在磁记录层103上以所希望的磁道宽度记录信息。
另外，在对磁盘16施加记录磁场时，从电源74通过配线66、主磁极60、磁通控制层65、尾随屏蔽件62而施加电流Iop。通过该电流施加，自旋转矩从主磁极60作用于磁通控制层65的调整层65b，调整层65b的磁化的方向朝向与在主磁极60与尾随屏蔽件62之间产生的磁场(间隙磁场)Hgap的方向相反的方向。通过该磁化反转，调整层65b产生屏蔽从主磁极60直接流向尾随屏蔽件62的磁通(间隙磁场Hgap)的效果。结果，从主磁极60向写间隙WG泄漏的磁场降低，从主磁极60的前端部60a朝向磁盘16的磁记录层103的磁通的会聚度提高。由此，记录磁场的分辨率提高，能够实现记录线密度的增大。
根据按上述方式构成的第1实施方式，在记录头58中，设于写间隙WG的磁通控制层65起到如下作用：抑制磁通从主磁极60向尾随屏蔽件62的直接流入、即有效地使间隙的导磁率成为负。具体而言，磁通控制层65设置在主磁极60与尾随屏蔽件62之间，构成为通过自旋转矩使磁化的方向与间隙磁场相反。由此，能够在将写间隙WG保持得窄的状态下使从主磁极60向尾随屏蔽件62流失的磁通朝向磁盘(记录介质)16。
而且，根据第1实施方式，为了确保长期可靠性，对磁通控制层施加的电压Vb被设定为比由下式(1)给出的电压Vba低。
Vba＝Vb0-a×1/log(t)×log(RH)×log(PO2)…(1)
其中，式中，Vb0为能够施加于磁通控制层的最大电压，t为保护层的膜厚(nm)，RH为装置内气氛的相对湿度，PO2为装置气氛的氧分压(Pa)，a为每个装置的系数。
根据实施方式，根据上式(1)，通过决定磁通控制层的通电电流和磁头的保护层以及HDD内的残留氧原子数，能够抑制作为磁通控制层的主成分的磁性体与存在于磁记录头的周围气氛中的氧的结合，确保长期的可靠性。在氧原子数与空气相同程度的情况下，通过增厚保护层的膜厚或抑制通电电流，能够抑制磁通控制层的氧化，确保可靠性。另一方面，在氧原子数较少的情况下，通过使保护层变薄或增大通电电流，能够实现更高的记录密度。
施加电压Vb优选为100～300mV，若小于100mV，则基于自旋转移转矩的辅助效果显著减少，存在写入能力不足的倾向，若超过300mV，则存在磁通控制层的故障率大幅增加的倾向。
保护层的厚度可以为1.0～2.5nm。若小于1.0nm，则会促进磁通控制层的氧化反应的进行，存在故障率增加的倾向，若超过2.5nm，则磁头与记录介质的距离过大，因此存在写入能力降低的倾向。
HDD内的气氛的相对湿度优选为80％以下，若超过80％，则促进磁通控制层的氧化反应的进行，存在写入能力减少的倾向。
将HDD内的全部气体的压力设为100时的氧分压优选为20％以下，若超过20％，则会促进磁通控制层的氧化反应的进行，存在写入能力减少的倾向。
图8示出磁通控制层的氧化机理的示意图。
如图所示，当在磁通控制层65的ABS上例如隔着Si基底层67设置有由类金刚石碳形成的保护层68时，在保护层68表面形成有由气氛中的水分形成的薄膜69。在一般的氧化的机理中，若在该保护层68中存在针孔90，则HDD内的氧O2会溶入保护层68表面的水分中，电子e-经由针孔90到达磁通控制层65，与磁通控制层65中的铁离子Fe2+反应而发生铁的氧化反应。促进该氧化反应的情况可列举作为反应的种类的HDD内的氧多的情况、向磁通控制层通电时由于温度上升而超过氧化反应的势能的铁原子增加的情况、保护层的膜厚较薄而针孔增加的情况等。在使用磁通控制层的磁记录头中，通过适当地控制这些参数，从而要求确保长期可靠性。
实施例1
以下示出第1实施方式的辅助磁记录头的制造方法。
首先，主要在由FeCo形成的主磁极上，分别使用DC磁控溅射法依次层叠具有下述的材料及厚度的层。
自旋极化层 CoFe 3nm
中间层 Cu 2nm
调整层1 FeCo 1nm
调整层2 NiFe 9nm
传导罩层 Ru/Ta/Ru 2/2/1nm
形成用于规定磁通控制层的条高度方向的尺寸的掩模层，之后，利用IBE(离子束蚀刻)法对磁通控制层进行蚀刻直至主磁极露出。磁通控制层周边部分形成绝缘膜的SiOx，然后除去了掩模层。另外，设置用于规定磁道宽度方向的尺寸的掩模层，同样地进行蚀刻，元件周边部分形成绝缘膜的SiOx，由此加工磁通控制层。
接着，在传导罩层上形成NiFe作为尾随屏蔽件。
然后，在ABS侧的主磁极、磁通控制层、尾随屏蔽件及绝缘膜上利用溅射形成约1nm的Si基底层后，利用CVD法在Si基底层上形成类金刚石碳，形成厚度为1.6nm的保护层，由此得到磁记录头。同样地，制作共计20个在ABS侧具有1.6nm的保护层的磁记录头。
得到的磁记录头除了磁通控制层的调整层被分为未图示的调整层1和未图示的调整层2、以及在主磁极60与中间层之间设置有自旋极化层以外，具有与图5及图6相同的构造。
除了将ABS侧的保护层的膜厚分别变更为2.0nm、2.4nm以外，同样地分别各制作20个磁记录头。
设置所制作的磁记录头，封入湿度20％的空气(氧分压19％)，制作了HDD。
作为长时间的通电试验，将得到的HDD在环境温度55℃下，以5、10、150、200、250、300mV的各个施加电压，使磁通控制层的通电持续800小时。通过在HDD内连接的Preamp分别测定通电试验前和通电试验后的电阻并进行比较。将通电试验后的电阻相对于通电试验前的电阻的变化率为3％以下的HDD作为正常，将超过3％的HDD作为故障进行计数，将故障个数相对于全部个数的比率作为故障率(％)。
另外，在长时间的通电试验之前，使用标准介质进行SNR(Signal Noise Ratio：信噪比)测定，评价了磁头的写入能力。在该SNR测定中，组装制作的磁记录头，制作封入有湿度20％的空气(氧分压为19570Pa(氧浓度为19％))的HDD，在20℃的状态下进行了试验。这些结果为每20个头的平均值，SNR测定用图案为高频图案。
在故障率的评价基准中，将50％以下设为S等级，将80％以下设为A等级，将90％以下设为B等级，将除此以外的设为C等级。
在SNR的评价基准中，将-2.5dB以下设为S等级，将-2.0dB以下设为A等级，将-1.5dB以下设为B等级，将除此之外的设为C等级。
在下述表1中示出得到的结果。
【表1】
Figure BDA0001911363690000131
图9示出对具有磁通控制层的磁记录头使保护层的膜厚变化时的施加于磁通控制层的电压与故障率的关系的图表。
在此，保护层的膜厚定义为从磁通控制层表面到保护层表面为止的距离。
在图中，曲线201表示保护层的膜厚为1.6nm的情况，曲线202表示保护层的膜厚为2.0nm的情况，曲线203表示保护层的膜厚为2.4nm的情况。
如图所示，可知随着施加电压Vb的增加，故障率增加。这是因为，当施加电压Vb变高时，由于焦耳热的增加，磁通控制层发热，促进氧化反应。另一方面，在保护层较厚的情况下，由于从针孔供给的氧原子变少，因此即使在施加电压Vb较高的情况下，故障率也变低。根据这些关系，若根据确保可靠性的HDI设计来决定保护层膜厚，则能够施加的Vb得以确定。
根据这些关系，用数学式表示能够确保1个磁头所要求的长期可靠性的最大电压Vba的是上述式(1)。
可知磁通控制层的可施加电压与保护层膜厚成正比，与湿度及氧分压的log成反比。由此，能够用上述式(1)表示必要的施加电压Vba。
此外，在上述表1中一并示出了Vba及系数a。
根据以上的结果可知，在保护层的膜厚为1.6nm时，没有能够兼顾故障率和SNR的条件，在保护层的膜厚为2.0nm时磁通控制层的施加电压优选为100～150mV，在保护层的膜厚为2.4nm时磁通控制层的施加电压优选为100～200mV。
实施例2
除了将保护层的膜厚变更为2.0nm，将放入到HDD内的空气中的氧分压变更为5150Pa(氧浓度5％)、19570Pa(氧浓度19％)、41200Pa(氧浓度40％)以外，与实施例1同样地以各种施加电压进行长时间的通电试验，求出故障率。
在下述表2中示出得到的结果与Vba及系数a。
【表2】
Figure BDA0001911363690000141
另外，图10示出表示使HDD内的残留氧原子数变化时的、施加电压与故障率的关系的图表。
在图中，将氧分压为40530Pa(氧浓度为40％)的情况表示为204，将氧分压为19251.75Pa(氧浓度为19％)的情况表示为205，将氧分压为5166.25Pa(氧浓度为5％)的情况表示为206。
图10与图9同样地可知，当施加电压增加时，焦耳热增加，故障率上升。另外，在HDD内的残留氧数多的情况下，与磁通控制层反应的氧的原子数多，因此故障率相对于低施加电压的斜率大，另外，在氧原子数较少的情况下斜率变小。此外，残留氧数是根据HDD内的全部气体的压力算出的。
将图10中的故障率和施加电压的斜率设为α，在图11中示出表示HDD内的残留氧原子数与斜率α的关系的图表。
如曲线207所示，可知随着残留氧原子数减少，具有α减少的倾向，故障率相对于施加电压的上升变得缓慢。若残留氧原子数减少，则经由针孔到达磁通控制层的概率减少，因此，作为结果，故障率减少。若对该斜率进行外插，则可知若HDD内的残留氧原子数大约为108～105个以下，则斜率α成为0，从磁通控制层的氧化的观点出发，故障率成为0％。根据以上内容，能够根据HDD内的残留氧原子数，决定能够施加于磁通控制层的电压，能够最大限度地活用辅助记录头的潜力。
实施例3
如实施例1记载的那样，若使Vb上升，则SNR改善，但同时会产生热，结果，可靠性会恶化。热的影响在没有Vb的情况下(不进行通电的情况)、磁通控制层的材料使用与实施例1稍有不同的材料的情况下也是同样的。因此，对具有磁通控制层的磁记录头的最佳工作温度进行了试验。
将保护层的膜厚设为2.0nm，准备多个与实施例1同样的磁记录头。
将搭载有磁通控制层头的HDD放入恒温槽，进行了常温下的SNR测定。然后，将恒温槽的温度设定为5～200℃，作为辅助记录工作试验，一边在各温度条件下断续地向磁通控制层通电，一边进行共计20小时的辅助记录工作。记录时间为20小时，但在恒温槽中的温度条件下放置的时间共计为50小时。然后，将装置从恒温槽中取出，等待回到常温后，再次进行SNR测定。确认到了在高温条件下放置的磁头的SNR降低。用电子显微镜观察这些头时，可知在保护层上大量析出来自磁通控制层的氧化物。
图12示出表示温度与析出数的关系的图表。
图12是针对数个磁记录头而对析出的氧化物的每1mm2的平均个数进行计数而绘制的图。可知：在高温条件下，来自针孔的析出被促进，通过析出，磁头介质间距离增大，结果，引起SNR恶化。在下述表3示出得到的结果。
【表3】
试验 温度(℃) ΔSNR(dB) 评价
3-1 5 0.1 ◎
3-2 20(室温) -0.1 ◎
3-3 55 0.3 ◎
3-4 100 0.4 ◎
3-5 120 0.5 ◎
3-6 150 0.8 ○
3-7 180 2.1 △
3-8 200 3.6 △
表中，关于ΔSNR，将0.5dB以下时评价为双重圆，将1.0dB以下时评价为○，将1.1dB以上时评价为△。
根据上述结果可知，工作温度的最佳条件优选为5～150℃，进一步优选为5～120℃。
实施例4
在磁通控制层的氧化中，湿度是重要的因素。湿度越高，越会在材料表面产生水的薄膜，结果，越容易引起氧化。在实施例4中，应用使用了具有2.0nm的膜厚的保护层的磁记录头，除了改变封入的空气的湿度以外，与实施例1同样地制作了HDD。在此，湿度定义为使用水蒸气压e(Pa)、饱和水蒸气压es(Pa)并通过由U(％RH)＝e/es×100表示的式(2)求室温20℃下的相对湿度U(％RH)而得到的。
使向磁通控制层的施加电压为0～300mV，一边断续地对磁通控制层通电一边进行共计50小时的辅助记录工作，然后测定了SNR。介质使用标准介质。在下述表4中示出Vb＝200mV时的辅助记录工作试验的工作刚开始后的初期SNR与100小时的工作后的SNR的差量。另外，也一并示出Vba的计算值。
【表4】
Figure BDA0001911363690000171
在SNR测定后将头分解，对保护层表面每1mm2中的氧化物析出物的数量进行计数。
关于得到的结果，将作为SNR的恶化量的ΔSNR为0.5dB以下时评价为双重圆，将1.0dB以下时评价为○，将1.1dB以上时评价为△。
另外，在下述表5中示出使湿度变化的情况下的施加电压Vb、析出数、SNR值、Vba及系数a。
【表5】
Figure BDA0001911363690000181
图13示出表示使湿度变化的情况下的施加电压与析出数的关系的图表。
在图中，208表示相对湿度为20％的情况下的曲线，209表示相对湿度为60％的情况下的曲线，210表示相对湿度为100％的情况下的曲线。
由图13可知，在相对湿度为60％时，氧化物的析出数相对于施加电压Vb缓慢增加。另一方面，可知在相对湿度为100％的情况下，析出数相对于施加电压Vb的增加的依赖性显著变强。另外，根据表3，在相对湿度为100％的情况下也观察到显著的SNR的劣化。由该结果可知，装置内的相对湿度优选为80％以下，进一步优选为60％以下。
实施例5
在实施例5中，调查了磁通控制层的氧化中的氧分压的影响。
除了应用封入在氦中混合一定浓度的氧而成的气体来代替氧气并使用具有2.0nm的膜厚的保护层的磁记录头以外，与实施例1同样地制造了HDD。该HDD使用标准介质。使HDD内的总压中的氧分压为0～50662.5pa(氧浓度为50％)。以湿度成为20％的方式在氧中混合水蒸气。除此以外的气体是纯氦。
测定了得到的HDD的SNR。然后，使向磁通控制层的施加电压为0～300mV，一边断续地向磁通控制层通电一边进行共计50小时的辅助记录工作试验，测定SNR，并调查了辅助工作试验前后的SNR的变化。在下述表6中示出Vb＝200mV时的实验的工作刚开始后与200小时的工作后的SNR差量及Vba。
【表6】
Figure BDA0001911363690000191
在SNR测定后将头分解，对保护层表面每1mm2中的析出物的数量进行计数。
在下述表7中示出使氧分压变化时的施加电压Vb、析出物的个数、SNR、系数a及Vba。
【表7】
Figure BDA0001911363690000201
另外，图14示出表示使氧分压变化时的施加电压Vb与析出物的个数的关系的图表。
在图中，211表示5166.25Pa(氧浓度为5％)的情况下的曲线，212表示氧分压为20％的情况下的曲线，213表示相对湿度为50％的情况下的曲线。
由图14可知，若氧分压为20265Pa(氧浓度为20％)左右，则析出物相对于Vb的依赖性弱。另一方面，可知在使氧分压上升至50662.5pa(50％)的情况下，从低电压开始氧化反应，析出物相对于电压显著增加。另外，从表4可知，作为长时间通电试验，在200mV的施加电压下，在氧分压超过10％时氧化物的析出开始，在50％时产生显著的SNR差。根据以上内容，可以说装置内的氧分压优选为20265Pa(氧浓度为20％)以下，进一步优选为10132.5Pa(氧浓度为10％)以下。
比较例6-1
以下示出高温多湿环境下的试验例。
除了在ABS侧形成2.0nm的保护层以外，与实施例1同样地制作了20个磁记录头。
设置制作的磁记录头，封入湿度为40％的空气(氧分压为21278.25Pa(0.21atm))，制作了HDD。
作为长时间的通电试验，将得到的HDD在环境温度55℃下以200mV的电压持续800小时。
利用在HDD内连接的Preamp分别测定通电试验前和通电试验后的电阻并进行比较。
此外，可知在比较例6-1中，式(1)的a为42.5，若代入式(1)，则Vba＝101mV，施加电压200mV比Vba大。
试验的结果是，故障率为100％。
为了调查通电试验后的磁记录头的状况，沿着磁道中心剖开磁记录头的ABS，用扫描型电子显微镜(SEM)观察了其截面。
图15示出比较的磁记录头的截面的示意图。
如图所示，在比较的磁记录头58’中，由于磁通控制层65中的铁的氧化，在保护层68中析出的铁氧化层91将保护层68的表面区域68a推起而使其变形。由此，不仅通电电阻上升，还有可能与磁盘接触而使其损伤。
以上对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提示的，并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的要旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或要旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。

Claims (8)

1.一种磁记录再现装置，所述磁记录再现装置具备具有磁记录层的旋转自如的盘状记录介质、以及对所述记录介质记录信息的磁记录头，
所述磁记录头包括：
空气支承面；
主磁极，其具有延伸至所述空气支承面的前端部，并产生垂直方向的记录磁场；
辅助磁极，其与所述主磁极的所述前端部隔着写间隙而相向，并与所述主磁极一起构成磁芯；
磁通控制层，其包括第1导电层、调整层及第2导电层，并通过通电而产生自旋转矩，使所述调整层内的磁化的方向反转，所述第1导电层设置在所述主磁极上，所述调整层层叠于所述第1导电层，并由包含铁、钴或镍中的至少1种的磁性材料形成，所述第2导电层将所述调整层与所述辅助磁极电连接；以及
保护层，其设置于所述主磁极、所述磁通控制层以及所述辅助磁极的所述空气支承面，
向所述磁通控制层施加的电压Vb比由以下式(1)表示的电压Vba低，
Vba＝Vb0-a×1/log(t)×log(RH)×log(PO2)…(1)
在式(1)中，Vb0为能够施加于磁通控制层的最大电压，t为保护层的膜厚、且单位为nm，RH为装置内气氛的相对湿度，PO2为装置气氛的氧分压、且单位为Pa，a为每个装置的系数。
2.根据权利要求1所述的磁记录再现装置，
所述保护层具有1.0～2.5nm的膜厚。
3.根据权利要求1或2所述的磁记录再现装置，
所述保护层包括由类金刚石碳形成的表面层。
4.根据权利要求1或2所述的磁记录再现装置，
施加于所述磁通控制层的电压Vb为100～300mV。
5.根据权利要求1或2所述的磁记录再现装置，
工作中的磁通控制层的温度为5～150℃。
6.根据权利要求1或2所述的磁记录再现装置，
在所述磁记录头处于工作中时，所述磁记录头的周围气氛具有80％以下的湿度。
7.根据权利要求1或2所述的磁记录再现装置，
所述磁记录头的周围气氛在将所述记录再现装置内的空气整体的压力设为100％时具有20％以下的氧分压。
8.根据权利要求1或2所述的磁记录再现装置，
还具备与所述磁记录头连接的电压控制部，
所述电压控制部进行控制以使得向所述磁通控制层施加的电压Vb比由所述式(1)表示的电压Vba低。
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