JP2006221785A

JP2006221785A - 磁気ヘッド

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Publication number: JP2006221785A
Application number: JP2006028748A
Authority: JP
Inventors: Chee-Kheng Lim; 志慶林; Yoshu Kim; 庸洙金
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-02-07
Filing date: 2006-02-06
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2026-02-06
Also published as: US20060176613A1; US7486478B2; KR20060090488A; KR100682930B1; CN1819025A; CN100416657C; JP4398434B2

Abstract

【課題】漂遊磁界の影響を低減させ、速い磁化反転が可能な磁気薄膜構造を持つ磁気ヘッドを提供する。
【解決手段】第１ポールと、第１ポールに所定の間隔をおいて形成された第２ポールと、第１及び第２ポールに磁場を誘導する誘導コイルとを備える磁気ヘッドにおいて、第１ポール及び第２ポールは、記録用漏れ磁束が発生するポールチップとポールに流れる磁束をガイドするヘッドヨークとを有し、第１ポール及び第２ポールのうち少なくとも一つのポールに磁区を調整するためのインプラントが形成されることを特徴とする磁気ヘッド。
【選択図】図３

Description

本発明は磁気ヘッドに係り、さらに詳細には、第１ポールＰ１及び第２ポールＰ２を備えるヘッドヨークの磁気薄膜の構造を改善して外部で発生する漂遊磁界の影響を効果的に低減し、高密度の情報記録のためにヘッドヨークの高速磁化反転を可能にする磁気薄膜構造を持つ磁気ヘッドに関する。

磁気情報記録分野で記録密度を高めるための研究が全世界的で活発に進んでいる。このような高密度記録は、高速でデータを記録できる磁気ヘッドの設計を要求する。

図１は、従来の磁気ヘッドの記録部を簡略に示す断面図である。図示するように、磁気ヘッド１０の記録部は、記録媒体９を磁化させる漏れ磁束を形成するための第１ポールＰ１と、第２ポールＰ２と、前記第１ポールＰ１及び第２ポールＰ２に磁場を誘導する誘導コイル５とを備えて所望の内容の磁気信号を記録媒体に記録する役割を行う。

ここで、前記第１ポールＰ１及び第２ポールＰ２は、前記記録媒体９に入力される磁場の品質を左右し、特に、前記ポールＰ１、Ｐ２の磁気的特性が変数となる。たとえば、記録密度が高くなるにつれて前記記録媒体９のビットサイズは順次減少しつつある。これにより、第１ポールＰ１及び第２ポールＰ２に使用する磁気薄膜材料は、大きい飽和磁化を持ち、透磁率が高くて保磁力が小さく、印加される磁場に速く反応する軟磁性特性が要求される。

しかし、このような磁気ヘッド１０のポールＰ１、Ｐ２は外部磁場に非常に敏感に反応し、例えば、前記磁気ヘッド１０を前記記録媒体９上の所望のトラック位置に移動させるＶＣＭのような前記誘導コイル４以外の外部磁場発生源により発生した磁場（以下、漂遊磁界という）が、第１ポールＰ１及び第２ポールＰ２に流れ込む。このように流れ込んだ漂遊磁界は記録媒体に誤った情報の記録及び消去現象を発生させる恐れがあるので、漂遊磁界の影響を減少させるための研究が主に漂遊磁界を遮蔽するシールド層の構造と関連して行われつつある。

記録用磁場と漂遊磁界との主な差異点は、それらの周波数にある。記録用磁場は数ＭＨｚに当る非常に高い周波数を持つことに対し、漂遊磁界はほぼ静的、すなわち、時間的に一定である。

一方、高速で記録する磁気ヘッド１０の第１ポールＰ１及び第２ポールＰ２は、高周波に変わる電流に対応して磁束が高速で正／逆変換される軟磁性体で形成されることが要求される。図２は、前記誘導コイル５により印加される磁場Ｍに対して磁気薄膜の磁化Ｈが遅延されることを示すグラフである。前記グラフで、横軸は、時間軸であり、縦軸は、点線で表示される印加磁場Ｈの大きさといろいろな曲線ａ１ないしａ６で現れた磁気薄膜の正規化された磁化Ｍを意味する。前記曲線のうち太い実線で表示された曲線ａ１は、従来の第１ポールＰ１及び第２ポールＰ２に該当する磁気薄膜の経時的な磁化曲線である。前記点線を参照すれば、前記磁場Ｈは、＋４００ｋＡ／ｍの大きさで最初に印加され、順次にその大きさが変わって０．２５ナノ秒が経過した後には−４００ｋＡ／ｍの大きさで印加される。この状態が維持されつつ、１ナノ秒が過ぎた後に順次その大きさを変化させ、０．２５ナノ秒が過ぎた後に＋４００ｋＡ／ｍの大きさで前記磁場Ｈを印加する。これに対応して前記曲線ａ１は、時間軸から見て前記点線より遅れる。前記点線と曲線ａ１とを比較すれば、前記印加磁場Ｈに対して前記磁気薄膜の磁化Ｍが遅れていることが分かる。

前記磁気ヘッド１０は、前記記録媒体９の上を一定速度で回転しているために、前記記録媒体９と相対運動をしている。したがって、前記磁気ヘッド１０が所望の位置に情報を記録するためには、所定時間に誘導コイル５に電流を供給して所定時間に磁場を作り出して初めて記録媒体９上の所望の位置に情報を記録できる。ところが、図２に示すように、前記誘導コイル５により印加される磁場Ｈに比べて第１ポールＰ１、第２ポールＰ２の磁化Ｍが時間的に遅れて、前記記録媒体９に高速で記録するところに問題がある。したがって、高速で記録するためには、高周波電流に対応して第１ポールＰ１及び第２ポールＰ２の磁化反転が早く行われるように設計される必要がある。

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、第１ポール及び第２ポールの磁気薄膜の構造を改善して外部で発生する磁場の影響を効果的に低減し、高密度の情報記録のために第１ポール及び第２ポールの高速磁化反転を可能にする磁気ヘッドの提供を目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明による磁気ヘッドは、第１ポールと、前記第１ポールに所定の間隔をおいて形成された第２ポールと、前記第１及び第２ポールに磁場を誘導する誘導コイルとを備える磁気ヘッドにおいて、前記第１ポール及び第２ポールは、記録用漏れ磁束が発生するポールチップと前記ポールに流れる磁束をガイドするヘッドヨークとを有し、前記第１ポール及び前記第２ポールのうち少なくとも一つのポールに磁区を調整するためのインプラントが形成されることを特徴とする。前記インプラントの目的は、前記第１ポール及び前記第２ポールの磁区形成を調節することである。

前記インプラントは、長方形になっていることが好ましい。

前記インプラントは、前記磁場に垂直な方向を長手方向とする長方形の第１インプラントである。

そして、前記第１インプラントは、２つ以上が集まって前記磁場の方向と平行した一つ以上の列に配列されることが好ましい。

前記第１インプラント列内で第１インプラント間の間隔は、前記第１幅程度の間隔であることが好ましい。

前記第１インプラント列は、前記磁場方向に平行した前記ポールの中心軸に形成される。

または、前記第１インプラント列は、前記磁場方向に平行した前記ポールの中心軸に対して対称的に前記ポールに形成されることが好ましい。

さらに、この場合に前記第１インプラント列は、前記中心軸を基準に両側末端に隣接して２列に前記ポールに形成される。

前記インプラントは、前記磁場に平行した方向を長手方向とする長方形の第２インプラントである。

前記第２インプラントは、２つ以上が集まって前記磁場と垂直した一つ以上の行に配列されることが好ましい。

前記第２インプラント行内で第２インプラント間の間隔は、前記第２インプラントの幅程度の間隔であることがさらに好ましい。

前記目的を達成するために、本発明による磁気ヘッドは、第１ポールと、前記第１ポールに所定の間隔をおいて形成された第２ポールと、前記第１及び第２ポールに磁場を誘導する誘導コイルとを備える磁気ヘッドにおいて、前記第１ポール及び第２ポールは、記録用漏れ磁束が発生するポールチップと前記ポールチップに集まる磁束をガイドするヘッドヨークと、を有し、前記第１ポール及び前記第２ポールのうち少なくとも一つのポールの磁区を調整するために、前記磁場に垂直な方向を長手方向とする長方形の第１インプラントと、前記磁場の方向を長手方向とする長方形の第２インプラントと、を備えることを特徴とする。

かかる磁気ヘッドにおいて、前記第１インプラントは、前記誘導コイルが通る領域に形成されることが望ましい。

前記第１インプラントは、前記ヘッドヨークに形成されることが好ましい。

前記第２インプラントは、漂遊磁界が流れ込む側に形成されることがさらに好ましい。

前記第１インプラントは、前記第２インプラントが形成された領域と前記ポールチップ領域との間に形成されることがさらに好ましい。

このとき、前記第１インプラントは、２つ以上が集まって前記磁場の方向と平行した一つ以上の列に配列される。

前記第１インプラント列内で第１インプラント間の間隔は、前記第１インプラントの幅程度の間隔であることが好ましい。

前記第１インプラント列は、前記磁場方向に平行した前記ポールの中心軸に形成されることが好ましい。

または、前記第１インプラント列は、前記磁場方向に平行した前記ポールの中心軸を基準に前記ポールの両側末端に隣接して２列に形成されることも好ましい。

前記第２インプラントは、前記第１ポールと前記第２ポールとが磁気的に連結されるヘッドヨークの連結部に隣接して形成される。

前記第２インプラントは、２つ以上が集まって前記磁場と垂直した一つ以上の行に配列される。

前記インプラントの材料は、非磁性体またはその飽和磁化Ｍｓが前記ヘッドヨークの飽和磁化より小さな磁性体であることが好ましい。

このとき、前記非磁性体は、ＳｉＯ_２またはＡｌ_２Ｏ_３である。

そして、前記磁性体は、たとえば、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、またはＣｏ、Ｆｅ及びＮｉの合金である。

このとき、前記インプラントに含まれた磁性体はポールと異なる組成を有し、ポールの飽和磁化より小さなことが好ましい。

本発明において望ましく、前記インプラントは、２０ないし１００ｎｍの幅を有し、１００ないし２０００ｎｍの長さを持つ。

本発明による磁気ヘッドは、第１ポールと第２ポールとをなす磁気薄膜にインプラントを形成して、外部で発生する漂遊磁界の影響を効果的に低減させ、誘導コイルによって印加される磁場に対応した前記第１及び第２ポールの磁化反転を高速度で行って高密度の情報記録が可能である。

以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施形態について詳細に説明する。

図３を参照すれば、本発明の磁気ヘッド３０は、第１ポールＰ１と、前記第１ポールＰ１に所定の間隔をおいて形成された第２ポールＰ２と、前記第１ポールＰ１及び第２ポールＰ２に磁場を誘導する誘導コイル３５と、を備える。この時、前記第１ポールＰ１及び第２ポールＰ２は、記録用漏れ磁束が発生するポールチップ３１と、前記ポールチップ３１に集まる磁束をガイドするヘッドヨーク３２とを有し、前記第１ポールＰ１及び第２ポールＰ２のうち少なくともいずれか一つのポールに磁区を調整するための長方形のインプラント３７が形成されている。図３では、第１ポールＰ１及び第２ポールＰ２いずれにも前記インプラント３７が形成されている場合を図示したが、これは例示に過ぎず、前記第１ポールＰ１または前記第２ポールＰ２のうちいずれか一つのポールにのみ形成されてもよく、位置によって形成されるポールの形状が異なってもよい。

前記誘導コイル３５によって誘導される磁場は、前記ポールＰ１、Ｐ２を磁化させ磁束を流す。ところが、前記第１ポールＰ１と第２ポールＰ２との間に非磁性体から形成された絶縁膜３４があり、前記磁束が前記ポールチップ３１を通じて磁気ヘッド３０の外に出て記録媒体（図示せず）に磁気記録を行える。一方、前記ポールチップ３１の反対側には、前記第１ポールＰ１と第２ポールＰ２とが磁気的に連結された連結部３３があって磁束が流れるようにする。

図４は、前記インプラント３７とこれが形成されている前記ポールＰ１、Ｐ２の一部分とを図示した部分斜視図である。図４に示すように、前記インプラント３７は、その長さｌが幅ｗより長い長方形であることが望ましい。

薄膜磁気ヘッドは、通常的な半導体製造工程を通じて製造でき、前記インプラントもフォトマスク工程及びエッチング工程を通じて与えられた形状を作り、非磁性体またはその飽和磁化Ｍｓが前記第１ポールＰ１及び第２ポールＰ２の飽和磁化より小さな磁性体で蒸着形成されうるので、これについての詳細な説明は省略する。

一方、前記インプラントの材料は、非磁性体またはその飽和磁化Ｍｓが前記ヘッドヨークの飽和磁化より小さな磁性体である。

前記インプラントが非磁性体である場合に、前記インプラントの材料は、例えばＳｉＯ_２またはＡｌ_２Ｏ_３になりうる。

前記インプラントが磁性体である場合に、その飽和磁化Ｍｓが前記ポールＰ１、Ｐ２の飽和磁化より小さな磁性体であって、例えば、飽和磁化が２．１ないし２．４ＴであるポールＰ１、Ｐ２に対して前記インプラントは飽和磁化が１ないし１．８Ｔである磁性体が望ましい。例えば、前記インプラントの材料は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、またはＣｏ、Ｆｅ及びＮｉの合金でありうる。

図５Ａは、本発明の第１実施形態による磁気ヘッドで、第２ポールＰ２の磁気薄膜構造を誘導コイル３５と共に示す図面である。

図５Ａを参照すれば、前記第２ポールＰ２は誘導コイル３５に流れる電流Ｉによって誘導される磁場Ｈによって磁化される。この時、高速の磁化反転のために、前記磁場Ｈに垂直な方向を長手方向とする長方形の第１インプラント５２ａは、前記第２ポールＰ２の側端部に近く形成される。

前記第１インプラント５２ａは少なくとも一つ以上形成され、磁区調整の効果を高めるために複数個に形成されることが望ましく、前記複数個の第１インプラント５２ａは、前記誘導コイル３５により誘導される前記磁場の方向と平行した列に配列されることが望ましい。

前記第１インプラントの磁区調整によるポールの磁区運動が安定的であるためには、前記第１インプラント列は前記磁場方向に平行した前記ポールの中心軸Ｃに対して対称的に形成されることが望ましい。たとえば、図５Ａに示すように、前記中心軸Ｃを基準に前記ポールの両側末端に隣接して２列に形成され、図５Ｂに示すように、第１インプラント列５２ｂは前記中心軸Ｃに一列に形成されてもよい。図５Ａでは第２ポールＰ２のみを図示したが、さらに一般的に第１ポールＰ１でもこのような第１インプラントの形成が可能であるので、図５Ａに示す磁気薄膜構造は第１ポールＰ１にも同一に適用できる。

前記ポールＰ１、Ｐ２は、記録用漏れ磁束が発生するポールチップ３１と、前記ポールに流れる磁束をガイドするヘッドヨーク３２とを有する。前記ポールチップ３１は磁束密度を高め、狭い記録トラックを生成するためにその幅を狭くする。したがって、前記第１インプラント５２ａ、５２ｂは、磁区を調整できる空間的余裕がある前記ヘッドヨーク３２に位置することが望ましい。

さらに、前記第１インプラント５２ａ、５２ｂは、前記磁場Ｈによって速い磁化反転を可能にするためのものであるため、前記第１インプラント５２ａ、５２ｂが形成される位置は、前記誘導コイル３５が通る領域であることがさらに望ましい。

さらに、本発明の第１実施形態による磁気ヘッドのヘッドヨークの動作を図６ないし図９を参考にして説明する。

磁気ヘッドの磁気記録過程を説明すれば、誘導コイルにより誘導される磁場によってヘッドヨークが磁化され、前記誘導磁場及び磁化による磁束は前記第１及び第２ポールのポールチップに位置したギャップで漏れ磁束になり、前記漏れ磁束によって磁気ヘッドは記録媒体に磁気記録をする。この時、磁束を高速の正／逆変換するためには、前記ポールが誘導磁場によって容易に磁化反転されねばならない。これに、前記ポールの磁化反転と前記第１インプラントとの関係を説明するために、第１インプラントが形成された磁気薄膜に対する磁化分布を例として説明する。以下、シミュレーションに使用する磁気薄膜は横縦の大きさが４×４μｍ^２であり、厚さが１００ｎｍである磁気薄膜であって、飽和磁化が２．１Ｔであり、これはポール、特に、ヘッドヨークの一部分と解釈できる。

図６は、初期に右側方向６３に磁化された磁気薄膜６０に前記磁化の逆方向である左側に外部磁場Ｈを印加して、前記磁化の方向が変わり始める瞬間の前記磁気薄膜の磁化分布を示す。前記図面で、中央の広い第１領域６１はまだ右側方向６４に磁化されているが、前記磁気薄膜のエッジ部の第２領域６２は、反磁場効果により垂直方向に近く磁化される。外部の磁場が印加されるならば、前記磁気薄膜の第２領域６２は、その領域内の磁場と磁気モーメントとの角度が大きいため、前記磁場によるもっとも強いトルクを受ける。したがって、前記磁気薄膜６０の磁化反転は前記第２領域６２で始まると見られる。

図６のシミュレーション結果は、次のように理解できる。磁区内の磁気モーメントの方向は、静磁気薄膜とその周辺の空間と関連した総磁気エネルギーが最小になる方向に形成される。同様に外部磁場が印加された時にも、磁区の磁化方向の回転は磁気エネルギーを最小化する方向に行われる。すなわち、磁性体に外部磁場が印加されれば、磁気薄膜の磁気モーメントは外部磁場の方向と同じ方向になるように回転する。このような磁気モーメント回転は特に、印加される外部磁場と垂直した境界付近領域でさらに容易である。すなわち、前記磁気薄膜６０の第２領域６２は、外部磁場Ｈに垂直な境界付近領域であって、前記磁場によるトルクを受ける結果、ここでさらに容易に磁気モーメント回転を始めて磁化反転される。すなわち、前記第２領域６２のように外部磁場Ｈに垂直な境界付近の領域は、磁化反転をする磁区の核の役割を行う。

したがって、外部磁場に対してさらに速く磁化の方向を変えるためには、前記外部磁場に垂直な境界を多く形成すればよい。そのために、前記外部磁場に垂直な方向を長手方向とする長方形の第１インプラントを磁気薄膜に形成する。

図７Ａは、前記磁気薄膜の一辺に３個の第１インプラント７１を長手方向に一列に配置した磁気薄膜７０を図示し、図７Ｂ及び図７Ｃは、前記磁気薄膜７０に外部磁場Ｈを加えて、前記磁気薄膜７０が磁化反転を始める瞬間及び磁化反転される途中の磁化分布を図示する。この時、図７Ｂのシミュレーションは、第１インプラント７１ａとして非磁性体を使用した場合であり、図７Ｃのシミュレーションに使用した磁気薄膜７０は、第１インプラント７１ｂであって、その飽和磁化Ｍｓが前記ヘッドヨークの飽和磁化より小さな磁性体を使用した場合である。

前記第１インプラント７１間の間隔は、前記第１インプラント７１の幅程度にした。このような磁気薄膜７０に外部磁場Ｈが前記第１インプラント７１の長手方向に垂直な方向に印加される場合、図６の磁気薄膜６０に比べて前記外部磁場Ｈに垂直な境界領域がさらに多くなる。これにより、前記磁気薄膜の前記第１インプラントが形成された側の前記境界に隣接した領域から磁化反転が活発に進みうることが予測できる。すなわち、前記外部磁場は、磁気ヘッドの誘導コイルにより印加される磁場と解釈される時、前記第１インプラントが形成された磁気薄膜構造を持つポールは速い磁化反転を行えるということを意味する。

この時、前記第１インプラント７１が、非磁性体またはその飽和磁化Ｍｓが前記ヘッドヨークの飽和磁化より小さな磁性体にならねばならない理由は、前記第１インプラント７１の役割が外部磁場Ｈに垂直な境界を増やすところにあるためである。例えば、飽和磁化が２．１ないし２．４Ｔである磁性体で作ったポールに対して、前記第１インプラント７１は、飽和磁化が１ないし１．８Ｔである磁性体で作ることができる。また、前記第１インプラント７１の形状は、前記境界を最大に増やすために長方形にして、前記第１インプラント７１の長さをその幅より長くすることが望ましい。

図７Ｂは、初期に右側方向７４に磁化されている前記磁気薄膜７０に、前記磁化の逆方向である左側に外部磁場Ｈを加えて前記磁化の方向が変わり始めた時の前記磁気薄膜７０の磁化分布を示す。前記図面で中央の広い第１領域７２はまだ右側方向７４に磁化されているが、前記磁気薄膜７０の外部磁場にほぼ垂直に磁化されるエッジ部に隣接した第２領域７３は、磁気モーメント回転によりその領域の磁化が反転を始めたことが分かる。図６と比較すれば、前記磁気薄膜７０の左側に位置した第１インプラント７１の長手方向のエッジ境界付近７３ａまで第２領域７３が拡張されていて、磁気モーメント回転がさらに活発になったことが分かる。

また、図７Ｃは、図７Ｂに示した磁化分布の経時的な態様を示す。図７Ｂから分かるように、第１インプラント７１ｂの長手方向境界付近の左側領域７５の磁区は速く磁化反転されて、外部磁場Ｈと同一方向の磁気モーメントを持つ磁化反転された磁区７７が形成されていることが分かる。一方、前記磁気薄膜７０の右側領域７６は相対的に徐々に磁化反転されて、磁化反転された磁区７７が相対的に少なく見つけられる。

このように図７Ｂ及び図７Ｃを参照すれば、図７Ａに示す前記第１インプラントは磁化反転する磁区形成の核の役割を行って、磁化反転を速く行うことが分かる。

図８Ａないし図８Ｃは、第１インプラント８１ａ、８１ｂが磁気薄膜の中央に形成された場合の磁化分布のシミュレーションを示す。図８Ａは、磁気薄膜の中央に磁性体から形成された第１インプラント８１ａが４個配列された場合であり、図８Ｂは、磁気薄膜の中央に磁性体から形成された第１インプラント８１ｂが８個さらに稠密に配列された場合である。そして、図８Ｃは、図８Ａ及び図８Ｂとは違って非磁性体から形成された第１インプラント８１ｃが８個配列された場合である。

図８Ａないし図８Ｃのシミュレーションは、初期に右側方向８３に磁化された磁気薄膜８０に前記磁化の逆方向である左側に外部磁場Ｈを加えて、前記磁化の方向が変わり始めた瞬間の前記磁気薄膜８０の磁化分布である。前記シミュレーションで、前記磁気薄膜８０のエッジ部付近８２以外に第１インプラント８１ａ、８１ｂ、８１ｃの長手方向のエッジ境界の周辺領域８２ａ、８２ｂ、８２ｃでも磁気モーメント回転が始めたことが分かる。このような磁気モーメント回転は、前記第１インプラント８１ａ、８１ｂ、８１ｃにより磁区形成を促進して前記磁気薄膜８０の磁化反転がさらに速くなる。

特に、図８Ｂ及び図８Ｃに示すように、第１インプラント８１ｃがさらに多く形成された磁気薄膜８０では、磁化反転の核がさらに多く生じることができるので、複数個の第１インプラントを磁気薄膜に形成することが望ましい。この時、複数の第１インプラントを形成するために、前記第１インプラントの幅や、前記第１インプラント間の間隔を小さくする。製造工程上の限界を考慮すれば、前記幅と前記間隔とを最大限小さくする場合、前記幅と前記間隔とはほぼ同一になる。

図８Ａ及び図８Ｂのシミュレーションは、第１インプラント８１ａ、８１ｂが磁気薄膜８０の飽和磁化より小さな飽和磁化を持つ磁性体から形成されている場合であり、図８Ｃは、第１インプラント８１ｃが非磁性体である場合であって、実質的に類似した磁化分布を持つことが分かる。

このように第１インプラントを磁気薄膜に形成した場合、外部磁場の変化に対応する速い磁化反転は、図２及び図９のグラフを通じてさらに明確に分かる。

前述したように、図２は、前記誘導コイル５により印加される磁場Ｈに対して磁気薄膜の磁化Ｈが遅延されることを示すグラフである。前記曲線ａ１、ａ２ないしａ６のうち太い実線で表示された曲線ａ１は、従来の磁気薄膜に対する磁化進行を示し、曲線ａ２、ａ５、ａ６は、本発明による第１インプラントが形成された磁気薄膜の磁化進行を示す。前記曲線ａ２、ａ５、ａ６は、前記曲線ａ１より外部磁場を表す点線にさらに近接したことが分かるが、これは、本発明による第１インプラントが形成された磁気薄膜の磁化反転が従来の磁気薄膜の磁化反転より速いということを意味する。

このような点は、図９に示す磁化曲線で、第１インプラントがある磁気薄膜の保磁力が小さくなるという点からも確認できる。

図９でグラフの横軸は、外部から印加される磁場の大きさＨであり、縦軸が正規化された磁化の大きさＭを表す。そして、曲線ｂ１ないしｂ５は、磁気薄膜に外部磁場Ｈが印加されることによって磁気薄膜が磁化される程度を表し、これを磁化曲線という。前記曲線ｂ１は、第１インプラントが形成されていない磁気薄膜に対する磁化曲線であり、前記曲線ｂ４、ｂ５は、本発明による第１インプラントが形成された磁気薄膜に対する磁化曲線である。

前記磁化曲線と横軸Ｈとが出合う地点の外部磁場の大きさは、前記外部磁場が非常に高い周波数で印加されるため、動的保磁力と呼ばれる。これは、磁気ヘッドの記録周波数を模写することである。図面で、従来の磁気薄膜に対する保磁力に比べて、第１インプラントが形成された磁気薄膜に対する保磁力がさらに小さいことが分かる。このように磁気薄膜に第１インプラントが形成されることによって保磁力が小さくなり、したがって、さらに小さな外部磁場によっても容易に磁化反転が起きるので、前記第１インプラントが磁化反転を促進する。前記第１インプラントは、さらに小さな磁場で前記ポールの磁化反転ができるので、磁気ヘッドにかかる電力消耗を低減する方法として考慮されることもできる。

前記磁気薄膜は磁気ヘッドのポールと見なすことができるので、誘導コイルによって印加される磁場によって磁化されるポールに第１インプラントが形成されることによって、従来に比べて速い磁化反転が可能であり、これにより、本発明による磁気ヘッドは高密度の磁気記録を行える。

図１０は、本発明の第２実施形態による磁気ヘッドのうちポールＰ１、Ｐ２のみを別途に図示する。

図１０を参照すれば、前記ポールの上部終端には、漂遊磁界の影響を減らすために誘導コイル（図示せず）によって印加される磁場Ｈの方向を長手方向とする長方形の第２インプラント１０２が形成される。前記第２インプラント１０２は、２つ以上が集まって前記磁場Ｈと垂直した一つ以上の行に配列されることが望ましい。

前記第２インプラント行内で第２インプラント１０２間の間隔ｄ２は、前記第２インプラント１０２の幅程度の間隔であることがさらに望ましい。

また、前記第２インプラント１０２は、前記ヘッドヨーク３２に形成されることが望ましい。また、第２インプラント１０２は、漂遊磁界による影響を減少させるのにその目的があるので、前記漂遊磁界が流れ込む方向に、そなわち、前記ポールの上部終端に形成されることが望ましい。前記漂遊磁界は、一般的に特定方向を持つものではないが、本明細書では、誘導コイル（図示せず）により印加される誘導磁場Ｈの方向と同一方向を持つ磁場に限定される。これは、前記誘導磁場Ｈの方向と同じ方向を持つ漂遊磁界が、ポールチップを通じて前記誘導磁場Ｈと共に混ざって誤記録を誘発させるためである。したがって、前記漂遊磁界が流れ込む側とは、前記ポールチップと逆方向の側を意味する。一例として、前記第２インプラント１０２は、前記第１ポールＰ１と第２ポールＰ２とが磁気的に連結される前記ヘッドヨーク３２の連結部３３に隣接して形成されうる。

図１０を参考にして本発明の第２実施形態による磁気ヘッドの動作を説明する。誘導コイル（図示せず）により印加される磁場は第１ポールＰ１及び第２ポールＰ２を磁化させ、前記誘導磁場による磁束は、第１ポールＰ１及び第２ポールＰ２の末端に位置したポールチップ３１で漏れ磁束になり、前記漏れ磁束によって磁気ヘッドは記録媒体（図示せず）に磁気記録を行う。しかし、外部発生源により発生する漂遊磁界が前記第１ポールＰ１と第２ポールＰ２との連結部３３側から流れ込むので、前記第１ポールＰ１及び第２ポールＰ２に流れる磁束には、前記誘導磁場やこれによる磁化以外にも漂遊磁界が存在する。前記漂遊磁界による影響を低減させるために前記ポールに第２インプラントを形成する。

図１１Ａ及び図１１Ｂを参考にして、漂遊磁界の影響減少と前記第２インプラントとの関係を説明する。

図１１Ａは、第２インプラント１１１が形成された磁気薄膜１１０に対して、外部磁場Ｈが前記第２インプラント１１１の長手方向と平行した方向に加えられて、前記磁気薄膜１１０が磁化反転され始める瞬間の磁化分布を示す。

前記磁気薄膜１１０は、８個の第２インプラント１１１が外部磁場Ｈの方向を長手方向として磁気薄膜の中央に形成される。このような磁気薄膜１１０に外部磁場Ｈが前記第２インプラント１１１の長手方向と平行した方向に加えられるならば、前記磁気薄膜は、前記外部磁場Ｈに垂直な境界を持つ領域１１２から磁化反転を始める。しかし、外部磁場Ｈに平行した磁気モーメントにはいかなるトルクも作用していないので、前記第２インプラント１１１の長手方向のエッジに隣接して前記磁場Ｈと平行した磁気モーメントを持つ磁区は磁化反転し難い。図面で、前記第２インプラント１１１の長手方向のエッジに隣接した領域は、最初の磁化方向１１３をそのまま維持しているところから確認できる。このように第２インプラントは、外部から流れ込む磁場Ｈの変化に対して磁区の運動を阻止する役割を行うと解釈できる。このように、前記第２インプラント１１１の役割は、前記外部磁場Ｈに平行した境界を増やすところにあるので、非磁性体またはその飽和磁化Ｍｓが前記ヘッドヨークの飽和磁化より小さな磁性体にならねばならない。例えば、飽和磁化が２．１ないし２．４Ｔである磁性体で作ったポールに対して、前記第２インプラント１１１は飽和磁化が１ないし１．８Ｔである磁性体で作ることができる。また、前記第２インプラント１１１の形状は、前記境界を最大に増やすために長方形にして、前記第２インプラント１１１の長さをその幅より長くする。さらに、前記第２インプラント１１１の幅方向境界付近の磁区は外部磁場Ｈに垂直で磁化反転が容易であるので、前記幅をなるべく小さくすることが望ましい。一方、前記第２インプラント１１１の数が増えれば、磁区運動をさらに広い領域で阻止できるので、第２インプラント１１１を複数個形成することが望ましい。この時、第２インプラント１１１間の間隔（図１０のｄ２）は、製造工程上狭くするのに限界があるので、前記第２インプラント１１１の幅程度とすることが望ましい。

このような第２インプラントの役割について、図１１Ｂを参考にしてさらに説明する。図１１Ｂは、磁気薄膜に外部磁場Ｈが印加されるにつれて磁気薄膜が磁化される程度Ｍを表した磁化曲線グラフである。グラフの横軸は外部磁場の強度Ｈであり、縦軸は正規化された磁化Ｍの大きさを表す。前記グラフで曲線ｃ１は、従来の磁気薄膜に対する磁化曲線であり、曲線ｃ２ないしｃ８は、本発明による第２インプラントが形成された磁気薄膜に対する磁化曲線である。

前記グラフは、最初に＋１．０が磁化された磁気薄膜に＋２００ｋＡ／ｍから−２００ｋＡ／ｍに経時的に変わる磁場を印加した時、前記磁気薄膜が＋１．０から−１．０に磁化反転することを示す。前記磁化曲線ｃ１ないしｃ８を説明すれば、曲線ｃ２ないしｃ８は曲線ｃ１より緩慢であって、第２インプラントが形成された磁気薄膜が外部磁場の変化にあまり敏感でなく磁化反転することが分かる。この場合、漂遊磁界を模写するために、磁場は非常に低い周波数で印加される。また、図１１Ｂは、いかなるインプラントもない場合のｃ１と比較して、ｃ２ないしｃ８の場合に第２インプラントにより磁気異方性が増加することを示す。

この時、外部磁場を漂遊磁界と解釈するならば、第２インプラントが形成された磁気薄膜は漂遊磁界の影響にあまり敏感でないということが分かる。

前記シミュレーションで外部磁場は漂遊磁界と解釈できるので、外部の漂遊磁界が磁気ヘッドに入り込みがちのヘッドヨークに第２インプラントを形成することによって漂遊磁界の影響が減少することが分かる。

本発明の第３実施形態による磁気ヘッドは、第１ポールＰ１と、第２ポールＰ２及び前記ポールに磁場を誘導する誘導コイルを含む磁気ヘッドであって、前記第１ポールＰ１及び第２ポールＰ２のうち少なくとも一つのポールに磁区を調整するために、前記磁場に垂直な方向を長手方向とする長方形の第１インプラントと、前記磁場の方向を長手方向とする長方形の第２インプラントとを備える。

前記第１インプラント及び第２インプラントは、前記誘導コイルによって誘導される磁束をガイドするヘッドヨークに形成されることが望ましい。前記第１インプラントは、第１ポールＰ１及び第２ポールＰ２の側端部に隣接して形成されることがさらに好ましく、前記第２インプラントは、第１ポールＰ１及び第２ポールＰ２の上端部に形成されることがさらに望ましい。

前記第１インプラント及び第２インプラントの形状や材料は、前述した通りである。その他の第１インプラント及び第２インプラントの形成位置は、前述した第１実施形態または第２実施形態によるので、これは省略する。

図１２Ａないし図１４Ｂを参考にして本発明の第３実施形態による磁気薄膜構造を持つ磁気ヘッドについて説明する。

図１２Ａ及び図１２Ｂは、本発明の第３実施形態による磁気薄膜構造を説明するために、磁気ヘッドでの第２ポールＰ２及び誘導コイル３５の配置を示す図面である。図１２Ａでは第２ポールＰ２のみを図示したが、さらに一般的に第１ポールＰ１でもこのような第２インプラントの形成が可能であるので、前記図示されたポールは第１ポールＰ１にも同一に適用できる。

図１２Ａに図示された第２ポールＰ２は、第１ポールＰ１と第２ポールＰ２との連結部３３に隣接して複数個の第２インプラント１２２が１行に形成され、前記第１インプラント１２３ａが、前記第２インプラント１２２が形成された領域とポールチップ３１の領域との間に形成される。前記第１インプラント１２３ａは、前記磁場Ｈに平行した中心軸を基準に前記第２ポールＰ２の両側端に隣接して２列に形成される。このとき、図１２Ａに示す第１インプラント１２３ａや第２インプラント１２２の配列構造は例示的なものに過ぎず、図１２Ｂに示すように、第１インプラント１２３ｂをポールの中心軸に沿って１列に配列でき、その他の多様な配列も可能である。ただし、前記第２インプラント１２２は漂遊磁界の影響を減少させるためのものであり、漂遊磁界がポールの上部側に入り込みがちであるという点を考慮して、前記第１インプラント１２３ａより前記ポールチップ３１から遠い側に、すなわち、ポールの上端部に隣接して形成されることが望ましい。

このような第１インプラントと第２インプラントとが共に配置された磁気ヘッドの外部磁場に対する磁化分布を説明する。

図１３Ａは、インプラントが磁気薄膜エッジの両側にその配列形態を異ならせて形成されており、外部磁場Ｈが印加される前には右側方向１３８の磁気モーメントを持つように磁化された磁気薄膜１３１を図示する。前記磁気薄膜１３１に前記磁気モーメントの方向１３８と逆方向に外部磁場Ｈが加えられた時、加えられる磁場Ｈと垂直した長手方向を持つインプラント１３２が第１インプラントとなり、加えられる磁場Ｈと平行した長手方向を持つインプラント１３３が第２インプラントとなる。図１３Ｂは、前記磁気薄膜１３１に前記磁気モーメントの方向と逆方向に外部磁場Ｈが加えられた時、前記磁気薄膜１３１の磁化反転途中の磁化分布を示す。第１インプラント１３２が位置した左側領域１３５と第２インプラント１３３が位置した右側領域１３６とを比較すれば、前記左側領域１３５の磁化分布はさらに明確な磁区の形成を示す。これは、前記第１インプラント１３２が磁区形成の核になってさらに速い磁区核の形成が起きることを意味する。一方、右側領域１３６は複雑な磁区構造を示し、特に、第２インプラント１３３が位置した領域１３７はさらに複雑な磁区構造を示す。これは、前記左側領域１３５と比較する時、外部から来る漂遊磁界に対して第２インプラント１３３がその影響を低減させる防壁の役割を行えるということを意味する。

一方、図１４Ａは、図１３Ａに示す磁気薄膜のようなインプラントの形状を持つ磁気薄膜１４１を図示する。ただし、前記磁気薄膜１４１は、外部磁場Ｈが印加される前には上方向１４７の磁気モーメントを持つように磁化されている。前記磁気薄膜１４１に前記磁気モーメントの方向１４７と逆方向に外部磁場Ｈが加えられた時、加えられる磁場Ｈと垂直した長手方向を持つインプラント１４３が第１インプラントとなり、加えられる磁場Ｈと平行した長手方向を持つインプラント１４２が第２インプラントとなる。

図１４Ｂは、前記磁気薄膜１４１に前記磁気モーメントの方向１４７と逆方向に外部磁場Ｈが加えられた時、前記磁気薄膜１４１の磁化反転途中の磁化分布を示す。第２インプラント１４２が位置した左側領域１４５と第１インプラント１４３が位置した右側領域１４６とを比較すれば、前記左側領域１４５は磁化方向の変化がほとんどないが、前記右側領域１４６は、前記第１インプラント１４３の隙間の磁区１４８から磁化方向の変化がまず起きることが分かる。すなわち、前記第１インプラント１４３は磁区形成の核の役割を行い、前記第２インプラント１４２はドメイン運動を阻止する役割を行う。

したがって、本発明による第３実施形態によれば、磁気ヘッドの誘導コイルによる印加される磁場による磁化反転が第１インプラントによってより速く起き、外部から流れ込む漂遊磁界による影響が第２インプラントによって減少する。

このような本願発明の磁気ヘッドは、理解を助けるために図面に図示された実施形態を参考にして説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならばこれより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲により決まらねばならない。

本発明は、磁気情報記録関連の技術分野に好適に用いられる。

従来の磁気ヘッドの記録部を概略的に示す断面図である。誘導コイルにより誘導される磁場Ｈに遅れる磁気薄膜の磁化の経時的な変化を示すグラフである。本発明による磁気ヘッドの記録部を概略的に示す断面図である。本発明による磁気ヘッドのポールでインプラントが形成された一部分を示す斜視図である。本発明の第１実施形態による磁気ヘッドのポールを示す平面図である。本発明の第１実施形態による磁気ヘッドのポールを示す平面図である。従来の磁気薄膜の磁化反転途中の磁化分布をシミュレーションした図面である。第１インプラントが形成された磁気薄膜及びその磁化反転途中の磁化分布をシミュレーションした図面である。第１インプラントが形成された磁気薄膜及びその磁化反転途中の磁化分布をシミュレーションした図面である。第１インプラントが形成された磁気薄膜及びその磁化反転途中の磁化分布をシミュレーションした図面である。第１インプラントが形成された磁気薄膜及びその磁化反転途中の磁化分布をシミュレーションした図面である。第１インプラントが形成された磁気薄膜及びその磁化反転途中の磁化分布をシミュレーションした図面である。第１インプラントが形成された磁気薄膜及びその磁化反転途中の磁化分布をシミュレーションした図面である。第１インプラントが形成された磁気薄膜の磁化曲線を示すグラフである。本発明の第２実施形態による磁気ヘッドのポールを示す平面図である。第２インプラントが形成された磁気薄膜の平面図である。第２インプラントが形成された磁気薄膜の磁化曲線を示すグラフである。本発明の第３実施形態による磁気ヘッドのポールを示す平面図である。本発明の第３実施形態による磁気ヘッドのポールを示す平面図である。第１インプラントと第２インプラントとが共に形成された磁気薄膜及びその磁化反転途中の磁化分布をシミュレーションした図面である。第１インプラントと第２インプラントとが共に形成された磁気薄膜及びその磁化反転途中の磁化分布をシミュレーションした図面である。第１インプラントと第２インプラントとが共に形成された磁気薄膜及びその磁化反転途中の磁化分布をシミュレーションした図面である。第１インプラントと第２インプラントとが共に形成された磁気薄膜及びその磁化反転途中の磁化分布をシミュレーションした図面である。

符号の説明

３０磁気ヘッド
３１ポールチップ
３２ヘッドヨーク
３３連結部
３４絶縁膜
３５誘導コイル
３７インプラント
Ｐ１第１ポール
Ｐ２第２ポール

Claims

第１ポールと、前記第１ポールに所定の間隔をおいて形成された第２ポールと、前記第１及び第２ポールに磁場を誘導する誘導コイルとを備える磁気ヘッドにおいて、
前記第１ポール及び第２ポールは、記録用漏れ磁束が発生するポールチップと前記ポールに流れる磁束をガイドするヘッドヨークとを有し、
前記第１ポール及び前記第２ポールのうち少なくとも一つのポールに磁区を調整するためのインプラントが形成されることを特徴とする磁気ヘッド。
前記インプラントは、長方形になっていることを特徴とする請求項１に記載の請求磁気ヘッド。
前記インプラントは、前記磁場に垂直な方向を長手方向とする長方形の第１インプラントであることを特徴とする請求項２に記載の磁気ヘッド。
前記第１インプラントは、２つ以上が集まって前記磁場の方向と平行した一つ以上の列に配列されることを特徴とする請求項３に記載の磁気ヘッド。
前記第１インプラント列内で第１インプラント間の間隔は、前記第１幅程度の間隔であることを特徴とする請求項４に記載の磁気ヘッド。
前記第１インプラント列は、前記磁場方向に平行した前記ポールの中心軸に形成されることを特徴とする請求項４に記載の磁気ヘッド。
前記第１インプラント列は、前記磁場方向に平行した前記ポールの中心軸に対して対称的に前記ポールに形成されることを特徴とする請求項４に記載の磁気ヘッド。
前記第１インプラント列は、前記中心軸を基準に両側末端に隣接して２列に前記ポールに形成されることを特徴とする請求項７に記載の磁気ヘッド。
前記第１インプラントは、前記誘導コイルが通る領域に形成されることを特徴とする請求項３に記載の磁気ヘッド。
前記第１インプラントは、前記ヘッドヨークに形成されることを特徴とする請求項３に記載の磁気ヘッド。
前記インプラントは、前記磁場の方向を長手方向とする長方形の第２インプラントであることを特徴とする請求項２に記載の磁気ヘッド。
前記第２インプラントは、２つ以上が集まって前記磁場と垂直した一つ以上の行に配列されることを特徴とする請求項１１に記載の磁気ヘッド。
前記第２インプラント行内で第２インプラント間の間隔は、前記第２インプラントの幅程度の間隔であることを特徴とする請求項１２に記載の磁気ヘッド
前記第２インプラントは、漂遊磁界が流れ込む方向に形成されることを特徴とする請求項１１に記載の磁気ヘッド。
前記第２インプラントは、前記ヘッドヨークに形成されることを特徴とする請求項１１に記載の磁気ヘッド。
前記インプラントの材料は、非磁性体またはその飽和磁化Ｍｓが前記ヘッドヨークの飽和磁化より小さな磁性体であることを特徴とする請求項１に記載の磁気ヘッド。
前記非磁性体は、ＳｉＯ_２またはＡｌ_２Ｏ_３であることを特徴とする請求項１６に記載の磁気ヘッド。
前記磁性体は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、またはＣｏ、Ｆｅ及びＮｉの合金であることを特徴とする請求項１６に記載の磁気ヘッド。
第１ポールと、前記第１ポールに所定の間隔をおいて形成された第２ポールと、前記第１及び第２ポールに磁場を誘導する誘導コイルとを備える磁気ヘッドにおいて、
前記第１ポール及び第２ポールは、記録用漏れ磁束が発生するポールチップと前記ポールチップに集まる磁束をガイドするヘッドヨークと、を有し、
前記第１ポール及び前記第２ポールのうち少なくとも一つのポールの磁区を調整するために、前記磁場に垂直な方向を長手方向とする長方形の第１インプラントと、前記磁場の方向を長手方向とする長方形の第２インプラントと、を備えることを特徴とする磁気ヘッド。
前記第１インプラントは、前記誘導コイルが通る領域に形成されることを特徴とする請求項１９に記載の磁気ヘッド。
前記第１インプラントは、前記ヘッドヨークに形成されることを特徴とする請求項１９に記載の磁気ヘッド。
前記第２インプラントは、漂遊磁界が流れ込む側に形成されることを特徴とする請求項１９に記載の磁気ヘッド。
前記第２インプラントは、前記ヘッドヨークに形成されることを特徴とする請求項１９に記載の磁気ヘッド。
前記第１インプラントは、前記第２インプラントが形成された領域と前記ポールチップ領域との間に形成されることを特徴とする請求項１９に記載の磁気ヘッド。
前記第１インプラントは、２つ以上が集まって前記磁場の方向と平行した一つ以上の列に配列されることを特徴とする請求項１９に記載の磁気ヘッド。
前記第１インプラント列内で第１インプラント間の間隔は、前記第１インプラントの幅程度の間隔であることを特徴とする請求項２５に記載の磁気ヘッド。
前記第１インプラント列は、前記磁場方向に平行した前記ポールの中心軸に形成されることを特徴とする請求項２５に記載の磁気ヘッド。
前記第１インプラント列は、前記磁場方向に平行した前記ポールの中心軸を基準に前記ポールの両側末端に隣接して２列に形成されることを特徴とする請求項２５に記載の磁気ヘッド。
前記第２インプラントは、前記第１ポールと前記第２ポールとが磁気的に連結されるヘッドヨークの連結部に隣接して形成されることを特徴とする請求項１９に記載の磁気ヘッド。
前記第２インプラントは、２つ以上が集まって前記磁場と垂直した一つ以上の行に配列されることを特徴とする請求項１９に記載の磁気ヘッド。
前記第２インプラント行内で第２インプラント間の間隔は、前記第２インプラントの幅程度の間隔であることを特徴とする請求項３０に記載の磁気ヘッド
前記インプラントの材料は、非磁性体またはその飽和磁化Ｍｓが前記ヘッドヨークの飽和磁化より小さな磁性体であることを特徴とする請求項１９に記載の磁気ヘッド。
前記非磁性体は、ＳｉＯ_２またはＡｌ_２Ｏ_３であることを特徴とする請求項３２に記載の磁気ヘッド。
前記磁性体は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、またはＣｏ、Ｆｅ及びＮｉの合金であることを特徴とする請求項３２に記載の磁気ヘッド。
前記インプラントに含まれた磁性体はポールと異なる組成を有し、ポールの飽和磁化より小さなことを特徴とする請求項３４に記載の磁気ヘッド。
前記インプラントは２０ないし１００ｎｍの幅を有し、１００ないし２０００ｎｍの長さを有することを特徴とする請求項１に記載の磁気ヘッド。