JP2007052886A - 垂直磁気記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 記録磁界傾度の低下を抑えつつ記録磁界強度を増大でき、高周波記録時も高いＳＮ比が得られる高記録性能の垂直磁気記録ヘッドを得る。
【解決手段】 記録媒体との対向面で所定のギャップ間隔をあけて対向する主磁極層及びリターンパス層と、この主磁極層及びリターンパス層に記録磁界を与えるコイル層とを備えた垂直磁気記録ヘッドにおいて、上記リターンパス層は主磁極層と対向する面側から順にギャップ調整層と主体層とを積層してなり、このギャップ調整層は、少なくとも主磁極層及び記録媒体と対向する領域に存在し、主磁性層及び主磁極層よりも比抵抗の小さい磁性材料から形成する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、記録媒体平面に垂直な磁界を与えて記録動作する垂直磁気記録ヘッドに関する。

磁気ヘッド装置には、記録媒体平面に平行な磁界を与えて記録動作する長手記録（面内記録）型と、記録媒体平面に垂直な磁界を与えて記録動作する垂直記録型とがあり、今後の更なる高記録密度化には垂直記録型が有力視されている。

垂直磁気記録ヘッドは、周知のように、記録媒体との対向面に、非磁性絶縁層を間に挟んで主磁極層とリターンパス層を積層した構造を有している。主磁極層とリターンパス層は、媒体対向面よりもハイト方向奥部において磁気的に接続され、非磁性絶縁層内には、この主磁極層及びリターンパス層に記録磁界を与えるためのコイル層が存在する。コイル層を通電することにより主磁極層とリターンパス層の間に記録磁界が誘導されると、該記録磁界が主磁極層の媒体対向面に露出する先端面から記録媒体のハード膜に垂直に入射し、同記録媒体のソフト膜を通ってリターンパス層に戻る。これにより、主磁極層との対向部分で磁気記録がなされる。このような垂直磁気記録ヘッドは、特許文献１〜３に記載されている。
特開昭６２−１５９３１３号公報 特開２００１−２６６３１０号公報 特開２００５−１０１２４５号公報

上記垂直磁気記録ヘッドにおいて、近年では、記録媒体との対向面における主磁極とリターンパス層の間隔、すなわち、ギャップ間隔を約５０ｎｍ程度と狭く設定することが一般的になっている（シールデッドポール構造）。このようにギャップ間隔を狭くすれば、主磁極からリターンパス層へ向かう磁束が増大し、主磁極から記録媒体内を通過してリターンパス層へ戻る記録磁界の傾き（磁界傾度）が急峻になってにじみの少ない磁気記録を実現できる。主磁極層からリターンパス層へ向かう磁束が増大すると、結果として主磁極層から記録媒体に漏れる磁束が減り記録磁界強度は小さくなるが、磁界傾度が増大しているので相対的にＳＮ比は維持される。

しかしながら、記録磁界の強度が小さいと、保磁力の非常に大きな記録媒体に対しては記録できない虞がある。また、垂直磁気記録ヘッドでは、書込みトラック幅がコイル層を流れる電流の周波数に依存する傾向があり、高周波記録時に書込みトラック幅が小さくなり、延いてはＳＮ比も低減してしまう問題がある。

本発明は、記録磁界傾度の低下を抑えつつ記録磁界強度を増大でき、高周波記録時も高いＳＮ比が得られる高記録性能の垂直磁気記録ヘッドを得ることを目的としている。

本発明は、ギャップ間隔を広げれば主磁極層から記録媒体に漏れる磁束が増大すること、リターンパス層の主磁極層に対向する側の透磁率を下げれば擬似的にギャップ間隔が広がること、及び、リターンパス層を多層構造とし、最も比抵抗の小さい磁性層を主磁極層との対向面側に臨ませて設ければ、記録磁界の高速極性反転動作に伴う渦電流損失によって主磁極層に対向する側の透磁率が下がることに着目してなされたものである。

すなわち、本発明は、記録媒体との対向面に露出し、該媒体対向面で所定のギャップ間隔をあけて対向する主磁極層及びリターンパス層と、この主磁極層及びリターンパス層に記録磁界を与えるコイル層とを備えた垂直磁気記録ヘッドにおいて、リターンパス層は、主磁極層と対向する面側から順にギャップ調整層と主体層とを積層して形成され、ギャップ調整層は、少なくとも主磁極層及び前記記録媒体と対向する領域に存在し、主磁性層及び主磁極層よりも比抵抗の小さい磁性材料からなることを特徴としている。

ギャップ調整層は、３００ｎｍ以下の膜厚で形成されていることが実際的である。ギャップ調整層を３００ｎｍを超える膜厚で備えても、得られる効果はギャップ調整層を３００ｎｍ以下の膜厚で備えた場合とほぼ同等になる。

本発明によれば、コイル層を流れる電流の周波数が高くなるほどギャップ調整層の透磁率が低減してギャップ間隔が擬似的に拡大されるので、記録磁界傾度の低下を抑制しつつ記録磁界強度を増大でき、高周波記録時も高いＳＮ比が得られる高記録性能の垂直磁気記録ヘッドが得られる。

図１は本発明による垂直磁気記録ヘッドの全体構造を示す部分縦断面図、図２は同垂直磁気記録ヘッドの部分正面図、図３は同垂直磁気記録ヘッドの部分平面図である。この図１〜図３においてＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、トラック幅方向、ハイト方向（＝記録媒体Ｍからの漏れ磁界方向）及び記録媒体Ｍの移動方向でそれぞれ定義される。

垂直磁気記録ヘッドＨは、記録媒体Ｍに垂直磁界を与え、記録磁界Ｍのハード膜Ｍａを垂直方向に磁化させる。記録媒体Ｍは、残留磁化の高いハード膜Ｍａを媒体表面側に、磁気透過率の高いソフト膜Ｍｂをハード膜Ｍａよりも内側に有している。この記録媒体Ｍは、例えばディスク状であり、ディスクの中心が回転軸中心となって回転させられる。

スライダ１０１はＡｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣなどの非磁性材料で形成されており、スライダ１０１の媒体対向面１０１ａが記録媒体Ｍに対向し、記録媒体Ｍが回転すると、表面の空気流によりスライダ１０１が記録媒体Ｍの表面から浮上する。あるいは、スライダ１０１が記録媒体Ｍに摺動する。

スライダ１０１のトレーリング側端面１０１ｂには、Ａｌ₂Ｏ₃またはＳｉＯ₂などの無機材料による非磁性絶縁層１０２が形成されて、この非磁性絶縁層１０２の上に読取り部Ｈ_Rが形成されている。

読取り部Ｈ_Rは、下部シールド層１０３と、上部シールド層１０６と、この下部シールド層１０３及び上部シールド層１０６の間を埋める無機絶縁層（ギャップ絶縁層）１０５と、この無機絶縁層１０５内に位置する読み取り素子１０４とを有している。読み取り素子１０４は、ＡＭＲ、ＧＭＲ、ＴＭＲなどの磁気抵抗効果素子である。

上部シールド層１０６の上には、コイル絶縁下地層１０７を介して、導電性材料で形成された複数本の第１コイル層１０８が形成されている。第１コイル層１０８は、例えばＡｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｔｉ，ＮｉＰ，Ｍｏ，Ｐｄ，Ｒｈから選ばれる１種、または２種以上の非磁性金属材料からなる。あるいはこれら非磁性金属材料が積層された積層構造であってもよい。第１コイル層１０８の周囲は、Ａｌ₂Ｏ₃などの無機絶縁材料や、レジストなどの有機絶縁材料で形成されたコイル絶縁層１０９が形成されている。

コイル絶縁層１０９の上面は平坦化されていて、この平坦面の上に図示しないメッキ下地層が形成され、さらにメッキ下地層の上に、主磁極層１１０が形成されている。主磁極層１１０は、記録媒体との対向面Ｆ（以下、単に対向面Ｆという）から図示Ｙ方向（ハイト方向）に所定長さＬを有し、且つ、対向面Ｆに露出する先端面１１０ａの図示Ｘ方向（トラック幅方向）の寸法がトラック幅Ｔｗに規定されている。この主磁極層１１０は、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏなどの飽和磁束密度の高い強磁性材料で、例えばメッキにより形成されている。

主磁極層１１０は、図３に示すように、先端面１１０ａを含みトラック幅方向の寸法がトラック幅Ｔｗに規定されている前方部Ｓ１と、この前方部Ｓ１の基端部１１０ｂから図示Ｙ方向に向かうにつれて、図示Ｘ方向の寸法Ｗ１がトラック幅Ｔｗよりも広がって延びる傾斜部Ｓ２と、後方部Ｓ３を有して構成される。トラック幅Ｔｗは具体的には０．０１μｍ〜０．５μｍ、前方部Ｓ１のハイト方向の寸法は具体的には０．０１μｍ〜０．５μｍの範囲内で形成される。後方部Ｓ３は、図示Ｘ方向の寸法Ｗ１が最も広い部分で０．１μｍ〜１０００μｍ程度であり、また傾斜部Ｓ２及び後方部Ｓ３の図示Ｙ方向の寸法は０．１μｍ〜１０００μｍ程度である。

主磁極層１１０の図示Ｘ方向の両側及び図示Ｙ方向の後方には、第１絶縁材料層１１１が形成されている。第１絶縁材料層１１１は、例えばＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏで形成することができる。この主磁極層１１０及び第１絶縁材料層１１１の上には、アルミナまたはＳｉＯ₂などの非磁性無機絶縁材料によって、ギャップ層１１３が形成されている。ギャップ層１１３上には、コイル絶縁下地層１１４を介して第２コイル層１１５が形成されている。第２コイル層１１５は第１コイル層１０８と同様に、導電性材料によって複数本形成されている。第２コイル層１１５は、例えばＡｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｔｉ，ＮｉＰ，Ｍｏ，Ｐｄ，Ｒｈから選ばれる１種、または２種以上の非磁性金属材料からなる。あるいはこれら非磁性金属材料が積層された積層構造であってもよい。

上記第１コイル層１０８と第２コイル層１１５とは、トロイダル状になるように、それぞれのトラック幅方向（図示Ｘ方向）における端部同士が電気的に接続されている。コイル層（磁界発生手段）の形状は特にトロイダル形状に限定されるものではない。

第２コイル層１１５の周囲は、Ａｌ₂Ｏ₃などの無機絶縁材料や、レジストなどの有機絶縁材料で形成されたコイル絶縁層１１６が形成され、このコイル絶縁層１１６の上からギャップ層１１３上にかけて、パーマロイなどの強磁性材料により、リターンパス層１５０が形成されている。リターンパス層１５０は、対向面Ｆに露出する先端面１５０ａを有し、この対向面Ｆでギャップ間隔Ｇをあけて主磁極層１１０と対向している。リターンパス層１５０のハイト方向の後端部は、主磁極層１１０と接続する接続部１５０ｂである。ギャップ層１１３上であって対向面Ｆから所定距離離れた位置には、無機または有機材料によってＧｄ決め層１１８が形成されている。この対向面ＦからＧｄ決め層１１８の前端縁までの距離により、垂直磁気記録ヘッドＨのギャップデプス長が規定される。

リターンパス層１５０のハイト方向の後方には、第２コイル層１１５から延出されたリード層１１９が、コイル絶縁下地層１１４を介して形成されている。そして、リターンパス層１５０およびリード層１１９が、無機非磁性絶縁材料などで形成された保護層１２０に覆われている。

図２に示すように、主磁極層１１０の先端面１１０ａの厚み寸法はリターンパス層１５０の先端面１５０ａの厚みよりも小さく、主磁極層１１０の前端面１１０ｃのトラック幅方向（図示Ｘ方向）の幅寸法Ｔｗはリターンパス層１５０の先端面１５０ａの同方向での幅寸法Ｗｒよりも十分に短い。つまり、対向面Ｆにおいて、主磁極層１１０の先端面１１０ａの面積はリターンパス層１５０の先端面１５０ａでの面積よりも十分に小さくなる。従って、主磁極層１１０の先端面１１０ａに洩れ記録磁界の磁束Φが集中し、この集中している磁束Φにより記録媒体Ｍのハード膜Ｍａが垂直方向へ磁化されて、磁気データが記録される。

以上の全体構成を有する垂直磁気記録ヘッドＨにおいて、リターンパス層１５０は、図４（Ａ）に拡大して示すように、主磁極層１１０に対向する側から順にギャップ調整層１５１と主体層１５２とを積層した二層構造で形成されている。

主体層１５２は、対向面Ｆに露出する先端面１５２ａを有しており、この先端面１５２ａで、主磁極層１１０から記録媒体Ｍに射出され該記録媒体Ｍ内を通過して戻ってくる記録磁界の磁束Φを受け取る（カップリングする）。この主体層１５２は、主磁極層１１０よりも比抵抗の小さいＮｉＦｅ等の軟磁性材料で形成され、０．１〜５μｍ程度、より実際的には１．５〜２μｍ程度の膜厚を有している。本実施形態の主体層１５２は、メッキ形成したＮｉ₃₀Ｆｅ₇₀合金膜からなる。

ギャップ調整層１５１は、コイル層１０８、１１５を流れる電流の周波数に応じてギャップ間隔Ｇを擬似的に自動調整する機能を有し、主体層１５２の直下位置に設けられて記録媒体Ｍ及び主磁極層１１０と対向する面に臨んでいる。ギャップ調整層１５１の先端面１５１ａは、主体層１５２の先端面１５２ａと一緒に平面１５０ａを構成して対向面Ｆに露出している。このギャップ調整層１５１は、主体層１５２よりも比抵抗の小さい軟磁性材料、例えばＣｏＦｅやＮｉＦｅ等で形成されている。より好ましくは、ギャップ調整層１５１が主磁極層１１０の比抵抗よりも小さい比抵抗の軟磁性材料で形成されているとよい。この場合、主体層と主磁極層の比抵抗は同一でもよく大小を問わない。本実施形態のギャップ調整層１５１は、Ｎｉ₈₀Ｆｅ₂₀合金膜からなり、主体層のメッキ下地膜も兼ねている。

図４（Ａ）（Ｂ）は、記録動作時におけるギャップ調整層１５１の作用を説明する模式断面図である。低周波記録時は、図４（Ａ）に示すように、ギャップ調整層１５１は主体層１５２と一体に機能し、主磁極層１１０から記録媒体Ｍに射出され該記録媒体Ｍ内を通過して戻ってくる記録磁界の磁束Φを受け取る（カップリングする）。この場合のギャップ間隔は、主磁極層１１０からギャップ調整層１５１の下面（＝ギャップ層１１３の上面）までの距離間隔Ｇ１である。

これに対し、コイル層１０８、１１５に高周波電流を与えて高周波記録動作させると、ギャップ調整層１５１の比抵抗が主体層１５２及び主磁極層１１０よりも小さいため、該高周波電流によって渦電流損失が生じる。渦電流損失が生じると、ギャップ調整層１５１は表皮効果により主磁極層１１０に対向する側の透磁率が低下し、該主磁極層１１０に対向する側に磁束がながれにくくなる。この渦電流損失により磁束がながれなくなった領域はギャップ調整層が存在していないものとみなすことができ、図４（Ｂ）に示すようにギャップ間隔はギャップ調整層１５１の磁束が流れる領域から主磁極層１１０までの距離間隔Ｇ２となり、結果として、擬似的に拡大される。ギャップ間隔Ｇが擬似的に広くなれば、主磁極層１１０から記録媒体Ｍに漏れる磁束Φが増大するので、記録磁界強度を高めることができる。また、磁気的書込みトラック幅寸法も増大する。

周知のように、渦電流損失は、磁化の変化速度の２乗に比例し、コイル層１０８、１１５を流れる電流（記録電流）の周波数増加に伴って増大する。よって、ギャップ調整層１５１は、記録電流の周波数が高くなるほど主磁極層１１０に対向する側の透磁率が低下し、ギャップ間隔Ｇを擬似的に拡大させるように振舞う。このようにギャップ調整層１５１を介しギャップ間隔Ｇが記録電流の周波数に応じて自動調整されると、高周波記録時における磁気的書込みトラック幅寸法の低減が抑えられ、且つ、コイル層１０８、１１５を流れる電流の周波数が高くなるにつれて主磁極層１１０から記録媒体Ｍに漏れる磁束が増大することから高周波記録時のＳＮ比の低下も抑えられる。これにより、安定したＳＮ比を得ることができる。

ギャップ調整層１５１の膜厚は、３００ｎｍ程度を上限とすることが実際的である。３００ｎｍを超える厚さでギャップ調整層１５１を設けても、得られる効果は３００ｎｍとした場合と同じであることを実験的に確認している。

図５及び図６は、垂直磁気記録ヘッドを記録動作させ、コイル層に流す電流の周波数［ＭＨｚ］を変化させながら該周波数に対するＳＮ比［ｄＢ］の変化及び磁気的書込みトラック幅寸法［μｍ］の変化をそれぞれ測定した結果を示している。

測定対象の垂直磁気記録ヘッドは、ギャップ調整層を備えない垂直磁気記録ヘッドＡ（比較例）と、ギャップ調整層と主体層からリターンパス層を形成した垂直磁気記録ヘッドＢ（本実施例）である。図５及び図６では、破線が垂直磁気記録ヘッドＡ（比較例）を、実線が垂直磁気記録ヘッドＢ（実施例）をそれぞれ示している。この垂直磁気記録ヘッドＡ、Ｂは、ギャップ調整層の有無を除いて、同一の層構成となっている。垂直磁気記録ヘッドＡ、Ｂにおける主磁極層及びリターンパス層の材料構成を、以下に示す。Ｂｓは飽和磁束密度［単位Ｇ］、ρは比抵抗［単位Ω・ｍ］である。

［比較例］垂直磁気記録ヘッドＡ
主磁極層；Ｆｅ₈₀Ｎｉ₁₄Ｃｏ₆合金（Ｂｓ＝２．１、ρ_M＝３５）
３００ｎｍ
リターンパス下地層；Ｎｉ₅₀Ｆｅ₅₀合金（Ｂｓ＝１．５、ρ_B＝５０）
３００ｎｍ
リターンパス層；Ｎｉ₃₀Ｆｅ₇₀合金（Ｂｓ＝１．８、ρ_R＝３２）
１６００ｎｍ
この主磁極層、リターンパス下地層及びリターンパス層において、比抵抗ρの大小関係はρ_R＜ρ_M＜ρ_Bである。

［実施例］垂直磁気記録ヘッドＢ
主磁極層；Ｆｅ₈₀Ｎｉ₁₄Ｃｏ₆合金（Ｂｓ＝２．１、ρ_M＝３５）、
３００ｎｍ
リターンパス層；
ギャップ調整層＝Ｎｉ₈₀Ｆｅ₂₀合金（Ｂｓ＝１、ρ_G＝２０）
３００ｎｍ
主体層＝Ｎｉ₃₀Ｆｅ₇₀合金（Ｂｓ＝１．８、ρ_R＝３２）
１６００ｎｍ
この主磁極層、ギャップ調整層及び主体層において、比抵抗ρの大小関係はρ_G＜ρ_R＜ρ_Mである。

記録動作条件を以下に示す。この記録動作条件は、垂直磁気記録ヘッドＡ、Ｂにおいて同一である。
回転数：５４００ｒｐｍ
Ｒａｄｉｕｓ：２２ｍｍ
ｓｋｅｗ：０ｄｅｇ
Ｉｗ（記録電流）：４０ｍＡ
Ｉｂ（リードバイアス電流）：１４０ｍＶ

図５及び図６からも明らかなように、本実施例（垂直記録磁気ヘッドＢ）のほうが比較例（垂直磁気記録ヘッドＡ）よりも、高周波数記録時にＳＮ比及び磁気的書込みトラック幅寸法の低下を抑えられ、より高いＳＮ比が得られる。

本実施形態では、ギャップ調整層１５１が主体層１５２のメッキ下地膜を兼ねているので該主体層１５２の直下位置にほぼ全面的に形成されているが、ギャップ調整層１５１は全面的に形成されている必要はなく、図７や図８に示すように、少なくとも記録媒体Ｍとの対向面Ｆ及び主磁極層１１０との対向面に臨んでいればよい。

本実施形態では、ギャップ調整層１５１と主体層１５２の二層構造でリターンパス層１５０を形成しているが、リターンパス層１５０は三層以上の多層構造であってもよい。リターンパス層１５０を三層以上の多層構造とする場合には、主磁極層１１０と対向する側ほど、比抵抗の小さい磁性材料で形成した層を設けて渦電流損失を生じさせやすくする。

本発明による垂直磁気記録ヘッドの全体構造を示す部分縦断面図である。 同垂直磁気記録ヘッドの部分正面図である。 同垂直磁気記録ヘッドの部分平面図である。 （ａ）低周波記録時と（ｂ）高周波記録時におけるギャップ調整層の作用を説明する模式断面図である。 記録動作時にコイル層を流れる電流の周波数とＳＮ比の関係を示すグラフである。 記録動作時にコイル層を流れる電流の周波数と磁気的書込みトラック幅寸法の関係を示すグラフである。 図４とは別態様のギャップ調整層を示す模式断面図である。 図４及び図７とは別態様のギャップ調整層を示す模式断面図である。

符号の説明

１０１ スライダ
１０１ａ 媒体対向面
１０１ｂ トレーリング側端面
１０８ 第１コイル層
１１０ 主磁極層
１１３ ギャップ層
１１５ 第２コイル層
１５０ リターンパス層
１５１ ギャップ調整層
１５１ａ 先端面
１５２ 主体層
１５２ａ 先端面
Ｆ （記録媒体との）対向面
Ｈ 垂直磁気記録ヘッド
Ｍ 記録媒体
Ｍａ ハード膜
Ｍｂ ソフト膜

Claims (2)

1. 記録媒体との対向面に露出し、該媒体対向面で所定のギャップ間隔をあけて対向する主磁極層及びリターンパス層と、この主磁極層及びリターンパス層に記録磁界を与えるコイル層とを備えた垂直磁気記録ヘッドにおいて、
   前記リターンパス層は、前記主磁極層と対向する面側から順にギャップ調整層と主体層とを積層して形成され、
   前記ギャップ調整層は、少なくとも前記主磁極層及び前記記録媒体と対向する領域に存在し、前記主磁性層及び前記主磁極層よりも比抵抗の小さい磁性材料からなることを特徴とする垂直磁気記録ヘッド。
2. 請求項１記載の垂直磁気記録ヘッドにおいて、前記ギャップ調整層は、３００ｎｍ以下の膜厚で形成されている垂直磁気記録ヘッド。
   

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