JP2007220180A - 薄膜磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】素子部を局所的に記録媒体側へ突出させることができる薄膜磁気ヘッドを得る。
【解決手段】再生素子及び記録素子の少なくとも一方を含む素子部と、通電により発熱して前記素子部を熱膨張により記録媒体側へ突出させる発熱体とを薄膜形成した薄膜磁気ヘッドにおいて、上記発熱体を、素子部のハイト方向奥側に、該薄膜磁気ヘッドを構成する複数の層を貫いて設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱膨張により素子部を局所的に記録媒体側へ突出させ、浮上量を制御する薄膜磁気ヘッドに関する。

薄膜磁気ヘッドは、下部シールド層と上部シールド層の間に磁気抵抗効果を発揮する多層膜を有し、この多層膜の抵抗変化に基づいて記録媒体から磁気情報を読み出す再生素子と、媒体対向面で磁気ギャップ層を介して対向する一対の磁気コア層を有し、この磁気ギャップ層から漏れる記録磁界を記録媒体に与えて磁気情報を記録する記録素子との少なくとも一方を備えている。再生素子と記録素子の両方を備えるいわゆる複合型の薄膜磁気ヘッドでは、再生素子の上に記録素子が積層されている。

薄膜磁気ヘッドでは、ヘッド特性（再生特性、記録特性）を向上させるため、再生素子及び記録素子の少なくとも一方を含む素子部と記録媒体との対向間隔を小さく制御することが望ましい。そこで従来では、通電により発熱する発熱体を用いて、素子部を熱膨張により記録媒体側に数ｎｍ程度突出させるものが種々提案されている。発熱体は、薄膜磁気ヘッドを構成する各層の膜面に対して平行な平面パターンで形成され、該各層の層間に配置される。具体的には、下部コア層の下層や上部コア層の上層に、または下部コア層と上部コア層の間に、あるいは表面保護層内になどに配置される。このような発熱体を備えた薄膜磁気ヘッドは、例えば特許文献１に記載されている。
特開２００５−０１１４１３号公報

しかしながら、従来構造では、素子部を記録媒体側へ突出させようとすると、素子部周辺も熱膨張してしまい、素子部で最も突出するように制御することが難しい。素子部よりも素子部周辺での突出量が大きくなった場合には、素子部周辺が素子部よりも先に記録媒体に接触し、記録再生特性が悪化するだけでなく、記録媒体を傷つけてしまう虞もある。また、従来構造では熱効率（素子部に伝わる熱量と発熱体が発する全熱量との比）が悪く、素子部を最も突出させるためには発熱体への投入電力を増大させる必要があり、効率が悪くなっている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、素子部を局所的に記録媒体側へ突出させることができる薄膜磁気ヘッドを得ることを目的とする。

本発明は、素子部と素子部周辺が同時に加熱されるために熱効率が悪い・素子部周辺部が記録媒体側へ突出してしまう等の問題が生じていることを認識し、薄膜磁気ヘッドを構成する複数の層に対して垂直に発熱体を配置することで、熱効率を改善して素子部を局所的に媒体側へ突出させることを提案するものである。

すなわち、本発明は、再生素子及び記録素子の少なくとも一方を含む素子部と、通電により発熱して素子部を熱膨張により記録媒体側へ突出させる発熱体とを薄膜形成した薄膜磁気ヘッドにおいて、発熱体が、素子部のハイト方向奥側に、該薄膜磁気ヘッドを構成する複数の層を貫いて設けられていることを特徴としている。

発熱体は、薄膜磁気ヘッドを構成する各層の積層方向に通電することが実際的であり、その周囲には非磁性絶縁層を備えることが好ましい。

上記薄膜磁気ヘッドにおいて、具体的に再生素子は、下部シールド層と上部シールド層の間に形成された磁気抵抗効果を発揮する多層膜を有しており、発熱体は、少なくとも該多層膜と同一の積層高さ位置から上部シールド層と同一の積層高さ位置まで設けることが好ましい。具体的に記録素子は、磁気ギャップ層を介して上下に対向する一対の磁極層を有しており、発熱体は、少なくとも一方の磁極層と同一の積層高さ位置から他方の磁極層と同一の積層高さ位置まで設けることが好ましい。

本発明によれば、素子部のハイト方向奥側に発熱体が薄膜磁気ヘッドを構成する複数の層を貫いて設けられているので、発熱体からの熱が素子部に効率よく伝わり、素子部が局所的に記録媒体側へ突出可能な薄膜磁気ヘッドが得られる。

以下、図面に基づいて本発明を説明する。各図においてＸ方向はトラック幅方向、Ｙ方向はハイト方向、Ｚ方向は薄膜磁気ヘッドを構成する各層の積層方向及び記録媒体の移動方向で定義される。

図１は本発明の第１実施形態による薄膜磁気ヘッドＨ１の積層構造を素子中央で切断して示す部分断面図であり、図２は薄膜磁気ヘッドＨ１を上方から見て示す平面図である。

薄膜磁気ヘッドＨ１は、スライダ１００のトレーリング側端面１００ｂに薄膜を積層してなる再生部Ｒと記録部Ｗを有する垂直磁気記録ヘッドである。再生部Ｒは磁気抵抗効果を利用して記録媒体Ｍからの磁気情報を読み出し、記録部Ｗは記録媒体Ｍに垂直磁界Φを与えることで記録媒体Ｍのハード膜Ｍａを垂直方向に磁化させて記録動作する。

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１００はＡｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣなどの非磁性材料で形成されており、スライダ１００の媒体対向面１００ａ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１００が記録媒体Ｍの表面から浮上する。

スライダ１００のトレーリング側端面１００ｂには、Ａｌ₂Ｏ₃またはＳｉＯ₂などの非磁性絶縁材料による保護層１０１が形成され、この保護層１０１の上に、再生部Ｒが形成されている。再生部Ｒは、下部シールド層１０２と、上部シールド層１０５と、この下部シールド層１０２及び上部シールド層１０５の間を埋めるギャップ絶縁層１０４と、このギャップ絶縁層１０４内に位置する再生素子１０３とを有している。再生素子１０３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１０５の上には記録部Ｗが積層されている。記録部Ｗは、上部シールド層１０５の上にコイル絶縁下地層１０６を介して形成された複数本の下層コイル１０７と、主磁極層１１０と、磁気ギャップ層１１３と、この磁気ギャップ層１１３の上にコイル絶縁下地層１１４を介して形成された複数本の上層コイル１１５と、補助磁極層（リターンヨーク層）１１８とを有している。

下層コイル１０７は、例えばＡｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｉ，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。下層コイル１０７の周囲には下層コイル絶縁層１０８が形成されている。

下層コイル絶縁層１０８の上には、主磁極層１１０と、該主磁極層１１０に磁気的に接続された補助ヨーク層１０９が形成されている。補助ヨーク層１０９は、主磁極層１１０よりも磁束飽和密度の低い磁性材料で該主磁極層１１０の直下に形成されており、磁気的に主磁極層１１０の一部として機能する。この補助ヨーク層１０９と下層コイル絶縁層１０８の上面は平坦化されていて、この平坦面の上に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方向に所定長さを有し、且つ、対向面Ｆに露出する先端面１１０ａの図示Ｘ方向の寸法が記録トラック幅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、メッキにより形成されている。

磁気ギャップ層１１３は、主磁極層１１０及びその周囲（主磁極層１１０の図示Ｘ方向の両側及び図示Ｙ方向の後方）を埋める絶縁材料層１１１の上に形成されている。絶縁材料層１１１はＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂などの非磁性絶縁材料からなり、磁気ギャップ層１１３は、例えばＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ａｕ、Ｒｕなどの非磁性材料からなる。磁気ギャップ層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スロートハイト決め層１１７が形成されている。この対向面Ｆからスロートハイト決め層１１７の前端縁までの距離により、薄膜磁気ヘッドＨ１のスロートハイトが規定される。

上層コイル１１５は下層コイル１０７と同様に、例えばＡｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｉ，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。上層コイル１１５の周囲には上層コイル絶縁層１１６が形成されている。

上記下層コイル１０７と上層コイル１１５とは、ソレノイド状になるように、それぞれの図示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）の形状は特にソレノイド形状に限定されるものではない。

補助磁極層１１８は、上層コイル絶縁層１１６の上から磁気ギャップ層１１３上にかけて、パーマロイなどの強磁性材料により形成されている。この補助磁極層１１８は、対向面Ｆに露出する先端面１１８ａを有し、この対向面Ｆでギャップ間隔をあけて主磁極層１１０と対向している。補助磁極層１１８のハイト方向の後端部は、主磁極層１１０と接続する接続部１１８ｂである。補助磁極層１１８は表面保護層１２０で覆われている。

以上の全体構成を有する薄膜磁気ヘッドＨ１にはさらに、発熱体１３０が、薄膜磁気ヘッドＨ１を構成する各層の膜面に対して垂直な方向（図示Ｚ方向）に設けられている。

発熱体１３０は、素子部（再生素子１０３、主磁極層１１０、磁気ギャップ層１１３及び補助磁極層１１８）のハイト方向奥側であって、且つ、コイル層の下層に局所的に位置させて、該薄膜磁気ヘッドＨ１を構成する複数の層を貫く垂直パターンである。本第１実施形態では、保護層１０１と同一の積層高さ位置からコイル絶縁下地層と同層位置まで下部シールド層１０２、ギャップ絶縁層１０４及び上部シールド層１０５の各層を貫いて形成されている。

発熱体１３０は、メッキ法またはスパッタ成膜法により、例えばＮｉＦｅ、ＣｕＮｉまたはＣｕＭｎを用いて形成することができる。スパッタ成膜法で形成する場合には、スパッタ成膜後に表面平坦化処理（ＣＭＰ加工）を施すことが好ましい。

発熱体１３０の平面的な大きさ（図示Ｚ方向の断面積）は、素子部の平面的な大きさに対応させて設定してある。具体的に言えば、発熱体１３０の図示Ｘ方向の寸法は、素子部のトラック幅寸法に対応し、該トラック幅寸法と同等または若干大きめに設定してある。

発熱体１３０は、一対の電極層１３１、１３２を介して図示Ｚ方向に通電されることで、発熱する。一対の電極層１３１、１３２は、例えばＣｕなどの電気抵抗の小さい非磁性導電材料からなり、図２に示すようにハイト方向奥側に延出されている。発熱体１３０の周囲（図示Ｘ方向の両側及び図示Ｙ方向の両側）は非磁性絶縁層１３３によって覆われており、この発熱体１３０の最下面に接する電極層１３１は保護層１０１内に形成され、発熱体１３０の最上面に接する電極層１３２はコイル絶縁下地層１０６内に形成されている。これら非磁性絶縁層１３３、保護層１０１及びコイル絶縁下地層１０６を介して、発熱体１３０と下部シールド層１０２及び上部シールド層１０５との間の絶縁性が確保されている。非磁性絶縁層１３３は、ＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃またはレジストにより形成されている。

発熱体１３０からの熱は、発熱体１３０から対向面Ｆ側に向かって伝わる。上述したように発熱体１３０は薄膜磁気ヘッドＨ１を構成する複数の層を貫いて素子部のハイト方向奥側且つ下層コイル１０７の下層に局所的に設けられ、これにより図示Ｚ方向の断面積が狭小化されているから、発熱体１３０から発せられた熱の広がりは小さく抑えられ、素子部周辺には熱があまり伝わらない。つまり、素子部近傍が集中的に熱せられ、局所的に記録媒体Ｍ側へ突出する。このように素子部が局所的に記録媒体Ｍ側へ突出すれば、素子部と記録媒体Ｍの対向間隔が狭くなるので記録再生動作時の出力を上げることができ、同時に、素子部周辺と記録媒体Ｍが非接触で保たれて記録媒体Ｍを損傷させることがない。

本実施形態では、薄膜磁気ヘッドＨ１の浮上量が例えば１０ｎｍ程度に設定されており、発熱体１３０を通電したときに得られる素子部近傍の突出量は最大で５ｎｍ程度であるから、発熱体１３０の通電時には素子部と記録媒体Ｍとの距離を非通電時よりも約半分に小さくすることができる。素子部の突出量は、発熱体１３０の発熱温度、すなわち、発熱体１３０に流す電流の大きさや時間により制御可能である。

図３は第２実施形態による薄膜磁気ヘッドＨ２の積層構造を素子中央で切断して示す部分断面図であり、図４は薄膜磁気ヘッドＨ２を上方から見て示す平面図である。

第２実施形態による薄膜磁気ヘッドＨ２は、通電により発熱する発熱体２３０を、補助磁極層１１８よりもハイト方向奥側に局所的に位置させ、且つ、下部シールド層１０２と同一の積層高さ位置から補助磁極層１１８と同一の積層高さ位置まで下部シールド層１０２、ギャップ絶縁層１０４、上部シールド層１０５、下層コイル絶縁層１０８、絶縁材料層１１１及び表面保護層１２０の各層を貫いて形成してある。発熱体２３０の配設位置以外の構成は第１実施形態と同一であり、図３では、第１実施形態と同一の構成要素に図１と同一の符号を付してしめしてある。

発熱体２３０は、該発熱体２３０の最下面と最上面に接する一対の電極層２３１、２３２を介して、図示Ｚ方向に通電される。一対の電極層２３１、２３２は、第１実施形態と同様に、例えばＣｕなどの電気抵抗の小さい非磁性導電材料からなり、ハイト方向奥側に延出されている。発熱体２３０の周囲（図示Ｘ方向の両側及び図示Ｙ方向の両側）は非磁性絶縁層１３３によって覆われ、電極層２３１は保護層１０１内に埋設され、電極層２３２は表面保護層１２０内に埋設されている。これら非磁性絶縁層１３３、保護層１０１及び表面保護層１２０を介して、発熱体２３０と下部シールド層１０２及び上部シールド層１０５との間の絶縁性が確保されている。

この第２実施形態によっても、発熱体２３０が薄膜磁気ヘッドＨ２を構成する複数の層を貫いて素子部のハイト方向奥側に局所的に設けられているから、発熱体２３０が通電により発熱すると素子部近傍が集中的に熱せられ、素子部近傍が局所的に記録媒体Ｍ側へ突出する。

図５は本発明の第３実施形態による薄膜磁気ヘッドＨ３の積層構造を素子中央で切断して示す断面図、図６は薄膜磁気ヘッドＨ３を上方から見て示す平面図である。

第３実施形態による薄膜磁気ヘッドＨ３は、通電により発熱する発熱体３３０を、素子部のハイト方向奥側であって下層コイル１０７の下層に位置させて、ギャップ絶縁層１０４、上部シールド層１０５、コイル絶縁下地層１０６までの各層を貫いて設けてある。発熱体３３０の配設位置以外の構成は第１実施形態と同一であり、図５及び図６では第１実施形態と同一の構成要素には図１と同一符号を付して示してある。

発熱体３３０は、該発熱体３３０の最下面と最上面に接する一対の電極層３３１、３３２を介して、図示Ｚ方向に通電される。一対の電極層２３１、２３２は、第１実施形態と同様に、例えばＣｕなどの電気抵抗の小さい非磁性導電材料からなり、ハイト方向奥側に延出されている。発熱体３３０の周囲（図示Ｘ方向の両側及び図示Ｙ方向の両側）は非磁性絶縁層１３３によって覆われ、電極層３３１はギャップ絶縁層１０４内に埋設され、電極層３３２はコイル絶縁下地層１０６内に埋設されている。これら非磁性絶縁層１３３、絶縁ギャップ層１０４及びコイル絶縁下地層１０６を介して、発熱体３３０と下部シールド層１０２及び上部シールド層１０５との間の絶縁性が確保されている。

この第３実施形態によっても、発熱体３３０が薄膜磁気ヘッドＨ３を構成する複数の層を貫いて素子部のハイト方向奥側に局所的に設けられているから、発熱体３３０が通電により発熱すると素子部近傍が集中的に熱せられ、曲的に記録媒体Ｍ側へ突出する。

以上のように各実施形態によれば、発熱体１３０（２３０、３３０）が、薄膜磁気ヘッドＨ１（Ｈ２、Ｈ３）を構成する複数の層を貫いて設けられているので、薄膜磁気ヘッドＨ１（Ｈ２、Ｈ３）を構成する各層の膜面に対して平行な平面パターンで発熱体を設ける場合に比べて、発熱体１３０（２３０、３３０）の図示Ｚ方向の断面積（図示ＸＹ平面での大きさ）を狭小化することができる。このように素子部のハイト方向奥側に位置する発熱体１３０（２３０、３３０）の図示Ｚ方向の断面積が小さくなれば、発熱体１３０（２３０、３３０）から発生された熱は素子部に集中的に伝わり、素子部周辺まで広がらない。つまり、素子部を局所的に記録媒体Ｍ側へ突出させることができ、素子部と記録媒体Ｍとの対向間隔が短くなって記録再生動作時の出力を高めることができる。このとき、素子部周辺は記録媒体Ｍと非接触で保たれるので記録媒体Ｍを傷つける虞がない。また、発熱体１３０（２３０、３３０）の熱が効率良く素子部へ伝わるから、電力損失を削減することもできる。

また各実施形態では、図示Ｘ方向の寸法を一定にして発熱体１３０（２３０、３３０）を形成しているが、発熱体１３０（２３０、３３０）の図示Ｘ方向の寸法は図示Ｚ方向の位置に応じて異ならせてもよい。例えば図７に示すように、素子部（再生素子１０３、主磁極層１１０、磁気ギャップ層１１３及び補助磁極層１１８）と同一の積層高さ位置では図示Ｘ方向の寸法Ｗ１を素子部と同等または若干大きめに設定し、素子部以外の各層と同一の積層高さ位置ではトラック幅方向の寸法Ｗ２を素子部よりも大幅に大きくして発熱体４３０を形成する。このように発熱体を多層構造とすれば、各層位置での図示Ｘ方向の寸法を変化させることによっても、薄膜磁気ヘッドの所望位置を局所的に記録媒体側へ突出させることができる。

発熱体は、第１〜第３実施形態からも分かるように、どの層間にも設けることができる。同様に、発熱体を通電するための一対の電極層も、どの層間にも設けることができる。発熱体の通電方向も任意である。例えば図示Ｘ方向に通電しようとする場合には、発熱体の各層毎に一対の電極層を備えればよい。また、一対の電極層の平面形状も問わない。本実施形態では一対の電極層を同一形状で上下に配置してあるが、下方の電極層と上方の電極層の平面位置を異ならせて形成することもできる。

本発明の第１実施形態による薄膜磁気ヘッドの積層構造を、素子中央で切断して示す部分断面図である。 図１の発熱体及び電極層を上方から見て示す平面図である。 本発明の第２実施形態による薄膜磁気ヘッドの積層構造を、素子中央で切断して示す部分断面図である。 図３の発熱体及び電極層の位置関係を上方から見て示す平面図である。 本発明の第３実施形態による薄膜磁気ヘッドの積層構造を、素子中央で切断して示す部分断面図である。 図５の発熱体及び電極層の位置関係を上方から見て示す平面図である。 第１〜第３実施形態とは別の態様による発熱体を、記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図である。

符号の説明

１０１ 保護層
１０２ 下部シールド層
１０３ 再生素子
１０４ ギャップ絶縁層
１０５ 上部シールド層
１０６ コイル絶縁下地層
１０８ 下層コイル絶縁層
１１０ 主磁極層
１１１ 絶縁材料層
１１３ 磁気ギャップ層
１１８ 補助磁極層
１２０ 表面保護層
１３０ 発熱体
１３１、１３２ 電極層
１３３ 非磁性絶縁層
２３０ 発熱体
３３０ 発熱体
４３０ 発熱体
Ｈ 薄膜磁気ヘッド
Ｍ 記録媒体

Claims (5)

1. 再生素子及び記録素子の少なくとも一方を含む素子部と、通電により発熱して前記素子部を熱膨張により記録媒体側へ突出させる発熱体とを薄膜形成した薄膜磁気ヘッドにおいて、
   前記発熱体が、前記素子部のハイト方向奥側に、該薄膜磁気ヘッドを構成する複数の層を貫いて設けられていることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
2. 請求項１記載の薄膜磁気ヘッドにおいて、前記発熱体は、該薄膜磁気ヘッドを構成する各層の積層方向に通電される薄膜磁気ヘッド。
3. 請求項１または２記載の薄膜磁気ヘッドにおいて、前記発熱体の周囲を囲む非磁性絶縁層を備えた薄膜磁気ヘッド。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の薄膜磁気ヘッドにおいて、前記再生素子は下部シールド層と上部シールド層の間に形成された磁気抵抗効果を発揮する多層膜を有し、前記発熱体は、少なくとも該多層膜と同一の積層高さ位置から前記上部シールド層と同一の積層高さ位置まで設ける薄膜磁気ヘッド。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の薄膜磁気ヘッドにおいて、前記記録素子は、磁気ギャップ層を介して上下に対向する一対の磁極層を有し、前記発熱体は、少なくとも一方の磁極層と同一積層高さ位置から他方の磁極層と同一積層高さ位置まで設けられている薄膜磁気ヘッド。
   

Images