JP2009054219A

JP2009054219A - 垂直磁気記録ヘッド

Info

Publication number: JP2009054219A
Application number: JP2007218566A
Authority: JP
Inventors: Norihiro Awakawa; 紀宏淡河; Atsushi Kato; 篤加藤; Makoto Morijiri; 誠森尻; Toshihiro Okada; 智弘岡田; Wataru Kimura; 亘木村
Original assignee: Hitachi Global Storage Technologies Netherlands BV
Current assignee: HGST Netherlands BV
Priority date: 2007-08-24
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2009-03-12
Also published as: US20090073608A1

Abstract

【課題】従来、記録後消去を抑制するために主磁極としてFeCo強磁性層と非磁性層を積層した多層膜を用い、強磁性層を反強磁性的に結合させて残留磁化を低減して角型比Sを小さくしている。しかしながら角型比Sを小さくするために非磁性層を増やすと飽和磁場Hsが増加し、垂直磁気記録ヘッドの電流応答特性が低下する。また角型比Sを小さくするためにFeCo強磁性層の膜厚を減少させるとオーバーライト特性の劣化につながる。
【解決手段】垂直磁気記録ヘッド１の主磁極２は、FeCo強磁性層２２中にNiFe軟磁性層２４が挿入されている。NiFe軟磁性層２４を非磁性層２６から１〜７ｎｍ離れた位置に挿入することにより、非磁性層２６の層数やFeCo強磁性層２２の膜厚を変更せずに残留磁化Mrを低減することができ、角型比Sを大幅に小さくすることができる。これにより、記録後消去を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は垂直磁気記録磁気ヘッドに係り、特に、主磁極の構成に関する。

磁気ディスク装置(HDD)にはその記録情報容量の増加と変換速度の向上、誤謬率の低下が要求され、磁気記録密度は年々向上する状況となっている。このため、従来より用いられている面内記録方式媒体に代えて、記録膜の磁化方向が媒体面に対して垂直となる、所謂、垂直記録方式が幅広く研究され、実用化も始まっている。垂直記録方式では高線記録密度になるほど媒体の反磁界が減少し磁化が安定化することから、高記録密度化に適した方式である。しかしながら垂直記録方式では記録後消去という問題が知られている。これは記録動作を行った後の記録ヘッドが媒体上の記録信号を劣化させる現象である。この原因は、主磁極が残留磁化を有し、媒体上の記録情報を撹乱するためと考えられている。特許文献１には、記録後消去を抑えるために、主磁極として強磁性層を反強磁性的に結合させた積層膜を用いることが提案されている。

図８に、特許文献１に記載されている主磁極構造の模式図を示す。主磁極は、下地層５０上に、強磁性層５２、反平行結合層５４、強磁性層５２からなる軟磁性積層膜が非平行結合層５６を介して繰り返し積層された多層膜で構成されており、反平行結合層５４を介して隣接する強磁性層５２は、互いの磁化が反平行になるように、反強磁性結合している。

特開２００４−１９９８１６号公報

従来は記録後消去を抑制するために、主磁極としてFeCo強磁性層と非磁性層を積層した膜を用い、強磁性層を反強磁性的に結合させて主磁極の残留磁化Mrを低減し、角型比Sを小さくしている。
しかしながら、残留磁化Mrを低減して角型比Sを小さくするために非磁性層の層数を増やすと、飽和磁場Hsが増加し、ヘッドの電流応答特性低下につながる。また残留磁化Mrを低減して角型比Sを小さくするためにFeCo強磁性層の膜厚を減少させると、記録磁界が不足しオーバーライト特性の劣化につながる。したがって、非磁性層の層数やFeCo強磁性層の膜厚を変更せずに、主磁極の残留磁化Mrを低減して角型比Sを小さくすることが重要である。
本発明の目的は、主磁極の残留磁化Mrを低減して角型比Sを小さくし、記録後消去を抑えた高密度記録に適した垂直磁気記録ヘッドを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の垂直磁気記録ヘッドにおいては、主磁極と、浮上面と反対側において主磁極と磁気的に結合された補助磁極と、主磁極と補助磁極に磁束を発生させるコイルとを有する記録ヘッドを備え、主磁極は、Cr、Ru、Rh、Irの中から選択される一つあるいは複数の元素を含む非磁性層と、非磁性層の上下に位置するFeCo強磁性層と、FeCo強磁性層の膜厚方向の中央部よりも非磁性層側に挿入されたNiFe軟磁性層とを有する多層膜である。
前記NiFe軟磁性層の上下のFeCo強磁性層は強磁性結合し、非磁性層の上下のFeCo強磁性層は反強磁性結合している。
前記NiFe軟磁性層は、非磁性層から１〜７ｎｍ離れたFeCo強磁性層中に挿入されることが望ましい。
前記多層膜がNiCr中間非磁性層を介して複数積層されていても良い。
前記垂直磁気記録ヘッドは、さらに上部磁気シールドと、下部磁気シールドと、上部磁気シールドと下部磁気シールドの間に設けられた磁気抵抗効果センサを有する再生ヘッドを備える。

本発明によれば、非磁性層の層数やFeCo強磁性層の膜厚を変更せずに、主磁極の残留磁化Mrを低減して角型比Sを小さくすることができる。これにより、記録後消去を抑えることができ、高密度記録に適した垂直磁気記録ヘッドを得ることができる。

まず図６、図７を参照して本発明に関わる垂直磁気記録ヘッドの全体構成を説明する。図６は断面図、図７は浮上面(ABS)側から見た斜視図である。垂直磁気記録ヘッド１は、書き込み主磁極（主磁極）２と、主磁極２の後部に磁気的に接続されたスティッチドポール（磁気ヨーク部）４と、浮上面と反対側において磁気ヨーク部４に磁気的に接続されたリターンポール（補助磁極）６と、磁気ヨーク部４と補助磁極６とで形成される磁気回路と鎖交するように設けられたコイル８とを備えた記録ヘッドと、記録ヘッドに隣接して設けられた再生ヘッドとを有する。再生ヘッドは上部磁気シールド１２と、下部磁気シールド１４と、上部磁気シールド１２と下部磁気シールド１４の間に設けられた巨大磁気抵抗(GMR)又はトンネル磁気抵抗(TMR)センサ１０とを備えている。記録ヘッドのコイル８に電流を流すことにより、磁気ヨーク部４と補助磁極６とで形成される磁気回路に磁束を発生させ、主磁極２に誘導し垂直磁気記録媒体１００に向けて磁束を漏洩させる。主磁極２から出た磁束は垂直磁気記録媒体１００の軟磁性裏打ち層１０４を通過して補助磁極６に戻り、主磁極２の直下の垂直記録層１０２に磁化情報を記録する。

次に、図１を参照して、実施例による垂直磁気記録ヘッドの主磁極２の膜構成を説明する。図１は主磁極２を浮上面側からみた図である。NiCr合金などの非磁性材料からなる下地層２０の上に、FeCoなどの強磁性材料からなる強磁性層２２が形成される。FeCo強磁性層２２の上にはNiFe軟磁性層２４が形成され、その上にFeCoなどの強磁性材料からなるFeCo強磁性層２２′が形成される。FeCo強磁性層２２′の上にはCr、Ru、Rh、Irなどの非磁性層２６が形成され、その上にFeCo強磁性層２２′、NiFe軟磁性層２４、FeCo強磁性層２２が形成され、その上にNiCr合金などの中間非磁性層２８が形成される。その後再びFeCo強磁性層２２、NiFe軟磁性層２４、FeCo強磁性層２２′が形成され、FeCo強磁性層２２′の上にはCr、Ru、Rh、Irなどの非磁性層２６が形成され、その上にFeCo強磁性層２２′、NiFe軟磁性層２４、FeCo強磁性層２２が形成され、その上にNiCr合金などの非磁性保護層２９が形成される。

上記膜構成の特徴は、非磁性層２６の上下に位置するFeCo強磁性層２２に、NiFe軟磁性層２４が挿入されていることであり、その位置は、FeCo強磁性層２２の膜厚方向の中央部よりも非磁性層２６側である。ここで、NiFe軟磁性層２４と非磁性層２６の間のFeCo強磁性層２２′を非磁性層隣接FeCo層と呼ぶことにする。FeCo強磁性層２２と非磁性層隣接FeCo層２２′はNiFe軟磁性層２４を介して強磁性結合しており、非磁性層２６の上下の非磁性層隣接FeCo層２２′は、非磁性層２６を介して反強磁性結合している。符号３０は磁性層それぞれの磁化方向を示している。

次に、上記実施例による主磁極２を作製し、膜特性の評価を行った。図２に作製した主磁極膜の組成及び膜厚を示す。FeCo層の総膜厚は２００ｎｍとした。非磁性層隣接FeCo層の膜厚をx（ｎｍ）とし、NiFe層の位置をシフトさせることによって非磁性層隣接FeCo層の膜厚を変化させ、そのときの角型比Sを調べた結果を図３に示す。図３より非磁性層隣接FeCo層を薄くすると角型比Sは減少し、特に非磁性層隣接FeCo層の膜厚が１〜７ｎｍのとき、すなわちNiFe軟磁性層２４を非磁性層２６から１〜７ｎｍ離れた位置に挿入することにより、角型比Sは0.02以下となり、従来構造のS=0.36に比べて、極めて小さな角型比Sが得られた。図４に角型比Sを求めた磁化曲線を示す。この磁化曲線において、磁化が飽和するときの磁化が飽和磁化Ms、磁場０での磁化が残留磁化Mrである。また、磁化が飽和磁化Msの９５％に達するときの磁場を飽和磁場Hsとした。角型比Sは、Mr/Msから求めることができる。

次に、FeCo強磁性層２２にNiFe軟磁性層２４を挿入し、非磁性層隣接FeCo層２２′を薄膜化することにより角型比Sが大きく減少する原因について説明する。反強磁性結合の交換結合エネルギーをJ_AFとすると、J_AFは次の式で表すことができる。
Ｊ_ＡＦ＝Ｂｓ・ｔ・Ｈｓ（Ｂｓ：飽和磁束密度、ｔ：磁性層膜厚、Ｈｓ：飽和磁場）
J_AF及びBsは一定と仮定すると、tとHsは反比例の関係にあり、磁性層膜厚が薄いほど、飽和磁場Hsは大きくなり、反強磁性的な結合が強くなって角型比Sが減少する。ここで、非磁性層隣接FeCo層２２′の薄膜化による角型比Sの減少を説明するために図５のようなモデルを考える。このモデルでは、非磁性層隣接FeCo層(Cr隣接FeCo層)の磁化をAdjacent Magnetization、非磁性層（Cr層）に隣接していないFeCo強磁性層（FeCo層）の磁化をNonadjacent Magnetizationと定義する。Adjacent Magnetization間にはCr層を介して反強磁性結合J_AFが働く。また、Adjacent MagnetizationとNonadjacent Magnetizationの間にはNiFe中間層を介して強磁性結合J_Fが働く。Adjacent Magnetization層とNonadjacent Magnetization層はNiFe中間層によって隔てられており、NiFe中間層はFeCo層に比べて飽和磁束密度が小さく、結晶構造も異なることから、Adjacent MagnetizationとNonadjacent Magnetizationの間の強磁性結合J_Fは弱く、Adjacent Magnetizationは磁気的にほぼ独立になると考えられる。このため、反強磁性結合J_AFはAdjacent Magnetization層(Cr隣接FeCo層)の膜厚によって決定され、Cr隣接FeCo層が薄いほどCr隣接FeCo層間の反強磁性的な結合が強くなる。すなわちCr隣接FeCo層が薄いほど磁性層の実効膜厚は減少し、その結果、角型比Sは減少するものと考えられる。

さらに角型比Sが減少する理由を説明する。FeCo層は膜厚が大きくなるにつれて結晶粒が成長し、界面のラフネスが増加する。したがって、Cr隣接FeCo層が厚い場合は、Cr隣接FeCo層の結晶粒が大きく界面のラフネスは大きくなる。この場合、界面に発生する磁荷は大きくなり、Cr隣接FeCo層を強磁性的に結合させる静磁結合は大きくなる。このため角型比Sが大きくなると考えられる。FeCo層にNiFe中間層が挿入された場合、FeCoの結晶粒成長がリセットされ、平坦なNiFe中間層表面からFeCoの結晶粒成長が始まると考えられる。したがって、Cr隣接FeCo層が薄い場合はFeCoの結晶粒はあまり成長しておらず、結晶粒が小さくなり界面のラフネスは小さくなる。この場合、界面に発生する磁荷は小さくなり、Cr隣接FeCo層を強磁性的に結合させる静磁結合は小さくなる。このため角型比Sが小さくなるものと考えられる。

以上説明したとおり、本発明の実施例によれば、飽和磁場Hsはわずかに増加するが、ヘッドの電流応答特性の低下を招かずに、オーバーライト特性を劣化させることなく、従来構造に比べて角型比Sが格段に小さい(残留磁化Mrの小さい)主磁極構造を提供することができる。これにより、記録後消去を抑えた高密度記録に適した垂直磁気記録ヘッドを得ることができる。

なお、上記実施例では、主磁極２は、Cr，Ru，Rh，Irの中から選択される一つあるいは複数の元素を含む非磁性層２６と、非磁性層２６の上下に設けられたFeCo強磁性層２２と、FeCo強磁性層２２の膜厚方向の中央部よりも非磁性層２６側に挿入されたNiFe軟磁性層２４とを有する多層膜を、NiCr中間非磁性層２８を介して積層した構成であるが、多層膜は一層でも良く、この場合でも上記実施例と同様の効果を得ることができる。すなわち、NiFe軟磁性層２４がFeCo強磁性層２２の膜厚方向の中央部よりも非磁性層２６側に挿入されることにより、上記効果は発現する。

本発明の実施例による垂直磁気記録ヘッドの主磁極を浮上面側から見た図である。図１に示した主磁極の膜組成と膜厚の関係を示す図である。図１に示した主磁極において非磁性層隣接FeCo層の膜厚を変化させたときの角型比Sを示す図である。図１に示した主磁極の磁化曲線を示す図である。図１に示した主磁極の非磁性層隣接FeCo層の薄膜化による角型比Sの減少を説明するための図である。本発明に係る垂直磁気記録ヘッドの全体構成を示す断面図である。本発明に係る垂直磁気記録ヘッドの浮上面側から見た斜視図である。従来の垂直磁気記録ヘッドの主磁極を浮上面側から見た断面図である。

符号の説明

１…垂直磁気記録ヘッド、
２…主磁極、
４…スティッチドポール、
６…リターンポール、
８…コイル、
１０…センサ、
１２…上部磁気シールド、
１４…下部磁気シールド、
２０…下地層、
２２…FeCo強磁性層、
２２′…非磁性層隣接FeCo層、
２４…NiFe軟磁性層、
２６…非磁性層、
２８…中間非磁性層、
２９…保護層、
３０…磁化、
１００…垂直磁気記録媒体、
１０２…垂直記録層、
１０４…軟磁性裏打ち層。

Claims

主磁極と、浮上面と反対側において前記主磁極と磁気的に結合された補助磁極と、前記主磁極と補助磁極に磁束を発生させるコイルとを有する垂直磁気記録ヘッドにおいて、前記主磁極は、Cr、Ru、Rh、Irの中から選択される一つあるいは複数の元素を含む非磁性層と、該非磁性層の上下に設けられたFeCo強磁性層と、該FeCo強磁性層の膜厚方向の中央部よりも前記非磁性層側に挿入されたNiFe軟磁性層とを有する多層膜であることを特徴とする垂直磁気記録ヘッド。
前記NiFe軟磁性層の上下のFeCo強磁性層は強磁性結合し、前記非磁性層の上下のFeCo強磁性層は反強磁性結合していることを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録ヘッド。
前記多層膜において、前記NiFe軟磁性層と前記非磁性層の間にあるFeCo強磁性層を非磁性層隣接FeCo層としたとき、該非磁性層隣接FeCo層の膜厚が１ｎｍ以上７ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の垂直磁気記録ヘッド。
前記多層膜において、前記非磁性層の上下のFeCo強磁性層の膜厚が約５０ｎｍ以上であり、前記NiFe軟磁性層と前記非磁性層の間にあるFeCo強磁性層を非磁性層隣接FeCo層としたとき、該非磁性層隣接FeCo層の膜厚が１ｎｍ以上７ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の垂直磁気記録ヘッド。
前記非磁性層から前記NiFe軟磁性層間までの距離が１ｎｍ以上７ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の垂直磁気記録ヘッド。
前記多層膜がNiCr中間非磁性層を介して複数積層されていることを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録ヘッド。
主磁極と、浮上面と反対側において前記主磁極と磁気的に結合された補助磁極と、前記主磁極と補助磁極に磁束を発生させるコイルとを有する記録ヘッドと、上部磁気シールドと下部磁気シールドの間に磁気抵抗効果センサを有する再生ヘッドとを備えた垂直磁気記録ヘッドにおいて、前記主磁極は、Cr、Ru、Rh、Irの中から選択される一つあるいは複数の元素を含む非磁性層と、該非磁性層の上下に設けられたFeCo強磁性層と、該FeCo強磁性層の膜厚方向の中央部よりも前記非磁性層側に挿入されたNiFe軟磁性層とを有する多層膜であることを特徴とする垂直磁気記録ヘッド。
前記NiFe軟磁性層の上下のFeCo強磁性層は強磁性結合し、前記非磁性層の上下のFeCo強磁性層は反強磁性結合していることを特徴とする請求項７記載の垂直磁気記録ヘッド。
前記多層膜において、前記NiFe軟磁性層と前記非磁性層の間にあるFeCo強磁性層を非磁性層隣接FeCo層としたとき、該非磁性層隣接FeCo層の膜厚が１ｎｍ以上７ｎｍ以下であることを特徴とする請求項７又は８記載の垂直磁気記録ヘッド。
前記非磁性層から前記NiFe軟磁性層間までの距離が１ｎｍ以上７ｎｍ以下であることを特徴とする請求項７又は８記載の垂直磁気記録ヘッド。
前記多層膜がNiCr中間非磁性層を介して複数積層されていることを特徴とする請求項７記載の垂直磁気記録ヘッド。