JP2009301695A - マイクロ波アシスト用薄膜磁気ヘッド及びマイクロ波アシスト磁気記録方法 - Google Patents

マイクロ波アシスト用薄膜磁気ヘッド及びマイクロ波アシスト磁気記録方法 Download PDF

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Abstract

【課題】頻繁に反転する非常に強い書き込み磁界の存在によっても、所望の周波数を有する高周波電磁界を安定して発生させる薄膜磁気ヘッドを提供する。
【解決手段】この薄膜磁気ヘッドは、書き込み磁界を発生させる第１の磁極、及び第２の磁極と、第１及び第２の磁極の間であって媒体対向面に達する位置に設けられた電磁界生成素子とを備えている。この電磁界生成素子は、第１の磁極に隣接していて外部磁界に応じて磁化の方向が変化し、スピン波の励起によって高周波電磁界を生成するためのスピン波励起層と、スピン波励起層の第１の磁極とは反対側に設けられた非磁性中間層とを備えている。さらにこの電磁界生成素子においては、スピン波励起層の磁化が第１の磁極から発生する磁界の一部によって層面に実質的に垂直な方向にバイアスされ、スピン波を励起するための電流が電磁界生成素子内を第２の磁極から第１の磁極へ向かう方向に流れる。
【選択図】図４

Description

本発明は、磁気記録媒体にマイクロ波を照射して、照射した部分にデータの書き込みを行うマイクロ波アシスト磁気記録技術に用いられる薄膜磁気ヘッドに関し、さらに、この技術による磁気記録方法に関する。
磁気記録装置、特に磁気ディスク装置の高記録密度化に伴い、薄膜磁気ヘッドのさらなる性能の向上が要求されている。薄膜磁気ヘッドとしては、データ読み出し用の磁気抵抗（ＭＲ）素子とデータ書き込み用の電磁変換素子とを積層した構造である複合型薄膜磁気ヘッドが広く用いられており、これらの素子によって磁気記録媒体である磁気ディスクに信号データが読み書きされる。
一方、磁気記録媒体は、いわば、磁性微粒子が集合した不連続体であり、それぞれの磁性微粒子は単磁区構造となっている。ここで、１つの記録ビットは、複数の磁性微粒子から構成されている。従って、記録密度を高めるためには、磁性微粒子を小さくして、記録ビットの境界の凹凸を減少させなければならない。しかし、磁性微粒子を小さくすると、体積減少に伴う磁化の熱安定性の低下が問題となる。
磁化の熱安定性の目安は、ＫＵＶ／ｋＢＴで与えられる。ここで、ＫＵは磁性微粒子の磁気異方性エネルギー、Ｖは１つの磁性微粒子の体積、ｋＢはボルツマン定数、Ｔは絶対温度である。磁性微粒子を小さくするということは、まさにＶを小さくすることであり、そのままではＫＵＶ／ｋＢＴが小さくなって熱安定性が損なわれる。この対策として、同時にＫＵを大きくすることが考えられるが、このＫＵの増加は、媒体の保磁力の増加をもたらす。これに対して、磁気ヘッドによる書き込み磁界強度は、ヘッド内の磁極を構成する軟磁性材料の飽和磁束密度でほぼ決定されてしまう。従って、保持力が、この書き込み磁界強度の限界から決まる許容値を超えると書き込みが不可能となってしまう。
このような磁化の熱安定性の問題を解決する第１の方法として、パターンドメディアの使用が考えられる。通常の磁気記録においては、上述したように1つの記録ビットを、Ｎ個の磁性微粒子により構成して記録を行っている。これに対してパターンドメディアを用いた場合、1つの記録ビットを体積ＮＶの１つの領域とすることによって、熱安定性の指標をＫＵＮＶ／ｋＢＴとすることができ、熱安定性が飛躍的に向上する。
また、熱安定性の問題を解決する第２の方法として、ＫＵの大きな磁性材料を用いる一方、書き込み磁界印加の直前に媒体に熱を加えることによって、保磁力を小さくして書き込みを行う方法が提案されている。この方法は、熱アシスト磁気記録技術と呼ばれている。この技術は光磁気記録技術と一見類似しているが、光磁気記録技術は空間分解能を光に持たせているのに対し、熱アシスト磁気記録技術は空間分解能を磁界に持たせている。
しかしながら、上述した第１及び第２の方法はともに、従来の媒体構造又はヘッド構造に対して大幅な変更を要求するものであり、これらの方法の実現には、技術面、コスト面における大きな困難さが伴う。これに対して現在、第３の方法、すなわち非特許文献１に記載されたようなマイクロ波アシスト磁気記録技術が提案されている。この技術においては、従来の書き込みヘッド素子の主磁極とトレーリングシールドとの間にＭＲ素子を挿入した構造が用いられており、上述した第１及び第２の方法に比べてヘッドの形成が遙かに容易となる。なお、特許文献１及び特許文献２においても、同様のマイクロ波アシスト磁気記録技術が開示されている。
これらの提案されているマイクロ波アシスト磁気記録技術においては、書き込み磁極の近傍に形成されており磁化の方向が外部磁界に応じて変化する磁化自由層と、この磁化自由層上に積層された非磁性層と、この非磁性層上に積層された、磁化の方向が固定された磁化固定層と、この積層構造に電流を流すための一対の電極とが設けられたスピン波励起素子が用いられている。このスピン波励起素子においては、各層面に垂直な方向に電流が流される。この電流によって電子のスピンが移送され、これによりスピントルクが発生する。このスピントルクによって、磁化自由層の磁化が歳差運動を始めるのである。次いで、この磁化自由層の磁化の歳差運動によって、スピン波が励起される。このスピン波が励起された磁化自由層からは、マイクロ波領域の高周波電磁界が漏洩し、この電磁波を受けた磁気記録媒体の磁気記録層の磁化が、ゆらぎを与えられる。その結果、主磁極からの書き込み磁界単独では不可能であった磁気記録層の磁化の反転が可能となる。
この際、この高周波電磁界の周波数、すなわち、磁化自由層の磁化の歳差運動における周波数は、磁気記録層が有する固有の磁気共鳴周波数にチューニングされなければならない。そのため、磁化自由層の厚さ、磁化自由層に予め印加されるバイアス磁界、さらにはスピン波を励起するための電流の量等の調整が行われる。なお、非特許文献１には、磁化自由層に接するように垂直磁気異方性層（ｌａｙｅｒ ｗｉｔｈ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）を設け、この層の垂直磁気異方性の大きさを調整することによって、歳差運動の周波数を制御する試みが開示されている。
国際公開第２００３／０１０７５８号パンフレット 特開２００５−２８５２４２号公報
Zhu他２名, "Microwave Assisted Magnetic Recording", IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS ２００８年１月, 第４４巻, 第１号, ｐ．１２５−１３１
しかしながら、以上に述べた従来技術においては、少なくとも２つの問題が存在する。１つは、磁化固定層における磁化の安定性の問題である。スピン波励起素子内の磁化固定層の磁化は、１つの向きに固定されている。この固定された向きは、外部磁界やスピン波励起のための電流が印加されても、安定的に保たれなければならない。さもなければ、発生するスピントルクの量が不安定となり、磁化自由層の磁化における所望の安定した歳差運動が得られなくなる。ここで、スピン波励起素子は、主磁極の近傍に配置されており、書き込み動作時に非常に強い書き込み磁界を被ることになる。受ける磁界の大きさは、例えば１０ｋＯｅ（キロエルステッド）程度、又はそれを超える値となる。さらに、この書き込み磁界は、書き込まれるべきデータに応じてその向きが頻繁に反転する。しかしながら、磁化固定層用の材料として、このように非常に大きく頻繁に反転する磁界に抗する保磁力を有する材料を見出すことは、非常に困難である。
さらに、２つめの問題は、磁化自由層の磁化における歳差運動の周波数の調整である。上述した従来技術においては、磁化自由層の厚さ、垂直磁気異方性層（ｌａｙｅｒ ｗｉｔｈ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）の垂直磁気異方性の大きさ等を制御することによって、歳差運動の周波数が所定値に設定されている。しかしながら、スピン波励起素子が主磁極から受ける書き込み磁界によるこの周波数への影響は、何ら考慮されていない。従って、この歳差運動の周波数が、この書き込み磁界に依存して設定値から大きく変動し、場合によっては、歳差運動自体が生じなくなることもあり得る。
従って、本発明の目的は、頻繁に反転する非常に強い書き込み磁界の存在によっても、所望の周波数を有する高周波電磁界を安定して発生させることが可能な薄膜磁気ヘッドを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、頻繁に反転する非常に強い書き込み磁界の印加時においても、所望の周波数を有する高周波電磁界を、磁気記録媒体に安定して照射することが可能な磁気記録方法を提供することにある。
本発明について説明する前に、本明細書において用いられる用語の定義を行う。本発明に係る薄膜磁気ヘッドのスライダ基板の素子形成面に形成された積層構造若しくは素子構造において、基準となる層又は素子から見て、スライダ基板側を「下方」とし、その反対側を「上方」とする。また、ある層又は素子において、スライダ基板側の部分を「下部」とし、その反対側の部分を「上部」とする。
また、本発明による磁気ヘッドの実施形態において、必要に応じ、いくつかの図面中、「Ｘ、Ｙ及びＺ軸方向」を規定している。ここで、Ｘ軸方向は、上述した「上下方向」であり、＋Ｘ方向がトレーリング側に相当し、−Ｘ方向がリーディング側に相当する。また、Ｙ軸方向をトラック幅方向とし、Ｚ軸方向をハイト方向とする。
本発明によれば、磁気記録媒体に書き込みを行うための書き込み磁界を発生させる第１の磁極（図２に示す実施形態においては主磁極層３４０）、及び第２の磁極（図２に示す実施形態においてはライトシールド層３４５）と、第１の磁極及び第２の磁極の間であって、媒体対向面に達する位置に設けられた電磁界生成素子とを備えた薄膜磁気ヘッドであって、
電磁界生成素子は、第１の磁極に隣接しており、外部磁界に応じて磁化の方向が変化し、スピン波の励起によって高周波電磁界を生成するためのスピン波励起層と、このスピン波励起層の第１の磁極とは反対側に設けられた非磁性中間層とを備えており、
スピン波励起層の磁化が、第１の磁極から発生する磁界の一部によって層面に実質的に垂直な方向にバイアスされ、スピン波を励起するための電流が、電磁界生成素子内を、第２の磁極から第１の磁極へ向かう方向に流れる薄膜磁気ヘッドが提供される。
この本発明による薄膜磁気ヘッドの電磁界生成素子においては、スピン波励起層の磁化が第１の磁極から発生する磁界の一部によってバイアスされる。この磁界の一部は、非常に強く頻繁に反転する。しかしながら、スピン波を励起するための電流が第２の磁極から第１の磁極へ向かう方向に流されることによって、スピン波励起層からは、所望の周波数ｆＭを有するマイクロ波領域の高周波電磁界が、安定して生成可能となるのである。
なお、「層面に実質的に垂直な方向に」とは、以下の意味とする。すなわち、書き込み磁界を発生させる第１の磁極から発生する磁界に対応する磁束は、電磁界生成素子内においても厳密には直線ではなく曲線を描き、その程度は具体的なヘッドデザインによる。従って、電磁界生成素子が第１の磁極及び第２の磁極の間に設けられている場合であって、具体的なヘッドデザインによって磁束が若干曲がることにより、磁界が層面に垂直な方向から若干ずれたとしても、磁界は「実質的に」層面に垂直とする。
この本発明による薄膜磁気ヘッドにおいて、スピン波励起層は、１×１０４ｅｒｇ／ｃｍ３以下の磁気異方性エネルギーを有することが好ましく、層面に垂直な磁化容易軸を有することも好ましい。また、電磁界生成素子はさらに、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する磁化自由層を備えており、非磁性中間層は、この磁化自由層とスピン波励起層との間に挟まれた位置に設けられていて、磁化自由層の磁化が、第１の磁極から発生する磁界の一部によって層面に実質的に垂直な方向にバイアスされることもまた好ましい。この磁化自由層を備えた場合において、磁化自由層は、１×１０４ｅｒｇ／ｃｍ３以下の磁気異方性エネルギーを有することが好ましく、層面に垂直な磁化容易軸を有することも好ましい。
さらに、本発明による薄膜磁気ヘッドにおいて、第２の磁極は、第１の磁極と対向する媒体対向面側の端部に、第１の磁極に向かう方向に突出した突出部を備えており、電磁界生成素子は、この突出部と第１の磁極との間に設けられていることも好ましい。また、第１の磁極は、第２の磁極と対向する媒体対向面側の端部に、第２の磁極に向かう方向に突出した突出部を備えており、電磁界生成素子は、この突出部と第２の磁極との間に設けられていることも好ましい。これらの突出部の存在によって、主磁極からの磁界の一部が、より確実に電磁界生成素子の各層面に垂直となる。これにより、より良好なバイアス状態が実現し、より安定した高周波電磁界が生成可能となる。
さらに、本発明による薄膜磁気ヘッドにおいて、第１の磁極及び第２の磁極のうちの一部が、電気的な絶縁層で形成されており、第１の磁極の媒体対向面側の端部及び第２の磁極の媒体対向面側の端部が、スピン波を励起するための電流を電磁界生成素子に流すための電極となっていることも好ましい。また、電磁界生成素子の媒体対向面側の端におけるトラック幅方向の幅が、第１の磁極の媒体対向面側の端におけるトラック幅方向の幅よりも小さいことも好ましい。さらに、スピン波励起層から発生する高周波電磁界の周波数が、書き込み対象である磁気記録媒体の磁気記録層の磁気共鳴周波数と実質的に等しいことが好ましい。
ここで、「磁気共鳴周波数と実質的に等しい」とは、以下の意味とする。すなわち、磁気記録媒体に照射される高周波電磁界の周波数ｆＭが、磁気記録媒体の磁気記録層の磁気共鳴周波数ｆＲから若干ずれたとしても、磁気記録層の異方性磁界はそれなりに低減し得る。従って、照射される高周波電磁界において、書き込みが可能なまでに磁気記録層の異方性磁界が低減する周波数ｆＭの範囲を、「磁気共鳴周波数と実質的に等しい」範囲とする。
また、本発明によれば、さらに、以上に述べた薄膜磁気ヘッドと、この薄膜磁気ヘッドを支持する支持機構とを備えているヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）が提供される。
さらに、本発明によれば、以上に述べた少なくとも１つのＨＧＡと、少なくとも１つの磁気記録媒体と、この少なくとも１つの磁気記録媒体に対して薄膜磁気ヘッドが行う書き込み動作を制御するための記録回路とを備えている磁気記録装置であって、この記録回路が、スピン波を励起する電流を制御するためのスピン波制御回路をさらに備えている磁気記録装置が提供される。
さらに、本発明によれば、媒体対向面に垂直な層面を有しており外部磁界に応じて磁化の方向が変化するスピン波励起層の磁化を、磁極から発生する磁界の一部によって層面に実質的に垂直な方向にバイアスし、
磁化がバイアスされたスピン波励起層に電流を流して、このスピン波励起層にスピン波を励起し、
スピン波によって生成され磁気記録媒体の面内方向の成分を含む高周波電磁界を、磁気記録媒体の一部分に照射することによって、この磁気記録媒体の一部分の異方性磁界を低下させ、
磁気記録媒体の異方性磁界が低下した部分に、磁極から発生する書き込み磁界を印加して書き込みを行う磁気記録方法が提供される。
この本発明による磁気記録方法を用いることによって、頻繁に反転する非常に強い書き込み磁界の印加時においても、所望の周波数を有する高周波電磁界を、磁気記録媒体に安定して照射することができ、良好なマイクロ波アシスト磁気記録を実現することが可能となる。
この本発明による磁気記録方法において、スピン波励起層の磁気異方性エネルギーを、１×１０４ｅｒｇ／ｃｍ３以下とすることが好ましく、スピン波励起層の磁化容易軸を層面に垂直な方向とすることも好ましい。また、スピン波励起層と、非磁性中間層と、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する磁化自由層とが順次積層された多層構造において、磁極から発生する磁界の一部によってスピン波励起層及び磁化自由層の磁化を各層面に実質的に垂直な方向にバイアスし、この多層構造に磁化自由層側からスピン波励起層側に向けて電流を流すことも好ましい。さらに、スピン波励起層から発生する高周波電磁界の周波数を、書き込み対象である磁気記録媒体の磁気記録層の磁気共鳴周波数と実質的に等しくすることが好ましい。
さらに、本発明による磁気記録方法において、磁極から書き込み磁界が立ち上がった後、スピン波励起層に電流を流し、この書き込み磁界が立ち下がる前に、この電流を止めることが好ましい。これにより、このスピン波を励起するための電流は、必ず、磁極から発生する磁界の一部がバイアス磁界として安定して印加されている状況において流されることになる。従って、設定通りの周波数を有する安定した高周波電磁界が生成可能となる。
本発明によれば、頻繁に反転する非常に強い書き込み磁界の存在によっても、所望の周波数を有する高周波電磁界を安定して発生させることができる。また、本発明によれば、磁気記録において、頻繁に反転する非常に強い書き込み磁界の印加時においても、所望の周波数を有する高周波電磁界を磁気記録媒体に安定して照射することができる。
本発明による磁気記録再生装置、ヘッドジンバルアセンブリ及び薄膜磁気ヘッドの一実施形態における構成を概略的に示す斜視図である。 薄膜磁気ヘッドの要部の構成を概略的に示す、図１のＡ面による断面図である。 電磁変換素子の主磁極層、電磁界生成素子及びライトシールド層の配置及び形状を概略的に示す、（Ａ）素子形成面の真上から見下ろした際の平面図、及び（Ｂ）ヘッド端面側から見た平面図である。 電磁界生成素子における一実施形態の構造を概略的に示す、図１のＡ面による断面図である。 電磁界生成素子の動作原理を説明するための、電磁界生成素子付近の構成の概略図である。 電磁界生成素子の動作原理を説明するための、電磁界生成素子付近の構成の概略図である。 電磁界生成素子を含む電磁変換素子における、他の実施形態の構造を概略的に示す、図１のＡ面に相当する面による断面図である。 図１に示した磁気ディスク装置の記録再生及びスピン波制御回路の回路構成を示すブロック図である。 本発明による磁気記録方法の実施形態を説明するための、スピン波励起電流の波形を示すグラフである。
以下に、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、同一の要素は、同一の参照番号を用いて示されている。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。
図１は、本発明による磁気記録再生装置、ヘッドジンバルアセンブリ及び薄膜磁気ヘッドの一実施形態における構成を概略的に示す斜視図である。なお、同図において、拡大して表示されているＨＧＡ及び薄膜磁気ヘッドのそれぞれは、磁気記録媒体に対向する側の面が見える状態となっている。
図１に示した磁気記録再生装置は、磁気ディスク装置であり、スピンドルモータ１１の回転軸の回りを回転する磁気記録媒体としての複数の磁気ディスク１０と、複数の駆動アーム１４が設けられたアセンブリキャリッジ装置１２と、各駆動アーム１４の先端部に取り付けられており薄膜磁気ヘッド（スライダ）２１を備えたヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）１７と、書き込み及び読み出し動作を制御し、後に詳述するように、電磁界生成素子においてスピン波を励起する電流を制御するためのするための記録再生及びスピン波制御回路１３とを備えている。
磁気ディスク１０は、垂直磁気記録用であって、例えば、ディスク基板上に形成された、磁気回路の一部として働く軟磁性裏打ち層と、磁気記録層としての垂直磁化層との積層構造を含む。アセンブリキャリッジ装置１２は、薄膜磁気ヘッド２１を磁気ディスク１０の垂直磁化層に形成されたトラック上に位置決めするための装置である。同装置内において、駆動アーム１４は、ピボットベアリング軸１６に沿った方向にスタックされており、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１５によってこの軸１６を中心にして角揺動可能となっている。ここで、例えば、１つの磁気ディスク１０につき、これを挟むように２つのＨＧＡ１７及び駆動アーム１４が設けられていてもよい。また、２つの磁気ディスク１０の間において、それぞれのディスクに対する２つのＨＧＡ１７を支える１つの駆動アーム１４が設けられていてもよい。さらに、磁気ディスク１０、駆動アーム１４、ＨＧＡ１７及びスライダ２１は、単数であってもよい。記録再生及びスピン波制御回路１３については、後に図面を用いて詳述する。
同じく図１によれば、ＨＧＡ１７において、薄膜磁気ヘッド２１は、各磁気ディスク１０の表面に対して所定の間隔（浮上量）をもって対向するように、サスペンション２０の先端部に固着されている。さらに、配線部材２５の一端が、薄膜磁気ヘッド２１の端子電極に電気的に接続されている。
サスペンション２０は、薄膜磁気ヘッド２１の支持機構であり、ロードビーム２２と、このロードビーム２２に固着されていて弾性を有しており、薄膜磁気ヘッド２１が固着されて薄膜磁気ヘッド２１の位置に自由度を与えるフレクシャ２３と、ロードビーム２２の端部に設けられたベースプレート２４とを有している。また、フレクシャ２３上には、リード導体及びその両端に電気的に接続された接続パッドからなる配線部材２５が設けられている。なお、サスペンション２０の構造は、以上に述べたものに限定されるものではない。図示されていないが、サスペンション２０の途中にヘッド駆動用ＩＣチップが装着されていてもよい。
同じく図１によれば、薄膜磁気ヘッド２１は、素子形成面３１と適切な浮上量を得るように加工された浮上面（ＡＢＳ）３０とを有する、Ａｌ２Ｏ３-ＴｉＣ（アルチック）等のセラミック材料からなるスライダ基板２１０と、素子形成面３１に形成された、データを読み出すための読み出しヘッド素子としての磁気抵抗（ＭＲ）素子３３及びデータを書き込むための書き込みヘッド素子としての電磁変換素子３４と、ＭＲ素子３３及び電磁変換素子３４を覆うように形成された被覆層３９と、被覆層３９の上層面から露出した４つの信号端子電極３５と、同じく被覆層３９の上層面から露出した２つの駆動端子電極３６とを備えている。ここで、ＡＢＳ３０と、被覆層３９のＡＢＳ３０側の端面であるヘッド端面３００とが、磁気ディスク１０に対向する媒体対向面となる。また、４つの信号端子電極３５は、２つ単位でＭＲ素子３３及び電磁変換素子３４にそれぞれ接続されている。さらに、２つの駆動端子電極３６は、後に述べるように、磁極層を介して電磁界生成素子に接続されている。
ＭＲ素子３３及び電磁変換素子３４の一端は、ＡＢＳ３０側のヘッド端面３００に達している。これらの端が磁気ディスク１０の表面と対向することによって、信号磁界の感受による読み出しと信号磁界の印加による書き込みとが行われる。なお、これらの端が達しているヘッド端面３００には、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等からなる極めて薄い保護膜がコーティングされていてもよい。従って、素子の一端がヘッド端面３００に「達している」という場合、その端面３００が厳密には保護膜の外表面となっていて、素子の一端がその外表面から露出していない場合をも含むものとする。
図２は、薄膜磁気ヘッド２１の要部の構成を概略的に示す、図１のＡ面による断面図である。ここで、Ａ面は、ＺＸ平面に平行な面である。
図２において、ＭＲ素子３３は、例えば、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子、垂直通電型巨大磁気抵抗（ＣＰＰ−ＧＭＲ）素子又は面内通電型巨大磁気抵抗（ＣＩＰ−ＧＭＲ）素子であり、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）等の絶縁材料からなる絶縁層３２０を介して、スライダ基板２１０の素子形成面３１に形成されている。このＭＲ素子３３は、ＭＲ積層体３３２と、この積層体の少なくとも後方（＋Ｚ方向）を取り囲むように形成されたＡｌ２Ｏ３（アルミナ）等の絶縁材料からなるシールドギャップ層３３３と、ＭＲ積層体３３２及びシールドギャップ層３３３を挟む位置に配置されている下部シールド層３３０及び上部シールド層３３４とを含む。ＭＲ積層体３３２は、磁気ディスクからの信号磁界を非常に高い感度で感受し、電気抵抗の変化（電圧の変化）という形で出力する感磁部である。
上下部シールド層３３４及び３３０は、例えば、厚さ０.３〜５μｍ（マイクロメートル）程度のＮｉＦｅ（パーマロイ）、ＣｏＦｅＮｉ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮ又はＦｅＺｒＮ等を含む軟磁性導電材料からなり、ＭＲ積層体３３２に対して積層面に垂直な方向のセンス電流を印加するための電極であるとともに、この積層体３３２がノイズとなる磁界を受けることを防止する磁気シールドとしての役割も兼ねている。
ＭＲ積層体３３２は、反強磁性材料からなる反強磁性層と、強磁性材料からなる磁化固定層と、酸化物層（ＴＭＲ素子の場合）又は非磁性金属層（ＣＰＰ−ＧＭＲ素子及びＣＩＰ−ＧＭＲ素子の場合）からなる非磁性中間層と、強磁性材料からなる磁化自由層とを有している。ＴＭＲ素子の場合、磁化自由層の磁化は、磁化固定層の磁化との間で、非磁性中間層をトンネル効果の障壁とした強磁性トンネル結合を形成している。従って、磁化自由層の磁化方向が信号磁界に応答して変化すると、磁化固定層及び磁化自由層内の伝導電子のアップ及びダウンスピンバンドの状態密度の変動によってトンネル電流が増減し、結果としてＭＲ積層体３３２の電気抵抗値が変化する。この変化量を計測することによって、微弱であって局所的な信号磁界を高感度で確実に検出することが可能となる。
なお、ＭＲ素子３３が、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子である場合、上下部シールド層３３４及び３３０とＭＲ積層体３３２とのそれぞれの間にも、絶縁材料からなるシールドギャップ層が設けられ、さらにＭＲ積層体３３２にセンス電流を供給するための導電材料からなる素子リード導体層が設けられることになる。この場合、上下部シールド層３３４及び３３０は、電極としては機能しない。
同じく図２において、電磁変換素子３４は、垂直磁気記録用であり、主磁極層３４０と、電磁界生成素子３７と、ギャップ層３４１と、書き込みコイル層３４３と、ライトシールド層３４５と、バッキングコイル層３４７とを備えている。
主磁極層３４０は、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）等の絶縁材料からなる絶縁層３４９１上に設けられており、書き込みコイル層３４３に書き込み電流を印加することによって発生した磁束を、書き込みがなされる磁気ディスク１０の磁気記録層（垂直磁化層）まで収束させながら導くための導磁路である。主磁極層３４０は、主磁極３４００及び主磁極本体部３４０１が順次積層されて互いに磁気的に接続された２層構造を有している。このうち、主磁極３４００は、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）等の絶縁材料からなる絶縁層３４９２に周囲を絶縁されている。この主磁極３４００は、ヘッド端面３００に達しており、トラック幅方向（Ｙ軸方向）の小さな幅ＷＰ（図３（Ｂ））を有する主磁極先端部３４００ａと、この主磁極先端部３４００ａの後方に位置しており、主磁極先端部３４００ａの幅ＷＰよりも大きなトラック幅方向（Ｙ軸方向）の幅を有する主磁極後端部３４００ｂとを有している。このように、主磁極先端部３４００ａが小さな幅ＷＰを有することによって、微細な書き込み磁界が発生可能となる。
主磁極３４００は、主磁極本体部３４０１よりも高い飽和磁束密度を有する軟磁性材料から形成されており、例えば、Ｆｅが主成分である鉄系合金材料である、ＦｅＮｉ、ＦｅＣｏ、ＦｅＣｏＮｉ、ＦｅＮ又はＦｅＺｒＮ等の軟磁性材料から形成される。主磁極３４００の厚さは、例えば、０.２〜０.５μｍ程度である。
書き込みコイル層３４３は、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）等の絶縁材料からなる絶縁層３４２１上において、１ターンの間に少なくとも主磁極層３４０とライトシールド層３４５との間を通過するように形成されており、バックコンタクト部３４０２を中心として巻回するスパイラル構造を有している。この書き込みコイル層３４３は、例えば、Ｃｕ（銅）等の導電材料から形成されている。書き込みコイル層３４３の厚さは、例えば、０.３〜５μｍ程度である。ここで、加熱キュアされたフォトレジスト等の絶縁材料からなる書き込みコイル絶縁層３４４が、書き込みコイル層３４３を覆っており、書き込みコイル層と主磁極層３４０及びライトシールド層３４５との間を電気的に絶縁している。書き込みコイル層３４３は、本実施形態において１層であるが、２層以上又はヘリカルコイルでもよい。また、巻き数も図２での数に限定されるものではなく、例えば、２〜７ターンに設定され得る。
ライトシールド層３４５は、ヘッド端面３００に達しており、磁気ディスクの垂直磁化層の下に設けられた軟磁性裏打ち層から戻ってきた磁束の導磁路としての役割を果たす。ライトシールド層３４５の厚さは、例えば、０.５〜５μｍ程度である。また、ライトシールド層３４５において、電磁界生成素子３７を介して主磁極層３４０と対向する部分は、同じくヘッド端面３００に達しており、主磁極層３４０から発して広がった磁束を取り込むためのトレーリングシールド３４５０となっている。トレーリングシールド３４５０は、本実施形態において、絶縁層３４２０及び主磁極本体部３４０１とともに平坦化されていて、主磁極先端部３４００ａのみならず主磁極後端部３４００ｂ及び主磁極本体部３４０１よりも大きなトラック幅（Ｙ軸方向）方向の幅を有している。ライトシールド層３４５は、軟磁性材料から形成されるが、特に、トレーリングシールド３４５０は、高飽和磁束密度を有する、ＮｉＦｅ（パーマロイ）又は主磁極３４００と同様の鉄系合金材料等から形成される。
電磁界生成素子３７は、主磁極先端部３４００ａとトレーリングシールド３４５０との間であって、ヘッド端面３００に達する位置に設けられている。電磁界生成素子３７は、後に図面を用いて詳述するように、主磁極先端部３４００ａに隣接しており、外部磁界に応じて磁化の方向が変化し、スピン波の励起によって高周波電磁界を生成するためのスピン波励起層３７１（図４）を備えている。このスピン波励起層３７１の磁化は、主磁極先端部３４００ａから発生する磁界の一部によって層面に実質的に垂直な方向にバイアスされる。ここで、電磁界生成素子３７内において、電流がトレーリングシールド３４５０から主磁極先端部３４００ａへ向かう方向に流れると、スピン波励起層３７１においてスピン波が励起され、これによりマイクロ波領域の高周波電磁界が生成される。
なお、「層面に実質的に垂直な方向に」とは、以下の意味とする。すなわち、書き込み磁界を発生させる主磁極先端部３４００ａから発生する磁界に対応する磁束は、電磁界生成素子３７内においても厳密には直線ではなく曲線を描き、その程度は具体的なヘッドデザインによる。従って、電磁界生成素子３７が主磁極先端部３４００ａとトレーリングシールド３４５０との間に設けられている場合であって、具体的なヘッドデザインによって磁束が若干曲がることにより、磁界が層面に垂直な方向から若干ずれたとしても、磁界は「実質的に」層面に垂直とする。
このように生成された高周波電磁界は、磁気ディスクの垂直磁化層の位置において、垂直磁化層の層面内方向の成分を有する。このような高周波電磁界を垂直磁化層の一部分に照射することによって、この一部分の異方性磁界ＨＫを低下させることができる。ここで、異方性磁界ＨＫは、保磁力ＨＣを与える物理量である。この異方性磁界ＨＫが低下した部分に、主磁極先端部３４００ａから書き込み磁界を印加する。これにより、非常に大きな異方性磁界ＨＫを有する垂直磁化層に書き込みを行うことが可能となり、良好なマイクロ波アシスト磁気記録が実現する。
ギャップ層３４１は、主磁極３４００とトレーリングシールド３４５０との間に設けられており、電磁界生成素子３７を、トラック幅方向（Ｙ軸方向）の両側及び後方（＋Ｚ方向）において取り囲んでいる。このギャップ層３４１は、例えば、厚さ０.０１〜０.１μｍ程度の、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＳｉＯ２（二酸化珪素）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）若しくはＤＬＣ等の非磁性絶縁材料で形成されている。
ライトシールド層３４５の一部は、電気的絶縁層３４６となっている。従って、ライトシールド層３４５におけるトレーリングシールド３４５０から電気的絶縁層３４６の上面に接する端部までの部分と、ライトシールド層３４５の電気的絶縁層３４６よりも下方の部分及び主磁極層３４０とは、電気的に絶縁されている。また、互いに絶縁されたこれらの部分は、それぞれ駆動端子電極３６に電気的に接続されている。これにより、主磁極層３４０のヘッド端面３００側の端部である主磁極先端部３４００ａと、ライトシールド層３４５のヘッド端面３００側の端部であるトレーリングシールド３４５０とが、電磁界生成素子３７にスピン波励起用の電流を流すための電極として働くことになる。
電気的絶縁層３４６は、電気的絶縁材料で形成されているが、例えばフェライトといった強磁性酸化物等の、電気的絶縁性を有する磁性材料で形成されていることが好ましく、その層厚は、例えば５０ｎｍ〜２μｍ程度である。なお、主磁極先端部３４００ａとトレーリングシールド３４５０とが電極として働くことができるならば、電気的絶縁層３４６が主磁極層３４０内に設けられていてもよい。
バッキングコイル層３４７は、電磁変換素子３４の書き込みコイル層３４３に印加される書き込み電流に由来しておりＭＲ素子３３内の上下部シールド層３３４及び３３０を経由する磁束ループを打ち消すためのコイルである。すなわち、バッキングコイル層３４７は、このような磁束ループを打ち消す磁束を発生させて、不要な書き込み又は消去の抑制を図っている。バッキングコイル層３４７は、例えば、バックコンタクト部３４０２を中心として巻回するスパイラル構造を有しており、例えば、書き込みコイル層３４３とは逆の方向に書き込み電流が流れるように設定されている。また、その周囲をバッキングコイル絶縁層３４８によって絶縁されている。バッキングコイル層３４７は、本実施形態において１層であるが、２層以上又はヘリカルコイルでもよい。また、巻き数も図２での数に限定されるものではないが、例えば、書き込みコイル層３４３の巻き数と一致させて、２〜７ターンとすることも好ましい。
また、本実施形態においては、ＭＲ素子３３と電磁変換素子３４との間に、絶縁層３２１及び３２２に挟まれた素子間シールド層３８が設けられている。この素子間シールド層３８は、主に、電磁変換素子３４より発生する磁界からＭＲ素子３３をシールドする役割を果たしており、上下部シールド層３３４及び３３０と同じ軟磁性材料で形成されていてもよく、その厚さは、例えば０.５〜５μｍ程度である。なお、バッキングコイル層３４７、バッキングコイル絶縁層３４８及び素子間シールド層３８は、設けられることが好ましいが、これらが設けられなくとも、本発明によるマイクロ波アシスト磁気記録を実施することは可能である。
図３（Ａ）は、電磁変換素子３４の主磁極層３４０、電磁界生成素子３７及びライトシールド層３４５の配置及び形状を概略的に示す、素子形成面３１の真上から見下ろした際の平面図である。また、図３（Ｂ）は、ヘッド端面３００上に現れた主磁極層３４０、電磁界生成素子３７及びライトシールド層３４５の端面の配置及び形状を示す、ヘッド端面３００側から見た平面図である。
図３（Ａ）によれば、主磁極３４００は、本実施形態において羽子板状であり、ヘッド端面３００に達した主磁極先端部３４００ａが、その手持ち部分に相当している。また、主磁極先端部３４００ａにおけるヘッド端面３００に垂直な方向（Ｚ軸方向）の長さ（高さ）は、ヘッドの書き込み特性の決定因子の１つであるスロートハイトＴＨとなる。本実施形態においては、トレーリングシールド３４５０におけるヘッド端面３００に垂直な方向（Ｚ軸方向）の高さも、スロートハイトＴＨに等しくなるように設定されているが、異なっていてもよい。
図３（Ｂ）によれば、電磁界生成素子３７は、主磁極先端部３４００ａ及びトレーリングシールド３４５０の間に挟まれている。ここで、主磁極先端部３４００ａ、電磁界生成素子３７、及びトレーリングシールド３４５０のトラック幅方向（Ｙ軸方向）の幅をそれぞれ、ＷＰ、ＷＳ及びＷＴとすると、本実施形態において、ＷＳ＜ＷＰ＜ＷＴとなるように設定されている。これらの幅ＷS、ＷＰ及びＷＴはそれぞれ、例えば、８００ｎｍ〜５０μｍ程度、１０ｎｍ〜５００ｎｍ程度、及び１μｍ〜１００μｍ程度とすることができる。ここで、電磁界生成素子３７から発生する高周波電磁界の伝播領域は、ヘッド浮上量が１０ｎｍ程度又はそれ未満であるとして、磁気ディスクの垂直磁化層の位置においてトラック幅方向（Ｙ軸方向）に関して、幅ＷＳと同程度の大きさとなる。この高周波電磁界を受けた垂直磁化層の部分に書き込みが可能となるのであるから、この電磁界生成素子３７の幅ＷＳがまさに、書き込みによって形成される垂直磁化層上のトラックの幅を決定することになる。これにより、マイクロ波がドミナントであるマイクロ波アシスト磁気記録が実現されることが理解される。
なお、電磁界生成素子３７のハイト方向（Ｚ軸方向）の高さＨＳ（図３（Ａ））は、例えば１０ｎｍ〜５００ｎｍ程度であり、Ｘ軸方向の厚さＬＳ（図３（Ｂ））は、例えば２０〜２５０ｎｍ程度である。ここで、厚さＬＳ（図３（Ｂ））は、主磁極先端部３４００ａ及びトレーリングシールド３４５０の間のライトギャップ値に相当する。
また、主磁極先端部３４００ａのヘッド端面３００上における形状は、トレーリング側（＋Ｘ方向）に長辺を有する逆台形となっている。ここで、上述した主磁極先端部３４００ａの幅ＷＰは、この長辺の長さである。また、言い換えると、主磁極先端部３４００ａの端面は、ヘッド端面３００上において、ベベル角θＢを有している。ベベル角θＢは、ロータリーアクチュエータでの駆動により発生するスキュー角の影響によって、隣接トラックに不要な書き込み等を及ぼさないようにするための角度である。このベベル角θＢの大きさは、例えば、１５°程度である。
図４は、電磁界生成素子３７における一実施形態の構造を概略的に示す、図１のＡ面による断面図である。
図４によれば、電磁界生成素子３７は、主磁極先端部３４００ａとトレーリングシールド３４５０とに挟まれており、一端がヘッド端面３００をなす位置に設けられている。電磁界生成素子３７は、主磁極先端部３４００ａ側から、下地層３７０と、外部磁界に応じて磁化の方向が変化しスピン波の励起によって高周波電磁界が生成されるスピン波励起層３７１と、非磁性中間層３７２と、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する磁化自由層３７３と、保護層３７４とが順次積層された構造を有している。
下地層３７０は、例えば厚さ０.５ｎｍ〜１０ｎｍ程度の、例えばＮｉ６０Ｃｒ４０、Ｔａ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｔｉ又はＷ等の非磁性導電材料から形成される。スピン波励起層３７１は、例えば厚さ５ｎｍ〜１００ｎｍ程度の、例えばＣｏ５０Ｆｅ５０等の軟磁性導電材料から形成される。非磁性中間層３７２は、例えば厚さ１ｎｍ〜５ｎｍ程度の、例えばＣｕ等の非磁性導電材料、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３等の非磁性材料、又はＣｕ／ＺｎＯ／Ｃｕ等の非磁性導電材料／半導体材料／非磁性導電材料の３層構造から形成される。磁化自由層３７３は、例えば厚さ約５ｎｍ〜１００ｎｍ程度の、例えばＣｏ９０Ｆｅ１０等の軟磁性導電材料から形成される。保護層３７４は、例えば厚さ約０.５ｎｍ〜５０ｎｍ程度の、例えばＴａ等の導電材料から形成される。
以上説明したように、電磁界生成素子３７は、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する、例えば軟磁性導電材料からなるスピン波励起層３７１及び磁化自由層３７３を備えてはいるが、例えば、磁化固定層やバイアス磁界を印加するためのバイアス磁性層といった、磁化の方向が固定された強磁性層を必要としない。従って、素子の形成工程が比較的容易になり、工数低減に貢献し得る。また、後に詳述するように、非常に大きな頻繁に反転する書き込み磁界によって磁化方向の固定が乱される問題が、電磁界生成素子３７においては解消されている。
図５（Ａ）〜（Ｃ）及び図６（Ａ）〜（Ｃ）は、電磁界生成素子３７の動作原理を説明するための、電磁界生成素子３７付近の構成の概略図である。
図５（Ａ）〜（Ｃ）に、主磁極先端部３４００ａからの磁界５１が＋Ｘ方向である場合を最初に説明する。図５（Ａ）によれば、データ書き込み時において、書き込み磁界５０が、主磁極先端部３４００ａから磁気ディスクの垂直磁化層に向かう方向に（−Ｚ方向に）生じるとともに、主磁極磁界５１が、主磁極先端部３４００ａからトレーリングシールド３４５０に向かって（＋Ｘ方向に）生じる。また、書き込み磁界５０及び主磁極磁界５１の強度はそれぞれ、例えば１５ｋＯｅ程度及び１０ｋＯｅ程度と、非常に大きな値となる。
電磁界生成素子３７は、＋Ｘ方向の主磁極磁界５１を受けるが、これにより、スピン波励起層３７１及び磁化自由層３７３の磁化３７１ｍ及び３７３ｍはそれぞれ、層面に垂直な方向であって＋Ｘ方向に向けられる（バイアスされる）。なお、スピン波励起層３７１及び磁化自由層３７３の層面は共に、ヘッド端面３００に垂直となっている。
次いで、図５（Ｂ）に示すように、スピン波励起電流５２が、トレーリングシールド３４５０から主磁極先端部３４００ａに向かって（−Ｘ方向に）電磁界生成素子３７内に流される。この電流５２の印加は、スピン波励起層３７１内に存在する右向き（＋Ｘ方向）スピンを有する自由電子５３が、非磁性中間層３７２を介して磁化自由層３７３内に移動する（注入される）ことに相当する。ここで、磁化自由層３７３の磁化３７３ｍは、すでに主磁極磁界５１によって＋Ｘ方向にバイアスされているが、この右向き（＋Ｘ方向）スピンを有する自由電子５３の注入によって、＋Ｘ方向により強固に固着される。
一方、スピン波励起層３７１は、上述したように、右向き（＋Ｘ方向）スピンを有する自由電子が欠乏した状態となるが、この状態は、図５（Ｃ）に示すように、左向き（−Ｘ方向）スピンを有する自由電子５４が注入された状態と等価である。従って、スピン波励起層３７１の磁化３７１ｍは、左向き（−Ｘ方向）に反転した状態に近づこうとして歳差運動５５を始め、結果としてスピン波が励起される。この励起されたスピン波の緩和過程として、歳差運動の周波数に対応した発振周波数ｆＭを有するマイクロ波領域の高周波電磁界６１が、スピン波励起層３７１から発生するのである。
次いで、図６（Ａ）〜（Ｃ）に、主磁極先端部３４００ａからの磁界５６が−Ｘ方向である場合を最初に説明する。図６（Ａ）によれば、データ書き込み時において、書き込み磁界５５が＋Ｚ方向に生じるとともに、主磁極磁界５６が、トレーリングシールド３４５０から主磁極先端部３４００ａに向かって（−Ｘ方向に）生じる。また、書き込み磁界５５及び主磁極磁界５６の強度はそれぞれ、図５（Ａ）〜（Ｃ）の場合と同様、例えば１５ｋＯｅ程度及び１０ｋＯｅ程度と非常に大きな値となる。
電磁界生成素子３７は、−Ｘ方向の主磁極磁界５６を受けるが、これにより、スピン波励起層３７１及び磁化自由層３７３の磁化３７１ｍ及び３７３ｍはそれぞれ、層面に垂直な方向であって−Ｘ方向に向けられる（バイアスされる）。すなわち、磁化３７１ｍ及び３７３ｍは共に、図５（Ａ）〜（Ｃ）の場合とは反対の方向にバイアスされる。
次いで、図６（Ｂ）に示すように、スピン波励起電流５７が、図５（Ｂ）及び（Ｃ）の電流５２と同じく、トレーリングシールド３４５０から主磁極先端部３４００ａに向かって（−Ｘ方向に）電磁界生成素子３７内に流される。この電流５７の印加は、スピン波励起層３７１内に存在する左向き（−Ｘ方向）スピンを有する自由電子５８が、非磁性中間層３７２を介して磁化自由層３７３内に移動する（注入される）ことに相当する。ここで、磁化自由層３７３の磁化３７３ｍは、すでに主磁極磁界５６によって−Ｘ方向にバイアスされているが、この左向き（−Ｘ方向）スピンを有する自由電子５８の注入によって、−Ｘ方向により強固に固着される。
一方、スピン波励起層３７１は、上述したように、左向き（−Ｘ方向）スピンを有する自由電子が欠乏した状態となるが、この状態は、図６（Ｃ）に示すように、右向き（＋Ｘ方向）スピンを有する自由電子５９が注入された状態と等価である。従って、スピン波励起層３７１の磁化３７１ｍは、右向き（＋Ｘ方向）に反転した状態に近づこうとして歳差運動６０を始め、結果としてスピン波が励起される。この励起されたスピン波の緩和過程として、歳差運動の周波数に対応した発振周波数ｆＭを有するマイクロ波領域の高周波電磁界６２が、スピン波励起層３７１から発生するのである。
以上、述べたように、電磁界生成素子３７は、スピン波励起電流を−Ｘ方向に流すことによって、書き込み時において頻繁に反転する主磁極磁界の方向にかかわらず、発振周波数ｆＭを有するマイクロ波領域の高周波電磁界を安定して生成することができる。特に、電磁界生成素子３７は、例えば、磁化固定層やバイアス磁性層といった磁化の方向が固定された強磁性層を必要としていない。これらの層が存在する場合には、例えば１０ｋＯｅ程度といった非常に大きな、しかも書き込み時において頻繁に反転する主磁極磁界５１及び５６によって、本来固定されるべき方向から磁化が逸脱してしまう。しかしながら、電磁界生成素子３７においては、そのような問題が回避可能となり、むしろ、主磁極磁界をバイアス磁界として積極的に利用して、主磁極磁界の方向にかかわらず、安定した高周波電磁界を生成することができる。
この高周波電磁界の発振周波数ｆＭは、
（１） ｆＭ＝γ・（２π）−１・（(Ｈ＋ＨＫ)・(Ｈ＋ＨＫ＋４πＭＳ)）−０.５
と表される。
ここで、γはスピン波励起層３７１の磁気回転比であり、例えばＣｏ５０Ｆｅ５０の場合、約０.０１７１Ｏｅ・ｎｓである。Ｈは、主磁極先端部３４００ａからの主磁極磁界５１及び５６の強度であり、例えば５〜２０ｋＯｅの範囲に調整することが可能である。ＨＫは、スピン波励起層３７１の異方性磁界の強度であり、ＨＫ＝２ＫＵ１／ＭＳで表される。ここで、ＫＵ１及びＭＳはそれぞれ、スピン波励起層３７１の磁気異方性エネルギー及び飽和磁化である。このスピン波励起層３７１の磁気異方性エネルギーＫＵ１は、磁化３７１ｍが主磁極磁界５１及び５６に追随して容易に磁化反転するように、１０−４ｅｒｇ／ｃｍ３以下であることが好ましく、実際、スピン波励起層３７１には、磁気異方性エネルギーＫＵ１が１０−２〜１０−３ｅｒｇ／ｃｍ３台の軟磁性材料が使用可能である。また、飽和磁化ＭＳは、例えばＣｏ５０Ｆｅ５０の場合、４πＭＳとして１０４Ｏｅ程度の大きさとなる。
なお、発振周波数ｆＭは、スピン波励起電流や、スピン波励起層３７１のスピン分極率にも依存する。すなわち、スピン波励起電流値を増加させることによって、さらにはスピン分極率を大きく設定することによって、印加した磁界が増大した場合と等価な効果がもたらされ、その結果、発振周波数ｆＭを十分に大きくすることができる。このことから、スピン波励起層３７１の構成材料としてスピン分極率の高いＣｏ５０Ｆｅ５０等の材料が使用されることが好ましい。さらに、下地層３７０（図（４））を適切に選択する等によって、スピン波励起層３７１に層面に垂直な磁化容易軸を持たせることも好ましい。これにより、バイアスされた磁化の分散が低減し、より安定した高周波電磁界が生成可能となる。なお、磁化自由層３７３も、層面に垂直な磁化容易軸を有することが好ましく、さらには１×１０４ｅｒｇ／ｃｍ３以下の大きさの磁気異方性エネルギーを有することが好ましい。これにより、より良好なバイアス状態が実現される。
以上述べたような特性を有する材料をスピン波励起層３７１として用いた場合、高周波電磁界の発振周波数ｆＭは、バイアス磁界としての主磁極磁界５１及び５６の増加に依存して増大し、例えば２０〜６０ＧＨｚ程度の広範囲にわたって設定可能となる。ここで、マイクロ波アシスト磁気記録の対象となるような高い異方性磁界を有する磁気ディスクの磁気記録層の磁気共鳴周波数は、例えば５０ＧＨｚ程度の非常に高い値であるが、スピン波励起層３７１を用いることにより、この周波数と実質的に等しい周波数を有する高周波電磁界が生成可能となる。
図７（Ａ）〜（Ｃ）は、電磁界生成素子を含む電磁変換素子における、他の実施形態の構造を概略的に示す、図１のＡ面に相当する面による断面図である。
図７（Ａ）によれば、電磁界生成素子７０は、主磁極先端部３４００ａとトレーリングシールド３４５０とに挟まれており、一端がヘッド端面３００をなす位置に設けられている。電磁界生成素子７０は、主磁極先端部３４００ａ側から、下地層７００と、外部磁界に応じて磁化の方向が変化し、スピン波の励起によって高周波電磁界が生成されるスピン波励起層７０１と、非磁性中間層７０２とが順次積層された構造を有している。すなわち、電磁界生成素子３７（図４）と比較すると、電磁界生成素子７０においては磁化自由層３７３及び保護層３７４が設けられていない。ここで、下地層７００は、例えば厚さ０.５ｎｍ〜１０ｎｍ程度の、例えばＮｉ６０Ｃｒ４０、Ｔａ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｔｉ又はＷ等の非磁性導電材料から形成される。スピン波励起層７０１は、例えば厚さ５ｎｍ〜１００ｎｍ程度の、例えばＣｏ５０Ｆｅ５０等の軟磁性導電材料から形成される。非磁性中間層７０２は、例えば厚さ１ｎｍ〜５ｎｍ程度の、例えばＣｕ等の非磁性導電材料、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３等の非磁性材料、又はＣｕ／ＺｎＯ／Ｃｕ等の非磁性導電材料／半導体材料／非磁性導電材料の３層構造から形成される。
この電磁界生成素子７０においては、非磁性中間層７０２上に位置するトレーリングシールド３４５０の部分が、磁化自由層としての役割を果たす。従って、電磁界生成素子７０において、スピン波励起電流を−Ｘ方向に流すことによって、書き込み時において頻繁に反転する主磁極磁界の方向にかかわらず、図５（Ｃ）の歳差運動５５又は図６（Ｃ）の歳差運動６０と同様の歳差運動がスピン波励起層７０１に生じ、結果としてスピン波が励起される。この励起されたスピン波の緩和過程として、歳差運動の周波数に対応した発振周波数ｆＭを有するマイクロ波領域の高周波電磁界が、スピン波励起層７０１から発生するのである。
図７（Ｂ）によれば、電磁界生成素子３７は、主磁極先端部３４００ａとトレーリングシールド７１とに挟まれており、バイアス磁界として主磁極磁界７２を受ける。ここで、トレーリングシールド７１は、主磁極先端部３４００ａと対向するヘッド端面３００側の端部に、主磁極先端部３４００ａに向かう方向（−Ｘ方向）に突出した突出部７１０を備えている。その結果、主磁極磁界７２は、この突出部７１０の存在によって、より確実に電磁界生成素子３７の各層面に垂直となる。これにより、より良好なバイアス状態が実現し、より安定した高周波電磁界が生成可能となる。
さらに、図７（Ｃ）によれば、電磁界生成素子３７は、主磁極先端部７３とトレーリングシールド７１とに挟まれており、バイアス磁界として主磁極磁界７４を受ける。ここで、トレーリングシールド７１は、上述したように突出部７１０を備えている。さらに、主磁極先端部７３もまた、トレーリングシールド７１と対向するヘッド端面３００側の端部に、トレーリングシールド７１に向かう方向（＋Ｘ方向）に突出した突出部７３０を備えている。その結果、主磁極磁界７４は、この突出部７１０及び７３０の存在によって、より確実に電磁界生成素子３７の各層面に垂直となる。これにより、より良好なバイアス状態が実現し、より安定した高周波電磁界が生成可能となる。なお、電磁界生成素子３７を間に挟んだ主磁極先端部とトレーリングシールドとのうち、主磁極先端部のみに突出部が存在する場合も、より良好なバイアス状態を実現することができ、本発明の範囲内である。また、図７（Ｂ）及び（Ｃ）において、電磁界生成素子３７の代わりに、図７（Ａ）に示した電磁界生成素子７０を用いてもよい。この場合、トレーリングシールド７１の突出部７１０が、磁化自由層としての役割を果たす。
図８は、図１に示した磁気ディスク装置の記録再生及びスピン波制御回路１３の回路構成を示すブロック図である。
図８において、８０は制御ＬＳＩ、８１は、制御ＬＳＩ８０から記録データを受け取るライトゲート、８２は、電磁変換素子３４に書き込み電流を供給するライト回路、８３は、ＭＲ素子３３へセンス電流を供給する定電流回路、８４は、ＭＲ素子３３の出力電圧を増幅する増幅器、８５は、制御ＬＳＩ８０に対して再生データを出力する復調回路、８６は、電磁界生成素子３７にスピン波励起電流を供給する定電流回路、８７は、スピン波励起電流値の制御用テーブル等を格納するＲＯＭ、８８は温度検出器をそれぞれ示している。
制御ＬＳＩ８０から出力される記録データは、ライトゲート８１に供給される。ライトゲート８１は、制御ＬＳＩ８０から出力される記録制御信号が書き込み動作を指示するときのみ、記録データをライト回路８２へ供給する。ライト回路８２は、この記録データに従って書き込みコイル層３４３に書き込み電流を流し、これにより電磁変換素子３４が磁気ディスクの垂直磁化層に書き込み磁界を印加する。一方、制御ＬＳＩ８０から出力される再生制御信号が読み出し動作を指示するときのみ、定電流回路８３からＭＲ積層体３３２に定電流が流れる。このＭＲ素子３３により再生された信号は、増幅器８４で増幅された後、復調回路８５で復調され、得られた再生データが制御ＬＳＩ８０に出力される。
定電流回路８６は、制御ＬＳＩ８０から出力されるスピン波制御信号を受け取る。このスピン波制御信号がスピン波励起動作を指示するときのみ、所定のスピン波励起電流が電磁界生成素子３７に供給される。このスピン波励起電流の値は、このスピン波制御信号に応じた値に制御される。制御ＬＳＩ８０は、電磁界生成素子３７及び磁気ディスクの垂直磁化層の位置における温度検出器８８による温度測定値を考慮し、ＲＯＭ８７内の制御テーブルに基づき、スピン波制御信号の値を決定する。この際、このスピン波制御信号値は、電磁界生成素子３７が生成する高周波電磁界の周波数が、磁気ディスクの垂直磁化層の磁気共鳴周波数と実質的に等しくなるように決められることになる。また、制御ＬＳＩ８０は、次に説明する図９に示すように、書き込み動作のタイミングに応じてスピン波制御信号を供給する。
なお、「磁気共鳴周波数と実質的に等しい」とは、以下の意味とする。すなわち、垂直磁化層に照射される高周波電磁界の周波数ｆＭが、垂直磁化層の磁気共鳴周波数ｆＲから若干ずれたとしても、垂直磁化層の異方性磁界はそれなりに低減し得る。従って、照射される高周波電磁界において、書き込みが可能なまでに垂直磁化層の異方性磁界が低減する周波数ｆＭの範囲を、「磁気共鳴周波数と実質的に等しい」範囲とする。
以上述べたような制御回路を用いることによって、書き込み電流に連動したスピン波励起電流を、より多様なモードで実現することが可能となる。なお、記録再生及びスピン波制御回路１３の回路構成は、図８に示したものに限定されるものでないことは明らかである。例えば、記録制御信号を用いて、スピン波励起電流を供給する定電流回路８６を直接制御してもよい。
図９は、本発明による磁気記録方法の実施形態を説明するための、スピン波励起電流の波形を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は時間ｔであり、縦軸は書き込み電流値又はスピン波励起電流値である。
図９によれば、書き込み電流の波形９０は、矩形波状であり、時間９３において一定のプラスの書き込み電流値を示し、時間９４において一定のマイナスの書き込み電流値を示している。ここで、時間９３においては、この書き込み電流に対応して、書き込み磁界５０及び主磁極磁界５１（図５（Ａ））がそれぞれ一定の値をもって生成されている。また、時間９４においては、この書き込み電流に対応して、書き込み磁界５５及び主磁極磁界５６（図６（Ａ））がそれぞれ一定の値をもって生成されている。
これに対して、スピン波励起電流の波形９１は、矩形パルス状であり、パルスの存在時間が時間９３及び時間９４に一致するように形成されている。従って、パルス幅は、ほぼ時間９３又は時間９４となる。その結果、電磁界生成素子内において、スピン波励起電流は、必ず、主磁極磁界５１及び５６（図５（Ａ）及び図６（Ａ））がバイアス磁界として安定して印加されている状況において流されることになる。ここで、電磁界生成素子から発生する高周波電磁界の周波数は、このバイアス磁界値に依存し、一般にバイアス磁界が強くなるほど、大きな値となる。従って、書き込み電流の波形９０に合わせて、スピン波励起電流の波形９１を用いることにより、設定通りの周波数を有する安定した高周波電磁界が生成可能となることが理解される。
なお、スピン波励起電流として、波形９２を用いることも可能である。スピン波励起電流の波形９２は、スピン波励起電流の波形９１と同じく矩形パルス状であるが、各パルスの存在時間が時間９３内又は時間９４内の一部となるように形成されている。従って、パルス幅は、時間９３又は時間９４よりも短くなっている。この場合においても、スピン波励起電流は、主磁極磁界５１及び５６（図５（Ａ）及び図６（Ａ））がバイアス磁界として安定して印加されている状況において流されることになる。なお、実際に垂直磁化層に書き込みが行われる時間は、波形９１及び波形９２それぞれの場合において、パルス幅内の時間に、垂直磁化層の磁気異方性が戻り始めて書き込み可能な値を超えるまでの時間を加えた時間となる。いずれにしても、書き込み磁界が立ち上がった後、電磁界生成素子にスピン波励起電流を流し、この書き込み磁界が立ち下がる前に、スピン波励起電流を止めることにより、設定通りの周波数を有する安定した高周波電磁界が生成可能となる。
以下、本発明による薄膜磁気ヘッドを用いてマイクロ波の生成を行った実施例１及び２を示す。
（実施例１）
表１は、実施例１に用いた電磁界生成素子３７（図４）の構成を示す。
Figure 2009301695
表１において、層面積の層面は、ＹＺ面をなす層面である。また、電磁界生成素子３７の形成においては、形成された主磁極先端部３４００ａ上に、下地層３７０と、スピン波励起層３７１と、非磁性中間層３７２と、磁化自由層３７３と、保護層３７４とを、順次スパッタリング法を用いて積層した。スピン波励起層３７１及び磁化自由層３７３の成膜中には、膜面に垂直な方向に５０Ｏｅの磁界を印加して膜面に垂直な方向の誘導磁気異方性を付与した。このように形成された電磁界生成素子３７と、ＭＲ素子３３及び電磁変換素子３４（図２、図３（Ａ）及び図３（Ｂ））とを備えた薄膜磁気ヘッド２１を作製した後、電磁変換素子３４を作動させ、電磁界生成素子３７に対して構成層の各層面に垂直な方向に、１０ｋＯｅに磁界が印加されるように書き込み電流を調整した。その状態において、主磁極層３４０及びライトシールド層３４５に接続された駆動端子電極３６間に定電流電源を用いて直流を印加し、電磁界生成素子３７に対して、８×１０７Ａ／ｍ２の電流密度となるスピン波励起電流を、トレーリングシールド３４５０から主磁極先端部３４００ａに向けて流した。
この際、作製した薄膜磁気ヘッド２１のヘッド端面３００（ＡＢＳ３０）に露出した電磁界生成素子３７の近傍に、電磁波センサを設置しておいた。このセンサの出力をスペクトラムアナライザを用いて解析したところ、約５０ｋＨｚマイクロ波の発振が確認された。
（実施例２）
表２は、実施例２に用いた電磁界生成素子７０（図７（Ａ））の構成を示す。
Figure 2009301695
表２において、層面積の層面は、ＹＺ面をなす層面である。また、電磁界生成素子７０の各層は、形成された主磁極先端部３４００ａ上に、下地層７００と、スピン波励起層７０１と、非磁性中間層７０２とを、順次スパッタリング法を用いて形成した。スピン波励起層７０１の成膜中には、膜面に垂直な方向に５０Ｏｅの磁界を印加して膜面に垂直な方向の誘導磁気異方性を付与した。このように形成された電磁界生成素子７０と、ＭＲ素子３３及び電磁変換素子３４（図２、図３（Ａ）及び図３（Ｂ））とを備えた薄膜磁気ヘッド２１を作製した後、電磁変換素子３４を作動させ、電磁界生成素子７０に対して構成層の各層面に垂直な方向に、１０ｋＯｅに磁界が印加されるように書き込み電流を調整した。その状態において、主磁極層３４０及びライトシールド層３４５に接続された駆動端子電極３６間に定電流電源を用いて直流を印加し、電磁界生成素子７０に対して、８×１０７Ａ／ｍ２の電流密度となるスピン波励起電流を、トレーリングシールド３４５０から主磁極先端部３４００ａに向けて流した。
この際、作製した薄膜磁気ヘッド２１のヘッド端面３００（ＡＢＳ３０）に露出した電磁界生成素子７０の近傍に、電磁波センサを設置しておいた。このセンサの出力をスペクトラムアナライザを用いて解析したところ、実施例１と同じく約５０ｋＨｚマイクロ波の発振が確認された。
以上、本発明によれば、主磁極層からの頻繁に反転する非常に強い書き込み磁界の存在によっても、電磁界生成素子から、所望の周波数を有する高周波電磁界を安定して発生させることができる。これにより、良好なマイクロ波アシスト磁気記録を実現することが可能となり、例えば、１Ｔｂｉｔｓ／ｉｎ２を超える記録密度の達成に貢献し得る。
なお、以上に述べた実施形態は全て、本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は、他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
１０ 磁気ディスク
１１ スピンドルモータ
１２ アセンブリキャリッジ装置
１３ 記録再生及びスピン波制御回路
１４ 駆動アーム
１５ ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）
１６ ピボットベアリング軸
１７ ＨＧＡ
２０ サスペンション
２１ 薄膜磁気ヘッド
２１０ スライダ基板
２２ ロードビーム
２３ フレクシャ
２４ ベースプレート
３０ 浮上面（ＡＢＳ）
３００ ヘッド端面
３１ 素子形成面
３３ 磁気抵抗（ＭＲ）素子
３３０ 下部シールド層
３３２ ＭＲ積層体
３３４ 上部シールド層
３４ 電磁変換素子
３４０ 主磁極層
３４００ 主磁極
３４００ａ、７３ 主磁極先端部
３４１ ギャップ層
３４３ 書き込みコイル層
３４５ ライトシールド層
３４５０、７１ トレーリングシールド
３４６ 電気的絶縁層
３４７ バッキングコイル層
３５、３６ 端子電極
３７、７０ 電磁界生成素子
３７０、７００ 下地層
３７１、７０１ スピン波励起層
３７２、７０２ 非磁性中間層
３７３ 磁化自由層
３７４ 保護層
３８ 素子間シールド層
３９ 被覆層
５０、５５ 書き込み磁界
５１、５６ 磁界
５２、５７ スピン波励起電流
５３、５４、５８、５９ 自由電子
６１、６２ 高周波電磁界
７１０、７３０ 突出部
８０ 制御ＬＳＩ
８１ ライトゲート
８２ ライト回路
８３ 定電流回路
８４ 増幅器
８５ 復調回路
８６ 定電流回路
８７ ＲＯＭ
８８ 温度検出器
９０ 書き込み電流の波形
９１、９２ スピン波励起電流の波形

Claims (19)

  1. 磁気記録媒体に書き込みを行うための書き込み磁界を発生させる第１の磁極、及び第２の磁極と、
    前記第１の磁極及び前記第２の磁極の間であって、媒体対向面に達する位置に設けられた電磁界生成素子と
    を備えた薄膜磁気ヘッドであって、
    前記電磁界生成素子は、前記第１の磁極に隣接しており、外部磁界に応じて磁化の方向が変化し、スピン波の励起によって高周波電磁界を生成するためのスピン波励起層と、該スピン波励起層の前記第１の磁極とは反対側に設けられた非磁性中間層とを備えており、
    前記スピン波励起層の磁化が、前記第１の磁極から発生する磁界の一部によって層面に実質的に垂直な方向にバイアスされ、スピン波を励起するための電流が、前記電磁界生成素子内を、前記第２の磁極から前記第１の磁極へ向かう方向に流れる
    ことを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
  2. 前記スピン波励起層は、１×１０４ｅｒｇ／ｃｍ３以下の磁気異方性エネルギーを有する、請求項１に記載の薄膜磁気ヘッド。
  3. 前記スピン波励起層は、層面に垂直な磁化容易軸を有する、請求項１又は２に記載の薄膜磁気ヘッド。
  4. 前記電磁界生成素子はさらに、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する磁化自由層を備えており、前記非磁性中間層は、該磁化自由層と前記スピン波励起層との間に挟まれた位置に設けられていて、該磁化自由層の磁化が、前記第１の磁極から発生する磁界の一部によって層面に実質的に垂直な方向にバイアスされる、請求項１から３のいずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッド。
  5. 前記磁化自由層は、１×１０４ｅｒｇ／ｃｍ３以下の磁気異方性エネルギーを有する、請求項４に記載の薄膜磁気ヘッド。
  6. 前記磁化自由層は、層面に垂直な磁化容易軸を有する、請求項４又は５に記載の薄膜磁気ヘッド。
  7. 前記第２の磁極は、前記第１の磁極と対向する媒体対向面側の端部に、該第１の磁極に向かう方向に突出した突出部を備えており、前記電磁界生成素子は、該突出部と該第１の磁極との間に設けられている、請求項１から６のいずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッド。
  8. 前記第１の磁極は、前記第２の磁極と対向する媒体対向面側の端部に、該第２の磁極に向かう方向に突出した突出部を備えており、前記電磁界生成素子は、該突出部と該第２の磁極との間に設けられている、請求項１から７のいずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッド。
  9. 前記第１の磁極及び前記第２の磁極のうちの一部が、電気的な絶縁層で形成されており、前記第１の磁極の媒体対向面側の端部及び前記第２の磁極の媒体対向面側の端部が、前記スピン波を励起するための電流を前記電磁界生成素子に流すための電極となっている、請求項１から８のいずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッド。
  10. 前記電磁界生成素子の媒体対向面側の端におけるトラック幅方向の幅が、前記第１の磁極の媒体対向面側の端におけるトラック幅方向の幅よりも小さい、請求項１から９のいずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッド。
  11. 前記スピン波励起層から発生する高周波電磁界の周波数が、書き込み対象である磁気記録媒体の磁気記録層の磁気共鳴周波数と実質的に等しい、請求項１から１０のいずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッド。
  12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッドと、該薄膜磁気ヘッドを支持する支持機構とを備えていることを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。
  13. 請求項１２に記載のヘッドジンバルアセンブリを少なくとも１つ備えており、さらに、少なくとも１つの磁気記録媒体と、該少なくとも１つの磁気記録媒体に対して該薄膜磁気ヘッドが行う書き込み動作を制御するための記録回路とを備えている磁気記録装置であって、該記録回路が、前記スピン波を励起する電流を制御するためのスピン波制御回路をさらに備えていることを特徴とする磁気記録装置。
  14. 媒体対向面に垂直な層面を有しており外部磁界に応じて磁化の方向が変化するスピン波励起層の磁化を、磁極から発生する磁界の一部によって層面に実質的に垂直な方向にバイアスし、
    磁化がバイアスされた該スピン波励起層に電流を流して、該スピン波励起層にスピン波を励起し、
    前記スピン波によって生成され前記磁気記録媒体の面内方向の成分を含む高周波電磁界を、該磁気記録媒体の一部分に照射することによって、該磁気記録媒体の一部分の異方性磁界を低下させ、
    前記磁気記録媒体の異方性磁界が低下した部分に、磁極から発生する書き込み磁界を印加して書き込みを行う
    ことを特徴とする磁気記録方法。
  15. 前記スピン波励起層の磁気異方性エネルギーを、１×１０４ｅｒｇ／ｃｍ３以下とする、請求項１４に記載の磁気記録方法。
  16. 前記スピン波励起層の磁化容易軸を層面に垂直な方向とする、請求項１４又は１５に記載の磁気記録方法。
  17. 前記スピン波励起層と、非磁性中間層と、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する磁化自由層とが順次積層された多層構造において、磁極から発生する磁界の一部によって該スピン波励起層及び該磁化自由層の磁化を各層面に実質的に垂直な方向にバイアスし、該多層構造に該磁化自由層側から該スピン波励起層側に向けて電流を流す、請求項１４から１６のいずれか１項に記載の磁気記録方法。
  18. 前記スピン波励起層から発生する高周波電磁界の周波数を、書き込み対象である磁気記録媒体の磁気記録層の磁気共鳴周波数と実質的に等しくする、請求項１４から１７のいずれか１項に記載の磁気記録方法。
  19. 前記磁極から書き込み磁界が立ち上がった後、前記スピン波励起層に前記電流を流し、該書き込み磁界が立ち下がる前に、該電流を止める、請求項１４から１８のいずれか１項に記載に磁気記録方法。
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