JP2012014784A

JP2012014784A - 磁気記録ヘッドおよび磁気記録再生装置

Info

Publication number: JP2012014784A
Application number: JP2010150039A
Authority: JP
Inventors: Soichi Oikawa; 壮一及川; Kenichiro Yamada; 健一郎山田; Katsuhiko Koi; 克彦鴻井; Masayuki Takagishi; 雅幸高岸
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2012-01-19
Also published as: US20120002331A1

Abstract

【課題】スピントルク発振子の発振周波数のばらつきを補償した高周波アシスト記録方式の磁気記録ヘッドを提供する。
【解決手段】実施形態によれば、磁気記録ヘッドは、主磁極と、第１磁性層および第２磁性層を含む発振層と、前記第２磁性層側に設けられ前記発振層にスピンを注入する第３磁性層とを有し、前記主磁極に隣接して設けられたスピントルク発振子とを備える。第１磁性層は１Ｔ以上１．９Ｔ以下の飽和磁束密度を有する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は磁気記録ヘッドおよび磁気記録装置に関する。

従来、発振層とスピン注入層とを有するスピントルク発振子（ＳＴＯ）を含み、磁気記録媒体に高周波アシスト磁界を印加する高周波アシスト記録方式の磁気記録ヘッドが知られている。

しかし、従来は、ヘッドの製造条件のばらつきおよび動作環境のばらつきを考慮していないため、ＳＴＯの発振周波数がばらつく可能性があった。この結果、ＳＴＯの発振周波数が磁気記録媒体との共鳴に最適な周波数から外れることが生じていた。このため、製造された磁気記録ヘッドが安定で十分な記録能力を発揮するのが困難なことがあり、磁気記録ヘッドの歩留りを低下させる要因になっていた。

特開２００９−７０５４１号公報

本発明の目的はスピントルク発振子の発振周波数のばらつきを補償した高周波アシスト記録方式の磁気記録ヘッドおよびそれを用いた磁気記録装置を提供することにある。

実施形態によれば、主磁極と、第１磁性層および第２磁性層を含む発振層と、前記第２磁性層側に設けられ前記発振層にスピンを注入する第３磁性層とを有し、前記主磁極に隣接して設けられたスピントルク発振子とを備え、前記第１磁性層は１Ｔ以上１．９Ｔ以下の飽和磁束密度を有する磁気記録ヘッドが提供される。

他の実施形態によれば、上記の磁気記録ヘッドと、磁気記録媒体とを有する磁気記録装置が提供される。

実施形態に係る記録再生ヘッドの斜視図。実施形態に係る磁気記録装置を示す分解斜視図。実施例１におけるＳＴＯの発振周波数と円偏向高周波磁界強度ｃ−Ｈａｃとの関係を示す図。実施例１におけるＳＴＯの発振周波数と磁気記録媒体の単一の磁性粒子の磁化反転に必要な磁界Ｈｃとの関係を示す図。実施例１におけるＳＴＯの円偏向高周波磁界強度ｃ−Ｈａｃと信号雑音比ＳＮＲの関係を示す図。実施例２におけるＳＴＯについて４００Ｏｅ以上の円偏向高周波磁界強度を発生可能な発振周波数を示す図。実施例３におけるＳＴＯについて４００Ｏｅ以上の円偏向高周波磁界強度を発生可能な発振周波数を示す図。

以下、実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、実施形態に係る磁気記録ヘッドの斜視図である。実施形態の磁気記録ヘッド５は、再生ヘッド７０と、書込ヘッド６０とを備えている。再生ヘッド７０は、磁気シールド層７２ａと、磁気シールド層７２ｂと、磁気シールド層７２ａと磁気シールド層７２ｂとの間に設けられた磁気再生素子７１とを有する。磁気再生素子７１には、ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子などを利用できる。書込ヘッド６０は、主磁極６１と、リターンヨーク６２と、主磁極６１およびリターンヨーク６２を含む磁路に巻かれた励磁コイル６３と、主磁極６１とリターンヨーク６２との間のギャップに設けられたスピントルク発振子１０とを有する。再生ヘッド７０の各要素、および書込ヘッド６０の各要素は、図示しないアルミナ等の絶縁体により分離されている。

書込ヘッド６０の主磁極６１とリターンヨーク６２との間のギャップにはスピントルク発振子１０が設けられている。本実施形態のスピントルク発振子１０は、第１磁性層２１および第２磁性層２２を含む発振層（ＦＬＧ）２０と、第２磁性層２２側に設けられ発振層２０にスピンを注入する第３磁性層（スピン注入層）２３と、第２磁性層２２と第３磁性層２３との間に設けられた中間層２４を有する。図１においては、主磁極６１からリターンヨーク６２に向かって、第１磁性層２１、第２磁性層２２、中間層２４、および第３磁性層２３がこの順に積層されている。なお、中間層２４は必ずしも設ける必要はない。図１には図示していないが、主磁極６１と第１磁性層２１との間、および第３磁性層２３とリターンヨーク６２との間にそれぞれ導電体を設け、主磁極６１とリターンヨーク６２を電極と兼用しても良い。なおこの場合、主磁極６１とリターンヨーク６２が接するバックギャップを絶縁、もしくは、スピントルク発振子１０と同等以上の抵抗にすることにより、スピントルク発振子１０に効率よく電流を分配することができる。

磁気記録媒体８０は、基板８１とその上に設けられた磁気記録層８２とを有する。書込ヘッド６０から印加される磁界により磁気記録層８２は垂直方向に磁化され、書込がなされる。再生ヘッド７０は、磁気記録層８２の磁化の方向を読み取る。

スピントルク発振子１０に膜面垂直方向に電流を流すと、発振層２０の磁化が歳差運動を行ない高周波磁界を発生させることができる。この高周波磁界を磁気記録層８２の磁化と共鳴するように調整すると、磁気記録層８２の単一の媒体粒子の磁化反転に要する磁界、すなわち記録磁界を低減できる。

発振層２０の第１磁性層２１は１Ｔ以上１．９Ｔ以下の飽和磁束密度を有する。第１磁性層２１の材料は軟磁性材料であることが好ましく、たとえばＮｉＦｅ、ＦｅＣｏＡｌ、ＦｅＣｏＳｉ、ＦｅＮｉＣｏ、ＣｏＦｅ、ＦｅＳｉなど、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏを１種類以上含む合金、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＦｅＭｎＳｉ、ＣｏＦｅＡｌＳｉ、ＣｏＭｎＡｌ、ＣｏＭｎＧａＳｎ、ＣｏＭｎＧａＧｅ、ＣｏＣｒＦｅＳｉ、ＣｏＦｅＣｒＡｌ等の、ホイッスラー合金等が用いられる。第１磁性層２１の飽和磁束密度が１Ｔ以上１．９Ｔ以下の範囲であれば、ヘッドの製造条件のばらつきおよび動作環境のばらつきによりＳＴＯの発振周波数がばらついたとしても、磁気記録媒体との共鳴に最適なＳＴＯの発振周波数を確保することができる。また、第１磁性層２１には、磁歪を調整する微量元素、たとえばＮｂ、Ｂ、Ｇｅなどを添加してもよい。さらに、第１磁性層２１には、ＦｅＣｏといった磁歪が正の材料と、ＮｉＦｅ、ＦｅＣｏＮｉといった磁歪が負の材料を積層した構造としても良い。第１磁性体層２１と第２磁性体層２２の平均の磁歪を調節し、絶対値を１０^−６以下にすることにより、ヘッド製造条件による応力のばらつきを抑えることができ、磁気記録媒体との共鳴に最適なＳＴＯの発振周波数を確保することができる。

発振層２０の第２磁性層２２はたとえば２．２Ｔ以上の飽和磁束密度を有する、ＦｅＣｏ、ＦｅＣｏ／Ｃｕ、ＦｅＣｏ／Ｎｉ、ＦｅＣｏＡｌなどが用いられる。これらの材料はスピン分極率が高いため、膜厚が薄い場合にも、スピン注入層からのスピントルクと効率よく相互作用することが可能であり、印加電流密度を低減するのに有利である。

ここで、第２磁性層２２の磁気膜厚（飽和磁束密度Ｂｓ×膜厚ｔ）は、第１磁性層２１の磁気膜厚と第２磁性層２２の磁気膜厚との合計の５０％以上７５％以下であることが好ましい。第１磁性層２１および第２磁性層２２の磁気膜厚が上記の条件を満たしていれば、ヘッドの製造条件のばらつきおよび動作環境のばらつきによりＳＴＯの発振周波数がばらついたとしても、磁気記録媒体との共鳴に最適なＳＴＯの発振周波数を確保することができる。

第３磁性層（スピン注入層）２３は垂直磁気異方性を有する磁性層であることが好ましく、ＣｏＣｒ系磁性層たとえばＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＣｒＴａＰｔ、ＣｏＣｒＴａＮｂ、ＲＥ−ＴＭ系アモルファス合金磁性層たとえばＴｂＦｅＣｏ、Ｃｏ／Ｐｄ、Ｃｏ／Ｐｔ、ＣｏＣｒＴａ／Ｐｄ、Ｃｏ／Ｎｉ、Ｃｏ／ＮｉＰｔ等のＣｏ合金とＰｄ、Ｐｔ、Ｎｉ等白金族元素を用いた合金の人工格子磁性層、ＣｏＰｔ系やＦｅＰｔ系の合金磁性層、ＳｍＣｏ系合金磁性層など、垂直磁気異方性性に優れた材料も適宜用いることができる。またもちろん、上記垂直磁気異方性に優れた材料と、第１磁性層２２、第２磁性層２３に用いる材料とを積層してもよい。たとえば、第３磁性層の第２磁性層側を、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＦｅＭｎＳｉ、ＣｏＦｅＡｌＳｉ、ＣｏＭｎＡｌ、ＣｏＭｎＧａＳｎ、ＣｏＭｎＧａＧｅ、ＣｏＣｒＦｅＳｉ、ＣｏＦｅＣｒＡｌ等のホイッスラー合金とし、反対側を上記垂直磁気異方性を有する材料としても良い。ホイッスラー合金はスピン分極率が高いため、このような構成にすることにより、スピン注入層からのスピントルク効率を向上し、印加電流密度を低減するのに有利にすることができる。

中間層２４の材料は非磁性体であることが好ましく、貴金属たとえばＣｕ，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｒｕ、非磁性遷移金属たとえばＣｒ，Ｒｈ，Ｍｏ，Ｗなどを用いることができる。また、アルミナ母材とＣｕ、または、アルミナ母材とＮｉＦｅ合金からなる電流狭窄構造としてもよい。上記材料を中間層２４に用いることにより、第２磁性層２２と第３磁性層２３間のスピントルク効率を減少させずに、第２磁性層２２と第３磁性層２３の交換結合力のばらつきの低減が可能となり、ＳＴＯの発振周波数のばらつきを低減できる。

図２は、実施形態に係る磁気記録ヘッドを搭載した磁気記録装置１５０を示す斜視図である。

図２に示すように、磁気記録装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。磁気記録媒体８０は、スピンドルモータ１４０に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。磁気記録装置１５０は、複数の磁気記録媒体８０を備えたものでもよい。

磁気記録媒体８０に対して情報の記録再生を行うヘッドスライダー１３０は、薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられている。ヘッドスライダー１３０の先端付近には実施形態に係る磁気記録ヘッドが設けられている。磁気記録媒体８０が回転すると、サスペンション１５４による押付け圧力とヘッドスライダー１３０の媒体対向面（ＡＢＳ）で発生する圧力とがつりあい、ヘッドスライダー１３０の媒体対向面は、磁気記録媒体８０の表面から所定の浮上量をもって保持される。

サスペンション１５４は、図示しない駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータアーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石及び対向ヨークからなる磁気回路とから構成することができる。アクチュエータアーム１５５は、ピボット１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。その結果、磁気ヘッドを磁気記録媒体８０の任意の位置にアクセスできる。

［実施例１］
図１に示すように、主磁極６１とリターンヨーク６２との間のギャップにはスピントルク発振子１０が設けられている。このスピントルク発振子（ＳＴＯ）１０は、主磁極６１からリターンヨーク６２に向かって、第１磁性層２１および第２磁性層２２を含む発振層（ＦＧＬ）２０、中間層２４、および第３磁性層２３がこの順に積層された構造を有する。

本実施例では、スピントルク発振子（ＳＴＯ）１０の発振層（ＦＬＧ）２０を、飽和磁束密度１Ｔ、厚さ１１．５ｎｍのＮｉＦｅからなる第１磁性層２１、および飽和磁束密度２．３Ｔ、厚さ５ｎｍのＦｅＣｏからなる第２磁性層２２の積層膜で形成している。中間層２４は膜厚３ｎｍのＣｕからなり、第３磁性層２３は厚さ１２ｎｍのＣｏ／Ｎｉ人工格子膜で形成している。

図３に、ＳＴＯの発振周波数と円偏向高周波磁界強度ｃ−Ｈａｃとの関係を示す。図３に示すように、ＳＴＯへの印加電流密度を変化させることにより、さまざまな発振周波数および円偏向高周波磁界強度で高周波を発生させることができる。

図４に、ＳＴＯの発振周波数と、磁気記録媒体の単一の磁性粒子の磁化反転に必要な磁界Ｈｃとの関係を示す。印加した円偏向高周波磁界強度ｃ−Ｈａｃは４００Ｏｅである。高周波磁界がない場合、磁化反転に必要な磁界Ｈｃは６０００Ｏｅである。これに対して、発振周波数が１５〜２７ＧＨｚである高周波磁界が印加された場合、磁化反転に必要な磁界Ｈｃが低下して４０００Ｏｅ以下となる。高周波アシスト効果により、磁化反転に必要な磁界Ｈｃが減少し、十分な記録能力を発揮することができる。

図５に、ＳＴＯの円偏向高周波磁界強度ｃ−Ｈａｃと信号雑音比ＳＮＲとの関係を示す。円偏向高周波磁界強度ｃ−Ｈａｃを４００Ｏｅ以上にすることにより、信号雑音比ＳＮＲを１０ｄＢ以上にすることが可能となり、十分な記録再生特性を得ることができる。一方、円偏向高周波磁界強度ｃ−Ｈａｃが４００Ｏｅ未満の場合、信号雑音比ＳＮＲが１０ｄＢを下回り、記録再生特性が急激に悪化する。このため、円偏向高周波磁界強度ｃ−Ｈａｃを４００Ｏｅ以上にすることが好ましい。

また、記録ヘッドの製造条件のばらつきおよび動作環境のばらつきから、ＳＴＯの発振周波数は５ＧＨｚ程度ばらつく。これに対して、高周波磁界の発振周波数が１５〜２７ＧＨｚである場合、円偏向高周波磁界強度ｃ−Ｈａｃを４００Ｏｅ以上にすることができ、製造条件のばらつきおよび動作環境のばらつきによらず、安定した記録が可能となる。

［実施例２］
本実施例では、スピントルク発振子１０の発振層２０に、表１の２Ａ−２Ｅに示す第１磁性層および第２磁性層の組み合わせを用いた。第２磁性層には、飽和磁束密度２．３Ｔ、膜厚５ｎｍのＦｅＣｏを用いた。第１磁性層には、種々の飽和磁束密度Ｂｓを持つ材料を用い、膜厚を調整した。こうして、第２磁性層の磁気膜厚（飽和磁束密度Ｂｓと膜厚の積）を第１磁性層の磁気膜厚と第２磁性層の磁気膜厚との合計の５０％とした。

図６に、２Ａ−２Ｅの発振層を用いたＳＴＯについて、４００Ｏｅ以上の円偏向高周波磁界強度ｃ−Ｈａｃを発生可能な発振周波数を示す。円偏向高周波磁界強度ｃ−Ｈａｃが４００Ｏｅ以上であれば、高周波アシスト効果により十分な記録能力を実現できる。また、発振周波数が１５〜２７ＧＨｚであれば、記録ヘッドの製造条件のばらつきおよび動作環境のばらつきを補償して、高周波アシスト効果により磁化反転に必要な磁界Ｈｃを減少でき、十分な記録能力を発揮することができる。図６および表１に示すように、第１磁性層の飽和磁束密度Ｂｓを、１Ｔ以上、１．９Ｔ以下とすることにより、十分な記録能力を実現可能となる。また、中間層に接する第２磁性層にスピン分極率の大きなＦｅＣｏを用いたことにより、十分小さな電流密度で発振層を発振させることができる。

［実施例３］
本実施例では、スピントルク発振子１０の発振層２０に、表２の３Ａ−３Ｅに示す第１磁性層および第２磁性層の組み合わせを用いた。第２磁性層には、飽和磁束密度２．３ＴのＦｅＣｏを用いた。第１磁性層には、飽和磁束密度１ＴのＮｉＦｅを用いた。第１磁性層および第２磁性層の膜厚を調整した。こうして、第２磁性層の磁気膜厚（飽和磁束密度Ｂｓと膜厚の積）の、第１磁性層の磁気膜厚と第２磁性層の磁気膜厚の合計に対する比率を変化させた。

図７に、３Ａ−３Ｅの発振層を用いたＳＴＯについて、４００Ｏｅ以上の円偏向高周波磁界強度ｃ−Ｈａｃを発生可能な発振周波数を示す。上述したように、記録ヘッドの製造条件のばらつきおよび動作環境のばらつきを補償するには、１５〜２７ＧＨｚの発振周波数が得られることが好ましい。図７および表２から、第２磁性層の磁気膜厚の、第１磁性層の磁気膜厚と第２磁性層の磁気膜厚の合計に対する比率が５０％以上７５％以下であれば、１５〜２７ＧＨｚの発振周波数を容易に得ることができ、高周波アシスト効果により十分な記録能力を実現できる。

一方、発振層をＦｅＣｏのみで形成した場合、発振周波数が高周波数側に偏るため、安定した記録ができない。また、発振層をＮｉＦｅのみで形成した場合、４００Ｏｅ以上の円偏向高周波磁界強度を発生することができないため、安定した記録ができない。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

５…磁気記録ヘッド、１０…スピントルク発振子（ＳＴＯ）、２０…発振層（ＦＬＧ）、２１…第１磁性層、２２…第２磁性層、２３…第３磁性層（スピン注入層）、２４…中間層、６０…書込みヘッド、６１…主磁極、６２…リターンヨーク、６３…励磁コイル、７０…再生ヘッド、７１…磁気再生素子、７２ａ、７２ｂ…磁気シールド層、８０…磁気記録媒体、８１…基板、８２…磁気記録層、１３０…ヘッドスライダー、１４０…スピンドルモータ、１５０…磁気記録装置、１５４…サスペンション、１５５…アクチュエータアーム、１５６…ボイスコイルモータ、１５７…ピボット。

Claims

主磁極と、
第１磁性層および第２磁性層を含む発振層と、前記第２磁性層側に設けられ前記発振層にスピンを注入する第３磁性層とを有し、前記主磁極に隣接して設けられたスピントルク発振子と
を備え、前記第１磁性層は１Ｔ以上１．９Ｔ以下の飽和磁束密度を有する磁気記録ヘッド。
前記第２磁性層と前記第３磁性層との間に中間層を有する請求項１に記載の磁気記録ヘッド。
前記第２磁性層の磁気膜厚は、前記第１磁性層の磁気膜厚と前記第２磁性層の磁気膜厚との合計の５０％以上７５％以下である請求項１に記載の磁気記録ヘッド。
前記第２磁性層はＦｅ−Ｃｏ合金である請求項１に記載の磁気記録ヘッド。
請求項１に記載の磁気記録ヘッドと、磁気記録媒体とを有する磁気記録装置。