JP2013047999A - 磁気記録ヘッド、磁気記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波磁界を発生する発振器を用いるマイクロ波アシスト記録において、高い高周波磁界強度と有効記録磁界強度が得られる磁気記録ヘッドを実現する。
【解決手段】本発明に係る磁気記録ヘッドは、主磁極と、磁気記録媒体に高周波磁界を印加する高周波磁界発生層を有する発振器と、主磁極のトレーリング側に設けられたトレーリングシールドとを備え、高周波磁界発生層と主磁極との間の距離、および高周波磁界発生層とトレーリングシールドとの間の距離が、ともに３ｎｍ以上である。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁気記録媒体に対し高周波磁界を印加することにより磁化反転を誘導する機能を有する磁気記録ヘッドに関するものである。

近年、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などの磁気記録再生装置において、年率４０％程度の急速な記録密度の増加が求められており、２０１３年ごろには面記録密度は１Ｔｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ^２に達すると予想されている。

面記録密度を向上させるためには、磁気記録ヘッドおよび再生ヘッドの微細化と磁気記録媒体の粒径の微細化が必要である。しかし、磁気記録ヘッドの微細化により記録磁界強度は減少するため、記録能力が不足することが予測される。また、磁気記録媒体の粒径が微細化すると熱揺らぎの問題が顕在化するため、粒径の微細化と同時に保磁力や異方性エネルギーを増加させる必要があり、これらを同時に達成することが困難になる。したがって、面記録密度を向上させるためには、記録能力を向上させることが鍵となる。

そこで、熱や高周波磁界を印加することにより、情報を記録するときのみ一時的に磁気記録媒体の保磁力を低下させる、アシスト記録方式が提案されている。下記特許文献１には、「熱」を印加することによるアシスト記録方式が記載されている。

一方、「マイクロ波アシスト記録（ＭＡＭＲ）」と呼ばれる、高周波磁界を印加することによるアシスト記録方式が、近年着目されている。ＭＡＭＲでは、強力なマイクロ波帯の高周波磁界をナノメートルオーダーの領域に印加して記録媒体を局所的に励起し、磁化反転磁界を低減して情報を記録する。同方式では磁気共鳴を利用するため、記録媒体の異方性磁界に比例する強い高周波磁界を用いないと、磁化反転磁界を低減する効果が十分に得られない。

下記特許文献２には、高周波アシスト磁界を発生させるため、ＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）に類似する、積層膜を電極で挟んだ構造の高周波発振器が開示されている。高周波発振器は、ＧＭＲ構造内に発生するスピン揺らぎをもつ伝導電子を、非磁性体を介して磁性体に注入することにより、微小な高周波振動磁界を発生させることができる。

下記非特許文献１には、特許文献２と同様に、スピントルクを用いたマイクロ波発振が報告されている。

下記非特許文献２には、垂直磁気ヘッドの主磁極に隣接した磁気記録媒体の近傍に、スピントルクによって高速回転する高周波磁界発生層（Ｆｉｅｌｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ：以下、ＦＧＬと略す）を配置してマイクロ波（高周波磁界）を発生せしめ、磁気異方性の大きな磁気記録媒体に情報を記録する技術が開示されている。

下記非特許文献３には、発振器を、磁気記録ヘッドの主磁極と主磁極の後方側（トレーリング側）のシールドの間に配置させ、高周波磁界の回転方向を記録磁界極性に応じて変化させることにより、磁気記録媒体の磁化反転を効率的にアシストする技術が開示されている。

シールドは、現行製品の磁気ヘッドにも広く採用されており、現行製品ではヘッド進行方向の記録磁界勾配を向上させるために用いられる。一方、ＭＡＭＲでは、記録磁界極性に応じて発振器の高周波磁界の回転方向を変化させるためにシールドが用いられる。

磁化反転を効率よく生じさせるためには、発振器の高周波磁界の回転方向が、反転させたい磁気記録媒体の磁化の才差運動方向と同じ方向である方が望ましい。そのため、非特許文献３に記載されている技術では、磁化反転を効率よく生じさせる回転方向の高周波磁界を用いて、磁化反転をアシストすることができる。

なお、簡単のために以後、主磁極とトレーリングシールドの間に高周波発振器を配置したマイクロ波アシストヘッドをＭＡＭＲヘッド、高周波発振器を除いた主磁極とトレーリングシールドから構成される部分を記録ヘッドと呼ぶ。

特開平７-２４４８０１号公報 特開２００５-０２５８３１号公報

Nature, Vol. 425, pp.380 (2003) "Microwave Assisted Magnetic Recording", J-G. Zhu et.al, IEEE trans. Magn., Vol. 44, NO.1, pp.125 (2008) "Medium damping constant and performance characteristics in microwave assisted magnetic recording with circular as field", Y. Wang et. al, Journal of Applied Physics, Vol. 105, pp.07B902 (2009)

ＭＡＭＲで１Ｔｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ^２程度の記録密度を実現するためには、強力な高周波磁界をナノメートルオーダーの領域に照射して磁性記録媒体を局所的に磁気共鳴状態にし、磁化反転磁界を低減して情報を記録する必要がある。

特許文献１、２、および非特許文献１に開示される技術では、発振する高周波磁界の周波数が低すぎるか、または磁界強度が弱すぎるという理由により、１Ｔｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ^２程度の高い記録密度を実現することは困難である。

非特許文献文献２や３に開示された技術を用いれば、１Ｔｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ^２以上の記録密度を実現できる可能性があることが報告されている。そこで本発明者等も、非特許文献３に記載されているＭＡＭＲ方式の技術を用いることにより、どの程度の記録密度向上の可能性があるのかを検討した。具体的にはＬＬＧ（Ｌａｎｄａｕ−Ｌｉｆｔｓｈｉｔｚ−Ｇｉｌｂｅｒｔ−Ｌａｎｇｅｖｉｎ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ）方程式を用いたマイクロマグネティックシミュレーションにより、記録ヘッドの主磁極から発生する記録磁界強度と高周波磁界発生層から発生する高周波磁界強度を計算した。計算の前提として、記録ヘッドと高周波磁界発生層の間の磁気的な相互作用を考慮した現実的な環境を想定した場合と、磁気的な相互作用を仮想的に無視した場合の２つを仮定した。ＭＡＭＲヘッド構造は非特許文献２や非特許文献３に記載されるものとした。

シミュレーションの結果、記録ヘッドと高周波磁界発生層の間の磁気的な結合を考慮した場合は、記録ヘッドの主磁極からは十分に強い記録磁界強度が発生するが、高周波磁界発生層からの高周波磁界強度は非常に小さくなった。一方で、主記録ヘッドと高周波磁界発生層の間の磁気的な結合を考慮しなかった場合には、高周波磁界発生層からは非特許文献２や３に記載されるとおり約２ｋＯｅもの高い高周波磁界を発生した。これは、今回計算に用いたＭＡＭＲヘッドの高周波磁界発生層と主磁極が接しているために、高周波磁界発生層と主磁極の間の磁気的な結合が大きく、高周波磁界発生層の発振が阻害されたためである。したがって、現実的には記録ヘッドと高周波磁界発生層の間の磁気的な交換結合による影響により、高周波磁界発生層の磁化が固着し、十分な高周波磁界強度を実現できない。

高周波磁界発生層と記録ヘッドの主磁極間の磁気的な結合を抑制するためには、高周波磁界発生層をトレーリング端に設ければよいとも考えられる。しかし、この場合も高周波磁界強度は向上しない。この要因は、高周波磁界発生層とトレーリングシールドの間の磁気的な結合により、高周波磁界発生層の発振が阻害されるためである。したがって、高周波磁界発生層と主磁極との間の磁気的結合、および高周波磁界発生層とトレーリングシールドとの間の磁気的結合を、ともに低減する必要がある。

さらに、高周波磁界発生層を主磁極から遠い位置に配置すると、上記問題以外に、高周波磁界の印加による実効的な記録磁界強度を向上させる効果が激しく減衰する問題があることも、検討により分かった。実際に、高周波磁界発生層と主磁極の間の距離が約３０ｎｍであるＭＡＭＲヘッドを用いて、仮想的に高周波磁界発生層と記録ヘッドの間の磁気結合が十分に小さい仮定の基に数値計算を実施した結果、記録した信号の信号品質は非常に悪かった。これは、高周波磁界発生層の位置が主磁極から遠すぎる条件では、高周波磁界が最も高くなる位置が主磁極よりもかなり遠くなってしまうためである。

以上の通り、高周波磁界発生層は主磁極に近すぎても遠すぎても、高周波磁界強度や有効記録磁界強度の減衰を招き、高記録密度を実現することができない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、高周波磁界を発生する発振器を用いるマイクロ波アシスト記録において、高い高周波磁界強度と有効記録磁界強度が得られる磁気記録ヘッドを実現することを目的とする。

本発明に係る磁気記録ヘッドは、主磁極と、磁気記録媒体に高周波磁界を印加する高周波磁界発生層を有する発振器と、主磁極のトレーリング側に設けられたトレーリングシールドとを備え、高周波磁界発生層と主磁極との間の距離、および高周波磁界発生層とトレーリングシールドとの間の距離が、ともに３ｎｍ以上である。

本発明に係る磁気記録ヘッドによれば、高周波磁界発生層と記録ヘッドとの間の相互作用を適切に制御することにより、高い記録密度を実現することができる。

実施形態１に係る磁気記録装置の構成例を示す図である。 記録ヘッド部１００の詳細構成を示す図である。 リーディング方向に対抗する面から見たときの主磁極１２０と発振器１１０の模式図を示す。 後述の図６に示す条件Ｂの構成例を示す図である。 後述の図６に示す条件Ｃの構成例を示す図である。 ＦＧＬ１１１の膜厚および位置を変化させたときにＦＧＬ１１１から発生する高周波磁界強度（Ｈａｃ）と、ｄ＿ＦＭおよびｄ＿ＦＴとの関係を示す図である。 式１を満たす範囲を示す図である。 式２を満たす範囲を示す図である。 実施形態２に係る磁気記録装置の構成例を示す図である。 実施形態２における記録ヘッド部１００の詳細構成を示す図である。 実施形態３に係る記録ヘッド部１００の詳細構成を示す図である。 ＭＡＭＲヘッドの有効磁界強度の増幅率とｄ＿ＦＭの関係を示す図である。 主磁極１２０から磁気記録媒体３００に向かって発生する記録磁界の磁束分布の模式図である。 磁界角度とダウントラック方向位置の関係を示す。 高周波アシストによる有効磁界強度の増幅率とｄ＿ＦＭを、ＴＧとＨＵＳの比で規格化した値の関係を示す。 実施形態４に係る磁気記録再生ヘッドの構成例を示す図である。 実施形態５に係る磁気記録再生装置１０００の構成例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。理解を容易にするため、以下の図において同じ機能部分には同一の符号を付して説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る磁気記録装置の構成例を示す図である。ここでは、磁気記録再生ヘッド周辺の概略を示した。なお、本明細書で説明する図面は、磁気記録再生ヘッドの全体構成を示すため、各部の縮尺は実際のヘッドの縮尺と必ずしも同じではないことを付言しておく。その他の部位についても同様である。

磁気記録再生ヘッドは、記録ヘッド部１００と再生ヘッド部２００を備える、記録再生分離ヘッドである。

記録ヘッド部１００は、発振器１１０、主磁極１２０、副磁極１３０ａ、トレーリングシールド１３０ｂ、コイル１６０を備える。発振器１１０は、高周波磁界を発生する。主磁極１２０は、記録ヘッド磁界を発生する。トレーリングシールド１３０ｂは、発振器１１０の磁化回転方向を制御するために設けられている。コイル１６０と副磁極１３０ａは、主磁極１２０に磁場を励磁する。

磁気記録再生ヘッドの媒体に対する進行方向をリーディング方向と呼び、磁気記録再生ヘッドの媒体に対する進行方向と反対の方向をトレーリング方向と呼ぶ。図１には示していないが、主磁極１２０のトラック幅方向の外側にサイドシールドを設けてもよい。サイドシールドは主磁極１２０の両側に設けてもよいし、外側と内側のどちらか一方にだけ設けてもよい。

図１では、磁気記録媒体３００に対する磁気記録再生ヘッドの進行方向から見て、再生ヘッド部２００が先頭で記録ヘッド部１００が後方となるように配置しているが、磁気記録再生ヘッドの進行方向から見て記録ヘッド部１００が先頭で再生ヘッド部２００が後方になるように配置を逆転した構成でもよい。

再生ヘッド部２００は、再生センサ２１０、下部磁気シールド２２０、上部磁気シールド２３０を備える。再生センサ２０１は、記録信号を再生する役割を担うことさえできれば任意の構成を採用することができる。再生センサ２１０の構成としては、いわゆるＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）効果を有する再生センサでもよいし、ＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）効果を有する再生センサでもよいし、ＥＭＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｒｅｓｏｎａｎｔ）効果を有する再生センサでもよい。また、外部磁界に対して逆極性の応答をする２つ以上の再生センサを有するいわゆる差動型再生センサでもよい。下部磁気シールド２２０と上部磁気シールド２３０は、再生信号品質を向上させるために重要な役割を担うため、設けることが好ましい。図１には特に記載していないが、上部磁気シールド２３０は記録ヘッド部１００の補助磁極としての役割を兼ね備えることができる。

図２は、記録ヘッド部１００の詳細構成を示す図である。発振器１１０は、主磁極側から順に、ＦＧＬ１１１、中間層１１２、スピン注入固定層１１３を有する。ＦＧＬ１１１は、高周波磁界を発生する。中間層１１２は、スピン透過性の高い材料を用いて構成されている。スピン注入固定層１１３は、ＦＧＬ１１１にスピントルクを与える。また、ＦＧＬ１１１と主磁極１２０の間の距離（ｄ＿ＦＭ）を適切に制御するため、ＦＧＬ１１１と主磁極１２０の間に、適切な膜厚に設定した磁気結合遮断層１４０を設ける。

本実施形態１における構成例では、各層の厚さはそれぞれ、磁気結合遮断層１４０＝７ｎｍ、ＦＧＬ１１１＝１０ｎｍ、中間層１１２＝３ｎｍ、スピン注入固定層１１３＝１０ｎｍである。したがって、主磁極１２０とトレーリングシールド１３０ｂとの間の距離（ＴＧ）は、３０ ｎｍである。

本実施形態１において、主磁極１２０の材料はＦｅ_７０Ｃｏ_３０であり、飽和磁化（Ｍ＿ＭＰ）は２.４Ｔである。トレーリングシールド１３０ｂの材料はＮｉＦｅであり、飽和磁化（Ｍ＿ＴＳ）は１．２Ｔである。主磁極１２０やトレーリングシールド１３０ｂの材料としては、後述する式１と式２を満たす範囲であれば、磁性体であることに加えて特に条件はないが、主磁極１２０の材料は、Ｍ＿ＭＰが大きいほど高い記録磁界強度を発生する上で有利である。また、トレーリングシールド１３０ｂの材料は、透磁率が高いほうが記録電流極性の反転に伴うＦＧＬ１１１への磁界印加応答が速くなるので有利である。

本実施形態１において、磁気結合遮断層１４０の材料はＴａである。磁気結合遮断層１４０の材料としては、非磁性体の導電性材料である以外に格別の制限はなく、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉなどから任意に選択することができる。

本実施形態１において、ＦＧＬ１１１の材料はＦｅ_７０Ｃｏ_３０である。Ｆｅ_７０Ｃｏ_３０の飽和磁化は２.４Ｔであり、高い高周波磁界を発生することができる。ＦＧＬ１１１の材料としては、磁性体であり、後述の式１と式２を満たす範囲でさえあれば、ＦＧＬ１１１としての役割を担うことができる。例えば、ＦｅＣｏ合金の他に、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅＧｅ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＦｅＡｌ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＦｅＳｉなどのホイスラー合金、ＴｂＦｅＣｏなどのＲｅ−ＴＭ系アルモファス系合金、ＣｏＣｒ系合金などでもよい。また、ＣｏＩｒなど負の垂直異方性エネルギーを持つ材料でもよいし、Ｃｏ／Ｐｔなどの正の垂直異方性エネルギーを持つ材料でもよい。ＦＧＬ１１１は、異なる材料の層を複数積層した構成でもよいし、異なる飽和磁化や異方性エネルギーの大きさが異なる材料を組み合わせたものでもよい。

本実施形態１において、中間層１１２の材料はＣｕである。中間層１１２の材料としては、非磁性体の導電性材料であることが好ましく、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉなどを用いることができる。

本実施形態１において、スピン注入固定層１１３の材料はＣｏ／Ｐｔである。また、本実施形態１で用いたＣｏ／Ｐｔの垂直異方性磁界Ｈｋは８ｋＯｅである。スピン注入固定層１１３の材料として、垂直異方性を持った材料を用いることにより、ＦＧＬ１１１の発振を安定させることができる。例えばＣｏ／Ｐｔの他に、Ｃｏ／Ｎｉ、Ｃｏ／Ｐｄ、ＣｏＣｒＴａ／Ｐｄなどの人工磁性材料を用いることが好ましい。また、発振の安定性は若干失われるが、ＦＧＬ１１１と同様の材料を用いることもできる。

図１〜図２には示していないが、スピン注入固定層１１３の上部に、スピン注入固定層１１３の凹凸や磁気特性を制御するためのキャップ層を設けてもよい。キャップ層は非磁性導電材料であり、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉなどを用いることができる。

図３は、リーディング方向に対抗する面から見たときの主磁極１２０と発振器１１０の模式図を示す。発振器１１０のトラック幅（Ｔｗｏ）は４０ｎｍであり、主磁極１２０のトラック幅（Ｐｗ）は４５ｎｍである。ＴｗｏとＰｗの値は、高い記録密度が得られるように任意に設定することができる。発振器の素子高さ方向の幅（ＳＨｏ）は４０ｎｍである。ＳＨｏの値は、ＦＧＬ１１１から適切な高周波磁界強度と周波数が得られるように、適切に設計することができる。主磁極１２０の高さ方向に底面に対して略垂直な長さ（ＴＨ）は、６０ｎｍである。ＴＨの値は、適切な記録磁界強度が得られるように適切に設計することができる。さらに、浮上面から見てＴＨよりも上方の部位におけるトラック幅の広がりの大きさも、適切に設定することができる。

本発明の特徴は、ＦＧＬ１１１と主磁極１２０の間の磁気的な結合、およびＦＧＬ１１１とトレーリングシールド１３０ｂの間の磁気的な結合を抑制できることである。これにより、ＦＧＬ１１１の発振が阻害されることによる高周波磁界の劣化を招くことがなく、安定的に高い高周波磁界を媒体に印加することができる。以下に、ＦＧＬ１１１と記録ヘッド部１００の間の磁気的結合を抑制するための具体的な条件とその効果を説明する。

本発明では、ＦＧＬ１１１と主磁極１２０の間の距離（ｄ＿ＦＭ）、およびＦＧＬ１１１とトレーリングシールド１３０ｂの間の距離（ｄ＿ＦＴ）がともに３ｎｍ以上になるような構成とする。図２で説明した構成例におけるｄ＿ＦＭは、実質的に磁気結合遮断層１４０の膜厚となるので、７ｎｍである。また、ｄ＿ＦＴは実質的には中間層１１２とスピン注入固定層１１３の膜厚の和となるので、１３ｎｍである。よって、図２で説明した構成例では、ｄ＿ＦＭとｄ＿ＦＴはともに３ｎｍ以上となる。

以下では、ｄ＿ＦＭとｄ＿ＦＴをこのように設定することにより得られる効果とその範囲を検証するため、図２に示した構成例を条件Ａとし、比較のため以下の図４に示す条件Ｂと図５に示す条件Ｃを設定して数値計算を実施した。なお、ｄ＿ＦＭやｄ＿ＦＴを自由に制御できるように、仮想的に中間層１１２とスピン注入固定層１１３がなくてもＦＧＬ１１１にスピントルクが印加できるものと仮定して数値計算を実施することとした。そのため、図４〜図５において、中間層１１２またはスピン注入固定層１１３が存在しない場合もある。ＴＧは３０ｎｍで固定とし、ＦＧＬ１１１の膜厚は１０ｎｍとした。

図４は、後述の図６に示す条件Ｂの構成例を示す図である。条件Ｂにおいて、ｄ＿ＦＭは２ｎｍであり、磁気結合遮断層１４０は主磁極１２０側に配置している。したがって、ｄ＿ＦＭ＝２ｎｍ、ｄ＿ＦＴ＝１８ｎｍとなる。

図５は、後述の図６に示す条件Ｃの構成例を示す図である。条件Ｃにおいて、ｄ＿ＦＭは１ｎｍであり、磁気結合遮断層１４０はトレーリングシールド１３０ｂ側に配置している。したがって、ｄ＿ＦＭ＝１９ｎｍ、ｄ＿ＦＴ＝１ｎｍとなる。

図６は、ＦＧＬ１１１の膜厚および位置を変化させたときにＦＧＬ１１１から発生する高周波磁界強度（Ｈａｃ）と、ｄ＿ＦＭおよびｄ＿ＦＴとの関係を示す図である。高周波磁界強度は磁気記録媒体３００内に印加される値を示している。

条件Ａ〜Ｃの構成例では、ＦＧＬ１１１の飽和磁化（Ｍ＿ＦＧＬ）とＭ＿ＭＰはいずれも２．４Ｔであり、Ｍ＿ＴＳは１．２Ｔである。また、Ｍ＿ＦＧＬが１．２Ｔ、Ｍ＿ＭＰが１．８Ｔの構造における検討結果も併記した。条件Ｄについては、後述の実施形態２で改めて説明する。

図６に示すデータによれば、いずれの条件においても、ｄ＿ＦＭとｄ＿ＦＴが３ｎｍ以下のときには、Ｈａｃが大きく減衰することがわかる。これは、ＦＧＬ１１１と主磁極１２０、あるいはＦＧＬ１１１とトレーリングシールド１３０ｂが磁気的に結合することにより、ＦＧＬ１１１の磁化が固着し発振が停止してしまうためである。この結果より、ｄ＿ＦＭとｄ＿ＦＴを３ｎｍ以上にすれば、Ｈａｃの減衰を抑制できることが分かる。

図６に示すデータ例では、Ｍ＿ＭＰ、Ｍ＿ＦＧＬ、Ｍ＿ＴＳを固定したが、これらの間の比率によっては、ｄ＿ＦＭとｄ＿ＦＴをより大きく確保する必要が生じる可能性も考えられる。例えば、Ｍ＿ＦＧＬに対するＭ＿ＭＰの比が変わると、主磁極１２０とＦＧＬ１１１の間の磁気結合が変化すると考えられる。同様に、Ｍ＿ＦＧＬに対するＭ＿ＴＳの比が変わると、ＦＧＬ１１１とトレーリングシールド１３０ｂの間の磁気結合が変化すると考えられる。

そこで、Ｍ＿ＭＰ、Ｍ＿ＦＧＬ、Ｍ＿ＴＳの値が変化しても、ＦＧＬ１１１と主磁極１２０の間の磁気結合、およびＦＧＬ１１１とトレーリングシールド１３０ｂの間の磁気結合を安定的に抑制するためには、下記式１と式２を満たすように、ｄ＿ＦＭとｄ＿ＦＴを構成すればよいと考えられる。

ｄ＿ＦＭ≧３（ｎｍ）×Ｍ＿ＭＰ／Ｍ＿ＦＧＬ ・・・ (式１)
ｄ＿ＦＴ≧３（ｎｍ）×Ｍ＿ＴＳ／Ｍ＿ＦＧＬ ・・・（式２)

上記式１と式２は、Ｍ＿ＦＧＬが小さいほどＦＧＬ１１１は磁気的結合の影響を受けやすく、また主磁極１２０やトレーリングシールド１３０ｂの飽和磁化が小さいほど磁気的結合磁界は小さくなることを根拠にしている。実際に図６に示すデータ例において、Ｍ＿ＦＧＬが１．２Ｔの条件では、ｄ＿ＦＭやｄ＿ＦＴが比較的大きい場合でもＨａｃが減衰している。

図７は、式１を満たす範囲を示す図である。図７において、式２の条件を満たしていることを前提とした。図８は、式２を満たす範囲を示す図である。図８において、式１の条件を満たしていることを前提とした。図７と図８に示すように、式１と式２を満たす範囲であれば、Ｈａｃの減衰が起きておらず、高いＨａｃが実現できることが分かる。

なお、図７〜図８に示すように、Ｍ＿ＦＧＬが低下すると。Ｈａｃが全体的に低下していることが分かる。これは、各構成で実現可能な最大ＨａｃはＭ＿ＦＧＬに比例するためである。例えば図７には示していないが、Ｍ＿ＦＧＬが０．６Ｔの構成では最大でもＨａｃは約０．５ｋＯｅしか得られず、媒体磁化の反転を効率的にアシストすることは出来ない。媒体の磁化反転をアシストするには最低でもＨａｃが１ｋＯｅ程度あることが好ましいため、このＨａｃを維持するためにはＭ＿ＦＧＬは１．０Ｔ以上であることが望ましい。

＜実施の形態１：まとめ＞
以上のように、本実施形態１に係る磁気記録再生ヘッドによれば、ＦＧＬ１１１と主磁極１２０の間の磁気結合、およびトレーリングシールド１３０ｂとＦＧＬ１１１の間の磁気結合を抑制することができる。これにより、高いＨａｃを発生させることができる発振器１１０を搭載したＭＡＭＲヘッドを実現し、高い記録密度を達成することができる。

＜実施の形態２＞
図９は、本発明の実施形態２に係る磁気記録装置の構成例を示す図である。ここでは図１と同様に、磁気記録再生ヘッド周辺の概略を示した。本実施形態２では、発振器１１０と磁気結合遮断層１４０以外の構成は実施形態１と同様であるため、以下では差異点を中心に説明する。

本実施形態２では、ＦＧＬ１１１、中間層１１２、スピン注入固定層１１３の積層順序が実施形態１とは反対である。また、磁気結合遮断層１４０はＦＧＬ１１１と主磁極１２０の間ではなくＦＧＬ１１１とトレーリングシールド１３０ｂの間に設けられている。

図１０は、本実施形態２における記録ヘッド部１００の詳細構成を示す図である。本実施形態２では、主磁極１２０側から順に、スピン注入固定層１１３、中間層１１２、ＦＧＬ１１１、磁気結合遮断層１４０を積層する。さらに、実施形態１と同様に、ｄ＿ＦＭとｄ＿ＦＴがともに３ｎｍ以上になるように各層の膜厚を調整する。これにより、ＦＧＬ１１１と主磁極１２０の間の磁気結合、およびトレーリングシールド１３０ｂとＦＧＬ１１１の間の磁気結合を抑制できる。また、実施形態１と同様に、ｄ＿ＦＭ、ｄ＿ＦＴ、Ｍ＿ＦＧＬ、Ｍ＿ＭＰ、Ｍ＿ＴＳが式１と式２の関係を満たすようにすれば、より効果的に磁気的な結合を抑制することができる。

主磁極１２０の材料とトレーリングシールド１３０ｂの材料は、実施形態１と同様である。ＦＧＬ１１１と中間層１１２も実施形態１と同様の材料および膜厚であり、各層の位置のみが異なる。スピン注入固定層１１３の材料や特性は実施形態１と同様であるが、膜厚は６ｎｍである。磁気結合遮断層１４０の材料と特性も実施形態１と同一であるが、膜厚は１１ｎｍである。

図１０に示す構成により、ｄ＿ＦＭは９ｎｍ、ｄ＿ＦＴは１１ｎｍとなり、ともに３ｎｍ以上となる。また、式１と式２の右辺もそれぞれ３．０と１．５となり、これらの関係を満たす。

図６〜図７において、図１０に示す構成を条件Ｄとして併記した。図６〜図７から分かるように、本実施形態２においても、ＦＧＬ１１１と主磁極１２０の間の磁気結合、およびトレーリングシールド１３０ｂとＦＧＬ１１の間の磁気結合を抑制し、Ｈａｃの減衰を抑制することができる。

本実施形態２では、実施形態１とは異なり、スピン注入固定層１１３が主磁極１２０の近くに位置するため、スピン注入固定層１１３に印加される主磁極１２０からの磁界強度が大きく、記録電流極性の変化に応じたスピン注入固定層１１３の磁化反転が早い利点がある。一方で、ＦＧＬ１１１は実施形態１の構成よりも主磁極１２０から遠い位置になるため、Ｈａｃが低い位置で記録転移位置が形成され、Ｈａｃ印加による実効的な記録磁界強度の向上効果が小さくなる。

＜実施の形態３＞
図１１は、本発明の実施形態３に係る記録ヘッド部１００の詳細構成を示す図である。本実施形態３において、発振器１１０のスピン注入固定層１１３の膜厚が２０ｎｍである点が、実施形態１とは異なる。その他の構成は実施形態１と同様であるが、本実施形態３では磁気記録媒体３００についてより詳細に説明する。

磁気記録媒体３００は、磁気記録再生ヘッドに近い側から順に、記録層３０１、中間層３０２、軟磁性下地層３０３を有する。

本実施形態３において、記録層３０１はＣｏＣｒＰｔ系合金から構成され、膜厚は１５ｎｍ、飽和磁化（Ｍｓ）は３００ｅｍｕ／ｃｃ、垂直異方性エネルギーは４．５×１０^６ｅｒｇ／ｃｃである。記録層３０１の材料はＣｏＣｒＰｔ系合金の以外でもよいが、垂直磁気異方性を持つ材料であることが好ましい。また、記録層３０１は異なる垂直異方性エネルギーを持つ複数の層から構成することができる。

中間層３０２は、記録層３０１と軟磁性下地層３０３の間の磁気的な結合を抑制するために設けらる。本実施形態３における中間層３０２の材料はＲｕであるが、非磁性材料であること以外に制約はない。中間層３０２の膜厚は２５ｎｍである。

軟磁性下地層３０３は、主磁極１２０から記録層３０１に印加される記録磁界を向上させる役割を担う。本実施形態３における軟磁性下地層３０３の材料は、ＣｏＦｅＴａである。軟磁性下地層３０３の材料は透磁率が高いものが好ましいが、磁性体材料であれば記録層３０１に印加される記録磁界強度を増加させる役割を担うことができる。

磁気記録媒体３００には、記録層３０１や軟磁性下地層３０３以外の層を加えることができる。例えば、記録層３０１の上部に、記録層３０１の腐食や、記録層３０１と磁気ヘッドスライダが直接接触することによる特性劣化を抑制することを目的とした、保護膜を設けてもよい。

図１１における磁気記録再生ヘッドと記録層３０１との間の距離は、５ｎｍである。磁気記録媒体３００は、各ビットが連続して存在するいわゆる連続媒体でもよいし、複数のトラック間に記録ヘッドが情報を書き込むことができない非磁性領域が設けられている、いわゆるディスクリートトラックメディアでもよい。また、基板上に、凸状の磁性パターンと磁性パターン間の凹部を充填する非磁性体とを含む、いわゆるパターンド媒体でもよい。

本実施形態３では、実施形態１〜２の特徴である、ＦＧＬ１１１と主磁極１２０との間の磁気的な結合を抑制することに加えて、ｄ＿ＦＭが１２ｎｍ以下となるような構成にする。この構成により、ＦＧＬ１１１と主磁極１２０の間の距離が離れすぎることによって起こる、高周波磁界のアシスト効率が低下することを抑制し、有効磁界強度を高く保つことができる。

図１２は、ＭＡＭＲヘッドの有効磁界強度の増幅率とｄ＿ＦＭの関係を示す図である。有効磁界の増幅率は、高周波磁界を印加したときの有効磁界強度と高周波磁界を印加しないときの有効磁界強度の比である。この比が大きいほど、高周波アシストが効果的に機能していることになる。

ｄ＿ＦＭは、磁気結合者断層１４０、スピン注入固定層１１３、中間層１１２の膜厚を制御することにより制御することとした。また、これらの膜厚が変化しても、ＦＧＬ１１１と主磁極１２０の間の磁気結合、およびＦＧＬ１１１とトレーリングシールド１３０ｂの間の磁気結合が変化する以外には影響を与えないと仮定して、ＦＧＬ１１１から発生する高周波磁界強度や有効磁界を計算した。

磁気記録再生ヘッドと軟磁性下地層３０３との間の距離（ＨＵＳ）は４５ｎｍであり、主磁極１２０とトレーリングシールド１３０ｂとの間の距離（ＴＧ）は４０ｎｍである。比較のため、ＨＵＳを２０ｎｍに変更した場合とＴＧを２０ｎｍに変更した場合の記録磁界強度も併記した。

図１１に示す構成はｄ＿ＦＭ＝７ｎｍであるので、図１２の条件Ｅに相当する。高周波磁界を印加したときの有効磁界強度は、高周波磁界を印加しないときの２倍に増幅しており、高周波磁界を印加することによる十分な効果が得られていることが分かる。

しかし、ｄ＿ＦＭが１２ｎｍよりも大きい場合は、有効磁界の増幅率は激しく減衰している。たとえば、ＨＵＳ＝４５ｎｍ、ＴＧ＝４０ｎｍ、ｄ＿ＦＭ＝２０ｎｍの条件では、増幅率は約１．２倍しかない。したがって、ｄ＿ＦＭを１２ｎｍ以下にすることにより、高周波磁界を印加することによる有効磁界向上効果を十分に生かすことができると考えられる。

なお、実施形態１で説明したようにｄ＿ＦＭが３ｎｍよりも小さいと、高周波磁界強度自体が減衰するため、有効磁界の増幅率は小さくなる。よって、本実施形態３においてもｄ＿ＦＭは３ｎｍ以下にする必要がある。同様の理由により、本実施形態３においても式１と式２を満たすことがより好ましい。

図１３は、主磁極１２０から磁気記録媒体３００に向かって発生する記録磁界の磁束分布の模式図である。図１３を用いて、ｄ＿ＦＭが大きいと有効磁界強度が減衰する理由を説明する。実際には発振器１１０にも磁束は流れるが、図１３では記載を簡単にするために省略している。

図１３から分かるように、主磁極１２０の直下では、磁束は記録層３０１に向かって直角に近い角度で印加される。記録層３０１の膜面に対する磁束の角度を磁界角度θと定義する。膜面に対して垂直な角度を、θ＝９０°とする。

高周波磁界が記録層３０１の磁化に対して垂直に印加されるほど、高周波磁界アシストによる媒体の実効的な保磁力は原理的に低下する。よって、記録層３０１の磁化は膜面に対して垂直方向を向いているほうが、高周波アシストの効率がよい。

記録層３０１の磁化方向は、主磁極１２０から発生する磁界角度に大きく依存し、磁界角度は９０度に近いほど高周波アシストの効率が高く、磁界角度が０度では効果は完全に消失する。主磁極１２０から記録層３０１に印加される磁界の磁界角度は、主磁極１２０に近いほど大きいので、ＦＧＬ１１１も主磁極１２０に近いほどアシスト効率が向上し、有効磁界強度の増幅率が向上するのである。したがって、ｄ＿ＦＭが１２ｎｍ以下となる構造とすることにより、高周波アシストによる有効磁界強度の増幅率が高い構造を実現することができる。

図１４は、磁界角度とダウントラック方向位置の関係を示す。主磁極１２０のトレーリング側の先端を、ダウントラック方向位置＝０とする。ダウントラック方向位置の値が大きくなるほど、トレーリングシールド１３０ｂ側に近くなる。図１４において、ＨＵＳが４５ｎｍ、ＴＧが４０ｎｍの条件に加えて、比較のため、ＨＵＳを２５ｎｍに変更した場合とＴＧを２０ｎｍに変更した場合の磁界角度も併記した。

図１３や図１４から分かるように、磁界角度は主磁極１２０側からトレーリングシールド側に移動するにつれて小さくなっていく。これは、磁束が磁性体である軟磁性下地層３０３とトレーリングシールド１３０ｂに向かって流れていくためである。一方で、ＦＧＬ１１１から記録層３０１に印加される高周波磁界は高周波で変動するため、軟磁性下地層３０３やトレーリングシールド１３０ｂの影響を受けない。高周波磁界は、主磁極１２０とは異なり、ＦＧＬ１１１の底面よりも側面から発生する磁界の方が大きいので、記録層３０１層の膜面内の成分が大きくなる。

図１２と図１４では、ＨＵＳとＴＧの組み合わせを３パターン例示したが、これらの値が変わると、有効磁界の増幅率も変化すると考えられる。例えば、ＨＵＳが小さくなると磁界角度が大きくなり、有効磁界の増幅率も変化する。そこで、ＴＧとＨＵＳの値が変化しても、高周波磁界アシストによる有効磁界の増幅率を安定的に高くするためには、ｄ＿ＦＭの範囲が下記式３を満たすような構成にすればよいと考えられる。

ｄ＿ＦＭ≦１２×ＴＧ／ＨＵＳ ・・・（式３）

式３の条件を満たす構成により、ＴＧやＨＵＳの値が変化しても、図１２に示すような高周波磁界印加による有効磁界強度の増幅率とｄ＿ＦＭの関係を、良好に維持することができる。式３の根拠については後述する。

図１５は、高周波アシストによる有効磁界強度の増幅率とｄ＿ＦＭを、ＴＧとＨＵＳの比で規格化した値（ｄ＿ＦＭ×ＨＵＳ／ＴＧ）の関係を示す。この規格化した値は、式３を変形して得たものである。図１５に示すように、式３を満たすことにより、ＴＧとＨＵＳの値が変化しても、有効磁界の増幅率を常に１．５倍以上に保つことができる。

図１５に示す条件Ｅは、図１１に示す構成例に相当する。条件Ｅに示すように、高周波磁界を印加することによる有効磁界強度の増幅率は約２倍である。条件Ｅは、式３の左辺であるｄ＿ＦＭが７ｎｍであり、右辺である１２×ＴＧ／ＨＵＳは１０．７であるので、式３を満たしていることが分かる。

ＴＧやＨＵＳの値により、高周波アシストによる有効磁界の増幅率とｄ＿ＦＭとの関係が異なる理由は、以下の通りである。

図１４から分かるように、ＴＧとＨＵＳの比によって、主磁極１２０から記録層３０１に印加される磁界の磁界角度が異なる。主磁極１２０から軟磁性下地層３０３へ流れる磁束量は、ＨＵＳが小さいほど多くなる。また、主磁極１２０からトレーリングシールド１３０ｂへ流れる磁束量は、ＴＧが小さいほど多くなる。軟磁性下地層３０３に流れる磁束の量が多いほど磁界角度は大きくなり、トレーリングシールド１３０ｂに流れる磁束の量が多いほど磁界角度は小さくなる。よって、ＴＧとＨＵＳの比により磁界角度が変化するといえる。

なお、図１２に示すように、ＨＵＳ／ＴＧが大きくなると、有効磁界の増幅率は全体的に低下する傾向があるといえる。そのため、図１２に示しているような、ＨＵＳ／ＴＧ≦２．２５の範囲内に、各部のサイズを収めることが望ましいと考えられる。

＜実施の形態３：まとめ＞
以上のように、本実施形態３によれば、ｄ＿ＦＭを１２ｎｍ以下の範囲内とすることにより、有効磁界の増幅率を高く維持することができる。さらには、式３を満たすことにより、ＴＧやＨＵＳの値が変化しても、有効磁界の増幅率を高く維持することができる。

また、本実施形態３において、実施形態１で説明したｄ＿ＦＭの範囲を満たすことにより、ＦＧＬ１１１と主磁極１２０の間の磁気結合、およびトレーリングシールド１３０ｂとＦＧＬ１１１の間の磁気結合に起因する高周波磁界強度自体の減衰を抑制し、結果として高い有効磁界強度が得られる。

＜実施の形態４＞
図１６は、本発明の実施形態４に係る磁気記録再生ヘッドの構成例を示す図である。本実施形態４では、発振器１１０と磁気結合遮断層１４０以外の構成は実施形態３と同様であるため、以下では差異点を中心に説明する。

本実施形態４では、ＦＧＬ１１１、中間層１１２、スピン注入固定層１１３の積層順序が実施形態３とは反対である。また、磁気結合遮断層１４０はＦＧＬ１１１と主磁極１２０の間ではなくＦＧＬ１１１とトレーリングシールド１３０ｂの間に設けられている。さらには、磁気結合遮断層１４０とスピン注入固定層１１３の膜厚が、実施形態３とは異なる。磁気記録媒体３００の構成は実施形態３と同一である。

本実施形態４では、実施形態２で説明した、ＦＧＬ１１１と主磁極１２０の間の磁気結合、およびトレーリングシールド１３０ｂとＦＧＬ１１１との間の磁気結合を抑制するためのｄ＿ＦＭの条件に加えて、実施形態３と同様に、ｄ＿ＦＭが１２ｎｍ以下となるように各層の膜厚を調整する。これにより、高周波磁界を印加することによる有効磁界の増幅率を高い水準で維持できる。また、実施形態３と同様に、ｄ＿ＦＭ、ＴＧ、ＨＵＳが式３の関係を満たすようにすれば、より効果的に磁気的な結合を抑制することができる。

主磁極１２０の材料とトレーリングシールド１３０ｂの材料は、実施形態１と同様である。ＦＧＬ１１１と中間層１１２も実施形態１と同様の材料および膜厚であり、各層の位置のみが異なる。スピン注入固定層１１３の材料と特性は実施形態１と同一であるが、膜厚は６ｎｍである。磁気結合遮断層１４０の材料と特性も実施形態１と同一であるが、膜厚は２１ｎｍである。

図１６に示す構成により、ｄ＿ＦＭは９ｎｍ（≦１２ｎｍ）となる。ＨＵＳとＴＧは実施形態３と同一であるため、式３も満たす。図１２より、本実施形態４における有効磁界の増幅率は約１．８倍であり、大きな増幅率を実現できていることが分かる。

＜実施の形態５＞
図１７は、本発明の実施形態５に係る磁気記録再生装置１０００の構成例を示す図である。磁気記録再生ヘッドは実施形態１〜４のいずれかで説明したものであり、ヘッドスライダー６００に搭載される。

磁気記録再生装置１０００は、磁気記録媒体３００をスピンドルモータ４００で回転させ、アクチュエーター５００によってヘッドスライダー６００を磁気記録媒体３００のトラック上に誘導する。すなわち、ヘッドスライダー６００上に形成した再生ヘッドおよび記録ヘッドがこの機構により磁気記録媒体３００上の所定の記録位置に近接して相対運動し、信号を順次書き込み、または読み取る。アクチュエーター５００は、ロータリーアクチュエーターであることが望ましい。

記録信号は、信号処理系７００を通じて記録ヘッドにより磁気記録媒体３００上に記録される。信号処理系７００は、再生ヘッドの出力を信号として得る。再生ヘッドを所望の記録トラック上へ移動させる際に、再生ヘッドからの高感度な出力を用いてトラック上の位置を検出し、アクチュエーター５００を制御して、ヘッドスライダー６００の位置を決めることができる。

図１７では、ヘッドスライダー６００、磁気記録媒体３００を各１個示したが、これらは複数であっても構わない。また磁気記録媒体３００は、両面に記録情報を有して情報を記録してもよい。ディスク両面に情報を記録する場合、ヘッドスライダー６００は磁気記録媒体３００の両面に配置する。

１００：記録ヘッド部、１１０：発振器、１１１：高周波磁界発生層（ＦＧＬ）、１１２：中間層、１１３：スピン注入固定層、１２０：主磁極、１３０ａ：副磁極、１３０ｂ：トレーリングシールド、１４０：磁気結合遮断層、１６０：コイル、２００：再生ヘッド部、２１０：再生センサ、２２０：下部磁気シールド、２３０：上部磁気シールド、３００：磁気記録媒体、３０１：記録層、３０２：中間層、３０３：軟磁性下地層、４００：スピンドルモータ、５００：アクチュエーター、６００：ヘッドスライダー、７００：信号処理系。

Claims (9)

1. 磁気記録媒体に磁界を印加する主磁極と、
   前記主磁極のトレーリング側に設けられたトレーリングシールドと、
   前記主磁極と前記トレーリングシールドの間に設けられた発振器と、
   を備え、
   前記発振器は、高周波磁界を発生する高周波磁界発生層を有し、
   前記高周波磁界発生層と前記主磁極との間の距離、および前記高周波磁界発生層と前記トレーリングシールドとの間の距離が、ともに３ｎｍ以上である
   ことを特徴とする磁気記録ヘッド。
2. 前記高周波磁界発生層と前記主磁極との間の距離に、前記主磁極の飽和磁化に対する前記高周波磁界発生層の飽和磁化の比を乗算すると、３ｎｍ以上となるように構成され、かつ、
   前記高周波磁界発生層と前記トレーリングシールドとの間の距離に、前記トレーリングシールドの飽和磁化に対する前記高周波磁界発生層の飽和磁化の比を乗算すると、３ｎｍ以上となるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の磁気記録ヘッド。
3. 前記高周波磁界発生層の飽和磁化は１．０Ｔ以上である
   ことを特徴とする請求項２記載の磁気記録ヘッド。
4. 前記主磁極と前記高周波磁界発生層の間の距離が１２ｎｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１記載の磁気記録ヘッド。
5. 前記主磁極と前記高周波磁界発生層との間の距離に、前記主軸極と前記トレーリングシールドとの間の距離に対する、前記磁気記録ヘッドと前記磁気記録媒体の軟磁性下地層との間の距離の比を乗算すると、１２ｎｍ以下となるように構成されている
   ことを特徴とする請求項４記載の磁気記録ヘッド。
6. 前記主軸極と前記トレーリングシールドとの間の距離に対する、前記磁気記録ヘッドと前記磁気記録媒体の軟磁性下地層との間の距離の比が、２．２５以下となるように構成されている
   ことを特徴とする請求項５記載の磁気記録ヘッド。
7. 前記発振器は、
   前記主磁極に近接する側から順に、前記高周波磁界発生層、中間層、スピン注入固定層を積層した構成を有し、
   さらに前記主磁極と前記高周波磁界発生層との間に、非磁性材料を用いて形成された磁気結合遮断層を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の磁気記録ヘッド。
8. 前記発振器は、
   前記主磁極に近接する側から順に、スピン注入固定層、中間層、前記高周波磁界発生層を積層した構成を有し、
   さらに前記主磁極と前記高周波磁界発生層との間に、非磁性材料を用いて形成された磁気結合遮断層を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の磁気記録ヘッド。
9. 請求項１記載の磁気記録ヘッドと、
   前記磁気記録ヘッドが情報を記録する磁気記録媒体と、
   前記磁気記録ヘッドが読み取りする信号を処理する信号処理部と、
   を備えることを特徴とする磁気記録装置。

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