JP2013254554A - 磁気記録ヘッドおよびこれを備えた磁気記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い周波数を維持しながら、大きな高周波磁界を発生することが可能な磁気記録ヘッドおよびこれを備えた磁気記録装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、磁気記録装置の磁気記録ヘッドは、記録磁界を印加する主磁極６６と、主磁極にライトギャップＷＧを置いて対向するトレーリングシールド６８と、主磁極とトレーリングシールドとの間に設けられ、通電により高周波磁界を発生するスピントルク発振子７４と、を備えている。スピントルク発振子は、スピン注入層７４ｂ、中間層７４ｃ、発振層７４ｄを有し、発振層は、体心立法結晶金属磁性層と、Ｃｏを含む金属磁性層との積層体を、２回以上繰り返し積層して形成され、体心立法結晶金属磁性層の膜厚と、Ｃｏを含む金属磁性層の膜厚とが、それぞれ０．２ｎｍより大きくかつ３ｎｍ以下である。発振層の膜面に垂直方向の異方性磁界は、発振層の膜面に垂直な反磁界からギャップ磁界を引いた値よりも大きく、かつ反磁界よりも小さい。
【選択図】図４

Description

この発明の実施形態は、磁気記録ヘッドおよびこれを備えた磁気記録装置に関する。

磁気記録装置として、例えば、磁気ディスク装置は、ケース内に配設された磁気ディスクと、磁気ディスクを支持および回転するスピンドルモータと、磁気ディスクに対して情報のリード／ライトを行う磁気ヘッドと、磁気ヘッドを磁気ディスクに対して移動自在に支持したキャリッジアッセンブリと、を備えている。磁気ヘッドのヘッド部は、ライト用の記録ヘッドとリード用の再生ヘッドとを含んでいる。

近年、磁気ディスク装置の高記録密度化、大容量化あるいは小型化を図るため、垂直磁気記録用の磁気ヘッドが提案されている。このような磁気ヘッドにおいて、記録ヘッドは、垂直方向磁界を発生させる主磁極と、その主磁極のトレーリング側にライトギャップを挟んで配置されたトレーリングシールドと、主磁極に磁束を流すためのコイルとを有している。

記録密度の向上を図る目的で、主磁極とトレーリングシールドとの間に高周波発振子としてスピントルク発振子を設け、このスピントルク発振子から磁気記録層に高周波磁界を印加する高周波磁界アシスト記録方式の磁気記録ヘッドが提案されている。

特開０８−０５６０７１号公報 特開２０１１−１９８３９９号公報 特開２０１１−１４１９３４号公報

高周波磁界アシスト記録方式の磁気記録ヘッドでは、ライトギャップに形成したスピントルク発振子の膜面垂直方向にギャップ磁界を印加して発振周波数を高める仕組みになっている。通常、ギャップ磁界は８から１２ｋＯｅ程度であるが、スピントルク発振子の発振層がスピントルクにより大きく回転している状態では、発振層中の反磁界は小さくなる。そのため、実効的に発振層にかかる磁界は、概ねギャップ磁界に近づく。そのときの発振周波数は、強磁性共鳴の原理に基づき、概ね２０から３０ＧＨｚに達する。この周波数帯域は、異方性磁界が２０ｋＯｅ程度までの磁気記録媒体に記録するために最適な周波数帯である。

一方、アシスト効果を増大させるには高周波磁界強度を大きくしていく必要があるが、そのためには、発振層の磁気体積を大きくする必要がある。発振層の磁気体積を大きくする方法には、発振層に高磁束密度（Ｂｓ）材料を用いるか、膜厚を厚くする方法がある。しかしながら、膜厚を厚くする方法は、ライトギャップが広くなることによる線記録分解能の悪化を招くため、高Ｂｓ化により磁気体積を上げることが望ましい。

ところが、従来開示されている発振層材料では、例えば、Ｆｅ−Ｃｏ合金のように２Ｔを超えるような高Ｂｓの材料を選択した場合、発振層の反磁界が大きいため、ギャップ磁界下においても磁化の方向は面内に傾いた状態となる。このような磁化の向きでは、スピントルク発振子電流を印加しても、周波数が非常に低く、安定した高周波の発振が得られない。すなわち、高周波磁界を高めるにあたって、安定して高周波数で得ることが困難となる。

そこで、本発明の課題は、高い周波数を維持しながら、大きな高周波磁界を発生することが可能な磁気記録ヘッドおよびこれを備え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、磁気記録ヘッドは、記録磁界を印加する主磁極と、前記主磁極にライトギャップを置いて対向するトレーリングシールドと、前記主磁極とトレーリングシールドとの間に設けられ、通電により高周波磁界を発生するスピントルク発振子と、を備え、
前記スピントルク発振子は、スピン注入層、中間層、発振層を有し、
前記発振層は、体心立法結晶金属磁性層と、Ｃｏを含む金属磁性層との積層体を、２回以上繰り返し積層して形成され、体心立法結晶金属磁性層の膜厚と、Ｃｏを含む金属磁性層の膜厚とが、それぞれ０．２ｎｍより大きくかつ３ｎｍ以下であり、
前記発振層の膜面に垂直な方向の異方性磁界が、前記発振層の膜面に垂直な反磁界からギャップ磁界を引いた値よりも大きく、かつ前記反磁界よりも小さい。

図１は、第１の実施形態に係る磁気ディスク装置（ＨＤＤ）を示す斜視図。 図２は、前記ＨＤＤの磁気ヘッドおよびサスペンションを示す側面図。 図３は、前記磁気ヘッドのヘッド部を拡大して示す断面図。 図４は、前記記録ヘッドの磁気ディスク側の端部を拡大して示す断面図。 図５は、前記記録ヘッドをスライダのディスク対向面側から見た平面図。 図６は、前記記録ヘッドにおけるスピントルク発振子を模式的に示す断面図。 図７は、前記記録ヘッドのスピントルク発振子部分を拡大して示す断面図。 図８は、本実施形態に係る記録ヘッドと比較例に係る記録ヘッドとの磁界―発振周波数特性を比較して示す図。 図９は、本実施形態における実施例１ないし７および比較例１ないし５の発振層構成を示す図。 図１０は、実施例１ないし７および比較例１ないし５について、印加する記録電流と発振周波数との関係を比較して示す図。 図１１は、実施例１ないし７および比較例１ないし５について、記録電流を印加した際に生じる発振層磁化方向をそれぞれ示す図。

以下図面を参照しながら、種々の実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１は、磁気記録ヘッドを備える磁気記録装置として、ＨＤＤのトップカバーを取り外して内部構造を示し、図２は、浮上状態の磁気ヘッドを示している。図１に示すように、ＨＤＤは筐体１０を備えている。この筐体１０は、上面の開口した矩形箱状のベース１１と、図示しない矩形板状のトップカバーとを備えている。トップカバーは、複数のねじによりベースにねじ止めされ、ベースの上端開口を閉塞している。これにより、筐体１０内部は気密に保持され、呼吸フィルター２６を通してのみ、外部と通気可能となっている。

ベース１１上には、記録媒体としての磁気ディスク１２および駆動部が設けられている。駆動部は、磁気ディスク１２を支持および回転させるスピンドルモータ１３、磁気ディスクに対して情報の記録、再生を行なう複数、例えば、２つの磁気ヘッド３３、これらの磁気ヘッド３３を磁気ディスク１２の表面に対して移動自在に支持したヘッドアクチュエータ１４、ヘッドアクチュエータを回動および位置決めするボイスコイルモータ（以下ＶＣＭと称する）１６を備えている。また、ベース１１上には、磁気ヘッド３３が磁気ディスク１２の最外周に移動した際、磁気ヘッド３３を磁気ディスク１２から離間した位置に保持するランプロード機構１８、ＨＤＤに衝撃等が作用した際、ヘッドアクチュエータ１４を退避位置に保持するイナーシャラッチ２０、およびプリアンプ、ヘッドＩＣ等の電子部品が実装された基板ユニット１７が設けられている。

ベース１１の外面には、制御回路基板２５がねじ止めされ、ベース１１の底壁と対向して位置している。制御回路基板２５は、基板ユニット１７を介してスピンドルモータ１３、ＶＣＭ１６、および磁気ヘッド３３の動作を制御する。

図１および図２に示すように、磁気ディスク１２は、垂直磁気記録膜媒体として構成されている。磁気ディスク１２は、例えば、直径約２．５インチの円板状に形成され非磁性体からなる基板１９を有している。基板１９の各表面には、下地層としての軟磁性層２３と、その上層部に、ディスク面に対して垂直方向に磁気異方性を有する垂直磁気記録層２２とが順次積層され、さらにその上に保護膜２４が形成されている。

図１に示すように、磁気ディスク１２は、スピンドルモータ１３のハブに同軸的に嵌合されているとともにハブの上端にねじ止めされたクランプばね２１によりクランプされ、ハブに固定されている。磁気ディスク１２は、駆動モータとしてのスピンドルモータ１３により所定の速度で矢印Ｂ方向に回転される。

ヘッドアクチュエータ１４は、ベース１１の底壁上に固定された軸受部１５と、軸受部から延出した複数のアーム２７と、を備えている。これらのアーム２７は、磁気ディスク１２の表面と平行に、かつ、互いに所定の間隔を置いて位置しているとともに、軸受部１５から同一の方向へ延出している。ヘッドアクチュエータ１４は、弾性変形可能な細長い板状のサスペンション３０を備えている。サスペンション３０は、板ばねにより構成され、その基端がスポット溶接あるいは接着によりアーム２７の先端に固定され、アームから延出している。各サスペンション３０の延出端にジンバルばね４１を介して磁気ヘッド３３が支持されている。

図２に示すように、各磁気ヘッド３３は、ほぼ直方体形状のスライダ４２とこのスライダの流出端（トレーリング端）に設けられた記録再生用のヘッド部４４とを有している。各磁気ヘッド３３は、サスペンション３０の弾性により、磁気ディスク１２の表面に向かうヘッド荷重Ｌが印加されている。２本のアーム２７は所定の間隔を置いて互いに平行に位置し、これらのアームに取り付けられたサスペンション３０および磁気ヘッド３３は、磁気ディスク１２を間に挟んで互いに向かい合っている。

各磁気ヘッド３３は、サスペンション３０およびアーム２７上に固定された中継フレキシブルプリント回路基板（以下、中継ＦＰＣと称する）３５を介して後述するメインＦＰＣ３８に電気的に接続されている。

図１に示すように、基板ユニット１７は、フレキシブルプリント回路基板により形成されたＦＰＣ本体３６と、このＦＰＣ本体から延出したメインＦＰＣ３８とを有している。ＦＰＣ本体３６は、ベース１１の底面上に固定されている。ＦＰＣ本体３６上には、プリアンプ３７、ヘッドＩＣを含む電子部品が実装されている。メインＦＰＣ３８の延出端は、ヘッドアクチュエータ１４に接続され、各中継ＦＰＣ３５を介して磁気ヘッド３３に接続されている。

ＶＣＭ１６は、軸受部１５からアーム２７と反対方向に延出した図示しない支持フレーム、および支持フレームに支持されたボイスコイルを有している。ヘッドアクチュエータ１４をベース１１に組み込んだ状態において、ボイスコイルは、ベース１１上に固定された一対のヨーク３４間に位置し、これらのヨークおよびヨークに固定された磁石とともにＶＣＭ１６を構成している。

磁気ディスク１２が回転した状態でＶＣＭ１６のボイスコイルに通電することにより、ヘッドアクチュエータ１４が回動し、磁気ヘッド３３は磁気ディスク１２の所望のトラック上に移動および位置決めされる。この際、磁気ヘッド３３は、磁気ディスク１２の径方向に沿って、磁気ディスクの内周縁部と外周縁部との間を移動される。

次に、磁気ヘッド３３の構成について詳細に説明する。図３は、磁気ヘッド３３のヘッド部４４を拡大して示す断面図、図４は、磁気記録ヘッドの磁気ディスク側の端部を拡大して示す断面図、図５は、記録ヘッド部分をスライダのＡＢＳ側から見た平面図である。

図２および図３に示すように、磁気ヘッド３３は浮上型のヘッドとして構成され、ほぼ直方体状に形成されたスライダ４２と、スライダの流出（トレーリング）側の端部に形成されたヘッド部４４とを有している。スライダ４２は、例えば、アルミナとチタンカーバイドの焼結体（アルチック）で形成され、ヘッド部４４は薄膜を積層して形成されている。

スライダ４２は、磁気ディスク１２の表面に対向する矩形状のディスク対向面（空気支持面（ＡＢＳ））４３を有している。スライダ４２は、磁気ディスク１２の回転によってディスク表面とディスク対向面４３との間に生じる空気流Ｃにより、磁気ディスク表面から所定量浮上した状態に維持される。空気流Ｃの方向は、磁気ディスク１２の回転方向Ｂと一致している。スライダ４２は、磁気ディスク１２表面に対し、ディスク対向面４３の長手方向が空気流Ｃの方向とほぼ一致するように配置されている。

スライダ４２は、空気流Ｃの流入側に位置するリーディング端４２ａおよび空気流Ｃの流出側に位置するトレーリング端４２ｂを有している。スライダ４２のディスク対向面４３には、図示しないリーディングステップ、トレーリングステップ、サイドステップ、負圧キャビティ等が形成されている。

図３および図４に示すように、ヘッド部４４は、スライダ４２のトレーリング端４２ｂに薄膜プロセスで形成された再生ヘッド５４および磁気記録ヘッド５６を有し、分離型磁気ヘッドとして形成されている。

再生ヘッド５４は、磁気抵抗効果を示す磁性膜５０と、この磁性膜のトレーリング側およびリーディング側に磁性膜５０を挟むように配置されたシールド膜５２ａ、５２ｂと、で構成されている。これら磁性膜５０、シールド膜５２ａ、５２ｂの下端は、スライダ４２のディスク対向面４３に露出している。

記録ヘッド５６は、再生ヘッド５４に対して、スライダ４２のトレーリング端４２ｂ側に設けられている。記録ヘッド５６は、磁気ディスク１２の表面に対して垂直方向の記録磁界を発生させる高飽和磁化材料からなる主磁極６６と、主磁極６６のトレーリング側に配置され、主磁極直下の軟磁性層２３を介して効率的に磁路を閉じるために設けられたトレーリングシールド（リターン磁極）６８と、磁気ディスク１２に信号を書き込む際、主磁極６６に磁束を流すために主磁極６６およびトレーリングシールド６８を含む磁気回路に巻きつくように配置された記録コイル７１と、主磁極６６の先端部６６ａとトレーリングシールド６８との間の磁気キャップＧＷに設けられた高周波発振子、例えば、スピントルク発振子７４と、を有している。

主磁極６６とトレーリングシールド６８とに電源７０が接続され、この電源から主磁極６６、トレーリングシールド６８を通して電流を直列に通電できるように電流回路が構成されている。

主磁極６６は、磁気ディスク１２の表面に対してほぼ垂直に延びている。主磁極６６の磁気ディスク１２側の下端部は、磁気ディスク１２に向かって幅が狭くなるように先細に絞り込まれ、その先端部６６ａは、他の部分に対して幅の狭い柱状に形成されている。図５に示すように、主磁極６６の先端部６６ａは、例えば、断面が台形状に形成され、トレーリング端側に位置した所定幅のトレーリング側端面６７ａ、トレーリング端面と対向しているとともにトレーリング側端面よりも幅の狭いリーディング側端面６７ｂ、および両側面を有している。主磁極６６の下端面は、スライダ４２のディスク対向面４３に露出している。トレーリング側端面６７ａの幅ＷＴ１は、磁気ディスク１２におけるトラックの幅にほぼ対応している。

図３に示すように、トレーリングシールド６８は、ほぼＵ字形状に形成され、その先端部６８ａは、細長い矩形状に形成されている。トレーリングシールド６８の先端面は、スライダ４２のディスク対向面４３に露出している。先端部６８ａのリーディング側端面６８ｂは、磁気ディスク１２のトラックの幅方向に沿って延びている。このリーディング側端面６８ｂは、主磁極６６のトレーリング側端面６７ａとライトギャップＷＧ（例えば、４０ｎｍ）を置いてほぼ平行に対向している。

トレーリングシールド６８は、スライダ４２のディスク対向面４３から離れた位置で、主磁極６６の上部に接近した連結部６５を有している。この連結部６５は、例えばＳｉＯ₂等の絶縁体で形成されたバックギャップ部６７を介して主磁極６６に連結されている。この絶縁体により、主磁極６６とトレーリングシールド６８とが電気的に絶縁している。このように、バックギャップ部６７を絶縁体で構成することにより、スピントルク発振子７４の電極と兼用している主磁極６６およびトレーリングシールド６８を通じて、電源７０からスピントルク発振子７４に効率的に電流を印加することが可能となる。バックギャップ部６７の絶縁体はＳｉＯ₂の他にも、Ａｌ₂Ｏ₃を用いてもよい。

図３ないし図５に示すように、スピントルク発振子７４は、主磁極６６の先端部６６ａのトレーリング側端面６７ａとトレーリングシールド６８のリーディング側端面６８ｂとの間に挟まれ、これらの端面と平行に配置されている。すなわち、スピントルク発振子７４は、ライトギャップＷＧ内で主磁極先端部のトラック幅方向幅ＷＴ１の範囲内に整位して位置し、スピントルク発振子７４のトラック幅方向長さＷＴ２は、主磁極６６のトレーリング側端面６７ａのトラック幅方向長さＷＴ１と等しく形成されている。

図４、図５、図６に示すように、スピントルク発振子７４は、例えば、Ｔａ／Ｒｕ／Ｃｕの積層膜からなる下地層７４ａ、０．２ｎｍ厚のＣｏ／０．６ｎｍ厚のＮｉの積層体を１０回積層した人工格子膜からなるスピン注入層（第２磁性体層）７４ｂ、Ｃｕからなる中間層７４ｃ、Ｆｅ／Ｃｏ磁性膜からなる発振層（第１磁性体層）７４ｄ、Ｃｕ／Ｒｕの積層膜からなるキャップ層（保護層）７４ｅを、主磁極６６側からトレーリングシールド６８側に順に積層して構成されている。すなわち、下地層７４ａ、スピン注入層７４ｂ、中間層７４ｃ、発振層（第１磁性体層）７４ｄ、キャップ層７４ｅは、スライダ４２のＡＢＳ４３あるいは磁気ディスク表面と平行な方向に順に積層され、各層は、ＡＢＳと直交する方向に延びている。素子サイズは、例えば、４０ｎｍ角になるようにパターニングされている。また、スピントルク発振子７４全体の層厚方向の厚さは、ライトギャップＷＧに対応している。そして、下地層７４ａとキャップ層７４ｅが、電極を兼用する主磁極６６とトレーリングシールド６８にそれぞれ接続している。下地層７４ａとキャップ層７４ｅの両方、あるいは、一方は、省略可能であり、その場合は、スピントルク発振子７４のスピン注入層７４ｂおよび発振層７４ｄが直接、主磁極６６とトレーリングシールド６８に接続される。

発振層７４ｄの材料は軟磁性材料であることが望ましく、ＦｅＣｏＡｌ、ＦｅＣｏ／Ｎｉ、Ｆｅ／Ｎｉ、Ｆｅ／Ｃｏなど、Ｃｏを含む金属を積層した人工格子磁性層、あるいは、Ｃｏを積層した人工格子磁性層が用いられる。本実施形態では、図６に示すように、発振層７４ｄは、体心立法結晶（ｂｃｃ）金属磁性層８０ａと、Ｃｏを含む金属磁性層８０ｂとの積層体を、２回以上繰り返し積層して形成され、ｂｃｃ金属磁性層８０ａの膜厚と、Ｃｏを含む金属磁性層８０ｂとの膜厚が、それぞれ０．２ｎｍより大きくかつ３ｎｍ以下となっている。これらの積層体は、スライダ４２のＡＢＳ４３あるいは磁気ディスク表面と平行な方向に順に積層され、各層は、ＡＢＳと直交する方向に延びている。ｂｃｃ金属磁性層８０ａとしては、例えば、Ｆｅ磁性層、Ｆｅ／Ｃｏ磁性層を用いることができる。

スピン注入層７４ｂの材料は、垂直磁気異方性を有する材料であることが望ましい。なぜなら、発振層７４ｄが発振する際に発生する高周波磁界や、スピントルクの反作用の下でも、常にギャップ磁界の方向に磁化の向きが一定している必要があるためである。具体的には、ＣｏＣｒ系磁性層、例えば、ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＣｒＴａＰｔ、ＣｏＣｒＴａＮｂ、ＲＥ（Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ）−ＴＭ（Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ Ｍｅｔａｌ）系合金磁性層、例えば、ＴｂＦｅＣｏ、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、例えば、Ｃｏ／Ｐｄ、Ｃｏ／Ｐｔ、ＣｏＣｒＴａ／Ｐｄ、Ｃｏ／Ｎｉ、Ｃｏ／ＮｉＰｔ、ＦｅＣｏ／Ｎｉ、ＦｅＣｏ／Ｐｔ等、ＣｏＰｔ系やＦｅＰｔ系の合金磁性層、ＳｍＣｏ系合金磁性層など、垂直磁気異方性に優れた材料も適宜用いることができる。

また、スピン注入層７４ｂは、必ずしも垂直磁気異方性膜のみで構成する必要はなく、垂直磁気異方性膜と中間層との間に、軟磁性層を形成した構成であっても、トータルで十分な垂直磁気異方性を有すれば良い。具体的には、２ｎｍ程度の、ＦｅＣｏ合金、あるいはＦｅＣｏ合金にＡｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｃｕなどの添加物を加えた、比較的スピン分極率の大きい材料を形成することで、トータルの垂直磁気異方性を維持しつつ、良好なスピン注入能力を得ることが出来る。これらの垂直磁気異方性は、大きければ大きいほどスピン注入能力が安定するが、大きすぎるとギャップ磁界の反転に対して追随せず、発振が不安定になる。そのため、垂直磁気異方性の大きさは、ギャップ磁界で反転する程度の大きさであることが望ましい。

一方で、スピン注入層７４ｂの垂直磁気異方性は、発振層７４ｄからの反作用に耐えることが目的で付与されるため、逆にいえば、他の方法により１の反作用に耐えれば、必ずしも垂直磁気異方性を付与する必要はない。具体的には、主磁極６６、あるいはトレーリングシールド６８は、記録電流が印加された際に、ギャップ磁界の向きに磁化の向きが強く拘束され、かつ、体積が大きいため反作用の影響を受けにくく、スピン注入層７４ｂとして機能する。

中間層７４ｃの材料は、スピントルクを増大するために、電流を流しやすい材料が好ましい。具体的には、貴金属、例えば、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒ、あるいは、非磁性遷移金属、例えば、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ−Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｕ−Ｃｕ等からなる非磁性金属層などを用いることができる。また、中間層７４ｃは、アルミナなどの絶縁体母材とＣｕ、あるいは絶縁体母材とＡｇ、あるいは絶縁体母材とＡｕ、または、絶縁体母材とＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏのいずれかからなる合金からなる電流狭窄構造としてもよい。
発振層７４ｄ、スピン注入層７４ｂおよび中間層７４ｃに用いられる材料及びこれらの大きさは任意に選択可能である。
なお、スピン注入層７４ｂ、中間層７４ｃ、発振層７４ｄの順に積層したが、発振層、中間層、スピン注入層の順に積層してもよい。この場合、主磁極６６と発振層７４ｄとの距離が近くなり、主磁極６６が発生する記録磁界と、発振層が発生する高周波磁界とが効率的に重畳する範囲が、媒体上で広くなり、良好な記録が可能となる。

スピントルク発振子７４は、その先端がＡＢＳ４３に露出し、磁気ディスク１２の表面に対して、主磁極６６の先端面と同一の高さ位置に設けられている。図３に示すように、上記のように形成された再生ヘッド５４および記録ヘッド５６は、スライダ４２のディスク対向面４３に露出する部分を除いて、保護絶縁膜７２により覆われている。保護絶縁膜７２は、ヘッド部４４の外形を構成している。

スピントルク発振子７４は、前述した制御回路基板２５の制御の下、電源７０から主磁極６６、トレーリングシールド６８に電圧を印加することにより、スピントルク発振子７４の膜厚方向に直流電流が印加される。通電することにより、スピントルク発振子７４の発振層７４ｄの磁化が回転し、高周波磁界を発生させることが可能となる。これにより、磁気ディスク１２の記録層に高周波磁界を印加する。このように、トレーリングシールド６８と主磁極６６はスピントルク発振子７４に垂直通電する電極として働くことになる。

図７に示すように、発振層７４ｄに、ｂｃｃ金属磁性層８０ａと、Ｃｏを含む金属磁性層８０ｂとを繰り返し積層した積層構造（人工格子）を用いることで、発振層７４ｄの膜面に垂直な垂直異方性磁界Ｈｋを付与し、高磁束密度（Ｂｓ）（２Ｔ以上）を得ると同時に、ギャップ磁界Ｈgapによる膜面垂直方向への磁化の整列を得ることができる。これにより、発振層７４ｄの膜面垂直方向の異方性磁界Ｈｋは、発振層７４ｄの膜面に垂直でかつギャップ磁界Ｈgapに対して逆向きな方向に生じる反磁界Ｈdiaから、主磁極６６に記録磁界を発生させたときに生じるギャップ磁界Ｈgapを引いた値よりも大きく、かつ、反磁界Ｈdiaよりも小さい（Ｈdia ＞ Ｈｋ）とすることができる。発振層７４ｄにおいてギャップ磁界Ｈgapによる膜面垂直方向の磁化が達成された場合、スピン注入層７４ｂと発振層７４ｄの磁化が平行な関係になると、スピン注入層７４ｂから発振層７４ｄに電流を印加したときに、スピン注入層からのトルクが最も効率よく機能し、それにより、発振層７４ｄの磁化回転が非常に強くなり、結果として周波数が増大する。すなわち、発振層７４ｄが膜面内方向において正方形である場合には、垂直異方性磁界Ｈｋとギャップ磁界Ｈgapとの合計が反磁界Ｈdiaの１．５倍から磁束密度Ｂの半分を減じた値よりも大きくした場合に（１．５Ｈdia−０．５Ｂ＜Ｈｋ ＋ Ｈgap）、発振層７４ｄにおいてギャップ磁界Ｈgapによる膜面垂直方向の磁化が達成される。発振層７４ｄが膜面内方向において長方形である場合には、発振層７４ｄにおいてギャップ磁界Ｈgapによる膜面垂直方向の磁化が達成するにあたって、正方形の場合と比較して、より大きなＨｋあるいはＨgapが必要となるが、少なくとも垂直異方性磁界Ｈｋとギャップ磁界Ｈgapとの合計が反磁界Ｈdiaよりも大きく（Ｈdia ＜ Ｈｋ ＋ Ｈgap）なる場合には膜面垂直方向の磁化が達成できる。

一方で、発振層７４ｄの反磁界Ｈdiaが大きく、ギャップ磁界Ｈgapによる平行磁化配列が得られない場合、スピン注入層７４ｂからのトルクの効率が低下する。そのため、発振層７４ｄの磁化回転が弱くなり、結果として適切な発振周波数が達成できない。このような理由で、スピントルク発振子７４に電流を印加して発振させることにより、図８に示すように、本実施形態に係るスピントルク発振子７４は、発振層が膜面垂直方向の磁化異方性を持たない比較例に比較して、高い周波数を維持しながら、大きな高周波磁界を達成すことができる。結果として、高周波アシスト効果を増強することができる。

また、発振層７４ｄの垂直異方性磁界Ｈｋが大きすぎると、発振層の磁化の向きが安定になってしまい、発振させるための電流値が増大してしまう。一方で、ギャップ磁界Ｈgapが存在しない状態でも膜面垂直方向に磁化が整列するような、垂直異方性磁界Ｈｋが非常に大きい場合、スピン注入層７４ｂと発振層７４ｄの磁化安定性が等価に近づいていくため、スピントルク発振子７４に電流を印加した際に、注入側と発振側とで明確に磁化安定性を区別することができず、双方の磁化が微小に発振するモードが発現する。これを避けるためには、前述のとおり、発振層７４ｄの垂直異方性磁界Ｈｋが強くなりすぎないように調整することで、磁化安定性の差を明確化し、発振層側をスピン注入層側より明確に磁化不安定にする必要がある。具体的には、少なくともギャップ磁界Ｈgapが作用していない状態では、発振層７４ｄにおける磁化の向きが膜面と平行（面内）であるように垂直異方性磁界Ｈｋと反磁界Ｈdiaのバランスを保つようにしている。

図９に示すように、実施例１ないし７、および比較例１ないし５に係る発振層７４ｄを有するスピントルク発振子を用意し、その磁気特性を比較検討した。
実施例１では、発振層７４ｄは、１ｎｍ厚のＦｅ５０Ｃｏ５０層と１ｎｍ厚のＣｏ層との積層体を６回積層して構成されている。
実施例２では、発振層７４ｄは、１．５ｎｍ厚のＦｅ５０Ｃｏ５０層と１．５ｎｍ厚のＣｏ層との積層体を６回積層して構成されている。
実施例３では、発振層７４ｄは、２ｎｍ厚のＦｅ５０Ｃｏ５０層と２ｎｍ厚のＣｏ層との積層体を３回積層して構成されている。
実施例４では、発振層７４ｄは、１ｎｍ厚のＦｅ層と１ｎｍ厚のＣｏ層との積層体を６回積層して構成されている。
実施例５では、発振層７４ｄは、２ｎｍ厚のＦｅ層と２ｎｍ厚のＣｏ層との積層体を３回積層して構成されている。
実施例６では、発振層７４ｄは、１ｎｍ厚のＦｅ層と１ｎｍ厚のＣｏ９０Ｆｅ１０層との積層体を６回積層して構成されている。
実施例７では、発振層７４ｄは、２ｎｍ厚のＦｅ層と２ｎｍ厚のＣｏ９０Ｆｅ１０層との積層体を３回積層して構成されている。

また、比較例１では、発振層７４ｄは、０．２ｎｍ厚のＦｅ層と０．２厚のＣｏ層との積層体を３０回積層して構成されている。
比較例２では、発振層７４ｄは、５ｎｍ厚のＦｅ層と５ｎｍ厚のＣｏ層との積層体を２回積層して構成されている。
比較例３では、発振層７４ｄは、４ｎｍ厚のＦｅ層と４ｎｍ厚のＣｏ層との積層体を２回積層して構成されている。
比較例４では、発振層７４ｄは、１．５厚のＣｏ９０Ｆｅ１０層と１．５ｎｍ厚のＣｏ層との積層体を６回積層して構成されている。
比較例５では、発振層７４ｄは、１．５ｎｍ厚のＦｅ層と１．５ｎｍ厚のＣｏ５０Ｆｅ５０層との積層体を６回積層して構成されている。

図９に示すように、実施例１から７においては、発振層は、比較的良好な垂直磁気異方性が得られている。一方、比較例１から５では、発振層の垂直磁気異方性は非常に弱くなっている。実施例１から７について、各々の人工格子の、１周期において、左側に記載した磁性層は、電子線解説の結果から、ｂｃｃ構造であることが確認できた。

一方、比較例４の人工格子の、１周期において、左側に記載した磁性層は、電子線解説の結果から、面心立法結晶（ｆｃｃ）構造であることが確認できた。このように、実施例１ないし７の良好な垂直磁気異方性は、ｂｃｃ構造を持つ金属磁性層の積層によって達成されることが分かる。

比較例１では、人工格子周期を非常に細かくした結果、垂直磁気異方性が失われている。これは実質的に磁性層毎の特性が失われ、合金化した特性が発現したためである。また、比較例２、３は、人工格子周期を非常に大きくしたため、垂直磁気異方性が失われている。これは各磁性層の特性の平均特性が出現し、人工格子特有の特性が失われたためである。また、比較例５は、実施例１ないし７と比較して、小さな異方性磁界Ｈｋとなる。この人工格子の、１周期において、左側に記載した磁性層は、電子線解説の結果から、ｂｃｃ構造であることが確認できたが、一方で、この人工格子の、１周期において、右側に記載した磁性層も電子線解説の結果から、ｂｃｃ構造であることが確認できた。このように、ｂｃｃどうしの場合、良好な異方性磁界Ｈｋが得られにくい事が分かる。

実施例１ないし７、比較例１ないし５のスピントルク発振子を備える記録ヘッドについて、発振特性の評価を行った。スピントルク発振子７４に駆動電流をスピン注入層７４ｂから発振層７４ｄの方向に５ｍＡ印加した。同時に、記録電流を記録コイル７１に印加し、ギャップ磁界を発生して、スピントルク発振子７４の発振状態を観察した。発振周波数の測定は、スピントルク発振子７４の巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）による電気信号をスペクトルアナライザーに取り込んで評価した。

図１０は、実施例１ないし７、比較例１ないし５について、発振周波数の記録電流依存性を示している。比較的大きな垂直異方性磁界Ｈｋを持つ実施例１ないし７では、高周波アシスト記録に必要な２０ＧＨｚ以上の周波数を得ることができた。一方で、比較的小さな垂直異方性磁界Ｈｋをもつ比較例１ないし５では、発振周波数は２０ＧＨｚに到達することができなかった。

これらの実施例１ないし７、および比較例１ないし５について、記録電流３６ｍＡ、スピントルク発振子の駆動電流ゼロの場合の発振層７４ｄの磁化の向きを計算により求めた。発振層７４ｄにおける磁化の向きは、ギャップ磁界と、発振層の反磁界と、スピン注入層７４ｂからの静磁気結合を考慮して見積もった。その結果を図１１に示す。実施例１から７では、良好な高い周波数の発振が得られた発振層の磁化が、膜面垂直の向きになっていることが分かり、比較例１ないし５では、発振層の磁化が膜面内方向、ずなわち、発振層を構成する各層の面と平行な方向となることが分かる。

発振動作シミュレーションを行い、上記の結果を理論的に説明できるように確認した。その結果、比較例１ないし５のように、スピントルク発振子７４の駆動電流がゼロのときの発振層７４ｄの磁化の向きが面内である場合には、外部から磁場を印加した状態でも発振周波数は上昇しないことがしめされた。

以上のことから、実施例１ないし７のように、発振層７４ｄは、ｂｃｃ金属磁性層８０ａと、Ｃｏを含む金属磁性層８０ｂとを繰り返し積層し、ｂｃｃ金属磁性層の膜厚と、Ｃｏを含む強磁性層との膜厚が、それぞれ０．２ｎｍより大きくかつ３ｎｍ以下である積層構造（人工格子）とし、発振層７４ｄの膜面垂直方向の異方性磁界Ｈｋが、その反磁界Ｈdiaから、主磁極に記録磁界を発生させたときに生じるギャップ磁界Ｈgapを引いた値よりも大きく（Ｈdia ＜ Ｈｋ ＋ Ｈgap）、かつ、反磁界よりも小さく（Ｈdia ＞ Ｈｋ）することにより、スピントルク発振子７４は、高い周波数を維持しながら、大きな高周波磁界を達成できることが分かる。

以上のように構成された磁気記録ヘッドおよびＨＤＤによれば、高周波発振子により高い周波数を維持しながら、強い高周波磁界を発生することができ、結果として、高周波アシスト効果を増強することができる。これにより、より高密度、高精細な磁気記録を達成することができる。

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わせにより、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。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

例えば、発振層を構成するｂｃｃ金属磁性層とＣｏを含む磁性層との積層体の積層数は、実施形態および実施例に限定されることなく、必要に応じて増減可能である。スピントルク発振子を構成する磁性層の材料は、上述した実施形態に限定されることなく、適宜選択可能である。

以上、本発明を特にその好ましい実施の形態を参照して詳細に説明した。本発明の容易な理解のために、本発明の具体的な形態を以下に付記する。
（付記１）
記録磁界を印加する主磁極と、前記主磁極にライトギャップを置いて対向するトレーリングシールドと、前記主磁極とトレーリングシールドとの間に設けられ高周波磁界を発生するスピントルク発振子と、前記スピントルク発振子に電流を流す電源と、を備え、
前記スピントルク発振子は、スピン注入層、中間層、発振層を有し、
前記発振層は、体心立法結晶金属磁性層と、Ｃｏを含む金属を積層した人工格子磁性層との積層体を、２回以上繰り返し積層して形成され、体心立法結晶金属磁性層の膜厚と、Ｃｏを含む金属を積層した人工格子磁性層の膜厚とが、それぞれ０．２ｎｍより大きくかつ３ｎｍ以下であり、
前記発振層の膜面垂直方向の異方性磁界が、前記発振層の膜面に垂直な方向の反磁界からギャップ磁界を引いた値よりも大きく、かつ前記反磁界よりも小さい磁気記録ヘッド。
（付記２）
ディスク状の記録媒体と、
前記記録媒体を回転する駆動部と、
前記記録媒体に対し情報処理を行う付記１に記載の磁気記録ヘッドと、
を備える磁気記録装置。

１０…筺体、１１…ベース、１２…磁気ディスク、１３…スピンドルモータ、
３０…サスペンション、４２…スライダ、４３…ディスク対向面、
４４…ヘッド部、５４…再生ヘッド、５６…記録ヘッド、６６…主磁極、
６６ａ…先端部、６８…トレーリングシールド、６８ａ…先端部、
７０…電源、７１…記録コイル、７４…スピントルク発振子、７４ｂ…スピン注入層、 ７４ｃ…中間層、７４ｄ…発振層、７４ｅ…キャップ層（保護層）、
８０ａ…ｂｃｃ金属磁性層、８０ｂ…Ｃｏを含む金属磁性層、ＷＧ…ライトギャップ Ｈｋ…異方性磁界、Ｈdia…反磁界、Ｈgap…ギャップ磁界

Claims (6)

1. 記録磁界を印加する主磁極と、前記主磁極にライトギャップを置いて対向するトレーリングシールドと、前記主磁極とトレーリングシールドとの間に設けられ、通電により高周波磁界を発生するスピントルク発振子と、を備え、
   前記スピントルク発振子は、スピン注入層、中間層、発振層を有し、
   前記発振層は、体心立法結晶金属磁性層と、Ｃｏを含む金属を積層した人工格子磁性層との積層体を、２回以上繰り返し積層して形成され、体心立法結晶金属磁性層の膜厚と、Ｃｏを含む金属を積層した人工格子磁性層の膜厚とが、それぞれ０．２ｎｍより大きくかつ３ｎｍ以下であり、
   前記発振層の膜面垂直方向の異方性磁界が、前記発振層の膜面に垂直な方向の反磁界からギャップ磁界を引いた値よりも大きく、かつ前記反磁界よりも小さい磁気記録ヘッド。
2. 前記体心立方結晶金属磁性層はＦｅ、前記Ｃｏを含む金属を積層した人工格子磁性層はＣｏで形成されている請求項１に記載の磁気記録ヘッド。
3. 前記発振層は、その磁化の向きが、記録電流を流さず、かつ、前記スピントルク発振子に電流を流さないときに、前記発振層の膜面と平行な方向にあり、
   前記記録ヘッドに記録電流を流し、かつ、前記スピントルク発振子に電流を流さないときは、前記発振層の磁化の向きが前記発振層の膜面に垂直方向にある請求項１又は２に記載の磁気記録ヘッド。
4. ディスク状の記録媒体と、
   前記記録媒体を回転する駆動部と、
   前記記録媒体に対し情報処理を行う請求項１に記載の磁気記録ヘッドと、
   前記スピントルク発振子に電流を流す電源と、
   を備える磁気記録装置。
5. 前記体心立方結晶金属磁性層はＦｅ、前記Ｃｏを含む金属を積層した人工格子磁性層はＣｏで形成されている請求項４に記載の磁気記録装置。
6. 前記発振層は、その磁化の向きが、記録電流を流さず、かつ、前記スピントルク発振子に電流を流さないときに、発振層の膜面と平行な方向にあり、
   前記記録ヘッドに記録電流を流し、かつ、前記スピントルク発振子に電流を流さないときは、前記発振層の磁化の向きが発振層の膜面に垂直方向にある請求項４又は５に記載の磁気記録装置。

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