JP2014149887A - 磁気ヘッド及び磁気記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発振素子における電流集中を防止して発振素子の電流耐性を高め、信頼性の高い高周波磁界アシスト記録方式の磁気ヘッドを実現する。
【解決手段】記録磁界を発生する主磁極１２０とトレーリングシールド１３０ｂの間に、非磁性金属層１１４、スピン注入固定層１１３、中間層１１２、高周波磁界発生層１１１を備えて高周波磁界を発生する発振素子１１０を設け、主磁極に隣接した非磁性金属層１１４をトレーリング側からリーディング側に向かって徐々に幅が拡大したテーパー状とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、磁気ヘッド及び磁気記録再生装置に係り、特に、磁気記録媒体に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及びその磁気記録ヘッドを備える磁気記録再生装置に関するものである。

ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの磁気記録再生装置において、面記録密度を上げるには記録能力を向上させることが重要である。そのため、最近、熱や高周波磁界の印加により記録時に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が注目されている。高周波磁界印加による方式は、「マイクロ波アシスト記録（ＭＡＭＲ）」と呼ばれている。

ＭＡＭＲ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。しかし、ＭＡＭＲ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周波数の高い高周波磁界を用いないと、大きな磁化反転磁界の低減効果は得られない。そのための対応策の１つとして、特許文献１には、高周波アシスト磁界を発生させるための、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素子が開示されている。高周波発振素子は、ＧＭＲ構造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局所領域に高周波振動磁界を発生させることができる。

また、非特許文献１には、垂直磁気ヘッドの主磁極に隣接した発振素子中のスピン注入固定層からのスピントルクを中間層のＣｕを介して隣接する高周波磁界発生層（ＦＧＬ：Field Generation Layer）に伝え、ＦＧＬの磁化を面内で高速回転させることによってマイクロ波（高周波磁界）を発生させ、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。さらに、非特許文献２には、発振素子を磁気記録ヘッドの主磁極とトレーリングシールドとの間に配置し、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。

特開２００５−０２５８３１号公報 特開２０１０−４０１２６号公報

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

ＭＡＭＲに用いられる発振素子における重要な課題に、電流集中による素子破壊の問題がある。ＭＡＭＲでは発振素子から必要な高周波磁界を得るため、磁気ヘッドの主磁極とトレーリングシールド間に電圧を印加し、発振素子へ垂直方向（各層の積層方向）に電流を流す必要がある。電流を流すことによって、ＦＧＬの磁化に固定層からスピントルクが与えられ、ＦＧＬの磁化の歳差運動を引き起こし、高周波磁界発振を得ることが出来る。このＦＧＬに与えられるスピントルクは素子中を流れる電流密度に比例するため、ＦＧＬの磁化の歳差運動が収束しないように高い電流密度の電流を素子へ流す必要がある。その電流密度（駆動電流量）は発振素子の形状や材料で異なるが、概ね２×１０⁸Ａ／ｃｍ²程度である。この駆動電流量は予想される破壊電流量（１×１０⁹Ａ／ｃｍ²程度）に対して約１／５であり、信頼性を確保するための動作マージンをもつ。

しかし、磁気ヘッドを繰り返し駆動すると、発振素子が破壊されてしまう不良が発生する。この原因は、発振素子中で電流分布が均一にならず局所的に破壊電流量に達するような高い電流密度の領域が発生し、その領域から徐々に素子構造が破壊されてしまうためである。この発振素子中での電流集中は、発振素子と比較して幅の大きい主磁極やトレーリングシールドから、数十ナノメートル程度のサイズの発振素子へ急激に電流が絞り込まれることに起因する。幅が急激に狭まる発振素子の入り口では、周囲からの電流の流れ（流線）が一気に集まり、流線がより多く集まる素子端部にて破壊電流量を超える程の極めて高い電流密度を持つ領域が形成される。この偏った電流分布は発振素子中の中間層においても緩和されない。中間層のＣｕやＡｕなどはエレクトロマイグレーションを起こしやすい材料であり、電流密度の高い端部においてエレクトロマイグレーションが発生し、端部から徐々に発振素子のＧＭＲ構造を壊し、やがて素子破壊に至る。

本発明の目的は、高周波磁界アシスト記録方式の磁気ヘッドにおいて、発振素子内の電流集中を防止して電流耐性の高い発振素子を形成し、信頼性の高い磁気ヘッド及び磁気記録再生装置を提供することにある。

本発明では、高周波磁界アシスト記録方式の磁気ヘッドにおいて、記録ヘッド部に備える高周波磁界を発生する発振素子が非磁性金属層と、固定層と、中間層と、ＦＧＬを備えた構成であり、主磁極あるいはトレーリングシールドに隣接した非磁性金属層を中間層から離れるに従ってトラック幅方向の幅あるいは素子高さ方向の幅が徐々に幅が拡大するテーパー状の形状とする。トラック幅方向と素子高さ方向の両方の幅が徐々に幅が拡大するテーパー状の形状としてもよい。

非磁性金属層は主磁極に隣接する位置とトレーリングシールドに隣接する位置の２か所に同時に設けてもよいが、テーパー形状とするのはそのうちの１個所の非磁性金属層だけとする。

本発明によれば、高周波磁界を発生する発振素子内での電流集中を防いで発振素子の電流耐性を高めることができ、信頼性の高い磁気ヘッドを実現することができる。

上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
なお、特開２０１０−４０１２６号公報には、「スピン注入層の反転時間を短縮し、安定して動作する高効率の磁気記録ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置を提供する」という課題に対して「主磁極と、前記主磁極と対向して設けられたシールドと、前記主磁極と前記シールドとの間に設けられた積層構造体であって、前記主磁極から印加される磁界よりも小さい保磁力を有する第１磁性体層と、膜面の大きさが前記第１磁性体層よりも大きい第２磁性体層と、前記第１磁性体層と前記第２磁性体層との間に設けられ、非磁性材料からなる中間層と、を有する積層構造体と、を備えたことを特徴とする磁気記録ヘッド」という解決手段が記載されている（要約参照）。その公報中には、発振素子がテーパー形状をした構造の例が記載されているが、この公報中では、発振素子内での電流集中が改善する効果についての記載はなく、非磁性金属層の構造についての記載もなく、本発明に関する示唆は何らなされていない。

磁気ヘッドの構成例を示す摸式図。 磁気ヘッドが備える発振素子の一例を媒体対向面から見た摸式図。 磁気ヘッドが備える発振素子の構成例を示す斜視図。 非磁性金属層のテーパー形状の説明図。 非磁性金属層をテーパー形状としたことによる効果の説明図。 非磁性金属層がテーパー形状を有する発振素子と有しない発振素子の中間層における電流分布を比較して示した図。 非磁性金属層の広がりｘ₂と破壊電流量の関係を示す図。 非磁性金属層の広がりｘ₁／ｘ₂と破壊電流量の関係を示す図。 ｘ₁／ｘ₂とＴ／Ｈとの関係を示す図。 磁気ヘッドが備える発振素子の一例を側面から見た断面模式図。 磁気ヘッドが備える発振素子の構成例を示す斜視図。 非磁性金属層のテーパー形状の説明図。 磁気ヘッドが備える発振素子の構成例を示す斜視図。 種々の構成の発振素子の電流耐性を比較して示した図。 磁気ヘッドが備える発振素子の一例を媒体対向面から見た摸式図。 磁気ヘッドが備える発振素子の構成例を示す斜視図。 非磁性金属層のテーパー形状の説明図。 磁気ヘッドが備える発振素子の構成例を示す斜視図。 磁気ヘッドが備える発振素子の構成例を示す斜視図。 磁気記録再生装置の構成例を示す概略図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

［実施例１］
図１は、本発明の一実施例における磁気記録再生ヘッドのトラック方向に沿った断面模式図である。磁気記録再生ヘッド（以下、単に磁気ヘッドという）は、記録ヘッド部１００と再生ヘッド部２００から構成される記録再生分離ヘッドであり、磁気ディスクのような回転する磁気記録媒体３００に対して記録再生を行う。記録ヘッド部１００は、高周波磁界を発生するための発振素子１１０、記録磁界を発生するための主磁極１２０、主磁極に磁場を励磁するためのコイル１５０、及び副磁極１３０ａを有する。図示の例では、主磁極１２０のトレーリング方向にトレーリングシールド１３０ｂを設けているが、これは必ずしも必須ではない。なおここで、磁気記録媒体に対する磁気ヘッドの進行方向をリーディング方向、磁気記録媒体に対する磁気ヘッドの進行方向と反対の方向をトレーリング方向と定義する。また、図示の例では、磁気記録媒体３００に対する磁気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が後方に配置されているが、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、図示の例とはその配置を逆にした構成としてもよい。

再生ヘッド部２００は、再生センサ２１０、下部磁気シールド２２０及び上部磁気シールド２３０を備え、磁気記録媒体３００に記録された記録信号を再生する。再生センサ２１０の構成としては、例えば所謂ＧＭＲ（Giant Magneto-Resistive）効果を有する再生センサであってもよいし、ＴＭＲ（Tunneling Magneto-Resistive）効果を有する再生センサであってもよい。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所謂差動型再生センサであってもよい。また、下部磁気シールド２２０と上部磁気シールド２３０は再生信号の品質の向上に重要な役割を担うため、できるだけこれらのシールドを設ける方がよい。

図２及び図３は、本実施例の磁気ヘッドの記録ヘッド部の構成例を示す模式図である。図２は、記録ヘッド部１００の一部である主磁極１２０と発振素子１１０の部分を、リーディング方向を下にして媒体対向面から見た摸式図であり、図３は記録ヘッド部が備える発振素子の斜視図である。

発振素子１１０は主磁極１２０とトレーリングシールド１３０ｂの間に置かれ、高周波磁界を発生する高周波磁界発生層（ＦＧＬ）１１１、スピン透過性の高い材料から成る中間層１１２、ＦＧＬ１１１にスピントルクを与えるためのスピン注入固定層（以下、単に固定層という）１１３を備える。なお、本実施例の発振素子１１０は、主磁極１２０側から固定層１１３、中間層１１２、ＦＧＬ１１１の順に積層して形成したが、主磁極１２０側からＦＧＬ１１１、中間層１１２、固定層１１３の順で積層して形成してもよい。発振素子１１０に流す電流は固定層１１３からＦＧＬ１１１に向かう向きに流れるようにする。１４０は埋め戻し絶縁膜である。

ＦＧＬ１１１の材料は、例えばＦｅ₇₀Ｃｏ₃₀であり、膜厚は例えば１５ｎｍである。Ｆｅ₇₀Ｃｏ₃₀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出来る。ＦＧＬ１１１の材料は、磁性体であればＦＧＬとしての役割を担うことが可能である。なお、ＦｅＣｏ合金の他に、ＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅＧｅ，ＣｏＭｎＧｅ，ＣｏＦｅＡｌ，ＣｏＦｅＳｉ，ＣｏＭｎＳｉ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など負の垂直磁気異方性エネルギーを持つ材料でもよい。ＦＧＬ１１１の膜厚は、１５ｎｍ以上あるいはそれ以下であってもよいが、好ましくは５ｎｍ以上、３０ｎｍ以下の範囲がよい。その理由について言えば、ＦＧＬ１１１の膜厚を５ｎｍ以上に設定するのは、膜厚が薄すぎると高周波磁界強度が低下し過ぎるためであり、３０ｎｍ以下に設定するのは膜厚が厚過ぎるとＦＧＬ１１１が多磁区化し磁界強度の低下を招くので、それを防ぐためである。

中間層１１２は、例えばＣｕからなり、膜厚は例えば３ｎｍである。中間層１１２の材料としてはスピン透過率の高い非磁性材料であることが好ましく、Ｃｕの他に例えばＡｕやＡｇを用いることが出来るが、ＡｕやＡｇはＣｕよりもさらにエレクトロマイグレーションを引き起こし易い。固定層１１３は、例えば［Ｃｏ／Ｎｉ］_n（ｎは［Ｃｏ／Ｎｉ］の積層数）であり、膜厚は例えば１０ｎｍである。固定層１１３に垂直磁気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出来る。用いた［Ｃｏ／Ｎｉ］_nの垂直異方性磁界は１７ｋＯｅである。固定層１１３の材料としては、［Ｃｏ／Ｎｉ］_nの他に、例えば［Ｃｏ／Ｐｔ］_n，［Ｃｏ／Ｐｄ］_nなどの人工磁性材料を用いることができる。以上のような発振素子１１０の構成により、磁気記録媒体３００の記録層に高周波磁界を印加することができる。本実施例の主磁極１２０とシールド１３０ｂには、飽和磁化が大きく、結晶磁気異方性が小さいＣｏＦｅ合金を用いた。

次に、本実施例の特徴である、テーパー形状を有する非磁性金属層１１４について説明する。非磁性金属層１１４は、固定層１１３と主磁極１２０の磁気的な結合を遮断する目的で、発振素子１１０中で主磁極１２０に隣接して設けられる。非磁性金属層１１４の材料は、例えばＴａであるが、これに限らない。材料は磁気的に非磁性であって、電気的に金属的な伝導を示す材料であればよい。Ｔａ以外の材料としては、例えばＲｕ，Ｐｔ，Ｃｒ，Ｉｒなどでもよい。また、一つの材料に限らず、それらの合金材料でもよいし、積層化してもよい。同様の観点から、ＦＧＬ１１１とトレーリングシールド１３０ｂの磁気的な結合を遮断する目的で、非磁性金属層１１５をトレーリングシールド１３０ｂ側に設けてもよい。

本実施例の特徴は、主磁極１２０側に隣接して設けられた非磁性金属層１１４がトレーリング側からリーディング側に向かって徐々にトラック幅方向に幅が拡大するテーパー形状を有することである。言い換えると、非磁性金属層１１４は、中間層１１２に近い側の端面（以下、第１の端面という）のトラック幅方向の幅が中間層１１２のトラック幅方向の幅Ｔｗｏと同等かそれよりも長く、さらに中間層１１２から遠い側の端面（以下、第２の端面という）のトラック幅方向の幅は第１の端面のトラック幅方向の幅よりも長く、中間層１１２から遠ざかるにつれてトラック幅方向の幅が徐々に拡大する形状を有する。

ここで、図４に示すように、非磁性金属層１１４の第１の端面の中間層１１２に対するトラック幅方向への広がり幅をｘ₁、非磁性金属層１１４の第２の端面の中間層１１２に対するトラック幅方向への広がり幅をｘ₂と表すと、それぞれの範囲は、
１０ｎｍ≦ｘ₂≦４０ｎｍ （１）
０≦ｘ₁≦（１−Ｔ／Ｈ）ｘ₂ （２）
とするのが好ましい。ここで、Ｔは非磁性金属層１１４の厚み、Ｈは非磁性金属層１１４の第２の端面から中間層１１２までの距離を表す。本範囲の有効性に関しては後述する。

非磁性金属層１１４の厚みＴは、０．５ｎｍ以上、２０ｎｍ以下の範囲である。Ｔを０．５ｎｍ以上に設定する理由は、膜厚が薄すぎると主磁極１２０と固定層１１３とが磁気的に結合してしまうためである。また、この膜厚を２０ｎｍ以下に設定する理由は、膜厚が厚すぎると主磁極１２０とＦＧＬ１１１の距離が離れてしまい、ＦＧＬ１１１にかかる主磁極からの磁界が低下し、効率的な高周波磁界が得られなくなるためである。

次に、図５を参照して、非磁性金属層１１４をテーパー形状としたことによる効果について説明する。図５は、非磁性金属層１１４がテーパー形状を持たない発振素子Ａと非磁性金属層１１４がテーパー形状をした発振素子Ｂの電流耐性を示した図である。ここでは両構造ともに素子の中間層１１２におけるトラック幅方向の幅Ｔｗｏは４０ｎｍであり、素子高さＳＨｏもＴｗｏと等しく４０ｎｍである。ここで、素子に流した電流値は、中間層の面積Ｔｗｏ×ＳＨｏで割った値（平均の電流密度）で表している。本検討に用いた発振素子Ｂの構成は、非磁性金属層１１４の第１の端面のトラック幅方向の広がり幅ｘ₁＝５ｎｍ、非磁性金属層１１４の第２の端面のトラック幅方向の広がり幅ｘ₂＝２０ｎｍ、厚みＴ＝１０ｎｍ、中間層までの距離Ｈ＝２０ｎｍである。発振素子Ａでは、テーパー形状を持たないためｘ₁＝０ｎｍ、ｘ₂＝０ｎｍであり、厚みＴとＨは素子Ｂと同じである。

図５より、発振素子Ａでは電流増加とともに徐々に抵抗上昇を示し、素子に流す電流が５×１０⁸Ａ／ｃｍ²近傍になると急激に抵抗増加を示す。この抵抗増加は、徐々に素子内でエレクトロマイグレーションが進行していることを示しており、５×１０⁸Ａ／ｃｍ²程度の電流を素子に流すと、完全に素子構造が破壊されることを示している。素子が破壊する電流量を、以下、破壊電流量と定義する。このように、駆動電流量に対して破壊電流量が近く、繰り返し素子を駆動させると発振素子が破壊されてしまう不良が起こり易く、信頼性が低くなる。一方で、本実施例の発振素子Ｂでは、素子に流す電流を増加してもほとんど抵抗上昇がなく、素子に流す電流が１×１０⁹Ａ／ｃｍ²に至るまで素子破壊が起こらない。そのため、発振素子の発振領域で繰り返し駆動しても発振素子は劣化を示さず、従来の発振素子Ａと比べて高い電流耐性を示す。

非磁性金属層１１４をテーパー形状とすることで素子の電流耐性が向上する理由を、図６を用いて説明する。図６は、非磁性金属層１１４がテーパー形状を持たない発振素子Ａと、非磁性金属層１１４がテーパー形状をした発振素子Ｂの中間層１１２のトラック幅方向における電流分布のプロファイルを示している。発振素子Ａでは、局所的に１×１０⁹Ａ／ｃｍ²を超える高い電流密度の領域が中間層１１２の端部において発生していることがわかる。このため、端部では中間層１１２のＣｕがエレクトロマイグレーションを起こし、Ｃｕの拡散が進むことで素子構造が破壊される。最終的に、図５で示されるように抵抗が大きく増大し、完全な素子破壊に至る。一方、本実施例の発振素子Ｂでは、中間層１１２において均一な電流分布になっていることがわかる。これは、発振素子Ｂにおける非磁性金属層１１４のテーパー構造によって、素子中での電流集中を引き起こす原因となる主磁極から発振素子への急激な電流の絞り込みが緩和され、電流集中なく、中間層まで良好な電流パスが形成できていることを示している。したがって、非磁性金属層１１４をテーパー形状とした素子構造とすることで、発振素子中での電流集中、特に中間層での電流集中が防がれ、電流耐性の高い発振素子とすることが出来る。

本実施例の非磁性金属層１１４のテーパー形状の範囲とその効果について図７〜図９を用いて説明する。中間層１１２において端部の電流集中を回避し、均一な電流分布を形成するためには、発振素子へ導入される電流の入り口を広げ、主磁極から発振素子への電流の急激な絞り込みを防ぐこと、発振素子中で急激な電流パスの狭窄が起こらないように中間層まで徐々に幅を狭めること、が重要である。そこで、主磁極１２０に隣接する非磁性金属層１１４の第２の端面のトラック方向の広がり幅ｘ₂と非磁性金属層１１４の側面の傾斜の程度ｘ₁／ｘ₂を効果に関わるパラメータとして用いることができる。これらの範囲を定量的に表したのが式（１）と式（２）であり、本実施例の構成により十分な効果を得ることが出来るテーパー形状の範囲を示している。

図７は、非磁性金属層１１４の第２の端面のトラック方向の広がり幅ｘ₂と素子の破壊電流量の関係をプロットしたものである。本検討では、非磁性金属層１１４の厚みＴ＝１０ｎｍ、中間層までの距離Ｈ＝２０ｎｍであり、非磁性金属層１１４の第１の端面のトラック方向の広がり幅ｘ₁＝０ｎｍである。発振素子の中間層１１２における幅Ｔｗｏは３０ｎｍ，４０ｎｍ，５０ｎｍの各々の場合で検討し、素子高さＳＨｏもＴｗｏと等しくなるようにした。

図７より、ｘ₂が１０ｎｍ以上、４０ｎｍ以下の範囲において、破壊電流量が１×１０⁹Ａ／ｃｍ²となっており、この範囲において中間層における端部の電流集中が緩和され、均一な電流分布が得られていることが分かる。ｘ₂が４０ｎｍよりも広がった場合に再び破壊電流密度が低下する理由は、非磁性金属層１１４の第２の端面がトラック幅方向に広がり過ぎることによって固定層１１３の端部において電流パスが急激に狭窄されるため、その狭窄された部分で電流集中が生じ、中間層１１２においても端部で電流密度が高くなった不均一な電流分布となってしまうためである。したがって、式（１）で表されるように、１０ｎｍ≦ｘ₂≦４０ｎｍの範囲において、電流集中を緩和する十分な効果を得ることが出来る。

図８は、比ｘ₁／ｘ₂を変化させた場合の素子の破壊電流量の変化をプロットしたものである。ここではｘ₂が１０ｎｍ，２０ｎｍ，３０ｎｍのそれぞれの場合で、ｘ₁を変えて検討した。非磁性金属層１１４の厚みＴ＝１０ｎｍ、中間層１１２までの距離Ｈ＝２０ｎｍとし、発振素子の中間層１１２における幅Ｔｗｏは４０ｎｍ、素子高さＳＨｏもＴｗｏと等しくなるようにした。図８より、ｘ₁／ｘ₂が０．５よりも大きくなると破壊電流量が落ちることがわかる。このｘ₁／ｘ₂を大きくした場合に破壊電流量が低下を示す時のｘ₁／ｘ₂の値をｘ₁／ｘ₂（limit）とする。

図９は、非磁性金属層１１４の厚みＴを変化させた構成において、それぞれのＴ／Ｈに対応するｘ₁／ｘ₂（limit）の値をプロットしたものである。ここではＴを５ｎｍ，１０ｎｍ，１５ｎｍ，２０ｎｍとして検討した。いずれの構成においても固定層１１３の厚みは１０ｎｍであり、中間層１１２までの距離Ｈ＝Ｔ＋１０ｎｍである。発振素子の中間層における幅Ｔｗｏは４０ｎｍ、素子高さＳＨｏもＴｗｏと等しくなるようにした。各々の構成におけるｘ₁／ｘ₂（limit）は図８の検討と同様に、ｘ₁とｘ₂の大きさを変えた検討により得られた値を用いている。

図９より、ｘ₁／ｘ₂（limit）はｘ₁／ｘ₂＝１−Ｔ／Ｈの関係を満たすようになっていることがわかる。つまり、ｘ₁／ｘ₂≦１−Ｔ／Ｈにおいて、中間層１１２における電流集中が緩和され、均一な電流分布が得られることを示している。この関係式が意味することは、図４に示されるように、非磁性金属層１１４の第１の端面のトラック幅方向の端（Ｍ点）が、非磁性金属層１１４の第２の端面のトラック幅方向の端（Ｎ点）と中間層のトラック幅方向の端（Ｌ点）とを結んだ直線よりも、発振素子側に存在する、もしくはＬ−Ｎ線の直線上にあることである。ｘ₁／ｘ₂＞１−Ｔ／Ｈのとき、つまり、非磁性金属層の第１の端面のトラック幅方向の端（Ｍ点）が、非磁性金属層の第２の端面のトラック幅方向の端と中間層のトラック幅方向の端とを結んだ直線（Ｌ−Ｎ線）よりも素子に対して外側に存在する場合、固定層１１３から中間層１１２にかけて電流パスが急激に狭窄されるため、中間層の端部に電流集中を生み、破壊電流量が低下する。したがって、式（２）で表されるように０≦ｘ₁≦（１−Ｔ／Ｈ）ｘ₂の範囲において、電流集中を緩和する十分な効果を得ることが出来る。

以上より、本実施例の構成では、主磁極１２０側に隣接して設けられた非磁性金属層１１４において、式（１）（２）を満たすようにトレーリング側からリーディング側に向かって徐々にトラック幅方向に幅が拡大したテーパー形状とすることで、発振素子内の電流集中を防ぎ、電流耐性の高い発振素子とすることが出来る。

［実施例２］
本実施例では、実施例１と同様に、主磁極１２０側の非磁性金属層１１４がテーパー形状を有するが、幅が広がる方向が実施例１とは異なる構成の例を説明する。図１０、図１１に、本実施例の主磁極１２０と発振素子１１０の部分の構成例を示す。図１０は媒体対向面を下向きにして磁気ヘッドの発振素子を側面から見た断面模式図であり、図１１は記録ヘッド部が備える発振素子の斜視図である。

本実施例の特徴は、主磁極１２０側に隣接して設けられた非磁性金属層１１４がリーディング側に向かうにつれて徐々に素子高さ方向に幅が拡大したテーパー形状を有することである。言い換えると、非磁性金属層１１４は、中間層に近い側の端面（第１の端面）での素子高さが中間層１１２の素子高さＳＨｏと同等かそれよりも高く、さらに中間層１１２から遠い側の端面（第２の端面）での素子高さは第１の端面の素子高さよりも高く、中間層から遠ざかるにつれて徐々に素子高さが高くなる形状を有する。図１１の場合、発振素子１１０には固定層１１３からＦＧＬ１１１に向かう向きの電流を流す。

ここで、図１２に示すように、非磁性金属層１１４の第１の端面の中間層１１２に対する素子高さ方向への広がり幅をｙ₁、第２の端面の中間層１１２に対する素子高さ方向への広がり幅をｙ₂と表すと、非磁性金属層１１４のテーパー形状は実施例１のトラック幅方向の場合と同様に、
１０ｎｍ≦ｙ₂≦４０ｎｍ （３）
０≦ｙ₁≦（１−Ｔ／Ｈ）ｙ₂ （４）
の関係を有する。ここで、Ｔは非磁性金属層１１４の厚み、Ｈは非磁性金属層１１４の第２の端面から中間層１１２までの距離を表す。その他、発振素子１１０の各層の材料や膜厚等は、実施例１と同様である。

なお、図１０〜図１２に示すように、発振素子１１０は、主磁極１２０側から固定層１１３、中間層１１２、ＦＧＬ１１１の順に積層して形成したが、主磁極１２０側からＦＧＬ１１１、中間層１１２、固定層１１３の順で積層して形成してもよい。この場合にも、発振素子１１０には固定層１１３からＦＧＬ１１１に向かう向きの電流を流す。また、ＦＧＬ１１１とトレーリングシールド１３０ｂの間に磁気的な結合を遮断する目的として、図１０〜図１２に示すように、非磁性金属層１１５をトレーリングシールド１３０ｂ側に設けてもよい。以上の構成とすることで、発振素子内の電流集中を防ぎ、電流耐性の高い発振素子とすることが出来る。本実施例は、実施例１に記載の構成とほぼ同様の効果が得られるため、効果に関する説明は省略する。

［実施例３］
図１３は、本実施例の磁気ヘッドの記録ヘッド部に設けられた発振素子の斜視図である。本実施例では、非磁性金属層１１４が、リーディング側に向かってトラック幅方向に幅が徐々に拡大したテーパー形状を有するとともに、素子高さ方向にも幅が徐々に拡大したテーパー形状を有する構成の例を説明する。

本実施例の特徴は、主磁極１２０側に隣接して設けられた非磁性金属層１１４がリーディング側に向かうにつれて、トラック幅方向にも素子高さ方向にも幅が徐々に拡大したテーパー形状を有する点である。本実施例におけるテーパー形状は、実施例１及び実施例２と同様に定義される。すなわち、中間層１１２に対する、非磁性金属層１１４のトレーリング側端面（第１の端面）のトラック幅方向への広がり幅をｘ₁、リーディング側端面（第２の端面）のトラック幅方向への広がり幅をｘ₂、トレーリング側端面（第１の端面）の素子高さ方向への広がり幅をｙ₁、リーディング側端面（第２の端面）の素子高さ方向への広がり幅をｙ₂と表すと、非磁性金属層１１４のテーパー形状は、式（１）（２）（３）（４）の関係を有する。その他、発振素子１１０の各層の材料や膜厚等は、実施例１と同様である。また、ＦＧＬ１１１とトレーリングシールド１３０ｂの間に、磁気的な結合の遮断を目的として、図１３に示すように、非磁性金属層１１５を設けてもよい。なお、図１３に示すように、発振素子１１０は、主磁極１２０側から固定層１１３、中間層１１２、ＦＧＬ１１１の順に積層して形成したが、主磁極１２０側からＦＧＬ１１１、中間層１１２、固定層１１３の順で積層して形成してもよい。

本実施例の構成によって、実施例１及び実施例２よりもさらに信頼性の高い磁気ヘッドを実現することができる。図１４を参照して、本実施例の効果について説明する。ここでは、非磁性金属層１１４がテーパー形状を持たない発振素子（構造Ｃ）、トラック幅方向に幅が拡大したテーパー形状を持つ実施例１の発振素子（構造Ｄ）、素子高さ方向に幅が拡大したテーパー形状を持つ実施例２の発振素子（構造Ｅ）、及びトラック幅方向にも素子高さ方向にも幅が拡大したテーパー形状を有する本実施例の発振素子（構造Ｆ）の４つの構造の電流破壊に対する信頼性を試験した。本検討における、それぞれの構造のパラメータを表１にまとめて示す。

図１４は、構造Ｃ〜Ｆの発振素子を持つ磁気ヘッドをそれぞれ１００本ずつ用意して、高い電流を流したときに破壊した素子の割合をグラフにしたものである。ここでは、中間層を流れる平均の電流密度が５×１０⁸Ａ／ｃｍ²となるように、４．５ｍＡの電流を１分間素子に流した。図１４より、構造Ｆが最も電流耐性が高く、破壊した素子はほとんど無いことがわかる。このことは、トラック幅方向にも素子高さ方向にも幅が拡大したテーパー形状の非磁性金属層を有する構造において、最も信頼性の高い磁気ヘッドが得られることを示している。実施例１の構成Ｄ及び実施例２の構成Ｅにおいて、破壊した素子が発生してしまう原因は、実際に作製した素子の出来上がり形状にばらつきが存在するためである。本実施例の構造Ｆは、トラック幅方向と素子高さ方向の両方に幅が拡大したテーパー形状としたことで、素子の出来上がりのばらつきによる不良の発生を抑えることが出来る。

以上より、主磁極１２０側に隣接して設けられた非磁性金属層１１４を、トラック幅方向にも素子高さ方向にも中間層から離れるに従って徐々に幅が拡大するテーパー形状とすることで、電流耐性の高い発振素子とすることが出来、実施例１及び実施例２の構成よりもさらに信頼性の高い磁気ヘッドを実現することができる。

［実施例４］
本実施例では、実施例１と同様に、非磁性金属層がテーパー形状を有するが、非磁性金属層の位置とテーパー方向が異なる構成の例を説明する。図１５、図１６に本実施例の磁気ヘッドの記録ヘッド部１００の構成例を示す。図１５は、記録ヘッド部１００の一部である主磁極１２０と発振素子１１０の部分を、リーディング方向を下にして媒体対向面から見た摸式図であり、図１６は発振素子の斜視図である。

本実施例の特徴は、トレーリングシールド１３０ｂ側に隣接して設けられた非磁性金属層１１５がリーディング側からトレーリング側に向かうにつれて徐々にトラック幅方向に幅が拡大したテーパー形状を有することである。言い換えると、非磁性金属層１１５の中間層１１２に近い側の端面（第１の端面）のトラック幅方向の幅が中間層１１２のトラック幅Ｔｗｏと同等かそれよりも長く、さらに非磁性金属層１１５の中間層１１２から遠い側の端面（第２の端面）のトラック幅方向の幅は第１の端面のトラック方向の幅よりも長く、中間層１１２から遠ざかるにつれて非磁性金属層１１５のトラック幅方向の幅が徐々に拡大した構造である。つまり、実施例１の発振素子１１０の形状が上下反対となった場合の例である。発振素子１１０に流す電流は固定層１１３からＦＧＬ１１１の向きに流す。

ここで、図１７に示すように、実施例１と同様に、非磁性金属層１１５の第１の端面の中間層１１２に対するトラック幅方向への広がり幅をｘ₁、非磁性金属層１１５の第２の端面の中間層１１２に対するトラック幅方向への広がり幅をｘ₂とすると、非磁性金属層１１５のテーパー形状は実施例１のトラック幅方向と同様に、式（１）（２）の関係を有する。ここで、Ｔは非磁性金属層１１５の厚み、Ｈは非磁性金属層１１５の第２の端面から中間層１１２までの距離を示している。発振素子１１０のトレーリングシールド１３０ｂ側に配置された非磁性金属層１１５は、ＦＧＬ１１１とトレーリングシールド１３０ｂとの磁気的な結合を遮断する目的を有する。

非磁性金属層１１５の材料は、例えばＴａであるが、これに限らない。材料は磁気的に非磁性であって、電気的に金属的な伝導を示す材料であればよい。Ｔａ以外の材料としては、例えばＲｕ，Ｐｔ，Ｃｒ，Ｉｒなどでもよい。また、一つの材料に限らず、それらの合金材料でもよいし、積層化してもよい。非磁性金属層１１５の厚みＴは、０．５ｎｍ以上、２０ｎｍ以下の範囲である。Ｔを０．５ｎｍ以上に設定する理由は、膜厚が薄すぎるとトレーリングシールド１３０ｂとＦＧＬ１１１とが磁気的に結合してしまうためである。また、この膜厚を２０ｎｍ以下に設定する理由は、トレーリングシールド１３０ｂとＦＧＬ１１１の距離が離れてしまい、ＦＧＬ１１１にかかる主磁極からの磁界が低下し、効率的な高周波磁界が得られなくなるためである。なお、図１５〜図１７に示すように、発振素子１１０は、主磁極１２０側から固定層１１３、中間層１１２、ＦＧＬ１１１の順に積層して形成したが、主磁極１２０側からＦＧＬ１１１、中間層１１２、固定層１１３の順で積層して形成してもよい。その他、発振素子１１０の各層の材料や膜厚等は、実施例１と同様である。いずれの場合にも、発振素子１１０には固定層１１３からＦＧＬ１１１の向きに流れるように電流を流す。

また、固定層１１３と主磁極１２０の間の磁気的な結合を遮断することを目的として、図１５〜図１７に示すように、非磁性金属層１１４を主磁極１２０側に設けてもよいが、この場合の非磁性金属層１１４は実施例１〜３のようなテーパー形状とはしない。これは、主磁極１２０側の非磁性金属層１１４とトレーリングシールド１３０ｂ側の非磁性金属層１１５を同時にテーパー形状を持つ構造とすると、中間層１１２の端部に電流が集中するようになり、素子の電流耐性が逆に悪化してしまうためである。

本実施例の構成によると、実施例１の構成とほぼ同様の効果が得られる。これは発振素子中に作られる電場の等電位面を考えた場合、実施例１の発振素子１１０の形状が上下反対となると、形成される等電位線の分布も同じように上下反対となり、電流耐性に影響する中間層１１２での電流分布は実施例１の構成と等しくなるためである。

また、図１８に示すように、トレーリングシールド１３０ｂ側に隣接して設けた非磁性金属層１１５を、トレーリング側に向かうにつれて、トラック幅方向ではなく素子高さ方向に徐々に幅が拡大するテーパー形状としてもよい。図１８に示した構成例は、実施例２の発振素子１１０の形状をトラック方向に反転した構成であり、実施例２に記載の構成とほぼ同様の効果が得られ、電流耐性の高い発振素子とすることが出来る。

さらに、図１９に示すように、トレーリングシールド１３０ｂ側に隣接して設けた非磁性金属層１１５を、トレーリング側に向かうにつれて、トラック幅方向とともに素子高さ方向にも徐々に幅が拡大するテーパー形状としてもよい。図１９に示される構成例は、実施例３の発振素子１１０の形状をトラック方向に反転した構成であり、実施例３に記載の構成とほぼ同様の効果が得られ、電流耐性の高い発振素子とすることが出来、信頼性の高い磁気ヘッドを実現できる。

［実施例５］
図２０は、本発明の磁気ヘッドを搭載した磁気記録再生装置の構成例を示す概略図である。
磁気ヘッドは実施例１〜４の何れのものであってもよく、ヘッドスライダー６００に搭載される。図２０に示した磁気記録再生装置は、磁気記録媒体３００をスピンドルモータ４００にて回転させ、アクチュエータ５００によってヘッドスライダー６００を磁気記録媒体３００の所望トラック上に誘導する。即ち磁気記録再生装置においてはヘッドスライダー６００上に形成した再生ヘッド及び記録ヘッドがこの機構に依って磁気記録媒体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及び読み取る。アクチュエータ５００はロータリーアクチュエータであることが望ましい。磁気記録媒体３００は各ビットが連続して存在する所謂連続媒体でもよいし、複数のトッラク間に記録ヘッドにより書き込み不可能な非磁性領域が設けられている所謂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所謂パターンド媒体でもよい。記録信号は、信号処理系７００を通じて記録ヘッドにて媒体上に記録し、再生ヘッドの出力を信号処理系７００で処理して再生信号とする。さらに再生ヘッドを所望の記録トラック上へ移動せしめるに際して、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５００を制御してヘッドスライダー６００の位置決めを行うことができる。本図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は両面に記録層を有して情報を記録してもよい。磁気記録媒体３００が両面に記録層を有する場合、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。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１００：記録ヘッド部
１１０：発振素子
１１１：高周波磁界発生層（ＦＧＬ）
１１２：中間層
１１３：スピン注入固定層
１１４：非磁性金属層
１１５：非磁性金属層
１２０：主磁極
１３０ａ：副磁極
１３０ｂ：トレーリングシールド
１４０：埋め戻し絶縁膜
１５０：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
４００：スピンドルモータ
５００：アクチュエータ
６００：ヘッドスライダー
７００：信号処理系

Claims (14)

1. 記録磁界を発生する主磁極と、
   前記主磁極に対向して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高周波磁界を発生する発振素子とを有し、
   前記発振素子は非磁性金属層と、スピン注入固定層と、中間層と、高周波磁界発生層とを備え、
   前記非磁性金属層は、前記主磁極又は前記トレーリングシールドに隣接して設けられ、前記中間層から遠ざかるに従ってトラック幅方向の幅が徐々に拡大するテーパー形状を有することを特徴とする磁気ヘッド。
2. 請求項１に記載の磁気ヘッドにおいて、
   前記非磁性金属層の前記中間層から遠い側の端面の前記中間層に対するトラック幅方向の広がり幅をｘ₂とするとき、次の関係
   １０ｎｍ≦ｘ₂≦４０ｎｍ
   を満たすことを特徴とする磁気ヘッド。
3. 請求項１に記載の磁気ヘッドにおいて、
   前記非磁性金属層の前記中間層に近い側の端面のトラック幅方向の端が、前記非磁性金属層の前記中間層から遠い側の端面のトラック幅方向の端と前記中間層のトラック幅方向の端とを結んだ直線よりも前記発振素子側にある、もしくは前記直線上にあることを特徴とする磁気ヘッド。
4. 請求項１に記載の磁気ヘッドにおいて、
   前記非磁性金属層は、前記中間層に近い側の端面から遠い側の端面に向かってトラック幅方向の幅と素子高さ方向の幅が共に徐々に拡大するテーパー形状を有することを特徴とする磁気ヘッド。
5. 請求項１に記載の磁気ヘッドにおいて、
   前記発振素子は、前記テーパー形状を有する非磁性金属層が設けられた側と反対側の端部にテーパー形状を有しない別の非磁性金属層を備えることを特徴とする磁気ヘッド。
6. 請求項１に記載の磁気ヘッドにおいて、
   前記発振素子に前記スピン注入固定層から前記高周波磁界発生層に向かう向きの電流を流すことを特徴とする磁気ヘッド。
7. 記録磁界を発生する主磁極と、
   前記主磁極に対向して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高周波磁界を発生する発振素子とを有し、
   前記発振素子は非磁性金属層と、スピン注入固定層と、中間層と、高周波磁界発生層とを備え、
   前記非磁性金属層は、前記主磁極又は前記トレーリングシールドに隣接して設けられ、前記中間層から遠ざかるに従って素子高さ方向の幅が徐々に拡大するテーパー形状を有することを特徴とする磁気ヘッド。
8. 請求項７に記載の磁気ヘッドにおいて、
   前記非磁性金属層の前記中間層から遠い側の端面の前記中間層に対する素子高さ方向への広がり幅をｙ₂とするとき、次の関係
   １０ｎｍ≦ｙ₂≦４０ｎｍ
   を満たすことを特徴とする磁気ヘッド。
9. 請求項７に記載の磁気ヘッドにおいて、
   前記非磁性金属層の前記中間層に近い側の端面の素子高さ方向の端が、前記非磁性金属層の前記中間層から遠い側の端面の素子高さ方向の端と前記中間層の素子高さ方向の端とを結んだ直線よりも前記発振素子側にある、もしくは前記直線上にあることを特徴とする磁気ヘッド。
10. 請求項７に記載の磁気ヘッドにおいて、
    前記発振素子は、前記テーパー形状を有する非磁性金属層が設けられた側と反対側の端部にテーパー形状を有しない別の非磁性金属層を備えることを特徴とする磁気ヘッド。
11. 請求項７に記載の磁気ヘッドにおいて、
    前記発振素子に前記スピン注入固定層から前記高周波磁界発生層に向かう向きの電流を流すことを特徴とする磁気ヘッド。
12. 磁気記録媒体と、
    前記磁気記録媒体を駆動する媒体駆動部と、
    前記磁気記録媒体に対して信号の書き込み及び読み取りを行う磁気ヘッドと、
    前記磁気ヘッドを前記磁気記録媒体の所望トラックに位置決めするヘッド駆動部とを備え、
    前記磁気ヘッドは、記録磁界を発生する主磁極と、前記主磁極に対向して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高周波磁界を発生する発振素子とを有し、
    前記発振素子は非磁性金属層と、スピン注入固定層と、中間層と、高周波磁界発生層とを備え、前記非磁性金属層は、前記主磁極又は前記トレーリングシールドに隣接して形成され、前記中間層から遠ざかるに従ってトラック幅方向の幅及び／又は素子高さ方向の幅が徐々に拡大するテーパー形状を有する
    ことを特徴とする磁気記録再生装置。
13. 請求項１２に記載の磁気記録再生装置において、
    前記発振素子は、前記テーパー形状を有する非磁性金属層が設けられた側と反対側の端部にテーパー形状を有しない別の非磁性金属層を備えることを特徴とする磁気記録再生装置。
14. 請求項１２に記載の磁気記録再生装置において、
    前記発振素子に前記スピン注入固定層から前記高周波磁界発生層に向かう向きの電流を流すことを特徴とする磁気記録再生装置。

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