JP2015210831A - 高周波発振デバイス、これを備えた磁気記録ヘッド、およびディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録媒体の共鳴特性との適合性を改善し、高密度記録が可能となる磁気記録ヘッド、およびこれを備えたディスク装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、磁気記録ヘッドは、記録媒体の記録層に記録磁界を印加する主磁極６０と、主磁極にライトギャップを置いて対向するライトシールドと、主磁極に磁界を発生させる記録コイル７０と、発振層およびスピントルク注入層を有し、主磁極とライトシールドとの間でライトギャップ内に配置された高周波発振子７４と、高周波発振子に通電するための配線と、発振層に変調電圧を印加する変調電極７６と、発振層と変調電極との間に挟持された変調絶縁層と、を備えている。【選択図】図３

Description

この発明の実施形態は、高周波発振デバイス、ディスク装置に用いる高周波アシスト記録用の磁気記録ヘッド、およびこの磁気記録ヘッドを備えたディスク装置に関する。

近年、ディスク装置として、例えば、磁気ディスク装置は、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を用いている。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、その主磁極にライトギャップを挟んで配置されたライトシールドと、主磁極に磁束を流すためのコイルとを有している。また、主磁極とライトシールドと間（ライトギャップ）に高周波発振子を配置した高周波アシスト記録用の磁気記録ヘッドが提案されている。

このような高周波アシスト記録用の磁気記録ヘッドにおいて、高周波発振子の発振周波数は、記録コイルにより磁化された主磁極が高周波発振子へ印可するギャップ磁界にほぼ比例している。このため、適切な磁極形状を作成することで、高周波発振子から磁気記録媒体の共鳴特性に合った周波数の高周波磁界を発生することができる。これにより、より大きな保持力を有する磁気記録媒体への記録が可能となっている。

特開２００９−０７０５４１号公報 特開２０１３−０４５８４０号公報 米国特許第７８５９３４９号明細書

一方、実際の記録ヘッドの製造工程、および、記録媒体の製造工程では、磁極形状や記録媒体の共鳴特性のバラつきが避けられず、最適な条件での高周波アシスト記録の実現が難しい。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その課題は、記録媒体の共鳴特性との適合性を改善し、高密度記録が可能となる磁気記録ヘッド、およびこれを備えたディスク装置を提供することにある。

実施形態によれば、ディスク装置の磁気ヘッドは、記録媒体の記録層に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ライトシールドと、前記主磁極に磁界を発生させる記録コイルと、前記主磁極とライトシールドとの間で前記ライトギャップ内に配置された高周波発振子と、前記主磁極およびライトシールドを通して前記高周波発振子に通電する配線と、前記配線に電気的に接続されたローパスフィルタと、を備えている。

図１は、第１の実施形態に係るハードディスクドライブ（以下、ＨＤＤ）を示す斜視図。 図２は、前記ＨＤＤのサスペンションおよび磁気ヘッドを示す側面図。 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、記録ヘッドの先端部を拡大して示す断面図。 図５は、前記記録ヘッドの先端部をディスク対向面側から見た平面図。 図６は、図４の線Ｄ−Ｄに沿った、発振層、変調絶縁層、変調電極の断面図。 図７は、変形例に係る発振層、変調絶縁層、変調電極の断面図。 図８は、変調電圧とＳＴＯの発振周波数との関係を示す図。 図９は、ＳＴＯの発振周波数と上書き特性（ＯＷ）との関係を示す図。 図１０は、発振層の１側面上にある突起の数と上書き特性（ＯＷ）との関係を示す図。 図１１は、突起の高さ／素子サイズと上書き特性（ＯＷ）との関係を示す図。 図１２は、第２の実施形態に係るＨＤＤにおける磁気ヘッドの記録ヘッド先端部をディスク対向面側から見た平面図。 図１３は、第３の実施形態に係るＨＤＤにおける磁気ヘッドの記録ヘッド先端部を拡大して示す断面図。 図１４は、第３の実施形態に係るＨＤＤにおける磁気ヘッドの記録ヘッド先端部をディスク対向面側から見た平面図。 図１５は、第４の実施形態に係るＨＤＤにおける磁気ヘッドの記録ヘッド先端部を拡大して示す断面図。 図１６は、第５の実施形態に係るＨＤＤにおける磁気ヘッドの記録ヘッド先端部を拡大して示す断面図。 図１７は、第６の実施形態に係るＨＤＤにおける磁気ヘッドの記録ヘッド先端部を拡大して示す断面図。 図１８は、第６の実施形態に係るＨＤＤにおける磁気ヘッドの記録ヘッド先端部をディスク対向面側から見た平面図。 図１９は、第７の実施形態に係るＨＤＤにおける磁気ヘッドの記録ヘッド先端部を拡大して示す断面図。 図２０は、第７の実施形態に係るＨＤＤにおける磁気ヘッドの記録ヘッド先端部をディスク対向面側から見た平面図。 図２１は、第８の実施形態に係るＨＤＤにおける磁気ヘッドの記録ヘッド先端部を拡大して示す断面図。 図２２は、第８の実施形態に係るＨＤＤにおける磁気ヘッドの記録ヘッド先端部をディスク対向面側から見た平面図。

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、第１の実施形態に係る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１０ａ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１０ａ上には、記録媒体としての磁気ディスク１２および機構部が設けられている。機構部は、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する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１０ａ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ラッチ機構２０、および変換コネクタ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１０ａの外面には、制御回路基板２５がねじ止めされ、ベース１０ａの底壁と対向して位置している。制御回路基板２５は、電源、磁気ヘッドに記録電流を供給する記録電流回路、高周波発振子に駆動電流を供給する駆動電流回路、変調電圧回路等を備えている。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のハブに互い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１５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１０ａの底壁上に固定された軸受部２１と、軸受部２１から延出した複数のアーム２７と、弾性変形可能な細長い板状のサスペンション３０とを備えている。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２７から延出している。各サスペンション３０は対応するアーム２７と一体に形成されていてもよい。各サスペンション３０の延出端に磁気ヘッド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。磁気ヘッド３３は、サスペンション３０の先端部に設けられたジンバルばね４１に固定されている。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２７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を間に置いて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１０ａの底面上に固定されている。ＦＰＣ本体３６上には、変換コネクタ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２１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１０ａに組み込んだ状態において、ボイスコイルは、ベース１０ａ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３４およびヨーク３４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、磁気ディスク１２および磁気ヘッド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および磁気ディスク１２を拡大して示す断面図である。
図２および図３に示すように、磁気ディスク１２は、例えば、直径約２．５インチ（６．３５ｃｍ）の円板状に形成され非磁性体からなる基板１０１を有している。基板１０１の各表面には、下地層として軟磁気特性を示す材料からなる軟磁性層１０２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磁気記録層１０３と、その上層部に保護膜層１０４が順に積層されている。

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、スライダの流出端（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は薄膜を積層することにより形成されている。

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（エアベアリングサーフェース（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により浮上する。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、図示しない凹凸構造（リーディングステップ、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に示すように、ヘッド部４４は、スライダ４２に薄膜プロセスで形成された再生ヘッド５４および記録ヘッド（磁気記録ヘッド）５８を有し、分離型の磁気ヘッドとして形成されている。再生ヘッド５４および記録ヘッド５８は、スライダ４２のＡＢＳ４３に露出する部分を除いて、アルミナ、酸化シリコン等の非磁性の保護絶縁膜７３により覆われている。保護絶縁膜７３は、ヘッド部４４の外形を構成している。

再生ヘッド５４は、磁気抵抗効果を示す磁性膜５５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５５を挟むように配置されたシールド膜５６、５７と、で構成されている。これら磁性膜５５、シールド膜５６、５７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５８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５８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透磁率材料からなる主磁極６０、トレーリングシールド（ライトシールド）６２、および、リーディングシールド６４を有し、主磁極６０とトレーリングシールド６２とからなる磁路を形成する第１磁気コアと、主磁極６０とリーディングシールド６４とからなる磁路を形成する第２磁気コアと、を構成している。記録ヘッド５８は、磁気ディスク１２に信号を書き込む際、主磁極６０に磁束を流すために第１磁気コアに巻き付けられた第１記録コイル７０と、第２磁気コアに巻き付けられた第２記録コイル７２と、主磁極６０の先端部６０ａとトレーリングシールド６２の先端部６２ａとの間（ライトギャップ）で、ＡＢＳ４３に面する部分に設けられた高周波発振子、例えば、スピントルク発振子（ＳＴＯ）７４と、を有している。本実施形態において、記録ヘッド５８は、ＳＴＯ７４に変調電圧を印加する変調電極７６、および、この変調電極７６とＳＴＯとの間に挟まれた変調絶縁層７８を有している。

なお、高周波発振子としてのスピントルク発振子７４、変調電極７６、および変調絶縁層７８は、高周波発振デバイスを構成している。

第１記録コイル７０および第２記録コイル７２は、スライダ４２内に設けられた第１配線Ｌ１、Ｌ２を介して、更に、中継ＦＰＣ３５、基板ユニット１７を介して、制御回路基板２５の記録電流回路２００に電気的に接続されている。主磁極６０およびトレーリングシールド６２は、スライダ４２内に設けられた第２配線Ｌ３、Ｌ４を介して、更に、中継ＦＰＣ３５、基板ユニット１７を介して、制御回路基板２５のＳＴＯ駆動電流回路２０２に電気的に接続されている。更に、変調電極７６は、スライダ４２内に設けられた第３配線Ｌ５を介して、更に、中継ＦＰＣ３５、基板ユニット１７を介して、制御回路基板２５の変調電圧回路２０４に電気的に接続されている。

図４は、記録ヘッド５８のＡＢＳ４３側の端部、およびＳＴＯ７４を拡大して示す断面図、図５は、記録ヘッドのＡＢＳ側の先端部をＡＢＳ側から見た平面図、図６は、ＳＴＯの発振層ＳＩＬおよび変調絶縁層７８の断面図である。

図３ないし図５に示すように、主磁極６０は、磁気ディスク１２の表面およびＡＢＳ４３に対してほぼ垂直に延びている。主磁極６０の磁気ディスク１２側の先端部６０ａは、ＡＢＳ４３に向かって先細に絞り込まれている。主磁極６０の先端部６０ａは、トレーリング端側に位置した所定幅（トラック幅）のトレーリング側端面６０ｂ、トレーリング側端面と対向するリーディング側端面６０ｃを有している。主磁極６０の先端面は、スライダ４２のＡＢＳ４３に露出している。

高飽和磁束密度を有する軟磁性体で形成されたトレーリングシールド６２は、主磁極６０のトレーリング側に配置され、主磁極直下の軟磁性層１０２を介して効率的に磁路を閉じるために設けられている。トレーリングシールド６２は、ほぼＬ字形状に形成され、ＡＢＳ４３から離れた位置に第１接続部５０を有している。第１接続部５０は非導電体５２を介して主磁極６０の上部、すなわち、ＡＢＳ４３から離れた上部（バックギャップ）に接続されている。また、第１接続部５０の位置で、主磁極６０とトレーリングシールド６２とは非導電体５２により電気的に絶縁されている。

トレーリングシールド６２の先端部６２ａは、細長い矩形状に形成され、その先端面は、スライダ４２のディスク対向面４３に露出している。先端部６２ａのリーディング側端面６２ｂは、磁気ディスク１２のトラックの幅方向（クロストラック方向）に沿って延びている。このリーディング側端面６２ｂは、主磁極６０のトレーリング側端面６０ｂとライトギャップＷＧ（ダウントラック方向のギャップ長）を置いて平行に対向している。
第１記録コイル７０は、例えば、主磁極６０とトレーリングシールド６２との間で、第１接続部５０の回りに巻付けられている。

軟磁性体で形成されたリーディングシールド６４は、主磁極６０のリーディング側に主磁極６０と対向して設けられている。リーディングシールド６４は、ほぼＬ字形状に形成され、磁気ディスク１２側の先端部６４ａは細長い矩形状に形成されている。この先端部６４ａの先端面（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。先端部６４ａのトレーリング側端面６４ｂ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。このトレーリング側端面６４ｂは、主磁極６０のリーディング側端面６０ｃとギャップを置いて平行に対向している。このギャップには、非磁性体としての保護絶縁膜７３が位置している。

リーディングシールド６４は、ＡＢＳ４３から離れた位置に第２接続部６８を有している。第２接続部６８は非導電体６９を介して主磁極６０の上部、すなわち、ＡＢＳ４３から離れた上部（バックギャップ）に接続されている。第２接続部６８は、例えば、軟磁性体で形成され、主磁極６０およびリーディングシールド６４とともに磁気回路を形成している。また、第２接続部６８の位置で、主磁極６０とリーディングシールド６４とは非導電体６９により電気的に絶縁されている。

図３に示すように、第２記録コイル７２は、例えば、主磁極６０とリーディングシールド６４との間で、第２接続部６８の回りに巻付けられている。第２記録コイル７２は、第１記録コイル７０と反対向きに巻かれている。また、第２記録コイル７２は、第１記録コイル７０と直列に接続されている。なお、第１記録コイル７０および第２記録コイル７２は、別々に電流供給制御してもよい。磁気ディスク１２に信号を書き込む際、記録電流回路２００から第１記録コイル７０および第２記録コイル７２に所定の電流が供給され、主磁極６０に磁束を流し磁界を発生させる。

上述した記録ヘッド５８において、主磁極６０、トレーリングシールド６２、リーディングシールド６４を構成する軟磁性材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、又はＮｉの少なくとも一種を含む合金、または化合物の中から選択して用いることができる。

図４および図５に示すように、ＳＴＯ７４は、主磁極６０のトレーリング側端面６０ｂとトレーリングシールド６２のリーディング側端面６２ｂとの間のライトギャップＷＧ内に設けられている。ＳＴＯ７４は、スピン注入層（ＳＩＬ）８０ａ、中間層８０ｂ、発振層（ＦＧＬ）８０ｃを有し、これらの層は、この順に、主磁極６０からトレーリングシールド６２に向かって、かつ、ＡＢＳ４３と平行な方向に沿って、積層されている。ＳＩＬ８０ａ、中間層８０ｂ、ＦＧＬ８０ｃは、それぞれＡＢＳ４３に対してほぼ垂直に延びている。そして、ＳＩＬ８０ａ、中間層８０ｂ、ＦＧＬ８０ｃの下端面は、ＡＢＳ４３に露出し、ＡＢＳ４３と面一に形成されている。

主磁極６０、ＳＴＯ７４、トレーリングシールド６２の順に通電できるよう、主磁極６０とＳＴＯ７４のＳＩＬ８０ａとの間に第１電極層８１ａが設けられ、更に、ＳＴＯ７４のＦＧＬ８０ｃとトレーリングシールド６２との間に第２電極層８１ｂが設置されている。、主磁極６０、ＳＴＯ７４、トレーリングシールド６２により、ＳＴＯ７４に通電するための通電回路が構成されている。

図３および図４示したように、主磁極６０とトレーリングシールド６２は、第２配線Ｌ３、Ｌ４を介してＳＴＯ駆動電流回路（電源）２０２に接続されている。このＳＴＯ駆動電流回路２０２から主磁極６０およびトレーリングシールド６２を通してＳＴＯ７４の駆動電流Ｉｐを直列に通電できる。

ＳＴＯ７４のＦＧＬ８０ｃ、ＳＩＬ８０ａのサイズ（幅および高さ）は、例えば、２０×２０ｎｍであり、膜厚はＦＧＬが１５ｎｍ、ＳＩＬが８ｎｍである。ＦＧＬ８０ｃは、ＦｅＣｏＢで形成され、ＳＩＬ８０ａは、例えば、Ｃｏ／Ｐｔ人工格子で構成されている。中間層８０ｂ、８２ｂは、Ｃｕなどで形成される。ＦＧＬ８０ｃ、ＳＩＬ８０ａは、その他、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉを少なくとも１種類以上含む合金、Ｃｏ／Ｎｉ人工格子、Ｆｅ／Ｃｏ人工格子、Ｃｏ／Ｐｄ人工格子、ＦｅＣｏ／Ｎｉ人工格子、ＣｏＦｅＭｎＧｅ、ＣｏＦｅＭｎＳｉといったホイッスラー合金、およびそれらの積層体としてもよい。

図６に示すように、少なくとも発振層（ＦＧＬ）８０ｃは、ほぼ矩形状の本体８２ａと、本体の側面から突出する複数の突起８２ｂを有する突起構造と、を一体に有している。本体８２ａは、４つの側面を有し、複数の突起８２ｂは、ＡＢＳ４３に露出した側面を除いて、本体８２ａの少なくとも１つの側面に突設されている。本実施形態では、突起構造は、本体８２ａの素子高さ方向（上側面）およびコア幅方向（両側面）の３側面に形成されている。突起８２ｂは、例えば、ほぼ三角形状に形成され、本体８２ａの側面からの突出高さｈを有している。
本実施形態によれば、ＳＩＬ８０ａおよび中間層８０ｂも、ＦＧＬ８０ｃと同様の突起構造を有し、ＦＧＬ８０ｃと同一の断面形状に形成されている。

突起構造は、本体８２ａの３側面全てに設けられていない場合でもよく、図７に示すように、本体８２ａの対向する２つの側面に、あるいは、１側面のみに、設けられていてもよい。

図４ないし図６に示すように、変調絶縁層７８は、少なくともＦＧＬ８０ｃの外面に接して形成され、ＦＧＬ８０ｃを素子高さ方向、両方のコア幅方向の３方向から囲い込んでいる。変調絶縁層７８は、ほぼ一定の膜厚に形成され、ＦＧＬ８０ｃの突起８２ｂ形状を模倣するように形成されている。本実施形態において、変調絶縁層７８は、高周波発振子７４および第１、第２電極層８１ａ、８１ｂの３側面を覆って設けられている。

変調絶縁層７８はＭｇＯを含む酸化物で構成され、膜厚は２ｎｍである。その他、変調絶縁層７８は、ＡｌＯx、 ＳｉＯx、ＴｉＯxといった、酸素を含み、高抵抗、絶縁耐力、比誘電率が大きな絶縁体を用いてもよい。

変調電極７６は、変調絶縁層７８を素子高さ方向、両方のコア幅方向の３方向から囲い込み、変調絶縁層７８の突起形状を模倣するように形成されている。変調電極７６は、変調絶縁層７８を挟んで、少なくともＦＧＬ８０ｃの周囲を覆っている。すなわち、変調絶縁層７８は、変調電極７６とＦＧＬ８０ｃにより挟まれている。

図３に示したように、変調電極７６は、第３配線Ｌ５を介して変調電圧回路２０４に電気的に接続され、また、トレーリングシールド６２は第２配線Ｌ４を介して変調電圧回路２０４に電気的に接続されている。そして、変調電圧回路２０４から、変調電極７６とトレーリングシールド６２との間に電圧を印加することにより、ＦＧＬ８０ｃに電圧を印加し発振周波数を変調することが可能となる。

上記のように構成された記録ヘッド５８では、図３および図４に示すように、記録電流回路２００から第１および第２記録コイル７０、７２に記録電流を通電しつつ、ＳＴＯ駆動電流回路２０２から第２配線Ｌ３、Ｌ４、主磁極６０およびトレーリングシールド６２を通して、ＳＴＯ７４に駆動電流Ｉｐを通電することで、ＳＴＯ７４が発振する。ＳＴＯ駆動電流Ｉｐは直流を通電することで、記録信号（記録電流）の正負によらず、一定の発振周波数にてＳＴＯ７４を発振させることができる。ＳＴＯ駆動電流Ｉｐは、記録電流に同期して変化する成分を、直流成分に重畳してもよい。重畳することで記録信号の切替わりでのＳＴＯ７４の発振周波数の安定化、周波数の復帰の高速化が可能となる。これにより、記録ビットの遷移が明確になり、より高密度の高周波アシスト記録が可能となる。

変調電圧回路２０４は、トレーリングシールド６２を介して、ＦＧＬ８０ｃと変調絶縁層７８へ変調電圧を印加する。変調電圧に直流を印加することで、ＳＴＯ７４の発振周波数をシフト（変調）することが可能となり、より記録媒体の共鳴周波数に適合した高周波磁界をＳＴＯ７４から記録媒体に印加することができる。この結果、高周波アシスト記録の記録特性が改善され、高密度記録が可能となる。また、変調電圧は、直流成分に記録電流に同期して変化する成分を重畳してもよい。重畳することで記録信号の切替わりでのＳＴＯ発振周波数の安定化、周波数の復帰の高速化が可能となる。その結果、記録ビットの遷移が明確になり、より高密度の高周波アシスト記録が可能となる。

図８は、変調電圧と発振周波数の関係を示し、図９は、上書き特性（ＯＷ）と発振周波数との関係を示している。ＳＴＯ７４の発振周波数は、第１および第２記録コイル７０、７２に４０ｍＡの記録電流を印加した状態で測定している。この記録電流では、主磁極６０はほぼ飽和しており、記録電流を増加させても、ＳＴＯ７４の発振周波数は変化せず、１８ＧＨｚと一定となる。

図８に示すように、−１７００ｍＶから＋１７００ｍＶの変調電圧を印加すると、ＳＴＯ７４の発振周波数が、２０ＧＨｚから２２．３ＧＨｚの間で変化した。これは、変調電圧を印加することで、変調絶縁層７８に電界が印可される。変調絶縁層７８の比誘電率と電界強度の積に比例した電荷が、変調絶縁層７８とＦＧＬ８０ｃとの界面に誘起される。その結果、変調絶縁層７８とＦＧＬ８０ｃとの界面における、ＦＧＬ８０ｃの表面磁気異方性が変化する。すなわち、電荷の注入によりフェルミ面での状態密度（ＤＯＳ）が変化し、Ｆｅ−Ｏ結合に由来する磁気異方性が変化する。更に、ＳＴＯ７４の発振周波数は、ＦＧＬ８０ｃ全体での平均有効磁界、すなわち、外部磁界、自己反磁界、および、磁気異方性の合計に比例する。このため、ＦＧＬ８０ｃの表面磁気異方性が変化した結果、ＦＧＬ８０ｃ全体での平均有効磁界が変化し、ＳＴＯ７４の発振周波数が変化したためである。なお、変調電圧の正負により、ＦＧＬ８０ｃの表面磁気異方性の正負が変化するため、ＳＴＯ７４の発振周波数も正負に変化している。

また、図９に示すように、短波長の記録信号の上に長波長の記録信号を上書きし、短波長がどれだけ残存しているかの上書き特性（ＯＷ）を測定した。変調電圧を印加により、ＯＷ特性が変化し、ＳＴＯ７４の発振周波数が２０ＧＨｚ近傍で最適なＯＷ特性を得ることが可能となる。これにより、一層、高密度の高周波アシスト記録が可能となることがわかる。これは、記録媒体の共鳴周波数との適合が改善されたためである。

本実施形態によれば、変調絶縁層７８は、素子高さ方向、両方のコア幅方向の３方向からＦＧＬ８０ｃを囲い込むように形成されている。ＦＧＬ８０ｃを３方向から囲い込むことにより、ＦＧＬ８０ｃと変調絶縁層７８の界面の面積を増やすことができる。ＦＧＬ８０ｃ全体での平均有効磁界の変化は、ＦＧＬ８０ｃと変調絶縁層７８の界面の面積に比例する。このため、２方向以上の面でＦＧＬ８０ｃと変調絶縁層７８の界面を形成することにより、平均有効磁界への表面磁気異方性の寄与を増加させることが可能となる。その結果、大きな範囲での発振周波数制御（変調制御）が可能となる。製造時のバラつきが大きな磁気ヘッドでも、変調電圧を制御することにより、高周波アシスト記録に最適な発振周波数での発振が可能となり、より高密度の高周波アシスト記録が可能となる。

図１０は、ＦＧＬ８０ｃの本体８２ａの１つの側面にある突起数と、上書き特性ＯＷとの関係を示している。ＦＧＬ８０ｃが突起構造を含まない場合、すなわち、突起数がゼロの場合、上書き特性は−１７ｄＢである。突起の個数が１以上５未満とすることで、上書き特性が−１８ｄＢ以下に改善する。一方、突起の数が５以上になると、上書き特性は−１７ｄＢになる。このため、１側面に形成する突起の数は、１以上５未満とすることがのぞましい。これは、ＦＧＬ８０ｃに突起構造を付与することで、ＦＧＬ８０ｃの表面積が広がり大きな表面磁気異方性変化を得ることができる。

一方、突起の個数が増えると、１つ１つの突起が小さくなり、各突起８２ｂと本体８２ａとの交換結合力が小さくなる。この結果、突起構造で誘起された表面磁気異方性変化を本体８２ａに伝えることが困難になるため、と考えられる。

図１１は、上書き特性ＯＷと、突起８２ｂの高さｈと素子サイズ（本体８２ａのサイズ）との比（突起の高さ／素子サイズ）の関係を示している。突起の高さ／素子サイズがゼロの場合、すなわち、突起構造を含まない場合、上書き特性は−１７ｄＢとなる。突起の高さｈを大きくするに従い、上書き特性が改善し、突起高さ／素子サイズが０．３以上１以下とすることで、上書き特性が−１８ｄＢ以下に改善する。

一方、突起の高さ／素子サイズが１．５以上になると、上書き特性は−１７ｄＢになる。このため、突起の高さ／素子サイズは、０．３以上１以下とすることがのぞましい。これは、突起の高さｈが大きくなることで、ＦＧＬ８０ｃの表面積が広がり大きな表面磁気異方性変化を得ることが出来る。一方、突起の高さｈが大きくなると、突起構造の先端と本体８２ａとの距離が広くなり、突起構造と本体との交換結合力が小さくなる。この結果、突起構造で誘起された表面磁気異方性変化を本体に伝えることが困難になるため、と考えられる。

上記測定においては、変調電圧は、−１７００ｎＶから＋１７００ｍＶの範囲で印加した。これは、これ以上の変調電圧を印加すると、変調絶縁層７８が絶縁破壊を起こすためである。そのため、変調絶縁層７８の絶縁耐力は大きな方が望ましい。大きな絶縁耐力の変調絶縁層７８を用いることで、大きな変調電圧の印加が可能となり、大きな範囲での発振周波数制御が可能となる。製造時のバラつきが大きな磁気ヘッドにおいても、変調電圧を調整することにより、高周波アシスト記録に最適な発振周波数での発振が可能となり、より高密度の高周波アシスト記録が可能となる。

変調絶縁層７８の比誘電率は大きな方が望ましい。大きな比誘電率の変調絶縁層７８を用いることで、同じ変調電圧を印加した場合でも、より多くの電荷が変調絶縁層７８とＦＧＬ８０ｃとの界面に誘起され、ＦＧＬ８０ｃの表面磁気異方性の変化が大きくなる。この結果、大きな範囲でのＳＴＯ７４の発振周波数制御が可能となる。そのため、バラつきが大きな磁気ヘッドでも、高周波アシスト記録に最適な発振周波数での発振が可能となり、より高密度の高周波アシスト記録が可能となる。

以上のように構成されたＨＤＤによれば、ＶＣＭ１６を駆動することにより、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され、位置決めされる。また、磁気ヘッド３３は、磁気ディスク１２の回転によってディスク表面とＡＢＳ４３との間に生じる空気流Ｃにより浮上する。ＨＤＤの動作時、スライダ４２のＡＢＳ４３はディスク表面に対し隙間を保って対向している。図２に示すように、磁気ヘッド３３は、ヘッド部４４の記録ヘッド５８部分が最も磁気ディスク１２表面に接近した傾斜姿勢をとって浮上する。この状態で、磁気ディスク１２に対して、再生ヘッド５４により記録情報の読み出しを行うとともに、記録ヘッド５８により情報の書き込みを行う。

情報の書き込みにおいては、図３に示すように、ＳＴＯ駆動電流回路２０２からＳＴＯ７４に直流電流を通電し、ＳＴＯ７４から高周波磁界を発生させ、この高周波磁界を磁気ディスク１２の磁気記録層１０３に印加する。また、記録電流回路２００から第１および第２記録コイル７０、７２に記録電流を通電し、第１および第２記録コイル７０、７２によって主磁極６０を励磁し、この主磁極６０から直下の磁気ディスク１２の記録層１０３に垂直方向の記録磁界を印加する。これにより、磁気記録層１０３に所望のトラック幅にて情報を記録する。記録磁界に高周波磁界を重畳することにより、高保持力かつ高磁気異方性エネルギーの磁気記録を行うことができる。更に、情報書込みの際、変調電圧回路２０４から変調電極７６およびトレーリングシールド６２を介してＳＴＯ７４のＦＧＬ８０ｃに変調電圧を印加し、ＳＴＯ７４の発振周波数を磁気ディスク１２の共鳴周波数に適合する周波数に変調、制御する。これにより、高周波アシスト記録に最適な発振周波数での発振が可能となり、より高密度の高周波アシスト記録を実現することができる。

以上のように構成された第１の実施形態によれば、記録媒体の共鳴特性との適合性を改善し、高密度記録が可能となる高周波発振デバイス、磁気記録ヘッド、およびこれを備えたディスク装置が得られる。

次に、他の実施形態に係るＨＤＤの磁気記録ヘッドについて説明する。なお、以下に説明する他の実施形態において、前述した第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略し、第１の実施形態と異なる部分を中心に詳しく説明する。

（第２の実施形態）
図１２は、第２の実施形態に係るＨＤＤにおける磁気記録ヘッドの先端部をＡＢＳから見た平面図である。
第２の実施形態によれば、図１２に示すように、記録ヘッド５８は、一対のサイドシールド８４を更に備えている。一対のサイドシールド８４は、軟磁性体によりトレーリングシールド６２およびリーディングシールド６４と一体に形成されている。一対のサイドシールド８４は、主磁極６０のトラック幅方向両側に主磁極６０から物理的に分断し、かつ、トレーリングシールド６２およびリーディングシールド６４と磁気的かつ電気的に接続している。サイドシールド８４の先端面は、ＡＢＳ４３に露出している。

このように、サイドシールド８４を設けることにより、主磁極６０からトラック幅方向のへの磁界の漏れが減少し、よりトラック幅方向の記録密度を詰めることが可能となる。これにより、一層高密度の高周波アシスト記録が可能となる。

（第３の実施形態）
図１３は、第３の実施形態に係るＨＤＤにおける磁気記録ヘッドの先端部を示す断面図、図１４は、磁気記録ヘッドの先端部をＡＢＳから見た平面図である。
図１３および図１４に示すように、第３の実施形態によれば、記録ヘッド５８は、一対のサイドシールド８４を有している。一対のサイドシールド８４は、軟磁性体によりリーディングシールド６４と一体に形成され、リーディングシールドからトレーリングシールド６２側に延出している。一対のサイドシールド６３は、主磁極６０のトラック幅方向両側に主磁極６０から物理的に分断し、かつ、リーディングシールド６４と磁気的かつ電気的に接続している。

変調電極７６は、ＳＴＯ７４の３方を囲むように設けられているとともに、サイドシールド８４に電気的に接続されている。この結果、ＳＴＯ７４のＦＧＬ８０ｃ、変調電極７６を介して、変調絶縁層７８に適切に電界を印加することができる。また、主磁極６０からトラック幅方向のへの磁界の漏れが減少し、よりトラック幅方向の記録密度を詰めることが可能となる。これにより、一層高密度の高周波アシスト記録が可能となる。
その他、変調電圧の印加経路を以下の通り種々変更することが可能である。

（第４の実施形態）
図１５は、第４の実施形態に係るＨＤＤにおける磁気記録ヘッドの先端部を示す断面図である。本実施形態によれば、トレーリングシールド６２のリーディング側端面６２ｂとＳＴＯ７４のＦＧＬ８０ｃとの間に変調絶縁層７８が設けられている。また、ＳＴＯの電極層８１ｂは、ＳＴＯ７４のＦＧＬ８０ｃの３側面を囲んで設けられ、更に、第２配線を介してＳＴＯ駆動電流回路２０２に電気的に接続されている。これにより、駆動電流Ｉｐは、ＳＴＯ駆動電流回路２０２から主磁極６０、ＳＴＯ７４、電極層８１ｂを通して通電される。また、変調電圧回路２０４からトレーリングシールド６２を介して、変調絶縁層７８に適切に電界を印加することができる。なお、本実施形態において、ＦＧＬ８０ｃの突起構造は、変調絶縁層７８と対向する面、ずなわち、ＡＢＳ４３に対して垂直な面に設けることが好ましい。

（第５の実施形態）
図１６は、第５の実施形態に係るＨＤＤにおける磁気記録ヘッドの先端部を示す断面図である。本実施形態によれば、トレーリングシールド６２のリーディング側端面６２ｂとＳＴＯ７４のＦＧＬ８０ｃとの間に変調絶縁層７８が設けられ、更に、変調絶縁層７８とトレーリングシールド６２のリーディング側端面６２ｂとの間に非磁性金属からなる膜厚調整電極８６が設けられている。この膜厚調整電極８６を設けることにより、変調絶縁層７８の膜厚を最適な値に調整することができる。第５の実施形態において、他の構成は、第４の実施形態と同一である。

（第６の実施形態）
図１７は、第６の実施形態に係るＨＤＤにおける磁気記録ヘッドの先端部を示す断面図、図１８は、磁気記録ヘッドの先端部をＡＢＳから見た平面図である。
図１７および図１８に示すように、第６の実施形態によれば、記録ヘッド５８は、一対のサイドシールド８４を有している。一対のサイドシールド８４は、軟磁性体によりリーディングシールド６４と一体に形成され、リーディングシールドからトレーリングシールド６２側に延出している。一対のサイドシールド６３は、主磁極６０のトラック幅方向両側に主磁極６０から物理的に分断し、かつ、リーディングシールド６４と磁気的かつ電気的に接続している。リーディングシールド６４は第２配線を介して、ＳＴＯ駆動電流回路に電気的に接続される。

トレーリングシールド６２のリーディング側端面６２ｂとＳＴＯ７４のＦＧＬ８０ｃとの間に変調絶縁層７８が設けられている。また、ＳＴＯの電極層８１ｂは、ＳＴＯ７４のＦＧＬ８０ｃの３側面を囲んで設けられ、更に、サイドシールド８４に電気的に接続されている。これにより、駆動電流Ｉｐは、ＳＴＯ駆動電流回路２０２から主磁極６０、ＳＴＯ７４、電極層８１ｂ、サイドシールド８４、リーディングシールド６４を通して通電される。また、変調電圧回路２０４からトレーリングシールド６２を介して、変調絶縁層７８に適切に電界を印加することができる。なお、本実施形態において、ＦＧＬ８０ｃの突起構造は、変調絶縁層７８と対向する面、ずなわち、ＡＢＳ４３に対して垂直な面に設けることが好ましい。

（第７の実施形態）
図１９は、第７の実施形態に係るＨＤＤにおける磁気記録ヘッドの先端部を示す断面図、図２０は、磁気記録ヘッドの先端部をＡＢＳから見た平面図である。
図１９および図２０に示すように、第７の実施形態によれば、記録ヘッド５８は、一対のサイドシールド８４を有している。一対のサイドシールド８４は、軟磁性体によりリーディングシールド６４と一体に形成され、リーディングシールドからトレーリングシールド６２側に延出している。一対のサイドシールド６３は、主磁極６０のトラック幅方向両側に主磁極６０から物理的に分断し、かつ、リーディングシールド６４と磁気的かつ電気的に接続している。リーディングシールド６４は第２配線を介して、ＳＴＯ駆動電流回路に電気的に接続される。また、主磁極６０は、第３配線を介して、変調電圧回路２０４に電気的に接続される。

ＳＴＯ７４のスピン注入層（ＳＩＬ）８０ａ、中間層８０ｂ、発振層（ＦＧＬ）８０ｃは、トレーリングシールド６２側から主磁極６０に向かって順に積層されている。ＳＩＬ８０ａは電極層８１ｂを介してトレーリングシールド６２のリーディング側端面６２ｂに電気的に接続されている。

主磁極６０のトレーリング側端面６０ｂとＳＴＯ７４のＦＧＬ８０ｃとの間に変調絶縁層７８が設けられている。また、ＳＴＯの電極層８１ａは、ＳＴＯ７４のＦＧＬ８０ｃの３側面を囲んで設けられ、更に、サイドシールド８４に電気的に接続されている。これにより、ＳＴＯ７４の駆動電流Ｉｐは、ＳＴＯ駆動電流回路２０２からトレーリングシールド６２、ＳＴＯ７４、電極層８１ａ、サイドシールド８４、リーディングシールド６４を通して通電される。また、変調電圧回路２０４から主磁極６０を介して、変調絶縁層７８に適切に電界を印加することができる。なお、本実施形態において、ＦＧＬ８０ｃの突起構造は、変調絶縁層７８と対向する面、ずなわち、ＡＢＳ４３に対して垂直な面に設けることが好ましい。

（第８の実施形態）
図２１は、第８の実施形態に係るＨＤＤにおける磁気記録ヘッドの先端部を示す断面図、図２２は、磁気記録ヘッドの先端部をＡＢＳから見た平面図である。
図２１および図２２に示すように、ＳＴＯの電極層８１ａは、サイドシールド８４から分離し、独立した電極としてもよい、この場合、電極層８１ａは、直接、第２配線を介して、ＳＴＯ駆動電流回路２０２に電気的に接続される。第８の実施形態において、他の構成は、第７の実施形態と同一である。

上述した第２ないし第８の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。すなわち、第２ないし第８の実施形態によれば、記録媒体の共鳴特性との適合性を改善し、高密度記録が可能となる高周波発振デバイス、磁気記録ヘッド、およびこれを備えたディスク装置が得られる。

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、ヘッド部を構成する要素の材料、形状、大きさ等は、必要に応じて変更可能である。また、磁気ディスク装置において、磁気ディスクおよび磁気ヘッドの数は、必要に応じて増加可能であり、磁気ディスクのサイズも種々選択可能である。

１０…筺体、１１…ベース、１２…磁気ディスク、１３…スピンドルモータ、
１４…ヘッドアクチュエータ、２５…制御回路基板、３３…磁気ヘッド、
４２…スライダ、４３…ディスク対向面（ＡＢＳ）、４４…ヘッド部、
５４…再生ヘッド、５８…記録ヘッド、６０…主磁極、６２…トレーリングシールド、
６４…リーディングシールド、７４…スピントルク発振子（ＳＴＯ）、７６…変調電極、
７８…変調絶縁層、８０ａ…スピン注入層（ＳＩＬ）、８０ｂ…中間層、
８０ｃ…発振層（ＦＧＬ）、８２ａ…本体、８２ｂ…突起（突起構造）、
８４…サイドシールド、Ｌ１〜Ｌ８…配線

Claims (15)

1. 発振層およびスピントルク注入層を有し、外部磁界およびバイアス電流が印加される高周波発振子と、
   前記発振層に変調電圧を印加する変調電極と、
   前記発振層と変調電極との間に挟持された変調絶縁層と、
   を備えるスピントルク型の高周波発振デバイス。
2. 前記発振層の前記変調絶縁層との界面は、突起構造を一体に含んでいる請求項１に記載の高周波発振デバイス。
3. 前記発振層は、前記変調絶縁層と２つ以上の側面で接している請求項１又は２に記載の高周波発振デバイス。
4. 記録媒体の記録層に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ライトシールドと、
   前記主磁極に磁界を発生させる記録コイルと、
   発振層およびスピントルク注入層を有し、前記主磁極とライトシールドとの間で前記ライトギャップ内に配置された高周波発振子と、
   前記高周波発振子に通電するための配線と、
   前記発振層に変調電圧を印加する変調電極と、
   前記発振層と変調電極との間に挟持された変調絶縁層と、
   を備える磁気記録ヘッド。
5. 前記変調絶縁層は、ＭｇＯを含む酸化物である請求項４に記載の磁気記録ヘッド。
6. 前記発振層の前記変調絶縁層との界面は、Ｆｅを含む合金で形成されている請求項４又は５に記載の磁気記録ヘッド。
7. 前記発振層の前記変調絶縁層との界面は、突起構造を一体に含んでいる請求項４ないし６のいずれか１項に記載の磁気記録ヘッド。
8. 前記発振層は、前記変調絶縁層と２つ以上の側面で接している請求項４ないし７のいずれか１項に記載の磁気記録ヘッド。
9. 前記発振層は、複数の側面を有する本体と、本体の少なくとも１側面から突出する突起とを一体に有し、前記本体の１側面における突起の数は、１以上５未満である請求項７又は８に記載の磁気記録ヘッド。
10. 前記突起の高さと前記本体のサイズとの比が０．３以上１以下である請求項９に記載の磁気記録ヘッド。
11. 前記主磁極は、前記変調電極を構成している請求項４ないし１０のいずれか１項に記載の磁気記録ヘッド。
12. 前記主磁極に対向するトレーリングシールドと、前記主磁極の幅方向両側に磁気的に離間して配置されたサイドシールドと、を備えている請求項４ないし１０のいずれか１項に記載の磁気記録ヘッド。
13. 前記トレーリングシールドは、前記変調電極を構成している請求項１２に記載の磁気記録ヘッド。
14. 前記サイドシールドと前記変調電極が電気的に接続されている請求項１２に記載の磁気記録ヘッド。
15. 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、
    請求項４ないし１４のいずれか１項に記載の磁気記録ヘッドと、を備えるディスク装置。

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