JP2016207238A - 高周波アシスト磁気ヘッド - Google Patents

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直幸 成田
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Tomoko Taguchi
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Abstract

【課題】さらなる高記録密度に対応する高周波アシスト磁気ヘッドを得る。【解決手段】スピントルク発振子の駆動電流が０の場合には、記録電流の極性によらず前記スピン注入層の磁化方向は同一であり、スピントルク発振子の駆動電流が０でない場合には、記録電流の極性に応じて、スピン注入層の磁化方向が応答する高周波アシスト磁気ヘッド。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、高周波アシスト磁気ヘッドに関する。
従来の高周波アシスト記録ヘッドでは、スピントルク発振子におけるスピン注入層の保磁力をギャップ磁界以下とすることで、記録の極性に依存しない良好な記録特性を実現している。
さらなる高記録密度化のためには、記録ギャップ（ＷＧ）の縮小、および、高周波磁界強度の増大が必要である。このためには、より大きな駆動電流が必要となる。しかし、スピン注入層を同一材料のまま駆動電流を大きくしても、安定な発振を実現することは困難である、という問題があった。
特開２００９−０７０５４１号公報
本発明の実施形態は、高記録密度に対応し、安定した記録再生特性を示す高周波アシスト記録ヘッドを得る。
実施形態によれば、主磁極と、該主磁極に対向して設けられた補助磁極と、該主磁極と補助磁極を磁化するコイルと、該主磁極と該補助磁極との間に設けられたスピントルク発振子と、スピントルク発振子に通電する端子とを具備し、
前記スピントルク発振子は、前記主磁極及び前記補助磁極のうち一方の上に形成されたスピン注入層、該スピン注入層上に形成された中間層、及び該中間層上に形成された発振層を含み、
前記スピントルク発振子の駆動電流が０の場合には、記録電流の極性によらずスピン注入層の磁化方向は同一であり、
前記スピントルク発振子の駆動電流が０でない場合には、記録電流の極性に応じて、スピン注入層の磁化方向が応答することで、高効率な発振が可能な高周波アシスト磁気ヘッドが提供される。
実施形態にかかる磁気ヘッドの要部断面図である。 図１の記録ヘッド浮上面近傍の断面図である。 実施形態に係る磁気ヘッドに関するＳＴＯ駆動電流密度とＢ．Ｐ．との関係を表すグラフ図である。 実施形態に係る磁気ヘッドに関するＳＴＯ駆動電流密度とＢ．Ｐ．との関係を表すグラフ図である。 比較の磁気ヘッドに関するＳＴＯ駆動電流密度とＢ．Ｐ．との関係を表すグラフ図である。 比較の磁気ヘッドに関するＳＴＯ駆動電流密度とＢ．Ｐ．との関係を表すグラフ図である。 実施形態に係る磁気ヘッドに関するＳＴＯの発振周波数のＳＴＯ駆動電流密度依存性を示すグラフ図である。 実施形態に係る磁気ヘッドに関するＳＴＯ駆動電流密度最適値における到達Ｂ．Ｐ．のＦＧＬ磁気膜厚依存性を示すグラフ図である。 実施形態に係る磁気ヘッドの他の例の浮上面近傍の断面図である。 実施形態に係る磁気ヘッドにおけるＢ．Ｐ．のＳＴＯ駆動電流密度依存性を表すグラフ図である。 実施形態に係る磁気ヘッドにおけるＢ．Ｐ．のＳＴＯ駆動電流密度依存性を表すグラフ図である。 比較の磁気ヘッドにおけるＢ．Ｐ．のＳＴＯ駆動電流密度依存性を表すグラフ図である。 比較の磁気ヘッドにおけるＢ．Ｐ．のＳＴＯ駆動電流密度依存性を表すグラフ図である。 実施形態に係る磁気ヘッドにおけるＦＧＬ磁気膜厚と到達Ｂ．Ｐ．との関係を表すグラフ図である。 ＳＴＯ駆動電流密度が略０の際のＳＴＯ素子抵抗の記録電流に対する変化の一例を表すグラフ図である。 ＳＴＯ駆動電流を通電し、ＳＴＯ発振が得られた際のＳＴＯ素子抵抗の記録電流に対する変化の一例を表すグラフ図である。 実施形態に係る磁気ヘッドのさらに他の例の構成を浮上面から見た図である。 実施形態に係る磁気ヘッドに関するＳＴＯ駆動電流密度最適値におけるＢ．Ｐ．のＦＧＬ磁気膜厚依存性を表すグラフ図である。 実施形態に係る磁気ヘッドに関するＳＴＯ駆動電流密度最適値におけるＢ．Ｐ．のＦＧＬ磁気膜厚依存性を表すグラフ図である。
実施形態に係る高周波アシスト磁気ヘッドは、主磁極と、主磁極に対向して設けられた補助磁極と、主磁極と補助磁極を磁化するコイルと、主磁極と補助磁極との間に設けられたスピントルク発振子と、スピントルク発振子に通電する端子とを含む。
スピントルク発振子は、主磁極及び補助磁極のうち一方の上に順に形成されたスピン注入層、中間層、及び発振層を含む。
スピントルク発振子の駆動電流が略０の場合には、記録電流の極性によらずスピン注入層の磁化方向は同一であり、駆動電流が略０でない場合には、記録電流の極性に応じて、スピン注入層の磁化方向が応答する。
実施形態に係る高周波アシスト磁気ヘッドでは、より大きな保磁力のスピン注入層を適用することにより、スピントルク発振子の駆動電流が０の場合には、記録電流の極性によらずスピン注入層の磁化方向が同一であり、駆動電流が０でない場合には、記録電流の極性に応じてスピン注入層の磁化方向が応答する。このようなＳＴＯ駆動電流に対して高い安定性を有するスピン注入層を用いることで効率の高い発振が得られ、良好なアシスト効果が期待できる。
また、スピントルク発振子の駆動電流を更に増加させた場合には、記録電流の極性の反転に応じて、スピン注入層の磁化方向は反転することができる。これにより、記録極性に依らず安定した記録特性を得ることが可能となる。
スピントルク発振子の駆動電流が略０の場合に、磁気抵抗効果によるスピントルク発振子の電気抵抗変化が記録電流の極性に対して非対称となり、スピントルク発振子の駆動電流が増加し、スピン注入層の磁化が記録電流の変化に対して反転するようになると、磁気抵抗効果によるスピントルク発振子の電気抵抗変化が記録電流の極性に対して対称となる。これにより、スピントルク発振子の適切な駆動電流を選択することが可能となる。
高周波アシスト磁気ヘッドのスピントルク発振子に対向する主磁極の対向面の法線と、スピン注入層の磁化容易軸方向とを平行にすることができる。スピントルク発振子の駆動時の電流極性は常に同一極性にすることができる。
また、浮上面側から見た主磁極と主磁極に対向するトレーリングシールドとの間の距離の平均値は、スピントルク発振子の膜厚よりも大きくすることができる。これにより、より高い効率でスピントルク発振子は発振することが可能となる。
スピントルク発振子の発振層の飽和磁化Ｍｓと膜厚ｔとの積Ｍｓｔを２５ｎｍＴ以上４０ｎｍＴ以下にすることができる。これにより、アシスト効果に適した高周波磁界強度を得ることが可能となる。
スピン注入層には垂直磁気異方性を有する材料が使用され、例えばＭｎＧｅＧａなどのＭｎを含む合金を使用することができる。
以下、図面を参照し、実施の形態を具体的に説明する。
実施例１ シミュレーションによる検討 （フラットタイプ記録ヘッド）
図１は、実施形態にかかる磁気記録再生ヘッドをオフトラック方向から見た際の要部断面図である。
図２は、実施形態にかかる磁気ヘッドの一例の浮上面近傍の断面図である。
磁気ヘッド１０は、主磁極１と、主磁極１に対向配置されたトレーリングシールド２と、図示しない電源から電流が印加されることで主磁極１とトレーリングシールド２を磁化する一対のコイル３，３’と、コイル３及びコイル３’を接続する上下コイル接続部３３と、浮上面付近の主磁極１とトレーリングシールド２間にスピントルク発振子４を含んでおり、主磁極１とスピントルク発振子４とが対向する面が、浮上面５に対して垂直になるような形状を有している。このようなライトギャップ構造を持つ磁気ヘッド１０をノンテーパータイプ磁気ヘッドと定義する。図１や図２に示すリーディングシールド６や図示していないサイドシールドなどのその他の補助磁極が含まれてもよい。主磁極１とトレーリングシールド２の間（ライトギャップ）に構成されるスピントルク発振子（ＳＴＯ）４は発振層（ＦＧＬ）７とスピン注入層（ＳＩＬ）９がスペーサ層８を介して積層されたものをその基本構造とし、さらに電極１１，１２を通じて主磁極１、トレーリングシールド２と電気的に接続されている。図２では、主磁極１からトレーリングシールド２の方向に向けて電極１２、ＳＩＬ９、スペーサ８、ＦＧＬ７、電極１１という順に構成されており、矢印１００に示すように、主磁極１からトレーリングシールド２にスピントルク発振子駆動電流を流す。なお、スピントルク発振子駆動電流の通電方向は逆でも構わず、いずれかの通電方向を選択することができる。
また、スピン注入層９の磁化容易軸方向は、矢印１０４に示すように、ＳＴＯ４と対向して配置された主磁極１の一主面１３に対し略垂直である。ＳＴＯ４の積層の順序は図２に示すものと逆の順番に積層することができる。このとき、トレーリングシールド２から主磁極１にスピントルク発振子駆動電流を流す。なお、スピントルク発振子駆動電流の通電方向は逆でも構わず、いずれかの通電方向を選択することができる。
以下に示す条件においてシミュレーションによるＳＴＯ発振状態の検討を行った。
主磁極１と対向するトレーリングシールド２の距離（ライトギャップ長：ＷＧ）は３０ｎｍとした。ＳＴＯ４の膜厚は、ライトギャップ長と等しいものとした。ここで、ライトギャップ長は磁気ヘッドをＡＢＳ面から見た際の主磁極とトレーリングシールド間の距離を主磁極の一主面１３のオフトラック方向の幅で平均した値として定義している。この時、ＦＧＬの膜厚方向に印加されるギャップ磁界（ライトギャップ中の磁界強度）は９ｋＯｅとなる。ＦＧＬの膜厚は１３．０ｎｍ、飽和磁化（Ｍｓ）は２．３Ｔとし、この時、ＦＧＬの膜厚と飽和磁化の積で与えられる磁気膜厚Ｍｓｔは２９ｎｍＴとし、主磁極１からトレーリングシールド２にスピントルク発振子駆動電流を流す。ＦＧＬから発生する高周波磁界強度は、理論上、ＦＧＬの磁気膜厚におよそ比例することから、一般にはより大きな磁気膜厚を持つＦＧＬが使用されることが好ましい。ＳＩＬの異方性磁界Ｈｋは３０ｋＯｅと２２ｋＯｅの二種類について検討を行った。例えばＳＩＬとしてＭｎＧｅＧａ合金を使用する。
また、ＦＧＬ膜厚方向を法線方向とする面の面積は、ＦＧＬ、ＳＩＬともに４０ｘ４０ｎｍ２とした。
更に、比較として以下に示す２条件についてもシミュレーションを実施した。
比較例１
主磁極とトレーリング間の距離（ＷＧ）が４５ｎｍ、ＳＩＬのＨｋは１５ｋＯｅであること以外は、実施例１と同様である。
比較例２
主磁極とトレーリング間の距離（ＷＧ）が３０ｎｍ、ＳＩＬのＨｋは１５ｋＯｅであること以外は、実施例１と同様である。
ＦＧＬ発振状態はＢｉａｓ Ｐｏｉｎｔ（Ｂ．Ｐ．）を用いて評価した。Ｂ．Ｐ．はＦＧＬ磁化とＳＩＬ磁化の相対角度をθとしたとき以下の式（１）で与えられる。
Ｂ．Ｐ． ＝ （１−ｃｏｓθ）／２…（１）
すなわちＢ．Ｐ．＝０（θ＝ ０ ｄｅｇ．）は、ＦＧＬとＳＩＬの磁化が同方向にあることを示す。Ｂ．Ｐ．＝１（θ＝１８０ ｄｅｇ．）はＦＧＬとＳＩＬの磁化が反平行関係にあることを示す。またＢ．Ｐ．＝０．５はＳＩＬとＦＧＬの磁化が垂直関係にあることを示し、この時、ＦＧＬから発生する高周波磁界強度は最大となる。良好なアシスト効果を得るためには、効率の高いＦＧＬ発振が不可欠であり、Ｂ．Ｐ．として０．３５を上回る、好ましくは０．５に近い発振を実現することが好ましい。
図３と図４は、実施例１の磁気ヘッドに関して、シミュレーションにより求めたＳＴＯ駆動電流密度とＢ．Ｐ．との関係を表すグラフ図を示す。
図３は、ＳＩＬの異方性磁界Ｈｋが３０ｋＯｅの場合、図４は、ＳＩＬの異方性磁界Ｈｋが２２ｋＯｅの場合を各々示す。
図中、ＳＩＬの初期磁化方向に対してギャップ磁界が同じ方向に印加される場合を記録電流が正と定義し、図３ではグラフ９８、図４ではグラフ１０５に示す。また、ＳＩＬの初期磁化方向に対してギャップ磁界が反対方向に印加される場合を負として定義し、図３ではグラフ９９、図４ではグラフ１０６に示す。
図３及び図４に示すように、ＳＩＬのＨｋが３０ｋＯｅ，あるいは２２ｋＯｅのとき、ＳＴＯ駆動電流密度が略０の場合にはＳＩＬの保磁力が極めて高く、記録電流の極性によって、例えば記録電流が正のときＢ．Ｐ．＝０であり、記録電流が負のときＢ．Ｐ．＝１となり、２つの状態を取る。これは、すなわち、ギャップ磁界によってＳＩＬの磁化方向が変化していないことを示している。ＳＴＯ駆動電流密度を増加させていくと、Ｂ．Ｐ．は減少し、さらに増加させると記録電流の極性に依らず同じ値を示すようになる。これは、ギャップ磁界の極性変化に応じてＳＩＬが磁化反転していることを示すものである。グラフ９８とグラフ９９はＳＴＯ駆動電流密度が１０×１０８Ａ／ｃｍ２以上ではほぼ重なっており、同様に、グラフ１０５とグラフ１０６はＳＴＯ駆動電流密度が５×１０８Ａ／ｃｍ２以上ではほぼ重なっている。ここに示す条件よりＳＴＯ駆動電流密度が大きい場合には、ＳＴＯのマグフリップ動作が可能となる。マグフリップ動作とは、記録電流の極性に応じてＳＩＬの磁化が反転するＳＴＯ動作のことを言い、このようなマグフリップ動作を利用したＳＴＯではＳＴＯ駆動電流を常に同一極性とした場合であっても、記録電流の極性に依存しない良好な磁気記録が可能になる。
また、ＳＩＬのＨｋが２２ｋＯｅ，３０ｋＯｅのいずれの場合においてもＳＴＯ駆動電流密度が増加していくことで、Ｂ．Ｐ．は増加し、ＳＴＯ駆動電流密度≧３０ｘ１０８Ａ／ｃｍ２となることで、Ｂ．Ｐ．≧０．３５の良好な発振状態が得られており、良好な磁気記録が可能となる。
図５と図６は、比較例１及び比較例２の磁気ヘッドに関して、シミュレーションにより求めたＳＴＯ駆動電流密度とＢ．Ｐ．との関係を表すグラフ図を示す。
図５、図６中、グラフ１０７，１０８，１０９，１１０はともにＳＩＬのＨｋが１５ｋＯｅのケースである。グラフ１０８、グラフ１０９が記録電流の極性が正である場合、グラフ１０７、グラフ１１０が記録電流の極性が負である場合を示す。いずれの場合もＳＴＯ駆動電流密度が略０の条件ではＢ．Ｐ．は記録電流の極性に依らずおよそ零となる。これはＳＴＯ駆動電流密度が略０の場合であっても、ギャップ磁界によってＳＩＬの磁化が反転しているため、ＦＧＬとＳＩＬの磁化がおよそギャップ磁界に対して平行に揃っていることを示す。
また、図５に示すグラフ１０７，１０８では、ＳＴＯ駆動電流密度≧１０ｘ１０８Ａ／ｃｍ２となることでＢｉａｓ≧０．３５を実現できるものの、ライトギャップ長が４５ｎｍと広いため、高線記録密度の実現が困難である。さらに、図６に示すグラフ１０９，１１０では、ライトギャップ長は３０ｎｍであるものの、ＳＴＯ駆動電流密度を上げても０．３５を超えるＢ．Ｐ．が実現できず、良好なアシスト効果が期待出来ない。このように、実施形態によれば、ＳＴＯを駆動させない状態での記録能力が高い磁気ヘッド、すなわち狭いＷＧを有する磁気ヘッドにあって、高効率な発振を得ることが可能であるため、比較例１及び比較例２に対してより高い線記録密度を実現することが可能となる。
図７は、実施形態に係る磁気ヘッドと比較の磁気ヘッドに関するＳＴＯの発振周波数のＳＴＯ駆動電流密度依存性を示すグラフ図である。
図中、グラフ１１１，１１２は、各々、実施例１におけるライトギャップ長３０ｎｍ及びＳＩＬの異方性磁界Ｈｋが３０ｋＯｅの場合であり、かつグラフ１１１は記録電流が正である場合、グラフ１１２は記録電流が負である場合を示す。グラフ１１３，１１４は、各々、実施例１におけるライトギャップ長３０ｎｍ及びＳＩＬの異方性磁界Ｈｋが２２ｋＯｅの場合であり、かつグラフ１１３は記録電流が正である場合、グラフ１１４は、記録電流が負である場合を示す。
また、グラフ１１５，１１６は、各々、比較例１におけるライトギャップ長４５ｎｍ及びＳＩＬの異方性磁界Ｈｋが１５ｋＯｅであり、かつグラフ１１５は記録電流が正である場合、グラフ１１６は、記録電流が負である場合を示す。
また、グラフ１１７，１１８は、各々、比較例２におけるライトギャップ長３０ｎｍ及びＳＩＬの異方性磁界Ｈｋが１５ｋＯｅであり、かつグラフ１１７は記録電流が正である場合、グラフ１１８は、記録電流が負である場合を示す。
グラフ１１１，１１２，１１３，１１４に示すように、良好な発振を得られている実施例１の条件においては、マイクロ波アシストに効果的な２０〜３０ＧＨｚの発振が達成されている。
図８は、実施形態に係る磁気ヘッドについて、ＦＧＬの磁気膜厚Ｍｓｔを変化させた際のＳＴＯ駆動電流密度最適値における到達Ｂ．Ｐ．を表すグラフ図である。
ＳＩＬのＨｋが２２ｋＯｅである場合をグラフ１１９，ＳＩＬのＨｋが３０ｋＯｅである場合をグラフ１２０とした。また、比較のために、比較例２と同様のＳＩＬのＨｋが１５ｋＯｅである場合のＢ．Ｐ．をグラフ１２１に示した。Ｈｋ＝１５ｋＯｅの場合には２５ｎｍＴ以上の磁気膜厚においてＢ．Ｐ．が０．３５を下回っているが、グラフ１１９，グラフ１２０に示すように、ＳＩＬのＨｋが３０ｋＯｅの場合には４０ｎｍＴの磁気膜厚でもＢ．Ｐ．が０．３５を上回る良好な発振が得られることが分かる。
実施例２
シミュレーションによる検討 （テーパータイプ記録ヘッド）
図９は、実施形態に係る磁気ヘッドの他の例の浮上面近傍の断面図を示したものである。
浮上面５近傍の主磁極２５のトレーリング方向１０１側の面２６が浮上面方向に向かってテーパー形状を有し、その上に順に形成されるスピン注入層２９，中間層２８，及び発振層２７を含むＳＴＯ２４，及びＳＴＯ２４の両側に配置されたＳＴＯ電極２２、ＳＴＯ電極２１、並びにＳＴＯ電極２１上に設けられたトレーリングシールド３２もこれに合わせたテーパー形状を有していること以外は、図２と同様の構成を有する。このような構造を主磁極２５に形成することで、主磁極２５先端における磁束の集中効率が改善し、より高い線記録密度を達成することが可能になる。このようなライトギャップ構造を持つ記録ヘッド２０をテーパータイプ記録ヘッドと定義する。また、実施例１と同様に構成として図示しない補助磁極を含むことができる。ＳＴＯ２４は主磁極２５とトレーリングシールド３２の間に設置され、また、ＳＩＬ２９の磁化容易軸方向は矢印２３に示すように、対向する主磁極の面と略垂直に備えられている。
以下に示す条件において、シミュレーションにおける検討を行った。
主磁極とトレーリングシールドの距離（ライトギャップ長）は３０ｎｍとした。この時のライトギャップ長は主磁極とトレーリングシールド間のテーパー面法線方向の長さとして定義している。この時ＦＧＬの膜厚方向に印加されるギャップ磁界（ライトギャップ中の磁界強度）は１１ｋＯｅとなる。
図１０及び図１１に、実施例２の記録ヘッドに関して、Ｂ．Ｐ．のＳＴＯ駆動電流密度依存性を表すグラフ図を示す。
図１０は、ＳＩＬのＨｋが２２ｋＯｅ、ＷＧが３０ｎｍの場合のグラフ図を示し、グラフ１２２はＳＩＬの初期磁化方向に対して記録電流が正であり、グラフ１２３はＳＩＬの初期磁化方向に対して記録電流が負である。
図１１は、ＳＩＬのＨｋが３０ｋＯｅ、ＷＧが３０ｎｍの場合のグラフ図を示し、グラフ１２４はＳＩＬの初期磁化方向に対して記録電流が正であり、グラフ１２５はＳＩＬの初期磁化方向に対して記録電流が負である。
また、比較として、各々、ＳＩＬのＨｋを１５ｋＯｅ，ＷＧを４５ｎｍとした以外は、図９と同様の構成を有する磁気ヘッド（比較例３）、及びＨｋを１５ｋＯｅとした以外は、図９と同様の構成を有する磁気ヘッド（比較例４）について、Ｂ．Ｐ．のＳＴＯ駆動電流密度依存性を図１２及び図１３に示す。
図１２において、グラフ１２６は、ＳＩＬの初期磁化方向に対して記録電流が正であり、グラフ１２７は、ＳＩＬの初期磁化方向に対して記録電流が負である。
図１３において、グラフ１２８は、ＳＩＬの初期磁化方向に対して記録電流が正であり、グラフ１２９は、ＳＩＬの初期磁化方向に対して記録電流が負である。
結果として、実施例１に示される結果と同様に、実施形態に係る構成においてはＳＴＯ駆動電流密度が略０の場合には記録電流の極性によって、Ｂ．Ｐ．が、０、もしくは１の２値を取り、ＳＴＯ駆動電流密度の増加によりＢ．Ｐ．が低下し、さらにＳＴＯ駆動電流密度を増加させると、記録電流の極性に依らずほぼ共通のＢ．Ｐ．を示すようになる。また、図１１と図１２と比較すると、実施例１と同様に、実施形態に係るＳＴＯを、高線記録密度が可能な狭ライトギャップ長を持つ記録ヘッドに適用することにより、高効率なＳＴＯ発振を達成することが可能になり、高い線記録密度を得ることが可能となる。
図１４に、実施例２にかかるテーパータイプ記録ヘッドに関して、ＦＧＬ磁気膜厚に対する到達Ｂ．Ｐ．の変化を表す図を示す。
グラフ１３０は、ＳＩＬのＨｋが３０ｋＯｅ、ＷＧが３０ｎｍの場合、グラフ１３１は、ＳＩＬのＨｋが２２ｋＯｅ、ＷＧが３０ｎｍの場合を各々示す。また、比較としてＳＩＬのＨｋが１５ｋＯｅ、ＷＧが３０ｎｍの場合をグラフ１３２に示す。
実施例１と同様に実施形態に係る磁気ヘッドの構成を用いることで広い範囲でＢ．Ｐ．の改善が見られ、例えばグラフ１３２に示すようなＳＩＬのＨｋが１５ｋＯｅの場合には、２５ｎｍＴから４０ｎｍＴの範囲のＦＧＬ磁気膜厚（Ｍｓｔ）の範囲において良好な発振特性が得られなかったが、グラフ１３０に示すように、ＳＩＬのＨｋが３０ｋＯｅの場合には、同じ範囲のＦＧＬ磁気膜厚（Ｍｓｔ）の範囲において０．３５以上のＢ．Ｐ．が達成されていることが分かる。
実施例３ ＳＴＯ駆動電流によるＳＴＯ抵抗の記録電流依存性の変化
実施形態にかかるＳＴＯ素子抵抗はＢ．Ｐ．に応じて変化することから、Ｂ．Ｐ．の記録電流依存性を観測することにより、ＳＩＬ反転の有無やマグフリップ動作に必要なＳＴＯ駆動電流を知ることが出来る。
図１５に、ＳＴＯ駆動電流密度が略０の場合のＳＴＯ素子抵抗の記録電流に対する変化の一例を表すグラフ図を示す。
図１６には、ＳＴＯ駆動電流を通電し、ＳＴＯ発振が生じた際のＳＴＯ素子抵抗の記録電流に対する変化を表すグラフ図を示す。このときＳＴＯの駆動電流は常に同一方向（この実施例の場合、ＦＧＬからＳＩＬに向けて電子が流入する方向）に通電している。
測定に使用した磁気ヘッドの構成は、例えば図２に示すものと同様である。
実施形態に係る磁気ヘッド構成においてＳＴＯ駆動電流密度が略０である場合、図１５に示すように、ＳＴＯの素子抵抗はジュール熱による抵抗変化分を除くと、記録電流の大きさに対して実線グラフ１３４に示すように単調に変化し、記録電流が増加することによって主磁極が飽和するとほぼ一定値となる。
このＳＴＯ抵抗の単調変化は、ＦＧＬの磁化挙動に基づく磁気抵抗効果によるものである。矢印１３７は、グラフ１３４における記録電流Ｗ１でのＦＧＬの磁化状態を示す。矢印１３８は、グラフ１３４における記録電流Ｗ０でのＦＧＬの磁化状態を示す。矢印１３９は、グラフ１３４における記録電流Ｗ２でのＦＧＬの磁化状態を示す。
ＳＩＬの初期磁化方向１４０と略平行の矢印１３５に示す方向に、ギャップ磁界が大きくなるように記録電流を増加させた場合にはＦＧＬの磁化は矢印１３７に示すようにＳＩＬの磁化方向１４０とその相対角度が小さくなる方向に変化し、ＳＴＯ抵抗は単調に減少する。矢印１３６に示すようにＳＩＬの磁化方向１４０と略反平行にギャップ磁界が大きくなるように記録電流を増加させた場合にはＦＧＬの磁化は矢印１３９に示すようにＳＩＬの磁化方向１４０と相対角度が大きくなる方向に変化するため、ＳＴＯ抵抗は単調に増加する。以上から、ＳＴＯ駆動電流密度が略０の場合には、グラフ１３４のような記録電流の極性に対して非対称な抵抗変化が生じることになる。なおＳＩＬの初期磁化方向１４０がここに示す方向と逆方向であった場合には、点線１３３のようなグラフ１３４とは逆極性のＳＴＯ抵抗の単調変化が生じる。
また、図１６において、矢印１４４は、記録電流Ｗ３におけるＦＧＬの磁化状態を示す。矢印１４５は、記録電流Ｗ４におけるＦＧＬの磁化状態を示す。矢印１４６は、記録電流Ｗ５におけるＦＧＬの磁化状態を示す。矢印１４７は、記録電流Ｗ６におけるＦＧＬの磁化状態を示す。
実施形態に係る磁気ヘッド構成においてＳＴＯ駆動電流密度を増加させ、ＳＩＬの磁化反転が可能になるとＳＴＯの素子抵抗は、図１６に示すようにＷ０−Ｗ４あるいはＷ０−Ｗ５に見られるように減少する。またＳＴＯ発振が達成される場合には、同図に一例を示すようにＷ３、Ｗ６近傍に示すような抵抗変化が生じる。これらの抵抗変化が生じる記録電流は図１５に示すような磁極が飽和する記録電流よりも小さい。
ここに示したＳＩＬの磁化反転はＳＴＯ駆動電流密度の増加に伴い、ＦＧＬからＳＩＬ方向に流入する電子とＳＩＬ磁化との間にスピントランスファートルクが生じるためであり、この作用のためＳＩＬの実効的な保磁力が低下し磁化反転を達成している。このように、ＳＴＯ抵抗の記録電流依存性をＳＴＯ駆動電流を変化させて測定することにより、適切なＳＴＯ駆動電流を選択することが出来る。
なお、図９に示すようなテーパータイプの記録ヘッドを用いた場合でも、ここに示したものと同様のＳＴＯ抵抗の記録電流依存性をＳＴＯ駆動電流を変化させて測定することにより、マグフリップ動作、ならびに発振に必要なＳＴＯ駆動電流を選定することが出来る。
実施例４
ライトギャップ長とＳＴＯ膜厚
図１７に、実施形態にかかる磁気ヘッドのさらに他の例の構成を浮上面から見た図を示す。
図示するように、磁気ヘッド３０は、主磁極３１と、主磁極３１の周囲に非磁性絶縁層３６を介して形成された補助磁極３５と、主磁極１と、浮上面付近の主磁極３１と補助磁極３５とのトレーリング方向の間に図示しない電源から電流を通電することにより駆動するＳＴＯ３４を含んでいる。ＳＴＯ３４は、主磁極３１側から順に、電極４２，ＳＩＬ３９、中間層３８、ＦＧＬ３７、及び電極４１を積層した構成を有する。なお積層順はここに示すものと逆順でも構わない。
さらに、この磁気ヘッド３０は、ライトギャップの平均長ＷＧ１（図１７のＰＷの幅で平均したライトギャップ長）がＳＴＯ３４の膜厚Ｔ１よりも大きい。実施形態によれば、ライトギャップ長がＳＴＯ膜厚よりも大きいことにより、より高い発振効率を実現することができる。
実施例１のフラット型のライトギャップ構造と、ＳＴＯ膜厚よりもライトギャップ長が大きくなることとの組み合わせについてシミュレーションによるＳＴＯ発振状態の検討を行った。
図１８に、実施例１に示したフラット型のライトギャップ構造とＳＴＯ膜厚よりもライトギャップ長が大きくなることとの組み合わせについて、シミュレーションにより求めたＳＴＯ駆動電流密度最適値における到達Ｂ．Ｐ．のＦＧＬ磁気膜厚依存性を表すグラフ図を示す。なお、ライトギャップの平均長は３３．２ｎｍとし、ＳＩＬの異方性磁界Ｈｋは２２ｋＯｅとした。ＳＴＯ構成は実施例１と同様の構成を用いた。グラフ１５１にライトギャップの平均長がＳＩＬの膜厚よりも大きな場合、グラフ１５２のライトギャップの平均長がＳＩＬの膜厚と等しい場合（実施例１に示したものと同じ）の場合についてそれぞれ示す。ライトギャップの平均長がＳＩＬの膜厚よりも大きくなることにより、広い領域でより高いＢ．Ｐ．が達成されていることが分かる。この時、Ｈｋが２２ｋＯｅとなるＳＩＬを用いた場合でも、実施例１のＨｋが３０ｋＯｅとなるＳＩＬを用いた場合と同様に２５ｎｍＴから４０ｎｍＴの範囲で０．３５を上回るＢ．Ｐ．が達成できていることが分かる。同様に、図１９に、実施例２に示したテーパー型のライトギャップ構造とＳＴＯ膜厚よりもライトギャップ長が大きくなることとの組み合わせについて、シミュレーションにより求めたＳＴＯ駆動電流密度最適値における到達Ｂ．Ｐ．のＦＧＬ磁気膜厚依存性を表すグラフ図を示す。
この時のライトギャップの平均長は３３．２ｎｍとし、ＳＴＯは同様の構成を用いた。なおＳＩＬのＨｋは２２ｋＯｅとした。テーパー型のライトギャップ構造においても、ライトギャップの平均長をＳＩＬ膜厚よりも大きくすることにより、広い範囲で更なるＢ．Ｐ．の改善が見られ、Ｈｋ＝１５ｋＯｅ，ＷＧ３０ｎｍのケースでは０．３５以下のＢ．Ｐ．であったＦＧＬ磁気膜厚２５〜４０ｎｍＴの範囲において０．３５を上回るＢ．Ｐ．が得られるようになっていることが分かる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１，２５，３１…主磁極、２，６，３５…補助磁極、３…コイル、４，２４，３４…スピントルク発振子、９，２９，３９…スピン注入層、８，２８，３８…中間層、７，２７，３７…発振層、１０，２０，３０…高周波アシスト磁気ヘッド

Claims (8)

  1. 主磁極と、該主磁極に対向して設けられた補助磁極と、該主磁極と補助磁極を磁化するコイルと、該主磁極と該補助磁極との間に設けられたスピントルク発振子と、スピントルク発振子に通電する端子とを具備し、
    前記スピントルク発振子は、前記主磁極及び前記補助磁極のうち一方の上に形成されたスピン注入層、該スピン注入層上に形成された中間層、及び該中間層上に形成された発振層を含み、
    前記スピントルク発振子の駆動電流が０の場合には、記録電流の極性によらず前記スピン注入層の磁化方向が同一であり、かつ前記スピントルク発振子の駆動電流が０でない場合には、記録電流の極性に応じて、前記スピン注入層の磁化方向が応答する高周波アシスト磁気ヘッド。
  2. 前記スピントルク発振子の駆動電流を増加させると、記録電流の極性の反転に応じて、磁化反転が可能となるスピン注入層を有する請求項１に記載の高周波アシスト磁気ヘッド。
  3. 前記スピントルク発振子の駆動電流が０の場合には、前記スピントルク発振子の磁気抵抗効果による電気抵抗変化が記録電流の極性に対して非対称であり、前記スピントルク発振子の駆動電流を通電させることにより、前記スピントルク発振子の磁気抵抗効果による電気抵抗変化が記録電流の極性に対して対称となることを特徴とする請求項１または２に記載の高周波アシスト磁気ヘッド。
  4. 前記スピントルク発振子に対向する前記主磁極の対向面の法線と、前記スピントルク発振子の磁化容易軸方向が平行である請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の高周波アシスト磁気ヘッド。
  5. 前記スピントルク発振子の駆動電流極性が常に同一極性である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の高周波アシスト磁気ヘッド。
  6. 浮上面側から見た前記主磁極と前記主磁極に対向するトレーリングシールドとの間の距離の平均値が、前記スピントルク発振子の膜厚よりも大きい請求項１ないし５のいずれか１項に記載の高周波アシスト磁気ヘッド。
  7. 前記スピントルク発振子の発振層の飽和磁化と膜厚との積が２５ｎｍＴ以上４０ｎｍＴ以下であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の高周波アシスト磁気ヘッド。
  8. 前記スピン注入層は、マンガンを含む垂直磁気異方性を有する合金を含む請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の高周波アシスト磁気ヘッド。
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