JP2019057338A - 磁気ヘッド及び磁気記録再生装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1(a)及び図1(b)は、第1実施形態に係る磁気ヘッドを例示する模式的断面図である。
図2は、第1実施形態に係る磁気ヘッドを例示する模式的平面図である。
図1(b)は、図1(a)の一部の拡大図である。図2は、図1(b)の矢印AFからみた平面図である。
磁性層25の厚さtmは、例えば、4nm(ナノメートル)以上20nm以下である。第1導電層21の厚さt1は、例えば、0.5nm以上10nm以下である。第2導電層22の厚さt2は、例えば、0.5nm以上10nm以下である。これらの厚さは、積層体20の積層方向に沿った長さである。積層方向は、例えば、第1シールド面31aに対して垂直である。
コイル30cに記録電流を流すことにより、磁極30から第1シールド31に向かう磁界が生じる。積層体20を設けない第1参考例においては、磁極30から出た磁界の一部は、磁気記録媒体80に向かわずに、直接、第1シールド31に入る。このため、磁界は、磁気記録媒体80に印加され難い。このような現象は、高分解能化を目的としたライトギャップの狭小化において、より顕著となる。一方、図3に示すように、磁気ヘッド110においては、積層体20に電流を流すことで磁性層25の磁化は、磁極30から出た磁界H2の向きとは逆向きの成分を有している。このため、磁極30から出た磁界H2は、磁性層25を通過し難い。磁界H2の多くが、磁気記録媒体80を通過して、第1シールド31に入る。このため、磁界H2は、磁気記録媒体80に印加され易い。ライトギャップを小さくしたときにおいても、磁界H2は、磁気記録媒体80に印加される。
シミュレーション(有限要素法による静磁界シミュレーション)においては、上記の、第1シールド面高さhs、磁極幅Wp、ライトギャップWG、磁性層高さhm及び磁性層幅Wmを変えたときの磁気ヘッドの特性が求められる。シミュレーションにおいて、第1シールド面高さhsは、20nm、40nm、または60nmとされる。磁極幅Wpは、40nmまたは60nmとされる。ライトギャップWGは、15nm、18nmまたは20nmとされる。磁性層高さhmは、1nm、5nm、10nm、15nm、20nm、30nm、40nm、60nm、80nmまたは100nmとされる。磁性層幅Wmは、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、80nmまたは100nmとされる。
図4(a)、図4(b)及び図4(c)は、ライトギャップWGが15nm、18nm及び20nmにそれぞれ対応する。これらの図の横軸は、第1比R1である。第1比R1は、磁性層高さhmの第1シールド面高さhsに対する比(hm/hs)である。既に説明したように、磁性層高さhmは、第2方向D2(Z軸方向)に沿う磁性層25の長さである。第1シールド面高さhsは、第2方向D2に沿う第1シールド面31aの長さである。縦軸は、磁界傾度のゲインHGG(%)である。磁界傾度は、オントラック位置(例えば、磁極幅Wpの中心位置)での、第1方向D1に沿う磁界分布における空間的な有効磁界強度の変化率である。この例では、磁界傾度は、有効磁界強度が10kOeとなるときの、ライトギャップWG近傍の有効磁界強度の空間変化率として、算出される。ゲインHGGは、磁性層25を挿入していない以外は同様の構造を持つ磁気ヘッドにおける磁界傾度に対する、磁性層25を含む磁気ヘッド110における磁界傾度の改善率を示す。シミュレーションにおいて、磁気ヘッド110の磁性層25の磁化は、磁性層25の厚さtmの方向に沿う。そして、磁性層25の磁化は、磁性層25を設けない場合に磁極30から第1シールド31へライトギャップWGを介して向かう磁界(ギャップ磁界)と、逆方向の成分を有する。ゲインHGGの値が大きいときに、磁気ヘッドとしての特性が向上し、高密度記録が可能となる。ゲインHGGが高いことが好ましい。
図5(a)、図5(b)及び図5(c)は、ライトギャップWGが15nm、18nm及び20nmにそれぞれ対応する。これらの図の横軸は、第2比R2である。縦軸は、ゲインHGG(%)である。これらの図には、第1比R1が種々の値のときの値が記載されている。
図6(a)、図6(b)及び図6(c)は、第1シールド面高さhsが20nm、40nm及び60nmにそれぞれ対応する。これらの図の横軸は、第1比R1である。縦軸は、ゲインHGG(%)である。これらの図には、第2比R2が種々の値のときの値が記載されている。
図7(a)、図7(b)及び図7(c)は、第1シールド面高さhsが20nm、40nm及び60nmにそれぞれ対応する。これらの図の横軸は、第2比R2である。縦軸は、ゲインHGG(%)である。これらの図には、第1比R1が種々の値のときの値が記載されている。
図8(a)及び図8(b)は、磁極幅Wpが40nm及び60nmにそれぞれ対応する。これらの図の横軸は、第1比R1である。縦軸は、ゲインHGG(%)である。これらの図には、第2比R2が種々の値のときの値が記載されている。
図9(a)及び図9(b)は、磁極幅Wpが40nm及び60nmにそれぞれ対応する。これらの図の横軸は、第2比R2である。縦軸は、ゲインHGG(%)である。これらの図には、第1比R1が種々の値のときの値が記載されている。
LLGシミュレーションにおいて、上記の、第1シールド面高さhs、磁極幅Wp、ライトギャップWG、磁性層高さhm及び磁性層幅Wmを変えたときの磁性層25の磁化反転率MRRを計算することができる。これらの図に結果を示す。全てのシミュレーションにおいて、磁性層25の飽和磁化は1.0Tであり、厚さtmは10nmである。磁性層25における電流密度は、5.5×108A/cm2である。
図12は、実施形態に係る磁気ヘッドの動作を例示する模式図である。
図12に示すように、磁極30と第1シールド31との間に積層体20が設けられる。積層体20において、磁性層25、第1導電層21及び第2導電層22が設けられる。
図13は、実施形態に係る磁気記録再生装置の一部を例示する模式的斜視図である。
図13は、ヘッドスライダを例示している。
磁気ヘッド110は、ヘッドスライダ159に設けられる。ヘッドスライダ159は、例えばAl2O3/TiCなどを含む。ヘッドスライダ159は、磁気記録媒体の上を、浮上または接触しながら、磁気記録媒体に対して相対的に運動する。
図15(a)及び図15(b)は、実施形態に係る磁気記録再生装置の一部を例示する模式的斜視図である。
図14に示すように、実施形態に係る磁気記録再生装置150においては、ロータリーアクチュエータが用いられる。記録用媒体ディスク180は、スピンドルモータ180Mに装着される。記録用媒体ディスク180は、スピンドルモータ180Mにより矢印ARの方向に回転する。スピンドルモータ180Mは、駆動装置制御部からの制御信号に応答する。本実施形態に係る磁気記録再生装置150は、複数の記録用媒体ディスク180を備えても良い。磁気記録再生装置150は、記録媒体181を含んでもよい。記録媒体181は、例えば、SSD(Solid State Drive)である。記録媒体181には、例えば、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリが用いられる。例えば、磁気記録再生装置150は、ハイブリッドHDD(Hard Disk Drive)でも良い。
また、図15(b)は、ヘッドスタックアセンブリ160の一部となる磁気ヘッドアセンブリ(ヘッドジンバルアセンブリ:HGA)158を例示する斜視図である。
(構成1)
第1面を有する磁極と、
第1面に沿う第1方向に沿って前記磁極から離れた第1シールドと、
前記磁極と前記第1シールドとの間に設けられた積層体と、
を備え、
前記積層体は、
Fe、Co及びNiからなる群から選択された少なくとも1つを含む磁性層と、
前記磁極と前記磁性層との間に設けられ前記磁極及び前記磁性層と接した非磁性の第1導電層と、
前記磁性層と前記第1シールドとの間に設けられ前記磁性層及び前記第1シールドと接した非磁性の第2導電層と、
を含み、
前記第1シールドは、前記第2導電層と接触する第1シールド面を有し、
前記第1面に対して垂直な第2方向に沿う前記磁性層の長さの、前記第2方向に沿う前記第1シールド面の長さに対する第1比は、0.1以上である、磁気ヘッド。
(構成2)
前記第1方向に対して垂直で前記第2方向に対して垂直な第3方向に沿う前記磁性層の長さの、前記第3方向に沿う前記磁極の長さに対する第2比は、0.5以上である、構成1記載の磁気ヘッド。
(構成3)
前記第1比が、1.2以下である、構成1または2に記載の磁気ヘッド。
(構成4)
前記第1導電層は、Ta、Pt、W、Ru、Mo、Ir、Rh及びPdからなる群から選択された少なくとも1つを含む、構成1〜3のいずれか1つに記載の磁気ヘッド。
(構成5)
前記第2導電層から前記第1導電層へ向かう向きに電流を通電可能な、構成1〜4のいずれか1つに記載の磁気ヘッド。
(構成6)
前記第2比が、1.3以下である、構成1または2に記載の磁気ヘッド。
(構成7)
前記第2導電層は、Ta、Pt、W、Ru、Mo、Ir、Rh及びPdからなる群から選択された少なくとも1つを含む、構成1、構成2、または、構成6に記載の磁気ヘッド。
(構成8)
前記第1導電層から前記磁性層を介して前記第2導電層へ向かう方向に電流を通電可能な、構成1、構成2、構成6、または構成7に記載の磁気ヘッド。
(構成9)
前記第2方向に沿う前記磁性層の前記長さは、1nm以上100nm以下である、構成1〜8のいずれか1つに記載の磁気ヘッド。
(構成10)
前記第3方向に沿う前記磁性層の前記長さは、10nm以上100nm以下である、構成2記載の磁気ヘッド。
(構成11)
前記第1導電層及び前記第2導電層の少なくともいずれかは、Cu、Ag、Al及びAuからなる群から選択された少なくとも1つを含む、構成1〜3のいずれか1つに記載の磁気ヘッド。
(構成12)
前記第1シールド面に対して垂直な方向に沿う前記磁性層の厚さは、4nm以上20nm以下である、構成1〜11のいずれか1つに記載の磁気ヘッド。
(構成13)
前記第1シールド面に対して垂直な方向に沿う前記第1導電層の厚さ、及び、前記第1シールド面に対して垂直な前記方向に沿う第2導電層の厚さのそれぞれは、0.5nm以上10nm以下である構成1〜11のいずれか1つに記載の磁気ヘッド。
(構成14)
前記第1導電層と前記第2導電層との間に電流を流したときに、前記磁性層の磁化は、前記磁極から生じる磁界とは逆方向の成分を含む、構成1〜13のいずれか1つに記載の磁気ヘッド。
(構成15)
前記第1導電層と前記第2導電層との間に第1電流を流したときの前記磁極と前記第2導電層との間の電気抵抗は、前記第1導電層と前記第2導電層との間に前記第1電流を流さないときの前記磁極と前記第2導電層との間の電気抵抗とは異なる、構成1〜14のいずれか1つに記載の磁気ヘッド。
(構成16)
前記第1導電層と前記第2導電層との間に第1電流を流したときの前記第1シールドと前記第1導電層との間の電気抵抗は、前記第1導電層と前記第2導電層との間に前記第1電流を流さないときの前記第1シールドと前記第1導電層との間の電気抵抗とは異なる、構成1〜14のいずれか1つに記載の磁気ヘッド。
(構成17)
前記磁極と前記第1シールドとの間に第1電流を流したときの前記磁極と前記第1シールドとの間の電気抵抗は、前記磁極と前記第1シールドとの間に前記第1電流を流さないときの前記磁極と前記第1シールドとの間の電気抵抗とは異なる、構成1〜14のいずれか1つに記載の磁気ヘッド。
(構成18)
構成1〜17のいずれか1つに記載の磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッドにより情報が記録される磁気記録媒体と、
前記第1導電層、前記磁性層及び前記第2導電層を含む積層体に電流を供給可能な電気回路と、
を備えた磁気記録再生装置。
Claims (10)
- 第1面を有する磁極と、
第1面に沿う第1方向に沿って前記磁極から離れた第1シールドと、
前記磁極と前記第1シールドとの間に設けられた積層体と、
を備え、
前記積層体は、
Fe、Co及びNiからなる群から選択された少なくとも1つを含む磁性層と、
前記磁極と前記磁性層との間に設けられ前記磁極及び前記磁性層と接した非磁性の第1導電層と、
前記磁性層と前記第1シールドとの間に設けられ前記磁性層及び前記第1シールドと接した非磁性の第2導電層と、
を含み、
前記第1シールドは、前記第2導電層と接触する第1シールド面を有し、
前記第1面に対して垂直な第2方向に沿う前記磁性層の長さの、前記第2方向に沿う前記第1シールド面の長さに対する第1比は、0.1以上である、磁気ヘッド。 - 前記第1方向に対して垂直で前記第2方向に対して垂直な第3方向に沿う前記磁性層の長さの、前記第3方向に沿う前記磁極の長さに対する第2比は、0.5以上である、請求項1記載の磁気ヘッド。
- 前記第1導電層は、Ta、Pt、W、Ru、Mo、Ir、Rh及びPdからなる群から選択された少なくとも1つを含む、請求項1または2に記載の磁気ヘッド。
- 前記第2導電層から前記第1導電層へ向かう向きに電流を通電可能な、請求項1〜3のいずれか1つに記載の磁気ヘッド。
- 前記第2比が、1.3以下である、請求項1または2に記載の磁気ヘッド。
- 前記第2導電層は、Ta、Pt、W、Ru、Mo、Ir、Rh及びPdからなる群から選択された少なくとも1つを含む、請求項1、請求項2、または、請求項5に記載の磁気ヘッド。
- 前記第1導電層から前記磁性層を介して前記第2導電層へ向かう方向に電流を通電可能な、請求項1、請求項2、請求項5、または請求項6に記載の磁気ヘッド。
- 前記第1導電層及び前記第2導電層の少なくともいずれかは、Cu、Ag、Al及びAuからなる群から選択された少なくとも1つを含む、請求項1〜3のいずれか1つに記載の磁気ヘッド。
- 前記磁極と前記第1シールドとの間に第1電流を流したときの前記磁極と前記第1シールドとの間の電気抵抗は、前記磁極と前記第1シールドとの間に前記第1電流を流さないときの前記磁極と前記第1シールドとの間の電気抵抗とは異なる、請求項1〜8のいずれか1つに記載の磁気ヘッド。
- 請求項1〜9のいずれか1つに記載の磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッドにより情報が記録される磁気記録媒体と、
前記第1導電層、前記磁性層及び前記第2導電層を含む積層体に電流を供給可能な電気回路と、
を備えた磁気記録再生装置。
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