JP2020047327A - 磁気記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁束制御層の酸化を抑制し、高信頼性を有する磁気記録再生装置を得る。【解決手段】 実施形態にかかる磁気記録再生装置は、主磁極と補助磁極の間に設けられた磁束制御層と、補助磁極のＡＢＳに設けられた保護層とを含む。磁束制御層は、第１導電層と第２導電層の間に設けられたＦｅ、Ｃｏ、またはＮｉのうち少なくとも１つを含む磁性材料からなる調整層を含み、通電することによりスピントルクを発生させて調整層内の磁化の向きを反転する。磁束制御層に印加する電圧Ｖｂは、下記式（１）で表されるＶｂａよりも低い。Ｖｂａ＝Ｖｂ０−ａ×１／ｌｏｇ（ｔ）×ｌｏｇ（ＲＨ）×ｌｏｇ（ＰＯ２）…（１）【選択図】図５

Description

本発明の実施形態は、磁気記録再生装置に関する。

磁束制御層（スピントルクアシスト素子）を有するアシスト磁気記録ヘッドでは、ライトギャップの磁界を制御することにより、媒体へ印加する磁界を増強させることで、従来のヘッドでは記録が困難な媒体にも記録を可能にすることが出来る。しかし、アシスト磁気記録ヘッドを用いた記録方式ではアシスト効果を発現させるため、磁束制御層に通電させる必要がある。しかしながら、この通電により磁束制御層は発熱するため、磁気記録再生装置内に残存している酸素原子と、磁束制御層の主成分である磁性体と酸素が結合し酸化磁性体を形成することにより、磁化を消失、アシスト効果が減衰するという問題がある。また、酸素と結合した磁束制御層は結合した酸素分の体積が増加するために空気支持面（ＡＢＳ）から突き出す形で膨張し、ヘッド・ディスク・インターフェース（ＨＤＩ）のリスクも増加する。

米国特許第９１６５５７６号明細書 米国特許第７２６９８８９号明細書

本発明の実施形態は、磁束制御層の酸化を抑制し、高信頼性を有する磁気記録再生装置を得る。

実施形態かかる磁気記録再生装置は、磁気記録層を有する回転自在なディスク状の記録媒体、及び前記記録媒体に対し情報を記録する磁気記録ヘッドを備え、
前記磁気記録ヘッドは
空気支持面と、
記空気支持面まで延びる先端部を有し、垂直方向の記録磁界を発生する主磁極と、
前記主磁極の前記先端部にライトギャップを置いて対向し、前記主磁極とともに磁気コアを構成する補助磁極と、
前記主磁極上に設けられた第１導電層、前記第１導電層に積層され、鉄、コバルト、またはニッケルのうち少なくとも１つを含む磁性材料からなる調整層、及び前記調整層と前記補助磁極とを電気的に接続する第２導電層を含み、通電することによりスピントルクを発生させて前記調整層内の磁化の向きを反転する磁束制御層と、
前記主磁極、前記磁束制御層、及び前記補助磁極の前記空気支持面に設けられた保護層とを含み、
前記磁束制御層に印加する電圧Ｖｂは、下記式（１）で表される電圧Ｖｂａより低い。
Ｖｂａ＝Ｖｂ_０−ａ×１／ｌｏｇ（ｔ）×ｌｏｇ（ＲＨ）×ｌｏｇ（Ｐ_Ｏ２）…（１）
（但し、式中、Ｖｂ_０は磁束制御層に印可可能な電圧、ｔは保護層の膜厚（ｎｍ）、Ｒは相対湿度、Ｐ_Ｏ２は装置内雰囲気の酸素分圧（Ｐａ）、ａは装置ごとの係数である。）

図１は、実施形態に係るハードディスクドライブ（以下、ＨＤＤ）を示す斜視図である。 図２は、前記ＨＤＤにおける磁気ヘッドおよびサスペンションを示す側面図である。 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である。 図４は、前記磁気ヘッドの記録ヘッドを模式的に示す斜視図である。 図５は、前記記録ヘッドのＡＢＳ側端部を拡大して示すトラックセンターに沿った断面図である。 図６は、図５の磁気ヘッドの一部を拡大した図を示す断面図である。 図７は、前記記録ヘッドの発生磁界を模式的に示す図である。 図８は、磁束制御層の酸化メカニズムの模式図である。 図９は、保護層の膜厚を変化させたときの電圧と故障率との関係を表すグラフ図である。 図１０は、印加電圧と故障率の関係を表すグラフ図である。 図１１は、ＨＤＤ内の残存酸素原子数と傾きαとの関係を表すグラフである。 図１２は、温度と析出数との関係を表すグラフ図である。 図１３は、湿度を変化させた場合の印加電圧と析出数との関係を表すグラフ図である。 図１４は、酸素分圧を変化させたときの印加電圧と析出物の個数との関係を表すグラフ図である。 図１５は、比較の磁気記録ヘッドの断面の模式図である。

以下図面を参照しながら、実施形態に係る磁気記録再生装置としてのディスク装置について説明する。
なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更であって容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本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、詳細な説明を適宜省略することがある。

（第１の実施形態）
図１は、ディスク装置として、実施形態に係るハードディスクドライブ（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。筐体１０は、上面の開口した矩形箱状のベース１２と、複数のねじによりベース１２にねじ止めされてベース１２の上端開口を閉塞する図示しないトップカバーと、を有している。ベース１２は、矩形状の底壁１２ａと、底壁の周縁に沿って立設された側壁１２ｂとを有している。トップカバーは、複数のねじによりベース１２にねじ止めされ、ベース１２の上端開口を閉塞する。

筐体１０内には、記録媒体として、例えば２枚の磁気ディスク１６、および磁気ディスク１６を支持および回転させる駆動部としてのスピンドルモータ１８が設けられている。スピンドルモータ１８は、底壁１２ａ上に配設されている。各磁気ディスク１６は、上面および下面に磁気記録層を有している。磁気ディスク１６は、スピンドルモータ１８の図示しないハブに互いに同軸的に嵌合されているとともにクランプばね２７によりクランプされ、ハブに固定されている。これにより、磁気ディスク１６は、ベース１２の底壁１２ａと平行に位置した状態に支持されている。磁気ディスク１６は、スピンドルモータ１８により所定の速度で回転される。

筐体１０内に、磁気ディスク１６に対して情報の記録、再生を行なう複数の磁気ヘッド１７、これらの磁気ヘッド１７を磁気ディスク１６に対して移動自在に支持したキャリッジアッセンブリ２２が設けられている。また、筐体１０内に、キャリッジアッセンブリ２２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）２４、磁気ヘッド１７が磁気ディスク１６の最外周に移動した際、磁気ヘッド１７を磁気ディスク１６から離間したアンロード位置に保持するランプロード機構２５、ＨＤＤに衝撃等が作用した際、キャリッジアッセンブリ２２を退避位置に保持するラッチ機構２６、および変換コネクタ等の電子部品が実装されたフレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣ）ユニット２１が設けられている。
ベース１２の外面には、図示しない制御回路基板がねじ止めされ、底壁１２ａと対向して位置している。制御回路基板は、スピンドルモータ１８の動作を制御するとともに、ＦＰＣユニット２１を介してＶＣＭ２４、および磁気ヘッド１７の動作を制御する。

キャリッジアッセンブリ２２は、ベース１２の底壁１２ａ上に固定された軸受部２８と、軸受部２８から延出した複数のアーム３２と、弾性変形可能な細長い板状のサスペンション３４と、を備えている。サスペンション３４は、その基端がスポット溶接あるいは接着によりアーム３２の先端に固定され、アーム３２から延出している。各サスペンション３４の延出端に磁気ヘッド１７が支持されている。これらのサスペンション３４および磁気ヘッド１７は、磁気ディスク１６を間に挟んで互いに向かい合っている。

図２に示すように、各磁気ヘッド１７は、浮上型のヘッドとして構成され、ほぼ直方体形状のスライダ４２とこのスライダ４２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１７は、サスペンション３４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１７は、サスペンション３４の弾性により、磁気ディスク１６の表面に向かうヘッド荷重Ｌが印加されている。図１および図２に示すように、各磁気ヘッド１７は、サスペンション３４およびアーム３２上に固定された配線部材３５、および中継ＦＰＣ３７を介してＦＰＣユニット２１に電気的に接続されている。

次に、磁気ディスク１６および磁気ヘッド１７の構成について詳細に説明する。図３は、磁気ヘッド１７のヘッド部４４および磁気ディスク１６を拡大して示す断面図である。
図１ないし図３に示すように、磁気ディスク１６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、その上層部に保護層層１０４と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１７のスライダ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１６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１６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。空気流Ｃの方向は、磁気ディスク１６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１６の表面に対し、ＡＢＳ４３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ＡＢＳ４３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、保護絶縁膜７６により覆われている。保護絶縁膜７６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５５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ＡＢＳ４３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。

図４は、記録ヘッド５８および磁気ディスク１６を模式的に示す斜視図、図５は、記録ヘッド５８の磁気ディスク１６側の端部を拡大して示すトラックセンターに沿った断面図である。図６は、図５の磁気ヘッド５８の一部を拡大した図を示す断面図である。
図３ないし図５に示すように、記録ヘッド５８は、磁気ディスク１６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６０と、主磁極６０のトレーリング側に配置され、主磁極６０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た軟磁性材料からなるトレーリングシールド（補助磁極）６２と、磁気ディスク１６に信号を書き込む際、主磁極６０に磁束を流すために主磁極６０およびトレーリングシールド６２を含む磁気コア（磁気回路）に巻きつくように配置された記録コイル６４と、主磁極６０のＡＢＳ４３側の先端部６０ａとトレーリングシールド６２との間で、かつ、ＡＢＳ４３と面一に配置された磁束制御層６５と、を有している。

軟磁性材料で形成された主磁極６０は、磁気ディスク１６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ＡＢＳ４３側の下端部は、ＡＢＳ４３に向かって先細に、かつ、トラック幅方向にロート状に絞り込まれた絞込み部６０ｂと、この絞込み部６０ｂから磁気ディスク側に延出する所定幅の先端部６０ａと、を有している。先端部６０ａの先端、つまり、下端は、磁気ヘッドのＡＢＳ４３に露出している。先端部６０ａのトラック幅方向の幅は、磁気ディスク１６におけるトラックの幅ＴＷにほぼ対応している。また、主磁極６０は、ＡＢＳ４３に対してほぼ垂直に延び、トレーリング側を向いた、シールド側端面６０ｃを有している。一例では、シールド側端面６０ｃのＡＢＳ４３側の端部は、ＡＢＳ４３に対しシールド側（トレーリング側）に傾斜して延びている。

軟磁性材料で形成されたトレーリングシールド６２は、ほぼＬ字形状に形成されている。トレーリングシールド６２は、主磁極６０の先端部６０ａにライトギャップＷＧを置いて対向する先端部６２ａと、ＡＢＳ４３から離間しているとともに主磁極６０に接続される接続部（バックギャップ部）５０とを有している。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から奥側あるいは上方に離れた上部、に接続されている。

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ている。トレーリングシールド６２の下端面は、スライダ４２のＡＢＳ４３に露出している。先端部６２ａのリーディング側端面（主磁極側端面）６２ｂは、磁気ディスク１６のトラックの幅方向に沿って延びているとともに、ＡＢＳ４３に対してトレーリング側に傾斜している。このリーディング側端面６２ｂは、主磁極６０の下端部（先端部６０ａおよび絞込み部６０ａの一部）において、主磁極６０のシールド側端面６０ｃとライトギャップＷＧを置いてほぼ平行に対向している。

図５に示すように、磁束制御層６５は、主磁極６０からトレーリングシールド６２への磁束の流入のみを抑制する、すなわち、実効的にライトギャップＷＧの透磁率が負になるようスピントルクを発振する機能を有している。
詳細には、磁束制御層６５は、導電性を有する中間層（第１非磁性導電層）６５ａと、調整層６５ｂと、導電性を有する伝導キャップ層（第２非磁性導電層）６５ｃと、を有し、これらの層を主磁極６０側からトレーリングシールド６２側に順に積層して、すなわち、磁気ヘッドの走行方向Ｄに沿って順に積層して、構成されている。中間層６５ａ、調整層６５ｂ、伝導キャップ層６５ｃは、それぞれ主磁極６０のシールド側端面６０ｃと平行な、すなわち、ＡＢＳ４３と交差する方向に延びる膜面をそれぞれ有している。
なお、中間層６５ａ、調整層６５ｂ、伝導キャップ層６５ｃの積層方向は、上記に限らず、逆向きに、すなわち、トレーリングシールド６２側から主磁極６０側に積層してもよい。
また、図６に示すように、主磁極６０、磁束制御層６５、及びトレーリングシールド６２を含む記録ヘッド５８のＡＢＳ４３上に保護層６８が設けられている。

中間層６５ａは、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｉｒ、ＮｉＡｌ合金、などの金属層で、かつ、スピン伝導を妨げない材料により形成することができる。中間層６５ａは、主磁極６０のシールド側端面６０ｃ上に直接、形成されている。調整層６５ｂは、鉄、コバルト、またはニッケルのうち少なくとも１つを含む磁性材料を含む。調整層として、例えば、ＦｅＣｏに、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｂ、Ｃ、Ｓｅ、Ｓｎ、及びＮｉのうち少なくとも１つが添加された合金材料、及びＦｅ／Ｃｏ、Ｆｅ／Ｎｉ、及びＣｏ／Ｎｉからなる人工格子群から選択される少なくとも１種の材料などを使用することができる。調整層の厚さは、例えば２ないし２０ｎｍにすることができる。伝導キャップ層６５ｃは、非磁性金属で、かつスピン伝導を遮断する材料を用いることができる。伝導キャップ層６５ｃは、例えば、Ｔａ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒから選ばれる少なくとも一つ、あるいは少なくとも一つを含む合金により形成することができる。伝導キャップ層６５ｃは、トレーリングシールド６２のリーディング側端面６２ｂ上に直接、形成される。また、伝導キャップ層は、単層または多層にすることができる。

中間層６５ａは、主磁極６０からのスピントルクを伝達しつつ、交換相互作用が十分弱くなる程度の膜厚、例えば、１〜５ｎｍの膜厚に形成されている。伝導キャップ層６５ｃは、トレーリングシールド６２からのスピントルクを遮断しつつ、かつ、交換相互作用が十分弱くなる程度の膜厚、例えば、１ｎｍ以上の膜厚があればよい。

調整層６５ｂは、主磁極６０からのスピントルクにより、磁化の向きが磁場と逆向きになる必要があるため、調整層６５ｂの飽和磁束密度は小さいほうがよい。その反面、調整層６５ｂにより磁束を実効的に遮蔽するためには、調整層６５ｂの飽和磁束密度は大きいほうがよい。ライトギャップＷＧ間の磁界は１０〜１５ｋＯｅ程度であるため、調整層６５ｂの飽和磁束密度を１．５Ｔ程度以上としても改善効果は向上しにくい。これらのことから、調整層６５ｂの飽和磁束密度は、１．５Ｔ以下であることが望ましく、より具体的には、調整層６５ｂの膜厚と飽和磁束密度との積が２０ｎｍＴ以下となるように形成することが望ましい。

中間層６５ａ、調整層６５ｂ、伝導キャップ層６５ｃの膜面に垂直な方向に電流が集中して流れるようにするため、磁束制御層６５の周囲は、主磁極６０およびトレーリングシールド６２に接触している部分を除いて、絶縁層、例えば、保護絶縁膜７６で覆われている。

主磁極６０は、Ｆｅ-Ｃｏ合金を主成分とする軟磁性金属合金で形成することができる。この主磁極６０は、中間層６５ａに電流を印加するための電極としての機能を兼ね備えている。トレーリングシールド６２は、Ｆｅ-Ｃｏ合金を主成分とする軟磁性金属合金で形成することができる。このトレーリングシールド６２は、伝導キャップ層６５ｃに電流を印加するための電極としての機能を兼ね備えている。

保護層６８は、ＡＢＳを保護するため設けられ、１つまたは２つ以上の材料からなり、単層または多層で構成される。保護層は、例えば、ダイヤモンドライクカーボンからなる表面層を有する。
また、記録ヘッド５８のＡＢＳ４３と保護層６８との間に、例えばＳｉ等からなる下地層を設けることも可能である。
また、主磁極６０と中間層６５ａとの間には、さらに下地層を設けることができる。
下地層には、例えばＴａ、Ｒｕなどの金属を用いることができる。下地層の厚さは例えば０．５ないし１０ｎｍにすることができる。さらには約２ｎｍにすることができる。
さらに、トレーリングシールド６２と伝導キャップ層６５ｃとの間にさらにキャップ層を設けることができる。

キャップ層としては、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｗ、及びＴａからなる群から選択される少なくとも１種の非磁性元素を用いることができる。キャップ層の厚さは例えば０．５ないし１０ｎｍにすることができる。さらには約２ｎｍにすることができる。
その他、主磁極と中間層の間にスピン偏極層としてＣｏＦｅを用いることができる。

図３に示すように、主磁極６０およびトレーリングシールド６２は、それぞれ配線６６、給電端子７０、７２、および電圧制御部７９を介して電源７４に接続され、この電源７４から配線６６、主磁極６０、電圧制御部７９、磁束制御層６５、及びトレーリングシールド６２を通して電流Ｉｏｐを直列に通電する電流回路が構成されている。電圧制御部７９は磁束制御層６５に印加する電圧を制御している。

記録コイル６４は、例えば、主磁極６０とトレーリングシールド６２との間で、接続部５０の回りに巻付けられている。記録コイル６４は配線７７を介して端子７８に接続され、この端子７８に第２電源８０が接続されている。第２電源８０から記録コイル６４に供給する記録電流Ｉｗは、図示しないＨＤＤの制御部によって制御される。磁気ディスク１６に信号を書き込む際、第２電源８０から記録コイル６４に所定の記録電流Ｉｗが供給され、主磁極６０に磁束を流し記録磁界を発生させる。ＨＤＤの制御部は、上記電圧制御部７９を含むことができる。

以上のように構成されたＨＤＤによれば、ＶＣＭ２４を駆動することにより、キャリッジアッセンブリ２２が回動し、磁気ヘッド１７は、磁気ディスク１６の所望のトラック上に移動され、位置決めされる。また、図２に示すように、磁気ヘッド１７は、磁気ディスク１６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。この状態で、磁気ディスク１６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。

図７は、磁束制御層６５が機能している状態での、ライトギャップＷＧ内の磁化状態を模式的に示している。
上記情報の書き込みにおいては、図３および図７に示すように、電源８０から記録コイル６４に交流電流を流すことにより、記録コイル６４により主磁極６０を励磁し、この主磁極６０から直下の磁気ディスク１６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。

また、磁気ディスク１６に記録磁界を印加する際、電源７４から配線６６、主磁極６０、磁束制御層６５、トレーリングシールド６２を通して電流Ｉｏｐが印加される。この電流印加により、磁束制御層６５の調整層６５ｂに対して主磁極６０からスピントルクが作用し、調整層６５ｂの磁化の向きは、主磁極６０とトレーリングシールド６２との間に生じる磁界（ギャップ磁界）Ｈｇａｐの向きと反対方向に向けられる。この磁化反転により、調整層６５ｂは、主磁極６０からトレーリングシールド６２に直接的に流れる磁束（ギャップ磁界Ｈｇａｐ）を遮蔽する効果が生じる。結果として、主磁極６０からライトギャップＷＧに漏れ出る磁界が低減し、主磁極６０の先端部６０ａから磁気ディスク１６の磁気記録層１０３に向かう磁束の収束度が向上する。これにより、記録磁界の分解能が向上し、記録線密度の増大を図ることができる。

以上のように構成された第１の実施形態によれば、記録ヘッド５８において、ライトギャップＷＧに設けられた磁束制御層６５は、主磁極６０からトレーリングシールド６２への磁束の直接的な流入を抑制する、実効的にギャップの透磁率が負になるよう作用する。具体的には、磁束制御層６５は、主磁極６０とトレーリングシールド６２との間に設けられ、スピントルクにより磁化の向きがギャップ磁界と逆に向くように構成されている。これにより、ライトギャップＷＧを狭く保ったまま、主磁極６０からトレーリングシールド６２に流失する磁束を、磁気ディスク（記録媒体）１６に向けることができる。

さらに、第１の実施形態によれば、長期信頼性を担保するためには、磁束制御層に印加する電圧Ｖｂが、下記式（１）で与えられる電圧Ｖｂａよりも低く設定される。
Ｖｂａ＝Ｖｂ_０−ａ×１／ｌｏｇ（ｔ）×ｌｏｇ（ＲＨ）×ｌｏｇ（Ｐ_Ｏ２）…（１）
但し、式中、Ｖｂ_０は磁束制御層に印加可能な最大電圧、ｔは保護層の膜厚（ｎｍ）、ＲＨは装置内雰囲気の相対湿度、Ｐ_Ｏ２は装置雰囲気の酸素分圧（Ｐａ）、ａは装置ごとの係数である。

実施形態によれば、上記関係式（１）に従って、磁束制御層の通電電流と磁気ヘッドの保護層およびＨＤＤ内の残存酸素原子数を決定することにより、磁束制御層の主成分である磁性体と、磁気記録ヘッドの周囲雰囲気に存在する酸素との結合を抑制し、長期の信頼性を確保することが可能となる。酸素原子数が空気と同程度の場合には、保護層の膜厚を厚く、もしくは通電電流を抑えることで、磁束制御層の酸化を抑制し信頼性を確保することができる。一方、酸素原子数が少ない場合には、保護層を薄くまたは通電電流を大きくすることでより高記録密度を実現できる。

印加電圧Ｖｂは、１００〜３００ｍＶであることが好ましく、１００ｍＶ未満であると、スピントランスファートルクによるアシスト効果が著しく減少し、書き込み能力が不足する傾向があり、３００ｍＶを超えると、磁束制御層の故障率が大きく増加する傾向がある。

保護層の厚さは、１．０〜２．５ｎｍにすることができる。１．０ｎｍ未満であると、磁束制御層の酸化反応の進行が促進され、故障率が増加する傾向があり、２．５ｎｍを超えると、磁気ヘッドと記録メディアの距離が広がりすぎるために、書き込み能力が低下する傾向がある。

ＨＤＤ内の雰囲気の相対湿度は８０％以下であることが好ましく、８０％を超えると、磁束制御層の酸化反応の進行が促進され、書き込み能力が減少する傾向がある。
ＨＤＤ内の全気体の圧力を１００とした時の酸素分圧は、２０％以下であることが好ましく、２０％を超えると、磁束制御層の酸化反応の進行が促進され、書き込み能力が減少する傾向がある。

図８に、磁束制御層の酸化メカニズムの模式図を示す。
図示するように、磁束制御層６５のＡＢＳ上に、例えば、Ｓｉ下地層６７を介してダイヤモンドライクカーボンからなる保護層６８が設けられているとき、保護層６８表面には、雰囲気中の水分による薄膜６９が形成されている。一般的な酸化のメカニズムでは、この保護層６８にピンホール９０があると、ＨＤＤ内の酸素Ｏ_２が保護層６８表面の水分に溶け込み、ピンホール９０を介して電子ｅ⁻が磁束制御層６５に到達し、磁束制御層６５中の鉄イオンＦｅ^２＋と反応して鉄の酸化反応が起きる。この酸化反応が促進されるのは、反応の種であるＨＤＤ内の酸素が多い場合、磁束制御層への通電時に温度が上昇することにより酸化反応のポテンシャルエネルギーを超える鉄原子が増加する場合、保護層の膜厚が薄くピンホールが増加した場合、などが挙げられる。磁束制御層を用いた磁気記録ヘッドには、これらのパラメータを適切に制御することにより、長期信頼性を担保することが要求される。

実施例１
第１の実施形態にかかるアシスト磁気記録ヘッドの製造方法を以下に示す。
まず、主としてＦｅＣｏからなる主磁極上に、下記の材料及び厚さを有する層を、それぞれＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて、順に積層した。
スピン偏極層 ＣｏＦｅ ３ｎｍ
中間層 Ｃｕ ２ｎｍ
調整層１ ＦｅＣｏ １ｎｍ
調整層２ ＮｉＦｅ ９ ｎｍ
伝導キャップ層 Ｒｕ／Ｔａ／Ｒｕ ２／２／１ ｎｍ
磁束制御層のストライプ高さ方向のサイズを規定するためのマスク層を形成し、その後、ＩＢＥ（イオンビームエッチング）法で磁束制御層を主磁極が露出するまでエッチングした。磁束制御層周辺部分は絶縁膜のＳｉＯｘを成膜し、その後マスク層を除去した。また、トラック幅方向のサイズを規定するためのマスク層をたて、同様にエッチングし、素子周辺部分は絶縁膜のＳｉＯｘを成膜することにより、磁束制御層を加工した。

次に、伝導キャップ層上に、トレーリングシールドとしてＮｉＦｅを形成した。
その後、ＡＢＳ側の主磁極、磁束制御層、トレーリングシールド、及び絶縁膜上に、スパッタによりＳｉ下地層をおよそ１ｎｍ成膜した後、Ｓｉ下地層上にＣＶＤ法により、ダイヤモンドライクカーボンを成膜して厚さ１．６ｎｍの保護層を形成することにより、磁気記録ヘッドを得た。同様にして、ＡＢＳ側に１．６ｎｍの保護層を有する磁気記録ヘッドを合計２０本作製した。

得られた磁気記録ヘッドは、磁束制御層の調整層が図示しない調整層１と図示しない調整層２に分かれていること、及び主磁極６０と中間層との間にスピン偏極層が設けられていること以外は図５及び図６と同様の構造を有する。
ＡＢＳ側の保護層の膜厚を各々２．０ｎｍ、２．４ｎｍに変更する以外は同様にして、各々、磁気記録ヘッドを２０本ずつ作製した。

作製した磁気記録ヘッドを設置して、湿度２０％の空気（酸素分圧１９％）を封入し、ＨＤＤを作製した。
長時間の通電試験として、得られたＨＤＤを環境温度５５℃下において、５、１０、１５０、２００、２５０、３００ｍＶのそれぞれの印加電圧で、磁束制御層の通電を８００時間持続した。通電試験前と通電試験後の抵抗を各々、ＨＤＤ内で接続されているＰｒｅａｍｐにより測定して比較した。通電試験前の抵抗に対する通電試験後の抵抗の変化率が３％以下であるものを正常とし、３％を超えるものを故障として数え、全個数に対する故障の個数の比率を故障率（％）とした。

また、長時間の通電試験の前に、標準メディアを用いてＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）測定を行い、ヘッドの書き込み能力を評価した。このＳＮＲ測定は、作製した磁気記録ヘッドを組み入れて、湿度２０％の空気（酸素分圧１９５７０Ｐａ（酸素濃度１９％））を封入したＨＤＤを作製し、２０℃の状態で試験を行った。これらの結果はヘッド２０本あたりの平均値であり、ＳＮＲ測定用パターンは高周波パターンとした。

故障率の評価基準は、５０％以下をＳランク、８０％以下をＡランク、９０％以下をＢランク、それ以外をＣランクとした。
ＳＮＲの評価基準は、−２．５ｄＢ以下をＳランク、−２．０ｄＢ以下をＡランク、−１．５ｄＢ以下をＢランク、それ以外をＣランクとした。

得られた結果を下記表１に示す。

図９に、磁束制御層を有する磁気記録ヘッドについて保護層の膜厚を変化させたときの磁束制御層に印加される電圧と故障率との関係を表すグラフ図を示す。
ここでは、保護層の膜厚は、磁束制御層表面から保護層表面までの距離と定義する。

図中、グラフ２０１は保護層の膜厚が１．６ｎｍの場合、グラフ２０２は保護層の膜厚が２．０ ｎｍの場合、グラフ２０３は保護層の膜厚が２．４ｎｍの場合を各々示す。
図示するように、印加電圧Ｖｂの増加に伴い、故障率が増加していく様子がわかる。印加電圧Ｖｂが高くなると、ジュール熱の増加により磁束制御層が発熱し、酸化反応が促進されるためである。一方、保護層が厚い場合には、ピンホールから供給される酸素原子が少なくなるため、印加電圧Ｖｂが高い場合においても故障率が低くなっている。これらの関係より、信頼性を担保するＨＤＩ設計により保護層膜厚が決定されれば、印加可能なＶｂが決まることになる。

これらの関係から磁気ヘッド１本に要求される長期信頼性を担保できる最大電圧Ｖｂａを数式で表したものが下記式（１）である。
Ｖｂａ＝Ｖｂ_０−ａ×１／ｌｏｇ（ｔ）×ｌｏｇ（ＲＨ）×ｌｏｇ（Ｐ_Ｏ２）…（１）
ここで、Ｖｂ₀は磁束制御層へ印可可能な最大電圧値、ｔは保護層の膜厚（ｎｍ）、ＲＨは相対湿度、Ｐ_Ｏ２は装置雰囲気の酸素分圧（Ｐａ）、ａは装置ごとの係数である。

磁束制御層の印加可能電圧は保護層膜厚に比例し、湿度および酸素分圧のｌｏｇに反比例することが判っている。これにより、必要な印加電圧Ｖｂaを上記式（１）で表すことができる。
なお、上記表１に、Ｖｂa、及び係数ａも併せて示す。
以上の結果より、保護層の膜厚が１．６ｎｍときには、故障率とＳＮＲを両立できる条件が無く、の磁束制御層の印加電圧は、保護層の膜厚２．０ｎｍのときには１００〜１５０ｍＶ、２．４ｎｍのときには１００〜２００ ｍＶが好ましいことがわかる。

実施例２
保護層の膜厚を２．０ｎｍとし、ＨＤＤ内に入れる空気中の酸素分圧を５１５０Ｐａ（酸素濃度５％）、１９５７０Ｐａ（酸素濃度１９％）、４１２００Ｐａ（酸素濃度４０％）に変更すること以外は、実施例１と同様にして種々の印加電圧で長時間の通電試験を行い、故障率を求めた。

得られた結果と、Ｖｂａ、及び係数ａを下記表２に示す。

また、図１０に、ＨＤＤ内の残存酸素原子数を変化させたときの、印加電圧と故障率の関係を表すグラフ図を示す。
図中、酸素分圧が４０５３０Ｐａ（酸素濃度４０％）の場合を２０４、酸素分圧が１９２５１．７５Ｐａ（酸素濃度１９％）の場合を２０５、及び酸素分圧が５１６６．２５Ｐａ（酸素濃度５％）の場合を２０６に示す。

図１０は、図９と同様に、印加電圧が増加していくとジュール熱が増加し、故障率が上昇していくことがわかる。また、ＨＤＤ内の残存酸素数が多い場合には、磁束制御層と反応する酸素の原子数が多いために、低い印加電圧に対する故障率の傾きが大きく、また酸素原子数が少ない場合には傾きが小さくなる。なお、残存酸素数は、ＨＤＤ内の全気体の圧力から算出した。

図１０における故障率と印加電圧の傾きをαとし、ＨＤＤ内の残存酸素原子数と傾きαとの関係を表すグラフを図１１に示す。
グラフ２０７に示すように、残存酸素原子数が減少するにつれて、αが減少する傾向にあり、印加電圧に対する故障率の上昇が緩やかになることが分かる。残存酸素原子数が減少すると、ピンホールを経由して磁束制御層に到達する確率が減少するため、結果として故障率は減少することになる。この傾きを外挿すると、ＨＤＤ内の残存酸素原子数がおよそ１０^８〜１０^５個以下であれば、傾きαは０となり、磁束制御層の酸化という観点において故障率は０％となることが分かる。以上より、ＨＤＤ内の残存酸素原子数により、磁束制御層に印加可能な電圧を決定することが可能となり、アシスト記録ヘッドのポテンシャルを最大限に生かすことが可能となる。

実施例３
実施例１にも記載されているとおり、Ｖｂを上昇させるとＳＮＲが改善するが、同時に熱が発生し結果として信頼性が悪化する。熱の影響は、Ｖｂがない場合（通電を行わない場合）や、磁束制御層の材料が実施例１と若干異なるものを用いた場合においても同様である。そこで、磁束制御層を有する磁気記録ヘッドの最適な動作温度について試験を行った。

保護層の膜厚を２．０ｎｍとし、実施例１と同様の磁気記録ヘッドを複数本用意した。
磁束制御層ヘッドを搭載したＨＤＤを恒温槽に入れ、常温でのＳＮＲ測定を行った。その後、恒温槽の温度を５℃〜２００℃に設定し、アシスト記録動作試験として、各温度条件下で断続的に磁束制御層に通電しながらアシスト記録動作を通算２０時間行った。記録時間は２０時間であるが、恒温槽での温度条件下に置かれたのは通算５０時間である。その後、装置を恒温槽から取り出し、常温に戻るのを待った後、再度ＳＮＲ測定を行った。高温条件下に置かれたヘッドについてはＳＮＲが低下したことが確認された。これらのヘッドを電子顕微鏡で観察したところ、保護層の上に磁束制御層からの酸化物が大量に析出していることが明らかになった。

図１２に、温度と析出数との関係を表すグラフ図を示す。
図１２は、磁気記録ヘッド数本について、析出した酸化物の１ｍｍ^２あたり平均個数をカウントしてプロットしたものである。高温の条件下ではピンホールからの析出が促進され、析出によりヘッドメディア間距離が増大し、結果としてＳＮＲ悪化を引き起こしたことがわかった。得られた結果を下記表３に示す。

表中、ΔＳＮＲについて、０．５ｄＢ以下であるときを二重丸、１．０ｄＢ以下であるときを○、１．１ｄＢ以上であるときを△として評価した。
上記結果より、動作温度の最適条件は好ましくは５〜１５０℃、さらに好ましくは５〜１２０℃であることがわかった。

実施例４
磁束制御層の酸化において、湿度は重要なファクターである。湿度が高いほど材料表面に水の薄膜が生じ、結果として酸化を引き起こしやすくなる。実施例４では、2.0ｎｍの膜厚を有する保護層を用いた磁気記録ヘッドを適用し、封入する空気の湿度を変えた以外は、実施例１と同様にしてＨＤＤを作製した。ここで、湿度とは、水蒸気圧ｅ（Ｐａ）、飽和水蒸気圧ｅｓ（Ｐａ）を用い、室温２０℃での相対湿度Ｕ（％ＲＨ）を、Ｕ（％ＲＨ）＝ｅ／ｅｓ×１００ で表される式（２）で求めたものと定義する。

磁束制御層への印加電圧は０から３００ｍＶとし、断続的に磁束制御層に通電しながら通算５０時間のアシスト記録動作を行った後、ＳＮＲを測定した。メディアは標準メディアを使用した。Ｖｂ＝２００ｍＶにおけるアシスト記録動作試験の動作開始直後の初期ＳＮＲと１００時間の動作後のＳＮＲの差分を下記表４に示す。また、Ｖｂａの計算値も併せて示す。

ＳＮＲ測定後にヘッドを分解し、保護層表面１ｍｍ^２あたりの酸化物析出物の数をカウントした。
得られた結果について、ＳＮＲの悪化量であるΔＳＮＲが０．５ｄＢ以下であるときを二重丸、１．０ｄＢ以下であるときを○、１．１ ｄＢ以上であるときを△として評価した。
また、湿度を変化させた場合の印加電圧Ｖｂ、析出数、ＳＮＲ値、Ｖｂａ、及び係数ａを下記表５に示す。

図１３に、湿度を変化させた場合の印加電圧と析出数との関係を表すグラフ図を示す。
図中、２０８は相対湿度が２０％の場合、２０９は、相対湿度が６０％の場合、２１０は、相対湿度が１００％の場合のグラフを各々示す。
図１３より、相対湿度が６０％の時には印加電圧Ｖｂに対し緩やかに酸化物の析出数が増加していくことがわかる。一方、相対湿度１００％では印加電圧Ｖｂに対する析出数の増加の依存性が著しく強い事がわかる。また表３からも、相対湿度１００％では顕著なＳＮＲの劣化が見られている。この結果から、装置内の相対湿度は好ましくは８０％以下、さらに好ましくは６０％以下であることがわかる。

実施例５
実施例５では，磁束制御層の酸化における酸素分圧の影響を調べた。
空気の代わりに、ヘリウムに酸素を一定濃度混合したものを封入し、２．０ｎｍの膜厚を有する保護層を用いた磁気記録ヘッドを適用したこと以外は実施例１と同様にしてＨＤＤを作製した。このＨＤＤには標準メディアを使用した。ＨＤＤ内における全圧中の酸素分圧は、０〜５０６６２．５ｐａ（酸素濃度５０％）とした。湿度が２０％になるよう、酸素には水蒸気を混合した。それ以外のガスは純ヘリウムである。

得られたＨＤＤのＳＮＲを測定した。その後、磁束制御層への印加電圧は０から３００ ｍＶとし、断続的に磁束制御層に通電しながら通算５０時間のアシスト記録動作試験を行い、ＳＮＲを測定して、アシスト動作試験前後でのＳＮＲの変化を調べた。Ｖｂ＝２００ｍＶでの実験の動作開始直後と２００時間の動作後のＳＮＲ差分、及びＶｂａを下記表６に示す。

ＳＮＲ測定後はヘッドを分解し、保護層表面１ｍｍ^２あたりにおける析出物の数をカウントした。
酸素分圧を変化させたときの印加電圧Ｖｂと析出物の個数、及びＳＮＲと、係数ａ、及びＶｂａとを下記表７に示す。

また、酸素分圧を変化させたときの印加電圧Ｖｂと析出物の個数との関係を表すグラフを図１４に示す。
図中、２１１は５１６６．２５Ｐａ（酸素濃度５％）の場合、２１２は、酸素分圧が２０％の場合、２１３は、相対湿度が５０％の場合のグラフを各々示す。

図１４より、酸素分圧が２０２６５Ｐａ（酸素濃度２０％）程度であれば、析出物のＶｂに対する依存性が弱いことがわかる。一方、酸素分圧を５０６６２．５ｐａ（５０％まで上昇させた場合には、低電圧から酸化反応が始まり、電圧に対して著しく析出物が増加している事が分かる。また表４からは、酸素分圧が長時間通電試験として、２００ｍＶの印加電圧で、１０％を超えたところで酸化物の析出が始まり、５０％では顕著なＳＮＲ差が生じている事がわかる。以上から、装置内の酸素分圧は好ましくは２０２６５Ｐａ（酸素濃度２０％）以下、さらに好ましくは１０１３２．５Ｐａ（酸素濃度１０％）以下であることが言える。

比較例６−１
以下に、高温多湿環境での試験例を示す。
ＡＢＳ側に２．０ｎｍの保護層を形成すること以外は実施例１と同様にして、磁気記録ヘッドを２０本作製した。
作製した磁気記録ヘッドを設置して、湿度４０％の空気（酸素分圧２１２７８．２５Ｐａ（０．２１ａｔｍ））を封入し、ＨＤＤを作製した。

長時間の通電試験として、得られたＨＤＤを環境温度５５℃下において２００ｍＶの電圧で８００時間持続した。
通電試験前と通電試験後の抵抗を各々、ＨＤＤ内で接続されているＰｒｅａｍｐにより測定して比較した。
なお、比較例６−１では、式（１）のａは４２．５であり、式（１）に代入すると、Ｖｂａ＝１０１ ｍＶとなり、印可電圧２００ ｍＶは、Ｖｂａよりも大きい事が分かる。

試験の結果、故障率が１００％であった。
通電試験後の磁気記録ヘッドの様子を調べるため、磁気記録ヘッドのＡＢＳをトラックセンターに沿って切断し、その断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。
図１５に、比較の磁気記録ヘッドの断面の模式図を示す。

図示するように、比較の磁気記録ヘッド５８’は、磁束制御層６５中の鉄の酸化により保護層６８中に析出した鉄酸化層９１が、保護層６８の表面領域６８ａを押し上げて変形させている。これにより、通電抵抗が上がるだけではなく、磁気ディスクと接触して損傷させる可能性がある。

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。

１０…筺体、１２…ベース、１６…磁気ディスク、１８…スピンドルモータ、
２２…キャリッジアッセンブリ、４２…スライダ、４３…空気支持面（ＡＢＳ）、
４４…ヘッド部、５４…再生ヘッド、５８…記録ヘッド、６０…主磁極、
６０ｃ…シールド側端面、６２…トレーリングシールド（補助磁極）、
６２ｂ…リーディング側端面、６４…記録コイル、６５…磁束制御層、
６５ａ…中間層、６５ｂ…調整層、６５ｃ…伝導キャップ層、６８…保護層

Claims (8)

1. 磁気記録層を有する回転自在なディスク状の記録媒体、及び前記記録媒体に対し情報を記録する磁気記録ヘッドを備え、
   前記磁気記録ヘッドは
   空気支持面と、
   前記空気支持面まで延びる先端部を有し、垂直方向の記録磁界を発生する主磁極と、
   前記主磁極の前記先端部にライトギャップを置いて対向し、前記主磁極とともに磁気コアを構成する補助磁極と、
   前記主磁極上に設けられた第１導電層、前記第１導電層に積層され、鉄、コバルト、またはニッケルのうち少なくとも１つを含む磁性材料からなる調整層、及び前記調整層と前記補助磁極とを電気的に接続する第２導電層を含み、通電することによりスピントルクを発生させて前記調整層内の磁化の向きを反転する磁束制御層と、
   前記主磁極、前記磁束制御層、及び前記補助磁極の前記空気支持面に設けられた保護層とを含み、
   前記磁束制御層に印加する電圧Ｖｂは、下記式（１）で表される電圧Ｖｂａより低い磁気記録再生装置。
   Ｖｂａ＝Ｖｂ_０−ａ×１／ｌｏｇ（ｔ）×ｌｏｇ（ＲＨ）×ｌｏｇ（Ｐ_Ｏ２）…（１）
   （但し、式中、Ｖｂ_０は磁束制御層に印可可能な電圧、ｔは保護層の膜厚（ｎｍ）、ＲＨは相対湿度、Ｐ_Ｏ２は装置雰囲気の酸素分圧（Ｐａ）、ａは装置ごとの係数である。）
2. 前記保護層は、１．０〜２．５ｎｍの膜厚を有する請求項１に記載の磁気記録再生装置。
3. 前記保護層は、ダイヤモンドライクカーボンからなる表面層を含む請求項１または２に記載の磁気記録再生装置。
4. 前記磁束制御層に印加する電圧Ｖｂは、１００〜３００ ｍＶである請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気記録再生装置。
5. 動作中の磁束制御層の温度は５〜１５０℃である請求項１から４のいずれか１項に記載の磁気記録再生装置。
6. 前記磁気記録ヘッドが動作中であるとき、前記磁気記録ヘッドの周囲雰囲気は８０％以の湿度を有する請求項１から５のいずれか１項に記載の磁気記録再生装置。
7. 前記磁気記録ヘッドの周囲雰囲気は、前記記録再生装置内の空気全体の圧力を１００％としたとき２０％以下の酸素分圧を有する請求項１から６のいずれか１項に記載の磁気記録再生装置。
8. 前記磁気記録ヘッドに接続された電圧制御部をさらに備え、
   前記電圧制御部は、前記磁束制御層に印加する電圧Ｖｂが前記式（１）で表される電圧Ｖｂａより低くなるように制御する請求項１から７のいずれか１項に記載の磁気記録再生装置。

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