KR20090020529A - 자기 기록 헤드 및 자기 기록 장치 - Google Patents

자기 기록 헤드 및 자기 기록 장치 Download PDF

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Abstract

자기 기록 헤드는 주자극, 적층체 및 한 쌍의 전극을 포함한다. 적층체는 주자극에 의해서 인가된 자계보다 작은 보자력을 가지는 제1 자기층과, 주자극에 의해서 인가된 자계보다 작은 보자력을 가지는 제2 자기층과, 제1 자기층과 제2 자기층 사이에 제공되는 중간층을 포함한다. 한 쌍의 전극은 적층체를 통해서 전류를 통과시키도록 동작가능하다.
자기 기록, 주자극, 적층체, 보자력, 자계

Description

자기 기록 헤드 및 자기 기록 장치{MAGNETIC RECORDING HEAD AND MAGNETIC RECORDING APPARATUS}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2007년 8월 22일에 출원된 일본 특허 출원 제2007-215594호에 기초한 것으로 그 우선권을 주장하며, 상기 출원의 전체 내용은 본 명세서에 참조 인용된다.
본 발명은 전반적으로 스핀 토크 발진기(spin torque oscillator)가 제공되는 자기 기록 헤드 및 자기 기록 장치에 관한 것으로, 고주파수 자계(high-frequency assist magnetic field)를 이용해 높은 기록 밀도, 기록 용량 및 데이터 전송률을 갖는 데이터 기억 장치를 실현하는데 적합하다.
1990년대에 MR(magnetoresistive effect) 헤드 및 GMR(giant magnetoresistive effect) 헤드의 실제 이용이 HDD(hard disk drive)의 기록 밀도 및 용량에서의 획기적인 증가를 유발시켰다. 그러나, 2000년대 초에는, 자기 기록 매체에서의 열적 요동 문제가 밝혀짐에 따라, 기록 밀도의 증가는 일시적으로 둔화되었다. 그렇지만, 원리상 종방향 자기 기록(longitudinal magnetic recording)보 다 고밀도 기록에 보다 유리한 수직 자기 기록이 2005년에 실제 이용되게 되었다. 이를 통해 최근에는 연간 약 40%의 성장률을 나타내는 HDD 기록 밀도의 증가를 이루고 있다.
더욱이, 최근의 실험을 통해 400Gbits/inch2를 넘는 기록 밀도를 달성하였다. 이러한 발전이 꾸준히 지속된다면, 기록 밀도는 2012년경에 1Tbits/inch2를 달성할 것으로 기대된다. 그러나, 이러한 높은 기록 밀도는, 열적 요동 문제가 다시 나타나기 때문에, 수직 자기 기록을 이용하더라도 달성하기 어려운 일이다.
이러한 문제를 해결하는 기록 방안으로서, "극초단파 자기 기록 방안(microwave assisted magnetic recording scheme)"이 제안되었다. 극초단파 자기 기록 방안에서는, 기록 신호 주파수보다 충분히 높은 자기 기록 매체의 공진 주파수에 근접한 고주파수 자계가 국부적으로 인가된다. 이는 자기 기록 매체에서 공진을 발생시키고, 고주파수 자계를 받는 자기 기록 매체의 보자력(Hc)을 원래 보자력의 절반 이하로 감소시키게 한다. 따라서, 기록 자계에 대한 고주파수 자계의 중첩은 더 높은 보자력(Hc)과 더 높은 자기 이방성 에너지(Ku)를 갖는 자기 기록 매체에 대한 자기 기록을 가능하게 한다(예를 들면, 미국 특허 제6,011,664호(이하, 특허 문헌 1로 지칭함)를 참조하기 바란다). 그러나, 특허 문헌 1에 개시된 방안은 고주파수 자계를 발생시키기 위해 코일을 이용하고, 또한 고밀도 기록 동안 고주파수 자계를 효과적으로 인가하기 어렵다.
고주파수 자계를 발생시키는 수단으로서 스핀 토크 발진기에 기반한 방안이 또한 제안되었다(예를 들면, 특허 문헌 2로 지칭되는 미국 공개특허출원 제2005/0023938호; 특허 문헌 3으로 지칭되는 미국 공개특허출원 제2005/0219771호를 참조하기 바란다). 특허 문헌 2 및 3에 개시된 방안들에서는, 스핀 토크 발진기가 스핀 주입층, 중간층, 자기층 및 전극을 포함한다. DC 전류가 전극을 통해 스핀 토크 발진기를 지날 때, 스핀 주입층에 의해 발생된 스핀 토크는 자기층의 자화에 강자성 공진을 발생시킨다. 그 결과, 고주파수 자계가 스핀 토크 발진기로부터 발 생된다.
스핀 토크 발진기가 약 수십 나노미터의 사이즈를 갖기 때문에, 발생된 고주파수 자계는 스핀 토크 발진기 주위에서 약 수십 나노미터 내로 국부화된다. 또한, 수직 자화된 자기 기록 매체가 고주파수 자계의 종방향 성분에 의해 효과적으로 공진될 수 있어, 자기 기록 매체의 보자력이 상당히 감소되게 한다. 그 결과, 주자극의 기록 자계가 스핀 토크 발진기의 고주파수 자계에 중첩된 부분에서만 고밀도 자기 기록이 행해져서, 높은 보자력(Hc)과 높은 자기 이방성 에너지(Ku)를 갖는 자기 기록 매체의 이용을 가능하게 한다. 따라서, 고밀도 기록 동안의 열적 요동 문제를 피할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 주자극(main magnetic pole)과, 주자극에 의해서 인가된 자계보다 낮은 보자력(coercivity)을 가지는 제1 자기층, 주자극에 의해서 인가된 자계보다 작은 보자력을 가지는 제2 자기층 및 제1 자기층과 제2 자기층 사이에 제공되는 중간층을 포함하는 적층체(laminated body)와, 상기 적층체를 통해서 전류가 흐르도록 동작가능한 한 쌍의 전극을 포함하는 자기 기록 헤드가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 자기 기록 매체와, 자기 기록 헤드- 자기 기록 헤드는, 주자극과, 주자극에 의해서 인가된 자계보다 낮은 보자력을 가지는 제1 자기층, 주자극에 의해서 인가된 자계보다 작은 보자력을 가지는 제2 자기층 및 제1 자기층과 제2 자기층 사이에 제공되는 중간층을 포함하는 적층체와, 적층체를 통 해서 전류가 흐르도록 동작가능한 한 쌍의 전극을 포함함 -와, 서로 공간을 두거나, 또는 서로 접촉한 채 대면하는, 자기 기록 매체와 자기 기록 헤드 사이에 상대적인 이동이 가능하도록 구성되는 이동 매커니즘(moving mechanism)과, 자기 기록 헤드를 자기 기록 매체의 규정된 기록 위치에 배치하도록 구성되는 제어기와, 자기 기록 헤드를 이용하여 자기 기록 매체 상의 신호의 기록 및 판독을 수행하도록 구성되는 신호 처리 유닛을 포함하는 자기 기록 장치가 제공된다.
이제, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예들에 대해 설명한다.
(제1 실시예)
수직 자기 기록을 위해 다입자 매체(multiparticle medium)상에 기록하는 경우의 본 발명의 극초단파 자기 헤드의 제1 실시예에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 기록 헤드(5)의 개략적인 구성을 나타내는 투시도이다.
도 2는 자기 기록 헤드(5)가 배치된 헤드 슬라이더를 나타내는 투시도이다.
제1 실시예의 자기 기록 헤드(5)는 재생 헤드부(7)와 기록 헤드부(60)를 포함한다. 재생 헤드부(70)는 자기 실드층 72a, 자기 실드층 72b, 및 자기 실드층 72a와 자기 실드층 72b 사이에 제공된 자기 재생 장치(71)를 포함한다.
기록 헤드부(60)는 주자극(61), 복귀 경로(실드)(62), 여기 코일(excitation coil : 63) 및 스핀 토크 발진기(10)를 포함한다. 재생 헤드부(70)의 구성요소와, 기록 헤드부(60)의 구성요소는 도시되지 않은 알루미나 혹은 다른 절연체에 의해 서로 분리되어 있다. 자기 재생 장치(71)는 GMR 장치 또는 TMR(tunnel magnetoresistive effect) 장치일 수 있다. 재생력을 높이기 위해, 자기 재생 장치(71)는 2개의 자기 실드층 72a와 72b 사이에 위치한다.
자기 기록 헤드(5)는 도 2에 도시된 바와 같이 헤드 슬라이더(3)에 배치된다. Al2O3/TiC 등으로 이루어진 헤드 슬라이더(3)는 자기 디스크와 같은 자기 기록 매체(매체)(80) 위를 또는 이와 접촉하여 플로팅하면서 이동할 수 있도록 설계 및 작동한다. 헤드 슬라이더(3)는 공기 유입측(3A) 및 공기 유출측(3B)을 구비하고, 자기 기록 헤드(5)는 예를 들어 공기 유출측(3B)의 측면상에 배치된다.
자기 기록 매체(80)는 매체 기판(82)과, 그 위에 제공된 자기 기록층(81)을 구비한다. 자기 기록층(81)의 자화는 기록 헤드부(60)에 의해 인가되는 자계에 의해 정해진 방향으로 제어되어, 기록이 행해진다. 재생 헤드부(70)는 자기 기록층(81)의 자화 방향을 판독한다.
도 3은 자기 기록 헤드(5)에 제공되는 스핀 토크 발진기(10)의 구조를 나타내는 개략적인 도면이다.
스핀 토크 발진기(10)는, 제1 전극(41), 스핀 주입층(30)(제2 자기층), 높은 스핀 투과율을 갖는 중간층(22), 발진층(10a)(제1 자기층) 및 제2 전극(42)이 이 순서대로 적층되어 있는 구조를 갖는다. 전극 42로부터 전극 41로 구동 전자 흐름(52)이 지나게 함으로써, 고주파수 자계가 발진층(10a)으로부터 발생될 수 있다. 구동 전류 밀도는 5×107A/cm2에서 1×109A/cm2인 것이 바람직하며, 원하는 발진을 달성하도록 적절히 조절된다. 즉, 자기 기록 헤드(5)는, 스핀 주입층(30), 중간층(22) 및 발진층(10a)을 포함하는 적층체와, 적층체를 통해 전류가 흐르도록 동작가능한 한 쌍의 전극(전극 41 및 전극 42)을 포함한다.
전극(41) 및 전극(42)은 낮은 전기 저항을 갖고, 산화에 저항력이 있는 Ti 및 Cu 등의 물질로 제조될 수 있다.
중간층(22)은 높은 스핀 투과율을 갖는 Cu, Au 및 Ag 등의 물질로 제조될 수 있다. 중간층의 두께는 1 원자층에서 3nm인 것이 바람직하다. 이는 발진층(10a)과 스핀 주입층(30) 간의 교환 결합을 줄일 수 있다.
발진층(10a)은 진동 동안 자계를 발생시키는 하이-Bs 소프트 자기 물질(high-Bs soft magnetic material)(FeCo/NiFe 적층막)로 이루어진다. 발진층(10a)의 두께는 5nm에서 20nm인 것이 바람직하다. 스핀 주입층(30)은 막면에 수직 배향된 자화를 갖는 CoPt 합금으로 이루어진다. 스핀 주입층(30)의 두께는 2nm에서 60nm인 것이 바람직하다.
스핀 주입층(30) 및 발진층(10a)은 비교적 높은 포화 자속 밀도를 갖고 막면에 종방향 방향으로 자기 이방성을 갖는 CoFe, CoNiFe, NiFe, CoZrNb, FeN, FeSi 또는 FeAlSi의 소프트 자기층, 또는 막면에 종방향 방향으로 배향된 자화를 갖는 CoCr계 자기 합금막일 수 있다. 또한, 막면에 수직 배향된 자화를 갖는, CoCrPt, CoCrTa, CoCrTaPt, CoCrTaNb 혹은 다른 CoCr계 자기층, TbFeCo 혹은 다른 RE-TM 비결정 합금 자기층, Co/Pd, Co/Pt, CoCrTa/Pd 혹은 다른 Co 인조 격자 자기층, CoPt계 혹은 FePt계 합금 자기층, 또는 SmCo계 합금 자기층 등과 같이 양호한 수직 배 향을 갖는 물질층을 적절히 이용할 수 있다. 이는 발진층(10a)과 스핀 주입층(30)의 포화 자속 밀도(Bs) 및 이방성 자계(Hk)를 조절하기 위한 것이다.
이러한 물질들로 이루어진 발진층(10a) 및 스핀 주입층(30)은 물질들이 역평행 자화를 갖는 적층된 페리 구조, 또는 물질들이 평행 자화를 갖는 구조로 중간층(22)을 매개로 하여 적층될 수 있다. 이는 발진층(10a)의 진동 주파수의 증가, 및 스핀 주입층(30)의 효과적인 자화를 위한 것이다. 이 경우, 중간층(22)은 바람직하게 Cu, Pt, Au, Ag, Pd 또는 Ru 등의 귀금속으로 이루어지거나, Cr, Rh, Mo 또는 W 등의 비자성 전이 금속으로 이루어질 수 있다.
주자극(61)으로부터 스핀 토크 발진기(10)로 인가된 자계, 스핀 주입층(30)의 보자력, 및 발진층(10a)의 보자력은 이 순서대로 감소한다. 스핀 토크 발진기(10)에 인가되는 자계, 스핀 주입층(30)의 보자력, 및 발진층(10a)의 보자력을 이런 식으로 제어함으로써, 스핀 주입층(30)의 자화 방향과, 발진층(10a)의 자화 방향은, 발진층(10a)이 안정적으로 진동하도록 기록 자계의 방향에 상관없이 평행으로 항상 유지될 수 있다.
예를 들면, 주자극(61)으로부터 스핀 토크 발진기(10)로 인가되는 자계는 5 kOe에서 10 kOe이고, 스핀 주입층(30)의 보자력은 약 3000 Oe 등으로 설정될 수 있으며, 발진층(10a)의 보자력은 약 5 Oe 등으로 설정될 수 있다.
후술하는 바와 같이, 자화 방향에 대한 세차 운동(precession)에 의해 유도되는 안정적인 진동을 달성하기 위해, 발진층(10a)은 인접 트랙 방향 및 ABS(air bearing surface : 100)에 수직한 방향에서 동일한 치수를 갖는 것이 바람직하다.
도 3에서는, 발진층(10a)이 주자극(61)에 인접하게 적층이 이루어진다. 이와 달리, 주자극(61)으로부터 스핀 주입층(30)으로 자계를 효과적으로 인가하기 위해, 스핀 주입층(30)이 주자극(61)에 인접하게 적층이 이루어질 수도 있다.
주자극(61)만으로 이루어진 기록 헤드에서는, 주자극(61)으로부터 발생된 자계가 주자극(61)과 매체(80) 사이에서 주로 발생되고, 스핀 토크 발진기(10)에 충분히 인가되지 않는다. 따라서, 주자극(61)으로부터 발생된 자계는 스핀 주입층(30)의 보자력보다 낮을 수 있다. 그러므로, 주자극(61)으로부터 발생된 자계를 흡수하기 위한 실드(62)를 제공하는 것이 바람직하다. 즉, 스핀 토크 발진기(10)가 주자극(61)과 실드(62) 사이에 위치하게 실드(62)가 제공되는 것이 바람직하다. 이 경우, 주자극(61)으로부터의 자계는 실드(62)로 효과적으로 흘러, 자계가 스핀 주입층(30)에도 충분히 인가되게 한다. 스핀 토크 발진기(10)에 인가되는 자계는 주자극(61)과 실드(62) 사이의 거리와, 주자극(61)의 모양을 조절함으로써 최적화될 수 있다는 점에 유의하기 바란다. 주자극(61)과 실드(62) 사이의 긴 거리에 대해, 주자극(61)으로부터의 자계는 매체에서 수직 방향을 갖는다. 그러나, 이 거리를 줄이는 것은 자계가 매체에서 수직 방향으로부터 경사지게 한다. 경사진 자계는 매체의 자화가 낮은 자계에 의해 반전될 수 있다는 점에서 이점을 갖는다.
다음으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 극초단파 자기 헤드의 동작에 대해 설명한다.
도 4는 도 3에 도시된 스핀 토크 발진기(10)가 제공되는 자기 기록 헤드(5)의 기입 동작을 나타내는 그래프이다. 도 4a는 주자극(61)에 의해 인가된 자계의 스핀 토크 발진기(10)에 대한 시간 의존성을 보여주고, 도 4b는 스핀 주입층(30)의 자화 방향의 시간 의존성을 보여주고, 도 4c는 스핀 토크 발진기(10)의 발진층(10a)의 진동 주파수의 시간 의존성을 보여주며, 도 4d는 발생된 자계 세기의 시간 의존성을 보여주고 있다. 진동 주파수는 발진층(10a)에 인가되는 정자계(static magnetic field)의 세기에 비례한다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 스핀 주입층(30)의 자화 방향은 주자극(61)으로부터의 자계에 따라 변한다. 그러므로, 스핀 주입층(30)은 각각의 기입시에 자화되어, 스핀 주입층(30)의 노화로 인한 반자화(demagnetization)를 피한다. 또한, 주자극(61)에 의해 스핀 토크 발진기(10)로 인가되는 자계의 방향, 발진층(10a)의 자화 방향, 및 스핀 주입층(30)의 자화 방향은 기입 방향에 상관없이 평행하므로, 진동 조건은 기입 방향에 좌우되지 않는다.
적절한 세기(1 kOe ~ 10 kOe)를 갖는 외부 DC 자계를 ABS(100)에 수직 인가함으로써, 스핀 토크 발진기(10)의 진동 주파수 및 진동 세기는 스핀 토크 발진기(10)의 자기저항 효과에 의해 발생되는 저항 변화로서 측정될 수 있다. 그 결과, 도 4c에 유사한 진동 주파수의 시간 의존성과, 도 4d에 유사한 진동 세기의 시간 의존성이 얻어질 수 있다.
(비교예)
도 5는 비교예에 따른 극초단파 자기 헤드의 기입 동작을 나타내는 그래프이다. 구체적으로, 도 5a는 주자극(61)에 의해 인가되는 자계의 스핀 토크 발진기(10)에 대한 시간 의존성을 보여주고, 도 5b는 스핀 주입층(30)의 자화 방향의 시간 의존성을 보여주고, 도 5c는 스핀 토크 발진기(10)의 발진층(10a)의 진동 주파수의 시간 의존성을 보여주며, 도 5d는 발생된 자계 세기의 시간 의존성을 보여주고 있다.
이 비교예에서는, 도 5b에 도시된 바와 같이, 스핀 주입층(30)의 자화가 기입 방향에 상관없이 고정된다. 그러므로, 주자극(61)에 의해 스핀 토크 발진기(10)에 인가되는 자계의 방향, 발진층(10a)의 자화 방향, 및 스핀 주입층(30)의 자화 방향은 기입 방향에 따라 평행 또는 역평행이다. 그 결과, 도 5c 및 도 5d에 도시된 바와 같이, 스핀 토크 발진기(10)의 진동 주파수 및 발생된 자계 세기는 기입 방향에 따라 변한다.
이하에서는, 스핀 토크 발진기(10)의 전술한 진동에 대한 이유를 상세히 설명한다.
도 6은 이 실시예의 자기 기록 헤드(5)의 동작을 나타내는 개념도이다.
구체적으로, 도 6은 주자극(61)으로부터 스핀 토크 발진기(10)로 포지티브 방향으로 자계가 발생되는 상황을 보여주고 있다. 주자극(61)으로부터의 자계는 스핀 주입층(30)의 보자력보다 높다. 그러므로, 스핀 주입층(30)은 포지티브 방향으로 자화된다. 그 결과, 주자극(61)으로부터의 자계와, 발진층(10a)에서 스핀 주입층(30)의 반자계의 합은 발진층(10a)에서 스핀 주입층(30)으로부터의 스핀 토크와 균형이 맞춰져서, 발진층(10a)의 진동이 된다. 구체적으로, 주자극(61)측으로부터 발진층(10a)을 통과한 전자들 중에서, 스핀 주입층(30)과 동일한 스핀 방향을 갖는 전자들이 스핀 주입층(30)을 통과하고, 스핀 주입층(30)과 반대의 스핀을 갖 는 전자들이 중간층(22)과 스핀 주입층(30) 사이의 계면에서 반사된다. 따라서, 스핀 주입층(30)과 반대의 스핀을 갖는 전자들이 발진층(10a)으로 흘러들어간다. 이러한 전자들의 스핀 각 운동량은 스핀 토크가 작용할 때 발진층(10a)의 자화에 전달되고, 스핀 토크는 스핀 주입층(30)과 반대로 향한다. 그 결과, 발진층(10a)에서 세차 운동이 일어나고, 그 자화가 진동한다.
도 7은 이 실시예의 자기 기록 헤드(5)의 동작을 나타내는 개념도이다.
구체적으로, 도 7은 주자극(61)으로부터 네거티브 방향으로 자계가 발생되는 상황을 보여주고 있다. 이 경우에는, 도 6과 같이, 주자극(61)으로부터의 자계가 스핀 주입층(30)의 보자력보다 높다. 그러므로, 스핀 주입층(30)은 네거티브 방향으로 자화된다. 그 결과, 발진층(10a)에서의 "주자극(61)으로부터의 자계와, 스핀 주입층(30)의 반자계의 합"은 발진층(10a)에서 스핀 주입층(30)으로부터의 스핀 토크와 균형이 맞춰져서, 발진층(10a)의 진동이 된다. 이 경우 또한, 도 6과 같이, 스핀 주입층(30)으로부터의 스핀 토크가 발진층(10a)에 작용하고, 그 자화가 진동한다.
전술한 바와 같이, 이 실시예에 따르면, 스핀 주입층(30)의 자화 방향과, 발진층(10a)의 자화 방향이 주자극(61)으로부터의 자계의 방향에 대해 대칭이기 때문에, 발생된 자계뿐만 아니라 발진층(10a)에 인가된 자계에 비례하는 진동 주파수는 기입 방향에 상관없이 일정하여, 안정적인 진동 특성을 달성한다.
또한, 스핀 주입층(30)은 주자극(61)으로부터의 자계에 의해 각각의 기입시에 자화된다. 이는 노화로 인한 발진층(10a)의 반자화 영향을 상당히 감소시키고, 안정적인 진동을 나타내는 스핀 토크 발진기(10)의 제조를 가능하게 한다. 그러므로, 이 실시예는 높은 신뢰성을 갖는 고밀도 자기 기록 장치를 제공하는데 이용될 수 있다.
이 실시예에서는, 발진층(10a)측으로부터 스핀 주입층(30)측으로 구동 전자 흐름(52)을 지나게 함으로써 스핀 토크 발진기(10)로부터 고주파수 자계가 발생될 수 있다.
도 8 및 도 9는 주자극(61)으로부터 스핀 토크 발진기(10)로의 자계가 각각 포지티브 및 네거티브 방향인 경우에 구동 전자 흐름(52)이 스핀 주입층(30)측으로부터 발진층(10a)측으로 지나는 동작을 나타내는 개념도이다. 이러한 경우, 발진층(10a)에서 스핀 주입층(30)으로부터의 스핀 토크의 방향은 스핀 주입층(30)의 자화 방향과 동일하다. 이 스핀 토크의 방향은 "주자극(61)으로부터의 자계와, 스핀 주입층(30)의 반자계의 합"에 평행하며, 균형이 맞춰지지는 않는다. 따라서, 발진층(10a)의 자화는 세차 운동을 겪지 않으므로, 어떠한 진동도 발생하지 않는다.
자기 기록 헤드(5)에 의한 매체(80)로의 자기 기록에서는, 자기 기록 헤드(5)의 ABS(100)가 매체(80)의 자기 기록층(81)으로부터 소정의 플로팅량으로 유지될 때, ABS(100)와, 자기 기록층(81)의 두께 중앙 사이의 거리(자기 공간)는 일반적으로 10nm 등으로 유지된다. ABS(100)와 자기 기록층(81)의 표면 사이의 갭(gap)은 일반적으로 5nm이다.
스핀 토크 발진기(10)는 주자극(61)의 트레일링측 또는 리딩측 중 어느 하나 상에 제공될 수 있다. 이는 매체 자화가 주자극(61)의 기록 자계에 의해서만 반전 되지 않고, 스핀 토크 발진기(10)의 고주파수 자계가 주자극(61)의 기록 자계에 중첩되는 영역에서만 반전되기 때문이다.
발진층(10a)은, 제1 자기층, 중간층 및 제2 자기층이 이 순서대로 중첩된 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 제1 자기층과 제2 자기층은 반강자성 결합 또는 정자계 결합을 형성하고, 진동이 발생하며 그 자화는 역평행으로 남는다. 이는 종방향 자계가 매체(80)에 효과적으로 인가되게 한다. 중간층은 바람직하게 Cu, Pt, Au, Ag, Pd 또는 Ru 등의 귀금속으로 이루어지며, Cr, Rh, Mo 또는 W 등의 비자성 전이 금속으로 이루어질 수 있다.
(제2 실시예)
다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 대해 설명한다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따라 스핀 토크 발진기(10)가 제공되는 자기 기록 헤드(5)의 개략적인 구성을 나타내는 투시도이다.
이 실시예에서는, 실드(62)는 주자극(61)의 리딩측에 위치하고, 스핀 토크 발진기(10)의 적층 보디는 주자극(61)과 실드(62) 사이에 위치한다. 적층 보디 반대쪽의 주자극(61) 및 실드(62)의 표면은 적층 보디의 적층 방향(층 두께 방향)에 수직이다. 스핀 주입층(30) 및 발진층(10a)은 적층 방향, 즉 주자극(61)으로부터 실드(62)로의 방향 또는 반대 방향에 평행하게 자화된다.
발진층(10a)은 진동 동안 자계를 발생시키는 하이-Bs 소프트 자기 물질(FeCo/NiFe 적층막)을 포함한다. 주자극(61)과 발진층(10a) 사이에는 바이어스층(20)(제5 자기층, 이 경우에서는 CoPt 합금층)이 제공되어 교환 결합력에 의해 하이-Bs 소프트 자기 물질층을 바이어스한다.
하이-Bs 소프트 자기 물질의 두께는 5nm에서 20nm인 것이 바람직하며, 바이어스층(20)의 두께는 10nm에서 60nm인 것이 바람직하다. 스핀 주입층(30)은 막면에 수직 배향된 자화를 갖는 CoPt 합금으로 이루어진다. 스핀 주입층(30)의 두께는 10nm에서 60nm인 것이 바람직하다. 하이-Bs 소프트 자기 물질의 두께, 바이어스층(20)의 두께, 및 스핀 주입층(30)의 두께는 원하는 진동을 달성하도록 적절히 조절된다.
주자극(61) 및 실드(62)는 또한 스핀 토크 발진기(10)를 구동하는 구동 전자 흐름(52) 주입용 전극 역할을 한다. 물론, 주자극(61) 및 실드(62)의 백 갭(back gap) 부분은 서로 전기적으로 절연된다. 구동 전류 밀도는 5×107A/cm2에서 1×109A/cm2인 것이 바람직하며, 원하는 진동을 달성하도록 적절히 조절된다. 또한, 이 실시예에서는, 주자극(61)과 실드(62)가 적층 보디에 직접 인접하면서, 금속 보디가 주자극(61) 또는 실드(62)와 적층 보디 사이에 삽입되어 주자극(61) 및 실드(62)로부터 적층 보디로의 거리를 조절할 수 있다.
구체적으로, 적층 보디는, 전극들의 중간층(22)에 대한 발진층(10a)의 반대쪽 전극(이 경우에는 주자극(61))과 발진층(10a) 사이에 제공되고, 주자극(61)에 의해 인가되는 자계보다 낮은 보자력을 갖는 바이어스층(20)(제5 자기층)을 더 포함한다.
다음으로, 이 실시예의 자기 기록 헤드(5)의 동작에 대해 설명한다.
바이어스층(20)의 보자력과, 스핀 주입층(30)의 보자력은 주자극(61)으로부터의 자계보다 낮다. 그러므로, 기입 동작시에, 바이어스층(20) 및 스핀 주입층(30)은 주자극(61)으로부터의 자계의 방향과 동일한 방향으로 자화된다. 제1 실시예에서와 같이, 스핀 주입층(30)의 자화 방향과, 발진층(10a)의 자화 방향은 주자극(61)으로부터의 자계의 방향에 대해 대칭이며, 진동 특성은 주자극(61)으로부터의 자계의 극성에 좌우되지 않는다. 따라서, 주자극(61)으로부터의 자계가 포지티브인 경우를 들어 진동 원리를 설명한다.
도 11은 주자극(61)으로부터 포지티브 방향으로 자계가 발생되는 경우의 동작을 나타내는 개념도이다.
주자극(61)으로부터의 자계에 의해, 스핀 주입층(30) 및 바이어스층(20)이 포지티브 방향으로 자화된다. 발진층(10a)으로 인가되는 자계는 "주자극(61)으로부터의 자계와, 스핀 주입층(30)의 반자계의 합" 및 "바이어스층(20)으로부터의 교환 결합 자계"로 구성된다. 이러한 자계들의 총계는 스핀 주입층(30)으로부터의 스핀 토크와 균형이 맞춰져서, 발진층(10a)의 진동이 된다.
구체적으로, 주자극(61)측으로부터 발진층(10a)을 통과한 전자들 중에서, 스핀 주입층(30)과 동일한 스핀 방향을 갖는 전자들은 스핀 주입층(30)을 지나고, 스핀 주입층(30)과 반대의 스핀을 갖는 전자들은 중간층(22)과 스핀 주입층(30) 사이의 계면에서 반사된다. 따라서, 스핀 주입층(30)으로부터의 스핀 토크가 발진층(10a)에 작용하고, 세차 운동이 일어나며 그 자화가 진동한다.
더욱이, 이 실시예에서는, 스핀 주입층(30)과 바이어스층(20)이 주자극(61) 으로부터의 자계에 의해 각각의 기입시에 자화된다. 이는 노화로 인한 발진층(10a)의 반자화 영향을 상당히 감소시키고, 안정적인 진동을 나타내는 스핀 토크 발진기(10)의 제조를 가능하게 한다. 따라서, 이 실시예는 높은 신뢰성을 갖는 고밀도 자기 기록 장치를 제공하는데 이용될 수 있다.
도 12는 도 11에 도시된 스핀 토크 발진기(10)가 제공되는 자기 기록 헤드(5)의 기입 동작을 나타내는 그래프이다. 구체적으로, 도 12a는 주자극(61)에 의해 인가되는 자계의 스핀 토크 발진기(10)에 대한 시간 의존성을 보여주고, 도 12b는 스핀 주입층(30)의 자화 방향의 시간 의존성을 보여주고, 도 12c는 스핀 토크 발진기(10)의 발진층(10a)의 진동 주파수의 시간 의존성을 보여주며, 도 12d는 발생된 자계 세기의 시간 의존성을 보여주고 있다.
진동 주파수는 발진층(10a)에 인가되는 자계의 세기에 비례한다. 그러므로, 발진층(10a)에 바이어스층(20)을 제공함으로써, 발진층(10a)은 높은 주파수에서 동작될 수 있다. 도 12c에 도시된 바와 같이, 스핀 토크 발진기(10)의 진동 주파수는 30GHz에 도달한다.
초고밀도 기록을 달성하기 위해서는, 매체의 열적 요동을 방지하는 것이 필수적이다. 이는 매체의 공진 주파수를 증가시키면서 스핀 토크 발진기(10)에 필요한 진동 주파수를 증가시키게 하는 매체 보자력(Hc)의 개선을 필요로 한다. 이에 비해, 도 11에 도시된 구조를 갖는 스핀 토크 발진기(10)와의 조합은 초고밀도 기록이 가능한 하이-Hc 매체로의 기입을 또한 가능하게 한다.
진동 주파수를 최적화하기 위해, 바이어스층(20)과 발진층(10a) 사이에 비자 성층이 삽입될 수 있다는 점에 유의하기 바란다. 이러한 비자성층은 바람직하게 Cu, Pt, Au, Ag, Pd 또는 Ru 등의 귀금속으로 이루어지며, Cr, Rh, Mo 또는 W 등의 비자성 전이 금속으로 이루어질 수 있다.
또한, 제1 실시예를 참조하여 전술한 물질들 및 적층막들은 스핀 주입층(30) 및 발진층(10a)에도 이용되어 유사한 효과를 달성할 수 있다.
(제3 실시예)
다음으로, 본 발명의 제3 실시예에 대해 설명한다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따라 스핀 토크 발진기(10)가 제공되는 자기 기록 헤드(5)의 개략적인 구성을 나타내는 투시도이다.
이 실시예에서는, 실드(62)가 주자극(61)의 트레일링측에 위치하고, 스핀 토크 발진기(10)가 주자극(61)과 실드(62) 사이에 제공된다. 적층 보디의 반대쪽 주자극(61) 및 실드(62)의 표면은 스핀 토크 발진기(10)의 적층 방향(층 두께 방향)에 평행하다. 스핀 주입층(30) 및 발진층(10a)은 적층 방향, 즉 주자극(61)으로부터 실드(62)로의 방향 또는 반대 방향에 수직하게 자화된다. 스핀 토크 발진기(10)의 전극들이 도 13에 도시되어 있지 않지만, 스핀 주입층(30), 중간층(22) 및 발진층(10a)의 적층 방향에 평행한 전류를 통과시킬 수 있는 전극들이 스핀 토크 발진기(10)에 접속된다. 또한, 스핀 토크 발진기(10)는 주자극(61)과 실드(62)로부터 절연된다. 그러므로, 기입 동작시에, 주자극(61)으로부터 발생되는 와전류(eddy current) 영향이 방지될 수 있다. 스핀 토크 발진기(10)의 적층 방향은 도 13에 도시된 예에서 매체 이동 방향(85)에 수직이지만, 본 발명이 이러한 특정 예에 국한되는 것은 아니다. 스핀 토크 발진기(10)의 적층 방향은 매체 이동 방향(85)에 평행할 수 있다.
스핀 토크 발진기(10)와 주자극(61) 사이에는 자속 집속층(40a)(제3 자기층)이 제공된다. 자속 집속층(40a)은 비교적 높은 포화 자속 밀도를 갖고 막면에 종방향한 방향의 자기 이방성을 갖는 CoFe, CoNiFe, NiFe, CoZrNb, FeN, FeSi 또는 FeAlSi 등의 소프트 자기 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 자속 집속층(40b)(제4 자기층)이 스핀 토크 발진기(10)와 실드(62) 사이에 제공된다. 자속 집속층(40b)은 비교적 높은 포화 자속 밀도를 갖고 막면에 종방향한 방향의 자기 이방성을 갖는 CoFe, CoNiFe, NiFe, CoZrNb, FeN, FeSi 또는 FeAlSi 등의 소프트 자기 물질로 이루어질 수 있다.
주파수의 증가에 따라, 자기 기록 매체(80)로부터 주자극(61) 및 실드(62)로의 거리가 감소한다. 그러므로, 주자극(61)으로부터 발생되는 자계는 자기 기록 매체(80)로 향하는 경향이 있다. 따라서, 소프트 자기인 자속 집속층(40a 및 40b)은 메인 자속(61)으로부터의 자계를 스핀 토크 발진기(10)에 집속하기 위해 제공된다. 자속 집속층(40a 및 40b)은 주자극(61)으로부터 발생된 자계를 스핀 토크 발진기(10)에 가이드하는 역할을 한다.
자속 집속층(40a 및 40b)에서의 포화 자속 밀도를 Bsa 및 Bsb라고 하고, 스핀 토크 발진기(10)에 대(對)한 자속 집속층(40a 및 40b)의 입체각을 Ωa 및 Ωb라고 하면, 자속 집속층이 포화될 때, 스핀 토크 발진기(10)에 인가되는 자계는 다음과 같이 주어진다.
Figure 112008060064323-PAT00001
따라서, 스핀 토크 발진기(10)에 자계를 효율적으로 인가하기 위하여, 자속 집속층의 포화 자화(Ms)를 가능한 많이 증가시키는 것이 바람직하다. 부가적으로, 자속 집속층의 입체각 Ω는 주자극(61)과 실드(62) 사이의 거리를 좁게 하고/좁게 하거나, 자속 집속층(40a 및 40b)의 치수를 증가시킴으로써 증가될 수 있을 것이다.
또한, 스핀 토크 발진기(10)의 자속을 효율적으로 집속하기 위하여, 주자극(61)이 자속 집속층(40a)으로 적층되고/적층되거나, 실드(65)가 자속 집속층(40b)으로 적층될 수 있을 것이다. 반면에, 주자극(61)에서 매체로 자계를 효율적으로 인가하기 위하여, 비자기 물질, 즉, 비자기 금속 또는 절연체가 주자극(61)과 자속 집속층(40a)사이, 또는 실드(62)와 자속 집속층(40b) 사이에 적층될 수 있을 것이다.
다음으로, 본 실시예에 따른 자기 기록 헤드(5)의 동작이 기술된다.
스핀 주입층(30)의 보자력은 주자극(61)으로부터의 자계보다 작다. 따라서, 기록 동작시에, 스핀 주입층(30)은 주자극(61)으로부터의 자계의 방향과 동일한 방향으로 자화된다. 제1 실시예와 마찬가지로, 스핀 주입층(30)의 자화 방향과 발진층(10a)의 자화 방향이 주자극(61)의 자계의 방향에 대하여 대칭적이기 때문에, 발진 특성이 주자극(61)으로부터의 자계의 극성에 따라 변하지 않는다. 이리하여, 주자극(61)으로부터의 자계가 양(positive)인 경우에 발진의 원리가 예시적으로 기 술된다.
도 14는 주자극(61)으로부터 스핀 토크 발진기(10)를 항하여 양의 방향으로 자계가 생성되는 경우의 동작을 설명하는 개념도이다.
주자극(61)으로부터의 자계에 의해서, 스핀 주입층(30)은 양의 방향으로 자화된다. 발진층(10a)에 인가되는 자계는 "주자극(61)으로부터의 자계와 자속 집속층으로부터의 자계의 합"으로 구성된다. 이러한 자계는 스핀 주입층(30)으로부터의 스핀 토크로 밸런스가 이루어지며, 발진층(10a)의 발진을 야기한다.
보다 구체적으로, 발진층(10a)을 통과한 전자들 중에서, 스핀 주입층(30)과 동일한 스핀 방향을 가지는 전자는 스핀 주입층(30)을 통과하는 반면, 스핀 주입층(30)에 반대되는 스핀을 가지는 전자는 중간층(22)과 스핀 주입층(30) 사이의 계면에서 반사된다. 따라서, 스핀 주입층(30)으로부터의 스핀 토크는 발진층(10a)에 작용하고, 세차(precession)를 발생시켜 발진을 야기한다.
또한, 스핀 주입층(30)은 매 기록시마다 주자극(61)으로부터의 자계에 의해서 자화된다. 이것은 에이징(aging)에 기인하는 발진층(10a)의 자기 소거 효과(demagnetization effect)를 상당히 감소시키고, 안정한 발진을 나타내는 스핀 토크 발진기(10)의 제조를 가능하게 한다. 따라서, 본 실시예는 높은 신뢰도를 가지는 고밀도 자기 기록 장치를 제공하는 데에 이용될 수 있다.
또한, 안정한 발진을 획득하기 위하여, 발진층(10a)은 바람직하게 ABS(air bearing surface, 100)에 수직한 방향 및 자신의 적층 방향에서 동일한 치수를 가진다.
적절한 발진 주파수를 얻기 위하여, 발진층(10a)은 제1 실시예에서 기술된 재료 및 적층막으로 이루어질 수 있을 것이다. 스핀 주입층(30)의 보자력을 주자극(61)으로부터의 자계의 세기에 적응시키기 위하여, 스핀 주입층(30)은 제1 실시예에서 기술된 재료 및 적층막으로 이루어질 수 있을 것이다.
주파수를 증가시키기 위하여, 본 발명의 제2 실시예에서처럼 발진층(10a)에 인접하여 바이어스층(20)이 제공될 수 있을 것이다.
남은 헤드 구성, 동작 원리 및 본 실시예의 효과는 제1 실시예에서 설명한 것과 동일하다.
스핀 토크 발진기(10)의 각각의 자기층은 도 10의 경우에 적층 방향에, 도 13의 경우에는 평면 방향(in-plane direction)에 자화 용이축을 가질 수 있을 것이다. 이러한 용이축은 결정을 성장시킴으로써 고정될 수 있어, CoPt 기반 물질에 (CoPt_based material)대하여, 예를 들어 c-축이 용이축을 향할 수 있다.
(제4 실시예)
다음으로, 본 발명의 제4 실시예가 기술된다.
도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 자기 기록 헤드(5)의 개략적인 구성을 나타내는 투시도이다.
도 15에 나타난 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 자기 기록 헤드(5)에는 주자극(61)의 후미측 상에 위치한 실드(62)가 제공되며, 스핀 토크 발진기(10)의 적층체가 주자극(61)과 실드(62) 사이에 제공된다. 주자극(61)에서 실드(62)로의 방향은 스핀 토크 발진기(10)의 적층 방향(층의 두께 방향)과 실질적으 로 평행하다. 스핀 주입층(30) 및 발진층(10a)은 적층 방향에 실질적으로 평행하게, 즉 주자극(61)에서 실드(62)로, 또는 그 반대 방향으로 자화된다.
본 실시예에 따른 자기 기록 헤드(5)에서, 실드(62)는 스핀 주입층(30) 측 상의 전극(41)으로 기능하며, 주자극(61)은 발진층(10a) 측 상의 전극(42)으로 기능한다. 즉, 한 쌍의 전극은, 예시적으로 주자극(61) 및 실드(62)이다. 물론, 실드(62)와 주자극(61)의 백갭부(back gap portion)는 서로 전기적으로 절연되어 있다. 부가적으로, 본 실시예에서, 주자극(61) 및 실드(62)가 적층체에 직접 인접하고, 금속체가 주자극(61) 또는 실드와 적층체 사이에 삽입되어, 주자극(61) 및 실드(62)에서 적층체까지의 거리를 조절한다.
발진층(10a)은, 예를 들면 10Å의 두께를 가지는 CoFe와 60Å의 두께를 가지는 NiFe의 적층체로 이루어질 수 있다. 중간층(22)은, 예를 들면 20Å의 두께를 가지는 Cu에 기반을 둘 수 있다. 또한, 주입층(30) 및 바이어스층(20)은, 예를 들면 약 400Å의 두께를 가지는 5%의 Os가 추가된 CoCr합금으로 이루어질 수 있다.
발진층(10a) 및 중간층(22)은 제1 실시예를 참조하여 기술된 재료 및 적층 구조를 가지는 재료로 이루어질 수 있다.
또한, 스핀 주입층(30) 및 바이어스층(20)은 예시적으로 CoCr합금이 아닌 CoPt 합금 등과 같은 Co기반 강자기 합금(hard magnetic alloy)으로 이루어질 수 있을 것이다. 보다 구체적으로, 스핀 주입층(30) 및 바이어스층(20)은 수직 방향에서 자화를 가지는 다양한 재료로 이루어질 수 있다. 또한, Co기반 강자기 합금 등과 같은 수직 방향에서 자화를 가지는 다양한 재료에 대한 추가적인 원소는 Os가 아닌 Ru, W, Re, Ir, Sm, Eu, Tb, Gd, Dy, Ho, Rh, Pd와 같은 원소로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 스핀 주입층(3) 및 바이어스층(20) 중 적어도 하나는 Ru, W, Re, Os, Ir, Sm, Eu, Tb, Gd, Dy, Ho, Rh 및 Pd를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이들 원소는 s-d 상호작용 또는 스핀-오비트(spin-orbit) 상호작용을 강화하여, 감쇠상수가 통상의 0.02에서 0.05~0.5로 증가될 수 있다.
도 16은 본 발명의 제4 실시예에 따른 자기 기록 헤드의 자화 역전 시간과 감쇠 상수 간의 관계를 도시하는 그래프이다.
보다 구체적으로, 도 16은 주자극(61)으로부터 스핀 토크 발진기(10)로의 자계의 방향이 양의 방향에서 음의 방향으로 바뀌는 때에 스핀 주입층(30) 또는 바이어스층(20)의 자화 역전 시간과 감쇠 상수 간의 관계를 도시한다.
자화 역전 시간은, 주자극(61)에서 스핀 주입층(30)으로의 인가된 자계가 +5KOe에서 -60kOe로 순간적으로 역전되는 때에 양의 방향에서 음의 방향으로의 스핀 주입층(30)의 자화의 역전을 위한 시간을 말한다.
도 16에 도시된 바와 같이, 스핀 주입층(30) 또는 바이어스층(20)의 통상적인 감쇠 상수는 약 0.02이며, 자화 역전 시간은 0.64ns이다. 반면에, 주자극(61)으로부터의 자계의 양의 방향에서 음의 방향으로의 역전을 위한 시간는 0.3ns이다. 즉, 이 경우의 자화 역전 시간은 자계의 역전을 위한 시간의 약 2배이며, 따라서, 주자극(61)으로부터의 자계의 역전에서, 스핀 주입층(30) 및 바이어스층(20)의 의 자화 역전은 뒤쳐지게 되어 발진이 불안정하게 한다. 그 결과, 자화 역전 영역에 서 매체 상의 0/1의 기록은, 부분적으로 만족할만한 중복기록(overwriting) 특성이 구현되기 어렵다.
반면에, 본 실시예에 따른 자기 기록 헤드(5)에서, 스핀 주입층(30) 및 바이어스층(20)의 감쇠 상수는 0.1이며, 도 16에 도시된 바와 같이, 자화 역전 시간은 0.29ns이다. 주자극(61)으로부터의 자계가 양의 방향에서 음의 방향으로 역전하는 데 걸리는 시간은 0.3ns이며, 자화 역전 시간과 실질적으로 등가이다. 따라서, 스핀 주입층(30) 및 바이어스층(20)의 자화는 주자극(61)으로부터의 자계의 역전 속도와 실질적으로 동일한 속도로 역전된다. 그 결과, 본 실시예에 따른 자기 기록 헤드(5)는 주자극(61)으로부터의 자계의 역전에서 무선 주파수 자계 생성의 파손을 최소화할 수 있도록 하여, 안정적인 자기 기록을 가능하게.
또한, 스핀 주입층(30) 및 바이어스층(20)의 감쇠 상수의 증가는 발진층(10a)의 발진 효율의 개선을 통해서 매체에의 자기 기록이 보다 효과적으로 수행될 수 있도록 한다. 이제 이것이 기술될 것이다.
스핀 토크에 의해서 자기층이 발진하기 시작하는 임계 구동 전류 밀도 Jc는 다음의 수학식으로 표현될 수 있다.
Figure 112008060064323-PAT00002
여기서, Hext는 외부 자계 및 인접 자기 물질로부터의 교환 결합 자계의 합이며, Hk는 이방성 자계이며, Bs는 표화 자속 밀도이며(즉, 4nMs), Nd는 자계 소거 상수임, α는 감쇠 상수이며, e는 기본 전하이며, δ는 막 두께이며, Po는 극성이며, h는 클랑크 상수이다.
수학식 2에 나타난 바와 같이 임계 구동 전류 밀도 Jc는 감쇠 상수에 비례하기 때문에, 스핀 주입층(30)의 임계 구동 전류 밀도 Jc는 스핀 주입층(30)의 감쇠 상수의 증가에 기인하여 증가하며, 스핀 주입층(30)은 회전하기 어렵게 된다. 결과적으로, 스핀 토크의 에너지의 발진층(10a)으로의 효과적인 주입이 가능하게 된다. 또한, 발진층(10a)의 Msδ 및 구동 전류 밀도는 스핀 주입층(30)의 임계 구동 전류 밀도 Jc의 증가에 비례하여 증가할 수 있을 것이다. 이때에, 발진층(10a)의 Msδ는 무선 주파수 자계 세기에 비례하기 때문에, 매체에 대한 무선 주파수 자게 세기는 증가한다. 무선 주파수 자게 세기는 매체의 Hk의 약 10%를 필요로 하며, 무선 주파수 자계 세기의 증가는 보다 높은 Hk 매체를 가능하게 하며, 즉 보다 높은 Ku 매체가 기록되는 것을 가능하게 하고, 더 높은 밀도 기록이 획득될 수 있다.
또한, 발진층(10a) 및 바이어스층(20)이 직접 적층되므로, 바이어스층(20)의 계면에서의 자화 부분이 바이어스층(20)에서 발진층(10a)으로의 실질적인 교환 결합 자계 및 교환 결합력에 의해서 발진층(10a)의 발진의 영향하에 발진한다. 여기서, 바이어스층(20)의 감쇠 상수를 증가시킴으로써, 바이어스층(20)의 계면에서의 발진이 어렵게 되고, 바이어스층(20)으로부터 발진층(10a)으로의 교환 결합 자계는 실질적으로 증가되게 된다. 교환 결합 자계가 증가함에 따라, 발진 주파수 또한 증가한다. 또한, 극초단파 자기 기록에서, 발진 주파수가 매체의 공진 주파수와 일치하는 것이 필요하다. 자기 물질의 공진 주파수는 이방성 자계(Hk) 세기에 비 례하기 때문에, 발진층(10a)의 발진 주파수의 증가는 더 높은 Hk 매체를 가능하게 하며, 즉 높은 Ku 매체가 이용될 수 있도록 한다. 결과적으로, 더 높은 밀도의 기록이 이루어질 수 있다.
스핀 주입층(30) 및 바이어스층(20)의 임계 구동 전류 밀도 Jc와 발진 특성을 최적화하기 위해서, 바이어스층(20) 및 스핀 주입층(30)에의 첨가 원소(Ru, W, Re, Os, Ir, Sm, Eu, Tb, Gd, Dy, Ho, Rh, Pd 등)와 첨가량은 각각 상이할 수 있을 것이다.
(제5 실시예)
다음으로, 본 발명의 제5 실시예가 기술될 것이다.
도 17은 본 발명의 제5 실시예에 따른 자기 기록 헤드(5)의 개략적인 구성을 도시하는 투시도이다.
도 17에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5 실시예에 따른 자기 기록 헤드(5)에는 주자극(61)의 후미측 상에 위치한 실드(62)가 제공되며, 스핀 토크 발진기(10)가 주자극(61)과 실드 사이에 제공된다. 주자극(61)에서 실드(62)로의 방향은 스핀 토크 발진기(10)의 적층 방향(층의 두께 방향)실질적으로 수직이다. 스핀 주입층(30) 및 발진층(10a)은 적층 방향에 실질적으로 수직으로, 즉 주자극(61)에서 실드(62)로의 방향 또는 그 반대 방향으로 자화된다.
스핀 주입층(30) 측 상의 전극(41)과 발진층(10a) 상의 전극(42)은 생략되었다.
발진층(10a)은, 예를 들면 10Å의 두께를 가지는 CoFe와, 60Å의 두께를 가 지는 NiFe의 적층체로 이루어질 수 있다. 중간층(22)은, 예를 들면 20Å의 두께를 가지는 Cu에 기반할 수 있다. 또한, 주입층(30)은, 예를 들면 400Å의 두께를 가지는 CoCr 합금으로 이루어질 수 있다. 스핀 주입층(30)에 인접한 전극(41)은, 예를 들면 40Å의 두께를 가지는 Pt와 40Å의 두께를 가지는 Ru의 적층체로 이루어질 수 있다.
스핀 주입층(30)에 인접한 전극(41)은 짧은 스핀 산란 거리(scattering distance)를 가지는 Ru, Rh, Pd, Ir 및 Pt를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 재료로 이루어질 수 있을 것이다. 또한, 전극(41)은 Ru, Rh, Ir 및 Pt를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 2개를 포함하는 합금을 포함하는 물질로 이루어질 수 있을 것이다.
전극(41)은 긴 스핀 산란 거리를 가지는 Cu, Au, Ag 및 Al을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 층과, 짧은 스핀 산란 거리를 가지는 Ru, Rh, Pd, Ir, Pt를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 층의 적층막으로 이루어질 수 있을 것이다.
또한, 전극(41)은 긴 스핀 산란 거리를 가지는 CU, Au, Ag 및 Al을 포함하는 그룹으로수터 선택된 적어도 하나를 포함하는 층과, 짧은 스핀 산란 거리를 가지는 Ru, Rh, Pd, Ir, Pt를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 2개를 포함하는 합금의 적층막으로 이루어질 수 있을 것이다.
또한, 전극(41)은 긴 스핀 산란 거리를 가지는 Cu, Au, Ag 및 Al을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 2개를 포함하는 합금과, 짧은 스핀 산란 거리를 가지 는 Ru, Rh, Pd, Ir, Pt를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 막의 적층막으로 이루어질 수 있을 것이다.
또한, 전극(41)은 긴 스핀 산란 거리를 가지는 Cu, Au, Ag 및 Al을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 2개를 포함하는 합금과, 짧은 스핀 산란 거리를 가지는 Ru, Rh, Pd, Ir, Pt를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 2개를 포함하는 합금의 적층막으로 이루어질 수 있을 것이다.
전극(41)의 재료로서 전술한 물질의 사용은 스핀 주입층(30)의 감쇠 상수가 증가할 수 있도록 한다. 이것은 안정적인 자기 기록이 구현될 수 있도록 하며, 본 발명의 제4 실시예에서 기술한 바와 같이 스핀 주입층(30)의 감쇠 상수의 증가에 의해서 더 높은 밀도의 기록이 수행될 수 있도록 한다.
도 18은 본 발명의 제5 실시예에 따른 자기 기록 헤드(5)의 스핀 토크의 특성을 도시하는 개념도이다.
보다 구체적으로, 도 18은 스핀 주입층(30) 측 상의 전극(41)에 대하여 짧은 스핀 산란 거리를 가지는 물질을 사용하는 것이 스핀 주입층(30)의 감쇠 상수를 증가시키는 것을 가능하게 하는 이유를 설명하기 위한 개념도이다.
도 18에 도시된 바와 같이, 자화가 스핀 주입층(30)의 자화의 요동에 기인하여 회전하는 때에, 스핀 흐름(spin flow, 31)이 스핀 주입층(30)으로부터 전극으로 흐른다. 이러한 스핀 흐름(31)은 스핀 주입층(30)의 자화로부터 각 모멘텀(angular momentum)을 가진다. 전극(41)의 스핀 산란 거리가 짧기 때문에, 전극(41)에 도달하는 스핀 흐름은 스핀 주입층(30)과의 계면 주변에 완전히 흡수되 며, 전극(41)에서 스핀 주입층(30)으로 되돌아가는 흐름은 거의 없다. 따라서, 스핀 흐름(31)의 대부분의 각 모멘텀은 전극(41)에 산란된다. 보다 구체적으로, 이것은 짧은 스핀 산란 거기를 가지는 물질로 이루어진 전극(41)이 회전 자화를 가지는 스핀 주입층(30)에 인접하는 때에 스핀 토크(32)가 전극으로부터 회전이 작아지는 방향으로 인가된다는 것과 등가이며, 감쇠 상수의 효과적인 증가에 대응한다.
감쇠 상수는 스핀 주입층(30), 긴 스핀 산란 거리를 가지는 물질 및 짧은 스핀 산란 거리를 가지는 물질이 이 순서대로 적층된 적층막에서 마찬가지로 감소하며, 긴 스핀 산란 거리를 가지는 물질의 두께는 스핀 산란 거리보다 작다. 스핀 주입층(30)에서 생성된 스핀 흐름이 긴 스핀 산란 거리를 가지는 물질을 통과하는 동안에 요란(disturbance)없이 짧은 스핀 산란 거리를 가지는 재료에 도달하는 것은 이러한 이유 때문이다.
바이어스층(20)이 제공되는 때에, 바이어스층(20)에 인접하는 전극(42)은 짧은 스핀 산란 거리를 가지는 Ru, Rh, Pd, Ir 및 Pt를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 물질로 이루어질 수 있을 것이며, 또한, 바이어스층(20)에 인접하는 전극(42)은 Ru, Rh, Pd, Ir 및 Pt를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 2개를 포함하는 합금으로 이루어질 수 있을 것이다.
전술한 전극(41)과 마찬가지로, 전극(42)은 긴 스핀 산란 거리를 가지는 Cu, Au, Ag 및 Al을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 막 또는 그 그룹으로부터 선택된 적어도 2개를 포함하는 합금과, 짧은 스핀 산란 거리를 가지는 Ru, Rh, Pd, Ir, Pt를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 막 또는 그룹으로부터 선택된 적어도 2개를 포함하는 합금을 포함하는 막의 적층막으로 이루어질 수 있을 것이다.
전극(41)에 대한 재료로서 전술한 물질의 사용은 바이어스층(20)의 감쇠상수의 증가를 가능하게 한다. 감쇠 상수가 증가될 수 있는 이유는 전술한 스핀 주입층(30)의 감쇠 상수가 증가되는 것과 동일한 이유이다. 이와 같은 전극 재료를 이용한 바이어스층(20)의 감쇠 상수의 증가는 본 실시예에 따른 자기 기록 헤드(5)가 제4 실시예와 마찬가지로 더 높은 밀도의 기록을 수행하는 것을 가능하게 한다.
전극(42)은 바이어스층(20)이 제공되지 않을 때에도 Ru, Rh, Pd, Ir 및 Pt를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있을 것이다.
또한, 전극(41)과 전극(42) 모두 Ru, Rh, Pd, Ir 및 Pt를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있을 것이다.
또한, 스핀 주입층(30) 및 바이어스층(20) 중 적어도 하나는 제4 실시예에서 기술한 것가 같이 Ru, W, Re, Os, Ir, Eu, Tb, Gd, Dy, Ho, Rh 및 Pd를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있을 것이며, 전극(41) 및 전극(42) 중 적어도 하나는 Ru, Rh, Pd, Ir 및 Pt를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 동시에 포함할 수 있을 것이다.
(제6 실시예)
다음으로, 본 발명의 제6 실시예가 기술될 것이다.
도 19는 본 발명의 제6 실시예에 따른 자기 기록 헤드(5)의 개략적인 구성을 도시하는 투시도이다.
도 19에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제6 실시예에 따른 자기 기록 헤드(5)에는 주자극(61)의 후미부 측 상에 위치한 실드(62)가 제공되며, 스핀 토크 발진기(10)의 적층체가 주자극(61)과 실드(62) 사이에 제공된다. 주자극(61)에서 실드(62)로의 방향은 스핀 토크 발진기(10)의 적층 방향(층의 두께 방향)에 실질적으로 평행하다. 스핀 주입층(30) 및 발진층(10a)은 적층 방향에 실질적으로 평행하게, 즉 주자극(61)에서 실드(62)로, 또는 그 반대 방향으로 자화된다.
스핀 주입층(30)에 인접한 제2 바이어스층(제6 자화층)(91) 및 바이어스층(20)에 인접한 제3 바이어스층(제7 자화층)(92)이 또한 제공된다. 이들 제2 바이어스층(91) 및 제3 바이어스층(92)은 스핀 토크 발진기(10)의 적층 방향에 실질적으로 평행하게, 즉 주자극(61)에서 실드(62)로의 방향으로, 또는 적층 방향에 약간 기울어져 수직하는 반대 방향으로 자화된다.
보다 구체적으로, 제2 바이어스층(제6 자화층)(91)의 자화 용이축은 적층체에 대면하는 주자극(61)의 표면의 법선에 실질적으로 수직한다. 제3 바이어스층(제7 자화층)(92)의 자화 용이축은 적층체에 대면하는 주자극(61)의 표면의 법선에도 실질적으로 수직한다.
또한, 제2 바이어스층(제6 자기층)(91)의 결정 이방성 자계의 절대값은 제2 바이어스층(제6 자기층)(91)의 포화 자속 밀도의 1/2이상이다. 제3 바이어스층(제7 자기층)(92))의 결정 이방성 자계의 절대값은 제3 바이어스층(제7 자기층)(92)의 포화 자속 밀도의 1/2 이상이다.
본 실시예에 따른 자기 기록 헤드(5)에서 실드(62)는 스핀 주입층(30) 상의 전극(41)의 역할을 하며, 주자극(61)은 발진층(10a) 측 상의 전극(42)의 역할을 한다. 즉, 이겻은 한 쌍의 전극이 주자극(61) 및 실드(62)인 경우이다. 주자극(61) 및 실드(62)의 백갭부는 자연적으로 서로 전기적으로 절연된다. 본 실시예에서, 주자극(61) 및 실드(62)가 적층체에 직접 인접하지만, 주자극(61)과 실드(62)와 적층체 사이의 거리를 조절하기 위하여 금속체가 주자극(61)과 실드(62)와 적층체 사이에 삽입될 수 있을 것이다.
현재 방향에 대한 수직 방향에서의 스핀 토크 발진기의 크기는, 예를 들면 600Å 에지(edge)의 제곱이다. 바이어스층(20)에 인접하는 제3 바이어스층(92)은, 예를 들면 100Å의 막 두께를 가지는 CoIr으로 이루어질 수 있다.이러한 바이어스층(20)은, 예를 들면 400Å의 두께를 가지는 CoCr 합금으로 이루어질 수 있다. 발진층(10a)은, 예를 들면 30Å의 막 두께를 가지는 FeCo, 30Å의 막 두께를 가지는 NiFe, 30Å의 막 두께를 가지는 FeCo 및 30Å의 막 두께를 가지는 NiFe의 순서대로 적층된 적층체로 이루어질 수 있다. 중간층은, 예를 들면 30Å의 막 두께를 가지는 Cu로 이루어질 수 있다. 스핀 주입층(30)은, 예를 들면 200Å의 막 두께를 가지는 CoPt 합금으로 이루어질 수 있다. 스핀 주입층(30)에 인접하는 제2 바이어스층(91)은, 예를 들면 50Å의 막 두께를 가지는 FeCo로 이루어질 수 있다.
발진층(10a) 및 중간층(22)은 이러한 물질 및 제1 실시예에서 기술한 적층 구조에 기반할 수 있다.
또한, 바이어스층(20) 및 스핀 주입층(30)은 CoCr 합금 등과 같은 Co 기반 강자성 합금으로 이루어질 수 있을 것이다. 바이어스층(20) 및 스핀 주입층(30)을 단일 자기 영역 또는 기록 갭 내에 설정하기 위하여, 이들 막 두께는 100Å과 800Å 사이에서 적절하게 조절될 수 있을 것이다.
추가적으로, 제4 실시예에서 기술된 첨가 원소가 스핀 주입층(30)에 첨가될 수 있을 것이다.
제2 바이어스층(91) 및 제3 바이어스층(92)은 제1 실시예에서 기술된 하이-Bs 소프트 자기 물질(high-BS soft magnetic material) 및 CoIr 등과 같은 음의 단축 결정 이방성(negative uniaxial crystalline anisotropy)을 가지는 물질 및 그들의 적층 구조에 기반할 수 있다. 제2 바이어스층(91) 및 제3 바이어스층(92)의 물질 또는 적층 구조가 변경되는 때에, 제2 바이어스층(91) 및 제3 바이어스층(92)의 결정 이방성 자계 및 포화 자속 밀도는 조정될 수 있으며, 자기 역전 시간이 조정될 수 있다.
도 20은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 자기 기록 헤드(5)의 특성을 도시하는 그래프이다.
보다 구체적으로, 도 20은 스핀 주입층(30)에 인접하는 제2 바이어스층(91)의 포화 자속 밀도와 스핀 주입층(30)의 자화 역전 시간 사이의 관계를 도시한다.
동일한 그림에서, NiFe 및 FeCo의 적층체로 제2 바이어스층(91)을 취하고, NiFe 및 FeCo의 구께의 비를 변경함으로써, 제2 바이어스층(91)의 포화 자속 밀도는 800emu/cc에서 1950emu/cc로 변경된다. 자화 역전 시간은 제4 실시예에서와 동일한 방식으로 규정된다.
도 20에 도시된 바와 같이, 제2 바이어스층(91)(종방향 바이어스 층)이 제공 되지 않는 때에, 자화 역전 시간은 0.65ns이지만, 스핀 주입층(30) 상에 제2 바이어스층(91)(종방향 바이어스 층)을 적층하면 자화 역전 시간이 0.56~0.29ns 단축된다.
이러한 방식으로, 자화 역전 시간의 단축은 무선 주파수 자계 발생의 중단을 가능하게 하여 주자극으로부터의 자계의 역전을 최소화하여 안정적인 자기 기록을 가능하게 한다. 특히, 제2 바이어스층(91)의 포화 자속 밀도가 높을수록, 자화 역전 시간을 더 짧아진다. 이것이 제2 바이어스층(91)의 포화 자속 밀도의 증가시에 형태 이방성의 영향이 커지고, 제2 바이어스층(91)의 종방향 자화 컴포넌트가 가지는 이유이다. 교환 결합력을 통해서, 제2 바이어스층(91)의 종방향 자화 컴포넌트에 비례하는 종방향 토크가 스핀 주입층(30)에 인가되고, 토크가 커질수록 고속 자화 역전이 가능하다.
전술한 스핀 주입층에 인접하는 제2 바이어스층(91)의 특성은 바이어스층(20)에 인접하는 제3 바이어스층(92)에도 적용될 수 있다.
한편, 스핀 주입층(30)과 제2 바이어스층(91) 사이의 교환 결합력이 너무 강한 때에는 제2 바이어스층(91)이 스핀 주입층으로부터의 수직 토크에 기인하여 수직으로 자화될 수 있을 것이다. 이러한 경우에, 제2 바이어스층(91)에는 종방향 자화 컴포넌트가 존재하지 않기 때문에, 종방향 토크 컴포넌트가 스핀 주입층(30)에 인가되지 않으며, 자화 역전 시간이 감소되는 것은 불가능해진다. 이러한 상황을 회피하기 위하여, 스핀 주입층(30)과 제2 바이어스층(91) 사이의 교환 결합력은 비자화층을 삽입하되, 스핀 주입층(30) 및 제2 바이어스층(91)을 직접 적층하지 않 음으로써 조절될 수 있을 것이다.
이들 층들 사이의 교환 결합력은 마찬가지로 바이어스층(20)과 바이어스층(20)에 인접하는 제3 바이어스층(92) 사이에 비자기층을 삽입함으로써 조절될 수 있다.
또한, 자화 역전 시에 오버슈트 전류(overshoot current)가 주자극 코일을 통해서 흐를 수 있을 것이다. 오버슈트 전류는 자화 역전 시간이 감소되는 것을 가능하게 한다. 이것은 오버슈트 전류가 자계 및 주자극(61)에서 스핀 토크 발진기(10)로의 토크를 증가시키는 이유이다. 오버슈트 전류의 크기, 상승 시간, 유지 시간 및 하강 시간은 기록의 비트 에러 코드가 최적화되도록 조절될 수 있을 것이다.
또한, 발진층(10a)의 발진 상태를 초기에 역전시키기 위하여, 자화 역전 싱에 구동 전류 상에 전류 펄스가 중첩될 수 있을 것이다. 바이어스층(20) 및 스핀 주입층(30)의 자화 역전에 대응하는 자화 역전 시에 발진층(10a)의 발진 방향 또한 역전된다. 구동 전류 상에 펄스 전류를 중첩시키는 것은 펄스 전류에 의해서 발진층(10a)으로의 스핀 토크를 증가시킨다. 결과적으로, 발진층(10a)의 발진 방향이 바이어스층(20) 및 스핀 주입층(30)의 자화 역전에 대한 빠른 반응으로 역전될 수 있다. 펄스 전류의 세기, 상승 시간, 유지 시간, 하강 시간 및 자화 역전에 대한 펄스 개시 타이밍의 지연은 기록의 중첩 및 비트 에러 레이트가 최적화되도록 조절될 수 있을 것이다.
전술한 본 실시예에 따른 자기 기록 헤드(5)에는 스핀 주입층(30)에 인접하 는 제2 바이어스층(91)과 바이어스층(20)에 인접하는 제3 바이어스층(92)이 제공된다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 스핀 주입층(30)에 인접하는 제2 바이어스층(91)과 바이어스층(20)에 인접하는 제3 바이어스층 중 하나가 제공될 수 있을 것이다. 이것은 자화 역전 시간을 감소시키고, 안정적인 자기 기록을 가능하게 한다.
(제7 실시예)
다음으로, 본 발명의 제7 실시예가 기술될 것이다.
도 21은 본 발명의 제7 실시예에 따른 자기 기록 헤드(5)의 개략적인 구성을 도시하는 투시도이다.
도 21에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제7 실시예에 따른 자기 기록 헤드(5)에는 주자극(61)의 후미부 측 상에 위치하는 실드가 제공되며, 스핀 토크 발진기(10)의 적층체가 주자극(61)과 실드(62) 사이에 제공된다. 주자극(61)에서 실드(62)로의 방향은 스핀 토크 발진기(10)의 적층 방향(층의 두께 방향)에 실질적으로 평행하다. 스핀 주입층(30) 및 발진층(10a)은 적층 반항에 실질적으로 평행하게, 즉 주자극(61)에서 실드(62)로의 방향, 또는 그 반대 방향으로 자화된다.
스핀 주입층(30)에 인접하는 제2 바이어스층(제6 자기층)이 제공된다. 제2 바이어스층(91)은 주자극(61)에서 실드(62)로의 적층 방향에 실질적으로 평행하거나, 적층 방향에 약간 기울어져 수직하는 반대 방향으로 자화된다.
스핀 토크 발진기(10)의 발진층(10a)은, 예를 들면 30Å의 막 두께를 가지는 FeCo와 90Å의 두께를 가지는 CoFeB의 적층체로 이루어질 수 있다. 중간층(22)은, 예를 들면 30Å의 막 두께를 가지는 Cu로 이루어질 수 있다. 스핀 주입층(30)은, 예를 들면 200Å의 막 두께를 가지는 CoPt로 이루어질 수 있다.
또한, 스핀 주입층(30)에 인접하는 제2 바이어스층(91)은 100Å의 막 두께를 가지는 CoIr로 이루어질 수 있다.
또한, 30Å의 막 두께를 가지는 Ta, 30Å의 막 두께를 가지는 Ru 및 30Å의 막 두께를 가지는 Cu의 적층 구조체(25)가 발진층(10A)과 주자극(61) 사이에 제공된다. 적층 구조체(25)와 주자극(61)은 발진층(10A) 측 상의 전극(42)의 역할을 하며, 실드(62)는 스핀 주입층(30) 측 상의 전극(41)의 역할을 한다. 주자극(61)과 실드의 백갭부는 서로 전기적으로 절연된다. 적층 구조체(25)는 주자극(61)과 발진층(10A) 사이의 거리가 조절되고, 기록 자계가 매체 상의 무선 주파수 자계에 효과덕으로 중첩될 수 있도록 한다. 발진층(10A) 및 스핀 주입층(30)의 막 두께에 따라 금속체가 스핀 주입층(30)과 실드 사이에 삽입될 수 있을 것이다.
발진층(10A)과 중간층(22)이 제1 실시예에 기술된 물질 및 구조에 기반할 수 있다.
또한, 스핀 주입층(30)은 CoCr 등과 같은 Co기반 강자기 합금(hard magnetic alloy)으로 이루어질 수 있다. 스핀 주입층(30)의 막 두께는 100Å 내지 800Å 사이에서 적절하게 조절될 수 있을 것이다.
추가적으로, 제4 실시예에서 기술된 첨가 원소가 스핀 주입층(30)에 첨가될 수 있을 것이다.
또한, 제2 바이어스층(91)은 제1 실시예에서 기술된 하이 Bs 소프트 자기 물 질 및 음의 단축 결정 이방성을 가지는 재료 및 그 적층 구조에 기반할 수 있다.
이때에, 본 실시예에 따른 자기 기록 헤드(5)의 스핀 토크 발진기(10)의 자화 역전 시간은 0.35ns로, 빠른 역전임을 발견하였다. 그 이유가 설명될 것이다. 제6 실시예에서 기술한 바와 같이, 고속 자화 역전에는 제2 바이어스층(91)이 종향방으로 자화되는 것이 필수적이다. 결정 이방성 및 형태 이방성을 고려하는 종방향에서의 효고적인 이방성 자계는 통상적으로 다음과 같이 표현될 수 있으며, 이 값이 클수록 종방향 자화가 용이해진다.
Figure 112008060064323-PAT00003
여기서, Hk는 종방향에서의 제2 바이어스층(91)의 결정 이방성 자계이며, Bs는 제2 바이어스층(91)의 포화 자속 밀도(즉, Ms로서 제2 바이어스층(91)의 포화된 자화를 취하는 4nMs)이며, Ndperpendicular는 수직 방향에서의 제2 바이어스층(91)의 반자계 계수이며, Ndlongitudinal은 종방향에서의 제2 바이어스층(91)의 자계 계수이다.
Ndperpendicular - Ndlongitudinal은 통상적으로 0.5 이상이다. 제2 바이어스층(91)에 이용되는 CoIr의 포화된 자화는 1000emu/cc이므로, Bs(Ndperpendicular - Ndlongitudinal)=6.3kOe가 획득된다. 제2 바이어스층(91)의 CoIr의 결정 이방성 자계가 수직 방향에서 -10kOe이므로, 이 수학식에서 종방향 이방성 자계는 유효하게 Hk=+10kOe로 간주될 수 있다. 결과적으로, 제1 바이어스층(91)의 유효 이방성 자 계는 매우 높으며, Hkeffective=16.3kOe이며, 이것은 종방향으로 자화되기 용이함을 나타낸다. 결과적으로, 자화 역전 시간의 속도 향상이 가능하게 된다.
유효 이방성 자계가 커지는 이유는 CoIr의 결정 이방성 자계가 10kOe로 (Ndperpendicular - Ndlongitudinal)와 비교할 때에 매우 크기 때문이다. 전술한 바와 같이, 결정 이방성 자계가 Bs(Ndperpendicular - Ndlongitudinal)이상인 때에, 결정 이방성 자계는 매우 커져서, 제2 바이어스층(91)이 종방향으로 용이하게 자화될 수 있도록 하고, 자화 역전 시간이 단축되 수 있도록 한다. 결과적으로, 이것은 더 높은 전달 레이트(transfer rate)를 가지는 자기 기록 장치의 응용을 가능하게 한다.
전술한 본 실시예에 따른 가지 기록 헤드는 스핀 주입층(30)에 인접하는 제2 바이어스층(91)을 제공하는 일 예를 기술하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 바이어스층(20) 및 바이어스층(20)에 인접하는 제3 바이어스층(92)이 제공될 수 있을 것이다. 결과적으로, 전술한 제2 바이어스층(91)과 동일한 메커니즘이 자화 역전 시간의 속도 개선을 가능하게 한다.
(제8 실시예)
다음으로, 본 발명의 제8 실시예가 기술될 것이다.
도 22는 본 발명의 제8 실시예에 따른 자기 기록 헤드(5)의 개략적인 구성을 도시하는 투시도이다.
도 22에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5 실시예에 따른 자기 기록 헤드(5)에는 주자극(61)의 후미부 측 상에 배치되는 실드(62)가 제공되며, 스핀 토크 발진 기(10)가 주자극(61)과 실드(62) 사이에 제공된다. 주자극(61)에서 실드(62)로의 방향은 스핀 토크 발진기(10)의 적층 방향(층의 두께 방향)에 실질적으로 수직이다. 스핀 주입층(30) 및 발진층(10a)은 적층 방향에 실질적으로 수직하게, 즉 주자극(61)에서 실드(62)로의 방향 또는 그 반대 방향으로 자화된다.
현재 방향에 대한 수직 방향에서의 스핀 토크 발진기(10)는, 예를 들면 300Å×500Å의 직사각형이다. 발진층(10a)은, 예를 들면 60Å의 막 두께를 가지는 FeCo와 90Å의 막 두께를 가지는 CoFeB의 적층체에 기반할 수 있다. 중간층(22)은, 예를 들면 30Å의 막 두께를 가지는 Cu로 이루어질 수 있다. 스핀 주입층은, 예를 들면 300Å의 막 두께를 가지는 CoIr 합금으로 이루어질 수 있다. 제2 바이어스층(91)은 50Å의 막 두께를 가지는 CoPt로 이루어질 수 있다.
발진층(10a) 및 중간층(22)은 제1 실시예에서 기술된 재료 및 적층 구조에 기반할 수 있다.
스핀 주입층(30)을 단일 자기 영역으로, 또는 기록 갭 내에 설정하기 위해서, 스핀 주입층(3)의 막 두께는 100Å와 800Å 사이에 적절하게 조절될 수 있을 것이다.
제4 실시예에서 기술된 첨가 원소가 스핀 주입층(30)에 첨가될 수 있을 것이다.
제2 바이어스층(91)은 CoCr 합금 등과 같은 Co기반 강자기 합금으로 이루어질 수 있을 것이다.
또한, 스핀 주입층(30) 및 제2 바이어스층(91)은 직접 적층되지 않을 수 있 을 것이다. 이들 층들 간의 교환 결합력은 비자기층을 삽입함으로써 조절될 수 있을 것이다.
본 실시예에 따른 자기 기록 헤드(5)의 스핀 주입층(30)의 자화 역전 시간은 바이어스층(91)을 삽입함으로써 0.25ns가 되어, 자화 역전 속도를 개선하는 것이 가능하게 된다. 이것은 제2 바이어스층(91)이 수직으로 자화되는 이유이며, 이러한 자화는 정적 자기 결합 및 교환 결합을 통해서 스핀 주입층(30)의 자화에 대한 수직 방향에서의 토크를 야기한다.
수직으로 자화되는 제2 바이어스층(91)의 조건은 다음 수학식 4와 같다.
Figure 112008060064323-PAT00004
여기서, Hk는 종방향에서의 제2 바이어스층(91)의 결정 이방성 자계이며, Bs는 제2 바이어스층(91)의 포화 자속 밀도(Ms로서 제2 바이어스층(91)의 포화된 자화를 취하는 4nMs)이며, Ndperpendicular는 수직 방향에서의 제2 바이어스층(91)의 반자계 계수이며, Ndlongitudinal은 종방향에서의 제2 바이어스층(91)의 자계 계수이다. Ndperpendicular-Ndlongitudinal은 통상적으로 0.5 이상이므로, 결정 이방성 가 포화 자속 밀도(Bs=4nMs)의 5배 이상이 되어 제2 바이어스층(91)이 수직으로 자화될 필요가 있다. 이와 같은 조건의 만족은 자화 역전 시간의 속도 향상 및 더 높은 전달 레이트에서의 이용을 가능하게 한다.
전술한 본 발명에 따른 자기 기록 헤드(5)는 스핀 주입층(30)에 인접하는 제 2 바이어스층(91)을 제공하는 일 예이지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 바이어스층(20) 및 바이어스층(20)에 인접하는 제3 바이어스층(92)이 제공될 수 있을 것이다. 결과적으로, 전술한 제2 바이어스층(91)의 특성에 대한 설명은 제3 바이어스층(92)의 특성에도 적용될 수 있다.
(제9 실시예)
다음으로, 본 발명의 제9 실시예가 기술될 것이다.
도 23은 본 발명의 제9 실시예에 따른 가기 기록 헤드(5)의 개략적인 구성을 도시하는 투시도이다.
도 23에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 자기 기록 헤드(5)는 스핀 토크 발진기(10)의 구조에서 도 15에 도시된 자기 기록 헤드와는 상이하다. 즉, 제2 바이어스층(91) 및 제3 바이어스층(92)의 역할을 하는 유사한 층들은 각각 스핀 주입층(30) 과 바이어스층(20)에 적층된 구조를 가진다.
보다 구체적으로, 스핀 주입층(30)은 제8 자기층(자기층(96) 및 자기층(98)) 및 제8 자기층 상에 적층된 제9 자기층(자기층(94))을 가진다. 제9 자기층(자기층(97))은 제8 자기층(자기층(96) 및 자기층(98))보다 더 높은 자속 밀도를 가진다.
또한, 바이어스층(20)은 제10 자기층(자기층(93) 및 자기층(95)) 및 제10자기층 상에 적층된 제8 자기층(자기층(94))을 가진다. 제11 자기층(자기층(94))은 제10 자기층(자기층(93) 및 자기층(95))보다 더 큰 포화 자속 밀도를 가진다.
보다 구체적으로, 제9 자기층은 전술한 제2 바이어스층(91)의 역할을 하며, 제11 자기층은 전술한 제3 자기층(92)의 역할을 한다. 결과적으로, 전술한 제2 바이어스층(91) 및 제3 바이어스층(92)과 동일한 효과는 자화 역전 시간의 속도 향상과 더 높은 전달 레이트에서의 이용을 가능하게 한다.
도 23에 도시된 자기 기록 헤드(5)는 스핀 주입층(30) 및 바이어스층(20)이 제8 자기층과 제9 자기층과 제11 자기층의 적층 구조를 가지는 일 예이지만, 스핀 주입층(30) 및 바이어스층(20) 중 어느 하나는 제8 자기층과 제9 자기층의 적층 구조 또는 제10 자기층과 제11 자기층의 적층 구조를 가질 수 있을 것이다.
도 23에 도시된 자기 기록 헤드(5)는 2개의 제8 자기층(자기층(96, 98))에 의해서 개재되는 제9 자기층(자기층(97))의 구조를 가지는 스핀 주입층(30)을 가지지만, 제8 자기층은 단일층이고, 제9 자기층이 단일의 제8 자기층 상에 적층될 수 있을 것이다. 유사하게, 제10 자기층은 단일 층이고, 제11 자기층이 제 10 자기층 사이에 적층될 수 있을 것이다.
또한, 스핀 주입층(30) 및 바이어스층(20) 중 어느 하나에 제8 자기층과 제9 자기층의 적층 구조 또는 본 실시예에서 기술된 제10 자기층과 제11 자기층의 적층 구조가 제공될 수 있을 것이며, 동시에 제6 실시예에서 기술한 제2 바이어스층(91) 및 제3 바이어스층(92) 중 어느 하나가 제공될 수 있을 것이다.
또한, 본 실시예에서 기술된 제8, 제9, 제10 및 제11 자기층을 가지는 구조와, 제2, 제3 바이어스 층을 가지는 구조와, 제4, 제5 실시예에서 기술된 물질이 동시에 이용될 수 있을 것이다.
(제10 실시예)
다음으로, 본 발명의 일 실시에에 따른 자기 기록 장치가 기술된다. 보다 구체적으로, 도 1-4, 6-7 및 10-23을 참조하여 기술된 본 발명의 자기 기록 헤드가 집적된 기록-재생 자기 헤드 어셈블리에 포함되어 있으며, 이것은 자기 기록/재생 장치에 설치될 수 있다.
도 24는 그러한 자기 기록/재생 장치의 개략적인 구성을 도시하는 원리적인 투시도이다.
보다 구체적으로, 본 발명의 자기 기록/재생 장치(150)는 회전 액츄에이터에 기반한다. 본 도면에서, 기록 매체 디스크(매체 디스크)(180)가 스핀들(152) 상에 탑재되며, 도시되지 않은 구동 제어기로부터의 제어 신호에 응답하여 도시되지 않은 모터에 의해서 화살표 A 방향으로 회전된다. 본 발명의 자기 기록/재생 장치(150)는 복수의 매체 디스크(180)를 포함할 수 있을 것이다.
매체 디스크(180) 상에 저장된 정보를 기록/재생하기 위한 헤더 슬라이더(3)는 도 2를 참조하여 전술한 것과 같은 구성을 가지며, 박막 서스펜션(154)의 팁(tip)에 부착된다. 여기서 전술한 실시예 중 어느 하나에 다른 자기 기록 헤드가 헤드 슬라이더(3)의 팁 근방에 예시적으로 설치된다.
매체 디스크(180)가 회전하는 때에, 헤드 슬라이더(3)의 ABS(100)는 매체 디스크(180)의 표면으로부터 규정된 플로팅(floating) 양으로 유지된다. 이와 달리, 슬라이더가 매체 디스크(180)와 접촉하는, 소위 "컨택트-트레블링 타입(contact-traveling type)"의 슬라이더를 이용하는 것 또한 가능하다.
서스펜션(154)은 도시되지 않은 구동 코일을 유지하기 위한 보빈(bobbin)을 포함하는 액츄에이터 암(155)의 일 단에 접속될 수 있다. 일종의 선형 모터인 음성 코일 모터(156)가 액츄네이터 암(155)의 다른 단부에 제공될 수 있다. 음성 코일 모터(156)는 도시되지 않은, 액추에이터 암(155)의 보빈의 주위에 감겨진 구동 코일과, 영구 자석 및 사이에 코일을 개재시키도록 위치하는 대향 요크을 포함하는 자기 회로로 구성된다.
액츄에이터 암(155)은 스핀들 위, 아래의 2개의 위치에 제공되는 도시되지 않은 볼 베어링에 의해서 유지되며, 음성 코일 모터(156)에 의해서 미끄러질 수 있도록 회전된다.
도 25는 디스크측에서 보았을 때에 액츄에이터 암(155) 앞의 자기 헤드 어셈블리(160)의 확대 투시도이다. 보다 구체적으로, 자기 헤드 어셈블리(160)는 예시적으로 구동 코일을 유지하기 위한 보빈을 포함하는 액츄에이터 암(155)을 가지며, 서스펜션(154)이 액츄에이터 암(155)의 일 단부에 접속된다.
서스펜션(154)의 팁에는 도 1-4, 6-23을 참조하여 전술한 자기 기록 헤드(5) 중 어느 하나를 포함하는 헤드 슬라이더(3)가 부착된다. 서스펜션(154)은 신호를 기록하고 판독하기 위한 리드(lead)(155)를 가진다. 리드(164)는 헤드 슬라이더(3)에 포함된 자기 헤드의 각 전극에 전기적으로 접속된다. 도면에서, 참조 부호 165는 자기 헤드 어셈블리(160)의 전극 패드를 나타낸다.
본 발명에 따르면, 도 1-4, 6-23를 참조하여 전술한 자기 기록 헤드를 이용함으로써, 수직 자기 기록 매체 디스크(180) 상에 기존보다 더 높은 기록 밀도를 가지고서 정보를 신뢰성있게 기록하는 것이 가능하다. 여기서, 효과적인 극초단파 자기 기록을 위하여, 바람직하게, 이용될 매체 디스크(180)의 공진 주파수는 스핀 토크 발진기(10)의 발진 주파수와 거의 동일하다.
도 26은 본 실시예에 이용될 수 있는 자기 기록 매체를 도시하는 개략도이다.
보다 구체적으로, 본 실시예의 자기 기록 매체(1)는 비자기 재료(또는 공기)(87)에 의해서 서로 분리되는, 수직으로 배향된, 다입자 자기 이산 트랙(기록 트랙)(86)을 포함한다.이러한 매체(1)가 스핀들 모터(4)에 의해서 회전되고, 매체 이동 방향(85)을 향하여 이동하는 때에, 기록 자화(84)는 도 1-4, 6-23을 참조하여 전술된 자기 기록 헤드(5)에 의해서 생성될 수 있다.
기록 트랙의 폭 방향에서 스핀 토크 발진기(10)의 폭(TS)을 기록 트랙(86)의 폭(TW) 이상으로, 그리고, 기록 트랜 피치(TP) 이하로 설정함으로써, 스핀 토크 발진기(10)의 누설된 고주파수 자계에 기인하는 인접하는 기록 트랙의 보자력의 감소를 상당히 방지하는 것이 가능하다. 따라서, 본 예의 자기 기록 매체(1)에서, 기록될 기록 트랙(86)만이 극초단파 자기 기록을 효과적으로 거친다.
본 실시예에 따르면, 좁은 트랙, 즉 높은 트랙 밀도를 가지는 극초단파 자기 기록 장치가 소위 "블랭킷 필름(blanket file)"으로 불리는 다입자 수직 매체를 이용하는 경우보다 더 용이하게 구현된다. 또한, 극초단파 자기 기록 체계 및 기존의 자기 기록 헤드에 의해서는 기록될 수 없는 FePt 또는 SmCo와 같은 높은 자기 이방성 에너지(Ku)를 가지는 자기 매체 재료를 이용함으로써, 자기 매체 입자는 나노미터까지 더 다운스케일링(downscaling)될 수 있다. 따라서, 기록 트랙 방향(비 트 방향)에 있어서도 통상적인 경우보다 더 높은 선형 기록 밀도를 가지는 자기 기록 장치를 구현하는 것이 가능하다.
도 27은 본 실시예가 이용될 수 있는 다른 자기 기록 매체를 도시하는 개략도이다.
보다 구체적으로, 본 예의 자기 기록 매체(1)는 비자기 물질(87)에 의해서 서로 분리된 자기 이산 비트(88)를 포함한다. 이러한 매체가 스핀들 모터(4)에 의해서 회전되고, 매체 이동 방향(85)을 향해서 이동하는 때에, 도 1-4, 6-23을 참조하여 전술한 자기 기록 헤드(5)에 의해서 기록 자화(84)가 생성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 도 17 및 18에 도시된 바와 같이, 기록은 이산 타입의 자기 기록 매체(1)의 높은 보자력을 가지는 기록층 상에서도 신뢰성있게 수행되어, 높은 밀도 및 고속의 자기 기록 매체를 가능하게 한다.
또한, 본 예에서, 기록 트랙의 폭 방향에서의 스핀 토크 발진기(10)의 폭(TS)을 기록 트랙(86)의 폭(TW) 이상으로, 기록 트랙 피치(TP) 이하로 설정함으로써, 스핀 토크 발진기(10)의 누설 고주파수 자계에 기인하는 인접 기록 트랙에서의 보자력의 감소를 상당히 방지하는 것이 가능하다. 따라서, 기록될 기록 트랙(86) 만이 효과적으로 극초단파 자기 기록을 거치게 된다. 이러한 예에 따르면, 자기 이산 비트(88)를 다운스케일링하고, 자기 이방성 에너지(Ku)를 증가시킴으로써, 동작 환경 하의 열적 요동 저항이 유지되면 10 Tbit/inch2 이상의 기록 밀도를 가지는 극초단파 자기 기록 장치를 구현할 수 있게 된다.
본 발명의 실시예들이 예들을 참조하여 기술되었다. 그러나, 본 발명은 전술한 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 1-4, 6-7, 10-27을 참조하여 전술한 2 이상의 예가 기술적으로 가능한 한도에서는 결합될 수 있으며, 그러한 결합은 본 발명의 범위 내에 포함된다.
즉, 본 발명은 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않고서 다양한 변형 형태로 실시될 수 있으며, 그러한 변형은 본 발명의 범위 내에 포함된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 기록 헤드의 개략적인 구성을 나타내는 투시도.
도 2는 자기 기록 헤드가 배치되는 헤드 슬라이더를 나타내는 투시도.
도 3은 자기 기록 헤드에 제공되는 스핀 토크 발진기(10)의 구조를 나타내는 개략적인 도면.
도 4a 내지 도 4d는 도 3에 도시된 스핀 토크 발진기가 제공되는 자기 기록 헤드의 기입 동작을 나타내는 그래프.
도 5a 내지 도 5d는 비교예에 따른 극초단파 자기 헤드의 기입 동작을 나타내는 그래프.
도 6은 일 실시예의 자기 기록 헤드의 동작을 나타내는 개념도.
도 7은 일 실시예의 자기 기록 헤드의 동작을 나타내는 개념도.
도 8은 스핀 토크 발진기에서의 전류 방향과 자기 기록 헤드의 동작 간의 관계를 나타내는 개념도.
도 9는 스핀 토크 발진기에서의 전류 방향과 자기 기록 헤드의 동작 간의 관계를 나타내는 개념도.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기 기록 헤드의 개략적인 구성을 나타내는 투시도.
도 11은 제2 실시예의 자기 기록 헤드의 동작을 나타내는 개념도.
도 12a 내지 도 12d는 도 11에 도시된 스핀 토크 발진기(10)에 의해 제공되 는 자기 기록 헤드의 기입 동작을 나타내는 그래프.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 자기 기록 헤드의 개략적인 구성을 나타내는 투시도.
도 14는 제3 실시예의 자기 기록 헤드의 동작을 나타내는 개념도.
도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 자기 기록 헤드의 개략적인 구성을 나타내는 투시도.
도 16은 자화 역전 시간과 감쇠 상수 간의 관계를 나타내는 그래프.
도 17은 본 발명의 제5 실시예에 따른 자기 기록 헤드의 개략적인 구성을 나타내는 투시도.
도 18은 본 발명의 제5 실시예에 따른 자기 기록 헤드에서의 스핀 토크 특성을 나타내는 개념도.
도 19는 본 발명의 제6 실시예에 따른 자기 기록 헤드의 개략적인 구성을 나타내는 투시도.
도 20은 본 발명의 제6 실시예에 따른 자기 기록 헤드의 특성을 나타내는 그래프.
도 21은 본 발명의 제7 실시예에 따른 자기 기록 헤드의 개략적인 구성을 나타내는 투시도.
도 22는 본 발명의 제8 실시예에 따른 자기 기록 헤드의 개략적인 구성을 나타내는 투시도.
도 23은 본 발명의 제9 실시예에 따른 자기 기록 헤드의 개략적인 구성을 나 타내는 투시도.
도 24는 본 발명의 제10 실시예에 따른 자기 기록/재생 장치의 개략적인 구성을 나타내는 주요 투시도.
도 25는 디스크측으로부터 보았을 때의 액추에이터 아암(155) 전방의 자기 헤드 어셈블리의 확대 투시도.
도 26은 일 실시예에서 이용될 수 있는 자기 기록 매체를 나타내는 개략적인 도면.
도 27은 일 실시예에서 이용될 수 있는 자기 기록 매체를 나타내는 다른 개략적인 도면.

Claims (23)

  1. 주자극(main magnetic pole)과,
    상기 주자극에 의해서 인가된 자계보다 낮은 보자력(coercivity)을 가지는 제1 자기층, 상기 주자극에 의해서 인가된 자계보다 작은 보자력을 가지는 제2 자기층 및 상기 제1 자기층과 상기 제2 자기층 사이에 제공되는 중간층을 포함하는 적층체(laminated body)와,
    상기 적층체를 통해서 전류가 흐르도록 동작가능한 한 쌍의 전극
    을 포함하는 자기 기록 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 자기층, 상기 중간층 및 상기 제2 자기층은 매체 이동 방향(medium moving direction)에 실질적으로 수직하게 적층되는 자기 기록 헤드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 자기층, 상기 중간층 및 상기 제2 자기층은 매체 이동 방향에 실질적으로 평행하게 적층되는 자기 기록 헤드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 자기층의 보자력은 상기 제2 자기층의 보자력보다 더 작으며,
    상기 전류는 상기 제2 자기층에서 상기 한 쌍의 전극을 통해서 상기 제1 자기층으로 흐르는 자기 기록 헤드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 주자극과 상기 적층체 사이에 제공되는 제3 자기층을 더 포함하고,
    상기 제3 자기층은 상기 제1 자기층보다 더 큰 포화 자속 밀도를 가지는 자기 기록 헤드.
  6. 제1항에 있어서,
    실드(shield)를 더 포함하고,
    상기 적층체는 상기 실드와 상기 주자극 사이에 개재되는(sandwitched) 자기 기록 헤드.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 실드와 상기 적층체 사이에 제공되는 제4 자기층을 더 포함하고,
    상기 제4 자기층은 상기 제1 자기층보다 더 큰 포화 자속 밀도를 가지는 자기 기록 헤드.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전극 중 하나와 상기 제1 자기층 사이에 제공되는 제5 자기층을 더 포 함하고,
    상기 제5 자기층은 상기 주자극에 의해서 인가되는 상기 자계보다 더 작은 보자력을 가지는 자기 기록 헤드.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제5 자기층은 Ru, W, Re, Os, Ir, Sm, Eu, Tb, Gd, Dy, Ho, Rh 및 Pd로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 자기 기록 헤드.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 자기층은 Ru, W, Re, Os, Ir, Sm, Eu, Tb, Gd, Dy, Ho, Rh 및 Pd로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 자기 기록 헤드.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전극 중 상기 제2 자기층에 더 가까운 하나의 전극은 Ru, Rh, Pd, Ir 및 Pt로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 자기 기록 헤드.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 전극 중 상기 제5 자기층에 더 가까운 하나의 전극은 Ru, Rh, Pd, Ir 및 Pt로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 자기 기록 헤 드.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 적층체는 상기 제2 자기층에 인접한 제6 자기층을 더 포함하고,
    상기 제2 자기층은 상기 제6 자기층과 상기 전극 중 하나 사이에 제공되며,
    상기 제6 자기층은 상기 제2 자기층보다 더 큰 포화 자속 밀도를 가지는 자기 기록 헤드.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제6 자기층의 자화 용이축은 상기 적층체에 면하는 상기 주자극의 표면의 법선에 실질적으로 수직이며,
    상기 제6 자기층의 결정 이방성 자계의 절대값이 상기 제6 자기층의 포화 자속 밀도의 1/2 이상인 자기 기록 헤드.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 적층체는 상기 제5 자기층에 인접하는 제7 자기층을 더 포함하고,
    상기 제7 자기층과 상기 제1 자기층 사이에 상기 제5 자기층이 제공되고,
    상기 제7 자기층은 상기 제5 자기층보다 더 큰 포화 자속 밀도를 가지는 자기 기록 헤드.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제7 자기층의 자화 용이축은 상기 적층체에 면하는 상기 주자극의 표면의 법선에 실질적으로 수직이고,
    상기 제7 자기층의 결정 이방성 자계의 절대값이 상기 제7 자기층의 포하 자속 밀도의 1/2 이상인 자기 기록 헤드.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제2 자기층은 제8 자기층 및 상기 제8 자기층 상에 적층되는 제9 자기층을 포함하고,
    상기 제9 자기층은 상기 제8 자기층보다 더 큰 포화 자속 밀도를 가지는 자기 기록 헤드.
  18. 제8항에 있어서,
    상기 제5 자기층은 제10 자기층 및 상기 제10 자기층 상에 적층되는 제11 자기층을 포함하고,
    상기 제11 자기층은 상기 제10 자기층보다 더 큰 포화 자속 밀도를 가지는 자기 기록 헤드.
  19. 자기 기록 매체와,
    자기 기록 헤드- 상기 자기 기록 헤드는,
    주자극과,
    상기 주자극에 의해서 인가된 자계보다 낮은 보자력을 가지는 제1 자기층, 상기 주자극에 의해서 인가된 자계보다 작은 보자력을 가지는 제2 자기층 및 상기 제1 자기층과 상기 제2 자기층 사이에 제공되는 중간층을 포함하는 적층체와,
    상기 적층체를 통해서 전류가 흐르도록 동작가능한 한 쌍의 전극을 포함함 -와,
    서로 공간을 두거나, 또는 서로 접촉한 채 대면하는, 상기 자기 기록 매체와 상기 자기 기록 헤드 사이에 상대적인 이동이 가능하도록 구성되는 이동 메커니즘(moving mechanism)과,
    상기 자기 기록 헤드를 상기 자기 기록 매체의 규정된 기록 위치에 배치하도록 구성되는 제어기와,
    상기 자기 기록 헤드를 이용하여 상기 자기 기록 매체 상의 신호의 기록 및 판독을 수행하도록 구성되는 신호 처리 유닛
    을 포함하는 자기 기록 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 적층체는 상기 주자극의 후미측(trailing side) 상에 제공되는 자기 기록 장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 적층체는 상기 주자극의 선단측(leading side) 상에 제공되는 자기 기록 장치.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 자기 기록 매체는 인접하는 기록 트랙이 비자기 부재(nonmagnetic member)를 통해서 형성되는 이산 트랙 매체(discrete track medium)인 자기 기록 장치.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 자기 기록 매체는 비자기 부재에 의해서 격리되는 자기 기록 도트(dot)가 규칙적으로 배열되는 이산 비트 매체(discrete bit medium)인 자기 기록 장치.
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