JP4247107B2 - 磁気ヘッド及びそれを搭載した磁気記録再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、垂直記録用磁気ヘッド及びそれを搭載した磁気記録再生装置に関するものである。

磁気ディスク装置では、記録媒体上のデータは磁気ヘッドによって読み書きされる。磁気ディスクの単位面積当たりの記録容量を多くするためには、面記録密度を高密度化する必要がある。しかしながら、現状の面内記録方式では、記録されるビット長が小さくなると、媒体の磁化の熱揺らぎのために面記録密度があげられない問題がある。この問題を解決できる方法として、媒体に垂直な方向に磁化信号を記録する垂直記録方式がある。

垂直記録方式には、記録媒体として軟磁性の裏打層を備えた二層垂直媒体を用いる方式と、裏打層を有さない単層垂直媒体を用いる方式の２種類があり、記録媒体として二層垂直媒体を用いる場合には、主磁極と補助磁極とを備えたいわゆる単磁極ヘッドを用いて記録を行う必要がある。この場合、より強い磁界を媒体に印加することができる。

特開２００１−１７６０３１号公報

本発明は、主磁極と補助磁極とを有する垂直磁気記録用記録ヘッドと、磁気記録層と軟磁性裏打ち層とを有する二層垂直磁気記録媒体を用いる垂直磁気記録系に関するものである。従来構造の垂直磁気記録用記録ヘッドは、図１４に示すように、ヘッドの走行方向側（リーディング側）から、下部シールド８、再生素子７、上部シールド９、補助磁極３、薄膜コイル２、主磁極１の順に積層されている。この構造の場合、再生素子と主磁極の間に補助磁極と薄膜コイルが存在するため、その記録再生間隔が大きくなりフォーマット効率が劣化するという欠点がある。そのため、図１５に示すように補助磁極３を主磁極１のトレーリング側に配置する構造が適用されようとされている。この構造にすることにより、記録再生間隔を小さくできる。

また、記録するヘッド磁界の強度と共に記録ビットセルの境界を記録するヘッド磁界垂直成分プロファイルにおける磁界勾配、すなわちヘッド走行方向のヘッド磁界垂直成分プロファイルの磁界勾配も高い記録密度を実現するための重要な要素である。今後、さらに高い記録密度を達成するためにはさらに磁界勾配を増大させなければならない。記録磁界勾配を向上させるために主磁極のトレーリング側にシールドとなる磁性体３２を配置させる構造がある。この構造の場合にも、閉磁路を形成するには補助磁極を図１５のようにトレーリング側に配置することが望ましい。

しかし、図１５の構造の場合、再生素子に印加される磁界が図１４に示した従来構造の場合と比較して大きくなる。発明者らが３次元磁界計算により計算したところ、図１４に示す従来構造の場合、１．１８×１０^４［A/m］であるのに対して、図１５に示す構造の場合、５．８９×１０^４［A/m］となる。この磁界の増大は、再生特性の劣化あるいは再生素子の破壊をもたらし、磁気ディスク装置の高密度化の障害となる。

そこで、本発明は、フォーマット効率の向上を図りながら再生素子に印加される磁界を増加させないヘッド構造を提供し、それによって高密度の磁気ディスク装置を提供するものである。

本発明による磁気ヘッドは、主磁極及び補助磁極を備える記録ヘッドと、一対の再生シールド及びその間に設けられた再生素子を備える再生ヘッドとを含む磁気ヘッドにおいて、再生シールドの浮上面からの素子高さ方向の長さを主磁極の浮上面からバックコンタクト位置（主磁極と補助磁極を接合する領域のうち浮上面から最も遠い位置）までの長さより短くする。あるいは、再生シールドの浮上面からの素子高さ方向の長さを主磁極の長さより短くする。主磁極は補助磁極よりも一対の再生シールドに近い位置に配置するのが好ましい。この方法により、再生素子に印加される磁界強度を減少できる。しかし、再生シールドの機能を果たすためには、再生シールドの浮上面からの素子高さ方向の長さは、少なくとも再生素子の浮上面からの長さの２倍以上は必要である。

本発明の発明者らは、計算機シミュレーションにより３次元磁界計算を行い、二つの再生シールドのうち浮上面からの長さの長いものを、浮上面からバックコンタクト位置までの長さより短くすることにより、再生素子に印加される磁界を減少できることを見出した。このような形状の垂直記録用ヘッドを用いることにより、記録素子位置と再生素子位置を近づけフォーマット効率を向上でき、従来よりも記録密度の向上した磁気ディスク装置を提供できる。再生シールドの長さを小さくする技術は特許文献１に開示されているが、これは、一つの再生シールドを小さくするものであり、軟磁性裏打ち層を有する二層垂直媒体を用いた場合には、裏打ち層を通る磁束が存在するため本発明の効果は得られない。

また、再生シールドの素子高さ方向の長さを短くする方法に代えて、再生シールドの比透磁率を１００以下とすることによっても同様の効果が得られる。更に、再生素子を挟む一対の再生シールドを、それぞれ素子高さ方向に接続された透磁率の異なる第１の材料層と第２の材料層から構成し、浮上面に近い方の第１の材料層の透磁率が浮上面から遠い方の第２の材料層の透磁率より大きく設定し、第１の材料層の浮上面からの素子高さ方向の長さを主磁極の長さより短く、好ましくは主磁極の浮上面からバックコンタクト位置までの長さより短くしてもよい。

本発明によると、再生素子に印加される磁界を減少でき、再生素子の劣化、破壊をもたらすことなく、フォーマット効率を向上可能な垂直磁気記録用ヘッド及びそれを搭載した高密度の磁気記録再生装置を提供できる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明による磁気ディスク装置の概念図である。磁気ディスク装置は、モータ２４によって回転する磁気ディスク１１上の所定位置に、サスペンションアーム１２の先端に固定されたスライダー１３に搭載された磁気ヘッドによって磁化信号の記録再生を行う。ロータリアクチュエータ１５を駆動することにより、磁気ヘッドの磁気ディスク半径方向の位置（トラック）を選択することができる。磁気ヘッドへの記録信号及び磁気ヘッドからの読み出し信号は信号処理回路３５ａ，３５ｂにて処理される。

図２は本発明による垂直磁気ヘッドの一例を示す模式図であり、図２（ａ）は断面模式図、図２（ｂ）は浮上面側からみた模式図である。この磁気ヘッドは、主磁極１と補助磁極３とを備えた記録ヘッドと、再生素子７を備えた再生ヘッドを有する記録再生複合ヘッドである。主磁極１と補助磁極３とは浮上面から離れた位置でピラー１７によって磁気的に接続され、主磁極１、補助磁極３、ピラー１７によって構成される磁気回路に薄膜コイル２が鎖交している。巨大磁気抵抗効果素子（GMR）やトンネル磁気抵抗効果型素子（TMR）などからなる再生素子７は、リーディング側の下部シールド８とトレーリング側の上部シールド９からなる一対の磁気シールド（再生シールド）間に配置されている。主磁極１は補助磁極３のリーディング側に配置されている。また、主磁極１のトレーリング側には磁界勾配を増加させるために磁性体３２を配置している。

主磁極１を補助磁極３のリーディング側に配置すると、前述したように再生素子７に印加される磁界が大きくなる。そこで、本発明では、再生素子７を磁気シールドするための磁性体である上部シールド９と下部シールド８のうち浮上面からの長さの長い方の長さLsを主磁極１の長さより短くする。好ましくは、上部シールド９と下部シールド８の長さを、浮上面から主磁極１と補助磁極３を接合する部分までの距離より短くする。換言すると、上部シールド９と下部シールド８の長さを、浮上面から主磁極１のバックコンタクト位置P_BKまでの長さL_BKより短くする。本明細書では、図２に図示するように、主磁極と補助磁極を接合する領域のうち浮上面から最も遠い位置をバックコンタクト位置P_BKという。図３は本発明のヘッドを再生素子のシールド側からみた平面図である。図示するように、再生ヘッドの下部シールド８及び上部シールド９の長さLsは、記録ヘッドの主磁極１の長さL_MPより短く、図示の例では浮上面から主磁極１のバックコンタクト位置P_BKまでの長さL_BKより短い。

図４に、垂直記録用磁気ヘッド１４と磁気ディスク１１との関係及び垂直記録の概略を示す。主磁極１から出た磁界は磁気ディスク媒体１１の記録層１９、軟磁性裏打ち層２０を通り、補助磁極３に入る磁気回路を形成し、記録層１９に磁化パターンを記録する。記録層１９と軟磁性裏打ち層２０の間には中間層が形成されている場合もある。

図５は、図２に示すように記録ヘッドの主磁極１を再生ヘッド側に配置した構造の磁気ヘッドに関して、再生素子の位置に印加される磁界と再生ヘッドの磁気シールドの浮上面からの長さLsとの関係を示す図である。この３次元磁界計算においては、ヘッドの主磁極の先端部分の飽和磁束密度を２．４[Ｔ]、幾何学的幅を１２０[ｎｍ]、膜厚を１５０［ｎｍ］と仮定した。また、主磁極の先端部分の後方部分は、飽和磁束密度を１．０[Ｔ]、膜厚を２［μｍ］と仮定した。浮上面からバックコンタクト位置までの長さL_BKは１５μｍとした。補助磁極３と再生シールドの材料としては、飽和磁束密度が１．０[Ｔ]の材料を想定し、再生シールド８，９の厚さは１．３μｍとした。主磁極と再生素子の間隔は４．３μｍとした。再生素子位置に印加される磁界強度は、再生シールド長さLsが３０μｍのときを１００とした比率で示した。

図５から分かるように、再生シールド８，９の浮上面からの長さLsが、浮上面から主磁極のバックコンタクト位置P_BKまでの長さL_BKより短くなると、再生素子位置に印加される磁界が急激に減少する。バックコンタクト位置は補助磁極と主磁極を接合するピラー３６から主磁極の順に体積が減少し磁束が絞り込まれる。このためバックコンタクト位置近傍には漏洩磁束が多くなる。したがって、再生シールドの素子高さ方向の長さが長い場合、この磁束が再生シールドに流れ、さらに軟磁性裏打ち層へと流れる磁束が多くなる。一方、再生シールドの素子高さ方向の長さが短い場合、バックコンタクト付近の漏洩磁束が流れ込む量が減少するため、再生素子位置に印加される磁界が減少する。また、アスペクト比が変化することによる形状効果により反磁界が大きくなる効果もある。再生シールドの長さLsがバックコンタクト位置までの長さL_BKの３分の１になった場合、この条件では、再生素子に印加される磁界を従来構造の半分以下に低減できる。両方の上下シールドを共に短くしないとこのような効果が得らない。片方の再生シールドだけを短くしても、再生素子の位置に印加される磁界の差は非常に小さい事を本発明者らは見出している。

記録ヘッドの主磁極を再生ヘッド側に配置し、主磁極を再生ヘッドに近づけてフォーマット効率の向上を図ろうとすると、再生素子に印加される磁界を低減する措置を講ずる必要がある。図５に示した結果から、再生素子に印加される磁界を低減するには、再生シールドの浮上面からの高さを、主磁極のバックコンタクト位置以下とする方法が有効であることが分かる。

また、図１６に示すようにピラー３６がない構造でも、主磁極に補助磁極からの磁束が流れる途中で、主磁極の端部から磁束が漏洩する。したがって、この端部からの漏洩磁束の再生シールドへの流入量を低減させるために、再生シールドの素子高さ方向の長さLsは主磁極の再生素子高さ方向の長さL_MPより短いことが望ましい。

なお、再生素子をシールドするという再生シールド本来の機能を考えると、再生シールドの素子高さ方向の長さLsは再生素子の浮上面からの長さ、いわゆる再生素子高さの少なくとも２倍あることが望ましい。

図６は、再生素子と記録素子の間隔L_RW（図２参照）を変化させた場合に再生素子に印加される磁界強度を示したものである。図には従来構造のものと本発明のものを示している。従来構造とは図１５に示す構造において、再生シールド長さがバックコンタクト位置より長いヘッドである。３次元磁界計算において、従来構造の再生シールド長さLsは３０μｍとした。本発明の構造は図２に示す構造であり、再生シールド長さLsを５μｍとした、シールド長さがバックコンタクト位置より短いヘッドである。再生シールドの厚さは両方の構造とも等しく１．３μｍとした。他の条件は図５の計算のときと同じである。図６から分かるように、どのL_RWにおいても、従来構造より本発明の構造の方が再生素子位置に印加される磁界が半分に低下できている。

実際にヘッドを作製したところ、従来構造のヘッドはL_RWが１１μｍでは再生素子の変動（劣化）は起こらなかったが、L_RWが４μｍの場合には再生出力の変動が大きくなり、再生素子として機能しなくなった。本発明の構造ではL_RWを４μｍにしても、従来構造のL_RWが１１μｍの場合と再生素子位置に印加される磁界が同等で再生素子の劣化は見られず、本発明ではL_RWを小さくすることができる。また、L_RWが４μｍの場合の記録磁界強度は従来構造では９．２×１０^５［Ａ／ｍ］であったのに対し、本発明の構造では１．０×１０^６［Ａ／ｍ］と大きく、高密度化に適している。

また、磁気ディスク装置内の浮遊磁界を吸収した磁極からの漏洩磁界により記録情報が消去されてしまう浮遊磁界耐性問題がある。主磁極の周りに配置される磁気ヘッドを構成する磁性体の体積が大きいほど、磁束がその磁性体に吸収され、浮遊磁界耐性が向上する。そこで、シールドとなる磁性体の体積を減少させるのを抑えるために、図７に示すように、主磁極と叉交する部分のみ高さを減少させてもよい。主磁極と叉交する部分のみ高さを減少させることにより、浮遊磁界耐性を大きく劣化させずに、再生素子位置に印加される磁界を低減できる。

また、再生シールドの長さを短くする方法ではなく、シールド材料の比透磁率を下げることによっても再生素子位置に印加される磁界を低減することができる。再生シールドの長さがバックコンタクト位置より長い図１５に示した従来構造のヘッドにおいて、再生シールドの比透磁率を変化させたとき、再生素子位置に印加される磁界を計算した結果を図８に示す。縦軸は、再生シールド比透磁率が１０００の場合に対する割合を示している。図から分かるように、シールド材料の比透磁率を１００以下にすると再生素子位置に印加される磁界が低下しはじめる。１００以上であると、ヘッドからの漏洩磁束等を再生シールドが吸い込み、再生素子位置に印加される磁界に大きな磁界が印加されてしまう。シールド材料の比透磁率が１００以下になるとヘッドからの漏洩磁束等を再生シールドが吸い込む量が減少し、再生素子位置に印加される磁界が低下する。

ただし、比透磁率が低くなると媒体からの漏洩磁界から再生素子をシールドするという再生シールド本来の機能が劣化する。したがって、図９に示すように、浮上面に近い部分の再生シールドの比透磁率を大きくして、浮上面から遠い部分の比透磁率を小さくするのがより望ましい。浮上面に近い部分の比透磁率は１００程度、浮上面から遠い部分の比透磁率は１０００程度とするのがよい。この時、高比透磁率のシールドの長さLs’はL_BKより小さくする。比透磁率の異なる部分には隙間を空けても良く、その方がプロセス上の観点からは製造し易くなる。また、図１０に示すように、比透磁率の異なる部分に段差を設ける構造とすることでも製造が容易になる。また、図１１に示すように、透磁率を下げる方法として、再生シールド８，９を、非磁性層１８を介した少なくとも２層の磁性層から構成してもよい。

また、図１２に示すように、本発明の考え方は再生シールド８，９が主磁極１より補助磁極３に近い構造の場合に適用しても、再生素子に印加される磁界を低減する効果が得られる。再生シールド８，９が主磁極１より補助磁極３に近い構造の場合、もともと記録時に再生素子位置に印加される磁界は１．１８×１０^４［A/m］と小さいが、本発明を適用することにより半分以下にでき、更に再生素子の劣化を抑制できる。

図１３は、本発明のヘッドの製造工程を説明する断面図である。アルミナチタンカーバイドやガラス等の基板上に無機絶縁膜１０１をスパッタで形成する。平坦な無機絶縁膜１０１上に下部シールドとなる磁性膜１０２をフレームメッキで作製する。この時、後工程で作製するバッククコンタクト位置よりこの磁性膜１０２の長さを小さく作製する（ａ）。その上に下部ギャップとなる無機絶縁膜１０１’をスパッタで成膜し、ケミカルメカニカルポリッシュで平坦化する。その上に、再生素子７やそれに電流を通電するための電極膜やバイアス膜を形成する（ｂ）。次に、再生素子７、電極膜、バイアス膜などを被覆するように上部ギャップ膜となる無機絶縁膜１０１”をスパッタにより作製する（ｃ）。次に上部シールドとなる磁性膜１０２’をフレームメッキで形成する。この時、後工程で作製するバッククコンタクト位置よりこの磁性膜１０２’の長さを小さく作製する（ｄ）。この後、無機絶縁膜１０１を形成し（ｅ）、主磁極、コイル、補助磁極等を形成する工程を順次行うことにより、本発明のヘッド構造が得られる（ｆ）。

本発明の実施の形態における磁気ディスク装置の概略図。 本発明による磁気ヘッドの構造を示した図。 本発明のヘッドの再生シールド側から見た平面図。 垂直記録の概略図。 再生素子位置に印加される磁界と再生シールドの浮上面からの長さLsとの関係を示した図。 再生素子位置に印加される磁界と再生素子と記録素子の間隔L_RWとの関係を示した図。 本発明による別の実施例を示した再生シールド側から見た平面図。 再生素子位置に印加される磁界と再生シールドの比透磁率の関係を示した図。 本発明による別の実施例を示した磁気ヘッドの構造図。 本発明による別の実施例を示した磁気ヘッドの構造図。 本発明による別の実施例を示した磁気ヘッドの構造図。 本発明による別の実施例を示した磁気ヘッドの構造図。 本発明の磁気ヘッドの製造方法を示した図。 従来構造の磁気ヘッドの構造を示した図。 従来構造の磁気ヘッドの構造を示した図。 本発明による別の実施例を示した磁気ヘッドの構造図。

符号の説明

１…主磁極、２…薄膜導体コイル、３…補助磁極、７…再生素子、８…下部シールド、９…上部シールド、１１…磁気ディスク、１２…サスペンションアーム、１３…磁気ヘッドスライダー、１４…磁気ヘッド、１５…ロータリアクチュエータ、１９…記録層、２０…裏打ち層、２１…浮上面、端、３２…磁性体、３５ａ，３５ｂ…信号処理回路、３６…ピラー、１０１… 無機絶縁膜、１０２… 磁性膜、P_BK…バックコンタクト位置、Ｌ_Ｓ…再生シールド長さ、L_MP…主磁極長さ

Claims (4)

1. 主磁極及び補助磁極を備える記録ヘッドと、
   一対の再生シールド及び前記一対の再生シールドの間に設けられた再生素子を備える再生ヘッドとを含む磁気ヘッドにおいて、
   前記一対の再生シールドは、それぞれ素子高さ方向に接続された透磁率の異なる第１の材料層と第２の材料層からなり、
   浮上面に近い方の第１の材料層の透磁率が浮上面から遠い方の第２の材料層の透磁率より大きく、前記第１の材料層の浮上面からの素子高さ方向の長さが前記主磁極の長さより短いことを特徴とする磁気ヘッド。
2. 請求項１記載の磁気ヘッドにおいて、前記第１の材料層の浮上面からの素子高さ方向の長さが前記主磁極の浮上面からバックコンタクト位置までの長さより短いことを特徴とする磁気ヘッド。
3. 請求項１記載の磁気ヘッドにおいて、前記主磁極は前記補助磁極よりも前記一対の再生シールドに近い位置に配置されていることを特徴とする磁気ヘッド。
4. 請求項１記載の磁気ヘッドにおいて、前記第１の材料層と第２の材料層の間に段差があることを特徴とする磁気ヘッド。

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