JP5377893B2 - 磁気ヘッドアセンブリおよび磁気記録再生装置 - Google Patents

磁気ヘッドアセンブリおよび磁気記録再生装置 Download PDF

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Description

本発明は、高記録密度、高記録容量、高データ転送レートのデータストレージの実現に好適なスピントルク発振子を備えた磁気記録ヘッド、磁気ヘッドアセンブリおよび磁気記録再生装置に関する。
１９９０年代においては、ＭＲ(Magneto-Resistive effect)ヘッドとＧＭＲ(Giant Magneto-Resistive effect)ヘッドの実用化が引き金となって、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)の記録密度と記録容量が飛躍的な増加を示した。しかし、２０００年代に入ってから磁気記録媒体の熱揺らぎの問題が顕在化してきたために、記録密度増加のスピードが一時的に鈍化した。それでも、面内磁気記録よりも原理的に高密度記録に有利である垂直磁気記録が２００５年に実用化されたことが牽引力となって、昨今、ＨＤＤの記録密度は年率約４０％の伸びを示している。
また、最新の記録密度実証実験では２５０Ｇbits/inch2レベルが達成されており、このまま堅調に進展すれば、２０１２年頃には記録密度１Ｔbits/inch2が実現されると予想されている。しかしながら、このような高い記録密度の実現は、垂直磁気記録方式を用いても、再び熱揺らぎの問題が顕在化するために容易ではないと考えられる。
この問題を解消し得る記録方式として「高周波磁界アシスト記録方式」が提案されている。高周波磁界アシスト記録方式では、記録信号周波数より十分に高い、磁気記録媒体の共鳴周波数付近の高周波磁界を局所的に印加する。この結果、磁気記録媒体が共鳴し、高周波磁界を印加された磁気記録媒体の保磁力Ｈｃを大幅に低減できる。このため、記録磁界に高周波磁界を重畳することにより、保磁力Ｈｃがより高くかつ磁気異方性エネルギーＫｕがより高い磁気記録媒体への磁気記録が可能となる。
高周波磁界の発生手段として、スピントルク発振子を利用する手法が提案されている（例えば、特許文献１および２）。この特許文献１および２に開示された技術においては、スピントルク発振子は、スピン注入層と、非磁性層と、磁性層と、これらの層を挟む一対の電極層とを備えている。この一対の電極層を通じてスピントルク発振子に直流電流を通電すると、スピン注入層によって生じたスピントルクにより、磁性層の磁化が強磁性共鳴を起こす。その結果、スピントルク発振子から高周波磁界が発生することになる。
スピントルク発振子のサイズは数十ナノメートル程度であるため、発生する高周波磁界はスピントルク発振子の近傍の数十ナノメートル程度に局在する。さらに高周波磁界の面内成分により、垂直磁化した磁気記録媒体を効率的に共鳴させることが可能となり、磁気記録媒体の保磁力を大幅に低下させることが可能となる。この結果、主磁極による記録磁界と、スピントルク発振子による高周波磁界とが重畳した部分のみで高密度磁気記録が行われ、高い保磁力Ｈｃかつ高い磁気異方性エネルギーＫｕの磁気記録媒体を利用することが可能となり、これにより、高密度記録時の熱揺らぎの問題を回避することができる。
米国特許出願公開第２００５／００２３９３８号明細書 米国特許出願公開第２００８／００１９０４０号明細書
上述した構成では、スピントルク発振子と主磁極とを近接させた場合、書き込み時に主磁極からスピントルク発振子に大きな磁界が発生する。さらにこの主磁極からの書き込み磁界は、書き込み方向により正負に方向が反転する。その結果、主磁極からの書き込み磁界の変化により、スピントルク発振子の発振特性が大きく変化してしまい、安定な高周波磁界の発生が困難になる。
さらに、後述するように、主磁極からの磁界の影響によりスピントルク発振子の発振周波数と発振に必要な電流密度が増大し、スピントルク発振子の信頼性の確保が困難になるという問題が生じる。
本発明は、スピントルク発振子が受ける主磁極からの書き込み磁界を低減することのできる高周波磁界アシスト記録用の磁気記録ヘッドおよびこれを用いた磁気記録装置を提供することを目的とする。
本発明の第１の態様による磁気ヘッドアセンブリは、記録磁極と、第１および第２磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられる中間層とを有し、前記第１および第２磁性層間に電流を通電して前記第２磁性層から高周波磁界を発生するスピントルク発振子と、前記第２磁性層の側面の少なくとも一部に近接して配置される第３磁性層と、を備えていることを特徴とする。
また、本発明の第２の態様による磁気ヘッドアセンブリは、記録磁極と、第１および第２磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられる中間層とを有し、前記第１および第２磁性層間に電流を通電して前記第２磁性層から高周波磁界を発生するスピントルク発振子と、前記記録磁極および前記第２磁性層のトラック幅方向の面に対向して設けられた磁気シールドと、を備え、前記磁気シールドと前記第２磁性層との間隔が、前記記録磁極と前記磁気シールドとの間隔よりも狭いことを特徴とする。
また、本発明の第３の態様による磁気記録再生装置は、磁気記録媒体と、第１または第２の態様のいずれかの磁気ヘッドアセンブリと、前記磁気記録媒体と前記磁気ヘッドアセンブリとが浮上または接触の状態で対峙しながら相対的に移動するように制御する移動制御部と、前記磁気ヘッドアセンブリを前記磁気記録媒体の所定記録位置に位置するように制御する位置制御部と、前記磁気ヘッドアセンブリを用いて前記磁気記録媒体への書き込み信号および前記磁気記録媒体からの読み出し信号を処理する信号処理手段と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、発振層に加わる主磁極からの磁界を低減することができる。その結果、第１に、高周波磁界の発生に必要なスピントルク発振子に流す電流を低減することが可能となるので、電流による発熱を低減することができる。第２に、スピントルク発振子の発振特性の変動を低減することができる。
まず、本発明の実施形態を説明する前に、本発明に至った経緯について説明する。
本発明者達は、主磁極からの書き込み磁界によるスピントルク発振子の発振特性の変動を低減するために、シミュレーションなどを用いて研究を行った。その結果、主磁極から発生される書き込み磁界に概ね比例して、スピントルク発振子の発振周波数と、発振に必要な電流密度とが増大してしまうことを本発明者達は見出した。さらに、従来の磁気ヘッド構造、例えば米国特許出願公開第２００８／００１９０４０号明細書に記載の磁気ヘッド構造では、通常１０ｋＯｅ以上の主磁極からの書き込み磁界がスピントルク発振子に加わること、その場合発振周波数は３０ＧＨｚ以上、電流密度は５００ＭＡ／ｃｍ２になることが上記シミュレーションにより判明した。３０ＧＨｚ以上の高周波磁界を用いた書き込みは、磁気異方性エネルギーＫｕの高い磁気記録媒体にしか適用することができないという問題が生じる。また、５００ＭＡ／ｃｍ２の電流密度をスピントルク発振子に投入すると発熱によりスピントルク発振子の信頼性の確保が困難になるという問題が生じる。
そこで、本発明者達は鋭意研究に努めた結果、スピントルク発振子の側部に磁性体を設ければ、主磁極からの書き込み磁界によるスピントルク発振子の発振特性の変動を低減することができるとともに、スピントルク発振子が受ける主磁極からの書き込み磁界を低減することができることを発見した。これを以下に実施形態として説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による高周波磁界アシスト記録用の磁気記録ヘッドを図１乃至図５を参照して説明する。図１は本実施形態の磁気記録ヘッド５の概略構成を示す斜視図、図２はこの磁気記録ヘッド５が搭載されるヘッドスライダー３を示す斜視図、図３はヘッドスライダー３が搭載されるヘッドスタックアセンブリ１６０を磁気記録媒体８０側から見た斜視図である。また、図４は本実施形態の磁気記録ヘッド５に設けられるスピントルク発振子１０と側壁磁性層１０１との配置を示す斜視図、図５は磁気記録ヘッド５を磁気記録媒体８０から見た平面図である。
本実施形態の磁気記録ヘッド５は、書き込みヘッド部６０と、再生ヘッド部７０と、を備えている。再生ヘッド部７０は、磁気再生素子７１と、この磁気再生素子を挟む磁気シールド層７２ａ、７２ｂと、を有する。磁気再生素子７１としては、ＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子などを用いることが可能である。また、再生分解能を上げるために、磁気再生素子７１は、２枚の磁気シールド層７２ａ、７２ｂの磁気記録媒体８０側の端部に挟まれて設置されている。
また、書き込みヘッド部６０は、主磁極（記録磁極）６２および磁気シールド（リターンヨーク）６４からなる磁気コア６１と、この磁気コア６１を励磁するための励磁コイル６７と、スピントルク発振子１０と、このスピントルク発振子１０の後述する発振層の側壁に設けられた側壁磁性層１０１と、を有する。スピントルク発振子１０は、主磁極６２と磁気シールド６４のそれぞれの磁気記録媒体８０側の端部に挟まれて設置されている。書き込みヘッド部６０の各要素および再生ヘッド部７０の各要素は、アルミナ等の絶縁体（図示せず）により分離されている。
この磁気記録ヘッド５は、図２に示すようにヘッドスライダー１５３に搭載される。ヘッドスライダー１５３は、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＣの積層体などからなり、磁気ディスクなどの磁気記録媒体８０の上を浮上または接触しながら相対的に運動できるように構成されている。そして、ヘッドスライダー１５３は、空気流入側１５３Ａと空気流出側１５３Ｂとを有し、磁気記録ヘッド５は空気流出側１５３Ｂの側面などに配置される。ヘッドスライダー１５３は、図３に示すようにヘッドスタックアセンブリ１６０に組み立てられる。ヘッドスタックアセンブリ１６０は、軸受部１５７と、この軸受部１５７から延出したヘッドジンバルアセンブリ（以下、ＨＧＡともいう）１５８と、を有している。なお、ＨＧＡは、磁気ヘッドアセンブリともいう。ＨＧＡ１５８は、軸受部１５７から延出したアクチュエータアーム１５５と、アクチュエータアーム１５５から延出したサスペンション１５４と、を有する。サスペンション１５４の先端には、磁気記録ヘッド５を具備するヘッドスライダー１５３が取り付けられている。すなわち、ヘッドスタックアセンブリ１６０は、磁気記録ヘッド５と、磁気記録ヘッド５を一端に搭載するサスペンション１５４と、このサスペンションの他端に接続されたアクチュエータアーム１５５とを備えている。サスペンション１５４は、信号の書き込みおよび読み取り用のリード線（図示せず）を有し、このリード線とヘッドスライダー１５３に組み込まれた磁気記録ヘッド５の各電極とが電気的に接続される。
磁気記録媒体８０は、媒体基板８１と、この媒体基板８１上に設けられた磁気記録層８２とを備えている。書き込みヘッド部６０から印加される磁界により磁気記録層８２の磁化が所定の方向に制御され、書き込みが行われる。そして、再生ヘッド部７０は、磁気記録層８２の磁化の方向を読み取る。
図４に示すように、スピントルク発振子１０は、磁化の向きが固着されたスピン注入層１０ａと、スピン透過率の高い中間層１０ｂと、発振層１０ｃと、を有している。また、スピン注入層１０ａと磁気シールド６４との間に非磁性層１０ｅが設けられ、発振層１０ｃと主磁極６２との間に非磁性層１０ｄが設けられている。すなわち、スピントルク発振子１０は、非磁性層１０ｅ、発振層１０ｃ、中間層１０ｂ、スピン注入層１０ａ、および非磁性層１０ｄの積層構造を有している。そして、この積層構造の膜面は、磁気記録媒体８０に対向する媒体対向面１００に対して略直交するともに磁気記録媒体８０の進行方向８５に対して略直交している。このスピントルク発振子１０には、主磁極６２と磁気シールド６４とを経由して、発振層１０ｃからスピン注入層１０ａに向かって所定の直流電流を流すことができる。なお、本明細書においては、直流電流はパルス電流も含む。この直流電流がスピントルク発振子１０に流れないとき、スピン注入層１０ａは磁化が膜面に略直交する方向に配向し、発振層１０ｃは磁化が膜面に略平行な方向に配向している。この状態で、スピントルク発振子１０に直流電流を流すと、発振層１０ｃの磁化にスピントルクが与えられ、図４に示すように、発振層１０ｃの磁化は強磁性共鳴（磁化の歳差運動）し、高周波磁界が発生される。
非磁性層１０ｄ、１０ｅとしては、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｐｔ、Ｐｄなどを用いることが好ましい。下地またはキャップ層として機能する。スピントルク発振子１０を形成する際に、主磁極６２側から順次成膜する場合には非磁性層１０ｅが下地層となり、非磁性層１０ｄがキャップ層となる。これに対して、磁気シールド６４側から順次成膜する場合には、非磁性層１０ｄが下地層となり、非磁性層１０ｅがキャップ層となる。非磁性層１０ｅ、１０ｄは、主磁極６２とスピントルク発振子１０との磁気結合および磁気シールド６４とスピントルク発振子１０との磁気結合をそれぞれ調整する機能を有する。また、非磁性層１０ｅ、１０ｄは、スピントルク発振子１０の電極として用いることもできる。
中間層１０ｂとしては、非磁性でＣｕ、Ａｕ、Ａｇ等のスピン透過率の高い材料を用いることが好ましい。その厚みは０．２ｎｍ〜１０ｎｍの範囲で、発振層１０ｃとスピン注入層１０ａとの磁気結合を適度な値に抑制できて、かつできる限り薄い厚みであることが望ましい。その観点から１ｎｍ〜３ｎｍの厚みであることが望ましい。
発振層１０ｃとしては、電流が流れていないときに磁化の向きが膜面に略平行である材料を用いることが望ましい、具体的には、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ、ＦｅＮ、ＦｅＳｉ、ＦｅＡｌＳｉ、ＦｅＣｏＡｌ、ＦｅＣｏＳｉ等の磁気異方性エネルギーＫｕが比較的小さい合金を用いることが好ましい。その厚みは５ｎｍ〜３０ｎｍが望ましく、飽和磁束密度Ｂｓは０．５Ｔ〜２Ｔであることが望ましい。
スピン注入層１０ａとしては、膜面に垂直方向に磁化容易軸を有する磁気異方性エネルギーＫｕが大きな磁性材料を用いることが好ましい。具体的には
（１）ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＣｒＴａＰｔ、ＣｏＣｒＴａＮｂ等のＣｏＣｒ系合金、
（２）ＴｂＦｅＣｏ等のＲＥ−ＴＭ系アモルファス合金、
（３）Ｃｏ／Ｐｄ、Ｃｏ／Ｐｔ、ＣｏＣｒＴａ／Ｐｄ等のＣｏ人工格子、
（４）ＣｏＰｔ系やＦｅＰｔ系の合金、
（５）ＳｍＣｏ系合金、あるいは
（６）上記（１）〜（５）と、ＣｏＦｅ合金などの発振層に用いる合金との積層構造、
であることが好ましい。スピン注入層１０ａの磁気異方性エネルギーＫｕは１Ｍｅｒｇ／ｃｍ３〜１０Ｍｅｒｇ／ｃｍ３であることが望ましい。また、スピン注入層１０ａの膜厚は１０ｎｍ〜３０ｎｍであることが望ましい。
スピントルク発振子１０において、磁化方向を軸とした歳差運動により、安定した発振を実現するためには、発振層１０ｃのトラック幅方向の寸法と媒体対向面１００に垂直な方向の寸法とを等しくすることが望ましい。本実施形態においては、図４に示すように、非磁性層１０ｅを挟んで発振層１０ｃと主磁極６２とが近接するように積層した。一方、主磁極６２からスピン注入層１０ａへ効率よく磁界を印加するために、スピン注入層１０ａと主磁極６２とを近接するように積層してもよい。
側壁磁性層１０１は、発振層１０ｃの側面、すなわち非磁性層１０ｅおよび中間層１０ｂと接していない面の少なくとも一部に近接して配置される。図４においては、トラック幅方向に位置する一対の側面に近接して配置した例を示したが、片側の側面にのみ近接して配置しても良い。また、図６（ａ）に示すように、媒体対向面１００とは反対側の発振層１０ｃの面（側面）に近接して配置しても良いし、或いは、図６（ｂ）に示すように、媒体対向面１００を除いた発振層１０ｃの全ての面を覆うように近接して配置しても良い。発振層１０ｃの側面のみでなく、非磁性層１０ｅや、スピン注入層１０ａにまで延在するように配置してもよい。
側壁磁性層１０１としては、概ね記録磁界が加わる方向となる、膜面に対して垂直方向に磁化容易軸を有するＣｏＰｔ系合金などのハード膜を用いることができる。この方向に磁化した側壁磁性層１０１により、発振層１０ｃへの記録磁界の低減効果を増大することができる。なお、この場合、側壁磁性層１０１の磁化容易軸は、スピン注入層１０ａの磁化の向き（磁化容易軸）と略平行となっている。すなわち、側壁磁性層１０１とスピン注入層１０ａとは、ほぼ同方向の磁気異方性を有している。
また、側壁磁性層１０１としては、飽和磁束密度Ｂｓが発振層１０ｃのそれよりも大きなＦｅＣｏ系合金が用いてもよい。これにより、発振層１０ｃよりも側壁磁性層１０１に記録磁界が加わりやすくなり、発振層１０ｃへの記録磁界の低減効果を更に増大することができる。
なお、発振層１０ｃに流れる電流が側壁磁性層１０１に分流しないように、側壁磁性層１０１と発振層１０ｃとの間には絶縁層１０２（図５参照）を設けることが望ましい。側壁磁性層１０１の作製は、垂直通電型のＴＭＲ素子またはＧＭＲ素子の側壁に絶縁層を介して側壁にＣｏＰｔ系ハードバイアス膜を作製する方法と同様な方法を用いることにより、行うことができる。しかし、ＣｏＰｔ合金の磁気異方性を膜面に垂直方向とするためには、Ｒｕなどの下地層が用いられる。なお一般に、ＴＭＲ素子やＧＭＲ素子ではＣｒの下地層が用いられている。
このように構成されたスピントルク発振子１０においては、主磁極６２からの書き込み磁界の極性が反転して、スピントルク発振子１０に加わる磁界が逆方向に加わると、発振周波数が大幅に変動して、場合によっては発振が停止してしまう。この問題を回避するために、主磁極６２から発生される磁界の極性の反転に応じてスピン注入層１０ａの磁化を反転させる動作が望ましい。これにより、発振層１０ｃの磁化も同様に反転することになる。この動作を用いたスピントルク発振子１０を、ピンフリップ型スピントルク発振子と呼ぶ。スピン注入層１０ａに加わる記録磁界よりも、スピン注入層１０ａの保磁力を小さく設定することにより（当然、発振層１０ｃの保磁力も小さく設定する）、ピンフリップ型スピントルク発振子１０が実現できる。スピン注入層１０ａの保磁力を小さく設定することに加えて側壁磁性層１０１の保磁力も記録磁界よりも小さく設定することにより、側壁磁性層１０１の磁化も反転するので、記録磁界の極性に依らず安定した発振層１０ｃへの記録磁界の低減効果が得られる。
また、本実施形態においては、図５に示すように、隣接トラックへの書き込みを防ぐために、トラック進行方向だけでなくトラック幅方向にも磁気シールド６４を配置する。すなわち、スピントルク発振子１０のトラック進行方向だけでなく、主磁極６２およびスピントルク発振子１０のトラック幅方向の面に対向して磁気シールド６４が設けられている。スピントルク発振子１０とトラック幅方向の磁気シールド６４との間に側壁磁性層１０１を配置する。トラック幅方向における磁気シールド６４と、主磁極６２やスピントルク発振子１０との間隔は１０ｎｍ〜６０ｎｍとすることが好ましい。最適間隔は、トラック幅などの諸条件に鑑みて決定される。トラック幅が狭まるにつれて、その間隔も狭める必要がある。磁気シールド６４としては、ＦｅＣｏ、ＮｉＦｅ、ＦｅＣｏＮｉ合金などが用いられる。図５においては、スピントルク発振子１０の電極として、主磁極６２および磁気シールド６４を用いた場合を示したが、非磁性層１０ｄやスピン注入層１０ａの下地層、キャップ部を厚くしたものを電極として用いても良い。本実施形態のように、スピントルク発振子１０に電流を供給する電極の一部に主磁極６２を用いて、高周波磁界の発生源である発振層１０ｃと主磁極６２との距離を近づけた場合は、主磁極６２からの磁界と高周波磁界とが重畳することになるが、記録効率を上昇させることができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、主磁極からの書き込み磁界によるスピントルク発振子の発振特性の変動を低減することができるとともに、スピントルク発振子が受ける主磁極からの書き込み磁界を低減することができる。
（変形例）
図７に、第１実施形態の一変形例による磁気記録ヘッドを図７に示す。図７は、本変形例の磁気記録ヘッドを媒体対向面（ＡＢＳ）から見た平面図である。本変形例においては、発振層１０ｃのトラック幅方向の長さは、スピン注入層１０ａの長さよりも短くすることにより、発振層１０ｃの、電流が流れる方向の断面積をスピン注入層１０ａの断面積よりも小さくする。その結果、スピン注入層１０ａの電流密度を低く保ち、発振層１０ｃのみ電流密度を効率的に増大することができるので、発熱を抑制して大きな電流密度を発振層１０ｃに投入することが可能となる。これにより、第１実施形態よりも信頼性の高いスピントルク発振子とすることができる。
なお、本変形例においては、トラック幅方向の長さを変えて断面積を調整したが、スピン注入層１０ａおよび発振層１０ｃは、媒体対向面１００に垂直方向（トラック幅方向およびトラック進行方向に垂直な方向）の長さを変えて断面積を調整しても良い。
本変形例も第１実施形態と同様に、主磁極からの書き込み磁界によるスピントルク発振子の発振特性の変動を低減することができるとともに、スピントルク発振子が受ける主磁極からの書き込み磁界を低減することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による磁気記録ヘッドを、図８を参照して説明する。図８は、本実施形態の磁気記録ヘッドを媒体対向面から見た平面図である。
本実施形態においては、第１実施形態と異なり、側壁磁性層１０１を設ける代わりに磁気シールド６４で置き換えた構成となっている。すなわち、磁気シールド６４が、主磁極６２およびスピントルク発振子１０のトラック幅方向側に近接して設けられている。本実施形態においては、図８に示すように、スピントルク発振子１０を構成する層のうち少なくとも発振層１０ｃおよび非磁性層１０ｅが磁気シールド６４に設けられた凹部６４ａ内に位置するように構成されている。この場合、非磁性層１０ｅが凹部６４ａの底面と接触している。なお、図８においては、主磁極６２およびスピントルク発振子１０のトラック幅方向の両側面に対向するとともに近接して磁気シールド６４を設けているが片側のみ設けるように構成してもよい。
本実施形態の磁気記録ヘッドは、トラック幅方向において、スピントルク発振子１０と磁気シールド６４との間隔ａ（望ましい値は５ｎｍ〜２０ｎｍ）は、主磁極６２と磁気シールド６４との間隔ｂ（望ましい値は１０ｎｍ〜６０ｎｍ）よりも狭く形成される。この構成により、発振層１０ｃに加わる記録磁界を、発振層１０ｃに隣接する磁気シールド６４に導くことにより、発振層１０ｃに加わる過剰な記録磁界の流入を抑制することが可能になる。さらに、主磁極６２と発振層１０ｃに隣接する磁気シールド６４との間のギャップｃは記録ギャップとして作用するので、本実施形態においては、トレーリング側（進行方向からみて最後部側）に磁気シールドが配置された従来の場合に比べて狭い記録ギャップを形成することが可能となる。その結果、線記録密度の向上が可能になる。さらに詳しく説明すると、この磁気ギャップに、媒体面に垂直な方向から傾いた方向に強い記録磁界が発生する。一方、記録に有効な高周波磁界は媒体面内である。その面内成分は、高周波磁界を発生する発振層１０ｃの直下でなく、発振層１０ｃの周辺で最大となる。したがって、斜め成分の記録磁界と面内高周波磁界の両者を磁気記録媒体の小さな領域に重畳して加えることが可能となる。
本実施形態においては、図８に示すように、主磁極６２と発振層１０ｃとの間にスピン注入層１０ａが配置された構成となっている。この場合、スピン注入層１０ａには大きな記録磁界が加わるので、ピンフリップ型スピントルク発振子１０を用いた場合に適する。
一方、図９に示すように、主磁極６２とスピン注入層１０ａとの間に発振層１０ｃが配置される本実施形態の第１の変形例による磁気記録ヘッドにおいては、発振層１０ｃと磁気ギャップｃを接近させることが容易であり、磁気ギャップｃでの高周波磁界の強度を増大できる利点を有する。この変形例においては、スピントルク発振子１０の発振層１０ｃばかりでなく、中間層１０ｂ、スピン注入層１０ａ、および非磁性層１０ｄも磁気シールド６４に設けられた凹部６４ａ内に位置するように構成されている。この場合、非磁性層１０ｄが凹部６４ａの底面と接触している。
図８に示す第２実施形態の磁気記録ヘッドにおいて、磁気ギャップｃを狭めるために、図１０に示す第２実施形態の第２変形例のように、スピン注入層１０ａの側部にも磁気シールド６４が存在するような構成を用いることも可能である。この場合、磁気シールド６４内に設けられる凹部６４ａは、磁気シールド６４をトラック進行方向に貫通した構成となる。そして、非磁性層１０ｅが、発振層１０ｃから凹部６４ａを通って、磁気シールド６４の主磁極６２と反対側の面を突き抜けて延在するように構成されている。この実施形態においては、スピントルク発振子１０には、電極を兼用した主磁極６２と、電極を兼用した非磁性層１０ｅとの間に電流を通電する。磁気シールド６４の凹部をトラック進行方向に貫通させたので、電極を兼用した非磁性層１０ｅを設けるスペースが確保できる。本実施形態と異なり、非磁性層１０ｅの代わりに磁気シールド６４を電極として用いると、スピントルク発振子１０との接続部以外では、主磁極６２と磁気シールド６４との間での絶縁が必要となり、そこに新たな磁気ギャップが発生して、記録効率の低下を引き起こすことが懸念される。これに対して、本実施形態では、磁気シールド６４と主磁極６２との絶縁は必ずしも必要としないので、この問題も回避できる。
また、この第２変形例の磁気記録ヘッドにおいて、図１１に示すように、主磁極６２にスピン注入層１０ａの一部を埋め込んだ、第２実施形態の第３変形例による磁気記録ヘッドのように構成してもよい。この場合も第２変形例と同様の効果を得ることができる。第２実施形態および第１変形例においては、主磁極６２の媒体対向面における平面形状は、トレーリング側に向かうにつれて幅が狭くなる台形であったが、第２実施形態の第２および第３変形例においては、長方形となっているが、第１実施形態のような台形構造を用いても良い。
以上説明したように、第２実施形態およびその変形例においては、側壁非磁性層を設ける代わりに磁気シールド６４をスピントルク発振子１０の発振層１０ｃの側面に近接して配置したので、第１実施形態と同様に、主磁極からの書き込み磁界によるスピントルク発振子の発振特性の変動を低減することができるとともに、スピントルク発振子が受ける主磁極からの書き込み磁界を低減することができる。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による磁気記録再生装置について説明する。図１乃至図１１に関して説明した本発明の各実施形態およびその変形例による磁気記録ヘッドは、例えば、記録再生一体型のヘッドスタックアセンブリに組み込まれ、磁気記録再生装置に搭載することができる。本実施形態の磁気記録再生装置は、磁気記録媒体と、上記実施形態のいずれかに記載の磁気記録ヘッドと、上記磁気記録媒体と上記磁気記録ヘッドとが浮上または接触の状態で対峙しながら相対的に移動するように制御する移動制御部と、上記磁気記録ヘッドを上記磁気記録媒体の所定記録位置に位置するように制御する位置制御部と、上記磁気記録ヘッドを用いて上記磁気記録媒体への書き込み信号および上記磁気記録媒体からの読み出し信号を処理する信号処理手段と、を備えている。
図１２は、このような磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。すなわち、本実施形態の磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。図１２において、長手記録用または垂直記録用磁気ディスク２００は、スピンドル１５２に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。磁気ディスク２００は、垂直記録用の記録層と、軟磁性裏打ち層とを有した、２層の磁気記録媒体である。磁気ディスク２００に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダー１５３は、薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられている。ここで、ヘッドスライダー１５３は、例えば、前述したいずれかの実施形態にかかる磁気記録ヘッドをその先端付近に搭載している。サスペンション１５４は、アクチュエータアーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータアーム１５５の他端にはリニアモータの一種であるボイスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、この駆動コイルを挟むように、対向して配置された永久磁石および対向ヨークからなる磁気回路とから構成することができる。
アクチュエータアーム１５５は、軸受部１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。
磁気ディスク２００が回転すると、ヘッドスライダー１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は磁気ディスク２００の表面から所定の浮上量をもって保持される。
また、本実施形態の磁気記録再生装置においては、磁気記録ヘッドを用いて磁気記録媒体２００への信号の書き込みと読み出しを行う、図示しない信号処理部１９０が設けられている。信号処理部１９０は、例えば、図１２に例示した磁気記録再生装置の図面中の背面側に設けられる。信号処理部１９０の入出力線は、ヘッドスタックアセンブリ１６０の電極パッドに接続され、磁気記録ヘッドと電気的に結合される。
このように構成された本実施形態の磁気記録再生装置において、磁気記録媒体に加わる高周波磁界Ｈａｃと記録磁界Ｈｒの比（＝Ｈａｃ／Ｈｒ）が１より小さくなる磁気ヘッドを用いる場合には、磁気記録媒体のディスクの回転方向、すなわち磁気記録媒体の移動方向は、最初に主磁極を通り、次にスピントルク発振子を通過するトレーリング記録を用いることが望ましい。すなわち、このトレーリング記録は、スピントルク発振子が磁気記録媒体の進行方向のトレーリング側（進行方向からみて最後部側）に配置される。この場合、記録磁界が弱まるスピントルク発振子の近傍領域（高周波磁界が強い）では記録されないことになり、記録は主磁極の近傍（記録磁界が強い）の磁気記録媒体の領域で決定されるために、高い線記録密度の記録が可能となる。一方、高周波磁界が主となり記録磁界が従となる、すなわち高周波磁界Ｈａｃと記録磁界Ｈｒの比（＝Ｈａｃ／Ｈｒ）が１より大きくなる磁気記録ヘッドでは、逆に、磁気記録媒体のディスクの回転方向、すなわち磁気記録媒体の移動方向は、最初にスピントルク発振子を通り、次に主磁極を通過するリーディング記録を用いることが望ましい。すなわち、このリーディング記録は、スピントルク発振子が磁気記録媒体の進行方向のリーディング側（進行方向からみて最前部側）に配置される。この場合、高周波磁界が弱まる主磁極の近傍領域では記録されないことになり、記録はスピントルク発振子の近傍の磁気記録媒体の領域で決定されるために、高い線記録密度の記録が可能となる。
また、本発明の第３実施形態による磁気記録再生装置においては、スピントルク発振子の発振周波数は、後述する磁気記録媒体の記録磁性層を構成する記録磁性粒または記録磁性ドットの強磁性共鳴周波数と略等しいことが好ましい。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気記録媒体として用い得るものは、図１に例示した磁気記録媒体８０には限定されない。
図１３に、本発明の各実施形態の磁気記録再生装置に用いることのできる磁気記録媒体１８０の第１具体例を示す。基板上（図示せず）にソフトアンダーレーヤ１８４、中間層１８３、記録磁性層１８２、記録磁性層１８１が順次積層され、その表面にはオーバコート（ダイヤモンド状カーボンなど、図示せず）が積層される。磁気記録ヘッドから離れた下層の記録磁性層１８２の磁気異方性に比べて、磁気記録ヘッドに近い上層の記録磁性層１８１の磁気異方性は小さいことが望ましい。下層の記録磁性層１８２は、膜面に垂直方向に磁化容易軸を有するが、上層の記録磁性層１８１は膜面内、膜面に垂直あるいはその中間方向の磁気異方性であっても良い。記録磁性層１８２には、記録磁性層１８１に比べて磁気異方性が大きな材料が用いられる。記録磁性層１８２として例えばＣｏＣｒＰｔ合金に約１０％の非磁性酸化物（ＳｉＯ２またはＡｌＯｘ）を混入させた垂直配向硬磁性膜を用いることができる。たとえばＣｏ７４Ｃｒ１０Ｐｔ１６に約１０％のＳｉＯ２を混入させた垂直配向硬磁性膜は約１４ｋＯｅの磁気異方性磁界Ｈｋを有する。さらに磁気異方性磁界Ｈｋの高いＦｅＰｔなどを用いてもよい、記録磁性層１８１としてはＣｏに非磁性酸化物たとえばＳｉＯ２を混入させ、記録層上にｈｃｐ（六方最密充填）成長させた硬磁性膜を用いることができる。このような硬磁性膜は約６．８ｋＯｅのＨｋを有する。
ＳｉＯ２を含まないＣｏ系合金を用いても良い。記録磁性層１８１の厚みｔ１と記録磁性層１８２の厚みｔ２は、ｔ２／ｔ１が０．５〜４の範囲にあることが望ましい。記録磁性層１８１と記録磁性層１８２との間に、交換結合を調整する層を設けても良い。
シミュレーションなどにより鋭意検討した結果、図１３に示すような２層媒体では、記録磁性層１８１の強磁性共鳴周波数に高周波磁界の周波数を合わせることにより、最も効率よく、小さな記録磁界で記録可能となることを見出した。記録磁性層１８１の強磁性共鳴周波数は、磁気異方性が小さいので、従来の単層の磁気記録媒体の共鳴周波数に比べて低下する。一方、今まで説明してきた本発明の各実施形態およびその変形例による磁気記録ヘッドを用いると、発振層に加わる記録磁界が低減される。シミュレーションなどに鋭意検討した結果、高周波磁界の周波数は概ね発振層に加わる記録磁界に比例することが本発明者達によって見出された。したがって、高周波磁界周波数の低減に適した本発明の各実施形態およびその変形例による磁気記録ヘッドを、図１３に示す磁気記録媒体を用いた磁気記録再生装置に適用することにより、磁気記録媒体の共鳴周波数と高周波磁界周波数とのマッチングが良好となる。その結果、より容易な記録が可能となり、高い記録密度の磁気記録再生装置が実現できる。また、発振層に加わる記録磁界を低減して、高周波磁界周波数を低減した上記各実施形態の磁気記録ヘッドと、図１３に示す上記２層構成の磁気記録媒体を組み合わせることにより、従来では困難であった高記録密度に適した大きな磁気異方性を有する微細結晶粒径の磁気記録媒体にも十分な記録が可能となる。
第１及び第２実施形態およびその変形例による磁気記録ヘッドを用いると、場合によってはトラック幅端部にも大きな高周波磁界が加わる。そのため、隣接トラックとの間に非磁性領域を設けた媒体との組み合わせが望ましい。そのような媒体として、いわゆるディスクリートトラック媒体が挙げられる。このディスクリートトラック媒体は、トラック進行方向には結晶粒界以外に非磁性領域は存在しない。また、トラック進行方向にも明確な非磁性領域を有する、いわゆるパターンド媒体でも良い。さらに、スピントルク発振子のトラック幅方向に、スピントルク発振子との間隔が狭いサイド磁気シールドを設けた実施形態（たとえば第２実施形態）による磁気記録ヘッドでは、トラック幅両端にて、強い記録磁界が発生し易いく、トラック幅端部にそれぞれ磁性パターン部が存在するパターンド媒体が望ましい。このパターンド媒体では、隣接するトラック幅方向の２つの磁性パターン部を一つの情報単位として記録することになる。これらの磁気記録媒体を第２乃至第４具体例として以下に説明する。
図１４に、本発明の磁気記録再生装置に用いることができる磁気記録媒体の第２具体例を示す。
すなわち、本具体例の磁気記録媒体２０１は、非磁性体（あるいは空気）２８７により互いに分離された垂直配向した多粒子系の磁性ディスクリートトラック２８６を有する。この磁気記録媒体２０１がスピンドルモータ２０４により回転され、媒体走行方向に向けて移動する際に、ヘッドスライダー２０３に搭載された磁気記録ヘッド２０５により、記録磁化２８４を形成することができる。なお、ヘッドスライダー２０３はサスペンション２０２の先端に取り付けられている。このサスペンション２０２には、信号の書き込みおよび読み取り用のリード線を有し、これらのリード線とヘッドスライダー２０３に組み込まれた磁気ヘッド２０５の各電極とが電気的に接続される。
スピントルク発振子の記録トラック幅方向の幅（ＴＳ）を記録トラックの幅（ＴＷ）以上で、且つ記録トラックピッチ（ＴＰ）以下とすることによって、スピントルク発振子から発生する漏れ高周波磁界による隣接記録トラックの保磁力の低下を大幅に抑制することができる。このため、本具体例の磁気記録媒体２０１では、記録したい記録トラックのみを効果的に高周波磁界アシスト記録することができる。特に、高周波磁界は周波数が高くシールド効果がないため、トラック幅方向に設けたシールドで隣接記録トラックへの記録滲みを低減することが困難である。本発明の各実施形態およびその変形例による磁気ヘッドでは、図１４で示した磁気記録媒体を用いた磁気記録再生装置により、隣接記録トラックのイレーズ問題を解決することができる。また、本具体例によれば、従来の磁気記録ヘッドでは書き込み不可能なＦｅＰｔやＳｍＣｏ等の高磁気異方性エネルギーＫｕの媒体磁性材料を用いることによって、媒体磁性粒子のさらなる微細化（ナノメーター級のサイズ）が可能となり、記録トラック方向（ビット方向）においても、従来よりも遥かに線記録密度の高い磁気記録装置を実現することができる。
図１５に、本発明の各実施形態の磁気記録ヘッドに用いることができる磁気記録媒体の第３具体例を示す。すなわち、本具体例の磁気記録媒体２０１は、非磁性体２８７により分離された磁性ディスクリートビット２８８を有する。この磁気記録媒体２０１がスピンドルモータ２０４により回転され、媒体走行方向に向けて移動する際に、ヘッドスライダー２０３に搭載された磁気記録ヘッド２０５により、記録磁化を形成することができる。
この具体例においても、スピントルク発振子の記録トラック幅方向の幅（ＴＳ）を記録トラックの幅（ＴＷ）以上で、且つ記録トラックピッチ（ＴＰ）以下とすることによって、スピントルク発振子から発生する漏れ高周波磁界による隣接記録トラックの保磁力の低下を大幅に抑制することができるため、記録したい記録トラックのみを効果的に高周波磁界アシスト記録することができる。
図１６に、本発明の各実施形態の磁気記録ヘッドに用いることができる磁気記録媒体の第４具体例を示す。図１５と同様な磁性ディスクリードビッド２８８により磁気記録媒体は構成される。図１６では、トラック幅に２つのピットを１つの情報単位として記録することを特徴とする。図８〜図１１に示した磁気ヘッドを用いると、トラック幅方向の両端に磁気ギャップが２つ形成される。この磁気ギャップを、図１６に示す隣接する２つのピットに合わせることにより、２つのビットのみが同時に記録できる。２つのピット間は非磁性領域なので、記録磁界の強度が不十分による磁気情報の乱れに起因したノイズを発生することがない。したがって、より高ＳＮ比に磁気記録再生装置が実現できる。
以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、発振層に加わる主磁極からの磁界を低減することができる。その結果、第１に、高周波磁界の発生に必要なスピントルク発振子に流す電流を低減することが可能となるので、電流による発熱を低減することができる。第２に、主磁極からの書き込み磁界によるスピントルク発振子の発振特性の変動を低減することができる。第２の効果は、正負の記録磁界に応じてスピン発振子の磁化が反転するピンフリップ型スピントルク発振子を用いた場合に顕著となる。第３に、高周波磁界の周波数を低減できるので、磁気異方性が異なる２層からなる磁気記録媒体を用いることにより、大きな記録効率のアップ、より小さな磁界による媒体書込みが可能となる。
本発明の第１実施形態による磁気記録ヘッドの概略の構成を示す斜視図。 磁気記録ヘッドが搭載されるヘッドスライダーを示す斜視図。 ヘッドスライダーが搭載されるヘッドスタックアセンブリを示す斜視図。 第１実施形態の磁気記録ヘッドに設けられるスピントルク発振子と側壁磁性層との配置を示す斜視図。 第１実施形態の磁気記録ヘッドを磁気記録媒体からみた平面図。 側壁磁性層の他の配置例を示す斜視図。 第１実施形態の一変形例による磁気記録ヘッドの磁気記録媒体からみた平面図。 本発明の第２実施形態による磁気記録ヘッドの磁気記録媒体からみた平面図。 第２実施形態の第１変形例による磁気記録ヘッドの磁気記録媒体からみた平面図。 第２実施形態の第２変形例による磁気記録ヘッドの磁気記録媒体からみた平面図。 第２実施形態の第３変形例による磁気記録ヘッドの磁気記録媒体からみた平面図。 本発明の第３実施形態による磁気記録再生装置の概略の構成を示す斜視図。 磁気記録媒体の第１具体例を示す断面図。 磁気記録媒体の第２具体例を示す図。 磁気記録媒体の第３具体例を示す図。 磁気記録媒体の第４具体例を示す図。
符号の説明
５ 磁気記録ヘッド
１０ スピントルク発振子
１０ａ スピン注入層
１０ｂ 中間層
１０ｃ 発振層
１０ｄ 非磁性層
１０ｅ 非磁性層
６０ 書き込みヘッド部
６１ 磁気コア
６２ 主磁極（記録磁極）
６４ 磁気シールド
６７ 励磁コイル
７０ 再生ヘッド部
７１ 磁気再生素子
７２ａ 磁気シールド
７２ｂ 磁気シールド
８０ 磁気記録媒体
８１ 媒体基板
８２ 磁気記録層
８５ 磁気記録媒体の移動方向
１００ 媒体対向面
１０１ 側壁磁性層
１５３ ヘッドスライダー
１５３Ａ 空気流入側
１５３Ｂ 空気流出側
１５８ ＨＧＡ（磁気ヘッドアセンブリ）
１６０ ヘッドスタックアセンブリ
１８０ 磁気記録媒体

Claims (17)

  1. 記録磁極と、
    第１および第２磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられる中間層とを有し、前記第１および第２磁性層間に電流を通電して前記第２磁性層から高周波磁界を発生するスピントルク発振子と、
    前記第２磁性層の側面の少なくとも一部に近接して配置される第３磁性層と、
    を備え、
    前記第１磁性層および前記第３磁性層の保磁力が、前記第１磁性層および前記第３磁性層に加わる前記記録磁極からの磁界よりも小さいことを特徴とする磁気記録部を有する磁気ヘッドアセンブリ。
  2. 記録磁極と、
    第１および第２磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられる中間層とを有し、前記第１および第２磁性層間に電流を通電して前記第２磁性層から高周波磁界を発生するスピントルク発振子と、
    前記第２磁性層の側面の少なくとも一部に近接して配置される第３磁性層と、
    を備え、
    前記第３磁性層は、前記第１磁性層と概ね同方向の磁気異方性を有することを特徴とする磁気記録部を有する磁気ヘッドアセンブリ。
  3. 前記第３磁性層と前記スピントルク発振子との間に絶縁層が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の磁気ヘッドアセンブリ。
  4. 前記第３磁性層は、前記第２磁性層より高い飽和磁束密度を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気ヘッドアセンブリ。
  5. 記録磁極と、
    第１および第２磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられる中間層とを有し、前記第１および第２磁性層間に電流を通電して前記第２磁性層から高周波磁界を発生するスピントルク発振子と、
    前記記録磁極および前記第２磁性層のトラック幅方向の面に対向して設けられる磁気シールドと、
    を備え、
    前記磁気シールドと前記第２磁性層との間隔が、前記記録磁極と前記磁気シールドとの間隔よりも狭いことを特徴とする磁気ヘッドアセンブリ。
  6. 前記第１磁性層の保磁力が、前記記録磁極から前記第１磁性層に加わる磁界よりも小さいことを特徴とする請求項５記載の磁気ヘッドアセンブリ。
  7. 前記第２磁性層は、前記第１磁性層に対して前記記録磁極と反対側に位置していることを特徴とする請求項５または６記載の磁気ヘッドアセンブリ。
  8. 前記第１磁性層は、前記第２磁性層に対して前記記録磁極と反対側に位置していることを特徴とする請求項５または６記載の磁気ヘッドアセンブリ。
  9. 前記スピントルク発振子に電流を供給する一対の電極の一方が前記記録磁極であることを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の磁気ヘッドアセンブリ。
  10. 磁気記録媒体と、
    請求項１乃至９のいずれかに記載の磁気ヘッドアセンブリと、
    前記磁気記録媒体と前記磁気ヘッドアセンブリとが浮上または接触の状態で対峙しながら相対的に移動するように制御する移動制御部と、
    前記磁気ヘッドアセンブリを前記磁気記録媒体の所定記録位置に位置するように制御する位置制御部と、
    前記磁気ヘッドアセンブリを用いて前記磁気記録媒体への書き込み信号および前記磁気記録媒体からの読み出し信号を処理する信号処理手段と、
    を備えることを特徴とする磁気記録再生装置。
  11. 前記磁気記録媒体は、磁気異方性の大きさが異なる２つの磁性層が積層された構造を有していることを特徴とする請求項１０記載の磁気記録再生装置。
  12. 前記磁気記録媒体は、前記磁気ヘッドアセンブリに近い側の磁性層の磁気異方性は、前記磁気ヘッドアセンブリから遠い側の磁性層の磁気異方性よりも小さいことを特徴とする請求項１１記載の磁気記録再生装置。
  13. 前記磁気記録媒体は、隣接し合う記録トラック同士が非磁性部材を介して形成されたディスクリートトラック媒体であることを特徴とする請求項１０記載の磁気記録再生装置。
  14. 前記磁気記録媒体は、非磁性部材を介して孤立した記録磁性パターン部が規則的に配列形成されたディスクリートビット媒体であることを特徴とする請求項１０記載の磁気記録再生装置。
  15. 前記磁気ヘッドアセンブリは、トラック幅方向のおける隣接した２つの記録磁性パターン部を記録情報単位として記録することを特徴とする請求項１４記載の磁気記録再生装置。
  16. 前記スピントルク発振子が、前記磁気記録媒体の進行方向のトレーリング側に配置されことを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれかに記載の磁気記録再生装置。
  17. 前記スピントルク発振子が、前記磁気記録媒体の進行方向のリーディング側に配置されることを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれかに記載の磁気記録再生装置。
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