JP5319746B2 - 磁気記録ヘッド、およびこれを備えたディスク装置 - Google Patents

Description

この発明の実施形態は、ディスク装置に用いる垂直磁気記録用の磁気記録ヘッド、およびこれを備えたディスク装置に関する。

ディスク装置として、例えば、磁気ディスク装置は、ケース内に配設された磁気ディスクと、磁気ディスクを支持および回転するスピンドルモータと、磁気ディスクに対して情報のリード／ライトを行う磁気ヘッドと、磁気ヘッドを磁気ディスクに対して移動自在に支持したキャリッジアッセンブリと、を備えている。磁気ヘッドのヘッド部は、ライト用の記録ヘッドとリード用の再生ヘッドとを含んでいる。

近年、磁気ディスク装置の高記録密度化、大容量化あるいは小型化を図るため、垂直磁気記録用の磁気ヘッドが提案されている。このような磁気ヘッドにおいて、記録ヘッドは、垂直方向磁界を発生させる主磁極と、その主磁極のトレーリング側にライトギャップを挟んで配置されて磁気ディスクとの間で磁路を閉じるリターン磁極、あるいはライトシールド磁極と、主磁極に磁束を流すためのコイルとを有している。

記録密度の向上を図る目的で、主磁極とリターン磁極との間に高周波発振素子としてスピントルク発振子を設け、このスピントルク発振子から磁気記録層に高周波磁界を印加する高周波磁界アシスト記録方式の磁気記録ヘッドが提案されている。

特開２０１０−０７９９７６号公報 特開２０１０−０４００６０号公報 特開２００８−３０５４８６号公報 特開２００９−０８０８６７号公報 米国特許公開第２００５／０２１９７７号

スピントルク発振子として、素子サイズが主磁極のトラック幅方向寸法と同程度に大きい発振子を用いる場合、良好に発振すれば４１０（Ｏｅ）の円偏光高周波磁界強度（ｃ−Ｈａｃ）を垂直磁気記録層に発生可能であるが、実際には、良好に発振せず、１８０（Ｏｅ）程度の発振しか発生しない。これは、スピントルク発振子の発振層上にスピン波が励起し、エネルギーが大きく損失するためと考えられる。また、素子サイズを小さくすると、スピン波の励起が抑制されるため、発振は良好であるが、発生高周波磁界強度が不充分となり、良好な高周波アシスト記録が困難となる。

この発明の課題は、発生高周波磁界を増大し、十分な記録能力の発揮し、安定した記録特性の実現が可能な磁気記録ヘッド、およびこれを備えたディスク装置を提供することにある。

実施形態によれば、磁気記録ヘッドは、記録媒体の記録層に対し記録磁界を印加する主磁極と、前記主磁極にライトギャップを置いて対向するトレーリングシールドと、前記主磁極とトレーリングシールドとの間で、前記主磁極のトラック幅方向に沿った幅の範囲内に設けられ、高周波磁界を発生する高周波発振素子と、を備え、前記高周波発振素子は、スピン注入層と、中間層と、発振層と、を有し、少なくとも前記発振層は、複数に分かれた磁性領域を有し、前記記録層に垂直な方向での前記発振領域の大きさ、もしくは、前記トラック幅方向での前記発振領域の大きさは、前記主磁極のトラック幅方向に沿った幅の大きさよりも小さい。

図１は、第１の実施形態に係る磁気ディスク装置（ＨＤＤ）を示す斜視図。 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。 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。 図４は、記録ヘッドおよび再生ヘッドを模式的に示す斜視図。 図５は、前記記録ヘッドの主磁極先端部およびスピントルク発振子を示す斜視図。 図５は、前記記録ヘッドの磁気ディスク側の端部を拡大して示す断面図。 図７は、スピントルク発振子から発生する円偏光高周波磁界強度（ｃ−Ｈａｃ）と、スピントルク発振子の形状、寸法との関係を示す図。 図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第１、第２、第３変形例に係るスピントルク発振子をそれぞれ示す斜視図。 図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第４、第５、第６変形例に係るスピントルク発振子をそれぞれ示す斜視図。 図１０は、第７変形例に係るスピントルク発振子を示す斜視図。 図１１は、第２の実施形態に係るＨＤＤにおける記録ヘッドの主磁極先端部およびスピントルク発振子を示す斜視図。 図１２は、第２の実施形態において、スピントルク発振子から発生する円偏光高周波磁界強度（ｃ−Ｈａｃ）と、スピントルク発振子の形状、寸法との関係を示す図。 図１３は、第３の実施形態に係るＨＤＤにおける記録ヘッドの主磁極先端部およびスピントルク発振子を示す斜視図。 図１４は、前記第３の実施形態において、スピントルク発振子の発振層を加工する際に用いるマスクを概略的に示す平面図。

以下図面を参照しながら、種々の実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１は、ディスク装置として、第１の実施形態に係る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。この筐体１０は、上面の開口した矩形箱状のベース１１と、図示しない矩形板状のトップカバーとを備えている。トップカバーは、複数のねじによりベースにねじ止めされ、ベースの上端開口を閉塞している。これにより、筐体１０内部は気密に保持され、呼吸フィルター２６を通してのみ、外部と通気可能となっている。

ベース１１上には、記録媒体としての磁気ディスク１２および駆動部が設けられている。駆動部は、磁気ディスク１２を支持および回転させるスピンドルモータ１３、磁気ディスクに対して情報の記録、再生を行なう複数、例えば、２つの磁気ヘッド３３、これらの磁気ヘッド３３を磁気ディスク１２の表面に対して移動自在に支持したヘッドアクチュエータ１４、ヘッドアクチュエータ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）１６を備えている。また、ベース１１上には、磁気ヘッド３３が磁気ディスク１２の最外周に移動した際、磁気ヘッド３３を磁気ディスク１２から離間した位置に保持するランプロード機構１８、ＨＤＤに衝撃等が作用した際、ヘッドアクチュエータ１４を退避位置に保持するイナーシャラッチ２０、およびプリアンプ、ヘッドＩＣ等の電子部品が実装された基板ユニット１７が設けられている。

ベース１１の外面には、制御回路基板２５がねじ止めされ、ベース１１の底壁と対向して位置している。制御回路基板２５は、基板ユニット１７を介してスピンドルモータ１３、ＶＣＭ１６、および磁気ヘッド３３の動作を制御する
図１および図２に示すように、磁気ディスク１２は、垂直磁気記録膜媒体として構成されている。磁気ディスク１２は、例えば、直径約２．５インチの円板状に形成され非磁性体からなる基板１９を有している。基板１９の各表面には、下地層としての軟磁性層２３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垂直磁気記録層２２とが順次積層され、さらにその上に保護膜２４が形成されている。

図１に示すように、磁気ディスク１２は、スピンドルモータ１３のハブに同軸的に嵌合されているとともにハブの上端にねじ止めされたクランプばね２１によりクランプされ、ハブに固定されている。磁気ディスク１２は、駆動モータとしてのスピンドルモータ１３により所定の速度で矢印Ｂ方向に回転される。

ヘッドアクチュエータ１４は、ベース１１の底壁上に固定された軸受部１５と、軸受部から延出した複数のアーム２７と、を備えている。これらのアーム２７は、磁気ディスク１２の表面と平行に、かつ、互いに所定の間隔を置いて位置しているとともに、軸受部１５から同一の方向へ延出している。ヘッドアクチュエータ１４は、弾性変形可能な細長い板状のサスペンション３０を備えている。サスペンション３０は、板ばねにより構成され、その基端がスポット溶接あるいは接着によりアーム２７の先端に固定され、アームから延出している。各サスペンション３０の延出端にジンバルばね４１を介して磁気ヘッド３３が支持されている。サスペンション３０、ジンバルばね４１、および磁気ヘッド３３により、ヘッドジンバルアッセンブリを構成している。なお、ヘッドアクチュエータ１４は、軸受部１５のスリーブと、複数のアームとを一体に形成したいわゆるＥブロックを備えた構成としてもよい。

図２に示すように、各磁気ヘッド３３は、ほぼ直方体形状のスライダ４２とこのスライダの流出端（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。各磁気ヘッド３３は、サスペンション３０の弾性により、磁気ディスク１２の表面に向かうヘッド荷重Ｌが印加されている。２本のアーム２７は所定の間隔を置いて互いに平行に位置し、これらのアームに取り付けられたサスペンション３０および磁気ヘッド３３は、磁気ディスク１２を間に挟んで互いに向かい合っている。

各磁気ヘッド３３は、サスペンション３０およびアーム２７上に固定された中継フレキシブルプリント回路基板（以下、中継ＦＰＣと称する）３５を介して後述するメインＦＰＣ３８に電気的に接続されている。

図１に示すように、基板ユニット１７は、フレキシブルプリント回路基板により形成されたＦＰＣ本体３６と、このＦＰＣ本体から延出したメインＦＰＣ３８とを有している。ＦＰＣ本体３６は、ベース１１の底面上に固定されている。ＦＰＣ本体３６上には、プリアンプ３７、ヘッドＩＣを含む電子部品が実装されている。メインＦＰＣ３８の延出端は、ヘッドアクチュエータ１４に接続され、各中継ＦＰＣ３５を介して磁気ヘッド３３に接続されている。

ＶＣＭ１６は、軸受部１５からアーム２７と反対方向に延出した図示しない支持フレーム、および支持フレームに支持されたボイスコイルを有している。ヘッドアクチュエータ１４をベース１１に組み込んだ状態において、ボイスコイルは、ベース１１上に固定された一対のヨーク３４間に位置し、これらのヨークおよびヨークに固定された磁石とともにＶＣＭ１６を構成している。

磁気ディスク１２が回転した状態でＶＣＭ１６のボイスコイルに通電することにより、ヘッドアクチュエータ１４が回動し、磁気ヘッド３３は磁気ディスク１２の所望のトラック上に移動および位置決めされる。この際、磁気ヘッド３３は、磁気ディスク１２の径方向に沿って、磁気ディスクの内周縁部と外周縁部との間を移動される。

次に、磁気ヘッド３３の構成について詳細に説明する。図３は、磁気ヘッド３３のヘッド部４４を拡大して示す断面図、図４は、記録ヘッドおよい再生ヘッドを模式的に示す斜視図、図５は、記録ヘッドの磁気ディスク側の端部を拡大して示す断面図、図６は、記録ヘッド部分をスライダのＡＢＳ面側から見た配置図である。

図２および図３に示すように、磁気ヘッド３３は浮上型のヘッドとして構成され、ほぼ直方体状に形成されたスライダ４２と、スライダの流出（トレーリング）側の端部に形成されたヘッド部４４とを有している。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は薄膜を積層して形成されている。

スライダ４２は、磁気ディスク１２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１２の回転によってディスク表面とディスク対向面４３との間に生じる空気流Ｃにより、磁気ディスク表面から所定量浮上した状態に維持される。空気流Ｃの方向は、磁気ディスク１２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１２表面に対し、ディスク対向面４３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のディスク対向面４３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および図４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および磁気記録ヘッド５６を有し、分離型磁気ヘッドとして形成されている。

再生ヘッド５４は、磁気抵抗効果を示す磁性膜５０と、この磁性膜のトレーリング側およびリーディング側に磁性膜５０を挟むように配置されたシールド膜５２ａ、５２ｂと、で構成されている。これら磁性膜５０、シールド膜５２ａ、５２ｂの下端は、スライダ４２のディスク対向面４３に露出している。

記録ヘッド５６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。記録ヘッド５６は、磁気ディスク１２の表面に対して垂直方向の記録磁界を発生させる高透磁率材料からなる主磁極６６と、主磁極６６のトレーリング側に配置され、主磁極直下の軟磁性層２３を介して効率的に磁路を閉じるために設けられたトレーリングシールド（リターン磁極）６８と、磁気ディスク１２に信号を書き込む際、主磁極６６に磁束を流すために主磁極６６およびトレーリングシールド６８を含む磁気磁路に巻きつくように配置された記録コイル７１と、を有している。

主磁極６６とトレーリングシールド６８とに電源７０が接続され、この電源から主磁極６６、トレーリングシールド６８を通して電流を直列に通電できるように電流回路が構成されている。

図３ないし図６に示すように、主磁極６６は、磁気ディスク１２の表面に対してほぼ垂直に延びている。主磁極６６の磁気ディスク１２側の先端部６６ａは、ディスク面に向かって先細に絞り込まれている。主磁極６６の先端部６６ａは、例えば、断面が矩形状に形成され、主磁極６６の先端面は、スライダ４２のディスク対向面４３に露出している。本実施形態において、主磁極６６の先端部６６ａの幅は、磁気ディスク１２におけるトラックの幅にほぼ対応している。

トレーリングシールド６８は、ほぼＵ字形状に形成され、その先端部６８ａ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６８の先端面は、スライダ４２のディスク対向面４３に露出している。先端部６８ａのリーディング側端面６８ｂは、磁気ディスク１２のトラックの幅方向に沿って延びている。このリーディング側端面６８ｂは、主磁極６６のトレーリング側端面６７ａとライトギャップＷＧを置いてほぼ平行に対向している。

記録ヘッド５６は、主磁極６６の先端部６６ａとトレーリングシールド６８との間に設けられた高周波発振子、例えば、スピントルク発振子７４を備えている。スピントルク発振子７４は、主磁極６６の先端部６６ａのトレーリング側端面６７ａとトレーリングシールド６８のリーディング側端面６８ｂとの間に挟まれ、これらの端面と平行に配置されている。すなわち、スピントルク発振子７４は、ライトギャップＷＧ内で主磁極先端部のトラック幅方向幅の範囲内に位置し、かつ、主磁極６６の中心線を含む位置に配置されている。

スピントルク発振子７４は、その先端がＡＢＳ面４３に露出し、磁気ディスク１２の表面に対して、主磁極６６の先端面と同一の高さ位置に設けられている。スピントルク発振子７４は、前述した制御回路基板２５の制御の下、電源７０から主磁極６６、トレーリングシールド６８に電圧を印加することにより、スピントルク発振子７４の膜厚方向に直流電流が印加される。通電することにより、スピントルク発振子７４の発振層の磁化が回転し、高周波磁界を発生させることが可能となる。これにより、磁気ディスク１２の記録層に高周波磁界を印加する。このように、トレーリングシールド６８と主磁極６６はスピントルク発振子７４に垂直通電する電極として働くことになる。

図３および図４に示すように、トレーリングシールド６８は、ライトギャップＷＧ、すなわち、スライダのディスク対向面から離れた位置で、主磁極６６の上部に接近した連結部６５を有している。この連結部６５は、例えばＳｉＯ₂等の絶縁体で形成されたバックギャップ部６７を介して主磁極６６に連結されている。この絶縁体により、主磁極６６とトレーリングシールド６８とが電気的に絶縁している。このように、バックギャップ部６７を絶縁体で構成することにより、スピントルク発振子７４の電極と兼用している主磁極６６およびトレーリングシールド６８を通じて、電源７０からスピントルク発振子７４に効率的に電流を印加することが可能となる。バックギャップ部６７の絶縁体はＳｉＯ₂以外にも、Ａｌ₂Ｏ₃を用いてもよい。

バックギャップ部６７をＳｉ、Ｇｅといった半導体で構成してもよい。絶縁体もしくは半導体からなるバックギャップ部６７の一部に電気伝導体を含めて主磁極６６とトレーリングシールド６８を電気的に接続してもよい。このような構成にすることで、プロセス加工中の静電気の放電がバックギャップ部６７を通じて起こるため、スピントルク発振子７４の製造プロセス中の損傷を防ぐことが可能となり、歩留まりを向上することができる。また、バックギャップ部６７の電気抵抗をスピントルク発振子７４の電気抵抗と同程度以上に設定することで、スピントルク発振子７４に十分な電流を印加することができる。

図５および図６に示すように、スピントルク発振子７４は、例えば、Ｔａ／Ｒｕの積層膜からなる下地層７４ａ、Ｃｏ／Ｎｉを１５回、積層した膜厚１２ｎｍの人工格子膜からなるスピン注入層（第２磁性体層）７４ｂ、膜厚２ｎｍのＣｕ中間層７４ｃ、膜厚１５ｎｍのＦｅＣｏＡｌ磁性膜からなる発振層（第１磁性体層）７４ｄ、Ｃｕ／Ｒｕの積層膜からなるキャップ層７４ｅを、主磁極６６側からトレーリングシールド６８側に順に積層して構成されている。そして、下地層７４ａとキャップ層７４ｅが、電極を兼用する主磁極６６とトレーリングシールド６８にそれぞれ接続している。スピントルク発振子７４のトラック幅方向長さＷＴ２は、主磁極６６のトレーリング側端面６７ａのトラック幅方向長さＷＴ１と等しいか、より短いことが好ましい。

発振層７４ｄの保磁力は、主磁極６６から印加される磁界よりも小さく、また、スピン注入層７４ｂの保磁力は、主磁極６６から印加される磁界よりも小さい。

発振層７４ｄの材料は軟磁性材料であることが望ましく、ＦｅＣｏＡｌの他、ＮｉＦｅ、ＦｅＣｏＳｉ、ＦｅＮｉＣｏ、ＣｏＦｅ、ＦｅＳｉなど、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏを１種類以上含む合金、ＦｅＣｏ／Ｎｉ、Ｆｅ／Ｎｉ、Ｆｅ／Ｃｏなど、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏを１種類以上含む合金を積層した人工格子磁性層、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＦｅＭｎＳｉ、ＣｏＦｅＡｌＳｉ、ＣｏＭｎＡｌ、ＣｏＭｎＧａＳｎ、ＣｏＭｎＧａＧｅ、ＣｏＣｒＦｅＳｉ、ＣｏＦｅＣｒＡｌ等の、ホイッスラー合金等が用いられる。

スピン注入層７４ｂの材料は、垂直磁気異方性を有する材料であることが望ましく、ＣｏＣｒ系磁性層、例えば、ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＣｒＴａＰｔ、ＣｏＣｒＴａＮｂ、ＲＥ−ＴＭ系アモルファス合金磁性層、例えば、ＴｂＦｅＣｏ、Ｃｏ／Ｐｄ、Ｃｏ／Ｐｔ、ＣｏＣｒＴａ／Ｐｄ、Ｃｏ／Ｎｉ、Ｃｏ／ＮｉＰｔ等のＣｏ合金とＰｄ、Ｐｔ、Ｎｉ等白金族元素を用いた合金の人工格子磁性層、ＣｏＰｔ系やＦｅＰｔ系の合金磁性層、ＳｍＣｏ系合金磁性層など、垂直磁気異方性に優れた材料も適宜用いることができる。

また、発振層７４ｄは、軟磁性材料とスピン注入層に用いる垂直磁気異方性材料を積層した構造としてもよい。これを用いることにより、平均した発振層の垂直磁気異方性を調整し、最適な発振が実現できる。

スピン注入層７４ｂは、中間層７４ｃとの界面にスピン分極率が高い材料を積層しても良い。たとえば、ＦｅＣｏ、ＦｅＣｏＡｌといったＦｅＣｏ系の合金、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＦｅＭｎＳｉ、ＣｏＦｅＡｌＳｉ、ＣｏＭｎＡｌ、ＣｏＭｎＧａＳｎ、ＣｏＭｎＧａＧｅ、ＣｏＣｒＦｅＳｉ、ＣｏＦｅＣｒＡｌ等のホイッスラー合金等と、垂直磁気異方性を有する材料とを積層した構造としても良い。これを用いることにより、スピン注入層７４ｂからのスピントルク効率を向上し、印加電流密度を低減するのに有利にすることができる。

中間層７４ｃの材料は、スピン拡散長が長い材料であることが望ましく、貴金属、例えば、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｒｕ、あるいは、非磁性遷移金属、例えば、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｗなどを用いることができる。また、中間層７４ｃは、アルミナ母材とＣｕ、または、アルミナ母材とＮｉＦｅ合金からなる電流狭窄構造としてもよい。

スピントルク発振子７４の素子サイズ（積層方向に対して垂直な平面で切断したときの断面の大きさ）は、１０ｎｍ四方から１００ｎｍ四方にすることが望ましく、素子形状も直方体だけでなく、円柱状や六角柱状としてもよい。ただし、このサイズに限定されることなく、発振層７４ｄ、スピン注入層７４ｂおよび中間層７４ｃに用いられる材料及びこれらの大きさは任意に選択可能である。
なお、スピン注入層７４ｂ、中間層７４ｃ、発振層７４ｄの順に積層したが、発振層、中間層、スピン注入層の順に積層してもよい。この場合、主磁極６６と発振層７４ｄとの距離が近くなり、主磁極６６が発生する記録磁界と、発振層が発生する高周波磁界とが効率的に重畳する範囲が、媒体上で広くなり、良好な記録が可能となる。

本実施形態において、スピントルク発振子７４の発振層７４ｄは、複数の発振領域に分断あるいは分割されている。例えば、発振層７４ｄの膜厚と等しい深さのスリット８０（あるいは切欠き）が発振層７４ｄのほぼ中央に形成され、このスリット８０は、磁気ディスク１２の表面と平行に延びている。このスリット８０により、発振層７４ｄは、磁気ディスク１２の表面と垂直な方向に隙間をおいて並んだ２つの発振領域８２ａ、８２ｂに分断されている。

スリット８０あるいは切欠きは、発振層７４ｄを成膜した後、発振層の表面側から発振層をイオンミリングや、ＲＩＥ等でエッチング除去することにより形成される。スリット８０あるいは切欠きは、形成後、例えば、キャップ層７４ｅにより埋められる。また、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3といった絶縁体や、Ｓｉ、Ｇｅといった半導体で埋めても良い。このような絶縁体や半導体で埋めることにより、発振領域８２ａ、８２ｂに電流が集中し、より低電圧で発振することができる。なお、スリット８０あるいは切欠きは、帯状に限らず、湾曲あるいはクロスした形状としてもよく、また、発振層の側縁に開口していない形状としてもよい。

このようにスピントルク発振子７４の発振層７４ｄを複数の発振領域に分けることにより、スピントルク発振子７４は、より低い駆動電圧で発振可能となり、かつ、大振幅で発振することが可能となり、発生高周波磁界が増大する。十分な高周波磁界が発生することで、十分な記録能力の発揮、および、安定した記録特性の実現が可能となる。

図７は、スピントルク発振子から発生する円偏光高周波磁界強度（ｃ−Ｈａｃ）と、スピントルク発振子の形状、寸法との関係を示している。素子サイズが５０ｎｍ×５０ｎｍのスピントルク発振子７４を作成した場合、良好に発振すれば４１０（Ｏｅ）のｃ−Ｈａｃが発生可能であるが、実際には、１８０（Ｏｅ）程度の発振は困難となる。これは発振層７４ｄ上にスピン波が励起し、エネルギーが大きく損失するためと考えられる。また、素子サイズが５０ｎｍ×１７ｎｍの素子では、素子サイズが小さいため、スピン波の励起が抑制されるため、発振は良好となる。しかし、素子サイズが小さいため、発生ｃ−Ｈａｃは２９０（Ｏｅ）にとどまる。

本実施形態では、発振層７４ｄを複数の発振領域８２ａ、８２ｂに分けることにより、５０ｎｍ×１７ｎｍの素子を上下に２つ備えものと等価となり、発生ｃ−Ｈａｃは、図７に示すように、３３０（Ｏｅ）となる。このことから、本実施形態によれば、より低い駆動電圧で発振層７４ｄの発振振幅が大きくなり、スピントルク発振子７４から発生する円偏光高周波磁界強度が増大することが分かる。この結果、良好な高周波アシスト記録が可能となる。なお、発生ｃ−Ｈａｃは、スピントルク発振子７４直下の磁気ディスク表面上で測定した値である。

以上のように構成されたＨＤＤによれば、ＶＣＭ１６を駆動することにより、ヘッドアクチュエータ１４が回動し、磁気ヘッド３３は、磁気ディスク１２の所望のトラック上に移動され、位置決めされる。また、磁気ヘッド３３は、磁気ディスク１２の回転によってディスク表面とディスク対向面４３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のディスク対向面４３はディスク表面に対し隙間を保って対向している。図２に示すように、磁気ヘッド３３は、ヘッド部４４の記録ヘッド５６部分が最も磁気ディスク１２表面に接近した傾斜姿勢をとって浮上する。この状態で、磁気ディスク１２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５６により情報の書き込みを行う。

情報の書き込みにおいては、スピントルク発振子７４に直流電流を通電して高周波磁界を発生させ、この高周波磁界を磁気ディスク１２の垂直磁気記録層２２に印加する。また、記録コイル７１により主磁極６６を励磁し、この主磁極から直下の磁気ディスク１２の記録層２２に垂直方向の記録磁界を印加することにより、所望のトラック幅にて情報を記録する。記録磁界に高周波磁界を重畳することにより、高保持力かつ高磁気異方性エネルギーの磁気記録を行うことができる。そして、スピントルク発振子７４の発振層７４ｄを複数の独立した発振領域に分けることにより、スピントルク発振子の発生高周波磁界を増大し、十分な記録能力の発揮し、安定した記録特性を得ることができる。これにより、記録信号品質の向上した良好な記録が可能な磁気記録ヘッドおよびこれを備えたＨＤＤが得られる。

なお、発振層７４ｄは、第１の実施形態のようにスリット８０あるいは切欠きにより完全に分断されていてもよいし、あるいは、図８（ａ）に示す第１変形例のように、一部残っていてもよい。すなわち、スリット８０あるいは切欠きは、発振層７４ｄの膜厚よりも浅く形成してもよい。また、図８（ｂ）に示す第２変形例のように、スリット８０あるいは切欠きを深く形成し、中間層７４ｃの一部を分断してもよい。図８（ｃ）に示す第３変形例のように、スリット８０あるいは切欠きを更に深く形成し、発振層７４ｄおよび中間層７４ｃを貫通しスピン注入層７４ｂまで延びていてもよい。この場合、中間層７４ｃも完全に分断されている。

図９（ａ）に示す第４変形例のように、スリット８０あるいは切欠きは、発振層７４ｄ、中間層７４ｃ、およびスピン注入層７４ｂを貫通して形成してもよい。この場合、発振層７４ｄ、中間層７４ｃ、およびスピン注入層７４ｂは、それぞれスリット８０により、完全に複数に分断された構成となる。

図９（ｂ）に示す第５変形例のように、発振層７４ｄは、２つに限らず、複数のスリットあるいは切欠きにより、３つ以上の発振領域に分割されていてもよい。図９（ｃ）に示す第６変形例のように、主磁極６６側から、発振層７４ｄ、中間層７４ｃ、スピン注入層７４ｂの順に積層してもよい。この場合、主磁極６６と発振層７４ｄとの距離が近くなり、主磁極６６が発生する記録磁界と、発振層が発生する高周波磁界とが効率的に重畳する範囲が、媒体上で広くなり、良好な記録が可能となる。

なお、前述した第１の実施形態、第１、第２、第５、第６変形例で示したように、スピン注入層７４ｂを分断することなく、完全な層として残す構成とした場合、発振層７４ｄの発振に伴う反作用をスピン注入層７４ｂの発振を抑制することができ、より安定して発振層７４ｄを発振させることができる。

上述した種々のスピントルク発振子において、分断部の膜厚、すなわち、スリット８０あるいは切欠きの深さは、分断された発振領域間のスピン波の結合定数を求め、これにより、分断部の発振層の膜厚を示す。
磁性体の磁化の振幅が

と時間と共に変化するとして、ギルバートの式に基づいて磁性体の振幅の緩和時間τを求めると、荒い近似として

を得ることができる。

ここでαはダンピング定数、ωは共鳴角速度である。（参考文献：共立出版、太田恵造著、磁気工学の基礎II、P342）
これをスピン波に適用し、緩和時間と群速度の積で求められる、スピン波の緩和長λ_０を求めると、

となる。ここで、ｋはスピン波の波数、λはスピン波の波長である。

これをスピン波に適用して、発振層の発振領域間のスピン波の結合定数を求めると、結合定数Ｃは、

と表される。

すなわち、これは、片方の分断されていない部分の発振層で発生したスピン波が、分断部の発振層を通過する際に減衰し、さらに、もう一方の分断されていない部分の発振層に流入する際にスピン波の振幅が小さくなることを示している。ここで、分断されていない部分の発振層の膜厚をＴ、分断されていない部分の飽和磁化をＭｓ、分断部の発振層の膜厚をｔ、分断部の飽和磁化をＭｓ１、分断部の発振層の長さをｌとしている。

現在、考慮しているスピン波の波長は、素子サイズと同程度であり、ダンピング定数α〜０．０１程度であることを考慮すると、απｌ/ｋ 〜 ０となる。従って、上記の場合、結合定数Ｃは、荒い近似にて、

となる。すなわち、片方の分断されていない発振層でのスピン波が、もう一方の分断された発振層に伝わる場合、振幅がＣ＝ｔ／Ｔに減少する。

スピン波のエネルギーロスは、振幅の２乗に比例することが知られている。スピントルクによるエネルギー注入は、スピントルク発振子の駆動電流に比例する。一般的に、発振に必要な駆動電流のバラツキは２０％程度であり、２０％の増減はばらつきの範囲内に含めることが出来る。このため、分断部の発振層があることによるスピン波のエネルギーロスも２０％の範囲内に含めることが望ましい。分断部の発振層の飽和磁化と分断されていない部分の発振層の飽和磁化がほぼ等しい場合、スピン波の振幅は４５％以下にすることが望ましい。すなわち、分断部の膜厚ｔは、分断されていない部分の膜厚Ｔの４５％以下とすることが望ましい。

なお、同様に、分断部の発振層の飽和磁化と分断されていない部分の発振層の飽和磁化とがほぼ等しい場合、発振に必要な駆動電流のバラツキが１０％程度の場合には、分断部の膜厚ｔと分断されていない部分の膜厚Ｔの比は３２％以下とすることが望ましい。また、発振に必要な駆動電流のバラツキが３０％程度の場合には、膜厚の比を６３％以下にすることが望ましい。

図１０に示す第７変形例のように、発振層７４ｄは、スリットあるいは切欠きに代えて、失活領域８４により複数に分割されていてもよい。すなわち、発振層７４ｄは、一方の表面側からマスクを用いて、Ｎ２、リン、ヘリウム等のイオンを打ち込みマスク部以外の部分の磁性を失活させてもよい。イオン注入することにより失活された帯状の失活領域８４を有し、発振層７４ｄは、この失活領域８４により、複数、例えば、上下、２つの発振領域８２ａ、８２ｂに分けられている。失活領域８４の形状は、帯状に限らず、湾曲あるいはクロスした形状としてもよい。

失活領域８４を用いる場合には、分断部の発振層７４ｄの膜厚と分断されていない部分の発振層の膜厚とが等しく、飽和磁化Ｍｓが下がっている。この場合にも、発振に必要な駆動電流のバラツキが２０％程度の場合には、分断部の飽和磁化Ｍｓ１と分断されていない部分の飽和磁化Ｍｓの比は４５％以下とすることが望ましい。

次に、他の実施形態に係るＨＤＤの磁気記録ヘッドについて説明する。なお、以下に説明する他の実施形態において、前述した第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略し、第１の実施形態と異なる部分を中心に詳しく説明する。

（第２の実施形態）
図１１は、第２の実施形態に係るＨＤＤの磁気ヘッドにおける記録ヘッドを模式的に示している。本実施形態によれば、スピントルク発振子７４の発振層７４ｄの複数の発振領域８２ａ、８２ｂは、主磁極６６のトラック幅方向に隙間を置いて並んでいる。例えば、発振層７４ｄの膜厚と等しい深さのスリット８０（あるいは切欠き）が発振層７４ｄのほぼ中央に形成され、このスリット８０は、磁気ディスク１２の表面に垂直な方向に延びている。このスリット８０により、発振層７４ｄは、磁気ディスク１２の表面と平行な方向に隙間をおいて並んだ２つの発振領域８２ａ、８２ｂに分断されている。

スリット８０あるいは切欠きは、発振層７４ｄを成膜した後、発振層の表面側から発振層をイオンミリングや、ＲＩＥ等でエッチング除去することにより形成される。スリット８０あるいは切欠きは、形成後、例えば、キャップ層７４ｅにより埋められる。

このようにスピントルク発振子７４の発振層７４ｄを複数の発振領域に分けることにより、スピントルク発振子７４は、より低い駆動電圧で発振可能となり、かつ、大振幅で発振することが可能となり、発生高周波磁界が増大する。十分な高周波磁界が発生することで、十分な記録能力の発揮、および、安定した記録特性の実現が可能となる。

図１２は、スピントルク発振子から発生する円偏光高周波磁界強度（ｃ−Ｈａｃ）と、スピントルク発振子の形状、寸法との関係を示している。素子サイズが５０ｎｍ×５０ｎｍのスピントルク発振子７４を作成した場合、良好に発振すれば４１０（Ｏｅ）のｃ−Ｈａｃが発生可能であるが、実際には、１８０（Ｏｅ）程度の発振にとどまる。また、素子サイズが５０ｎｍ×１７ｎｍの素子では、素子サイズが小さいため、スピン波の励起が抑制されるため、発振は良好となる。しかし、素子サイズが小さいため、発生ｃ−Ｈａｃは２９０（Ｏｅ）にとどまる。

本実施形態では、発振層７４ｄを複数の発振領域８２ａ、８２ｂに分けることにより、５０ｎｍ×１７ｎｍの素子を左右に２つ備えものと等価となり、発生ｃ−Ｈａｃは、図１２に示すように、３００（Ｏｅ）となる。このことから、本実施形態によれば、より低い駆動電圧で発振層７４ｄの発振振幅が大きくなり、スピントルク発振子７４から発生する円偏光高周波磁界強度が増大することが分かる。この結果、良好な高周波アシスト記録が可能となる。

（第３の実施形態）
図１３は、第３の実施形態に係るＨＤＤの磁気ヘッドにおける記録ヘッドを模式的に示している。本実施形態によれば、スピントルク発振子７４の発振層７４ｄは、３つ以上の独立した複数の発振領域８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄに分割されている。ここでは、発振層７４ｄの複数の発振領域８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄは、磁気ディスクの表面に垂直な方向および表面と平行な方向にランダムな隙間を置いて並んでいる。例えば、発振層７４ｄの膜厚と等しい深さのスリット８０（あるいは切欠き）が発振層７４ｄを複数方向に横切って形成され、このスリット８０により、発振層７４ｄは、４つの発振領域８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄに分断されている。

図１４は、発振層７４ｄにスリット８０を作るマスク８６を示している。このマスク８６は、自己組織化材料を利用したマスクを用いることが出来る。ＰＳ−ＢＳといった有機物、Ａｌ―Ｓｉといった無機物の自己組織化材料を用いることが出来る。発振層７４ｄを複数の発振領域に分断する際には、マスク８６を用いたイオンミリングや、ＲＩＥ等で、磁性体をエッチング除去してもよいし、このマスクを用いて、Ｎ２、リン、ヘリウム等のイオンを打ち込みマスク部以外の部分の磁性を失活させてもよい。

このようにスピントルク発振子７４の発振層７４ｄを複数の発振領域に分けることにより、スピントルク発振子７４は、より低い駆動電圧で発振可能となり、かつ、大振幅で発振することが可能となり、発生高周波磁界が増大する。十分な高周波磁界が発生することで、十分な記録能力の発揮、および、安定した記録特性の実現が可能となる。

上述した種々の実施形態および変形例によれば、発生高周波磁界を増大し、十分な記録能力の発揮し、安定した記録特性の実現が可能な磁気記録ヘッド、およびこれを備えたディスク装置を提供することにある。

本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０…筺体、１１…ベース、１２…磁気ディスク、１３…スピンドルモータ、
１４…ヘッドアクチュエータ、２５…制御回路基板、２７…アーム、
３０…サスペンション、４２…スライダ、４３…ディスク対向面、
４４…ヘッド部、５４…再生ヘッド、５６…記録ヘッド、６６…主磁極、
６６ａ…先端部、６８…トレーリングシールド、６８ａ…先端部、
６８ｂ…トレーディング側端面、７０…電源、７１…記録コイル、
７４…スピントルク発振子、７４ｂ…スピン注入層、７４ｃ…中間層、
７４ｄ…発振層、８０…スリット、８２ａ、８２ｂ…発振領域、８４…失活領域、
ＷＧ…ライトギャップ

Claims (10)

1. 記録媒体の記録層に対し記録磁界を印加する主磁極と、
   前記主磁極にライトギャップを置いて対向するトレーリングシールドと、
   前記主磁極とトレーリングシールドとの間で、前記主磁極のトラック幅方向に沿った幅の範囲内に設けられ、高周波磁界を発生する高周波発振素子と、を備え、
   前記高周波発振素子は、スピン注入層と、中間層と、発振層と、を有し、少なくとも前記発振層は、複数に分かれた発振領域を有し、
   前記記録層に垂直な方向での前記発振領域の大きさ、もしくは、前記トラック幅方向での前記発振領域の大きさは、前記主磁極のトラック幅方向に沿った幅の大きさよりも小さい磁気記録ヘッド。
2. 前記発振層の複数の発振領域は、前記記録媒体の表面に垂直な方向に隙間を置いて並んでいる請求項１に記載の磁気記録ヘッド。
3. 前記発振層の複数の発振領域は、前記主磁極のトラック幅方向に隙間を置いて並んでいる請求項１に記載の磁気記録ヘッド。
4. 前記発振層の複数の発振領域は、前記記録媒体の表面に垂直な方向および表面と平行な方向にランダムな隙間を置いて並んでいる請求項１に記載の磁気記録ヘッド。
5. 前記発振層の少なくとも一方の表面に形成されたスリットあるいは切欠きを有し、このスリットあるいは切欠きにより、前記複数の発振領域が規定されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の磁気記録ヘッド。
6. 前記スリットあるいは切欠きは、前記発振層を貫通し前記中間層まで形成されている請求項５に記載の磁気記録ヘッド。
7. 前記スリットあるいは切欠きは、前記発振層および中間層を貫通し前記スピン注入層まで形成されている請求項５に記載の磁気記録ヘッド。
8. 前記スリットあるいは切欠きは、前記発振層、中間層、およびスピン注入層を貫通して形成されている請求項５に記載の磁気記録ヘッド。
9. 前記発振層は、失活領域を有し、前記複数の発振領域はこの失活領域により分けられている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の磁気記録ヘッド。
10. 媒体面に対して垂直方向に磁気異方性を有する記録層を備えたディスク状の記録媒体と、
    前記記録媒体を回転する駆動部と、
    前記記録媒体に対し情報処理を行う請求項１ないし９のいずれか１項に記載の磁気記録ヘッドと、
    を備えるディスク装置。

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