磁気記録ヘッド、磁気記録装置
【課題】マイクロ波アシスト記録を用いる磁気記録ヘッドにおいて、主磁極から発振器へ印加される磁界強度を向上させるとともに、主磁極から記録媒体へ印加される磁界強度を向上させる。
【解決手段】本発明に係る磁気記録ヘッドは、浮上面よりも上方の位置において、主磁極とトレーリングシールドとの間の間隔が、浮上面における主磁極とトレーリングシールドとの間の間隔よりも大きくなっている箇所を有する。
【解決手段】本発明に係る磁気記録ヘッドは、浮上面よりも上方の位置において、主磁極とトレーリングシールドとの間の間隔が、浮上面における主磁極とトレーリングシールドとの間の間隔よりも大きくなっている箇所を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気記録媒体に対し高周波磁界を印加することにより磁化反転を誘導する機能を有する磁気記録ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などの磁気記録再生装置において、年率４０％程度の急速な記録密度の増加が求められており、２０１３年ごろには面記録密度は１Ｔｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ２に達すると予想されている。
【０００３】
面記録密度を向上させるためには、磁気記録ヘッドおよび再生ヘッドの微細化と磁気記録媒体の粒径の微細化が必要である。しかし、磁気記録ヘッドの微細化により記録磁界強度は減少するため、記録能力が不足することが予測される。また、磁気記録媒体の粒径が微細化すると熱揺らぎの問題が顕在化するため、粒径の微細化と同時に保磁力や異方性エネルギーを増加させる必要があり、これらを同時に達成することが困難になる。したがって、面記録密度を向上させるためには、記録能力を向上させることが鍵となる。
【０００４】
そこで、熱や高周波磁界を印加することにより、情報を記録するときのみ一時的に磁気記録媒体の保磁力を低下させる、アシスト記録方式が提案されている。
【０００５】
高周波磁界を印加することによるアシスト記録方式は、「マイクロ波アシスト記録（ＭＡＭＲ）」と呼ばれ、近年着目されている。ＭＡＭＲでは、強力なマイクロ波帯の高周波磁界をナノメートルオーダーの領域に印加して記録媒体を局所的に励起し、磁化反転磁界を低減して情報を記録する。同方式では磁気共鳴を利用するため、記録媒体の異方性磁界に比例する強い高周波磁界を用いないと、磁化反転磁界を低減する効果が十分に得られない。
【０００６】
下記特許文献１には、高周波アシスト磁界を発生させるため、ＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）に類似する、積層膜を電極で挟んだ構造の高周波発振器が開示されている。高周波発振器は、ＧＭＲ構造内に発生するスピン揺らぎをもつ伝導電子を、非磁性体を介して磁性体に注入することにより、微小な高周波振動磁界を発生させることができる。
【０００７】
下記特許文献２〜３には、浮上面よりも上方の位置において、主磁極と発振器の間の間隔が、浮上面における間隔よりも大きくなっている構造が開示されている。同文献によれば、主磁極から発振器へ印加される磁界を低減することによって、発振器が発振しやすくなり、かつ記録磁界強度の減少も小さくなるとされている。
【０００８】
下記非特許文献１には、垂直磁気ヘッドの主磁極に隣接した磁気記録媒体の近傍に、スピントルクによって高速回転する高周波磁界発生層（Ｆｉｅｌｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ：以下、ＦＧＬと略す）を配置してマイクロ波（高周波磁界）を発生せしめ、磁気異方性の大きな磁気記録媒体に情報を記録する技術が開示されている。
【０００９】
下記非特許文献２には、発振器を、磁気記録ヘッドの主磁極と主磁極の後方側（トレーリング側）のシールドの間に配置させ、高周波磁界の回転方向を記録磁界極性に応じて変化させることにより、磁気記録媒体の磁化反転を効率的にアシストする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５-０２５８３１号公報
【特許文献２】特開２０１０-２５７５３９号公報
【特許文献３】特開２０１０-１８２３６１号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】”Microwave Assisted Magnetic Recording”, J-G. Zhu et.al, IEEE trans. Magn., Vol. 44, NO.1, pp.125 (2008)
【非特許文献２】”Medium damping constant and performance characteristics in microwave assisted magnetic recording with circular as field”, Y. Wang et. al, Journal of Applied Physics, Vol. 105, pp.07B902 (2009)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ＭＡＭＲで１Ｔｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ２程度の記録密度を実現するためには、強力な高周波磁界をナノメートルオーダーの領域に照射して磁性記録媒体を局所的に磁気共鳴状態にし、磁化反転磁界を低減して情報を記録する必要がある。このためには、発振器が高い高周波磁界を発生させることができるように、主磁極から発生する高い磁界中においても発振器が発振可能であること、および主磁極から記録媒体へ大きい磁界を印加できることが必要である。
【００１３】
ＭＡＭＲでは上記の課題以外にも、発振器が記録極性に同期した早い反転速度を実現する必要がある。そこで、発振器に印加する磁界強度を変えて記録再生シミュレーションを実施した結果、主磁極から発振器に印加する磁界強度はむしろ高い方が、高品質の信号を記録するためには都合がよいことが明らかになった。
【００１４】
これは、主磁極から発振器に印加される磁界強度がある程度大きくても、発振器から発生する高周波磁界強度は減少するものの、アシスト記録に必要な程度の磁界は得られるのに対して、主磁極から発振器に印加される磁界強度が弱い場合は、ビット周期内で発振器の磁化の反転が終わらずに、高周波磁界アシストが全くできなくなるためである。したがって、反転速度を向上させる観点から、発振器へ高い記録磁界を印加することは極めて重要である。
【００１５】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、マイクロ波アシスト記録を用いる磁気記録ヘッドにおいて、主磁極から発振器へ印加される磁界強度を向上させるとともに、主磁極から記録媒体へ印加される磁界強度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る磁気記録ヘッドは、発振器の上端部よりも上方の位置において、主磁極とトレーリングシールドとの間の間隔が、浮上面における主磁極とトレーリングシールドとの間の間隔よりも大きくなっている箇所を有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る磁気記録ヘッドによれば、主磁極から磁気記録媒体と発振器へともに高い磁界を印加することができる。これにより、高記録密度の磁気記録装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１に係る磁気記録装置の構成例を示す図である。
【図２】磁気記録再生ヘッドをクロストラック方向から見た詳細図である。
【図３】従来技術における磁気記録再生ヘッドをクロストラック方向から見た詳細図である。
【図４】磁気記録再生ヘッドを磁気記録媒体３００の上方から見た詳細図である。
【図５】磁気記録再生ヘッドをトレーリング方向から見た詳細図である。
【図６】実施形態１の効果を説明する表である。
【図７】主磁極１２０から発生する磁束の分布を示す図である。
【図８】θを変化させたときのＨｇａｐの変化を示す図である。
【図９】ＤＢを変化させた時のＨｇａｐの変化を示す図である。
【図１０】ＨＴを変化させた時のＨｇａｐ、Ｈｍｅの変化を示す図である。
【図１１】ＴＧを変化させた時のＨｇａｐ、Ｈｍｅの変化を示す図である。
【図１２】実施形態２における磁気記録再生ヘッドをトレーリング方向から見た詳細図である。
【図１３】実施形態３における磁気記録再生ヘッドを磁気記録媒体３００の上方から見た詳細図である。
【図１４】実施形態４に係る磁気記録再生装置１０００の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。理解を容易にするため、以下の図において同じ機能部分には同一の符号を付して説明する。
【００２０】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る磁気記録装置の構成例を示す図である。ここでは、磁気記録再生ヘッド周辺の概略を示した。なお、本明細書で説明する図面は、磁気記録再生ヘッドの全体構成を示すため、各部の縮尺は実際のヘッドの縮尺と必ずしも同じではないことを付言しておく。その他の部位についても同様である。
【００２１】
磁気記録再生ヘッドは、記録ヘッド部１００と再生ヘッド部２００を備える、記録再生分離ヘッドである。
【００２２】
記録ヘッド部１００は、発振器１１０、主磁極１２０、副磁極１３０ａ、トレーリングシールド１３０ｂ、コイル１６０を備える。発振器１１０は、高周波磁界を発生する。主磁極１２０は、記録ヘッド磁界を発生する。トレーリングシールド１３０ｂは、発振器１１０の磁化回転方向を制御するために設けられている。コイル１６０と副磁極１３０ａは、主磁極１２０に磁場を励磁する。
【００２３】
本実施形態１において、主磁極１１０の材料はＦｅ７０Ｃｏ３０であり、飽和磁化は２.４Ｔである。トレーリングシールド１３０ｂの材料はＮｉＦｅであり、飽和磁化は１．２Ｔである。主磁極１２０やトレーリングシールド１３０ｂの材料としては、磁性体であることに加えて特に制約はない。ただし、望ましくは発振器１１０へ大きな磁界を印加するため、主磁極１２０の飽和磁化は高いほどよく、トレーリングシールド１３０ｂの透磁率は高いほどよい。
【００２４】
主磁極１２０から発振器１１０へ印加される磁界の大きさは、主磁極１２０とトレーリングシールド１３０ｂの間の距離（ＴＧ）が小さいほど大きくなる。それと同時に磁気記録媒体３００に印加される磁界強度は減少するため、ＴＧは適切に設定する必要がある。
【００２５】
また、トレーリングシールド１３０ｂの高さ（ＨＴ）も高すぎると磁気記録媒体３００に印加させる磁界強度は減少する。反対に、ＨＴが低すぎるとトレーリングシールド１３０ｂの飽和により機能しなくなりやすい。したがって、ＨＴも適切に設定する必要がある。本実施形態１におけるＴＧは３０ｎｍであり、この値は通常は発振器１１０の膜厚に相当する。また、ＴＨは２００ｎｍである。ＴＧについては図２で詳述し、ＴＧとＨＴの適切な範囲についても本実施の形態の最後に詳述する。
【００２６】
磁気記録再生ヘッドの媒体に対する進行方向をリーディング方向と呼び、磁気記録再生ヘッドの媒体に対する進行方向と反対の方向をトレーリング方向と呼ぶ。後述の図４〜図５に示すように、主磁極１２０のトラック幅方向の外側にサイドシールド１４０を設けてもよい。サイドシールド１４０は主磁極１２０の両側に設けてもよいし、外側と内側のどちらか一方にだけ設けてもよい。
【００２７】
再生ヘッド部２００は、再生センサ２１０、下部磁気シールド２２０、上部磁気シールド２３０を備える。再生センサ２０１は、記録信号を再生する役割を担うことさえできれば任意の構成を採用することができる。再生センサ２０１の構成としては、いわゆるＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）効果を有する再生センサでもよいし、ＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）効果を有する再生センサでもよいし、ＥＭＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｒｅｓｏｎａｎｔ）効果を有する再生センサでもよい。また、外部磁界に対して逆極性の応答をする２つ以上の再生センサを有するいわゆる差動型再生センサでもよい。下部磁気シールド２２０と上部磁気シールド２３０は、再生信号品質を向上させるために重要な役割を担うため、設けることが好ましい。図１には特に記載していないが、上部磁気シールド２３０は記録ヘッド部１００の補助磁極としての役割を兼ね備えることができる。
【００２８】
磁気記録媒体３００は、磁気記録再生ヘッドに近い側から順に、記録層３０１、中間層３０２、軟磁性下地層３０３を有する。
【００２９】
本実施形態１において、記録層３０１はＣｏＣｒＰｔ系合金から構成され、膜厚は１５ｎｍである。記録層３０１の材料はＣｏＣｒＰｔ系合金の以外でもよいが、垂直磁気異方性を持つ材料であることが好ましい。中間層３０２は、記録層３０１と軟磁性下地層３０３の間の磁気的な結合を抑制するために設けられる。軟磁性下地層３０３は、主磁極１２０から記録層３０１に印加される記録磁界を向上させる役割を担う。磁気記録媒体３００に上記以外の層を加えた構成としても、何ら本発明の趣旨を損なうものではない。
【００３０】
磁気記録媒体３００は、各ビットが連続して存在するいわゆる連続媒体でもよいし、複数のトラック間に記録ヘッドが情報を書き込むことができない非磁性領域が設けられている、いわゆるディスクリートトラックメディアでもよい。また、基板上に、凸状の磁性パターンと磁性パターン間の凹部を充填する非磁性体とを含む、いわゆるパターンド媒体でもよい。なお、本実施形態１における磁気記録再生ヘッドと記録層３０１との間の距離は５ｎｍとした。
【００３１】
図２は、磁気記録再生ヘッドをクロストラック方向から見た詳細図である。発振器１１０は、ＦＧＬ１１１、中間層１１２、スピン注入固定層１１３を有する。ＦＧＬ１１１は、高周波磁界を発生する。中間層１１２は、スピン透過性の高い材料を用いて構成されている。スピン注入固定層１１３は、ＦＧＬ１１１にスピントルクを与える。発振器１１０の構成は、図２に示すように、主磁極側からＦＧＬ１１１、中間層１１２、スピン注入固定層１１３の順に積層してもよいし、反対に主磁極１２０側からスピン注入固定層１１３、中間層１１２、ＦＧＬ１１１の順に積層してもよい。本実施形態１において、発振器１１０のトラック幅と素子高さは、ともに４０ｎｍである。
【００３２】
また、ＦＧＬ１１１に近接する位置に回転ガイド層を設けることができる。回転ガイド層は、ＦＧＬ１１１の発振の安定性を高めるためのものである。回転ガイド層の材料としては、例えば高い垂直異方性エネルギーを有するＣｏ／Ｎｉなどを用いることができる。
【００３３】
本実施形態１において、ＦＧＬ１１１の材料はＦｅ７０Ｃｏ３０であり、膜厚は１５ｎｍである。Ｆｅ７０Ｃｏ３０の飽和磁化は２.４Ｔであり、高い高周波磁界を発生することができる。ＦＧＬ１１１の材料としては、磁性体であればＦＧＬ１１１としての役割を担うことができる。例えば、ＦｅＣｏ合金の他に、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅＧｅ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＦｅＡｌ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＦｅＳｉなどのホイスラー合金、ＴｂＦｅＣｏなどのＲｅ−ＴＭ系アルモファス系合金、ＣｏＣｒ系合金などでもよい。また、ＣｏＩｒなど負の垂直異方性エネルギーを持つ材料でもよいでもよい。ＦＧＬ１１１の膜厚は、１５ｎｍ以上あるいは以下であっても本発明の趣旨に反するものではないが、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。５ｎｍ以上に設定するのは、膜厚が薄すぎると高周波磁界強度が低下しすぎるためであり、３０ｎｍ以下に設定するのは、膜厚が厚すぎるとＦＧＬ１１１が多磁区化し磁界強度の低下を招くためである。
【００３４】
本実施形態１において、中間層１１２の材料はＣｕであり、膜厚は３ｎｍである。中間層１１２の材料としては、非磁性体の導電性材料であることが好ましく、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉなどを用いることができる。
【００３５】
本実施形態１において、スピン注入固定層１１３の材料はＣｏ／Ｐｔである。本実施形態１で用いたＣｏ／Ｐｔの垂直異方性磁界Ｈｋは８ｋＯｅである。スピン注入固定層１１３の材料として、垂直異方性を持った材料を用いることにより、ＦＧＬ１１１の発振を安定させることができる。例えばＣｏ／Ｐｔの他に、Ｃｏ／Ｎｉ、Ｃｏ／Ｐｄ、ＣｏＣｒＴａ／Ｐｄなどの人工磁性材料を用いることが好ましい。また、発振の安定性は若干失われるが、ＦＧＬ１１１と同様の材料を用いることもできる。
【００３６】
発振器１１０を以上のような構成とすることにより、磁気記録媒体３００の記録層３０１に強い高周波磁界を印加することができる。また、図２や後述の図３には記載していないが、発振器１１０の磁気特性を確保するために、発振器１１０と主磁極１２０の間、または発振器１１０とトレーリングシールド１３０ｂの間に、非磁性体からなるシード層やキャップ層を設けることができる。
【００３７】
トレーリングシールド１３０ｂは、発振器１１０の素子高さ方向最上部よりも上方の位置を傾斜の開始位置として、トレーリング側に向かって倒れる方向に傾斜している。これにより、浮上面における主磁極１２０とトレーリングシールド１３０ｂの間の距離（ＴＧ）よりも、発振器１１０の上方における主磁極１２０とトレーリングシールド１３０ｂの間の距離（ＴＧ’）の方が広くなっている。
【００３８】
発振器１１０の最上部から、トレーリングシールド１３０ｂの傾斜が開始している位置までの距離をＤＢと定義すると、本実施形態１において、ＤＢ＝２５ｎｍである。トレーリングシールド１３０ｂの傾斜の角度（θ）は、磁気記録媒体３００に対して垂直な方向を０°と定義すると、θ＝４５°である。この構成による具体的な効果、同効果が得られる範囲、およびその理由については後述する。
【００３９】
図３は、従来技術における磁気記録再生ヘッドをクロストラック方向から見た詳細図である。従来の磁気記録再生ヘッドは、トレーリングシールド１３０ｂが傾斜しておらず、トレーリングシールド１３０ｂと主磁極１２０が対向する面が、磁気記録媒体３００に対して略垂直（θ≒０°）に形成されている。
【００４０】
図４は、磁気記録再生ヘッドを磁気記録媒体３００の上方から見た詳細図である。主磁極１２０のクロストラック方向の幅は４５ｎｍ、発振器１００のクロストラック方向の幅は４０ｎｍであるとした。トラック幅はこの値以外の値であっても何ら本発明の趣旨を損なうものではないが、高面記録密度パターンを記録するためには、主磁極１２０および発振器１００のトラック幅は狭い方が好ましい。さらに、本実施形態１では、主磁極１２０のリーディング端の形状がリーディング側にテーパーしているリーディングテーパ構造を採用している。リーディングテーパー構造は、主磁極１２０から発振器１１０や磁気記録媒体１３０へ向かって発生する磁界強度を増加させる役割がある。しかし、リーディングテーパーを有さない構造であっても、本発明の趣旨を損なうものではない。
【００４１】
主磁極１２０のリーディング側には、リーディングシールド１５０が設けられる。本実施形態１におけるリーディングシールド１５０の材料は、ＮｉＦｅである。リーディングシールド１５０は、主磁極１２０のリーディングテーパー（図５で後述）から発生する磁界が主磁極１２０のリーディング側に広がり、隣接トラックの情報を消去することを防ぐ役割を担う。リーディングシールド１５０の材料も、トレーリングシールド１３０ｂと同様に高い透磁率を有するものが好ましい。リーディングテーパー構造を設けるか否かに関わらず、リーディングシールド１５０を有さない構造であっても、何ら本発明の趣旨を損なうものではない。
【００４２】
主磁極１２０のトラック幅方向の両端には、サイドシールド１４０が設けられる。サイドシールド１４０は、主磁極１２０から発生する磁界がトラック幅方向へ広がることを抑制する効果がある。ただし、サイドシールド１４０を設けることにより、主磁極１２０から磁気記録媒体３００や発振器１１０へ印加される磁界強度が減衰するため、必ずしもサイドシールド１４０を設ける必要はない。また、サイドシールド１４０は主磁極１２０のトラック幅方向の片側だけに設けてもよい。サイドシールド１４０の材料も、トレーリングシールド１３０ｂと同様に高い透磁率を有する材料であることが好ましい。本実施形態１ではＮｉＦｅとした。サイドシールド１４０の形状は、適切に設定することができる。
【００４３】
主磁極１２０とサイドシールド１４０の間には、非磁性層１７０が設けられる。本実施形態１における非磁性層１７０の材料は、Ｒｕである。非磁性層１７０の膜厚を適切に設定することにより、主磁極１２０からサイドシールド１４０へ流れる磁束量、および主磁極１２０からトレーリングシールド１３０ｂへ流れる磁束量を制御することができる。本実施形態１における主磁極１２０とサイドシールド１４０の間の非磁性層１７０の膜厚は１００ｎｍとしたが、その他の膜厚としても何ら本発明の趣旨を損なうものではない。
【００４４】
図５は、磁気記録再生ヘッドをトレーリング方向から見た詳細図である。主磁極１２０のトラック幅方向の両端は、サイドシールド１４０が設けられている。主磁極１２０とサイドシールド１４０の間には、非磁性層１７０が設けられている。
【００４５】
以上、本実施形態１に係る磁気記録装置の構成を説明した。次に、本発明の効果を説明する。
【００４６】
図６は、本実施形態１の効果を説明する表である。図６は、本実施形態１に係る磁気記録ヘッド構造と、図３に示した従来の磁気記録ヘッド構造のそれぞれについて、主磁極１２０からＦＧＬ１１１に印加される磁界強度（Ｈｇａｐ）と、主磁極１２０から磁気記録媒体３００の記録層３０１に印加される磁界強度（Ｈｍｅ）を示している。
【００４７】
従来構造におけるＨｇａｐとＨｍｅはともに１０．０ｋＯｅであるのに対して、本実施形態１ではＨｇａｐは１１．５ｌＯｅであり、Ｈｍｅは１１．０ｋＯｅである。したがって、本実施形態１の磁気記録ヘッド構造では、ＨｇａｐとＨｍｅの両方とも従来構造より向上していることが確認できる。
【００４８】
図７は、主磁極１２０から発生する磁束の分布を示す図である。図７（ａ）は本実施形態１における磁束分布、図７（ｂ）は従来構造における磁束分布を示す。いずれの構成においても、主磁極１２０から発生した磁束はトレーリングシールド１３０ｂと軟磁性下地層３０３に向かって流れる。これは、上述したようにトレーリングシールド１３０ｂと軟磁性下地層３０３の透磁率が大きいためである。
【００４９】
磁束密度に着目すると、本実施形態１の構成では、発振器１１０内や発振器１１０の直下の記録層３０１において磁束が集中しているが、発振器１１０よりも上方では磁束密度が低い。一方、従来構造では各位置において一様な磁束密度となっている。
【００５０】
これは、本実施形態１に係る構造の下では、発振器１１０と同じ高さ方向の位置における主磁極１２０とトレーリングシールド１３０ｂの間隔（ＴＧ）は狭く、発振器１１０よりも上方の位置においてはＴＧが広くなっているので、ＴＧが狭い発振器１１０周辺に磁束が集中するからである。
【００５１】
磁束密度が高いほど磁界強度は高いので、本実施形態１では、主磁極１２０から発生する磁界が発振器１１０に向かって集中し、主磁極１２０から発振器１１０と記録層３０１に印加する磁界強度が従来よりも増加するといえる。
【００５２】
次に、トレーリングシールド１３０ｂの傾斜の開始位置（ＤＢ）と傾斜角度（θ）の望ましい範囲について説明する。
【００５３】
図８は、θを変化させたときのＨｇａｐの変化を示す図である。図８に示すように、Ｈｇａｐはθが０°から増加するほど向上するが、６０°以上になると低下する。これは、θが大きくなるほど、主磁極１２０の発振器１１０よりも上方における位置から発生する磁束は、主磁極１２０からトレーリングシールド１３０ｂまでの距離が短いトレーリングシールド１３０ｂの下部に引き寄せられるが、θが大きくなりすぎるとその効果が飽和し、トレーリングシールド１３０ｂの透磁率が低下するためである。したがって、θは上述の効果が飽和しない程度に大きくすることが望ましい。
【００５４】
図８から、本実施形態１による効果が十分に得られるθの範囲は、１０°以上７０°以下であることがわかる。また、後述するように望ましいＤＢの範囲は０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、この範囲であれば最適なθが１０°以上７０°以下であることに変わりはない。これは、図８においてＤＢが０ｎｍ、２５ｎｍ、６０ｎｍの全ての条件において、本発明のθの範囲ではＨｇａｐの向上効果が表れていることからも確認できる。
【００５５】
図９は、ＤＢを変化させた時のＨｇａｐの変化を示す図である。ＨｇａｐはＤＢが０の時に極大値となる。ＨｇａｐはＤＢが０ｎｍ以下に低下するときには急減するが、ＤＢが０ｎｍから増加するときには緩やかに減少する。これは、ＤＢが０よりも小さくなると、発振器１１０が配置されている位置におけるＴＧが実効的に広くなるため、磁束がトレーリングシールド１３０ｂには流れず記録層３０１に流れてしまうためである。一方、ＤＢが０よりも大きいときには、主磁極１２０の発振器１１０よりも上方における位置から発生する磁束が下側に流れにくくなるためである。
【００５６】
図９から分かるように、本実施形態１による効果が十分に得られるＤＢの範囲は、０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。この範囲は、上述したθが１０°以上７０°以下の条件では変化しない。これは、図９においてθが１５°、４５°、６０°の全ての条件において、本発明のＤＢの範囲ではＨｇａｐの向上効果が表れていることから確認できる。
【００５７】
最後に、本発明の効果が得られるトレーリングシールド１３０ｂの高さ（ＨＴ）とトレーリングシールド１３０ｂと発振器１１０の間の距離（ＴＧ）の範囲について説明する。ＨＴはは８０ｎｍ以上４００ｎｍ以下にすることが好ましい。図１０にＨｇａｐおよびＨｍｅとＨＴの関係を示す。図１０におけるθは４５°、ＤＢは２５ｎｍである。図１０から分かるように、ＨＴが８０ｎｍよりも小さいとＨｇａｐは低下し、４００ｎｍ以上になるとＨｍｅが低下する。これはＨＴが小さすぎるとトレーリングシールド１３０ｂの効果が低下し十分なＨｇａｐ得られず、反対にＨＴが大きすぎると発振器１１０よりも上方において主磁極１２０からトレーリングシールド１３０ｂへ流れる磁束が大きすぎるためにＨｍｅが小さくなってしまうためである。
【００５８】
図１１にＨｇａｐおよびＨｍｅとＴＧの関係を示す。図１１から分かるように、ＴＧが１５ｎｍ以下になると急激にＨｍｅが低下する。一方、ＴＧが５０ｎｍ以上になるとＨｇａｐが急激に低下する。したがって、ＴＧは１５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲に設定することが好ましい。
【００５９】
したがって、ＨＴが８０ｎｍ以上４００ｎｍ以下、ＴＧが１５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、θが１０°以上７０°以下であり、かつＤＢが０ｎｍ以上１００ｎｍ以下となるようなトレーリングシールド１３０ｂを構成することにより、発振器１１０と磁気記録媒体３００の両方に高い磁界を印加することができるようになる。
【００６０】
＜実施の形態１：まとめ＞
以上のように、本実施形態１に係る磁気記録再生ヘッドは、発振器１１０の上端部よりも上方の位置において、主磁極１２０とトレーリングシールド１３０ｂとの間の間隔が、浮上面における主磁極１２０とトレーリングシールド１３０ｂとの間の間隔よりも大きい箇所を有する。これにより、主磁極１２０が発生する磁束を発振器１１０に集中させ、磁気記録効果を高めることができる。
【００６１】
なお、本実施形態１において、間隔ＴＧ’が間隔ＴＧよりも大きければ、トレーリングシールド１３０ｂの形状は必ずしも傾斜状でなくともよい。例えば、図２で説明したトレーリングシールド１３０ｂの傾斜部分と同じ位置に、傾斜に代えて階段状の構造を設けることも考えられる。以下の実施形態でも同様である。
【００６２】
＜実施の形態２＞
図１２は、本発明の実施形態２における磁気記録再生ヘッドをトレーリング方向から見た詳細図である。本実施形態２では、記録ヘッド部１００の主磁極１２０の形状が実施形態１とは異なる。その他の構成は実施形態１と同様である。
【００６３】
本実施形態２において、主磁極１２０のトラック幅は、浮上面から上方に向かうにつれて広がっている。本実施形態２において、浮上面における主磁極１２０のトラック幅は実施形態１と同様に４０ｎｍであるが、発振器１１０の最上部位置においては６０ｎｍである。
【００６４】
本実施形態２では、主磁極１２０の上部におけるトラック幅が広いため、記録磁界がトラック幅方向へ広がることを抑制しつつ、発振器１１０へ印加される磁界強度を向上させることができる。
【００６５】
＜実施の形態３＞
図１３は、本発明の実施形態３における磁気記録再生ヘッドを磁気記録媒体３００の上方から見た詳細図である。本実施形態３では、記録ヘッド部１００のトレーリングシールド１３０ｂの形状のみが実施形態１とは異なる。その他の構成は実施形態１と同様である。
【００６６】
本実施形態３において、トレーリングシールド１３０ｂは、トラック幅方向の端部がトレーリング方向に向かって湾曲している。湾曲の程度は、トラック幅方向の中央から端部に向かうにつれて大きくなっている。
【００６７】
本実施形態３では、トレーリングシールド１３０ｂがトレーリング側へ湾曲する形状を持つことにより、主磁極１２０から発生する磁界がトラック幅方向の中央（発振器１１０が配置されている位置）に集中しやすく、発振器１１１へ印加される磁界強度を向上させることができる。また、本実施形態３と実施形態２で説明した構造を組み合わせることにより、より効果的に発振器１１０に磁界を集中させることができる。
【００６８】
＜実施の形態４＞
図１４は、本発明の実施形態４に係る磁気記録再生装置１０００の構成例を示す図である。磁気記録再生ヘッドは実施形態１〜３のいずれかで説明したものであり、ヘッドスライダー６００に搭載される。
【００６９】
磁気記録再生装置１０００は、磁気記録媒体３００をスピンドルモータ４００で回転させ、アクチュエータ５００によってヘッドスライダー６００を磁気記録媒体３００のトラック上に誘導する。すなわち、ヘッドスライダー６００上に形成した再生ヘッドおよび記録ヘッドがこの機構により磁気記録媒体３００上の所定の記録位置に近接して相対運動し、信号を順次書き込み、または読み取る。アクチュエータ５００は、ロータリーアクチュエータであることが望ましい。
【００７０】
記録信号は、信号処理系７００を通じて記録ヘッドにより磁気記録媒体３００上に記録される。信号処理系７００は、再生ヘッドの出力を信号として得る。再生ヘッドを所望の記録トラック上へ移動させる際に、再生ヘッドからの高感度な出力を用いてトラック上の位置を検出し、アクチュエータ５００を制御して、ヘッドスライダー６００の位置を決めることができる。
【００７１】
図１４では、ヘッドスライダー６００、磁気記録媒体３００を各１個示したが、これらは複数であっても構わない。また磁気記録媒体３００は、両面に記録情報を有して情報を記録してもよい。ディスク両面に情報を記録する場合、ヘッドスライダー６００は磁気記録媒体３００の両面に配置する。
【符号の説明】
【００７２】
１００：記録ヘッド部、１１０：発振器、１１１：高周波磁界発生層（ＦＧＬ）、１１２：中間層、１１３：スピン注入固定層、１２０：主磁極、１３０ａ：副磁極、１３０ｂ：トレーリングシールド、１４０：サイドシールド、１５０：リーディングシールド、１６０：コイル、１７０：非磁性層、２００：再生ヘッド部、２１０：再生センサ、２２０：下部磁気シールド、２３０：上部磁気シールド、３００：磁気記録媒体、３０１：記録層、３０２：中間層、３０３：軟磁性下地層、４００：スピンドルモータ、５００：アクチュエータ、６００：ヘッドスライダー、７００：信号処理系、１０００：磁気記録再生装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気記録媒体に対し高周波磁界を印加することにより磁化反転を誘導する機能を有する磁気記録ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などの磁気記録再生装置において、年率４０％程度の急速な記録密度の増加が求められており、２０１３年ごろには面記録密度は１Ｔｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ２に達すると予想されている。
【０００３】
面記録密度を向上させるためには、磁気記録ヘッドおよび再生ヘッドの微細化と磁気記録媒体の粒径の微細化が必要である。しかし、磁気記録ヘッドの微細化により記録磁界強度は減少するため、記録能力が不足することが予測される。また、磁気記録媒体の粒径が微細化すると熱揺らぎの問題が顕在化するため、粒径の微細化と同時に保磁力や異方性エネルギーを増加させる必要があり、これらを同時に達成することが困難になる。したがって、面記録密度を向上させるためには、記録能力を向上させることが鍵となる。
【０００４】
そこで、熱や高周波磁界を印加することにより、情報を記録するときのみ一時的に磁気記録媒体の保磁力を低下させる、アシスト記録方式が提案されている。
【０００５】
高周波磁界を印加することによるアシスト記録方式は、「マイクロ波アシスト記録（ＭＡＭＲ）」と呼ばれ、近年着目されている。ＭＡＭＲでは、強力なマイクロ波帯の高周波磁界をナノメートルオーダーの領域に印加して記録媒体を局所的に励起し、磁化反転磁界を低減して情報を記録する。同方式では磁気共鳴を利用するため、記録媒体の異方性磁界に比例する強い高周波磁界を用いないと、磁化反転磁界を低減する効果が十分に得られない。
【０００６】
下記特許文献１には、高周波アシスト磁界を発生させるため、ＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）に類似する、積層膜を電極で挟んだ構造の高周波発振器が開示されている。高周波発振器は、ＧＭＲ構造内に発生するスピン揺らぎをもつ伝導電子を、非磁性体を介して磁性体に注入することにより、微小な高周波振動磁界を発生させることができる。
【０００７】
下記特許文献２〜３には、浮上面よりも上方の位置において、主磁極と発振器の間の間隔が、浮上面における間隔よりも大きくなっている構造が開示されている。同文献によれば、主磁極から発振器へ印加される磁界を低減することによって、発振器が発振しやすくなり、かつ記録磁界強度の減少も小さくなるとされている。
【０００８】
下記非特許文献１には、垂直磁気ヘッドの主磁極に隣接した磁気記録媒体の近傍に、スピントルクによって高速回転する高周波磁界発生層（Ｆｉｅｌｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ：以下、ＦＧＬと略す）を配置してマイクロ波（高周波磁界）を発生せしめ、磁気異方性の大きな磁気記録媒体に情報を記録する技術が開示されている。
【０００９】
下記非特許文献２には、発振器を、磁気記録ヘッドの主磁極と主磁極の後方側（トレーリング側）のシールドの間に配置させ、高周波磁界の回転方向を記録磁界極性に応じて変化させることにより、磁気記録媒体の磁化反転を効率的にアシストする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５-０２５８３１号公報
【特許文献２】特開２０１０-２５７５３９号公報
【特許文献３】特開２０１０-１８２３６１号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】”Microwave Assisted Magnetic Recording”, J-G. Zhu et.al, IEEE trans. Magn., Vol. 44, NO.1, pp.125 (2008)
【非特許文献２】”Medium damping constant and performance characteristics in microwave assisted magnetic recording with circular as field”, Y. Wang et. al, Journal of Applied Physics, Vol. 105, pp.07B902 (2009)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ＭＡＭＲで１Ｔｂｉｔｓ／ｉｎｃｈ２程度の記録密度を実現するためには、強力な高周波磁界をナノメートルオーダーの領域に照射して磁性記録媒体を局所的に磁気共鳴状態にし、磁化反転磁界を低減して情報を記録する必要がある。このためには、発振器が高い高周波磁界を発生させることができるように、主磁極から発生する高い磁界中においても発振器が発振可能であること、および主磁極から記録媒体へ大きい磁界を印加できることが必要である。
【００１３】
ＭＡＭＲでは上記の課題以外にも、発振器が記録極性に同期した早い反転速度を実現する必要がある。そこで、発振器に印加する磁界強度を変えて記録再生シミュレーションを実施した結果、主磁極から発振器に印加する磁界強度はむしろ高い方が、高品質の信号を記録するためには都合がよいことが明らかになった。
【００１４】
これは、主磁極から発振器に印加される磁界強度がある程度大きくても、発振器から発生する高周波磁界強度は減少するものの、アシスト記録に必要な程度の磁界は得られるのに対して、主磁極から発振器に印加される磁界強度が弱い場合は、ビット周期内で発振器の磁化の反転が終わらずに、高周波磁界アシストが全くできなくなるためである。したがって、反転速度を向上させる観点から、発振器へ高い記録磁界を印加することは極めて重要である。
【００１５】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、マイクロ波アシスト記録を用いる磁気記録ヘッドにおいて、主磁極から発振器へ印加される磁界強度を向上させるとともに、主磁極から記録媒体へ印加される磁界強度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る磁気記録ヘッドは、発振器の上端部よりも上方の位置において、主磁極とトレーリングシールドとの間の間隔が、浮上面における主磁極とトレーリングシールドとの間の間隔よりも大きくなっている箇所を有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る磁気記録ヘッドによれば、主磁極から磁気記録媒体と発振器へともに高い磁界を印加することができる。これにより、高記録密度の磁気記録装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１に係る磁気記録装置の構成例を示す図である。
【図２】磁気記録再生ヘッドをクロストラック方向から見た詳細図である。
【図３】従来技術における磁気記録再生ヘッドをクロストラック方向から見た詳細図である。
【図４】磁気記録再生ヘッドを磁気記録媒体３００の上方から見た詳細図である。
【図５】磁気記録再生ヘッドをトレーリング方向から見た詳細図である。
【図６】実施形態１の効果を説明する表である。
【図７】主磁極１２０から発生する磁束の分布を示す図である。
【図８】θを変化させたときのＨｇａｐの変化を示す図である。
【図９】ＤＢを変化させた時のＨｇａｐの変化を示す図である。
【図１０】ＨＴを変化させた時のＨｇａｐ、Ｈｍｅの変化を示す図である。
【図１１】ＴＧを変化させた時のＨｇａｐ、Ｈｍｅの変化を示す図である。
【図１２】実施形態２における磁気記録再生ヘッドをトレーリング方向から見た詳細図である。
【図１３】実施形態３における磁気記録再生ヘッドを磁気記録媒体３００の上方から見た詳細図である。
【図１４】実施形態４に係る磁気記録再生装置１０００の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。理解を容易にするため、以下の図において同じ機能部分には同一の符号を付して説明する。
【００２０】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る磁気記録装置の構成例を示す図である。ここでは、磁気記録再生ヘッド周辺の概略を示した。なお、本明細書で説明する図面は、磁気記録再生ヘッドの全体構成を示すため、各部の縮尺は実際のヘッドの縮尺と必ずしも同じではないことを付言しておく。その他の部位についても同様である。
【００２１】
磁気記録再生ヘッドは、記録ヘッド部１００と再生ヘッド部２００を備える、記録再生分離ヘッドである。
【００２２】
記録ヘッド部１００は、発振器１１０、主磁極１２０、副磁極１３０ａ、トレーリングシールド１３０ｂ、コイル１６０を備える。発振器１１０は、高周波磁界を発生する。主磁極１２０は、記録ヘッド磁界を発生する。トレーリングシールド１３０ｂは、発振器１１０の磁化回転方向を制御するために設けられている。コイル１６０と副磁極１３０ａは、主磁極１２０に磁場を励磁する。
【００２３】
本実施形態１において、主磁極１１０の材料はＦｅ７０Ｃｏ３０であり、飽和磁化は２.４Ｔである。トレーリングシールド１３０ｂの材料はＮｉＦｅであり、飽和磁化は１．２Ｔである。主磁極１２０やトレーリングシールド１３０ｂの材料としては、磁性体であることに加えて特に制約はない。ただし、望ましくは発振器１１０へ大きな磁界を印加するため、主磁極１２０の飽和磁化は高いほどよく、トレーリングシールド１３０ｂの透磁率は高いほどよい。
【００２４】
主磁極１２０から発振器１１０へ印加される磁界の大きさは、主磁極１２０とトレーリングシールド１３０ｂの間の距離（ＴＧ）が小さいほど大きくなる。それと同時に磁気記録媒体３００に印加される磁界強度は減少するため、ＴＧは適切に設定する必要がある。
【００２５】
また、トレーリングシールド１３０ｂの高さ（ＨＴ）も高すぎると磁気記録媒体３００に印加させる磁界強度は減少する。反対に、ＨＴが低すぎるとトレーリングシールド１３０ｂの飽和により機能しなくなりやすい。したがって、ＨＴも適切に設定する必要がある。本実施形態１におけるＴＧは３０ｎｍであり、この値は通常は発振器１１０の膜厚に相当する。また、ＴＨは２００ｎｍである。ＴＧについては図２で詳述し、ＴＧとＨＴの適切な範囲についても本実施の形態の最後に詳述する。
【００２６】
磁気記録再生ヘッドの媒体に対する進行方向をリーディング方向と呼び、磁気記録再生ヘッドの媒体に対する進行方向と反対の方向をトレーリング方向と呼ぶ。後述の図４〜図５に示すように、主磁極１２０のトラック幅方向の外側にサイドシールド１４０を設けてもよい。サイドシールド１４０は主磁極１２０の両側に設けてもよいし、外側と内側のどちらか一方にだけ設けてもよい。
【００２７】
再生ヘッド部２００は、再生センサ２１０、下部磁気シールド２２０、上部磁気シールド２３０を備える。再生センサ２０１は、記録信号を再生する役割を担うことさえできれば任意の構成を採用することができる。再生センサ２０１の構成としては、いわゆるＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）効果を有する再生センサでもよいし、ＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）効果を有する再生センサでもよいし、ＥＭＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｒｅｓｏｎａｎｔ）効果を有する再生センサでもよい。また、外部磁界に対して逆極性の応答をする２つ以上の再生センサを有するいわゆる差動型再生センサでもよい。下部磁気シールド２２０と上部磁気シールド２３０は、再生信号品質を向上させるために重要な役割を担うため、設けることが好ましい。図１には特に記載していないが、上部磁気シールド２３０は記録ヘッド部１００の補助磁極としての役割を兼ね備えることができる。
【００２８】
磁気記録媒体３００は、磁気記録再生ヘッドに近い側から順に、記録層３０１、中間層３０２、軟磁性下地層３０３を有する。
【００２９】
本実施形態１において、記録層３０１はＣｏＣｒＰｔ系合金から構成され、膜厚は１５ｎｍである。記録層３０１の材料はＣｏＣｒＰｔ系合金の以外でもよいが、垂直磁気異方性を持つ材料であることが好ましい。中間層３０２は、記録層３０１と軟磁性下地層３０３の間の磁気的な結合を抑制するために設けられる。軟磁性下地層３０３は、主磁極１２０から記録層３０１に印加される記録磁界を向上させる役割を担う。磁気記録媒体３００に上記以外の層を加えた構成としても、何ら本発明の趣旨を損なうものではない。
【００３０】
磁気記録媒体３００は、各ビットが連続して存在するいわゆる連続媒体でもよいし、複数のトラック間に記録ヘッドが情報を書き込むことができない非磁性領域が設けられている、いわゆるディスクリートトラックメディアでもよい。また、基板上に、凸状の磁性パターンと磁性パターン間の凹部を充填する非磁性体とを含む、いわゆるパターンド媒体でもよい。なお、本実施形態１における磁気記録再生ヘッドと記録層３０１との間の距離は５ｎｍとした。
【００３１】
図２は、磁気記録再生ヘッドをクロストラック方向から見た詳細図である。発振器１１０は、ＦＧＬ１１１、中間層１１２、スピン注入固定層１１３を有する。ＦＧＬ１１１は、高周波磁界を発生する。中間層１１２は、スピン透過性の高い材料を用いて構成されている。スピン注入固定層１１３は、ＦＧＬ１１１にスピントルクを与える。発振器１１０の構成は、図２に示すように、主磁極側からＦＧＬ１１１、中間層１１２、スピン注入固定層１１３の順に積層してもよいし、反対に主磁極１２０側からスピン注入固定層１１３、中間層１１２、ＦＧＬ１１１の順に積層してもよい。本実施形態１において、発振器１１０のトラック幅と素子高さは、ともに４０ｎｍである。
【００３２】
また、ＦＧＬ１１１に近接する位置に回転ガイド層を設けることができる。回転ガイド層は、ＦＧＬ１１１の発振の安定性を高めるためのものである。回転ガイド層の材料としては、例えば高い垂直異方性エネルギーを有するＣｏ／Ｎｉなどを用いることができる。
【００３３】
本実施形態１において、ＦＧＬ１１１の材料はＦｅ７０Ｃｏ３０であり、膜厚は１５ｎｍである。Ｆｅ７０Ｃｏ３０の飽和磁化は２.４Ｔであり、高い高周波磁界を発生することができる。ＦＧＬ１１１の材料としては、磁性体であればＦＧＬ１１１としての役割を担うことができる。例えば、ＦｅＣｏ合金の他に、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅＧｅ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＦｅＡｌ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＦｅＳｉなどのホイスラー合金、ＴｂＦｅＣｏなどのＲｅ−ＴＭ系アルモファス系合金、ＣｏＣｒ系合金などでもよい。また、ＣｏＩｒなど負の垂直異方性エネルギーを持つ材料でもよいでもよい。ＦＧＬ１１１の膜厚は、１５ｎｍ以上あるいは以下であっても本発明の趣旨に反するものではないが、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。５ｎｍ以上に設定するのは、膜厚が薄すぎると高周波磁界強度が低下しすぎるためであり、３０ｎｍ以下に設定するのは、膜厚が厚すぎるとＦＧＬ１１１が多磁区化し磁界強度の低下を招くためである。
【００３４】
本実施形態１において、中間層１１２の材料はＣｕであり、膜厚は３ｎｍである。中間層１１２の材料としては、非磁性体の導電性材料であることが好ましく、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉなどを用いることができる。
【００３５】
本実施形態１において、スピン注入固定層１１３の材料はＣｏ／Ｐｔである。本実施形態１で用いたＣｏ／Ｐｔの垂直異方性磁界Ｈｋは８ｋＯｅである。スピン注入固定層１１３の材料として、垂直異方性を持った材料を用いることにより、ＦＧＬ１１１の発振を安定させることができる。例えばＣｏ／Ｐｔの他に、Ｃｏ／Ｎｉ、Ｃｏ／Ｐｄ、ＣｏＣｒＴａ／Ｐｄなどの人工磁性材料を用いることが好ましい。また、発振の安定性は若干失われるが、ＦＧＬ１１１と同様の材料を用いることもできる。
【００３６】
発振器１１０を以上のような構成とすることにより、磁気記録媒体３００の記録層３０１に強い高周波磁界を印加することができる。また、図２や後述の図３には記載していないが、発振器１１０の磁気特性を確保するために、発振器１１０と主磁極１２０の間、または発振器１１０とトレーリングシールド１３０ｂの間に、非磁性体からなるシード層やキャップ層を設けることができる。
【００３７】
トレーリングシールド１３０ｂは、発振器１１０の素子高さ方向最上部よりも上方の位置を傾斜の開始位置として、トレーリング側に向かって倒れる方向に傾斜している。これにより、浮上面における主磁極１２０とトレーリングシールド１３０ｂの間の距離（ＴＧ）よりも、発振器１１０の上方における主磁極１２０とトレーリングシールド１３０ｂの間の距離（ＴＧ’）の方が広くなっている。
【００３８】
発振器１１０の最上部から、トレーリングシールド１３０ｂの傾斜が開始している位置までの距離をＤＢと定義すると、本実施形態１において、ＤＢ＝２５ｎｍである。トレーリングシールド１３０ｂの傾斜の角度（θ）は、磁気記録媒体３００に対して垂直な方向を０°と定義すると、θ＝４５°である。この構成による具体的な効果、同効果が得られる範囲、およびその理由については後述する。
【００３９】
図３は、従来技術における磁気記録再生ヘッドをクロストラック方向から見た詳細図である。従来の磁気記録再生ヘッドは、トレーリングシールド１３０ｂが傾斜しておらず、トレーリングシールド１３０ｂと主磁極１２０が対向する面が、磁気記録媒体３００に対して略垂直（θ≒０°）に形成されている。
【００４０】
図４は、磁気記録再生ヘッドを磁気記録媒体３００の上方から見た詳細図である。主磁極１２０のクロストラック方向の幅は４５ｎｍ、発振器１００のクロストラック方向の幅は４０ｎｍであるとした。トラック幅はこの値以外の値であっても何ら本発明の趣旨を損なうものではないが、高面記録密度パターンを記録するためには、主磁極１２０および発振器１００のトラック幅は狭い方が好ましい。さらに、本実施形態１では、主磁極１２０のリーディング端の形状がリーディング側にテーパーしているリーディングテーパ構造を採用している。リーディングテーパー構造は、主磁極１２０から発振器１１０や磁気記録媒体１３０へ向かって発生する磁界強度を増加させる役割がある。しかし、リーディングテーパーを有さない構造であっても、本発明の趣旨を損なうものではない。
【００４１】
主磁極１２０のリーディング側には、リーディングシールド１５０が設けられる。本実施形態１におけるリーディングシールド１５０の材料は、ＮｉＦｅである。リーディングシールド１５０は、主磁極１２０のリーディングテーパー（図５で後述）から発生する磁界が主磁極１２０のリーディング側に広がり、隣接トラックの情報を消去することを防ぐ役割を担う。リーディングシールド１５０の材料も、トレーリングシールド１３０ｂと同様に高い透磁率を有するものが好ましい。リーディングテーパー構造を設けるか否かに関わらず、リーディングシールド１５０を有さない構造であっても、何ら本発明の趣旨を損なうものではない。
【００４２】
主磁極１２０のトラック幅方向の両端には、サイドシールド１４０が設けられる。サイドシールド１４０は、主磁極１２０から発生する磁界がトラック幅方向へ広がることを抑制する効果がある。ただし、サイドシールド１４０を設けることにより、主磁極１２０から磁気記録媒体３００や発振器１１０へ印加される磁界強度が減衰するため、必ずしもサイドシールド１４０を設ける必要はない。また、サイドシールド１４０は主磁極１２０のトラック幅方向の片側だけに設けてもよい。サイドシールド１４０の材料も、トレーリングシールド１３０ｂと同様に高い透磁率を有する材料であることが好ましい。本実施形態１ではＮｉＦｅとした。サイドシールド１４０の形状は、適切に設定することができる。
【００４３】
主磁極１２０とサイドシールド１４０の間には、非磁性層１７０が設けられる。本実施形態１における非磁性層１７０の材料は、Ｒｕである。非磁性層１７０の膜厚を適切に設定することにより、主磁極１２０からサイドシールド１４０へ流れる磁束量、および主磁極１２０からトレーリングシールド１３０ｂへ流れる磁束量を制御することができる。本実施形態１における主磁極１２０とサイドシールド１４０の間の非磁性層１７０の膜厚は１００ｎｍとしたが、その他の膜厚としても何ら本発明の趣旨を損なうものではない。
【００４４】
図５は、磁気記録再生ヘッドをトレーリング方向から見た詳細図である。主磁極１２０のトラック幅方向の両端は、サイドシールド１４０が設けられている。主磁極１２０とサイドシールド１４０の間には、非磁性層１７０が設けられている。
【００４５】
以上、本実施形態１に係る磁気記録装置の構成を説明した。次に、本発明の効果を説明する。
【００４６】
図６は、本実施形態１の効果を説明する表である。図６は、本実施形態１に係る磁気記録ヘッド構造と、図３に示した従来の磁気記録ヘッド構造のそれぞれについて、主磁極１２０からＦＧＬ１１１に印加される磁界強度（Ｈｇａｐ）と、主磁極１２０から磁気記録媒体３００の記録層３０１に印加される磁界強度（Ｈｍｅ）を示している。
【００４７】
従来構造におけるＨｇａｐとＨｍｅはともに１０．０ｋＯｅであるのに対して、本実施形態１ではＨｇａｐは１１．５ｌＯｅであり、Ｈｍｅは１１．０ｋＯｅである。したがって、本実施形態１の磁気記録ヘッド構造では、ＨｇａｐとＨｍｅの両方とも従来構造より向上していることが確認できる。
【００４８】
図７は、主磁極１２０から発生する磁束の分布を示す図である。図７（ａ）は本実施形態１における磁束分布、図７（ｂ）は従来構造における磁束分布を示す。いずれの構成においても、主磁極１２０から発生した磁束はトレーリングシールド１３０ｂと軟磁性下地層３０３に向かって流れる。これは、上述したようにトレーリングシールド１３０ｂと軟磁性下地層３０３の透磁率が大きいためである。
【００４９】
磁束密度に着目すると、本実施形態１の構成では、発振器１１０内や発振器１１０の直下の記録層３０１において磁束が集中しているが、発振器１１０よりも上方では磁束密度が低い。一方、従来構造では各位置において一様な磁束密度となっている。
【００５０】
これは、本実施形態１に係る構造の下では、発振器１１０と同じ高さ方向の位置における主磁極１２０とトレーリングシールド１３０ｂの間隔（ＴＧ）は狭く、発振器１１０よりも上方の位置においてはＴＧが広くなっているので、ＴＧが狭い発振器１１０周辺に磁束が集中するからである。
【００５１】
磁束密度が高いほど磁界強度は高いので、本実施形態１では、主磁極１２０から発生する磁界が発振器１１０に向かって集中し、主磁極１２０から発振器１１０と記録層３０１に印加する磁界強度が従来よりも増加するといえる。
【００５２】
次に、トレーリングシールド１３０ｂの傾斜の開始位置（ＤＢ）と傾斜角度（θ）の望ましい範囲について説明する。
【００５３】
図８は、θを変化させたときのＨｇａｐの変化を示す図である。図８に示すように、Ｈｇａｐはθが０°から増加するほど向上するが、６０°以上になると低下する。これは、θが大きくなるほど、主磁極１２０の発振器１１０よりも上方における位置から発生する磁束は、主磁極１２０からトレーリングシールド１３０ｂまでの距離が短いトレーリングシールド１３０ｂの下部に引き寄せられるが、θが大きくなりすぎるとその効果が飽和し、トレーリングシールド１３０ｂの透磁率が低下するためである。したがって、θは上述の効果が飽和しない程度に大きくすることが望ましい。
【００５４】
図８から、本実施形態１による効果が十分に得られるθの範囲は、１０°以上７０°以下であることがわかる。また、後述するように望ましいＤＢの範囲は０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、この範囲であれば最適なθが１０°以上７０°以下であることに変わりはない。これは、図８においてＤＢが０ｎｍ、２５ｎｍ、６０ｎｍの全ての条件において、本発明のθの範囲ではＨｇａｐの向上効果が表れていることからも確認できる。
【００５５】
図９は、ＤＢを変化させた時のＨｇａｐの変化を示す図である。ＨｇａｐはＤＢが０の時に極大値となる。ＨｇａｐはＤＢが０ｎｍ以下に低下するときには急減するが、ＤＢが０ｎｍから増加するときには緩やかに減少する。これは、ＤＢが０よりも小さくなると、発振器１１０が配置されている位置におけるＴＧが実効的に広くなるため、磁束がトレーリングシールド１３０ｂには流れず記録層３０１に流れてしまうためである。一方、ＤＢが０よりも大きいときには、主磁極１２０の発振器１１０よりも上方における位置から発生する磁束が下側に流れにくくなるためである。
【００５６】
図９から分かるように、本実施形態１による効果が十分に得られるＤＢの範囲は、０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。この範囲は、上述したθが１０°以上７０°以下の条件では変化しない。これは、図９においてθが１５°、４５°、６０°の全ての条件において、本発明のＤＢの範囲ではＨｇａｐの向上効果が表れていることから確認できる。
【００５７】
最後に、本発明の効果が得られるトレーリングシールド１３０ｂの高さ（ＨＴ）とトレーリングシールド１３０ｂと発振器１１０の間の距離（ＴＧ）の範囲について説明する。ＨＴはは８０ｎｍ以上４００ｎｍ以下にすることが好ましい。図１０にＨｇａｐおよびＨｍｅとＨＴの関係を示す。図１０におけるθは４５°、ＤＢは２５ｎｍである。図１０から分かるように、ＨＴが８０ｎｍよりも小さいとＨｇａｐは低下し、４００ｎｍ以上になるとＨｍｅが低下する。これはＨＴが小さすぎるとトレーリングシールド１３０ｂの効果が低下し十分なＨｇａｐ得られず、反対にＨＴが大きすぎると発振器１１０よりも上方において主磁極１２０からトレーリングシールド１３０ｂへ流れる磁束が大きすぎるためにＨｍｅが小さくなってしまうためである。
【００５８】
図１１にＨｇａｐおよびＨｍｅとＴＧの関係を示す。図１１から分かるように、ＴＧが１５ｎｍ以下になると急激にＨｍｅが低下する。一方、ＴＧが５０ｎｍ以上になるとＨｇａｐが急激に低下する。したがって、ＴＧは１５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲に設定することが好ましい。
【００５９】
したがって、ＨＴが８０ｎｍ以上４００ｎｍ以下、ＴＧが１５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、θが１０°以上７０°以下であり、かつＤＢが０ｎｍ以上１００ｎｍ以下となるようなトレーリングシールド１３０ｂを構成することにより、発振器１１０と磁気記録媒体３００の両方に高い磁界を印加することができるようになる。
【００６０】
＜実施の形態１：まとめ＞
以上のように、本実施形態１に係る磁気記録再生ヘッドは、発振器１１０の上端部よりも上方の位置において、主磁極１２０とトレーリングシールド１３０ｂとの間の間隔が、浮上面における主磁極１２０とトレーリングシールド１３０ｂとの間の間隔よりも大きい箇所を有する。これにより、主磁極１２０が発生する磁束を発振器１１０に集中させ、磁気記録効果を高めることができる。
【００６１】
なお、本実施形態１において、間隔ＴＧ’が間隔ＴＧよりも大きければ、トレーリングシールド１３０ｂの形状は必ずしも傾斜状でなくともよい。例えば、図２で説明したトレーリングシールド１３０ｂの傾斜部分と同じ位置に、傾斜に代えて階段状の構造を設けることも考えられる。以下の実施形態でも同様である。
【００６２】
＜実施の形態２＞
図１２は、本発明の実施形態２における磁気記録再生ヘッドをトレーリング方向から見た詳細図である。本実施形態２では、記録ヘッド部１００の主磁極１２０の形状が実施形態１とは異なる。その他の構成は実施形態１と同様である。
【００６３】
本実施形態２において、主磁極１２０のトラック幅は、浮上面から上方に向かうにつれて広がっている。本実施形態２において、浮上面における主磁極１２０のトラック幅は実施形態１と同様に４０ｎｍであるが、発振器１１０の最上部位置においては６０ｎｍである。
【００６４】
本実施形態２では、主磁極１２０の上部におけるトラック幅が広いため、記録磁界がトラック幅方向へ広がることを抑制しつつ、発振器１１０へ印加される磁界強度を向上させることができる。
【００６５】
＜実施の形態３＞
図１３は、本発明の実施形態３における磁気記録再生ヘッドを磁気記録媒体３００の上方から見た詳細図である。本実施形態３では、記録ヘッド部１００のトレーリングシールド１３０ｂの形状のみが実施形態１とは異なる。その他の構成は実施形態１と同様である。
【００６６】
本実施形態３において、トレーリングシールド１３０ｂは、トラック幅方向の端部がトレーリング方向に向かって湾曲している。湾曲の程度は、トラック幅方向の中央から端部に向かうにつれて大きくなっている。
【００６７】
本実施形態３では、トレーリングシールド１３０ｂがトレーリング側へ湾曲する形状を持つことにより、主磁極１２０から発生する磁界がトラック幅方向の中央（発振器１１０が配置されている位置）に集中しやすく、発振器１１１へ印加される磁界強度を向上させることができる。また、本実施形態３と実施形態２で説明した構造を組み合わせることにより、より効果的に発振器１１０に磁界を集中させることができる。
【００６８】
＜実施の形態４＞
図１４は、本発明の実施形態４に係る磁気記録再生装置１０００の構成例を示す図である。磁気記録再生ヘッドは実施形態１〜３のいずれかで説明したものであり、ヘッドスライダー６００に搭載される。
【００６９】
磁気記録再生装置１０００は、磁気記録媒体３００をスピンドルモータ４００で回転させ、アクチュエータ５００によってヘッドスライダー６００を磁気記録媒体３００のトラック上に誘導する。すなわち、ヘッドスライダー６００上に形成した再生ヘッドおよび記録ヘッドがこの機構により磁気記録媒体３００上の所定の記録位置に近接して相対運動し、信号を順次書き込み、または読み取る。アクチュエータ５００は、ロータリーアクチュエータであることが望ましい。
【００７０】
記録信号は、信号処理系７００を通じて記録ヘッドにより磁気記録媒体３００上に記録される。信号処理系７００は、再生ヘッドの出力を信号として得る。再生ヘッドを所望の記録トラック上へ移動させる際に、再生ヘッドからの高感度な出力を用いてトラック上の位置を検出し、アクチュエータ５００を制御して、ヘッドスライダー６００の位置を決めることができる。
【００７１】
図１４では、ヘッドスライダー６００、磁気記録媒体３００を各１個示したが、これらは複数であっても構わない。また磁気記録媒体３００は、両面に記録情報を有して情報を記録してもよい。ディスク両面に情報を記録する場合、ヘッドスライダー６００は磁気記録媒体３００の両面に配置する。
【符号の説明】
【００７２】
１００：記録ヘッド部、１１０：発振器、１１１：高周波磁界発生層（ＦＧＬ）、１１２：中間層、１１３：スピン注入固定層、１２０：主磁極、１３０ａ：副磁極、１３０ｂ：トレーリングシールド、１４０：サイドシールド、１５０：リーディングシールド、１６０：コイル、１７０：非磁性層、２００：再生ヘッド部、２１０：再生センサ、２２０：下部磁気シールド、２３０：上部磁気シールド、３００：磁気記録媒体、３０１：記録層、３０２：中間層、３０３：軟磁性下地層、４００：スピンドルモータ、５００：アクチュエータ、６００：ヘッドスライダー、７００：信号処理系、１０００：磁気記録再生装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界を発生させる主磁極と、
前記主磁極のトレーリング側に設けられたトレーリングシールドと、
前記主磁極と前記トレーリングシールドの間に設けられた高周波磁界を発生させる発振器と、
を備え、
前記発振器の上端部よりも上方の位置において、前記主磁極と前記トレーリングシールドとの間の間隔が、前記主磁極および前記トレーリングシールドの浮上面における前記主磁極と前記トレーリングシールドとの間の間隔よりも大きい箇所を有する
ことを特徴とする磁気記録ヘッド。
【請求項２】
前記トレーリングシールドは、前記箇所において、前記主磁極に対して対向する面が傾斜してテーパー形状に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の磁気記録ヘッド。
【請求項３】
前記浮上面における前記主磁極と前記トレーリングシールドとの間の間隔が１５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、前記トレーリングシールドの高さが８０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であり、
前記傾斜の前記浮上面側の端部は、前記発振器の上端部から素子高さ方向に１００ｎｍ以内の範囲にあり、
前記傾斜の角度は、傾斜が存在しない状態の角度を０°として、１０°以上７０°以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項２記載の磁気記録ヘッド。
【請求項４】
前記主磁極のトラック幅は、前記浮上面よりも上方になるにともなって広くなるように形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の磁気記録ヘッド。
【請求項５】
前記トレーリングシールドのトラック幅方向の端部が湾曲し、前記端部における前記主磁極と前記トレーリングシールドとの間の間隔が、前記トレーリングシールドのトラック幅方向の中心位置における前記主磁極と前記トレーリングシールドとの間の間隔よりも広く形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の磁気記録ヘッド。
【請求項６】
請求項１記載の磁気記録ヘッドと、
前記磁気記録ヘッドが情報を記録する磁気記録媒体と、
前記磁気記録ヘッドが読み取りする信号を処理する信号処理部と、
を備えることを特徴とする磁気記録装置。
【請求項１】
磁界を発生させる主磁極と、
前記主磁極のトレーリング側に設けられたトレーリングシールドと、
前記主磁極と前記トレーリングシールドの間に設けられた高周波磁界を発生させる発振器と、
を備え、
前記発振器の上端部よりも上方の位置において、前記主磁極と前記トレーリングシールドとの間の間隔が、前記主磁極および前記トレーリングシールドの浮上面における前記主磁極と前記トレーリングシールドとの間の間隔よりも大きい箇所を有する
ことを特徴とする磁気記録ヘッド。
【請求項２】
前記トレーリングシールドは、前記箇所において、前記主磁極に対して対向する面が傾斜してテーパー形状に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の磁気記録ヘッド。
【請求項３】
前記浮上面における前記主磁極と前記トレーリングシールドとの間の間隔が１５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、前記トレーリングシールドの高さが８０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であり、
前記傾斜の前記浮上面側の端部は、前記発振器の上端部から素子高さ方向に１００ｎｍ以内の範囲にあり、
前記傾斜の角度は、傾斜が存在しない状態の角度を０°として、１０°以上７０°以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項２記載の磁気記録ヘッド。
【請求項４】
前記主磁極のトラック幅は、前記浮上面よりも上方になるにともなって広くなるように形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の磁気記録ヘッド。
【請求項５】
前記トレーリングシールドのトラック幅方向の端部が湾曲し、前記端部における前記主磁極と前記トレーリングシールドとの間の間隔が、前記トレーリングシールドのトラック幅方向の中心位置における前記主磁極と前記トレーリングシールドとの間の間隔よりも広く形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の磁気記録ヘッド。
【請求項６】
請求項１記載の磁気記録ヘッドと、
前記磁気記録ヘッドが情報を記録する磁気記録媒体と、
前記磁気記録ヘッドが読み取りする信号を処理する信号処理部と、
を備えることを特徴とする磁気記録装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−５４８０９（Ｐ２０１３−５４８０９Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９３４９５（Ｐ２０１１−１９３４９５）
【出願日】平成２３年９月６日（２０１１．９．６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２０年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「超高密度ナノビット磁気記録技術の開発（グリーンＩＴプロジェクト）」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月６日（２０１１．９．６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２０年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「超高密度ナノビット磁気記録技術の開発（グリーンＩＴプロジェクト）」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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