(57)【要約】 【課題】高密度記録時に所望の高周波磁界を安定して印加することが可能な磁気ヘッドを得る。【解決手段】実施形態に係る磁気ヘッドに使用されるスピントルク発振子の発振層は第１の金属膜と第２の金属膜との積層を含む。第１の金属膜は、第１の磁性層と第２の磁性層の組み合わせを２回以上繰り返し積層して形成される。第１の金属膜の厚さは０．４ｎｍないし５．０ｎｍである。第１の磁性層はｂｃｃ構造を有し、かつ鉄（Ｆｅ）を含有する。第２の磁性層はコバルト（Ｃｏ）を含有する。第２の金属膜は銅（Ｃｕ）からなる。【選択図】図１
2014123413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気記録媒体に記録磁界を印加する主磁極と、
主磁極と磁気回路を構成する補助磁極と、
該主磁極と該補助磁極との間に設けられたスピントルク発振子とを含み、
前記スピントルク発振子は、前記主磁極及び前記補助磁極のうち一方の上に形成された発振層、該発振層上に形成された中間層、及び該中間層上に形成されたスピン注入層を含み、
前記発振層は、ｂｃｃ構造を有し、鉄を含有する第１の磁性層と該第１の磁性層上に形成されたコバルトを含有する第２の磁性層との組み合わせを２回以上繰り返し積層して形成された第１の金属膜と、該第１の金属膜上に設けられた銅からなる第２の金属膜とを含み、
前記第１の金属膜の厚さは、各々、０．４ｎｍないし５．０ｎｍであることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項２】
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層は互いに異なる材料からなることを特徴とする請求項１に記載の磁気ヘッド。
【請求項３】
前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層は、各々、０．１ｎｍないし２ｎｍの厚さを有する請求項１に記載の磁気ヘッド。
【請求項４】
前記第１の磁性層は鉄からなり、前記第２の磁性層はコバルトからなることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の磁気ヘッドを備えたことを特徴とする磁気記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁気ヘッド、及び磁気記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
この問題を解消し得る記録方式として「高周波アシスト磁気記録方式」が提案されている。高周波アシスト磁気記録方式では、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）はもともとの保磁力の半分以下となる。このため、記録磁界に高周波磁界を重畳することにより、より高保磁力（Ｈｃ）かつ高磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）の磁気記録媒体への磁気記録が可能となる。
【０００５】
しかしながら、高密度記録時に所望の高周波磁界を安定して印加することが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−８４４８２号公報
【特許文献２】特開２００９−７０５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の実施形態は、高密度記録時に所望の高周波磁界を安定して印加することが可能な磁気ヘッドを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態によれば、磁気記録媒体に記録磁界を印加する主磁極と、
主磁極と磁気回路を構成する補助磁極と、
該主磁極と該補助磁極との間に設けられたスピントルク発振子とを含み、
前記スピントルク発振子は、前記主磁極及び前記補助磁極のうち一方の上に形成された発振層、該発振層上に形成された中間層、及び該中間層上に形成されたスピン注入層を含み、
前記発振層は、ｂｃｃ構造を有し、鉄を含有する第１の磁性層と該第１の磁性層上に形成されたコバルトを含有する第２の磁性層との組み合わせを２回以上繰り返し積層して形成された第１の金属膜と、該第１の金属膜上に設けられた銅からなる第２の金属膜とを含み、
前記第１の金属膜の厚さは、各々、０．４ｎｍ以上５．０ｎｍ以下であることを特徴とする磁気ヘッドが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に使用されるスピントルク発振子の構成の一例を表す模式図である。
【図２】実施形態に使用されるスピントルク発振子の構成の他の一例を表す模式図である。
【図３】実施形態にかかる磁気ヘッドの一例を表す概略図である。
【図４】実施形態にかかる磁気ヘッドを搭載可能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。
【図５】実施形態にかかる磁気ヘッドアッセンブリの一例を表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施形態に係る磁気ヘッドは、
磁気記録媒体に記録磁界を印加する主磁極、
主磁極と磁気回路を構成する補助磁極、及び
主磁極と補助磁極との間に設けられたスピントルク発振子を含む。
【００１１】
スピントルク発振子は、主磁極及び補助磁極のうち一方の上に形成された発振層、発振層上に形成された中間層、及び中間層上に形成されたスピン注入層を含む。
【００１２】
発振層は第１の金属膜と第２の金属膜との積層を含む。
【００１３】
第１の金属膜は、第１の磁性層と第２の磁性層の組み合わせを２回以上繰り返し積層して形成される。また、第１の金属膜の厚さは、各々、０．４ｎｍないし５．０ｎｍである。
【００１４】
第１の磁性層はｂｃｃ構造を有し、かつ鉄（Ｆｅ）を含有する。
【００１５】
第２の磁性層はコバルト（Ｃｏ）を含有する。
【００１６】
第２の金属膜は銅（Ｃｕ）からなる。
【００１７】
また、実施形態にかかる磁気記録再生装置は、上記磁気ヘッドを有する。
【００１８】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１９】
実施形態によれば、上記発振層の構成を含むことにより、高密度記録時に所望の高周波磁界を安定して印加することが可能な磁気ヘッドが得られる。
【００２０】
実施形態によれば、発振層（ＦＧＬ）、非磁性中間層、及びスピン注入層（ＳＩＬ）から構成されるスピントルク発振子（ＳＴＯ）において、実効的反磁界を低減することができる垂直磁気異方性をＦＧＬに付与することができる。具体的には、ＦＧＬを、飽和磁束密度（Ｂｓ）を高くするために有利なＦｅを含むｂｃｃ合金と、Ｃｏ合金と、Ｃｕとを積層した人工格子構造にすることで、結晶対称性を実効的に低下させ、垂直磁気異方性を達成することができる。また、具体的には、Ｆｅ／Ｃｏ人工格子構造の中に、Ｃｕ層が挿入された構造、例えば（（Ｆｅ／Ｃｏ）ｎ／Ｃｕ）ｍ（ｎ，ｍは整数）の構造により、高Ｂｓと、Ｃｕ層によりもたらされるひずみに起因した垂直磁気異方性を両立することができる。
【００２１】
この時、（Ｆｅ／Ｃｏ）ｎの膜厚が非常に大きく、相対的にＣｕの頻度が小さくなると、膜全体に対するひずみの効果が小さくなり、十分な垂直磁気異方性を得ることができない。具体的には、（Ｆｅ／Ｃｏ）ｎの膜厚が５ｎｍを超えると、Ｃｕからのひずみの効果が膜全体に達する前に格子緩和して、十分に結晶性を低下させることができない。
【００２２】
また、（Ｆｅ／Ｃｏ）ｎの積層回数ｎが小さすぎると、人工格子の周期構造によりもたらされる結晶対称性の低下が達成されない。具体的にはｎは２以上でなければならない。また、ＦｅおよびＣｏの膜厚が厚すぎると、単体の特性が出現して人工格子特有の効果が失われる。よって、それぞれの層は３ｎｍ以下にすることができる。
【００２３】
また、（Ｆｅ／Ｃｏ）ｎを構成するＦｅ層及びＣｏ層は、各々少なくとも０．１ｎｍの膜厚が必要である。０．１ｎｍ未満であると、Ｆｅ−Ｃｏ系合金としての結晶性が出現し、対称性の良い立方晶の対称性の体をなすため、人工格子特有の異方性が失われる。
【００２４】
ｎは２以上でなくてはならないので、（Ｆｅ／Ｃｏ）ｎの厚さは少なくとも０．４ｎｍである。
【００２５】
また一方で、Ｃｕの膜厚は、薄すぎると周囲にひずみをもたらし難くなる傾向がある。そのため、０．１ｎｍの膜厚を有することができる。一方、２ｎｍより厚いと、Ｃｕを介した磁気結合が失われ、発振層が磁区構造を持つことで高周波磁界が弱まってしまう傾向がある。したがって、Ｃｕ膜厚は垂直磁気異方性が得られる範囲で可能な限り薄くすることができる。
【００２６】
また、ここまでＦｅ層、Ｃｏ層、Ｃｕ層を組み合わせた場合について説明してきたが、Ｆｅ層はｂｃｃ相であればＦｅ−Ｃｏ合金でも垂直磁気異方性を得ることができる。具体的には、Ｆｅ５０Ｃｏ５０、Ｆｅ８０Ｃｏ２０、Ｆｅ３０Ｃｏ７０、といったＦｅを組成比２５原子％より多く含むＦｅ−Ｃｏ合金であればｂｃｃ相を得ることができる。より安定してｂｃｃを得るには３０原子％以上含まれていることが好ましい。Ｆｅが２５原子％以下になるとｆｃｃ相になるため、所望の効果を得ることが出来ない。また、それらｂｃｃＦｅ−Ｃｏ合金はその他の金属元素を含んでいてもよい。具体的には、アルミニウム（Ａｌ），ケイ素（Ｓｉ），銅（Ｃｕ），ゲルマニウム（Ｇｅ），ガリウム（Ｇａ），マンガン（Ｍｎ）から選ばれる元素を組成比３０原子％以下の濃度で添加してもｂｃｃ相は保持され、所望の効果を得ることができる。また、Ｃｏ層は、Ｃｏを含む磁性層であれば、Ｃｏ９０Ｆｅ１０、Ｃｏ８０Ｆｅ２０、といったＣｏを組成比７５原子％以上のＣｏ−Ｆｅ合金でも良い。また、それらｆｃｃ  Ｃｏ−Ｆｅ合金はその他の金属元素を含んでいてもよい。具体的には、Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｕ，Ｇｅ，Ｇａ，Ｍｎから選ばれる元素を組成比３０原子％以下の濃度で添加してもｆｃｃ相は保持され、所望の効果を得ることができる。
【００２７】
図１に、実施形態に使用されるスピントルク発振子の構成の一例を表す模式図を示す。
【００２８】
図２に、実施形態に使用されるスピントルク発振子の構成の他の一例を表す模式図を示す。
【００２９】
図示するように、スピントルク発振子２０は主磁極及び補助磁極のうち一方の上に形成されたスピン注入層１１、スピン注入層１１上に形成された非磁性中間層１２、及び非磁性中間層１２上に形成された発振層１５を含む。
【００３０】
発振層１５は第１の金属膜１３と第２の金属膜１４との積層を含む。
【００３１】
図中、ａ，ｂはそれぞれｂｃｃ層、Ｃｏ合金層を表す。
【００３２】
第１の金属膜１３は、ｂｃｃ層とＣｏ含有層の組み合わせ（ａ／ｂ）をｎ回積層した構造を有する。
【００３３】
さらに、第１の金属膜１３と第２の金属膜１４との組み合わせ（（ａ／ｂ）ｎ／Ｃｕ）がｍ回積層されて、発振層１５が得られる。
【００３４】
発振層１５は、（（ａ／ｂ）ｎ／Ｃｕ）ｍ（ｎ，ｍは整数）で表される構造を有する。
【００３５】
図１中では第１の金属膜１３はスピン注入層１１から見てａ−ｂの順に積層されているが、図２に示すように、スピントルク発振子２０’では、これらのａ−ｂの積層順は逆になっている。
【００３６】
また、非磁性中間層にはＣｕ、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、プラチナ（Ｐｔ）、Ａｌ、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）から選ばれる少なくともひとつ、あるいは複数からなる非磁性合金層あるいはそれらの積層を用いることが出来る。非磁性中間層厚さは、ＳＩＬからのスピントルクがＦＧＬに伝わるために、スピン拡散長よりも短くなければならない。スピン拡散長は物質によって異なるが、一般的には１０ｎｍ以上であるため、非磁性中間層は１０ｎｍ以下であることが好ましい。また、一方で、０．５ｎｍより薄くなると、ＦＧＬとＳＩＬが強く磁気結合し、発振が阻害される傾向があるため、０．５ｎｍ以上であることが好ましい。
【００３７】
ＳＩＬは、垂直磁気異方性を有して、ギャップ磁界下でギャップ磁界の方向に安定して向いていることが好ましく、また、一方で、ギャップ磁界の極性反転に伴い、反転してギャップ磁界と同じ向きに向くことが好ましい。具体的には、Ｃｏ−Ｐｔ合金、Ｆｅ−Ｐｔ合金、あるいはＣｏ／Ｐｔ人工格子、Ｃｏ／Ｐｄ人工格子、Ｃｏ／Ｎｉ人工格子、ＦｅＣｏ／Ｎｉ人工格子を用いることが出来る。ＳＩＬの膜厚は膜厚が厚いほうが、スピントルク発振時にその磁化の向きが安定する。しかしながら、磁気ヘッドの小型化の観点からＳＴＯ全体を薄く形成することが望まれているため、ＳＩＬの膜厚は、可能な限り薄く形成することが好ましい。具体的には、５ｎｍ以上の膜厚があれば安定した発振を達成できる。
【００３８】
また、ＳＩＬと非磁性中間層との間に、軟磁性層を設けることができる。ＦｅＣｏ合金、あるいはハーフメタル合金などを形成すると、スピントルク効率が向上し、駆動電圧が減少して信頼性を改善することが出来る。一方で軟磁性層を積層形成すると、全体として垂直磁気異方性が低下するため、著しく阻害しない程度の膜厚にとどめなければならない。具体的膜厚は、ＳＩＬの垂直磁気異方性の強さと膜厚によって異なるが、ＳＩＬの膜厚を超えなければある程度の垂直磁気異方性を得ることが出来る。
【００３９】
また、ＳＩＬ、およびＦＧＬは、電極を兼ねる磁極であるところの、主磁極と補助磁極と電気的に接続されるが、ＦＧＬは磁極と直接接合されると、磁気結合に発振に必要な駆動電圧が上昇する。そのため、ＦＧＬと磁極の間に非磁性金属層を形成することが好ましい。具体的には、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒから選ばれる少なくともひとつ、あるいは複数からなる非磁性合金層あるいはそれらの積層を用いることが出来る。また、ＦＧＬおよびＳＩＬはそれぞれ主磁極か、補助磁極のどちらかと電気的に接合されるが、ＦＧＬと主磁極とが接合されても、ＦＧＬと補助磁極が接合されてもどちらでも良い。ＳＩＬについても同様のことが言える。
【００４０】
図３に、実施形態にかかる磁気ヘッドの一例を表す概略図を示す。
【００４１】
実施形態にかかる磁気ヘッド３０は、再生ヘッド部４０と、書込ヘッド部５０とを備えている。再生ヘッド部４０は、図示しない磁気再生素子、励磁コイル２５及びリーディングシールド２４を有する。また、書込ヘッド部５０は、記録磁極としての主磁極２１と、主磁極２１からの磁界を還流させるトレーリングシールド（補助磁極）２２と、主磁極２１とトレーリングシールド（補助磁極）２２の間に設けられたスピントルク発振子２０と、励磁コイル２４とを有する。この高周波磁界アシスト記録ヘッド３０の書込ヘッド部５０において、主磁極２１とトレーリングシールド２２のギャップ磁界により、膜面垂直の外部磁界を印加されることで、膜面にほぼ垂直な軸を回転軸にして、その発振層が歳差運動を行うことで、外部に高周波磁界を発生する。スピントルク発振子から発生する高周波磁界を、主磁極から印加される磁界と重畳することで、より高記録密度に対応した磁気記録媒体に書き込み可能である。
【００４２】
実施形態においては、臨界電流密度が低いスピントルク発振子を高周波磁界の発生源として用いることができる。これにより、大きな高周波磁界で磁気記録媒体の磁化を反転させることが可能である。
【００４３】
図４は、実施形態にかかる磁気ヘッドを搭載可能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。
【００４４】
すなわち、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。同図において、記録用媒体ディスク１８０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。磁気記録再生装置１５０は、複数の媒体ディスク１８０を備えたものとしてもよい。
【００４５】
媒体ディスク１８０に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダー１０３は、図４に関して前述したような構成を有し、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１０３は、例えば、実施の形態にかかる磁気ヘッドをその先端付近に搭載している。
【００４６】
媒体ディスク１８０が回転すると、ヘッドスライダー１０３の媒体対向面（ＡＢＳ）は媒体ディスク１８０の表面から所定の浮上量をもって保持される。あるいはスライダが媒体ディスク１８０と接触するいわゆる「接触走行型」であってもよい。
【００４７】
サスペンション１５４は、図示しない駆動コイルを保持するボビン部などを有する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、このコイルを挟み込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される。
【００４８】
アクチュエータアーム１５５は、スピンドル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。
【００４９】
図５に、実施形態にかかる磁気ヘッドアッセンブリの一例を表す概略図を示す。
【００５０】
図５は、アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアッセンブリ１６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５を有し、アクチュエータアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続されている。
【００５１】
サスペンション１５４の先端には、図４に示す磁気ヘッド３０を具備するヘッドスライダー１０３が取り付けられている。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１６４を有し、このリード線１６４とヘッドスライダー１０３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。図中１６５は磁気ヘッドアッセンブリ１６０の電極パッドである。
【００５２】
実施例
以下、実施例を示し、実施形態を具体的に説明する。
【００５３】
実施例１
以下の構造１に示すスピントルク発振子を製造した。
【００５４】
まず電極  Ｆｅ−Ｃｏ合金層  ２００ｎｍ上に、それぞれ下記の材料を用いて、下地層からキャップ層までの各層を下記順序で形成した。成膜方法はＤＣマグネトロンスパッタリング法で、成膜時の条件は背圧が２×１０−６Ｐａ、アルゴン分圧が２×１０−１Ｐａであった。その後、下地層からキャップ層までの積層体を４０ｎｍ四方に微細化し、周囲をシリコン酸化物で埋め込んだ。その後、もう１つの電極  Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金層  ２００ｎｍを上部に形成し、前記積層体に対して膜面垂直に通電できるように配線を施した。
【００５５】
構造１：
下地層  Ｔａ  ３ｎｍ／Ｐｔ  ２ｎｍ
スピン注入層  （Ｃｏ  ０．５ｎｍ／Ｐｔ  ０．５ｎｍ）×５回積層
軟磁性層  ＦｅＣｏ  １ｎｍ
非磁性中間層  Ｃｕ  ２ｎｍ
第１の磁性層  （Ｆｅ  ０．１ｎｍ／Ｃｏ  ０．１ｎｍ）×１０回積層
第２の金属層  Ｃｕ  ０．５ｎｍ
非磁性層  Ｃｕ  １ｎｍ
キャップ層  Ｒｕ  １０ｎｍ
得られたスピントルク発振子の異方性磁界Ｈｋを、全く同じ構成で酸化シリコン基板上に成膜した１ｃｍ四方の試料に対する磁化測定により測定したところ、５０００Ｏｅであった。
【００５６】
電子線回折により、ＦＧＬの結晶構造解析を行ったところ、ｂｃｃ構造であることが分かった。さらに、その積層格子間隔を測定したところ、２．０１５オングストロームであった。
【００５７】
ＳＴＯに駆動電流を印可しながら、図３のヘッド構造におけるスピントルク発振子に印可されるＨｇａｐを膜面垂直に印可し発振周波数の測定を行ったところ、Ｈｋを付与した実施例１では、２５ＧＨｚであった。
【００５８】
また、第１の磁性層の厚さは１０ｎｍ（０．２ｎｍ×１０回×５回）であった。
【００５９】
スピントルク発振子の積層構成と、得られた測定結果を下記表１に示す。
【００６０】
実施例２
第２の金属層  Ｃｕを０．２ｎｍに変更すること以外は実施例１と同様にしてスピントルク発振子を製造した。
【００６１】
得られたスピントルク発振子について実施例１と同様にして測定を行った。その結果と第１の磁性層の厚さを下記表１に示す。
【００６２】
比較例１
第１の磁性層（Ｆｅ  ０．１ｎｍ／Ｃｏ  ０．１ｎｍ）を５０回積層し、第２の磁性層  Ｃｕを形成しないこと以外は、実施例１と同様にしてスピントルク発振子を製造した。
【００６３】
得られたスピントルク発振子について実施例１と同様にして測定を行った。その結果と第１の磁性層の厚さを下記表１に示す。
【００６４】
比較例２
第１の磁性層の代わりに、ｆｃｃ構造を示すＣｏ９０Ｆｅ１０  ０．１ｎｍとＣｏ  ０．１ｎｍの組み合わせを１０回積層すること以外は実施例２と同様にしてスピントルク発振子を製造した。
【００６５】
得られたスピントルク発振子について実施例１と同様にして測定を行った。その結果と第１の磁性層の厚さを下記表１に示す。
【００６６】
比較例３
第１の磁性層及び第２の磁性層の代わりに、ｂｃｃ−ＦｅＣｏ単層としてＦｅＣｏ  １０ｎｍを形成すること以外は実施例１と同様にして、スピントルク発振子を製造した。
【００６７】
得られたスピントルク発振子について実施例１と同様にして測定を行った。
【００６８】
その結果と第１の磁性層の厚さを下記表１に示す。
【００６９】
下記表１に実施例と比較例を示す。
【表１】
2014123413.tif 000003
【００７０】
なお、表中、例えば（Ｃｏ  ０．５ｎｍ／Ｐｔ  ０．５ｎｍ）×５回とは、Ｃｏ  ０．５ｎｍとＰｔ  ０．５ｎｍの積層の組み合わせを５回繰り返し積層したものをいう。
【００７１】
比較例３はｂｃｃ−ＦｅＣｏ単層をＦＧＬに用いた場合である。Ｂｃｃ−ＦｅＣｏの磁化は２．４テスラに達するため、反磁界が非常に大きく、かつ垂直磁気異方性を有しないため、Ｈｇａｐに対してＦＧＬの反磁界が非常に大きくなり、ＦＧＬに実効的に印可される磁界が小さくなる。そのため発振周波数が上昇しにくい。
【００７２】
実施例１、および２はＦｅ／Ｃｏ人工格子にＣｕを挿入した構造を用いたＳＴＯである。スピン注入層（ＳＩＬ）にＣｏ／Ｐｔ人工格子を用いて垂直磁気異方性を付与した。
【００７３】
比較例１のＳＴＯは、同様のＳＩＬを用いて、ＦＧＬにはＣｕを挿入しないＦｅ／Ｃｏ人工格子を用いた。また、比較例２はＦｅの代わりにＣｏ９０Ｆｅ１０を用いた。これらの膜を垂直磁気記録ヘッドの主磁極に積層したのち、４０ｎｍ角にパターニングしてＳＴＯを形成した。さらに補助磁極を積層して、記録磁界発生時に同時に主磁極と補助磁極の間にギャップ磁界（Ｈｇａｐ）をＳＴＯ膜面垂直に印可するよう、加工プロセスを施した。これらの膜構成に対して、加工前に磁化測定を行い、Ｈｋの見積もりを行った。また、電子線回折により、Ｆｅ層の結晶構造の解析を行った。
【００７４】
その結果、実施例１，２ではＨｋの出現が認められた。それらの値はＣｕ膜厚の増大に伴い、増加することが分かった。これらの膜について、ＦＧＬの結晶構造解析を行ったところ、ｂｃｃ構造であることが分かった。Ｆｅ層が非常に薄いため、電子線はＣｏ層上にも照射されたが、すべてｂｃｃ構造であった。さらに、その積層格子間隔を測定したところ、第１の金属層間に第２の金属層としてＣｕを挿入することで積層方向に対称性が低下しており、その効果によって垂直磁気異方性が得られた。
【００７５】
比較例２ではＦｅをＣｏ９０Ｆｅ１０に置き換えることでＨｋが失われた。この膜の結晶構造はｆｃｃであった。実施例１，２および比較例１，２に対して、ＳＴＯに駆動電流を印可しながら、Ｈｇａｐを発生させて発振周波数の測定を行った。その結果、Ｈｋを付与した実施例１，２では、２０ＧＨｚを超える周波数が得られた。一方Ｈｋが付与されない比較例１，２では２０ＧＨｚ以下にとどまった。
【００７６】
実施例３，４，５、比較例４
ここでは、Ｈｋを効果的に得ることができるＦＧＬ膜構成を調べるため、第１の金属膜のみを成膜してどのＨｋを調べた。
【００７７】
まず熱酸化シリコン基板上にそれぞれ下記構造２の材料を用いて、下地層からキャップ層までの各層を下記順序で形成した。成膜方法はＤＣマグネトロンスパッタリング法で、成膜時の条件は背圧が２×１０−６Ｐａ、アルゴン分圧が２×１０−１Ｐａであった。
【００７８】
構造２：
下地層  Ｔａ ３ｎｍ
第2の金属層  Ｃｕ  ２ｎｍ
第１の磁性層  （Ｆｅ  ０．１ｎｍ／Ｃｏ  ０．１ｎｍ）の積層回数を５，１０，２０，３０回に変更した。
【００７９】
第２の金属層  Ｃｕ  ２ｎｍ
キャップ層  Ｔａ  ２ｎｍ
得られた積層体について、実施例１と同様にしてＨｋを測定した。
【００８０】
その結果と第１の磁性層の厚さを下記表２に示す。
【表２】
2014123413.tif 000004
【００８１】
実施例３，４，５では、Ｆｅ／Ｃｏ人工格子を、上下のＣｕ層の間に形成した構造になっているが、Ｆｅ／Ｃｏ人工格子部分の膜厚が６ｎｍ以上になると、Ｈｋが得られないことが分かった。これはＣｕからのひずみが緩和してしまうためである。優位にＨｋを得るためには、Ｃｕと積層する磁性層の膜厚は、５ｎｍ以下であることが好ましい。
【００８２】
実施例６、７、８、９比較例５、６
Ｈｋを効果的に得ることができるＦＧＬ膜構成を調べるため、第１の金属膜のみを成膜してどのＨｋを調べた。
【００８３】
まず熱酸化シリコン基板上にそれぞれ下記構造２の材料を用いて、下地層からキャップ層までの各層を下記順序で形成した。成膜方法はＤＣマグネトロンスパッタリング法で、成膜時の条件は背圧が２×１０−６Ｐａ、アルゴン分圧が２×１０−１Ｐａであった。
【００８４】
構造３：
下地層  Ｔａ  ３ｎｍ
第２の金属層  Ｃｕ  ２ｎｍ
第１の磁性層  （Ｆｅ／Ｃｏ）×５回
第１の磁性層において、Ｆｅ層とＣｏ層の厚さを下記表３に示すように変更した。
【００８５】
第２の金属層  Ｃｕ  ２ｎｍ
キャップ層  Ｔａ  ３ｎｍ
得られた積層体について、実施例１と同様にしてＨｋを測定した。
【００８６】
その結果と第１の磁性層の厚さを下記表３に示す。
【表３】
2014123413.tif 000005
【００８７】
実施例では、Ｆｅ／Ｃｏ人工格子を、上下のＣｕ層の間に形成した構造になっているが、Ｆｅの膜厚が２．２ｎｍの比較例８では垂直磁気異方性が失われた。これは膜厚が厚すぎるため、人工格子の性質が失われて単体の性質が出現したためである。同様にＣｏの膜厚が２．２ｎｍの比較例９でも垂直磁気異方性が失われた。安定して垂直磁気異方性を得るためには、Ｆｅ，Ｃｏの膜厚は２ｎｍ以下であることが好ましい。
【００８８】
実施例１０、１１，比較例７
Ｈｋを効果的に得ることができるＦＧＬ膜構成を調べるため、第１の金属膜のみを成膜してどのＨｋを調べた。
【００８９】
まず熱酸化シリコン基板上にそれぞれ下記構造２の材料を用いて、下地層からキャップ層までの各層を下記順序で形成した。成膜方法はＤＣマグネトロンスパッタリング法で、成膜時の条件は背圧が２×１０−６Ｐａ、アルゴン分圧が２×１０−１Ｐａであった。
【００９０】
構造４：
下地層  Ｔａ  ３ｎｍ
第２の金属層  Ｃｕ  ２ｎｍ
第１の磁性層  （Ｆｅ  ０．５ｎｍ／Ｃｏ  ０．５ｎｍ）の積層回数を３，２，１回に変更した。
【００９１】
第２の金属層  Ｃｕ  ２ｎｍ
キャップ層  Ｔａ  ３ｎｍ
得られた積層体について、実施例１と同様にしてＨｋを測定した。
【００９２】
その結果と第１の磁性層の厚さを下記表４に示す。
【表４】
2014123413.tif 000006
【００９３】
表４に、実施例１０、１１と比較例７を示す。Ｈｋを効果的に得ることができるＦＧＬ膜構成を調べるため、ＦＧＬ構造のみを成膜してどのＨｋを調べた。実施例１０，１１ではＨｋを得ることができたが、比較例７では、Ｈｋが失われた。これは積層回数が少ないことで、垂直磁気異方性を得るために必要な、膜面垂直方向への構造対称性の偏りが消失するためである。従って、繰り返し回数は２回以上が必要である。
【００９４】
なお、ＳＴＯは、図３に示すように、主磁極と補助磁極の間に形成される。
【００９５】
主磁極はその媒体対向面において、記録トラック方向に長さ２０ｎｍから２００ｎｍ、隣接トラック方向に幅２０ｎｍから２００ｎｍ程度の大きさで形成され得る。ＳＴＯの大きさは、主磁極の幅方向において主磁極幅と同等のサイズで形成されており、さらに記録トラック方向に主磁極と補助磁極の間に挟まれて並ぶように形成され得る。さらにＳＴＯは、媒体対向面から上方に２０ｎｍから２００ｎｍの高さに加工され得る。
【００９６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９７】
１１…スピン注入層、１２…非磁性中間層、１３…第１の金属膜、１４…第２の金属膜、１５…発振層、２０…スピントルク発振子、２１…主磁極、２２…補助磁極、３０…磁気ヘッド
【図１】
2014123413.tif 000007
【図２】
2014123413.tif 000008
【図３】
2014123413.tif 000009
【図４】
2014123413.tif 000010
【図５】
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