(57)【要約】【課題】書き込み極磁化を高速で切り替えるためにスピントルク発振器および制御回路を使用する垂直磁気記録システムを提供すること。【解決手段】垂直磁気記録ハードディスクドライブは、書き込み極および書き込み極に結合された導電性コイルを有する書き込みヘッドと、書き込み電流をコイルに供給して、書き込み極に磁束を生成する書き込みドライバと、補助磁束を書き込み極に注入して、書き込み極の磁化切り替えに役立つスピントルク発振器（ＳＴＯ）と、ＳＴＯ制御回路とを含む。ＳＴＯへの直流電流は、ＳＴＯ内の自由強磁性層の磁化の回転を誘導させ、それにより、補助磁束が生成される。ＳＴＯ制御回路は、書き込みドライバを書き込みヘッドに接続する電線、読み取り増幅器を読み取りヘッドに接続する線、またはディスクドライブが熱的浮上高さ制御（ＴＦＣ）を有するものである場合、ＴＦＣ回路をヒータに接続する線を介してＳＴＯに結合することができる。【選択図】図６
2011040151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直磁気記録ディスクドライブであって、
垂直磁気記録層を有するディスクと、
前記記録層の磁化領域の書き込みヘッドであって、
主極と、
前記主極に結合され、書き込み電流が存在する場合に前記主極内に磁束を生成する導電性主コイルと、
第１および第２の電極、ならびに前記電極間に自由強磁性層を有するスピントルク発振器（ＳＴＯ）を備え、前記自由層は、前記電極間に電流が存在する場合に自由に回転可能な磁化を有し、前記自由層の磁化の回転により、前記主極に対して１５度よりも大きく、かつ９０度以下の角度で前記主極に向けられる補助磁束が生成される、書き込みヘッドと、
書き込み電流を前記主コイルに２つの方向で供給可能な書き込みドライバと、
前記記録層内の磁化領域を検出し、リードバック信号を生成する読み取りヘッドと、
前記読み取りヘッドからの前記リードバック信号を増幅する読み取り増幅器と、
前記書き込みドライバを前記書き込みヘッドに接続する導電性トレースおよび前記読み取り増幅器を前記読み取りヘッドに接続する導電性トレースを有する一体型リードサスペンション（ＩＬＳ）と、
書き込み電流が前記主コイルに供給される場合、直流電流を前記ＳＴＯ電極に供給するＳＴＯ制御回路であって、前記書き込みドライバを前記書き込みヘッドに接続する前記トレースおよび前記読み取り増幅器を前記読み取りヘッドに接続する前記トレースから選択されるトレースを介して前記ＳＴＯに接続される、ＳＴＯ制御回路と
を備える、ディスクドライブ。
【請求項２】
前記書き込みヘッドおよび前記読み取りヘッドを前記記録層に向けて移動させる電気抵抗性ヒータと、電流を前記ヒータに供給するヒータ制御回路とをさらに備え、前記ＩＬＳは、前記ヒータ制御回路を前記ヒータに接続する導電性トレースを含む、請求項１に記載のディスクドライブ。
【請求項３】
前記ＳＴＯ回路は、前記ヒータ制御回路を前記ヒータに接続する前記トレースを介して電流を前記ＳＴＯ電極に向ける、請求項２に記載のディスクドライブ。
【請求項４】
前記ＳＴＯ回路は、前記書き込みドライバを前記書き込みヘッドに接続する前記トレースを介して電流を前記ＳＴＯ電極に向ける、請求項１に記載のディスクドライブ。
【請求項５】
前記書き込みドライバと前記書き込みヘッドとの間に一対の合致した抵抗をさらに備え、前記ＳＴＯ制御回路は、前記抵抗を通る共通モードに結合された低域フィルタ、電源、および前記低域フィルタからの出力を前記電源と比較する比較器を含む、請求項４に記載のディスクドライブ。
【請求項６】
前記ＳＴＯから高周波信号成分を逸らす、前記ＳＴＯに結合された高域フィルタをさらに備える、請求項５に記載のディスクドライブ。
【請求項７】
前記ＳＴＯ回路は、前記読み取り増幅器を前記読み取りヘッドに接続する前記トレースを介して電流を前記ＳＴＯ電極に向ける、請求項１に記載のディスクドライブ。
【請求項８】
前記読み取り増幅器と前記読み取りヘッドとの間に一対の合致した抵抗をさらに備え、前記ＳＴＯ回路は、前記抵抗を通る共通モードに結合された低域フィルタ、電源、および前記低域フィルタからの出力を前記電源と比較する比較器を含む、請求項７に記載のディスクドライブ。
【請求項９】
前記ＳＴＯ自由層は、前記主極に対してほぼ平行な向きであり、前記自由層と前記主極との間に、前記自由層から前記主極に磁束を向ける磁束ガイドをさらに備える、請求項７に記載のディスクドライブ。
【請求項１０】
垂直磁気記録ディスクドライブであって、
垂直磁気記録層を有するディスクと、
主極および前記主極に結合され、書き込み電流が存在する場合に前記主極に磁束を生成する主導電性コイルを備える、記録層の磁化領域の書き込みヘッドと、
書き込み電流を前記書き込みヘッドの前記主コイルに２つの方向において供給する書き込みドライバと、
前記書き込みドライバを前記書き込みヘッドの前記主コイルに接続する導電性トレースと、
第１および第２の電極、前記電極間に直流電流が存在する場合に固定される磁化を有するピン止め強磁性層、前記電極間に直流電流が存在する場合に自由に回転可能な磁化を有する自由強磁性層、ならびに前記ピン止め層と前記自由層との間の非磁性スペーサ層を備えるスピントルク発振器（ＳＴＯ）であって、前記ピン止め層、前記スペーサ層、および前記自由層は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置され、前記自由層の縁部は前記書き込みヘッドの前記主極に磁気的に結合される、スピントルク発振器（ＳＴＯ）と、
書き込み電流が前記書き込みドライバにより前記主コイルに供給される場合、前記書き込みドライバを前記主コイルに接続する前記トレースを通して直流電流を前記ＳＴＯ電極に供給するＳＴＯ制御回路と
を備える、ディスクドライブ。
【請求項１１】
前記書き込みドライブと前記書き込みヘッドの前記主コイルとの間に一対の合致した抵抗をさらに備え、前記ＳＴＯ制御回路は、前記抵抗を通る共通モードに結合された低域フィルタと、電源と、前記低域フィルタの出力を前記電源と比較する比較器とを含む、請求項１０に記載のディスクドライブ。
【請求項１２】
高周波数信号成分を前記ＳＴＯから逸らす、前記ＳＴＯに結合された高域フィルタをさらに備える、請求項１１に記載のディスクドライブ。
【請求項１３】
前記ＳＴＯ自由層は前記主極に対して実質的に直交する向きである、請求項１１に記載のディスクドライブ。
【請求項１４】
前記ＳＴＯ自由層は、前記主極に対してほぼ平行する向きであり、前記自由層から前記主極に磁束を向ける、前記自由層と前記主極との間の磁束ガイドをさらに備える、請求項１１に記載のディスクドライブ。
【請求項１５】
前記主コイルは前記主極に巻き付いた螺旋コイルである、請求１１に記載のディスクドライブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、「ＰＥＲＰＥＮＤＩＣＵＬＡＲ  ＭＡＧＮＥＴＩＣ  ＲＥＣＯＲＤＩＮＧ  ＷＲＩＴＥ  ＨＥＡＤ  ＷＩＴＨ  ＳＰＩＮ  ＴＯＲＱＵＥ  ＯＳＣＩＬＬＡＴＯＲ  ＦＯＲ  ＦＡＳＴ  ＳＷＩＴＣＨＩＮＧ  ＯＦ  ＷＲＩＴＥ  ＰＯＬＥ  ＭＡＧＮＥＴＩＺＡＴＩＯＮ」という名称の同時出願された出願（代理人整理番号ＨＳＪ９２００８０１８４ＵＳ１）（特願２０１０−１７５３３３）に関連する。
【０００２】
本発明は、一般には垂直磁気記録システムに関し、特に、垂直書き込みヘッドの磁化方向を高速に切り替えるシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
記録ビットが記録層内に垂直または面外向きで記憶される垂直磁気記録では、磁気記録ハードディスクドライブ内に超高記録密度を可能にする。書き込みヘッドは、データを高ビット密度のみならず、高データレートでも書き込み可能でなければならない。書き込み速度は、企業ディスクドライブにおいて特に重要である。しかし、一方の磁化方向から他方の磁化方向に切り替えるための書き込みヘッドの書き込み極の切り替え時間は、データレートが増大する場合の制限要因である。高データレートでは、書き込みヘッドから利用可能な磁束は、ディスク上の記録層により見られるように、書き込みヘッドの低周波磁束出力により支配される。そのような書き込み磁束損失の理由としては、書き込みヘッドの主極での磁化反転に固有の遅い時定数が挙げられる。低データレートシステムでもやはり、磁化反転を助けるために、ディスクドライブの書き込みドライバ回路からの書き込み電流の追加のオーバーシュートが必要である。この追加のオーバーシュートは、書き込みドライバ回路からの追加電力を必要とする。
【０００４】
スピントルク発振器を使用して高周波支援書き込みを行う垂直磁気記録システムが提案されている。提案されるこれらシステムでは、垂直書き込み極を有する書き込みヘッドが、垂直な書き込み場を磁気記録層に対して生成し、スピントルク発振器が、高周波補助場を記録層に対して生成する。補助場は、粒子の磁化の切り替えに役立つように、記録層内の磁性粒子の共振周波数に近い周波数を有し得る。スピントルク発振器を使用して、高周波場を記録層に印加して、垂直書き込みヘッドによる書き込みを支援するこれら種類のシステムは、特許文献１、特許文献２、および非特許文献１に説明されている。しかし、これらシステムは、垂直書き込み極の磁化の切り替え速度を増大しない。
【０００５】
２００９年４月６日に出願され、本願と同じ譲受人に譲渡された係属中の出願（特許文献３）には、補助コイルと、主軸、すなわち書き込み極の垂直軸に対して傾斜して磁束を書き込み極内に注入する補助極とを有する垂直磁気記録システムが開示されている。補助極からの追加の磁束は、書き込み極の主磁化に非平行に注入され、書き込み極の磁化に対してトルクを及ぼし、それにより、書き込み極の磁化反転に役立つ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，７８５，０９２Ｂ２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００８／０１３７２２４  Ａ１号明細書
【特許文献３】米国特許出願第１２／４１９，２７８号明細書（対応日本出願：特願２０１０−８０６０３）
【特許文献４】米国特許第７，００２，７７５Ｂ２号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００８／０１８６６２８  Ａ１号明細書
【特許文献６】米国特許第７，４５０，３５０Ｂ２号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００８／００１９０４０  Ａ１号明細書
【特許文献８】米国特許第７，３７５，９１４Ｂ１号明細書
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｊ．Ｇ．Ｚｈｕ  ｅｔ  ａｌ．，「Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ」ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．４４，Ｎｏ．１，Ｊａｎｕａｒｙ  ２００８，ｐｐ．１２５−１３１
【非特許文献２】Ｋｉｔｔｅｌ  Ｃ．「Ｏｎ  ｔｈｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  ｏｆ  Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ」Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  ７３，  ｐ．  １５５−１６１（１９４８）
【非特許文献３】Ｋａｈｎｇ，Ａ．Ｂ．ｅｔ  ａｌ．，「Ｆｉｌｌ  ｆｏｒ  Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ  ＣＭＰ」Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ，  ２００６．  ＩＣＣＡＤ  ’０６．ＩＥＥＥ／ＡＣＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｉｔｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  ５−９  Ｎｏｖ．２００６  ｐｐ：６６１−６６８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、高データレートおよび低データレートの垂直磁気記録の両方において、必要なのは、記録層に高周波補助場を印加せずに、かつ補助コイルを必要とせずに、書き込み極の磁化反転時間および書き込み極のオーバーシュートを低減する書き込みヘッドおよびシステムである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、磁気記録層を有するディスクと、読み取りヘッドと、読み取り増幅器と、書き込み極および書き込み極に結合された導電性コイルを有する書き込みヘッドと、書き込み電流をコイルに供給して、書き込み極に磁束を生成する書き込みドライバと、補助磁束を書き込み極に注入して、書き込み極の磁化切り替えに役立つスピントルク発振器（ＳＴＯ）と、ＳＴＯ制御回路とを有する、ハードディスクドライブ等の垂直磁気記録システムに関する。ＳＴＯは、電極と、電極間に直流電流が存在する場合に固定された磁化を有するピン止め強磁性層と、電極間に直流電流が存在する場合に自由に回転する磁化を有する自由強磁性層と、ピン止め層と自由層との間の非磁性スペーサ層とを含む積層を備える。ＳＴＯ制御回路は、書き込み電流が書き込みドライバによりコイルに供給される場合、直流電流をＳＴＯ電極に供給する。ＳＴＯ直流は、自由層の磁化に対してスピントルクを誘導する臨界値を上回る電流密度で供給される。自由層の磁化の回転により、書き込み極に対して実質的に直交する向きの補助磁束が生成され、書き込み極の磁化切り替えに役立つ。
【００１０】
第１の実施形態では、ＳＴＯ制御回路は、書き込みドライバを書き込みヘッドに接続する同じ電線または電気トレースを介してＳＴＯに結合することができ、それにより、別個の相互接続線の必要性をなくす。一対の合致する抵抗が、書き込みドライバと書き込みヘッドとの間に配置される。ＳＴＯ直流は、ＳＴＯの高周波信号を妨げない低周波電源により生成される。ＳＴＯ制御回路は、信号路から逸れる書き込み信号が非常に小量であるように、厳密に合致した抵抗および高値である抵抗を通る共通モードを感知することにより動作する。共通モード電圧は、低域フィルタによりフィルタリングされ、比較器においてソース電源と比較される。
【００１１】
第２の実施形態では、読み取り増幅器を読み取りヘッドに接続する同じ電線または電気トレースを介して、ＳＴＯ制御回路をＳＴＯに結合することができ、ＳＴＯ制御回路は、第１の実施形態と同様に動作する。第３の実施形態では、ディスクドライブが熱的浮上高さ制御（ＴＦＣ）を有する種類である場合、ＳＴＯ直流は、ＴＦＣ回路をヒータに接続する電線を通して供給され、ＳＴＯ制御回路は、ソース電圧をＴＦＣバイアス線の低線に印加する。
【００１２】
本発明の性質および利点を完全に理解するために、添付図面と共に行われる以下の詳細な説明を参照すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ハードディスクドライブのヘッド／ディスク組立体の上面図である。
【図２】スライダの拡大端面図および図１の方向２−２でのディスクの断面である。
【図３】図２の方向３−３における図であり、ディスクから見た読み取り／書き込みヘッドの端部を示す。
【図４Ａ】パンケーキコイルを有する従来技術による垂直書き込みヘッドを示すスライダの一部分および垂直磁気記録ディスクの一部分の断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの方向４Ｂ−４Ｂにおける図であり、垂直書き込みヘッドのフレア書き込み極（ｆｌａｒｅｄ  ｗｒｉｔｅ  ｐｏｌｅ）のフレア領域を示す。
【図５】読み取りヘッド、螺旋コイルを有する従来技術による垂直書き込みヘッド、垂直磁気記録ディスクを示すスライダの一部分の側面断面図である。
【図６】主極を有する主コイル（ＭＣ）、主極に対してほぼ平行する向きの自由層を有するスピントルク発振器（ＳＴＯ）、主極にほぼ垂直な方向においてＳＴＯ自由層から主極に磁束を向ける磁束ガイドを示す本発明の基本概念を示す概略図である。
【図７】補助直交場あり（曲線Ｂ）およびなし（曲線Ａ）の場合の書き込み極を表す円筒形磁気ナノ構造の磁化反転のコンピュータ生成のマイクロ磁気シミュレーションのグラフである。
【図８Ａ】主コイル（ＭＣ）に接続された電気回路および本発明による別個の相互接続線を有するＳＴＯの実施形態を示す。
【図８Ｂ】ＭＣへの書き込み電流（ＩＷ）および図８Ａの回路実施形態のＳＴＯへの直流（ＩＳＴＯ）のグラフである。
【図９】書き込みヘッド主コイル（ＭＣ）と、主極と、主極に対してほぼ垂直な向きの自由層を有するスピントルク発振器（ＳＴＯ）とを有する本発明の実施形態を示す。
【図１０】書き込みヘッド（ＷＨ）に接続された電気回路およびＳＴＯの実施形態を示し、ＩＳＴＯが、書き込み線を通してＷＨに供給されるため、別個の相互接続線が必要ない。
【図１１】電気回路の実施形態を示し、ＩＳＴＯは、読み取り線を通して読み取りヘッド（ＲＨ）に供給されるため、別個の相互接続線が必要ない。
【図１２】熱式浮上量調整（ＴＦＣ）を有するハードディスクの電気回路の実施形態を示し、ＩＳＴＯはＴＦＣ線を通してヒータ（ＨＴＲ）に供給されるため、別個の相互接続線が必要ない。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、カバーが取り外された状態のハードディスクドライブ１０のヘッド／ディスク組立体の上面図である。ディスクドライブ１０は、上部ディスク１６を含むディスク積層を支持するスピンドル１４を支持する剛性ベース１２を含む。スピンドル１４は、スピンドルモータ（図示せず）により回転し、ディスクを湾曲矢印１７で示される方向に回転させる。ハードディスクドライブ１０は、導電性相互接続トレースまたは線の配列３２を有する一体型リードサスペンション（ＩＬＳ）または屈曲部３０を有する少なくとも１つの負荷ビーム組立体２０を有する。負荷ビーム組立体２０は、Ｅブロック２４と呼ばれることもあるＥ字形支持構造に接続された剛性アーム２２に取り付けられる。各屈曲部３０は、エアベアリングスライダ２８に取り付けられる。磁気記録読み取り／書き込みヘッド２９が、スライダ２８の端面または後縁面２５に配置される。屈曲部３０は、スライダ２８が、回転するディスク１６により生成されるエアベアリング上で「ピッチ」および「ロール」できるようにする。ディスクドライブ１０は、旋回点４１で剛性ベース１２に回転可能に取り付けられた回転アクチュエータ組立体４０も含む。アクチュエータ組立体４０は、ベース１２およびボイスコイル３４に固定された磁石組立体４２を含むボイスコイルモータ（ＶＣＭ）アクチュエータである。制御回路（図示せず）によりエネルギー供給された場合、ボイスコイル４３は移動し、それにより、取り付けられたアーム２２および負荷ビーム組立体２０と共にＥブロック２４を回転させ、読み取り／書き込みヘッド２９をディスク上のデータトラックに位置決めする。トレース相互接続配列３２が、一端部において読み取り／書き込みヘッド２９に接続し、他端部において、Ｅブロック２４の片側に固定された電気モジュールまたはチップ５０内に含まれる読み取り／書き込み回路に接続する。チップ５０は、読み取り前置増幅器および書き込みドライバ回路を含む。
【００１５】
図２は、スライダ２８の拡大端面図および図１の方向２−２におけるディスク１６の断面である。スライダ２８は、屈曲部３０に取り付けられ、ディスク１６に面するエアベアリング面（ＡＢＳ）２７と、ＡＢＳ２７に対してほぼ直交する端面または後縁面２５とを有する。ＡＢＳ２７は、回転するディスク１６からの空気流に、ディスク１６の表面のかなり近傍に、または表面に接触間近の所にスライダ２８を支持する空気のベアリングを生成する。読み取り／書き込みヘッド２９は、スライダ２８の後縁面２５上に配置される一連の薄膜として形成される。通常、アルミナ等の絶縁材料の層が、読み取り／書き込みヘッド２９上に配置され、スライダ２８の外面として機能する。読み取り／書き込みヘッド２９は端子パッド３１に接続される。端子パッド３１は、屈曲部３０上のトレース配列３２に接触し、チップ５０（図１）内の読み取り前置増幅器および書き込みドライバに電気的に接続する。
【００１６】
図３は、図２の方向３−３における図であり、ディスク１６から見た読み取り／書き込みヘッド２９の端部を示す。読み取り／書き込みヘッド２９は、スライダ２８の後縁面２５上に堆積し、リソグラフィによりパターニングされた一連の薄膜として形成される読み取りヘッド９６および書き込みヘッド３３を含み、読み取りヘッドの膜が最初に堆積し、書き込みヘッドの膜は読み取りヘッドの上に堆積する。磁気抵抗性読み取りセンサまたはヘッド９６は、２つの磁気シールドＳ１とＳ２との間に配置され、第１のシールドＳ１は後縁面２５上に配置される。書き込みヘッド３３は、垂直書き込みヘッドを有し、磁気書き込み（ＷＰ）先端７２および磁束戻り極（ｆｌｕｘ  ｒｅｔｕｒｎ  ｐｏｌｅ）７６を有するＷＰ極を含む。ＷＰ先端７２を、オプションの側面シールド８４および後縁シールド８０によりＡＢＳにおいて概して囲み得る。後縁シールド８０および側面シールド８４を接続して、ラップアラウンドシールド（ＷＡＳ）を形成してもよい。ＷＡＳは、本願と同じ譲受人に譲渡された特許文献４において従来の垂直記録ヘッド用のシールドとして詳細に説明されている。ＷＡＳは、非磁性ギャップ材料によりＷＰ先端７２から離間され、書き込み場の角度を変更し、書き込みポイントでの書き込み場勾配を向上させると共に、書き込み中のトラックから離れたディスク領域において書き込み場を遮蔽する。読み取りヘッド９６のシールドＳ１、Ｓ２およびＷＰ先端７２のシールド８０、８４は、透磁材料で形成される。アルミナのような絶縁材料の層が書き込みヘッド３３上に配置され、外面２６になる。トラック横断方向でのＷＰ先端７２および読み取りヘッド９６の幅は、ディスク１６上のデータトラックのトラック幅（ＴＷ）に概して対応する。
【００１７】
図４Ａは、垂直書き込みヘッド３３を示すスライダ２８の一部分および垂直磁気記録ディスク１６の一部分の断面図である。ディスク１６は、ディスク面上に形成された「軟磁性」すなわち比較的低保磁度の透磁性下層（ＳＵＬ）上に垂直磁気データ記録層（ＲＬ）を含む。書き込みヘッド３３は、主極７４、磁束戻り極７６、および主極７４および磁束戻り極７６を接続するヨークスタッド７８で構成されるヨークと、ヨークスタッド７８に巻き付いた断面として示される薄膜「パンケーキ」コイル７９とを含む。戻り極７６およびヨークスタッド７８は、通常、電気メッキで形成されるＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、およびＮｉＦｅＣｏの合金等の軟らかい強磁性材料で形成される。図４Ａの書き込みヘッド３３は、オプションのＷＡＳ（図３）なしの状態で示される。コイル７９は、スライダ２８の外面２６上の、端子３１等の端子に接続される。フレア書き込み極（ＷＰ）７０は、主極７４の部分であり、フレア部分７１と、ディスク１６の表面に面する極先端７２とを有する。ＷＰ７０は、通常、スパッタ堆積により形成される、高モーメントＣｏＦｅ合金等の高モーメント材料で形成され、積層構造であり得る。薄膜コイル７９を通る書き込み電流は、データＲＬを通る（ＷＰ７０の下にあるＲＬの領域を磁化するため）フレアＷＰ７０から、ＳＵＬにより提供される磁束帰路を通り、戻り極７６に戻る磁場を誘導する（破線９０で示される）。スライダ２８は、ディスク１６が矢印１００で示される方向に書き込みヘッド３３を通り越して移動する際に、ディスク１６の表面の上方に支持されるエアベアリング面（ＡＢＳ）２７を有する。ＲＬは、極先端７２に隣接するデータを表す、垂直に記録、すなわち磁化された領域を有して示される。先行領域は、矢印で表されるように、ランダムに事前記録された磁化方向を有して示される。磁気転移は、記録ビットとして読み取りヘッド（図４Ａに示さず）により検出可能である。書き込みコイル７９は、本質的に単層としてスライダの後縁端部に堆積しパターニングされ、したがって、すべてのコイルの巻きが実質的に同じ平面にあるため、「パンケーキ」コイルと呼ばれる。チップ５０（図１）内の書き込みドライバからの書き込み電流が、例えば、図４Ａでは、ドットを有する上部コイルセクション７９では紙から出て、Ｘを有する下部コイルセクション７９では紙に入る一方向においてコイル７９に向けられる場合、ＷＰ先端７２下のＲＬ領域は、図４Ａのディスクの下またはディスク内に一方向に磁化される。書き込みドライバが、コイル７９への書き込み電流の方向を切り替えると、ＷＰ先端７２下のＲＬ領域は、逆方向に、すなわち、図４Ａのディスクの上または外側の方向に磁化される。
【００１８】
図４Ｂは、図４Ａの方向４Ｂ−４Ｂにおける図であり、フレアＷＰ７０のフレア領域７１を示す。ＷＰ先端７２とフレア部分７１との間の領域は、フレアポイント７５と呼ばれる。ＷＰ７０のフレアポイント７５は、磁束密度が最も高く、ＷＰ７０が飽和するポイントであるため、「チョーク（ｃｈｏｋｅ）」ポイントと呼ばれることもある。ＷＰ先端７２は、ＡＢＳに垂直な向きの主軸すなわち垂直軸を有し、スロート高さ（ＴＨ）と呼ばれる「高さ」、すなわちＡＢＳからフレアポイント７５までの距離を有する。図４Ｂに示すように、ＷＰ先端７２の２つの側壁が、トラック横断方向での幅を画定し、これが、ディスク１６のＲＬに記録されるデータのトラック幅（ＴＷ）を実質的に画定する。
【００１９】
図４Ａの垂直書き込みヘッドは、「パンケーキ」コイル７９を有する。図５は、後縁面２５と、外面２６と、図４Ａおよび図４ＢのようにシールドＳ１、Ｓ２の間の読み取りヘッド９６とを有するスライダ２８を示すが、垂直書き込みヘッド１３３は、主極７４に巻き付いた薄膜「螺旋」コイル（コイルセクション１３９ａ、１３９ｂを有して示される）を有する。螺旋コイルを有する垂直書き込みコイルは、本願と同じ譲受人に譲渡された特許文献５に説明されている。書き込みヘッド１３３は、外面２６を有するスライダ２８上に形成され、主極７４、シールド層１３５、および主極７４への接続スタッド１３７で構成されるヨークも含む。極１３６は、磁束９０の帰路であり、後縁シールド１５０に接続され、ＷＡＳの部分であり得る。戻り極１３６は、戻り極１３６を主極７４に接続するヨークスタッド１３８を有する。フレアＷＰ７０は、主極７４の部分であり、図４Ａおよび図４Ｂに示すようなフレア部分７１およびＩＰ先端７２を有する。コイル１３９ａ、１３９ｂを通る書き込み電流は、ＲＬを通る（ＷＰ先端７２下のＲＬ領域を磁化するため）ＷＰ７０から、ＳＵＬにより提供される磁束帰路を通り戻り極１３６に戻る磁場を誘導する（破線９０で示される）。ＷＰ先端７２の端部は、実質的にＡＢＳに配置され、戻り極１３６は、実質的にＡＢＳに配置され、したがって、ＷＰ先端７２の端部と概して同一平面に配置される端部１３６ａを有する。
【００２０】
本発明では、スピントルク発振器（ＳＴＯ）を使用して、主極の主軸に対して傾斜して、好ましくはほぼ垂直に磁束を主極に注入する。主極からの書き込み磁束は、ＡＢＳに垂直して、主コイル内の書き込み電流の方向に応じてＲＬに向かって、またはＲＬから離れる方向に流れる。ＳＴＯからの補助直交場は、追加の磁束を主極の主磁化に対して非平行に注入し、主極の磁化に対して比較的大きなトルクを及ぼし、それにより、主極の磁化反転に役立つ。本発明の基本概念を図６に示し、図６は、主コイル（ＭＣ）、ディスクのＲＬに垂直に向けられる書き込み磁束を有する主極、ならびに磁束ガイドを通して主極に対して傾斜し（１５度よりも大きい）、好ましくはほぼ直交する（７０〜９０度）補助磁束を有するＳＴＯを示す。
【００２１】
ＳＴＯは、電極１０１、１０２と、ピン止め、すなわち固定された磁化方向を有するピン止め強磁性層１０４と、自由に回転可能な磁化１０７を有する自由強磁性層１０６と、ピン止め強磁性層１０４と自由強磁性層１０６との間の非磁性スペーサ層１０８とを含む。ピン止め層１０４は、反強磁性層に交換結合することにより、またはＣｏＰｔＣｒ磁性層等の硬磁性層によりピン止めされた磁化１０５方向を有し得る。強磁性層１０４、１０６は通常、Ｃｏ、Ｆｅ、またはＮｉ、これらの合金の１つ、またはＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ二重層等のこれら材料の積層で形成され、非磁性スペーサ層１０８は通常、Ｃｕで形成されるが、Ａｕ、Ａｇ、およびＣｒのような他の材料で形成されてもよい。図６では、自由強磁性層１０６は、平面が書き込みヘッドの主極にほぼ平行する状態で向けられる。磁束ガイド１１０が、自由層１０６に結合され、磁束を自由層１０６から主極に対してほぼ直交するように向ける。磁束ガイド１１０は、従来の書き込み極に使用される高モーメント材料と同じ材料で形成し得る。ＳＴＯを構成する層は、主極およびＭＣが形成された後、薄膜読み取り／書き込みヘッドの形成において周知の従来の堆積およびリソグラフィ技法を使用してスライダ本体上に形成される。
【００２２】
図６に示すＳＴＯは、従来の平面垂直電流（ＣＣＰ）磁気抵抗読み取りヘッドと同様の構造を有する。ＣＣＰ  ＭＲ読み取りヘッドは周知であり、例えば、本願と同じ譲受人に譲渡された特許文献６に記載されている。しかし、ＣＣＰ  ＭＲ読み取りヘッドとは異なり、ＳＴＯでは、臨界値を超える電流密度を有する直流（ＩＳＴＯ）が、電極１０１、１０２の両端に印加されて、自由強磁性層１０６の磁化１０７にスピントルクを誘導する。直流ＩＳＴＯは、スピン角運動量をピン止め層１０４から自由層１０６に伝達して、自由層１０６の磁化１０７の歳差を誘導する。歳差の周波数は、ＳＴＯを構成する材料の属性および厚さに依存するが、特定のＳＴＯの場合、歳差の周波数は、ＩＳＴＯの値の関数である。特許文献２には、高周波補助場を記録層に対して生成して、書き込みを支援するこの種のＳＴＯが記載されている。図６のＳＴＯでは、ピン止め層１０４の磁化１０５は、自由層１０６の磁化１０７にほぼ平行するが、磁化１０５は、特許文献２に示されるように、自由層１０６の磁化１０７にほぼ直交する方向にピン止めされてもよい。
【００２３】
図６のＳＴＯでは、ＩＳＴＯがない場合の自由層１０６の磁化１０７は、層１０６の平面において向けられる。しかし、磁化１０７は、層１０６の平面にほぼ直交して向けられてもよい。この種のＳＴＯは、記録層の書き込み支援についても、特許文献７および関連出版（非特許文献１）に説明されている。この種のＳＴＯでは、自由層は、垂直異方性（ＰＬ）を有する層に交換結合された場生成層（ＦＬＧ）であり、ＦＧＬ、ＰＬ、およびピン止め層または参照層は、記録層の平面に直交する向きの平面を有し、ピン止め層または参照層は、ＦＧＬおよびＰＬの平面に垂直な向きの磁化を有する。
【００２４】
コンピュータシミュレーションにより、データレート性能に直接関連する主極内の磁束反転に必要な時間が、本発明を使用してかなり低減されることが確立された。したがって、この切り替え時間の低減または書き込みヘッド切り替え速度の増大により、増大したデータレートを有するディスクドライブが可能になる。図７は、書き込み極を表す円筒形磁気ナノ構造の磁化反転のコンピュータ生成のマイクロ磁気シミュレーションを示す。ナノ構造は、直径Ｄ＝８ｎｍおよび高さｈ＝１０ｎｍを有する。時間ｔ＝０において、ナノ構造は、正規磁化＋１を有する。曲線Ａは、０．５ＧＨｚの周波数においてナノ構造の高さに平行する場を印加することにより、磁化を−１に反転させる試みを示す。曲線Ａで示すように、磁化は切り替えられず、約１ｎｓ後に約＋０．３に低減されるだけである。曲線Ｂは、同じ平行場が、ナノ構造の高さに直交する補助場と一緒に印加された場合の結果を示す。直交補助場は、平行場の振幅の２０％に等しい振幅を有し、平行場の周波数の２倍である１．０ＧＨｚの周波数で印加された。曲線Ｂで示すように、磁化は、約０．８ｎｓ後に−１に完全に切り替えられる。補助直交場の異なる周波数でのさらなるシミュレーションにより、より高い周波数により、切り替え時間がさらに向上することが示された。例えば、補助直交場の周波数が６．５ＧＨｚの場合、磁化は約０．５ｎｓで−１に切り替えられる。
【００２５】
したがって、書き込み極磁化の切り替えが、補助場の周波数に依存する改良と共に、ＳＴＯからの補助直交磁場の印加から恩恵を受けると判断された。当分野において周知のように、強磁性材料は、非特許文献２に説明されているように、強磁性共振周波数において、またはその近くで印加された磁場をより効率的に吸収する。したがって、ＳＴＯの自由層１０６からの補助磁場の周波数は、好ましくは、書き込み主場の周波数よりも高い周波数を一般に暗示する、書き込み極を構成する磁性材料の強磁性共振近くの範囲内であるように選択することができる。ＳＴＯからの補助場の周波数は、磁化１０７の歳差周波数であり、特定のＳＴＯの場合、端子１０１、１０２の両端に印加される直流（ＩＳＴＯ）の値の関数である。したがって、例えば、ＩＳＴＯ電流範囲は、μＡから低ｍＡまでの範囲であることができ、電流密度が、約２〜２０ＧＨｚであり得るＳＴＯ周波数を決める。
【００２６】
書き込み極内の強磁性共振は、ＳＴＯからの補助磁場が存在する場合に書き込み極の磁性材料の歳差運動から生じる。ＳＴＯからの補助磁場は、書き込み極の磁性材料の磁化にトルクをかけ、それにより、磁気モーメントに歳差運動させる。強磁性歳差の共振周波数は、磁気異方性、モーメント密度、および磁気構造の形状を含む材料の属性に依存する。例えば、従来のディスクドライブ書き込みヘッドの書き込み極として使用される材料の場合、強磁性共振周波数は通常、約１〜４ＧＨｚの範囲である。しかし、強磁性共振周波数未満の周波数を有する補助場も、書き込み極の磁気異方性の主方向に対してかなりの角度で印加される場合、書き込み極の磁化の切り替えに寄与する。補助場が強磁性共振周波数未満の周波数である場合、書き込み極の磁化の切り替えに対する補助場の恩恵効果は、ｓｉｎ（θ）に比例する磁気反転トルクの増大により支配される。但し、θはＳＴＯの主コイルおよび自由層からの全場の局所方向と書き込み極の磁化の局所方向との間の角度である。ｓｉｎ（θ）に対する磁気トルクの比例性は、補助場が９０度の角度のみならず、書き込み極に対して好ましくは１５〜９０度の範囲のより小さな角度でも有用である理由も説明する。
【００２７】
図８Ａは、主コイル（ＭＣ）およびＳＴＯに接続され、補助磁束を生成する電気回路の実施形態を示す。書き込みドライバ回路は、スライダ２８から離れて、通常はＥブロック２４（図１）上に配置されるチップ５０（図１）の読み取り／書き込み集積回路内にある。書き込みドライバは、一体型リードサスペンション（ＩＬＳ）上の相互接続線を介してスライダ２８上の端子Ｔ１、Ｔ２においてＭＣに接続される。書き込みヘッドは抵抗ＲＷを有し、ＭＣはインダクタンスＬＭＣを有し、項ＣＭＣは寄生キャパシタンスを表す。図８Ａの実施形態では、ＳＴＯ制御回路が、独立した信号源としてチップ５０の回路内に配置される。ＳＴＯ制御回路は、書き込みドライバとＭＣとの間の相互接続線とは別個であるが、ＩＬＳ上に配置される相互接続線を介してＳＴＯに接続される。ＳＴＯ電極１０１、１０２（図６）は、スライダ２８上の端子Ｔ３、Ｔ４のそれぞれに接続される。ＳＴＯ制御回路は、２つの回路ブロック：ＳＴＯ制御論理（ＳＴＯ−ＣＬ）およびＳＴＯ制御デジタル／アナログ変換器（ＳＴＯ−ＤＡＣ）を含む。ＳＴＯ−ＣＬは、デジタルレジスタ内に記憶された論理信号を受信するシリアルポート論理受信器であり得る。次に、デジタルレジスタ値は、ＳＴＯ−ＤＡＣによりアナログ信号に変換される。ＳＴＯ−ＤＡＣのアナログ出力は、ＩＳＴＯの値を設定するＳＴＯ電圧ＶＳＴＯを設定し、これにより、ＳＴＯ周波数、すなわち、ＳＴＯ自由層１０６（図６）の磁化１０７の歳差周波数が決まる。
【００２８】
図８Ｂは、ＭＣへの書き込み電流（ＩＷ）およびＳＴＯへの直流ＩＳＴＯのグラフである。この例では、書き込み電流は、２５０ＭＨｚの周波数で＋５０ｍＡから−５０ｍＡに切り替えられるものとして示され、これは、５００Ｍｂ／秒の最大データレートに対応する。ＳＴＯからの補助場は、好ましくは最大書き込み周波数よりも高い周波数、好ましくは書き込み極の磁性材料の強磁性共振周波数近くの周波数を有する。したがって、この例では、ＩＳＴＯの値はＳＴＯを通る電流密度を設定し、それにより、補助場は約３〜６ＧＨｚの範囲の周波数を有することになる。
【００２９】
書き込みヘッドおよびＳＴＯについて、図６に示すように、螺旋コイルを有する書き込みヘッドに関連して説明したが、本発明は特定の書き込みヘッド構造に限定されない。したがって、本発明は、図４Ａおよび図４Ｂに示すヘッドのような、パンケーキコイルを有する書き込みヘッドに実施することも可能である。
【００３０】
さらに、本発明は、磁束ガイドなしで実施することもできる。図９は、パンケーキコイルを有する書き込みヘッドの変更としての本発明の書き込みヘッドの実施形態を示す。図９の側面断面図では、書き込みヘッドは、書き込み極２７０と共に主極２７４に接続されたヨーク２７８と、ヨーク２７８に巻き付いた断面として示される主コイル（ＭＣ）としてのパンケーキコイル２７９とを含む。コイル２７９は、スライダ２２８の外面２２６上の端子Ｔ１およびＴ２に接続される。この実施形態では、ＳＴＯは、層が書き込み極２７０に直交する状態の向きである。ＳＴＯ層は、電極２０１、２０２、ピン止め強磁性層２０４、スペーサ層２０８、および自由強磁性層２０６を含む。電極２０１、２０２は、外面２２６上の端子Ｔ３、Ｔ４のそれぞれに接続される。自由強磁性層２０６は、ＩＳＴＯがない場合、層の平面内、すなわち層の平面に対して垂直な磁化を有し得る。ＩＳＴＯがＳＴＯに注入される場合、磁化２０７は歳差運動し、補助磁束が、磁化２０７の歳差周波数に対応する周波数で書き込み極２７０にほぼ直交して向けられる。図９では、磁束ガイドなしの書き込みヘッドおよびＳＴＯについて、パンケーキコイル２７９を有する書き込みヘッドに関連して説明したが、本発明は、図６に示すヘッドのように、螺旋コイルを有する書き込みヘッドで実施することも可能である。そのような実施形態では、図６のＳＴＯは、ＳＴＯを構成する層の平面が主極にほぼ直交する向きになるように、９０度回転する。
【００３１】
図９の実施形態では、ＳＴＯの層は書き込み極の層およびスライダの後縁面に堆積してパターニングされた書き込みヘッドの他の層に対してほぼ直交する向きであるため、この実施形態は、従来の薄膜読み取り／書き込みヘッドを作成する従来の様式で製造することができない。むしろ、ダマスカスプロセス等の材料トレンチプロセス（ＴＭＰ：ｔｒｅｎｃｈｉｎｇ  ｍａｔｅｒｉａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓ）が利用される。ＳＴＯ構造の場合にＴＭＰを作成する基本ステップは、１）アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の誘電層の書き込み極２７０上への堆積、２）誘電体のパターニング（エッチング）、３）接点およびＳＴＯの材料のような材料の堆積、および４）化学機械的研磨（ＣＭＰ）または平面化を含む。上述したように、ＳＴＯは、特許文献６に記載されるものと同様の構造であるが、向きは書き込み極に直交する。さらに、書き込み極２７０とＳＴＯとの間の絶縁層はアルミナであり、書き込み極２７０が形成された後に堆積する。２つ以上の層を有するＳＴＯの場合、ＴＭＰは、ＳＴＯの積層構造を作成する複数のパスを含む。ＴＭＰステップは一般に、集積回路業界で使用され、このプロセスの一例は、非特許文献３による記事に説明されている。
【００３２】
図１０は、書き込みヘッド（ＷＨ）およびＳＴＯに接続された電気回路の実施形態を示し、ＩＳＴＯは、書き込み線＋Ｗおよび−Ｗを通してＷＨに供給されるため、別個の相互接続線が必要ない。書き込みドライバおよびＳＴＯ制御回路は、読み取り／書き込み集積回路（ＩＣ）チップ上に配置される。さらに、ＩＳＴＯ電流は、ＳＴＯの高周波信号を妨げない低周波電圧源（ＶＳＢＣ）により生成することもできる。ＳＴＯ制御回路は、書き込み線＋Ｗおよび−Ｗを通る、ＳＴＯをバイアスする共通モード電圧供給を含む。図１０の回路は、信号路から逸れる書き込み電流信号量が非常に少量であるように、厳密に一致し、高値の抵抗ＲＡおよびＲＡ’を通して共通モードを感知することにより動作する。次に、共通モード電圧は、低域フィルタ（ＬＰＦ）によりフィルタリングされ、比較器においてＶＳＢＣ電圧と比較される。次に、制御フィードバックが、ＶＳＢＣ電圧を線＋Ｗおよび−Ｗの共通モードにする。同様に、スライダにおいて、抵抗Ｒ１およびＲ１’は、受信器において共通モードを感知し、高域フィルタ（ＨＰＦ）が、低周波信号成分をＳＴＯから逸らし、それにより、ＳＴＯの両端にＶＳＢＣを印加する。読み取りヘッド（ＲＨ）およびヘッダ（ＨＴＲ）もスライダ上に形成されて示される。
【００３３】
図１１は、電気回路の実施形態を示し、ＩＳＴＯは読み取り線＋Ｒおよび−Ｒを通して読み取りヘッド（ＲＨ）に供給されるため、別個の相互接続線が必要ない。読み取り増幅器およびＳＴＯ制御回路は、読み取り／書き込み集積回路（ＩＣ）チップ上に配置される。ＳＴＯ制御回路は、読み取り線＋Ｒおよび−Ｒを通る、ＳＴＯをバイアスする共通モード電圧供給を含む。図１１の回路は、信号路から逸れる読み取りヘッドのバイアス電流が極わずかであるように、抵抗が厳密に一致し、高値である抵抗ＲＡおよびＲＡ’を通して共通モードを感知することにより、図１０と同様に動作する。次に、共通モード電圧は、低域フィルタ（ＬＢＦ）によりフィルタリングされ、比較器（ＣＯＭＰ）においてＶＳＢＣ電圧と比較される。次に、制御フィードバックは、ＶＳＢＣ電圧を線＋Ｒおよび−Ｒの共通モードにする。同様に、スライダにおいて、抵抗Ｒ０およびＲ０’は、受信器において共通モードを感知し、それにより、ＶＳＢＣをＳＴＯの両端に印加する。
【００３４】
図１２は、熱式浮上量調整（ＴＦＣ）を有するハードディスクドライブの電気回路の実施形態を示し、ＩＳＴＯはＴＦＣヒータ線＋Ｈおよび−Ｈを通してヒータに供給されるため、別個の相互接続線が必要ない。ＴＦＣを有するディスクドライブは周知であり、スライダ上のＲＨおよびＷＨの近傍に配置された電気抵抗ヒータ（ＨＴＲ）を使用する。電流がヒータに加えられると、ヒータは膨脹し、ヘッドを膨脹させ、それにより、読み取り中および／または書き込み中にディスク面のより近くに移動させる。ＴＦＣを有するディスクドライブおよびヒータを制御する方法は、本願と同じ譲受人に譲渡された特許文献８に記載されている。ＳＴＯ制御回路は、ＴＦＣバイアス線の低線上にＶＳＢＣ電圧を印加することを含む。ここで、ＳＴＯがＴＦＣの低線とシステムの接地との間でバイアスされるように、ＳＴＯからの補助接地接続が必要であり得る。
【００３５】
本発明について、好ましい実施形態を参照して特に図示し説明したが、本発明の主旨および範囲から逸脱せずに、形態および詳細の様々な変更を行い得ることが当業者には理解される。したがって、開示される本発明は単なる例示としてみなされるべきであり、添付の特許請求の範囲において指定される範囲のみにおいて限定されるべきである。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ハードディスクドライブ
１２  剛性ベース
１４  スピンドル
１６  ディスク
１７  湾曲矢印
２０  負荷ビーム組立体
２２  剛性アーム
２４  Ｅブロック
２５  端面
２６、２２６  外面
２７  エアベアリング面
２８、２２８  スライダ
２９  磁気記録読み取り／書き込みヘッド
３０  屈曲部
３１  端子パッド
３２  導電性相互接続トレース配列
３３  書き込みヘッド
４０  回転アクチュエータ組立体
４１  旋回点
４２  磁石組立体
４３  ボイスコイル
５０  チップ
７０  フレア書き込み極
７１  フレア部分
７２  極先端
７４、２７４  主極
７５  フレアポイント
７６  磁束戻り極
７８  ヨークスタッド
７９、２７９  パンケーキコイル
８０、１５０  後縁シールド
８４  側面シールド
９０  磁場
９６  読み取りヘッド
１０１、１０２、２０１、２０２  電極
１０４、２０４  ピン止め強磁性層
１０５、１０７、２０７  磁化
１０６、２０６  自由強磁性層
１０８  スペーサ層
１１０  磁束ガイド
１３３  垂直書き込みヘッド
１３５  シールド層
１３６  戻り極
１３６ａ  戻り極端部
１３７  接続スタッド
１３８  ヨークスタッド
１３９ａ、１３９ｂ  コイルセクション
２０８  スペーサ層
２７０  書き込み極
２７８  ヨーク
Ｓ１、Ｓ２  磁気シールド
Ｔｌ、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４  端子。
【図１】
2011040151.tif 000003
【図２】
2011040151.tif 000004
【図３】
2011040151.tif 000005
【図４Ａ】
2011040151.tif 000006
【図４Ｂ】
2011040151.tif 000007
【図５】
2011040151.tif 000008
【図６】
2011040151.tif 000009
【図７】
2011040151.tif 000010
【図８Ａ】
2011040151.tif 000011
【図８Ｂ】
2011040151.tif 000012
【図９】
2011040151.tif 000013
【図１０】
2011040151.tif 000014
【図１１】
2011040151.tif 000015
【図１２】
2011040151.tif 000016