(57)【要約】      （修正有）【課題】安定したスピントルク発振が実現でき、信頼性が高いスピントルク発振器を提供する。【解決手段】スピントルク発振器は主磁極６の上に、磁化固定層４、非磁性中間層３、第一の磁性層１、第二の磁性層２、キャップ層５、対向磁極７を順に積層した構成であり、ｂｃｃ結晶構造を有する面内磁気異方性を有した第一の磁性層１と、その上に積層されたＣｏ及びＮｉの多層膜からなる垂直磁気異方性を有した第二の磁性層２からなる積層構造を有する。【選択図】図５
2012064792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｂｃｃ結晶構造を有し面内磁気異方性を有する第一の磁性層と、
前記第一の磁性層の上に形成されたＣｏ及びＮｉの多層膜からなる垂直磁気異方性を有する第二の磁性層と、
を有することを特徴とするスピントルク発振器。
【請求項２】
ｂｃｃ結晶構造を有し面内磁気異方性を有する磁極と、
前記磁極の上に形成されたＣｏ及びＮｉの多層膜からなる垂直磁気異方性を有する第二の磁性層と、
前記第二の磁性層の上に積層されたｂｃｃ結晶構造を有し面内磁気異方性を有する第一の磁性層と、
を備えることを特徴とするスピントルク発振器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のスピントルク発振器において、前記第一の磁性層として、ＦｅＸ（Ｘ＝Ｃｏ，Ｎｉ）からなる二元合金を用いることを特徴とするスピントルク発振器。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のスピントルク発振器において、前記第一の磁性層として、ＣｏＦｅＺ（Ｚ＝Ａｌ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ）からなる三元合金を用いることを特徴とするスピントルク発振器。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のスピントルク発振器において、前記第一の磁性層として、ＣｏＭｎＺ（Ｚ＝Ａｌ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ）からなる三元合金を用いることを特徴とするスピントルク発振器。
【請求項６】
請求項１又は２に記載のスピントルク発振器において、前記第一の磁性層として、ＦｅＸ（Ｘ＝Ｃｏ，Ｎｉ）からなる二元合金、ＣｏＦｅＺ（Ｚ＝Ａｌ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ）からなる三元合金、及びＣｏＭｎＺ（Ｚ＝Ａｌ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ）からなる三元合金の群から選択された複数の合金を積層した積層膜を用いることを特徴とするスピントルク発振器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のスピントルク発振器において、前記第二の磁性層の平均組成が２０ａｔ％≦Ｃｏ≦８０ａｔ％の範囲であることを特徴とするスピントルク発振器。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のスピントルク発振器において、前記第二の磁性層としてＣｏ及びＮｉの多層膜の代わりに、ＣｏＮｉに第三元素としてＰｔ又はＰｄを添加した垂直磁気異方性を有する合金、もしくはＣｏＮｉ合金とＰｔ又はＰｄとの多層膜を用いることを特徴とするスピントルク発振器。
【請求項９】
記録磁界を発生する磁極と、高周波磁界を発生する素子とを備えるマイクロ波アシスト磁気記録ヘッドにおいて、
前記高周波磁界を発生する素子として請求項１〜８のいずれか１項に記載のスピントルク発振器を用いたことを特徴とするマイクロ波アシスト磁気記録ヘッド。
【請求項１０】
磁気記録媒体と、
前記磁気記録媒体を駆動する媒体駆動部と、
前記磁気記録媒体に対して記録動作を行う磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッドを前記磁気記録媒体の所望トラックに位置付けるヘッド駆動部とを有する磁気記録装置において、
前記磁気ヘッドは、記録磁界を発生する磁極と、請求項１〜８のいずれか１項に記載のスピントルク発振器とを備えることを特徴とする磁気記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、安定して高周波発振するスピントルク発振器、及び、高い磁気記録密度に対応した、マイクロ波アシスト記録用スピントルク発振器を有した磁気記録ヘッド、並びに磁気記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）の再生ヘッドに用いられているＴＭＲ（Tunneling Magneto Resistance）ヘッドや、スピン注入ＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）など、スピンエレクトロニクス素子が情報技術の発展に大きな貢献をしている。このような、スピンエレクトロニクス素子の開発過程で、スピントルクを用いて磁性体を発振させ、マイクロ波を発生させるスピントルク発振器や、高周波電流を整流するスピントルクダイオード効果などが発見され、高周波の生成、検波、変調、増幅など、その応用の可能性は更なる広がりを見せている。特に、ＨＤＤへのスピントルク発振器の応用に関しては、将来の高記録密度を達成する手段として、大きな注目を浴びている。以下に、ＨＤＤの高記録密度化が直面する問題及び、それを解決し高記録密度を達成するための方法に関して、より詳細に背景を説明する。
【０００３】
ＨＤＤはその記録密度向上に伴い、年々、記録媒体のビットサイズは微細化が進んでいる。しかしながら、ビットサイズの微細化が進むにつれ、熱揺らぎによる記録状態の消失が懸念される。このような問題を解決し、将来の高密度記録での記録ビットを安定に維持するためには保磁力の大きな（すなわち磁気異方性の大きな）記録媒体を使用する必要があるが、保磁力の大きな記録媒体に記録を行うためには強い記録磁界が必要である。しかし実際には、記録ヘッドの狭小化及び、利用可能な磁性材料の制限により、記録磁界強度にも上限がある。このような理由により、記録媒体の保磁力は、記録ヘッドで発生可能な記録磁界の大きさによって制約される。このように、媒体の高い熱安定性と、記録しやすい保磁力という、相反する要求に応えるため、各種の補助手段を使って記録媒体の保磁力を記録時にのみ実効的に低くする記録手法が考案されており、磁気ヘッドとレーザなどの加熱手段を併用して記録を行う熱アシスト記録などがその代表である。
【０００４】
一方、記録ヘッドからの記録磁界に高周波磁界を併用することにより記録媒体の保磁力を局所的に低減させて記録を行うアイディアも存在する。例えば、特許文献１には、高周波磁界により磁気記録媒体をジュール加熱あるいは磁気共鳴加熱し、媒体保磁力を局所的に低減することにより情報を記録する技術が開示されている。このような高周波磁界と磁気ヘッド磁界との磁気共鳴を利用する記録手法（以降、マイクロ波アシスト記録という）では、磁気共鳴を利用するため、反転磁界の低減効果を得るためには、媒体の異方性磁界に比例する、大きな高周波磁界を印加することが必要である。
【０００５】
近年になり、スピントルク発振器のように、スピントルクを用いた高周波磁界の発生原理が提案され、マイクロ波アシスト記録の可能性が現実的なものとなってきた。たとえば、非特許文献１には、外部からのバイアス磁界なしに発振するスピントルク発振器に関する計算結果が開示されている。また、非特許文献２には、垂直磁気ヘッドの主磁極に隣接した磁気記録媒体近傍に、スピントルクによって磁化が高速回転する磁化高速回転体（Field Generation Layer：ＦＧＬ）を配置してマイクロ波（高周波磁界）を発生させ、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。さらに、非特許文献３には、ＦＧＬに近接する主磁極の磁界を利用してＦＧＬの回転方向を制御するスピントルク発振器が提示され、これにより、効率的に、媒体のマイクロ波アシスト磁化反転が実現できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２４３５２７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】X. Zhu and J. G. Zhu, “Bias-Field-Free Microwave Oscillator Driven by Perpendicularly Polarized Spin Current” IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, P2670 VOL.42, NO.10 (2006)
【非特許文献２】J. G. Zhu and X. Zhu, ‘Microwave Assisted Magnetic Recording,’ The Magnetic Recording Conference (TMRC) 2007 Paper B6 (2007)
【非特許文献３】J. Zhu and Y. Wang, ‘Microwave Assisted Magnetic Recording with Circular AC Field Generated by Spin Torque Transfer,’ MMM Conference 2008 Paper GA-02 (2008)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
マイクロ波アシスト記録用のスピントルク発振器を構成するＦＧＬに求められる特性は、大きな高周波磁界強度・高い発振周波数・大きなスピントルク効率・安定した発振特性であると考えられる。
【０００９】
そこで、安定した発振特性を得るための構造についてＬＬＧ（Landau-Lifshitz-Gilbert）方程式を用いたシミュレーションによって考察した。面内磁気異方性を有する第一の磁性層単層をＦＧＬとして用いた場合と、その上に垂直磁気異方性を有する第２の磁性層を積層した積層型のＦＧＬに関してその発振特性を比較した結果、第一の磁性層のみの構造では、発振層が多磁区化する条件が多く、安定発振する条件が極めて狭いことが分かった。一方で、第一の磁性層の上に第二の磁性層を積層した構造では、第二の磁性層により第一の磁性層に垂直磁気異方性が誘起され、その結果、第一の磁性層の多磁区化が抑制され、安定して発振しやすいことが分かった。多磁区化が抑制された結果、発振磁界強度も増加する。このような理由により、大きな高周波磁界強度を安定して得るためには、第一の磁性層に隣り合う強磁性層として垂直磁気異方性を有する層を形成することが効果的であることがわかった。
【００１０】
また、安定して発振しながら、大きな高周波磁界を得るためには、ＦＧＬ層に高い飽和磁束密度Ｂｓを有する材料を用いるか、もしくは厚膜を形成する必要がある。非特許文献２は、スピントルク発振器に関して、Ｂｓ＝２．５Ｔを有する面内磁気異方性ＦＧＬと、１．５×１０8ｅｒｇ／ｃｍ3の垂直磁気異方性を有する垂直磁化膜の２層を積層した構成からなる発振積層構造に関するシミュレーション結果を開示している。しかし、高いＢｓを得るためにＣｏＦｅ系材料を使うことが良いと言及していることを除いては、計算パラメータを実現するための具体的な材料・構成に関しては記述がない。また、実際高いＢｓを有する材料として代表的なＦｅＣｏ（Ｆｅ６５at%、Ｃｏ３５at%付近）では、その結晶構造はｂｃｃ構造になるため、ｆｃｃ構造を基本に持つＣｏ系垂直磁気異方性膜をｂｃｃ構造のＦｅＣｏ上に単純に積層しただけでは、大きな垂直磁気異方性を発現させることが難しい。
【００１１】
本発明は、ＦＧＬにおいて、ｂｃｃ構造の面内磁化膜の上に、大きな垂直磁気異方性を発現可能な具体的な材料・積層構成を提案することで、安定した発振が実現でき、信頼性が高いスピントルク発振器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記問題を解決するための本発明の一形態は、発振層にｂｃｃ結晶構造を有し面内磁気異方性を有する第一の磁性層と、その上に積層されたＣｏ及びＮｉの多層構造からなる垂直磁気異方性を有する第二の磁性層とからなる積層構造を備えるスピントルク発振器である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、安定した発振が実現でき、信頼性が高いスピントルク発振器を提供することができる。
【００１４】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】［Ｃｏ（Ｘ）／Ｎｉ（Ｙ）］n多層膜のＣｏ組成とＨｋの関係を示す図。
【図２】［Ｃｏ（Ｘ）／Ｎｉ（Ｙ）］n多層膜のＸＲＤプロファイルを示す図。
【図３】ｂｃｃ結晶構造材料であるＣｏＦｅＧｅ上に形成した［Ｃｏ（０．２）／Ｎｉ（０．４）］20膜のＸＲＤプロファイルを示す図。
【図４】ＣｏＦｅＧｅに垂直磁気異方性が誘起されたことを示す面直磁界方向の磁化曲線を示す図。
【図５】スピントルク発振器の具体的な構成例を示す図。
【図６】スピントルク発振器の具体的な構成例におけるＦＭＲ特性を示す図。
【図７】スピントルク発振器の具体的な構成例を示す図。
【図８】スピントルク発振器の具体的な構成例におけるＦＭＲ特性を示す図。
【図９】スピントルク発振器を搭載した磁気ヘッドの例を示す概略図。
【図１０】磁気ディスク装置の全体構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明の実施例を挙げ、図表を参照しながらさらに具体的に説明する。
【００１７】
[実施例１]
図１は、［Ｃｏ（０．２〜０．８）／Ｎｉ（０．２〜０．８）］n=5-20／Ｐｔ（５）／Ｔａ（３）／ガラス基板の種々の構成に関して、ベタ膜を２５０℃で３時間の熱処理を施した後、試料振動型磁力計（Vibrating Sample Magnetometer：ＶＳＭ）を用いて、磁化曲線から異方性磁界Ｈｋを評価した結果を示したものである。なお、（）内の数値は膜厚をｎｍ単位で示したものである。ｎは［Ｃｏ／Ｎｉ］の積層数を表す。横軸のＣｏ組成は、成膜したＣｏとＮｉの比率をａｔ％に換算したものである。この結果から、磁性膜中のＣｏの平均組成が、２０ａｔ％≦Ｃｏ≦８０ａｔ％の組成範囲で、積層数が５≦ｎ≦２０の場合には、少なくとも［Ｃｏ（０．２〜０．８）／Ｎｉ（０．２〜０．８）］n=5-20は、Ｈｋ≧１０ｋＯｅを有する垂直磁化膜になっていることがわかる。ここで、平均組成とは、［Ｃｏ／Ｎｉ］nを一体の磁性層と考えたときに、その磁性層のうち、Ｃｏが占める割合で定義される。
【００１８】
図２には、代表的な組成として、［Ｃｏ（Ｘ）／Ｎｉ（Ｙ）］20：（Ｘ，Ｙ）＝（０．２，０．４）（０．４，０．２）（０．２，０．２）の時の、形成した膜のＸ線回折（X-ray diffraction：ＸＲＤ）測定結果を示す。この結果から、［Ｃｏ（Ｘ）／Ｎｉ（Ｙ）］20は、ｆｃｃ（１１１）配向したＰｔ上にｆｃｃ（１１１）配向していることもわかる。
【００１９】
次に、図３には、Ｔａ（３）／［Ｃｏ（０．２）／Ｎｉ（０．４）］20／Ｃｏ39Ｆｅ38Ｇｅ23（６）／Ｔａ（３）／ガラス基板を形成し、ＸＲＤ測定をした結果を示す。この結果から、ｂｃｃ（１１０）配向したＣｏ39Ｆｅ38Ｇｅ23上でも、［Ｃｏ／Ｎｉ］２０多層膜はｆｃｃ（１１１）配向を維持していることが分かる。このように、ｆｃｃ（１１１）配向が維持されていれば、ｂｃｃ構成上に垂直磁気異方性を誘起できる。
【００２０】
図４には、図３で作成した試料の垂直方向の磁化曲線を、Kerr効果を用いて測定した結果を示す。この結果によると、Ｃｏ39Ｆｅ38Ｇｅ23上に［Ｃｏ（０．２）／Ｎｉ（０．４）］20膜を形成することで、Ｃｏ39Ｆｅ38Ｇｅ23が反磁界に打ち勝って垂直方向に飽和するための外部磁界が、９．５ｋＯｅ低くなることが分かる。このことから、［Ｃｏ（０．２）／Ｎｉ（０．４）］20はｂｃｃ磁性材料上に垂直磁化膜として形成され、かつＣｏ39Ｆｅ38Ｇｅ23に９．５ｋＯｅの垂直磁気異方性を誘起しているといえる。
【００２１】
同様に、［Ｃｏ（０．２〜０．８）／Ｎｉ（０．２〜０．８）］n=5-20のすべての構成において、Ｃｏ39Ｆｅ38Ｇｅ23に垂直磁気異方性を誘起可能であった。以上により、［Ｃｏ（０．２〜０．８）／Ｎｉ（０．２〜０．８）］n=5-20は、少なくとも２０ａｔ％≦Ｃｏ≦８０ａｔ％の組成範囲で、ｂｃｃ磁性材料の上に垂直磁化膜になっているといえる。
【００２２】
同様に、種々の第一の磁性層に対して、その上に第二の磁性層として［Ｃｏ（０．２）／Ｎｉ（０．４）］20を形成した場合のΔＨｋに関して、表１にまとめる。なお、表１中の上向き矢印は、その上のものと同一の構成であることを示している。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
表１によると、ｂｃｃ結晶構造をとり面内磁気異方性を有する第一の磁性層として、ＦｅＣｏ，ＦｅＮｉ，ＣｏＦｅＧｅ，ＣｏＦｅＳｉ，ＣｏＦｅＡｌ，ＣｏＭｎＧｅ，ＣｏＭｎＳｉ，ＣｏＭｎＡｌ単層膜を用いた場合、及び、ＦｅＣｏ／ＣｏＦｅＧｅ，ＦｅＣｏ／ＣｏＦｅＡｌ，ＦｅＣｏ／ＣｏＭｎＧｅの積層構成を用いた場合に、Ｈｋを誘起可能なことが分かる。さらに、第一の磁性層としては、スピントルク効率を向上させるために、ＣｏＦｅＳｎもしくは、ＣｏＭｎＺ（Ｚ＝Ａｌ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ）など、ホイスラー合金と呼ばれる材料の組み合わせでも同様の効果が得られる。ホイスラー合金で用いられる材料の組み合わせを用いる場合は、必ずしもストイキオメトリー組成でなくても、大きなスピントルク効率が得られる。
【００２５】
また、第二の磁性層としてＣｏ，Ｎｉの多層膜の他に、ＣｏＮｉに第三元素としてＰｔやＰｄを添加した垂直磁気異方性を有する合金、もしくはＣｏＮｉ合金とＰｔ又はＰｄとの多層膜を用いた垂直磁気異方性を有する構造も用いることが可能である。表２は、その構成例と、第一の磁性層に誘起されたＨｋを示したものである。ＰｔやＰｄを添加することで、第二の磁性層の飽和磁束密度Ｂｓや異方性磁界Ｈｋをコントロールすることが可能で、スピントルク発振器の設計に応じてＰｔやＰｄの組成を変化させることで、所望の特性が得られる。なお、表２中の上向き矢印は、その上のものと同一の構成であることを示している。
【００２６】
【表２】
2012064792.tif 000004
【００２７】
[実施例２]
図５に、実施例１に記載の第一の磁性層及び第二の磁性層を有する、スピントルク発振器の具体的な構成例を示す。
【００２８】
図５は、主磁極６の上に、磁化固定層４、非磁性中間層３、第一の磁性層１、第二の磁性層２、キャップ層５、対向磁極７を順に積層した構成である。本構成の主磁極６の材料としては、大きな記録磁界強度を得るためにＣｏＦｅをベースとする高Ｂｓ材料を用いることが望ましい。また、その上に積層される磁化固定層４は、スピントルク源となるため、スピントルクによる磁化の揺らぎを抑制する必要があり、垂直磁気異方性を有するＣｏＰｔ，ＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＰｄ，ＦｅＰｔ，ＣｏＦｅＰｄ，ＴｂＦｅＣｏ及びＣｏ／Ｎｉなどの、合金及び多層膜を用いることができる。また、主磁極６から、対向磁極７への漏洩磁界を用いて磁化方向を膜面に垂直に固定することも可能で、その場合は、垂直磁気異方性を有する膜のほかに、面内磁化膜を用いてもよい。ただし、面内磁化膜を用いる場合は、スピントルク耐性の観点から磁化固定層４の［飽和磁束密度Ｂｓ×膜厚ｔ］は第一の磁性層１のそれの２倍程度以上にすることが望ましい。特に、スピン注入効率を向上させる観点からは、磁化固定層４として用いる面内磁化膜としては、ホイスラー合金や、ＣｏＦｅＢなどがよい。
【００２９】
非磁性中間層３としては、ＣＰＰ−ＧＭＲを用いたスピントルク発振器を形成する場合には、スピン拡散長の長いＡｕ，Ａｇ，Ｃｕなどの金属材料を用いることができる。また、ＴＭＲを利用したスピントルク発振器を構成することも可能で、その場合には、非磁性中間層３として、Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＯ，ＺｎＯなど、大きなスピン依存トンネリング現象の期待できる絶縁層を形成することが望ましい。
【００３０】
第一の磁性層１としては、ＦｅＸ（Ｘ＝Ｃｏ，Ｎｉ）からなる二元合金、ＣｏＦｅＺ（Ｚ＝Ａｌ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ）からなる三元合金もしくは、ＣｏＭｎＺ（Ｚ＝Ａｌ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ）からなる三元合金及び、これらを積層した構造を用いることができる。
【００３１】
第二の磁性層２としては、Ｃｏ，Ｎｉの他に、第三元素としてＰｔ，Ｐｄを添加した垂直磁気異方性を有する合金、もしくは多層膜を用いた垂直磁気異方性を有する構造も用いることが可能である。
【００３２】
キャップ層５は、スピントルク発振器へのプロセスダメージを抑制し、対向磁極７と第二の磁性層２の磁気結合を切るための層である。この層は、電気抵抗の低い非磁性材料であることが望ましく、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｐｄ及びＴａの単層、もしくはこれらの積層構成が候補として挙げられる。対向磁極７は、主磁極６の磁界勾配を急峻にするために必要であるが、スピントルク発振器の高周波磁界強度が十分高い場合は、必ずしも必要ではない。
【００３３】
図６には、第一の磁性層１として６ｎｍのＣｏ39Ｆｅ38Ｇｅ23、第二の磁性層２として［Ｃｏ（０．２）／Ｎｉ（０．４）］18を用い、磁化固定層４として［Ｃｏ（０．２）／Ｎｉ（０．４）］20を用いたスピントルク発振器において、電気的に測定した強磁性共鳴（Ferromagnetic Resonance：ＦＭＲ）特性を示す。電流は、磁化固定層４から第一の磁性層１方向へ流れるようにした。ＦＭＲ特性を評価することで、そのピーク位置からＦＧＬの発振周波数が分かる。また、ピークの半値幅が狭いことは、有効なダンピング定数が小さくなっていることを意味し、半値幅が最も小さい状況で、定常的なＦＧＬの歳差運動が起こっている。作製したスピントルク発信器は、１２ＧＨｚ近傍に発振ピークを持ち、半値幅の狭さから、定常的な歳差運動、つまり安定した発振が起こっていると考えられる。
【００３４】
なお、ここでは、スピントルク発振器をマイクロ波アシスト記録方式の磁気記録ヘッドに搭載することを前提に説明したが、スピントルク発振器の用途は磁気記録ヘッドに限られない。例えば、高周波電流を周波数選択的に整流するスピントルクダイオードとして用いることや、外部磁界の変化をＦＭＲ周波数の変化として高感度に読み取る高感度磁界検知素子などへの応用も可能である。その場合には、図５に示す主磁極６および対向磁極７は必要なく、磁化固定層４からキャップ層５までを電気回路に組み込むことで動作する。
【００３５】
[実施例３]
図７に、実施例１に記載の第一の磁性層及び第二の磁性層を有する、スピントルク発振器の別の具体的な構成例を示す。
【００３６】
図７は、主磁極６の上に、第二の磁性層２、第一の磁性層１、非磁性中間層３、磁化固定層４、キャップ層５、対向磁極７を順に積層した構成である。本構成の主磁極６の材料としては、大きな記録磁界強度を得るためにＣｏＦｅをベースとする高Ｂｓ材料を用いることが望ましい。また、その上に積層される第二の磁性層２としては、Ｃｏ，Ｎｉの他に、第三元素としてＰｔ，Ｐｄを添加した垂直磁気異方性を有する合金、もしくは多層膜を用いた垂直磁気異方性を有する構造を用いることが可能である。
【００３７】
この際、主磁極６の材料がＣｏＦｅをベースとするｂｃｃ結晶構造を有するため、第二の磁性層２の磁気特性は、実施例１に記載の、第一の磁性層１上に第二の磁性層２を形成した場合と同等の特性を示す。
【００３８】
本実施例で、第二の磁性層２の上に形成される第一の磁性層１としては、ＦｅＸ（Ｘ＝Ｃｏ，Ｎｉ）からなる二元合金、ＣｏＦｅＺ（Ｚ＝Ａｌ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ）からなる三元合金もしくは、ＣｏＭｎＺ（Ｚ＝Ａｌ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ）からなる三元合金及び、これらを積層した構造を用いることができる。
【００３９】
非磁性中間層３としては、ＣＰＰ−ＧＭＲを用いたスピントルク発振器を形成する場合には、スピン拡散長の長いＡｕ，Ａｇ，Ｃｕなどの金属材料を用いることができる。また、ＴＭＲを利用したスピントルク発振器を構成することも可能で、その場合には、非磁性中間層３として、Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＯ，ＺｎＯなど、大きなスピン依存トンネリング現象の期待できる絶縁層を形成することが望ましい。
【００４０】
磁化固定層４は、スピントルク源となるため、スピントルクによる磁化の揺らぎを抑制する必要があり、垂直磁気異方性を有するＣｏＰｔ，ＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＰｄ，ＦｅＰｔ，ＣｏＦｅＰｄ，ＴｂＦｅＣｏ及びＣｏ／Ｎｉなどの、合金及び多層膜を用いることができる。また、主磁極６から、対向磁極７への漏洩磁界を用いて磁化方向を膜面垂直に固定することも可能で、その場合には、垂直磁気異方性を有する膜のほかに、面内磁化膜を用いてもよい。ただし、面内磁化膜を用いる場合は、スピントルク耐性の観点から磁化固定層４の［飽和磁束密度Ｂｓ×膜厚ｔ］は、第一の磁性層１のそれの２倍程度以上にすることが望ましい。特に、スピン注入効率を向上させる観点からは、磁化固定層４として用いる面内磁化膜としては、ホイスラー合金や、ＣｏＦｅＢなどがよい。
【００４１】
キャップ層５は、スピントルク発振器へのプロセスダメージを抑制し、対向磁極７と磁化固定層４の磁気結合を切るための層である。この層は、電気抵抗の低い非磁性材料であることが望ましく、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｐｄ及びＴａの単層、もしくはこれら複数材料を用いた多層構造が候補として挙げられる。対向磁極７は、主磁極６の磁界勾配を急峻にするために必要であるが、スピントルク発振器の高周波磁界強度が十分高い場合は、必ずしも必要ではない。
【００４２】
図８に、第一の磁性層１として６ｎｍのＣｏ39Ｆｅ38Ｇｅ23を用い、第二の磁性層２として［Ｃｏ（０．２）／Ｎｉ（０．４）］18を用い、磁化固定層４として［Ｃｏ（０．２）／Ｎｉ（０．４）］20を用いたときの、スピントルク発振器のＦＭＲ特性を示す。電流は、磁化固定層４から第一の磁性層１方向へ流れるようにした。作製したスピントルク発信器は、８．７ＧＨｚ近傍に発振ピークを持ち、半値幅の急峻さから、定常的な歳差運動、つまり安定した発振が起こっていると考えられる。
【００４３】
本実施例のスピントルク発振器は、マイクロ波アシスト記録方式の磁気記録ヘッドに搭載することができる。その場合、主磁極６は記録磁界を発生する磁極となる。なお、スピントルク発振器の用途は磁気ヘッドに限られず、スピントルク発振器の用途は磁気記録ヘッドに限られない。例えば、高周波電流を周波数選択的に整流するスピントルクダイオードとして用いることや、外部磁界の変化をＦＭＲ周波数の変化として高感度に読み取る高感度磁界検知素子などへの応用も可能である。その場合には、図７に示す主磁極６および対向磁極７は必要なく、第二の磁性層２からキャップ層５までを電気回路に組み込むことで動作する。
【００４４】
[実施例４]
図９は、実施例１〜３に記載されたスピントルク発振器を搭載した磁気ヘッドの断面拡大図である。磁気ヘッドは、記録ヘッド部と再生ヘッド部により構成されており、記録ヘッド部は、補助磁極２０６、主磁極６と対向磁極７との間に配置されたスピントルク発振器２０１、主磁極を励磁するコイル２０５等により構成される。記録磁界は主磁極６から発生される。再生ヘッド部は、下部シールド２０８と上部シールド２１０の間に配置された再生センサ２０７等により構成される。図示されてはいないが、コイルの励磁電流や再生センサの駆動電流及び高周波磁界発生素子への印加電流は、各々の構成要素毎に設けられた電流供給端子により供給される。
【００４５】
図９に示すように、対向磁極７は素子高さ方向上方にて主磁極６の方へ延び、互いに磁気的な回路を構成している。ただし、素子高さ方向上方においては電気的には絶縁されているものとする。その結果、主磁極６からスピントルク発振器２０１を介して対向磁極７へ、直列の電気回路が形成されるため、主磁極６及び対向磁極７に電極を接続することで、スピントルク発振器２０１へスピントルク発振に必要な電流を流すことが可能である。
【００４６】
[実施例５]
実施例４に示した磁気ヘッド、及び磁気記録媒体を組み込んで磁気記録再生装置を構成した。図１０は本実施例の磁気記録再生装置の全体構成を示す模式図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）はそのＡ−Ａ′での断面図である。磁気記録媒体（磁気ディスク）１０１は回転軸受け１０４に固定され、モータ１００により回転する。図１０では３枚の磁気ディスク、６本の磁気ヘッドを搭載した例について示したが、磁気ディスクは１枚以上、磁気ヘッドは１本以上あれば良い。磁気記録媒体１０１は、円盤状をしており、その両面に記録層を形成している。スライダ１０２は、回転する記録媒体面上を略半径方向移動し、先端部に磁気ヘッドを有する。サスペンション１０６は、アーム１０５を介してロータリアクチユエータ１０３に支持される。サスペンション１０６は、スライダ１０２を磁気記録媒体１０１に所定の荷重で押しつける又は引き離そうとする機能を有する。ロータリアクチュエータ１０３によってアーム１０５を駆動することにより、スライダ１０２に搭載された磁気ヘッドは、磁気記録媒体１０１上の所望トラックに位置付けられる。
【００４７】
磁気ヘッドの各構成要素を駆動するための電流はＩＣアンプ１１３から配線１０８を介して供給される。記録ヘッド部に供給される記録信号や再生ヘッド部から検出される再生信号の処理は、リードライト用のチャネルＩＣ１１２により実行される。また、磁気記録再生装置全体の制御動作は、メモリ１１１に格納されたディスクコントロール用プログラムをプロセッサ１１０が実行することにより実現される。従って、本実施例の場合には、プロセッサ１１０とメモリ１１１とがいわゆるディスクコントローラを構成する。
【００４８】
上述したような構成について、本発明の磁気ヘッド及びこれを搭載した磁気記録再生装置を試験した結果、充分な出力と、高い記録密度を示し、また動作の信頼性も良好であった。
【００４９】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５０】
１  第一の磁性層
２  第二の磁性層
３  非磁性中間層
４  磁化固定層
５  キャップ層
６  主磁極
７  対向磁極
１００  モータ
１０１  記録媒体
１０２  スライダ
１０３  ロータリアクチユエータ
１０４  回転軸受け
１０５  アーム
１０６  サスペンション
１０８  配線
１１０  プロセッサ
１１１  メモリ
１１２  チャネルＩＣ
１１３  ＩＣアンプ
２０１  スピントルク発振器
２０５  コイル
２０６  補助磁極
２０７  再生センサ
２０８  下部シールド
２１０  上部シールド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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