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JP2013251042A - Spin torque oscillator, magnetic recording head, magnetic head assembly, and magnetic recorder - Google Patents

Spin torque oscillator, magnetic recording head, magnetic head assembly, and magnetic recorder Download PDF

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JP2013251042A
JP2013251042A JP2013150389A JP2013150389A JP2013251042A JP 2013251042 A JP2013251042 A JP 2013251042A JP 2013150389 A JP2013150389 A JP 2013150389A JP 2013150389 A JP2013150389 A JP 2013150389A JP 2013251042 A JP2013251042 A JP 2013251042A
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JP
Japan
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magnetic
layer
spin torque
magnetic recording
torque oscillator
Prior art date
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Pending
Application number
JP2013150389A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenichiro Yamada
健一郎 山田
Hitoshi Iwasaki
仁志 岩崎
Masayuki Takagishi
雅幸 高岸
Tomoki Funayama
知己 船山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a spin torque oscillator capable of making stabilized oscillation with a small current density and a high in-plane RF magnetic field strength; a magnetic recording head; a magnetic head assembly; and a magnetic recorder.SOLUTION: A spin torque oscillator includes a first magnetic body layer which is composed of material made by adding Al to Fe-Co, has Fe composition ratio of 20 atom% or more and contains bcc structured alloy, a second magnetic body layer that contains a perpendicular magnetization film, and an interlayer provided between the first magnetic body layer and the second magnetic body layer.

Description

本発明は、スピントルク発振子、磁気記録ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置に関する。   The present invention relates to a spin torque oscillator, a magnetic recording head, a magnetic head assembly, and a magnetic recording apparatus.

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。   In the 1990s, the practical use of MR (Magneto-Resistive effect) and GMR (Giant Magneto-Resistive effect) heads triggered a dramatic increase in HDD (Hard Disk Drive) recording density and recording capacity. Indicated. However, since the problem of thermal fluctuation of magnetic recording media has become apparent since the 2000s, the speed of increase in recording density has temporarily slowed down. Even so, perpendicular magnetic recording, which is in principle advantageous for high-density recording over in-plane magnetic recording, was put into practical use in 2005, and the recording density of HDDs has been growing at an annual rate of about 40%. Show.

また、最新の記録密度実証実験では400Gbits/inchを超えるレベルが達成されており、このまま堅調に進展すれば、2012年頃には記録密度1Tbits/inchが実現されると予想されている。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。 Further, in the latest recording density verification experiment, a level exceeding 400 Gbits / inch 2 has been achieved, and if progressed as it is, it is expected that a recording density of 1 Tbits / inch 2 will be realized around 2012. However, realization of such a high recording density is not easy even if the perpendicular magnetic recording method is used because the problem of thermal fluctuation becomes obvious again.

この問題を解消し得る記録方式として「高周波磁界アシスト記録方式」が提案されている(例えば特許文献1)。高周波磁界アシスト記録方式では、記録信号周波数よりも十分に高い、磁気記録媒体の共鳴周波数付近の高周波磁界を、媒体に局所的に印加する。この結果、媒体が共鳴し、高周波磁界が印加された部分の媒体の保磁力(Hc)がもとの保磁力の半分以下となる。この効果を利用して、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)の媒体への磁気記録が可能となる。しかし、この特許文献1に開示された手法では、コイルにより高周波磁界を発生させているので、媒体に高周波磁界を効率的に印加することが困難であった。   As a recording method that can solve this problem, a “high-frequency magnetic field assist recording method” has been proposed (for example, Patent Document 1). In the high frequency magnetic field assisted recording method, a high frequency magnetic field that is sufficiently higher than the recording signal frequency and near the resonance frequency of the magnetic recording medium is locally applied to the medium. As a result, the medium resonates, and the coercive force (Hc) of the part where the high frequency magnetic field is applied becomes half or less of the original coercive force. By utilizing this effect and superimposing a high-frequency magnetic field on the recording magnetic field, magnetic recording on a medium having a higher coercive force (Hc) and higher magnetic anisotropy energy (Ku) becomes possible. However, in the method disclosed in Patent Document 1, since a high frequency magnetic field is generated by a coil, it is difficult to efficiently apply the high frequency magnetic field to the medium.

そこで高周波磁界の発生手段として、スピントルク発振子を利用する手法が提案されている(例えば、特許文献2〜4、及び、非特許文献1)。これらにより開示された技術においては、スピントルク発振子は、スピン注入層と、中間層と、磁性体層と、電極とからなる。電極を通じてスピントルク発振子に直流電流を通電すると、スピン注入層によって生じたスピントルクにより、磁性体層の磁化が強磁性共鳴を生じる。その結果、スピントルク発振子から高周波磁界が発生する。   Therefore, methods using a spin torque oscillator as means for generating a high-frequency magnetic field have been proposed (for example, Patent Documents 2 to 4 and Non-Patent Document 1). In the techniques disclosed in these documents, the spin torque oscillator includes a spin injection layer, an intermediate layer, a magnetic layer, and an electrode. When a direct current is applied to the spin torque oscillator through the electrodes, the magnetization of the magnetic layer causes ferromagnetic resonance due to the spin torque generated by the spin injection layer. As a result, a high frequency magnetic field is generated from the spin torque oscillator.

スピントルク発振子のサイズは数十ナノメートル程度であるため、発生する高周波磁界はスピントルク発振子の近傍の数十ナノメートル程度の領域に局在する。さらに高周波磁界の面内成分により、垂直磁化した媒体を効率的に共鳴すること可能となり、媒体の保磁力を大幅に低下させることが可能となる。この結果、主磁極による記録磁界と、スピントルク発振子による高周波磁界とが重畳した部分のみで高密度磁気記録が行われ、高保磁力(Hc)かつ高磁気異方性エネルギー(Ku)の媒体を利用することが可能となる。このため、高密度記録時の熱揺らぎの問題を回避できる。   Since the size of the spin torque oscillator is about several tens of nanometers, the generated high frequency magnetic field is localized in a region of about several tens of nanometers near the spin torque oscillator. Further, the in-plane component of the high-frequency magnetic field makes it possible to efficiently resonate the perpendicularly magnetized medium, thereby greatly reducing the coercivity of the medium. As a result, high-density magnetic recording is performed only in a portion where the recording magnetic field by the main magnetic pole and the high-frequency magnetic field by the spin torque oscillator are superimposed, and a medium having high coercive force (Hc) and high magnetic anisotropy energy (Ku) is obtained. It can be used. For this reason, the problem of thermal fluctuation during high-density recording can be avoided.

高周波磁界アシスト記録ヘッドを実現するためには、低駆動電流で安定して発振が可能であり、かつ、媒体磁化を十分に共鳴させる面内高周波磁界の発生が可能な、スピントルク発振子を設計・作製することが重要になる。   In order to realize a high-frequency magnetic field assisted recording head, a spin torque oscillator that can oscillate stably with a low drive current and can generate an in-plane high-frequency magnetic field that sufficiently resonates the medium magnetization is designed.・ Production is important.

スピントルク発振子に通電可能な最大電流密度は、例えば素子サイズが70nm程度のとき、2×10A/cmである。これ以上の電流密度では、例えばスピントルク発振子の発熱及びマイグレーションにより、特性が劣化する。このため、なるべく低電流密度で発振可能なスピントルク発振子を設計することが重要となる。 The maximum current density that can be passed through the spin torque oscillator is 2 × 10 8 A / cm 2 when the element size is about 70 nm, for example. At a current density higher than this, the characteristics deteriorate due to, for example, heat generation and migration of the spin torque oscillator. For this reason, it is important to design a spin torque oscillator that can oscillate at as low a current density as possible.

一方、媒体磁化を十分に共鳴させるためには、面内高周波磁界の強度を、媒体の異方性磁界(Hk)の10%以上にすることが望ましいことが報告されている(例えば非特許文献2)。面内高周波磁界の強度を高める手段としては、発振層の飽和磁化の増加、発振層の層厚の増加、及び、発振層の磁化の回転角度の増加、が挙げられるが、これらのいずれの手段も、駆動電流を増加させてしまう。   On the other hand, it has been reported that in order to sufficiently resonate the medium magnetization, it is desirable that the intensity of the in-plane high-frequency magnetic field be 10% or more of the anisotropic magnetic field (Hk) of the medium (for example, non-patent document). 2). Examples of means for increasing the strength of the in-plane high frequency magnetic field include an increase in the saturation magnetization of the oscillation layer, an increase in the layer thickness of the oscillation layer, and an increase in the rotation angle of the magnetization of the oscillation layer. However, the drive current is increased.

このように、駆動電流の低電流密度化と、面内高周波磁界の強度の増加とは、二律背反の関係にあり、これらを同時に実現するスピントルク発振子の実現が望まれる。   Thus, there is a trade-off between reducing the current density of the drive current and increasing the strength of the in-plane high-frequency magnetic field, and it is desirable to realize a spin torque oscillator that simultaneously realizes these.

なお、特許文献5には、TMRを利用した面内磁化型メモリ応用におけるフリー層にFeCoAl合金を用いる例が開示されている。また、特許文献6には、ホイッスラー合金を利用する例が公開されている。また、非特許文献3には、面内磁化膜CPP−GMRヘッド応用にて、FeCoAlを用いる例が公開されている。   Patent Document 5 discloses an example in which an FeCoAl alloy is used for a free layer in an in-plane magnetization type memory application using TMR. Patent Document 6 discloses an example using a Whistler alloy. Non-Patent Document 3 discloses an example in which FeCoAl is used in an in-plane magnetization film CPP-GMR head application.

米国特許第6011664号明細書US Pat. No. 6,011,664 米国特許出願公開第2005/0023938号明細書US Patent Application Publication No. 2005/0023938 米国特許出願公開第2005/0219771号明細書US Patent Application Publication No. 2005/0219771 米国特許出願公開第2008/0019040A1号明細書US Patent Application Publication No. 2008 / 0019040A1 米国特許出願公開第2005/0110004号明細書US Patent Application Publication No. 2005/0110004 米国特許出願公開第2007/0063237号明細書US Patent Application Publication No. 2007/0063237 IEEE TRANSACTION ON MAGNETICS, VOL. 42, NO. 10, PP. 2670, “Bias-Field-Free Microwave Oscillator Driven by Perpendicularly Polarized Spin Current” by Xiaochun Zhu and Jian-Gang ZhuIEEE TRANSACTION ON MAGNETICS, VOL. 42, NO. 10, PP. 2670, “Bias-Field-Free Microwave Oscillator Driven by Perpendicularly Polarized Spin Current” by Xiaochun Zhu and Jian-Gang Zhu TMRC B6(2007), “Microwave Assisted Magnetic Recording (MAMR)”by Jian-Gang (Jimmy) Zhu and Xiaochun ZhuTMRC B6 (2007), “Microwave Assisted Magnetic Recording (MAMR)” by Jian-Gang (Jimmy) Zhu and Xiaochun Zhu JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 101 093905 (2007)JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 101 093905 (2007)

本発明は、低電流密度で安定して発振が可能であり、かつ、面内高周波磁界の強度の高いスピントルク発振子、磁気記録ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置を提供する。   The present invention provides a spin torque oscillator, a magnetic recording head, a magnetic head assembly, and a magnetic recording apparatus that can stably oscillate at a low current density and have a high in-plane high-frequency magnetic field strength.

本発明の一態様によれば、Fe−CoにAlを添加した材料からなり、Fe組成比率が20原子パーセント以上でbcc構造の合金を含む第1の磁性体層と、垂直磁化膜を含む第2の磁性体層と、前記第1の磁性体層と前記第2の磁性体層との間に設けられた中間層と、を備えたことを特徴とするスピントルク発振子が提供される。   According to one aspect of the present invention, the first magnetic layer is made of a material in which Al is added to Fe-Co, and the Fe composition ratio is 20 atomic percent or more and includes an alloy having a bcc structure. The first magnetic layer includes a perpendicular magnetization film. There is provided a spin torque oscillator comprising two magnetic layers, and an intermediate layer provided between the first magnetic layer and the second magnetic layer.

また、本発明の他の一態様によれば、上記のいずれか1つに記載のスピントルク発振子と、前記スピントルク発振子に併置された主磁極と、を備えたことを特徴とする磁気記録ヘッドが提供される。   According to another aspect of the present invention, there is provided a magnetic device comprising: the spin torque oscillator according to any one of the above; and a main magnetic pole disposed in parallel with the spin torque oscillator. A recording head is provided.

また、本発明の他の一態様によれば、上記の磁気記録ヘッドと、前記磁気記録ヘッドが搭載されたヘッドスライダーと、前記ヘッドスライダーを一端に搭載するサスペンションと、前記サスペンションの他端に接続されたアームと、を備えたことを特徴とする磁気ヘッドアセンブリが提供される。   According to another aspect of the present invention, the magnetic recording head, a head slider on which the magnetic recording head is mounted, a suspension on which the head slider is mounted on one end, and the other end of the suspension are connected. And a magnetic head assembly.

また、本発明の他の一態様によれば、磁気記録媒体と、上記の磁気ヘッドアセンブリと、前記磁気ヘッドアセンブリに搭載された前記磁気記録ヘッドを用いて前記磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部と、を備えたことを特徴とする磁気記録装置が提供される。   According to another aspect of the present invention, a magnetic recording medium, the magnetic head assembly described above, and signal writing to the magnetic recording medium using the magnetic recording head mounted on the magnetic head assembly, There is provided a magnetic recording device comprising a signal processing unit for reading.

本発明によれば、低電流密度で安定して発振が可能であり、かつ、面内高周波磁界の強度の高いスピントルク発振子、磁気記録ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置が提供される。   According to the present invention, there are provided a spin torque oscillator, a magnetic recording head, a magnetic head assembly, and a magnetic recording apparatus that can stably oscillate at a low current density and have a high in-plane high-frequency magnetic field strength.

本発明の第1の実施形態に係るスピントルク発振子の構成を例示する模式的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of a spin torque oscillator according to a first embodiment of the invention. 本発明の第1の実施形態に係るスピントルク発振子の特性を例示するグラフ図である。FIG. 4 is a graph illustrating characteristics of the spin torque oscillator according to the first embodiment of the invention. 第1の比較例のスピントルク発振子の特性を例示するグラフ図である。It is a graph which illustrates the characteristic of the spin torque oscillator of the 1st comparative example. 本発明の第1の実施形態に係るスピントルク発振子における特性を例示するグラフ図である。It is a graph which illustrates the characteristic in the spin torque oscillator concerning the 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係るスピントルク発振子に用いられるFeCoAl合金の特性を例示するグラフ図である。It is a graph which illustrates the characteristic of the FeCoAl alloy used for the spin torque oscillator which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るスピントルク発振子の構成を例示する模式的断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of a spin torque oscillator according to a second embodiment of the invention. 本発明の第2の実施形態に係るスピントルク発振子の特性を例示するグラフ図である。FIG. 5 is a graph illustrating characteristics of a spin torque oscillator according to a second embodiment of the invention. 本発明の第3の実施形態に係るスピントルク発振子の構成を例示する模式的断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of a spin torque oscillator according to a third embodiment of the invention. 本発明の第4の実施形態に係る磁気記録ヘッドの構成を例示する模式的斜視図である。FIG. 10 is a schematic perspective view illustrating the configuration of a magnetic recording head according to a fourth embodiment of the invention. 本発明の第4の実施形態に係る磁気記録ヘッドが搭載されるヘッドスライダーの構成を例示する模式的斜視図である。FIG. 9 is a schematic perspective view illustrating the configuration of a head slider on which a magnetic recording head according to a fourth embodiment of the invention is mounted. 本発明の第4の実施形態に係る磁気記録ヘッドに用いられるスピントルク発振子の構成を例示する模式的斜視図である。FIG. 10 is a schematic perspective view illustrating the configuration of a spin torque oscillator used in a magnetic recording head according to a fourth embodiment of the invention. 本発明の第5の実施形態に係る磁気記録装置の構成を例示する模式的斜視図である。FIG. 9 is a schematic perspective view illustrating the configuration of a magnetic recording device according to a fifth embodiment of the invention. 本発明の第5の実施形態に係る磁気記録装置の一部の構成を例示する模式的斜視図である。FIG. 10 is a schematic perspective view illustrating the configuration of a part of a magnetic recording apparatus according to a fifth embodiment of the invention. 本発明の実施形態に係る磁気記録装置の磁気記録媒体の構成を例示する模式的斜視図である。1 is a schematic perspective view illustrating the configuration of a magnetic recording medium of a magnetic recording apparatus according to an embodiment of the invention. 本発明の実施形態に係る磁気記録装置の別の磁気記録媒体の構成を例示する模式的斜視図である。FIG. 6 is a schematic perspective view illustrating the configuration of another magnetic recording medium of the magnetic recording apparatus according to the embodiment of the invention.

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
Note that the drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the ratio coefficient of the size between the parts, and the like are not necessarily the same as actual ones. Further, even when the same part is represented, the dimensions and ratio coefficient may be represented differently depending on the drawing.
Further, in the present specification and each drawing, the same reference numerals are given to the same elements as those described above with reference to the previous drawings, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.

(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るスピントルク発振子の構成を例示する模式的断面図である。
図1に表したように、本発明の第1の実施形態に係るスピントルク発振子10は、発振層(第1の磁性体層)10aと、スピン注入層(第2の磁性体層)30と、発振層10aとスピン注入層30との間に設けられた中間層22を有する積層構造体25を有する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of a spin torque oscillator according to the first embodiment of the invention.
As shown in FIG. 1, the spin torque oscillator 10 according to the first embodiment of the present invention includes an oscillation layer (first magnetic layer) 10 a and a spin injection layer (second magnetic layer) 30. And a laminated structure 25 having an intermediate layer 22 provided between the oscillation layer 10a and the spin injection layer 30.

そして、スピントルク発振子10は、積層構造体25の積層方向に通電可能な1対の電極、すなわち、第1電極41及び第2電極42を有することができる。すなわち、第1電極41及び第2電極42によって、駆動電流Iが積層構造体25に通電される。   The spin torque oscillator 10 can have a pair of electrodes that can be energized in the stacking direction of the stacked structure 25, that is, the first electrode 41 and the second electrode 42. That is, the drive current I is passed through the laminated structure 25 by the first electrode 41 and the second electrode 42.

ただし、これらの第1及び第2の電極41、42の少なくともいずれかは、例えば、後述する磁気記録ヘッドの例えば主磁極及びリターンパス(シールド)等と兼用されても良く、この場合は、スピントルク発振子10の上記の第1及び第2の電極41、42の少なくともいずれかは省略可能である。以下では、スピントルク発振子10が、第1及び第2の電極41、42を有する場合として説明する。   However, at least one of the first and second electrodes 41 and 42 may be used as, for example, a main magnetic pole and a return path (shield) of a magnetic recording head to be described later. At least one of the first and second electrodes 41 and 42 of the torque oscillator 10 can be omitted. Hereinafter, the case where the spin torque oscillator 10 includes the first and second electrodes 41 and 42 will be described.

なお、図1に表したように、積層構造体25には外部磁界Hexが印加される。   As shown in FIG. 1, an external magnetic field Hex is applied to the laminated structure 25.

本実施形態に係るスピントルク発振子10においては、発振層10aは、Fe−Co−Al合金を含む。すなわち、本実施形態に係るスピントルク発振子10は、スピンFe−Co−Alを含む層を含む第1の磁性体層10aと、第2の磁性体層30と、第1の磁性体層10aと第2の磁性体層30との間に設けられた中間層22と、を備える。なお、本実施形態に係るスピントルク発振子10において、発振層10a(第1の磁性体層10a)が1層の磁性体層からなり、その磁性体層がFe−Co−Al合金を含んでも良い。また、発振層10a(第1の磁性体層10a)が、複数の層からなり、その複数の層の少なくとも1つの層が、Fe−Co−Al合金を含んでも良い。なお、本願明細書において、「Fe−Co−Al合金」は、「FeCoAl合金」と省略して記述されることがある。   In the spin torque oscillator 10 according to the present embodiment, the oscillation layer 10a includes an Fe—Co—Al alloy. That is, the spin torque oscillator 10 according to the present embodiment includes the first magnetic layer 10a including the layer containing spin Fe—Co—Al, the second magnetic layer 30, and the first magnetic layer 10a. And an intermediate layer 22 provided between the first magnetic layer 30 and the second magnetic layer 30. In the spin torque oscillator 10 according to the present embodiment, the oscillation layer 10a (first magnetic layer 10a) is composed of one magnetic layer, and the magnetic layer includes an Fe—Co—Al alloy. good. Further, the oscillation layer 10a (first magnetic layer 10a) may be composed of a plurality of layers, and at least one of the plurality of layers may contain an Fe—Co—Al alloy. In the present specification, “Fe—Co—Al alloy” may be abbreviated as “FeCoAl alloy”.

スピントルク発振子10は、図示しない適切な基板の上や下地の上に形成され、図示しないアルミナやSiO2等の絶縁体により、他の回路と分離される。   The spin torque oscillator 10 is formed on a suitable substrate (not shown) or a base, and is separated from other circuits by an insulator (not shown) such as alumina or SiO2.

第1及び第2の電極41、42には、Ti、Cuなどの電気抵抗が低く、酸化されにくい材料を用いることができる。また、第1の電極41のうち、第1の磁性体層10aとの界面はCuにすることが望ましい。これは、界面をCuとすることで、第1の磁性体層10aを構成するAl原子の拡散防止層として働き、Al原子が第1の電極41へ拡散することを防ぐことが可能となるためである。   The first and second electrodes 41 and 42 can be made of a material that has low electrical resistance such as Ti and Cu and is not easily oxidized. In addition, it is desirable that the interface of the first electrode 41 with the first magnetic layer 10a is Cu. This is because when the interface is made of Cu, it serves as a diffusion preventing layer for Al atoms constituting the first magnetic layer 10a, and Al atoms can be prevented from diffusing into the first electrode 41. It is.

本実施形態に係るスピントルク発振子10においては、発振層10aには以下の組成比率のFe−Co−Al合金が用いられている。すなわち、FeとCoとの比率(Fe:Co)が、50原子パーセント(原子百分率):50原子パーセントであり、そのFeとCoの混合部物と、Alと、の比率(FeCo:Al)が、68原子パーセント:32原子パーセントである。以下、この比率を、「(Fe50at%Co50at%68at%Al32at%」と記述する。なお、この材料の飽和磁化Msは、600emu/ccである。また、この発振層10aの層厚は、12nmである。
そして、中間層22には、層厚が3nmのCuが用いられている。
また、一方、スピン注入層30には、層厚が20nmの、CoとPtとの比率(Co:Pt)が、80原子パーセント:20原子パーセントの合金(Co80at%Pt20at%合金)が用いられている。このCo80at%Pt20at%合金は、垂直異方性を有する。なお、スピントルク発振子10の素子のサイズは、70nm四方である。
In the spin torque oscillator 10 according to the present embodiment, an Fe—Co—Al alloy having the following composition ratio is used for the oscillation layer 10a. That is, the ratio of Fe to Co (Fe: Co) is 50 atomic percent (atomic percentage): 50 atomic percent, and the ratio of the mixture of Fe and Co to Al (FeCo: Al) is 68 atomic percent: 32 atomic percent. Hereinafter, this ratio is described as “(Fe 50 at% Co 50 at% ) 68 at% Al 32 at% ”. Note that the saturation magnetization Ms of this material is 600 emu / cc. The layer thickness of the oscillation layer 10a is 12 nm.
The intermediate layer 22 is made of Cu having a layer thickness of 3 nm.
On the other hand, for the spin injection layer 30, an alloy (Co 80 at% Pt 20 at% alloy) having a layer thickness of 20 nm and a ratio of Co and Pt (Co: Pt) of 80 atomic percent: 20 atomic percent is used. It has been. This Co 80 at% Pt 20 at% alloy has perpendicular anisotropy. The element size of the spin torque oscillator 10 is 70 nm square.

ただし、本実施形態に係るスピントルク発振子10は、上記の材料及び層厚だけでなく、各種の材料と層厚を有することができる。   However, the spin torque oscillator 10 according to the present embodiment can have various materials and layer thicknesses as well as the above materials and layer thicknesses.

例えば、中間層22には、例えば、Cu、Au、Agなどのスピン透過率の高い材料を用いることができる。中間層22の層厚は、1原子層から3nmとすることが望ましい。これにより発振層10aとスピン注入層30の交換結合を最適な値に調節することが可能となる。   For example, the intermediate layer 22 can be made of a material having a high spin transmittance such as Cu, Au, or Ag. It is desirable that the thickness of the intermediate layer 22 be 1 atomic layer to 3 nm. As a result, the exchange coupling between the oscillation layer 10a and the spin injection layer 30 can be adjusted to an optimum value.

また、スピン注入層30には、例えば、膜面直方向に磁化配向したCoCrPt、CoCrTa、CoCrTaPt、CoCrTaNb等のCoCr系磁性、TbFeCo等のRE−TM系アモルファス合金磁性層、Co/Pd、Co/Pt、CoCrTa/Pd等のCo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、垂直配向性に優れた材料、CoFe、CoNiFe、NiFe、CoZrNb、FeN、FeSi、FeAlSi等の、比較的、飽和磁束密度の大きく膜面内方向に磁気異方性を有する軟磁性層や、CoFeSi、CoMnSi、CoMnAl等のグループから選択されるホイスラー合金、膜面内方向に磁化が配向したCoCr系の磁性合金膜も適宜用いることができる。さらに、複数の上記材料を積層したものを用いてもよい。   The spin injection layer 30 includes, for example, a CoCr-based magnetism such as CoCrPt, CoCrTa, CoCrTaPt, and CoCrTaNb magnetized in the direction perpendicular to the film surface, a RE-TM-based amorphous alloy magnetic layer such as TbFeCo, Co / Pd, Co / Pt, CoCrTa / Pd and other Co artificial lattice magnetic layers, CoPt-based and FePt-based alloy magnetic layers, SmCo-based alloy magnetic layers, and other materials with excellent vertical orientation, CoFe, CoNiFe, NiFe, CoZrNb, FeN, FeSi, Magnetization in the in-plane direction, such as FeAlSi, a relatively soft magnetic layer with a large saturation magnetic flux density and magnetic anisotropy in the in-plane direction, a Heusler alloy selected from the group such as CoFeSi, CoMnSi, CoMnAl, etc. An oriented CoCr-based magnetic alloy film can also be used as appropriate. Further, a laminate of a plurality of the above materials may be used.

また、発振層10aには、FeCoAl合金と、上記のスピン注入層30に用いることができる各種の材料を積層したものを用いても良い。
なお、発振層10aには、FeCoAl合金に、さらに、Si、Ge、Mn、Cr、Bの少なくともいずれか1つ以上を添加した材料を用いても良い。さらに、発振層10aには、FeCoAl合金におけるAlの替わりに、Si、Ge、Mn、Cr、Bのいずれか1つ以上を用いた、FeCoSi、FeCoGe、FeCoMn、FeCoCr、FeCoB合金を用いても良い。これにより、例えば、発振層10aとスピン注入層30との飽和磁束密度(Bs)、異方性磁界(Hk)、及び、スピントルク伝達効率を調整することができる。
このように、本実施形態のスピントルク発振子10においては、発振層10aは、Fe−Co−(Al、Si、Ge、Mn、Cr、B)合金を含む。なお、「Fe−Co−(Al、Si、Ge、Mn、Cr、B)合金」は、Feと、Coと、Al、Si、Ge、Mn、Cr及びBの少なくともいずれかと、を含む合金である。
In addition, the oscillation layer 10a may be a laminate of an FeCoAl alloy and various materials that can be used for the spin injection layer 30 described above.
For the oscillation layer 10a, a material obtained by adding at least one of Si, Ge, Mn, Cr, and B to an FeCoAl alloy may be used. Further, for the oscillation layer 10a, an FeCoSi, FeCoGe, FeCoMn, FeCoCr, or FeCoB alloy using at least one of Si, Ge, Mn, Cr, and B may be used instead of Al in the FeCoAl alloy. . Thereby, for example, the saturation magnetic flux density (Bs), the anisotropic magnetic field (Hk), and the spin torque transmission efficiency between the oscillation layer 10a and the spin injection layer 30 can be adjusted.
Thus, in the spin torque oscillator 10 of this embodiment, the oscillation layer 10a includes an Fe—Co— (Al, Si, Ge, Mn, Cr, B) alloy. The “Fe—Co— (Al, Si, Ge, Mn, Cr, B) alloy” is an alloy containing Fe, Co, and at least one of Al, Si, Ge, Mn, Cr, and B. is there.

なお、発振層10aの層厚は、5nmから20nmとすることが望ましく、スピン注入層30の層厚は、2nmから60nmとすることが望ましい。また、スピントルク発振子10の素子のサイズは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。   Note that the layer thickness of the oscillation layer 10a is desirably 5 nm to 20 nm, and the layer thickness of the spin injection layer 30 is desirably 2 nm to 60 nm. The element size of the spin torque oscillator 10 is preferably 10 nm square to 100 nm square, and the element shape is not limited to a rectangular parallelepiped, but may be a cylindrical shape or a hexagonal column shape.

図2は、本発明の第1の実施形態に係るスピントルク発振子の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図(a)は、スピントルク発振子10を流れる電流の電流密度が低い場合、すなわち、駆動電流Iの電流密度Jが0.2×10A/cmの時のRH曲線であり、同図(b)は、スピントルク発振子10を流れる電流の電流密度が高い場合、すなわち、駆動電流Iの電流密度Jが1.5×10A/cmの時のRH曲線である。これらの図において、横軸は、スピントルク発振子10に印加される外部磁界Hexを表し、縦軸は、積層構造体25を流れる電流における抵抗変化(第1電極41と第2電極42との間の抵抗の変化)を表す。なお同図(b)では、Hex=0での値が、同図(a)と等しくなるよう、値をずらしている。
また、同図(c)、(d)は、同図(a)の点A、点Bの状態における磁化の状態をそれぞれ示す模式的断面図である。また、同図(e)は、同図(b)の点Cの状態における磁化の状態を示す模式的断面図である。
FIG. 2 is a graph illustrating characteristics of the spin torque oscillator according to the first embodiment of the invention.
That is, FIG. 5A is an RH curve when the current density of the current flowing through the spin torque oscillator 10 is low, that is, when the current density J of the drive current I is 0.2 × 10 8 A / cm 2. FIG. 6B is an RH curve when the current density of the current flowing through the spin torque oscillator 10 is high, that is, when the current density J of the drive current I is 1.5 × 10 8 A / cm 2. is there. In these drawings, the horizontal axis represents the external magnetic field Hex applied to the spin torque oscillator 10, and the vertical axis represents the resistance change in the current flowing through the laminated structure 25 (the first electrode 41 and the second electrode 42). Change in resistance between the two). In FIG. 8B, the values are shifted so that the value at Hex = 0 is equal to that in FIG.
FIGS. 7C and 7D are schematic cross-sectional views showing the states of magnetization in the states of points A and B in FIG. FIG. 5E is a schematic cross-sectional view showing the state of magnetization in the state of point C in FIG.

図2(a)に表したように、低電流密度の時は、典型的な保磁力差型のRH曲線となっており、スピントルクの影響はない。すなわち、同図(a)における点Aの状態、すなわち、外部磁界が零の時は、発振層10aの形状異方性により、同図(c)に表したように、発振層10aの磁化の方向は、層面に対して平行方向となっている。そして、同図(a)における点Bの状態、すなわち、外部磁界が大きい時は、同図(d)に表したように、発振層10aの磁化の方向は、外部磁界の方向と略同一方向となっている。   As shown in FIG. 2A, when the current density is low, a typical coercivity difference type RH curve is obtained, and there is no influence of the spin torque. That is, when the state at point A in FIG. 10A, that is, when the external magnetic field is zero, the magnetization anisotropy of the oscillation layer 10a is represented by the shape anisotropy of the oscillation layer 10a as shown in FIG. The direction is parallel to the layer surface. When the state of point B in FIG. 10A, that is, when the external magnetic field is large, the magnetization direction of the oscillation layer 10a is substantially the same as the direction of the external magnetic field as shown in FIG. It has become.

一方、図2(b)に表したように、電流密度Jが大きいと、RH曲線は谷型となる。このことは、発振層10aが発振していることを表している。すなわち、すなわち、同図(b)における点Cの状態、すなわち、外部磁界が大きい時、同図(e)に表したように、発振層10aの磁化の方向は、スピントルクによって、外部磁界に対して逆向きとなり、磁化が回転している。すなわち、スピントルク発振子10の駆動電流によるスピントルクにより、発振層10aの磁化が発振している。   On the other hand, as shown in FIG. 2B, when the current density J is large, the RH curve has a valley shape. This indicates that the oscillation layer 10a is oscillating. That is, that is, when the state of point C in FIG. 5B, that is, when the external magnetic field is large, as shown in FIG. 5E, the magnetization direction of the oscillation layer 10a is changed to the external magnetic field by the spin torque. On the contrary, the magnetization is rotated. That is, the magnetization of the oscillation layer 10 a is oscillated by the spin torque generated by the drive current of the spin torque oscillator 10.

このように、本実施形態に係るスピントルク発振子10は、例えば、低電流密度Jが0.2×10A/cmの時は発振しないが、電流密度Jが1.5×10A/cmの時には、適正な発振を示す。 Thus, for example, the spin torque oscillator 10 according to the present embodiment does not oscillate when the low current density J is 0.2 × 10 8 A / cm 2 , but the current density J is 1.5 × 10 8. When A / cm 2 , proper oscillation is exhibited.

(第1の比較例)
図3は、第1の比較例のスピントルク発振子の特性を例示するグラフ図である。
第1の比較例のスピントルク発振子は、発振層10aとして、CoFeを用いたものである。これ以外は、本実施形態に係るスピントルク発振子10と同様なので説明を省略する。なお、CoFeの飽和磁化Msは、1400emu/ccであり、本実施形態に係るスピントルク発振子10の発振層10aに用いられているFeCoAl合金の600emu/ccに比べて大きい。また、図3は、第1の比較例のスピントルク発振子の駆動電流の電流密度Jが1.5×10A/cmの時の結果である。
(First comparative example)
FIG. 3 is a graph illustrating characteristics of the spin torque oscillator of the first comparative example.
The spin torque oscillator of the first comparative example uses CoFe as the oscillation layer 10a. Other than this, since it is the same as the spin torque oscillator 10 according to the present embodiment, the description is omitted. The saturation magnetization Ms of CoFe is 1400 emu / cc, which is larger than 600 emu / cc of the FeCoAl alloy used in the oscillation layer 10a of the spin torque oscillator 10 according to the present embodiment. FIG. 3 shows the results when the current density J of the drive current of the spin torque oscillator of the first comparative example is 1.5 × 10 8 A / cm 2 .

図3に表したように、第1の比較例のスピントルク発振子の場合、駆動電流Iの電流密度Jが1.5×10A/cmと、比較的大きいにもかかわらず発振現象を示していない。すなわち、図2(a)に例示した、本実施形態に係るスピントルク発振子10における電流密度Jが低い場合(Jが0.2×10A/cm)のRH曲線に類似のRH曲線を示している。 As shown in FIG. 3, in the case of the spin torque oscillator of the first comparative example, the oscillation phenomenon despite the relatively high current density J of the drive current I of 1.5 × 10 8 A / cm 2. Not shown. That is, the RH curve similar to the RH curve when the current density J in the spin torque oscillator 10 according to this embodiment illustrated in FIG. 2A is low (J is 0.2 × 10 8 A / cm 2 ). Is shown.

なお、マイクロマグネティクス法によるシミュレーションによると、第1の比較例のように発振層10aに例えばCoFeを用いた場合には、RH曲線が谷型となる電流密度J、すなわち、発振現象を示す電流密度Jは、5.6×10A/cmであった。このように、第1の比較例のスピントルク発振子においては、発振するためには5.6×10A/cmと非常に大きい電流を必要とする。しかし、この電流は非常に大きいため、ジュール熱による発熱が非常に大きく、素子特性が劣化してしまうため、実用上、この電流を通電することは非常に困難である。このためCoFeを発振層10aに適用した場合には、安定して発振することが困難である。 According to the simulation by the micromagnetic method, when CoFe is used for the oscillation layer 10a as in the first comparative example, the current density J in which the RH curve has a valley shape, that is, the current indicating the oscillation phenomenon. The density J was 5.6 × 10 8 A / cm 2 . Thus, the spin torque oscillator of the first comparative example requires a very large current of 5.6 × 10 8 A / cm 2 in order to oscillate. However, since this current is very large, heat generation due to Joule heat is very large, and device characteristics are deteriorated. Therefore, it is very difficult to apply this current in practice. For this reason, when CoFe is applied to the oscillation layer 10a, it is difficult to oscillate stably.

これに対し、本実施形態に係るスピントルク発振子10は、低電流密度(例えば電流密度Jが1.5×10A/cm)でも発振し易い特性を発揮する。すなわち、本実施形態に係るスピントルク発振子10は、第1の比較例のスピントルク発振子に比べて、約1/4の電流密度で発振が可能である。 On the other hand, the spin torque oscillator 10 according to the present embodiment exhibits characteristics that it is easy to oscillate even at a low current density (for example, current density J is 1.5 × 10 8 A / cm 2 ). That is, the spin torque oscillator 10 according to the present embodiment can oscillate at a current density of about 1/4 as compared with the spin torque oscillator of the first comparative example.

このように、本実施形態に係るスピントルク発振子10によれば、低電流密度で安定して発振が可能であり、かつ、面内高周波磁界の強度の高いスピントルク発振子が提供できる。   Thus, according to the spin torque oscillator 10 according to the present embodiment, it is possible to provide a spin torque oscillator that can oscillate stably at a low current density and has a high in-plane high-frequency magnetic field strength.

本実施形態に係るスピントルク発振子10では、スピン注入層30として垂直磁化膜を用いており、これにより、スピントルクの伝達効率が向上したものと考えられる。   In the spin torque oscillator 10 according to the present embodiment, a perpendicular magnetization film is used as the spin injection layer 30, which is considered to improve the spin torque transmission efficiency.

すなわち、垂直磁化膜をスピン注入層30に用いた場合、発振層10aの磁化の軌跡が通る平面と、スピン注入層30の磁化方向は略垂直となり、発振層10aの磁化方向とスピン注入層30の磁化方向とがなす角は、常に略垂直となる。このため、常に安定したスピントルク伝達が行われる。   That is, when a perpendicular magnetization film is used for the spin injection layer 30, the plane through which the magnetization locus of the oscillation layer 10 a passes and the magnetization direction of the spin injection layer 30 are substantially perpendicular, and the magnetization direction of the oscillation layer 10 a and the spin injection layer 30. The angle formed by the magnetization direction is always substantially perpendicular. For this reason, stable spin torque transmission is always performed.

一方、スピン注入層30が面内磁化膜の場合、発振層10aの磁化の軌跡が通る平面と、スピン注入層30の磁化方向は略平行となる。このため、発振層10aの磁化方向とスピン注入層30の磁化方向がなす角は、瞬間瞬間によって変動する。その結果、ある瞬間はスピントルク伝達効率が高いが、ある瞬間は小さくなり、時間平均をとると、スピントルク伝達効率は大きく低下することになる。   On the other hand, when the spin injection layer 30 is an in-plane magnetization film, the plane through which the oscillation locus of the oscillation layer 10a passes and the magnetization direction of the spin injection layer 30 are substantially parallel. For this reason, the angle formed by the magnetization direction of the oscillation layer 10a and the magnetization direction of the spin injection layer 30 varies depending on the moment. As a result, the spin torque transmission efficiency is high at a certain moment, but is small at a certain moment, and the spin torque transmission efficiency is greatly reduced when taking a time average.

従って、スピン注入層30に垂直磁化膜を用いた方が、スピントルク伝達効率が高く、低電流密度での安定した発振が可能となる。   Therefore, the use of the perpendicular magnetization film for the spin injection layer 30 has higher spin torque transmission efficiency and enables stable oscillation at a low current density.

従って、本実施形態のスピントルク発振子10において、スピン注入層30は、垂直磁化膜を含むことが望ましい。   Therefore, in the spin torque oscillator 10 of this embodiment, the spin injection layer 30 preferably includes a perpendicular magnetization film.

図4は、本発明の第1の実施形態に係るスピントルク発振子における特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図は、発振層10aの磁化の回転の開き角が180度となる時の臨界電流密度Jcと、発振層10aの飽和磁化Ms及び層厚tとの関係の実験結果を例示するグラフである。同図(a)の横軸は、発振層10aの飽和磁化Msを表し、同図(b)の横軸は発振層10aの層厚tを表す。そして、同図(a)、(b)の縦軸は、発振層10aの層厚方向の全ての領域において均一に、磁化の回転の開き角が180度となる時の臨界電流密度の平均値Jcの絶対値を表す。
FIG. 4 is a graph illustrating characteristics of the spin torque oscillator according to the first embodiment of the invention.
That is, this figure is a graph illustrating the experimental results of the relationship between the critical current density Jc when the rotation angle of the magnetization of the oscillation layer 10a is 180 degrees, the saturation magnetization Ms of the oscillation layer 10a, and the layer thickness t. It is. The horizontal axis of FIG. 10A represents the saturation magnetization Ms of the oscillation layer 10a, and the horizontal axis of FIG. 10B represents the layer thickness t of the oscillation layer 10a. The vertical axes of FIGS. 9A and 9B are average values of critical current densities when the rotation angle of magnetization is 180 degrees uniformly in all regions in the layer thickness direction of the oscillation layer 10a. Represents the absolute value of Jc.

図4(a)、(b)に表したように、臨界電流密度Jcの飽和磁化層Ms依存性は、層厚t依存性よりも大きい。すなわち、臨界電流密度Jcの飽和磁化Msに対する傾きは、臨界電流密度Jcの層厚tに対する傾きの約2倍となっている。すなわち、臨界電流密度Jcは、発振層10aの層厚tに比例し、飽和密度Msの2乗に比例する。すなわち、臨界電流密度Jcは、tMsに比例する。 4A and 4B, the dependency of the critical current density Jc on the saturation magnetic layer Ms is larger than the dependency on the layer thickness t. That is, the gradient of the critical current density Jc with respect to the saturation magnetization Ms is about twice the gradient of the critical current density Jc with respect to the layer thickness t. That is, the critical current density Jc is proportional to the layer thickness t of the oscillation layer 10a and proportional to the square of the saturation density Ms. That is, the critical current density Jc is proportional to TMS 2.

スピントルク発振子10において、発振層10aの媒体対向面に発生する磁荷量によって高周波磁界Hacが作られる。このため、発振層10aが均一に大きな角度で回転する場合(磁化の回転の開き角が180度となる場合)、高周波磁界の強度Hacは、発振層10aの層厚tと飽和磁化Msとの積(tMs)に比例すると考えられる。   In the spin torque oscillator 10, a high frequency magnetic field Hac is generated by the amount of magnetic charge generated on the medium facing surface of the oscillation layer 10a. For this reason, when the oscillation layer 10a rotates uniformly at a large angle (when the opening angle of the rotation of magnetization is 180 degrees), the high frequency magnetic field strength Hac is determined by the layer thickness t of the oscillation layer 10a and the saturation magnetization Ms. It is considered to be proportional to the product (tMs).

その結果、発振層10aの飽和磁化Msが小さい場合は、層厚tを厚くしないと、高周波磁界アシスト記録に必要な高い強度の、高周波磁界の強度Hacが得られない。   As a result, when the saturation magnetization Ms of the oscillation layer 10a is small, the high frequency magnetic field strength Hac necessary for the high frequency magnetic field assist recording cannot be obtained unless the layer thickness t is increased.

従って、本実施形態に係る発振層10aでは、発振層10aの飽和磁化Msの低い材料を用いることで臨界電流密度Jcの低減を図り、そして、発振層10aの層厚tを実用的に可能な範囲で増大することで高周波磁界の強度Hacの増加を図る必要がある。   Therefore, in the oscillation layer 10a according to the present embodiment, the critical current density Jc can be reduced by using a material having a low saturation magnetization Ms of the oscillation layer 10a, and the layer thickness t of the oscillation layer 10a can be practically realized. It is necessary to increase the strength Hac of the high-frequency magnetic field by increasing the range.

図5は、本発明の第1の実施形態に係るスピントルク発振子に用いられるFeCoAl合金の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図は、第1の実施形態に用いることができるFeCoAl合金におけるAl組成比率と、飽和磁化Msと、の関係を例示している。同図において、横軸はFeCoAl合金におけるAl組成比率を表し、縦軸は飽和磁化Msを表す。
なお、同図には、比較例である、FeCoの飽和磁化の値と、NiFeの飽和磁化の値とを破線で示している。
FIG. 5 is a graph illustrating characteristics of the FeCoAl alloy used in the spin torque oscillator according to the first embodiment of the invention.
That is, this figure illustrates the relationship between the Al composition ratio in the FeCoAl alloy that can be used in the first embodiment and the saturation magnetization Ms. In the figure, the horizontal axis represents the Al composition ratio in the FeCoAl alloy, and the vertical axis represents the saturation magnetization Ms.
In the figure, the saturation magnetization value of FeCo and the saturation magnetization value of NiFe, which are comparative examples, are indicated by broken lines.

図5に表したように、FeCoAl合金において、Al組成比率の増加により、飽和磁化Msは減少し、Al組成比率が24原子パーセント以上では、NiFeの飽和磁化の値以下となる。   As shown in FIG. 5, in the FeCoAl alloy, the saturation magnetization Ms decreases as the Al composition ratio increases. When the Al composition ratio is 24 atomic percent or more, the saturation magnetization Ms becomes less than the saturation magnetization value of NiFe.

スピントルクは、中間層22と発振層10aとの界面で受け渡されるため、発振層10aの層厚tが過度に厚い場合、界面付近では、磁化の回転の開き角が180度となる大きな回転を示すが、界面から離れた領域では大きな回転ができないことが生じる。このため、層厚tを厚くしても、高周波磁界の強度Hacは大きくは増加しないことが発生し得る。
このため、発振層10aの層厚方向の全ての領域において、均一に、大きな角度で回転する(磁化の回転の開き角が180度となる)には、発振層10aの層厚tは、30nm以下にする必要がある。
Since the spin torque is transferred at the interface between the intermediate layer 22 and the oscillation layer 10a, when the layer thickness t of the oscillation layer 10a is excessively large, the rotation angle of the magnetization rotation is 180 degrees near the interface. However, large rotation is not possible in a region away from the interface. For this reason, even if the layer thickness t is increased, the high frequency magnetic field strength Hac may not increase significantly.
For this reason, in all regions in the layer thickness direction of the oscillation layer 10a, the layer thickness t of the oscillation layer 10a is 30 nm in order to rotate uniformly at a large angle (the rotation angle of magnetization rotation is 180 degrees). Must be:

このため、発振層10aに飽和磁化Msが低い材料を用いたときに、必要な高周波磁界の強度Hacを必要な強度とするために、その材料の飽和磁化Msは、500emu以上とする必要がある。従って、図5に例示した飽和磁化MsのAl組成比率依存性の実験結果から、Al組成比率は、40原子パーセント以下とすることが望ましい。   For this reason, when a material having a low saturation magnetization Ms is used for the oscillation layer 10a, the saturation magnetization Ms of the material needs to be 500 emu or more in order to obtain a necessary high-frequency magnetic field strength Hac. . Therefore, from the experimental result of the dependence of the saturation magnetization Ms on the Al composition ratio illustrated in FIG. 5, the Al composition ratio is desirably 40 atomic percent or less.

一方、発振層10aの飽和磁化Msは、700emu/cc〜1000emu/ccが最適である。この時、発振層10aの層厚tは、10nm〜25nmとなり、発振層10aの層厚方向の全ての領域において、大きな角度で回転する(磁化の回転の開き角が180度となる)ことが可能である。すなわち、このとき、高周波磁界の強度Hacを最も効率的に大きくすることができる。
このため、Al組成比率は、20原子パーセント〜30原子パーセントであることがより望ましい。
On the other hand, the saturation magnetization Ms of the oscillation layer 10a is optimally 700 emu / cc to 1000 emu / cc. At this time, the layer thickness t of the oscillation layer 10a is 10 nm to 25 nm, and all the regions in the layer thickness direction of the oscillation layer 10a rotate at a large angle (the rotation angle of magnetization rotation is 180 degrees). Is possible. That is, at this time, the strength Hac of the high-frequency magnetic field can be increased most efficiently.
For this reason, the Al composition ratio is more preferably 20 atomic percent to 30 atomic percent.

一方、既に図4に関して説明したように、発振層10aの飽和磁化Msが増加すると、臨界電流密度Jc(駆動電流I)は、Msの2乗に比例して増加する。さらに、スピントルク発振子10の素子のジュール熱による発熱は、駆動電流Iの2乗に比例して増加する。このため、素子のジュール熱による発熱は、飽和磁化Msの4乗に比例して増加することになる。この時、飽和磁化Msが1300emu/ccよりも大きいとき、素子の発熱により素子特性が劣化するため、利用することが難しい。   On the other hand, as already described with reference to FIG. 4, when the saturation magnetization Ms of the oscillation layer 10a increases, the critical current density Jc (drive current I) increases in proportion to the square of Ms. Furthermore, the heat generated by the Joule heat of the element of the spin torque oscillator 10 increases in proportion to the square of the drive current I. For this reason, the heat generated by the Joule heat of the element increases in proportion to the fourth power of the saturation magnetization Ms. At this time, when the saturation magnetization Ms is larger than 1300 emu / cc, the element characteristics deteriorate due to the heat generation of the element, so that it is difficult to use.

従って、発振層10aの飽和磁化Msは、1300emu/cc以下とすることが望ましい。従って、図5に例示した飽和磁化MsのAl組成比率依存性の実験結果から、Al組成比率は、12原子パーセント以上とすることが望ましい。   Therefore, the saturation magnetization Ms of the oscillation layer 10a is desirably 1300 emu / cc or less. Therefore, it is desirable that the Al composition ratio is 12 atomic percent or more based on the experimental result of the dependency of the saturation magnetization Ms illustrated in FIG. 5 on the Al composition ratio.

スピントルク発振子におけるスピントルク効果の原理と、CPP−GMR(Current Perpendicular to Plane - Giant Magneto-Resistive)効果の原理と、は、同一の起源により発生していると考えられている。すなわち、反平行状態に磁化した2枚の磁性体層とその間に設けられた中間層からなる積層構造体において、最初の磁性層の磁化方向にスピン分極した伝導電子が、中間層を経由して、もう一方の磁性層に流入する現象を考える。このとき、最初の磁性層の磁化方向にスピン分極した伝導電子は、もう一方の磁性層に流入する際にスピン散乱し、抵抗が増加すると同時に、スピン角運動量をスピントルクとして受け渡すことになる。このため、MR比の増加が、スピントルク伝達効率の増加に直結する。   It is considered that the principle of the spin torque effect in the spin torque oscillator and the principle of the CPP-GMR (Current Perpendicular to Plane-Giant Magneto-Resistive) effect are generated from the same origin. That is, in a laminated structure composed of two magnetic layers magnetized antiparallel to each other and an intermediate layer provided therebetween, conduction electrons spin-polarized in the magnetization direction of the first magnetic layer pass through the intermediate layer. Consider the phenomenon of flowing into the other magnetic layer. At this time, conduction electrons spin-polarized in the magnetization direction of the first magnetic layer are spin-scattered when flowing into the other magnetic layer, and the resistance increases, and at the same time, the spin angular momentum is transferred as spin torque. . For this reason, an increase in MR ratio is directly linked to an increase in spin torque transmission efficiency.

このため、GMR効果が大きい材料を発振層およびスピン注入層界面に用いることが望ましい。このため、本実施形態に係るスピントルク発振子10の発振層10aに用いるFeCo−(Al、Si、Ge、Mn、Cr、B)合金におけるFeCoの組成は、結晶構造がbcc構造となる組成、すなわち、Fe組成が20原子パーセント以上であることが望ましい。   For this reason, it is desirable to use a material having a large GMR effect for the interface between the oscillation layer and the spin injection layer. For this reason, the composition of FeCo in the FeCo- (Al, Si, Ge, Mn, Cr, B) alloy used for the oscillation layer 10a of the spin torque oscillator 10 according to the present embodiment is a composition in which the crystal structure is a bcc structure, That is, the Fe composition is desirably 20 atomic percent or more.

以上のように、本実施形態に係るスピントルク発振子10において、発振層10aに用いるFeCoAl合金において、Al組成比率を10原子パーセント〜40原子パーセントとすることで、良好な高周波磁界の強度が達成可能かつ、低駆動電流で発振可能な、スピントルク発振素子を製作することが可能となる。   As described above, in the spin torque oscillator 10 according to this embodiment, in the FeCoAl alloy used for the oscillation layer 10a, the strength of the high-frequency magnetic field is achieved by setting the Al composition ratio to 10 atomic percent to 40 atomic percent. It is possible to manufacture a spin torque oscillation element that can oscillate with a low drive current.

なお、特許文献5においては、フリー層にFeCoAl合金を利用している。しかし、特許文献5に開示された技術は、TMRを利用した面内磁化型メモリ応用であり、GMRを利用したスピントルク発振子への応用を目的とした本発明とは、異なる。また、特許文献6では、ホイッスラー合金の利用を想定し、組成もCoFeAlに限定しており、本実施形態に係るスピントルク発振子10とは、FeCoの組成が大きく異なっている。また、非特許文献3では、面内磁化膜CPP−GMRヘッド応用において、FeCoAlによるJcの低減について記載されているが、この効果はJc∝tMsで説明可能であり、本実施形態に係るスピントルク発振子10では、垂直磁化膜を用いたスピントルク発振素子であり、Jc∝tMsで説明不可能な新たに見いだされた効果により、Jcの低減が可能となっている。 In Patent Document 5, an FeCoAl alloy is used for the free layer. However, the technique disclosed in Patent Document 5 is an in-plane magnetization type memory application using TMR, and is different from the present invention aimed at application to a spin torque oscillator using GMR. In Patent Document 6, the use of a Whistler alloy is assumed and the composition is limited to Co 2 FeAl. The composition of FeCo is greatly different from that of the spin torque oscillator 10 according to the present embodiment. Non-Patent Document 3 describes the reduction of Jc by FeCoAl in the in-plane magnetization film CPP-GMR head application. This effect can be explained by Jc∝tMs 2 , and the spin according to the present embodiment is described. The torque oscillator 10 is a spin torque oscillation element using a perpendicular magnetization film, and Jc can be reduced by a newly found effect that cannot be explained by Jc∝tMs 2 .

(第2の実施の形態)
図6は、本発明の第2の実施形態に係るスピントルク発振子の構成を例示する模式的断面図である。
図6に表したように、本発明の第2の実施形態に係るスピントルク発振子10bにおいては、スピン注入層30として、層厚2nmの(Fe50at%Co50at%76at%Al24at%合金(第1スピン注入層30a)と、層厚20nmのCoPt層(第2スピン注入層30b)30bと、の積層膜が用いられている。FeCoAl層である第1スピン注入層30aは、中間層22との界面、すなわち、発振層10aの側に設けられている。発振層10aには、層厚が12nmの(Fe50at%Co50at%84at%Al16at%合金が用いられている。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the spin torque oscillator according to the second embodiment of the invention.
As shown in FIG. 6, in the spin torque oscillator 10 b according to the second embodiment of the present invention, a (Fe 50 at% Co 50 at% ) 76 at% Al 24 at% alloy having a layer thickness of 2 nm is used as the spin injection layer 30. A stacked film of (first spin injection layer 30a) and a CoPt layer (second spin injection layer 30b) 30b having a thickness of 20 nm is used. The first spin injection layer 30a, which is an FeCoAl layer, is provided at the interface with the intermediate layer 22, that is, on the oscillation layer 10a side. For the oscillation layer 10a, an (Fe 50 at% Co 50 at% ) 84 at% Al 16 at% alloy having a layer thickness of 12 nm is used.

これ以外は、第1の実施形態に係るスピントルク発振子10と同様である。すなわち、中間層22には、層厚が3nmのCuが用いられている。なお、スピントルク発振子10の素子のサイズは、70nm四方である。   The rest is the same as the spin torque oscillator 10 according to the first embodiment. That is, for the intermediate layer 22, Cu having a layer thickness of 3 nm is used. The element size of the spin torque oscillator 10 is 70 nm square.

このような構成を有する本実施形態に係るスピントルク発振子10bは、6kOeの外部磁界の印加の状態において、電流密度Jが1.4×10A/cmの場合に、良好に発振する。すなわち、スピントルク発振子10bの発振層10aは、磁化の回転の開き角が180度となる大きな回転を示す。 The spin torque oscillator 10b according to the present embodiment having such a configuration oscillates satisfactorily when the current density J is 1.4 × 10 8 A / cm 2 in a state where an external magnetic field of 6 kOe is applied. . That is, the oscillation layer 10a of the spin torque oscillator 10b exhibits a large rotation with an opening angle of magnetization rotation of 180 degrees.

図7は、本発明の第2の実施形態に係るスピントルク発振子の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図は、本発明の第2の実施形態に係るスピントルク発振子10bにおいて、各磁性体層の面内磁化成分の発振スペクトルを例示している。同図の横軸は、発振周波数であり、縦軸は面内磁化成分の発振強度である。
FIG. 7 is a graph illustrating characteristics of the spin torque oscillator according to the second embodiment of the invention.
That is, this figure illustrates the oscillation spectrum of the in-plane magnetization component of each magnetic layer in the spin torque oscillator 10b according to the second embodiment of the present invention. In the figure, the horizontal axis represents the oscillation frequency, and the vertical axis represents the oscillation intensity of the in-plane magnetization component.

図7に表したように、本実施形態に係るスピントルク発振子10bは、19GHzにシャープなピークを有する。このことから、発振層10aは非常に安定して発振していることがわかる。   As shown in FIG. 7, the spin torque oscillator 10b according to the present embodiment has a sharp peak at 19 GHz. This shows that the oscillation layer 10a oscillates very stably.

このように、発振層10a、及び、スピン注入層30の中間層との界面に、FeCoAl合金からなる第1スピン注入層30aを設けることで、スピントルク伝達効率がさらに向上する。すなわち、従来のCoFe/NiFeを用いた発振層やCoPtを用いたスピン注入層よりも、スピントルク伝達効率の向上が可能となる。   Thus, by providing the first spin injection layer 30a made of FeCoAl alloy at the interface between the oscillation layer 10a and the intermediate layer of the spin injection layer 30, the spin torque transmission efficiency is further improved. That is, the spin torque transmission efficiency can be improved as compared with the conventional oscillation layer using CoFe / NiFe and the spin injection layer using CoPt.

これにより、本実施形態に係るスピントルク発振子10bによれば、低電流密度で安定して発振が可能であり、かつ、面内高周波磁界の強度の高いスピントルク発振子が提供できる。   Thereby, according to the spin torque oscillator 10b according to the present embodiment, it is possible to provide a spin torque oscillator that can stably oscillate at a low current density and has a high in-plane high-frequency magnetic field strength.

ところで、スピン注入層30の中間層との界面にFeCoAl合金からなる第1スピン注入層30aを設けた場合に、面内磁化膜であるFeCoAl合金が垂直に磁化するかどうかが懸念されるが、FeCoAl合金が低Msであること、第1スピン注入層30aの層厚を2nmと薄くしたこと、及び、第1スピン注入層30aのFeCoAl層と、第2スピン注入層30bのCoPt合金層との交換結合力が十分に大きいこと、によって、面内磁化膜であるFeCoAl合金が垂直に磁化することが実現可能になっている。なお、第1スピン注入層30aの膜厚が5nm以下とすることが望ましく、この時、第2スピン注入層30bの異方性エネルギーおよび、第1スピン注入層30aと第2スピン注入層30bとの間の交換結合力を調整することにより、第1スピン注入層30aを垂直に磁化することが可能となる。   By the way, when the first spin injection layer 30a made of FeCoAl alloy is provided at the interface between the spin injection layer 30 and the intermediate layer, there is a concern whether the FeCoAl alloy that is the in-plane magnetization film is magnetized perpendicularly. The FeCoAl alloy has a low Ms, the layer thickness of the first spin injection layer 30a is reduced to 2 nm, and the FeCoAl layer of the first spin injection layer 30a and the CoPt alloy layer of the second spin injection layer 30b. Since the exchange coupling force is sufficiently large, it is possible to achieve perpendicular magnetization of the FeCoAl alloy that is the in-plane magnetization film. The film thickness of the first spin injection layer 30a is desirably 5 nm or less. At this time, the anisotropic energy of the second spin injection layer 30b and the first spin injection layer 30a and the second spin injection layer 30b By adjusting the exchange coupling force between the first spin injection layer 30a, the first spin injection layer 30a can be magnetized perpendicularly.

また、スピン注入層30の中間層との界面にFeCoAl合金からなる第1スピン注入層30aを設けた場合に、スピントルク伝達効率を十分に大きくできるかどうかが懸念される。FeCoAl合金のスピン拡散長が短いため、第1スピン注入層30aのFeCoAl合金が薄い場合でも伝導電子はスピン分極する。この結果、第1スピン注入層30aのFeCoAl層が薄い場合でも、スピントルク伝達効率を十分に大きくできる。このため、第1スピン注入層30aの膜厚は0.5nm以上であればよい。   In addition, there is a concern whether the spin torque transmission efficiency can be sufficiently increased when the first spin injection layer 30a made of FeCoAl alloy is provided at the interface between the spin injection layer 30 and the intermediate layer. Since the spin diffusion length of the FeCoAl alloy is short, the conduction electrons are spin-polarized even when the FeCoAl alloy of the first spin injection layer 30a is thin. As a result, the spin torque transmission efficiency can be sufficiently increased even when the FeCoAl layer of the first spin injection layer 30a is thin. For this reason, the film thickness of the first spin injection layer 30a may be 0.5 nm or more.

以上より、第1スピン注入層30aのFeCoAl合金の膜厚は0.5nmから5nmとすることが望ましい。   From the above, it is desirable that the film thickness of the FeCoAl alloy of the first spin injection layer 30a be 0.5 nm to 5 nm.

ただし、本実施形態に係るスピントルク発振子10bにおいても、上記の材料及び層厚だけでなく、各種の材料と層厚を有することができる。   However, the spin torque oscillator 10b according to the present embodiment can have various materials and layer thicknesses as well as the above materials and layer thicknesses.

例えば、中間層22には、例えば、Cu、Au、Agなどのスピン透過率の高い材料を用いることができる。中間層22の層厚は、1原子層から3nmとすることが望ましい。これにより発振層10aとスピン注入層30の交換結合を最適な値に調節することが可能となる。   For example, the intermediate layer 22 can be made of a material having a high spin transmittance such as Cu, Au, or Ag. It is desirable that the thickness of the intermediate layer 22 be 1 atomic layer to 3 nm. As a result, the exchange coupling between the oscillation layer 10a and the spin injection layer 30 can be adjusted to an optimum value.

また、スピン注入層30の第2スピン注入層30bには、例えば、膜面直方向に磁化配向したCoCrPt、CoCrTa、CoCrTaPt、CoCrTaNb等のCoCr系磁性、TbFeCo等のRE−TM系アモルファス合金磁性層、Co/Pd、Co/Pt、CoCrTa/Pd等のCo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、垂直配向性に優れた材料、CoFe、CoNiFe、NiFe、CoZrNb、FeN、FeSi、FeAlSi等の、比較的、飽和磁束密度の大きく膜面内方向に磁気異方性を有する軟磁性層や、CoFeSi、CoMnSi、CoMnAl等のグループから選択されるホイスラー合金、膜面内方向に磁化が配向したCoCr系の磁性合金膜も適宜用いることができる。さらに、複数の上記材料を積層したものを用いてもよい。   The second spin injection layer 30b of the spin injection layer 30 includes, for example, a CoCr-based magnetism such as CoCrPt, CoCrTa, CoCrTaPt, and CoCrTaNb magnetized in the direction perpendicular to the film surface, and a RE-TM-based amorphous alloy magnetic layer such as TbFeCo. , Co / Pd, Co / Pt, CoCrTa / Pd and other Co artificial lattice magnetic layers, CoPt-based and FePt-based alloy magnetic layers, SmCo-based alloy magnetic layers, and the like, CoFe, CoNiFe, NiFe , CoZrNb, FeN, FeSi, FeAlSi, etc., a relatively soft magnetic layer having a large saturation magnetic flux density and a magnetic anisotropy in the in-plane direction, and a Heusler alloy selected from the group of CoFeSi, CoMnSi, CoMnAl, CoCr-based magnetic alloy films with magnetization oriented in the in-plane direction are also used as appropriate Door can be. Further, a laminate of a plurality of the above materials may be used.

また、発振層10aには、FeCoAl合金と、上記のスピン注入層30の第2スピン注入層30bに用いることができる各種の材料を積層したものを用いても良い。
なお、発振層10aおよび第1スピン注入層30aには、FeCoAl合金に、さらに、Si、Ge、Mn、Cr、Bの少なくともいずれか1つ以上を添加した材料を用いても良い。さらに、発振層10aおよび第1スピン注入層30aには、FeCoAl合金におけるAlの替わりに、Si、Ge、Mn、Cr、Bのいずれか1つ以上を用いた、FeCoSi、FeCoGe、FeCoMn、FeCoCr、FeCoB合金を用いても良い。これにより、例えば、発振層10aとスピン注入層30との飽和磁束密度(Bs)、異方性磁界(Hk)、及び、スピントルク伝達効率を調整することができる。
In addition, the oscillation layer 10a may be formed by stacking various materials that can be used for the FeCoAl alloy and the second spin injection layer 30b of the spin injection layer 30 described above.
The oscillation layer 10a and the first spin injection layer 30a may be made of a material obtained by adding at least one of Si, Ge, Mn, Cr, and B to a FeCoAl alloy. Further, in the oscillation layer 10a and the first spin injection layer 30a, FeCoSi, FeCoGe, FeCoMn, FeCoCr, which uses any one or more of Si, Ge, Mn, Cr, and B instead of Al in the FeCoAl alloy, An FeCoB alloy may be used. Thereby, for example, the saturation magnetic flux density (Bs), the anisotropic magnetic field (Hk), and the spin torque transmission efficiency between the oscillation layer 10a and the spin injection layer 30 can be adjusted.

すなわち、本実施形態に係るスピントルク発振子10bにおいては、発振層10aは、Fe−Co−(Al、Si、Ge、Mn、Cr、B)合金を含み、スピン注入層30の中間層22の側の部分は、Fe−Co−(Al、Si、Ge、Mn、Cr、B)合金を含む。   That is, in the spin torque oscillator 10b according to the present embodiment, the oscillation layer 10a includes an Fe—Co— (Al, Si, Ge, Mn, Cr, B) alloy, and the intermediate layer 22 of the spin injection layer 30 is formed. The part on the side contains an Fe—Co— (Al, Si, Ge, Mn, Cr, B) alloy.

なお、発振層10aの層厚は、5nmから20nmとすることが望ましく、スピン注入層30の層厚は、2nmから60nmとすることが望ましい。また、Siは、アニールする際にFeCo合金母相から拡散しにくい、という特徴がある。このため、素子プロセスでアニールが必要な場合や、第1スピン注入層30aに用いる場合には、FeCoSi合金を用いることが望ましい。   Note that the layer thickness of the oscillation layer 10a is desirably 5 nm to 20 nm, and the layer thickness of the spin injection layer 30 is desirably 2 nm to 60 nm. Further, Si is characterized in that it is difficult to diffuse from the FeCo alloy matrix during annealing. For this reason, it is desirable to use an FeCoSi alloy when annealing is required in the element process or when the first spin injection layer 30a is used.

(第3の実施の形態)
図8は、本発明の第3の実施形態に係るスピントルク発振子の構成を例示する模式的断面図である。
図8に表したように、本発明の第3の実施形態に係るスピントルク発振子10cにおいては、スピン注入層30として、中間層側のFeCoAl層(第1スピン注入層30a)と、層厚20nmのCoPt層(第2スピン注入層30b)30bと、の積層膜が用いられている。また、本実施形態に係るスピントルク発振子においては、発振層10aはFeCoAl合金を含んでいない。
(Third embodiment)
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of a spin torque oscillator according to the third embodiment of the invention.
As shown in FIG. 8, in the spin torque oscillator 10c according to the third embodiment of the present invention, the FeCoAl layer (first spin injection layer 30a) on the intermediate layer side and the layer thickness are used as the spin injection layer 30. A laminated film of a 20 nm CoPt layer (second spin injection layer 30b) 30b is used. In the spin torque oscillator according to the present embodiment, the oscillation layer 10a does not contain an FeCoAl alloy.

すなわち、スピン注入層30は、FeCoAl合金層と、膜面垂直方向に磁化配向したCoPt合金層と、の積層構造からなっており、中間層22との界面に、FeCoAl合金層が配置されている。すなわち、スピン注入層30は、膜面垂直方向に磁化配向したCoPt合金を含む第2スピン注入層30bと、第2スピン注入層30bと中間層22との間に配置され、FeCoAl合金を含む第1スピン注入層30aと、を有している。
第1スピン注入層30aとなるFeCoAl合金層の層厚は、0.5nmから5nmであることが望ましい。
一方、第2スピン注入層30bとなるCoPt合金の層厚は、2nmから60nmとすることが望ましい。
なお、第1スピン注入層30aの層厚と、第2スピン注入層30bの層厚とは、第1スピン注入層30aとなるFeCoAl合金によりスピントルクが十分に発振層に伝達し、かつ、第2スピン注入層30bとなるCoPt合金の垂直磁気異方性によりFeCoAl合金層が垂直に磁化するように、適宜調整することができる。
That is, the spin injection layer 30 has a laminated structure of an FeCoAl alloy layer and a CoPt alloy layer that is magnetized and oriented in the direction perpendicular to the film surface, and the FeCoAl alloy layer is disposed at the interface with the intermediate layer 22. . That is, the spin injection layer 30 is disposed between the second spin injection layer 30b including the CoPt alloy magnetized and oriented in the direction perpendicular to the film surface, and between the second spin injection layer 30b and the intermediate layer 22, and includes the FeCoAl alloy. 1 spin injection layer 30a.
The thickness of the FeCoAl alloy layer serving as the first spin injection layer 30a is preferably 0.5 nm to 5 nm.
On the other hand, the thickness of the CoPt alloy to be the second spin injection layer 30b is desirably 2 nm to 60 nm.
The thickness of the first spin injection layer 30a and the thickness of the second spin injection layer 30b are such that the spin torque is sufficiently transmitted to the oscillation layer by the FeCoAl alloy serving as the first spin injection layer 30a, and The FeCoAl alloy layer can be appropriately adjusted so as to be perpendicularly magnetized by the perpendicular magnetic anisotropy of the CoPt alloy to be the two spin injection layer 30b.

なお、第1スピン注入層30aに用いられるFeCoAl合金は、Si、Ge、Mn、Cr、Bのうちのいずれか1つ以上を含むこともできる。
さらに、第1スピン注入層30aに用いられるFeCoAl合金のAlの替わりに、Si、Ge、Mn、Cr、Bをいずれか1つ以上用いた、FeCoSi、FeCoGe、FeCoMn、FeCoCr、FeCoB合金を、第1スピン注入層30aに用いても良い。
すなわち、本実施形態に係るスピントルク発振子10cにおいては、スピン注入層30の中間層22との界面では、Fe−Co−(Al、Si、Ge、Mn、Cr、B)合金を含む。
Note that the FeCoAl alloy used for the first spin injection layer 30a may include any one or more of Si, Ge, Mn, Cr, and B.
Further, instead of Al of the FeCoAl alloy used for the first spin injection layer 30a, FeCoSi, FeCoGe, FeCoMn, FeCoCr, FeCoB alloy using one or more of Si, Ge, Mn, Cr, and B, You may use for 1 spin injection layer 30a.
That is, the spin torque oscillator 10c according to the present embodiment includes an Fe—Co— (Al, Si, Ge, Mn, Cr, B) alloy at the interface between the spin injection layer 30 and the intermediate layer 22.

一方、発振層10aには、発振時に磁界を発生する高Bs軟磁性材料(FeCo/NiFe積層膜)を用いることができ、発振層10aの層厚は5nmから20nmとすることが望ましい。   On the other hand, a high Bs soft magnetic material (FeCo / NiFe laminated film) that generates a magnetic field during oscillation can be used for the oscillation layer 10a, and the layer thickness of the oscillation layer 10a is preferably 5 nm to 20 nm.

また、第2スピン注入層30b、及び、発振層10aには、CoFe、CoNiFe、NiFe、CoZrNb、FeN、FeSi、FeAlSi等の、比較的、飽和磁束密度の大きく膜面内方向に磁気異方性を有する軟磁性層や、CoFeSi、CoMnSi、CoMnAl等のグループから選択されるホイスラー合金、膜面内方向に磁化が配向したCoCr系の磁性合金膜を用いることができる。さらに、膜面直方向に磁化配向したCoCrPt、CoCrTa、CoCrTaPt、CoCrTaNb等のCoCr系磁性、TbFeCo等のRE−TM系アモルファス合金磁性層、Co/Pd、Co/Pt、CoCrTa/Pd等のCo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、垂直配向性に優れた材料も適宜用いることができる。   Further, the second spin injection layer 30b and the oscillation layer 10a have a relatively large saturation magnetic flux density, such as CoFe, CoNiFe, NiFe, CoZrNb, FeN, FeSi, and FeAlSi, and a magnetic anisotropy in the in-plane direction. , A Heusler alloy selected from the group such as CoFeSi, CoMnSi, and CoMnAl, and a CoCr-based magnetic alloy film whose magnetization is oriented in the in-plane direction can be used. Furthermore, CoCr-based magnetism such as CoCrPt, CoCrTa, CoCrTaPt, and CoCrTaNb magnetized in the direction perpendicular to the film surface, RE-TM amorphous alloy magnetic layer such as TbFeCo, and Co artificial materials such as Co / Pd, Co / Pt, and CoCrTa / Pd A material having excellent vertical orientation, such as a lattice magnetic layer, a CoPt-based or FePt-based alloy magnetic layer, and an SmCo-based alloy magnetic layer, can also be used as appropriate.

また、第2スピン注入層30b、及び、発振層10aにおいては、複数の上記材料を積層してもよい。これにより、発振層10aとスピン注入層30との飽和磁束密度(Bs)及び異方性磁界(Hk)を調整することができる。   In the second spin injection layer 30b and the oscillation layer 10a, a plurality of the above materials may be stacked. Thereby, the saturation magnetic flux density (Bs) and the anisotropic magnetic field (Hk) between the oscillation layer 10a and the spin injection layer 30 can be adjusted.

また、第1、第2の電極41、42としては、Ti、Cuなどの電気抵抗が低く、酸化されにくい材料を用いることができる。
また、中間層22としては、Cu、Au、Agなどのスピン透過率の高い材料を用いることができる。中間層22の層厚は、1原子層から3nmとすることが望ましい。これにより発振層とスピン注入層の交換結合を最適な値に調節することが可能となる。
The first and second electrodes 41 and 42 can be made of a material that has low electrical resistance such as Ti and Cu and is not easily oxidized.
The intermediate layer 22 can be made of a material having high spin transmittance such as Cu, Au, or Ag. It is desirable that the thickness of the intermediate layer 22 be 1 atomic layer to 3 nm. As a result, the exchange coupling between the oscillation layer and the spin injection layer can be adjusted to an optimum value.

このような構造を有する本実施形態に係るスピントルク発振子10cにおいては、スピン注入層30の中間層との界面に、FeCoAl合金からなる第1スピン注入層30aを設けることで、スピントルク伝達効率が向上する。   In the spin torque oscillator 10c according to the present embodiment having such a structure, the spin torque transmission efficiency is achieved by providing the first spin injection layer 30a made of FeCoAl alloy at the interface with the intermediate layer of the spin injection layer 30. Will improve.

これにより、本実施形態に係るスピントルク発振子10cによれば、低電流密度で安定して発振が可能であり、かつ、面内高周波磁界の強度の高いスピントルク発振子が提供できる。   Thereby, according to the spin torque oscillator 10c according to the present embodiment, it is possible to provide a spin torque oscillator that can oscillate stably at a low current density and has a high in-plane high-frequency magnetic field strength.

ところで、スピン注入層30の中間層側の界面にFeCoAl合金からなる第1スピン注入層30aを設けた場合において、FeCoAl合金が低Msであること、第1スピン注入層30aの層厚を2nmと薄くしたこと、及び、第1スピン注入層30aのFeCoAl層と、第2スピン注入層30bのCoPt合金層との交換結合力が十分に大きいこと、によって、面内磁化膜であるFeCoAl合金が垂直に磁化することが実現可能である。また、FeCoAl合金のスピン拡散長が短いため、スピントルク伝達効率を十分に大きくできる。   By the way, when the first spin injection layer 30a made of FeCoAl alloy is provided at the interface on the intermediate layer side of the spin injection layer 30, the FeCoAl alloy has a low Ms, and the thickness of the first spin injection layer 30a is 2 nm. Due to the thinness and the sufficiently high exchange coupling force between the FeCoAl layer of the first spin injection layer 30a and the CoPt alloy layer of the second spin injection layer 30b, the FeCoAl alloy that is an in-plane magnetization film is perpendicular. It is feasible to magnetize. Moreover, since the spin diffusion length of the FeCoAl alloy is short, the spin torque transmission efficiency can be sufficiently increased.

(第4の実施の形態)
本発明の第4の実施の形態に係る磁気記録ヘッドについて、多粒子系の垂直磁気記録媒体に記録する場合を想定して、説明する。
図9は、本発明の第4の実施形態に係る磁気記録ヘッドの構成を例示する模式的斜視図である。
図10は、本発明の第4の実施形態に係る磁気記録ヘッドが搭載されるヘッドスライダーの構成を例示する模式的斜視図である。
図11は、本発明の第4の実施形態に係る磁気記録ヘッドに用いられるスピントルク発振子の構成を例示する模式的斜視図である。
(Fourth embodiment)
A magnetic recording head according to a fourth embodiment of the present invention will be described on the assumption that recording is performed on a multi-particle perpendicular magnetic recording medium.
FIG. 9 is a schematic perspective view illustrating the configuration of a magnetic recording head according to the fourth embodiment of the invention.
FIG. 10 is a schematic perspective view illustrating the configuration of a head slider on which a magnetic recording head according to the fourth embodiment of the invention is mounted.
FIG. 11 is a schematic perspective view illustrating the configuration of a spin torque oscillator used in a magnetic recording head according to the fourth embodiment of the invention.

図9に表したように、本発明の第4の実施形態に係る磁気記録ヘッド51は、主磁極61と、上記の本発明の実施形態に係るスピントルク発振子10と、を備える。   As shown in FIG. 9, the magnetic recording head 51 according to the fourth embodiment of the present invention includes a main magnetic pole 61 and the spin torque oscillator 10 according to the above-described embodiment of the present invention.

なお、本具体例では、スピントルク発振子として、第1の実施形態に係るスピントルク発振子10が用いられているが、本発明はこれに限らず、第2及び第3の実施形態に係るスピントルク発振子10b、10c、及び、それらを変形した各種のスピントルク発振子を用いることができる。以下に説明する具体例では、スピントルク発振子として第1の実施形態に係るスピントルク発振子10を用いる例として説明する。   In this example, the spin torque oscillator 10 according to the first embodiment is used as the spin torque oscillator. However, the present invention is not limited to this, and the second and third embodiments are concerned. The spin torque oscillators 10b and 10c and various spin torque oscillators obtained by modifying them can be used. In the specific example described below, an example in which the spin torque oscillator 10 according to the first embodiment is used as the spin torque oscillator will be described.

図9に表したように、発振層10aは、主磁極61とスピン注入層30との間に配置することができる。ただし、それとは逆に、スピン注入層30を、主磁極61と発振層10aとの間に配置しても良い。
上記の主磁極61と、スピントルク発振子10と、は、書き込みヘッド部60に含まれる。
さらに、書き込みヘッド部60は、リターンパス(シールド)62をさらに含むことができる。
As shown in FIG. 9, the oscillation layer 10 a can be disposed between the main magnetic pole 61 and the spin injection layer 30. However, conversely, the spin injection layer 30 may be disposed between the main magnetic pole 61 and the oscillation layer 10a.
The main magnetic pole 61 and the spin torque oscillator 10 are included in the write head unit 60.
Further, the write head unit 60 may further include a return path (shield) 62.

なお、主磁極61と第2の電極42は共用されており、リターンパス(シールド)62と第1の電極41は共用されている。   The main magnetic pole 61 and the second electrode 42 are shared, and the return path (shield) 62 and the first electrode 41 are shared.

なお、図9に表したように、本実施形態に係る磁気記録ヘッド51には、さらに、再生ヘッド部70を設けることができる。
再生ヘッド部70は、第1磁気シールド層72aと、第2磁気シールド層72bと、第1磁気シールド層72aと第2磁気シールド層72bとの間に設けられた磁気再生素子71と、を含む。
上記の再生ヘッド部70の各要素、及び、上記の書き込みヘッド部60の各要素は、図示しないアルミナ等の絶縁体により分離される。
磁気再生素子71としては、GMR素子やTMR(Tunnel Magneto-Resistive effect)素子などを利用することが可能である。なお、再生分解能をあげるために、磁気再生素子71は、2枚の磁気シールド層、すなわち、第1及び第2磁気シールド層72a、72bの間に設置される。
As shown in FIG. 9, the magnetic recording head 51 according to this embodiment can further include a reproducing head unit 70.
The reproducing head unit 70 includes a first magnetic shield layer 72a, a second magnetic shield layer 72b, and a magnetic reproducing element 71 provided between the first magnetic shield layer 72a and the second magnetic shield layer 72b. .
Each element of the read head unit 70 and each element of the write head unit 60 are separated by an insulator such as alumina (not shown).
As the magnetic reproducing element 71, a GMR element, a TMR (Tunnel Magneto-Resistive effect) element, or the like can be used. In order to increase the reproduction resolution, the magnetic reproducing element 71 is installed between two magnetic shield layers, that is, the first and second magnetic shield layers 72a and 72b.

そして、図9に表したように、磁気記録ヘッド51の媒体対向面61sに対向して磁気記録媒体80が設置される。そして、主磁極61は、磁気記録媒体80に記録磁界を印加する。なお、磁気記録ヘッド51の媒体対向面61sは、磁気記録ヘッド51に対して設置される磁気記録媒体80に対向した主磁極61の主面とすることができる。
また、例えば、図10に表したように、磁気記録ヘッド51は、ヘッドスライダー3に搭載される。ヘッドスライダー3は、Al/TiCなどからなり、磁気ディスクなどの磁気記録媒体80の上を、浮上または接触しながら相対的に運動できるように設計され、製作される。
ヘッドスライダー3は、空気流入側3Aと空気流出側3Bとを有し、磁気記録ヘッド51は、空気流出側3Bの側面などに配置される。これにより、ヘッドスライダー3に搭載された磁気記録ヘッド51は、磁気記録媒体80の上を浮上または接触しながら相対的に運動する。
Then, as shown in FIG. 9, the magnetic recording medium 80 is installed facing the medium facing surface 61 s of the magnetic recording head 51. The main magnetic pole 61 applies a recording magnetic field to the magnetic recording medium 80. The medium facing surface 61 s of the magnetic recording head 51 can be the main surface of the main magnetic pole 61 facing the magnetic recording medium 80 installed with respect to the magnetic recording head 51.
For example, as shown in FIG. 10, the magnetic recording head 51 is mounted on the head slider 3. The head slider 3 is made of Al 2 O 3 / TiC or the like, and is designed and manufactured so that it can move relative to the magnetic recording medium 80 such as a magnetic disk while flying or contacting.
The head slider 3 has an air inflow side 3A and an air outflow side 3B, and the magnetic recording head 51 is disposed on the side surface of the air outflow side 3B. As a result, the magnetic recording head 51 mounted on the head slider 3 relatively moves while flying over or in contact with the magnetic recording medium 80.

図9に表したように、磁気記録媒体80は、媒体基板82と、その上に設けられた磁気記録層81と、を有する。書き込みヘッド部60から印加される磁界により、磁気記録層81の磁化83が所定の方向に制御され、書き込みがなされる。なお、この時、磁気記録媒体80は、媒体移動方向85の方向に、磁気記録ヘッド51に対して相対的に移動する。
一方、再生ヘッド部70は、磁気記録層81の磁化の方向を読み取る。
As shown in FIG. 9, the magnetic recording medium 80 includes a medium substrate 82 and a magnetic recording layer 81 provided thereon. By the magnetic field applied from the write head unit 60, the magnetization 83 of the magnetic recording layer 81 is controlled in a predetermined direction, and writing is performed. At this time, the magnetic recording medium 80 moves relative to the magnetic recording head 51 in the medium moving direction 85.
On the other hand, the reproducing head unit 70 reads the direction of magnetization of the magnetic recording layer 81.

図11に表したように、本実施形態に用いられるスピントルク発振子10は、スピン注入層30と、スピン透過率の高い中間層22と、発振層10aがこの順に積層された積層構造体25を有し、積層構造体25に接続された第1電極41及び第2電極42を通じて駆動電子流を流すことにより、発振層10aから高周波磁界を発生させることができる。駆動電流密度は、所望の発振状態になるよう適宜調整する。なお、記録トラックピッチが縮小し、スピントルク発振子の素子サイズがより小さくなった場合、熱の放散が改善されるため、駆動電流密度をより改善することが可能である。   As shown in FIG. 11, the spin torque oscillator 10 used in this embodiment includes a stacked structure 25 in which a spin injection layer 30, an intermediate layer 22 having a high spin transmittance, and an oscillation layer 10 a are stacked in this order. A high-frequency magnetic field can be generated from the oscillation layer 10 a by flowing a driving electron flow through the first electrode 41 and the second electrode 42 connected to the laminated structure 25. The drive current density is appropriately adjusted so as to obtain a desired oscillation state. Note that when the recording track pitch is reduced and the element size of the spin torque oscillator is further reduced, heat dissipation is improved, so that the drive current density can be further improved.

また、スピン注入層30の保磁力は、主磁極61から印加される磁界より小さくすることが望ましい。この時、スピン注入層30の磁化方向と、主磁極61からの印加磁界方向とは略平行となる。その結果、主磁極61から発振層10aに印加される磁界と、スピン注入層30から発振層10aに印加されるスピントルクとが、主磁極61からの印加磁界方向に依存せず常につりあい、安定した発振が可能となる。このため、主磁極61が、「0」及び「1」のどちらを磁気記録媒体80に記録する場合にも、安定した高周波磁界アシスト記録が可能となる。   The coercive force of the spin injection layer 30 is desirably smaller than the magnetic field applied from the main magnetic pole 61. At this time, the magnetization direction of the spin injection layer 30 and the direction of the applied magnetic field from the main magnetic pole 61 are substantially parallel. As a result, the magnetic field applied from the main magnetic pole 61 to the oscillation layer 10a and the spin torque applied from the spin injection layer 30 to the oscillation layer 10a are always balanced without depending on the direction of the applied magnetic field from the main magnetic pole 61, and stable. Oscillation is possible. For this reason, when the main magnetic pole 61 records either “0” or “1” on the magnetic recording medium 80, stable high-frequency magnetic field assisted recording is possible.

なお、スピン注入層30の保磁力が主磁極61から印加される磁界より大きい場合、スピン注入層30の磁化方向は、主磁極61からの印加磁界によらず、常に略同一方向に磁化する。この時、主磁極61が「0」を記録する場合には、安定した発振が可能であったとする。しかし、「1」を記録する場合、主磁極61からの磁界が反転する必要がある。この結果、主磁極61から発振層10aに印加される磁界と、スピン注入層30から発振層10aに印加されるスピントルクとがつりあわなくなり、発振が停止する。このため、安定した高周波磁界アシスト記録が不可能となる。以上の理由から、スピン注入層30の保磁力は、主磁極61から印加される磁界より小さくすることが望ましい。   When the coercive force of the spin injection layer 30 is larger than the magnetic field applied from the main magnetic pole 61, the magnetization direction of the spin injection layer 30 is always magnetized in substantially the same direction regardless of the applied magnetic field from the main magnetic pole 61. At this time, when the main magnetic pole 61 records “0”, it is assumed that stable oscillation is possible. However, when recording “1”, the magnetic field from the main magnetic pole 61 needs to be reversed. As a result, the magnetic field applied from the main magnetic pole 61 to the oscillation layer 10a and the spin torque applied from the spin injection layer 30 to the oscillation layer 10a are not balanced, and oscillation stops. For this reason, stable high frequency magnetic field assisted recording becomes impossible. For the above reasons, it is desirable that the coercive force of the spin injection layer 30 be smaller than the magnetic field applied from the main magnetic pole 61.

スピントルク発振子10の各構成要素に関しては、既に第1の実施形態に関して説明したので省略する。   Since each component of the spin torque oscillator 10 has already been described with respect to the first embodiment, a description thereof will be omitted.

主磁極61及びリターンパス62は、FeCo、CoFe、CoNiFe、NiFe、CoZrNb、FeN、FeSi、FeAlSi等の、比較的、飽和磁束密度の大きい軟磁性層で構成されている。   The main magnetic pole 61 and the return path 62 are composed of soft magnetic layers having a relatively high saturation magnetic flux density, such as FeCo, CoFe, CoNiFe, NiFe, CoZrNb, FeN, FeSi, and FeAlSi.

また、主磁極61は、媒体対向面61sの側の部分と、それ以外の部分の材料を別々の材料としても良い。すなわち、例えば、磁気記録媒体80やスピントルク発振子10に発生する磁界を大きくするため、媒体対向面61sの側の部分の材料を、飽和磁束密度の特に大きいFeCo、CoNiFe、FeN等とし、それ以外の部分は、特に透磁率が高いNiFe等にしても良い。また、磁気記録媒体80やスピントルク発振子10に発生する磁界を大きくするため、主磁極61の媒体対向面61sの側の形状を、バックギャップ部より小さくしても良い。これにより、磁束が媒体対向面61sの側の部分に集中し、高強度の磁界を発生することが可能となる。   In addition, the main magnetic pole 61 may be made of different materials for the portion on the medium facing surface 61s side and the other portions. That is, for example, in order to increase the magnetic field generated in the magnetic recording medium 80 or the spin torque oscillator 10, the material on the side of the medium facing surface 61s is made of FeCo, CoNiFe, FeN, etc. having a particularly high saturation magnetic flux density. Other parts may be NiFe or the like having a particularly high magnetic permeability. In order to increase the magnetic field generated in the magnetic recording medium 80 and the spin torque oscillator 10, the shape of the main magnetic pole 61 on the medium facing surface 61s side may be smaller than the back gap portion. As a result, the magnetic flux concentrates on the portion facing the medium facing surface 61s, and a high-strength magnetic field can be generated.

主磁極61のコイルには、Ti、Cuなどの電気抵抗が低く、酸化されにくい材料を用いることができる。   For the coil of the main magnetic pole 61, a material having low electrical resistance such as Ti and Cu and hardly oxidized can be used.

このような構成を有する本実施形態に係る磁気記録ヘッド51によれば、低電流密度で安定して発振が可能であり、かつ、面内高周波磁界の強度の高いスピントルク発振子による安定した高周波磁界が得られ、高密度の磁気記録を実現できる磁気記録ヘッドが提供できる。   According to the magnetic recording head 51 according to the present embodiment having such a configuration, it is possible to stably oscillate at a low current density, and a stable high frequency by a spin torque oscillator having a high in-plane high frequency magnetic field strength. A magnetic recording head capable of obtaining a magnetic field and realizing high-density magnetic recording can be provided.

なお、スピントルク発振子10の高周波磁界の強度Hacの最大領域は、発振層10aのリーディング側及びトレーリング側にある。主磁極61からの記録磁界の最大領域と、トレーリング側の高周波磁界の強度Hacの最大領域と、が重畳するように、スピントルク発振子10と、主磁極61と、シールド62の位置を調整することにより、良好な記録が可能である。   The maximum region of the high frequency magnetic field intensity Hac of the spin torque oscillator 10 is on the leading side and the trailing side of the oscillation layer 10a. The positions of the spin torque oscillator 10, the main magnetic pole 61, and the shield 62 are adjusted so that the maximum area of the recording magnetic field from the main magnetic pole 61 and the maximum area of the high frequency magnetic field intensity Hac on the trailing side overlap. By doing so, good recording is possible.

本実施形態に係る磁気記録ヘッド51において、スピントルク発振子として第2の実施形態で説明したスピントルク発振子10bを用いることができる。
すなわち、発振層10a、及び、スピン注入層30の中間層側の界面側、に、FeCoAl合金からなる第1スピン注入層30aを設ける。これにより、スピントルク伝達効率がさらに向上する。
In the magnetic recording head 51 according to the present embodiment, the spin torque oscillator 10b described in the second embodiment can be used as the spin torque oscillator.
That is, the first spin injection layer 30 a made of FeCoAl alloy is provided on the interface side of the oscillation layer 10 a and the intermediate layer side of the spin injection layer 30. This further improves the spin torque transmission efficiency.

従って、低電流密度でさらに安定して発振が可能であり、かつ、面内高周波磁界の強度の高いスピントルク発振子によるさらに安定した高周波磁界が得られ、高密度の磁気記録を実現できる磁気記録ヘッドが提供できる。   Therefore, a magnetic recording that can oscillate more stably at a low current density and that can provide a more stable high-frequency magnetic field by a spin torque oscillator having a high in-plane high-frequency magnetic field strength and can realize high-density magnetic recording. Head can be provided.

なお、この場合も、スピントルク発振子10bの高周波磁界の強度Hacの最大領域は、発振層10aのリーディング側及びトレーリング側にある。主磁極61からの記録磁界の最大領域と、トレーリング側の高周波磁界の強度Hacの最大領域と、が重畳するように、スピントルク発振子10bと、主磁極61と、シールド62の位置を調整することにより、良好な記録が可能である。   In this case, the maximum region of the high frequency magnetic field intensity Hac of the spin torque oscillator 10b is on the leading side and the trailing side of the oscillation layer 10a. The positions of the spin torque oscillator 10b, the main magnetic pole 61, and the shield 62 are adjusted so that the maximum area of the recording magnetic field from the main magnetic pole 61 and the maximum area of the high frequency magnetic field intensity Hac on the trailing side overlap. By doing so, good recording is possible.

さらに、本実施形態に係る磁気記録ヘッド51において、スピントルク発振子として第3の実施形態で説明したスピントルク発振子10cを用いることができる。
すなわち、スピン注入層30の中間層側の界面側に、FeCoAl合金からなる第1スピン注入層30aを設ける。これにより、スピントルク伝達効率が向上する。
Furthermore, in the magnetic recording head 51 according to the present embodiment, the spin torque oscillator 10c described in the third embodiment can be used as the spin torque oscillator.
That is, the first spin injection layer 30 a made of FeCoAl alloy is provided on the interface side of the spin injection layer 30 on the intermediate layer side. Thereby, the spin torque transmission efficiency is improved.

また、主磁極61の発振層10aとの界面をCuとすることができる。これにより、FeCoAl合金からなる発振層10aのAl原子の拡散を防止することが可能となる。その結果、良好なスピントルク発振子を作製することが可能となる。   Further, the interface between the main magnetic pole 61 and the oscillation layer 10a can be Cu. This makes it possible to prevent Al atoms from diffusing in the oscillation layer 10a made of an FeCoAl alloy. As a result, a good spin torque oscillator can be manufactured.

従って、低電流密度で安定して発振が可能であり、かつ、面内高周波磁界の強度の高いスピントルク発振子による安定した高周波磁界が得られ、高密度の磁気記録を実現できる磁気記録ヘッドが提供できる。   Therefore, a magnetic recording head that can stably oscillate at a low current density and can obtain a stable high-frequency magnetic field by a spin torque oscillator having a high in-plane high-frequency magnetic field intensity and can realize high-density magnetic recording. Can be provided.

(第5の実施の形態)
以下、本発明の第5の実施の形態に係る磁気記録装置及び磁気ヘッドアセンブリについて説明する。
上記で説明した本発明の実施形態に係る磁気記録ヘッドは、例えば、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込まれ、磁気記録装置に搭載することができる。なお、本実施形態に係る磁気記録装置は、記録機能のみを有することもできるし、記録機能と再生機能の両方を有することもできる。
(Fifth embodiment)
Hereinafter, a magnetic recording apparatus and a magnetic head assembly according to a fifth embodiment of the invention will be described.
The magnetic recording head according to the embodiment of the present invention described above can be incorporated in a recording / reproducing integrated magnetic head assembly and mounted on a magnetic recording apparatus, for example. The magnetic recording apparatus according to the present embodiment can have only a recording function, or can have both a recording function and a reproducing function.

図12は、本発明の第5の実施形態に係る磁気記録装置の構成を例示する模式的斜視図である。
図13は、本発明の第5の実施形態に係る磁気記録装置の一部の構成を例示する模式的斜視図である。
図12に表したように、本発明の第5の実施形態に係る磁気記録装置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、スピンドルモータ4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。本実施形態に係る磁気記録装置150は、複数の記録用媒体ディスク180を備えたものとしても良い。
FIG. 12 is a schematic perspective view illustrating the configuration of a magnetic recording apparatus according to the fifth embodiment of the invention.
FIG. 13 is a schematic perspective view illustrating the configuration of a part of the magnetic recording apparatus according to the fifth embodiment of the invention.
As shown in FIG. 12, the magnetic recording apparatus 150 according to the fifth embodiment of the present invention is an apparatus using a rotary actuator. In the figure, a recording medium disk 180 is mounted on a spindle motor 4 and rotated in the direction of arrow A by a motor (not shown) that responds to a control signal from a drive device control unit (not shown). The magnetic recording apparatus 150 according to the present embodiment may include a plurality of recording medium disks 180.

記録用媒体ディスク180に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダー3は、既に説明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3は、例えば、前述した実施の形態に係る磁気記録ヘッドをその先端付近に搭載している。   The head slider 3 that records and reproduces information stored in the recording medium disk 180 has the configuration as described above, and is attached to the tip of a thin film suspension 154. Here, the head slider 3 has, for example, the magnetic recording head according to the above-described embodiment mounted near the tip thereof.

記録用媒体ディスク180が回転すると、サスペンション154による押付け圧力とヘッドスライダー3の媒体対向面(ABS)で発生する圧力とがつりあい、ヘッドスライダー3の媒体対向面は、記録用媒体ディスク180の表面から所定の浮上量をもって保持される。なお、ヘッドスライダー3が記録用媒体ディスク180と接触するいわゆる「接触走行型」としても良い。   When the recording medium disk 180 rotates, the pressing pressure by the suspension 154 balances with the pressure generated on the medium facing surface (ABS) of the head slider 3, and the medium facing surface of the head slider 3 is separated from the surface of the recording medium disk 180. It is held with a predetermined flying height. A so-called “contact traveling type” in which the head slider 3 is in contact with the recording medium disk 180 may be used.

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及び対向ヨークからなる磁気回路とから構成することができる。   The suspension 154 is connected to one end of an actuator arm 155 having a bobbin portion for holding a drive coil (not shown). A voice coil motor 156, which is a kind of linear motor, is provided at the other end of the actuator arm 155. The voice coil motor 156 can be composed of a drive coil (not shown) wound around the bobbin portion of the actuator arm 155, and a magnetic circuit composed of a permanent magnet and a counter yoke arranged to face each other so as to sandwich the coil. .

アクチュエータアーム155は、軸受部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。その結果、磁気記録ヘッドを記録用媒体ディスク180の任意の位置に移動可能となる。   The actuator arm 155 is held by ball bearings (not shown) provided at two positions above and below the bearing portion 157, and can be freely rotated and slid by a voice coil motor 156. As a result, the magnetic recording head can be moved to an arbitrary position on the recording medium disk 180.

図13(a)は、本実施形態に係る磁気記録装置の一部の構成を例示しており、ヘッドスタックアセンブリ160の拡大斜視図である。また、図13(b)は、ヘッドスタックアセンブリ160の一部となる磁気ヘッドアセンブリ(ヘッドジンバルアセンブリ)158を例示する斜視図である。
図13(a)に表したように、ヘッドスタックアセンブリ160は、軸受部157と、この軸受部157から延出したヘッドジンバルアセンブリ158と、軸受部157からヘッドジンバルアセンブリ158と反対方向に延出しているとともにボイスコイルモータのコイル162を支持した支持フレーム161を有している。
FIG. 13A illustrates a partial configuration of the magnetic recording apparatus according to the present embodiment, and is an enlarged perspective view of the head stack assembly 160. FIG. 13B is a perspective view illustrating a magnetic head assembly (head gimbal assembly) 158 that is a part of the head stack assembly 160.
As shown in FIG. 13A, the head stack assembly 160 includes a bearing portion 157, a head gimbal assembly 158 extending from the bearing portion 157, and a head gimbal assembly 158 extending from the bearing portion 157 in the opposite direction. And a support frame 161 that supports the coil 162 of the voice coil motor.

また、図13(b)に表したように、ヘッドジンバルアセンブリ158は、軸受部157から延出したアクチュエータアーム155と、アクチュエータアーム155から延出したサスペンション154と、を有している。   As shown in FIG. 13B, the head gimbal assembly 158 includes an actuator arm 155 extending from the bearing portion 157 and a suspension 154 extending from the actuator arm 155.

サスペンション154の先端には、既に説明した本発明の実施形態に係る磁気記録ヘッドを具備するヘッドスライダー3が取り付けられている。そして、既に説明したように、ヘッドスライダー3には、本発明の実施形態に係る磁気記録ヘッドが搭載される。   The head slider 3 including the magnetic recording head according to the embodiment of the present invention described above is attached to the tip of the suspension 154. As already described, the magnetic recording head according to the embodiment of the present invention is mounted on the head slider 3.

すなわち、本発明の実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリ(ヘッドジンバルアセンブリ)158は、本発明の実施形態に係る磁気記録ヘッドと、前記磁気記録ヘッドが搭載されたヘッドスライダー3と、前記ヘッドスライダー3を一端に搭載するサスペンション154と、前記サスペンション154の他端に接続されたアクチュエータアーム155と、を備える。   That is, a magnetic head assembly (head gimbal assembly) 158 according to an embodiment of the present invention includes a magnetic recording head according to an embodiment of the present invention, a head slider 3 on which the magnetic recording head is mounted, and the head slider 3. A suspension 154 mounted on one end and an actuator arm 155 connected to the other end of the suspension 154 are provided.

サスペンション154は、信号の書き込み及び読み取り用、浮上量調整のためのヒーター用、スピントルク発振子用のリード線(図示しない)を有し、このリード線とヘッドスライダー3に組み込まれた磁気記録ヘッドの各電極とが電気的に接続される。また、図示しない電極パッドが、ヘッドジンバルアセンブリ158に設けられる。本具体例においては、電極パッドは8個設けられる。すなわち、主磁極61のコイル用の電極パッドが2つ、磁気再生素子71用の電極パッドが2つ、DFH(ダイナミックフライングハイト)用の電極パッドが2つ、スピントルク発振子10用の電極パッドが2つ、設けられる。   The suspension 154 has lead wires (not shown) for signal writing and reading, a heater for adjusting the flying height, and a spin torque oscillator, and a magnetic recording head incorporated in the lead wire and the head slider 3. These electrodes are electrically connected to each other. Further, an electrode pad (not shown) is provided on the head gimbal assembly 158. In this specific example, eight electrode pads are provided. That is, two electrode pads for the coil of the main magnetic pole 61, two electrode pads for the magnetic reproducing element 71, two electrode pads for DFH (dynamic flying height), and an electrode pad for the spin torque oscillator 10 Are provided.

そして、磁気記録ヘッドを用いて磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部190が設けられる。信号処理部190は、例えば、図12に例示した磁気記録装置150の図面中の背面側に設けられる。信号処理部190の入出力線は、ヘッドジンバルアセンブリ158の電極パッドに接続され、磁気記録ヘッドと電気的に結合される。   A signal processing unit 190 is provided for writing and reading signals to and from the magnetic recording medium using the magnetic recording head. The signal processing unit 190 is provided, for example, on the back side in the drawing of the magnetic recording apparatus 150 illustrated in FIG. The input / output lines of the signal processing unit 190 are connected to the electrode pads of the head gimbal assembly 158 and are electrically coupled to the magnetic recording head.

このように、本実施形態に係る磁気記録装置150は、磁気記録媒体と、上記の実施形態に係る磁気記録ヘッドと、磁気記録媒体と磁気記録ヘッドとを離間させ、または、接触させた状態で対峙させながら相対的に移動可能とした可動部と、磁気記録ヘッドを磁気記録媒体の所定記録位置に位置合せする位置制御部と、磁気記録ヘッドを用いて磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部と、を備える。   As described above, the magnetic recording apparatus 150 according to the present embodiment is in a state where the magnetic recording medium, the magnetic recording head according to the above-described embodiment, and the magnetic recording medium and the magnetic recording head are separated from or in contact with each other. A movable part that is relatively movable while facing each other, a position control part that aligns the magnetic recording head with a predetermined recording position of the magnetic recording medium, and writing and reading signals to and from the magnetic recording medium using the magnetic recording head A signal processing unit.

すなわち、上記の磁気記録媒体として、記録用媒体ディスク180が用いられる。
上記の可動部は、ヘッドスライダー3を含むことができる。
また、上記の位置制御部は、ヘッドジンバルアセンブリ158を含むことができる。
That is, a recording medium disk 180 is used as the magnetic recording medium.
The movable part can include the head slider 3.
The position controller may include a head gimbal assembly 158.

すなわち、本実施形態に係る磁気記録装置150は、磁気記録媒体と、本発明の実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリと、前記磁気ヘッドアセンブリに搭載された前記磁気記録ヘッドを用いて前記磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部と、を備える。   That is, the magnetic recording apparatus 150 according to this embodiment uses the magnetic recording medium, the magnetic head assembly according to the embodiment of the invention, and the magnetic recording head mounted on the magnetic head assembly to the magnetic recording medium. A signal processing unit for writing and reading the signal.

本実施形態に係る磁気記録装置150によれば、上記の実施形態のスピントルク発振子及び上記の実施形態に係る磁気記録ヘッドを用いることで、低電流密度で安定して発振が可能であり、かつ、面内高周波磁界の強度の高いスピントルク発振子による安定した高周波磁界が得られ、高密度の磁気記録を実現できる磁気記録装置が提供できる。   According to the magnetic recording apparatus 150 according to the present embodiment, by using the spin torque oscillator according to the above embodiment and the magnetic recording head according to the above embodiment, it is possible to oscillate stably at a low current density. In addition, it is possible to provide a magnetic recording apparatus that can obtain a stable high-frequency magnetic field by a spin torque oscillator having high in-plane high-frequency magnetic field strength and can realize high-density magnetic recording.

なお、本発明の実施形態に係る磁気記録装置において、スピントルク発振子10は、主磁極61のトレーリング側に設けることができる。この場合は、磁気記録媒体80の磁気記録層81は、まず、スピントルク発振子10に対向し、その後で主磁極61に対向する。   In the magnetic recording apparatus according to the embodiment of the present invention, the spin torque oscillator 10 can be provided on the trailing side of the main magnetic pole 61. In this case, the magnetic recording layer 81 of the magnetic recording medium 80 first faces the spin torque oscillator 10 and then faces the main magnetic pole 61.

また、本発明の実施形態に係る磁気記録装置において、スピントルク発振子10は、主磁極61のリーディング側に設けることができる。この場合は、磁気記録媒体80の磁気記録層81は、まず、主磁極61に対向し、その後でスピントルク発振子10に対向する。   In the magnetic recording apparatus according to the embodiment of the present invention, the spin torque oscillator 10 can be provided on the leading side of the main magnetic pole 61. In this case, the magnetic recording layer 81 of the magnetic recording medium 80 first faces the main magnetic pole 61 and then faces the spin torque oscillator 10.

以下、上記の実施形態の磁気記録装置に用いることができる磁気記録媒体について説明する。
図14は、本発明の実施形態に係る磁気記録装置の磁気記録媒体の構成を例示する模式的斜視図である。
図14に表したように、本発明の実施形態に係る磁気記録装置に用いられる磁気記録媒体80は、非磁性体(あるいは空気)87により互いに分離された垂直配向した多粒子系の磁性ディスクリートトラック(記録トラック)86を有する。この磁気記録媒体80がスピンドルモータ4により回転され、媒体移動方向85に向けて移動する際に、上記の実施形態に係る磁気記録ヘッドのいずれかが設けられ、これにより、記録磁化84を形成することができる。
このように、本発明の実施形態に係る磁気記録装置においては、磁気記録媒体80は、隣接し合う記録トラック同士が非磁性部材を介して形成されたディスクリートトラック媒体とすることができる。
Hereinafter, a magnetic recording medium that can be used in the magnetic recording apparatus of the above embodiment will be described.
FIG. 14 is a schematic perspective view illustrating the configuration of the magnetic recording medium of the magnetic recording apparatus according to the embodiment of the invention.
As shown in FIG. 14, the magnetic recording medium 80 used in the magnetic recording apparatus according to the embodiment of the present invention is a vertically oriented multi-particle magnetic discrete track separated from each other by a non-magnetic material (or air) 87. (Recording track) 86. When the magnetic recording medium 80 is rotated by the spindle motor 4 and moves in the medium moving direction 85, one of the magnetic recording heads according to the above embodiment is provided, thereby forming the recording magnetization 84. be able to.
As described above, in the magnetic recording apparatus according to the embodiment of the present invention, the magnetic recording medium 80 can be a discrete track medium in which adjacent recording tracks are formed via nonmagnetic members.

スピントルク発振子10の記録トラック幅方向の幅(TS)を記録トラック86の幅(TW)以上で、かつ記録トラックピッチ(TP)以下とすることによって、スピントルク発振子10から発生する漏れ高周波磁界による隣接記録トラックの保磁力低下を大幅に抑制することができる。このため、本具体例の磁気記録媒体80では、記録したい記録トラック86のみを効果的に高周波磁界アシスト記録することができる。   Leakage high frequency generated from the spin torque oscillator 10 when the width (TS) of the spin torque oscillator 10 in the recording track width direction is equal to or larger than the width (TW) of the recording track 86 and equal to or smaller than the recording track pitch (TP). A decrease in coercivity of adjacent recording tracks due to a magnetic field can be significantly suppressed. For this reason, in the magnetic recording medium 80 of this example, only the recording track 86 to be recorded can be effectively subjected to high frequency magnetic field assisted recording.

本具体例によれば、いわゆる「べた膜状」の多粒子系垂直媒体を用いるよりも、狭トラックすなわち高トラック密度の高周波アシスト記録装置を実現することが容易になる。また、高周波磁界アシスト記録方式を利用し、さらに従来の磁気記録ヘッドでは書き込み不可能なFePtやSmCo等の高磁気異方性エネルギー(Ku)の媒体磁性材料を用いることによって、媒体磁性粒子をナノメートルのサイズまでさらに微細化することが可能となり、記録トラック方向(ビット方向)においても、従来よりも遥かに線記録密度の高い磁気記録装置を実現することができる。
本実施形態に係る磁気記録装置によれば、ディスクリート型の磁気記録媒体80において、高い保磁力を有する磁気記録層に対しても確実に記録することができ、高密度かつ高速の磁気記録が可能となる。
According to this example, it is easier to realize a high-frequency assist recording apparatus having a narrow track, that is, a high track density, than using a so-called “solid film-like” multi-particle perpendicular medium. Further, by using a high-frequency magnetic field assisted recording method and using a medium magnetic material with high magnetic anisotropy energy (Ku) such as FePt or SmCo which cannot be written by a conventional magnetic recording head, the medium magnetic particles are nano-sized. It is possible to further reduce the size to a meter size, and it is possible to realize a magnetic recording device having a much higher linear recording density than the conventional one in the recording track direction (bit direction).
According to the magnetic recording apparatus of this embodiment, in the discrete magnetic recording medium 80, recording can be reliably performed even on a magnetic recording layer having a high coercive force, and high-density and high-speed magnetic recording is possible. It becomes.

図15は、本発明の実施形態に係る磁気記録装置の別の磁気記録媒体の構成を例示する模式的斜視図である。
図15に表したように、本発明の実施形態に係る磁気記録装置に用いることができる別の磁気記録媒体80は、非磁性体87により互いに分離された磁性ディスクリートビット88を有する。この磁気記録媒体80がスピンドルモータ4により回転され、媒体移動方向85に向けて移動する際に、本発明の実施形態に係る磁気記録ヘッドにより、記録磁化84を形成することができる。
このように、本発明の実施形態に係る磁気記録装置においては、磁気記録媒体80は、非磁性部材を介して孤立した記録磁性ドットが規則的に配列形成されたディスクリートビット媒体とすることができる。
FIG. 15 is a schematic perspective view illustrating the configuration of another magnetic recording medium of the magnetic recording apparatus according to the embodiment of the invention.
As shown in FIG. 15, another magnetic recording medium 80 that can be used in the magnetic recording apparatus according to the embodiment of the present invention has magnetic discrete bits 88 separated from each other by a nonmagnetic material 87. When the magnetic recording medium 80 is rotated by the spindle motor 4 and moves in the medium moving direction 85, the recording magnetization 84 can be formed by the magnetic recording head according to the embodiment of the present invention.
As described above, in the magnetic recording apparatus according to the embodiment of the present invention, the magnetic recording medium 80 can be a discrete bit medium in which isolated recording magnetic dots are regularly arranged via a nonmagnetic member. .

本実施形態に係る磁気記録装置によれば、ディスクリート型の磁気記録媒体80において、高い保磁力を有する磁気記録層に対しても確実に記録することができ、高密度かつ高速の磁気記録が可能となる。   According to the magnetic recording apparatus of this embodiment, in the discrete magnetic recording medium 80, recording can be reliably performed even on a magnetic recording layer having a high coercive force, and high-density and high-speed magnetic recording is possible. It becomes.

この具体例においても、スピントルク発振子10の記録トラック幅方向の幅(TS)を記録トラック86の幅(TW)以上で、かつ記録トラックピッチ(TP)以下とすることによって、スピントルク発振子10から発生する漏れ高周波磁界による隣接記録トラックの保磁力低下を大幅に抑制することができるため、記録したい記録トラック86のみを効果的に高周波磁界アシスト記録することができる。本具体例を用いれば、使用環境下での熱揺らぎ耐性を維持できる限りは、磁性ディスクリートビット88の高磁気異方性エネルギー(Ku)化と微細化を進めることで、10Tbits/inch以上の高い記録密度の高周波磁界アシスト記録装置を実現できる可能性がある。 Also in this specific example, by setting the width (TS) of the spin torque oscillator 10 in the recording track width direction to be not less than the width (TW) of the recording track 86 and not more than the recording track pitch (TP), the spin torque oscillator 10 can greatly suppress the coercive force drop of the adjacent recording track due to the leakage high-frequency magnetic field generated from 10, so that only the recording track 86 desired to be recorded can be effectively subjected to the high-frequency magnetic field assisted recording. By using this specific example, as long as the thermal fluctuation resistance under the usage environment can be maintained, the magnetic discrete bit 88 is increased in magnetic anisotropy energy (Ku) and miniaturized to achieve 10 Tbits / inch 2 or more. There is a possibility that a high-frequency magnetic field assisted recording apparatus having a high recording density can be realized.

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、スピントルク発振子、磁気記録ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置を構成する各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, regarding the specific configuration of each element constituting the spin torque oscillator, the magnetic recording head, the magnetic head assembly, and the magnetic recording apparatus, those skilled in the art can similarly implement the present invention by appropriately selecting from a known range. As long as the same effect can be obtained, it is included in the scope of the present invention.
Moreover, what combined any two or more elements of each specific example in the technically possible range is also included in the scope of the present invention as long as the gist of the present invention is included.

その他、本発明の実施の形態として上述したスピントルク発振子、磁気記録ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのスピントルク発振子、磁気記録ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。   In addition, based on the spin torque oscillator, the magnetic recording head, the magnetic head assembly, and the magnetic recording apparatus described above as embodiments of the present invention, all spin torque oscillators that can be implemented by a person skilled in the art with appropriate design changes, A magnetic recording head, a magnetic head assembly, and a magnetic recording apparatus also belong to the scope of the present invention as long as they include the gist of the present invention.

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。   In addition, in the category of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive of various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the present invention. .

3 ヘッドスライダー
3A 空気流入側
3B 空気流出側
4 スピンドルモータ
5 磁気記録ヘッド、
10、10b、10c スピントルク発振子
10a 発振層
20 バイアス層
22 中間層
25 積層構造体
30 スピン注入層
41 第1電極
42 第2電極
51 磁気記録ヘッド
60 書き込みヘッド部
61 主磁極
61s 媒体対向面
62 シールド(リターンパス)
70 再生ヘッド部
71 磁気再生素子
72a、72b 磁気シールド層
80 磁気記録媒体
81 磁気記録層
82 媒体基板
83 磁化
84 記録磁化
85 媒体移動方向
86 記録トラック
87 非磁性体
88 磁気ディスクリートビット
150 磁気記録装置
154 サスペンション
155 アクチュエータアーム
156 ボイスコイルモータ
157 軸受部
158 ヘッドジンバルアセンブリ(磁気ヘッドアセンブリ)
160 ヘッドスタックアセンブリ
161 支持フレーム
162 コイル
180 記録用媒体ディスク
190 信号処理部
3 Head slider 3A Air inflow side 3B Air outflow side 4 Spindle motor 5 Magnetic recording head,
10, 10b, 10c Spin torque oscillator 10a Oscillation layer 20 Bias layer 22 Intermediate layer 25 Laminated structure 30 Spin injection layer 41 First electrode 42 Second electrode 51 Magnetic recording head 60 Write head portion 61 Main magnetic pole 61s Medium facing surface 62 Shield (return path)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 70 Read head part 71 Magnetic reproducing element 72a, 72b Magnetic shield layer 80 Magnetic recording medium 81 Magnetic recording layer 82 Medium substrate 83 Magnetization 84 Recording magnetization 85 Medium moving direction 86 Recording track 87 Nonmagnetic material 88 Magnetic discrete bit 150 Magnetic recording device 154 Suspension 155 Actuator arm 156 Voice coil motor 157 Bearing 158 Head gimbal assembly (magnetic head assembly)
160 Head Stack Assembly 161 Support Frame 162 Coil 180 Recording Medium Disc 190 Signal Processing Unit

Claims (15)

Fe−CoにAlを添加した材料からなり、Fe組成比率が20原子パーセント以上でbcc構造の合金を含む第1の磁性体層と、
垂直磁化膜を含む第2の磁性体層と、
前記第1の磁性体層と前記第2の磁性体層との間に設けられた中間層と、
を備えたことを特徴とするスピントルク発振子。
A first magnetic layer made of a material in which Al is added to Fe-Co, the Fe composition ratio being 20 atomic percent or more and including an alloy having a bcc structure;
A second magnetic layer including a perpendicular magnetization film;
An intermediate layer provided between the first magnetic layer and the second magnetic layer;
A spin torque oscillator comprising:
前記第1の磁性体層は、Al組成比率が10原子パーセント以上40原子パーセント以下のFe−Co−Al合金を含むことを特徴とする請求項1記載のスピントルク発振子。   2. The spin torque oscillator according to claim 1, wherein the first magnetic layer includes an Fe—Co—Al alloy having an Al composition ratio of 10 atomic percent to 40 atomic percent. 前記第1の磁性体層は、Al組成比率が12原子パーセント以上40原子パーセント以下のFe−Co−Al合金を含むことを特徴とする請求項2記載のスピントルク発振子。   3. The spin torque oscillator according to claim 2, wherein the first magnetic layer includes an Fe—Co—Al alloy having an Al composition ratio of 12 atomic percent to 40 atomic percent. 前記第2の磁性体層は、前記中間層との界面において、Fe−CoにAl、Si、Ge、Mn、Cr、Bの少なくともいずれか1つ以上を添加した材料からなる合金を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載のスピントルク発振子。   The second magnetic layer includes an alloy made of a material obtained by adding at least one of Al, Si, Ge, Mn, Cr, and B to Fe-Co at the interface with the intermediate layer. The spin torque oscillator according to any one of claims 1 to 3, wherein 前記第2の磁性体層は、垂直磁化膜をさらに含み、
前記中間層との界面に設けられる前記合金は、前記垂直磁化膜と前記中間層との間に配置されることを特徴とする請求項4記載のスピントルク発振子。
The second magnetic layer further includes a perpendicular magnetization film,
5. The spin torque oscillator according to claim 4, wherein the alloy provided at the interface with the intermediate layer is disposed between the perpendicular magnetization film and the intermediate layer.
請求項1〜5のいずれか1つに記載したスピントルク発振子と、
前記スピントルク発振子に併置された主磁極と、
を備えたことを特徴とする磁気記録ヘッド。
A spin torque oscillator according to any one of claims 1 to 5;
A main magnetic pole juxtaposed to the spin torque oscillator;
A magnetic recording head comprising:
前記第1の磁性体層の保磁力は前記主磁極から印加される磁界より小さく、前記第2の磁性体層の保磁力は前記主磁極から印加される磁界より小さいことを特徴とする請求項6記載の磁気記録ヘッド。   The coercive force of the first magnetic layer is smaller than the magnetic field applied from the main magnetic pole, and the coercive force of the second magnetic layer is smaller than the magnetic field applied from the main magnetic pole. 6. The magnetic recording head according to 6. 前記第1の磁性体層は、前記主磁極と前記第2の磁性体層との間に配置されていることを特徴とする請求項6または7に記載の磁気記録ヘッド。   8. The magnetic recording head according to claim 6, wherein the first magnetic layer is disposed between the main magnetic pole and the second magnetic layer. 前記第2の磁性体層は、前記主磁極と前記第1の磁性体層との間に配置されていることを特徴とする請求項6または7に記載の磁気記録ヘッド。   The magnetic recording head according to claim 6, wherein the second magnetic layer is disposed between the main magnetic pole and the first magnetic layer. 請求項6〜9のいずれか1つに記載の磁気記録ヘッドと、
前記磁気記録ヘッドが搭載されたヘッドスライダーと、
前記ヘッドスライダーを一端に搭載するサスペンションと、
前記サスペンションの他端に接続されたアクチュエータアームと、
を備えたことを特徴とする磁気ヘッドアセンブリ。
A magnetic recording head according to any one of claims 6 to 9,
A head slider on which the magnetic recording head is mounted;
A suspension for mounting the head slider at one end;
An actuator arm connected to the other end of the suspension;
A magnetic head assembly comprising:
磁気記録媒体と、
請求項10記載の磁気ヘッドアセンブリと、
前記磁気ヘッドアセンブリに搭載された前記磁気記録ヘッドを用いて前記磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部と、
を備えたことを特徴とする磁気記録装置。
A magnetic recording medium;
A magnetic head assembly according to claim 10;
A signal processing unit that writes and reads signals to and from the magnetic recording medium using the magnetic recording head mounted on the magnetic head assembly;
A magnetic recording apparatus comprising:
前記スピントルク発振子は、前記主磁極のトレーリング側に設けられたことを特徴とする請求項11記載の磁気記録装置。   The magnetic recording apparatus according to claim 11, wherein the spin torque oscillator is provided on a trailing side of the main magnetic pole. 前記スピントルク発振子は、前記主磁極のリーディング側に設けられたことを特徴とする請求項11記載の磁気記録装置。   The magnetic recording apparatus according to claim 11, wherein the spin torque oscillator is provided on a leading side of the main magnetic pole. 前記磁気記録媒体は、隣接し合う記録トラック同士が非磁性部材を介して形成されたディスクリートトラック媒体であることを特徴とする請求項11〜13のいずれか1つに記載の磁気記録装置。   14. The magnetic recording apparatus according to claim 11, wherein the magnetic recording medium is a discrete track medium in which adjacent recording tracks are formed via a nonmagnetic member. 前記磁気記録媒体は、非磁性部材を介して孤立した記録磁性ドットが規則的に配列形成されたディスクリートビット媒体であることを特徴とする請求項11〜13のいずれか1つに記載の磁気記録装置。   The magnetic recording medium according to claim 11, wherein the magnetic recording medium is a discrete bit medium in which isolated recording magnetic dots are regularly arranged through a nonmagnetic member. apparatus.
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