JP2008041163A - 垂直通電型磁気抵抗効果型ヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドのスピントルクノイズの発生を抑止する。
【解決手段】垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドにセンス電流を自由層から第一の固定層の方向に流す場合、第二の固定層と自由層の磁化の相対角度が、70〜80度の角度である構成を用いる。また、センス電流を第一の固定層から自由層の方向に流す場合、第二の固定層と自由層の磁化の相対角度が、100〜110度の角度である構成を用いる。
【選択図】図1
【解決手段】垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドにセンス電流を自由層から第一の固定層の方向に流す場合、第二の固定層と自由層の磁化の相対角度が、70〜80度の角度である構成を用いる。また、センス電流を第一の固定層から自由層の方向に流す場合、第二の固定層と自由層の磁化の相対角度が、100〜110度の角度である構成を用いる。
【選択図】図1
Description
本発明は磁気ヘッド及び磁気記録再生装置に関し、特に、高記録密度磁気記録再生装置に用いて好適な垂直通電型磁気抵抗効果型ヘッドに関するものである。
磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、ハードディスクを主とした高記録密度磁気記録技術のなかで再生センサとして用いられ、磁気記録技術の性能を大きく左右する部分である。近年、強磁性金属層を、非磁性金属層を介して積層した多層膜の磁気抵抗効果、いわゆる巨大磁気抵抗効果、が大きいことがよく知られている。この場合、非磁性中間層を挟んだ２層の強磁性層の磁化と磁化のなす角によって電気抵抗が変化する。この巨大磁気抵抗効果を磁気抵抗素子に用いる場合には、スピンバルブとよばれる構造が提唱されている。スピンバルブ構造は反強磁性層／強磁性層／非磁性中間層／強磁性層の構造を有し、反強磁性層／強磁性層の界面に発生する交換結合磁界により反強磁性層と接した強磁性層の磁化を実質的に固定し、他方の強磁性層の磁化が外部磁界によって自由に回転することで出力を得ることができる。上記磁化が反強磁性層により実質的に固定される強磁性層を固定層、上記磁化が外部磁場によって回転する強磁性層を自由層と呼ぶことにする。上記基本構成は、現在応用に供されているGMR、詳細にはCIP-GMRやトンネル磁気抵抗効果素子（TMR）、および垂直通電型GMR（CPP-GMR）について共通である。
また、再生センサでは、すべての外部磁界から感知すべき磁界を選択するために上記磁気抵抗効果素子を挟むように一対の磁気シールドが設けられている。CPP-GMRおよびTMRといった垂直電流方式の磁気抵抗効果型ヘッドにおいては、上記一対の磁気シールドを通じて、センサに電流を印加する構造が一般的である。
垂直通電型磁気抵抗効果型ヘッドにおいては、非特許文献1−3に示されているように自由層の磁化と固定層の磁化の相対角度ならびに電流の通電方向に依存してスピン伝導に起因した、スピントルクノイズと呼ばれる巨大なノイズが発生することが知られている。
M. Covington, M. AlHajDarwish, Y. Ding, N. J. Gokemeijer, and M. A. Seigler, Phys. Rev. B, vol. 69, pp. 184406-1-184406-8, 2004.
J. G. Zhu, and X. Zhu, IEEE Trans. Magn., vol. 40, pp. 182-188, 2004.
N. Smith, J. A. Katine, J. R. Childress, M. J. Carey, IEEE Trans. Magn., vol. 41, pp. 2935-2940, 2005.
本発明が解決しようとする課題は、スピントルクノイズが発生しない垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドを提供することである。
本発明では、自由層から固定層の方向にセンス電流を流す垂直通電型磁気抵抗効果型ヘッドにおいては、固定層と自由層の磁化の相対角度を、感知するべき磁場が印加されていない状態で、70〜80度とする。逆に、固定層から自由層の方向にセンス電流を流す垂直通電型磁気抵抗効果型ヘッドにおいては、固定層と自由層の磁化の相対角度を、感知するべき磁場が印加されていない状態で、100〜110度とする。発明者は、このセンス電流と固定層と自由層の磁化の相対角度の組み合わせ以外の組み合わせでは、スピントルクノイズの発生によるSN比の劣化が生じることを見いだした。
また、磁気ヘッドの選別・組立・アセンブリ技術として、本発明では、磁気記録装置を構成するにあたって、装置に搭載される垂直通電型磁気抵抗効果型ヘッドの信号波形の非対称性を測定し、信号波形の非対称性が+10%から-20%の範囲であればセンス電流を自由層から固定層の方向に流れるように設定し、信号波形の非対称性が+20 %から+10 %の範囲であればセンス電流を固定層から自由層の方向に流れるように設定する。あるいは、測定した信号波形の非対称性が+20%から-10%の範囲の場合には、センス電流を固定層から自由層の方向に流れるように設定し、測定した信号波形の非対称性が-10 %から-20 %の範囲の場合には、センス電流を自由層から固定層の方向に流れるように設定する。
本発明によると、スピントルクノイズの発生を抑えてヘッドのSNRを高くすることができ、ヘッドの生産歩留まりを向上させることができる。
本発明では、垂直通電型磁気抵抗効果ヘッド（CPP型磁気抵抗効果ヘッド）として、反強磁性層／第一の固定層／反平行結合層／第二の固定層／非磁性中間層／自由層の積層構造を有するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を用いる。また、センス電流を磁気抵抗効果膜に垂直に通電するために、一方は自由層側に配置し、他方は第一の固定層側に配置した一対の導電性の電極を設ける。
ここで反強磁性膜は、強磁性固定層の磁化を実質的に固定するための交換結合バイアスを印加するものであって、直接、強磁性固定層に密着して形成するか、あるいは間接的に磁気的結合を経て効果をもたらしてもよい。あるいは反強磁性膜の替わりに他のバイアス印加手段、例えば、硬磁性膜の残留磁化を用いたり、電流バイアスを用いたりしてもよい。第一の固定層と第二の固定層は反平行結合層を介して互いの磁化が反平行になるように結合し、その結合磁界は感知すべき磁場に対して十分大きい。具体的な反平行結合磁界の大きさは数百から数千エルステッド程度である。その結果、第二の固定層の磁化は感知すべき磁場に対して固定されている。自由層は、感知すべき磁場に対応して磁化の方向を変化させる。感知すべき磁場に対応して方向を変化させる自由層の磁化と、感知すべき磁場に対して固定している第二の固定層の磁化の相対角度により、出力が発生する。
本発明の巨大磁気抵抗効果積層膜を構成する薄膜は、DCマグネトロンスパッタリング装置により以下のように作製した。アルゴン1から6ミリトール（0.1から0.8パスカル）の雰囲気中にて、セラミックス基板に以下の材料を順次積層した。スパッタリングターゲットとして、タンタル、ニッケル−20at%鉄合金、銅、Co-Fe、MnPt、ルテニウム、アルミナ、MnIr、またはMnIrCrの各ターゲットを用いた。積層膜は、各ターゲットを配置したカソードに各々高周波電力を印加して装置内にプラズマを発生させておき、各カソードに配置されたシャッターを一つずつ開閉して順次各層を形成した。膜形成時には、永久磁石を用いて基板に平行におよそ80エルステッド（6.4kA/m）の磁界を印加して、一軸異方性をもたせた。形成した膜を、真空中、磁場中で270 ℃、3時間の熱処理を行ってMnPt、あるいはMnIr、あるいはMnIrCr反強磁性膜の交換結合磁界を着磁処理し、室温での磁気抵抗を測定して評価した。基体上の素子の形成はフォトレジスト工程によってパターニングした。その後、基体はスライダー加工し、磁気記録装置に搭載した。
図1は、本発明の垂直通電方式の磁気抵抗効果ヘッドにおける磁気抵抗効果膜の第一の構成例の模式図である。磁気抵抗効果膜は以下の構成を有する。反強磁性膜4、第一の固定層3、反平行結合層12、第二の固定層2、非磁性中間層11、自由層1を連続して形成している。
自由層1はCoFe合金やNiFe合金の積層膜から形成しているが、CoFeB合金やCoMnGeホイスラー合金、CoMnSiホイスラー合金、CoCrAlホイスラー合金、CoFeAl合金の単層膜、あるいはこれらを組み合わせた積層膜を用いてもよい。
非磁性中間層11には巨大磁気抵抗効果を発生させるためにCuを用いているが、AuやAg、あるいはこれらの合金を用いてもよい。またはトンネル磁気抵抗効果を発生させるためにアルミナ、チタン酸化物、MgOを用いてもよい。
第二の固定層2、第一の固定層3にはCoFe合金を用いているが、NiFe合金、CoFeB合金、CoMnGeホイスラー合金、CoMnSiホイスラー合金、CoCrAlホイスラー合金、CoFeAl合金の単層膜、あるいはこれらを組み合わせた積層膜を用いてもよい。第二の固定層2と第一の固定層3に同一材料を使用しても良いし、異なる材料を用いても良い。
反平行結合層12には第二の固定層磁化22と第一の固定層磁化23を反強磁性的に結合させるために、厚さを適切に選んだRu、Ir、Cr、Rh、Re、Os、Ptなどの材料を用いれば良い。反強磁性的な結合の大きさは1キロエルステッド、すなわち80 kA/m以上の強い反強磁性的な結合が望ましい。
反平行結合層12には、第一の固定層の磁化23と第二の固定層の磁化22を互いに反平行に配列させる交換結合を印加して、第二の固定層の磁化22を感知すべき磁場に対して固定する効果がある。ここで第一の固定層3を単層の磁性体から形成したり、2層や4層以上の積層体から形成したりしても本発明の主旨に反するものではない。また自由層1は、単層の磁性体から形成したり、図中には記載していないが2層以上の積層体から形成したりしても磁気的に一体構造とみなせるので、本発明の主旨に反するものではない。
図1に示した磁気抵抗効果膜では、センス電流を自由層1から第一の固定層3の方向に流す。感知すべき信号磁界が印加されていない状態で、自由層の磁化21と第二の固定層の磁化22の相対角度は70度〜80度である。これは、信号波形非対称性+5%〜+10%の範囲に相当する。
ここで信号波形の非対称性とは、感知すべき信号磁界のうち、垂直電流型磁気抵抗効果型磁気ヘッドにN極が印加される方向の信号磁界による再生出力をV1、磁気ヘッドにS極が印加される方向の信号磁界による再生出力をV2とするとき、
((V1−V2)/(V1+V2))×100
で表される指標である。この信号波形の非対称性は、磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて自由層磁化21と第二の固定層磁化22のなす相対角度θを示す指標とすることが出来る。すなわち、信号波形の非対称性がゼロのとき、θ〜90度、信号波形の非対称性が+100%のとき、θ〜0度、信号波形の非対称性が-100%のとき、θ〜180度となるのである。
((V1−V2)/(V1+V2))×100
で表される指標である。この信号波形の非対称性は、磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて自由層磁化21と第二の固定層磁化22のなす相対角度θを示す指標とすることが出来る。すなわち、信号波形の非対称性がゼロのとき、θ〜90度、信号波形の非対称性が+100%のとき、θ〜0度、信号波形の非対称性が-100%のとき、θ〜180度となるのである。
図2に、センス電流を自由層1から第二の固定層2へ通電した場合のノイズと信号波形の非対称性の関係の一例を示す。図に示すように信号波形非対称性が-10%以上（自由層磁化21と第二の固定層磁化22の相対角度が110度以上）の場合、巨大なノイズが発生することがわかる。スピンバルブを応用した磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいては自由層の磁化21と第二の固定層の磁化22の相対角度ならびに電流の通電方向に依存してスピントルクノイズと呼ばれる巨大なノイズが発生することが知られている。
波形非対称性が負に大きな場合は、自由層磁化21と第二の固定層磁化22が反平行状態に近い。センス電流を自由層1から第二の固定層2へ通電した場合、電子は第二の固定層2から自由層1へ流れる。電子は第二の固定層2で偏極されるため、自由層1を流れる電子のスピンの方向は第二の固定層磁化2と同一方向、すなわち自由層磁化１と反平行である。このため自由層磁化1は不安定になり、波形非対称性が負で、電流が自由層1から第二の固定層2へ流れる構成の場合に巨大なノイズが発生するのである。
図3に、従来構成の磁気ヘッドの信号波形非対称性の分布と、図1に示した自由層の磁化と第二の固定層の磁化の相対角度が70〜80度の範囲となる本発明の構造（信号波形の非対称性が+5 %〜+10%）を用いたときの信号波形の統計的な分布を模式的に示す。
従来構造の磁気ヘッドでは、信号波形が対称（非対称性0%）になるように、すなわち自由層磁化21と第二の固定層磁化22の相対角度が90度、になるように設計されている。このため、生産される磁気ヘッドの信号波形非対称性は、図3内の破線で示したように非対称性0%を中心に分布を生じている。
その結果、波形非対称性が10%以上となる磁気ヘッドは全体の15%を占める。これら15%の磁気ヘッドでは大きなスピントルクノイズが発生するため、十分な信号／ノイズ比が得ることができなくなる。その結果、磁気ヘッドの生産歩留まりが悪化するという問題が生じてしまうのである。
一方、図1に示した本発明の構成を用いると、図3内の実線で示すように、信号波形の統計的な分布の中心値は+5〜+10%となるようにシフトする。本発明のように中心が+5%である場合、信号波形の非対称性が-10%以下となるヘッドは全体の6%となる。すなわち、全体の6%のヘッドにおいてスピントルクノイズが発生する。上記に示したように、従来構造でのスピントルクノイズ発生率は15%である。したがって、本発明の構造におけるノイズ発生率は従来構造により9%低い。また分布の中心を+10%としたときのノイズ発生率は2%である。
このように図1の構成の磁気抵抗効果膜を用いることにより、スピントルクノイズの発生頻度を低減して統計的にヘッドSNRを向上させ、結果としてヘッドの生産歩留まりを向上させることができるのである。
ただし、自由層の磁化と第二の固定層の磁化の相対角度を70〜80度をより小さくした場合、逆に非対称性の増大により歩留まりが低下する。以上のことから、電流方向を自由層1から第一の固定層3方向に設定した場合の適切な自由層の磁化と第二の固定層の磁化の相対角度は70〜80度である。
図4に、実際に自由層の磁化と第二の固定層の磁化の相対角度を変化させたときのヘッドのSN比を示す。ヘッドSN比は磁化の相対角度が70〜80度で最も高い値を示していることがわかる。
以下に、本発明の垂直型磁気抵抗効果ヘッドの信号波形非対称性を適切な範囲（または中心値を適切な値）に設定する具体的な構造例について述べる。
自由層磁化21と第二の固定層磁化22の相対角度を70〜80度（信号波形非対称性+5〜+10%）となるような構造を実現するためには、第一の固定層3の飽和磁化と膜厚の積を磁化量M1とし、第二の固定層2の飽和磁化と膜厚の積を磁化量M2とするときM1>M2の関係を満たせばよい。
一例として、図5に第二の固定層2の膜厚を変化させたときの信号波形非対称性を示す。ここでは磁化第一の固定層3の膜厚が3nmで一定、および第二の固定層2と磁化第一の固定層3の飽和磁化が等しい場合を示した。例えば第二の固定層2の膜厚を1.5〜2.5nmとすることによって、波形非対称性を+5〜+10%（軟磁性自由層1の磁化と第二の固定層2の相対角度を70〜80度）とすることができる。これはすなわち、磁化第一の固定層3と第二の固定層２の磁化量の差分、M1-M2を1〜3nm・T（ナノメートル・テスラ）とすることによって、第一の固定層3の端部から発生する磁界が第二の固定層2の端部から発生する磁界を上回り、自由層磁化2１を適正な程度に90度からずらす効果を発生ずることによる。
自由層磁化21と第二の固定層磁化22の70〜80度の相対角度（すなわち信号波形非対称性+5〜+10%）は、第二の固定層および第一の固定層の磁化を素子高さ方向から10〜20度傾けることによっても実現できる。このときの磁化配列を図6に示す。第一の固定層および第二の固定層の磁化方向は磁界中熱処理によって制御可能である。従来構造では第二の固定層2／第一の固定層3の磁化が素子高さ方向に対して平行（または反平行）になるように、素子高さ方向に磁界を印加しながら熱処理する。本発明の構造を実現するためには、熱処理時に印加する磁界の方向を素子高さ方向から所望の角度だけずらすことにより、第二の固定層磁化方向22をずらすことが可能である。結果、自由層1と第二の固定層2の磁化の相対角度を制御できる。つまり、センス電流を自由層1から第二の固定層2へ通電する場合、自由層1の磁化とのなす角70〜80度となる方向に、第二の固定層および第一の固定層の磁化を素子高さ方向から10〜20度傾けて磁界を印加しながら熱処理を行えばよい。
図7は、本発明の垂直通電方式の磁気抵抗効果ヘッドにおける磁気抵抗効果膜の第二の構成例の模式図である。
磁気抵抗効果膜の構成のうち、反強磁性膜104、第一の固定層103、反平行結合層112、第二の固定層102、非磁性中間層111、自由層101、は、実施例１の構成と同様である。
しかしながら図7に示した第二の構成例では、センス電流を第一の固定層103から自由層101の方向に流す。また、感知すべき信号磁界が印加されていない状態で、自由層の磁化121と第二の固定層の磁化122の相対角度は100度〜110度である。これは、信号波形非対称性-5%〜-10%の範囲に相当する。
構成の異なった実施例２において、実施例１と同様にスピントルクノイズを抑制できる理由は以下のようである。センス電流を第二の固定層2から自由層1へ通電した場合には、信号波形非対称性が+10%以上（自由層磁化21と第二の固定層磁化22の相対角度が70度以下）のとき、巨大なスピントルクノイズが発生する。波形非対称性が正に大きな場合は、自由層磁化21と第二の固定層磁化22が平行状態であることを意味している。センス電流を第二の固定層2から自由層1へ通電した場合、電子は自由層1から第二の固定層2へ流れる。ここで第二の固定層2と反平行のスピンを持つ電子は第二の固定層2で反射され自由層1に流れる。この自由層1に流れる反射電子のスピンの方向は自由層磁化１と反平行である。このため自由層磁化1は不安定になり、波形非対称性が正で、電流が第二の固定層2から自由層1へ流れる構成の場合に巨大なスピントルクノイズが発生するのである。
図7に示した本発明の構成における、信号波形の非対称性が-5%〜-10%の範囲となる構造（自由層の磁化と第二の固定層の磁化の相対角度が100〜110度）を用いたときの信号波形の統計的な分布を図8に示す。この構造では、図8に示すように、信号波形の統計的な分布の中心値は-5〜-10%となるようにシフトする。中心が-5%である場合、信号波形の非対称性が+10%以上となるヘッドは全体の6%となる。すなわち、全体の6%のヘッドにおいてスピントルクノイズが発生する。上記課題で示したように、従来構造でのスピントルクノイズ発生率は15%である。したがって、本発明の構造におけるノイズ発生率は従来構造により9%低い。また分布の中心を+10%としたときのノイズ発生率は2%である。
このように図7の構成のヘッドを用いることによっても、スピントルクノイズの発生頻度を低減して統計的にSNRを向上させ、結果としてヘッドの生産歩留まりを向上させることができるのである。
以下に、本発明の垂直型磁気抵抗効果ヘッドの非対称性を適切な範囲（または中心値を適切な値）に設定する具体的な構造例について述べる。自由層磁化121と第二の固定層磁化122の相対角度を100〜110度（信号波形非対称性-5〜-10%）となるような構造を実現するためには、第一の固定層3の飽和磁化と膜厚の積を磁化量M1とし、第二の固定層2の飽和磁化と膜厚の積を磁化量M2とするときM1<M2の関係を満たせばよい。図5に示したように、例えば第二の固定層2の膜厚が3.5〜4.0nmとすることによって、波形非対称性を-5〜-10%（軟磁性自由層1の磁化と第二の固定層2の相対角度を100〜110度）とすることができる。
自由層磁化121と第二の固定層磁化122の100〜110度の相対角度（すなわち信号波形非対称性-5〜-10%）は第二の固定層および第一の固定層の磁化を素子高さ方向から10〜20度傾けることによっても実現できる。このときの磁化配列を図9に示す。第一の固定層および第二の固定層の磁化方向は磁界中熱処理によって制御可能である。従来構造では第二の固定層2／第一の固定層3の磁化が素子高さ方向に対して平行（または反平行）になるように、素子高さ方向に磁界を印加しながら熱処理する。本発明の構造を実現するためには、熱処理時に印加する磁界の方向を素子高さ方向から所望の角度だけずらすことにより、第二の固定層磁化122の方向をずらすことが可能である。結果、自由層1と第二の固定層2の磁化の相対角度を制御できる。つまり、センス電流を自由層1から第二の固定層2へ通電する場合、自由層1の磁化とのなす角100〜110度となる方向に、第二の固定層および第一の固定層の磁化を素子高さ方向から10〜20度傾けて磁界を印加しながら熱処理を行えばよい。
ヘッドの生産歩留まりを向上させる磁気記録装置の構成の実施例を次に示す。
図10に、本発明の構成を実施するためのフローチャートを示す。本発明の磁気記録装置の構成では、垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドの個々のヘッドにおける信号波形の非対称性を測定し、信号波形非対称性の大きさにより2つのグループに分類する。本構成では非対称性が-10〜+20%となるグループAと、非対称性が-20〜-10%となるグループBに分類する。
図10に、本発明の構成を実施するためのフローチャートを示す。本発明の磁気記録装置の構成では、垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドの個々のヘッドにおける信号波形の非対称性を測定し、信号波形非対称性の大きさにより2つのグループに分類する。本構成では非対称性が-10〜+20%となるグループAと、非対称性が-20〜-10%となるグループBに分類する。
本発明の構成によりヘッドの歩留まりが向上する理由は以下の通りである。図11に波形非対称性の分布の模式図を示す。図中にはヘッドの信号波形非対称性の大きさにより分けたグループAと、グループBを示している。図11には波形非対称性の統計的分布の中心が0%となる場合を示しているが、波形非対称性の統計的分布の中心は0%でなくてもよい。
センス電流を自由層から第一の固定層に通電する場合、グループAではスピントルクノイズが発生せず、グループBはスピントルクノイズが発生する。そこで、グループAにはセンス電流を自由層から第一の固定層に通電し、グループBにはセンス電流を第一の固定層から自由層に通電するように磁気記録装置を構成する。このとき、電流を切り替えるIC、あるいは配線を用いてセンス電流方向を所望の方向に制御すればよい。その結果、図12に示すように、グループA、グループBの双方で、スピントルクノイズが発生せず、ヘッドの生産歩留まりを向上させることができる。
本発明の磁気記録装置を構成した場合、100本の垂直通電型磁気抵抗効果磁気ヘッドのうち、96本が合格であった。逆に、従来方法で構成した場合、100本のうち83本が合格品であった。このように、本発明による磁気記録装置の構成は、ヘッドの歩留まりを向上させることができる。
図13は、ヘッドの生産歩留まりを向上させる磁気記録装置の第二の構成を実施するためのフローチャートである。本構成の磁気記録装置の構成では、実施例3と同様に垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドの個々のヘッドにおける信号波形の非対称性を測定し、信号波形非対称性の大きさにより2つのグループに分類する。本構成では非対称性が+10%から-20%の範囲のヘッドのグループCと、非対称性が+20%から+10%のヘッドのグループDに分類する。
センス電流を第一の固定層から自由層に通電する場合、グループCではスピントルクノイズが発生せず、グループDはスピントルクノイズが発生する。そこで、グループCにはセンス電流を第一の固定層から自由層に通電し、グループDにはセンス電流を自由層から第一の固定層に通電するように磁気記録装置を構成する。その結果、グループC、グループDの双方で、スピントルクノイズが発生せず、ヘッドの生産歩留まりを向上させることができる。
図14は、本発明の磁気抵抗効果膜を搭載した垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドの概念図であり、磁気媒体に対向する対向面から眺めた図である。スライダーを兼ねる基体50上に第二の導電性電極51を形成し、その上に下部磁気シールド41を形成し、その上に下地層71、磁気抵抗効果膜30、保護膜75が順次形成されており、さらに上部シールド下地層72、上部シールド42を形成して再生ギャップ35を形成している。上部シールド42の上に第一の導電性電極52を形成している。磁気抵抗効果膜30の動作を安定化させるために磁気抵抗効果膜30の両脇に硬磁性体を用いた一対のハードバイアス層45を形成している。
下地層71は結晶性、抵抗変化率および軟磁気特性の向上に寄与するが、省略しても本発明の主旨に反するものではない。保護膜75は耐食性等の向上に寄与するが、省略しても本発明の主旨に反するものではない。上部シールド下地層72は上部シールド42の軟磁気特性の向上に寄与するが、省略しても本発明の主旨に反するものではない。本図では第二の導電性電極と下部磁気シールドを備えた構造になっているが、第二の導電性電極51と下部磁気シールド41を兼用とした構造としても本発明の主旨を損なうものではない。同様に第一の導電性電極52は上部磁気シールド42で兼用することが可能である。
図15は、本発明の磁気抵抗効果膜を搭載した磁気ヘッドを垂直磁気記録装置に用いた場合の概念図である。スライダーを兼ねる基体50上に下部磁気シールド41、磁気抵抗効果積層膜30、上部磁気シールド42、副磁極64、コイル63、主磁極61、主磁極を囲む磁気シールドであるラップアラウンドシールド62を形成してなり、対向面81を形成してなる。本図では上部磁気シールドと副磁極を備えた構造になっているが、上部磁気シールドと副磁極とを兼用した構造としても本発明の主旨を損なうものではない。また、ラップアラウンドシールド62を有さない構造としても本発明の主旨を損なうものではない。
図16は、垂直磁気記録を用いた磁気記録再生装置の構成例である。磁気的に情報を記録する記録媒体95を保持するディスク91をスピンドルモーター93にて回転させ、アクチュエーター92によってヘッドスライダー90をディスク91のトラック上に誘導する。即ち磁気ディスク装置においては、ヘッドスライダー90上に形成した再生ヘッド、及び記録ヘッドがこの機構に依ってディスク91上の所定の記録位置に近接して相対運動し、信号を順次書き込み、及び読み取る。アクチュエーター92はロータリーアクチュエーターであることが望ましい。記録信号は信号処理系94を通じて記録ヘッドにて媒体上に記録し、再生ヘッドの出力を、信号処理系94を経て信号として得る。さらに再生ヘッドを所望の記録トラック上へ移動せしめるに際して、本再生ヘッドからの高感度な出力を用いてトラック上の位置を検出し、アクチュエーターを制御して、ヘッドスライダーの位置決めを行うことができる。本図ではヘッドスライダー90、ディスク91を各１個示したが、これらは複数であっても構わない。またディスク91は両面に記録媒体95を有して情報を記録してもよい。情報の記録がディスク両面の場合ヘッドスライダー90はディスクの両面に配置する。
上述したような構成について、本発明の磁気ヘッドおよびこれを搭載した磁気記録再生装置を試験した結果、スピントルクノイズを抑制することができ、ヘッドの歩留まりが改善した。
本発明の構造は、CPP-GMRと呼ばれる垂直電流型巨大磁気抵抗効果を用いた磁気センサ、磁気ヘッド、およびトンネル磁気抵抗効果の磁気センサ、磁気ヘッドに利用できる。
1 自由層
2 第二の固定層
3 第一の固定層
4 反強磁性層
11 非磁性中間層
12 反平行結合層
21 自由層磁化
22 第二の固定層磁化
23 第一の固定層磁化
30 磁気抵抗効果膜
35 再生ギャップ
41 下部磁気シールド
42 上部磁気シールド
45 ハードバイアス層
50 基体
51 第二の導電性電極
52 第一の導電性電極
61 主磁極
62 ラップアラウンドシールド
63 コイル
64 副磁極
71 下地層
72 上部磁気シールド下地層
75 保護膜
81 対向面
90 ヘッドスライダー
91 ディスク
92 アクチュエーター
93 スピンドルモーター
94 信号処理回路
95 磁気記録媒体
101 自由層
102 第二の固定層
103 第一の固定層
104 反強磁性層
111 非磁性中間層
112 反平行結合層
121 自由層磁化
122 第二の固定層磁化
123 第一の固定層磁化
2 第二の固定層
3 第一の固定層
4 反強磁性層
11 非磁性中間層
12 反平行結合層
21 自由層磁化
22 第二の固定層磁化
23 第一の固定層磁化
30 磁気抵抗効果膜
35 再生ギャップ
41 下部磁気シールド
42 上部磁気シールド
45 ハードバイアス層
50 基体
51 第二の導電性電極
52 第一の導電性電極
61 主磁極
62 ラップアラウンドシールド
63 コイル
64 副磁極
71 下地層
72 上部磁気シールド下地層
75 保護膜
81 対向面
90 ヘッドスライダー
91 ディスク
92 アクチュエーター
93 スピンドルモーター
94 信号処理回路
95 磁気記録媒体
101 自由層
102 第二の固定層
103 第一の固定層
104 反強磁性層
111 非磁性中間層
112 反平行結合層
121 自由層磁化
122 第二の固定層磁化
123 第一の固定層磁化
Claims (8)
- 第一の固定層、反平行結合層、第二の固定層、非磁性中間層、自由層が順に積層された構造を有し、
前記自由層から前記第一の固定層の方向にセンス電流が流れ、
前記第二の固定層と前記自由層の磁化の相対角度が、感知するべき磁場が印加されていない状態で、70〜80度であることを特徴とする垂直通電型磁気抵抗効果型ヘッド。 - 請求項１記載の垂直通電型磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、前記第一の固定層の厚さと飽和磁化の積をM1、前記第二の固定層の厚さと飽和磁化の積をM2とするとき、M2<M1であることを特徴とする垂直通電型磁気抵抗効果型ヘッド。
- 請求項１記載の垂直通電型磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、前記第二の固定層の磁化が素子高さ方向から10〜20度傾いていることを特徴とする垂直通電型磁気抵抗効果型ヘッド。
- 第一の固定層、反平行結合層、第二の固定層、非磁性中間層、自由層が順に積層された構造を有し、
前記第一の固定層から前記自由層の方向にセンス電流が流れ、
前記第二の固定層と前記自由層の磁化の相対角度が、感知するべき磁場が印加されていない状態で、100〜110度であることを特徴とする垂直通電型磁気抵抗効果型ヘッド。 - 請求項４記載の垂直通電型磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、前記第一の固定層の厚さと飽和磁化の積をM1、前記第二の固定層の厚さと飽和磁化の積をM2とするとき、M2>M1であることを特徴とする垂直通電型磁気抵抗効果型ヘッド。
- 請求項４記載の垂直通電型磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、前記第二の固定層の磁化が素子高さ方向から10〜20度傾いていることを特徴とする垂直通電型磁気抵抗効果型ヘッド。
- 第一の固定層、反平行結合層、第二の固定層、非磁性中間層、自由層が順に積層された垂直通電型磁気抵抗効果素子を有し、前記自由層側に配置された第一の電極と前記第一の固定層側に配置された第二の電極の間にセンス電流を流す磁気抵抗効果型磁気ヘッドについて、
前記信号波形の非対称性が+10%から-20%の範囲では、前記センス電流を前記自由層から前記第一の固定層の方向に流し、
前記信号波形の非対称性が+20%から+10%の範囲では、前記センス電流を前記第一の固定層から前記自由層の方向に流すことを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。 - 第一の固定層、反平行結合層、第二の固定層、非磁性中間層、自由層が順に積層された垂直通電型磁気抵抗効果素子を有し、前記自由層側に配置された第一の電極と前記第一の固定層側に配置された第二の電極の間にセンス電流を流す磁気抵抗効果型磁気ヘッドについて、
前記信号波形の非対称性が+20%から-10%の範囲では、前記センス電流を前記第一の固定層から前記自由層の方向に流し、
前記信号波形の非対称性が-10%から-20%の範囲では、前記センス電流を前記自由層から前記第一の固定層の方向に流すことを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
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2007
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