(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピンバルブ磁気抵抗効果型素子と、所定の強度分布を有する磁界との相対的な位置関係を前記スピンバルブ磁気抵抗効果型素子のコア幅方向に調整しつつ、前記スピンバルブ磁気抵抗効果型素子の抵抗値を測定することにより得られた前記位置関係と前記抵抗値との間の対応関係に基づき、前記スピンバルブ磁気抵抗効果型素子のピン層の磁化状態を評価することを特徴とするスピンバルブ磁気抵抗効果型素子評価方法。
【請求項２】
磁気ヘッドに組み込まれたスピンバルブ磁気抵抗効果型素子のピン層の磁化状態を評価するための装置であって、
所定の磁気情報が記録された評価用トラックを有する磁気ディスクと、
前記磁気ヘッドを前記磁気ディスク上に保持するためのアクチュエータであって、前記磁気ヘッドの、前記磁気ディスクの回転中心からの距離を変更するためのアクチュエータと、
前記アクチュエータの制御により前記評価用トラックに対する前記磁気ヘッドの位置を前記磁気ディスクの径方向に変化させつつ、前記スピンバルブ磁気抵抗効果型素子の抵抗値を測定することにより、前記スピンバブル磁気抵抗効果型素子の抵抗値のコア幅方向の位置依存性を表す位置依存性データを出力する位置依存性データ測定出力部と、
を備えることを特徴とするスピンバルブ磁気抵抗効果型素子評価装置。
【請求項３】
前記磁気ディスクの前記評価用トラックが、前記スピンバルブ磁気抵抗効果型素子のコア幅よりもその幅が狭いトラックであることを特徴とする請求項２に記載のスピンバルブ磁気抵抗効果型素子評価装置。
【請求項４】
前記スピンバルブ磁気抵抗効果型素子の抵抗値を測定して、その時間変化を表す時間変化データを出力する時間変化データ測定出力部を、さらに備えることを特徴とする請求項２または３に記載のスピンバルブ磁気抵抗効果型素子評価装置。
【請求項５】
前記評価用トラックが、ダイビット再生波形が得られる磁気情報が記録されたトラックであることを特徴とする請求項４に記載のスピンバルブ磁気抵抗効果型素子評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピンバルブ磁気抵抗効果型素子のピン層の磁化状態を評価するためのスピンバルブ磁気抵抗効果型素子評価方法およびスピンバルブ磁気抵抗効果型素子評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気センサ用の素子として、スピンバルブ磁気抵抗効果型素子、あるいは、スピンバルブ素子と呼ばれている素子が知られている。
【０００３】
スピンバルブ磁気抵抗効果型素子は、図１０に示したように、強磁性材料（Ｎｉ−Ｆｅなど）からなるフリー層３１と、非磁性金属材料（通常、Ｃｕ）からなる中間層３２と、強磁性材料（Ｎｉ−Ｆｅなど）からなるピン層３３と、反強磁性材料（Ｍｎ−Ｆｅ）からなる反強磁性層３４とを有する素子である。
【０００４】
スピンバルブ磁気抵抗効果型素子（以下、ＳＶ素子と表記する）は、フリー層３１とピン層３３の磁化の向きの違いに応じて素子抵抗が大きく変化することを利用して外部磁界を検出する素子であり、例えば、磁気ディスク装置や、磁気テープ装置、磁気カードリーダ等において、磁気データ読込用の素子として使用されている。
【０００５】
このＳＶ素子において、反強磁性層３４は、ピン層３３の磁化の向きが、外部磁界に依らないようにする（初期化時の向きに固定する）ための層である。中間層３２は、フリー層３１とピン層３３間の交換相互作用を弱くするための層であり、伝導電子の相関長よりも薄く形成される。フリー層３１は、磁化の向きが外部磁界に応じたものとなる層であり、通常、ピン層３３の磁化の向きと直交する容易軸を有するように、磁界中熱処理が施される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、ＳＶ素子は、外部磁界によって生じたフリー層３１とピン層３３の磁化の向きの違いを、抵抗変化として検出するものである。このため、その磁界検出能は、ピン層３３の磁化状態の影響を強く受ける。そして、ピン層３３の磁化状態は、反強磁性層３４によって固定されているので、反強磁性層３４内にその温度がネール温度を越える部分が生じた場合、磁界検出能が劣化するといったことや、磁気検出素子として機能しなくなるといったことが起こり得る。
【０００７】
すなわち、製造直後のピン層３３の磁化状態、ＳＶ素子のρ−Ｈ特性が、それぞれ、図１１（ａ）、（ｂ）に示したようなものであったとしても、使用中に、ピン層３３の磁化状態が、図１２（ａ）に示したものに変化した結果、ρ−Ｈ特性が、図１２（ｂ）に示したものに変化してしまうことがある。さらには、図１３（ａ）に示したように、ピン層３３の磁化の向きが完全に反転してしまい、その結果として、ＳＶ素子のρ−Ｈ特性が、図１３（ｂ）に示したものに変化してしまうこともある。
【０００８】
このようなピン層３３の磁化状態変化に起因する特性劣化に対処するための技術として、米国特許５，６５０，８８７  には、ＳＶ素子のρ−Ｈ特性が劣化した際に、その磁化状態を元に戻すことができる環境（磁場と温度）を、所定パターンの電流を流すことによってピン層に与える磁気ディスク装置並びに磁場センサが開示されている。
【０００９】
なお、この特許に開示されている磁気ディスク装置では、磁気ヘッドが備えるＳＶ素子のρ−Ｈ特性の劣化を、エラーレートの増大によって検出している。また、磁場センサでは、ρ−Ｈ特性の劣化を、センサ出力の低下によって検出している。
【００１０】
上記技術を用いれば、ピン層の磁化状態の変化により特性が劣化したＳＶ素子の特性を元に戻すことはできるが、元々、特性の悪いＳＶ素子の特性を標準的なものに戻すことはできない。すなわち、ＳＶ素子の製造時に、何らかの原因により、ピン層３３に磁化の反転は起こっていないが、ρ−Ｈ特性の傾きが標準的な傾きよりも緩やかなＳＶ素子が製造されてしまうことがある。
【００１１】
そのようなＳＶ素子に対して上記した技術を適用しても、電流通電処理によって当該ＳＶ素子の特性を標準的なものに戻すことはできないので、わずかな磁化反転が生じただけで電流通電処理が行われる（頻繁に電流通電処理が行われる）磁気ディスク装置や磁場センサが得られるだけである。また、そのようなＳＶ素子が用いられた磁気ヘッドを、通常の磁気ディスク装置に組み込んだ場合、データの読み取りが行えなくなる可能性が高い磁気ディスク装置が得られてしまうことになる。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スピンバルブ磁気抵抗効果素子のピン層に磁化が反転している領域が存在しているか否かを評価できるスピンバルブ磁気抵抗効果型素子評価方法およびスピンバルブ磁気抵抗効果型素子評価装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明にかかるスピンバルブ磁気抵抗効果型素子評価方法では、スピンバルブ磁気抵抗効果型素子と、所定の強度分布を有する磁界との相対的な位置関係をスピンバルブ磁気抵抗効果型素子のコア幅方向に調整しつつ、スピンバルブ磁気抵抗効果型素子の抵抗値を測定することにより得られた位置関係と抵抗値との間の対応関係に基づき、スピンバルブ磁気抵抗効果型素子のピン層の磁化状態の評価を行う。
【００１４】
すなわち、上記のような測定によって得られるＳＶ素子・磁界間位置関係とＳＶ素子の抵抗値との対応関係から、直接的に、ピン層の磁化状態（磁化が反転している部分の位置、幅等）を求めることは困難であるが、ピン層の磁化状態を仮定して、測定されるであろう対応関係を計算することは容易に行うことができる。
【００１５】
従って、本発明のように、ＳＶ素子・磁界間位置関係とＳＶ素子の抵抗値との対応関係を測定すれば、計算によって得られた対応関係と測定によって得られた対応関係との類似性からピン層の磁化状態、磁化反転領域の幅や位置を推定できることになる。
【００１６】
また、本発明にかかるスピンバルブ磁気抵抗効果型素子評価装置は、磁気ヘッドに組み込まれたスピンバルブ磁気抵抗効果型素子のピン層の磁化状態を評価するための装置であって、所定の磁気情報が記録された評価用トラックを有する磁気ディスクと、磁気ヘッドを磁気ディスク上に保持するためのアクチュエータであって、磁気ヘッドの、磁気ディスクの回転中心からの距離を変更するためのアクチュエータと、アクチュエータの制御により評価用トラックに対する磁気ヘッドの位置を磁気ディスクの径方向に変化させつつ、スピンバルブ磁気抵抗効果型素子の抵抗値を測定することにより、スピンバルブ磁気抵抗効果型素子の抵抗値のコア幅方向の位置依存性を表す位置依存性データを出力する位置依存性データ測定出力部とを備える。
【００１７】
このスピンバルブ磁気抵抗効果型素子評価装置によれば、本発明によるＳＶ素子評価方法を、磁気ヘッドに組み込まれたＳＶ素子に適用することができることになる。すなわち、磁気ヘッド内のＳＶ素子のピン層の磁化状態の評価が行えることになるので、本装置を用いれば、磁気ディスク装置に磁気ヘッドを組み込む前に、磁気ヘッドが正常なものであるか否か、磁場中熱処理等によって正常な特性を有するものとすることができるか否か等を判断できることになる。また、ＳＶ素子のピン層の磁化反転が生じにくい磁気ヘッドや、磁気ディスク装置の研究、開発を、効率的に行うことができることにもなる。
【００１８】
なお、位置依存性データ測定出力部は、ＳＶ素子の抵抗値自体を測定するものでなくとも良く、抵抗値相当の値を測定するものであれば良い。例えば、ＳＶ素子に定電圧を印可して電流を測定するものであっても良く、ＳＶ素子に定電流を供給して電圧を測定するものであっても良い。また、位置依存性データの出力形態は、ディスプレイへの表示といった形態でも、用紙上への印刷といった形態でも、ファイルの作成といった形態であっても良い。
【００１９】
本発明にかかるスピンバルブ磁気抵抗効果型素子評価装置を実現するに際して、磁気ディスクに用意しておく評価用トラックは、どのような幅のトラックであっても良いが、評価用トラックを、評価すべきスピンバルブ磁気抵抗効果型素子のコア幅よりもその幅が狭いトラックとしておくと、スピンバルブ磁気抵抗効果型素子評価装置を、定性的な解析がしやすい位置依存性データを出力する装置とすることができる。なお、評価用トラックに記録しておく磁気情報はどのようなものであっても良いが、一般に、磁気ディスクの評価に用いられている周期的な磁気情報であることが好ましい。
【００２０】
また、本発明にかかるスピンバルブ磁気抵抗効果型素子評価装置を実現する際には、スピンバルブ磁気抵抗効果型素子の抵抗値を測定して、その時間変化を表す時間変化データを出力する時間変化データ測定出力部を、付加しておくことができる。時間変化データ測定出力部を付加した上で、磁気ディスク上に、ダイビット再生波形が得られる磁気情報を記録した評価用トラックを用意しておけば、ＳＶ素子のピン層が、半分以上の領域で磁化反転が起こっているものであった場合、磁化反転が起こっていることが直接的に分かる時間変化データが得られることになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかるスピンバルブ磁気抵抗効果型素子評価方法およびスピンバルブ磁気抵抗効果型素子評価装置の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００２２】
図１に、本発明の一実施の形態によるスピンバルブ磁気抵抗効果型素子評価装置の概略構成を示す。本実施の形態のスピンバルブ磁気抵抗効果型素子評価装置（以下、ＳＶ素子評価装置と表記する）は、固定型磁気ディスク装置用の磁気ヘッドに組み込まれたスピンバルブ磁気抵抗効果型素子（以下、ＳＶ素子と表記する）のピン層の状態を評価する装置であり、図示してあるように、ヘッド試験装置１１とアンプ１２とオシロスコープ１３とパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１４とを備える。
【００２３】
ヘッド試験装置１１は、ＳＶ素子が備えられた磁気ヘッド２１（以下、ＳＶヘッドと表記する）の取り付け、交換が容易なように構成された一種の磁気ディスク装置である。ヘッド試験装置１１には、幾つかのトラックに所定のパターンの情報が記憶された磁気ディスク２２が備えられている。アンプ１２は、ヘッド試験装置１１内に設けられている、ＳＶ素子の抵抗に応じた電圧を出力する再生アンプ（図示せず）の出力をさらに増幅するための機器である。アンプ１２の出力は、ＰＣ１４の制御下、いわゆるトランジェントメモリとしても機能するオシロスコープ１３に入力されている。
【００２４】
ＰＣ１４には、ヘッド試験装置１１並びにオシロスコープ１３を統合的に制御するためのプログラムが記憶されており、ＳＶ素子評価装置は、このＰＣ１４の制御下、ＳＶヘッド２１内のＳＶ素子の磁化状態を評価することができるデータであるトラックプロファイルの測定を行う。
【００２５】
以下、本ＳＶ素子評価装置の構成、動作をさらに具体的に説明する。ヘッド試験装置１１内の磁気ディスク２２は、ダイビット再生波形を観察することができる磁気情報が書き込まれたその幅が互いに異なる複数のトラックと、孤立再生波形を観察することができる磁気情報が書き込まれたその幅が互いに異なるトラック等が用意されたディスクとなっている。
【００２６】
また、ＰＣ１４内には、それらのトラックのそれぞれに対して、測定開始位置情報ｒＳ  と測定終了位置情報ｒＥ  と測定間隔情報δｒとからなる測定条件情報が設定（記憶）されている。測定条件情報を構成する各情報の具体的な用途については後述するが、ｒＳ  とｒＥ  としては、対応づけられるトラックの中心線の磁気ディスク２２の中心からの距離ｒＣ  との偏差“ｒＳ  −ｒＣ  ”、“ｒＣ  −ｒＥ  ”が、それぞれ、ＳＶヘッド２１内のＳＶ素子のコア幅程度となる値が設定されている。そして、δｒとしては、“ｒＳ  −ｒＥ  ”の数十分の一〜数百分の一程度の値が設定されている。
【００２７】
本装置を用いてＳＶヘッド２１（ＳＶ素子）の評価を行う際、操作者は、評価すべきＳＶヘッド２１をヘッド試験装置１１に組み込み、ＰＣ１４に対して、使用すべきトラックの指定情報を含む測定の開始指示を入力する。
【００２８】
当該開始指示の入力を受けたＰＣ１４は、指定されたトラックに関する測定条件情報を読み出す。そして、ヘッド試験装置１１を制御することによって、磁気ディスク２２を回転させるとともに、ＳＶヘッド２１の中心が、磁気ディスク２２の中心からの距離がｒｓ  である円周上に位置するようにする。
【００２９】
つぎに、ＰＣ１４は、その状態におけるＳＶヘッド２１の再生出力の最高最低（ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ）振幅を、オシロスコープ１３に測定させる。その後、ＰＣ１４は、その測定値を取り込んで測定位置と関連づけて記憶し、ＳＶヘッド２１を、δｒだけ内周側へ移動させる。そして、その移動後の状態におけるＳＶヘッド２１の再生出力の最高最低振幅を、オシロスコープ１３を介して取得する。
【００３０】
ＰＣ１４は、このような制御を、ＳＶヘッド２１の中心が、磁気ディスク２２の中心からの距離がｒＥ  となるまで繰り返し行い、距離ｒＥ  についての測定が完了したときには、測定位置と関連づけて記憶している一連の最高最低振幅に基づき、最高最低振幅の測定位置依存性を示すグラフであるトラックプロファイルを、自身が備えるディスプレイ上に表示する。
【００３１】
その後、ＰＣ１４は、トラックプロファイルの各ピーク位置に相当する測定位置にＳＶヘッド２１を移動させ、オシロスコープ１３に、その状態におけるＳＶヘッド２１の再生出力の時間変化（再生波形）を測定させる。
【００３２】
つぎに、ＰＣ１４は、オシロスコープ１３による再生波形の測定が完了した際に、その測定結果を取り込み、記憶する。そして、ＰＣ１４は、測定を終了するための制御をヘッド試験装置１１に対して行い、操作者から所定の指示が入力されたときには、オシロスコープ１３に測定させた再生波形を、ディスプレイ上に表示する。
【００３３】
以下、ダイビット再生波形観察用の磁気情報が記録されたトラックであって、評価対象となっているＳＶ素子の幅（フリー層の幅）よりもその幅が狭いトラックが評価に使用された場合を例に、ＳＶ素子評価装置の動作（ＰＣ１４の動作）を、さらに具体的に説明する。
【００３４】
この場合において、ＳＶ素子のピン層が、磁化反転を起こしていないものであったとき、ＰＣ１４のディスプレイには、図２に示したような、１つのピークを有するトラックプロファイル３１が表示される。また、ＰＣ１４は、矢印でその測定位置が示されている再生波形４１を測定し、指示された際には、その表示を行う。
【００３５】
これに対して、ピン層が、その幅（コア軸方向の長さ）の１／３程度の磁化反転領域を中央部に有するものであった場合、ＰＣ１４のディスプレイには、図３に示したような、３つのピークを有するトラックプロファイル３２が表示される。
【００３６】
また、各ピーク位置における再生波形として、▲１▼評価に用いられるトラックの幅がピン層の中央部磁化反転領域よりも広い場合、４２、４３−▲１▼、４４に図示する形状のものが、▲２▼評価に用いられるトラックの幅がピン層の中央部磁化反転領域よりも狭い場合、４２、４３−▲２▼、４４に図示する形状のものが、それぞれ測定される。
【００３７】
そして、ピン層の全ての領域で磁化が反転していた場合には、図５に示してあるように、１つのピークを有するトラックプロファイル３４が得られ、各測定位置で再生波形４８と同形状の再生波形が観測されることになる。
【００３８】
また、孤立再生波形観察用の磁気情報が記録されたトラックを用いて測定をおこなった場合も、図６に示したように、ピン層の各磁化状態に対して、ダイビット再生波形観察用トラックを用いた場合と同様の形状のトラックプロファイルが得られることになる。
【００３９】
さて、本装置を実際に使用する際には、得られたトラックプロファイルからピン層の磁化状態が評価される訳であるが、ＰＣ１４内には、そのためのデータとして、ＳＶヘッド２１内のＳＶ素子のピン層の磁化状態を仮定したＳＶ素子評価装置の動作のシミュレーション結果が記憶されている。
【００４０】
具体的には、ＰＣ１４内には、ピン層の磁化状態を、図７に模式的に示したようなものと仮定した、リードヘッドコア幅が１．２μｍのＳＶヘッドを、０．４μｍ幅のトラックに対して用いた場合のシミュレーション結果（図８）や、１．５μｍ幅のトラックに対して用いた場合のシミュレーション結果（図９）等が用意されており、本装置の使用者は、実際に測定されたトラックプロファイルと、シミュレーション結果とを比較することによって、また、必要である場合には、さらにシミュレーションをおこなうことにより、ピン層の磁化状態（磁化反転幅や位置）を特定する。
【００４１】
【発明の効果】
以上、説明したとおり、本発明にかかるスピンバルブ磁気抵抗効果型素子評価方法によれば、ＳＶ素子のピン層に磁化が反転している領域が存在しているか否かを評価できる。
【００４２】
また、本発明にかかるスピンバルブ磁気抵抗効果型素子装置を用いれば、磁気ディスク装置に、ＳＶ素子を備えた磁気ヘッドを組み込む前に、磁気ヘッドが正常なものであるか否か、磁場中熱処理等によって正常な特性を有するものとすることができるか否か等を判断できることになる。また、ＳＶ素子のピン層の磁化反転が生じにくい磁気ヘッドや、磁気ディスク装置の研究、開発を、効率的に行うことができることにもなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるスピンバルブ磁気抵抗効果型素子評価装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態にかかるスピンバルブ磁気抵抗効果型素子評価装置によって測定されるトラックプロファイルの説明図である。
【図３】実施の形態にかかるスピンバルブ磁気抵抗効果型素子評価装置によって測定されるトラックプロファイルの説明図である。
【図４】実施の形態にかかるスピンバルブ磁気抵抗効果型素子評価装置によって測定されるトラックプロファイルの説明図である。
【図５】実施の形態にかかるスピンバルブ磁気抵抗効果型素子評価装置によって測定されるトラックプロファイルの説明図である。
【図６】実施の形態にかかるスピンバルブ磁気抵抗効果型素子評価装置によって測定されるトラックプロファイルの説明図である。
【図７】シミュレーションのために仮定した、スピンバルブ磁気抵抗効果型素子のピン層の磁化状態の説明図である。
【図８】スピンバルブ磁気抵抗効果型素子のコア軸方向の長さが評価用トラックの幅よりも長い場合のシミュレーション結果を示した図である。
【図９】スピンバルブ磁気抵抗効果型素子のコア軸方向の長さが評価用トラックの幅よりも短い場合のシミュレーション結果を示した図である。
【図１０】スピンバルブ磁気抵抗効果型素子の構造を説明するための模式図である。
【図１１】スピンバルブ磁気抵抗効果型素子のピン層の磁化状態と磁界検出特性との関係を示した説明図である。
【図１２】スピンバルブ磁気抵抗効果型素子のピン層の磁化状態と磁界検出特性との関係を示した説明図である。
【図１３】スピンバルブ磁気抵抗効果型素子のピン層の磁化状態と磁界検出特性との関係を示した説明図である。
【符号の説明】
１１  ヘッド試験装置
１２  アンプ
１３  オシロスコープ
１４  パーソナルコンピュータ
２１  スピンバルブ磁気抵抗効果型ヘッド
２２  磁気ディスク
【図１】
0003585742.tif 000002
【図２】
0003585742.tif 000003
【図３】
0003585742.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003585742.tif 000008
【図８】
0003585742.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003585742.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0003585742.tif 000013
【図１３】
0003585742.tif 000014