(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気センサであって、
第１磁性層構造、第２磁性層構造、および前記第１磁性層構造と前記第２磁性層構造との間に挟まれた非磁性結合層を含む磁化固定層構造、
磁化自由層構造、
前記磁化自由層構造と前記磁化固定層構造との間に挟まれた非磁性障壁層、
を備え、
前記磁化固定層構造の前記第２磁性層構造は、第１、第２、第３および第４磁性下位層を備え、
前記第１磁性下位層がＣｏを含み、かつ前記非磁性結合層に隣接して位置しており、
前記第２磁性下位層がＣｏＦｅＢＴａを含み、かつ前記第１磁性下位層と接触しており、
前記第３磁性下位層がＣｏＦｅＢを含み、かつ前記第２磁性下位層と接触しており、
前記第４磁性下位層が前記第３磁性下位層と接触しており、かつＣｏＦｅを含み、
前記磁化自由層構造がＣｏＦｅＢＴａの層を含み、
前記磁化固定層構造における前記ＣｏＦｅＢＴａの層が、ある濃度の（Ｃｏ40Ｆｅ40Ｂ20）100-XＴａXを有し、４＜Ｘ＜１０原子パーセントであり、
前記磁化自由層構造における前記ＣｏＦｅＢＴａの層が、ある濃度の（Ｃｏ76Ｆｅ4Ｂ20）(100-X)Ｔａ(X)を有し、４＜Ｘ＜１０原子パーセントである、
磁気センサ。
【請求項２】
磁気センサであって、
第１磁性層構造、第２磁性層構造、および前記第１磁性層構造と前記第２磁性層構造との間に挟まれた非磁性結合層を含む磁化固定層構造、
磁化自由層構造、
前記磁化自由層構造と前記磁化固定層構造との間に挟まれた非磁性障壁層、
を備え、
前記磁化固定層構造の前記第２磁性層構造は、第１、第２、第３および第４磁性下位層を備え、
前記第１磁性下位層がＣｏを含み、かつ前記非磁性結合層に隣接して位置しており、
前記第２磁性下位層がＣｏＦｅＢＴａを含み、かつ前記第１磁性下位層と接触しており、
前記第３磁性下位層がＣｏＦｅＢを含み、かつ前記第２磁性下位層と接触しており、
前記第４磁性下位層が前記第３磁性下位層と接触しており、かつＣｏＦｅを含み、
前記磁化自由層構造がＣｏＦｅＢＴａの層を含み、
前記磁化固定層構造における前記ＣｏＦｅＢＴａの層が、ある濃度の（Ｃｏ60Ｆｅ20Ｂ20）(100-X)Ｔａ(X)、４＜Ｘ＜１０原子パーセントを有し、
前記磁化自由層構造における前記ＣｏＦｅＢＴａの層が、ある濃度のＣｏ76Ｆｅ4Ｂ20）(100-X)Ｔａ(X)を有し、４＜Ｘ＜１０原子パーセントである、
磁気センサ。
【請求項３】
磁気センサであって、
第１磁性層構造、第２磁性層構造、および前記第１磁性層構造と前記第２磁性層構造との間に挟まれた非磁性結合層を含む磁化固定層構造、
磁化自由層構造、
前記磁化自由層構造と前記磁化固定層構造との間に挟まれた非磁性障壁層、
を備え、
前記磁化固定層構造の前記第２磁性層構造は、第１、第２、第３および第４磁性下位層を備え、
前記第１磁性下位層がＣｏを含み、かつ前記非磁性結合層に隣接して位置しており、
前記第２磁性下位層がＣｏＦｅＢＴａを含み、かつ前記第１磁性下位層と接触しており、
前記第３磁性下位層がＣｏＦｅＢを含み、かつ前記第２磁性下位層と接触しており、
前記第４磁性下位層が前記第３磁性下位層と接触しており、かつＣｏＦｅを含み、
前記磁化自由層構造がＣｏＦｅＢＴａの層を含み、
前記磁化自由層構造における前記ＣｏＦｅＢＴａの層が、ある濃度のＣｏＦｅXＢYＴａZを有し、Ｘが１０原子パーセント以下であり、Ｙが２５原子パーセント以下であり、Ｚが１０原子パーセント以下である、
磁気センサ。
【請求項４】
前記磁化固定層構造の前記第２磁性層構造が前記非磁性障壁層に隣接して位置する、
請求項１から３のいずれか１項記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記第２磁性下位層が４〜６オングストロームの厚さを有する、
請求項１から３のいずれか１項記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記第１磁性下位層が約５オングストロームの厚さを有し、前記第２磁性下位層が約５オングストロームの厚さを有し、前記第３磁性下位層が約５オングストロームの厚さを有し、前記第４磁性下位層が約４．５オングストロームの厚さを有する、
請求項１から３のいずれか１項記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記磁化自由層構造が第１、第２、第３および第４磁化自由下位層を含み、
前記第１磁化自由下位層が前記非磁性障壁層に隣接して位置しており、
前記第２磁化自由下位層が前記第１磁化自由下位層と接触しており、
前記第３磁化自由下位層が前記第２磁化自由下位層と接触しており、
前記第４磁化自由下位層が前記第３磁化自由下位層と接触しており、
前記第３磁化自由下位層がＣｏＦｅＢＴａを含む、
請求項１から３のいずれか１項記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記磁化自由層構造が第１、第２、第３および第４磁化自由下位層を含み、
前記第１磁化自由下位層が前記非磁性障壁層に隣接して位置しており、
前記第２磁化自由下位層が前記第１磁化自由下位層と接触しており、
前記第３磁化自由下位層が前記第２磁化自由下位層と接触しており、
前記第４磁化自由下位層が前記第３磁化自由下位層と接触しており、
前記第１磁化自由下位層がＣｏＦｅを含み、
前記第２磁化自由下位層がＣｏＦｅＢを含み、
前記第３磁化自由下位層がＣｏＦｅＢＴａを含み、
前記第４磁化自由下位層がＮｉＦｅを含む、
請求項１から３のいずれか１項記載の磁気センサ。
【請求項９】
磁気データ記録システムであって、
磁気メディア、
アクチュエータ、
前記磁気メディアの表面に隣接した移動のために前記アクチュエータと接続されたスライダ、
前記スライダ上に形成された磁気読み出しセンサ、
を備え、
前記磁気読み出しセンサは、
第１磁性層構造、第２磁性層構造、および前記第１磁性層構造と前記第２磁性層構造との間に挟まれた非磁性結合層を含む磁化固定層構造、
磁化自由層構造、
前記磁化自由層構造と前記磁化固定層構造との間に挟まれた非磁性障壁層、
をさらに備え、
前記磁化固定層構造の前記第２磁性層構造は、第１、第２、第３および第４磁性下位層を備え、
前記第１磁性下位層がＣｏを含み、かつ前記非磁性結合層に隣接して位置しており、
前記第２磁性下位層がＣｏＦｅＢＴａを含み、かつ前記第１磁性下位層と接触しており、
前記第３磁性下位層がＣｏＦｅＢを含み、かつ前記第２磁性下位層と接触しており、
前記第４磁性下位層が前記第３磁性下位層と接触しており、かつＣｏＦｅを含み、
前記磁化自由層構造がＣｏＦｅＢＴａの層を含み、
前記磁化固定層構造における前記ＣｏＦｅＢＴａの層が、ある濃度の（Ｃｏ40Ｆｅ40Ｂ20）100-XＴａXを有し、４＜Ｘ＜１０原子パーセントであり、
前記磁化自由層構造における前記ＣｏＦｅＢＴａの層が、ある濃度の（Ｃｏ76Ｆｅ4Ｂ20）(100-X)Ｔａ(X)を有し、４＜Ｘ＜１０原子パーセントである、
磁気データ記録システム。
【請求項１０】
磁気データ記録システムであって、
磁気メディア、
アクチュエータ、
前記磁気メディアの表面に隣接した移動のために前記アクチュエータと接続されたスライダ、
前記スライダ上に形成された磁気読み出しセンサ、
を備え、
前記磁気読み出しセンサは、
第１磁性層構造、第２磁性層構造、および前記第１磁性層構造と前記第２磁性層構造との間に挟まれた非磁性結合層を含む磁化固定層構造、
磁化自由層構造、
前記磁化自由層構造と前記磁化固定層構造との間に挟まれた非磁性障壁層、
をさらに備え、
前記磁化固定層構造の前記第２磁性層構造は、第１、第２、第３および第４磁性下位層を備え、
前記第１磁性下位層がＣｏを含み、かつ前記非磁性結合層に隣接して位置しており、
前記第２磁性下位層がＣｏＦｅＢＴａを含み、かつ前記第１磁性下位層と接触しており、
前記第３磁性下位層がＣｏＦｅＢを含み、かつ前記第２磁性下位層と接触しており、
前記第４磁性下位層が前記第３磁性下位層と接触しており、かつＣｏＦｅを含み、
前記磁化自由層構造がＣｏＦｅＢＴａの層を含み、
前記磁化固定層構造における前記ＣｏＦｅＢＴａの層が、ある濃度の（Ｃｏ60Ｆｅ20Ｂ20）(100-X)Ｔａ(X)、４＜Ｘ＜１０原子パーセントを有し、
前記磁化自由層構造における前記ＣｏＦｅＢＴａの層が、ある濃度のＣｏ76Ｆｅ4Ｂ20）(100-X)Ｔａ(X)を有し、４＜Ｘ＜１０原子パーセントである、
磁気データ記録システム。
【請求項１１】
磁気データ記録システムであって、
磁気メディア、
アクチュエータ、
前記磁気メディアの表面に隣接した移動のために前記アクチュエータと接続されたスライダ、
前記スライダ上に形成された磁気読み出しセンサ、
を備え、
前記磁気読み出しセンサは、
第１磁性層構造、第２磁性層構造、および前記第１磁性層構造と前記第２磁性層構造との間に挟まれた非磁性結合層を含む磁化固定層構造、
磁化自由層構造、
前記磁化自由層構造と前記磁化固定層構造との間に挟まれた非磁性障壁層、
をさらに備え、
前記磁化固定層構造の前記第２磁性層構造は、第１、第２、第３および第４磁性下位層を備え、
前記第１磁性下位層がＣｏを含み、かつ前記非磁性結合層に隣接して位置しており、
前記第２磁性下位層がＣｏＦｅＢＴａを含み、かつ前記第１磁性下位層と接触しており、
前記第３磁性下位層がＣｏＦｅＢを含み、かつ前記第２磁性下位層と接触しており、
前記第４磁性下位層が前記第３磁性下位層と接触しており、かつＣｏＦｅを含み、
前記磁化自由層構造がＣｏＦｅＢＴａの層を含み、
前記磁化自由層構造における前記ＣｏＦｅＢＴａの層が、ある濃度のＣｏＦｅXＢYＴａZを有し、Ｘが１０原子パーセント以下であり、Ｙが２５原子パーセント以下であり、Ｚが１０原子パーセント以下である、
磁気データ記録システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気データ記録に関し、特に、自由層および固定層構造のうちの一方または両方内にＣｏＦｅＢＴａの層を有する磁気読み出しヘッドに関する。これらの層においてＣｏＦｅＢＴａを追加すると、センサ層内での拡散を防止すること、およびセンサの層におけるＢＣＣ粒状構造を促進することによって、センサの性能を改善する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータの心臓部は、磁気ディスクドライブと呼ばれるアセンブリである。磁気ディスクドライブは、回転型磁気ディスクと、回転型磁気ディスクの表面に隣接するサスペンションアームによって懸架される読み書きヘッドと、サスペンションアームを揺動させて回転ディスク上にある選択した円形トラックの上方に読み書きヘッドを配置するアクチュエータと、を備える。読み書きヘッドは、浮上面（ＡＢＳ）を有するスライダに直結されている。サスペンションアームは、ディスクが回転していないときは、スライダを付勢してディスクの表面と接触させるが、ディスクが回転するとときは、回転ディスクによって空気が渦流される。スライダがエアベアリング上に乗ると、回転ディスクに磁気インプレッションを書き込み、回転ディスクから磁気インプレッションを読み出すために読み書きヘッドが使用される。読み書きヘッドは、書き込みおよび読み出し機能を実装するために、コンピュータプログラムに従って動作する処理回路に接続されている。
【０００３】
書き込みヘッドは、少なくとも１つのコイルと、書き込み極と、１つまたは複数の戻り極と、を備えている。電流がコイルを貫流すると、生成された磁界により、磁束が書き込み極を貫流し、その結果、書き込み極の先端から書き込み磁場が放出される。この磁場は十分に強いために、隣接する磁気ディスクの一部分を局所的に磁化し、それによってデータビットを記録する。書き込み磁場はその後、軟磁性磁気メディアの下層を通って書き込みヘッドの戻り極に戻る。
【０００４】
トンネル接合磁気抵抗（ＴＭＲ）センサなどの磁気抵抗センサを用いて、磁気メディアから磁気信号を読み出すことができる。センサは、第１および第２の強磁性層の間に挟まれた非磁性電気絶縁障壁層を含む（センサがＴＭＲセンサである場合）。この第１および第２強磁性層を、以降ではそれぞれ固定層および自由層と呼ぶ。電流が自由層、トンネル障壁層および固定層の平面に対して垂直に流れるように（平面に対して垂直な電流（ＣＰＰ）動作モード）、磁気シールドがセンサスタックの上方および下方に位置付けられており、第１および第２の導線としての役割を果たすこともできる。固定層の磁化方向は、浮上面（ＡＢＳ）に対して垂直に固定されており、自由層の磁化方向は、ＡＢＳに対して平行だが、外部磁場を受けて自由に回転する。固定層の磁性は、反強磁性層との交換結合によって固定されているのが典型的である。
【０００５】
障壁層（絶縁材料）を貫く磁気トンネル接合の電気抵抗は、固定層の磁性に対する自由層の磁性の相対的な向きによって変化する。固定層および自由層の磁性が互いと平行のときには低い抵抗が検出され、固定層および自由層の磁性が逆平行のときには高い抵抗が検出される。読み出しモードでは、ＴＭＲセンサの抵抗が、回転ディスクからの磁場の大きさに対して概ね比例して変化する。検知電流がＴＭＲセンサを通じて伝導されると、抵抗の変化によって電位の変化が生じ、再生信号として検出および処理される。障壁層がＭｇＯを含む場合には、ＭｇＯが固定層に隣接して結晶組織（１００）を有し、かつ自由層が組織（１００）を有するＢＣＣ結晶構造を有し、コヒーレントトンネリングと高いＴＭＲ率とを示唆していると、ＴＭＲ率が最大化される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これまでにないデータ密度の向上が求められており、センサの性能および堅牢性を常に改善していくことが必要になる。そのため、向上した固定強度、向上した自由層の安定性、および向上した感度を有する改良センサに対するニーズが依然として存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、第１および第２の磁性層構造ならびに第１の磁性層と第２の磁性層との間に挟まれた非磁性結合層を含む磁化固定層構造と、磁化自由層構造と、磁化自由層構造と磁化固定層構造との間に挟まれた非磁性障壁層（トンネル障壁層）と、を含む磁気読み出しセンサを提供する。固定層構造の第２の磁性層は、ＣｏＦｅＢＴａの層を含む。
【０００８】
加えて、磁化自由層構造は、ＣｏＦｅＢＴａの層を含んでもよい。磁化固定層構造の第２の磁性層は、第１、第２、第３および第４の下位層を含んでよく、第１の下位層はＣｏで構成され、第２の下位層はＣｏＦｅＢＴａで構成され、第３の下位層はＣｏＦｅＢで構成され、第４の下位層はＣｏＦｅで構成される。
【０００９】
同様に、磁化自由層構造は、第１、第２、第３および第４の下位層で構成されてよく、第１の下位層はＣｏＦｅで構成され、第２の下位層はＣｏＦｅＢで構成され、第３の下位層はＣｏＦｅＢＴａで構成され、第４の下位層はＮｉＦｅで構成される。ＮｉＦｅは、自由層の磁気歪みのバランスをとる目的で使用される。
【発明の効果】
【００１０】
固定層（第２の磁性層の第２の下位層）におけるＣｏＦｅＢＴａ層の存在は、第１の磁性層、非磁性結合層、および第２の磁性層の第１の下位層の結晶組織成長を好都合に遮断する。ＣｏＦｅＢＴａ層はまた、ＣｏＦｅＢ層と、ＭｇＯ障壁層に隣接するＣｏＦｅ層とにおいて、組織（１００）を有する所望のＢＣＣ結晶構造の核形成および成長も促進する。加えて、ＣｏＦｅＢＴａ層は、Ｍｎなどの原子がＡＦＭ層からＣｏＦｅＢ層、ＣｏＦｅ層およびＭｇＯ障壁へと拡散するのを防止し得る。こうして、固定層の固定強度を高め、さらにＴＭＲ率も高めることにより、ＭｇＯベースのＴＭＲセンサの性能を高める。
【００１１】
自由層の第３の下位層におけるＣｏＦｅＢＴａ層の存在は、第４の下位層ＮｉＦｅから第１および第２の下位層およびＭｇＯ障壁へのＮｉ原子の拡散を好都合に防ぎ、第１および第２の下位層におけるＢＣＣ構造の成長を維持し、それにより、ＴＭＲ率を高めることによってセンサの性能をさらに高める。
【００１２】
本発明のこれらおよび他の特徴ならびに利点は、好適な実施形態に関する以下の詳細な説明を図と併せて読めば明らかであろう。図中において、同様の参照符号は、全体を通じて同様の要素を示す。
【００１３】
本発明の性質および利点、ならびに好適な使用態様を十分に理解するために、以下の詳細な説明を添付の図面と併せて参照すべきである。これらの図面は、必ずしも原寸に比例していない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るディスクドライブシステムの概略図である。
【図２】磁気ヘッドの位置を示すスライダのＡＢＳ図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる磁気抵抗センサのＡＢＳ図である。
【図４】図３のセンサの一部分の拡大図であり、センサの各種下位層を示す。
【図５】図４と同様、本発明の代替実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の説明は、本発明を実施するために現時点で意図される最良の実施形態である。この説明は、本発明の一般原理を説明するためになされたものであり、本明細書で請求される発明の概念を制限することを意図するものではない。
【００１６】
ここで図１を参照すると、本発明の実施形態に係るディスクドライブ１００が示されている。図１に示すとおり、少なくとも１つの回転型磁気ディスク１１２がスピンドル１１４で支持されており、ディスクドライブモータ１１８によって回転する。各ディスク上の磁気記録は、磁気ディスク１１２上の同心データトラック（図示せず）の環状パターンという形態である。
【００１７】
少なくとも１つのスライダ１１３が磁気ディスク１１２の近くに配置されており、各スライダ１１３は、１つまたは複数の磁気ヘッドアセンブリ１２１を支持する。磁気ディスクが回転すると、スライダ１１３がディスク表面１２２の上方を内外へと放射状に移動して、所望のデータが書き込まれる磁気ディスクの様々なトラックに磁気ヘッドアセンブリ１２１がアクセスできるようになる。各スライダ１１３は、サスペンション１１５によってアクチュエータアーム１１９に取り付けられている。サスペンション１１５は、ディスク表面１２２に対してスライダ１１３を付勢するわずかなバネ力を提供する。各アクチュエータアーム１１９は、アクチュエータ手段１２７に取り付けられている。図１に示すアクチュエータ手段１２７は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）であってもよい。ＶＣＭは、一定の磁場内で移動可能なコイルを備え、コイルの移動方向および速度は、コントローラ１２９によって供給されるモータ電流信号によって制御される。
【００１８】
ディスク記憶システムの動作中、磁気ディスク１１２の回転により、スライダ１１３とディスク表面１２２との間で、スライダに対して上方への力または揚力を働かせるエアベアリングを生成する。したがってこのエアベアリングは、通常動作中にサスペンション１１５のわずかなバネ力とのバランスを保ち、スライダ１１３を、小さく略一定の間隔でディスク表面から離し、わずかに上で支持する。
【００１９】
ディスク記憶システムの各種構成要素の動作は、アクセス制御信号および内部クロック信号などの制御ユニット１２９によって生成される制御信号によって制御される。制御ユニット１２９は、論理制御回路と、記憶手段と、マイクロプロセッサとを備えるのが典型的である。制御ユニット１２９は、ライン１２３上の駆動モータ制御信号、ヘッド位置およびシーク制御信号などの制御信号を生成して、各種システム動作を制御する。ライン１２８上の制御信号は、スライダ１１３をディスク１１２上にある所望のデータトラックへと最適に動かし、位置付けるための所望の電流プロファイルを提供する。記録チャネル１２５を経て、読み書きヘッド１２１との間で書き込みおよび読み出し信号が通信される。
【００２０】
図２を参照すると、スライダ１１３にある磁気ヘッド１２１の方向をさらに詳細に見ることができる。図２はスライダ１１３のＡＢＳ図であり、図示するとおり、誘導型書き込みヘッドと読み出しセンサとを備える磁気ヘッドがスライダの後端に位置する。典型的な磁気ディスク記憶システムに関する上記説明および図１の具体例は、提示だけを目的とするものである。ディスク記憶システムが多数のディスクおよびアクチュエータを備え得ること、および各アクチュエータがいくつかのスライダを支持し得ることは明らかなはずである。
【００２１】
図３は、第１および第２の磁気シールド３０４、３０６の間に挟まれているセンサスタック３０２を有する磁気読み出しヘッド３００を示す。磁気シールド３０４、３０６は、ＮｉＦｅなど導電性の磁気材料で構成されており、センサスタック３０２に検知電流を供給するとともに磁気シールドとしても機能する導線として機能することができる。センサスタックは、磁化固定層構造３０８と、磁化自由層３１０と、それらの間に挟まれた非磁性障壁層３１２とを含むことができる。センサスタック３０２は、その最下部にシード層３２６を含んでもよく、シード層３２６は、上記の堆積層に所望の粒状構造を確実に形成する目的で設けることができる。また、センサスタック３０２は、製造時に下位層を損傷から保護するために、その最上部にキャップ層３２８を含んでもよい。
【００２２】
障壁層３１２は、Ｍｇ（例えばＭｇ／ＭｇＯ／Ｍｇ）の層間に挟まれたＭｇＯの層として構成することができる。このような障壁層３１２を構成するために、Ｍｇの薄層はまず、Ｍｇターゲットを使用したＤＣスパッタリングによって堆積される。Ｔｉ（またはＴａ）ペースト法を使用することができる。ＭｇＯ層はその後、ＭｇＯターゲットを使用した無線周波数（ｒｆ）スパッタリングによって堆積される。次に別のＭｇの薄層を、Ｍｇターゲットを使用したＤＣスパッタリングによって堆積させることができる。最後に、酸素処理法を実施して、障壁層３１２の構造を完成させることができる。完成した障壁層３１２は、約８〜１０オングストロームの厚さを有し得る。
【００２３】
固定層構造は、非磁性逆平行結合層３１８をまたいで逆平行結合されている第１および第２の磁性層３１４、３１６を含むことができる。非磁性逆平行結合層３１８は、Ｒｕで構成することができ、約４〜６オングストロームまたは約４．５オングストロームの厚さを有し得る。第１の磁性層３１４は、反強磁性材料の層（ＡＦＭ層）３２０によって交換結合することができる。この層の材料は、約６０オングストロームの厚さを有するＩｒＭｎなどを用いることができる。この交換結合は、第１の磁性層３１４の磁性を、矢じり記号３２２が示す、ＡＢＳに対して垂直な第１の方向に強く固定する。磁性層３１４、３１６間の逆方向結合は、矢じり記号３２４が示す、第１の方向と逆平行であり、かつＡＢＳに対して垂直な第２の方向に第２の磁性層３１６の磁性を固定する。
【００２４】
ＡＦＭ層３２０は、Ｋｒガスと３０〜２５０ｓｃｃｍのガス流量を使用して２００〜４００℃の温度で堆積するＩｒＭｎスパッタを用いることができる。この結果、ＩｒＭｎ  ＡＦＭ層はＬ１２フェーズを有する。このＬ１２フェーズにより、ＡＦＭ層３２０とＡＰ１磁性層３１４との間の界面交換結合エネルギーが大幅に増大する。そのため、これによって固定強度が大幅に向上する。加えて、ＡＦＭ層３２０のブロッキング温度も大幅に上昇するため、固定の熱耐性が向上する。
【００２５】
自由層３１０は、矢印３３０によって示す、ＡＢＳと概ね平行な方向にバイアスされた磁性を有する。磁性３３０はこの方向でバイアスされるが、例えば磁気メディアからの外部磁場に反応して自由に移動する。
【００２６】
磁性３３０のバイアスは、ハード磁気バイアス層３３２、３３４からのバイアス磁場によって実現される。これらの磁気バイアス層３３２、３３４は、ＣｏＰｔまたはＣｏＰｔＣｒなどの高保磁力磁気材料から形成される永久磁石である。バイアス層３３２、３３４は、アルミナ３３６、３３８などの非磁性電気絶縁層の薄層により、センサスタック３０２から、および少なくとも最下部シールド３０４から分離される。
【００２７】
図４は、センサスタック３０２の拡大図を示す。図４を参照すると、本発明の一実施形態にかかるセンサスタック３０２の各層の具体的な構造が、より詳細に記載されている。シード層３２６は、ＴａまたはＣｏＨｆの第１下位層４０２とＲｕの第２下位層４０４とを含むことができる。第１下位層４０２は、Ｔａの場合で約１０〜２０オングストロームまたは約２０オングストローム、ＣｏＨｆの場合で２０〜４０オングストロームまたは約４０オングストロームの厚さを有することができる。第２下位層４０４は、１６〜２０オングストロームまたは約２０オングストロームの厚さを有することができる。
【００２８】
固定層構造（ＡＰ１  ３１４）の第１磁性層は、ＣｏＦｅで構成され、約１６オングストロームの厚さを有する第１下位層４０６と、Ｃｏで構成され、第１下位層４０６の上に形成された約５オングストロームの厚さを有する第２下位層４０８とを含むことができる。
【００２９】
固定層構造（ＡＰ２  ３１６）の第２磁性層は、ＡＰ結合層３１８に隣接して位置し、約５オングストロームの厚さを有するＣｏの第１下位層４１０を含むことができる。ＡＰ２層３１６はまた、第１下位層４１０の上に形成され、アモルファスＣｏＦｅＢＴａで形成され、かつ約４〜６オングストロームまたは５オングストロームの厚さを有する第２下位層４１２も含む。ＡＰ２層３１６は、第２下位層４１２の上に形成された第３下位層４１４をさらに含む。第３下位層４１４は、ＣｏＦｅＢで構成することができ、４〜６オングストロームまたは約５オングストロームの厚さを有することができる。ＡＰ２層３１６はまた、第３下位層４１４の上に形成される第４下位層４１６も含む。第４下位層４１６は、ＣｏＦｅで構成され、４〜６オングストロームまたは約４．５オングストロームの厚さを有する。
【００３０】
自由層構造３１０は、第１、第２、第３および第４の下位層４１８、４２０、４２２、４２４を含むことができ、層４２０は層４１８の上に形成され、４２２は４２０の上に形成され、４２４は４２２の上に形成される。第１下位層４１８は、４〜６オングストロームまたは約４．８オングストロームの厚さを有するＣｏＦｅから形成することができる。第２下位層４２０は、８〜１２オングストロームまたは約１０オングストロームの厚さを有するＣｏＦｅＢで構成することができる。第３下位層４２２は、アモルファスＣｏＦｅＢＴａで構成することができ、１８〜２２オングストロームまたは約２０オングストロームの厚さを有することができる。第４下位層４２４は、ＮｉＦｅＸ（Ｘは１０未満）で構成することができ、ＮｉＦｅＸは磁気歪みのバランスをとる目的で使用され、３０〜３５オングストロームまたは約３２オングストロームの厚さを有することができる。あるいは、ＮｉＦｅＸをＮｉで置き換えることもできる。
【００３１】
キャップ層構造３２８は、第１、第２および第３の下位層４２６、４２８および４３０で構成することができ、層４２８は４２６の上に形成され、４３０は４２８の上に形成される。第１下位層４２６はＲｕで構成することができ、約１５オングストロームの厚さを有することができる。第２下位層４２８はＴａで構成することができ、約１５オングストロームの厚さを有することができる。第３下位層４３０はＲｕで構成することができ、約５０オングストロームの厚さを有することができる。
【００３２】
ＡＰ２層構造３１６におけるＣｏＦｅＢＴａの第２下位層４１２の存在は、第１磁性層３１４、非磁性結合層３１８および第２磁性層３１６の第１下位層４１０の結晶組織成長を好都合に遮断する。ＣｏＦｅＢＴａ層４１２はまた、ＣｏＦｅＢ第３下位層４１４およびＣｏＦｅ第４下位層４１６における組織（１００）を有する所望のＢＣＣ結晶構造の核形成およびＭｇＯ障壁層３１２への成長を促進する。加えて、ＣｏＦｅＢＴａ層４１２は、Ｍｎなどの原子がＡＦＭ層３２０からＣｏＦｅＢ層４１４、ＣｏＦｅ層４１６および障壁層３１２へと拡散するのを防止し得る。こうして、固定層の固定強度を高め、さらにＴＭＲ率も高めることにより、ＭｇＯベースのＴＭＲセンサ３０２の性能を高める。これらの目標を最良に達成するために、層４１２は、（Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０）（１００−ｘ）Ｔａ（ｘ）または（Ｃｏ６０Ｆｅ２０Ｂ２０）（１００−ｘ）Ｔａ（ｘ）（４＜Ｘ＜１０原子パーセント）という構成を有するのが好ましい。より一般的には、層４１２はＣｏＦｅｘＢｙＴａｚという構成を有することができ、ここでＸは６０原子パーセント以下であり、Ｙは３０原子パーセント以下であり、Ｚは１５原子パーセント以下である。あるいは、ＣｏＦｅＢＴａにおけるＴａを、Ｈｆ、Ｚｒ、ＮｂまたはＭｏで置き換えることができ、ＢをＡｌまたはＳｉで置き換えることができる。
【００３３】
自由層構造３１０の第３下位層４２２におけるＣｏＦｅＢＴａ層の存在は、Ｎｉ原子が第４下位層４２４から第１および第２下位層４１８、４２０および障壁３１２へと拡散するのを好都合に防ぎ、第１および第２下位層４１８、４２０のＢＣＣ構造の成長を維持し、それによってＴＭＲ率を高めることにより、センサの性能をさらに高める。層４２２は、（Ｃｏ７６Ｆｅ４Ｂ２０）（１００−Ｘ）Ｔａ（Ｘ）（４＜Ｘ＜１０）という構成を有するのが好ましい。より一般的には、層４２２はＣｏＦｅｘＢｙＴａｚという構成を有することができ、ここでＸは１０原子パーセント以下であり、Ｙは２５原子パーセント以下であり、Ｚは１０原子パーセント以下である。あるいは、ＣｏＦｅＢＴａにおけるＴａを、Ｈｆ、Ｚｒ、ＮｂまたはＭｏで置き換えることができ、ＢをＡｌまたはＳｉで置き換えることができる。４２２の構成が（層４１２と比較して）異なるため、自由層３１０における所望の磁性および磁気歪みが確保される。
【００３４】
図５は、本発明の代替実施形態を示す。図５においては、シード層３２６、ＡＦＭ層３２０、固定層構造３１４、３１８、３１６およびキャップ層３２８が、図３および図４を参照して既に説明したものと同じであってもよい。ただし、この代替実施形態は、わずかに異なる自由層構造５１０を有する。本実施形態では、自由層５１０が、４〜６オングストロームまたは約４．８オングストロームの厚さを有するＣｏＦｅから形成することのできる第１下位層５１８を含む。自由層５１０は、１４〜１８オングストロームまたは約１６オングストロームの厚さを有するＣｏＦｅＢで構成できる第２下位層５２０（第１下位層５１８の上に形成）を有する。自由層５１０は、アモルファスＣｏＨｆで構成することができ、８〜１２オングストロームまたは約１０オングストロームの厚さを有することのできる第３下位層５２２（第２下位層５２０の上に形成）を有する。自由層５１０は、ＮｉＦｅ（ｘ）（Ｘ＜１０）で構成することができ、３２〜３６オングストロームまたは約３４オングストロームの厚さを有することのできる第４下位層５２４（第３下位層５２２の上に形成）を有する。あるいは、ＮｉＦｅを純粋なＮｉで置き換えることができる。
【００３５】
上記実施形態は、固定強度を大幅に高め、センサの信頼性および堅牢性を大幅に高める。この構造により、固定磁界が増える。つまり、磁化固定層の磁性が反転することなく、磁気ヘッドが大きな異質の外部磁場を受けることができる。加えて、ＡＦＭ層３２０のブロッキング温度が上昇するため、温度障害に対する耐性が高まる。その上、上記実施形態は、トンネル障壁層３１２およびこの層と直接隣接する層における粒状構造の改善により、ＴＭＲ率が高まる。
【００３６】
以上、各種実施形態を記載してきたが、それらは例示目的でのみ提示されており、限定目的でないという点は理解すべきである。本発明の範囲内に属する他の実施形態が当業者にとって明らかになることもある。そのため、本発明の幅および範囲は、上記例示的な実施形態のいずれによっても制限されるべきでなく、以下の請求項とそれらの均等物とに従ってのみ定義されるべきである。
【符号の説明】
【００３７】
１００  ディスクドライブ
１１２  磁気ディスク
１１３  スライダ
１１４  スピンドル
１１５  サスペンション
１１８  ディスクドライブモータ
１１９  アクチュエータアーム
１２１  磁気ヘッドアセンブリ
１２２  ディスク表面
１２３  ライン
１２７  アクチュエータ手段
１２８  ライン
１２９  制御ユニット
３００  磁気読み出しヘッド
３０２  センサスタック
３０４  第１の磁気シールド
３０６  第２の磁気シールド
３０８  磁化固定層
３１０  磁化自由層
３１２  非磁性障壁層
３１４  第１の磁性層
３１６  第２の磁性層
３１８  非磁性結合層
３２０  反強磁性材料の層
３２２  矢印の頭
３２４  矢印の尾
３２６  シード層
３２８  キャップ層
３３２  ハード磁気バイアス層
３３４  ハード磁気バイアス層
４０２  第１の下位層
４０４  第２の下位層
４０６  第１の下位層
４０８  第２の下位層
４１０  第１の下位層
４１２  第２の下位層
４１４  第３の下位層
４１６  第４の下位層
４１８  第１の下位層
４２０  第２の下位層
４２２  第３の下位層
４２４  第４の下位層
４２６  第１の下位層
４２８  第２の下位層
４３０  第３の下位層
５１０  自由層構造
５１８  第１の下位層
５２０  第２の下位層
５２２  第３の下位層
５２４  第４の下位層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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