(57)【要約】【課題】スピントランスファー効果によるノイズを低減し、記録密度のより一層の高密度化を図り得る磁気ディスク装置を提供すること。【解決手段】ハイパスフィルタ３により再生信号の低周波ノイズを抑圧し、垂直通電型の再生ヘッドに特有のスピントランスファー効果による悪影響を排除する。これによりＳ／Ｎ比を向上させることができ、また、垂直通電型の磁気抵抗効果膜１０を用いることと相俟って十分な再生出力を得られる。さらに、素子サイズを縮小できるので、記録密度を高密度化することも可能になる。【選択図】      図１
2006277864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データを磁気的に記録可能な磁気ディスク媒体を備える磁気ディスク装置において、
複数の磁性膜を積層した磁気抵抗効果素子を備え、前記複数の磁性膜の積層面に垂直にセンス電流を流す垂直通電型の磁気再生ヘッドと、
この磁気再生ヘッドから出力される再生信号の低域成分を抑圧するハイパスフィルタと、
前記低域成分を抑圧された再生信号から前記データを再生する再生信号処理部とを具備することを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項２】
前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数は、０．０１ＭＨｚ以上、２０ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項１に記載の磁気ディスク装置。
【請求項３】
前記磁気抵抗効果素子は非磁性中間層を備え、
この非磁性中間層は、
隣接する層間を電気的に絶縁する絶縁体と、
この絶縁体内に分散的に形成され前記隣接する層間を電気的に接続して前記センス電流を狭窄的に通過させる導電体とを備えることを特徴とする請求項２に記載の磁気ディスク装置。
【請求項４】
前記磁気ディスク媒体は垂直記録方式であることを特徴とする請求項１に記載の磁気ディスク装置。
【請求項５】
前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数を、前記再生信号の微分波形を前記再生信号処理部に入力すべく設定したことを特徴とする請求項４に記載の磁気ディスク装置。
【請求項６】
前記磁気ディスク媒体は面内記録方式であることを特徴とする請求項１に記載の磁気ディスク装置。
【請求項７】
さらに、前記再生信号の読み取りエラー発生率に基づいて前記磁気再生ヘッドのリードバイアス電圧をフィードバック制御するバイアス制御手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の磁気ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直通電型の磁気ヘッドを用いる磁気ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハードディスク装置などの磁気記録装置のサイズは急速に小型化しており、記録密度も高密度化してきている。この傾向は今後さらに高まることが見込まれている。記録密度が高まるにつれ高感度なセンサが要求されており、これに応えるものとしてＣＰＰ−ＧＭＲ（current perpendicular to plane - GMR）素子が開発されている。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子を用いることにより、高密度かつ高出力の磁気ヘッドを形成することができる。
【０００３】
ところで、この種の磁気抵抗効果素子を用いる磁気ヘッドにおいては、磁性膜の膜厚方向にセンス電流が通電される。このためヘッドサイズの縮小に伴ってバイアス電流が膜面を横切る断面積が小さくなり、電流密度が増加する。そうすると、特有の事象としてスピントランスファー効果により誘起されるノイズが目立ってくる。
【０００４】
スピントランスファー効果とは、スピン偏極した電子が磁性体を流れるときに磁性体中の電子とスピン角運動量を交換することにより、素子の磁化の向きを変えようとするトルクが生じる現象である。この現象が顕著になるとともに再生信号中のノイズも大きくなり、読み取りエラーなどを生じやすくなるので何らかの対処が望まれている。
【０００５】
関連する技術として、下記特許文献１に再生信号中のノイズへの対策の一例が開示される。この文献には、磁気ディスク媒体の裏打ち層の磁壁に起因するノイズへの対処が記載される。この文献の磁気ヘッドはヘッド上の共通の素子により信号の記録および再生を行う、いわゆる単磁極型である。またこの文献にはＣＰＰ−ＧＭＲ素子に関する記載が無く、本願発明の対象とする物理的スケールにおいて十分な再生出力を得ることは想定されていない。
【特許文献１】特開平６−２５９７０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上述べたように垂直通電型の磁気ヘッドにおいてはサイズの縮小とともにスピントランスファー効果によるノイズの影響が大きくなり、読み取りエラーなどを生じ易くなる。このため記録密度の向上が頭打ちとなるおそれがあり、何らかの対処が望まれている。  
この発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、スピントランスファー効果によるノイズを低減し、記録密度のより一層の高密度化を図り得る磁気ディスク装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するためにこの発明の一態様によれば、データを磁気的に記録可能な磁気ディスク媒体を備える磁気ディスク装置において、複数の磁性膜を積層した磁気抵抗効果素子を備え、前記複数の磁性膜の積層面に垂直にセンス電流を流す垂直通電型の磁気再生ヘッドと、この磁気再生ヘッドから出力される再生信号の低域成分を抑圧するハイパスフィルタと、前記低域成分を抑圧された再生信号から前記データを再生する再生信号処理部とを具備することを特徴とする磁気ディスク装置が提供される。
【０００８】
このような手段を講じることにより、再生信号の低域成分が抑圧される。スピントランスファー効果によるノイズ成分は低域側に偏って生じるので、上記構成によりノイズ成分を効果的に除去することができ、従って磁気ディスク装置の記録密度をより一層向上させることが可能になる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、スピントランスファー効果によるノイズを低減することができ、磁気ディスク装置の記録密度をより一層向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
［第１の実施形態］
図１は、この発明に係わる磁気ディスク装置の第１の実施形態を示す機能ブロック図である。図１において、再生ヘッド１は磁気ディスク媒体（図示せず）に近接して使用され、媒体表面磁界に応じた波形の再生信号を出力する。この再生信号はリードアンプ２により増幅されたのちハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３により、低域成分を抑圧される。この低域抑圧された再生信号は再生信号処理部４に入力され、ディスク媒体上のデータが再生される。再生信号処理部４はハードディスクコントローラ（ＨＤＣ）５およびＣＰＵ（Central Processing Unit）６に接続される。ハードディスクコントローラ５およびＣＰＵ６は、再生データの誤り訂正処理や再生ヘッド１の位置決め制御などを行う。
【００１１】
図１の再生ヘッド１は複数の磁性膜を積層した磁気抵抗効果素子を備える。磁気抵抗効果素子の抵抗値はディスク媒体表面からの放射磁界により変化し、この変化を検出することにより再生信号が得られる。特に、図１の再生ヘッド１は垂直通電型である。この形式の再生ヘッドにおいては、抵抗値の変化を検出するためのセンス電流が、磁性膜の積層面に垂直に流れる。
【００１２】
図２は、本発明の実施形態に係わる磁気ヘッドを搭載可能なハードディスク装置を示す外観斜視図である。本発明に係わる磁気ヘッドは、磁気ディスク媒体に磁気的に記録されるディジタルデータを読み取る磁気再生装置に搭載することが可能である。磁気ディスク媒体としては、ハードディスクドライブに内蔵されるプラッタが代表的である。さらに、本発明に係わる磁気ヘッドは、磁気ディスク媒体にディジタルデータを書き込む機能を併せ持つ磁気記録再生装置に搭載することも可能である。
【００１３】
図２のハードディスク装置１５０は、磁気ヘッドをロータリーアクチュエータを用いて移動させる。図２において、記録用のディスク媒体２００はスピンドル１５２に装着される。このディスク媒体２００は、駆動装置制御部（図示せず）からの制御信号に応答するモータ（図示せず）により、矢印Ａの方向に回転駆動される。なおディスク媒体２００を複数備えられても良く、この種の装置は複数プラッタ型と称される。
【００１４】
ヘッドスライダ１５３は薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられ、ディスク媒体２００に情報を記憶し、また、ディスク媒体２００に記録された情報を再生する。ヘッドスライダ１５３は、その先端付近に図１の再生ヘッド１を搭載する。ディスク媒体２００が回転することにより、ヘッドスライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）はディスク媒体２００の表面から一定の高さだけ浮上する。なお本発明の磁気ヘッドは、スライダがディスク媒体２００と接触する、いわゆる接触走行型の装置にも適用可能である。
【００１５】
サスペンション１５４は、駆動コイル（図示せず）を保持するボビン部（図示せず）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駆動コイル（図示せず）と、このコイルを挟み込むように対向して配置される永久磁石および対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。アクチュエータアーム１５５は、スピンドル１５７の上下２箇所に設けられるボールベアリング（図示せず）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。
【００１６】
さらに、ハードディスク装置１５０はフレキシブル基板上に形成される信号処理部１５８を備える。図１のリードアンプ、ハイパスフィルタ３、再生信号処理部４、ハードディスクコントローラ５およびＣＰＵ６は主として信号処理部１５８に実装される。なおサスペンション１５４の再生ヘッド１の近傍にリードアンプ２を実装しても良い。
【００１７】
図３は、図１の再生ヘッド１の概略構成を例示する断面図である。再生ヘッド１は複数の磁性膜を積層した磁気抵抗効果膜１０を備え、その両側に、この磁気抵抗効果膜１０にバイアス磁界を印加するバイアス層２３が絶縁層２４に内包まれて形成される。磁気抵抗効果膜１０および絶縁層２４の上下には、上部電極兼磁気シールド層２１、下部電極兼磁気シールド層２２が形成される。これらの電極２１，２２にリードバイアス電圧が印加されることにより磁気抵抗効果膜１０の膜面に垂直にセンス電流が流れる。センス電流の変化はヘッドアンプを介してリードアンプ（図１）に入力される。図３の磁気抵抗効果膜１０は垂直通電型であり、例えば９０ｎｍ×９０ｎｍといった小さな素子サイズでも、磁気ディスク装置においては十分な再生出力を得ることができる。  
図４は、図３の磁気抵抗効果膜１０の膜構成を示す断面図である。図４において、図示しない基板上に下部電極１１、下地層１２、反強磁性層１３、磁化固着層１４、非磁性中間層１５、磁化自由層１６、保護層１７、および、上部電極１８がこの順に積層される。
【００１８】
図５は、再生ヘッド１のヘッドノイズのスペクトルをハイパスフィルタ３の有無に応じて計測図したグラフを示す図である。このグラフは、リードバイアス電圧＝１００ｍＶの条件下で計測された結果を示す。この図に示されるように、ハイパスフィルタ３を設けた状態では低周波側でのノイズレベルが明らかに下がっている。従って再生信号のＳ／Ｎ比が向上し、エラー発生を抑圧することができる。ひいては、記録密度のより一層の高密度化を促進することが可能になる。
【００１９】
垂直通電型の磁気抵抗効果膜においては、サイズの縮小とともにスピントランスファー効果により誘起されたノイズが目立ってくるという、特有の事情がある。このノイズはいわゆる１／ｆタイプのノイズとして現れるため、低周波側でのノイズが大きくなる。そこでこの実施形態では、ハイパスフィルタ３を設けることにより低周波ノイズを抑圧することができ、全体のノイズパワーを下げることができる。これにより再生信号の波形のひずみを抑制できると共にＳ／Ｎ比が向上し、読み取りエラー発生を少なくすることが可能となる。特に、図５に示す条件下では、ハイパスフィルタ３のカットオフ周波数を２０ＭＨｚとするのが好ましい。具体的には、ハイパスフィルタ３のカットオフ周波数を０．０１ＭＨｚ以上かつ２０ＭＨｚ以下とし、望ましくは０．１ＭＨｚ以上かつ１０ＭＨｚ以下ととすると良い。なおカットオフ周波数が０．０１ＭＨｚ以下では低周波を効果的に抑圧することが難しく、２０ＭＨｚ以上では再生信号まで抑圧されてしまう。
【００２０】
以上説明したようにこの実施形態では、ハイパスフィルタ３により再生信号の低周波ノイズを抑圧し、垂直通電型の再生ヘッドに特有のスピントランスファー効果による悪影響を排除するようにしている。これによりＳ／Ｎ比を向上させることができ、また、垂直通電型の磁気抵抗効果膜１０を用いることと相俟って十分な再生出力を得られる。さらに、素子サイズを縮小できるので、記録密度を高密度化することも可能になる。
【００２１】
［第２の実施形態］
図６は、この発明に係わる磁気ディスク装置の第１の実施形態を示す機能ブロック図である。図６の磁気ディスク装置は図１のハイパスフィルタ３の特性を適切に設定し、微分回路としての作用を併せ持たせるようにしたものである。すなわち図６においては再生ヘッド１からの再生信号を増幅するリードアンプ２と再生信号処理部４との間にハイパスフィルタ兼微分回路７を挿入する。ハイパスフィルタ兼微分回路７は、ハイパスフィルタ３（図１）のカットオフ周波数を、スピントランスファー効果によるノイズの低減と、微分波形の生成とを両立可能な値に設定することで得られる。
【００２２】
図６の構成は、特に垂直記録方式の磁気ディスク装置に好適に用いることができる。良く知られているように、垂直記録方式の再生信号波形は矩形波となる。面内記録方式の再生信号波形はパルス状の波形が得られる。そこで、垂直磁気記録方式の磁気ディスク装置に図６の構成を適用することで、矩形波の波形を微分してパルス波形を得ることができ、面内記録方式と同じ信号処理系を共用することができる。従って、部品共用による低コスト化や、機器製造時などにおける大きなメリットを得ることが可能になる。
【００２３】
［第３の実施形態］
図７は、この発明に係わる磁気ディスク装置の第３の実施形態における磁気抵抗効果膜１０を示す模式図である。この実施形態では、図４に示す磁気抵抗効果膜１０における非磁性中間層１７の構成を変える。すなわち図７に示すように、非磁性中間層（符号を３１とする）を一様な組成ではなく、絶縁体３３中に誘電体３４が散在する構成とする。絶縁体３３は、隣接する層（図４の磁化固着層１４と磁化自由層１６）間を電気的に絶縁する。誘電体３４は、絶縁体３３内に分散的に形成され、磁化固着層１４と磁化自由層１６とを電気的に接続する。これによりセンス電流は誘電体３４を狭窄的に通過することになる。この現象は電流狭窄効果と称され、この効果により非磁性中間層３１の抵抗変化率が大きくなることが知られている。特に、図７に示す構成を持つ層を、電流制御層と称する。
【００２４】
図７に示す電流制御層を持つ磁気抵抗効果素子は高い抵抗変化率を示すので、より記録密度の高い磁気ディスク装置を実現可能である。その一方で、サイズが小さいためにスピントランスファー効果によるノイズが目立ち、出力の増加に応じたＳ／Ｎ比を期待できない。そこで、ハイパスフィルタ３により低周波側ノイズを除去することにより、再生信号の波形のひずみを抑制できると共にＳ／Ｎ比が向上し、読み取りエラー発生を少なくすることが可能となる。
【００２５】
図８は、電流制御層を持つ磁気抵抗効果膜１０を備える再生ヘッド１のヘッドノイズのスペクトルを、ハイパスフィルタ兼微分回路７の有無に応じて計測図したグラフを示す図である。このグラフは、リードバイアス電圧＝１００ｍＶの条件下で計測された結果を示す。この図に示されるように、ハイパスフィルタ兼微分回路７を設けた状態では低周波側でのノイズレベルが明らかに下がっている。従って再生信号のＳ／Ｎ比が向上し、エラー発生を抑圧することができる。ひいては、記録密度のより一層の高密度化を促進することが可能になる。
【００２６】
［第４の実施形態］
図９は、この発明に係わる磁気ディスク装置の第４の実施形態を示す機能ブロック図である。図９の磁気ディスク装置は、図１の構成にリードバイアス調整回路８を付加したものである。リードバイアス調整回路８は、再生信号の読み取りエラー発生率、あるいはＳ／Ｎ比などに基づいて再生ヘッド１のリードバイアス電圧をフィードバック制御する。
【００２７】
図１０は、リードバイアス調整回路８の作用を説明するための図である。このグラフは、図３の垂直通電型の再生ヘッドにおいて、リードバイアス電圧とビット誤り率（Bit Error Rate：BER）との関係を計測したグラフである。なお磁気抵抗効果膜１０の素子幅を７０ｎｍ、奥行きを７０ｎｍとした。
【００２８】
上記の条件下で、再生信号処理部４からのフィードバックによりリードバイアス調整回路８を機能させると、ＢＥＲを最小とするリードバイアスは１２０ｍＶとなった。すなわち図１０に示すようにリードバイアスを個別に変えてＢＥＲを測定したところ、１２０ｍＶのリードバイアス電圧でＢＥＲが最小となる。
【００２９】
再生ヘッド１の再生出力はリードバイアス電圧を高くするとともに増加するが、スピントランスファー効果により誘起されるノイズも増加する。しかもこのノイズのリードバイアス依存性は、再生ヘッド１の抵抗値やバイアス層２３からのバイアス磁界の大きさによリ変化する。すなわち最少のＢＥＲをもたらすリードバイアス値は、それぞれの再生ヘッド１により個別に変化する。事実、再生ヘッドの抵抗値やバイアス層からのバイアス磁界の大きさは、製造ばらつきにより変化するので、最適値を事前に設定することは困難である。これに対しこの実施形態によれば、個々に条件の異なる垂直通電型の磁気ヘッドに対して最適なリードバイアス値を個別に設定することが可能となり、従って、読み取りエラー発生率を最小化した磁気ディスク装置を安定して得ることが可能になる。
【００３０】
なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば第４の実施形態において、リードバイアス電圧でなくセンス電流を直接可変することも可能である。さらにこの発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明に係わる磁気ディスク装置の第１の実施形態を示す機能ブロック図。
【図２】本発明の実施の形態に係わる磁気ヘッドを搭載可能なハードディスク装置を示す外観斜視図。
【図３】図１の再生ヘッド１の概略構成を例示する断面図。
【図４】図３の磁気抵抗効果膜１０の膜構成を示す断面図。
【図５】再生ヘッド１のヘッドノイズのスペクトルをハイパスフィルタ３の有無に応じて計測図したグラフを示す図。
【図６】この発明に係わる磁気ディスク装置の第２の実施形態を示す機能ブロック図。
【図７】この発明に係わる磁気ディスク装置の第３の実施形態における磁気抵抗効果膜１０を示す模式図。
【図８】電流制御層を持つ磁気抵抗効果膜１０を備える再生ヘッド１のヘッドノイズのスペクトルをハイパスフィルタ兼微分回路７の有無に応じて計測図したグラフを示す図。
【図９】この発明に係わる磁気ディスク装置の第４の実施形態を示す機能ブロック図。
【図１０】図９のリードバイアス調整回路８の作用を説明するための図。
【符号の説明】
【００３２】
１…再生ヘッド、２…リードアンプ、３…ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）、４…再生信号処理部、５…ハードディスクコントローラ（ＨＤＣ）、６…ＣＰＵ、７…ハイパスフィルタ兼微分回路、８…リードバイアス調整回路、１０…磁気抵抗効果膜、１１…下部電極、１２…下地層、１３…反強磁性層、１４…磁化固着層、１５…非磁性中間層、１６…磁化自由層、１７…保護層、１８…上部電極、２３…バイアス層、２４…絶縁層、２１…上部電極兼磁気シールド層、２２…下部電極兼磁気シールド層、３１…非磁性中間層、３３…絶縁体、３４…誘電体、１５０…ハードディスク装置、１５２…スピンドル、１５３…ヘッドスライダ、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…スピンドル、２００…ディスク媒体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006277864.tif 000009
【図８】
2006277864.tif 000010
【図９】
2006277864.tif 000011
【図１０】
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