(57)【要約】【課題】面内記録方式と垂直記録方式の両者において、より大きな磁気抵抗変化率を実現する。【解決手段】磁気抵抗効果素子２は、記録媒体から生じる、記録媒体の媒体面に対して平行方向の外部磁界を検知する第１の感磁膜９と、記録媒体から生じる、記録媒体の媒体面に対して直交方向の外部磁界を検知する第２の感磁膜７と有している。【選択図】  図２
2006351684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体から生じる、該記録媒体の媒体面に対して平行方向の外部磁界を検知する第１の感磁膜と、
前記記録媒体から生じる、該記録媒体の媒体面に対して直交方向の外部磁界を検知する第２の感磁膜と
を有する、磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記第１の感磁膜は、
磁化方向が膜面直交方向に固定された第１のピンド層と、
磁化方向が、前記平行方向の外部磁界に応じて少なくとも膜面直交方向に変化する第１のフリー層と、
前記第１のピンド層と前記第１のフリー層との間に挟まれた第１のスペーサ層と
を備えている、請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記第１のフリー層は、前記直交方向の外部磁界に対しては、膜面面内方向に変化する、請求項２に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記第２の感磁膜は、
磁化方向が膜面面内方向に固定された第２のピンド層と、
磁化方向が、前記直交方向の外部磁界に応じて膜面面内方向に変化する第２のフリー層と、
前記第２のピンド層と前記第２のフリー層との間に挟まれた第２のスペーサ層と
を備えている、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記直交方向および平行方向の外部磁界がかからないときに、前記第１のフリー層を、前記膜面直交方向および前記膜面面内方向の双方と直交する膜面面内方向に磁化させるバイアス磁性層を有している、請求項２から４のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記第１のフリー層は、ＣｏＰｔ，ＦｅＰｔ，または希土類と遷移金属との合金の、いずれかまたは任意の組み合わせを主成分とする、請求項２から５のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
記録媒体に対向する媒体対向面に、該記録媒体に記録されたデータを読み取る請求項１から６のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッド。
【請求項８】
請求項７に記載の薄膜磁気ヘッドを含み、前記記録媒体に対向して配置されるスライダと、
前記スライダを弾性的に支持するサスペンションと
を有するヘッドジンバルアセンブリ。
【請求項９】
請求項７に記載の薄膜磁気ヘッドを含み、回転駆動される円盤状の記録媒体に対向して配置されるスライダと、
前記スライダを支持するとともに前記記録媒体に対して位置決めする位置決め装置と
を有するハードディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、およびハードディスク装置に関し、特にハードディスク装置の等の磁気記録装置の薄膜磁気ヘッドに用いられる磁気抵抗効果素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハードディスク装置の再生素子として、ＧＭＲ(Giant Magneto-resistive)センサを磁気抵抗効果素子として用いた磁気ヘッドが広く用いられている。現在、記録媒体への記録方式としては、記録ドメインの磁化方向が媒体面に対して平行方向となる面内記録方式が用いられており、この方式によれば、磁化の方向が逆転する記録ドメイン境界部で、記録媒体に対して直交方向の磁界が発生する。ＧＭＲセンサは、この直交方向の磁界を検出することで、記録媒体の磁気情報を読み取る。
【０００３】
より詳細には、ＧＭＲセンサは、フリー層と、ピンド層と、これらの間に挟まれたスペーサ層の積層構造を有している。フリー層は軟磁性の磁化膜で、その面内方向の磁化の向きが、外部磁界の向きに合わせて動く性質を持っている。ピンド層は、磁化の向きが外部磁界に対して固着された磁性膜である。フリー層とピンド層の間にはセンス電流が流れている。フリー層の面内方向は磁気記録媒体に対して直交方向に合わせられている。このため、フリー層は外部磁界を受けると、記録媒体の記録ドメイン境界部から発生する、媒体面に対して直交方向の磁界を検知し、その磁化方向を、外部磁界の方向に変化させる。一方、ピンド層の磁化方向は変化しないため、フリー層とピンド層の磁化方向に、外部磁界の強度に応じた相対角度が生じる。相対角度が変化すると、それに応じてセンス電流の伝導電子のスピン依存散乱が変化して、センス電流に対する磁気抵抗変化が生じる。磁気ヘッドは、この磁気抵抗変化を検出して、記録媒体の磁気情報を読み取る。磁気抵抗は、フリー層とピンド層の磁化方向が平行の時に一番小さく、反平行の時に最大となる。この磁気抵抗の変化率は再生出力の大きさに直結するため、ＧＭＲセンサにとって、より大きな抵抗変化率を実現することは重要な課題である。
【０００４】
最近ではさらなる記録密度の増加を図るため、記録ドメインの磁化方向が媒体面に対して直交方向となる垂直記録方式の開発が進められている。この方式では、記録ドメインの境界部を除く一般部で媒体面に対して直交方向の磁界が発生するため、ＧＭＲセンサは、記録媒体の記録ドメイン一般部から発生する、媒体面に対して直交方向の磁界を検知することになる。
【０００５】
ところで、面内記録方式の場合、記録媒体上には、記録ドメインの境界部から隣接する境界部に向かう、媒体面に対して平行方向の磁界が生じているため、この磁界を検出することで、より大きな抵抗変化率を実現できる可能性がある。垂直記録方式においても、記録ドメインの境界部付近には媒体面に対して平行方向に磁界が生じているため、同様である。特許文献１，２には、磁化方向が膜面直交方向を向き、互いに保磁力の異なる２種類の磁性層を積層した磁気抵抗素子をメモリ素子として用いる技術が開示されている。この技術をＧＭＲセンサに適用すると、フリー層の磁化方向およびピンド層の磁化固定方向が膜面直交方向となる薄膜磁気ヘッドが構成でき、理論上は媒体面に対して平行方向の磁界を検知することが可能となる。また、特許文献３には、外部磁界のない状態で、フリー層の磁化方向を膜面直交方向に向ける技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−２１３６５０号公報
【特許文献２】特開２００２−２８０６３９号公報
【特許文献３】特開２００３−２２９６１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、従来技術では、面内記録方式であるか垂直記録方式であるかを問わず、媒体面に対して直交方向の磁界だけを検知することによって、記録媒体に記録された磁気情報を読み出していたため、より大きな抵抗変化率を実現する上で、一定の限界が存在していた。しかし、面内記録方式において、媒体面に対して平行方向の磁界を検知することは、以下の理由から現実的とはいえない。すなわち、面内記録方式では、媒体面に対して平行方向の磁界は、記録ドメインの両端部の間に生じるため、記録内容によっては記録ドメイン、すなわち両端部の距離が長くなり、媒体面に対して平行方向の磁界強度もそれに応じて小さくなってしまう。このため、特許文献１，２に記載の技術を薄膜磁気ヘッドに適用しても、磁気記録の内容によっては磁界の検出すらできないことになりかねず、現実的ではないのである。なお、特許文献３に記載の技術は、外部磁界が加えられた場合には、フリー層は膜面面内方向に磁化されるので、作動原理の観点からは従来の一般的な薄膜磁気ヘッドと特に変わらない。
【０００７】
一方、今後さらなる磁気記録密度の向上のために、記録ドメインの縮小化が進み、記録媒体の各記録ドメインから生じる磁界強度もますます小さくなることが予想され、より大きな抵抗変化率を実現する磁気抵抗効果素子への期待はますます高まっている。
【０００８】
かかる事情を踏まえ、本発明の目的は、面内記録方式と垂直記録方式の両者において、より大きな磁気抵抗変化率を実現する磁気抵抗効果素子を提供することにある。また、本発明の他の目的は、かかる磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッド、ハードディスク装置等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の磁気抵抗効果素子は、記録媒体から生じる、記録媒体の媒体面に対して平行方向の外部磁界を検知する第１の感磁膜と、記録媒体から生じる、記録媒体の媒体面に対して直交方向の外部磁界を検知する第２の感磁膜と有している。
【００１０】
従来技術の磁気抵抗効果素子では、記録媒体から生じる、記録媒体の媒体面に対して直交方向の外部磁界を検知することしかできず、再生出力や磁気抵抗変化率の増加の制約となっていた。これに対して本発明の磁気抵抗効果素子は、記録媒体の媒体面に対して平行方向と直交方向の両方の外部磁界を検知するので、記録媒体から生じる外部磁界が同じでも、より効率的に外部磁界を検知することができる。
【００１１】
第１の感磁膜は、磁化方向が膜面直交方向に固定された第１のピンド層と、磁化方向が、上記の平行方向の外部磁界に応じて少なくとも膜面直交方向に変化する第１のフリー層と、第１のピンド層と第１のフリー層との間に挟まれた第１のスペーサ層とを備えるように構成することが望ましい。このとき、第１のフリー層は、上記の直交方向の外部磁界に対しては、膜面面内方向に変化することが望ましい。
【００１２】
また、第２の感磁膜は、磁化方向が膜面面内方向に固定された第２のピンド層と、磁化方向が、直交方向の外部磁界に応じて膜面面内方向に変化する第２のフリー層と、第２のピンド層と第２のフリー層との間に挟まれた第２のスペーサ層とを備えるように構成することが望ましい。
【００１３】
さらに、本発明の磁気抵抗効果素子は、直交方向および平行方向の外部磁界がかからないときに、第１のフリー層を、膜面直交方向および膜面面内方向の双方と直交する膜面面内方向に磁化させるバイアス磁性層を有していることが望ましい。
【００１４】
第１のフリー層は、ＣｏＰｔ，ＦｅＰｔ，または希土類と遷移金属との合金の、いずれかまたは任意の組み合わせを主成分とすることが望ましい。
【００１５】
本発明の薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面に、記録媒体に記録されたデータを読み取る上述の磁気抵抗効果素子を有している。
【００１６】
本発明のヘッドジンバルアセンブリは、上記の薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向して配置されるスライダと、スライダを弾性的に支持するサスペンションとを有している。
【００１７】
本発明のハードディスク装置は、上述の薄膜磁気ヘッドを含み、回転駆動される円盤状の記録媒体に対向して配置されるスライダと、スライダを支持するとともに記録媒体に対して位置決めする位置決め装置とを有している。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明の磁気抵抗効果素子は、記録媒体の媒体面に対して平行方向と直交方向の両方の外部磁界を検知するので、面内記録方式と垂直記録方式の両者において、より大きな磁気抵抗変化率を実現することができる。また、本発明の薄膜磁気ヘッド、ハードディスク装置等は、より大きな再生出力が得られ、読み取り性能の向上が可能となる。さらに、大きな磁気抵抗変化率が実現されることで、記録媒体の記録密度を高めることも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の磁気抵抗効果素子および薄膜磁気ヘッドについて詳細に説明する。本発明の磁気抵抗効果素子は、磁気メモリ（ＭＲＡＭ等）や磁気センサ等にも適用することができるが、ここでは薄膜磁気ヘッドへの適用を例に説明する。本発明の磁気抵抗効果素子は、膜面平行方向にセンス電流を流すＣＩＰ(Current in Plane)-ＧＭＲセンサ、膜面直交方向にセンス電流を流すＣＰＰ(Current Perpendicular to the Plane)-ＧＭＲセンサ、ＴＭＲ(Tunnnel Magneto-resistance)膜を用いたＴＭＲセンサのすべてに共通して適用可能であるが、以下では、ＣＰＰ-ＧＭＲセンサを例に説明する。
【００２０】
図１は本発明の磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッド１の部分斜視図である。薄膜磁気ヘッド１は読み込み専用のヘッドでもよく、記録部をさらに有するＭＲ／インダクティブ複合ヘッドでもよい。磁気抵抗効果素子であるＧＭＲセンサ２は、上部電極兼シールド層３と下部電極兼シールド層４との間に挟まれ、先端部が記録媒体２１と対向する位置に配置されている。ＧＭＲセンサ２には、図１中の矢印に示すように、上部電極兼シールド層３と下部電極兼シールド層４との間にかかる電圧によって、上部電極兼シールド層３からＧＭＲセンサ２を積層方向に貫通して下部電極兼シールド層４に向かうセンス電流２２が流れている。ＧＭＲセンサ２が記録媒体２１から受ける磁界は、記録媒体２１の記録媒体移動方向２３への移動につれて変化する。ＧＭＲセンサ２は、この磁界の変化を、ＧＭＲ効果によって得られるセンス電流２２の電気抵抗変化として検出し、記録媒体２１の各記録ドメインに書き込まれた磁気情報を読み出す。
【００２１】
図２にはＧＭＲセンサ２の積層構成を示す。本図は図１におけるＡ−Ａ方向から見た側面図であり、ＡＢＳから見た積層構造を示している。なお、ＡＢＳとは、薄膜磁気ヘッド１の、記録媒体２１との対向面、すなわち媒体対向面である。
【００２２】
ＧＭＲセンサ２は、NiFeCr層からなる下部電極兼シールド層４の上に、Ta/NiCr層からなるバッファ層５、IrMn層からなる反強磁性層６、第２の感磁膜７、非磁性層からなる第３のスペーサ層８、第１の感磁膜９、キャップ層１０がこの順に積層された積層部を有している。バッファ層５からキャップ層１０までの積層部はスピンバルブ膜（ＳＶ膜）と呼ばれる。第３のスペーサ層８は、第２の感磁膜７と第１の感磁膜９との磁気的分離のために設けられている非磁性中間層である。キャップ層１０はCu層とRu層からなり、ＳＶ膜の劣化防止のために設けられている。キャップ層１０の上にはNiFe膜からなる上部電極兼シールド層３が形成されている。ＳＶ膜の側方には、絶縁膜１１を介してバイアス磁性層１２が形成されている。バイアス磁性層１２は、後述する面内フリー層７３、三次元フリー層９３の記録ドメインを単磁区化するための磁区制御膜である。絶縁膜１１はAl2O3、バイアス磁性層１２はCoPt、CoCrPtなどが用いられる。
【００２３】
図２において、方向ｘ、方向ｙはＳＶ膜の面内方向を示す。面内方向ｙは、記録媒体２１の膜面直交方向の磁界の向きに対応する。方向ｚはＳＶ膜の面外方向を示し、記録媒体２１の膜面平行方向の磁界の向きに対応する。また、面内方向ｘには記録媒体２１からの磁界は生じないが、バイアス磁性層１２の磁界がかけられている。なお、図２において白抜矢印は、実線方向または破線方向に磁化方向が変化できることを意味し、実線矢印はその方向に磁化方向が固定されていることを意味する。
【００２４】
第２の感磁膜７は、第２のピンド層である面内ピンド層７１、Cuからなる第２のスペーサ層７２、および第２のフリー層である面内フリー層７３がこの順で積層されて形成されている。面内ピンド層７１は、たとえばＣｏＦｅから、面内フリー層７３はたとえばＣｏＦｅやＮｉＦｅからなる。面内ピンド層７１の磁化方向は面内方向ｙに固定されている。面内フリー層７３は、面内方向ｙの外部磁界に対しては、ｘｙ平面内で外部磁界の方向を向くように磁化方向が変化する。すなわち、実線白抜矢印に示すように、外部磁界の向きに応じて面内ピンド層７１と平行または反平行方向に向くように磁化される。面内フリー層７３は、それ以外の場合には、バイアス磁性層１２の磁界によって面内方向ｘに、すなわち、破線白抜矢印に示すように、面内ピンド層７１の磁化方向と直交する方向に磁化される。
【００２５】
第１の感磁膜９は、第１のフリー層である３次元フリー層９３、Cuからなる第１のスペーサ層９２、第１のピンド層である垂直ピンド層９１がこの順で積層されて形成されている。垂直ピンド層９１の磁化方向は面外方向ｚに固定されている。３次元フリー層９３は、面外方向ｚに外部磁界がかかると面外方向ｚに向くように磁化方向が変化する。すなわち、実線白抜矢印に示すように、外部磁界の向きに応じて垂直ピンド層９１と平行または反平行方向に向くように磁化される。面内方向ｙに外部磁界がかかると面内方向ｙに向くように磁化方向が変化し、実線白抜矢印に示すように、外部磁界の向きに応じていずれかの方向に向くように磁化されるが、外部磁界が面内方向ｙのいずれの方向を向いていても、磁化の向きは垂直ピンド層９１とは直交方向となる。いずれの方向の外部磁界もかからない場合は、バイアス磁性層１２の磁界によって面内方向ｘに、すなわち破線白抜矢印に示すように、垂直ピンド層９１と直交方向に磁化される。このように、３次元方向に磁化の向きが変化するフリー層を有する第１の感磁膜９を設けたことが、本発明の薄膜磁気ヘッドの特徴である。
【００２６】
３次元フリー層９３は、３次元的に等方な磁化特性と、軟磁性特性とを有していることが重要である。具体的には、薄膜材料の有する反磁界エネルギー（２πＭｓ2）と垂直磁気異方性エネルギーとを、薄膜の組成比や成膜方法の調整によって均衡させることで、３次元的に等方な磁化特性が得られる。これらの特性を実現する材料として、たとえば、ＣｏＰｔ，ＦｅＰｔ，希土類と遷移金属の合金などを挙げることができ、これらのいずれかまたは任意の組み合わせを主成分とすることが望ましい。膜厚は、従来のＧＭＲセンサの第２のフリー層と同程度とするのがよく、１〜３ｎｍ程度が好ましい。これらの層の第３のスペーサ層８側にＴａ層を設けてもよい。また、垂直ピンド層９１は、垂直方向の保磁力が高い公知の材料を用いることができる。垂直ピンド層９１の膜厚は１０ｎｍ程度が好ましい。
【００２７】
次に、図３，４を参照して、本発明の磁気抵抗効果素子の作動原理について説明する。図３，４は各々、面内記録方式および垂直記録方式に従って磁気情報が記録された記録媒体から磁気情報を読み出す場合の作動原理の説明図である。両図とも、ＧＭＲセンサ２は、３次元フリー層９３と面内フリー層７３だけを抽出して表示している。面内方向ｘ，ｙ、面外方向ｚは図２に合わされている（面内方向ｘは紙面直交方向を意味する。）。３次元フリー層９３を示す枠の左側の実線矢印は、対応する垂直ピンド層９１の磁化固定方向を示している。垂直ピンド層９１は、面外方向ｚの図示されている方向に固定されている。同様に、面内フリー層７３を示す枠の右側の実線矢印は、対応する面内ピンド層７１の磁化固定方向を示している。面内ピンド層７１は、面内方向ｙの図示されている方向に固定されている。面内フリー層７３と３次元フリー層９３のトラック方向の長さは互いに等しく、各々、記録ドメインのトラック方向長さの半分である。実際には記録媒体２１が回転し、ＧＭＲセンサ２が固定されているが、説明の便宜上、記録媒体２１が固定され、ＧＭＲセンサ２が記録媒体２１に沿って動いていると仮定する。
【００２８】
まず、図３を用いて、面内記録方式の場合を説明する。記録媒体２１の記録ドメイン２１ａ，２１ｂ，２１ｃは面外方向ｚに、各々右側、左側、右側の向きに磁化されている。これによって、記録媒体２１の媒体表面には、記録ドメイン２１ａ，２１ｂ，２１ｃの磁化方向とは逆向きの磁界３１ａ，３１ｂ，３１ｃが現れる。すなわちＧＭＲセンサ２が受ける磁界は、図中太矢印で示すように、記録ドメイン２１ａ，２１ｂ，２１ｃの中央部においては、面外方向ｚに、記録ドメイン２１ａ，２１ｂ，２１ｃとは逆向き（記録ドメイン２１ａから順に、左、右、左）となり、記録ドメイン２１ａ，２１ｂの境界部においては、面内方向ｙに図中下向き、記録ドメイン２１ｂ，２１ｃの境界部においては、面内方向ｙに図中上向きとなる。
【００２９】
時刻ｔ１において、３次元フリー層９３の中央部が記録ドメイン２１ａの中央部に、面内フリー層７３の中央部が記録ドメイン２１ａ，２１ｂの境界部にあるとする。３次元フリー層９３は、記録ドメイン２１ａの外部磁界の方向に反応して、面外方向ｚに図中左向きに磁化され、垂直ピンド層９１の磁化固定方向と磁化方向が平行となる。このため、第１の感磁膜９の磁気抵抗は最小となり、「−」の信号が出力される（実際には磁気ヘッドに取り付けられた入出力パッド間の電圧が所定値まで低下する。）。一方、面内フリー層７３は、記録ドメイン２１ａ，２１ｂの境界部の外部磁界の方向に反応して、面内方向ｙに図中下向きに磁化され、面内ピンド層７１の磁化固定方向と磁化方向が平行となる。このため、第２の感磁膜７の磁気抵抗は最小となり、「−」の信号が出力される。この結果、第１の感磁膜９と第２の感磁膜７はともに「−」の信号を出力し、これらの信号を足すことによって、第２の感磁膜７だけの信号より大きな再生出力を得ることができる。
【００３０】
なお、ここでは両者ともに「−」の信号であったが、垂直ピンド層９１と面内ピンド層７１のいずれかの磁化固定方向が逆であれば、一方の信号は「＋」となる。しかし、この場合は両者の差をとればよいので、つまり、電気回路で差動方式を取ればよいので、垂直ピンド層９１と面内ピンド層７１の磁化固定方向はどちらの方向を向いていてもよい。
【００３１】
次に、時刻ｔ２において、３次元フリー層９３の中央部が記録ドメイン２１ａ，２１ｂの境界部に、面内フリー層７３の中央部が記録ドメイン２１ｂの中央部にくる。３次元フリー層９３は、記録ドメイン２１ａ，２１ｂの境界部の外部磁界の方向に反応して、面内方向ｙに図中下向きに、すなわち、垂直ピンド層９１の磁化固定方向と直交方向に磁化される。この状態は、３次元フリー層９３と垂直ピンド層９１の磁化方向が平行方向と反平行方向の中間であるため、中間的な出力である「０」の信号が出力される（実際には磁気ヘッドに取り付けられた入出力パッド間の電圧が中間値となる。）。一方、面内フリー層７３は、記録ドメイン２１ｂの外部磁界の方向には反応できないため、バイアス磁性層１２の磁界によって面内方向ｘに磁化される。この状態は、面内フリー層７３と面内ピンド層７１の磁化方向が平行方向と反平行方向の中間であるため、中間の出力である「０」の信号が出力される。この結果、第１の感磁膜９と第２の感磁膜７はともに「０」の信号を出力し、これらの信号を足しても、再生出力は「０」となる。
【００３２】
ここで注意すべきことは、「０」の信号出力は信号がないということを意味しているのではなく、３次元フリー層９３と垂直ピンド層９１、あるいは面内フリー層７３と面内ピンド層７１の磁化方向の相対角度が９０度の場合に対応する信号が出力されることを意味する。
【００３３】
次に、時刻ｔ３において、３次元フリー層９３の中央部が記録ドメイン２１ｂの中央部に、面内フリー層７３の中央部が記録ドメイン２１ｂ，２１ｃの境界部にくる。３次元フリー層９３は、記録ドメイン２１ｂの外部磁界の方向に反応して、面外方向ｚに図中右向きに磁化され、垂直ピンド層９１の磁化固定方向と磁化方向が反平行となる。このため、第１の感磁膜９の磁気抵抗は最大となり、「＋」の信号が出力される。一方、面内フリー層７３は、記録ドメイン２１ｂ，２１ｃの境界部の外部磁界の方向に反応して、面内方向ｙに図中上向きに磁化され、面内ピンド層７１の磁化固定方向と磁化方向が反平行となる。このため、第２の感磁膜７の磁気抵抗は最大となり、「＋」の信号が出力される。この結果、第１の感磁膜９と第２の感磁膜７はともに「＋」の信号を出力し、これらの信号を足すことによって第２の感磁膜７だけの信号より大きな再生出力を得ることができる。
【００３４】
次に、時刻ｔ４において、３次元フリー層９３の中央部が記録ドメイン２１ｂ，２１ｃの境界部に、面内フリー層７３の中央部が記録ドメイン２１ｃの中央部にくる。３次元フリー層９３は、記録ドメイン２１ｂ，２１ｃの境界部の外部磁界の方向に反応して、面内方向ｙに図中上向きに、すなわち、垂直ピンド層９１の磁化固定方向と直交方向に磁化され、「０」の信号が出力される。一方、面内フリー層７３は、記録ドメイン２１ｃの外部磁界の方向には反応できないため、バイアス磁性層１２の磁界によって面内方向ｘに磁化され、「０」の信号が出力される。この結果、第１の感磁膜９と第２の感磁膜７はともに「０」の信号を出力し、これらの信号を足しても、再生出力は「０」となる。
【００３５】
従来のＧＭＲセンサでは、面内フリー層７３だけしか設けられていなかったため、図中の「第２の感磁膜の出力」に相当する再生主力しか得られなかった。しかし、本発明のＧＭＲセンサでは、３次元フリー層９３が加えられたため、その分の出力が重畳され、より大きな再生出力を得ることができる。これは換言すれば、ＧＭＲセンサの磁気抵抗変化率が増加することを意味している。
【００３６】
再生出力の大きさは、一般的には、面内フリー層７３だけが設けられたＧＭＲセンサの最大２倍弱まで増加すると考えられる。その理由は、記録媒体の媒体面に対して平行方向の外部磁界と直交方向の外部磁界の強度は、記録ドメインの長さが小さくなればなるほど同等に近くなるが、３次元フリー層９３の感度は、材料の制約のため面内フリー層７３よりも不利になることが考えられるためである。記録ドメインの長さが長くなると、磁界３１ａ，３１ｂ，３１ｃの強度が低下するため、再生出力もその分低下する。しかし、面内フリー層７３からの再生出力は従来のＧＭＲセンサと同じであるので、従来のＧＭＲセンサよりも悪化することはない。すなわち、面内記録方式の場合は、記録ドメインの長さが短くなり、記録媒体の媒体面に対して平行方向の外部磁界を検知可能になった段階で再生出力が急激に立ち上がるような挙動を示す。
【００３７】
次に、図４を用いて、垂直記録方式の場合を説明する。記録媒体２１の記録ドメイン２１ｄ，２１ｅ，２１ｆは面内方向ｙに、各々下側、上側、下側の向きに磁化されている。これによって、記録媒体２１の媒体表面には、記録ドメイン２１ｄ，２１ｅの境界部において、記録ドメイン２１ｄから記録ドメイン２１ｅに向かう磁界３１ｄが現れる。同様に、記録ドメイン２１ｅ，２１ｆの境界部において、記録ドメイン２１ｆから記録ドメイン２１ｅに向かう磁界３１ｅが現れる。さらに、記録ドメイン２１ｄ，２１ｅ，２１ｆの境界部を除く一般部には、記録ドメイン２１ｄ，２１ｅ，２１ｆと同じ向きの磁界が現れる。すなわち、ＧＭＲセンサ２が受ける磁界は、記録ドメイン２１ｄ，２１ｅ，２１ｆの一般部においては、面内方向ｙに、記録ドメイン２１ｄ，２１ｅ，２１ｆと同じ向き（記録ドメイン２１ｄから順に、下、上、下）となり、記録ドメイン２１ｄ，２１ｅの境界部においては、面外方向ｚに図中右向き、記録ドメイン２１ｅ，２１ｆの境界部においては、面外方向ｚに図中左向きとなる。
【００３８】
時刻ｔ１において、３次元フリー層９３の中央部が記録ドメイン２１ｄの中央部に、面内フリー層７３の中央部が記録ドメイン２１ｄ，２１ｅの境界部にあるとする。３次元フリー層９３は、記録ドメイン２１ｄの外部磁界の方向に反応して、面内方向ｙに図中下向きに、すなわち、垂直ピンド層９１の磁化固定方向と直交方向に磁化され、「０」の信号が出力される。一方、面内フリー層７３は、記録ドメイン２１ｄ，２１ｅの境界部の外部磁界の方向には反応できないため、バイアス磁性層１２の磁界によって面内方向ｘに磁化され、「０」の信号が出力される。この結果、第１の感磁膜９と第２の感磁膜７はともに「０」の信号を出力し、これらの信号を足しても、再生出力は「０」となる。
【００３９】
次に、時刻ｔ２において、３次元フリー層９３の中央部が記録ドメイン２１ｄ，２１ｅの境界部に、面内フリー層７３の中央部が記録ドメイン２１ｅの中央部にくる。３次元フリー層９３は、記録ドメイン２１ｄ，２１ｅの境界部の外部磁界の方向に反応して、面外方向ｚに図中右向きに磁化され、垂直ピンド層９１の磁化固定方向と磁化方向が反平行となる。このため、第１の感磁膜９の磁気抵抗は最大となり、「＋」の信号が出力される。一方、面内フリー層７３は、記録ドメイン２１ｅの外部磁界の方向に反応して、面内方向ｙに図中上向きに磁化され、面内ピンド層７１の磁化固定方向と磁化方向が反平行となる。このため、第２の感磁膜７の磁気抵抗は最大となり、「＋」の信号が出力される。この結果、第１の感磁膜９と第２の感磁膜７はともに「＋」の信号を出力し、これらの信号を足すことによって、第２の感磁膜７だけの信号より大きな再生出力を得ることができる。なお、再生出力は、記録ドメイン２１ｅの境界部を除く一般部で、全体的に「＋」となるが、記録ドメイン２１ｅの中央部で最大となるわけではなく、むしろ境界部に近い部分で最大となることが多い。しかし、中央部においても「＋」の信号が出力されるので、第２の感磁膜７だけがある場合よりも、大きな再生出力を得ることができる。
【００４０】
次に、時刻ｔ３において、３次元フリー層９３の中央部が記録ドメイン２１ｅの中央部に、面内フリー層７３の中央部が記録ドメイン２１ｅ，２１ｆの境界部にくる。３次元フリー層９３は、記録ドメイン２１ｅの外部磁界の方向に反応して、面内方向ｙに図中上向きに、すなわち、垂直ピンド層９１の磁化固定方向と直交方向に磁化され、「０」の信号が出力される。一方、面内フリー層７３は、記録ドメイン２１ｅ，２１ｆの境界部の外部磁界の方向には反応できないため、バイアス磁性層１２の磁界によって面内方向ｘに磁化され、「０」の信号が出力される。この結果、第１の感磁膜９と第２の感磁膜７はともに「０」の信号を出力し、これらの信号を足しても、再生出力は「０」となる。
【００４１】
次に、時刻ｔ４において、３次元フリー層９３の中央部が記録ドメイン２１ｅ，２１ｆの境界部に、面内フリー層７３の中央部が記録ドメイン２１ｆの中央部にくる。３次元フリー層９３は、記録ドメイン２１ｅ，２１ｆの境界部の外部磁界の方向に反応して、面外方向ｚに図中左向きに磁化され、垂直ピンド層９１の磁化固定方向と磁化方向が平行となる。このため、第１の感磁膜９の磁気抵抗は最小となり、「−」の信号が出力される。一方、面内フリー層７３は、記録ドメイン２１ｆの外部磁界の方向に反応して、面内方向ｙに図中下向きに磁化され、面内ピンド層７１の磁化固定方向と磁化方向が平行となる。このため、第２の感磁膜７の磁気抵抗は最小となり、「−」の信号が出力される。この結果、第１の感磁膜９と第２の感磁膜７はともに「−」の信号を出力し、これらの信号を足すことによって、第２の感磁膜７だけの信号より大きな再生出力を得ることができる。
【００４２】
以上説明したように、本発明の磁気抵抗効果素子では、３次元フリー層９３が加わったため、その分の出力が重畳され、より大きな再生出力を得ることができる。これは換言すれば、垂直記録方式の場合でも、ＧＭＲセンサの磁気変化率が増加することを意味している。また、垂直記録方式では、記録ドメインの長さが長くなっても、磁界３１ｄ，３１ｅの強度が低下しないため、記録ドメインの長さに拘らず、同程度の再生出力が得られるというメリットがある。
【００４３】
以上の説明では面内フリー層と３次元フリー層の長さは互いに等しく、各々、記録ドメインの長さの半分であると仮定したが、実際の記録ドメインの長さや、面内フリー層および３次元フリー層の長さは、書込み素子の性能やＧＭＲセンサの構成によるため、必ずしもこのような関係が満たされるとは限らない。しかしながら、第２の感磁膜は従来のＧＭＲセンサと同等であり、再生出力や磁気抵抗変化率が、第１の感磁膜がない場合と比べて悪化することはない。また、面内記録方式の場合は、面内フリー層７３が記録ドメイン境界部に来るタイミングで読み込みを行えば、３次元フリー層９３は記録ドメインの中央部に来ていなくても、媒体面に対して平行方向の磁界は記録ドメインの一般部に広く存在しているので、両方の磁界を同時に検出することは可能である。垂直記録方式の場合も、記録ドメイン境界部の磁界に合わせて読み込みを行えば、媒体面に対して直交方向の磁界は記録ドメインの一般部に広く存在しているので、両方の磁界を同時に検出することは可能である。さらに、媒体面に対して平行方向と直交方向の磁界を、各々のピーク値に対応した別々のタイミングで読み込むようにしてもよい。
【００４４】
面内フリー層と３次元フリー層の位置関係は、短い記録ドメインに対する読み込み上は、本実施形態のように互いに隣接した構成とするのが最も有利であるが、これに限定されない。すなわち、面内フリー層と面内ピンド層の積層位置を逆にしてもよく、３次元フリー層と３次元ピンド層の積層位置を逆にしてもよく、さらには第１の感磁膜と第２の感磁膜の積層位置を逆にしてもよい。したがって、ＧＭＲセンサの膜構成としては、合計８通りの組み合わせが可能である。また、面内ピンド層および３次元ピンド層をシンセティックピンド層としてもよく、面内感磁膜と３次元感磁膜の少なくともいずれかを、フリー層が２つのピンド層で挟まれるデュアル構成としてもよい。
【００４５】
次に、本発明の磁気抵抗効果素子の成立性を確認するため、ＧＭＲセンサの試料を作成し、印加磁界と磁化との関係を測定した。表１に試料の膜構成を示す。ここで、本発明の磁気抵抗効果素子の成立性を判断する上で最も重要なのは、３次元フリー層が３次元的に等方な磁化特性と軟磁性特性とを同時に実現できるかどうかであり、その点を検証するため、第１の感磁膜として３次元フリー層のみを設けた膜構成とした。また、スペーサ層も設けていない。表１に、試料の膜構成を、表の下方から上方に積層順に示す。
【００４６】
【表１】
2006351684.tif 000003
【００４７】
図５には、媒体面に対して平行方向および直交方向の外部磁界を単独で印加したときの、３次元フリー層と面内フリー層の各磁界印加方向に対する合成の磁化曲線を示す。３次元フリー層は、媒体面に対して垂直方向の磁界をかけた場合（図中Ａ）、平行方向の磁界をかけた場合（図中Ｂ）とも、感度よく磁化され、かつ保磁力が小さいことがわかり、本発明の磁気抵抗効果素子の成立性が確認された。
【００４８】
次に、上述したＧＭＲセンサ２をヘッド素子とした薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるウエハについて説明する。図６はウエハの概念的な平面図である。ウエハ１００は複数の薄膜磁気変換素子集合体１０１に区画される。薄膜磁気変換素子集合体１０１は、ＧＭＲセンサ２が積層された薄膜磁気変換素子１０２を含み、媒体対向面ＡＢＳを研磨加工する際の作業単位となる。薄膜磁気変換素子集合体１０１間および薄膜磁気変換素子１０２間には切断のための切り代（図示せず）が設けられている。
【００４９】
次に、ＧＭＲセンサ２をヘッド素子として用いたヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置について説明する。まず、図７を参照して、ヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダ２１０について説明する。ハードディスク装置において、スライダ２１０は、回転駆動される円盤状の記録媒体であるハードディスクに対向するように配置される。スライダ２１０は、主に基板およびオーバーコート層からなる基体２１１を備えている。基体２１１は、ほぼ六面体形状をなしている。基体２１１の六面のうちの一面は、ハードディスクに対向するようになっている。この面には、媒体対向面となるエアベアリング面２１１が形成されている。ハードディスクが図７におけるｚ方向に回転すると、ハードディスクとスライダ２１０との間を通過する空気流によって、スライダ２１０に、図７におけるｙ方向の下方に揚力が生じる。スライダ２１０は、この揚力によってハードディスクの表面から浮上するようになっている。なお、図７におけるｘ方向は、ハードディスクのトラック横断方向である。スライダ２１０の空気流出側の端部（図７における左下の端部）の近傍には、ＧＭＲセンサ２をヘッド素子として用いた薄膜磁気ヘッド１が形成されている。
【００５０】
次に、図８を参照して、ＧＭＲセンサ２をヘッド素子として用いたヘッドジンバルアセンブリ２２０について説明する。ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、スライダ２１０と、スライダ２１０を弾性的に支持するサスペンション２２１とを備えている。サスペンション２２１は、例えばステンレス鋼によって形成された板ばね状のロードビーム２２２と、ロードビーム２２２の一端部に設けられると共に、スライダ２１０が接合され、スライダ２１０に適度な自由度を与えるフレクシャ２２３と、ロードビーム２２２の他端部に設けられたベースプレート２２４とを有している。ベースプレート２２４は、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向ｘに移動させるためのアクチュエータのアーム２３０に取り付けられるようになっている。アクチュエータは、アーム２３０と、アーム２３０を駆動するボイスコイルモータとを有している。フレクシャ２２３において、スライダ２１０が取り付けられる部分には、スライダ２１０の姿勢を一定に保つためのジンバル部が設けられている。
【００５１】
ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、アクチュエータのアーム２３０に取り付けられる。１つのアーム２３０にヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。また、複数のアームを有するキャリッジの各アームにヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドスタックアセンブリと呼ばれる。
【００５２】
図８は、ヘッドアームアセンブリの一例を示している。ヘッドアームアセンブリでは、アーム２３０の一端部にヘッドジンバルアセンブリ２２０が取り付けられている。アーム２３０の他端部には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２３１が取り付けられている。アーム２３０の中間部には、アーム２３０を回動自在に支持するための軸２３４に取り付けられる軸受け部２３３が設けられている。
【００５３】
次に、図９および図１０を参照して、ＧＭＲセンサ２をヘッド素子として用いたヘッドスタックアセンブリとハードディスク装置について説明する。図９はハードディスク装置の要部を示す説明図、図１０はハードディスク装置の平面図である。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、複数のアーム２５２を有するキャリッジ２５１を有している。複数のアーム２５２には、複数のヘッドジンバルアセンブリ２２０が、互いに間隔を開けて直交方向に並ぶように取り付けられている。キャリッジ２５１においてアーム２５２の反対側には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２５３が取り付けられている。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、ハードディスク装置に組み込まれる。ハードディスク装置は、スピンドルモータ２６１に取り付けられた複数枚のハードディスク２６２を有している。ハードディスク２６２毎に、ハードディスク２６２を挟んで対向するように２つのスライダ２１０が配置される。また、ボイスコイルモータは、ヘッドスタックアセンブリ２５０のコイル２５３を挟んで対向する位置に配置された永久磁石２６３を有している。
【００５４】
スライダ２１０を除くヘッドスタックアセンブリ２５０およびアクチュエータは、本発明における位置決め装置に対応し、スライダ２１０を支持すると共にハードディスク２６２に対して位置決めする。
【００５５】
本ハードディスク装置では、アクチュエータによって、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向に移動させて、スライダ２１０をハードディスク２６２に対して位置決めする。スライダ２１０に含まれる薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって、ハードディスク２６２に情報を記録し、ＧＭＲセンサ２をヘッド素子として用いた再生ヘッドによって、ハードディスク２６２に記録されている情報を再生する。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の磁気抵抗効果素子を組み込んだ薄膜磁気ヘッドの部分斜視図である。
【図２】図１に示す磁気抵抗効果素子をＡＢＳ面から見た側面図である。
【図３】本発明の磁気抵抗効果素子の、面内記録方式の記録媒体に対する作動原理の説明図である。
【図４】本発明の磁気抵抗効果素子の、垂直記録方式の記録媒体に対する作動原理の説明図である。
【図５】３次元フリー層の各磁界印加方向に対する磁化曲線である。
【図６】本発明の磁気抵抗効果素子を組み込んだ薄膜磁気ヘッドの製造に係るウエハの平面図である。
【図７】本発明の磁気抵抗効果素子を組み込んだヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダを示す斜視図である。
【図８】本発明の磁気抵抗効果素子を組み込んだヘッドジンバルアセンブリを含むヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。
【図９】本発明の磁気抵抗効果素子を組み込んだハードディスク装置の要部を示す説明図である。
【図１０】本発明の磁気抵抗効果素子を組み込んだハードディスク装置の平面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  薄膜磁気ヘッド
２  ＧＭＲセンサ
５  バッファ層
６  反強磁性層
７  感磁膜
７１  面内ピンド層
７２  第２のスペーサ層
７３  面内フリー層
８  第３のスペーサ層
９  ３次元感磁膜
９１  垂直ピンド層
９２  第１のスペーサ層
９３  ３次元フリー層
１０  キャップ層
１２  バイアス磁性層
２１  記録媒体
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ  記録ドメイン
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ  磁界
【図１】
2006351684.tif 000004
【図２】
2006351684.tif 000005
【図３】
2006351684.tif 000006
【図４】
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【図５】
2006351684.tif 000008
【図６】
2006351684.tif 000009
【図７】
2006351684.tif 000010
【図８】
2006351684.tif 000011
【図９】
2006351684.tif 000012
【図１０】
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