(57)【要約】【課題】磁気抵抗効果素子を小さくした場合であっても、自由層の磁化方向に影響を与えずに、固定層の磁化方向を安定させる磁気再生ヘッドを提供する。【解決手段】固定層５４及び反強磁性層５５のＡＢＳ面からの長さは、キャップ層５１、自由層５２及び非磁性中間層５３のＡＢＳ面からの長さより大きく形成されている。固定層５４及び反強磁性層５５は、ＡＢＳ面に垂直な方向に長く延びる形状であり、ＡＢＳ面の端と反対側の端において、ＡＢＳ面に垂直な方向に固定層ハードバイアス層５７が結合されている。【選択図】図４
2011129171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気ディスクに記録された情報磁場を検知する磁気再生ヘッドであって、
磁化の方向が固定されている固定層と、
前記固定層の磁化の方向を固定するための反強磁性層と、
前記磁気ディスクの前記情報磁場により磁化の方向が変化する自由層と、
前記反強磁性層とは別に、前記固定層の磁化の方向を固定するための固定層ハードバイアス層と、を備え、
前記固定層、前記反強磁性層及び前記自由層は、順に積層され、前記磁気ディスクと対向する面である摺動面において共通の端面を有し、
前記固定層及び前記反強磁性層の前記摺動面からの長さは、前記自由層の前記摺動面からの長さより大きく、前記摺動面に垂直な方向に延びる形状であり、
少なくとも前記固定層は、前記摺動面とは反対側の端部又は端部近くにおいて、前記固定層ハードバイアス層と結合されている、ことを特徴とする磁気再生ヘッド。
【請求項２】
前記固定層ハードバイアス層は、前記固定層に沿うように形成された前記反強磁性層の前記摺動面とは反対側の端部又は端部近くにおいて、前記反強磁性層とも結合している、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気再生ヘッド。
【請求項３】
前記固定層ハードバイアス層は、前記固定層における前記垂直な方向に延びる部分において、前記垂直な方向が磁化方向となるように結合される、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気再生ヘッド。
【請求項４】
前記固定層ハードバイアス層は、前記固定層の前記垂直な方向の端部から、前記垂直な方向の延長線上に結合されている、ことを特徴とする請求項３に記載の磁気再生ヘッド。
【請求項５】
前記固定層は、前記摺動面とは反対側の端部付近において、前記垂直な方向から前記磁気ディスクのトラック幅方向に折り曲げられるように形成され、前記折り曲げ方向の端部に前記固定層ハードバイアス層が結合されている、ことを特徴とする請求項３に記載の磁気再生ヘッド。
【請求項６】
前記固定層は、前記磁気ディスクのトラック幅方向における一方の端の側面の前記垂直な方向長さが、他方の端の側面の前記垂直な方向長さより大きく、前記摺動面とは反対側の端部において斜めに切り取られたように形成され、
前記固定層ハードバイアス層は、前記一方の端の側面で、前記摺動面とは反対側の端部近くに結合されている、ことを特徴とする請求項３に記載の磁気再生ヘッド。
【請求項７】
前記自由層のトラック幅方向の両端部には、自由層を単磁区化するための自由層ハードバイアス層を更に備え、
前記固定層ハードバイアス層と前記自由層ハードバイアス層とは同一方向に磁化されている、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気再生ヘッド。
【請求項８】
前記自由層と前記固定層ハードバイアス層との距離は、前記自由層と前記自由層ハードバイアス層との距離の約１０倍である、ことを特徴とする請求項７に記載の磁気再生ヘッド。
【請求項９】
前記固定層ハードバイアス層は一方向に磁化された永久磁石である、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気再生ヘッド。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の磁気再生ヘッドと、
前記磁気再生ヘッドによりデータの読取が行われる磁気ディスクと、
を備える磁気ディスク記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気再生ヘッド及び磁気ディスク記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報技術が発展する中で、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の処理速度の向上や記憶装置の記憶容量の増加が注目されている。中でも磁気ディスク記憶装置は、大容量の記憶装置として最もよく用いられ、更なる高速化、高密度化の研究が行われている。
【０００３】
磁気ディスク記憶装置の磁気ディスクに記録された情報の読取りには、磁気抵抗効果（ＭＲ：Magneto Resistive）素子を使用した磁気再生ヘッドが用いられている。磁気抵抗効果素子は、一般に、反強磁性層、固定層、非磁性中間層、自由層及びキャップ層とが順に積層された構造をしており、反強磁性層により磁力の方向が固定された固定層の磁化方向に対し、自由層の磁化方向が磁気ディスクの情報磁場の影響を受けて変化することにより、磁気抵抗効果素子全体の抵抗が変化し、素子を流れる電流を検知することにより磁気ディスクに記録されたデータを読み取っている。
【０００４】
この磁気抵抗効果素子の方式には、磁気抵抗効果素子の膜面に平行に電流を流すＣＩＰ（Current-In-Plane）方式、膜面に垂直に電流を流すＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）−ＧＭＲ（Giant Magneto Resistive）方式やＴＭＲ（Tunneling Magneto Resistive）方式が知られており、近年の記憶容量の高密度化により、ＣＰＰ−ＧＭＲ方式又はＴＭＲ方式を用いるのが主流となっている。
【０００５】
特許文献１は、反強磁性層を固定層に結合させることなく、固定層の磁化方向を固定する横バイアス層を、絶縁層を介して配置するＣＩＰ方式の磁気抵抗効果膜について開示している。
【０００６】
特許文献２は、磁気抵抗効果素子をトラック幅方向に挟むように形成され、自由層の磁区を安定させる第１ハードバイアス膜と、第１ハードバイアス膜に接触し、第１ハードバイアス膜の磁化を安定化させるための第２ハードバイアス膜を有する磁気再生ヘッドについて開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−０１１９９１号公報
【特許文献２】特開２００９−２５９３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
磁気ディスクの高密度化により、より小さい領域に記録された情報を読取るために、磁気再生ヘッドも小型にしていく必要がある。しかしながら、磁気抵抗効果素子をそのまま小さくした場合、固定層と反強磁性層との接触面積の減少し、結合エネルギーの低下から、固定層の磁化方向が不安定となるという問題が生じる。
【０００９】
また、上述の特許文献１に記載された方法では、横バイアス層から発生する磁場は、固定層だけでなく自由層にも影響を与えてしまうため、小型化への対策としては十分なものではない。
【００１０】
本発明は、上述の事情を鑑みてしたものであり、磁気抵抗効果素子を小さくした場合であっても、自由層の磁化方向に影響を与えずに、固定層の磁化方向を安定させる磁気再生ヘッド及び磁気ディスク記憶装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の磁気再生ヘッドは、磁気ディスクに記録された情報磁場を検知する磁気再生ヘッドであって、磁化の方向が固定されている固定層と、前記固定層の磁化の方向を固定するための反強磁性層と、前記磁気ディスクの前記情報磁場により磁化の方向が変化する自由層と、前記反強磁性層とは別に、前記固定層の磁化の方向を固定するための固定層ハードバイアス層と、を備え、前記固定層、前記反強磁性層及び前記自由層は、順に積層され、前記磁気ディスクと対向する面である摺動面において共通の端面を有し、前記固定層及び前記反強磁性層の前記摺動面からの長さは、前記自由層の前記摺動面からの長さより大きく、前記摺動面に垂直な方向に延びる形状であり、少なくとも前記固定層は、前記摺動面とは反対側の端部又は端部近くにおいて、前記固定層ハードバイアス層と結合されている、ことを特徴とする磁気再生ヘッドである。
【００１２】
また、本発明の磁気再生ヘッドにおいて、前記固定層ハードバイアス層は、前記固定層に沿うように形成された前記反強磁性層の前記摺動面とは反対側の端部又は端部近くにおいて、前記反強磁性層とも結合している、とすることができる。
【００１３】
また、本発明の磁気再生ヘッドにおいて、前記固定層ハードバイアス層は、前記固定層における前記垂直な方向に延びる部分において、前記垂直な方向が磁化方向となるように結合される、とすることができる。
【００１４】
また、本発明の磁気再生ヘッドにおいて、前記固定層ハードバイアス層は、前記固定層の前記垂直な方向の端部から、前記垂直な方向の延長線上に結合されている、とすることができる。
【００１５】
また、本発明の磁気再生ヘッドにおいて、前記固定層は、前記摺動面とは反対側の端部付近において、前記垂直な方向から前記磁気ディスクのトラック幅方向に折り曲げられるように形成され、前記折り曲げ方向の端部に前記固定層ハードバイアス層が結合されている、とすることができる。
【００１６】
また、本発明の磁気再生ヘッドは、前記固定層は、前記磁気ディスクのトラック幅方向における一方の端の側面の前記垂直な方向長さが、他方の端の側面の前記垂直な方向長さより大きく、前記摺動面とは反対側の端部において斜めに切り取られたように形成され、前記固定層ハードバイアス層は、前記一方の端の側面で、前記摺動面とは反対側の端部近くに結合されている、とすることができる。
【００１７】
また、本発明の磁気再生ヘッドは、前記自由層のトラック幅方向の両端部には、自由層を単磁区化するための自由層ハードバイアス層を更に備え、前記固定層ハードバイアス層と前記自由層ハードバイアス層とは同一方向に磁化されている、とすることができる。
【００１８】
また、本発明の磁気再生ヘッドにおいて、前記自由層と前記固定層ハードバイアス層との距離は、前記自由層と前記自由層ハードバイアス層との距離の約１０倍である、とすることができる。
【００１９】
また、本発明の磁気再生ヘッドにおいて、固定層ハードバイアス層は一方向に磁化された永久磁石である、とすることができる。
【００２０】
本発明の磁気ディスク記憶装置は、上述した磁気再生ヘッドのうちのいずれかの磁気再生ヘッドと、前記磁気再生ヘッドによりデータの読取が行われる磁気ディスクと、を備える磁気ディスク記憶装置である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る磁気ディスク記憶装置の斜視図である。
【図２】図１の磁気ディスク記憶装置の磁気ヘッドスライダの断面を概略的に示す図である。
【図３】図２の磁気ヘッドスライダの磁気再生ヘッドのＡＢＳ面を概略的に示す図である。
【図４】図３のIV−IV線における断面を示す図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線における断面を概略的に示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る磁気再生ヘッドについて示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る磁気再生ヘッドについて示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［第１実施形態］
本発明の第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の第１〜第３の実施形態の説明及び図面において、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２３】
図１は、本発明に係る磁気ディスク記憶装置１の斜視図である。図１では、トップカバーの図示が省略され、筐体５に納められた機構が現わされている。磁気ディスク記憶装置１の機構は、二値データが磁気の方向の違いにより記録される磁気ディスク２と、磁気ディスク２を回転させるためのスピンドルモータ３と、磁気ディスク２に書込みを行うための機構であるヘッドアッセンブリ４とから構成される。更に、ヘッドアッセンブリ４は、磁気ディスク２に書込みを行う磁気ヘッドスライダ１０と、先端に磁気ヘッドスライダ１０を保持するサスペンションアーム６と、サスペンションアーム６の後端においてサスペンションアーム６を旋回駆動させ、磁気ヘッドスライダ１０を磁気ディスク２の略半径方向に移動させることにより、データの書込み読出し位置まで導くボイスコイルモータ７と、これらの動作を制御する不図示の集積回路等とを備えている。
【００２４】
図２には、磁気ヘッドスライダ１０の断面が概略的に示されている。この図において、図面左側が、回転する磁気ディスク２から見た場合に、磁気ヘッドスライダ１０が進行する方向であるリーディング方向ＬＤであり、図面右側がトレーリング方向ＴＲである。この図に示されるように、磁気ヘッドスライダ１０は、アルミナ等の材料で形成された非磁性の絶縁膜部１２内に形成された記録ヘッド２０と、再生ヘッド（磁気再生ヘッド）３０と、これらを隔てる磁気シールド４０とから成り、磁気ディスク２に対向するディスク摺動面（以下、「ＡＢＳ（Air Bearing Surface）面」という。）１５は、動作時には磁気ディスク２の回転により発生する気体流をうけて、磁気ディスク２から浮上している。
【００２５】
記録ヘッド２０は、垂直磁気記録を実現する単磁極型記録ヘッドである。この記録ヘッド２０は、パーマロイ等の軟磁性材料からなる、磁気的に接続された主磁極２１、補助磁極２３及び連結部２５と、主磁極２１の周囲に巻回されたコイル２７と、ＡＢＳ面１５近くにおいて主磁極２１の周囲に形成された磁気シールド２９とを有している。
【００２６】
コイル２７は、主磁極２１を励磁して、主磁極２１のＡＢＳ面１５である記録磁界出力面２８から記録磁界を出力させる。出力された記録磁界は、磁気ディスク２の表面の記録層（不図示）を介して、軟磁性層（不図示）を通り、再び記録層を介して、補助磁極２３に吸収される。ここで、磁気シールド２９は、記録磁界出力面２８のトレーリング方向ＴＲ側に設けられ、出力される記録磁界が広がるのを防いでいる。
【００２７】
再生ヘッド３０は、記録ヘッド２０のリーディング方向ＬＤ側に、磁気シールド４０を隔てて配置されている。この再生ヘッド３０は、ＣＰＰ−ＧＭＲ方式の磁気抵抗効果素子からなる再生素子５０と、再生素子５０のリーディング方向ＬＤ側の上部シールド３２と、再生素子５０のトレーリング方向ＴＲ側の下部シールド３４とを有している。
【００２８】
図３は、再生ヘッド３０のＡＢＳ面１５を概略的に示す図である。図面の上方向がリーディング方向ＬＤ、下方向がトレーリング方向ＴＲであり、図面の横方向は磁気ディスク２のトラック幅方向であるクロストラック方向ＣＲとしている。この図に示されるように、再生ヘッド３０は、図２で説明したように、再生素子５０を挟み、再生素子５０の電極として作用する上部シールド３２及び下部シールド３４と、クロストラック方向ＣＲで、絶縁層３８を介して、再生素子５０を挟む、自由層ハードバイアス層３６とを有している。自由層ハードバイアス層３６は、後述する自由層５２を単磁区化するための永久磁石である。
【００２９】
図４には、図３のIV−IV線における断面図が示されている。この図において、図面右側がＡＢＳ面１５であり、図面上方向がリーディング方向ＬＤ、下方向がトレーリング方向ＴＲである。この図に示されるように、リーディング方向ＬＤ端から順に、例えばＲｕ等からなるキャップ層５１、例えば、ＮｉＦｅ等からなり、磁気ディスク２の情報磁場により磁化の方向を変化させる自由層５２、例えば、Ｃｕ等からなる非磁性中間層５３、例えば、ＮｉＦｅ等からなり、磁化の方向が固定されている固定層５４、及び、例えば、ＰｄＰｔＭｎ等からなり、固定層５４の磁化の方向を固定するための反強磁性層５５を積層しており、固定層５４及び反強磁性層５５のＡＢＳ面１５からの長さは、キャップ層５１、自由層５２及び非磁性中間層５３のＡＢＳ面１５からの長さより大きく形成されている。具体的な長さについては後述する。固定層５４及び反強磁性層５５は、ＡＢＳ面１５に垂直な方向に長く延びる形状であり、ＡＢＳ面１５の端と反対側の端（図面において左端）において、ＡＢＳ面１５に垂直な方向に固定層ハードバイアス層５７が結合されている。ここで、固定層ハードバイアス層５７は、ＣｏＰｔ等からなり、ＡＢＳ面１５に垂直な方向でＡＢＳ面１５の向きに磁化された永久磁石である。これにより、固定層ハードバイアス層５７は、固定層５４の磁化の方向を固定する役割を果たしている。また、キャップ層５１、自由層５２及び非磁性中間層５３のＡＢＳ面１５の端と反対側の端（図面において左端）にはＣｕ等からなる非磁性層５６が接続されている。
【００３０】
図５には、図３のＶ−Ｖ線における断面図が概略的に示されている。図の下側がＡＢＳ面１５であり、図面の横方向はクロストラック方向ＣＲである。上述したように固定層ハードバイアス層５７は、ＡＢＳ面１５に向かう方向に磁化されており、固定層５４の磁化が固定されている。一方、永久磁石である自由層ハードバイアス層３６は、クロストラック方向ＣＲに磁化されており、自由層５２を単磁区化している。
【００３１】
ここで、ＡＢＳ面１５からの固定層の長さについて考える。磁界の大きさＨ［A/m］は、ｍを磁荷［Wb］、ｒを距離［m］、μを透磁率［H/m］、πを円周率とすると、一般に以下の数１の式で表される。
【数１】
2011129171.tif 000003
【００３２】
数１式で示されるように、磁界の大きさＨは、距離ｒの二乗に反比例するため、固定層ハードバイアス層５７の磁界が自由層５２へ与える影響は、自由層５２と固定層ハードバイアス層５７との距離が大きくなるほど、小さくなる。本実施形態では、固定層ハードバイアス層５７の磁界が自由層５２へ与える影響を、自由層ハードバイアス層３６の磁界が自由層５２に与える影響の１／１００程度にするため、自由層５２と固定層ハードバイアス層５７との距離を、自由層５２と自由層ハードバイアス層３６との距離の約１０倍に設定している。ここで、図５に示されるように、自由層５２の長さをａ、固定層５４の長さをｂ、自由層ハードバイアス層３６との距離である絶縁層３８の長さをｃとすると、各距離の関係は、以下の式で表される。
【数２】
2011129171.tif 000004
【００３３】
以上説明したように、固定層５４は、反強磁性層５５と固定層ハードバイアス層５７とにより磁化することができるため、固定層５４の磁化をより安定させることができる。
【００３４】
また、固定層５４及び反強磁性層５５のＡＢＳ面１５からの長さが、自由層５２のＡＢＳ面１５からの長さより大きくなるように形成されているため、固定層ハードバイアス層５７は自由層５２と離れており、固定層ハードバイアス層５７の磁力は、自由層５２に影響を与えることはなく、固定層５４及び反強磁性層５５のみを磁化させることができる。ここで、固定層５４及び反強磁性層５５のＡＢＳ面１５からの長さは、任意に定めることができるが、自由層５２からの距離が離れているほど、固定層ハードバイアス層５７の磁力は自由層５２に影響しない。
【００３５】
また、固定層５４と反強磁性層５５は、ＡＢＳ面１５に垂直な方向に伸び、固定層５４と反強磁性層５５の結合面積が広くなるように形成されているため、再生素子５０を小さくした場合であっても、反強磁性層５５は、結合エネルギーを低下させることなく、固定層５４を磁化させることができる。
【００３６】
また、固定層５４は、ＡＢＳ面１５に垂直方向に伸びる形状であるため、端面に沿って向きをそろえる性質のある磁力線の異方性を利用して、磁化方向をＡＢＳ面１５に垂直な方向に安定させることができる。
【００３７】
［第２実施形態］
図６は、本発明の第２実施形態に係る再生ヘッド（磁気再生ヘッド）６０について示す図であり、第１実施形態における図５の切断図に対応する図である。なお、第１実施形態とは、固定層５４及び固定層ハードバイアス層５７の形状及び配置が異なるのみであり、その他の構成は同様であるため、その他の構成の説明は省略する。再生ヘッド６０は、上部シールド３２及び下部シールド３４（図３参照）と、絶縁層３８を介して、再生素子６２を挟む、自由層ハードバイアス層３６とを有している。
【００３８】
再生素子６２は、図６に示されるように、ＡＢＳ面の端とは反対側の端において、クロストラック方向ＣＲに折り曲げられたような形状の固定層６４を有し、折り曲げられた方向の延長線上に固定層ハードバイアス層６７が結合されている。この場合には、第１実施形態と異なり、固定層ハードバイアス層６７を、固定層６４を折り曲げた方向、すなわちクロストラック方向ＣＲに磁化させることにより、磁力線は固定層６４の形状に沿って折れ曲がり、ＡＢＳ面１５に垂直方向に伸びる磁力線となる。ここで、反強磁性層（不図示）の形状も、固定層６４に沿って折れ曲がった形状をしている。
【００３９】
したがって、本実施形態では、第１実施形態の効果と同様の効果を有すると共に、固定層ハードバイアス層６７の磁化方向は、自由層ハードバイアス層３６の磁化方向と同一であり、自由層ハードバイアス層３６と同時に磁化させることができる。このため、製造工程の容易化短縮化を図ることができる。
【００４０】
［第３実施形態］
図７は、本発明の第３実施形態に係る再生ヘッド（磁気再生ヘッド）７０について示す図であり、第１実施形態における図５の切断図に対応する図である。なお、第１実施形態とは、固定層５４及び固定層ハードバイアス層５７の形状及び配置が異なるのみであり、その他の構成は同様であるため、その他の構成の説明は省略する。再生ヘッド７０は、上部シールド３２及び下部シールド３４（図３参照）と、絶縁層３８を介して、再生素子７２を挟む、自由層ハードバイアス層３６とを有している。
【００４１】
再生素子７２は、図７に示されるように、クロストラック方向ＣＲにおける一方の端の側面の長さが、他方の端の側面の長さより大きく、斜めに切り取られたように形成された固定層７４を有し、固定層ハードバイアス層７７は、長く形成された一方の側面で、ＡＢＳ１５面とは反対側の固定層７４の端部近くに結合されている。この場合には、第２実施形態と同様に、固定層ハードバイアス層７７をクロストラック方向ＣＲに磁化させることにより、磁力線は固定層６４の斜めの形状に沿って折れ曲がり、ＡＢＳ面１５に垂直方向に伸びる磁力線となる。ここで、反強磁性層（不図示）の形状も、固定層７４と同様に、斜めに切り取られたような形状をしている。
【００４２】
したがって、本実施形態では、第１実施形態の効果と同様の効果を有すると共に、固定層ハードバイアス層７７の磁化方向は、自由層ハードバイアス層３６の磁化方向と同一であり、自由層ハードバイアス層３６と同時に磁化させることができる。このため、製造工程の容易化短縮化を図ることができる。
【００４３】
なお、上述の各実施形態では、固定層ハードバイアス層５７は、反強磁性層５５にも結合されていることとしたが、固定層ハードバイアス層５７は、固定層５４にのみに結合され、反強磁性層５５には接続されていなくてもよい。
【００４４】
また、上述の各実施形態では、固定層、自由層等の代表的な層に限定して説明したが、ＴＭＲ素子等これら以外の層を含んでいる素子であっても、同様の効果を奏することができ、本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４５】
１  磁気ディスク記憶装置、２  磁気ディスク、３  スピンドルモータ、４  ヘッドアッセンブリ、５  筐体、６  サスペンションアーム、７  ボイスコイルモータ、１０  磁気ヘッドスライダ、１２  絶縁膜部、１５  ＡＢＳ面、２０  記録ヘッド、２１  主磁極、２３  補助磁極、２５  連結部、２７  コイル、２８  記録磁界出力面、２９  磁気シールド、３０  再生ヘッド、３２  上部シールド、３４  下部シールド、３６  自由層ハードバイアス層、３８  絶縁層、４０  磁気シールド、５０  再生素子、５１  キャップ層、５２  自由層、５３  非磁性中間層、５４  固定層、５５  反強磁性層、５６  非磁性層、５７  固定層ハードバイアス層、６０  再生ヘッド、６２  再生素子、６４  固定層、６７  固定層ハードバイアス層、７０  再生ヘッド、７２  再生素子、７４  固定層、７７  固定層ハードバイアス層。
【図１】
2011129171.tif 000005
【図２】
2011129171.tif 000006
【図３】
2011129171.tif 000007
【図４】
2011129171.tif 000008
【図５】
2011129171.tif 000009
【図６】
2011129171.tif 000010
【図７】
2011129171.tif 000011