(57)【要約】【課題】情報が磁気的に記録される媒体の記録密度を上げることが出来る磁気ヘッドを提供すること。【解決手段】  トラック方向に順に配列され、強磁性膜を有する第１の磁化自由層と、磁化方向が固着された強磁性膜を有する第１の磁化固着層と、第１の磁化自由層と第１の磁化固着層との間に設けられた第１の非磁性中間層とを有する第１のスピンバルブ層と、第１の磁化自由層と第２の磁化自由層に対してトラック方向に直交するトラック幅方向のバイアス磁場を印加するための磁性層を有するバイアス層と、強磁性膜を有する第２の磁化自由層と、磁化方向が固着された強磁性膜を有する第２の磁化固着層と、第２の磁化自由層と第２の磁化固着層との間に設けられた第２の非磁性中間層とを有する第２のスピンバルブ層とを有する磁気抵抗効果素子と、磁気抵抗効果素子に対してトラック方向に略並行な方向の電流を流すための一対の電極とを具備する。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トラック方向に情報が磁気的に記録される媒体に対向する媒体対向面を有し、トラック方向に順に配列された第１のスピンバルブ層とバイアス層と第２のスピンバルブ層とを有する磁気抵抗効果素子であって、前記第１のスピンバルブ層は、強磁性膜を有する第１の磁化自由層と、磁化方向が固着された強磁性膜を有する第１の磁化固着層と、前記第１の磁化自由層と前記第１の磁化固着層との間に設けられた第１の非磁性中間層とを有し、前記第２のスピンバルブ層は、強磁性膜を有する第２の磁化自由層と、磁化方向が固着された強磁性膜を有する第２の磁化固着層と、前記第２の磁化自由層と前記第２の磁化固着層との間に設けられた第２の非磁性中間層とを有し、前記バイアス層は、前記第１の磁化自由層と前記第２の磁化自由層に対して前記トラック方向に直交するトラック幅方向のバイアス磁場を印加するための磁性層を有する、前記磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子に対して前記トラック方向に略並行な方向の電流を流すための一対の電極とを具備することを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項２】
前記磁性層は、硬質磁性膜であることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。
【請求項３】
前記第１の磁化自由層と前記第２の磁化自由層との間に設けられた第１の非磁性層および第２の非磁性層を有し、
前記磁性層は、第１の非磁性層と第２の非磁性層との間に設けられていることを特徴とする請求項２記載の磁気ヘッド。
【請求項４】
前記磁性層は、反強磁性膜であることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。
【請求項５】
前記磁気抵抗効果素子の前記トラック幅方向に略並行な向き側に隣接してサイドシールドが設けられていることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。
【請求項６】
前記バイアス層の前記線トラック幅方向の幅は、５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。
【請求項７】
トラック方向に情報が磁気的に記録される媒体に対向する媒体対向面を有し、トラック方向に順に配列された第１のスピンバルブ層とバイアス層と第２のスピンバルブ層とを有する磁気抵抗効果素子であって、前記第１のスピンバルブ層は、強磁性膜を有する第１の磁化自由層と、磁化方向が固着された強磁性膜を有する第１の磁化固着層と、前記第１の磁化自由層と前記第１の磁化固着層との間に設けられた第１の非磁性中間層とを有し、前記第２のスピンバルブ層は、強磁性膜を有する第２の磁化自由層と、磁化方向が固着された強磁性膜を有する第２の磁化固着層と、前記第２の磁化自由層と前記第２の磁化固着層との間に設けられた第２の非磁性中間層とを有し、前記バイアス層は、前記第１の磁化自由層と前記第２の磁化自由層に対して前記トラック方向に直交するトラック幅方向のバイアス磁場を印加するための磁性層を有する、前記磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子に対して前記トラック方向に略並行な方向の電流を流すための一対の電極とを有する磁気ヘッドを具備することを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項８】
前記磁性層は、硬質磁性膜であることを特徴とする請求項７記載の磁気ディスク装置。
【請求項９】
前記第１の磁化自由層と前記第２の磁化自由層との間に設けられた第１の非磁性層および第２の非磁性層を有し、
前記磁性層は、第１の非磁性層と第２の非磁性層との間に設けられていることを特徴とする請求項８記載の磁気ディスク装置。
【請求項１０】
前記磁性層は、反強磁性膜であることを特徴とする請求項７記載の磁気ディスク装置。
【請求項１１】
前記磁気抵抗効果素子の前記トラック幅方向に略並行な向き側に隣接してサイドシールドが設けられていることを特徴とする請求項７記載の磁気ディスク装置。
【請求項１２】
前記バイアス層の前記線トラック幅方向の幅は、５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項７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、センス時に一対の電極からスピンバルブ膜面に対して垂直方向にセンス電流を通電する磁気ヘッド、および磁気ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)などの磁気記録再生装置においては高密度化が急速に進められ、これに合わせて磁気ヘッドに対しても高記録密度に対応するものが要求されている。
【０００３】
現在では、磁気抵抗効果を発生するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドが主流をなしている。スピンバルブ型磁気抵抗効果膜は、磁化固着層（ピン層）／中間層（スペーサ層）／磁化自由層（フリー層）という積層構造を有する。
【０００４】
ところで、磁気抵抗効果膜としては、センス時に一対の電極からスピンバルブ膜面に対して垂直方向にセンス電流を通電する、いわゆるＣＰＰ(Current-Perpendicular-to-Plane)型の構成がある（特許文献１）。
【特許文献１】米国特許第６，６４３，１０３号明細書（Fig. 7）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記文献に記載された磁気ヘッドでは、磁気抵抗効果素子とは別に設けられた、一対の永久磁石によって磁化自由層にトラック幅方向にバイアス磁場を印加している。ところが、この構造は、狭トラック化には不利な構造であり、媒体の記録密度を高くすることが困難である。
【０００６】
本発明の目的は、情報が磁気的に記録される媒体の記録密度を高めることが可能な、センス時に一対の電極からスピンバルブ膜面に対して垂直方向に電流を通電する磁気抵抗効果素子を有する磁気ヘッド、および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】
本発明の一例に係わる磁気ヘッドは、トラック方向に情報が磁気的に記録される媒体に対向する媒体対向面を有し、トラック方向に順に配列された第１のスピンバルブ層とバイアス層と第２のスピンバルブ層とを有する磁気抵抗効果素子であって、前記第１のスピンバルブ層は、強磁性膜を有する第１の磁化自由層と、磁化方向が固着された強磁性膜を有する第１の磁化固着層と、前記第１の磁化自由層と前記第１の磁化固着層との間に設けられた第１の非磁性中間層とを有し、前記第２のスピンバルブ層は、強磁性膜を有する第２の磁化自由層と、磁化方向が固着された強磁性膜を有する第２の磁化固着層と、前記第２の磁化自由層と前記第２の磁化固着層との間に設けられた第２の非磁性中間層とを有し、前記バイアス層は、前記第１の磁化自由層と前記第２の磁化自由層に対して前記トラック方向に直交するトラック幅方向のバイアス磁場を印加するための磁性層を有する、前記磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子に対して前記トラック方向に略並行な方向の電流を流すための一対の電極とを具備することを特徴とする。
【０００８】
本発明の一例に係わる磁気ディスク装置は、トラック方向に情報が磁気的に記録される媒体に対向する媒体対向面を有し、トラック方向に順に配列された第１のスピンバルブ層とバイアス層と第２のスピンバルブ層とを有する磁気抵抗効果素子であって、前記第１のスピンバルブ層は、強磁性膜を有する第１の磁化自由層と、磁化方向が固着された強磁性膜を有する第１の磁化固着層と、前記第１の磁化自由層と前記第１の磁化固着層との間に設けられた第１の非磁性中間層とを有し、前記第２のスピンバルブ層は、強磁性膜を有する第２の磁化自由層と、磁化方向が固着された強磁性膜を有する第２の磁化固着層と、前記第２の磁化自由層と前記第２の磁化固着層との間に設けられた第２の非磁性中間層とを有し、前記バイアス層は、前記第１の磁化自由層と前記第２の磁化自由層に対して前記トラック方向に直交するトラック幅方向のバイアス磁場を印加するための磁性層を有する前記磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子に対して前記トラック方向に略並行な方向の電流を流すための一対の電極とを有する磁気ヘッドを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
情報が磁気的に記録される媒体の記録密度を高くすることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係わる記録ヘッドおよび再生ヘッドを含む磁気ヘッドの構成を示す断面図である。なお、図１において、紙面手前側の断面はＡＢＳ（Air bearing surface）（媒体対向面）である。図２は、図１に示す磁気ヘッドのI-I部の断面図である。
【００１２】
図１および図２に示すように、磁気ヘッドは、記録ヘッド１と再生ヘッド２等を有する。ＡＢＳ面から見た記録ヘッド１の断面には、主磁極６１およびリターンヨーク６２が露出する。また、ＡＢＳ面から見た再生ヘッドの断面には、上部電極５２、下部電極５３、磁気抵抗効果素子５１、およびサイドシールド５４が露出する。磁気抵抗効果素子５１およびサイドシールド５４は、上部電極５２と下部電極５３との間に挟まれている。
【００１３】
センス時には、上部電極５２および下部電極５３によって磁気抵抗効果素子５１にトラック方向に電流が流される。
【００１４】
図２の断面図に示すように、記録ヘッド１は、磁性材料からなる主磁極６１と、Ｃｕなどの導電体からなる励磁用のコイル６３と、補助磁極６４を介して主磁極６１と接続され磁性材料からなるリターンヨーク６２から構成されている。
【００１５】
次に、再生ヘッド２の磁気抵抗効果素子５１について説明する。図３は本発明の一実施形態に係わる再生ヘッド２の磁気抵抗効果素子５１部分の斜視図である。磁気抵抗効果素子５１は、第１のスピンバルブ３１と第２のスピンバルブ３２およびこれら２つのスピンバルブ間に挟まれたバイアス層３３とを有する。トラック方向に沿って順に第１のスピンバルブ３１、バイアス層３３、および第２のスピンバルブ３２が配列されている。
【００１６】
第１のスピンバルブ３１は第１の反強磁性層１１、第１の磁化固着層１２、第１の非磁性中間層１３、および第１の磁化自由層１４からなる。第２のスピンバルブ３２は第２の磁化自由層１８、第２の非磁性中間層１９、第２の磁化固着層２０、および第２の反強磁性層２１からなる。バイアス層３３は、第１の非磁性層１５、第２の非磁性層１７、および第１の非磁性層１５と第２の非磁性層１７とに挟まれた磁性層１６から構成されている。ここで第１の磁化自由層１４と第２の磁化自由層１８が、第１の非磁性層１５、磁性層１６、第２の非磁性層１７を挟むように対向する構成となっている。
【００１７】
第１の反強磁性層１１および第２の反強磁性層２１の構成材料には、ＩｒＭｎ，ＰｔＭｎ，ＮｉＭｎ、ＲｈＭｎ、Ｎｉ酸化物、Ｃｏ酸化物、Ｆｅ酸化物等を用いることができる。なお、第１の反強磁性層１１と第２の反強磁性層２１で異なる材料を使う、組成を変える、膜厚を変える等でブロッキング温度を異なるようにすることも可能である。
【００１８】
第１の磁化自由層１４および第２の磁化自由層１８はＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉのいずれかを含む膜を単層または複数層で構成することができる。例えばＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ／ＣｏＦｅＢ／ＮｉＦｅなどを用いることができる。
【００１９】
第１の磁化固着層１２および第２の磁化固着層２０はＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉのいずれか含む膜を単層または複数層で構成することができる。単純ピン層、またＲｕ，Ｒｈ，Ｃｒ等をＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉのいずれか含む膜で挟んだ構造、いわゆるシンセティックピン層（例えばＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ等）とすることも可能である。特に、第１の磁化固着層１２と第２の磁化固着層２０で片方を単純ピン層、もう片方をシンセティックピン層とすると、第１のスピンバルブ３１と第２のスピンバルブ３２の磁化固着層の磁化方向を反平行にすることが可能である。
【００２０】
第１の非磁性中間層１３および第２の非磁性中間層１９は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ等の非磁性金属や、ＡｌＯx，ＴｉＯx，ＭｇＯx等のトンネル膜を用いることができる。
【００２１】
磁性層１６にはＣｏＰｔ，ＣｏＣｒＰｔ等の硬質磁性膜やＩｒＭｎ，ＰｔＭｎ，ＮｉＭｎ、ＲｈＭｎ、Ｎｉ酸化物、Ｃｏ酸化物、Ｆｅ酸化物等の反強磁性膜を用いることができる。
【００２２】
第１の非磁性層１５および第２の非磁性層１７は必須の構成ではない。本実施形態では磁性層１６が硬質磁性膜のＣｏＰｔを用いていることを前提にＴａを非磁性層１５，１７に用いている。Ｔａの代わりにＲｕ，Ｃｕ，Ｗ，Ｍｏ，Ｚｒ等を用いてもよい。また、磁性層１６に反強磁性層を用いる場合は、非磁性層１５，１７は用いなくてもよく、あるいは代わりにＮｉＦｅ等の磁性層を、あるいは非磁性層／磁性層の積層膜を用いてもよい。
【００２３】
図４は本実施形態の磁気抵抗効果再生ヘッドの磁気バイアスについて説明するための斜視図である。膜構成は図３と同じものであり、図４において下側がＡＢＳである。第１のスピンバルブ３１の第１の磁化固着層１２の磁化方向はＡＢＳと垂直に下から上の方向に固着されている。第２のスピンバルブ３２の第２の磁化固着層２０の磁化方向はＡＢＳと垂直に上から下の方向に固着されている。すなわち、第１の磁化固着層１２の磁化と第２の磁化固着層２０の磁化方向とは反平行である。この様な磁化配列を実現するために、第１のスピンバルブ３１の反強磁性層１１と第２のスピンバルブ３２の反強磁性層２１のブロッキング温度を異なるものにし、２条件の温度でそれぞれで磁界の方向を変えて磁界中熱処理を行うことによって実現している。
【００２４】
磁性層１６は硬質磁性膜であり、ＡＢＳと平行な方向に着磁されている。第１の磁化自由層１４の磁化方向および第２のの磁化自由層１８の磁化方向は、磁性層１６の磁化方向との静磁結合によりＡＢＳと平行かつ磁性層１６の磁化方向と反平行な方向に向く。このようにして、第１のスピンバルブ３１の磁化自由層１４と磁化固着層１２の磁化方向のなす角、および第２のスピンバルブ３２の磁化自由層１８と磁化固着層２０の磁化方向のなす角は、媒体磁界が作用していない状態でともに略９０度となる。
【００２５】
このように、この磁気抵抗効果素子５１を用いた再生ヘッドでは、それぞれのスピンバルブの磁化自由層に良好なバイアス磁界を印加することができ、その結果、線形応答に優れ、バルクハウゼンノイズを低減することが可能となる。
【００２６】
図５は磁気抵抗効果型の再生ヘッドの動作を説明する図である。図５（Ａ）は、再生ヘッドから出力される信号を示す。図５（Ｂ）〜図５（Ｄ）において、下段が隣接する記録ビットを示し、上段が隣接する記録ビットによる外部磁界に対応して磁化方向が変化する磁化自由層１４，１８の状態を示している。
【００２７】
図５（Ｂ）および図５（Ｄ）に示すように、２つのスピンバルブ３１，３２の磁化自由層１４，１８部分にかかる媒体磁束の向きがともに下向きまたは上向きの場合、一方のスピンバルブは反平行高抵抗に、他方のスピンバルブは平行（低抵抗）に磁化配列する。一方、図５（Ｃ）に示すように、２つのスピンバルブの磁化自由層部分にかかる媒体磁束の向きが異なる場合、すなわち左側のスピンバルブの磁化自由層部分には下向き、右側のスピンバルブの磁化自由層部分には上向きの媒体磁束が作用する場合、両方のスピンバルブで反平行（高抵抗）に磁化配列する。図５（Ｅ）に示すように、左側のスピンバルブの磁化自由層部分には上向き、右側のスピンバルブの磁化自由層部分には下向きの媒体磁束が作用する場合、両方のスピンバルブで平行（低抵抗）に磁化配列する。したがって図５（Ａ）に示すように、媒体の磁化方向が変化するところで、出力変化による信号を検出できることになる。
【００２８】
図６に、バイアス膜の幅（Ｗ）と磁化自由層にかかる磁界の強さの関係を示す。図６（ｂ）に示すバイアス膜の幅（Ｗ）の定義を説明するための図である。図６（ｂ）に示すように、トラック方向に略垂直なトラック幅方向をバイアス膜の幅（Ｗ）としている。
【００２９】
図６（ａ）において、縦軸は磁化自由層に良好なバイアスを与えるのに必要な磁界を１として示してある。これによると、ほぼ５０ｎｍのところで必要な磁界を発生できることになる。
【００３０】
５０ｎｍより長い幅だと、やや磁界が足りないため不安定になる可能性がある。しかし、５０ｎｍ以下であれば十分なバイアス磁界がかけられることになる。したがって素子幅（バイアス膜の幅）が５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３１】
次に、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を搭載した磁気再生装置について説明する。本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子または磁気ヘッドは、例えば、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込まれ、磁気記録再生装置に搭載することができる。
【００３２】
図７は、このような磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。すなわち、本発明の磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。同図において、磁気ディスク２００は、スピンドル１５２に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。本発明の磁気記録再生装置１５０は、複数の磁気ディスク２００を備えたものとしてもよい。
【００３３】
磁気ディスク２００に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダ１５３は、サスペンション１５４の先端に取り付けられている。ヘッドスライダ１５３は、上述した再生ヘッドと記録ヘッドを含む磁気ヘッドをその先端付近に搭載している。
【００３４】
磁気ディスク２００が回転すると、ヘッドスライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は磁気ディスク２００の表面から所定の浮上量をもって保持される。あるいはスライダが磁気ディスク２００と接触するいわゆる「接触走行型」であってもよい。
【００３５】
サスペンション１５４は、図示しない駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５の一端に接続されている。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が設けられている。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図示しない駆動コイルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された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。
【００３６】
アクチュエータアーム１５５は、スピンドル１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリングによって保持され、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。
【００３７】
図８は、アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアッセンブリ１６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５を有し、アクチュエータアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続されている。
【００３８】
サスペンション１５４の先端には、上述した磁気ヘッドを具備するヘッドスライダ１５３が取り付けられている。サスペンション１５４は信号の書き込みおよび読み取り用のリード線１６４を有し、このリード線１６４とヘッドスライダ１５３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。図中１６５は磁気ヘッドアッセンブリ１６０の電極パッドである。
【００３９】
上述した再生磁気ヘッドを具備することにより、従来よりも高い記録密度で磁気ディスク２００に磁気的に記録された情報を確実に読み取ることが可能となる。
【００４０】
以上詳述したように、本発明の磁気抵抗効果型ヘッドを用いれば、狭ギャップ／狭トラック化が可能となり記録密度を高めることができるとともに、良好なバイアス磁界を印加できることから、良好な線形動作と低ノイズ化が可能となり、Ｓ／Ｎ比の高い再生信号を得ることができる。
【００４１】
また、再生ヘッド１は、垂直通電であるため上下電極５２，５３が磁気抵抗効果素子５１の上下にあり、またバイアス印加膜も磁気抵抗効果素子５１内に設置されていることから、トラック幅方向の横側にサイドシールド５４，５５を設置することが可能となる。このようにサイドシールドを設置することで、隣接トラックからの信号を低減させることが可能となり、実行再生トラック幅が低減して狭トラック化が可能となる。
【００４２】
なお、本発明は、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。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態に係わる記録ヘッドおよび再生ヘッドを含む磁気ヘッドの構成を示す断面図。
【図２】図１に示す磁気ヘッドのＩ−Ｉ部の構成を示す断面図。
【図３】図１に示す再生ヘッドの磁気抵抗効果素子部分の構成を示す斜視図。
【図４】図１に示す再生ヘッドの磁気バイアスについて説明するための斜視図。
【図５】図１に示す再生ヘッドの動作の説明に用いる図。
【図６】バイアス膜の幅（Ｗ）と磁化自由層にかかる磁界の大きさとの関係を示す図。
【図７】本発明の一実施形態に係る磁気記録再生装置の斜視図。
【図８】本発明の一実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリの斜視図。
【符号の説明】
【００４４】
１１…第１の反強磁性層，１２…第１の磁化固着層，１３…第１の非磁性中間層，１４…第１の磁化自由層，１５…第１の非磁性層，１６…磁性層，１７…第２の非磁性層，１８…第２の磁化自由層，１９…第２の非磁性中間層，２０…第２の磁化固着層，２１…第２の反強磁性層，３１…第１のスピンバルブ，３２…第２のスピンバルブ，３３…バイアス層，５１…磁気抵抗効果素子，５２…上部電極，５３…下部電極，５４…サイドシールド
【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】
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【図８】
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