(57)【要約】【課題】磁気ヘッドを構成する膜の熱揺らぎによるノイズの発生を回避できて、トラック密度のより一層の高密度化に対応できる磁気記録装置を提供する。【解決手段】磁気記録媒体１１の記録面の相互に隣接する２本のトラックからの磁気信号を同時に検出する磁気ヘッド（ＴＭＲ素子）１２ａと、相互に隣接する３本のトラックからの磁気信号を同時に検出する磁気ヘッド（ＴＭＲ素子）１２ｂとを用いる。そして、磁気ヘッド１２ｂが磁気ヘッド１２ａの読み取り位置と同じ位置に移動するように、アーム１３ａ，１３ｂを駆動制御する。また、同期回路１４及び差分演算回路１５を用いて、磁気ヘッド１２ａ，１２ｂの出力に各磁気ヘッド１２ａ，１２ｂの読み取りトラック数を乗じた値の差を演算し、その結果を読み出し信号として出力する。【選択図】図１
2008084429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気信号を記録する磁気記録媒体と、
前記磁気記録媒体の記録面の相互に隣接するＮ本（但し、Ｎは２以上の整数）のトラックからの磁気信号を同時に検出する第１の読み取り素子と、
前記磁気記録媒体の記録面の相互に隣接するＮ＋１本のトラックからの磁気信号を同時に検出する第２の読み取り素子と、
前記第１の読み取り素子を支持するとともに、前記第１の読み取り素子を前記磁気記録媒体の記録面に沿って移動させる第１の読み取り素子移動機構と、
前記第２の読み取り素子を支持するとともに、前記第２の読み取り素子を前記磁気記録媒体の記録面に沿って移動させる第２の読み取り素子移動機構と、
前記第１の読み取り素子の読み取りトラック位置に前記第２の読み取り素子が移動するように前記第１及び第２の読み取り素子移動機構を駆動制御するトラック同期／駆動制御部と、
前記第１及び第２の読み取り素子から出力される信号の同期をとり、それらの信号の差分を演算して読み出し信号を出力する信号同期／差分演算部と
を有することを特徴とする磁気記録装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の読み取り素子が、ＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）型のトンネル磁気抵抗素子であることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録装置。
【請求項３】
前記トンネル磁気抵抗素子が、第１及び第２の強磁性層と、それらの第１及び第２の強磁性層の間に配置された非磁性反強磁性結合層とにより構成される積層フェリピン構造のピン層を有することを特徴とする請求項２に記載の磁気記録装置。
【請求項４】
前記トンネル磁気抵抗素子のトンネルバリア層が、マグネシウム酸化膜により構成されていることを特徴とする請求項２に記載の磁気記録装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の読み取り素子の素子幅が、１００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データを磁気的に記録する磁気記録装置に関し、特にトラック密度の高密度化に対応できる磁気記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁気記録装置（ハードディスクドライブ）は、コンピュータだけでなく、ハードディスクビデオレコーダ等の映像記録装置にも使用されるようになった。それに伴い、磁気記録装置のより一層の大容量化が要求されている。現在の磁気記録装置では、一般的に面記録密度が１００〜１３０Ｇｂｐｓｉ（ギガビット／平方インチ）程度の記録媒体が用いられている。この面記録密度では、磁気記録媒体の半径方向の記録単位であるトラック密度は約１２０〜１５０ｋＴＰＩ（キロトラック／インチ）となり、磁気記録媒体の円周方向の記録単位であるビットサイズは約１５０ｎｍ×３０ｎｍとなる。
【０００３】
このような微小サイズの記録ビットにＳ／Ｎ比（信号とノイズとの比）が良好な状態でデータを記録するためには、記録媒体の磁性粒子の平均粒径を１０ｎｍ程度にする必要がある。しかしながら、このような微小サイズの磁性粒子では、室温においても熱揺らぎにより磁化反転が発生し、データが消失してしまうおそれがある。
【０００４】
熱揺らぎは磁性粒子の体積の平方根に反比例するため、熱揺らぎによる磁化反転を防止するためには磁性粒子の体積を大きくする必要がある。近年注目されている垂直磁気記録方式の記録媒体（磁気ディスク）では、磁性粒子を記録媒体の厚さ方向に配向させており、ビットサイズを小さくしても磁性粒子の体積を大きくすることができるため、熱揺らぎによるデータの消失が回避されるという利点がある。
【０００５】
一方、上述したような微小サイズの記録ビットからの極めて弱い信号磁界を良好な感度で検出可能な読み取りヘッドとして、磁気抵抗変化が大きいトンネル磁気抵抗素子（以下、「ＴＭＲ素子」という）が注目されている。微小トラックの信号を隣接するトラックからのクロストークの影響を受けずに読み出すためには、ＴＭＲ素子の幅を１００ｎｍ程度まで微細化することが要求される。また、ＴＭＲ素子の媒体対向面直上方向の長さ（素子高さ）は、信号磁界の侵入長及び再生出力の最大化を考慮すると、１００ｎｍ程度とすることが要求される。
【０００６】
ＴＭＲ素子は、通常、反強磁性層と、その反強磁性層との交換相互作用により磁化方向が固定されたピン層と、ピン層の上に形成されたトンネルバリア層と、トンネルバリア層の上に形成されて外部磁界により磁化方向が変化するフリー層とにより構成される。
【０００７】
反強磁性層は、例えばＰｔＭｎ及びＩｒＭｎ等の金属系反強磁性材料により形成される。その上のピン層は、一対の強磁性層と、それらの強磁性層の間に配置された反強磁性結合層とにより構成され、一対の強磁性層の磁化方向が反平行方向になるように磁気的に結合したいわゆる積層フェリピン構造を有している。反強磁性結合層としては、例えば厚さが０．６〜０．８ｎｍのＲｕ膜が用いられる。また、一対の強磁性層のうちトンネルバリア層に隣接する強磁性層はリファレンス層と呼ばれ、反強磁性層に隣接する強磁性層はピンド層と呼ばれる。
【０００８】
トンネルバリア層としては、一般的に、厚さが０．５〜１ｎｍのアルミニウム酸化膜が用いられている。しかし、近年、トンネルバリア層としてマグネシウム酸化膜を使用すると、アルミニウム酸化膜を使用した場合には磁気抵抗比が最大でも８０％程度であるのに対し、４００％以上の大きな磁気抵抗比が得られることが判明したため、今後はトンネルバリア層としてマグネシウム酸化膜を使用することが主流になると予想される。
【０００９】
フリー層としては、一般的に線形動作の確保と再生感度の向上のために、保磁力の小さいｆｃｃ（face-centered cubic lattice：面心立方）構造のＣｏＦｅ層、ＮｉＦｅ層又はそれらの層の積層膜が用いられている。
【００１０】
なお、本発明に関係すると思われる従来技術として、特許文献１〜４に記載されたものがある。特許文献１には、磁気記録媒体（磁気ディスク）の初期化に要する時間を短縮するために、１つの記録面に対し複数の磁気ヘッドと、それらの磁気ヘッドを個別に移動させる複数のサスペンションアームとを有する磁気記録装置が記載されている。
【００１１】
特許文献２には、１つのサスペンションアームに２つの磁気ヘッドを配置した磁気記録装置が記載されている。この特許文献２では、それらの磁気ヘッドのヘッドギャップが磁気ディスク表面と平行な面において所定のアジマス角を有するように配置することが記載されている。
【００１２】
特許文献３には、読み取り及び書き込み動作の高速化を目的として、１つの記録面に対し２つの磁気ヘッドと、それらの磁気ヘッドを個別に移動させる２つのサスペンションアームとを有する磁気記録装置が記載されている。
【００１３】
特許文献４には、２つの磁気抵抗効果素子の出力の差分を演算回路で演算して高調波成分を除去する磁気記録装置が記載されている。
【特許文献１】特開平１１−２０３７９９号公報
【特許文献２】特開平５−１５９２０１号公報
【特許文献３】特開平５−２１７３１１号公報
【特許文献４】特開昭６１−１３１２０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
磁気記録装置のより一層の大容量化のためには記録媒体のトラック密度をより一層高密度化する必要があり、それに伴って読み取りヘッド（ＴＭＲ素子）の素子サイズを小さくすることが必要になる。しかし、読み取りヘッドの素子サイズがある程度以上に小さくなると、記録媒体と同様に、磁性粒子の体積の平方根に反比例する熱揺らぎの影響が無視できなくなってくる。
【００１５】
本願発明者等の研究から、ＴＭＲ素子では、熱揺らぎの影響により、磁気記録媒体の記録遷移領域に起因する遷移ノイズを主成分とする媒体ノイズの約１／２のノイズパワーを生じていることが判明している。従って、今後、更にＴＭＲ素子の素子サイズを縮小した場合は、磁気抵抗比の如何にかかわらず、フリー層の熱揺らぎにより十分なＳ／Ｎ比がとれなくなることが予想される。このため、ＴＭＲ素子の素子サイズは、現状の１００ｎｍ程度が限界であると考えられる。この素子サイズではトラック密度を２００ｋＴＰＩとするのが限界であり、それ以上の面記録密度の向上は困難である。
【００１６】
本発明の目的は、磁気ヘッドを構成する膜の熱揺らぎによるノイズの発生を回避できて、トラック密度のより一層の高密度化に対応できる磁気記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一観点によれば、磁気信号を記録する磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体の記録面の相互に隣接するＮ本（但し、Ｎは２以上の整数）のトラックからの磁気信号を同時に検出する第１の読み取り素子と、前記磁気記録媒体の記録面の相互に隣接するＮ＋１本のトラックからの磁気信号を同時に検出する第２の読み取り素子と、前記第１の読み取り素子を支持するとともに、前記第１の読み取り素子を前記磁気記録媒体の記録面に沿って移動させる第１の読み取り素子移動機構と、前記第２の読み取り素子を支持するとともに、前記第２の読み取り素子を前記磁気記録媒体の記録面に沿って移動させる第２の読み取り素子移動機構と、前記第１の読み取り素子の読み取りトラック位置に前記第２の読み取り素子が移動するように前記第１及び第２の読み取り素子移動機構を駆動制御するトラック同期／駆動制御部と、前記第１及び第２の読み取り素子から出力される信号の同期をとり、それらの信号の差分を演算して読み出し信号を出力する信号同期／差分演算部とを有する磁気記録装置が提供される。
【００１８】
本発明の磁気記録装置においては、磁気記録媒体の記録面の相互に隣接するＮ本のトラックからの磁気信号を同時に検出する第１の読み取り素子と、Ｎ＋１本のトラックからの磁気信号を同時に検出する第２の読み取り素子とを使用する。そして、第１の読み取り素子の読み取りトラック位置に第２の読み取り素子が移動するように、トラック同期／駆動制御部により第１及び第２の読み取り素子移動機構を駆動制御する。
【００１９】
前述したように、第１の読み取り素子ではＮ本のトラックからの磁気信号を検出し、第２の読み取り素子ではＮ＋１本のトラックからの磁気信号を検出するので、これらの第１及び第２の読み取り素子の出力の差分を演算することにより、１本のトラックからの磁気信号を取り出すことができる。この場合、第１の読み取り素子の素子幅をほぼＮトラック分、第２の読み取り素子の素子幅をほぼＮ＋１トラック分に設定すればよいので、トラック密度が高くなっても素子幅が広い読み取り素子を用いることができる。これにより、磁気ヘッドを構成する膜の熱揺らぎによるノイズの発生を回避できて、磁気記録媒体のトラック密度のより一層の高密度化に対応することができる。
【００２０】
第１及び第２の読み取り素子として、磁気抵抗変化が大きいトンネル磁気抵抗素子を用いることが好ましい。特に磁気抵抗膜の面に対し垂直方向に電流を流すＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）型トンネル磁気抵抗素子では、駆動電圧が一定であれば、素子幅が変わってもほぼ同一の再生出力が得られるため、前述の１トラック分の磁気信号を演算するときの処理が容易になるという利点がある。
【００２１】
第１及び第２の読み取り素子として、下部シールド兼電極層の上に、下地層、反強磁性層、ピン層、トンネルバリア層、フリー層、保護層及び上部シールド兼電極層をこの順に積層して構成されるボトム型のトンネル磁気抵抗素子を用いてもよい。また、第１及び第２の読み取り素子として、下部シールド兼電極層の上に下地層、フリー層、トンネルバリア層、ピン層、反強磁性層、保護層及び上部シールド兼電極層をこの順に積層して構成されるトップ型のトンネル磁気抵抗素子を用いてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態に係る磁気記録装置の概要を示す模式図である。この図１に示すように、本実施形態に係る磁気記録装置では、磁気記録媒体１１の１つの記録面に対し２つの磁気ヘッド１２ａ，１２ｂが設けられている。本実施形態においては、磁気記録媒体１１として垂直磁気記録方式の記録媒体（磁気ディスク）を使用する。磁気ヘッド１２ａはサスペンションアーム１３ａの先端に配置されて、磁気ヘッド１２ｂはサスペンションアーム１３ｂの先端に配置されている。それらのサスペンションアーム１３ａ，１３ｂは、後述する位置関係を保つようにサーボ機構により駆動される。
【００２４】
磁気ヘッド１２ａ，１２ｂには、それぞれ読み取りヘッドとしてＴＭＲ素子が設けられている。また、磁気ヘッド１２ａ，１２ｂの少なくとも一方には、磁気記録媒体１１に対しデータの書き込みを行う書き込みヘッドが設けられている。
【００２５】
なお、磁気ヘッド１２ａ，１２ｂは、磁気記録媒体１１の回転により発生する風圧により磁気記録媒体１１の表面から若干浮上し、その状態で磁気記録媒体１１から磁気信号（データ）を読み出す。
【００２６】
磁気ヘッド（ＴＭＲ素子）１３ａ，１３ｂの出力は、同期回路１４を介して差分演算回路１５に入力される。同期回路１４は磁気ヘッド１２ａ，１２ｂの少なくとも一方の出力を一時的に記憶（キャッシュ）して、磁気ヘッド１２ａ，１２ｂの出力信号の同期をとるものである。差分演算回路１５は、同期回路１４から磁気ヘッド１２ａ，１２ｂの出力信号を入力し、それらの出力信号の差分を演算し、その結果を読み出し信号として出力する。
【００２７】
図２は、磁気ヘッド１２ａ，１２ｂに設けられたＴＭＲ素子の素子幅とトラック幅との関係を示す模式図である。また、図３は各トラックの磁気信号と磁気ヘッド１２ａ，１２ｂの出力との関係を示す図である。ＴＭＲ素子の構造については後述するが、ここでは磁気ヘッド１２ａ側のＴＭＲ素子の素子幅（フリー層の幅）をＬ１、磁気ヘッド１２ｂ側のＴＭＲ素子の素子幅（フリー層の幅）をＬ２としている。また、図２において、Ｔは１トラック分の幅を示している。
【００２８】
図２に示すように、本実施形態においては、磁気ヘッド１２ａ側のＴＭＲ素子の素子幅がＮトラック分（但し、Ｎは２以上の整数）の幅に設定され、磁気ヘッド１２ｂ側のＴＭＲ素子の素子幅がＮ＋１トラック分の幅に設定されている。本実施形態ではＮ＝２としている。従って、磁気ヘッド１２ａ側のＴＭＲ素子の素子幅Ｌ１は２Ｔであり、磁気ヘッド１２ｂ側のＴＭＲ素子の素子幅は３Ｔである。磁気ヘッド１２ａのＴＭＲ素子がトラック２，３の信号を検出する場合、磁気ヘッド１２ｂのＴＭＲ素子がトラック１〜３の信号を検出するように、サーボ機構（図示せず）によりサスペンションアーム１３ａ，１３ｂが駆動制御される。
【００２９】
磁気ヘッド１２ａによりトラック２，３の磁気信号を検出する場合、磁気ヘッド１２ａからはトラック２，３の磁気信号の平均が出力され、３水準の値をとると考えられる。つまり、図３の「トラック２〜３の平均」の欄に示すように、トラック２，３に記録された磁気信号がいずれも０のときは磁気ヘッド１２ａの出力が０となり、トラック２，３に記録された磁気信号のいずれか一方が０、他方が１のときは磁気ヘッド１２ａの出力が０．５となり、トラック２，３の記録された磁気信号がいずれも１のときには磁気ヘッド１２ａの出力が１となる。
【００３０】
これと同様に、磁気ヘッド１２ｂによりトラック１，２，３の磁気信号を検出する場合、磁気ヘッド１２ｂからはトラック１，２，３の磁気信号の平均が出力され、４水準の値をとると考えることができる。つまり、図３の「トラック１〜３の平均」の欄に示すように、トラック１，２，３の磁気信号がいずれも０のときは磁気ヘッド１２ｂの出力が０となり、トラック１，２，３の磁気信号のうちのいずれか１つが１のときは磁気ヘッド１２ｂの出力が０．３３となり、トラック１，２，３の磁気信号のうちのいずれか２つが１のときは磁気ヘッド１２ｂの出力が０．６７となり、トラック１，２，３の磁気信号がいずれも１のときは磁気ヘッド１２ｂの出力が１となる。
【００３１】
ＴＭＲ素子を構成する膜の面に対し垂直方向に電流を流すＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）型磁気ヘッドでは、ＴＭＲ素子の幅（より正確には面積）が変わっても、駆動電圧を一定にすることにより、同一の信号磁界強度であればほぼ同一の再生出力値が得られる。面積Ａと抵抗Ｒとの積（ＲＡ）が３Ωμｍ2、磁気抵抗変化率（ＭＲ比）が１００％のＴＭＲ素子を用いて磁気記録装置を製造した場合の再生出力を図３に併せて示す。なお、磁気ヘッド１２ａの素子幅Ｌ１は１００ｎｍ、磁気ヘッド１２ｂの素子幅Ｌ２は１５０ｎｍ、磁気ヘッド１２ａ，１２ｂの再生効率はいずれも２４％としている。
【００３２】
この図３に示すように、磁気ヘッド１２ｂの出力（Ｖhead2）は、前述の４水準の値に対応して、-18000μＶ、-6000μＶ，6000μＶ及び18000μＶのいずれかの値になる。また、磁気ヘッド１２ａの出力（Ｖhead1）は、前述の３水準の値に対応して、-18000μＶ、０μＶ及び18000μＶのいずれかの値になる。
【００３３】
更に、図３に示すように、（Ｖhead2×３−Ｖhead1×２）を演算すると、トラック２，３の磁気信号の状態の如何にかかわらず、トラック１の磁気信号が０のときは-18000μＶ、トラック１の磁気信号が１のときは18000μＶとなり、その差は36000μＶとなる。このように、磁気ヘッド１２ａ，１２ｂの出力が読み取りトラックからの磁気信号の平均であるとすると、各磁気ヘッド１２ａ，１２ｂの出力に読み取りトラック数を乗じた値の差を演算することにより、単一再生素子と同様のダイナミックレンジでトラック１の磁気信号を検出することができる。
【００３４】
実際には、ＴＭＲ素子のトラック幅方向の両端部では、隣接するハードバイアス層からのバイアス磁界により、検出感度が低下する。検出感度の素子幅方向依存性をシミュレーション計算により求めた結果を図４に示す。図４は、横軸に素子の幅方向の位置をとり、縦軸に感度をとって、フリー層の磁化回転角から素子幅が１００ｎｍの磁気ヘッド（ＴＭＲ素子）と素子幅が５０ｎｍの磁気ヘッド（ＴＭＲ素子）の検出感度を位置毎にシミュレーション計算した結果を示している。なお、図４では、素子の幅方向の中心位置を５０ｎｍの位置としている。
【００３５】
近年の狭トラックに対応した素子幅が５０〜８０ｎｍのＴＭＲ素子では、ＴＭＲ素子を構成する積層膜の両端に隣接するハードバイアス層の磁化減衰が十分でないため、図４に示すように素子の中央部でも再生感度が劣化する。しかし、この図４から、素子幅が１００ｎｍ以上であれば、素子の中央部ではハードバイアス層からのバイアス磁界の影響が小さく、最大の磁界感度が得られることがわかる。また、素子の中央部（中央の１／３の領域）の感度を１としたときに、素子の両端部（右端側の１／３の領域及び左端側の１／３の領域）では平均感度が０．７〜０．７５程度となる。この素子の両端部での感度低下を考慮して図３と同様に再生出力を計算した結果を、図５に示す。なお、図５では、素子の両端部の感度は、中央部の感度の０．７倍としている。
【００３６】
この図５から、トラック１，２，３の信号磁界に応じて（Ｖhead2×３−Ｖhead1×２）の値は図４と異なる値となるものの、トラック１が０のときは（Ｖhead2×３−Ｖhead1×２）の値は負となり、トラック１が１のときは（Ｖhead2×３−Ｖhead1×２）の値は正となり、その差は14400μＶ以上となることがわかる。
【００３７】
このとき、出力差分の分解能は単一再生ヘッドを用いた場合の４０％（（14400μＶ／36000μＶ）×１００％）に劣化する。しかしながら、現行の素子幅が約１００ｎｍのＴＭＲ素子を用いたときのＳ／Ｎ比は、図６のＭＲ比（磁気抵抗変化率）とＳ／Ｎ比との関係を示す図からわかるように、ＭＲ比が２２％以上であればほぼ一定になる。これは、ＴＭＲ素子のＭＲ比の増加に伴って媒体ノイズ及びヘッドノイズが増加するためであると考えられる。従って、本実施形態で使用する磁気ヘッド（ＴＭＲ素子）の再生分解能は、単一再生ヘッドの約４０％（１００％（ＭＲ比）×０．４（素子幅端部での感度低下分））と見積もられるが、磁気記録装置のＳ／Ｎ比としては十分な値である。
【００３８】
以下、図７〜図１１を参照して、磁気ヘッド１２ａ，１２ｂを構成するＴＭＲ素子の形成方法を説明する。
【００３９】
最初に、図７に示す構造を形成するまでの工程を説明する。まず、アルチック等の非磁性材料からなる基板２０の上に、ＮｉＦｅ等により下部シールド兼電極層２１を例えば１０００ｎｍの厚さに形成する。そして、この下部シールド兼電極層２１の上に、磁気抵抗効果膜３０を形成する。
【００４０】
磁気抵抗効果膜３０は例えば、厚さが４ｎｍのＲｕからなる配向制御層（下地層）３１と、厚さが１０ｎｍのＩｒＭｎからなる反強磁性層３２と、厚さが１．６ｎｍのＣｏＦｅからなる強磁性層（ピンド層）３３と、厚さが０．７ｎｍのＲｕからなる非磁性反強磁性結合層３４と、厚さが２．３ｎｍのＣｏＦｅＢからなる強磁性層（リファレンス層）３５と、厚さが０．６ｎｍのＭｇＯ（マグネシウム酸化膜）からなるトンネルバリア層（非磁性中間層）３７と、厚さが４ｎｍのＣｏＦｅからなるフリー層３８と、厚さが２ｎｍのＴａからなる保護層３９とを下からこの順で積層することにより形成される。これらの層の成膜には、一般的なマグネトロンスパッタリング装置、イオンビームスパッタリング装置、又は真空蒸着装置などを用いることができる。
【００４１】
配向制御層３１は、その上に積層される反強磁性層３２の配向性を向上させるために形成する。本実施形態では反強磁性層３２としてＩｒＭｎを用いているため、配向制御層３１として厚さが４ｎｍのＲｕ膜を形成している。配向制御層３１として、上述のＲｕ膜に替えて、Ｔａ／Ｒｕ積層膜、ＮｉＦｅ合金膜、ＮｉＦｅＣｒ合金膜、又はＴａ／ＮｉＦｅ積層膜を形成してもよい。
【００４２】
反強磁性層３２はその上の強磁性層３３と交換結合し、強磁性層３３の磁化方向を固定するという作用がある。反強磁性層３２は、前述のＩｒＭｎに替えて、ＦｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｄＭｎ又はＰｄＰｔＭｎ等により形成してもよい。
【００４３】
強磁性層３３，３５及びそれらの間に配置された非磁性反強磁性結合層３４により、いわゆる積層フェリピン構造のピン層３６が構成される。非磁性反強磁性結合層３４により誘起される反強磁性結合は極めて大きく、反強磁性層３２と強磁性層３３との界面での交換結合磁界と相俟って、積層フェリピン構造のピン層３６の磁化固定作用が大きくなる。
【００４４】
非磁性反強磁性結合層３４は、上述のＲｕに替えて、Ｉｒ、Ｒｈ及びＲｕの少なくとも１種を含む合金により形成することもできる。また、非磁性反強磁性結合層３４の膜厚は、非磁性反強磁性結合層３４の材料によって膜厚に対する強磁性／反強磁性結合周期が異なるため、材料に合わせて適切に設定することが重要である。
【００４５】
なお、本実施形態では、上述したように積層フェリピン構造のピン層３６を用いているが、線記録密度分解能向上を目的として素子膜厚の低減を図るために、強磁性層３５及び非磁性反強磁性結合層３４を積層せず、強磁性層３３のみとすることも可能である。
【００４６】
強磁性層３５は、その上に積層されるトンネルバリア層３７の結晶性及び配向性に関係する。本実施形態では、強磁性層３５の材料としてＣｏ、Ｆｅ及びＢの組成比が６０：２０：２０のＣｏＦｅＢ合金（以下、「Ｃｏ６０Ｆｅ２０Ｂ２０合金」という）を用いている。このＣｏ６０Ｆｅ２０Ｂ２０合金は、スパッタリング法により成膜するとアモルファス構造となるため、その上に積層されるトンネルバリア層３７の結晶を（００２）配向させることが可能になる。
【００４７】
本実施形態では、トンネルバリア層３７としてＭｇＯ膜を形成している。（００２）配向したＭｇＯ膜をトンネルバリア層３７として使用したＴＭＲ素子は、ＴＭＲ素子の面積Ａとその抵抗値Ｒとの積（ＲＡ）が１Ωμｍ2程度と低い場合においても、２００％以上の磁気抵抗変化率（ＭＲ比）が得られることが知られている。これにより、トラック密度が高い磁気記録媒体からの極めて弱い磁気信号を感度よく検出することができる。
【００４８】
トンネルバリア層３７として、酸化アルミニウム又は酸化チタン等により形成された膜を使用することもできる。トンネルバリア層３７としてアルミニウム酸化膜を使用した場合には、酸化アルミニウムの被覆性がよいため、界面平坦化性の向上や、ピンホールの発生を回避するなどの効果が期待できる。また、トンネルバリア層３７に替えて、Ｃｕ等の導電性の非磁性中間層を用いたいわゆるＣＰＰ−ＳＶ（Current Perpendicular to Plane Spin Valve）構造とすることも可能である。
【００４９】
本実施形態では、フリー層３８をＣｏＦｅ合金により形成している。Ｃｏを多く含むＣｏＦｅ合金はｆｃｃ構造の膜を形成し、低抗磁力（低Ｈｃ）かつ低磁歪層となって、ＴＭＲ素子全体としての感度向上が期待できる。フリー層３８として、ＣｏＦｅ膜とＮｉＦｅ膜との積層膜を用いても同様の効果を得ることができる。
【００５０】
保護層３９は、フリー層３８の表面の酸化及び腐食を防止するために形成される。また、保護層３９は、リードギャップを形成するときのＣＭＰ（化学機械研磨）工程においてストッパ層として作用する。保護層３９の材料としては、上述のＴａの他にＲｕ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ及びＡｌなど、多くの材料から選択することができる。
【００５１】
このようにして磁気抵抗効果膜３０を形成した後、反強磁性層３２の交換結合磁界方向を制御するために、ＡＢＳ（Air Bearing Surface）面に垂直な方向に２Ｔ（テスラ）の一様な磁界を印加しながら、２７０〜２９０℃の温度で３時間の真空熱処理を施す。
【００５２】
次に、図８に示す構造を形成するまでの工程について説明する。本実施形態においては、リフトオフ法によりハードバイアス層を形成する。そのために、磁気抵抗効果膜３０を形成した後、図８に示すように、磁気抵抗効果膜３０の上にリフトオフ用フォトレジストパターン２３を形成する。このフォトレジストパターン２３は、例えば感度が異なる２種類のフォトレジスト膜を積層して使用し、上部の幅が所望の素子幅（Ｌ１又はＬ２）であって下部の幅が上部の幅よりも狭い形状に形成する。その後、このフォトレジストパターン２３をマスクとして磁気抵抗素子効果膜３０をイオンミーリングし、下部シールド兼電極層２１を露出させる。
【００５３】
次に、図９に示す構造を形成するまでの工程について説明する。上述したように磁気抵抗素子効果膜３０をイオンミーリングした後、全面に厚さが３〜１０ｎｍのアルミナ膜（絶縁膜）２４を形成する。このアルミナ膜２４は、下部シールド兼電極層２１と後述する上部シールド兼電極層２７との間でＴＭＲ素子以外の部分での導通を防ぐために形成される。このアルミナ膜２４は、通常のＲＦマグネトロンスパッタリング法により形成してもよいが、磁気抵抗効果膜３０の側壁に沿って均一な厚さで成膜することが可能なＡＬＤ（アトミックレイヤーデポジッション）法により形成することが好ましい。
【００５４】
次に、アルミナ膜２４の上に、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａ又はＭｏなどからなるバイアス下地層２５を例えば３ｎｍの厚さに形成し、更にその上にＣｒＰｔ又はＣｏＣｒＰｔなどの硬質磁性材料からなるハードバイアス層２６を例えば２５ｎｍの厚さに形成する。バイアス下地層２５は、その上のハードバイアス層２６の結晶配向を制御するために形成される。ハードバイアス層２６の角形比を大きくするために、バイアス下地層２５には上述したＣｒ、Ｔｉ、Ｔａ又はＭｏ等の金属が用いられる。ハードバイアス層２６のバイアス磁界を効率的にフリー層３８に作用させるために、バイアス下地層２５をＦｅＭｏ等の磁性体により形成してもよい。なお、図９に示すように、アルミナ膜２４、バイアス下地層２５及びハードバイアス層２６は、下部シールド兼電極層２１の上だけでなく、フォトレジストパターン２３の表面上にも付着する。
【００５５】
次に、図１０，図１１に示す構造を形成するまでの工程について説明する。上述したようにハードバイアス層２６を形成した後、図１０に示すように、フォトレジスト膜２３をその表面上に形成されたアルミナ膜２４、バイアス下地層２５及びハードバイアス層２６とともに除去する。その後、ハードバイアス層２６をＣＭＰ研磨して、表面を平坦化する。このＣＭＰ研磨工程においては、保護層３９を構成するＴａとハードバイアス層２６を構成するＣｏＰｔ又はＣｏＣｒＰｔとのポリッシングレートが１００倍程度異なるので、ハードバイアス層２６の表面が保護層３９の表面と同じ高さになるまで研磨されると、研磨速度が著しくて低下してＣＭＰ研磨が終了する。この場合、保護層３９の膜厚が殆ど変化しないので、ＴＭＲ素子のリードギャップを精度よく制御することができる。
【００５６】
次いで、図１１に示すように、全面にＮｉＦｅからなる上部シールド兼電極層２７を例えば１０００ｎｍの厚さに形成した後、電極端子加工を行う。このようにして、磁気ヘッド（ＴＭＲ素子）が形成される。
【００５７】
なお、本実施形態においては、磁気ヘッド１２ａ，１２ｂのＴＭＲ素子を、いずれもフリー層を非磁性中間層（トンネルバリア層３７）の上側に配置したいわゆるボトム型スピンバルブ構造としているが、フリー層を非磁性中間層の下側に配置したいわゆるトップ型スピンバルブ構造としても同様の効果が得られる。また、磁気ヘッド１２ａ，１２ｂのＴＭＲ素子のいずれか一方をボトム型スピンバルブ構造とし、他方をトップ型スピンバルブ構造としてもよい。
【００５８】
図１２は、本実施形態の磁気記録装置の内部を示す平面図である。この図１２に示すように、本実施形態の磁気記録装置は、筐体（エンクロージャー）４０内に磁気記録媒体１１と、先端に磁気ヘッドが配置された２組のサスペンションアーム１３ａ，１３ｂと、それらのサスペンションアーム１３ａ，１３ｂを駆動するサーボ機構とが収納される。そのため、磁気記録媒体１１の大きさが同じであるとすると、図１３に示すように磁気ヘッド、サスペンションアーム及びサーボ機構が１組分しかない従来の磁気記録装置に比べて、筐体４０の容積が約３０％増加する。
【００５９】
しかしながら、本実施形態の磁気記録装置では磁気記録媒体１１のトラック密度を従来の１０倍程度まで高密度化できるので、筐体容積の増大という欠点を補って余りある大容量化というメリットが得られる。
【００６０】
また、筐体４０のサイズを従来と同じにするために、図１４に示すように、磁気記録媒体１１の直径を縮小してもよい。この場合も、磁気記録媒体１１のトラック密度を従来に比べて１０倍程度まで高密度化できるので、従来に比べて大容量の磁気記録装置が得られる。また、磁気記録媒体１１の直径を小さくすると、磁気記録媒体１１を高速で回転してもフラッターが発生しにくくなるため、転送速度を向上させることができるという利点もある。
【００６１】
図１５は、本実施形態の磁気記録装置の全体構成を示すブロック図である。この図１５に示すように、本実施形態の磁気記録装置では、磁気記録媒体１１の１つの記録面に対し、２つの磁気ヘッド１２ａ，１２ｂが設けられている。磁気ヘッド１２ａはサスペンションアーム１３ａの先端部に配置され、磁気ヘッド１２ｂはサスペンションアーム１３ｂの先端部に配置されている。サスペンションアーム１３ａはボイスコイルモータ（ＶＣＭ）により構成されるヘッド位置決め機構４５ａにより駆動され、サスペンションアーム１３ｂはボイスコイルモータ（ＶＣＭ）により構成されるヘッド位置決め機構４５ｂにより駆動される。
【００６２】
磁気ヘッド１２ａから出力される信号はヘッドアンプ４１ａで増幅され、磁気ヘッド１２ｂから出力される信号はヘッドアンプ４１ｂで増幅される。位置検出回路４２ａは、ヘッドアンプ４１ａから出力される信号により、磁気ヘッド１２ａの位置（読み取りトラック位置）を検出する。これと同様に、位置検出回路４２ｂは、ヘッドアンプ４１ｂから出力される信号により、磁気ヘッド１２ｂの位置（読み取りトラック位置）を検出する。トラック同期回路４３は、位置検出回路４２ａ，４２ｂの出力を比較して、磁気ヘッド１２ａ，１２ｂが図２に例示するような一定の関係を保つように、トラック同期信号を出力する。
【００６３】
サーボ復調／ＶＣＭ制御部４４ａは、トラック同期回路４３から出力されるトラック同期信号に基づいて、ヘッド位置決め機構４５ａを駆動制御する。これと同様に、サーボ復調／ＶＣＭ制御部４４ｂは、トラック同期回路４３から出力されるトラック同期信号に基づいて、ヘッド位置決め機構４５ｂを駆動制御する。このようにして、磁気ヘッド１２ａは所望の位置の２トラック分の磁気信号を検出し、磁気ヘッド１２ｂはそれらの２トラックを含む３トラック分の磁気信号を検出する。
【００６４】
一方、データ復調部４６ａは、ヘッドアンプ４１ａの出力を復調して、２トラック分の磁気信号（図３，図５参照）を出力する。このデータ復調部４６ａの出力は、同期回路４７でキャッシュされ、所定のタイミングで差分演算回路４８に出力される。また、データ復調部４６ｂは、ヘッドアンプ４１ｂの出力を復調して３トラック分の磁気信号（図３，図５参照）を差分演算回路４８に出力する。
【００６５】
差分演算回路４８は、同期回路４７を介して入力されたデータ復調部４６ａの出力とデータ復調部４６ｂの出力との差分（図３，図５の（Ｖhead2×３−Ｖhead1×２））を演算し、その結果に基づいて読み出し信号を出力する。
【００６６】
本実施形態においては、サスペンションアーム１３ａ及びヘッド位置決め機構４５ａにより、磁気ヘッド１２ａ（第１の読み取り素子）を支持するとともに磁気ヘッド１２ａを磁気記録媒体１１の記録面に沿って移動させる第１の読み取り素子移動機構を構成している。また、サスペンションアーム１３ｂ及びヘッド位置決め機構４５ｂにより、磁気ヘッド１２ｂ（第２の読み取り素子）を支持するとともに磁気ヘッド１２ｂを磁気記録媒体１１の記録面に沿って移動させる第２の読み取り素子移動機構を構成している。更に、位置検出回路４２ａ，４２ｂ、トラック同期回路４３及びサーボ復調／ＶＣＭ制御部４４ａ，４４ｂにより、第１の磁気ヘッド１２ａ（第１の読み取り素子）の読み取りトラックにの位置に第２の磁気ヘッド１２ｂ（第２の読み取り素子）が移動するように第１及び第２の読み取り素子移動機構を駆動制御するトラック同期／駆動制御部を構成している。更にまた、データ復調部４６ａ，４６ｂ、同期回路４７及び差分演算回路４８により、第１及び第２の磁気ヘッド１２ａ，１２ｂ（第１及び第２の読み取り素子）から出力される信号の同期をとり、それらの信号の差分を演算して読み出し信号を出力する信号同期／差分演算部を構成している。
【００６７】
このような構成により、本実施形態の磁気記録装置は、狭トラックの磁気記録媒体１１から磁気信号を読み出すことができる。
【００６８】
以下、本発明の諸態様を、付記としてまとめて記載する。
【００６９】
（付記１）磁気信号を記録する磁気記録媒体と、
前記磁気記録媒体の記録面の相互に隣接するＮ本（但し、Ｎは２以上の整数）のトラックからの磁気信号を同時に検出する第１の読み取り素子と、
前記磁気記録媒体の記録面の相互に隣接するＮ＋１本のトラックからの磁気信号を同時に検出する第２の読み取り素子と、
前記第１の読み取り素子を支持するとともに、前記第１の読み取り素子を前記磁気記録媒体の記録面に沿って移動させる第１の読み取り素子移動機構と、
前記第２の読み取り素子を支持するとともに、前記第２の読み取り素子を前記磁気記録媒体の記録面に沿って移動させる第２の読み取り素子移動機構と、
前記第１の読み取り素子の読み取りトラック位置に前記第２の読み取り素子が移動するように前記第１及び第２の読み取り素子移動機構を駆動制御するトラック同期／駆動制御部と、
前記第１及び第２の読み取り素子から出力される信号の同期をとり、それらの信号の差分を演算して読み出し信号を出力する信号同期／差分演算部と
を有することを特徴とする磁気記録装置。
【００７０】
（付記２）前記第１及び第２の読み取り素子が、ＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）型のトンネル磁気抵抗素子であることを特徴とする付記１に記載の磁気記録装置。
【００７１】
（付記３）前記トンネル磁気抵抗素子が、第１及び第２の強磁性層と、それらの第１及び第２の強磁性層の間に配置された非磁性反強磁性結合層とにより構成される積層フェリピン構造のピン層を有することを特徴とする付記２に記載の磁気記録装置。
【００７２】
（付記４）前記トンネル磁気抵抗素子のトンネルバリア層が、マグネシウム酸化膜により構成されていることを特徴とする付記２に記載の磁気記録装置。
【００７３】
（付記５）前記第１及び第２の読み取り素子のうちの少なくとも一方が、下部シールド兼電極層の上に、下地層、反強磁性層、ピン層、トンネルバリア層、フリー層、保護層及び上部シールド兼電極層をこの順に積層して構成されるボトム型のトンネル磁気抵抗素子により構成されていることを特徴とする付記１に記載の磁気記録装置。
【００７４】
（付記６）前記第１及び第２の読み取り素子のうちの少なくとも一方が、下部シールド兼電極層の上に下地層、フリー層、トンネルバリア層、ピン層、反強磁性層、保護層及び上部シールド兼電極層をこの順に積層して構成されるトップ型のトンネル磁気抵抗素子により構成されていることを特徴とする付記１に記載の磁気記録装置。
【００７５】
（付記７）前記第１及び第２の読み取り素子の素子幅が、１００ｎｍ以上であることを特徴とする付記１に記載の磁気記録装置。
【００７６】
（付記８）前記磁気記録媒体が、垂直磁気記録方式の記録媒体であることを特徴とする付記１に記載の磁気記録装置。
【００７７】
（付記９）前記信号同期／差分演算部は、前記第１及び第２の読み取り素子の出力に各読み取り素子の読み取りトラック数を乗じた値の差を演算することを特徴とする請求項１に記載の磁気記録装置。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る磁気記録装置の概要を示す模式図である。
【図２】図２は、第１及び第２の磁気ヘッドに設けられたＴＭＲ素子の素子幅とトラック幅との関係を示す模式図である。
【図３】図３は各トラックの磁気信号と第１及び第２の磁気ヘッドの出力との関係を示す図である。
【図４】図４は、フリー層の磁化回転角から素子幅が１００ｎｍの磁気ヘッド（ＴＭＲ素子）と素子幅が５０ｎｍの磁気ヘッド（ＴＭＲ素子）の検出感度を位置毎にシミュレーション計算した結果を示す図である。
【図５】図５は、素子の両端部での感度低下を考慮したときの各トラックの磁気信号と第１及び第２の磁気ヘッドの出力との関係を示す図である。
【図６】図６は、ＭＲ比（磁気抵抗変化率）とＳ／Ｎ比との関係を示す図である。
【図７】図７は、磁気ヘッドを構成するＴＭＲ素子の形成方法を示す断面図（その１）である。
【図８】図８は、磁気ヘッドを構成するＴＭＲ素子の形成方法を示す断面図（その２）である。
【図９】図９は、磁気ヘッドを構成するＴＭＲ素子の形成方法を示す断面図（その３）である。
【図１０】図１０は、磁気ヘッドを構成するＴＭＲ素子の形成方法を示す断面図（その４）である。
【図１１】図１１は、磁気ヘッドを構成するＴＭＲ素子の形成方法を示す断面図（その５）である。
【図１２】図１２は、実施形態に係る磁気記録装置の内部を示す平面図である。
【図１３】図１３は、従来の磁気記録装置の内部を示す平面図である。
【図１４】図１４は、磁気記録媒体の直径を縮小し、筐体のサイズを従来と同じにした本発明の実施形態に係る磁気記録装置の内部を示す平面図である。
【図１５】図１５は、実施形態の磁気記録装置の全体構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７９】
１１…磁気記録媒体、
１２ａ，１２ｂ…磁気ヘッド、
１３ａ，１３ｂ…サスペンションアーム、
１４…同期回路、
１５…差分演算回路、
２０…基板、
２１…下部シールド兼電極層、
２３…フォトレジストパターン、
２４…アルミナ膜、
２５…バイアス下地層、
２６…ハードバイアス層、
２７…上部シールド兼電極層、
３０…磁気抵抗効果膜、
３１…配向制御層（下地層）、
３２…反強磁性層、
３３，３５…強磁性層、
３４…非磁性反強磁性結合層、
３６…ピン層、
３７…トンネルバリア層、
３８…フリー層、
３９…保護層、
４０…筐体、
４１ａ，４１ｂ…ヘッドアンプ、
４２ａ，４２ｂ…位置検出回路、
４３…トラック同期回路、
４４ａ，４４ｂ…サーボ復調／ＶＣＭ制御部、
４５ａ，４５ｂ…ヘッド位置決め機構、
４６ａ，４６ｂ…データ復調部、
４７…同期回路、
４８…差分演算回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2008084429.tif 000006
【図５】
2008084429.tif 000007
【図６】
2008084429.tif 000008
【図７】
2008084429.tif 000009
【図８】
2008084429.tif 000010
【図９】
2008084429.tif 000011
【図１０】
2008084429.tif 000012
【図１１】
2008084429.tif 000013
【図１２】
2008084429.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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