(57)【要約】【課題】磁化固着層の磁化方向がずれた場合に、磁化固着層の磁化を所望の方向に再着磁させることができる垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドを提供する。【解決手段】磁化自由層、非磁性中間層、磁化固着層および反強磁性層の積層体を含む磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の上下にそれぞれ配置された下部磁気シールドおよび上部磁気シールドと、前記下部磁気シールドおよび上部磁気シールドと前記磁気抵抗効果素子との間にそれぞれ設けられた下部電極および上部電極と、前記磁気抵抗効果素子の膜面に垂直に通電されるセンス電流と実質的に直交する方向に前記磁気抵抗効果素子にリセット電流を通電するためのリセット電極とを有する垂直通電型磁気抵抗効果ヘッド。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化自由層、非磁性中間層、磁化固着層および反強磁性層の積層体を含む磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の上下にそれぞれ配置された下部磁気シールドおよび上部磁気シールドと、前記下部磁気シールドおよび上部磁気シールドと前記磁気抵抗効果素子との間にそれぞれ設けられた下部電極および上部電極と、前記磁気抵抗効果素子の膜面に垂直に通電されるセンス電流と実質的に直交する方向に前記磁気抵抗効果素子にリセット電流を通電するためのリセット電極とを有することを特徴とする垂直通電型磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項２】
前記磁気抵抗効果素子の幅方向の両端部上に１対のリセット電極を有することを特徴とする請求項１に記載の垂直通電型磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項３】
前記磁気抵抗効果素子の幅方向の両端部とほぼ同一平面に１対のリセット電極を有することを特徴とする請求項１に記載の垂直通電型磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項４】
前記磁気抵抗効果素子の幅方向の一端部に接続された１つのリセット電極を有することを特徴とする請求項１に記載の垂直通電型磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドと、前記磁気抵抗効果ヘッドにセンス電流およびリセット電流を通電するための電源と、前記電源と前記磁気抵抗効果ヘッドとを結ぶ配線間に設けられ、センス電流とリセット電流の通電を切り替えるスイッチと、磁気ディスクとを有することを特徴とする磁気ディスク装置。
【請求項６】
記録ヘッドへの書き込み電流の通電中にリセット電流を通電することを特徴とする請求項５に記載の磁気ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドおよび磁気ディスク装置に関し、特に磁化固着層における磁化方向を安定化させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気ディスク装置の高密度化に対応して高感度の再生を実現し得る磁気抵抗効果ヘッドとして、垂直通電型（ＣＰＰ）の磁気抵抗効果ヘッドが着目されている。
【０００３】
図６に従来の垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドを媒体対向面から見た平面図を示す。基板１上に、軟磁性膜からなり磁気抵抗効果素子にセンス電流を通電する電極を兼ねる下部磁気シールド２が形成されている。下部磁気シールド２上に、再生磁気ギャップを構成する下部電極３を介して、磁気抵抗効果素子４が形成されている。磁気抵抗効果素子４は、磁化自由層４ａ、非磁性中間層４ｂ、磁化固着層４ｃおよび反強磁性層４ｄを含む。磁気抵抗効果素子４上に、再生磁気ギャップを構成する上部電極５を介して、軟磁性膜からなり磁気抵抗効果素子４にセンス電流を通電する電極を兼ねる上部磁気シールド６が形成されている。磁気抵抗効果素子４のトラック幅方向における両端にはハードバイアス膜８、８が形成されている。磁化固着層４ｃの磁化は一般的に媒体対向面に向かう方向に固着される。磁化自由層４ａの磁化はハードバイアス膜８、８によって媒体対向面と平行になるようにバイアスされている。下部磁気シールド２と上部磁気シールド６はヘッドアンプなどの定電流または定電圧電源に接続される。このように垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドでは、センス電流が下部磁気シールド２（および下部電極３）と上部磁気シールド６（および上部電極５）を通して、磁気抵抗効果素子４の成膜面に対してほぼ垂直に通電される。
【０００４】
上述したように磁化固着層４ｃの磁化を所望の方向に固着するには、ウエハの段階で磁界中での高温熱処理を施して、反強磁性層４ｄと磁化固着層４ｃとを交換結合させる。
【０００５】
ところが、磁気ディスクドライブの製造時にミスにより磁気抵抗効果素子にパルス電流が流れたり、ドライブ動作時に衝撃などが加わって磁気ディスクと磁気ヘッドとが接触して磁気抵抗効果素子に電流が流れたりすると、磁化固着層の磁化が着磁した本来の方向からずれることがある。このような磁化固着層の磁化方向のずれは、出力の低下や波形対称性の乱れの原因となる。
【０００６】
従来の面内通電型磁気抵抗効果ヘッドで上記のような不具合が生じた場合、それを回復する技術は知られている。
【０００７】
例えば、磁気抵抗効果ヘッドの製造時に、外部から加熱するとともに磁気抵抗効果ヘッドにセンス電流と同一方向の電流を通電して磁化固着層に電流磁界を印加することにより、磁化固着層の磁化を所望の方向に固着する技術が知られている（特許文献１参照）。この技術を応用すれば、磁化固着層の磁化方向がずれた場合に、磁化固着層の磁化を所望の方向（媒体対向面方向）にリセットして、出力または波形対称性の乱れを回復することができる。
【０００８】
また、パルス生成回路から磁気抵抗効果ヘッドにセンス電流と同一方向のパルス電流を流して、反強磁性層を加熱し、かつ磁化固着層に電流磁界を印加することにより、磁化固着層の磁化を所望の方向（媒体対向面方向）にリセットする技術が知られている（特許文献２参照）。
【０００９】
これらのいずれの技術も、磁気抵抗効果ヘッドに通電した電流による電流磁界が磁化固着層に対して適切な方向に印加されることを前提としている。
【００１０】
しかし、垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドの場合、センス電流と同一の方向すなわち膜面垂直方向に電流を流すと、膜面内を周回するように電流磁界が発生するため、磁化固着層の磁化を所望の方向（媒体対向面方向）に再着磁させることができない。
【００１１】
このため、垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドにおいて、磁化固着層の磁化方向がずれた場合に、磁化固着層の磁化を所望の方向への再着磁を可能にする技術が要望されていた。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２−５６５１２号公報
【００１３】
【特許文献２】
米国特許第５６５０８８７号明細書
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、磁化固着層の磁化方向がずれた場合に、磁化固着層の磁化を所望の方向に再着磁させることができる垂直通電型磁気抵抗効果ヘッド、およびこのような垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドを有する磁気ディスク装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様に係る垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドは、磁化自由層、非磁性中間層、磁化固着層および反強磁性層の積層体を含む磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の上下にそれぞれ配置された下部磁気シールドおよび上部磁気シールドと、前記下部磁気シールドおよび上部磁気シールドと前記磁気抵抗効果素子との間にそれぞれ設けられた下部電極および上部電極と、前記磁気抵抗効果素子の膜面に垂直に通電されるセンス電流と実質的に直交する方向に前記磁気抵抗効果素子にリセット電流を通電するためのリセット電極と、磁気ディスクとを有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の他の態様に係る磁気ディスク装置は、上述した磁気抵抗効果ヘッドと、前記磁気抵抗効果ヘッドにセンス電流およびリセット電流を通電するための電源と、前記電源と前記磁気抵抗効果ヘッドとを結ぶ配線間に設けられ、センス電流とリセット電流の通電を切り替えるスイッチとを有することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドにおいて、磁気抵抗効果素子は磁化自由層、非磁性中間層、磁化固着層および反強磁性層を含む。なお、これらの積層体の積層順序は、上記と逆でもよい。また、必要に応じて、下地層や保護層なども形成される。磁気抵抗効果素子の上下には、下部磁気シールド・下部電極と上部電極・上部磁気シールドが設けられており、通常動作時には磁気抵抗効果素子の膜面にほぼ垂直にセンス電流が通電される。
【００１８】
次に、磁気抵抗効果素子を構成する各層には以下のような材料が用いられる。磁化自由層にはＣｏ９０Ｆｅ１０やＣｏ９０Ｆｅ１０／Ｎｉ８０Ｆｅ２０など、ＦｅＣｏ系、Ｃｏ系、Ｆｅ系の強磁性材料が用いられる。磁化固着層は単層の強磁性層で形成してもよいし、強磁性層／交換結合層／強磁性層の積層構造としてもよい。磁化固着層を構成する強磁性層には、Ｃｏ９０Ｆｅ１０やＣｏ９０Ｆｅ１０／Ｎｉ８０Ｆｅ２０など、ＦｅＣｏ系、Ｃｏ系、Ｆｅ系の強磁性材料が用いられる。また、交換結合層を用いる場合にはＲｕ、Ｃｒなど上下の強磁性層を反強磁性的に結合させる材料を用い、上下の強磁性層の磁化が互いに逆向きになるように設計する。反強磁性層にはＰｔＭｎ、ＩｒＭｎなど、Ｍｎ系の反強磁性体が用いられ、磁化固着層を構成する強磁性層を固定する役割を果たす。
【００１９】
本発明の実施形態に係る垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドによれば、磁気抵抗効果素子の膜面に垂直に通電されるセンス電流と実質的に直交する方向に磁気抵抗効果素子にリセット電流を通電するためのリセット電極を設けたことにより、出力劣化や異常波形が見られた場合にリセット電流を通電して、磁気抵抗効果素子に対して所望の方向に電流磁界を印加して磁化固着層を再着磁させ、異常を回復することができる。
【００２０】
本発明の実施形態に係る垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドにおいては、磁気抵抗効果素子の幅方向の両端部上に１対のリセット電極を設けてもよい。また、磁気抵抗効果素子の幅方向の両端部とほぼ同一平面に１対のリセット電極を設けてもよい。このように、リセット電極を磁気抵抗効果素子とほぼ同一平面に配置するようにすれば、製造プロセスを簡略化できる。また、磁気抵抗効果素子の幅方向の一端部に接続された１つのリセット電極を設けてもよい。この場合、リセット電流は１つのリセット電極と上部磁気シールド（または下部磁気シールド）との間で通電される。この構成では、リセット電極を１つ追加するだけなので、プロセスが容易である。
【００２１】
本発明の実施形態に係る磁気ディスク装置によれば、出力劣化や異常波形が見られた場合に切り替えスイッチを動作させ、センス電流の通電を停止しリセット電流を通電することにより、磁気抵抗効果素子に対して所望の方向に電流磁界を印加して磁化固着層を再着磁させ、異常を回復することができるので、信頼性を高めることができる。
【００２２】
本発明の実施形態に係る磁気ディスク装置においては、記録ヘッドへの書き込み電流の通電中にリセット電流を通電するようにしてもよい。この場合、書き込み電流の通電による磁気抵抗効果素子の加熱が期待できる。
【００２３】
【実施例】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施例を説明する。
図１に本発明の第１の実施例に係る垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドを媒体対向面から見た平面図を示す。Ａｌ２Ｏ３・ＴｉＣなどからなる基板１上に、軟磁性膜からなり磁気抵抗効果素子へセンス電流を通電する電極を兼ねる下部磁気シールド２が形成されている。下部磁気シールド２上に、再生磁気ギャップを構成する下部電極３を介して、磁気抵抗効果素子４が形成されている。磁気抵抗効果素子４は、磁化自由層４ａ、非磁性中間層４ｂ、磁化固着層４ｃおよび反強磁性層４ｄを含む。非磁性中間層４ｂにはＣｕを用いている。磁気抵抗効果素子４上に、再生磁気ギャップを構成する上部電極５を介して、軟磁性膜からなり磁気抵抗効果素子４へセンス電流を通電する電極を兼ねる上部磁気シールド６が形成されている。上部磁気シールド６上に、絶縁層を介して記録磁極７が形成されている。磁気抵抗効果素子４のトラック幅方向における両端にはハードバイアス膜８が形成されている。磁気抵抗効果素子４のトラック幅方向における両端部上およびハードバイアス膜８上には１対のリセット電極１１ａ、１１ｂが形成されている。
【００２４】
図２に、本実施例に係る磁気ディスク装置において、上記の垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドと電源とを接続する回路の一構成例を示す。電源（ヘッドアンプ）１３は定電流電源または定電圧電源であり、媒体磁界に応答して発生する磁気抵抗効果素子４の抵抗変化を定電流電源の場合には電圧変化として、定電圧電源の場合には電流変化として検出する。電源１３と磁気抵抗効果ヘッドの下部磁気シールド２および上部磁気シールド６とを結ぶ配線間、ならびに電源１３と磁気抵抗効果ヘッドのリセット電極１１ａ、１１ｂとを結ぶ配線間には切り替えスイッチ１２が設けられている。
【００２５】
本実施例の垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドおよび磁気ディスク装置の動作を説明する。
通常動作時には、下部磁気シールド２と上部磁気シールド６を電源１３に接続して、磁気抵抗効果素子４にセンス電流を通電する。そして、サーボ情報など磁気ディスク上の磁気信号を用いて波形の確認が行われるが、出力が小さくシーク動作ができない場合または波形対称性に異常が生じるなど異常が発見された場合には、磁気抵抗効果素子４の磁化固着層４ｃの磁化方向が本来の方向（一般的には媒体対向面に向かう方向）からずれたと判定され、リセット動作に移行する。リセット動作は、磁気ディスク上で行ってもよいし、磁気ディスク外のヘッド退避位置において行ってもよい。リセット動作時には、切り替えスイッチ１２を切り替えることによりリセット電極１１ａ、１１ｂを電源１３に接続して磁気抵抗効果素子４にリセット電流を通電する。このリセット電流はセンス電流の通電方向（膜面にほぼ垂直な方向）と実質的に直交する方向（膜面にほぼ平行な方向）に通電されるので、磁気抵抗効果素子４の磁化固着層４ｃの磁化を所望の方向に再着磁することができる。
【００２６】
ここで、リセット電流の電流値はセンス電流の電流値よりも大きく設定することができる。リセット電流の保持時間は数マイクロ秒から数分以上まで様々に設定することができ、適切な選択が可能である。
【００２７】
リセット動作が終了した時点で、切り替えスイッチ１２を切り替え、再び下部磁気シールド２と上部磁気シールド６を電源１３に接続して磁気抵抗効果素子４にセンス電流を通電する。再び波形、出力を確認し、問題がなければドライブの他の調整に移行する。問題があれば再び上記のリセット動作を実行することもできる。
【００２８】
以上のように、リセット電極１１ａ、１１ｂを設けてリセット電流の通電により電流磁界を印加できるようにし、磁化固着層の磁化方向を所望の方向に再着磁できるようになったので、製造プロセス中または磁気ディスク装置の動作中に衝撃などにより生じた磁化固着層の磁気モーメントのずれに伴う出力の低下や波形対称性の乱れを回復させることができる。
【００２９】
なお、本実施例においては、磁気抵抗効果素子４の非磁性中間層４ｂにＣｕを用いているが、図１に示したように、リセット電極１１ａ、１１ｂは磁気抵抗効果素子４（およびハードバイアス膜８）の上面に接した構造になっているため、磁化自由層と磁化固着層が電気的に接続されることがない。このため、非磁性中間層４ｂにアルミナなどの絶縁層を用いたＴＭＲ素子でも上記効果を得ることができる。
【００３０】
また、図２では単独の電源１３を設けているが、下部磁気シールド２および上部磁気シールド６に接続される電源と、リセット電極１１ａ、１１ｂに接続される電源とを別個に設けてもよい。この場合、リセット電極１１ａ、１１ｂに接続される電源をパルス電源としてもよい。このように、下部磁気シールドおよび上部磁気シールドに接続される通常動作用電源とは別にリセット電極１１ａ、１１ｂにパルス電源を接続した場合、リセット電流をパルスで通電することもできる。リセット電極１１ａ、１１ｂは通常開放状態であるが、回路に高抵抗を介して接地してもよい。
【００３１】
また、記録ヘッドへの書き込み電流の通電中にリセット電流を通電してもよい。この場合、記録ヘッドへの書き込み電流の通電によって磁気抵抗効果素子の加熱が期待できる。
【００３２】
図３に本発明の第２の実施例に係る垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドを媒体対向面から見た平面図を示す。図１では１対のリセット電極１１ａ、１１ｂを磁気抵抗効果素子４（およびハードバイアス膜８、８）のトラック幅方向に沿う両端部上に設けたのに対し、図３ではハードバイアス膜８、８を省略し、１対のリセット電極１１ａ、１１ｂを磁気抵抗効果素子４のトラック幅方向の両端部とほぼ同一平面で接するように設けている。
【００３３】
図３の構造では、リセット電極１１ａ、１１ｂはハードバイアス膜を兼ねており、低抵抗の硬磁性膜が用いられる。また、磁気抵抗効果素子４とリセット電極１１ａ、１１ｂとの接合構造は、いわゆるアバッテッド・ジャンクション構造としてもよい。なお、図３の構造を採用する場合、磁気抵抗効果素子４は非磁性中間層４ｂがＣｕであるＧＭＲ素子であることが望ましい。
【００３４】
図４に本発明の第３の実施例に係る垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドを媒体対向面から見た平面図を示す。図１では１対のリセット電極１１ａ、１１ｂを磁気抵抗効果素子４（およびハードバイアス膜８、８）のトラック幅方向に沿う両端部上に設けたのに対し、図４では磁気抵抗効果素子４のトラック幅方向に沿う一端部に接続された１つのリセット電極１１ａのみが設けられている。
【００３５】
図５に、本実施例に係る磁気ディスク装置において、上記の垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドと電源とを接続する回路の一構成例を示す。電源１３と磁気抵抗効果ヘッドの下部磁気シールド２および上部磁気シールド６とを結ぶ配線間、ならびに電源１３と磁気抵抗効果ヘッドのリセット電極１１ａとを結ぶ配線間には切り替えスイッチ１２が設けられている。
【００３６】
本実施例の垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドおよび磁気ディスク装置の動作を説明する。
通常動作時には、下部磁気シールド２と下部磁気シールド６を電源１３に接続して、磁気抵抗効果素子４にセンス電流を通電する。しかし、波形や出力に異常が生じて正常動作が困難になった場合には、切り替えスイッチ１２を切り替えることにより、下部磁気シールド２の回路を切断して、上部磁気シールド６とリセット電極１１ａを電源１３に接続して磁気抵抗効果素子４にリセット電流を通電する。このリセット電流はセンス電流の通電方向と直交する成分を含むので、磁気抵抗効果素子４の磁化固着層４ｃの磁化を所望の方向に再着磁することができる。このとき、上述したように、リセット電流をパルスで通電してもよいし、記録ヘッドへの書き込み電流の通電中にリセット電流を通電してもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、磁化固着層の磁化方向がずれた場合に、磁化固着層の磁化を所望の方向に再着磁させることができる垂直通電型磁気抵抗効果ヘッド、およびこのような垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドを有する磁気ディスク装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドを媒体対向面から見た平面図。
【図２】本発明の第１の実施例に係る磁気ディスク装置における垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドと電源とを接続する回路の一構成例を示す図。
【図３】本発明の第２の実施例に係る垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドを媒体対向面から見た平面図。
【図４】本発明の第３の実施例に係る垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドを媒体対向面から見た平面図。
【図５】本発明の第３の実施例に係る磁気ディスク装置における垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドと電源とを接続する回路の一構成例を示す図。
【図６】従来の垂直通電型磁気抵抗効果ヘッドを媒体対向面から見た平面図。
【符号の説明】
１…基板、２…下部磁気シールド、３…下部電極、４…磁気抵抗効果素子、４ａ…磁化自由層、４ｂ…非磁性中間層、４ｃ…磁化固着層、４ｄ…反強磁性層、５…上部電極、６…上部磁気シールド、７…記録磁極、８…ハードバイアス膜、１１ａ、１１ｂ…リセット電極、１２…切り替えスイッチ、１３…電源。
【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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