(57)【要約】【課題】ピンド層での磁化方向をピニングするための第１の反強磁性層と、自由層のバイアス安定を提供するための第２の反強磁性層とを有する磁気トンネル接合（ＭＴＪ）および電荷平面垂直（ＣＰＰ）磁気センサを提供すること。【解決手段】２つの反強磁性層を、同じ材料から形成することができ、スピンフロップ効果を使用して同時に初期化することができる。これらのセンサを使用するディスク・ドライブが開示される。【選択図】図３
2004526315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気センサ内の層の平面に実質的に垂直に印加される感知電流とともに使用する磁気センサであって、
第１の反強磁性層と、
前記第１の反強磁性層の上に形成された第１の強磁性ピンド層と、
前記ピンド層の上に形成された非磁性離隔層と、
前記非磁性離隔層の上に形成された強磁性自由層と、
前記強磁性自由層の磁気バイアス安定をサポートする第２の反強磁性層と
を備える磁気センサ。
【請求項２】
ピンド層が、反平行ピンド・サブ構造を備え、前記反平行ピンド・サブ構造が、第１の強磁性層と、前記第１の強磁性層の上に形成された非磁性層と、前記非磁性層の上に形成された第２の強磁性層とを備え、前記第１の強磁性層が、前記第１の反強磁性層に交換結合され、前記非磁性離隔層が、前記反平行ピンド・サブ構造の前記第２の強磁性層の上に形成される請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記第１および第２の反強磁性層が、実質的に同じブロッキング温度を有する同じ材料からなる請求項１または２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記非磁性離隔層が導電材料から形成される請求項３に記載の磁気センサ。
【請求項５】
非磁性離隔層が絶縁材料から形成される請求項３に記載の磁気センサ。
【請求項６】
第３の強磁性層を備える、前記自由層に結合された反平行ピンド・サブ構造と、
前記第３の強磁性層と交換結合された第２の反強磁性層と
を備える請求項１ないし５のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記反平行ピンド・サブ構造が、第２の非磁性離隔層を介して前記自由強磁性層に結合されている請求項６に記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記反平行ピンド・サブ構造が、前記自由強磁性層の一部に結合されている請求項６に記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記自由層が、反平行ピンド・サブ構造を備え、前記センサがさらに、
前記自由層の上に形成された第２の非磁性離隔層と、
第２の非磁性離隔層の上に形成された第２の反強磁性層と
を備える請求項１ないし８のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項１０】
第１の強磁性層と、前記第１の強磁性層に交換結合された第１の反強磁性層と、自由層の磁気バイアス安定をサポートする第２の反強磁性層とを備えるＡＰピン・サブ構造を有する磁気センサ内の２つの反強磁性層を同時に初期化する方法であって、前記磁気センサが、センサ内の層の平面に実質的に垂直に印加される感知電流とともに使用され、
外部磁場内にセンサを配置するステップと、
前記ＡＰピン・サブ構造内の前記第１の強磁性層の磁化を外部磁場方向に実質的に垂直にするように、前記磁場の大きさを調節するステップと、
前記第１の反強磁性層と第２の反強磁性層の両方のブロッキング温度よりも高い温度にセンサを加熱するステップと、
前記外部磁場の存在時に、第１の反強磁性層と第２の反強磁性層の両方のブロッキング温度よりも低い温度にセンサを冷却するステップと
を含む方法。
【請求項１１】
データ記録用の磁気記憶媒体と、
前記磁気記憶媒体と接続されたモータと、
磁気記録ヘッド・アセンブリと前記記憶媒体との相対運動中に、前記記憶媒体に近接して維持される磁気記録ヘッド・アセンブリを有するスライダであって、前記記録ヘッド・アセンブリが、
第１の反強磁性層と、
前記第１の反強磁性層の上に形成されたピンド層と、
前記ピンド層の上に形成された非磁性離隔層と、
前記非磁性離隔層の上に形成された自由層と、
前記自由層のバイアス安定をサポートする第２の反強磁性層と
を備える磁気センサを有する、スライダと、
ディスクに磁気記録するために前記スライダを位置決めする、前記スライダに接続されたサスペンションと
を備える磁気記憶システムであって、
前記第１および第２の反強磁性層が、実質的に同じ組成を有し、かつ実質的に同じブロッキング温度を有する同じ材料からなる磁気記憶システム。
【請求項１２】
ピンド層がＡＰピン・サブ構造を備える請求項１１に記載の磁気記憶システム。
【請求項１３】
前記自由層の一部に結合された１つまたは複数のバイアス・タブを備え、前記バイアス・タブが、第２の反強磁性層に交換結合されたＡＰピン・サブ構造を備え、前記自由層の磁気バイアス安定を提供する請求項１１または１２に記載の磁気記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気リードバック用のディスク・ドライブで使用できるセンサ、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの適用例での磁気センサが、非常に高い感度を有することを求められている。１つの主要な例は、ディスク・ドライブでの磁気リードバック・センサの使用である。記録される情報の密度が後継製品ごとに高くなるにつれて、必要なセンサ感度も高くしなければならない。非常に高い感度を有するセンサの２つのクラスは、磁気トンネル接合センサ（ＭＴＪ）と電荷平面垂直センサ（ＣＰＰ）である。これらのセンサは共に、薄い非磁性離隔層を介するスピン依存電子運動を利用することに依存する。離隔層の片側に、ピンド層と呼ばれる強磁性層があり、そこでは磁化の方向が固定されている。離隔層のもう一方の側には、自由層と呼ばれる強磁性層があり、そこでは磁化の方向が印加磁場に自由に応答する。ディスク・ドライブでは、印加磁場は、ディスクに前もって書き込まれた遷移によるものである。他の適用例では、印加磁場は、外部磁石の位置から生じる、または磁場に対するセンサの位置の変化から生じる場合がある。
【０００３】
ディスク・ドライブ適用例では、最大の感度および線形性を達成することが望ましい。最大の線形性を達成するために、外部磁場がないときの自由層での磁化を、記録されたトラックの方向と実質的に平行にすることが望まれる。また、印加磁場がないとき、ピンド層の磁化を自由層の磁化に垂直にすることが望ましい。したがって、ピンド層での磁化は、記録されたトラックの方向に実質的に垂直であることが望ましい。
【０００４】
自由層に対する別の要件は、長手方向磁気バイアス安定が存在することである。記録媒体に平行に、かつトラックの方向に垂直に、自由層の軸に沿って自由層での好ましい磁化方向をとることは、良好な線形性を保証し、バルクハウゼン・ノイズなど悪影響に対する頑強性を提供する。
【０００５】
ピンド層のピニングのために提供される一般的な方法は、ピンド層に隣接して反強磁性材料（ＡＦＭ）の層を配置することである。ヘッドの製造におけるある時点で、構造が、ＡＦＭのブロッキング温度よりも高い温度に加熱され、デバイスは、記録されたトラックの最終的な方向に垂直な外部磁場内に配置される。ＡＦＭ材料のブロッキング温度は、それよりも高いと材料がもはや交換結合強度を有さない温度である。次いで、センサは、磁場の存在時に冷却される。印加磁場が適切な方向にピンド層を配向させ、ＡＦＭがブロッキング温度よりも低い温度に冷却されると、交換結合がピンド層での磁化の向きを保つ。ピンド層では、これがピニング・プロセスである。このプロセスは、ＡＦＭの設定とも呼ばれる。
【０００６】
自由層の長手方向バイアスに関する既知の方法は、それぞれが自由層の一部分の各側にある２つのハード磁石を提供することである。これは、ハード・バイアスと呼ばれる。一般に、アクティブ・センサを備える層からハード・バイアス材料を電気的に絶縁することが望ましい。センサの製造中、ハード磁石での磁化の方向は、磁化の方向の永久的な整列をもたらす大きな磁場内にセンサを配置することによって設定しなければならない。ハード・バイアス磁石を絶縁するのに必要なものは、この手法ではデトラクタである。
【非特許文献１】
N. J. Gokenmeijer, et al, Phys.Rev. Lett. 79, 4270 (1997)
【非特許文献２】
Beach,et al., "Ap-pinned spinvalve GMR and magnetization" J. Appl. Phys. 87, p. 5723 (2000)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
自由層に関する長手方向バイアスを提供する好ましい方法は、ＡＦＭ層をもう１つ使用して、交換結合に依拠することである。この手法での原理的な難点は、自由層での磁化の方向が、ピンド層での磁化の方向に実質的に垂直でなければならないことである。したがって、磁場内での加熱、およびその後の冷却のステップは、ＡＦＭ層の一方には適するが、もう一方には適さない。２つの明らかに異なるブロッキング温度を有する２つの異なるＡＦＭ材料を使用することが知られている。最高のブロッキング温度を有するＡＦＭ層がまず設定される。次いで、磁場角度が９０°回転され、第２のＡＦＭ層が、より低い温度で設定される。一般に、ピンド層と、自由層の長手方向安定との両方のために働く１つの最適なＡＦＭ材料が存在する。しかし、異なるブロッキング温度をもつＡＦＭ材料を有するという要件により、ＡＦＭ材料の最適な選択が損なわれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
したがって、本発明は、センサ内の層の平面に実質的に垂直に印加された感知電流とともに使用される磁気センサであって、第１の反強磁性層と、前記第１の反強磁性層の上に形成された第１の強磁性ピンド層と、前記ピンド層の上に形成された非磁性離隔層と、前記非磁性離隔層の上に形成された強磁性自由層と、前記強磁性自由層の磁気バイアス安定をサポートする第２の反強磁性層とを備える磁気センサを提供する。
【０００９】
センサの他の態様を損なうことなく設定することができる２つのＡＦＭ層の使用を可能にするセンサ構造、およびそのセンサを製造する方法が提供されることが好ましい。
【００１０】
センサ内の層の方向に実質的に垂直な感知電流を用いる磁気センサの改良された設計および製造方法が提供されることが好ましい。好ましい実施形態では、これらのセンサは、ピンド層、または自由層のバイアス安定のために反平行ピンド・サブ構造を使用する。好ましくは、ピンド層の磁化の方向を設定する層と、自由層のバイアス安定に使用するための層の２つの反強磁性層が存在する。これらのＡＦＭ層は、同じ材料から形成することができる。両方のＡＦＭ層が、スピンフロップ効果を利用して同じ手順で同時に初期化されることが好ましい。
【００１１】
一態様によれば、本発明は、第１の強磁性層と、前記第１の強磁性層に交換結合された第１の反強磁性層と、自由層の磁気バイアス安定をサポートする第２の反強磁性層とを備えるＡＰピン・サブ構造を有する磁気センサ内の２つの反強磁性層を同時に初期化する方法であって、前記磁気センサが、センサ内の層の平面に実質的に垂直に印加される感知電流とともに使用され、外部磁場内にセンサを配置するステップと、前記ＡＰピン・サブ構造内の前記第１の強磁性層の磁化を外部磁場方向に実質的に垂直にするように、前記磁場の大きさを調節するステップと、前記第１の反強磁性層と第２の反強磁性層の両方のブロッキング温度よりも高い温度にセンサを加熱するステップと、前記外部磁場の存在時に、第１の反強磁性層と第２の反強磁性層の両方のブロッキング温度よりも低い温度にセンサを冷却するステップとを含む方法を提供する。
【００１２】
別の態様によれば、本発明は、データ記録用の磁気記憶媒体と、前記磁気記憶媒体と接続されたモータと、磁気記録ヘッド・アセンブリと前記記憶媒体との相対運動中に、記憶媒体に近接して維持される磁気記録ヘッド・アセンブリを有するスライダであって、前記記録ヘッド・アセンブリが、第１の反強磁性層と、前記第１の反強磁性層の上に形成されたピンド層と、前記ピンド層の上に形成された非磁性離隔層と、前記非磁性離隔層の上に形成された自由層と、前記自由層のバイアス安定をサポートする第２の反強磁性層とを備えるスライダと、ディスクに磁気記録するために前記スライダを位置決めする、前記スライダに接続されたサスペンションとを備える磁気記憶システムであって、前記第１および第２の反強磁性層が、実質的に同じ組成を有し、かつ実質的に同じブロッキング温度を有する同じ材料からなる磁気記憶システムを提供する。
【００１３】
好ましい実施形態によれば、センサ内の層の平面に実質的に垂直に印加される感知電流とともに使用するための磁気センサであって、第１の反強磁性層と、前記第１の反強磁性層の上に形成された反平行ピンド・サブ構造を備えるピンド層とを備え、前記反平行ピンド・サブ構造が、第１の強磁性層と、前記第１の強磁性層の上に形成された非磁性層と、前記非磁性層の上に形成された第２の強磁性層とを備え、前記第１の強磁性層が、前記第１の反強磁性層に交換結合され、センサがさらに、前記反平行ピンド・サブ構造の前記第２の強磁性層の上に形成された非磁性離隔層と、前記非磁性離隔層の上に形成された強磁性自由層と、前記強磁性自由層の磁気バイアス安定をサポートする反強磁性層とを備える磁気センサが提供される。
【００１４】
好ましくは、第１および第２の反強磁性層が、実質的に同じブロッキング温度を有する同じ材料からなる。
【００１５】
好ましくは、非磁性離隔層が導電材料または絶縁材料から形成される。
【００１６】
好ましい実施形態によれば、センサ内の層の平面に実質的に垂直に印加される感知電流とともに使用するための磁気センサであって、第１の反強磁性層と、前記第１の反強磁性層の上に形成された第１のピン強磁性層と、前記第１のピン強磁性層の上に形成された第１の非磁性離隔層と、前記非磁性離隔層の上に形成された第２の自由強磁性層と、第３の強磁性層を備える前記自由層に結合された反平行ピンド・サブ構造と、前記第３の強磁性層と交換結合された第２の反強磁性層とを備える磁気センサが提供される。
【００１７】
好ましくは、反平行ピンド・サブ構造が、第２の非磁性離隔層を介して前記自由強磁性層に結合される。
【００１８】
好ましくは、反平行ピンド・サブ構造が、前記自由強磁性層の一部に結合される。
【００１９】
一実施形態では、センサ内の層の平面に実質的に垂直に印加される感知電流とともに使用される磁気センサであって、第１の反強磁性層と、前記第１の反強磁性層の上に形成された第１のピン強磁性層と、前記第１のピン強磁性層の上に形成された第１の非磁性離隔層と、反平行ピンド・サブ構造を備える、前記第１の非磁性離隔層の上に形成された自由層と、前記自由層の上に形成された第２の非磁性離隔層と、第２の非磁性離隔層の上に形成された第２の反強磁性層とを備える磁気センサが提供される。
【００２０】
一実施形態では、第１の強磁性層と、前記第１の強磁性層に交換結合された第１の反強磁性層と、自由層の磁気バイアス安定をサポートする第２の反強磁性層とを備えるＡＰピン・サブ構造を有する磁気センサ内の２つの反強磁性層を同時に初期化する方法であって、前記磁気センサが、センサ内の層の平面に実質的に垂直に印加されるセンサ電流とともに使用され、外部磁場内にセンサを配置するステップと、前記ＡＰピン・サブ構造内の前記第１の強磁性層の磁化を外部磁場方向に実質的に垂直にするために、前記磁場の大きさを調節するステップと、前記第１の反強磁性層と第２の反強磁性層の両方のブロッキング温度よりも高い温度にセンサを加熱するステップと、前記外部磁場の存在時に、第１の反強磁性層と第２の反強磁性層の両方のブロッキング温度よりも低い温度にセンサを冷却するステップとを含む方法が提供される。
【００２１】
一実施形態では、ピンド層に交換結合された第１の反強磁性層と、強磁性層に交換結合された第２の反強磁性層とを有する磁気センサ内の反強磁性層を同時に初期化する方法であって、前記強磁性層が、自由層の磁気バイアス安定をサポートするＡＰピン・サブ構造の一部を構成し、前記磁気センサが、センサ内の層の平面に実質的に垂直に印加される感知電流とともに使用され、外部磁場内にセンサを配置するステップと、前記反平行ピンド・サブ構造内の前記強磁性層の磁化を外部磁場方向に実質的に垂直にするように、前記外部磁場の大きさを調節するステップと、前記第１の反強磁性層と第２の反強磁性層の両方のブロッキング温度よりも高い温度にセンサを加熱するステップと、前記外部磁場の存在時に、第１の反強磁性層と第２の反強磁性層の両方のブロッキング温度よりも低い温度にセンサを冷却するステップとを含む方法が提供される。
【００２２】
一実施形態では、データ記録用の磁気記憶媒体と、前記磁気記憶媒体と接続されるモータと、磁気記録ヘッド・アセンブリと前記記憶媒体との相対運動中に、記憶媒体に近接して維持される磁気記録ヘッド・アセンブリを有するスライダであって、前記記録ヘッド・アセンブリが、第１の反強磁性層と、前記第１の反強磁性層の上に形成されたピンド層であって、ＡＰピン・サブ構造を備えるピンド層と、前記ピンド層の上に形成された非磁性離隔層と、前記非磁性離隔層の上に形成された自由層と、前記自由層のバイアス安定をサポートする第２の反強磁性層とを備える磁気センサを有するスライダと、ディスクに磁気記録するために前記スライダを位置決めする、前記スライダに接続されたサスペンションとを備える磁気記憶システムであって、前記第１および第２の反強磁性層が、実質的に同じ組成を有し、かつ実質的に同じブロッキング温度を有する同じ材料からなる磁気記憶システムが提供される。
【００２３】
一実施形態では、データ記録用の磁気記憶媒体と、前記磁気記憶媒体に接続されたモータと、磁気記録ヘッド・アセンブリと前記記憶媒体との相対運動中に、記憶媒体に近接して維持される磁気記録ヘッド・アセンブリを有するスライダであって、前記記録ヘッド・アセンブリが、第１の反強磁性層と、前記第１の反強磁性層に交換結合された強磁性ピンド層と、前記ピンド層の上に形成された非磁性離隔層と、前記非磁性離隔層の上に形成された第２の自由強磁性層と、前記自由層の一部に結合された１つまたは複数のバイアス・タブであって、第２の反強磁性層に交換結合されたＡＰピン・サブ構造を備え、前記自由層の磁気バイアス安定を提供し、前記第１および第２の反強磁性層が、実質的に同じ組成を有し、かつ実質的に同じブロッキング温度を有する同じ材料から形成されているバイアス・タブとを備える磁気センサを有するスライダと、ディスク上に磁気記録するために前記スライダを位置決めする、スライダに接続されたサスペンションとを備える磁気記憶システムが提供される。
【００２４】
次に、本発明の実施形態を、例示としてのみ、以下の図面を参照しながら説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は、本明細書で説明する全てのセンサ構造のいくつかの特徴を示す図である。図１で、２つの金属層１０１と１０２の間にギャップ１０７が存在する。一般に、金属層１０１および１０２は、センサへの電気リード線である。いくつかの実施形態では、層１０１、１０２が、センサ用の磁気シールドとして働くこともできる。センサは、ピンド層１０３と、非磁性離隔層１０４と、自由層１０５とを備える。ピンド層および自由層が、図１に示されていない磁気安定層を有することが好ましい。センサ、具体的には自由層の活性部分の幅１０８が、ディスク・ドライブなどの適用例での磁気トラック幅をほぼ画定する。センサ位置の外側で、ギャップは絶縁材料１０６で充填される。好ましくは、全ての場合に、感知電流１０７の方向は、センサ内の層に垂直である。典型的な動作モードでは、感知電流１０７がセンサを通って流れ、センサ抵抗の変化をもたらす電圧の変化が監視される。ＭＴＪセンサとＣＰＰセンサの原理的な相違点は、非磁性離隔層１０４が、ＭＴＪセンサでは薄い絶縁体であり、ＣＰＰセンサでは薄い導体であることである。ＭＴＪセンサでの非磁性離隔層は、障壁層と呼ばれることがある。ＭＴＪセンサは、ＣＰＰセンサよりもインピーダンスが高いデバイスになる傾向がある。どちらのセンサも、外部印加磁場に応答して自由層での磁化の方向を変えることによって、非磁性離隔層にわたる電子のスピン依存運動を調整することに依存する。電流方向１０７が、図１に示されるように下から上であるか、あるいは上から下であるかは重要でない。また、ピンド層１０３が、図１に示されるようにギャップの底部にあるか、あるいはギャップの上部にあるかは重要でない。簡単するために、全ての構造を、ピンド層が底部にある状態で記載する。
【００２６】
ディスク・ドライブ適用例では、図１のセンサの図は、ディスクに提供されるセンサのものである。センサは本来、図２に例示されるようにスライダに構成される。図２で、センサ２０２は、スライダ２０１の追従面２０４に構成されている。センサとの電気接続を形成するために、金属パッド２０３が提供される。これらのセンサは、読出し専用要素である。ディスクに情報を記録するためにスライダに配置された書込みヘッドも存在する。
【００２７】
次に、センサのいくつかの具体的な例を論じる。それらのセンサは全て、いくつかの共通の属性を有する。
１）感知電流が、センサの層の平面に垂直であり、１つのリード線から、ギャップをわたってセンサを介してもう一方のリード線に流れる。
２）ピンド層と自由層の間の非磁性離隔層が、ＭＴＪセンサの場合にはアルミナなど薄い絶縁体の層であり、ＣＰＰセンサの場合にはＣｕなど薄い金属の層である。
３）全てのセンサが、少なくとも１つの反平行ピン（ＡＰピン）・サブ構造を有する。ＡＰピン・サブ構造は、センサのピンド層として、または自由層に関するバイアス・タブの一部として働くことができる。一実施形態では、ＡＰピン・サブ構造が自由層を構成する。
４）全てのセンサが、２つの個別の実質的に平坦な反強磁性（ＡＦＭ）層を有する。一方は、ピンド層を安定化するために使用され、もう一方は、自由層の長手方向安定を補助するために使用される。好ましい実施形態によれば、２つのＡＦＭ層を、実質的に同じ材料から構成することができる。
５）全ての場合に、２つのＡＦＭ層を、本発明の好ましい実施形態に従って同じ初期化手順中に設定することができる。
【００２８】
以下に述べる実施形態に共通の層のいくつかは、同様の組成を有する。強磁性自由層、およびピンド層の強磁性部分は通常、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、またはＣｏＮｉＦｅの合金から作成される。ＡＰピン構成での２つの強磁性層間の非磁性層は、一般にＲｕであり、しかしＴａなど他の材料から作成することもできる。非磁性導体として銅を使用することもできる。ＡＦＭ材料は、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＦｅＭｎ、およびＩｒＭｎなどＭｎを含む材料から作成することができる。ＡＦＭ材料はまた、ＮｉＯまたはＣｏＮｉＯの化合物などＭｎを含まない材料から作成することもできる。
【００２９】
図３は、センサの１つの好ましい実施形態をより詳細に示す。接着を促進する、被膜成長を制御する、感度を高める、または被膜表面の滑らかさを制御するための追加の層も存在する場合がある。第１のＡＦＭ層３０１が、リード線３０２の上に堆積される。２つの強磁性層３０３、３０４が、第１のＡＦＭ層３０１の上に堆積される。２つの強磁性層３０３、３０４は、非磁性層３０５によって離隔されている。非磁性層３０５とともに２つの強磁性層３０３および３０４が、ＡＰピン・サブ構造３４０を構成する。このＡＰピン・サブ構造３４０は、このセンサに関するピンド層として働く。外部磁場がないとき、第１の強磁性層３０３での磁化の方向３１６は、第２の強磁性層３０４の磁化の方向３１７とほぼ反対である。次の層は、非磁性離隔層３０６である。自由層３０７が、非磁性離隔層３０６の上に堆積される。外部磁場がないとき、自由層３０７での磁化の方向３１８は、記録媒体に実質的に平行であり、ＡＰピン・サブ構造３４０での磁化３１６、３１７に垂直である。自由層３０７とリード線３０８の間の層は２つの部分を有する。１つの部分３０９は、非磁性金属からなる。この部分３０９は絶縁体であってもよい。この非磁性部分３０９は、センサがディスク・ドライブ内で使用されるときに、自由層３０７の活性部分、したがって磁気トラック幅を画定する。もう一方の部分は、第２のＡＦＭ層３１０である。この層は、自由層３０７に関する磁気バイアス安定を提供する。ＡＦＭ層３１０と直接接触する自由層３０７の部分は、外部磁場の感知に関して実質的に不活性である。第２のＡＦＭ層３１０および非磁性層３０９を除いて、層の幅は通常、（自由層の活性部分によって決定される）磁気トラックよりも広い。センサ層の位置を超えるギャップは、絶縁材料３１１で充填される。
【００３０】
図４に示される構造は、ピンド層および自由層の物理的な幅が磁気トラック幅よりも広い点で、図３に例示される構造と同様である。第１のＡＦＭ層３０１が、底部リード線３０２の上に堆積される。単一の強磁性ピンド層３１２が、第１のＡＦＭ層３０１の上に堆積される。非磁性離隔層３０６が、ピンド層３１２と自由層３０７の間に形成される。自由層の活性領域は、自由層の一部を非磁性金属または絶縁層３１５で覆うことによって画定される。自由層の他の部分は、薄い非磁性層３１３と、強磁性層３１４と、自由層３０７の一部とを備えるＡＰピン・サブ構造３５０で覆われる。この構成では、強磁性層３１４での磁化の方向３２０が、第２のＡＦＭ層３１０によって制御される。強磁性層３１４および非磁性層３１３に隣接する自由層３０７の部分での磁化３２１は、強磁性層３１４での磁化３２０と反対にピニングされ、それにより、自由層の活性部分での磁気バイアス安定を提供する。上部リード線３０８が、第２のＡＦＭ層３１０の上に配置される。
【００３１】
図３では、ＡＰピン・サブ構造３４０は、ピンド層内に構成される。図４では、ＡＰピン・サブ構造３５０は、自由層バイアス安定層内に構成される。非磁性金属３１３、強磁性層３１４、およびＡＦＭ層３１０を備えるこの後者の層は、バイアス・タブ３６０と呼ばれることがある。図３の構造の１つの小さな欠点は、感知電流が、センサの活性部分と不活性部分の両方に流れることである。この電流分流は、センサの全体の感度を低減するという実際的な影響を有する。この欠点を有さない実施形態が、図５、６に示されている。
【００３２】
図５に示される実施形態は、リード線４０１の上に堆積された第１のＡＦＭ層４０２を有する。非磁性層４０４によって離隔された２つの強磁性層４０３、４０５を備えるＡＰピンサブ構造４４０が、第１のＡＦＭ層４０２の上に構成される。自由層４０７は、非磁性離隔層４０６によってピンド層から離隔されている。自由層の一部が、非磁性金属または絶縁層４０９によって覆われている。自由層の別の部分は、第２のＡＦＭ層４０８によって覆われている。第２のＡＦＭ層４０８はリード線４１５に隣接している。図３、４の場合と同様に、ギャップの残りの部分は絶縁材料４１０で充填される。この実施形態では、磁気トラック幅は、この場合にはＡＰピン・サブ構造４４０内の層を構成するピンド層の幅によってほぼ画定される。分流電流は、図３、４に例示されるセンサに比べて大幅に低減される。
【００３３】
代替実施形態が図６に示されている。この場合、ピンド層４１１は単層である。自由層４０７は、非磁性離隔層４０６によってピンド層４１１から離隔されている。ＡＰピン・サブ構造４５０は、自由層４０７の一部と、非磁性層４１２と、強磁性層４１３とを備える。バイアス・タブ４６０は、非磁性層４１２と、強磁性層４１３と、ＡＦＭ層４１４とを備える。ＡＦＭ層４１４は、強磁性層４１３での磁化の方向を制御する。リード線４１５が、第２のＡＦＭ層４１４の上に配置されている。ピンド層４１１の幅は、所望の磁気トラック幅にほぼ等しい。図５に示される構造の場合と同様に、分流電流は、最小限に抑えられる。
【００３４】
図５、６に示されるセンサ構造の欠点の１つは、非磁性金属４０９によって覆われている自由層の部分の幅が、非磁性離隔層４０６、および非磁性離隔層の下にあるピンド層の幅に等しいことが好ましいことである。非磁性金属４０９が、障壁層４０６と位置合わせされていることも望ましい。この位置合わせ制約を有さない実施形態が図７に例示されている。
【００３５】
図７で、第１のＡＦＭ層５０２がリード線５０１の上に配置されている。センサ・ピンド層は、非磁性層５０５によって離隔された２つの強磁性層５０３、５０４を備えるＡＰピン・サブ構造５３０である。自由層５０８は、非磁性離隔層５０６によってピンド層から離隔されている。自由層５０８に関する磁気バイアス安定を提供する第２のＡＦＭ層５０７が、自由層の、非磁性離隔層５０６と同じ側にある。これは、図５、６に例示されるセンサに関連する位置合わせ要件を軽減する。図７で、センサ積層の残りの部分から第２のＡＦＭ層５０７を絶縁することが望ましい。これは、障壁層付近の近傍５１２で、ギャップ５１１の残りの部分に絶縁材料を使用することによって最も簡便に行われる。また、自由層５０８に隣接するリード線材料５１３が非磁性であることが望ましい。この実施形態に対する変形形態は、センサ・ピンド層のための単一強磁性層と、自由層バイアス安定のためのＡＰピン・サブ構造を備えるバイアス交換タブとを使用することであり、このときバイアス・タブは、自由層の、障壁層と同じ側にある。
【００３６】
大幅な処理簡便性は、センサ積層を備える全ての層が同じ幅であるときに達成される。全ての層が所望のトラック幅にほぼ等しいとき、位置合わせ要件が大幅に軽減される。図８、９および図１０、１１は、センサ積層内の全ての層が実質的に同じ幅であるセンサの実施形態を示す。これらの構成は、インスタック・バイアス・スキーム（in-stack biasing scheme）と呼ばれることがある。インスタック・バイアス・スキームが一般に有する１つの特徴は、開示する本発明の実施形態を使用して、真空を壊すことなくセンサ全体を構成することができることである。従来のセンサでは、センサの一部を構成し、次いで、部分的に完成したセンサを、製造に使用される真空システムから取り外して、ＡＦＭ層の１つを初期化し、次いで、センサを真空システムに戻して完成させる。初期化のスピンフロップ方法により、完全なセンサを製造することができ、次いで、単一の処置を用いて初期化が達成される。
【００３７】
図８は、リード線６０１の上に堆積された第１のＡＦＭ層６０２を示す。センサ・ピンド層は、非磁性層６０４によって離隔された２つの強磁性層６０３、６０５を備えるＡＰピン・サブ構造６３０である。非磁性離隔層６０６が、自由層６０７をピンド層から離隔する。自由層６０７の磁気バイアス安定は、非磁性導電層６０８によって自由層６０７に弱く結合された強磁性層６０９によって提供される。自由層６０７と、非磁性層６０８と、強磁性層６０９との組合せが、大きなスピン・バルブ挙動を示さないことが望ましい。このために、タンタルまたはルテニウムが、非磁性層６０８に使用するのに簡便である。強磁性層６０９での磁化の方向６１８は、第２のＡＦＭ層６１０によって制御される。磁化の方向６１８は、ＡＰピン・サブ構造６３０での磁化の方向６２１、６２２に実質的に垂直である。第２のＡＦＭ層６１０は、リード線６１７に隣接する。センサの外側のギャップ内の領域６１１は、絶縁材料で充填される。
【００３８】
図９は、代替実施形態を例示する。図９で、第１のＡＦＭ層６０２がリード線６０１の上に堆積される。単一の強磁性層６１２が、第１のＡＦＭ層の上に堆積され、センサのピンド層として働く。非磁性離隔層６０６が、ピンド層６１２と自由層６０７の間に形成される。次の層６１３は、バイアス層６４０を自由層６０７から離隔する非磁性導体である。バイアス層６４０は、単一のバイアス・タブとみなすことができる。非磁性層６１５によって離隔された２つの強磁性層６１４、６１６が、バイアス・タブ６４０のＡＰピン・サブ構造６５０を構成する。第２のＡＦＭ層６１０が、ＡＰピン・サブ構造６５０とリード線６１７との間に位置する。
【００３９】
別の実施形態が図１０に示されている。第１のＡＦＭ層７０１が、リード線７０２の上に堆積される。センサ・ピンド層は、非磁性層７０４によって離隔された２つの強磁性層７０３、７０５を備えるＡＰピン・サブ構造７２０である。ＡＰピン・サブ構造７２０は、第１のＡＦＭ層７０１の上に配置される。非磁性離隔層７０６が、自由層７０７をＡＰピン・サブ構造７２０から離隔する。次いで、銅または他の非磁性導体の層７０８が、自由層７０７の上に堆積され、第２のＡＦＭ層７０９が、層７０８の上に配置される。センサを完成させるために、リード線７１０が、第２のＡＦＭ層７０９の上に配置される。ギャップ内の他の空間は、絶縁体７１１で充填される。ＡＦＭ材料は通常、表面交換結合しか提供しないと考えられているので、これは普通とは異なるセンサである。したがって、第２のＡＦＭ層７０９が、Ｃｕ層７０８を介して自由層７０７を安定化する効果をもつことは期待されていない。効果的な銅の厚さは、約１〜２ｎｍである。この挙動に関連する物理現象に関するより多くの情報は、N. J. Gokenmeijer,et al, Phys. Rev. Lett. 79,4270 (1997)で見ることができる。
【００４０】
図１１は、代替実施形態を示す。図１１で、第１のＡＦＭ層７０１が第１のリード線７０２の上に形成される。単一の強磁性層７１５が、センサ・ピンド層として働く。非磁性離隔層７０６が、ピンド層７１５を自由層から離隔する。図１１で、自由層は、ＡＰピン・サブ構造から構成される。このＡＰピン・サブ構造は、非磁性離隔層７０６に隣接する強磁性層７１６と、非磁性層７１７と、もう１つの強磁性層７１８とから構成される。ＡＰピン・サブ構造７２１の上側強磁性層７１８は、導体層７０８を介して第２のＡＦＭ層７０９に弱く結合される。次いで、もう１つのリード線７１０が、ＡＦＭ層７０９の上に形成される。ギャップの他の部分は、絶縁材料７１１で充填される。図１１のセンサは、ＡＰピン・サブ構造が自由層として使用される点で普通とは異なる。この構成は、自由層の正味の磁気モーメントを、単一の強磁性層を使用する場合に比べて大幅に低減することができるという利点を有する。
【００４１】
本発明は、好ましくは、ピンド層と、自由層のバイアス安定との両方を設定するために同じＡＦＭ材料を使用することができるようにする。したがって、最適な磁気性能のために材料を選択することができる。同じＡＦＭ材料の使用により、同じブロッキング温度を仮定して層を初期化することができるようになる。初期化プロセスは、一般にスピンフロップ効果と呼ばれる磁気挙動を活用する。
【００４２】
センサを初期化するためのスピンフロップ効果の使用が、図１２〜１５に例示されている。図１２〜１４で分解された形で示されているセンサは、図８に例示したのと同じセンサである。図１２、１３、１４、１５で論じる特定の例は、図８でのセンサに関して詳細を示すが、スピンフロップ効果の使用は、上述したセンサの任意のものに対して使用することができる。図１２で、本発明の実施形態に重要なセンサ内の磁性層は、図中で、第１の強磁性層８０５に隣接する第１のＡＦＭ交換層８０６と、第２の強磁性層８０４と、自由層８０３と、第３の強磁性層８０２と、第３の強磁性層８０２に隣接するＡＦＭ層８０１とを含む。また、磁化方向８０７、８０８、８０９、８１０が示されている。簡単にするために、追加の非磁性層は示さない。図１２は、高い外部磁場内に構造が配置されているときの磁化の方向８０７、８０８、８０９、８１０を示す。磁場の方向が８１２で示されている。この特定のセンサ構成では、バイアス安定層８０２と自由層８０３が弱く結合されている。ＡＦＭの温度がブロッキング温度を超えるとき、バイアス安定層の磁化８０７および自由層の磁化８０８は、印加磁場の高い値で、印加外部磁場８１２と向きを合わせられる。印加磁場の高い値では、ＡＰピンド層８１１を構成する第１の強磁性層８０５と第２の強磁性層８０４との間の反平行結合が壊され、第１の強磁性層の磁化８１０と第２の強磁性層の磁化８０９の両方が印加磁場と向きを合わせられる。磁場のこの大きさは、初期化に有用ではない。印加磁場が低減されると、ピンド層８１１での磁化の方向８１０、８０９は、最低エネルギーを求めるように回転し始める。図１３は、印加磁場８１２の大きさが低減したときにＡＰピン・サブ構造での磁化が回転し始めた状態を示す。磁化８１０、８０９は、印加磁場８１２の方向から回転して離れ、互いに逆方向を向く。この挙動がスピンフロップ効果である。スピンフロップ効果に関する物理的現象のより具体的な詳細は、Beach, et al., "Ap-pinned spin valve GMR andmagnetization" J. Appl. Phys. 87, p. 5723 (2000)で見ることができる。
【００４３】
図１４は、印加磁場８１２の何らかの最適値で、第１の強磁性層８０５の磁化が、印加外部磁場８１２に垂直であり、かつ、依然として印加磁場８１２と向きを合わせられているバイアス安定層８０２の磁化８０７に垂直であることを示す。これは、初期化を達成するためにブロッキング温度未満に両方のＡＦＭ層８０６、８０１を冷却するときに使用される印加磁場の値である。最適な外部磁場の値では、第２の強磁性層８０４での磁化８０９の方向は、第１の強磁性層８０５の磁化８１０と反対である必要はない。しかし、外部磁場が除去されると、第２の強磁性層８０４の磁化８０９は、第１の強磁性層８０５の磁化８１０と実質的に反対になる。ＡＰピン・サブ構造での磁化の適切な回転を誘発するためにスピンフロップ効果を使用しないときには、初期化の難しさにより、２つのＡＦＭ層に関する同じ材料の最適な選択を使用することは実際的でない。
【００４４】
同じスピンフロップ効果を、上述した全てのセンサを初期化するのに利用することができる。共通の特徴は、各センサ内に少なくとも１つのＡＰピン・サブ構造が存在することである。唯一の相違点は、外部磁場を印加する方向および使用される外部磁場の大きさである。初期化に使用される外部磁場の方向は、ＡＰピン・サブ構造がセンサ内に配置される場所に依存する。図３で、印加磁場３３０の方向は、ＡＦＭ層３０１に隣接する強磁性層３０３での磁化３１６の所望する方向に垂直である。図４で、初期化磁場３３１の方向は、ＡＦＭ３１０に隣接する強磁性層３１４での磁化３２０の方向に垂直である。図５で、印加磁場４３０の方向は、ＡＦＭ層４０２に隣接する強磁性層４０３での磁化４２０の所望の方向に垂直である。図６で、初期化磁場４３１の方向は、ＡＦＭ層４１４に隣接する強磁性層４１３での磁化４２１の方向に垂直である。図７で、印加磁場５３０の方向は、ＡＦＭ層５０２に隣接する強磁性層５０３での磁化５２０の所望の方向に垂直である。図８で、印加磁場６６０の方向は、ＡＦＭ層６０２に隣接する強磁性層６０３での磁化６２２の所望の方向に垂直である。図９で、印加磁場６６１の方向は、ＡＦＭ層６１０に隣接する強磁性層６１６での磁化６２３の所望の方向に垂直である。図１０で、印加磁場７３０の方向は、ＡＦＭ層７０１に隣接する強磁性層７０３での磁化７３２の所望の方向に垂直である。図１１で、印加磁場７３３の方向は、強磁性層７１８での磁化７３１の所望の方向に垂直である。原則として、初期化磁場の方向は、ＡＦＭ層に交換結合されるＡＰＰサブ構造の強磁性部分の磁化の方向に垂直である。
【００４５】
外部磁場の方向が決定された後に、大きさを選択することが好ましい。図１５は、磁場の大きさの関数としての、ピンド層８１１内の第１の強磁性層８０５での磁化８１０の角度の一例を示す。図１５で、最終角度の所望の方向から角度が測定されている。目標角度は、磁場方向に対して９０°である。したがって、図１５で示される所望の角度は０°である。この特定の場合には、非磁性層にわたる結合強度が０．５ｅｒｇ／ｃｍ２であり、第１および第２の強磁性層のモーメント／面積は、それぞれ０．２および０．４ｍｅｍｕ／ｃｍ２である。スピンフロップ効果を達成するための最適な磁場強度は、この特定の例に関して約２２００Ｏｅである。異なる材料、厚さ、およびモーメントを有する他の構造は、異なる最適な外部磁場強度を有する。したがって、最適な外部磁場強度の値は、特定のセンサごとにいくらか異なる。また、外部磁場の大きさの最適値は、被膜層性質のプロセス変化によってわずかに影響を受ける。このために、通常は、特定のセンサを使用してプロセス公差の検討をはじめに行うことによって、最適値が求められる。
【００４６】
実際的には、はじめに、印加磁場を高い値に増大し、次いで、最適値に当てはまるまで大きさを低減することによって、より良いプロセス整合性が達成される。しかし、センサを、最適値を有する磁場内に直接配置する、または、ゼロの初期値から磁場を上げることも可能である。
【００４７】
図１６および１７は、例示磁気記録ディスク・ドライブで使用される本発明の好ましい実施形態を示す。磁気記録ディスク９０２は、ドライブ・モータに取り付けられたハブ９０６を有するディスク・モータ９０４によって回転される。ディスクは、基板と、磁性層と、炭素などの任意選択のオーバーコート層と、典型的には、パーフルオロポリエーテルなどの潤滑剤層とを備える。基板は通常、アルミニウム、ガラス、またはプラスチックである。いくつかのディスク・ドライブは、ディスク・ドライブが停止されるときにスライダ９１０がディスク上に静止するように設計されている。他のディスク・ドライブでは、スライダは、ディスク・ドライブがオフに切り換えられたときにディスク表面から持ち上げられる。後者は、スライダおよびディスクの表面が非常に低い粗さを有するように設計されているときに好ましい。これは、通常動作中に、スライダとディスクの頻繁な、または連続的な接触を必要とする設計で有利である。
【００４８】
記録ヘッド・アセンブリ９０８が、スライダ９１０の追従面に形成されている。スライダは、追従垂直面９０９を有する。記録ヘッド・アセンブリは通常、読取りセンサとともに個別の書込み要素を備える。スライダ９１０は、剛性アーム９１４およびサスペンション９１６によってアクチュエータ９１２に接続される。サスペンション９１６は、記録ディスク９０２の表面に向けてスライダを押す力を提供する。
【００４９】
これらのセンサの重要な使用は、ディスク・ドライブにおけるものである。これらのセンサの別の適用例は、スタティック・メモリ記憶デバイス、および非常に高い感度を必要とする他のデバイスでの使用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態によるＭＴＪおよびＣＰＰセンサの概略図である。
【図２】本発明の一実施形態によるスライダに構成されたセンサの図である。
【図３】本発明の一実施形態による、反平行ピンド・サブ構造を備えるピンド層と、自由層の一部にわたって非磁性層を形成することによって画定されるトラック幅とを有するセンサ内の層の図である。
【図４】本発明の一実施形態による、反平行ピンド・サブ構造を備えるバイアス・タブと、自由層の一部にわたって非磁性層を形成することによって画定されるトラック幅とを有するセンサ内の層の図である。
【図５】本発明の一実施形態による、反平行ピンド・サブ構造を備えるピンド層と、障壁層の幅にほぼ等しい磁気トラック幅とを有するセンサ内の層の図である。
【図６】本発明の一実施形態による、反平行ピンド・サブ構造を備えるバイアス・タブと、障壁層の幅にほぼ等しい磁気トラック幅とを有するセンサ内の層の図である。
【図７】本発明の一実施形態による、反平行ピンド・サブ構造を備えるピンド層と、自由層の、ピンド層と同じ側にあるバイアス安定ＡＦＭ層とを有するセンサ内の層の図である。
【図８】本発明の一実施形態による、反平行ピンド・サブ構造を備えるピンド層を有し、全ての層が同じ幅を有しているセンサ内の層の図である。
【図９】本発明の一実施形態による、反平行ピンド・サブ構造を備えるバイアス安定層を有し、全ての層が同じ幅を有しているセンサ内の層の図である。
【図１０】本発明の一実施形態による、反平行ピンド・サブ構造を備えるピンド層を有し、層が同じ幅を有し、バイアス安定が、非磁性層によって自由層からＡＦＭ層を離隔することによって提供されるセンサ内の層の図である。
【図１１】本発明の一実施形態による、自由層がＡＰピン・サブ構造であるセンサ内の層の図である。
【図１２】本発明の一実施形態による、高い磁場の存在時のセンサの層の磁化方向を示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態による、中間の磁場の存在時のセンサの層の磁化方向を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態による、最適な磁場の存在時のセンサの層の磁化方向を示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態による、１つの特定の反平行ピンド・サブ構造に関するＡＦＭ層に隣接する強磁性層での磁化の方向の角度を示す図である。
【図１６】本発明の一実施形態のセンサを使用する例示ディスク・ドライブの断面図である。
【図１７】本発明の一実施形態のセンサを使用する例示ディスク・ドライブの上面図である。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年1月14日(2003.1.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１０】
いずれかの請求項に記載の磁気センサ内の２つの反強磁性層を同時に初期化する方法であって、
外部磁場内にセンサを配置するステップと、
前記ＡＰピン・サブ構造内の前記第１の強磁性層の磁化を外部磁場方向に実質的に垂直にするように、前記磁場の大きさを調節するステップと、
前記第１の反強磁性層と第２の反強磁性層の両方のブロッキング温度よりも高い温度にセンサを加熱するステップと、
前記外部磁場の存在時に、第１の反強磁性層と第２の反強磁性層の両方のブロッキング温度よりも低い温度にセンサを冷却するステップと
を含む方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１１】
データ記録用の磁気記憶媒体と、
前記磁気記憶媒体と接続されたモータと、
磁気記録ヘッド・アセンブリと前記記憶媒体との相対運動中に、前記記憶媒体に近接して維持される磁気記録ヘッド・アセンブリを有するスライダであって、前記記録ヘッド・アセンブリが
請求項１から９に記載の磁気センサを有する、スライダと、
ディスクに磁気記録するために前記スライダを位置決めする、前記スライダに接続されたサスペンションと
を備える磁気記憶システムであって、
前記第１および第２の反強磁性層が、実質的に同じ組成を有し、かつ実質的に同じブロッキング温度を有する同じ材料からなる磁気記憶システム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
したがって、本発明は、請求項１に記載の磁気センサを提供する。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
一態様によれば、本発明は、請求項１０に記載の磁気センサ内の２つの反強磁性層を同時に初期化する方法を提供する。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
別の態様によれば、本発明は、請求項１１に記載の磁気記憶システムを提供する。




【国際調査報告】
2004526315.tif 000054
2004526315.tif 000055
2004526315.tif 000056