(57)【要約】本発明は、データ記憶システム（１００）に使用するため、感知電流（Ｉ）を受け取り、印加磁場に応答してＧＭＲ効果を生成するような構成であるスピン・バルブ・センサ（１４０）を指向する。スピン・バルブ・センサ（１４０）は、第１および第２強磁性自由層、第１、第２強磁性自由層（１５０と１５２）の間に配置されたスペーサ層を含む。第１強磁性自由層（１５０）は、休止（非バイアス）状態にある場合に、第１方向に磁気（Ｍ１）を有する。第２強磁性自由層（１５２）は、休止（非バイアス）状態にある場合に、第１方向に逆平行である第２方向に磁気（Ｍ２）を有する。
2004510326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加磁場に応答して巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を生成するため、データ記憶システムとともに使用するスピン・バルブ・センサで、
水平方向に長手方向が配向された感知電流（Ｉ）と、
休止状態にある場合に、感知電流の長手方向と整列する第１方向に磁化（Ｍ１）を有する第１強磁性自由層と、
休止状態にある場合に、第１方向と逆平行である第２方向に磁化（Ｍ２）を有する第２強磁性自由層と、
第１、第２強磁性自由層間のスペーサ層と、
第１および第２方向を横切る第３方向でＭ１およびＭ２の両方にバイアスを加えるバイアス磁場を生成し、それによってＭ１およびＭ２の休止バイアス状態を確立するバイアス付与成分とを備え、
第１および第２強磁性自由層がその休止状態にある場合に、Ｍ１が、Ｍ２に第２方向でバイアスを加える第１減磁場を生成して、Ｍ２が、Ｍ１に第１方向でバイアスを加える第２減磁場を生成し、Ｍ１およびＭ２が、印加磁場に応答してその休止バイアス状態の周囲で回転し、それによってＭ１およびＭ２の回転の関数としてセンサにＧＭＲ効果を生成するスピン・バルブ・センサ。
【請求項２】
バイアス付与成分が、第３方向に磁化を有し、第１および第２強磁性自由層の上に配置された永久磁石である、請求項１に記載のスピン・バルブ・センサ。
【請求項３】
バイアス付与成分が、
第１強磁性自由層に交換結合された第１反強磁性層と、
第２強磁性自由層に交換結合された第２反強磁性層とを含む、請求項１に記載のスピン・バルブ・センサ。
【請求項４】
下方向および上方向で構成されたグループから第３方向を選択する、請求項１に記載のスピン・バルブ・センサ。
【請求項５】
それぞれ第１および第２強磁性自由層の第１および第２端部およびスペーサ層と接触した状態でそれぞれ配置された第１および第２接触層を含み、感知電流が、長手方向で第１接触層と第２接触層の間を流れる、請求項１に記載のスピン・バルブ・センサ。
【請求項６】
第１強磁性自由層および接触層の近傍の底部シールドと、
第２強磁性自由層および接触層の近傍の頂部シールドとを含み、
底部および頂部シールドがほぼ均一のシールド間隔を有する、請求項５に記載のスピン・バルブ・センサ。
【請求項７】
Ｍ１およびＭ２が、感知電流に対して約４５°である方向に配向される、請求項１に記載のスピン・バルブ・センサ。
【請求項８】
請求項１に記載のスピン・バルブ・センサを含むデータ記憶システム。
【請求項９】
印加磁場を感知する方法で、
（ａ）休止状態にある場合に、長手方向の感知電流（Ｉ）と整列する第１方向に磁化（Ｍ１）を有する第１強磁性自由層を設けるステップと、
（ｂ）休止状態にある場合に、第１方向に逆平行である第２方向に磁化（Ｍ２）を有する第２強磁性自由層を設けるステップと、
（ｃ）バイアス磁場を第１および第２強磁性自由層に加え、それによってＭ１およびＭ２を、第１および第２方向を横切る第３方向に向かって動かし、休止バイアス状態を確立するステップと、
（ｄ）印加磁場に応答して、Ｍ１およびＭ２がその休止バイアス状態の周囲で回転できるようにし、それによってＭ１およびＭ２の回転の関数としてＧＭＲ効果を生成するステップとを含む方法。
【請求項１０】
スピン・バルブ・センサで、
感知電流を受けるような構成であるセンサ・スタックと、
印加磁場に応答してセンサ・スタックの電気抵抗を調節し、それによってセンサ・スタック内にＧＭＲ効果を引き起こす磁場感知手段とを備えるスピン・バルブ・センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明はデータ記憶システムに関する。特に、本発明は印加磁場に応答して巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を生成するような構成であるデータ記憶システムに使用するスピン・バルブ・センサに関する。
【０００２】
（発明の背景）
巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサは、磁気データ記憶装置の読み取りヘッドに使用されて、回転ディスクなどの記録媒体上に記録されたデータを読み取る。データは、記録媒体に磁気ドメインとして記録される。データがヘッドを通り過ぎるにつれ、データはヘッドへの磁束に変化を引き起こす。これらのヘッドにおける磁束の変化が、ＧＭＲセンサの電気インピーダンスに変化を引き起こし、これはセンサを通してバイアスまたは感知電流を印加し、センサ前後の電圧低下の変化を検出することにより検出される。その結果、センサ前後の電圧変化は、記録媒体上に記録されたデータを表す。
【０００３】
当技術分野では、ＧＭＲ効果を使用する典型的な磁気センサが知られ、「スピン・バルブ」センサと呼ばれることが多い。スピン・バルブ・センサは、通常、薄い非強磁性層によって分離された２つの強磁性層で構成されるサンドイッチ状構造である。強磁性層の一方は、「ピン留めされる層」と呼ばれる。というのは、一般に「ピン留めする層」と呼ばれる隣接の反強磁性層により反強磁性交換結合を通して固定された変化しない方向に磁気でピン留めまたは配向されるからである。他方の強磁性層は「自由」または「ピン留めされない」層と呼ばれる。というのは、外部磁界の存在に応答して磁気が回転できるからである。このスタックの抵抗率は、自由または能動層の磁気とピン留めされた層の磁気間の角度の関数として変化する。接触層がＧＭＲセンサに取り付けられて、感知電流を供給し、センサ前後の電圧低下またはその抵抗の測定を可能にする。
【０００４】
磁気記録媒体の面データ密度は、記録トラックの長さに沿ったビット密度とトラック長に対して垂角の方向におけるそのトラックの密度との積である。トラック密度が増加するにつれて、トラック幅および間隔が減少し、面密度が増加する。トラック幅および間隔を減少させるには、読み取りヘッドの幅をさらに狭くし、側方読み取りを防止できる必要がある。側方読み取りは、磁気ヘッドがヘッドの境界（幅）の外側にある磁界の変化に応答した場合に生じる。この側方読み取りは、読み出したデータ信号のノイズ源であり、読み取りヘッドが２本以上の隣接するトラックからデータを読み取る現象である漏話の源でもある。その結果、読み取りヘッドの側方読み取りの効果は、隣接するトラック間の間隔に対する制限要因となり、したがって面密度増加に対する制限要因となる。
【０００５】
記録トラックの密度を上げられるよう読み取りヘッドの幅が小さくなるにつれ、脱磁化が、ＧＭＲセンサの動作および感度に重大な影響を及ぼすことがある。脱磁化は、ピン留めされた層と自由層とによって、これを分離する薄い非強磁性層を横切るその磁場のため生成される。これらの脱磁場は通常、記録媒体からの任意の印加磁場について、ピン留めされた層と自由層との磁気間相対角度の変化を減少させる効果を有する。その結果、ＧＭＲセンサの感度が低下する。また、減磁場は、ＧＭＲセンサの読み取り器の伝達曲線におけるバイアス点を非線形領域に押上げて、対称性および安定性の問題を生成することがある。多くのスピン・バルブ・センサの設計では、脱磁場はセンサの最小幅の制限要因であり、したがって確実に読み取ることができるデータの面密度の制限要因でもある。
【０００６】
スピン・バルブ・センサが読み取ることができるデータの最大面密度の決定に用いられる別の要因は、スピン・バルブ・センサの（トラック長の方向における）変換器読み取りギャップの長さである。スピン・バルブ・センサは、変換器読み取りギャップの長さが、１ビットのデータに相当する、トラック上にある１つの磁束エレメントの長さ以下であるように設計される。トラック長に沿って互に逆の磁気方向に、次々と磁束エレメントが記録され、したがって変換器のギャップの長さを１つの磁束エレメントの長さ制限することにより、打ち消し合いをするような２つ以上の連続的磁束要素を同時に読み取ることがなくなる。その結果、スピン・バルブ・センサが読み取ることができるデータの面密度を最大にするため、変換器読み取りギャップ、またはスピン・バルブ・センサの底部シールドと頂部シールド間のシールド間隔を最小にすることが望ましい。
【０００７】
センサ・スタックの磁気抵抗エレメントの対向する側部に突き合わせた永久磁石を使用するスピン・バルブ・センサもある。このヘッドは、一般に「突き合わせ結合」磁気抵抗およびＧＭＲヘッドと呼ばれる。上述したように、通常、ヘッドは、平面の底部シールド上に磁気抵抗エレメントまたはセンサ・スタックを形成し、その後に永久磁石および接触層を形成することによって形成する。永久磁石および接触層の高さの構成は、往々にして、底部シールドの反対側に配置された頂部シールドを、底部シールドから様々な距離にすることを必要とする。特に、接触層の永久磁石の厚さは、まとめると往々にしてセンサ・スタックの厚さより大きい。その結果、頂部シールドと底部シールド間の間隔が、（トラック長に沿って）センサ・スタックの幅の外側に増加する。頂部シールドと底部シールド間の間隔がこのように増加すると、スピン・バルブが複数の磁束エレメントを読み取り、それによって読み取り信号に打消し効果を与えることがある。
【０００８】
磁気データ記憶システムの面密度切り無く増加する要求がある。この要求に対応するため、脱磁場のマイナス効果を軽減し、シールド間隔を改善するという認識のもとで、ＧＭＲセンサ設計を進展する必要がある。
【０００９】
（発明の概要）
本発明は、データ記憶システムに使用するスピン・バルブ・センサにおいて、感知電流を受け取り、印加磁場に応答してＧＭＲ効果を生成するようにしてセンサを提供するものである。スピン・バルブ・センサは、第１および第２強磁性自由層、第１、第２強磁性自由層間に配置されたスペーサ層、およびバイアス付与成分を含む。第１強磁性自由層は、休止状態にある場合に、第１方向に磁化（Ｍ１）を有する。第２強磁性自由層は、休止（非バイアス）状態にある場合に、第１方向に対して逆平行である第２方向に磁化（Ｍ２）を有する。
【００１０】
バイアス付与成分は、Ｍ１とＭ２の両方に対して第１および第２方向を横切る第３方向にバイアスを加え、Ｍ１およびＭ２に休止バイアス状態を確立するバイアス磁場を生成する。磁化Ｍ１およびＭ２は、印加磁場に応答して、その休止バイアス状態の周囲で回転することができる。この回転は、Ｍ１およびＭ２の回転の関数として、センサにＧＭＲ効果を生成する。
【００１１】
本発明のさらなる態様は、ＧＭＲ効果を使用して印加磁場を感知する方法において休止状態にある場合に第１方向に磁化Ｍ１を有する第１強磁性自由層を設ける。次に、休止状態にある場合に第２方向に磁化Ｍ２を有する第２強磁性層を設ける。バイアス磁場を第１および第２強磁性層に加え、それによってＭ１およびＭ２を、第１および第２方向に直角である第３方向に配向し、それによってＭ１およびＭ２の休止バイアス状態を確立する。最後に、Ｍ１およびＭ２は、印加磁場に応答して、自身の休止バイアス状態の周囲で回転することができ、それによってＭ１およびＭ２の回転の関数として、所望のＧＭＲ効果が生成される。
【００１２】
（例示的実施形態の詳細な説明）
本発明は、磁気ディスクなどの記録媒体から情報を読み出すのに使用する巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）またはスピン・バルブ・タイプの磁気抵抗センサに関する。スピン・バルブ・センサは、（１００Ｇｂ／Ｉｎ２のオーダーの）高い面密度のデータ記録を読み取れることが望ましい。スピン・バルブ・センサは、このような高い面密度で機能できるようにするため、サイズを減少させる必要がある。スピン・バルブ・センサのサイズを減少させると、脱磁場がその動作に与える影響を大きくする。特に、サイズがかなり減少した典型的なスピン・バルブ・センサの設計で生じる脱磁場は、磁気記録媒体から磁場に印加されるスピン・バルブ・センサの感度を非常に低下させる。しかし、本発明は、この脱磁場を欠点から利点に変化させるものである。
【００１３】
本発明のスピン・バルブ・センサは、空気軸受け表面（ＡＢＳ）に平行な長手方向に整列し、休止状態にある場合にセンサまたはバイアス電流と整列する磁化ベクトルを有する２つの強磁性自由層を含む。休止または非バイアス状態とは、外部磁場が加わらない場合の磁化ベクトルの状態を示す。スピン・バルブ・センサの構成の結果、強磁性層の磁化ベクトルは、脱磁場またはそれによって生成された漂遊磁場が、休止状態にある場合に磁化ベクトルの方向と一致する方向で相互に対してバイアスをかけるよう配置される。スピン・バルブ・センサのバイアス付与成分は、強磁性層に磁場を加え、スピン・バルブの動作ポイントおよび磁化ベクトルの休止バイアス・ポイントを確立し、これは約９０°離れて配向される。スピン・バルブのバイアス付与成分は、強磁性層の上に配置された永久磁石を使用するか、強磁性層に交換結合した反強磁性層を使用することによって形成することができる。印加磁場が存在すると、強磁性自由層の磁気ベクトルの休止バイアス・ポイントは、これを分離する角度が増加するか減少し、それによって所望のＧＭＲ効果を提供するように回転する。
【００１４】
図１は、ディスク・ドライブ１００として図示されたデータ記憶システムの例の斜視図であり、これを使用すると本発明は有用である。ディスク・ドライブ１００は、ベース１０２および頂部カバー（図示せず）を伴うハウジングを含む。ディスク・ドライブ１００は、さらに、ディスク・パック１０６を含み、これはディスク・クランプ１０８によってスピンドル・モータ（図示せず）に装着される。ディスク・パック１０６は複数の個別ディスク１０７を含み、これは中心軸１０９の周囲で共回転するよう装着される。各ディスク表面は、対面するディスク表面と連絡するためディスク・ドライブ１００に装着された付随のディスク・ヘッド・スライダ１１０を有する。ヘッド・スライダ１１０は、個別ディスク１０７の付随ディスク表面の上で浮かぶよう配置されたスライダ構造、および対面するディスク表面の同心データ・トラックにそれぞれデータを書き込み、そこからデータを読み取る読み書き部分を有する変換ヘッド１１１を含む。ヘッド１１１は、ディスク１０７と対面し、ディスク１０７の回転時にディスク表面の上でヘッド１１１を支持する空気軸受け表面を含む。
【００１５】
図１に示すデータ記憶システム内で、ヘッド・スライダ１１０は、アクチュエータ１１６のトラック・アクセス・アーム１１４に取り付けられたサスペンション１１２によって支持される。アクチュエータ１１６は音声コイル・モータ（ＶＣＭ）１１８によって駆動されてアクチュエータ１１６およびそれに取り付けられたヘッド・スライダ１１０を旋回軸１２０の周囲で回転させる。アクチュエータ１１６の回転は、弓形路１２２に沿ってヘッド・スライダ１１０を動作させ、ディスク内径１２４とディスク外径１２６の間で所望のデータ・トラック上にヘッド１１１を配置する。ＶＣＭ１１８は、ヘッド・スライダ１１０のヘッド１１１およびホスト・コンピュータ（図示せず）によって生成された信号に基づき、回路基板１２８上に含まれるサーボ・エレクトロニクスによって駆動される。回路基板１２８には読み書き用エレクトロニクスも含まれ、ヘッド１１１の読み取り部分によってディスク・パック１０６から読み取ったデータに基づき、ホスト・コンピュータに信号を供給し、ヘッド１１１の書き込み部分に書き込み信号を供給して、ディスク１０７にデータを書き込む。
【００１６】
本発明は、ＧＭＲ効果を使用してディスク・ドライブ記憶システム１００（図１）のディスク１０７などの磁気記録媒体から与えられた磁場を感知する方法およびスピン・バルブ・センサを提供する。本発明の一般的方法を、図２の流れ図に示す。ステップ１３０では、休止状態にある場合に第１方向に磁気（Ｍ１）を有する第１強磁性層を設ける。ステップ１３２では、休止状態にある場合に第２方向に磁気Ｍ２を有する第２強磁性層を設ける。第１方向と第２方向は逆平行である。以下でさらに詳細に説明するように、この構成により、磁気Ｍ１およびＭ２によって生成された脱磁場が、その休止状態と一致する方向で相互にバイアスを加え、配置構成を安定させる。次にステップ１３４で、バイアス磁気場を第１および第２強磁性層に加え、それによって磁気Ｍ１およびＭ２を、第１および第２方向を横切る第３方向に向かって動かす。バイアス磁化場が、磁化Ｍ１およびＭ２の休止バイアス状態を確立する。最後にステップ１３６で、第１および第２磁化Ｍ１およびＭ２は、印加磁場に応答してその休止バイアス状態を中心に回転することができ、それによって磁化Ｍ１およびＭ２の回転の関数としてＧＭＲ効果が生成される。次に、ＧＭＲ効果を感知して、印加磁場の極性を決定することができる。
【００１７】
図３は、本発明の様々な実施形態により、ディスク・ドライブ１００（図１）などのデータ記憶システムとともに使用するスピン・バルブ・センサ１４０の単純化した図を示す。スピン・バルブ１４０は、電流源１４２からの感知（またはバイアス）電流（Ｉ）を受けることによって作動する。例えば対面するディスク１０７（図１）などからスピン・バルブ１４０に加えられる磁場の変化により、スピン・バルブ・センサ１４０のセンサ・スタック１４４の電気抵抗が変化する。このセンサ・スタック１４４の電気抵抗の変化は、ＧＭＲ効果として知られ、応答してデータ出力を提供する復唱エレクトロニクス１４６で検出することができる。
【００１８】
スピン・バルブ・センサ１４０は、一般に、約１００Ｇｂ／Ｉｎ２以上の高い面密度の磁気データ記録に適合する。スピン・バルブ・センサ１４０は一般にセンサ・スタック１４４、接触層１４８、およびバイアス付与成分（図示せず）を含む。センサ・スタック１４４は、導電性の非磁性スペーサ層１５４によって分離されたそれぞれ第１および第２強磁性自由層１５０および１５２を含む。第１および第２強磁性自由層１５０および１５２は逆平行の磁化Ｍ１およびＭ２を有し、これはそれぞれ磁化ベクトル１５６および１５８で表される。第１強磁性自由層１５０の磁化ベクトル１５６は第１方向に配向され、これは第２強磁性自由層１５２の第２磁化ベクトル１５８が配向された第２方向に対して逆平行である。第１方向は概ね、感知電流Ｉがセンサ・スタック１４４を通って進む方向であり、概ねスピン・バルブ・センサ１４０の空気軸受け表面（ＡＢＳ）１６６に平行である長手方向に整列する。第１および第２磁化ベクトル１５６および１５８は、第１および第２強磁性自由層１５０および１５２の形状異方性に従い確立される。その結果、第１および第２磁化ベクトル１５６および１５８は、休止状態にある場合に第１および第２方向に配向される。
【００１９】
スピン・バルブ１４０が小さいサイズであるので、第１および第２強磁性自由層１５０および１５２によって生成された脱磁場または漂遊磁場が、スピン・バルブ・センサ１４０の動作に優勢な役割を果たす。図４は、第１および第２強磁性自由層１５０および１５２の第１および第２磁化Ｍ１およびＭ２により生成される脱磁場の有する効果を示すために使用する、センサ・スタック１４４の一部の単純化した上面図である。第１自由強磁性層１５０の磁化Ｍ１によって生成される脱磁場または漂遊磁場１６０は、第１磁化ベクトル１５８によって示す第２方向で磁化Ｍ２にバイアスをかける。同様に、第２強磁性自由層１５２の第２磁化Ｍ２は、第１磁化ベクトル１５６によって示す第１方向で第１磁化Ｍ１にバイアスをかける減磁場１６２を生成する。その結果、第１および第２磁化Ｍ１およびＭ２は、それぞれ減磁場１６０および１６２を生成し、これはその休止状態と一致する方法で、相互にバイアスをかける。その結果、第１および第２磁化Ｍ１およびＭ２の休止状態は非常に安定する。
【００２０】
第１および第２強磁性自由層１５０および１５２は、１つのコバルト鉄（ＣｏＦｅ）層、ＣｏＦｅの層およびニッケル鉄（ＮｉＦｅ）の層、合成反強磁性材料とそれより小さい層間結合（好ましくは−１００から−５００エルステッド（Ｏｅ））の層、または第１および第２強磁性自由層１５０および１５２の形成に適していると当業者に理解される他の材料で形成することができる。スペーサ層１５２は、銅（Ｃｕ）または他の導電性で非磁性の適切な材料で形成することができる。スペーサ層１５４を形成する材料は、安定性を改善するため、約−１０から−７０Ｏｅのマイナスの交換結合を有することが好ましい。
【００２１】
バイアス付与成分は、矢印１６４で示し、図３に示した第１および第２磁気ベクトル１５６および１５８で示した第１および第２方向を横切る直角の第３方向に磁場を生成する磁化を有する。バイアス付与成分によって生成された磁場は、図３で示すような下方向、または上方向に配向することができる。スピン・バルブ１４０は、バイアス付与成分によって生成されたバイアス磁界の各方向でほぼ同じように動作する。しかし、バイアス磁界には、印加磁界に対してわずかに感度が良好であるので、下方向が概ね好ましい。バイアス付与成分の効果は、第１および第２強磁性層１５０および１５２の第１および第２磁化Ｍ１およびＭ２を第３方向１６４に配向し、図５の図で示すような休止バイアス状態を確立することである。
【００２２】
図５は、休止状態にある場合の第１および第２磁化ベクトル１５６および１５８、および休止バイアス状態にある場合の第１および第２磁化ベクトル１５６’および１５８’を示す。ここでは、バイアス付与成分によって生成されたバイアス磁場１６４の第３方向は、ＡＢＳ１６６に向かって下方向に配向されたように図示されている。あるいは上述したように、第３方向は、ＡＢＳ１６６から上方向に配向することができる。図５に示すように、バイアス磁場１６４を第１および第２磁化ベクトル１５６および１５８に加えると、第１および第２磁化ベクトル１５６および１５８を第３方向に回転する効果がある。好ましい実施形態では、第１および第２磁化ベクトル１５６’および１５８’の休止バイアス状態は、水平に配向された休止状態１５６および１５８から約４５°傾けられ、相互から９０°に配向されて、最高の対称性を有するスピン・バルブ・センサ１４０の動作ポイントを形成する。しかし、他の動作ポイントも許容可能である。
【００２３】
スピン・バルブ１４０を記録媒体の端から端まで運ばれるので、記録媒体上に記録された磁気遷移によって生成された磁場は、第１および第２磁化ベクトル１５６’を翼のように「はためかせる」。その結果、第１、第２磁化ベクトル１５６’、１５８’間の角度は、印加磁場に応答して増減し、それによって読み取りエレクトロニクス１４６（図３）が検出可能な所望のＧＭＲ効果をスピン・バルブ・センサ１４０内に生成する。
【００２４】
本発明の１つの実施形態では、図６のセンサ・スタック１４４の組立分解斜視図で示すように第１および第２強磁性自由層１５６および１５８それぞれに交換結合された１対の反強磁性（ＡＦＭ）層１６６および１６８によって、バイアス付与成分が形成される。第１および第２ＡＦＭ層１６６および１６８は、ベクトル１７０で示した第３方向で第１および第２強磁性自由層１５６および１５８にバイアスをかける層間交換を提供して、所望のバイアス磁場１６４（図５）を生成し、第１および第２磁化Ｍ１およびＭ２を、第１および第２磁化ベクトル１５６’および１５８’で示すような休止バイアス状態に配置する。スピン・バルブ１４０のセンサ・スタック１４４は、シードまたはインタフェース層を含み、当業者に理解されるように、様々な層の適切な取付けを確保し、さらに磁気層の粒子サイズ、組織および結晶構造を制御することもできる。
【００２５】
従来のスピン・バルブの設計は、スピン・バルブ・センサの所望の動作ポイントを設定するため、１つのＡＦＭ層を使用して、自由層を１つの方向にピン留めし、別のＡＦＭ層を使用して、第２自由層を別の方向にピン留めする。この配置構成では、交換ピン留めまたはバイアス磁場を様々な方向で設定できるよう、ＡＦＭ層を、それぞれが異なる焼鈍温度を有する異なる材料で形成する必要がある。通常、焼鈍温度が高い方のＡＦＭ層を最初に設定し、その後に焼鈍温度が低い方のＡＦＭ層を設定する。本発明は、この２段階のプロセスを回避し、ＡＦＭ層それぞれを同じ材料で形成することができる。というのは、両方とも第３方向に配向された交換ピン留めまたはバイアス磁場を有するからである。したがって、スピン・バルブ・センサ１４０の本実施形態の１つの利点は、従来のスピン・バルブの設計より容易に製造されることである。
【００２６】
本発明の別の実施形態では、長手方向に沿って切り取ったスピン・バルブ１４０の側断面図である図７で示すように、センサ・スタック１４４上に永久磁石１７２を配置することにより、バイアス付与成分を形成する。永久磁石１７２は、磁気ベクトル１７４で示すような第３方向（この例では下方向）である磁化を有する。永久磁石１７４の磁化は、センサ・スタック１４４の第１および第２強磁性自由層１５０および１５２（図３）に所望のバイアス磁場１６４（図５）を与える。永久磁石１７２は、裏面ギャップまたは絶縁層１７６によってセンサ・スタック１４４および接触層１４８から分離される。裏面ギャップまたは絶縁層１７８は、永久磁石１７２の側部を接触層１４８および側部シールド１８０から分離する。ギャップ層１７６および１７８は、永久磁石１７２と接触層１４８、センサ・スタック１４４および側部シールド１８０間の静電放電を防止するのに適切な厚さを有する絶縁材料で形成される。
【００２７】
永久磁石１７２によって生成されるバイアス磁場１６４の強度は、１つまたは複数のパラメータを調節することにより、スピン・バルブ１４０の動作ポイント（第１、第２磁気ベクトル１５６’、１５８’間の角度）を設定するよう、所望に応じて制御することができる。このパラメータは、永久磁石１７２の幅１８２、高さ１８４、深さ、磁気強度、縁角度１８６を含む。永久磁石１７２によって生成されるバイアス磁場に影響を与える追加のパラメータは、裏面および側部ギャップ１７６および１７８の厚さを含む。幅１８２は、センサ・スタック１４４の幅１８８より大きいことが好ましい。センサ・スタック１４４の幅１８８および高さ１９０は、スピン・バルブ・センサ１４０を使用する際の高い面密度記録に対応するため、概ね０．１５マイクロメータ（μｍ）未満である。永久磁石１７２の高さ１８４は、永久磁石１７２のマイナス電荷の方がセンサ・スタック１４４に与える影響が小さくなるよう、少なくとも０．５μｍであることが好ましい。
【００２８】
本発明の別の態様は、図３および図８で示すようにセンサ・スタック１４４の第１および第２端部１９２および１９４に接触層１４８を配置することに関する。この配置構成は、永久磁石をセンサ・スタックに隣接して配置し、接触層をその上に配置する先行技術のスピン・バルブの突き合わせ結合の設計に取って代わるものである。本発明のこの態様は、突き合わせ結合の設計に比較して、少なくとも２つの利点を有する。第１に、接触層をセンサ・スタック１４４の要素と直接接触するよう配置することにより、感知電流が永久磁石を通るようにしなければならなかった突き合わせ結合の設計と比較して、リード線抵抗が低くなる。第２に、第１および第２端部１９２および１９４の永久磁石を排除することにより、底部シールド１９６と頂部シールド１９８とを分離する距離と定義されるスピン・バルブ１４０の変換読み取りギャップまたはシールド間隔を、図８のスピン・バルブ１４０の空気軸受け表面図で示すように、減少させることができる。また、第１および第２端部１９２および１９４の永久磁石を排除することにより、底部シールド１９６と頂部シールド１９８間のシールド間隔をさらに小さく、さらに均一にすることができる。このようにスピン・バルブ１４０のシールド間隔を減少させると、スピン・バルブ１４０を使用して高い面密度のデータ記録を読み取ることができる。
【００２９】
バイアス付与成分を永久磁石１７２で形成する本発明の実施形態は、図６および図８に示す第１および第２ＡＦＭ層１６６および１６８がないので、底部シールド１９６と頂部シールド１９８間のシールド間隔を最小にすることができる。底部シールド１９６と１９８間の追加の間隔は、接触層１４８およびセンサ・スタック１４４を底部シールド１９６から分離するギャップ層２００、および接触層１４８およびセンサ・スタック１４４を頂部シールド１９８から分離するギャップ層２０２によるものである。センサ・スタック１４４、接触層１４８、ギャップ層２００およびギャップ層２０２の厚さを調節することにより、スピン・バルブ・センサ１４０を、読み取るべきデータの所望の面密度に合わせて最適化することができる。
【００３０】
要するに、本発明の１つの態様は、感知電流Ｉを受け取り、水平方向ではセンサ・スタック１４４の幅１８８に対応する長手方向に配向され、印加磁場に応答して変化する抵抗を有するスピン・バルブ１４０に関する。スピン・バルブ１４０は、第１および第２強磁性自由層１５０および１５２、スペーサ層１５４、およびバイアス付与成分を含む。第１強磁性自由層１５０は、磁化Ｍ１（磁気ベクトル１５６で図示）が長手方向に整列した第１方向にある休止状態を有する。第２強磁性自由層１５２は、磁化Ｍ２（磁気ベクトル１５８で図示）が第１方向の逆平行である第２方向に整列する休止状態を有する。第１強磁性自由層１５０の磁化Ｍ１は第１漂遊磁場１６０を生成し、これは第２強磁性自由層１５２の磁化Ｍ２に第２方向にてバイアスを加える。同様に、第２強磁性自由層１５２の磁化Ｍ２は第２減磁場１６２を生成し、これは第１磁化Ｍ１に第１方向にてバイアスを加える。スペーサ層１５４は第１、第２強磁性自由層１５０、１５２を分離する。バイアス付与成分は、第１および第２磁化Ｍ１およびＭ２の両方に、第１および第２方向に直角の第３方向にてバイアスを加えるバイアス磁場１６４を生成する。これにより、バイアス付与成分は、第１および第２磁化Ｍ１およびＭ２に、それぞれ磁化ベクトル１５６’および１５８’で示すような休止バイアス状態を確立する。
【００３１】
スピン・バルブ１４０の１つの実施形態では、バイアス付与成分が、第１および第２強磁性自由層１５０および１５２の上に配置された永久磁石１７２で形成される。別の実施形態では、バイアス付与成分は、それぞれ第１および第２反強磁性層１６６および１６８で形成される。第１反強磁性層１６６は、第１強磁性自由層１５０に交換結合され、第３方向に配向された磁化１７０を有する。
【００３２】
スピン・バルブ１４０の別の実施形態では、スピン・バルブ１４０が、センサ・スタック１４４の構成要素の第１および第２端部１９２および１９４それぞれと直接接触して配置された接触層１４８を含む。スピン・バルブ１４０は、第１強磁性自由層１５０および接触層１４８の近傍に配置された底部シールド１９６、および第２強磁性自由層１５２および接触層１４８の近傍に配置された頂部シールド１９８も含むことができる。本発明の１つの態様では、底部および頂部シールド１９６および１９８は、ほぼ均一のシールド間隔を有する。
【００３３】
本発明の別の態様は、本発明の様々な実施形態によるスピン・バルブ１４０を含むデータ記憶システム１００を指向する。
【００３４】
本発明は、印加磁場を感知する方法も指向する。この方法では、第１方向に磁化Ｍ１（磁気ベクトル１５６で表す）を有し、休止状態にある場合（ステップ１３０）に長手方向にある感知電流Ｉと整列する第１強磁性自由層１５０を設ける。次に、休止状態にある場合（ステップ１３２）に第１方向と逆平行である第２方向に磁化Ｍ２（磁気ベクトル１５８で表す）を有する第２強磁性自由層１５２を設ける。第１磁化Ｍ１は、第２磁化Ｍ２に第２方向でバイアスを加える第１減磁場１６０を生成し、第２磁化Ｍ２は、第１磁化Ｍ１に第１方向でバイアスを加える第２減磁場１６２を生成する。次に、第１および第２磁化Ｍ１およびＭ２にバイアス磁場を加えると、これらは第１および第２方向と直角である第３方向に向かって回動し、第１および第２磁化ベクトル１５６’で示す休止バイアス状態を確立する。これで、第１および第２磁化ベクトル１５６’および１５８’は、印加磁場に応答して休止バイアス状態を中心に回転することができ、それによりその回転の関数として巨大磁気抵抗効果が生成される。
【００３５】
本発明の様々な実施形態の多くの特徴および利点について、本発明の様々な実施形態の構造および機能の詳細とともに、以上の説明で述べてきたが、この開示は例示にすぎず、本発明の原理の中で、添付請求の範囲で表明された条件の広い一般的意味で示された最大の範囲まで、細部に、特に部品の構造および配置構成について変更できることを理解されたい。例えば、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、ほぼ同じ機能を維持しながら、スピン・バルブの特定の用途によっては、特定の要素を変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明のスピン・バルブ・センサ、および印加磁場を感知する方法を使用することができる環境を示す、データ記憶システムの斜視図である。
【図２】
本発明により印加磁場を感知する本発明の方法を示す流れ図である。
【図３】
本発明の実施形態により、データ記憶システムとともに使用するスピン・バルブ・センサの単純化した図である。
【図４】
第１および第２強磁性自由層の磁化の休止状態に脱磁場が与える効果を示す、本発明によるスピン・バルブ・センサのセンサ・スタックの一部の単純化した上面図である。
【図５】
本発明の実施形態によるスピン・バルブ・センサの層の磁気ベクトルを示す図である。
【図６】
本発明の実施形態によるスピン・バルブ・センサのセンサ・スタックの組立分解斜視図である。
【図７】
長手方向に沿って見た、本発明によるスピン・バルブ・センサの側断面図である。
【図８】
本発明によるスピン・バルブ・センサの空気軸受け表面の図である。
【国際公開パンフレット】
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2004510326.tif 000004
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【手続補正書】
【提出日】平成14年12月17日(2002.12.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加磁場に応答して巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を生成するため、データ記憶システムとともに使用するスピン・バルブ・センサで、
水平方向に長手方向が配向された感知電流（Ｉ）と、
休止状態にある場合に、感知電流の長手方向と整列する第１方向に磁化（Ｍ１）を有する第１強磁性自由層と、
休止状態にある場合に、第１方向との逆平行である第２方向に磁化（Ｍ２）を有する第２強磁性自由層と、
第１、第２強磁性自由層間のスペーサ層と、
空気軸受け表面（ＡＢＳ）の反対側で第１および第２強磁性自由層の上に配置され、第１および第２方向を横切る第３方向でＭ１およびＭ２の両方にバイアスを加えるバイアス磁場を生成し、それによってＭ１およびＭ２の休止バイアス状態を確立する永久磁石とを備え、
第１および第２強磁性自由層がその休止状態にある場合に、Ｍ１が、Ｍ２に第２方向でバイアスを加える第１減磁場を生成して、Ｍ２が、Ｍ１に第１方向でバイアスを加える第２減磁場を生成し、Ｍ１およびＭ２が、印加磁場に応答してその休止バイアス状態の周囲で回転し、それによってＭ１およびＭ２の回転の関数としてセンサにＧＭＲ効果を生成するスピン・バルブ・センサ。
【請求項２】
永久磁石と第１および第２強磁性自由層の間に絶縁層を含む、請求項１に記載のスピン・バルブ・センサ。
【請求項３】
下方向および上方向で構成されたグループから第３方向を選択する、請求項１に記載のスピン・バルブ・センサ。
【請求項４】
第１および第２強磁性自由層の第１および第２端部およびスペーサ層と接触した状態でそれぞれ配置された第１および第２接触層を含み、感知電流が、長手方向で第１接触層と第２接触層の間を流れる、請求項１に記載のスピン・バルブ・センサ。
【請求項５】
第１強磁性自由層および接触層の近傍の底部シールドと、
第２強磁性自由層および接触層の近傍の頂部シールドとを含み、
底部および頂部シールドがほぼ均一のシールド間隔を有する、請求項４に記載のスピン・バルブ・センサ。
【請求項６】
休止バイアス状態にある場合に、Ｍ１およびＭ２が、感知電流に対して約４５°である方向に配向される、請求項１に記載のスピン・バルブ・センサ。
【請求項７】
請求項１に記載のスピン・バルブ・センサを含むデータ記憶システム。
【請求項８】
印加磁場を感知する方法で、
（ａ）休止状態にある場合に、長手方向の感知電流（Ｉ）と整列する第１方向に磁化（Ｍ１）を有する第１強磁性自由層を設けるステップと、
（ｂ）休止状態にある場合に、第１方向に逆平行である第２方向に磁化（Ｍ２）を有する第２強磁性自由層を設けるステップと、
（ｃ）バイアス付与成分でバイアス磁場を第１および第２強磁性自由層に加え、それによってＭ１およびＭ２を、第１および第２方向を横切る第３方向に向かって回動し、休止バイアス状態を確立するステップとを含み、ここで、バイアス付与成分は、空気軸受け表面の反対側の第１および第２強磁性自由層の上に配置された永久磁石か、第１強磁性自由層に交換結合された第１反強磁性層および第２強磁性自由層に交換結合された第２反強磁性自由層であり、さらに、
（ｄ）印加磁場に応答して、Ｍ１およびＭ２がその休止バイアス状態の周囲で回転できるようにし、それによってＭ１およびＭ２の回転の関数としてＧＭＲ効果を生成するステップとを含む方法。
【請求項９】
印加磁場に応答して巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を生成するため、データ記憶システムとともに使用するスピン・バルブ・センサで、
水平方向では長手方向に配向された感知電流（Ｉ）と、
休止状態にある場合に、感知電流の長手方向と整列する第１方向に磁化（Ｍ１）を有する第１強磁性自由層と、
休止状態にある場合に、第１方向の逆平行である第２方向に磁化（Ｍ２）を有する第２強磁性自由層と、
第１、第２強磁性自由層間のスペーサ層と、
第１強磁性自由層に交換結合された第１反強磁性層、および第２強磁性自由層に交換結合された第２反強磁性層を含むバイアス付与成分とを備え、第１および第２反強磁性層はそれぞれ、それぞれ第１および第２方向を横切る第３方向でＭ１およびＭ２にバイアスをかけるバイアス磁場を生成し、それによってＭ１およびＭ２の休止バイアス状態を確立し、
第１および第２強磁性自由層がその休止状態にある場合に、Ｍ１が、Ｍ２に第２方向でバイアスを加える第１減磁場を生成して、Ｍ２が、Ｍ１に第１方向でバイアスを加える第２減磁場を生成し、Ｍ１およびＭ２が、印加磁場に応答してその休止バイアス状態の周囲で回転し、それによってＭ１およびＭ２の回転の関数としてセンサにＧＭＲ効果を生成するスピン・バルブ・センサ。
【請求項１０】
下方向および上方向で構成されたグループから第３方向を選択する、請求項９に記載のスピン・バルブ・センサ。
【請求項１１】
第１および第２強磁性自由層の第１および第２端部およびスペーサ層と接触した状態でそれぞれ配置された第１および第２接触層を含み、感知電流が、長手方向で第１接触層と第２接触層の間を流れる、請求項１に記載のスピン・バルブ・センサ。
【請求項１２】
第１強磁性自由層および接触層の近傍の底部シールドと、
第２強磁性自由層および接触層の近傍の頂部シールドとを含み、
底部および頂部シールドがほぼ均一のシールド間隔を有する、請求項１１に記載のスピン・バルブ・センサ。
【請求項１３】
休止バイアス状態にある場合に、Ｍ１およびＭ２が、感知電流に対して約４５°である方向に配向される、請求項９に記載のスピン・バルブ・センサ。
【請求項１４】
請求項９に記載のスピン・バルブ・センサを含むデータ記憶システム。
【国際調査報告】
2004510326.tif 000035
2004510326.tif 000036
2004510326.tif 000037