(57)【要約】【課題】  スピントランスファー誘起ノイズを抑制すること。【解決手段】  磁化固着層２５と、中間層２６と、前記磁化固着層の磁化の向きと直交する方向に磁化が固着されたフリー層２７と、金属で且つ非磁性体から構成される分離層２８と、前記分離層によって前記フリー層との静的磁気結合を断絶され、磁化の向きが前記磁化固着層の磁化の向きと反平行、且つ前記フリー層の磁化の向きと略直交する方向に固着された揺動補償層２９とが積層された磁気抵抗効果素子２０と、前記磁気抵抗効果素子の上下に設けられた一対の電極兼磁気シールド層１１，３３と、前記磁気抵抗効果素子を挟むように設けられ、前記フリー層の磁化の向きを安定化させるために磁化の向きが固着された一対のバイアス印加膜３２とを具備する。【選択図】    図３
2009016401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化固着層と、中間層と、フリー層と、金属で且つ非磁性体から構成される分離層と、前記分離層によって前記フリー層との静的磁気結合を断絶され、磁化の向きが前記磁化固着層の磁化の向きと反平行に固着された揺動補償層とが積層された磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
磁化固着層と、中間層と、前記磁化固着層の磁化の向きと直交する方向に磁化が固着されたフリー層と、金属で且つ非磁性体から構成される分離層と、前記分離層によって前記フリー層との静的磁気結合を断絶され、磁化の向きが前記磁化固着層の磁化の向きと反平行、且つ前記フリー層の磁化の向きと略直交する方向に固着された揺動補償層と、前記揺動補償層に更に積層された非磁性金属のキャップ層が積層された磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の上下に設けられた一対の電極兼磁気シールドと、
前記磁気抵抗効果素子を挟むように設けられ、前記フリー層の磁化の向きを安定化させるために磁化の向きが固着された一対のバイアス印加膜と
を具備することを特徴とする垂直通電型磁気ヘッド。
【請求項３】
前記分離層の膜厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の垂直通電型磁気ヘッド。
【請求項４】
前記揺動補償層は、強磁性層によって構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の垂直通電型磁気ヘッド。
【請求項５】
前記揺動補償層と前記一対のバイアス印加膜とが接続され、
前記揺動補償層と前記磁気抵抗効果素子の上側に設けられた前記電極兼磁気シールドとが静磁気結合していないことを特徴とする請求項４記載の垂直通電型磁気ヘッド。
【請求項６】
前記揺動補償層が、反強磁性層／強磁性層の積層構造によって構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の垂直通電型磁気ヘッド。
【請求項７】
前記揺動補償層が、シンセティック反強磁性構造を有することを特徴とする請求項２または３に記載の垂直通電型磁気ヘッド。
【請求項８】
前記磁化固着層側の前記電極兼磁気シールドから前記揺動補償層側の前記電極兼磁気シールドに対して電流が流されることを特徴とする請求項２〜７の何れか１項に記載の垂直通電型磁気ヘッド。
【請求項９】
磁化固着層と、中間層と、前記磁化固着層の磁化の向きと直交する方向に磁化が固着されたフリー層と、金属で且つ非磁性体から構成される分離層と、前記分離層によって前記フリー層との静的磁気結合を断絶され、磁化の向きが前記磁化固着層の磁化の向きと反平行、且つ前記フリー層の磁化の向きと略直交する方向に固着された揺動補償層と、前記揺動補償層に更に積層された非磁性金属のキャップ層を有する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の上下に設けられた一対の電極兼磁気シールドと、前記磁気抵抗効果素子を挟むように設けられ、前記フリー層の磁化の向きを安定化させるために磁化の向きが固着された一対のバイアス印加膜を有する垂直通電型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１０】
前記分離層の膜厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項９記載の磁気ディスク装置。
【請求項１１】
前記揺動補償層は、強磁性層によって構成されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の磁気ディスク装置。
【請求項１２】
前記揺動補償層と前記一対のバイアス印加膜とが接続され、
前記揺動補償層と前記磁気抵抗効果素子の上側に設けられた前記電極兼磁気シールドとが静磁気結合していないことを特徴とする請求項１１記載の磁気ディスク装置。
【請求項１３】
前記揺動補償層が、反強磁性層／強磁性層の積層構造によって構成されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の磁気ディスク装置。
置。
【請求項１４】
前記磁化固着層側の前記電極兼磁気シールドから前記揺動補償層側の前記電極兼磁気シールドに対して電流が流されることを特徴とする請求項９〜１３の何れか１項に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、スピントランスファー誘起ノイズを抑制するための磁気抵抗効果素子、垂直通電型磁気ヘッドおよびそれを用いた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】
近年、磁気抵抗効果の向上が期待できる磁気抵抗効果素子（スピンバルブ膜）として、垂直通電型のものが研究されている（たとえば特許文献１参照）。
【０００４】
上述した特許文献に記載されている構成では、ピン層の磁化方向とフリー層の磁化方向とが直交している。
【特許文献１】特開２００５−２０９３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記のようにピン層の磁化方向とフリー層の磁化方向を直交させた場合、たとえばセンス電流の電流密度を大きくするにつれて、再生出力にノイズが現れるという問題があることがわかってきた。これはスピントランスファー誘起ノイズ（spin transfer-induced noise、ＳＴＩＮ）と呼ばれているが、ＳＴＩＮを抑制する有効な方法は知られていなかった。
【０００６】
本発明の目的は、スピントランスファー誘起ノイズを抑制することができる垂直通電型磁気ヘッド、およびそれを用いた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垂直通電型磁気ヘッドは、磁化固着層と、中間層と、前記磁化固着層の磁化の向きと直交する方向に磁化が固着されたフリー層と、金属で且つ非磁性体から構成される分離層と、前記分離層によって前記フリー層との静的磁気結合を断絶され、磁化の向きが前記磁化固着層の磁化の向きと反平行、且つ前記フリー層の磁化の向きと略直交する方向に固着された揺動補償層とが積層された磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の上下に設けられた一対の電極兼磁気シールドと、前記磁気抵抗効果素子を挟むように設けられ、前記フリー層の磁化の向きを安定化させるために磁化の向きが固着された一対のバイアス印加膜とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
スピントランスファー誘起ノイズを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
【００１０】
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。
【００１１】
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４１およびリターンヨーク４２が露出する。また、ＡＢＳ面から見た再生ヘッドの断面には、上部電極兼磁気シールド層３３、下部電極兼磁気シールド層１１、磁気抵抗効果素子２０、およびバイアス印加膜３２が露出する。磁気抵抗効果素子２０およびバイアス印加膜３２は、上部電極兼磁気シールド層３３と下部電極兼磁気シールド層１１との間に挟まれている。
【００１２】
センス時には、上部電極兼磁気シールド層３３および下部電極兼磁気シールド層１１によって磁気抵抗効果素子２０にトラック方向に電流が流される。
【００１３】
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４１と、Ｃｕなどの導電体からなる励磁用のコイル４３と、補助磁極４４を介して主磁極４１と接続され磁性材料からなるリターンヨーク４２から構成されている。
【００１４】
次に、再生ヘッド２の構成について説明する。図３は本発明の一実施形態に係る垂直通電型磁気再生ヘッドの媒体対向面に平行な構成を示す断面図である。アルティック（Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ）基板（図示せず）上に設けられる、例えばＮｉＦｅから構成される下部電極兼磁気シールド層１１上に磁気抵抗効果素子２０が設けられている磁気抵抗効果素子２０上に上部電極兼磁気シールド層３３が設けられている。磁気抵抗効果素子２０の両側にはアルミナからなる絶縁膜４を介してＣｒ／ＣｏＣｒＰｔからなるバイアス印加膜３２が形成されている。下部電極兼磁気シールド層１１および上部電極兼磁気シールド層３３を用いて、磁気抵抗効果素子２０に膜面垂直方向にセンス電流を通電する。また、バイアス印加膜３２により磁気抵抗効果素子２０にバイアス磁界を印加する。
【００１５】
磁気抵抗効果素子２０は、下地層２１、反強磁性層２２、第１ピン層２３、反並行結合層２４、第２ピン層（磁化固着層）１５、中間層２６、ＣｏＦｅおよびＮｉＦｅからなるフリー層２７、分離層２８、揺動補償層２９、およびキャップ層３０がこの順に積層された構造を有する。
【００１６】
下地層２１としては、ＴａおよびＲｕが用いられる。また、下地層２１としてはＴａ／ＮｉＦｅＣｒやＴａ／Ｃｕなどを用いてもよい。
【００１７】
反強磁性層２２としては、ＩｒＭｎ，ＰｔＭｎ，ＮｉＭｎ，ＦｅＭｎなどのＭｎ反強磁性体合金が用いられる。また、反強磁性層２２の膜厚は、例えば３−２０ｎｍである。
【００１８】
第１ピン層２３および第２ピン層２５は、反並行結合層２４を介して反並行に磁化が結合したシンセティック反強磁性構造（略してシンセティック構造）を有する。第１及び第２ピン層２３，２５は、例えばＣｏ，Ｆｅ，Ｎｉを基本とする強磁性体合金から構成される。本実施形態の場合、第１及び第２ピン層２３，２５は、２．５ＣｏＦｅから構成される。第１及び第２ピン層２３，２５の膜厚は、例えばそれぞれ１〜２０ｎｍである。
【００１９】
反並行結合層２４は、Ｒｕ，Ｒｈ，Ｃｒなどの非磁性金属から構成される。反並行結合層２４の膜厚は、０．２−２ｎｍであることが好ましい。
【００２０】
中間層２６は、Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＯなどの絶縁体、あるいはＣｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｏｓ，Ｉｒなどの非磁性金属及び合金、あるいは上記酸化物と金属の複合構造などから構成される。中間層２６の膜厚は、例えば０．２−２０ｎｍである。
【００２１】
フリー層２７は、メディアからの磁界を感受する。バイアス印加膜３２は、フリー層２７の磁化を安定化させるために設けられている。バイアス印加膜３２はＣｏ，Ｆｅ，Ｃｒなどの合金による硬磁性材料から構成される。
【００２２】
電極兼磁気シールド層１１，３３は、例えばＮｉを主成分とする金属軟磁性材料から構成される。
【００２３】
分離層２８は、揺動補償層２９とフリー層２７の静的磁気結合を断絶する特性と同時に、ＳＴ（Spin-transfer）トルクを伝達することができる材料で構成される。具体的には、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｃｒ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｔなどの非磁性金属を主成分とする非磁性金属層が望ましい。更に静的磁気結合を断絶するためには、分離層２８の膜厚は、１ｎｍ以上であることが望ましい。更に好ましくは分離層２８の膜厚が５ｎｍ以上であれば、安定して静的磁気結合を断絶させることができる。一方、分離層２８の膜厚が２０ｎｍ以上になると、磁気抵抗効果素子２０全体を上下電極兼シールド層１１，３３間に収めるに当たって、シールド間距離を大きくとる必要があるため、再生分解能をあげることが困難になる。そのため分離層２８の膜厚は２０ｎｍ以下であることが望ましい。更にＳＴトルクを減衰させずに伝達するためには１０ｎｍ以下であることが望ましい。
【００２４】
また、ここで述べている「静的磁気結合」とは、静磁気結合とＲＫＫＹ相互作用のことであり、素子の動作時／非動作時に係わらず常に実質的一定に働く磁気結合のことである。一方、ＳＴトルクは、センス電流を流したときのみ作用する、動的磁気相互作用である。この相互作用の原理は図４に示すように、第２ピン層２５からフリー層２７に伝導電子が進入していくときに、ピン層２５の磁化によるスピン偏極を維持したまま進入する成分があるため、フリー層２７中で交換相互作用し、結果としてフリー層２７の磁化の向きを第２ピン層２５と同じ方向に傾けるトルクとして発現するものである。この相互作用は通電方向に係わらず発生する。フリー層２７から磁化が固着されている層に電流を流すときの方が、電子は第２ピン層２５からフリー層２７に流れるため、その逆に流すときより強く作用する。図５に示すグラフはＳＴＩＮ（Spin-transfer-induced-Noise）の典型的なプロファイルである。急激な低域ノイズを発生することでＳＮ比に影響を与え、結果として磁気記録再生品質に悪影響を与える。
【００２５】
揺動補償層２９には強磁性体が用いられ、さらに磁化が実質的に固着されている。用いられる材料としては、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉを主成分とする合金にＣｒ，Ｐｔなどを加えた硬磁性体などを用いることができる。各磁性層の磁化方向を図６に示す。
【００２６】
図６に示すように、第１ピン層２３の磁化方向と第２ピン層２５の磁化方向とは、反平行である。フリー層２７の磁化方向は、第２ピン層２５に対して直交する方向である。揺動補償層２９の磁化方向は第２ピン層２５の磁化方向に反平行、且つ揺動補償層２９の磁化方向に直交する方向である。
【００２７】
このような磁化の方向に調整したときにＳＴトルクが働く方向を図７に示す。フリー層２７は媒体磁界に応じた磁化の方向を向くことでピン層２５とのあいだに磁気抵抗効果を発生するが、ピン層２５とのあいだでＳＴトルクが起こるため、同時にＳＴＩＮを発生する。一方で揺動補償層２９とフリー層２７とのあいだでも、ＳＴトルクが起こり、やはりＳＴＩＮが発生するが、そのノイズ位相はピン層間とは逆位相になるため、互いに打ち消しあい、ノイズを弱めるように機能する。結果として、揺動補償層２９が無い場合と比べて、ＳＮ比を改善することができる。
【００２８】
また、ＳＴトルクはノイズを発振するだけでなく、文字通りマクロに磁化の向きを変える作用もあるため、フリー層２７の向きに作用し、出力のバイアス点に影響を与えてしまう可能性がある。しかし、上記揺動調整層を形成することでトルクを打ち消すことができるため、バイアス点ずれのリスクを避けることができる。
【００２９】
以上が本発明の主たる実施の形態と動作原理であるが、更に以下に特性上好ましい形態について述べる。
【００３０】
揺動補償層２９はノイズ低減に寄与する。一方、揺動補償層２９−フリー層２７間には、磁気抵抗効果が発生する。この部分の出力への寄与は、フリー層２７−第２ピン層２５間の磁気抵抗効果に対して逆位相であるため、出力を下げる寄与をしてしまう。この悪影響を無視できる程度まで低減するためには、フリー層２７−揺動補償層２９間の磁気抵抗効果を、フリー層２７−ピン層２５間の時期抵抗効果に比べて無視できる程度に下げればよい。具体的には、揺動補償層２９−分離層２８として上記に列挙したＣｏ，Ｆｅ，Ｎｉを主成分とする合金−Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｃｒ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｔなどの非磁性金属の組み合わせは非常に抵抗変化量が小さく、例えばこれらの材料を用いて磁気抵抗効果素子を作成した場合には、高々１％以下の抵抗変化率しか得られないため、本発明の目的には適している。例えば、図３の中間層がＡｌ2Ｏ3やＭｇＯを用いたＴＭＲ素子である場合、磁気抵抗効果は２０％以上に達するため、揺動補償層２９の悪影響は実質的に無視できる。
【００３１】
また、ＳＴトルクは、ピン層からと揺動補償層２９とからでつりあっていることが望ましい。ピン層とフリー層２７間のＳＴ相互作用は磁気抵抗変化率を向上させる観点のみから選択したほうが出力を得るうえで好ましいので、トルクバランスは揺動補償層２９のほうで調整するのが望ましい。具体的な方法としては、トルクを強めるためには分離層２８をＣｕ、Ａｌなどの単体で形成するほうが良い。一方弱めるためには、２層以上の積層構造にしたり、不純物を添加した層を用いることができる。また、通電方向によっても調整することができる。すなわち、揺動補償層２９からの寄与を増加したいときは、ピン層からフリー層２７方向に電流を流せばよいし、ピン層からの寄与を増加したいときはその逆に流せばよい。
【００３２】
本発明を具体化する典型的な構成は以下のとおりである。
【００３３】
下部電極兼磁気シールド層１１：ＮｉＦｅ
下地層２１：３Ｔａ／２ＮｉＦｅＣｒ
反強磁性層２２：７ＩｒＭｎ
第１ピン層２３：２．５ＣｏＦｅ
反並行結合層２４：０．９Ｒｕ２５
第２ピン層２５：３ＣｏＦｅ
中間層２６：ＭｇＯ
フリー層２７：１ＣｏＦｅ／５ＮｉＦｅ
分離層２８：４Ｃｕ
揺動補償層２９：５ＣｏＣｒＰｔ
キャップ層３０：５Ｔａ
上部電極兼磁気シールド層３３：NiFe
バイアス印加膜３２：ＣｏＣｒＰｔ
上記構成はピン層２５からフリー層２７へのＳＴ相互作用が非常に大きい材料であるため、通電方向はピン層２５からフリー層２７にして（電子はフリー層２７から第２ピン層２５）、揺動補償層２９からの寄与を増大させたほうがノイズをより低減することができると同時に、バイアス点ずれの修正も効果的に行うことができる。
【００３４】
上記構成を用いた場合と、揺動補償層２９を省いた場合の、ノイズプロファイルの比較を図８、図９に示す。
【００３５】
図８は、揺動補償層２９を省いた場合のノイズプロファイルである。図８に示すノイズプロファイルには、低域のノイズが大きく出ている。同時に測定したＧＨｚ帯に見られるピークは、低域を含めてノイズの増大の原因がＳＴＩＮであることを示している。図９は上述した構成で作成した場合である。低域のノイズが減少しており、同時にＧＨｚ帯のノイズも減少している。これは揺動補償層２９によってＳＴＩＮが抑制された結果である。
【００３６】
また図１０，図１１に、上記構成を用いた場合と、揺動補償層２９を省いた場合の、バイアス点ずれの比較を示す。図１０は揺動補償層２９を省いた場合のＲ−Ｈカーブである。ＳＴトルクにより、フリー層２７とピン層が反並行になりにくくなるため、抵抗最大値が低下している。これに対して、揺動補償層２９を備えた場合の図１１はほとんど変わらないループ形状を示しており、非常に良好なシグナル対称性を得ることができた。
【００３７】
図１２、図１３、および図１４は、図１に示した構造の変形例である。
【００３８】
図１２に示す構造は、揺動補償層５９が硬磁性体で形成され、分離層２８とバイアス印加膜３２とが接続していないことである。なお、図１２〜図１４において、フリー層２７の下層の構造は、図３と同様なので図示を省略してる。
【００３９】
図１３に示す構造は、揺動補償層７９が、強磁性体層７９Ａ、反並行結合層７９Ｂ、および硬磁性層７９Ｃが積層されたシンセティック反強磁性構造を持つことを特徴としている。７９Ａ、７９Ｂの少なくとも一方は硬磁性体で形成することにより、ピン層と垂直に固着することができる。これにより、狭トラックに対応するようサイズを小さくしても、熱揺らぎによる不安定化の影響を除くことができる。また、狭ギャップ化には不利なものの、バイアス印加膜エッジの作成プロセスは従来と変更が無いため容易に達成することができる構造である。
【００４０】
図１４は、揺動補償層８９が、強磁性層（揺動補償層）８９Ａの磁化の向きがが反強磁性層８９Ｂによって固着されている構造である、この場合も図７の形態同様、サイズを小さくしても熱揺らぎによる不安定化の影響を除くことができること、および、バイアス印加膜エッジの作成プロセスは従来と変更が無いため容易に達成することができることが特徴である。
【００４１】
また、図１３と図１４の形態を組み合わせて、シンセティック反強磁性構造に、反強磁性膜を積層して磁化の向きを固着することも出来る。
【００４２】
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記録再生装置について説明する。本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。
【００４３】
図１５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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
図１６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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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】
【００５３】
【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】本発明の一実施形態に係る垂直通電型磁気再生ヘッドの媒体対向面に平行な構成を示す断面図。
【図４】動的磁気相互作用の原理を示す図。
【図５】ＳＴＩＮ（Spin-transfer-induced-Noise）の典型的なプロファイルを示す図。
【図６】図３に示す第１ピン層、第２ピン層、フリー層、および揺動補償層の磁化方向を示す図。
【図７】第１ピン層、第２ピン層、フリー層、および揺動補償層の磁化方向が図６に示す状態の場合のＳＴトルクが働く方向を示す図。
【図８】図３に示す構成から揺動補償層を省いた場合のノイズプロファイルを示す図。
【図９】図３に示す構成のノイズプロファイルを示す図。
【図１０】第１ピン層、第２ピン層、フリー層、および揺動補償層の磁化方向が図６に示す状態の場合のＲ−Ｈカーブを示す図。
【図１１】図３に示す構成のＲ−Ｈカーブを示す図。
【図１２】図３に示す構成の変形例を示す図。
【図１３】図３に示す構成の変形例を示す図。
【図１４】図３に示す構成の変形例を示す図。
【図１５】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１６】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】
【００５４】
１…記録ヘッド，２…再生ヘッド，２０…磁気抵抗効果素子，２１…下地層，２２…反強磁性層，２３…第１ピン層，２４…反並行結合層，２５…第２ピン層，２６…中間層，２７…フリー層，２８…分離層，２９…揺動補償層，３０…キャップ層，３２…バイアス印加膜，３３…上部電極兼磁気シールド層，１５０…磁気記録再生装置。
【図１】
2009016401.tif 000003
【図２】
2009016401.tif 000004
【図３】
2009016401.tif 000005
【図４】
2009016401.tif 000006
【図５】
2009016401.tif 000007
【図６】
2009016401.tif 000008
【図７】
2009016401.tif 000009
【図８】
2009016401.tif 000010
【図９】
2009016401.tif 000011
【図１０】
2009016401.tif 000012
【図１１】
2009016401.tif 000013
【図１２】
2009016401.tif 000014
【図１３】
2009016401.tif 000015
【図１４】
2009016401.tif 000016
【図１５】
2009016401.tif 000017
【図１６】
2009016401.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成20年6月20日(2008.6.20)
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化固着層と、中間層と、フリー層と、金属で且つ非磁性体から構成される分離層と、前記分離層によって前記フリー層との静的磁気結合を断絶され、磁化の向きが前記磁化固着層の磁化の向きと反平行に固着された揺動補償層とが積層された磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
磁化固着層と、中間層と、前記磁化固着層の磁化の向きと直交する方向に磁化が固着されたフリー層と、金属で且つ非磁性体から構成される分離層と、前記分離層によって前記フリー層との静的磁気結合を断絶され、磁化の向きが前記磁化固着層の磁化の向きと反平行、且つ前記フリー層の磁化の向きと略直交する方向に固着された揺動補償層と、前記揺動補償層に更に積層された非磁性金属のキャップ層が積層された磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の上下に設けられた一対の電極兼磁気シールドと、
前記磁気抵抗効果素子を挟むように設けられ、前記フリー層の磁化の向きを安定化させるために磁化の向きが固着された一対のバイアス印加膜と
を具備することを特徴とする垂直通電型磁気ヘッド。
【請求項３】
前記分離層の膜厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の垂直通電型磁気ヘッド。
【請求項４】
前記揺動補償層と前記一対のバイアス印加膜とが接続され、
前記揺動補償層と前記磁気抵抗効果素子の上側に設けられた前記電極兼磁気シールドとが静磁気結合していないことを特徴とする請求項２記載の垂直通電型磁気ヘッド。
【請求項５】
前記揺動補償層が、反強磁性層／強磁性層の積層構造によって構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の垂直通電型磁気ヘッド。
【請求項６】
前記揺動補償層が、シンセティック反強磁性構造を有することを特徴とする請求項２または３に記載の垂直通電型磁気ヘッド。
【請求項７】
前記磁化固着層側の前記電極兼磁気シールドから前記揺動補償層側の前記電極兼磁気シールドに対して電流が流されることを特徴とする請求項２〜６の何れか１項に記載の垂直通電型磁気ヘッド。
【請求項８】
磁化固着層と、中間層と、前記磁化固着層の磁化の向きと直交する方向に磁化が固着されたフリー層と、金属で且つ非磁性体から構成される分離層と、前記分離層によって前記フリー層との静的磁気結合を断絶され、磁化の向きが前記磁化固着層の磁化の向きと反平行、且つ前記フリー層の磁化の向きと略直交する方向に固着された揺動補償層と、前記揺動補償層に更に積層された非磁性金属のキャップ層を有する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の上下に設けられた一対の電極兼磁気シールドと、前記磁気抵抗効果素子を挟むように設けられ、前記フリー層の磁化の向きを安定化させるために磁化の向きが固着された一対のバイアス印加膜を有する垂直通電型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９】
前記分離層の膜厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であ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】
前記揺動補償層は、強磁性層によって構成されていることを特徴とする請求項８または９に記載の磁気ディスク装置。
【請求項１１】
前記揺動補償層と前記一対のバイアス印加膜とが接続され、
前記揺動補償層と前記磁気抵抗効果素子の上側に設けられた前記電極兼磁気シールドとが静磁気結合していないことを特徴とする請求項１０記載の磁気ディスク装置。
【請求項１２】
前記揺動補償層が、反強磁性層／強磁性層の積層構造によって構成されていることを特徴とする請求項８または９に記載の磁気ディスク装置。
置。
【請求項１３】
前記磁化固着層側の前記電極兼磁気シールドから前記揺動補償層側の前記電極兼磁気シールドに対して電流が流されることを特徴とする請求項８〜１２の何れか１項に記載の磁気ディスク装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
分離層２８は、揺動補償層２９とフリー層２７の静的磁気結合を断絶する特性と同時に、ＳＴ（Spin-transfer）トルクを伝達することができる材料で構成される。具体的には、Ｃｒ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｔなどの非磁性金属を主成分とする非磁性金属層が望ましい。更に静的磁気結合を断絶するためには、分離層２８の膜厚は、１ｎｍ以上であることが望ましい。更に好ましくは分離層２８の膜厚が５ｎｍ以上であれば、安定して静的磁気結合を断絶させることができる。一方、分離層２８の膜厚が２０ｎｍ以上になると、磁気抵抗効果素子２０全体を上下電極兼シールド層１１，３３間に収めるに当たって、シールド間距離を大きくとる必要があるため、再生分解能をあげることが困難になる。そのため分離層２８の膜厚は２０ｎｍ以下であることが望ましい。更にＳＴトルクを減衰させずに伝達するためには１０ｎｍ以下であることが望ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
揺動補償層２９はノイズ低減に寄与する。一方、揺動補償層２９−フリー層２７間には、磁気抵抗効果が発生する。この部分の出力への寄与は、フリー層２７−第２ピン層２５間の磁気抵抗効果に対して逆位相であるため、出力を下げる寄与をしてしまう。この悪影響を無視できる程度まで低減するためには、フリー層２７−揺動補償層２９間の磁気抵抗効果を、フリー層２７−ピン層２５間の時期抵抗効果に比べて無視できる程度に下げればよい。具体的には、揺動補償層２９−分離層２８として上記に列挙したＣｏ，Ｆｅ，Ｎｉを主成分とする合金−Ｃｒ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｔなどの非磁性金属の組み合わせは非常に抵抗変化量が小さく、例えばこれらの材料を用いて磁気抵抗効果素子を作成した場合には、高々１％以下の抵抗変化率しか得られないため、本発明の目的には適している。例えば、図３の中間層がＡｌ2Ｏ3やＭｇＯを用いたＴＭＲ素子である場合、磁気抵抗効果は２０％以上に達するため、揺動補償層２９の悪影響は実質的に無視できる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
上記構成はピン層２５からフリー層２７へのＳＴ相互作用が非常に大きい材料であるため、通電方向はピン層２５からフリー層２７にして（電子はフリー層２７から第２ピン層２５）、揺動補償層２９からの寄与を増大させたほうがノイズをより低減することができると同時に、バイアス点ずれの修正も効果的に行うことができる。