DE60128885T2

DE60128885T2 - Magnetoresistiver Wandler

Info

Publication number: DE60128885T2
Application number: DE60128885T
Authority: DE
Inventors: Ikuya Nakahara-ku Kawasaki-shi Tagawa; Kenichiro Nakahara-ku Kawasaki-shi Yamada
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2000-12-12
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2021-04-07
Also published as: US20020071224A1; US6876524B2; EP1215738B1; EP1215738A3; EP1215738A2; JP2002185059A; DE60128885D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen magnetoresistiven Transducer von der Art, die in einem Laufwerk für magnetische Aufzeichnungsmedien oder einer Speichervorrichtung wie etwa einem Magnetplattenlaufwerk und einem Magnetbandlaufwerk eingesetzt wird.
Ein früher vorgeschlagener magnetoresistiver Transducer umfasst: einen magnetoresistiven Film, der sich über die Oberfläche einer Grundschicht wie etwa einer nichtmagnetischen Schicht erstreckt, die sich über eine untere Schirmschicht ausbreitet, und ein Paar von Domänensteuerschichten, die sich so über die Oberfläche der Grundschicht erstrecken, dass der magnetoresistive Film längs der Grundschicht zwischen ihnen liegt.
Ein früher vorgeschlagener magnetoresistiver Transducer kann so konstruiert sein, um zum Beispiel einen magnetoresistiven (MR) Spin-Valve-Film zu enthalten. Der MR-Spin-Valve-Film gestattet es, dass die Magnetisierung in einer konstitutiven freien ferromagnetischen Schicht als Antwort auf die Umkehrung der magnetischen Polarität rotiert, die von außen wirkt. Ein relativer Winkel, der zwischen der rotierenden Magnetisierung der freien ferromagnetischen Schicht und der gefestigten Magnetisierung definiert ist, die in einer gefestigten ferromagnetischen Schicht eingerichtet ist, bestimmt den elektrischen Widerstand des gesamten MR-Spin-Valve-Films. Die Widerstandsveränderung als Antwort auf die Rotation der Magnetisierung in der freien ferromagnetischen Schicht kann genutzt werden, um die magnetische Polarität des angewendeten Magnetfeldes zu detektieren, wie zum Beispiel die auf einem magnetischen Aufzeichnungsmedium aufgezeichneten magnetischen Bitdaten. In diesem Fall sollte die einzelne magnetische Domäne in der freien ferromagnetischen Schicht des MR-Spin-Valve-Films eingerichtet sein. Diese einzelne magnetische Domäne der freien ferromagnetischen Schicht soll weitgehend zur Reduzierung des Barkhausen-Rauschens beitragen.
Typischerweise wird ein Paar von hartmagnetischen Schichten, die in einer sogenannten Längsrichtung magnetisiert sind, eingesetzt, um die einzelne magnetische Domäne in der freien ferromagnetischen Schicht wie beispielsweise in DE 198 20 465 A1 zu bilden. Die hartmagnetischen Schichten, zwischen denen der MR-Spin-Valve-Film liegt, sollen das longitudinale Vorspannungsfeld bilden, das durch den MR-Spin-Valve-Film wirkt. Das longitudinale Vorspannungsfeld soll daher maßgebend zur Bildung der einzelnen Domäne in der freien ferromagnetischen Schicht beitragen. Jedoch kann das Barkhausen-Rauschen in dem magnetoresistiven Transducer ungeachtet der Verwendung der hartmagnetischen Domänensteuerschichten nicht genügend reduziert werden.
Ferner hat eine Untersuchung des früher vorgeschlagenen Systems ergeben, dass zwangsläufig Magnetpole auf einer oberen Schirmschicht gegenüber einem magnetoresistiven Film in den existierenden magnetoresistiven Transducern erzeugt werden. Die Restmagnetisierung, die während des Magnetisierungsprozesses zum Bilden der hartmagnetischen Domänensteuerschichten in der oberen Schirmschicht entsteht, erzeugt vermutlich die Magnetpole. Es hat sich bestätigt, dass die Magnetpole ein Magnetfeld erzeugen, das das longitudinale Vorspannungsfeld reduziert, das zwischen den hartmagnetischen Domänensteuerschichten aufgebaut wird und zur Reduzierung des Barkhausen-Rauschens beiträgt.
Daher ist es wünschenswert, einen magnetoresistiven Transducer vorzusehen, durch den das Barkhausen-Rauschen zuverlässig reduziert werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform eines ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung ist ein magnetoresistiver Transducer vorgesehen, der umfasst: einen magnetoresistiven Film, der sich über eine Grundschicht erstreckt; ein Paar von Domänensteuerschichten, die sich über die Grundschicht so erstrecken, dass der magnetoresistive Film längs der Grundschicht zwischen ihnen liegt; und eine obere Schirmschicht, die sich über den magnetoresistiven Film und die Domänensteuerschichten erstreckt; gekennzeichnet durch ein Paar von Nuten, die auf einer Oberfläche der oberen Schirmschicht gebildet sind, welche Oberfläche der Grundschicht gegenüberliegt, wobei jede der Nuten in die obere Schirmschicht eingesenkt ist.
Wenn die Domänensteuerschichten magnetisiert werden, wird gleichzeitig die obere Schirmschicht einem angewendeten Magnetfeld zur Magnetisierung der Domänensteuerschichten ausgesetzt. Die obere Schirmschicht, die aus einem weichmagnetischen Material ist, soll eine Restmagnetisierung in der Richtung der Magnetisierung aufweisen, die in den Domänensteuerschichten gebildet wird, nachdem sie dem angewendeten Magnetfeld zur Magnetisierung der Domänensteuerschichten ausgesetzt wurde. Falls die Restmagnetisierung zwangsläufig an irgendeiner Endfläche der oberen Schirmschicht endet, wird klar sein, dass Magnetpole oder Ladungen an der Endfläche, nämlich am Ende der Magnetisierung entstehen.
Da die ersten und zweiten Grenzflächen der oberen Schirmschicht so angeordnet sind, um sich längs der flachen einzelnen Bezugsebene in einem magnetoresistiven Transducer zu erstrecken, der die vorliegende Erfindung verkörpert, kann die Kontinuität der Restmagnetisierung verbessert werden und wird vorzugsweise kaum auf der unteren Fläche der oberen Schirmschicht in einer Region gegenüber dem magnetoresistiven Film enden. Längs der unteren Fläche der oberen Schirmschicht werden kaum Magnetpole erzeugt. Es kann verhindert werden, dass das longitudinale Vorspannungsfeld unter der Wechselwirkung der Restmagnetisierung in der oberen Schirmschicht leidet. Somit kann eine Reduzierung des longitudinalen Vorspannungsfeldes unterdrückt werden. Falls im Besonderen die ersten und zweiten Grenzflächen über die Bezugsebene hinweg kontinuierlich ohne jeglichen Spalt oder Abstand gebildet sind, kann die Erzeugung der Magnetpole auf der unteren Fläche der oberen Schirmschicht vollständig vermieden werden. Die Grundschicht kann zum Beispiel eine untere nichtmagnetische Spaltschicht sein, die sich über die Oberfläche einer unteren Schirmschicht ausbreitet.
Bei der vorliegenden Erfindung sind Nuten auf der oberen Schirmschicht gebildet, um die ersten und zweiten Grenzflächen in dem obigen magnetoresistiven Transducer voneinander zu isolieren. Auch wenn die Restmagnetisierung an den Nuten aufhört, werden zum Beispiel die Nord- und Südpole in der individuellen Nut unvermeidlich paarweise erzeugt. Die Nord- und Südpole in der individuellen Nut können aufeinander einwirken, so dass die Nord- und Südpole an den vorderen Enden der Domänensteuerschichten durch die Nord- bzw. Südpole in den Nuten nicht beeinflusst werden können. Dennoch kann eine Reduzierung des longitudinalen Vorspannungsfeldes vermieden werden.
Der magnetoresistive Transducer enthält vorzugsweise eine Leitungsschicht, die aus einem Au-Dünnfilm hergestellt ist, der zwischen der Domänensteuerschicht und der oberen Schirmschicht liegt. Die Verwendung eines Materials mit einer höheren elektrischen Leitfähigkeit, wie etwa Au, soll zur Bildung einer dünneren Leitungsschicht beitragen. Die Gesamtdicke der gestapelten Kombination aus der Leitungsschicht und der Domänensteuerschicht kann somit der Dicke des magnetoresistiven Films ungefähr gleich sein. Die zweite Grenzfläche gegenüber der Leitungsschicht, die auf der Domänensteuerschicht gestapelt ist, kann so angeordnet sein, um sich zuverlässig über die Bezugsebene zu erstrecken, die die erste Grenzfläche gegenüber dem magnetoresistiven Film enthält.
Der magnetoresistive Transducer kann ferner eine obere nichtmagnetische Spaltschicht umfassen, die zwischen dem magnetoresistiven Film und der oberen Schirmschicht liegt. In diesem Fall kann die obere Schirmschicht die obere nichtmagnetische Spaltschicht an der ersten Grenzfläche kontaktieren. Zusätzlich kann sich die obere nichtmagnetische Spaltschicht über die Leitungsschicht erstrecken. In diesem Fall kann die obere Schirmschicht die obere nichtmagnetische Spaltschicht an der zweiten Grenzfläche kontaktieren.
Beispielhaft wird nun Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen, in denen:
1 eine Draufsicht ist, die die Struktur eines Festplattenlaufwerkes (hard disk drive: HDD) schematisch zeigt;
2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht ist, die die Struktur eines fliegenden Kopfgleiters gemäß einem spezifischen Beispiel schematisch zeigt;
3 eine vergrößerte Vorderansicht des fliegenden Kopfgleiters zum Darstellen eines betrachteten elektromagnetischen Lese-/Schreibtransducers an der Bodenfläche ist;
4 eine vergrößerte partielle Schnittansicht des fliegenden Kopfgleiters zum schematischen Darstellen der Struktur eines Spin-Valve-Films gemäß einem spezifischen Beispiel ist;
5 eine vergrößerte partielle Vorderansicht des elektromagnetischen Lese-/Schreibtransducers zum Darstellen der Struktur eines magnetoresistiven (MR) Elementes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
6A ein Profil für die Induktionsleitung in dem MR-Element der Ausführungsform zeigt;
6B ein Profil für die Größe des Magnetfeldes in dem MR-Element der Ausführungsform zeigt;
7 eine vergrößerte partielle Vorderansicht des elektromagnetischen Lese-/Schreibtransducers zum Darstellen der Struktur eines früher vorgeschlagenen MR-Elementes ist;
8A ein Profil für die Induktionsleitung in dem früher vorgeschlagenen MR-Element zeigt;
8B ein Profil für die Größe des Magnetfeldes in dem früher vorgeschlagenen MR-Element zeigt;
9 eine vergrößerte partielle Vorderansicht des elektromagnetischen Lese-/Schreibtransducers zum Darstellen der Struktur eines magnetoresistiven (MR) Elementes gemäß einer weiteren Konfiguration ist, die nicht in den Umfang der vorliegenden Erfindung fällt;
10A ein Profil für die Induktionsleitung in dem MR-Element jener Konfiguration zeigt;
10B ein Profil für die Größe des Magnetfeldes in dem MR-Element jener Konfiguration zeigt;
11 eine vergrößerte partielle Vorderansicht des elektromagnetischen Lese-/Schreibtransducers zum Darstellen der Struktur eines magnetoresistiven (MR) Elementes gemäß dieser Konfiguration ist, die nicht in den Umfang der vorliegenden Erfindung fällt;
12 eine vergrößerte partielle Vorderansicht des elektromagnetischen Lese-/Schreibtransducers zum Darstellen des Prozesses zum Magnetisieren der Domänensteuerstreifenschichten in dem MR-Element von noch einem anderen Beispiel ist;
13 eine vergrößerte partielle Vorderansicht des elektromagnetischen Lese-/Schreibtransducers zum Darstellen des Prozesses zum Magnetisieren der oberen Schirmschicht in dem MR-Element des anderen Beispiels ist;
14A ein Profil für die Induktionsleitung in dem MR-Element der dritten Ausführungsform zeigt; und
14B ein Profil für die Größe des Magnetfeldes in dem MR-Element des anderen Beispieles zeigt.
1 zeigt schematisch die innere Struktur eines Festplattenlaufwerkes (HDD) 11 als Beispiel für ein Laufwerk für magnetische Aufzeichnungsmedien oder eine Speichervorrichtung. Das HDD 11 enthält ein kastenförmiges Primärgehäuse 12, das einen Innenraum beispielsweise eines flachen Parallelepipeden definiert. Wenigstens eine magnetische Aufzeichnungsplatte 13 ist in dem Innenraum innerhalb des Primärgehäuses 12 untergebracht. Die magnetische Aufzeichnungsplatte 13 ist auf eine Antriebswelle eines Spindelmotors 14 montiert. Der Spindelmotor 14 kann die magnetische Aufzeichnungsplatte 13 zur Rotation mit einer höheren Umdrehungsrate wie zum Beispiel 7200 U/min oder 10000 U/min antreiben. Eine Abdeckung, die nicht gezeigt ist, ist mit dem Primärgehäuse 12 so gekoppelt, um den geschlossenen Innenraum zwischen dem Primärgehäuse 12 und sich selbst zu definieren.
Im Innenraum des Primärgehäuses 12 ist auch ein Wagen 16 zur Schwingbewegung um eine vertikale Stützwelle 15 untergebracht. Der Wagen 16 enthält einen starren Schwingarm 17, der sich von der vertikalen Stützwelle 15 in horizontaler Richtung erstreckt, und eine elastische Kopfaufhängung 18, die am vorderen Ende des Schwingarmes 17 befestigt ist, um sich von dem Schwingarm 17 nach vorn zu erstrecken. Ein fliegender Kopfgleiter 19 ist durch eine nichtgezeigte Kardanfeder auslegerartig an der Kopfaufhängung 18 angebracht. Die Kopfaufhängung 18 dient dazu, den fliegenden Kopfgleiter 19 hin zu der Oberfläche der magnetischen Aufzeichnungsplatte 13 zu drängen. Wenn die magnetische Aufzeichnungsplatte 13 rotiert, kann der fliegende Kopfgleiter 19 einen Luftstrom aufnehmen, der längs der rotierenden magnetischen Aufzeichnungsplatte 13 erzeugt wird. Der Luftstrom dient dazu, einen Auftrieb am fliegenden Kopfgleiter 19 herbeizuführen. Der fliegende Kopfgleiter 19 kann somit über der Oberfläche der magnetischen Aufzeichnungsplatte 13 während der Rotation der magnetischen Aufzeichnungsplatte 13 mit einer höheren Stabilität fliegen, die durch das Gleichgewicht zwischen dem Auftrieb und der drängenden Kraft der Kopfaufhängung 18 hergestellt wird.
Wenn der Wagen 16 angetrieben wird, um während des Fluges des fliegenden Kopfgleiters 19 um die Stützwelle 15 zu schwingen, kann der fliegende Kopfgleiter 19 die auf der magnetischen Aufzeichnungsplatte 13 definierten Aufzeichnungsspuren in der radialen Richtung der magnetischen Auf zeichnungsplatte 13 überqueren. Diese Radialbewegung dient dazu, den fliegenden Kopfgleiter 19 direkt über einer Zielaufzeichnungsspur auf der magnetischen Aufzeichnungsplatte 13 zu positionieren. In diesem Fall kann zum Beispiel ein elektromagnetischer Betätiger 21, wie etwa ein Schwingspulenmotor (voice coil motor: VCM), eingesetzt werden, um die Schwingbewegung des Wagens 16 zu realisieren. In dem Fall, wenn zwei oder mehr magnetische Aufzeichnungsplatten 13 im Innenraum des Primärgehäuses 12 inkorporiert sind, ist ein Paar der elastischen Kopfaufhängungen 18 an einen einzelnen gemeinsamen Schwingarm 17 zwischen den benachbarten magnetischen Aufzeichnungsplatten 13 montiert.
2 zeigt ein spezifisches Beispiel für den fliegenden Kopfgleiter 19. Der fliegende Kopfgleiter 19 dieses Typs enthält einen Gleiterkörper 22 aus Al₂O₃-TiC in Form eines flachen Parallelepipeden und eine Kopfschutzschicht 24, die gebildet ist, um sich über das hintere oder stromabwärtige Ende des Gleiterkörpers 22 auszubreiten. Die Kopfschutzschicht 24 kann aus Al₂O₃ sein. Ein elektromagnetischer Lese-/Schreibtransducer 23 ist in der Kopfschutzschicht 24 eingebettet. Eine dem Medium gegenüberliegende Fläche oder Bodenfläche 25 ist kontinuierlich über den Gleiterkörper 22 und die Kopfschutzschicht 24 hinweg definiert, um der Oberfläche der magnetischen Aufzeichnungsplatte 13 in einem Abstand zugewandt zu sein. Die Bodenfläche 25 ist so konstruiert, um einen Luftstrom 26 aufzunehmen, der längs der Oberfläche der rotierenden magnetischen Aufzeichnungsplatte 13 erzeugt wird.
Ein Paar von Schienen 27 ist gebildet, um sich von dem vorderen oder stromaufwärtigen Ende hin zu dem hinteren oder stromabwärtigen Ende über die Bodenfläche 25 zu erstrecken.
Die individuelle Schiene 27 ist konstruiert, um eine Luftlageroberfläche (air bearing surface: ABS) 28 auf ihrer oberen Fläche zu definieren. Im Besonderen erzeugt der Luftstrom 26 den obenerwähnten Auftrieb an den jeweiligen Luftlageroberflächen 28. Der in der Kopfschutzschicht 24 eingebettete elektromagnetische Lese-/Schreibtransducer 23 ist an der Luftlageroberfläche 28 exponiert, wie später eingehend beschrieben. Der fliegende Kopfgleiter 19 kann eine beliebige Gestalt oder Form anstelle der oben beschriebenen haben.
3 zeigt eine vergrößerte detaillierte Ansicht des elektromagnetischen Lese-/Schreibtransducers 23, der an der Bodenfläche 25 exponiert ist. Der elektromagnetische Lese-/Schreibtransducer 23 enthält eine Kombination aus einem magnetoresistiven (MR) Element 31 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einem induktiven Schreibelement oder einem Dünnfilmmagnetkopf 32. Das MR-Element 31 ist konstruiert, um magnetische Bitdaten unter Verwendung einer Veränderung des elektrischen Widerstandes als Antwort auf eine Umkehrung der magnetischen Polarität in einem Magnetfeld zu lesen, das von der magnetischen Aufzeichnungsplatte 13 wirkt. Der Dünnfilmmagnetkopf 32 ist konstruiert, um magnetische Bitdaten unter Verwendung eines Magnetfeldes zu schreiben, das zum Beispiel in einem leitfähigen Spulenwirbelmuster induziert wird, das nicht gezeigt ist.
Das MR-Element 31 liegt zwischen oberen und unteren nichtmagnetischen Spaltschichten 33, 34. Die nichtmagnetischen Spaltschichten 33, 34 können zum Beispiel aus Al₂O₃ sein. Die oberen und unteren nichtmagnetischen Spaltschichten 33, 34, zwischen denen das MR-Element 31 liegt, sind ihrerseits zwischen oberen und unteren Schirmschichten 35, 36 angeordnet. Die oberen und unteren Schirmschichten 35, 36 können aus FeN, NiFe oder dergleichen sein. Die untere Schirmschicht 36 kann sich über die Fläche einer Al₂O₃-(Aluminiumoxid)-Schicht, die nicht gezeigt ist, zum Vorsehen einer Unterlage oder einer unteren Hälfte der obenerwähnten Kopfschutzschicht 24 ausbreiten.
Der Dünnfilmmagnetkopf 32 enthält eine nichtmagnetische Spaltschicht 38, die sich auf der Oberfläche der oberen Schirmschicht 35 erstreckt. Die nichtmagnetische Spaltschicht 38 kann zum Beispiel aus Al₂O₃ sein. Eine obere Magnetpolschicht 39 liegt der oberen Schirmschicht 35 gegenüber. Somit ist die nichtmagnetische Spaltschicht 38 zwischen der oberen Magnetpolschicht 39 und der oberen Schirmschicht 35 angeordnet. Die obere Magnetpolschicht 39 kann zum Beispiel aus NiFe sein. Die obere Magnetpolschicht 39 ist mit einer Al₂O₃-(Aluminiumoxid)-Schicht 40 bedeckt, die sich über die Oberfläche der nichtmagnetischen Spaltschicht 38 ausbreitet. Die Aluminiumoxidschicht 14 ist so konstruiert, um das MR-Element 31 und den Dünnfilmmagnetkopf 32 gegenüber der obenerwähnten Aluminiumoxidschicht zu halten. Genauer gesagt: die Aluminiumoxidschicht 40 fungiert als Überzug oder obere Hälfte der obenerwähnten Kopfschutzschicht 24.
Eine Kombination aus der oberen Magnetpolschicht 39 und der oberen Schirmschicht 35 bildet einen Magnetkern des Dünnfilmmagnetkopfes 32. Die obere Schirmschicht 35 des MR-Elementes 31 fungiert nämlich als untere Magnetpolschicht des Dünnfilmmagnetkopfes 32. Wenn ein Magnetfeld an dem leitfähigen Spulenwirbelmuster induziert wird, wird ein Magnetfluss zwischen der oberen Magnetpolschicht 39 und der oberen Schirmschicht 35 ausgetauscht. Die nichtmagnetische Spaltschicht 38 gestattet ein Heraustreten des ausgetauschten Magnetflusses aus der Bodenfläche 25. Der so herausgetretene Magnetfluss bildet ein Magnetfeld zur Aufzeichnung, nämlich ein Schreibspaltmagnetfeld.
Das MR-Element 31 enthält einen magnetoresistiven (MR)-Film oder einen Spin-Valve-Film 41, der sich über die untere nichtmagnetische Spaltschicht 34 erstreckt, die als Grundschicht dient. Ein Paar von Endflächen 41a, 41b ist auf dem Spin-Valve-Film 41 entlang von Ebenen definiert, die die planare Fläche der unteren nichtmagnetischen Spaltschicht 34 schneiden. Die Endflächen 41a, 41b oder Ebenen sind so konstruiert, um die Fläche der unteren nichtmagnetischen Spaltschicht 34 jeweilig in einem Neigungswinkel θ zu schneiden.
Gleichfalls ist ein Paar von hartmagnetischen Streifenschichten, nämlich Domänensteuerstreifenschichten 42, auf der Oberfläche der unteren nichtmagnetischen Spalt- oder Grundschicht 34 gebildet, so dass der Spin-Valve-Film 41 längs der unteren nichtmagnetischen Spaltschicht 34 dazwischen liegt. Die Domänensteuerstreifenschichten 42 sind so konstruiert, um sich auf der Oberfläche der unteren nichtmagnetischen Spaltschicht 34 längs der Bodenfläche 25 zu erstrecken. Die vorderen Enden der jeweiligen Domänensteuerstreifenschichten 42 sind mit den Endflächen 41a, 41b des Spin-Valve-Films 41 verbunden. Die Domänensteuerstreifenschichten 42 können aus einem metallischen Material wie etwa CoPt, CoCrPt oder dergleichen sein.
Ein Paar von leitfähigen Anschluss- oder Leitungsschichten 43 ist gebildet, um sich über die Oberflächen der jeweiligen Domänensteuerstreifenschichten 42 auszubreiten. Die Leitungsschichten 43 liegen zwischen den Domänensteuerstreifenschichten 42 und der oberen Schirmschicht 35. Ein Lesestrom kann dem Spin-Valve-Film 41 durch die Leitungsschichten 43 zugeführt werden. In diesem Fall ist es vorzuziehen, die Leitungsschichten 43 aus einem Material mit höherer elektrischer Leitfähigkeit wie beispielsweise Au oder dergleichen zu bilden.
Der Spin-Valve-Film 41 enthält, wie in 4 gezeigt, eine Basisschicht 44, die sich über die Oberfläche der unteren nichtmagnetischen Spaltschicht 34 erstreckt. Die Basisschicht 44 kann aus einem Schichtmaterial sein, das eine Ta-Schicht 44a und eine NiFe-Schicht 44b enthält, die gebildet ist, um sich über die Oberfläche der Ta-Schicht 44a zu erstrecken. Eine freie ferromagnetische Schicht 45 ist gebildet, um sich auf der Oberfläche der Basisschicht 44 zu erstrecken. Die freie ferromagnetische Schicht 45 kann aus einem ferromagnetischen Material wie etwa Co₉₀Fe₁₀ oder dergleichen sein. Eine nichtmagnetische Zwischenschicht 46 ist gebildet, um sich über die Oberfläche der freien ferromagnetischen Schicht 45 zu erstrecken. Die nichtmagnetische Zwischenschicht 46 kann aus einem elektrisch leitfähigen Material wie zum Beispiel Cu oder dergleichen sein.
Eine gefestigte ferromagnetische Schicht 47 ist gebildet, um sich über die Oberfläche der nichtmagnetischen Zwischenschicht 46 zu erstrecken. Die gefestigte ferromagnetische Schicht 47 kann aus einem ferromagnetischen Material wie etwa Co₉₀Fe₁₀ oder dergleichen sein. Eine antiferromagnetische Schicht 48 als festigende Schicht liegt über der Oberfläche der gefestigten ferromagnetischen Schicht 47. Die antiferromagnetische Schicht 48 kann aus einem antiferromagnetischen Material wie zum Beispiel FeMn, PdPtMn oder dergleichen sein. Somit kann zwischen der antiferromagnetischen Schicht 48 und der gefestigten ferromagnetischen Schicht 47 eine starke Austauschkopplung hergestellt werden. Speziell dient die antiferromagnetische Schicht 48 dazu, die Magnetisierung der gefestigten ferromagnetischen Schicht 47 in einer spezifischen Richtung zu festigen oder zu fixieren. Die Oberfläche der antiferromagnetischen Schicht 48 kann mit einer Schutzschicht 49 bedeckt sein. Die Schutzschicht 49 kann eine Cu-Schicht 49a und eine Ta-Kappenschicht 49b umfassen, die gebildet ist, um sich über die Oberfläche der Cu-Schicht 49a zu erstrecken.
Wenn das MR-Element 31 der Oberfläche der magnetischen Aufzeichnungsplatte 13 zum Lesen von magnetischen Informationsdaten gegenüberliegt, kann die Magnetisierung der freien ferromagnetischen Schicht 45 in dem Spin-Valve-Film 41 als Antwort auf die Umkehrung der magnetischen Polarität rotieren, die von der magnetischen Aufzeichnungsplatte 13 angewendet wird, wie es zuvor vorgeschlagen wurde. Die Rotation der Magnetisierung in der freien ferromagnetischen Schicht 45 induziert eine Veränderung des elektrischen Widerstandes des Spin-Valve-Films 41. Wenn ein Lesestrom durch die Leitungsschichten 43 dem Spin-Valve-Film 41 zugeführt wird, tritt zum Beispiel eine Spannungsveränderung in dem Lesestrom auf. Die Spannungsveränderung kann genutzt werden, um magnetische Bitdaten zu detektieren, die auf der magnetischen Aufzeichnungsplatte 13 aufgezeichnet sind.
Wie aus 5 ersichtlich ist, ist die Dicke t1 des Spin-Valve-Films 41 der Gesamtdicke t2 der Domänensteuerstreifenschicht 42 und der Leitungsschicht 43 gleich. Daher kann die obere Schirmschicht 35 eine erste planare Grenze oder Grenzfläche 52 gegenüber der oberen Fläche des Spin- Valve-Films 41 und zweite planare Grenzen oder Grenzflächen 53 gegenüber den jeweiligen Oberflächen der Domänensteuerstreifenschichten 42 definieren. Die ersten und zweiten Grenzflächen 52, 53 sind so konstruiert, um sich innerhalb einer gemeinsamen einzelnen Bezugsebene 51 zu erstrecken, die zu der Bodenfläche 25 vertikal ist. In diesem Fall können Nuten (Zacken) 54 auf der oberen Schirmschicht 35 zwischen den jeweiligen ersten und zweiten Grenzflächen 52, 53 gebildet sein, um sich in einer Richtung rechtwinklig zu der Bodenfläche 25 zu erstrecken. Die Nuten 54 sind dazu bestimmt, die ersten und zweiten Grenzflächen 52, 53 voneinander zu isolieren oder zu beabstanden. Die Domänensteuerstreifenschichten 42 und die Leitungsschichten 43, die an den Endflächen 41a, 41b des Spin-Valve-Films 41 übereinandergestapelt sind, tendieren dazu, während des Herstellungsprozesses des MR-Elementes 31 jeweilig Schwellen 55 zu bilden. Die Schwellen 55 dienen zwangsläufig zum Definieren der Nuten (Zacken) 54 auf der oberen Schirmschicht 35. Die obere nichtmagnetische Spaltschicht 33, die eine konstante gleichförmige Dicke hat, liegt nicht nur zwischen der ersten Grenzfläche 52 der oberen Schirmschicht 35 und der Oberfläche des Spin-Valve-Films 41, sondern auch zwischen den zweiten Grenzflächen 53 und den Oberflächen der Domänensteuerstreifenschichten 43. Somit kann die obere Schirmschicht 35 die obere nichtmagnetische Spaltschicht 33 an den ersten bzw. zweiten Grenzflächen 52, 53 kontaktieren.
Die Domänensteuerstreifenschichten 42, die in dem MR-Element 31 inkorporiert sind, sind angeordnet, um die Magnetisierung Mg in einer Längsrichtung aufzuweisen, die durch den Spin-Valve-Film 41 längs der Bodenfläche 25 verläuft. Die Magnetisierung Mg der Domänensteuerstreifenschichten 42 soll ein longitudinales Vorspannungsfeld BS bilden, das vom Nordpol, der am vorderen Ende der Domänensteuerstreifenschicht 42 stromaufwärts der Magnetisierung Mg erzeugt wird, zum Südpol verläuft, der am vorderen Ende der Domänensteuerstreifenschicht 42 stromabwärts der Magnetisierung Mg erzeugt wird, wie zum Beispiel in 5 gezeigt. Das longitudinale Vorspannungsfeld BS trägt außerordentlich zum Bilden der einzelnen magnetischen Domäne in der freien ferromagnetischen Schicht 45 bei. Die Bildung der einzelnen magnetischen Domäne in der freien ferromagnetischen Schicht 45 auf diese Weise dient zum Reduzieren des Barkhausen-Rauschens in dem detektierten Signal, das von dem MR-Element 31 ausgegeben wird. Die magnetischen Bitdaten können ohne Fehler zuverlässig von der magnetischen Aufzeichnungsplatte 13 detektiert werden.
Wenn die Domänensteuerstreifenschichten 42 magnetisiert werden, wird gleichzeitig die obere Schirmschicht 35 einem angewendeten Magnetfeld zur Magnetisierung der Domänensteuerstreifenschichten 42 ausgesetzt. Die obere Schirmschicht 35, die aus einem weichmagnetischen Material ist, soll eine Restmagnetisierung Mr in der Richtung der Magnetisierung Mg aufweisen, die in den Domänensteuerstreifenschichten 42 gebildet wird, nachdem sie dem angewendeten Magnetfeld zur Magnetisierung der Domänensteuerstreifenschichten 42 ausgesetzt ist. Falls die Restmagnetisierung Mr zwangsläufig an irgendeiner Endfläche der oberen Schirmschicht 35 endet, wird klar sein, dass Magnetpole an der Endfläche gebildet werden, nämlich am Ende der Magnetisierung Mr.
Da die untere Oberfläche der oberen Schirmschicht 35 angeordnet ist, um sich über die flache einzelne Bezugsebene 51 in dem obigen MR-Element 31 zu erstrecken, kann die Kontinuität der Restmagnetisierung Mr signifikant verbessert werden und wird sie kaum auf der unteren Oberfläche der oberen Schirmschicht 35 an einer Region gegenüber dem Spin-Valve-Film 41 enden. Längs der unteren Fläche der oberen Schirmschicht 35 werden kaum Magnetpole erzeugt. Es kann verhindert werden, dass das longitudinale Vorspannungsfeld BS unter der Wechselwirkung der Restmagnetisierung Mr in der oberen Schirmschicht 35 leidet. Somit kann eine Reduzierung des longitudinalen Vorspannungsfeldes BS unterdrückt werden. Auch wenn die Restmagnetisierung Mr zum Beispiel an den Nuten 54 aufhört, werden die Nord- und Südpole paarweise zwangsläufig in der individuellen Nut 54 erzeugt. Die Nord- und Südpole in der individuellen Nut 54 können miteinander in Wechselwirkung stehen, so dass die Nord- und Südpole an den vorderen Enden der Domänensteuerstreifenschichten 42 durch die jeweiligen Nord- und Südpole in den Nuten 54 nicht beeinflusst werden können. Dennoch kann eine Reduzierung des longitudinalen Vorspannungsfeldes BS vermieden werden.
Die Profile für die Induktionsleitungen und die Größe des Magnetfeldes in dem MR-Element 31 wurden unter Verwendung eines planaren oder zweidimensionalen Finite-Element-Verfahrens auf der Basis eines Magnetisierungsmodells untersucht. Ein Austauschkopplungsfeld wurde bei der Berechnung des zweidimensionalen Finite-Element-Verfahrens berücksichtigt. Auch wenn die Restmagnetisierung Mr in den oberen und unteren Schirmschichten 35, 36 erzeugt wurde, wie in 6A gezeigt, konnte in der Domänensteuerstreifenschicht 42 eine gleichförmige Magnetisierung Mg sicher gebildet werden, die hin zu dem vorderen Ende gerichtet war, das die Endfläche 41a (41b) des Spin-Valve-Films 41 kontaktiert. Zusätzlich konnte ein Paar von Nord- und Südpolen in der Nut 54 der oberen Schirmschicht 35 miteinander in Wechselwirkung stehen, so dass der Magnetpol an dem vorderen Ende der Domänensteuerstreifenschicht 42 kaum unter dem Einfluss von dem gegenüberliegenden Magnetpol in der Nut 54 litt. Somit konnte die Domänensteuerstreifenschicht 42 ein stärkeres Magnetfeld erzeugen, das hin zu dem Spin-Valve-Film 41 gerichtet war, wie zum Beispiel in 6B gezeigt.
Im Gegensatz dazu ist in einem früher vorgeschlagenen MR-Element 101, wie zum Beispiel in 7 gezeigt, die Gesamtdicke t2 einer Domänensteuerstreifenschicht 102 und einer Leitungsschicht 103 typischerweise signifikant größer als die Dicke t1 eines Spin-Valve-Films 104. Eine nichtmagnetische Spaltschicht 105 mit gleichförmiger Dicke ist gebildet, um sich in dieser Situation über die Leitungsschichten 103 und den Spin-Valve-Film 104 zu erstrecken. Somit sind auf einer oberen Schirmschicht 106 zwischen einer ersten planaren Grenzfläche 107 gegenüber der Oberfläche des Spin-Valve-Films 104 und zweiten planaren Grenzflächen 108 gegenüber den jeweiligen Oberflächen der Leitungsschichten 103 größere Stufen 109 definiert, um sich in einer Richtung vertikal zu der Bodenfläche 25 zu erstrecken. Eine Restmagnetisierung Mr der oberen Schirmschicht 106, die aus einem Magnetfeld zur Magnetisierung der Domänensteuerstreifenschichten 102 resultiert, endet zwangsläufig an den Stufen 109. Folglich werden Magnetpole 110 an den jeweiligen Stufen 109 auf der oberen Schirmschicht 104 erzeugt. Die erzeugten Magnetpole 110 werden wahrscheinlich einen stärkeren Einfluss auf die Magnetpole an den vorderen Enden der jeweiligen Domänensteuerstreifenschichten 102 ausüben.
Die Profile für die Induktionsleitungen und die Größe des Magnetfeldes in dem früher vorgeschlagenen MR-Element 101 wurden auf dieselbe Weise wie oben beschrieben untersucht. Als bei dem früher vorgeschlagenen MR-Element 101 die Restmagnetisierung Mr in den oberen und unteren Schirmschichten 35, 36 erzeugt wurde, erschienen mit Sicherheit die Magnetpole 110, gegenüber den Magnetpolen an der entsprechenden Domänensteuerstreifenschicht 42, an den jeweiligen Stufen 109, wie in 8A gezeigt. Daher wurden Magnetfelder zwischen den Magnetpolen 110 und den entsprechenden Domänensteuerstreifenschichten 102 induziert. Der Magnetfluss von den Domänensteuerstreifenschichten 102 konnte den Spin-Valve-Film 104 nicht erreichen. Wie aus 8B ersichtlich ist, ermöglichte das früher vorgeschlagene MR-Element 101 lediglich die Erzeugung eines schwächeren Magnetfeldes am vorderen Ende der Domänensteuerstreifenschicht 102. Das früher vorgeschlagene MR-Element 101 bildet wahrscheinlich ein unzureichendes longitudinales Vorspannungsfeld BS zwischen den gegenüberliegenden Domänensteuerstreifenschichten 102.
Ein früher vorgeschlagenes Verfahren kann zum Einsatz kommen, um das obige MR-Element 31 herzustellen. Speziell werden die untere nichtmagnetische Spaltschicht 34, der Spin-Valve-Film 41, die Domänensteuerstreifenschichten 42 und die Leitungsschichten 43 auf der unteren Schirmschicht 36 sequentiell gebildet. Nach der Bildung der Leitungsschichten 43 werden die obere nichtmagnetische Spaltschicht 33 und die obere Schirmschicht 35 gebildet. Die Domänensteuerstreifenschichten 42 und die Leitungsschichten 43 haben jedoch zwangsläufig eine Dicke, die kleiner als jene der früher vorgeschlagenen ist, damit die Gesamtdicke t2 der Domänensteuerschicht 42 und der Leitungsschicht 43 auf dem Niveau liegt, das der Dicke t1 des Spin-Valve-Films 41 gleich ist. Ein Material mit höherer elektrischer Leitfähigkeit, wie etwa Au, kann verwendet werden, um zum Beispiel die dünneren Leitungsschichten 43 zu realisieren. Im Übrigen kann die Dicke der Basisschicht 44 des Spin-Valve-Films 41 größer als jene der früher vorgeschlagenen sein. Wenn auf diese Weise die dickere Basisschicht 44 verwendet wird, ist die Dicke der unteren nichtmagnetischen Spaltschicht 34 vorzugsweise kleiner als jene der früher vorgeschlagenen. Die untere nichtmagnetische Spaltschicht 34 mit der kleineren Dicke dient dazu, die Vergrößerung der Dicke der Basisschicht 44 zu absorbieren, um die Vergrößerung des Schirmspaltes oder des Lesespaltes in dem MR-Element 31 zu unterdrücken. Somit ist es möglich, eine Verschlechterung der linearen Aufzeichnungsdichte zu verhindern.
9 zeigt ein magnetoresistives (MR) Element 31a gemäß einer weiteren Konfiguration, die nicht in den Umfang der vorliegenden Erfindung fällt. Das MR-Element 31a dieses Typs ist so konstruiert, um einen erhöhten Abschnitt (eine Mulde) 57 zu enthalten, der auf der oberen Schirmschicht 35 an einer unteren Grenzfläche 35a gegenüber der unteren Schirmschicht 36 gebildet ist. Der erhöhte Abschnitt 57 kann ausgehend von der unteren Grenzfläche 35a hin zu dem magnetoresistiven Film oder Spin-Valve-Film 41 anschwellen. Eine erste planare Grenze oder Grenzfläche 59 ist auf der obersten oder untersten Fläche des erhöhten Abschnittes 57 definiert. Der erhöhte Abschnitt 57 liegt dem Spin-Valve-Film 41 an der ersten Grenzfläche 59 gegenüber. Die erste Grenzfläche 59 ist konstruiert, um sich über eine erste Bezugsebene 58 zu erstrecken, die zu der Bodenfläche 25 vertikal ist. Eine zweite planare Grenze oder Grenzfläche 61 ist auf der oberen Schirmschicht 35 am Fuße des erhöhten Abschnittes 57 definiert. Die obere Schirmschicht 35 liegt den Domänensteuerstreifenschichten 42 an den zweiten Grenzflächen 61 gegenüber. Die zweiten Grenzflächen 61 sind konstruiert, um sich über eine zweite Bezugsebene 60 zu erstrecken, die zu der Bodenfläche 25 ebenfalls vertikal ist. Der Abstand zwischen den ersten und zweiten Bezugsebenen 58, 60 ist der Höhe hs des erhöhten Abschnittes 57 äquivalent, nämlich der Stufe, die zwischen den ersten und zweiten Grenzflächen 59, 61 definiert ist. Im Besonderen ist die Intensität des Magnetpols in dem erhöhten Abschnitt 57 kleiner als die in den Domänensteuerstreifenschichten 42. Die Intensität des Magnetpols in dem erhöhten Abschnitt 57 kann durch das Produkt zwischen der Höhe hs des erhöhten Abschnittes 57 und der Magnetisierungsintensität der oberen Schirmschicht 35, nämlich der Größe der Restmagnetisierung Mr in der oberen Schirmschicht 35 ausgedrückt werden. Andererseits kann die Intensität des Magnetpols in den Domänensteuerstreifenschichten 42 durch das Produkt zwischen der Dicke th und der Magnetisierungsintensität der Domänensteuerstreifenschichten 42, nämlich der Größe der Restmagnetisierung Mg in den Domänensteuerstreifenschichten 42 ausgedrückt werden. Speziell sollte in dem MR-Element 31a die Ungleichung (hs × Mr) < (th × Mg) gelten. Strukturen oder Komponenten, die mit jenen der obigen Ausführungsform identisch oder äquivalent sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Profile für die Induktionsleitungen und die Größe des Magnetfeldes in dem MR-Element 31a wurden auf die oben angegebene Weise untersucht. Wie in 10A gezeigt, können die Magnetfelder, die zwischen den Magnetpolen auf dem erhöhten Abschnitt 57 oder den Stufen und den Domänensteuerstreifenschichten 42 induziert werden, im Vergleich zu dem früher vorgeschlagenen MR-Element 101 reduziert werden. Ein relativ stärkeres Magnetfeld kann an den vorderen Enden der jeweiligen Domänensteuerstreifenschichten 42 in dem MR-Element 31a im Vergleich zu dem früher vorgeschlagenen MR-Element 101 erhalten werden, wie in 10B gezeigt. Somit kann die Reduzierung des longitudinalen Vorspannungsfeldes BS in dem MR-Element 31a relativ unterdrückt werden.
11 zeigt das magnetoresistive (MR) Element 31b gemäß noch einem weiteren Beispiel, das nicht in den Umfang der vorliegenden Erfindung fällt. Die obere Schirmschicht 35 in diesem MR-Element 31b ist so konstruiert, um die Restmagnetisierung Mr in der umgekehrten Längsrichtung zu haben, die zu der normalen Längsrichtung der Magnetisierung Mg in den Domänensteuerstreifenschichten 42 entgegengesetzt ist. Ein Verfahren zum Herstellen des MR-Elementes 31b dieses Typs kann das Aussetzen des gesamten MR-Elementes 31b einem Magnetfeld 62 mit einer ersten Intensität zum Magnetisieren der Domänensteuerstreifenschichten 42 in einer normalen Richtung enthalten, wie zum Beispiel in 12 gezeigt. Danach wird das gesamte MR-Element 31b einem Magnetfeld 63 mit einer zweiten Intensität, die kleiner oder schwächer als die erste Intensität ist, zum Magnetisieren der oberen Schirmschicht 35 in der umgekehrten Richtung ausgesetzt, die zu der normalen Richtung entgegengesetzt ist, wie in 13 gezeigt. In diesem Fall kann die erste Intensität des Magnetfeldes 62 in Abhängigkeit von der Koerzitivkraft Hc der Domänensteuerstreifenschichten 42 eingestellt werden, die zum Beispiel etwa 80 kA/m beträgt. Die zweite Intensität des Magnetfeldes 63 kann in Abhängigkeit von der Koerzitivkraft Hc der oberen Schirmschicht 35 eingestellt werden, die zum Beispiel etwa 40 A/m beträgt. Die Intensität des Magnetfel des 63 darf nur die Intensität aufweisen, die ausreicht, um die obere Schirmschicht 35 zu magnetisieren, ohne die Magnetisierung Mg zu reduzieren, die in den Domänensteuerstreifenschichten 42 gebildet wird. Es sei erwähnt, dass die Strukturen oder Komponenten, die mit denen der obigen ersten und zweiten Ausführungsformen identisch oder äquivalent sind, mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
Die Profile für die Induktionsleitungen und die Größe des Magnetfeldes in diesem MR-Element 31b wurden auf die obige Weise untersucht. Wie in 14A gezeigt, kann der Magnetfluss, der aus den Magnetpolen auf dem erhöhten Abschnitt 57 oder den Stufen resultiert, die Magnetisierung Mg in den Domänensteuerstreifenschichten 42 verstärken. Ein beträchtlich größeres Magnetfeld kann an den vorderen Enden der Domänensteuerstreifenschichten 42 in dem MR-Element 31b erzeugt werden, wie aus 14B ersichtlich ist. Das longitudinale Vorspannungsfeld BS zwischen den Domänensteuerstreifenschichten 42 kann dennoch verstärkt werden.

Claims

Magnetoresistiver Transducer mit: einem magnetoresistiven Film (41), der sich über eine Grundschicht (34) erstreckt; einem Paar von Domänensteuerschichten (42), die sich über die Grundschicht (34) so erstrecken, dass der magnetoresistive Film (41) längs der Grundschicht (34) zwischen ihnen liegt; und einer oberen Schirmschicht (35), die sich über den magnetoresistiven Film (41) und die Domänensteuerschichten (42) erstreckt; gekennzeichnet durch ein Paar von Nuten (54), die auf einer Oberfläche der oberen Schirmschicht (35) gebildet sind, welche Oberfläche der Grundschicht (34) gegenüberliegt, wobei jede der Nuten (54) in die obere Schirmschicht (35) eingesenkt ist.
Magnetoresistiver Transducer nach Anspruch 1, bei dem jede Nut (54) eine erste Oberfläche (52) der Oberfläche der oberen Schirmschicht (35) von einer zweiten Oberfläche (53) der Oberfläche der oberen Schirmschicht (35) isoliert, welche erste Oberfläche (52) dem magnetoresistiven Film (41) gegenüberliegt und welche zweite Oberfläche (53) einer der Domänensteuerschichten (42) gegenüberliegt.
Magnetoresistiver Transducer nach Anspruch 2, bei dem die erste Oberfläche (52) und die zweite Oberfläche (53) sich längs einer imaginären Bezugsebene (51) erstrecken.
Magnetoresistiver Transducer nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Grundschicht (34) eine untere nichtmagnetische Spaltschicht ist, die sich über eine Oberfläche einer unteren Schirmschicht (36) ausbreitet.
Magnetoresistiver Transducer nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, ferner mit einem Paar von Leitungsschichten (43), die zwischen dem Paar der Domänensteuerschichten (42) und der oberen Schirmschicht (35) liegen, wobei jede des Paares der Leitungsschichten (43) eine des Paares der Domänensteuerschichten kontaktiert.
Magnetoresistiver Transducer nach Anspruch 5, ferner mit einer oberen nichtmagnetischen Spaltschicht (33), die zwischen dem magnetoresistiven Film (41) und der oberen Schirmschicht (35) und zwischen der oberen Schirmschicht (35) und dem Paar der Leitungsschichten (43) liegt.