JP2004171752A - 技術的に処理された被覆層を備えた改良スピン・バルブ・センサ - Google Patents

Abstract

【課題】自由層の物理的厚さを減ずることなく、かつそれによるＧＭＲ比と自由層の磁歪に対する悪影響のないＧＭＲセンサが必要である。
【解決手段】ＧＭＲセンサ５０は、第１および第２のシールド層４６，４８の間に複数の材料からなる多層を備えている。固定層５６は、一つの磁化方向を有する単一層として、あるいは、平行および反平行の磁化方向を有する複数の副層として形成する。スペーサ層６２は、Ｃｕのような導電性で反強磁性材の、適当な厚さの形成物として、固定層５６の上に形成する。自由層６４は、スペーサ層６２を強磁性体で被覆することによって形成する。技術的（engineered）で、かつ保護的、非導電性の被覆層６８を、ＧＭＲ比および自由層６４の負磁歪を保持しつつ自由層の磁気厚さを減らすため、自由層６４の表面上に形成する。
【選択図】図８

Description

本発明は、データ記録媒体から磁気的に記録された情報を読取るための磁気センサに関し、特に、ダイレクト・アクセス記憶装置（ＤＡＳＤ）システム用のスピン・バルブ再生センサに関するものである。

技術的背景として、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサとしても知られるスピン・バルブ・センサは、ディスク装置のような磁気媒体をベースとしたＤＡＳＤシステムの再生ヘッドに広く使用されている。スピン・バルブ・センサは、隣接記憶媒体の磁界変動に応じて変動電圧出力を発生する磁気−電気装置である。図１に示すように、従来のスピン・バルブ装置は、導電スペーサ層によって分離された第１の強磁性層と第２の強磁性層（以下、固定層、および自由層という）によって形成されている。ディスク装置において、これらの層は、この積層体の一端が、トラックに対して交差する方向において、隣接ディスク面に対向するように、かつ、積層体の層面がディスク面に対して直交するように、配向されている。

固定層の磁気モーメント（Ｍ_１）は、ディスク面に対して直交する角度θ_１をなしている（即ち、θ_１＝９０°）。これは、センサの「横」磁気モーメントと呼ばれることもある。磁気モーメントＭ_１は、ディスクの磁区の影響で回転しないように、実質的に固定されている。この固定は、一般に、隣接した反強磁性固定層を用いて交換結合することによって得ることができる。自由層の磁気モーメント（Ｍ_２）は、ディスク面に対して平行なゼロ・バイアス・ポイントの方位θ_２を有している（即ち、θ_２＝０°）。これは、センサの「縦」磁気モーメントと呼ばれることもある。磁気モーメントＭ_２は、ディスク面に記録された正負の磁区によって影響を受けたとき、ゼロ・バイアス・ポイント位置に対して正負方向に自由に回転する。ディジタル記録方式において、正負の磁区は、ディジタルの「１」と「０」に対応する。ゼロ・バイアス・ポイントとは、センサが静止状態にあって、かつ、外部磁界がないときの自由層の磁気モーメントＭ_２の位置である。

リードが、固定層、自由層、およびスペーサ層と電気的に接続するように配置されている。ＣＩＰ（面内電流）スピン・バルブにおいて、図１に示すように、リードは、電流が積層体の層面に対して平行なトラック交差方向にセンサ積層体を流れるように、配置されている。リードによってセンス電流が付与されると、再生信号が駆動処理回路に発生する。これは、自由層の磁気モーメントＭ_２が、記録された磁区の影響によって固定層の磁気モーメントＭ_１に対して回転したときに発生する抵抗変化の作用である。これらの抵抗変化は、自由層の磁気モーメントＭ_２が固定層の磁気モーメントＭ_１に対して回転するのに伴って、スペーサ層と、自由層および固定層との各界面において、スピン依存性の散乱電子が増減することに起因するものである。抵抗は、自由層の磁気モーメントと固定層の磁気モーメントが平行のとき（即ち、θ_２＝９０°）、最小になり、反平行のとき（即ち、θ_２＝−９０°）、最大になる。次の関係が適用できる。即ち、ΔＲ∝ｃｏｓ（θ_１−θ_２）∝ｓｉｎθ_２である。ΔＲの抵抗変化によって再生信号として処理される電位差が発生する。

スピン・バルブ・センサが最大感度を得るには高ＧＭＲ有効比（即ち、印加磁界の関数としてのセンサの抵抗に対する抵抗変化の高い比率）を示すことが重要である。同様に、自由層は、負磁歪（negative magnetostriction）を制御し高安定性を示すように、形成することが望ましい。

磁気記録の面積密度が大きくなるに伴い、記録媒体とセンサの自由層の両者の磁気厚さ(magnetic thickness)を小さくすることが必要となる。材料の磁気厚さは、残留磁気モーメント密度（Ｍｒ）とその材料の物理的厚さ（ｔ）の積として与えられ、一般的にＭｒ×ｔとして表わされる。スピン・バルブにおける自由層の磁気厚さを小さくする従来の方法は、自由層の物理的厚さを、例えば３０オングストロームから２５オングストローム以下に小さくすることである。しかしながら、自由層の物理的厚さを小さくすると、そのＧＭＲ比が小さくなるためセンサ感度が低下し易くなり、自由層の磁歪がより大きくなってしまう。

薄い自由層を備えたスピン・バルブ・センサの性能を改善する一つの方法は、「スピン・フィルタ」構造である。これは、高導電性でかつ非磁性の材料である、一般的には、銅（Ｃｕ）の薄層を、センサの自由層とそのキャップ層（好ましくは、酸化物）との間に挿入することである。しかしながら、この構造では、スピン・バルブのシート抵抗が残念ながら低下してしまう。

従って、高センサＧＭＲ比と、自由層の負磁歪制御とを維持しながら、面積当りのデータ密度の増大に対応するため、自由層の磁気厚さが小さいＧＭＲセンサの構成が必要となっている。特に必要なものは、自由層の物理的厚さを減ずることなく、かつそれによる、センサＧＭＲ比と自由層の磁歪に対する悪影響のない、磁気厚さが小さくかつ感度が良好な自由層を有するＧＭＲセンサである。

データ記憶媒体に磁気的に記録された情報を検知する新規のＧＭＲセンサおよびその製造方法によって前述の問題を解決することができ、かつその技術を進歩させることができる。このＧＭＲセンサは、導電性スペーサ層を間に挟んだ強磁性自由層および強磁性固定層を有している。技術的に処理された被覆層が自由層上に形成されて、自由層の物理的厚さを小さくすることなく磁気厚さが小さくなる。これによって、センサのＧＭＲ比が高くなり、自由層の磁歪がより少なくなる。

本発明の実施例において、被覆層は、自由層とシャープな非拡散界面を形成し、センス電流電子の弾性的散乱すなわちスピン依存的反射を促進して結果的にＧＭＲ効果を維持し、また、強磁性（およびスペーサ）層から短絡するセンス電流を最小に抑える。被覆層は、酸化アルミニウム、酸化タンタル、あるいは、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ハフウニウムなどの他の遷移金属、および、酸化マグネシウムからなる群から選択された材料のような、酸化金属を含むことが好ましい。被覆層は、その金属成分を設計的好適性に応じて酸化しながら、イオン・ビーム蒸着、あるいはマグネトロン・スパッタリングのような好適な物理的気相成長法によって形成することができる。自由層の磁気厚さは、約３５〜２６オングストローム以下の範囲がよい。望ましい磁気厚さは、センサのＧＭＲ比を約１３〜１５％の範囲内に維持し、かつ自由層の磁歪を約０〜―２×１０^−６に維持しながら、達成するのが好ましい。

本発明は、さらに、自由層上に形成された技術的に処理された被覆層を備えたＧＭＲセンサの製造方法、該ＧＭＲセンサを内蔵する磁気ヘッドおよびディスク装置を意図するものである。

本発明における前述のおよび他の特徴と利点については、添付図にて説明するような、本発明の実施例における下記のより詳しい説明により明らかになるであろう。

本発明によれば、自由層の物理的厚さを減ずることなく磁気厚さを減ずることができるので、感度が良好な自由層を有するＧＭＲセンサを提供することができる。

図（必ずしも、正確な縮尺にはなっていない）において、同一符号は同一部材を示す。図２および図３は、本発明による技術的に処理された（engineered）被覆層を有するＧＭＲスピン・バルブ・センサを備えたディスク装置２を一例として示すものである。なお、ディスク装置２は、非常に単純化された形態に図示されており、本発明の理解に必要な構造のみ詳細に図示している。これらの図示された部品については、下記において特段の説明がない限りは、すべて事実上従来のものである。

ディスク装置２は、従来どおり、アルミニウムあるいは他の好適な材料からなる鋳造ベース４を備えている。カバー５が鋳造ベース４に対し気密シール（不図示）を介して着脱自在に取り付けられている。鋳造ベース４は、駆動スピンドル８を有する従来のスピンドル駆動モータ６を支持している。駆動スピンドル８は、１組のディスク１０を高速回転可能に支持している。ディスク１０は、垂直方向に間隔をおいて積層された構成をなしている。各ディスク１０は、従来どおり、ディスクの少なくとも一面、好ましくは両面、即ち表面と裏面が磁気的に符号化可能に、適当なコーティングが施された状態の、アルミニウムあるいはガラスの基板から形成され、また、リード／ライト・トランスデューサに対して高速相互作用が行われるように空気力学的に構成されている（下記参照）。

データのディスク面へのアクセスは、固定ピボット軸１４の回りに回動自在に取付けられたアクチュエータ１２によって行われる。アクチュエータ１２は、１組の剛体アクチュエータ・アーム１６を備えており、それぞれ、１つ、あるいは２つのフレキシブル・サスペンション１８を支持している（図２参照）。各サスペンション１８は、対応するディスク面と相互に作用するように位置決めされたスライダ２０およびトランスデューサ２２を支持している。この対応するディスク面はトランスデューサの記録媒体に相当する。

スライダ２０は、ディスク１０が運転速度で回転しているとき、各スライダと対応するディスク面との間に空気軸受が発生するように、空気力学的に設計されている。この空気軸受は、トランスデューサ２２が記録媒体に対して非常に近接して位置するように、非常に薄くなっている（一般的に０．０５μｍ）。従来のボイス・コイル・モータ２４がアクチュエータ１２を回動するために設けられている。この動作によって、アクチュエータ・アーム１６およびスライダ支持サスペンション１８が、ディスク１０の各面を略半径方向に移動し、トランスデューサ２２は、ディスク装置２の駆動に従ってシーク動作、静止、および追跡動作の間、ある同心データ・トラックから他の同心データ・トラックへと位置決めされる。

下記においてより詳しく説明するように、各トランスデューサ２２は、磁気ライト・ヘッドと、本発明に従って構成されたＧＭＲスピン・バルブ・センサ・リード・ヘッドとを備えた一体型装置である。データは各トランスデューサ２２のリード・ヘッド部によってディスク１０から読取られる。このデータは、従来通り各アクチュエータ・アーム１６に配置された信号増幅処理回路（不図示）によって処理され再生信号となる。再生信号は、動作中のリード・ヘッドが、一枚のディスク１０におけるカスタマ・データ領域から読取り中か、あるいはサーボ領域から読取り中かによって、カスタマ・データあるいはトランスデューサ位置制御情報を搬送する。

再生信号は、駆動コントローラ２６に送られて従来の処理を施される。データは、各トランスデューサ２２のライトヘッド部によってディスク１０に記録される。このデータは、データの書込み動作中に、駆動コントローラ２６によって発生した書込みデータ信号によって得ることができる。この書込みデータ信号は、データを書込み中のすべてのライト・ヘッドに送られる。ついで、動作中のライト・ヘッドは、記録媒体に記憶されるディジタル情報を表わす正負の磁区を記録する。

図４〜図７に、トランスデューサ・ライト・ヘッド部２７およびトランスデューサ・リード・ヘッド部２８を備えたトランスジューサ２２の一例を示す。図４〜図６において、トランスデューサ２２は、符号２９にて示すように積層されており、空気軸受面（ＡＢＳ）を形成している。ＡＢＳでは、トランスデューサが隣接する回転ディスク面と磁気的に相互に作用しあう。ＡＢＳ２９は、駆動動作中、上述の空気軸受によってディスク面から離間している。図７は、ディスク面のポイントからＡＢＳ２９を見たトランスデューサ２２を示すものである。

ライト・ヘッド２７は、複数の導電コイル・ループ３４を収容する第２の絶縁層３２（一般に「Ｉ２」と示す）を支持する第１の絶縁層３０（一般に「Ｉ１」と示す）を従来通り備えている。第３の絶縁層３５（一般に「Ｉ３」と示す）は、コイル・ループ３４の上に形成でき、ライト・ヘッド２７を平坦化してコイル・ループによって生じるＩ２絶縁層３２におけるリップルを排除する。コイル・ループ３４は、ライト・ヘッド２７のヨーク部を形成する第１と第２の磁極３６、３８を磁気誘導的に駆動する。磁極３６、３８は、バック・ギャップ３９からＡＢＳ２９に位置する磁極端部３６ａ、３８ａまでそれぞれ延在している。絶縁ギャップ層４０（一般に「Ｇ３」と示す）が、磁極３６、３８に挟まれて磁極端部３６ａ、３８ａにおいて磁気ライト・ギャップをなす。なお、磁極３６は、一般に、「Ｐ１」磁極と称される。磁極３８は、磁電極端部３８ａがどのように形成されるかによって「Ｐ２」磁極または「Ｐ３」磁極と称される。

図５においては、「Ｐ２」と記載されている。データの書込み動作時、１対のリードＥ１、Ｅ２を通ってコイル・ループ３４に流れる電流によって、Ｐ１層３６とＰ２層３８に磁束を誘導する磁界が発生する。図６に示すように、この磁界は、ヨークから磁極端部３６ａ、３８ａへと伝播し、ＡＢＳ２９にてギャップ層４０の周りを囲むように並ぶ。これによって、磁区が一枚のディスクの隣接記録面に形成される。記録された各磁区の向きは、磁極端部３６ａ、３８ａの磁化方向による。また、この磁化方向は、コイル・ループ３４を通る電流の方向によって決まる。コイルの電流を逆にすると、磁極端部３６ａ、３８ａの磁化方向も逆になる。その結果、次の記録された磁区の向きも逆になる。この磁化逆転プロセスを利用してデータを記録媒体にてコード化する。

リード・ヘッド２８は、ＡＢＳ２９における導電ギャップ層４２、４４の間に配置されている。ここで、隣接ディスク面から発生する磁束の影響を受ける。導電ギャップ層４２、４４は、一般に、「Ｇ１」、「Ｇ２」と示される。また、第１の磁気シールド層４６（一般に、「Ｓ１」シールドと称される）と、第２の磁気シールド層４８（一般に、「Ｓ２」シールドと称される）との間に挟まれている。ある構成では、図５における構成も含むが、Ｓ２シールド層４８は、Ｐ１磁極３６でもある。Ｐ１シールド層４６は、従来通り、スライダ２０上に形成される。これは、わかり易くするため、図５と図６では、その一部だけが示されている。

図８において、図示のリード・ヘッド２８は、本発明の好適な実施例に従って構成されたＧＭＲスピン・バルブ・センサを備えている。図７と同様に、図８は、ＡＢＳ２９に平行な面に沿って示されている。図８の「Ｘ」軸は、隣接ディスク面上の同心トラックにおける半径トラック幅方向を示している。図８の「Ｙ」軸は、ディスク上の同心トラックにおける円周中心線方向を示している。「Ｚ」軸は、ディスク面に対して直交する方向を示している。

図８によれば、センサ５０は、一方の面におけるＳ１層４６およびＧ１層４２と、他方の面におけるＳ２層４８とＧ２層４４とに挟まれた複数の材料からなる多層を備えていることがわかる。１対の導線構造体５２、５４が、ＣＩＰの向きに従ってセンス電流「Ｉ」をセンサ５０に送るように配置されている。

センサ５０は、「ボトム・タイプ」のスピン・バルブ・センサとして具現化されている。従って、図８の面に対して直交するように固定された磁化方向を有する強磁性固定（Ｐ）層から始める。固定層５６は、例えば、非常に高い正磁歪と、非常に大きな圧縮ひずみで形成することによって、自己固定することができるが（現行の技術による）、図８は、固定層５８が任意の反強磁性（ＡＦＭ）固定層５８によって外部から固定される方法を示している。固定層５８は、Ｇ１ギャップ層４２の上面に形成された従来の１層または多層のシード層上に適当な厚さで形成される。固定層５８は、固定層５６における強磁性材を交換バイアス可能な、プラチナ−マンガン（Ｐｔ−Ｍｎ）、ニッケルーマンガン（Ｎｉ−Ｍｎ）、イリジューム−マンガン（Ｉｒ−Ｍｎ）、あるいは他の好適な反強磁性材から形成することができる。

固定層５６は、従来の方法によって、理想としては一つの磁化方向を有する単一層として、あるいは、理想としては平行および反平行の磁化方向を有する複数の副層として実施することができる。図８は、後者の構成の例を示している。ここで、固定層５６は、コバルト−鉄（Ｃｏ−Ｆｅ）の第１副層５６ａ、ルテニウム（Ｒｕ）の第２副層５６ｂ、コバルト−鉄（Ｃｏ−Ｆｅ）の第３副層５６ｃを成長させることによって形成される。これらの副層は固定層５８の上に適当な厚さで形成される。第１副層５６ａの磁気モーメントは、矢印の尾部６０ａで示され、図８の紙面に向かっている。第３副層５６ｃの磁気モーメントは、矢印の頭部６０ｂで示され、図８の紙面から離れる方向に向かっている。このように、磁気モーメント６０ａ、６０ｂは反平行であり、センサ５０のセンス面（ＡＢＳ）に対して略直交するように向いている。

前述のように、固定層５６は、固定層５８との界面交換結合によって固定される磁気モーメントを有している。固定層５６の磁化方向は、交換―バイアス固定層５８によって十分に固定され、隣接ディスク面に記録された磁区によって生じる磁界のような、比較的小さな外部磁界の存在下において、その回転が防止される。

スペーサ層６２は、Ｃｕのような導電性で反強磁性材の、適当な厚さの形成物として、固定層５６の上に形成される。

センサの自由層６４は、スペーサ層６２の上に形成される。自由層６４は、スペーサ層６２を、適当な厚さに成長させたＣＯ、ＣＯ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ、あるいは他の好適な強磁性体で被覆することによって形成することができる。他の構成として、自由層６４は、多層で形成することができる。例えば、Ｃｏ−Ｆｅの底部副層とＮｉ−Ｆｅの上部副層からなる二層構造である。あるいは、Ｃｏ−Ｆｅの底部副層、Ｎｉ−Ｆｅの中間副層、およびＣｏ−Ｆｅの上部副層からなる三層構造である。

図８の矢印６６は、センサ５０が、隣接ディスク面から磁界の侵入を受けない静止状態のときの、自由層６４の好適なゼロ・バイアス・ポイント磁化方向を示している。この磁化方向６６は、導線構造体５２、５４が強バイアス領域（不図示）を含んで自由層６２の側部と隣接結合を形成することによるような、適当な状態で安定化するのが好ましい。強バイアス領域は、従来通り、コバルト−クロム−プラチナ（ＣｏＣｒＰｔ）およびその合金のような、比較的高い磁気飽和保磁力(Hc)を有する強磁性材から形成する。

技術的（engineered）で、かつ保護的、非導電性の被覆層（overlayer）６８が、ＧＭＲ比および自由層の負磁歪を保持しつつ自由層の磁気厚さを減らすため、自由層６４の表面上に形成される。被覆層６８は、酸化アルミニウム、酸化タンタル、あるいは、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウムなどのような他の遷移金属、あるいは、酸化マグネシウムのような他の材料を含む酸化金属層であることが好ましい。被覆層６８の厚さは、約１０〜８０Åの範囲である。このように構成することにより、被覆層６８は熱的に安定する。また、自由層６４に対してシャープな非拡散界面を形成する。この界面は、センス電流電子の弾性的分散、すなわちスピン依存性の反射を促進し、結果的にＧＭＲ効果を保持でき、かつ、センサの強磁性（およびスペーサ）層から離れたセンス電流の短絡を最低限に抑えることができる。

被覆層６８は、イオン・ビーム蒸着あるいはマグネトロン・スパッタリングのような適当な物理的気相成長法を用いて形成することができる。図９は、被覆層６８の形成方法の一例を示すものである。この方法によると、処理ステップ８０では、従来の技術を用いて自由層６４を形成する。ステップ８２では、所望の物理的気相成長法を用いて自由層６４の上に被覆層６８を形成する。一例として、イオン・ビーム蒸着により、キセノン（Ｘｅ）原子で、被覆層６８の所望金属を含む対象金属に対し低圧（例えば、０．１ｍＴｏｒｒ）でボンバード（bombard）を行うことができる。この上述の操作は、対象金属を酸化させるため、適当な質量流量で導入された適当な酸化混合気を存在させて行う。この酸化混合気の一例としてはアルゴン８０％、酸素２０％が挙げられる。この酸化混合気の質量流量の一例としては、１２〜２２ｓｃｃｍ（標準の毎分立方センチメートル）が挙げられる。上述の酸化パラメータは、十分な酸化を維持して効果的な被覆層材料を製造しつつ、過剰な酸化による自由層６４へのダメージを最小とできることがわかった。

ステップ８２は、マグネトロン・スパッタリングを用いて行ってもよい。この場合、被覆層６８の所望の金属を有する対象金属には、磁界を存在させて、比較的低圧（例えば、１〜５ｍＴｏｒｒ未満）でアルゴン（Ａｒ）によりボンバードを行うこともできる。その操作は、金属層を酸化させるため、適当な質量流量で導入された適当な酸化混合気（例えば、アルゴン８０％、酸素２０％）を存在させて行う。

ステップ８４では、センサ・スタック構造体全体に対して従来のようにアニーリング（熱処理）を行い、ＡＦＭ層５８と固定層５６との間の交換結合に対して向きを与える。有利なことには、このアニーリング処理によって、過剰な酸素（故意でない酸化に起因する）を被覆層６８に与えることになり、自由層６４における還元作用が発生し、それによって自由層の材料が純化され易くなると考えられている。これによって、センス電流電子のスピン依存性反射に対する、金属自由層６４と絶縁被覆層６８間の界面の品質が改善される。

将来のスピン・バルブ・センサでは、自由層の磁気厚さは２５オングストローム以下であることが要求されるであろう。有利なことには、被覆層６８によって、自由層の物理的厚さを減らすことなく、自由層の磁気厚さをこれらの厚さまで制御しつつ減らすことができる。これによって、センサ５０は、高ＧＭＲ比を維持でき、かつ、自由層の制御された負磁歪を達成できる。これらの利点について図１０、図１１、図１２に示す。これらの図には、センサの２つのグループに対するテスト結果が示されている。第１グループのセンサは、本発明に従って製造したものであり、被覆層６８が上述によりイオン・ビーム蒸着を用いて形成した酸化タンタルで形成されている。各サンプルにおける自由層の磁気厚さは、自由層の物理的厚さを変えることなく、被覆層６８の酸化レベルを変えることによって変えた。第２グループのＧＭＲセンサは、タンタルで被覆した自由層を有している。各サンプルの自由層の磁気厚さは、サンプルにおける自由層の物理的厚さを変えることによって変えた。

図１０は、第１テストグループのセンサに対して、自由層の磁気厚さをオングストローム単位でプロットしたものである。このとき、各センサは、アルゴン８０％、酸素２０％の酸化混合気に基づいて被覆層を形成した時に使用したｓｃｃｍ流量によって異なっている。各センサの自由層に使用された材料は、ＣｏＦｅであり、３０オングストロームの厚さで形成した。被覆層の材料（酸化タンタル）は６０オングストロームの厚さに形成した。

図１０の曲線９０によって示されるように、酸化混合気（アルゴン８０％、酸素２０％）の流量が約１２〜２２ｓｃｃｍに変わるに伴い、自由層の磁気厚さは、略直線的に、自由層の物理的厚さを変えることなく、約３５〜２７オングストロームまで小さくなくなった。外挿法によって、２５オングストローム以下の磁気厚さは、２４ｓｃｃｍの流量でアルゴン８０％酸素２０％の混合気を使用することによって達成できることがわかる。

さらに、図１１に示すように、第１テスト・グループのＧＭＲ比は、自由層の磁気厚さが小さくなっても、小さくならなかった。それどころか、図１１の曲線１００によって示されるように、自由層の磁気厚さが約３５〜２６オングストロームに小さくなっても、センサのＧＭＲ比は、約１４．５〜１５オングストロームの範囲内において、比較的水平のままであった。外挿法によって、それほどＧＭＲ比すなわちセンサ感度を低下させずに、自由層における２５オングストローム以下の磁気厚さを達成できることがわかる。これは、自由層の磁気厚さが自由層の物理的厚さを小さくすることによって達成される第２のテスト・グループのセンサで観察されたＧＭＲ比の減少とは反対である。図１１の曲線１０２は、この従来の関係を示している。

図１２は、第１テスト・グループのセンサにおける負磁歪が、自由層の望ましい厚さの範囲を通じて、第２テスト・グループのセンサにおけるよりもより望ましく達成できることを示している。特に、図１２の曲線１１０は、自由層の磁気厚さが約３４〜２７オングストロームに小さくなるにつれて、第２テスト・グループのセンサにおける自由層の磁歪は、実際に、わずかなマイナスから約−２×１０^−６まで小さくなっている。外挿法によって、自由層の磁歪は、自由層の磁気厚さが２５オングストローム以下において、さらに小さくなることがわかる。これは、図１２の曲線１１２によって示されるように、従来通り自由層の物理的厚さが小さい第２テスト・グループのセンサにおいて観察された磁歪の好ましくない増加とは反対である。

以上、ＧＭＲスピン・バルブ・センサ、リード・ヘッドおよびディスク装置が、ＧＭＲスピン・バルブ・センサの製造方法とともに開示された。自由層の小さな磁気厚さ、高ＧＭＲ比、および負磁歪の組合わせによって、２５オングストローム以下と磁気的に薄いセンサの自由層によって得られる高励磁による大きな利益を有する高性能のスピン・バルブ・センサを製造することができ、このことは有益なことである。本発明による種々の実施例を説明したが、本発明によって多くの変形例や他の実施例を実現できることは明らかである。従って、本発明は、特許請求の範囲およびそれらの均等物以外によって、制限されることはない。

従来のＧＭＲスピン・バルブ・センサを示す斜視図である。 本発明により作製されたＧＭＲスピン・バルブを内蔵するディスク装置の内部を示す側面図である。 図２のディスク装置の平面図である。 図２のディスク装置に使用される再生／記録一体型トランスデューサの平面図である。 図４のトランスデューサの側面図である。 図４の線６−６に沿った断面図である。 図６の矢印７−７の方向から見た図３のトランスデューサのＡＢＳ図である。 本発明に従って製作されたＧＭＲスピン・バルブ・センサの実施例を示すＡＢＳ詳細図である。 本発明による、ＧＭＲスピン・バルブ・センサを製作するための製造方法の一例を示すフロー図である。 被覆層形成時に使用される酸化関数としてのフリー層の磁気厚さを示すグラフである。 自由層の磁気厚さの関数としてのＧＭＲ比を示すグラフである。 図１２は、自由層の磁気厚さの関数としての磁歪を示すグラフである。

符号の説明

２…ディスク装置、４…ベース、５…カバー、６…スピンドル駆動モータ、
８…駆動スピンドル、１０…ディスク、１２…アクチュエータ、
１４…固定ピボット軸、１６…アクチュエータ・アーム、１８…サスペンション、
２０…スライダ、２２…トランスデューサ、２４…ボイス・コイル・モータ、
２６…コントローラ、２７…ライト・ヘッド、２８…リード・ヘッド、２９…ＡＢＳ、３０…第１絶縁層、３２…第２絶縁層、３４…導電コイル・ループ、
３５…第３絶縁層、３６，３８…ヨーク部（磁極）、３６ａ，３８ａ…磁極端部、
３９…バック・ギャップ、４０、４２，４４…絶縁ギャップ層、
４６…第１磁気シールド、４８…第２磁気シールド、５０…ＧＭＲセンサ、
５２，５４…導線構造体、５６…固定層、５８…反強磁性固定層、６２…スペーサ層、６４…自由層、６８…被覆層、７０…キャップ層。

Claims (40)

1. ハウジングと、該ハウジングに回転可能に支持された磁気ディスクと、トランスデューサを支持するスライダを前記磁気ディスクの記録面上に位置決めするロータリー・アクチュエータと、前記トランスデューサの一部として形成され、前記記録面に磁気的に記録された情報を検知するＧＭＲセンサと、を有する磁気ディスク装置であって、前記ＧＭＲセンサは、
   実質的に自由な磁気モーメントを有する強磁性自由層と、
   前記自由層の磁気モーメントに対して略直交するように方向付けられた実質的に固定された磁気モーメントを有する強磁性固定層と、
   前記固定層と前記自由層との間に挟まれた非磁性で導電性のスペーサ層と、
   前記自由層の上に形成され、該自由層の物理的厚さを減ずることなく磁気厚さを減ずるように作用する非導電性の保護被覆層と、
   を有することを特徴とする磁気ディスク装置。
2. 前記被覆層は、金属酸化物を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク装置。
3. 前記被覆層は、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、および酸化マグネシウムからなる群から選択された材料を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク装置。
4. 前記被覆層は、物理的気相成長法によって形成された金属酸化物を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク装置。
5. 前記被覆層は、アルゴン−酸素酸化混合ガスの存在下において、イオン・ビーム蒸着またはマグネトロン・スパッタリングによって形成された金属酸化物を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク装置
6. 前記被覆層は、約１２〜２２ｓｃｃｍの流量で送られたアルゴンと２０％酸素の混合ガスによって酸化を行いながら、キセノン原子を用いて、イオンビーム蒸着によって形成された金属酸化物を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク装置。
7. 前記自由層の磁気厚さは、約２６〜３５オングストロームの範囲内であることを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク装置。
8. 前記ＧＭＲセンサは、ボトム・タイプのスピン・バルブ・センサであることを特徴とする請求項１の磁気ディスク装置。
9. 前記ＧＭＲセンサは、ＧＭＲ比が約１３〜１５パーセントの範囲内にあることを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク装置。
10. 前記自由層は、約−２×１０^−６〜０の範囲内の負磁歪を有することを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク装置。
11. 実質的に固定された磁気モーメントを有する強磁性固定層を形成するステップと、
    前記強磁性固定層の上部に導電性スペーサ層を形成するステップと、
    前記導電性スペーサ層の上部に強磁性自由層を形成するステップと、
    前記自由層の物理的厚さを減ずることなく磁気厚さを減ずるように作用する非導電性被覆層を前記自由層の上に形成するステップと、
    を含むことを特徴とするＧＭＲセンサの製造方法。
12. 前記被覆層は、金属酸化物を含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 前記被覆層は、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、および酸化マグネシウムからなる群から選択された材料を含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
14. 前記被覆層を形成するステップは、
    前記自由層を堆積するステップと、
    前記被覆層を堆積するステップと、
    前記ＧＭＲセンサを熱処理するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
15. 前記被覆層を堆積するステップは、酸化混合ガスの存在下における物理的気相成長法により金属酸化物を堆積するステップを含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
16. 前記被覆層を堆積するステップは、アルゴン−酸素酸化混合ガスの存在下におけるイオン・ビーム蒸着またはマグネトロン・スパッタリングにより金属酸化物を堆積するステップを含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
17. 前記被覆層を体制するステップは、約１２〜２２ｓｃｃｍの流量で送られたアルゴンと２０％酸素の混合ガスによって酸化を行いながら、キセノン原子を用いて、イオン・ビーム蒸着によって金属酸化物を堆積するステップを含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
18. 前記自由層の磁気厚さは、約２６〜３５オングストロームの範囲内にあることを特徴とする請求項１１記載の方法。
19. 前記ＧＭＲセンサのＧＭＲ比は、約１３〜１５パーセントの範囲内にあることを特徴とする請求項１１記載の方法。
20. 前記自由層は、約−２×１０^−６〜０の範囲内の負磁歪を有することを特徴とする請求項１１記載の方法。
21. ＧＭＲリード・センサにセンス電流を流すための１対の導体リードの間に配置された前記ＧＭＲリード・センサを有する磁気ヘッドであって、前記ＧＭＲリード・センサは、
    実質的に自由な磁気モーメントを有する強磁性自由層と、
    前記自由層の磁気モーメントに対して略直交するように方向付けられた実質的に固定された磁気モーメントを有する強磁性固定層と、
    前記固定層と前記自由層との間に挟まれた非磁性で導電性のスペーサ層と、
    前記自由層の上に形成され、該自由層の物理的厚さを減ずることなく磁気厚さを減ずるように作用する非導電性の保護被覆層と、
    を有すことを特徴とする磁気ヘッド。
22. 前記被覆層は、金属酸化物を含むことを特徴とする請求項２１記載の磁気ヘッド。
23. 前記被覆層は、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、および酸化マグネシウムからなる群から選択された材料を含むことを特徴とする請求項２１記載の磁気ヘッド。
24. 前記被覆層は、物理的気相成長法によって形成された金属酸化物を含むことを特徴とする請求項２１記載の磁気ヘッド。
25. 前記被覆層は、アルゴン−酸素酸化混合ガスの存在下における、イオン・ビーム蒸着またはマグネトロン・スパッタリングによって形成された金属酸化物を含むことを特徴とする請求項２１記載の磁気ヘッド。
26. 前記被覆層は、約１２〜２２ｓｃｃｍの流量で送られたアルゴンと２０％酸素の混合ガスによって酸化を行いながら、キセノン原子を用いて、イオン・ビーム蒸着によって形成された金属酸化物を含むことを特徴とする請求項２１記載の磁気ヘッド。
27. 前記自由層の磁気厚さは、約２６〜３５オングストロームの範囲内であることを特徴とする請求項２１記載の磁気ヘッド。
28. 前記ＧＭＲセンサは、ボトム・タイプのスピン・バルブ・センサであることを特徴とする請求項２１記載の磁気ヘッド。
29. 前記ＧＭＲセンサのＧＭＲ比は、約１３〜１５パーセントの範囲内にあることを特徴とする請求項２１記載の磁気ヘッド。
30. 前記自由層は、約−２×１０^−６〜０の範囲内の負磁歪を有することを特徴とする請求項２１記載の磁気ヘッド。
31. 実質的に自由な磁気モーメントを有する強磁性自由層と、
    前記自由層の磁気モーメントに対して略直交するように方向付けられた実質的に固定された磁気モーメントを有する強磁性固定層と、
    前記固定層と前記自由層との間に挟まれた非磁性で導電性のスペーサ層と、
    前記自由層の上に形成され、該自由層の物理的厚さを減ずることなく磁気厚さを減ずるように作用する非導電性の保護被覆層と、
    を有することを特徴とするＧＭＲセンサ。
32. 前記被覆層は、金属酸化物を含むことを特徴とする請求項３１記載のＧＭＲセンサ。
33. 前記被覆層は、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、および酸化マグネシウムからなる群から選択された材料を含むことを特徴とする請求項３１記載のＧＭＲセンサ。
34. 前記被覆層は、物理的気相成長法によって形成された金属酸化物を含むことを特徴とする請求項３１記載のＧＭＲセンサ。
35. 前記被覆層は、アルゴン−酸素酸化混合ガスの存在下において、イオン・ビーム蒸着またはマグネトロン・スパッタリングによって形成された金属酸化物を含むことを特徴とする請求項３１記載のＧＭＲセンサ。
36. 前記被覆層は、約１２〜２２ｓｃｃｍの流量で送られたアルゴンと２０％酸素の混合ガスによって酸化を行いながら、キセノン原子を用いて、イオン・ビーム蒸着によって形成された金属酸化物を含むことを特徴とする請求項３１記載のＧＭＲセンサ。
37. 前記自由層の磁気厚さは、約２６〜３５オングストロームの範囲内であることを特徴とする請求項３１記載のＧＭＲセンサ。
38. 前記ＧＭＲセンサは、ボトム・タイプのスピン・バルブ・センサであることを特徴とする請求項３１記載のＧＭＲセンサ。
39. 前記ＧＭＲセンサのＧＭＲ比は、約１３〜１５パーセントの範囲内にあることを特徴とする請求項３１記載のＧＭＲセンサ。
40. 前記自由層は、約−２×１０^−６〜０の範囲内の負磁歪を有することを特徴とする請求項３１記載のＧＭＲセンサ。
    

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