JP2004227749A - 差動ｃｐｐ型ｇｍｒヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】低いリード線抵抗を実現する非磁性高導電率リード線を有する差動膜面垂直通電（ＣＰＰ）型ＧＭＲセンサを提供する。
【解決手段】低抵抗を実現するための非磁性高導電率リード線４１８，４２０を有する差動膜面垂直通電（ＣＰＰ）型巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサ４００が提供される。差動ＣＰＰ型ＧＭＲセンサ４００は第１のスピン・バルブ・センサ（ＳＶセンサ）４１０、第２のＳＶセンサ４１２並びに第１及び第２のＳＶセンサの間に配置された金属ギャップ層４１４から構成される。本発明のＣＰＰ型ＧＭＲセンサ４００は差動動作するので漂遊磁界からセンサを遮蔽するシールド層が必要なくなる。シールド層はセンサのリード線抵抗を減ずるため高導電率を持った厚い非磁性リード線層４１８，４２０に置き換えられる。
【選択図】図４

Description

本発明は、一般に磁気媒体から情報信号を読出すための磁気トランスデューサに関し、具体的には改良した非磁性高導電率リード線を持つ差動、膜面垂直通電型、巨大磁気抵抗センサに関する。

コンピュータはしばしば、後の利用のために、データの書込み、読出しができる媒体を有する補助記憶ストレージ装置を含んでいる。ディスク面上に磁気的な方法でデータを記憶するために、回転磁気ディスクを組込んだダイレクト・アクセス・ストレージ装置（ディスク・ドライブ）が広く用いられる。データは、ディスク面上の半径方向に間隔を置いて配置された同心状のトラックに記録される。次いで、読出しセンサを含む磁気ヘッドが、ディスク面のトラックからデータを読出すために用いられる。

大容量ディスク・ドライブに於いては、一般にＭＲセンサと呼ばれる磁気抵抗型（ＭＲ）読出しセンサが、インダクティブ薄膜ヘッドに比べてより大きなトラック密度と線密度でディスクの表面からデータを読出す能力があるため、読出しセンサとして広く行き渡っている。ＭＲセンサは、ＭＲ層によって検知される磁束の強度と方向の関数として、そのＭＲ検知層（「ＭＲ素子」とも呼ばれる）の抵抗の変化により磁界を検出する。

従来のＭＲセンサは、ＭＲ素子の抵抗がＭＲ素子の磁化とＭＲ素子を流れるセンス電流の方向との間の角度の余弦の二乗に比例して変化する、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果に基づいて動作する。記録されたデータは、記録された磁気媒体からの外部磁界（信号磁界）がＭＲ素子の磁化の方向を変化させこれによりＭＲ素子の抵抗を変化させこれに対応して検知される電流又は電圧の変化を生じさせるので、磁気媒体から読出すことができる。

もう一つのＭＲセンサのタイプとしてＧＭＲ効果を顕在化させる巨大磁気抵抗型（ＧＭＲ）センサがある。ＧＭＲセンサでは、ＭＲ検知層の抵抗は、非磁性層（スペーサ）によって隔てられた磁性層間での伝導電子のスピンに依存した通過性と、これに付随して磁性層と非磁性層の境界面や磁性層内で生ずるスピンに依存した散乱性の関数として変化する。

非磁性材料（例えば銅）の層によって隔てられた二つの強磁性材料層（例えばＮｉ−Ｆｅ）のみを用いるＧＭＲセンサは一般にスピン・バルブ（ＳＶ）センサと呼ばれ、これはＳＶ効果を顕在化させたものである。

図１は、中央領域１０２によって隔てられた端部領域１０４及び１０６を含むＳＶセンサ１００を示す。ピン層１２０と呼ばれる第１の強磁性層は、一般的に反強磁性（ＡＦＭ）層１２５との交換結合により固定（ピン）された磁化を有している。フリー層１１０と呼ばれる第２の強磁性層の磁化は固定されておらず、記録された磁気媒体からの磁界（信号磁界）に応答して自由に回転することができる。フリー層１１０は、非磁性の導電性スペーサ層１１５によってピン層１２０から分離されている。端部領域１０４及び１０６それぞれに形成されるハード・バイアス層１３０及び１３５は、フリー層１１０の長手方向のバイアスを与える。ハード・バイアス層１３０及び１３５それぞれの上に形成されるリード線１４０及び１４５は、ＳＶセンサ１００の抵抗を検知する電気接続を与える。ＳＶセンサ１００に於いて、リード線１４０及び１４５の間のセンス電流はＳＶセンサ層の面内を流れるので、このセンサは膜面平行通電（ＣＩＰ）型ＳＶセンサとして公知である。Dieny他に付与されたＩＢＭの米国特許第５，２０６，５９０号（特許文献１）は、ＳＶ効果に基づいて動作するＧＭＲセンサを開示している。

もう一つのタイプのスピン・バルブ・センサは反平行（ＡＰ）固定スピン・バルブセンサである。ＡＰ固定スピン・バルブ・センサは、ＡＰ固定構造が単一のピン層の代りに複数の薄膜層を有している点で、単純なスピン・バルブ・センサとは異なっている。ＡＰ固定構造は第１及び第２の強磁性ピン層の間に挟み込まれた反平行結合（ＡＰＣ）層を有している。第１のピン層は反強磁性ピンニング層と交換結合することによって第１の方向に磁化が配向される。第２のピン層はフリー層のすぐ隣にあり、第１及び第２のピン層の間のＡＰＣ層の選択された厚さ（およそ８オングストロームである）のために第１のピン層と反平行結合している。従って第２のピン層の磁化は第１のピン層の磁化の方向と反平行である第２の方向に配向される。

ＡＰ固定構造は、ＡＰ固定構造の第１及び第２のピン層の磁化が単一のピン層の磁化よりも小さな正味の磁化を与えるように減算的に結合するので、単一のピン層よりも望ましい。正味の磁化の方向は第１及び第２のピン層のうちの厚い方で決まる。正味の磁化の減少はＡＰ固定構造からの減磁界が減少したことに等しくなる。反強磁性交換結合は正味のピンニング磁化に逆比例するので、これは第１のピン層と反強磁性ピンニング層間の交換結合を増大させる。ＡＰ固定スピン・バルブ・センサはHeim及び Parkinに付与され本発明の譲受人に譲渡された米国特許第５，４６５，１８５号（特許文献２）に説明されている。

米国特許第５，２０６，５９０号明細書

米国特許第５，４６５，１８５号明細書

ＭＲ係数を増加させＧＭＲセンサの厚さを減ずる必要性が継続して存在する。スピン・バルブ効果の増大及びセンサ形状の減少は読出しヘッドによってより高いビット密度（回転磁気ディスクの平方インチあたりのビット数）が読出されることに等しい。

低いリード線抵抗を実現する非磁性高導電率リード線を有する差動膜面垂直通電（ＣＰＰ）型ＧＭＲセンサを開示するのが、本発明の一つの目的である。

リード線の寄生抵抗を減ずることにより改良したΔＲ／Ｒを有する差動ＣＰＰ型ＧＭＲセンサを開示するのが、本発明のもう一つの目的である。

本発明の原理に従って、第１のスピン・バルブ（ＳＶ）・センサ、第２のＳＶセンサ及び第１と第２のＳＶセンサの間に配置された金属ギャップ層から構成される差動ＣＰＰ型ＧＭＲセンサが開示される。差動ＣＰＰ型ＳＶセンサは、非磁性高導電率金属から成る厚い第１及び第２のリード線層間に挟み込まれる。第１の実施例に於いては、第１のＳＶセンサは、第１のフリー層に隣接して反平行（ＡＰ）結合した第１のピン層を含み、第２のＳＶセンサは、第２のフリー層に隣接してＡＰ結合した第２のピン層を含む。金属ギャップ層は第１及び第２のフリー層間に挟み込まれる。本発明のＣＰＰ型ＧＭＲセンサは差動動作するので、漂遊磁界からセンサを遮蔽するシールド層を設ける必要がない。シールド層は、センサのリード線の抵抗を減ずるために高い導電率を持つ厚い非磁性リード線層に置き換えられる。リード線を形成するのに適した材料は、導電率特性及び腐食や異物付着に対する強さの理由から、タングステン（Ｗ）、金（Ａu）、ロジウム（Ｒh）、銅（Ｃu）及びタンタル（Ｔa）が含まれる。

磁気媒体上に記録される磁気データの１／２ビット長が差動ＣＰＰ型ＧＭＲセンサの第１及び第２のフリー層間の間隔に等しくなるように設計される。フリー層間の間隔に等しい１／２ビット長によって、第１及び第２のスピン・バルブ・センサによって生成される信号は、第１及び第２のピン層の１８０度の位相差により、加算される。このＣＰＰ型センサの差動動作のために、漂遊磁界は何ら信号を生成しない。従って、本発明の差動ＣＰＰ型センサのいずれの側にも強磁性シールドを設ける必要がない。本発明の上述及び追加の目的、特徴、及び利点は次の詳細な説明で明らかになるであろう。

本発明によれば、低いリード線抵抗を実現する非磁性高導電率リード線を有する差動ＣＰＰ型ＧＭＲセンサを提供することができる。

本発明の特質や利点や好適な利用の態様についてより十分に理解するために、付随する図面と共に読解される以下の詳細な説明を参照すべきである。次の図面に於いて、同じ参照番号は図面を通して同じ又は同様の部品を表す。以下の説明は本発明を実現するために現在考えつく最良の実施例である。この説明は本発明の一般的な原理を説明する目的でなされるものであり、この明細書で請求する発明概念を限定すべく意図されるものでない。

図２を参照すると、本発明を具体化するディスク・ドライブ２００が示される。図２に示すように少なくとも一枚の回転可能な磁気ディスク２１２がスピンドル２１４上に支持されており、ディスク駆動モータ２１８によって回転される。各ディスク上の磁気記録媒体はディスク２１２上の同心状データ・トラック（図示せず）の環状パターンの形式となっている。

少なくとも一個のスライダ２１３がディスク２１２上に位置決めされ、各スライダ２１３は一個以上の読出し／書込み磁気ヘッド２２１を支持しており、ヘッド２２１は本発明のＳＶセンサを組込んでいる。ディスクが回転すると、スライダ２１３はディスク面２２２上を半径方向の内外に移動され、その結果ヘッド２２１は所望のデータが記録されたディスクの異なった部分にアクセスできる。各スライダ２１３はサスペンション２１５を用いてアクチュエータ・アーム２１９に取付けられる。サスペンション２１５はスライダ２１３をディスク面２２２方向に向わせる僅かなばね力を与える。各アクチュエータ・アーム２１９はアクチュエータ２２７に取付けられる。図２に示すアクチュエータはボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）であって良い。ＶＣＭは一定の磁界内を移動可能なコイルを含んでおり、コイルの移動の方向と速度は制御ユニット２２９によって与えられるモータ電流信号により制御される。

ディスク・ストレージ・システムの動作中、ディスク２１２の回転はスライダ２１３（ヘッド２２１を含みディスク２１２の表面と対向するスライダ２１３の表面はエアー・ベアリング面（ＡＢＳ）と呼ばれる）とディスク面２２２との間にエアー・ベアリングを生成し、これはスライダに対して上向きの力即ち浮き上がる力を働かせる。こうしてエアー・ベアリングはサスペンション２１５の僅かなばね力と平衡し、正常動作中はディスク面上を僅かな距離だけ離れた微小なおおむね一定のスペーシングでスライダ２１３を支持する。

ディスク・ストレージ・システムの種々の構成要素は動作中制御ユニット２２９により生成される、例えばアクセス制御信号や内部クロック信号等の、制御信号によって制御される。一般的に、制御ユニット２２９は論理制御回路、記憶用チップ及びマイクロプロセッサを含む。制御ユニット２２９はライン２２３の駆動モータ制御信号やライン２２８のヘッド位置決め及びシーク制御信号のような種々のシステム動作を制御する制御信号を生成する。ライン２２８の制御信号はスライダ２１３をディスク２１２上の所望のデータ・トラックに最適に移動して位置決めるための望ましい電流プロファイルを与える。読出し及び書込み信号は、データ記録チャネル２２５によって読出し／書込みヘッド２２１との間で伝達される。データ記録チャネル２２５はパーシャル・レスポンス最尤復号（ＰＲＭＬ）チャネルであっても良いし、又はピーク検出チャネルであっても良い。両チャネルの設計や実装は技術常識で当業者に良く知られている。好適な実施例ではデータ記録チャネル２２５はＰＲＭＬチャネルである。

上述の一般的な磁気ディスク・ストレージ・システムの説明及び付随する図２の説明は説明の目的だけのためのものである。ディスク・ストレージ・システムは多数のディスク及びアクチュエータ・アームを含んでいて、それぞれのアクチュエータ・アームは多数のスライダを支持するものであっても良いことは明らかである。

図３は書込みヘッド部３０２と読出しヘッド部３０４を含む「ピギーバック」型読出し／書込み磁気ヘッド３００の側面横断立面図であり、読出しヘッド部は本発明に従う差動ＣＰＰ型ＧＭＲセンサ３０６を使用している。センサ３０６は非磁性で導電性の第１及び第２のリード線層３１２及び３１４の間に挟み込まれている。第１及び第２の非磁性絶縁層３０８及び３１０は第１及び第２のリード線層をＡＢＳに設けられたセンサから離れた領域で分離している。外部磁界に応答してセンサ３０６の抵抗が変化する。センサ中を流れるセンス電流Ｉsはこれら抵抗変化を電位の変化として明らかにする。次にこれらの電位の変化は図２に示すデータ記録チャネル２２５の処理回路によって再生信号として処理される。

読出し／書込み磁気ヘッド３００の書込みヘッド部３０２は第１及び第２の絶縁層３１８及び３２０の間に挟み込まれたコイル層３１６を含む。コイル層３１６によってもたらされる第２の絶縁層３２０の波状の凹凸を取り除いてヘッドを平坦化するために第３の絶縁層３２２が用いられても良い。第１、第２及び第３の絶縁層はこの技術分野では絶縁スタックと呼ばれる。コイル層３１６並びに第１、第２及び第３の絶縁層３１８、３２０及び３２２は第１及び第２の磁極層３２４及び３２６の間に挟み込まれる。第１及び第２の磁極層３２４及び３２６は後部ギャップ３２８で磁気的に結合しており、ＡＢＳ３４０では書込みギャップ層３３４によって隔てられた第１及び第２の磁極先端部３３０及び３３２を有している。絶縁層３３６が第２のシールド層３１４と第１の磁極層３２４の間に設けられる。第２のシールド層３１４と第１の磁極層３２４は別々の層となっているので、この読出し／書込みヘッドは「ピギーバック」型ヘッドとして知られている。
〈第１の実施例〉
図４は、本発明の第１の実施例に従う差動ＣＰＰ型ＧＭＲセンサ４００のエアー・ベアリング面から見た図を示す。但し寸法関係は無視している。センサ４００は、中央領域４０６でお互いが隔てられた端部領域４０２及び４０４から構成される。ＣＰＰ型センサの有効領域は、中央領域４０６に形成された第１のＳＶセンサ４１０と第２のＳＶセンサ４１２から構成される。第１及び第２のＳＶセンサは金属ギャップ層４１４によって隔てられている。第１のＳＶセンサ４１０は、中央領域４０６の第１のリード線層（Ｌ１）４１８上に配置されるシード層４１６上に形成される。シード層４１６は、その後の層の結晶組織や粒径を調整するために膜形成される非磁性金属層である。

第１のリード線層４１８は、タングステン(Ｗ)、又はその代わりとして金(Ａｕ)、ロジウム(Ｒｈ)、銅(Ｃｕ)又はタンタル(Ｔａ)のような非磁性高導電率金属の層であり、基板４０８上に形成され、中央領域４０６と端部領域４０２及び４０４上に広がっている。或いは、第１のリード線層４１８は、二層以上の多層から成り、各層が上記の導電性金属のうちの任意のもので形成されていても良い。例えば、第１のリード線層は、Ｔa層とＡu層から形成される二層、又はＴa層とＲh層から形成される二層で構成されても良い。基板４０８は、ガラス、半導体材料、又はアルミナ（Ａl_２Ｏ_３）のようなセラミック物質を含む任意の適当な物質であって良い。

第１のＳＶセンサ４１０はシード層４１６上の第１のピン層４２２及び、第１のピン層上に膜形成された第１の強磁性フリー層４２４から構成される。第１のピン層４２２はシード層４１６に隣接する第１の強磁性（ＦＭ１）層４２６、第２の強磁性（ＦＭ２）層４２８並びに第１の強磁性層及び第２の強磁性層４２６及び４２８の間に挟み込まれる反平行結合（ＡＰＣ）層４２７、から構成されるＡＰ結合した層である。ＡＰＣ層４２７は第１の強磁性層及び第２の強磁性層４２６及び４２８が共に強い反強磁性結合ができるように、非磁性材料、好ましくはルテニウム（Ｒu）から成る。

第２のＳＶセンサ４１２は金属ギャップ層４１４上に膜形成された第２の強磁性フリー層４３０及び、第２のフリー層上に膜形成された第２のピン層４２３を含む。第２のピン層４２３は第２のフリー層４３０に隣接する第３の強磁性（ＦＭ３）層４３２、第４の強磁性（ＦＭ４）層４３４並びに第３の強磁性層及び第４の強磁性層４３２及び４３４の間に挟み込まれる反平行結合（ＡＰＣ）層４３３、から構成されるＡＰ結合した層である。ＡＰＣ層４３３は第３の強磁性層及び第４の強磁性層４３２及び４３４が共に強い反強磁性結合ができるように、非磁性材料、好ましくはルテニウム（Ｒu）から成る。キャップ層４３６が第２のピン層４２３上に膜形成される。

アルミニウム酸化物のような電気絶縁材料から成る絶縁層４４０及び４４２が、第１のリード線層４１８上の端部領域４０２、４０４それぞれに形成され、中央領域４０６のＣＰＰ型センサ層と突合せ接触している。タングステン（Ｗ）、又はその代わりとして金（Ａu）、ロジウム（Ｒh）、銅（Ｃu）又はタンタル（Ｔa）のような非磁性高導電率金属から成る第２のリード線層（Ｌ２）４２０が中央領域４０６のキャップ層４３６上及び端部領域４０２及び４０４の絶縁層４４０及び４４２上に膜形成される。或いは、第２のリード線層４２０は各層が上記した導電性金属の任意のものから形成される二層以上の多層で構成しても良い。例えば、第２のリード線層はＴa層とＡu層から形成される二層、又はＴa層とＲh層から形成される二層で構成されても良い。

もし第１及び第２のフリー層４２４と４３０の磁区状態の長手方向の安定化が望まれるのであれば、この技術分野で公知のハード・バイアス層が端部領域４０２及び４０４に与えられれば良い。ＩＢＭのFontana他に付与された米国特許第５，７２０，４１０号はそのような長手方向バイアス法を述べている。

第１及び第２のリード線層４１８及び４２０は、電流源４５０からＣＰＰ型センサ４００にセンス電流Ｉsを流すための電気接続を与える。第１及び第２のリード線層４１８及び４２０に電気接続された信号検出器４６０は第１及び第２のフリー層４２４及び４３０それぞれに外部磁界（例えばディスク上に記憶されたデータ・ビットによって生成される磁界）により誘起された変化による抵抗の変化を検知する。外部磁界は、好ましくはＡＢＳに垂直方向に固定されている第１及び第２のピン層４２２及び４２３それぞれの磁化の方向に対して第１及び第２のフリー層の磁化の方向を回転させるように作用する。信号検出器４６０は好ましくはＣＰＰ型センサ４００によって検出される信号を処理するパーシャル・レスポンス最尤復号（ＰＲＭＬ）記録チャネルを構成する。その代わりとして、ピーク検出チャネル又は最尤復号チャネル（例えば１，７ＭＬ方式）が用いられても良い。前述のチャネルの設計と実装は当業者に知られている。信号検出器４６０は更に、当業者に知られるように検知した抵抗変化を処理するための（センサとチャネルの間に電気的に設けられた）プリアンプのような、他の支援回路を含む。

センサ４００は図４に示す多層構造を連続的に膜形成するためにマグネトロン・スパッタリング装置又はイオンビーム・スパッタリング装置で製造されても良い。タングステン（Ｗ）、又はその代わりとして金（Ａｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、銅（Ｃｕ）、タンタル（Ｔａ）又はこれらの材料の組合わせから成り厚さ５００〜２０００オングストロームの範囲の第１のリード線層４１８が基板４０８上に膜形成される。第１のリード線層を膜形成した後ＣＰＰ型ＳＶセンサの層構造の膜形成用に平滑な表面を得るためにメカノケミカル・ポリシュ（ＣＭＰ）が行われる。最良のＣＭＰ結果を得るには、第１のリード線層の形成にタングステンを用いるのが望ましい。

シード層４１６、第１のＳＶセンサ４１０、金属ギャップ層４１４及び第２のＳＶセンサ４１２が、すべての強磁性層の容易軸を配向させるために約４０Ｏeの長手方向又は横方向の磁界中で、第１のリード線層４１８上に連続的に膜形成される。非磁性金属、好ましくはタンタル（Ｔa）から成り厚さ約３０オングストロームのシード層４１６が第１のリード線層４１８上に膜形成される。Ｎｉ−Ｆｅから成り厚さ２０〜５０オングストロームの範囲の第１の強磁性層４２６がシード層４１６上に膜形成される。好ましくはルテニウム（Ｒu）から成り厚さ約６オングストロームのＡＰＣ層４２７が第１の強磁性層４２６上に膜形成される。Ｎｉ−Ｆｅから成り厚さ２０〜５０オングストロームの範囲の第２の強磁性層４２８がＡＰＣ層４２７上に膜形成される。

第１の強磁性層４２６の厚さは、第１の強磁性層４２６の磁化４４３（紙面から出ていく矢の先で向きが示される）が第２の強磁性層４２８の磁化４４４（紙面に入り込む矢の尾で向きが示される）よりも大きくなるように、第２の強磁性層４２８の厚さよりも厚く選ばれる。その結果ＡＰ結合した第１のピン層４２２の正味の磁化の方向は第１の強磁性層４２６の磁化４４３と同じ方向を持つ。Ｎｉ−Ｆｅから成り厚さ２０〜４０オングストロームの第１のフリー層４２４が第２の強磁性層４２８上に膜形成される。或いは、フリー層４２４は第２の強磁性層４２８上に膜形成されたコバルト（Ｃo）から成り厚さ約５オングストロームの強磁性インタフェース層及びインタフェース層上に膜形成されたＮｉ−Ｆｅから成り厚さ２０〜３０オングストロームの強磁性層を含む積層された多層により形成されても良い。

非磁性金属から成る金属ギャップ層４１４が第１フリー層４２４上に膜形成される。金属ギャップ層は差動ＣＰＰ型センサ４００の第１及び第２のＳＶセンサ４１０及び４１２のフリー層を分離して読出しギャップとなる。差動センサでは、磁気記録された１／２ビット長が第１及び第２のフリー層４２４及び４３０の間の隔たりに等しくなるように設計される。第１及び第２のフリー層４２４及び４３０それぞれの磁化の方向４２５及び４３１は図４に示すように右向きか、或いは左向きかいずれかの、同じ方向に向かうように設定される。将来の高密度化技術への応用では金属ギャップ層は５００オングストローム以下の厚さを有することになるであろう。

Ｎｉ−Ｆｅから成り厚さ約２０〜４０オングストロームの第２のフリー層４３０が金属ギャップ層４１４上に膜形成される。或いは、フリー層４３０は金属ギャップ層４１４上に膜形成されたＮｉ−Ｆｅから成り厚さ２０〜３０オングストロームの強磁性層及びＮｉ−Ｆｅ強磁性層上に膜形成されたコバルト（Ｃo）から成り厚さ約５オングストロームの強磁性インタフェース層から構成される積層された多層により形成されても良い。Ｎｉ−Ｆｅから成り厚さ２０〜５０オングストロームの範囲の第３の強磁性４３２が、第２のフリー層４３０上に膜形成される。好ましくは、ルテニウム（Ｒu）から成り厚さ約６オングストロームのＡＰＣ層４３３が、第３の強磁性４３２上に膜形成される。Ｎｉ−Ｆｅから成り厚さ２０〜５０オングストロームの範囲の第４の強磁性層４３４が、ＡＰＣ層４３３上に膜形成される。

第３の強磁性層４３２の厚さは、第３の強磁性４３２の磁化４４５（紙面から出ていく矢の先で向きが示される）が第４の強磁性層４３４の磁化４４６（紙面に入り込む矢の尾で向きが示される）よりも大きくなるように、第４の強磁性層４３４の厚さよりも厚く選ばれる。その結果、ＡＰ結合した第２のピン層４２３の正味の磁化の方向は第３の強磁性層４３２の磁化４４５と同じ方向を持つ。第４の強磁性層４３４上に形成され、タングステンから成り厚さ約３０オングストロームのキャップ層４３６によってＣＰＰ型センサ４００の中央領域４０６が完成する。タングステン（Ｗ）、又はその代わりとして金（Ａｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、銅（Ｃｕ）、タンタル（Ｔａ）又はこれらの材料の組合わせから成り厚さ５００〜２０００オングストロームの範囲の第２のリード線層４２０が、中央領域４０６のキャップ層４３６上及び端部領域４０２及び４０４の絶縁層４４０及び４４２上に膜形成される。

本発明の第１の実施例による差動ＣＰＰ型ＧＭＲセンサ４００の利点はセンサが差動動作するので、漂遊磁界がスプリアス信号を生ずるのを阻止するための強磁性シールドが必要とされないことにある。シールド層の必要性がないことは低いリード線抵抗を実現するために、厚い高導電率リード線Ｌ１及びＬ２を使用することを可能にする。低いリード線抵抗は寄生抵抗（ΔＲに貢献しない抵抗）が小さくなるのでセンサのΔＲ／Ｒをより大きくできる。

本発明の第１の実施例による差動ＣＰＰ型センサ４００のもう一つの利点は、第１及び第２のＳＶセンサ４１０及び４１２それぞれの第１及び第２のピン層４２２及び４２３が、１／２ビット長が金属ギャップ層４１４（読出しギャップ）の厚さに等しく設定されている場合に垂直方向又は長手方向の磁化反転に対して信号が加算されるように、１８０度位相をずらせて配置されていることにある。このピン層の位相関係を実現するために、第２の強磁性層と第３の強磁性層がリセット・プロセス時に１８０度位相がずれるように、第１の強磁性層、第２の強磁性層、第３の強磁性層及び第４の強磁性層の厚さが選ばれる。この位相関係は第１の強磁性層の厚さを第２の強磁性層の厚さよりも厚く、そして第３の強磁性層の厚さを第４の強磁性層の厚さよりも厚く選ぶことによって実現できる。或いは、第２の強磁性層の厚さは第１の強磁性層の厚さよりも厚く、第４の強磁性層の厚さは第３の強磁性層の厚さよりも厚く選ばれても良い。第１の強磁性層、第２の強磁性層、第３の強磁性層及び第４の強磁性層の間の磁気異方性の差がこれらの層の望まれる磁気配向を実現するために用いられても良い。
〈第２の実施例〉
図５は本発明のもう一つの実施例に従う差動ＣＰＰ型センサ５００のエアー・ベアリング面（ＡＢＳ）から見た図を示す。但し寸法関係は無視している。ＣＰＰ型ＳＶセンサ５００は、図４のＣＰＰ型ＳＶセンサ４００とは、ＳＶセンサ４００の自己固定式のＡＰ結合した層４２２と４２３の代りに第１及び第２の反強磁性（ＡＦＭ）ピンニング層５１４及び５１６と単純なピン層５１８及び５２０から構成される第１及び第２のＳＶセンサ５１０及び５１２を有することが異なる。Ｐt−Ｍn又はＩr−Ｍnから成り厚さ５０〜２００オングストロームの範囲の第１の反強磁性層５１４がシード層４１６上に膜形成される。Ｃｏ−Ｆｅから成り厚さ２０〜４０オングストロームの範囲の第１のピン層５１８が第１の反強磁性層上に膜形成される。第１のフリー層４２４、金属ギャップ層４１４及び第２のフリー層４３０が第１のピン層５１８上に連続的に膜形成される。Ｃｏ−Ｆｅから成り厚さ２０〜４０オングストロームの範囲の第２のピン層５２０が第２のフリー層上に膜形成され、Ｐt−Ｍn又はＩr−Ｍnから成り厚さ５０〜２００オングストロームの範囲の第２の反強磁性層５１６が第２のピン層５２０上に膜形成される。キャップ層４３６が第２の反強磁性層５１６上に膜形成される。

第１の反強磁性層５１４は第１のピン層５１８の磁化５１９の方向（紙面から出ていく矢の先で向きが示される）をＡＢＳに対して垂直方向に固定するために、この技術分野で知られているように、強磁界存在下で温度を上昇させて設定される。第２の反強磁性層５１６も同様に、第２のピン層５２０の磁化５２１の方向（紙面に入り込む矢の尾で向きが示される）を第１のピン層５１８の磁化５１９の方向と反対方向に固定するように設定される。或いは第１のピン層５１８は磁化５１９が紙面に入り込む方向に向くように固定され、第２のピン層５２０は磁化５２１が紙面から出ていく方向に向くように固定されていても良い。フリー層間の隔たりに等しい１／２ビット長により、差動ＣＰＰ型センサ５００の第１及び第２のスピン・バルブ・センサによって生成される信号は、第１及び第２のピン層の磁化が１８０度位相差があることにより、加算される。第１及び第２の反強磁性層５１４及び５１６を１８０度位相をずらせる設定は、各層に異なった反強磁性材料を使用することと、この技術分野で既知の設定手順を必要とするであろう。
〈第３の実施例〉
図６は本発明の第３の実施例に従う差動ＣＰＰ型センサ６００のエアー・ベアリング面（ＡＢＳ）から見た図を示す。但し寸法関係は無視している。ＣＰＰ型ＳＶセンサ６００は図４のＣＰＰ型ＳＶセンサ４００とは、ＳＶセンサ４００の二つの自己固定式のＡＰ結合した層４２２及び４２３の代りに自己固定式のＡＰ結合した第１のピン層６１４から構成される第１のＳＶセンサ６１０及び反強磁性（ＡＦM）ピンニング層６１６と単純なピン層６２０から構成される第２のＳＶセンサ６１２を有することが異なる。単純なピン層及び反強磁性ピンニング層を有するＳＶセンサ６１２は差動ＣＰＰ型センサ６００を形成するスタックの上部のセンサであるのが望ましいが、その代わりに差動ＣＰＰ型センサの下部センサとして構成されても良い。第１のピン層６１４と第１のフリー層４２４から構成される第１のＳＶセンサ６１０はＣＰＰ型センサ４００の第１のＳＶセンサ４１０と同じである。第２のセンサ６１２の第２のピン層６２０はＣo−Ｆeから成り厚さ２０〜４０オングストロームの範囲にあり、第２のフリー層４３０上に膜形成される。Ｐt−Ｍn又はＩr−Ｍnから成り厚さ５０〜２００オングストロームの範囲の反強磁性層６１６が第２のピン層６２０上に膜形成される。キャップ層４３６が反強磁性層６１６上に膜形成される。

反強磁性層６１６は第２のピン層６２０の磁化６２１の方向（紙面から出ていく矢の先で向きが示される）をＡＢＳに対して垂直で、第１のピン層６１４の第２の強磁性層４２８の磁化４４４に対して反対の方向に固定するために、この技術分野で知られているように、強磁界存在下で温度を上昇させて設定される。或いは、第２の強磁性層４２８は磁化４４４が紙面から出る方向に固定され、第２のピン層６２０の磁化６２１が紙面に入り込む方向に固定されていても良い。フリー層間の隔たりに等しい１／２ビット長により、差動ＣＰＰ型センサ６００の第１及び第２のスピン・バルブ・センサによって生成される信号は、第２の強磁性層４２８と第２のピン層６２０の磁化が１８０度位相差があることにより、加算される。

本発明が好適な実施例に関連して詳細に示され説明されてきたが、当業者には形態や詳細の多様な変更が本発明の精神、範囲や教示するものから逸脱することなく成し得ることが明らかであろう。従って、開示された発明は単に説明に役立てるに過ぎないものと考えられるべきであり、付随する特許請求の範囲に規定されるものによってのみ制限されるものである。

従来技術のＳＶセンサのエアー・ベアリング面から見た図であり、寸法関係は無視している。 本発明のＳＶセンサを用いた磁気記録ディスク・ドライブ・システムを単純化した図である。 「ピギーバック（抱きかかえ）」型読出し／書込み磁気ヘッドの垂直断面図であり、寸法関係は無視している。 本発明の差動ＣＰＰ型ＧＭＲセンサの第１の実施例のエアー・ベアリング面から見た図であり、寸法関係は無視している。 本発明の差動ＣＰＰ型ＧＭＲセンサの第２の実施例のエアー・ベアリング面から見た図であり、寸法関係は無視している。 本発明の差動ＣＰＰ型ＧＭＲセンサの第３の実施例のエアー・ベアリング面から見た図であり、寸法関係は無視している。

符号の説明

２００…ディスク・ドライブ、２１２…磁気ディスク、２１３…スライダ、
２１５…サスペンション、２２１…磁気ヘッド、２２５…データ記録チャネル、
２２７…ＶＣＭ、２２９…制御ユニット、
４００，５００，６００…差動ＣＰＰ型ＧＭＲヘッド、
４０８…基板、４１０，５１０，６１０…第１のＳＶセンサ、
４１２，５１２，６１２…第２のＳＶセンサ、４１４…金属ギャップ層、
４１６…シード層、４１８…第１のリード線層、４２０…第２のリード線層、
４２２，５１８，６１４…第１のピン層、４２３，５２０，６２０…第２のピン層、４２４…第１の強磁性フリー層、４２６…第１の強磁性層、
４２７，４３３…反平行結合層、４２８…第２の強磁性層、
４３０…第２の強磁性フリー層、４３２…第３の強磁性層、４３４…第４の強磁性層、４３６…キャップ層、５１４…第１の反強磁性層、５１６…第２の反強磁性層、
６１６…反強磁性層。

Claims (25)

1. 第１の強磁性層と、第２の強磁性層と、前記第１の強磁性層及び第２の強磁性層の間に配置される反平行結合層と、を含む第１のピン層と、
   前記第２の強磁性層に隣接し、前記反平行結合層と反対側にある第１のフリー層と、を有する第１のスピン・バルブ・センサ（ＳＶセンサ）と、
   第３の強磁性層と、第４の強磁性層と、前記第３の強磁性層及び第４の強磁性層の間に配置される反平行結合層と、を含む第２のピン層と、
   前記第３の強磁性層に隣接し、前記反平行結合層と反対側にある第２のフリー層と、を有する第２のスピン・バルブ・センサ（ＳＶセンサ）と、
   前記第１及び第２のフリー層の間に配置される金属ギャップ層と、
   を有し、前記第１及び第２のＳＶセンサ及び前記金属ギャップ層は、非磁性の第１及び第２のリード線層の間に配置されることを特徴とする差動巨大磁気抵抗型（ＧＭＲ）センサ。
2. 前記第１及び第２のリード線層は、タングステン（Ｗ）、金（Ａu）、ロジウム（Ｒh）、銅（Ｃu）、タンタル（Ｔa）及びそれらの組合わせから成る材料グループから選択されることを特徴とする請求項１記載の差動ＧＭＲセンサ。
3. 前記金属ギャップ層は、磁気的に記録される１／２ビット長に等しい間隔だけ前記第１及び第２のフリー層を隔てる読出しギャップを与えることを特徴とする請求項１記載の差動ＧＭＲセンサ。
4. 前記第２の強磁性層及び第３の強磁性層の磁化は、逆方向を向いていることを特徴とする請求項１記載の差動ＧＭＲセンサ。
5. 第１の反強磁性層と、第１のフリー層と、前記第１の反強磁性層と第１のフリー層の間に配置される第１のピン層と、を有する第１のスピン・バルブ・センサ（ＳＶセンサ）と、
   第２の反強磁性層と、第２のフリー層と、前記第２の反強磁性層と第２のフリー層の間に配置される第２のピン層と、を有する第２のスピン・バルブ・センサ（ＳＶセンサ）と、
   前記第１及び第２のフリー層の間に配置される金属ギャップ層と、
   を有し、前記第１及び第２のＳＶセンサ及び前記金属ギャップ層は、非磁性の第１及び第２のリード線層の間に配置されることを特徴とする差動巨大磁気抵抗型（ＧＭＲ）センサ。
6. 前記第１及び第２のリード線層は、タングステン（Ｗ）、金（Ａu）、ロジウム（Ｒh）、銅（Ｃu）、タンタル（Ｔa）及びそれらの組合わせから成る材料グループから選択されることを特徴とする請求項５記載の差動ＧＭＲセンサ。
7. 前記金属ギャップ層は、磁気的に記録される１／２ビット長に等しい間隔だけ前記第１及び第２のフリー層を隔てる読出しギャップを与えることを特徴とする請求項５に記載の差動ＧＭＲセンサ。
8. 前記第１及び第２のピン層の磁化は、逆方向を向いていることを特徴とする請求項５記載の差動ＧＭＲセンサ。
9. 第１の強磁性層と、第２の強磁性層と、前記第１の強磁性層及び第２の強磁性層の間に配置される反平行結合層と、を含む第１のピン層と、
   前記第２の強磁性層に隣接し、前記反平行結合層と反対側にある第１のフリー層と、を有する第１のスピン・バルブ・センサ（ＳＶセンサ）と、
   反強磁性層と、第２のフリー層と、前記反強磁性層と第２のフリー層の間に配置される第２のピン層と、を有する第２のスピン・バルブ・センサ（ＳＶセンサ）と、
   前記第１及び第２のフリー層の間に配置される金属ギャップ層と、
   を有し、前記第１及び第２のＳＶセンサ及び前記金属ギャップ層は、非磁性の第１及び第２のリード線層の間に配置されることを特徴とする差動巨大磁気抵抗型（ＧＭＲ）センサ。
10. 前記第１及び第２のリード線層は、タングステン（Ｗ）、金（Ａu）、ロジウム（Ｒh）、銅（Ｃu）、タンタル（Ｔa）及びそれらの組合わせから成る材料グループから選択されることを特徴とする請求項９記載の差動ＧＭＲセンサ。
11. 前記金属ギャップ層は、磁気的に記録される１／２ビット長に等しい間隔だけ前記第１及び第２のフリー層を隔てる読出しギャップを与えることを特徴とする請求項９記載の差動ＧＭＲセンサ。
12. 前記第１及び第２のピン層の磁化は、逆方向を向いていることを特徴とする請求項９記載の差動ＧＭＲセンサ。
13. 少なくとも一個のコイル層と該コイル層を埋め込む絶縁スタックと、後部ギャップ部で接続され、縁部がエアー・ベアリング面（ＡＢＳ）の一部を形成する磁極先端部を持ち、間に前記絶縁スタックを挟み込む第１及び第２の磁極層と、前記第１及び第２の磁極層の磁極先端部の間に挟まれＡＢＳの一部を形成する書込みギャップ層と、を含む書込みヘッドと、
    第１の強磁性層と、第２の強磁性層と、前記第１の強磁性層及び第２の強磁性層の間に配置される反平行結合層と、を含む第１のピン層と、
    前記第２の強磁性層に隣接し、前記反平行結合層と反対側にある第１のフリー層と、を有する第１のスピン・バルブ・センサ（ＳＶセンサ）と、
    第３の強磁性層と、第４の強磁性層と、前記第３の強磁性層及び第４の強磁性層の間に配置される反平行結合層と、を含む第２のピン層と、
    前記第３の強磁性層に隣接し、前記反平行結合層と反対側にある第２のフリー層と、を有する第２のスピン・バルブ・センサ（ＳＶセンサ）と、
    前記第１及び第２のフリー層の間に配置される金属ギャップ層と、
    を有し、前記第１及び第２のＳＶセンサ及び前記金属ギャップ層は非磁性の第１及び第２のリード線層の間に配置される差動巨大磁気抵抗型（ＧＭＲ）センサを含む読出しヘッドと、
    前記読出しヘッドの第２のリード線層と前記書込みヘッドの第１の磁極層の間に配置される絶縁層と、
    を有することを特徴とする読出し／書込み磁気ヘッド。
14. 前記第１及び第２のリード線層は、タングステン（Ｗ）、金（Ａu）、ロジウム（Ｒh）、銅（Ｃu）、タンタル（Ｔa）及びそれらの組合わせから成る材料グループから選択されることを特徴とする請求項１３記載の読出し／書込み磁気ヘッド。
15. 前記金属ギャップ層は、磁気的に記録される１／２ビット長に等しい間隔だけ前記第１及び第２のフリー層を隔てる読出しギャップを与えることを特徴とする請求項１３記載の読出し／書込み磁気ヘッド。
16. 前記第１及び第２のピン層の磁化は、逆方向を向いていることを特徴とする請求項１３記載の読出し／書込み磁気ヘッド。
17. 少なくとも一個のコイル層と該コイル層を埋め込む絶縁スタックと、後部ギャップ部で接続され、縁部がエアー・ベアリング面（ＡＢＳ）の一部を形成する磁極先端部を持ち、間に前記絶縁スタックを挟み込む第１及び第２の磁極層と、前記第１及び第２の磁極層の磁極先端部の間に挟まれＡＢＳの一部を形成する書込みギャップ層と、を含む書込みヘッドと、
    第１の反強磁性層と、第１のフリー層と、前記第１の反強磁性層と第１のフリー層の間に配置される第１のピン層と、を有する第１のスピン・バルブ・センサ（ＳＶセンサ）と、
    第２の反強磁性層と、第２のフリー層と、前記第２の反強磁性層と第２のフリー層の間に配置される第２のピン層と、を有する第２のスピン・バルブ・センサ（ＳＶセンサ）と、
    前記第１及び第２のフリー層の間に配置される金属ギャップ層と、
    を有し、前記第１及び第２のＳＶセンサ及び前記金属ギャップ層は非磁性の第１及び第２のリード線層の間に配置される差動巨大磁気抵抗型（ＧＭＲ）センサを含む読出しヘッドと、
    前記読出しヘッドの第２のリード線層と前記書込みヘッドの第１の磁極層の間に配置される絶縁層と、
    を有することを特徴とする読出し／書込み磁気ヘッド。
18. 前記第１及び第２のリード線層は、タングステン（Ｗ）、金（Ａu）、ロジウム（Ｒh）、銅（Ｃu）、タンタル（Ｔa）及びそれらの組合わせから成る材料グループから選択されることを特徴とする請求項１７記載の読出し／書込み磁気ヘッド。
19. 前記金属ギャップ層は、磁気的に記録される１／２ビット長に等しい間隔だけ前記第１及び第２のフリー層を隔てる読出しギャップを与えることを特徴とする請求項１７記載の読出し／書込み磁気ヘッド。
20. 前記第１及び第２のピン層の磁化は、逆方向を向いていることを特徴とする請求項１７記載の読出し／書込み磁気ヘッド。
21. 少なくとも一個のコイル層と該コイル層を埋め込む絶縁スタックと、後部ギャップ部で接続され、縁部がエアー・ベアリング面（ＡＢＳ）の一部を形成する磁極先端部を持ち、間に前記絶縁スタックを挟み込む第１及び第２の磁極層と、前記第１及び第２の磁極層の磁極先端部の間に挟まれＡＢＳの一部を形成する書込みギャップ層と、を含む書込みヘッドと、
    第１の強磁性層と、第２の強磁性層と、前記第１の強磁性層及び第２の強磁性層の間に配置される反平行結合層と、を含む第１のピン層と、
    前記第２の強磁性層に隣接し、前記反平行結合層と反対側にある第１のフリー層と、を有する第１のスピン・バルブ・センサ（ＳＶセンサ）と、
    反強磁性層と、第２のフリー層と、前記反強磁性層と第２のフリー層の間に配置される第２のピン層と、を有する第２のスピン・バルブ・センサ（ＳＶセンサ）と、
    前記第１及び第２のフリー層の間に配置される金属ギャップ層と、
    を有し、前記第１及び第２のＳＶセンサ及び前記金属ギャップ層は非磁性の第１及び第２のリード線層の間に配置される差動巨大磁気抵抗型（ＧＭＲ）センサを含む読出しヘッドと、
    前記読出しヘッドの第２のリード線層と前記書込みヘッドの第１の磁極層の間に配置される絶縁層と、
    を有することを特徴とする読出し／書込み磁気ヘッド。
22. 前記第１及び第２のリード線層は、タングステン（Ｗ）、金（Ａu）、ロジウム（Ｒh）、銅（Ｃu）、タンタル（Ｔa）及びそれらの組合わせから成る材料グループから選択されることを特徴とする請求項２１記載の読出し／書込み磁気ヘッド。
23. 前記金属ギャップ層は、磁気的に記録される１／２ビット長に等しい間隔だけ前記第１及び第２のフリー層を隔てる読出しギャップを与えることを特徴とする請求項２１記載の読出し／書込み磁気ヘッド。
24. 前記第１及び第２のピン層の磁化は、逆方向を向いていることを特徴とする請求項２１記載の読出し／書込み磁気ヘッド。
25. 磁気記録ディスクと、
    少なくとも一個のコイル層と該コイル層を埋め込む絶縁スタックと、後部ギャップ部で接続され、縁部がエアー・ベアリング面（ＡＢＳ）の一部を形成する磁極先端部を持ち、間に前記絶縁スタックを挟み込む第１及び第２の磁極層と、前記第１及び第２の磁極層の磁極先端部の間に挟まれＡＢＳの一部を形成する書込みギャップ層と、を含む書込みヘッドと、
    第１の強磁性層と、第２の強磁性層と、前記第１の強磁性層及び第２の強磁性層の間に配置される反平行結合層と、を含む第１のピン層と、
    前記第２の強磁性層に隣接し、前記反平行結合層と反対側にある第１のフリー層と、を有する第１のスピン・バルブ・センサ（ＳＶセンサ）と、
    第３の強磁性層と、第４の強磁性層と、前記第３の強磁性層及び第４の強磁性層の間に配置される反平行結合層と、を含む第２のピン層と、
    前記第３の強磁性層に隣接し、前記反平行結合層と反対側にある第２のフリー層と、を有する第２のスピン・バルブ・センサ（ＳＶセンサ）と、
    前記第１及び第２のフリー層の間に配置される金属ギャップ層と、
    を有し、前記第１及び第２のＳＶセンサ及び前記金属ギャップ層は非磁性の第１及び第２のリード線層の間に配置される差動巨大磁気抵抗型（ＧＭＲ）センサを含む読出しヘッドと、
    前記読出しヘッドの第２の読出しギャップ層と前記書込みヘッドの第１の磁極層間に配置される絶縁層と、
    を有する、前記磁気記録ディスクに磁気的にデータを記録し該磁気記録ディスク上に磁気的に記録されたデータを検知する読出し／書込み磁気ヘッドと、
    前記読出し／書込み磁気ヘッドが前記磁気記録ディスクのいろいろな領域にアクセスできるように前記磁気ディスクを横切って前記読出し／書込み磁気ヘッドを移動させるためのアクチュエータと、
    前記磁気記録ディスク上にデータを磁気的に記録するために前記書込みヘッドに電気的に接続され、磁気的に記録されたデータからの磁界に応じた前記ＧＭＲセンサの抵抗変化を検出するために該ＧＭＲセンサに電気的に接続される記録チャネルと、
    を有することを特徴とするディスク・ドライブ・システム。
    

Images