JP2004533698A - ディスク・ドライブのリーダ・ギャップ中の非磁気金属層 - Google Patents
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Abstract
スライダ基板（２０１）上の底部遮蔽（２０３）と、底部遮蔽（２０３）から隔てられた共通遮蔽（２０４）とを備えた読取り／書込みヘッド（１１０、２００）である。書込みヘッド（２１１）は、共通遮蔽に被着されている。読取りセンサ（２２３）は、リーダ磁気ギャップ（ＲＧ１、ＲＧ２）によって、底部遮蔽（２０３）および共通遮蔽（２０４）から隔てられている。リーダ磁気ギャップ（ＲＧ１、ＲＧ２）中の電気絶縁層（２２４）は、読取りセンサ（２２３）と遮蔽の間の熱抵抗を形成している。リーダ磁気ギャップ中の熱伝導性非磁性層（２２５、２６２）は、熱抵抗の減少に伴うリーダ磁気ギャップの減少をもたらすことなく熱抵抗を小さくしている。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は広い概念で言えば磁気記憶装置ドライブに使用するためのヘッドに係り、とりわけ、リーダ・ギャップ（ｒｅａｄｅｒ ｇａｐ）の構造および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、ディスク・ドライブの読取り／書込みヘッドには、絶縁層と磁気遮蔽層の間に被着された磁気抵抗（ＭＲ）読取りセンサが含まれ、磁気抵抗読取りセンサには、通常、磁気抵抗素子積層体、電気接点、および磁気抵抗素子積層体に磁気的バイアスをかける１つ以上のバイアス磁石が含まれる。
【０００３】
磁気抵抗素子および電気接点は、電気バイアス電流を伝える。ディスクに磁気的に記憶されたデータが磁気抵抗素子によって感知されると、磁気抵抗素子は、ディスクに記憶されているデータを表すリードバック（ｒｅａｄｂａｃｋ）振幅を有するリードバック・パルスを発生する。リードバック振幅は、通常、バイアス電流に比例する。バイアス電流の大きさおよび読取りセンサの寸法は、高振幅リードバック・パルスのための読取りチャネル・エレクトロニクスの必要性を考慮して選択される。バイアス電流の大きさおよび読取りセンサの寸法は、また、磁気抵抗素子の損傷を防止すべく、加熱を制限する必要性を考慮して選択される。高振幅リードバック・パルスの必要性および加熱を制限する必要性が互いに対立し、従来の磁気抵抗読取りセンサの達成可能な性能を制限している。
【０００４】
ディスクのトラック密度の増加に伴い、リーダの寸法を小さくせざるを得ず、現在の設計能力を超えた熱的な設計上の要求と電気的な設計上の要求の間の対立が大きくなっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
より大きい面積密度で使用可能な、読取り／書込みヘッドにおける熱特性および電気特性の両方を改善する磁気読取りセンサおよびこのような磁気読取りセンサを製造する方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
スライダ基板および読取り遮蔽体を含む読取り／書込みヘッドを開示する。読取り遮蔽体は、スライダ基板上の底部磁気遮蔽層および底部磁気遮蔽層から隔てられた共通磁気遮蔽層を含む。
【０００７】
読取り／書込みヘッドは、共通磁気遮蔽層に配置さた書込みヘッドを含む。また、読取り／書込みヘッドは、底部磁気遮蔽層と共通磁気遮蔽層との間に配置された読取りセンサを含む。読取りセンサは、リーダ磁気ギャップによって読取り遮蔽体から隔てられている。
【０００８】
また、読取り／書込みヘッドは、読取りセンサ上の電気絶縁層を含む。この電気絶縁層は、読取りセンサと読取り遮蔽体の間に熱抵抗を形成する。
【０００９】
また、読取り／書込みヘッドは、第１のリーダ磁気ギャップの読取り遮蔽体に被着された熱伝導性非磁性層を含む。この熱伝導性非磁性層は、熱抵抗の減少に伴うリーダ磁気ギャップの減少をもたらすことなく熱抵抗を小さくしている。
【００１０】
本発明を特徴付ける、これらおよび他の様々な特徴および利点は、以下の詳細な説明を読み、かつ、関連する図面を考察することによって明らかになる。
【発明の効果】
【００１１】
図３〜図１１に関して以下で説明する実施例では、読取り／書込みヘッドでは、熱特性および電気特性の両方が改善される。１つまたは複数の熱伝導性非磁性層が、磁気抵抗読取りセンサの周囲のリーダ・ギャップに含まれる。これらの熱伝導性非磁性層は、リーダ磁気ギャップを減少させずに熱抵抗を小さくする。磁気抵抗素子を過熱させることなく、より高いレベルのバイアス電流を磁気抵抗センサに印加することができ、必要なレベルのリードバック振幅が、過熱を生じることなく達成される。
【実施例】
【００１２】
図１に、ディスク・ドライブ記憶装置１００の一実施例を示す。ディスク・ドライブ１００は、実際、（磁性材料または光読取り可能材料のような）材料の層である記録面１０６を有するディスク・パック１２６を含む。ディスク・パック１２６は、それぞれ、スライダと呼ばれる、読取り／書込みヘッド１１０を備えた読取り／書込み組立体１１２によるアクセスが可能な複数ディスクの積層体を含む。スピンドル・モータ１２７が、ディスク・パック１２６のディスクの回転を、例えば矢印１０７で示す方向に駆動する。ディスクが回転すると、読取り／書込み組立体１１２が、ディスク・パック１２６の記録面１０６の異なる回転位置にアクセスする。読取り／書込み組立体１１２は、ディスク面１０６の異なるトラック（すなわち半径方向位置）にアクセスするべく、ディスク表面１０６に対して、例えば矢印１２２で示す半径方向に移動するように駆動される。読取り／書込み組立体１１２のこのような駆動は、実例として、ボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）１１８を含むサーボ装置によって提供される。ボイス・コイル・モータ１１８は、軸１２０に対して回転するロータ１１６を備える。また、ＶＣＭ１１８は、実例として、読取り／書込みヘッド組立体１１２を支持するアーム１１４を含む。
【００１３】
ディスク・ドライブ１００は、実例として、ディスク・ドライブ１００の作動を制御し、かつ、ディスク・ドライブ１００へデータを転送し、また、ディスク・ドライブ１００からデータを転送するための制御回路１３０を含む。
【００１４】
図２は、読取りセンサ１４６の従来技術による構成１４０を示す。図２は、図１に示したディスク面１０６のようなディスク上を浮動する空気ベアリング面（空気支承面）と対向する断面図である。磁気抵抗読取りセンサ１４６は、永久磁石層１５０および電気接点１５２と隣接する磁気抵抗素子１５４を含む。磁気抵抗素子１５４は、図２に示すように、読取り幅ＲＷを有する。磁気遮蔽層１４２および１４４は、リーダ・ギャップを形成する絶縁層１４８によって磁気抵抗素子１５４から隔てられている。磁気遮蔽層１４２の非平面形状は、製造工程および設計上の制約によるものである。バイアス電流Ｉが、電気接点１５２および磁気抵抗素子１５４を通って流れる。磁気抵抗素子１５４で発生する熱の一部は、絶縁層１４８を介して磁気抵抗素子１５４から遮蔽層１４２および１４４へ伝達される。
【００１５】
従来技術による構成１４０を、より高い面積ビット密度での作動に適用させるには、構成１４０の全体の大きさが、より高い面積ビット密度で作動する大きさに縮小される。この場合、磁気抵抗素子１５４の過熱を防止するために、バイアス電流Ｉを小さくしなければならないことは明らかであり、バイアス電流Ｉが小さくなると、リードバック・パルスの振幅がそれに比例して小さくなる。リードバック・パルスの振幅を大きくする努力の一環として、絶縁層１４８の厚さを小さくし、それにより磁気抵抗素子１５４と放熱体として作用する遮蔽体１４２および１４４との間の熱抵抗を小さくしている。熱抵抗を小さくすることにより、磁気抵抗素子１５４を過熱させることなくバイアス電流Ｉを元のレベルに戻すことができる。しかし、遮蔽体１４２および１４４が磁気抵抗素子１５４に接近し過ぎ、磁気抵抗素子１５４の下を浮動するディスクの磁気遷移部から磁気抵抗素子１５４を過度に遮蔽するため、リードバック・パルスの振幅は、期待されるようには大きくならない。更に、望ましくないことに、絶縁層１４８の厚さを小さくすることにより、磁気抵抗センサ１４６と遮蔽体１４２、１４４との間の作動電圧の差による電気破壊率が大きくなっている。電気破壊の主要形態の１つは、熱的に駆動される層間拡散である。このように、構成１４０において大きさを小さくするする努力は、電流Ｉのレベル調整および構造１４０の様々な層の寸法調整によっては、これ以上の大きさの縮小がもはや実際的ではない限界に達している。より高い磁気抵抗率を有するようにリーダ積層体を再設計することも可能であるが、この種のリーダ再設計も限界に達している。絶縁層１４８に使用される材料の作動電圧の限界、および磁気抵抗素子１５４の様々な層に使用される材料の作動温度の限界が、事実上、図２に示す設計の面積密度性能に物理的な限界をもたらしている。
【００１６】
これらの物理的限界は、とりわけ、面積密度が約５０Ｇｂ／６．４５ｃｍ2（１平方インチ）、６０ｋトラック／２．５４ｃｍ（１インチ）すなわち７００ｋｂ／２．５４ｃｍ（１インチ）のトラック構成を提供する場合におこる。リーダ構造の大きさに関しては、これらの物理的限界は、約７０ナノメートルの遮蔽層間の間隔、約２２０ナノメートルのリーダ幅、または約１５０ナノメートルのストライプ高さである。
【００１７】
しかし、これらの物理的限界は、図３〜１１に関して以下で説明する、リーダ・ギャップ中に１つまたは複数の熱伝導性非磁性層を備えた構成によって打開される。これらの熱伝導性非磁性層は、リーダ磁気ギャップを減少させることなく熱抵抗を小さくしており、磁気抵抗素子を過熱させずに、より高いレベルのバイアス電流を磁気抵抗センサに印加することができ、必要なレベルのリードバック振幅が、過熱を生じることなく達成される。更に、絶縁層を薄くしたことによる電圧破壊の問題が生じる場合、この電圧破壊の問題は、絶縁層に原子層被着材料を使用することによって減少させることができる。
【００１８】
図３は、ディスク・ドライブ用読取り／書込みヘッド２００の部分断面の概略図である。読取り／書込みヘッド２００は、薄膜読取り／書込みヘッドまたは変換器２１４を含む。変換器２１４は、基板２０１に被着される。読取り／書込みヘッド２００の大部分は、図に示すようにエッジ２１５および２１６に延在する基板２０１から構築される。読取り／書込みヘッド２００の図３の断面図に示す部分は、読取り／書込みヘッド２００の空気ベアリング面２２２に対して直角をなす中央平面に沿って、読取り／書込みヘッド２００の後端の近傍部である。
【００１９】
基板２０１は、「ＡｌＴｉＣ」と呼ばれる、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）と炭化チタン（ＴｉＣ）の混合物のような導電性セラミックス材料から形成されることが好ましい。ケイ素および知られている他の基板材料を使用することも可能である。
【００２０】
ベースコート材２０２は、基板２０１に被着される。ベースコート材２０２は、典型的にはＡｌ2Ｏ3である電気絶縁性材料である。ベースコート材２０２は、基板材２０１に接合される。二酸化ケイ素および周知の他のベースコート材を使用することも可能である。
【００２１】
鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）またはコバルト（Ｃｏ）の合金が被着された金属磁性層が、底部磁気遮蔽層２０３、共通磁気遮蔽層２０４、頂部磁極２１２およびコア２０６を形成する。コア２０６は、コイル２０８の中心および空気ベアリング面２２２の書込みギャップ２２０を通る書込み磁気回路を完成する。コア２０６、コイル２０８、書込みギャップ２２０およびコイル絶縁体２０７は、共通磁気遮蔽層２０４に配置された書込みヘッド２１１を形成している。底部磁気遮蔽層２０３は、ベースコート材２０２によって基板２０１に結合される。
【００２２】
変換器２１４の書込みコイル２０８は、銅または他の導電性に優れた金属または合金から作られることが好ましい。コイル絶縁体２０７は、通常、硬化フォトレジストからなっている。二酸化ケイ素および周知の他のコイル絶縁体を使用することも可能である。
【００２３】
底部磁気遮蔽層２０３および共通磁気遮蔽層２０４の周囲の空間を追加して被着された電気絶縁層２１３が充填している。また、電気絶縁層２１３の一部（図３には示さず）は、底部磁気遮蔽層２０３と共通磁気遮蔽層２０４の間に延在し、磁気抵抗読取りセンサ２０５の周りに非磁気電気絶縁層を提供する。電気絶縁層２１３は、典型的にはＡｌ2Ｏ3からできており、ベースコート層２０２に接合される。また、１つ以上の熱伝導非磁性金属層（例えば図６〜８の拡大図に示す）が、磁気抵抗読取りセンサ２０５の周りに配置される。
【００２４】
分かり易くするために、Ｃｕ、Ａｕまたは他の金属もしくは金属合金から形成される従来方式の電気リード線および接点は、図３には示さない。
【００２５】
１つ以上の絶縁オーバコート又はトップコート層２１０が、変換器２１４の上に被着される。オーバコート層２１０も、典型的にはＡｌ2Ｏ3または周知の他の誘電体で作られる。オーバコート層２１０は、変換器２１４のコイル２０７および磁気抵抗読取りセンサ２０５のための電気接点（図示せず）を露出させるべく、被着後に平面化されることが好ましい。
【００２６】
図３に示す読取り／書込みヘッド２００が形成されると、磁気媒体上を浮動する空気ベアリング面（ＡＢＳ）２２２を正確に形作るべく研摩される。
【００２７】
読取りセンサ２０５は、底部磁気遮蔽層２０３と共通磁気遮蔽層２０４の間の極めて薄い層に形成される。読取りセンサ２０５は、磁気抵抗（ＭＲ）センサまたは巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサを含み、複数の層を含む。読取りセンサ２０５は、図４〜１１に関して以下で説明するように、１つ以上の熱伝導非磁性層と共に配置される。
【００２８】
図４に、図１に示したディスク１２６のようなディスクの磁性層２２６上を浮動する、図３に示したような読取りヘッド２２３の概略部分拡大断面図を示す。読取りヘッド２２３においては、底部磁気遮蔽層２０３および共通磁気遮蔽層２０４が、読取りセンサ２０５の両側に配置され、読取りセンサ２０５のための磁気遮蔽体を提供する。絶縁層２２４は、磁気リーダ・ギャップＲＧ１およびＲＧ２によって、読取りセンサ２０５を磁気遮蔽体２０３および２０４から電気的かつ磁気的に遮断する。磁気リーダ・ギャップＲＧ１およびＲＧ２と読取りセンサ２０５の厚さが、遮蔽間隔ＳＳを構成する。また、磁気リーダ・ギャップＲＧ２は、共通磁気遮蔽層２０４に被着された熱伝導性非磁性層２２５を含む。熱伝導性非磁性層２２５は、非磁性材料によって形成される読取りギャップＲＧ２の一部を占めるが、磁気リーダ・ギャップＲＧ２の間隙は維持される。しかし、熱伝導性非磁性層２２５は熱伝導性であるため、リーダ２０５と共通磁気遮蔽層２０４の間の熱抵抗を小さくする。熱抵抗が小さいため、過熱されることなく、リーダ２０５から、より多くの電力を散逸させることができ、したがって、過熱されることなく、リーダ２０５を流れるバイアス電流を大きくすることができる。バイアス電流に比例してリードバック振幅が大きくなり、所望の振幅のリードバック・パルスを得ることができるため、図２に示した従来技術による構成では事実上達成不可能な面積密度での作動が可能になる。
【００２９】
読取りセンサ２０５は、トラックが一定速度でヘッド２２３を通過する際に、磁性層２２６のトラックから発せられる外部磁場成分２３０を感知する。磁場成分２３０は、磁性層２２６の各遷移部２２８上に存在する。各遷移部２２８は線または壁であり、その線または壁に沿って、磁性層２２６の磁化の方向が反転または変化する。各磁場成分２２６は、磁場成分が磁気遮蔽層２０３と２０４の間を通過すると感知される。磁気遮蔽層２０３および２０４は、隣接する外部磁場成分２３０から読取りセンサ２０５を遮蔽する。ディスク・ドライブの作動中は、ヘッド２２３は、磁性層２２６から間隔２３２だけ離れた状態に維持される。間隔２３２には、磁気層２２６に被着された空気ベアリング保護層および任意の保護層が含まれる。
【００３０】
磁気層２２６には、デジタル化された情報が磁気遷移部２２８の形で記録される。各ビットは、媒体中の遷移の存在（１）または不在（０）によって表される。遷移２３０が感知されると、読取りセンサ２０５に接続された外部電子回路が遷移２３０を一方の論理状態（例えば１）と判断し、また、特定の時間における遷移２３０の不存在をもう一方の論理状態（例えば０）と判断する。読取りセンサ２０５は、外部電子回路に結合されたリードバック・パルスを生成する。以下、図５〜１１に関して、熱伝導性非磁性層を備えた読取りセンサ２０５および遮蔽体２０３、２０４の様々な構成について、より詳細に説明する。
【００３１】
図５は、図３および図４に示した磁気抵抗センサ２０５の一部である磁気抵抗素子２３８および関連する電気接点２４２の配置の断面図である。図５に示す断面は、空気ベアリング面２２２に直角である。図５には、磁気抵抗素子２３８の読取り幅ＲＷおよび磁気抵抗素子２３８のストライプ高さＳＨが示されている。熱伝導性非磁性層２２５の配置は、点線で示されている。
【００３２】
図６は、図４および図５に示した読取りセンサ２２３の一部２５１の拡大底面図である。読取りセンサ２２３は、底部磁気遮蔽層２０３を支持するスライダ基板２０１および共通磁気遮蔽層２０４に配置された書込みヘッド２１１を含む、図３に示した読取り／書込みヘッド２００の一部である。底部磁気遮蔽層２０３および共通磁気遮蔽層２０４は互いに隔てられており、両者が読取り遮蔽体２０９を構成する。
【００３３】
読取りセンサ２０５は、底部磁気遮蔽層２０３と共通磁気遮蔽層２０４の間に配置される。読取りセンサ２０５は、リーダ磁気ギャップＲＧ１およびＲＧ２（図４）によって読取り遮蔽体２０９から隔てられている。読取りセンサ上の電気絶縁層２２４は、読取りセンサ２０５と読取り遮蔽体２０９との間の電気絶縁を提供するが、同時に電気絶縁層２２４は、望ましくない熱抵抗を読取りセンサ２０５と読取り遮蔽体２０９の間に形成する。
【００３４】
熱伝導性非磁性層２２５は、リーダ磁気ギャップＲＧ１およびＲＧ２のうちの第１のリーダ磁気ギャップＲＧ２中の、読取り遮蔽体２０９に被着される。熱伝導性非磁性層２２５は、リーダ磁気ギャップＲＧ１およびＲＧ２を減少せずに熱抵抗を小さくする。図６の線２６６で示すように、熱伝導性非磁性層２２５によって、磁気抵抗素子２３８から共通磁気遮蔽層２０４への熱の流れが増大される。
【００３５】
隣接する絶縁層２２４の一部を置換して熱伝導性非磁性層２２５を使用することにより、磁気抵抗素子２３８を過熱させることなく、より高いレベルのバイアス電流を磁気抵抗センサ２０５に印加することができ、必要なレベルのリードバック振幅が、過熱を生じることなく達成される。
【００３６】
好適な構成では、熱伝導性非磁性層２２５は、隣接する読取り遮蔽体２０９に被着された金属層を含む。この金属層は、耐食性が良好で、かつ、研摩表面２２２の耐汚染性が大きいタングステンまたはクロムを含むことが好ましい。更に好適な他の構成では、薄い種層が、熱伝導性非磁性層２２５と読取り遮蔽体２０９の界面２２７に被着される。この薄い種層は、読取り遮蔽体２０９および熱伝導性非磁性層２２５に使用される金属と整合する金属の混合物であることが好ましい。例えば、タングステン層２２５とパーマロイ層２０４の間の種層として、ニッケル、鉄およびタングステンの混合物である種層を使用することができる。
【００３７】
好ましい他の構成では、電気絶縁層２２４は、Ａｌ2Ｏ3の原子層被着（ＡＬＤ）によって形成される。図１０および１１に関連して以下で説明するように、ＡＬＤ工程を使用して被着された電気絶縁層は、電気絶縁破壊に対する信頼性が向上するため、より薄い電気絶縁層２２４を使用できる。一つの好適な構成では、熱伝導性非磁性層２２５に隣接した電気絶縁層２２４の厚さは、２０ナノメートル以下である。他の好適な構成では、熱伝導性非磁性層２２５に隣接した電気絶縁層２２４の厚さは、１０ナノメートル以下である。絶縁層が薄いために電圧破壊の問題が生じる適応例の場合、この電圧破壊の問題は、原子層被着（ＡＬＤ）材を絶縁層に使用することによって低減することができる。
【００３８】
図７は、読取りギャップ中に熱伝導性非磁性層２６２を含む磁気抵抗読取りセンサ２６０の第２の実施例の拡大底面図である。図７に示す構成は、非磁気層２６２が共通磁気遮蔽層２０４ではなく、底部磁気遮蔽層２０３に被着されている点を除き、図６に示す構成と類似している。図７の線２６４で示すように、熱伝導性非磁性層２６２を通して、磁気抵抗素子２３８から底部磁気遮蔽層２０３への熱の流れが増大される。
【００３９】
図８には、読取りギャップ中に熱伝導性非磁性層を含む磁気抵抗読取りセンサの第３の実施例の拡大底面図を示す。図８に示す構成は、非磁気層２６２が底部磁気遮蔽層２０３に被着され、かつ、非磁性層２２５が共通磁気遮蔽層２０４に被着される点を除き、図６および７に示す構成と類似する。図８では、非磁性層２２５および２６２をそれぞれ収容すべく、２つの絶縁層２２４の厚さが各々薄くなっている。図８の線２６４および２６６で示すように、第１の熱伝導性非磁性層２６２を通して、磁気抵抗素子２３８から底部磁気遮蔽層２０３への熱の流れが増大され、また、第２の熱伝導性非磁性層２２５を通して、磁気抵抗素子２３８から共通磁気遮蔽層２０４への熱の流れが増大される。
【００４０】
図９に、図６に示すようなヘッド中の熱伝導性非磁性層２２５の厚さＸの関数として表した磁気抵抗素子中の最大温度および平均温度の有限要素解析結果を示す。
【００４１】
図９では、縦軸３００が摂氏温度を表し、横軸３０２がナノメートル単位（ｎＭ）の厚さＸを表す。第１の曲線３０４が、厚さＸを関数とした磁気抵抗素子２３８の平均計算温度を示す。第２の曲線３０６が、磁気抵抗素子２３８の最高計算温度を示す。図９の下の図に、有限要素解析モデルに使用した寸法を示す。底部遮蔽２０３に隣接する絶縁層２２４の厚さは２０ｎＭである。読取りセンサ２０５（磁気抵抗素子２３８、バイアス磁石２４０および電気接点２４２を含む）の厚さは３５ｎＭである。磁気抵抗素子２３８の読み取り幅は２５０ｎＭであり、ストライプ高さは１５０ｎＭである。また、バイアス電流は４ｍＡである。熱伝導性非磁性層２２５の厚さＸを有限要素解析で変化させた。熱伝導性非磁性層２２５および隣接する絶縁層２２４を合わせた厚さは３５ｎＭである。熱伝導性非磁性層に隣接する絶縁層２２４の厚さは、Ｙ＝（３５ｎＭ−Ｘ）によって、有限要素解析では変化する。熱伝導性非磁性層２２５が共通磁気遮蔽層２０４の熱伝導率に近い熱伝導率を有している限り、結果からは、熱伝導性非磁性層２２５の熱伝導率に比較的鈍感であることが分かる。第１の曲線３０４から分かるように、熱伝導性非磁性層２２５の厚さを最大約２０ｎＭに厚くすることにより、磁気抵抗素子２３８の平均温度を最大約１６℃低くすることができる。曲線３０６で示すように、熱伝導性非磁性層２２５の厚さを最大約２０ｎＭに厚くすることにより、最大温度を最大約２０℃低くすることができる。
【００４２】
図１０に、厚さＹ＝２０ナノメートルのＡｌ2Ｏ3層の電気破壊故障率をす。図１０の縦軸３２０は、単位時間当たりの絶縁破壊故障率を表し、横軸３２２は、図６〜８に示す読取りセンサ中の絶縁材２２４の表面形状を模擬した絶縁材の彎曲表面に、Ｙ＝２０ｎＭの厚さを横切って印加された電圧を表している。第１の曲線３２４は、従来の反応性スパッタリング法によるＡｌ2Ｏ3被着工程による測定絶縁破壊故障率を示す。第２の曲線３２６は、Ａｌ2Ｏ3の原子層被着（ＡＬＤ）工程による測定絶縁破壊故障率を示す。例えば、厚さ２０ｎＭの層の両端間の電圧差が７ボルトの場合、従来の反応性スパッタリング被着材を使用した故障率は、単位時間当たり約１００故障である一方、ＡＬＤ工程を使用した故障率は、単位時間当たり１故障未満である。ＡＬＤ工程は、厚さ１０ｎＭ近辺の領域において、極めて密度が大きく、整合的で、漏れ電流の小さく、高破壊電圧の大きい膜を提供する。ＡＬＤ工程は、ピンホール密度および不純物濃度が小さく、かつ、段差被覆性が良好であり、予備スパッタ・エッチングを必要とすることなく使用できる。
【００４３】
図１１に、厚さＹ＝１０ナノメートルのＡｌ2Ｏ3層の電気破壊故障率を示す。図１１の縦軸３４０は、単位時間当たりの絶縁破壊故障率を表し、横軸３４２は、図６〜８に示す読取りセンサ中の絶縁材２２４の表面形状を模擬した絶縁材の彎曲表面に、Ｙ＝１０ｎＭの厚さを横切って印加された電圧を表す。第１の曲線３４４は、従来の反応性スパッタリング法によるＡｌ2Ｏ3被着工程材の測定絶縁破壊故障率を示す。第２の曲線３４６は、Ａｌ2Ｏ3の原子層被着（ＡＬＤ）工程に対する測定絶縁破壊故障率を示している。例えば、１０ｎＭの厚さに対して電圧差が２ボルトの場合、従来の反応性スパッタリング被着材を使用した故障率は、単位時間当たり約１３０故障であり、一方、ＡＬＤプロセスを使用した故障率は、単位時間当たり１０故障未満である。
【００４４】
要約すると、読取り／書込みヘッド（１１０、２００）は、スライダ基板（２０１）および読取り遮蔽体（２０９）を含む。読取り遮蔽体は、スライダ基板上の底部磁気遮蔽層（２０３）、および底部磁気遮蔽層から隔てられた共通磁気遮蔽層（２０４）を含む。
【００４５】
読取り／書込みヘッドは、共通磁気遮蔽層に配置された書込みヘッド（２１１）を含む。また、読取り／書込みヘッドは、底部磁気遮蔽層と共通磁気遮蔽層との間に配置された読取りセンサ（２２３）を含む。読取りセンサは、リーダ磁気ギャップ（ＲＧ１、ＲＧ２）によって読取り遮蔽体から隔てられている。
【００４６】
また、読取り／書込みヘッドは、読取りセンサ上に電気絶縁層（２２４）を含む。この電気絶縁層は、読取りセンサと読取り遮蔽体の間の熱抵抗となる。
【００４７】
また、読取り／書込みヘッドは、第１のリーダ磁気ギャップ中の読取り遮蔽体に被着された熱伝導性非磁性層（２２５、２６２）を含む。この熱伝導性非磁性層は、リーダ磁気ギャップを減少させることなく熱抵抗を小さくしている。
【００４８】
以上、本発明の様々な実施例の多くの特徴および利点について、本発明の様々な実施例の構成および機能の詳細と共に説明したが、本開示が単に実例に過ぎず、特に構成および部品の配列に関して、特許請求の範囲の各請求項の中で表現されている用語の広義の一般的な意味が表すあらゆる点における本発明の原理の範囲内で、詳細な形で変更を加えることができることを理解すべきである。例えば、読取り／書込みの個々の用途に応じて、本発明の範囲および原理を逸脱することなく、実質的に同じ機能を維持しつつ特定の構成要素を変更することができる。例えば、性能を改善するための追加層を備えることができ、また、用途の必要に応じて、読取り／書込みヘッド内の主用部の形状を変更することができる。また、本明細書において説明した好適実施例は、ハード・ディスク・ドライブ装置のための薄膜ヘッドを対象にしているが、当分野の技術者には理解できる本発明の範囲および原理を逸脱することなく、本発明の教示をテープ・ドライブなどの他の磁気装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】ディスク・ドライブ記憶装置を示す図である。
【図２】遮蔽層と遮蔽層の間の磁気抵抗読取りセンサの従来技術による構成を示す図である。
【図３】薄膜読取り／書込みヘッドの側断面図である。
【図４】ディスクの磁気層と共に示す読取りセンサの拡大側断面図である。
【図５】図４に示す読取りセンサの部分拡大正面断面図である。
【図６】図４および図５に示す読取りセンサの拡大底面図である。
【図７】磁気抵抗読取りセンサの第２の実施例の拡大底面図である。
【図８】磁気抵抗読取りセンサの第３の実施例の拡大底面図である。
【図９】熱伝導性非磁性層の厚さＸの関数として表した磁気抵抗素子中の最高温度および平均温度を示すグラフである。
【図１０】厚さＹ＝２０ナノメートルのＡｌ2Ｏ3層の電気破壊故障率を示すグラフである。
【図１１】厚さＹ＝１０ナノメートルのＡｌ2Ｏ3層の電気破壊故障率を示すグラフである。
【０００１】
本発明は広い概念で言えば磁気記憶装置ドライブに使用するためのヘッドに係り、とりわけ、リーダ・ギャップ（ｒｅａｄｅｒ ｇａｐ）の構造および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、ディスク・ドライブの読取り／書込みヘッドには、絶縁層と磁気遮蔽層の間に被着された磁気抵抗（ＭＲ）読取りセンサが含まれ、磁気抵抗読取りセンサには、通常、磁気抵抗素子積層体、電気接点、および磁気抵抗素子積層体に磁気的バイアスをかける１つ以上のバイアス磁石が含まれる。
【０００３】
磁気抵抗素子および電気接点は、電気バイアス電流を伝える。ディスクに磁気的に記憶されたデータが磁気抵抗素子によって感知されると、磁気抵抗素子は、ディスクに記憶されているデータを表すリードバック（ｒｅａｄｂａｃｋ）振幅を有するリードバック・パルスを発生する。リードバック振幅は、通常、バイアス電流に比例する。バイアス電流の大きさおよび読取りセンサの寸法は、高振幅リードバック・パルスのための読取りチャネル・エレクトロニクスの必要性を考慮して選択される。バイアス電流の大きさおよび読取りセンサの寸法は、また、磁気抵抗素子の損傷を防止すべく、加熱を制限する必要性を考慮して選択される。高振幅リードバック・パルスの必要性および加熱を制限する必要性が互いに対立し、従来の磁気抵抗読取りセンサの達成可能な性能を制限している。
【０００４】
ディスクのトラック密度の増加に伴い、リーダの寸法を小さくせざるを得ず、現在の設計能力を超えた熱的な設計上の要求と電気的な設計上の要求の間の対立が大きくなっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
より大きい面積密度で使用可能な、読取り／書込みヘッドにおける熱特性および電気特性の両方を改善する磁気読取りセンサおよびこのような磁気読取りセンサを製造する方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
スライダ基板および読取り遮蔽体を含む読取り／書込みヘッドを開示する。読取り遮蔽体は、スライダ基板上の底部磁気遮蔽層および底部磁気遮蔽層から隔てられた共通磁気遮蔽層を含む。
【０００７】
読取り／書込みヘッドは、共通磁気遮蔽層に配置さた書込みヘッドを含む。また、読取り／書込みヘッドは、底部磁気遮蔽層と共通磁気遮蔽層との間に配置された読取りセンサを含む。読取りセンサは、リーダ磁気ギャップによって読取り遮蔽体から隔てられている。
【０００８】
また、読取り／書込みヘッドは、読取りセンサ上の電気絶縁層を含む。この電気絶縁層は、読取りセンサと読取り遮蔽体の間に熱抵抗を形成する。
【０００９】
また、読取り／書込みヘッドは、第１のリーダ磁気ギャップの読取り遮蔽体に被着された熱伝導性非磁性層を含む。この熱伝導性非磁性層は、熱抵抗の減少に伴うリーダ磁気ギャップの減少をもたらすことなく熱抵抗を小さくしている。
【００１０】
本発明を特徴付ける、これらおよび他の様々な特徴および利点は、以下の詳細な説明を読み、かつ、関連する図面を考察することによって明らかになる。
【発明の効果】
【００１１】
図３〜図１１に関して以下で説明する実施例では、読取り／書込みヘッドでは、熱特性および電気特性の両方が改善される。１つまたは複数の熱伝導性非磁性層が、磁気抵抗読取りセンサの周囲のリーダ・ギャップに含まれる。これらの熱伝導性非磁性層は、リーダ磁気ギャップを減少させずに熱抵抗を小さくする。磁気抵抗素子を過熱させることなく、より高いレベルのバイアス電流を磁気抵抗センサに印加することができ、必要なレベルのリードバック振幅が、過熱を生じることなく達成される。
【実施例】
【００１２】
図１に、ディスク・ドライブ記憶装置１００の一実施例を示す。ディスク・ドライブ１００は、実際、（磁性材料または光読取り可能材料のような）材料の層である記録面１０６を有するディスク・パック１２６を含む。ディスク・パック１２６は、それぞれ、スライダと呼ばれる、読取り／書込みヘッド１１０を備えた読取り／書込み組立体１１２によるアクセスが可能な複数ディスクの積層体を含む。スピンドル・モータ１２７が、ディスク・パック１２６のディスクの回転を、例えば矢印１０７で示す方向に駆動する。ディスクが回転すると、読取り／書込み組立体１１２が、ディスク・パック１２６の記録面１０６の異なる回転位置にアクセスする。読取り／書込み組立体１１２は、ディスク面１０６の異なるトラック（すなわち半径方向位置）にアクセスするべく、ディスク表面１０６に対して、例えば矢印１２２で示す半径方向に移動するように駆動される。読取り／書込み組立体１１２のこのような駆動は、実例として、ボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）１１８を含むサーボ装置によって提供される。ボイス・コイル・モータ１１８は、軸１２０に対して回転するロータ１１６を備える。また、ＶＣＭ１１８は、実例として、読取り／書込みヘッド組立体１１２を支持するアーム１１４を含む。
【００１３】
ディスク・ドライブ１００は、実例として、ディスク・ドライブ１００の作動を制御し、かつ、ディスク・ドライブ１００へデータを転送し、また、ディスク・ドライブ１００からデータを転送するための制御回路１３０を含む。
【００１４】
図２は、読取りセンサ１４６の従来技術による構成１４０を示す。図２は、図１に示したディスク面１０６のようなディスク上を浮動する空気ベアリング面（空気支承面）と対向する断面図である。磁気抵抗読取りセンサ１４６は、永久磁石層１５０および電気接点１５２と隣接する磁気抵抗素子１５４を含む。磁気抵抗素子１５４は、図２に示すように、読取り幅ＲＷを有する。磁気遮蔽層１４２および１４４は、リーダ・ギャップを形成する絶縁層１４８によって磁気抵抗素子１５４から隔てられている。磁気遮蔽層１４２の非平面形状は、製造工程および設計上の制約によるものである。バイアス電流Ｉが、電気接点１５２および磁気抵抗素子１５４を通って流れる。磁気抵抗素子１５４で発生する熱の一部は、絶縁層１４８を介して磁気抵抗素子１５４から遮蔽層１４２および１４４へ伝達される。
【００１５】
従来技術による構成１４０を、より高い面積ビット密度での作動に適用させるには、構成１４０の全体の大きさが、より高い面積ビット密度で作動する大きさに縮小される。この場合、磁気抵抗素子１５４の過熱を防止するために、バイアス電流Ｉを小さくしなければならないことは明らかであり、バイアス電流Ｉが小さくなると、リードバック・パルスの振幅がそれに比例して小さくなる。リードバック・パルスの振幅を大きくする努力の一環として、絶縁層１４８の厚さを小さくし、それにより磁気抵抗素子１５４と放熱体として作用する遮蔽体１４２および１４４との間の熱抵抗を小さくしている。熱抵抗を小さくすることにより、磁気抵抗素子１５４を過熱させることなくバイアス電流Ｉを元のレベルに戻すことができる。しかし、遮蔽体１４２および１４４が磁気抵抗素子１５４に接近し過ぎ、磁気抵抗素子１５４の下を浮動するディスクの磁気遷移部から磁気抵抗素子１５４を過度に遮蔽するため、リードバック・パルスの振幅は、期待されるようには大きくならない。更に、望ましくないことに、絶縁層１４８の厚さを小さくすることにより、磁気抵抗センサ１４６と遮蔽体１４２、１４４との間の作動電圧の差による電気破壊率が大きくなっている。電気破壊の主要形態の１つは、熱的に駆動される層間拡散である。このように、構成１４０において大きさを小さくするする努力は、電流Ｉのレベル調整および構造１４０の様々な層の寸法調整によっては、これ以上の大きさの縮小がもはや実際的ではない限界に達している。より高い磁気抵抗率を有するようにリーダ積層体を再設計することも可能であるが、この種のリーダ再設計も限界に達している。絶縁層１４８に使用される材料の作動電圧の限界、および磁気抵抗素子１５４の様々な層に使用される材料の作動温度の限界が、事実上、図２に示す設計の面積密度性能に物理的な限界をもたらしている。
【００１６】
これらの物理的限界は、とりわけ、面積密度が約５０Ｇｂ／６．４５ｃｍ2（１平方インチ）、６０ｋトラック／２．５４ｃｍ（１インチ）すなわち７００ｋｂ／２．５４ｃｍ（１インチ）のトラック構成を提供する場合におこる。リーダ構造の大きさに関しては、これらの物理的限界は、約７０ナノメートルの遮蔽層間の間隔、約２２０ナノメートルのリーダ幅、または約１５０ナノメートルのストライプ高さである。
【００１７】
しかし、これらの物理的限界は、図３〜１１に関して以下で説明する、リーダ・ギャップ中に１つまたは複数の熱伝導性非磁性層を備えた構成によって打開される。これらの熱伝導性非磁性層は、リーダ磁気ギャップを減少させることなく熱抵抗を小さくしており、磁気抵抗素子を過熱させずに、より高いレベルのバイアス電流を磁気抵抗センサに印加することができ、必要なレベルのリードバック振幅が、過熱を生じることなく達成される。更に、絶縁層を薄くしたことによる電圧破壊の問題が生じる場合、この電圧破壊の問題は、絶縁層に原子層被着材料を使用することによって減少させることができる。
【００１８】
図３は、ディスク・ドライブ用読取り／書込みヘッド２００の部分断面の概略図である。読取り／書込みヘッド２００は、薄膜読取り／書込みヘッドまたは変換器２１４を含む。変換器２１４は、基板２０１に被着される。読取り／書込みヘッド２００の大部分は、図に示すようにエッジ２１５および２１６に延在する基板２０１から構築される。読取り／書込みヘッド２００の図３の断面図に示す部分は、読取り／書込みヘッド２００の空気ベアリング面２２２に対して直角をなす中央平面に沿って、読取り／書込みヘッド２００の後端の近傍部である。
【００１９】
基板２０１は、「ＡｌＴｉＣ」と呼ばれる、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）と炭化チタン（ＴｉＣ）の混合物のような導電性セラミックス材料から形成されることが好ましい。ケイ素および知られている他の基板材料を使用することも可能である。
【００２０】
ベースコート材２０２は、基板２０１に被着される。ベースコート材２０２は、典型的にはＡｌ2Ｏ3である電気絶縁性材料である。ベースコート材２０２は、基板材２０１に接合される。二酸化ケイ素および周知の他のベースコート材を使用することも可能である。
【００２１】
鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）またはコバルト（Ｃｏ）の合金が被着された金属磁性層が、底部磁気遮蔽層２０３、共通磁気遮蔽層２０４、頂部磁極２１２およびコア２０６を形成する。コア２０６は、コイル２０８の中心および空気ベアリング面２２２の書込みギャップ２２０を通る書込み磁気回路を完成する。コア２０６、コイル２０８、書込みギャップ２２０およびコイル絶縁体２０７は、共通磁気遮蔽層２０４に配置された書込みヘッド２１１を形成している。底部磁気遮蔽層２０３は、ベースコート材２０２によって基板２０１に結合される。
【００２２】
変換器２１４の書込みコイル２０８は、銅または他の導電性に優れた金属または合金から作られることが好ましい。コイル絶縁体２０７は、通常、硬化フォトレジストからなっている。二酸化ケイ素および周知の他のコイル絶縁体を使用することも可能である。
【００２３】
底部磁気遮蔽層２０３および共通磁気遮蔽層２０４の周囲の空間を追加して被着された電気絶縁層２１３が充填している。また、電気絶縁層２１３の一部（図３には示さず）は、底部磁気遮蔽層２０３と共通磁気遮蔽層２０４の間に延在し、磁気抵抗読取りセンサ２０５の周りに非磁気電気絶縁層を提供する。電気絶縁層２１３は、典型的にはＡｌ2Ｏ3からできており、ベースコート層２０２に接合される。また、１つ以上の熱伝導非磁性金属層（例えば図６〜８の拡大図に示す）が、磁気抵抗読取りセンサ２０５の周りに配置される。
【００２４】
分かり易くするために、Ｃｕ、Ａｕまたは他の金属もしくは金属合金から形成される従来方式の電気リード線および接点は、図３には示さない。
【００２５】
１つ以上の絶縁オーバコート又はトップコート層２１０が、変換器２１４の上に被着される。オーバコート層２１０も、典型的にはＡｌ2Ｏ3または周知の他の誘電体で作られる。オーバコート層２１０は、変換器２１４のコイル２０７および磁気抵抗読取りセンサ２０５のための電気接点（図示せず）を露出させるべく、被着後に平面化されることが好ましい。
【００２６】
図３に示す読取り／書込みヘッド２００が形成されると、磁気媒体上を浮動する空気ベアリング面（ＡＢＳ）２２２を正確に形作るべく研摩される。
【００２７】
読取りセンサ２０５は、底部磁気遮蔽層２０３と共通磁気遮蔽層２０４の間の極めて薄い層に形成される。読取りセンサ２０５は、磁気抵抗（ＭＲ）センサまたは巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサを含み、複数の層を含む。読取りセンサ２０５は、図４〜１１に関して以下で説明するように、１つ以上の熱伝導非磁性層と共に配置される。
【００２８】
図４に、図１に示したディスク１２６のようなディスクの磁性層２２６上を浮動する、図３に示したような読取りヘッド２２３の概略部分拡大断面図を示す。読取りヘッド２２３においては、底部磁気遮蔽層２０３および共通磁気遮蔽層２０４が、読取りセンサ２０５の両側に配置され、読取りセンサ２０５のための磁気遮蔽体を提供する。絶縁層２２４は、磁気リーダ・ギャップＲＧ１およびＲＧ２によって、読取りセンサ２０５を磁気遮蔽体２０３および２０４から電気的かつ磁気的に遮断する。磁気リーダ・ギャップＲＧ１およびＲＧ２と読取りセンサ２０５の厚さが、遮蔽間隔ＳＳを構成する。また、磁気リーダ・ギャップＲＧ２は、共通磁気遮蔽層２０４に被着された熱伝導性非磁性層２２５を含む。熱伝導性非磁性層２２５は、非磁性材料によって形成される読取りギャップＲＧ２の一部を占めるが、磁気リーダ・ギャップＲＧ２の間隙は維持される。しかし、熱伝導性非磁性層２２５は熱伝導性であるため、リーダ２０５と共通磁気遮蔽層２０４の間の熱抵抗を小さくする。熱抵抗が小さいため、過熱されることなく、リーダ２０５から、より多くの電力を散逸させることができ、したがって、過熱されることなく、リーダ２０５を流れるバイアス電流を大きくすることができる。バイアス電流に比例してリードバック振幅が大きくなり、所望の振幅のリードバック・パルスを得ることができるため、図２に示した従来技術による構成では事実上達成不可能な面積密度での作動が可能になる。
【００２９】
読取りセンサ２０５は、トラックが一定速度でヘッド２２３を通過する際に、磁性層２２６のトラックから発せられる外部磁場成分２３０を感知する。磁場成分２３０は、磁性層２２６の各遷移部２２８上に存在する。各遷移部２２８は線または壁であり、その線または壁に沿って、磁性層２２６の磁化の方向が反転または変化する。各磁場成分２２６は、磁場成分が磁気遮蔽層２０３と２０４の間を通過すると感知される。磁気遮蔽層２０３および２０４は、隣接する外部磁場成分２３０から読取りセンサ２０５を遮蔽する。ディスク・ドライブの作動中は、ヘッド２２３は、磁性層２２６から間隔２３２だけ離れた状態に維持される。間隔２３２には、磁気層２２６に被着された空気ベアリング保護層および任意の保護層が含まれる。
【００３０】
磁気層２２６には、デジタル化された情報が磁気遷移部２２８の形で記録される。各ビットは、媒体中の遷移の存在（１）または不在（０）によって表される。遷移２３０が感知されると、読取りセンサ２０５に接続された外部電子回路が遷移２３０を一方の論理状態（例えば１）と判断し、また、特定の時間における遷移２３０の不存在をもう一方の論理状態（例えば０）と判断する。読取りセンサ２０５は、外部電子回路に結合されたリードバック・パルスを生成する。以下、図５〜１１に関して、熱伝導性非磁性層を備えた読取りセンサ２０５および遮蔽体２０３、２０４の様々な構成について、より詳細に説明する。
【００３１】
図５は、図３および図４に示した磁気抵抗センサ２０５の一部である磁気抵抗素子２３８および関連する電気接点２４２の配置の断面図である。図５に示す断面は、空気ベアリング面２２２に直角である。図５には、磁気抵抗素子２３８の読取り幅ＲＷおよび磁気抵抗素子２３８のストライプ高さＳＨが示されている。熱伝導性非磁性層２２５の配置は、点線で示されている。
【００３２】
図６は、図４および図５に示した読取りセンサ２２３の一部２５１の拡大底面図である。読取りセンサ２２３は、底部磁気遮蔽層２０３を支持するスライダ基板２０１および共通磁気遮蔽層２０４に配置された書込みヘッド２１１を含む、図３に示した読取り／書込みヘッド２００の一部である。底部磁気遮蔽層２０３および共通磁気遮蔽層２０４は互いに隔てられており、両者が読取り遮蔽体２０９を構成する。
【００３３】
読取りセンサ２０５は、底部磁気遮蔽層２０３と共通磁気遮蔽層２０４の間に配置される。読取りセンサ２０５は、リーダ磁気ギャップＲＧ１およびＲＧ２（図４）によって読取り遮蔽体２０９から隔てられている。読取りセンサ上の電気絶縁層２２４は、読取りセンサ２０５と読取り遮蔽体２０９との間の電気絶縁を提供するが、同時に電気絶縁層２２４は、望ましくない熱抵抗を読取りセンサ２０５と読取り遮蔽体２０９の間に形成する。
【００３４】
熱伝導性非磁性層２２５は、リーダ磁気ギャップＲＧ１およびＲＧ２のうちの第１のリーダ磁気ギャップＲＧ２中の、読取り遮蔽体２０９に被着される。熱伝導性非磁性層２２５は、リーダ磁気ギャップＲＧ１およびＲＧ２を減少せずに熱抵抗を小さくする。図６の線２６６で示すように、熱伝導性非磁性層２２５によって、磁気抵抗素子２３８から共通磁気遮蔽層２０４への熱の流れが増大される。
【００３５】
隣接する絶縁層２２４の一部を置換して熱伝導性非磁性層２２５を使用することにより、磁気抵抗素子２３８を過熱させることなく、より高いレベルのバイアス電流を磁気抵抗センサ２０５に印加することができ、必要なレベルのリードバック振幅が、過熱を生じることなく達成される。
【００３６】
好適な構成では、熱伝導性非磁性層２２５は、隣接する読取り遮蔽体２０９に被着された金属層を含む。この金属層は、耐食性が良好で、かつ、研摩表面２２２の耐汚染性が大きいタングステンまたはクロムを含むことが好ましい。更に好適な他の構成では、薄い種層が、熱伝導性非磁性層２２５と読取り遮蔽体２０９の界面２２７に被着される。この薄い種層は、読取り遮蔽体２０９および熱伝導性非磁性層２２５に使用される金属と整合する金属の混合物であることが好ましい。例えば、タングステン層２２５とパーマロイ層２０４の間の種層として、ニッケル、鉄およびタングステンの混合物である種層を使用することができる。
【００３７】
好ましい他の構成では、電気絶縁層２２４は、Ａｌ2Ｏ3の原子層被着（ＡＬＤ）によって形成される。図１０および１１に関連して以下で説明するように、ＡＬＤ工程を使用して被着された電気絶縁層は、電気絶縁破壊に対する信頼性が向上するため、より薄い電気絶縁層２２４を使用できる。一つの好適な構成では、熱伝導性非磁性層２２５に隣接した電気絶縁層２２４の厚さは、２０ナノメートル以下である。他の好適な構成では、熱伝導性非磁性層２２５に隣接した電気絶縁層２２４の厚さは、１０ナノメートル以下である。絶縁層が薄いために電圧破壊の問題が生じる適応例の場合、この電圧破壊の問題は、原子層被着（ＡＬＤ）材を絶縁層に使用することによって低減することができる。
【００３８】
図７は、読取りギャップ中に熱伝導性非磁性層２６２を含む磁気抵抗読取りセンサ２６０の第２の実施例の拡大底面図である。図７に示す構成は、非磁気層２６２が共通磁気遮蔽層２０４ではなく、底部磁気遮蔽層２０３に被着されている点を除き、図６に示す構成と類似している。図７の線２６４で示すように、熱伝導性非磁性層２６２を通して、磁気抵抗素子２３８から底部磁気遮蔽層２０３への熱の流れが増大される。
【００３９】
図８には、読取りギャップ中に熱伝導性非磁性層を含む磁気抵抗読取りセンサの第３の実施例の拡大底面図を示す。図８に示す構成は、非磁気層２６２が底部磁気遮蔽層２０３に被着され、かつ、非磁性層２２５が共通磁気遮蔽層２０４に被着される点を除き、図６および７に示す構成と類似する。図８では、非磁性層２２５および２６２をそれぞれ収容すべく、２つの絶縁層２２４の厚さが各々薄くなっている。図８の線２６４および２６６で示すように、第１の熱伝導性非磁性層２６２を通して、磁気抵抗素子２３８から底部磁気遮蔽層２０３への熱の流れが増大され、また、第２の熱伝導性非磁性層２２５を通して、磁気抵抗素子２３８から共通磁気遮蔽層２０４への熱の流れが増大される。
【００４０】
図９に、図６に示すようなヘッド中の熱伝導性非磁性層２２５の厚さＸの関数として表した磁気抵抗素子中の最大温度および平均温度の有限要素解析結果を示す。
【００４１】
図９では、縦軸３００が摂氏温度を表し、横軸３０２がナノメートル単位（ｎＭ）の厚さＸを表す。第１の曲線３０４が、厚さＸを関数とした磁気抵抗素子２３８の平均計算温度を示す。第２の曲線３０６が、磁気抵抗素子２３８の最高計算温度を示す。図９の下の図に、有限要素解析モデルに使用した寸法を示す。底部遮蔽２０３に隣接する絶縁層２２４の厚さは２０ｎＭである。読取りセンサ２０５（磁気抵抗素子２３８、バイアス磁石２４０および電気接点２４２を含む）の厚さは３５ｎＭである。磁気抵抗素子２３８の読み取り幅は２５０ｎＭであり、ストライプ高さは１５０ｎＭである。また、バイアス電流は４ｍＡである。熱伝導性非磁性層２２５の厚さＸを有限要素解析で変化させた。熱伝導性非磁性層２２５および隣接する絶縁層２２４を合わせた厚さは３５ｎＭである。熱伝導性非磁性層に隣接する絶縁層２２４の厚さは、Ｙ＝（３５ｎＭ−Ｘ）によって、有限要素解析では変化する。熱伝導性非磁性層２２５が共通磁気遮蔽層２０４の熱伝導率に近い熱伝導率を有している限り、結果からは、熱伝導性非磁性層２２５の熱伝導率に比較的鈍感であることが分かる。第１の曲線３０４から分かるように、熱伝導性非磁性層２２５の厚さを最大約２０ｎＭに厚くすることにより、磁気抵抗素子２３８の平均温度を最大約１６℃低くすることができる。曲線３０６で示すように、熱伝導性非磁性層２２５の厚さを最大約２０ｎＭに厚くすることにより、最大温度を最大約２０℃低くすることができる。
【００４２】
図１０に、厚さＹ＝２０ナノメートルのＡｌ2Ｏ3層の電気破壊故障率をす。図１０の縦軸３２０は、単位時間当たりの絶縁破壊故障率を表し、横軸３２２は、図６〜８に示す読取りセンサ中の絶縁材２２４の表面形状を模擬した絶縁材の彎曲表面に、Ｙ＝２０ｎＭの厚さを横切って印加された電圧を表している。第１の曲線３２４は、従来の反応性スパッタリング法によるＡｌ2Ｏ3被着工程による測定絶縁破壊故障率を示す。第２の曲線３２６は、Ａｌ2Ｏ3の原子層被着（ＡＬＤ）工程による測定絶縁破壊故障率を示す。例えば、厚さ２０ｎＭの層の両端間の電圧差が７ボルトの場合、従来の反応性スパッタリング被着材を使用した故障率は、単位時間当たり約１００故障である一方、ＡＬＤ工程を使用した故障率は、単位時間当たり１故障未満である。ＡＬＤ工程は、厚さ１０ｎＭ近辺の領域において、極めて密度が大きく、整合的で、漏れ電流の小さく、高破壊電圧の大きい膜を提供する。ＡＬＤ工程は、ピンホール密度および不純物濃度が小さく、かつ、段差被覆性が良好であり、予備スパッタ・エッチングを必要とすることなく使用できる。
【００４３】
図１１に、厚さＹ＝１０ナノメートルのＡｌ2Ｏ3層の電気破壊故障率を示す。図１１の縦軸３４０は、単位時間当たりの絶縁破壊故障率を表し、横軸３４２は、図６〜８に示す読取りセンサ中の絶縁材２２４の表面形状を模擬した絶縁材の彎曲表面に、Ｙ＝１０ｎＭの厚さを横切って印加された電圧を表す。第１の曲線３４４は、従来の反応性スパッタリング法によるＡｌ2Ｏ3被着工程材の測定絶縁破壊故障率を示す。第２の曲線３４６は、Ａｌ2Ｏ3の原子層被着（ＡＬＤ）工程に対する測定絶縁破壊故障率を示している。例えば、１０ｎＭの厚さに対して電圧差が２ボルトの場合、従来の反応性スパッタリング被着材を使用した故障率は、単位時間当たり約１３０故障であり、一方、ＡＬＤプロセスを使用した故障率は、単位時間当たり１０故障未満である。
【００４４】
要約すると、読取り／書込みヘッド（１１０、２００）は、スライダ基板（２０１）および読取り遮蔽体（２０９）を含む。読取り遮蔽体は、スライダ基板上の底部磁気遮蔽層（２０３）、および底部磁気遮蔽層から隔てられた共通磁気遮蔽層（２０４）を含む。
【００４５】
読取り／書込みヘッドは、共通磁気遮蔽層に配置された書込みヘッド（２１１）を含む。また、読取り／書込みヘッドは、底部磁気遮蔽層と共通磁気遮蔽層との間に配置された読取りセンサ（２２３）を含む。読取りセンサは、リーダ磁気ギャップ（ＲＧ１、ＲＧ２）によって読取り遮蔽体から隔てられている。
【００４６】
また、読取り／書込みヘッドは、読取りセンサ上に電気絶縁層（２２４）を含む。この電気絶縁層は、読取りセンサと読取り遮蔽体の間の熱抵抗となる。
【００４７】
また、読取り／書込みヘッドは、第１のリーダ磁気ギャップ中の読取り遮蔽体に被着された熱伝導性非磁性層（２２５、２６２）を含む。この熱伝導性非磁性層は、リーダ磁気ギャップを減少させることなく熱抵抗を小さくしている。
【００４８】
以上、本発明の様々な実施例の多くの特徴および利点について、本発明の様々な実施例の構成および機能の詳細と共に説明したが、本開示が単に実例に過ぎず、特に構成および部品の配列に関して、特許請求の範囲の各請求項の中で表現されている用語の広義の一般的な意味が表すあらゆる点における本発明の原理の範囲内で、詳細な形で変更を加えることができることを理解すべきである。例えば、読取り／書込みの個々の用途に応じて、本発明の範囲および原理を逸脱することなく、実質的に同じ機能を維持しつつ特定の構成要素を変更することができる。例えば、性能を改善するための追加層を備えることができ、また、用途の必要に応じて、読取り／書込みヘッド内の主用部の形状を変更することができる。また、本明細書において説明した好適実施例は、ハード・ディスク・ドライブ装置のための薄膜ヘッドを対象にしているが、当分野の技術者には理解できる本発明の範囲および原理を逸脱することなく、本発明の教示をテープ・ドライブなどの他の磁気装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】ディスク・ドライブ記憶装置を示す図である。
【図２】遮蔽層と遮蔽層の間の磁気抵抗読取りセンサの従来技術による構成を示す図である。
【図３】薄膜読取り／書込みヘッドの側断面図である。
【図４】ディスクの磁気層と共に示す読取りセンサの拡大側断面図である。
【図５】図４に示す読取りセンサの部分拡大正面断面図である。
【図６】図４および図５に示す読取りセンサの拡大底面図である。
【図７】磁気抵抗読取りセンサの第２の実施例の拡大底面図である。
【図８】磁気抵抗読取りセンサの第３の実施例の拡大底面図である。
【図９】熱伝導性非磁性層の厚さＸの関数として表した磁気抵抗素子中の最高温度および平均温度を示すグラフである。
【図１０】厚さＹ＝２０ナノメートルのＡｌ2Ｏ3層の電気破壊故障率を示すグラフである。
【図１１】厚さＹ＝１０ナノメートルのＡｌ2Ｏ3層の電気破壊故障率を示すグラフである。
Claims (19)
- スライダ基板と、
前記スライダ基板上の底部磁気遮蔽層と該底部磁気遮蔽層から隔てられた共通磁気遮蔽層とを含む読取り遮蔽体と、
前記共通磁気遮蔽層に配置された書込みヘッドと、
前記底部磁気遮蔽層と前記共通磁気遮蔽層との間で、リーダ磁気ギャップによって前記読取り遮蔽体から隔てられて配置された読取りセンサと、
前記読取りセンサと前記読取り遮蔽体との間の熱抵抗となる、前記読取りセンサ上の電気絶縁層と、
前記読取り遮蔽体に被着され、第１のリーダ磁気ギャップ中にある、前記リーダ磁気ギャップを減少させずに熱抵抗を小さくしている熱伝導性非磁性層とを含む読取り／書込みヘッド。 - 第２の熱伝導性非磁性層が、前記読取り遮蔽体に被着され、第２のリーダ磁気ギャップ中にある請求項１に記載された読取り／書込みヘッド。
- 前記熱伝導性非磁性層が、前記読取り遮蔽体に被着された金属層を含む請求項１に記載された読取り／書込みヘッド。
- 前記金属層が、タングステンおよびクロムからなる群から選択される金属を含む請求項３に記載された読取り／書込みヘッド。
- 前記金属層が、種層とともに前記読取り遮蔽体に結合されている請求項４に記載された読取り／書込みヘッド。
- 前記種層が、前記読取り遮蔽体に使用される金属と整合する金属と、前記金属層に使用される金属と整合する金属とを含む金属の混合物である請求項５に記載された読取り／書込みヘッド。
- 前記電気絶縁層が、原子層被着されたＡｌ2Ｏ3層である請求項１に記載された読取り／書込みヘッド。
- 前記電気絶縁層が、厚さが２０ナノメートル以下の層を含む請求項７に記載された読取り／書込みヘッド。
- 前記電気絶縁層が、厚さが１０ナノメートル以下の層を含む請求項８に記載された読取り／書込みヘッド。
- 読取り／書込みヘッドを製造する方法において、
スライダ基板を提供する段階と、
前記スライダ基板に底部磁気遮蔽層を被着し、該底部磁気遮蔽層から隔てて共通磁気遮蔽層を被着し、前記底部磁気遮蔽層および前記共通磁気遮蔽層が読取り遮蔽体を形成する段階と、
前記共通磁気遮蔽層に書込みヘッドを被着する段階と、
前記底部磁気遮蔽層と前記共通磁気遮蔽層との間で、リーダ磁気ギャップによって前記読取り遮蔽体から隔てて読取りセンサを被着する段階と、
前記読取りセンサに、前記読取りセンサと前記読取り遮蔽体との間の熱抵抗となる電気絶縁層を被着する段階と、
前記読取り遮蔽体上であり、かつ第１のリーダ磁気ギャップ中に熱伝導性非磁性層を被着することにより、前記リーダ磁気ギャップを減少させずに熱抵抗を小さくする段階とを含む、読取り／書込みヘッドの製造方法。 - 前記読取り遮蔽体上であり、かつ第２のリーダ磁気ギャップ中に第２の熱伝導性非磁性層を被着することにより、前記リーダ磁気ギャップを減少させずに熱抵抗を小さくする段階を更に含む請求項１０に記載された読取り／書込みヘッドの製造方法。
- 前記読取り遮蔽体に被着される金属層として、前記熱伝導性非磁性層を形成する段階を更に含む請求項１０に記載された読取り／書込みヘッドの製造方法。
- タングステンおよびクロムからなるグループから選択される金属から前記金属層を形成する段階を更に含む請求項１２に記載された読取り／書込みヘッドの製造方法。
- 前記金属層と前記読取り遮蔽体との間に種層を被着する段階を更に含む請求項１３に記載された読取り／書込みヘッドの製造方法。
- 前記読取り遮蔽体に使用される金属と整合する金属と、前記金属層に使用される金属と整合する金属とを含む金属の混合物から種層を形成する段階を更に含む請求項１４に記載された読取り／書込みヘッドの製造方法。
- Ａｌ2Ｏ3を原子層被着する工程によって前記電気絶縁層を形成する段階を更に含む請求項１０に記載された読取り／書込みヘッドの製造方法。
- ２０ナノメートル以下の厚さを有する、少なくとも１つの前記電気絶縁層を形成する段階を更に含む請求項１６に記載された読取り／書込みヘッドの製造方法。
- １０ナノメートル以下の厚さを有する、少なくとも１つの前記電気絶縁層を形成する段階を更に含む請求項１７に記載された読取り／書込みヘッドの製造方法。
- スライダ基板上の底部磁気遮蔽層と、該底部磁気遮蔽層から隔てられた共通磁気遮蔽層と、該共通磁気遮蔽層に配置された書込みヘッドと、リーダ磁気ギャップによって読取り遮蔽体から隔てられた読取りセンサと、該読取りセンサと前記底部および共通磁気遮蔽層との間の熱抵抗となる、前記読取りセンサ上の電気絶縁層と、前記リーダ磁気ギャップを減少させずに熱抵抗を小さくするための装置とを含む読取り／書込みヘッド。
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