JP2011070759A - パターンド媒体用の複数の検出素子を有する面垂直電流（ｃｐｐ）型磁気抵抗読取ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】パターンド媒体用の複数の検出素子を有する面垂直電流（ＣＰＰ）型磁気抵抗読取ヘッドを提供する。
【解決手段】磁気記録ディスクドライブ用の磁気抵抗（ＭＲ）センサ又は読取ヘッドは、複数の独立した面垂直電流（ＣＰＰ）型ＭＲ検出素子を有する。検出素子はクロストラック方向に離間され、且つ絶縁分離領域によって分離されているため、ディスク上の複数のデータトラックからデータを読み取ることが可能である。検出素子は、独立したＣＰＰセンス電流を有し、その各々が、それぞれの独立したデータ検出電子装置に送られる。各検出素子は、共通の導電性ベース層上に形成された積層体を含み、このベース層は、導電性の透磁性材料で形成された下部磁気シールド層であり得る。各検出素子は、上部電気リード層を有する。検出素子の上側に、上部リード層と接触して上部磁気シールド層が位置する。上部シールド層は、軟質の透磁性材料で形成されるが、電気絶縁性であり、従って独立した検出素子に独立したセンス電流を流すことができる。
【選択図】図７

Description

本発明は、概して、磁気記録ハードディスクドライブに用いられるディスクなどのパターンド磁気記録媒体用の読取ヘッドに関し、より詳細には、パターンド媒体から複数のデータトラックを読み取ることが可能な読取ヘッドに関する。

提案されているパターンド磁気記録媒体の一つのタイプは、「ビットパターンド媒体」（ＢＰＭ）と称される。ＢＰＭディスクでは、ディスク上の磁化可能材料が、離散的な同心のデータトラックにパターニングされ、各トラックは、隔離された小さいデータアイランドにパターニングされていて、各アイランド、すなわち「ビット」につき単一の磁区が存在するようになっている。単一の磁区は、単一のグレインであることも、又はいくつかの強力に結合したグレインであって、単一の磁性体積として一斉に磁性状態を切り換えるグレインからなることもある。これは、単一の「ビット」が、磁壁によって分離される複数の磁区を有し得る従来の「連続媒体」ディスクとは対照的である。パターニングされたアイランドの所要の磁気分離を生じさせるため、アイランド間の空間の磁気モーメントは消失させるか、又は実質的に低減させることにより、そうした空間を本質的に非磁性状態にしなければならない。あるタイプのＢＰＭディスクでは、データアイランドは離間された隆起ピラーであり、これらのピラーは非磁性の溝又は凹部によって分離されている。

提案されているパターンド磁気記録媒体の別のタイプは、「ディスクリートトラック媒体」（ＤＴＭ）と称される。ＤＴＭディスクにおいても、ディスク上の磁化可能材料が、離散的な同心のデータトラックにパターニングされる。しかしながら、ＢＰＭディスクと異なり、ＤＴＭディスクのトラックは、隔離されたデータアイランドにパターニングされるのではなく、連続的な磁化可能材料として形成される。ＤＴＭディスクでは、データトラックは典型的には、磁性材料を含む隆起したランドである。隆起したランドの下方に陥凹した溝又はグルーブが、トラック間の非磁性のガードバンドとして機能する。非磁性のガードバンドは、非磁性材料で形成されるか、或いは磁性材料を含むが、隆起したデータトラックの十分下方まで陥凹していることで、データトラックからのリードバック信号への悪影響を抑える。

パターンド媒体ＢＰＭ及びＤＴＭディスクのデータは、従来の連続媒体磁気記録ディスクドライブに用いられているような従来の磁気抵抗（ＭＲ）センサ又は読取ヘッドによってリードバックすることができる。ＭＲ読取ヘッドの一つのタイプは、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果に基づく。ＧＭＲセンサは、非磁性で導電性のスペーサ層により分離される２つの強磁性層を含む積層体を有し、スペーサ層は典型的には銅（Ｃｕ）である。「スピンバルブ」と呼ばれるあるタイプのＧＭＲセンサでは、強磁性層の一方の層の磁化方向が、隣接する反強磁性層との交換結合によりピン止めされるなどして固定されており、及び他方の強磁性層の磁化方向は、外部磁界の存在下で「フリーに」回転できる。センス電流がセンサに印加され、印加磁界が存在するとき、フリー層の磁化がピンド層の磁化に対して回転し、これを電気抵抗の変化として検出することが可能である。

磁気記録ディスクドライブスピンバルブ読取センサ又はヘッドにおいて、積層体は、磁気シールド間の読取「ギャップ」に位置する。ピンド層の磁化はディスクの平面と略垂直であり、及び外部磁界がないとき、フリー層の磁化はディスクの平面と略平行である。ディスク上に記録されたデータからの外部磁界にさらされると、フリー層の磁化が回転し、電気抵抗に変化が生じる。積層体を通じて流れるセンス電流の方向が、センサ積層体の層の平面と平行である場合、そのセンサは面内電流（ＣＩＰ）型センサと称され、一方、センス電流の方向がセンサ積層体の層の平面と垂直な場合、それは面垂直電流（ＣＰＰ）型センサと称される。

ＣＰＰ−ＧＭＲスピンバルブ型の読取ヘッドは、ＣＰＰ ＭＲセンサ又は読取ヘッドのなかの一タイプである。別のタイプのＣＰＰ ＭＲセンサ又は読取ヘッドは、磁気トンネル接合センサであり、これはまた、トンネル磁気抵抗、すなわちＴＭＲセンサとも称される。ＣＰＰ−ＧＭＲスピンバルブ型の読取ヘッドでは、スペーサ層はＣｕ又は他の金属若しくは金属合金などの導電性材料で形成されるが、ＣＰＰ−ＴＭＲ型の読取ヘッドのスペーサ層は、ＴｉＯ_２、ＭｇＯ又はＡｌ_２Ｏ_３などの、薄い電気絶縁材料で形成される。ＣＰＰ−ＧＭＲスピンバルブ型の読取ヘッドと同じく、ＣＰＰ−ＴＭＲ読取ヘッドもまた、強磁性層の一方の層の磁化方向がピン止めされており、且つ他方の強磁性層の磁化方向は、ディスク上に記録されたデータからの印加磁界が存在するとき、フリーに回転できる。ＧＭＲ又はＴＭＲセンサの抵抗は、２つの強磁性層における相対的な磁化方向に依存する。

提案されているようなＢＰＭ及びＤＴＭディスクをディスクドライブで使用することに関して、ディスク上でのデータトラック及びデータビットの定義及び位置が正確であるという事実を利用したＣＰＰ読取ヘッドの改良を実現する機会がある。これにより、複数のデータトラックの読取り及び書込みが可能となる。複数のデータトラックをリードバックできることにより、ディスクの線形ビット密度又はディスクドライブのＲＰＭを増加させることなく、より高いデータ転送速度、並びに高解像度ストリーミングビデオ及び高速データベースなどの新規用途が可能となる。

米国特許第５，４６５，１８５号明細書 米国特許第６，６８０，８３２号明細書 米国特許第６，０２３，３９５号明細書

本発明は、複数の独立したＣＰＰ ＭＲ検出素子を有する磁気抵抗（ＭＲ）センサ又は読取ヘッドと、ディスクドライブなどの、そのセンサを組み込んだ磁気記録装置とに関する。検出素子は、ＣＰＰ ＧＭＲスピンバルブ又はＣＰＰ−ＴＭＲ検出素子であり得る。検出素子はクロストラック方向に離間され、且つ絶縁分離領域によって分離されているため、複数のトラックからデータを読み取ることが可能である。独立した検出素子は、好ましくは、クロストラック方向に同じ幅Ｗを有し、クロストラック方向に距離Ｓだけ離間される。Ｗは、トラック幅ＴＷより小さくてもよく、それによりエッジノイズが低減される。間隔Ｓは、ほぼＴＰ−Ｗである（式中、ＴＰはトラックピッチである）。

検出素子は独立しており、従って独立したＣＰＰセンス電流を有し、その各々が、それぞれの独立したデータ検出電子装置に送られる。各検出素子は、共通の導電性ベース層上に形成された積層体を含み、ベース層は、パーマロイ（Ｎｉ_８０Ｆｅ_２０）などの導電性の透磁性材料で形成される下部磁気シールド層Ｓ１であり得る。各検出素子は、上部電気リード層を有する。検出素子の上側に、上部リード層と接触して上部磁気シールド層Ｓ２が位置する。上部シールド層Ｓ２は、軟質の透磁性材料で形成されるが、電気絶縁性であり、従って独立した検出素子に独立したセンス電流を流すことができる。

また、硬質磁性バイアス層が含まれてもよく、この硬質バイアス層セグメントは、離間された検出素子の外側の、検出素子のフリー層の側端近傍に位置して、フリー層の磁化に縦バイアスを加える。

読取ヘッドは、２個以上の独立した検出素子を有してもよく、これらの検出素子は、各素子がデータトラックと整列するようにクロストラック方向に離間される。加えて、検出素子は、１トラック分より大きく離間されてもよい。かかる実施形態について、間隔Ｓが十分に大きいならば、検出素子間の絶縁分離領域に追加的な硬質バイアス層セグメントが位置してもよい。

本発明の本質及び利点をさらに十分に理解するには、以下の詳細な説明を、添付の図と併せて考慮しながら参照されたい。

カバーが取り外された状態の、パターンド媒体ディスクを有する従来の磁気記録ハードディスクドライブの概略上面図である。 図１の方向２−２に沿ったスライダ及びディスクの一部の拡大端面図であり、パターンド媒体ディスクの離散的なデータトラックを示す。 図２の方向３−３における図であり、ディスク側から見たときの読取／書込ヘッドの端部を示す。 ビットパターンド媒体（ＢＰＭ）ディスクの拡大部分の上面図であり、データアイランドの配列、及びデータトラックの１つと整列した先行技術に係る読取ヘッドを示す。 ディスクリートトラック媒体（ＤＴＭ）ディスクの拡大部分の上面図であり、離散的なデータトラック、及びデータトラックの１つと整列した先行技術に係る読取ヘッドを示す。 ディスク側から見たときの、従来のＣＰＰ−ＧＭＲスピンバルブ型の読取ヘッドの断面図であり、磁気シールド層の間に位置する積層体を示す。 ＢＰＭディスクの拡大部分の上面図であり、データアイランドの配列、及びデータトラックの１つと整列した本発明の複数素子の読取ヘッドを示す。 ＢＰＭディスクのデータトラックに対する本発明の複数素子の読取ヘッドの寸法を示す説明図である。 ディスク側から見たときの、本発明に係る複数素子のＣＰＰ ＭＲ読取ヘッドの断面図であり、磁気シールド層の間に位置する積層体を示す。

本発明に係るＣＰＰ ＭＲ読取ヘッドは、磁気記録ディスクドライブにおいてパターンド媒体ディスクと共に用いるための用途を有する。従来のＣＰＰ読取ヘッドを有するかかるディスクドライブの動作について、図１〜３を参照して簡単に説明する。図１に示されるとおり、ディスクドライブは、磁気記録ディスク１２とロータリボイスコイルモータ（ＶＣＭ）アクチュエータ１４とを備え、これらは、ディスクドライブハウジング又はベース１６上に支持されている。ディスク１２は回転中心１３を有し、ベース１６に装着されたスピンドルモータ（図示せず）によって方向１５に回転する。アクチュエータ１４は軸１７を中心に枢動し、剛性のアクチュエータアーム１８を備える。略可撓性のサスペンション２０は、フレクシャ要素２３を備え、アーム１８の端部に取り付けられている。ヘッドキャリア又はエアベアリングスライダ２２が、フレクシャ２３に取り付けられる。磁気記録読取／書込ヘッド２４は、スライダ２２の後面２５に形成される。フレクシャ２３とサスペンション２０とにより、スライダは、回転するディスク１２によって生じるエアベアリング上で「ピッチ」及び「ロール」動作を行うことができる。典型的には、これらは、ハブ上に積層された、スピンドルモータによって回転する複数のディスクであり、各ディスク面には別個のスライダ及び読取／書込ヘッドが関連する。

図２は、図１の方向２−２に沿ったスライダ２２及びディスク１２の一部の拡大端面図である。スライダ２２はフレクシャ２３に取り付けられ、ディスク１２と向かい合ってエアベアリング面（ＡＢＳ）２７を有し、後面２５はＡＢＳと略垂直である。ＡＢＳ２７は、回転するディスク１２から空気の流れを引き起こして空気の支持圧を生じさせ、その支持圧により、ディスク１２の表面の極めて近くに近接して、又はディスク１２の表面と接触しそうなほど近くでスライダ２０を支持する。読取／書込ヘッド２４は後面２５に形成され、後面２５の端子パッド２９との電気的接続によってディスクドライブ読取／書込電子装置と接続される。図２の断面図に示されるとおり、ディスク１２は、クロストラック方向に離間された離散的なデータトラック５０を有するパターンド媒体ディスクであり、データトラック５０のうちの１つは、読取／書込ヘッド２４と整列しているものとして図示される。データトラック５０は、クロストラック方向にはトラック幅ＴＷを有し、且つ周方向に連続的な磁化可能材料で形成されてもよく、その場合、パターンド媒体ディスク１２はＤＴＭディスクである。或いは、データトラック５０は、トラックに沿って離間された離散的なデータアイランドを含んでもよく、その場合、パターンド媒体ディスク１２はＢＰＭディスクである。

図３は、図２の方向３−３における図であり、ディスク１２側から見たときの読取／書込ヘッド２４の端部を示す。読取／書込ヘッド２４は、スライダ２２の後面２５上に堆積させたうえ、リソグラフィによりパターニングした一連の薄膜である。書込ヘッドは垂直磁気の書込ポールＷＰを備え、また、後面及び／又は側面シールド（図示せず）も備え得る。ＣＰＰ ＭＲセンサ又は読取ヘッド１００が、磁気シールドＳ１とＳ２との間に位置する。シールドＳ１、Ｓ２は透磁性材料で形成され、また導電性でもあるため、読取ヘッド１００の電気リードとして機能することができる。別個の電気リードが用いられてもよく、その場合、読取ヘッド１００は、タンタル、金、又は銅などの導電性リード材料の層と接触して形成され、それらのリード材料の層が、シールドＳ１、Ｓ２と接触する。

図４Ａは、ＢＰＭディスクとしてのパターンド媒体ディスク１２の一部分の図であり、これはディスク基板１１を含み、基板１１上には磁化可能材料の離散的なデータアイランド３０が備わる。データアイランド３０は、半径方向に離間された円形トラック５０に配列され、ここではいくつかのアイランド３０及び代表的なトラック５０ａ〜５０ｅのみが図示されている。読取ヘッド１００は、データトラック５０ｂと整列しているものとして図示される。トラックは、半径方向、すなわちクロストラック方向に、一定のトラック間隔又はトラックピッチＴＰで均等に離間される。データアイランド３０は、アロングトラック方向にビット間隔又はビットピッチＢＰで離間され、ビットピッチＢＰはデータアイランド３０ａ、３０ｂによって示される。図４Ａでは、隣接するデータトラックは互いにアロングトラック方向に距離ＢＰ／２だけずれている。しかしながら、ＢＰＭディスクは、隣接するデータトラックのデータアイランドが半径方向に整列するよう、全くずれのない配列のデータトラックを有してもよい。

図４Ｂは、ＤＴＭディスクとしてのパターンド媒体ディスク１２の一部分の図であり、半径方向に離間された離散的な円形トラック５０を備えるディスク基板１１を含み、ここでは代表的なトラック５０ａ〜５０ｅのみが図示されている。しかしながら、図４ＡのＢＰＭディスクと異なり、データトラック５０ａ〜５０ｅの各々は、連続的な磁化可能材料で形成される。読取ヘッド１００は、データトラック５０ｂと整列しているものとして図示される。トラック５０ａ〜５０ｅの間の領域又はガードバンド５２ａ〜５２ｄは非磁性であるか、又は磁性材料で形成される場合、読取ヘッド１００からのリードバック信号に関与しない。

図４Ａ〜４Ｂに示されるようなパターンド媒体ディスクは、長手磁気記録ディスクであってもよく、この場合、磁化可能記録材料の磁化方向がアイランドの記録層と平行か、若しくはその平面内にあり、又はパターンド媒体ディスクは垂直磁気記録ディスクであってもよく、この場合、磁化方向はアイランドの記録層と垂直か、若しくはその平面外にある。本発明において、ＢＰＭ及びＤＴＭディスクは、好ましくは垂直磁気記録ディスクである。ＢＰＭディスクにおけるパターニングされたデータアイランド及びＤＴＭディスクにおける離散的なデータトラックの所要の磁気分離を設けるため、アイランド間及びトラック間の領域の磁気モーメントは消失させるか、又は実質的に低減させて、こうした空間を本質的に非磁性状態にしなければならない。パターンド媒体ディスクは、いくつかの公知の技術のうちのいずれによって製造されてもよい。

図５は、ディスク側からＡＢＳに向かって見た、センサ１００を構成する層を示す図である。センサ１００は、２つの磁気シールド層Ｓ１、Ｓ２の間に形成された積層体を含む従来のＣＰＰ−ＧＭＲスピンバルブ型の読取ヘッドであり、磁気シールド層は、典型的には電気めっきＮｉＦｅ合金膜である。下部シールドＳ１は、典型的には、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって研磨され、センサ積層体を重ねるための平滑な基板を提供する。これにより酸化物被膜が残り得るが、これは、センサを堆積させる直前に軽くエッチングして除去することができる。センサ層は、（頁に対し）横方向に向いた一定の磁気モーメント又は磁化方向１２１を有する基準強磁性層１２０と、ディスク１２からの横方向の外部磁界を受けて層１１０の平面内で回転することのできる磁気モーメント又は磁化方向１１１を有するフリー強磁性層１１０と、典型的には銅（Ｃｕ）の、基準層１２０とフリー層１１０との間にある導電性スペーサ層１３０とを備える。

基準層１２０は、その磁化方向１２１が、典型的には反強磁性層との交換結合によってピン止めされているか、又は一定である従来の「単純」すなわち単一ピンド層であり得る。しかしながら、図５の例では、基準層１２０は、（特許文献１）に記載されるとおり、「ラミネート」ピンド層とも称される周知の反平行（ＡＰ）ピンド構造の一部である。ＡＰピンド構造は、基準層１２０のフリー層１１０との静磁結合を最小限に抑える。ＡＰピンド構造は、基準強磁性（ＡＰ２）層１２０と、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、若しくはＣｒ、又はその合金などのＡＰ結合（ＡＰＣ）層１２３の全面に反強磁性的に結合された下側強磁性（ＡＰ１）層１２２とを備える。フリー強磁性層１１０、スペーサ層１３０及びＡＰ２層１２０は、一体となってセンサのいわゆる「活性領域」を構成する。ＡＰ１及びＡＰ２強磁性層は、反平行に向いたそれぞれの磁化方向１２７、１２１を有する。ＡＰピンド構造は、「セルフピン型」で、すなわちＡＰ１層１２２の磁化方向が、反強磁性（ＡＦ）層１２４と交換結合することによりピン止めされるか、又はＣｏ_{１００−ｘ}Ｐｔ_ｘ若しくはＣｏ_{１００−ｘ−ｙ}Ｐｔ_ｘＣｒ_ｙ（式中、ｘは約８〜３０ａｔ．％である）などの硬磁性層によりピン止めされ得る。「セルフピン型」センサでは、ＡＰ１層の磁化方向１２７及びＡＰ２層の磁化方向１２１は、典型的には、磁歪と、製造されたセンサ内に存在する残留応力とにより、ディスク面と略垂直に設定される。ＡＰ１層及びＡＰ２層は、同様の磁気モーメントを有することが望ましい。これにより、ＡＰピンド構造の正味の磁気モーメントが小さいことで、フリー層との静磁結合が最小限に抑えられ、ＡＰピンド構造の正味磁化にほぼ反比例するＡＦ層１２４の有効なピン止め磁界が高く維持されることが保証される。

下側シールド層Ｓ１とＡＰピンド構造との間には、下部電気リード１２６及びシード層１２５が位置する。シード層１２５は、種々の材料の単層又は多層であり得る。フリー強磁性層１１０と上側シールド層Ｓ２との間には、キャッピング層１１２及び上部電気リード１１３が位置する。キャッピング層１１２は、種々の材料、例えば、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ又はＴａの単層又は多層であり得る。

対象の範囲内に外部磁界、すなわち、ディスク１２上に記録されたデータからの磁界が存在するとき、フリー層１１０の磁化方向１１１が回転し、一方、基準層１２０の磁化方向１２１は一定のままで、回転しない。従って、センス電流Ｉ_Ｓが上部リード１１３から垂直に、積層体を通って下部リード１２６まで印加されると、ディスク上に記録されたデータからの磁界によってフリー層の磁化１１１が基準層の磁化１２１に対して回転し、これは電気抵抗の変化として検出することが可能である。

リード１２６、１１３は、典型的にはＴａ又はＲｈである。しかしながら、より抵抗の低い材料もまた用いられ得る。これらのリードは任意であり、シールド間の間隔を調整するために用いられる。リード１２６及び１１３が存在しない場合、下部シールドＳ１及び上部シールドＳ２がリードとして使用される。シード層１２５は、典型的には、ＮｉＦｅＣｒ、ＮｉＦｅ、Ｔａ、Ｃｕ又はＲｕの１つ又は複数の層である。ＡＦ層１２４は、典型的には、Ｍｎ合金、例えば、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ、ＰｄＭｎ、ＰｔＰｄＭｎ又はＲｈＭｎである。ＡＦ層の代わりに硬磁性層が用いられる場合、それは典型的には、ＣｏＰｔ又はＦｅＰｔ合金、例えばＣｏＰｔＣｒである。キャッピング層１１２は腐食防止を提供し、典型的にはＲｕ又はＴａで形成される。強磁性層１２２（ＡＰ１）、１２０（ＡＰ２）、及び１１０（フリー層）は、典型的には、ＣｏＦｅ又はＮｉＦｅなどの結晶質合金か、又はＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ二重層などの、これらの材料の多層で形成される。

ＡＰ２層はまた、高度なスピン依存界面散乱が得られるよう、ラミネート構造であってもよい。例えば、ＡＰ２層は、ＦＭ／ＸＸ／ＦＭ／．．．．／ＸＸ／ＦＭラミネートであってもよく、ここで強磁性（ＦＭ）層は、Ｃｏ、Ｆｅ若しくはＮｉ、これらの合金のうちの１つ、又はＣｏＦｅ−ＮｉＦｅ−ＣｏＦｅ三重層などの、これらの材料の多層で形成され；及びＸＸ層は非磁性層、典型的にはＣｕ、Ａｇ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｔｉ、若しくはＡｕ又はこれらの合金であり、十分に薄いため、隣接するＦＭ層は強磁性的に結合する。

例として、ＡＰ２層１２０は、典型的には１０〜３０Å厚のＣｏＦｅ合金であってもよく、及びフリー強磁性層１１０は、典型的には１０〜１５Å厚の、スペーサ層１３０上に形成されたＣｏＦｅ合金と、典型的には１０〜３０Å厚の、ＣｏＦｅ層上に形成されたＮｉＦｅ合金との二重層であってもよい。ＡＰピンド構造のＡＰＣ層は、典型的には厚さが約４〜１０ÅのＲｕ又はＩｒである。

センサ積層体の外側の、フリー強磁性層１１０の側端の近傍に、フリー強磁性層１１０の磁化１１１に縦バイアスを加えるための、ＣｏＰｔ又はＣｏＣｒＰｔ層などの硬磁性バイアス層１１５もまた含まれ得る。バイアス層１１５は、絶縁領域１１６によってフリー層１１０と電気的に絶縁されており、絶縁領域１１６は、例えばアルミナで形成され得る。バイアス層１１５は、ＡＢＳと略平行な磁化１１７を有し、ひいてはフリー強磁性層１１０の磁化１１１に縦バイアスを加える。従って、外部磁界がないとき、フリー層１１０の磁化１１１はバイアス層１１５の磁化１１７と平行である。強磁性バイアス層１１５は、硬磁性バイアス層又は反強磁性層と交換結合した強磁性層であり得る。或いは、バイアス層は、センサ１００を構成する積層体内に位置してもよい。インスタック縦バイアスを有するＣＰＰ−ＧＭＲスピンバルブ型の読取ヘッドが（特許文献２）に記載され、及びインスタック縦バイアスを有するＣＰＰ−ＴＭＲ読取ヘッドが（特許文献３）に記載されている。

フリー層１１０、ＡＰ２層１２０、キャッピング層１１２、及び導電性の非磁性スペーサ層１３０のうちの１つ又は複数はナノ酸化物層（ＮＯＬ）も含み、これにより電流路が局所に制限され、活性領域の有効抵抗が増加し得る。例えば、いくらかのＣｏＦｅを、フリー層、ＡＰ２層、キャッピング層、又は導電性スペーサ層のどこかに堆積させた後、堆積を中断し、その表面を数分間、０．１〜１０トルのＯ_２又はＯ_２／Ａｒガス中で酸化させることにより、ＣｏＦｅ ＮＯＬが形成され得る。ＮＯＬは、他の材料、例えば、Ｃｕ／Ａｌ又はＣｕ／Ｔｉ合金又は多層を酸化させることによって形成することもできる。

図５に示される読取ヘッド１００は、ＡＰピンド構造がフリー層１１０の下側にあるため、「ボトムピン型」読取ヘッドであるが、フリー層１１０がＡＰピンド構造の下側に（又は、単層のピンド層が用いられる場合、単層のピンド層の下側に）位置してもよい。フリー層１１０がＡＰピンド構造の下側に位置する構成では、ＡＰピンド構造の層は逆になり、ＡＰ２層１２０がスペーサ層１３０の上に重なってそれと接触する。

上記に説明され、且つ図５に示されるＣＰＰセンサ１００は、ＣＰＰ−ＧＭＲスピンバルブ型のセンサである。しかしながら、ＣＰＰ−ＴＭＲセンサもまた、ＢＰＭ及びＤＴＭディスク用の読取ヘッドとして機能し得る。ＣＰＰ−ＴＭＲセンサでは、非磁性スペーサ層１３０は、ＴｉＯ_２、ＭｇＯ又はＡｌ_２Ｏ_３などの電気絶縁材料で形成され得る。

本発明では、読取ヘッドは、クロストラック方向に離間された複数の独立したＣＰＰ ＭＲ検出素子を備え、それにより複数のトラックからデータを読み取ることが可能である。これは、例として図６Ａに概略的に図示され、ここで読取ヘッド１５０はデュアル素子ヘッドであり、ディスク１２は、データアイランド３０を有するデータトラック５０ａ〜５０ｅを備えたＢＰＭディスクである。ヘッド１５０は、検出素子２００、３００が、それぞれデータトラック５０ｂ、５０ａと整列している状態で示される。ヘッド１５０は、検出素子２００、３００がトラックにおいてディスクのほぼ中心直径（ＭＤ）上に整列し、従って素子２００、３００の「スキュー」はないものとして示される。図６Ｂに示されるとおり、独立した検出素子２００、３００は、クロストラック方向に、それぞれＷ１、Ｗ２の幅を有し、Ｗ１及びＷ２は、好ましくは等しい。検出素子２００、３００は、距離Ｓだけ離間される。Ｗ１及びＷ２は、トラック幅ＴＷより小さくてもよく、それによりエッジノイズが低減される。間隔Ｓは、約ＴＰ−Ｗ１であり、ここでＴＰはトラックピッチであり、且つＷ１＝Ｗ２と仮定する。一例において、面密度が約１テラビット／ｉｎ^２のディスクでは、ＴＰは約５３ｎｍであり、ＴＷは約４０ｎｍであり、Ｗは約３４ｎｍであり、及び間隔Ｓは約１９ｎｍである。

図７は、ディスク側から読取ヘッド１５０のＡＢＳに向かって見た、本発明に係るデュアル素子センサ１５０を構成する層を示す図である。センサ１５０は、絶縁分離領域１６０によって分離された２つのＣＰＰ ＭＲ検出素子２００、３００を有する。検出素子２００、３００は独立しており、従って、それぞれ矢印ＩＳ１及びＩＳ２によって示される独立したＣＰＰセンス電流を有し、センス電流の各々は、それぞれ独立したデータ検出電子装置又は回路２５０、３５０へと送られる。各検出素子２００、３００は、共通の下側導電性ベース層上に形成された積層体を含むＣＰＰ−ＧＭＲスピンバルブ型の素子として図示され、このベース層は、パーマロイ（Ｎｉ_８０Ｆｅ_２０）などの透磁性材料で形成される磁気シールド層Ｓ１であり得る。シールド層Ｓ１は基板上に形成され、基板はスライダ２２の後面２５（図２）の材料である。

検出素子２００のセンサ層は、（頁に対し）横方向に向いた一定の磁気モーメント又は磁化方向２２１を有する単純ピンド強磁性層２２０と、ピンド層２２０の磁化２２１をピン止めするための、典型的にはＭｎ合金（例えば、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ、ＰｄＭｎ、ＰｔＰｄＭｎ、又はＲｈＭｎＰｔＭｎ若しくはＩｒＭｎ）である反強磁性層２２４と、ディスク１２からの外部磁界を受けて層２１０の平面内で回転することのできる磁気モーメント又は磁化方向２１１を有するフリー強磁性層２１０と、典型的には銅（Ｃｕ）であり、ピンド層２２０とフリー層２１０との間にある非磁性の導電性スペーサ層２３０とを備える。単純ピンド層の代わりに、ピンド層２２０は、従来のＣＰＰセンサ１００について上記に説明したようなＡＰピンド構造（図５）であってもよい。

検出素子３００は、検出素子２００と同一である。従って、検出素子３００のセンサ層は、（頁に対し）横方向に向いた一定の磁気モーメント又は磁化方向３２１を有する単純ピンド強磁性層３２０と、ピンド層３２０の磁化３２１をピン止めするための反強磁性層３２４と、ディスク１２からの外部磁界を受けて層３１０の平面内で回転することのできる磁気モーメント又は磁化方向３１１を有するフリー強磁性層３１０と、典型的には銅（Ｃｕ）であり、ピンド層３２０とフリー層３１０との間にある導電性スペーサ層３３０とを備える。単純ピンド層の代わりに、ピンド層３２０は、従来のＣＰＰセンサ１００について上記に説明したようなＡＰピンド構造（図５）であってもよい。

下側シールド層Ｓ１と反強磁性層２２４、３２４との間には、シード層２２５、３２５がある。シード層２２５、３２５の各々は、種々の材料の単層又は多層であり得る。センス電流ＩＳ１、ＩＳ２用の導電性リード層として機能するシールド層Ｓ１の代わりに、シールド層Ｓ１の上に別個の導電性ベース層を形成して、共通のリードとして機能させてもよい。しかしながら、検出素子２００、３００のシールド間の間隔を低減するためには、下側リード層としてはシールド層Ｓ１を使用することが好ましい。

フリー層２１０、３１０の上側には、それぞれ、導電性の上部リード層２１３、３１３が位置し、これらは典型的にはＣｕで形成される。任意選択のキャッピング層（図示せず）、例えば、ＮｉＦｅＣｒ、ＮｉＦｅ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ又はＴａなどの種々の材料の単層又は多層が、それぞれ、フリー層２１０、３１０とリード層２１３、３１３との間に形成され得る。２つのリード層２１３、３１３は、絶縁分離領域１６０によって互いに電気的に絶縁されている。リード層２１３、３１３の各々は、端子（図１の端子パッド２９など）によって１つ又は複数の電流源と接続され、その電流源が、それぞれの独立したセンス電流ＩＳ１、ＩＳ２を、それぞれの検出素子２００、３００を通じて共通のリード層Ｓ１まで垂直に供給する。

上部磁気シールドＳ２は、検出素子２００、３００の上側にリード層２１３、３１３と接触して位置する。上部シールドＳ２は、軟質の透磁性材料で形成されるが、電気絶縁性であり、そのため独立した検出素子２００、３００に独立したセンス電流を流すことができる。シールドＳ２は、ニッケルフェライト（ＮｉＦｅ_２Ｏ_４）、又はマンガンフェライト若しくは亜鉛フェライト又はそれらの合金などの、他のソフトフェライトで形成され得る。絶縁性のシールド層Ｓ２の代わりに、検出素子２００、３００の上側にリード層２１３、３１３と接触して別個の絶縁層（図示せず）を形成し、次にパーマロイなどの導電性材料で形成されたシールド層Ｓ２を、別個の絶縁層の上に形成することもできる。しかしながら、本発明では、検出素子２００、３００のシールド間の間隔を低減するため、絶縁性のシールド層Ｓ２が好ましい。

離間された検出素子２００、３００の外側の、フリー層２１０、３１０の側端の近傍に、フリー層２１０、３１０の磁化２１１、３１１に縦バイアスを加えるための、ＣｏＰｔ又はＣｏＣｒＰｔ層などの硬磁性バイアス層１７０もまた含まれ得る。バイアス層セグメント１７０ａ、１７０ｂは、絶縁領域１８０ａ、１８０ｂによってフリー層２１０、３１０と電気的に絶縁されており、絶縁領域１８０ａ、１８０ｂは、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）で形成され得る。バイアス層１７０は、ＡＢＳと略平行な磁化１７５を有し、ひいては磁化２１１、３１１に縦バイアスを加える。従って、外部磁界がないとき、フリー層の磁化２１１、３１１は、バイアス層セグメント１７０ａ及び１７０ｂの磁化と平行である。強磁性バイアス層１７０は、硬磁性バイアス層又は反強磁性層と交換結合した強磁性層であり得る。バイアス層セグメント１７０ａ、１７０ｂによって提供される端部のバイアスの代替例として、各検出素子２００、３００を構成する積層体内に、別個の強磁性バイアス層が位置してもよい。しかしながら、インスタックバイアスは、検出素子２００、３００のシールド間の間隔を増加させる。

デュアル素子ＣＰＰセンサ１５０は、従来のＣＰＰ−ＧＭＲスピンバルブ及びＣＰＰ−ＴＭＲ読取ヘッドの周知の作製方法を用いて形成される。検出素子２００、３００における積層体内の全ての層は、完全な膜として下側シールド層Ｓ１上に順次堆積される。次に膜を、従来の、又は電子ビームリソグラフィによりパターニングし、さらにエッチングすることにより、検出素子２００、３００の別個の積層体が画定される。次に、検出素子の側面上、及び検出素子間の領域内に、アルミナなどの電気絶縁材料を堆積させる。次に、さらなるリソグラフィを用いて硬質バイアスセグメント１７０ａ、１７０ｂを堆積させ、パターニングした後、さらに絶縁材料を堆積させると、結果として、検出素子間の絶縁分離領域１６０と硬質バイアスセグメント１７０ａ、１７０ｂを取り囲む絶縁材料とが得られる。次に、検出素子を覆って上側シールド層Ｓ２を堆積させる。

図７に示されるデュアル素子読取ヘッド１５０は、ピンド層２２０、３２０が、それぞれフリー層２１０、３１０の下側にあるため、「ボトムピン型」読取ヘッドであるが、フリー層２１０、３１０は、それぞれピンド層２２０、３２０の下側に位置してもよい。

上記に説明され、且つ図７に示されるＣＰＰデュアル素子センサ１５０は、ＣＰＰ−ＧＭＲスピンバルブ型のセンサである。しかしながら、検出素子２００、３００は、各々、ＣＰＰ−ＴＭＲ検出素子であってもよく、その場合、非磁性スペーサ層２３０、３３０は、ＴｉＯ_２、ＭｇＯ又はＡｌ_２Ｏ_３などの電気絶縁材料で形成され得る。

対象の範囲内に外部磁界、すなわち、ディスク１２上のデータトラック５０ｂ、５０ａのアイランド３０（図６Ａ）に記録されたデータからの磁界が存在するとき、フリー層２１０、３１０の磁化方向２１１、３１１が回転し、一方、ピンド層２２０、３２０の磁化方向２２１、３２１は一定のままで、回転しない。従って、センス電流ＩＳ１が上部リード２１３から垂直に、検出素子２００の積層体を通って下部シールド層Ｓ１まで印加されると、データトラック５０ｂのデータアイランド３０からの磁界によってフリー層の磁化２１１がピンド層の磁化２２１に対して回転し、これはデータ検出電子装置２５０により、電気抵抗の変化として、ひいてはリードバックデータとして検出することが可能である。同時に、データトラック５０ｂの検出素子２００からのデータ検出とは独立して、センス電流ＩＳ２が上部リード３１３から垂直に、検出素子３００の積層体を通って下部シールド層Ｓ１まで印加されると、データトラック５０ａのデータアイランド３０からの磁界によってフリー層の磁化３１１がピンド層の磁化３２１に対して回転し、これはデータ検出電子装置３５０により、電気抵抗の変化として、ひいてはリードバックデータとして、検出素子２００からのリードバックデータとは独立して検出することが可能である。

デュアル検出素子２００、３００を備える読取ヘッド１５０が、図４Ａに示されるような、隣接するトラックのデータビットがＢＰ／２だけずれているＢＰＭディスクで用いられる場合、データビットは、隣接するトラックから交互に検出され、すなわち、検出素子２００が、そのトラックのデータビットを検出し得るとともに、次に検出素子３００が、そのトラックのデータビットを独立に検出し、このパターンが繰り返され得る。次にディスクドライブ電子装置は、独立した検出素子からのリードバック信号を結合し、その結果、図４Ａにおいてトラック５０ｂと整列した検出素子１００により図示されるように、単一の読取素子のみが用いられた場合に達成されたであろう場合と比べて、データ転送速度が倍増し得る。

本発明に係る複数素子の読取ヘッド１５０はまた、記録されたデータが、大容量のビデオファイルなど、大容量の連続的に記録されたファイルである場合の利点も提供する。図６Ａを参照すると、かかるファイルは、１つの完全なトラックから隣接する完全なトラックまで連続的に記録され得る。かかるファイルのリードバックが求められるとき、データは、検出素子３００と整列したトラック５０ａからリードバックされ、次に、連続して検出素子２００と整列したトラック５０ｂから、読取ヘッド１５０が半径方向に移動することなくリードバックされる。ディスクドライブ電子装置は、検出素子３００に関わる電子装置３５０からのデータのリードバックと、検出素子２００に関わる電子装置２５０からのデータのリードバックとの間で切り換わり、これにより、アクチュエータ１４（図１）がスライダ２２を動かすことに伴う遅延がなくなる。

本発明に係る読取ヘッド１５０は、２つの検出素子を有するものとして説明されているが、読取ヘッドは、多数の検出素子であって、独立した検出素子がクロストラック方向に離間され、従って各素子がデータトラックと整列する多数の検出素子を有してもよい。加えて、検出素子は、１トラック分より大きく離間されてもよい。例えば、図６Ａを参照すると、読取ヘッド１５０がデュアル素子ヘッドである場合、それは、検出素子２００がトラック５０ｃと整列するとき、検出素子がトラック５０ａと整列するような、２トラック分だけ離間した検出素子を有するものとして設計され得る。この例では、間隔Ｓは約ｎ＊ＴＰ−Ｗであってもよく、ここではＷ＝Ｗ１＝Ｗ２と仮定し、且つ式中、ｎは、２つの検出素子が離間したトラックの数に等しい整数である。かかる実施形態について、間隔Ｓが十分に大きい場合、追加的なバイアス層１７０のセグメントが、検出素子の間の分離領域内に、外側セグメント１７０ａ、１７０ｂとほぼ同じ平面内に整列して（図７）位置し得る。かかる設計は、フリー層の適切な安定化を確実に行うために望ましいことがある。

本発明は、特に、好ましい実施形態を参照して図示及び説明されているが、当業者は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細に様々な変更が加えられ得ることを理解するであろう。従って、開示される本発明は単に例示と解釈すべきであり、添付の特許請求の範囲に特定されるとおりの範囲によってのみ限定されるものとする。

１１ ディスク基板
１２ 磁気記録ディスク
１３ 回転中心
１４ ボイスコイルモータアクチュエータ
１５ 方向
１６ ディスクドライブベース
１７ 軸
１８ アクチュエータアーム
２０ サスペンション
２２ エアベアリングスライダ
２３ フレクシャ
２４ 読取／書込ヘッド
２５ 後面
２７ エアベアリング面
２９ 端子パッド
３０ データアイランド
５０ データトラック
５０ａ データトラック
５０ｂ データトラック
５０ｃ データトラック
５０ｄ データトラック
５０ｅ データトラック
５２ａ ガードバンド
５２ｂ ガードバンド
５２ｃ ガードバンド
５２ｄ ガードバンド
１００ 読取ヘッド
１１０ フリー強磁性層
１１１ 磁化方向
１１２ キャッピング層
１１３ 上部電気リード
１１５ バイアス層
１１６ 絶縁領域
１１７ 磁化
１２０ 基準強磁性層
１２１ 磁化方向
１２２ 下側強磁性層
１２３ 反平行結合層
１２４ 反強磁性層
１２５ シード層
１２６ 下部電気リード
１２７ 磁化方向
１３０ スペーサ層
１５０ 読取ヘッド
１６０ 絶縁分離領域
１７０ バイアス層
１７０ａ バイアス層セグメント
１７０ｂ バイアス層セグメント
１７５ 磁化
１８０ａ 絶縁領域
１８０ｂ 絶縁領域
２００ 検出素子
２１０ フリー強磁性層
２１１ 磁化方向
２１３ 上部リード層
２２０ ピンド強磁性層
２２１ 磁化方向
２２４ 反強磁性層
２２５ シード層
２３０ スペーサ層
２５０ データ検出電子装置
３００ 検出素子
３１０ フリー強磁性層
３１１ 磁化方向
３１３ 上部リード層
３２０ ピンド強磁性層
３２１ 磁化方向
３２４ 反強磁性層
３２５ シード層
３３０ スペーサ層
３５０ データ検出電子装置
ＢＰ ビットピッチ
Ｉ_Ｓ センス電流
ＩＳ１ センス電流
ＩＳ２ センス電流
Ｓ 間隔
Ｓ１ 下部磁気シールド層
Ｓ２ 上部磁気シールド層
ＴＰ トラックピッチ
ＴＷ トラック幅
Ｗ クロストラック方向の幅
Ｗ１ クロストラック方向の幅
Ｗ２ クロストラック方向の幅
ＷＰ 書込ポール。

Claims (15)

1. センス電流が読取ヘッドの層の平面と垂直に印加されたときに、磁気記録媒体上にパターニングされたデータトラックから磁気的に記録されたデータを読み取るための磁気抵抗読取ヘッドであって、
   基板と、
   前記基板上の導電性ベース層と、
   前記ベース層上の離間された第１の磁気抵抗検出素子及び第２の磁気抵抗検出素子であって、各検出素子が、ピンド強磁性層と、外部磁界が存在するとき、実質的にフリーに回転することのできる面内磁化方向を有するフリー強磁性層と、前記ピンド強磁性層と前記フリー強磁性層との間の非磁性スペーサ層とを含む、第１の検出素子及び第２の検出素子と、
   前記第１の検出素子上の第１の導電性リード層と、
   前記第２の検出素子上の第２の導電性リード層と、
   前記第１のリード層及び前記第１の検出素子を、前記第２のリード層及び前記第２の検出素子と電気的に絶縁するための、前記第１のリード層及び前記第２のリード層の上にある電気絶縁層と、
   離間された前記第１の検出素子と前記第２の検出素子との間の領域にある電気絶縁材料と、
   を含む、読取ヘッド。
2. 前記第１の検出素子及び前記第２の検出素子の各々における前記フリー強磁性層の磁化にバイアスを加えるための強磁性バイアス層をさらに含み、外部磁界がないとき、各フリー強磁性層が前記バイアス層の磁化と実質的に平行な磁化を有する、請求項１に記載の読取ヘッド。
3. 前記バイアス層が、前記第１の検出素子の前記フリー層と略同一平面内にある第１のセグメントと、前記第２の検出素子の前記フリー層と略同一平面内にある第２のセグメントとを有する硬磁性層である、請求項２に記載の読取ヘッド。
4. 前記バイアス層が、第３のセグメントであって、前記第１の検出素子の前記フリー層及び前記第２の検出素子の前記フリー層と略同一平面内にあり、且つ前記第１の検出素子と第２の検出素子との間に位置する第３のセグメントを有する、請求項３に記載の読取ヘッド。
5. 前記第１の検出素子及び前記第２の検出素子の各々における前記ピンド強磁性層が、面内磁化方向を有する第１のＡＰピンド（ＡＰ１）強磁性層と、前記ＡＰ１層の磁化方向と実質的に反平行な面内磁化方向を有する第２のＡＰピンド（ＡＰ２）強磁性層と、前記ＡＰ１層と第１のＡＰ２−１サブ層との間にあるＡＰ結合（ＡＰＣ）層とを含む反平行（ＡＰ）ピンド構造である、請求項１に記載の読取ヘッド。
6. 前記第１の検出素子及び前記第２の検出素子の各々における前記ピンド強磁性層が、前記基板と、前記第１の検出素子及び前記第２の検出素子の各々における前記フリー強磁性層との間に位置する、請求項１に記載の読取ヘッド。
7. 前記ベース層が、透磁性材料で形成される第１のシールドである、請求項１に記載の読取ヘッド。
8. 前記第１のリード層及び前記第２のリード層上の前記絶縁層が、透磁性材料で形成される第２のシールドである、請求項１に記載の読取ヘッド。
9. 前記第２のシールドが、ニッケルフェライト、マンガンフェライト及び亜鉛フェライトからなる群から選択されるフェライトから本質的に構成される材料で形成される、請求項８に記載の読取ヘッド。
10. 前記読取ヘッドが、巨大磁気抵抗スピンバルブ（ＧＭＲ−ＳＶ）読取ヘッドであり、前記第１の検出素子及び前記第２の検出素子の各々における前記非磁性スペーサ層が、導電性である、請求項１に記載の読取ヘッド。
11. 前記読取ヘッドが、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）読取ヘッドであり、前記第１の検出素子及び前記第２の検出素子の各々における前記非磁性スペーサ層が、電気絶縁性である、請求項１に記載の読取ヘッド。
12. 半径方向のトラックピッチＴＰを有し、且つ垂直磁化可能材料を含む複数の離散的な同心データトラックを有するパターンド媒体ディスクと、
    請求項１に記載の読取ヘッドと、
    前記ディスクが回転しているとき、前記読取ヘッドを前記ディスクの表面近傍に支持するためのエアベアリングスライダであって、前記読取ヘッドが、略半径方向に離間された前記第１の検出素子及び前記第２の検出素子と共に支持される、エアベアリングスライダと、
    前記スライダ及び支持された読取ヘッドを、離散的な同心データトラックを横切って略半径方向に動かすための、前記スライダに取り付けられたアクチュエータと、
    を含む垂直磁気記録ディスクドライブであって、
    前記読取ヘッドの前記第１の検出素子及び前記第２の検出素子の各々が、略半径方向に幅Ｗを有し、且つ、前記第１の検出素子及び前記第２の検出素子が、ほぼｎ＊ＴＰ−Ｗ（式中、ｎは整数である）に等しい間隔Ｓだけ離間される、
    ディスクドライブ。
13. 前記第１の検出素子に接続された第１のデータ検出回路と、前記第２の検出素子に接続された第２のデータ検出回路とをさらに含む、請求項１２に記載のディスクドライブ。
14. 離散的なデータトラックの各々が、アロングトラック方向に離間された離散的なデータアイランドにパターニングされている、請求項１２に記載のディスクドライブ。
15. 前記離散的なデータトラックの各々が、連続的な磁化可能材料のトラックである、請求項１２に記載のディスクドライブ。

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