JP2013080536A

JP2013080536A - 磁気ヘッド

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Publication number: JP2013080536A
Application number: JP2011219319A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Takagishi; 雅幸高岸; Susumu Hashimoto; 進橋本; Hitoshi Iwasaki; 仁志岩崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-10-03
Filing date: 2011-10-03
Publication date: 2013-05-02
Also published as: US20140022668A1; US8842394B2

Abstract

【課題】CPP-Tri-layer型磁気ヘッドの小型化を実現する。
【解決手段】実施形態に係わる磁気ヘッドは、第１及び第２磁気シールド層１１，１５間に配置される磁気抵抗素子とハードバイアス層ＨＢとを備える。磁気抵抗素子は、第１及び第２磁気フリー層ＦＬ１，ＦＬ２と、これらの間の非磁性層１３とを備える。第１及び第２磁気フリー層ＦＬ１，ＦＬ２の磁化方向は、外部磁界が零のときにハードバイアス層ＨＢからの磁界により概略垂直状態にある。ハードバイアス層ＨＢは、Fe、又は、FeとCoを主成分とする合金を備える。ハードバイアス層ＨＢのアスペクト比は、２以上である。ハードバイアス層ＨＢの厚さは、第１及び第２磁気シールド層１１，１５間のギャップよりも小さい。
【選択図】図７

Description

実施形態は、磁気ヘッド(magnetic head)に関する。

HDD (hard disk drive)などの磁気記録再生装置のデータ読み出しに使用される磁気ヘッドの一つとして、CPP (Current-perpendicular-to-plane)-Tri-layer型が知られている。CPP-Tri-layer型は、第一に、磁気記録媒体からの外部磁界が零の状態において、ハードバイアス層により磁気抵抗素子を構成する２つの磁気フリー層の相対的磁化方向をほぼ垂直にする点、第二に、２つの磁気フリー層の相対的磁化方向を、磁気記録媒体からの外部磁界に応じて、ほぼ垂直から平行方向に又は反平行方向に変化させる点、そして、第三に、２つの磁気フリー層に膜面に垂直となる電流を流し、磁気抵抗素子の抵抗値を検出することによりデータを読み出す点、に特徴を有する。

現在、ＨＤＤ（Hard Disk Drive：ハードディスクドライブ）の信号再生には、膜面垂直方向に電流を通電するTMRヘッド（Tunneling MagnetoResistive Head）が使用される。今後、記録密度向上に伴い再生素子の微細化が必須となり、単位断面積当たりの抵抗が小さな磁気抵抗効果素子が必要となる。

例えば、１平方インチ面積あたり２テラビット（2Tb/inch²）の面記録密度の実現には、約20nm角の通電断面積を有する再生素子が必要になると予想されており、0.3Ωum²前後あるいはそれ以下の面積抵抗(RA:通電断面積×抵抗)が必要とされる。TMRヘッドでは、原理的にトンネルバリアを通じて電流を流すので、抵抗低減には物理限界が存在する。そこで、低抵抗で高い磁気抵抗効果変化率（MR比）を有する新たな磁気抵抗効果素子の研究が盛んに行われている。一方、HDDの記録密度を高めるためには磁気抵抗効果素子のサイズを小型化することが必要である。

例えば、１平方インチ面積あたり２テラビット（2Tb/inch²）以上の面記録密度では、高分解再生を実現するために再生シールド間隔は20nm以下が、3Tb/inch²では、15nm以下が、それぞれ必要とされる。また、これらの記録密度での高トラック密度の再生を実現するためには磁化自由層の幅は15-20nm程度が必要とされる。しかし、現在のTMRヘッドでは、反強磁性膜（IrMn合金）、磁化固着層、中間絶縁層、磁化自由層からなるので、その全厚みを15-20nm以下に薄くすることは困難であり、再生シールド間にTMRヘッドを配置することが困難になる。

そこで、反強磁性膜を用いず、磁化自由層を２枚にした、このTrilayerと呼ばれる構造が検討されている。この構造は、反強磁性膜が無いので10nm近傍の極薄化も可能であるとされる。

米国特許第７，１７７，１２２号

IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL. 43, No.2, 2007, p. 645

実施形態は、CPP-Tri-layer型磁気ヘッドを小サイズで実現する技術を提案する。

実施形態によれば、磁気ヘッドは、第１及び第２磁気シールド層と、前記第１及び第２磁気シールド層間に配置される磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子のエアーベアリング面とは反対側において前記第１及び第２磁気シールド層間に配置されるハードバイアス層とを備え、前記磁気抵抗素子は、可変の磁化を有する第１及び第２磁気フリー層と、これらの間の非磁性層とを備え、前記第１及び第２磁気フリー層の磁化方向は、外部磁界が零のときに前記ハードバイアス層からの磁界により垂直状態にあり、前記ハードバイアス層は、Fe、又は、FeとCoを主成分とする合金を備え、前記ハードバイアス層のアスペクト比(h/w)は、２以上、但し、hは、前記ハードバイアス層の高さ、wは、前記ハードバイアス層の厚さである。また、前記ハードバイアス層の厚さwは、前記第１及び第２磁気シールド層間のギャップGよりも小さい。

CPP-Tri-layer型磁気ヘッドを示す図。図１の磁気ヘッドの断面図。外部磁界と２つの磁気フリー層の磁化方向の関係を示す図。磁気ヘッドのデバイス構造を示す図。アスペクト比の定義を示す図。アスペクト比とSNR比の関係を示す図。外部磁場とヘッド抵抗との関係を示す図。外部磁場とヘッド抵抗との関係を示す図。アスペクト比とキンク量との関係を示す図。磁気ヘッドの実施例を示す図。磁気ヘッドの実施例を示す図。磁気ヘッドの実施例を示す図。軟磁性層に硬磁性層を付加する例を示す図。磁気ヘッドの実施例を示す図。オフセットとキンク量との関係を示す図。ハードバイアス層の形状とアスペクト比について示す図。ハードバイアス層の形状とアスペクト比について示す図。ハードバイアス層の形状とアスペクト比について示す図。ハードバイアス層の形状とアスペクト比について示す図。適用例としてのHDDを示す図。図２０の磁気ヘッドアセンブリを示す図。図２１の磁気ヘッドを示す図。

以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。

図１は、CPP-Tri-layer型磁気ヘッドの主要部を示している。

磁気記録媒体（例えば、磁気ディスク）からの外部磁界が零の場合において、磁化方向が可変である２つの磁気フリー層ＦＬ１，ＦＬ２の相対的磁化方向は、ハードバイアス層ＨＢにより概略垂直状態となるように設定される。

また、２つの磁気フリー層ＦＬ１，ＦＬ２の相対的磁化方向は、磁気記録媒体からの外部磁界に応じて、概略垂直状態から平行方向又は反平行方向へ状態が変化する。

ここで、本明細書において、概略垂直状態とは、２つの磁気フリー層ＦＬ１，ＦＬ２の磁化方向のなす角度θが、６０°＜θ＜１２０°の範囲内にあることを意味するものとする。

また、平行方向とは、２つの磁気フリー層ＦＬ１，ＦＬ２の磁化方向のなす角度θが、概略垂直状態から小さくなる方向を意味するものとする。また、反平行方向とは２つの磁気フリー層ＦＬ１，ＦＬ２の磁化方向のなす角度θが、概略垂直状態から大きくなる方向を意味するものとする。

尚、角度０°とは、２つの磁気フリー層ＦＬ１，ＦＬ２の磁化方向が完全に同じ方向を向いている状態である。また、１８０°とは、２つの磁気フリー層ＦＬ１，ＦＬ２の磁化方向が完全に逆方向を向いている状態である。

図２は、図１の磁気ヘッドの断面図を示している。

磁気シールド層１１上には、シード層１２が形成される。シード層１２上には、磁気フリー層ＦＬ１が形成される。磁気フリー層ＦＬ１上には、非磁性層１３が形成される。非磁性層１３上には、磁気フリー層ＦＬ２が形成される。磁気フリー層ＦＬ２上には、キャップ層１４が形成される。キャップ層１４上には、磁気シールド層１５が形成される。

シード層１２は、磁気フリー層ＦＬ１，ＦＬ２及び非磁性層１３の結晶配向性などを制御するために設けられる。また、キャップ層１４は、磁気フリー層FL2を保護し、他の物質との直接接触をさけるために使用する。

読み出し回路１６は、２つの磁気シールド層１１，１５間に接続される。即ち、本例では、２つの磁気シールド層１１，１５は、電極としても機能する。

そして、読み出し回路１６は、２つの磁気シールド層１１，１５間に電流を流すことにより、外部磁界によりその磁化が概略垂直状態から平行又は反平行方向に変化した磁気抵抗素子（磁気フリー層ＦＬ１，ＦＬ２及び非磁性層１３）の抵抗値を読み取る。

尚、本例では、２つの磁気シールド層１１，１５は、電極として用いるが、２つの磁気シールド層１１，１５とは別に、データ読み出しのための電極を設けてもよい。

また、同図において、ABSは、磁気ヘッド（磁気抵抗素子）のエアーベアリング面を表している。エアーベアリング面とは、磁気ヘッドを用いて磁気記録媒体からデータを読み出すときに、磁気記録媒体が配置される側の磁気抵抗素子の面を意味する。

このような磁気ヘッドにおいて、高記録密度の磁気記録媒体からデータを読み出すに当たっては、磁気抵抗素子のサイズを小さくする、即ち、２つの磁気シールド層１１，１５間のギャップGを狭くすることが必要不可欠である。

例えば、HDDの平方インチあたりの記録密度3Tビットで、このギャップGは、15 nm以下にすることが要望されている。

この場合、ハードバイアス層ＨＢの厚さwは、２つの磁気シールド層１１，１５とのマージン、特に、ハードバイアス層ＨＢの下地としてのシード層およびシード層との絶縁を確保する絶縁層の厚さを考慮すると、12 nm以下にしなければならない。

しかし、ハードバイアス層ＨＢの厚さwは、磁気記録媒体からの外部磁界が零の場合における２つの磁気フリー層ＦＬ１，ＦＬ２の相対的磁化方向に影響を与える。

これについて、以下、説明する。

図３は、外部磁界(External Field)と磁気フリー層ＦＬ１，ＦＬ２の相対的磁化方向との関係を、ハードバイアス層の飽和磁化をMsとし、ハードバイアス層の厚さwをtとしたときの両者の積(Ms×t)をパラメータに示したものである。

ハードバイアス層ＨＢとしては、CoPtを使用するものとする。また、ハードバイアス層ＨＢと磁気フリー層ＦＬ１，ＦＬ２との距離d1は、3 nmとし、磁気フリー層ＦＬ１，ＦＬ２のサイズd2は、16〜28 nmとする。

同図によれば、ハードバイアス層の飽和磁化Ms (T: tesla)と厚さt (nm)との積(Ms×t)が約15 nmTのときに、外部磁界が零における２つの磁気フリー層ＦＬ１，ＦＬ２の相対的磁化方向がほぼ垂直(90°)になることが分かる。

しかし、ハードバイアス層ＨＢとしてのCoPtの飽和磁化Msは、1〜1.2 Tである。即ち、Ms×tを約15 nmTにするためには、ハードバイアス層ＨＢの厚さw(= t nm)は、12.5〜15 nmの範囲内の値にしなければならない。

このハードバイアス層ＨＢの厚さwは、上述の要求である厚さの上限12 nmを超えている。従って、ハードバイアス層ＨＢを２つの磁気シールド層間のギャップGに収めることができない、という問題が発生する。

また、これを無理に収めようとすると、ハードバイアス層ＨＢを配置するエリアのギャップGを部分的に広げる必要がある。この場合、本来のギャップ部より広げた部分のハードバイアスから印加される磁場は、ほとんどシールドに吸収されるため、ハードバイアスとして機能しなくなる。また、部分的に広めたシールドは形状が複雑で磁化変化も複雑になり、再生信号のノイズを大幅に劣化させることになる。

以上の考察から、実施形態のCPP-Tri-layer型磁気ヘッドでは、ハードバイアス層ＨＢとして、Fe、又は、FeとCoを主成分とする合金（軟磁性材料）を採用する。

例えば、ハードバイアス層ＨＢをCoFeとした場合、CoFeの飽和磁化Msは、2 T程度である。即ち、Ms×tを約15 nmTにするためには、ハードバイアス層ＨＢとしてのCoFeの厚さw (= t nm)は、7.5 nm程度でよい。

尚、ハードバイアス層ＨＢの飽和磁化と厚さとの積 (Ms×t)は、磁気フリー層ＦＬ１の飽和磁化Msと厚さtとの積の３倍以上であり、かつ、磁気フリー層ＦＬ２の飽和磁化Msと厚さtとの積の３倍以上であるのが望ましい。

このように、ハードバイアス層ＨＢとして、Fe、又は、FeとCoを主成分とする合金を採用すれば、ハードバイアス層ＨＢを２つの磁気シールド層間のギャップGに余裕をもって収めることができるため、CPP-Tri-layer型磁気ヘッドの小型化を実現できる。

しかし、CPP-Tri-layer型磁気ヘッドにおいて、ハードバイアス層ＨＢを狭ギャップG内に無事に収められたとしても、ハードバイアス層ＨＢを、Fe、又は、FeとCoを主成分とする合金（軟磁性材料）としたことによる新たな問題を解決しなければ、真に、CPP-Tri-layer型磁気ヘッドの小型化を実現したことにはならない。

以下、その問題について説明する。

図４は、ハードバイアス層として軟磁性材料を用いたときのCPP-Tri-layer型磁気ヘッドのデバイス構造を示している。

本例のデバイス構造が図２のデバイス構造と異なる点は、ハードバイアス層（例えば、CoFe）ＨＢの磁化を安定させるために、ハードバイアス層ＨＢの上下に、それぞれ、反強磁性層（例えば、IrMn, PtMnなど）１７，１８を付加したことにある。

その他の点については、図２のデバイス構造と同じであるため、図２と同じ符号を付すことにより、ここでの説明は省略する。

同図から明らかなように、この構造によれば、ハードバイアス層ＨＢが薄くなったにもかかわらず、新たに非常に厚い反強磁性層１７，１８が必要になるため、ハードバイアス層ＨＢと反強磁性層１７，１８の合計の厚さt-addは、２つの磁気シールド層１１，１５間のギャップGよりも大きくなる。

従って、本例のデバイス構造は、既に説明したように、ハードバイアス層ＨＢを配置するエリアのギャップGを部分的に広げることを意味する。したがって、前述の再生信号の劣化の問題の解決にはならない。この再生信号の劣化問題をもう少し詳しく説明する。

本例の構造を採用すると、ハードバイアス層ＨＢと磁気抵抗素子との境界部分に磁気シールド層１７，１８の角Ｘが形成されるため、この角Ｘにより磁気シールド層１７，１８の磁区が不安定になる、という問題が発生する。この磁区の不安定化は、磁気ヘッドによるデータ読み出し時のノイズの原因となるため、SNR比 (signal-to-noise ratio)を悪化させる。

以上の考察から、反強磁性層を用いなくても、Fe、又は、FeとCoを主成分とする合金（軟磁性材料）を備えるハードバイアス層ＨＢの磁化を安定化させることこそが、全ての問題を解決し、CPP-Tri-layer型磁気ヘッドの小型化を図ることができる、ということが分かる。

そこで、以下では、そのための要件について検討する。

図５及び図６は、ハードバイアス層ＨＢの形状と磁化の安定性との関係について考察した結果を示している。

まず、ハードバイアス層ＨＢの形状をアスペクト比で定義する。ハードバイアス層ＨＢのアスペクト比とは、ハードバイアス層ＨＢの幅wと高さhとの比(h/w)である。また、ハードバイアス層ＨＢの高さhとは、ハードバイアス層ＨＢと磁気抵抗素子とが並ぶ方向におけるハードバイアス層ＨＢのサイズである。

そして、ハードバイアス層ＨＢのアスペクト比を変化させたときの磁気ヘッドのSNR比への影響を検証する。ここで、磁気ヘッドのSNR比は、ハードバイアス層ＨＢの磁化の安定性に依存する。即ち、ハードバイアス層ＨＢの磁化が不安定であるとき、データ読み出し時のノイズが大きくなるため、SNR比が低下する。このノイズの劣化は、再生ヘッドに印加する外部磁場と再生ヘッドの抵抗の関係（RH曲線）に現れるキンク量と相関がある。

充分な外部磁場を印加したとき、ヘッドの抵抗は2枚の磁化フリー層が平行の状態から反平行の状態まで変化するが、それはRH曲線では図７の右下の位置（磁化が平行状態）から左上位置（磁化が反平行状態）の変化に対応する。このRH曲線に現れるキンク量を図８により説明する。

図８で通常のRH曲線からのずれを図中“kink”で示す。ハードバイアスが不安定な場合はこのようにkinkがRH曲線に現れる。この量を抵抗の最大変化量（図中Full dR）で割った値をキンク量と定義する。

このキンク量とハードバイアスのアスペクト比の関係を図９に示す。この例ではFeCo合金と反強磁性体（IrMn)との厚みの合計(t-add)は12nmである。アスペクト比が２以下ではIrMnの厚みが薄いためハードバイアス層の磁化が安定せずキンク量は大きくなる。しかしアスペクト量が２を超えるとキンク量は安定する。

この結果、図６に示すようにハードバイアス層ＨＢのアスペクト比が２である点を境界に、SNR比が顕著に変化する。尚、この結果は、CoFeの他、Fe、又は、FeとCoを主成分とする合金をハードバイアス層ＨＢとして採用した場合において同じである。

従って、ハードバイアス層ＨＢのアスペクト比を２以上に設定すれば、反強磁性層が薄くても、Fe、又は、FeとCoを主成分とする合金（軟磁性材料）を備えるハードバイアス層ＨＢの磁化を安定化させることができる。SNR比の劣化なしに、CPP-Tri-layer型磁気ヘッドの小型化を図ることができる。

図１０乃至図１２は、CPP-Tri-layer型磁気ヘッドの実施例を示している。

２つの磁気シールド層１１，１５間のギャップGは、磁気抵抗素子が配置されるエリアとハードバイアス層ＨＢが配置されるエリアとで、同じである。

磁気抵抗素子は、シード層１２、磁気フリー層ＦＬ１、非磁性層１３、磁気フリー層ＦＬ２及びキャップ層１４を備える。

一方、図１０の例では、ハードバイアス層ＨＢに反強磁性層１７が付加される。図１０の例では、反強磁性層１７は、ハードバイアス層ＨＢの下側に配置されるが、その上側に配置されてもよいし、その両側に配置されてもよい。

図１１の例では、ハードバイアス層ＨＢに反強磁性層が付加されない。この例のように、軟磁性層だけのハードバイアス層であっても、アスペクト比が２以上であれば安定する。但し、この場合、低周波数のノイズが観測される場合があり、これは長い時間間隔でハードバイアスの方向が入れ替わっているものと思われる。

この不具合は、例えば、図１３のように、軟磁性層の奥（ハイト方向）に硬磁性層を設置することで解決する。この場合のハードバイアス層の定義は軟磁性層のみとし、アスペクト比も軟磁性層のhとwの比で安定性が議論できる。

ハードバイアス層ＨＢのアスペクト比(h/w)は、２以上であり、ハードバイアス層ＨＢの厚さw (= t nm)は、ギャップG（例えば、15 nm）よりも小さい。また、ハードバイアス層ＨＢとしてCoFeを採用した場合、Ms×t = 15 nmT、Ms = 2 Tのとき、t = 7.5 nmである。例えば、wが30nmであるとき、hは60nm以上であればよい。

t = 7.5の場合、ハードバイアス層ＨＢに反強磁性層（例えば、IrMn, PtMnなど）１７を付加したとき、反強磁性層１７の厚さは、4.5 nmまで許容できる。この場合、ハードバイアス層ＨＢと反強磁性層１７の合計の厚さt-addは、12 nmとなり、ギャップG（例えば、15 nm）に収めることができる。

尚、図１２に示すように、ハードバイアス層ＨＢの高さhが20 nm以上となるとき、ハードバイアス層ＨＢの磁気抵抗素子側の端から20 nm以上のエリア内においては、ハードバイアス層ＨＢの厚さを、磁気抵抗素子側の端から20 nm未満のエリア内のハードバイアス層ＨＢの厚さw (= t nm)よりも大きくしてもよい。

例えば、ハードバイアス層ＨＢの磁気抵抗素子側の端から20 nm以上のエリア内におけるハードバイアス層ＨＢの厚さを、ギャップGよりも大きくしてもよい。

この例を図１４及び図１５で説明する。

図１４は、G=15nm、t=8nmでハードバイアス層ＨＢの磁気抵抗素子側の端から“offset”以上はなれたところにHBの上下にIrMnを4.5nm設置している。t-addは18nmありGには収まらない。このoffsetの量とキンク量との関係を図１５に示す。

offsetが20nm以上でキンク量が一定値になっている。これは、ハードバイアス層ＨＢの磁気抵抗素子側の端から20 nm以上のエリア内においては、ハードバイアス層ＨＢや磁気シールド層１１，１５の磁区の乱れが、磁気抵抗素子に与える影響を軽減できるからである。

アスペクト比を規定するwとhの定義について説明する。

例えば、図１６にある幅w2を上述のwの定義に使用し、かつ、h/w〜２としても、ハードバイアスの安定性は確保されない。これは、図１７に示すように、幅w2の部分では、磁化は安定しているが、磁気抵抗効果素子の近傍の幅w1の部分では、磁化が不安定になっているためである。従って、wとしては、磁気抵抗効果素子近傍のハードバイアス層の幅w1をwとして使用すべきと考えられる。

具体的には、図１８に示すように、磁気抵抗効果素子からの距離d1が20nm以下の幅の平均値をwとすればよい。また、hの定義としては、図１９に示すように、磁気抵抗効果素子の幅d2の高さの平均値をhとすればよい。

次に、上述のCPP-Tri-layer型磁気ヘッドが適用される磁気記録再生装置の例として、HDDについて説明する。

図２０は、トップカバーを外した状態のHDDの内部構造を示している。

HDDの筐体は、箱状のベース１１とトップカバー１２とを備える。ベース１１及びトップカバー１２は、複数のねじ１３により結合される。

ベース１１内には、磁気記録媒体としての磁気ディスク１４及び磁気ディスク１４を回転させる駆動部としてのスピンドルモータ１５が配置される。

また、ベース１１内には、磁気ヘッド１６、ヘッドスタックアッセンブリ（以下、ＨＳＡと称する）１７、ボイスコイルモータ（以下、ＶＣＭと称する）１８、ランプロード機構１９及びラッチ機構２０が配置される。

磁気ヘッド１６は、上述の実施例に係わるCPP-Tri-layer型磁気ヘッドが使用され、磁気ディスク１４に対してデータの記録／再生を行う。

ＨＳＡ１７は、磁気ヘッド１６を支持し、ＶＣＭ１８は、ＨＳＡ１７の位置決めを行う。また、ランプロード機構１９は、磁気ヘッド１６が磁気ディスク１４の最外周に移動したときのＨＳＡ１７の位置決めを行う。さらに、ラッチ機構２０は、HDDの筐体に衝撃が加わったときのＨＳＡ１７の位置決めを行う。

磁気ディスク１４は、例えば、直径65 mm (2.5 inch)の円形であり、その上面及び下面に磁気記録層を有する。磁気ディスク１４は、スピンドルモータ１５により、所定の速度、例えば、5400 rpm、又は、7200 rpmで回転される。

図２１は、図２０のＨＳＡ１７を示している。

ＨＳＡ１７は、回転自在な軸受部２１と、軸受部２１から延びる２本のヘッドジンバルアッセンブリ（以下、ＨＧＡと称する）２２とを備える。各ＨＧＡ２２は、軸受部２１から延びるアーム２３と、アーム２３からさらに延びるサスペンション２４と、サスペンション２４の先端部に配置される磁気ヘッド１６とを有する。

図２２は、図２１の磁気ヘッド１６を示している。

磁気ヘッド１６は、スライダ２５と、スライダ２５内に形成される記録ヘッド(recording head)及び再生ヘッド(reproducing head)を有する。上述の実施例に係わる磁気ヘッドのエアーベアリング面ABSは、同図におけるエアーベアリング面ABSに対応する。

磁気ヘッド１６と磁気記録媒体２６の表面との間には、一定間隔(例えば、2〜4 nm)の空気層が設けられる。

以上のようなHDDの磁気ヘッドに、上述の実施例に係わる磁気ヘッドを適用すれば、製造コストの増加やSNR比の劣化なしに、高記録密度のHDDを実現することができる。

実施形態によれば、CPP-Tri-layer型磁気ヘッドを小サイズで実現できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１，１５：磁気シールド層、１２：シード層、１３：非磁性層、１４：キャップ層、１６：読み出し回路、１７，１８：反強磁性層、ＦＬ１，ＦＬ２：磁気フリー層、ＨＢ：ハードバイアス層。

Claims

第１及び第２磁気シールド層と、
前記第１及び第２磁気シールド層間に配置される磁気抵抗素子と、
前記磁気抵抗素子のエアーベアリング面とは反対側において前記第１及び第２磁気シールド層間に配置されるハードバイアス層とを具備し、
前記磁気抵抗素子は、可変の磁化を有する第１及び第２磁気フリー層と、これらの間の非磁性層とを備え、
前記第１及び第２磁気フリー層の磁化方向は、外部磁界が零のときに前記ハードバイアス層からの磁界により概略垂直状態にあり、
前記ハードバイアス層は、Fe、又は、FeとCoを主成分とする合金を備え、
前記ハードバイアス層のアスペクト比(h/w)は、２以上、但し、hは、前記ハードバイアス層の高さ、wは、前記ハードバイアス層の厚さであり、
ハードバイアス層の厚さwは、前記第１及び第２磁気シールド層間のギャップGよりも小さい
磁気ヘッド。
前記第１及び第２磁気シールド層は、電極として機能し、
前記第１及び第２磁気シールド層間に電流を流すことにより、前記外部磁界により前記概略垂直状態から平行又は反平行方向に変化した前記磁気抵抗素子の抵抗値を読み取る
請求項１に記載の磁気ヘッド。
前記ハードバイアス層及び前記第１磁気シールド層間、前記ハードバイアス層及び前記第２磁気シールド層間、又は、それらの両方に、前記ハードバイアス層の磁化を固着する反強磁性層をさらに具備し、
前記ハードバイアス層と前記反強磁性層の合計の厚さt-addは、前記第１及び第２磁気シールド層間のギャップGよりも小さい
請求項１に記載の磁気ヘッド。
前記ハードバイアス層の高さhが20 nm以上となるとき、前記ハードバイアス層の前記磁気抵抗素子側の端から20 nm以上の第１エリア内における前記ハードバイアス層の厚さと前記反強磁性層の合計の厚さt-addは、前記ハードバイアス層の前記磁気抵抗素子側の端から20 nm未満の第２エリア内における前記ハードバイアス層の厚さと前記反強磁性層の合計の厚さt-addよりも大きく、
前記第１エリア内における前記ハードバイアス層の厚さと前記反強磁性層の合計の厚さt-addは、前記第１及び第２磁気シールド層間のギャップGよりも小さい
請求項１に記載の磁気ヘッド。
前記第１エリア内における前記ハードバイアス層の飽和磁化Msと厚さtとの積は、前記第１磁気フリー層の飽和磁化Msと厚さtとの積の３倍以上であり、かつ、前記第２磁気フリー層の飽和磁化Msと厚さtとの積の３倍以上である請求項１に記載の磁気ヘッド。