JP2013080551A - 短絡比が調整された装置およびセンサならびに短絡比を調整する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】読み取り素子のための空間の大きさを縮小することによって、磁気シールドの大きさおよびシールド間の利用可能な空間の大きさを最小化する。
【解決手段】空気ベアリング面（ＡＢＳ）１４８に対して設置されたデータ読み取りスタック１３２は、第１のバッファ層１４２と第２のバッファ層１４２との間に取り付けられ、少なくとも一方のバッファ層は、データ読み取りスタックに所定の短絡比を付与する。
【選択図】図２

Description

発明の詳細な説明
概要
データ読み取りスタックは、空気ベアリング面（ＡＢＳ）に対して設置することができる。データ読み取りスタックは、第１のバッファ層と第２のバッファ層との間に配置され得て、少なくとも一方のバッファ層は、データ読み取りスタックに所定の短絡比を付与するように構成される。

例示的なデータ記憶装置の斜視図である。 様々な実施形態において使用することができる例示的な磁気センサを示す図である。 例示的な磁気センサの一部を示す図である。 磁気センサの例示的な動作挙動を示すグラフ図である。 磁気センサの様々な実施形態に関連付けられた例示的な動作データを示すプロット図である。 磁気センサの様々な実施形態において使用される様々な材料組成に対応する動作データを示すグラフ図である。 本発明の実施形態に係る例示的な磁気センサの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る例示的な磁気センサの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る例示的な磁気センサの構成を示す図である。 本発明の様々な実施形態に係るセンサの製造手順を示すフローチャートである。

詳細な説明
本開示においては、改良された磁気センサが概して示され、特に、遮蔽された磁気センサにおける短絡比の最適化について示される。データの大容量化およびデータ転送率の高速化に対する需要が産業において高まるにつれ、読み取り素子やシールドなどの様々なデータ記憶部品のフォームファクタが縮小されている。読み取り素子のための空間の大きさを縮小することによって、磁気シールドの大きさおよびシールド間の利用可能な空間の大きさを最小化することができる。

固定磁化を伴わない二重の磁化自由層を含む三層読み取り素子においては、シールド間の空間を小さくすればするほど、バイアス磁石の効果がより小さくなり得る。バイアス磁石の強度が低減されると、読み取り素子の磁性の不安定性が高まり、データ検知にも劣化が起こり得る。フォームファクタを縮小した様々なシールドは、バイアス磁石を収容できるように設計されているが、読み出しセンサの後部（磁気的に無反応）における不所望の短絡磁流による寄生性の短絡および信号振幅の低減による影響を受け得る。

読み取り素子と、バイアス磁石と、磁気シールドとの間の境界部を調整することによって、磁気センサの短絡比を最適に構成することができる。これにより、空気ベアリング面（ＡＢＳ）に近いリーダの部分を通る磁流を抑え、センサの性能を高めることができる。このように短絡比を最適化することにより、読み取り素子の部分における不所望な短絡の影響を低減または除去し、磁気センサの信号振幅および磁気安定性を向上させることができる。

図面を参照すると、図１は、本発明の様々な実施形態を実施することができる限定されない環境下にある、データ記憶装置１００の実施形態を示す。装置１００は、ベースデッキ１０４と上部カバー１０６とから形成される、実質的に封止されたハウジング１０２を含む。内部に配置されるスピンドルモータ１０８は、複数の磁気記憶媒体１１０を回転させるように構成されている。媒体１１０は、データトランスデューサ（読み取り／書き込みヘッド）の対応する配列によってアクセスされる。データトランスデューサの各々は、ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）１１２によって支持される。

各ＨＧＡ１１２は、柔軟なサスペンション１１６を含むヘッドスタックアセンブリ１１４（アクチュエータ）によって支持され、硬いアクチュエータアーム１１８によってさらに支持される。アクチュエータ１１４は、音声コイルモータ（ＶＣＭ）１２２に対して磁流を印加することによって、カートリッジベアリングアセンブリ１２０を中心に枢動し得る。この方法により、ＶＣＭ１２２を制御して動作させることで、トランスデューサ（１２４の符号が付されている）を媒体の表面に規定されるトラック（図示せず）に対して整合させ、データを記憶または検索する。

図２は、図１のデータ記憶装置において使用することができる磁気センサ１３０の実施形態の断面図を概して示す。示されるように、センサは、第１の磁気シールド１３４と第２の磁気シールド１３６との間に配置される磁気検知スタック１３２を有して構成することができる。磁気スタック１３２の構成は限定されるものではなく、磁気的に反応する任意の帯磁方向を有する任意の数の層を含む積層とすることができる。このような構成の一例は、二重の磁化自由層１４０の間に配置される非磁性スペーサ層１３８を有し、磁化自由層１４０の各々は、バッファ層１４２に結合される。バッファ層１４２は、キャップ層やシード層などの様々な異なる材料からなり得る。

固定磁化を有するピン（または／および基準）層を含まない磁化自由層１４０のみが設けられる場合、スタック１３２は、３つの層を有し、スタック１３２において固定磁化を欠き、シード層およびキャップ層を黙示的に含まないことから、通常は三層リーダと呼ばれる。スタック１３２から空気ベアリング面（ＡＢＳ）１４８をわたって、データ記憶媒体１４６に書き込まれたデータビット１４４を検知させるために、ＡＢＳ１４８に接触する部分とは反対側においてスタック１３２に隣接して永久磁石１５０を設置することができる。つまりは、自由層１４０は、永久磁石１５０によってバイアスが加えられるが、データビット１４４の存在によって克服することができ、正確な帯磁方向の検知が行なわれる。

バイアス磁石１５０は、磁気スタック１３２の性能を調整するために様々な異なる材料組成および大きさによって構成され得る。第１のシールド１３４および第２のシールド１３６は、示されるように、ＡＢＳにおけるＹ軸に沿ったセンサの厚さを増大させることなく後縁においてシールド間の間隔１５２を増大させ、スタック１３２の自由層１４０を磁束が良好に通過するように成形することができる。

このような性能の向上は、図２に示される構成に限定されるものではなく、各シールド１３４および１３６の傾斜部分１５６は、ＡＢＳ１４８から遠位においてシールド１３４および１３６の厚さを小さくするように、テーパ状、片持ち状、および直角の移行領域１５８を有して固有的または集合的に設計することができる。同様に、傾斜部分１５６は、磁性および非磁性の単層または積層によって部分的または完全に満たすことができる。しかし、１つ以上の傾斜領域１５６を追加することによって、磁化回転の最も大きいＡＢＳ領域１４８においてより効果的に電流が集中することから、磁気スタック１３２を通る寄生性の短絡が最小化され、データ読み取り信号振幅が改善され得る。

図３Ａおよび図３Ｂは、例示的な磁気センサ１６０の一部の断面図、および対応する動作グラフ１６２を概して示す。磁気センサ１６０は、磁気スタック１６４を有する。磁気スタック１６４は、ＡＢＳに対して設置され、磁気シールド１６６から所定のシールド距離１６８の間隔が空けられ、後部のバイアス磁石１７０から所定のバイアス距離１７２の間隔が空けられている。磁気シールド１６６は、ＡＢＳに対して平行な線形面として成形された移行領域１７４を有する。移行領域１７４は、シールド１６６を、ＡＢＳにおける第１の厚さ１７６から、ＡＢＳの遠位かつバイアス磁石１７０の近位における第２の厚さ１７８に移行させる。

移行領域１７４の構成により、スタック１６４とシールド１６６との間に所定の傾斜距離１８０がもたらされる。これにより、スタック１６４の磁化回転がセンサ部分１８４に抑えられることで、僅かな読み出し反応に効果的に変換し得る短絡長さ１８２を得ることができる。つまりは、移行領域１７４の位置および構成は、スタック１６４の短絡領域１８６に沿って磁流を指数関数的に減衰させることでセンサ部分１８４に磁流を抑え、スタック１６４を介した磁流の反応を調整することができる。

このように磁流を抑制することによって、ＡＢＳの遠位におけるスタック１６４を介した寄生性の短絡を低減させることができ、バイアス磁石１７０の付近における不所望の短絡に関係する信号振幅の損失を最小化し得る。短絡部分１８６によってセンサ部分１８４に抑制される磁流の量は、抑制率（ＣＣ）として表わされる。値が１の場合は、移行領域１７４を磁流が通らず、値が０の場合は、Ｘ軸に沿ってスタック１６４を介して均一な磁流が通る。

ＣＣが磁流の挙動に影響を及ぼすのに対し、動作磁流の抑制は、磁気スタック１６４のストライプ高さ１８８によって影響される箱形近似となり得る。ストライプ高さが長い場合、すなわち、図２のシールドの間隔１５２の４倍よりも長い場合、あたかもセンサ部分１８４と短絡部分１８６とが並列に接続されているかのように作用し、構成するセンサ部分１８４および短絡部分１８６の抵抗は、短絡比として特徴付けられる。

移行領域１７４の構成および配向を変化させることにより、伝導される磁流に対して磁気シールド１６６の傾斜領域１８８および非傾斜領域１９０が影響を与えて短絡比を制御することから、スタック１６４のセンサ部分１８４および短絡部分１８４および１８２を調整することができる。スタック１６４の挙動に関する設定の可能性は、バイアス磁石の厚さ１９２を最適化することによって調整され得る。この厚さの調整は、磁石の距離１９４に対応し、スタック１６４に対してより大きいバイアス磁化を付与することができる。

スタック１６４およびセンサ１６０の性能を調整するための様々な構成および性質によって、短絡比を０の値と１の値との間に限定することで性能を高めることができる。０の値は、読み出し信号振幅が０の状態に対応し、１の値は、センサ部分１８４の本質的な振幅に漸近的に達する。参考として、短絡比は、以下の式１によって表わすことができる。

ここで、Ｒ＿ｓｈｕｎｔは、短絡部分１８６の抵抗であり、Ｒ＿ｓｅｎｓｏｒは、センサ部分１８４の抵抗である。一部の実施形態において、短絡比は、０．２と０．６との間、または０．３５と０．７５との間などの所定の範囲に調整される。

図４は、磁気センサが様々な実施形態において調整された場合に、短絡比の変化がどのように読み出し信号振幅に対応するのかを概して示す。実線２００は、一定の磁流がセンサを通過した場合の短絡比に対する正規化信号振幅を示す。点線２０２は、一定の電圧がセンサに印加された場合の様々な短絡比における正規化信号振幅を示す。

示されるように、センサを通る磁流の抑制は、短絡比の増加に伴う信号振幅の増加に対して良好に関連している。図３の領域１９０および１９２などの傾斜領域および非傾斜領域を調整することによって、磁流の抑制および図３の部分１８４などの短絡部分の抵抗の増加が促される一方で、図２のバッファ層１４２などのバッファ層を変更することによって、データ読み取りスタックの短絡部分およびセンサ部分の大きさの最適化がさらに促される。

図５は、様々な実施形態によって構成されたバッファ層を有する磁気センサの正規化信号振幅を示すグラフ図である。実線２１０は、磁気スタックのストライプ高さに沿ったＡＢＳからの距離に対して、様々な厚さを有するルテニウムから形成されたバッファ層の信号振幅がどのように挙動するかを示す図である。比較として、均一な厚さを有するルテニウムのバッファ層は、点線２１２によって示されるように、比較的大きな信号振幅を有する。

バッファ層の様々な構成は、ルテニウムの組成に限定されるものではなく、他の様々な材料を任意で分離した形態または積層として使用することができる。実線２１４は、均一な厚さを有するＭｇＯの例示的な動作信号振幅を示す。点線２１６で示されるように、タンタル、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、およびＴｉＯ₂などの酸化物材料を使用することにより、ＭｇＯおよびルテニウムよりも大きい信号振幅、すなわち２３％大きい信号振幅をＡＢＳの遠位において得られる。

バッファ層の構成を最適化することによって磁気センサの性能を調整することができるため、磁気スタックの短絡部分およびセンサ部分に所定の大きさをもたらすことができ、これにより、短絡比を増加させ、読み出し信号振幅を大きくすることができる。磁気センサの性能およびその最適化は、ＡＢＳの遠位において磁気スタックのストライプ高さに沿って様々な厚さおよび材料を有するバッファ層を操作することによりさらに行なうことができる。

図６Ａ〜図６Ｃは、様々なバッファ層の実施形態を含む例示的な磁気センサの一部をブロックで概して示す断面図である。図６Ａに示される磁気センサ２２０は、第１のバッファサブ層２２８と第２のバッファサブ層２３０との組み合わせを含むバッファ層２２６によって磁気シールド２２４から分離された磁気スタック２２２を有する。バッファサブ層２２８および２３０は、磁気シールド２２４の移行領域２３６の位置に対応する個別の厚さ２３２および２３４をそれぞれ有する。つまり、バッファサブ層２２８および２３０の各々は、磁気スタックのストライプ高さ２４２に沿って、ＡＢＳに対して直角に延在し、移行領域２３６で終わる長さ２３８および２４０をそれぞれ有する。

上記のバッファ層２２６の様々な材料の構成は、任意でバッファサブ層２２８および２３０に適用することができる。たとえば、単層または積層となったルテニウムおよびタンタルなどの磁性伝導材料は、第１のバッファサブ層２２８を形成することができる一方、ＭｇＯなどの高抵抗性材料または絶縁材料は、第２のバッファサブ層２３０として堆積される。他の実施形態において、図６Ａに示されるように、第１のバッファサブ層２２８および第２のバッファサブ層２３０には同じ材料が使用されるが、その厚さ２３２および２３４は、異なるが均一に構成される。

ＡＢＳに対して近位および遠位のそれぞれのサブ層２２８および２３０に異なる材料および厚さを用いることができるため、移行領域２３６の周囲の磁流の抑制を制御することによって磁気スタック２２２の短絡部分およびセンサ部分の長さを調整し、短絡比を最適化することができる。ＡＢＳの近くに薄いバッファサブ層２２８を使用し、第２のバッファサブ層２３０で磁気シールド２２４の傾斜領域を満たすことによって、センサの全体的な大きさまたはシールド間の間隔を大きくすることなく、図５に示される信号振幅を向上させることができる。

第１のバッファサブ層２２８の厚さを小さくすることによって、磁気スタック２２２の短絡比を調整することができるが、バッファ層２２６は、このような構成に限定または制限されない。図６Ｂは、ＡＢＳにおける第１の厚さ２５６からＡＢＳの遠位における第２の厚さ２５８に減少した第１のバッファサブ層２５２と第２のバッファサブ層２５４とを有するバッファ層２５０を含む磁気センサ２２０を示す。第２のサブ層２５４もテーパ状の移行領域２６０の下の領域を含むように延在し、スタック２２２のストライプ高さ２４２に沿って異なる長さを有する第１のバッファサブ層２５２および第２のバッファサブ層２５４がもたらされる。

バッファサブ層の厚さ、長さ、および材料を多様に設定することができるため、各々の短絡比を調整し、センサ２２０の読み出し振幅を最適化することができる。しかし、図６Ｃの均一な厚さのバッファ層２７０により示されるように、バッファサブ層の厚さは多様である必要はない。

バッファ層２７０は、類似または非類似の材料を有し得て、磁気スタック２２２のストライプ高さ２４２の全体にわたって同じ厚さ２７６を有する第１のサブ層２７２と第２のサブ層２７４とを含む。バッファ層の厚さ２７６が均一であり、厚さに変化のない磁気シールド２２４に対応するのに対し、バッファサブ層２７２および２７４の長さは、磁気スタック２２２の短絡比を調整するために変更することができる。つまり、第１のバッファサブ層２７２は、第２のバッファサブ層２７４の第２の長さ２８０より大きい第１の長さ２７８を有することができ、これにより、第２のサブ層２７４の材料をＡＢＳから遠く離すことができ、高い短絡比を確立することができる。

磁気センサの性能を調整および最適化するための調節可能性は、特定の構成、製造方法、および操作方法に限定されない。図７は、所定の性能属性を有する様々なセンサの構造を作るために使用され得る例示的なセンサの製造手順３００を概して示す。

最初に、手順３００においては、判定３０２で磁気シールドの構成が評価される。この評価は限定されるものではなく、厚さ、長さ、移行領域の位置、移行領域の形状、傾斜領域の有無、および傾斜領域の厚さの減少などの様々な要因を解析することができ、特定の短絡比に対応する所定の短絡部分およびセンサ部分の長さを得ることができる。選択されたシールド属性は、第１のバッファ層を底部シールドに形成するか否かについての判断を行なう判定３０６の前にブロック３０４において底部シールドとして堆積される。

バッファ層が選択された場合には、判定３０６から判定３０８および３１０に進み、バッファ層が形成されない場合には、ブロック３１４に進む。判定３０８および３１０において、サブ層の数、材料、厚さ、長さ、およびバッファ層の一部またはすべてを積層とするか否かなど、バッファ層の様々な限定されない局面についての判断が行なわれる。判定３０８および３１０での判断に基づき、続いてブロック３１２においてシールドに堆積される。ブロック３０８および３１０で設計された第１のバッファ層を確立するために、ブロック３１２は、続いて行なわれる複数のサブブロックを有してもよいことがわかる。

第１のバッファ層の有無または構成にかかわらず、手順は、磁気スタックが形成されるブロック３１４に進む。磁気スタックは、データを検知することができる三層などの任意の積層であってもよい。磁気スタックがブロック３１４で形成されると、手順３００は、第２のバッファ層を含むか否かについての評価が行なわれる判定３１６に進む。判定３０８および３１０とほぼ同じように、判定３１８および３２０は、第２のバッファ層についての様々な構造的および動作的局面を判断し、ブロック３２２で堆積する。

判定３１６において第２のバッファ層が選択されない場合、またはブロック３２２において第２のバッファ層が形成された後に、判定３２４では、上部シールドの構成が判断される。判定３０２と同様に、判定３２４では、センサの残りと連動して短絡比および読み出し振幅を最適化するように、上部シールドの任意の数の特徴を評価および選択する。つまり、判定３２４は、以前に堆積されたセンサの層を反応的に評価し、それに応じて、上部の磁気シールドの構成を判断する。

評価されて所定の短絡比に調整された磁気スタックは、様々なバッファ層およびシールド層の構成および配向によって性能が向上し、センサは、上部シールドをブロック３２６において堆積させることによって完成する。様々な構造的および動作的な特性を有する幅広い種類の磁気センサの構成を手順３００から得られることがわかる。しかし、手順３００は、図７に示される判定のみに限定されることはなく、任意の数のブロックおよび判定を追加、省略、および変更することによって最適な磁気センサの製造を行なうことができる。

さらに留意するべき点は、手順３００において様々な層を堆積するための堆積プロセスおよび形成プロセスは、特定的である必要はない。たとえば、原子層堆積を一部の層に使用することができる一方、蒸気層堆積を他の層に利用することができる。このように様々な形成プロセスを用いることができるため、効率および信頼性が向上した製造によってさらに磁気センサの製造を調整することができる。

本開示に記載される磁気センサの構成および材料の特性は、不所望短絡を低減することによってデータ読み取り性能を向上させることができる。スタックのセンサ部分および短絡部分の動作サイズを最適化するために磁気シールドおよびバッファ層を様々に調整することができるため、上昇した読み出し信号振幅に対応する短絡比を付与することができる。さらに、磁気スタック、バッファ層、および磁気シールドに対して複数の異なる構成および材料を利用することができるため、センサ性能を正確に制御し、データ記憶装置のフォームファクタの減少に対する適切な耐久性を有して動作させることができる。さらに、実施形態は磁気検知を対象としているが、請求された発明は、任意の数の用途、たとえばデータ記憶装置の用途に容易に利用することができる。

上述の記載においては、本発明の様々な実施形態の数多くの特徴や利点が、本発明の様々な実施形態の構造や機能の詳細と共に記載されたが、詳細な記載は例示のみであり、細部についての変更は可能である。特に、添付の請求項に記載の用語の広い一般的な意味によって最大限に示される本発明の要旨内における部品の構造や配置についての変更が可能である。たとえば、特定の構成要素は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく特定の用途に応じて変更することが可能である。

Claims (20)

1. 装置であって、
   空気ベアリング面（ＡＢＳ）に対して位置付けられ、第１のバッファ層と第２のバッファ層との間に配置されたデータ読み取りスタックを備え、バッファ層は、データ読み取りスタックに所定の短絡比を付与するように構成されている、装置。
2. データ読み取りスタックならびに第１および第２のバッファ層は、第１の磁気シールドと第２の磁気シールドとの間に配置される、請求項１に記載の装置。
3. 少なくとも一方のシールドは、ＡＢＳの遠位に傾斜部分を有する、請求項２に記載の装置。
4. 傾斜部分は、ＡＢＳに平行な軸に沿った第１のシールドと第２のシールドの間の距離を増大させる、請求項３に記載の装置。
5. データ読み取りスタックは、非磁性スペーサ層によって分離された複数の磁化自由層を有する三層要素である、請求項１に記載の装置。
6. 永久バイアス磁石は、第１のシールドと第２のシールドの間において、傾斜部分の近位であってＡＢＳの遠位に実質的に配置される、請求項５に記載の装置。
7. 少なくとも一方のバッファ層は、データ読み取りスタックのストライプ高さに沿った、連続して変化する厚さを有する、請求項１に記載の装置。
8. 少なくとも一方のバッファ層は、絶縁材である、請求項１に記載の装置。
9. 所定の短絡比は、所定の範囲内から選択される、請求項１に記載の装置。
10. 所定の範囲は、０．３５と０．７５との間である、請求項１に記載の装置。
11. 少なくとも一方のバッファ層は、データ読み取りスタックよりも大きい抵抗性を有する、請求項１に記載の装置。
12. 方法であって、第１のバッファ層と第２のバッファ層との間において空気ベアリング面（ＡＢＳ）に対してデータ読み取りスタックを設置するステップと、データ読み取りスタックに所定の短絡比を付与するようにバッファ層を構成するステップとを備える、方法。
13. 所定の短絡比は、データ読み取りスタックにおいてデータ読み出し振幅を増大させる、請求項１２に記載の方法。
14. 所定の短絡比は、少なくとも一方のバッファ層の厚さおよび伝導性を最適化することによって調整される、請求項１２に記載の方法。
15. センサであって、空気ベアリング面（ＡＢＳ）に対して位置付けられ、第１のバッファ層と第２のバッファ層との間に配置されるデータ読み取りスタックを備え、バッファ層の各々は、データ読み取りスタックに所定の短絡比を付与するように調整される第１の領域と第２の領域とによって構成される、センサ。
16. 少なくとも一方のバッファ層の第１の領域および第２の領域は、それぞれ接触して隣接する磁気シールドの段差および傾斜領域とそれぞれ接触し、段差領域はＡＢＳの近位にあり、傾斜領域はＡＢＳの遠位にある、請求項１５に記載のセンサ。
17. 第１の領域は、第１の厚さを有し、第１の厚さは第２の領域の第２の厚さよりも小さい、請求項１６に記載の装置。
18. 第１の領域は、第１の厚さを有し、第１の厚さは第２の領域の第２の厚さよりも大きい、請求項１６に記載のセンサ。
19. 第１の領域は、第２の領域よりも高い伝導性を有する、請求項１６に記載のセンサ。
20. 第１の領域はルテニウムであり、第２の領域は酸化タンタルである、請求項１６に記載のセンサ。