JP2015011751A - 磁気抵抗センサおよび装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大振幅線形応答を可能にする安定した構造の磁気抵抗センサおよび装置を提供する。
【解決手段】ＭＲ（磁気抵抗）センサ２００を使用した読取装置は、センサ積層体２０６のピン止め層２３６の層と、そのピン止め層２３６の層第１に近接するＡＦＭ（反強磁性）安定化底部シールド２０２とを含み、ＡＦＭ安定化底部シールド２０２は、ピン止め層２３６の層に磁気的に結合される。ＡＦＭ安定化底部シールド２０２は、センサ積層体２０６に近接するピン止め層２１２、ＡＦＭ層２１４，シード層２１６を含む。
【選択図】図２

Description

発明者：エリック・シングルトン、コンスタンティン・ニコラエフ、リウェン・タン、イ・ジェ−ヨン、ビクター・サポツニコフ、モハメド・パトワリ

磁気データ記憶および取得システムにおいて、磁気読取／書込ヘッドは、磁気ディスクに記憶される磁気的に符号化された情報を取得するための磁気抵抗（ＭＲ）センサを有する読取部を含む。ディスクの表面からの磁束が、ＭＲセンサの検知層の磁化ベクトルの回転をもたらし、次いでこれが、ＭＲセンサの電気抵抗に変化をもたらす。ＭＲセンサの抵抗の変化は、ＭＲセンサに電流を通して、ＭＲセンサ全体の電圧を計測することによって検知される。その後、外部回路が電圧情報を適切な形式に変換し、ディスク上に符号化された情報を回収するためにその情報を操作する。

本発明の概要は、単純な形式で一連の概念を紹介するために提供され、これらは以下の発明を実施するための形態でさらに説明される。本発明の概要は特許請求される主題の主たる特徴または不可欠な特性を確認することを意図せず、特許請求される主題の範囲を制限するために使用されることを意図するものでもない。特許請求される主題のその他の特徴、詳細、利用法、および利点については、以下により特定的に記載される様々な実装についての発明を実施するための形態および添付図面にさらに例示され、添付された請求項に定義されているとおりの実装により明らかとなる。

本明細書に開示される装置は、第１の層および第１の層に近接する反強磁性（ＡＦＭ）安定化底部シールドを含むセンサ積層体を備え、ＡＦＭ安定化底部シールドは第１の層に磁気的に結合される。これらおよび様々な他の特性および利点が、以下の詳細な説明を判読することにより明らかとなる。

図１は、例示的なＭＲセンサを有するデータ記憶装置を示す図である。 図２は、ＭＲセンサの実装形態のＡＢＳを示す図である。 図３は、ＭＲセンサの別の実装形態のＡＢＳを示す図である。 図４は、さらに別のＭＲセンサの別の実装形態のＡＢＳを示す図である。 図５は、ＭＲセンサの別の実装形態のＡＢＳを示す図である。 図６は、本願に開示されているＭＲセンサの様々な磁性層の磁気マップを示す図である。 図７は、ＭＲセンサの１つの実装形態に対する外部磁界に応答した基準層の磁性配向および自由層の磁性配向およびそれらの運動を示す図である。 図８は、例示的なＭＲセンサのＰＷ５０特性とＭＲセンサの媒介変数との関係のグラフを示す図である。 図９は、例示的なＭＲセンサのＰＷ５０特性とＭＲセンサの媒介変数との別の関係のグラフを示す図である。 図１０は、本明細書に開示されるＭＲセンサの組立のための例示的な作業を示す図である。

磁気媒体からデータを読み取るための高データ密度および高感度センサに対する需要が高まっている。感度が増大した巨大磁気抵抗センサ（ＧＭＲ）は、銅のような薄肉で導電性の非磁性スペーサ層によって分離された２つの強磁性層で構成される。トンネル磁気抵抗（ＴＲＭ）センサにおいては、電子は薄肉絶縁障壁をまたいだ層に対して垂直の方向に移動する。ＡＦＭ材料は、回転を防止するために、第１の磁性層（ピン止め層（ＰＬ）と呼ばれる）に隣接して配置される。このような特質を示すＡＦＭ材料は、「ピン止め材料」と呼ばれる。第２の軟層は、外部磁界に応答して自由に回転し、「自由層（ＦＬ）」と呼ばれる。

ＭＲセンサを適切に操作するためには、磁壁運動により電気的なノイズが生じ、それによってデータ修復が困難となることから、センサはエッジドメインの形成に対抗して安定化されるべきである。安定化を達成するための一般的な方法は、永久磁石に当接する接合設計を用いるものである。この構成では、高い保磁場を持つ永久磁石（すなわち、硬磁石）がセンサの各端部に設置される。永久磁石からの磁界がセンサを安定化させ、十分なバイアスを提供して、エッジドメインの形成を防止する。センサは、さらに基準層（ＲＬ）およびＰＬを含み、それらが共に合成ＡＦＭ（ＳＡＦ）構造およびＡＦＭ層を形成する。ＡＦＭ層による安定化により、ＳＡＦ構造の一貫した予測可能な配向が可能となる。さらに、これはまた、ＭＲセンサを使用した読取装置に対する大振幅線形応答を可能にする安定した構造を提供する。

しかしながら、ＡＦＭ安定化構造を使用することは、読取装置のシールド間間隙（ｓｈｉｅｌｄ−ｔｏ−ｓｈｉｅｌｄ ｓｐａｃｉｎｇ）（ＳＳＳ）を増大させる。磁気センサのＰＷ５０（パルスの半波高時のパルス幅）は、記録システムにおける信号雑音比（ＳＮＲ）を確定する。ＳＳＳが縮小するとＰＷ５０が向上することから、より小さいＳＳＳを達成することが、より小さいＰＷ５０につながり、その結果、ＳＮＲが増大する。ＰＷ５０およびＳＳＳとの関係の１つの事例は、モデル化および実験双方により示唆されているように、次のように与えられ得る。

それ故、ＳＳＳの縮小はＰＷ５０の値の縮小につながり、したがって、記録システムのためのＳＮＲ値の増大につながる。それ故、読取装置のより高い線密度は、ＳＳＳを縮小させることで達成され得る。さらに、より小さいＳＳＳはまた、読取装置のクロストラック分解能を向上させ、クロストラック分解能におけるそのような利得が、読取装置により達成され得る面密度のさらなる向上に寄与する。

本明細書で開示されるＭＲセンサは、センサ積層体からＡＦＭ層を撤去し、ＡＦＭ層および底部シールドピン止め層を持つ底部シールド層を使用することによって、ＳＳＳを縮小させる。底部シールドのピン止め層およびセンサ積層体のピン止め層は、底部シールドのＡＦＭ層を使用して安定化される。一実装形態において、底部シールドは、ＳＡＦ構造により作られ、センサ積層体に近接する当該構造の上部層を持つ。

図１は、例示的なＭＲセンサを有するデータ記憶装置１００を例示し、拡大図１０２にさらに詳細が示されている。その他の実装形態が熟慮されるが、例示された実装形態において、データ記憶装置１００は記憶媒体１０４（例えば、磁気データ記憶ディスク）を含み、その媒体上でデータビットは磁気書込極を使用して記録され得、そして、その媒体から磁気抵抗素子を使用してデータビットが読み取られ得る。記憶媒体１０４は、回転中、スピンドルセンタまたはディスク回転軸１０５を中心に回転し、内径１０６および外径１０８を含み、その間にいくつかの同心円状のデータトラック１１０がある。説明されている技術は、連続磁気媒体、ディスクリートトラック（ＤＴ）媒体、シングル媒体等を含む、様々な記憶形式を用いて利用される可能性があることを理解されたい。

情報は、記憶媒体１０４上のデータトラック１１０のデータビットの位置に書き込まれ、かつそこから読み取られる。変換機ヘッド組立体１２４は、アクチュエータ回転軸１２２に対して遠心端にあるアクチュエータ組立体１２０上に取り付けられる。変換機ヘッド組立体１２４は、ディスクの回転中に、記憶媒体１０４の表面上に極近接して浮上する。アクチュエータ組立体１２０は、シーク動作中、アクチュエータ回転軸１２２を中心に回転する。シーク動作は、読取および書込動作のために、目標とするデータトラック上に変換機ヘッド組立体１２４を位置決めする。

拡大図１０２は、ＭＲセンサ１３０の空気軸受面（ＡＢＳ）を模式的に例示している。ＭＲセンサ１３０は、ダウントラック方向に沿って、底部シールド１３２と上部シールド１３４との間に位置する底部シールド１３２、上部シールド１３４、およびセンサ積層体１３６を含む。一実装形態において、底部シールド１３２はＡＦＭ安定化底部シールドである。このようなＡＦＭ安定化底部シールド１３２は、遮蔽機能を提供し、またセンサ積層体１３６の安定化を提供する。センサ積層体１３６は、底部シールドに近接した第１の層、金属結合層（例えば、ルテニウム）、基準層、障壁またはスペーサ層、自由層、およびキャップ層を含んでもよい（センサ積層体１３６の詳細な構造については図１に示されていない）。センサ積層体１３６の第１の層は、本明細書では第１のピン止め層としても参照される。第１のピン止め層の磁化は、ＡＦＭ安定化底部シールドによって補強される。第１のピン止め層の磁化は、部分的にピン止めされ、第１のピン止め層の磁化が外部磁界に応答して幾分移動可能となっている。言い換えれば、第１のピン止め層の磁化は、厳格にはピン止めされない。

センサ積層体１３６の第１のピン止め層は、ＡＦＭ安定化底部シールド１３２に磁気的に結合される。例えば、ＡＦＭ安定化底部シールド１３２は、ＡＦＭ層（図１に図示せず）を使用してピン止めされるピン止め層を含んでもよい。一実装形態において、さらにＡＦＭ安定化底部シールド１３２のピン止め方向がＭＲセンサ１３０のＡＢＳに対して直交する成分を含むことから、センサ積層体１３６の第１のピン止め層の磁化の配向はＭＲセンサ１３０のＡＢＳに対して直交する成分を含む。

さらに、ＡＦＭ安定化底部シールド１３２は、また、ＡＦＭ安定化底部シールド１３２にＳＡＦ構造を形成する当該底部シールドピン止め層に反強磁性的に結合される第２の磁性層（図示せず）を含んでもよい。このような実装形態においては、センサ積層体１３６の第１のピン止め層は、ＡＦＭ安定化底部シールド１３２のこの第２の磁性層に磁性的に結合される。例えば、一実装形態において、ＡＦＭ安定化底部シールドのピン止め層のピン止め方向とＭＲセンサのＡＢＳとの間の角度は、３０度〜１５０度にしてもよい。

上部シールド１３４は、また、クロストラック方向におけるセンサ積層体１３６の両端に位置する側部シールド（図示せず）を備えてもよい。別の実装形態において、永久磁石（図示せず）がクロストラック方向におけるセンサ積層体１３６の両端に提供される。

一実装形態において、センサ積層体１３６の形成およびＡＦＭ安定化底部シールド１３２の形成は、センサ積層体１３６およびＡＦＭ安定化底部シールド１３２を含むウェハを形成する異なった工程段階中に実施され、そこでセンサ積層体１３６は、ＡＦＭ安定化底部シールド１３２の上部に直接作り上げられる。あるいは、センサ積層体１３６の第１のピン止め層およびＡＦＭ安定化底部シールド１３２は非磁性層によって分離されてもよく、そこで、非磁性層はＡＦＭ安定化底部シールド１３２の上部磁性層とセンサ積層体１３６の第１の磁性層との間に間接的な磁性結合を提供する。

ＡＦＭ安定化底部シールドを持つＭＲセンサ１３０の実装形態は、ＳＳＳを縮小させ、より優れた遮蔽効果を提供する。その結果、ＭＲセンサ１３０の分解能が向上し、一方でＭＲセンサ１３０の安定性が維持される。ＡＦＭ安定化底部シールド１３２にＡＦＭ層を含めることで、センサ積層体１３６からＡＦＭ層を撤去することが可能となる。ＡＦＭ安定化底部シールド１３２のＡＦＭ層がセンサ積層体１３６の一部となっていないことから、センサ積層体１３６のＳＳＳは縮小し、結果的にＰＷ５０が向上する。さらに、ＡＦＭ安定化底部シールド１３２にＳＡＦ構造を含めることでも、またＭＲセンサ１３０の安定性を増大させることができる。

図２は、ＭＲセンサ２００の１つの実装形態のＡＢＳの図を例示している。ＭＲセンサ２００はセンサ積層体２０６の両側（ダウントラック方向に沿って）に底部シールド２０２および上部シールド２０４を含む。底部シールド２０２は、センサ積層体２０６に近接するピン止め層２１２、ＡＦＭ層２１４、シード層２１６を含む。バルク磁性シールド（図示せず）もまた、シード層２１６の下に提供されてもよい。一実装形態において、ピン止め層２１２はＡＦＭ層２１４を使用して安定化される。ピン止め層２１２は、堆積後のアニール処理中に設定される磁性配向を持つＡＦＭ層２１４の存在によってピン止めされてもよい。一実装形態において、ピン止め層２１２のピン止め方向は、ＭＲセンサ２００のＡＢＳに対して直交（ｚ方向に）する。しかしながら、ＡＢＳ面において、ピン止め層２１２の磁化の方向はセンサ２００のＡＢＳに対して平行な成分を含む。これが、直交成分（ｚ方向に）および平行成分（ｘ方向に）を含むベクトル２４０を使用して、図２に例示されている。同様のベクトル表記がまた、ＡＢＳ面上でセンサ積層体２０６の基準層２３４およびピン止め層２３６における磁化方向を示すために使用されている。一実装形態において、上部シールド２０４は、上部シールド層２２２および側部シールド層２２４および２２６を備えてもよい。側部シールド２２４および２２６は、クロストラック方向にセンサ積層体２０６の両端に配置され、それらは、センサ積層体２０６の自由層の磁性配向をバイアスするために使用されてもよい。

センサ積層体２０６の実装形態は、ピン止め層２３６、基準層２３４、キャップおよび自由層構造２３２を含む。ピン止め層２３６および基準層２３４は、例えばルテニウム（Ｒｕ）でできた金属層２３８によって、互いに分離される。ＭＲセンサ２００の例示される実装形態において、ピン止め層２３６の磁性配向は、底部シールド２０２のＡＦＭ層２１４によって、ある程度ピン止めされる。ピン止め層２１２の磁気配向がＭＲセンサ２００のＡＢＳに対して直交する成分を含むことから、ピン止め層２３６の磁気配向もまた、ＭＲセンサ２００のＡＢＳに対して直交する成分を含む。実際に、ＡＦＭ層２１４は底部シールドのピン止め層２１２およびセンサ積層体のピン止め層２３６の各々を安定化させるために使用される。それ故、実際に、センサ積層体２０６のピン止め層２３６は底部シールド２０２に磁気的に結合される。

底部シールド２０２のＡＦＭ層２１４によるセンサ積層体２０６のピン止め層２３６のこのような安定化は、センサ積層体におけるＡＦＭ層の必要性を除去し、それ故、センサ積層体のダウントラック幅が低減する。その結果、上部シールド層２２２と底部シールド２０２との間の実際のシールド間の間隙が縮小し、ＭＲセンサ２００に向上したＰＷ５０特性を効果的に提供する。しかしながら、ＳＳＳを縮小させることで、ＭＲセンサ２００の安定性が低減され得る。例えば、より低いＳＳＳを持つＭＲセンサは、書込装置に起因する浮遊磁界または外部浮遊磁界によって影響を受けやすく、記憶媒体からの信号読取のＳＮＲを減少させる。このような安定性の低下という憂慮に対処するために、本明細書に開示されるＭＲセンサの実装形態は、底部シールドにＳＡＦ構造を提供する。

図３は、そのような１つの実装形態であるＭＲセンサ３００のＡＢＳの図を例示している。具体的には、ＭＲセンサ３００はセンサ積層体３０６の両側（ダウントラック方向に沿って）に底部シールド３０２および上部シールド３０４を含む。底部シールド３０２は、センサ積層体３０６に近接する上部層（ＲＬ）３１２、薄肉の非磁性層３１４、ピン止め層３１６、ＡＦＭ層３１８、シード層３２０を含むＳＡＦ構造を含む。一実装形態において、ピン止め層３１６はＡＦＭ層３１８を使用して安定化される。層３１６のピン止めの配向は、ＭＲセンサ３００のＡＢＳに対して直交する（ｚ方向に）成分を有している。しかしながら、いずれの場合でも、ＡＢＳ面において、ピン止め層３１６の磁化の方向は、センサ３１６のＡＢＳに対して平行な成分を有している。これが、直交成分（ｚ方向に）および平行成分（マイナスｘ方向に）を含むベクトル３４０を使用して、図３に例示されている。同様のベクトル表記が、さらに基準層３１２、センサ積層体３０６のピン止め層３３６、センサ積層体３０６の基準層３３４の磁化配向を示すために使用される。

ピン止め層３１６および基準層３１２は、ＲＫＫＹ相互作用を経て非磁性層３１４（ルテニウムのような）を介して反強磁性的に結合されている。このようなＳＡＦ構造が、反磁界の影響を低減させ、ゆえに、底部シールド３０２によって提供される安定性を向上させる。ピン止め層３１６および基準層３１２の幅は、底部シールド３０２の遮蔽機能を提供する利得が保存されるように、選択される。

上部シールド３０４は、上部シールド層３２２、側部シールド層３２４および３２６を備えてもよい。側部シールド３２４および３２６は、クロストラック方向にセンサ積層体３０６の両端に配置され、センサ積層体３０６の自由層の磁性配向をバイアスするために使用されてもよい。

センサ積層体３０６の実装形態は、ピン止め層３３６、基準層３３４、キャップおよび自由層３３２、障壁層３４０を含む。ピン止め層３３６および基準層３３４は、例えばルテニウム（Ｒｕ）でできた金属層３３８によって、互いに分離される。ＭＲセンサ３００の例示される実装形態において、ピン止め層３３６は、底部シールド３０２のＡＦＭ層３１８によって、ピン止めされる。例えば、ピン止め層３３６の磁気配向がＭＲセンサ３００のＡＢＳに対して直交する成分を含む。ゆえに、ピン止め層３１６およびピン止め層３３６の各々のピン止めは、ＭＲセンサ３００のＡＢＳに対して直交する成分を含む。実際に、ＡＦＭ層３１８はセンサ積層体３０６のピン止め層３３６および底部シールド３０２のピン止め層３１６の各々を安定化させるために使用される。それ故、実際に、センサ積層体３０６のピン止め層３３６は底部シールド３０２に磁気的に結合される。

ＡＦＭ層３１８、ＳＡＦ基準層３１２、およびＳＡＦピン止め層３１６はＳＳＳに寄与していないため、底部シールド３０２のＡＦＭ層３１８は、ＡＦＭ層を内部に有する従来のセンサ積層体におけるＡＦＭ層よりも厚肉にしてもよい。底部シールド３０２がセンサ積層体３０６よりも前に組み立てられることから、底部シールド３０２は、ＡＦＭの分散と安定性を向上させるために、より高温でアニールされ得る。また、底部シールド３０２におけるＡＦＭ粒子反転の悪影響が、底部シールド３０２の磁性層がセンサ積層体３０６のＳＡＦ層よりも実質的に厚いときのセンサ積層体３０６におけるＡＦＭ粒子反転の影響に比較すると、大きく縮減される。その結果、ＡＦＭ層３１８との境界面で生じる強磁性層磁化の擾乱が底部シールド３０２の肉厚全体を通して抑制され、具体的には、ＳＡＦ層３１２および３１６の肉厚を通して、センサ再生信号をゆがめることが伝播しない。さらに、ＳＡＦ構造を含む底部シールドを提供することにより、ＳＡＦ構造を持たない底部シールドを有するＭＲセンサと比較すると、浮遊磁界の存在する中でＭＲセンサ３００の安定性を増大させる。さらに、底部シールドにＡＦＭ層を導入することおよびセンサ積層体からＡＦＭ層を撤去することで、さらにセンサ積層体の平滑度を向上させる。その結果、より高い水準のデータ変換能力を持つより低抵抗のＭＲセンサが可能となる。

図３は、底部シールドのＳＡＦ構造のＲＬ３１２の磁化が、底部シールドのＳＡＦ構造のＰＬ３１６の磁化と反対向きであることを例示している。他方、センサ積層体のＰＬ３３６の磁化は、ＲＬ３１２の磁化に対して平行である。センサ積層体のＲＬ３３４の磁化は、センサ積層体のＰＬ３３６の磁化と反対向きである。センサ積層体のＦＬ３３２は、側部シールド３２４および３２６によってバイアスされ、ＡＢＳに対して平行な磁化を有する。図３に例示されているとおり、様々な層の磁化の向きはセンサのＡＢＳに近接していることに留意されたい。具体的には、ＡＢＳに近接して、様々な層の磁化はＡＢＳに対して平行な成分を有する（下段の図６参照）。

ＭＲセンサ３００の一実装形態において、ＳＡＦ基準層３１２およびＳＡＦピン止め層３１６の肉厚は、ＭＲセンサの所望の安定性が達成され、さらにＰＷ５０における向上が維持されるように、選択される。具体的には、ＳＡＦ基準層３１２およびＳＡＦピン止め層３１６の肉厚は、ＳＡＦ基準層３１２およびＳＡＦピン止め層３１６に使用される材料の磁気モーメントに依存する。例えば、パーマロイ型の材料については、ＳＡＦ基準層３１２およびＳＡＦピン止め層３１６の肉厚は、およそ１０ｎｍよりも上回ってよい。１つの実装形態において、底部シールド３０２の磁性層の各々は５ｎｍ〜４０ｎｍの範囲の肉厚を有してもよい。

図４は、ＭＲセンサ４００の別の実装形態のＭＲセンサ４００のＡＢＳの図を例示している。底部シールド４０２およびセンサ積層体４０６の様々な構成要素の各々は、ＭＲセンサ３００の底部シールド３０２およびセンサ積層体３０６の関連する要素と実質的に同じである。ＭＲセンサ３００がセンサ積層体３０６の自由層をバイアスするために側部シールド３２４および３２６を用いているのに対して、ＭＲセンサ４００はセンサ積層体４０６の自由層をバイアスするために永久磁石４２４および４２６を用いている点で、ＭＲセンサ４００は、図３に開示されるＭＲセンサ３００とは異なっている。

図５は、ＭＲセンサ５００の別の実装形態のＭＲセンサ５００のＡＢＳの図を例示している。上部シールド５０４およびセンサ積層体５０６の様々な構成要素の各々はＭＲセンサ３００の上部シールド３０４およびセンサ積層体３０６の関連する要素と実質的に同じである。ＭＲセンサ３００の底部シールド３０２がセンサ積層体３０６と直接的に磁気接触しているのに対して、ＭＲセンサ５００の底部シールド５０２は非磁性層５１０によってセンサ積層体５０６から分離されている点で、ＭＲセンサ５００は図３に開示されているＭＲセンサ３００とは異なっている。その結果、センサ積層体５０６のピン止め層５３６はＡＦＭ安定化底部シールド５０２と直接的に結合することによって安定化されない。他方、センサ積層体５０６のピン止め層５３６は、非磁性層５１０によって提供される、ＡＦＭ安定化底部シールド５０２とセンサ積層体５０６のピン止め層５３６との間の強力な非直接直交結合により、安定化される。センサ５００において、ＳＡＦ基準層５１２の磁性配向は、センサ５００のＡＢＳに対して直交する成分を有するのではなく、センサ５００のＡＢＳに沿って方向付けられてもよい。このようなバイアス構成が、ＭＲセンサの極性反転を防止する。

図６は、本明細書に開示されているＭＲセンサの様々な磁性層の磁化マップ６００を例示しており、底部シールドのＳＡＦ構造のＰＬ（ＡＦＭ層によってピン止めされる）、底部シールドのＳＡＦ構造のＲＬ（底部シールドのＰＬに反強磁性的に結合される）、センサ積層体のＰＬ（底部シールドのＳＡＦ構造のＲＬと直接的に接触する）、センサ積層体のＲＬ（センサ積層体のＰＬに反強磁性的に結合される）、静止時にセンサ積層体のＡＢＳに平行に向けられるセンサ積層体のＦＬを含む。具体的には、磁化マップ６００は、ＳＡＦ基準層６０２およびＳＡＦピン止め層６０４における磁性配向を開示している。この事例では、ＳＡＦピン止め層６０４のピン止め方向６１０はＡＢＳの面に対して平行な成分を有している。さらに、ＡＢＳに近い場所で、形状異方性により、磁化６１０がＡＢＳに対して平行な方向にさらに集まる。反強磁性ＲＫＫＹがＳＡＦピン止め層６０４とＳＡＦ基準層６０２との間に結合することから、磁化６１０および６１２は本質的に互いに反平行である。

図６の例示的な実装形態は、センサに関する磁化成分を例示しており、自由層６２４はその他の磁性層よりもより小さいストライプの高さを有する。しかしながら、別の実装形態においては、自由層とその他の層のサイズの関係は異なってもよい。図６は、さらにセンサ積層体のセンサピン止め層６２０、センサ積層体のセンサ基準層６２２、センサ積層体の自由層６２４における磁化成分を例示している。ＡＢＳ面では、磁化の方向とＡＢＳが為す角度が、ＡＢＳから離れた領域における角度よりも小さい。センサピン止め層６２０における磁化の方向およびセンサ基準層６２２における磁化の方向は、実際に互いに実質的に反平行である。自由層６２４の磁化の方向は、側部シールドまたは永久磁石によって設定されてもよく、ＡＢＳに対して平行である。

図６において、ＳＡＦピン止め層６０４の磁化は、ＡＢＳで左に曲がるが、別の実装形態（ここでは示されていない）においては、磁化はＡＢＳで右に曲がり得る。ＳＡＦピン止め層６０４のピン止め方向がＡＢＳに対して直交する場合には、磁化はどちらにも配向され得、そしてその２つの段階間で反転さえし得る。ＡＢＳ領域におけるＳＡＦピン止め層の磁化のこのような反転はセンサの性能を低下させる。より良い振幅および分解能のために、ＲＬの磁化は、ＦＬの磁化と鈍角を為すべきであり、鋭角を為すべきではない。したがって、一実装形態において、センサ積層体のＲＬの磁化とＦＬの磁化との間の角度は、９０度から離れた角度でアニーリングされることにより（図６に示されているとおりに）、または、所望の傾斜配向を得るためのその後のアニーリングを実施することによって、鈍角になされる。

図７は、ＭＲセンサの１つの実装形態のためのセンサ積層体の自由層（ＦＬ）の磁性配向に対するセンサ積層体のＲＬの好ましい磁性配向を例示している。具体的には、図７は、センサ積層体のＲＬの磁性配向７０２とＦＬの磁性配向７０４との間の角度は鈍角にすべきであると例示している。ＦＬの磁性配向７０４は、側部シールドまたは永久磁石（ＰＭ）によって確定され、センサのＡＢＳに対して平行となる。他方、センサ積層体のＲＬの磁性配向７０２は、センサのＡＢＳに対して直交する方向７０６からの一定の角度で底部シールドのアニールを実施することによって達成されてもよい。底部シールドのアニールが、ＡＦＭと接触するＳＡＦ構造における層のピン止め磁界を確定し、それが、次いで、底部シールドのＲＬの磁化、センサ積層体のＰＬの磁化、したがって、センサ積層体のＲＬの磁化に影響を及ぼす。具体的には、底部シールドのアニールは、センサ積層体のＲＬの磁性配向７０２とＦＬとの間の角度７１０が鈍角となるように、実施される。

センサ積層体のＲＬの磁性配向７０２およびＦＬの磁性配向７０４は、角度７１０が静止状態で鈍角であるという条件で、磁性媒体の存在において反対方向に回転する傾向がある。これがＭＲセンサの振幅を最大化させ、したがって、磁性媒体から受信した信号を最大化する。

図８は、例示的なＭＲセンサのＰＷ５０特性と底部シールド中のＳＡＦ構造の磁性層の肉厚との関係となるグラフ８００を例示している。グラフ８００は、パーマロイ材料で作られたＳＡＦ構造層に関するモデル化に基づいている。グラフ８００は、ＡＦＭ安定化底部シールド中のピン止め磁界の異なった配向（例えば、９０度のＳＡＦピン止め角度はピン止め磁界配向がＡＢＳに直交することを意味する）でのＡＦＭ安定化底部シールドのピン止め層および基準層の肉厚に対する読取装置の分解能の依存性を例示している。グラフ８００は、読取装置の分解能を最適化するために調整可能な読取装置の媒介変数を例示している。

具体的には、線８０４、線８０６、および線８０８の各々は、ＳＡＦ基準層およびＳＡＦピン止め層についての所与の肉厚に関して様々なＳＡＦピン止め角度に対するＰＷ５０を表しているが、これらの層の肉厚は一定となっている。線８０２は、ＡＦＭ層が底部シールドではなくセンサ積層体に組み込まれているときの基線の場合を表している。差異のために、８１０、８２０等は、底部シールドの所与の肉厚のＳＡＦ構造（ＳＡＦ基準層およびＳＡＦピン止め層を含む）の提供の結果として達成されたＰＷ５０の低減を表している。グラフ８００は、ＰＬおよびＲＬの肉厚が実質的に同じである場合の読取装置の分解能とＰＬおよびＲＬの肉厚の様々な関係を例示している。図８に例示されているとおり、底部シールドの肉厚が増すに従って、ＰＷ５０の利得が増大する。さらに、線８０４、線８０６、および線８０８の各々に関して、ＰＷ５０は基線の場合と比較して所与のピン止め角度に対してより低くなり、したがって、その各々の場合において実質的により優れた分解能を示している。その結果、底部シールド中の層の肉厚がＰＷ５０およびＭＲセンサの分解能を制御するための追加的な媒介変数を提供する。

図９は、例示的なＭＲセンサのＰＷ５０特性およびＭＲセンサの媒介変数との別の関係となるグラフ９００を例示している。具体的には、グラフ９００は、底部シールドのＳＡＦを形成する２つの層間の交換結合強度の機能として、ＰＷ５０を例示している。具体的には、交換結合が弱くなるとＰＷ５０が下がる結果となる。しかしながら、交換結合が弱くなるに従って、上部ＳＡＦ層によって提供される安定性もまた減少する。ゆえに、交換結合の強度は、ＰＷ５０と安定性との釣り合いを制御するために使用し得る。言い換えれば、グラフ９００は、読取装置の媒介変数、底部シールド中のＳＡＦ構造中の層間の交換結合強度を例示しており、それは読取装置の分解能を最適化するために調整されてもよい。

図１０は、本明細書に開示されるＭＲセンサの製造のための例示的な作業１０００を例示している。具体的には、図１０に開示されている作業は、センサ積層体に近接する上部層を持つＳＡＦ構造を含むＡＦＭ安定化底部シールドを持つＭＲセンサの製造のために用いられてもよい。作業１００２はタンタル層のようなシード層を形成し、作業１００４は、シード層上に、ＩｒＭｎ層のようなＡＦＭ層を形成する。その後に、作業１００６で、強磁性ピン止め層がＡＦＭ層上に形成されるか、または底部シールドのＳＡＦ構造がＡＦＭ層上に形成される。ＡＦＭ層を底部シールドに含めることによるＰＷ５０における利得がＭＲセンサの安定性の損失に対して釣り合うようするために、ＳＡＦ層の肉厚が選択され得る。具体的には、ＳＡＦの肉厚を増大させると、ＭＲセンサの安定性が低減する。さらに、本明細書に開示されているＭＲセンサのいくつかの実装形態において、ピン止め層から上部ＳＡＦ層を分離する薄肉の非磁性層の厚さもまた、上部ＳＡＦ層およびセンサ積層体のＰＬとの間の交換を制御するために、確定される。

その後、作業１００８では、底部シールド中の強磁性層（ＳＡＦ構造のピン止め層）の磁性配向を設定するために、底部シールドをアニールする。一実装形態において、作業１００８では、底部シールド中の強磁性層のピン止め磁界がＭＲセンサのＡＢＳに対して直交する成分を含むように、底部シールドをアニールする。もしくは、作業１００８では、底部シールド中のＡＦＭ層の磁性配向に影響を及ぼす可能性のあるその後のアニーリング作業を勘案して、底部シールドをアニールする。作業１０１２および１０１４では、底部シールド上にセンサ積層体を形成する。具体的には、作業１０１２では、センサ積層体ピン止め層、非磁性層、センサ積層体基準層を形成し、作業１０１４では、障壁層、自由層、キャップ層を形成する。その後、作業１０１６では、上部シールド層を形成する。

上述の仕様、事例、データは、本発明の代表的な実施形態の構造および利用についての完全な説明を提供している。本発明の多くの実施形態が本発明の精神および範囲から逸脱することなくなされ得ることから、本発明は、後段に添付される特許請求の範囲に帰する。さらに、異なった実施形態の構造的な特徴は、列挙される請求項から逸脱することなく、さらに別の実施形態に組み込まれてもよい。

Claims (21)

1. 第１の層を含むセンサ積層体と、
   前記第１の層に近接するＡＦＭ安定化底部シールドであって、前記第１の層に磁気的に結合されている、ＡＦＭ安定化底部シールドと、を備える、装置。
2. 前記ＡＦＭ安定化底部シールドは、
   前記センサ積層体の前記第１の層に近接するＳＡＦ構造の上部層と、
   前記ＳＡＦ構造のピン止め層と、をさらに備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記ＳＡＦ構造の前記上部層は、薄い非磁性層を使用して前記ＳＡＦ構造の前記ピン止め層から分離される、請求項２に記載の装置。
4. 前記ＳＡＦ構造の前記ピン止め層のピン止め方向は、前記装置の空気軸受面（ＡＢＳ）に直交する成分を含む、請求項２に記載の装置。
5. 前記センサ積層体の前記第１の層の前記ピン止め方向は、前記装置の空気軸受面（ＡＢＳ）に直交する成分を含む、請求項４に記載の装置。
6. 前記第１の層と前記ＡＦＭ安定化底部シールドとの間に非磁性層をさらに備える、請求項１に記載の装置。
7. 前記センサ積層体は、前記装置のＡＢＳに平行な磁性配向を持つ自由層をさらに備える、請求項１に記載の装置。
8. 前記自由層は、永久磁石および側部シールドのうちの少なくとも１つによってバイアスされる、請求項７に記載の装置。
9. 静止状態において、前記装置の前記ＡＢＳに近接する前記センサ積層体の基準層の磁性配向の方向が、前記自由層の前記磁性配向に対して鈍角を形成する、請求項７に記載の装置。
10. 前記ＡＦＭ安定化底部シールドは、
    前記センサ積層体に近接するＳＡＦ構造の上部層であって、前記ＳＡＦ構造の前記上部層における磁性配向が、前記ＡＢＳに平行な前記ＡＢＳ近くの第１の成分を含む、上部層と、
    前記ＳＡＦ構造のピン止め層であって、前記ＳＡＦ構造の前記ピン止め層における前記磁性配向が、前記ＡＢＳに平行な第２の成分を含む、ピン止め層と、をさらに備え、
    前記第１の成分および前記第２の成分が互いに実質的に反平行である、請求項７に記載の装置。
11. 前記ＳＡＦ構造の前記ピン止め層のピン止め方向と前記装置の空気軸受面（ＡＢＳ）との間の角度は、３０度〜１５０度である、請求項２に記載の装置。
12. 前記第１の層の前記磁性配向は、前記センサ積層体の基準層の磁性配向に対して実質的に反平行である、請求項１１に記載の装置。
13. センサピン止め層、センサ基準層、およびセンサ自由層を含むセンサ積層体と、
    底部シールドであって、前記底部シールドが底部シールドＡＦＭ層および底部シールドピン止め層を含み、前記底部シールドＡＦＭ層が前記底部シールドピン止め層を安定化させる、底部シールドと、を備える、磁気抵抗センサ。
14. 前記底部シールドは、前記センサ積層体に近接するＳＡＦ構造の上部層をさらに備える、請求項１３に記載の磁気抵抗センサ。
15. 前記底部シールドピン止め層のピン止め方向は、前記磁気抵抗センサのＡＢＳに直交する成分を含む、請求項１４に記載の磁気抵抗センサ。
16. ＳＡＦ構造の前記上部層の磁化方向は、前記磁気抵抗センサのＡＢＳに直交し、かつ前記底部シールドピン止め層の磁化方向に反平行である成分を含む、請求項１５に記載の磁気抵抗センサ。
17. 前記センサ積層体と前記底部シールドとの間に非磁性材料の層をさらに備える、請求項１５に記載の磁気抵抗センサ。
18. 前記センサ積層体の前記自由層は側部シールドおよび永久磁石のうちの少なくとも１つを使用してバイアスされ、前記自由層の磁性配向は前記磁気抵抗センサの前記ＡＢＳに実質的に平行である、請求項１５に記載の磁気抵抗センサ。
19. 磁気抵抗センサの底部シールドであって、前記底部シールドは、前記底部シールド内のＡＦＭ層を使用して安定化され、前記ＡＦＭ層は底部シールドピン止め層内で磁性配向を生成し、前記磁性配向は前記磁気抵抗センサのＡＢＳに直交する成分を有する、底部シールドを備える、装置。
20. センサ積層体をさらに備え、前記センサ積層体は前記底部シールドピン止め層と磁気的に結合されるセンサピン止め層を含む、請求項１９に記載の装置。
21. 前記センサピン止め層の磁性配向は前記磁気抵抗センサのＡＢＳに直交する成分を有する、請求項２０に記載の装置。