JP3177229B2 - 縦方向及び横方向バイアスを有する磁気トンネル接合型磁気抵抗読取りヘッド - Google Patents
縦方向及び横方向バイアスを有する磁気トンネル接合型磁気抵抗読取りヘッドInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般には磁気トン
ネル接合（ＭＴＪ）装置に関し、より詳細には、磁気記
録データを読み取る磁気抵抗（ＭＲ）ヘッドとして使用
する縦横両方向のバイアスを有するＭＴＪ装置に関す
る。
ネル接合（ＭＴＪ）装置に関し、より詳細には、磁気記
録データを読み取る磁気抵抗（ＭＲ）ヘッドとして使用
する縦横両方向のバイアスを有するＭＴＪ装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】磁気トンネル接合（ＭＴＪ）装置は、薄
い絶縁トンネル障壁層によって分離された２つの強磁性
層から成り、スピン分極電子トンネル現象に基づく。強
磁性層のうちの一方の層は、一般には他方の強磁性層よ
りも保磁力が高いため、印加磁界の一方向により高い飽
和磁界を有する。絶縁トンネル障壁層は、両強磁性層間
に量子力学トンネル現象が起こるのに十分な薄さであ
る。トンネル現象は、電子スピンに依存し、それによっ
てＭＴＪの磁気反応が２つの強磁性層の相対的配向とス
ピン分極との関数になる。
い絶縁トンネル障壁層によって分離された２つの強磁性
層から成り、スピン分極電子トンネル現象に基づく。強
磁性層のうちの一方の層は、一般には他方の強磁性層よ
りも保磁力が高いため、印加磁界の一方向により高い飽
和磁界を有する。絶縁トンネル障壁層は、両強磁性層間
に量子力学トンネル現象が起こるのに十分な薄さであ
る。トンネル現象は、電子スピンに依存し、それによっ
てＭＴＪの磁気反応が２つの強磁性層の相対的配向とス
ピン分極との関数になる。
【０００３】ＭＴＪ装置は、主として半導体メモリのメ
モリ・セルとして提案されてきた。ＭＴＪメモリ・セル
の状態は、センス電流がＭＴＪを一方の強磁性層から他
方の強磁性層に垂直に通過するときに、ＭＴＪの抵抗を
測定することによって判断される。絶縁トンネル障壁層
を横切る電荷担体のトンネル現象の確率は、２つの強磁
性層の磁気モーメント（磁気方向）の相対的位置合わせ
に依存する。トンネル電流はスピン分極される。これ
は、強磁性層の一方の層、たとえば磁気モーメントが固
定されているかまたは回転が防止されている層から流れ
る電流が、主に一方のスピン・タイプ（強磁性層の磁気
モーメントの配向に応じて、スピン・アップまたはスピ
ン・ダウン）の電子から成ることを意味する。トンネル
電流のスピン分極の度合いは、強磁性層とトンネル障壁
層との界面における、強磁性層を構成する磁性材料の電
子バンド構造によって決まる。したがって、第１の強磁
性層はスピン・フィルタとして機能する。電荷担体のト
ンネル現象の確率は、第２の強磁性層内の電流のスピン
分極と同じスピン分極の電子状態の有効度に依存する。
通例、第２の強磁性層の磁気モーメントが第１の強磁性
層の磁気モーメントと平行な場合の方が、第２の強磁性
層の磁気モーメントが第１の強磁性層の磁気モーメント
と逆平行になっている場合よりも有効電子状態が多い。
したがって、電荷キャリヤのトンネル確率は、両方の層
の磁気モーメントが平行なときに最大であり、磁気モー
メントが逆平行のときに最小である。モーメントを平行
でも逆平行でもなく配置した場合、トンネル確率は中間
値になる。したがって、ＭＴＪメモリ・セルの電気抵抗
は両方の強磁性層における電流のスピン分極と電子状態
とに依存する。その結果、磁化方向が固定していない強
磁性層の２つの可能な磁化方向によって、メモリ・セル
の２つの可能なビット状態（０または１）が規定され
る。
モリ・セルとして提案されてきた。ＭＴＪメモリ・セル
の状態は、センス電流がＭＴＪを一方の強磁性層から他
方の強磁性層に垂直に通過するときに、ＭＴＪの抵抗を
測定することによって判断される。絶縁トンネル障壁層
を横切る電荷担体のトンネル現象の確率は、２つの強磁
性層の磁気モーメント（磁気方向）の相対的位置合わせ
に依存する。トンネル電流はスピン分極される。これ
は、強磁性層の一方の層、たとえば磁気モーメントが固
定されているかまたは回転が防止されている層から流れ
る電流が、主に一方のスピン・タイプ（強磁性層の磁気
モーメントの配向に応じて、スピン・アップまたはスピ
ン・ダウン）の電子から成ることを意味する。トンネル
電流のスピン分極の度合いは、強磁性層とトンネル障壁
層との界面における、強磁性層を構成する磁性材料の電
子バンド構造によって決まる。したがって、第１の強磁
性層はスピン・フィルタとして機能する。電荷担体のト
ンネル現象の確率は、第２の強磁性層内の電流のスピン
分極と同じスピン分極の電子状態の有効度に依存する。
通例、第２の強磁性層の磁気モーメントが第１の強磁性
層の磁気モーメントと平行な場合の方が、第２の強磁性
層の磁気モーメントが第１の強磁性層の磁気モーメント
と逆平行になっている場合よりも有効電子状態が多い。
したがって、電荷キャリヤのトンネル確率は、両方の層
の磁気モーメントが平行なときに最大であり、磁気モー
メントが逆平行のときに最小である。モーメントを平行
でも逆平行でもなく配置した場合、トンネル確率は中間
値になる。したがって、ＭＴＪメモリ・セルの電気抵抗
は両方の強磁性層における電流のスピン分極と電子状態
とに依存する。その結果、磁化方向が固定していない強
磁性層の２つの可能な磁化方向によって、メモリ・セル
の２つの可能なビット状態（０または１）が規定され
る。
【０００４】磁気抵抗（ＭＲ）センサは、検知装置によ
って検知される磁束の強度と方向の関数として、磁性材
料で製作された検知装置の抵抗変化を通して磁界信号を
検出する。磁気記録ディスク・ドライブ内のデータを読
み取るＭＲ読取りヘッドとして使用されるものなどの従
来のＭＲセンサは、典型的にはパーマロイ（Ｎｉ81Ｆｅ
19）であるバルク磁性材料の異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）
効果に基づいて動作する。読取り装置抵抗の成分は、読
取り装置の磁化方向と読取り装置を流れるセンス電流の
方向との間の角度の余弦の平方として変化する。ディス
ク・ドライブ内のディスクなどの磁気媒体から記録デー
タを読み取ることができるのは、記録磁気媒体からの外
部磁界（信号磁界）によって読取り装置内の磁化の方向
が変化し、それによって読取り装置の抵抗の変化と、そ
れに対応するセンス電流または電圧の変化が生じるため
である。従来のＭＲ読取りヘッドでは、ＭＴＪ装置とは
異なり、センス電流は読取り装置の強磁性層に対して平
行な方向である。
って検知される磁束の強度と方向の関数として、磁性材
料で製作された検知装置の抵抗変化を通して磁界信号を
検出する。磁気記録ディスク・ドライブ内のデータを読
み取るＭＲ読取りヘッドとして使用されるものなどの従
来のＭＲセンサは、典型的にはパーマロイ（Ｎｉ81Ｆｅ
19）であるバルク磁性材料の異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）
効果に基づいて動作する。読取り装置抵抗の成分は、読
取り装置の磁化方向と読取り装置を流れるセンス電流の
方向との間の角度の余弦の平方として変化する。ディス
ク・ドライブ内のディスクなどの磁気媒体から記録デー
タを読み取ることができるのは、記録磁気媒体からの外
部磁界（信号磁界）によって読取り装置内の磁化の方向
が変化し、それによって読取り装置の抵抗の変化と、そ
れに対応するセンス電流または電圧の変化が生じるため
である。従来のＭＲ読取りヘッドでは、ＭＴＪ装置とは
異なり、センス電流は読取り装置の強磁性層に対して平
行な方向である。
【０００５】米国特許第５３９００６１号に記載されて
いるように、ＭＴＪ装置を磁気記録用の磁気抵抗読取り
ヘッドとして使用することも提案されている。しかし、
このようなＭＲヘッドの問題点の１つは、装置の出力信
号が磁気記録媒体からの磁界強度に対して線形な関係に
あり、しかも磁気的に安定な装置である適切な構造を開
発することにある。ＭＴＪ装置において線形応答を得る
のは特に困難である。これは、ＡＭＲセンサとは異な
り、電流が強磁性層及びトンネル障壁層を垂直に流れ、
したがって強磁性検知層に横方向バイアス磁界をかけな
いためである。したがって、検知磁界に対する線形な応
答を与えるように、強磁性検知層を適正に横方向にバイ
アスさせる何らかの追加の手段をＭＴＪセンサ内に設け
なければならない。さらに、強磁性検知層が単一の磁区
状態に維持されるように保証する手段も設けなければな
らない。このような手段を設けない場合、強磁性検知層
内に複数磁区状態が形成される可能性があり、その結
果、雑音が発生し、それによって装置の信号対雑音比特
性が低下し、さらに、検知磁界に対する装置の応答が再
生不能になる可能性がある。装置は、縦のバイアス磁界
の存在によってほぼ単一の磁区状態で安定することがで
きる。ＩＢＭの米国特許第５７２９４１０号には、バイ
アス材料がＭＴＪスタックの外部に配置され、電気的絶
縁材料によってスタックから分離された、検知強磁性層
を縦に安定またはバイアスさせる強磁性材料を有するＭ
ＴＪ ＭＲ読取りヘッドが記載されている。
いるように、ＭＴＪ装置を磁気記録用の磁気抵抗読取り
ヘッドとして使用することも提案されている。しかし、
このようなＭＲヘッドの問題点の１つは、装置の出力信
号が磁気記録媒体からの磁界強度に対して線形な関係に
あり、しかも磁気的に安定な装置である適切な構造を開
発することにある。ＭＴＪ装置において線形応答を得る
のは特に困難である。これは、ＡＭＲセンサとは異な
り、電流が強磁性層及びトンネル障壁層を垂直に流れ、
したがって強磁性検知層に横方向バイアス磁界をかけな
いためである。したがって、検知磁界に対する線形な応
答を与えるように、強磁性検知層を適正に横方向にバイ
アスさせる何らかの追加の手段をＭＴＪセンサ内に設け
なければならない。さらに、強磁性検知層が単一の磁区
状態に維持されるように保証する手段も設けなければな
らない。このような手段を設けない場合、強磁性検知層
内に複数磁区状態が形成される可能性があり、その結
果、雑音が発生し、それによって装置の信号対雑音比特
性が低下し、さらに、検知磁界に対する装置の応答が再
生不能になる可能性がある。装置は、縦のバイアス磁界
の存在によってほぼ単一の磁区状態で安定することがで
きる。ＩＢＭの米国特許第５７２９４１０号には、バイ
アス材料がＭＴＪスタックの外部に配置され、電気的絶
縁材料によってスタックから分離された、検知強磁性層
を縦に安定またはバイアスさせる強磁性材料を有するＭ
ＴＪ ＭＲ読取りヘッドが記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】横方向バイアス磁界を
制御することによって線形出力信号を出力するように装
置のパフォーマンスを最適化することができ、縦方向バ
イアス磁界によって安定した出力信号が得られる、ＭＴ
Ｊ ＭＲ読取りヘッドが必要である。
制御することによって線形出力信号を出力するように装
置のパフォーマンスを最適化することができ、縦方向バ
イアス磁界によって安定した出力信号が得られる、ＭＴ
Ｊ ＭＲ読取りヘッドが必要である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、トンネル障壁
層の対向し合う側にある１つの固定強磁性層と１つのほ
ぼ方形の検知強磁性層とを備え、検知強磁性層の側縁部
と背面縁部の周囲に配置されたバイアス強磁性層を備え
たＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドである。電気絶縁層によっ
て、バイアス層を検知層の縁部から分離する。バイアス
層は、検知層の３つの縁部を囲む側部領域と背面領域と
を有する連続境界バイアス層である。バイアス層が連続
した側部領域と背面領域を有する単一層の場合、その磁
気モーメントは、検知層の長い縁部と角度を成すように
選定することができる。このようにして、バイアス層
は、検知層に作用してＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドの線形
応答を生じさせるように横強磁性結合磁界と静磁性結合
磁界を補償する横方向バイアス磁界と、ヘッドを安定さ
せる縦方向バイアス磁界の両方を生じさせる。バイアス
層は、不連続の側部領域と背面領域によって形成するこ
ともできる。不連続の側部領域は、横方向と縦方向のバ
イアス磁界の適正な組合せを生じさせるために、背面領
域の磁気モーメントとは異なる方向に配向された磁気モ
ーメントを有することができる。
層の対向し合う側にある１つの固定強磁性層と１つのほ
ぼ方形の検知強磁性層とを備え、検知強磁性層の側縁部
と背面縁部の周囲に配置されたバイアス強磁性層を備え
たＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドである。電気絶縁層によっ
て、バイアス層を検知層の縁部から分離する。バイアス
層は、検知層の３つの縁部を囲む側部領域と背面領域と
を有する連続境界バイアス層である。バイアス層が連続
した側部領域と背面領域を有する単一層の場合、その磁
気モーメントは、検知層の長い縁部と角度を成すように
選定することができる。このようにして、バイアス層
は、検知層に作用してＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドの線形
応答を生じさせるように横強磁性結合磁界と静磁性結合
磁界を補償する横方向バイアス磁界と、ヘッドを安定さ
せる縦方向バイアス磁界の両方を生じさせる。バイアス
層は、不連続の側部領域と背面領域によって形成するこ
ともできる。不連続の側部領域は、横方向と縦方向のバ
イアス磁界の適正な組合せを生じさせるために、背面領
域の磁気モーメントとは異なる方向に配向された磁気モ
ーメントを有することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】従来の技術 図１を参照すると、ＭＲセンサを使用するタイプの従来
技術のディスク・ドライブの略断面図が図示されてい
る。このディスク・ドライブはディスク・ドライブ・モ
ータ１２とアクチュエータ１４が固定された基部１０
と、カバー１１とを含む。基部１０とカバー１１は、デ
ィスク・ドライブの密閉覆いになっている。典型的に
は、基部１０とカバー１１の間に配置されたガスケット
１３と、ディスク・ドライブの内部と外部環境との間の
圧力を等しくするための小さな通気孔（図示せず）があ
る。磁気記録ディスク１６がハブ１８を使用して駆動モ
ータ１２に接続され、駆動モータ１２によって回転する
ようにハブ１８に取り付けられている。ディスク１６の
表面には薄い潤滑膜５０が保持されている。エアベアリ
ング・スライダ２０などのキャリヤの後縁に読取り／書
込みヘッドまたは変換器２５が形成されている。変換器
２５は、図３に関して後述するように、誘導書込みヘッ
ド部分とＭＲ読取りヘッド部分とを含む読取り／書込み
ヘッドである。スライダ２０は、剛性アーム２２とサス
ペンション２４を使用してアクチュエータ１４に接続さ
れている。サスペンション２４は、スライダ２０を記録
ディスク１６の表面上まで駆動するバイアス力を供給す
る。ディスク・ドライブの動作中、ドライブ・モータ１
２がディスク１６を一定の速度で回転させ、典型的には
リニアまたはロータリ・ボイス・コイル・モータ（ＶＣ
Ｍ）であるアクチュエータ１４がスライダ２０をディス
ク１６の表面を横切ってほぼ半径方向に移動させ、それ
によって読取り／書込みヘッド２５がディスク１６上の
異なるデータ・トラックにアクセスすることができるよ
うにする。
技術のディスク・ドライブの略断面図が図示されてい
る。このディスク・ドライブはディスク・ドライブ・モ
ータ１２とアクチュエータ１４が固定された基部１０
と、カバー１１とを含む。基部１０とカバー１１は、デ
ィスク・ドライブの密閉覆いになっている。典型的に
は、基部１０とカバー１１の間に配置されたガスケット
１３と、ディスク・ドライブの内部と外部環境との間の
圧力を等しくするための小さな通気孔（図示せず）があ
る。磁気記録ディスク１６がハブ１８を使用して駆動モ
ータ１２に接続され、駆動モータ１２によって回転する
ようにハブ１８に取り付けられている。ディスク１６の
表面には薄い潤滑膜５０が保持されている。エアベアリ
ング・スライダ２０などのキャリヤの後縁に読取り／書
込みヘッドまたは変換器２５が形成されている。変換器
２５は、図３に関して後述するように、誘導書込みヘッ
ド部分とＭＲ読取りヘッド部分とを含む読取り／書込み
ヘッドである。スライダ２０は、剛性アーム２２とサス
ペンション２４を使用してアクチュエータ１４に接続さ
れている。サスペンション２４は、スライダ２０を記録
ディスク１６の表面上まで駆動するバイアス力を供給す
る。ディスク・ドライブの動作中、ドライブ・モータ１
２がディスク１６を一定の速度で回転させ、典型的には
リニアまたはロータリ・ボイス・コイル・モータ（ＶＣ
Ｍ）であるアクチュエータ１４がスライダ２０をディス
ク１６の表面を横切ってほぼ半径方向に移動させ、それ
によって読取り／書込みヘッド２５がディスク１６上の
異なるデータ・トラックにアクセスすることができるよ
うにする。
【０００９】図２は、カバー１１を取り外した状態のデ
ィスク・ドライブの内部を示す上面図であり、スライダ
２０をディスク１６に向かって押し付ける力をスライダ
２０に供給するサスペンション２４をより詳細に示す図
である。サスペンションは、ＩＢＭの米国特許第４１６
７７６５号に記載の周知のワトラウス（watrous）サス
ペンションなどの従来のタイプのサスペンションとする
ことができる。このタイプのサスペンションは、スライ
ダがエアベアリング上に乗ったときにスライダが縦と横
に揺れる（pitch及びroll）ことができるようにするス
ライダのジンバル装着機構も備える。変換器２５によっ
てディスク１６から検出されたデータは、アーム２２上
に配置された集積回路チップ１５内の信号増幅及び処理
回路によってデータ・リードバック信号に加工される。
変換器２５からの信号はフレキシブル・ケーブル１７を
介してチップ１５に伝達され、チップ１５はその出力信
号をケーブル１９を介してディスク・ドライブ電子回路
（図示せず）に送る。
ィスク・ドライブの内部を示す上面図であり、スライダ
２０をディスク１６に向かって押し付ける力をスライダ
２０に供給するサスペンション２４をより詳細に示す図
である。サスペンションは、ＩＢＭの米国特許第４１６
７７６５号に記載の周知のワトラウス（watrous）サス
ペンションなどの従来のタイプのサスペンションとする
ことができる。このタイプのサスペンションは、スライ
ダがエアベアリング上に乗ったときにスライダが縦と横
に揺れる（pitch及びroll）ことができるようにするス
ライダのジンバル装着機構も備える。変換器２５によっ
てディスク１６から検出されたデータは、アーム２２上
に配置された集積回路チップ１５内の信号増幅及び処理
回路によってデータ・リードバック信号に加工される。
変換器２５からの信号はフレキシブル・ケーブル１７を
介してチップ１５に伝達され、チップ１５はその出力信
号をケーブル１９を介してディスク・ドライブ電子回路
（図示せず）に送る。
【００１０】図３は、ＭＲ読取りヘッド部と誘導書込み
ヘッド部とを含む統合型読取り／書込みヘッド２５の略
断面図である。ヘッド２５はエアベアリング面（ＡＢ
Ｓ）を形成するように重ねられ、ＡＢＳは前述のように
エアベアリングによって回転ディスク１６（図１）の表
面から間隔をあけて配置される。読取りヘッドは、第１
のギャップ層Ｇ１と第２のギャップ層Ｇ２との間に挟ま
れたＭＲセンサ４０を含む。ギャップ層は、さらに第１
の磁気遮蔽層Ｓ１と第２の磁気遮蔽層Ｓ２との間に挟ま
れている。従来のディスク・ドライブでは、ＭＲセンサ
４０はＡＭＲセンサである。書込みヘッドは、コイル層
Ｃと絶縁層Ｉ２とを含み、この２つの層は絶縁層Ｉ１と
Ｉ３の間に挟まれ、絶縁層はさらに第１の磁極片Ｐ１と
第２の磁極片Ｐ２の間に挟まれている。磁気ギャップを
設けるために、ＡＢＳに隣接する磁極端において第１の
磁極片Ｐ１と第２の磁極片Ｐ２の間にギャップ層Ｇ３が
挟まれている。書込み中は、信号電流がコイル層Ｃを通
って伝導され、第１及び第２の磁極層Ｐ１、Ｐ２に磁束
が誘導され、それによって磁束がＡＢＳの磁極端間を縁
取る（fringe）。書込み操作中に、この磁束が回転ディ
スク１６上の環状トラックを磁化する。読取り操作中
に、回転ディスク１６上の磁化領域が磁束を読取りヘッ
ドのＭＲセンサ４０に注入し、それによってＭＲセンサ
４０内の抵抗を変化させる。これらの抵抗変化が、ＭＲ
センサ４０両端間の電圧変化を検出することによって検
出される。電圧変化はチップ１５（図２）とドライブ電
子回路によって処理され、ユーザ・データに変換され
る。図３に示す複合ヘッド２５は、読取りヘッドの第２
の遮蔽層Ｓ２が書込みヘッドの第１の磁極片Ｐ１として
使用される「マージ」ヘッドである。ピギーバック・ヘ
ッド（図示せず）では、第２の遮蔽層Ｓ２と第１の磁極
片Ｐ１は別々の層である。
ヘッド部とを含む統合型読取り／書込みヘッド２５の略
断面図である。ヘッド２５はエアベアリング面（ＡＢ
Ｓ）を形成するように重ねられ、ＡＢＳは前述のように
エアベアリングによって回転ディスク１６（図１）の表
面から間隔をあけて配置される。読取りヘッドは、第１
のギャップ層Ｇ１と第２のギャップ層Ｇ２との間に挟ま
れたＭＲセンサ４０を含む。ギャップ層は、さらに第１
の磁気遮蔽層Ｓ１と第２の磁気遮蔽層Ｓ２との間に挟ま
れている。従来のディスク・ドライブでは、ＭＲセンサ
４０はＡＭＲセンサである。書込みヘッドは、コイル層
Ｃと絶縁層Ｉ２とを含み、この２つの層は絶縁層Ｉ１と
Ｉ３の間に挟まれ、絶縁層はさらに第１の磁極片Ｐ１と
第２の磁極片Ｐ２の間に挟まれている。磁気ギャップを
設けるために、ＡＢＳに隣接する磁極端において第１の
磁極片Ｐ１と第２の磁極片Ｐ２の間にギャップ層Ｇ３が
挟まれている。書込み中は、信号電流がコイル層Ｃを通
って伝導され、第１及び第２の磁極層Ｐ１、Ｐ２に磁束
が誘導され、それによって磁束がＡＢＳの磁極端間を縁
取る（fringe）。書込み操作中に、この磁束が回転ディ
スク１６上の環状トラックを磁化する。読取り操作中
に、回転ディスク１６上の磁化領域が磁束を読取りヘッ
ドのＭＲセンサ４０に注入し、それによってＭＲセンサ
４０内の抵抗を変化させる。これらの抵抗変化が、ＭＲ
センサ４０両端間の電圧変化を検出することによって検
出される。電圧変化はチップ１５（図２）とドライブ電
子回路によって処理され、ユーザ・データに変換され
る。図３に示す複合ヘッド２５は、読取りヘッドの第２
の遮蔽層Ｓ２が書込みヘッドの第１の磁極片Ｐ１として
使用される「マージ」ヘッドである。ピギーバック・ヘ
ッド（図示せず）では、第２の遮蔽層Ｓ２と第１の磁極
片Ｐ１は別々の層である。
【００１１】以上のＡＭＲ読取りヘッドを備えた典型的
な磁気記録ディスク・ドライブの説明と添付図面の図１
から図３は代表例に過ぎない。ディスク・ドライブは、
多数のディスクとアクチュエータを含むことができ、各
アクチュエータがいくつかのスライダをサポートするこ
とができる。さらに、エアベアリング・スライダの代わ
りに、ヘッド・キャリヤは、リキッド・ベアリングやそ
の他の接触及び近接触記録ディスク・ドライブなど、ヘ
ッドをディスクと接触または近接触させた状態に維持す
るものとすることもできる。
な磁気記録ディスク・ドライブの説明と添付図面の図１
から図３は代表例に過ぎない。ディスク・ドライブは、
多数のディスクとアクチュエータを含むことができ、各
アクチュエータがいくつかのスライダをサポートするこ
とができる。さらに、エアベアリング・スライダの代わ
りに、ヘッド・キャリヤは、リキッド・ベアリングやそ
の他の接触及び近接触記録ディスク・ドライブなど、ヘ
ッドをディスクと接触または近接触させた状態に維持す
るものとすることもできる。
【００１２】図４に、図３の読取り／書込みヘッド２５
におけるＭＲセンサ４０の代わりに使用するＭＴＪセン
サを備えた従来技術のＭＴＪＭＲ読取りヘッドを示す。
適合する基板９上に下部電気リード１０２が形成されて
いる。基板は、ギャップ層Ｇ１とすることができ、ある
いは別法としてリード１０２を磁気遮蔽層Ｓ１上に直接
形成することもできる。次にＭＴＪ１００を、下部電気
リード１０２と上部電気リード１０４との間に層のスタ
ックとして形成する。上部電気リードは、遮蔽層Ｓ２か
ら電気的に分離するか、または、それ自体がＭＴＪ装置
への電気回路の一部を形成する遮蔽層Ｓ１に直接接続す
ることができる。
におけるＭＲセンサ４０の代わりに使用するＭＴＪセン
サを備えた従来技術のＭＴＪＭＲ読取りヘッドを示す。
適合する基板９上に下部電気リード１０２が形成されて
いる。基板は、ギャップ層Ｇ１とすることができ、ある
いは別法としてリード１０２を磁気遮蔽層Ｓ１上に直接
形成することもできる。次にＭＴＪ１００を、下部電気
リード１０２と上部電気リード１０４との間に層のスタ
ックとして形成する。上部電気リードは、遮蔽層Ｓ２か
ら電気的に分離するか、または、それ自体がＭＴＪ装置
への電気回路の一部を形成する遮蔽層Ｓ１に直接接続す
ることができる。
【００１３】ＭＴＪ１００は、第１のまたは下部電極多
層スタック１１０と、絶縁トンネル障壁層１２０と、第
２のまたは上部電極スタック１３０とを含む。各電極
は、トンネル障壁層１２０に直接接触する強磁性層、す
なわち強磁性層１１８及び１３２を含む。
層スタック１１０と、絶縁トンネル障壁層１２０と、第
２のまたは上部電極スタック１３０とを含む。各電極
は、トンネル障壁層１２０に直接接触する強磁性層、す
なわち強磁性層１１８及び１３２を含む。
【００１４】電気リード１０２上に形成された電極層ス
タック１１０は、リード１０２上のシード層または「テ
ンプレート」層１１２と、テンプレート層１１２上の反
強磁性材料の層１１６と、下の反強磁性層１１６上に形
成されて反強磁性層１１６と交換結合している「固定」
強磁性層１１８とを含む。強磁性層１１８の磁気モーメ
ントまたは磁化方向は所望の対象範囲に磁界が印加され
ているときに回転しないようになっているため、強磁性
層１１８を固定層と呼ぶ。上部電極スタック１３０は、
「フリー」または「検知」強磁性層１３２と、検知層１
３２上に形成された保護層またはキャップ層１３４を含
む。検知強磁性層１３２は、反強磁性層に交換結合され
ておらず、したがってその磁化方向は対象範囲に印加磁
界があるときに自由に回転することができる。検知強磁
性層１３２は、印加磁界がないときにその磁気モーメン
トまたは磁化方向（矢印１３３で図示されている）がＡ
ＢＳ（このＡＢＳは図４の紙面に対して平行な面であ
る。図３も参照のこと）に対してほぼ平行であって、固
定強磁性層１１８の磁化方向に対してほぼ垂直な向きに
なるように製作されている。トンネル障壁層１２０のす
ぐ下にある電極スタック１１０内の固定強磁性層１１８
の磁化方向は、直下の反強磁性層１１６との界面交換結
合によって固定されている。反強磁性層１１６は下部電
極スタック１１０の一部を形成している。固定強磁性層
１１８の磁化方向は、ＡＢＳに対してほぼ垂直の向き、
すなわち、（矢尾部印１１９によって図示されているよ
うに）図４の紙面に出入りする向きになっている。
タック１１０は、リード１０２上のシード層または「テ
ンプレート」層１１２と、テンプレート層１１２上の反
強磁性材料の層１１６と、下の反強磁性層１１６上に形
成されて反強磁性層１１６と交換結合している「固定」
強磁性層１１８とを含む。強磁性層１１８の磁気モーメ
ントまたは磁化方向は所望の対象範囲に磁界が印加され
ているときに回転しないようになっているため、強磁性
層１１８を固定層と呼ぶ。上部電極スタック１３０は、
「フリー」または「検知」強磁性層１３２と、検知層１
３２上に形成された保護層またはキャップ層１３４を含
む。検知強磁性層１３２は、反強磁性層に交換結合され
ておらず、したがってその磁化方向は対象範囲に印加磁
界があるときに自由に回転することができる。検知強磁
性層１３２は、印加磁界がないときにその磁気モーメン
トまたは磁化方向（矢印１３３で図示されている）がＡ
ＢＳ（このＡＢＳは図４の紙面に対して平行な面であ
る。図３も参照のこと）に対してほぼ平行であって、固
定強磁性層１１８の磁化方向に対してほぼ垂直な向きに
なるように製作されている。トンネル障壁層１２０のす
ぐ下にある電極スタック１１０内の固定強磁性層１１８
の磁化方向は、直下の反強磁性層１１６との界面交換結
合によって固定されている。反強磁性層１１６は下部電
極スタック１１０の一部を形成している。固定強磁性層
１１８の磁化方向は、ＡＢＳに対してほぼ垂直の向き、
すなわち、（矢尾部印１１９によって図示されているよ
うに）図４の紙面に出入りする向きになっている。
【００１５】検知強磁性層１３２の磁性を縦方向にバイ
アスさせるバイアス強磁性層１５０と、バイアス層１５
０を検知強磁性層１３２及びＭＴＪ１００の他の層から
分離し、絶縁する絶縁層１６０とをさらに備えた、図４
のＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドの断面図及び上面図をそれ
ぞれ図５及び図６に示す。図５及び図６の装置について
は、ＩＢＭの米国特許第５７２９４１０号に詳細に記載
されている。バイアス強磁性層１５０は、印加磁界がな
いときに磁気モーメント（矢印１５１で図示されてい
る）が検知強磁性層１３２の磁化モーメント１３３と同
じ方向に揃えられる、ＣｏＰｔＣｒ合金などの硬磁性材
料である。絶縁層１６０は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）また
はシリカ（ＳｉＯ2）であることが好ましく、バイアス
強磁性層１５０をＭＴＪ１００及び電気リード１０２、
１０４から電気的に分離するのに十分な厚さではある
が、検知強磁性層１３２と静磁気結合することができる
だけの薄さである。安定した縦方向バイアスになること
を保証するために、バイアス強磁性層１５０の積Ｍ＊ｔ
（ただしＭは強磁性層内の材料の単位面積当たりの磁気
モーメントであり、ｔは強磁性層の厚さである）は、検
知強磁性層１３２のＭ＊ｔ以上でなければならない。検
知強磁性層１３２で一般的に使用されるＮｉ(100 -x)−
Ｆｅ(x)の磁気モーメント（ｘは約１９）は、Ｃｏ75Ｐ
ｔ13Ｃｒ12などのバイアス強磁性層１５０に適合する典
型的な硬磁性材料の磁気モーメントの約２倍であるた
め、バイアス強磁性層１５０の厚さは検知強磁性層１３
２の少なくとも約２倍でなければならない。
アスさせるバイアス強磁性層１５０と、バイアス層１５
０を検知強磁性層１３２及びＭＴＪ１００の他の層から
分離し、絶縁する絶縁層１６０とをさらに備えた、図４
のＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドの断面図及び上面図をそれ
ぞれ図５及び図６に示す。図５及び図６の装置について
は、ＩＢＭの米国特許第５７２９４１０号に詳細に記載
されている。バイアス強磁性層１５０は、印加磁界がな
いときに磁気モーメント（矢印１５１で図示されてい
る）が検知強磁性層１３２の磁化モーメント１３３と同
じ方向に揃えられる、ＣｏＰｔＣｒ合金などの硬磁性材
料である。絶縁層１６０は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）また
はシリカ（ＳｉＯ2）であることが好ましく、バイアス
強磁性層１５０をＭＴＪ１００及び電気リード１０２、
１０４から電気的に分離するのに十分な厚さではある
が、検知強磁性層１３２と静磁気結合することができる
だけの薄さである。安定した縦方向バイアスになること
を保証するために、バイアス強磁性層１５０の積Ｍ＊ｔ
（ただしＭは強磁性層内の材料の単位面積当たりの磁気
モーメントであり、ｔは強磁性層の厚さである）は、検
知強磁性層１３２のＭ＊ｔ以上でなければならない。検
知強磁性層１３２で一般的に使用されるＮｉ(100 -x)−
Ｆｅ(x)の磁気モーメント（ｘは約１９）は、Ｃｏ75Ｐ
ｔ13Ｃｒ12などのバイアス強磁性層１５０に適合する典
型的な硬磁性材料の磁気モーメントの約２倍であるた
め、バイアス強磁性層１５０の厚さは検知強磁性層１３
２の少なくとも約２倍でなければならない。
【００１６】図７は、図６に示すＭＴＪ ＭＲヘッドの
上面図と類似しているが、ＡＢＳを基準にしたＭＴＪヘ
ッドの配置が示されている。破線１６１はＡＢＳと、Ｍ
ＴＪＭＲヘッドの製作後に層が重ねられる線とを表す。
ＭＴＪ１００は、ディスク上の記録データのトラック幅
に適合する幅ＴＷと、重ね合わせ後の最終的なストライ
プ高さＳＨとを有するストライプとして図示されてい
る。記録データ・トラックの幅は、典型的にはＴＷより
も広い。説明がわかりやすいように、本明細書では、縦
方向バイアス領域１５０が配置されるＭＴＪセンサの縁
部を、左右の端部１８０と呼ぶことに留意されたい。
上面図と類似しているが、ＡＢＳを基準にしたＭＴＪヘ
ッドの配置が示されている。破線１６１はＡＢＳと、Ｍ
ＴＪＭＲヘッドの製作後に層が重ねられる線とを表す。
ＭＴＪ１００は、ディスク上の記録データのトラック幅
に適合する幅ＴＷと、重ね合わせ後の最終的なストライ
プ高さＳＨとを有するストライプとして図示されてい
る。記録データ・トラックの幅は、典型的にはＴＷより
も広い。説明がわかりやすいように、本明細書では、縦
方向バイアス領域１５０が配置されるＭＴＪセンサの縁
部を、左右の端部１８０と呼ぶことに留意されたい。
【００１７】センス電流Ｉが、第１の電気リード１０２
から反強磁性層１１６、固定強磁性層１１８、トンネル
障壁層１２０、及び検知強磁性層１３２を垂直方向に流
れ、次に第２の電気リード１０４から出るように向けら
れる。前述のように、トンネル障壁層１２０を通るトン
ネル電流の量は、トンネル障壁層１２０に隣接して接触
している固定強磁性層１１８と検知強磁性層１３２の磁
化の相対的な向きの関数である。記録データからの磁界
によって、検知強磁性層１３２の磁化方向が回転して方
向１３３、すなわち図４の紙面に出入りする方向から逸
れる。これによって、強磁性層１１８、１３２の磁気モ
ーメントの相対的向きが変化し、したがってトンネル電
流の量が変化し、それがＭＴＪ１００の電気抵抗の変化
として反映される。この抵抗の変化はディスク・ドライ
ブの電子回路によって検出され、ディスクからリード・
バックされたデータに加工される。センス電流は電気絶
縁層１６０によってバイアス強磁性層１５０に達しない
ように妨げられる。絶縁層１６０はバイアス強磁性層１
５０も電気リード１０２、１０４から絶縁する。
から反強磁性層１１６、固定強磁性層１１８、トンネル
障壁層１２０、及び検知強磁性層１３２を垂直方向に流
れ、次に第２の電気リード１０４から出るように向けら
れる。前述のように、トンネル障壁層１２０を通るトン
ネル電流の量は、トンネル障壁層１２０に隣接して接触
している固定強磁性層１１８と検知強磁性層１３２の磁
化の相対的な向きの関数である。記録データからの磁界
によって、検知強磁性層１３２の磁化方向が回転して方
向１３３、すなわち図４の紙面に出入りする方向から逸
れる。これによって、強磁性層１１８、１３２の磁気モ
ーメントの相対的向きが変化し、したがってトンネル電
流の量が変化し、それがＭＴＪ１００の電気抵抗の変化
として反映される。この抵抗の変化はディスク・ドライ
ブの電子回路によって検出され、ディスクからリード・
バックされたデータに加工される。センス電流は電気絶
縁層１６０によってバイアス強磁性層１５０に達しない
ように妨げられる。絶縁層１６０はバイアス強磁性層１
５０も電気リード１０２、１０４から絶縁する。
【００１８】図５、図６、及び図７の縦方向バイアス領
域１５０の存在によって、ＭＴＪ強磁性検知層をほぼ単
一の磁区状態に安定させることができる。領域１５０が
ない場合、検知層１３２の縁部１８０に存在することに
なる磁極によって、それらの縁部に閉路磁区が形成され
ることになる。検知層のこの複数磁区状態によって、他
の点では同じ検知磁界について雑音と再生不能な信号が
生じることになる。
域１５０の存在によって、ＭＴＪ強磁性検知層をほぼ単
一の磁区状態に安定させることができる。領域１５０が
ない場合、検知層１３２の縁部１８０に存在することに
なる磁極によって、それらの縁部に閉路磁区が形成され
ることになる。検知層のこの複数磁区状態によって、他
の点では同じ検知磁界について雑音と再生不能な信号が
生じることになる。
【００１９】好ましい実施形態 縦方向バイアス領域によって、ＭＴＪ読取りヘッドの適
正な動作のために閉路磁区はなくなるが、それに加え
て、ヘッドの応答を印加検知磁界において線形にする必
要がある。これは、検知層１３２の磁気モーメントを適
切に横方向にバイアスすることによって達成される。検
知磁界がない静止状態では、ＭＴＪ読取りヘッドの最適
構成は、検知層１３２の磁気モーメントがＡＢＳ１６１
とほぼ平行、ピン止めまたは固定強磁性層１１８の磁気
モーメントに対してほぼ垂直に配向される構成である。
固定強磁性層１１８のモーメントは、ＡＢＳに対してほ
ぼ垂直に配向される。このような状況下で、検知層の磁
気モーメントは、ＭＴＪ装置が検知磁界に対して最大の
感度を有するように配置される。これは、検知層１３２
の磁気モーメントの方向と固定層１１８の磁気モーメン
トの方向との間の角度につれて、ＭＴＪ装置のトンネル
・コンダクタンスが絶えず変化するためである。さら
に、装置のトンネル・コンダクタンスが飽和する前に検
知磁界が存在することによって生じる検知層の磁気モー
メントの最大角度偏位は、検知磁界の方向がＡＢＳに対
する垂線に対して平行と逆平行のいずれの場合でも同じ
である。
正な動作のために閉路磁区はなくなるが、それに加え
て、ヘッドの応答を印加検知磁界において線形にする必
要がある。これは、検知層１３２の磁気モーメントを適
切に横方向にバイアスすることによって達成される。検
知磁界がない静止状態では、ＭＴＪ読取りヘッドの最適
構成は、検知層１３２の磁気モーメントがＡＢＳ１６１
とほぼ平行、ピン止めまたは固定強磁性層１１８の磁気
モーメントに対してほぼ垂直に配向される構成である。
固定強磁性層１１８のモーメントは、ＡＢＳに対してほ
ぼ垂直に配向される。このような状況下で、検知層の磁
気モーメントは、ＭＴＪ装置が検知磁界に対して最大の
感度を有するように配置される。これは、検知層１３２
の磁気モーメントの方向と固定層１１８の磁気モーメン
トの方向との間の角度につれて、ＭＴＪ装置のトンネル
・コンダクタンスが絶えず変化するためである。さら
に、装置のトンネル・コンダクタンスが飽和する前に検
知磁界が存在することによって生じる検知層の磁気モー
メントの最大角度偏位は、検知磁界の方向がＡＢＳに対
する垂線に対して平行と逆平行のいずれの場合でも同じ
である。
【００２０】図８に示すように、検知層１３２は、ＡＢ
Ｓに面した前縁部１８２と、背面縁部１９０と、側縁部
１８０とを有する。検知磁界がない状態の検知層１３２
の磁気モーメントの配向は、検知強磁性層に作用する正
味有効磁界によって決まる。図８に略図で示すように、
これは、検知層１３２と固定強磁性層１１８の間の強磁
性結合磁界ＨFと、主として固定強磁性層の縁部１８５
における磁極から生じる検知層上の静磁気結合磁界ＨD
とのバランスの結果である。さらに、検知層１３２は、
何らかの磁気異方性を呈することがあり、それによっ
て、検知層の磁気モーメントの配向が検知層の平面に特
定の方向に沿った配向に偏ることがある。この磁気異方
性は、検知層を構成する強磁性材料の本質的な磁気結晶
異方性によって生じるか、または、磁界における検知強
磁性層の付着によって、またはたとえばＭＴＪ装置の処
理中に生じる検知層内の応力による検知層の磁気歪みに
よって誘発されることがある。さらに、検知層の自己静
磁界から生じる何らかの磁気形状異方性がある場合があ
る。
Ｓに面した前縁部１８２と、背面縁部１９０と、側縁部
１８０とを有する。検知磁界がない状態の検知層１３２
の磁気モーメントの配向は、検知強磁性層に作用する正
味有効磁界によって決まる。図８に略図で示すように、
これは、検知層１３２と固定強磁性層１１８の間の強磁
性結合磁界ＨFと、主として固定強磁性層の縁部１８５
における磁極から生じる検知層上の静磁気結合磁界ＨD
とのバランスの結果である。さらに、検知層１３２は、
何らかの磁気異方性を呈することがあり、それによっ
て、検知層の磁気モーメントの配向が検知層の平面に特
定の方向に沿った配向に偏ることがある。この磁気異方
性は、検知層を構成する強磁性材料の本質的な磁気結晶
異方性によって生じるか、または、磁界における検知強
磁性層の付着によって、またはたとえばＭＴＪ装置の処
理中に生じる検知層内の応力による検知層の磁気歪みに
よって誘発されることがある。さらに、検知層の自己静
磁界から生じる何らかの磁気形状異方性がある場合があ
る。
【００２１】静磁気結合磁界ＨDは、１９９７年７月１
６日出願のＩＢＭの特許出願第０８／８９５１１８号に
記載されているように、固定強磁性層の厚さと磁気モー
メントを変化させるか、または固定強磁性層を形成する
ことによって変化させることができる。薄い反強磁性結
合層によって分離された２つの強磁性層の反強磁性結合
サンドイッチ構造で固定強磁性層を形成することによっ
て、変化させることができる。強磁性結合磁界ＨFは、
１９９６年１１月２７日出願のＩＢＭの特許出願第０８
／７５８６１４号に記載されているように、トンネル障
壁層１２０と強磁性検知層１３２との間に薄い非強磁性
層を入れることによって変化させることができる。しか
し、追加の非強磁性層の使用によって、ＭＴＪ装置の磁
気トンネル応答の大きさが小さくなる。さらに、これら
の方法は、製造がより困難であり、実用不能な可能性の
ある追加層のための追加の付着源を必要とする、より複
雑なＭＴＪ装置１００を必要とする。さらに、検知層の
磁気モーメント（したがって厚さ）は、磁気記録読取り
ヘッドの最適パフォーマンスのための記録磁気ビットの
密度によって固定されることがある。
６日出願のＩＢＭの特許出願第０８／８９５１１８号に
記載されているように、固定強磁性層の厚さと磁気モー
メントを変化させるか、または固定強磁性層を形成する
ことによって変化させることができる。薄い反強磁性結
合層によって分離された２つの強磁性層の反強磁性結合
サンドイッチ構造で固定強磁性層を形成することによっ
て、変化させることができる。強磁性結合磁界ＨFは、
１９９６年１１月２７日出願のＩＢＭの特許出願第０８
／７５８６１４号に記載されているように、トンネル障
壁層１２０と強磁性検知層１３２との間に薄い非強磁性
層を入れることによって変化させることができる。しか
し、追加の非強磁性層の使用によって、ＭＴＪ装置の磁
気トンネル応答の大きさが小さくなる。さらに、これら
の方法は、製造がより困難であり、実用不能な可能性の
ある追加層のための追加の付着源を必要とする、より複
雑なＭＴＪ装置１００を必要とする。さらに、検知層の
磁気モーメント（したがって厚さ）は、磁気記録読取り
ヘッドの最適パフォーマンスのための記録磁気ビットの
密度によって固定されることがある。
【００２２】従来のＭＲ装置には、磁気装置の層と平行
に流れる電流によって生じる強磁性検知層に作用する追
加の磁界がある。それに対して、ＭＴＪ装置では、電流
は強磁性層に対して垂直に流れ、それによって検知層上
に無視できる程度の横方向の磁界を生じさせる。したが
って、ＭＴＪ装置では、ＭＴＪ装置を最適にバイアスさ
せるために追加の横方向バイアス磁界を生じさせる機構
が必要である。図９に示すように、このような横方向の
バイアス磁界は、（図８に示すように）検知層１３２の
左右の縁部１８０付近に縦方向バイアス領域３２２と、
ＡＢＳ表面から離れた背面縁部１９０に沿った横方向バ
イアス領域３２４とを有する強磁性バイアス層３２０に
よって得られる。バイアス層３２０を、連続境界バイア
ス（ＣＢＢ）層と呼ぶ。ＭＴＪセンサ１００の検知層の
前縁部１８２、すなわち、ＡＢＳに配置された縁部は、
磁気媒体内の記録ビットからの磁束を検知層によって検
出することができるように、露出させたままである。Ｍ
ＴＪセンサの前縁部は、図９のようにＡＢＳに直接配置
するか、またはＡＢＳから後退させて、磁束ガイドを使
用してセンサの後退した前縁部まで磁束を導くこともで
きる。背面縁部１９０における追加のバイアス領域３２
４の使用によって、（図９の矢印３８２で示された方向
に沿った）適度な量の横方向バイアス磁界が可能にな
る。さらに、ＣＢＢ層３２０の磁気モーメントの方向
を、図９の矢印３８０で示すように膜の平面においてＡ
ＢＳから離れるように傾けることによって、ＭＴＪ１０
０に（図９の矢印３８４の方向に沿った）縦方向バイア
ス磁界を印加することができる。傾斜角度Θを適切に調
整することによって、ＣＢＢ層３２０からの横方向バイ
アス磁界の大きさを、ＭＴＪ強磁性検知層上の横方向磁
界ＨD及びＨFのより完全な補償が得られるように、特定
の範囲内で任意に変化させることができる。それと同時
に、ＣＢＢ層３２０は、ＭＴＪセンサの安定化にとって
十分な縦方向バイアス磁界を生じさせる。磁気モーメン
トは＋／−９０度の間の方向３８０を有することができ
る。ただし、０は、方形の検知層１３２の長手の縁部に
平行の完全な縦方向に相当し、印加磁界のないときの検
知層のモーメントと同じである。角度θの適正な選択に
よって、線形応答のための横方向磁界を補償する横方向
バイアスと、安定化のための縦方向バイアスの両方が確
実に得られる。
に流れる電流によって生じる強磁性検知層に作用する追
加の磁界がある。それに対して、ＭＴＪ装置では、電流
は強磁性層に対して垂直に流れ、それによって検知層上
に無視できる程度の横方向の磁界を生じさせる。したが
って、ＭＴＪ装置では、ＭＴＪ装置を最適にバイアスさ
せるために追加の横方向バイアス磁界を生じさせる機構
が必要である。図９に示すように、このような横方向の
バイアス磁界は、（図８に示すように）検知層１３２の
左右の縁部１８０付近に縦方向バイアス領域３２２と、
ＡＢＳ表面から離れた背面縁部１９０に沿った横方向バ
イアス領域３２４とを有する強磁性バイアス層３２０に
よって得られる。バイアス層３２０を、連続境界バイア
ス（ＣＢＢ）層と呼ぶ。ＭＴＪセンサ１００の検知層の
前縁部１８２、すなわち、ＡＢＳに配置された縁部は、
磁気媒体内の記録ビットからの磁束を検知層によって検
出することができるように、露出させたままである。Ｍ
ＴＪセンサの前縁部は、図９のようにＡＢＳに直接配置
するか、またはＡＢＳから後退させて、磁束ガイドを使
用してセンサの後退した前縁部まで磁束を導くこともで
きる。背面縁部１９０における追加のバイアス領域３２
４の使用によって、（図９の矢印３８２で示された方向
に沿った）適度な量の横方向バイアス磁界が可能にな
る。さらに、ＣＢＢ層３２０の磁気モーメントの方向
を、図９の矢印３８０で示すように膜の平面においてＡ
ＢＳから離れるように傾けることによって、ＭＴＪ１０
０に（図９の矢印３８４の方向に沿った）縦方向バイア
ス磁界を印加することができる。傾斜角度Θを適切に調
整することによって、ＣＢＢ層３２０からの横方向バイ
アス磁界の大きさを、ＭＴＪ強磁性検知層上の横方向磁
界ＨD及びＨFのより完全な補償が得られるように、特定
の範囲内で任意に変化させることができる。それと同時
に、ＣＢＢ層３２０は、ＭＴＪセンサの安定化にとって
十分な縦方向バイアス磁界を生じさせる。磁気モーメン
トは＋／−９０度の間の方向３８０を有することができ
る。ただし、０は、方形の検知層１３２の長手の縁部に
平行の完全な縦方向に相当し、印加磁界のないときの検
知層のモーメントと同じである。角度θの適正な選択に
よって、線形応答のための横方向磁界を補償する横方向
バイアスと、安定化のための縦方向バイアスの両方が確
実に得られる。
【００２３】図１０に示すように、代替実施形態では、
ＭＴＪ１００の検知強磁性層の側縁部の２つの縦方向バ
イアス部分４２０と、後部または背面横方向バイアス部
分４２５との３つの個別部分としてＣＢＢ層４２５を形
成することができる。縦方向バイアス磁界は、ＭＴＪ１
００の左右の側縁部１８０のバイアス部分４２０によっ
て生じさせるが、この実施形態では、後縁部１９０にあ
るバイアス部分は分離した領域４２５として製作され
る。したがって、横及び縦方向のバイアス磁界の適切な
強度と方向を生じさせるように、２つのバイアス領域４
２０及び４２５の磁気モーメントを独立して設計するこ
とができる。最も単純な実施形態では、横方向及び縦方
向バイアス領域４２０及び４２５の磁気モーメントの方
向は、図１０の矢印４８０で示す方向に沿った共通の傾
斜角度に配向される。したがって、縦と横のバイアス磁
界は、図１０の矢印４８４及び４８２で示す方向に沿
う。横方向バイアス部分４２５と縦方向バイアス部分４
２０が異なる硬質または高保磁力強磁性材料で形成され
ているの他の実施形態では、横方向バイアス領域４２５
の傾斜角度θTと縦方向バイアス領域４２０の傾斜角度
θLは、異なる傾斜角度に設定することができる。
ＭＴＪ１００の検知強磁性層の側縁部の２つの縦方向バ
イアス部分４２０と、後部または背面横方向バイアス部
分４２５との３つの個別部分としてＣＢＢ層４２５を形
成することができる。縦方向バイアス磁界は、ＭＴＪ１
００の左右の側縁部１８０のバイアス部分４２０によっ
て生じさせるが、この実施形態では、後縁部１９０にあ
るバイアス部分は分離した領域４２５として製作され
る。したがって、横及び縦方向のバイアス磁界の適切な
強度と方向を生じさせるように、２つのバイアス領域４
２０及び４２５の磁気モーメントを独立して設計するこ
とができる。最も単純な実施形態では、横方向及び縦方
向バイアス領域４２０及び４２５の磁気モーメントの方
向は、図１０の矢印４８０で示す方向に沿った共通の傾
斜角度に配向される。したがって、縦と横のバイアス磁
界は、図１０の矢印４８４及び４８２で示す方向に沿
う。横方向バイアス部分４２５と縦方向バイアス部分４
２０が異なる硬質または高保磁力強磁性材料で形成され
ているの他の実施形態では、横方向バイアス領域４２５
の傾斜角度θTと縦方向バイアス領域４２０の傾斜角度
θLは、異なる傾斜角度に設定することができる。
【００２４】ＭＴＪ１００（図４）の代表的な１組の材
料について、以下に述べる。ＭＴＪ１００のすべての層
を、基板の表面と平行に印加された磁界がある状態で成
長させる。この磁界は、すべての強磁性層の磁化容易軸
を配向する役割を果たす。まず、電気リード１０２とし
て機能する１０〜５０ｎｍのＡｕ層上に５ｎｍのＴａシ
ード層（図示せず）を形成する。このシード層は、面心
立方（ｆｃｃ）Ｎｉ81Ｆｅ19テンプレート層１１２の
（１１１）成長を促す材料から成る。このテンプレート
強磁性層１１２は、反強磁性層１１６の成長を促す。適
合するシード層材料としては、Ｃｕなどのｆｃｃ金属
と、Ｔａ、または３〜５ｎｍのＣｕなどの層の組み合わ
せがある。ＭＴＪベース電極スタック１１０は、１０〜
２０ｎｍのＡｕ層１０２上のＴａシード層の上に成長さ
せた４ｎｍのＮｉ81Ｆｅ19／１０ｎｍのＦｅ50Ｍｎ50／
８ｎｍのＮｉ81Ｆｅ19（それぞれ層１１２、１１６、１
１８）のスタックである。Ａｕリード層１０２は、基板
の役割を果たすアルミナ・ギャップ材料Ｇ１上に形成さ
れる。次に、トンネル障壁層１２０を、付着させ、次に
０．５〜２ｎｍのＡｌ層をプラズマ酸化することによっ
て形成する。これによって、Ａｌ2Ｏ3絶縁トンネル障壁
層１２０が形成される。上部電極スタック１３０は、５
ｎｍのＮｉ−Ｆｅ／１０ｎｍのＴａ（それぞれ層１３
２、１３４）のスタックである。Ｔａ層１３４は、保護
キャップ層の役割を果たす。上部電極スタック１３０に
は、電気リード１０４として機能する２０ｎｍのＡｕ層
が接触している。
料について、以下に述べる。ＭＴＪ１００のすべての層
を、基板の表面と平行に印加された磁界がある状態で成
長させる。この磁界は、すべての強磁性層の磁化容易軸
を配向する役割を果たす。まず、電気リード１０２とし
て機能する１０〜５０ｎｍのＡｕ層上に５ｎｍのＴａシ
ード層（図示せず）を形成する。このシード層は、面心
立方（ｆｃｃ）Ｎｉ81Ｆｅ19テンプレート層１１２の
（１１１）成長を促す材料から成る。このテンプレート
強磁性層１１２は、反強磁性層１１６の成長を促す。適
合するシード層材料としては、Ｃｕなどのｆｃｃ金属
と、Ｔａ、または３〜５ｎｍのＣｕなどの層の組み合わ
せがある。ＭＴＪベース電極スタック１１０は、１０〜
２０ｎｍのＡｕ層１０２上のＴａシード層の上に成長さ
せた４ｎｍのＮｉ81Ｆｅ19／１０ｎｍのＦｅ50Ｍｎ50／
８ｎｍのＮｉ81Ｆｅ19（それぞれ層１１２、１１６、１
１８）のスタックである。Ａｕリード層１０２は、基板
の役割を果たすアルミナ・ギャップ材料Ｇ１上に形成さ
れる。次に、トンネル障壁層１２０を、付着させ、次に
０．５〜２ｎｍのＡｌ層をプラズマ酸化することによっ
て形成する。これによって、Ａｌ2Ｏ3絶縁トンネル障壁
層１２０が形成される。上部電極スタック１３０は、５
ｎｍのＮｉ−Ｆｅ／１０ｎｍのＴａ（それぞれ層１３
２、１３４）のスタックである。Ｔａ層１３４は、保護
キャップ層の役割を果たす。上部電極スタック１３０に
は、電気リード１０４として機能する２０ｎｍのＡｕ層
が接触している。
【００２５】電流はＭＴＪ１００内の層に対して垂直に
流れるため、ＭＴＪ装置の抵抗は主としてトンネル障壁
層１２０の抵抗に左右されることに留意されたい。した
がって、導電リード１０２、１０４の単位面積当たりの
抵抗は、電流がこれらの層に平行に流れる従来のＭＲ読
取りヘッドよりもはるかに高くすることができる。した
がって、リード１０２、１０４は従来のＭＲヘッド構造
の場合よりも薄いかまたは狭く、あるいはその両方の状
態にすることができ、各元素の合金または化合物など、
本質的に抵抗がより高い材料で製作することもできる。
流れるため、ＭＴＪ装置の抵抗は主としてトンネル障壁
層１２０の抵抗に左右されることに留意されたい。した
がって、導電リード１０２、１０４の単位面積当たりの
抵抗は、電流がこれらの層に平行に流れる従来のＭＲ読
取りヘッドよりもはるかに高くすることができる。した
がって、リード１０２、１０４は従来のＭＲヘッド構造
の場合よりも薄いかまたは狭く、あるいはその両方の状
態にすることができ、各元素の合金または化合物など、
本質的に抵抗がより高い材料で製作することもできる。
【００２６】下部電極スタック１１０内の各層が平滑で
あることと、Ａｌ2Ｏ3トンネル障壁層１２０に、接合部
を電気的に短絡させるピンホールがないことが重要であ
る。たとえば、金属多層スタック内に良好で大きな磁気
抵抗効果を生じさせることがわかっているスパッタリン
グ技法による成長は十分である。
あることと、Ａｌ2Ｏ3トンネル障壁層１２０に、接合部
を電気的に短絡させるピンホールがないことが重要であ
る。たとえば、金属多層スタック内に良好で大きな磁気
抵抗効果を生じさせることがわかっているスパッタリン
グ技法による成長は十分である。
【００２７】代替検知強磁性層１３２は、層１３２のバ
ルクがＮｉ(100-x)Ｆｅx（ｘは約１９）などの低磁歪材
料であって、検知強磁性層１３２とトンネル障壁層１２
０との間の界面で薄いＣｏまたはＣｏ(100-x)Ｆｅ(x)ま
たはＮｉ(100-x)Ｆｅx（ｘは約６０）層から成ることも
できる。薄いＣｏまたはＣｏ(100-x)Ｆｅ(x)またはＮｉ
(100-x)Ｆｅx（ｘは約６０）界面層を備えたこのタイプ
の検知層の正味磁気歪みは、層１３２のバルクの組成の
わずかな変化によって、ゼロに近い値を有するように調
整される。代替固定強磁性層１１８は、トンネル障壁層
１２０との界面にＣｏまたはＣｏ(100-x)Ｆｅ(x)または
Ｎｉ(100-x)Ｆｅx（ｘは約６０）の薄い層を有する、主
としてバルクＮｉ(100-x)Ｆｅ(x)層から成ることができ
る。最大信号は、Ｃｏによって、または最高分極Ｎｉ
(100-x)Ｆｅx（ｘは約６０）またはＣｏ(100-x)Ｆｅ(x)
合金（ｘは約７０）によって得られる。界面層の厚さは
最適には約１〜約２ｎｍである。組み合わされた層の正
味磁気歪みは、組成のわずかな変化によってゼロに近く
なるように調整される。層１１８のバルクがＮｉ−Ｆｅ
の場合、組成はＮｉ81Ｆｅ19であり、これは、バルクＮ
ｉ−Ｆｅがゼロ磁気歪みを有する組成である。
ルクがＮｉ(100-x)Ｆｅx（ｘは約１９）などの低磁歪材
料であって、検知強磁性層１３２とトンネル障壁層１２
０との間の界面で薄いＣｏまたはＣｏ(100-x)Ｆｅ(x)ま
たはＮｉ(100-x)Ｆｅx（ｘは約６０）層から成ることも
できる。薄いＣｏまたはＣｏ(100-x)Ｆｅ(x)またはＮｉ
(100-x)Ｆｅx（ｘは約６０）界面層を備えたこのタイプ
の検知層の正味磁気歪みは、層１３２のバルクの組成の
わずかな変化によって、ゼロに近い値を有するように調
整される。代替固定強磁性層１１８は、トンネル障壁層
１２０との界面にＣｏまたはＣｏ(100-x)Ｆｅ(x)または
Ｎｉ(100-x)Ｆｅx（ｘは約６０）の薄い層を有する、主
としてバルクＮｉ(100-x)Ｆｅ(x)層から成ることができ
る。最大信号は、Ｃｏによって、または最高分極Ｎｉ
(100-x)Ｆｅx（ｘは約６０）またはＣｏ(100-x)Ｆｅ(x)
合金（ｘは約７０）によって得られる。界面層の厚さは
最適には約１〜約２ｎｍである。組み合わされた層の正
味磁気歪みは、組成のわずかな変化によってゼロに近く
なるように調整される。層１１８のバルクがＮｉ−Ｆｅ
の場合、組成はＮｉ81Ｆｅ19であり、これは、バルクＮ
ｉ−Ｆｅがゼロ磁気歪みを有する組成である。
【００２８】Ｆｅ−Ｍｎ反強磁性層１１６は、Ｎｉ−Ｍ
ｎまたはＩｒ−Ｍｎ層、または固定層１１８における強
磁性材料を交換バイアスさせ、Ａｌ2Ｏ3障壁層１２０よ
りも実質的に低い抵抗を有するその他の適合する反強磁
性層に置き換えることもできる。たとえば、十分な導電
率を有する反強磁性酸化物層を使用することができる。
さらに、好ましい実施形態では、固定強磁性層はその磁
気モーメントが反強磁性層との界面交換結合によって固
定されているが、固定強磁性層は「硬質」高保磁力材料
で形成することができ、それによって反強磁性層が不要
になる。したがって、硬質固定強磁性層は、Ｃｏ−Ｐｔ
合金、Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ合金、
Ｃｏ−Ｃｒ合金、Ｃｏ−Ｓｍ−合金、Ｃｏ−Ｒｅ合金、
Ｃｏ−Ｒｕ合金、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｘ合金（Ｘ＝Ｐｔ、Ｐ
ｄ、またはＣｒ）を含めて、Ｃｏと１つまたは複数の他
の元素との合金や、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｐｔ及びＣｏ−
Ｐｔ−Ｃｒ−Ｂなどの様々な四元合金など、様々な強磁
性材料で形成することができる。
ｎまたはＩｒ−Ｍｎ層、または固定層１１８における強
磁性材料を交換バイアスさせ、Ａｌ2Ｏ3障壁層１２０よ
りも実質的に低い抵抗を有するその他の適合する反強磁
性層に置き換えることもできる。たとえば、十分な導電
率を有する反強磁性酸化物層を使用することができる。
さらに、好ましい実施形態では、固定強磁性層はその磁
気モーメントが反強磁性層との界面交換結合によって固
定されているが、固定強磁性層は「硬質」高保磁力材料
で形成することができ、それによって反強磁性層が不要
になる。したがって、硬質固定強磁性層は、Ｃｏ−Ｐｔ
合金、Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ合金、
Ｃｏ−Ｃｒ合金、Ｃｏ−Ｓｍ−合金、Ｃｏ−Ｒｅ合金、
Ｃｏ−Ｒｕ合金、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｘ合金（Ｘ＝Ｐｔ、Ｐ
ｄ、またはＣｒ）を含めて、Ｃｏと１つまたは複数の他
の元素との合金や、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｐｔ及びＣｏ−
Ｐｔ−Ｃｒ−Ｂなどの様々な四元合金など、様々な強磁
性材料で形成することができる。
【００２９】図４で説明し、図示するＭＴＪ装置はＭＴ
Ｊ１００の下部上に固定強磁性層を有するが、この装置
は、検知強磁性層を先に付着させ、その後でトンネル障
壁層、固定強磁性層、及び反強磁性層を付着させること
によって形成することもできる。その場合、このような
ＭＴＪ装置は、図４に示すＭＴＪ１００を基本的に逆転
させた層を有することになる。
Ｊ１００の下部上に固定強磁性層を有するが、この装置
は、検知強磁性層を先に付着させ、その後でトンネル障
壁層、固定強磁性層、及び反強磁性層を付着させること
によって形成することもできる。その場合、このような
ＭＴＪ装置は、図４に示すＭＴＪ１００を基本的に逆転
させた層を有することになる。
【００３０】本発明のＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドの製作
プロセス まず、本発明のＣＢＢ層３２０を有するＭＴＪ ＭＲ読
取りヘッドの形成プロセスについて、図１１から図１５
を参照しながら説明する。この一連の図には、図９に示
すＭＴＪ ＭＲヘッドを製作するのに必要な基本的リソ
グラフィ・パターン描画を例示するために、装置の上面
図のみが示されている。
プロセス まず、本発明のＣＢＢ層３２０を有するＭＴＪ ＭＲ読
取りヘッドの形成プロセスについて、図１１から図１５
を参照しながら説明する。この一連の図には、図９に示
すＭＴＪ ＭＲヘッドを製作するのに必要な基本的リソ
グラフィ・パターン描画を例示するために、装置の上面
図のみが示されている。
【００３１】プロセスを示しやすくするために、図１１
から図１５にはＭＴＪ１００を構成する個々の層は図示
しないが、これらの一連の層を個別にＭＴＪと呼ぶ。層
を付着させる基板（図示せず）は、Ｇ１アルミナ・ギャ
ップ層または遮蔽層Ｓ１である。基板を周囲温度にして
アルゴン（Ａｒ）ガスを使用したマグネトロン・スパッ
タリングによって、膜成長を行う。スパッタ成長によっ
てきわめて平滑な膜が形成されるように注意を払わなけ
ればならない。強度２０〜１００Ｏｅの印加磁界を、磁
界の方向を基板面にして使用し、強磁性層の成長につれ
て強磁性層に磁気異方性を生じさせることができる。Ｍ
ＴＪ１００の形成の一部として、トンネル障壁層１２０
となるアルミニウム層を付着させ、その後で、１００ｍ
トルの酸素圧力と２５Ｗ／ｃｍ2の出力密度で３０〜２
４０秒間プラズマ酸化させる。これによって、アルミナ
の絶縁トンネル障壁層１２０が形成される。アルミニウ
ム層のプラズマ酸化は、プロセス中に真空状態を途切れ
させることなく行う。
から図１５にはＭＴＪ１００を構成する個々の層は図示
しないが、これらの一連の層を個別にＭＴＪと呼ぶ。層
を付着させる基板（図示せず）は、Ｇ１アルミナ・ギャ
ップ層または遮蔽層Ｓ１である。基板を周囲温度にして
アルゴン（Ａｒ）ガスを使用したマグネトロン・スパッ
タリングによって、膜成長を行う。スパッタ成長によっ
てきわめて平滑な膜が形成されるように注意を払わなけ
ればならない。強度２０〜１００Ｏｅの印加磁界を、磁
界の方向を基板面にして使用し、強磁性層の成長につれ
て強磁性層に磁気異方性を生じさせることができる。Ｍ
ＴＪ１００の形成の一部として、トンネル障壁層１２０
となるアルミニウム層を付着させ、その後で、１００ｍ
トルの酸素圧力と２５Ｗ／ｃｍ2の出力密度で３０〜２
４０秒間プラズマ酸化させる。これによって、アルミナ
の絶縁トンネル障壁層１２０が形成される。アルミニウ
ム層のプラズマ酸化は、プロセス中に真空状態を途切れ
させることなく行う。
【００３２】ＭＴＪ装置の動作にとっては重要ではない
が、固定強磁性層と検知強磁性層内をほぼ直交する磁界
内で付着させることによって、この２つの層に適切な磁
気異方性を生じさせると有利な場合がある。ＭＴＪ１０
０における検知強磁性層１３２の付着の前及びアルミナ
・トンネル障壁層１２０の形成後に、基板を印加磁界に
対してほぼ交軸になるように基板の平面において約９０
度回転させる。あるいは、外部印加磁界を回転させるこ
ともできる。
が、固定強磁性層と検知強磁性層内をほぼ直交する磁界
内で付着させることによって、この２つの層に適切な磁
気異方性を生じさせると有利な場合がある。ＭＴＪ１０
０における検知強磁性層１３２の付着の前及びアルミナ
・トンネル障壁層１２０の形成後に、基板を印加磁界に
対してほぼ交軸になるように基板の平面において約９０
度回転させる。あるいは、外部印加磁界を回転させるこ
ともできる。
【００３３】このプロセスは、下部リード１０２とＭＴ
Ｊ１００（上部キャップ層１３４を含む）の順次付着か
ら始まる。次にこれらの層を、その一部が図１１に図示
されている下部電気リード１０２の形状にパターン描画
する。次のステップである図１２で、リソグラフィを使
用して、連続境界バイアス領域に対応する開口領域３２
５を形成する。これは、まずフォトレジスト３１０の層
でＭＴＪ１００を被覆し、このフォトレジスト層３１０
を後で露光し、パターン描画して開口領域３２５を形成
することによって行う。このステップでは、ＭＴＪ１０
０の有効トラック幅ＴＷも、形成される開口部３２５の
内部寸法として画定する。図１２に示すように、リード
１０２及びＭＴＪ１００にポジ型フォトレジスト３１０
を塗布し、露光してトラック幅ＴＷも画定する。その後
で、電気リード層１０２までイオン・ミリングすること
によってＭＴＪ１００から形状３２５の形の材料を除去
する。キャップ層１３４（図４）の材料の適切な選定に
よって、残りのＭＴＪ層をイオン・ミリングする前にキ
ャップ層１３４を反応性イオン・エッチングすることも
可能である。
Ｊ１００（上部キャップ層１３４を含む）の順次付着か
ら始まる。次にこれらの層を、その一部が図１１に図示
されている下部電気リード１０２の形状にパターン描画
する。次のステップである図１２で、リソグラフィを使
用して、連続境界バイアス領域に対応する開口領域３２
５を形成する。これは、まずフォトレジスト３１０の層
でＭＴＪ１００を被覆し、このフォトレジスト層３１０
を後で露光し、パターン描画して開口領域３２５を形成
することによって行う。このステップでは、ＭＴＪ１０
０の有効トラック幅ＴＷも、形成される開口部３２５の
内部寸法として画定する。図１２に示すように、リード
１０２及びＭＴＪ１００にポジ型フォトレジスト３１０
を塗布し、露光してトラック幅ＴＷも画定する。その後
で、電気リード層１０２までイオン・ミリングすること
によってＭＴＪ１００から形状３２５の形の材料を除去
する。キャップ層１３４（図４）の材料の適切な選定に
よって、残りのＭＴＪ層をイオン・ミリングする前にキ
ャップ層１３４を反応性イオン・エッチングすることも
可能である。
【００３４】次に、図１３で、フォトレジスト３１０内
の開口部３２５を通して、最初のアルミナ絶縁層３３
０、ＣｏＰｔＣｒ硬質強磁性ＣＢＢ層３２０、及び後の
アルミナ絶縁層３３０を付着させ、ＣＢＢ層３２０を形
成する電気的に分離されたバイアス材料の領域を残す。
の開口部３２５を通して、最初のアルミナ絶縁層３３
０、ＣｏＰｔＣｒ硬質強磁性ＣＢＢ層３２０、及び後の
アルミナ絶縁層３３０を付着させ、ＣＢＢ層３２０を形
成する電気的に分離されたバイアス材料の領域を残す。
【００３５】絶縁層３３０と硬質強磁性層３２０は、３
つの異なる付着を使用して形成される。まず、最初のア
ルミナ付着は層３３０の底部を形成し、領域３２５がイ
オン・ミリングされる深さに応じてＭＴＪ１００の側壁
及び背面壁またはＭＴＪ１００の上部または層（図４）
に共形にもなる。この絶縁層付着にＲＦスパッタ付着技
法を使用する場合、側壁上の絶縁層の厚さは平坦面上よ
りも薄い。側壁上の典型的なスパッタ効率は、平坦面上
のスパッタ効率の１／２〜３／４である。次に、イオン
・ビーム付着などの指向性付着技法を使用して硬質バイ
アス強磁性層３２０を付着させる。ＭＴＪ１００の側壁
及び背面壁に共形の最初の絶縁層付着のアルミナは、Ｃ
ＢＢ層３２０をＭＴＪ１００から絶縁する役割を果た
す。３番目に、最終絶縁層付着によって層３３０の上部
領域を形成し、ＣＢＢ層３２０の上表面をキャップまた
は封止する。
つの異なる付着を使用して形成される。まず、最初のア
ルミナ付着は層３３０の底部を形成し、領域３２５がイ
オン・ミリングされる深さに応じてＭＴＪ１００の側壁
及び背面壁またはＭＴＪ１００の上部または層（図４）
に共形にもなる。この絶縁層付着にＲＦスパッタ付着技
法を使用する場合、側壁上の絶縁層の厚さは平坦面上よ
りも薄い。側壁上の典型的なスパッタ効率は、平坦面上
のスパッタ効率の１／２〜３／４である。次に、イオン
・ビーム付着などの指向性付着技法を使用して硬質バイ
アス強磁性層３２０を付着させる。ＭＴＪ１００の側壁
及び背面壁に共形の最初の絶縁層付着のアルミナは、Ｃ
ＢＢ層３２０をＭＴＪ１００から絶縁する役割を果た
す。３番目に、最終絶縁層付着によって層３３０の上部
領域を形成し、ＣＢＢ層３２０の上表面をキャップまた
は封止する。
【００３６】最初と後のアルミナ層３３０は、電気リー
ド１０２上とＭＴＪ１００の縁部を完全に覆うようにＲ
Ｆスパッタリングによって形成することが好ましく、そ
れぞれ厚さ１００〜５００Åに形成することが好まし
い。センス電流がＣＢＢ層３２０を通って分流しないこ
とが重要であるため、このプロセスの結果、高保全性を
備えた絶縁層になる。ＣＢＢ層３２０はＣｏＰｔＣｒ合
金であることが好ましく、縁部の重なりがないようにイ
オン・ビーム・スパッタ付着などの指向性付着プロセス
によって形成され、検知層１３２の厚さの約２倍の厚さ
に付着させることが好ましい。次に、リフトオフ・プロ
セスでフォトレジスト３１０とその上のアルミナ層及び
硬質バイアス層を除去し、その結果、ＭＴＪ１００の左
側、背面、及び右側縁部にある硬質バイアス強磁性層３
２０の電気的に分離された連続境界バイアス領域ができ
る。図１３に、このプロセスの最終結果を示すが、わか
りやすいように絶縁体分離縁部を示してある。次に、リ
ソグラフィを使用して、フォトレジスト３４０（図１
４）の付着及びパターン描画によって、ＭＴＪ１００の
（ラッピングの前の）初期ストライプ高さを形成する。
最後に、電気導体１０２までイオン・ミリングするプロ
セスによって余分なトンネル接合材料を除去し、図１５
に示すようにＭＴＪ読取りヘッドの画定を完了する。こ
れでＭＴＪ ＭＲヘッド構造の製作は、基本的に完了
し、必要なのはこの装置までの電気リードの最終画定だ
けである。
ド１０２上とＭＴＪ１００の縁部を完全に覆うようにＲ
Ｆスパッタリングによって形成することが好ましく、そ
れぞれ厚さ１００〜５００Åに形成することが好まし
い。センス電流がＣＢＢ層３２０を通って分流しないこ
とが重要であるため、このプロセスの結果、高保全性を
備えた絶縁層になる。ＣＢＢ層３２０はＣｏＰｔＣｒ合
金であることが好ましく、縁部の重なりがないようにイ
オン・ビーム・スパッタ付着などの指向性付着プロセス
によって形成され、検知層１３２の厚さの約２倍の厚さ
に付着させることが好ましい。次に、リフトオフ・プロ
セスでフォトレジスト３１０とその上のアルミナ層及び
硬質バイアス層を除去し、その結果、ＭＴＪ１００の左
側、背面、及び右側縁部にある硬質バイアス強磁性層３
２０の電気的に分離された連続境界バイアス領域ができ
る。図１３に、このプロセスの最終結果を示すが、わか
りやすいように絶縁体分離縁部を示してある。次に、リ
ソグラフィを使用して、フォトレジスト３４０（図１
４）の付着及びパターン描画によって、ＭＴＪ１００の
（ラッピングの前の）初期ストライプ高さを形成する。
最後に、電気導体１０２までイオン・ミリングするプロ
セスによって余分なトンネル接合材料を除去し、図１５
に示すようにＭＴＪ読取りヘッドの画定を完了する。こ
れでＭＴＪ ＭＲヘッド構造の製作は、基本的に完了
し、必要なのはこの装置までの電気リードの最終画定だ
けである。
【００３７】図１１から図１５で説明したプロセス・フ
ロー・シーケンスでは、最初のリソグラフィ・ステップ
（図１２）でセンサの幅とセンサの後縁部の両方を画定
する。しかし、リソグラフィ・プロセスにおける露光で
は形状３２５の内隅のレジストを十分に除去することが
できないため、リソグラフィを使用してサブミクロンの
寸法の狭い背面領域を画定するのは困難である。さら
に、このプロセス・シーケンスでは、単一の連続境界バ
イアス領域３２０しか形成されない。これは、横方向と
縦方向のバイアス磁界の強度を独立して変更することが
できず、互いに結合されることを意味する。この２つの
問題に対処するために、このプロセス・シーケンスを図
１６から図２０に示すように修正して、図１０に示すＭ
ＴＪ ＭＲ読取りヘッドの実施形態を形成することがで
きる。
ロー・シーケンスでは、最初のリソグラフィ・ステップ
（図１２）でセンサの幅とセンサの後縁部の両方を画定
する。しかし、リソグラフィ・プロセスにおける露光で
は形状３２５の内隅のレジストを十分に除去することが
できないため、リソグラフィを使用してサブミクロンの
寸法の狭い背面領域を画定するのは困難である。さら
に、このプロセス・シーケンスでは、単一の連続境界バ
イアス領域３２０しか形成されない。これは、横方向と
縦方向のバイアス磁界の強度を独立して変更することが
できず、互いに結合されることを意味する。この２つの
問題に対処するために、このプロセス・シーケンスを図
１６から図２０に示すように修正して、図１０に示すＭ
ＴＪ ＭＲ読取りヘッドの実施形態を形成することがで
きる。
【００３８】図１０に示すＭＴＪ読取りヘッドに必要な
プロセス・フロー・シーケンスを、図１６から図２０に
示す。このプロセスは、別個の背面縁部横方向バイアス
領域４２５を画定する追加のリソグラフィ・ステップを
必要とする。この場合も、プロセスは下部リード１０２
とＭＴＪ１００（上部キャップ層１３４を含む）の順次
付着から始まる。次にこれらの層を、図１６にその一部
を示す下部電気リード１０２の形状にパターン描画す
る。次のステップである図１７で、リソグラフィを使用
して、ＭＴＪ１００の左右の縁部の縦方向のバイアス領
域を付着させる２つの開口領域４２１を形成する。この
ステップでは、ＭＴＪ１００の有効トラック幅ＴＷも画
定する。図１７に示すように、リード１０２とＭＴＪ１
００にポジ型フォトレジスト４１０が塗布され、露光さ
れてトラック幅ＴＷが画定されている。その後で、電気
リード層１０２までイオン・ミリングすることによっ
て、ＭＴＪ１００からこの２つの形状４２１の形の材料
を除去する。
プロセス・フロー・シーケンスを、図１６から図２０に
示す。このプロセスは、別個の背面縁部横方向バイアス
領域４２５を画定する追加のリソグラフィ・ステップを
必要とする。この場合も、プロセスは下部リード１０２
とＭＴＪ１００（上部キャップ層１３４を含む）の順次
付着から始まる。次にこれらの層を、図１６にその一部
を示す下部電気リード１０２の形状にパターン描画す
る。次のステップである図１７で、リソグラフィを使用
して、ＭＴＪ１００の左右の縁部の縦方向のバイアス領
域を付着させる２つの開口領域４２１を形成する。この
ステップでは、ＭＴＪ１００の有効トラック幅ＴＷも画
定する。図１７に示すように、リード１０２とＭＴＪ１
００にポジ型フォトレジスト４１０が塗布され、露光さ
れてトラック幅ＴＷが画定されている。その後で、電気
リード層１０２までイオン・ミリングすることによっ
て、ＭＴＪ１００からこの２つの形状４２１の形の材料
を除去する。
【００３９】次に、図１８で、フォトレジスト４１０内
の開口部４２１を通して最初のアルミナ絶縁層４３０、
ＣｏＰｔＣｒ硬質バイアス強磁性層４２０、及び後のア
ルミナ絶縁層４３０を付着させ、縦方向バイアス強磁性
部分４２０を形成する電気的に分離されたバイアス材料
の領域を残す。最初と後のアルミナ層４３０は、電気リ
ード１０２及びＭＴＪ１００の縁部を完全に覆うよう
に、ＲＦスパッタリングで形成することが好ましく、１
００〜５００Åの厚さに形成することが好ましい。セン
ス電流が硬質縦方向バイアス領域４２０を通って分流し
ないことが重要であるため、このプロセスの結果、高保
全性を備えた絶縁層ができる。硬質バイアス層４２０は
ＣｏＰｔＣｒ合金であることが好ましく、縁部の重なり
がないようにイオン・ビーム・スパッタ付着などの指向
性付着プロセスによって指向性をもって形成され、検知
層１３２の厚さの約２倍の厚さに付着させることが好ま
しい。次に、リフトオフ・プロセスでフォトレジスト４
１０とその上のアルミナ及び硬質バイアス層を除去し、
その結果、ＭＴＪ１００の左右の側縁部にある電気的に
分離された縦方向バイアス領域４２０ができる。図１８
に、このプロセスの最終結果を示し、わかりやすいよう
に絶縁分離縁部を示す。次に、図１９に示すように、フ
ォトレジスト４４０を使用する追加のリソグラフィ・ス
テップを使用して、背面横方向バイアス領域４２５の強
磁性材料を付着させる開口部４４５を画定する。このリ
ソグラフィ・ステップでは、ＭＴＪセンサ１００の背面
縁部も画定する。イオン・ミリング、アルミナ絶縁層４
６０及び硬質強磁性材料の付着、及びリフトオフの一連
のステップを行って、前述のものと類似した背面領域４
２５を形成し、左右の縁部の硬質バイアス領域４２０を
形成し、図２０に示すような構造を残す。次に、リソグ
ラフィを使用して、フォトレジスト４７０（図２１）の
付着とパターン描画によって、（ラッピング前の）ＭＴ
Ｊ１００の初期ストライプ高さを形成する。最後に、電
気導体１０２までイオン・ミリングするプロセスによっ
て余分なトンネル接合材料を除去し、図２２に示すよう
にＭＴＪ読取りヘッドの画定を完了する。これでＭＴＪ
ＭＲヘッド構造の製作は基本的に完了し、必要なのは
この装置への電気リードの最終的画定だけである。
の開口部４２１を通して最初のアルミナ絶縁層４３０、
ＣｏＰｔＣｒ硬質バイアス強磁性層４２０、及び後のア
ルミナ絶縁層４３０を付着させ、縦方向バイアス強磁性
部分４２０を形成する電気的に分離されたバイアス材料
の領域を残す。最初と後のアルミナ層４３０は、電気リ
ード１０２及びＭＴＪ１００の縁部を完全に覆うよう
に、ＲＦスパッタリングで形成することが好ましく、１
００〜５００Åの厚さに形成することが好ましい。セン
ス電流が硬質縦方向バイアス領域４２０を通って分流し
ないことが重要であるため、このプロセスの結果、高保
全性を備えた絶縁層ができる。硬質バイアス層４２０は
ＣｏＰｔＣｒ合金であることが好ましく、縁部の重なり
がないようにイオン・ビーム・スパッタ付着などの指向
性付着プロセスによって指向性をもって形成され、検知
層１３２の厚さの約２倍の厚さに付着させることが好ま
しい。次に、リフトオフ・プロセスでフォトレジスト４
１０とその上のアルミナ及び硬質バイアス層を除去し、
その結果、ＭＴＪ１００の左右の側縁部にある電気的に
分離された縦方向バイアス領域４２０ができる。図１８
に、このプロセスの最終結果を示し、わかりやすいよう
に絶縁分離縁部を示す。次に、図１９に示すように、フ
ォトレジスト４４０を使用する追加のリソグラフィ・ス
テップを使用して、背面横方向バイアス領域４２５の強
磁性材料を付着させる開口部４４５を画定する。このリ
ソグラフィ・ステップでは、ＭＴＪセンサ１００の背面
縁部も画定する。イオン・ミリング、アルミナ絶縁層４
６０及び硬質強磁性材料の付着、及びリフトオフの一連
のステップを行って、前述のものと類似した背面領域４
２５を形成し、左右の縁部の硬質バイアス領域４２０を
形成し、図２０に示すような構造を残す。次に、リソグ
ラフィを使用して、フォトレジスト４７０（図２１）の
付着とパターン描画によって、（ラッピング前の）ＭＴ
Ｊ１００の初期ストライプ高さを形成する。最後に、電
気導体１０２までイオン・ミリングするプロセスによっ
て余分なトンネル接合材料を除去し、図２２に示すよう
にＭＴＪ読取りヘッドの画定を完了する。これでＭＴＪ
ＭＲヘッド構造の製作は基本的に完了し、必要なのは
この装置への電気リードの最終的画定だけである。
【００４０】ＭＴＪ装置の対称的出力特性を得るため
に、強磁性センス層１３２の磁化方向１３３を、横方向
成分のない、図４に示す方向、すなわち縦方向に沿った
方向に維持しなければならない。これは、記録媒体から
の検知磁界がないときに強磁性検知層が受ける様々な実
行横方向磁界をバランスさせることによって行う。した
がって、主として、検知強磁性層と固定強磁性層との間
の強磁性結合磁界ＨFと、固定強磁性層からの消磁界ＨD
と、連続境界バイアス層３２０または横方向バイアス層
４２０から生じる横方向バイアス磁界との間のバランス
を維持する。ＭＴＪ装置で前述したように、トンネル電
流がこの構造の各層に対して垂直に流れるため、膜内の
電流の流れからはわずかしか磁界が生じない。ＨFは、
強磁性膜と実際の接合部との間の界面の性質と、接合部
の厚さとに大きく依存する。ＨFは、数エルステッド
（Ｏｅ）から２０〜５０Ｏｅまで変化する可能性があ
る。Ｈ Dはセンサの幾何形状、すなわち最終ストライプ
高さＳＨ及び固定強磁性層の厚さｔと、固定強磁性Ｍと
に依存し、［４Π×（ｔ／ＳＨ）×Ｍ］として変化す
る。したがって、ｔ＝５０Å、ＳＨ＝１０，０００Å、
Ｍ＝８００ｅｍｕ／ｃｍ3の場合、ＨDは４０Ｏｅ範囲内
である。ＨD及びＨFは、センサの幾何形状と界面の特性
を変化させることによって変えることができる。たとえ
ば、ＨDは、上記で引用したＩＢＭの米国特許第５４６
５１８５号に記載されている積層逆平行固定層を使用す
ることによって最小化することができる。このような層
の正味磁気モーメントは、２つのピン止め膜間の差と等
価であって、この差は約５Åであり、それによってＨD
は約４Ｏｅに低減される。ＨFは、界面の性質を変化さ
せることによって変化させることができる。
に、強磁性センス層１３２の磁化方向１３３を、横方向
成分のない、図４に示す方向、すなわち縦方向に沿った
方向に維持しなければならない。これは、記録媒体から
の検知磁界がないときに強磁性検知層が受ける様々な実
行横方向磁界をバランスさせることによって行う。した
がって、主として、検知強磁性層と固定強磁性層との間
の強磁性結合磁界ＨFと、固定強磁性層からの消磁界ＨD
と、連続境界バイアス層３２０または横方向バイアス層
４２０から生じる横方向バイアス磁界との間のバランス
を維持する。ＭＴＪ装置で前述したように、トンネル電
流がこの構造の各層に対して垂直に流れるため、膜内の
電流の流れからはわずかしか磁界が生じない。ＨFは、
強磁性膜と実際の接合部との間の界面の性質と、接合部
の厚さとに大きく依存する。ＨFは、数エルステッド
（Ｏｅ）から２０〜５０Ｏｅまで変化する可能性があ
る。Ｈ Dはセンサの幾何形状、すなわち最終ストライプ
高さＳＨ及び固定強磁性層の厚さｔと、固定強磁性Ｍと
に依存し、［４Π×（ｔ／ＳＨ）×Ｍ］として変化す
る。したがって、ｔ＝５０Å、ＳＨ＝１０，０００Å、
Ｍ＝８００ｅｍｕ／ｃｍ3の場合、ＨDは４０Ｏｅ範囲内
である。ＨD及びＨFは、センサの幾何形状と界面の特性
を変化させることによって変えることができる。たとえ
ば、ＨDは、上記で引用したＩＢＭの米国特許第５４６
５１８５号に記載されている積層逆平行固定層を使用す
ることによって最小化することができる。このような層
の正味磁気モーメントは、２つのピン止め膜間の差と等
価であって、この差は約５Åであり、それによってＨD
は約４Ｏｅに低減される。ＨFは、界面の性質を変化さ
せることによって変化させることができる。
【００４１】リード１０４をパターン描画し、ＭＴＪ
ＭＲヘッド構造体が基本的に完成した後、固定強磁性層
１１８の磁化を適正な向きに位置合わせする必要があ
る。固定強磁性層１１８との交換結合のためのＦｅ−Ｍ
ｎ層１１６は、付着時に反強磁性である。しかし、その
磁化は、固定強磁性層１１８を適正な配向に交換結合す
ることができるように位置合わせし直さなければならな
い。この構造体をアニール炉に入れ、温度をＦｅ−Ｍｎ
のブロッキング温度よりも高い約１８０℃に上昇させ
る。この温度で、Ｆｅ−Ｍｎ層はもはや固定強磁性層１
１８との交換異方性を生じさせなくなる。磁界内で層１
１６、１１８の対を冷却させることによって強磁性層１
１８の交換異方性を生じさせる。固定強磁性層１１８の
磁化の向きは、印加磁界の方向に沿った方向になる。し
たがってアニール炉内の印加磁界によって、固定強磁性
層１１８のモーメントは図４の矢印１１９で示すように
ＡＢＳに対して垂直の必要な方向に固定される。これ
は、印加磁界によって必要な方向に磁化された強磁性層
１１８が存在する状態でＦｅ−Ｍｎ層を冷却した結果で
ある。したがって、Ｆｅ−Ｍｎのブロッキング温度より
低い温度で、記録媒体からの印加磁界が存在するとき
に、固定強磁性層１１８の磁化は実質的に回転しない。
ＭＲヘッド構造体が基本的に完成した後、固定強磁性層
１１８の磁化を適正な向きに位置合わせする必要があ
る。固定強磁性層１１８との交換結合のためのＦｅ−Ｍ
ｎ層１１６は、付着時に反強磁性である。しかし、その
磁化は、固定強磁性層１１８を適正な配向に交換結合す
ることができるように位置合わせし直さなければならな
い。この構造体をアニール炉に入れ、温度をＦｅ−Ｍｎ
のブロッキング温度よりも高い約１８０℃に上昇させ
る。この温度で、Ｆｅ−Ｍｎ層はもはや固定強磁性層１
１８との交換異方性を生じさせなくなる。磁界内で層１
１６、１１８の対を冷却させることによって強磁性層１
１８の交換異方性を生じさせる。固定強磁性層１１８の
磁化の向きは、印加磁界の方向に沿った方向になる。し
たがってアニール炉内の印加磁界によって、固定強磁性
層１１８のモーメントは図４の矢印１１９で示すように
ＡＢＳに対して垂直の必要な方向に固定される。これ
は、印加磁界によって必要な方向に磁化された強磁性層
１１８が存在する状態でＦｅ−Ｍｎ層を冷却した結果で
ある。したがって、Ｆｅ−Ｍｎのブロッキング温度より
低い温度で、記録媒体からの印加磁界が存在するとき
に、固定強磁性層１１８の磁化は実質的に回転しない。
【００４２】この装置におけるＭＴＪ１００の最終スト
ライプ高さＳＨを、リソグラフィで形成された前部検知
縁部をラッピングして線１６１（図６）までの最終寸法
に戻すことによって形成し、それによって図９及び図１
０に示す構造体が完成する。
ライプ高さＳＨを、リソグラフィで形成された前部検知
縁部をラッピングして線１６１（図６）までの最終寸法
に戻すことによって形成し、それによって図９及び図１
０に示す構造体が完成する。
【００４３】バイアス強磁性層３２０及び４２０、４２
５は、Ｃｏ−Ｐｔ二元合金、Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ三元合金
（たとえばＣｏ75Ｐｔ12Ｃｒ13）、Ｃｏ−Ｐｔ−Ｎｉ三
元合金、またはＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ三元合金など、Ｃｏと
１つまたは複数の他の元素との合金など、高保磁力材料
の単一の層で形成することができる。高保磁力材料の単
一層の使用に加えて、バイアス強磁性層は、第１の強磁
性膜と、第１の強磁性膜と接触して界面交換結合された
反強磁性膜とからなる反強磁性膜二重膜とすることがで
きる。反強磁性膜によって、第１の強磁性膜の磁気モー
メントが所期の方向に固定される。強磁性膜は、Ｎｉ−
Ｆｅとすることができ、反強磁性膜はＮｉ−Ｍｎとする
ことができる。この二重膜実施形態では、反強磁性膜
は、反強磁性層１１６に使用される材料のブロッキング
温度とは十分明確に異なるブロッキング温度を有する材
料でできていなければならない。Ｎｉ−Ｍｎは、約４５
０℃よりも高い温度までのブロッキング温度を有し、Ｆ
ｅ−Ｍｎは約２００℃のブロッキング温度を有する。し
たがって、より高いブロッキング温度を有する反強磁性
層によって生じる交換バイアス磁界を、まず装置をこの
ブロッキング温度より高温まで加熱し、いずれかの強磁
性層（１５０または１１８）がより高いブロッキング温
度を有する反強磁性層に交換結合される方向に沿って配
向された磁界内で冷却することによって設定する。次
に、第２のステップで、他方の反強磁性のブロッキング
温度よりわずかに高い温度まで冷却した後、磁界の向き
（または装置の向き）を９０度回転させ、装置をさらに
冷却する。
５は、Ｃｏ−Ｐｔ二元合金、Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ三元合金
（たとえばＣｏ75Ｐｔ12Ｃｒ13）、Ｃｏ−Ｐｔ−Ｎｉ三
元合金、またはＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ三元合金など、Ｃｏと
１つまたは複数の他の元素との合金など、高保磁力材料
の単一の層で形成することができる。高保磁力材料の単
一層の使用に加えて、バイアス強磁性層は、第１の強磁
性膜と、第１の強磁性膜と接触して界面交換結合された
反強磁性膜とからなる反強磁性膜二重膜とすることがで
きる。反強磁性膜によって、第１の強磁性膜の磁気モー
メントが所期の方向に固定される。強磁性膜は、Ｎｉ−
Ｆｅとすることができ、反強磁性膜はＮｉ−Ｍｎとする
ことができる。この二重膜実施形態では、反強磁性膜
は、反強磁性層１１６に使用される材料のブロッキング
温度とは十分明確に異なるブロッキング温度を有する材
料でできていなければならない。Ｎｉ−Ｍｎは、約４５
０℃よりも高い温度までのブロッキング温度を有し、Ｆ
ｅ−Ｍｎは約２００℃のブロッキング温度を有する。し
たがって、より高いブロッキング温度を有する反強磁性
層によって生じる交換バイアス磁界を、まず装置をこの
ブロッキング温度より高温まで加熱し、いずれかの強磁
性層（１５０または１１８）がより高いブロッキング温
度を有する反強磁性層に交換結合される方向に沿って配
向された磁界内で冷却することによって設定する。次
に、第２のステップで、他方の反強磁性のブロッキング
温度よりわずかに高い温度まで冷却した後、磁界の向き
（または装置の向き）を９０度回転させ、装置をさらに
冷却する。
【００４４】以上、ＭＴＪ装置の詳細な説明を、ＭＲ読
取りヘッドとしての使用に関して示した。しかし、本発
明は、ＭＲセンサの他の応用分野、たとえば、自動車の
車輪やギヤなどの装置の回転を測定するように設計され
たセンサや、線形位置を測定するように設計されたセン
サにも適用可能である。
取りヘッドとしての使用に関して示した。しかし、本発
明は、ＭＲセンサの他の応用分野、たとえば、自動車の
車輪やギヤなどの装置の回転を測定するように設計され
たセンサや、線形位置を測定するように設計されたセン
サにも適用可能である。
【００４５】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
の事項を開示する。
【００４６】（１）装置内の電気抵抗の変化を検出する
センス回路に接続する磁気トンネル接合装置であって、
基板と、前記基板上に形成された第１の導電リードと、
前記第１のリード上に形成され、印加磁界がないときに
固定された磁気モーメントを有する固定強磁性層と、前
記固定強磁性層に接触した絶縁トンネル障壁層と、前記
絶縁トンネル障壁層と接触し、長い背面縁部と２つのよ
り短い対向する側縁部とを備えたほぼ方形の形状を有す
る検知強磁性層とを含む磁気トンネル接合スタックと、
前記磁気トンネル接合スタック上に形成され、前記磁気
トンネル接合スタックと接触した第２の導電リードと、
前記基板上に、前記検知強磁性層の前記背面縁部及び側
縁部の周りに、前記背面縁部及び側縁部から離隔して形
成され、印加磁界がないときに前記検知強磁性層の磁気
モーメントを好ましい方向にバイアスさせる磁気モーメ
ントを有するバイアス強磁性層と、前記バイアス強磁性
層と前記検知強磁性層とを、前記検知強磁性層の前記背
面縁部及び側縁部において互いに接触から分離する電気
的絶縁層とを含み、前記センス回路に前記電気リードが
接続されたとき、前記スタック内の前記各層を垂直に流
れる電流に対する電気抵抗が、前記固定強磁性層及び前
記検知強磁性層の磁気モーメントの相対的向きによって
決まり、前記バイアス強磁性層にセンス電流が分流する
のが防止される、磁気トンネル接合装置。 （２）前記バイアス強磁性層が、その平面内で−９０度
を超え＋９０度未満の角度に配向された磁気モーメント
を有し、０度がほぼ方形の形状の前記検知強磁性層の背
面縁部に対してほぼ平行で、印加磁界がないときの前記
検知層の磁気モーメントの方向である縦方向に対応す
る、上記（１）に記載の装置。 （３）印加磁界がないときに前記固定強磁性層と前記検
知強磁性層の磁気モーメントがほぼ互いに直交して配向
される、上記（１）に記載の装置。 （４）前記絶縁層が、前記バイアス強磁性層を前記リー
ドのうちの少なくとも１つのリードからも電気的に絶縁
する、上記（１）に記載の装置。 （５）前記第１の電気リードが下部リードであり、前記
磁気トンネル接合スタックが、前記固定強磁性層が前記
第１の電気リードと電気的に接続するように前記基板上
に形成され、前記第２の電気リードが上部リードであ
り、前記検知強磁性層と電気的に接触した、上記（１）
に記載の装置。 （６）前記第１の電気リードが下部リードであり、前記
磁気トンネル接合スタックが、前記検知強磁性層が前記
第１の電気リードと電気的に接触するように前記基板上
に形成され、前記第２の電気リードが上部リードであ
り、前記固定強磁性層と電気的に接触した、上記（１）
に記載の装置。 （７）前記スタック内のすべての前記層が、連続した側
縁部を備えるほぼ同じ方形の形状を有する、上記（１）
に記載の装置。 （８）前記磁気トンネル接合スタックが、前記固定強磁
性層と接触し界面交換結合によって前記固定強磁性層の
磁気モーメントを前記好ましい方向に固定する反強磁性
層をさらに含む、上記（１）に記載の装置。 （９）前記バイアス強磁性層がＣｏ、Ｐｔ、及びＣｒを
含む合金で形成される、上記（１）に記載の装置。 （１０）前記バイアス強磁性層が、強磁性膜と、前記第
１の強磁性膜と接触し界面交換結合した反強磁性膜とを
含む、上記（１）に記載の装置。 （１１）前記強磁性膜が、ＮｉとＦｅとの合金を含み、
前記反強磁性膜がＮｉとＭｎとの合金を含む、上記（１
０）に記載の装置。 （１２）前記バイアス強磁性層が、前記検知強磁性層の
それぞれの側縁部付近に配置された２つの側面部分と、
前記検知強磁性層の前記背面縁部付近に配置された背面
部分とを含み、前記絶縁層が前記２つの側面部分を前記
背面部分から分離する、上記（１）に記載の装置。 （１３）前記側面部分が前記背面部分の磁気モーメント
とは異なる方向に配向された磁気モーメントを有する、
上記（１２）に記載の装置。 （１４）媒体に面した検知面を有し、媒体上に磁気的に
記録されたデータを検知する磁気トンネル接合磁気抵抗
読取りヘッドであって、基板と、前記基板の上に形成さ
れ、前記媒体からの印加磁界が存在するときに回転が実
質的に妨げられるように磁化方向が前記検知面に対して
ほぼ垂直の方向に沿って固定された固定強磁性層と、前
記固定強磁性層上に配置され、前記固定強磁性層と接触
した絶縁トンネル障壁層と、前記トンネル障壁層上に配
置され、前記トンネル障壁層に接触し、印加磁界がない
ときに磁化が前記検知面にほぼ平行であって前記固定強
磁性層の磁化方向に対してほぼ垂直の好ましい方向に配
向され、前記媒体からの印加磁界があるときに自由に回
転する、前記検知面に平行の長い検知縁部と前記検知縁
部に平行の長い背面縁部と、２つのより短い対向する側
縁部とを有するほぼ方形の形状を有する検知強磁性層
と、前記基板上に、前記検知強磁性層の前記背面縁部及
び側縁部の周りに、前記背面縁部及び側縁部から離隔し
て形成され、印加磁界がないときに前記検知強磁性層の
磁化方向を前記好ましい方向にバイアスさせる、バイア
ス強磁性層と、前記バイアス強磁性層と前記検知強磁性
層の間に配置され、前記バイアス層を前記検知層から電
気的に分離する電気的絶縁層と、各リードが前記固定層
と前記検知層のうちのそれそれ一方の層に接続され、前
記絶縁層によって前記バイアス層から電気的に分離さ
れ、それによって前記リード間をセンス電流が流れると
きに前記バイアス層を通らずに前記絶縁トンネル障壁層
をほぼ垂直に流れる、１対の電気リードとを含む磁気ト
ンネル接合磁気抵抗読取りヘッド。 （１５）前記固定強磁性層に接触し、界面交換結合によ
って前記固定強磁性層の磁化方向を固定する、反強磁性
層をさらに含む、上記（１４）に記載のヘッド。 （１６）前記電気リードのうちの第１の電気リードが前
記基板上に形成され、前記反強磁性層が前記基板上に形
成され、前記基板と前記固定強磁性層の間に配置され、
前記固定強磁性層が前記反強磁性層上に形成され前記反
強磁性層に接触して、前記固定強磁性層の磁化方向が前
記反強磁性層との界面交換結合によって固定された、上
記（１４）に記載のヘッド。 （１７）前記電気リードのうちの第１の電気リードが前
記基板上に形成され、前記検知層が前記第１のリードと
前記絶縁トンネル障壁層との間に配置された、上記（１
４）に記載のヘッド。 （１８）前記固定強磁性層と前記トンネル障壁層と前記
検知強磁性層とが、層のスタックとして形成され、前記
固定強磁性層と前記トンネル障壁層が前記検知強磁性層
の前記方形の縁部とほぼ同一平面上の縁部を有し、前記
絶縁層が前記スタックを前記バイアス強磁性層及び前記
電気リードから電気的に絶縁する、上記（１４）に記載
のヘッド。 （１９）前記バイアス強磁性層が、その平面内で−９０
度を超え＋９０度未満の角度に配向された磁化方向を有
し、０度がほぼ方形の形状の前記検知強磁性層の背面縁
部に対してほぼ平行で、印加磁界がないときの前記検知
層の磁化の方向である縦方向に対応する、上記（１４）
に記載のヘッド。 （２０）前記バイアス強磁性層がＣｏ、Ｐｔ、及びＣｒ
を含む合金で形成された、上記（１４）に記載のヘッ
ド。 （２１）前記バイアス強磁性層が強磁性膜と、前記第１
の強磁性膜と接触し、界面交換結合した反強磁性膜とを
含む、上記（１４）に記載のヘッド。 （２２）前記強磁性膜がＮｉとＦｅとの合金を含み、前
記反強磁性膜がＮｉとＭｎとの合金を含む、上記（２
０）に記載のヘッド。 （２３）前記バイアス強磁性層が、前記検知強磁性層の
それぞれの側縁部付近に配置された２つの側面部分と、
前記検知強磁性層の前記背面縁部付近に配置された背面
部分とを含み、前記絶縁層が前記２つの側面部分を前記
背面部分から分離する、上記（１４）に記載のヘッド。 （２４）前記側面部分が前記背面部分の磁気モーメント
と異なる方向に配向された磁気モーメントを有する、上
記（２３）に記載の装置。
センス回路に接続する磁気トンネル接合装置であって、
基板と、前記基板上に形成された第１の導電リードと、
前記第１のリード上に形成され、印加磁界がないときに
固定された磁気モーメントを有する固定強磁性層と、前
記固定強磁性層に接触した絶縁トンネル障壁層と、前記
絶縁トンネル障壁層と接触し、長い背面縁部と２つのよ
り短い対向する側縁部とを備えたほぼ方形の形状を有す
る検知強磁性層とを含む磁気トンネル接合スタックと、
前記磁気トンネル接合スタック上に形成され、前記磁気
トンネル接合スタックと接触した第２の導電リードと、
前記基板上に、前記検知強磁性層の前記背面縁部及び側
縁部の周りに、前記背面縁部及び側縁部から離隔して形
成され、印加磁界がないときに前記検知強磁性層の磁気
モーメントを好ましい方向にバイアスさせる磁気モーメ
ントを有するバイアス強磁性層と、前記バイアス強磁性
層と前記検知強磁性層とを、前記検知強磁性層の前記背
面縁部及び側縁部において互いに接触から分離する電気
的絶縁層とを含み、前記センス回路に前記電気リードが
接続されたとき、前記スタック内の前記各層を垂直に流
れる電流に対する電気抵抗が、前記固定強磁性層及び前
記検知強磁性層の磁気モーメントの相対的向きによって
決まり、前記バイアス強磁性層にセンス電流が分流する
のが防止される、磁気トンネル接合装置。 （２）前記バイアス強磁性層が、その平面内で−９０度
を超え＋９０度未満の角度に配向された磁気モーメント
を有し、０度がほぼ方形の形状の前記検知強磁性層の背
面縁部に対してほぼ平行で、印加磁界がないときの前記
検知層の磁気モーメントの方向である縦方向に対応す
る、上記（１）に記載の装置。 （３）印加磁界がないときに前記固定強磁性層と前記検
知強磁性層の磁気モーメントがほぼ互いに直交して配向
される、上記（１）に記載の装置。 （４）前記絶縁層が、前記バイアス強磁性層を前記リー
ドのうちの少なくとも１つのリードからも電気的に絶縁
する、上記（１）に記載の装置。 （５）前記第１の電気リードが下部リードであり、前記
磁気トンネル接合スタックが、前記固定強磁性層が前記
第１の電気リードと電気的に接続するように前記基板上
に形成され、前記第２の電気リードが上部リードであ
り、前記検知強磁性層と電気的に接触した、上記（１）
に記載の装置。 （６）前記第１の電気リードが下部リードであり、前記
磁気トンネル接合スタックが、前記検知強磁性層が前記
第１の電気リードと電気的に接触するように前記基板上
に形成され、前記第２の電気リードが上部リードであ
り、前記固定強磁性層と電気的に接触した、上記（１）
に記載の装置。 （７）前記スタック内のすべての前記層が、連続した側
縁部を備えるほぼ同じ方形の形状を有する、上記（１）
に記載の装置。 （８）前記磁気トンネル接合スタックが、前記固定強磁
性層と接触し界面交換結合によって前記固定強磁性層の
磁気モーメントを前記好ましい方向に固定する反強磁性
層をさらに含む、上記（１）に記載の装置。 （９）前記バイアス強磁性層がＣｏ、Ｐｔ、及びＣｒを
含む合金で形成される、上記（１）に記載の装置。 （１０）前記バイアス強磁性層が、強磁性膜と、前記第
１の強磁性膜と接触し界面交換結合した反強磁性膜とを
含む、上記（１）に記載の装置。 （１１）前記強磁性膜が、ＮｉとＦｅとの合金を含み、
前記反強磁性膜がＮｉとＭｎとの合金を含む、上記（１
０）に記載の装置。 （１２）前記バイアス強磁性層が、前記検知強磁性層の
それぞれの側縁部付近に配置された２つの側面部分と、
前記検知強磁性層の前記背面縁部付近に配置された背面
部分とを含み、前記絶縁層が前記２つの側面部分を前記
背面部分から分離する、上記（１）に記載の装置。 （１３）前記側面部分が前記背面部分の磁気モーメント
とは異なる方向に配向された磁気モーメントを有する、
上記（１２）に記載の装置。 （１４）媒体に面した検知面を有し、媒体上に磁気的に
記録されたデータを検知する磁気トンネル接合磁気抵抗
読取りヘッドであって、基板と、前記基板の上に形成さ
れ、前記媒体からの印加磁界が存在するときに回転が実
質的に妨げられるように磁化方向が前記検知面に対して
ほぼ垂直の方向に沿って固定された固定強磁性層と、前
記固定強磁性層上に配置され、前記固定強磁性層と接触
した絶縁トンネル障壁層と、前記トンネル障壁層上に配
置され、前記トンネル障壁層に接触し、印加磁界がない
ときに磁化が前記検知面にほぼ平行であって前記固定強
磁性層の磁化方向に対してほぼ垂直の好ましい方向に配
向され、前記媒体からの印加磁界があるときに自由に回
転する、前記検知面に平行の長い検知縁部と前記検知縁
部に平行の長い背面縁部と、２つのより短い対向する側
縁部とを有するほぼ方形の形状を有する検知強磁性層
と、前記基板上に、前記検知強磁性層の前記背面縁部及
び側縁部の周りに、前記背面縁部及び側縁部から離隔し
て形成され、印加磁界がないときに前記検知強磁性層の
磁化方向を前記好ましい方向にバイアスさせる、バイア
ス強磁性層と、前記バイアス強磁性層と前記検知強磁性
層の間に配置され、前記バイアス層を前記検知層から電
気的に分離する電気的絶縁層と、各リードが前記固定層
と前記検知層のうちのそれそれ一方の層に接続され、前
記絶縁層によって前記バイアス層から電気的に分離さ
れ、それによって前記リード間をセンス電流が流れると
きに前記バイアス層を通らずに前記絶縁トンネル障壁層
をほぼ垂直に流れる、１対の電気リードとを含む磁気ト
ンネル接合磁気抵抗読取りヘッド。 （１５）前記固定強磁性層に接触し、界面交換結合によ
って前記固定強磁性層の磁化方向を固定する、反強磁性
層をさらに含む、上記（１４）に記載のヘッド。 （１６）前記電気リードのうちの第１の電気リードが前
記基板上に形成され、前記反強磁性層が前記基板上に形
成され、前記基板と前記固定強磁性層の間に配置され、
前記固定強磁性層が前記反強磁性層上に形成され前記反
強磁性層に接触して、前記固定強磁性層の磁化方向が前
記反強磁性層との界面交換結合によって固定された、上
記（１４）に記載のヘッド。 （１７）前記電気リードのうちの第１の電気リードが前
記基板上に形成され、前記検知層が前記第１のリードと
前記絶縁トンネル障壁層との間に配置された、上記（１
４）に記載のヘッド。 （１８）前記固定強磁性層と前記トンネル障壁層と前記
検知強磁性層とが、層のスタックとして形成され、前記
固定強磁性層と前記トンネル障壁層が前記検知強磁性層
の前記方形の縁部とほぼ同一平面上の縁部を有し、前記
絶縁層が前記スタックを前記バイアス強磁性層及び前記
電気リードから電気的に絶縁する、上記（１４）に記載
のヘッド。 （１９）前記バイアス強磁性層が、その平面内で−９０
度を超え＋９０度未満の角度に配向された磁化方向を有
し、０度がほぼ方形の形状の前記検知強磁性層の背面縁
部に対してほぼ平行で、印加磁界がないときの前記検知
層の磁化の方向である縦方向に対応する、上記（１４）
に記載のヘッド。 （２０）前記バイアス強磁性層がＣｏ、Ｐｔ、及びＣｒ
を含む合金で形成された、上記（１４）に記載のヘッ
ド。 （２１）前記バイアス強磁性層が強磁性膜と、前記第１
の強磁性膜と接触し、界面交換結合した反強磁性膜とを
含む、上記（１４）に記載のヘッド。 （２２）前記強磁性膜がＮｉとＦｅとの合金を含み、前
記反強磁性膜がＮｉとＭｎとの合金を含む、上記（２
０）に記載のヘッド。 （２３）前記バイアス強磁性層が、前記検知強磁性層の
それぞれの側縁部付近に配置された２つの側面部分と、
前記検知強磁性層の前記背面縁部付近に配置された背面
部分とを含み、前記絶縁層が前記２つの側面部分を前記
背面部分から分離する、上記（１４）に記載のヘッド。 （２４）前記側面部分が前記背面部分の磁気モーメント
と異なる方向に配向された磁気モーメントを有する、上
記（２３）に記載の装置。
【図１】本発明によるＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドと共に
使用する従来の磁気記録ディスク・ドライブを示す略図
である。
使用する従来の磁気記録ディスク・ドライブを示す略図
である。
【図２】カバーを取り外した図１のディスク・ドライブ
を示す上面図である。
を示す上面図である。
【図３】ＭＲ読取りヘッドが遮蔽層間に誘導性書込みヘ
ッドに隣接して配置された、従来の統合型誘導性書込み
ヘッド／ＭＲ読取りヘッドの縦断面図である。
ッドに隣接して配置された、従来の統合型誘導性書込み
ヘッド／ＭＲ読取りヘッドの縦断面図である。
【図４】本発明のＭＴＪ ＭＲ読取りヘッド内で使用す
る磁気トンネル接合層と導電リードを示す断面図であ
る。
る磁気トンネル接合層と導電リードを示す断面図であ
る。
【図５】ＭＴＪ装置の左右に電気的に分離された縦方向
バイアス領域を有するＭＴＪ読取りヘッドを示す断面図
である。
バイアス領域を有するＭＴＪ読取りヘッドを示す断面図
である。
【図６】ＭＴＪ装置の左右に電気的に分離された縦方向
バイアス領域を有するＭＴＪ読取りヘッドを示す上面図
である。
バイアス領域を有するＭＴＪ読取りヘッドを示す上面図
である。
【図７】エアベアリング面に対するＭＴＪ読取りヘッド
の配置を示す、図５のＭＴＪ読取りヘッドの上面図であ
る。
の配置を示す、図５のＭＴＪ読取りヘッドの上面図であ
る。
【図８】ピン止めまたは固定された強磁性層からＭＴＪ
検知層に作用する、強磁性結合磁界及び静磁性結合磁界
を示す図である。
検知層に作用する、強磁性結合磁界及び静磁性結合磁界
を示す図である。
【図９】縦と横の両方のバイアス磁界を生じさせるトン
ネル接合の３方を囲む強磁性バイアス領域を有する、本
発明のＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドを示す上面図である。
ネル接合の３方を囲む強磁性バイアス領域を有する、本
発明のＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドを示す上面図である。
【図１０】トンネル接合の背面縁部にある一方のバイア
ス領域が横方向バイアス磁界を生じさせ、トンネル接合
の側部の分離した領域が縦方向バイアス磁界を生じさせ
る、トンネル接合の３方を囲む別々の強磁性バイアス領
域を有する、本発明のＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドを示す
上面図である。
ス領域が横方向バイアス磁界を生じさせ、トンネル接合
の側部の分離した領域が縦方向バイアス磁界を生じさせ
る、トンネル接合の３方を囲む別々の強磁性バイアス領
域を有する、本発明のＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドを示す
上面図である。
【図１１】図９による本発明のＭＴＪ ＭＲ読取りヘッ
ドの製作ステップを示す図である。
ドの製作ステップを示す図である。
【図１２】図９による本発明のＭＴＪ ＭＲ読取りヘッ
ドの製作ステップを示す図である。
ドの製作ステップを示す図である。
【図１３】図９による本発明のＭＴＪ ＭＲ読取りヘッ
ドの製作ステップを示す図である。
ドの製作ステップを示す図である。
【図１４】図９による本発明のＭＴＪ ＭＲ読取りヘッ
ドの製作ステップを示す図である。
ドの製作ステップを示す図である。
【図１５】図９による本発明のＭＴＪ ＭＲ読取りヘッ
ドの製作ステップを示す図である。
ドの製作ステップを示す図である。
【図１６】図１０による本発明のＭＴＪ ＭＲ読取りヘ
ッドの製作ステップを示す図である。
ッドの製作ステップを示す図である。
【図１７】図１０による本発明のＭＴＪ ＭＲ読取りヘ
ッドの製作ステップを示す図である。
ッドの製作ステップを示す図である。
【図１８】図１０による本発明のＭＴＪ ＭＲ読取りヘ
ッドの製作ステップを示す図である。
ッドの製作ステップを示す図である。
【図１９】図１０による本発明のＭＴＪ ＭＲ読取りヘ
ッドの製作ステップを示す図である。
ッドの製作ステップを示す図である。
【図２０】図１０による本発明のＭＴＪ ＭＲ読取りヘ
ッドの製作ステップを示す図である。
ッドの製作ステップを示す図である。
【図２１】図１０による本発明のＭＴＪ ＭＲ読取りヘ
ッドの製作ステップを示す図である。
ッドの製作ステップを示す図である。
【図２２】図１０による本発明のＭＴＪ ＭＲ読取りヘ
ッドの製作ステップを示す図である。
ッドの製作ステップを示す図である。
１００ 磁気トンネル接合（ＭＴＪ）装置 １３２ 検知層（強磁性層） １８０ 側縁部 １８２ 前縁部 １９０ 背面縁部 ３１０ フォトレジスト層 ３２０ 強磁性バイアス層 ３２２ 縦方向バイアス層 ３２４ 連続境界バイアス層（横方向バイアス層） ３２５ 開口部 ３３０ 絶縁層 ３４０ フォトレジスト ４１０ フォトレジスト ４２０ 側縁部縦方向バイアス領域 ４２１ 開口部 ４２５ 後部横方向バイアス領域 ４３０ 絶縁層 ４４０ フォトレジスト ４４５ 開口部 ４６０ 絶縁層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スチュアート・スティーブン・パップワ ース・パーキン アメリカ合衆国95123 カリフォルニア 州サンノゼ ロイヤル・オーク・コート 6264 (72)発明者 チン・ファ・ツァン アメリカ合衆国94087 カリフォルニア 州 サニーヴェール ヘレナ・ドライブ 882 (56)参考文献 米国特許5729410（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G11B 5/39
Claims (24)
- 【請求項１】装置内の電気抵抗の変化を検出するセンス
回路に接続する磁気トンネル接合装置であって、 基板と、 前記基板上に形成された第１の導電リードと、 前記第１のリード上に形成され、印加磁界がないときに
固定された磁気モーメントを有する固定強磁性層と、前
記固定強磁性層に接触した絶縁トンネル障壁層と、前記
絶縁トンネル障壁層と接触し、長い背面縁部と２つのよ
り短い対向する側縁部とを備えたほぼ方形の形状を有す
る検知強磁性層とを含む磁気トンネル接合スタックと、 前記磁気トンネル接合スタック上に形成され、前記磁気
トンネル接合スタックと接触した第２の導電リードと、 前記基板上に、前記検知強磁性層の前記背面縁部及び側
縁部の周りに、前記背面縁部及び側縁部から離隔して形
成され、印加磁界がないときに前記検知強磁性層の磁気
モーメントを好ましい方向にバイアスさせる磁気モーメ
ントを有するバイアス強磁性層と、 前記バイアス強磁性層と前記検知強磁性層とを、前記検
知強磁性層の前記背面縁部及び側縁部において互いに接
触から分離する電気的絶縁層とを含み、 前記センス回路に前記電気リードが接続されたとき、前
記スタック内の前記各層を垂直に流れる電流に対する電
気抵抗が、前記固定強磁性層及び前記検知強磁性層の磁
気モーメントの相対的向きによって決まり、前記バイア
ス強磁性層にセンス電流が分流するのが防止される、磁
気トンネル接合装置。 - 【請求項２】前記バイアス強磁性層が、その平面内で−
９０度を超え＋９０度未満の角度に配向された磁気モー
メントを有し、０度がほぼ方形の形状の前記検知強磁性
層の背面縁部に対してほぼ平行で、印加磁界がないとき
の前記検知層の磁気モーメントの方向である縦方向に対
応する、請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】印加磁界がないときに前記固定強磁性層と
前記検知強磁性層の磁気モーメントがほぼ互いに直交し
て配向される、請求項１に記載の装置。 - 【請求項４】前記絶縁層が、前記バイアス強磁性層を前
記リードのうちの少なくとも１つのリードからも電気的
に絶縁する、請求項１に記載の装置。 - 【請求項５】前記第１の電気リードが下部リードであ
り、前記磁気トンネル接合スタックが、前記固定強磁性
層が前記第１の電気リードと電気的に接続するように前
記基板上に形成され、前記第２の電気リードが上部リー
ドであり、前記検知強磁性層と電気的に接触した、請求
項１に記載の装置。 - 【請求項６】前記第１の電気リードが下部リードであ
り、前記磁気トンネル接合スタックが、前記検知強磁性
層が前記第１の電気リードと電気的に接触するように前
記基板上に形成され、前記第２の電気リードが上部リー
ドであり、前記固定強磁性層と電気的に接触した、請求
項１に記載の装置。 - 【請求項７】前記スタック内のすべての前記層が、連続
した側縁部を備えるほぼ同じ方形の形状を有する、請求
項１に記載の装置。 - 【請求項８】前記磁気トンネル接合スタックが、前記固
定強磁性層と接触し界面交換結合によって前記固定強磁
性層の磁気モーメントを前記好ましい方向に固定する反
強磁性層をさらに含む、請求項１に記載の装置。 - 【請求項９】前記バイアス強磁性層がＣｏ、Ｐｔ、及び
Ｃｒを含む合金で形成される、請求項１に記載の装置。 - 【請求項１０】前記バイアス強磁性層が、強磁性膜と、
前記第１の強磁性膜と接触し界面交換結合した反強磁性
膜とを含む、請求項１に記載の装置。 - 【請求項１１】前記強磁性膜が、ＮｉとＦｅとの合金を
含み、前記反強磁性膜がＮｉとＭｎとの合金を含む、請
求項１０に記載の装置。 - 【請求項１２】前記バイアス強磁性層が、前記検知強磁
性層のそれぞれの側縁部付近に配置された２つの側面部
分と、前記検知強磁性層の前記背面縁部付近に配置され
た背面部分とを含み、前記絶縁層が前記２つの側面部分
を前記背面部分から分離する、請求項１に記載の装置。 - 【請求項１３】前記側面部分が前記背面部分の磁気モー
メントとは異なる方向に配向された磁気モーメントを有
する、請求項１２に記載の装置。 - 【請求項１４】媒体に面した検知面を有し、媒体上に磁
気的に記録されたデータを検知する磁気トンネル接合磁
気抵抗読取りヘッドであって、 基板と、 前記基板の上に形成され、前記媒体からの印加磁界が存
在するときに回転が実質的に妨げられるように磁化方向
が前記検知面に対してほぼ垂直の方向に沿って固定され
た固定強磁性層と、 前記固定強磁性層上に配置され、前記固定強磁性層と接
触した絶縁トンネル障壁層と、 前記トンネル障壁層上に配置され、前記トンネル障壁層
に接触し、印加磁界がないときに磁化が前記検知面にほ
ぼ平行であって前記固定強磁性層の磁化方向に対してほ
ぼ垂直の好ましい方向に配向され、前記媒体からの印加
磁界があるときに自由に回転する、前記検知面に平行の
長い検知縁部と前記検知縁部に平行の長い背面縁部と、
２つのより短い対向する側縁部とを有するほぼ方形の形
状を有する検知強磁性層と、 前記基板上に、前記検知強磁性層の前記背面縁部及び側
縁部の周りに、前記背面縁部及び側縁部から離隔して形
成され、印加磁界がないときに前記検知強磁性層の磁化
方向を前記好ましい方向にバイアスさせる、バイアス強
磁性層と、 前記バイアス強磁性層と前記検知強磁性層の間に配置さ
れ、前記バイアス層を前記検知層から電気的に分離する
電気的絶縁層と、 各リードが前記固定層と前記検知層のうちのそれそれ一
方の層に接続され、前記絶縁層によって前記バイアス層
から電気的に分離され、それによって前記リード間をセ
ンス電流が流れるときに前記バイアス層を通らずに前記
絶縁トンネル障壁層をほぼ垂直に流れる、１対の電気リ
ードとを含む磁気トンネル接合磁気抵抗読取りヘッド。 - 【請求項１５】前記固定強磁性層に接触し、界面交換結
合によって前記固定強磁性層の磁化方向を固定する、反
強磁性層をさらに含む、請求項１４に記載のヘッド。 - 【請求項１６】前記電気リードのうちの第１の電気リー
ドが前記基板上に形成され、前記反強磁性層が前記基板
上に形成され、前記基板と前記固定強磁性層の間に配置
され、前記固定強磁性層が前記反強磁性層上に形成され
前記反強磁性層に接触して、前記固定強磁性層の磁化方
向が前記反強磁性層との界面交換結合によって固定され
た、請求項１４に記載のヘッド。 - 【請求項１７】前記電気リードのうちの第１の電気リー
ドが前記基板上に形成され、前記検知層が前記第１のリ
ードと前記絶縁トンネル障壁層との間に配置された、請
求項１４に記載のヘッド。 - 【請求項１８】前記固定強磁性層と前記トンネル障壁層
と前記検知強磁性層とが、層のスタックとして形成さ
れ、前記固定強磁性層と前記トンネル障壁層が前記検知
強磁性層の前記方形の縁部とほぼ同一平面上の縁部を有
し、前記絶縁層が前記スタックを前記バイアス強磁性層
及び前記電気リードから電気的に絶縁する、請求項１４
に記載のヘッド。 - 【請求項１９】前記バイアス強磁性層が、その平面内で
−９０度を超え＋９０度未満の角度に配向された磁化方
向を有し、０度がほぼ方形の形状の前記検知強磁性層の
背面縁部に対してほぼ平行で、印加磁界がないときの前
記検知層の磁化の方向である縦方向に対応する、請求項
１４に記載のヘッド。 - 【請求項２０】前記バイアス強磁性層がＣｏ、Ｐｔ、及
びＣｒを含む合金で形成された、請求項１４に記載のヘ
ッド。 - 【請求項２１】前記バイアス強磁性層が強磁性膜と、前
記第１の強磁性膜と接触し、界面交換結合した反強磁性
膜とを含む、請求項１４に記載のヘッド。 - 【請求項２２】前記強磁性膜がＮｉとＦｅとの合金を含
み、前記反強磁性膜がＮｉとＭｎとの合金を含む、請求
項２０に記載のヘッド。 - 【請求項２３】前記バイアス強磁性層が、前記検知強磁
性層のそれぞれの側縁部付近に配置された２つの側面部
分と、前記検知強磁性層の前記背面縁部付近に配置され
た背面部分とを含み、前記絶縁層が前記２つの側面部分
を前記背面部分から分離する、請求項１４に記載のヘッ
ド。 - 【請求項２４】前記側面部分が前記背面部分の磁気モー
メントと異なる方向に配向された磁気モーメントを有す
る、請求項２３に記載の装置。
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|---|---|---|---|
| US09/087,322 US6005753A (en) | 1998-05-29 | 1998-05-29 | Magnetic tunnel junction magnetoresistive read head with longitudinal and transverse bias |
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