JP3470952B2 - 拡散障壁を備えた薄膜磁気抵抗（ｍｒ）スピン・バルブ読取りセンサおよび磁気ディスク・ドライブ - Google Patents
拡散障壁を備えた薄膜磁気抵抗（ｍｒ）スピン・バルブ読取りセンサおよび磁気ディスク・ドライブInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気媒体の回転に
よりデータを読み取るスピン・バルブ読取りヘッドの分
野に関し、より詳細には、スピン・バルブ・ヘッドの熱
処理中のスピン・バルブ性能の低下を防ぐための拡散障
壁を備えたスピン・バルブ・ヘッドに関する。拡散障壁
を備えた本発明のスピン・バルブ・ヘッドの現在の主な
用途は、高感度の読取りヘッドを必要とする大容量固定
ディスク・データ・ドライブ機構である。
よりデータを読み取るスピン・バルブ読取りヘッドの分
野に関し、より詳細には、スピン・バルブ・ヘッドの熱
処理中のスピン・バルブ性能の低下を防ぐための拡散障
壁を備えたスピン・バルブ・ヘッドに関する。拡散障壁
を備えた本発明のスピン・バルブ・ヘッドの現在の主な
用途は、高感度の読取りヘッドを必要とする大容量固定
ディスク・データ・ドライブ機構である。
【０００２】
【従来の技術】スピン・バルブ（「ＳＶ」）ヘッド（巨
大磁気抵抗ヘッドまたは「ＧＭＲ」ヘッドとも呼ばれ
る）は、その高い読取り出力電圧、線形応答および対称
的な読取り感度プロファイルのために、高密度読取り磁
気抵抗（「ＭＲ」）ヘッドとしての利用にきわめて魅力
的である。図１は、中央領域１６で分離された端部領域
１２および１４を有する従来技術のＳＶセンサ１０の空
気軸受面（空気ベアリング面）の図である。自由層（自
由強磁性体層）１８は、非磁性の導電体スペーサ層２２
（通常、主に銅）によってピン止め層（ピン止めされた
強磁性体層）２０から分離される。ピン止め層２０の磁
化は、反強磁性体（ＡＦＭ）層２４との交換結合によっ
て固定される。ただし、自由層１８の磁化は、外部磁界
があると自由に回転する。自由層１８、スペーサ層２
２、ピン止め層２０およびＡＦＭ層２４はすべて、中央
領域１６に形成される。端部領域１２および１４に形成
されたハード・バイアス層２６および２８はそれぞれ、
ＭＲ自由層１８に縦方向のバイアスを提供する。ハード
・バイアス層２６および２８の上に形成されたリード３
０および３２はそれぞれ、電流源３４からＳＶセンサ１
０への、感知電流Ｉが流れるための電気的接続を提供す
る。
大磁気抵抗ヘッドまたは「ＧＭＲ」ヘッドとも呼ばれ
る）は、その高い読取り出力電圧、線形応答および対称
的な読取り感度プロファイルのために、高密度読取り磁
気抵抗（「ＭＲ」）ヘッドとしての利用にきわめて魅力
的である。図１は、中央領域１６で分離された端部領域
１２および１４を有する従来技術のＳＶセンサ１０の空
気軸受面（空気ベアリング面）の図である。自由層（自
由強磁性体層）１８は、非磁性の導電体スペーサ層２２
（通常、主に銅）によってピン止め層（ピン止めされた
強磁性体層）２０から分離される。ピン止め層２０の磁
化は、反強磁性体（ＡＦＭ）層２４との交換結合によっ
て固定される。ただし、自由層１８の磁化は、外部磁界
があると自由に回転する。自由層１８、スペーサ層２
２、ピン止め層２０およびＡＦＭ層２４はすべて、中央
領域１６に形成される。端部領域１２および１４に形成
されたハード・バイアス層２６および２８はそれぞれ、
ＭＲ自由層１８に縦方向のバイアスを提供する。ハード
・バイアス層２６および２８の上に形成されたリード３
０および３２はそれぞれ、電流源３４からＳＶセンサ１
０への、感知電流Ｉが流れるための電気的接続を提供す
る。
【０００３】リード３０および３２に電気的に接続され
た信号検出器４０は、外部磁界（たとえば、ディスク上
の磁界遷移がＳＶセンサ１０を通り過ぎるときに生成さ
れる磁界）によって生じる変化により、ＳＶセンサ１０
の抵抗の変化を感知する。図１の側では、任意選択でキ
ャップ４２が設けられている。
た信号検出器４０は、外部磁界（たとえば、ディスク上
の磁界遷移がＳＶセンサ１０を通り過ぎるときに生成さ
れる磁界）によって生じる変化により、ＳＶセンサ１０
の抵抗の変化を感知する。図１の側では、任意選択でキ
ャップ４２が設けられている。
【０００４】磁気記録媒体用の読取り／書込みヘッドの
製造中に、書込みヘッドは、ＳＶセンサ１０の上に形成
することができる。書込みヘッドの製造と、ＳＶセンサ
１０の製造に必要なプロセスの一部には、高温プロセス
が必然的に含まれている。（例としては、書込みヘッド
のフォトレジスタの焼成、いくつかの材料を必要とする
ＡＦＭ層２４材料のアニール、ピン止め層２０のリセッ
トがある。）このような温度において、隣接材料の結晶
粒界は、特にスペーサ２２と自由層１８の接合部または
スペーサ２２とピン止め層２０の境界あるいはその両方
において一直線に並ぶ傾向がある。この状態では、それ
らの層の間の拡散がきわめて起きやすい。その結果、Ｓ
Ｖセンサ１０が生成する出力信号の振幅が低下する。
製造中に、書込みヘッドは、ＳＶセンサ１０の上に形成
することができる。書込みヘッドの製造と、ＳＶセンサ
１０の製造に必要なプロセスの一部には、高温プロセス
が必然的に含まれている。（例としては、書込みヘッド
のフォトレジスタの焼成、いくつかの材料を必要とする
ＡＦＭ層２４材料のアニール、ピン止め層２０のリセッ
トがある。）このような温度において、隣接材料の結晶
粒界は、特にスペーサ２２と自由層１８の接合部または
スペーサ２２とピン止め層２０の境界あるいはその両方
において一直線に並ぶ傾向がある。この状態では、それ
らの層の間の拡散がきわめて起きやすい。その結果、Ｓ
Ｖセンサ１０が生成する出力信号の振幅が低下する。
【０００５】製造プロセス中にスピン・バルブ・ヘッド
の長時間の熱処理によって起こる劣化を防ぐことが望ま
しいことは明らかである。しかしながら、本発明者が知
る限り、従来技術の構造または方法は、そのような熱処
理によって起こるスピン・バルブ出力振幅の低下を有効
かつ十分に減少させていない。
の長時間の熱処理によって起こる劣化を防ぐことが望ま
しいことは明らかである。しかしながら、本発明者が知
る限り、従来技術の構造または方法は、そのような熱処
理によって起こるスピン・バルブ出力振幅の低下を有効
かつ十分に減少させていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、熱処理の後でも高い振幅出力を保持できるスピ
ン・バルブを提供することである。
目的は、熱処理の後でも高い振幅出力を保持できるスピ
ン・バルブを提供することである。
【０００７】本発明のもう１つの目的は、小さな磁束の
変化を正確に検出するのに十分な感度のスピン・バルブ
・ヘッドを提供することである。
変化を正確に検出するのに十分な感度のスピン・バルブ
・ヘッドを提供することである。
【０００８】本発明のもう１つの目的は、製造中に最少
限の劣化で熱処理に耐えるスピン・バルブを提供するこ
とである。
限の劣化で熱処理に耐えるスピン・バルブを提供するこ
とである。
【０００９】本発明のもう１つの目的は、容易に製造す
ることができるスピン・バルブを提供することである。
ることができるスピン・バルブを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】要するに、本発明の好ま
しい実施形態は、スペーサ層と自由層の間に非晶質金属
のきわめて薄い層を有するスピン・バルブであり、それ
によりこれらの層の間の結晶粒界をなくし、スピン・バ
ルブの製造に必要な熱処理中にこれらの層の拡散を大幅
に減少させる。それにより、通常そのような熱処理に起
きていたスピン・バルブの振幅出力の低下が最小にな
る。
しい実施形態は、スペーサ層と自由層の間に非晶質金属
のきわめて薄い層を有するスピン・バルブであり、それ
によりこれらの層の間の結晶粒界をなくし、スピン・バ
ルブの製造に必要な熱処理中にこれらの層の拡散を大幅
に減少させる。それにより、通常そのような熱処理に起
きていたスピン・バルブの振幅出力の低下が最小にな
る。
【００１１】本発明の利点は、スピン・バルブの出力振
幅が大きくなることである。
幅が大きくなることである。
【００１２】本発明のさらに他の利点は、製造中の熱処
理を振幅の劣化なしに行うことができることである。
理を振幅の劣化なしに行うことができることである。
【００１３】本発明のさらにもう１つの利点は、読取り
ヘッドの感度が向上することである。本発明のさらにも
う１つ利点は、完成品の劣化を起こさずにスピン・バル
ブ読取りヘッドの製造を容易にすることである。
ヘッドの感度が向上することである。本発明のさらにも
う１つ利点は、完成品の劣化を起こさずにスピン・バル
ブ読取りヘッドの製造を容易にすることである。
【００１４】
【発明の実施の形態】図２は、ディスク・ドライブ１１
６の模式図である。図２に示したように、少なくとも１
つの回転可能な磁気ディスク１２０が、スピンドル１２
２上に支持され、ディスク駆動モータ１２４によって回
転される。各ディスク１２０上の磁気記録媒体は、環状
パターンの同心データ・トラック（図示せず）の形であ
る。
６の模式図である。図２に示したように、少なくとも１
つの回転可能な磁気ディスク１２０が、スピンドル１２
２上に支持され、ディスク駆動モータ１２４によって回
転される。各ディスク１２０上の磁気記録媒体は、環状
パターンの同心データ・トラック（図示せず）の形であ
る。
【００１５】ディスク１２０上には少なくとも１つのス
ライダ１２６が位置決めされ、各スライダ１２６は、１
つまたは複数の磁気読取り／書込みヘッド１２８を支持
し、ヘッド１２８は、本発明のＭＲセンサを含む。ディ
スク１２０が回転するとき、スライダ１２６はディスク
表面１３０上を半径方向内側および外側に移動し、それ
によりヘッド１２８が、ディスク１２０の所望のデータ
が記録された様々な部分にアクセスすることができる。
各スライダ１２６は、サスペンション１３４によってア
クチュエータ・アーム１３２に取り付けられる。サスペ
ンション１３４は、スライダ１２６をディスク表面１３
０に対して付勢する小さなばね力を備える。各アクチュ
エータ・アーム１３２は、アクチュエータ１３６に取り
付けられる。アクチュエータ１３６は、図２に示したよ
うに、ボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）でよい。ＶＣ
Ｍは、一定磁界中を移動するコイルを有し、コイルの移
動方向および速度は、制御装置１３８から供給されるモ
ータ電流信号によって制御される。
ライダ１２６が位置決めされ、各スライダ１２６は、１
つまたは複数の磁気読取り／書込みヘッド１２８を支持
し、ヘッド１２８は、本発明のＭＲセンサを含む。ディ
スク１２０が回転するとき、スライダ１２６はディスク
表面１３０上を半径方向内側および外側に移動し、それ
によりヘッド１２８が、ディスク１２０の所望のデータ
が記録された様々な部分にアクセスすることができる。
各スライダ１２６は、サスペンション１３４によってア
クチュエータ・アーム１３２に取り付けられる。サスペ
ンション１３４は、スライダ１２６をディスク表面１３
０に対して付勢する小さなばね力を備える。各アクチュ
エータ・アーム１３２は、アクチュエータ１３６に取り
付けられる。アクチュエータ１３６は、図２に示したよ
うに、ボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）でよい。ＶＣ
Ｍは、一定磁界中を移動するコイルを有し、コイルの移
動方向および速度は、制御装置１３８から供給されるモ
ータ電流信号によって制御される。
【００１６】ディスク・ドライブ１１６の動作中、ディ
スク１２０の回転により、スライダ１２６とディスク表
面１３０の間に、スライダ１２６に上向きの力すなわち
揚力を与える空気軸受（空気ベアリング）が生じる。ヘ
ッド１２８を含みディスク１２０の表面と対向するスラ
イダ１２６の表面は、空気軸受面（ＡＢＳ）と呼ばれ
る。したがって、空気軸受は、サスペンション１３４の
小さなばね力と釣り合い、動作中に、スライダ１２６
を、わずかな実質上一定の間隔だけディスク表面１３０
から離して支持する。
スク１２０の回転により、スライダ１２６とディスク表
面１３０の間に、スライダ１２６に上向きの力すなわち
揚力を与える空気軸受（空気ベアリング）が生じる。ヘ
ッド１２８を含みディスク１２０の表面と対向するスラ
イダ１２６の表面は、空気軸受面（ＡＢＳ）と呼ばれ
る。したがって、空気軸受は、サスペンション１３４の
小さなばね力と釣り合い、動作中に、スライダ１２６
を、わずかな実質上一定の間隔だけディスク表面１３０
から離して支持する。
【００１７】ディスク・ドライブ１１６の様々な構成要
素は、アクセス制御信号や内部クロック信号など、制御
ユニット１４０によって生成される制御信号によって動
作制御される。一般に、制御ユニット１４０は、論理制
御回路、記憶装置およびマイクロプロセッサを含む。制
御ユニット１４０は、線１４２上の駆動モータ制御信号
や線１４４上のヘッド位置信号およびシーク制御信号な
ど、様々なシステム動作を制御する制御信号を生成す
る。線１４４上の制御信号は、スライダ１２６をディス
ク１２０上の所望のデータ・トラックまで適切に移動さ
せて位置決めするための所望の電流プロファイルを提供
する。読取り信号および書込み信号は、記録チャネル１
４６を介して読取り／書込みヘッド１２８との間でやり
取りされる。
素は、アクセス制御信号や内部クロック信号など、制御
ユニット１４０によって生成される制御信号によって動
作制御される。一般に、制御ユニット１４０は、論理制
御回路、記憶装置およびマイクロプロセッサを含む。制
御ユニット１４０は、線１４２上の駆動モータ制御信号
や線１４４上のヘッド位置信号およびシーク制御信号な
ど、様々なシステム動作を制御する制御信号を生成す
る。線１４４上の制御信号は、スライダ１２６をディス
ク１２０上の所望のデータ・トラックまで適切に移動さ
せて位置決めするための所望の電流プロファイルを提供
する。読取り信号および書込み信号は、記録チャネル１
４６を介して読取り／書込みヘッド１２８との間でやり
取りされる。
【００１８】典型的な磁気ディスク１１６記憶システム
の前述の説明とそれに付随する図３の例示は、説明のた
めのものにすぎない。ディスク記憶装置システムが、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、多数のスライダを支持することができ
ることは明らかである。本発明の範囲および意図の範囲
内にある限り、基本的かつ典型的な磁気ディスク１１６
の他の多くの変形形態を本発明に使用することができ
る。
の前述の説明とそれに付随する図３の例示は、説明のた
めのものにすぎない。ディスク記憶装置システムが、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、多数のスライダを支持することができ
ることは明らかである。本発明の範囲および意図の範囲
内にある限り、基本的かつ典型的な磁気ディスク１１６
の他の多くの変形形態を本発明に使用することができ
る。
【００１９】図３に、改良されたスピン・バルブを空気
軸受面の図で示し、図中で全体の参照文字３００によっ
て示す。改良型のスピン・バルブ３００は、多くの点
で、従来技術の図１に関して前に考察した従来のスピン
・バルブ１０と類似している。改良型のスピン・バルブ
・ヘッド３００は、中央領域３１６で分離された端部領
域３１２および３１４を有する。自由層（自由強磁性体
層）３１８は、非磁性体の導電体スペーサ層３２２によ
ってピン止め層（ピン止め強磁性体層）３２０から分離
される。ピン止め層３２０の磁化は、反強磁性（ＡＦ
Ｍ）層３２４との交換結合により固定される。ただし、
自由層３１８の磁化は、外部磁界の存在下で自由に回転
する。自由層３１８、スペーサ層３２２、ピン止め層３
２０およびＡＦＭ層３２４はすべて、中央領域３１６に
形成される。端部領域３１２および３１４に形成された
ハード・バイアス層３２６および３２８はそれぞれ、Ｍ
Ｒ自由層３１８に縦方向のバイアスを提供する。ハード
・バイアス層３２６および３２８の上に形成されたリー
ド３３０および３３２はそれぞれ、電流源３３４からＳ
Ｖセンサ３００に感知電流Ｉが流れるための電気的接続
を実現する。リード３３０および３３２に電気的に接続
された信号検出器３４０は、本明細書において図１に関
して前に説明した信号検出器４０と実質上同じである。
図１の例と同じように、図３の例でも任意選択でキャッ
プ３４２が設けられる。
軸受面の図で示し、図中で全体の参照文字３００によっ
て示す。改良型のスピン・バルブ３００は、多くの点
で、従来技術の図１に関して前に考察した従来のスピン
・バルブ１０と類似している。改良型のスピン・バルブ
・ヘッド３００は、中央領域３１６で分離された端部領
域３１２および３１４を有する。自由層（自由強磁性体
層）３１８は、非磁性体の導電体スペーサ層３２２によ
ってピン止め層（ピン止め強磁性体層）３２０から分離
される。ピン止め層３２０の磁化は、反強磁性（ＡＦ
Ｍ）層３２４との交換結合により固定される。ただし、
自由層３１８の磁化は、外部磁界の存在下で自由に回転
する。自由層３１８、スペーサ層３２２、ピン止め層３
２０およびＡＦＭ層３２４はすべて、中央領域３１６に
形成される。端部領域３１２および３１４に形成された
ハード・バイアス層３２６および３２８はそれぞれ、Ｍ
Ｒ自由層３１８に縦方向のバイアスを提供する。ハード
・バイアス層３２６および３２８の上に形成されたリー
ド３３０および３３２はそれぞれ、電流源３３４からＳ
Ｖセンサ３００に感知電流Ｉが流れるための電気的接続
を実現する。リード３３０および３３２に電気的に接続
された信号検出器３４０は、本明細書において図１に関
して前に説明した信号検出器４０と実質上同じである。
図１の例と同じように、図３の例でも任意選択でキャッ
プ３４２が設けられる。
【００２０】改良型のＳＶセンサ３００において、拡散
層３４８は、スペーサ３２２と自由層３１８の間に位置
決めされる。図の実施形態の拡散層３４８は、約９０％
のＣｏ（コバルト）、５％のＦｅ（鉄）および５％のＮ
ｂ（ニオブ）の比率のＣｏＦｅＮｂからなる。高濃度の
Ｃｏを使用するため、ＧＭＲ係数が改善される。この材
料は、きわめて軟磁性であり、耐腐食性が高いことが知
られている。この非晶質材料は、本質的に結晶粒界がな
く、したがって、自由層３１８とスペーサ３２２の間の
拡散が最少になる。ここで説明する拡散障壁３４８の例
は、厚さ約５Ａ〜１０Ａである。
層３４８は、スペーサ３２２と自由層３１８の間に位置
決めされる。図の実施形態の拡散層３４８は、約９０％
のＣｏ（コバルト）、５％のＦｅ（鉄）および５％のＮ
ｂ（ニオブ）の比率のＣｏＦｅＮｂからなる。高濃度の
Ｃｏを使用するため、ＧＭＲ係数が改善される。この材
料は、きわめて軟磁性であり、耐腐食性が高いことが知
られている。この非晶質材料は、本質的に結晶粒界がな
く、したがって、自由層３１８とスペーサ３２２の間の
拡散が最少になる。ここで説明する拡散障壁３４８の例
は、厚さ約５Ａ〜１０Ａである。
【００２１】本発明に、その価値または範囲を変えず
に、様々な修正を行うことができる。たとえば、拡散障
壁３４８の厚さは、本明細書で提案したものと異なって
もよい。もう１つの例は、他の元素を使用してＣｏ非晶
質を作成することである。それらは、Ｈｆ（ハフニウ
ム）および／またはＺｒ（ジルコニウム）を含んでもよ
い。従来技術において、Ｂ（ホウ素）を使用してＣｏ非
晶質を作成することは周知である。しかし、ホウ素は腐
食性であることに留意されたい。
に、様々な修正を行うことができる。たとえば、拡散障
壁３４８の厚さは、本明細書で提案したものと異なって
もよい。もう１つの例は、他の元素を使用してＣｏ非晶
質を作成することである。それらは、Ｈｆ（ハフニウ
ム）および／またはＺｒ（ジルコニウム）を含んでもよ
い。従来技術において、Ｂ（ホウ素）を使用してＣｏ非
晶質を作成することは周知である。しかし、ホウ素は腐
食性であることに留意されたい。
【００２２】本明細書で説明した組合せのＦｅはＧＭＲ
に寄与しないが、発明者は、実験的に、１０％程度のＦ
ｅはＧＭＲをあまり小さくせず、そのためこの一般的な
範囲で変動を使用できることを見いだした。
に寄与しないが、発明者は、実験的に、１０％程度のＦ
ｅはＧＭＲをあまり小さくせず、そのためこの一般的な
範囲で変動を使用できることを見いだした。
【００２３】改良型のＳＶセンサ３００の他の構造が可
能であり、当業者は、そのような代替構造に使用するた
めに本発明を容易に適用することができる。たとえば、
多数の層を有するピン止め層３２０を使用する場合は、
多数の拡散障壁３１８を繰返し使用することができる。
本発明を例示するために、発明の拡散障壁３４８は、図
１の従来技術のＳＶセンサ１０とよく類似したＳＶセン
サ３００の文脈で示したことに留意されたい。しかし、
本発明は、そのような構造に制限されるものではない。
実際に、本明細書で説明したように、拡散障壁３４８
は、現在存在するおよび将来開発される精巧な構造（お
そらく追加の材料層などを含む）に組み込まれるもので
ある。
能であり、当業者は、そのような代替構造に使用するた
めに本発明を容易に適用することができる。たとえば、
多数の層を有するピン止め層３２０を使用する場合は、
多数の拡散障壁３１８を繰返し使用することができる。
本発明を例示するために、発明の拡散障壁３４８は、図
１の従来技術のＳＶセンサ１０とよく類似したＳＶセン
サ３００の文脈で示したことに留意されたい。しかし、
本発明は、そのような構造に制限されるものではない。
実際に、本明細書で説明したように、拡散障壁３４８
は、現在存在するおよび将来開発される精巧な構造（お
そらく追加の材料層などを含む）に組み込まれるもので
ある。
【００２４】代替構造の例を１つだけ、図４に示した。
代替の改良型スピン・バルブ・センサ３００ａは、改良
型スピン・バルブ・センサ３００ａが、スペース３２２
とピン止め層３２０の間の第２の拡散障壁３４８ａを有
すること以外は、図３に関して本明細書で考察した前述
の改良型スピン・バルブ・センサ３００とよく似てい
る。
代替の改良型スピン・バルブ・センサ３００ａは、改良
型スピン・バルブ・センサ３００ａが、スペース３２２
とピン止め層３２０の間の第２の拡散障壁３４８ａを有
すること以外は、図３に関して本明細書で考察した前述
の改良型スピン・バルブ・センサ３００とよく似てい
る。
【００２５】産業上の応用
本発明の改良されたスピン・バルブ３００は、最新の大
容量ディスク・ドライブの読取りヘッドに広く使用され
るものである。発明者の発見によれば、ＳＶセンサの製
造のいくつかの態様において必要とされる熱処理によっ
てスピン・バルブ・センサの振幅出力が減少した。より
長時間の熱処理は、比較的低温（約１００Ｃ）でも、ス
ピン・バルブの性能を低下させることが知られている。
出力振幅は、一般に、約３０％減少し、この減少（振幅
損失）は、ピン止め層のリセットによって回復すること
ができない。しかし、駆動磁界を強くすることにより、
この振幅の損失を回復することができる。この知見によ
り、この振幅損失が、自由層３１８の磁気硬化に関連す
ることが提案された。この硬化は、おそらく「銅」スペ
ーサ層３２２とＮｉＦｅ自由層３１８の間の相互拡散に
よるものである。
容量ディスク・ドライブの読取りヘッドに広く使用され
るものである。発明者の発見によれば、ＳＶセンサの製
造のいくつかの態様において必要とされる熱処理によっ
てスピン・バルブ・センサの振幅出力が減少した。より
長時間の熱処理は、比較的低温（約１００Ｃ）でも、ス
ピン・バルブの性能を低下させることが知られている。
出力振幅は、一般に、約３０％減少し、この減少（振幅
損失）は、ピン止め層のリセットによって回復すること
ができない。しかし、駆動磁界を強くすることにより、
この振幅の損失を回復することができる。この知見によ
り、この振幅損失が、自由層３１８の磁気硬化に関連す
ることが提案された。この硬化は、おそらく「銅」スペ
ーサ層３２２とＮｉＦｅ自由層３１８の間の相互拡散に
よるものである。
【００２６】発明者は、必要な温度において、「銅」ス
ペーサ層３２２とＮｉＦｅ自由層３１８の間の拡散が、
おそらくその間の境界にある結晶粒界によって生じるこ
とを発見した。結晶粒界の拡散は、ほとんどの多結晶金
属系のバルク拡散よりも大きいことが知られている。
ペーサ層３２２とＮｉＦｅ自由層３１８の間の拡散が、
おそらくその間の境界にある結晶粒界によって生じるこ
とを発見した。結晶粒界の拡散は、ほとんどの多結晶金
属系のバルク拡散よりも大きいことが知られている。
【００２７】本発明によれば、「銅」スペーサ３２２と
ＮｉＦｅ自由層３１８の間に非晶質金属のきわめて薄い
層を使用することにより結晶粒界をなくす。この拡散防
止層３４８は、下記条件を満たさなければならない。 １．高いＧＭＲ係数を維持する。 ２．自由層の帯磁しやすさを維持する。 ３．高い耐食性を示す。 ４．磁気歪みがほぼ０である。
ＮｉＦｅ自由層３１８の間に非晶質金属のきわめて薄い
層を使用することにより結晶粒界をなくす。この拡散防
止層３４８は、下記条件を満たさなければならない。 １．高いＧＭＲ係数を維持する。 ２．自由層の帯磁しやすさを維持する。 ３．高い耐食性を示す。 ４．磁気歪みがほぼ０である。
【００２８】本明細書の実施形態のようなＣＯＦｅＮｂ
の組合せは、これらの条件を満たす。
の組合せは、これらの条件を満たす。
【００２９】上記のものはすべて、本発明の利用可能な
実施形態の例のほんの一部を示しただけである。当業者
は、本発明の精神および範囲から逸脱せずに他の多くの
修正および変更を行うことができることを容易に理解さ
れよう。したがって、この開示は、制限としてのもので
はなく、併記の特許請求の範囲は、本発明の範囲全体を
包含するように解釈すべきである。
実施形態の例のほんの一部を示しただけである。当業者
は、本発明の精神および範囲から逸脱せずに他の多くの
修正および変更を行うことができることを容易に理解さ
れよう。したがって、この開示は、制限としてのもので
はなく、併記の特許請求の範囲は、本発明の範囲全体を
包含するように解釈すべきである。
【００３０】本発明の改良したスピン・バルブ３００を
容易に作成して既存の磁気ディスク・ドライブ・システ
ムおよびドライブに組み込むことができ、また本明細書
で説明したような利点が提供されるため、産業に容易に
受け入れられることが期待される。以上その他の理由の
ために、本発明の利用と産業への応用は、範囲が広く存
続期間が長いことが期待される。
容易に作成して既存の磁気ディスク・ドライブ・システ
ムおよびドライブに組み込むことができ、また本明細書
で説明したような利点が提供されるため、産業に容易に
受け入れられることが期待される。以上その他の理由の
ために、本発明の利用と産業への応用は、範囲が広く存
続期間が長いことが期待される。
【００３１】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。
【００３２】（１）第１の材料層と第２の材料層の間に
挟まれたスペーサと、前記スペーサと前記材料層のうち
の少なくとも一方の材料層との間に挟まれ、前記スペー
サと前記材料層の間の拡散を防ぐ拡散障壁とを含む薄膜
磁気抵抗（ＭＲ）スピン・バルブ読取りセンサ。 （２）前記第１の材料層が、強磁性体の自由層であり、
前記第２の材料層が、ピン止め層である、上記（１）に
記載のセンサ。 （３）前記拡散障壁が、前記第１の材料層と前記スペー
サの間に挟まれている、上記（１）に記載のセンサ。 （４）前記拡散障壁が、非晶質材料層である、上記
（１）に記載のセンサ。 （５）前記拡散障壁が、ほぼ９０％Ｃｏである、上記
（１）に記載のセンサ。 （６）前記拡散障壁が、ほぼ５％Ｎｂである、上記
（１）に記載のセンサ。 （７）前記拡散障壁が、Ｃｏ、ＦｅおよびＮｂの合金で
ある、上記（１）に記載のセンサ。 （８）前記拡散障壁が、ほぼ９０％Ｃｏ、５％Ｆｅおよ
び５％Ｎｂからなる、上記（１）に記載のセンサ。 （９）自由層と、ピン止め層と、前記自由層と前記ピン
止め層の間に配置されたスペーサと、前記自由層と前記
ピン止め層の間に配置された拡散障壁層とを含む薄膜磁
気抵抗（ＭＲ）スピン・バルブ読取りセンサ。 （１０）前記ピン止め層と隣接した反強磁性体層をさら
に含む、上記（９）に記載のスピン・バルブ読取りセン
サ。 （１１）前記拡散障壁が、非晶質材料である、上記
（９）に記載のスピン・バルブ読取りセンサ。 （１２）前記拡散障壁が、コバルトを含む、上記（９）
に記載のスピン・バルブ読取りセンサ。 （１３）前記拡散障壁が、コバルトと、コバルトを非晶
質にする追加の元素とを含む、上記（９）に記載のスピ
ン・バルブ読取りセンサ。 （１４）前記追加の元素が、ニオブである、上記（１
３）に記載のスピン・バルブ読取りセンサ。 （１５）前記追加の元素が、ハフニウムである、上記
（１３）に記載のスピン・バルブ読取りセンサ。 （１６）前記追加の元素が、ジルコニウムである、上記
（１３）に記載のスピン・バルブ読取りセンサ。 （１７）前記追加の元素が、前記拡散障壁の２パーセン
トから１０パーセントを構成する、上記（１３）に記載
のスピン・バルブ読取りセンサ。 （１８）回転磁気媒体と、スライダと、前記スライダを
位置決めする位置決めコイルと、前記スライダを前記位
置決めコイルと共に移動させる動作によって前記ヘッド
を前記回転磁気媒体に対して位置決めできるように前記
スライダに取り付けられ、ピン止め層と自由層を有しピ
ン止め層と自由層との間にスペーサが挟まれたスピン・
バルブ・センサを含むヘッドと、スペーサと自由層の間
に挟まれた拡散障壁とを含む磁気ディスク・ドライブ。 （１９）前記拡散障壁が、コバルトと、拡散障壁を非晶
質にする追加の物質とを含む、上記（１８）に記載の磁
気ディスク・ドライブ。 （２０）追加の物質が、ハフニウム、ジルコニウムおよ
びニオブの元素から選択される、上記（１８）に記載の
磁気ディスク・ドライブ。 （２１）スペーサが、銅を含む、上記（１８）に記載の
磁気ディスク・ドライブ。
挟まれたスペーサと、前記スペーサと前記材料層のうち
の少なくとも一方の材料層との間に挟まれ、前記スペー
サと前記材料層の間の拡散を防ぐ拡散障壁とを含む薄膜
磁気抵抗（ＭＲ）スピン・バルブ読取りセンサ。 （２）前記第１の材料層が、強磁性体の自由層であり、
前記第２の材料層が、ピン止め層である、上記（１）に
記載のセンサ。 （３）前記拡散障壁が、前記第１の材料層と前記スペー
サの間に挟まれている、上記（１）に記載のセンサ。 （４）前記拡散障壁が、非晶質材料層である、上記
（１）に記載のセンサ。 （５）前記拡散障壁が、ほぼ９０％Ｃｏである、上記
（１）に記載のセンサ。 （６）前記拡散障壁が、ほぼ５％Ｎｂである、上記
（１）に記載のセンサ。 （７）前記拡散障壁が、Ｃｏ、ＦｅおよびＮｂの合金で
ある、上記（１）に記載のセンサ。 （８）前記拡散障壁が、ほぼ９０％Ｃｏ、５％Ｆｅおよ
び５％Ｎｂからなる、上記（１）に記載のセンサ。 （９）自由層と、ピン止め層と、前記自由層と前記ピン
止め層の間に配置されたスペーサと、前記自由層と前記
ピン止め層の間に配置された拡散障壁層とを含む薄膜磁
気抵抗（ＭＲ）スピン・バルブ読取りセンサ。 （１０）前記ピン止め層と隣接した反強磁性体層をさら
に含む、上記（９）に記載のスピン・バルブ読取りセン
サ。 （１１）前記拡散障壁が、非晶質材料である、上記
（９）に記載のスピン・バルブ読取りセンサ。 （１２）前記拡散障壁が、コバルトを含む、上記（９）
に記載のスピン・バルブ読取りセンサ。 （１３）前記拡散障壁が、コバルトと、コバルトを非晶
質にする追加の元素とを含む、上記（９）に記載のスピ
ン・バルブ読取りセンサ。 （１４）前記追加の元素が、ニオブである、上記（１
３）に記載のスピン・バルブ読取りセンサ。 （１５）前記追加の元素が、ハフニウムである、上記
（１３）に記載のスピン・バルブ読取りセンサ。 （１６）前記追加の元素が、ジルコニウムである、上記
（１３）に記載のスピン・バルブ読取りセンサ。 （１７）前記追加の元素が、前記拡散障壁の２パーセン
トから１０パーセントを構成する、上記（１３）に記載
のスピン・バルブ読取りセンサ。 （１８）回転磁気媒体と、スライダと、前記スライダを
位置決めする位置決めコイルと、前記スライダを前記位
置決めコイルと共に移動させる動作によって前記ヘッド
を前記回転磁気媒体に対して位置決めできるように前記
スライダに取り付けられ、ピン止め層と自由層を有しピ
ン止め層と自由層との間にスペーサが挟まれたスピン・
バルブ・センサを含むヘッドと、スペーサと自由層の間
に挟まれた拡散障壁とを含む磁気ディスク・ドライブ。 （１９）前記拡散障壁が、コバルトと、拡散障壁を非晶
質にする追加の物質とを含む、上記（１８）に記載の磁
気ディスク・ドライブ。 （２０）追加の物質が、ハフニウム、ジルコニウムおよ
びニオブの元素から選択される、上記（１８）に記載の
磁気ディスク・ドライブ。 （２１）スペーサが、銅を含む、上記（１８）に記載の
磁気ディスク・ドライブ。
【図１】（従来技術）従来のスピン・バルブ・ヘッドの
空気軸受面の図である。
空気軸受面の図である。
【図２】本発明の改良されたスピン・バルブ・ヘッドを
組み込むことができるような回転媒体磁気ディスク・ド
ライブの図である。
組み込むことができるような回転媒体磁気ディスク・ド
ライブの図である。
【図３】本発明の改良されたスピン・バルブ・ヘッドの
空気軸受面の図である。
空気軸受面の図である。
【図４】第２の拡散障壁を有する本発明の改良されたス
ピン・バルブ・ヘッドの変形の空気軸受面の図である。
ピン・バルブ・ヘッドの変形の空気軸受面の図である。
３００ スピン・バルブ・ヘッド
３１２ 端部領域
３１６ 中央領域
３１８ 自由層
３２０ ピン止め層
３２２ スペーサ層
３２４ 反強磁性体層
３２６ ハード・バイアス層
３３０ リード
３３２ リード
３３４ 電流源
３４０ 信号検出器
３４２ キャップ層
３４８ 拡散障壁
フロントページの続き
(72)発明者 ハーダヤイ・シン・ジン
アメリカ合衆国94028 カリフォルニア
州ポートラ・バレイ グローブ・ドライ
ブ 10
(56)参考文献 特開 平９−199768（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−291560（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G11B 5/39
Claims (10)
- 【請求項１】ピン止め層と、外部磁界によってその磁化
が変化する自由層と、前記ピン止め層と前記自由層の間
に配置されたスペーサ層を有する薄膜磁気抵抗スピン・
バルブ読み取りセンサであって、 前記スペーサ層と前記自由層の間に配置され、ＣｏＦｅ
Ｘからなり、ＸがＮｂ，Ｚｒ，Ｈｆからなる群より選ば
れるアモルファス材料の拡散障壁層を有することを特徴
とする薄膜磁気抵抗スピン・バルブ読み取りセンサ。 - 【請求項２】前記Ｘの元素が前記拡散障壁層の２％から
１０％を構成する、請求項１に記載の薄膜磁気抵抗スピ
ン・バルブ読み取りセンサ。 - 【請求項３】前記拡散障壁層が、９０％のＣｏ、５％の
Ｆｅおよび５％のＸからなる請求項２に記載の薄膜磁気
抵抗スピン・バルブ読み取りセンサ。 - 【請求項４】ピン止め層と、外部磁界によってその磁化
が変化する自由層と、前記ピン止め層と前記自由層の間
に配置されたスペーサ層を有する薄膜磁気抵抗スピン・
バルブ読み取りセンサであって、 （ａ）前記スペーサ層と前記自由層の間に配置され、Ｃ
ｏＦｅＸからなり、ＸがＮｂ，Ｚｒ，Ｈｆからなる群よ
り選ばれるアモルファス材料の第１の拡散障壁層と、 （ｂ）前記ピン止め層と前記スペーサ層の間に配置さ
れ、ＣｏＦｅＹからなり、ＹがＮｂ，Ｚｒ，Ｈｆからな
る群より選ばれるアモルファス材料の第２の拡散障壁層
と、 を有することを特徴とする薄膜磁気抵抗スピン・バルブ
読み取りセンサ。 - 【請求項５】前記ピン止め層と隣接した反強磁性体層を
さらに含む、請求項１または４に記載の薄膜磁気抵抗ス
ピン・バルブ読み取りセンサ。 - 【請求項６】前記Ｘの元素が前記第１の拡散障壁層の２
％から１０％を構成し、前記Ｙの元素が前記第２の拡散
障壁層の２％から１０％を構成する請求項４に記載の薄
膜磁気抵抗スピン・バルブ読み取りセンサ。 - 【請求項７】（ａ）少なくとも１つの回転磁気媒体と、 （ｂ）スライダと、 （ｃ）前記スライダを位置決めする位置決めコイルと、 （ｄ）前記位置決めコイルで前記スライダを移動させる
ことによって、少なくとも１つの前記回転磁気媒体に対
して位置決めできるように、前記スライダに取り付けら
れたヘッドであって、 ピン止め層と、外部磁界によってその磁化が変化する自
由層と、前記ピン止め層と前記自由層の間に配置された
スペーサ層と、前記スペーサ層と前記自由層の間に配置
され、ＣｏＦｅＸからなり、ＸがＮｂ，Ｚｒ，Ｈｆから
なる群より選ばれるアモルファス材料の拡散障壁層と、
を含む薄膜磁気抵抗スピン・バルブ読み取りセンサを有
するヘッドと、 を含む磁気ディスク・ドライブ。 - 【請求項８】前記Ｘの元素が前記拡散障壁層の２％から
１０％を構成する、請求項７に記載の磁気ディスク・ド
ライブ。 - 【請求項９】前記拡散障壁層が、９０％のＣｏ、５％の
Ｆｅおよび５％のＸからなる請求項８に記載の磁気ディ
スク・ドライブ。 - 【請求項１０】前記スペーサ層が銅を含む請求項７〜９
の何れか１つに記載の磁気ディスク・ドライブ。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/127,254 US6195240B1 (en) | 1998-07-31 | 1998-07-31 | Spin valve head with diffusion barrier |
| US09/127254 | 1998-07-31 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000048329A JP2000048329A (ja) | 2000-02-18 |
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Family
ID=22429143
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19405399A Expired - Fee Related JP3470952B2 (ja) | 1998-07-31 | 1999-07-08 | 拡散障壁を備えた薄膜磁気抵抗（ｍｒ）スピン・バルブ読取りセンサおよび磁気ディスク・ドライブ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6195240B1 (ja) |
| JP (1) | JP3470952B2 (ja) |
| KR (1) | KR100332992B1 (ja) |
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| SG (1) | SG84539A1 (ja) |
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| US6636398B2 (en) * | 2000-06-02 | 2003-10-21 | Tdk Corporation | Magnetoresistive effect sensor, thin-film magnetic head with the sensor, manufacturing method of magnetoresistive sensor and manufacturing method of thin-film magnetic head |
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| KR20030073600A (ko) * | 2002-03-12 | 2003-09-19 | 학교법인고려중앙학원 | 스핀밸브형 자기저항소자 |
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| US7351483B2 (en) * | 2004-11-10 | 2008-04-01 | International Business Machines Corporation | Magnetic tunnel junctions using amorphous materials as reference and free layers |
| US7129098B2 (en) * | 2004-11-24 | 2006-10-31 | Freescale Semiconductor, Inc. | Reduced power magnetoresistive random access memory elements |
| KR100773544B1 (ko) * | 2006-02-09 | 2007-11-05 | 삼성전자주식회사 | 확산 방지층을 포함하는 자기 저항 소자 |
| US7599157B2 (en) | 2006-02-16 | 2009-10-06 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. | Current-perpendicular-to-the-plane (CPP) magnetoresistive sensor with high-resistivity amorphous ferromagnetic layers |
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|---|---|---|---|---|
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