JP3628454B2 - 磁気ディスク記録装置およびデュアル磁気抵抗センサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、磁気媒体に記憶される読み取り情報信号用の磁気センサに関し、特に、デュアル・スピン・バルブ構造を用いた、改善された磁気抵抗読み取りセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術では、磁気表面からのデータを大きな線密度で読み取ることのできることがわかっている、磁気抵抗（ＭＲ）センサあるいはヘッドと呼ばれる、磁気読み取りトランスデューサを開示している。ＭＲセンサは、磁気材料で作製される読み取りエレメントの抵抗の変化によって、磁界信号を、読み取りエレメントによって検出される磁束の強度と方向の関数として検出する。最近は、層状磁気センサの抵抗の変化が、非磁性体層を経る磁性体層間の伝導電子のスピン依存性伝達と、それに伴うスピン依存性散乱に起因する、様々なかつさらに顕著な磁気抵抗効果が示されている。この磁気抵抗効果は、時々、“巨大磁気抵抗（ｇｉａｎｔ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）”効果，あるいは単に“巨大磁気抵抗（ｇｉａｎｔ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）”と呼ばれている。
【０００３】
米国特許第５，２０６，５９０号明細書では、非磁性体層によって分離される２つの非結合強磁性体層間の抵抗が、この２つの磁性層の磁化の間の角度の余弦（ｃｏｓｉｎｅ）によって変化し、また、強磁性体層の１つの磁化の方向が一定である、ＭＲセンサを開示している。このＭＲセンサは、“スピン・バルブ（ｓｐｉｎ ｖａｌｖｅ）”と呼ばれ、巨大磁気抵抗効果に基づいている。
【０００４】
米国特許第５，２８７，２３８号明細書は、多層デュアル・スピン・バルブ構造を有するＭＲセンサを記載している。この構造は、磁化が一定の方向である、強磁性材料の２つの外側層と、磁化が外部印加磁界に応じて、自由に回転する強磁性材料の中間層とを有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主目的は、コモン・モード励起の下で、反対極性の信号を発生し、コモン・モード・ノイズを除去するデュアル・エレメント磁気抵抗（ＭＲ）センサを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によるデュアルＭＲセンサは、第１および第２の層構造からなる。層構造の各々は、非磁性材料の薄膜層によって分離された、第１および第２の強磁性材料の薄膜層を有する。第１の層における磁化の方向は、印加される外部磁界に応じて、自由に回転する。第２の層における磁化の方向は、一定の位置に保持され、外部磁界がＭＲセンサに印加されるときに回転しない。層構造の各々は、各層構造に、第２の強磁性材料層（“束縛層（ｐｉｎｎｅｄ ｌａｙｅｒ）”）の磁化の方向を一定にする手段をさらに有する。第１の層構造における強磁性材料の束縛層の磁化の方向は、第２の層構造における強磁性材料の束縛層の磁化方向に対して逆平行の方向に一定となる。ＭＲセンサにセンス電流を流すと、その変化が、層構造の各々の第１の強磁性材料層（“自由層（ｆｒｅｅｌａｙｅｒ）”）の磁化の回転により、外部磁界に応じたＭＲセンサの抵抗率の変化を検知することができる。
【０００７】
第１および第２の層構造は、それぞれスピン・バルブ構造からなり、第１の実施例においては、各スピン・バルブ構造における強磁性材料の自由層は、ＭＲ構造の外側層である。他の実施例においては、強磁性材料の自由層は、ＭＲセンサの中央部にある。この２つのスピン・バルブ構造は、デュアルＭＲセンサの読み取りギャップとして働く、比較的厚い非磁性スペーサ層によって分離されている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１においては、本発明が、図１に示される磁気ディスク記憶装置において実施されたものとして説明されているが、本発明がまた、例えば磁気テープ記録装置のような他の磁気記録装置、あるいはセンサが磁界検出用に使用される、他のアプリケーションに適用できることは明らかである。磁気ディスク記憶装置は、スピンドル１４に支持され、ディスク駆動モータ１８によって回転される、少なくとも１つの回転可能な磁気ディスク１２を有している。各ディスク上の磁気記録媒体は、ディスク１２上の同心のデータ・トラックの環状パターン（図示されていない）の形状である。
【０００９】
ディスク１２には、少なくとも１つのスライダ１３が配置され、各スライダ１３は、一般的に読み取り／書き込みヘッドと呼ばれている、１つ以上の磁気読み取り／書き込みトランスデューサ２１を支持する。ディスク１２が回転する際、スライダ１３は、ディスク表面２２の上を、半径方向内方および外方に移動し、ヘッド２１は、必要なデータが記録されているディスクの全ての部分にアクセスできる。各スライダ１３は、サスペンション１５によって、アクチュエータ・アーム１９に取り付けられる。サスペンション１５は、スライダ１３をディスク表面２２にバイアスする、小さなばね力を有する。各アクチュエータ・アーム１９は、アクチュエータ手段２７に取り付けられる。図１に示すアクチュエータ手段は、例えば、ボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）とすることができる。ＶＣＭは、一定磁界内を移動可能なコイルを有し、コイル移動の方向と速度とは、コントローラにより供給されるモータ電流信号によって制御される。
【００１０】
ディスク記憶装置の作動の際、ディスク１２の回転は、スライダ１３とディスク表面２２との間に、空気ベアリングを生成し、この空気ベアリングがスライダに上方向の力，すなわち揚力を与える。従って、空気ベアリングは、サスペンション１５の小さなばね力の平衡をとり、作動中は、小さなほぼ一定の空間だけ、スライダ１３をディスク表面から離し、すぐ上方で支持する。
【００１１】
ディスク記憶装置の様々な構成部品は、アクセス制御信号および内部クロック信号のような、コントローラ２９によって発生される制御信号によって作動を制御されている。一般的には、コントローラ２９は、例えば論理制御回路，記憶手段，マイクロプロセッサから成る。コントローラ２９は、ライン２３の駆動モータ制御信号およびライン２８のシーク制御信号のような、様々な装置の作動を制御する制御信号を発生する。ライン２８の制御信号は、必要な電流プロファイルを与え、関連するディスク１２上の必要なデータ・トラックに、選択されたスライダ１３を最適に移動して配置する。読み取りおよび書き込み信号は、記録チャンネル２５によって、読み取り／書き込みヘッド２１へ／から伝送される。
【００１２】
上述した、一般的な磁気ディスク記憶装置の説明と、それに伴う図１の説明は、単なる一般的な説明である。ディスク記憶装置が多数のスライダを有することができることは明らかである。
【００１３】
次に、図２においては、本発明によるデュアル磁気抵抗（ＭＲ）読み取りセンサ３０が、第１および第２の層構造を有し、この層構造の各々が、スピン・バルブ構造３２，３４からなる。このスピン・バルブ構造では、第１の，すなわち“自由（ｆｒｅｅ）”強磁性体層３１，３９が、薄い非磁性体スペーサ層３３，４１によって、磁化の方向が一定の第２の，すなわち“束縛（ｐｉｎｎｅｄ）”強磁性体層３５，４３から分離されている。反強磁性材料層３７，４５は、束縛強磁性体層３５，４３に隣接して、かつ、接触して付着され、束縛層における磁化の方向を、交換結合によって一定にする。２つのスピン・バルブ構造は、基板上に形成され、絶縁材料４７の薄層によって互いに分離されている。２つの束縛層３５，４３における磁化の方向は、逆平行に設定され（矢印３８，４４に示す）、その結果、外部磁界に応じて磁気抵抗センサ３０の抵抗率の変化を、層構造の各々の自由層３１，３９における磁化の回転によって、差動的に検出できる。センサ読み取りエレメントが、強磁性体／非磁性体／強磁性体の層構造を有する、スピン・バルブ効果に基づくＭＲセンサは、上述した米国特許第５，２０６，５９０号明細書に非常に詳細に記載されており、その内容は本明細書に含まれる。
【００１４】
強磁性材料の自由層３１，３９の磁化は、互いに平行，すなわち同じ方向に向いており、また、外部印加磁界がないときは、矢印３６，４２によって示すように、強磁性材料の束縛層３５，４３の磁化の方向に対して、約９０度の角度に向いている。強磁性材料の束縛層３５，４３の磁化の方向は、矢印３８，４４に示すように逆平行に一定である。従って強磁性材料の束縛層３５，４３の磁化の方向は一定のままであるが、強磁性材料の自由層３１，３９における磁化は、図２の自由層３１，３９の矢印によって示されるように、外部印加磁界（図２に示す磁界ｈのような）に応じて、その方向を自由に回転する。
【００１５】
強磁性材料の自由層３１，３９における磁化は、外部印加磁界がないときは、図２に示すように、強磁性材料の束縛層３５および４３の磁化方向に対して、ほぼ９０度に向けられるのが好ましい。この配向は、図２の矢印によって示されるように、磁化の回転の両方向に対して等しく偏位するため、ＭＲセンサに対して、最大の感度を与える。この方向を生成するためには、自由層３１，３９における磁化の方向に影響を与える、３つの競合する磁界を平衡させる必要がある。これらの磁界の１つは、自由層に到達する束縛層からの静磁界であり、他の磁界は、束縛層と自由層との間の層間結合磁界であり、第３の磁界は、センサを流れるセンス電流ＩＳ （図６に示される）による磁界である。自由層の磁化と束縛層の磁化との間で、ほぼ９０度の配向を実現するのに必要なセンス電流は、そのセンサが使用されるアプリケーションに適した値となるように、層の材料と厚さとを選択するのが望ましい。
【００１６】
次に、図３，４，５には、図２のデュアルＭＲセンサの好適な実施例が示されている。デュアルＭＲセンサ３０は、適切な基板５０上に第１の層３２と第２の層３４の層構造を有し、これら層構造３２，３４の各々は、スピン・バルブ構造からなる。スピン・バルブ構造３２，３４は、一方のスピン・バルブ構造を、他方のスピン・バルブ構造から電気的に絶縁する絶縁材料からなる、比較的厚いスペーサ層４７によって分離される。２つのスピン・バルブ構造３２，３４は、絶縁材料からなる２つのギャップ層Ｇ１，Ｇ２の間に形成され、さらに、磁性材料からなる２つの磁気シールド層Ｓ１，Ｓ２の間に形成されている。デュアルＭＲセンサ３０は、周知の真空蒸着およびめっき技術を用いて作製される。例えば、第１のシールド層４９は、基板５０の表面上にめっきすることができる。次に、第１のギャップ層５１，第１のスピン・バルブ構造３２を形成する種々の層，絶縁層４７，第２のスピン・バルブ３４を形成する種々の層，第２のギャップ層５３が、例えば、スパッタリングによって付着されている。最後に、第２の磁気シールド層５５が、第２のギャップ層５３の上にめっきされる。
【００１７】
第１のスピン・バルブ構造３２は、第１の強磁性材料薄膜層（自由層）３１と、第１の非磁性導電材料薄膜層３３と、第２の強磁性材料薄膜層３５とからなる。図３に示す特定の実施例においては、第２の強磁性材料薄膜層（束縛層）３５の磁化の方向を一定にする手段は、第１の反強磁性材料薄膜層３７からなる。すなわち、第２の強磁性材料薄膜層３５における磁化は、反強磁性体／強磁性体の交換結合によって一定となる。スピン・バルブ構造３２の種々の連続層の適切な成長を促進するために、シード層６１が、第１の強磁性体層３１を付着する前に付着される。スピン・バルブ構造３２の対向端部に形成された電気リード線５７は、外部回路への電気的接続を与え、スピン・バルブ構造３２の中央活性領域を定める。
【００１８】
第２のスピン・バルブ構造３４は、第３の強磁性材料薄膜層（自由層）３９と、第２の非磁性導電性材料薄膜層４１と、第４の強磁性材料薄膜層（束縛層）４３とからなる。図３，４，５に示す特定の実施例においては、第４の強磁性材料の薄膜層４３の磁化の方向を一定にする手段は、第２の反強磁性材料薄膜層４５からなる。すなわち、第４の強磁性体層４３における磁化は、反強磁性体／強磁性体の交換結合によって一定となる。第１のスピン・バルブ構造３２に関して上述した様に、第２のシード層６３が、第３の強磁性体層３９を付着する前に付着される。同様に、電気リード線５９は、スピン・バルブ構造３４の対向する端部に形成される。
【００１９】
２つのスピン・バルブ構造３２，３４は、一方のスピン・バルブ構造を他方のスピン・バルブ構造から電気的に絶縁するため、非磁性の絶縁材料からなるスペーサ層４７によって分離されている。酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ），あるいは二酸化シリコン（ＳｉＯ２ ）のような材料が、この目的に適している。非磁性体のスペーサ層４７は、また、２つのスピン・バルブ構造３２，３４の自由層３１，３９を磁気的に減結合する働きをする。スペーサ層４７は、さらに、デュアルＭＲセンサ３０の読み取りギャップとなる。
【００２０】
図２について上述した様に、自由層３１，３９の磁化が、束縛層３５，４３の磁化に対して直角であり、さらに、束縛層３５，４３の磁化が、互いに逆平行でなければならない。束縛層３５，４３における交換結合磁界の方向，すなわち配向は、所望の方向を有する磁界の存在下で、反強磁性材料のネール温度より高い温度までその構造を加熱し、次に、その構造を冷却することによって設定されるので、著しく異なるネール温度を有する種々の反強磁性材料が、２つの反強磁性体層３７，４５のそれぞれに使用されることが必要である。図３に示す好適な実施例では、第１の反強磁性体層３７の材料は、例えば、比較的低いネール温度を有する、鉄マンガン（ＦｅＭｎ），あるいは酸化ニッケル（ＮｉＯ）とすることができ、第２の反強磁性体層４５の材料は、例えば、比較的高いネール温度を有するニッケルマンガン（ＮｉＭｎ）とすることができる。
【００２１】
第２のスピン・バルブ構造３４では、交換結合磁界の配向は、所望の方向を有する印加磁界内で、例えば、第２の反強磁性体層４５の材料ＮｉＭｎのネール温度よりも高い温度からセンサ３０を冷却することによって設定される。次に、センサ３０は、１回目のアニール処理の間に印加された磁界に対して、逆平行（１８０度）に向けられた磁界を印加しながら、第１の反強磁性体層３７の材料のネール温度よりも高い温度で、しかし、第２の反強磁性体層４５のネール温度よりも低い温度で、２回目のアニールが行われる。束縛層３５，４３の磁化が、センサの空気ベアリングの表面，および媒体の表面に対して直角であり、自由層３１，３９の磁化が、静止状態（すなわち、印加される外部磁界がないとき）において、センサの空気ベアリングの表面，および媒体の表面に対して平行であることが好ましい。
【００２２】
好適な実施例においては、強磁性体層３１，３５，３９，４３は、コバルト（Ｃｏ），鉄（Ｆｅ），ニッケル（Ｎｉ），およびそれらの合金、例えば、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ，一般にパーマロイと呼ばれる），ニッケルコバルト（ＮｉＣｏ），鉄コバルト（ＦｅＣｏ）などの適切な磁性材料で作製できる。導電性スペーサ層３３および４１は、例えば、銅（Ｃｕ），金（Ｆｅ），銀（Ａｇ）などの非磁性の導電材料で作製できる。導電リード線５７，５９は、低い抵抗率の材料（すなわち、良好な導体）で作製すべきであり、さらに、リード線材料がセンサの空気ベアリング表面で露出できるように、硬度と耐食性を有するべきである。例えば、タンタル（Ｔａ）が、リード線５７，５９に適した材料である。第１と第２のギャップ層５１，５３は、Ａｌ２ Ｏ３ ，あるいはＳｉＯ２ などの非磁性の絶縁材料からなる。磁気シールド層４９，５５は、ＮｉＦｅ，あるいはセンダスト（ＡｌＳｉＦｅ）などの高透磁率の磁性材料からなる。好適な実施例では、第１のシールド・ギャップＧ１は、ＮｉＦｅ，あるいはＡｌＳｉＦｅのいずれかからなり、第２のシールド・ギャップＧ２は、ＮｉＦｅからなる。図３に示すデュアルＭＲセンサ３０の特定の実施例は、Ｔａ（５０Å）／ＮｉＦｅ（９０Å）／Ｃｕ（２５Å）／Ｃｏ（３０Å）／ＦｅＭｎ（１５０Å）／Ａｌ２ Ｏ３ （５００Å）／Ｔａ（５０Å）／ＮｉＦｅ（９０Å）／Ｃｕ（２５Å）／Ｃｏ（３０Å）／ＮｉＭｎ（３００Å）の構造を有する。
【００２３】
次に、図４には、デュアルＭＲセンサ３０の他の好適な実施例を示す。この実施例は、上述した図３の実施例と類似している。図４に示すセンサ３０は、非磁性体の絶縁スペーサ層４７によって、第２のスピン・バルブ構造３８から電気的に絶縁された、第１のスピン・バルブ構造３６を有している。第２のスピン・バルブ構造３８は、図３に示す第２のスピン・バルブ構造３４と同じであるが、第１のスピン・バルブ構造３６は、束縛層６５において磁化を実現する手段が、図３に示す第１のスピン・バルブ構造３２とは異なる。
【００２４】
第１のスピン・バルブ構造３６は、シード層６１，第１の強磁性体層（自由層）３１，第１の導電性スペーサ層３３，第２の強磁性体層（束縛層）６５を有する。束縛層６５は、第１の強磁性材料層６７，非磁性材料の反強磁性体結合層６９，第２の強磁性材料層７１を有する層構造である。スペーサ層４７は、第２の強磁性体層７１の上に接触して付着される反強磁性材料からなる。強磁性体層７１と、反強磁性材料のスペーサ層４７との間の交換結合によって、束縛層の第２の強磁性体層７１内に有効磁界が誘導される。束縛層の第１の強磁性体層６７は、束縛層の第２の強磁性体層７１と、反強磁性的に結合されるので、両層は反強磁性体スペーサ層４７に交換結合され、小さなかつ適度な外部印加磁界により磁化が一定となる強磁性体層６７に有効磁界を与える。
【００２５】
上述した様に、この好適な実施例では、強磁性体層は、適切な磁性材料からなり、導電性スペーサ層３３および４１は、適切な非磁性の導電性材料からなる。第１のスピン・バルブの束縛層６５の中では、反強磁性体の結合層６９は、強磁性体層の間の逆平行結合を促進するのに既知の、ルチニウム（Ｒｕ），クロム（Ｃｒ），ロジウム（Ｒｈ），イリジウム（Ｉｒ），または他の材料，あるいはそれらの合金のような適切な非磁性材料で作製できる。スペーサ層４７は、また、第２のスピン・バルブ構造３８から、第１のスピン・バルブ構造３６を電気的に絶縁するので、スペーサ層４７は、ＮｉＯのような反強磁性材料であり、かつ電気的絶縁材料でなければならない。
【００２６】
反強磁性体スペーサ層４７と組合わせて、層状の束縛層６５を使用することは、センサ内で使用される２つの反強磁性材料のネール温度よりも高い温度で１回の加熱／冷却処理だけを用いて、第１および第２のスピン・バルブ構造３６，３８の束縛層６５，４３内にそれぞれ逆平行な磁界をそれぞれ誘導することを可能にする。従って、束縛層の第２の強磁性体層７１において交換結合によって誘導される磁界は、束縛層４３において誘導される磁界に対して平行であるが、導電性スペーサ層３３に隣接する、束縛層の第１の強磁性体層６７において静磁気結合によって誘導される磁界は、束縛層４３の磁界に対して逆平行となる。
【００２７】
図４に示すデュアルＭＲセンサ３０の特定の実施例は、Ｔａ（５０Å）／ＮｉＦｅ（９０Å）／Ｃｕ（２５Å）／Ｃｏ（３０Å）／Ｒｕ（４Å）／Ｃｏ（４０）Å／ＮｉＯ（４００Å）／Ｔａ（５０Å）／ＮｉＦｅ（９０Å）／Ｃｕ（２５Å）／Ｃｏ（３０Å）／ＦｅＭｎ（１５０Å）の構造を有する。束縛層６５，４３の磁化の所望の逆平行の配向を実現するためには、Ｒｕの反強磁性体結合層６９の厚さを、４〜６Åの範囲とし、第１および第２のＣｏ層６７，７１の厚さを、約１０Åほど異ならせるべきである。好適な実施例では、Ｒｕの結合層６９の厚さは４〜６Åに選択され、Ｃｏ層６７，７１の間で、大きな反強磁性体の交換結合を行う。この処理のさらに詳細な説明としては、本明細書の内容に含まれるＰａｒｋｉｎらのＰｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．６４，第２０３４頁（１９９０）を参照されたい。２つのＣｏ層６７，７１の間の厚さの差は、本明細書の内容に含まれる米国特許第５，４０８，３７７号明細書にさらに詳細に説明されているように、束縛層６５の磁化および磁気異方性を決定する。束縛層６５，４３の正味の磁化の大きさは、センサの自由層３１，３９に働く、減磁界の大きさを決定する。減磁界は、非磁性スペーサ層３３，４１をそれぞれ横切る、自由層，束縛層間、３１，６５間，および３９，４３間の強磁性結合を伴う減磁界と、センサのバイアス電流（センス電流）によって発生される磁界とが、静止バイアス点を決定する（すなわち、外部磁界のないときの、自由層の磁化の配向）。従って、２つのＣｏ層６７，７１間の厚さの差は、最適のバイアス点を実現するように選択される。
【００２８】
続いて、図５には、デュアルＭＲセンサ３０の他の好適な実施例を示す。この実施例は、上述した図４の実施例に類似している。図５に示すセンサ３０は、非磁性体の絶縁スペーサ層４７によって、第２のスピン・バルブ構造４４から電気的に絶縁された、第１のスピン・バルブ構造４２を有し、第１のスピン・バルブ構造４２は、束縛層７３に交換結合磁界を与える材料を使用する点で、図４の第１のスピン・バルブ構造３６とは異なっている。
【００２９】
第１のスピン・バルブ構造４２は、シード層６１，第１の強磁性体層（自由層）３１，第１の導電性スペーサ層３３，第２の層状強磁性体層（束縛層）７３，第１の反強磁性体層３７を有している。束縛層７３は、第１の強磁性体層７５，第２の強磁性体層７９，第１および第２の強磁性体層７５，７９を分離する減結合層７７を有する。第１の反強磁性体層３７は、束縛層の第２の強磁性体層７９の上に直接接触して付着されている。第１の反強磁性体層３７との交換結合によって、第２の強磁性体層７９に有効磁界が誘導される。次に、束縛層の第２の強磁性体層７９との反強磁性体結合によって、束縛層の第１の強磁性体層７５内に有効磁界が誘導され、有効磁界は、小さなかつ適度な外部印加磁界内で、強磁性体層７５の磁化を一定にする。
【００３０】
図４について上述したように、層状の束縛層７３を第１の反強磁性体層３７と組み合わせて使用すると、１回の加熱／冷却処理のみを行って、束縛層の第１の強磁性体層７５内と、第２のスピン・バルブ構造４４の束縛層４３内とに、一定の逆平行の磁界が誘導できる。
【００３１】
図５に示すデュアルＭＲセンサ３０の特定の実施例においては、Ｔａ（５０Å）／ＮｉＦｅ（９０Å）／Ｃｕ（２５Å）／Ｃｏ（３０Å）／Ｒｕ（４Å）／Ｃｏ（４０Å）／ＦｅＭｎ（１５０Å）／Ａｌ２ Ｏ３ （５００Å）／Ｔａ（５０Å）／ＮｉＦｅ（９０Å）／Ｃｕ（２５Å）／Ｃｏ（３０Å）／ＦｅＭｎ（１５０Å）の構造を有する。束縛層７３，４３に磁化を設定する、一回のアニール処理のみを行うと、第１および第２の反強磁性体層３７，４５に対して、ネール温度が異なる、異なる材料を使用する必要がない。この実施例において、スペーサ層４７は、２つのスピン・バルブ構造４２，４４を電気的に絶縁するだけであるので、スペーサ層は、Ａｌ２ Ｏ３ ，あるいはＳｉＯ２ などの適切な絶縁材料で形成できる。
【００３２】
次に、図６には、図３，４，５に関して上述したデュアルＭＲセンサ３０を用いた、差動検出回路を示すブロック図が示される。電流源８１は、第１のスピン・バルブ構造に一定のバイアス電流，すなわちセンス電流ＩＳ を与える。同様に、電流源８３は、第２のスピン・バルブ構造に一定のセンス電流ＩＳ を与える。これらの電流は、両スピン・バルブ構造を同方向に流れる。各スピン・バルブ構造の出力信号は、差動増幅器８５の反対極性の入力にそれぞれ送られる。両スピン・バルブ構造における、束縛層の逆平行の磁化は、磁気ディスク上に記憶される磁気データ信号のような、印加された外部磁界に応じて、この２つのスピン・バルブ構造で、反対の抵抗の変化を与える。抵抗の変化、従って出力信号は、差動検出器８５で加算され、より大きな感度を与える。差動検出器８５を使用すると、熱変動（ｔｈｅｒｍａｌ ａｓｐｅｒｉｔｉｅｓ）などによる、コモン・モード・ノイズが除去される。
【００３３】
次に、図７にはまた、本発明によるデュアルＭＲセンサの他の好適な実施例が示される。デュアルＭＲセンサ９０は、導電材料，あるいは絶縁材料のいずれかで形成できる非磁性体のスペーサ層９９によって分離された、第１のスピン・バルブ構造９２，第２のスピン・バルブ構造９４を有している。各スピン・バルブ構造９２，９４は、第１の（自由）強磁性体層９７，１０１を有し、薄い非磁性体の導電体層９５，１０３によって、第２の（束縛）強磁性体層９３，１０５から分離される。束縛する層９１，１０７は、それぞれ束縛強磁性体層９３，１０５に隣接して形成され、束縛層の強磁性体層９３，１０５の各々において磁化の方向を一定にする手段を与える。図２について上述した様に、各束縛層９３，１０５における磁化の方向が、他の束縛層に対して、逆平行に一定となる（それぞれ矢印１０９，１１７）。自由層の強磁性体層９７，１０１の各々における磁化の方向は、束縛層９３，１０５における磁化の方向に対して直角に設定され（それぞれ矢印１１１，１１３）、印加される外部磁界に応じて、自由に回転される。
【００３４】
次に、図８には、図７のデュアルＭＲセンサ９０の特定の実施例が示される。第１および第２のスピン・バルブ構造９２，９４は、絶縁スペーサ層９９によってそれぞれ分離され、適切な基板８７上に形成される絶縁体層８９上に、真空蒸着技術によって形成される。絶縁体層８９は、図３に示すような第１のギャップ層Ｇ１に類似している。
【００３５】
基板８７は、図３に示された第１の磁気シールド層Ｓ１のような、従来上既知の付加的な層を有する。第１のスピン・バルブ構造９２は、非磁性の導電性スペーサ層９５によって分離されている、第１の強磁性体層９７（自由層）と、第２の強磁性体層９３（束縛層）からなる。図４と図５について上述したように、図４と図５では、束縛層９３は、薄い非磁性体の減結合層１２３によってそれぞれ分離された、第１および第２の強磁性体層１２１，１２５を有する。
【００３６】
絶縁体層８９は、ＮｉＯなどの反強磁性材料よりなる。束縛層の第１の強磁性体層１２１は、反強磁性体の絶縁層８９の表面上に直接接触して付着される。反強磁性材料の絶縁層８９との交換結合によって、強磁性体層１２１に磁界が誘導され、静磁気結合によって、第２の強磁性体層１２５に磁界を与える。第２のスピン・バルブ構造は、非磁性の導電性スペーサ層１０３によって分離された、第１の強磁性体層１０１（自由層）と、第２の強磁性体層１０５（束縛層）とを有する。反強磁性体層１０７は、第２の強磁性体層１０５の上に接触して形成され、交換結合によって、束縛層に磁界を与える。各スピン・バルブ構造の自由層９７，１０１は、センサ構造の中央の絶縁スペーサ層９９の対向する側に隣接して付着される。スペーサ層９９は、非磁性（電気的絶縁）材料でできており、２つのスピンバルブ構造９２，９４の自由層９７，１０１の間で、それぞれ磁気減結合を与える。
【００３７】
導電リード線１１９は、スピン・バルブ構造９２，９４の対向する端部に形成され、各端部において共にスピン・バルブ構造９２，９４を短絡し、センサ９０の中央活性領域（すなわち、印加される磁気信号に応答するセンサ９０の領域）を定める。センサ活性領域は、また、センサのトラックの幅を定める。導電リード線１１９は、電流手段１２９およびセンス手段１２７のような外部回路に、センサ９０を結合する。電流手段１２９は、センサ９０にセンス電流Ｉｓを流す。センス手段１２７は、印加される外部磁界に応じて、センサ９０の出力信号を検出する。
【００３８】
本発明の実施例によると、強磁性体層９３，９７，１０１，１０５は、例えば、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉのような適切な磁性材料、およびＮｉＦｅ，ＮｉＣｏ，ＦｅＣｏのようなそれらの合金で作製できる。層状の強磁性体層９３については、上述したように作製される。図８に示す特定の実施例においては、強磁性体層９３，９７，１０１，１０５は、あるいはまた、例えばＮｉＦｅのような第１の強磁性材料層、および例えば、Ｃｏのような第２の強磁性材料の“ナノ層”と呼ばれる薄層を有することができる。ナノ層の構造は、米国特許第５，３４１，２６１号明細書に記載されており、その内容は本明細書に含まれる。第２の強磁性材料のナノ層は、第１の強磁性材料層と、非磁性体のスペーサ層との間の界面に付着される。好適な強磁性体層は、ＮｉＦｅの薄膜層９３、およびＣｏの約７〜２０Åの厚さのナノ層９３ａである。強磁性材料層９７，９７ａ，１０１，１０１ａ，１０５，１０５ａもまた、このデュアル層構造を有する。このデュアル層構造は、抵抗の大きな変化と、低い飽和保磁力と、低い磁気異方性とを有する。さらに、この磁気パラメータの組み合わせは、いずれかの強磁性材料の単一層によっては得られないものである。
【００３９】
非磁性体スペーサ層３３，３８は、例えばＣｕ，あるいはＡｇ，Ａｕ，またはそれらの合金のような他の適切な導電金属からなる。導電リード線１１９は、Ｔａのような適切な導電材料で作製できる。反強磁性材料層１０７は、例えば、ＦｅＭｎ，あるいはＭｉＭｎで作製できる。絶縁層８９は、またＮｉＯのような電気的絶縁を行う反強磁性材料で作製できる。第１のスピン・バルブ構造９２内に、層状の束縛層９３を使用すると、束縛層９３，１０５内の磁化の方向を、１回の加熱／冷却処理のみを行って、互いに対して逆平行に設定できる。あるいはまた、束縛強磁性体層９３，１０５の磁化の方向は、隣接する硬質磁性体層を使用して、あるいは束縛層９３，１０５に対して十分高い飽和保磁力を有する材料を使用して一定にすることができる。
【００４０】
図９には、図７，図８に示されたデュアルＭＲセンサについて、センサを横断する位置に対する計算されたセンサ電流密度を示す、一連の３つの関係するグラフが示されている。デュアルＭＲセンサ９０のこの特定の実施例では、ＮｉＯ（４００Å）／Ｃｏ（３０Å）／Ｒｕ（６Å）／Ｃｏ（４０Å）／Ｃｕ（２５Å）／Ｃｏ（２０Å）／ＮｉＦｅ（７０Å）／Ｔａ（５００Å）／ＮｉＦｅ（７０Å）／Ｃｏ（２０Å）／Ｃｕ（２５Å）／Ｃｏ（２０Å）／ＮｉＦｅ（３０Å）／ＦｅＭｎ（２００Å）の構造を有する。上段のグラフにおいて、自由層と束縛層との間に、逆平行のアライメントが推定される。スピン・アップ曲線を点線として示し、スピン・ダウン曲線を実線で示し、総電流密度を一点鎖線で示す。中段のグラフは、逆平行アライメント（一点鎖線）と平行アライメント（実線）との両方について全電流密度を示し、下段のグラフは、中段のグラフによって示された２つの曲線間の差を示したものである。
【００４１】
図１０はさらに、図９の実施例の１つのスピン・バルブ構造の電流密度を示した、拡大グラフである。このグラフは、ＮｉＯ層の後から始まり、スピン・バルブ構造について、全電流密度に対する各層の寄与の程度を示したものである。図９，１０に示すグラフは代表的なバルブであり、スピン・バルブ・センサの作動を説明している。特定の実施例についてのバルブは、スピン・バルブ構造の種々の層の厚さと材料の関数として変化する。
【００４２】
次に、図１１および図１２は、本発明によるＭＲセンサの他の好適な実施例を示している。デュアルＭＲセンサ１３０は、絶縁体スペーサ層１３７によって分離される、第１のスピン・バルブ構造１４２および第２のスピン・バルブ構造１４４を有する。
【００４３】
デュアルＭＲセンサ１３０のこの実施例においては、スピン・バルブ構造１４２，１４４の第１の強磁性材料、すなわち自由層１３１，１４３が、この構造の端部に（あるいは、上部，底部）付着され、第２の強磁性材料、すなわち束縛層１３５，１３９が、層構造の中央付近の絶縁スペーサ層１３７の対向する側に隣接して付着される。絶縁スペーサ層１３７は、交換結合によって、束縛層１３５，１３９の磁化を一定にする、反強磁性材料で作製できる。この配列は、以下に説明する様に、センサ１３０内で、さらに有効な電流分布を与える。
【００４４】
スピン・バルブ構造１４２，１４４は、適切な基板１２９および絶縁層１２８の上に付着される。例えば、Ｔａ，Ｒｕ，ＣｒＶのような適切な下層１４５を、第１の強磁性体層１３１の付着の前に、絶縁体層１２８に付着することができる。下層１４５は、連続層のテクスチャ，結晶粒度，形態を最適化するためにある。絶縁体層１２８が、適切な特性を有する材料であるなら、下層１４５は省略できる。第１の非磁性導電スペーサ層１３３および第２の強磁性体層１３５の付着が、第１のスピン・バルブ構造１４２を完成する。次に、反強磁性スペーサ層１３７が、第２の強磁性体層１３５の上に接触して付着される。この実施例において、第２の強磁性材料層１３５の磁化の方向は、図１１の矢印１３４によって示されるように、反強磁性材料のスペーサの薄膜１３７との交換結合によってその位置が一定になる。
【００４５】
第２のスピン・バルブ構造１４４は、反強磁性スペーサ層１３７の上に接触して形成される第３の強磁性材料層（束縛層）１３９と、第２の非磁性の導電性材料の薄膜スペーサ層１４１と、強磁性材料の第４層（自由層）１４３とからなる。この実施例においては、強磁性材料１３９の第３の層の磁化の方向は、図１１の矢印１３６によって示されるように、反強磁性スペーサ層１３７との交換結合によって一定となる。
【００４６】
図８について上述した様に、第１のスピン・バルブ構造１４２の束縛層１３５が、薄い非磁性体の減結合層１５７によって分離される、第１および第２の強磁性体層１５５，１５９からなる。束縛層１３５のこの構造は、束縛層１３５，１３９における所望の逆平行の磁化の方向が、１つの反強磁性体層１３７および１回の加熱／冷却処理を用いて実現されることを可能にする。
【００４７】
強磁性体層１３１，１３５，１３９，１４３は、例えば、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉのような適切な磁性材料、およびＮｉＦｅ，ＮｉＣｏ，ＦｅＣｏのようなそれらの合金で形成することができる。層状の強磁性体層１３５については、上述したように作製される。あるいはまた、強磁性体層１３１，１３５，１３９，１４３は、図８について上述したされた異なる強磁性材料のナノ層を有することができる。非磁性導電層１３３，１４１は、例えばＣｕ、あるいはＡｇ，Ａｕ，またはそれらの合金のような他の適切な導電金属からなる。絶縁体スペーサ層１３７は、ＮｉＯのような高い電気抵抗率を有する、適切な反強磁性材料からなる。
【００４８】
導電リード線１４９は、デュアルＭＲセンサ１３０と、電流源１５３と、センス手段１５１との間に、回路パスを形成するのに設けられる。図８について上述した様に、導電リード線１４９は、各端部で２つのスピン・バルブ構造１４２，１４４を互いに短絡し、センサ１３０の中央活性領域とトラックの幅とを定める。デュアルＭＲセンサ１３０は、また、Ｔａよりなるキャップ層１４７のような他の種々の層、さらに例えば縦長バイアス層のようなバイアス層（図示されていない）を有することができることは、当業者にはわかるであろう。
【００４９】
図１１では、強磁性材料の自由層１３１，１４３の磁化は、互いに平行、すなわち同じ方向に向けられており、矢印１３４，１３６によって示されるように外部印加磁界が存在しないときは、強磁性材料の束縛層１３５，１３９の磁化方向に対して約９０°の角度に向いている。従って、強磁性材料の束縛層１３５，１３９の磁化の方向は、一定のままであるが、強磁性材料の自由層１３１，１４３における磁化は、自由層１３１，１４３のそれぞれの矢印１３２，１３８に示されるように、外部印加磁界（図１１に示す磁界ｈなど）に応じて、その方向を自由に回転する。
【００５０】
図１３には、図１１および図１２に示されたＭＲセンサについて、センサを横断する位置に対する計算されたセンサ電流密度対を示す、一連の３つの関連するグラフが示されている。ＭＲセンサの特定の実施例では、Ｔａ（５０Å）／ＮｉＦｅ（５０Å）／Ｃｕ（２５Å）／Ｃｏ（４０Å）／Ｒｕ（６Å）／Ｃｏ（３０）Å／ＮｉＯ（４００Å）／Ｃｏ（５０Å）／Ｃｕ（２５Å）／ＮｉＦｅ（５０Å）／Ｔａ（５０Å）の構造を有する。上段のグラフにおいて、自由層と束縛層との間に、逆平行アライメントが推定される。スピン・アップ曲線は、点線で示され、スピン・ダウン曲線は実線で示され、全電流密度は一点鎖線で示される。中段のグラフは、逆平行アライメント（一点鎖線）と平行アライメント（実線）との両方についての全電流密度を示し、下段のグラフは中段のグラフによって示される２つの曲線間の差を示している。
【００５１】
自由層がデュアルＭＲセンサの中央付近に配置される（図７，図８に示す）場合と、自由層がデュアルＭＲセンサの端部付近に配置される（図１１，図１２に示す）場合とでは、センサの作動が著しく異なる。この２つの場合において、作動中にセンサを流れるセンス電流によって生成される磁界は、自由層に異なって作用する。センサの最も対照的な作動と最大の信号出力のために、センサを常に適切にバイアスするのに正確な電流を決定する際に、前記磁界が含まれる（束縛層と中間層との結合の静磁界，および自由層上に作用する有効的なあるいは実際の磁界と共に）。
【００５２】
自由層が、センサの中央付近にあるとき、センス電流の多くは、各自由層の両側を流れる。自由層の一方の側を流れる電流によって発生される磁界は、反対側を流れる電流によって発生される磁界に逆に作用するので、自由層がＭＲ構造の中心付近にあるときに、その電流によってより小さい正味の磁界が発生される。自由層が、センサ構造の外側端部の付近に配置されるとき、電流によって発生される自由層に働く磁界がより大きくなる。自由層に働く他の磁界の和によっては、一方あるいは他方の実施例が好適である。２５Åの厚さのＮｉ８０Ｆｅ２０層の等価モーメントよりも大きい磁気モーメントを有する束縛層に対して、あるいは自由層と束縛層との間の強磁性結合が、約１０Ｏｅよりも大きい構造に対しては、図７および図８に示すＭＲ構造が好適である。その他に対しては、図１１および図１２に示されるＭＲ構造が好適である。用いられる最適の構造は部分的には、センス電流によって発生される全磁界によって決定される。センサ構造における電流密度は、図９，図１０，図１３で示されるように計算できる。自由層の右および左への電流によって発生される磁界の平衡の便宜な測定値は、‘Ｑ’である。すなわち、全電流が自由層の一方の側にあるならば存在するであろう磁界の比率である。‘Ｑ’の値は、層の厚さと、材料の選択と、作製条件との関数である。例えば、図１１および１２に示すような典型的な構造では、Ｑ＝０．８５の値が得られ、一方、図７および８に示すような典型的な構造では、Ｑ＝０．３６が得られる。磁界の平衡におけるシールドの影響は、技術上既知のように、重要であり、また、あらゆるマイクロ磁気モデリングに含まれなければならない。
【００５３】
以上好適な実施例によって本発明を特に開示し説明してきたが、当業者であれば、本発明の趣旨と範囲と教示から離れることなく、形態と細部の様々な変形が行えることが理解できるであろう。従って、ここに開示された本発明は、単なる例示にすぎないと考えるべきである。
【００５４】
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。
（１）データを記録する複数のトラックを有する磁気記憶媒体と、
磁気抵抗読み取りセンサを有し、前記磁気記憶媒体との間の相対的移動の際前記磁気記憶媒体に対して近接して間隔を置いた位置に保持される磁気トランスデューサとを具備し、
前記磁気抵抗読み取りセンサが、
スペーサ層によって分離される第１および第２の層構造を具備し、
前記層構造の各々が、非磁性材料層によって分離される第１および第２の強磁性材料層を有し、
前記層構造の各々の前記第２の強磁性材料層の磁化の方向を一定にする手段を具備し、
前記第１の層構造の前記第２の強磁性材料層の前記磁化の方向が、前記第２の層構造の前記第２の強磁性材料層の磁化の方向に対して、逆平行の方向に一定となり、
前記磁気抵抗読み取りセンサを流れる電流を発生する手段を具備し、
前記磁気抵抗読み取りセンサは、前記層構造の各々の前記第１の強磁性材料層の磁化の回転によって、外部磁界に応じて抵抗率を変化させ、
前記磁気トランスデューサに結合され、前記磁気記録媒体上の選択されたトラックに対して前記磁気トランスデューサを移動するアクチュエータ手段を具備し、
前記磁気抵抗読み取りセンサに結合され、前記磁気抵抗読み取りセンサによって検出される前記磁気記憶媒体に記録されたデータ・ビットを表す磁界に応じた前記磁気抵抗材料の抵抗の変化を検出する検出手段を具備する、
磁気ディスク記録装置。
（２）前記第１および第２の層構造の各々の前記第２の強磁性材料層の前記磁化の方向を一定にする手段が、前記第２の強磁性材料層と接触する反強磁性材料層よりなる、上記（１）に記載の磁気ディスク記録装置。
（３）前記第１の層構造の前記第２の強磁性材料層の前記磁化の方向を一定にする手段が前記スペーサ層よりなり、前記スペーサ層が高い抵抗率を有する反強磁性材料よりなり、前記スペーサ層が前記第１の層構造の前記第２の強磁性材料層と接触する、上記（１）に記載の磁気ディスク記録装置。
（４）前記スペーサ層が酸化ニッケルよりなる、上記（３）に記載の磁気ディスク記録装置。
（５）前記第１の層構造の前記第２の強磁性材料層と接触する前記反強磁性材料層が第１の反強磁性材料よりなり、前記第２の層構造の前記第２の強磁性材料層と接触する前記反強磁性材料層が第２の反強磁性材料よりなり、前記第１および第２の反強磁性材料が異なるネール温度を有する、上記（２）に記載の磁気ディスク記録装置。
（６）前記第１の反強磁性材料層が鉄マンガンよりなり、前記第２の反強磁性材料層が酸化ニッケルよりなる、上記（５）に記載の磁気ディスク記録装置。
（７）前記スペーサ層が絶縁材料層よりなり、前記第１および第２の層構造の各々を前記電流を発生する手段に結合するために、前記第１および第２の層構造の各々が前記層構造の対向する端部に形成される導電性のリード線をさらに有する、上記（２）に記載の磁気ディスク記録装置。
（８）前記電流を発生する手段が前記第１および第２の層構造の各々に結合される第１および第２の定電流源をそれぞれ有し、前記第１および第２の層構造がそれぞれ差動増幅回路の異なる入力端子に接続される、上記（７）に記載の磁気ディスク記録装置。
（９）前記第１の層構造の前記第２の強磁性材料層が反強磁性結合層によって分離される第１および第２の強磁性材料層よりなり、前記第１および第２の強磁性材料層の一方が前記反強磁性材料層と接触し、前記第１および第２の強磁性材料層の他方が前記非磁性材料層と接触する、上記（２）に記載の磁気ディスク記録装置。
（１０）前記第２の強磁性材料層の前記第１および第２の強磁性材料層がコバルトよりなり、前記反強磁性結合層がルチニウムよりなる、上記（９）に記載の磁気ディスク記録装置。
（１１）デュアル磁気抵抗センサにおいて、
スペーサ層によって分離される第１および第２の層構造を具備し、
前記層構造の各々が、非磁性材料層によって分離される第１および第２の強磁性材料層を具備し、
前記層構造の各々の前記第２の強磁性材料層の磁化の方向を一定にする手段を具備し、
前記第１の層構造の前記第２の強磁性材料層の磁化の方向が、前記第２の層構造の前記第２の強磁性材料層の前記磁化の方向に対して、逆平行の方向に一定となり、
前記デュアル磁気抵抗センサを流れる電流を発生する手段を具備し、
前記層構造の各々の前記第１の強磁性材料層の磁化の回転によって、外部磁界に応じた前記デュアル磁気抵抗センサの抵抗率の変化を検知する手段を具備する、
デュアル磁気抵抗センサ。
（１２）前記層構造の各々の前記第２の強磁性材料層の前記磁化の方向を一定にする手段が、前記第２の強磁性材料層と接触する反強磁性材料層よりなる、上記（１１）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（１３）前記第１の層構造の前記第２の強磁性材料層の前記磁化の方向を一定にする手段が前記スペーサ層よりなり、前記スペーサ層が高い抵抗率を有する反強磁性材料よりなり、前記スペーサ層が前記第１の層構造の前記第２の強磁性材料層と接触する、上記（１２）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（１４）前記スペーサ層が酸化ニッケルよりなる、上記（１３）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（１５）前記第１の層構造の前記第２の強磁性材料層と接触する前記反強磁性材料層が第１の反強磁性材料よりなり、前記第２の層構造の前記第２の強磁性材料層と接触する前記反強磁性材料層が第２の反強磁性材料よりなり、前記第１および第２の反強磁性材料が異なるネール温度を有する、上記（１２）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（１６）前記第１の反強磁性材料層が鉄マンガンよりなり、前記第２の反強磁性材料層が酸化ニッケルよりなる、上記（１５）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（１７）前記強磁性材料層の各々が、第１の強磁性材料の層と、前記第１の強磁性材料の層と接触する第２の強磁性材料の薄層とを有するデュアル層構造よりなり、前記第２の強磁性材料の薄層が、前記強磁性材料層と前記非磁性材料層との間の界面に配置される、上記（１１）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（１８）前記第１の強磁性材料がニッケル鉄であり、前記第２の強磁性材料がコバルトである、上記（１７）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（１９）前記第１の層構造の前記第２の強磁性材料層が、反強磁性結合層によって分離される第１および第２の強磁性材料層よりなり、前記第１および第２の強磁性材料層の一方が、前記反強磁性材料層と接触し、前記第１および第２の強磁性材料層の他方が、前記非磁性材料層と接触する、上記（１２）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（２０）前記反強磁性結合層が、ルチニウム，クロム，ロジウム，イリジウム，それらの合金からなるグループから選択される材料である、上記（１９）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（２１）前記第１および第２の強磁性材料層がコバルトよりなり、前記反強磁性結合層がルチニウムよりなる、上記（１９）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（２２）前記反強磁性結合層が、約３Å〜６Åの範囲の厚さを有する、上記（１９）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（２３）デュアル磁気抵抗センサにおいて、
基板を具備し、
前記基板上に形成される第１のスピン・バルブ構造を具備し、
前記第１のスピン・バルブ構造が、非磁性材料層によって分離される第１および第２の強磁性材料層を有し、
前記第２の強磁性材料層の磁化の方向を一定にする手段を具備し、前記磁化の方向を一定にする手段が前記基板と前記第２の強磁性材料層との間にあり、
前記第１の強磁性材料層と接触する前記第１のスピン・バルブ構造上に形成された非磁性の減結合層を具備し、
前記減結合層上に形成される第２のスピン・バルブ構造を具備し、
前記第２のスピン・バルブ構造が、非磁性材料層によって分離される第３および第４の強磁性材料層を有し、前記第３の強磁性材料層が前記減結合層と接触し、
前記第４の強磁性材料層の磁化の方向を一定にする手段を具備し、前記磁化の方向を一定にする手段が前記第４の強磁性材料層と接触し、
前記第１のスピン・バルブ構造の前記第２の強磁性材料層の前記磁化の方向が、前記第２のスピン・バルブ構造の前記第４の強磁性材料層の磁化の方向に対して逆平行の方向に一定となり、
前記磁気抵抗センサを流れる電流を発生する手段を具備し、
前記第１および第３の強磁性材料層の磁化の回転によって、外部磁界に応じた前記デュアル磁気抵抗センサの抵抗率の変化を検知する手段を具備する、
デュアル磁気抵抗センサ。
（２４）前記スピン・バルブ構造の前記第２および第４の強磁性材料層の前記磁化の方向を一定にする手段が、前記第２および第４の強磁性材料層の各々と接触する反強磁性材料層よりなる、上記（２３）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（２５）前記第２の強磁性材料層と接触する前記反強磁性材料層が第１の反強磁性材料よりなり、前記第４の強磁性材料層と接触する前記反強磁性材料層が第２の反強磁性材料よりなり、前記第１および第２の反強磁性材料が異なるネール温度を有する、上記（２４）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（２６）前記第１の反強磁性材料層が鉄マンガンよりなり、前記第２の反強磁性材料層が酸化ニッケルよりなる、上記（２５）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（２７）前記強磁性材料層の各々が、第１の強磁性材料層と、前記第１の強磁性材料層と接触する第２の強磁性材料の薄層とよりなり、前記第２の強磁性材料の薄層が、前記強磁性材料層と前記非磁性材料層との間の界面に配置される、上記（２３）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（２８）前記第１の強磁性材料がニッケル鉄であり、前記第２の強磁性材料がコバルトである、上記（２７）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（２９）前記第１のスピン・バルブ構造の前記第２の強磁性材料層が、反強磁性材料の結合層によって分離される第１および第２の強磁性材料層よりなり、前記第１および第２の強磁性材料層の一方が前記反強磁性材料層と接触し、前記第１および第２の強磁性材料層の他方が前記非磁性材料層と接触する、上記（２４）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（３０）前記反強磁性結合層が、ルチニウム，クロム，ロジウム，イリジウム，それらの合金からなるグループから選択される材料である、上記（２９）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（３１）前記第２の強磁性材料層の前記第１および第２の強磁性材料層がコバルトよりなり、前記反強磁性結合層がルチニウムよりなる、上記（３０）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（３２）デュアル磁気抵抗センサにおいて、
基板を具備し、
前記基板上に形成される第１のスピン・バルブ構造を具備し、
前記第１のスピン・バルブ構造が、非磁性材料層によって分離される第１および第２の強磁性材料層を有し、前記第１の強磁性材料層が前記基板と接触し、
前記第１のスピン・バルブ構造に隣接して形成される第２のスピン・バルブ構造を具備し、
前記第２のスピン・バルブ構造が非磁性材料層によって分離される第３および第４強磁性材料の層を有し、前記第４の強磁性材料層が前記第２の強磁性材料層に隣接し、
前記第２および前記第４の強磁性材料層の磁化の方向を一定にする手段を具備し、前記第２および第４の強磁性材料層の前記磁化を一定にする手段が、前記第２の強磁性材料層と前記第４の強磁性材料層との間に配置され、
前記第２の強磁性材料層の前記磁化の方向が、前記第４の強磁性材料層の磁化の方向に対して逆平行の方向に一定となり、
前記磁気抵抗センサを流れる電流を発生する手段を具備し、
前記第１および第３の強磁性材料層における磁化の回転によって、外部磁界に応じた前記磁気抵抗センサの抵抗率の変化を検知する手段を具備する、
デュアル磁気抵抗センサ。
（３３）前記第２および第４の強磁性材料層の前記磁化の方向を一定にする手段が、前記第２および第４の強磁性材料層と接触する反強磁性体材料層よりなり、前記反強磁性材料が、高い抵抗率を有する、上記（３２）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（３４）前記反強磁性材料層が酸化ニッケルよりなる、上記（３３）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（３５）前記強磁性材料層の各々が、第１の強磁性材料の層と、前記第１の強磁性材料の層と接触する第２の強磁性材料の薄層とを有するデュアル層構造よりなり、前記第２の強磁性材料の薄層が、前記強磁性材料層と前記非磁性材料層との間の界面に配置される、上記（３２）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（３６）前記第１の強磁性材料がニッケル鉄であり、前記第２の強磁性材料がコバルトである、上記（３５）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（３７）前記第２の強磁性材料層が反強磁性結合層によって分離される第１および第２の強磁性材料層よりなり、前記第１および第２の強磁性材料層の一方が前記反強磁性材料層と接触し、前記第１および第２の強磁性材料層の他方が前記非磁性材料層と接触する、上記（３３）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（３８）前記第１および第２の強磁性材料層がコバルトよりなり、前記反強磁性結合層がルチニウムよりなる、上記（３７）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（３９）前記反強磁性結合層が、ルチニウム，クロム，ロジウム，イリジウム，それらの合金からなるグループから選択される材料である、上記（３７）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（４０）前記反強磁性結合層が約３Å〜６Åの範囲の厚さを有する、上記（３７）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する磁気ディスク記憶装置の簡単なブロック図である。
【図２】本発明の原理によるデュアル磁気抵抗センサの分解斜視図である。
【図３】図２に示すデュアル磁気抵抗センサの好適な実施例の、センサ空気ベアリング側の端面図である。
【図４】図２に示すデュアル磁気抵抗センサの好適な実施例の、センサ空気ベアリング側の端面図である。
【図５】図２に示すデュアル磁気抵抗センサの好適な実施例の、センサ空気ベアリング側の端面図である。
【図６】図３，４，５に示すデュアル磁気抵抗センサを使用する、差動検出回路のブロック図である。
【図７】本発明の原理によるデュアル磁気抵抗センサの他の実施例の分解斜視図である。
【図８】図７に示すデュアル磁気抵抗センサの実施例のセンサ空気ベアリング側の端面図である。
【図９】図７，８に示すデュアル磁気抵抗センサについて、センサを横断する位置に対する、計算された電流密度を示す、３つの関連するグラフである。
【図１０】図９に示すグラフの一部の拡大図である。
【図１１】本発明の原理によるデュアル磁気抵抗センサの他の実施例の分解斜視図である。
【図１２】図１１に示すデュアル磁気抵抗センサの実施例の、センサ空気ベアリング側の端面図である。
【図１３】図１１，図１２に示すデュアル磁気抵抗センサについて、センサを横断する位置に対する計算された電流密度を示す、３つの関連するグラフである。
【符号の説明】
１２ 磁気ディスク
１３ スライダ
１４ スピンドル
１５ サスペンション
１８ ディスク駆動モータ
１９ アクチュエータ・アーム
２１ 磁気読み取り／書き込みトランスデューサ
２２ ディスク表面
２５ 記録チャンネル
２７ アクチュエータ手段
２９ コントローラ
３０ ＭＲセンサ
３２，３４ スピン・バルブ構造
３１，３９ 自由層
３３，４１ 非磁性スペーサ層
３５，４３ 束縛層
３７，４５ 反強磁性材料層
４７ 絶縁材料層
３８，４４ 矢印
４９，５５ 磁気シールド層
５０ 基板
５１ ギャップ層
５３ 第２のギャップ層
５７，５９ 導電リード線
６１ シード層
６９ 結合層
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、磁気媒体に記憶される読み取り情報信号用の磁気センサに関し、特に、デュアル・スピン・バルブ構造を用いた、改善された磁気抵抗読み取りセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術では、磁気表面からのデータを大きな線密度で読み取ることのできることがわかっている、磁気抵抗（ＭＲ）センサあるいはヘッドと呼ばれる、磁気読み取りトランスデューサを開示している。ＭＲセンサは、磁気材料で作製される読み取りエレメントの抵抗の変化によって、磁界信号を、読み取りエレメントによって検出される磁束の強度と方向の関数として検出する。最近は、層状磁気センサの抵抗の変化が、非磁性体層を経る磁性体層間の伝導電子のスピン依存性伝達と、それに伴うスピン依存性散乱に起因する、様々なかつさらに顕著な磁気抵抗効果が示されている。この磁気抵抗効果は、時々、“巨大磁気抵抗（ｇｉａｎｔ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）”効果，あるいは単に“巨大磁気抵抗（ｇｉａｎｔ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）”と呼ばれている。
【０００３】
米国特許第５，２０６，５９０号明細書では、非磁性体層によって分離される２つの非結合強磁性体層間の抵抗が、この２つの磁性層の磁化の間の角度の余弦（ｃｏｓｉｎｅ）によって変化し、また、強磁性体層の１つの磁化の方向が一定である、ＭＲセンサを開示している。このＭＲセンサは、“スピン・バルブ（ｓｐｉｎ ｖａｌｖｅ）”と呼ばれ、巨大磁気抵抗効果に基づいている。
【０００４】
米国特許第５，２８７，２３８号明細書は、多層デュアル・スピン・バルブ構造を有するＭＲセンサを記載している。この構造は、磁化が一定の方向である、強磁性材料の２つの外側層と、磁化が外部印加磁界に応じて、自由に回転する強磁性材料の中間層とを有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主目的は、コモン・モード励起の下で、反対極性の信号を発生し、コモン・モード・ノイズを除去するデュアル・エレメント磁気抵抗（ＭＲ）センサを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によるデュアルＭＲセンサは、第１および第２の層構造からなる。層構造の各々は、非磁性材料の薄膜層によって分離された、第１および第２の強磁性材料の薄膜層を有する。第１の層における磁化の方向は、印加される外部磁界に応じて、自由に回転する。第２の層における磁化の方向は、一定の位置に保持され、外部磁界がＭＲセンサに印加されるときに回転しない。層構造の各々は、各層構造に、第２の強磁性材料層（“束縛層（ｐｉｎｎｅｄ ｌａｙｅｒ）”）の磁化の方向を一定にする手段をさらに有する。第１の層構造における強磁性材料の束縛層の磁化の方向は、第２の層構造における強磁性材料の束縛層の磁化方向に対して逆平行の方向に一定となる。ＭＲセンサにセンス電流を流すと、その変化が、層構造の各々の第１の強磁性材料層（“自由層（ｆｒｅｅｌａｙｅｒ）”）の磁化の回転により、外部磁界に応じたＭＲセンサの抵抗率の変化を検知することができる。
【０００７】
第１および第２の層構造は、それぞれスピン・バルブ構造からなり、第１の実施例においては、各スピン・バルブ構造における強磁性材料の自由層は、ＭＲ構造の外側層である。他の実施例においては、強磁性材料の自由層は、ＭＲセンサの中央部にある。この２つのスピン・バルブ構造は、デュアルＭＲセンサの読み取りギャップとして働く、比較的厚い非磁性スペーサ層によって分離されている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１においては、本発明が、図１に示される磁気ディスク記憶装置において実施されたものとして説明されているが、本発明がまた、例えば磁気テープ記録装置のような他の磁気記録装置、あるいはセンサが磁界検出用に使用される、他のアプリケーションに適用できることは明らかである。磁気ディスク記憶装置は、スピンドル１４に支持され、ディスク駆動モータ１８によって回転される、少なくとも１つの回転可能な磁気ディスク１２を有している。各ディスク上の磁気記録媒体は、ディスク１２上の同心のデータ・トラックの環状パターン（図示されていない）の形状である。
【０００９】
ディスク１２には、少なくとも１つのスライダ１３が配置され、各スライダ１３は、一般的に読み取り／書き込みヘッドと呼ばれている、１つ以上の磁気読み取り／書き込みトランスデューサ２１を支持する。ディスク１２が回転する際、スライダ１３は、ディスク表面２２の上を、半径方向内方および外方に移動し、ヘッド２１は、必要なデータが記録されているディスクの全ての部分にアクセスできる。各スライダ１３は、サスペンション１５によって、アクチュエータ・アーム１９に取り付けられる。サスペンション１５は、スライダ１３をディスク表面２２にバイアスする、小さなばね力を有する。各アクチュエータ・アーム１９は、アクチュエータ手段２７に取り付けられる。図１に示すアクチュエータ手段は、例えば、ボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）とすることができる。ＶＣＭは、一定磁界内を移動可能なコイルを有し、コイル移動の方向と速度とは、コントローラにより供給されるモータ電流信号によって制御される。
【００１０】
ディスク記憶装置の作動の際、ディスク１２の回転は、スライダ１３とディスク表面２２との間に、空気ベアリングを生成し、この空気ベアリングがスライダに上方向の力，すなわち揚力を与える。従って、空気ベアリングは、サスペンション１５の小さなばね力の平衡をとり、作動中は、小さなほぼ一定の空間だけ、スライダ１３をディスク表面から離し、すぐ上方で支持する。
【００１１】
ディスク記憶装置の様々な構成部品は、アクセス制御信号および内部クロック信号のような、コントローラ２９によって発生される制御信号によって作動を制御されている。一般的には、コントローラ２９は、例えば論理制御回路，記憶手段，マイクロプロセッサから成る。コントローラ２９は、ライン２３の駆動モータ制御信号およびライン２８のシーク制御信号のような、様々な装置の作動を制御する制御信号を発生する。ライン２８の制御信号は、必要な電流プロファイルを与え、関連するディスク１２上の必要なデータ・トラックに、選択されたスライダ１３を最適に移動して配置する。読み取りおよび書き込み信号は、記録チャンネル２５によって、読み取り／書き込みヘッド２１へ／から伝送される。
【００１２】
上述した、一般的な磁気ディスク記憶装置の説明と、それに伴う図１の説明は、単なる一般的な説明である。ディスク記憶装置が多数のスライダを有することができることは明らかである。
【００１３】
次に、図２においては、本発明によるデュアル磁気抵抗（ＭＲ）読み取りセンサ３０が、第１および第２の層構造を有し、この層構造の各々が、スピン・バルブ構造３２，３４からなる。このスピン・バルブ構造では、第１の，すなわち“自由（ｆｒｅｅ）”強磁性体層３１，３９が、薄い非磁性体スペーサ層３３，４１によって、磁化の方向が一定の第２の，すなわち“束縛（ｐｉｎｎｅｄ）”強磁性体層３５，４３から分離されている。反強磁性材料層３７，４５は、束縛強磁性体層３５，４３に隣接して、かつ、接触して付着され、束縛層における磁化の方向を、交換結合によって一定にする。２つのスピン・バルブ構造は、基板上に形成され、絶縁材料４７の薄層によって互いに分離されている。２つの束縛層３５，４３における磁化の方向は、逆平行に設定され（矢印３８，４４に示す）、その結果、外部磁界に応じて磁気抵抗センサ３０の抵抗率の変化を、層構造の各々の自由層３１，３９における磁化の回転によって、差動的に検出できる。センサ読み取りエレメントが、強磁性体／非磁性体／強磁性体の層構造を有する、スピン・バルブ効果に基づくＭＲセンサは、上述した米国特許第５，２０６，５９０号明細書に非常に詳細に記載されており、その内容は本明細書に含まれる。
【００１４】
強磁性材料の自由層３１，３９の磁化は、互いに平行，すなわち同じ方向に向いており、また、外部印加磁界がないときは、矢印３６，４２によって示すように、強磁性材料の束縛層３５，４３の磁化の方向に対して、約９０度の角度に向いている。強磁性材料の束縛層３５，４３の磁化の方向は、矢印３８，４４に示すように逆平行に一定である。従って強磁性材料の束縛層３５，４３の磁化の方向は一定のままであるが、強磁性材料の自由層３１，３９における磁化は、図２の自由層３１，３９の矢印によって示されるように、外部印加磁界（図２に示す磁界ｈのような）に応じて、その方向を自由に回転する。
【００１５】
強磁性材料の自由層３１，３９における磁化は、外部印加磁界がないときは、図２に示すように、強磁性材料の束縛層３５および４３の磁化方向に対して、ほぼ９０度に向けられるのが好ましい。この配向は、図２の矢印によって示されるように、磁化の回転の両方向に対して等しく偏位するため、ＭＲセンサに対して、最大の感度を与える。この方向を生成するためには、自由層３１，３９における磁化の方向に影響を与える、３つの競合する磁界を平衡させる必要がある。これらの磁界の１つは、自由層に到達する束縛層からの静磁界であり、他の磁界は、束縛層と自由層との間の層間結合磁界であり、第３の磁界は、センサを流れるセンス電流ＩＳ （図６に示される）による磁界である。自由層の磁化と束縛層の磁化との間で、ほぼ９０度の配向を実現するのに必要なセンス電流は、そのセンサが使用されるアプリケーションに適した値となるように、層の材料と厚さとを選択するのが望ましい。
【００１６】
次に、図３，４，５には、図２のデュアルＭＲセンサの好適な実施例が示されている。デュアルＭＲセンサ３０は、適切な基板５０上に第１の層３２と第２の層３４の層構造を有し、これら層構造３２，３４の各々は、スピン・バルブ構造からなる。スピン・バルブ構造３２，３４は、一方のスピン・バルブ構造を、他方のスピン・バルブ構造から電気的に絶縁する絶縁材料からなる、比較的厚いスペーサ層４７によって分離される。２つのスピン・バルブ構造３２，３４は、絶縁材料からなる２つのギャップ層Ｇ１，Ｇ２の間に形成され、さらに、磁性材料からなる２つの磁気シールド層Ｓ１，Ｓ２の間に形成されている。デュアルＭＲセンサ３０は、周知の真空蒸着およびめっき技術を用いて作製される。例えば、第１のシールド層４９は、基板５０の表面上にめっきすることができる。次に、第１のギャップ層５１，第１のスピン・バルブ構造３２を形成する種々の層，絶縁層４７，第２のスピン・バルブ３４を形成する種々の層，第２のギャップ層５３が、例えば、スパッタリングによって付着されている。最後に、第２の磁気シールド層５５が、第２のギャップ層５３の上にめっきされる。
【００１７】
第１のスピン・バルブ構造３２は、第１の強磁性材料薄膜層（自由層）３１と、第１の非磁性導電材料薄膜層３３と、第２の強磁性材料薄膜層３５とからなる。図３に示す特定の実施例においては、第２の強磁性材料薄膜層（束縛層）３５の磁化の方向を一定にする手段は、第１の反強磁性材料薄膜層３７からなる。すなわち、第２の強磁性材料薄膜層３５における磁化は、反強磁性体／強磁性体の交換結合によって一定となる。スピン・バルブ構造３２の種々の連続層の適切な成長を促進するために、シード層６１が、第１の強磁性体層３１を付着する前に付着される。スピン・バルブ構造３２の対向端部に形成された電気リード線５７は、外部回路への電気的接続を与え、スピン・バルブ構造３２の中央活性領域を定める。
【００１８】
第２のスピン・バルブ構造３４は、第３の強磁性材料薄膜層（自由層）３９と、第２の非磁性導電性材料薄膜層４１と、第４の強磁性材料薄膜層（束縛層）４３とからなる。図３，４，５に示す特定の実施例においては、第４の強磁性材料の薄膜層４３の磁化の方向を一定にする手段は、第２の反強磁性材料薄膜層４５からなる。すなわち、第４の強磁性体層４３における磁化は、反強磁性体／強磁性体の交換結合によって一定となる。第１のスピン・バルブ構造３２に関して上述した様に、第２のシード層６３が、第３の強磁性体層３９を付着する前に付着される。同様に、電気リード線５９は、スピン・バルブ構造３４の対向する端部に形成される。
【００１９】
２つのスピン・バルブ構造３２，３４は、一方のスピン・バルブ構造を他方のスピン・バルブ構造から電気的に絶縁するため、非磁性の絶縁材料からなるスペーサ層４７によって分離されている。酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ），あるいは二酸化シリコン（ＳｉＯ２ ）のような材料が、この目的に適している。非磁性体のスペーサ層４７は、また、２つのスピン・バルブ構造３２，３４の自由層３１，３９を磁気的に減結合する働きをする。スペーサ層４７は、さらに、デュアルＭＲセンサ３０の読み取りギャップとなる。
【００２０】
図２について上述した様に、自由層３１，３９の磁化が、束縛層３５，４３の磁化に対して直角であり、さらに、束縛層３５，４３の磁化が、互いに逆平行でなければならない。束縛層３５，４３における交換結合磁界の方向，すなわち配向は、所望の方向を有する磁界の存在下で、反強磁性材料のネール温度より高い温度までその構造を加熱し、次に、その構造を冷却することによって設定されるので、著しく異なるネール温度を有する種々の反強磁性材料が、２つの反強磁性体層３７，４５のそれぞれに使用されることが必要である。図３に示す好適な実施例では、第１の反強磁性体層３７の材料は、例えば、比較的低いネール温度を有する、鉄マンガン（ＦｅＭｎ），あるいは酸化ニッケル（ＮｉＯ）とすることができ、第２の反強磁性体層４５の材料は、例えば、比較的高いネール温度を有するニッケルマンガン（ＮｉＭｎ）とすることができる。
【００２１】
第２のスピン・バルブ構造３４では、交換結合磁界の配向は、所望の方向を有する印加磁界内で、例えば、第２の反強磁性体層４５の材料ＮｉＭｎのネール温度よりも高い温度からセンサ３０を冷却することによって設定される。次に、センサ３０は、１回目のアニール処理の間に印加された磁界に対して、逆平行（１８０度）に向けられた磁界を印加しながら、第１の反強磁性体層３７の材料のネール温度よりも高い温度で、しかし、第２の反強磁性体層４５のネール温度よりも低い温度で、２回目のアニールが行われる。束縛層３５，４３の磁化が、センサの空気ベアリングの表面，および媒体の表面に対して直角であり、自由層３１，３９の磁化が、静止状態（すなわち、印加される外部磁界がないとき）において、センサの空気ベアリングの表面，および媒体の表面に対して平行であることが好ましい。
【００２２】
好適な実施例においては、強磁性体層３１，３５，３９，４３は、コバルト（Ｃｏ），鉄（Ｆｅ），ニッケル（Ｎｉ），およびそれらの合金、例えば、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ，一般にパーマロイと呼ばれる），ニッケルコバルト（ＮｉＣｏ），鉄コバルト（ＦｅＣｏ）などの適切な磁性材料で作製できる。導電性スペーサ層３３および４１は、例えば、銅（Ｃｕ），金（Ｆｅ），銀（Ａｇ）などの非磁性の導電材料で作製できる。導電リード線５７，５９は、低い抵抗率の材料（すなわち、良好な導体）で作製すべきであり、さらに、リード線材料がセンサの空気ベアリング表面で露出できるように、硬度と耐食性を有するべきである。例えば、タンタル（Ｔａ）が、リード線５７，５９に適した材料である。第１と第２のギャップ層５１，５３は、Ａｌ２ Ｏ３ ，あるいはＳｉＯ２ などの非磁性の絶縁材料からなる。磁気シールド層４９，５５は、ＮｉＦｅ，あるいはセンダスト（ＡｌＳｉＦｅ）などの高透磁率の磁性材料からなる。好適な実施例では、第１のシールド・ギャップＧ１は、ＮｉＦｅ，あるいはＡｌＳｉＦｅのいずれかからなり、第２のシールド・ギャップＧ２は、ＮｉＦｅからなる。図３に示すデュアルＭＲセンサ３０の特定の実施例は、Ｔａ（５０Å）／ＮｉＦｅ（９０Å）／Ｃｕ（２５Å）／Ｃｏ（３０Å）／ＦｅＭｎ（１５０Å）／Ａｌ２ Ｏ３ （５００Å）／Ｔａ（５０Å）／ＮｉＦｅ（９０Å）／Ｃｕ（２５Å）／Ｃｏ（３０Å）／ＮｉＭｎ（３００Å）の構造を有する。
【００２３】
次に、図４には、デュアルＭＲセンサ３０の他の好適な実施例を示す。この実施例は、上述した図３の実施例と類似している。図４に示すセンサ３０は、非磁性体の絶縁スペーサ層４７によって、第２のスピン・バルブ構造３８から電気的に絶縁された、第１のスピン・バルブ構造３６を有している。第２のスピン・バルブ構造３８は、図３に示す第２のスピン・バルブ構造３４と同じであるが、第１のスピン・バルブ構造３６は、束縛層６５において磁化を実現する手段が、図３に示す第１のスピン・バルブ構造３２とは異なる。
【００２４】
第１のスピン・バルブ構造３６は、シード層６１，第１の強磁性体層（自由層）３１，第１の導電性スペーサ層３３，第２の強磁性体層（束縛層）６５を有する。束縛層６５は、第１の強磁性材料層６７，非磁性材料の反強磁性体結合層６９，第２の強磁性材料層７１を有する層構造である。スペーサ層４７は、第２の強磁性体層７１の上に接触して付着される反強磁性材料からなる。強磁性体層７１と、反強磁性材料のスペーサ層４７との間の交換結合によって、束縛層の第２の強磁性体層７１内に有効磁界が誘導される。束縛層の第１の強磁性体層６７は、束縛層の第２の強磁性体層７１と、反強磁性的に結合されるので、両層は反強磁性体スペーサ層４７に交換結合され、小さなかつ適度な外部印加磁界により磁化が一定となる強磁性体層６７に有効磁界を与える。
【００２５】
上述した様に、この好適な実施例では、強磁性体層は、適切な磁性材料からなり、導電性スペーサ層３３および４１は、適切な非磁性の導電性材料からなる。第１のスピン・バルブの束縛層６５の中では、反強磁性体の結合層６９は、強磁性体層の間の逆平行結合を促進するのに既知の、ルチニウム（Ｒｕ），クロム（Ｃｒ），ロジウム（Ｒｈ），イリジウム（Ｉｒ），または他の材料，あるいはそれらの合金のような適切な非磁性材料で作製できる。スペーサ層４７は、また、第２のスピン・バルブ構造３８から、第１のスピン・バルブ構造３６を電気的に絶縁するので、スペーサ層４７は、ＮｉＯのような反強磁性材料であり、かつ電気的絶縁材料でなければならない。
【００２６】
反強磁性体スペーサ層４７と組合わせて、層状の束縛層６５を使用することは、センサ内で使用される２つの反強磁性材料のネール温度よりも高い温度で１回の加熱／冷却処理だけを用いて、第１および第２のスピン・バルブ構造３６，３８の束縛層６５，４３内にそれぞれ逆平行な磁界をそれぞれ誘導することを可能にする。従って、束縛層の第２の強磁性体層７１において交換結合によって誘導される磁界は、束縛層４３において誘導される磁界に対して平行であるが、導電性スペーサ層３３に隣接する、束縛層の第１の強磁性体層６７において静磁気結合によって誘導される磁界は、束縛層４３の磁界に対して逆平行となる。
【００２７】
図４に示すデュアルＭＲセンサ３０の特定の実施例は、Ｔａ（５０Å）／ＮｉＦｅ（９０Å）／Ｃｕ（２５Å）／Ｃｏ（３０Å）／Ｒｕ（４Å）／Ｃｏ（４０）Å／ＮｉＯ（４００Å）／Ｔａ（５０Å）／ＮｉＦｅ（９０Å）／Ｃｕ（２５Å）／Ｃｏ（３０Å）／ＦｅＭｎ（１５０Å）の構造を有する。束縛層６５，４３の磁化の所望の逆平行の配向を実現するためには、Ｒｕの反強磁性体結合層６９の厚さを、４〜６Åの範囲とし、第１および第２のＣｏ層６７，７１の厚さを、約１０Åほど異ならせるべきである。好適な実施例では、Ｒｕの結合層６９の厚さは４〜６Åに選択され、Ｃｏ層６７，７１の間で、大きな反強磁性体の交換結合を行う。この処理のさらに詳細な説明としては、本明細書の内容に含まれるＰａｒｋｉｎらのＰｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．６４，第２０３４頁（１９９０）を参照されたい。２つのＣｏ層６７，７１の間の厚さの差は、本明細書の内容に含まれる米国特許第５，４０８，３７７号明細書にさらに詳細に説明されているように、束縛層６５の磁化および磁気異方性を決定する。束縛層６５，４３の正味の磁化の大きさは、センサの自由層３１，３９に働く、減磁界の大きさを決定する。減磁界は、非磁性スペーサ層３３，４１をそれぞれ横切る、自由層，束縛層間、３１，６５間，および３９，４３間の強磁性結合を伴う減磁界と、センサのバイアス電流（センス電流）によって発生される磁界とが、静止バイアス点を決定する（すなわち、外部磁界のないときの、自由層の磁化の配向）。従って、２つのＣｏ層６７，７１間の厚さの差は、最適のバイアス点を実現するように選択される。
【００２８】
続いて、図５には、デュアルＭＲセンサ３０の他の好適な実施例を示す。この実施例は、上述した図４の実施例に類似している。図５に示すセンサ３０は、非磁性体の絶縁スペーサ層４７によって、第２のスピン・バルブ構造４４から電気的に絶縁された、第１のスピン・バルブ構造４２を有し、第１のスピン・バルブ構造４２は、束縛層７３に交換結合磁界を与える材料を使用する点で、図４の第１のスピン・バルブ構造３６とは異なっている。
【００２９】
第１のスピン・バルブ構造４２は、シード層６１，第１の強磁性体層（自由層）３１，第１の導電性スペーサ層３３，第２の層状強磁性体層（束縛層）７３，第１の反強磁性体層３７を有している。束縛層７３は、第１の強磁性体層７５，第２の強磁性体層７９，第１および第２の強磁性体層７５，７９を分離する減結合層７７を有する。第１の反強磁性体層３７は、束縛層の第２の強磁性体層７９の上に直接接触して付着されている。第１の反強磁性体層３７との交換結合によって、第２の強磁性体層７９に有効磁界が誘導される。次に、束縛層の第２の強磁性体層７９との反強磁性体結合によって、束縛層の第１の強磁性体層７５内に有効磁界が誘導され、有効磁界は、小さなかつ適度な外部印加磁界内で、強磁性体層７５の磁化を一定にする。
【００３０】
図４について上述したように、層状の束縛層７３を第１の反強磁性体層３７と組み合わせて使用すると、１回の加熱／冷却処理のみを行って、束縛層の第１の強磁性体層７５内と、第２のスピン・バルブ構造４４の束縛層４３内とに、一定の逆平行の磁界が誘導できる。
【００３１】
図５に示すデュアルＭＲセンサ３０の特定の実施例においては、Ｔａ（５０Å）／ＮｉＦｅ（９０Å）／Ｃｕ（２５Å）／Ｃｏ（３０Å）／Ｒｕ（４Å）／Ｃｏ（４０Å）／ＦｅＭｎ（１５０Å）／Ａｌ２ Ｏ３ （５００Å）／Ｔａ（５０Å）／ＮｉＦｅ（９０Å）／Ｃｕ（２５Å）／Ｃｏ（３０Å）／ＦｅＭｎ（１５０Å）の構造を有する。束縛層７３，４３に磁化を設定する、一回のアニール処理のみを行うと、第１および第２の反強磁性体層３７，４５に対して、ネール温度が異なる、異なる材料を使用する必要がない。この実施例において、スペーサ層４７は、２つのスピン・バルブ構造４２，４４を電気的に絶縁するだけであるので、スペーサ層は、Ａｌ２ Ｏ３ ，あるいはＳｉＯ２ などの適切な絶縁材料で形成できる。
【００３２】
次に、図６には、図３，４，５に関して上述したデュアルＭＲセンサ３０を用いた、差動検出回路を示すブロック図が示される。電流源８１は、第１のスピン・バルブ構造に一定のバイアス電流，すなわちセンス電流ＩＳ を与える。同様に、電流源８３は、第２のスピン・バルブ構造に一定のセンス電流ＩＳ を与える。これらの電流は、両スピン・バルブ構造を同方向に流れる。各スピン・バルブ構造の出力信号は、差動増幅器８５の反対極性の入力にそれぞれ送られる。両スピン・バルブ構造における、束縛層の逆平行の磁化は、磁気ディスク上に記憶される磁気データ信号のような、印加された外部磁界に応じて、この２つのスピン・バルブ構造で、反対の抵抗の変化を与える。抵抗の変化、従って出力信号は、差動検出器８５で加算され、より大きな感度を与える。差動検出器８５を使用すると、熱変動（ｔｈｅｒｍａｌ ａｓｐｅｒｉｔｉｅｓ）などによる、コモン・モード・ノイズが除去される。
【００３３】
次に、図７にはまた、本発明によるデュアルＭＲセンサの他の好適な実施例が示される。デュアルＭＲセンサ９０は、導電材料，あるいは絶縁材料のいずれかで形成できる非磁性体のスペーサ層９９によって分離された、第１のスピン・バルブ構造９２，第２のスピン・バルブ構造９４を有している。各スピン・バルブ構造９２，９４は、第１の（自由）強磁性体層９７，１０１を有し、薄い非磁性体の導電体層９５，１０３によって、第２の（束縛）強磁性体層９３，１０５から分離される。束縛する層９１，１０７は、それぞれ束縛強磁性体層９３，１０５に隣接して形成され、束縛層の強磁性体層９３，１０５の各々において磁化の方向を一定にする手段を与える。図２について上述した様に、各束縛層９３，１０５における磁化の方向が、他の束縛層に対して、逆平行に一定となる（それぞれ矢印１０９，１１７）。自由層の強磁性体層９７，１０１の各々における磁化の方向は、束縛層９３，１０５における磁化の方向に対して直角に設定され（それぞれ矢印１１１，１１３）、印加される外部磁界に応じて、自由に回転される。
【００３４】
次に、図８には、図７のデュアルＭＲセンサ９０の特定の実施例が示される。第１および第２のスピン・バルブ構造９２，９４は、絶縁スペーサ層９９によってそれぞれ分離され、適切な基板８７上に形成される絶縁体層８９上に、真空蒸着技術によって形成される。絶縁体層８９は、図３に示すような第１のギャップ層Ｇ１に類似している。
【００３５】
基板８７は、図３に示された第１の磁気シールド層Ｓ１のような、従来上既知の付加的な層を有する。第１のスピン・バルブ構造９２は、非磁性の導電性スペーサ層９５によって分離されている、第１の強磁性体層９７（自由層）と、第２の強磁性体層９３（束縛層）からなる。図４と図５について上述したように、図４と図５では、束縛層９３は、薄い非磁性体の減結合層１２３によってそれぞれ分離された、第１および第２の強磁性体層１２１，１２５を有する。
【００３６】
絶縁体層８９は、ＮｉＯなどの反強磁性材料よりなる。束縛層の第１の強磁性体層１２１は、反強磁性体の絶縁層８９の表面上に直接接触して付着される。反強磁性材料の絶縁層８９との交換結合によって、強磁性体層１２１に磁界が誘導され、静磁気結合によって、第２の強磁性体層１２５に磁界を与える。第２のスピン・バルブ構造は、非磁性の導電性スペーサ層１０３によって分離された、第１の強磁性体層１０１（自由層）と、第２の強磁性体層１０５（束縛層）とを有する。反強磁性体層１０７は、第２の強磁性体層１０５の上に接触して形成され、交換結合によって、束縛層に磁界を与える。各スピン・バルブ構造の自由層９７，１０１は、センサ構造の中央の絶縁スペーサ層９９の対向する側に隣接して付着される。スペーサ層９９は、非磁性（電気的絶縁）材料でできており、２つのスピンバルブ構造９２，９４の自由層９７，１０１の間で、それぞれ磁気減結合を与える。
【００３７】
導電リード線１１９は、スピン・バルブ構造９２，９４の対向する端部に形成され、各端部において共にスピン・バルブ構造９２，９４を短絡し、センサ９０の中央活性領域（すなわち、印加される磁気信号に応答するセンサ９０の領域）を定める。センサ活性領域は、また、センサのトラックの幅を定める。導電リード線１１９は、電流手段１２９およびセンス手段１２７のような外部回路に、センサ９０を結合する。電流手段１２９は、センサ９０にセンス電流Ｉｓを流す。センス手段１２７は、印加される外部磁界に応じて、センサ９０の出力信号を検出する。
【００３８】
本発明の実施例によると、強磁性体層９３，９７，１０１，１０５は、例えば、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉのような適切な磁性材料、およびＮｉＦｅ，ＮｉＣｏ，ＦｅＣｏのようなそれらの合金で作製できる。層状の強磁性体層９３については、上述したように作製される。図８に示す特定の実施例においては、強磁性体層９３，９７，１０１，１０５は、あるいはまた、例えばＮｉＦｅのような第１の強磁性材料層、および例えば、Ｃｏのような第２の強磁性材料の“ナノ層”と呼ばれる薄層を有することができる。ナノ層の構造は、米国特許第５，３４１，２６１号明細書に記載されており、その内容は本明細書に含まれる。第２の強磁性材料のナノ層は、第１の強磁性材料層と、非磁性体のスペーサ層との間の界面に付着される。好適な強磁性体層は、ＮｉＦｅの薄膜層９３、およびＣｏの約７〜２０Åの厚さのナノ層９３ａである。強磁性材料層９７，９７ａ，１０１，１０１ａ，１０５，１０５ａもまた、このデュアル層構造を有する。このデュアル層構造は、抵抗の大きな変化と、低い飽和保磁力と、低い磁気異方性とを有する。さらに、この磁気パラメータの組み合わせは、いずれかの強磁性材料の単一層によっては得られないものである。
【００３９】
非磁性体スペーサ層３３，３８は、例えばＣｕ，あるいはＡｇ，Ａｕ，またはそれらの合金のような他の適切な導電金属からなる。導電リード線１１９は、Ｔａのような適切な導電材料で作製できる。反強磁性材料層１０７は、例えば、ＦｅＭｎ，あるいはＭｉＭｎで作製できる。絶縁層８９は、またＮｉＯのような電気的絶縁を行う反強磁性材料で作製できる。第１のスピン・バルブ構造９２内に、層状の束縛層９３を使用すると、束縛層９３，１０５内の磁化の方向を、１回の加熱／冷却処理のみを行って、互いに対して逆平行に設定できる。あるいはまた、束縛強磁性体層９３，１０５の磁化の方向は、隣接する硬質磁性体層を使用して、あるいは束縛層９３，１０５に対して十分高い飽和保磁力を有する材料を使用して一定にすることができる。
【００４０】
図９には、図７，図８に示されたデュアルＭＲセンサについて、センサを横断する位置に対する計算されたセンサ電流密度を示す、一連の３つの関係するグラフが示されている。デュアルＭＲセンサ９０のこの特定の実施例では、ＮｉＯ（４００Å）／Ｃｏ（３０Å）／Ｒｕ（６Å）／Ｃｏ（４０Å）／Ｃｕ（２５Å）／Ｃｏ（２０Å）／ＮｉＦｅ（７０Å）／Ｔａ（５００Å）／ＮｉＦｅ（７０Å）／Ｃｏ（２０Å）／Ｃｕ（２５Å）／Ｃｏ（２０Å）／ＮｉＦｅ（３０Å）／ＦｅＭｎ（２００Å）の構造を有する。上段のグラフにおいて、自由層と束縛層との間に、逆平行のアライメントが推定される。スピン・アップ曲線を点線として示し、スピン・ダウン曲線を実線で示し、総電流密度を一点鎖線で示す。中段のグラフは、逆平行アライメント（一点鎖線）と平行アライメント（実線）との両方について全電流密度を示し、下段のグラフは、中段のグラフによって示された２つの曲線間の差を示したものである。
【００４１】
図１０はさらに、図９の実施例の１つのスピン・バルブ構造の電流密度を示した、拡大グラフである。このグラフは、ＮｉＯ層の後から始まり、スピン・バルブ構造について、全電流密度に対する各層の寄与の程度を示したものである。図９，１０に示すグラフは代表的なバルブであり、スピン・バルブ・センサの作動を説明している。特定の実施例についてのバルブは、スピン・バルブ構造の種々の層の厚さと材料の関数として変化する。
【００４２】
次に、図１１および図１２は、本発明によるＭＲセンサの他の好適な実施例を示している。デュアルＭＲセンサ１３０は、絶縁体スペーサ層１３７によって分離される、第１のスピン・バルブ構造１４２および第２のスピン・バルブ構造１４４を有する。
【００４３】
デュアルＭＲセンサ１３０のこの実施例においては、スピン・バルブ構造１４２，１４４の第１の強磁性材料、すなわち自由層１３１，１４３が、この構造の端部に（あるいは、上部，底部）付着され、第２の強磁性材料、すなわち束縛層１３５，１３９が、層構造の中央付近の絶縁スペーサ層１３７の対向する側に隣接して付着される。絶縁スペーサ層１３７は、交換結合によって、束縛層１３５，１３９の磁化を一定にする、反強磁性材料で作製できる。この配列は、以下に説明する様に、センサ１３０内で、さらに有効な電流分布を与える。
【００４４】
スピン・バルブ構造１４２，１４４は、適切な基板１２９および絶縁層１２８の上に付着される。例えば、Ｔａ，Ｒｕ，ＣｒＶのような適切な下層１４５を、第１の強磁性体層１３１の付着の前に、絶縁体層１２８に付着することができる。下層１４５は、連続層のテクスチャ，結晶粒度，形態を最適化するためにある。絶縁体層１２８が、適切な特性を有する材料であるなら、下層１４５は省略できる。第１の非磁性導電スペーサ層１３３および第２の強磁性体層１３５の付着が、第１のスピン・バルブ構造１４２を完成する。次に、反強磁性スペーサ層１３７が、第２の強磁性体層１３５の上に接触して付着される。この実施例において、第２の強磁性材料層１３５の磁化の方向は、図１１の矢印１３４によって示されるように、反強磁性材料のスペーサの薄膜１３７との交換結合によってその位置が一定になる。
【００４５】
第２のスピン・バルブ構造１４４は、反強磁性スペーサ層１３７の上に接触して形成される第３の強磁性材料層（束縛層）１３９と、第２の非磁性の導電性材料の薄膜スペーサ層１４１と、強磁性材料の第４層（自由層）１４３とからなる。この実施例においては、強磁性材料１３９の第３の層の磁化の方向は、図１１の矢印１３６によって示されるように、反強磁性スペーサ層１３７との交換結合によって一定となる。
【００４６】
図８について上述した様に、第１のスピン・バルブ構造１４２の束縛層１３５が、薄い非磁性体の減結合層１５７によって分離される、第１および第２の強磁性体層１５５，１５９からなる。束縛層１３５のこの構造は、束縛層１３５，１３９における所望の逆平行の磁化の方向が、１つの反強磁性体層１３７および１回の加熱／冷却処理を用いて実現されることを可能にする。
【００４７】
強磁性体層１３１，１３５，１３９，１４３は、例えば、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉのような適切な磁性材料、およびＮｉＦｅ，ＮｉＣｏ，ＦｅＣｏのようなそれらの合金で形成することができる。層状の強磁性体層１３５については、上述したように作製される。あるいはまた、強磁性体層１３１，１３５，１３９，１４３は、図８について上述したされた異なる強磁性材料のナノ層を有することができる。非磁性導電層１３３，１４１は、例えばＣｕ、あるいはＡｇ，Ａｕ，またはそれらの合金のような他の適切な導電金属からなる。絶縁体スペーサ層１３７は、ＮｉＯのような高い電気抵抗率を有する、適切な反強磁性材料からなる。
【００４８】
導電リード線１４９は、デュアルＭＲセンサ１３０と、電流源１５３と、センス手段１５１との間に、回路パスを形成するのに設けられる。図８について上述した様に、導電リード線１４９は、各端部で２つのスピン・バルブ構造１４２，１４４を互いに短絡し、センサ１３０の中央活性領域とトラックの幅とを定める。デュアルＭＲセンサ１３０は、また、Ｔａよりなるキャップ層１４７のような他の種々の層、さらに例えば縦長バイアス層のようなバイアス層（図示されていない）を有することができることは、当業者にはわかるであろう。
【００４９】
図１１では、強磁性材料の自由層１３１，１４３の磁化は、互いに平行、すなわち同じ方向に向けられており、矢印１３４，１３６によって示されるように外部印加磁界が存在しないときは、強磁性材料の束縛層１３５，１３９の磁化方向に対して約９０°の角度に向いている。従って、強磁性材料の束縛層１３５，１３９の磁化の方向は、一定のままであるが、強磁性材料の自由層１３１，１４３における磁化は、自由層１３１，１４３のそれぞれの矢印１３２，１３８に示されるように、外部印加磁界（図１１に示す磁界ｈなど）に応じて、その方向を自由に回転する。
【００５０】
図１３には、図１１および図１２に示されたＭＲセンサについて、センサを横断する位置に対する計算されたセンサ電流密度対を示す、一連の３つの関連するグラフが示されている。ＭＲセンサの特定の実施例では、Ｔａ（５０Å）／ＮｉＦｅ（５０Å）／Ｃｕ（２５Å）／Ｃｏ（４０Å）／Ｒｕ（６Å）／Ｃｏ（３０）Å／ＮｉＯ（４００Å）／Ｃｏ（５０Å）／Ｃｕ（２５Å）／ＮｉＦｅ（５０Å）／Ｔａ（５０Å）の構造を有する。上段のグラフにおいて、自由層と束縛層との間に、逆平行アライメントが推定される。スピン・アップ曲線は、点線で示され、スピン・ダウン曲線は実線で示され、全電流密度は一点鎖線で示される。中段のグラフは、逆平行アライメント（一点鎖線）と平行アライメント（実線）との両方についての全電流密度を示し、下段のグラフは中段のグラフによって示される２つの曲線間の差を示している。
【００５１】
自由層がデュアルＭＲセンサの中央付近に配置される（図７，図８に示す）場合と、自由層がデュアルＭＲセンサの端部付近に配置される（図１１，図１２に示す）場合とでは、センサの作動が著しく異なる。この２つの場合において、作動中にセンサを流れるセンス電流によって生成される磁界は、自由層に異なって作用する。センサの最も対照的な作動と最大の信号出力のために、センサを常に適切にバイアスするのに正確な電流を決定する際に、前記磁界が含まれる（束縛層と中間層との結合の静磁界，および自由層上に作用する有効的なあるいは実際の磁界と共に）。
【００５２】
自由層が、センサの中央付近にあるとき、センス電流の多くは、各自由層の両側を流れる。自由層の一方の側を流れる電流によって発生される磁界は、反対側を流れる電流によって発生される磁界に逆に作用するので、自由層がＭＲ構造の中心付近にあるときに、その電流によってより小さい正味の磁界が発生される。自由層が、センサ構造の外側端部の付近に配置されるとき、電流によって発生される自由層に働く磁界がより大きくなる。自由層に働く他の磁界の和によっては、一方あるいは他方の実施例が好適である。２５Åの厚さのＮｉ８０Ｆｅ２０層の等価モーメントよりも大きい磁気モーメントを有する束縛層に対して、あるいは自由層と束縛層との間の強磁性結合が、約１０Ｏｅよりも大きい構造に対しては、図７および図８に示すＭＲ構造が好適である。その他に対しては、図１１および図１２に示されるＭＲ構造が好適である。用いられる最適の構造は部分的には、センス電流によって発生される全磁界によって決定される。センサ構造における電流密度は、図９，図１０，図１３で示されるように計算できる。自由層の右および左への電流によって発生される磁界の平衡の便宜な測定値は、‘Ｑ’である。すなわち、全電流が自由層の一方の側にあるならば存在するであろう磁界の比率である。‘Ｑ’の値は、層の厚さと、材料の選択と、作製条件との関数である。例えば、図１１および１２に示すような典型的な構造では、Ｑ＝０．８５の値が得られ、一方、図７および８に示すような典型的な構造では、Ｑ＝０．３６が得られる。磁界の平衡におけるシールドの影響は、技術上既知のように、重要であり、また、あらゆるマイクロ磁気モデリングに含まれなければならない。
【００５３】
以上好適な実施例によって本発明を特に開示し説明してきたが、当業者であれば、本発明の趣旨と範囲と教示から離れることなく、形態と細部の様々な変形が行えることが理解できるであろう。従って、ここに開示された本発明は、単なる例示にすぎないと考えるべきである。
【００５４】
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。
（１）データを記録する複数のトラックを有する磁気記憶媒体と、
磁気抵抗読み取りセンサを有し、前記磁気記憶媒体との間の相対的移動の際前記磁気記憶媒体に対して近接して間隔を置いた位置に保持される磁気トランスデューサとを具備し、
前記磁気抵抗読み取りセンサが、
スペーサ層によって分離される第１および第２の層構造を具備し、
前記層構造の各々が、非磁性材料層によって分離される第１および第２の強磁性材料層を有し、
前記層構造の各々の前記第２の強磁性材料層の磁化の方向を一定にする手段を具備し、
前記第１の層構造の前記第２の強磁性材料層の前記磁化の方向が、前記第２の層構造の前記第２の強磁性材料層の磁化の方向に対して、逆平行の方向に一定となり、
前記磁気抵抗読み取りセンサを流れる電流を発生する手段を具備し、
前記磁気抵抗読み取りセンサは、前記層構造の各々の前記第１の強磁性材料層の磁化の回転によって、外部磁界に応じて抵抗率を変化させ、
前記磁気トランスデューサに結合され、前記磁気記録媒体上の選択されたトラックに対して前記磁気トランスデューサを移動するアクチュエータ手段を具備し、
前記磁気抵抗読み取りセンサに結合され、前記磁気抵抗読み取りセンサによって検出される前記磁気記憶媒体に記録されたデータ・ビットを表す磁界に応じた前記磁気抵抗材料の抵抗の変化を検出する検出手段を具備する、
磁気ディスク記録装置。
（２）前記第１および第２の層構造の各々の前記第２の強磁性材料層の前記磁化の方向を一定にする手段が、前記第２の強磁性材料層と接触する反強磁性材料層よりなる、上記（１）に記載の磁気ディスク記録装置。
（３）前記第１の層構造の前記第２の強磁性材料層の前記磁化の方向を一定にする手段が前記スペーサ層よりなり、前記スペーサ層が高い抵抗率を有する反強磁性材料よりなり、前記スペーサ層が前記第１の層構造の前記第２の強磁性材料層と接触する、上記（１）に記載の磁気ディスク記録装置。
（４）前記スペーサ層が酸化ニッケルよりなる、上記（３）に記載の磁気ディスク記録装置。
（５）前記第１の層構造の前記第２の強磁性材料層と接触する前記反強磁性材料層が第１の反強磁性材料よりなり、前記第２の層構造の前記第２の強磁性材料層と接触する前記反強磁性材料層が第２の反強磁性材料よりなり、前記第１および第２の反強磁性材料が異なるネール温度を有する、上記（２）に記載の磁気ディスク記録装置。
（６）前記第１の反強磁性材料層が鉄マンガンよりなり、前記第２の反強磁性材料層が酸化ニッケルよりなる、上記（５）に記載の磁気ディスク記録装置。
（７）前記スペーサ層が絶縁材料層よりなり、前記第１および第２の層構造の各々を前記電流を発生する手段に結合するために、前記第１および第２の層構造の各々が前記層構造の対向する端部に形成される導電性のリード線をさらに有する、上記（２）に記載の磁気ディスク記録装置。
（８）前記電流を発生する手段が前記第１および第２の層構造の各々に結合される第１および第２の定電流源をそれぞれ有し、前記第１および第２の層構造がそれぞれ差動増幅回路の異なる入力端子に接続される、上記（７）に記載の磁気ディスク記録装置。
（９）前記第１の層構造の前記第２の強磁性材料層が反強磁性結合層によって分離される第１および第２の強磁性材料層よりなり、前記第１および第２の強磁性材料層の一方が前記反強磁性材料層と接触し、前記第１および第２の強磁性材料層の他方が前記非磁性材料層と接触する、上記（２）に記載の磁気ディスク記録装置。
（１０）前記第２の強磁性材料層の前記第１および第２の強磁性材料層がコバルトよりなり、前記反強磁性結合層がルチニウムよりなる、上記（９）に記載の磁気ディスク記録装置。
（１１）デュアル磁気抵抗センサにおいて、
スペーサ層によって分離される第１および第２の層構造を具備し、
前記層構造の各々が、非磁性材料層によって分離される第１および第２の強磁性材料層を具備し、
前記層構造の各々の前記第２の強磁性材料層の磁化の方向を一定にする手段を具備し、
前記第１の層構造の前記第２の強磁性材料層の磁化の方向が、前記第２の層構造の前記第２の強磁性材料層の前記磁化の方向に対して、逆平行の方向に一定となり、
前記デュアル磁気抵抗センサを流れる電流を発生する手段を具備し、
前記層構造の各々の前記第１の強磁性材料層の磁化の回転によって、外部磁界に応じた前記デュアル磁気抵抗センサの抵抗率の変化を検知する手段を具備する、
デュアル磁気抵抗センサ。
（１２）前記層構造の各々の前記第２の強磁性材料層の前記磁化の方向を一定にする手段が、前記第２の強磁性材料層と接触する反強磁性材料層よりなる、上記（１１）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（１３）前記第１の層構造の前記第２の強磁性材料層の前記磁化の方向を一定にする手段が前記スペーサ層よりなり、前記スペーサ層が高い抵抗率を有する反強磁性材料よりなり、前記スペーサ層が前記第１の層構造の前記第２の強磁性材料層と接触する、上記（１２）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（１４）前記スペーサ層が酸化ニッケルよりなる、上記（１３）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（１５）前記第１の層構造の前記第２の強磁性材料層と接触する前記反強磁性材料層が第１の反強磁性材料よりなり、前記第２の層構造の前記第２の強磁性材料層と接触する前記反強磁性材料層が第２の反強磁性材料よりなり、前記第１および第２の反強磁性材料が異なるネール温度を有する、上記（１２）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（１６）前記第１の反強磁性材料層が鉄マンガンよりなり、前記第２の反強磁性材料層が酸化ニッケルよりなる、上記（１５）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（１７）前記強磁性材料層の各々が、第１の強磁性材料の層と、前記第１の強磁性材料の層と接触する第２の強磁性材料の薄層とを有するデュアル層構造よりなり、前記第２の強磁性材料の薄層が、前記強磁性材料層と前記非磁性材料層との間の界面に配置される、上記（１１）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（１８）前記第１の強磁性材料がニッケル鉄であり、前記第２の強磁性材料がコバルトである、上記（１７）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（１９）前記第１の層構造の前記第２の強磁性材料層が、反強磁性結合層によって分離される第１および第２の強磁性材料層よりなり、前記第１および第２の強磁性材料層の一方が、前記反強磁性材料層と接触し、前記第１および第２の強磁性材料層の他方が、前記非磁性材料層と接触する、上記（１２）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（２０）前記反強磁性結合層が、ルチニウム，クロム，ロジウム，イリジウム，それらの合金からなるグループから選択される材料である、上記（１９）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（２１）前記第１および第２の強磁性材料層がコバルトよりなり、前記反強磁性結合層がルチニウムよりなる、上記（１９）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（２２）前記反強磁性結合層が、約３Å〜６Åの範囲の厚さを有する、上記（１９）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（２３）デュアル磁気抵抗センサにおいて、
基板を具備し、
前記基板上に形成される第１のスピン・バルブ構造を具備し、
前記第１のスピン・バルブ構造が、非磁性材料層によって分離される第１および第２の強磁性材料層を有し、
前記第２の強磁性材料層の磁化の方向を一定にする手段を具備し、前記磁化の方向を一定にする手段が前記基板と前記第２の強磁性材料層との間にあり、
前記第１の強磁性材料層と接触する前記第１のスピン・バルブ構造上に形成された非磁性の減結合層を具備し、
前記減結合層上に形成される第２のスピン・バルブ構造を具備し、
前記第２のスピン・バルブ構造が、非磁性材料層によって分離される第３および第４の強磁性材料層を有し、前記第３の強磁性材料層が前記減結合層と接触し、
前記第４の強磁性材料層の磁化の方向を一定にする手段を具備し、前記磁化の方向を一定にする手段が前記第４の強磁性材料層と接触し、
前記第１のスピン・バルブ構造の前記第２の強磁性材料層の前記磁化の方向が、前記第２のスピン・バルブ構造の前記第４の強磁性材料層の磁化の方向に対して逆平行の方向に一定となり、
前記磁気抵抗センサを流れる電流を発生する手段を具備し、
前記第１および第３の強磁性材料層の磁化の回転によって、外部磁界に応じた前記デュアル磁気抵抗センサの抵抗率の変化を検知する手段を具備する、
デュアル磁気抵抗センサ。
（２４）前記スピン・バルブ構造の前記第２および第４の強磁性材料層の前記磁化の方向を一定にする手段が、前記第２および第４の強磁性材料層の各々と接触する反強磁性材料層よりなる、上記（２３）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（２５）前記第２の強磁性材料層と接触する前記反強磁性材料層が第１の反強磁性材料よりなり、前記第４の強磁性材料層と接触する前記反強磁性材料層が第２の反強磁性材料よりなり、前記第１および第２の反強磁性材料が異なるネール温度を有する、上記（２４）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（２６）前記第１の反強磁性材料層が鉄マンガンよりなり、前記第２の反強磁性材料層が酸化ニッケルよりなる、上記（２５）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（２７）前記強磁性材料層の各々が、第１の強磁性材料層と、前記第１の強磁性材料層と接触する第２の強磁性材料の薄層とよりなり、前記第２の強磁性材料の薄層が、前記強磁性材料層と前記非磁性材料層との間の界面に配置される、上記（２３）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（２８）前記第１の強磁性材料がニッケル鉄であり、前記第２の強磁性材料がコバルトである、上記（２７）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（２９）前記第１のスピン・バルブ構造の前記第２の強磁性材料層が、反強磁性材料の結合層によって分離される第１および第２の強磁性材料層よりなり、前記第１および第２の強磁性材料層の一方が前記反強磁性材料層と接触し、前記第１および第２の強磁性材料層の他方が前記非磁性材料層と接触する、上記（２４）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（３０）前記反強磁性結合層が、ルチニウム，クロム，ロジウム，イリジウム，それらの合金からなるグループから選択される材料である、上記（２９）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（３１）前記第２の強磁性材料層の前記第１および第２の強磁性材料層がコバルトよりなり、前記反強磁性結合層がルチニウムよりなる、上記（３０）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（３２）デュアル磁気抵抗センサにおいて、
基板を具備し、
前記基板上に形成される第１のスピン・バルブ構造を具備し、
前記第１のスピン・バルブ構造が、非磁性材料層によって分離される第１および第２の強磁性材料層を有し、前記第１の強磁性材料層が前記基板と接触し、
前記第１のスピン・バルブ構造に隣接して形成される第２のスピン・バルブ構造を具備し、
前記第２のスピン・バルブ構造が非磁性材料層によって分離される第３および第４強磁性材料の層を有し、前記第４の強磁性材料層が前記第２の強磁性材料層に隣接し、
前記第２および前記第４の強磁性材料層の磁化の方向を一定にする手段を具備し、前記第２および第４の強磁性材料層の前記磁化を一定にする手段が、前記第２の強磁性材料層と前記第４の強磁性材料層との間に配置され、
前記第２の強磁性材料層の前記磁化の方向が、前記第４の強磁性材料層の磁化の方向に対して逆平行の方向に一定となり、
前記磁気抵抗センサを流れる電流を発生する手段を具備し、
前記第１および第３の強磁性材料層における磁化の回転によって、外部磁界に応じた前記磁気抵抗センサの抵抗率の変化を検知する手段を具備する、
デュアル磁気抵抗センサ。
（３３）前記第２および第４の強磁性材料層の前記磁化の方向を一定にする手段が、前記第２および第４の強磁性材料層と接触する反強磁性体材料層よりなり、前記反強磁性材料が、高い抵抗率を有する、上記（３２）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（３４）前記反強磁性材料層が酸化ニッケルよりなる、上記（３３）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（３５）前記強磁性材料層の各々が、第１の強磁性材料の層と、前記第１の強磁性材料の層と接触する第２の強磁性材料の薄層とを有するデュアル層構造よりなり、前記第２の強磁性材料の薄層が、前記強磁性材料層と前記非磁性材料層との間の界面に配置される、上記（３２）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（３６）前記第１の強磁性材料がニッケル鉄であり、前記第２の強磁性材料がコバルトである、上記（３５）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（３７）前記第２の強磁性材料層が反強磁性結合層によって分離される第１および第２の強磁性材料層よりなり、前記第１および第２の強磁性材料層の一方が前記反強磁性材料層と接触し、前記第１および第２の強磁性材料層の他方が前記非磁性材料層と接触する、上記（３３）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（３８）前記第１および第２の強磁性材料層がコバルトよりなり、前記反強磁性結合層がルチニウムよりなる、上記（３７）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（３９）前記反強磁性結合層が、ルチニウム，クロム，ロジウム，イリジウム，それらの合金からなるグループから選択される材料である、上記（３７）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
（４０）前記反強磁性結合層が約３Å〜６Åの範囲の厚さを有する、上記（３７）に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する磁気ディスク記憶装置の簡単なブロック図である。
【図２】本発明の原理によるデュアル磁気抵抗センサの分解斜視図である。
【図３】図２に示すデュアル磁気抵抗センサの好適な実施例の、センサ空気ベアリング側の端面図である。
【図４】図２に示すデュアル磁気抵抗センサの好適な実施例の、センサ空気ベアリング側の端面図である。
【図５】図２に示すデュアル磁気抵抗センサの好適な実施例の、センサ空気ベアリング側の端面図である。
【図６】図３，４，５に示すデュアル磁気抵抗センサを使用する、差動検出回路のブロック図である。
【図７】本発明の原理によるデュアル磁気抵抗センサの他の実施例の分解斜視図である。
【図８】図７に示すデュアル磁気抵抗センサの実施例のセンサ空気ベアリング側の端面図である。
【図９】図７，８に示すデュアル磁気抵抗センサについて、センサを横断する位置に対する、計算された電流密度を示す、３つの関連するグラフである。
【図１０】図９に示すグラフの一部の拡大図である。
【図１１】本発明の原理によるデュアル磁気抵抗センサの他の実施例の分解斜視図である。
【図１２】図１１に示すデュアル磁気抵抗センサの実施例の、センサ空気ベアリング側の端面図である。
【図１３】図１１，図１２に示すデュアル磁気抵抗センサについて、センサを横断する位置に対する計算された電流密度を示す、３つの関連するグラフである。
【符号の説明】
１２ 磁気ディスク
１３ スライダ
１４ スピンドル
１５ サスペンション
１８ ディスク駆動モータ
１９ アクチュエータ・アーム
２１ 磁気読み取り／書き込みトランスデューサ
２２ ディスク表面
２５ 記録チャンネル
２７ アクチュエータ手段
２９ コントローラ
３０ ＭＲセンサ
３２，３４ スピン・バルブ構造
３１，３９ 自由層
３３，４１ 非磁性スペーサ層
３５，４３ 束縛層
３７，４５ 反強磁性材料層
４７ 絶縁材料層
３８，４４ 矢印
４９，５５ 磁気シールド層
５０ 基板
５１ ギャップ層
５３ 第２のギャップ層
５７，５９ 導電リード線
６１ シード層
６９ 結合層
Claims (32)
- デュアル磁気抵抗センサにおいて、
（イ）反強磁性絶縁スペーサ層（４７）により絶縁されている第１の層構造（３６）及び第２の層構造（３８）と、
前記第１の層構造（３６）が、
前記反強磁性絶縁スペーサ層（４７）に隣接して設けられ、該反強磁性絶縁スペーサ層（４７）により磁化方向が固定される束縛層（６５）と、
該束縛層に隣接する第１の非磁性導電性スペーサ層（３３）と、
該第１の非磁性導電性スペーサ層（３３）に隣接する第１の強磁性自由層（３１）とを具備し、
前記束縛層（６５）は、前記第１の非磁性導電性スペーサ層（３３）に隣接する第２の強磁性体層（６７）と、該第２の強磁性体層（６７）に隣接する反強磁性結合層（６９）と、該反強磁性結合層（６９）及び前記反強磁性絶縁スペーサ層（４７）の間に設けられた第３の強磁性層（７１）を具備し、
前記第２の層構造が、
前記反強磁性絶縁スペーサ層（４７）に、シード層（６３）を介して配置される第２の強磁性自由層（３９）と、
該第２の強磁性自由層（３９）に隣接する第２の非磁性導電性スペーサ層（４１）と、
該第２の非磁性導電性スペーサ層（４１）に隣接する強磁性束縛層（４３）と、
該強磁性束縛層（４３）に隣接し、該強磁性束縛層（４３）の磁化方向を固定する反強磁性層（４５）とを具備し、
前記反強磁性絶縁スペーサ層（４７）が、前記束縛層（６５）の磁化方向を固定し、
前記第１の層構造の束縛層（６５）の磁化方向と前記第２の層構造の強磁性束縛層（４３）の磁化方向とは逆平行であり、
（ロ）前記デュアル磁気抵抗センサの中央活性領域を定めてトラックの幅を定め、前記デュアル磁気抵抗センサの空気ベアリング表面で露出するように、前記第１の層構造及び前記第２の層構造のそれぞれの対向する２つの端部にそれぞれ設けられたリード線（５７，５９）と、
（ハ）前記第１の層構造及び前記第２の層構造のそれぞれにバイアス電流を供給するために、前記第１の層構造の対向する２つの端部に設けられたリード線（５７）と、前記第２の層構造の対向する２つの端部に設けられたリード線（５９）とに接続された電流を発生する手段（８１，８３）と、
（ニ）前記第１の層構造の第１の強磁性自由層（３１）の磁化の回転及び前記第２の層構造の第２の強磁性自由層（３９）の磁化の回転によって、外部磁界に応じた前記デュアル磁気抵抗センサの抵抗率の変化を検知する手段（８５）であって、反対極性の２つの入力を有し、該２つの入力の一方に前記第１の層構造のリード線（５７）の１つが接続され、前記２つの入力の他方に前記第２の層構造のリード線（５９）の１つが接続されている前記検知する手段（８５）とを具備する、
デュアル磁気抵抗センサ。 - 前記第１の層構造の第１の強磁性自由層（３１）が、シード層（６１）を介して、基板（５０）に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のデュアル磁気センサ。
- 前記反強磁性絶縁スペーサ層（４７）の材料が、ＮｉＯであることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のデュアル磁気センサ。
- 前記反強磁性結合層（６９）の材料が、Ｒｕ，Ｃｒ，Ｒｈ及びＩｒからなる群から選択されることを特徴とする、請求項１に記載のデュアル磁気センサ。
- 前記第１層構造の前記束縛層（６５）の第２の強磁性体層（６７）及び前記第３の強磁性層（７１）の材料がＣｏであり、前記反強磁性結合層（６９）の材料がＲｕであることを特徴とする、請求項１に記載のデュアル磁気センサ。
- 前記反強磁性結合層（６９）の厚さが、３オングストローム乃至６オングストロームであることを特徴とする、請求項５に記載のデュアル磁気センサ。
- 前記第１の層構造のリード線（５７）は、該第１の層構造の一方の端部及び他方の端部で、前記束縛層（６５）、前記非磁性導電性スペーサ層（３３）及び前記第１の強磁性自由層（３１）に接して設けられ、前記第２の層構造のリード線（５９）は、該第２の層構造の一方の端部及び他方の端部で、前記第２の強磁性自由層（３９）、前記第２の非磁性導電性スペーサ層（４１）、前記強磁性束縛層（４３）及び前記反強磁性層（４５）に接して設けられている、請求項１に記載のデュアル磁気センサ。
- 前記電流を発生する手段が、前記第１及び第２の層構造の前記リード線に接続された第１及び第２の定電流源を有し、前記検知する手段が差動増幅回路である、請求項１に記載のデュアル磁気センサ。
- （Ａ）データを記録する複数のトラックを有する磁気記憶媒体と、
（Ｂ）磁気抵抗読み取りセンサを有し、前記磁気記憶媒体との間の相対的移動の際前記磁気記憶媒体に対して近接して間隔を置いた位置に保持される磁気トランスデューサとを具備し、
前記磁気抵抗読み取りセンサが、
（イ）反強磁性絶縁スペーサ層（４７）により絶縁されている第１の層構造（３６）及び第２の層構造（３８）と、
前記第１の層構造（３６）が、
前記反強磁性絶縁スペーサ層（４７）に隣接して設けられ、該反強磁性絶縁スペーサ層（４７）により磁化方向が固定される束縛層（６５）と、
該束縛層に隣接する第１の非磁性導電性スペーサ層（３３）と、
該第１の非磁性導電性スペーサ層（３３）に隣接する第１の強磁性自由層（３１）とを具備し、
前記束縛層（６５）は、前記第１の非磁性導電性スペーサ層（３３）に隣接する第２の強磁性体層（６７）と、該第２の強磁性体層（６７）に隣接する反強磁性結合層（６９）と、該反強磁性結合層（６９）及び前記反強磁性絶縁スペーサ層（４７）の間に設けられた第３の強磁性層（７１）を具備し、
前記第２の層構造が、
前記反強磁性絶縁スペーサ層（４７）にシード層（６３）を介して配置された第２の強磁性自由層（３９）と、
該第２の強磁性自由層（３９）に隣接する第２の非磁性導電性スペーサ層（４１）と、
該第２の非磁性導電性スペーサ層（４１）に隣接する強磁性束縛層（４３）と、
該強磁性束縛層（４３）に隣接し、該強磁性束縛層（４３）の磁化方向を固定する反強磁性層（４５）とを具備し、
前記反強磁性絶縁スペーサ層（４７）が、前記束縛層（６５）の磁化方向を固定し、
前記第１の層構造の束縛層（６５）の磁化方向と前記第２の層構造の強磁性束縛層（４３）の磁化方向とは逆平行であり、
（ロ）前記磁気抵抗読み取りセンサの中央活性領域を定めてトラックの幅を定め、前記磁気抵抗読み取りセンサの空気ベアリング表面で露出するように、前記第１の層構造及び前記第２の層構造のそれぞれの対向する２つの端部にそれぞれ設けられたリード線（５７，５９）と、
（ハ）前記第１の層構造及び前記第２の層構造のそれぞれにバイアス電流を供給するために、前記第１の層構造の対向する２つの端部に設けられたリード線（５７）と、前記第２の層構造の対向する２つの端部に設けられたリード線（５９）とに接続された電流を発生する手段（８１，８３）と、
（ニ）前記第１の層構造の第１の強磁性自由層（３１）の磁化の回転及び前記第２の層構造の第２の強磁性自由層（３９）の磁化の回転によって、外部磁界に応じた前記磁気抵抗読み取りセンサの抵抗率の変化を検知する手段（８５）であって、反対極性の２つの入力を有し、該２つの入力の一方に前記第１の層構造のリード線（５７）の１つが接続され、前記２つの入力の他方に前記第２の層構造のリード線（５９）の１つが接続されている前記検知する手段（８５）とを具備し、
（Ｃ）前記磁気トランスデューサに結合され、前記磁気記録媒体上の選択されたトラックに対して前記磁気トランスデューサを移動するアクチュエータ手段と、
（Ｄ）前記磁気抵抗読み取りセンサに結合され、前記磁気抵抗読み取りセンサによって検出される前記磁気記憶媒体に記録されたデータ・ビットを表す磁界に応じた前記磁気抵抗材料の抵抗の変化を検出する検出手段を具備する、
磁気ディスク記録装置。 - 前記第１の層構造の第１の強磁性自由層（３１）が、シード層（６１）を介して、基板（５０）に設けられていることを特徴とする、請求項９に記載の磁気ディスク記録装置。
- 前記反強磁性絶縁スペーサ層（４７）の材料が、ＮｉＯであることを特徴とする、請求項９又は請求項１０に記載の磁気ディスク記録装置。
- 前記反強磁性結合層（６９）の材料が、Ｒｕ，Ｃｒ，Ｒｈ及びＩｒからなる群から選択されることを特徴とする、請求項９に記載の磁気ディスク記録装置。
- 前記第１層構造の前記束縛層（６５）の第２の強磁性体層（６７）及び前記第３の強磁性層（７１）の材料がＣｏであり、前記反強磁性結合層（６９）の材料がＲｕであることを特徴とする、請求項９に記載の磁気ディスク記録装置。
- 前記反強磁性結合層（６９）の厚さが、３オングストローム乃至６オングストロームであることを特徴とする、請求項１３に記載の磁気ディスク記録装置。
- 前記第１の層構造のリード線（５７）は、該第１の層構造の一方の端部及び他方の端部で、前記束縛層（６５）、前記非磁性導電性スペーサ層（３３）及び前記第１の強磁性自由層（３１）に接して設けられ、前記第２の層構造のリード線（５９）は、該第２の層構造の一方の端部及び他方の端部で、前記第２の強磁性自由層（３９）、前記第２の非磁性導電性スペーサ層（４１）、前記強磁性束縛層（４３）及び前記反強磁性層（４５）に接して設けられている、請求項９に記載の磁気ディスク記録装置。
- 前記電流を発生する手段が、前記第１及び第２の層構造の前記リード線に接続された第１及び第２の定電流源を有し、前記検知する手段が差動増幅回路である、請求項９に記載の磁気ディスク記録装置。
- （イ）基板（８７）上に設けられた第１の層構造（９２）、該第１の層構造上に設けられた非磁性絶縁スペーサ（９９）、及び該非磁性絶縁スペーサ上に設けられた第２の層構造（９４）とを具備し、
前記第１の層構造（９２）は、
前記基板上に設けられた第１の反強磁性絶縁層（８９）と、
該第１の反強磁性絶縁層（８９）上に設けられた第１の強磁性束縛層（９３）と、
該第１の強磁性束縛層（９３）上に設けられた第１の非磁性導電性スペーサ層（９５）と、
該第１の非磁性導電性スペーサ層（９５）上に設けられた第１の強磁性自由層（９７）とを具備し、
前記第２の層構造（９４）は、
前記非磁性絶縁スペーサ（９９）上に設けられた第２の強磁性自由層（１０１）と、
該第２の強磁性自由層（１０１）上に設けられた第２の非磁性導電性スペーサ層（１０３）と、
該第２の非磁性導電性スペーサ層（１０３）上に設けられた第２の強磁性束縛層（１０５）と、
該第２の強磁性束縛層（１０５）上に設けられた第２の反強磁性層（１０７）とを具備し、
前記第１の反強磁性絶縁層（８９）が、前記第１の強磁性束縛層（９３）の磁化方向を固定し、
前記第２の反強磁性層（１０７）が、前記第２の強磁性束縛層（１０５）の磁化方向を固定し、前記第１の強磁性束縛層（９３）の磁化方向と前記第２の強磁性束縛層（１０５）の磁化方向とは逆平行であり、
前記第１の層構造の前記第１の強磁性束縛層（９３）だけが、反強磁性結合層（１２３）により分離された２つの強磁性層（１２１，１２５）を具備し、
（ロ）磁気抵抗読み取りセンサの中央活性領域を定めてトラックの幅を定め、前記磁気抵抗読み取りセンサの空気ベアリング表面で露出するように、前記第１の層構造（９２）、前記非磁性絶縁スペーサ（９９）及び前記第２の層構造（９４）の対向する２つの端部にそれぞれ設けられたリード線（１１９）と、
（ハ）前記第１の層構造及び前記第２の層構造のそれぞれにバイアス電流を供給するために、前記２つの端部に設けられたリード線（１１９）に接続された電流を発生する手段（１２９）と、
（ニ）前記第１の層構造の第１の強磁性自由層（９７）の磁化の回転及び前記第２の層構造の第２の強磁性自由層（１０１）の磁化の回転によって、外部磁界に応じた前記磁気抵抗読み取りセンサの抵抗率の変化を検知する手段（１２７）であって、前記２つの端部に設けられたリード線（１１９）に接続されている前記検知する手段（１２７）とを具備する、
デュアル磁気抵抗センサ。 - 前記第１の反強磁性絶縁層（８９）の材料が、ＮｉＯであることを特徴とする、請求項１７に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
- 前記反強磁性結合層（１２３）の材料が、Ｒｕ，Ｃｒ，Ｒｈ及びＩｒからなる群から選択されることを特徴とする、請求項１７に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
- 前記第１の層構造の前記第１の強磁性束縛層（９３）の前記２つの強磁性層（１２１，１２５）の材料がＣｏであり、前記反強磁性結合層（１２３）の材料がＲｕであることを特徴とする、請求項１７に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
- 前記反強磁性結合層（１２３）の厚さが、３オングストローム乃至６オングストロームであることを特徴とする、請求項２０に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
- 前記２つの端部に設けられたリード線（１１９）は、前記第１の層構造（９２）、前記非磁性絶縁スペーサ（９９）及び前記第２の層構造（９４）の対向する一方の端部及び他方の端部で、前記第１の強磁性束縛層（９３）、前記第１の非磁性導電性スペーサ層（９５）、前記第１の強磁性自由層（９７）、前記非磁性絶縁スペーサ（９９）、前記第２の強磁性自由層（１０１）、前記第２の非磁性導電性スペーサ層（１０３）、前記第２の強磁性束縛層（１０５）及び前記第２の反強磁性層（１０７）に接して設けられている、請求項１７に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
- 前記電流を発生する手段が、前記２つの端部に設けられたリード線に接続された定電流源（１２９）である、請求項１７に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
- （Ａ）データを記録する複数のトラックを有する磁気記憶媒体と、
（Ｂ）磁気抵抗読み取りセンサを有し、前記磁気記憶媒体との間の相対的移動の際前記磁気記憶媒体に対して近接して間隔を置いた位置に保持される磁気トランスデューサとを具備し、
前記磁気抵抗読み取りセンサが、
（イ）基板（８７）上に設けられた第１の層構造（９２）、該第１の層構造上に設けられた非磁性絶縁スペーサ（９９）、及び該非磁性絶縁スペーサ上に設けられた第２の層構造（９４）と、
前記第１の層構造（９２）は、
前記基板上に設けられた第１の反強磁性絶縁層（８９）と、
該第１の反強磁性絶縁層（８９）上に設けられた第１の強磁性束縛層（９３）と、
該第１の強磁性束縛層（９３）上に設けられた第１の非磁性導電性スペーサ層（９５）と、
該第１の非磁性導電性スペーサ層（９５）上に設けられた第１の強磁性自由層（９７）とを具備し、
前記第２の層構造（９４）は、
前記非磁性絶縁スペーサ（９９）上に設けられた第２の強磁性自由層（１０１）と、
該第２の強磁性自由層（１０１）上に設けられた第２の非磁性導電性スペーサ層（１０３）と、
該第２の非磁性導電性スペーサ層（１０３）上に設けられた第２の強磁性束縛層（１０５）と、
該第２の強磁性束縛層（１０５）上に設けられた第２の反強磁性層（１０７）とを具備し、
前記第１の反強磁性絶縁層（８９）が、前記第１の強磁性束縛層（９３）の磁化方向を固定し、
前記第２の反強磁性層（１０７）が、前記第２の強磁性束縛層（１０５）の磁化方向を固定し、前記第１の強磁性束縛層（９３）の磁化方向と前記第２の強磁性束縛層（１０５）の磁化方向とは逆平行であり、
前記第１の層構造の前記第１の強磁性束縛層（９３）だけが、反強磁性結合層（１２３）により分離された２つの強磁性層（１２１，１２５）を具備し、
（ロ）前記磁気抵抗読み取りセンサの中央活性領域を定めてトラックの幅を定め、前記磁気抵抗読み取りセンサの空気ベアリング表面で露出するように、前記第１の層構造（９２）、前記非磁性絶縁スペーサ（９９）及び前記第２の層構造（９４）の対向する２つの端部にそれぞれ設けられたリード線（１１９）と、
（ハ）前記第１の層構造及び前記第２の層構造のそれぞれにバイアス電流を供給するために、前記２つの端部に設けられたリード線（１１９）に接続された電流を発生する手段（１２９）と、
（ニ）前記第１の層構造の第１の強磁性自由層（９７）の磁化の回転及び前記第２の層構造の第２の強磁性自由層（１０１）の磁化の回転によって、外部磁界に応じた前記磁気抵抗読み取りセンサの抵抗率の変化を検知する手段（１２７）であって、前記２つの端部に設けられたリード線（１１９）に接続されている前記検知する手段（１２７）とを具備し、
（Ｃ）前記磁気トランスデューサに結合され、前記磁気記録媒体上の選択されたトラックに対して前記磁気トランスデューサを移動するアクチュエータ手段と、
（Ｄ）前記磁気抵抗読み取りセンサに結合され、前記磁気抵抗読み取りセンサによって検出される前記磁気記憶媒体に記録されたデータ・ビットを表す磁界に応じた前記磁気抵抗材料の抵抗の変化を検出する検出手段を具備する、
磁気ディスク記録装置。 - （イ）基板（１２９）上に設けられた第１の層構造（１４２）、該第１の層構造上に設けられた反強磁性絶縁スペーサ（１３７）、及び該反強磁性絶縁スペーサ上に設けられた第２の層構造（１４４）とを具備し、
前記第１の層構造（１４２）は、
前記基板上に設けられた第１の強磁性自由層（１３１）と、
該第１の強磁性自由層（１３１）上に設けられた第１の非磁性導電性スペーサ層（１３３）と、
該第１の非磁性導電性スペーサ層（１３３）上に設けられた第１の強磁性束縛層（１３５）とを具備し、
前記第２の層構造（１４４）は、
前記反強磁性絶縁スペーサ（１３７）上に設けられた第２の強磁性束縛層（１３９）と、
該第２の強磁性束縛層（１３９）上に設けられた第２の非磁性導電性スペーサ層（１４１）と、
該第２の非磁性導電性スペーサ層（１４１）上に設けられた第２の強磁性自由層（１４３）とを具備し、
前記反強磁性絶縁スペーサ（１３７）が、前記第１の強磁性束縛層（１３５）の磁化方向を固定すると共に、前記第２の強磁性束縛層（１３９）の磁化方向を固定し、前記第１の強磁性束縛層（１３５）の磁化方向と前記第２の強磁性束縛層（１３９）の磁化方向とは逆平行であり、
前記第１の層構造の前記第１の強磁性束縛層（１３５）だけが、反強磁性結合層（１５７）により分離された２つの強磁性層（１５５，１５９）を具備し、
（ロ）磁気抵抗読み取りセンサの中央活性領域を定めてトラックの幅を定め、前記磁気抵抗読み取りセンサの空気ベアリング表面で露出するように、前記第１の層構造（１４２）、前記反強磁性絶縁スペーサ（１３７）及び前記第２の層構造（１４４）の対向する２つの端部にそれぞれ設けられたリード線（１４９）と、
（ハ）前記第１の層構造及び前記第２の層構造のそれぞれにバイアス電流を供給するために、前記２つの端部に設けられたリード線（１４９）に接続された電流を発生する手段（１５３）と、
（ニ）前記第１の層構造の第１の強磁性自由層（１３１）の磁化の回転及び前記第２の層構造の第２の強磁性自由層（１４３）の磁化の回転によって、外部磁界に応じた前記磁気抵抗読み取りセンサの抵抗率の変化を検知する手段（１５１）であって、前記２つの端部に設けられたリード線（１４９）に接続されている前記検知する手段（１５１）とを具備する、
デュアル磁気抵抗センサ。 - 前記反強磁性絶縁スペーサ層（１３７）の材料が、ＮｉＯであることを特徴とする、請求項２５に記載のデュアル磁気センサ。
- 前記反強磁性結合層（１５７）の材料が、Ｒｕ，Ｃｒ，Ｒｈ及びＩｒからなる群から選択されることを特徴とする、請求項２５に記載のデュアル磁気センサ。
- 前記第１の層構造の前記強磁性束縛層（１３５）の２つの強磁性体層（１５５，１５９）の材料がＣｏであり、非磁性の前記反強磁性結合層（１５７）の材料がＲｕであることを特徴とする、請求項２５に記載のデュアル磁気センサ。
- 前記反強磁性結合層（１５７）の厚さが、３オングストローム乃至６オングストロームであることを特徴とする、請求項２８に記載のデュアル磁気センサ。
- 前記２つの端部に設けられたリード線（１４９）は、前記第１の層構造（１４２）、前記反強磁性絶縁スペーサ（１３７）及び前記第２の層構造（１４４）の対向する一方の端部及び他方の端部で、前記第１の強磁性自由層（１３１）、前記第１の非磁性導電性スペーサ層（１３３）、前記第１の強磁性束縛層（１３５）、前記反強磁性絶縁スペーサ（１３７）、前記第２の強磁性束縛層（１３９）、前記第２の非磁性導電性スペーサ層（１４１）及び前記第２の強磁性自由層（１４３）に接して設けられている、請求項２５に記載のデュアル磁気抵抗センサ。
- 前記電流を発生する手段が、前記２つの端部に設けられたリード線に接続された定電流源（１５３）である、請求項２５に記載のデュアル磁気センサ。
- （Ａ）データを記録する複数のトラックを有する磁気記憶媒体と、
（Ｂ）磁気抵抗読み取りセンサを有し、前記磁気記憶媒体との間の相対的移動の際前記磁気記憶媒体に対して近接して間隔を置いた位置に保持される磁気トランスデューサとを具備し、
前記磁気抵抗読み取りセンサが、
（イ）基板（１２９）上に設けられた第１の層構造（１４２）、該第１の層構造上に設けられた反強磁性絶縁スペーサ（１３７）、及び該反強磁性絶縁スペーサ上に設けられた第２の層構造（１４４）と、
前記第１の層構造（１４２）は、
前記基板上に設けられた第１の強磁性自由層（１３１）と、
該第１の強磁性自由層（１３１）上に設けられた第１の非磁性導電性スペーサ層（１３３）と、
該第１の非磁性導電性スペーサ層（１３３）上に設けられた第１の強磁性束縛層（１３５）とを具備し、
前記第２の層構造（１４４）は、
前記反強磁性絶縁スペーサ（１３７）上に設けられた第２の強磁性束縛層（１３９）と、
該第２の強磁性束縛層（１３９）上に設けられた第２の非磁性導電性スペーサ層（１４１）と、
該第２の非磁性導電性スペーサ層（１４１）上に設けられた第２の強磁性自由層（１４３）とを具備し、
前記反強磁性絶縁スペーサ（１３７）が、前記第１の強磁性束縛層（１３５）の磁化方向を固定すると共に、前記第２の強磁性束縛層（１３９）の磁化方向を固定し、前記第１の強磁性束縛層（１３５）の磁化方向と前記第２の強磁性束縛層（１３９）の磁化方向とは逆平行であり、
前記第１の層構造の前記第１の強磁性束縛層（１３５）だけが、反強磁性結合層（１５７）により分離された２つの強磁性層（１５５，１５９）を具備し、
（ロ）前記磁気抵抗読み取りセンサの中央活性領域を定めてトラックの幅を定め、前記磁気抵抗読み取りセンサの空気ベアリング表面で露出するように、前記第１の層構造（１４２）、前記反強磁性絶縁スペーサ（１３７）及び前記第２の層構造（１４４）の対向する２つの端部にそれぞれ設けられたリード線（１４９）と、
（ハ）前記第１の層構造及び前記第２の層構造のそれぞれにバイアス電流を供給するために、前記２つの端部に設けられたリード線（１４９）に接続された電流を発生する手段（１５３）と、
（ニ）前記第１の層構造の第１の強磁性自由層（１３１）の磁化の回転及び前記第２の層構造の第２の強磁性自由層（１４３）の磁化の回転によって、外部磁界に応じた前記磁気抵抗読み取りセンサの抵抗率の変化を検知する手段（１５１）であって、前記２つの端部に設けられたリード線（１４９）に接続されている前記検知する手段（１５１）とを具備し、
（Ｃ）前記磁気トランスデューサに結合され、前記磁気記録媒体上の選択されたトラックに対して前記磁気トランスデューサを移動するアクチュエータ手段と、
（Ｄ）前記磁気抵抗読み取りセンサに結合され、前記磁気抵抗読み取りセンサによって検出される前記磁気記憶媒体に記録されたデータ・ビットを表す磁界に応じた前記磁気抵抗材料の抵抗の変化を検出する検出手段を具備する、
磁気ディスク記録装置。
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