JP3629449B2 - スピン・バルブ（ｓｖ）磁気抵抗センサ、磁気読取り／書込みヘッドおよびディスク・ドライブ・システム - Google Patents
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関連出願
ＧＩＡＮＴ ＭＡＧＮＥＴＯＲＥＳＩＳＴＩＶＥ ＳＥＮＳＯＲ ＷＩＴＨ Ａ ＨＩＧＨ ＲＥＳＩＳＴＩＶＩＴＹ ＦＲＥＥ ＬＡＹＥＲ（高抵抗率フリー層を有する巨大磁気抵抗センサ）という名称の米国特許出願番号０９／６２９７７９（出願人整理番号ＳＪ０９−１９９９−０２０８ＵＳ１）は、本発明と同じ日（２０００年７月３１日）に出願され、共通の譲受人の所有になり、同じ発明者によっている。
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、磁気媒体から情報信号を読み取るための巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサに関し、より詳細には、固有一軸（単軸）異方性の小さい逆平行結合されたフリー層を有するスピン・バルブ・センサに関し、さらにそのようなセンサを組み込んだ磁気記憶システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
データを書き込むことが可能であり、さらに後で使用するためにデータを読み取ることができる媒体を有する補助メモリ記憶装置を、コンピュータが含むことが多い。回転磁気ディスクを内蔵する直接アクセス記憶装置（ディスク・ドライブ）は、一般に、ディスク表面に磁気の形でデータを格納するために使用される。データは、ディスク表面上の、半径方向に間隔を開けて配列された同心のトラックに記録される。それから、読取りセンサを含む磁気ヘッドを使用して、ディスク表面上のトラックからデータが読み取られる。
【０００３】
大容量ディスク・ドライブでは、一般にＭＲセンサと呼ばれる磁気抵抗（ＭＲ）読取りセンサが広く普及している読取りセンサである。その理由は、ＭＲセンサは、薄膜誘導ヘッドに比べて大きなトラック密度および線密度のディスクの表面からデータを読み取ることができるからである。ＭＲ層で感知される磁束の強さおよび方向に応じたＭＲ感知層（「ＭＲ素子」とも呼ばれる）の抵抗の変化を通して、ＭＲセンサは磁場を検出する。
【０００４】
従来のＭＲセンサは、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果に基づいて動作している。異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果では、ＭＲ素子の抵抗は、ＭＲ素子の磁化とＭＲ素子を流れる感知電流の方向との間の角度のコサインの２乗で変化する。記録された磁気媒体からの外部磁界によってＭＲ素子の磁化の方向の変化が生じ、それによって、今度は、ＭＲ素子の抵抗の変化が起り、さらに感知電流または電圧の対応する変化が起こるので、磁気媒体から記録されたデータを読み出すことができる。
【０００５】
他の種類のＭＲセンサは、ＧＭＲ効果を現す巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサである。ＧＭＲセンサでは、非磁性層（スペーサ）で分離された磁性層の間での伝導電子のスピン依存伝導、および、磁性層と非磁性層の界面および磁性層内で起こる付随したスピン依存散乱に応じて、ＭＲ感知層の抵抗が変化する。
【０００６】
非磁性材料（例えば、銅）の層で分離された２層だけの強磁性材料（例えば、Ｎｉ−Ｆｅ）を使用するＧＭＲセンサは、一般に、スピン・バルブ（ＳＶ）センサと呼ばれ、ＳＶ効果を表す。図１は、中央領域１０２で分離された端部領域１０４および１０６を含む従来技術のＳＶセンサ１００を示す。ピンド層１２０と呼ばれる第１の強磁性層の磁化は、一般に、反強磁性（ＡＦＭ）層１２５との交換結合によって固定されている（ピン止めされている）。フリー層１１０と呼ばれる第２の強磁性体層の磁化は、固定されていなくて、記録された磁性媒体からの磁界（信号磁界）に応答して自由に回転する。フリー層１１０は、非磁性電気伝導スペーサ層１１５でピンド層１２０から分離されている。端部領域１０４および１０６にそれぞれ形成されたリード線１４０および１４５は、ＳＶセンサ１００の抵抗を感知するための電気接続を実現する。本明細書に関係するＩＢＭ社の米国特許第５，２０６，５９０号は、ＧＭＲ効果に基づいて動作するＳＶセンサを開示している。
【０００７】
ＳＶセンサの他の種類は、逆平行（ＡＰ）ピンＳＶセンサである。ＡＰピンＳＶセンサでは、ピンド層は非磁性結合層で分離された２つの強磁性層からなる積層構造であり、その２つの強磁性層の磁化が、逆平行方向に反強磁性的に互いに強く結合されるようになっている。図１のＳＶセンサのピンド層構造で達成される交換結合に比べて、ＡＰピンＳＶセンサは、積層ピンド層構造との反強磁性（ＡＦＭ）層の改良された交換結合を実現する。この改良された交換結合によって、高温でのＡＰピンＳＶセンサの安定性が向上し、それによって、ＮｉＯのような腐食耐性のある電気絶縁反強磁性材料をＡＦＭ層に使用することができるようになる。
【０００８】
図２を参照して、ＡＰピンＳＶセンサ２００は、非磁性電気伝導スペーサ層２１５で積層ＡＰピンド層構造２２０から分離されたフリー層２１０を含む。積層ＡＰピンド層構造２２０の磁化は、ＡＦＭ層２３０で固定されている。積層ＡＰピン構造２２０は、非磁性材料（通常、ルテニウム（Ｒｕ））の逆平行結合（ＡＰＣ）層２２４で分離された第１の強磁性層２２６と第２の強磁性層２２２を含む。積層ＡＰピンド層構造２２０内の２つの強磁性層２２６、２２２（ＦＭ１およびＦＭ２）は、矢印２２７、２２３で示されるように（矢印は、それぞれ紙面から出るように、および紙面に入るように向いている）、逆平行方向に向いた磁化方向を有する。
【０００９】
大記憶容量ディスク・ドライブに関する要求を満たすために磁気記憶密度が増すにつれて、信号リードバック・システムの感度および信号対雑音特性を向上させるために、かつフリー層の厚さを減少してより高い面積密度の要求を満たすために、ＳＶセンサのＧＭＲ係数を大きくすることがますます重要になっている。スペーサ層およびスペーサ層とのピンド層界面およびスペーサ層界面の周りの感知電流分路によって、ＧＭＲ係数が減少する結果になる。その理由は、ＧＭＲ効果を生じさせるスピン依存散乱の大部分はこの領域で起こるからである。ＳＶセンサのフリー層は、通常、Ｃｏ−Ｆｅ層およびＮｉ−Ｆｅ層で構成される。Ｃｏ−Ｆｅは大きなＧＭＲ係数を得るために使用され、Ｎｉ−Ｆｅは軟磁性特性を有するフリー層を実現するために使用される。しかし、Ｎｉ−Ｆｅは低電気抵抗率を有し、このことは感知電流分路に寄与して、ＧＭＲ係数の減少をもたらす。高面積密度の用途のために、フリー層厚さを減少することは、磁気特性の低下およびＧＭＲ係数の減少をもたらす。逆平行結合された構造をフリー層に使用することは、磁気特性およびＧＭＲ係数を低下させることなく、フリー層の磁気的な厚さを減少させる方法である。しかし、フリー層の固有一軸異方性Ｈｋは逆平行結合によって大きくなり、この構造はフリー層への応用にとって魅力のないものになっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、フリー層のＨｋを非常に小さい値に維持しながら、フリー層の厚さを減らし、感知電流分路を減少させ、さらにスピン・バルブ・センサのＧＭＲ係数を増大させるように、逆平行結合されたフリー層を改良する必要がある。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、小さな固有一軸異方性Ｈｋを持つ逆平行（ＡＰ）結合されたフリー層を有するスピン・バルブ・センサを開示することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、高電気抵抗率で軟強磁性である材料のフリー層を有するスピン・バルブ・センサを開示することである。
【００１３】
本発明のさらに他の目的は、強磁性フリー層で電流分路を減少させることによってＧＭＲ係数が改良されたスピンバルブセンサを開示することである。
【００１４】
本発明の他の目的は、ルテニウム（Ｒｕ）の反強磁性結合層で分離されたＣｏ−Ｆｅの第３の強磁性層とＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏの第４の強磁性層とを含んだＡＰ結合されたフリー層を有するスピン・バルブ・センサを開示することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の原理に従って、ＡＰピンド層、積層のＡＰ結合されたフリー層、およびＡＰピンド層とフリー層の間に挟まれた非磁性電気伝導スペーサ層を有するスピン・バルブ（ＳＶ）・センサが開示される。ＡＰピンド層は、逆平行結合（ＡＰＣ）層で分離された第１の強磁性層と第２の強磁性層を含む。ＡＰ結合されたフリー層は、スペーサ層に隣接したＣｏ−Ｆｅの第３の強磁性層、および逆平行結合（ＡＰＣ）層で第３の強磁性層から分離されたＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏの第４の強磁性層を含む。センサのＡＦＭアニール・プロセス段階で、Ｃｏ−Ｆｅ層の容易軸は横向きになるが、一方で、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏの容易軸は、このナノ結晶材料の高い熱安定性のために、縦向きのままである。Ｃｏ−Ｆｅ層の容易軸とＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ材料の容易軸の間の９０度の角度によって、結果として、ＡＰ結合されたフリー層のＨｋが非常に小さくなる。第４の強磁性層のＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ材料は高い抵抗率を有し、フリー層による感知電流分路が減少する結果になる。さらに、第４の強磁性層の金属酸化膜材料は、電子の鏡面散乱を引き起こすことが知られている。感知電流分路の減少および電子の鏡面散乱は両方ともＳＶセンサのＧＭＲ係数を改良するのに寄与する。
【００１６】
次の図面において、図面全体を通して、同じ参照数字は、同じまたは類似の部分を示す。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図３を参照して、本発明を具体化するディスク・ドライブ３００を示す。図３に示すように、少なくとも１つの回転可能磁気ディスク３１２は、スピンドル３１４で支えられ、ディスク・ドライブ・モータ３１８によって回転する。各ディスク上の磁気記録媒体は、ディスク３１２上の、環状パターンの形をした同心のデータ・トラック（図示しない）である。
【００１８】
少なくとも１つのスライダ３１３がディスク３１２に位置付けされ、各スライダ３１３が１つまたは複数の磁気読取り／書込みヘッド３２１を支持する。ここで、ヘッド３２１は本発明のＳＶセンサを組み込んでいる。ディスクが回転するときに、所望のデータが記録されているディスクの様々な部分にヘッド３２１がアクセスするように、スライダ３１３が、ディスク表面３２２を半径方向に内にまた外に向かって移動する。各スライダ３１３は、サスペンション３１５でアクチュエータ・アーム３１９に取り付けられている。サスペンション３１５は、僅かなばね力を加え、そのばね力によって、スライダ３１３はディスク表面３２２から片寄っている。各アクチュエータ・アーム３１９はアクチュエータ３２７に取り付けられている。図３に示すようなアクチュエータはボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）である可能性がある。ＶＣＭは、固定磁界内で移動可能なコイルを含み、そのコイル移動の方向および速さは、制御器３２９で供給されるモータ電流信号で制御される。
【００１９】
ディスク記憶システムの動作時に、ディスク３１２の回転によって、スライダ３１３（ヘッド３２１を含み、ディスク３１２の表面に面するスライダ３１３の表面は、エア・ベアリング表面（ＡＢＳ）と呼ばれる）とディスク表面３２２との間にエア・ベアリングが生成され、そのエア・ベアリングはスライダに上向きの力または浮力を及ぼす。このようにして、エア・ベアリングは、サスペンション３１５の僅かなばね力を釣り合わせ、通常動作中に、実質的に一定の小さな間隔だけスライダ３１３をディスク表面から離して僅かに上で支持する。
【００２０】
ディスク記憶システムの様々な構成要素は、アクセス制御信号および内部クロック信号のような制御ユニット３２９で生成された制御信号で動作を制御される。一般に、制御ユニット３２９は、論理制御回路、記憶チップおよびマイクロプロセッサを含む。制御ユニット３２９は、線３２３の駆動モータ制御信号および線３２８のヘッド位置制御信号およびシーク制御信号のような、様々なシステム動作を制御する制御信号を生成する。線３２８の制御信号は、ディスク３１２上の所望のデータ・トラックにスライダ３１３を最適に移動し位置付けするための所望の電流プロファイルを供給する。読取りおよび書込み信号は、記録チャネル３２５を用いて、読取り／書込みヘッド３２１に、また読取り／書込みヘッドから伝えられる。記録チャネル３２５は、部分応答最尤（ＰＲＭＬ）チャネルまたはピーク検出チャネルである可能性がある。両方のチャネルの設計および実現は、当技術分野では、また当業者にはよく知られている。好ましい実施形態では、記録チャネル３２５はＰＲＭＬチャネルである。
【００２１】
一般的な磁気ディスク記憶システムについての上の説明および図３の添付の例証は説明の目的だけのものである。ディスク記憶システムは多数のディスクおよびアクチュエータ・アームを含む可能性があり、さらに各アクチュエータ・アームはいくつかのスライダを支持する可能性があることは当然明らかである。
【００２２】
図４は、書込みヘッド部４０２および読取りヘッド部４０４を含む「ピギーバック」磁気読取り／書込みヘッド４００の側部断面正面図である。その読取りヘッド部は、本発明によるスピン・バルブ（ＳＶ）・センサ４０６を使用する。ＳＶセンサ４０６は、非磁性で絶縁性の第１の読取りギャップ層４０８と第２の読取りギャップ層４１０の間に挟まれており、それらの読取りギャップ層は強磁性の第１の遮蔽層４１２と第２の遮蔽層４１４の間に挟まれている。外部磁界に応答して、ＳＶセンサ４０６の抵抗が変化する。センサを通って伝導されるセンサ電流Ｉｓによって、この抵抗変化は電位変化として現れるようになる。それから、この電位変化は、図３に示すデータ記録チャネル３４６の処理回路によって、リードバック信号として処理される。
【００２３】
磁気読取り／書込みヘッド４００の書込みヘッド部４０２は、第１の絶縁層４１８と第２の絶縁層４２０の間に挟まれたコイル層４１６を含む。コイル層４１６によって生じる第２の絶縁層４２０の小さな起伏を無くするようにヘッドを平坦化するために、第３の絶縁層４２２が使用される可能性がある。第１、第２および第３の絶縁層は、当技術分野では、絶縁スタックと呼ばれる。コイル層４１６および第１、第２および第３の絶縁層４１８、４２０および４２２は、第１の磁極片層４２４と第２の磁極片層４２６との間に挟まれている。第１および第２の磁極片層４２４と４２６は、後のギャップ４２８で磁気的に結合されており、ＡＢＳ４４０で書込みギャップ層４３４によって分離された第１の磁極端４３０と第２の磁極端４３２を有する。絶縁層４３６は、第２の遮蔽層４１４と第１の磁極片層４２４の間にある。第２の遮蔽層４１４および第１の磁極片層４２４は別個の層なので、この読取り／書込みヘッドは「ピギーバック」ヘッドとして知られている。
【００２４】
図５は、第２の遮蔽層４１４と第１の磁極片層４２４が共通の層であることを除いては、図４と同じである。この種の読取り／書込みヘッドは、「併合型」ヘッド５００として知られている。図４のピギーバックヘッドの絶縁層４３６は、図５の併合型ヘッド５００では省略される。
【００２５】
図６は、本発明の実施形態に従った逆平行（ＡＰ）ピン・スピン・バルブ（ＳＶ）・センサ６００のエア・ベアリング表面（ＡＢＳ）の比例拡大でない図を示す。そのＳＶセンサ６００は、中央領域６０６で互いに分離された端部領域６０２および６０４を含む。基板６０８は、ガラス、半導体材料、またはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のようなセラミック材料を含んだ任意の適当な物質であることができる。シード層６１０は、その次にくる層の結晶学的な構造または粒度を変えるために堆積される層であり、その次の層の材料に依存して必要とされない可能性がある。ＳＶセンサ６００の実施形態の場合、シード層６１０は、基板に堆積された３層のシード層構造を含む。第１、第２および第３の部分（サブ）層６１２、６１４および６１６が基板６０８に順次堆積される。反強磁性（ＡＦＭ）層６２０は、所望の交換特性が得られる厚さで、一般に１００〜５００Å、第３の部分層６１２全体にわたって堆積される。積層されたＡＰピンド層６２２は、中央領域６０６内のＡＦＭ層６２０の上に形成される。ＡＰピンド層６２２は、第１の強磁性層（ＦＭ１）６２４、第２の強磁性層（ＦＭ２）６２８、およびＦＭ１層６２４とＦＭ２層６２８の間に配置された逆平行結合（ＡＰＣ）層６２６を含む。ＡＰＣ層は、ＦＭ１層６２４とＦＭ２層６２８が反強磁性的に強く結合されるようにする非磁性層で、好ましくはルテニウム（Ｒｕ）で、形成される。積層のＡＰ結合されたフリー層（フリーな強磁性層）６３２は、第３の強磁性層（ＦＭ３）６３４、第４の強磁性層（ＦＭ４）６３６および第３の強磁性層６３４と第４の強磁性層６３６の間に配置されたＡＰＣ層６３５を含み、非磁性電気伝導スペーサ層６３０でＡＰピンド層６２２から分離されている。外部磁界の無い場合、フリー層６３２の磁化は、ＡＰ結合された第３の強磁性層６３４と第４の強磁性層６３６の磁化をそれぞれ表す矢印６３３および６３７で示すように、ＡＢＳに平行であるのが好ましい。フリー層６３２の上に形成されたキャップ層６３８によって、ＳＶセンサ６００の中央領域６０６が完成される。
【００２６】
本実施形態では、キャップ層６３８は、タンタル（Ｔａ）で形成されている。もしくは、キャップ層６３８は、フリー層６３２の上に形成された銅（Ｃｕ）の第１の部分層とその銅（Ｃｕ）の第１の部分層の上に形成されたタンタル（Ｔａ）の第２の部分層とで形成された２層のキャップ層である可能性がある。フリー層の上に銅層が存在することで、スピン・フィルタ効果によってＳＶセンサの磁気抵抗が大きくなることが知られている。
【００２７】
ＳＶセンサ６００は、端部領域６０２と６０４にそれぞれ形成されたバイアス層６４０と６４２をさらに含み、これによって、フリー層内に単一磁気ドメイン状態を保証するように、フリー層６３２に長さ方向のバイアス磁界を加える。また、リード線層６４４および６４６が、それぞれ端部領域６０２および６０４に堆積されて、電流源６５０からＳＶセンサ６００への感知電流Ｉｓの流れに電気接続を与える。リード線６４４および６４６に電気的に接続された信号検出器６６０は、外部磁界（例えば、ディスクの格納されたデータ・ビットで生成される磁界）によってフリー層６３２内に誘起された変化による抵抗の変化を感知する。外部磁界は、ＡＢＳに垂直にピン止めされているのが好ましいピンド層６２２の磁化の方向に対して、フリー層６３２の磁化の方向を回転させるように作用する。信号検出器６６０は、ＳＶセンサ６００で検出された信号を処理するための部分応答最尤（ＰＲＭＬ）記録チャネルを含むのが好ましい。もしくは、ピーク検出チャネルまたは最尤チャネル（例えば、１，７ＭＬ）が使用される可能性がある。前記のチャネルの設計および実現は当業者には知られている。また、信号検出器６６０は、当業者には知られているように感知された抵抗変化を条件付けするために、前置増幅器（センサとチャネルの間に電気的に配置されている）のような他の支援回路を含む。
【００２８】
ＳＶセンサ６００は、図６に示す多層構造を順次に堆積するために、マグネトロン・スパッタリング・システムまたはイオン・ビーム・スパッタリング・システムで製造される。スパッタ堆積プロセスは、約４０Ｏｅの縦方向の磁界が存在する状態で行われる。厚さ約３０ÅのＡｌ２Ｏ３の第１の部分層６１２、厚さ約３０ÅのＮｉＭｎＯの第２の部分層６１４、および厚さ約３５Åのタンタル（Ｔａ）の第３の部分層６１６を順次に堆積して、シード層６１０が基板６０８の上に形成される。約２００Åの厚さのＰｔ−Ｍｎで形成されたＡＦＭ層６２０が、シード層６１０の第３の部分層６１６の上に堆積される。
【００２９】
ＡＰピンド層６２２、スペーサ層６３０、積層のＡＰ結合されたフリー層６３２、およびキャップ層６３８は、中央領域６０６内のＡＦＭ層６２０の上に順次に堆積される。厚さ約１７ÅのＣｏ−ＦｅのＦＭ１層６２４が、ＡＦＭ層６２０の上に堆積される。厚さ約８ÅのルテニウムのＡＰＣ層６２６が、ＦＭ１層６２４の上に堆積される。厚さ約２６ÅのＣｏ−ＦｅのＦＭ２層６２８が、ＡＰＣ層６２６の上に堆積される。
【００３０】
非磁性伝導スペーサ層６３０が、ＦＭ２層６２８の上に堆積された厚さ約２１Åの銅（Ｃｕ）で形成される。もしくは、スペーサ層６３０は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）で、またはＣｕ、ＡｇおよびＡｕの合金で形成される可能性がある。積層のＡＰ結合されたフリー層６３２は、スペーサ層６３０の上に堆積された厚さ１０〜２０Åの範囲の、好ましくは１５Åの、Ｃｏ−ＦｅのＦＭ３層６３４、ＦＭ３層６３４の上に堆積された厚さ約８ÅのルテニウムのＡＰＣ層６３５、および、ＡＰＣ層６３５の上に堆積された厚さ１０〜２０Åの範囲の、好ましくは１５Åの、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−ＯのＦＭ４層６３６を含む。キャップ層６３８は、フリー層６３２のＦＭ４層６３８の上に堆積された厚さ約５０ÅのＴａで形成される。
【００３１】
中央部６０６の堆積が完了した後で、ＡＢＳに対して横方向に向けられた約８００Ｏｅの磁界が存在する状態で、センサをアニールし、それから、まだ磁界内にある間に冷却して、ＡＢＳに対して横向きの積層ＡＰピンド層６２２とのＡＦＭ層６２０の交換結合を設定する。ＦＭ１層６２４は、ＡＦＭ層６２０の表面と接続（インターフェイス）する表面を有し、その結果、ＡＦＭ層は、ＡＢＳに対して垂直でＡＢＳから離れる方向にＦＭ１層６２４の磁気モーメント６２５を固定する（図６で、紙面の方に向いている矢の尾部で表される）。ＦＭ１層６２４の磁化は、ＡＦＭ層６２０との交換結合でこの方向にピン止めされる。ＡＰＣ層６２６は非常に薄い（約８Å）ので、ＦＭ１層６２４とＦＭ２層６２８の間の反強磁性交換結合が可能になる。したがって、ＦＭ２層６２８の磁化６２９（紙面から外に向いている矢の頭部で表される）は、ＦＭ１層６２４の磁化６２５に対して反対方向に、すなわちＡＢＳに垂直でＡＢＳに向いている。もしくは、ＦＭ１層６２４の磁化６２５は、反対方向（ＡＢＳに対して垂直でＡＢＳから離れる方向）に設定される可能性があり、その結果、磁化６２５が紙面から外に向く。そのときに、ＦＭ２層６２８の磁化６２９は、ＡＰＣ層６２６を横切った逆平行結合のために紙面の方に向いている。
【００３２】
本発明の新規な特徴は、ＡＰ結合されたフリー層６３２のＦＭ４層６３６を形成するためにＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏを使用することである。Ｃｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ材料は、そのナノ結晶構造のために高い熱安定性を持つことが知られており、その結果、ＡＢＳに対して横向きのＡＰピンド層６２２とのＰｔ−ＭｎのＡＦＭ層６２０の交換結合を設定するために使用される横向き用アニール・プロセスで、ＦＭ４層６３６のＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ材料の磁化容易軸はその縦方向から回転しない。しかし、横向き用アニール・プロセスで、ＦＭ３層６３４の熱安定性の低いＣｏ−Ｆｅ材料の磁化容易軸は横向きになる。結果として、ＡＰ結合されたフリー層６３２のＦＭ３層およびＦＭ４層の正味の固有一軸異方性Ｈｋは小さくなる。強磁性Ｃｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ材料は、非常に高い電気抵抗率（＞４００μｏｈｍ−ｃｍ）を持ち、かつ軟磁性特性（保磁力Ｈｃ＜５Ｏｅで固有一軸異方性Ｈｋ＜１０Ｏｅ）を持つことが知られている。軟磁性特性は、フリー層６３２が信号磁界に応答して自由に回転できるようにすることで重要である。ＦＭ４層６３６が高抵抗であることで、フリー層６３２のこの部分層を流れる感知電流の流れが減少し、結果として、スペーサ層６３０およびスペーサ層を接続する強磁性層内の感知電流の流れが増加するようになる。このスペーサ層を接続する強磁性層で、ＧＭＲ効果をもたらすスピン依存散乱プロセスが最も効果的である。高抵抗率に加えて、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ材料は、電子の鏡面反射を起こすことが知られている金属酸化物である。電子は、金属酸化材料で鏡面的に反射されて、フリー層に向かって戻され、そのフリー層で引き続いてＧＭＲ効果を増大する。感知電流分路の減少と金属酸化物内に散乱される電子の鏡面反射との結合効果により、スピン・バルブ・センサ６００のＧＭＲ係数が増加することになる。
【００３３】
Ｃｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ材料の高電気抵抗率および低一軸異方性は、ナノ粒度の結晶構造による。望ましい材料の組成範囲は、原子パーセントで（Ｃｏａ−Ｆｅｂ）ｘ−Ｈｆｙ−Ｏｚと表すことができる。ここで、４０％≦ｘ≦７０％、５％≦ｙ≦２５％、２０％≦ｚ≦４０％、７０％≦ａ≦９５％、５％≦ｂ≦３０％、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００％、およびａ＋ｂ＝１００％である。好ましい組成は、（Ｃ９０−Ｆｅ１０）６０−Ｈｆ１０−Ｏ３０である。
【００３４】
積層フリー層６３２のＦＭ３層６３４は、原子パーセントでＣｏａ−Ｆｅｂと表される組成範囲を持つＣｏ−Ｆｅで作られる。ここで、７０％≦ａ≦９５％、および５％≦ｂ≦３０％、およびａ＋ｂ＝１００％である。好ましい組成は、Ｃｏ９０−Ｆｅ１０である。
【００３５】
当業者には明らかであろうが、本発明のＡＰ結合されたフリー層は、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）センサ磁気抵抗装置のフリー層として使用して、ＡＰ結合から得られるフリー層の磁気的な厚さの減少および本フリー層材料と構造による感度向上の利点が得られる可能性がある。
【００３６】
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。
【００３７】
（１）反強磁性（ＡＦＭ）層と、
前記ＡＦＭ層に隣接し、前記ＡＦＭ層によってその磁化方向が固定されているピンド層と、
逆平行（ＡＰ）結合されたフリー層とを備えるスピン・バルブ磁気抵抗センサであって、前記逆平行（ＡＰ）結合されたフリー層が、
第３の強磁性層と、
高電気抵抗率材料の第４の強磁性層と、
前記第３の強磁性層と前記第４の強磁性層との間に配置された逆平行結合層と、
前記ピンド層と前記第３の強磁性層の間に配置された非磁性電気伝導性材料のスペーサ層とを備えるスピン・バルブ（ＳＶ）磁気抵抗センサ。
（２）前記第４の強磁性層がＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏで作られている上記（１）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（３）前記第３の強磁性層がＣｏ−Ｆｅで作られている上記（１）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（４）前記第４の強磁性層が、（Ｃｏ９０−Ｆｅ１０）６０−Ｈｆ１０−Ｏ３０で作られている上記（１）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（５）前記第４の強磁性層が、原子パーセントで表された（Ｃｏａ−Ｆｅｂ）ｘ−Ｈｆｙ−Ｏｚで作られ、ここで、４０％≦ｘ≦７０％、５％≦ｙ≦２５％、２０％≦ｚ≦４０％、７０％≦ａ≦９５％、５％≦ｂ≦３０％、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００％、およびａ＋ｂ＝１００％である上記（１）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（６）前記第３の強磁性層が、原子パーセントで表されたＣｏａ−Ｆｅｂで作られ、ここで、７０％≦ａ≦９５％、および５％≦ｂ≦３０％、およびａ＋ｂ＝１００％である上記（１）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（７）前記ＡＰＣ層がルテニウムで作られている上記（１）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（８）前記第３の強磁性層の磁化容易軸が、前記第４の強磁性層の磁化容易軸に対して実質的に垂直な方向を有する上記（１）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（９）前記ＡＦＭ層がＰｔ−Ｍｎで作られている上記（１）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（１０）前記ピンド層が、
前記ＡＦＭ層に隣接した第１の強磁性層と、
前記スペーサ層に隣接した第２の強磁性層と、
前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層の間に配置された逆平行結合（ＡＰＣ）層とをさらに含む上記（１）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（１１）前記第３の強磁性層がＣｏ−Ｆｅで作られている上記（１０）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（１２）前記第３の強磁性層が、原子パーセントで表されたＣｏａ−Ｆｅｂで作られ、ここで、７０％≦ａ≦９５％、および５％≦ｂ≦３０％、およびａ＋ｂ＝１００％である上記（１０）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（１３）前記第４の強磁性層が、（Ｃｏ９０−Ｆｅ１０）６０−Ｈｆ１０−Ｏ３０で作られている上記（１０）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（１４）前記第４の強磁性層が、原子パーセントで表された（Ｃｏａ−Ｆｅｂ）ｘ−Ｈｆｙ−Ｏｚで作られ、ここで、４０％≦ｘ≦７０％、５％≦ｙ≦２５％、２０％≦ｚ≦４０％、７０％≦ａ≦９５％、５％≦ｂ≦３０％、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００％、およびａ＋ｂ＝１００％である上記（１０）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（１５）前記第４の強磁性層が、前記第３の強磁性層と同じ厚さを持つ上記（１０）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（１６）前記ＡＦＭ層がＰｔ−Ｍｎで作られている上記（１０）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（１７）反強磁性（ＡＦＭ）層と、
前記ＡＦＭ層に隣接した第１の強磁性層、第２の強磁性層、および、前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層の間に配置された逆平行結合（ＡＰＣ）層を備えた、前記ＡＦＭ層に隣接する逆平行（ＡＰ）ピンド層と、
第３の強磁性層、高電気抵抗率材料の第４の強磁性層、および、前記第３の強磁性層と前記第４の強磁性層との間に配置されたＡＰＣ層を備えた、ＡＰ結合されたフリー層と、
前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層の間に配置された非磁性電気伝導性材料のスペーサ層とを備えたスピン・バルブ（ＳＶ）磁気抵抗センサ。
（１８）前記第４の強磁性層がＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏで作られている上記（１７）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（１９）前記第３の強磁性層がＣｏ−Ｆｅで作られている上記（１７）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（２０）前記第３の強磁性層が、原子パーセントで表されたＣｏａ−Ｆｅｂで作られ、ここで、７０％≦ａ≦９５％、および５％≦ｂ≦３０％、およびａ＋ｂ＝１００％である上記（１７）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（２１）前記第４の強磁性層が、（Ｃｏ９０−Ｆｅ１０）６０−Ｈｆ１０−Ｏ３０で作られている上記（１７）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（２２）前記第４の強磁性層が、原子パーセントで表された（Ｃｏａ−Ｆｅｂ）ｘ−Ｈｆｙ−Ｏｚで作られ、ここで、４０％≦ｘ≦７０％、５％≦ｙ≦２５％、２０％≦ｚ≦４０％、７０％≦ａ≦９５％、５％≦ｂ≦３０％、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００％、およびａ＋ｂ＝１００％である上記（１７）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（２３）前記第４の強磁性層が、前記第３の強磁性層と同じ厚さを持つ上記（１７）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（２４）前記第３の強磁性層の磁化容易軸が、前記第４の強磁性層の磁化容易軸に対して実質的に垂直な方向を有する上記（１７）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（２５）前記ＡＦＭ層がＰｔ−Ｍｎで作られている上記（１７）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（２６）前記スペーサ層が銅（Ｃｕ）で作られている上記（１７）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（２７）少なくとも１つのコイル層および前記コイル層が埋め込まれている絶縁スタックと、後のギャップで接続され、エア・ベアリング表面（ＡＢＳ）の一部を形成する縁部を有する磁極端を有してなり、前記絶縁スタックがその間に挟まれている第１および第２の磁極片層と、前記第１および第２の磁極片層の前記磁極端の間に挟まれ、前記ＡＢＳの一部を形成する書込みギャップ層とを含んだ書込みヘッド、
反強磁性（ＡＦＭ）層と、前記ＡＦＭ層に隣接した第１の強磁性層、第２の強磁性層、および前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層の間に配置された逆平行結合（ＡＰＣ）層を備えた、前記ＡＦＭ層に隣接する逆平行（ＡＰ）ピンド層と、第３の強磁性層、高電気抵抗率材料の第４の強磁性層、および前記第３の強磁性層の強磁性層と前記第４の強磁性層の間に配置されたＡＰＣ層を備えたＡＰ結合されたフリー層と、前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層の間に配置された非磁性電気伝導性材料のスペーサ層とを備えるスピン・バルブ（ＳＶ）磁気抵抗センサを含んだ読取りヘッド、ならびに、
前記読取りヘッドの前記第２の遮蔽層と前記書込みヘッドの前記第１の磁極片層との間に配置された絶縁層を備えた磁気読取り／書込みヘッド。
（２８）前記第４の強磁性層がＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏで作られている上記（２７）に記載の磁気読取り／書込みヘッド。
（２９）前記第３の強磁性層がＣｏ−Ｆｅで作られている上記（２７）に記載の磁気読取り／書込みヘッド。
（３０）前記第３の強磁性層が、原子パーセントで表されたＣｏａ−Ｆｅｂで作られ、ここで、７０％≦ａ≦９５％、および５％≦ｂ≦３０％、およびａ＋ｂ＝１００％である上記（２７）に記載の磁気読取り／書込みヘッド。
（３１）前記第４の強磁性層が、（Ｃｏ９０−Ｆｅ１０）６０−Ｈｆ１０−Ｏ３０で作られている上記（２７）に記載の磁気読取り／書込みヘッド。
（３２）前記第４の強磁性層が、原子パーセントで表された（Ｃｏａ−Ｆｅｂ）ｘ−Ｈｆｙ−Ｏｚで作られ、ここで、４０％≦ｘ≦７０％、５％≦ｙ≦２５％、２０％≦ｚ≦４０％、７０％≦ａ≦９５％、５％≦ｂ≦３０％、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００％、およびａ＋ｂ＝１００％である上記（２７）に記載の磁気読取り／書込みヘッド。
（３３）前記第４の強磁性層が前記第３の強磁性層と同じ厚さを有する上記（２７）に記載の磁気読取り／書込みヘッド。
（３４）前記ＡＦＭ層がＰｔ−Ｍｎで作られている上記（２７）に記載の磁気読取り／書込みヘッド。
（３５）前記スペーサ層が銅（Ｃｕ）で作られている上記（２７）に記載の磁気読取り／書込みヘッド。
（３６）磁気記録ディスクと、
前記磁気記録ディスクにデータを磁気的に記録し、かつ前記磁気記録ディスクの記録されたデータを磁気的に感知するための磁気読取り／書込みヘッドであって、
少なくとも１つのコイル層および前記コイル層が埋め込まれている絶縁スタックと、後のギャップで接続され、エア・ベアリング表面（ＡＢＳ）の一部を形成する縁部を有する磁極端を有してなり、前記絶縁スタックがその間に挟まれている第１および第２の磁極片層と、前記第１および第２の磁極片層の前記磁極端の間に挟まれ前記ＡＢＳの一部を形成する書込みギャップ層とを含んだ書込みヘッド、
反強磁性（ＡＦＭ）層と、前記ＡＦＭ層に隣接した第１の強磁性層、第２の強磁性層、および前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層の間に配置された逆平行結合（ＡＰＣ）層を備えた、前記ＡＦＭ層に隣接した逆平行（ＡＰ）ピンド層と、第３の強磁性層、高電気抵抗率材料の第４の強磁性層、および前記第３の強磁性層と前記第４の強磁性層の間に配置されたＡＰＣ層を備えた強磁性フリー層と、前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層の間に配置された非磁性電気伝導性材料のスペーサ層とを備えたスピン・バルブ（ＳＶ）磁気抵抗センサを含む読取りヘッド、および
前記読取りヘッドの前記第２の遮蔽層と前記書込みヘッドの前記第１の磁極片層との間に配置された絶縁層を含む磁気読取り／書込みヘッドと、
前記読取り／書込みヘッドが前記磁気記録ディスクの異なる領域にアクセスするように、前記磁気ディスクを横切って前記磁気読取り／書込みヘッドを移動させるためのアクチュエータと、
前記磁気記録ディスクにデータを磁気的に記録するために前記書込みヘッドに電気的に結合され、さらに、前記磁気的に記録されたデータからの磁界に応答して前記第１および第２のピンド層の固定された磁化に対する前記ＡＰ結合されたフリー層の磁化軸の回転によって生じる前記ＭＴＪセンサの抵抗の変化を検出するために、前記読取りヘッドのＭＴＪセンサに電気的に結合されている記録チャネルとを備えるディスク・ドライブ・システム。
（３７）前記第４の強磁性層がＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏで作られている上記（３６）に記載のディスク・ドライブ・システム。
（３８）前記第３の強磁性層がＣｏ−Ｆｅで作られている上記（３６）に記載のディスク・ドライブ・システム。
（３９）前記第３の強磁性層が、原子パーセントで表されたＣｏａ−Ｆｅｂで作られ、ここで、７０％≦ａ≦９５％、および５％≦ｂ≦３０％、およびａ＋ｂ＝１００％である上記（３６）に記載のディスク・ドライブ・システム。
（４０）前記第４の強磁性層が、（Ｃｏ９０−Ｆｅ１０）６０−Ｈｆ１０−Ｏ３０で作られている上記（３６）に記載のディスク・ドライブ・システム。
（４１）前記第４の強磁性層が、原子パーセントで表された（Ｃｏａ−Ｆｅｂ）ｘ−Ｈｆｙ−Ｏｚで作られ、ここで、４０％≦ｘ≦７０％、５％≦ｙ≦２５％、２０％≦ｚ≦４０％、７０％≦ａ≦９５％、５％≦ｂ≦３０％、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００％、およびａ＋ｂ＝１００％である上記（３６）に記載のディスク・ドライブ・システム。
（４２）前記第４の強磁性層が前記第３の強磁性層と同じ厚さを有する上記（３６）に記載のディスク・ドライブ・システム。
（４３）前記ＡＦＭ層がＰｔ−Ｍｎで作られている上記（３６）に記載のディスク・ドライブ・システム。
（４４）前記スペーサ層が銅（Ｃｕ）で作られている上記（３６）に記載のディスク・ドライブ・システム。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のＳＶセンサのエア・ベアリング表面の比例拡大でない図である。
【図２】従来技術のＡＰピンＳＶセンサのエア・ベアリング表面の比例拡大でない図である。
【図３】本発明のスピン・バルブ・トランジスタ・センサを使用する磁気記録ディスク・ドライブ・システムの簡略化された図である。
【図４】「ピギーバック」読取り／書込み磁気ヘッドの比例拡大でない縦方向断面図である。
【図５】「合体」読取り／書込み磁気ヘッドの比例拡大でない縦方向断面図である。
【図６】本発明のスピンバルブセンサの実施形態のエア・ベアリング表面の比例拡大でない図である。
【符号の説明】
１００ スピン・バルブ（ＳＶ）センサ
１０２ 中央領域
１０４ 端部領域
１０６ 端部領域
１１０ フリー層
１１５ 非磁性電気伝導スペーサ層
１２０ ピンド層
１２５ 反強磁性（ＡＦＭ）層
１４０ リード線
１４５ リード線
２００ ＡＰピンＳＶセンサ
２１０ フリー層
２１５ 非磁性電気伝導スペーサ層
２２０ 積層ＡＰピンド層構造
２２２ 第１の強磁性層
２２４ 逆平行結合（ＡＰＣ）層
２２６ 第１の強磁性層
２３０ ＡＦＭ層
３００ ディスク・ドライブ
３１２ 回転可能磁気ディスク
３１３ スライダ
３１４ スピンドル
３１５ サスペンション
３１８ ディスク・ドライブ・モータ
３１９ アクチュエータ・アーム
３２１ 読取り／書込みヘッド
３２２ ディスク表面
３２５ 記録チャネル
３２７ アクチュエータ（ボイス・コイル・モータ）
３２９ 制御器
４００ 「ピギーバック」磁気読取り／書込みヘッド
４０２ 書込みヘッド部
４０４ 読取りヘッド部
４０６ スピン・バルブ（ＳＶ）・センサ
４０８ 第１の読取りギャップ層
４１０ 第２の読取りギャップ層
４１２ 第１の遮蔽層
４１４ 第２の遮蔽層
４１６ コイル層
４１８ 絶縁層
４２０ 絶縁層
４２２ 絶縁層
４２４ 第１の磁極片層
４２６ 第２の磁極片層
４２８ 後のギャゥプ
４３０ 第１の磁極端
４３２ 第２の磁極端
４３４ ギャップ層
４３６ 絶縁層
５００ 併合型ヘッド
６００ 逆平行（ＡＰ）ピン・スピン・バルブ・センサ
６０２ 端部領域
６０４ 端部領域
６０８ 基板
６１０ シード層
６１２ シード層の第１の部分層（Ａｌ２Ｏ３）
６１４ シード層の第２の部分層（ＮｉＭｎＯ）
６１６ シード層の第３の部分層（Ｔａ）
６２０ 反強磁性（ＡＦＭ）層
６２２ ＡＰピンド層
６２４ 第１の強磁性（ＦＭ１）層
６２６ 逆平行結合（ＡＰＣ）層
６２８ 第２の強磁性（ＦＭ２）層
６３０ 非磁性電気伝導スペーサ
６３２ 積層のＡＰ結合されたフリー層
６３４ 第３の強磁性（ＦＭ３）層
６３５ ＡＰ層
６３６ 第４の強磁性（ＦＭ４）層
６３８ キャップ層
６４０ バイアス層
６４２ バイアス層
６４４ リード線
６４６ リード線
６５０ 電流源
６６０ 信号検出器
ＧＩＡＮＴ ＭＡＧＮＥＴＯＲＥＳＩＳＴＩＶＥ ＳＥＮＳＯＲ ＷＩＴＨ Ａ ＨＩＧＨ ＲＥＳＩＳＴＩＶＩＴＹ ＦＲＥＥ ＬＡＹＥＲ（高抵抗率フリー層を有する巨大磁気抵抗センサ）という名称の米国特許出願番号０９／６２９７７９（出願人整理番号ＳＪ０９−１９９９−０２０８ＵＳ１）は、本発明と同じ日（２０００年７月３１日）に出願され、共通の譲受人の所有になり、同じ発明者によっている。
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、磁気媒体から情報信号を読み取るための巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサに関し、より詳細には、固有一軸（単軸）異方性の小さい逆平行結合されたフリー層を有するスピン・バルブ・センサに関し、さらにそのようなセンサを組み込んだ磁気記憶システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
データを書き込むことが可能であり、さらに後で使用するためにデータを読み取ることができる媒体を有する補助メモリ記憶装置を、コンピュータが含むことが多い。回転磁気ディスクを内蔵する直接アクセス記憶装置（ディスク・ドライブ）は、一般に、ディスク表面に磁気の形でデータを格納するために使用される。データは、ディスク表面上の、半径方向に間隔を開けて配列された同心のトラックに記録される。それから、読取りセンサを含む磁気ヘッドを使用して、ディスク表面上のトラックからデータが読み取られる。
【０００３】
大容量ディスク・ドライブでは、一般にＭＲセンサと呼ばれる磁気抵抗（ＭＲ）読取りセンサが広く普及している読取りセンサである。その理由は、ＭＲセンサは、薄膜誘導ヘッドに比べて大きなトラック密度および線密度のディスクの表面からデータを読み取ることができるからである。ＭＲ層で感知される磁束の強さおよび方向に応じたＭＲ感知層（「ＭＲ素子」とも呼ばれる）の抵抗の変化を通して、ＭＲセンサは磁場を検出する。
【０００４】
従来のＭＲセンサは、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果に基づいて動作している。異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果では、ＭＲ素子の抵抗は、ＭＲ素子の磁化とＭＲ素子を流れる感知電流の方向との間の角度のコサインの２乗で変化する。記録された磁気媒体からの外部磁界によってＭＲ素子の磁化の方向の変化が生じ、それによって、今度は、ＭＲ素子の抵抗の変化が起り、さらに感知電流または電圧の対応する変化が起こるので、磁気媒体から記録されたデータを読み出すことができる。
【０００５】
他の種類のＭＲセンサは、ＧＭＲ効果を現す巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサである。ＧＭＲセンサでは、非磁性層（スペーサ）で分離された磁性層の間での伝導電子のスピン依存伝導、および、磁性層と非磁性層の界面および磁性層内で起こる付随したスピン依存散乱に応じて、ＭＲ感知層の抵抗が変化する。
【０００６】
非磁性材料（例えば、銅）の層で分離された２層だけの強磁性材料（例えば、Ｎｉ−Ｆｅ）を使用するＧＭＲセンサは、一般に、スピン・バルブ（ＳＶ）センサと呼ばれ、ＳＶ効果を表す。図１は、中央領域１０２で分離された端部領域１０４および１０６を含む従来技術のＳＶセンサ１００を示す。ピンド層１２０と呼ばれる第１の強磁性層の磁化は、一般に、反強磁性（ＡＦＭ）層１２５との交換結合によって固定されている（ピン止めされている）。フリー層１１０と呼ばれる第２の強磁性体層の磁化は、固定されていなくて、記録された磁性媒体からの磁界（信号磁界）に応答して自由に回転する。フリー層１１０は、非磁性電気伝導スペーサ層１１５でピンド層１２０から分離されている。端部領域１０４および１０６にそれぞれ形成されたリード線１４０および１４５は、ＳＶセンサ１００の抵抗を感知するための電気接続を実現する。本明細書に関係するＩＢＭ社の米国特許第５，２０６，５９０号は、ＧＭＲ効果に基づいて動作するＳＶセンサを開示している。
【０００７】
ＳＶセンサの他の種類は、逆平行（ＡＰ）ピンＳＶセンサである。ＡＰピンＳＶセンサでは、ピンド層は非磁性結合層で分離された２つの強磁性層からなる積層構造であり、その２つの強磁性層の磁化が、逆平行方向に反強磁性的に互いに強く結合されるようになっている。図１のＳＶセンサのピンド層構造で達成される交換結合に比べて、ＡＰピンＳＶセンサは、積層ピンド層構造との反強磁性（ＡＦＭ）層の改良された交換結合を実現する。この改良された交換結合によって、高温でのＡＰピンＳＶセンサの安定性が向上し、それによって、ＮｉＯのような腐食耐性のある電気絶縁反強磁性材料をＡＦＭ層に使用することができるようになる。
【０００８】
図２を参照して、ＡＰピンＳＶセンサ２００は、非磁性電気伝導スペーサ層２１５で積層ＡＰピンド層構造２２０から分離されたフリー層２１０を含む。積層ＡＰピンド層構造２２０の磁化は、ＡＦＭ層２３０で固定されている。積層ＡＰピン構造２２０は、非磁性材料（通常、ルテニウム（Ｒｕ））の逆平行結合（ＡＰＣ）層２２４で分離された第１の強磁性層２２６と第２の強磁性層２２２を含む。積層ＡＰピンド層構造２２０内の２つの強磁性層２２６、２２２（ＦＭ１およびＦＭ２）は、矢印２２７、２２３で示されるように（矢印は、それぞれ紙面から出るように、および紙面に入るように向いている）、逆平行方向に向いた磁化方向を有する。
【０００９】
大記憶容量ディスク・ドライブに関する要求を満たすために磁気記憶密度が増すにつれて、信号リードバック・システムの感度および信号対雑音特性を向上させるために、かつフリー層の厚さを減少してより高い面積密度の要求を満たすために、ＳＶセンサのＧＭＲ係数を大きくすることがますます重要になっている。スペーサ層およびスペーサ層とのピンド層界面およびスペーサ層界面の周りの感知電流分路によって、ＧＭＲ係数が減少する結果になる。その理由は、ＧＭＲ効果を生じさせるスピン依存散乱の大部分はこの領域で起こるからである。ＳＶセンサのフリー層は、通常、Ｃｏ−Ｆｅ層およびＮｉ−Ｆｅ層で構成される。Ｃｏ−Ｆｅは大きなＧＭＲ係数を得るために使用され、Ｎｉ−Ｆｅは軟磁性特性を有するフリー層を実現するために使用される。しかし、Ｎｉ−Ｆｅは低電気抵抗率を有し、このことは感知電流分路に寄与して、ＧＭＲ係数の減少をもたらす。高面積密度の用途のために、フリー層厚さを減少することは、磁気特性の低下およびＧＭＲ係数の減少をもたらす。逆平行結合された構造をフリー層に使用することは、磁気特性およびＧＭＲ係数を低下させることなく、フリー層の磁気的な厚さを減少させる方法である。しかし、フリー層の固有一軸異方性Ｈｋは逆平行結合によって大きくなり、この構造はフリー層への応用にとって魅力のないものになっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、フリー層のＨｋを非常に小さい値に維持しながら、フリー層の厚さを減らし、感知電流分路を減少させ、さらにスピン・バルブ・センサのＧＭＲ係数を増大させるように、逆平行結合されたフリー層を改良する必要がある。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、小さな固有一軸異方性Ｈｋを持つ逆平行（ＡＰ）結合されたフリー層を有するスピン・バルブ・センサを開示することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、高電気抵抗率で軟強磁性である材料のフリー層を有するスピン・バルブ・センサを開示することである。
【００１３】
本発明のさらに他の目的は、強磁性フリー層で電流分路を減少させることによってＧＭＲ係数が改良されたスピンバルブセンサを開示することである。
【００１４】
本発明の他の目的は、ルテニウム（Ｒｕ）の反強磁性結合層で分離されたＣｏ−Ｆｅの第３の強磁性層とＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏの第４の強磁性層とを含んだＡＰ結合されたフリー層を有するスピン・バルブ・センサを開示することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の原理に従って、ＡＰピンド層、積層のＡＰ結合されたフリー層、およびＡＰピンド層とフリー層の間に挟まれた非磁性電気伝導スペーサ層を有するスピン・バルブ（ＳＶ）・センサが開示される。ＡＰピンド層は、逆平行結合（ＡＰＣ）層で分離された第１の強磁性層と第２の強磁性層を含む。ＡＰ結合されたフリー層は、スペーサ層に隣接したＣｏ−Ｆｅの第３の強磁性層、および逆平行結合（ＡＰＣ）層で第３の強磁性層から分離されたＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏの第４の強磁性層を含む。センサのＡＦＭアニール・プロセス段階で、Ｃｏ−Ｆｅ層の容易軸は横向きになるが、一方で、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏの容易軸は、このナノ結晶材料の高い熱安定性のために、縦向きのままである。Ｃｏ−Ｆｅ層の容易軸とＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ材料の容易軸の間の９０度の角度によって、結果として、ＡＰ結合されたフリー層のＨｋが非常に小さくなる。第４の強磁性層のＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ材料は高い抵抗率を有し、フリー層による感知電流分路が減少する結果になる。さらに、第４の強磁性層の金属酸化膜材料は、電子の鏡面散乱を引き起こすことが知られている。感知電流分路の減少および電子の鏡面散乱は両方ともＳＶセンサのＧＭＲ係数を改良するのに寄与する。
【００１６】
次の図面において、図面全体を通して、同じ参照数字は、同じまたは類似の部分を示す。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図３を参照して、本発明を具体化するディスク・ドライブ３００を示す。図３に示すように、少なくとも１つの回転可能磁気ディスク３１２は、スピンドル３１４で支えられ、ディスク・ドライブ・モータ３１８によって回転する。各ディスク上の磁気記録媒体は、ディスク３１２上の、環状パターンの形をした同心のデータ・トラック（図示しない）である。
【００１８】
少なくとも１つのスライダ３１３がディスク３１２に位置付けされ、各スライダ３１３が１つまたは複数の磁気読取り／書込みヘッド３２１を支持する。ここで、ヘッド３２１は本発明のＳＶセンサを組み込んでいる。ディスクが回転するときに、所望のデータが記録されているディスクの様々な部分にヘッド３２１がアクセスするように、スライダ３１３が、ディスク表面３２２を半径方向に内にまた外に向かって移動する。各スライダ３１３は、サスペンション３１５でアクチュエータ・アーム３１９に取り付けられている。サスペンション３１５は、僅かなばね力を加え、そのばね力によって、スライダ３１３はディスク表面３２２から片寄っている。各アクチュエータ・アーム３１９はアクチュエータ３２７に取り付けられている。図３に示すようなアクチュエータはボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）である可能性がある。ＶＣＭは、固定磁界内で移動可能なコイルを含み、そのコイル移動の方向および速さは、制御器３２９で供給されるモータ電流信号で制御される。
【００１９】
ディスク記憶システムの動作時に、ディスク３１２の回転によって、スライダ３１３（ヘッド３２１を含み、ディスク３１２の表面に面するスライダ３１３の表面は、エア・ベアリング表面（ＡＢＳ）と呼ばれる）とディスク表面３２２との間にエア・ベアリングが生成され、そのエア・ベアリングはスライダに上向きの力または浮力を及ぼす。このようにして、エア・ベアリングは、サスペンション３１５の僅かなばね力を釣り合わせ、通常動作中に、実質的に一定の小さな間隔だけスライダ３１３をディスク表面から離して僅かに上で支持する。
【００２０】
ディスク記憶システムの様々な構成要素は、アクセス制御信号および内部クロック信号のような制御ユニット３２９で生成された制御信号で動作を制御される。一般に、制御ユニット３２９は、論理制御回路、記憶チップおよびマイクロプロセッサを含む。制御ユニット３２９は、線３２３の駆動モータ制御信号および線３２８のヘッド位置制御信号およびシーク制御信号のような、様々なシステム動作を制御する制御信号を生成する。線３２８の制御信号は、ディスク３１２上の所望のデータ・トラックにスライダ３１３を最適に移動し位置付けするための所望の電流プロファイルを供給する。読取りおよび書込み信号は、記録チャネル３２５を用いて、読取り／書込みヘッド３２１に、また読取り／書込みヘッドから伝えられる。記録チャネル３２５は、部分応答最尤（ＰＲＭＬ）チャネルまたはピーク検出チャネルである可能性がある。両方のチャネルの設計および実現は、当技術分野では、また当業者にはよく知られている。好ましい実施形態では、記録チャネル３２５はＰＲＭＬチャネルである。
【００２１】
一般的な磁気ディスク記憶システムについての上の説明および図３の添付の例証は説明の目的だけのものである。ディスク記憶システムは多数のディスクおよびアクチュエータ・アームを含む可能性があり、さらに各アクチュエータ・アームはいくつかのスライダを支持する可能性があることは当然明らかである。
【００２２】
図４は、書込みヘッド部４０２および読取りヘッド部４０４を含む「ピギーバック」磁気読取り／書込みヘッド４００の側部断面正面図である。その読取りヘッド部は、本発明によるスピン・バルブ（ＳＶ）・センサ４０６を使用する。ＳＶセンサ４０６は、非磁性で絶縁性の第１の読取りギャップ層４０８と第２の読取りギャップ層４１０の間に挟まれており、それらの読取りギャップ層は強磁性の第１の遮蔽層４１２と第２の遮蔽層４１４の間に挟まれている。外部磁界に応答して、ＳＶセンサ４０６の抵抗が変化する。センサを通って伝導されるセンサ電流Ｉｓによって、この抵抗変化は電位変化として現れるようになる。それから、この電位変化は、図３に示すデータ記録チャネル３４６の処理回路によって、リードバック信号として処理される。
【００２３】
磁気読取り／書込みヘッド４００の書込みヘッド部４０２は、第１の絶縁層４１８と第２の絶縁層４２０の間に挟まれたコイル層４１６を含む。コイル層４１６によって生じる第２の絶縁層４２０の小さな起伏を無くするようにヘッドを平坦化するために、第３の絶縁層４２２が使用される可能性がある。第１、第２および第３の絶縁層は、当技術分野では、絶縁スタックと呼ばれる。コイル層４１６および第１、第２および第３の絶縁層４１８、４２０および４２２は、第１の磁極片層４２４と第２の磁極片層４２６との間に挟まれている。第１および第２の磁極片層４２４と４２６は、後のギャップ４２８で磁気的に結合されており、ＡＢＳ４４０で書込みギャップ層４３４によって分離された第１の磁極端４３０と第２の磁極端４３２を有する。絶縁層４３６は、第２の遮蔽層４１４と第１の磁極片層４２４の間にある。第２の遮蔽層４１４および第１の磁極片層４２４は別個の層なので、この読取り／書込みヘッドは「ピギーバック」ヘッドとして知られている。
【００２４】
図５は、第２の遮蔽層４１４と第１の磁極片層４２４が共通の層であることを除いては、図４と同じである。この種の読取り／書込みヘッドは、「併合型」ヘッド５００として知られている。図４のピギーバックヘッドの絶縁層４３６は、図５の併合型ヘッド５００では省略される。
【００２５】
図６は、本発明の実施形態に従った逆平行（ＡＰ）ピン・スピン・バルブ（ＳＶ）・センサ６００のエア・ベアリング表面（ＡＢＳ）の比例拡大でない図を示す。そのＳＶセンサ６００は、中央領域６０６で互いに分離された端部領域６０２および６０４を含む。基板６０８は、ガラス、半導体材料、またはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のようなセラミック材料を含んだ任意の適当な物質であることができる。シード層６１０は、その次にくる層の結晶学的な構造または粒度を変えるために堆積される層であり、その次の層の材料に依存して必要とされない可能性がある。ＳＶセンサ６００の実施形態の場合、シード層６１０は、基板に堆積された３層のシード層構造を含む。第１、第２および第３の部分（サブ）層６１２、６１４および６１６が基板６０８に順次堆積される。反強磁性（ＡＦＭ）層６２０は、所望の交換特性が得られる厚さで、一般に１００〜５００Å、第３の部分層６１２全体にわたって堆積される。積層されたＡＰピンド層６２２は、中央領域６０６内のＡＦＭ層６２０の上に形成される。ＡＰピンド層６２２は、第１の強磁性層（ＦＭ１）６２４、第２の強磁性層（ＦＭ２）６２８、およびＦＭ１層６２４とＦＭ２層６２８の間に配置された逆平行結合（ＡＰＣ）層６２６を含む。ＡＰＣ層は、ＦＭ１層６２４とＦＭ２層６２８が反強磁性的に強く結合されるようにする非磁性層で、好ましくはルテニウム（Ｒｕ）で、形成される。積層のＡＰ結合されたフリー層（フリーな強磁性層）６３２は、第３の強磁性層（ＦＭ３）６３４、第４の強磁性層（ＦＭ４）６３６および第３の強磁性層６３４と第４の強磁性層６３６の間に配置されたＡＰＣ層６３５を含み、非磁性電気伝導スペーサ層６３０でＡＰピンド層６２２から分離されている。外部磁界の無い場合、フリー層６３２の磁化は、ＡＰ結合された第３の強磁性層６３４と第４の強磁性層６３６の磁化をそれぞれ表す矢印６３３および６３７で示すように、ＡＢＳに平行であるのが好ましい。フリー層６３２の上に形成されたキャップ層６３８によって、ＳＶセンサ６００の中央領域６０６が完成される。
【００２６】
本実施形態では、キャップ層６３８は、タンタル（Ｔａ）で形成されている。もしくは、キャップ層６３８は、フリー層６３２の上に形成された銅（Ｃｕ）の第１の部分層とその銅（Ｃｕ）の第１の部分層の上に形成されたタンタル（Ｔａ）の第２の部分層とで形成された２層のキャップ層である可能性がある。フリー層の上に銅層が存在することで、スピン・フィルタ効果によってＳＶセンサの磁気抵抗が大きくなることが知られている。
【００２７】
ＳＶセンサ６００は、端部領域６０２と６０４にそれぞれ形成されたバイアス層６４０と６４２をさらに含み、これによって、フリー層内に単一磁気ドメイン状態を保証するように、フリー層６３２に長さ方向のバイアス磁界を加える。また、リード線層６４４および６４６が、それぞれ端部領域６０２および６０４に堆積されて、電流源６５０からＳＶセンサ６００への感知電流Ｉｓの流れに電気接続を与える。リード線６４４および６４６に電気的に接続された信号検出器６６０は、外部磁界（例えば、ディスクの格納されたデータ・ビットで生成される磁界）によってフリー層６３２内に誘起された変化による抵抗の変化を感知する。外部磁界は、ＡＢＳに垂直にピン止めされているのが好ましいピンド層６２２の磁化の方向に対して、フリー層６３２の磁化の方向を回転させるように作用する。信号検出器６６０は、ＳＶセンサ６００で検出された信号を処理するための部分応答最尤（ＰＲＭＬ）記録チャネルを含むのが好ましい。もしくは、ピーク検出チャネルまたは最尤チャネル（例えば、１，７ＭＬ）が使用される可能性がある。前記のチャネルの設計および実現は当業者には知られている。また、信号検出器６６０は、当業者には知られているように感知された抵抗変化を条件付けするために、前置増幅器（センサとチャネルの間に電気的に配置されている）のような他の支援回路を含む。
【００２８】
ＳＶセンサ６００は、図６に示す多層構造を順次に堆積するために、マグネトロン・スパッタリング・システムまたはイオン・ビーム・スパッタリング・システムで製造される。スパッタ堆積プロセスは、約４０Ｏｅの縦方向の磁界が存在する状態で行われる。厚さ約３０ÅのＡｌ２Ｏ３の第１の部分層６１２、厚さ約３０ÅのＮｉＭｎＯの第２の部分層６１４、および厚さ約３５Åのタンタル（Ｔａ）の第３の部分層６１６を順次に堆積して、シード層６１０が基板６０８の上に形成される。約２００Åの厚さのＰｔ−Ｍｎで形成されたＡＦＭ層６２０が、シード層６１０の第３の部分層６１６の上に堆積される。
【００２９】
ＡＰピンド層６２２、スペーサ層６３０、積層のＡＰ結合されたフリー層６３２、およびキャップ層６３８は、中央領域６０６内のＡＦＭ層６２０の上に順次に堆積される。厚さ約１７ÅのＣｏ−ＦｅのＦＭ１層６２４が、ＡＦＭ層６２０の上に堆積される。厚さ約８ÅのルテニウムのＡＰＣ層６２６が、ＦＭ１層６２４の上に堆積される。厚さ約２６ÅのＣｏ−ＦｅのＦＭ２層６２８が、ＡＰＣ層６２６の上に堆積される。
【００３０】
非磁性伝導スペーサ層６３０が、ＦＭ２層６２８の上に堆積された厚さ約２１Åの銅（Ｃｕ）で形成される。もしくは、スペーサ層６３０は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）で、またはＣｕ、ＡｇおよびＡｕの合金で形成される可能性がある。積層のＡＰ結合されたフリー層６３２は、スペーサ層６３０の上に堆積された厚さ１０〜２０Åの範囲の、好ましくは１５Åの、Ｃｏ−ＦｅのＦＭ３層６３４、ＦＭ３層６３４の上に堆積された厚さ約８ÅのルテニウムのＡＰＣ層６３５、および、ＡＰＣ層６３５の上に堆積された厚さ１０〜２０Åの範囲の、好ましくは１５Åの、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−ＯのＦＭ４層６３６を含む。キャップ層６３８は、フリー層６３２のＦＭ４層６３８の上に堆積された厚さ約５０ÅのＴａで形成される。
【００３１】
中央部６０６の堆積が完了した後で、ＡＢＳに対して横方向に向けられた約８００Ｏｅの磁界が存在する状態で、センサをアニールし、それから、まだ磁界内にある間に冷却して、ＡＢＳに対して横向きの積層ＡＰピンド層６２２とのＡＦＭ層６２０の交換結合を設定する。ＦＭ１層６２４は、ＡＦＭ層６２０の表面と接続（インターフェイス）する表面を有し、その結果、ＡＦＭ層は、ＡＢＳに対して垂直でＡＢＳから離れる方向にＦＭ１層６２４の磁気モーメント６２５を固定する（図６で、紙面の方に向いている矢の尾部で表される）。ＦＭ１層６２４の磁化は、ＡＦＭ層６２０との交換結合でこの方向にピン止めされる。ＡＰＣ層６２６は非常に薄い（約８Å）ので、ＦＭ１層６２４とＦＭ２層６２８の間の反強磁性交換結合が可能になる。したがって、ＦＭ２層６２８の磁化６２９（紙面から外に向いている矢の頭部で表される）は、ＦＭ１層６２４の磁化６２５に対して反対方向に、すなわちＡＢＳに垂直でＡＢＳに向いている。もしくは、ＦＭ１層６２４の磁化６２５は、反対方向（ＡＢＳに対して垂直でＡＢＳから離れる方向）に設定される可能性があり、その結果、磁化６２５が紙面から外に向く。そのときに、ＦＭ２層６２８の磁化６２９は、ＡＰＣ層６２６を横切った逆平行結合のために紙面の方に向いている。
【００３２】
本発明の新規な特徴は、ＡＰ結合されたフリー層６３２のＦＭ４層６３６を形成するためにＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏを使用することである。Ｃｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ材料は、そのナノ結晶構造のために高い熱安定性を持つことが知られており、その結果、ＡＢＳに対して横向きのＡＰピンド層６２２とのＰｔ−ＭｎのＡＦＭ層６２０の交換結合を設定するために使用される横向き用アニール・プロセスで、ＦＭ４層６３６のＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ材料の磁化容易軸はその縦方向から回転しない。しかし、横向き用アニール・プロセスで、ＦＭ３層６３４の熱安定性の低いＣｏ−Ｆｅ材料の磁化容易軸は横向きになる。結果として、ＡＰ結合されたフリー層６３２のＦＭ３層およびＦＭ４層の正味の固有一軸異方性Ｈｋは小さくなる。強磁性Ｃｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ材料は、非常に高い電気抵抗率（＞４００μｏｈｍ−ｃｍ）を持ち、かつ軟磁性特性（保磁力Ｈｃ＜５Ｏｅで固有一軸異方性Ｈｋ＜１０Ｏｅ）を持つことが知られている。軟磁性特性は、フリー層６３２が信号磁界に応答して自由に回転できるようにすることで重要である。ＦＭ４層６３６が高抵抗であることで、フリー層６３２のこの部分層を流れる感知電流の流れが減少し、結果として、スペーサ層６３０およびスペーサ層を接続する強磁性層内の感知電流の流れが増加するようになる。このスペーサ層を接続する強磁性層で、ＧＭＲ効果をもたらすスピン依存散乱プロセスが最も効果的である。高抵抗率に加えて、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ材料は、電子の鏡面反射を起こすことが知られている金属酸化物である。電子は、金属酸化材料で鏡面的に反射されて、フリー層に向かって戻され、そのフリー層で引き続いてＧＭＲ効果を増大する。感知電流分路の減少と金属酸化物内に散乱される電子の鏡面反射との結合効果により、スピン・バルブ・センサ６００のＧＭＲ係数が増加することになる。
【００３３】
Ｃｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ材料の高電気抵抗率および低一軸異方性は、ナノ粒度の結晶構造による。望ましい材料の組成範囲は、原子パーセントで（Ｃｏａ−Ｆｅｂ）ｘ−Ｈｆｙ−Ｏｚと表すことができる。ここで、４０％≦ｘ≦７０％、５％≦ｙ≦２５％、２０％≦ｚ≦４０％、７０％≦ａ≦９５％、５％≦ｂ≦３０％、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００％、およびａ＋ｂ＝１００％である。好ましい組成は、（Ｃ９０−Ｆｅ１０）６０−Ｈｆ１０−Ｏ３０である。
【００３４】
積層フリー層６３２のＦＭ３層６３４は、原子パーセントでＣｏａ−Ｆｅｂと表される組成範囲を持つＣｏ−Ｆｅで作られる。ここで、７０％≦ａ≦９５％、および５％≦ｂ≦３０％、およびａ＋ｂ＝１００％である。好ましい組成は、Ｃｏ９０−Ｆｅ１０である。
【００３５】
当業者には明らかであろうが、本発明のＡＰ結合されたフリー層は、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）センサ磁気抵抗装置のフリー層として使用して、ＡＰ結合から得られるフリー層の磁気的な厚さの減少および本フリー層材料と構造による感度向上の利点が得られる可能性がある。
【００３６】
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。
【００３７】
（１）反強磁性（ＡＦＭ）層と、
前記ＡＦＭ層に隣接し、前記ＡＦＭ層によってその磁化方向が固定されているピンド層と、
逆平行（ＡＰ）結合されたフリー層とを備えるスピン・バルブ磁気抵抗センサであって、前記逆平行（ＡＰ）結合されたフリー層が、
第３の強磁性層と、
高電気抵抗率材料の第４の強磁性層と、
前記第３の強磁性層と前記第４の強磁性層との間に配置された逆平行結合層と、
前記ピンド層と前記第３の強磁性層の間に配置された非磁性電気伝導性材料のスペーサ層とを備えるスピン・バルブ（ＳＶ）磁気抵抗センサ。
（２）前記第４の強磁性層がＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏで作られている上記（１）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（３）前記第３の強磁性層がＣｏ−Ｆｅで作られている上記（１）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（４）前記第４の強磁性層が、（Ｃｏ９０−Ｆｅ１０）６０−Ｈｆ１０−Ｏ３０で作られている上記（１）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（５）前記第４の強磁性層が、原子パーセントで表された（Ｃｏａ−Ｆｅｂ）ｘ−Ｈｆｙ−Ｏｚで作られ、ここで、４０％≦ｘ≦７０％、５％≦ｙ≦２５％、２０％≦ｚ≦４０％、７０％≦ａ≦９５％、５％≦ｂ≦３０％、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００％、およびａ＋ｂ＝１００％である上記（１）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（６）前記第３の強磁性層が、原子パーセントで表されたＣｏａ−Ｆｅｂで作られ、ここで、７０％≦ａ≦９５％、および５％≦ｂ≦３０％、およびａ＋ｂ＝１００％である上記（１）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（７）前記ＡＰＣ層がルテニウムで作られている上記（１）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（８）前記第３の強磁性層の磁化容易軸が、前記第４の強磁性層の磁化容易軸に対して実質的に垂直な方向を有する上記（１）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（９）前記ＡＦＭ層がＰｔ−Ｍｎで作られている上記（１）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（１０）前記ピンド層が、
前記ＡＦＭ層に隣接した第１の強磁性層と、
前記スペーサ層に隣接した第２の強磁性層と、
前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層の間に配置された逆平行結合（ＡＰＣ）層とをさらに含む上記（１）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（１１）前記第３の強磁性層がＣｏ−Ｆｅで作られている上記（１０）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（１２）前記第３の強磁性層が、原子パーセントで表されたＣｏａ−Ｆｅｂで作られ、ここで、７０％≦ａ≦９５％、および５％≦ｂ≦３０％、およびａ＋ｂ＝１００％である上記（１０）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（１３）前記第４の強磁性層が、（Ｃｏ９０−Ｆｅ１０）６０−Ｈｆ１０−Ｏ３０で作られている上記（１０）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（１４）前記第４の強磁性層が、原子パーセントで表された（Ｃｏａ−Ｆｅｂ）ｘ−Ｈｆｙ−Ｏｚで作られ、ここで、４０％≦ｘ≦７０％、５％≦ｙ≦２５％、２０％≦ｚ≦４０％、７０％≦ａ≦９５％、５％≦ｂ≦３０％、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００％、およびａ＋ｂ＝１００％である上記（１０）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（１５）前記第４の強磁性層が、前記第３の強磁性層と同じ厚さを持つ上記（１０）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（１６）前記ＡＦＭ層がＰｔ−Ｍｎで作られている上記（１０）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（１７）反強磁性（ＡＦＭ）層と、
前記ＡＦＭ層に隣接した第１の強磁性層、第２の強磁性層、および、前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層の間に配置された逆平行結合（ＡＰＣ）層を備えた、前記ＡＦＭ層に隣接する逆平行（ＡＰ）ピンド層と、
第３の強磁性層、高電気抵抗率材料の第４の強磁性層、および、前記第３の強磁性層と前記第４の強磁性層との間に配置されたＡＰＣ層を備えた、ＡＰ結合されたフリー層と、
前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層の間に配置された非磁性電気伝導性材料のスペーサ層とを備えたスピン・バルブ（ＳＶ）磁気抵抗センサ。
（１８）前記第４の強磁性層がＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏで作られている上記（１７）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（１９）前記第３の強磁性層がＣｏ−Ｆｅで作られている上記（１７）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（２０）前記第３の強磁性層が、原子パーセントで表されたＣｏａ−Ｆｅｂで作られ、ここで、７０％≦ａ≦９５％、および５％≦ｂ≦３０％、およびａ＋ｂ＝１００％である上記（１７）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（２１）前記第４の強磁性層が、（Ｃｏ９０−Ｆｅ１０）６０−Ｈｆ１０−Ｏ３０で作られている上記（１７）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（２２）前記第４の強磁性層が、原子パーセントで表された（Ｃｏａ−Ｆｅｂ）ｘ−Ｈｆｙ−Ｏｚで作られ、ここで、４０％≦ｘ≦７０％、５％≦ｙ≦２５％、２０％≦ｚ≦４０％、７０％≦ａ≦９５％、５％≦ｂ≦３０％、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００％、およびａ＋ｂ＝１００％である上記（１７）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（２３）前記第４の強磁性層が、前記第３の強磁性層と同じ厚さを持つ上記（１７）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（２４）前記第３の強磁性層の磁化容易軸が、前記第４の強磁性層の磁化容易軸に対して実質的に垂直な方向を有する上記（１７）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（２５）前記ＡＦＭ層がＰｔ−Ｍｎで作られている上記（１７）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（２６）前記スペーサ層が銅（Ｃｕ）で作られている上記（１７）に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
（２７）少なくとも１つのコイル層および前記コイル層が埋め込まれている絶縁スタックと、後のギャップで接続され、エア・ベアリング表面（ＡＢＳ）の一部を形成する縁部を有する磁極端を有してなり、前記絶縁スタックがその間に挟まれている第１および第２の磁極片層と、前記第１および第２の磁極片層の前記磁極端の間に挟まれ、前記ＡＢＳの一部を形成する書込みギャップ層とを含んだ書込みヘッド、
反強磁性（ＡＦＭ）層と、前記ＡＦＭ層に隣接した第１の強磁性層、第２の強磁性層、および前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層の間に配置された逆平行結合（ＡＰＣ）層を備えた、前記ＡＦＭ層に隣接する逆平行（ＡＰ）ピンド層と、第３の強磁性層、高電気抵抗率材料の第４の強磁性層、および前記第３の強磁性層の強磁性層と前記第４の強磁性層の間に配置されたＡＰＣ層を備えたＡＰ結合されたフリー層と、前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層の間に配置された非磁性電気伝導性材料のスペーサ層とを備えるスピン・バルブ（ＳＶ）磁気抵抗センサを含んだ読取りヘッド、ならびに、
前記読取りヘッドの前記第２の遮蔽層と前記書込みヘッドの前記第１の磁極片層との間に配置された絶縁層を備えた磁気読取り／書込みヘッド。
（２８）前記第４の強磁性層がＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏで作られている上記（２７）に記載の磁気読取り／書込みヘッド。
（２９）前記第３の強磁性層がＣｏ−Ｆｅで作られている上記（２７）に記載の磁気読取り／書込みヘッド。
（３０）前記第３の強磁性層が、原子パーセントで表されたＣｏａ−Ｆｅｂで作られ、ここで、７０％≦ａ≦９５％、および５％≦ｂ≦３０％、およびａ＋ｂ＝１００％である上記（２７）に記載の磁気読取り／書込みヘッド。
（３１）前記第４の強磁性層が、（Ｃｏ９０−Ｆｅ１０）６０−Ｈｆ１０−Ｏ３０で作られている上記（２７）に記載の磁気読取り／書込みヘッド。
（３２）前記第４の強磁性層が、原子パーセントで表された（Ｃｏａ−Ｆｅｂ）ｘ−Ｈｆｙ−Ｏｚで作られ、ここで、４０％≦ｘ≦７０％、５％≦ｙ≦２５％、２０％≦ｚ≦４０％、７０％≦ａ≦９５％、５％≦ｂ≦３０％、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００％、およびａ＋ｂ＝１００％である上記（２７）に記載の磁気読取り／書込みヘッド。
（３３）前記第４の強磁性層が前記第３の強磁性層と同じ厚さを有する上記（２７）に記載の磁気読取り／書込みヘッド。
（３４）前記ＡＦＭ層がＰｔ−Ｍｎで作られている上記（２７）に記載の磁気読取り／書込みヘッド。
（３５）前記スペーサ層が銅（Ｃｕ）で作られている上記（２７）に記載の磁気読取り／書込みヘッド。
（３６）磁気記録ディスクと、
前記磁気記録ディスクにデータを磁気的に記録し、かつ前記磁気記録ディスクの記録されたデータを磁気的に感知するための磁気読取り／書込みヘッドであって、
少なくとも１つのコイル層および前記コイル層が埋め込まれている絶縁スタックと、後のギャップで接続され、エア・ベアリング表面（ＡＢＳ）の一部を形成する縁部を有する磁極端を有してなり、前記絶縁スタックがその間に挟まれている第１および第２の磁極片層と、前記第１および第２の磁極片層の前記磁極端の間に挟まれ前記ＡＢＳの一部を形成する書込みギャップ層とを含んだ書込みヘッド、
反強磁性（ＡＦＭ）層と、前記ＡＦＭ層に隣接した第１の強磁性層、第２の強磁性層、および前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層の間に配置された逆平行結合（ＡＰＣ）層を備えた、前記ＡＦＭ層に隣接した逆平行（ＡＰ）ピンド層と、第３の強磁性層、高電気抵抗率材料の第４の強磁性層、および前記第３の強磁性層と前記第４の強磁性層の間に配置されたＡＰＣ層を備えた強磁性フリー層と、前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層の間に配置された非磁性電気伝導性材料のスペーサ層とを備えたスピン・バルブ（ＳＶ）磁気抵抗センサを含む読取りヘッド、および
前記読取りヘッドの前記第２の遮蔽層と前記書込みヘッドの前記第１の磁極片層との間に配置された絶縁層を含む磁気読取り／書込みヘッドと、
前記読取り／書込みヘッドが前記磁気記録ディスクの異なる領域にアクセスするように、前記磁気ディスクを横切って前記磁気読取り／書込みヘッドを移動させるためのアクチュエータと、
前記磁気記録ディスクにデータを磁気的に記録するために前記書込みヘッドに電気的に結合され、さらに、前記磁気的に記録されたデータからの磁界に応答して前記第１および第２のピンド層の固定された磁化に対する前記ＡＰ結合されたフリー層の磁化軸の回転によって生じる前記ＭＴＪセンサの抵抗の変化を検出するために、前記読取りヘッドのＭＴＪセンサに電気的に結合されている記録チャネルとを備えるディスク・ドライブ・システム。
（３７）前記第４の強磁性層がＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏで作られている上記（３６）に記載のディスク・ドライブ・システム。
（３８）前記第３の強磁性層がＣｏ−Ｆｅで作られている上記（３６）に記載のディスク・ドライブ・システム。
（３９）前記第３の強磁性層が、原子パーセントで表されたＣｏａ−Ｆｅｂで作られ、ここで、７０％≦ａ≦９５％、および５％≦ｂ≦３０％、およびａ＋ｂ＝１００％である上記（３６）に記載のディスク・ドライブ・システム。
（４０）前記第４の強磁性層が、（Ｃｏ９０−Ｆｅ１０）６０−Ｈｆ１０−Ｏ３０で作られている上記（３６）に記載のディスク・ドライブ・システム。
（４１）前記第４の強磁性層が、原子パーセントで表された（Ｃｏａ−Ｆｅｂ）ｘ−Ｈｆｙ−Ｏｚで作られ、ここで、４０％≦ｘ≦７０％、５％≦ｙ≦２５％、２０％≦ｚ≦４０％、７０％≦ａ≦９５％、５％≦ｂ≦３０％、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００％、およびａ＋ｂ＝１００％である上記（３６）に記載のディスク・ドライブ・システム。
（４２）前記第４の強磁性層が前記第３の強磁性層と同じ厚さを有する上記（３６）に記載のディスク・ドライブ・システム。
（４３）前記ＡＦＭ層がＰｔ−Ｍｎで作られている上記（３６）に記載のディスク・ドライブ・システム。
（４４）前記スペーサ層が銅（Ｃｕ）で作られている上記（３６）に記載のディスク・ドライブ・システム。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のＳＶセンサのエア・ベアリング表面の比例拡大でない図である。
【図２】従来技術のＡＰピンＳＶセンサのエア・ベアリング表面の比例拡大でない図である。
【図３】本発明のスピン・バルブ・トランジスタ・センサを使用する磁気記録ディスク・ドライブ・システムの簡略化された図である。
【図４】「ピギーバック」読取り／書込み磁気ヘッドの比例拡大でない縦方向断面図である。
【図５】「合体」読取り／書込み磁気ヘッドの比例拡大でない縦方向断面図である。
【図６】本発明のスピンバルブセンサの実施形態のエア・ベアリング表面の比例拡大でない図である。
【符号の説明】
１００ スピン・バルブ（ＳＶ）センサ
１０２ 中央領域
１０４ 端部領域
１０６ 端部領域
１１０ フリー層
１１５ 非磁性電気伝導スペーサ層
１２０ ピンド層
１２５ 反強磁性（ＡＦＭ）層
１４０ リード線
１４５ リード線
２００ ＡＰピンＳＶセンサ
２１０ フリー層
２１５ 非磁性電気伝導スペーサ層
２２０ 積層ＡＰピンド層構造
２２２ 第１の強磁性層
２２４ 逆平行結合（ＡＰＣ）層
２２６ 第１の強磁性層
２３０ ＡＦＭ層
３００ ディスク・ドライブ
３１２ 回転可能磁気ディスク
３１３ スライダ
３１４ スピンドル
３１５ サスペンション
３１８ ディスク・ドライブ・モータ
３１９ アクチュエータ・アーム
３２１ 読取り／書込みヘッド
３２２ ディスク表面
３２５ 記録チャネル
３２７ アクチュエータ（ボイス・コイル・モータ）
３２９ 制御器
４００ 「ピギーバック」磁気読取り／書込みヘッド
４０２ 書込みヘッド部
４０４ 読取りヘッド部
４０６ スピン・バルブ（ＳＶ）・センサ
４０８ 第１の読取りギャップ層
４１０ 第２の読取りギャップ層
４１２ 第１の遮蔽層
４１４ 第２の遮蔽層
４１６ コイル層
４１８ 絶縁層
４２０ 絶縁層
４２２ 絶縁層
４２４ 第１の磁極片層
４２６ 第２の磁極片層
４２８ 後のギャゥプ
４３０ 第１の磁極端
４３２ 第２の磁極端
４３４ ギャップ層
４３６ 絶縁層
５００ 併合型ヘッド
６００ 逆平行（ＡＰ）ピン・スピン・バルブ・センサ
６０２ 端部領域
６０４ 端部領域
６０８ 基板
６１０ シード層
６１２ シード層の第１の部分層（Ａｌ２Ｏ３）
６１４ シード層の第２の部分層（ＮｉＭｎＯ）
６１６ シード層の第３の部分層（Ｔａ）
６２０ 反強磁性（ＡＦＭ）層
６２２ ＡＰピンド層
６２４ 第１の強磁性（ＦＭ１）層
６２６ 逆平行結合（ＡＰＣ）層
６２８ 第２の強磁性（ＦＭ２）層
６３０ 非磁性電気伝導スペーサ
６３２ 積層のＡＰ結合されたフリー層
６３４ 第３の強磁性（ＦＭ３）層
６３５ ＡＰ層
６３６ 第４の強磁性（ＦＭ４）層
６３８ キャップ層
６４０ バイアス層
６４２ バイアス層
６４４ リード線
６４６ リード線
６５０ 電流源
６６０ 信号検出器
Claims (18)
- 反強磁性（ＡＦＭ）層と、
前記ＡＦＭ層に隣接し、前記ＡＦＭ層によってその磁化方向が固定されているピンド層と、
逆平行（ＡＰ）結合されたフリー層とを備えるスピン・バルブ磁気抵抗センサであって、前記逆平行（ＡＰ）結合されたフリー層が、
第３の強磁性層と、
高電気抵抗率材料の第４の強磁性層と、
前記第３の強磁性層と前記第４の強磁性層との間に配置された逆平行結合層とを含み、
前記ピンド層と前記第３の強磁性層の間に配置された非磁性電気伝導性材料のスペーサ層とを備え、
前記第４の強磁性層がＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏで作られており、
前記第３の強磁性層の磁化容易軸が、前記第４の磁化容易軸に対して実質的に垂直な方向を有する、
スピン・バルブ（ＳＶ）磁気抵抗センサ。 - 前記第３の強磁性層がＣｏ−Ｆｅで作られている請求項１に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
- 前記第４の強磁性層が、原子パーセントで表された（Ｃｏ90−Ｆｅ10）60−Ｈｆ10−Ｏ30で作られている請求項１に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
- 前記第４の強磁性層が、原子パーセントで表された（Ｃｏa−Ｆｅb）x−Ｈｆy−Ｏzで作られ、ここで、４０％≦ｘ≦７０％、５％≦ｙ≦２５％、２０％≦ｚ≦４０％、７０％≦ａ≦９５％、５％≦ｂ≦３０％、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００％、およびａ＋ｂ＝１００％である請求項１に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
- 前記第３の強磁性層が、原子パーセントで表されたＣｏa−Ｆｅbで作られ、ここで、７０％≦ａ≦９５％、および５％≦ｂ≦３０％、およびａ＋ｂ＝１００％である請求項１に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
- 前記ＡＰＣ層がルテニウムで作られている請求項１に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
- 前記ＡＦＭ層がＰｔ−Ｍｎで作られている請求項１に記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
- 前記ピンド層が、
前記ＡＦＭ層に隣接した第１の強磁性層と、
前記スペーサ層に隣接した第２の強磁性層と、
前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層の間に配置された逆平行結合（ＡＰＣ）層とをさらに含む請求項１〜７の何れか１つに記載のＳＶ磁気抵抗センサ。 - 前記第４の強磁性層が、前記第３の強磁性層と同じ厚さを持つ請求項１〜８の何れか１つに記載のＳＶ磁気抵抗センサ。
- 少なくとも１つのコイル層および前記コイル層が埋め込まれている絶縁スタックと、後のギャップで接続され、エア・ベアリング表面（ＡＢＳ）の一部を形成する縁部を有する磁極端を有してなり、前記絶縁スタックがその間に挟まれている第１および第２の磁極片層と、前記第１および第２の磁極片層の前記磁極端の間に挟まれ、前記ＡＢＳの一部を形成する書込みギャップ層とを含んだ書込みヘッド、
反強磁性（ＡＦＭ）層と、前記ＡＦＭ層に隣接した第１の強磁性層、第２の強磁性層、および前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層の間に配置された逆平行結合（ＡＰＣ）層を備えた、前記ＡＦＭ層に隣接する逆平行（ＡＰ）ピンド層と、第３の強磁性層、高電気抵抗率材料の第４の強磁性層、および前記第３の強磁性層の強磁性層と前記第４の強磁性層の間に配置されたＡＰＣ層を備えたＡＰ結合されたフリー層と、前記第２の強磁性層と前記第３の強磁性層の間に配置された非磁性電気伝導性材料のスペーサ層とを備え、前記第４の強磁性層がＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏで作られており、前記第３の強磁性層の磁化容易軸が、前記第４の磁化容易軸に対して実質的に垂直な方向を有するスピン・バルブ（ＳＶ）磁気抵抗センサを含んだ読取りヘッド、ならびに、
前記読取りヘッドの前記第２の遮蔽層と前記書込みヘッドの前記第１の磁極片層との間に配置された絶縁層を備えた磁気読取り／書込みヘッド。 - 前記第３の強磁性層がＣｏ−Ｆｅで作られている請求項１０に記載の磁気読取り／書込みヘッド。
- 前記第３の強磁性層が、原子パーセントで表されたＣｏa−Ｆｅbで作られ、ここで、７０％≦ａ≦９５％、および５％≦ｂ≦３０％、およびａ＋ｂ＝１００％である請求項１０に記載の磁気読取り／書込みヘッド。
- 前記第４の強磁性層が、原子パーセントで表された（Ｃｏ90−Ｆｅ10）60−Ｈｆ10−Ｏ30で作られている請求項１０に記載の磁気読取り／書込みヘッド。
- 前記第４の強磁性層が、原子パーセントで表された（Ｃｏa−Ｆｅb）x−Ｈｆy−Ｏzで作られ、ここで、４０％≦ｘ≦７０％、５％≦ｙ≦２５％、２０％≦ｚ≦４０％、７０％≦ａ≦９５％、５％≦ｂ≦３０％、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００％、およびａ＋ｂ＝１００％である請求項１０に記載の磁気読取り／書込みヘッド。
- 前記第４の強磁性層が前記第３の強磁性層と同じ厚さを有する請求項１０に記載の磁気読取り／書込みヘッド。
- 前記ＡＦＭ層がＰｔ−Ｍｎで作られている請求項１０に記載の磁気読取り／書込みヘッド。
- 前記スペーサ層が銅（Ｃｕ）で作られている請求項１０に記載の磁気読取り／書込みヘッド。
- 磁気記録ディスクと、
前記磁気記録ディスクにデータを磁気的に記録し、かつ前記磁気記録ディスクの記録されたデータを磁気的に感知するための、請求項１０〜１７の何れか１つに記載された磁気読取り／書込みヘッドと
前記読取り／書込みヘッドが前記磁気記録ディスクの異なる領域にアクセスするように、前記磁気ディスクを横切って前記磁気読取り／書込みヘッドを移動させるためのアクチュエータと、
前記磁気記録ディスクにデータを磁気的に記録するために前記書込みヘッドに電気的に結合され、さらに、前記磁気的に記録されたデータからの磁界に応答して前記第１および第２のピンド層の固定された磁化に対する前記ＡＰ結合されたフリー層の磁化軸の回転によって生じる前記ＳＶ磁気抵抗センサの抵抗の変化を検出するために、前記読取りヘッドのＳＶ磁気抵抗センサに電気的に結合されている記録チャネルとを備えるディスク・ドライブ・システム。
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