JP3790356B2 - Gmrヘッド、gmrヘッドの製造方法及び磁気ディスク駆動装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、GMRヘッド、GMRヘッドの製造方法及び磁気デュスク駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
1990年代に入ってから、磁気ディスク駆動装置の上記機種の面記録密度は、10年間で100倍のペースで拡大してきた。このペースが続けば、2000〜2001年頃に、10Gビット/(インチ)2になる。最近になって、巨大磁気抵抗(GMR giant magnetoresistive )効果を利用したGMRヘッドの試作によって、この目標に向けて大きく前進した。
【0003】
図13は、GMR ヘッド100を磁気ディスク駆動装置に使用した場合の複合型磁気ヘッド112全体の構成と、この複合型磁気ヘッド112に対面して位置決めされた、例えば磁気ディスクのような記録媒体114とを示している。複合型磁気ヘッド112は、大別して、再生ヘッド116と記録ヘッド118とから構成され、再生ヘッド116の再生上部シールド120が記録ヘッド118の記録下部磁極(下部コア)120を兼用するマージ型で、再生ヘッド116の背部に記録ヘッド118を付加するピギーパック構造となっている。ここで、GMR ヘッド100は、複合型磁気ヘッド112の内の再生ヘッド116として使用されている。
【0004】
即ち、図13に示すように、再生ヘッド116は、GMR 素子100を利用しており、GMR 膜122及び電極端子124a,124b並びにその両側に配置された再生下部シールド102及び再生上部シールド120から成る。
記録ヘッド118は、記録コイル128及びこの記録コイルの周囲を包囲する有機絶縁層130と、この有機絶縁層130と磁極ギャップ膜132の両側に配置された、記録下部磁極120と記録上部磁極134とを有している。
【0005】
図14は、一般的なGMRヘッド100の構成を示す図である。GMRヘッド100は、再生下部シールド102に形成された下部ギャップ膜(図示せず。)から成る基板101と、この基板の上に形成された自由側磁性層102と、この自由側磁性層の上に形成された中間層103と、この中間層の上に形成された固定側磁性層104と、この固定側磁性層の上に形成された反強磁性層105と、好ましくは自由側磁性層,中間層及び固定側磁性層の両側端に夫々接続された電極端子124a,124b(図13参照)とを有している。これら自由側磁性層102、中間層103,固定側磁性層104及び反強磁性層105を、スピンバルブ膜122とも称している。
【0006】
図15(A)〜(D)は、磁化方向によるスピンバルブ膜の抵抗変化を説明する図である。図15に示すように、スピンバルブ膜122は4層構造を採る。2層の(自由側、固定側)磁性層102,104を、薄い中間層(非磁性中間層)103で分離し、片方の(固定側)磁性層104の上に反強磁性層105を設ける。こうすることで、反強磁性層105と接した固定側磁性層104は、反強磁性層の固定側磁性層側の界面部分反強磁性の磁化方向と同方向に磁化Mpされた状態になる。
【0007】
一方、中間層103で分離された(自由側)磁性層102は、決まった磁化方向を採らない。図15(C)に示すように、固定側磁性層104は、一度決まった磁化方向を保つ力(固定力)が大きく、自由側磁性層102は固定力が小さくなる。
ここに、外部磁界をかけると、自由側磁性層102が磁化Mfされ、磁化方向が決まる。自由側磁性層102と固定側磁性層104の磁化方向が、角度180度(逆方向)のとき(図15(A)参照)、スピンバルブ膜の電気抵抗は最大になる。 図16(A)及び(B)は、GMR 効果の発生原理を説明する図である。図16(A)に示すように、自由側磁性層102と固定側磁性層104の磁化方向が逆方向のときは、自由側磁性層102と固定側磁性層104の一方から他方に移動しようとする電子が、中間層(非磁性層)/磁性層界面で高い確率で散乱するからである。
【0008】
ここで、図15(B)に示すように、自由側磁性層102と固定側磁性層104の磁化方向を角度ゼロ(同一)にすると、図16(B)に示すように、中間層(非磁性層)/磁性層界面での散乱が起きにくくなり、電気抵抗が最小となる。更に説明すると、移動しようとする電子には、アップスピンとダウンスピンの2種類があり、磁化方向に対して何れか一方に散乱現象が生じる。図16(A)と(B)の何れの場合も、電子の散乱は発生しているが、図16(A)に比較して、図16(B)の方が、その発生する確率が低くなっている。
【0009】
角度0〜180度の範囲では、図15(D)に示すように、、スピンバルブ膜122の電気抵抗は、固定側磁性層104の磁化Mpの方向に対する自由側磁性層102の磁化Mfの相対的角度θの余弦(cosθ)に比例する。このように、スピンバルブ構造のGMR素子では、自由側磁性層の磁化方向が磁気記録媒体からの外部信号磁界Hsigにより変化し、GMR素子の抵抗は固定側磁性層の磁化方向との相対角度θに比例して変化する。
【0010】
従って、このようなGMR膜122を磁気ヘッドとして用いる場合には、固定側磁性層104の磁化Mpの方向を一定の方向に固定し、外部信号磁界が印加されていない状態における自由側磁性層102の磁化Mfの方向を固定側磁性層104と直交する方向(角度90度)に設定することにより、外部磁界に対して、抵抗値がθ=90度の抵抗値を中心にしたゼロ〜±最大値の対称的な線形出力として得られることになる。このような対称的な抵抗変化は、磁気ディスク駆動装置の再生信号処理を容易にする。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際のスピンバルブ素子においては、自由側磁性層102にかかる磁界には、磁気記録媒体からの外部信号磁界Hsigの他に、主に、固定側磁性層104と自由側磁性層102との間に働く交換結合磁界、固定側磁性層104の端面に生じる磁荷により発生する磁界、GMR素子に流れるセンス電流が発生するセンス電流磁界、等のノイズ磁界が存在して、図で見てY軸方向(素子高さ方向)にかかっている。従って、これらのノイズ磁界によって、外部信号磁界Hsigが存在しない場合でも、自由側磁性層102の磁化方向がX軸方向(素子幅方向)以外の方向を向き、この結果、外部信号磁化により素子抵抗が非線形的に変化する傾向にある。
【0012】
自由側磁性層102の磁化Mfの方向をX軸方向(素子幅方向)に向けるためには、Y軸方向(素子高さ方向)又はX軸方向(素子幅方向)に向かう新たな磁界を印加して、上述のノイズ磁界をうち消す必要がある。これら印加される磁界の内、上述のY軸方向にかかるノイズ磁界をうち消すに必要な磁界を、一般に、バイアス磁界と呼んでいる。
【0013】
バイアス磁界は、原理的には、上述の交換結合磁界、固定側磁性層からの磁界及びセンス電流磁界の総和の大きさ及び方向を考慮する必要がある。そして、実際の磁気ヘッドの設計に於いては、このバイアス磁界をゼロにするように、GMR素子の設計をする必要がある。
一方、GMRヘッドの寸法は、磁気記録媒体の記録密度に依存して決定される。磁気記録媒体の記録の高密度化によって、磁気記録媒体に記録された磁化情報の幅方向寸法(図13のトラック幅)が極めて小さくなるにつれ、このような磁化情報を正確に読み取るため、素子の幅方向(Y軸方向)寸法wを極めて小さくする必要がある。
【0014】
この場合、素子高さ方向(X軸方法)寸法hが、素子幅方向寸法wに比較して極端に長い場合には、このような細長い素子形状から自由側磁性層102の磁化Mfの方向が長手方向(X軸方法)に固定されやすくなる。
従って、スピンバルブ素子の素子高さ方向寸法hは、素子幅方向寸法wと比較して、同一か又はそれ以下であることが望ましい。同様に、外部信号磁界は、素子高さ方向には侵入しにくくなるため、素子高さ寸法hは、素子幅寸法寸法wに比較して、それ以下であることが望ましい。
【0015】
実際に使用される素子寸法数μm×数μmのオーダのスピンバルブ素子に於いては、磁気記録媒体の記録の高密度化に伴って素子高さhが減少した場合には、固定側磁性層104から自由側磁性102に対する静磁気的な結合(交換相互作用)が相対的に強くなり、自由側磁性層102の磁化Mfの方向は固定側磁性層104の磁化方向に対して反平行状態に成り易く、適当なバイアス点を実現することが困難となる。
【0016】
一方、GMR素子の素子高さ方向寸法hを維持しながら素子幅方向寸法wのみを小さくした場合には、磁気記録媒体からの外部信号磁界Hsigによって自由側磁性層102の磁化は、磁気記録媒体に比較的近い部分では外部信号磁界の変化に対応して回転するものの、比較的遠い部分では外部信号磁界が変化してもほとんど変化しなく、抵抗変化として現れない。この結果、GMR素子の磁気記録媒体に比較的遠い部分は、再生出力に寄与することが少なく、全体として再生感度は低下する。
【0017】
高密度磁気記録の要請の観点からはGMR素子の寸法は小さくせねばならず、一方、適正なバイアス点を確保する観点からは、素子高さhを余り小さくすることは出来ない。この相反条件を解決するため、次善の策として、GMR素子の素子高さhは比較的小さくし、この条件下でバイアス点を適正位置に確保するため、バイアス磁界を打ち消す方向にセンス電流磁界が発生するように電流方向を設定する方法も考えられる。しかし、許容センス電流には一定の限度があり、センス電流の方向の設定によるバイアス磁界の改善では大きな効果は望めない。
【0018】
或いは、固定側磁性層104の磁化の量を減らして、自由側磁性層に対する影響を減少する方策も考えられるが、固定側磁性層は一定膜厚以上が必要であり、磁化量の減少には限界がある。
或いは、固定側磁性層104と自由側磁性層102との間の中間層(非磁性層)103の厚さを相対的に薄くして、両層間に働く強磁性的な磁気結合力を強くして、静磁性的な結合を補償(compensate)する方策も考えられるが、中間層の膜厚を10数オングストロームのオーダで成膜しなければならず、実用的でない。
【0019】
更に、後で第3実施形態に関連して記載するデュアル型スピンバルブ構造を用いる場合には、磁気抵抗変化が相対的に大きく再生感度が向上する反面、固定側磁性層が二層となっているため、これらの固定側磁性層からの漏れ磁界が一層増加し、上述のような方策では対応することが出来ず、バイアス磁化を実質的に減少させる新たな方策が必要となる。
【0020】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明は、新規なGMRヘッドを提供することを目的とする。
更に、本発明は、固定側磁性層から自由側磁性層にかかる静磁気的な磁界を減少させて、動作点を適正なバイアス点に位置させるGMRヘッドを提供することを目的とする。
【0021】
更に、本発明は、新規なGMRヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
更に、本発明は、固定側磁性層から自由側磁性層にかかる静磁気的な磁界を減少させ、動作点を適正なバイアス点に位置させるGMRヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【0022】
更に、本発明は、これらGMRヘッドを利用した磁気ディスク駆動装置を提供することを目的とする。
上記問題点に鑑みて、本発明に係るGMRヘッドは、センサ部と該センサ部から素子高さ方向に並列関係で独立した磁界補正部とを備え、前記センサ部は、少なくとも、自由側磁性層、中間層及び固定側磁性層を有し、前記磁界補正部は、前記センサ部と実質的に同じ層構成を有している。このような構成を採択することにより、上述した課題であるバイアス磁界の減少、即ち、主たる要因である固定側磁性層から自由側磁性層にかかる漏洩磁界を減少させている。
【0024】
このように、センサ部と磁界補正部とを素子高さ方向に並列関係で独立して形成することにより、磁界補正部は、センサ部と同じ工程により同時に容易に形成できる。
【0025】
また、上述した課題であるバイアス磁界の減少、即ち、主たる要因である固定側磁性層からの磁界を減少させるため、本発明は、固定側磁性層の素子高さ寸法を自由側磁性層及び中間層の素子高さ寸法と異なる寸法とすることで、固定側磁性層からの磁界を減少させている。
本発明は、スピンバルブ構造を構成する固定側磁性層が自由側磁性層に対して作る磁界を弱めることにより、自由側磁性層が固定側磁性層と反平行状態になることを抑制している。この結果、外部信号磁界が存在しない状態で、自由側磁性層の磁化方向と固定側磁性層の磁化方向を実質的に直交にすることが出来る。
【0026】
このような発明の原理は、以下の述べるGMRヘッドの各種の形態に適用し得る。
更に本発明に係るGMRヘッドは、上述のGMRヘッドに於いて、前記センサ部が、少なくとも前記自由側磁性層、中間層,固定側磁性層に加えて、反強磁性層をもつスピンバルブ膜を有している。
【0027】
更に本発明に係るGMRヘッドは、上述のGMRヘッドに於いて、前記センサ部が、基板の上に、前記自由側磁性層、前記中間層、前記固定側磁性層及び反強磁性層がこの順序で形成されたシングル・スピンバルブ構造を採ることが出来る。
更に本発明に係るGMRヘッドは、上述のGMRヘッドに於いて、前記センサ部が、基板の上に、反強磁性層、前記固定側磁性層、前記中間層及び前記自由側磁性層がこの順序で形成された層構成反転型シングル・スピンバルブ構造を採ることが出来る。
【0028】
更に本発明に係るGMRヘッドは、上述のGMRヘッドに於いて、前記センサ部が、基板の上に、第一反強磁性層、第一固定側磁性層、第一中間層、自由側磁性層、第二固定側磁性層及び第二反強磁性層がこの順序で形成されたデュアル・スピンバルブ構造を採ることが出来る。
更に本発明に係るGMRヘッドは、上述のGMRヘッドに於いて、前記センサ部が、基板の上に、自由側磁性層、中間層及び固定側磁性層から成る組を、非磁性層を介して、複数組設けた超格子GMR構造を採ることが出来る。
【0029】
これらGMRヘッドに於いて、磁界補正部の機能を十分発揮するためには、前記センサ部と前記磁界補正部は、素子高さ方向に0.1μm以下の素子間隔を有して離れていることが好ましい。理想的には、この素子間隔は、約0.01μmの素子間隔を隔てて離れていることが好ましい。
更に本発明に係るGMRヘッドの製造方法は、基板上に、少なくとも自由側磁性層を積層し、該自由側磁性層の上に中間層を積層し、該中間層の上に固定側磁性層を積層し、該固定側磁性層の上に反強磁性層を積層してスピンバルブ膜を形成し、前記スピンバルブ膜を、素子高さ方向中間部で分離する、諸工程を含んでいる。この場合、前記前記スピンバルブ膜を、素子高さ方向中間部で分離する工程は、イオンミル法によって行われることが好ましい。
【0030】
更に本発明に係る磁気ディスク駆動装置は、少なくとも、上述した何れかのGMRヘッドと、前記GMRヘッドに対向して配置された磁気ディスクと、前記GMRヘッド及び前記磁気ディスクを制御する制御機構とを備えている。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るGMRヘッド、GMRヘッドの製造方法及び磁気デュスク駆動装置の第1〜4の実施形態に関し、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
以下に説明する実施形態の原理は、GMR素子のセンサ部の固定側磁性層と同一方向に磁化を固定した磁性層を、素子高さ方向に並列関係でこの固定側磁性層と独立に配置することにより、センサ部の固定側磁性層からこの磁性層に対する漏洩磁界の影響を減少させていることにある。この結果、バイアス点の改善が達成される。以下、この原理が、GMR素子の諸形態に対応して、どのように実現されているかを第1〜第4の実施形態に沿って説明する。
【0032】
なお、図面中、同一の要素に対しては、同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
[GMRヘッド]
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係るGMR素子の構成を示す図である。このGMR素子は、そのセンサ部10の構造から、図6に示すGMR素子との対比において、「シングル・スピンバルブ構造」とも呼ばれている。
【0033】
図1に示すシングル・スピンバルブ構造は、基板11上に、概略的に、センサ部10と磁界補正部20が設けられている。従来のスピンバルブ構造と比較して、磁界補正部20が追加的に設けられている点で相違する。
センサ部10として、基板11と、この基板の上に形成された自由側磁性層(「フリー層」とも言う。)12と、この自由側磁性層の上に形成された中間層(非磁性金属層)13と、この中間層の上に形成された固定側磁性層(「ピンド層」ともいう。)14と、この固定側磁性層の上に形成された反強磁性層(「ピニング層」とも言う。)15とが、この順序で積層されている。
【0034】
反強磁性層15は隣接する固定側磁性層14の磁化方向を固定する機能を担っている。そのため、これを取り去ると、固定側磁性層14の磁化方向が外部磁界によって変わり易くなる。しかし、固定側磁性層14に硬質磁性層を使用すれば磁化方向は固定されるので、その場合は反強磁性層15を省略することができる。しかし、現時点においては、GMR素子に反強磁性層15を設けた方が、一層良好なGMR特性を示している。
【0035】
GMR素子の外形寸法を特定するため、磁気記録媒体である磁気ディスク(図示せず。)に対向する面であるABS面(Air Bearing surface )から見て、幅方向の長さを素子幅wと称し、センサ部10の奥行き方向の長さを素子高さhと称し、センサ部10と磁界補正部20の間隔を素子間隔g称する。このセンサ部10の物理的な外形寸法は、公称値で、w=0.3μm、h=0.3μm、g=0.01μmである。
【0036】
なお、本明細書では、説明上、GMR素子の磁化方向を容易に特定するため、素子幅w方向をX軸方向、素子高さh方向をY軸方向、各層の膜厚方向又は積層方向をZ軸方向と規定する。
これら各要素は、本実施形態では、次のような膜厚及び組成から成っている。基板11は、再生下部シールド層(図11参照)の上に下部ギャップ膜として設けられた絶縁膜から成り、この絶縁膜には、表面を平坦化するために膜厚約50オングストローム〔Å〕のタンタル(Ta)からなる薄膜が下地層として被覆されている。
【0037】
自由側磁性層12は、図では一層に描かれているが、実際には、膜厚約40Åの鉄ニッケル(FeNi)から成る薄膜と膜厚約25Åの鉄コバルト(CoFe)から成る薄膜の2層構造となっている。
中間層13は、非磁性金属層であり、膜厚約24Åの銅(Cu)の薄膜から成る。
【0038】
固定側磁性層14は、自由側磁性層12と同じコバルト鉄(CoFe)の薄膜からなり、膜厚は約22Åとなっている。
反強磁性層15は、膜厚約250Åのパラジウム白金マンガン(PdPtMn)の薄膜から成っている。
一方、磁界補正部20は、センサ部11と同一の層構成にすることが出来る。しかし、磁界補正部20の各層のなかで本発明を実現するに必須な部材は、センサ部10の固定側磁性層14に対応する磁性層24であり、他の各層は必ずしも必須なものではない。磁界補正部20をセンサ部11と同一の層構成とした理由は、このシングル・スピンバルブ構造の製造上、磁界補正部20をセンサ部10と同一工程により容易に製造し得るという理由に過ぎない。
【0039】
従って、図1に示す磁界補正部20は、センサ部11と同一の層構成を有している。しかし、センサ部10の各層に関する命名の「自由側」,「固定側」は各々の機能を表す部分であり、磁界補正部20では夫々そのような機能を期待し又は十分発揮されている訳でないので、これら機能表示部分は省略されている。
即ち、磁界補正部20は、センサ部10と同一基板11の上に形成された磁性層22と、この磁性層の上に形成された中間層(非磁性金属層)23と、この中間層の上に形成された磁性層24と、この磁性層の上に形成された反強磁性層25とが、この順序で積層されている。各層を形成する薄膜の組成、膜厚、物理的外形寸法は、センサ部10の対応する各層のそれらと夫々同一でよい。
【0040】
図2は、図1のセンサ部10内にある固定側磁性層14の磁化Mpの方向を説明する図である。固定側磁性層14は、図中、実線の矢印で示されるように、素子高さ方向(Y軸方向)に固定的に磁化されている。この磁化方向の固定は、先ず、製造工程の最終段階で、反強磁性層15が、磁界中熱処理される。反強磁性層15の下地層として隣接している固定側磁性層14は、反強磁性層の固定側磁性層側の界面部分の磁化の交換相互作用によって、この界面部分の磁化方向と同方向に固定的に磁化された状態になる。
【0041】
また、磁界補正部20はセンサ部10と同一構成を有し、同一処理工程を経て製造されるため、この固定側磁性層14に対応する磁界補正部20内の磁性層24も図に示すように磁化Mpの方向と同一方向に磁化Mp′されている。但し、予め磁性層24の磁化方向を固定することは必須なものでなく、固定側磁性層14の磁化Mpが固定されることにより、固定側磁性層14の漏洩磁界中にある磁性層24も必然的に図示のように磁化さることは容易に理解される。
【0042】
センサ部10の自由側磁性層12は、固定側磁性層14の磁化Mpに対して角度約90度を成すようにX軸方向に磁区制御されている(図中、破線の矢印で示す。)。しかし、自由側磁性層12の磁区制御は非常に弱く、磁化Mfの方向は固定的なものでない。即ち、固定側磁性層14は一度決まった磁化方向を保つ力(固定力)が非常に大きく、一方、自由側磁性層12の固定力は非常に小さくなっている。
【0043】
このような状態で、外部磁界、即ち磁気ディスク(図示せず。)からの信号磁界Hsigがかかるると、自由側磁性層12の磁化Mfの方向が回転して変化する。固定側磁性層14の磁化Mpに対し、自由側磁性層12の磁化Mfの相対的方向が角度180度と逆方向のとき、スピンバルブ膜の電気抵抗は最大となる。また、固定側磁性層14の磁化Mpに対し、自由側磁性層12の磁化Mfの相対的方向が角度ゼロと同一方向のとき、スピンバルブ膜の電気抵抗は最小となる。これら角度0〜180度の間では、スピンバルブ素子の電気抵抗は、固定側磁性層14の磁化方向に対して自由側磁性層12の磁化方向の成す相対的な角度θの余弦(cosθ)に比例する。
【0044】
従って、スピンバルブ素子の両端に形成された一対の電極膜(図11参照)の間に一定電流(センス電流)を流すことにより、外部信号磁界Hsigによるスピンバルブ素子の抵抗変化は、電圧変化として検出できる。
図3は、図1のシングル・スピンバルブ構造の特徴及び効果を説明するため用いたモデルであり、このシングル・スピンバルブ素子は、X軸方向から見て表されている。発明者等は、自由側磁性層12が固定側磁性層14から受ける磁界の影響を、自由側磁性層12の膜厚方向(Z軸方向)中心部において素子幅方向(Y軸方向)に沿って求めるため、図中、×印で示す箇所の磁界分布を算出している。
【0045】
図4は、図3のシングル・スピンバルブ構造のモデルに基づき計算された、固定側磁性層14から自由側磁性層12にかかる磁界の素子高さh方向(Y軸方向)成分を示すグラフである。この計算は、市販のアプリケーション・ソフトを使用し、積分要素法によって行われた。
グラフの横軸は、センサ部10の素子高さ寸法(Y軸方向)が0.3μmであることよりABS面を基準にして、この基準からの距離、即ちABS面をゼロ、ABS面の反対側(磁界補正部対向面)を0.3μmとなるように目盛ってある。縦軸は、固定側磁性層14から自由側磁性層12にかかる磁界の素子高さh方向成分(Y軸方向成分)をエルステッド(Oe)単位で示している。また、図中の特性曲線は、素子間隔gをパラメータとしている。
【0046】
実線で示す特性曲線は、従来技術の磁界補正部20を設けていない場合、即ち素子間隔g=∞の場合を示す。磁界補正部20を設けた場合、素子間隔gを変化させて、自由側磁性層12にかかる磁界の大きさを求めている。素子間隔g=0.1μmのときを破線で示し、g=0.05μmのときを点線で示し、g=0.01μmのときを一点鎖線で、夫々示している。
【0047】
このグラフより、従来技術の磁界補正部20が存在しない場合(実線)に比較して、磁界補正部20を設けた方が、自由側磁性層12にかかる磁界が抑制されていることが分かる。更に、素子間隔gが小さい方が、即ちセンサ部10と磁界補正部20がより接近している方が、自由側磁性層12にかかる磁界が一層抑制されていることが分かる。例えば、素子高さhの中間位置h=0.15μmの位置で、従来技術の磁界補正部20が存在しないとき(g=∞)、固定側磁性層14から自由側磁性層12に対して磁界が58 Oe程度かかっている。これに対し、本実施形態の磁界補正部20を設けたとき、素子間隔g=0.1μmでは磁界が54 Oeであり、g=0.05μmでは磁界が50 Oeであり、g=0.01μmでは磁界が43 Oeと減少している。即ち、素子間隔gは小さければ小さいほど、自由側磁性層12にかかる磁界は一層減少している。
【0048】
この結果、代表的には、固定側磁性層15が作る磁場は、素子間隔g=0.01μmのとき自由側磁性層12のY軸方向中間位置で、従来技術の58 Oeから43 Oeに減少する。
ここで、図3に示すシングル・スピンバルブ構造では、自由側磁性層12と固定側磁性層14とは、中間層13を介して積層状態にある。このような薄い中間層を介した構成では、自由側磁性層12と固定側磁性層14との交換相互作用により結合(interlayer coupling )され、この交換結合磁界の大きさは中間層13の膜厚が約24Åの場合で約20 Oeとなる。この交換結合磁界は、これら自由側磁性層12,固定側中間層13及び固定側磁性層14の構成が同一である限り、磁界補正部20又は磁性層24の存在の有無に拘わらず、同一である。
【0049】
従って、これら代表的な計算値からこの交換結合磁界分を夫々差し引くと、結局、バイアス磁界分は38 Oeから23 Oeへと、約40%減少する。この減少分は、GMR素子のセンサ部10に対して並列関係にこれと独立に配置された磁界補正部20の磁性層24の存在によって相殺された結果と考えられる。
なお、本実施形態において、磁界補正部20の磁性層24が予め磁化方向が固定されていない場合でも、センサ部10の固定側磁性層14からの漏洩磁界によってこの磁性層24は磁化させることより、同一の効果が得られると考えられる。
【0050】
図8(A)及び(B)は、上述の作用・効果を単純化して定性的に説明する図である。図8では、図を見易くするために、センサ部10の自由側磁性層12と固定側磁性層14及び磁界補正部20の磁性層24以外の各要素は全て省略している。図8(A)に示すように、固定側磁性層14はY軸正方向に固定的に磁化されている。固定側磁性層14の周囲には磁界の場が形成され、従来の磁界補正部が存在しない場合、固定側磁性層14のN極から発生する漏れ磁束B1の大部分は自由側磁性層12に到達し、また、自由側磁性層12から発生する漏れ磁束B1の大部分は固定側磁性層14に到達する。従って、自由側磁性層12は、理想的には、X軸方向に磁化されている必要があるにかかわらず、Y軸負の方向に磁化される傾向にある。
【0051】
図8(B)は、このような状況下に於いて、固定側磁性層14に素子高さ方向(Y軸方向)に並列関係で、僅かな間隔を空けて独立して、磁性層24を設けた場合を示す。磁性層24は、原則として、固定側磁性層24と同一製造工程を経て同一構成に形成されている。従って、磁性層24も、固定側磁性層24と同じようにY軸正方向に固定的に磁化されている。このような場合、固定側磁性層14のN極から発生する漏れ磁束の大部分B2は磁性層24に到達し、僅かな漏れ磁束部分B3のみが自由側磁性層12の一端に到達する。
【0052】
磁性層24の他端から発生する磁束B4は、自由側磁性層12に到達するが、この間の距離は、固定側磁性層14から自由側磁性層12までの距離に比較して、概して2倍以上に離れている。磁束密度は距離rの自乗に反比例するため、磁性層24の他端から自由側磁性層12に到達する磁束密度は1/4以下に減少している。
【0053】
この結果、磁性層24により、自由側磁性層12が固定側磁性層14から受ける漏れ磁界の影響は大幅に減少し、自由側磁性層12がY軸負方向に磁化される程度は大幅に減少する。自由側磁性層12は、理想的には、固定側磁性層14の磁化方向に対して角度約90度を成すように磁区制御されていることが望ましい。本実施形態では、磁界補正部の磁性層24を設けることにより、自由側磁性層12に対する固定側磁性層14の影響を大幅に減少し、シングル・スピンバルブ構造のGMR素子をこの理想状態に近づけることが出来る。
【0054】
なお、上述したように、磁性層24は、前もって磁化されていなくてもよい。磁性層24を固定側磁性層14の磁界の場に配置することにより、Y軸正方向に容易に磁化されるからである。
更に、図8(B)から、センサ部10と磁界補正部20の間、即ち固定側磁性層14と磁性層24の間の間隔gが存在しない場合でも同一効果を奏することが分かり、素子間隔gは必ずしも必要がないことが分かる。従って、本発明は、シングル・スピンバルブ構造に於いて、自由側磁性層12に対し、固定側磁性層14を素子高さ方向(Y軸方向)に相対的に長くしたことを特徴とする発明として把握し得る。
【0055】
この間隔gは、磁性層24を固定側磁性層14に対しY軸方向に並列関係で設けることを可能とするGMR素子の製造上の要請から設けられている。しかし、次ぎに説明する第2実施形態では、磁性層24を基板上に形成すればよいので、素子間隔gは必ずしも必要でない。
【0056】
本実施形態によれば、GMRヘッドにおいて、センサ部に対して並列に配置された磁界補正部を設け、この磁界補正部にセンサ部の固定側磁性層と同一磁化方向を有する磁性層を形成することにより、センサ部の作る漏洩磁界を弱めることが出来る。この結果、適当なバイアス設計が可能となる。
(第2実施形態)
図5は、第2実施形態に係るGMR素子の構成を示す図である。第2実施形態に係るGMR素子は、第1実施形態に係るGMR素子の構成(図3参照)と比較して、基板上の各層の積層順序が反転している点で相違する。本明細書では、このスピンバルブ素子を「層構成反転型シングル・スピンバルブ構造」とも呼んでいる。
【0057】
図5に示すGMR素子は、基板1上に、概略的に、センサ部10と磁界補正部20が設けられている。センサ部10として、基板11と、この基板の上に形成された反強磁性層15と、この反強磁性層の上に形成された固定側磁性14と、この固定側磁性層の上に形成された中間層13と、この中間層の上に形成された自由側磁性層12とが、この順序で積層されている。なお、固定側磁性層14に硬質磁性層を使用すれば、反強磁性層15を省略することもできる。
【0058】
磁界補正部20は、センサ部10と同一構成にすることが出来る。即ち、磁界補正部20は、基板11の上に形成された反強磁性層25と、この反強磁性層の上に形成された磁性層24と、この磁性層の上に形成された中間層23と、この中間層の上に形成された磁性層22とが、この順序で積層されている。磁界補正部20の各層のなかで本発明を実現するに必須な部材は磁性層24であり、他の各層は必ずしも必須なものではない。
【0059】
図5に示す層構成反転型シングル・スピンバルブ構造を有するGMR素子は、基板1上のセンサ部10及び磁界補正部20の各層の積層順序が逆になっていることを除いて、図1に示すGMR素子と同じである。従って、図5に示すGMR素子の動作は、図1に示すGMR素子のそれと同じである。
同様に、図5に示すGMR素子は、例えば、図4及び図8に関連して説明したような図1のGMR素子の有する特徴・効果を有している。更に、磁界補正部20では、反強磁性層25の上に磁性層24を形成すればよく、その後の工程でこの磁性層24より上方の中間層23と磁性層22の形成を省略することが出来る。
(第3実施形態)
図6は、第3実施形態のGMR素子の構成を示し、図1のシングル・スピンバルブ構造との対比から、「デュアル・スピンバルブ構造」を呼ばれている。即ち、図5に示す層構成反転シングル・スピンバルブ構造の上に図3のシングル・スピンバルブ構造の基板を除いた各層を重ね、両素子の自由側磁性層12及び磁性層22を共通化した構成を有する。観点を変えれば、自由側磁性層12を中心に、膜厚方向(Z軸方向)に線対称の層構成を有している。
【0060】
図6に示すデュアル・スピンバルブ構造は、基板1上に、大別して、センサ部10と磁界補正部20が設けられている。センサ部10として、基板11と、この基板の上に形成された第一反強磁性層15−1と、この第一反強磁性層の上に形成された第一固定側磁性層14−1と、この第一固定側磁性層の上に形成された第一中間層13−1と、この第一中間層の上に形成された自由側磁性層12と、この自由側磁性層の上に形成された第二中間層13−2と、この第二中間層の上に形成された第二固定側磁性層14−2と、この第二固定側磁性層の上に形成された第二反強磁性層15−2とが、この順序で積層されている。
【0061】
なお、このGMR素子の第一及び第二固定側磁性層14−1,14−2の双方又は何れか一方に硬質磁性層を使用すれば、それに対応して第一及び第二反強磁性層15−1,15−2を省略することもできる。
図6のデュアル・スピンバルブ構造は、Z軸方向の膜厚方向の長さが異なるだけで、素子幅w、素子高さh及び素子間隔gは、第1図のシングル・スピンバルブ構造のそれらと同一であってよい。同様に、このデュアル・スピンバルブ構造の各要素は、図1のシングル・スピンバルブ構造の対応する各要素の膜厚及び組成と夫々同じであってよい。
【0062】
同様に、磁界補正部20は、センサ部11と同一の層構成にすることが出来る。しかし、磁界補正部20の各層のなかで本発明を実現するに必須な部材は、センサ部10の第一及び第二の磁性層14−1,14−2に対応する磁性層24−1,24−2だけであり、他の各層は必ずしも必須なものではない。磁界補正部20をセンサ部11と同一の層構成とした理由は、このスピンバルブ素子の製造上、容易に製造し得るという理由に過ぎない。
【0063】
第一及び第二固定側磁性層14−1,14−2は、図中、実線の矢印で示されるように、Y軸方向に固定的に磁化Mp1,Mp2されている。また、磁界補正部20はセンサ部10と同一構成を有し、同一処理工程を経て製造されるため、この固定側磁性層14−1,14−2に対応する磁界補正部20の磁性層24−1,24−2も夫々同一方向に磁化Mp1′,Mp2′されている。但し、磁性層24の磁化方向を予め固定することは、必須なものでなく、固定側磁性層14の磁化Mp1,Mp2が固定されることにより、磁性層24も必然的に図示のように磁化さることは容易に理解される。
【0064】
なお、センサ部10の自由側磁性層12は、固定側磁性層14−1,14−2の磁化方向に対して角度約90度を成して、非常に弱く磁区制御されている。
このような状態で、外部磁界、即ち磁気ディスク(図示せず。)からの信号磁界Hsigがかかるると、自由側磁性層12の磁化の方向が回転して変化する。スピンバルブ素子の電気抵抗は、第一及び第二固定側磁性層14−1,14−2の磁化方向に対する、自由側磁性層12の磁化の相対的な角度θの余弦(cosθ)に比例する。デュアル・スピンバルブ構造では、図1のシングル・スピンバルブ構造に比較して、磁性層/非磁性層の界面数が多いため相対的に高い抵抗変化が期待できる特徴を有している。
【0065】
GMR素子の両端に形成された一対の電極膜(図11参照)の間に一定電流(センス電流)を流すことにより、外部信号磁界によるGMR素子の抵抗変化は、電圧変化として検出できる。
図7は、図6のデュアル構造のGMR素子のモデルに基づき計算された自由側磁性層にかかる磁界のY軸(素子高さh)方向成分を示すグラフであり、図4のグラフに対応している。グラフの横軸は、図4と同じスケールに目盛ってある。縦軸は、固定側磁性層14から自由側磁性層12にかかる磁界の素子高さh方向成分をエルステッド単位で示している。しかし、固定側磁性層が二層有ることより、フルスケールは二倍の300 Oeに目盛られている。
【0066】
実線で示す特性曲線は、同様に従来技術の磁界補正部20を設けていない場合を示す。このグラフより、従来技術の磁界補正部20が存在しない場合に比較して、磁界補正部20を設けた方が、自由側磁性層12にかかる磁界が抑制されていることが分かる。
更に、素子間隔gが小さい方が、自由側磁性層12にかかる磁界が一層抑制されていることが分かる。例えば、素子高さhの中間位置h=0.15μmの位置では、従来技術の磁界補正部20が存在しないとき、磁界は107 Oe程度かかっている。これに対し、本実施形態の磁界補正部20を設けたとき、素子間隔g=0.1μmでは磁界が102 Oeであり、g=0.05μmでは磁界が96 Oeであり、g=0.01μmでは磁界が82 Oeとなっている。即ち、素子間隔gは小さければ小さいほど、固定側磁性層14−1,14−2から自由側磁性層12にかかる磁界は一層減少していることが分かる。
【0067】
この結果、代表的には、固定側磁性層15が作る磁場は、素子間隔g=0.01μmのときに自由側磁性層12のY軸方向中間位置(0.15mmの位置)で、従来技術の107 Oeから82 Oeに減少している。
図6に示すデュアル構造のGMR素子では、自由側磁性層12と第一固定側磁性層14−1が第一中間層13−1を介して積層状態にあり、同様に、自由側磁性層12と第二固定側磁性層14−2が第二中間層13−2を介して積層状態にある。このような構成では、自由側磁性層12と第一及び第二固定側磁性層14−1,14−2とが夫々交換相互作用により結合(interlayer coupling )し、この結合の大きさは、第一及び第二中間層13−1,13−2の膜厚が夫々約24Åの場合に各々約20 Oe、合計で約40 Oeとなる。
【0068】
従って、これら代表的な計算値からこの合計の結合分を夫々差し引くと、結局、バイアス磁界分は67 Oeから42 Oeへと約37%減少する。この減少分は、デュアル・スピンバルブ構造のセンサ部に対して並列関係に独立に配置された磁界補正部20の磁性層24−1,24−2の存在によって相殺された結果と思われる。
【0069】
また、本実施形態においては、磁界補正部20の磁性層24−1,24−2の両方又はいずれか一方が磁化固定されていない場合でも、センサ部10の固定側磁性層14−1,14−2からの漏洩磁界によってこれら磁性層24−1,24−2は夫々磁化させることより、同一の効果が得られると考えられる。
図9(A)及び(B)は、上述の効果を単純化して定性的に説明する図であり、図15に対応するものである。図9では、図を見易くするために、センサ部10の自由側磁性層12,第一及び第二の固定側磁性層14−1,14−2及び磁界補正部20の磁性層24以外の各要素は全て省略している。図9(A)に示すように、両固定側磁性層14−1,14−2は、各々、Y軸正方向に固定的に磁化されている。各固定側磁性層14−1,14−2の周囲には磁界の場が形成され、磁界補正部が存在しない場合、固定側磁性層14−1,14−2の各N極から発生する漏れ磁束B1−1,B1−2の大部分は自由側磁性層12に到達し、また、自由側磁性層12から発生する漏れ磁束B1−1,B1−2の大部分は固定側磁性層14に到達する。従って、自由側磁性層12は、理想的には、固定側磁性層14の磁化方向に対して角度約90度を成すようにX軸方向に磁区制御されていることが望ましいに拘わらず、Y軸負の方向に磁化される傾向にある。
【0070】
図9(B)は、このような状況下に於いて、各固定側磁性層14−1,14−2に素子高さ方向(Y軸方向)に並列関係で、僅かな間隔を空けて独立して、磁性層24−1,24−2を夫々設けた場合を示す。これら磁性層24−1,24−2は、原則として、固定側磁性層14−1,14−2と同一製造工程を経て同一構成に形成されている。従って、これら磁性層も、固定側磁性層と同じようにY軸正方向に固定的に磁化Mp1′,Mp2′されている。このような場合、固定側磁性層14のN極から発生する漏れ磁束の大部分B2−1,B2−2は磁性層24−1,24−2に夫々到達し、僅かな漏れ磁束部分B3−1,B3−2のみが自由側磁性層12の一端に到達する。
【0071】
磁性層24−1、24−2の他端から発生する磁束B4−1,B4−2は、自由側磁性層12に夫々到達するが、この間の距離は、相対的に長い。磁束密度は距離rの自乗に反比例するため、各各磁性層24の他端から自由側磁性層12に到達する磁束密度は1/4以下に減少している。なお、上述したように間隔gは必ずしも必要はない。
【0072】
この結果、磁性層24−1,24−2により、固定側磁性層14−1,14−2が自由側磁性層12に対して与える漏れ磁界の影響は大幅に減少し、自由側磁性層12がY軸負方向に磁化される程度は大幅に減少する。自由側磁性層12は、理想的には、固定側磁性層14の磁化方向に対して角度約90度を成すように磁区制御されていることが望ましい。本実施形態では、磁界補正部の磁性層24を設けることにより、自由側磁性層12に対する固定側磁性層14の影響を大幅に減少し、デュアル・スピンバルブ構造のGMR素子をこの理想状態に近づけることが出来る。
【0073】
本実施形態によれば、GMRヘッドにおいて、センサ部に対して並列に配置された磁界補正部を設け、この磁界補正部にセンサ部の固定側磁性層と同一磁化方向を有する磁性層を形成することにより、センサ部の作る漏洩磁界を弱めることが出来る。この結果、適当なバイアス設計が可能となる。
(第4実施形態)
図10は、第4実施形態に係るGMR素子の構成を示す図である。第4の実施形態に係るGMR素子は超格子GMRと称せられている。超格子GMRは、自由側磁性層12と中間層13から成る組を多数組積み重ねた多層構造、又は自由側磁性層12,中間層13及び固定側磁性層14からなる組を、非磁性層16を介して、多数組積み重ねた多層構造をとる。固定側磁性層14は硬質磁性膜から成り、このため反強磁性層を必要としない。
【0074】
図10に示す超格子GMR素子は、センサ部10として、基板1の上に、1番目の組として第一自由側磁性層12−1,中間層13−1及び固定側磁性層14−1の組、2番目の組として第二自由側磁性層12−2,中間層13−2及び固定側磁性層14−2の組、……、n番目の組として第n自由側磁性層12−n,中間層13−n及び固定側磁性層14−nの組が順次積層されている。各組の間には、非磁性層16が夫々介在配置されている。
【0075】
更に、超格子GMR素子は、センサ部10と同一構成の磁界補正部20を有する。しかし、この磁界補正部20の内、必須の部材は、磁性層24−1,磁性層24−2,……,磁性層24−nであることを承知されたい。
図10に示す超格子GMR素子に外部磁界を加えると、保磁力の弱い自由側磁性層12の磁化方向が回転し、固定側磁性層14の磁化方向と一致したとき(即ち、θ=0度)、電気抵抗は最小となり、逆になったとき(即ち、θ=180度)、電気抵抗は最大となる。超格子GMR素子は、界面の数がスピンバルブ構造に比較して多いので、抵抗変化を大きくすることが出来る特徴を有する。しかし、層構成が複雑になり、製造面において低価格化は期待できない。
【0076】
図10に示す超格子GMR素子は、基板1上のセンサ部10及び磁界補正部20が、各々、反強磁性層を除くシングル・スピンバルブ構造が多数組み積層された特徴を有している。従って、図10に示す超格子GMR素子の動作は、図1に示すGMR素子のそれと同様に理解できる。同様に、図10に示す超格子GMR素子は、磁性層と非磁性層の界面の面数が多いことを除き、例えば図4及び図8に関連して説明したような図1のGMR素子と同じであり、図1のGMR素子の有する特徴・効果を有している。
[GMRヘッドの製造方法]
次ぎに、第1〜第4の実施形態のGMR素子の製造方法について簡単に説明する。
【0077】
図11は、第1実施形態(図1参照)のシングル・スピンバルブ構造をもつGMR素子の製造工程フローを説明する図である。
図11(A)に示すように、基板1上に、センサ部10及び磁界補正部20の各層(スピンバルブ膜)が一体にスパッタリング法により成膜される。即ち、センサ部10の自由側磁性層12、中間層13、固定側磁性層14、反強磁性層15及びこれらに対応する磁界補正部20の各層が、順次、同時に成膜される。その上に、この後のイオンミルに耐え得るように、レジストとアルミナから成るオーバハング形状の二層構造レジスト17が形成される。
【0078】
図11(B)に示すように、スパッタリングにより積層された部分は、イオンミルにより、センサ部10、間隔部分g及び磁界補正部20の全体に相当する矩形形状にパターニングされる。
図11(C)に示すように、下地層としてのハード膜18及びその上に電極膜19を成膜する。この際、ハード膜18及び電極膜19は、センサ部10の素子幅方向両端部にのみ配置することが好ましい。センサ部10と磁界補正部20の両方にセンス電流が流れる場合に比較して、センサ部10の自由側磁性層12に選択的にセンス電流が流れた方が、抵抗変化率が大きく、効率的であるからである。
【0079】
反対に、センサ部10と磁界補正部20の両方にセンス電流が流れた場合、GMRヘッド全体として、総合的な抵抗変化率は低下してしまう。その理由は、磁気ディスク(図示せず。)を基準にして磁界補正部20はセンサ部10より遠方にあるため、外部信号磁界Hsigによる磁化方向の変化が小さく、抵抗変化率は相対的に小さいからである。しかし、GMRヘッドの製造上の観点からは、センサ部10と磁界補正部20の両方の幅方向両端部に対して、ハード膜18及び電極膜19を成膜するする方が、製造工程が複雑にならず、効率的である。結局、得られるGMRヘッドの特性と、余分にかかる製造コストとの兼ね合いから、何れかが選択される。
【0080】
図11(D)に示すように、二層構造レジスト17をリフトオフする。
図11(E)に示すように、センサ部10と磁界補正部20の間の間隔g(図1参照)に相当する部分を溝とした二層構造レジスト17gが形成される。その後、イオンミルによって、素子間隔gに相当する溝を形成し、その後この二重構造レジストをリフトオフする。
【0081】
以上の工程により、図1に示すGMR素子が製造される。なお、製造方法はこれに限定されず、各種の選択性エッチング,リフトオフ,イオンミル,写真製版技術を応用して任意に採用し得る。
第2実施形態の層構成反転型シングル・スピンバルブ構造(図5参照)の製造法は、図11(A)の各層の成膜順序を逆にすることを除き、第1実施形態のGMR素子のそれと同じである。
【0082】
第3実施形態のデュアル・スピンバルブ構造のGMR素子(図6参照)の製造法は、図11(A)の各層の成膜時に第二中間層13−2,第二固定側磁性層14−2,第二反強磁性層15−2を追加的に成膜することを除き、第2実施形態のGMR素子のそれと同じである。
第4実施形態の超格子GMR素子(図10参照)の製造法は、図11(A)の各層の成膜時に図10に示すように各層を成膜することを除き、第1実施形態のGMR素子のそれと同じである。
[磁気ディスク駆動装置]
図12は、本実施形態に係る磁気ディスク駆動装置の要部を示す図である。上述した構成を有し、上述した製造工程で製造されたGMRヘッドを用いた磁気ディスク駆動装置を簡単に説明する。この磁気ディスク駆動装置は、磁気記録媒体として磁気ディスク30が搭載され、回転駆動される。この磁気ディスク30の表面に対向し、約20nm程度の浮上量でGMR ヘッド32が配置され、記録再生動作が行われる。ヘッド32の位置決めは、通常のアクチュエータと電磁式微動アクチュエータを組み合わせた2段式アクチュエータ34を採用している。更に、吸着フリー・スライダ36を採用してスライダと磁気ディスクの吸着を防いでいる。
【0083】
【発明の効果】
本発明によれば、新規なGMRヘッドを提供することが出来る。
更に本発明によれば、固定側磁性層から自由側磁性層にかかる静磁気的な磁界を減少させ、動作点を適正なバイアス点に位置させるGMRヘッドを提供することが出来る。
【0084】
更に本発明によれば、新規なGMRヘッドの製造方法を提供することが出来る。
更に本発明によれば、固定側磁性層から自由側磁性層にかかる静磁気的な磁界を減少させ、動作点を適正なバイアス点に位置させるGMRヘッドの製造方法を提供することが出来る。
【0085】
更に本発明によれば、これらGMRヘッドを利用した磁気ディスク駆動装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 シングル・スピン構造を有するGMR素子の構成を示す図である。
【図2】 図1のGMR素子の固定側磁性層の磁化方向を説明する図である。
【図3】 図1のGMR素子の自由側磁性層の磁界分布を計算するために用いたシングル・スピン構造のモデルを説明する図である。
【図4】 図1のGMR素子の自由側磁性層の磁界分布の計算結果を示すグラフである。
【図5】 層構成反転型シングル・スピン構造を有するGMR素子の構成を示す図である。
【図6】 デュアル・スピン構造を有するGMR素子の構成を示す図である。
【図7】 図6のデュアル・スピン構造を有するGMR素子における自由側磁性層の磁界分布の計算結果を示すグラフである。
【図8】 図3のシングル・スピン構造を有するGMR素子における自由側磁性層の磁化方向を説明する図である。
【図9】 図6のデュアル・スピン構造を有するGMR素子における自由側磁性層の磁化方向を説明する図である。
【図10】 超格子GMR素子の構成を示す図である。
【図11】 図1のシングル・スピン構造を有するGMR素子の製造工程フローを示す図である。
【図12】 図1,図5,図6又は図10に示すGMR素子を用いた磁気ディスク駆動装置の要部を示す図である。
【図13】 GMRヘッドが用いられる複合型磁気ヘッドと磁気ディスクの要部を示す図である。
【図14】 スピンバルブ素子を説明する図である。
【図15】 スピンバルブ素子の動作を説明する図である。
【図16】 スピンバルブ素子のGMR効果を説明する図である。
【符号の説明】
10:センサ部、 11:基板、 12:自由側磁性層(フリー層)、 13,23:中間層(非磁性金属層)、 14:固定側磁性層(ピンド層)、 15,25:反強磁性層(ピニング層)、 16:非磁性層、 17:オーバハング形状レジスト、 18:ハード膜、 19:電極膜、 20:磁界補正部、 22,24:磁性層、
w:素子幅、 h:素子高さ、 g:素子間隔、 Mp:固定側磁性層の磁化、 Mp′:磁性層の磁化、 Mf:自由側磁性層の磁化、
Claims (17)
- GMRヘッドに於いて、
センサ部と該センサ部から素子高さ方向に並列関係で独立した磁界補正部とを備え、
前記センサ部は、少なくとも、自由側磁性層、中間層及び固定側磁性層を有し、
前記磁界補正部は、前記センサ部と実質的に同じ層構成を有している、GMRヘッド。 - 請求項1記載のGMRヘッドに於いて、
前記センサ部が、少なくとも前記自由側磁性層、中間層,固定側磁性層に加えて、反強磁性層をもつスピンバルブ膜を有している、GMRヘッド。 - 請求項1記載のGMRヘッドに於いて、
前記センサ部が、基板の上に、前記自由側磁性層、前記中間層、前記固定側磁性層及び反強磁性層がこの順序で形成されたシングル・スピンバルブ構造を採る、GMRヘッド。 - 請求項1記載のGMRヘッドに於いて、
前記センサ部が、基板の上に、反強磁性層、前記固定側磁性層、前記中間層及び前記自由側磁性層がこの順序で形成された層構成反転型シングル・スピンバルブ構造を採る、GMRヘッド。 - 請求項1記載のGMRヘッドに於いて、
前記センサ部が、基板の上に、少なくとも、第一固定側磁性層、第一中間層、自由側磁性層及び第二固定側磁性層がこの順序で形成されたデュアル・スピンバルブ構造を採る、GMRヘッド。 - 請求項1記載のGMRヘッドに於いて、
前記センサ部が、基板の上に、第一反強磁性層、第一固定側磁性層、第一中間層、自由側磁性層、第二固定側磁性層及び第二反強磁性層がこの順序で形成されたデュアル・スピンバルブ構造を採る、GMRヘッド。 - 請求項1記載のGMRヘッドに於いて、
前記センサ部が、基板の上に、自由側磁性層、中間層及び固定側磁性層から成る組を、非磁性層を介して、複数組設けた超格子GMR構造を採る、GMRヘッド。 - 請求項1に記載のGMRヘッドに於いて、
前記センサ部と前記磁界補正部は、素子高さ方向に0.1μm以下の素子間隔を有して離れている、GMRヘッド。 - 請求項1に記載のGMRヘッドに於いて、
前記センサ部と前記磁界補正部は、素子高さ方向に0.01μmの素子間隔を隔てて離れている、GMRヘッド。 - 基板上に、少なくとも自由側磁性層を積層し、該自由側磁性層の上に中間層を積層し、該中間層の上に固定側磁性層を積層し、該固定側磁性層の上に反強磁性層を積層してスピンバルブ膜を形成し、
前記スピンバルブ膜を、素子高さ方向中間部で分離する、諸工程を含む、GMRヘッドの製造方法。 - 請求項10に記載のGMRヘッドの製造方法において、
前記スピンバルブ膜を、素子高さ方向中間部で分離する工程は、イオンミル法によって行われる、GMRヘッドの製造方法。 - 少なくとも、請求項1乃至9の何れか1項に記載のGMRヘッドと、
前記GMRヘッドに対向して配置された磁気ディスクと、
前記GMRヘッド及び前記磁気ディスクを制御する制御機構と
を備えた磁気記録装置。 - GMRヘッドに於いて、
外部信号磁界の変化を検出するセンサ部内の固定側磁性層の磁化方向に対して実質的に同一方向に磁化を固定した磁性層を、該センサ部内の該固定側磁性層と並列関係に素子高さ方向に独立して配置したことを特徴とする、GMRヘッド。 - GMRヘッドに於いて、
外部信号磁界の変化を検出するセンサ部と同一構成の積層膜を、該センサ部と並列関係で該センサ部と独立に配置された磁界補正部を設け、該センサ部の固定側磁性層及び該磁界補正部の磁性層の向きを実質的に同一方向とすることを特徴とする、GMRヘッド。 - 請求項13及び請求項14の何れか一項に記載のGMRヘッドに於いて、
前記磁界補正部の磁性層の幅寸法が、前記センサ部の固定側磁性層の幅寸法と実質的に同一である、GMRヘッド。 - 請求項13及び請求項14の何れか一項に記載のGMRヘッドに於いて、
前記磁界補正部の磁性層と前記センサ部の固定側磁性層との素子高さ方向の間隔が0.01μm以下である、GMRヘッド。 - 請求項13及び請求項14の何れか一項に記載のGMRヘッドに於いて、
前記スピンバルブのセンサ部はデュアル・スピンバルブであることを特徴とする、GMRヘッド。
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