JP3916676B2 - Multi-layer magnetic exchange stabilization for MR heads - Google Patents
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発明の背景
本発明は、一般的には、ディスクドライブデータ記憶システムに使うための磁気抵抗(MR)ヘッドに関する。更に詳しくは、本発明は、MRセンサ層と軟隣接層(SAL)を安定化するために別々の永久磁石(PM)層を有するMRヘッドに関する。
磁気記録用途で必要なヘッド性能を得るためには、MR素子(MRE)またはセンサ層を単磁区に安定化することが望ましい。このMRE層の単磁区への安定化は、典型的にはセンサ形状、反強磁性層、PM静磁結合層、またはPM強磁性結合層の組合せを使うことによって達成する。垂直バイアス用にSALを使う設計で、最高のヘッド性能を得るためには、MRヘッドのSALとMR層の両方を単磁区状態に安定化すべきである。
PMをオーバレイした設計では、SALとMRE層を共にこのPM層に強磁性的に結合する。しかし、これらのPMをオーバレイした設計では、ヘッド安定性に影響せずに低抵抗層は使えないので、ヘッド抵抗が高い。これは、安定化のためには、MRセンサ層とSALの両方がPMと接触していなければならないと言う事実による。従って、SALとオーバレイしたPM安定化を利用する低抵抗MRヘッドは、この技術での有意義な改善であろう。
発明の概要
データ記憶システムに使うための磁気抵抗(MR)ヘッドを開示する。このMRヘッドは、MRセンサ層およびこのMRセンサ層の長さに沿って配置され、このMRセンサ層を垂直にバイアスすようようにされた軟隣接層(SAL)を含む。スペーサ層をMRヘッドの中央領域でMRセンサ層とSALの間に作る。MRセンサ層とSALは、第1および第2永久磁石(PM)層によって独立に安定化される。これらのPM層は、MRヘッドのウィング領域でSALとMR層に接触している。これは、MRヘッドの抵抗を低めるために、第1および第2ウィング領域で第1および第2PM層の間に低抵抗材料の層を置けるようにする。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明の好適実施例によるMRヘッドの、空気軸受面(ABS)の見方で見た線図である。
図2は、図1に示すMRヘッドの制作方法の最初の工程を示す線図である。
図3は、図1に示すMRヘッドの制作方法の第2工程を示す線図である。
図4は、図1に示すMRヘッドの制作方法の第3工程を示す線図である。
図5は、図1に示すMRヘッドの制作方法の第4工程を示す線図である。
図6は、図1に示すMRヘッドの制作方法の第5工程を示す線図である。
好適実施例の詳細な説明
本発明は、一部、もしSALのPM安定化をSALバイアスしたMRヘッドのMRセンサ層のPM安定化と無関係に達成するならば、低抵抗層を含めてヘッドの抵抗を下げることができるという認識に基づく。このため、本発明のMRヘッドでは、二つの別々のPM層を使ってSALとMRセンサ層を独立に安定化する。このSALと二つのPM層の一つとを強磁性的に結合し、一方MRセンサ層と他のPM層を強磁性的に結合する。追加の低抵抗層をこれら二つのPM層の間にサンドイッチし、それによって安定性と低抵抗性を同時にもたらすことができる。
図1に示すように、本発明のMRヘッド100は、第1読取り装置間隙110、SAL120、スペーサ層130、第1PM層140(MRヘッド100のウィング領域に140Aおよび140Bで示す)、低抵抗層150(ウィング領域に150Aおよび150Bで示す)、第2PM層160(ウィング領域に160Aおよび160Bで示す)、MRセンサ層またはMRE170、キャップ層180および第2読取り装置間隙185を含む。ここで使うように、層140、150および160を参照することは、MRヘッドのウィング領域または能動センサ区域でのこれらの層と類似の表示を含めることを意図する。例えば、層140を参照することは、140Aおよび140Bとして表示する層140の部分を含めることを意図する。
第1読取り装置間隙110は、例えば、Al2O3またはその他の既知の間隙材料の層でも良い。SAL120は、NiFeCrまたはMREのSAL垂直バイアスに有用であるとして知られる、低飽和保磁力および高透磁率を有する多種多様なその他の材料のどれかの層でも良い。SAL120を作るために使用できる他の材料の例は、NiFeRhおよびNiFeReである。
スペーサ層130は、Taまたは垂直バイアス技術でMRE層とSALの間に典型的に使用する、その他の絶縁スペーサ材料でも良い。例えば、スペーサ層130は、SiO2またはAl2O3でも良い。PM層140および160は、例えば、約400Å(400×10-10m)の厚さを有するCoCrPtの層でも良い。しかし、PM層140および160は、CoPtまたはCoNiPのような他の材料でも良い。更に、PM層140および160は、各々別のPM材料で作っても良く、400Å(400×10-10m)以外の厚さがあっても良い。低抵抗層150は、例えば、CrまたはTiW/Taの600Å(600×10-10m)の厚さの層でも良い。層150は、AuおよびMoのような他の低抵抗材料で作っても良く、特定の用途に対して厚さが変っても良い。
MRセンサ層170は、多種多様なMR材料のどれでも良い。好適実施例では、MRセンサ層170がNiFeである。キャップ層180は、MRヘッドにキャップとして普通使う多種多様な材料のどれでも良い。好適実施例では、層180がTaである。第1および第2読取り装置間隙110および185は、多種多様な材料のどれでも良いが、好適実施例では、読取り装置間隙110および185がアルミナである。
PM層140は、SAL120をこれらの二つの層の間の強磁性結合を使って単磁区に安定化する。PM層160は、MRセンサ層170をやはりこれらの二つの層の間の強磁性結合を使って単磁区に安定化する。この独立のPM安定化アプローチは、ヘッド全体の抵抗を下げるために、二つのPM層140および160の間にサンドイッチした低抵抗層150の使用を可能にする。それで、単一PM層をMRセンサ層とSALの両方に隣接して作る先行技術と違って、本発明は、安定性と低抵抗性を同時にもたらす。
図2〜図6は、本発明のある好適実施例に従ってMRヘッド100を製作する方法の種々の工程を示す。図1は、この方法の更に他の工程を示す。これらの図には示さないが、この方法は、例えば、5μmAl2O3ベースコートで覆ったAlsimag基板、およびセンダスト(Sendust)、NiFeまたはその他の材料の磁気シールドで始めることができる。この構造体の上に、第1読取り装置間隙110を堆積する。次に、第1読取り装置間隙110の上にSAL120およびスペーサ層130を堆積する。これを図2に示す。
次に、図3に示すように、フォトレジスト190をスペーサ層130の上に、MRヘッド100の活性領域またはセンサ区域200になる区域に堆積する。従来、自己整合エッチングおよび剥離法を使ってセンサ区域200の外側のスペーサ層を除去し、そしてPM層を残りのスペーサ層に隣接して右および左ウィング領域210および220に堆積した。しかし、本発明のMRヘッド100を作る好適方法は、この点でかなり違う。
図4に示すように、先行技術の方法で使ったのと類似のエッチング法を使ってウィング領域210および220からスペーサ層130を除去する。フォトレジスト190がセンサ区域200でスペーサ層130を保護し、この区域でのスペーサ層の除去を防ぐ。次に、図5に示すように、層140、150および160を、ウィング領域210および220でSAL120の上に、並びにセンサ区域200でフォトレジスト190の上に逐次堆積する。それで、ウィング領域210および220では、従来の単一のPM層が:第1PM層140、低抵抗金属層150および第2PM層160の三層で置換えらる。この三層をフォトレジスト190の上にも堆積する。
次に、図6に示すように、剥離法を使ってフォトレジスト190およびその上に堆積した層140、150および160の部分を除去する。その結果、第1PM層140が領域210および220で部分140Aおよび140Bに分けられ、低抵抗層150が領域210および220で部分150Aおよび150Bに分けられ、並びに第2PM層160が領域210および220で部分160Aおよび160Bに分けられる。
最後に、MRセンサ層170、キャップ層180および第2読取り装置間隙185をセンサ区域200でスペーサ層130の上に、並びに領域210および220で第2永久磁石層160の上に堆積する。MR層とキャップ層は、当該技術で知られる種類のフォトマスクおよびミル作業でセンサの高さを決める前にこの構造体の上に堆積する。これらの層を全て堆積した構造体を図1に示す。
SAL120およびMRセンサ層170に関するPM層140および160の厚さに特別の注意を払うべきである。PM層の厚さは、SALおよびMRセンサ層の安定性がPMとSALまたはMRセンサ層の間のBr*t(磁気モーメントと厚さの積)の比に依るので、重要である。該PM下層の構造は、PM特性が該下層の特性に影響されるので、重要である。
本発明は、非常に多くの利点をもたらす。第1に、SALおよびMR層に単磁区を達成するが、このSALおよびMR層の安定化が独立に制御可能である。更に、活性領域またはセンサ区域200の外側の抵抗を、低抵抗金属層150を含める能力によって減少する。事実、センサ区域の外側の抵抗は、主としてこの新しい低抵抗金属層によって決る。もし、このPM層が適正な配向を達成するために他の材料を要するなら、低抵抗金属層150の上に追加のPM下層を加えることができることに注意すべきである。本発明は、トラック上ビット誤り率(BER)またはトラック外BERに損失なく、SALおよびMR層の磁区安定化を独立に制御可能であるという利点をもたらす。更に、本発明は、追加のマスキング工程が何も必要ないので、製作複雑度を増すことなく、その利点を達成する。
本発明を好適実施例を参照して説明したが、当業者には、この発明の精神および範囲から逸脱することなく、形および詳細に変更が出来ることが分るだろう。例えば、層150は、その抵抗特性のために選択した単層でよいが、もし望むならPM層160の下層としても作用するように選ぶこともでき、他の実施例では層150が多層の堆積で、個々の層を低抵抗性のために選択し、他の層をPM層160の磁気特性を改善するために選択してもよい。本発明の設計では、ウィング領域の多層がMRセンサのトラック上およびトラック外性能を低下しないことにも注意すべきである。 BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates generally to magnetoresistive (MR) heads for use in disk drive data storage systems. More particularly, the present invention relates to an MR head having separate permanent magnet (PM) layers to stabilize the MR sensor layer and the soft adjacent layer (SAL).
In order to obtain the head performance required for magnetic recording applications, it is desirable to stabilize the MR element (MRE) or sensor layer in a single magnetic domain. This stabilization of the MRE layer to a single domain is typically achieved by using a combination of sensor geometry, antiferromagnetic layer, PM magnetostatic coupling layer, or PM ferromagnetic coupling layer. In designs that use SAL for vertical bias, to obtain the best head performance, both the SAL and MR layer of the MR head should be stabilized in a single domain state.
In a PM overlay design, both the SAL and MRE layers are ferromagnetically coupled to this PM layer. However, in the design in which these PMs are overlaid, the head resistance is high because the low resistance layer cannot be used without affecting the head stability. This is due to the fact that for stabilization, both the MR sensor layer and the SAL must be in contact with the PM. Therefore, a low resistance MR head that utilizes PM stabilization overlaid with SAL would be a significant improvement in this technology.
SUMMARY OF THE INVENTION A magnetoresistive (MR) head for use in a data storage system is disclosed. The MR head includes an MR sensor layer and a soft adjacent layer (SAL) disposed along the length of the MR sensor layer and adapted to bias the MR sensor layer vertically. A spacer layer is formed between the MR sensor layer and the SAL in the central region of the MR head. The MR sensor layer and SAL are independently stabilized by first and second permanent magnet (PM) layers. These PM layers are in contact with the SAL and MR layers in the wing region of the MR head. This allows a layer of low resistance material to be placed between the first and second PM layers in the first and second wing regions to reduce the MR head resistance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram of an MR head according to a preferred embodiment of the present invention as seen from the perspective of an air bearing surface (ABS).
FIG. 2 is a diagram showing the first step of the method for producing the MR head shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a second step of the method for producing the MR head shown in FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a third step of the method for producing the MR head shown in FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a fourth step of the method for producing the MR head shown in FIG.
FIG. 6 is a diagram showing a fifth step of the method for producing the MR head shown in FIG.
Detailed Description of Preferred Embodiments The present invention, in part, provides a low resistance layer if the PM stabilization of the SAL is achieved independently of the PM stabilization of the MR sensor layer of the SAL biased MR head. This is based on the recognition that the resistance of the head can be lowered. For this reason, in the MR head of the present invention, two separate PM layers are used to stabilize the SAL and MR sensor layers independently. The SAL and one of the two PM layers are ferromagnetically coupled, while the MR sensor layer and another PM layer are ferromagnetically coupled. An additional low resistance layer can be sandwiched between these two PM layers, thereby providing both stability and low resistance.
As shown in FIG. 1, the
The
The
The
The
2-6 illustrate various steps of a method of fabricating
Next, as shown in FIG. 3, a
As shown in FIG. 4, the
Next, as shown in FIG. 6, the
Finally,
Special attention should be paid to the thickness of the PM layers 140 and 160 with respect to the
The present invention provides numerous advantages. First, a single domain is achieved in the SAL and MR layers, but the stabilization of the SAL and MR layers can be controlled independently. Furthermore, the resistance outside the active region or
Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, workers skilled in the art will recognize that changes may be made in form and detail without departing from the spirit and scope of the invention. For example,
Claims (9)
磁気抵抗センサ層;
該磁気抵抗センサ層の長さに沿って配置され、該磁気抵抗センサ層を垂直にバイアスするようにされた軟隣接層;
前記磁気抵抗ヘッドの活性領域で前記磁気抵抗センサ層と軟隣接層の間に作られたスペーサ層;
前記磁気抵抗ヘッドの活性領域の第1側および第2側で前記活性領域に隣接して配置された第1ウィング領域および第2ウィング領域において、前記磁気抵抗センサ層と接触して作られた第1永久磁石層;
前記磁気抵抗ヘッドの第1ウィング領域および第2ウィング領域で前記軟隣接層と接触して作られた第2永久磁石層;並びに
前記第1ウィング領域および第2ウィング領域で前記第1永久磁石層と第2永久磁石層の間に作られた低抵抗材料の層
を含み、該低抵抗材料の層の抵抗が前記第1永久磁石層および第2永久磁石層の抵抗より低く、それによって前記第1ウィング領域および第2ウィング領域で前記磁気抵抗ヘッドの抵抗を低めるようになっているヘッド。A magnetoresistive head for use in a data storage system:
Magnetoresistive sensor layer;
A soft adjacent layer disposed along the length of the magnetoresistive sensor layer and adapted to bias the magnetoresistive sensor layer vertically;
A spacer layer formed between the magnetoresistive sensor layer and a soft adjacent layer in an active region of the magnetoresistive head;
A first wing region and a second wing region disposed adjacent to the active region on the first side and the second side of the active region of the magnetoresistive head are formed in contact with the magnetoresistive sensor layer. 1 permanent magnet layer ;
The second permanent magnet layer made in contact with the soft adjacent layer in the first wing region and a second wing region of the magneto-resistive head; and
A layer of low resistance material formed between the first permanent magnet layer and the second permanent magnet layer in the first wing region and the second wing region.
And the resistance of the layer of low resistance material is lower than the resistance of the first permanent magnet layer and the second permanent magnet layer, thereby reducing the resistance of the magnetoresistive head in the first wing region and the second wing region. The head that has become .
当該センサの中央領域におよび当該センサの中央領域の第1側および第2側に隣接する該センサの第1ウィング領域および第2ウィング領域に作られた磁気抵抗素子層;Magnetoresistive element layers formed in a first wing region and a second wing region of the sensor adjacent to the central region of the sensor and to the first side and the second side of the central region of the sensor;
該磁気抵抗素子層を垂直にバイアスするようにされ、並びに当該センサの中央領域に、かつ該センサの第1ウィング領域および第2ウィング領域の少なくとも一部に作られた軟隣接層;A soft adjacent layer adapted to vertically bias the magnetoresistive element layer and formed in a central region of the sensor and in at least a portion of the first and second wing regions of the sensor;
当該センサの中央領域で前記磁気抵抗素子層および前記軟隣接層の各々に接触し且つそれらの間に作られたスペーサ層;A spacer layer in contact with and formed between each of the magnetoresistive element layer and the soft adjacent layer in a central region of the sensor;
当該センサの第1ウィング領域および第2ウィング領域で前記磁気抵抗素子層と軟隣接層の間に作られ、前記軟隣接層と強磁性的に結合する第1永久磁石層;A first permanent magnet layer formed between the magnetoresistive element layer and the soft adjacent layer in the first wing region and the second wing region of the sensor and ferromagnetically coupled to the soft adjacent layer;
当該センサの第1ウィング領域および第2ウィング領域で前記磁気抵抗素子層と軟隣接層の間に作られ、前記磁気抵抗素子層と強磁性的に結合する第2永久磁石層;並びにA second permanent magnet layer formed between the magnetoresistive element layer and the soft adjacent layer in the first wing region and the second wing region of the sensor and ferromagnetically coupled to the magnetoresistive element layer; and
前記第1ウィング領域および第2ウィング領域で前記第1永久磁石層と第2永久磁石層の間に作られた低抵抗材料の層A layer of low resistance material formed between the first permanent magnet layer and the second permanent magnet layer in the first wing region and the second wing region.
を含み、該低抵抗材料の層の抵抗が前記第1永久磁石層および第2永久磁石層の抵抗より低く、それによって前記第1ウィング領域および第2ウィング領域で前記磁気抵抗センサの抵抗を低めるようになっているセンサ。And the resistance of the layer of low resistance material is lower than the resistance of the first permanent magnet layer and the second permanent magnet layer, thereby reducing the resistance of the magnetoresistive sensor in the first wing region and the second wing region. Sensor.
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