JP5687555B2 - 高いリードバック分解能を備えた装置 - Google Patents

Description

背景
磁気データ記憶・検索システムにおいて、磁気記録ヘッドは典型的に、磁気ディスクなどの磁気媒体に記憶された磁気的に符号化された情報を検索するための磁気抵抗（ＭＲ：magnetoresistive）センサを有する再生部である部分すなわち再生ヘッドを含む。ＭＲセンサがその直下に磁気ディスクの特定のトラック上に記憶された情報のみを読取ることを確実にするのに役立てるために、磁気シールドが再生ヘッドの上に設置されている。

磁気媒体上に記憶される情報の量が増え続けているため、ＭＲセンサが、隣接する記憶された情報からのノイズも読取ってしまうことなく記憶された情報を別々に読取ることは、難しくなっている。よって、面密度が増加するにつれて、それに応じたＭＲセンサの感度および分解能の増加が必要である。

本実施例は、これらの問題に対処し、かつ先行技術に対する他の利点を提供する。

概要
１つの実施例において、第１の再生シールドおよび第２の再生シールドと、第１および第２の再生シールド間にある再生部積層体とを含む装置が提供される。この実施例において、第１および第２の再生シールドは各々、再生部積層体のフリー層中の磁束線を制御するように、再生部積層体の最も近くにある高透磁率薄層と、低透磁率層とを含む。

別の実施例において、第１の再生シールドおよび第２の再生シールドと、第１および第２の再生シールド間にある再生部積層体とを含む装置が提供される。この実施例において、第１および第２の再生シールドは各々、再生部積層体のフリー層中の磁束線を制御するように、エアベアリング面に幾何学的特徴を含む。

さらに別の実施例において、第１の再生シールドおよび第２の再生シールドと、第１および第２の再生シールド間にある再生部積層体とを含む装置が提供される。この実施例において、第１および第２の再生シールドは各々、再生部積層体の最も近くにある高透磁率薄層と、低透磁率層とを含み、第１および第２の再生シールドは各々、エアベアリング面に幾何学的特徴をさらに含む。

これらのおよびさまざまな他の特徴および利点は、以下の詳細な説明を読む際および関連する図面を検討する際に明らかとなるであろう。

磁気再生ヘッドのエアベアリング面（ＡＢＳ：air bearing surface）の平面に実質的に直角な平面に沿って取った磁気再生ヘッドおよび磁気ディスクの断面図である。 ＭＲ積層体を有する磁気抵抗（ＭＲ）センサをＡＢＳから見た図である。 磁気再生ヘッドの断面図である。 １つの実施例に従った磁気再生ヘッドの断面図である。 磁気再生ヘッドのＡＢＳの平面に実質的に直角な平面に沿って取った異なる磁気再生ヘッドの断面図である。 図５ａの再生ヘッドをＡＢＳから見た図である。 磁気再生ヘッドのＡＢＳの平面に実質的に直角な平面に沿って取った異なる磁気再生ヘッドの断面図である。 図６ａの再生ヘッドをＡＢＳから見た図である。 磁気再生ヘッドのＡＢＳの平面に実質的に直角な平面に沿って取った異なる磁気再生ヘッドの断面図である。 図７ａの再生ヘッドをＡＢＳから見た図である。

詳細な説明
図１は、磁気再生ヘッド１００のエアベアリング面（ＡＢＳ）の平面に実質的に直角な平面に沿って取った磁気再生ヘッド１００および磁気ディスク１０１の断面図である。以下にさらに説明されるように、本実施例は、１００などの磁気再生ヘッドにおいて有用である。磁気ディスク１０１は、垂直記録媒体または長手記録媒体のいずれかであってもよく、磁気再生ヘッド１００は、それに対応している。磁気再生ヘッド１００は、スライダ本体（基板）１０２上に載せられており、そこからギャップ１０４によって隔てられている。磁気再生ヘッド１００は、第１の磁気シールド１０６と、磁気抵抗（ＭＲ）センサ１０８と、絶縁層１１０と、第２の磁気シールド１１２とを含む。ＭＲセンサ１０８および絶縁層１１０は、底部シールド１０６と最上部シールド１１２との間に位置決めされており、ＭＲセンサ１０８は、磁気ヘッド１００のＡＢＳに隣接する。

図１の実施例において、ＭＲセンサ１０８に電流を与えるために、第１および第２の磁気シールド１０６および１１２は、磁気シールドおよび電極の両方としての二重の役割を果たす。よって、第１および第２の磁気シールド１０６および１１２は、電気的接続をＭＲセンサ１０８に提供することと、漂遊磁場からの磁気的遮蔽を提供することとの２つの機能を果たす。以下に図２に関連して説明されるように、図１の実施例において、センス電流は、再生素子１０８の平面に垂直な方向に流れる。

図２には、ＭＲセンサ１０８の具体的な実施例である、ＭＲ積層体２００を含むＭＲセンサをＡＢＳから見た図が示されている。ＭＲ積層体２００は、金属キャップ層２０２と、フリー層（ＦＬ）２０４と、バリア層（ＢＬ）２０５と、反平行結合膜（ＳＡＦ：synthetic antiferromagnetic）層２０９と、反強磁性（ＡＦＭ：antiferromagnetic）ピン止め層２１０と、シード層２１１とを含む。ＳＡＦ層２０９は、ルテニウム（Ｒｕ）の層２０７などによって隔てられたリファレンス層２０６とピン止めされた層（ＰＬ）２０８とを含む。ＭＲ積層体２００は、第１のシールド１０６と第２のシールド１１２との間に位置決めされている。

動作時、センス電流Ｉ_Sを、垂直通電型（ＣＰＰ：current-perpendicular-to-plane）ＭＲ積層体２００に流す。センス電流Ｉ_Sは、ＭＲ再生センサの層の平面に垂直に流れ、フリー層の磁化方向間に形成される角度の余弦に比例する抵抗を受ける。次にＣＰＰ ＭＲ積層体にかかる電圧を測定して、抵抗の変化を特定し、結果として生じる信号を用いて、符号化された情報を磁気媒体から復元する。なお、ＣＰＰ ＭＲ積層体構成２００は例示的なものに過ぎず、ＣＰＰ ＭＲ積層体２００のための他の層構成を用いてもよい。

なお、本実施例は、センス電流が再生センサの平面内を流れる面内通電型（ＣＩＰ：current-in-plane）再生ヘッド（図示せず）に対しても有用である。ＣＩＰ再生ヘッドは通常、再生センサと再生シールドとの間に付加的な金属コンタクト層、スペーサ層などを含む。

先述のように、ヘッドのリードバック分解能を改善する必要がある。１インチ当たりのビット数（ＢＰＩ：bits per inch）能力の「チャネル測定基準」であるリードバック分解能は、パルス半値幅で測定された孤立媒体遷移の微分されたリードバック信号の幅として定義することができるＰＷ５０を単位として測定されることが多い。ＰＷ５０値が低いほどリードバック分解能は高い。歴史的に、ＰＷ５０削減は、再生ヘッド−媒体間の間隔の削減および／または再生シールド間の間隔の削減によって可能となった。

以下にさらに説明される実施例は、再生シールドの磁気特性の適切な選択または再生シールドに対する適切な幾何学的変更により、再生センサの近傍の磁束線を制御することによって、ＰＷ５０を削減することを提案する。そのような実施例を説明する前に、以下に従来の磁気再生ヘッドを図３に関連して説明する。

従来の磁気再生ヘッド３００のＡＢＳの平面に実質的に直角な平面に沿って取った従来の磁気再生ヘッド３００および磁気ディスク３０１の断面図である。再生ヘッド３００は、第１の再生シールド３０２と、再生センサ３０４と、第２の再生シールド３０６とを含む。図３に見られるように、ディスク３０１は、記録層３０８と、軟磁性裏打ち層（ＳＵＬ：soft under layer）３１０とを含む。記録層３０８上に第１の磁化領域３１２および第２の磁化領域３１４が示されている。領域３１２および３１４における磁化は、記憶された情報を表わす。図３に見られるように、領域３１２における磁化の方向は、領域３１４における磁化の方向と実質的に逆である。点線３１６は、領域３１２から領域３１４への磁化方向の変わり目を記すものである。再生ヘッド３００の中の磁束線をよりよく図示するために、シールド３０２および３０６は、再生センサ３０４から間隔を空けて配置されて示されている。図３に、上向きに方向付けられた磁束線３１３および下向きに方向付けられた磁束線３１５が示されている。３００などの従来の磁気再生ヘッドにおいて、再生シールド３０２および３０６の異なる領域間に透磁率の違いは実質的にない。そのような再生ヘッドにおいて、図３に示されるように、３０４などの再生センサが３１２などの領域の上方にあるとき、再生センサ３０４と相互作用する磁束線３１３に加えて、再生センサ３０４は、３１４などの隣接する磁化領域からの磁束線３１５の一部と相互作用し、これは望ましくない。そのような望ましくない相互作用の理由およびこの問題に対処する実施例を、以下に図４から図７ｂに関連して説明する。

図４は、磁気再生ヘッド４００のＡＢＳに実質的に直角な平面に沿って取った磁気再生ヘッド４００および磁気ディスク３０１の断面図である。再生ヘッド４００は、第１の再生シールド４０２と、再生センサ３０４と、第２の再生シールド４０６とを含む。図４の実施例において、第１の再生シールド４０２および第２の再生シールド４０６は各々、再生部積層体すなわち再生センサ３０４の最も近くにある比較的透磁率が高い薄層４１８、４２０と、比較的透磁率が低い層４２２、４２４とを含んで、再生部積層体３０４のフリー層（図４中に示さず）中の磁束線を制御する。磁束は、得られる最も高透磁率な領域に密集するので、再生センサ３０４の近くにある磁束線３１５は、センサ３０４と相互作用することなく高透磁率薄層４１８に密集する。よって、磁束線３１３のみが再生センサ３０４に達することにより、隣接する記憶された情報からのノイズが回避される。

いくつかの実施例において、シールド４０２および４０６のうち少なくとも一方は、第２の高透磁率層４２６をさらに含み得る。いくつかの実施例において、再生部積層３０４の最も近くにある高透磁率薄層４１８、４２０は、引張力の下で高い飽和モーメントと低い磁気歪みとを有する材料で形成されている。１つの実施例において、高透磁率薄層４１８、４２０は、コバルト（Ｃｏ）とニッケル（Ｎｉ）と鉄（Ｆｅ）との合金を含む。ＣｏとＮｉとＦｅとの合金は、７０〜８０重量パーセントのＣｏと、８〜１８重量パーセントのＮｉと、７〜１７重量パーセントのＦｅとを含み得る。特定の実施例において、ＣｏとＮｉとＦｅとの合金は、７５重量パーセントのＣｏと、１３重量パーセントのＮｉと、１２重量パーセントのＦｅとを含む。いくつかの実施例において、再生部積層体の最も近くにある高透磁率薄層４１８、４２０の厚みは、約４０ナノメートル（ｎｍ）である。いくつかの実施例において、低透磁率層４２２、４２４は、厚さ１５０〜５００ｎｍであり得る。いくつかの実施例において、低透磁率層４２２、４２４は、Ｃｏとニオブ（Ｎｂ）とハフニウム（Ｆｆ）との合金で形成されてもよい。他の実施例において、低透磁率層４２２、４２４は、ＣｏとＦｅとホルミウム（Ｈｏ）との合金で形成されてもよい。いくつかの実施例において、第２の高透磁率層４２６の厚みは、１０〜６０ｎｍである。第２の高透磁率層４２６は、高透磁率薄層４１８、４２０と同じ材料で形成されていてもよい。

図５ａおよび図５ｂ、図６ａおよび図６ｂならびに図７ａおよび図７ｂには、幾何学的変更をシールド４０２および４０６に採用して、シールド４０２および４０６の再生センサ３０４の最も近くにある領域における磁束閉じ込めを強化するのに役立てる実施例が示されている。簡略化するために、ディスクすなわち記憶媒体および磁束線は、図５ａおよび図５ｂ、図６ａおよび図６ｂならびに図７ａおよび図７ｂには含まれていない。また、簡略化するために、図３および図４において用いた参照番号を図５ａおよび図５ｂ、図６ａおよび図６ｂならびに図７ａおよび図７ｂにおいて同じまたは類似の要素に対して再び用いている。図５ａ、図５ｂ、図６ａ、図６ｂならびに図７ａおよび図７ｂの各々において、第１および第２の再生シールド４０２および４０６は各々、ＡＢＳに幾何学的特徴を含んで、再生部積層体のフリー層中の磁束線を制御する。幾何学的変更には、低透磁率シールド層４２２、４２４の一部をＡＢＳにおいてなくすことが含まれる。低透磁率層４２２、４２４の一部をなくすことは、高透磁率薄層４１８、４２０に近接してエアベアリング面において行なわれる。

図５ａおよび図５ｂにおいて、ヘッド５００は、再生センサ３０４に近接する幾何学的特徴として切欠き５０２、５０４を含む。図５ａおよび図５ｂの実施例において、切欠き５０２、５０４は、低透磁率シールド層４２２、４２４にある。切欠き５０２、５０４の深さ、幅および長さは、異なる実施例間で違い得る。いくつかの実施例において、切欠き５０２、５０４の深さ５０６は、５ｎｍ〜４０ｎｍであり、切欠き５０２、５０４の幅５０８は、２０ｎｍ〜２００ｎｍであり、切欠き５０２、５０４の長さ５１０は、３０ｎｍ〜１０００ｎｍである。特定の実施例において、切欠き５０２、５０４の深さ５０６は、約２０ｎｍであり、切欠き５０２、５０４の幅５０８は、約１００ｎｍであり、切欠き５０２、５０４の長さ５１０は、約５００ｎｍである。

図６ａおよび図６ｂにおいて、ヘッド６００は、再生センサ３０４に近接する幾何学的特徴として部分的ギャップ６０２、６０４を含む。図６ａおよび図６ｂの実施例において、部分的ギャップ６０２、６０４は、第１および第２の再生シールド４０２および４０６の各々の中の高透磁率層４１８、４２０と低透磁率層４２２、４２４との間に、エアベアリング面にある。部分的ギャップ６０２、６０４の深さ、幅および長さは、異なる実施例間で違い得る。いくつかの実施例において、部分的ギャップ６０２、６０４の深さ６０６は、２０ｎｍ〜５００ｎｍであり、部分的ギャップ６０２、６０４の幅６０８は、２ｎｍ〜６０ｎｍであり、部分的ギャップ６０２、６０４の長さ６１０は、１００ｎｍ〜１０００ｎｍである。特定の実施例において、部分的ギャップ６０２、６０４の深さ６０６は、約１００ｎｍであり、部分的ギャップ６０２、６０４の幅６０８は、約２０ｎｍであり、切欠き部分的ギャップ６０２、６０４の長さ６１０は、約５００ｎｍである。

図７ａおよび図７ｂにおいて、ヘッド７００は、再生センサ３０４に近接する幾何学的特徴として窪み７０２、７０４を含む。図７ａおよび図７ｂの実施例において、窪み７０２、７０４は、低透磁率シールド層４２２、４２４にある。窪み７０２、７０４の深さ、幅および長さは、異なる実施例間で違い得る。いくつかの実施例において、窪み７０２、７０４の深さ７０６は、５ｎｍ〜５０ｎｍであり、窪み７０２、７０４の幅７０８は、２００ｎｍ〜１０００ｎｍであり、窪み７０２、７０４の長さ７１０は、２００ｎｍ〜１０００ｎｍである。特定の実施例において、窪み７０２、７０４の深さ７０６は、約２０ｎｍであり、窪み７０２、７０４の幅７０８は、約５００ｎｍであり、窪み７０２、７０４の長さ７１０は、約５００ｎｍである。

なおまた、図５ａおよび図５ｂ、図６ａおよび図６ｂならびに図７ａおよび図７ｂに示される幾何学的特徴は、単なる例であり、他の適切な幾何学的特徴を使用してもよい。幾何学的特徴は、任意の適切な現在既知の方法または将来開発されるかもしれない適切な方法によって形成されてもよい。

なお、本開示において用語「低い」および「高い」は、相対的な用語として用いられている。したがって、たとえば、高透磁率層に隣接する低透磁率層とは、この低透磁率層および高透磁率層の特定の透磁率値または透磁率範囲を暗示せず、単に一方の層の透磁率が他方の層を基準として低いことを示す。さらに、いくつかの用途において、図５ａから図７ｂに示された実施例は、層４１８、４２０、４２２および４２４に同じ材料を使用してもよく、したがってそのような実施例において、これらの層はすべて、透磁率値が同じであり、結果としてシールドの再生部に近接する部分の中の磁路は、実質的にシールド中に含まれる幾何学的特徴によってのみ、影響を受けるであろう。

本明細書中に説明される実施例の説明図は、さまざまな実施例の構造の概略的理解を提供することを意図するものである。説明図は、本明細書中に説明される構造または方法を使用する装置およびシステムの要素および特徴のすべての完全な説明となることを意図していない。本開示を検討する際に、当業者にとって多くの他の実施例が明らかであってもよい。構造的および論理的置き換えおよび変更が本開示の範囲から逸脱することなく行なわれるよう、他の実施例が使用され、本開示から導出されてもよい。加えて、説明図は、表象的なものに過ぎず、一律の縮尺に従わずに描かれているかもしれない。説明図内の特定の比率は、誇張されているかもしれず、他の比率は減らされているかもしれない。したがって、本開示および図面は、限定的ではなく例示的なものであると考えられるべきである。

本開示の１つ以上の実施例は、本明細書中において個々におよび／または集合的に「発明」という用語で称されているかもしれないが、単に便宜上であり、この出願の範囲を如何なる特定の発明または発明の概念に限定することを意図していない。その上、本明細書中において特定の実施例が図示され説明されたが、示された特定の実施例を、同じまたは類似の目的を達成するように設計された任意の後発の構造で置き換えてもよいことが理解されるべきである。本開示は、さまざまな実施例の任意のおよびすべてのその後の適合例または変形例を包含することを意図している。本説明を検討する際に、当業者にとって、上記の実施例の組合せおよび本明細書中に具体的には説明されていない他の実施例は、明らかであるだろう。

要約書は、米国特許法施行規則１．７２条（ｂ）項に準拠するために設けられ、請求項の範囲または意味を解釈または限定するために要約書が用いられることはないという理解の下に提出される。加えて、前述の詳細な説明において、開示を合理化する目的でさまざまな特徴がグループ化された、すなわち単一の実施例において説明されたかもしれない。本開示は、特許発明の技術的範囲に含まれる形態が各請求項において明記されるよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映するものであると解釈されるべきでない。そうではなく、以下の特許請求の範囲に反映されるように、発明の主題は、開示された実施例のうち任意のものの全特徴よりも少ない特徴に関していてもよい。

上記節および／または段落配置は、読みやすさのためのみに設けられたものであり、たとえば、特定の節において特定の例および／または実施例について検討された開示の１つ以上の局面が、別の節において説明された別の特定の例および／または実施例に組合される、適用されるおよび／または使用されることがないように限定するのもではない。１つ以上の例の要素、特徴および他の局面を、本明細書中に説明された１つ以上の他の例の要素、特徴および他の局面と組合せおよび／または交換してもよい。

開示された上記主題は、限定的ではなく例示的なものであると考えられるべきであり、添付のおよび／または発行された特許請求の範囲は、この発明の真の趣旨および範囲内にあるすべてのそのような変更例、改良例および他の実施例を包含することを意図する。よって、法の許す最大限まで、この発明の範囲は、添付のおよび／または発行された特許請求の範囲ならびにその等価物の可能な限り広い解釈によって決定されるべきであり、前述の詳細な説明によって制約または限定されてはならない。

Claims (9)

1. 第１の再生シールドおよび第２の再生シールドと、
   前記第１および第２の再生シールド間にある再生部積層体とを備え、
   前記第１および第２の再生シールドは各々、前記再生部積層体の最も近くにある高透磁率薄層と、低透磁率層とを含み、
   前記第１の再生シールドにおける前記高透磁率薄層、および、前記第２の再生シールドにおける前記高透磁率薄層は、前記再生部積層体の近くにある磁束線を前記高透磁率薄層に集中させるように構成され、
   前記第１および第２の再生シールドにおいて、前記高透磁率薄層の部分と、前記低透磁率薄層の部分とは、ベアリング面において互いに同一平面上にある、装置。
2. 第１の再生シールドおよび第２の再生シールドと、
   前記第１および第２の再生シールド間にある再生部積層体とを備え、
   前記第１および第２の再生シールドは各々、高透磁率薄層と、低透磁率層とを含み、前記第１および第２の再生シールドは各々、ベアリング面において、前記再生部積層体の近くにある磁束線を制御するように構成された幾何学的特徴をさらに含み、
   前記第１および第２の再生シールドにおける前記幾何学的特徴は各々、前記再生部積層体の層間の平面に対して傾斜し、前記再生部積層体の近くにおける磁束線の前記第１および第２の再生シールドへの閉じ込めを強化するスロープ面を含み、
   前記第１および第２の再生シールドにおいて、前記高透磁率薄層の部分は、ベアリング面と同一平面上にある、装置。
3. 第１の再生シールドおよび第２の再生シールドと、
   前記第１および第２の再生シールド間にある再生部積層体とを備え、
   前記第１および第２の再生シールドは各々、ベアリング面において、前記再生部積層体の近くにある磁束線を制御するように構成された幾何学的特徴を含み、
   前記第１および第２の再生シールドにおける前記幾何学的特徴は各々、前記再生部積層体の層間の平面に対して傾斜し、前記再生部積層体の近くにおける磁束線の前記第１および第２の再生シールドへの閉じ込めを強化するスロープ面を含む、装置。
4. 前記第１および第２の再生シールドのうち少なくとも一方の中に第２の高透磁率層をさらに備える、請求項１または２に記載の装置。
5. 前記再生部積層体の最も近くにある前記高透磁率薄層は、引張力の下で高い飽和モーメントと低い磁気歪みとを有する材料を含む、請求項１または２に記載の装置。
6. 前記再生部積層体の最も近くにある前記高透磁率薄層は、コバルト（Ｃｏ）とニッケル（Ｎｉ）と鉄（Ｆｅ）との合金を含む、請求項１または２に記載の装置。
7. 前記ＣｏとＮｉとＦｅとの合金は、７０〜８０重量パーセントのＣｏと、８〜１８重量パーセントのＮｉと、７〜１７重量パーセントのＦｅとを含む、請求項６に記載の装置。
8. 前記ＣｏとＮｉとＦｅとの合金は、７５重量パーセントのＣｏと、１３重量パーセントのＮｉと、１２重量パーセントのＦｅとを含む、請求項７に記載の装置。
9. 前記再生部積層体の最も近くにある前記高透磁率薄層の厚みは、約４０ナノメートルである、請求項１または２に記載の装置。

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