JP5798089B2

JP5798089B2 - センサ積層体、シールド、および第１のシールド安定化構造を備える装置、センサ積層体、シールド、および磁性層を備える装置、データ記憶媒体、記録ヘッド、およびアームを備える装置

Info

Publication number: JP5798089B2
Application number: JP2012134721A
Authority: JP
Inventors: エリック・ウォルター・シングルトン; クアン・ジュンジエ; イ・ジェ−ヨン
Original assignee: Seagate Technology LLC
Current assignee: Seagate Technology LLC
Priority date: 2011-06-23
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2032-06-14
Also published as: US20140104729A1; US20120327537A1; US9001472B2; JP2013008439A; MY156154A

Description

背景
磁気データ記憶装置の記憶容量が増大するにつれ、記憶媒体中の磁気ビットサイズが小さくなっている。ビットサイズがより小さくなると、記録ヘッドの物理的寸法の低減が必要となる。

磁気記録ヘッドは典型的に、磁気ディスク上に記憶される磁気的に符号化された情報を取り出すためのセンサを有するリーダ部分を含む。ディスクの表面からの磁束は、センサの検知層または複数の検知層の磁化ベクトルの回転を生じさせ、これは次にセンサの電気的性質の変化を生じさせる。検知層はしばしば自由層と称される。なぜなら、検知層の磁化ベクトルは外部磁束に応答して自由に回転するからである。センサの電気的性質の変化を、電流をセンサに流し、センサ両端の電圧を測定することによって検出してもよい。装置の外形に依存して、センス電流は、装置の層の平面内に（ＣＩＰ）、または装置の層の平面に垂直に（ＣＰＰ）流されてもよい。次に外部回路構成は電圧情報を適切な形式に変換して、必要に応じてその情報を操作して、ディスク上に符号化された情報を再生する。

磁気抵抗（ＭＲ）センサ（リーダ）は、媒体からの漂遊磁界などの外部磁界からセンサを遮るように、高透磁率シールド同士の間に位置してもよい。記録密度が増大すると、より高い線密度要件を満たすためおよび外部磁束を遮るために、リーダのシールド同士の間の間隔がより狭くなる。

リーダのシールド同士の間の狭い間隔は、リーダ積層体中の層がより薄くなり、これによりセンサがその付近の材料に対してより高感度になることを要件とする。リーダ積層体キャップがより薄くなると、自由層がシールドの磁区変化をより受けやすくなり、不要な不安定性を導入する可能性がある。さらに、シールドトポグラフィもシールド中の付加的な磁区の移動を導くかもしれず、これは自由層の応答に影響を及ぼすとともに読出信号にノイズを加える可能性がある。

リーダが外部磁場に晒された際にリーダの安定性を確実にし、かつシールド内部のいずれの磁区の移動からのノイズも最小限にするため、改良されたシールド磁性制御を与えることが望ましいであろう。

概要
第１の局面で、開示は、センサ積層体と、センサ積層体の対向する側に位置決めされる第１および第２のシールドと、第１のシールドに隣接し、バイアス磁界を第１のシールドに印加する第１のシールド安定化構造とを含む装置を提供する。

本開示のさまざまな実施形態を特徴づけるこれらおよび他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付の図面に鑑みて理解することができる。

この開示の局面に従って構成されるリーダを有する記録ヘッドを含むことができるディスクドライブの形態のデータ記憶装置の図である。開示の局面に従って構成される記録ヘッドの部分の概略側面立面図である。トンネリング磁気抵抗センサアセンブリの概略図である。反強磁性（ＡＦＭ）バイアス構成を含むセンサアセンブリの概略図である。ピニング磁界対磁性層厚みのグラフの図である。磁束対磁界のグラフの図である。ＡＦＭプラス合成反強磁性（ＳＡＦ）構成を含むセンサアセンブリの概略図である。飽和磁界対磁性層厚みのグラフの図である。両方のシールド中のＡＦＭバイアス構成の概略図である。両方のシールド中のＡＦＭプラスＳＡＦ構成の概略図である。アスペクト比が異なるシールド安定化構成の概略断面図である。図１１のシールド安定化構成を上から見た概略図である。

詳細な説明
１つの局面では、この開示は、磁気シールド同士の間に読出センサを含む装置であって、印加される磁気バイアスでシールドが安定化される装置を提供する。この構成は読出センサ積層体に対する磁気擾乱を低減することができる。

図１は、開示に従って構成されるリーダを有する記録ヘッドを利用することができるディスクドライブ１０の形態のデータ記憶装置の図示である。ディスクドライブ１０は、ディスクドライブのさまざまな構成要素を内蔵するようにサイズ決めされかつ構成される筐体１２を含む（この図では上部分が取り外され下部分が見えるようになっている）。ディスクドライブ１０は、筐体内で少なくとも１つの磁気記憶媒体１６を回転させるためのスピンドルモータ１４を含む。少なくとも１つのアーム１８が筐体１２に内蔵され、各々のアーム１８は、記録ヘッドまたはスライダ２２を有する第１の端２０と、軸受２６によって軸上に回動するように搭載される第２の端２４とを有する。アクチュエータモータ２８は、アーム１８を回動させてディスク１６の所望のセクタまたはトラック２７の上に記録ヘッド２２を位置決めするためのアームの第２の端２４に位置する。アクチュエータモータ２８は、この図では示されないが、当該技術分野で周知のコントローラによって調整される。

図２は、読出／書込ヘッド３０の空気軸受表面３２に対して法線の平面に沿って取られた、磁気読出／書込ヘッド３０および磁気ディスク１６の断面図である。図２は、磁気読出／書込ヘッド３０と、磁気ディスク１６に対するその置き方とを図示する。磁気読出／書込ヘッド３０の空気軸受表面ＡＢＳは磁気ディスク１６のディスク表面３４に面する。磁気ディスク１６は、矢印Ａで示されるような磁気読出／書込ヘッドに対する方向に進むまたは回転する。空気軸受表面３２とディスク表面３４との間の間隔は好ましくは、磁気読出ヘッドと磁気ディスクとの間の接触を回避しつつ最小限となるようにされる。磁気読出ヘッドと磁気ディスクとの間の接触は潜在的に磁気読出ヘッドと磁気ディスクとの両方を破壊する可能性がある。

磁気読出／書込ヘッドのライタ部分は、第１の極３６と、書込ギャップ層３８と、第２の極４０と、導電コイル４２と、絶縁体層４４とを含む。書込ギャップ４６が、極の終端同士の間の書込ギャップ層３８によって空気軸受表面ＡＢＳ上に規定される。導電コイル４２は、書込ギャップ４６にわたって磁界を生成するように設けられ、絶縁体層４４中であって第１の極と書込ギャップ層との間に位置決めされる。図２は単一層のコイルを示すが、絶縁層で分離された導電コイルのいくつかの層を用いてもよいことを理解すべきである。

読出／書込ヘッド３０のリーダ部分は、第１のシールド４８と、第２のシールド５０と、シールド４８および５０の終端同士の間に位置決めされる読出素子５２とを含む。リーダは絶縁層５４によってライタから分離可能である。これに代えて、シールド３６は、リーダアセンブリの頂部シールドとして働くことができる。

リーダシールドは、媒体上の隣接する磁気ビットから発生する漂遊磁界からセンサ素子を保護する機能を果たす高透磁性材料から構成されてもよい。センサの大きさが小さくなるにつれて、隣接するビットから十分に磁束を遮るように、ＭＲセンサのシールド同士の間の間隔をより小さくしなければならない。

最新の読出ヘッドは典型的に、何らかの種類の磁気抵抗（ＭＲ）を呈する強磁性材料を含有する薄膜多層構造を含む。典型的なＭＲセンサ構成は、合成反強磁性体（ＳＡＦ）と強磁性自由層との間、または２つの強磁性自由層の間に位置決めされる非磁性層から形成される多層構造を含む。ＭＲセンサの抵抗は磁性層の磁化の相対的な向きに依存する。読出検知素子は、たとえば、ＣＩＰまたはＣＰＰ構成を有する層状の積層体であり得る。

図３はトンネリング磁気抵抗センサアセンブリ６０の概略図である。リーダセンサ６２は第１のまたは底部シールド６４と第２のまたは頂部シールド６６との間に位置決めされる。非磁性キャップ層６８がセンサを頂部シールドから分離した。磁性層または永久磁石７０および７２はリーダセンサの対向する側に位置決めされる。リーダセンサは、シード層７４と、反強磁性層７６と、合成反強磁性構造７８と、バリア層８０と、自由層８２と、キャッピング層８４とを含む層状の積層体を含む。

公知の記録ヘッドについては、リーダシールドは、約０．２μｍから約２μｍの範囲にわたる厚みを有する。非磁性リーダ積層体のシード層およびキャップ層はシールドをリーダ積層体から分離して磁気結合効果を最小限にする。通常、シールドの磁性方向は、外部磁界が全くなければ、記録ヘッドの空気軸受表面（ＡＢＳ）に平行に設定される。（漂遊磁界などの）外部磁界が導入されると、シールドの磁性方向は外部磁界に応答し、リーダセンサを擾乱から保護するように回転する。外部磁界が除去された際にリーダ積層体区域近くのシールドが元の磁性状態に戻ることができない場合、リーダの応答に不確実性が加わり、リーダ信号にノイズが加わる。さらに、記録ヘッド構築プロセスにおける異なるアニール温度および方向も、外部磁界に応答する際にシールドの磁性に対して不確実性を加えることがある。したがって、何らかの外部磁気擾乱の後は、リーダセンサ近くのシールドまたはシールドの少なくとも一部が同じ磁性状態に戻ることが望ましい。

開示の１つの局面では、シールドを安定化させ、かつ不要な不安定性を低減するため、シールド中の磁化の方向の不確実性を最小限にするように反強磁性（ＡＦＭ）バイアス構造を用いる。図４は、開示のこの局面に従って構成されるセンサアセンブリ９０を図示する概略図である。センサアセンブリは、第１のまたは底部シールド９４と第２のまたは頂部シールド９６との間に位置決めされるリーダセンサ９２を含む。１つの実施形態では、リーダセンサ９２は、図３のリーダセンサ６２に示される層と同じ配置を含むことができる。しかしながら、この開示は任意の特定のリーダセンサ積層体構成に限定されるものではない。第１および第２の磁性層または永久磁石９８および１００は、リーダセンサの対向する側に位置決めされる。ＡＦＭ積層体１０２を含むシールド安定化構造は、リーダセンサ９２と頂部シールド９６との間に位置決めされる。ＡＦＭ積層体は、たとえばＮｉＦｅなどの高透磁性の、もしくはたとえばＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＺｒ、およびＣｏＦｅＲｈなどのＣｏＦｅＸなどの高い磁気モーメントを有する材料であり得る磁性材料、またはたとえばＣｏＦｅＸ／ＮｉＦｅなどの多層構造である第１の層１０４と、隣接する磁性層１０４にバイアスを与えるＡＦＭ層１０６とを含む。ＡＦＭ層は、たとえばＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＦｅＭｎ、およびＮｉＯであり得る。

所望のバイアス強さに依存して、第１の層１０４の厚みは約１０ｎｍから約１００ｎｍの範囲にわたり得、ＡＦＭ層１０６の厚みは約５ｎｍから約１５ｎｍの範囲にわたり得る。（ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＮｂ、ＮｉＦｅＴａ、ＮｉＦｅＲｈ、またはＮｉＦｅＷに限定されないが、たとえばＮｉＦｅＸなどの）層１０４中のいくつかの材料について、（ＣｏＦｅなどの）薄い磁性層１０８を加えて、ＡＦＭバイアスを向上させることができる。たとえば数ナノメートルの厚みを有する非磁性層１１０をＡＦＭ層の上に含んでシールド９６とＡＦＭ層との間の交換結合を排除することができる。層１０４とＰＭ／リーダとの間に別の非磁性層１１２を含んで永久磁石と層１０４との間の交換結合を低減する。シールド９６とＡＦＭ積層体１０２と非磁性層１１０との組合せが複合シールド１１４を形成する。

図５および図６は、層１０４の厚みの関数としてのＡＦＭ強度の磁気ヒステリシスループ（すなわち磁束対磁界）測定値を示す。図４の積層体１０４と同様のＡＦＭ積層体を有するリーダセンサ構成を用いてバイアス強度を判断した。シード／ＮｉＦｅ（１０−３０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．５ｎｍ）／ＩｒＭｎ（９ｎｍ）／キャップのＡＦＭ積層体構成について、図５および図６中のデータは、ＮｉＦｅの厚みの増大とともにＡＦＭバイアスが減少し、ＮｉＦｅの保磁力が増大することを示す。

シールド安定化層を形成した後に（たとえばリーダ積層体アニールよりも低い）低温アニールを用いると、ＡＦＭ層の磁化は、アニール温度がＡＦＭブロッキング温度よりも高い限り、所望の方向に設定可能である。このように、１つの局面では、この開示は、センサ積層体と、センサ積層体の対向する側に位置決めされる第１および第２のシールドと、第１のシールドに隣接し、第１のシールドにバイアス磁界を印加する第１のシールド安定化構造とを含むセンサ構造を設けるステップと、センサ積層体のアニール温度よりも低い第１の温度で構造をアニールして第１のシールド安定化構造の磁化の方向を設定するステップとを含む方法を提供する。第１のシールド安定化構造が第１の磁性層に隣接して第１の反強磁性層を含む場合、第１の温度は第１の反強磁性層の反強磁性ブロッキング温度よりも高い。

図４のアセンブリでは、たとえば、ＡＦＭ層１０６の磁化の方向は左から右へ設定され、ＡＦＭバイアスも磁性層１０４に安定した磁性方向を与える。ＡＦＭ層からのバイアス効果により、層１０４の磁性方向は常に、外部磁界が除去されると常に、その元の状態に戻る。これによりシールド１１４の磁気的安定性が向上する。

図４のＡＦＭバイアス構成からの磁束は、不要のトルクをセンサ積層体中の磁性層に加えることがあり、これは不安定性を生じさせるとともに不所望なノイズを導入することがある。いずれの不安定性源も最小限にするため、合成反強磁性（ＳＡＦ）構造を有するＡＦＭバイアスを図７で示すように用いることができる。

図７は、頂部シールド中にＡＦＭおよびＳＡＦバイアス印加構造を含むセンサアセンブリ１２０を図示する概略図である。センサアセンブリは、第１のまたは底部シールド１２４と第２のまたは頂部シールド１２６との間に位置決めされるリーダセンサ１２２を含む。リーダセンサは、図３のリーダセンサに示される層と同じ配置を含むことができる。しかしながら、この開示は任意の特定のリーダセンサ積層体構成に限定されるものではない。第１および第２の磁性層または永久磁石１２８および１３０はリーダセンサの対向する側に位置決めされる。

ＡＦＭシールド安定化構造１３２は、センサ積層体と頂部シールドとの間に位置決めされる。図４のＡＦＭバイアス構造と同様に、シールドおよびリーダセンサ（およびＰＭ）をシールド安定化構造から磁気的に分離するように非磁性層１３４が含まれる。シールド１２６とシールド安定化構造１３２とを磁気的に分離するように別の非磁性層１３６が含まれる。層１３８および１４０は（たとえばＮｉＦｅＸ／ＣｏＦｅまたはＣｏＦｅＸ合金などの）磁性材料であり、（たとえばＲｕなどの）非磁性スペーサ層１４２によって分離されてＳＡＦ結合を導入する。（ＣｏＦｅなどの）薄い磁性層１４４および１４６をスペーサ層１４２の両側に挿入して層１３８および１４０中の（ＮｉＦｅなどの）いくつかの材料についてＳＡＦ結合を増大させることができる。ＡＦＭ層１４８は層１４０に隣接して位置決めされる。（ＣｏＦｅなどの）薄い磁性層１５０は、層１４０がＮｉＦｅ系合金である場合に十分なＡＦＭバイアスを得るのに必要なことがある。両方の層１３８および１４０の厚みは、層１３８および１４０中の矢印で示されるように、層１３８と１４０との間でバランスのとれた逆平行磁気モーメントを得るように最適化することができる。バランスのとれたＳＡＦ構造の結果、層１３８と１４０との間で磁束が閉じ、リーダセンサの層に不所望のトルクを全く与えない。シールド１２６とＡＦＭシールド安定化構造１３２と非磁性層１３６との組合せが複合シールド１５２を形成する。

ＳＡＦ構造中で所望の磁性方向を得るように、構造１３２の磁化のアニール方向を調節可能である。図７に示されるように、ＡＦＭ層に対する磁化の方向は右から左に設定され、層１４０に右から左への磁性方向を与える。層１３８と１４０との間のＳＡＦ結合により、層１３８の磁化の方向は左から右に整列され、このことはＰＭバイアス方向と同じ磁性の向きを確実にする。ＡＦＭ層１４８からのバイアス磁界と結合される、層１３８と１４０との間の強いＳＡＦ結合は、外部磁界が除去されると全体構造１３２が図７に示されるように元の状態に戻ることを確実にする。このことは、新しいビットがリーダの近傍に来るときは常に、リーダセンサの近くのシールドが常に同じ磁性状態を有することを確実にし、シールド不安定性から生じ得る不確実性を低減する。

図８は、磁性層厚みの関数としてのＳＡＦ結合の磁気ヒステリシスループ（すなわち磁束対磁界）測定値を示す。シード／ＮｉＦｅ（１０−３０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／ＮｉＦｅ（１０−３０ｎｍ）／キャップのセンサ構成を用いてＳＡＦ結合磁界を測定した。図８は、ＮｉＦｅの厚みの増大とともに結合磁界が減少し、所望のＳＡＦ結合を達成するために磁性層の厚みを調節可能であることを示す。

上述の実施形態では、シールド安定化構造はリーダセンサ／ＰＭ積層体と頂部シールドとの間に位置する。高い結合磁界を得るのに望ましい平滑な界面構造は、リーダセンサおよびＰＭが平滑な頂面を有する場合に得ることができる。

別の実施形態では、ＳＡＦ構成を有するまたは有しないＡＦＭバイアスを両方のシールドに含むことができる。ＡＦＭバイアスを有し、かつＳＡＦ構成を有するまたは有しないシールド安定化もリーダセンサと底部シールドとの間に適用して、ピンド層およびレファレンス層の安定化を改良することができる。

図９は、底部および頂部シールドの両者にＡＦＭバイアス構造を有するセンサアセンブリ１６０の概略図である。センサアセンブリは第１のまたは底部シールド１６４と第２のまたは頂部シールド１６６との間に位置決めされるリーダセンサ１６２を含む。１つの実施形態では、リーダセンサ１６２は図３のリーダセンサに示される層と同じ配置を含むことができる。しかしながら、この開示は任意の特定のリーダセンサ積層体構成に限定されるものではない。第１および第２の磁性層または永久磁石１６８および１７０はリーダセンサの対向する側に位置決めされる。ＡＦＭ積層体１７２はリーダセンサ１６２と頂部シールド１６６との間に位置決めされる。ＡＦＭ積層体は、たとえばＮｉＦｅなどの高透磁性の、たとえばＣｏＦｅｘなどの高い磁気モーメントを有する材料であり得る磁性材料、またはたとえばＣｏＦｅＸ／ＮｉＦｅなどの多層構造からなる第１の層１７４と、隣接する磁性層１７４にバイアスを与えるＡＦＭ層１７６とを含む。所望のバイアス強度に依存して、第１の層１７４の厚みは約１０ｎｍから約１００ｎｍの範囲にわたり得、ＡＦＭ層の厚みは約５ｎｍから約１５ｎｍの範囲にわたり得る。（ＮｉＦｅＸなどの）層１７４中のいくつかの材料について、（ＣｏＦｅなどの）薄い磁性層１７８を加えて、ＡＦＭバイアスを向上させることができる。たとえば数ナノメートルの厚みを有する非磁性層１８０をＡＦＭ層の上に含んでシールド１６６とＡＦＭ層との間の交換結合を排除する。層１７４とＰＭ／リーダとの間に別の非磁性層１８２を含んで永久磁石と層１７４との間の交換結合を低減する。シールド１６６とＡＦＭ積層体１７２と非磁性層１８０との組合せが複合シールド１８４を形成する。

リーダセンサ１６２と底部シールド１６４との間に別のＡＦＭ積層体１８６が位置決めされる。ＡＦＭ積層体は、たとえばＮｉＦｅなどの高透磁性、たとえばＣｏＦｅＸなどの高い磁気モーメントを有する材料であり得る磁性材料、またはたとえばＣｏＦｅＸ／ＮｉＦｅなどの多層構造の第１の層１８８と、隣接する磁性層１８８にバイアスを与えるＡＦＭ層１９０とを含む。所望のバイアス強度に依存して、第１の層１８８の厚みは約１０ｎｍから約１００ｎｍの範囲にわたり得、ＡＦＭ層の厚みは約５ｎｍから約１５ｎｍの範囲にわたり得る。（ＮｉＦｅＸなどの）層１８８中のいくつかの材料について、（ＣｏＦｅなどの）薄い磁性層１９２を加えてＡＦＭバイアスを向上させることができる。たとえば数ナノメートルの厚みを有する非磁性層１９４をＡＦＭ層の下に含んでシールド１６４とＡＦＭ層との間の交換結合を排除する。シールド１６４とＡＦＭ積層体１８６と非磁性層１９４との組合せが複合シールド１９６を形成する。

図１０は、開示の別の局面に従って構成されるセンサアセンブリ２００を図示する概略図である。センサアセンブリは、第１のまたは底部シールド２０４と第２のまたは頂部シールド２０６との間に位置決めされるリーダセンサ２０２を含む。リーダセンサは図３のリーダセンサに示される層と同じ配置を含むことができる。しかしながら、この開示は任意の特定のリーダセンサ積層体構成に限定されるものではない。第１および第２の磁性層または永久磁石２０８および２１０はリーダセンサの対向する側に位置決めされる。

ＡＦＭシールド安定化構造２１２はセンサ積層体と頂部シールドとの間に位置決めされる。図４のＡＦＭバイアス構造と同様に、非磁性層２１４は、シールドおよびリーダセンサ（およびＰＭ）をシールド安定化構造から磁気的に分離するように含まれる。非磁性層２１６は、シールド２０６とシールド安定化構造２１２とを磁気的に分離するように含まれる。層２１８および２２０は（たとえばＮｉＦｅＸまたはＣｏＦｅＸ合金などの）磁性材料であり、（たとえばＲｕなどの）非磁性スペーサ層２２２によって分離されてＳＡＦ結合を導入する。（ＣｏＦｅなどの）薄い磁性層２２４および２２６をスペーサ層２２２の両側に挿入して層２１８および２２０中の（ＮｉＦｅなどの）いくつかの材料についてＳＡＦ結合を増大させることができる。ＡＦＭ層２２８は層２１８に隣接して位置決めされる。（ＣｏＦｅなどの）薄い磁性層２３０は、層２１８がＮｉＦｅ系合金である場合は、十分なＡＦＭバイアスを得るのに必要となることがある。両方の層２１８および２２０の厚みは、層２１８と２２０との間でバランスのとれた磁気モーメントを得るために最適化することができる。バランスのとれたＳＡＦ構造の結果、層２１８と２２０との間で磁束が閉じ、リーダセンサの他の層に対して不所望のトルクを全く与えない。シールド２０６とＡＦＭシールド安定化構造２１２と非磁性層２１６との組合せが複合シールド２３２を形成する。

別のＡＦＭシールド安定化構造２３４をセンサ積層体と底部シールドとの間に位置決めする。シールド２０４とシールド安定化構造２３４とを磁気的に分離するように非磁性層２３６を含む。層２３８および２４０は（たとえばＮｉＦｅＸまたはＣｏＦｅＸ合金などの）磁性材料であり、（たとえばＲｕなどの）非磁性スペーサ層２４２によって分離されてＳＡＦ結合を導入する。（ＣｏＦｅなどの）薄い磁性層２４４および２４６をスペーサ層２４２の両側に挿入して層２３８および２４０中の（ＮｉＦｅなどの）いくつかの材料についてＳＡＦ結合を増大させることができる。ＡＦＭ層２４８は層２４０に隣接して位置決めされる。（ＣｏＦｅなどの）薄い磁性層２５０は、層２４０がＮｉＦｅ系合金である場合に、十分なＡＦＭバイアスを得るのに必要となることがある。両方の層２３８および２４０の厚みは、層２３８および２４０中の矢印で図示されるように、層２３８と２４０との間でバランスのとれた逆平行磁気モーメントを得るように最適化することができる。バランスのとれたＳＡＦ構造の結果、層２３８と２４０との間で磁束が閉じ、リーダセンサの他の層に対して不所望のトルクを全く与えない。シールド２０４とＡＦＭシールド安定化構造２３４と非磁性層２３６との組合せが複合シールド２５２を形成する。

構造２１２の磁化のアニール方向は、ＳＡＦ構造中で所望の磁性方向を得るように調節可能である。図１０に示されるように、ＡＦＭ層に対する磁化の方向は右から左に設定され、層２１８に右から左への磁性方向を与える。層２１８と２２０との間のＳＡＦ結合により、層２２０の磁化の方向は左から右に整列され、これは、ＰＭバイアス方向と同じ磁性の向きを確実にする。ＡＦＭ層２２８からのバイアス磁界と結合される、層２１８と２２０との間の強いＳＡＦ結合は、外部磁界が除去された際に全体構造２１２が図１０に示されるような元の状態に戻ることを確実にする。このことは、新しいビットがリーダの近傍に来るときは常に、リーダセンサ近くのシールドが常に同じ磁性状態を有することを確実にし、シールドの不安定性から生じ得る不確実性を低減する。

図９および図１０の両方の実施形態では、底部シールドの磁性層およびＡＦＭの厚みは、リーダ積層体アニール温度よりも低い温度でＡＦＭ設定を有するように選ぶことができる。ＡＦＭ設定温度が（底部および頂部シールド中の両方のＡＦＭ構造のための）シールド安定化構成のＡＦＭブロッキング温度とリーダセンサ積層体のＡＦＭブロック温度との間で選ばれる限り、両方のシールド中のＡＦＭ構成の磁化方向は、たとえば図９および図１０に示すようなＡＢＳに平行な所望の方向に整列可能である。このように、センサ構造が、第１の磁性層に隣接する第１の反強磁性層を含む第１のシールド安定化構造と、第２のシールドに隣接し、第２のシールドにバイアス磁界を印加する第２のシールド安定化構造とを含む場合、第１および第２のシールド安定化構造の磁化の方向は、第１および第２の反強磁性層の反強磁性ブロッキング温度よりも高いがリーダ積層体のアニール温度よりも低い温度でのアニールによって設定することができる。

図９および図１０は、両方のシールド（図９）およびＳＡＦ構成を有するＡＦＭ（図１０）における単純なＡＦＭバイアス構成の図を示す。磁気モーメントの不一致から生じるいずれの擾乱も排除するように、リーダ積層体／ＰＭに隣接するシールド層の磁性方向は常にＰＭバイアス方向と整列される。

リーダセンサ内部のＳＡＦ構造中の磁気モーメントは、磁気媒体から来る磁界下で回転することを許されない。したがって、不安定な頂部シールドからの擾乱は底部シールドからの擾乱よりも大きな影響をリーダセンサの不安定性に対して有することがある。というのも、頂部シールドはリーダ積層体中の自由層にはるかにより近いからである。

ＡＦＭ層などの厚い非磁性層をリーダセンサとシールドとの間に加えると、リーダのシールド同士の間の間隔に影響を及ぼすかもしれないという懸念があるかもしれない。ＳＡＦ構成を有するまたは有しないＡＦＭ中の、リーダセンサに隣接する磁性層の最適化された厚みを選択することにより、リーダセンサのシールド同士の間の間隔が非磁性層によって影響されることはない。

リーダセンサに隣接するシールド区域は、リーダ信号から外部磁界を遮ることに対して最も高感度の効果を有する。したがって、リーダセンサ区域の真上または真下のシールド区域を安定化することは、シールドの影響を最小化することおよびシールドからのノイズを低減することに直接の影響を有する。さらに、全シールド区域について良好なＡＦＭバイアス印加およびＳＡＦ結合を有する層を均一に堆積することは、シールドのトポグラフィ、欠陥形成、および堆積プロセス中の限定のために困難である。

１つの実施形態では、シールド安定化構成の大きさを、リーダセンサに近い区域をカバーするように小さくすることができる。図１１は、開示のこの局面に従って構成されるセンサアセンブリ２６０を図示する概略図である。センサアセンブリは、第１のまたは底部シールド２６４と第２のまたは頂部シールド２６６との間に位置決めされるリーダセンサ２６２を含む。１つの実施形態では、リーダセンサ２６２は図３のリーダセンサに示される層と同じ配置を含むことができる。しかしながら、この開示は任意の特定のリーダセンサ積層体構成に限定されるものではない。第１および第２の磁性層または永久磁石（この図では図示せず）はリーダセンサの対向する側に位置決めされる。ＡＦＭ積層体２６８はリーダセンサ２６２と頂部シールド２６６との間に位置決めされる。ＡＦＭ積層体は、たとえばＮｉＦｅなどの高透磁性、たとえばＣｏＦｅＸなどの高い磁気モーメントを有する材料であり得る磁性材料、またはたとえばＣｏＦｅＸ／ＮｉＦｅなどの多層構造からなる第１の層２７０と、隣接する磁性層２７０にバイアスを与えるＡＦＭ層２７２とを含む。所望のバイアス強度に依存して、第１の層２７０の厚みは約１０ｎｍから約１００ｎｍの範囲にわたり得、ＡＦＭ層の厚みは約５ｎｍから約１５ｎｍの範囲にわたり得る。（ＮｉＦｅＸまたはＣｏＦｅＸなどの）層２７０中のいくつかの材料について、（ＣｏＦｅなどの）薄い磁性層２７４を加えてＡＦＭバイアスを向上させることができる。たとえば数ナノメートルの厚みを有する非磁性層２７６をＡＦＭ層の上に含んでシールド２６６とＡＦＭ層との間の交換結合を排除する。層２７０とＰＭ／リーダとの間に別の非磁性層２７８を含んで永久磁石と層２７０との間の交換結合を低減する。

シールド安定化を向上させるために、シールド安定化構成に異なる形状およびアスペクト比も適用することができる。図１１および図１２は、ＡＦＭバイアス構成の面積が低減された例の概略図を示す。図１１はＡＢＳ方向へのリーダセンサの断面図であり、図１２はリーダセンサ区域を上から見た図である。ＡＦＭバイアス印加構造の奥行きＤおよび幅Ｗ（すなわちアスペクト比）は、最も磁気的に安定な構成を得るように調節可能である。一般的に、形状の異方性を得るにはＷ／Ｄ＞１が要件とされ、Ｗ／Ｄ＞＞１が好ましい。別の実施形態では、安定化構造の幅および奥行きはセンサ積層体の幅および奥行き以上である。

別の局面では、開示は、データ記憶媒体と、センサ積層体、センサ積層体の対向する側に位置決めされる第１および第２のシールド、ならびに第１のシールドに隣接し、第１のシールドにバイアス磁界を印加する第１のシールド安定化構造を含む記録ヘッドと、データ記憶媒体に隣接して記録ヘッドを位置決めするためのアームとを含む装置を提供する。第１のシールド安定化構造は第１の磁性層に隣接して第１の反強磁性層を含むことができる。装置はさらに、第１の非磁性層によって第１の磁性層から分離されて第１の合成反強磁性構造を形成する第２の磁性層を含むことができる。第１の磁性層と第２の磁性層との間で磁気モーメントのバランスをとることができる。装置はさらに、第２のシールドに隣接し、第２のシールドにバイアス磁界を印加する第２のシールド安定化構造を含むことができる。第２のシールド安定化構造は、第１の磁性層に隣接する第１の反強磁性層と、第１の非磁性層によって第１の磁性層から分離されて第１の合成反強磁性構造を形成する第２の磁性層とを含むことができる。第１のシールド安定化構造は第１のシールドの一部に隣接して位置決めすることができる。第１の安定化構造の幅および奥行きはセンサ積層体の幅および奥行き以上であり得る。第１の安定化構造の幅は第１の安定化構造の奥行きよりも大きいものであり得る。

本発明のさまざまな実施形態の数多くの特性および利点を、発明のさまざまな実施形態の構造および機能の詳細とともに以上の説明で述べたが、この詳細な説明は例示にすぎず、詳細において、特に部品の構造および配置の事項において、添付の請求項を表現する用語の広い一般的な意味が示す全範囲に本発明の原則の範囲内で変更がなされ得ることを理解すべきである。たとえば、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、特定の要素は特定の適用例に依存して異なってもよい。

１０ディスクドライブ、１２筐体、１４スピンドルモータ、１６磁気記憶媒体、１８アーム、６０，９０，１２０，１６０，２００，２０２，２６０センサアセンブリ、６２，９２，１２２，１６２，２６２リーダセンサ、６４，９４，１２４，１６４，２０４，２６４第１のまたは底部シールド、６６，９６，１２６，１６６，２０６，２６６第２のまたは頂部シールド、１１４，１５２，１８４，１９６，２３２，２５２複合シールド、１０２，１３２，２１２，２３４ＡＦＭシールド安定化構造。

米国特許出願公開第２０１０／０２１４６９８号明細書米国特許第６７１０９８２号明細書米国特許第６５９７５４５号明細書

Claims

装置であって、
センサ積層体と、
前記センサ積層体の対向する側に位置決めされる第１および第２のシールドと、
前記第１のシールドに隣接し、前記第１のシールドにバイアス磁界を印加する第１のシールド安定化構造と、
前記第１のシールド安定化構造と前記センサ積層体との間に設けられた第１の非磁性層とを備え、前記第１の非磁性層は前記第１のシールド安定化構造と前記センサ積層体との間の交換結合を低減する、装置。
前記第１のシールド安定化構造は第１の磁性層に隣接する第１の反強磁性層を備える、請求項１に記載の装置。
第２の非磁性層によって前記第１の磁性層から分離されて第１の合成反強磁性構造を形成する第２の磁性層をさらに備える、請求項２に記載の装置。
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間で磁気モーメントのバランスをとる、請求項３に記載の装置。
前記第２のシールドに隣接し、前記第２のシールドにバイアス磁界を印加する第２のシールド安定化構造をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
前記第２のシールド安定化構造は第３の磁性層に隣接する第２の反強磁性層を備える、請求項５に記載の装置。
第３の非磁性層によって前記第３の磁性層から分離されて第２の合成反強磁性構造を形成する第４の磁性層をさらに備える、請求項６に記載の装置。
前記第１のシールド安定化構造は前記第１のシールドの一部に隣接して位置決めされる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
前記第１のシールド安定化構造の幅および奥行きは前記センサ積層体の幅および奥行き以上である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
前記第１のシールド安定化構造の前記幅は前記第１のシールド安定化構造の前記奥行きよりも大きい、請求項９に記載の装置。
装置であって、
センサ積層体と、
前記センサ積層体の対向する側に位置決めされる第１および第２のシールドと、
前記第１のシールドに隣接し、前記第１のシールドにバイアス磁界を印加する第１のシールド安定化構造とを備え、前記第１のシールド安定化構造は、第１の磁性層と第２の磁性層と第３の磁性層と第４の磁性層と第１の非磁性層とを有し、前記第１の非磁性層はバランスされた磁気モーメントを有する第１および第２の積層構造に接し、前記第１の積層構造は前記第１の磁性層と前記第２の磁性層とを有し、前記第１の磁性層は前記第２の磁性層と異なる材料から構成され、前記第２の積層構造は前記第３の磁性層と前記第４の磁性層とを有し、前記第３の磁性層は前記第４の磁性層と異なる材料から構成される、装置。
前記第１のシールド安定化構造は前記第１の磁性層に隣接する第１の反強磁性体をさらに備える、請求項１１に記載の装置。
前記第１および第２の積層構造ならびに前記第１の非磁性層は第１の合成反強磁性構造を形成する、請求項１１または１２に記載の装置。
装置であって、
データ記憶媒体と、
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の装置を有する記録ヘッドと、
前記データ記憶媒体に隣接して前記記録ヘッドを位置決めするためのアームとを備える、装置。