JP5813601B2 - 耐食性スペーサ層を備え、より高い信号雑音比を有するｃｐｐ−ｇｍｒセンサ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は一般に、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）センサに関する。より詳しくは、本発明は膜面垂直通電（ＣＰＰ）型の磁気抵抗センサに関する。

現代の磁気ディスクドライブの磁気再生ヘッドは、記録素子の抵抗成分が絶縁トンネル障壁層を挟むフリー層とリファレンス層の磁化の角度のコサインとして変化するトンネリング磁気抵抗（ＴＭＲ）効果に基づいて動作する。記録されたデータを磁気媒体から再生できるのは、記録された磁気媒体からの外部磁界（すなわち、信号磁界）によってフリー層の磁化の方向が変化し、今度はこれがＴＭＲ素子のトンネル障壁層をまたがった抵抗を変化させ、またセンス電流または電圧を相応に変化させるからである。面記憶密度の増大に対応するための再生ヘッドの小型化に伴い、ＴＭＲ再生ヘッドの素子抵抗は、標準的な検出用電子部品で容易に対応できる範囲を超えて増大すると予想される。

ＧＭＲセンサは、ＴＭＲ再生ヘッドに代わるものである。ＧＭＲ再生ヘッドの抵抗は、フリー層とリファレンス磁性層間の角度によって変化する。さらに、ＧＭＲ再生ヘッドは、これらの磁性層の検出ＣＰＰを利用する。ＣＰＰ−ＧＭＲセンサは主として、構造面において、高抵抗のトンネル障壁層の代わりに低抵抗の金属スペーサを用いる点で、ＴＭＲ再生ヘッドとは異なる。したがって、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの抵抗は主として、フリー層とリファレンス層と低抵抗の金属スペーサの積層構造によって決まる。ＣＰＰ−ＧＭＲセンサは、ＴＭＲセンサにおいて使用される障壁層を通る電子のスピン依存トンネル効果ではなく、磁性層とスペーサ層との界面および磁性層そのものの両方における伝導電子のスピン依存拡散効果を利用する。同じ断面積であれば、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの素子抵抗はＴＭＲセンサの場合の１０〜２０分の１であろう。

ＣＰＰ−ＧＭＲセンサは、素子抵抗がはるかに低いため、印加されるバイアス電圧がＴＭＲセンサに使用されるものに相当する場合（たとえば、１００ｍＶ）、ずっと高いセンス電流密度で動作する。このように電流密度がより高いと、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの出力信号と信号雑音比は、動作中に印加されるスピン偏極電子波密度によりフリー層またはリファレンス磁性層のいずれかで誘起されるトルクから生じるスピントルク効果によって制限される。スピントルクが大きすぎると、フリー層またはリファレンス層のいずれかにおける磁化に振動不安定性がもたらされる可能性がある。したがって、ＣＰＰ−ＧＭＲ再生センサをスピントルクに起因する不安定性の生じにくいものとすれば、磁気記録分野でのその性能が向上する。

さらに、再生ヘッドの加工中、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサにはラッピングまたは化学的機械的研磨／平均化（ＣＭＰ）が施される場合があり、その間、露出した層が腐食を始める可能性がある。金属スペーサ層は、特にこの工程中で酸化しやすい場合がある。たとえば、一般的なスペーサ層の材料は、容易に腐食または変色することが知られている。エアベアリング面（ＡＢＳ）を形成するための機械的ラッピング工程中、これらの材料は酸化し、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサの異なる層間の電流の流れを妨げるかもしれない。

本発明の１つの実施形態は、両者間にスペーサ層が堆積された第一の磁性層と第二の磁性層を有する再生ヘッドセンサを提供する。そのスペーサ層は合金を含み、その合金の少なくとも１つの金属は導電性を有する。さらに、このスペーサ層は、すべてその少なくとも１つの金属からなるスペーサ層と比較して、（ｉ）より耐食性が高く、（ｉｉ）再生ヘッドセンサの電気抵抗を増大させる。

本発明の１つの実施形態は、両者間にスペーサ層が堆積された第一の磁性層と第二の磁性層を含む再生ヘッドセンサを提供する。そのスペーサ層は銀合金を含む。

本発明の他の実施形態は、再生ヘッドセンサの製造方法を提供する。この方法は、基板上に第一の磁性層を堆積させるステップを含む。この方法はまた、第一の磁性層の上にスペーサ層を堆積させるステップを含む。そのスペーサ層は金属合金を含み、その合金の少なくとも１つの金属は導電性を有する。さらに、このスペーサ層は、すべてその少なくとも１つの金属からなるスペーサ層と比較して、（ｉ）より耐食性が高く、（ｉｉ）再生ヘッドセンサの電気抵抗を増大させる。この方法は、スペーサ層の上に第二の磁性層を堆積させるステップを含む。

本発明の上記の特徴を詳しく理解できるように、簡単に上述した発明は、実施形態を参照することによって、より具体的に説明する場合があり、これらの実施形態のいくつかが添付の図面に描かれている。しかしながら、添付の図面は本発明の一般的な実施形態のみを示しており、したがって、本発明では他の同等に有効な実施形態も可能であることから、本発明の範囲を限定するとはみなされない点に留意するべきである。

本発明の実施形態によるディスクドライブを示す。 本発明の実施形態による再生ヘッドセンサの一部の概略断面図を示す。 本発明の実施形態による再生ヘッドセンサのスペーサ層に使用される材料の正規化抵抗を示すグラフである。 本発明の実施形態による再生ヘッドセンサのスペーサ層に使用される材料の正規化抵抗を示すグラフである。 本発明の実施形態による再生ヘッドセンサのスペーサ層に使用される材料の特性を示すグラフである。 本発明の実施形態による再生ヘッドセンサのスペーサ層に使用される材料の特性を示すグラフである。 本発明の実施形態による再生ヘッドセンサのスペーサ層に使用される材料の特性を示すグラフである。 本発明の実施形態による再生ヘッドセンサのスペーサ層に使用される材料の特性を示すグラフである。 本発明の実施形態による再生ヘッドセンサのスペーサ層に使用される材料の特性を示すグラフである。 本発明の実施形態による再生ヘッドセンサのスペーサ層に使用される材料の特性を示すグラフである。 本発明の実施形態による、再生ヘッドセンサの一部の製造方法を示す。 本発明の実施形態による、再生ヘッドセンサの一部の製造方法を示す。 本発明の実施形態による、再生ヘッドセンサの一部の製造方法を示す。 本発明の実施形態による再生センサの構造を示す。 本発明の実施形態による再生センサの構造を示す。 本発明の実施形態による再生センサの構造を示す。 本発明の１つの実施形態による再生センサの構造を示す。

理解しやすくするために、同じ参照番号は可能なかぎり、各図に共通の同じ要素を指示するために使用されている。１つの実施形態において開示された要素は、特に詳述することなく、他の実施形態においても有効に利用され得る。

以下の説明では、本発明の実施形態を参照する。しかしながら、本発明は特別に説明されている実施形態には限定されないと理解するべきである。その代わりに、以下に説明する特徴と要素は、異なる実施形態に関するものか否かを問わず、どのように組み合わせても本発明を実施し、実現できると考えられる。さらに、本発明の実施形態は、考えられる他の解決策および／または先行技術に勝る利点を達成するかもしれないが、特定の利点がある実施形態によって達成されるか否かは、本発明を限定しない。それゆえ、以下に説明する態様、特徴、実施形態および利点は単に例示のためであり、付属の特許請求の範囲に明記されているものを除き、特許請求の範囲の要素または限定とはみなさない。同様に、「発明」という表記は、本願で開示する本発明の主旨を一般化するものとはみなさず、付属の特許請求の範囲に明記されているものを除き、特許請求の範囲の要素または限定とはみなさないものとする。

本発明は、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサのスペーサ層を形成する材料の電気抵抗と耐食性を増大させることに関する。スペーサ層、およびひいてはＣＰＰ−ＧＭＲセンサの抵抗を高めることによって、センサにより大きな電圧をかけることができ、信号対雑音比がより高くなる。スペーサ層の耐食性を増大させることにより、製造中、スペーサ層を耐食性材料に曝すことによる影響が最小限となる。

ハードドライブの例
図１は、本発明の実施形態に係るディスクドライブ１００を示している。図のように、少なくとも１つの回転可能な磁気ディスク１１２はスピンドル１１４に支持され、ディスクドライブモータ１１８によって回転される。各ディスクへの磁気記録は、磁気ディスク１１２上の同心円状のデータトラック（図示せず）の環状パターンの形態で行われる。

少なくとも１つのスライダ１１３が、磁気ディスク１１２の付近に位置付けられる。各スライダ１１３は、ディスク表面１２２から再生し、そこに記録するための１つまたはそれ以上の磁気ヘッドアセンブリ１２１を支持する。磁気ディスクが回転すると、スライダ１１３は半径方向に移動してディスク表面１２２の上方に出入りし、磁気ヘッドアセンブリ１２１が、磁気ディスク上の、所望のデータが記録されている異なるトラックにアクセスできるようにする。磁気ヘッドアセンブリ１２１は少なくとも、磁気ディスク表面１２２にデータを記録し、そこからデータを再生するための記録ヘッド部と再生ヘッド部を含んでいてもよい。各スライダ１１３は、サスペンション１１５によってアクチュエータアーム１１９に取り付けられる。サスペンション１１５は、弱いバネ力を発生させ、これがスライダ１１３をディスク表面１２２に対して付勢する。各アクチュエータアーム１１９は、アクチュエータ手段１２７に取り付けられる。図１に示されるアクチュエータ手段１２７は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）であってもよい。ＶＣＭは、一定の磁界の中で運動可能なコイルを備え、コイルの運動の方向と速度は、制御ユニット１２９によって供給されるモータ電流信号により制御される。

磁気ディスク１１２の回転によって、スライダ１１３とディスク表面１２２の間にＡＢＳが発生し、これがスライダ１１３に対する上方の力、すなわち揚力を生む。ＡＢＳはそれゆえ、通常動作中、サスペンション１１５の弱いバネ力と釣り合い、スライダ１１３をディスク１１２の表面から離れた若干上方に、小さな、実質的に一定の間隔を空けて支持する。

ディスク記憶システムの各種の構成要素は、動作中、制御ユニット１２９によって発生される制御信号、たとえばアクセス制御信号や内部クロック信号によって制御される。一般に、制御ユニット１２９は、論理制御回路、記憶手段およびマイクロプロセッサを備える。制御ユニット１２９は、各種のシステム動作を制御するための制御信号、たとえばライン１２３上のドライブモータ制御信号やライン１２８上のヘッド位置およびシーク制御信号を発生する。ライン１２８上の制御信号は、スライダ１１３をディスク１１２上の所望のデータトラックに最適に移動させ、位置付けるための所望の電流プロファイルを提供する。記録および再生信号は、記録チャネル１２５によって記録および再生ヘッド１２１へと、またはこれから伝えられる。

一般的な磁気ディスク記憶システムの上記の説明とこれに付随する図１の図は、代表的な例を示しているにすぎない。当然のことながら、ディスク記憶システムは多数のディスクとアクチュエータを含んでいてもよく、各アクチュエータは多数のスライダを支持していてもよい。

ＧＭＲセンサの層
ＣＰＰスピンバルブまたは擬スピンバルブが、上記の磁気ヘッドアセンブリ１２１に位置付けられる再生ヘッドの一部であってもよい。これらのスピンバルブは、ＧＭＲ膜に印加さるバイアス電流が膜面に垂直であるように方向付けられる。図２は、ＣＰＰスピンバルブまたは擬スピンバルブの一部の概略断面図を示す。図のように、ＧＭＲセンサ２００は、強磁性フリー層２０６、強磁性リファレンス層２０２、強磁性フリー層２０６と強磁性リファレンス層２０２の間に配置されたスペーサ層２０４を含む。センス電流２１２は、ＧＭＲセンサ２００の面に垂直である（すなわち、電流は積層内を垂直に流れる）。強磁性フリー層２０６と強磁性リファレンス層２０２の磁化のデフォルトでの向きまたは方向が示されている。「デフォルトでの」向きとは、再生ヘッドの外部の磁界の影響を受けない、強磁性層の磁化の方向である。

スペーサ層２０４は一般に、金属や金属合金等の導電性材料で作製される。本明細書において、金属合金とは、少なくとも１つの金属要素を含む、固体金属母体に要素を混ぜ込んだ混合物である。１つの実施形態において、ＧＭＲセンサ２００のＡＢＳは、図の表面であってもよい。すなわち、図２は、ＧＭＲセンサ２００をディスク表面１２２の視点から描いたものである。

磁気ヘッドアセンブリ１２１のＧＭＲセンサ２００は磁気媒体の上方を移動するため、媒体の磁化は、強磁性フリー層２０６の磁化を偏向させる。ＧＭＲセンサ２００の電気抵抗は、電極磁化間の相対的角度とともに変化する。磁気ヘッドアセンブリ１２１は媒体１１２の上方を移動すると、フリー層２０６の磁化は、媒体１１２に保存されたビットからの磁界変化によって影響を受ける。面外磁化したビットから面内磁化した他のビットへの遷移は、素子抵抗の変化として再生され、その一方で、同様の磁化方向を有する２つのビット間の遷移は素子抵抗が変化しなかったものとして再生される。強磁性フリー層２０６と強磁性リファレンス層２０２の磁化の方向は、デフォルト状態において（すなわち、強磁性フリー層２０６の磁化が媒体１１２上の磁界によって影響を受けていない時に）約９０度開いている。フリー層２０６とリファレンス層２０２の磁化の向きがより平行に近くなると、ＧＭＲセンサ２００の抵抗が低下する。反対に、層２０６、２０２の向きがより反平行に近くなると、ＧＭＲセンサ２００の抵抗が増大する。

強磁性フリー層２０６と強磁性リファレンス層２０２は、本明細書に記載する機能を果たす、どのような磁性材料または複数層を含んでいてもよい。１つの実施形態において、強磁性フリー層２０６と強磁性リファレンス層２０２は、Ｃｏ、ＦｅおよびＮｉの合金を含む。他の実施形態において、強磁性フリー層２０６と強磁性リファレンス層２０２は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉの合金に最大で３５原子パーセントのＧｅ、Ｇａ、ＳｉまたはＡｌを含めたものを含む。他の実施形態において、強磁性フリー層２０６と強磁性リファレンス層２０２は、強磁性ホイスラ合金を含んでいてもよい。一般に、ホイスラ合金は大きなスピン偏極率を有し、これがその合金から放出される伝導電子のスピンの向きに影響を与える。特に、ホイスラ合金に応じて、伝導帯の中の電子の大部分が、それぞれに関連する磁化に関して主としてスピンアップ方向またはスピンダウン方向のいずれかを有する。特定のスピンを持つ伝導電子の密度を高くすると、ＧＭＲセンサ２００の実現可能な信号対雑音比が増大する。

一般的な強磁性ホイスラ合金の例としては、これらに限定されないが、Ｃｏ２ＭｎＡｌ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＧａ、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｃｏ２ＦｅＡｌ、Ｃｏ２ＦｅＧｅが含まれる。Ｃｏ２Ｆｅ（Ａｌ_{１００−ｘ}Ｓｉ_ｘ）等の合金もまた、高いスピン偏極特性を有するホイスラ合金である。

１つの実施形態において、強磁性フリー層２０６と強磁性リファレンス層２０２の各々の厚さは、１５〜１００Åの範囲である。

１つの実施形態において、スペーサ層２０４は導電性材料を含み、たとえばスペーサ層２０４は銀（Ａｇ）または銅（Ｃｕ）のいずれかを含んでいてもよい。これらの金属はどちらも、ホイスラ合金の成長と適合するＦＣＣ結晶構造を持ち、すなわち、ＡｇとＣｕの結晶特性は実質的にホイスラ合金の結晶特性と一致する。これに加えて、これらの金属はどちらも、長いスピン拡散長を有し、すなわち、伝送された電子が、スペーサ層の一般的な厚さ（たとえば、２０〜５０Å）より長い距離にわたって、そのスピン方向を保持する。

スピン拡散長は、スピン偏極電流の有効な輸送の尺度となる。前述のように、ホイスラ合金は特定のスピン方向を有する伝導電子を高い密度で生成し、すなわち、ホイスラ合金は特定のスピンで電子を偏極する。磁気媒体の磁性方向をよりよく測定するためには、電子がスペーサ層２０４の中を移動する際、伝導電子のスピン偏極を維持するべきである。

スペーサ層２０４は、強磁性フリー層２０６と強磁性リファレンス層２０２の間の磁気（または交換）結合を防止できるように十分に厚く、しかも材料のスピン拡散長より薄くする必要がある。ＡｇとＣｕはどちらもこれを満たす。特に、ＡｇとＣｕのスピン拡散長は１０００Åまたはそれ以上である。

スペーサ層の腐食
磁気再生ヘッドの一般的な加工では、ＧＭＲセンサ２００に対してＣＭＰが施される。１つのステップで、複数のＧＭＲセンサ２００を含むウェハが液体スラリの中に置かれ、研磨ディスクで研磨されてＡＢＳが形成される。このラッピング工程では、スペーサ層２０４が腐食性材料に曝される可能性がある。

ＡｇとＣｕは、腐食しやすいことが知られており、たとえば金属は容易に酸化または変色する。これらの金属は、長いスピン拡散長を提供し、磁気的な結合を防止するが、製造中、腐食しうる。

１つの実施形態において、スズ（Ｓｎ）とＡｇを混合して金属合金を形成し、スペーサ２０４として使用してもよい。有利な点として、Ａｇ−Ｓｎ合金により、スペーサ層２０４の腐食防止能力は、銀のみからなるスペーサ層の場合より増大する。したがって、Ａｇ−Ｓｎ合金のスペーサ層２０４は、センサ製造工程中において、より堅牢である。Ａｇ−Ｓｎ合金の例としては、これらに限定されないが、ＡｇＳｎ_３、ＡｇＳｎ_６、ＡｇＳｎ_１０、ＡｇＳｎ_１３、ＡｇＳｎ_１６があり、添え字はＳｎの原子濃度（％）を表す。１つの実施形態において、Ａｇ−Ｓｎ合金の中のＳｎの原子濃度は２〜２０％である。

図３は、Ａｇ、ＣｕおよびＡｇ−Ｓｎ合金の正規化抵抗を示すグラフである。図３は、図に明記された材料について、その材料が水（すなわち、腐食性材料）の中に浸漬された日数ごとに正規化抵抗を測定したものである。図のように、ＡｇとＣｕの抵抗は、腐食性材料に曝されると増大し始める。しかしながら、Ａｇ−Ｓｎ合金は同じ抵抗を保っている。腐食したスペーサ層２０４は、信号を劣化させ、ＧＭＲセンサ２００の信号対雑音比を低下させる。

図４は、ＡｇおよびＡｇ−Ｓｎ合金の正規化抵抗を示すグラフである。図４は、図に明記された材料について、その材料が水中に浸漬された日数に関する正規化抵抗を測定したものである。純銀の抵抗は急速に上昇を始め、銀が腐食または変色していることを示している。しかしながら、Ａｇ−Ｓｎ合金の抵抗は一定のままである。すなわち、Ｓｎを添加することにより、Ａｇの腐食傾向がなくなる。

１つの実施形態において、ゲルマニウム（Ｇｅ）とＣｕを混合して金属合金を形成し、スペーサ層２０４として使用してもよい。有利な点として、Ｃｕ−Ｇｅ合金により、スペーサ層２０４の腐食防止能力が増大する。Ｃｕ−Ｇｅ合金内のＧｅの原子濃度は５〜２０％であってもよい。

一般に、どのような金属合金でも、スペーサ層の腐食防止能力が、その金属合金内の金属の１つのみからなるスペーサ層より高まるかぎり、またスペーサ層２０４とその磁性層２０２、２０６との界面が、短いスピン拡散長または界面スピン拡散によりスピンバルブへの磁気抵抗効果を過剰に減少させないかぎり、スペーサ層２０４として使用してよい。

スペーサ層の抵抗の増大
ＣＰＰ−ＧＭＲ再生センサの信号対雑音比は、十分に大きなバイアス電圧を使用した時に、スピントルクにより誘発される励起と高い電子流密度に起因する雑音によって制限される。このスピントルクによる励起は、主として強磁性層２０２、２０６とスペーサ層２０４との界面で起こる。Ａｇを含むスペーサ層２０４は最近、ホイスラ合金を含む強磁性層２０２、２０６との界面が有利な状態にあるため、高いＣＰＰ−ＧＭＲ信号を取得するのに特に好適であることが明らかとなっているが、スピントルクによる励起が依然として、電位差および、その結果としてＧＭＲセンサ２００に印加されるかもしれない電流を制限する。

大きなスピントルクによって、強磁性層２０２、２０６の一方または両方に、磁気雑音と磁化の振動不安定性がもたらされるかもしれない。この不安定性は、リファレンス層およびフリー層２０２、２０６の磁化がより反平行の方向に近づくと増大する。換言すれば、反平行状態（Ｊ_{ｃｒｉｔ−ＡＰ}）で不安定となり始める磁化臨界電流密度は、平行方向（Ｊ_{ｃｒｉｔ−Ｐ}）の場合の電流密度より有意に小さい。実験的に、ＣｕまたはＡｇの従来のスペーサに関して、Ｊ_{ｃｒｉｔ−Ｐ}／Ｊ_{ｃｒｉｔ−ＡＰ}が一般に、２〜４の範囲であることが検証された。それゆえ、実際の素子の動作においてセンサの性能を制限するのはＪ_{ｃｒｉｔ−ＡＰ}である。過剰な雑音または不安定性を回避するには、安定な動作のために、センス電流２１２の密度（ＧＭＲセンサ２００の長さと断面積により測定される）を臨界値以下に保つ必要がある。ΔＲＡをＧＭＲセンサ２００の積層体の抵抗面積積（ＲＡ）の最大磁気抵抗変化とすると、Ｊ_{ｃｒｉｔ−ＡＰ}×ΔＲＡは、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサから得られる最大電圧信号を表す。最大信号電圧を下げれば、同時にＧＭＲセンサ２００の信号雑音比も低下し、より小さな信号が雑音によって消される可能性が高くなる。

スピントルクの大きさは、スピントルク伝達効率η（θ）によって測定され、θはフリー層およびリファレンス層２０２、２０６の磁化の間の角度である。ある角度θにおいて、磁化臨界電流Ｊ_ｃｒｉｔ（θ）は、η（θ）と反比例する。特に、Ｊ_ｃｒｉｔ（θ≒１８０°）≒Ｊ_{ｃｒｉｔ−ＡＰ}は１／η_ＡＰに比例し、η_ＡＰ＝η（θ＝１８０°）である。すなわち、Ｊ_{−ｃｒｉｔ−ＡＰ}×ΔＲＡは（ΔＲＡ／η_ＡＰ）に対応する。

ＣＰＰ−ＧＭＲセンサで利用されるものと似た金属多層積層体の拡散輸送理論に基づき、（ΔＲＡ／η_ＡＰ）の数値の制御におけるスペーサ層の役割は、以下のように表してもよい。

図５Ａ〜Ｂは、異なるＡｇ−Ｓｎ合金の抵抗ｐ（μΩ−ｃｍ）を示すグラフである。図５Ａは、Ａｇ−Ｓｎ合金のＳｎの原子濃度が８〜１７％で変化することを示している。図のように、抵抗ｐは４０〜８０μΩ−ｃｍの範囲であり、これによってＡｇ−Ｓｎの抵抗（ｐ_{Ａｇ−Ｓｎ}）はＡｇのみの場合の抵抗（ｐ_Ａｇ）より１０〜２０倍増大する。したがって、それぞれの量のＳｎを添加することによって、Ａｇ−Ｓｎ合金の抵抗を等式１の

の項と同等とすることができる。したがって、スペーサ層にＡｇ−Ｓｎ合金を使用することによって、１／２（ｐｔ）_ＮＭとΔＲＡ／η_ＡＰの数値が実質的に増大し、Ｊ_ｃｒｉｔがより高くなる。一般に、Ａｇ−Ｓｎ合金の抵抗は、１０μΩ−ｃｍより大きい。

図５Ｂは、薄膜から、およびＧＭＲセンサ構造から測定した抵抗を示す。図５Ｂは、薄膜とＧＭＲセンサのどちらにおいても、Ａｇ−Ｓｎ膜の抵抗のほうが、５０〜１００μΩ−ｃｍの範囲と、Ａｇのみを含む場合より大きいことを示している。

しかしながら、本質的な磁気抵抗の変化（ΔＲＡ）は概ね、スペーサの厚さに指数関数的に対応する（ΔＲＡ ∝ ｅｘｐ （−ｔ／ｌ_ｓｄ））。スピントルクの不安定性がなくても他の雑音源があり、そのため、十分な信号対雑音比を達成するには、十分な信号レベルとすることが必要である。それゆえ、Ａｇ−Ｓｎ合金はまた、スペーサ層２０４を通過する伝導電子のスピン消極に起因するΔＲＡの縮小による大幅な損失を回避するために、そのスピン拡散長（ｌ_ｓｄ）は、選択されたスペーサ層２０４の厚さ（ｔ）の、好ましくは５から１０倍であるべきである。また、スペーサ層２０４の厚さは、強磁性層２０２、２０６間の磁気結合を防止するために、最低値、たとえば２ｎｍより大きくするべきである。それゆえ、Ｓｎ以外の不純物をＡｇに添加して抵抗を改善してもよいが、これらの元素によってスペーサ層２０４のスピン拡散長が有意に短縮し、容認できない程度までΔＲＡが小さくなるかもしれない。このような不利な効果は、ΔＲＡ／η_ＡＰの数値を増大させるという利点を打ち消す可能性がある。しかしながら、Ａｇ−ＳｎおよびＣｕ−Ｇｅ合金であれば、両方の条件を満たす。

ＧＭＲセンサ２００の積層体の最大のΔＲＡを保持するためには、スペーサ層の材料のスピン拡散長は、スペーサ層２０４の厚さより大きくするべきである。しかしながら、ＳｎをＡｇに添加することによってスピン拡散長が数千オングストロームからわずか数百オングストロームに縮小したとしても、この縮小はΔＲＡに有意な影響を与えない。したがって、少量のＳｎ（２０％未満）をＡｇに添加することにより、ΔＲＡ／η_ＡＰを増大でき、その際、スペーサ層２０４のスピン拡散長をＧＭＲセンサ２００の積層体のΔＲＡが有意に低下する点まで短縮させない。

図６Ａは、Ｓｎの濃度を変化させたＡｇ−Ｓｎの合金のΔＲＡを示すグラフである。Ａｇ−Ｓｎ合金のＳｎが８％まで、そのΔＲＡは純ＡｇのΔＲＡと実質的に同じである。一般に、Ａｇ−Ｓｎ合金は、２０Åを超える厚さのスペーサ層にとって十分なスピン拡散長を有する。好ましくは、スペーサ層２０４の厚さは約２０〜４５Åである。

図６Ｂは、ある範囲のスペーサの厚さに対するスペーサの抵抗の増大による素子抵抗の増大を示すグラフである。Ａｇ−Ｓｎのスペーサを含む素子の抵抗は、Ａｇのスペーサを含む素子より大きいこと（スペーサの厚さに対するΔＲＡの傾斜）が示されている。２５〜４０Åのスペーサの厚さの範囲では、ＧＭＲ信号は、ＡｇとＡｇ−Ｓｎの素子について大体同じである。

図６Ｃは、ある範囲のスペーサの厚さに対するスペーサ層のスピン拡張長を示すグラフである。Ａｇ−ＳｎのスペーサでΔＲ／Ｒが減少しているのは、Ａｇ−Ｓｎのスピン拡散長がＡｇのそれより小さいことを示しているが、それでも一般的な素子のスペーサの厚さよりは大きい。これに加えて、界面粗さによって、Ａｇのスペーサの厚さは約３５Åに制限され、その一方で、Ａｇ−Ｓｎのスペーサははるかに平滑であり、２５Åまで薄くしても電極間の有害な磁気結合は発生しない。

図６Ｄは、Ａｇ、Ａｇ−Ｓｎまたは多層Ａｇ／Ａｇ−Ｓｎスペーサを利用する各種のＣＰＰ−ＧＭＲセンサのスピントルクデータを示すグラフである。このデータは、スペーサ層２０４の異なる材料について、スペーサの厚さに関する、ＭＲ（ΔＲ／Ｒ）×リファレンス層のスピントルク不安定性の原因となる臨界電圧（Ｖ_ｃｒｉｔ＝Ｊ_ｃｒｉｔ×ＲＡ）の推移を示す。ΔＲ／Ｒ×Ｖ_ｃｒｉｔは、Ａｇのスペーサ層２０４を含むセンサより、Ａｇ−Ｓｎのスペーサ層２０４を含む再生センサのほうが高い。

１つの実施形態において、スペーサ層２０４はＣｕ−Ｇｅ合金を含んでいてもよく、合金の抵抗（ｐ_{Ｃｕ−Ｇｅ}）は、Ｃｕのみからなるスペーサ層２０４の抵抗（ｐ_Ｃｕ）より大きい。Ｃｕ−Ｇｅ合金のスピン拡散長によって、スペーサ層を２０Åより厚くすることができる。

１つの実施形態において、それぞれの合金の中のＳｎまたはＧｅのいずれかの原子濃度は１０％未満である。他の実施形態において、それぞれの合金の中のＳｎまたはＧｅのいずれかの原子濃度は２〜２０％である。

一般に、どのような金属合金でも、スペーサ層の腐食防止能力が、したがってＧＭＲセンサ２００が、その金属合金内の金属の１つのみからなるスペーサ層より高まるかぎり、またスペーサ層２０４とその磁性層２０２、２０６との界面が、短いスピン拡散長または界面スピン拡散によりスピンバルブへの磁気抵抗効果を過剰に減少させないかぎり、スペーサ層２０４として使用してよい。

ＧＭＲセンサの製造方法
図７Ａ〜Ｃは、ＧＭＲセンサの製造方法を示す。図７Ａにおいて、強磁性リファレンス層２０２が基板７０１の上に堆積される。基板７０１は、ＣＰＰ−ＧＭＲ再生ヘッドを製造する際に有益な他の複数の層、たとえばニッケル鉄（ＮｉＦｅ）、チタン（Ｔａ）、ルテニウム（Ｒｕ）、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）または、センサの結晶構造または特性を改善するのに役立つその他の磁性または非磁性下地層等を含んでいてもよい。

１つの実施形態において、強磁性リファレンス層２０２は複数の元素を含むホイスラ合金である。各元素は、ホイスラ合金の各元素のための別々のターゲットを使用する物理気相成長（ＰＶＤ）方式か、ホイスラ合金のすべての元素を含む単一ターゲット方式のいずれかにより堆積させてもよい。

図７Ｂにおいて、スペーサ層２０４が強磁性リファレンス層２０２の上に堆積される。スペーサ層２０４は、少なくとも１つの導電性金属、たとえばＡｇまたはＣｕを含む金属合金を含んでいてもよい。金属合金はまた、スペーサ層２０４の耐食性と電気抵抗を、不純物を含まない場合のこれらの特性と比較して増大させる少なくとも１つの不純物、たとえばＳｎまたはＧｅも含んでいてよい。ＰＶＤ方式では、導電性金属と不純物の上に、個々のターゲットから、または金属と不純物の両方を含む単一ターゲットからスパッタしてもよい。

１つの実施形態において、スペーサ層は、強磁性リファレンス層２０２と直接接触する。

図７Ｃにおいて、強磁性フリー層２０６がスペーサ層２０４の上に堆積される。１つの実施形態において、強磁性リファレンス層２０２は、複数の元素を含むホイスラ合金である。各要素は、ホイスラ合金の各元素のための別々のターゲットを使用するＰＶＤ方式か、ホイスラ合金のすべての元素を含む単一ターゲット方式のいずれかにより堆積させてもよい。さらに、この後で基板上に他の層を堆積させて、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサヘッドの製造を終了させてもよい。

１つの実施形態において、層２０２、２０４、２０６はアモルファスであり、同じ結晶構造を共有しない。他の実施形態において、層２０２、２０４、２０６の１つまたそれ以上は結晶であり、異なる層の同じ秩序の結晶構造を共有してもよい。

１つの実施形態において、強磁性リファレンス層２０２、スペーサ層２０４、および強磁性フリー層２０６は直接接触せず、間に他の層が堆積されてもよい。

図８Ａ〜Ｃは、本発明の実施形態による各種の再生センサを示している。図８Ａは、ＣＰＰスピンバルブを含む再生センサの１つの実施形態を示す。一般的なＣＰＰ−ＧＭＲスピンバルブは、強磁性フリー層８０６、スペーサ層８０４、固定強磁性リファレンス層８０２、反強磁性ピニング層８０８で形成される。強磁性フリー層８０６は、強磁性リファレンス層８０２にとって適当な同じ材料を含んでいてもよい。強磁性層８０２、８０６は同じ材料を含んでいてもよく、またはこれらは、たとえばＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉの合金の異なる１層または複数の層を含んでいてもよい。

図８Ｂは、強磁性リファレンス層８０２が反強磁性ピニング層に固定されていない、擬スピンバルブを示している。

図８Ｃは、固定強磁性層８１２が反強磁性ピニング層８０８に交換結合され、また薄い、反強磁性結合層８１０を通じて、強磁性リファレンス層８０２に反強磁性結合されている「ＡＰ固定」スピンバルブを示す。反強磁性結合層８１０は、反平行結合に適した材料（たとえば、Ｒｕ）を含んでいてもよい。反強磁性結合層８１０は、固定層８１２とリファレンス層８０２を結合し、それらのそれぞれの磁化は相互に反平行となり、強磁性フリー層８０６の磁化に関して、どちらも約９０度である。

図９は、本発明の実施形態による、高感度、高耐食性のスペーサ層９０４を有する再生ヘッドセンサを示す。図のように、図９は「ＡＰフリー層」を示し、２つの強磁性フリー層（すなわち、第一の強磁性フリー層９０６と第二の強磁性フリー層９１２）が反強磁性結合層９１０を介して相互に磁気結合されており、これらの磁化は反平行となっている。さらに、層９０６、９１２の磁化は、強磁性リファレンス層９０２の磁化から約９０度の向きである。１つの実施形態において、強磁性リファレンス層９０２の磁化は、反強磁性層９０８によって固定される。反平行結合フリー層９１２は、リファレンス層に基本的に平行な向きにあるときに、第一の強磁性フリー層９０６のスピントルク不安定性に対する耐性を高めることができ、それゆえ、高抵抗スペーサ層９０４によって提供される反平行状態の高いスピントルク安定性を補う。

図中、再生ヘッドセンサを形成する層間に他の層を堆積させてもよい。さらに、各層が異なる材料または複数の層を含んでいてもよい。

以上は、本発明の実施形態に関するものであるが、本発明の他の、別の実施形態をその基本的範囲から逸脱することなく導き出してもよく、その範囲は以下の特許請求の範囲により決定される。

１００ ディスクドライブ
１１２ 磁気ディスク
１１３ スライダ
１１４ スピンドル
１１５ サスペンション
１１８ ドライブモータ
１１９ アクチュエータアーム
１２１ 磁気ヘッドアセンブリ
１２２ ディスク表面
１２３、１２８ ライン
１２５ 記録チャネル
１２７ アクチュエータ手段
１２９ 制御ユニット
２００ ＧＭＲセンサ
２０２、８０２、９０２ 強磁性リファレンス層
２０４、８０４、９０４ スペーサ層
２０６、８０６ 強磁性フリー層
２１２ センス電流
７０１ 基板
８０８、９０８ 反強磁性層
８１０、９１０ 反強磁性結合層
８１２ 固定強磁性層
９０６ 第一の強磁性フリー層
９１２ 第二の強磁性フリー層

Claims (6)

1. 第１磁性層および第２磁性層、
   前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に配置されたスペーサ層であって、ＡｇＳｎ_６、ＡｇＳｎ_１０、ＡｇＳｎ_１３、ＡｇＳｎ_１６からなるグループから選択された物質を含む、スペーサ層、
   を備え、
   前記スペーサ層の電気抵抗率は、３０μΩ−ｃｍ以上である
   ことを特徴とする再生ヘッドセンサ。
2. 前記第１磁性層と前記第２磁性層の双方は、ホイスラー合金を含む
   ことを特徴とする請求項１記載の再生ヘッドセンサ。
3. 前記スペーサ層の厚さは、２０〜５０オングストロームである
   ことを特徴とする請求項１記載の再生ヘッドセンサ。
4. 第１磁性層および第２磁性層、
   前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に配置されたスペーサ層であって、ＡｇＳｎ_６、ＡｇＳｎ_１０、ＡｇＳｎ_１３、ＡｇＳｎ_１６からなるグループから選択された物質を含む、スペーサ層、
   を備えることを特徴とする再生ヘッドセンサ。
5. 前記スペーサ層の厚さは、２０〜５０オングストロームである
   ことを特徴とする請求項４記載の再生ヘッドセンサ。
6. 前記スペーサ層の電気抵抗率は、３０μΩ−ｃｍより大きい
   ことを特徴とする請求項４記載の再生ヘッドセンサ。

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