JP6022936B2 - 複合磁気シールドを有する磁気センサ - Google Patents
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Description
電子データ記憶および検索システムにおいて、磁気記録ヘッドは、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センサを有するリーダ部を含むことができる。媒体の表面からの磁束は、センサの1または複数の感知層(a sensing layer or layers)の磁化ベクトルの回転をもたらすが、このことは、同じく、センサの電気的特性
における変化をもたらす。感知層の磁化ベクトルが外部の磁束に応答して自由に回転するため、感知層は、しばしば自由層と呼ばれる。センサの電気的特性は、センサに電流を流してセンサの電圧を測定することよって検出され得る。素子の形状に依存して、センス電流は、素子の層の平面内(CIP)を流れ得るか、素子の層に垂直に(CPP)流れ得る。外部回路は、次に、電圧情報を適切な形式に変換して、その情報を必要に応じて扱い、ディスクに符号化された情報を再生する。
本開示は、複合磁気シールドを有する磁気センサに関する。本開示は、さまざまな種類の磁気抵抗(MR)リーダの、面密度能力を改善することができる。複合した第1の磁気シールドは、高められた磁気設定およびクロスアニール(cross anneal)温度において、安定的な異方性を提供する。
本開示は、添付の図面と関連して、この開示のさまざまな実施の形態の以下に続く詳細な説明を考慮することでより完全に理解され得る。
以下の説明において、説明の一部を形成する添付の図面の組が参照され、図面においては、図示によって、いくつかの特定の実施形態が示される。他の実施形態が意図されるとともに本開示の範囲または精神から逸脱することなくなされ得る、ということが理解されるべきである。したがって、以下の詳細な説明は限定する意味で解釈されるべきではない。本明細書で与えられる定義は、本明細書で頻繁に用いられる特定の用語の理解を容易にするためのものであり、本開示の範囲を制限することを意味するものではない。
更されるということが理解されるべきである。したがって、逆に示されていなければ、上述の明細書および添付の請求項において説明される数値パラメータは、近似であって、その近似は、本明細書に開示された教示を利用する当業者によって取得されることが目指される、所望の特性に依存して変化し得る。
を包含する。この明細書および添付の請求項において用いられるように、「または(or)」との用語は、その内容が明らかにそれ以外を示さない限りは、概して「および/または(and/or)」を含む意味において用いられる。
るように解釈されるべきものではなく、構造間の空間的な関係を与えるものとして用いられるべきものである。シード層またはキャップ層といった他の層は、明確さのために示されるのではなく、技術的必要性が生じたときに含まれうるものである。
のMR方向に対して実質的に垂直(および平面内)の自由磁化配向のMF方向を有する自由磁気素子30と、参照磁気素子34を自由磁気素子30から分離する非磁性スペーサ層32とを含む。図1は、参照磁化配向のMR方向に対して実質的に垂直である自由磁化配向
のMF方向を有する自由磁気素子30を示しているが、自由磁化配向のMF方向が、参照磁化配向のMR方向に対して実質的に平行または反平行でもあり得ることが理解される。電
気的絶縁層19,21は、第2の磁気シールドを第1の複合磁気シールド24から電気的に絶縁する。
複合構造、または多層構造である。多くの実施の形態において、センサ積層体12は磁気媒体からの磁束を検知する。トンネリング磁気抵抗(TMR)リーダの実施形態において、センサ積層体12は、トンネリング磁気抵抗(TMR)タイプのリーダであるが、その場合には、参照磁気素子34と自由磁気素子30とは、絶縁スペーサ層32によって分離された強磁性層であり、絶縁スペーサ層32は、電子が一方の強磁性層から他方の強磁性層へとトンネリングすることが可能なほどに十分に薄い(たとえば1から5ナノメートルの厚み)。
に対して平面内にある、固定された磁化方向MRを有する。自由磁気素子30の磁化方向MFは、静止状態において、固定された磁化方向MRに対して垂直であるか、または、静止状態において、固定された磁化方向MRに対して平行あるいは反平行であるか、のいずれかである。参照磁気素子34は、異方性に定義された磁化方向を有する単一の強磁性層であり得る。参照磁気素子34は、また、固定された方向を有する磁化MRを提供するため
に、層のさまざまな組み合わせを含み得るが、その組み合わせは、たとえば、反強磁性ピニング(pinning)層と強磁性ピンド(pinned)層、合成強磁性ピンド層(すなわち、Ruのような非磁性金属によって結合された2つの強磁性層)、または、反強磁性ピニング層に結合された合成強磁性ピンド層である。参照層アセンブリ34の強磁性層は、CoFe,NiFeまたはNiFeCoのような強磁性合金により作成され得るとともに、反強磁性層は、PtMn,IrMn,NiMnまたはFeMnにより作成され得る。
磁場に応答して回転するので、センサ積層体12の抵抗は、磁化MFと磁化MRとの間の角度の関数として変化する。外部回路(図示せず)によって、センサ積層体12の電圧がリード線/シールド14,24の間で測定されて、センサ積層体12の抵抗の変化が検出される。
RmaxおよびRminは、平行(低抵抗状態)および反平行(高抵抗状態)においてセンサ積層体12に電流を印加したときに得られる抵抗値である。TMR比を増大させることは、センサ積層体の感度および信頼性を改善する。
Claims (15)
- 磁気抵抗リーダであって、
第1の磁気シールド素子を備え、前記第1の磁気シールド素子は、グレイン成長抑制層によって分離される2つの強磁性異方性層を備え、前記2つの強磁性異方性層のうちの少なくとも一方は、第1の磁化方向を有し、前記2つの強磁性異方性層は、およそ等しい厚みを有し、
前記磁気抵抗リーダは、さらに、
第2の磁気シールド素子と、
前記第1の磁気シールド素子および前記第2の磁気シールド素子に電気的に接続され、かつ、前記第1の磁気シールド素子を前記第2の磁気シールド素子から分離する磁気抵抗センサ積層体とを備え、
前記磁気抵抗リーダは、200%以上のTMR比を有するトンネリング磁気抵抗リーダであり、前記トンネリング磁気抵抗リーダは、自由磁化配向を有する自由磁気素子と、参照磁化配向を有する参照磁気素子と、前記自由磁気素子と前記参照磁気素子との間の電気的絶縁層とを含み、
前記第1の磁化方向は、前記自由磁化配向または前記参照磁化配向に垂直である、磁気抵抗リーダ。 - 前記グレイン成長抑制層は、100オングストローム未満の厚みを有する、請求項1に記載の磁気抵抗リーダ。
- 前記グレイン成長抑制層は、非磁性である、請求項1または請求項2に記載の磁気抵抗リーダ。
- 前記グレイン成長抑制層は、磁性である、請求項1または請求項2に記載の磁気抵抗リーダ。
- 前記第1の磁気シールド素子は、さらに、硬質磁性層を備える、請求項1から4のいずれかに記載の磁気抵抗リーダ。
- 前記強磁性異方性層は、NiFeを備え、前記グレイン成長抑制層は、Ru,Ta,Nb,ZrまたはHfを備える、請求項1から5のいずれかに記載の磁気抵抗リーダ。
- 前記グレイン成長抑制層は、前記磁気抵抗リーダの磁気アニーリングの間、拡散、欠陥移動およびグレイン結晶化を抑制する、請求項1から6のいずれかに記載の磁気抵抗リーダ。
- 前記第1の磁気シールド素子は、さらに、第3の強磁性異方性層を備え、
第2のグレイン成長抑制層が、前記第3の強磁性異方性層と前記第2の強磁性異方性層との間に位置する、請求項1から8のいずれかに記載の磁気抵抗リーダ。 - 磁気抵抗リーダを製造する方法であって、
第1のシールド素子を蒸着するステップを備え、前記第1のシールド素子は、グレイン成長抑制層によって分離される2つの強磁性異方性層を備え、前記2つの強磁性異方性層のうちの少なくとも1つは、第1の磁化方向を有し、前記2つの強磁性異方性層は、およそ等しい厚みを有し、
前記方法は、さらに、
前記第1のシールド素子を磁気設定アニール温度でアニーリングして設定アニールされた第1のシールドを形成するステップと、
前記アニールされた第1のシールドに磁気抵抗センサ積層体を蒸着するステップと、
前記磁気抵抗センサ積層体を磁気クロス設定アニール温度でアニーリングしてクロス設定アニールされた磁気抵抗センサ積層体を形成するステップと、
前記クロス設定アニールされた磁気抵抗センサ積層体に第2のシールド素子を蒸着するステップとを備え、
前記磁気抵抗センサ積層体は、前記第1のシールド素子および前記第2のシールド素子に電気的に接続されて、前記第1のシールド素子を前記第2のシールド素子から分離して、前記磁気抵抗リーダは、200%以上のTMR比を有するトンネリング磁気抵抗リーダであり、
前記トンネリング磁気抵抗リーダは、自由磁化配向を有する自由磁気素子と、参照磁化配向を有する参照磁気素子と、前記自由磁気素子と前記参照磁気素子との間の電気的絶縁層とを含み、
前記第1の磁化方向は、前記自由磁化配向または前記参照磁化配向に垂直である、方法。 - 前記磁気設定アニール温度は、390℃より大きい、請求項9に記載の方法。
- 前記磁気クロス設定アニール温度は、300℃より大きい、請求項9または10に記載の方法。
- 前記グレイン成長抑制層は、100オングストローム未満の厚みを有する、請求項9から11のいずれかに記載の方法。
- 前記グレイン成長抑制層は、非磁性である、請求項12に記載の方法。
- 前記第1のシールド素子を形成するステップは、
前記第1のシールド素子の露出した表面を研磨して、平坦な露出した第1のシールド表面を形成するステップと、
前記平坦な露出した第1のシールド表面に化学機械研磨ストップ層を蒸着するステップと、
前記第1のシールド素子の周囲に絶縁材料を蒸着するステップと、
前記化学機械研磨ストップ層まで化学機械研磨を行なうことにより絶縁材料を除去するステップと、
前記化学機械研磨ストップ層を除去して、研磨された第1のシールド素子を形成するステップとを含む、請求項9から13のいずれかに記載の方法。 - 前記研磨するステップは、研磨対象の強磁性異方性層の2%未満を除去する、請求項14に記載の方法。
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