JP6105506B2 - ベースシールドおよびセンサスタックを備えた装置、ならびにリーダセンサ - Google Patents

Description

背景
磁気データストレージおよび検索システムにおいては、磁気読取り／書込みヘッドは、磁気ディスク上に記憶され磁気的に符号化された情報を検索するための磁気抵抗（magnetoresistive：ＭＲ）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により、ＭＲセンサの感知層の磁化ベクトルの回転がもたらされ、これにより、ＭＲセンサの電気抵抗率が変化する。ＭＲセンサの抵抗率の変化は、ＭＲセンサに電流を流してＭＲセンサにわたる電圧を測定することによって検出することができる。次いで、外部回路が電圧情報を適切なフォーマットに変換し、その情報を操作して、ディスク上で符号化された情報を復元させる。

概要
この概要は、以下の詳細な説明においてさらに記載される概念の選択肢を単純な形式で紹介するために記載される。この概要は、主張された主題の重要な特徴または本質的な特徴を識別するよう意図されたものではなく、主張された主題の範囲を限定するのに用いられるよう意図されたものでもない。主張された主題の他の特徴、詳細、有用性および利点は、さまざまな実現例や、添付の図面にさらに図示され、添付の特許請求の範囲に規定される実現例についてのより詳細に記載された以下の詳細な説明から明らかになるだろう。

この明細書中において記載および主張される実現例は、ベースシールドおよびセンサスタックを含む装置を提供する。ベースシールドは、ベースシールドから磁気的に分離された第１の軟磁性層を介してセンサスタックから隔てられている。これら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ことによって明らかになるだろう。

図面の簡単な説明
記載された技術は、添付の図面に関連付けて読まれるさまざまな実現例について記載する以下の詳細な説明から最もよく理解される。

この明細書中に開示されるリーダを用いる例示的な記録装置を示す斜視図である。 この明細書中に開示されるリーダの実現例を示す概略的なブロック図である。 この明細書中に開示されるリーダの実現例を示す別の概略的なブロック図である。 この明細書中に開示されるリーダの実現例を示す別の概略的なブロック図である。 この明細書中に開示されるリーダの実現例を示す別の概略的なブロック図である。 この明細書中に開示される例示的なリーダによって得られる遷移リードバック信号のグラフである。 この明細書中に開示される例示的なリーダについての、分離された軟磁性層の厚さを測定値としたＰＷ５０の利得を示すグラフである。

詳細な説明
磁気媒体からデータを読取るための高データ密度および高感度センサの需要が高まっている。感度を上げた巨大磁気抵抗（Giant Magnetoresistive：ＧＭＲ）センサは、銅などの薄い導電性非磁性スペーサ層によって隔てられた２つの軟磁性層からなる。トンネル磁気抵抗（Tunnel Magnetoresistive：ＴＭＲ）センサは、ＧＭＲを発展させたものであって、電子が、薄い絶縁トンネルバリアにわたる層に対して垂直な向きで回転しながら移動する。反強磁性（antiferromagnetic：ＡＦＭ）材料（「ピンニング層（pinning layer：ＰＬ）」と称する）は、第１の軟磁性層が回転するのを防ぐためにこの第１の軟磁性層に隣接して配置される。この特性を示すＡＦＭ材料は「ピンニング材料」と称される。第１の軟磁性層は、回転が阻止されているため、「ピンド層」と称される。第２の軟磁性層は、外部場に応じて自由に回転し、「自由層（free layer：ＦＬ）」と称される。

ＭＲセンサを適切に動作させるために、当該センサはエッジ領域の形成に対して安定化される。というのも、磁壁移動により、結果として電気的雑音が生じ、データ復元が困難になるからである。安定化を実現するための方法として、永久磁石を当接させた接合設計を用いることが一般的である。この手法においては、高い保磁場を有する永久磁石（すなわち硬磁石）がセンサの各端部に配置される。永久磁石からの磁場によってセンサを安定させて、エッジ領域が形成されるのを防ぎ、さらに、適切なバイアスをもたらす。ＰＬの剛性を高めるために、「合成反強磁性体」（synthetic antiferromagnet：ＳＡＦ）がＰＬにおいて用いられる。ＡＦＭ／ＰＬを用いることにより、ＳＡＦ構造を予測可能な一定の向きにすることが可能となる。さらに、ＡＦＭ／ＰＬを用いることにより、ＭＲセンサを用いるリーダのために高振幅線形応答を可能にするための安定した構造も提供される。

ＧＭＲ／ＴＭＲセンサは上述のとおり、さまざまな層を集めたものであって、センサスタックとも称される。このようなセンサスタックは、トランスデューサヘッドの他の構成要素から生じる磁気的影響からセンサをシールドするために、ベースシールドおよび上部シールドによって囲まれてもよい。このような実現例においては、上部シールドとベースシールドとの間の距離は、シールド間の間隔（shield-to-shield spacing：ＳＳＳ）と称される。磁気センサのパルス幅の変動ＰＷ５０は、記録システムにおける信号対雑音（signal-to-noise：ＳＮＲ）比を決定するものであって、ヘッダのＳＳＳに左右される。具体的には、ＳＳＳが低下すると、ＰＷ５０の値が低下し、これにより、記録システムのためのＳＮＲの値が増加する。しかしながら、ＳＳＳの低下を用いてＰＷ５０を低下させるには限界がある。

この明細書中に開示される例示的なリーダセンサアセンブリは、リーダセンサのＳＳＳを低下させることなくリーダセンサのＰＷ５０を低下させるための代替的な方法を提供する。具体的には、リーダセンサアセンブリは、ベースシールドおよび上部シールドによって囲まれるリーダスタックを含む。ベースシールドおよび上部シールドのうち少なくとも１つは、ベースシールドまたは上部シールドから分離される軟磁性シード層によってセンサスタックから隔てられている。このようなリーダセンサの代替的な実現例においては、軟磁性シード層の一部だけがベースシールドまたは上部シールドから分離される。このような部分的に分離されたシード層を設けることにより、センサの安定性を維持することが可能となり、同時に、センサスタックのＰＷ５０を低下させて記録システムのＳＮＲを改善することが可能となる。

図１は、この明細書中に開示されるリーダを用いる例示的な記録装置１００の斜視図を示す。記録装置１００はディスク１０２を含む。ディスク１０２は、動作中にスピンドル中心またはディスク回転軸１０４を中心として回転する。ディスク１０２は内径１０６および外径１０８を含み、その間には、円形の破線によって図示される複数の同心のデータトラック１１０が存在する。データトラック１１０は実質的に円形であり、分解図１４０にも示されるように、ディスク１０２上の点または楕円形として示され規則的に間隔を置いてパターン化されたビット１１２から構成される。しかしながら、上述の技術が連続的な磁気媒体、ディスクリートトラック（discrete track：ＤＴ）媒体などを含む他のタイプの記憶媒体とともに使用され得ることが理解されるはずである。

情報は、ディスク１０２上のさまざまなデータトラック１１０におけるビット１１２に書込まれ当該ビット１１２から読取られ得る。トランスデューサヘッド１２４は、アクチュエータアセンブリ１２０上においてアクチュエータ回転軸１２２より遠位側にある端部に搭載され、ディスク動作中にディスク１０２の表面上方をごく近接して移動する。アクチュエータアセンブリ１２０は、シーク動作中に、ディスク１０２に隣接して位置決めされたアクチュエータ回転軸１２２を中心として回転する。シーク動作により、トランスデューサヘッド１２４が、データトラック１１０のうち目標のデータトラック上に位置決めされる。

分解図１４０は、データトラック１４２と、ライタ１４８およびリーダセンサ１５０を有するトランスデューサヘッド１４４の拡大図とを示す。さらに、リーダセンサ１５０の実現例がブロック図１６０によって示される。具体的には、ブロック図１６０は、リーダセンサ１５０の空気軸受面（air-bearing surface：ＡＢＳ）図を示す。図示される実現例においては、リーダセンサ１５０は、ベースシールド１６２および上部シールド１６４を含むよう示される。ベースシールド１６２と上部シールド１６４との間にはセンサスタック１６６が形成される。

さらに、センサスタック１６６は、ベースシールド１６２から少なくとも部分的に分離されたベースシード層１６８によってベースシールド１６２から隔てられる。図示される実現例においては、ベースシード層１６８の中心部分１７０がベースシールド１６２から分離されていないのに対して、ベースシード層１６８の外側部分１７２はベースシールド１６２から分離されている。さらに、センサスタック１６６は、上部シールド１６４から少なくとも部分的に分離されている上部シード層１７４によって上部シールド１６４から隔てられる。図示される実現例においては、上部シード層１７４の中心部分１７６が上部シールド１６４から分離されていないのに対して、上部シード層１７４の外側部分１７８は上部シールド１６４から分離されている。ベースシード層１６２および上部シード層１７４は、軟磁性シード層材料から作られており、ベースシード層１６２および上部シード層１７４のうち一方または両方を設けることにより、センサ１５０についてのＰＷ５０が低下する。他方で、部分的に結合された磁気層をベースシード層１６２および上部シード層のうちどちらか一方および両方の外側部分に設けることにより、結果として、センサ１５０の安定性が高まる。

図２は、この明細書中に開示されるリーダ２００の実現例についてのＡＢＳ図の概略的なブロック図を示す。リーダ２００は、センサスタック２１４のまわりにベースシールド２１０および上部シールド２１２を含む。ベースシールド２１０および上部シールド２１２は、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｕ、ＮｉＣｏＦｅなどの磁性材料か作られてもよい。一実現例においては、リーダ２００は、分離されたベースシード層２１６をベースシールド２１０の表面上に含む。このため、ベースシールド２１０は、分離されたベースシード層２１６によってセンサスタック２１４から隔てられる。具体的には、分離されたベースシード層２１６は、ベースシールド層２１０から磁気的に分離される。一実現例においては、分離されたベースシード層２１６は、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｕ、ＮｉＣｏＦｅなどの軟磁性材料から作られており、分離されたベースシード層２１６とベースシールド２１０との間にある非磁性材料２１８の薄層によってベースシールド２１０から隔てられている。たとえば、非磁性材料２１８からなるこのような薄層は、ベースシールド２１０上または分離されたベースシード層２１６上に非磁性材料をまき散らすことによって作製されてもよい。このような非磁性材料の例にはタンタル、タンタル化合物などが含まれる。

分離されたベースシード層２１６によりリーダ２００のＰＷ５０が改善される。というのも、ベースシールド２１０と分離されたベースシード層２１６との間の有効な面内交換結合が、非常に低いかまたは実質的にゼロに等しいからである。このため、分離されたベースシード層２１６において表面同士が近接していることにより、結果として、ゼーマンエネルギと交換エネルギとの比がより高くなる。ゼーマンエネルギは、ベースシード層２１６とデータが読取られる媒体との間のエネルギである。ゼーマンエネルギ／交換エネルギの比が高ければ高いほど、結果として、センサが媒体上で移動するのに応じて局所的な磁化方向への変化がより容易になり、このため、センサ２００のＰＷ５０が改善される。ＰＷ５０が改善されると、線密度が高くなるにつれてセンサ２００のデータ読取り能力が高くなり、こうして、センサ２００を用いる記録装置が、より高い線データ密度と、これにより、より費用効率が高いデータ記憶能力とを提供することが可能となる。

シード層２１６の厚さは５ｎｍ〜１５ｎｍであり得る。分離されたベースシード層２１６の厚さによって、ベースシールド２１０と分離されたベースシード層２１６との間における磁気エネルギの交換が決定される。具体的には、分離されたベースシード層２１６が薄すぎる場合、媒体からの磁束に対応することができなくなるだろう。他方で、分離されたベースシード層２１６が厚すぎる場合、ＰＷ５０の利得が低下する。

図３は、この明細書中に開示されるリーダ３００の実現例についてのＡＢＳ図の別の概略的なブロック図を示す。リーダ３００は、センサスタック３１４のまわりにベースシールド３１０および上部シールド３１２を含む。ベースシールド３１０および上部シールド３１２は、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｕ、ＮｉＣｏＦｅなどの磁性材料で作られてもよい。さらに、リーダ３００はまた、ベースシールド３１０の表面上に分離されたベースシード層３１６と、上部シールド３１２の表面上に分離された上部シード層３１８とを含む。具体的には、分離されたベースシード層３１６はベースシールド３１０から磁気的に分離され、分離された上部シード層３１８は上部シールド３１２から磁気的に分離されている。一実現例においては、分離されたベースシード層３１６および分離された上部シード層３１８の各々は、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｕ、ＮｉＣｏＦｅなどの軟磁性材料で作られている。分離されたシード層３１６および３１８を形成することにより、センサ３１４の両側において交換エネルギに対するゼーマンエネルギの比が高くなり、結果としてリーダ３００についてのＰＷ５０が改善される。

図４は、この明細書中に開示されるリーダ４００の実現例のＡＢＳ図を示す別の概略的なブロック図である。リーダ４００は、センサスタック４１４のまわりにベースシールド４１０および上部シールド４１２を含む。ベースシールド３１０および上部シールド３１２は、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｕ、ＮｉＣｏＦｅなどの磁性材料で作られてもよい。さらに、リーダ４００はまた、上部シールド４１２の表面上に分離された上部シード層４１８を含む。具体的には、分離された上部シード層４１８は、上部シールド４１２から磁気的に分離される。一実現例においては、分離された上部シード層４１８は、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｕ、ＮｉＣｏＦｅなどの軟磁性材料で作られている。分離された上部シード層４１８を形成することにより、センサ４１４の上部シールド側において交換エネルギに対するゼーマンエネルギの比が高くなり、結果として、リーダ４００についてのＰＷ５０が改善される。

図５は、この明細書中に開示されるリーダ５００の実現例の側面図（縮尺どおりではない）の別の概略的なブロック図を示す。リーダ５００はセンサスタック５１２を含み、当該センサスタックの両側にベースシールド５１４および上部シールド５１６が設けられている。図示を明確にするために、ベースシールド５１４とセンサスタック５１２との間の距離が上部シールド５１６とセンサスタック５１２との間の距離とは異なるよう示されていることに留意されたい。リーダ５００はＡＢＳ５２０上で移動するトランスデューサヘッドの一部であってもよい。ベースシールド５１４は、センサスタック５１２に面する面上に形成されるベースシード層５２２を含む。同様に、上部シールド５１６はまた、センサスタック５１２に面する面上に形成される上部シード層５２４を含む。

ベースシード層５２２および上部シード層５２４の各々は、それぞれベースシールド５１４および上部シールド５１６から分離された中心部分を含む。具体的には、ベースシード層５２２は、ベースシールド５１４から磁気的に分離されている、分離されたベースシード層５２６を含む。残りのベースシード層５２２は、ベースシールド５１４と磁気的に結合される。同様に、上部シード層５２４は、上部シールド５１６から磁気的に分離されている、分離された上部シード層５２８を含む。残りの上部シード層５２４は、上部シールド５１６と磁気的に結合される。図５に示される実現例においては、ベース中心部分５２６および５２８は正方形を有するよう図示されているが、代替的な実現例においては、これらの中心部分は長方形、円形、楕円形などの他の形状をも有し得ることに留意されたい。

一実現例においては、センサスタック５１２のエッジと分離された中心部分５２６および５２８のエッジとの間の距離はＳＳＳの少なくとも２倍である。一例として、上部シード層５２４の場合、センサスタック５１２のエッジと上部中心部分５２８のエッジとの間の距離５３０はＳＳＳ５３２の少なくとも２倍であるはずである（図に示される距離が縮尺通りでないことに留意されたい）。言い換えれば、上部中心部分５２８の総幅５３４（および長さ）は４＊ＳＳＳ５３２よりも大きい。同様の寸法が底部シード層５２２のベース中心部分５２６にも適用される。結合されたベースシード層５２２および上部シード層５２４をこのような寸法にすることにより、ベースシールド５１４とは分離されたベース中心部分５２６と上部シールド５１６から分離された上部中心部分５２８とが採用されていることを考慮すれば、リーダ５００の安定性が悪影響を及ぼされることは確実になくなる。

リーダ５００が、ベースシード層５２２および上部シード層５２４においてセンサスタック５１２付近に、分離された部分を含んでいるので、リーダ５００はより低いＰＷ５０を呈し、このため、線密度能力がより高くなる。しかしながら、ベースシード層５２２および上部シード層５２４の各々のうちわずかな部分だけがそれぞれベースシールド５１４および上部シールド５１６から分離されているので、リーダ５００はまた、ベースシード層および上部シード層全体がそれぞれベースシールドおよび上部シールドから分離されていたリーダと比べて、より高い安定性をもたらす。

図６は、この明細書中に開示される例示的なリーダによって得られる遷移リードバック信号の改善を示すグラフ６００である。具体的には、グラフ６００は、ベースシールドおよび上部シールドのどちらにも分離されたシード層がない場合のリードバック導関数を表わす線６１０と、ベースシールド上に分離されたシード層がある場合のリードバック導関数を表わす線６１２とを示す。図示のとおり、ＰＷ５０は、線６２０によって示されるように、リードバック導関数６１０の方がリードバック導関数６１２よりも高い。具体的には、図示される例においては、ＰＷ５０が２８．２ｎｍから２７．１ｎｍまで改善され、結果として、リーダについての線密度能力が高くなる。

図７は、この明細書中に開示される例示的なリーダについての磁気層の厚さの関数としてＰＷ５０のモデル化された利得のグラフ７００を示す。具体的には、グラフ７００は、センサスタックとベースシールド層との間に分離されたシード層のないセンサのＰＷ５０を表わす線７１０を含む。線７１２は、ベースシールド上に形成された、分離されたシード層の厚さの関数としてＰＷ５０を示す。線７１０と線７１２との差は、ベースシールドとセンサスタックとの間に分離されたシード層を挿入することに起因するセンサのＰＷ５０の低下を表わす。たとえば、分離されたシード層の厚さが１０ｎｍである場合、ＰＷ５０は約１．１ｎｍ（２８．２ｎｍ〜２７．１ｎｍ）だけ改善する。この改善も実験的に観察された。分離されたシード層の厚さが増すと、ＰＷ５０の低下が抑制される。ＰＷ５０の低下によりリーダの線密度能力が改善される。

上述の明細書、例およびデータは、本発明の実現例の構造および使用を十分に説明するものである。本発明の多くの実現例が本発明の精神および範囲から逸脱することなく実現可能であるので、本発明は添付の特許請求の範囲に属する。さらに、さまざまな実現例の構造的な特徴は、記載された添付の特許請求の範囲から逸脱することなくさらに別の実現例において組合わされてもよい。上述の実現例および他の実現例は添付の特許請求の範囲内に収まるものである。

１００ 記録装置、１０２ ディスク、１０４ ディスク回転軸、１１０ データトラック、１１２ ビット、１２０ アクチュエータアセンブリ、１２２ アクチュエータ回転軸、１２４ トランスデューサヘッド。

Claims (6)

1. 装置であって、
   ベースシールドと、
   センサスタックと、
   前記センサスタックから前記ベースシールドを隔てるベースシード層とを備え、
   前記ベースシード層は、前記ベースシールドと結合されたベース結合シード区域と、前記ベースシールドとは分離されるベース分離シード区域とを含み、
   上部シールドをさらに備え、
   前記センサスタックを構成する薄層の積層方向に対して垂直な方向における前記ベース分離シード区域の寸法は、前記ベースシールドと前記上部シールドとの間の間隔の寸法の少なくとも２倍である、装置。
2. 前記ベース分離シード区域は、非磁性材料の層を用いて前記ベースシールドから分離される、請求項１に記載の装置。
3. 前記上部シールドから前記センサスタックを隔てる上部シード層をさらに含み、前記上部シード層は、前記上部シールドとは少なくとも部分的に分離される、請求項１に記載の装置。
4. 前記上部シード層は、
   前記上部シールドと結合された上部結合シード区域と、
   前記上部シールドとは分離された上部分離シード区域とを含む、請求項３に記載の装置。
5. 前記センサスタックを構成する薄層の積層方向に対して垂直な方向における前記上部分離シード区域の寸法は、前記ベースシールドと前記上部シールドとの間の間隔の寸法の少なくとも２倍である、請求項４に記載の装置。
6. 前記上部分離シード区域は、非磁性材料の層を用いて前記上部シールドから分離される、請求項４に記載の装置。