JP6448282B2 - 磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ、磁気記録再生装置、および磁気ヘッドの製造方法 - Google Patents

磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ、磁気記録再生装置、および磁気ヘッドの製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6448282B2
JP6448282B2 JP2014202986A JP2014202986A JP6448282B2 JP 6448282 B2 JP6448282 B2 JP 6448282B2 JP 2014202986 A JP2014202986 A JP 2014202986A JP 2014202986 A JP2014202986 A JP 2014202986A JP 6448282 B2 JP6448282 B2 JP 6448282B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
magnetic
shield
disposed
free
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2014202986A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2016071919A (ja
Inventor
洋介 礒脇
洋介 礒脇
山田　健一郎
健一郎 山田
高岸　雅幸
雅幸 高岸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2014202986A priority Critical patent/JP6448282B2/ja
Priority to US14/817,468 priority patent/US9275660B1/en
Publication of JP2016071919A publication Critical patent/JP2016071919A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6448282B2 publication Critical patent/JP6448282B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • G11B5/3906—Details related to the use of magnetic thin film layers or to their effects
    • G11B5/3909—Arrangements using a magnetic tunnel junction
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • G11B5/3906—Details related to the use of magnetic thin film layers or to their effects
    • G11B5/3912—Arrangements in which the active read-out elements are transducing in association with active magnetic shields, e.g. magnetically coupled shields
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • G11B5/3906—Details related to the use of magnetic thin film layers or to their effects
    • G11B5/3929—Disposition of magnetic thin films not used for directly coupling magnetic flux from the track to the MR film or for shielding
    • G11B5/3932—Magnetic biasing films

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Magnetic Heads (AREA)

Description

本発明の実施形態は，磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ、磁気記録再生装置、および磁気ヘッドの製造方法に関する。
ＨＤＤ（Hard Disk Drive：ハードディスクドライブ）などの磁気ヘッド（再生素子ヘッド）として、磁気抵抗効果素子が用いられている。外部磁界の影響を低減するために、ＨＤＤの磁気ヘッドでは、磁気シールドの間に磁気抵抗効果素子が配置されるのが通例であり、磁気シールドの間隔で再生分解能が規定される。
ＨＤＤでは、記録密度の向上のために、再生分解能の向上が求められている。しかし、従来の磁気ヘッドでは、構造的に磁気シールドの間隔を縮めることが難しく、記録密度の向上が困難になってきている。
そこで、高分解能化のために、差動出力型の磁気ヘッドが提案されている。差動出力型の磁気ヘッドは、信号磁界に対して反応するフリー層を２枚持ち、再生分解能がフリー層間隔で規定される。すなわち、従来磁気ヘッドよりも主に線記録密度方向（ＢＰＩ方向）の高分解能化が可能である。
しかし、差動出力型の磁気ヘッドはトラック幅方向（ＴＰＩ方向）の高分解能化は必ずしも容易でない。
米国特許公報第８，１７４，７９９号
本発明は，線記録密度方向およびトラック幅方向の再生分解能の向上を図った磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ、磁気記録再生装置、および磁気ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
実施形態の磁気ヘッドは、第１磁気シールドと、前記第１磁気シールド上に配置される積層体と、前記第１磁気シールド上に前記積層体の側面に対向して配置されるサイドシールドと、前記積層体および前記サイドシールド上に配置される反強磁性層と、前記反強磁性層上に配置される第２磁気シールドと、を具備する。
前記積層体が、前記第１磁気シールド上に配置され、磁化方向が固着されるピン層と、前記ピン層上に配置される非磁性層と、前記非磁性層上に配置され、外部磁界に応じて磁化方向が変化する第１フリー層と、前記第１フリー層上に配置され、前記第１フリー層と反強磁性的に交換結合し、前記反強磁性層と交換結合し、かつ外部磁界に応じて磁化方向が変化する第２フリー層と、を有し、前記サイドシールドが前記反強磁性層と交換結合している。
第１の実施形態に係る磁気ヘッドを示す模式図である。 第１の実施形態に係る磁気ヘッドを示す模式図である。 第１の比較例に係る磁気ヘッドを示す模式図である。 第１の比較例に係る磁気ヘッドを示す模式図である。 第２の比較例に係る磁気ヘッドを示す模式図である。 第２の比較例に係る磁気ヘッドを示す模式図である。 第２の実施形態に係る磁気ヘッドを示す模式図である。 第２の実施形態に係る磁気ヘッドを示す模式図である。 第３の実施形態に係る磁気ヘッドを示す模式図である。 第３の実施形態に係る磁気ヘッドを示す模式図である。 第４の実施形態に係る磁気ヘッドを示す模式図である。 第４の実施形態に係る磁気ヘッドを示す模式図である。 第５の実施形態に係る磁気記録再生装置を示す図である。 磁気ヘッドの製造方法の一例を示すフロー図である。 製造中の磁気ヘッドの一例の模式的な断面図である。 製造中の磁気ヘッドの一例の模式的な断面図である。 製造中の磁気ヘッドの一例の模式的な断面図である。 製造中の磁気ヘッドの一例の模式的な断面図である。 製造中の磁気ヘッドの一例の模式的な断面図である。 製造中の磁気ヘッドの一例の模式的な断面図である。 製造中の磁気ヘッドの一例の模式的な断面図である。 製造中の磁気ヘッドの一例の模式的な断面図である。 製造中の磁気ヘッドの一例の模式的な断面図である。 製造中の磁気ヘッドの一例の模式的な断面図である。 製造中の磁気ヘッドの一例の模式的な断面図である。 製造中の磁気ヘッドの一例の模式的な断面図である。 製造中の磁気ヘッドの一例の模式的な断面図である。 製造中の磁気ヘッドの一例の模式的な断面図である。 製造中の磁気ヘッドの一例の模式的な断面図である。 製造中の磁気ヘッドの一例の模式的な断面図である。 製造中の磁気ヘッドの一例の模式的な断面図である。 磁気ヘッドの特性の一例を示すグラフである。 磁気ヘッドの特性の一例を示すグラフである。
以下，図面を参照して，実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１Ａ，図１Ｂは、第１の実施形態に係る磁気ヘッド（差動出力型再生素子ヘッド）１０を示す模式図である。図１Ａは、磁気ヘッド１０の平面図である。図１Ｂは、図１ＡのＡ１−Ａ２線の断面図であり、図１Ａの紙面奥行き方向の磁気ヘッド１０を示す。
ここで、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と以下の各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
磁気ヘッド１０は、例えば、ＨＤＤ（後述の磁気記録再生装置９０）の磁気ヘッド（後述の磁気ヘッド９３）に搭載される。図１Ａの平面図は、例えば、ＨＤＤに搭載される磁気記録媒体（後述の磁気記録媒体９１）の媒体面に垂直な方向から見たときの模式図である。図１Ｂの断面図は、例えば、磁気記録媒体の媒体面に平行な方向から見たときの模式図である。
図１Ａ、図１Ｂに示すように、磁気ヘッド１０は、磁気シールド１１ａ（第１磁気シールド）、磁気シールド１１ｂ（第２磁気シールド）、ピン層１２、非磁性層１５ａ（非磁性層）、フリー層１４ａ（第１フリー層）、非磁性層１５ｂ（第２非磁性層）、フリー層１４ｂ（第２フリー層）、反強磁性層１８ａ、サイドシールドＳＳ、および絶縁層１３ａ、１３ｂを含む。磁気シールド１１ｂ、フリー層１４ａ、１４ｂ、サイドシールドＳＳそれぞれに示される矢印は、各要素の磁化の方向を表す。
ここで、磁気シールド１１ａから磁気シールド１１ｂに向かう方向をＹ軸方向とすると、Ｙ軸方向が膜の成膜方向である。Ｙ軸方向と交差し、磁気シールド１１ａ，１１ｂの成膜面に水平で、サイドシールドＳＳへ向かう方向をＸ軸方向とする。Ｙ軸方向と交差し、Ｘ軸方向とも交差する方向をＺ軸方向とする。
なお、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向がそれぞれ、トラック幅方向（ＴＰＩ方向）、線記録密度方向（ＢＰＩ方向）に対応する。
磁気ヘッド１０中、ピン層１２、非磁性層１５ａ、フリー層１４ａ、非磁性層１５ｂ、フリー層１４ｂは、Ｘ方向およびＺ方向の寸法が略同一（略同一形状の矩形）であり、積層体２０を構成する。
本実施形態では、積層体２０は、磁気抵抗効果素子３０でもある。この点、第２、第３の実施形態での積層体２０ａ、２０ｂと磁気抵抗効果素子３０ａ，３０ｂも同様である。
磁気抵抗効果素子３０は、フリー層１４ａ、ピン層１２間の磁気抵抗効果による信号を出力する。磁気抵抗効果素子３０は、信号磁界に対するフリー層１４ａ、１４ｂの磁化方向の変化の差分に対応する信号を出力する差動型の磁気抵抗効果素子である。
磁気抵抗効果素子３０の再生分解能はフリー層１４ａ、１４ｂの間隔で規定される。すなわち、磁気抵抗効果素子３０は、フリー層が単一の磁気抵抗効果素子（後述の第１比較例の磁気抵抗効果素子３０ｘ）に比べて、高分解能化が容易である。
磁気シールド１１ａ、１１ｂは、シールド機能を有する。磁気シールド１１ａ、１１ｂの透磁率が高く、外部印加磁界に対して磁化が動くことでシールド効果を発揮する。
磁気シールド１１ａ、１１ｂは、磁気抵抗効果素子３０の直下から（Ｚ軸方向から）の磁界（磁気記録媒体からの磁界）以外の外部磁界をシールドするシールド機能を有する。磁気シールド１１ａ、１１ｂは、特に、Ｙ軸正方向および負方向から磁気抵抗効果素子３０（フリー層１４ａ，１４ｂ）に印加される外部磁界をシールドする。
磁気シールド１１ａ、１１ｂは軟質磁性体から構成できる。この磁性体には、例えば、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＮｂＴａ、ＣｏＺｒＴａＣｒ、及び、ＣｏＺｒＦｅＣｒ（以下、「ＮｉＦｅ等」という）のいずれかを利用できる。磁気シールド１１ａ、１１ｂには、ＮｉＦｅ等のいずれかをそれぞれ含む多層膜を用いても良い。
なお、磁気シールド１１ａ、１１ｂが互いに異なる磁性体あるいは異なる積層構造を有しても良い。
磁気シールド１１ａ、１１ｂの磁化方向は、外部からの印加磁界が無い場合、つまり初期状態においては、Ｘ軸方向である。磁気シールド１１ａ、１１ｂの内部に、例えば、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎなどの反強磁性層が存在しても良い。さらに、磁気シールド１１ａ、１１ｂの内部に、例えば、Ｒｕの層を配置し、その両側の層を反強磁性結合させてもよい。
磁気シールド１１ａ、１１ｂの厚さ、つまり、Ｙ軸方向の厚さは、５００ｎｍ以上、例えば１０００ｎｍである。良好なシールド特性を得るためである。
サイドシールドＳＳは、磁気抵抗効果素子３０の直下から（Ｚ軸方向から）の磁界（磁気記録媒体からの磁界）以外の外部磁界をシールドするシールド機能を有する。サイドシールドＳＳは、特に、Ｘ軸正方向および負方向から磁気抵抗効果素子３０（フリー層１４ａ，１４ｂ）に印加される外部磁界をシールドする。
一対のサイドシールドＳＳが積層体２０のＸ方向の両側面それぞれに対向して配置される。これらのサイドシールドＳＳは、フリー層１４ａ，１４ｂのＸ方向端面に対向して配置される。絶縁層１３ａを介して、サイドシールドＳＳからの磁界がフリー層１４ａ，１４ｂに印加される。
サイドシールドＳＳは軟質磁性体から構成できる。この磁性体には、磁気シールド１１ａ、１１ｂと同様、例えば、ＮｉＦｅ等のいずれかを利用できる。サイドシールドＳＳには、ＮｉＦｅ等のいずれかをそれぞれ含む多層膜を用いても良い。
サイドシールドＳＳは反強磁性層１８ａと交換結合している。
交換結合は、複数の磁性層（磁性体）が、これらの界面またはこれらの間に存在する中間層を介して、磁気的に結合することをいう。これら前者、後者の交換結合はそれぞれ、直接的、間接的な磁気結合である。交換結合は、磁性層の端部からの漏れ磁界による静磁界結合とは異なる。
この中間層には、単層（例えば、非磁性層）および多層（例えば、非磁性層と磁性層の交互積層）のいずれも利用可能である。即ち、複数の磁性層が、その間に配置される非磁性層を介して、間接的に結合する磁気結合も交換結合の一種である。非磁性層を介する場合、交換結合は、非磁性層の膜厚に依存し、非磁性層が、例えば、２ｎｍ以下の極薄のときに作用する。
交換結合では、磁性層間に強磁性結合バイアス磁界（または反強磁性結合バイアス磁界）が作用していると考えることができる。例えば、外部からの印加磁界バイアス等が無い場合、この交換結合作用により、磁性層間の磁化の向きが、同じ向き（強磁性結合状態）、または、反対向き（反強磁性結合状態）に揃うことができる。
外部からの印加磁界バイアス等がある場合、この印加磁界バイアス等も磁性層内の磁化に作用する。即ち、外部からの印加磁界バイアス磁界と、交換結合によるバイアス磁界（強磁性結合バイアス磁界成分、または反強磁性結合磁界成分）との合成で決まる方向に、磁性層内の磁化が向く。このとき、交換結合によるバイアス磁界の向きと、磁性層間の磁化の向きとは必ずしも一致しない。
本実施形態において、単に交換結合と記載している場合は、磁化の向きが平行の場合と反平行の場合を含む。
本実施形態において、サイドシールドＳＳの初期状態、つまり外部からの印加磁界が無い場合における磁化方向は、Ｘ軸正方向を向いている。
サイドシールドＳＳと反強磁性層１８ａの間に、強磁性層もしくは非磁性層、または強磁性層と非磁性層の積層からなる構造を挿入しても良い。その際、サイドシールドＳＳと反強磁性層１８ａの間の交換結合は、これらの磁性層、非磁性層を通して維持される。
強磁性層の材料としては、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＮｂＴａ、ＣｏＺｒＴａＣｒ、及び、ＣｏＺｒＦｅＣｒが好ましい。これらの材料の他にもＣｏＦｅ，Ｃｏ，Ｆｅなどが利用できるが、前者の材料（ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＮｂＴａ、ＣｏＺｒＴａＣｒ、及び、ＣｏＺｒＦｅＣｒ）の方がサイドシールド特性が良く、より好ましい。強磁性層の膜厚は１ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。
非磁性層の材料としては、Ｒｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｕ，Ａｇなどの金属材料が好ましく、これらのいずれかを含む合金材料であっても良い。非磁性層の膜厚は、０．２ｎｍ以上２ｎｍ以下が好ましい。強磁性層と反強磁性層１８ａは直接交換結合し、強磁性層とサイドシールドＳＳは非磁性層を介して反強磁性的に交換結合する。強磁性層と非磁性層の組は複数層あっても良い。
サイドシールドＳＳは、シールド機能を有する。サイドシールドＳＳの透磁率は高く、外部印加磁界に対して磁化が動くことでシールド機能を発揮する。サイドシールドＳＳはフリー層１４ａ、１４ｂへのバイアス磁界も発生させる。
サイドシールドＳＳと磁気シールド１１ａ間、及びサイドシールドＳＳと積層体２０間に、絶縁層１３ａが配置される。また、磁気シールド１１ａ、１１ｂ間に、絶縁層１３ｂが配置される。
絶縁層１３ａには、絶縁材料（例えば、酸化珪素（例えばＳｉＯ２）、窒化珪素、酸窒化珪素、酸化アルミニウム（例えば、Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム、及び、酸窒化アルミニウムの少なくともいずれか）を用いることができる。
絶縁層１３ｂにも、絶縁層１３ａと同様の絶縁材料を用いることができる。但し、絶縁層１３ａ、１３ｂの構成材料が異なっても良い。
絶縁層１３ａの膜厚は、例えば、１ｎｍ以上４ｎｍ以下である。絶縁層１３ａにより、磁気シールド１１ａ、１１ｂ間で、サイドシールドＳＳに電流を流さず、磁気抵抗効果素子３０だけに電流を流すことが可能となる。これにより、磁気抵抗効果素子３０の高出力化が容易となる。なお、絶縁層１３ｂも磁気抵抗効果素子３０だけに電流を流すことに寄与する。
なお、各部の厚さは、各部位の断面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で観察することで、測定可能である。
ピン層１２の磁化方向は、外部磁界が印加されても、実質的に変化せず、固着された状態にある。
ピン層１２は、下地層、反強磁性層（第２反強磁性層）、複数の強磁性層（第１、第２強磁性層）、複数の非磁性層（第３非磁性層）からなる積層膜で構成できる。但し、ピン層１２は、反強磁性層を有しなくても良い。ピン層１２に含まれる反強磁性層、強磁性層の磁化方向は、Ｚ軸方向に向けられる。
下地層には、Ｔａ、Ｃｒ，ＮｉＣｒ、ＦｅＮｉ，Ｔａ／ＮｉＣｒ等を利用できる。下地層の厚さは、１ｎｍ以上４ｎｍ以下である。
なお、下地層の一部がパターニングされてピン層１２が構成されても良い。
反強磁性層には、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎなどを利用できる。反強磁性層の膜厚（Ｙ軸方向の厚さ）は、例えば、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。
強磁性層には、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＢ等を利用できる。強磁性層の膜厚は、例えば、１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。
非磁性層の材料としては、Ｒｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｕ，Ａｇなどの金属材料が好ましく、これらのいずれかを含む合金材料であっても良い。非磁性層の厚さは、例えば、０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下である。
ピン層１２中の反強磁性層、強磁性層の磁化は、Ｚ軸方向に向けられる。ピン層１２は、例えば、下地層（Ｔａ（１ｎｍ））、反強磁性層（ＩｒＭｎ（８ｎｍ））、強磁性層（ＣｏＦｅ（２ｎｍ））、非磁性層（Ｒｕ（０．４ｎｍ））、強磁性層（ＣｏＦｅ（２．５ｎｍ））を順に積層して構成できる。
非磁性層１５ａには、絶縁材料（ＭｇＯ、ＡｌＯ（Ａｌ酸化物）、ＴｉＯ（Ｔｉ酸化物）等）または非磁性金属材料（Ｃｕ、Ａｇ等）を利用できる。非磁性層１５ａが、絶縁材料、非磁性金属材料の何れで構成される場合でも、非磁性層１５ａの膜厚（非磁性層１５ａのＹ軸方向に沿う長さ）は、０．５ｎｍ以上２ｎｍ以下が好ましい。これらの膜厚範囲であれば、磁気抵抗効果素子３０から高い磁気抵抗効果特性を得ることができる。
非磁性層１５ｂの材料としては、Ｒｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｕ，Ａｇなどの金属材料が好ましく、これらのいずれかを含む合金材料であっても良い。非磁性層１５ｂの厚さは、０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下である。これらの膜厚範囲であれば、フリー層１４ａ，１４ｂを反強磁性的に交換結合させることができる。
フリー層１４ａ（第１フリー層）は、非磁性層１５ａ上に配置され、外部磁界に応じて磁化方向が変化する。
フリー層１４ｂ（第２フリー層）は、非磁性層１５ｂを介して、フリー層１４ａと反強磁性的に交換結合し、外部磁界に応じて磁化方向が変化する。
フリー層１４ａ、１４ｂには、強磁性体が用いられる。この材料には、例えば、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＭｎ、ＣｏＦｅＭｎＳｉ、ＣｏＦｅＭｎＧｅ、ＣｏＦｅＭｎＧｅＳｉ等を利用できる。フリー層１４ａ、１４ｂは、同一の磁性体である必要はなく、異なる磁性体でもよい。例えば、フリー層１４ａがＣｏＦｅＢで、フリー層１４ｂがＣｏＦｅでもよい。
フリー層１４ａ、１４ｂの膜厚は、２ｎｍ以上８ｎｍ以下である。フリー層１４ａ、１４ｂの膜厚は、同じである必要はなく、異なっていても良い。
フリー層１４ａ、１４ｂの磁気ボリューム（Ｍｓ×Ｖ（飽和磁化と体積の積））の比（フリー層１４ａの磁気ボリュームＭｓｔ１／フリー層１４ｂの磁気ボリュームＭｓｔ２）は、１．０以下もしくは１．４以上が好ましい。後述の図２７に示されるように、この比（Ｍｓｔ１／Ｍｓｔ２）が１．０以下もしくは１．４以上において、記録密度を大きくすることができる。
磁気ボリュームは、フリー層１４ａ、１４ｂを構成する磁性体の飽和磁化Ｍｓによって変えることもできるし、フリー層１４ａ、１４ｂの体積Ｖによって変えることもできる。体積Ｖは、例えば、フリー層１４ａ，１４ｂの膜厚によって、変えることができる。
フリー層１４ｂとサイドシールドＳＳの磁化の向きは、平行方向より、反平行方向の方が好ましい。磁化の向きが反平行方向の方が、動作がより安定となる。
フリー層１４ａ、１４ｂ間の距離ｄは、ビット長Ｌに対して０．５以上０．７以下であることが好ましい（ｄ／Ｌ＝０．５〜０．７）。この範囲であれば、ＢＰＩゲインとＴＰＩゲインの両立が可能である。この距離が、０．５より小さい場合、ＴＰＩゲインは増加するが、ＢＰＩゲインは減少し、全体としての記録密度ゲイン（ＢＰＩゲイン×ＴＰＩゲイン）が得られ難い。この距離が、０．７よりも大きい場合、ＴＰＩゲインもＴＰＩゲインも共に減少し、全体としての記録密度ゲインも減少する。後述の図２６にも距離ｄとビット長Ｌの比（ｄ／Ｌ）が０．５以上０．７以下で記録密度の向上を図れることが示される。
フリー層１４ａ、１４ｂ間の距離ｄは、フリー層１４ａのＹ軸方向中心からフリー層１４ｂのＹ軸方向中心までの距離である。
ビット長Ｌとは、線記録密度方向（ＢＰＩ方向）のビット長であり、ターゲットとする線記録密度の大きさで値が異なる。例えば、ターゲットとする線記録密度が２６００ｋｆｃｉの場合、９．７７［ｎｍ］である。線記録密度に対応するビット長は、「２．５４［ｃｍ］／線記録密度ターゲット［ｋＦＣＩ］」で算出される。
フリー層１４ａ、１４ｂ間の距離は、例えば、フリー層１４ａ、１４ｂの一方または双方の膜厚を変えることで調整することができる。
フリー層１４ｂ、１４ａ間に、強磁性層、非磁性層、または積層構造（強磁性層と非磁性層の積層からなる構造）を挿入しても良い。その際、フリー層１４ｂと反強磁性層１８ａの間の交換結合は、これらの磁性層、非磁性層を通して維持される。
強磁性層の材料としては、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、Ｃｏ、Ｆｅが好ましい。これらの材料の他にもＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＮｂＴａ、ＣｏＺｒＴａＣｒ、及び、ＣｏＺｒＦｅＣｒなどが利用できる。
但し、前者の材料（ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、Ｃｏ、Ｆｅ）の方が反強磁性層１８ａ及びフリー層１４ｂとより強固に交換結合できる。
強磁性層の膜厚は、１ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。
非磁性層の材料としては、Ｒｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｕ，またはＡｇなどの金属材料が好ましく、これらのいずれかを含む合金材料であっても良い。非磁性層の膜厚は、０．２ｎｍ以上２ｎｍ以下が好ましい。
強磁性層と反強磁性層１８ａは直接交換結合し、強磁性層とフリー層１４ｂは非磁性層を介して反強磁性的に交換結合する。強磁性層と非磁性層の組は複数層あっても良い。
反強磁性層１８ａは、サイドシールドＳＳの上まで延伸している。反強磁性層１８ａの材料はＩｒＭｎ、ＰｔＭｎなどが良い。反強磁性層１８ａの膜厚は３ｎｍ以上１５ｎｍ以下が良い。反強磁性層１８ａの磁化方向は、Ｘ軸方向である。反強磁性層１８ａはフリー層１４ｂと交換結合している。
反強磁性層１８ａとフリー層１４ｂとの間にサイドシールドＳＳの上まで延伸した強磁性層を挿入しても良い。このとき、反強磁性層１８ａと強磁性層は交換結合する。また、サイドシールドＳＳは強磁性層と交換結合する。
さらに、フリー層１４ｂと強磁性層の間に、厚さ０．２ｎｍ以上２ｎｍ以下でＲｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｕ，Ａｇなどの金属材料からなる非磁性層を挿入しても良い。この非磁性層は、これら金属元素のいずれかを含む合金材料であっても良い。この場合、強磁性層とフリー層１４ｂが非磁性層を介して反強磁性的に交換結合する。また、強磁性層とサイドシールドＳＳは非磁性層を介して交換結合する。
材料種や磁気ボリュームの違いなどは、例えば、断面ＴＥＭによる形状観察や、断面ＴＥＭとＥＤＸによる組成分析などを組み合わせることで判断可能である。
以上の構造により、ＢＰＩ方向とＴＰＩ方向の高分解能化の両立が可能となる。
（第１比較例）
図２Ａ，図２Ｂは、第１比較例に係る磁気ヘッド１０ｘを示す模式図である。図２Ａ，図２Ｂに示すように、磁気ヘッド１０ｘは、磁気シールド１１ａｘ、１１ｂｘ、ピン層１２ｘ、非磁性層１５ａｘ、フリー層１４ｘ、非磁性層１５ｃｘ、非磁性キャップ層ＣＰ、非磁性層１５ｄｘ、サイドシールドＳＳ、および絶縁層１３ａｘ、１３ｂｘを含む。
磁気ヘッド１０ｘ中、ピン層１２ｘ、非磁性層１５ａｘ、フリー層１４ｘ、非磁性層１５ｃｘ、非磁性キャップ層ＣＰは、Ｘ方向およびＺ方向の寸法が略同一（略同一形状の矩形）であり、積層体２０ｘを構成する。
積層体２０ｘ中、ピン層１２ｘ、非磁性層１５ａｘ、フリー層１４ｘは、磁気抵抗効果素子３０ｘを構成する。
磁気ヘッド１０ｘは、フリー層１４ｘが単一であることから、非差動型（ＴＭＲ（Tunnel Magneto-Resistance Effect）型）の磁気抵抗効果素子３０ｘの磁気ヘッドであり、外部ノイズの影響を受け易い。したがって、磁気ヘッド１０ｘをＢＰＩ方向に高分解能化するためには、磁気シールド１１ａｘ、１１ｂｘの間隔を狭める必要がある。しかし、磁気シールド１１ａｘ、１１ｂｘの間には、磁気抵抗効果素子３０ｘ、非磁性キャップ層ＣＰ等があるため、磁気シールド１１ａｘ，１１ｂｘの間隔の低減（狹ギャップ化）に限界がある。
これに対して、第１の実施形態では、磁気ヘッド１０（磁気抵抗効果素子３０）のＢＰＩ方向の分解能がフリー層１４ａ、１４ｂ間の距離で規定されるため、高分解能化が容易である。フリー層１４ａ、１４ｂの間隔は、第１比較例の磁気ヘッド１０ｘにおける磁気シールド１１ａｘ，１１ｂｘの間隔と比較して十分に狭い。例えば、磁気ヘッド１０のフリー層１４ａ、１４ｂの間隔は、例えば、７．２ｎｍである。これに対して、磁気ヘッド１０ｘの磁気シールド１１ａｘ，１１ｂｘの間隔は、例えば、２５ｎｍ程度である。
また、第１の実施形態では、フリー層１４ａ、１４ｂ間の距離ｄの最適化により、ＢＰＩ方向の高分解能化とＴＰＩ方向の高分解能化の両立が可能となる。この結果、高記録密度化が容易となる。
（第２比較例）
図３Ａ，図３Ｂは、第２比較例に係る磁気ヘッド１０ｙを示す模式図である。図３Ａ，図３Ｂに示すように、第１の実施形態に対して、反強磁性層１８ｙのサイドシールドＳＳの上への延伸が無い。
磁気抵抗効果素子３０ｙのトラック幅方向をエッチングする際、被エッチング膜厚として反強磁性層１８ｙが加わることで、全体の被エッチング膜厚が厚くなってしまう。後述の図１２に示すように、エッチング後の膜（積層膜２０ｆ）は末広がりのテーパ形状を有するのが通例である。このため、分解能を規定するフリー層１４ａｙ、１４ｂｙのトラック幅方向の幅が大きくなり、結果としてトラック幅方向（ＴＰＩ方向）の分解能が低下する。
これに対して第１の実施形態では、磁気抵抗効果素子３０のトラック幅方向をエッチングする際、反強磁性層１８ａが被エッチング膜厚として加わらない。このため、フリー層１４ａ、１４ｂのトラック幅方向の幅を狭くすることが容易となり、高ＴＰＩ化できる。また、フリー層１４ａ、１４ｂの間の距離の最適化により、高ＴＰＩ化と高ＢＰＩ化の両立も可能であり、その結果、高記録密度化できる。
（第２の実施形態）
図４Ａ，図４Ｂは、第２の実施形態に係る磁気ヘッド１０ａを示す模式図である。図４Ａは、磁気ヘッド１０ａの平面図である。図４Ｂは、図４ＡのＡ１−Ａ２線の断面図であり、図４Ａの紙面奥行き方向の磁気ヘッド１０ａを示す。
図４Ａ、図４Ｂに示すように、磁気ヘッド１０ａは、磁気シールド１１ａ（第１磁気シールド）、磁気シールド１１ｂ（第２磁気シールド）、ピン層１２、非磁性層１５ａ、フリー層１４ａ（第１フリー層）、ギャップ調整層１６、フリー層１４ｂ（第２フリー層）、非磁性層１５ｇ（第４非磁性層）、磁性層１９（第２磁性層），反強磁性層１８ａ、サイドシールドＳＳ、および絶縁層１３ａ、１３ｂを含む。
磁気ヘッド１０ａは、磁気ヘッド１０と比べて、非磁性層１５ｂに替えて、ギャップ調整層１６が配置される。また、非磁性層１５ｇ、磁性層１９が追加されている。磁気ヘッド１０ａの積層体２０ａ、磁気抵抗効果素子３０ａも、この点同様である。
ギャップ調整層１６は、フリー層１４ａ、１４ｂの間に挿入され、複数の非磁性層１５と複数の強磁性層１７［非磁性層１５（ｎ）／強磁性層１７（ｎ−１）］（ｎ：積層数）が交互に積層されてなる。図４Ａ，図４Ｂでは、積層数ｎ＝３とし、非磁性層１５（１）、１５（３）、１５（５）を非磁性層１５ｂ、１５ｅ、１５ｆとし、強磁性層１７（２）、１７（４）を強磁性層１７ａ、１７ｂとして表している。
本実施形態では、ギャップ調整層１６によって、フリー層１４ａ、１４ｂ間の距離を調整し、高ＴＰＩ化と高ＢＰＩ化を両立できる最適な距離とすることができる。
ギャップ調整層１６の強磁性層１７間は、非磁性層１５を介して、反強磁性的に交換結合している。フリー層１４ａ、１４ｂも、ギャップ調整層１６を介して反強磁性的に交換結合している。すなわち、ギャップ調整層１６の強磁性層１７は偶数回積層され、非磁性層１５は奇数回積層される。
ギャップ調整層１６の非磁性層１５（図４Ａ，図４Ｂにおいては、非磁性層１５ｅ、１５ｆ（ここでは、非磁性層１５ｂを除外する））の材料は、Ｒｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｕ，Ａｇなどの金属材料が好ましく、これらのいずれかを含む合金材料であっても良い。ギャップ調整層１６の非磁性層１５ｅ、１５ｆ（ここでは、非磁性層１５ｂを除外する）の膜厚は、例えば、０．２ｎｍ以上２ｎｍ以下である。
ギャップ調整層１６の強磁性層１７は、例えば、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅ等を使用することができる。強磁性層１７の膜厚は、例えば、０．５ｎｍ以上２ｎｍ以下である。
ギャップ調整層１６の非磁性層１５、強磁性層１７がこれらの材料、膜厚範囲であれば、ギャップ調整層１６の強磁性層１７間及び、フリー層１４ａ、１４ｂ間の磁化を反強磁性的に強く交換結合することができる。
ギャップ調整層１６は、例えば、［Ｒｕ（０．４ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／Ｒｕ（０．４ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／Ｒｕ（０．４ｎｍ）］である。
ギャップ調整層１６の非磁性層１５、強磁性層１７がこれらの材料、膜厚範囲であれば、ギャップ調整層１６の強磁性層１７間及び、フリー層１４ａ、１４ｂ間の磁化を反強磁性的に強く交換結合することができる。これにより、磁気抵抗効果素子３０ａの出力を落とさずに、フリー層１４ａ、１４ｂ間の距離の調整が可能となる。
既述のように、フリー層１４ａ、１４ｂ間の距離は、ビット長に対して０．５以上０．７以下であることが好ましい。ギャップ調整層１６により、フリー層１４ａ、１４ｂ間の距離がこの範囲になるように調整できる。
非磁性層１５ｇの材料は、Ｒｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｕ，Ａｇなどの金属材料が好ましく、これらのいずれかを含む合金材料であっても良い。非磁性層１５ｇの膜厚は、０．２ｎｍ以上２ｎｍ以下である。
磁性層１９の材料は、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅ等を使用することができる。磁性層１９の膜厚は、０．５ｎｍ以上２ｎｍ以下である。
磁性層１９と反強磁性層１８ａは、交換結合している。また、磁性層１９とフリー層１４ｂも非磁性層１５ｇを介して交換結合している。
非磁性層１５ｇの膜厚を調整することで、サイドシールドＳＳの磁化の向きと、フリー層１４ｂの磁化の向きの関係を、平行方向もしくは反平行方向に柔軟に調整することが可能である。サイドシールドＳＳの磁化の向きとフリー層１４ｂの磁化の向きの関係は、反平行方向がより好ましい。磁気抵抗効果素子３０ａの動作がより安定になる。
使用する材料種や膜厚などは、例えば、断面ＴＥＭによる形状観察や、断面ＴＥＭとＥＤＸによる組成分析などを組み合わせることで判断可能である。
なお、図４Ａ，図４Ｂに示す磁気シールド１１ａ，１１ｂ、ピン層１２，非磁性層１５ａ、フリー層１４ａ、非磁性層１５ｂ、フリー層１４ｂ、反強磁性層１８ａ、サイドシールドＳＳの構成材料、膜厚は第１の実施形態と同様なので、記載を省略する。
以上のように、第２の実施形態は、磁気抵抗効果素子３０ａのトラック幅方向をエッチングする際、反強磁性層１８ａが被エッチング膜厚として加わらないため、第２比較例と比較して、フリー層１４ａ、１４ｂのトラック幅方向の幅を狭くすることが可能となり、高ＴＰＩ化できる。
また、非磁性層１５ｇと磁性層１９によって、サイドシールドＳＳの磁化の向きと、フリー層１４ｂの磁化の向きの関係を柔軟に調整できる。
また、ギャップ調整層１６によって、フリー層１４ａ、１４ｂ間の距離を、高ＴＰＩ化と高ＢＰＩ化が両立可能な最適距離に、磁気抵抗効果素子３０ａの出力を落さず、調整することができる。この結果、第１の実施形態と同様に高ＴＰＩ化と高ＢＰＩ化の両立が可能となり、高記録密度化できる。
（第３の実施形態）
図５Ａ，図５Ｂは、第３の実施形態に係る磁気ヘッド１０ｂを示す模式図である。図５Ａは、磁気ヘッド１０ｂの平面図である。図５Ｂは、図５ＡのＡ１−Ａ２線の断面図であり、図５Ａの紙面奥行き方向の磁気ヘッド１０ｂを示す。
図５Ａ、図５Ｂに示すように、磁気ヘッド１０ｂは、磁気シールド１１ａ（第１磁気シールド）、磁気シールド１１ｂ（第２磁気シールド）、磁気シールド１１ｃ（第３磁気シールド）、ピン層１２、非磁性層１５ａ、フリー層１４ａ（第１フリー層）、ギャップ調整層１６、フリー層１４ｂ（第２フリー層）、非磁性層１５ｇ（第４非磁性層）、磁性層１９（第２磁性層），反強磁性層１８ａ、１８ｂ、サイドシールドＳＳ、および絶縁層１３ａ、１３ｂを含む。
磁気ヘッド１０ｂは、磁気ヘッド１０ａと比べて、磁気シールド１１ｃ、反強磁性層１８ｂ、磁性層１９ａ、非磁性層１５ｈ、磁性層１９ｂが追加されている。磁気ヘッド１０ｂの積層体２０ｂ、磁気抵抗効果素子３０ｂはそれぞれ、磁気ヘッド１０ａの積層体２０ａ、磁気抵抗効果素子３０ａと同様の構成である。
ピン層１２は、下地層と、複数の強磁性層、複数の非磁性層からなる積層膜で構成できる。
下地層の一部はエッチングされている。下地層は、Ｔａ、ＮｉＣｒ、ＦｅＮｉ，Ｔａ／ＮｉＣｒ等を利用できる。下地層の厚さは、１ｎｍ以上４ｎｍ以下である。
強磁性層には、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＢ等を利用できる。強磁性層の膜厚は、例えば、１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。
非磁性層の材料は、Ｒｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｕ，Ａｇなどの金属材料が好ましく、これらのいずれかを含む合金材料であっても良い。非磁性層の厚さは、例えば、０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下である。
ピン層１２に含まれる強磁性層の磁化方向は、Ｚ軸方向である。ピン層１２は、例えば、Ｔａ（１ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）／Ｒｕ（０．４ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．５ｎｍ）で構成できる。
反強磁性層１８ｂは、Ｚ軸方向に磁気シールド１１ｃと並んで配置される。反強磁性層１８ｂの材料は、ＩｒＭｎ，ＰｔＭｎ等を使用できる。反強磁性層１８ｂの膜厚は、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下である。反強磁性層１８ｂの磁化方向は、Ｚ軸方向である。
反強磁性層１８ｂはピン層１２と交換結合している。
ここでは、反強磁性層１８ｂとピン層１２の間に磁性層１９ａ、非磁性層１５ｈ、磁性層１９ｂの積層構造が挿入されている。但し、この積層構造を省略しても良い。
磁性層１９ａ及び１９ｂの材料は、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＢ等が使用される。磁性層１９ａ及び１９ｂの膜厚は、１ｎｍ以上３ｎｍ以下である。
非磁性層１５ｈの材料は、Ｒｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｕ，Ａｇなどの金属材料が好ましく、これらのいずれかを含む合金材料であっても良い。非磁性層１５ｈの膜厚は、０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下である。
磁性層１９ａ、１９ｂは反強磁性的に交換結合している。反強磁性層１８ｂと磁性層１９ａは交換結合している。ピン層１２と磁性層１９ｂは交換結合している。
磁気シールド１１ｃは、軟質磁性体から構成される。この磁性体には、磁気シールド１１ａ，１１ｂと同様、例えば、ＮｉＦｅ等のいずれかを利用でき、ＮｉＦｅ等のいずれかをそれぞれ含む多層膜を用いても良い。
なお、磁気シールド１１ｃは、磁気シールド１１ａ、１１ｂと異なる磁性体あるいは異なる積層構造を有しても良い。
磁気シールド１１ｃは、シールド機能を有する。磁気シールド１１ｃの透磁率は高く、外部印加磁界に対して磁化が動くことでシールド効果を発揮する。磁気シールド１１ｃの厚さ、つまり、Ｙ軸方向の厚さは、３ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。磁気シールド１１ｃのＸ軸方向の長さは、磁気シールド１１ａのＸ軸方向の長さよりも短くても良いし、同じ長さでも良い。図５Ａにおいては、磁気シールド１１ｃのＸ軸長さは磁気シールド１１ａのＸ軸長さと同じである。
なお、非磁性層１５ｇおよび磁性層１９に換えて、後述の第４の実施形態のように、サイドシールドＳＳと反強磁性層１８ａの間に、非磁性層１５ｉおよび磁性層１９ｃを配置しても良い。非磁性層１５ｉの膜厚を調整することで、サイドシールドＳＳの磁化の向きと、フリー層１４ｂの磁化の向きの関係を、平行方向もしくは反平行方向に柔軟に調整することが可能となる。
使用する材料種や膜厚などは、例えば、断面ＴＥＭによる形状観察や、断面ＴＥＭとＥＤＸによる組成分析などを組み合わせることで判断可能である。
なお、磁気シールド１１ａ、１１ｂ、非磁性層１５ａ、１５ｇ、反強磁性層１８ａ、磁性層１９、フリー層１４ａ，１４ｂ、ギャップ調整層１６、サイドシールドＳＳの構成材料、膜厚は、第１、第２の実施形態と同様なので、記載を省略する。
以上のように、第３の実施形態は、素子のトラック幅方向をエッチングする際、反強磁性層１８ａが被エッチング膜厚として加わらないため、第２比較例と比べて、フリー層１４ａとフリー層１４ｂのトラック幅方向の幅をさらに狭くすることが可能となり、高ＴＰＩ化できる。
また、非磁性層１５ｇと磁性層１９によって、サイドシールドＳＳの磁化の向きと、フリー層１４ｂの磁化の向きの関係を柔軟に調整できる。
また、ギャップ調整層１６によるフリー層１４ａ、１４ｂ間の距離の最適化により、高ＴＰＩ化と高ＢＰＩ化の両立も可能であり、その結果、さらなる高記録密度化ができる。
第３の実施形態でも、第１、第２の実施形態と同様、高ＴＰＩ化と高ＢＰＩ化を両立でき、高記録密度化できる。
（第４の実施形態）
図６Ａ，図６Ｂは、第４の実施形態に係る磁気ヘッド１０ｃを示す模式図である。図６Ａは、磁気ヘッド１０ｃの平面図である。図６Ｂは、図６ＡのＡ１−Ａ２線の断面図であり、図６Ａの紙面奥行き方向の磁気ヘッド１０ｃを示す。
図６Ａ、図６Ｂに示すように、磁気ヘッド１０ｃは、磁気シールド１１ａ（第１磁気シールド）、磁気シールド１１ｂ（第２磁気シールド）、ピン層１２、非磁性層１５ａ、フリー層１４ａ（第１フリー層）、ギャップ調整層１６、フリー層１４ｂ（第２フリー層），反強磁性層１８ａ、サイドシールドＳＳ、非磁性層１５ｉ（第５非磁性層）、磁性層１９ｃ（第３磁性層）および絶縁層１３ａ、１３ｂを含む。
磁気ヘッド１０ｃは、磁気ヘッド１０ａと比べて、非磁性層１５ｇおよび磁性層１９に換えて、非磁性層１５ｉおよび磁性層１９ｃを有する点が異なる。磁気ヘッド１０ｃの積層体２０ｃ、磁気抵抗効果素子３０ｃはそれぞれ、磁気ヘッド１０ａの積層体２０ａ、磁気抵抗効果素子３０ａと比べて、非磁性層１５ｇおよび磁性層１９を有しない点が異なる。
非磁性層１５ｉの材料は、Ｒｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｕ，Ａｇなどの金属材料が好ましく、これらのいずれかを含む合金材料であっても良い。非磁性層１５ｉの膜厚は、０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下である。
磁性層１９ｃの材料は、ＮｉＦｅ，ＣｏＺｒＴａ，ＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＺｒＮｂＴａ，ＣｏＺｒＴａＣｒ，ＣｏＺｒＦｅＣｒを使用することができる。磁性層１９ｃの膜厚は、１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。
磁性層１９ｃと反強磁性層１８ａは、交換結合している。また、磁性層１９ｃとサイドシールドＳＳも非磁性層１５ｉを介して交換結合している。
非磁性層１５ｉの膜厚を調整することで、サイドシールドＳＳの磁化の向きと、フリー層１４ｂの磁化の向きの関係を、平行方向もしくは反平行方向に柔軟に調整することが可能である。サイドシールドＳＳの磁化の向きとフリー層１４ｂの磁化の向きの関係は、反平行方向がより好ましい。磁気抵抗効果素子３０ｃの動作がより安定になる。
使用する材料種や膜厚などは、例えば、断面ＴＥＭによる形状観察や、断面ＴＥＭとＥＤＸによる組成分析などを組み合わせることで判断可能である。
なお、磁気シールド１１ａ、１１ｂ、非磁性層１５ａ、反強磁性層１８ａ、フリー層１４ａ，１４ｂ、ギャップ調整層１６、サイドシールドＳＳの構成材料、膜厚は、第１〜第３の実施形態と同様なので、記載を省略する。
以上のように、第４の実施形態は、素子のトラック幅方向をエッチングする際、反強磁性層１８ａが被エッチング膜厚として加わらないため、第２比較例と比べて、フリー層１４ａとフリー層１４ｂのトラック幅方向の幅をさらに狭くすることが可能となり、高ＴＰＩ化できる。
また、非磁性層１５ｉと磁性層１９ｃによって、サイドシールドＳＳの磁化の向きとフリー層１４ｂの磁化の向きの関係を柔軟に調整できる。
また、ギャップ調整層１６によるフリー層１４ａ、１４ｂ間の距離の最適化により、高ＴＰＩ化と高ＢＰＩ化の両立も可能であり、その結果、さらなる高記録密度ができる。
（第５の実施形態）
図７は，第５の実施形態に係る磁気記録再生装置（ＨＤＤ（Hard Disk Drive）装置）９０を示す図である。磁気記録再生装置９０は、磁気記録媒体９１、スピンドルモータ９２、磁気ヘッド９３を有する。磁気記録媒体９１には、磁気的に情報が書き込み、読み込みされる。磁気ヘッド９３には、磁気ヘッド１０〜１０ｃいずれかが用いられ、磁気記録媒体９１から磁気的に情報を読み出す。
磁気記録再生装置９０は，ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。磁気記録媒体９１は，スピンドルモータ９２に装着され，駆動装置制御部（図示せず）からの制御信号に応答するモータ（図示せず）により回転する。
磁気記録媒体９１が回転すると，サスペンション９４による押付け圧力とヘッドスライダーの媒体対向面（ＡＢＳともいう）で発生する圧力とが釣り合う。その結果，ヘッドスライダーの媒体対向面（磁気ヘッド９３）は，磁気記録媒体９１の表面から所定の浮上量をもって保持される。
サスペンション９４は，駆動コイル（図示せず）を保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム９５の一端に接続されている。アクチュエータアーム９５の他端には，リニアモータの一種であるボイスコイルモータ９７が設けられている。ボイスコイルモータ９７は，アクチュエータアーム９５のボビン部に巻き上げられた駆動コイル（図示せず）と，このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石及び対向ヨークからなる磁気回路とから構成することができる。
アクチュエータアーム９５は，軸受部９６の上下２箇所に設けられたボールベアリング（図示せず）によって保持され，ボイスコイルモータ９７により回転摺動が自在にできる。その結果，磁気記録ヘッドを磁気記録媒体９１の任意の位置に移動できる。
磁気ヘッド９３、サスペンション９４、アクチュエータアーム９５によって、磁気ヘッドアセンブリが構成される。
（製造方法）
Ａ．第１、第２の実施形態の磁気ヘッド１０，１０ａの製造
図８は、第１、第２の実施形態の磁気ヘッド１０，１０ａの製造方法の一例を表すフロー図である。
図９〜図１９は、製造中の磁気ヘッドの一例の模式的な断面図である。図９〜図１４、図１９は、図１Ａに対応し、図１５〜図１８は、図１Ｂに対応する。
（１）磁気シールド１１ａの形成（ステップＳ１，図９参照）
図９に示すように、基板２１上に、磁気シールド１１ａを形成する。この手順の詳細は、例えば、次の通りである。
ａ）電気メッキで、基板２１上に磁気シールド１１ａとなる材料の堆積物（磁気シールド膜、例えば、金属層）を形成する。磁気シールド膜の構成材料は、例えば、ＮｉＦｅである。磁気シールド膜のＹ軸方向の厚さは、例えば、１μｍである。
ｂ）磁気シールド膜の表面を研磨する。例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ）法で磁気シールド膜の表面の凹凸を平坦化する。
ｃ）その後、磁気シールド膜の上面をエッチングし、酸化層及び汚染層を除去する。酸化層は、例えば、製造工程中に磁気シールド膜に付着したものである。例えば、基板２１をチャンバー（図示しない）に搬入し、チャンバー内を減圧し（例えば、真空にし）、磁気シールド膜の上面をイオンビームでエッチングする。
（２）積層体２０（磁気抵抗効果素子３０）の形成（ステップＳ２，図１０〜図１８参照）
磁気シールド１１ａ上に積層体２０（磁気抵抗効果素子３０）を形成する。この手順の詳細は、例えば、次のａ）〜ｉ）の手順に示す通りである。
ａ）チャンバー内を減圧したまま、磁気シールド１１ａ上に、積層体２０（磁気抵抗効果素子３０）となる積層膜２０ｆを例えば、スパッタリングにより形成する（図１０参照）。
積層膜２０ｆには、例えば、図１Ａ，図１Ｂに示すように、ピン層１２、非磁性層１５ａ、フリー層１４ａ、非磁性層１５ｂ、フリー層１４ｂが含まれる。積層膜２０ｆのＹ軸方向の全体的な厚さは、例えば、２８ｎｍである。
ｂ）積層膜２０ｆ上に、マスクパターンＭ１を形成する（図１１参照）。
マスクパターンＭ１として、例えば、レジストマスク、または、Ｔａを含むメタルマスクが用いられる。例えば、光学リソグラフィー技術を用いることにより、マスクパターンＭ１を形成する。マスクパターンＭ１の上面の形状は、積層膜２０ｆのＸ軸方向の幅を規定する。この幅は、例えば、３６ｎｍである。
ｃ）マスクパターンＭ１をマスクとして用い、例えば、イオンビームエッチングにより積層膜２０ｆをエッチングする（図１２参照）。その結果、積層膜２０ｆの一部のパターンが形成される。
このとき、図１２に示すように、積層膜２０ｆはＹ軸負方向に向かって広がるテーパ形状を有するようにエッチングされる。その結果、エッチングされる積層膜２０ｆの膜厚が薄いほど、より小さな幅（トラック幅（ＴＰＩ方向（Ｘ軸方向）の幅））形状を形成することができる。本実施形態では、反強磁性層１８ａが被エッチング膜厚に含まれないため、狭いトラック幅を形成でき、高ＴＰＩ化できる。
これに対して、第２比較例の構造の場合、反強磁性層１８ｙも含めてエッチングする必要があるため、被エッチング膜厚が厚くなり、トラック幅を狭くすること、ひいては高ＴＰＩ化も困難となる。即ち、第２比較例の構造の場合、ＢＰＩ方向の分解能は向上するが、ＴＰＩ方向の分解能が低下する傾向がある。
本実施形態では、線記録密度方向の高分解能化（高ＢＰＩ化）を維持しつつ、差動出力型の磁気抵抗素子の量産プロセスへの親和性をさらに向上している。このため、線記録密度方向の高分解能化（高ＢＰＩ化）に加えて、トラック幅方向の高分解能化（高ＴＰＩ化）も可能となる。その結果、記録密度を向上させることができる。
ｄ）マスクパターンＭ１と磁気シールド１１ａの上に絶縁層１３ａ、サイドシールド膜ＳＳｆを順に積層する（図１３参照）。サイドシールド膜ＳＳｆは、サイドシールドＳＳとなる（図１４参照）。
絶縁層１３ａは、サイドシールドＳＳへの通電を防止するためのものであり、例えば、Ａｌ２Ｏ３から構成できる。絶縁層１３ａのＹ軸方向の厚さは、例えば、３ｎｍである。サイドシールド膜ＳＳｆの材料は、例えば、ＮｉＦｅである。サイドシールド膜ＳＳｆのＹ軸方向の厚さは、例えば、エッチングされた領域が埋まるようにする。
ｅ）マスクパターンＭ１、マスクパターンＭ１上の絶縁層１３ａとサイドシールド膜ＳＳｆを、例えばリフトオフ法で除去する（図１４参照）。その後、サイドシールド膜ＳＳｆと積層膜２０ｆの上面が揃うように、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing、化学機械研磨）などで平坦化する。この結果、サイドシールド膜ＳＳｆから、サイドシールドＳＳが形成される。
次に、図１Ｂから見た時の形状を作製する。
ｆ）Ｘ軸方向がパターン化された磁気抵抗効果素子３０となる積層膜２０ｆの上に、図１１と同様にマスクパターンＭ２を積層する（図１５参照）。マスクパターンＭ２の上面形状がＺ軸方向の幅を規定している点が図１１と異なる。
ｇ）マスクパターンＭ２をマスクとして用いて、イオンビームなどで、積層膜２０ｆをエッチングし、積層体２０を形成する（図１６参照）。
ｈ）マスクパターンＭ２と磁気シールド１１ａ膜上に、例えば、Ａｌ２Ｏ３から構成される絶縁層１３ｂを積層する（図１７参照）。絶縁層１３ｂのＹ軸方向の厚さは、エッチングされた領域が埋まるように積層する。図１７では、エッチングされた領域が埋まるように、絶縁層１３ｂを積層する場合を示す。
ｉ）マスクパターンＭ２上の絶縁層１３ｂをリフトオフで除去する（図１８参照）。その後、絶縁層１３ｂと積層体２０の上面が揃うように、ＣＭＰなどで平坦化する。
（３）磁気シールド１１ｂの形成（ステップＳ３，図１９参照）
積層体２０、サイドシールドＳＳ上に、例えば、スパッタリングで、反強磁性層１８ａ、磁気シールド１１ｂを順に積層する（図１９参照）。図１９は、図１Ａから見た時の形状を表している。
磁気シールド１１ｂの構成材料は、例えば、ＮｉＦｅである。磁気シールド１１ｂのＹ軸方向の厚さは、例えば、１μｍである。
反強磁性層１８ａの構成材料は、例えば、ＩｒＭｎである。反強磁性層１８ａのＹ軸方向の厚さは、例えば、８ｎｍである。
以上の実施形態に係る磁気ヘッドの製造方法は、一例であり、かつポイントのみを示している。実際には、その後、書き込みヘッドの形成工程や、ウェハーの切断処理、研磨による磁気記録媒体対向面の形成などの工程が含まれる。また、反強磁性層などの磁界中アニール工程などが含まれる。これらの工程には、従来の製造方法を適用することができる。これらの従来製造方法については、説明を省略する。
Ｂ．第３の実施形態の磁気ヘッド１０ｂの製造
第３の実施形態の磁気ヘッド１０ｂの製造方法を説明する。
図２０〜図２４は、製造中の磁気ヘッドの一例の模式的な断面図を表す。図２０〜図２４は、図５Ｂに対応し、図２５は図５Ａに対応する。
なお、この製造方法のフロー図は、図８のステップＳ１において、磁気シールド１１ａ、１１ｃを形成することを除き、実質的に同一であることから省略する。
（１）磁気シールド１１ａ、１１ｃの形成（図２０〜図２４参照）
基板２１上に、磁気シールド１１ａ、１１ｃを形成する（図２０参照）。この手順の詳細は、例えば、次の通りである。
ａ）電気メッキで、基板２１上に磁気シールド１１ａ、１１ｃとなる材料の堆積物（第１、第３磁気シールド膜、例えば、金属層）を形成する。第１、第３磁気シールド膜の構成材料は、例えば、ＮｉＦｅである。第１磁気シールド膜のＹ軸方向の厚さは、例えば、１μｍである。第３磁気シールド膜のＹ軸方向の厚さは、例えば、１２ｎｍである。
ｂ）その後、第３磁気シールド膜の上面をエッチングし、酸化層及び汚染層を除去する。酸化層は、例えば、製造工程中に磁気シールド膜に付着したものである。例えば、基板２１をチャンバー（図示しない）に搬入し、チャンバー内を減圧し（例えば、真空にし）、第３磁気シールド膜の上面をイオンビームでエッチングする。
第３磁気シールド膜上に下地層を形成しても良い。下地層としては、例えばＴａを用いることができる。下地層のＹ軸方向の厚さは例えば２ｎｍである。この下地層は、ピン層１２の一部として形成される。
ｃ）第３磁気シールド膜（磁気シールド１１ｃ）の上に、マスクパターンＭ３を形成する（図２１参照）。
マスクパターンＭ３として、例えば、レジストマスク、または、Ｔａを含むメタルマスクが用いられる。例えば、光学リソグラフィー技術を用いることにより、マスクパターンＭ３を形成する。
マスクパターンＭ３の形状は、例えば、Ｚ軸方向の幅を規定するライン状のマスクとなっている。これにより、第３磁気シールド膜のＺ軸方向がエッチングされる。Ｚ軸方向の幅は、例えば５００ｎｍである。
マスクパターンＭ３の形状を変えることで、Ｘ軸方向の長さも規定することが可能である。その際Ｘ軸方向の長さは例えば１００ｎｍ以下とすることができる。例えば４０ｎｍである。
ｄ）マスクパターンＭ３をマスクとして用い、例えば、イオンビームエッチングにより第３磁気シールド膜をエッチングする（図２２参照）。
エッチングの結果、磁気シールド１１ｃが形成される。
ｅ）マスクパターンＭ３と磁気シールド１１ｃの上に積層膜２０ｇ（反強磁性層１８ｂ、磁性層１９ａ、非磁性層１５ｈ、磁性層１９ｂ）を作成する（図２３参照）。
積層膜２０ｇの作成の最初に、Ｔａなどの非磁性層を積層しても良い。最初に非磁性層を積層した場合、磁気シールド１１ｃの側面と、反強磁性層１８ｂ、磁性層１９ａ、非磁性層１５ｈ、および磁性層１９ｂの側面の間と、磁気シールド１１ａと反強磁性層１８ｂの間とに、この非磁性層が挿入される。この非磁性層のＹ軸方向の膜厚は１ｎｍ以上４ｎｍ以下が好ましい。
ｆ）マスクパターンＭ３と、マスクパターンＭ３上の積層膜２０ｇを例えばリフトオフ法で除去する（図２４参照）。
その後、積層膜２０ｇの上面（磁性層１９ｂの上面）と磁気シールド１１ｃの上面が揃うように、ＣＭＰなどで平坦化する。
（２）積層体２０ｂ（磁気抵抗効果素子３０ｂ）の形成（図２５参照）
磁気シールド１１ｃ上に積層体２０ｂ（磁気抵抗効果素子３０ｂ）を形成する。
磁気シールド１１ｃ上に、積層体２０ｂ（磁気抵抗効果素子３０ｂ）となる積層膜２０ｆを例えば、スパッタリングにより形成する（図２５参照）。
積層膜２０ｆには、例えば、図５Ａ，図５Ｂに示すように、ピン層１２、非磁性層１５ａ、フリー層１４ａ、ギャップ調整層１６、フリー層１４ｂ、非磁性層１５ｇ、磁性層１９が含まれる。積層膜２０ｆのＹ軸方向の全体的な厚さは、例えば、１９ｎｍである。
図２５以降の作製方法については、図１０以降の作製方法と同様の方法で作製することができるため、記載を省略する。
以下、実施例と比較例につき説明する。
（比較例１：第１の比較例）
まず、特性の基準となる比較例１に係る磁気ヘッドの特性について説明する。比較例１に係る磁気ヘッドは、図２Ａ，図２Ｂに示す第１の比較例の磁気ヘッド構造である。比較例１に係る磁気ヘッドの主要な層構成は表１に示される。
Figure 0006448282
比較例１の磁気ヘッドを用いて、ＴＰＩ方向の記録密度とＢＰＩ方向の記録密度をそれぞれ求めた。
ＴＰＩ方向の記録密度については、ＴＰＩ方向のトラックプロファイルからＰＷ５０を算出し、その値から再生ヘッドだけで到達可能なＴＰＩ記録密度を算出した。この値は、再生ヘッドだけでのＴＰＩ記録密度ポテンシャルを示している。
また、ＢＰＩ方向については、シミュレーションで合わせ込んだ孤立再生波形を使用してＢＥＲ計算を行い、到達可能なユーザーデンシティ（ＵＤ ： Ｕｓｅｒ Ｄｅｎｓｉｔｙ）を算出した。
その結果、ＴＰＩ記録密度は７０５ｋＴＰＩ、ＢＰＩ記録密度（ＵＤ）は１．３であった。
以後の実施例、比較例においては、この結果を基準値として、比較例１からのＴＰＩゲイン、ＢＰＩゲインで検討した。
（比較例２：第２の比較例）
比較例２に係る磁気ヘッドの特性について説明する。比較例２に係る磁気ヘッドの層構成は、図３Ａ，図３Ｂに示す第２の比較例の磁気ヘッド構造である。比較例２に係る磁気ヘッドの主要な層構成は表２に示される。
Figure 0006448282
比較例１と同様にＴＰＩ記録密度とＢＰＩ記録密度を算出し、比較例１に対するそれぞれのゲインを見積もった。その結果、ＴＰＩゲイン：−６％、ＢＰＩゲイン＋１０％であった。
（実施例１：第２の実施形態）
実施例１に係る磁気ヘッドの特性について説明する。実施例１に係る磁気ヘッドの層構成は、第２の実施形態と同じである。実施例１に係る磁気ヘッドの主要な層構成は、表３に示される。
Figure 0006448282
フリー層１４ａ、１４ｂの磁気ボリューム比は、１．０である。ビット長に対するフリー層１４ａ、１４ｂ間の距離は、０．６２５である。また、フリー層１４ｂとサイドシールドＳＳの磁化の向きの関係は反平行方向である。
比較例１と同様に、ＴＰＩ記録密度とＢＰＩ記録密度を算出し、比較例１に対するそれぞれのゲインを見積もった。その結果、ＴＰＩゲイン：＋２％、ＢＰＩゲイン＋８％であった。
比較例１、比較例２、実施例１の結果から、実施例１は比較例１、比較例２よりもＴＰＩゲイン、ＢＰＩゲインが共に大きく、記録密度が向上していることがわかる。
（実施例２：第３の実施形態）
実施例２に係る磁気ヘッドの特性について説明する。実施例２に係る磁気ヘッドの層構成は、第３の実施形態と同じである。実施例２に係る磁気ヘッドの主要な層構成は、表４に示される。
Figure 0006448282
フリー層１４ａ、１４ｂの磁気ボリューム比は、１．０である。ビット長に対するフリー層１４ａ、１４ｂ間の距離は、０．６２５である。また、フリー層１４ｂとサイドシールドＳＳの磁化の向きの関係は反平行方向である。
比較例１と同様に、ＴＰＩ記録密度とＢＰＩ記録密度を算出し、比較例１に対するそれぞれのゲインを見積もった。その結果、ＴＰＩゲイン：＋４％、ＢＰＩゲイン＋１０％であった。
比較例１、比較例２、実施例２の結果から、実施例２は比較例１、比較例２よりもＴＰＩゲイン、ＢＰＩ方向のゲインが共に大きく、記録密度が向上していることがわかる。
（実施例３：第２の実施形態でＦｒｅｅ間の距離依存）
実施例３に係る磁気ヘッドの特性について説明する。
実施例３に係る磁気ヘッドの層構成は、第２の実施形態と同じである。しかし、フリーＧａｐ調整層の積層数ｎを変えることで、ビット長に対するフリー層１４ａとフリー層１４ｂの間の距離を０．４から０．８の範囲で変えた。
フリー層１４ａ、１４ｂの磁気ボリューム比は、１．０である。フリー層１４ｂとサイドシールドＳＳの磁化の向きの関係は反平行方向である。
比較例１と同様に、ＴＰＩ記録密度とＢＰＩ記録密度を算出し、比較例１に対するそれぞれのゲインから記録密度ゲインを見積もった。図２６は、これらの結果を示したものである。
実施例３の結果から、ビット長に対するフリー層１４ａとフリー層１４ｂの間の距離は、０．５以上０．７以下が特に良いことがわかった。
（実施例４：第２の実施形態での磁気ボリューム比依存性）
実施例４に係る磁気ヘッドの特性について説明する。
実施例４に係る磁気ヘッドの層構成は、第２の実施形態と同じである。しかし、フリー層１４ａ、１４ｂの飽和磁束密度の値を変えることで、フリー層１４ａ、１４ｂの磁気ボリューム比を変えた。フリー層１４ｂとサイドシールドＳＳの磁化の向きの関係は反平行方向である。
比較例１と同様に、ＴＰＩ記録密度とＢＰＩ記録密度を算出し、比較例１に対するそれぞれのゲインから、記録密度ゲインを見積もった。図２７は、これらの結果を示したものである。
実施例４の結果から、フリー層１４ａとフリー層１４ｂの磁気ボリューム比は、１以下もしくは１．４以上が特に良いことがわかった。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが，これらの実施形態は，例として提示したものであり，発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は，その他の様々な形態で実施されることが可能であり，発明の要旨を逸脱しない範囲で，種々の省略，置き換え，変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は，発明の範囲や要旨に含まれるとともに，特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１０、１０ａ〜１０ｃ 磁気ヘッド
１１ａ〜１１ｃ 磁気シールド
１２ ピン層
１３ａ、１３ｂ 絶縁層
１４ａ，１４ｂ フリー層
１５、１５ａ〜１５ｉ 非磁性層
１６ ギャップ調整層
１７、１７ａ、１７ｂ 強磁性層
１８ａ、１８ｂ 反強磁性層
１９、１９ａ〜１９ｃ 磁性層
２０、２０ａ〜２０ｃ 積層体
２１ 基板
３０、３０ａ〜３０ｃ 磁気抵抗効果素子
９０ 磁気記録再生装置
９１ 磁気記録媒体
９２ スピンドルモータ
９３ 磁気ヘッド
９４ サスペンション
９５ アクチュエータアーム
９６ 軸受部
９７ ボイスコイルモータ

Claims (18)

  1. 第１磁気シールドと、
    前記第１磁気シールド上に配置される積層体と、
    前記第１磁気シールド上に前記積層体の側面に対向して配置されるサイドシールドと、
    前記積層体および前記サイドシールド上に配置される反強磁性層と、
    前記反強磁性層上に配置される第２磁気シールドと、を具備し、
    前記積層体が、
    前記第１磁気シールド上に配置され、磁化方向が固着されるピン層と、
    前記ピン層上に配置される非磁性層と、
    前記非磁性層上に配置され、外部磁界に応じて磁化方向が変化する第１フリー層と、
    前記第１フリー層上に配置され、前記第１フリー層と反強磁性的に交換結合し、前記反強磁性層と交換結合し、かつ外部磁界に応じて磁化方向が変化する第２フリー層と、
    を有し、
    前記サイドシールドが前記反強磁性層と交換結合し、
    前記第２フリー層の磁化方向と前記サイドシールドの磁化方向が反平行である
    磁気ヘッド。
  2. 第１磁気シールドと、
    前記第１磁気シールド上に配置される積層体と、
    前記第１磁気シールド上に前記積層体の側面に対向して配置されるサイドシールドと、
    前記積層体および前記サイドシールド上に配置される反強磁性層と、
    前記反強磁性層上に配置される第２磁気シールドと、を具備し、
    前記積層体が、
    前記第１磁気シールド上に配置され、磁化方向が固着されるピン層と、
    前記ピン層上に配置される非磁性層と、
    前記非磁性層上に配置され、外部磁界に応じて磁化方向が変化する第１フリー層と、
    前記第１フリー層上に配置され、前記第１フリー層と反強磁性的に交換結合し、前記反強磁性層と交換結合し、かつ外部磁界に応じて磁化方向が変化する第２フリー層と、
    前記第２フリー層上に配置される第４非磁性層と、
    前記第４非磁性層上に配置される第２磁性層と、を有し、
    前記サイドシールドが前記反強磁性層と交換結合している、
    磁気ヘッド。
  3. 第１磁気シールドと、
    前記第１磁気シールド上に配置される積層体と、
    前記第１磁気シールド上に前記積層体の側面に対向して配置されるサイドシールドと、
    前記積層体および前記サイドシールド上に配置される反強磁性層と、
    前記反強磁性層上に配置される第２磁気シールドと、
    前記サイドシールドと前記反強磁性層の間に配置される第５非磁性層と、
    前記第５非磁性層と前記反強磁性層の間に配置される第３磁性層と、を具備し、
    前記積層体が、
    前記第１磁気シールド上に配置され、磁化方向が固着されるピン層と、
    前記ピン層上に配置される非磁性層と、
    前記非磁性層上に配置され、外部磁界に応じて磁化方向が変化する第１フリー層と、
    前記第１フリー層上に配置され、前記第１フリー層と反強磁性的に交換結合し、前記反強磁性層と交換結合し、かつ外部磁界に応じて磁化方向が変化する第２フリー層と、を有し、
    前記サイドシールドが前記反強磁性層と交換結合している、
    磁気ヘッド。
  4. 第１磁気シールドと、
    前記第１磁気シールド上に配置される積層体と、
    前記第１磁気シールド上に前記積層体の側面に対向して配置されるサイドシールドと、
    前記積層体および前記サイドシールド上に配置される反強磁性層と、
    前記反強磁性層上に配置される第２磁気シールドと、を具備し、
    前記積層体が、
    前記第１磁気シールド上に配置され、磁化方向が固着されるピン層と、
    前記ピン層上に配置される非磁性層と、
    前記非磁性層上に配置され、外部磁界に応じて磁化方向が変化する第１フリー層と、
    前記第１フリー層上に配置され、前記第１フリー層と反強磁性的に交換結合し、前記反強磁性層と交換結合し、かつ外部磁界に応じて磁化方向が変化する第２フリー層と、を有し、
    前記反強磁性層と前記第２フリー層の間に配置され、前記サイドシールド上まで延伸する第３強磁性層をさらに具備し、
    前記サイドシールドが前記反強磁性層と交換結合している、
    磁気ヘッド。
  5. 前記積層体が、前記第１フリー層と前記第２フリー層間に配置される第２非磁性層をさらに有し、
    前記第１フリー層と前記第２フリー層が前記第２非磁性層を介して反強磁性的に交換結合する
    請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気ヘッド。
  6. 前記積層体が、前記第１フリー層と前記第２フリー層間に配置され、第２非磁性層と磁性層を交互に積層したギャップ調整層をさらに有し、
    前記第１フリー層と前記第２フリー層が前記ギャップ調整層を介して反強磁性的に交換結合する
    請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気ヘッド。
  7. 前記ピン層が、順に積層された下地層、第２反強磁性層、第１強磁性層、第３非磁性層、第２強磁性層を有する
    請求項１乃至６のいずれか１項に記載の磁気ヘッド。
  8. 前記第１フリー層と前記第２フリー層間の距離が、ビット長に対して０．５以上０．７以下である
    請求項１乃至７のいずれか１項に記載の磁気ヘッド。
  9. 前記第１フリー層の磁気ボリュームＭｓｔ１と前記第２フリー層の磁気ボリュームＭｓｔ２の比（Ｍｓｔ１／Ｍｓｔ２）が１．０以下もしくは１．４以上である
    請求項１乃至８のいずれか１項に記載の磁気ヘッド。
  10. 前記非磁性層が、絶縁体または非磁性金属から構成される
    請求項１乃至９のいずれか１項に記載の磁気ヘッド。
  11. 前記第１磁気シールドと前記積層体間に配置される第３磁気シールドと、
    前記第１磁気シールドと前記積層体間に、前記第３磁気シールドと並んで配置される第２反磁性層と、をさらに具備する
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の磁気ヘッド。
  12. 前記第１フリー層および前記第２フリー層の磁化方向の変化の差分に対応する信号を出力する、
    請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の磁気ヘッド。
  13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の磁気ヘッドと、
    前記磁気ヘッドを一端に搭載するサスペンションと、
    前記サスペンションの他端に接続されたアクチュエータアームと、
    を備えた磁気ヘッドアセンブリ。
  14. 請求項１３に記載の磁気ヘッドアセンブリと、
    前記磁気ヘッドアセンブリに搭載された前記磁気ヘッドを用いて情報が再生される磁気記録媒体と、
    を備えた磁気記録再生装置。
  15. 第１磁気シールドを形成する工程と、
    前記第１磁気シールド上に積層体を形成する工程と、
    前記第１磁気シールド上に前記積層体の側面に対向するサイドシールドを形成する工程と、
    前記積層体および前記サイドシールド上に反強磁性層を形成する工程と、
    前記反強磁性層上に第２磁気シールドを形成する工程と、を具備し、
    前記積層体が、
    前記第１磁気シールド上に配置され、磁化方向が固着されるピン層と、
    前記ピン層上に配置される非磁性層と、
    前記非磁性層上に配置され、外部磁界に応じて磁化方向が変化する第１フリー層と、
    前記第１フリー層上に配置され、前記第１フリー層と反強磁性的に交換結合し、前記反強磁性層と交換結合し、かつ外部磁界に応じて磁化方向が変化する第２フリー層と、
    を有し、
    前記サイドシールドが前記反強磁性層と交換結合し、
    前記第２フリー層の磁化方向と前記サイドシールドの磁化方向が反平行である
    磁気ヘッドの製造方法。
  16. 第１磁気シールドを形成する工程と、
    前記第１磁気シールド上に積層体を形成する工程と、
    前記第１磁気シールド上に前記積層体の側面に対向するサイドシールドを形成する工程と、
    前記積層体および前記サイドシールド上に反強磁性層を形成する工程と、
    前記反強磁性層上に第２磁気シールドを形成する工程と、を具備し、
    前記積層体が、
    前記第１磁気シールド上に配置され、磁化方向が固着されるピン層と、
    前記ピン層上に配置される非磁性層と、
    前記非磁性層上に配置され、外部磁界に応じて磁化方向が変化する第１フリー層と、
    前記第１フリー層上に配置され、前記第１フリー層と反強磁性的に交換結合し、前記反強磁性層と交換結合し、かつ外部磁界に応じて磁化方向が変化する第２フリー層と、
    前記第２フリー層上に配置される第４非磁性層と、
    前記第４非磁性層上に配置される第２磁性層と、を有し、
    前記サイドシールドが前記反強磁性層と交換結合する、
    磁気ヘッドの製造方法。
  17. 第１磁気シールドを形成する工程と、
    前記第１磁気シールド上に積層体を形成する工程と、
    前記第１磁気シールド上に前記積層体の側面に対向するサイドシールドを形成する工程と、
    前記サイドシールド上に第５非磁性層を形成する工程と、
    前記第５非磁性層上に第３磁性層を形成する工程と、
    前記積層体および前記第３磁性層上に反強磁性層を形成する工程と、
    前記反強磁性層上に第２磁気シールドを形成する工程と、を具備し、
    前記積層体が、
    前記第１磁気シールド上に配置され、磁化方向が固着されるピン層と、
    前記ピン層上に配置される非磁性層と、
    前記非磁性層上に配置され、外部磁界に応じて磁化方向が変化する第１フリー層と、
    前記第１フリー層上に配置され、前記第１フリー層と反強磁性的に交換結合し、前記反強磁性層と交換結合し、かつ外部磁界に応じて磁化方向が変化する第２フリー層と、
    前記第２フリー層上に配置される第４非磁性層と、
    前記第４非磁性層上に配置される第２磁性層と、を有し、
    前記サイドシールドが前記反強磁性層と交換結合する、
    磁気ヘッドの製造方法。
  18. 第１磁気シールドを形成する工程と、
    前記第１磁気シールド上に積層体を形成する工程と、
    前記第１磁気シールド上に前記積層体の側面に対向するサイドシールドを形成する工程と、
    前記積層体および前記サイドシールド上に第３強磁性層を形成する工程と、
    前記第３強磁性層上に反強磁性層を形成する工程と、
    前記反強磁性層上に第２磁気シールドを形成する工程と、を具備し、
    前記積層体が、
    前記第１磁気シールド上に配置され、磁化方向が固着されるピン層と、
    前記ピン層上に配置される非磁性層と、
    前記非磁性層上に配置され、外部磁界に応じて磁化方向が変化する第１フリー層と、
    前記第１フリー層上に配置され、前記第１フリー層と反強磁性的に交換結合し、前記反強磁性層と交換結合し、かつ外部磁界に応じて磁化方向が変化する第２フリー層と、
    を有し、
    前記サイドシールドが前記反強磁性層と交換結合している、
    磁気ヘッドの製造方法。
JP2014202986A 2014-10-01 2014-10-01 磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ、磁気記録再生装置、および磁気ヘッドの製造方法 Active JP6448282B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014202986A JP6448282B2 (ja) 2014-10-01 2014-10-01 磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ、磁気記録再生装置、および磁気ヘッドの製造方法
US14/817,468 US9275660B1 (en) 2014-10-01 2015-08-04 Magnetic head having first magnetic shield, stack, side shield, antiferromagnetic layer, and second magnetic shield, magnetic head assembly, magnetic recording and reproducing apparatus, and manufacturing method of magnetic head

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014202986A JP6448282B2 (ja) 2014-10-01 2014-10-01 磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ、磁気記録再生装置、および磁気ヘッドの製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016071919A JP2016071919A (ja) 2016-05-09
JP6448282B2 true JP6448282B2 (ja) 2019-01-09

Family

ID=55360037

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014202986A Active JP6448282B2 (ja) 2014-10-01 2014-10-01 磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ、磁気記録再生装置、および磁気ヘッドの製造方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9275660B1 (ja)
JP (1) JP6448282B2 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6121943B2 (ja) * 2014-05-16 2017-04-26 株式会社東芝 磁気ヘッドおよび磁気記録再生装置
CN108780779B (zh) * 2016-06-10 2023-04-25 Tdk株式会社 交换偏置利用型磁化反转元件、交换偏置利用型磁阻效应元件、交换偏置利用型磁存储器、非易失性逻辑电路及磁神经元元件
JP7347799B2 (ja) * 2018-01-10 2023-09-20 国立大学法人東北大学 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ
DE102020114551B4 (de) * 2020-05-29 2024-10-24 Infineon Technologies Ag Magnetoresistiver Sensor und Fertigungsverfahren für einen magnetoresistiven Sensor

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004039869A (ja) 2002-07-03 2004-02-05 Hitachi Ltd 磁気抵抗センサ、磁気ヘッド、ならびに磁気記録装置
JP4002909B2 (ja) * 2004-06-04 2007-11-07 アルプス電気株式会社 Ｃｐｐ型巨大磁気抵抗効果ヘッド
JP2009026400A (ja) * 2007-07-20 2009-02-05 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands Bv 差動磁気抵抗効果型磁気ヘッド
JP2009064528A (ja) 2007-09-07 2009-03-26 Hitachi Ltd 磁気抵抗効果ヘッド及びその製造方法
SG178945A1 (en) 2009-09-07 2012-04-27 Agency Science Tech & Res A sensor arrangement
US8089734B2 (en) * 2010-05-17 2012-01-03 Tdk Corporation Magnetoresistive element having a pair of side shields
US8564911B2 (en) * 2011-02-17 2013-10-22 Tdk Corporation Magneto-resistive effect element having spacer layer including gallium oxide layer with metal element
US8630068B1 (en) * 2011-11-15 2014-01-14 Western Digital (Fremont), Llc Method and system for providing a side shielded read transducer
JP5675728B2 (ja) 2012-08-13 2015-02-25 株式会社東芝 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ、磁気記録再生装置及び磁気抵抗効果素子の製造方法
US9230577B2 (en) * 2013-03-05 2016-01-05 Headway Technologies, Inc. Thin seeded antiferromagnetic coupled side shield for sensor biasing applications
US9123886B2 (en) * 2013-03-05 2015-09-01 Headway Technologies, Inc. High moment wrap-around shields for magnetic read head improvements
US8913349B2 (en) * 2013-03-29 2014-12-16 Tdk Corporation CPP-type magnetoresistance effect element and magnetic disk device using side shield layers
US9019664B2 (en) * 2013-05-20 2015-04-28 Seagate Technology Llc Magnetoresistive sensor with variable shield permeability
US9251816B2 (en) * 2013-10-03 2016-02-02 Seagate Technology Llc Magnetic sensor shield pinned by a high-coercivity ferromagnet
US9087525B2 (en) * 2013-10-30 2015-07-21 Seagate Technology Llc Layered synthetic anti-ferromagnetic upper shield
US9230575B2 (en) * 2013-12-13 2016-01-05 Seagate Technology Llc Magnetoresistive sensor with SAF structure having crystalline layer and amorphous layer
US9053720B1 (en) * 2014-01-10 2015-06-09 Headway Technologies, Inc. High moment wrap shields for magnetic read head to improve micro-magnetic read width
US9183858B2 (en) * 2014-01-28 2015-11-10 HGST Netherlands B.V. Dual capping layer utilized in a magnetoresistive effect sensor
US9190081B2 (en) * 2014-02-28 2015-11-17 HGST Netherlands B.V. AF-coupled dual side shield reader with AF-coupled USL
US9076468B1 (en) * 2014-03-12 2015-07-07 HGST Netherlands B.V. Scissor magnetic read sensor with shape enhanced soft magnetic side shield for improved stability

Also Published As

Publication number Publication date
US9275660B1 (en) 2016-03-01
JP2016071919A (ja) 2016-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8477461B2 (en) Thin film magnetic head having a pair of magnetic layers whose magnetization is controlled by shield layers
JP6121943B2 (ja) 磁気ヘッドおよび磁気記録再生装置
JP4692787B2 (ja) 薄膜磁気ヘッド
JP6309796B2 (ja) 磁気ヘッド、磁気記録再生装置、および磁気ヘッドの製造方法
US7408747B2 (en) Enhanced anti-parallel-pinned sensor using thin ruthenium spacer and high magnetic field annealing
JP4923896B2 (ja) 交換結合膜及び磁気デバイス
JP5460792B2 (ja) 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ、磁気記録再生装置及び磁気抵抗効果素子の製造方法
US20100149689A1 (en) Thin film magnetic head having a pair of magnetic layers whose magnetization is controlled by shield layer including amorphous layer
US8537505B2 (en) Magnetoresistive effect head having a free layer and a magnetic domain control layer that applies a magnetic field more strongly in an upper part of the free layer
JP2009032382A (ja) Ｃｐｐ型磁界検出素子及びその製造方法
JP5697708B2 (ja) 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ、磁気記録再生装置及び磁気抵抗効果素子の製造方法
JP6448282B2 (ja) 磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ、磁気記録再生装置、および磁気ヘッドの製造方法
JP2013200931A (ja) 磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ、磁気記録再生装置及び磁気ヘッドの製造方法
JP2015158956A (ja) 磁気記録再生装置
JP2008084430A (ja) 磁気ヘッド及び磁気記録装置
JP2012064280A (ja) 磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置
US7382590B2 (en) MR sensor and thin film media having alloyed Ru antiparallel spacer layer for enhanced antiparallel exchange coupling
JP5701924B2 (ja) 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置
JP6383079B2 (ja) 磁気ヘッド、磁気記録再生装置、および磁気ヘッドの製造方法
JP6407817B2 (ja) 磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ、および磁気記録再生装置
JP2014225320A (ja) 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ、及び、磁気記録再生装置
JP2008084429A (ja) 磁気記録装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170906

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180420

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180605

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180723

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20181106

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20181204

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6448282

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151