JPH09191141A - データトランスデューサ、磁気抵抗装置、および磁気抵抗センサ - Google Patents

データトランスデューサ、磁気抵抗装置、および磁気抵抗センサ

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JPH09191141A
JPH09191141A JP8318226A JP31822696A JPH09191141A JP H09191141 A JPH09191141 A JP H09191141A JP 8318226 A JP8318226 A JP 8318226A JP 31822696 A JP31822696 A JP 31822696A JP H09191141 A JPH09191141 A JP H09191141A
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magnetoresistive
sensor
equation
layer
distance
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Michael L Mallary
マイケル・エル・マラリー
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Quantum Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数磁区状態および付随するバルクハウゼン
ノイズを防ぐために、活性ＭＲ素子の中央において十分
に有効な縦方向のバイアス磁界を与えるために、凹形の
端縁を備えて構成される磁気抵抗（ＭＲ）センサを提供
する。 【解決手段】 磁気抵抗センサ（１００）で凹形を用い
ることにより、素子の「ストライプ高さ」は活性領域の
中央において最小であり、オフトラック境界に向かって
増加する。ストライプ高さがオフトラック距離の二乗の
指数関数として増加するなら、実質的に一定の有効な縦
方向のバイアス磁界が活性ＭＲ素子全体で得られる。本
発明の原理はスピンバルブ（ＳＶ）および他の大磁気抵
抗（ＧＭＲ）センサで用いるのにも適用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】この発明は一般に、ディスクドライブお
よびテープドライブのようなコンピュータ大容量記憶装
置において磁気「読取」ヘッドとして用いるための磁気
抵抗（「ＭＲ」）型装置、大磁気抵抗（「ＧＭＲ」）型
装置およびスピンバルブ（「ＳＶ」）型装置の分野に関
する。特に、この発明は、実質的に単数の磁区状態を達
成し、それによってバルクハウゼンノイズを減少させる
ために素子の平面に凹形を有する磁気抵抗センサに関す
る。
【０００２】磁気抵抗センサは、誘導性または他の薄膜
ヘッドの感度を超える感度で、磁気表面からデータを読
取ることにおいて有益であることが知られている。動作
において、ＭＲセンサは感知される磁束の方向および量
の関数として磁界信号変化を検出するために用いられ
る。また、ＭＲセンサが効果的に機能するために、それ
が横方向バイアス磁界を受けてその応答を線形化しなけ
ればならないことが知られている。このような横方向バ
イアスを実現するためのさまざまな技術が知られてお
り、これには電流分路、「バーバーポール」および軟ら
かい隣接膜バイアスが含まれる。横方向バイアス磁界は
磁気媒体の平面に対して垂直に、かつＭＲセンサの表面
に対して平行に与えられる。
【０００３】磁気媒体の表面に対して平行に、かつＭＲ
センサの主軸に対して平行に延びる縦方向バイアス磁界
と関連してＭＲセンサが利用され得ることも知られてい
る。縦方向バイアス磁界によるＭＲセンサの安定化は、
バルクハウゼンノイズを抑圧するために高トラック密度
ディスクドライブでのそのアプリケーションに必要であ
る。バルクハウゼンノイズは、たとえば関連の書込ヘッ
ドまたは他の外部磁界源からの磁気妨害に引続いて現わ
れ得るＭＲ素子内の複数磁区状態のような不安定な磁気
特性から生じる。
【０００４】この点で、磁気抵抗およびスピンバルブ磁
気記録「読取」素子は、マンガン鉄（「ＦｅＭｎ」）の
ような反強磁性（「ＡＦ」）材料か、またはコバルト白
金（「ＣｏＰｔ」）、コバルト白金タンタル（「ＣｏＰ
ｔＴａ」）またはコバルト白金クロミウム（「ＣｏＰｔ
Ｃｒ」）を含む永久磁石（「ＰＭ」）層で通常安定化さ
れてオフトラック境界を固定し、活性ＭＲ素子中に単数
磁区状態を得る。しかしながら、このような境界バイア
スアプローチの有効性は、境界への距離が増すにつれて
従来の形状の（長方形または凸形）素子から磁束が漏れ
るという事実のために、活性領域の中心で低下する。こ
の不所望な磁束漏れは、関連する、再生時のバルクハウ
ゼンノイズを伴った複数磁区状態と、それに付随する不
安定問題とを生じる。
【０００５】
【発明の概要】この発明は凹形を利用して、多数磁区状
態を未然に防ぐために活性ＭＲ素子の中心に有効バイア
ス磁界を設ける。ここで提案されるような凹形を利用す
ると、素子の「ストライプ高さ」が中心では最小であ
り、オフトラック境界に向かって増加する。好ましい実
施例では、ストライプ高さがオフトラック距離の二乗の
指数関数として増加するならば、実質的に一定の有効縦
方向バイアス磁界が活性ＭＲ素子１０中に得られる。
【０００６】好ましい実施例では、凹形が空気軸受面
（「ＡＢＳ」）の中心に向かって実質的に放物線状に湾
曲でき、この形状から生じる自由極の勾配は素子の全活
性領域に対して有効バイアス磁界を誘導し、それによっ
てＭＲ素子により強固な磁気安定性をもたらす。
【０００７】ここに特に開示されるのは、その第１の側
部と第２の側部とが相互接続した活性磁気抵抗領域の対
向する第１の端部および第２の端部に隣接して配置され
た第１および第２の縦方向バイアシング素子を有する磁
気抵抗センサである。磁気抵抗領域は、第１の端部と第
２の端部との間の距離によって実質的に規定される活性
トラック幅と、第１の側部と第２の側部との間の距離に
よって規定されるストライプ高さとを含み、ストライプ
高さは実質的に中央の点に向かって第１の端部および第
２の端部からの距離とともに低下する。
【０００８】添付の図面に関連して以下の好ましい実施
例の説明を参照することによって、この発明の上述およ
び他の特徴および目的、ならびにそれらを達成する態様
がより明らかとなり、この発明自体が最もよく理解され
る。
【０００９】
【好ましい実施例の説明】ここで図１を参照すると、こ
の発明のＭＲセンサに関連した起こり得る用途でのディ
スクドライブ１０の簡略化された切取り平面図が示され
る。ディスクドライブ１０は、適切な部分に、中心軸を
中心として回転される多数のディスク１２を含む。この
発明に従ったＭＲセンサを「読取」素子として含み得る
読取／書込ヘッド１４がディスク１２の表面１８上に多
数の同心データトラックに関して位置決め部１６によっ
て位置決めされて、その磁性の硬い表面１８へのデータ
の書込みかまたはそこからのデータの読取を可能にす
る。以下に開示されるＭＲセンサはまた、テープドライ
ブおよび他のコンピュータ大容量アプリケーションと関
連して用いられてもよい。
【００１０】ここで図２（Ａ）をさらに参照すると、Ｍ
Ｒセンサ２０が示される。ＭＲセンサ２０は磁気スペー
サ層（「ＭＳＬ」）２４の上にあるＭＲ層２２と、下に
ある軟らかい隣接層２６（「ＳＡＬ」）とを適切な部分
に含む。３つの層２２−２６は磁気抵抗構造（「ＭＲ
Ｓ」）を含み、軟らかい隣接層２６が活性ＭＲ層２２に
横方向バイアスを与える。
【００１１】１対の分離層２８が１対の対向する永久磁
石領域３０とＭＲＳ構造の端部との間に間隔を設け、Ｍ
Ｒセンサ２０の活性領域のオフトラック境界を規定す
る。コンタクト３２が図示されるように永久磁石領域３
０に電気接続を与えることができ、ＭＲセンサ２０のト
ラック幅は実質的にコンタクト３２の間の距離ＴＷ1 で
あり、ＭＲ層２２の長さである。
【００１２】ここで図２（Ｂ）をさらに参照すると、自
然磁束閉鎖設計を組入れるＭＲセンサ４０の代替的な実
施例が示される。ＭＲセンサ４０は、短くされたＭＲ層
４２と、上にある磁気スペーサ層４４と、下にある軟ら
かい隣接層４６とを適切な部分に含む。３つの層４２−
４６は磁気抵抗構造を含み、軟らかい隣接層４６が活性
ＭＲ層４２に横方向バイアスを与える。
【００１３】１対の分離層４８が磁気スペーサ層４４の
一部の上にあり、これもまた、１対の対向する永久磁石
層５０とＭＲ層４２の端部との間に活性領域のオトラッ
ク境界において間隔を設ける。先行技術の実施例と同様
に、コンタクト５２が図示されるように永久磁石層５０
に電気接続を与えることができ、ＭＲセンサ４０のトラ
ック幅は実質的にコンタクト５２の間の距離ＴＷ2 であ
り、ＭＲ層４２の長さである。
【００１４】ここで図３（Ａ）をさらに参照すると、図
２（Ｂ）のＭＲセンサ４０と同様の構造のＭＲセンサ６
０の等角図が示される。ＭＲセンサ６０は磁気スペーサ
層６４の上にあるＭＲ層６２を含み、磁気スペーサ層６
４は軟らかい隣接層６６の上にある。１対の永久磁石層
７０が縦方向バイアスをＭＲ層６２に与え、そこから、
ＭＲセンサ６０の活性領域のオフトラック境界で、対応
する分離層６８によって分離される。
【００１５】この実施例では、コンタクトが永久磁石層
の上にある先行する図２（Ａ）−（Ｂ）の構成とは対照
的に、（仮想線で示される）コンタクト７２がＭＲ層６
２の上にあり、そこに直接電気接続を与え得る。次に、
ＭＲセンサ６０のトラック幅は実質的にコンタクト７２
の間の距離またはＴＷ3 であり、ストライプ高さは距離
ＳＨ1 として与えられる。
【００１６】ここで図３（Ｂ）をさらに参照すると、図
３（Ａ）のＭＲセンサ６０と同様の構造のＭＲセンサ８
０のさらなる等角図が示され、ここでＭＲセンサ８０の
活性領域は実質的に楕円形を有する。ＭＲセンサ８０
は、磁気スペーサ層８４の上にある、楕円形にパターニ
ングされたＭＲ層８２を含み、磁気スペーサ層８４は軟
らかい隣接層８６の上にある。１対の適合して成形され
た永久磁石層９０が縦方向バイアスをＭＲ層８２に与
え、そこから、ＭＲセンサ８０の活性領域のオフトラッ
ク境界で、対応して成形された分離層８８によって分離
される。
【００１７】この実施例では、ＭＲ層８２の活性領域の
オフトラック境界は、中心の長手軸に沿う距離ＡＲMAX
とＭＲセンサ８０の端部でのＡＲMIN との間で変化す
る。活性領域のストライプ高さは実質的に長さＡＲMIN
ではＳＨ2 であり、オフトラック境界に近づくにつれて
小さくなる。
【００１８】ある例において、ＭＲセンサ８０の永久磁
石層９０からの縦方向バイアスが（図示されない前端コ
ンタクト端縁を超えて）直接活性領域に通らないかもし
れないことがわかっており、これは、永久磁石層９０か
らの距離が増すにつれてより多くの磁束がギャップを超
えて漏れ得るという事実による。
【００１９】ここで図４を参照すると、この発明に従っ
たＭＲセンサ１００が示され、ここで活性領域はＡＢＳ
の方向に凹形を有する。ＭＲセンサ１００は、（ほぼ１
００Å−２５０ÅのＴａまたは他の適切な磁気スペーサ
材料を含み得る）磁気スペーサ層１０４の上にある、
（一般に２００Å−５００Åの範囲のＮｉＦｅまたは他
の適切なマンガン鉄材料であり得る）凹形にパターニン
グされたＭＲ層１０２を含み、磁気スペーサ層１０４
は、（一般に２００Å−５００Åの範囲のＮｉＦｅＭｏ
または他の適切な、軟らかい磁気材料でありうる）軟ら
かい隣接層１０６の上にある。１対の（ＣｏＰｔ、Ｃｏ
ＰｔＣｒ、ＣｏＰｔＴａまたは他の適切な永久磁石材料
を含み得る）永久磁石層１１０が縦方向バイアスをＭＲ
層１０２に与え、そこから、ＭＲセンサ１００の活性領
域のオフトラック境界で分離層１０８によって分離され
る。好ましい実施例では、分離層１０８は厚さがほぼ５
０Å−２５０Åのオーダのクロミウムのような非磁性材
料を含み得る。
【００２０】この実施例では、ＭＲ層１０２の活性領域
の形状が、中央のストライプ高さＳＨMIN と、永久磁石
層１１０に隣接するオフトラック境界でのストライプ高
さＳＨMAX との間で変化する。示される実施例の活性領
域（「ＡＲL 」）の長さは図３（Ｂ）の実施例とは異な
って実質的に一定であるが、これはそうである必要はな
く、実質的に楕円形であってもよい。
【００２１】好ましい実施例では、ＭＲ層１０２の形状
は活性ゾーンの中心への距離が小さくなるにつれて実質
的に放物線状に変化する。実際問題として、概念上理想
的な形状は、活性領域の中心線からの距離の二乗という
指数関数的に増加する関数から導くことができる。この
形状は、０電流状態（＠Ｉ＝０． ｍａ）において磁壁
で効果的に大きな曲線を描いて延びるＭＲ層２２中に均
一な有効バイアス磁界をもたらし、バイアス電流がター
ンオンされるときに単数磁区状態になる見込みがより大
きい。
【００２２】たとえば、ＭＲストライプ高さ（Ｓ）が以
下の式によって与えられるとする。 式１
【００２３】
【数１】
【００２４】ここで、Ｘ＝中心線からの距離であり、Ｋ
は指数曲線の空間定数であり、ｓ（または図４のＳＨ
MIN ）は中心での高さである。
【００２５】構造が０電流状態で（Ｍｓへの）Ｘ方向に
十分に飽和されるとき、ギャップにおける磁束密度Ｂは
断面積における変化に位置で対処しなければならない。
これは以下の式によって与えられる。
【００２６】式２
【００２７】
【数２】
【００２８】ここで、Ｔ＝厚さであり、２．は２つのギ
ャップ、すなわち頂部および底部から生じる。
【００２９】式１の導関数を式２に代入すると以下の式
が与えられる。 式３
【００３０】
【数３】
【００３１】この磁束密度は磁気電位差Ｖによってギャ
ップを横切って運ばれる。これは以下の式によって与え
られる（空気中ではＢｇａｐ＝Ｈｇａｐであり、式３か
らの代入があることに注目されたい）。
【００３２】式４
【００３３】
【数４】
【００３４】ここで、Ｇ＝読取ギャップである。この電
位はＭＲ層２２の幅にわたって線形的に変化する。この
電位の勾配は、式４の導関数によって与えられる縦方向
有効バイアス磁界Ｈに対応する。
【００３５】式５
【００３６】
【数５】
【００３７】たとえば、Ｇ＝．２５ｕ、Ｔ＝．０５ｕ、
Ｍｓ＝１０，０００ガウス、およびＫ＝．１／ｕ* ｕで
ある場合を考える。この場合、中心での有効バイアス磁
界は以下のとおりである。
【００３８】Ｈ＝１２．５エルステッド 上述の例では、式５の大きな空間定数（Ｋ＝０．１／ｕ
* ｕ）は、不所望な磁壁を消滅させるのに十分である以
上の強さのバイアス磁界につながる。１．５ｕのストラ
イプ高さでは、有効Ｈｋのこのような増加による効率の
損失が、以下にさらに説明されるように約２．４％にす
ぎない。実際的には、最適なトレードオフが、０電流条
件において磁壁を消滅させるのに信頼可能に十分である
バイアスであり、これはカー顕微鏡において裸のＭＲ素
子で実験的に決定できる。Ｈｋ（たとえば４エルステッ
ド）のオーダのバイアス磁界が目下十分であると考えら
れており、Ｋ＝０．０３２／ｕ* ｕの定数がこの大きさ
のバイアス磁界を与えるであろう。
【００３９】このような低い値のＫでは、指数が単純放
物線の指数に非常に近い。式１を展開すると以下の式が
与えられる。
【００４０】式６
【００４１】
【数６】
【００４２】永久磁石層１１０が中心線から３ｕであれ
ば、中心から永久磁石層１１０に移るにつれてのストラ
イプ高さの全増加は正確な公式（式１）では３３％であ
り、放物線の近似値では２９％である。中心のストライ
プ高さがｓ＝１．５ｕであると、これはＰＭではわずか
０．５ｕの増加である。前端コンタクト境界（たとえば
中心線から１．５ｕ）で、増加は中心線のストライプ高
さＳＨMIN の７％にすぎない。
【００４３】センス電流がターンオンされ、磁化が４５
度回転するとき、有効Ｈｋの増加が実質的に低下する。
この条件での有効Ｍｓ* Ｔは、以下にさらに説明される
ように０電流条件のわずか４２％である。したがって、
有効ＭＲ透磁率の低下はわずか３０％であり、５０％で
はない。信頼できる安定性を達成する最低値にＫを調節
することによって、有効透磁率への影響が低減できる。
１２．５エルステッドの有効バイアスでさえあっても、
信号の損失は無視できるものであり、ほぼ２．４％であ
る。
【００４４】増加したバイアスの、ＭＲ効率に対する影
響は以下のように説明でき、ここで遮蔽された素子にお
ける信号磁束は以下の式のとおりである。
【００４５】式７
【００４６】
【数７】
【００４７】ここで、ｓ＝ストライプ高さ、Ｙ＝ＡＢＳ
からの距離、Ｇ＝ギャップ、ｕ＝比透磁率、Ｔ＝ＳＡＬ
１０６なしでのＭＲ素子の厚さ、およびｃ＝以下の式に
よって与えられるＭＲの空間減衰定数である。
【００４８】式８
【００４９】
【数８】
【００５０】ただし、Ｇ＝．２５ミクロン、Ｔ＝．０３
ミクロンおよびｕ＝２５００である。
【００５１】これが正しい組の式であることの証明が続
き、ｕ＝無限大に対する素子の効率が以下の式として与
えられ得る（積分Ｂ ｄｙの最大＝０．５* Ｂｏ* ｓで
あることに注意されたい）。
【００５２】式９
【００５３】
【数９】
【００５４】式１０
【００５５】
【数１０】
【００５６】式１１
【００５７】
【数１１】
【００５８】式８および１０は、バイアス磁界のために
低下した有効透磁率に対する効率損失の数値を求めるた
めに用いることができる。センス電流がＹ方向に軟らか
い隣接層１０６を飽和させ、ＭＲ層１０２を４５度回転
させるとき、放物線状の形状をしたＭＲ層１０２から生
じるバイアス磁界がより小さい。この条件では、Ｘ方向
への正味の磁化は回転されない場合の４２％にすぎな
い。
【００５９】式１２
【００６０】
【数１２】
【００６１】したがって、センス電流を伴わない１２．
５エルステッドのバイアスが、センス電流がオンである
５．２エルステッドのバイアスとなる。Ｈｋが４エルス
テッドであるならば、有効Ｈｋは９．２である。したが
って、透磁率は１０８７であり、空間定数ｃは９．２／
４の平方根の因数によって増加される。すなわち、ｃ
＝．３３である代わりにｃ＝．５である。ｓ＝１．５ミ
クロンに対してこれら２つのｃの値を式１０に代入する
とそれぞれ９５．６％および９８％の効率が与えられ、
これはすなわちわずか２．４％の低下である。
【００６２】式７がＢに対する正しい式であることの証
明が以下のとおりである。信号磁束密度Ｂは、素子にお
いてＢを下げる磁気電位Ｖに応答してギャップを超えて
漏れる。
【００６３】式１３
【００６４】
【数１３】
【００６５】漏れ磁束Ｂｌ（２ギャップ）は以下のとお
りである。 式１４
【００６６】
【数１４】
【００６７】この磁束は（式１４の代入と式１３の微分
とによって）Ｂから減ずる。 式１５
【００６８】
【数１５】
【００６９】式７の導関数と式７の微分とをとると以下
の式が与えられる。 式１６
【００７０】
【数１６】
【００７１】項を消去すると以下のとおりである。 式１７
【００７２】
【数１７】
【００７３】したがって、式８の二乗が得られる。 式１８
【００７４】
【数１８】
【００７５】したがって、式７および式８はともに微分
方程式を満たす。式７がＹ＝０でＢ＝Ｂｏとなり、Ｙ＝
ｓでＢ＝０となることは容易に確かめられる。
【００７６】以下のように、ＰＭ／ＭＲ接合部からの距
離が従来の長方形素子での０．８４ミクロンよりも大き
いと、０センス電流での永久磁石バイアス磁界ＨがＨｋ
未満になることが示され得る。ＰＭからＸ（ミクロン）
の距離で、ほぼ正確な幾何学的変数に対する、ＭＲ層１
０２に平行な、永久磁石層１１０の磁界が以下の式によ
って与えられる。
【００７７】式１９
【００７８】
【数１９】
【００７９】これはより詳細には以下のように得られ
る。これは源からＸ＝０．８４ミクロンでＨｋ（４エル
ステッド）に下がることが容易に確かめられる。したが
って、あるＭＲセンサのＰＭ磁界が境界安定化の機能を
行なうが、これは活性領域に及ばない。しかしながら、
これは、永久磁石および電気接続が同時に存在する設計
では問題ではないことが示されている。この点で、そこ
にある余分なバイアスのためにＰＭに近い領域に不利益
がある。ＰＭから１／３ｕでは、センス電流がオフであ
るときにバイアスは１００エルステッドであり、それが
オンであるときにほぼその２倍である。上の式１１か
ら、これは、効率が５０％未満に下がり、かつこの領域
の低バイアス角に関連した対称問題もあり得る点であ
る。いずれにせよ、２／３ミクロン（各側に１／３ｕ）
の不使用領域が２ｕの読取幅のかなりの部分である。上
に開示されたＭＲセンサ１００に凹形を用い、注意深く
調整された永久磁石層１１０の厚さ（Ｍｒ* Ｔがちょう
ど十分である）を用いることによって、この問題が回避
できる。
【００８０】式１９に関して、永久磁石層１１０とＭＲ
層１０２との接合部が磁気チャージ（または磁束）の源
であると考えられ得る。その磁束のほとんどがＭＲ層１
０２から引出され、以下の式によって与えられる、磁束
Ｆの残留量を残す。
【００８１】式２０
【００８２】
【数２０】
【００８３】ここで、ＴＰｍ、Ｔｍｒ、Ｔｓａｌは永久
磁石層１１０の厚さであり、ＭＲ層１０２、軟らかい隣
接層１０６、およびＭＲｐｍ、ＭＳｍｒ、ＭＳｓａｌは
対応する残留磁化および飽和磁化である。この磁束の磁
気チャージ源は、交互の符号で２* Ｇ（シールド分離に
対するＧ＝ＭＲ）の半周期間シールドに繰返して写され
る。源からの距離Ｘでは、ＸおよびＹ（底部シールドで
はＹ＝０）の関数として磁界のＸ成分は以下のとおりで
ある。
【００８４】式２１
【００８５】
【数２１】
【００８６】これは、全磁束Ｆを出す周期的な点状磁束
源に対する２つの次元でのポアソンの式に対する解であ
る。Ｙ＝Ｇでは、（ＭＲの平面で）Ｂは以下の式のとお
りである。
【００８７】式２２
【００８８】
【数２２】
【００８９】この列での最低の項はちょうど２* Ｇのビ
ット空間に対するウォーレスの間隔損失式であり、正確
な比例定数を得るために微分が必要とされる。
【００９０】式２３
【００９１】
【数２３】
【００９２】１０，０００と等しい磁化と、それぞれ．
０９ミクロン、．０３ミクロン、および．０２ミクロン
として近似値を求められる永久磁石層１１０、ＭＲ層１
０２、および軟らかい隣接層１０６の厚さと、．２５ミ
クロンとして近似値を求められるギャップとで式１９を
用いる。
【００９３】式２４
【００９４】
【数２４】
【００９５】以下の議論では、ＭＲバイアス点への有効
バイアス磁界の効果が判断でき、ＭＲセンサ１００にお
いてのような凹形のＭＲ形状によって誘導されるバイア
ス磁界が、５度以上バイアス点を変化させずに、０電流
状態で１２エルステッドもの高さとなり得る。この変化
は、ＭＲ層１０２と軟らかい隣接層１０６との厚さを調
節してバイアス点をその現在の値に回復させることによ
って補正できる。
【００９６】軟らかい隣接層でバイアスされる型のＭＲ
センサにおいて、ＭＲはＳＡＬの自由極とＳＡＬの電流
とによってバイアスされる。ＭＲの回転が理想的である
とき、その消磁界にｓｉｎ（Ｔｈｅｔａ）* Ｈｋｅｆｆ
ｅｃｔｉｖｅを加えたものがこれを釣合わせる。バイア
ス角Ｔｈｅｔａにおける相対的に均一な配分がこれによ
って達成される（Ｈｋｅｆｆｅｃｔｉｖｅ＝Ｈｋ＋Ｈｓ
ｈａｐｅ＋Ｈｐｍ（Ｈｐｍはセンス電流のバイアス点で
の活性領域におけるＰＭ磁界である）であることに注意
されたい）。第１近似では、バイアス点での有効Ｈｋが
Ｈｋ＋Ｈｓｈａｐｅである。形状（またはストライプ高
さ）は式１においてこれまでに示されたようにＳ＝ｓ*
ｅｘｐ（Ｋ* （Ｘ* * ２））によって与えられる。バイ
アス点でのＨｓｈａｐｅは上述されたようにＩｓｅｎｓ
ｅ＝０ではＨｓｐａｃｅよりもはるかに小さい。バイア
ス点では、４５度のバイアス角に対してＨｓｐａｃｅ＝
Ｈｓｐａｃｅ（Ｉ＝０）* ．４１（４０度に対して０．
４７）である。しかしながら、Ｈｋのこのような増加は
以下にさらに説明されるようにバイアス点での信号磁束
を妨げない。
【００９７】センス電流が低い値でさえあっても、軟ら
かい隣接層１０６はより低い抵抗のＭＲ層１０２におけ
るより大きな電流によって飽和条件におかれる。したが
って、ＳＡＬバイアスが一層保証される。
【００９８】これは以下のように示されることができ、
ＳＡＬの自由極によって正確に中和されるＭＲの自由極
に対するＨｋｅｆｆｅｃｔｉｖｅは次の式のとおりであ
る。
【００９９】式２５
【０１００】
【数２５】
【０１０１】ここで、Ｉｓａｌは軟らかい隣接層１０６
における電流であり、Ｓはストライプ高さであり、Ｈｓ
ａｌは、ＳＡＬの電流によって発生される、ＭＲ層１０
２における磁界であり、Ｈｓｐｓｃｅｒは、スペーサの
電流によって発生される、ＭＲまたはＳＡＬにおける磁
界であり、２は完全にＳＡＬの周囲に延びる磁界経路の
長さから生じる。
【０１０２】典型的なジオメトリでの１６ｍａのセンス
電流では、ＳＡＬにおける電流は４．１７ｍａであり、
磁気スペーサ層１０４における電流は０．３４ｍａであ
る。１６ｍａのバイアス電流は軟らかい隣接層１０６、
磁気スペーサ層１０４、およびＭＲ層１０２の間をそれ
らの厚さおよび抵抗性に従って分かれる。したがって、
４．１７ｍａ、０．３４ｍａ、および１１．４６ｍａの
電流が２６０Å、１００Å、および３００Åの厚さと、
６２μ−Ｏｈｍ−ｃｍ、２６９μ−Ｏｈｍ−ｃｍ、およ
び２６μ−Ｏｈｍ−ｃｍの抵抗性とにそれぞれ対応す
る。Ｓ＝２．７ミクロンをとると、Ｈｋｅｆｆｅｃｔｉ
ｖｅ＝８３５アンペア／Ｍまたは１０．５エルステッド
が得られる。Ｈｋ* ｓｉｎ（Ｔｈｅｔａ）に対して２．
６エルステッドを引き、活性領域においてＨｐｍ＝０で
あることに注目すると、Ｈｅｘｃｅｓｓ＝７．９エルス
テッドが与えられる。この余分な磁界がＨｓｈａｐｅに
よってセンス電流の「オン」バイアスされた条件におい
て正確に釣合わされ、次にセンス電流の「オフ」条件に
おいて正確に釣合わされるならば、Ｈｓｈａｐｅはこの
値の１／．４７倍または１７エルステッドである。した
がって、かなりの量のＨｓｈａｐｅが（素子が均一にバ
イアスされる（たとえばｓｉｎ（Ｔｈｅｔａ）＝Ｍｒ*
Ｔｓａｌ）／（Ｍｒ* Ｔｍｒ））この点の前に許容でき
る。
【０１０３】実際、端縁から端縁への均一なバイアスを
得るために、この効果が指数関数的に成形されたＭＲ層
１０２で用いられ得る。この形状からの有効Ｈｋの増加
（Ｈｓｈａｐｅ＋Ｈｋ）を軟らかい隣接層１０６におけ
る電流からの磁界と調和させることによって、この均一
な回転角の値がＭＲ層１０２／ＳＡＬ１０６の厚さ比で
最適な点に高められ得る。このように、飽和からの非線
形性がより大きなダイナミックレンジを達成しながら回
避できる。
【０１０４】図３（Ａ）のこれまでの例（たとえばＫ＝
０）に示されるような長方形のＭＲ素子では、Ｈｓｈａ
ｐｅがないのでＨｅｆｆｅｃｔｉｖｅ＝Ｈｋ＝４エルス
テッドである。しかしながら、軟らかい隣接層６６およ
び磁気スペーサ層６４における電流からの磁界はこれよ
りもはるかに大きい（１０．５エルステッド）。したが
って、端部近くのＭＲ層６２が４０度であっても、この
磁界はこれをストライプの中心近くで９０度に変化させ
る。Ｔｈｅｔａが増すにつれて、ｓｉｎ（Ｔｈｅｔａ）
の勾配がストライプに自由極を配分する。これらの自由
極の勾配は、軟らかい隣接層６６における電流からの余
分な磁界（７．９エルステッド＝１０．５−４．* ｓｉ
ｎ（Ｔｈｅｔａ））に抵抗する磁界を発生する。
【０１０５】この状況の分析が続き、端部で４０度に固
定された成形されていないＭＲセンサ６０（図３
（Ａ））が中心において最大の５６度まで回転すること
を示す。ｓｉｎ（Ｔｈｅｔａ）の平均値が素子の磁束感
度を決定する。これは５０度の重み付平均角に相当す
る。
【０１０６】他方、Ｋ＝．１（Ｈｓｐａｃｅ（＠Ｉ＝
０）＝１２エルステッド）で成形されたＭＲセンサ１０
０（図４）は最大４９度まで回転する。（ｓｉｎ（Ｔｈ
ｅｔａ）による）Ｔｈｅｔａの重み付平均は４６度であ
る。ＭＲ層１０２対ＳＡＬ１０６の厚さの比を調節する
ことによって、平均角の増加で感度を補償しながら、抵
抗が同じままに維持できる。補償なしでは、ここに開示
される、高く成形された、バイアスされたＭＲセンサ１
００はＫ＝０の素子の感度の９２．６％を有するであろ
う（．９２６＝ｓｉｎ（４５．２）／ｓｉｎ（５
０））。
【０１０７】成形されたＭＲ層１０２の厚さを３００Å
から２９３Åに減少させ、ＳＡＬ１０６の厚さを２６０
Åから２７７Åに増加させると、ＭＲＳ構造の抵抗が以
前と同じままであり、したがって、所与の電流での電力
密度がこれまでと同じである。ＳＡＬ１０６のコンダク
タンスがＭＲ層１０２により多くロードしても、ＭＲ層
１０２の抵抗の、磁束の単位当りの変化はより大きく、
ローディング効果を正確に補償する。このジオメトリの
変化はバイアス角度を端部で４５度にし、（中心での）
最大角をこれまでの値の５３度にする。したがって、ハ
イサイドでのダイナミックレンジは３度分よりよいが、
ローサイドではそれは５度向上されている。この補償
で、重み付平均角はちょうどこれまでの設計の成形され
ていない値まで増加する。ダイナミックレンジの利得が
バイアス角をさらに大きくするために用いられるなら
ば、ＭＲセンサ１００の設計はこれまでの設計よりも感
度を数％高めることができるであろう。以下に続く分析
が、これまでに示されたように磁束の効率には本質的に
損失がないという事実をさらに裏付ける。
【０１０８】以下に、空気軸受面（ＭＲ層１０２の凹形
部分の反対の、図４の断面に示されるＭＲセンサ１００
の面）からの距離に対するバイアス角の分析が続き、先
行する式の記号および式を仮定する。ＳＡＬ１０６は、
端部（Ｙ＝０．およびＹ＝Ｓ＝ストライプ高さ＝２．７
ミクロン）に近い小さい領域を除いて（ＡＢＳから離れ
て）Ｙ方向にその全スパンにわたって十分に飽和してい
ると考えられ得る。これは、ＭＲ層１０２および磁気ス
ペーサ層１０４における電流の磁界が２７．５エルステ
ッドのバイアス磁界をＳＡＬ１０６上に発生するためで
ある（スペーサの周囲のＨの積分＋ＭＲ＝ｕ* （Ｉｍｒ
＋Ｉｓｐａｃｅｒ）、ＩＭＲ＝１１．４６ｍａおよびＩ
ｓｐａｃｅｒ＝．３４ｍａ、ただしＩ＝１６ｍａ）。十
分に飽和していない領域は０の磁気スペーサ層１０４の
厚さに対して０に減少する。１００Åの磁気スペーサ層
１０４では、Ｈｋが無視されるならばこのギャップ* ２
*スペーサにおけるＨｇｓはｕ* （Ｉｍｒ＋Ｉｓｐａｃ
ｅｒ）より大きいに違いない。
【０１０９】また、遷移領域の面積にわたって積分され
たこの磁界はＳＡＬ１０６（Ｍｒｓａｌ* Ｔｓａｌ）に
おける全磁束である。遷移ゾーン幅ＴＺＹにかけて一定
なものとしてこの磁界の近似値を求めると（Ｍｒｓａｌ
＝７．５００ガウス）以下のとおりである。
【０１１０】式２６
【０１１１】
【数２６】
【０１１２】したがって、ＴＺＷ＝Ｔｓａｌ＝２６０Ａ
＝ストライプ高さの１％である。したがって、この遷移
領域は効果的に無限小である（交換力がこのレベルに入
る）として無視できる。さらに、ＳＡＬ１０６の磁束が
ＭＲ層１０２にちょうど端部で十分に入り、こうしてそ
れを以下のような角にバイアスする。
【０１１３】式２７
【０１１４】
【数２７】
【０１１５】端部からの距離が増えるにつれ、Ｔｈｅｔ
ａはＳＡＬ１０６および磁気スペーサ層１０４の電流か
らの磁界によってより大きい角度になり、これは以下の
式によって表わされる。
【０１１６】式２８
【０１１７】
【数２８】
【０１１８】Ｔｈｅｔａはさらにｓｉｎ（Ｔｈｅｔａ）
の勾配よりもたらされる自由電荷の勾配から、ＭＲ層１
０２のＨｋ、形のＨｓｈａｐｅ、および磁界Ｈｑによっ
てより小さい角度になる。
【０１１９】ＨｋおよびＨｓｈａｐｅはＸ方向における
磁界である。センス電流がオンの場合、Ｈｓｈａｐｅは
以下によって与えられる。
【０１２０】式２９
【０１２１】
【数２９】
【０１２２】これはＨｋに加えられて、以下によりＨｋ
ｅｆｆｅｃｔｉｖｅをもたらす。 式３０
【０１２３】
【数３０】
【０１２４】バイアス角Ｔｈｅｔａは以下に従ってこれ
らの競合する力すべてを調整しようとする。
【０１２５】式３１
【０１２６】
【数３１】
【０１２７】ＭＲ層１０２の自由極からの磁界Ｈｑは、
その源である磁気電位Ｖｑを考慮して得ることができ
る。
【０１２８】式３２
【０１２９】
【数３２】
【０１３０】ここでＢｑはｓｉｎ（Ｔｈｅｔａ）の勾配
によって発生する自由極からもたらされるギャップの磁
界である。
【０１３１】式３４
【０１３２】
【数３３】
【０１３３】ここで２はＭＲ層１０２から磁気接地電位
であるシールドに磁束が漏れる２つのギャップからく
る。式３２、３３および３４を合わせると以下のように
なる。
【０１３４】式３５
【０１３５】
【数３４】
【０１３６】式２９、３０、３１および３５を合わせる
と以下のようになる。 式３６
【０１３７】
【数３５】
【０１３８】上記からわかるように、この式の２つ目の
項は難しい非線形の微分方程式を示す。しかし、これを
扱いやすくする２つのファクタがある。成形されていな
い素子に対して、Ｈｓ＝０なので、この項は消える。４
５度ぐらいまでバイアスされる成形された素子では、こ
の２つ目の項は方程式において事実上定数となる。さら
に、この項が実質的に一定なので、ＭＲ層１０２の微分
透磁率はＨｓによって変わらないので、本質的にはＨｓ
の効率的影響はない。したがって以下の式が得られる。
【０１３９】式３７
【０１４０】
【数３６】
【０１４１】これを式３６に代入し、Ｕ＝ｓｉｎ（Ｔｈ
ｅｔａ）を代入すると以下の式となる。
【０１４２】式３８
【０１４３】
【数３７】
【０１４４】以下を代入する。
【０１４５】
【数３８】
【０１４６】すると次の式が得られる。 式３９
【０１４７】
【数３９】
【０１４８】この式は次の形の解を有する。 式４０
【０１４９】
【数４０】
【０１５０】この状態の対称は次を求める。 式４１
【０１５１】
【数４１】
【０１５２】ここでＥは式２６に従って端部において
（＠Ｚ＝＋／−１．，Ｗ＝ｓｉｎ（Ｔｈｅｔａｏ）−
（Ｈｉ−Ｈｓ）／２）／Ｈｋ））正しい角度（Ｔｈｅｔ
ａo ）を与えるために調整される。すなわち以下のよう
になる。
【０１５３】式４２
【０１５４】
【数４２】
【０１５５】Ｕを式４１に代入し、Ｗ＝Ｕ−（Ｈｉ−Ｈ
ｓ／２）／Ｈｋ）により以下の式が得られる。
【０１５６】式４３
【０１５７】
【数４３】
【０１５８】ＭＲセンサ１００の感度を計算するために
は、信号磁束で畳み込まれたＵの平均値がまだ必要であ
る。Ｕが該当する変数であることを見るには、ＭＲ応答
は以下のとおりであることに注意しなければならない。
【０１５９】式４５
【０１６０】
【数４４】
【０１６１】磁束Ｆはｓｉｎ（Ｔｈｅｔａ）であり、そ
の変化ｄＦ／ｄＴｈｅｔａ＝ｃｏｓ（Ｔｈｅｔａ）なの
で、以下が得られる。
【０１６２】式４７
【０１６３】
【数４５】
【０１６４】したがって、１単位の信号磁束ｄＦは、ｓ
ｉｎ（Ｔｈｅｔａ）＝Ｕに比例して信号電圧をもたら
す。したがって、これはＺの関数として信号磁束に畳み
込まなければならない。高い効率の素子では、磁束はギ
ャップにわたり均一に漏れ、したがって線形的にＺ＝−
１（空気軸受面）からＺ＝＋１（離れた端部）までゼロ
に減少する。したがって、適する概算としては次が得ら
れる。
【０１６５】式４８
【０１６６】
【数４６】
【０１６７】これを式４６に代入し、−１から１まで積
分すると以下が得られる。 式４９
【０１６８】
【数４７】
【０１６９】Ｕはゼロを中心に対称的であり、Ｚは非対
称であるので、Ｚ* Ｕの項は何も寄与しない。したがっ
て、必要なのは、上記で述べたようにその素子に積分さ
れたＵである。式４４を代入すると以下のようになる。
【０１７０】式５０
【０１７１】
【数４８】
【０１７２】以下を定義する。 式５１
【０１７３】
【数４９】
【０１７４】したがって、ＭＲセンサ１００の感度は式
５１に示されるものに比例する。上記で説明した幾何学
を用いて、最大バイアス角ＴｈｅｔａｍｅｘおよびＵａ
ｖｅに対応する角度Ｔｈｅｔａａｖｅ＝ａｒｃｓｉｎ
（Ｕａｖｅ）を計算することができる。Ｋ＝０およびＫ
＝．１に対して、計算は以下のようになる。
【０１７５】式２９から、Ｈｓ＝Ｋ* Ｇ* Ｍｒｍｒ* Ｔ
ｍｒ＝．１* ．２５* １０，０００．* ．０３−７．５
エルステッドただしＫ＝．１ 式３８および３９の定義から、Ｃ＝ミクロン当り．４４
１。
【０１７６】式２８から、Ｈｉ＝１０．５エルステッ
ド。全体としてＨｋ＝４エルステッド。
【０１７７】式４４から、Ａの定義はＡ＝（Ｈｉ−Ｈｓ
／２）／Ｈｋである。Ｋ＝０に対してＡ＝２．６３およ
びＫ＝．１に対してＡ＝１．６９。
【０１７８】式２７および４２から以下が得られる。
【０１７９】
【数５０】
【０１８０】Ｋ＝０に対してＥ＝−．９およびＫ＝．１
に対して−．４７。最大角はＺ＝０で起こるので、式４
４から以下が得られる。
【０１８１】式５２
【０１８２】
【数５１】
【０１８３】Ｋ＝０に対してＴｈｅｔａｍａｘ＝５６．
１度およびＫ＝．１に対して４８．６度。
【０１８４】式５１から以下が得られる。 式５３
【０１８５】
【数５２】
【０１８６】Ｋ＝０に対してＴｈｅｔａａｖｅ＝５０．
５度およびＫ＝．１に対して４６度。
【０１８７】したがって、平均重量バイアス角において
たった４．５度の差しかない。これは以下の感度比に対
応する。
【０１８８】
【数５３】
【０１８９】これはＭＲ／ＳＡＬ厚さに何ら補正が行な
われない場合である。他方で、厚さが以下の条件によっ
て補正されるのなら、Ｋ＝０およびＫ＝．１の差は消え
る。これらの条件とは、合計の抵抗が同じであり（同じ
バイアス電流において同じ熱出力密度）および各設計に
対するＴｈｅｔａａｖｅが同じである（同じ平均バイア
ス点）。
【０１９０】もしＴｍｒが３００Åから２９３Åであ
り、Ｔｓｅｌが２６０Åから２７７Åであるなら、これ
らの条件は満たされる。例示的設計において、抵抗の状
態が以下のように保たれるのはわかる。
【０１９１】
【数５４】
【０１９２】それに対して、本発明では以下のようにな
る。
【０１９３】
【数５５】
【０１９４】したがってＲｔは変わっていない。Ａは自
動的に変わらず（Ａ＝１．６９）、例示的設計において
主な変化はｓｉｎ（Ｔｈｅｔａ）＝Ｍｒｓａｌ* Ｔｓａ
ｌ／Ｍｒｍｒ* Ｔｍｒ＝．６５である。本発明では以下
のとおりである。
【０１９５】
【数５６】
【０１９６】Ｃは相対的に殆ど変わらず、１／ｓｑｒｔ
（Ｔｍｒ）に比例するので、次が得られる。
【０１９７】
【数５７】
【０１９８】式４２からＥを求めると以下のようにな
る。
【０１９９】
【数５８】
【０２００】式５３から以下が得られる。
【０２０１】
【数５９】
【０２０２】したがって、Ｔｈｅｔａａｖｅ＝ａｒｃｓ
ｉｎ（Ｕａｖｅ）＝５０．４度。これは例示的設計のＫ
＝０値と有利に比較し得る。しかし、Ｔｈｅｔａｍａｘ
およびＴｈｅｔａｍｉｎに対して、動的範囲においてさ
らによい。
【０２０３】Ｔｈｅｔａｍａｘは式５２のＵｍａｘから
引出される。
【０２０４】
【数６０】
【０２０５】例示的Ｋ＝０設計の５６．１度に対して、
Ｔｈｅｔａｍａｘ＝ａｒｃｓｉｎ（Ｕｍａｘ）＝５３．
１度。
【０２０６】したがって、Ｔｈｅｔａｍａｘと飽和との
間にさらに３度ある。Ｔｈｅｔａｍｉｎは前は４０．５
度であったが、新しい設計においては４５．２度であ
る。したがって、低い側において４．７度の余裕が得ら
れる。
【０２０７】残る１つの問題は、新しい設計におけるＭ
Ｒ素子は、より薄いという理由により磁束の単位に対し
てより大きいｄＲ／Ｒで応答することである。これは上
記で計算された改良されたバイアス点のマージンの半分
を使ってしまう（厚さ比は１．０２およびｓｉｎ（５
６）／ｓｉｎ（５３）＝１．０４）。信号の強さの利得
（２％）はより厚いＳＡＬ１０６からのより大きなロー
ドダウン効果によりオフセットされる。偶然に、これら
の２つの効果はちょうど取消される。これを示すため
に、新しい設計対前の設計のロード効果比（Ｌｏａｄ
Ｎｅｗ／ＬｏａｄＯｌｄ）は以下のとおりである。
【０２０８】
【数６１】
【０２０９】前の抵抗計算からＲｓａｌｏｌｄ／Ｒｍｒ
ｏｌｄ＝２．７４を用いると、新しい比は以下のとおり
である。
【０２１０】
【数６２】
【０２１１】Ｔｍｒｏｌｄ／Ｔｍｒｎｅｗ＝０．９７７
であるので、２つの効果はちょうど取消される。
【０２１２】ＭＲセンス素子に対して単一の磁区バイア
スを確保するために上記で記載した本発明の凹所センサ
の形は、スピンバルブ（ＳＶ）および大磁気抵抗（ＧＭ
Ｒ）センサにも用いることができる。スピンバルブの用
語は特定のＧＭＲ型センサに適用される。スピンバルブ
センサ１１１の一例は図５に示される。この型のＧＭＲ
センサでは、磁気層の半分は反強磁性層とのコンタクト
によって固定される。反強磁性層１２２はたとえばＭｎ
Ｆｅ（５０％−５０％）、ＮｉＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ／Ｃ
ｏＯ、ＮｉＦｅＭｎ、または多くの他の材料を含み得
る。反強磁性層１２２は接触している磁気層１１６の磁
化を、矢印１２８で示される横方向の磁気配向にする
（または固定する）。磁気層１１６はＣｏ、Ｆｅ，Ｎ
ｉ、これらの元素の合金、または電気を伝える他の強磁
性材料を含み得る。磁気層１１６はこれらの材料からな
る複数の層にさらに分けることができる。これらのさら
に分けられた層の一部が主にＣｏを多く含むことは最も
大きいＧＭＲ効果をもたらす。
【０２１３】この固定された強磁性層１１６の上には、
たとえばＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、または他の多数の高い導電
性の材料を含む導電性スペーサ層１１４がある。銅は最
も高いＧＭＲ効果を示すことが見出されている。自由に
回転する強磁性層１１２は、縦方向のバイアス磁界１２
４、自由層１１２の凹形、および縦方向に流れるセンス
電流１３０によって縦方向１２６に磁化される。層１１
２はＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉまたは他の電気的に導電性の強磁
性材料の単一または複数の混合層を含み得る。最も強い
ＧＭＲ効果はＣｏを主に含む合金によって得られるが、
これらの合金は複数の磁区をもたらす高い保磁力を有
し、それによってバルクハウゼンノイズをもたらす。こ
のため、その低い保磁力によりＮｉＦｅ（８０％−２０
％）がよく用いられる。自由層１１２で凹形を用いるこ
とは、より大きいＧＭＲ効果を伴うより高い保磁力のコ
バルト合金を用いる場合、またはＮｉＦｅをより信頼を
持って用いる場合に、十分な縦方向のバイアスをもたら
すことができる。
【０２１４】縦方向のバイアス磁界１２４は、磁化が矢
印１２４によって示される永久磁石構造１２０によっ
て、自由層の端部で始まる。この縦方向のバイアス機能
は、自由層１１２の端部がバイアス層の永久磁石構造１
２０の上または下に延在しているのなら第２の反強磁性
構造によって与えることができ、自由層１１２の端部を
固定する第２の反強磁性材料を含み得る。
【０２１５】自由層１１２の凹形は図６に示されるよう
に、２つのシールド１３２間に効果的な縦方向のバイア
スを発生させる。前記に記載した数学的分析はこれが当
てはまることを示し、さらにこの凹所が十分でなけれ
ば、スピンバルブ構造またはＭＲ装置の遮蔽された素子
の中心において無視できるバイアスをもたらすことを示
す。成形パラメータＫを適切に調整すること（式１参
照）は、式５によって与えられる効果的なバイアス磁界
Ｈ（１２６）をもたらす。このバイアス磁界がスピンバ
ルブ構造の保磁力よりかなり高く設定されるのなら、単
数の磁区が自由層にもたらされる。この単一の磁区構造
により、媒体からの磁気信号磁束に応答して自由層が円
滑に回転するのを可能にする。したがって、抵抗は以下
の式に従って滑らかに（バルクハウゼンノイズなしで）
変わる。
【０２１６】式５４
【０２１７】
【数６３】
【０２１８】ここで、Ｐｈｉは自由層１２６の磁化方向
と固定された層１１６の磁化方向との間の角度である。
この抵抗における変化はこれらの２つの層間のＧＭＲ効
果によってもたらされる。電流の流れに対する抵抗は、
２つの層が平行（Ｐｈｉ＝０）の場合は最小であり、対
向する（Ｐｈｉ＝１８０度）の場合最大である。媒体か
らの信号磁束がない場合には、角度Ｐｈｉが９０度であ
るよう、固定層１１６の静的磁気磁界１２８をバランス
するよう、センス電流は最適に調整される。信号磁束お
よび最大動的範囲に対する最大感度はこのように得られ
る。
【０２１９】具体的な装置の構造および薄い分離層に関
連して永久磁石薄膜バイアスに関連して、本発明の原理
が以上のように記載されているが、上記の記載は一例で
あり、本発明の範囲に対して限定するものではない、特
に、本発明の原理は反強磁性縦方向バイアス技術、スピ
ンバルブ型センサ、ＧＭＲ装置、および分離層を用いな
いＭＲ装置にも適用できる。さらに、特定の実施例にお
いてディスクドライブの読取ヘッドとして示されている
が、本発明はテープドライブおよび他のコンピュータの
大記憶容量の応用においてセンサとして用いるのにも適
用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁気「読取」ヘッドとしてこの発明の凹形ＭＲ
素子の１つのアプリケーションを構成する従来のディス
クドライブの簡略化された切取平面図である。
【図２】（Ａ）は、磁気抵抗構造（「ＭＲＳ」）を生じ
るために、ＭＲ層と関連して、軟らかい隣接層（「ＳＡ
Ｌ」）と上に載る磁気スペーサ層（「ＭＳＬ」）とを含
む、永久磁石でバイアスされたＭＲ素子の簡略化された
空気軸受面（「ＡＢＳ」）図であり、（Ｂ）は、ＭＲ層
が下にあるＳＡＬ層およびＭＳＬ層に対して短くされて
磁束閉鎖設計を生じる、永久磁石でバイアスされたＭＲ
素子のＡＢＳのさらなる簡略図である。
【図３】（Ａ）は、ＭＲ層の端部と永久磁石層の端部と
の間の分離層と、ＭＲ層に接触し、かつ活性領域のトラ
ック幅を規定する導体の代替的な配置とをさらに説明す
る、図２（Ｂ）のＭＲ素子の等角図であり、（Ｂ）は、
同心円状に成形された導電領域を有するＭＲ素子のさら
なる等角図である。
【図４】永久磁石薄膜縦方向バイアス技術を利用する、
この発明の特定的な実施例に従った凹形の活性領域を有
するＭＲセンサの簡略等角図である。
【図５】この発明の別の実施例に従った凹形の自由層を
有するスピンバルブ型大磁気抵抗センサのさらなる簡略
等角図である。
【図６】図５のスピンバルブセンサの切取側面図であっ
て、それを１対の第１および第２のシールドと関連して
示す図である。
【符号の説明】
１００ ＭＲセンサ １０２ ＭＲ層 １０４ 磁気スペーサ層 １０６ 軟らかい隣接層 １０８ 分離層 １１０ 永久磁石層

Claims (40)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１および第２の端部部分間に延在する
    第１の軸ならびに前記第１および第２の端部部分間の実
    質的な中央点における第２の軸を呈する、実質的に平坦
    でありかつ一般的に長い基板と、 前記基板の前記第１および第２の端部部分に隣接する第
    １および第２の横側端縁のそれぞれならびに前記実質的
    な中央点よりずれている第１および第２の中央端縁のそ
    れぞれを呈する、前記基板上に重畳する第１および第２
    の縦方向バイアシング素子と、 前記第１および第２の縦方向のバイアシング素子の前記
    第１および第２の中央端縁間に実質的に延在する、前記
    基板上に重畳する磁気抵抗領域とを含み、前記磁気抵抗
    領域は前記第２の軸に沿って前記実質的な中央点から前
    記第１および第２の縦方向のバイアシング素子の前記第
    １および第２の中央端縁に向かって増加する幅を呈す
    る、データトランスデューサ。
  2. 【請求項２】 前記第１および第２の縦方向バイアシン
    グ素子は永久磁石層を含む、請求項１に記載のデータト
    ランスデューサ。
  3. 【請求項３】 前記永久磁石層はＣｏＰｔを含む、請求
    項２に記載のデータトランスデューサ。
  4. 【請求項４】 前記磁気抵抗領域はＮｉＦｅを含む、請
    求項１に記載のデータトランスデューサ。
  5. 【請求項５】 前記増加する幅は、前記第１および第２
    の中央端縁間に延在する前記磁気抵抗領域の側部の凹所
    によって定義される、請求項１に記載のデータトランス
    デューサ。
  6. 【請求項６】 前記凹所は、前記第１および第２の中央
    端縁から前記実質的な中央点への距離が減少するにつ
    れ、放物線状に変化する、請求項５に記載のデータトラ
    ンスデューサ。
  7. 【請求項７】 前記凹所は、前記実質的な中央点を通り
    前記第１の軸に対して垂直である中央線から前記第１お
    よび第２の中央端縁までの距離の二乗の指数関数によっ
    て定義される、請求項５に記載のデータトランスデュー
    サ。
  8. 【請求項８】 前記データトランスデューサのストライ
    プ高さ（Ｓ）は式Ｓ＝ｓ* ｅｘｐ（ｋ* （ｘ2 ））によ
    って実質的に定義され、ここでｓは前記実質的な中央点
    におけるストライプ高さであり、ｘは前記中央線からの
    距離であり、ｋは前記指数関数の空間定数である、請求
    項７に記載のデータトランスデューサ。
  9. 【請求項９】 前記磁気抵抗領域と前記第１および第２
    の縦方向のバイアシング素子の前記第１および第２の中
    央端縁との間に介在する第１および第２の分離層をさら
    に含む、請求項１に記載のデータトランスデューサ。
  10. 【請求項１０】 ヘッドディスクアセンブリと、 その上にデータがコード化可能であり、前記ヘッドディ
    スクアセンブリ内に回転可能に含まれる少なくとも１個
    の磁気記憶媒体と、 前記データの選択された部分の読取を可能にするため
    に、前記記憶媒体に対して前記データトランスデューサ
    を位置決めするための、前記ヘッドディスクアセンブリ
    内に可動的に含まれる少なくとも１個の位置決め機構と
    をさらに含む、請求項１に記載のデータトランスデュー
    サ。
  11. 【請求項１１】 活性デバイス領域を定義し、第１の軸
    を横切る、第１および第２の対向して配置される端部部
    分、ならびに装置ストライプ高さを定義し、前記第１お
    よび第２の端部部分間を延在する第２の軸を横切る第１
    および第２の側部部分を呈する磁気抵抗構造を含み、前
    記ストライプ高さは実質的な中央点から前記第１および
    第２の対向して配置される端部部分まで増加し、さらに
    前記磁気抵抗構造の前記第１および第２の端部部分に隣
    接して配置される、第１および第２の縦方向のバイアシ
    ング素子を含む、磁気抵抗装置。
  12. 【請求項１２】 前記第１および第２の縦方向のバイア
    シング素子は永久磁石層を含む、請求項１１に記載の磁
    気抵抗装置。
  13. 【請求項１３】 前記永久磁石層はＣｏＰｔを含む、請
    求項１２に記載の磁気抵抗装置。
  14. 【請求項１４】 前記活性デバイス領域はＮｉＦｅを含
    む、請求項１１に記載の磁気抵抗装置。
  15. 【請求項１５】 前記ストライプ高さは、前記活性デバ
    イス領域の前記第１および第２の側部部分の少なくとも
    一方における凹所によって定義される、請求項１１に記
    載の磁気抵抗装置。
  16. 【請求項１６】 前記凹所は、前記対向して配置される
    端部部分から、前記対向して配置される端部部分と実質
    的に平行であり、前記実質的な中央点を通って延在する
    中央線までの距離が減少するにつれ放物線状に変化す
    る、請求項１５に記載の磁気抵抗装置。
  17. 【請求項１７】 前記凹所は、前記実質的な中央点を通
    って前記第１の軸に対して垂直な中央線から前記第１お
    よび第２の対向して配置される端部部分までの距離の二
    乗の指数関数によって定義される、請求項１５に記載の
    磁気抵抗装置。
  18. 【請求項１８】 前記磁気抵抗装置の前記ストライプ高
    さ（Ｓ）は、式Ｓ＝ｓ* ｅｘｐ（ｋ* （ｘ2 ））によっ
    て実質的に定義され、ここでｓは前記実質的な中央点の
    ストライプ高さであり、ｘは前記中央線からの距離であ
    り、ｋは前記指数関数の空間定数である、請求項１７に
    記載の磁気抵抗装置。
  19. 【請求項１９】 前記活性デバイス領域と前記第１およ
    び第２の縦方向バイアシング素子との間に介在する第１
    および第２の分離層をさらに含む、請求項１１に記載の
    磁気抵抗装置。
  20. 【請求項２０】 ヘッドディスクアセンブリと、 その上にデータがコード化可能であり、前記ヘッドディ
    スクアセンブリ内に回転可能に含まれる少なくとも１個
    の磁気記憶媒体と、 前記データの選択された部分を読取可能にするために、
    前記記憶媒体に対して前記磁気抵抗装置を位置決めする
    ための、前記ヘッドディスクアセンブリ内に可動的に含
    まれる少なくとも１個の位置決め機構とをさらに含む、
    請求項１１に記載の磁気抵抗装置。
  21. 【請求項２１】 相互接続される第１および第２の側部
    部分を有する活性磁気抵抗領域の対向する第１および第
    ２の端部部分に隣接して配置される第１および第２の縦
    方向のバイアシング素子を有する磁気抵抗センサであっ
    て、前記磁気抵抗領域は前記第１および第２の端部部分
    間の距離によって実質的に定義される活性トラック幅
    と、 前記第１および第２の側部部分間の距離によって定義さ
    れるストライプ高さとを含み、前記ストライプ高さは前
    記第１および第２の端部部分から実質的な中央点への距
    離に従って減少する、磁気抵抗センサ。
  22. 【請求項２２】 前記第１および第２の縦方向のバイア
    シング素子は永久磁石層を含む、請求項２１に記載の磁
    気抵抗センサ。
  23. 【請求項２３】 前記永久磁石層はＣｏＰｔを含む、請
    求項２２に記載の磁気抵抗センサ。
  24. 【請求項２４】 前記活性磁気抵抗領域はＮｉＦｅを含
    む、請求項２１に記載の磁気抵抗センサ。
  25. 【請求項２５】 前記ストライプ高さは、前記活性磁気
    抵抗領域の前記第１および第２の側部部分の少なくとも
    一方における凹所によって定義される、請求項２１に記
    載の磁気抵抗センサ。
  26. 【請求項２６】 前記凹所は、前記対向する端部部分か
    ら、前記実質的な中央点を通って延在し、前記対向する
    端部部分と実質的に平行である中央線までの距離が減少
    するにつれ放物線状に変化する、請求項２５に記載の磁
    気抵抗センサ。
  27. 【請求項２７】 前記凹所は、前記実質的な中央点を通
    り、前記対向する端部部分に実質的に平行である中央線
    から前記第１および第２の端部部分までの距離の二乗の
    指数関数によって定義される、請求項２５に記載の磁気
    抵抗センサ。
  28. 【請求項２８】 前記磁気抵抗センサの前記ストライプ
    高さ（Ｓ）は、式Ｓ＝ｓ* ｅｘｐ（ｋ* （ｘ2 ））によ
    って実質的に定義され、ここでｓは前記実質的な中央点
    のストライプ高さであり、ｘは前記中央線からの距離で
    あり、ｋは前記指数関数の空間定数である、請求項２７
    に記載の磁気抵抗センサ。
  29. 【請求項２９】 前記活性磁気抵抗領域と前記第１およ
    び第２の縦方向のバイアシング素子との間に介在する第
    １および第２の分離層をさらに含む、請求項２１に記載
    の磁気抵抗センサ。
  30. 【請求項３０】 ヘッドディスクアセンブリと、 その上にデータがコード化可能であり、前記ヘッドディ
    スクアセンブリ内に回転可能に含まれる少なくとも１個
    の磁気記憶媒体と、 前記データの選択された部分を読取可能にするために、
    前記記憶媒体に対して前記磁気抵抗センサを位置決めす
    るための、前記ヘッドディスクアセンブリに可動的に含
    まれる少なくとも１個の位置決め機構とを含む、請求項
    ２１に記載の磁気抵抗センサ。
  31. 【請求項３１】 相互接続される第１および第２の側部
    部分を有する自由に回転する強磁性層の対向する第１お
    よび第２の端部部分に隣接して配置される、第１および
    第２の縦方向のバイアシング素子を有する大磁気抵抗セ
    ンサであって、前記センサは固定された層の下にある固
    定層と、前記自由に回転する強磁性層と前記固定された
    層との間に介在するスペーサ層とを含む構造をさらに備
    え、前記強磁性層は前記第１および第２の端部部分間の
    距離によって実質的に定義される活性トラック幅と、 前記第１および第２の側部部分間の距離によって定義さ
    れるストライプ高さとを含み、前記ストライプ高さは前
    記第１および第２の端部部分から実質的な中央点への距
    離に従って減少する、大磁気抵抗センサ。
  32. 【請求項３２】 前記第１および第２の縦方向のバイア
    シング素子は永久磁石層を含む、請求項３１に記載の大
    磁気抵抗センサ。
  33. 【請求項３３】 前記永久磁石層はＣｏＰｔを含む、請
    求項３２に記載の大磁気抵抗センサ。
  34. 【請求項３４】 前記自由に回転する強磁性層はＮｉＦ
    ｅを含む、請求項３１に記載の大磁気抵抗センサ。
  35. 【請求項３５】 前記ストライプ高さは、前記自由に回
    転する強磁性層の前記第１および第２の側部部分の少な
    くとも一方における凹所によって定義される、請求項３
    １に記載の大磁気抵抗センサ。
  36. 【請求項３６】 前記凹所は、前記対向する端部部分か
    ら、前記実質的な中央点を通って延在する前記対向する
    端部部分と実質的に平行である中央線までの距離が減少
    するにつれ放物線状に変化する、請求項３５に記載の大
    磁気抵抗センサ。
  37. 【請求項３７】 前記凹所は、前記実質的な中央点を通
    り、前記対向する端部部分と実質的に平行な中央線から
    前記第１および第２の端部部分までの距離の二乗の指数
    関数によって定義される、請求項３５に記載の大磁気抵
    抗センサ。
  38. 【請求項３８】 前記大磁気抵抗センサの前記ストライ
    プ高さ（Ｓ）は、式Ｓ＝ｓ* ｅｘｐ（ｋ* （ｘ2 ））に
    よって実質的に定義され、ここでｓは前記実質的な中央
    点のストライプ高さであり、ｘは前記中央線からの距離
    であり、ｋは前記指数関数の空間定数である、請求項３
    ７に記載の磁気抵抗装置。
  39. 【請求項３９】 前記自由に回転する強磁性層と前記第
    １および第２の縦方向のバイアシング素子との間に介在
    する第１および第２の分離層をさらに含む、請求項３１
    に記載の大磁気抵抗センサ。
  40. 【請求項４０】 ヘッドディスクアセンブリと、 その上にデータがコード化可能であり、前記ヘッドディ
    スクアセンブリ内において回転可能に含まれる少なくと
    も１つの磁気記憶媒体と、 前記データの選択された部分の読取を可能にするため
    に、前記記憶媒体に対して前記大磁気抵抗センサを位置
    決めするための、前記ヘッドディスクアセンブリに内に
    可動的に含まれる少なくとも１個の位置決め機構とをさ
    らに含む、請求項３１に記載の大磁気抵抗センサ。
JP8318226A 1995-11-30 1996-11-28 データトランスデューサ、磁気抵抗装置、および磁気抵抗センサ Withdrawn JPH09191141A (ja)

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