KR100202800B1 - 요크 스핀 밸브 자기저항 판독 헤드 - Google Patents

요크 스핀 밸브 자기저항 판독 헤드 Download PDF

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씨. 케인 윌리암
폰타나 로버트
에이. 산티니 휴고
엘. 윌리암즈 3세 메이슨
Original Assignee
포만 제프리 엘
인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
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Abstract

본 발명은 스핀 밸브 MR 센서를 그와 떨어져 있는 요크 부분에 전기적으로 연결하는 연결하는 요크 스핀 밸브 MR 판독 헤드이다.
제1 및 제2 요크편들은 헤드 표면에서 전기적으로 연결되며, 이 헤드 표면에서 멀리 떨어져 위치한 후방 갭에서는 서로 절연된다. 상기 제1 요크 편은 하나의 단절부를 가지는데, 이 단절부는 상기 제1 요크 편을 서로 떨어져 있는 제1 및 제2 부분들로 분할한다. 스핀 밸브 MR 센서는 상기 단절부내에 위치하며 상기 제1 요크 편의 제1 및 제2 부분들을 전기적으로 연결한다. 상기 제1 및 제2 요크 편들에는 제1 및 제2 리드들이 각각 연결되어 전류원으로부터 전류를 받아서상기 제1 및 제2 요크 편들을 통해 스핀 밸브 MR 센서로 감지 전류를 인가한다. 자기 매체가 판독 헤드의 헤드 표면에 인접하여 움직이면 상기 요크 편들을은 자속 가이드의 기능을 하며 또한 감지 전류를 스핀 밸브 MR 센서로 전송하는 전도체 역할을 한다. 상기 요크를 통해 상기 자기 매체로부터 상기 스핀 벨브 MR 센서로 전파되는 자속의 유입은 고정된 층의 자기 모멘트 방향과 자유층 사이에 상대적인 회전을 야기하는데, 이것이 신호 처리 장치에 의해 처리될 수잇는 신호에 대응한다. 요크 스핀 밸브 MR 센서의 신호 세기는 이방성 MR 센서 보다 우수하며 제작도 더 용이하다.

Description

요크 스핀 밸브 자기저항 판독 헤드
제1도는 본 발명을 이용한 디스크 드라이브를 개략적으로 도시.
제2도는 종래 기술의 요크 AMR판독 헤드를 등척으로 도시.
제3도는 본 발명을 등척으로 도시.
제4도는 본 발명의 첫 번째 실시예에 대하여 요크 스핀 밸브 MR센서에서 요크 편 길이 방향을 가로질러 취한 수직 단면도.
제5도는 본 발명의 첫 번째 실시예에 ei하여 요크 스핀 밸브 MR 센서에서 요크 편 길이 방향을 다라 취한 수직 단면도.
제6a도는 본 발명의 첫 번째 실시예에 대한 스핀 밸브 MR 센서 및 요크편의 일부분에 대한 개략적 평면도.
제6b도는 제6a도의 요크 편들로부터 분리되고, 세부사항을 보이기 위해 일부분이 잘려진 스핀 밸브 MR센서의 개략도.
제7a 및 7b도는 고정된 층의 자기 모멘트 방향을 고정하는데 반강자성 층을 이용하는 본 발명의 첫 번째 실시예에 대한 스핀 밸브 MR센서의 고정된 층과 자유층이 갖는 자기 모멘트 방향을 개략적으로 보이는 도면.
제8a 및 8b도는 고정된 층의 자기 모멘트 방향을 고정하는데
경자성 층을 이용하는 본 발명의 첫 번째 실시예에 대한 스핀 밸브 MR센서의 고정된 층과 자유층이 갖는 자기 모멘트 방향을 개략적으로 보이는 도면.
제9a 및 9b 도는 제 6a 및 6b도와 유사하며 본 발명의 두 번째 실시예를 도시.
제10a 및 10b도는 제7a 및 7b도와 유사하며 본 발명의 두 번째 실시예에 있어서의자기 모멘트를 도시.
제11a 및 11b도는 제 6a 및 6b도와 유사하며 본 발명의 세 번째 실시예를 도시.
제12a 및 12b도는 제7a 및 7b도와 유사하며 본 발명의 세 번째 실시예에 있어서의 자기 모멘트를 도시.
제13도는 스핀 밸브 MR을 선택적으로 바이어스시키기 위해 보인 코일을 구비한 요크 스핀 밸브 MR판독 헤드의 수직 단면도.
제14도는 MR 센서와 요크 부분간의 여러 절연 두께에 대해, 센서 단부(헤드 표면)로부터의 거리 대 센서 자기장 세기 By를 보이는 도표.
제15도는 센서 높이에 대한 MR 센서 중심의 총 자속을 보이는 도표.
제16도는 요크 스로트 높이에 대한 MR 센서내 총 자속을 보이는 도표.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
44 : 제2 요크편 52,54 : 제1 요크편 부분들
55 : 단절부 72 : 요크 스핀 밸브 MR센서
73 : 갭층 74 : 절연층
76,78 : 전도 리드 80 : 전류원
82 : 처리 회로
[관련 기술에 대한 상호 참조 문헌]
본 발명은 본 출원과 함께 양도된 미국 특허 제 5,206,590 호 및 제 5,159,513호와 관련되며, 상기 특허들은 스핀 밸브 자기저항 판독 헤드(spin valve MR resd heads)를 설명한다. 상기 특허들은 본 명세서의 참고 자료로 포함된다.
[발명의 배경]
1. 발명의 분야
본 발명은 요크 스핀 밸브 자기저항(MR) 판독 헤드에 관련되며 특히 감지 전류를 스핀 밸브 센서로 운반하는데 이용되는 요크에 관한 것이다.
2. 종래 기술에 대한 설명
이방성 자기저항(AMR: Anisotropic Magnetoresistive)판독 헤드는, 제1 및 제2 자기 차폐층(magnetic shield layer)사이에 끼인 제1 및 제2 갭 절연층(gap insulation layer)사이에 끼어 있는 MR 스트라이프를 사용한다. MT스트라이프는 기록된 데이터 신호를 기억하며 움직이는 자기 기억 매체로부터의 자속에 응답하여 그 저항에 변화한다. 따라서, 감지 전류가 MR스트라이프를 통과하여 전도되면, 상기 MR스트라이프의 저항 변화가 상기 스트라이프에 걸친 전위를 변화시킨다. 상기 전위변화가 판독 신호(readback signal)로서 제공된다. 상기 MR 스트라이프의 자기적인 안정을 증대시키기 위한 길이방향의 바이어싱 및 선형 응답을 증대시키기 위한 가로방향의 바이어싱이 보통 제공된다. 가로 방향의 바이어싱을 구형하기 위해서 한쌍의 정자기적으로 결합된 (magnetostatically coupled)MR 스트라이프들이 보통 사용되어, 감지 전류가 양 스트라이프들을 통과할 때 스트라이프드들은 자신의 자기 모멘트를 적절히 회전시키기 위해 서로를 바이어스 시킨다.
MR 스트라이프는 회전 자기 디스크처럼 움직이는 자기 매체에 바로 인접하여 위치하는 헤드 표면에 위치하며 헤드 표면의 일부분을 형성한다. 헤드 표면의 마모는 스트라이프의 높이를 감소시키며 결국 이는 판독 신호의 세기를 감소시키게 된다. 더 나아가 판독 전류를 MR스트라이프로 전도시키는 리드(lead) 보톤 해드 표면에 존재하여, 리드와 MR 스트라이프사이를 좁힐 가능성 혹은 움직이는 자기 매체와 근접해질 가능성을 증가시킨다. 헤드 표면에 있는 활성 소자의 위치 또한 이 소자들이 부식(corrosion)될 위험을 증가시킨다.
MR스트라이프를 보호하기 위해서, 요크 MR 판독 헤드 기법을 사용하여 MR스트라이프가 헤드 표면으로부터 후퇴될 수 (recessed)있다., 요크 MR 판독 헤드는 제1 및 제2 요크 부분을 가지는데, 이들은 헤드 표면에 있는 절연성 판독 갭(insulative read gap)에 걸쳐서 자기적으로 결합되며, 상기 헤드 표면에서 멀리 떨어져 있는 후방 갭(vack gap)에서 자기적으로 결합된다. AMR소자는 판독 갭과 후방 갭의 중간에 있는 제1 요크 부분과 같은 요크 부분들중 하나에 있는 단절부 (break)에 위치한다. 헤드 표면으로부터 AMR 소까지의 거리는 단지 수 미크론에 불과할 것이다. 절연층들이 상기 AMR 소자와 제1 요크 부분 사이에 사용되어 그들간의 비전도성 자기 결합을 구현한다. 유도 기록 헤드(inductive write head)의 요크 부분 형상을 가진 상기 요크 부분은 판독 갭에서 수신한 자속을 AMR소자로 전송함으로써 자속 가이드(flux guide)의 역할을 한다.
상기와 같은 배열하에서 제1 및 제2 리드들이 감지 전류를 전도하기 위해 AMR 소자의 MR 스트라이프에 연결되어 있다. 요크 AMR 구조가 갖는 중요한 장점은 헤드의 트랙폭이 후퇴된 AMR소자의 기하학적 위치(geometry)에 의존하지 않는다는 것이다.
헤드 표면에 있는 요크 부분의 폭이 트랙폭을 결정한다.
불행하게도, 후퇴된 AMR 소자는 비후퇴된 AMR 소자에 비교할 때 약 50%의 신호 자속 손실을 갖는다. 그러므로 활성 소자들이 헤드 표면에 위치하는 경우에 접하는 문제점들 없이, 또한 후퇴된 AMR 구조에 내재하는 신호 손실 없이도 AMR 구조가 갖는 장점을 발휘하는 AMR 판독 헤드에 대한 강한 필요성이 존재한다.
[발명의개요]
본 발명은 요크 MR 기법에 있어 스핀 밸브 MR 센서를 사용한다. 스핀 밸브 MR 센서는 고정된 층(pinned layer) 및 자유층(free layer) 사이에 끼인 전도층으로 구성된다. 상기 고정층은 반강자성 층(antiferromagnetic layer) 혹은 경자성 층(hard magnetc layer)에 의하여 한 방향으로 고정된 자기 모멘트를 가지며, 상기 자유층은 상기 고정된 층의 고정된 자기 모멘트에 상대적으로 자유로이 회전하는 자기 모멘트를 가진다. 자기 모멘트의 상기 상대적 회전은 자속 유입에 의해 야기되며 스핀 밸브 MR의 저항을 변화시킨다. AMR과 마탄가지로, 감지 전류가 스핀 밸브 MR을 통해 전도되면 전위의 변화가 후에 적절히 처리될 수 있는 판독 신호를 나타낸다. 상기 전도층, 고정된 층 및 자유층들의 두께는 자기 모멘트를 원하는 방향으로 설정하는데 있어서 매우 중요하다.
스핀 밸브 MR에 대한 자세한 사항은 앞서 언급한 특허들에 설명되어 있다.
본 발명에서는 상기 스핀 밸브 MR을 그 단절부(bread)내 제1 요크 부분에 직접 연결함으로써, 종래 요크 MR 기법에서 사용되는 절연층을 필요없게 한다. 종래의 기법들과는 대조적으로 본 발명의 제1 및 제2 요크 부분들은 헤드 표면에서 전기적으로 연결된다. 상기 요크 부분들은 스핀 밸브 MR로 감지 전류를 운반하는데 사용되어, MR 센서로의 제1 및 제2 리드들의 직접적 연결을 불필요하게 한다. 스핀 밸브 MR의 자기저항 변화 및 가로방향 바이어싱이 감지 전류의 상대적인 방향에 의존하지 않기 때문에, 종래 기술로부터의 상당한 개선이 구형될 수 있다. 상기 자기저항 변화는 상기 고정된 층의 자기 모멘트 각도에 상대적인 상기 자유층의 자기 모멘트 각도에 의존하며, 선형 응답은 스핀 밸브 MR의 기하학적 위치에 의해 설정된다. 종래 기술에서는 필요로 했던 절연층을 제거함으로써 신호 응답이 상당히 개선된다. 본 발명에서는 요크 부분으로 감지 전류를 전도하기 위한 리드들이 후방 갭 근처에 있을 수 있으며, 센서 저항을 감소시키고 신호 대 잡음비를 증가시킬 수 있도록 커질 수 있다. 본 발명의 요크 스핀 밸브 MR 은 상기 고정된 층 및 자유층들의 자기 모멘트 방향 설정(orientation)을 자속 전파 방향에 상대적으로 하기 위한 많은 바람직한 기법들도 가능하게한다.
본 발명의 목적은 요크 스핀 밸브 MR판독 헤드를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 고감도의 MR센서가 헤드 표면에서 쉽게 축소, 마모 및 부식되지 않는 판독헤드를 제공하는 것이다.
본 밞영의 추가적인 목적은 MR 판독 헤드의 제작을 간단히 하고 그 성능을 개선하는 것이다.
본 발명의 기타 목적 및 장점들은 첨부된 도면과 함께 후술하는 명세서 내용들을 읽는 본 분야의 당업자에게는 명백할 것이다.
[바람직한 실시예에 대한 설명]
도면에서 유사한 참조 번호는 여러 도면들에 걸쳐 유사한 부분을 지칭한다. 제1도에는 자기 디스크 드라이브(20)가 도시된다. 디스크 드라이브(20)는 자기 디스크(24)를 지지하는 스핀들(22)을 포함한다. 상기 스핀들(22)은 모터(26)에 의해 회전되며 모터(26)는 모터 제어부(28)에 의해 제어된다. 자기 헤드(30)는 슬라이더(32)상에 장착되며 슬라이더는 현수부 및 작동기 아암(34)에 의해 지지된다. 현수부 및 작동기 아암(34)은 자기 헤드(30)가 자기 디스크(24) 표면과 변환 관계(transducing relationship)에 있도록 슬라이더(32)를 위치시킨다. 디스크(24)가 모터(26)에 의해 회전하면 슬라이더는 디스크 표면으로부터 약간 떨어져 얇은 공기 쿠션(에어베어링)사에 접촉 혹은 안착한다. 그후 자기 헤드(30)는 디스크(24)표면상의 트랙들을 판독하는데 사용된다.
판독된 신호는 슬라이더를 여러 트랙들 사이에서 움직이게 하는 제어 신호와 함께 드라이브 전자 회로(36)에서 처리된다. 만약 원한다면 자기 헤드(30)는 잘 알려진 피기백(pigyback)구조를 가진 결합된 판독 및 기록 헤드일 수있다. 상기 자기헤드(30)는 자기 테이프를 판독하기 위해 자기 테이프 드라이브(도시안됨)에도 사용될 수 있다.
제2도는 종래의 요크 이방성 자기저항(AMR) 헤드(40)를 도시하며, 이는 제 스트라이프 및 제2 요크 편(yoke piece)(42,44)을 포함한다 제1 및 제2 요크 편(42,44)은 변환 판독 갭(48)을 형성하기 위해 ABS 혹은 헤드 표면(46)에서 서로 떨어져 있으며, 상기 판독 갭으로부터 멀리 있는 후방 영역(50)에서 전기적으로 결합된다. 헤드 표면에서의 상기 요크 편들(42,44)간 갭(48)은 대개 알루미나(alumina)와 같은 절연층으로 채워진다.. 또한 상기 제1 및 제2 요크 편(42,44)사이에 (45)하나의 절연층(도시되지 않음)이 위치할 수도 있다. 제1 요크 편(42)은 헤드 표면(46) 및 후방 영역(50) 중간에서 서로 떨어져 있는 제1 및 제2 부분(52,54)을 가져, 단절부(55)와 상기 헤드 표면으로부터 상기 단절부에이르는 제1 부분(52) 및 상기 단절부에서 후방 영역(50)에 이르는 제2 부분(54)을 형성한다. 요크 편(42,44)은 퍼멀로이(Permalloy)와 같은 임의의 적절한 자기 재료일 수 있다.
이방성 자기저항(AMR)센서(56)가 단절부내에 존재하며, 절연층(58,60)에 의해 상기 제1 요크 편(42)의 제1 및 제2 부분(52,54)들로부터 절연된다. 따라서 자기 디스크와 같은 자기 매체가 헤드 표면(46) 근처에서 움직이면, 상기 요크편(42,44)들이 AMR 센서(56)로 자속을 전파시키기 위한 자속 가이드의 기능을 한다. AMR 센서(56)의 폭은 리드들(62,64)이 AMR 센서에 연결될 수 있도록 제1 요크편(54)의 폭보다 크다. 상기 리드(62,64)는 AMR 센서를 통하여 전류원(66)으로부터의 감지 전류 I를 전송한다. 상기 AMR 센서 (56)를 통한 자속 유입은 AMR 센서(56)의 저항을 변화시켜 결과적으로 상기 리드들 (62,64)에 걸친 전위변화를 일으키며, 이 전위 변화가 처리회로(processing circuit)(68)에 의해 검출되고, 처리된다. 감지 전류가 상기 AMR 센서(56)를 구성하는 한싸의 MR스트라이프(도시되지 않음)를 통해 전송되면, MR스트라이프들은 센서의 응답을 선형화하기 위해 역으로 서로 바이어스화된다. 길이방향 바이어싱 기법(longitudinal biasing scheme)(도시되지 않음)이 센서의 응답을 안정화시키기 위해 또한 사용될 수 있다.
요크 MR 판독 헤드가 갖는 장점중의 하나는 판독 헤드의 트랙폭(TW)이 AMR센서(56)의 기하학적 위치에 의존하지 않는다는 것이다. 상기 트랙폭은 헤드 표면(46)에서 상기 제1 및 제2 요크편(42,44)들의 폭에 의존한다. 종래의 요크 AMR판독 헤드(40)가 갖는 가장 심각한 문제는 절연층(58,60) 때문에 AMR 센서(56)에 상당한 신호 세기 손실이 존재한다.는 점이다. 헤드(40)는 사진 인쇄 패턴화 기법을 이용하는 박막기술(thin film technology)로 제작된다. 헤드의 제조는 센서 영역에 있어 꽤 따분한 일인데, 그 이유는 절연층(58,60) 때문이며 또한 리드(62,64)들을 AMR 센서(56)의 연장부에 연결해야 하기 때문이다. AMR 센서(56)의 자기저항 변화 및 선형 바이엇*은 이 센서를 통과하는 감지 전류의 장향에 의존한다.
이 방향은 상기 제1 및 제2 요크 편(42,44)을 가로지르는 방향인 것에 주목해야 한다. 따라서 이는 제2도에 보인 바와 같이 리드들의 배치를 결정한다.
본 발명에 따른 요크 스핀 밸크 MR 판독 헤드(70)가 제3도에 보여진다. 판독 헤드(70)는 스핀 밸브 MR 센서(72)를 포함하는데, 이는 제1 요크핀(42)의 제1 및 제2 부분들(52,54)사이에 있는 단절부(55)안에 위치한다. 스핀 밸브 MR센서와 AMR 센서간의 가장 큰 차이점은 스핀 밸브 MR센서의 자기저항 응답 및 선형 바이어싱은 감지 전류의 방향에 의존하지 않는다는 것이다. 따라서 본 발명에서는 스핀 밸브 MR를 제1 요크편 부분들(52,54)에 연결함에 있어 제2도에 보인바와같이 상기 부분들 사이에 절연층(58,60)을 둘 필요없이 직접 제1 요크 편 부분들에 연결한다. 그러면 상기 요크 편(42,44)은 감지 전류를 스핀 밸브 MR센서(72)를 통해 전송하는 전도체로서 사용된다. 이 목적을 달성하기 위해, 요크 편들 (42,44)은 헤드 표면(46)에서 갭층(73)에 의해 전기적으로 연결되며 후방 갭(75)에서 절연층(74)에 의해 서로 전기적으로 절연된다.
이러한 전기적 배열은 제2도의 종래 헤드에서 보인 전기적 배열과 꼭 반대이다. 상기 갭층(73)은 NiP일 수 있다. 제1 및 2 전도 리드(76,78)는 후방 갭(75)에서 혹은 그 근처에서 상기 제1 및 제2 요크 편(42,44)에 연결된다. 리드들(76,78)은 감지 전류를 스핀 밸브 MR센서(72)에 인가하기 위해 전류원 (80)에 연결된다. 상기 전류 선들에 걸친 처리 회로(82)는 스핀 밸브 MR 센서(72)에 의해 수신된 신호에 대응하는 전위 변화를 감지한다. 종래 기술상의 리드보다 더 제작이 용이한 상기 리드들(76,78)은 스핀 밸브 MR 센서(72)의 신호 대 잡음비를 개선하기 위해 종래 기술상의 리드들보다 더 크게 만들수 있다. 본 발명은 스핀 밸브 MR센서(72)의 여러 층들이 갖는 자기 모멘트의 방향에 있어서 여러 가지 서로 다른 배열을 가능하게 하는데 , 이는 뒤에서 더 상세히 설명하기로 한다.
제4도는 스핀 밸브 MR센서(72)의 여러 층들을 보여주는 가로방향의 수직 단면도이다. 스핀 밸브 MR센서(72)는 강자성 재료로 된 고정된 층(pinned layer)(82) 및 자유층(84) 사이에 끼인, 구리(copper)일 수도 있는 전도층 (80)을 포함한다. 고정된 층(82)은 반강자성 재료로된 고정층(pinning lauwr)(86)에 의해 미리 결정된 자세로 고정된 자기 모멘트 방향을 갖는다. 자유층(84)의 자기 모멘트 방향은 고정된 층(82)의 자기 모멘트의 고정된 방향에 대하여 자유롭게 회전한다. 상기 자유층 및 고정된 층 (84,82)내 자기 모멘트의 상대적 방향이 곧 스핀 밸브 MR센서의 자기저항 변화에 대응하며 이는 곧 신호에 대응한다. 자유층(84)을 자기적으로 안정화시키기 위해 길이방향 바이어싱 층(88,90)이 사용되는데 이들은 상기 자유층(84)에 인접하되 서로 떨어진 상태로 인접한다. 상기 길이 방향 바이어싱 층(88,90)간의 간격은 대개 1내지 2 마크론이며, 스핀 밸브 MR 센서(72)의 활성 영역을 설정한다. 상기 길이방향 바이어싱 층(88,89)은 반강자성 재료 혹은 경자성 재료일 수 있다. 만약 상기 재료가 반강자성이라면, 이는 자유층(84)에 교환 결합(exchange coupled) 되는 (즉 직접 연결되는)반면, 상기 층(88,90)들이 경자성 재료라면 직접 연결되거나 한 절연층에 의해 분리된다. 이와 같은 배열들 및 자기 모멘트의 결과적인 방향은 뒤에서 상세히 설명될 것이다.
스핀 밸브 MR(72)을 길이 방향으로 가로지르는 단면도가 제5도에 보여진다. 스핀 밸브 MR센서의 통상적인 두께는 전도층(80)에 22, 고정된 층 및 자우층(82,84)에 50, 고정층(80)에 100이다. 제1 요크 부분(52,54)의 두께는 1000 내지 10,000일 것이다. 전도층(80), 고정된 층(82) 및 자유층(84)의 상대적 두께는 원하는 스핀 밸브 MR특성을 형성하는데 매우 중요하다, 고정된 층(82)의 자기 모멘트 방향은 고정층(86)에 의해 제어된다. 자유층(84)의 자기 모멘트 방향은 전도층(80)의 두께에 의존한다. 만약 전도층(80)의 두께가 충분히 두껍다면 자유층(84)의 자기 모멘트 방향은 고정괸 층(82)과의 정자기적 결합(magnetostatic coupling)에 의해 제어된다. 만약 전도층(80)이 충분히 얇다면, 자유층(84)의 자기 모멘트 방향은 고정된 층(82)과의 교환 결합 (exchange coupling)에 의해 제어된다. 본 발명에서 전도층(80)은 자유층(84)과 고정된 층(82)간의 정자기적 결합이 이 층들간의 교환 결합을 압도하게 할 만큼 충분히 두껍다, 고정된 층 및 자유층(82,84) 각각은 두께 대 폭의 비율이 1/1,000 이상이어야 하며 전도층(80)은 고정된 층 및 자유층 중 어느 한쪽의 1/2 두께 만큼이 되어야 한다.
제6a도는 제1 요크 부분들(52,54) 사이에 끼인 스핀 밸브 MR센서(72) 및 이들간의 직접적인 전기 접점에 대한 개략적 평면도이다. 길이 방향 바이어싱 층은 (88,90)에 보여진다.
제6b도에 보인 바와 같이 반강자성 고정층(86)은 고정된층(82)의 자기 모멘트 방향을 제6a 및 6b도에 보인 자속 전파방향에 평행하게 고정시키는데 사용된다. 이 방향은 스핀 밸브 MR센서의 길이방향 연장에 대해 90각p이다. 정상적으로, 자유층(84)의 자기 모멘트 방향은 고정된 층(82)의 자기 모멘트 방향에 평행이 아니지만, 상기 스핀 밸브 MR센서에 인접한 제1 요크 부분들(52,54)간의 결합 때문에 자유층의 자기 모멘트는 고정된 층(82)의 자기 모멘트 방향에 대하여 평행한 방향(도시되지 않음)인 것으로 가정한다. 이는 상기 층들(82,84)간의 교환 결합보다 강한 그들간의 정자기적 결합과 상기 요크 부분들(52,54)의 자기 제거 영향(demagnetizing influence) 때문이다. 자유층의 자기 모멘트 방향은 평행 방향(도시안됨)으로부터 상기 스핀 밸브 MR센서(72)의 길이 방향으로 각 F만큼 회전된다. 요크 부분(52,54)을 통하여 자속 유입이 스핀 밸브 MR센서(72)로 전송되면, 자유층의 자기 모멘트 방향은 고정된 층(82)의 자기 모멘트 방향에 상대적으로 회전하는데, 이것이 제1도에 보인 판독 헤드의 헤드 표면에 인접하여 움직이는 자기 매체로부터 판독된 신호를나타낸다.
제7a도는 제6a 및 제6b도에 보인 첫 번째 실시예를 위한 고정된 층(82)의 자기 모멘트 방향을 도시한다.
제6a도에 보인 바와 같은 길이 방향 바이어싱 층(88,90)을 위해 반강자성 재료가 사용된 경우 자유층(84)의 자기 모멘트가 제7b도에 보여진다. 제7b도는 제1 요크 부분(52,54)들이 그들 폭 밖의 자기 모멘트상에 미치는 영향이 부족함을 보여준다. 이 모멘트들은 고정된 층(82)의 자기 모멘트 방향에 대하여 비평행적 관계를 갖는 쪽으로 더욱 배향된다. (oriented).
따라서, 자유층(84)내에서 제1 요크 us(52,54) 폭 바깥쪽 자기 모멘트의 방향은 고정된 층(82)과의 정자기적 결합에 의해 더욱 제어되는 반면에, 제1 요크편(52,54) 폭 안쪽 자기 모멘트의 방향은 제1 요크 편 부분들(52,54)의 자기 제거 영향 때문에 고정된 층(82)과의 교환 결합에 의해 더욱 제어된다.
제8a 및 8b도는 제6a도에 보인 길이방향 바이어싱 층(88,90)들로 경자성 재료가 사용된 경우, 고정된 층(82) 및 자유층(84)의 자기 모멘트 방향을 도시한다. 제8a도에 보인바와 같이, 고정된 층(82)의 자기 모멘트 방향은 그대로이다.
자유층(84)의 활성 부분의 중심 영역에서, 자기 층(88,90)은 자기 모멘트 방향이 도시된 위치에서 반시계방향으로 회전하게 한다. 상기 중심 영역의 양 옆에서는 상기 자기층(88,90)의 자기 모멘트 방향과 정렬되는 방향으로 자기 모멘트들이 회전 되었다.
제9a 및 9b도는 본 발명의 두 번째 실시예(92)를 보여준다. 이 실시예에서는 스핀 밸브 MR센서(94)가 제1 요크편 부분(52,54)들과 똑같은 폭을 가진다. 고정된 층(82) 및 자유층(84)의 자기 모멘트 방향은 서로 비평행이며 상기 센서의 가로방향 축으로 정렬된다. 고정된 층(82) 및 자유층(84)의 자기 모멘트 방향이 제10a도 및 10b도에도 보여진다. 이러한 유형의 스핀 밸브 MR 센서는 자신 정렬형(self-aligned type)이라 부를 수 있는데, 이는 그와 같은 센서는 제6a도에 보인 바와 같은 길이방향 바이어싱 층(88,90)에 의존하지 않기 때문이다. 자속 유입이 발생하자마자, 자유층(84)의 자기 모멘트는 고정된 층(82)의 고정 자기 모멘트에 상대적으로 외전할 것이다. 이 자기 모멘트들간의 상대적 각도가 바로 수신된 신호를 나타낸다.
제11a 및 11b도는 본 발명의 세 번째 실시예(100)를 도시한다.
이 실시예에서 고정된 층(82)의 자기 모멘트 방향은 제11b 및 12a도에 보인 바와 같이 자속 전파 방향에 대해 한 각도로 기울어진다. 제12b도에 보인 바와 같이 자유층(82)의 자기 모멘트 방향은 제1요크 편 부분(52,54)폭을 넘어선 자유층 연장부내에서는 고정된 층(82)의 자기 모멘트 방향에 비평행할 것이다. 상기 제1 요크 편 부분(52,54) 폭의 안쪽에 있는, 고정된 층(82) 부분의 보통 비평행인 자기 모멘트 방향은 자속 전파 방향에 대해 약간의 각도를 갖는다. 다시 한 번, 상기 층들(82,84)의 자기 모멘트 방향간 상대적 회전이 바로 수신된 신호를 나타낸다.
제13도는 전술한 본 발명의 어떠한 실시예에도 적용될 수 있는 한변형이다. 공간(10)내이면서 후방 갭(50) 옆에 코일층(112)이 존재하며, 이 코일층에는 바이어싱 회로(114)에 의해 소정의 전류가 입력된다. 상기 전류가 코일층(112)을 통과하여 전송되면 소정양의 자속이 스핀 밸브 MR센서(72)로 유입되어,외부적 자속 요동이나 요크 히스테리시스가 존재하는 경우라고 상기 센서의 동적 영역 중심에 정지된 자속 레벨을 유지한다.
이러한 배열은 설계된 모든 부품들이 상기 설계 목적을 달성하지 못하는 경우에 동적 범위를 설정하는데에도 사용될 수 있다.
제14도는 센서의 스트라이프 높이가 1.5, 센서의 두께가 90, 헤드의 스로트(throat)는 0.5및 천이 중심이 0.7인 제곱 인치당 1 기가비트(Gb/in2) 요크 헤드 구조에 대한 자기적 시물레이션(magnetic simulatioon)결과이다.
도면상의 도표는 센서와 요크 부분간의 절연 간격 0, 250, 500마다 센서 단부(edge)로부터의 미크론 단위 거리에 대해 센서내 자기장 세기 By를 보여준다. 이 도표는 상기 센서와 요크 부분(52,54)들의 직접적인 전기적 연결이 결과적으로 센서내에 상당히 높은 자기장 세기를 야기함을 보여준다.
제15도는 본 발명 및 표준적인 비후퇴형 센서에 의해 가르쳐진 바에 따라 요크에 직접 연결된 요크 센서를 위한 스트라이프 높이의 함수로서 상기 센서 중심의 총 자속들을 보여준다. 상기 도표로부터, 본 발명이 표준적인 비후퇴형 센서보다 상당히 높은 자기장 세기를 만들어내는 것을 알 수있다.
제16도는 1.5, 스트라이프 높이의 센서를 가진 Gb/in2요크 헤드 구조에 대한 자기적 시물레이션을 보이는 도표로서, 상기 센서의 두께가 90이고 이 센서는 스로트 높이로부터 0.7떨어져 천이 중심이 있고 요크에 전기적으로 결합된다. 이 도표는 요크 스로트 높이의 함수로서 센서내 총신호 자속을 보여준다. 이 도표는 또한 헤드 표면이 마모되는 경우조차 스핀 밸브 센서의 자기 장 세기는 크게 영향받지 않는다는 것도 보여준다.
제3도를 참조하면, Gb/in2요크 스핀 밸브 센서를 위한 전형적인 크기는 스트라이프 높이가 1.5, 트랙폭이 1.5, 스로트 높이가 0.5이다.
본 기술분야의 당업자가 상기 내용을 접하면 본 발명의 다른 실시예 및 변형들이 생길 수 있음은 명백하다. 그러므로 본 발명은 전술한 내용 및 첨부 도면을 함께 볼 때 모든 실시예 및 변형들을 포함하는 후술하는 특허청구 범위에 의해서만 제한된다.

Claims (22)

  1. 자기 매체상에 기록된 자기 신호를 판독하기 위해 자기매체에 인접하기에 적합한 헤드 표면을 가진 요크 스핀 밸브 자기저항(MR) 판독 헤드에 있어서, 상기 헤드는 제1 요크 편 및 제2 요크 편을 포함하며, 상기 제1 및 제2 요크 푠들은 상기 헤드 표면에서 변환 판독 부분(transducing read portion)으로부터 위치되며 또한 후방 갭을 형성하기 위해 상기 판독 부분으로부터 떨어져서 위치되며, 상기 제1 및 제2 요크 편들은 상기 판독 부분에서 갭(gap)에 의해 자기적으로 결합되고 전기적으로 연결되고, 상기 제1 및 제2 요크 편들은 상기 후방 갭에서 자기적으로 결합되고 전기적으로 절연되며, 상기 제1 요크 편은 상기 판독 부분과 상기 후방 갭 중간에 단절부를 형성하기 위해 서로 떨어져 있는 제1 및 제2 부분들을 구비하며, 상기 제1 부분은 상기 헤드 표면으로부터 상기 단절부에 이르고 상기 제2 부분은 상기 단절부로부터 상기 후방 갭에 이르며, 상기 단절부내에 위치하며 상기 제1 요크편의 제1 및 제2 부분들 각각에 전기적으로 연결하기 위해 상기 제1 요크편의 제1 및 제2부분들 각각에 전기적으로 연결된 스핀 밸브 MR 센서(spin valve MR sensor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 요크 스핀 밸브 자기저항(MR) 판독 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 요크 편의 상기 제2 부분에 연결된 제1 의 전기적 전도 리드(conductive) lead)와 상기 제2 요크 편에 연결된 제2 의 전기적 전도 리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 요크 스핀 밸브 자기저항 판독 헤드.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 요크 편의 상기 제1 부분, 상기 스핀 밸브 MR 센서, 상기 제1 요크 편의 상기 제2 부분 및 상기 제2 요크 편은 모두 전기적으로 전도성이어서 상기 전기적 전도 리드들이 감지 전류를 상기 스핀 밸브 MR센서를 통해 전송할 수 있는 것을 특징으로 하는 요크 스핀 밸브 자기저항 판독 헤드.
  4. 제3항의 요크 스핀 밸브 MR 판독 헤드를 포함하는 자기 매체 드라이브에있어서, 지지부와, 상기 지지부에 장착되어 자기 매체를 이동시키는 수단과, 상기 지지부에장착되어 상기 자기 매체가 움직일 때 상기 자기 매체에 인접하여 상기 요크 스핀 밸브 MR 헤드를 지지하는 수단과, 상기 지지부에 연결되어 감지 전류를 상기 MR 판독 헤드에 전송하는 수단과, 상기 전송 수단에 걸쳐서 연결되어 상기 요크 스핀 밸브 MR 센서를 통과하는 자속 전파 크기의함수로서 전압 변화를 감지하는 처리 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 매체 드라이브.
  5. 제2항에 있어서, 상기 후방 갭 주변에 있으며 상기 제1 및 제2 요크 편들 사이에 일부분을 가진 최소한 1 회 감긴 코일 층(single turn of a coil layer)과, 상기 1 회 감긴 코일층에 연결되며 상기 스핀 밸브 MR센서를 선택적으로 바이어스시키기 위하여 상기 코일 층을 통해 전류를 전송하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 요크 스핀 밸브 자기저항 판독 헤드.
  6. 제2항에 있어서, 박막 자기 재료의 고정된 층(pinned layer)와 박막 자기 재료의 자유층(free layer)간에 끼어 있는 박막 전도 재료로 된 전도층(clnductive layer)과, 상기 고정된 층의 자기모멘트를 고정된 각도로 고정하기 위하여 상기 고정된 층에 교환 결합된(exchange coupled)박막 반강자성 재료의 반강자성 층(antiferromagnetic layer)을 포함하는 것을 특징으로 하는 요크 스핀 밸브 자기저항 판독 헤드.
  7. 제2항에 있어서, 상기 고정된 층 및 자유층들 각각은 1/1,000 보다 큰 두께 대 폭 비율을 가지며 상기 전도층은 상기 고정된 층 및 자유층 중 한쪽 두께의 사실상 1/2 두께인 것을 특징으로하는 요크 스핀 밸브 자기저항 판독 헤드.
  8. 제2항의 요크 스핀 밸브 MR 판독 헤드를 포함하는 자기 매체 드라이브에 있어서, 지지부와, 상기 지지부에 장착되어 자기 매체를 이동시키는 수단과, 상기 지지부에 장착되어 상기 자기 매체가 움직일 때 상기 자기 매체에 인접하여 상기 요크 스핀 밸브 MR 헤드를 지지하는 수단과, 상기 지지부에 연결되어 감지 전류를 상기 MR 판독 헤드에 전송하는 수단과, 상기 전송 수단에 걸쳐서 연결되어 상기 요크 스핀 밸브 MR 센서를 통과하는 자속 전파 크기의 함수로서 전압 변화를 감지하는 처리 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기매체 드라이브.
  9. 제2항에 있어서, 상기 후방 갭에서 상기 제1 및 제2 요크 편들간에 끼인 전기적 절연층과, 상기 판독 부분에서 상기 제1 및 제2 요크 편들간에 끼인 전기적 전도층은 더 포함하는 것을 특징으로 하는 요크 스핀 밸브 MR 판독 헤드.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 요크 편의 상기 제1 및 제2 부분들 각각은 박막 층이고 사실상 동일 평면상에 있으며, 상기 스핀 밸브 MR 센서는,상기 제1 요크 편의 상기 제1 및 제2 부분의 층들에 평행한 박막 층들로서 그들 간에도 사실상 서로 평행한 박막 층들을 포함하는 것을 특징으로하는 요크 스핀 밸브 자기저항 판독 헤드.
  11. 제10항에 있어서, 상기 스핀 밸브 MR센서는 고정된 층을 가지며, 상기 고정된 층은 인가되는 자기장이 존재하거나 부존재하거나 자속 전파 방향에 상대적으로 고정된 자기 모멘트를 갖는 것을 특징으로 하는 요크 스핀 밸브 자기저항 판독 헤드.
  12. 제11항에 있어서, 상기 스핀 밸브 MR센서는 고정된 층을 가지며, 상기 자유층은 인가되는 자기장의 부존재시 상기 고정된 층의 자기 모멘트 방향에 대해 일정 각도를 향하며 자기장이 인가되면 상기 각도로부터 변화하는 자기 모멘트를 가지는 것을 특징으로 하는 요크 스핀 밸브 자기저항 판독 헤드.
  13. 제12항의 요크 스핀 밸브 MR 판독 헤드를 포함하는 자기 매체 드라이브에있어서, 지지부와,상기 지지부에 장착되어 자기 매체를 이동시키는 수단과, 상기 지지부에 장착되어 상기 매체가 움직일 때 상기 자기 매체에 인접하여 상기 요크 스핀 밸브 MR 헤드를 지지하는 수단과, 상기 지지부에 연결되어 감지 전류를 상기 MR 판독 헤드에 전송하는 수단과, 상기 전송 수단에 걸쳐서 연결되어 상기 요크 스핀 밸브 MR센서를 통과하는 자속 전파 크기의 함수로서 전압 변화를 감지하는 처리 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 매체 드라이브.
  14. 제12항에 있어서, 상기 스핀 밸브 MR 센서는 고정된 층을 구비하며, 상기 고정된 층은 자속 전파 방향에 사실상 수직방향으로 향하는 자기 모멘트를 갖는 것을 특징으로 하는요크 스핀 밸브 자기 저항 판독 헤드.
  15. 제12항에 있어서, 상기 스핀 밸브 MR 센서는 고정된 층을 가지며, 상기 고정된 층은 인가된 자기장이 존재하거나 부존재하거나 상기 자속 전파 방향으로 기울어지는 자기 모멘트를 갖는 것을 특징으로하는 요크 스핀 밸브 MR 판독 헤드.
  16. 제12항에 있어서, 상기 스핀 밸브 MR 센서는 고정된 층을 가지며, 상기 고정된 층은 상기 자속 전파 방향에 사실상 비평행(antiparallel)한 방향으로 향하는 자기 모멘트를 갖는 것을 특징으로 하는 요크 스핀 밸브 자기저항 판독 헤드.
  17. 제16항에 있어서, 인가되는 장이 없는 경우 상기 자유층을 상기 각도로 바이어스시키기 위해 상기 자유층에 결합된 자유층 바이어싱 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 요크 스핀 밸브 자기저항 판독 헤드.
  18. 제17항에 있어서, 상기 자유층 바이어싱 수단은 상기 자유층에 결합되고 서로 분리되어 있는 바이어싱 층들이고, 상기 바이어싱 층들간의 간격은 상기 스핀 밸브 MR 센서의 활성 영역 폭을 정의하며, 상기 활성 영역의 폭은 1 내지 2인 것을 특징으로 하는 요크 스핀 밸브 자기저항 판독 헤드.
  19. 제18항에 있어서, 상기 바이어싱 수단은 상기 자유층에 교환 결합된 반강자성 층들인 것을 특징으로 하는 요크 스핀 스핀 밸브 자기저항 판독 헤드.
  20. 제19항의 요크 스핀 밸브 MR 판독 헤드를 포함하는 자기 매체 드라이브에 있어서, 지지부와, 상기 지지부에 장착되어 자기 매체를 이동시키는 수단과, 상기 지지부에 장착되어 상기 자기 매체가 움직일 때 상기 자기 매체에 인접하여 상기 요크 스핀 밸브 MR 헤드를 지지하는 수단과, 상기 지지부에 연결되어 감지 전류를 상기 MR 판독 헤드에 전송하는 수단과, 상기 전송 수단에 걸쳐서 연결되어 상기 요크 스핀 밸브 MR 센서를 통과하는 자속 전파 크기의 함수로서 전압 변화를 감지하는 처리 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 매체 드라이브.
  21. 제18항에 있어서, 상기 자유층 바이어싱 수단은 상기 자유층에 정자기적으로 결합된(magnetostatically coupled) 경자성 층(hard magnetic layer)들인 것을 특징으로 하는 요크 스핀 밸브 자기저항 판독 헤드.
  22. 제17항에 있어서, 상기 자유층 바이어싱 수단은 상기 후방 갭 주변에 있으며 상기 제1 및 제2 요크 편들 사이에 일부분을 가진 최소한 1회 감긴 코일층과, 상기 스핀 밸브 MR 센서의 자유층을 선택적으로 바이어스 시키기 위하여 상기 1회 감긴 코일 층에 연결되고 상기 코일층을 통해 전류를 전송하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 요크 스핀 밸브 자기저항 판독 헤드.
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