KR19980041806A - 자기-바이어스된 이중 스핀 밸브 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 이중 스핀 밸브(dual spin valve: DSV) 자기저항(magnetoresistive: MR) 센서는 제 1 및 제 2 고정 자성층 사이에 배치되는 자유 자성층을 갖는다. 제 1 고정층은 반대 방향으로 평행한 스페이서에 의해 서로 분리되는 2개의 자성 서브층(magnetic sublayers)을 갖는다. 자유층에 더 근접해 있는 제 1 자성 서브층은 제 2 자성 서브층의 자기 모멘트보다 작은 자기 모멘트를 갖는다. 자성 서브층들의 순모멘트(net moment)는 제 2 고정층의 자기 모멘트와 동일하도록 선택되고, 그에 따라 플럭스 닫힘(flux closure)을 발생시켜 실질적으로 감자력(demagnetizing forces)의 효과를 최소화시킨다. 플럭스 닫힘과 전류에 의해 유도되는 자계를 발생시킴으로써, 제 1 및 제 2 고정층의 자화가 고정된다. 이러한 본 발명은 고정층의 자화를 고정하기 위해 2개의 반강자성층을 사용하는 종래의 이중 스핀 밸브 센서와는 현저히 상이한 것이다.

Description

자기-바이어스된 이중 스핀 밸브 센서
본 발명은 자기 매체(magnetic medium)에 기록된 신호를 판독하기 위한 스핀 밸브 자기저항(spin valve magnetoresistive(MR) sensor)를 이용하는 형태의 직접 접근 저장 장치(direct access storage device: DASD)에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 자기 바이어스된(self-biased) 이중 스핀 밸브 센서를 구비한 직접 접근 저장 장치(DASD)에 관한 것이다.
컴퓨터는 대부분 나중에 사용하기 위해 데이터를 기록하고 판독할 수 있는 매체를 갖는 보조 메모리 저장 장치를 포함하고 있다. 회전하는 자기 디스크를 일체로 구성하는 직접 접근 저장 장치(디스크 드라이브)는 통상 디스크 표면 상에 자기적인 형태(magnetic form)로 데이터를 저장하는데 사용된다. 데이터는 디스크 표면 상에 동심(同芯)이며 방사상으로 이격된 정보 트랙 상에 기록된다. 판독 센서를 포함하는 자기 헤드들은 디스크 표면 상의 트랙으로부터 데이터를 판독하는데 사용된다.
고용량 디스크 드라이브에서는, 보통 MR 헤드라고 불리우는 자기저항 판독 센서가 널리 사용된다. 그 이유는 자기저항 판독 센서가 박막 필름 유도 헤드보다 더 큰 선밀도(linear density)로 데이터를 디스크 표면으로부터 판독하는 능력이 있기 때문이다. MR 센서는 MR층에 의해 감지되는 자속(magnetic flux)의 세기 및 방향의 함수인 MR 감지층(또는 MR 소자라고 함)의 저항 변화를 통해 자계(magnetic field)를 검출한다.
현재 개발중인 MR 센서 종류 중의 하나로 거대 자기 저항(giant magnetoresistive: GMR) 효과를 나타내는 GMR 센서가 있다. GMR 센서에서, MR 감지층의 저항 변화는 비자성(non-magnetic)층(스페이서)에 의해 분리되는 자성층들 사이의 전도 전자들의 스핀-의존 투과(spin-dependent transmission)와, 이에 수반되는 자성층 및 비자성층의 인터페이스 부분과 자성층 내부에서 발생하는 스핀-의존 산란(spin-dependent scattering)의 함수이다.
GMR 증진 비자성 금속 물질(예를 들어, 구리)의 층에 의해 분리된 강자성 물질(예를 들면, NiFe 또는 Co 또는 NiFe/Co)로 이루어진 2개의 층만을 사용하는 GMR 센서는 통상 스핀 밸브(spin valve: SV) 센서라고 불리운다. SV 센서에서, 고정층(pinned layer)이라 불리우는 강자성층들 중의 하나는 그 자화가 통상 반강자성(예를 들면, NiO 또는 FeMn)층과의 교환 결합(exchange coupling)에 의해 고정된다. 반강자성층에 의해 발생된 고정 필드(pinning field)는 일반적으로 2백 에르스텟(Oe) 이상이어서, 고정층의 자화 방향은 외부 필드(예를 들면, 디스크 상에 기록된 비트로부터 나오는 필드)가 인가되는 동안에도 고정된 상태를 유지하고 있다. 그러나, 자유층(free layer)(자유 자성층)이라고 불리우는 또 다른 층의 자화는 고정되지 않으며, 디스크로부터 나오는 필드에 응답하여 자유롭게 회전한다.
도 1은 중앙 영역 (102)에 의해 분리되는 단부 영역 (104) 및 (106)을 포함하는 종래의 SV 센서 (100)을 도시하고 있다. 자유층(자유 MR층) (110)은 비자성 전기 전도 스페이서층 (115)에 의해 고정층(고정 MR층) (120)에서 분리된다. 고정층 (120)의 자화는 반강자성층(antiferromagnetic(AFM) layer) (125)와의 교환 결합을 통해 고정된다. 자유층 (110), 스페이서층 (115), 고정층 (120) 및 반강자성층(AFM) (125)는 모두 중앙 영역 (102) 내에 형성된다. 단부 영역 (104) 및 (106) 내에 각각 형성된 하드 바이어스층(hard bias layers) (130) 및 (135)는 MR 자유층 (110) 및 고정층 (120)에 길이 방향 바이어스를 제공한다. 하드 바이어스층 (130) 및 (135) 상에 각각 형성된 리드선 (140) 및 (145)는 감지 전류 IS가 전류원 (160)에서 MR 센서 (100)으로 흐르도록 전기적으로 접속된다.
전형적인 종래 기술의 SV 센서가 나타내는 SV 효과, 즉 저항의 순변화(net change)는 약 3% 내지 4%이다. 1993년 4월 27일 Dieny 등에게 허여된 Magnetoresistive Sensor Based On The Spin Valve Effect라는 명칭의 미국 특허 제 5,206,590호에는 스핀 밸브 효과에 기초하여 동작하는 MR 센서를 개시하고 있다.
도 2를 참조하면, 중앙 영역 (202)에 의해 분리되는 단부 영역 (204) 및 (206)을 포함하며, 통상 이중 스핀 밸브 센서(dual spin valve sensor) (200)이라고 불리우는 또 다른 종래의 SV 센서가 도시되어 있다. 자유층(자유 MR층) (210)은 각각 2개의 스핀 밸브(SV) 증진 스페이서층(promoting spacer layers) (240) 및 (250)에 의해 2개의 외부 고정층(고정 MR층) (220)(제 1고정층: PL1) 및 (230)(제 2 고정층: PL2)에서 분리된다. 제 1 고정층 (220)의 자화는 제 1 반강자성층(AFM1) (225)와의 교환 결합을 통해 고정된다. 제 2 고정층 (230)의 자화는 제 2 반강자성층(AFM2) (235)와의 교환 결합을 통해 고정된다. 자유층 (210), 스페이서층 (240)과 (250), 고정층 (220)과 (230) 및 반강자성층(AFM) (225)와 (235)는 모두 중앙 영역 (202) 내에 형성된다. 단부 영역 (204) 및 (206) 내에 각각 형성된 하드 바이어스층(hard bias layers) (260) 및 (270)은 MR 자유층 (210)을 길이 방향으로 바이어스한다. 하드 바이어스층 (260) 및 (270) 상에 각각 형성된 리드선 (280) 및 (290)은 감지 전류 IS가 전류원 (도시되지 않음)에서 MR 센서 (200)으로 흐르도록 전기적으로 접속된다.
도 2를 참조하면, PL1 및 PL2의 자화 방향은 자유층의 자화가 회전하면 스핀 밸브(SV) 증진 스페이서들 양단에 동일한 부호를 갖는 스핀 밸브(SV) 신호가 발생되어 도 1에 도시된 스핀 밸브 센서의 스핀 밸브(SV) 효과와 비교해 이중 스핀 밸브 센서의 스핀 밸브(SV) 효과가 더 커지도록 해주는 방식으로 배열된다. 예를 들어, 70Å 두께의 자유층을 갖는 단일 스핀 밸브 센서가 약 3% 내지 4%의 스핀 밸브(SV) 효과를 나타내는데 비해 동일한 두께의 자유층을 갖는 이중 스핀 밸브는 약 3.6% 내지 5.5%의 스핀 밸브(SV) 효과를 나타낸다.
그러나, 도 2에 도시된 통상적인 이중 스핀 밸브(SV)와 관련하여 몇 가지 중요한 문제가 존재한다.
첫째로, 통상적인 종래 이중 스핀 밸브에는 PL1 및 PL2를 고정하기 위해 충분히 큰 교환 바이어스 필드(exchange bias field)(일반적으로 200 Oe 이상)을 갖는 2개의 반강자성층(AFM1 및 AFM2)이 필요하다. 그러나, 실제로는 고정층을 고정하기 위해 충분히 큰 교환 바이어스 필드를 갖는 것이 매우 어려운데, 그 이유는 강자성층이 반강자성층 상에 증착(AFM1 (225) 상의 PL1 (220))되는지 또는 반강자성층이 강자성층 상에 증착(PL2 (230) 상의 AFM2 (235))되는지의 여부에 따라 교환 바이어스 필드의 크기가 상당히 크게 변하기 때문이다.
둘째로, 종래의 스핀 밸브 센서(도 1)에 있어서, 고정층으로부터의 표유(漂遊) 필드(stray field)는 자유층의 자화 분포를 비균일하게 하여 스핀 밸브(SV) 효과의 선형 부분(linear portion)(불안정 부분(unstable portion)이나 동적 범위(dynamic range)라고도 함)이 약 30% 감소되도록 한다. 이중 스핀 밸브 센서 내의 제 2 고정층으로부터 나오는 추가 표유 필드는 스핀 밸브(SV)의 선형 부분의 범위를 약 60% 정도 감소시켜 이중 스핀 밸브 센서가 갖는 스핀 밸브(SV) 효과의 장점을 대부분 상쇄시킨다.
셋째로, 종래의 이중 스핀 밸브 센서는 약 200 Oe의 고정 필드를 발생시켜 2개의 고정층의 자화를 고정시키기 위해 FeMn 또는 NiO로 이루어지는 2개의 반강자성(AFM)층을 필요로 한다. 그러나, FeMn 및 NiO는 모두 다소 낮은 차단 온도(blocking temperature)(주어진 물질에 대한 고정 필드가 제로(0) Oe에 도달하는 온도를 말함)를 갖는데, 이러한 낮은 차단 온도로 인해 FeMn 또는 NiO를 반강자성층으로 사용하는 것이 어려울 뿐만 아니라 바람직하지도 않다. 도 3을 참조하면, 약 150 ℃의 차단 온도를 갖는(곡선 (310)) FeMn과 약 200 ℃의 차단 온도를 갖는(곡선 (320)) NiO에 대한 고정 필드 대 온도의 변화가 도시되어 있다. DASD에 사용되는 통상의 SV 센서는 약 200 Oe의 고정 필드 및 약 120 ℃의 일정한 온도에서 동작할 수 있어야 한다는 점을 고려해 볼 때, FeMn은 약 120 ℃에서 고정층을 고정하는 능력을 거의 상실하고, 또한 NiO는 약 120 ℃에서 적절한 고정을 간신히 제공할 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있다. 일단 고정 효과가 상실되면 SV 센서는 SV 효과의 전부 또는 일부를 상실하여 SV 센서를 쓸모없게 만든다는 점에 유의하여야 한다. FeMn은 또한 부식되기가 매우 쉬워 FeMn을 반강자성층으로 사용하는 것은 NiO보다 훨씬 더 많은 문제를 일으킨다.
따라서, 고정층들의 자화가 서로 상쇄되고 또한 반강자성층을 사용하지 않으면서도 이중 스핀 밸브(DSV) 센서 내의 고정층의 자화를 고정하고, 그에 따라 이중 스핀 밸브(DSV) 센서의 동작이 반강자성층의 온도 민감도(sensitivity)에 좌우되지 않도록 하는 수단을 제공하는 발명이 필요하다.
본 발명의 목적은 자기 고정 필드(magnetic pinning field)의 감소로 인해 발생되는 SV 효과의 상실이 없으면서도 고온(120 ℃ 이상)에서 동작 가능한 이중 스핀 밸브 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 고정층의 자화를 고정시키기 위한 목적으로 사용되어왔던 반강자성층을 사용하지 않는 이중 스핀 밸브 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 2개의 고정층의 자화가 서로 상쇄되는 이중 스핀 밸브 센서를 제공하는 것이다.
도 1은 반강자성층을 사용하는 종래의 스핀 밸브(SV) 센서의 공기 베어링 표면을 나타낸 도면(축적비는 동일하지 않음).
도 2는 2개의 반강자성층을 사용하는 종래의 이중 스핀 밸브(DSV) 센서의 공기 베어링 표면을 나타낸 도면(축적비는 동일하지 않음).
도 3은 FeMn 및 NiO에 대한 고정 필드와 온도 간의 관계를 보여주는 그래프.
도 4는 본 발명을 구현하는 자기 디스크 저장 시스템을 단순화한 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예인 이중 스핀 밸브(DSV) 센서의 공기 베어링 표면을 나타낸 도면(축적비는 동일하지 않음).
도 6은 감지 전류가 존재하는 경우 및 존재하지 않는 경우의 도 5의 이중 스핀 밸브(DSV) 센서의 4개의 자성층과 이들의 자화 벡터의 사시도(축적비는 동일하지 않음).
도 7은 본 발명의 이중 스핀 밸브(DSV) 센서의 또 다른 실시예인 공기 베어링 표면을 나타낸 도면(축적비는 동일하지 않음).
도 8은 본 발명의 이중 스핀 밸브(DSV) 센서의 또 다른 실시예인 공기 베어링 표면을 나타낸 도면(축적비는 동일하지 않음).
도면의주요부분에대한부호의설명
100 : 스핀 밸브 센서
102, 202, 530, 730 : 중앙 영역
104, 106, 204, 206, 510, 520, 710, 720 : 단부 영역
110, 210, 552, 750 : 자유층
115, 240, 250 550, 554, 742, 754, 758, 854 : 스페이서층
120, 220, 230, 540, 556, 740, 760, 850 : 고정층
125, 225, 235 : 반강자성층
130, 135, 260, 270, 572, 574, 772, 774 : 바이어스층
140, 145, 280, 290, 582, 584, 782, 784 : 리드선
160, 586, 782 : 전류원
200, 500, 700, 800 : 이중 스핀 밸브 센서(dual spin valve sensor)
532, 732 : 기판
534, 734 : 제 1 자기 차폐층
536, 736 : 갭층
542, 544, 752, 756, 852, 856 : 강자성 서브층(고정 서브층)
566 : 공기 베어링 표면(ABS)
576, 578 : 하부층(underlayers)
588, 788 : 감지 수단
590, 790 : 이중 스핀 밸브(DSV) 소자
상기한 본 발명의 목적 및 기타 다른 목적들과 장점들은 2개의 고정층 사이에 배치되는 자유층을 갖는 자기 바이어스된 이중 스핀 밸브(DSV) 센서에 의한 본 발명의 원리에 따라 달성된다. 본 발명의 이러한 이중 스핀 밸브(DSV) 센서에서는 반강자성(AFM)층을 제거하기 위해 전류에 의해 유도되는 고정 방법(pinning)을 사용할 뿐만 아니라 2개의 스페이서에서 스핀 밸브(SV) 효과가 가산적(additive)이 되도록 유지하면서, 3개의 자성층들 중 어느 하나를 반대로 평행한 2개의 서브층(sublayers)으로 분할한 반대 방향으로 평행한 결합층(antiparallel coupling layer)을사용하여 2개의 고정층의 자화를 상쇄시키는 플럭스 닫힘(flux closure)을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 이중 스핀 밸브(DSV)는 중앙 영역에 의해 서로 분리되는 단부 영역들을 포함한다. DSV 센서는 또한 제 1 스페이서층에 의해 제 1 고정층으로부터 분리되는 자유층을 갖는다. 제 1 고정층은 반대로 평행한 스페이서에 의해 서로 분리되는 2개의 강자성 서브층(sublayers) (고정 1A 서브층 및 고정 1B 서브층)을 추가적으로 포함한다. 고정 1A 서브층은 자유층과 고정 1B 서브층 사이에 배치되며, 또한 고정 1B 서브층의 자기 모멘트보다 작은 자기 모멘트를 갖는다. 제 1 고정층은 또한 2개의 강자성 서브층의 순자기 모멘트(net magnetic moment)에 해당하는 자기 모멘트를 갖는다.
반대로 평행한 스페이서는 루테늄(ruthenium: Ru)과 같은 비자성 물질로 이루어지는데, 이러한 루테늄은 적절한 두께 (바람직하게는 2 내지 8Å 사이의) 범위 내에서 인접한 강자성층들 간의 큰 반강자성(반대로 평행한) 결합을 제공한다. 이러한 반대로 평행한 결합은 충분히 강하여 큰 외부 필드가 존재하더라도 인접 강자성층들(고정 1A 서브층 및 고정 1B 서브층)의 자화가 반대로 평행한 정렬 상태(alignment)를 유지할 수 있다.
자유층은 또한 제 2 스페이서(제 2 스페이서)층에 의해 제 2 고정(고정 2)층으로부터 분리된다. 제 2 고정층은 제 2 자기 모멘트를 갖는다. 제 1 고정층의 순자기 모멘트와 제 2 고정층의 자기 모멘트는 또한 동일한 값을 갖도록 (두께를 적절히 선택하여) 정해진다. 자유층은 제 1 스페이서층과 제 2 스페이서층 사이에 삽입된다. 자유층은 제 1 스페이서층 및 제 2 스페이서층과 함께 제 1 고정층과 제 2 고정층 사이에 삽입된다. 자유층, 제 1 스페이서층과 제 2 스페이서층, 및 제 1 고정층과 제 2 고정층은 모두 중앙 영역 내에 형성되고 이중 스핀 밸브 소자(DSV element)(또는 DSV 물질)이라 불리운다.
단부 영역 내에 형성된 길이 방향 바이어스층들은 자유층에 대해 길이 방향 바이어싱을 제공한다. 또한, 길이 방향 바이어스층은 각각 DSV 소자와 연속 접합을 형성한다. DSV 센서는 DSV 소자에 감지 전류를 제공하기 위해 길이 방향 바이어스층 상에 형성된 2개의 리드선(제 1 및 제 2 DSV 리드선으로 DSV 리드선으로도 불리움)을 추가적으로 갖는다.
제 1 및 제 2 스페이서 물질은 구리, 은, 또는 금과 같이 SV 효과를 증진시키는 물질의 종류 중에서 선택된다. 이들 물질은 이웃하는 자성층들 간에 강자성 결합을 생성하여 이웃하는 자성층들의 자화가 평행한 정렬 상태를 이루는데 유리하도록 해준다.
감지 전류가 없는 경우(DSV 센서에 인가된 감지 전류가 없는 경우)에는, 자유층, 고정 1A 서브층, 및 제 2 고정층의 자화는 같은 방향으로 서로 평행하도록 정해지고, 공기 베어링 표면(air bearing surface: ABS)(자기 디스크 표면에 인접하고, DSV센서를 포함하는 자기 헤드의 표면을 말함)과 평행하도록 정해진다. 길이 방향 바이어스 필드의 크기와 방향, 자성의 초기화 절차(magnetic initialization procedure)(즉, 특정한 방향으로 큰 필드를 임의로 인가하는 것), 및 여러 개의 스페이서 양단에 걸리는 자기 결합 크기가 균형을 이루도록하여 상술한 자성 상태가 이루어진다. 감지 전류가 없는 경우, 고정 1B의 자화는 또한 공기 베어링 표면(ABS)과 평행하고, 반대로 평행한 스페이서를 사용하여 고정 1A 서브층과 반대로 평행하도록 정해진다.
감지 전류(DSV 센서에 인가된 감지 전류)가 존재하는 경우, 고정 1A 서브층과 제 2 고정층의 자화는 공기 베어링 표면(ABS) 쪽으로 약 90도 만큼 회전하여 공기 베어링 표면(ABS)과 거의 수직하게 되고, 고정 1B 서브층의 자화는 공기 베어링 표면(ABS)에서 멀어지는 쪽으로 약 90도 만큼 회전하여 공기 베어링 표면(ABS)과 거의 수직하게 된다. 상술한 자화 상태(공기 베어링 표면(ABS)에 거의 수직한 상태)는
1) 전류로 유도되는 자계를 사용하고;
2) 제 1 고정층에 대한 순자기 모멘트가 제 2 고정층에 대한 자기 모멘트와
실질적으로 동일한(여기서 실질적으로 동일한이라 함은 제 1 고정층의
순자기 모멘트와 제 2 고정층의 자기 모멘트 간의 차이가 20 Å 두께를
갖는 퍼멀로이(permalloy)의 자기 모멘트보다 작은 것을 의미함) 값을 갖
도록 하며;
3) 두께를 적절히 선택하여 고정 1A 서브층 모멘트가 고정 1B 서브층의 자
기 모멘트보다 더 큰 값을 갖도록 해줌으로써
이루어진다.
감지 전류(DSV 센서에 인가된 감지 전류)는 존재하지만 디스크로부터 나오는 외부 필드가 없는 경우, 자유층의 자화는 또한 후술하는 공지의 요인들의 가능한 조합을 모두 사용하여 공기 베어링 표면(ABS)과 평행한 상태를 유지하게 된다. 상기 공지의 요인들로는
1) 제 1 및 제 2 스페이서의 두께를 통해 자유층과 고정 1A 서브층 및 제 2 고정층 간의 결합 필드를 조정하는 방법;
2) DSV 센서를 통해 흐르는 감지 전류의 분포 및 그에 따라 전류에 의해 유
도되며 자유층에 작용하는 필드를 변화시키기 위해 DSV 물질을 구성하
는 여러 층들의 두께 및 저항을 조정하는 방법;
3) 제 1 고정층의 순자기 모멘트와 제 2 고정층의 자기 모멘트 간의 불균형
(제 1 고정층의 순자기 모멘트와 제 2 고정층의 자기 모멘트 간의 불균형
은 20 Å 두께를 갖는 퍼멀로이(permalloy)의 자기 모멘트보다 작아야만
함)을 생성하는 방법; 및
4) 차폐층들 사이에 센서를 비대칭으로 위치시키는 방법
이 있다.
고정층의 자화를 고정시키는 수단으로 감지 전류에 의해 유도되는 고정 방법(pinning)과 협력하여 플럭스의 닫힘(flux closure)(즉, 고정층의 자화가 서로 상쇄됨)을 이용하면 센서의 동작이 반강자성층(AFM)층에 좌우되지 않는다. 이것은 센서가 갑작스런 온도 변화 또는 디스크와의 갑작스런 충돌로 인해 동작 불능 상태(inoperative)로 되는 경우에도 고정층을 고정하기 위한 동적 수단(dynamic means)을 제공하고, 동시에 고정층들 간의 자기 모멘트가 동일한 크기를 가져 서로 상쇄됨으로써 자유층의 단부에 작용하는 표유 필드(stray field)가 상당히 감소된다.
본 발명의 특성 및 장점 뿐만 아니라 바람직한 사용 모드를 더욱 충분히 이해하기 위하여 첨부한 도면과 관련하여 이하의 상세한 설명이 참조되어야 한다. 첨부한 도면에서, 동일 참조 번호는 도면 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 부분들을 나타낸다.
이하에서 기술하는 것은 본 발명을 수행하기 위하여 지금까지 고안된 최선 실시 태양(best mode)이다. 이하의 설명과 다수의 도시된 실시예들은 본 발명의 일반적인 원리를 설명하기 위한 목적으로 기술된 것이며, 특허청구범위의 발명 개념을 한정하기 위한 것이 아니다.
도 4를 참조하면, 본 발명을 구현하는 디스크 드라이브 (400)이 도시되어 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 적어도 하나의 회전 가능한 자기 디스크 (412)는 스핀들 (414) 상에서 지지되고 디스크 구동 모터 (418)에 의해 회전된다. 각 디스크 상의 자기 기록 매체는 디스크 (412) 상의 동심원 데이터 트랙(도시하지 않음)의 환상 패턴의 형태로 되어 있다.
적어도 하나의 슬라이더 (413)이 디스크 (412) 상에 위치하는데, 각 슬라이더 (413)은 하나 이상의 자기 판독/기록 헤드 (421)을 지지하고, 이 헤드 (421)은 본 발명의 MR 센서의 일부를 이룬다. 디스크가 회전함에 따라, 슬라이더 (413)이 디스크 표면 (422) 위에서 지름 방향으로 전진 또는 후퇴하여 헤드 (421)은 원하는 데이터가 기록되어 있는 디스크의 여러 부분들에 액세스할 수 있다. 각 슬라이더 (413)은 서스펜션 (415)에 의해 액츄에이터 암 (419)에 부착되어 있다. 서스펜션 (415)는 약간의 탄성력을 제공하여 디스크 표면 (422)에 대해 슬라이더 (413)을 바이어스시킨다. 각 액츄에이터 암 (419)는 액츄에이터 수단 (427)에 부착된다. 도 4에 도시한 바와 같은 액츄에이터 수단은 음성 코일 모터(voice coil motor: VCM)일 수 있다. VCM은 고정 자계 내에서 움직일 수 있는 코일을 포함하고, 이 코일의 운동 방향 및 속도는 제어기 (429)에 의해 공급되는 모터 전류 신호에 의해 제어된다.
디스크 저장 시스템의 동작 중에, 디스크 (412)가 회전하면 슬라이더 (413) 및 디스크 표면 (422) 사이에 공기 베어링(air bearing)이 발생하는데, 이 공기 베어링은 슬라이더 상에서 상 방향의 힘 또는 부양력(lift)을 미친다. 따라서, 공기 베어링은 서스펜션 (415)의 탄성력과 균형을 이루고, 정상 동작시 슬라이더 (413)이 디스크 표면 위에서 대체적으로 일정한 간격만큼 약간 떠있도록 슬라이더를 지지한다.
디스크 저장 시스템의 여러 가지 구성 요소들의 동작은 액세스 제어 신호 및 내부 클럭 신호와 같은 제어 유닛 (429)에 의해 생성되는 제어 신호들에 의해 제어된다. 전형적으로, 제어 유닛 (429)는 로직 제어 회로, 저장 수단 및 마이크로 프로세서를 포함한다. 제어 유닛 (429)는 라인 (423) 상의 드라이브 모터 제어 신호 및 라인 (428) 상의 헤드 위치 및 탐색 제어 신호와 같은 제어 신호를 발생시켜 여러 가지 시스템 동작을 제어한다. 라인 (428) 상의 제어 신호는 원하는 전류 프로파일을 공급하여 슬라이더 (413)을 디스크 (412) 상의 원하는 데이터 트랙으로 가장 적합하게 이동시키고 또한 위치시킨다. 판독 및 기록 신호는 레코딩 채널(recording channel) (425)에 의해 기록 및 판독 헤드 (421)과 양방향으로 통신한다.
상기에서 기술한 전형적인 자기 디스크 저장 시스템 및 첨부하는 도 4의 예시는 단지 소개하기 위한 것에 불과하다. 디스크 저장 시스템은 다수개의 디스크 및 액츄에이터를 포함할 수 있으며 각각의 액츄에이터는 다수의 슬라이더를 지지할 수 있다는 사실은 명백하다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예인 이중 스핀 밸브(DSV) 센서 (500)의 공기 베어링 표면을 나타낸 도면이 도시되어 있다. DSV 센서 (500)은 중앙 능동 영역(central active region) (530)에 의해 서로 분리된 수동 단부 영역(passive end regions) (510) 및 (520)을 포함하고 있다. 제 1 자기 차폐층 (534) 및 갭층(gap layer) (536)은 필수적인 것은 아니지만 적당한 기판 (532) 위에 형성되는 것이 바람직하다. 제 1 자기 차폐층 (534)는 DSV 센서 (500)을 자기적으로 절연시키며, 통상 NiFe 또는 sendust(상표임)로 이루어져 있다. 갭층(gap layer) (536)은 DSV 센서 (500)을 자기적으로 절연시키며, 일반적으로 Al2O3또는 SiO2로 이루어져 있다.
DSV 센서 (500)은 갭층 (536) 위의 중앙 영역 (530) 내에 제 1 고정층 (540), 제 1 스페이서층 (550), 자유층 (552), 제 2 스페이서층 (554) 및 제 2 고정층 (556)의 순서대로 형성된 층들을 포함한다. 자유층 (552), 스페이서층들 (550) 및 (554), 및 제 1 및 제 2 고정층 (540) 및 (556)은 DSV 소자(DSV 물질) (590)이라고 불리운다.
제 1 고정층 (540)은 반대로 평행한 스페이서 (544)에 의해 서로 분리되는 제 1 및 제 2 강자성 서브층 (542)(고정 1B 서브층) 및 (546)(고정 1A 서브층)을 더 포함하고 있다.
DSV 센서 (500)은 또한 자유층 (552)에 길이 방향 바이어스(longitudinal bias: LB) 필드를 제공하도록 각각 단부 영역 (510) 및 (520) 내에 형성되는 길이 방향의 바이어스(LB)층 (572) 및 (574)를 포함하여, 자유층 내에서 단일 자구 상태(single magnetic domain state)가 유지되도록 한다. 바람직한 실시예에 있어서, 길이 방향 바이어스층 (572) 및 (574)는 바람직하게는 CoPtCr과 같은 하드 자성 물질로 이루어지지만, CoPtCrTa 또는 CoPtCrSiO2와 같이 Co를 기본으로 한 기타 다른 하드 자석(hard magnet)으로도 이루어질 수 있다. 또한, 길이 방향 바이어스층 (572) 및 (574)는 일반적으로 각각 단부 영역 (510) 및 (520) 내에 형성되는 하부층(underlayers) (576) 및 (578) 상에 형성된다. 하부층 (576) 및 (578)은 일반적으로 Cr, CrV 또는 Ru로 이루어진다. 하드 자성 물질로 이루어지는 길이 방향 바이어스층 (572) 및 (574)는 일반적으로 하드 바이어스(HB)층 (572) 및 (574)라고 불리운다. 길이 방향 바이어스층은 또한 각각 DSV 소자 (590)과 연속 접합(contiguous junction)을 형성한다.
또 다른 방법으로, 소프트 자성 물질을 포함하는 층 (572) 및 (574)를 각 단부 영역 내에 형성되는 반강자성(AFM) 물질층과 교환 결합시켜 길이 방향 바이어싱을 달성할 수 있다. 이러한 구조에 있어서, 소프트 바이어스층 (572) 및 (574)는 반강자성층(AFM)과의 교환 결합의 결과 자기적으로 강화된다.
DSV 센서 (500)은 단부 영역 (510) 및 (520)에 각각 형성된 2개의 전기 리드선 (582) 및 (584)(제 1 및 제 2 SV 리드선)을 더 포함하여 DSV 소자와 감지 전류원 (586) 및 감지 수단 (588)을 전기적으로 접속한다. 감지 전류원 (586)은 DSV 소자 (590)에 필요한 감지 전류를 제공하여 DSV 소자 (590) 양단에 DC 베이스(바이어스) 전압을 형성한다. 감지 수단 (588)은 스핀 밸브 효과를 감지하는 수단을 제공한다.
DSV 센서 (500)에 있어서, 자유층 (552)는 NiFe 또는 NiFe/Co와 같은 소프트 강자성 물질로 이루어진다. 고정 1A 서브층 (546), 고정 1B 서브층 (542) 및 제 2 고정층 (556)도 또한 NiFe 또는 NiFe/Co와 같은 소프트 강자성 물질로 이루어진다. 스페이서층 (550) 및 (554)는 구리, 은, 또는 금과 같은 스핀 밸브(SV) 증진 물질(SV promoting materials)(이웃하는 자성층들 간의 강자성 결합을 생성하는 물질, 즉 이웃하는 자성층들의 자화가 평행한 정렬 상태를 이루는데 유리하도록 해주는 결합을 생성하는 물질을 말함)로 이루어진다. 반대 방향으로 평행한 스페이서 (544)는 Ru(루테늄), Cr, Ir(이리듐) 및 Rh와 같은 강한 반강자성 결합을 제공하는 비자성 물질로 이루어진다. 루테늄은 적절한 두께 (바람직하게는 2 내지 8Å) 범위 내에서 인접 강자성층들 간에 큰 반강자성 결합을 제공할 수 있다. 이러한 결합은 충분히 강하여 큰 외부 필드가 존재하더라도 인접층들의 자화가 반대로 평행한 정렬 상태를 유지하도록 해준다.
DSV 센서 (500)은 고정층들의 자화를 고정하기 위해 반강자성(AFM)층을 전혀 사용하지 않는다는 점에 유의하여야 한다. 따라서, 자기 바이어스(self-biased)된 DSV 센서는 고정층들의 자화를 고정하기 위해 반강자성(AFM)층을 사용하지 않는 DSV 센서를 말한다. DSV 센서 (500)은 일반적으로 캡층(capping layer)(도시되지 않음) 및 제 2 자기 차폐층(도시되지 않음)에 의해 차례로 덮혀진다.
도 6을 참조하면, 감지 전류가 존재하는 경우(점선) 및 존재하지 않는 경우(실선), 도 5에 도시된 DSV 센서의 4개의 자성층들과 이들의 자화 벡터의 사시도가 도시되어 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 감지 전류 IS가 없는 경우, 제 2 고정층 (556), 자유층 (552) 및 고정 1A 서브층 (546)의 자화 벡터 MP2, MF, 및 MP1A는 같은 방향으로 서로 평행하도록 정해지고, 공기 베어링 표면(ABS) (566)과 평행하다(각각 위치 (556A), (552A), 및 (546A)에 해당됨).
감지 전류(즉, DSV 센서 (500) 내에 흐르는 감지 전류)가 있는 경우, 제 2 고정층 (556)의 자화 벡터 MP2는 위치 (556A)에서 위치 (556B)로 ABS를 향하도록 회전하여, ABS (566)을 횡단(즉, ABS (566)과 대체로 수직(75 내지 105도의 각을 형성)인 것을 의미함)하게 된다. 이러한 회전은 전류에 의해 유도되며 센서의 두께 방향을 가로질러 변하는 자계가 존재하기 때문이다. 이들 자계는 ABS 평면과 수직하고, 특정한 전류 극성(polarity)에 대해 제 2 고정층 내에서 ABS를 향하는 방향을 가리킨다.
감지 전류가 있는 경우, 고정 1A 서브층 (546)의 자화 벡터 MP1A는 또한 위치 (546A)에서 위치 (546B)로 ABS를 향하도록 회전하여 ABS (566)을 횡단(즉, ABS (566)과 대체로 수직(75 내지 105도의 각을 형성)인 것을 의미함)하게 된다. 이러한 회전은 전류에 의해 유도되며 센서의 두께 방향을 가로질러 변하는 자계가 존재하기 때문이다. 이들 자계는 ABS 평면과 수직하고, 특정한 전류 극성(polarity)에 대해 제 1 고정층 내에서 ABS에서 멀어지는 방향을 가리킨다.
감지 전류가 있는 경우, 고정 1B 서브층 (542)의 자화 벡터 MP1B는 위치 (542A)에서 위치 (542B)로 ABS에서 멀어지는 방향으로 회전하여 ABS (566)을 횡단(즉, ABS (566)과 대체로 수직(105 내지 75도의 각을 형성)인 것을 의미함)하게 되는데, 그 이유는 반대로 평행한 2개의 자성 서브층들 간의 강한 자화 때문이다.
상술한 바와 같이, 전류가 존재하면 센서의 두께 방향을 가로질러 변하는 자계를 유도한다. 이들 자계는 ABS 평면과 수직하고, 특정한 전류 극성(polarity)에 대해 제 1 고정층 내에서는 ABS를 향하는 방향을 가리키고, 제 2 고정층 내에서는 ABS에서 멀어지는 방향을 가리킨다. 따라서, 제 1 고정층의 순자기 모멘트(net magnetic moment)와 제 2 고정층의 자기 모멘트는 이들 모멘트들을 ABS와 수직하되 서로 반대로 평행하도록 배향시키려고 하는 힘을 받게 된다. 그러나, 전류에 의해 유도된 자계만으로는 일반적으로 고정층의 자화가 ABS와 수직한 정렬 상태를 생성하기에 충분하지 못한데, 그 이유는 수직한 정렬 상태와 반대되는 방향의 감자력(減磁力: demagnetizing forces) 때문이다. 그러나, 제 1 고정층 (540)의 순자기 모멘트가 제 2 고정층 (556)의 자기 모멘트와 실질적으로 동일한 값을 갖도록 해주면 감자력이 최소화된다. 제 1 고정층의 순자기 모멘트는 2개 서브층의 합성 자기모멘트이다. 2개 서브층의 자기 모멘트는 서로 차이가 나며, 또한 이들의 차이(즉, 이들의 전체 결합 자기 모멘트)가 제 2 고정층의 자기 모멘트와 거의 동일하도록 선택된다. 거의 동일한 자기 모멘트란 20 Å 두께의 띠(strip)로 되어 있는 Ni80Fe20퍼멀로이(permalloy)가 갖는 자기 모멘트보다 크지 않은 자기 모멘트의 차이를 말한다.
도 6을 참조하면, 감지 전류는 존재하지만 디스크로부터 나오는 외부 필드가 없는 경우, 자유층 (552)의 자화 MF는 또한 후술하는 방법을 통해 공기 베어링 표면(ABS)과 평행(위치 (552A))한 상태를 유지하게 된다. 이러한 방법으로는
1) 제 1 및 제 2 스페이서의 두께를 제어하여 자유층과 고정 1A 서브층 및
제 2 고정층 간의 결합 필드를 조정하는 방법;
2) DSV 센서를 통해 흐르는 감지 전류의 분포 및 그에 따라 전류에 의해 유
도되며 자유층에 작용하는 필드를 변화시키기 위해 DSV 물질을 구성하
는 여러 층들의 두께 및 저항을 조정하는 방법;
3) 제 1 고정층의 순자기 모멘트와 제 2 고정층의 자기 모멘트 간의 불균형
을 생성하는 방법; 및
4) 차폐층들 사이에 센서를 비대칭으로 위치시키는 방법
이 있다.
상술한 바와 같이, 감지 전류가 존재하는 경우, MP2및 MP1A는 그들 자신을 ABS (566) 방향으로 배향시켜 ABS (566)을 횡단하도록 하고, 동시에 MP2및 MP1A는 MP1B와 반대로 평행하게 된다(즉, 방향이 반대임). 또한, 고정 1B 서브층은 고정 1A 서브층보다 더 큰 자기 모멘트를 갖도록 선택된다. 그 결과, 충분히 큰 감지 전류가 인가되면, 고정 1B 서브층 (542)와 제 2 고정층 (556)이 ABS 쪽 방향 및 ABS와 멀어지는 방향으로 각각 향하는 자화를 갖는 점선들로 표시된 자성 상태가 생성된다. 고정 1A 서브층 (546)과 제 2 고정층 (556)은 제 1 스페이서층550)과 제 2 스페이서층(554)의 양단에 나타나는 SV 효과에 의해 동일한 부호를 갖는 SV 신호가 발생하도록 해주는데 필요한 조건인 평행한 자화를 갖는다는 것을 알 수 있다.
감지 전류가 센서 (500)에 인가되는 동안에는 고정층들의 자화가 위치 (556B), (546B), 및 (542B) 내에서 고정된 상태를 유지한다. 일단 감지 전류가 턴오프(turn off)되면, 고정층들의 자화는 ABS (566)과 평행한 방향으로 놓여 있는 바이어스 위치 (556A), (546A), 및 (542A)로 되돌아간다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, DSV 센서 내에 흐르는 감지 전류의 크기는 스트라이프 높이(stripe height)(스트라이프 높이는 공기 베어링 표면(ABS)에 대한 자기저항(MR) 센서의 높이를 말한다)에 대해 단위 미크론 당 5 mA 이상이며, DSV 소자를 형성하는 층들의 물질과 두께는 다음과 같다.
고정 1B 서브층 (542) : NiFe(60-100 Å)
반대로 평행한 스페이서 (544) : Ru(4-8 Å)
고정 1A 서브층 (546) : NiFe(20-60 Å)
제 1 스페이서층 (550) : Cu(20-30 Å)
자유층 (552) : NiFe(40-80 Å)
제 2 스페이서층 (554) : Cu(20-30 Å) 및
제 2 고정층 (556) : NiFe(40-80 Å)
도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예인 이중 스핀 밸브(DSV) 센서 (700)의 공기 베어링 표면을 나타낸 도면이 도시되어 있다. DSV 센서 (700)은 중앙 능동 영역 (730)에 의해 서로 분리되어 있는 수동 단부 영역 (710) 및 (720)을 포함한다. 제 1 자기 차폐층 (734) 및 갭층(gap layer) (736)은 필수적인 것은 아니지만 적당한 기판 (732) 상에 형성되는 것이 바람직하다.
DSV 센서 (700)은 갭층 (736) 위의 중앙 영역 (730) 내에 제 1 고정층 (740), 제 1 스페이서층 (742), 자유층 (750), 제 2 스페이서층 (758), 및 제 2 고정층 (760)의 순서대로 형성된 층들을 포함한다. 자유층 (750), 스페이서층 (742) 및 (758), 제 1 및 제 2 고정층 (740) 및 (760)은 DSV 소자(DSV 물질) (790)이라고 불리운다.
자유층 (750)은 또한 반대로 평행한 스페이서 (754)에 의해 서로 분리되는 제 1 및 제 2 강자성 서브층 (752)(자유 B 서브층) 및 (756)(자유 A 서브층)을 포함하고 있다. 자유 A 서브층의 자기 모멘트는 자유 B 서브층의 자기 모멘트와 다르도록 선택되어 결과적으로 자유층 (750)이 영(0)이 아닌(non-zero) 순자기 모멘트를 갖도록 한다. 0이 아닌 순자기 모멘트의 크기는 센서에 대한 민감도(sensitivity) 및 선형성(linearity)의 원하는 조합(combination)을 달성하도록 디스크의 특정한 영역의 자화(particular areal magnetization)에 대해 최적화된다. 자유층 (750)의 순자기 모멘트를 낮추면 민감도가 개선되지만 센서의 선형성이 열화(degrade)된다는 점을 유의하여야 한다.
DSV 센서 (700)은 또한 자유층 (750)에 길이 방향 바이어스 필드를 제공하도록 각각 단부 영역 (710) 및 (720) 내에 형성되는 길이 방향 바이어스(LB)층 (772) 및 (774)를 포함하여, 자유층 내에서 단일 자구 상태(single magnetic domain state)가 유지되도록 한다. 바람직한 실시예에 있어서, 길이 방향 바이어스층 (772) 및 (774)는 바람직하게는 CoPtCr과 같은 하드 자성 물질로 이루어지지만, CoPtCrTa 또는 CoPtCrSiO2와 같은 Co를 기본으로 한 기타 다른 하드 자석(hard magnet)으로도 이루어질 수 있다. 하드 자성 물질로 이루어지는 길이 방향 바이어스층 (772) 및 (774)는 일반적으로 하드 바이어스(HB)층 (772) 및 (774)라고 불리운다. 길이 방향 바이어스층은 또한 각각 DSV 소자 (790)과 연속 접합(contiguous junction)을 형성한다.
또 다른 방법으로, 소프트 자성 물질을 포함하는 각각의 층 (772) 및 (774)를 각 단부 영역 내에 형성되는 반강자성(AFM) 물질층과 교환 결합시켜 길이 방향 바이어싱을 달성할 수 있다. 이러한 구조에 있어서, 소프트 바이어스층 (772) 및 (774)는 반강자성층(AFM)과의 교환 결합의 결과 자기적으로 강화된다.
DSV 센서 (700)은 또한 단부 영역 (710) 및 (720)에 각각 형성된 2개의 전기 리드선 (782) 및 (784)(제 1 및 제 2 SV 리드선)을 포함하여 DSV 소자와 감지 전류원 (786) 및 감지 수단 (788)을 전기적으로 접속한다. 감지 전류원 (786)은 DSV 소자 (790)에 필요한 감지 전류를 제공하여 DSV 소자 (790) 양단에 DC 베이스(바이어스) 전압을 형성한다. 감지 수단 (788)은 스핀 밸브 효과를 감지하는 수단을 제공한다.
DSV 센서 (700)에 있어서, 자유 A 서브층 및 자유 B 서브층은 NiFe 또는 NiFe/Co와 같은 소프트 강자성 물질로 이루어진다. 제 1 고정층 (740) 및 제 2 고정층 (760)도 또한 NiFe 또는 NiFe/Co와 같은 소프트 강자성 물질로 이루어진다. 스페이서층 (742) 및 (758)은 구리, 은, 또는 금과 같은 스핀 밸브(SV) 증진 물질(SV promoting materials)(이웃하는 자성층들 간에 강자성 결합을 생성하는 물질, 즉 이웃하는 자성층들의 자화가 평행한 정렬 상태를 이루는데 유리하도록 해주는 결합을 생성하는 물질을 말함)로 이루어진다. 반대 방향으로 평행한 스페이서 (754)는 Ru, Cr, Ir 및 Rh와 같은 강한 반강자성 결합을 제공하는 비자성 물질로 이루어진다. Rh는 적절한 두께 (바람직하게는 2 내지 8 Å) 범위 내에서 인접 강자성층인 자유 A 서브층과 자유 B 서브층 간에 큰 반강자성 결합을 제공할 수 있다. 이러한 결합은 충분히 강하여 큰 외부 필드가 존재하더라도 자유 A 서브층과 자유 B 서브층의 자화가 반대로 평행한 정렬 상태를 유지하도록 해준다. 이것은 자유 A 서브층과 자유 B 서브층이 서로 반대로 평행한 자화를 갖도록 해주는 반대로 평행한 스페이서 (754)의 특징에 기인한다.
DSV 센서 (700)은 고정층 (740) 및 (760)의 자화를 고정하기 위해 반강자성(AFM)층을 전혀 사용하지 않는다는 점에 유의하여야 한다. 따라서, 자기 바이어스된(self-biased) DSV 센서라는 용어는 고정층들의 자화를 고정하기 위해 반강자성(AFM)층을 사용하지 않는 DSV 센서를 말한다. DSV 센서 (700)은 일반적으로 캡층(capping layer)(도시되지 않음) 및 제 2 자기 차폐층(도시되지 않음)에 의해 차례로 덮혀진다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예인 이중 스핀 밸브(DSV) 센서 (800)의 공기 베어링 표면(ABS)을 나타낸 도면이 도시되어 있다. DSV 센서 (800)은 반대로 평행한 스페이서 (854)에 의해 서로 분리되어 있는 2개의 고정 서브층 (852) 및 (856)을 구비한 제 2 고정층 (850)을 제외하고는 DSV 센서 (500)과 매우 유사하다.
본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 특별히 도시되고 기술되었지만, 그럼에도 불구하고 본 발명의 정신, 범위, 및 개시 내용을 이탈함이 없이 당업자는 본 발명으로부터 다양한 변경이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 명세서에서 개시된 본 발명은 예시된 실시예에 의해 제한되는 것이 아니라, 첨부하는 특허청구범위에 의해서만 제한된다는 점을 이해하여야 한다.
본 발명을 사용하면, 고정층들의 자화가 서로 상쇄되고 또한 반강자성층을 사용하지 않으면서도 이중 스핀 밸브(DSV) 센서 내의 고정층의 자화를 고정하고, 그에 따라 이중 스핀 밸브(DSV) 센서의 동작이 반강자성층의 온도 민감도(sensitivity)에 좌우되지 않는다.

Claims (14)

  1. 중앙 영역에 의해 서로 분리되는 제 1 및 제 2 단부 영역을 구비한 이중 스핀 밸브(dual spin valve: DSV) 센서에 있어서,
    a) 중앙 영역 내에서
    i) 자유층(free layer);
    ii) 제 1 및 제 2 고정 자기 서브층과, 제 1 고정 자기 서브층 및 제 2 고
    정 자기 서브층 사이에 배치되는 반대로 평행한 스페이서(antiparallel
    spacer)를 구비하고, 제 1 순자기 모멘트(net magnetic moment)를 갖
    는 제 1 고정층(first pinned layer);
    iii) 상기 제 1 자기 모멘트와 실질적으로 동일한 제 2 자기 모멘트를 갖
    는 제 2 고정층(second pinned layer);
    iv) 자유층과 제 1 고정층 사이에 배치되는 제 1 스페이서층(first spacer
    layer); 및
    v) 자유층과 제 2 고정층 사이에 배치되는 제 2 스페이서층(second
    spacer layer)―여기서 자유층은 상기 제 1 스페이서층과 상기 제 2 스
    페이서층 사이에 배치됨―
    을 포함하는 이중 스핀 밸브(DSV) 소자;
    b) 상기 자유층을 길이 방향으로 바이어스하기 위해 제 1 및 제 2 단부 영역
    내에 각각 형성되는 제 1 및 제 2 길이 방향 바이어스층(longitudinal bias
    layers)―여기서 제 1 및 제 2 길이 방향 바이어스층은 상기 이중 스핀 밸
    브(DSV) 소자와 연속 접합(contiguous junction)을 형성함―; 및
    c) 제 1 및 제 2 길이 방향 바이어스층 상에 각각 배치되고, 상기 제 1 및 제
    2 고정층의 자화를 고정하기 위해 이중 스핀 밸브(DSV) 소자에 감지 전
    류를 인가하기 위한 제 1 및 제 2 이중 스핀 밸브(DSV) 리드선
    을 포함하는 이중 스핀 밸브 센서.
  2. 제 1항에 있어서, 자유층이 NiFe, NiFeCo, NiFe/Co, 및 NiFeCo/Co로 이루어지는 군(group)에서 선택되는 물질을 포함하는 이중 스핀 밸브 센서.
  3. 제 1항에 있어서, 제 1 및 제 2 고정층이 NiFe, NiFe/Co, NiFeCr, NiFeNb, Co, NiFe/Co, NiFeCo/Co, NiFeCr/Co, 및 NiFeNb/Co로 이루어지는 군(group)에서 선택되는 물질을 포함하는 이중 스핀 밸브 센서.
  4. 제 1항에 있어서, 제 1 및 제 2 스페이서층이 구리, 금, 은, 및 이들의 합금으로 이루어지는 군(group)에서 선택되는 물질을 포함하는 이중 스핀 밸브 센서.
  5. 제 1항에 있어서, 반대로 평행한 스페이서가 Ru, Cr, Rh, Ir, 및 이들의 합금으로 이루어지는 군(group)에서 선택되는 물질을 포함하는 이중 스핀 밸브 센서.
  6. 제 1항에 있어서, 제 1 및 제 2 길이 방향 바이어스층이 CoPtCr, CoPtCrTa, 및 CoPtCrSiO2로 이루어지는 군(group)에서 선택되는 하드 자성 물질을 포함하는 이중 스핀 밸브 센서.
  7. 제 1항에 있어서, 제 1 및 제 2 길이 방향 바이어스층은 NiFe 및 NiFeCo로 이루어지는 군(group)에서 선택되는 소프트 자성 물질을 포함하고, 제 1 및 제 2 길이 방향 바이어스층들은 각각 반강자성층과 교환 결합되며, 반강자성층들은 각각 FeMn, NiMn, PtMn, PdMn, IrMn, 및 RhMn으로 이루어지는 군(group)에서 선택되는 물질을 포함하는 이중 스핀 밸브 센서.
  8. 자기 저장 시스템에 있어서,
    a) 데이터를 기록하기 위한 자기 저장 매체;
    b) 중앙 영역에 의해 서로 분리되는 제 1 및 제 2 단부 영역을 갖는 이중 스
    핀 밸브(DSV) 센서―여기서 이중 스핀 밸브(DSV) 센서는
    i) 중앙 영역 내에서
    가) 자유층(free layer);
    나) 제 1 및 제 2 고정 자기 서브층과, 제 1 고정 자기 서브층 및 제
    2 고정 자기 서브층 사이에 배치되는 반대로 평행한 스페이서
    (antiparallel spacer)를 구비하고, 제 1 순자기 모멘트(net
    magnetic moment)를 갖는 제 1 고정층(first pinned layer);
    다) 상기 제 1 자기 모멘트와 실질적으로 동일한 제 2 자기 모멘트를
    갖는 제 2 고정층(second pinned layer);
    라) 자유층과 제 1 고정층 사이에 배치되는 제 1 스페이서층(first
    spacer layer); 및
    마) 자유층과 제 2 고정층 사이에 배치되는 제 2 스페이서층(second
    spacer layer)―여기서 자유층은 상기 제 1 스페이서층과 상기 제
    2 스페이서층 사이에 배치됨―
    을 포함하는 이중 스핀 밸브(DSV) 소자;
    ii) 상기 자유층을 길이 방향으로 바이어스하기 위해 제 1 및 제 2 단부
    영역 내에 각각 형성되는 제 1 및 제 2 길이 방향 바이어스층
    (longitudinal bias layers)―여기서 제 1 및 제 2 길이 방향 바이어스층
    은 상기 이중 스핀 밸브(DSV) 소자와 연속 접합(contiguous junction)
    을 형성함―; 및
    iii) 제 1 및 제 2 길이 방향 바이어스층 상에 각각 배치되고, 상기 제 1
    및 제 2 고정층의 자화를 고정하기 위해 이중 스핀 밸브(DSV) 소자에
    감지 전류를 인가하기 위한 제 1 및 제 2 이중 스핀 밸브(DSV) 리드
    선
    을 포함함―; 및
    c) 자기 저장 매체에 기록된 데이터를 나타내는 인가된 자계에 응답하여 이
    중 스핀 밸브(DSV) 소자의 저항 변화를 검출하도록 이중 스핀 밸브
    (DSV) 센서에 결합되는 레코딩 채널(recording channel)
    을 포함하는 자기 저장 시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 자유층이 NiFe, NiFeCo, NiFe/Co, 및 NiFeCo/Co로 이루어지는 군(group)에서 선택되는 물질을 포함하는 자기 저장 시스템.
  10. 제 8항에 있어서, 제 1 및 제 2 고정층이 NiFe, NiFe/Co, NiFeCr, NiFeNb, Co, NiFe/Co, NiFeCo/Co, NiFeCr/Co, 및 NiFeNb/Co로 이루어지는 군(group)에서 선택되는 물질을 포함하는 자기 저장 시스템.
  11. 제 8항에 있어서, 제 1 및 제 2 스페이서층이 구리, 금, 은, 및 이들의 합금으로 이루어지는 군(group)에서 선택되는 물질을 포함하는 자기 저장 시스템.
  12. 제 8항에 있어서, 반대로 평행한 스페이서가 Ru, Cr, Rh, Ir, 및 이들의 합금으로 이루어지는 군(group)에서 선택되는 물질을 포함하는 자기 저장 시스템.
  13. 제 8항에 있어서, 제 1 및 제 2 길이 방향 바이어스층이 CoPtCr, CoPtCrTa, 및 CoPtCrSiO2로 이루어지는 군(group)에서 선택되는 하드 자성 물질을 포함하는 자기 저장 시스템.
  14. 제 8항에 있어서, 제 1 및 제 2 길이 방향 바이어스층은 NiFe 및 NiFeCo로 이루어지는 군(group)에서 선택되는 소프트 자성 물질을 포함하고, 제 1 및 제 2 길이 방향 바이어스층들은 각각 반강자성층과 교환 결합되며, 반강자성층들은 각각 FeMn, NiMn, PtMn, PdMn, IrMn, 및 RhMn으로 이루어지는 군(group)에서 선택되는 물질을 포함하는 자기 저장 시스템.
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