KR19980079613A - 대칭인 판독 신호를 갖는 반대로 평행하게 고정된 스핀 밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 움직이는 자기 매체로부터 동일한 크기를 갖는 정(正) 및 부(負)의 자기 플럭스 유입(magnetic incursions)을 감지한 경우 정 및 부의 판독 신호가 전달 곡선(transfer curve)의 제로 바이어스 포인트(zero bias point)에 대해 대칭인 박막 자기저항(MR) 스핀 밸브 판독 센서(spin valve read sensor)를 제공한, 상기 스핀 밸브 판독 센서는 정 및 부의 자기 플럭스 유입 각각을 감지한 경우 제로 바이어스 포인트에 대응하는 위치로부터 제 1 및 제 2 방향으로 자유롭게 회전하는 자기 모멘트(magnetic moment)를 갖는 강자성 자유층(ferromagnetic free layer), 반대로 평행하게 고정된 층(antiparallel pinned layer), 고정 방향을 따라 반대로 평행하게 고정된 층의 자기 모멘트를 고정시키며, 반대로 평행하게 고정된 층과 바로 인접한 반강자성층(antiferromagnetic layer), 자유층과 반대로 평행하게 고정된 층 사이에 삽입되어 있어, 상기 정 및 부의 자기 플럭스 유입을 감지하면 자유층의 자기 모멘트가 고정층의 자기 모멘트의 고정 방향에 대해 제 1 및 제 2 방향으로 회전하여 자기저항을 각각 증가 또는 감소시키도록 해주는 비자성 전도성 스페이서층(spacer layer) 및 자기저항의 증가 및 감소에 응답하여 센서가 제로 바이어스 포인트에 대해 대칭인 정 및 부의 판독 신호를 발생하도록 미리 정해진 방향과 크기를 갖는 감지 전류를 센서에 인가하기 위한 감지 전류원(sense current source)을 포함한다.

Description

대칭인 판독 신호를 갖는 반대로 평행하게 고정된 스핀 밸브
본 발명은 판독 헤드의 전달 함수의 바이어스 포인트에 대한 자기에 의한 영향과 이방성 자기저항(anisotropic magnetoresistive : AMR)의 영향이 균형을 이루어 판독 헤드가 대칭인 판독 신호를 발생시키는 반대로 평행하게 고정된 스핀 밸브 판독 헤드에 관한 것이다.
스핀 밸브 센서는 자기 디스크 또는 자기 테이프와 같은 움직이는 자기 매체로부터 자계를 감지하기 위한 판독 헤드에 사용된다. 이러한 스핀 밸브 센서는 비자성 전도층(nonmagnetic conductive layer)(이하에서 스페이서층(spacer layer)이라 함)을 포함하고 있는데, 이 스페이서층은 제 1 강자성층(이하에서 고정층(pinned layer)이라 함) 및 제 2 강자성층(이하에서 자유층(free layer)이라 함) 사이에 삽입(sandwich)된다. 제 1 및 제 2 리드선이 스핀 밸브 센서에 접속되어 감지 전류가 그 스핀 벨브 센서를 통과하도록 통전된다. 고정층의 자화(magnetization)는 자유층의 자화에 90°로 고정되며, 자유층의 자화는 외부 자계에 대해 자유롭게 응답한다. 고정층의 자화는 통상 반강자성층과의 교환 결합(exchange coupling)에 의해 고정된다.
스페이서층의 두께는 센서를 통과하는 전도 전자(conduction electron)의 평균 자유 행정(mean free path)보다 작은 값을 갖도록 선택된다. 이러한 배열에서는, 전도 전자의 일부가 스페이서층과 고정층 및 자유층의 경계면에 의해 산란(scatter)된다. 고정층 및 자유층의 자화가 서로 평형할 경우 산란은 최소가 되며, 고정층 및 자유층의 자화가 서로 반대로 평형할 경우 산란은 최대가 된다. 산란이 변하면 스핀 밸브 센서의 저항이 sinθ에 비례하도록 변화되는데, 여기서 θ는 고정층 자화와 자유층 자화가 이루는 각이다. 스핀 밸브 센서는 이방성 자기저항(AMR) 센서보다 상당히 더 높은 자기저항(magnetoresistive: MR) 계수를 갖는다. 이러한 이유로, 스핀 밸브 센서는 거대 자기저항(giant magnetoresistive: GMR) 센서라고 불리우기도 한다.
스핀 밸브 센서를 사용하는 판독 헤드(이하에서 스핀 밸브 판독 헤드라 함)는 유도(inductive) 기록 헤드와 결합되어 결합 자기 헤드를 형성한다. 결합 자기 헤드는 병합형(merged) 헤드 또는 피기백(piggyback) 헤드 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있다. 병합형 헤드에서는, 하나의 층이 판독 헤드용 차폐체(shield) 기능 및 기록 헤드용 제 1 극편(pole piece)의 기능을 한다. 피기백 헤드에서는 기록 헤드용 제 1 극편의 기능을 하는 별도의 층(separate layer)을 갖는다. 자기 디스크 드라이브에서는 결합 자기 헤드의 공기 베어링 표면(air bearing surface : ABS)이 회전하는 디스크에 가까이 지지되어 디스크 상에 정보를 기록하거나 디스크로부터 정보를 판독한다. 기록 헤드의 제 1 및 제 2 극편 사이의 갭(gap)을 가로질러 프린지(fringe)되는 자계에 의해 정보가 회전하는 디스크에 기록된다. 판독 모드에서는, 스핀 밸브 센서의 저항이 회전하는 디스크로부터 나오는 자계의 크기에 비례하여 변한다. 감지 전류가 스핀 밸브 센서를 통과하도록 통전되면, 저항 변화가 플레이백 신호로 검지되어 처리되는 전위 변화를 일으킨다.
반대로 평행하게 고정된(antiparallel pinned : AP) 스핀 밸브로 불리우는 개선된 스핀 밸브가 본 명세서에 참조되어 본 발명의 일부를 이루며, 본 출원인에게 양도된 Heim과 Parkin의 미국 특허 제 5,465,185호에 개시되어 있다. AP 스핀 밸브는 고정층이 다수의 박막을 포함한다는 점에서 상기 기술한 스핀 밸브와는 다르다. 고정층은 제 1 및 제 2 강자성 박막 사이에 삽입되는 비자성 전도성 스페이서 박막을 갖는다. 제 1 박막은 반강자성층에 바로 인접되어 있으며, 그 반강자성층과 교환 결합되어 있고, 자기 모멘트(magnetic moment)는 제 1 방향을 향하고 있다. 제 2 박막은 자유층에 바로 인접해 있으며, 제 1 및 제 2 박막 사이의 스페이서 박막으로 이루어진(25Å 정도의) 최소 두께만큼 떨어져 제 1 박막에 교환 결합되어 있다. 제 2 박막의 자기 모멘트는 제 1 박막의 자기 모멘트 방향에 반대로 평행한 방향인 제 2 방향으로 배향되어 있다. 제 1 및 제 2 박막의 자기 모멘트가 결합하여 고정층의 순 고정 모멘트(net pinning moment)를 제공한다. 순 고정 모멘트의 방향은 제 1 및 제 2 박막 중 더 두꺼운 것에 의해 정해진다. 제 1 및 제 2 박막의 두께는 순 고정 모멘트가 작도록 선택된다. 순 고정 모멘트가 작으면 고정층으로부터 나오는 작은 감자(減磁)(demagnetization: demag) 필드와 같아진다. 반강자성 교환 결합은 순 고정 모멘트에 반비례하고, 이것은 결과적으로 교환 결합이 커지도록 한다.
교환 결합이 커지면 헤드의 열 안정성이 더욱 향상시킨다. 헤드가 어떤 물체로부터의 정전하 방전으로 인해 또는 자기 디스크에 접촉하여 발생하는 열급변으로 인해 고온 상태에 놓이는 경우, 반강자성층의 차단 온도(blocking temperature)를 초과하여, 결과적으로 일정한 방향을 향하는 자기 모멘트의 방향을 상실하게 만든다. 그러면, 고정층의 자기 모멘트는 더 이상 원하는 방향으로 고정되지 않는다. 이와 관련하여, AP 고정된 스핀 밸브에서의 중요한 장점은 통상의 단일 박막 고정층에 비해 교환 결합은 더 크며 감자 필드는 더 작으므로 스핀 밸브 센서의 열안정성이 개선된다는 점이다.
종래 기술에서는, 스핀 밸브의 거대 자기저항(GMR) 계수를 최적화하기 위해 자유층이 50Å의 두께로 구성되었다. 상기 자유층의 두께를 약 100Å으로 증가시킬 수 있다면 거대 자기저항 계수를 단지 약 20% 정도만 희생시키고도 제조 수율을 향상시킬 수 있으므로 바람직하다. 그러나, 100Å의 두께를 갖는 자유층은 이방성 자기저항(AMR) 효과를 거의 1%까지 증가시킬 수 있다. 유감스럽게도, 이방성 자기저항(AMR)은 스핀 밸브 헤드에 의해 감지되는 정 및 부의 판독 신호에 대해 상대적인 스핀 밸브 헤드의 바이어스 포인트의 위치에 영향을 미치는데, 여기서 바이어스 포인트는 이하에서 상세히 설명하게 될 스핀 밸브 헤드의 전달 곡선(transfer curve) 상의 한 점이다. 이방성 자기저항(AMR) 효과는 신호를 검지하기 위해 상기 이방성 자기저항(AMR) 센서에 사용되는데, 이러한 효과는 회전하는 디스크로부터 나오는 자계에 응답하여 자기저항(MR) 스트라이프의 저항 변화에 기인하여 발생된다. 스핀 밸브 센서의 자유층은 바이어스 포인트를 정하는데 고려되어야 하는 상기와 동일한 이방성 자기저항(AMR) 효과를 보여주고 있다.
스핀 밸브에 대한 전달 곡선(스핀 밸브 헤드의 판독 신호 대 자기 디스크로부터 인가된 신호)은 선형(linear)으로 sinθ에 의해 정해지는데, 여기서 θ는 자유층의 자기 모멘트 방향과 고정층의 자기 모멘트 방향이 이루는 각이다. 회전하는 자기 디스크로부터 나오며 보통 크기가 서로 동일한 정 및 부의 자계의 경우, 정 및 부의 판독 신호가 동일하도록 스핀 밸브 판독 헤드의 거대 자기저항(GMR)의 정 및 부의 변화가 동일한 값을 가지는 것이 중요하다.(자기 디스크로부터 나오는 신호가 없는) 정지 상태에서 자유층의 자기 모멘트 방향이 공기 베어링 표면(ABS)과 평행하고 또한 고정층의 자기 모멘트 방향이 공기 베어링 표면(ABS)에 수직한 경우에는, 자기 디스크로부터 나오는 정 및 부의 필드를 감지할 때 정 및 부의 판독 신호가 동일해야 한다.
바이어스 포인트는 자유층에 대한 4개의 주요한 힘, 즉, 고정층과 자유층 간의 강자성 결합 필드 HFC, 고정층으로부터 나와 자유층 상으로 향하는 감자 필드 Hdemag, 자유층을 제외한 스핀 밸브의 모든 도전층으로부터 나오는 감지 전류 필드 HSC및 상술한 이방성 자기저항(AMR)에 의해 영향을 받는다. 바이어스 포인트에 대한 이방성 자기저항(AMR)의 영향은 바이어스 포인트에 대한 자기적 영향과 동일하므로 그 크기 및 방향이 정해질 수 있으며, 본 명세서에서는 이를 이방성 자기저항 효과(AMR EFFECT)라고 부르기로 한다. AP 고정된 스핀 밸브에 대한 연구를 수행하여, 본 발명자는 감지 전류가 스핀 밸브 판독 헤드를 통하여 제 1 방향으로 통전될 때, 필드 Hdemag와 HFC는 그 방향이 필드 HSC및 이방성 자기저항 효과(AMR EFFECT)와 반대로 평행하다는 사실을 알게 되었다. AP 고정된 스핀 밸브에서는 필드 Hdemag가 매우 작기 때문에, 이방성 자기저항 효과(AMR EFFECT)는 반대로 평행한 Hdemag와 HFC의 값보다 더 커서 바이어스 포인트를 변위시키게 되고, 그 결과 판독 신호가 비대칭 상태가 된다.
본 발명자는 감지 전류의 방향을 반대로 바꿔주면, 바이어스 포인트에 대한 이방성 자기저항 효과(AMR EFFECT)의 영향과 균형을 이루는 감지 전류 필드 HSC를 사용할 수 있다는 점을 알게 되었다. 감지 전류의 방향이 상술한 제 1 방향과 반대로 바뀌면, 자유층에 대한 이방성 자기저항 효과(AMR EFFECT)의 영향은 그 방향에 있어서 자유층에 대한 필드 HSC, Hdemag및 HFC의 영향과 반대로 평행하게 된다. 스핀 밸브 판독 헤드를 통과하는 감지 전류 IS의 방향 및 크기는 HSC, Hdemag및 HFC가 결합된 영향이 이방성 자기저항 효과(AMR EFFECT)의 영향과 균형을 이루도록 선택됨으로써, 정 및 부의 판독 신호 사이의 중간에(제로(0) 포인트에) 바이어스 포인트를 위치시킨다. 본 발명자는 또한 감지 전류가 상술한 바와 같은 방향을 갖게 되면, 반강자성층이 고온 상태가 그 방향을 상실한 경우 감지 전류와 동일한 방향의 전류를 갖는 단극 증폭기(unipolar amplifier)가 반강자성층의 자기 모멘트 방향을 리셋하는데 사용될 수 있다는 점을 알게 되었다. 이러한 응용에 있어서, 단극 증폭기는 반강자성층을 리셋시키기 위해 수 나노초(nanoseconds) 동안 예를 들어 감지 전류의 3배에 해당하는 고전류를 통전시킨다.
본 발명의 목적은 대칭인 판독 신호를 갖는 반대로 평행하게 고정된 스핀 밸브 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 정지 상태에서 제로(0) 바이어스 포인트를 갖는 반대로 평행하게 고정된 스핀 밸브 센서를 제공하여 고정층의 고정(pinning)을 개선하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 자기 모멘트가 열적으로 불안정할 때 고정층을 고정시키기 위한 반강자성층의 자기 모멘트 방향이 단극 증폭기에 의해 리셋될 수 있는 반대로 평행하게 고정된 스핀 밸브 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가적인 목적은 반대로 평행하게 고정된 스핀 밸브 센서의 자유층에 대한 AMR 효과와 균형을 이루기 위한 감지 전류 필드를 사용하여 정 및 부의 판독 신호가 센서 전달 곡선의 바이어스 포인트에 대해 대칭이 되도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 추가 목적은 제조 수율을 증가시키기 위해 증가된 두께를 갖는 자유층을 사용하는 반대로 평행하게 고정된 효과적인 스핀 밸브 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 추가 목적은 센서의 AMR에 의해 야기되는 판독 신호의 비대칭을 방해하는 감지 전류 필드를 갖는 반대로 평행하게 고정된 스핀 밸브 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 기타 다른 목적 및 그에 따른 장점들은 첨부하는 도면과 함께 후술하는 상세한 설명으로부터 명확히 이해될 것이다.
도 1은 자기 디스크 드라이브를 예시한 평면도.
도 2는 II-II 평면을 따라 절개하여 본 디스크 드라이브의 자기 헤드를 구비한 슬라이더의 단면도.
도 3은 복수의 디스크와 자기 헤드가 사용된 자기 디스크 드라이브의 입면도.
도 4는 슬라이더 및 자기 헤드를 지지하기 위한 서스펜션 시스템의 등척 예시도.
도 5는 도 2의 V-V 평면을 따라 절개하여 본 슬라이더 및 자기 헤드의 일부를 나타낸 도면.
도 6은 제 2 극편의 모든 재료를 제거한 채 도 5의 VI-VI 평면을 따라 취한 도면.
도 7은 자기 헤드의 판독 및 기록 소자를 보여 주기 위해 VII-VII 평면을 따라 취한 슬라이더의 공기 베어링 표면(ABS)의 일부를 나타낸 도면.
도 8은 제 1 방향의 감지 전류 IS가 비대칭 판독 신호를 발생시키는 도 7의 반대로 평행하게 고정된 스핀 밸브(53)의 개략적인 확대 예시도.
도 9는 시계 방향으로 90도 회전시킨 도 8의 IX-IX 평면을 따라 취한 도면.
도 10은 비대칭 판독 신호를 일으키며, 제 2 방향을 향하고 있는 감지 전류 IS를 갖는 도 7의 반대로 평행하게 고정된 스핀 밸브(53)의 개략적인 확대 예시도.
도 11은 시계 방향으로 90도 회전시킨 도 10의 XI-XI 평면을 따라 취한 도면.
도 12는 자유층에 대한 감지 전류 필드만의 영향을 받는 반대로 평행하게 고정된 스핀 밸브에 대한 전달 곡선.
도 13은 AMR 효과만의 영향을 받는 반대로 평행하게 고정된 스핀 밸브에 대한 전달 곡선.
도 14는 정 및 부의 판독 신호가 제로(0) 바이어스 포인트에 대해 대칭을 이루도록 자유층에 대한 감지 전류 필드의 영향이 AMR 효과의 영향과 균형을 이루는 반대로 평행하게 고정된 스핀 밸브에 대한 전달 곡선.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
30 : 자기 디스크 드라이브 32 : 스핀들
34 : 자기 디스크 36 : 모터(36)
38 : 모터 제어기 40 : 결합된 판독 및 기록용 자기 헤드
42 : 슬라이더 43 : 서스펜션 장치(suspension)
44 : 액츄에이터 암(actuator arm)
46 : 공기 베어링 표면(air bearing surface : ABS)
47 : 프레임 48 : 프로세싱 회로
49 : 헤드 짐벌 어셈블리(head gimbal assembly: HGA)
50 : 기록 헤드 부분 52 : 판독 헤드 부분
53, 53a, 53b : 자기저항 센서(고정 스핀 밸브 센서)
54, 56 : 갭층 58, 60 : 차폐층
64 : 코일층 66, 68, 70 : 절연층
72, 74 : 극편층(pole piece layer) 76 : 후방 갭(back gap)
78, 80 : 극팁 82 : 갭층(gap layer)
84, 86, 96, 98 : 땜납 접속부
88, 90. 92. 94, 100, 102, 104, 106 : 리드선
110 : 강자성 자유층 112 : 반대로 평행하게 고정된 강자성층
114 : 비자성 전도성 스페이서층 116, 118 : 강자성 박막
120 : 비자성 전도성 스페이서 막 122 : 반강자성층
127 : 캡층 130 : 감지 전류원
132 : 감지 회로 152 : 단극 증폭기(unipolar amplifier)
유사한 참조 번호가 동일 또는 유사한 부분을 나타내는 도면을 참조하면, 제 1도 내지 제 3도에는 자기 디스크 드라이브(30)가 예시되어 있다. 자기 디스크 드라이브(30)은 자기 디스크(34)를 지지하고 회전시키는 스핀들(32)를 포함한다. 모터(36)은 스핀들(32)를 회전시키고, 모터 제어기(38)은 모터를 제어한다. 결합된 판독 및 기록용 자기 헤드(40)은 슬라이더(slider)(42) 상에 장착되고, 이 슬라이더(42)는 서스펜션 장치(suspension)(43) 및 액츄에이터 암(actuator arm)(44)에 의해 지지된다. 복수의 디스크, 슬라이더 및 서스펜션 장치들이 도 3에 도시된 바와 같은 대용량의 직접 접근 저장 장치(direct access storage device : DASD)에 사용될 수 있다. 서스펜션 장치(43) 및 액츄에이터 암(44)는 슬라이더(42)를 적절히 위치시켜 자기 헤드(40)이 자기 디스크(34)의 표면과 변환 관계(transducing relationship)를 갖는 상태에 놓이도록 한다. 자기 디스크(34)가 모터(36)에 의해 회전되면, 슬라이더는 공기 베어링 표면(air bearing surface : ABS)(46)에 의해(통상 0.075㎛의) 얇은 공기 쿠션(공기 베어링) 상에 지지된다. 자기 헤드(40)은 자기 디스크(34)의 표면 상의 복수의 원형 트랙에 정보를 기록하고 또한 그 원형 트랙으로부터 정보를 판독하는데 사용될 수 있다. 프로세싱 회로(48)은 상기 정보를 나타내는 신호를 자기 헤드(40)과 교환하고, 모터 구동 신호를 제공하며, 슬라이더를 여러 개의 트랙으로 움직이기 위한 제어 신호를 제공한다. 도 4에는, 슬라이더(42)가 헤드 짐벌 어셈블리(head gimbal assembly: HGA)(49)에 장착된 것으로 도시되어 있는데, 이 헤드 짐벌 어셈블리(HGA)(49)는 서스펜션 장치(43)에 장착된다. 상기 기술한 구성 요소들은 프레임(47)(도 3 참조) 상에 장착될 수 있다.
도 5는 기록 헤드 부분(50)과 판독 헤드 부분(52)를 갖는 자기 헤드(40)의 측단면도로, 판독 헤드 부분은 본 발명의 자기저항(MR) 반대로 평형하게(AP) 고정된 스핀 밸브 센서(53)를 사용하고 있다. 도 7은 도 5의 공기 베어링 표면(ABS)이다. 자기저항 센서(53)은 제 1 및 제 2 갭층(54) 및 (56) 사이에 삽입되어 있으며, 이들 갭층은 제 1 및 제 2 차폐층(58) 및 (60) 사이에 삽입되어 있다. 외부 자계에 응답하여, 자기저항 센서(53)의 저항이 변한다. 센서에 인가된 감지 전류 IS는 이들 저항 변화가 포텐셜 변화로 나타나도록 해준다. 이들 포텐셜 변화는 도 3에 도시된 프로세싱 회로(48)에 의해 처리된다.
종래 기술 헤드의 기록 헤드 부분은 제 1 및 제 2 절연층(66) 및 (68) 사이에 삽입되는 코일층(64)을 포함한다. 제 3 절연층(70)은 자기 헤드를 평탄화(planarize)하여 코일층(64)에 의해 발생되는 제 2 절연층 내의 리플(ripple) 성분을 제거하는데 사용될 수 있다. 제 1, 제 2 및 제 3 절연층은 본 발명 기술 분야에서 절연 적층(insulation stack)이라고 불리운다. 코일층(64)와 제 1, 제 2 및 제 3 절연층(66),(68) 및 (70)은 제 1 및 제 2 극편층(pole piece layer)(72) 및 (74) 사이에 삽입되어 있다. 제 1 및 제 2 극편층(72) 및 (74)는 후방 갭(back gap)(76)에서 자기적으로 결합되어(magnetically coupled) 있으며, 공기 베어링 표면(ABS)에서 갭층(gap layer)(82)만큼 이격되어 있는 제 1 및 제 2 극팁(78) 및 (80)을 가지고 있다. 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 땜납 접속부(84) 및 (86)은 자기저항 센서(53)에서 나오는 리드선(88) 및 (90)(도 8 및 도 10 참조)을 서스펜션 장치(43) 상의 리드선(92) 및 (94)에 접속하고, 제 3 및 제 4 땜납 접속부(96) 및 (98)은 코일(64)에서 나오는 리드선(100) 및 (102)(도 6 참조)를 서스펜션 장치(43) 상의 리드선(104) 및 (106)에 접속한다.
본 발명자의 연구 결과에 따른 반대로 평행하게(AP) 고정된 스핀 밸브 센서(53)의 2가지 실시예가 도시되어 있는데, 그 중 하나의 실시예인 센서(53a)는 도 8 및 도 9에 도시되어 있으며, 다른 하나의 실시예인 센서(53b)는 도 10 및 조 11에 도시되어 있다. 이들 실시예 센서(53a)와(53b)의 차이점 중의 하나는 감지 전류 IS의 방향이 서로 반대라는 점이다. 도 8 및 도 9에서는, 감지 전류 IS의 방향에 따라 어떻게 AP 고정된 스핀 밸브 센서(53a)의 효율이 낮아지는지를 도시하고 있으며, 도 10 및 도 11은 감지 전류 IS의 방향에 따라 어떻게 AP 고정된 스핀 밸브 센서(53a)의 효율이 높아지는지를 도시하고 있다. 따라서, AP 고정된 스핀 밸브 센서(53b)는 본 명세서가 대상으로 하는 발명이다. 도 12 내지 도 14는 도 10 및 도 11의 감지 전류 IS가 적절한 방향을 가지게 되는 경우 AP 고정된 스핀 밸브(53a)의 효율이 개선되는 이유를 설명하고 있다.
도 8 및 도 9에 도시된 센서(53a)는 강자성 자유층(110), 반대로 평행하게 고정된 강자성층(112) 및 비자성 전기 전도 스페이서층(114)을 포함한다. 스페이서층(114)는 자유층(110)과 고정층(112) 사이에 삽입되어 있다. AP 고정된 층(112)는 그 AP 고정된 층(112)가 비자성 전기 전도 스페이서 박막(120)에 의해 분리되어 있는 제 1 및 제 2 강자성막(116) 및 (118)을 사용한다는 점에서 하나의 고정된 층을 사용하는 통상의 스핀 밸브 센서와 다르다. 제 1 박막(116)은 반강자성층(122)의 표면과 접하는 표면을 가져 반강자성층(122)가 제 1 박막의 자기 모멘트(124)를 공기 베어링 표면(ABS)과 수직하고 그 공기 베어링 표면으로부터 멀어지는 고정된 방향으로 고정시킨다. 제 1 박막(116)의 자기 모멘트는 반강자성층(122)와의 교환 결합에 의해 상기 고정된 방향으로 고정된다. 스페이서 박막(120)은 8Å 정도의 매우 얇은 막으로 되어 있어 제 1 및 제 2 박막(116) 및 (118) 간의 반강자성 교환 결합을 가능하게 해준다. 따라서, 제 2 박막의 자기 모멘트(126)은 제 1 박막(116)의 자기 모멘트(124)와 반대 방향, 즉 공기 베어링 표면(ABS)에 수직하며 공기 베어링 표면 쪽을 향하는 방향을 갖게 된다. 2개의 박막(116) 및 (118) 중 더 두꺼운 박막이 AP 고정된 층(112)의 순 자기 모멘트를 정한다. 2개의 박막 중 제 1 박막(116)이 두께가 더 두껍도록 선택되어 순 자기 모멘트가 공기 베어링 표면(ABS)에 수직하며 공기 베어링 표면에서 멀어지는 방향을 갖는다. 캡층(127)이 자유층(110)을 덮을 수도 있다.
자유층(110)은 회전하는 디스크(34)로부터 나오는 필드 신호의 영향(플럭스 유입)에 따라 제 1 및 제 2 방향으로 자유롭게 회전하는 자기 모멘트(128)을 갖는데, 상기 필드 신호는 통상 크기가 동일한 정 및 부의 신호이다. 제 1 및 제 2 리드선(88) 및 (90)은 센서(53)과 전기적으로 접속되는데, 이들 사이에는 센서의 활성 영역(active region)은 물론 센서를 사용하는 판독 헤드의 트랙폭(trackwidth)을 정해주는 공간(space)이 마련된다. 감지 전류원(130)은 제 1 및 제 2 리드선(88) 및 (90)과 전기적으로 접속되어 도 8에서 화살표들로 도시된 바와 같이 센서를 통과하여 통전되는 감지 전류 IS를 제공한다. 감지 회로(132)는 감지 전류원(130)과 평행하게 배치되어 필드 신호가 도 1에 도시된 회전하는 디스크(34)에 의해 센서에 유도될 때 센서(53a)를 가로질러 발생하는 포텐셜 변화를 감지한다. 감지 전류원(130) 및 감지 회로(132)은 도 3의 프로세싱 회로(48)의 일부이다.
층(110),(114),(116),(118) 및 (120) 각각은 제 1 및 제 2 리드선(88) 및 (90) 사이에 감지 전류의 일부를 통전시킨다. 스핀 밸브 센서의 동작에서 중요한 파라메터는 스페이서층(114)가 자유층 및 고정층(110) 및 (112) 내를 흐르는 전도 전자의 평균 자유 행정보다 더 작은 값에 해당하는 두께를 갖는다는 점이다. 전자 산란의 정도는 자유층(110)의 자화(128)와 AP 고정된 층(112)의 순 자화 간의 상대적인 각도(공기 베어링 표면(ABS)으로부터 멀어지는 방향으로 자화(124) 및 (126) 간의 차)에 좌우되며, 감지 전류 IS에 대한 센서의 저항을 결정한다. 자화(128) 및 AP 고정된 층(112)의 순 자화가 서로 반대로 평행할 때 가장 큰 산란과 그에 대응하는 가장 큰 저항 증가가 발생하고, 자화(128) 및 AP 고정된 층(112)의 순 자화가 서로 평행할 때 가장 작은 산란과 그에 대응하는 가장 작은 저항 증가가 발생한다.
자유층(110)의 자화(128)은 통상 공기 베어링 표면(ABS)에 평행하게 배향되어 회전하는 디스크로부터 나오는 정 및 부의 필드 신호를 수신하면 자화(128)이 윗 방향 또는 아래 방향으로 회전하여 센서의 저항을 감소 또는 증가시킨다. 이러한 상황은 제 2 박막(118)이 제 1 박막(116)보다 더 두꺼워 AP 고정된 층(112)의 순 자화가 공기 베어링 표면(ABS)에서 멀어지는 것이 아니라 공기 베어링 표면 방향으로 배향되도록 하는 경우 반대가 된다. 본 발명자가 연구한 바에 따르면, 감지 전류가 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같은 방향을 가질 때 전달 곡선이 바이어스 포인트에 대해 이동하게 된다. 이것은 이하에서 설명할 자유층(110)에 대한 여러 가지 영향에 의해 발생한다.
자유층에 대한 여러 가지 영향 및 그에 따라 센서(53a)에 대한 전달 곡선의 바이어스 포인트에 대한 여러 가지 영향이 도 9에 도시되어 있다. 자유층의 자기 모멘트(128)에 대해 영향을 미치는 것은 Hdemag(134), HFC(136), 이방성 자기저항 효과(이하에서 AMR EFFECT라 함)(138) 및 HSC(140)이다. Hdemag(134)는 AP 고정된 층(112)의 순 자기 모멘트에 기인하고, HFC(136)은 자유층(110) 및 제 2 박막(118) 간의 강자성 결합에 기인하며, AMR EFFECT(138)은 자유층(110)의 두께에 비례하는 AMR 효과에 기인하고, HSC(140)은 층(114),(116),(118) 및 (120)을 통과하는 감지 전류의 통전에 기인하는 자유층에 대한 순 감지 전류 필드이다. Hdemag(134)는 AP 고정된 층(112)가 더 작은 고정 자기 모멘트를 갖기 때문에 통상의 스핀 밸브에서 사용되는 단일 박막층의 Hdemag보다 작다. AP 고정된 층(112) 내의 Hdemag가 작은 값을 갖는 경우의 장점은 반강자성층(122) 및 AP 고정된 층(112) 간의 교환 결합이 증가되어 AP 고정된 층의 열안정성이 높아지도록 향상시키는 반면, 단점은 AP 고정된 층의 Hdemag가 AMR EFFECT와 거의 균형을 이루지 못한다는 점이다. 도 8 및 도 9에 도시된 실시예에서, Hdemag및 HFC는 공기 베어링 표면(ABS)에 수직하면서 공기 베어링 표면을 향하는 방향을 가지는 반면, AMR EFFECT 및 HSC는 공기 베어링 표면(ABS)에 수직하면서 공기 베어링 표면으로부터 멀어지는 방향을 가진다. HSC및 AMR EFFECT는 Hdemag및 HFC와 균형을 이루지 못한다는 것을 알 수 있다. Hdemag와 HFC의 방향은 반강자성층(122)의 스핀을 반대 방향으로 배향시킴으로써 역전될 수 있지만, 이것은 상기 균형 관련 문제를 더욱 악화시킬 뿐이다.
상술한 영향들이 AMR EFFECT를 제외하고는 모두 자계에 의한 영향이라는 점에 유의하여야 한다. AMR EFFECT는 자계에 의한 것이 아니지만, 그 영향은 스핀 밸브 센서의 전달 곡선의 바이어스 포인트를 변위시킨다는 점에서 자계에 의한 영향과 동일한 영향을 갖는다. AMR EFFECT는 AMR 센서 내의 자기저항(MR) 스트라이프의 저항을 변화시키는 것과 동일한 방법으로 도 11에 도시된 자유층(110)의 저항을 변화시킨다. AMR 센서에서는, 자기저항 스트라이프의 자기 모멘트가 자기저항 스트라이프를 통과하는 감지 전류의 방향과 평행하거나 반대로 평행할 때 자기저항 스트라이프의 저항이 최대가 되며, 자기저항 스트라이프의 자기 모멘트가 감지 전류의 방향과 수직일 때 자기저항 스트라이프의 저항이 최소가 된다. 따라서, 거대 자기저항(GMR) 효과로 인한 스핀 밸브 센서의 저항은 AMR EFFECT로 인한 저항에 의해 변화된다. 이것은 스핀 밸브 센서에 대한 전달 곡선을 이동시킨다. 도 11은 전달 곡선이 어떻게 이동되는지를 설명하기 위해 사용될 수 있다. 정(正)의 자기 플럭스가 공기 베어링 표면(ABS)(46) 아래에서 회전하는 디스크로부터 유입된다고 가정하면, 자유층(110) 내의 자기 모멘트(156)은 윗 방향으로 회전하게 되어 거대 자기저항 효과로 인한 자유층의 저항을 증가시킨다. 그러나, 자기 모멘트(156)이 윗 방향으로 회전하게 되면 AMR EFFECT로 인한 자유층(110)의 저항의 감소가 발생한다. 따라서, 거대 자기저항 효과로 인한 저항은 AMR EFFECT로 인한 저항에 의해 감소되어 결과적으로 양(陽)의 신호를 감소시킨다. 공기 베어링 표면(ABS) 아래에서 회전하는 자기 디스크가 스핀 밸브 상에 음(陰)의 자기 플럭스 유입을 유도한다고 가정하면, 자유층(110)의 자기 모멘트(156)가 아래 방향으로 회전하여 거대 자기저항 효과로 인한 자유층(110)의 저항을 감소시키고 또한 AMR EFFECT로 인한 자유층(110)의 저항도 추가로 감소시키고, 그 결과 더 큰 음의 신호가 발생된다. 따라서, AMR EFFECT는 더 작은 정의 신호와 더 큰 부의 신호를 발생시킨다. 이것은 스핀 밸브 센서의 전달 곡선을 아래 방향으로 이동시켜서 전달 곡선이 이하에서 설명하게 될 바이어스 포인트에 대해 비대칭이 되도록 한다.
도 12 내지 도 14는 전달 곡선의 바이어스 포인트에 대한 감지 전류 필드 HSC(도 12), AMR EFFECT(도 13) 및 AMR EFFECT와 HSC의 결합(도 14)의 영향을 설명하기 위해 도시된 스핀 밸브 센서의 전달 곡선을 예시하고 있다. 전달 곡선은 센서에 대한 회전하는 자기 디스크로부터 나오는 정 및 부의 플럭스 유입에 해당하는 Happlied대 정(正) 및 부(負) 판독 신호 전압 V1및 V2의 그래프이다. 도 12에 도시된 바와 같이 감지 전류 HSC만을 고려하는 경우, 정의 판독 신호 V1이 부의 판독 신호값인 V2보다 더 커서 정 및 부의 판독 신호 V1및 V2는 바이어스 포인트(142)에 대해 비대칭이 된다. 도 13에 도시된 바와 같이 AMR EFFECT만을 고려하는 경우, 정의 판독 신호 V1이 부의 판독 신호값인 V2보다 더 작아 판독 신호 V1및 V2는 바이어스 포인트(144)에 대해 비대칭이 된다. 도 12 및 도 13은 감지 전류 IS가 도 12에 도시된 바와 같이 적절한 방향을 가리킬 때, 바이어스 포인트에 대한 AMR EFFECT의 영향이 도 14에 도시된 바와 같이 균형을 이룰 수 있다는 것을 보여주고 있다. 도 14에서는, 감지 전류 필드 HSC가 AMR EFFECT로부터 감산되어 바이어스 포인트에 대해 제로(0) 영향을 발생시키고, 이것이 정 및 부의 판독 신호 V1및 V2가 현재 제로점에 있는 바이어스 포인트(146)에 대해 대칭이 되도록 해준다. 이것은 감지 전류 IS가 미리 정해진 크기를 갖도록 적절히 방향을 정해줌으로써 달성될 수 있다. 상기 내용은 다음에 기술하게 될 도 10 및 도 11에 예시된 본 발명에도 적용된다.
도 10 및 도 11에 도시된 AP 고정된 스핀 밸브 센서(53b)는 감지 전류원(150)의 방향이 도 8에 도시된 감지 전류 방향과 반대로 향한다는 점과 이하에서 기술하게 될 단극 증폭기(152)를 사용한다는 점을 제외하고는 도 8 및 도 9에 도시된 AP 고정된 스핀 밸브 센서(53a)와 동일하다. 감지 전류가 도 10의 화살표 방향으로 흐르는 경우, 감지 전류 필드 HSC(154)의 방향은 AMR EFFECT와 반대이므로 HSC, Hdemag및 HFC가 실질적으로 AMR EFFECT와 균형을 이루어 상술한 비대칭을 감소시킨다. 이것은 전류원(150)으로부터 나오는 감지 전류 IS가 적절한 방향으로 흐르도록 하고 균형을 이루기에 충분한 크기를 갖도록 함으로써 달성된다. 도 8 및 도 9의 AP 스핀 밸브 센서(53a)의 테스트에 있어서, 비대칭은 -40%로 여기서 비대칭은(V1- V2) / max(V1또는 V2)로 정의된다. AP 고정된 스핀 밸브 센서(53b)의 테스트에 있어서, 비대칭은 +10%이다. 감지 전류 필드 HSC가 AMR EFFECT와 균형을 이루는데 사용되는 경우 자유층(110)의 자기 모멘트(156)은 도 11에 빈 원으로 표시되어 있는 바와 같이 공기 베어링 표면(ABS)에 평행하지 않을 수도 있다.
스핀 밸브 센서(53b)의 또 다른 장점은 자유층(110)을 통해 흐르는 감지 전류가 제 1 박막(116)을 고정시키는 모멘트(124)에 가해져 그 모멘트(124)의 자화의 세기를 증가시키는 감지 전류 필드를 발생시킨다는 점이다. 이것은 회전하는 디스크에 대해 헤드가 열급변이 발생하도록 접촉함으로써 갑작스럽게 발생하는 고온이나 또는 물체로부터의 발생되는 정전하 방전이 더 높은 온도에 도달할 때까지 자기 모멘트(124)의 방향을 잃지 않도록 한다는 점에서 센서의 열 안정성을 증진시킨다. 그러나, 반강자성층(122)의 차단 온도라고 불리우는 상기 더 높은 온도에 도달하는 경우, 본 발명자는 반강자성층(122)을 통해 리셋용 전류를 통전시킴으로써 반강자성층(122)의 배향을 리셋시키기 위해 단극 증폭기(152)를 제공하였다. 이러한 전류는 감지 전류 IS보다 더 큰 크기를 가지며, 30 나노초와 같은 극히 짧은 기간 동안 통상 IS의 3배가 되어 반강자성층(122)가 과열되는 것을 방지한다. 리셋 전류 Ireset의 방향은 감지 전류 IS와 동일한 방향이라는 점에 유의하여야 한다.
AP 고정된 층을 갖는 스핀 밸브 센서(53a) 및 (53b)를 구성하는 물질에 있어서, 예를 들어 자유층(110)에 대해서는 NiFe, 스페이서층(114)에 대해서는 Cu, 제 1 및 제 2 박막(116) 및 (118)에 대해서는 NiFe, 스페이서층(120)에 대해서는 Ru 및 캡층(127)에 대해서는 Ta이 사용될 수 있다.
본 발명의 고정 스핀 밸브에서는 감지 전류 필드 HSC가 바이어스 포인트에 대한 이방성 자기저항 효과(AMR EFFECT)의 영향과 균형을 이루어 판독 신호가 대칭을 이룬다.
본 발명의 개시 내용에 비추어 당업자라면 본 발명의 기타 다른 실시예 및 변경을 용이하게 실시할 수 있음이 명백하다. 따라서, 본 발명은 첨부되는 상기 본 발명의 명세서 및 첨부 도면과 관련하여 모든 실시예 및 변경을 포괄하는 특허 청구범위에 의해서만 제한된다.

Claims (43)

  1. 움직이는 자기 매체로부터 동일한 크기를 갖는 정(正) 및 부(負)의 자기 플럭스 유입(magnetic incursions)을 감지하여 전달 곡선(transfer curve)의 제로 바이어스 포인트(zero bias point)에 대해 정 및 부의 판독 신호 대칭을 갖는 박막 자기저항(MR) 스핀 밸브 판독 센서(spin valve read sensor)에 있어서, a) 상기 정 및 부의 자기 플럭스 유입 각각을 감지하여 제로 바이어스 포인트에 대응하는 위치로부터 제 1 및 제 2 방향으로 자유롭게 회전하는 자기 모멘트(magnetic moment)를 갖는 강자성 자유층(ferromagnetic free layer),
    b) 반대로 평행하게 고정된 층(antiparallel pinned layer),
    c) 상기 반대로 평행하게 고정된 층과 바로 인접해 있으며, 고정 방향을 따라 상기 반대로 평행하게 고정된 층의 자기 모멘트를 고정시키는 반강자성층(antiferromagnetic layer),
    d) 상기 자유층과 반대로 평행하게 고정된 층 사이에 삽입되어 있으며, 상기 정 및 부의 자기 플럭스 유입을 감지하면 자유층의 자기 모멘트가 상기 고정층의 자기 모멘트의 고정 방향에 대해 상기 제 1 및 제 2 방향으로 회전하여 자기저항을 각각 증가 또는 감소시키도록 해주는 비자성 전도성 스페이서층(spacer layer) 및
    e) 상기 센서에 접속되어 있으며, 상기 자기저항의 증가 및 감소에 응답하여 센서가 상기 제로 바이어스 포인트에 대해 정 및 부의 대칭 판독 신호를 발생하도록 미리 정해진 방향과 크기를 갖는 감지 전류를 인가하기 위한 감지 전류원(sense current source)을 포함하는 박막 자기저항 스핀 밸브 판독 센서.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 고정층의 자기 모멘트의 고정을 리셋시키도록 센서를 통해 흐르는 리셋 전류를 인가하기 위해 센서를 가로질러 접속되는 단극 증폭기(unipolar amplifier)를 포함하는 박막 자기저항 스핀 밸브 판독 센서.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 리셋 전류의 크기가 감지 전류의 적어도 3배 이상인 박막 자기저항 스핀 밸브 판독 센서.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 자유층을 통해 흐르는 감지 전류의 방향이 고정층의 자기 모멘트의 고정을 증가시키는 자유층으로부터 나오는 필드를 생성하는 박막 자기저항 스핀 밸브 판독 센서.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 센서는 공기 베어링 표면(air bearing surface : ABS)을 가지며, 또한 상기 자기 매체로부터 수신된 자기 플럭스 유입이 없는 경우 정지 상태에 있으며, 고정 방향(pinned direction)은 상기 공기 베어링 표면(ABS)에 수직하고, 자유층의 자기 모멘트는 상기 센서가 정지 상태에 있을 때 공기 베어링 표면(ABS)에 평행한 방향인 박막 자기저항 스핀 밸브 판독 센서.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 고정층의 자기 모멘트의 고정을 리셋시키도록 센서를 통해 흐르는 리셋 전류를 인가하기 위해 센서를 가로질러 접속되는 단극 증폭기(unipolar amplifier)를 포함하는 박막 자기저항 스핀 밸브 판독 센서.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 리셋 전류의 크기가 감지 전류의 적어도 3배 이상인 박막 자기저항 스핀 밸브 판독 센서.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 자유층을 통해 흐르는 감지 전류의 방향이 고정층의 자기 모멘트의 고정을 증가시키는 자유층으로부터 나오는 필드를 생성하는 박막 자기저항 스핀 밸브 판독 센서.
  9. 움직이는 자기 매체로부터 동일한 크기를 갖는 정(正) 및 부(負)의 자기 플럭스 유입(magnetic incursions)을 감지하여 전달 곡선(transfer curve)의 제로 바이어스 포인트(zero bias point)에 대해 정 및 부의 판독 신호 대칭을 갖는 박막 자기저항(MR) 스핀 밸브 판독 센서(spin valve read sensor)에 있어서, a) 상기 정 및 부의 자기 플럭스 유입을 각각 감지하여 상기 바이어스 포인트에 대응하는 중립 위치(neutral position)로부터 제 1 및 제 2 방향으로 자유롭게 회전하는 자기 모멘트(magnetic moment)를 갖는 강자성 자유층(ferromagnetic free layer),
    b) 고정 방향(pinned direction)으로 고정된 자기 모멘트를 갖는 고정층(pinned layer)―여기서 고정층은 제 1 및 제 2 강자성 박막 및 상기 제 1 및 제 2 박막 사이에 삽입되는 비자성 전도성 스페이서 박막을 포함함,
    c) 상기 제 1 박막과 바로 인접해 있으며 상기 고정 방향 또는 그 고정 방향과 반대로 평행한 방향을 따라 상기 제 1 박막의 자기 모멘트를 고정시키는 반강자성층(antiferromagnetic layer),
    d) 상기 자유층과 반대로 평행하게 고정된 층 사이에 삽입되어 있으며, 상기 정 및 부의 자기 플럭스 유입을 감지하면 자유층의 자기 모멘트가 상기 고정층의 자기 모멘트의 고정 방향에 대해 상기 제 1 및 제 2 방향으로 회전하여 감지 전류에 대해 센서의 자기저항을 각각 증가 또는 감소시키도록 해주는 비자성 전도성 스페이서층(spacer layer) 및
    e) 상기 센서에 접속되어 있으며, 상기 감지 전류를 인가하기 위한 감지 전류 원(sense current source)을 포함하고,
    f) 상기 자유층의 자기 모멘트 방향과 그에 따른 바이어스 포인트는 상기 고 정층의 제 2 박막으로부터 나오는 강자성 결합 필드(HFC), 상기 고정층으로부터 나오는 감자(減磁) 필드(demagnetization field : Hdemag), 이방성 자기저항 효과(anisotropic magnetoresistive effect : AMR EFFECT) 및 상기 감지 전류가 인가됨에 따라 자유층이 이외의 센서의 전도성층들로부터 나오는 필드들로 인한 순 감지 전류 필드(net sense current field : HSC)에 의한 영향을 받으며, 또한
    g) 상기 감지 전류원은 자유층에 대한 강자성 결합 필드(HFC), 감자 필드(Hdemag), 이방성 자기저항 효과(AMR EFFECT) 및 순 감지 전류 필드(HSC)의 순 영향(net influence)이 실질적으로 제로(0)가 되도록 미리 정해진 방향과 크기를 갖는 감지 전류를 인가함으로써 센서가 실질적으로 상기 제로 바이어스 포인트에 대해 정 및 부의 판독 신호 대칭을 갖도록 하는 박막 자기저항 스핀 밸브 판독 센서.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 고정층의 자기 모멘트의 고정을 리셋시키도록 센서를 통해 흐르는 리셋 전류를 인가하기 위해 센서를 가로질러 접속되는 단극 증폭기(unipolar amplifier)를 포함하는 박막 자기저항 스핀 밸브 판독 센서.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 리셋 전류의 크기가 감지 전류의 적어도 3배 이상인 박막 자기저항 스핀 밸브 판독 센서.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 필드 HFC, Hdemag및 HSC는 공기 베어링 표면(air bearing surface : ABS)에 수직하면서 공기 베어링 표면(ABS)을 향하는 방향이고, 상기 이방성 자기저항 효과(AMR EFFECT)의 영향의 방향은 상기 공기 베어링 표면(ABS)에 수직하면서 공기 베어링 표면(ABS)에서 멀어지는 방향인 박막 자기저항 스핀 밸브 판독 센서.
  13. 제 9항에 있어서, 상기 이방성 자기저항 효과(AMR EFFECT)는 HFC, Hdemag및 HSC의 필드 방향에 반대로 평행한(antiparallel) 자계와 동일한 크기의 자유층에 대한 영향을 갖는 박막 자기저항 스핀 밸브 판독 센서.
  14. 제 9항에 있어서, 상기 제 1 박막이 제 2 박막보다 더 두꺼워 제 1 박막의 자기 모멘트의 방향이 고정층의 고정 모멘트의 고정 방향을 정하는 박막 자기저항 스핀 밸브 판독 센서.
  15. 제 9항에 있어서, 상기 자유층을 통해 흐르는 감지 전류의 방향이 고정층의 자기 모멘트의 고정을 증가시키는 자유층으로부터 나오는 필드를 생성하는 박막 자기저항 스핀 밸브 판독 센서.
  16. 제 9항에 있어서, 상기 센서는 공기 베어링 표면(air bearing surface : ABS)을 가지며, 또한 자기 디스크로부터 수신된 신호가 없는 경우 정지 상태에 있으며, 고정 방향(pinned direction)은 상기 공기 베어링 표면(ABS)에 수직하고, 자유층의 자기 모멘트는 상기 센서가 정지 상태에 있을 때 공기 베어링 표면(ABS)에 평행한 방향인 박막 자기저항 스핀 밸브 판독 센서.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 자유층을 통해 흐르는 감지 전류의 방향이 고정층의 자기 모멘트의 고정을 증가시키는 자유층으로부터 나오는 필드를 생성하는 박막 자기저항 스핀 밸브 판독 센서.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 필드 HFC, Hdemag및 HSC는 공기 베어링 표면(air bearing surface : ABS)에 수직하면서 공기 베어링 표면(ABS)을 향하는 방향이고, 상기 이방성 자기저항 효과(AMR EFFECT)의 영향의 방향은 상기 공기 베어링 표면(ABS)에 수직하면서 공기 베어링 표면(ABS)에서 멀어지는 방향인 박막 자기저항 스핀 밸브 판독 센서.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 이방성 자기저항 효과(AMR EFFECT)가 HFC, Hdemag및 HSC의 필드 방향에 반대로 평행한(antiparallel) 자계와 동일한 크기의 자유층에 대한 영향을 갖는 박막 자기저항 스핀 밸브 판독 센서.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 제 1 박막이 제 2 박막보다 더 두꺼워 제 1 박막의 자기 모멘트의 방향이 고정층의 고정 모멘트의 고정 방향을 정하는 박막 자기저항 스핀 밸브 판독 센서.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 고정층의 자기 모멘트의 고정을 리셋시키도록 센서를 통해 흐르는 리셋 전류를 인가하기 위해 센서를 가로질러 접속되는 단극 증폭기(unipolar amplifier)를 포함하는 박막 자기저항 스핀 밸브 판독 센서.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 리셋 전류의 크기가 감지 전류의 적어도 3배 이상인 박막 자기저항 스핀 밸브 판독 센서.
  23. 자기 헤드(magnetic head)에 있어서, a) i) 적어도 하나의 코일층 및 절연 적층(insulation stack)―여기서 코일층은 절연 적층 내에 매립(embed)됨―,
    ii) 후방 갭(back gap)에서 접속되며, 공기 베어링 표면(air bearing surface : ABS)의 일부를 형성하는 단부(edges)를 갖는 극팁(pole tips)을 갖는 제 1 및 제 2 극편(pole pieces) 및
    iii) 상기 제 1 및 제 2 극편의 극팁 사이에 삽입되어 있는 기록 갭층 (write gap layer)을 포함하고, 상기 절연 적층이 상기 제 1 및 제 2 극편 사이에 삽입되는 기록 헤드(write head),
    b) 스핀 밸브 센서, 제 1 및 제 2 갭층 및 제 1 및 제 2 차폐층(shield layers)을 포함하고, 상기 스핀 밸브 센서는 상기 제 1 및 제 2 갭층 사이에 삽입되며, 상기 제 1 및 제 2 갭층은 상기 제 1 및 제 2 차폐층 사이에 삽입되는 판독 헤드(read head)를 포함하고, 상기 스핀 밸브 센서는
    i) 자기 매체로부터 정 및 부의 자기 플럭스 유입(magnetic incursions) 각각을 감지하여 전달 곡선의 제로 바이어스 포인트(zero bias point)에 대응하는 위치로부터 제 1 및 제 2 방향으로 자유롭게 회전하는 자기 모멘트(magnetic moment)를 갖는 강자성 자유층(ferromagnetic free layer),
    ii) 고정 방향(pinned direction)으로 고정된 자기 모멘트를 갖는 반대로 평행한 고정층(antiparallel pinned layer)―여기서 반대로 평행하게 고정된 층은 제 1 및 제 2 강자성 박막과 상기 제 1 및 제 2 박막 사이에 삽입되는 비자성 전도성 스페이서 박막을 포함함―,
    iii) 상기 제 1 박막과 바로 인접해 있으며, 상기 반대로 평행하게 고정된 층의 자기 모멘트를 고정 방향으로 고정시키는 반강자성층(antiferromagnetic layer),
    iv) 상기 자유층과 반대로 평행하게 고정된 층 사이에 삽입되어 있으며, 상기 정 및 부의 자기 플럭스 유입을 감지하면 자유층의 자기 모멘트가 상기 고정층의 자기 모멘트의 고정 방향에 대해 상기 제 1 및 제 2 방향으로 회전하여 감지 전류에 대해 센서의 자기저항을 각각 증가 또는 감소시키도록 해주는 비자성 전도성 스페이서층(spacer layer) 및
    v) 상기 센서에 접속되어 있으며, 상기 판독 센서가 상기 제로 바이어스 포인트에 대해 판독 신호 대칭을 갖도록 미리 정해진 방향과 크기를 갖는 감지 전류를 인가하기 위한 감지 전류원(sense current source)을 포함하는 자기 헤드.
  24. 제 23항에 있어서, a) 상기 반강자성체는 상기 제 1 박막과 바로 인접해 있으며, 제 3 방향 또는 그 제 3 방향과 반대로 평행한 방향을 따라 제 1 박막의 자기 모멘트를 고정하고,
    b) 상기 자유층 자기 모멘트 방향과 그에 따른 바이어스 포인트는 상기 고정층의 제 2 박막으로부터 나오는 강자성 결합 필드(HFC), 상기 고정층으로부터 나오는 감자(減磁) 필드(demagnetization field : Hdemag), 이방성 자기 저항 효과(anisotropic magnetoresistive effect : AMR EFFECT) 및 상기 감지 전류가 인가됨에 따라 자유층이 이외의 센서의 전도성층들로부터 나오는 필드들로 인한 순 감지 전류 필드(net sense current field: HSC)에 의해 영향을 받으며,
    c) 상기 감지 전류원은 자유층에 대한 강자성 결합 필드(HFC), 감자 필드(Hdemag), 이방성 자기저항 효과(AMR EFFECT) 및 순 감지 전류 필드(HSC)의 순 영향(net influence)이 실질적으로 제로(0)가 되는 방향으로 감지 전류를 인가함으로써 센서가 실질적으로 상기 제로 바이어스 포인트에 대해 정 및 부의 판독 신호 대칭을 갖도록 하는 자기 헤드.
  25. 제 24항에 있어서, 상기 고정층의 자기 모멘트의 고정을 리셋시키도록 센서를 통해 흐르는 리셋 전류를 인가하기 위해 센서를 가로질러 접속되는 단극 증폭기(unipolar amplifier)를 포함하는 자기 헤드.
  26. 제 25항에 있어서, 상기 리셋 전류의 크기가 감지 전류의 적어도 3배 이상인 자기 헤드.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 센서는 공기 베어링 표면(air bearing surface: ABS)을 가지며, 또한 자기 디스크로부터 수신된 신호가 없는 경우 정지 상태에 있으며, 고정 방향(pinned direction)은 상기 공기 베어링 표면(ABS)에 수직하고, 자유층의 자기 모멘트는 상기 센서가 정지 상태에 있을 때 공기 베어링 표면(ABS)에 평행한 방향인 자기 헤드.
  28. 제 27항에 있어서, 상기 자유층을 통해 흐르는 감지 전류의 방향이 고정층의 자기 모멘트의 고정을 증가시키는 자유층으로부터 나오는 필드를 생성하는 자기 헤드.
  29. 제 28항에 있어서, 상기 필드 HFC, Hdemag및 HSC는 공기 베어링 표면(air bearing surface : ABS)에 수직하면서 공기 베어링 표면(ABS)을 향하는 방향이고, 상기 이방성 자기저항 효과(AMR EFFECT)의 영향의 방향은 상기 공기 베어링 표면(ABS)에 수직하면서 공기 베어링 표면(ABS)에서 멀어지는 방향인 자기 헤드.
  30. 제 29항에 있어서, 상기 이방성 자기저항 효과(AMR EFFECT)는 HFC, Hdemag및 HSC의 필드 방향에 반대로 평행한(antiparallel) 자계와 동일한 크기의 자유층에 대한 영향을 갖는 자기 헤드.
  31. 제 30항에 있어서, 상기 제 1 박막이 제 2 박막보다 더 두꺼워 제 1 박막의 자기 모멘트의 방향이 고정층의 고정 모멘트의 고정 방향을 정하는 자기 헤드.
  32. 제 31항에 있어서, 상기 고정층의 자기 모멘트의 고정을 리셋시키도록 센서를 통해 흐르는 리셋 전류를 인가하기 위해 센서를 가로질러 접속되는 단극 증폭기(unipolar amplifier)를 포함하는 자기 헤드.
  33. 제 32항에 있어서, 상기 리셋 전류의 크기가 감지 전류의 적어도 3배 이상인 자기 헤드.
  34. 자기 디스크 드라이브(magnetic disk drive)에 있어서,
    a) i) 적어도 하나의 코일층 및 절연 적층(insulation stack)―여기서 코일층 은 절연 적층 내에 매립(embed)됨―,
    ii) 후방 갭(back gap)에서 접속되며, 공기 베어링 표면(air bearing surface : ABS)의 일부를 형성하는 단부(edges)를 갖는 극팁(pole tips)을 구비한 제 1 및 제 2 극편(pole pieces) 및
    iii) 상기 제 1 및 제 2 극편의 극팁 사이에 삽입되는 기록 갭층(write gap layer)을 포함하고, 상기 절연 적층이 상기 제 1 및 제 2 극편 사이에 삽입되는 기록 헤드(write head),
    b) 반대로 평행하게 고정된 스핀 밸브 센서, 제 1 및 제 2 갭층 및 제 1 및 제 2 차폐층(shield layers)를 포함하고, 상기 반대로 평행하게 고정된 스핀 밸브 센서는 상기 제 1 및 제 2 갭층 사이에 삽입되며, 상기 제 1 및 제 2 갭층은 상기 제 1 및 제 2 차폐층 사이에 삽입되는 판독 헤드(read head),
    c) 프레임(frame),
    d) 상기 프레임 상에 회전 방식으로 지지되는 자기 디스크,
    e) 상기 프레임 상에 장착되며 상기 자기 디스크와 변환 관계(transducing relationship)를 갖는 헤드를 지지하는 지지체(support),
    f) 상기 자기 디스크를 회전시키는 수단,
    g) 상기 지지체에 접속되며 상기 자기 디스크에 대해 상기 결합 자기 헤드를 여러 위치로 움직이는 위치 지정 수단(positioning means) 및
    h) 상기 결합 자기 헤드, 자기 디스크를 회전시키는 수단 및 위치 지정 수단 에 접속되어 결합 자기 헤드와 신호를 교환하고, 자기 디스크의 움직임을 제어하며, 결합 자기 헤드의 위치를 제어하는 수단을 포함하고, 상기 반대로 평행하게 고정된 스핀 밸브 센서는
    i) 자기 디스크로부터 정 및 부의 자기 플럭스 유입(magnetic incursions) 각각을 감지하여 전달 곡선의 제로 바이어스 포인트(zero bias point)에 대응하는 위치로부터 제 1 및 제 2 방향으로 자유롭게 회전하는 자기 모멘트(magnetic moment)를 갖는 강자성 자유층(ferromagnetic free layer),
    ii) 고정 방향(pinned direction)으로 고정된 자기 모멘트를 갖는 고정층(pinned layer)―여기서 고정층은 제 1 및 제 2 강자성 박막과 상기 제 1 및 제 2 박막 사이에 삽입되는 비자성 전도성 스페이서 박막을 포함함―,
    iii) 상기 제 1 박막과 바로 인접해 있으며, 상기 고정 방향 또는 그 고정 방향과 반대로 평행한 방향을 따라 제1 박막의 자기 모멘트를 고정시키는 반강자성층(antiferromagnetic layer),
    iv) 상기 자유층과 반대로 평행하게 고정된 층 사이에 삽입되어 있으며, 상기 정 및 부의 자기 플럭스 유입을 감지하면 자유층의 자기 모멘트가 상기 고정층의 자기 모멘트의 고정 방향에 대해 상기 제 1 및 제 2 방향으로 회전하여 감지 전류에 대해 센서의 자기저항을 각각 증가 또는 감소시키도록 해주는 비자성 전도성 스페이서층(spacer layer) 및
    v) 상기 감지 전류를 센서에 인가하는 감지 전류원(sense current source)을 포함하며,
    상기 자유층 자기 모멘트 방향과 그에 따른 바이어스 포인트는 상기 고정층의 제 2 박막으로부터 나오는 강자성 결합 필드(HFC), 상기 고정층으로부터 나오는 감자(減磁) 필드(demagnetization field : Hdemag), 이방성 자기저항 효과(anisotropic magnetoresistive effect : AMR EFFECT) 및 상기 감지 전류가 인가됨에 따라 자유층이 이외의 센서의 전기적 전도성 층들로부터 나오는 필드들로 인한 순 감지 전류 필드(net sense current field : HSC)에 의해 영향을 받으며, 상기 감지 전류원은 자유층에 대한 강자성 결합 필드(HFC), 감자 필드(Hdemag), 이방성 자기저항 효과(AMR EFFECT) 및 순 감지 전류 필드(HSC)의 순 영향(net influence)이 실질적으로 제로(0)가 되도록 미리 정해진 방향과 크기를 갖는 감지 전류를 인가함으로써 센서가 실질적으로 상기 제로 바이어스 포인트에 대해 정 및 부의 판독 신호 대칭을 생성하고, 상기 기록 헤드 및 판독 헤드는 서로 인접하여 결합 자기 헤드를 형성하는 자기 디스크 드라이브.
  35. 제 34항에 있어서, 상기 고정층의 자기 모멘트의 고정을 리셋시키도록 센서를 통해 흐르는 리셋 전류를 인가하기 위해 센서를 가로질러 접속되는 단극 증폭기(unipolar amplifier)를 포함하는 자기 디스크 드라이브.
  36. 제 34항에 있어서, 상기 센서는 공기 베어링 표면(air bearing surface : ABS)을 가지며, 또한 자기 디스크로부터 수신된 신호가 없는 경우 정지 상태에 있으며, 고정 방향(pinned direction)은 상기 공기 베어링 표면(ABS)에 수직하고, 자유층의 자기 모멘트는 상기 센서가 정지 상태에 있을 때 공기 베어링 표면(ABS)에 평행한 방향이며, 상기 자유층을 통해 흐르는 감지 전류의 방향은 상기 고정층의 자기 모멘트의 고정을 증가시키는 자유층으로부터 나오는 필드를 생성하는 자기 디스크 드라이브.
  37. 제 36항에 있어서, 상기 이방성 자기저항 효과(AMR EFFECT)는 상기 HFC, Hdemag및 HSC의 필드 방향에 반대로 평행한(antiparallel) 자계와 동일한 크기의 자유층에 대한 영향을 가지며―여기서 필드 HFC, Hdemag및 HSC의 방향은 공기 베어링 표면(air bearing surface : ABS)에 수직하면서 공기 베어링 표면(ABS)을 향하는 방향이고, 이방성 자기저항 효과(AMR EFFECT)의 영향의 방향은 상기 공기 베어링 표면(ABS)에 수직하면서 공기 베어링 표면(ABS)에서 멀어지는 방향임―, 상기 제 1 박막은 제 2 박막보다 더 두꺼워 제 1 박막의 자기 모멘트의 방향이 고정층의 고정 모멘트의 방향을 정하는 자기 디스크 드라이브.
  38. 제 37항에 있어서, 상기 고정층의 자기 모멘트의 고정을 리셋시키도록 센서를 통해 흐르는 리셋 전류를 인가하기 위해 센서를 가로질러 접속되는 단극 증폭기(unipolar amplifier)를 포함하는 자기 디스크 드라이브.
  39. 자기 디스크 드라이브(magnetic disk drive)에 있어서,
    a) i) 적어도 하나의 코일층 및 절연 적층(insulation stack)―여기서 코일층 은 절연 적층 내에 매립(embed)됨―,
    ii) 후방 갭(back gap)에서 접속되며, 공기 베어링 표면(air bearing surface: ABS)의 일부를 형성하는 단부(edges)를 갖는 극팁(pole tips)을 갖는 제 1 및 제 2 극편(pole pieces) 및
    iii) 상기 제 1 및 제 2 극편의 극팁 사이에 삽입되어 있으며, 상기 공기 베어링 표면(ABS)의 일부를 형성하는 기록 갭층(write gap layer)을 포함하고, 상기 절연 적층이 상기 제 1 및 제 2 극편 사이에 삽입되는 기록 헤드(write head),
    b) 스핀 밸브 센서, 제 1 및 제 2 갭층 및 제 1 및 제 2 차폐층(shield layers)를 포함하고, 상기 스핀 밸브 센서는 상기 제 1 및 제 2 갭층과 제 1 및 제 2 차폐층 사이에 삽입되는 판독 헤드(read head),
    c) 프레임(frame),
    d) 상기 프레임 상에 회전 방식으로 지지되는 자기 디스크,
    e) 상기 프레임 상에 장착되며 상기 자기 디스크와 변환 관계(transducing relationship)를 갖는 헤드를 지지하는 지지체(support),
    f) 상기 자기 디스크를 회전시키는 수단,
    g) 상기 지지체에 접속되며 상기 자기 디스크에 대해 상기 결합 자기 헤드를 여러 위치로 움직이는 위치 지정 수단(positioning means) 및
    h) 상기 결합 자기 헤드, 자기 디스크를 회전시키는 수단 및 위치 지정 수단 에 접속되어 결합 자기 헤드와 신호를 교환하고, 자기 디스크의 움직임을 제어하며, 결합 자기 헤드의 위치를 제어하는 수단을 포함하고, 상기 스핀 밸브 센서는
    i) 자기 디스크로부터 정 및 부의 자기 플럭스 유입(magnetic incursions) 을 각각 감지하여 제 1 및 제 2 방향으로 자유롭게 회전하는 자기 모멘트(magnetic moment)를 갖는 강자성 자유층(ferromagnetic free layer),
    ii) 제 3 방향으로 고정된 자기 모멘트를 갖는 반대로 평행하게 고정된 층 (antiparallel pinned layer)―여기서 반대로 평행하게 고정된 층은 제 1 및 제 2 강자성 박막과 상기 제 1 및 제 2 박막 사이에 삽입되는 비자성 전도성 스페이서 박막을 포함함―,
    iii) 상기 제 1 박막과 바로 인접해 있으며, 상기 반대로 평행하게 고정된 층의 자기 모멘트를 고정시키는 반강자성층(antiferromagnetic layer),
    iv) 상기 자유층과 고정층 사이에 삽입되어 있어, 상기 정 및 부의 자기 플럭스 유입을 감지하면 자유층의 자기 모멘트가 상기 고정층의 자기 모멘트에 대해 상기 제 1 및 제 2 방향으로 회전하여 감지 전류에 대해 센서의 자기저항을 각각 증가 또는 감소시키도록 해주는 비자성 전도성 절연 스페이서층(spacer layer) 및
    v) 상기 센서가 제로 바이어스 포인트에 대해 판독 신호 대칭을 갖도록 미리 정해진 방향과 크기를 갖는 감지 전류를 센서에 인가하기 위한 감지 전류원(sense current source)을 포함하며, 상기 기록 헤드 및 판독 헤드는 서로 인접하여 결합 자기 헤드를 형성하는 자기 디스크 드라이브.
  40. 제 39항에 있어서, 상기 센서는 공기 베어링 표면(air bearing surface: ABS)을 가지며, 또한 자기 디스크로부터 수신된 신호가 없는 경우 정지 상태에 있으며, 고정 방향(pinned direction)은 상기 공기 베어링 표면(ABS)에 수직하고, 자유층의 자기 모멘트는 상기 센서가 정지 상태에 있을 때 공기 베어링 표면(ABS)에 평행한 방향인 자기 디스크 드라이브.
  41. 제 40항에 있어서, 상기 고정층의 자기 모멘트의 고정을 리셋시키도록 센서를 통해 흐르는 리셋 전류를 인가하기 위해 센서를 가로질러 접속되는 단극 증폭기(unipolar amplifier)를 포함하는 자기 디스크 드라이브.
  42. 제 41항에 있어서, 상기 리셋 전류의 크기가 감지 전류의 적어도 3배 이상인 자기 디스크 드라이브.
  43. 제 42항에 있어서, 상기 자유층을 통해 흐르는 감지 전류의 방향이 고정층의 자기 모멘트의 고정을 증가시키는 자유층으로부터 나오는 필드를 생성하는 자기 디스크 드라이브.
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