KR900008860B1 - 자기 저항성 판독 변환기 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

자기 저항성 판독 변환기
제1도는 어떻게 종 바이어스가 본 발명에 따르는 MR 층에 비균일적으로 인가되는가를 개념적으로 도시하는 스케치.
제2도는 본 발명에 따르는 종 바이어스 필드의 정렬된 상태를 도시하는 스케치.
제3도는 본 발명에 따르는 MR 층에 대한 다양한 영역의 관계를 도시하는 스케치.
제4도는 본 발명을 구체화하는 MR판독 변환기 장치의 특별한 실시예에 대한 단면도.
제5도는 제4도에 도시된 변환기의 평면도.
제6도는 제4도의 선6-6을 따라 취해진 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 검출 영역 19 : 감지 수단
21 : 바이어스원
본 발명은 자기 매체로부터의 정보 신호를 판독하는 자기 변환기에 관한 것으로, 특히, 개선된 자기 저항성 판독 변환기에 관한 것이다.
자기 저항성(MR) 감지기 또는 헤드로 언급된 종래 기술인 자기 변환기는 매우 선형적인 밀도로 자기 표면으로부터 데이터를 판독할 수 있다. MR 감지기는, 소자에 의해 감지된 자속량 및 자속 방향의 함수로서, 자기저항성 물질로 만든 판독 소자의 저항 변화를 통해 자계 신호를 검출한다.
종래의 장치에서, MR 소자를 최적으로 작동시키기 위해서는 두 개의 바이어스 필드가 제공되어야 한다. 자장이 선형적으로 응답하도록 물질을 바이어스시키기 위해서 횡 바이어스 필드가 대개 제공된다. 상기 바이어스 필드는 자기 매체의 평면에 수직이며 편평한 MR 소자의 평면에 평행한다.
대개 MR 소자와 함께 사용되는 다른 바이어스 필드는 자기 매체의 표면에 평행하게 연장되며 MR 소자의 세로 방향에 평행인 종 바이어스 필드로서 본 기수에 언급된다. 종 바이어스 필드의 함수는 MR 소자내의 다중-구역 활성제로부터 발생되는 바르크하우젠 잡음을 억제시킨다.
MR 감지기용 다수의 종래 기술인 바이어싱 방법 및 장치는 종 및 횡 바이어스를 함께 사용하도록 개발되어 왔으며, 상기 종래 기술인 바이어싱 방법 및 장치는 종래 기술 장치의 요구에는 효과적으로 부응되어 왔다. 그러나, 증가된 기록 밀도를 향한 구동은 트랙을 따라 증가된 선형 기록 밀도와 좁은 기록 트랙이 요구되었다. 상기 요구에 부응하기 위해 필요한 작은 MR 감지기는 경합하는 바이어스 요구로 인해 종래 기술의 사용으로 될 수는 없다. 반면에, 종 바이어스는 구역 억제를 위해 충분히 강해야 하며 상기 바이어스는 MR 소자를 따라 필드를 발생한다. 반면에, 횡 바이어스 필드는 종 바이어스 필드에 수직이어서, 종 바이어스 필드는 횡 바이어스 필드 및 횡 데이터 신호와 경합한다. 상기 바이어스의 경합 결과에 따라, MR 감지기는 반성적으로 언더바이어스되며, 신호 감도는 상당히 감소된다. 상기 그 기록 밀도 장치는 종래 장치에서는 일어날 수 없는 매우 효율적은 출력을 요구한다.
미합중국 특허 제3,887,944호에는 일렬로 되어 있는 MR 판독 헤드의 집적 어레이가 기술되어 있다. 인접한 MR 판독 헤드사이의 혼선을 제거하기 위해, 고항자력 물질의 영역이 인접한 MR 감지기 사이에 형성된다. 고항자력 물질의 영역을 생성하기 위해 논의된 방법중 하는 반강자성 물질과 MR 감지기 사이의 결합을 교환시키는 방법이다. 그러나, 상기 결합으로부터의 바이어스 필드의 교환, 상기바이어스 필드의 방향 및 MR 감지기의 다음 구역 상태가 얻어지는 가능성을 고려하지 않는다.
미합중국 특허 제4,103,315호에는 구역 억제를 위해 전체 MR 감지기를 따라 균일한 종 바이어스를 발생시키기 위한 반 강자성-강자성 교환결합의 사용이 기술되어 있다.
종래 기술에는, 종단 영역에서는 단지 종 바이어스이고 중아 활성 영역에는 횡 바이어스가 바이어스되어 실질적으로 데이터 감지가 이행되는 MR 감지기는 기술되어 있지 않다.
그러므로, 본 발명의 목적은 감지기 감도에 악영향을 미치지 않고 MR 감지기에서 구역억제를 위한 기술을 제공하는 것이다. 본 발명에 따르면, 자기 저항성(MR)판독 변환기는 자성재로 형성된 MR 전도층의 박막 및 MR 층의 종단 영역을 단일 구역 상태로 유지시키는데 충분한 레벨의 MR 층의 중앙 영역에는 종 바이어스를 발생시키기 위해 제공된 수단을 포함한다. MR 층의 중앙 영역에는 종 바이어스로부터의 직접적인 필드가 없으나, 정자기 및 MR 층을 따르는 교환 결합을 통해, 종단 영역의 단일 구역 상태는 MR 층의 중앙 영역에서의 단일 구역 상태를 유도한다. 선형 응답 모드로 MR 층의 중앙 영역의 횡 바이어스된 부분을 유지하는데 충분한 레벨의 MR 층에 의해 차단된 전계의 함수로서 MR층의 검출 영역에서의 저항 변화를 결정할 수 있다.
특정 실시예에 있어서, 반강자성 물질의 박막이 단지 MR 층의 종단 영역과 직접 접촉하여 단일 구역 상태로 MR 층의 종단 영역을 유지시키는데 충분한 레벨의 MR 층의 영역 내에서만 종 바이어스를 발생시킨다. 부드러운 자기 물질의 박막이 MR 층에 평행한 간격을 갖도록 제공된다. 전류원은 전도 수단에 접속되어 바이어스 전류를 장치에 제공하여 MR 층의 부분이 선형 응답 모드로 유지하는데 충분한 레벨의 MR층의 중앙 영역의 최소한 한 부분에 횡 바이어스를 발생시킨다.
이하, 첨부된 도면으로 본 발명의 상술한 목적과 다른 목적, 특징 및 장점을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 제1도를 참조하면, 본 발명에 따르는 자기 저항성(MR) 감지기(10)는 횡 바이어스뿐 아니라 종 바이어스로 제공되며, 합성 바이어스는 최적의 감도 및 측면 판독 특성을 갖는다. 그러나, 바이어스는 MR 감지기에 균일하게 인가되지 않는다. 구역 억압용 종 바이어스(HBL)는 MR 감지기(10)의 종단 영역(12)에만 인가되며, 선형 응답 모드용 횡 바이어스(HTB)는 적어도 MR 감지기(10)의 중심 영역(14)의 일부분에 인가된다.
종 바이어스는 종 바이어스를 발생시키는 본 기술에 공지된 적합한 방법에 의해 발생될 수 있다. 도면에 도시된 실시예에서, 종 바이어스는 교환 바이어싱 방법에 의해 발생된다. 교환 바이어스는 반강자성층(16)을 패턴화함으로써 발생되어 단지 MR 감지기(10)의 종단 영역(12)만 커버하여서 MR 감지기(10)의 종단 영역(12)만 교환 바이어스 된다. 반강자성 층(16)은 제1도의 빗금 영역(16a)에서 내부면이 교환되어 상호 작용하게 하여 MR 감지기(10)에 의해 효과적인 바이어스 필드를 형성하게 하며, 상기 바이어스 필드는 구역 억압을 위해 종으로 발생된다.
종 바이어싱의 효과는 제2도에 도시되어 있다. MR 감지기(10)와 종단 영역(12)은 단일 구역 상태로 유지되며 바이어스 필드는 제2도에 도시된 바와 같이 우측으로 MR 감지기를 따라 발생된다. 그러나, MR 감지기(10)의 중심 영역(14)에는 종 바이어스, HBL로부터의 어떤 직접적인 필드는 존재하지 않으므로, MR 감지기(10)의 횡축 감도는 심각하나 손실을 초래하지는 않는다. MR 감지기(10)의 종단 영역(12)에서의 정렬된 단일 구역 자기 상태는 중심 영역(14)에 매우 바람직하지 않은 역 구역을 발생하여 제2도에 도시된 바와 같은 MR 감지기(10)의 중심 영역(14)에 단일 구역 상태가 되게 한다.
일단, 종 바이어스, HBL이 형성된 후, MR 감지기(10)의 중심 영역(14)중 적어도 한 부분에 선형응답 모드로 MR 감지기(10)의 중심 영역(14)의 유지되도록 하는 충분한 레벨의 횡 바이어스가 제공된다. 횡 바이어스는 션트 바이어싱, 부드러운 막 바이어싱, 또는 영구자석 바이어싱이 제공되며, 이것은 제3도에 도시된 바와 같이 자기 모멘트 M으로 소정의 회전을 발생시킨다. 출력 신호 is는 MR 감지기(10)의 중심영역(14) 내에서 MR 감지기(10)에 접속된 전도체 수단(18, 20)에 의해 감지 수단(19)에 결합될 수 있다. 신호 is는 감지 수단이 필드의 함수로서 상기 중심 영역(14)내 검출 영역에서의 저항 저항 변화를 결정하며, 상기 필드는 예로, 자기 매체 상에서 사전에 기록된 데이터로부터 MR 감지기(10)에 의해 차단된다. 도체 수단(18 및 20)의 내부 엣지 사이의 거리는 출력 신호가 감지된 검출 영역을 포함한다.
가장 간단한 형태는 차폐되지 않은 MR 감지기이다. 상기 경우에서, 기록된 자기 이동으로부터의 신호 자속이 전체 높이를 통해 감지기로 유입될수 있으므로, 선형 기록 밀도는 대개 낮다. 기록 밀도는 감지기의 높이에 대한 실제적인 하부 한계에 의해 1차적으로 제한된다. 선형 기록 밀도는 증진시키기 위해, MR 소자는 두 개의 부드러운 자기차폐제 사이의 갭내에 대개 위치된다.
그러므로 본 발명에 따르는 MR 감지기는 종래의 바이어싱 방법 및 새로운 방식의 장치에서 나타난 문제점을 해결한다. 본 발명의 MR 감지기가 두 영역 즉, 작동 영역과 종단 영역으로 나누어질 수 있다는 것을 인식하며, 여기서 데이터의 실제적인 감지가 이룩된다. 본 발명은 두 영역이, 종단 영역에서는 단지 종 바이어스로 작동 영역에서는 횡 바이어스인 다른 방법으로 바이어스되는 것에 있다. 본 발명과 조합한 MR감지기의 신호 동작은 단일 구역 상태로 MR 감지기(10)의 종단 영역(14)을 유지하는데 충분하게 종 바이어스의 레벨이 유지되는 한 종 바이어스 레벨의 변화에 의한 최소한의 영향을 받는다. 직접 비교하면, 종래 MR 감지기의 바이어스 요구는 종 바이어스의 레벨 변화로 인해 MR 감지기의 신호 동작에 상당한 영향을 미친다.
본 발명의 종단 영역에서는 단일 구역 모드로, 중심 영역에서는 단일 구역 모드인 것을 전제로 하고 종으로 바이어스되지 않는 갭(LNLB)이 MR 감지기의 높이에 비해 너무 크지 않는 한 상기 사실은 항상 참이다.
종으로 바이어스되지 않는 길이 LNLB, 횡으로 바이어스된 길이 LTB, 검출 영역 LD의 길이 사이의 관계는 제3도에 도시되어 있다. 상기 길이 사이의 관계는 다음과 같다. 즉 LNLB≥LTB≥LD는 통상 참임, 또한 LTB≥LD및 LNTB≥LD는 참임.
LNLB및 LTB에는 통상 오버랩이 되지 않으므로, LD에 대한 상기 조건을 만족하는한 약간의 오버랩은 허용가능하다.
추가로 사이드(side) 판독 억압 억제가 고려될 때, LTB는 LD보다크지 않아야 하는데, 그 이유는 LD는 기록 트랙폭과 통상 거의 동일하게 선택되며, 검출 영역 LD밖에서 횡 바이어스된 감지기 영역의 존재는 인접한 트랙으로부터 증가된 사이드 판독을 초래하기 때문이다. 또한 LNLB는 LD보다 크지 않아야 하는데, 그 이유는 강한 종 바이어스로 인해 종단 영역이 인접한 트랙으로부터의 신호에 민감하기 때문이다. 그 결과, 사이드 판독이 억압된다. 이것은 LNLB=LTB=LD가 최대 감도를 위한 최적의 배열이며 최고로 사이드 판독을 억압한다.
본 발명의 MR 판독 변환기의 특정한 실시예는 제4, 5 및 6도는 도시되어있다. 제4도를 참조하면 반강자성 박막층(16)과 전기적으로 접촉되는 MR박막층(10)이 도시되어 있다. 박막층(10 및 16)은 MR 층(10)으로 덮힌 영역내에서 교환 바이어스를 생성시켜서 MR 층(10)이 종단 영역(12)내에서 단일 구역 모드로 종 바이어스되게 한다. MR 층(10)의 종단 영역(12)내에서 단일 구역 보드로 종 바이어스되게 한다. MR 층(10)의 대항측상에는 연자막층(22)을 포함하는 횡 바이어스 필드를 생성하기 위한 수단이 제공되며, 층(22)은 얇은 스페이서 층(24)에 의해 MR 층(10)으로부터 분리된다. 층(22)의 목적은 MR 층(10)의 중심 영역(14)의 부드러운 막 횡 바이어스를 제공하는 것이다. 자기 차폐(26 및 28)가 제공되어 표유 자속의 영향을 최소로 하며, 여기서 상기 자속은 리드백 신호의 해상도를 감소시키며, 전기 절연층(30 및 32)이 제공되어 상기 차폐를 변환기의 액티브 콤포넌츠로부터 분리시킨다.
MR 층(10) 및 제4도에서의 반강자성 층(16)용재질의 선택은 상당히 중요하다. MR 층(10)을 위해, 부드러운 자성체가 요구되며, 상기재질은 낮은 자기변형 및 상당히 높은 MR 계수를 갖는다. 통상, 박막이 바람직한데, 그 이유는 박막일수록 더 민감하기 때문이다. 그러나, 실제로, 막의 두께는 제어하기 힘든 두께와 재질을 갖는 박막은 피해야 한다. MR 층(10)은 약 200내지 500 옹스트롬 이내의 두께를 갖는다. 특정 실시예에 있어서, 퍼머로이 NiFe 합금이 특정 장치에 선택된다.
층(16)에 대한 재질의 선택은 MR 층에 대해 선택된 재질상에 배치될 때 뿐아니라, 박막 형태로 배치될 때도 반강자성재인 재질을 요구한다. 또, 재질은 실제로 판독 변환기의 작동 온도보다 실질적으로 더 높은 닐 온도를 가져야 한다. 반강자성재층(16)은 장치 길이를 따라 한 방향으로 바이어스되게 배치된다. 대안으로, 단방향 바이어스 필드는 방향은 작동 온도 이상으로 MR-반강자성재층을 가열시키고, 외부로 인가된 단방향 자계내 층을 냉각시킴으로써 세트될 수 있다. 재질의 두께는 최소 두께 약 100 옹스트롬에서 수백 옹스트롬까지의 두께로서 제조할 수 있도록 충분한 두께이어야 한다. 특정 실시예에 있어서 MnFe가 특정요구에 대해 선택되었다. 부드러운 막 바이어싱에서 제4도에서의 층(22)과 같은 바람직한 부드러운 막재질을 선택하는 것이 중요하다. 상기 재질은 높은 투과율, 높은 저항성 및 자체의 MR 효과가 없어야 한다. 높은 투과율은 적절한 바이어스 전류를 가진 바이어스원(21)으로부터 적절히 바이어싱되어야 하며, 높은 저항성은 신호의 전기적인 분리를 최소화시키는데 바람직하고, MR 층(10)과 비교되는 낮은 MR 계수는 바이어싱 및 신호 응답의 삭제를 피하는데 필요로 된다. 통상 100 내지 500 옹스트롬에서의 부드러운 막 바이어싱 층(22)의 두께는 포화되도록 선택된다. MR층(10)에 사용된 재질의 특성은 MR층(10)의 두께와 부드러운 막 바이어스 층(22)의 두께의 비가 선택된 각도에 대한 MR 층(10)의 중심 영역(14)을 바이어스시키기 위해 횡 바이어스를 발생시키도록 선택될 수 있다. 특정 실시예에서, NiFeRh가 특별히 요구되는 층(22)에 대해 선택된다. 스페이서층(24)의 목적은 MR 층(10)과 부드러운 막 바이어스층(22)사이에 외형적인 간격을 제공하는 것인데, 그 이유는 대향 자화 회전이 형성되도록 상기 층을 분리시키는 것이 필요하기 때문이다. 스페이서층(24)은 높은 저항성을 가져야하며, 층(10 및 22)의 어느 한편으로 확산되지 않아야 하며, 쉽게 얇은 층에 배치되는 특성을 가져야 한다. 층(24)의 두께(24)는 예로, 200 옹스트롬 정도로 쉽게 제조될 수 있는 만큼 얇아야 한다. 특정 실시예에 있어, Ta가 상기 층에 대해 선택되나, Al2O3또는 SiO2과 같은 다른 재질도 사용될 수 있다.
자기 저항성 판독 변환기 제조 방법은 본 발명의 일부분이 아니다. 본 기술에 숙련된 사람은 집적회로칩 제조와 유사한 방식으로 공지된 박막 제조 공정에 의해 변환기를 만들 수 있다. 상기 제조 공정은 박막층을 기판상에 배치시키고, 선택적인 에칭 및 사진설판 기술과 같은 적절한 기수에 의해 층을 적절하게 정형시킨다.
비록 본 발명이 양호한 실시예를 참조로 특별히 도시되고 기술되었지만, 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 본 발명의 기수에 숙련된 사람에 의해 여러 가지 다른 변화를 형태별로 할 수 있다는 점은 이해되어야 한다.

Claims (18)

  1. 중앙 영역(14)에 의해 분리된 종단 영역(12)을 작고, 자성재로 형성된 자기 저항성 전도층의 박막(10)과, 상기 종단 영역의 단일 구역 상태에 의해 상기 중앙 영역에서 단일 구역 상태가 유도되며, 단일 구역 상태에서 상기 자기 저항층의 종단 영역을 유지하기에 충분한 레벨의 상기 자기 저항성층만의 상기 종단 영역에서 종 바이어스를 발생하는 수단(16)을 구비하며, 선형 응답모드에서 상기 자기 저항성층의 상기 횡 바이어스된 부분을 유지하기에 충분한 레벨의 상기자기 저항성층의 상기 중앙 영역의 최소한 한 부분에서 횡 바이어스를 발생하는 수단(21, 22)과, 상기 층에 의해 차단된 필드의 함수로서 상기 자기 저항성 층의 검출 영역에서 저항 변화를 결정할 수 있는 상기 전도 수단에 접속된 감지 수단(19)에 의해 검출 영역을 한정하도록 상기 중앙 영역에서 상기 자기 저항성층에 접속된 전도 수단(18, 20)을 포함하는 자기 저항성 판독 변환기.
  2. 제1항에 있어서, MR 층(10)상기 자기 저항성 층이 NiFe인 자기 저항성 판독 변환기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 자기 저항성 층이 200 내지 550 옴스트롬의 범위내의 두께를 갖는 자기 저항성 판독 변환기.
  4. 제1항에 있어서, 교환 바이서싱에 의해서만 상기 종단 영역에서 직접 상기 종 바이어스를 발생시키기 위해서 상기 자기 저항성 층만의 상기 종단 영역과 직접 접촉하여 반강자성재의 박막을 포함하는 자기 저항성 판독 변환기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 반강자성재의 박막이 MnRe인 자기 저항성 판독 변환기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 반강자성재의 박막이 100 내지 500 옴스트롬 범위내의 두께를 갖는 자기 저항성 판독 변환기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전도 수단의 간격을 갖는 전도 소자를 구비하고, 상기 검출 영역이 상기 전도소자 안쪽 모서리에 의해 한정되는 자기 저항성 판독 변환기.
  8. 제1항에 있어서, 종으로 바이어스되지 않은 상기 자기 저항성 층의 영역, 상기 검출 영역, 횡 바이어스가 발생된 상기 중앙 영역의 상기 최소한 한 부분은 실질적으로 동등한 자기 저항성 판독 변환기.
  9. 중앙 영역(14)에 의해 분리된 종단 영역(12)을 갖고, 자성재로 형성된 자기 저항성 전도층의 연장된 박막(10)과, 단일 구역 상태내에 상기 자기 저항성층의 상기 종단 영역을 유지하기에 충분한 레벨의 교환 바이어싱에 의해서만 상기 종단 영역에서 종 바이어스를 발생시키기 위해서 단지 상기 자기 저항성층의 상기 종단 영역과 직접 접촉하여 반강자성재로된 박막(16)을 포함하며, 상기 종단 영역의 상기 단일 구역 상태에 의해 상기종단 영역에서 단일 구역 상태를 유도하며, 간격을 갖지만, 상기 중앙영역으로부터 평행한 부드러운 자성재의 박막(22)과, 상기 중앙 영역내의 상기 자기 저항성층에 접속된 전도 수단(18, 20)과, 상기 층에 의해 차단된 필드의 함수로서 상기 자기 저항성층에서 저항 변화를 결정할 수 있는 상기 전도 수단에 접속된 신호 감지 수단(19)에 의해 고감도 상태로 상기 자기 저항성층을 유지하는데 충분한 레벨의 횡 바이어스와 자기적으로 상기 자기 저항성층이 바이어스하도록 부드러운 자성재의 박막으로 하여금 상기 전도 수단에 바이어스 전류를 공급하는 수단(21)을 포함하는 자기저항성 판독 변환기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 자기 저항성층이 NiFe인 자기 저항성 판독 변환기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 자기 저항성층이 200 내지 500 옹스트롬 범위내의 두께를 갖는 자기 저항성 판독 변환기.
  12. 제9항에 있어서, 상기 반강자성재의 박막이 MnFe인 자기 저항성 판독 변환기.
  13. 제12항에 있어서, 상기 반강자성재의 박막이 100 내지500 옴스트롬 범위내의 두께를 갖는 자기 저항성 판독 변환기.
  14. 제9항에 있어서, 상기 부드러운 자성재의 박막이 NiFeRh인 자기 저항성 판독 변환기.
  15. 제14항에 있어서, 상기 부드러운 자성재의 박막이 상기 자기 저항성층 보다 얇은 자기 저항성 판독 변환기.
  16. 제9항에 있어서, 상기 전도 수단은 간격을 갖는 전도 소자를 포함하고, 상기 검출 영역은 상기 전도 소자 안쪽 모서리로 한정된 자기 저항성 판독 변환기.
  17. 제9항에 있어서, 종으로 바이어스되지 않은 상기 자기 저항성 층의 영역, 상기 검출 영역, 횡 바이어스가 발생된 상기 중앙 영역의 상기 최소한 한 부분은 실질적으로 동등한 자기 저항성 판독 변환기.
  18. 제9항에 있어서, 상기 변환기 장치 주위에 배치된 자기 차폐(26, 28)를 포함하는 자기 저항성 판독 변환기.
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