WO2004051762A1 - 電磁変換素子およびｃｐｐ構造磁気抵抗効果素子 - Google Patents

電磁変換素子およびｃｐｐ構造磁気抵抗効果素子 Download PDF

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Hirotaka Oshima
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Fujitsu Limited
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    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic conversion element and a CPP structure magnetoresistive element including an electromagnetic conversion film, and a pair of conductors sandwiching the electromagnetic conversion film and forming a flow path of a current supplied to the electromagnetic conversion film.
  • thermoelectric cooler In the technical field of magnetic disk drives such as hard disk drives (HDD), magnetic heads incorporating a thermoelectric cooler or Peltier element are widely known. According to the cooling effect of the Peltier element, the temperature rise of the electromagnetic conversion film can be suppressed in the magnetic head. The current value of the sense current flowing through the electromagnetic conversion film can be increased. If the current value of the sense current increases, the magnetic head can secure sufficient sensitivity to the signal magnetic field leaking from the recording medium.
  • a current must be supplied to a Peltier element in order to exert the cooling effect of the Peltier element.
  • a wiring pattern for supplying current is formed on the Peltier element. The structure of the magnetic head becomes complicated. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide an electromagnetic transducer and a CPP structure magnetoresistive element which can suppress the temperature rise of the magnetoresistive effect film with a relatively simple structure. I do.
  • an electromagnetic conversion film a conductor connected to the electromagnetic conversion film and forming a flow path of a current supplied to the electromagnetic conversion film, and incorporated into the conductor
  • An electromagnetic conversion element comprising an electronic cooling element.
  • heat is generated based on the electric resistance of the electromagnetic conversion film. Departure The generated heat is transmitted to the conductor. Heat is absorbed and released by the conductor by the function of the electronic cooling element. The heat dissipated in the conductor can be efficiently dissipated.
  • a Peltier element may be used as the electronic cooling element.
  • the conductor may include a first conductor piece connected to the electromagnetic conversion film, and a second conductor piece separated from the first conductor piece by the electronic cooling element.
  • the thermoelectric cooler completely divides the conductor into first and second conductor pieces.
  • the electric current can surely flow through the thermoelectric cooler.
  • the current supplied to the electromagnetic conversion film can also be used to drive the thermoelectric cooler. Wiring patterns and power supplies specific to the thermoelectric cooler can be omitted. With a relatively simple structure, the temperature rise of the electromagnetic conversion film can be suppressed.
  • the conductor may be divided into, for example, three or more conductor pieces. In such a case, the electronic cooling element may be interposed between adjacent conductor pieces.
  • the electromagnetic conversion film may be a magnetoresistive film used in a magnetic recording medium drive such as a hard disk drive (HDD).
  • HDD hard disk drive
  • the above-described electromagnetic transducer may be applied to, for example, a CPP structure magnetoresistive element.
  • a CPP structure magnetoresistive element an upper electrode and a lower electrode sandwiching the magnetoresistive film and forming a flow path of a current supplied to the magnetoresistive film, and an upper electrode And an electronic cooling element incorporated in at least one of the lower electrode.
  • a Peltier element may be used as the thermoelectric cooling element.
  • the upper and lower electrodes function as upper and lower shield layers. Sufficient spread is required for the shield layer. Due to the spread, heat from the magnetoresistive film is easily transmitted to the upper and lower electrodes. According to the Peltier effect of the electronic cooling element, heat dissipated in the upper and lower electrodes can be efficiently radiated.
  • the temperature rise of the magnetoresistive film can be suppressed with a relatively simple structure.
  • the CPP structure magnetoresistive element described above is mounted on a head slider incorporated in a magnetic disk drive such as a hard disk drive (HDD). It may be mounted on a head slider incorporated in another magnetic recording medium drive such as a magnetic tape drive.
  • FIG. 1 is a plan view schematically showing the internal structure of a hard disk drive (HDD).
  • HDD hard disk drive
  • FIG. 2 is an enlarged perspective view schematically showing the structure of a flying head slider according to a specific example.
  • FIG. 3 is a front view schematically showing a read / write head observed on the air bearing surface.
  • FIG. 4 is a plan view taken along line 4-4 in FIG.
  • FIG. 5 is an enlarged partial sectional view taken along line 5-5 in FIG.
  • FIG. 6 is an enlarged front view schematically showing the structure of a magnetoresistive (MR) film according to a specific example.
  • MR magnetoresistive
  • FIG. 7 is an enlarged partial cross-sectional view corresponding to FIG. 5 and showing a part of a CPP structure MR read element according to a modification.
  • FIG. 8 is a partially enlarged cross-sectional view corresponding to FIG. 5 and showing a part of a CPP structure MR read element according to still another modification.
  • FIG. 9 is a partially enlarged sectional view corresponding to FIG. 5 and showing a part of a CPP structure MR reading element according to still another modification.
  • FIG. 10 is a partially enlarged sectional view corresponding to FIG. 5 and showing a part of a CPP structure MR reading element according to still another modification.
  • FIG. 1 schematically shows a specific example of a magnetic recording medium drive, that is, an internal structure of a hard disk drive (HDD) 11.
  • the HDD 11 includes, for example, a box-shaped casing main body 12 that defines a flat rectangular parallelepiped internal space.
  • the accommodation space accommodates one or more magnetic disks 13 as a recording medium.
  • Magnetic disk 1 3 is spinned Attached to the rotating shaft of motor 14.
  • the spindle motor 14 can rotate the magnetic disk 13 at a high speed such as, for example, 720 rpm or 1000 rpm.
  • a lid or a cover (not shown) that seals the accommodation space between the housing body 12 and the housing body 12 is connected to the housing body 12.
  • the head actuator 15 includes an actuator block 17 rotatably supported by a vertically extending support shaft 16.
  • a rigid actuator arm 18 extending horizontally from the support shaft 16 is defined.
  • the actuator arm 18 is arranged on each of the front and back surfaces of the magnetic disk 13.
  • the actuator block 17 may be molded from aluminum based on the structure, for example.
  • a head suspension 19 is attached to the tip of the arm 18.
  • the head suspension 19 extends forward from the tip of the actuator arm 18.
  • a flying head slider 21 is supported at the front end of the head suspension 19. The flying head slider 21 faces the surface of the magnetic disk 13.
  • a pressing force is applied to the flying head slider 21 from the head suspension 19 toward the surface of the magnetic disk 13.
  • Buoyancy acts on the flying head slider 21 by the action of airflow generated on the surface of the magnetic disk 13 based on the rotation of the magnetic disk 13. Due to the balance between the pressing force of the head suspension 19 and the buoyancy, the flying head slider 21 can keep flying with relatively high rigidity while the magnetic disk 13 is rotating.
  • a power source 22 such as a Pois coil motor (VCM) is connected to the actuator block 17.
  • VCM Pois coil motor
  • the actuator block 17 can rotate around the support shaft 16.
  • the swing of the arm 18 and the head suspension 19 is realized based on the rotation of the actuator block 17.
  • the flying head slider 21 can cross the surface of the magnetic disk 13 in the radial direction. Based on such movement, the flying head slider 21 is positioned on a desired recording track.
  • multiple magnetic disks When the disk 13 is incorporated in the housing main body 12, two actuating arms 18 or two head suspensions 19 are arranged between the adjacent magnetic disks 13.
  • FIG. 2 shows a specific example of the flying head slider 21.
  • Ddosuraida 2 one to the levitation, A 1 2 ⁇ 3 in the form of a flat parallelepiped - comprises a T i C (AlTiC) made of slider body 2 3.
  • the outflow end of the slider body 2 3 A 1 2 ⁇ 3 (alumina) manufactured head protection layer 2 4 is bonded.
  • An electromagnetic transducer, that is, a read / write head 25 is embedded in the head element built-in film 24.
  • the slider body 23 and the head element built-in film 24 define a medium facing surface, that is, a flying surface 26 facing the magnetic disk 13.
  • a front rail 28 extending along the air inflow end of the slider body 23 and a rear rail 29 extending adjacent to the air outflow end of the slider body 23 are formed on the flying surface 26.
  • So-called ABS (air bearing surfaces) 31 and 32 are defined on the top surfaces of the front rail 28 and the rear rail 29.
  • the air inflow ends of ABS 31 and 32 are connected to the top surfaces of rails 28 and 29 at steps 33 and 34, respectively.
  • the read / write head 25 exposes the front end with ABS 32.
  • a DLC (diamond-like force) protective film covering the front end of the read / write head 25 may be formed on the surface of the ABS 32.
  • the airflow 35 generated based on the rotation of the magnetic disk 13 is received by the air bearing surface 26.
  • a relatively large positive pressure that is, buoyancy is generated in ABSs 31 and 32 by the action of steps 33 and 34.
  • a large negative pressure is generated behind, that is, behind, the front rail 28.
  • the flying attitude of the flying head slider 21 is established based on the balance between the buoyancy and the negative pressure.
  • the form of the flying head slider 21 is not limited to such a form.
  • FIG. 3 shows the air bearing surface 26 in detail.
  • the read / write head 25 includes a thin-film magnetic head, that is, an inductive write head element 36 and a CPP structure electromagnetic conversion element, that is, a CPP structure magnetoresistance (MR) read element 37.
  • the inductive write head element 36 can write binary information on the magnetic disk 13 using, for example, a magnetic field generated by a conductive coil pattern (not shown).
  • the CPP structure MR reading element 37 can detect binary information based on a resistance that changes according to a magnetic field acting on the magnetic disk 13.
  • the inductive write head element 36 includes an upper magnetic pole layer 41 that exposes the front end with ABS 32 and a lower magnetic pole layer 42 that similarly exposes the front end with ABS 32.
  • the upper and lower magnetic pole layers 41 and 42 may be formed by, for example, FeN or NiFe force.
  • the upper and lower magnetic pole layers 41 and 42 cooperate to form a magnetic core of the inductive write head element 36.
  • a 1 2 0 3 ( ⁇ alumina) manufactured by a non-magnetic gap layer 43 between the upper and lower magnetic pole layers 41, 42 are sandwiched.
  • the CPP structure MR reading element 37 includes an alumina film 39, that is, a lower electrode 44 extending along the surface of the underlying insulating layer.
  • the lower electrode 44 may have not only conductivity but also soft magnetism.
  • the lower electrode 44 is made of a conductive soft magnetic material such as permalloy (NiFe alloy)
  • the lower electrode 44 can simultaneously function as a lower shield layer of the CPP structure MR reading element 37.
  • a flat surface 46 is defined on the surface of the lower electrode 44.
  • an electromagnetic conversion film that is, a magnetoresistive (MR) film 47 is laminated.
  • the MR film 47 extends rearward along the flattened surface 46 from the front end exposed at the ABS 32.
  • the lower electrode 44 contacts the lower boundary surface 47a of the MR film 47 at least at the front end exposed at the ABS 32. Thus, an electrical connection is established between the MR film 47 and the lower electrode 44. Details of the MR film 47 will be described later.
  • a pair of magnetic domain control hard films 48 extending along the ABS 32 are formed on the flattened surface 46.
  • the magnetic domain control hard film 48 sandwiches the MR film 47 along the ABS 32 on the flat surface 46.
  • the magnetic domain control hard film 48 is made of, for example, CoPt or CoC. It may be formed from a metal material such as rPt.
  • magnetization can be established in one of these magnetic domain control hard films 48 across the MR film 47.
  • a bias magnetic field is formed based on the magnetization of the magnetic domain control hard film 48, for example, a single magnetic domain of a free-side ferromagnetic layer (freelayer) can be realized in the MR film 47.
  • a coating insulating film 49 is further covered.
  • the coating insulating film 49 sandwiches the magnetic domain control hard film 48 with the lower electrode 44.
  • the upper electrode 51 spreads on the top surface of the MR film 47, that is, the upper boundary surface 47 b in the covering insulating film 49, on the surface of the D covering insulating layer 49 exposed adjacent to the ABS 32.
  • the upper electrode 51 contacts the upper boundary surface 47 b of the MR film 47 at least at the front end exposed by the ABS 32.
  • an electrical connection is established between the MR film 47 and the upper electrode 51.
  • the upper electrode 51 is made of a conductive soft magnetic material such as permalloy (NiFe alloy)
  • the upper electrode 51 simultaneously functions as the upper shield layer of the CPP structure MR read element 37. Can be.
  • the rear end of the upper electrode 51 is connected to a connection terminal 52, for example, as shown in FIG.
  • the connection terminal 52 is connected to the extraction layer 53.
  • the extraction layer 53, the connection terminal 52, and the upper electrode 51 function as a conductor forming a supply path of the sense current supplied to the MR film 47.
  • the rear end of the lower electrode 44 is connected to the connection terminal 54.
  • the connection terminal 54 is connected to the extraction layer 55.
  • the extraction layer 55, the connection terminal 54, and the lower electrode 44 function as a conductor forming a supply path of the sense current supplied to the MR film 47.
  • the electronic cooling elements 56 and 56 are incorporated in the upper electrode 51 and the lower electrode 44.
  • the upper electrode 51 is completely separated into the first conductor piece 51a and the second conductor piece 51b by the electronic cooling element 56.
  • the first conductor piece 51 a is received on the surface of the MR film 47.
  • the connection terminal 52 is received at the rear end of the second conductor piece 51b.
  • the lower electrode 44 is completely separated by the thermoelectric cooler 56 into a first conductor piece 44a and a second conductor piece 44b.
  • the first conductor piece 44 a is received on the surface of the MR film 47.
  • a connection terminal 54 is received at the rear end of the second conductor piece 44b.
  • the electronic cooling element 56 may be composed of, for example, a Peltier element.
  • a Peltier element For example, an alloy of B 1 2 6 3 7313 2 6 3 may be used for the Peltier element. According to these alloy materials, the resistivity P is set to about 1 [mQcm], the Seebeck coefficient S is set to about 200 [ ⁇ V / K], and the figure of merit ⁇ is set to about 0.9. Yes (G. Mahan, B. Sales, and J. Sharp, Phys. Today 50, 42 (1997)).
  • the CPP structure When reading the magnetic information, the CPP structure
  • the MR film 47 When reading the magnetic information, the CPP structure
  • the MR film 47 has a free side ferromagnetism according to the direction of the magnetic field acting from the magnetic disk 13.
  • the magnetization direction of the layers rotates.
  • the electric resistance of the MR film 47 changes greatly. Therefore, when a sense current is supplied from the upper electrode 51 and the lower electrode 44 to the MR film 47, the level of the electric signal extracted from the upper electrode 51 and the lower electrode 44 changes according to the change in the electric resistance. . In response to this level change, binary information can be read.
  • the CPP structure MR read element 37 when the upper and lower electrodes 51 and 44 function as shield layers, the heat from the MR film 47 is dissipated by the upper and lower electrodes 51 and 44 based on the spread of the shield layer. Easy to be transmitted to 44. According to the Peltier effect of the thermoelectric cooler 56, Joule heat can be efficiently radiated away from the MR film 47.
  • CPP structure With the MR reading element 37 the temperature rise of the MR film 47 can be suppressed with a relatively simple configuration. When the temperature rise is suppressed, In the MR film 47, the current value of the sense current can be increased. In the MR film 47, a sufficient resistance change amount can be maintained. In the CPP structure MR read element 37, sufficient sensitivity to the signal magnetic field leaking from the magnetic disk 13 can be ensured.
  • thermoelectric cooler 56 In such a CPP structure MR read element 37, the thermoelectric cooler 56 completely separates the upper and lower electrodes 51, 44 into first and second conductor pieces. Moreover, the Peltier element constituting the electron cooling element 56 has a lower resistance value than the coating insulating film 49. A sense current can be reliably passed through the electronic cooling element 56. The sense current supplied to the MR film 47 can also be used to drive the thermoelectric cooler 56. Wiring patterns and power supplies specific to the electronic cooling element 56 can be omitted. CPP structure With the MR read element 37, the temperature rise of the MR film 47 can be suppressed with a relatively simple structure.
  • a groove for dividing the lower electrode 44 is formed based on a known etching method.
  • a resist film may be formed on the lower electrode 44 to define a void corresponding to the groove.
  • the width of the groove may be adjusted to the thickness of the electronic cooling element 56.
  • the electronic cooling element 56 is formed by the groove thus formed.
  • a well-known sputtering method, molecular beam epitaxy (MBE), or metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) may be performed.
  • the electronic cooling element 56 may be formed in the upper electrode 51 in the same manner as in the lower electrode 44.
  • FIG. 6 shows an example of the MR film 47.
  • This MR film 47 is constituted by a so-called spin valve film. That is, in the MR film 47, the Ta underlayer 57, the free-side ferromagnetic layer 58, the intermediate conductive layer 59, the fixed-side ferromagnetic layer (pinne dl aye r) 61, and the magnetization direction constraining layer (pinning layer) The ferromagnetic layer 62 and the conductive protection layer 63 are sequentially stacked. The magnetization of the fixed-side ferromagnetic layer 61 is fixed in one direction according to the function of the antiferromagnetic layer 62.
  • the free ferromagnetic layer 58 includes, for example, a Ni Fe layer 58 a laminated on the surface of the Ta underlayer 57 and a C O Fe layer 58 b laminated on the surface of the Ni Fe layer 58 a. What is necessary is just to comprise.
  • the intermediate conductive layer 59 is made of, for example, a Cu layer.
  • the fixed-side ferromagnetic layer 61 may be formed of a ferromagnetic material such as Coffe.
  • the antiferromagnetic layer 62 may be formed of an antiferromagnetic alloy material such as IrMn or PdPtMn.
  • the conductive protective layer 63 may be composed of, for example, an Au layer or a Pt layer.
  • a so-called tunnel junction film may be used for the MR film 47.
  • an intermediate insulating layer may be interposed between the free ferromagnetic layer 58 and the fixed ferromagnetic layer 61 instead of the intermediate conductive layer 59 described above.
  • These intermediate insulating layer may be made of a A 1 2 0 3 layer.
  • the lower electrode 44 and the upper electrode 51 are connected to the first conductor pieces 44a, 51a and the second conductor pieces 44b, 51b, which are sequentially stacked. It may be divided.
  • the first conductor piece 44 a of the lower electrode 44 extends rearward from the front end exposed at the ABS 32 along the surface of the base insulating layer.
  • a connection terminal 54 is received at the rear end of the first conductor piece 44a.
  • An electronic cooling element 56 is laminated on the surface of the first conductor piece 44a.
  • the second conductor piece 4 4 b spreads on the surface of the thermoelectric cooler 56.
  • the MR film 47 is received on the surface of the second conductor piece 44b.
  • the first conductor piece 51 a of the upper electrode 51 is received on the surface of the MR film 47.
  • the thermoelectric cooler 56 may be arranged between the lower electrode 44 and the connection terminal 54 or between the upper electrode 51 and the connection terminal 52.
  • the lower electrode 44 and the connection terminal 54 are completely separated by the thermoelectric cooler 56.
  • the upper electrode 51 and the connection terminal 52 are completely separated by the thermoelectric cooler 56.
  • the lower electrode 44 and the upper electrode 51 correspond to the first conductor piece of the present invention.
  • the connection terminals 54 and 52 correspond to the second conductor pieces of the present invention.
  • Joule heat dispersed from the MR film 47 to the upper and lower electrodes 51 and 44 can be efficiently radiated.
  • C P P structure The MR read element 37 can suppress the temperature rise of the MR film 47 with a relatively simple structure.
  • the thermoelectric cooler 56 may be embedded in the surface of the lower electrode 44 or the upper electrode 51.Also, as clear from FIG. It may be formed on the surface of the lower electrode 44 or the upper electrode 51.
  • thermoelectric cooling elements 56 may be arranged on the conductor.
  • the upper and lower electrodes 51 and 44, the connection terminals 52 and 54, and the extraction layers 53 and 55 may be separated into a plurality of conductor pieces by the electronic cooling element 56. For example, it may be divided into three or more conductor pieces.
  • Joule heat dispersed from the MR film 47 to the upper and lower electrodes 51 and 44 can be more efficiently radiated.
  • CPP structure With the MR reading element 37 the temperature rise of the MR film 47 can be suppressed with a relatively simple structure.
  • the electronic cooling element 56 is in the state of being “incorporated” when the electronic cooling element 56 is in the MR film 47 and the upper and lower electrodes 51, 4. 4 includes the state sandwiched.

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Description

電磁変換素子および C P P構造磁気抵抗効果素子 技術分野
本発明は、 電磁変換膜と、 電磁変換膜を挟み込み、 電磁変換膜に供給される電 流の流通路を形成する 1対の導体とを備える電磁変換素子および C P P構造磁気 抵抗効果素子に関する。 背景技術
ハードディスク駆動装置 （HD D) といった磁気ディスク駆動装置の技術分野 では、 電子冷却素子すなわちペルチェ素子を組み込んだ磁気へッドは広く知られ る。 ペルチェ素子の冷却効果によれば、 磁気へッドでは電磁変換膜の温度上昇は 抑えられることができる。 電磁変換膜に流れるセンス電流の電流値は高められる ことができる。 センス電流の電流値が増大すれば、 磁気ヘッドでは記録媒体から 漏れ出る信号磁界に対して十分な感度は確保されることができる。
周知の通り、 ペルチェ素子の冷却効果を働かせる場合、 ペルチェ素子には電流 が供給されなければならない。 磁気へッドにペルチェ素子を組み込むにあたって、 ペルチェ素子には電流供給用の配線パターンが形成される。 磁気へッドの構造は 複雑化する。 発明の開示
本発明は、 上記実状に鑑みてなされたもので、 比較的に簡単な構造で磁気抵抗 効果膜の温度上昇を抑えることができる電磁変換素子および C P P構造磁気抵抗 効果素子を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、 本発明によれば、 電磁変換膜と、 電磁変換膜に接 続され、 電磁変換膜に供給される電流の流通路を形成する導体と、 導体に組み込 まれる電子冷却素子とを備えることを特徴とする電磁変換素子が提供される。 こういった電磁変換素子では電磁変換膜の電気抵抗に基づき熱が発生する。 発 生した熱は導体に伝達される。 電子冷却素子の働きで導体では熱は吸収され放出 される。 導体に分散する熱は効率的に放熱されることができる。 電磁変換素子で は比較的に簡単な構造で電磁変換膜の温度上昇は抑えられることができる。 こう した電磁変換素子では電子冷却素子にペルチェ素子が用いられればよい。
導体は、 電磁変換膜に接続される第 1導体片と、 電子冷却素子で第 1導体片か ら分断される第 2導体片とを備えればよい。 こういった電磁変換素子では、 電子 冷却素子は導体を第 1および第 2導体片に完全に分断する。 電子冷却素子には確 実に電流は流されることができる。 電磁変換膜に供給される電流は電子冷却素子 の駆動にも利用されることができる。 電子冷却素子に固有の配線パターンや電源 は省略されることができる。 比較的に簡単な構造で電磁変換膜の温度上昇は抑え られることができる。 その他、 導体は例えば 3つ以上の導体片に分断されてもよ レ^ こうした場合には、 隣接する導体片同士の間には電子冷却素子が挟み込まれ ればよい。
電磁変換膜は例えばハードディスク駆動装置 （HD D) といった磁気記録媒体 駆動装置に利用される磁気抵抗効果膜であつてもよい。
以上のような電磁変換素子は例えば C P P構造磁気抵抗効果素子に適用されて もよい。 こういった C P P構造磁気抵抗効果素子では、 磁気抵抗効果膜と、 磁気 抵抗効果膜を挟み込み、 磁気抵抗効果膜に供給される電流の流通路を形成する上 側電極および下側電極と、 上側電極および下側電極の少なくともいずれか一方に 組み込まれる電子冷却素子とを備えればよい。 こうした C P P構造磁気抵抗効果 素子では電子冷却素子にペルチェ素子が用いられればよい。
一般に、 C P P構造磁気抵抗効果素子では、 上側および下側電極が上下シール ド層として機能する。 シールド層には十分な広がりが要求される。 こうした広が りに基づき磁気抵抗効果膜からの熱は上側および下側電極に伝達されやすい。 電 子冷却素子のペルチヱ効果によれば、 上側および下側電極に分散する熱は効率的 に放熱されることができる。 C P P構造磁気抵抗効果素子では比較的に簡単な構 造で磁気抵抗効果膜の温度上昇は抑えられることができる。
以上のような C P P構造磁気抵抗効果素子は、 例えばハードディスク駆動装置 (HD D) といった磁気ディスク駆動装置に組み込まれるへッドスライダに搭載 されてもよく、 磁気テープ駆動装置といったその他の磁気記録媒体駆動装置に組 み込まれるへッドスライダに搭載されてもよい。 図面の簡単な説明
図 1は、 ハードディスク駆動装置 （HD D) の内部構造を概略的に示す平面図 である。
図 2は、 一具体例に係る浮上へッドスライダの構造を概略的に示す拡大斜視図 である。
図 3は、 浮上面で観察される読み出し書き込みへッドの様子を概略的に示す正 面図である。
図 4は、 図 3の 4— 4線に沿った平面図である。
図 5は、 図 3の 5— 5線に沿った拡大部分断面図である。
図 6は、 一具体例に係る磁気抵抗効果 (MR) 膜の構造を概略的に示す拡大正 面図である。
図 7は、 図 5に対応し、 一変形例に係る C P P構造 MR読み取り素子の一部を 示す拡大部分断面図である。
図 8は、 図 5に対応し、 さらに他の変形例に係る C P P構造 MR読み取り素子 の一部を示す部分拡大断面図である。
図 9は、 図 5に対応し、 さらに他の変形例に係る C P P構造 MR読み取り素子 の一部を示す部分拡大断面図である。
図 1 0は、 図 5に対応し、 さらに他の変形例に係る C P P構造 MR読み取り素 子の一部を示す部分拡大断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
図 1は磁気記録媒体駆動装置の一具体例すなわちハードディスク駆動装置 （H D D) 1 1の内部構造を概略的に示す。 この HD D 1 1は、 例えば平たい直方体 の内部空間を区画する箱形の筐体本体 1 2を備える。 収容空間には、 記録媒体と しての 1枚以上の磁気ディスク 1 3が収容される。 磁気ディスク 1 3はスピンド ルモータ 1 4の回転軸に装着される。 スピンドルモー夕 1 4は例えば 7 2 0 0 r p mや 1 0 0 0 0 r p mといった高速度で磁気ディスク 1 3を回転させることが できる。 筐体本体 1 2には、 筐体本体 1 2との間で収容空間を密閉する蓋体すな わちカバー （図示されず） が結合される。
収容空間にはヘッドァクチユエ一夕 1 5がさらに収容される。 このヘッドァク チユエ一夕 1 5は、 垂直方向に延びる支軸 1 6に回転自在に支持されるァクチュ エー夕ブロック 1 7を備える。 ァクチユエ一夕ブロック 1 7には、 支軸 1 6から 水平方向に延びる剛体のァクチユエ一タアーム 1 8が規定される。 ァクチユエ一 夕アーム 1 8は磁気ディスク 1 3の表面および裏面ごとに配置される。 ァクチュ エータブロック 1 7は例えば錡造に基づきアルミニウムから成型されればよい。 ァクチユエ一夕アーム 1 8の先端にはヘッドサスペンション 1 9が取り付けら れる。 ヘッドサスペンション 1 9は、 ァクチユエ一タアーム 1 8の先端から前方 に向かって延びる。 周知の通り、 ヘッドサスペンション 1 9の前端には浮上へッ ドスライダ 2 1が支持される。 浮上へッドスライダ 2 1は磁気ディスク 1 3の表 面に向き合わせられる。
浮上へッドスライダ 2 1には、 磁気ディスク 1 3の表面に向かってへッドサス ペンション 1 9から押し付け力が作用する。 磁気ディスク 1 3の回転に基づき磁 気ディスク 1 3の表面で生成される気流の働きで浮上へッドスライダ 2 1には浮 力が作用する。 ヘッドサスペンション 1 9の押し付け力と浮力とのバランスで磁 気ディスク 1 3の回転中に比較的に高い剛性で浮上へッドスライダ 2 1は浮上し 続けることができる。
ァクチユエ一夕ブロック 1 7には例えばポイスコイルモータ （V CM) といつ た動力源 2 2が接続される。 この動力源 2 2の働きでァクチユエ一夕ブロック 1 7は支軸 1 6回りで回転することができる。 こうしたァクチユエ一夕ブロック 1 7の回転に基づきァクチユエ一夕アーム 1 8およびヘッドサスペンション 1 9の 揺動は実現される。 浮上ヘッドスライダ 2 1の浮上中に支軸 1 6回りでァクチュ エー夕アーム 1 8が揺動すると、 浮上へッドスライダ 2 1は半径方向に磁気ディ スク 1 3の表面を横切ることができる。 こうした移動に基づき浮上へッドスライ ダ 2 1は所望の記録トラックに位置決めされる。 周知の通り、 複数枚の磁気ディ スク 1 3が筐体本体 1 2内に組み込まれる場合には、 隣接する磁気ディスク 1 3 同士の間で 2本のァクチユエ一夕アーム 1 8すなわち 2つのへッドサスペンショ ン 1 9が配置される。
図 2は浮上へッドスライダ 2 1の一具体例を示す。 この浮上へッドスライダ 2 1は、 平たい直方体に形成される A 1 2〇3— T i C (アルチック） 製のスライ ダ本体 2 3を備える。 スライダ本体 2 3の空気流出端には A 1 2〇3 (アルミ ナ） 製のヘッド素子内蔵膜 2 4が接合される。 ヘッド素子内蔵膜 2 4には電磁変 換素子すなわち読み出し書き込みへッド 2 5が埋め込まれる。 スライダ本体 2 3 およびへッド素子内蔵膜 2 4には、 磁気ディスク 1 3に対向する媒体対向面すな わち浮上面 2 6が規定される。
浮上面 2 6には、 スライダ本体 2 3の空気流入端に沿って延びるフロントレー ル 2 8と、 スライダ本体 2 3の空気流出端に隣接して広がるリァレール 2 9とが 形成される。 フロントレール 2 8およびリアレール 2 9の頂上面にはいわゆる A B S (空気軸受け面） 3 1、 3 2が規定される。 A B S 3 1、 3 2の空気流入端 は段差 3 3、 3 4でレール 2 8、 2 9の頂上面に接続される。 読み出し書き込み ヘッド 2 5は A B S 3 2で前端を露出させる。 ただし、 A B S 3 2の表面には、 読み出し書き込みヘッド 2 5の前端に覆い被さる D L C (ダイヤモンドライク力 —ボン） 保護膜が形成されてもよい。
磁気ディスク 1 3の回転に基づき生成される気流 3 5は浮上面 2 6に受け止め られる。 このとき、 段差 3 3、 3 4の働きで AB S 3 1、 3 2には比較的に大き な正圧すなわち浮力が生成される。 しかも、 フロントレール 2 8の後方すなわち 背後には大きな負圧が生成される。 これら浮力および負圧のバランスに基づき浮 上ヘッドスライダ 2 1の浮上姿勢は確立される。 なお、 浮上ヘッドスライダ 2 1 の形態はこういつた形態に限られるものではない。
図 3は浮上面 2 6の様子を詳細に示す。 読み出し書き込みへッド 2 5は、 薄膜 磁気へッドすなわち誘導書き込みへッド素子 3 6と C P P構造電磁変換素子すな わち C P P構造磁気抵抗効果 （MR) 読み取り素子 3 7とを備える。 誘導書き込 みヘッド素子 3 6は、 周知の通り、 例えば導電コイルパターン （図示されず） で 生起される磁界を利用して磁気ディスク 1 3に 2値情報を書き込むことができる。 CPP構造 MR読み取り素子 37は、 周知の通り、 磁気ディスク 13から作用す る磁界に応じて変化する抵抗に基づき 2値情報を検出することができる。 誘導書 き込みへッド素子 36および CPP構造 MR読み取り素子 37は、 前述のへッド 素子内蔵膜 24の上側半層すなわちオーバーコート膜を構成する A 1203 (ァ ルミナ） 膜 38と、 下側半層すなわちアンダ一コート膜を構成する A 1203 (アルミナ） 膜 39との間に挟み込まれる。
誘導書き込みへッド素子 36は、 ABS 32で前端を露出させる上部磁極層 4 1と、 同様に AB S 32で前端を露出させる下部磁極層 42とを備える。 上部お よび下部磁極層 41、 42は例えば F e Nや N i F e力、ら形成されればよい。 上 部および下部磁極層 41、 42は協働して誘導書き込みへッド素子 36の磁性コ ァを構成する。 上部および下部磁極層 41、 42の間には例えば A 1203 (ァ ルミナ） 製の非磁性ギャップ層 43が挟み込まれる。 周知の通り、 導電コイルパ ターンで磁界が生起されると、 非磁性ギャップ層 43の働きで、 上部磁極層 41 と下部磁極層 42とを行き交う磁束は浮上面 26から漏れ出る。 こうして漏れ出 る磁束が記録磁界 （ギャップ磁界） を形成する。
CPP構造 MR読み取り素子 37は、 アルミナ膜 39すなわち下地絶縁層の表 面に沿って広がる下側電極 44を備える。 下側電極 44は導電性を備えるだけで なく同時に軟磁性を備えてもよい。 下側電極 44が例えばパーマロイ （N i Fe 合金） といった導電性の軟磁性体で構成されると、 下側電極 44は同時に CPP 構造 MR読み取り素子 37の下部シールド層として機能することができる。 下側 電極 44の表面には 1平坦化面 46が規定される。
平坦化面 46上には電磁変換膜すなわち磁気抵抗効果 （MR) 膜 47が積層さ れる。 この MR膜 47は、 AB S 32で露出する前端から平坦化面 46に沿って 後方に広がる。 下側電極 44は、 少なくとも AB S 32で露出する前端で MR膜 47の下側境界面 47 aに接触する。 こうして MR膜 47と下側電極 44との間 には電気的接続が確立される。 MR膜 47の詳細は後述される。
同様に、 平坦化面 46上では、 ABS 32に沿って延びる 1対の磁区制御ハー ド膜 48が形成される。 磁区制御ハ一ド膜 48は平坦化面 46上で AB S 32に 沿って MR膜 47を挟み込む。 磁区制御ハード膜 48は例えば C o P tや C o C r P tといった金属材料から形成されればよい。 これらの磁区制御ハード膜 4 8 では、 周知の通り、 MR膜 4 7を横切る 1方向に沿って磁化は確立されることが できる。 こうした磁区制御ハ一ド膜 4 8の磁化に基づきバイァス磁界が形成され ると、 MR膜 4 7内で例えば自由側強磁性層 （f r e e l a y e r ) の単磁区 化は実現されることができる。
平坦化面 4 6上にはさらに被覆絶縁膜 4 9が覆い被さる。 この被覆絶縁膜 4 9 は下側電極 4 4との間に磁区制御ハ一ド膜 4 8を挟み込む。 被覆絶縁膜 4 9中で MR膜 4 7の頂上面すなわち上側境界面 4 7 bは A B S 3 2に隣接して露出する D 被覆絶縁層 4 9の表面には上側電極 5 1が広がる。 上側電極 5 1は、 少なくと も A B S 3 2で露出する前端で MR膜 4 7の上側境界面 4 7 bに接触する。 こう して MR膜 4 7と上側電極 5 1との間には電気的接続が確立される。 上側電極 5 1が例えばパーマロイ （N i F e合金） といった導電性の軟磁性体で構成される と、 上側電極 5 1は同時に C P P構造 MR読み取り素子 3 7の上部シールド層と して機能することができる。
上側電極 5 1の後端は、 例えば図 4に示されるように、 接続端子 5 2に接続さ れる。 接続端子 5 2は引き出し層 5 3に接続される。 引き出し層 5 3、 接続端子 5 2および上側電極 5 1は、 MR膜 4 7に供給されるセンス電流の供給路を形成 する導体として機能する。 同様に、 下側電極 4 4の後端は接続端子 5 4に接続さ れる。 接続端子 5 4は引き出し層 5 5に接続される。 引き出し層 5 5、 接続端子 5 4および下側電極 4 4は、 MR膜 4 7に供給されるセンス電流の供給路を形成 する導体として機能する。
本発明の一具体例では、 図 5に示されるように、 上側電極 5 1および下側電極 4 4に電子冷却素子 5 6、 5 6が組み込まれる。 このとき、 上側電極 5 1は電子 冷却素子 5 6で第 1導体片 5 1 aと第 2導体片 5 1 bとに完全に分断される。 M R膜 4 7の表面には第 1導体片 5 1 aが受け止められる。 第 2導体片 5 1 bの後 端には接続端子 5 2が受け止められる。 上側電極 5 1と同様に、 下側電極 4 4は 電子冷却素子 5 6で第 1導体片 4 4 aと第 2導体片 4 4 bとに完全に分断される。
MR膜 4 7の表面には第 1導体片 4 4 aが受け止められる。 第 2導体片 4 4 bの 後端には接続端子 5 4が受け止められる。 電子冷却素子 56は例えばペルチェ素子から構成されればよい。 ペルチェ素子 には例えば B 12丁6373132丁63合金が用ぃられればょぃ。 こうした合金材 料によれば、 抵抗率 Pは 1 [mQcm] 程度に、 ゼ一ベック係数 Sは 200 [β V/K] 程度に、 性能指数 ΖΤは 0. 9程度にそれぞれ設定されることができる (G. Mahan, B. S a l e s, and J. Sha r p, P h y s . T o d a y 50, 42 (1997))。
磁気情報の読み出しにあたって CPP構造 M R読み取り素子 37が磁気ディス ク 13の表面に向き合わせられると、 MR膜 47では、 周知の通り、 磁気ディス ク 13から作用する磁界の向きに応じて自由側強磁性層の磁化方向は回転する。 こうして自由側強磁性層の磁化方向が回転すると、 MR膜 47の電気抵抗は大き く変化する。 したがって、 上側電極 51および下側電極 44から MR膜 47にセ ンス電流が供給されると、 上側電極 51および下側電極 44から取り出される電 気信号のレベルは電気抵抗の変化に応じて変化する。 このレベルの変化に応じて 2値情報は読み取られることができる。
このとき、 MR膜 47では、 MR膜 47の電気抵抗に基づきジュール熱が発生 する。 MR膜 47を挟み込む被覆絶縁膜 49は MR膜 47の放熱を妨げる。 その 一方で、 導電材料から構成される上側および下側電極 51、 44には効率的に M R膜 47から熱が伝達される。 上側電極 51では、 電子冷却素子 56のペルチェ 効果に基づき MR膜 47側の端面から接続端子 52側の端面に向かって熱は移動 する。 同様に、 下側電極 44では、 電子冷却素子 56のペルチェ効果に基づき M R膜 47側の端面から接続端子 54側の端面に向かって熱は移動する。 電子冷却 素子 56を構成するペルチェ素子に例えば 2 [mA] のセンス電流が供給される と、 ペルチェ効果に基づきおよそ 200 [ ψ] の熱は吸収される。
以上のような CPP構造 MR読み取り素子 37では、 上側および下側電極 51、 44がシ一ルド層として機能すると、 シールド層の広がりに基づき MR膜 47か らの熱は上側および下側電極 51、 44に伝達されやすい。 電子冷却素子 56の ペルチェ効果によれば、 ジュール熱は MR膜 47から遠ざかる方向に効率的に放 熱されることができる。 CPP構造 MR読み取り素子 37では比較的に簡単な構 成で MR膜 47の温度上昇は抑えられることができる。 温度上昇が抑えられると、 MR膜 47ではセンス電流の電流値は高められることができる。 MR膜 47では 十分な抵抗変化量は維持されることができる。 CPP構造 MR読み取り素子 37 では、 磁気ディスク 13から漏れ出る信号磁界に対して十分な感度は確保される ことができる。
こういった CPP構造 MR読み取り素子 37では、 電子冷却素子 56は上側お よび下側電極 51、 44を第 1および第 2導体片に完全に分断する。 しかも電子 冷却素子 56を構成するペルチェ素子は被覆絶縁膜 49よりも低い抵抗値を有す る。 電子冷却素子 56には確実にセンス電流は流されることができる。 MR膜 4 7に供給されるセンス電流は電子冷却素子 56の駆動にも利用されることができ る。 電子冷却素子 56に固有の配線パターンや電源は省略されることができる。 CPP構造 MR読み取り素子 37では比較的に簡単な構造で MR膜 47の温度上 昇は抑えられることができる。
以上のような C P P構造 M R読み取り素子 37の製造方法について簡単に説明 する。 例えば下側電極 44では、 周知のエッチング法に基づき、 まず下側電極 4 4を分断する溝が形成される。 下側電極 44上には、 溝に対応する空隙を区画す るレジスト膜が形成されればよい。 溝の幅は電子冷却素子 56の厚さに合わせら れればよい。 次に、 こうして形成された溝で電子冷却素子 56は形成される。 形 成にあたって、 例えば周知のスパッタリング法や分子線エピタキシー （MBE)、 金属有機化学気相成長 （MOCVD) が実施されればよい。 上側電極 51でも下 側電極 44と同様の方法で電子冷却素子 56は形成されればよい。
ここで、 MR膜 47の構造について簡単に説明する。 図 6は MR膜 47の一具 体例を示す。 この MR膜 47はいわゆるスピンバルブ膜で構成される。 すなわち、 MR膜 47では、 T a下地層 57、 自由側強磁性層 58、 中間導電層 59、 固定 側強磁性層 （p i nne d l aye r) 61、 磁化方向拘束層 （ p i n n i n g l aye r) すなわち反強磁性層 62および導電保護層 63が順番に重ね合 わせられる。 反強磁性層 62の働きに応じて固定側強磁性層 61の磁化は 1方向 に固定される。 ここで、 自由側強磁性層 58は、 例えば T a下地層 57の表面に 積層される N i Fe層 58 aと、 N i Fe層 58 aの表面に積層される C o F e 層 58 bとで構成されればよい。 中間導電層 59は例えば Cu層から構成されれ ばよい。 固定側強磁性層 6 1は例えば C o F eといった強磁性材料から形成され ればよい。 反強磁性層 6 2は例えば I r M nや P d P t M nといった反強磁性合 金材料から形成されればよい。 導電保護層 6 3は例えば A u層や P t層から構成 されればよい。
その他、 MR膜 4 7には、 いわゆるトンネル接合膜が用いられてもよい。 トン ネル接合膜では、 前述の中間導電層 5 9に代えて、 自由側強磁性層 5 8と固定側 強磁性層 6 1との間に中間絶縁層が挟み込まれればよい。 こういった中間絶縁層 は例えば A 1 203層から構成されればよい。
例えば図 7に示されるように、 下側電極 4 4や上側電極 5 1は、 順番に積層さ れる第 1導体片 4 4 a、 5 1 aや第 2導体片 4 4 b、 5 1 bに分断されてもよい。 ここでは、 下側電極 4 4の第 1導体片 4 4 aは、 A B S 3 2で露出する前端から 下地絶縁層の表面に沿つて後方に広がる。 第 1導体片 4 4 aの後端には接続端子 5 4が受け止められる。 第 1導体片 4 4 aの表面には電子冷却素子 5 6が積層さ れる。 第 2導体片 4 4 bは電子冷却素子 5 6の表面に広がる。 第 2導体片 4 4 b の表面には MR膜 4 7が受け止められる。 その一方で、 MR膜 4 7の表面には上 側電極 5 1の第 1導体片 5 1 aが受け止められる。
例えば図 8に示されるように、 電子冷却素子 5 6は、 下側電極 4 4と接続端子 5 4の間や、 上側電極 5 1と接続端子 5 2との間に配置されてもよい。 下側電極 4 4と接続端子 5 4とは電子冷却素子 5 6で完全に分断される。 上側電極 5 1と 接続端子 5 2とは電子冷却素子 5 6で完全に分断される。 ここでは、 下側電極 4 4や上側電極 5 1は本発明の第 1導体片に相当する。 接続端子 5 4、 5 2は本発 明の第 2導体片に相当する。 こういった C P P構造 MR膜読み取り素子 3 7では、 M R膜 4 7から上側および下側電極 5 1、 4 4に分散するジュール熱は効率的に 放熱されることができる。 C P P構造 MR読み取り素子 3 7では比較的に簡単な 構造で MR膜 4 7の温度上昇は抑えられることができる。 図 8から明らかなよう に、 電子冷却素子 5 6は下側電極 4 4や上側電極 5 1の表面に埋め込まれてもよ レ^ また、 図 9から明らかなように、 電子冷却素子 5 6は下側電極 4 4や上側電 極 5 1の表面に形成されてもよい。
以上のような C P P構造 M R読み取り素子 3 7では、 例えば図 1 0に示される ように、 導体には複数の電子冷却素子 5 6が配置されてもよい。 このとき、 上側 および下側電極 5 1、 4 4や接続端子 5 2、 5 4、 引き出し層 5 3、 5 5は電子 冷却素子 5 6で複数の導体片に分断されればよい。 例えば 3つ以上の導体片に分 断されればよい。 こういった C P P構造 MR膜読み取り素子 3 7では、 MR膜 4 7から上側および下側電極 5 1、 4 4に分散するジュール熱はより効率的に放熱 されることができる。 C P P構造 MR読み取り素子 3 7では比較的に簡単な構造 で MR膜 4 7の温度上昇は抑えられることができる。
なお、 以上のような C P P構造 MR膜読み取り素子 3 7では、 電子冷却素子 5 6が 「組み込まれる」 状態には、 電子冷却素子 5 6が MR膜 4 7と上側および下 側電極 5 1、 4 4との間に挟まれる状態も含まれる。

Claims

請求の範囲
1 . 電磁変換膜と、 電磁変換膜に接続され、 電磁変換膜に供給される電流の流通 路を形成する導体と、 導体に組み込まれる電子冷却素子とを備えることを特徴と する電磁変換素子。 .
2 . 請求の範囲第 1項に記載の電磁変換素子において、 前記電子冷却素子はペル チヱ素子であることを特徴とする電磁変換素子。
3 . 請求の範囲第 2項に記載の電磁変換素子において、 前記導体は、 前記電磁変 換膜に接続される第 1導体片と、 前記電子冷却素子で第 1導体片から分断される 第 2導体片とを備えることを特徴とする電磁変換素子。
4. 請求の範囲第 2項に記載の電磁変換素子において、 前記導体は複数の導体片 に分断され、 隣接する導体片同士の間には電子冷却素子が挟み込まれることを特 徵とする電磁変換素子。
5 . 請求の範囲第 1項または第 2項に記載の電磁変換素子において、 前記電磁変 換膜は磁気抵抗効果膜であることを特徴とする電磁変換素子。
6 . 磁気抵抗効果膜と、 磁気抵抗効果膜を挟み込み、 磁気抵抗効果膜に供給され る電流の流通路を形成する上側電極および下側電極と、 上側電極および下側電極 の少なくともいずれか一方に組み込まれる電子冷却素子とを備えることを特徴と する C P P構造磁気抵抗効果素子。
7 . 請求の範囲第 6項に記載の C P P構造磁気抵抗効果素子において、 前記電子 冷却素子はペルチェ素子であることを特徴とする C P P構造磁気抵抗効果素子。
8 . 請求の範囲第 7項に記載の C P P構造磁気抵抗効果素子において、 前記導体 は、 前記電磁変換膜に接続される第 1導体片と、 前記冷却素子で第 1導体片から 分断される第 2導体片とを備えることを特徴とする C P P構造磁気抵抗効果素子。
9 . 請求の範囲第 7項に記載の C P P構造磁気抵抗効果素子において、 前記導体 は複数の導体片に分断され、 隣接する導体片同士の間には電子冷却素子が挟み込 まれることを特徴とする C P P構造磁気抵抗効果素子。
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