JP4074192B2 - 自己無撞着減磁場を有する巨大磁気抵抗センサ - Google Patents
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Description
(発明の分野)
本発明はデータ記憶システムに関する。特に、本発明は印加磁場に応答して巨大磁気抵抗(GMR)効果を生成するような構成であるデータ記憶システムに使用するスピン・バルブ・センサに関する。
【0002】
(発明の背景)
巨大磁気抵抗(GMR)センサは、磁気データ記憶装置の読み取りヘッドに使用されて、回転ディスクなどの記録媒体上に記録されたデータを読み取る。データは、記録媒体に磁気ドメインとして記録される。データがヘッドを通り過ぎるにつれ、データはヘッドへの磁束に変化を引き起こす。これらのヘッドにおける磁束の変化が、GMRセンサの電気インピーダンスに変化を引き起こし、これはセンサを通してバイアスまたは感知電流を印加し、センサ前後の電圧低下の変化を検出することにより検出される。その結果、センサ前後の電圧変化は、記録媒体上に記録されたデータを表す。
【0003】
当技術分野では、GMR効果を使用する典型的な磁気センサが知られ、「スピン・バルブ」センサと呼ばれることが多い。スピン・バルブ・センサは、通常、薄い非強磁性層によって分離された2つの強磁性層で構成されるサンドイッチ状構造である。強磁性層の一方は、「ピン留めされる層」と呼ばれる。というのは、一般に「ピン留めする層」と呼ばれる隣接の反強磁性層により反強磁***換結合を通して固定された変化しない方向に磁気でピン留めまたは配向されるからである。他方の強磁性層は「自由」または「ピン留めされない」層と呼ばれる。というのは、外部磁界の存在に応答して磁気が回転できるからである。このスタックの抵抗率は、自由または能動層の磁気とピン留めされた層の磁気間の角度の関数として変化する。接触層がGMRセンサに取り付けられて、感知電流を供給し、センサ前後の電圧低下またはその抵抗の測定を可能にする。
【0004】
磁気記録媒体の面データ密度は、記録トラックの長さに沿ったビット密度とトラック長に対して垂角の方向におけるそのトラックの密度との積である。トラック密度が増加するにつれて、トラック幅および間隔が減少し、面密度が増加する。トラック幅および間隔を減少させるには、読み取りヘッドの幅をさらに狭くし、側方読み取りを防止できる必要がある。側方読み取りは、磁気ヘッドがヘッドの境界(幅)の外側にある磁界の変化に応答した場合に生じる。この側方読み取りは、読み出したデータ信号のノイズ源であり、読み取りヘッドが2本以上の隣接するトラックからデータを読み取る現象である漏話の源でもある。その結果、読み取りヘッドの側方読み取りの効果は、隣接するトラック間の間隔に対する制限要因となり、したがって面密度増加に対する制限要因となる。
【0005】
記録トラックの密度を上げられるよう読み取りヘッドの幅が小さくなるにつれ、脱磁化が、GMRセンサの動作および感度に重大な影響を及ぼすことがある。脱磁化は、ピン留めされた層と自由層とによって、これを分離する薄い非強磁性層を横切るその磁場のため生成される。これらの脱磁場は通常、記録媒体からの任意の印加磁場について、ピン留めされた層と自由層との磁気間相対角度の変化を減少させる効果を有する。その結果、GMRセンサの感度が低下する。また、減磁場は、GMRセンサの読み取り器の伝達曲線におけるバイアス点を非線形領域に押上げて、対称性および安定性の問題を生成することがある。多くのスピン・バルブ・センサの設計では、脱磁場はセンサの最小幅の制限要因であり、したがって確実に読み取ることができるデータの面密度の制限要因でもある。
【0006】
スピン・バルブ・センサが読み取ることができるデータの最大面密度の決定に用いられる別の要因は、スピン・バルブ・センサの(トラック長の方向における)変換器読み取りギャップの長さである。スピン・バルブ・センサは、変換器読み取りギャップの長さが、1ビットのデータに相当する、トラック上にある1つの磁束エレメントの長さ以下であるように設計される。トラック長に沿って互に逆の磁気方向に、次々と磁束エレメントが記録され、したがって変換器のギャップの長さを1つの磁束エレメントの長さ制限することにより、打ち消し合いをするような2つ以上の連続的磁束要素を同時に読み取ることがなくなる。その結果、スピン・バルブ・センサが読み取ることができるデータの面密度を最大にするため、変換器読み取りギャップ、またはスピン・バルブ・センサの底部シールドと頂部シールド間のシールド間隔を最小にすることが望ましい。
【0007】
センサ・スタックの磁気抵抗エレメントの対向する側部に突き合わせた永久磁石を使用するスピン・バルブ・センサもある。このヘッドは、一般に「突き合わせ結合」磁気抵抗およびGMRヘッドと呼ばれる。上述したように、通常、ヘッドは、平面の底部シールド上に磁気抵抗エレメントまたはセンサ・スタックを形成し、その後に永久磁石および接触層を形成することによって形成する。永久磁石および接触層の高さの構成は、往々にして、底部シールドの反対側に配置された頂部シールドを、底部シールドから様々な距離にすることを必要とする。特に、接触層の永久磁石の厚さは、まとめると往々にしてセンサ・スタックの厚さより大きい。その結果、頂部シールドと底部シールド間の間隔が、(トラック長に沿って)センサ・スタックの幅の外側に増加する。頂部シールドと底部シールド間の間隔がこのように増加すると、スピン・バルブが複数の磁束エレメントを読み取り、それによって読み取り信号に打消し効果を与えることがある。
【0008】
磁気データ記憶システムの面密度切り無く増加する要求がある。この要求に対応するため、脱磁場のマイナス効果を軽減し、シールド間隔を改善するという認識のもとで、GMRセンサ設計を進展する必要がある。
【0009】
(発明の概要)
本発明は、データ記憶システムに使用するスピン・バルブ・センサにおいて、感知電流を受け取り、印加磁場に応答してGMR効果を生成するようにしてセンサを提供するものである。スピン・バルブ・センサは、第1および第2強磁性自由層、第1、第2強磁性自由層間に配置されたスペーサ層、およびバイアス付与成分を含む。第1強磁性自由層は、休止状態にある場合に、第1方向に磁化(M1)を有する。第2強磁性自由層は、休止(非バイアス)状態にある場合に、第1方向に対して逆平行である第2方向に磁化(M2)を有する。
【0010】
バイアス付与成分は、M1とM2の両方に対して第1および第2方向を横切る第3方向にバイアスを加え、M1およびM2に休止バイアス状態を確立するバイアス磁場を生成する。磁化M1およびM2は、印加磁場に応答して、その休止バイアス状態の周囲で回転することができる。この回転は、M1およびM2の回転の関数として、センサにGMR効果を生成する。
【0011】
本発明のさらなる態様は、GMR効果を使用して印加磁場を感知する方法において休止状態にある場合に第1方向に磁化M1を有する第1強磁性自由層を設ける。次に、休止状態にある場合に第2方向に磁化M2を有する第2強磁性層を設ける。バイアス磁場を第1および第2強磁性層に加え、それによってM1およびM2を、第1および第2方向に直角である第3方向に配向し、それによってM1およびM2の休止バイアス状態を確立する。最後に、M1およびM2は、印加磁場に応答して、自身の休止バイアス状態の周囲で回転することができ、それによってM1およびM2の回転の関数として、所望のGMR効果が生成される。
【0012】
(例示的実施形態の詳細な説明)
本発明は、磁気ディスクなどの記録媒体から情報を読み出すのに使用する巨大磁気抵抗(GMR)またはスピン・バルブ・タイプの磁気抵抗センサに関する。スピン・バルブ・センサは、(100Gb/In2のオーダーの)高い面密度のデータ記録を読み取れることが望ましい。スピン・バルブ・センサは、このような高い面密度で機能できるようにするため、サイズを減少させる必要がある。スピン・バルブ・センサのサイズを減少させると、脱磁場がその動作に与える影響を大きくする。特に、サイズがかなり減少した典型的なスピン・バルブ・センサの設計で生じる脱磁場は、磁気記録媒体から磁場に印加されるスピン・バルブ・センサの感度を非常に低下させる。しかし、本発明は、この脱磁場を欠点から利点に変化させるものである。
【0013】
本発明のスピン・バルブ・センサは、空気軸受け表面(ABS)に平行な長手方向に整列し、休止状態にある場合にセンサまたはバイアス電流と整列する磁化ベクトルを有する2つの強磁性自由層を含む。休止または非バイアス状態とは、外部磁場が加わらない場合の磁化ベクトルの状態を示す。スピン・バルブ・センサの構成の結果、強磁性層の磁化ベクトルは、脱磁場またはそれによって生成された漂遊磁場が、休止状態にある場合に磁化ベクトルの方向と一致する方向で相互に対してバイアスをかけるよう配置される。スピン・バルブ・センサのバイアス付与成分は、強磁性層に磁場を加え、スピン・バルブの動作ポイントおよび磁化ベクトルの休止バイアス・ポイントを確立し、これは約90°離れて配向される。スピン・バルブのバイアス付与成分は、強磁性層の上に配置された永久磁石を使用するか、強磁性層に交換結合した反強磁性層を使用することによって形成することができる。印加磁場が存在すると、強磁性自由層の磁気ベクトルの休止バイアス・ポイントは、これを分離する角度が増加するか減少し、それによって所望のGMR効果を提供するように回転する。
【0014】
図1は、ディスク・ドライブ100として図示されたデータ記憶システムの例の斜視図であり、これを使用すると本発明は有用である。ディスク・ドライブ100は、ベース102および頂部カバー(図示せず)を伴うハウジングを含む。ディスク・ドライブ100は、さらに、ディスク・パック106を含み、これはディスク・クランプ108によってスピンドル・モータ(図示せず)に装着される。ディスク・パック106は複数の個別ディスク107を含み、これは中心軸109の周囲で共回転するよう装着される。各ディスク表面は、対面するディスク表面と連絡するためディスク・ドライブ100に装着された付随のディスク・ヘッド・スライダ110を有する。ヘッド・スライダ110は、個別ディスク107の付随ディスク表面の上で浮かぶよう配置されたスライダ構造、および対面するディスク表面の同心データ・トラックにそれぞれデータを書き込み、そこからデータを読み取る読み書き部分を有する変換ヘッド111を含む。ヘッド111は、ディスク107と対面し、ディスク107の回転時にディスク表面の上でヘッド111を支持する空気軸受け表面を含む。
【0015】
図1に示すデータ記憶システム内で、ヘッド・スライダ110は、アクチュエータ116のトラック・アクセス・アーム114に取り付けられたサスペンション112によって支持される。アクチュエータ116は音声コイル・モータ(VCM)118によって駆動されてアクチュエータ116およびそれに取り付けられたヘッド・スライダ110を旋回軸120の周囲で回転させる。アクチュエータ116の回転は、弓形路122に沿ってヘッド・スライダ110を動作させ、ディスク内径124とディスク外径126の間で所望のデータ・トラック上にヘッド111を配置する。VCM118は、ヘッド・スライダ110のヘッド111およびホスト・コンピュータ(図示せず)によって生成された信号に基づき、回路基板128上に含まれるサーボ・エレクトロニクスによって駆動される。回路基板128には読み書き用エレクトロニクスも含まれ、ヘッド111の読み取り部分によってディスク・パック106から読み取ったデータに基づき、ホスト・コンピュータに信号を供給し、ヘッド111の書き込み部分に書き込み信号を供給して、ディスク107にデータを書き込む。
【0016】
本発明は、GMR効果を使用してディスク・ドライブ記憶システム100(図1)のディスク107などの磁気記録媒体から与えられた磁場を感知する方法およびスピン・バルブ・センサを提供する。本発明の一般的方法を、図2の流れ図に示す。ステップ130では、休止状態にある場合に第1方向に磁気(M1)を有する第1強磁性層を設ける。ステップ132では、休止状態にある場合に第2方向に磁気M2を有する第2強磁性層を設ける。第1方向と第2方向は逆平行である。以下でさらに詳細に説明するように、この構成により、磁気M1およびM2によって生成された脱磁場が、その休止状態と一致する方向で相互にバイアスを加え、配置構成を安定させる。次にステップ134で、バイアス磁気場を第1および第2強磁性層に加え、それによって磁気M1およびM2を、第1および第2方向を横切る第3方向に向かって動かす。バイアス磁化場が、磁化M1およびM2の休止バイアス状態を確立する。最後にステップ136で、第1および第2磁化M1およびM2は、印加磁場に応答してその休止バイアス状態を中心に回転することができ、それによって磁化M1およびM2の回転の関数としてGMR効果が生成される。次に、GMR効果を感知して、印加磁場の極性を決定することができる。
【0017】
図3は、本発明の様々な実施形態により、ディスク・ドライブ100(図1)などのデータ記憶システムとともに使用するスピン・バルブ・センサ140の単純化した図を示す。スピン・バルブ140は、電流源142からの感知(またはバイアス)電流(I)を受けることによって作動する。例えば対面するディスク107(図1)などからスピン・バルブ140に加えられる磁場の変化により、スピン・バルブ・センサ140のセンサ・スタック144の電気抵抗が変化する。このセンサ・スタック144の電気抵抗の変化は、GMR効果として知られ、応答してデータ出力を提供する復唱エレクトロニクス146で検出することができる。
【0018】
スピン・バルブ・センサ140は、一般に、約100Gb/In2以上の高い面密度の磁気データ記録に適合する。スピン・バルブ・センサ140は一般にセンサ・スタック144、接触層148、およびバイアス付与成分(図示せず)を含む。センサ・スタック144は、導電性の非磁性スペーサ層154によって分離されたそれぞれ第1および第2強磁性自由層150および152を含む。第1および第2強磁性自由層150および152は逆平行の磁化M1およびM2を有し、これはそれぞれ磁化ベクトル156および158で表される。第1強磁性自由層150の磁化ベクトル156は第1方向に配向され、これは第2強磁性自由層152の第2磁化ベクトル158が配向された第2方向に対して逆平行である。第1方向は概ね、感知電流Iがセンサ・スタック144を通って進む方向であり、概ねスピン・バルブ・センサ140の空気軸受け表面(ABS)166に平行である長手方向に整列する。第1および第2磁化ベクトル156および158は、第1および第2強磁性自由層150および152の形状異方性に従い確立される。その結果、第1および第2磁化ベクトル156および158は、休止状態にある場合に第1および第2方向に配向される。
【0019】
スピン・バルブ140が小さいサイズであるので、第1および第2強磁性自由層150および152によって生成された脱磁場または漂遊磁場が、スピン・バルブ・センサ140の動作に優勢な役割を果たす。図4は、第1および第2強磁性自由層150および152の第1および第2磁化M1およびM2により生成される脱磁場の有する効果を示すために使用する、センサ・スタック144の一部の単純化した上面図である。第1自由強磁性層150の磁化M1によって生成される脱磁場または漂遊磁場160は、第1磁化ベクトル158によって示す第2方向で磁化M2にバイアスをかける。同様に、第2強磁性自由層152の第2磁化M2は、第1磁化ベクトル156によって示す第1方向で第1磁化M1にバイアスをかける減磁場162を生成する。その結果、第1および第2磁化M1およびM2は、それぞれ減磁場160および162を生成し、これはその休止状態と一致する方法で、相互にバイアスをかける。その結果、第1および第2磁化M1およびM2の休止状態は非常に安定する。
【0020】
第1および第2強磁性自由層150および152は、1つのコバルト鉄(CoFe)層、CoFeの層およびニッケル鉄(NiFe)の層、合成反強磁性材料とそれより小さい層間結合(好ましくは−100から−500エルステッド(Oe))の層、または第1および第2強磁性自由層150および152の形成に適していると当業者に理解される他の材料で形成することができる。スペーサ層152は、銅(Cu)または他の導電性で非磁性の適切な材料で形成することができる。スペーサ層154を形成する材料は、安定性を改善するため、約−10から−70Oeのマイナスの交換結合を有することが好ましい。
【0021】
バイアス付与成分は、矢印164で示し、図3に示した第1および第2磁気ベクトル156および158で示した第1および第2方向を横切る直角の第3方向に磁場を生成する磁化を有する。バイアス付与成分によって生成された磁場は、図3で示すような下方向、または上方向に配向することができる。スピン・バルブ140は、バイアス付与成分によって生成されたバイアス磁界の各方向でほぼ同じように動作する。しかし、バイアス磁界には、印加磁界に対してわずかに感度が良好であるので、下方向が概ね好ましい。バイアス付与成分の効果は、第1および第2強磁性層150および152の第1および第2磁化M1およびM2を第3方向164に配向し、図5の図で示すような休止バイアス状態を確立することである。
【0022】
図5は、休止状態にある場合の第1および第2磁化ベクトル156および158、および休止バイアス状態にある場合の第1および第2磁化ベクトル156’および158’を示す。ここでは、バイアス付与成分によって生成されたバイアス磁場164の第3方向は、ABS166に向かって下方向に配向されたように図示されている。あるいは上述したように、第3方向は、ABS166から上方向に配向することができる。図5に示すように、バイアス磁場164を第1および第2磁化ベクトル156および158に加えると、第1および第2磁化ベクトル156および158を第3方向に回転する効果がある。好ましい実施形態では、第1および第2磁化ベクトル156’および158’の休止バイアス状態は、水平に配向された休止状態156および158から約45°傾けられ、相互から90°に配向されて、最高の対称性を有するスピン・バルブ・センサ140の動作ポイントを形成する。しかし、他の動作ポイントも許容可能である。
【0023】
スピン・バルブ140を記録媒体の端から端まで運ばれるので、記録媒体上に記録された磁気遷移によって生成された磁場は、第1および第2磁化ベクトル156’を翼のように「はためかせる」。その結果、第1、第2磁化ベクトル156’、158’間の角度は、印加磁場に応答して増減し、それによって読み取りエレクトロニクス146(図3)が検出可能な所望のGMR効果をスピン・バルブ・センサ140内に生成する。
【0024】
本発明の1つの実施形態では、図6のセンサ・スタック144の組立分解斜視図で示すように第1および第2強磁性自由層156および158それぞれに交換結合された1対の反強磁性(AFM)層166および168によって、バイアス付与成分が形成される。第1および第2AFM層166および168は、ベクトル170で示した第3方向で第1および第2強磁性自由層156および158にバイアスをかける層間交換を提供して、所望のバイアス磁場164(図5)を生成し、第1および第2磁化M1およびM2を、第1および第2磁化ベクトル156’および158’で示すような休止バイアス状態に配置する。スピン・バルブ140のセンサ・スタック144は、シードまたはインタフェース層を含み、当業者に理解されるように、様々な層の適切な取付けを確保し、さらに磁気層の粒子サイズ、組織および結晶構造を制御することもできる。
【0025】
従来のスピン・バルブの設計は、スピン・バルブ・センサの所望の動作ポイントを設定するため、1つのAFM層を使用して、自由層を1つの方向にピン留めし、別のAFM層を使用して、第2自由層を別の方向にピン留めする。この配置構成では、交換ピン留めまたはバイアス磁場を様々な方向で設定できるよう、AFM層を、それぞれが異なる焼鈍温度を有する異なる材料で形成する必要がある。通常、焼鈍温度が高い方のAFM層を最初に設定し、その後に焼鈍温度が低い方のAFM層を設定する。本発明は、この2段階のプロセスを回避し、AFM層それぞれを同じ材料で形成することができる。というのは、両方とも第3方向に配向された交換ピン留めまたはバイアス磁場を有するからである。したがって、スピン・バルブ・センサ140の本実施形態の1つの利点は、従来のスピン・バルブの設計より容易に製造されることである。
【0026】
本発明の別の実施形態では、長手方向に沿って切り取ったスピン・バルブ140の側断面図である図7で示すように、センサ・スタック144上に永久磁石172を配置することにより、バイアス付与成分を形成する。永久磁石172は、磁気ベクトル174で示すような第3方向(この例では下方向)である磁化を有する。永久磁石174の磁化は、センサ・スタック144の第1および第2強磁性自由層150および152(図3)に所望のバイアス磁場164(図5)を与える。永久磁石172は、裏面ギャップまたは絶縁層176によってセンサ・スタック144および接触層148から分離される。裏面ギャップまたは絶縁層178は、永久磁石172の側部を接触層148および側部シールド180から分離する。ギャップ層176および178は、永久磁石172と接触層148、センサ・スタック144および側部シールド180間の静電放電を防止するのに適切な厚さを有する絶縁材料で形成される。
【0027】
永久磁石172によって生成されるバイアス磁場164の強度は、1つまたは複数のパラメータを調節することにより、スピン・バルブ140の動作ポイント(第1、第2磁気ベクトル156’、158’間の角度)を設定するよう、所望に応じて制御することができる。このパラメータは、永久磁石172の幅182、高さ184、深さ、磁気強度、縁角度186を含む。永久磁石172によって生成されるバイアス磁場に影響を与える追加のパラメータは、裏面および側部ギャップ176および178の厚さを含む。幅182は、センサ・スタック144の幅188より大きいことが好ましい。センサ・スタック144の幅188および高さ190は、スピン・バルブ・センサ140を使用する際の高い面密度記録に対応するため、概ね0.15マイクロメータ(μm)未満である。永久磁石172の高さ184は、永久磁石172のマイナス電荷の方がセンサ・スタック144に与える影響が小さくなるよう、少なくとも0.5μmであることが好ましい。
【0028】
本発明の別の態様は、図3および図8で示すようにセンサ・スタック144の第1および第2端部192および194に接触層148を配置することに関する。この配置構成は、永久磁石をセンサ・スタックに隣接して配置し、接触層をその上に配置する先行技術のスピン・バルブの突き合わせ結合の設計に取って代わるものである。本発明のこの態様は、突き合わせ結合の設計に比較して、少なくとも2つの利点を有する。第1に、接触層をセンサ・スタック144の要素と直接接触するよう配置することにより、感知電流が永久磁石を通るようにしなければならなかった突き合わせ結合の設計と比較して、リード線抵抗が低くなる。第2に、第1および第2端部192および194の永久磁石を排除することにより、底部シールド196と頂部シールド198とを分離する距離と定義されるスピン・バルブ140の変換読み取りギャップまたはシールド間隔を、図8のスピン・バルブ140の空気軸受け表面図で示すように、減少させることができる。また、第1および第2端部192および194の永久磁石を排除することにより、底部シールド196と頂部シールド198間のシールド間隔をさらに小さく、さらに均一にすることができる。このようにスピン・バルブ140のシールド間隔を減少させると、スピン・バルブ140を使用して高い面密度のデータ記録を読み取ることができる。
【0029】
バイアス付与成分を永久磁石172で形成する本発明の実施形態は、図6および図8に示す第1および第2AFM層166および168がないので、底部シールド196と頂部シールド198間のシールド間隔を最小にすることができる。底部シールド196と198間の追加の間隔は、接触層148およびセンサ・スタック144を底部シールド196から分離するギャップ層200、および接触層148およびセンサ・スタック144を頂部シールド198から分離するギャップ層202によるものである。センサ・スタック144、接触層148、ギャップ層200およびギャップ層202の厚さを調節することにより、スピン・バルブ・センサ140を、読み取るべきデータの所望の面密度に合わせて最適化することができる。
【0030】
要するに、本発明の1つの態様は、感知電流Iを受け取り、水平方向ではセンサ・スタック144の幅188に対応する長手方向に配向され、印加磁場に応答して変化する抵抗を有するスピン・バルブ140に関する。スピン・バルブ140は、第1および第2強磁性自由層150および152、スペーサ層154、およびバイアス付与成分を含む。第1強磁性自由層150は、磁化M1(磁気ベクトル156で図示)が長手方向に整列した第1方向にある休止状態を有する。第2強磁性自由層152は、磁化M2(磁気ベクトル158で図示)が第1方向の逆平行である第2方向に整列する休止状態を有する。第1強磁性自由層150の磁化M1は第1漂遊磁場160を生成し、これは第2強磁性自由層152の磁化M2に第2方向にてバイアスを加える。同様に、第2強磁性自由層152の磁化M2は第2減磁場162を生成し、これは第1磁化M1に第1方向にてバイアスを加える。スペーサ層154は第1、第2強磁性自由層150、152を分離する。バイアス付与成分は、第1および第2磁化M1およびM2の両方に、第1および第2方向に直角の第3方向にてバイアスを加えるバイアス磁場164を生成する。これにより、バイアス付与成分は、第1および第2磁化M1およびM2に、それぞれ磁化ベクトル156’および158’で示すような休止バイアス状態を確立する。
【0031】
スピン・バルブ140の1つの実施形態では、バイアス付与成分が、第1および第2強磁性自由層150および152の上に配置された永久磁石172で形成される。別の実施形態では、バイアス付与成分は、それぞれ第1および第2反強磁性層166および168で形成される。第1反強磁性層166は、第1強磁性自由層150に交換結合され、第3方向に配向された磁化170を有する。
【0032】
スピン・バルブ140の別の実施形態では、スピン・バルブ140が、センサ・スタック144の構成要素の第1および第2端部192および194それぞれと直接接触して配置された接触層148を含む。スピン・バルブ140は、第1強磁性自由層150および接触層148の近傍に配置された底部シールド196、および第2強磁性自由層152および接触層148の近傍に配置された頂部シールド198も含むことができる。本発明の1つの態様では、底部および頂部シールド196および198は、ほぼ均一のシールド間隔を有する。
【0033】
本発明の別の態様は、本発明の様々な実施形態によるスピン・バルブ140を含むデータ記憶システム100を指向する。
【0034】
本発明は、印加磁場を感知する方法も指向する。この方法では、第1方向に磁化M1(磁気ベクトル156で表す)を有し、休止状態にある場合(ステップ130)に長手方向にある感知電流Iと整列する第1強磁性自由層150を設ける。次に、休止状態にある場合(ステップ132)に第1方向と逆平行である第2方向に磁化M2(磁気ベクトル158で表す)を有する第2強磁性自由層152を設ける。第1磁化M1は、第2磁化M2に第2方向でバイアスを加える第1減磁場160を生成し、第2磁化M2は、第1磁化M1に第1方向でバイアスを加える第2減磁場162を生成する。次に、第1および第2磁化M1およびM2にバイアス磁場を加えると、これらは第1および第2方向と直角である第3方向に向かって回動し、第1および第2磁化ベクトル156’で示す休止バイアス状態を確立する。これで、第1および第2磁化ベクトル156’および158’は、印加磁場に応答して休止バイアス状態を中心に回転することができ、それによりその回転の関数として巨大磁気抵抗効果が生成される。
【0035】
本発明の様々な実施形態の多くの特徴および利点について、本発明の様々な実施形態の構造および機能の詳細とともに、以上の説明で述べてきたが、この開示は例示にすぎず、本発明の原理の中で、添付請求の範囲で表明された条件の広い一般的意味で示された最大の範囲まで、細部に、特に部品の構造および配置構成について変更できることを理解されたい。例えば、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、ほぼ同じ機能を維持しながら、スピン・バルブの特定の用途によっては、特定の要素を変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のスピン・バルブ・センサ、および印加磁場を感知する方法を使用することができる環境を示す、データ記憶システムの斜視図である。
【図2】 本発明により印加磁場を感知する本発明の方法を示す流れ図である。
【図3】 本発明の実施形態により、データ記憶システムとともに使用するスピン・バルブ・センサの単純化した図である。
【図4】 第1および第2強磁性自由層の磁化の休止状態に脱磁場が与える効果を示す、本発明によるスピン・バルブ・センサのセンサ・スタックの一部の単純化した上面図である。
【図5】 本発明の実施形態によるスピン・バルブ・センサの層の磁気ベクトルを示す図である。
【図6】 本発明の実施形態によるスピン・バルブ・センサのセンサ・スタックの組立分解斜視図である。
【図7】 長手方向に沿って見た、本発明によるスピン・バルブ・センサの側断面図である。
【図8】 本発明によるスピン・バルブ・センサの空気軸受け表面の図である。
Claims (6)
- 印加磁場に応答して巨大磁気抵抗(GMR)効果を生成するため、データ記憶システムとともに使用するスピン・バルブ・センサであって、該スピン・バルブ・センサの長手方向に感知電流(I)が流されるようになっているスピン・バルブ・センサにおいて、
休止状態にある場合に、前記長手方向に整列する第1方向に磁化(M1)を有する第1強磁性自由層と、
休止状態にある場合に、第1方向の逆平行である第2方向に磁化(M2)を有する第2強磁性自由層と、
第1、第2強磁性自由層間のスペーサ層と、
第1強磁性自由層に交換結合された第1反強磁性層、および第2強磁性自由層に交換結合された第2反強磁性層を含むバイアス付与成分とを備え、第1および第2反強磁性層はそれぞれ、第1および第2方向を横切る第3方向でM1およびM2にバイアスをかけるバイアス磁場を生成し、それによってM1およびM2の休止バイアス状態を確立し、
第1および第2強磁性自由層がその休止状態にある場合に、M1が、M2に第2方向でバイアスを加える第1減磁場を生成して、M2が、M1に第1方向でバイアスを加える第2減磁場を生成し、M1およびM2が、印加磁場に応答してその休止バイアス状態の周囲で回転し、それによってM1およびM2の回転の関数としてセンサにGMR効果を生成するスピン・バルブ・センサ。 - 第1方向および第2方向に垂直であり且つ第1および第2強磁性自由層に平行な下方向および上方向で構成されたグループから第3方向を選択する、請求項1に記載のスピン・バルブ・センサ。
- 第1および第2強磁性自由層の第1および第2端部およびスペーサ層と接触した状態でそれぞれ配置された第1および第2接触層を含み、感知電流が、長手方向で第1接触層と第2接触層の間を流れる、請求項1に記載のスピン・バルブ・センサ。
- 第1強磁性自由層および接触層の近傍の底部シールドと、
第2強磁性自由層および接触層の近傍の頂部シールドとを含み、
底部および頂部シールドがほぼ均一のシールド間隔を有する、請求項3に記載のスピン・バルブ・センサ。 - 休止バイアス状態にある場合に、M1およびM2が、感知電流に対して約45°である方向に配向される、請求項1に記載のスピン・バルブ・センサ。
- 請求項1に記載のスピン・バルブ・センサを含むデータ記憶システム。
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