JP5852335B2 - 補助磁気抵抗シールド - Google Patents

Description

背景
データ記憶システムは一般に、記憶媒体に情報を書込みかつ記憶媒体から情報を読出す記録ヘッドを有する。記録媒体から情報を読出す１つの方法は、磁気抵抗トランスデューサを利用する。磁化された記録媒体がその下で回転すると、電流が磁気抵抗トランスデューサを流される。磁気抵抗トランスデューサの電気抵抗と、したがってトランスデューサの両端電圧とは、記録媒体磁化の変化に応じて変化する。相応して、記録媒体に書込まれた情報を取出すことができる。

概要
一実施例において、装置は、磁気抵抗再生素子と、第１のおよび第２の主シールドと、補助シールドとを含む。磁気抵抗再生素子は、第１のおよび第２の主シールドの間に配置され、補助シールドは、磁気抵抗再生素子と第１のシールドとの間に配置される。別の実施例では、装置は、磁気抵抗再生素子のための複数のシールドの間に配置される複数の磁石を含む。複数の磁石は、磁気抵抗再生素子から任意にずらされる。

データ記憶システムの斜視図である。 一実施例に係る記録媒体に書込む記録ヘッドの断面の概略図である。 一実施例に係る三層再生素子の横断面図である。 一実施例に係るＡＢＳ(Air Bearing Surface)側からの図３Ａの再生素子の図である。 一実施例に係る三層再生素子の動作を例示する図である。 一実施例に係る三層再生素子の動作を例示する図である。 一実施例に係る三層再生素子の動作を例示する図である。 一実施例に係る三層再生素子の動作を例示する図である。 一実施例に係る補助磁気抵抗トランスデューサシールドとずらされた磁石とを有する再生素子の横断面図である。 一実施例に係る長さが短縮された補助磁気抵抗トランスデューサシールドを有する再生素子の横断面図である。

詳細な説明
図１は、ハードディスクドライブ１００の斜視図である。ハードディスクドライブは、一般的な種類のデータ記憶システムである。本開示の実施例はディスクドライブに関して説明されるが、他の種類のデータ記憶システム（たとえばソリッドステートまたは光学データ記憶システム）も本開示の範囲内にあると考えられるべきである。ディスクドライブ１００は筐体１０５を含む。ディスクドライブ１００は、さらにディスクまたは記憶媒体１１０を含む。当業者であれば、ディスクドライブ１００は単一のディスクまたは複数のディスクを含むことができることが分かるであろう。媒体１１０は、中心軸を中心とする媒体の回転を容易にするスピンドルモータアセンブリ１１５上に載置される。例示的な回転方向が矢印１１７によって示される。各ディスク面は、ディスクの表面と通じるための記録ヘッドを担持する、対応付けられたスライダ１２０を有する。各スライダ１２０は、ヘッドジンバルアセンブリ１２５によって支持され、さらにアクチュエータアーム１３０に取付られる。各アクチュエータアーム１３０は、ボイスコイルモータアセンブリ１４０によってシャフトを中心にして回転される。ボイスコイルモータアセンブリ１４０がアクチュエータアーム１３０を回転させると、スライダ１２０は、ディスク内径１４５とディスク外径１５０との間の経路を移動する。媒体１１０は、ディスク内径１４５とディスク外径１５０との間に多数の同心の記録トラックを例示的に含む。

図２は、記憶媒体２６０に書込む記録ヘッド２００の断面の概略図である。記録ヘッド２００は、例示的に図１のスライダ１２０などのスライダによって担持され、媒体２６０は、例示的に図１の媒体１１０などの記憶媒体である。図２は、記録ヘッドの一部の構成要素の断面図のみを示す簡略化した図である。当業者であれば、記録ヘッドは一般に、限定はしないが、絶縁材料および追加的な電気接続点といった他の構成要素を含むことが分かるであろう。

ヘッド２００は、記録素子２０２、再生素子２０４およびメインボディ２０６を含む。単純化のために、メインボディ２０６の一部分のみが図に示される。当業者であれば、メインボディ２０６が、「浮上高（fly height）」またはヘッド２００と媒体２６０との間のヘッド−媒体間間隔を制御するのを支援するＡＢＳを例示的に含むことが分かるであろう。

記録素子２０２は、記録磁極２０８、ヨーク２１０、磁化コイル２１２、第１のリターン磁極２１４、第２のリターン磁極２１６、およびビア２１８を含む。記録媒体２６０は、記録層２６２、下地層２６４および基板２６６を含む。記録層２６２は例示的に、磁化パターンを記憶することが可能な硬磁性層であり、下地層２６４は例示的に、磁束を通過させる軟磁性材料である。矢印２１７は例示的に、図１の矢印１１７などの回転の方向であり、媒体２６０は、矢印２１７によって示される方向に任意に回転する。

一実施例では、コイル２１２に電流を流し、磁束２２０を生成する。磁束２２０は、記録磁極２０８から記録層２６２を介して、下地層２６４を横切り、リターン磁極２１４および２１６へと通過する。磁束２２０の極性は例示的に、コイル２１２を流れる電流の極性を反転させることによって反転される。磁束２２０は例示的に、記録層２６２に磁化パターンを記録する。磁化パターンは、図に示される上向および下向き矢印によって表される。

再生素子２０４は、上部シールド２３０、下部シールド２３２、トランスデューサまたは磁気抵抗素子２３４、および磁石２３６を含む。電流が例示的に、上部シールド２３０から、磁気抵抗素子２３４を介し、かつ下部シールド２３２を介して流される。磁気抵抗素子２３４の電気抵抗は例示的に、その下の記録媒体からの磁場に応じて変化する。記録ヘッド２００は、再生素子２０４の両端の変動する電圧差を検出することによって、記録層２６２の磁化パターンを判定することができる。

上部シールド２３０および下部シールド２３２は、磁気抵抗素子２３４に達する磁場を制御するように機能する。シールド２３２および２３４は、たとえば、磁気抵抗素子２３４がその直下の記録媒体の領域の磁化を検出することができるように、磁気抵抗素子２３４に達する磁場を分離する。一例において、シールド２３０および２３２は、読出されることが意図されるビットに隣接した記録層２６２に書込まれたビットの効果を減少させる。

データ記憶システムの面密度を増大させる際に生じる１つの問題は、上部シールド２３０と下部シールド２３２との間の間隔または距離（すなわちシールド間間隔）である。面密度が増大すると、情報のビットは、記録媒体のより小さい面積に書込まれる。シールド間間隔は、読出トランスデューサが記録媒体の磁化を適切に検出することができるように、対応して減少され得る。

磁石２３６は、磁気抵抗素子２３４にバイアス磁場を供給するのに利用される。一実施例では、磁石２３６は永久磁石である（すなわち、磁化され、それ自身の永続的な磁場をもたらす材料からなる）。しかし磁石２３６の実施例は、いずれかの特定の種類の磁石に限定されず、いずれの種類の磁石も含む。磁石２３６の動作は、以下の図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、および図４Ｄに例示される。

磁気抵抗素子シールド間間隔を減少させる際に生じる１つの問題は、磁気抵抗素子を横切るバイアス磁場の均一性の減少であった。より特定的には、バイアス磁場は、磁場が素子の背部（すなわち記録媒体から最も遠い部分）において最も強く、素子の前部（すなわち記録媒体に最も近い部分）において最も弱くなるように、磁気抵抗素子を横切って減衰する。実際、少なくとも一部の記録ヘッドでは、シールド間間隔は、磁場の減衰に直接影響を及ぼすことが分かっている（すなわち、間隔を増大させると均一性が増大し、間隔を減少させると均一性が減少する）。

以下に記載するように、本開示の実施例は、磁気抵抗素子を横切るバイアス磁場の均一性を増大させる構造を含む。一実施例では、記録ヘッドは１つ以上の補助シールドを有する。補助シールドは例示的に、主シールドの磁気飽和値およびバイアス磁場の磁気飽和値よりも低い磁気飽和値を有する。これにより、補助シールドが磁気抵抗素子の背部に向かって磁気的に飽和し、磁気抵抗素子の前部に向かって不飽和となることができる。補助シールドの飽和した部分は、そこに存在しないかのように磁気的に作用する（すなわち真空として機能する）。相応して、補助シールドを有する記録ヘッドは、磁気抵抗素子の長さを横切る磁場減衰を減少させつつ、それらのトランスデューサの前部において、最適化されたシールド間間隔を有することができる。別の実施例では、記録ヘッドは、磁気抵抗素子からずらされた複数の磁石を有する。以下により詳細に説明されるように、これらの複数のずらされた磁石は、たとえば磁気抵抗素子の背部における磁場の強さを減少させることによって、磁場減衰も減少させ得る。

図３Ａおよび図３Ｂは三層磁気抵抗再生素子を例示し、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、および図４Ｄは三層再生素子の動作を示す。本開示の一部の実施例は、三層再生素子によって実施される。しかし実施例は、いずれかの特定の種類の磁気抵抗素子または再生部の設計に限定されない。

図３Ａは三層再生素子３００の横断面図であり、図３ＢはＡＢＳ側からの素子３００の図（すなわち、記録媒体に面する側からの図）である。素子３００は、上部シールド３０２、金属キャップ３０４、第２の自由層３０６、磁気トンネル接合３０８、第１の自由層３１０、金属シード３１２、下部シールド３１４、および磁石３１６を含む。図に示されるように、磁気抵抗素子は、長さ３２０および高さ３３０を有する。高さ３３０は、再生素子のシールド間間隔（すなわち、上部シールド３０２と下部シールド３１４との間の距離）にも相当する。磁気抵抗回路を形成する構成要素は、例示的に絶縁材３１８（たとえばＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２等）によって包囲される。

図３Ａおよび図３Ｂに示されるものなどの記録ヘッドの少なくとも一部の実施例において、磁石３１６のバイアス効果は、再生素子の長さを横切って減衰する。たとえば、磁場は、磁石３１６に最も近い再生素子の部分において最も強く、磁石３１６から最も遠い再生素子の部分（すなわち、記録媒体またはＡＢＳに最も近い部分）において最も弱い。この不均等な磁場は、自由層の異なる部分について異なる磁気環境をもたらし得、磁気的な不安定およびノイズに繋がり得る。加えて、再生素子の製造におけるわずかな処理変動（たとえば磁石−自由層間隔）でさえ、平均的なバイアス磁場に大きな変化をもたらし得る。これは、再生素子のバイアス点の変化および非対称を引起し得る。

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、および図４Ｄは、図３Ａおよび図３Ｂの再生素子３００といった、２つの自由層を有する再生素子の動作を例示する単純化された概略図である。自由層の磁気配向が互いに１８０度離れている（すなわち反平行である）とき、再生素子の抵抗は例示的に最大であり、自由層の磁気配向が０度分離されている（すなわち、層が同じ磁気配向を有するかまたは平行である）とき、抵抗は例示的に最小である。

図４Ａは、バイアス磁場および磁化された記録媒体がない（すなわち自由層に影響を及ぼす外部磁場がない）場合の自由層の磁気配向を示す。図４Ａにおいて、第１の自由層４１０は左への磁気配向を有するものとして示され、第２の自由層４２０は右への磁気配向を有するものとして示される。または換言すると、自由層４１０および４２０は反平行な磁気配向を有するか、もしくは１８０度分離される。

図４Ｂは、磁石４００のバイアス磁場の存在下の２つの自由層の磁気配向を示す。図に示されるように、磁石４００は自由層の両方を下方にバイアスする。これは、２つの自由層の磁気配向を分離する角度を減少させる。角度は、図において記号「θ」で表される。分離の角度は例示的に０〜１８０度の間である。たとえば、角度は約９０度であり得る。しかし、角度はいずれかの特定の値に限定されない。

図４Ｃおよび図４Ｄは、磁石４００の存在下、さらに記録媒体４３０の存在下の２つの自由層の磁気配向を示す。図４Ｃにおいて、記録媒体４３０は上向きの磁気配向を有する。これは例示的に、２つの自由層の磁気配向間の角度を９０度より大きい角度に増大させる。図４Ｄにおいて、記録媒体４３０は下方への磁気配向を有する。これは例示的に、２つの自由層の磁気配向間の角度を９０度未満の角度に減少させる。したがって、記録媒体４３０の磁化に依存して、再生素子の抵抗は、その最大値とその最小値とに交互に向かうことになり、記録ヘッドは、記録媒体の磁化パターンを判定することができる。

図５および図６は、本開示に係る再生素子の横断面図である。再生素子は、三層磁気抵抗トランスデューサを有するものとして示される。しかし実施例は、三層磁気抵抗トランスデューサに限定されない。実施例は、例示的に、いずれかの種類または設計のトランスデューサによって実施される。

図５の再生素子５００は、上部シールド５０２、金属キャップ５０４、第２の自由層５０６、磁気トンネル接合５０８、第１の自由層５１０、金属シード５１２、および下部シールド５１４を有する。主シールド５０２および５１４に加えて、再生素子５００は、２つの補助シールド、上部補助シールド５５１および下部補助シールド５５２を含む。再生素子５００は、２つの磁石、第１の磁石５６１および第２の磁石５６２も含む。一実施例では、磁石５６１および５６２は永久磁石である。しかし実施例は、いずれかの特定の種類の磁石に限定されず、実施例は例示的にいずれの種類の磁石も含む。

補助シールド５５１および５５２は、磁性材料からなる。一実施例では、シールドは、補助シールドの背部（すなわち、磁石に最も近い補助シールドの部分）が磁石によって磁気的に飽和され、かつ補助シールドの前部（すなわち、磁石から最も遠い補助シールドの部分、または記録媒体に最も近い部分）が磁気的に飽和されないような磁気飽和値を有する材料からなる。たとえば、補助シールドは０．４テスラ〜０．６テスラの磁気飽和値を有する。補助シールドは任意に、非磁性材料で希釈された、より高い磁気飽和値材料からなる。たとえば、シールドは、銅で希釈された高透磁率パーマロイ（すなわちＮｉＦｅ）からなる。別の実施例では、シールドは、非磁性材料と積層された高透磁率パーマロイからなる。非磁性材料は、金属（たとえばＴａ、Ｒｕ、Ｃｕ等）または絶縁性（たとえばＡｌ_２Ｏ_３）であり得る。上部シールド５０２および下部シールド５１４は、より高い磁気飽和値を有する材料からなり得る。たとえば、シールド５０２および５１４は任意に、ほぼ１テスラの飽和値を有するパーマロイ合金からなる。磁石５６１および５６２は、例示的にＣｏＰｔまたはＦｅＰｔからなり、ほぼ１．１テスラの磁化を有する。しかし、磁石５６１および５６２はいずれかの特定の材料または磁化値に限定されない。

図５は、再生素子５００が高さまたは間隔５３０、高さまたは間隔５４０、および長さ５２０を含むことを示す。間隔５３０は、２つの補助シールド５５１および５５２の間の距離である。間隔５４０は、２つの主シールド５０２および５１４の間の距離であり、長さ５２０は、磁気抵抗素子の長さである。

再生素子５００の補助シールドおよび磁石は、別個に、かつ組合わされて、磁気抵抗素子（すなわち自由層）を横切る磁石のバイアス磁場の減衰を減少させ得る。先に言及したように、補助シールドは、シールドの背部が磁気的に飽和される一方、シールドの前部は磁気的に飽和されないように作製される。シールドの磁気的に飽和されている部分は、磁石のバイアス磁場に対する減衰効果が少ない。たとえば、磁気的に飽和されている部分は、バイアス磁場に効果を有さない真空として機能する。したがって、磁気抵抗素子の背部における有効なシールド間間隔は、ほぼ上部シールド５０２から下部シールド５１４の間隔５４０である。しかし、磁気抵抗素子の前部における有効なシールド間間隔は、ほぼ上部補助シールド５５１から下部補助シールド５５２の間隔５３０である。その場合、記録素子は、素子の背部に向かって有効により広いシールド間間隔を有することが可能であり得、これはより均一なバイアス磁場を促進する一方、素子の前部においてより狭いシールド間間隔を有し、面密度を最適化する。

図５に示されるように、第１の磁石５６１は距離５８１だけ第２の自由層５０６からずらされ、高さまたは距離５９１にわたって上部補助シールド５５１と重なり合う。同様に、第２の磁石５６２は距離５８２だけ第１の自由層５１０からずらされ、高さまたは距離５９２にわたって下部補助シールド５５２と重なり合う。複数の磁石、ずらされた磁石、重なり合うかまたは部分的に重なり合う磁石の使用は、別個に、かつ組合わされて、磁気抵抗素子を横切るバイアス磁場の均一性も最適化し得る。たとえば、１つの磁石のみが使用される場合、または磁石が自由層からずらされない場合（すなわち磁石が自由層と一列に並んでいる場合）、自由層の背部におけるバイアス磁場がより強くなり、自由層を横切るバイアス磁場の均一性が対応して減少することになる。またたとえば、磁石と補助シールドとの任意の重なり５９１および５９２は例示的に補助シールドを飽和させるのに役立ち、これはバイアス磁場減衰の量を減少させ得る。

図６は、補助シールドを有する再生素子６００の別の実施例の横断面図を示す。素子６００は、上部シールド６０２、金属キャップ６０４、第２の自由層６０６、金属トンネル接合６０８、第１の自由層６１０、金属シード６１２、および下部シールド６１４を含む。素子６００は、その磁石および補助シールド構成が素子５００とは異なる。素子６００の補助シールド６５１および６５２は、素子５００の補助シールド５５１および５５２のように磁気抵抗素子の全長６２０に沿って延在しない。その代り、シールド６５１および６５２は、長さ６２０の一部分６２１に沿って延在する。加えて、補助シールド６５１および６５２は、シールド５５１および５５２とは異なる材料からなり得る。たとえば、一実施例では、シールド６５１および６５２は、上部シールド６０２および下部シールド６１４と同じ材料（たとえばパーマロイ）からなる。しかし別の実施例では、シールド６５１および６５２は、図５のシールド５５１および５５２と同じ材料からなる。

再生素子６００は例示的に、図５の再生素子５００と同じ構造のうち少なくともいくつかを含む。磁気抵抗素子の背部におけるシールド間間隔６４０はより広く、これはより均一なバイアス磁場を促進し得る一方、素子の前部におけるシールド間間隔６３０はより狭く、これは面密度を最適化し得る。

図６は、再生素子６００が１つの磁石６６０を有することも示す。しかし素子６００は、いずれかの特定の磁石構成を有するとは限定されない。一実施例では、素子６００は、図５に示される構成と同様の、自由層から任意にずらされた複数の磁石を有する。同様に、図５の素子５００は、いずれかの特定の磁石構成に限定されず、いずれの構成も任意に含む。たとえば、素子５００は例示的に、図６に示される構成と同様の１つの磁石設計を含み得る。

説明したように、本開示の実施例は例示的に、再生素子および／または複数の重なり合う磁石の周囲に１つ以上の補助シールドを有する記録ヘッドを含む。これらの構造は、独立してかつ組合わされて、磁気抵抗素子を横切るより均一なバイアス磁場を促進するのに役立ち得る。加えて、これらの構造は、均一なバイアス磁場を促進する一方で、装置の前部において減少したシールド間間隔を維持し、これは面密度を最適化し得る。実施例はさらに、装置製造に選択の自由を与える複数のシールド構成および磁石構成を提供する。

最後に、様々な実施例の構造および機能の詳細とともに様々な実施例の多数の特徴が上記の説明で示されたが、この詳細な説明は例示にすぎず、特に部品の構造および配置の事項において、本開示の原理内で、添付の請求項が表される用語の広範な一般的な意味によって示される最大限の範囲まで、変更を詳細に行ってもよい。加えて、本明細書に記載される実施例はハードディスクドライブに向けられているが、開示の教示を、開示の範囲および精神から逸脱することなく他の種類のデータ記憶システムに適用することができることが当業者によって理解されるであろう。

５００ 再生素子、５０２ 上部シールド、５０４ 金属キャップ、５０６ 第２の自由層、５０８ 磁気トンネル接合、５１０ 第１の自由層、５１２ 金属シード、５１４ 下部シールド、５２０ 長さ、５３０，５４０ 間隔、５５１ 上部補助シールド、５５２ 下部補助シールド、５６１ 第１の磁石、５６２ 第２の磁石、５８１，５８２，５９１，５９２ 距離。

Claims (3)

1. 空気軸受面に沿って配置されるとともに、前記空気軸受面から第１の全長で延在する磁気抵抗再生素子と、
   第１のシールドおよび第２のシールドとを備え、前記第１のおよび第２のシールドのそれぞれは、前記空気軸受面に沿って前記磁気抵抗再生素子の互いに対向する側に配置され、前記第１の全長よりも大きい第２の全長で前記空気軸受面から延在し、
   さらに、
   前記空気軸受面に沿って前記磁気抵抗再生素子と前記第１のシールドとの間に配置され、前記磁気再生素子の長さに沿って均一のバイアス磁場を与える第１の補助シールドと、
   前記空気軸受面に沿って前記磁気抵抗再生素子と前記第２のシールドとの間に配置され、前記磁気再生素子の長さに沿って均一のバイアス磁場を与える第２の補助シールドと、
   前記第１および第２のシールドの間、かつ前記磁気抵抗再生素子の背部に配置され前記第１および第２の補助シールドを部分的に磁気的に飽和させる磁石を備え、前記第１および第２の補助シールドは、前記第１の全長よりも小さい第３の全長で前記空気軸受面から延在する、装置。
2. 前記第１および第２の補助シールドは、前記第１のおよび第２のシールドと同じ材料からなる、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１および第２の補助シールドは、前記磁気抵抗再生素子の長さ方向に沿って延在する、請求項１に記載の装置。

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