專利名稱：垂直通電型磁頭以及使用該磁頭的磁盤設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及一種垂直通電型磁頭以及使用這種垂直通電型磁頭的磁盤設(shè)備。
背景技術(shù)：
作為希望產(chǎn)生改善的磁阻效應(yīng)的磁阻膜(自旋閥膜)，垂直通電型磁阻膜得到了研究(例如參見美國專利No.5,668,688)。
傳統(tǒng)的垂直通電型磁阻膜被設(shè)計(jì)為使得固定層的磁化方向固定在一個(gè)方向，而通過向自由層施加偏置場，在零外部場(介質(zhì)場)的情況下，使得自由層的磁化方向正交于固定層的磁化方向。
然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果自由層的磁化方向正交于固定層的磁化方向，讀取輸出(read output)中的噪音隨著檢測電流的電流強(qiáng)度的增大不利地變得顯著。這種問題被稱為自旋轉(zhuǎn)移感應(yīng)噪音(spin transfer-inducednoise)(STIN)。然而，還沒有發(fā)現(xiàn)抑制STIN的有效方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種垂直通電型磁頭和使用這種垂直通電型磁頭的磁盤設(shè)備，該磁頭能抑制自旋轉(zhuǎn)移感應(yīng)噪音。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形態(tài)，提供了一種垂直通電型磁頭，其包含包含固定層、中間層與自由層的磁阻膜；作為設(shè)置在磁阻膜上方和下方的電極的一對磁屏蔽；通過絕緣膜設(shè)置在磁阻膜兩側(cè)的一對偏置膜，其中，在零外部場下，固定層的磁化方向與自由層的磁化方向之間的角度θ被設(shè)置為5°≤θ＜90°，或偏置點(diǎn)被設(shè)置為5％≤BP＜50％。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在零外部場下，由于固定層的磁化方向與自由層的磁化方向之間的角度θ被設(shè)置為5°≤θ＜90°或偏置點(diǎn)被設(shè)置為5％≤BP＜50％，這使得可以抑制自旋轉(zhuǎn)移感應(yīng)噪音。


附圖并入說明書并構(gòu)成說明書的一部分，其示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并與上面給出的大致介紹以及下面給出的對實(shí)施例的詳細(xì)介紹一起用于闡釋本發(fā)明的原理。
圖1為平行于根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的垂直通電型磁頭的空氣軸承表面的截面圖；圖2為圖1中的磁阻膜的截面圖；圖3原理性地示出了從基板表面觀察時(shí)根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的垂直通電型磁頭中偏置膜、自由層以及第二固定層的磁化方向；圖4原理性地示出了從基板表面觀察時(shí)根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的垂直通電型磁頭中偏置膜、自由層以及第二固定層的磁化方向；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的垂直通電型磁頭的輸出(V)與外部場(Hex)之間的關(guān)系以及零外部場時(shí)Mf與Mp2之間的角度θ；圖6為一透視圖，其原理性地示出了在根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的垂直通電型磁頭中第一固定層、第二固定層與自由層的磁化方向；圖7示出了Hp1、Hp2、Hin與Htot的大小和方向；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的垂直通電型磁頭的輸出(V)與外部場(Hex)之間的關(guān)系以及在零外部場時(shí)Mf與Mp2之間的角度θ；圖9示出了對比實(shí)例3中的垂直通電型磁頭的輸出(V)與外部場(Hex)之間的關(guān)系以及在零外部場時(shí)Mf與Mp2之間的角度θ；圖10示出了來自實(shí)例5中的垂直通電型磁頭的讀取輸出的波形；圖11示出了來自對比實(shí)例3中的垂直通電型磁頭的讀取輸出的波形；圖12為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的磁盤設(shè)備的透視圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖介紹根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例。一般而言，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了垂直通電型磁頭，其包含包含固定層、中間層與自由層的磁阻膜；一對磁屏蔽，其作為設(shè)置在磁阻膜上方和下方的電極；一對偏置膜，其被通過絕緣膜設(shè)置在磁阻膜的兩側(cè)，其中，在零外部場下，固定層的磁化方向與自由層的磁化方向之間的角度θ被設(shè)置為5°≤θ＜90°，或偏置點(diǎn)被設(shè)置為5％≤BP＜50％。
圖1為平行于根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的垂直通電型磁頭的空氣軸承表面的截面圖。在AlTiC(Al2O3-TiC)基板(未示出)上形成用NiFe制成的、作為下電極的磁屏蔽2。在作為下電極的磁屏蔽2上形成磁阻膜1。在磁阻膜1上形成用NiFe制成的、作為上電極的磁屏蔽3。通過氧化鋁制成的絕緣膜4，在磁阻膜1的兩側(cè)形成用Cr/CoCrPt制成的偏置膜5。使用作為下電極的磁屏蔽2與作為上電極的磁屏蔽3，在膜平面的垂直方向上將檢測電流供到磁阻膜1。通過偏置膜5將偏置場施加到磁阻膜1。
圖2為圖1中的磁阻膜1的截面圖。磁阻膜1包含Ta與Ru制成的底層11、IrMn制成的反鐵磁性層12、CoFe制成的第一固定層13、Ru制成的金屬層14、CoFe制成的第二固定層15、Cu制成的中間層16、CoFe和NiFe制成的自由層17、Ru與Ta制成的保護(hù)層18，這些層按此順序堆積。
這里，底層11可以為Ta/NiFeCr、Ta/Cu或類似物。反鐵磁性層12可以為PtMn或類似物。圖2中的固定層為所謂的合成固定層，其包含第一固定層13、金屬層14以及第二固定層15。然而，固定層可以為一個(gè)鐵磁性層。第一固定層13、第二固定層15以及自由層17各自可用包含F(xiàn)e、Co、Ni中的任意幾種的合金代替前述材料制成。中間層16可用Au或Ag或混合物制成，該混合物包含例如氧化鋁的絕緣體和在絕緣體中形成的用Cu、Au、Ag或類似物制成的電流路徑。
圖3原理性地示出了從基板表面觀察時(shí)根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的垂直通電型磁頭中偏置膜、自由層以及第二固定層的磁化方向。在圖3中，偏置膜5的磁化(magnetization)Mh的磁化方向從磁阻元件的寬度方向(軌道寬度方向)傾斜α。這使從偏置膜5施加到自由層17的偏置場的方向向著磁阻元件的寬度方向傾斜α。自由層17的磁化Mf也向著磁阻元件的寬度方向傾斜α。另一方面，第二固定層15的磁化Mp2被固定在磁阻元件的高度方向上。因此，自由層17的磁化Mf與第二固定層15的磁化Mp2之間的角度表達(dá)為θ＝90°-α。
圖4原理性地示出了從基板表面觀察時(shí)根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的垂直通電型磁頭中偏置膜、自由層以及第二固定層的磁化方向。在圖4中，第二固定層15的磁化Mp2被固定在向磁阻膜的高度方向傾斜β的方向上。另一方面，偏置膜5的磁化Mh的磁化方向與磁阻膜的寬度方向(軌道寬度方向)重合。結(jié)果，自由層17的磁化Mf與第二固定層15的磁化Mp2之間的角度θ表達(dá)為θ＝90°-β。
在圖3與4中，對α或β進(jìn)行設(shè)置，以便滿足下列條件5°≤θ＜90°。另外，盡管未示出，偏置膜5的磁化Mh可被固定在向著磁阻膜的寬度方向(軌道寬度方向)傾斜α的方向上，第二固定層15的磁化Mp2可被固定在向著磁阻膜的高度方向傾斜β的方向上。在這種情況下，自由層17的磁化Mf與第二固定層15的磁化Mp2之間的角度表達(dá)為θ＝90°-α-β。另外，在這種情況下，設(shè)置α與β以便滿足這樣的條件5°≤θ＜90°。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的垂直通電型磁頭的輸出(V)與外部場(Hex)之間的關(guān)系以及零外部場(介質(zhì)場)時(shí)Mf與Mp2之間的角度θ。使用圖5所示的ΔVo與ΔVs，偏置點(diǎn)BP被如下定義BP＝(ΔVo/ΔVs)*100(％)。
實(shí)例1、2或3中的垂直通電型磁頭中，設(shè)置α和/或β，使得θ具有表1所示的特定值。表1還示出了對應(yīng)于θ的BP值。事實(shí)上，BP值取決于θ值。對于θ＝0°，BP＝0(％)；對于θ＝90°，BP＝50(％)；對于θ＝180°，BP＝100(％)。如表1所示，當(dāng)θ在5°≤θ＜90°的范圍內(nèi)時(shí)，任何BP滿足條件5％≤BP＜50％。為了對比，制造設(shè)置在θ＞90°和BP＞50％的垂直通電型磁頭(對比實(shí)例1與2)。
表1示出了對于實(shí)例1、2、3以及對比實(shí)例1與2中的垂直通電型磁頭測量得到的信號噪音比(SNR)和比特誤碼率(BER)。表1顯示，對于在45°≤θ≤85°范圍內(nèi)的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例1、2、3中的垂直通電型磁頭，獲得高的SNR和好的BER。在θ≤5°或BP＜5％的情況下，由于ΔVo變得太小，SNR和BER不能充分測量。另外，在θ＝90°的情況下，SNR可能高或低，不能穩(wěn)定地獲得高的SNR。
這些結(jié)果顯示，用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的垂直通電型磁頭，設(shè)置自由層的磁化Mf與第二固定層的磁化Mp2之間的角度以便滿足條件5°≤θ＜90°，提供了高的SNR，帶來了好的BER。
表1

圖6為一透視圖，其原理性地示出了在根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的垂直通電型磁頭中第一固定層13、第二固定層15與自由層17的磁化方向。在該圖中，空氣軸承表面位于左端。該圖示出了零外部場(介質(zhì)場)時(shí)的磁化方向。通過與反鐵磁性層的交換耦合，第一固定層13的磁化Mp1基本固定在所示出的方向(向右)上。第二固定層的磁化Mp2通過金屬層14被反鐵磁性地耦合到Mp1，并基本固定在反平行于Mp1的方向(向左)上。自由層17的磁化受到來自偏置膜5的偏置場Hb、來自第一固定層13的磁化Mp1的靜磁耦合場Hp1、來自第二固定層15的磁化Mp2的靜磁耦合場Hp2、與第二固定層15的磁化Mp2的層間耦合場Hin影響。應(yīng)當(dāng)注意，Hb差不多作用在y軸方向上，Hp1、Hp2和Hin差不多作用在x軸方向上。
對第一固定層的飽和磁化與厚度的乘積Mp1*tp1以及第二固定層的飽和磁化與厚度的乘積Mp2*tp2進(jìn)行設(shè)置以滿足條件Mp1*tp1＞Mp2*tp2，如表2所示(實(shí)例4與5)。為了滿足這一條件，第一與第二固定層用同樣的Co90Fe10合金制成使得Mp1＝Mp2，并使厚度tp1與tp2滿足條件tp1＞tp2。作為替代的是，例如，第一與第二固定層可具有相同的厚度與不同的組成，使得滿足條件Mp1＞Mp2。可使用使得條件Mp1*tp1＞Mp2*tp2滿足的任何組成與厚度。
在上述條件滿足的情況下，Hp1、Hp2與Hin具有圖7所示的方向與大小。相應(yīng)地，在x軸的方向上作用在自由層17上的磁場為圖7中所示的Htot。Hb與Htot的合成場作用在自由層17的磁化Mf上。Mf被定向?yàn)槠叫杏诤铣纱艌觥Ｒ话愕?，Hin需要為最多約為10Oe，使得Htot的方向與Hp1以及Hp2中具有較高大小的一個(gè)的方向重合。
圖8示出了上述垂直通電型磁頭的輸出(V)與外部場(Hex)之間的關(guān)系以及零外部場時(shí)Mf與Mp2之間的角度θ。表2示出了被設(shè)置為滿足條件Mp1*tp1＞Mp2*tp2的垂直通電型磁頭的θ與BP(實(shí)例4與5)。如表2所示，在實(shí)例4與5中的垂直通電型磁頭中，Mf與Mp2之間的角度θ被設(shè)置為5°≤θ＜90°，BP也被設(shè)置為5％≤BP＜50％。表2示出了對于實(shí)例4與5中的垂直通電型磁頭的信號噪音比(SNR)與比特誤碼率(BER)的測量。
為了對比，制造被設(shè)置為滿足條件Mp1*tp1＜Mp2*tp2的垂直通電型磁頭(對比實(shí)例3)。圖9示出了對比實(shí)例3中的垂直通電型磁頭的輸出(V)與外部場(Hex)之間的關(guān)系以及在零外部場時(shí)Mf與Mp2之間的角度θ。表2示出了對比實(shí)例3的θ與BP。如表2所示，對于對比實(shí)例3中的垂直通電型磁頭，Mf與Mp2之間的角度θ被設(shè)置為90°＜θ，另外，Bp被設(shè)置為50％＜BP。表2還示出了對于對比實(shí)例3中的垂直通電型磁頭的信號噪音比(SNR)與比特誤碼率(BER)的測量。
如從表2中的結(jié)果顯然可見，實(shí)例4與5中的垂直通電型磁頭提供了高的SNR，帶來了好的BER。
圖10示出了來自實(shí)例5中的垂直通電型磁頭的讀取輸出的波形。與圖10中的讀取輸出波形相關(guān)聯(lián)，圖8示出了讀取輸出的幅值與介質(zhì)場的幅值。這些圖顯示，實(shí)例5中的垂直通電型磁頭帶來低的噪音并提供了好的讀取波形，盡管波形對稱性向著正側(cè)非常輕微地偏移。
類似地，圖11示出了來自對比實(shí)例3中的垂直通電型磁頭的讀取輸出的波形。與圖11中的讀取輸出波形相關(guān)聯(lián)，圖9示出了讀取輸出的幅值與介質(zhì)場的幅值。這些圖顯示，對比實(shí)例3中的垂直通電型磁頭在波形的一側(cè)(正側(cè))顯現(xiàn)出特別的噪音，波形對稱性向著負(fù)側(cè)偏移。對比實(shí)例3中在波形一側(cè)觀察到的特殊噪音是由于垂直通電型磁頭中的自旋轉(zhuǎn)移感應(yīng)噪音(STIN)引起的。這一點(diǎn)在90°≤θ的情況下顯著觀察到。STIN的發(fā)生使得噪音在再生波形的一側(cè)觀察到，這打亂了波形的對稱性，使得SNR劣化，因此使得BER劣化。
相反，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的垂直通電型磁頭能夠抑制可能的自旋轉(zhuǎn)移感應(yīng)噪音，提供高的SNR，因此提供好的BER。
如圖6所示，使用根據(jù)本發(fā)明的垂直通電型磁頭，通過從固定層向自由層提供檢測電流，增強(qiáng)了STIN抑制效果。因此，優(yōu)選為在此方向上提供檢測電流。
表2

圖12為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的磁盤設(shè)備的透視圖。磁盤50可旋轉(zhuǎn)地安裝在主軸電機(jī)51上。包含致動器臂53、懸架54以及磁頭滑動器55的磁頭懸置組件被附著到設(shè)置在磁盤50附近的樞軸52。懸架54被固定在致動器臂53的一端，以便支撐滑動器55，使得滑動器55被支撐為面對磁盤50的記錄面。任何實(shí)施例中所示的垂直通電型磁頭被裝在磁頭滑動器55中。作為致動器的音圈電機(jī)56被設(shè)置在致動器臂53的另一端。音圈電機(jī)56對磁頭懸置組件進(jìn)行致動，以便將磁頭定位在磁盤50上方的任何半徑位置。磁盤設(shè)備具有任何上述實(shí)施例所示的垂直通電型磁頭，因此提供了高的SNR和好的BER。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地想到其他的優(yōu)點(diǎn)和修改。因此，本發(fā)明在其更寬廣的實(shí)施形態(tài)上不限于這里示出和介紹的具體細(xì)節(jié)和代表性實(shí)施例。因此，在不脫離所附權(quán)利要求書及其等同物所限定的一般發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍的情況下可做出多種修改。
權(quán)利要求
1.一種垂直通電型磁頭，其包含磁阻膜(1)，其包含固定層(15)、中間層(16)、自由層(17)；一對磁屏蔽(2，3)，其作為設(shè)置在所述磁阻膜(1)上方和下方的電極；以及一對偏置膜(5)，其被通過絕緣膜(4)設(shè)置在所述磁阻膜(1)的兩側(cè)，其特征在于，在零外部場的情況下，所述固定層(15)的磁化方向與所述自由層(17)的磁化方向之間的角度θ被設(shè)置為5°≤θ＜90°，或偏置點(diǎn)被設(shè)置為5％≤BP＜50％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的磁頭，其特征在于所述偏置膜(5)的磁化在向著所述磁阻膜(1)的寬度方向傾斜的方向上被磁化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的磁頭，其特征在于所述固定層(15)的所述磁化在向著所述磁阻膜(1)的高度方向傾斜的方向上被磁化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的磁頭，其特征在于所述磁阻膜(1)包含反鐵磁性層(12)；合成固定層，其包含第一固定層(13)、金屬層(14)與第二固定層(15)；中間層(16)；自由層(17)；且所述磁頭的特征在于設(shè)構(gòu)成所述合成固定層的所述第一與第二固定層(13，15)的飽和磁化與厚度的乘積分別為Mp1*tp1與Mp2*tp2，滿足Mp1*tp1＞Mp2*tp2的關(guān)系。
5.一種磁盤設(shè)備，其特征在于包含磁盤(50)；以及根據(jù)權(quán)利要求1的垂直通電型磁頭。
全文摘要
一種垂直通電型磁頭，其包含磁阻膜(1)，其包含固定層(15)、中間層(16)、自由層(17)；一對磁屏蔽(2，3)，其作為在所述磁阻膜(1)上方和下方的電極；一對偏置膜(5)，其通過絕緣膜(4)被設(shè)置在所述磁阻膜(1)的兩側(cè)，其中，在零外部場的情況下，所述固定層(15)的磁化方向與所述自由層(17)的磁化方向之間的角度θ被設(shè)置為5°≤θ＜90°，或偏置點(diǎn)被設(shè)置為5％≤BP＜50％。
文檔編號G11B5/39GK101083081SQ20071010545
公開日2007年12月5日 申請日期2007年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月31日
發(fā)明者船山知己, 鴻井克彥 申請人:株式會社東芝