[发明专利]磁阻器件、薄膜磁头和磁盘驱动设备

说明书

技术领域

本发明主要涉及例如在薄膜磁头中再现(reproducing)头上应用的磁阻(MR)器件，以及使用这样GMR器件的磁盘驱动设备。

背景技术

磁阻头(称其为“MR头”)是使用磁阻器件(称其为“MR器件”)作为再现头的磁头。因为MR头的再现输出不依赖于磁记录介质和磁头之间的相对速度，所以从减小尺寸和高密度记录的观点来看，在磁盘驱动中使用磁头是有好处的。近年来和接下来，双头型薄膜磁头正在成为主流，其具有结合成为一个单元的MR再现头和感应型磁记录头。

MR器件的一种已知结构为自旋阀多层结构，其包括作为主要部件的自由层、中间层、被钉扎层和反铁磁层。作为自旋阀多层结构中的一种，已知合成铁氧磁材料自旋阀多层结构，其可用于增大外部磁场的容限。如图1中所示，合成铁氧磁材料自旋阀多层结构包括自由层106、中间层105、参考被钉扎层104、中间层103、第一被钉扎层102和反铁磁钉扎层101。

基于电流的流动方向，还可以将MR器件的结构分类，即，沿着层叠的多层施加电流的电流平面内(CIP)结构以及垂直于层叠的多层施加电流的电流垂直平面(CPP)结构。在具有后一种结构的情况下，可获得大的阻抗变化并且可预期高灵敏度的器件。

当使用具有合成铁氧磁材料自旋阀型MR传感器的MR头时，阻抗会随着自由层106与参考被钉扎层104的磁化之间的角度而变化。为了获得最高灵敏度和具有令人满意的不对称性的最好再现波形(具有更少噪声或非线性失真)，重要的是，当不产生源于介质的磁场时，使得自由层106的磁化方向与芯部宽度方向(core width direction)充分对准，并且当施加源于介质的向上或向下磁场时，使得自由层106的磁化方向与器件高度方向充分对准。

对于使用MR传感器的MR头，如果MR传感器不表现单畴行为，则产生巴克豪森(Barkhausen)效应噪声并且再现输出大大地改变。为了控制MR传感器的磁畴，在MR传感器的磁轨宽度方向(平行于芯部宽度)上，在自旋阀多层的两侧设置磁畴控制层。典型地，磁畴控制层由高矫顽力材料(例如CoPt)构成，或由反铁磁层(例如PdPtMn层)和铁磁层的层状结构形成。可替换的，也可将反铁磁材料用作磁畴控制层。在这种情况下，在MR传感器上设置磁畴控制层。当没有施加源于介质的磁场时，磁畴控制层具有在某种程度上引起自由层的磁化转向芯部宽度方向的功能。

同时，随着近年来磁盘驱动容量的增加，介质上的位长度和磁轨宽度正在迅速地降低。由于磁轨宽度变窄，因此MR器件在器件高度方向上的尺寸是由加工(machining)工艺例如抛光来确定，，从而难以进一步减小器件高度。由于这个原因，器件高度方向上尺寸和磁轨宽度方向上尺寸的纵横比变得更大。这是引起自由层106的磁化易于转向器件高度方向的因素之一。

自由层106被施加来自分隔的第一被钉扎层102的磁场A和来自邻近的参考被钉扎层104的磁场B，如图1中箭头A和B所示。因为来自较近的参考被钉扎层104的磁场B比来自远处的第一被钉扎层102的磁场A更强，所以没有施加源于介质的磁场，而在器件高度方向上向自由层106施加减掉的磁场。这个减掉的磁场是引起自由层106的磁化方向从芯部宽度方向偏移的另一个因素。如果自由层106的磁化转向器件高度方向，如图1中箭头C(自由层106的磁化方向)所示，而没有施加源于介质的磁场，再现波形的正侧和负侧之间的不对称性恶化，因此再现灵敏度恶化。

为了克服这个问题，JP2006-13430A公开了一种方法，其通过设置第一被钉扎层102的厚度和饱和磁通密度的乘积(t₁×B_S1)大于参考被钉扎层104的厚度和饱和磁通密度的乘积(t_ref×B_Sref)，使得来自参考被钉扎层104和第一被钉扎层102的磁场相互抵消。

另一个公开文献JP2005-167236A公开了一种结构，其中选择自由层沿芯部宽度方向的尺寸，使其小于参考被钉扎层和第一被钉扎层沿芯部宽度方向的尺寸。提出这种结构是为了获得低阻抗和高灵敏度的自旋阀MR器件。

然而，因为在材料发展中MR比率减小，所以用于使得第一被钉扎层102的乘积(t₁×B_S1)比参考被钉扎层106的乘积(t_ref×B_Sref)大的前一种方法是不适宜的。