专利名称：垂直通电型磁头以及使用该磁头的磁盘设备的制作方法
技术领域：
本发明的一个实施例涉及一种垂直通电型磁头以及使用这种垂直通电型磁头的磁盘设备。
背景技术：
作为希望产生改善的磁阻效应的磁阻膜(自旋阀膜)，垂直通电型磁阻膜得到了研究(例如参见美国专利No.5,668,688)。
传统的垂直通电型磁阻膜被设计为使得固定层的磁化方向固定在一个方向，而通过向自由层施加偏置场，在零外部场(介质场)的情况下，使得自由层的磁化方向正交于固定层的磁化方向。
然而，已经发现，如果自由层的磁化方向正交于固定层的磁化方向，读取输出(read output)中的噪音随着检测电流的电流强度的增大不利地变得显著。这种问题被称为自旋转移感应噪音(spin transfer-inducednoise)(STIN)。然而，还没有发现抑制STIN的有效方法。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种垂直通电型磁头和使用这种垂直通电型磁头的磁盘设备，该磁头能抑制自旋转移感应噪音。
根据本发明的一个实施形态，提供了一种垂直通电型磁头，其包含包含固定层、中间层与自由层的磁阻膜；作为设置在磁阻膜上方和下方的电极的一对磁屏蔽；通过绝缘膜设置在磁阻膜两侧的一对偏置膜，其中，在零外部场下，固定层的磁化方向与自由层的磁化方向之间的角度θ被设置为5°≤θ＜90°，或偏置点被设置为5％≤BP＜50％。
在本发明的一个实施例中，在零外部场下，由于固定层的磁化方向与自由层的磁化方向之间的角度θ被设置为5°≤θ＜90°或偏置点被设置为5％≤BP＜50％，这使得可以抑制自旋转移感应噪音。
附图并入说明书并构成说明书的一部分，其示出了本发明的实施例，并与上面给出的大致介绍以及下面给出的对实施例的详细介绍一起用于阐释本发明的原理。
图1为平行于根据本发明一实施例的垂直通电型磁头的空气轴承表面的截面图；图2为图1中的磁阻膜的截面图；图3原理性地示出了从基板表面观察时根据本发明一实施例的垂直通电型磁头中偏置膜、自由层以及第二固定层的磁化方向；图4原理性地示出了从基板表面观察时根据本发明另一实施例的垂直通电型磁头中偏置膜、自由层以及第二固定层的磁化方向；图5示出了根据本发明一实施例的垂直通电型磁头的输出(V)与外部场(Hex)之间的关系以及零外部场时Mf与Mp2之间的角度θ；图6为一透视图，其原理性地示出了在根据本发明另一实施例的垂直通电型磁头中第一固定层、第二固定层与自由层的磁化方向；图7示出了Hp1、Hp2、Hin与Htot的大小和方向；图8示出了根据本发明另一实施例的垂直通电型磁头的输出(V)与外部场(Hex)之间的关系以及在零外部场时Mf与Mp2之间的角度θ；图9示出了对比实例3中的垂直通电型磁头的输出(V)与外部场(Hex)之间的关系以及在零外部场时Mf与Mp2之间的角度θ；图10示出了来自实例5中的垂直通电型磁头的读取输出的波形；图11示出了来自对比实例3中的垂直通电型磁头的读取输出的波形；图12为根据本发明另一实施例的磁盘设备的透视图。
具体实施例方式
下面参照附图介绍根据本发明的不同实施例。一般而言，根据本发明的一个实施例，提供了垂直通电型磁头，其包含包含固定层、中间层与自由层的磁阻膜；一对磁屏蔽，其作为设置在磁阻膜上方和下方的电极；一对偏置膜，其被通过绝缘膜设置在磁阻膜的两侧，其中，在零外部场下，固定层的磁化方向与自由层的磁化方向之间的角度θ被设置为5°≤θ＜90°，或偏置点被设置为5％≤BP＜50％。
图1为平行于根据本发明一实施例的垂直通电型磁头的空气轴承表面的截面图。在AlTiC(Al2O3-TiC)基板(未示出)上形成用NiFe制成的、作为下电极的磁屏蔽2。在作为下电极的磁屏蔽2上形成磁阻膜1。在磁阻膜1上形成用NiFe制成的、作为上电极的磁屏蔽3。通过氧化铝制成的绝缘膜4，在磁阻膜1的两侧形成用Cr/CoCrPt制成的偏置膜5。使用作为下电极的磁屏蔽2与作为上电极的磁屏蔽3，在膜平面的垂直方向上将检测电流供到磁阻膜1。通过偏置膜5将偏置场施加到磁阻膜1。
图2为图1中的磁阻膜1的截面图。磁阻膜1包含Ta与Ru制成的底层11、IrMn制成的反铁磁性层12、CoFe制成的第一固定层13、Ru制成的金属层14、CoFe制成的第二固定层15、Cu制成的中间层16、CoFe和NiFe制成的自由层17、Ru与Ta制成的保护层18，这些层按此顺序堆积。
这里，底层11可以为Ta/NiFeCr、Ta/Cu或类似物。反铁磁性层12可以为PtMn或类似物。图2中的固定层为所谓的合成固定层，其包含第一固定层13、金属层14以及第二固定层15。然而，固定层可以为一个铁磁性层。第一固定层13、第二固定层15以及自由层17各自可用包含Fe、Co、Ni中的任意几种的合金代替前述材料制成。中间层16可用Au或Ag或混合物制成，该混合物包含例如氧化铝的绝缘体和在绝缘体中形成的用Cu、Au、Ag或类似物制成的电流路径。
图3原理性地示出了从基板表面观察时根据本发明一实施例的垂直通电型磁头中偏置膜、自由层以及第二固定层的磁化方向。在图3中，偏置膜5的磁化(magnetization)Mh的磁化方向从磁阻元件的宽度方向(轨道宽度方向)倾斜α。这使从偏置膜5施加到自由层17的偏置场的方向向着磁阻元件的宽度方向倾斜α。自由层17的磁化Mf也向着磁阻元件的宽度方向倾斜α。另一方面，第二固定层15的磁化Mp2被固定在磁阻元件的高度方向上。因此，自由层17的磁化Mf与第二固定层15的磁化Mp2之间的角度表达为θ＝90°-α。
图4原理性地示出了从基板表面观察时根据本发明另一实施例的垂直通电型磁头中偏置膜、自由层以及第二固定层的磁化方向。在图4中，第二固定层15的磁化Mp2被固定在向磁阻膜的高度方向倾斜β的方向上。另一方面，偏置膜5的磁化Mh的磁化方向与磁阻膜的宽度方向(轨道宽度方向)重合。结果，自由层17的磁化Mf与第二固定层15的磁化Mp2之间的角度θ表达为θ＝90°-β。
在图3与4中，对α或β进行设置，以便满足下列条件5°≤θ＜90°。另外，尽管未示出，偏置膜5的磁化Mh可被固定在向着磁阻膜的宽度方向(轨道宽度方向)倾斜α的方向上，第二固定层15的磁化Mp2可被固定在向着磁阻膜的高度方向倾斜β的方向上。在这种情况下，自由层17的磁化Mf与第二固定层15的磁化Mp2之间的角度表达为θ＝90°-α-β。另外，在这种情况下，设置α与β以便满足这样的条件5°≤θ＜90°。
图5示出了根据本发明一实施例的垂直通电型磁头的输出(V)与外部场(Hex)之间的关系以及零外部场(介质场)时Mf与Mp2之间的角度θ。使用图5所示的ΔVo与ΔVs，偏置点BP被如下定义BP＝(ΔVo/ΔVs)*100(％)。
实例1、2或3中的垂直通电型磁头中，设置α和/或β，使得θ具有表1所示的特定值。表1还示出了对应于θ的BP值。事实上，BP值取决于θ值。对于θ＝0°，BP＝0(％)；对于θ＝90°，BP＝50(％)；对于θ＝180°，BP＝100(％)。如表1所示，当θ在5°≤θ＜90°的范围内时，任何BP满足条件5％≤BP＜50％。为了对比，制造设置在θ＞90°和BP＞50％的垂直通电型磁头(对比实例1与2)。
表1示出了对于实例1、2、3以及对比实例1与2中的垂直通电型磁头测量得到的信号噪音比(SNR)和比特误码率(BER)。表1显示，对于在45°≤θ≤85°范围内的根据本发明的实例1、2、3中的垂直通电型磁头，获得高的SNR和好的BER。在θ≤5°或BP＜5％的情况下，由于ΔVo变得太小，SNR和BER不能充分测量。另外，在θ＝90°的情况下，SNR可能高或低，不能稳定地获得高的SNR。
这些结果显示，用根据本发明的实施例的垂直通电型磁头，设置自由层的磁化Mf与第二固定层的磁化Mp2之间的角度以便满足条件5°≤θ＜90°，提供了高的SNR，带来了好的BER。
表1
图6为一透视图，其原理性地示出了在根据本发明另一实施例的垂直通电型磁头中第一固定层13、第二固定层15与自由层17的磁化方向。在该图中，空气轴承表面位于左端。该图示出了零外部场(介质场)时的磁化方向。通过与反铁磁性层的交换耦合，第一固定层13的磁化Mp1基本固定在所示出的方向(向右)上。第二固定层的磁化Mp2通过金属层14被反铁磁性地耦合到Mp1，并基本固定在反平行于Mp1的方向(向左)上。自由层17的磁化受到来自偏置膜5的偏置场Hb、来自第一固定层13的磁化Mp1的静磁耦合场Hp1、来自第二固定层15的磁化Mp2的静磁耦合场Hp2、与第二固定层15的磁化Mp2的层间耦合场Hin影响。应当注意，Hb差不多作用在y轴方向上，Hp1、Hp2和Hin差不多作用在x轴方向上。
对第一固定层的饱和磁化与厚度的乘积Mp1*tp1以及第二固定层的饱和磁化与厚度的乘积Mp2*tp2进行设置以满足条件Mp1*tp1＞Mp2*tp2，如表2所示(实例4与5)。为了满足这一条件，第一与第二固定层用同样的Co90Fe10合金制成使得Mp1＝Mp2，并使厚度tp1与tp2满足条件tp1＞tp2。作为替代的是，例如，第一与第二固定层可具有相同的厚度与不同的组成，使得满足条件Mp1＞Mp2。可使用使得条件Mp1*tp1＞Mp2*tp2满足的任何组成与厚度。
在上述条件满足的情况下，Hp1、Hp2与Hin具有图7所示的方向与大小。相应地，在x轴的方向上作用在自由层17上的磁场为图7中所示的Htot。Hb与Htot的合成场作用在自由层17的磁化Mf上。Mf被定向为平行于合成磁场。一般地，Hin需要为最多约为10Oe，使得Htot的方向与Hp1以及Hp2中具有较高大小的一个的方向重合。
图8示出了上述垂直通电型磁头的输出(V)与外部场(Hex)之间的关系以及零外部场时Mf与Mp2之间的角度θ。表2示出了被设置为满足条件Mp1*tp1＞Mp2*tp2的垂直通电型磁头的θ与BP(实例4与5)。如表2所示，在实例4与5中的垂直通电型磁头中，Mf与Mp2之间的角度θ被设置为5°≤θ＜90°，BP也被设置为5％≤BP＜50％。表2示出了对于实例4与5中的垂直通电型磁头的信号噪音比(SNR)与比特误码率(BER)的测量。
为了对比，制造被设置为满足条件Mp1*tp1＜Mp2*tp2的垂直通电型磁头(对比实例3)。图9示出了对比实例3中的垂直通电型磁头的输出(V)与外部场(Hex)之间的关系以及在零外部场时Mf与Mp2之间的角度θ。表2示出了对比实例3的θ与BP。如表2所示，对于对比实例3中的垂直通电型磁头，Mf与Mp2之间的角度θ被设置为90°＜θ，另外，Bp被设置为50％＜BP。表2还示出了对于对比实例3中的垂直通电型磁头的信号噪音比(SNR)与比特误码率(BER)的测量。
如从表2中的结果显然可见，实例4与5中的垂直通电型磁头提供了高的SNR，带来了好的BER。
图10示出了来自实例5中的垂直通电型磁头的读取输出的波形。与图10中的读取输出波形相关联，图8示出了读取输出的幅值与介质场的幅值。这些图显示，实例5中的垂直通电型磁头带来低的噪音并提供了好的读取波形，尽管波形对称性向着正侧非常轻微地偏移。
类似地，图11示出了来自对比实例3中的垂直通电型磁头的读取输出的波形。与图11中的读取输出波形相关联，图9示出了读取输出的幅值与介质场的幅值。这些图显示，对比实例3中的垂直通电型磁头在波形的一侧(正侧)显现出特别的噪音，波形对称性向着负侧偏移。对比实例3中在波形一侧观察到的特殊噪音是由于垂直通电型磁头中的自旋转移感应噪音(STIN)引起的。这一点在90°≤θ的情况下显著观察到。STIN的发生使得噪音在再生波形的一侧观察到，这打乱了波形的对称性，使得SNR劣化，因此使得BER劣化。
相反，根据本发明的实施例的垂直通电型磁头能够抑制可能的自旋转移感应噪音，提供高的SNR，因此提供好的BER。
如图6所示，使用根据本发明的垂直通电型磁头，通过从固定层向自由层提供检测电流，增强了STIN抑制效果。因此，优选为在此方向上提供检测电流。
表2
图12为根据本发明一实施例的磁盘设备的透视图。磁盘50可旋转地安装在主轴电机51上。包含致动器臂53、悬架54以及磁头滑动器55的磁头悬置组件被附着到设置在磁盘50附近的枢轴52。悬架54被固定在致动器臂53的一端，以便支撑滑动器55，使得滑动器55被支撑为面对磁盘50的记录面。任何实施例中所示的垂直通电型磁头被装在磁头滑动器55中。作为致动器的音圈电机56被设置在致动器臂53的另一端。音圈电机56对磁头悬置组件进行致动，以便将磁头定位在磁盘50上方的任何半径位置。磁盘设备具有任何上述实施例所示的垂直通电型磁头，因此提供了高的SNR和好的BER。
本领域技术人员将容易地想到其他的优点和修改。因此，本发明在其更宽广的实施形态上不限于这里示出和介绍的具体细节和代表性实施例。因此，在不脱离所附权利要求书及其等同物所限定的一般发明构思的精神和范围的情况下可做出多种修改。
权利要求
1.一种垂直通电型磁头，其包含磁阻膜(1)，其包含固定层(15)、中间层(16)、自由层(17)；一对磁屏蔽(2，3)，其作为设置在所述磁阻膜(1)上方和下方的电极；以及一对偏置膜(5)，其被通过绝缘膜(4)设置在所述磁阻膜(1)的两侧，其特征在于，在零外部场的情况下，所述固定层(15)的磁化方向与所述自由层(17)的磁化方向之间的角度θ被设置为5°≤θ＜90°，或偏置点被设置为5％≤BP＜50％。
2.根据权利要求1的磁头，其特征在于所述偏置膜(5)的磁化在向着所述磁阻膜(1)的宽度方向倾斜的方向上被磁化。
3.根据权利要求1的磁头，其特征在于所述固定层(15)的所述磁化在向着所述磁阻膜(1)的高度方向倾斜的方向上被磁化。
4.根据权利要求1的磁头，其特征在于所述磁阻膜(1)包含反铁磁性层(12)；合成固定层，其包含第一固定层(13)、金属层(14)与第二固定层(15)；中间层(16)；自由层(17)；且所述磁头的特征在于设构成所述合成固定层的所述第一与第二固定层(13，15)的饱和磁化与厚度的乘积分别为Mp1*tp1与Mp2*tp2，满足Mp1*tp1＞Mp2*tp2的关系。
5.一种磁盘设备，其特征在于包含磁盘(50)；以及根据权利要求1的垂直通电型磁头。
全文摘要
一种垂直通电型磁头，其包含磁阻膜(1)，其包含固定层(15)、中间层(16)、自由层(17)；一对磁屏蔽(2，3)，其作为在所述磁阻膜(1)上方和下方的电极；一对偏置膜(5)，其通过绝缘膜(4)被设置在所述磁阻膜(1)的两侧，其中，在零外部场的情况下，所述固定层(15)的磁化方向与所述自由层(17)的磁化方向之间的角度θ被设置为5°≤θ＜90°，或偏置点被设置为5％≤BP＜50％。
文档编号G11B5/39GK101083081SQ20071010545
公开日2007年12月5日 申请日期2007年5月30日 优先权日2006年5月31日
发明者船山知己, 鸿井克彦 申请人:株式会社东芝