專利名稱：磁性記錄/重放設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用垂直平面電流式(電流正交平面式)磁阻磁頭的磁性記錄/重放設(shè)備。
背景技術(shù)：
人們始終希望能提高磁性記錄/重放設(shè)備的記錄密度。因而，需要有高靈敏度的讀取磁頭。作為能滿足上述需求的讀取磁頭中的一個元件，隧道結(jié)型磁阻元件(TMR元件)或垂直平面電流式巨磁阻元件(CPP-GMR元件)是公知的。
在采用這種元件的讀取磁頭中，用于對磁場進(jìn)行檢測的檢測電流在大體上垂直于薄膜平面的方向上流經(jīng)一TMR薄膜或GMR薄膜，其中的薄膜是一種疊層結(jié)構(gòu)，其包括一磁化固定層、一間隔層、以及一自由磁化層。由于這一原因，該讀取磁頭可被稱為垂直平面電流式磁阻磁頭。其中公開了使用TMR元件的磁頭的文件實(shí)例包括第5898548號美國專利文件。其中公開了使用CPP-GMR元件的磁頭的文件實(shí)例包括屬于KOKAI的平10-55512號日本專利公開文件、以及第5668688號美國專利文件。
當(dāng)檢測電流流經(jīng)一讀取磁頭的元件時，根據(jù)各種情況而決定是采用恒流驅(qū)動還是采用恒壓驅(qū)動。舉例來講，公知的是對于采用TMR元件的讀取磁頭，為了能吸收元件電阻的波動，優(yōu)選地是采用恒壓驅(qū)動。
如上所述，TMR薄膜或GMR薄膜是由磁化固定層、間隔層、以及磁化自由層構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)，薄膜中的間隔層具有這樣的結(jié)構(gòu)在高電阻值的基體中散布著一些具有細(xì)微的導(dǎo)電區(qū)域(也被稱為引線孔或金屬孔)。為何采用具有這種結(jié)構(gòu)的間隔層的原因在于可控制間隔層的電阻。考慮到TMR元件的實(shí)際應(yīng)用是作為讀取磁頭，所以必須要限制元件中作為間隔層的高電阻隧道阻擋層的阻值。位于隧道阻擋層中的細(xì)微導(dǎo)電區(qū)域有助于降低電阻(例如可參見第5898548號美國專利、以及2002年第38卷IEEE學(xué)報中的第73頁)，在CPP-GMR元件中，很薄的高電阻氧化物薄膜中具有一些細(xì)微的金屬孔，該薄膜被用作間隔層，以提高M(jìn)R比。
但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種垂直平面電流式磁阻磁頭的性能會惡化，其中主要的原因是由于檢測電流集中在間隔層中分布的細(xì)微導(dǎo)電區(qū)中而產(chǎn)生了熱量，導(dǎo)致磁頭的工作壽命變短，這將為磁性記錄/重放設(shè)備帶來可靠性差的問題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明一個方面的磁性記錄/重放設(shè)備包括一磁阻磁頭，其具有一磁阻薄膜，在基本垂直于薄膜平面的方向上，電流流經(jīng)所述的磁阻薄膜，磁阻磁頭還具有一對磁屏蔽體，它們被布置成將磁阻薄膜夾置著；以及一前置放大器，其以恒流驅(qū)動模式向磁阻磁頭輸送檢測電流。


圖1中的視圖表示了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的磁阻薄膜、以及與磁阻薄膜相連接的恒流驅(qū)動的前置放大器；圖2中的軸測圖示意性地表示了高電阻間隔層的一種示例，該間隔層被包含在上述的磁阻薄膜中；圖3中的軸測圖示意性地表示了高電阻間隔層的另一種示例，該間隔層也被設(shè)置在磁阻薄膜中；圖4中的剖面圖表示了一種結(jié)構(gòu)實(shí)例，其由一固定層、一高阻間隔層、以及一自由層構(gòu)成；圖5中的剖視圖表示了由固定層、高阻間隔層、以及自由層構(gòu)成的另一種實(shí)例；圖6A和圖6B中的視圖用于解釋當(dāng)檢測電流流過垂直平面電流式磁阻磁頭時所產(chǎn)生的問題；圖7中的圖線表示了垂直平面電流式磁阻磁頭工作在恒流驅(qū)動和恒壓驅(qū)動模式下時輸出量隨時間的變化；圖8中的圖線表示了當(dāng)垂直平面電流式磁阻磁頭工作在電流值不同的恒流驅(qū)動模式下時、輸出量隨時間的變化規(guī)律；圖9中的表示了一種根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的磁阻薄膜，在該薄膜中設(shè)置了一個溫度檢測元件、一溫差電動勢檢測器、以及一恒流驅(qū)動的前置放大器，前置放大器為恒流驅(qū)動模式，其與磁阻薄膜相連接；圖10中的圖線表示了圖9所示磁阻薄膜中溫度與受控電流之間的關(guān)系；圖11中的軸測圖表示了一種根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的磁頭組件，該視圖是從碟盤方向進(jìn)行觀察而得到的；以及圖12中的軸測圖表示了一種磁性記錄/重放設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圖11所示的磁頭被安裝到該設(shè)備上。
具體實(shí)施例方式
下文將參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述。
圖1中的剖視圖表示了用在本發(fā)明中的垂直平面電流式磁阻元件的一種示例。圖1表示了磁阻元件的氣浮承表面的一側(cè)，這一側(cè)正對著磁記錄介質(zhì)(圖中未示)。如圖1所示，一下部屏蔽體1、一底層2、一反鐵磁性層3、一磁化固定層(栓固層)4、一高阻的間隔層5、一磁化自由層(自由層)6、一保護(hù)層7、以及一上部屏蔽體8被疊置到一起。抗抗鐵磁層、固定層4、高阻間隔層5、自由層6構(gòu)成一磁阻薄膜(TMR薄膜或CPP-GMR薄膜)。在該磁阻薄膜的兩側(cè)制出鐵磁性的偏置層10，用于穩(wěn)定自由層6中的磁疇，偏置層10介入到絕緣層9之間。
下屏蔽體1和上屏蔽體8還起到電極的作用，用于在基本垂直于磁阻薄膜表面的方向上輸送檢測電流。用來形成下屏蔽體1和上屏蔽體8的材料包括NiFe等鐵磁性導(dǎo)電材料。用于反鐵磁性層3的材料例如包括PtMn。自由層6起到檢測區(qū)的作用。如果在垂直于磁阻元件薄膜表面的方向上存在檢測電流，則可輸出電信號，該電信號代表由自由層6檢測到的磁信號。
在本發(fā)明中，在下屏蔽體1和上屏蔽體8上連接有一前置放大器30，用于輸送檢測電流。下面將對恒流驅(qū)動所能達(dá)到的效果進(jìn)行描述。此處，由恒流驅(qū)動所帶來的效果具體體現(xiàn)在磁阻薄膜中所含的高阻間隔層5上。由于這一原因，下面將首先對高阻間隔層5進(jìn)行描述。
如圖2或圖3所示，高阻間隔層5具有這樣的結(jié)構(gòu)在一種高阻值的基質(zhì)11中形成細(xì)微的導(dǎo)電區(qū)12。這些導(dǎo)電區(qū)12的構(gòu)造可以是圖2所示的單維孔洞(被稱為導(dǎo)電孔)、或圖3所示的二維溝槽。如圖4所示，在任一情況下，導(dǎo)電區(qū)的橫截面結(jié)構(gòu)都包括固定層4、高阻間隔層5、以及自由層6。
在TMR薄膜中，具有上述結(jié)構(gòu)的高阻間隔層(隧道阻擋層)5的形成取決于制造方法。在CPP-GMR薄膜的情況下，特意制出上述結(jié)構(gòu)的高阻間隔層5來增大輸出量。在CPP-GMR薄膜中，導(dǎo)電區(qū)12被制成具有界限電流的效果。在此情況下，如果導(dǎo)電區(qū)12的面積約為薄膜面積(元件面積)的10％或更小，則這種對電流的界限效果就特別顯著。
高阻基體11中的主要成分為如下一組元素的氧化物、氮化物或碳化物，所述的一組元素包括硼(B)、硅(Si)、鍺(Ge)、鉭(Ta)、鎢(W)、鈮(Nb)、鋁(Al)、鉬(Mo)、磷(P)、釩(V)、砷(AS)、銻(Sb)、鋯(Zr)、鈦(Ti)、鋅(Zn)、鉛(Pb)、釷(Th)、鈹(Be)、鎘(Cd)、鈧(Sc)、鑭(La)、釔(Y)、鐠(Pr)、鉻(Cr)、錫(Sn)、鎵(Ga)、銦(In)、銠(Rh)、鈀(Pd)、鎂(Mg)、鋰(Li)、鋇(Ba)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銣(Rb)、以及稀土金屬，該主要成分的電阻值約為1×10E-3Ωcm或更大。用于形成導(dǎo)電區(qū)12的材料例如是如下的金屬銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、銥(Ir)、鋨(Os)、鐵(Fe)、鈷(Co)、以及鎳(Ni)。
如圖2所示單維孔洞(導(dǎo)電孔)形式的導(dǎo)電區(qū)12的尺寸約為0.1nm到10nm，則就能實(shí)現(xiàn)CPP-GMR薄膜或TMR薄膜的功能，并能進(jìn)一步地改善元件的功能，圖3所示二維溝槽形式的導(dǎo)電區(qū)12的槽寬可為0.1nm到5nm。
高阻間隔層5并不一定帶有從固定層4延伸到自由層6的導(dǎo)電區(qū)12。舉例來講，如圖5所示，如果高阻間隔層5的表面是不平整的，在該表面上，凸起部分的厚度為0.2nm到4nm，凹陷部分的厚度為凸起部分厚度的一半或更小，則由于凸起部分與凹陷部分之間的電阻存在差異，所以會有一個隧道電流流過凹陷部分，或者電流集中在凹陷部分中，從而獲得了對電流進(jìn)行界限的效果。換言之，圖5所示的凹陷部分與圖4中孔洞(導(dǎo)電孔)形式的結(jié)構(gòu)具有相同的作用。
下面將參照圖6A和圖6B對檢測電流流過垂直平面電流式磁阻磁頭時出現(xiàn)的問題進(jìn)行描述。圖6A和圖6B表示了這樣一種狀態(tài)在固定層4、高阻間隔層5、和自由層6的疊層結(jié)構(gòu)中，檢測電流只在高阻間隔層5中分布的細(xì)微導(dǎo)電區(qū)12中流動。如果檢測電流以這樣的方式集中在導(dǎo)電區(qū)12中，則由于電流的發(fā)熱(焦耳熱)，導(dǎo)電區(qū)12附近的高阻部分會發(fā)生變化，從而使導(dǎo)電區(qū)12的面積變?yōu)閳D6B所示的狀態(tài)，大于圖6A中的面積。在此情況下，TMR元件中并聯(lián)的器件數(shù)目增多，或者，CPP-GMR元件中對電流的界限效果變?nèi)?，從而?dǎo)致輸出的下降。輸出下降現(xiàn)象的出現(xiàn)會增大帶有上述磁阻磁頭的磁記錄/重放設(shè)備的誤差率，并縮短設(shè)備的工作壽命。
在本發(fā)明中，采用恒流驅(qū)動顯著地抑制了磁記錄/重放設(shè)備由于上述的輸出下降現(xiàn)象而出現(xiàn)的壽命縮短。
圖7表示了當(dāng)垂直平面電流式磁阻磁頭工作在恒流模式或恒壓模式下時、輸出量隨時間的變化。該實(shí)驗(yàn)中所用磁頭的電阻為50Ω。在零時刻，恒流驅(qū)動模式下的輸出值基本上等于恒壓驅(qū)動模式下的輸出值。此條件下，將與采用該磁頭的磁記錄/重放設(shè)備的誤差率限度相對應(yīng)的輸出下降量設(shè)定為10％。如圖7所示，工作在恒流驅(qū)動模式下的磁頭的工作壽命約為恒壓驅(qū)動模式下壽命的兩倍。
盡管該實(shí)驗(yàn)結(jié)果與恒壓驅(qū)動的技術(shù)概念明顯地不一致，但可以相信此結(jié)果受到了如下機(jī)制的影響，其中，在恒壓驅(qū)動的技術(shù)思想中，即使電阻降低，總體電壓也不會出現(xiàn)下降。上述的機(jī)制也就是說當(dāng)磁記錄/重放設(shè)備工作在恒壓驅(qū)動模式下時，導(dǎo)電區(qū)12所產(chǎn)生的焦耳熱與導(dǎo)電區(qū)的電阻R成反比，二者之間的關(guān)系如下式表達(dá)W(恒壓驅(qū)動模式下)∝V2/R。
在此情況下，如果導(dǎo)電區(qū)12的尺寸在經(jīng)過長時間工作后增大了，則電阻R就會降低，從而發(fā)熱W會增大。因而，當(dāng)磁記錄/重放設(shè)備工作在恒壓驅(qū)動模式下時，導(dǎo)電區(qū)12會加速增大，磁記錄/重放設(shè)備的工作壽命會變短。
在另一方面，當(dāng)垂直平面電流式磁阻磁頭工作在恒流驅(qū)動模式下時，如下面的公式所表達(dá)的那樣，所產(chǎn)生的焦耳熱W與導(dǎo)電區(qū)的電阻R成正比。因而，當(dāng)磁記錄/重放裝置工作在恒流驅(qū)動模式下時，導(dǎo)電區(qū)12的擴(kuò)大不會加速進(jìn)行，從而可防止磁記錄/重放設(shè)備的工作壽命縮短，公式如下W(恒流驅(qū)動模式下)∝I2×R圖8表示了在恒流驅(qū)動模式下、當(dāng)驅(qū)動電流約增大20％時輸出量隨時間的變化曲線。在恒流驅(qū)動模式下，當(dāng)電流增大20％時，磁記錄/重放設(shè)備的工作壽命基本上等于其在圖7所示恒壓驅(qū)動模式下的壽命。因而，在上述條件下，通過采用恒流驅(qū)動可獲得約20％的輸出增益。
如上所述，在本發(fā)明中，當(dāng)垂直平面電流式磁阻磁頭工作在恒流驅(qū)動模式下時，可顯著地延長工作壽命，或者可顯著增大輸出量。
在本發(fā)明中，可根據(jù)對電流界限部分(高阻間隔層)溫度的檢測結(jié)果，對前置放大器執(zhí)行反饋控制，以便于在溫度上升到能造成性能惡化的程度時降低電流值。在設(shè)置了這種控制機(jī)制的情況下，能比簡單地采用恒流驅(qū)動模式獲得更為優(yōu)異的效果。
下面將參照圖9對具有上述機(jī)制的磁記錄/重放設(shè)備的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。在該垂直平面電流式磁阻磁頭元件中，在圖1所示的疊層結(jié)構(gòu)中，在高阻間隔層5與自由層6之間插置一銅層21。即使插置了銅層21，TMR效應(yīng)或GMR效應(yīng)也不會受到影響。在銅層21的一端上連接了一條銅引線22，并在另一端上連接一CuNi(康銅)引線23。此外，銅引線22和CuNi(康銅)23還與一處于室溫下的基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)24相連接。由于這種結(jié)構(gòu)組成能在銅與康銅之間形成溫差電動勢，所以可利用一個連接在銅引線22中間的溫差電動勢檢測器25來測量高阻間隔層5的溫度。因而，可對工作在恒流驅(qū)動模式下的前置放大器30執(zhí)行反饋控制，根據(jù)溫差電動勢檢測器(控制器)25的測得的高阻間隔層5的溫度，來降低檢測電流的數(shù)值。
舉例來講，在圖10中，當(dāng)溫差電動勢檢測器25測得高阻間隔層5的溫度超過150℃時，對工作在恒流驅(qū)動模式下的前置放大器30執(zhí)行控制來降低檢測電流的數(shù)值。
順便提及，位于Cu與CuNi(康銅)之間的結(jié)點(diǎn)起到熱敏部分的作用，其可以與元件分開，可對工作在恒流驅(qū)動模式下的前置放大器30執(zhí)行控制，以根據(jù)元件附近的環(huán)境溫度來改變檢測電流的數(shù)值。
下面將對采用根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的磁阻磁頭的磁頭組件和磁記錄/重放設(shè)備進(jìn)行介紹。
圖11中的軸測圖表示了一種磁頭組件50，該視圖是從碟盤方向進(jìn)行觀察來得到的，該組件采用了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的垂直平面電流式磁阻磁頭。動作臂51具有一個孔洞，其要被裝配到磁盤裝置中一樞軸上。在動作臂51的一端上固定著懸臂52。在懸臂52的遠(yuǎn)端上支撐著一個磁頭浮動塊53，垂直平面電流式磁阻磁頭被安裝在浮動塊53上。在懸臂52上制出用于讀寫信號的導(dǎo)線54。導(dǎo)線54的一端連接到磁頭的電極上，另一端則連接到電極極板55上。
圖12中的軸測圖表示了一磁記錄裝置(硬盤驅(qū)動器)100的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圖11所示的磁頭組件被安裝在該裝置中。磁盤101被固定在心軸102上，并響應(yīng)于驅(qū)動控制器(圖中未示出)輸送來的控制信號而轉(zhuǎn)動。圖11所示的動作臂51被安裝到樞軸103上，并由設(shè)置在樞軸103上部和下部的滾珠軸承(圖中未示出)支撐著，動作臂51支撐著懸臂52、以及設(shè)置在懸臂52遠(yuǎn)端上的磁頭浮動塊53。屬于線性電機(jī)的音圈馬達(dá)104被設(shè)置在動作臂51的近端上。音圈馬達(dá)104包括一由驅(qū)動線圈、一永磁體、以及一對置磁軛構(gòu)成的磁路，其中，驅(qū)動線圈纏繞在一線軸體單元上，磁軛被設(shè)置成相互正對著，以夾置著線圈?？衫靡羧︸R達(dá)104自由地促動著動作臂51。當(dāng)磁盤101轉(zhuǎn)動時，以一定的方式保持著磁頭浮動塊53，使其懸浮在磁盤101的上方、或與磁盤101的表面相接觸，從而可利用磁頭對信息執(zhí)行讀/寫。頂蓋105被安裝在包封上述各個部件的殼體上。
本領(lǐng)域技術(shù)人員能明顯地意識到其它的優(yōu)點(diǎn)和改型。因而，在廣義上，本發(fā)明并不僅限于文中表示和描述的具體細(xì)節(jié)和代表性的實(shí)施方式。因此，在不偏離本發(fā)明總體設(shè)計思想和保護(hù)范圍的前提下，可作出多種形式的改動。其中，本發(fā)明的范圍由后附的權(quán)利要求書及其等效表達(dá)來限定。
權(quán)利要求
1.一種磁記錄/重放設(shè)備，其特征在于包括一磁阻磁頭，其具有一磁阻薄膜，在基本垂直于薄膜平面的方向上，電流流經(jīng)所述的磁阻薄膜，磁阻磁頭還具有一對磁屏蔽體，它們被布置成將磁阻薄膜夾置著；以及一前置放大器，其以恒流驅(qū)動模式向磁阻磁頭輸送檢測電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于磁阻薄膜為疊層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括一磁化固定層；一高阻間隔層，高阻間隔層包括一種高阻值的基體以及制在高阻基體中導(dǎo)電區(qū)；以及一磁化自由層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于高阻基體的材料是從一組金屬氧化物、金屬氮化物和金屬碳化物中選出的，導(dǎo)電區(qū)中的金屬是從由銅、金、銀組成的材料組中選出的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于導(dǎo)電區(qū)與間隔層的面積比小于等于10％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于高阻間隔層為隧道阻擋層。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于還包括一溫度測量元件，其對磁阻薄膜中高阻間隔層的溫度進(jìn)行測量；以及一控制器，其根據(jù)溫度測量元件的數(shù)據(jù)對由前置放大器輸送的檢測電流值執(zhí)行控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于溫度測量單元包括一由第一金屬構(gòu)成的導(dǎo)電層、以及一由第二金屬構(gòu)成的引線，導(dǎo)電層疊壓在磁阻薄膜中的高阻間隔層上，其與引線構(gòu)成了一個溫結(jié)，以便于產(chǎn)生溫差電動勢。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁記錄/重放設(shè)備，其具有一磁阻磁頭，磁頭具有一磁阻薄膜(4、5、6)，電流在基本垂直于薄膜平面的方向上流經(jīng)該磁阻薄膜，磁阻磁頭還具有一對磁屏蔽體(1、8)，它們被布置成夾置著磁阻薄膜；以及一前置放大器(30)，其以恒流驅(qū)動模式向磁阻磁頭輸送檢測電流。
文檔編號G11B5/02GK1591581SQ20041006868
公開日2005年3月9日 申請日期2004年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月2日
發(fā)明者高岸雅幸, 船山知己, 田中陽一郎 申請人:株式會社東芝