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公開番号2025003937
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-14
出願番号2024097247
出願日2024-06-17
発明の名称スピン軌道トルク層とハイブリッドした非局在スピンバルブ読み取りセンサ
出願人国立大学法人東京科学大学,ウェスタンデジタルテクノロジーズインコーポレーテッド
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G11B 5/31 20060101AFI20250106BHJP(情報記憶)
要約【課題】磁気記録装置で使用するための高信号出力を有する読み取りヘッドを含む磁気記録ヘッドを提供する。
【解決手段】読み取りヘッド500は、媒体対向面(MFS)に配置されたセンサ540と、センサから離れて配置され、MFSから後退したスピン発生器550と、を備える。センサ及びスピン発生器は、非磁性層406の上に配置されている。センサは自由層を含み、スピン発生器は少なくとも1つのスピン軌道トルク(SOT)層510を含む。SOT層は、BiSbのようなトポロジカル材料で構成される。センサは、第1の電圧リード線V₊および第2の電圧リード線V_-を用いて読み取り信号を検出する。スピン発生器は、第1の電流リードI₊および第2の電流リード線I_-を用いて、非磁性層を介してセンサにスピン流を注入するリード線。非磁性層の形状は、スピン流をさらに集中させるために三角形または台形である。
【選択図】図5A-5B
特許請求の範囲【請求項１】
第１のシールドと、
第２のシールドと、
前記第１のシールドと前記第２のシールドとの間に配置された非磁性層と、
媒体対向面（ＭＦＳ：Media Facing Surface）において前記非磁性層と前記第２のシールドとの間に配置された、自由層を含むセンサと、
前記非磁性層に隣接して配置され、前記ＭＦＳから第１の距離後退したスピン発生器と、を備え、
前記スピン発生器は、前記センサから離れており、スピン軌道トルク（ＳＯＴ：Spin Orbit Torque）層を含み、
前記第１の距離は、前記ＭＦＳから測定される前記自由層の高さよりも大きい、
読み取りヘッド。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記スピン発生器は、前記非磁性層と前記第２のシールドとの間に配置されている、
請求項１に記載の読み取りヘッド。
【請求項３】
前記第１のシールドに接続された負電圧リード線と、
前記第２のシールドに接続された正電圧リード線と、
前記ＳＯＴ層に接続された正電流リード線と、
前記ＳＯＴ層に接続された負電流リード線と、をさらに備え、
前記正電流リード線および前記負電流リード線は、クロストラック方向に前記ＳＯＴ層を貫通する電流経路を提供するように位置合わせされている、
請求項１に記載の読み取りヘッド。
【請求項４】
前記非磁性層に接続された負電圧リード線と、
前記第２のシールドに接続された正電圧リード線と、
前記ＳＯＴ層に接続された正電流リード線と、
前記ＳＯＴ層に接続された負電流リード線と、をさらに備え、
前記正電流リード線および前記負電流リード線は、クロストラック方向に前記ＳＯＴ層を貫通する電流経路を提供するように位置合わせされている、
請求項１に記載の読み取りヘッド。
【請求項５】
前記第１のシールドに接続された負電流リード線と、
前記第２のシールドに接続された正電流リード線と、
前記ＳＯＴ層に接続された正電圧リード線と、
前記ＳＯＴ層に接続された負電圧リード線と、をさらに備える、
請求項１に記載の読み取りヘッド。
【請求項６】
前記非磁性層に接続された負電流リード線と、
前記第２のシールドに接続された正電流リード線と、
前記ＳＯＴ層に接続された正電圧リード線と、
前記ＳＯＴ層に接続された負電圧リード線と、をさらに備える、
請求項１に記載の読み取りヘッド。
【請求項７】
前記ＳＯＴ層は、トポロジカル絶縁材料を含む、
請求項１に記載の読み取りヘッド。
【請求項８】
前記トポロジカル絶縁材料は、ＢｉＳｂである、
請求項７に記載の読み取りヘッド。
【請求項９】
前記非磁性層は、第１の部分および第２の部分を含み、
前記第１の部分は、前記第２の部分よりも大きい幅を有し、
前記第１の部分は、前記スピン発生器に隣接して配置され、
前記第２の部分は、前記センサに隣接して配置される、
請求項１に記載の読み取りヘッド。
【請求項１０】
前記スピン発生器は、前記非磁性層の上に配置されたシード層と、前記ＳＯＴ層の上に配置されたキャップ層とをさらに含み、
前記センサは、前記非磁性層の上に配置された第１のトンネルバリア層と、前記自由層の上に配置されたキャップ層とをさらに含む、
請求項１に記載の読み取りヘッド。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
関連出願との相互参照
本出願は、２０２３年６月１９日に出願された米国仮特許出願６３／５２１，８１９の利益を主張するものであり、参照により本明細書に組み込まれる。
続きを表示（約 2,800 文字）【０００２】
開示の背景
本開示の実施形態は、一般に、磁気媒体ドライブまたはハードディスクドライブなどの読み取りヘッドを含む磁気記録ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００３】
関連技術の説明
コンピュータの心臓部はハードディスクドライブである。ディスクの磁気面に非常に接近して配置された読み取りヘッドおよび書き込みヘッドを通過してディスクが回転すると、ディスクへの情報の書き込みおよびディスクからの情報の読み出しが行われる。トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Tunneling Magneto-Resistive）効果、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Giant Magneto Resistive）効果、異常磁気抵抗（ＥＭＲ：Extraordinary Magneto-Resistive）効果、スピントルク発振器（ＳＴＯ：Spin Torque Oscillator）効果、非局在スピンバルブ（ＮＬＳＶ：Mon-Localize Spin Valve）など、様々な物理的メカニズムに基づき、線形密度を高めるために様々な読み取りヘッド設計が提案されてきた。
【０００４】
ＮＬＳＶ設計では、リードヘッドは空間的に分離した２つのトンネル接合構造を含むことがあり、一方のトンネル接合構造は媒体対向面（ＭＦＳ：Media Facing Surface）から後退しており、他方のトンネル接合構造はＭＦＳに配置されている。後退した構造は、多くの場合、スピン注入用の固定磁化を有するピン止め層および強磁性層を含む。しかしながら、このような読み取りヘッドにおける読み取り信号出力は、１未満のスピン分極を有するピン止め層からのスピン注入効率によって制限される。このように、スピン流注入効率が比較的低いため、信号出力が悪くなり、データを正確に読み取る読み取りヘッドの能力に悪影響を及ぼす。
【０００５】
したがって、磁気記録装置で使用するための高信号出力を有する改良型の読み取りヘッドに対するニーズが当技術分野において存在する。
【発明の概要】
【０００６】
本開示は、一般に、読み取りヘッドを含む磁気記録ヘッドに関する。読み取りヘッドは、媒体対向面（ＭＦＳ）に配置されたセンサと、センサから離れており、ＭＦＳから後退したスピン発生器とを備える。センサおよびスピン発生器は、非磁性層の上に配置されている。センサは自由層を含み、スピン発生器は少なくとも１つのスピン軌道トルク（ＳＯＴ：Spin Orbit Torque）層を含む。ＳＯＴ層は、ＢｉＳｂで構成されてもよい。センサは、第１の電圧リード線および第２の電圧リード線を用いて読み取り信号を検出するように構成されている。スピン発生器は、第１の電流リード線および第２の電流リード線を用いて、非磁性層を介してセンサにスピン流を注入するように構成される。非磁性層の形状は、スピン流をさらに集中させるために三角形または台形である。
【０００７】
一実施形態では、読み取りヘッドは、第１のシールドと、第２のシールドと、第１のシールドと第２のシールドとの間に配置された非磁性層と、媒体対向面（ＭＦＳ）において非磁性層と第２のシールドとの間に配置された自由層とを含むセンサと、非磁性層に隣接しており、ＭＦＳから第１の距離後退したスピン発生器とを備える。スピン発生器は、センサから離れており、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）層を含む。また、第１の距離は、ＭＦＳから測定される自由層の高さよりも大きい。
【０００８】
別の実施形態では、磁気記録装置の読み取りヘッドは、シールドノッチを含む第１のシールドと、第２のシールドと、シールドノッチと第２のシールドとの間に配置された非磁性層と、媒体対向面（ＭＦＳ）において非磁性層と第２のシールドとの間に配置された、自由層を含むセンサと、ＭＦＳから後退したスピン発生器とを備える。スピン発生器は、第１のシールドと非磁性層との間に配置された第１のスピン軌道トルク（ＳＯＴ）層と、非磁性層と第２のシールドとの間に配置された第２のＳＯＴ層とを備える。
【０００９】
さらに別の実施形態では、磁気記録装置の読み取りヘッドは、第１のシールドと、第２のシールドと、第１のシールドと第２のシールドとの間に配置された非磁性層と、媒体対向面（ＭＦＳ）において第１のシールドと第２のシールドとの間に配置された、第１の自由層および第２の自由層を含むセンサと、ＭＦＳから離れたスピン発生器とを備える。スピン発生器は、第１のシールドと非磁性層との間に配置された第１のスピン軌道トルク（ＳＯＴ）層、および非磁性層と第２のシールドとの間に配置された第２のＳＯＴ層を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本開示の上述の特徴が詳細に理解され得るように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明は、添付図面にその一部が例示される実施形態を参照することによって有することができる。しかしながら、添付図面は、本開示の典型的な実施形態のみを図示しており、したがって、本開示は、他の同様に有効な実施形態を認めることができるため、その範囲を限定するものとみなされないことに留意されたい。
図１は、本開示を具体化したハードディスクドライブを示す図である。
図２は、一実施形態による、磁気媒体に面する読み取り／書き込みヘッドの中心を通る断片的な断面側面図である。
図３は、ＮＬＳＶに基づくリードヘッドの先行技術を示す。
図４Ａ～４Ｂは、一実施形態による読み取りヘッドを示す。
図４Ｃ～４Ｄは、別の実施形態による読み取りヘッドを示す。
図５Ａ～５Ｂは、一実施形態による磁気記録ヘッドの読み取りヘッドを示す図である。
図５Ｃ～５Ｄは、別の実施形態による磁気記録ヘッドの読み取りヘッドを示す図である。
図６Ａ～６Ｂは、さらに別の実施形態による磁気記録ヘッドの読み取りヘッドを示す図である。
図６Ｃ～６Ｄは、一実施形態による磁気記録ヘッドの読み取りヘッドを示す図である。
図７Ａ～７Ｂは、別の実施形態による磁気記録ヘッドの読み取りヘッドを示す図である。
図７Ｃ～７Ｄは、さらに別の実施形態による磁気記録ヘッドの読み取りヘッドを示す図である。
図８Ａ～８Ｂは、別の実施形態による磁気記録ヘッドの読み取りヘッドを示す図である。
図８Ｃ～８Ｄは、一実施形態による磁気記録ヘッドの読み取りヘッドを示す図である。
図９Ａ～９Ｂは、さらに別の実施形態による磁気記録ヘッドの読み取りヘッドを示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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