ESD印加によるGMRヘッドの磁気的不安定性

摘要

近年の高記録密度化に対応して、磁気ディスク装置用再生ヘッドにはGMR (Giant magneto-resistive)ヘッドが用いられるようになった。 GMRヘッドは半導体などの他の電子デバイスと同様に、静電気に対して敏感なデバイスであり、そのESD特性の評価が重要な課題となっている。 更に、磁気ディスク装置は、カーナビゲーション、HDDレコーダー、MP3プレーヤー、モバイル端末といったようにその適応範囲は拡大され、温度環境も従来のコンピュータ用のデータ記憶装置と比べ高温化の傾向となっている。 そこで、その使用環境にあった評価手法の開発が必要とされる。 GMRヘッドの素子部分はFig.1(a)に示すように反強磁性層とピン層、自由層が積層された構造である。 ピン層の磁化方向は反強磁性層との磁気的なカップリングにより固定されている。素子のトラック幅方向の端部に配置された永久磁石の磁区制御膜は、自由層に横向きのバイアス磁界を与える働きをしている。 Fig.1(b)に示すように自由層はディスクからの上下方向の磁界によって回転する為、その自由層とピン層との磁化角度に応じて素子抵抗が変化し、記録トラックの情報を再生することができる。このように、GMR ヘッドは磁性薄膜の積層されたデバイスであり、そのESD現象には、電圧による絶縁破壊、電流によって発生する熱による溶融破壊とともに、電流によって発生する磁界による磁気的破壊を考慮しなければならない。 これまで知られているESDの代表的な評価方法には、HBM (hman body model)，MM (machine model)，CDM (charged-device model)等のESD波形によるものがある。 しかし、実際のGMRヘッドの取扱工程におけるESD被壊ではより多くの破壊モードが考えられるため、これら単一波形による評価では不十分であり、これらの波形を組合せた総合的な評価によってESD特性を把握する必要がある。 また、それらのESD特性及び温度ストレスが磁気的不安定性に及ぼす影響について検討する必要がある。 そこで、任意のESD波形発生機能と半導体レーザによる温度ストレス印加機能を同時に備え、1kHzまでの交番磁界印加によるヘッド特性のインスタビリティの評価が可能なQST (Quasi Static Tester)を開発した。 本報告では、このQSTを用いて評価を行いて、各種ESD波形とGMRヘッドのダメージの関係、およびESDによるヘッドのインスタビリティ特性について述べる。 更に、温度ストレス印加によるヘッド再生特性の評価についても検討を行い、温度ストレスによる磁気的な不安定性と自由層の磁区制御との関係についてマイクロマグネティクスシミュレーションを用いた検討結果について述べる。