JP2001344714A - 強磁性トンネル効果型磁気ヘッド - Google Patents

強磁性トンネル効果型磁気ヘッド

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JP2001344714A
JP2001344714A JP2000165747A JP2000165747A JP2001344714A JP 2001344714 A JP2001344714 A JP 2001344714A JP 2000165747 A JP2000165747 A JP 2000165747A JP 2000165747 A JP2000165747 A JP 2000165747A JP 2001344714 A JP2001344714 A JP 2001344714A
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Kenji Machida
賢司 町田
Naoto Hayashi
直人 林
Kazutoshi Muto
一利 武藤
Toshihiro Uehara
年博 上原
Morihisa Kondo
守央 近藤
Norio Hasegawa
典夫 長谷川
Hiroyuki Ujiie
裕幸 氏家
Akira Nakamura
明 中村
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Mitsumi Electric Co Ltd
Japan Broadcasting Corp
Original Assignee
Mitsumi Electric Co Ltd
Nippon Hoso Kyokai NHK
Japan Broadcasting Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は磁気記録媒体と摺接することにより
磁気記録媒体に記録されている信号磁界を電気信号に変
換する強磁性トンネル効果型磁気ヘッドに関し、高出力
の再生信号を生成することを課題とする。 【解決手段】 ギャップを介して第１ヨーク前部１０２
ａと第１ヨーク後部１０２ｂとに分断された第１ヨーク
１０２と、この第１ヨーク１０２との間に再生ギャップ
１０７を形成する第２ヨーク１０３と、磁気記録媒体１
００が再生ギャップ１０７に摺接することにより各ヨー
ク１０２，１０３を介して印加される信号磁界を磁電変
換して再生信号を生成するＴＭＲ素子１０４（強磁性ト
ンネル型磁気抵抗効果素子）とを具備し、かつ、第１ヨ
ーク前部１０２ａと第１ヨーク後部１０２ｂのそれぞれ
の端面に磁気的に接するようＴＭＲ素子１０４を配設し
た構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は強磁性トンネル効果
型磁気ヘッドに係り、特に磁気記録媒体と摺接すること
により該磁気記録媒体に記録されている信号磁界を電気
信号に変換する強磁性トンネル効果型磁気ヘッドに関す
る。
【０００２】磁気ヘッドはビデオレコーダ，テープレコ
ーダ，コンピュータの外部記憶装置等の磁気記録再生装
置に幅広く使われている。近年では、特に大量の情報を
記録する必要が生じてきており、このため記録密度の高
い大容量の磁気記憶装置がのぞまれている。
【０００３】従って、この種の磁気記録再生装置に搭載
される磁気ヘッドも高記録密度で書込みおよび読出しを
可能とする必要がある。磁気ヘッドで読出しできる情報
の記録密度は、主に磁気ヘッドのギャップ幅と記録媒体
からの距離で決まる。
【０００４】しかしながら、従来一般的に用いられてい
た磁気コアにコイルを巻回したインダクション型の磁気
ヘッドでは、将来的に予想される２０Ｇビット／平方イ
ンチを超える高記録密度での読み書きに対応することは
困難である。そこで、かかる高記録密度に対応しうる高
感度磁気ヘッドとして、異方性磁気抵抗効果（以下、Ｍ
Ｒという）を利用した異方性磁気抵抗効果型磁気ヘッド
（以下、ＭＲヘッドという）が提案されている
【従来の技術】図１４及び図１５は、従来の一例である
ＭＲヘッドの一例を示している。各図に示すＭＲヘッド
は、ヨーク５０２，５０３を用いて磁気記録媒体１００
からの磁束をＭＲ素子５０４に導く構成とされた、いわ
ゆるヨーク型のＭＲヘッドである。
【０００５】各図に示すように、ヨーク型ＭＲヘッドは
非磁性基板５０１上に下部ヨークとなる第１ヨーク５０
２、上部ヨークとなる第２ヨーク５０３、ＭＲ素子５０
４、及び素子保護膜５０８等を配設した構成とされてい
る。第１ヨーク５０２は、第１ヨーク前部５０２ａと第
１ヨーク後部５０２ｂとにより構成されている。また、
第２ヨーク５０３は、第２ヨーク前部５０３ａと第２ヨ
ーク後部５０３ｂとにより構成されている。
【０００６】この第１ヨーク５０２及び第２ヨーク５０
３は、強磁性材料により形成されている。また、第２ヨ
ーク前部５０３ａと第２ヨーク後部５０３ｂは分離され
ており、その間には第２ヨーク間ギャップ５０５が形成
されている。この第２ヨーク間ギャップ５０５により、
第２ヨーク５０３は第２ヨーク前部５０３ａと第２ヨー
ク後部５０３ｂとに分離されている。
【０００７】ＭＲ素子５０４は、第２ヨーク５０３に形
成された第２ヨーク間ギャップ５０５の形成位置の下部
に配設されている。また、ＭＲ素子５０４は第２ヨーク
前部５０３ａと第２ヨーク後部５０３ｂに磁気的に接続
するよう構成されている。更に、第１ヨーク５０２の第
１ヨーク後部５０２ｂは、第２ヨーク５０３の第２ヨー
ク後部５０３ｂと接合されることにより磁気的に接続さ
れており、かつ、第１ヨーク前部５０２ａと第２ヨーク
前部５０３ａとの間には再生ギャップ５０６（微細な間
隙）が形成されている。
【０００８】これにより、ヨーク型ＭＲヘッドは、第２
ヨーク前部５０３ａ、ＭＲ素子５０４、第２ヨーク後部
５０３ｂ、第１ヨーク５０２（第１ヨーク前部５０２
ａ，第１ヨーク後部５０２ｂ）によって磁気回路を形成
し、再生ギャップ５０６で検出した磁気記録媒体１００
（例えば、磁気テープ）からの信号磁束をＭＲ素子５０
４に導き、ここで電気信号に変換して再生出力を得る構
造となっている。尚、素子保護膜５０８は、第１ヨーク
５０２と第２ヨーク５０３との間、及び第２ヨーク５０
３の上部に形成されており、ＭＲ素子５０４及び各ヨー
ク５０２，５０３を保護している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＭＲ素子５
０４を用いたＭＲヘッドの再生出力は、ＭＲ素子５０４
の幅（図１５に矢印Ｗmrで示す。以下、ＭＲ幅とい
う。）に比例して増大する。また、ＭＲヘッドの再生出
力は、第２ヨーク前部５０３ａ及び第２ヨーク後部５０
３ｂとＭＲ素子５０４とが図中矢印Ｘで示す方向にオー
バーラップする幅（図１５に矢印Ｗsで示す。以下、オ
ーバーラップ幅という。）を広くすることによっても増
大する。従って、ＭＲヘッドの再生出力を増大させるた
めには、上記したＭＲ幅Ｗmr及びオーバーラップ幅Ｗs
を共に大きくする必要がある。
【００１０】しかしながら、従来のＭＲ素子５０４を用
いた場合、ＭＲ幅Ｗmrを大きくするとＭＲ素子５０４の
抵抗が増加し、ＭＲ素子５０４が発生する雑音が大きく
なり再生誤りを生じるという問題が生じる。この雑音の
問題を回避するためには、、ＭＲ素子５０４の幅は大き
くとも２０μm程度に制限する必要があるが、この構成
では所望する高出力を得ることが出来ないという問題が
あった。
【００１１】更に、従来のヨーク型ＭＲヘッドにおいて
雑音のない高い再生出力を得る為には、ＭＲ素子５０４
に流す電流（センス電流）が第２ヨーク前部５０３ａ及
び第２ヨーク後部５０３ｂに漏洩することを防止し、磁
気記録媒体１００から流入して来る磁束だけがＭＲ素子
５０４に供給される構成とする必要がある。このため、
従来のヨーク型ＭＲヘッドでは、第２ヨーク前部５０３
ａとＭＲ素子５０４との間、及び第２ヨーク後部５０３
ｂとＭＲ素子５０４との間に、絶縁層５０７（高比抵
抗、高透磁率材料）を形成した構成としている。
【００１２】しかしながら、この構成では、有効な絶縁
層５０７の材質選定が困難である上に、各ヨーク部５０
３ａ，５０３ｂとＭＲ素子５０４がオーバーラップする
微細な位置に絶縁層５０７を形成する必要があり、その
形成が困難であるという問題点が生じる。
【００１３】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、高出力の再生信号を生成しうる強磁性トンネル効
果型磁気ヘッドを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴
とするものである。
【００１５】請求項１記載の発明に係る強磁性トンネル
効果型磁気ヘッドは、ギャップを介して第１ヨーク前部
と第１ヨーク後部とに分断された第１ヨークと、該第１
ヨークと対抗するよう形成されており、磁気記録媒体と
の対向側の位置において、前記第１ヨーク前部との間に
再生ヘッドギャップを形成する第２ヨークと、少なくと
も１層以上の絶縁層を有すると共に該絶縁層を少なくと
も２層以上の磁性層で挟み込むように形成されており、
前記記録媒体が前記再生ヘッドギャップに摺接すること
により前記第１及び第２ヨークを介して印加される信号
磁界を磁電変換し、再生信号を生成するトンネル磁気抵
抗効果素子と、前記磁性層の積層方向の両端に該トンネ
ル磁気抵抗効果素子を挟むよう配設された一対の電極と
を具備してなり、前記第１ヨーク前部と前記第1ヨーク
後部のそれぞれの端面に直接接するよう前記トンネル磁
気抵抗効果素子を配設し、前記再生ヘッドギャップ、前
記第１ヨーク前部、前記トンネル磁気抵抗効果素子、前
記第１ヨーク後部、及び前記第２ヨークとの間で環状の
磁気回路を形成した構成としたことを特徴とするもので
ある。
【００１６】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の強磁性トンネル効果型磁気ヘッドにおいて、前記ト
ンネル磁気抵抗効果素子を構成する２層以上の磁性層の
内、前記磁気記録媒体からの前記信号磁界によって容易
に磁化方向を変化させる磁化自由層を、前記第１ヨーク
前部と前記第1ヨーク後部のそれぞれの端面に直接接す
るよう構成したことを特徴とするものである。
【００１７】また、請求項３記載の発明は、請求項１ま
たは請求項２記載の強磁性トンネル効果型磁気ヘッドに
おいて、前記トンネル磁気抵抗効果素子の磁気記録媒体
面に対し垂直方向の幅（ｈ）を、ヘッドの光学的な再生
トラック幅（Ｗｕ）の少なくとも１０倍以下（０＜ｈ≦
１０×Ｗｕ）としたことを特徴とするものである。
【００１８】また、請求項４記載の発明は、請求項１乃
至請求項３のいずれかに記載の強磁性トンネル効果型磁
気ヘッドにおいて、前記一対の電極間の電気的抵抗値
（Ｒ）が、50Ω以下（０＜Ｒ≦５０）となるよう構成し
たことを特徴とするものである。
【００１９】また、請求項５記載の発明に係る強磁性ト
ンネル効果型磁気ヘッドは、少なくとも１層以上の絶縁
層を有すると共に該絶縁層を少なくとも２層以上の磁性
層で挟み込むように形成されており、前記記録媒体から
印加される信号磁界を磁電変換し再生信号を生成するト
ンネル磁気抵抗効果素子と、前記磁性層の積層方向の両
端に該トンネル磁気抵抗効果素子を挟むよう配設された
一対の電極とを具備してなり、前記磁気記録媒体が前記
トンネル磁気抵抗効果素子に直接摺接することにより、
前記信号磁界を前記トンネル磁気抵抗効果素子に印加す
るよう構成したことを特徴とするものである。
【００２０】上記の各手段は、次のように作用する。
【００２１】請求項１記載の発明によれば、記録媒体に
記録されている信号磁界を磁電変換する素子としてトン
ネル磁気抵抗効果素子を用いている。トンネル磁気抵抗
効果素子は、磁気抵抗変化率が高いため、高記録密度で
あっても高い再生出力を得ることができる。このトンネ
ル磁気抵抗効果素子は、再生ヘッドギャップ、第１ヨー
ク前部、第１ヨーク後部、及び第２ヨークとの間で環状
の磁気回路を形成する。
【００２２】また、ＴＭＲ素子は第１ヨーク前部と第１
ヨーク後部のそれぞれ端面に直接接するよう配設されて
いる。これにより、磁気記録媒体から流入した信号磁界
が、第１のヨーク前部とＴＭＲ素子間、およびＴＭＲ素
子と第１ヨーク後部間において低下することを防止でき
るため、高い再生出力を得ることが可能となる。
【００２３】また、請求項２記載の発明では、トンネル
磁気抵抗効果素子を構成する２層以上の磁性層の内、磁
気記録媒体からの信号磁界によって容易に磁化方向を変
化させる磁化自由層を、第１ヨーク前部と第1ヨーク後
部のそれぞれの端面に直接接するよう構成されている。
よって、磁化自由層はトンネル磁気抵抗効果素子を構成
する絶縁層及び他の磁性層の影響を受けることなく、第
１ヨークを介して印加される信号磁界を直接的に磁化自
由層に印加することができる。これにより、磁化自由層
の磁化方向変化は、磁気記録媒体からの信号磁界の特性
に精度よく対応することとなり、再生特性の向上を図る
ことができる。
【００２４】また、請求項３及び請求項４記載の発明の
ように、トンネル磁気抵抗効果素子の磁気記録媒体面に
対し垂直方向の幅（ｈ）をヘッドの光学的な再生トラッ
ク幅（Ｗｕ）の少なくとも１０倍以下（０＜ｈ≦１０×
Ｗｕ）とすることにより、また一対の電極間の電気的抵
抗値（Ｒ）が50Ω以下（０≦Ｒ≦５０）となるよう構成
したことにより、確実に再生出力の向上を図ることがで
きる。
【００２５】また、請求項５記載の発明によれば、記録
媒体に記録されている信号磁界を磁電変換する素子とし
てトンネル磁気抵抗効果素子を用いている。トンネル磁
気抵抗効果素子は、磁気抵抗変化率が高いため、高記録
密度であっても高い再生出力を得ることができる。
【００２６】また、記磁気記録媒体がトンネル磁気抵抗
効果素子に直接摺接する構成とされているため、記磁気
記録媒体に記録されている信号磁界を直接トンネル磁気
抵抗効果素子に印加することができる。よって、信号磁
界の損失を最低限に抑えることができ、高い再生出力を
得ることが可能となる。
【００２７】更に、トンネル磁気抵抗効果素子は、磁性
層の積層方向の両端が一対の電極に挟まれた構成である
ため、この一対の電極はトンネル磁気抵抗効果素子を補
強する補強部材として機能する。このため、記磁気記録
媒体がトンネル磁気抵抗効果素子に直接摺接する構成と
しても、トンネル磁気抵抗効果素子が磨耗することを防
止することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面と共に説明する。
【００２９】図１及び図２は、本発明の第１実施例であ
る強磁性トンネル効果型磁気ヘッド（以下、ＴＭＲヘッ
ドと略称する）を示している。
【００３０】本実施例に係るＴＭＲヘッドは、磁気記録
媒体１００と摺接することにより、磁気記録媒体１００
に記録されている信号磁界を磁電変換することを特徴と
している。また、各ヨーク１０２，１０３を用いて磁気
記録媒体１００に記録されている信号磁界をＴＭＲ素子
１０４に印加する構成としていることを特徴とする。以
下、ＴＭＲヘッドを構成する各構成要素について詳述す
る。
【００３１】ＴＭＲヘッドは、大略すると基板１０１，
第１ヨーク１０２，第２ヨーク１０３，トンネル磁気抵
抗効果素子１０４（以下、ＴＭＲ素子と略称する），上
部電極１０５，及び下部引き出し電極１０９等により構
成された、いわゆるヨーク型の磁気ヘッドである。
【００３２】第１ヨーク１０２は、第１ヨーク前部１０
２ａと第１ヨーク後部１０２ｂとにより構成されてい
る。また、第２ヨーク１０３は、第２ヨーク前部１０３
ａと第２ヨーク後部１０３ｂとにより構成されている。
この第１ヨーク１０２及び第２ヨーク１０３は、ともに
強磁性材料により形成されている。
【００３３】また、 第１ヨーク前部１０２ａと第１ヨ
ーク後部１０２ｂは分離されており、その間にはギャッ
プが形成されている。ＴＭＲ素子１０４は、第１ヨーク
前部１０２ａと第１ヨーク後部１０２ｂとの間に形勢さ
れたギャップの形成位置の下部に配設されている。この
際、ＴＭＲ素子１０４は、第１ヨーク前部１０２ａ及び
第１ヨーク後部１０２ｂに磁気的に接続されるよう構成
されている。
【００３４】具体的には、第１ヨーク前部１０２ａの図
中右側端部の所定範囲はＴＭＲ素子１０４とオーバーラ
ップするよう構成されており、また第１ヨーク後部１０
２ｂの図中左側端部の所定範囲はＴＭＲ素子１０４とオ
ーバーラップするよう構成されている。これにより、Ｔ
ＭＲ素子１０４は、第１ヨーク前部１０２ａ及び第１ヨ
ーク後部１０２ｂと直接接した構成となっている。
【００３５】更に、第１ヨーク１０２の第１ヨーク後部
１０２ｂは、第２ヨーク１０３の第２ヨーク後部１０３
ｂと接合されることにより磁気的に接続されており、か
つ、第１ヨーク前部１０２ａと第２ヨーク前部１０３ａ
との間には再生ギャップ１０７（微細な間隙）が形成さ
れている。
【００３６】これにより、ＴＭＲヘッドは、第１ヨーク
１０２（第１ヨーク前部１０２ａ，第２ヨーク前部１０
３ａ）、ＴＭＲ素子１０４、第２ヨーク１０３（第２ヨ
ーク前部１０３ａ，第２ヨーク後部１０３ｂ）によって
磁気回路を形成する。そして、再生ギャップ１０７で検
出された磁気記録媒体１００（例えば、磁気テープ）か
らの信号磁束は、第１ヨーク前部１０２ａを介してＴＭ
Ｒ素子１０４に印加され、ここで信号磁束を磁電変換す
ることにより電気信号（再生信号）に変換する。 この
ように生成された再生信号は、上部引き出し電極１０８
及び下部引き出し電極１０９を介して外部に出力され
る。尚、素子保護膜１１０は、第１ヨーク１０２と第２
ヨーク１０３との間に形成された隙間１０６、及び第２
ヨーク１０３の上部に形成されており、ＴＭＲ素子１０
４、各ヨーク１０２，１０３、及び各引き出し電極１０
８，１０９を保護している。
【００３７】ここで、ＴＭＲ素子１０４の構造について
詳述する。
【００３８】ＴＭＲ素子１０４は、基板１０１上に少な
くとも１層以上の絶縁層を有し、その絶縁層を少なくと
も２層以上の磁性層で挟み込んだ構成とされている。本
実施例で用いているＴＭＲ素子１０４は、図３に示すよ
うに、１層の絶縁層２０３のみを有した構成とされてい
る。尚、図３は、図１及び図２におけるＸ１−Ｘ１線に
沿う断面図を示している。同図に示されるように、ＴＭ
Ｒ素子１０４は、基板１０１に形成された下部引き出し
電極１０９上に形成されている。このＴＭＲ素子１０４
は、第1磁性層２０２、絶縁層２０３、及び第２磁性層
２０４を図中下方より上方に向け順に積層した構造とさ
れている。
【００３９】この時、第1磁性層２０２と第２磁性層２
０４間にはトンネル電流以外の電流が流れる事の無いよ
う電気的絶縁状態となっている。このような絶縁状態を
達成する為には、絶縁層２０３の膜厚が１ｎｍから２ｎ
ｍ程度としなければならない。
【００４０】また、第1磁性層２０２は常に同一方向に
磁化されており、外部磁界の変動により磁化の方向が変
化する事の無い様な材料で形成する必要がある。この構
成とするため、第1磁性層２０２は、一方向に磁化され
た硬質磁性層のみで形成しても良いし、反強磁性膜と軟
磁性膜を積層しても良い。
【００４１】一方、第2磁性層２０４（磁化自由層）
は、外部磁界によって磁化の方向が瞬時に変化する材料
で形成されている。また、第２磁性層２０４の磁化変動
を安定に保つため、その両端には硬質磁性層によるバイ
アス磁界を印加させるべく、ハードバイアス膜２１１が
形成されている。
【００４２】但し、本実施例では、ハードバイアス膜２
１１をＣｏＰｔなどの導電性を有する磁性材料で形成し
ているため、第1磁性層２０２と第２磁性層２０４とが
導通しないよう、ＴＭＲ素子１０４（第1磁性層２０
２、絶縁層２０３、第2磁性層２０４）の両端部をあら
かじめ絶縁膜２１２で保護した後、ハードバイアス膜２
１１を形成した構成としている。
【００４３】第1ヨーク１０２を構成する第1ヨーク前部
１０２ａ及び第1ヨーク後部１０２ｂは、前記したよう
にＴＭＲ素子１０４と接触することにより、磁気的に接
続されるよう構成されている。この際，第１ヨーク１０
２は、ＴＭＲ素子１０４を構成する各層の内、第２磁性
層２０４（磁化自由層）と接触するように形成されてい
る。即ち、第２磁性層２０４は、第１ヨーク前部１０２
ａと第１ヨーク後部１０２ｂのそれぞれの端面に直接接
するよう構成されている。この構成とすることにより、
第２磁性層２０４は、磁気記録媒体１００の信号磁界を
直接的に印加される構成となる。
【００４４】具体的には、磁気記録媒体１００の信号磁
界は、まず第１ヨーク１０２（第１ヨーク前部１０２
ａ）に導入され、この第１ヨーク１０２を介してＴＭＲ
素子１０４に印加される。この際、本実施例の構成によ
れば、磁気記録媒体１００からの信号磁界は、ＴＭＲ素
子１０４の各層２０２〜２０４の内、第２磁性層２０４
に最も先に印加されることとなる。
【００４５】よって、第２磁性層２０４は、ＴＭＲ素子
１０４を構成する絶縁層２０３及び他の磁性層２０２の
影響を受けることなく、その磁化方向変化は磁気記録媒
体１００から第１ヨーク１０２を介して印加される信号
磁界の特性に精度よく対応したものとなる。よって、本
実施例の構成によれば、ＴＭＲヘッドの再生特性を向上
させることができる。
【００４６】上記構成とされたＴＭＲ素子１０４の上部
には、上部電極１０５が形成されている。上部引き出し
電極１０８は、この上部電極１０５と接続するよう形成
されている。この時、上部引き出し電極１０８と下部引
き出し電極１０９間の抵抗値は、５０Ω以下となるよう
構成されている（これについては、後述する）。
【００４７】図４及び図５は、図３に示したＴＭＲヘッ
ドの変形例を示している。
【００４８】図４に示すＴＭＲヘッドは、図３に示した
ＴＭＲヘッドと同様に、第１磁性層３０２，絶縁層３０
３，第２磁性層３０４を順次積層した構成のＴＭＲ素子
１０４Ａを有している。しかしながら、本変形例では、
ハードバイアス膜３１２として、高比抵抗を示すCｏ−
Ｆｅ2−Ｏ4又はＢａ−Ｆｅ12−Ｏ19などの磁性材料を用
いたことを特徴としている。
【００４９】本変形例のように、ハードバイアス膜３１
２として高比抵抗材料を用いることにより、図３に示し
た構成では必要とされた絶縁膜２１２を不要とすること
ができる。従って、本変形例の構成によれば、ＴＭＲヘ
ッドの構成を簡単化することができる。
【００５０】一方、図５に示すＴＭＲヘッドも、図３に
示したＴＭＲヘッドと同様に、第１磁性層４０２，絶縁
層４０３，第２磁性層４０４を順次積層した構成のＴＭ
Ｒ素子１０４Ｂを有している。しかしながら、本変形例
に係るＴＭＲヘッドは、下部引き出し電極４０１として
ＣｏＰｔなどの導電性を有する磁性材料を用いる事によ
り、下部引き出し電極４０１にハードバイアス膜の働き
をも持たせた構成としたことを特徴としている。
【００５１】従って、本変形例に係るＴＭＲヘッドで
は、ハードバイアス膜兼下部引き出し電極４０１から漏
洩する磁界により、第２磁性層４０４にバイアスを印加
する構成となる。この構成とすることにより、図３及び
図４に示したＴＭＲヘッドで必要となるハードバイアス
膜２１１，３１２及び絶縁膜２１２を不要とすることが
でき、ＴＭＲヘッドの構成を更に簡単化することができ
る。
【００５２】次に、図１乃至図３に示した本実施例に係
るＴＭＲヘッドの再生原理について説明する。
【００５３】本実施例に係るＴＭＲヘッドは、磁気記録
媒体１００に対して相対的に摺動することにより、再生
処理を行う構成とされている。デジタル信号などの情報
が磁気記録された磁気記録媒体１００がＴＭＲヘッドに
対し相対的に摺動すると、磁気記録媒体１００に磁気記
録された漏洩磁界（信号磁界）が再生ヘッドギャップ１
０７を介して第1ヨーク前部１０２ａに流入する。
【００５４】第1ヨーク前部１０２ａへ流入した信号磁
界は、第1ヨーク前部１０２ａと第1ヨーク後部１０２ｂ
を橋渡しするように配設されたＴＭＲ素子１０４の第２
磁性層２０４へ印加される。これにより第２磁性層２０
４は、信号磁界に対応した方向に磁化される。
【００５５】続いて、ＴＭＲ素子１０４に流入した信号
磁界は第２ヨーク後部１０３ｂへ流れ、第２ヨーク１０
３（第２ヨーク前部１０３ａ，第２ヨーク後部１０３
ｂ）を通り磁気記録媒体１００へ戻り、これによりＴＭ
Ｒヘッド内に環状の磁気回路が形成される。この時、Ｔ
ＭＲ素子１０４の第１磁性層２０２の磁化方向と、第２
磁性層２０４の磁化の向きとの相対角度により、ＴＭＲ
素子１０４の抵抗値が変化する。
【００５６】前記したように、ＴＭＲ素子１０４の上面
には上部電極１０５が配設されており、この上部電極１
０５には上部引き出し電極１０８が接続されている。ま
た、ＴＭＲ素子１０４下面には、下部引き出し電極１０
９が接続されている。よって、上部引き出し電極１０８
と下部引き出し電極１０９間に電流を流し、電極間に発
生する電圧変化を参照する事により、磁気記録媒体１０
０に記録されたデジタル信号等の情報を検出することが
できる。
【００５７】この際、本実施例では、上記のように磁気
記録媒体１００に記録されている信号磁界を磁電変換す
る素子としてＴＭＲ素子１０４を用いている。ＴＭＲ素
子１０４は、高記録密度であっても高い再生出力を得る
ことができる。また、ＴＭＲ素子１０４は第１ヨーク前
部１０２ａと第１ヨーク後部１０２ｂのそれぞれ端面に
直接接するよう配設されている。これにより、磁気記録
媒体から流入した信号磁界が、第１のヨーク前部１０２
ａとＴＭＲ素子１０４との間、およびＴＭＲ素子１０４
と第１ヨーク後部１０２ｂとの間において低下すること
を防止できるため、高い再生出力を得ることが可能とな
る。
【００５８】ところで、本実施例で用いているＴＭＲ素
子１０４の抵抗値は、ＴＭＲ素子１０４の素子サイズと
関係を有している。また、ＴＭＲ素子１０４の抵抗値が
大きいと、熱的なレベルも大きくなるため、見かけ上の
再生出力が低下することが考えられる。
【００５９】このため、本実施例では、ＴＭＲ素子１０
４の抵抗値が５０Ω以下となるよう、ＴＭＲ素子１０４
の素子サイズが設定されている。ここで、ＴＭＲ素子１
０４の抵抗値を５０Ω以下としたのは、熱雑音を抑える
ためである。図６にＴＭＲ素子１０４の比抵抗を１０Ｋ
Ωμｍ２とした場合のＴＭＲ素子１０４の素子の幅Ｗmr
と素子の高さｈとの関係からＴＭＲ素子１０４の抵抗値
が５０Ω以下となる領域を示す。ＭＲ再生アンプのノイ
ズレベルは最高でも-180dBV／√Hz程度であり、このレ
ベルを超えない為には、ＴＭＲ素子１０４の抵抗値を５
０Ω以下にする必要がある。従って、ＴＭＲ素子１０４
の比抵抗を約１０ＫΩμｍ２とした場合、図８に示すよ
うにＴＭＲ素子１０４の素子の幅Ｗmrと素子の高さｈ
は、Ｒ≦５０Ωとなるような範囲に設定する必要があ
る。
【００６０】また、ＴＭＲ素子１０４の素子サイズを決
定する際には、高出力のＴＭＲヘッドを実現するための
考慮も必要である。図７は、横軸にＷS（第1ヨーク前部
１０２ａがＴＭＲ素子１０４に接続される幅）とＷ
ｕ（光学的再生トラック幅）との比を取り、縦軸にヘッ
ド効率を取った図である。
【００６１】ここで、横軸をＷS／Ｗｕにしたのは、こ
の比率（ＷS／Ｗｕ）によるヘッド効率を確認するため
である。また、図中にある式ｈ＝α・ＷSは、ＴＭＲ素
子１０４の磁気記録媒体１００の摺接面に対し垂直方向
の幅（図２に矢印ｈで示す）と、光学的再生トラック幅
Ｗｕとの関係を、ある係数αにより規制し、ヘッド効率
との関連性を持たせるための式である。
【００６２】上記の各事項に基づき図７を考察すると、
同図には係数αを０．２５〜１０まで変化させた場合の
論理的ヘッド効率が示されている。例えば、係数がα＝
０．２５であつた場合、ＷS／Ｗｕ＝２５付近でピーク
があり、最大ヘッド効率として約０．４が得られる。ま
た、係数がα＝１０であつた場合、ＷS／Ｗｕ＝１３０
付近でピークがあり、最大ヘッド効率として約０．０８
が得られる。即ち、係数αが大きくなるほど、ヘッド効
率は低下する特性を有している。
【００６３】磁気記録媒体１００に高密度に記録された
信号磁界を実用に足る再生特性を有して再生処理を行う
には、ヘッド効率は少なくとも０．０５以上は必要とな
る。よって、これを満足させるためには、図７より係数
はα≦１０である必要がある。また、前記したように、
式ｈ＝α・ＷSはα＝ｈ／ＷSと書き換えられる。このた
め、「係数はα≦１０である必要がある」という条件
は、「ＴＭＲ素子１０４の磁気記録媒体１００の摺接面
に対し垂直方向の幅ｈは、光学的再生トラック幅ＷSの
１０倍以下である」と換言することができる。
【００６４】即ち、ＴＭＲ素子１０４の磁気記録媒体１
００の摺接面に対し垂直方向の幅ｈは、光学的再生トラ
ック幅ＷSの１０倍以下となるよう、ＴＭＲ素子１０４
の素子サイズを選定することにより、高密度に記録され
た信号磁界に対し確実に再生出力を得ることができる。
これらの条件を考慮して、本実施例では絶縁層２０３の
膜厚を２ｎｍ、Ｗu＝５μｍ、Ｗmr＝５０μm、Ｗs＝４
８μm、ｈ＝４μmとしている。
【００６５】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。
【００６６】図８乃至図１０は、本発明の第２実施例で
あるＴＭＲヘッドを示している。先に、図１乃至図３を
用いて説明した第１実施例に係るＴＭＲヘッドは、第１
及び第２ヨーク１０２，１０３を用いて磁気記録媒体１
００の信号磁界をＴＭＲ素子１０４に導く、いわゆるヨ
ーク型の磁気ヘッド構造を有していた。
【００６７】これに対して本実施例に係るＴＭＲヘッド
は、ヨーク１０２，１０３を用いることなく、ＴＭＲ素
子６０４を直接的に磁気記録媒体１００に摺接させる、
いわゆるシールド型の磁気ヘッド構造であることを特徴
とするものである。
【００６８】本実施例に係るＴＭＲヘッドは、大略する
と基板１０１，下部磁気シールド膜６０１，上部磁気シ
ールド膜６０２，ＴＭＲ素子６０４，上部電極６０５，
及び下部電極６０６等により構成されている。
【００６９】基板１０１は、第１実施例と同様に非磁性
又は磁性基板である。この基板１０１の上部には、下部
磁気シールド膜６０１，下部絶縁膜６０３a，下部電極
６０６，ＴＭＲ素子６０４，上部電極６０５，上部絶縁
層６０３ｂ，上部磁気シールド膜６０２が順次形成され
ている。よって、ＴＭＲ素子６０４は、上部電極６０５
と下部電極６０６との間に挟まれた構成となっている。
更に、上部磁気シールド膜６０２及び上部電極６０５の
上部、及び各電極６０５，６０６の離間部分には、非磁
性材料よりなる素子保護膜６０７が配設されている。
【００７０】また、本実施例に係るＴＭＲヘッドは、Ｔ
ＭＲ素子６０４が磁気記録媒体１００との摺接面６１０
に露出するよう構成されている。よって、ＴＭＲヘッド
が磁気記録媒体１００と摺接した際、磁気記録媒体１０
０に記録されている信号磁界は直接ＴＭＲ素子６０４に
印加される。よって、本実施例の構成によれば、第１実
施例の構成では必然的に発生するヨーク１０２，１０３
で発生する信号磁界の損失を低減でき、より高い再生出
力を得ることが可能となる。
【００７１】また、図８及び図１０に示されるように、
本実施例に係るＴＭＲヘッドは、ＴＭＲ素子６０４が一
対の電極６０５，６０６に挟持された構成となってい
る。このため、磁気記録媒体１００がＴＭＲ素子６０４
に直接摺接する構成としても、ＴＭＲ素子６０４が磨耗
することを防止することができる。
【００７２】尚、本実施例では採用していないが、磁気
記録媒体１００とＴＭＲヘッドとの摺接性を向上させる
ため、摺接面６１０を鏡面加工すると共に、その形状を
湾曲した形状としてもよい。
【００７３】ところで、本実施例に係るＴＭＲヘッドの
場合、再生ギャップ長は上部磁気シールド６０２と下部
磁気シールド６０１との離間距離となる。しかるに、本
実施例に係るＴＭＲヘッドは、上下電極６０５、６０６
がＴＭＲ素子６０４の上下全面を覆う為、再生ギャップ
長は図１０に示されるように、下部絶縁層６０３a、下
部電極６０６、ＴＭＲ素子６０４、上部電極６０５、上
部絶縁層６０３bの厚さの和になり、再生ギャップ長が
広くなってしまい高密度記録に対応できないおそれがあ
る。
【００７４】図１１は、図８乃至図１０を用いて説明し
た第２実施例に係るＴＭＲヘッドの第１変形例であるＴ
ＭＲヘッドを示している。
【００７５】本変形例に係るＴＭＲヘッドは、上記した
再生ギャップ長が広くなるという問題点を改善すること
を目的としたものである。本変形例に係るＴＭＲヘッド
は、ＴＭＲ素子７０４の上下に配設される上下電極７０
５、７０６をＴＭＲ素子７０４の後方に配置したことを
特徴とするものである。上下電極７０５、７０６とＴＭ
Ｒ素子７０４は、ＴＭＲ素子７０４の後方端部において
接触させる構成としている。この構成とすることによ
り、上下電極７０５、７０６を磁気記録媒体１００と摺
動する摺接面７１０から現れないようにすることができ
る。
【００７６】よって、本変形例の構成によれば、比較的
膜厚の厚い上下電極７０５、７０６は磁気記録媒体１０
０と摺接する摺接面７１０に露出しない構成となる。こ
のため、再生ギャップ長は下部絶縁層７０３ａ，ＴＭＲ
素子７０４，及び上部絶縁層７０３ｂの和となり、よっ
て図１０に示したＴＭＲヘッドよりも狭ギャップ化を図
ることができる。
【００７７】また、図１２は、第２実施例に係るＴＭＲ
ヘッドの第２変形例を示している。また、図１３は、第
２実施例に係るＴＭＲヘッドの第３変形例を示してい
る。この各変形例に係るＴＭＲヘッドは、ともに上下の
磁気シールド膜を上下電極として兼用した構成としたこ
とを特徴としている。
【００７８】図１２に示す第２変形例に係るＴＭＲヘッ
ドは、下部磁気シールド膜（下部電極）８０１上に、第
1磁性層８０３，絶縁層８０４，第2磁性層８０５，及び
再生ギャップ長調整膜８０６が順次形成された構成とさ
れている。再生ギャップ長調整膜８０６は、再生ギャッ
プ長を狭くする観点より非磁性材料を用いる必要があ
り、また電極とし機能させる観点より導電性を有した材
料を用いる必要がある。また、ＴＭＲ素子を構成する第
1磁性層８０３と第2磁性層８０５は、完全に絶縁されて
いる必要がある。しかるに、ハードバイアス膜８０８を
ＣｏＰｔ等の導電性の材料で形成した場合、このハード
バイアス膜８０８を第1磁性層８０３と第2磁性層８０５
の両端に直接形成すると、各磁性層８０３，８０５は導
通してしまう。
【００７９】このため、本実施例では、あらかじめ絶縁
膜８０７を第1磁性層８０３と第2磁性層８０５の端部、
及びハードバイアス膜８０８の下面に形成した構成とし
ている。この際、絶縁膜８０７は、ハードバイアス膜８
０８の効果を妨げないよう極力薄く且つ絶縁効果がある
ように形成する必要がある。
【００８０】また、図１３に示す第３変形例に係るＴＭ
Ｒヘッドは、ハードバイアス膜９０７の材料として、強
磁性であるが電気的に絶縁体であるという特性を有した
材料（例えばCｏ−Ｆｅ2−Ｏ4又はＢａ−Ｆｅ12−Ｏ19
等）を使用したことを特徴とするものである。これらの
材料をハードバイアス膜９０７に用いた場合、第1磁性
層９０３と第２磁性層９０５を絶縁膜等で覆う必要がな
くなり、ＴＭＲヘッドの製造工程の簡素化を図ることが
できる。
【００８１】更に、前記した 図１０及び図１１に示し
たＴＭＲヘッドでは、上下磁気シールド間に電極もしく
は絶縁膜が配設された構成であり、狭ギャップ化が困難
であったが、図１２及び図１３に示したＴＭＲヘッドの
ように、上下磁気シールド膜を上下電極と兼用したこと
により、再生ギャップ長調整膜８０６，９０６の膜厚を
変える事により再生ギャップ長を任意の長さに調整する
ことが可能となる。
【００８２】また、本発明の薄膜磁気ヘッドは、シール
ド型磁気抵抗効果ヘッドにも転用する事が可能であり、
磁気記録媒体からヨークを介さずに直接磁束をＴＭＲ素
子に取り込むことから、ヨーク型よりも更にヘッド効率
が向上し、再生出力が大きくなる。ＴＭＲ素子の膜構成
によっては、狭ギャップ化も比較的容易にできるという
利点を有している。
【００８３】尚、上記した各実施例に係るＴＭＲヘッド
は、再生専用ヘッドとして形成しているが、図１におい
て第1ヨーク１０２と第２ヨーク１０３間の隙間１０６
の部分にコイルを形成することにより、記録再生のどち
らも可能な薄膜磁気ヘッドを形成する事ができる。ま
た、シールド型磁気抵抗効果ヘッドの場合でも、例えば
図８の上部磁気シールド膜６０２を記録ヘッドの下部磁
極として兼用し、その上部に薄膜記録ヘッドを構成する
事で、記録再生ヘッドとする事が可能である。
【００８４】
【発明の効果】上述の如く本発明によれば、次に述べる
種々の効果を実現することができる。請求項１記載の発
明によれば、記録媒体に記録されている信号磁界を磁電
変換する素子として磁気抵抗変化率の大きいＴＭＲ素子
を用いているため、高記録密度であっても高い再生出力
を得ることができる。
【００８５】また、ＴＭＲ素子は第１ヨーク前部と第１
ヨーク後部のそれぞれ端面に直接接するよう配設されて
いる。これにより、磁気記録媒体から流入した信号磁界
が、第１のヨーク前部とＴＭＲ素子間、およびＴＭＲ素
子と第１ヨーク後部間において低下することを防止でき
るため、高い再生出力を得ることが可能となる。
【００８６】また、請求項２記載の発明によれば、磁化
自由層はＴＭＲ素子を構成する絶縁層及び他の磁性層の
影響を受けることなく、第１ヨークを介して印加される
信号磁界を直接的に磁化自由層に印加することができる
ため、磁化自由層の磁化方向変化は磁気記録媒体からの
信号磁界の特性に精度よく対応し、よって再生特性の向
上を図ることができる。
【００８７】また、請求項３及び請求項４記載の発明に
よれば、より確実に再生出力の向上を図ることができ
る。
【００８８】また、請求項５記載の発明によれば、磁気
抵抗変化率の大きなＴＭＲ素子を用いているため、高記
録密度であっても高い再生出力を得ることができる。
【００８９】また、記磁気記録媒体がＴＭＲ素子に直接
摺接する構成とされているため、記磁気記録媒体に記録
されている信号磁界を直接ＴＭＲ素子に印加することが
でき、よって信号磁界の損失を最低限に抑えることがで
きるため高い再生出力を得ることが可能となる。
【００９０】更に、ＴＭＲ素子は、磁性層の積層方向の
両端が一対の電極に挟まれた構成であるため、この一対
の電極はＴＭＲ素子を補強する補強部材として機能し、
よって記磁気記録媒体がＴＭＲ素子に直接摺接する構成
としてもＴＭＲ素子が磨耗することを防止することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例であるＴＭＲヘッド（強磁
性トンネル効果型磁気ヘッド）の縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施例であるＴＭＲヘッドの平面
図である。
【図３】本発明の第１実施例であるＴＭＲヘッドのＴＭ
Ｒ素子を拡大して示す横断面図である。
【図４】本発明の第１実施例であるＴＭＲヘッドの第１
変形例を示す横断面図である。
【図５】本発明の第１実施例であるＴＭＲヘッドの第２
変形例を示す横断面図である。
【図６】ＴＭＲ素子サイズによる抵抗値の変化を示す図
である。
【図７】ＴＭＲ素子サイズによるヘッド効率の変化を示
す図である。
【図８】本発明の第２実施例であるＴＭＲヘッドの縦断
面図である。
【図９】本発明の第２実施例であるＴＭＲヘッドの平面
図である。
【図１０】本発明の第２実施例であるＴＭＲヘッドの斜
視図である。
【図１１】本発明の第２実施例であるＴＭＲヘッドの第
１変形例を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第２実施例であるＴＭＲヘッドの第
２変形例を示す横断面図である。
【図１３】本発明の第２実施例であるＴＭＲヘッドの第
３変形例を示す横断面図である。
【図１４】従来の一例であるＭＲヘッドの縦断面図であ
る。
【図１５】従来の一例であるＭＲヘッドの平面図であ
る。
【符号の説明】
１００ 磁気記録媒体 １０１ 基板 １０２ 第１ヨーク １０２ａ 第1ヨーク前部 １０２ｂ 第1ヨーク後部 １０３ 第２ヨーク １０３ａ 第２ヨーク前部 １０３ｂ 第２ヨーク後部 １０４，６０４，７０４ ＴＭＲ素子 １０５，６０５，７０５ 上部電極 １０６ 隙間 １０７ 再生ギャップ １０８ 上部引き出し電極 １０９ 下部引き出し電極 １１０，６０７，７０７ 素子保護膜 ２０２，３０２，４０２，８０３，９０３ 第１磁性層 ２０３，３０３，４０３，８０４，９０４ 絶縁層 ２０４，３０４，４０４，８０５，９０５ 第２磁性層 ２１１，３１２，８０８ ハードバイアス膜 ２１２，８０７ 絶縁膜 ４０１ ハードバイアス兼下部引き出し電極 ６０１，７０１，８０１ 下部磁気シールド膜 ６０２，７０２，８０２ 上部磁気シールド膜 ６０３ａ，７０３ａ 下部絶縁層 ６０３ｂ，７０３ｂ 上部絶縁層 ６０６，７０６ 下部電極 ８０６，９０６ 再生ギャップ長調整膜 ９０１ 下部磁気シールド兼下部電極 ９０２ 上部磁気シールド兼上部電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 直人 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 武藤 一利 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 上原 年博 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 近藤 守央 神奈川県厚木市酒井1601 ミツミ電機株式 会社厚木事業所内 (72)発明者 長谷川 典夫 神奈川県厚木市酒井1601 ミツミ電機株式 会社厚木事業所内 (72)発明者 氏家 裕幸 神奈川県厚木市酒井1601 ミツミ電機株式 会社厚木事業所内 (72)発明者 中村 明 神奈川県厚木市酒井1601 ミツミ電機株式 会社厚木事業所内 Ｆターム(参考） 5D034 AA02 BA03 BA08 BA15 BA18 BB01 CA01

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ギャップを介して第１ヨーク前部と第１
    ヨーク後部とに分断された第１ヨークと、 該第１ヨークと対抗するよう形成されており、磁気記録
    媒体との対向側の位置において、前記第１ヨーク前部と
    の間に再生ヘッドギャップを形成する第２ヨークと、 少なくとも１層以上の絶縁層を有すると共に該絶縁層を
    少なくとも２層以上の磁性層で挟み込むように形成され
    ており、前記記録媒体が前記再生ヘッドギャップに摺接
    することにより前記第１及び第２ヨークを介して印加さ
    れる信号磁界を磁電変換し、再生信号を生成するトンネ
    ル磁気抵抗効果素子と、 前記磁性層の積層方向の両端に該トンネル磁気抵抗効果
    素子を挟むよう配設された一対の電極とを具備してな
    り、 前記第１ヨーク前部と前記第1ヨーク後部のそれぞれの
    端面に直接接するよう前記トンネル磁気抵抗効果素子を
    配設し、 前記再生ヘッドギャップ、前記第１ヨーク前部、前記ト
    ンネル磁気抵抗効果素子、前記第１ヨーク後部、及び前
    記第２ヨークとの間で環状の磁気回路を形成した構成と
    したことを特徴とする強磁性トンネル効果型磁気ヘッ
    ド。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の強磁性トンネル効果型磁
    気ヘッドにおいて、 前記トンネル磁気抵抗効果素子を構成する２層以上の磁
    性層の内、前記磁気記録媒体からの前記信号磁界によっ
    て容易に磁化方向を変化させる磁化自由層を、前記第１
    ヨーク前部と前記第1ヨーク後部のそれぞれの端面に直
    接接するよう構成したことを特徴とする強磁性トンネル
    効果型磁気ヘッド。
  3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載の強磁性ト
    ンネル効果型磁気ヘッドにおいて、 前記トンネル磁気抵抗効果素子の磁気記録媒体面に対し
    垂直方向の幅（ｈ）を、ヘッドの光学的な再生トラック
    幅（Ｗｕ）の少なくとも１０倍以下（０＜ｈ≦１０×Ｗ
    ｕ）としたことを特徴とする強磁性トンネル効果型磁気
    ヘッド。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
    の強磁性トンネル効果型磁気ヘッドにおいて、 前記一対の電極間の電気的抵抗値（Ｒ）が、50Ω以下
    （０＜Ｒ≦５０）となるよう構成したことを特徴とする
    強磁性トンネル効果型磁気ヘッド。
  5. 【請求項５】 少なくとも１層以上の絶縁層を有すると
    共に該絶縁層を少なくとも２層以上の磁性層で挟み込む
    ように形成されており、前記記録媒体から印加される信
    号磁界を磁電変換し再生信号を生成するトンネル磁気抵
    抗効果素子と、 前記磁性層の積層方向の両端に該トンネル磁気抵抗効果
    素子を挟むよう配設された一対の電極とを具備してな
    り、 前記磁気記録媒体が前記トンネル磁気抵抗効果素子に直
    接摺接することにより、前記信号磁界を前記トンネル磁
    気抵抗効果素子に印加するよう構成したことを特徴とす
    る強磁性トンネル効果型磁気ヘッド。
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