JP3528511B2 - 薄膜磁気ヘッド - Google Patents
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Description
果)ヘッド部を有する薄膜磁気ヘッドに関するものであ
る。
ヘッド(以下MRヘッドという)部を有する薄膜磁気ヘ
ッドの開発が進められている。これらは図4に示すよう
に記録ヘッド部分は巻線部1に電流を流して発生する磁
界をヘッドコア2、3に集束して非磁性絶縁膜より成る
記録ギャップ部4からの漏れ磁界により媒体への記録を
行ういわゆるインダクティブ型の記録ヘッドとなってい
る。再生ヘッド部分は媒体からの信号磁界によりMR素
子部5の抵抗が変化することより記録された信号の読み
出しを行う磁気抵抗効果型ヘッドとなっている。
性膜より成る上部シ−ルド3(記録ヘッドコア3と兼
用)と下部シ−ルド6の間のシ−ルドギャップ7中に、
絶縁膜8により上部、下部シ−ルドと絶縁されて配置さ
れている。シ−ルドギャップ長は再生すべき最短信号波
長と同等もしくはそれ以下にする必要があるため、高密
度記録の進展とともに絶縁膜8とMR素子5の素子厚に
限界が生じ、将来は100nmより狭いシ−ルドギャップの
ヘッドが必要となる。この時50nm以下の膜厚で絶縁性が
良好な絶縁膜を成膜するのはかなり困難となり、これが
高密度記録達成の障害となる可能性がある。又この構造
の問題として絶縁膜を介してMR素子部があり、ヘッド
再生動作時にMR素子部のチャ−ジアップや絶縁膜の絶
縁破壊が問題となっていおり、絶縁膜が薄い超高密度ヘ
ッドほどこの問題が深刻なものとなる。
部及び下部シ−ルド3、6を導体10により接続して図
4のリ−ド部9の機能を上部及び下部シ−ルド3、6で
兼用する構造が提案されている(日本特願平8−345
57)。この場合、導体部10は20nm程度あるいはそれ
以下の膜厚も可能で超薄膜化は容易である。この構造で
はシ−ルド部とMR素子部の間の超薄絶縁膜を必要とせ
ず、上記の超狭ギャップ化における絶縁膜の問題は無く
なる。特にMR素子部にGMR(巨大磁気抵抗効果)を
示す人工格子膜を用いた場合は、電流方向が膜面に垂直
方向の方が面内方向より大きなMR変化率を示すためこ
の構造が有効である。更にGMR素子部の非磁性層が絶
縁膜でトンネル型の場合、素子全体の膜面垂直方向の抵
抗が高くなりこの構造がより有効となる。なおこの場合
はMR素子部全体が比較的薄膜化できるため、図4の絶
縁膜部8も比較的厚く出来るため、必ずしも上部及び下
部シ−ルドと図3で示した導体10で接続する必要はな
くシ−ルド部とリ−ド部の間に絶縁膜を設けて隔離して
も良い。
記トンネル型GMR膜を用いた薄膜ヘッドの一例であ
る。図においてSは磁気ディスク等の磁気記録媒体に面
する磁気ヘッドの表面であり、L1、L2は上述したM
R素子のリ−ド部で、反強磁性層のAF、反強磁性層で
ピンニングされた磁性層M1、非磁性絶縁層Tによりこ
れと隔離されて自由に磁化回転が可能な軟磁性膜M2よ
り構成されたMR素子部に接続されている。
素子部の場合は以下のような問題が発生する。即ち図2
において磁性層M1、M2と絶縁層Tはヘッド表面に出
ているため、磁気ディスクとコンタクトした場合、通常
は磁性層M1とM2は金属膜であるため、フロ−してお
互いに接触し一部ショ−ト状態となるため、Tを介した
トンネル効果による磁気抵抗効果が阻害され素子本来の
特性が得られなくなる。更に通常この絶縁層Tはトンネ
ル効果を示すには数nm以下の超薄膜である必要があるた
め、両端にチャ−ジアップした場合、絶縁破壊を生じや
すく素子自体が破壊される問題がある。
ヘッドは図1に示した様に、基本的には磁性層M1(及
び反強磁性層AF)が磁気ヘッド表面に出ていない構成
とすることを特徴とするもので、磁性層M2にフロ−が
生じても、図の絶縁層Tあるいは絶縁膜Iに接触するだ
けで、磁性層M1とM2がショ−トしない構造とするも
のである。ここで検知すべき信号磁界により磁化回転を
する軟磁性層M2がヘッド表面近傍にあることが重要
で、その理由は磁気記録媒体からの信号磁界をなるべく
ヘッド表面より検知しないと感度と出力が低下してしま
うためである。図のリ−ドL2や絶縁層Tもヘッド表面
に出ない点線の位置までのものであっても良い。なおM
1が硬質磁性膜のように磁化回転し難い磁性膜であれ
ば、MR素子部の反強磁性層AFは必ずしも必要ではな
い。又図のリ−ドL1,L2は図3に示したように直接
金属シ−ルド膜部に接合されても良いし、絶縁膜でシ−
ルド膜部と絶縁されても良い。チャ−ジアップ対策とし
ては前者が有効である。
界の方向が磁界により磁化回転して磁気抵抗効果を示す
軟磁性膜M2の磁化容易軸とほぼ直交しており、かつ磁
性膜M1の磁化容易軸と直交していることが線形性が良
くノイズの少ない出力を得るためには望ましい。
ギャップ長の極めて狭いMR再生ヘッドを構成すること
が可能であり、これにより超高密度磁気記録用薄膜磁気
ヘッドを実現可能とするものである。
子部に用いるのに適したGMRを示す人工格子膜として
は以下のものがある。
と軟磁性層、更に両磁性膜の間の磁気的な結合を弱める
べく両磁性層間に設けられた非磁性絶縁層より成り、検
知すべき磁界方向が前記硬質磁性膜の磁化容易軸方向と
なるように構成されているもの。このGMR膜において
は軟磁性層のみが信号磁界により磁化回転し、硬質磁性
層は磁化反転せず軟磁性層と硬質磁性層の磁化方向のな
す角度に応じて抵抗が変化する。
性膜、及び軟磁性層、更に両磁性層間の磁気的な結合を
弱めるべく両磁性層間に設けられた非磁性絶縁層2より
成り、検知すべき磁界方向が上記反強磁性層と磁気的に
結合した磁性膜の磁化容易軸方向となるように構成され
ているもの。このGMR膜においては信号磁界により軟
磁性層のみが磁化回転し、反強磁性層と磁気的に結合し
た磁性膜層は磁化反転せず、このピンニングされた磁性
層と軟磁性層の磁化方向のなす角度に応じて抵抗変化が
生じる。
いためMR素子部の膜厚が薄くできるのが特徴である。
Bのタイプは反強磁性層でピンニングされた磁性層を用
いるため、Aタイプのように角形の良好な硬質磁性層を
必要とせず、磁性層の選択が広いのが特徴である。
性層の少なくとも一方の界面に厚さ0.1nm以上のCoを主
成分とする界面磁性層を挿入すると界面でのスピン散乱
が高揚されより大きなMR変化を膜は示すようになる。
軟磁性層と非磁性層の間に挿入する場合は界面磁性層の
厚さが1.5nm以上と軟磁性層の軟磁気特性が劣化するの
で、その層厚は0.1〜1.5nmとすることが望ましい。
合は上記MR素子部を絶縁膜を介してシ−ルドギャップ
内に設けても良いし、ゆとりの無い場合は上記MR素子
と金属シル−ド膜部を非磁性導体膜を介して接合しても
良い。
はNiXCoYFeZを主成分とし、原子組成比でXは0.6〜0.9、
Yは0〜0.4、Zは0〜0.3であるものを用いると感度が良い
MR素子が得られる。
子組成比でX'は0〜0.4、Y'は0.2〜0.95、Zは0〜0.5であ
るものを用いると比較的大きなMR変化率を示すMR素
子が得られる。
eB等を用いると薄い膜厚で軟磁性を示し、かつGMR特
性を示すMR素子が得られる。CoNbZrを用いると大きな
MR比は得られないが界面磁性膜を付けることによりM
R比は増加し全体としても良好な軟磁気特性を示す。又
上記NiFeCo系軟磁性層と積層した構造としても良い。
が得られるものが良く、Alの酸化物薄膜がその一例であ
る。
するものを用いると大きなMR変化率が得られる。硬質
磁性層の角型比(=残留磁化/飽和磁化)が0.7以上で
あることをが望ましく、この条件は線形性が良くかつ大
きなMR変化率を示すMR素子を得るのに重要である。
のヘッド構造から酸化物は望ましくなく、反強磁性膜と
しては導電性の金属膜が必要で、耐食性の観点からFeMn
は好ましくなく、NiMn,IrMn,PtMn,CrMn等が望ましいも
のの一例である。
明の効果を説明する。
Fe-Si-Alをスパッタ法で成膜し、次に導体膜として厚さ
20nmのCuをこの上に成膜し、更にCo84Nb12Zr4(5nm)/Ni
68Fe20Co12(10nm)/Co90Fe10(1nm)/Al2O3(2nm)/Co50Fe50
(4nm)なる人工格子MR膜をスハ゜ッタ法でこの上に成膜し、又
導体膜として厚さ20nmのCuをスパッタ法でこの上に成膜
し、図1に示したようなMR素子部にパタ−ニングした
後、絶縁膜として厚さ100nmのSi3N4を反応スパッタ法で
成膜し、MR素子部にスル−ホ−ルを開けた後、上部シ−
ルドのFe-Si-Alをスパッタ法で成膜し本発明タイプ゜の
MRヘッドを作製した。
たようなMR素子部を有するMRヘッドを作成した。
たところ図1のタイプのヘッドは安定した高出力特性を
示したが、図2のタイプのヘッドは初期特性は高出力で
あったが、出力が不安定となり、特性が低下することが
わかった。
Fe-Si-Alをスパッタ法で成膜し、次に導体膜として厚さ
20nmのCuをこの上に成膜し、更にNi68Fe20Co12(10nm)/C
o90Fe10(1nm)/Al2O3(2nm)/Co(5nm)/Ir20Mn80(10nm)なる
人工格子MR膜をスパッタ法でこの上に成膜し、又導体
膜として厚さ20nmのCuをスパッタ法でこの上に成膜し、
図1に示したようなMR素子部にパタ−ニングした後、
絶縁膜として厚さ100nmのSi3N4を反応スパッタ法で成膜
し、MR素子部にスル−ホ−ルを開けた後、上部シ−ル
ドのFe-Si-Alをスパッタ法で成膜し本発明タイプのMR
ヘッドを作製した。
たようなMR素子部を有するMRヘッドを作成した。
たところ図1のタイプのヘッドは安定した高出力特性を
示したが、図2のタイプのヘッドは初期特性は高出力で
あったが、出力が不安定となり、特性が低下することが
わかった。
ルドギャップの薄膜磁気ヘッドを可能とするものであ
る。
薄膜ヘッドの一例を示す図
Claims (11)
- 【請求項1】シ−ルド型MR(磁気抵抗効果)ヘッド部
を有する薄膜磁気ヘッドにおいて、シ−ルドギャップ中
に磁気抵抗変化を示すMR素子部があり、MR素子部が
GMR(巨大磁気抵抗効果)を示す非磁性絶縁層を介し
た二つの磁性層を有する膜より構成され、該磁性層の一
方が軟磁性を示し、かつ磁気記録媒体と相対するこの薄
膜磁気ヘッドの表面近傍に設けられ、もう一方の磁性層
は該軟磁性を示す磁性層よりは該薄膜ヘッドの表面より
後方に設けられ、前記MR素子部の膜面に垂直方向に電
流が流れるようにリ−ド部が配置されていることを特徴
とする薄膜磁気ヘッド。 - 【請求項2】特にシ−ルド部が金属磁性膜より成り、上
部及び下部シ−ルド金属磁性膜部とMR素子部が非磁性
導体膜により接合されており、前記上部及び下部シ−ル
ド金属磁性膜部がMR素子部へ電流を流すリ−ドの一部
を兼ねていることを特徴とする請求項1記載の薄膜磁気
ヘッド。 - 【請求項3】特にMR素子部が非磁性層を介した反強磁
性金属層に磁気的に結合した磁性層と軟磁性層より成る
ことを特徴とする請求項1または2記載の薄膜磁気ヘッ
ド - 【請求項4】特にGMR素子部が非磁性層を介した磁化
曲線の角型性の良好な硬質磁性層と軟磁性層より成り、
検知すべき磁界方向が該硬質磁性層の磁化容易軸方向と
なるように構成されていることを特徴とする請求項1ま
たは2記載の薄膜磁気ヘッド。 - 【請求項5】特にGMR素子部が磁性層と非磁性層の少
なくとも一方の界面に厚さ0.1nm以上のCoを主成分とす
る界面磁性層を有する構成より成ることを特徴とする請
求項1、2,3、4のいずれかに記載の薄膜磁気ヘッ
ド。 - 【請求項6】特に界面磁性層を軟磁性層と非磁性層の間
に挿入する場合はその厚さが0.1〜1.5nmであることを特
徴とする請求項5記載の薄膜磁気ヘッド。 - 【請求項7】特に軟磁性層がNiXCoYFeZを主成分とし、
原子組成比でXは0.6〜0.9、Yは0〜0.4、Zは0〜0.3であ
ることを特徴とする請求項1,2,3,4,5,6のい
ずれかに記載の薄膜磁気ヘッド。 - 【請求項8】特に軟磁性層がNiX'CoY'FeZ'を主成分し、
原子組成比でX'は0〜0.4、Y'は0.2〜0.95、Zは0〜0.5で
あることを特徴とする請求項1,2,3,4,5,6
の」いずれかに記載の薄膜磁気ヘッド。 - 【請求項9】特に軟磁性層が非晶質磁性膜であることを
特徴とする請求項1,2,3,4,5,6のいずれかに
記載の薄膜磁気ヘッド。 - 【請求項10】特に硬質磁性層の角型比(=残留磁化/
飽和磁化)が0.7以上であることを特徴とする請求項4
記載の薄膜磁気ヘッド。 - 【請求項11】特に金属反強磁性膜がNiMn,IrMn,PtMn,C
rMnのいずれかより成ることを特徴とする請求項3記載
の薄膜磁気ヘッド。
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