JPH0378106A - 磁気抵抗効果素子およびそれを用いた磁気記録再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は磁気記録媒体に記録された情報を読み取るため
の専用の感磁素子に係わり、さらに詳しくは強磁性体膜
の磁気抵抗効果を利用した高感度の磁気抵抗効果型の感
磁素子およびそれを用いた磁気記録再生装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の例えば、バイアス磁界印加手段として軟磁性体膜
を用いた磁気抵抗効果素子は、特開昭５０−６５２１３
号公報において記載されているように。

磁気抵抗効果膜の両端部に、２本の導体部を設けた構成
になっており、この磁気抵抗効果素子の出力は、外部磁
界に対して放物線的な出力を示すものである。一方、特
開昭６１−１９９６８４号公報には、ダイナミックレン
ジの拡大と雑音の低減等を目的とした磁気抵抗効果素子
が提案されており、上記特開昭５０−６５２１３号公報
記載の放物線的な出力を持つ２つの磁気抵抗効果素子の
出力を、差動化させた構成の軟磁性体膜を用いたバイア
ス型の磁気抵抗効果素子が開示されている。この磁気抵
抗効果素子は、差動化させるために磁気抵抗効果膜の中
央部に共通の導体部を設け、さらに上記磁気抵抗効果膜
の両端部に設けられている２本の導体部と合わせて、計
３本の導体部を設けた構成の磁気抵抗効果素子である。

〔発明が解決しようとする課題〕

磁気記録密度の増加の要求に伴って記録トラック幅も減
少させる必要が生じる。上述した従来技術である特開昭
５０−６５２１３号公報に記載されている磁気抵抗効果
素子は、導体部が２本のため狭トラツク化された磁気記
録媒体に対しては有利であるが、出力が放物線的である
ためダイナミックレンジが狭いという問題があった。一
方、上述の特開昭６１−１９９６８４号公報記載の差動
型の磁気抵抗効果素子においては、ダイナミックレンジ
が広いという点では有利であるが、磁気記録媒体の狭ト
ラツク化が進むにつれて、それに対応した３本の導体部
を有する磁気抵抗効果素子を作製することは極めて困難
であるという問題があった。

本発明の目的は、上記従来技術における問題点を解消す
るものであって、２木の導体部のみで差動型の素子出力
が得られ、かつダイナミックレンジの広い磁気抵抗効果
素子およびそれを用いた磁気記録再生装置を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記本発明の目的を達成するために、磁気抵抗効果素子
に使用する磁気抵抗効果膜を、その中心部を境として、
磁界に対して正のΔρ効果を持つ磁気抵抗効果膜と、こ
れとΔρ効果の大きさはほぼ同じであるがΔρ効果が負
である磁気抵抗効果膜とを互いに直列に接合することに
より構成し、上記直列に接合した磁気抵抗効果膜の両端
を２本の導体部によって接続する構成としたものである
。

そして、上記圧のΔρ効果を持つ磁気抵抗効果膜と、負
のΔρ効果を持つ磁気抵抗効果膜とを直列に接合した磁
気抵抗効果膜に対し、互いに反対方向のバイアス磁界を
印加するために、例えば軟磁性体膜のようなバイアス印
加手段を、上記直列に接合した各磁気抵抗効果膜の膜面
に対向し、かつ互いに反対側の位置に、それぞれの磁気
抵抗効果膜とほぼ同一の形状で接触させて設けるか、あ
るいは近接させて設ける構成とするものである。

〔作用〕

バイアス印加手段がなく、ａｉ界に対して正のΔρ効果
を持つ磁気抵抗効果膜と、上記正のΔρ効果と大きさは
ほぼ同じであるがΔρ効果が負である磁気抵抗効果膜に
バイアス磁界が印加されていない場合には、両者の磁気
抵抗効果膜中における磁化の向きは同一で、かつ両端部
に設けられている導体部からの検出電流の方向とも一致
している。この状態で磁気記録媒体からの信号磁束が両
者の磁気抵抗効果膜に加ねると、正のΔρ効果の磁気抵
抗効果膜は、磁束０（ゼロ）のときを最大として抵抗が
放物線的に減少するように変化し。

負のΔρ効果の磁気抵抗効果膜は、その逆に磁束Ｏ（ゼ
ロ）のときを最小として抵抗が放物線的に増加するよう
に変化する。そして結局、両者の磁気抵抗効果膜を直列
に接合した磁気抵抗効果膜全体の抵抗変化は、両者のほ
ぼ等しい抵抗変化量を加えた値となるため、その変化が
ほとんど見られなくなる。すなわち、負のΔρ効果の磁
気抵抗効果膜を正のΔρ効果の磁気抵抗効果膜と直列に
接合することは、２つの正のΔρ効果の磁気抵抗効果膜
の抵抗変化の差をとるのと同等の効果が生じる。

さらに、バイアス磁界印加手段１例えば軟磁性体膜など
を、正のΔρ効果を持つ磁気抵抗効果膜と、負のΔρ効
果を持つ磁気抵抗効果膜に対して、互いに反対側の位置
に、それぞれ磁気抵抗効果膜の膜面に接触もしくは近接
させて設けることにより、正のΔρ効果の磁気抵抗効果
膜と負のΔρ効果の磁気抵抗効果膜には、検出電流の作
る磁界と上記バイアス磁ｌ界を印加する軟磁性体膜との
相互作用によって作られる互いに逆向きのバイアス磁界
が加えられることになる。この逆向きのバイアス磁界は
、正のΔρ効果の磁気抵抗効果膜と負のΔρ効果の磁気
抵抗効果膜の抵抗が磁界０（ゼロ）のときのバイアス点
を基準にして、磁気記録媒体からの信号磁界に対して互
いに増加あるい味減少するように作用する。その結果１
両者を直列に接合した磁気抵抗効果膜全体の抵抗は、磁
気記録媒体の信号磁界に対して、ちょうど逆向きのバイ
アス磁界を印加した、２つの正のΔρ効果を持つ磁気抵
抗効果膜を差動化させたときに得られる抵抗変化と同様
の変化を示すことになる。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例を挙げ、図面に基づいて、さら
に詳細に説明する。

（実施例１） 第１図（ａ）は本実施例において例示する磁気抵抗効果
素子の構成を示す平面図で、第１図（ｂ）は第１図（ａ
）のＡ−Ａ断面図である。

本実施例においては、磁気シールドを兼ねる軟磁性体よ
りなる基板１上に、Ａｆ１２０．あるいはＳ　ｉ０２か
らなる絶縁層２を０．０５〜０．５μｍの厚さに積層し
、その上にバイアス印加手段である第１の軟磁性体膜３
を厚さ４０〜２００ｎｍに、真空蒸着法あるいはスパッ
タ法等の手段で積層し、ホトリソグラフィの手法により
、所定の形状にパターニングした。第１の軟磁性体膜３
の形状は、その後に形成させる正のΔρ効果を持つ磁気
抵抗効果膜５の形状とほぼ同じにするのがよい、第１の
軟磁性体膜３を形成した後、ＡＱ、Ｏ，あるいはＳｉｎ
、からなる絶縁層４を０．０５〜０．２μｍの厚さに積
層し、正のΔρ効果を持つ磁気抵抗効果膜５を形成した
。この正のΔρ効果を持つ磁気抵抗効果膜５の厚さは１
０〜２００ｎｍで、真空蒸着法あるいはスパッタ法で積
層し、その後ホトリソグラフィの手法により所定の形状
にバターニングした。そして引き続き、絶縁層６をスパ
ッタ法等により０．０５〜０．１１ｔｍの厚さに積層し
、ホトリソグラフィの手法によりスルーホール８を開け
た後、負のΔρ効果を持つ磁気抵抗効果膜７を、上記正
のΔρ効果を持つ磁気抵抗効果膜５と直列に接合させ、
はぼ同じ厚さおよび形状に形成させた。なお、上記正の
Δρ効果を持つ磁気抵抗効果膜５としては、例えばＮｉ
−Ｆｅ合金が挙げられるが、Ｎ１−Ｇｏ金合金ど、他の
正のΔρ効果を持つ磁気抵抗効果を持つ台金糸材料を使
用しても何ら差し支えない、また、負のΔρ効果を持つ
磁気抵抗効果膜７としては、Ｎｉ−Ｆｅ−１ｒ合金など
が挙げられるが、他の負のΔρ効果を有する合金系材料
を用いても何ら差し支えない、但し、正のΔρ効果を持
つ磁気抵抗効果膜で得られる出力波形と対称の出力波形
を得るために、正のΔρ効果とΔρ効果の大きさをほぼ
同じにすると同時に、形状異方性を考慮した異方性磁界
の大きさも、はぼ同じにする必要がある。さらにまた、
本実施例では正のΔρ効果を持つ磁気抵抗効果膜５と負
のΔρ効果を持つ磁気抵抗効果膜７をパターニングする
際に１両者の端部に、検出電流を流すための導体部９も
同時にパターニングして作製した。

次に、絶縁層１ｏを絶縁層４と同じ０．０５〜０．２μ
ｍ膜厚に積層し、バイアス印加手段である第２の軟磁性
体膜１１を厚さ４０〜２００ｎｍに、上記負のΔρ効果
を持つ磁気抵抗効果膜７とほぼ同一の形状で重ね合わせ
るように形成した。

そして、保護層および磁気ギャップ形成用の絶縁性保護
層１２として、Ａｆ１２０．あるいはＳｉｎ、を０．０
５〜０．５μｍの厚さに積層し、さらに導体部９上に検
出電流導入用のパッド部１３を、スルーホール８を開け
、Ｃｕなどの良導体を積層することにより作製し、最後
に磁気シールド用の軟磁性体１４を接着剤１５で接合し
て磁気抵抗効果素子１６を作製した。

次に、上記の手法で作製した磁気抵抗効果素子１６の動
作について説明する。まず、パッド部１３と導体部９を
通して、正のΔρ効果および負のΔρ効果を持つ磁気抵
抗効果膜５および７に検出電流ｉを流すが、この検出電
流ｉの作る磁界と、バイアス磁界印加用の第１および第
２の軟磁性体膜３，１１との相互作用により、正のΔρ
効果を持つ磁気抵抗効果膜５と負のΔρ効果を持つ磁気
抵抗効果膜７には互いに逆向きのバイアス磁界が加わる
ことになり、この結果、両者の磁気抵抗効果膜中の磁化
の向き（バイアス磁界のない時は電流ｉと平行）は、■
および工′に示すように電流ｉとは互いに逆方向のある
角度０をなす方向となる。この状態に磁気記録媒体１７
からの信号磁界１８が加わると、正のΔρ効果を持つ磁
気抵抗効果膜５の抵抗Ｒは、信号磁界Ｈに対して第２図
（ａ）に示す曲線（飽和時を基準に図示、以下同様とす
る）のように変化する。一方、正のΔρ効果と大きさが
ほぼ同じで、異方性磁界の大きさもほぼ同じになるよう
に調整しである負のΔρ効果を持つ磁気抵抗効果膜７の
抵抗Ｒは、第２図（ｂ）の曲線に示すように、正のΔρ
効果を持つ磁気抵抗効果膜５とは全く１８０°対称の変
化を示すことになる。そして、結局、導体部９およびパ
ッド部１３より読み取られる１両者の磁気抵抗効果膜を
直列に接続した磁気抵抗効果膜全体の抵抗Ｒ変化は、第
２図（Ｑ）に示す曲線のように、信号磁界Ｈの正（プラ
ス）側と負（マイナス）側とで対称の形となり、媒体に
書き込まれた正負の信号磁界Ｈは、第２図（Ｃ）の曲線
波形に対応した出力波形として検出することができる。

上記の本実施例において作製した磁気抵抗効果素子１６
によって得られる第２図（ｃ）に示す曲線のような出力
波形は、ちょうど従来の正のΔρ効果を持つ磁気抵抗効
果膜を差動化した磁気抵抗効果素子によって得られる波
形とほぼ同等であり、したがって本実施例に示すごとく
、導体部９が２本だけで、従来と同様の差動化の効果が
生じるものである。すなわち、信号磁界Ｈに対するダイ
ナミックレンジを広げると同時に、雑音が低減できる効
果がある。さらにまた、導体部９が２本でよいため１本
実施例による磁気抵抗効果素子１６は狭トラツク化に対
応できるという効果がある。

なお、本実施例においては、バイアス印加手段として軟
磁性体膜を使用する場合を示したが、バイアス印加手段
がシャント膜や電流線あるいは永久磁石などを用いても
本発明の効果は変らない。

また、本実施例においては磁気シールド用にバルクの軟
磁性体を使用する例を挙げたが、これの代わりに軟磁性
体薄膜を用いても上記と同様の効果が得られることは言
うまでもない。

（実施例２） 第３図（ａ）は本実施例において例示す委磁気抵抗効果
素子の構成を示す平面図で、第３図（ｂ）は第３図（ａ
）のＢ−Ｂ断面図である。本実施例においては、上記実
施例１で示した磁気抵抗効果素子１６のバイアス印加手
段である第１および第２の軟磁性体膜３および１１を、
特に設けず、その代わりに正のΔρ効果を持つ磁気抵抗
効果膜５を磁気シールドを兼ねる軟磁性体よりなる基板
１に近接させて設け、負のΔρ効果を持つ磁気抵抗効果
膜７はもう一方の磁気シールド用軟磁性体１４に近接さ
せるようにして、電流ｉの作る磁界と軟磁性体１，１４
との相互作用により、互いに逆向きのバイアス磁界が印
加されるように構成したものである。このため、本実施
例による磁気抵抗効果素子１９の作製プロセスは、上記
実施例１の磁気抵抗効果素子１６の作製プロセスのうち
の第１および第２の軟磁性体膜３，１１の形成工程と、
絶縁層４および１０の積層工程を省略することができる
ので、素子の製造工程が非常に簡略化される利点がある
。また、正のΔρ効果を持つ磁気抵抗効果膜５上に積層
される絶縁Ｍ６の厚さは。

本実施例の場合においては、正のΔρ効果を持つ磁気抵
抗効果膜５の膜厚よりも厚くする必要があり、その厚さ
の２〜３倍程度が望ましい、なお、その他の素子作製の
プロセスは、上記実施例１と同様にして磁気抵抗効果素
子１９を作製した。得られた磁気抵抗効果素子について
、その特性を調べた結果、上記実施例１の磁気抵抗効果
素子１６とほぼ同等の性能が得られ、動作ならびに効果
の点においても全く同様の結果が得られた。

なお１本実施例においても、磁気シールド用として軟磁
性体の代わりに、軟磁性体薄膜を使用しても上記と同様
の性能が得られることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したごとく、本発明の磁気抵抗効果素子
は、正のΔρ効果を持つ磁気抵抗効果膜と、これと大き
さが同じ負のΔρ効果を持つ磁気抵抗効果膜とを直列に
接合し、これに２本の導体部を上記接合した磁気抵抗効
果膜の端部に形成させるだけで、従来の３木の導体部を
持っ差動型の磁気抵抗効果素子と同様の差動化の効果が
得られるので、狭トラツク化に対応して高密度記録再生
を実現することができると同時に、狭トラツク化しても
ダイナミックレンジの拡大および低雑音化が達成できる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の実施例１において例示した磁気
抵抗効果素子の構造を示す平面図、第１図（ｂ）は第１
図（ａ）のＡ−Ａ断面図、第２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ
）は実施例１に示した磁気抵抗効果素子の動作を示す説
明図、第３図（、）は本発明の実施例２において例示し
た磁気抵抗効果素子の構造を示す平面図、第３図（ｂ）
は第３図（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 １・・・基板 ２．４，６，１０・・・絶縁層 ３・・・第１の軟磁性体膜 ５・・・正のΔρ効果を持つ磁気抵抗効果膜７・・・負
のΔρ効果を持つ磁気抵抗効果膜８・・・スルーホール ９・・・導体部 １１・・・第２の軟磁性体膜 １２・・・絶縁性保護層 １３・・・パッド部 １４・・・磁気シールド用軟磁性体 １５・・・接着剤層 ６・・・磁気抵抗効果素子（実施例１）７・・・磁気記
録媒体 ８・・信号磁界

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁気記録媒体からの信号磁束を検出する磁気抵抗効
   果膜と、磁気抵抗効果膜にバイアス磁界を印加するため
   のバイアス印加手段と、磁気抵抗効果膜に電流を流して
   、同時にその両端の電圧を読み取るための一対の導体部
   と、さらに上記磁気抵抗効果膜を磁気的にシールドする
   ための一対の磁気シールド部材よりなる磁気抵抗効果素
   子において、上記磁気抵抗効果膜は、印加する磁界に対
   して、正のΔρ効果を持つ磁気抵抗効果膜と、負のΔρ
   効果を持つ磁気抵抗効果膜とを互いに直列に接合させ、
   該接合した一対の磁気抵抗効果膜の出力波形が、正のΔ
   ｐ効果を持つ２つの磁気抵抗効果膜を差動化させた時の
   差動出力波形とほぼ同等になる構成としたことを特徴と
   する磁気抵抗効果素子。 ２、請求の範囲第１項記載の磁気抵抗効果素子において
   、バイアス磁界を印加する手段を、磁界に対して正のΔ
   ｐ効果を持つ磁気抵抗効果膜と、負のΔｐ効果を持つ磁
   気抵抗効果膜とを直列に接合した一対の磁気抵抗効果膜
   に対して、各磁気抵抗効果膜の膜面に対向し、かつ互い
   に反対側の位置に、それぞれの磁気抵抗効果膜とほぼ同
   一の形状で接触させて設けるか、もしくは近接させて設
   ける構成としたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 ３、請求の範囲第１項記載の磁気抵抗効果素子において
   、磁界に対して正のΔρ効果を持つ磁気抵抗効果膜を一
   方の磁気シールド部材に近接させて設け、負のΔｐ効果
   を持つ磁気抵抗効果膜を他方の磁気シールド部材に近接
   させて設けた構成とすることを特徴とする磁気抵抗効果
   素子。 ４、請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の磁気
   抵抗効果素子において、磁界に対して正のΔｐ効果を持
   つ磁気抵抗効果膜の出力波形と、負のΔρ効果を持つ磁
   気抵抗効果膜の出力波形とが対称となるように、上記両
   者の磁気抵抗効果膜の特性をほぼ同一に構成したことを
   特徴とする磁気抵抗効果素子。 ５、請求の範囲第１項、第２項、第３項または第４項記
   載の正のΔρ効果を持つ磁気抵抗効果膜と、上記正のΔ
   ｐ効果と大きさが同じで負のΔｐ効果を持つ磁気抵抗効
   果膜とを直列に接合し、該直列に接合した一対の磁気抵
   抗効果膜の両端部を２本の導体部で接合して差動駆動さ
   せる磁気抵抗効果素子を用いて磁気ヘッドを構成し、該
   磁気ヘッドによって高密度磁気記録媒体からの信号磁束
   を検出して、上記磁気記録媒体に記録されている情報の
   読み取りを行う手段を設けたことを特徴とする磁気記録
   再生装置。