JPH0594605A - 磁気抵抗効果型磁気ヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】強磁性体を用いながら、不要な漏れ磁界を発生
することなくＭＲ素子膜に縦バイアスを効果的に与える
ことができる磁気抵抗効果型磁気ヘッドを提供すること
を目的とする。 【構成】磁気抵抗効果素子膜（ＭＲ素子膜）１上に、該
ＭＲ素子膜１の長手方向において所定の向きに磁化され
た第１の強磁性膜４、非磁性膜５、およびＭＲ素子膜１
の長手方向において第１の強磁性膜４と逆の向きに磁化
された第２の強磁性膜６を順次積層した磁気抵抗効果型
磁気ヘッド。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ハードディスク装置や
ＶＴＲ等の磁気記録再生装置において再生ヘッドとして
使用される磁気抵抗効果型磁気ヘッドに係り、特に磁気
抵抗効果素子膜に対するバイアス付与手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気記録媒体に記録された信号を再生す
る方法としては、コイルを備えたいわゆるリング型磁気
ヘッドを記録媒体に対して相対運動させ、電磁誘導によ
ってコイルに誘起される電圧を検出する方法が広く用い
られている。一方、ある種の強磁性体の電気抵抗が外部
磁界の強さに応じて変化する現象を利用した磁気抵抗効
果型ヘッドも、記録媒体の信号磁界を検出する高感度ヘ
ッドとして知られている［IEEE MAG-7,150, (1971)］。
この磁気抵抗効果型磁気ヘッド（以下、ＭＲヘッドとい
う）は、記録媒体との相対速度に依存せずに大きな再生
出力が取り出せる利点がある。近年、小型・大容量の磁
気記憶装置の要求が高まり、それに伴いヘッドと記録媒
体の相対速度が小さくなるため、このような特長を持つ
ＭＲヘッドの重要性は高まっている。

【０００３】ＭＲヘッドを実際に用いようとする場合、
一般に２種のバイアス磁界を磁気抵抗効果素子（ＭＲ素
子）に印加する必要がある。その一つは、ＭＲ素子のセ
ンス電流と垂直な方向にかける横バイアスと呼ばれてい
る磁界であり、ＭＲ素子の動作点を外部信号の大きさと
検出信号の大きさが比例する線形領域に設定するための
バイアス磁界である。

【０００４】この横バイアスの印加方法としては、特公
昭53-37205、特公昭56-40406等に開示されているよう
な、薄い非磁性膜を介してＭＲ素子膜と軟磁性膜を併置
し（このような軟磁性膜をＳＡＬ：soft adjacent laye
r という）、センス電流のつくる磁界を横バイアスとす
る自己バイアス方式や、特公昭53-25646等に開示された
シャントバイアス方式が提案されている。また、隣接し
たコイルに電流を流すことにより横バイアスをかける方
法が特公昭53-37206等に示され、さらにＭＲ素子膜に隣
接した硬磁性膜を着磁させて横バイアスを与える方法が
特公昭54-8291 等に開示されている。

【０００５】ＭＲ素子に印加すべきもう一つのバイアス
磁界は、本発明に関係するＭＲ素子のセンス電流に平行
にかける縦バイアスと呼ばれる磁界であり、ＭＲ素子を
単磁区化することで、多磁区性に起因するバルクハウゼ
ン・ノイズを抑えるように働く。この縦バイアスを与え
る方法についても、従来から種々提案されている。

【０００６】例えば、米国特許第4,103,315 明細書に
は、反強磁性膜と強磁性膜の交換結合によって、ＭＲ素
子膜に均一な縦バイアスを印加する技術が開示されてい
る。また、JOURNAL OF APPLIED PHYSICS VOL.52,2474,
(1981) には、反強磁性膜としてＦｅＭｎ膜を用い、Ｍ
Ｒ素子膜としてＮｉ₈₀Ｆｅ₂₀膜を用いた場合、ＭＲ素子
膜に縦バイアスがかかるという実験が報告されている。
さらに、IEEE TRANS.MAG-25,3692(1989)では、ＦｅＭｎ
膜をＭＲ素子膜の端部にのみ配置した場合でも、ＭＲ素
子膜の感磁部に縦バイアスがかかるという実験が報告さ
れている。いずれの場合も、縦バイアス磁界によりバル
クハウゼン・ノイズが抑制されている。

【０００７】縦バイアスを与える他の方法として、横バ
イアスの場合と同様に、着磁させた強磁性膜を用いる方
法も提案されている。例えば、米国特許第3,840,898 に
は薄い絶縁膜を介してＭＲ素子膜と着磁された硬磁性膜
を隣接させ、ＭＲ素子膜にバイアスを与える方法が提案
されている。この場合、着磁の方向を選ぶことで縦バイ
アス、横バイアス、およびその中間方向のバイアスのい
ずれも可能である。また、電子通信学会磁気記録研究会
・研究報告ＭＲ８６−３７には、ヨーク型ＭＲヘッドの
ＭＲ素子膜の端部に、着磁させたＣｏＰ膜を配置するこ
とにより、縦バイアスを与える方法が紹介されている。

【０００８】このようにＭＲ素子に縦バイアスをかける
方法は、種々提案されているが、これらの方法をハード
ディスクドライブ用の再生ヘッドに適用しようとする
と、次のような問題が生じる。

【０００９】まず、反強磁性体膜とＭＲ素子膜を交換結
合させる場合に使用される、室温で反強磁性を呈し、Ｎ
ｉＦｅ等のＭＲ素子膜と交換結合する材料としては、γ
−ＦｅＭｎが知られているが、この材料は例えば１９９
０年秋の日本金属学会（５４３）で報告されているよう
に、Ｍｎが酸化しやすいため、素子の信頼性に重大な懸
念がある。またγ−ＦｅＭｎ膜をスパッタリングにより
形成しようとすると、JOURNAL OF APPLIED PHYSICS VOL
52,2471,(1981)に指摘されているように、α−ＦｎＭｎ
ができる場合があり、安定したγ−ＦｅＭｎを得ること
は、工業レベルでは困難である。

【００１０】縦バイアスの大きさは、ＭＲ素子膜端部の
反磁界を打ち消す程度の大きさが良く、これより小さい
とＭＲ素子膜は単磁区にならず、またこれより大きいと
ＭＲ素子膜の感度が低下する。反磁界の大きさはＭＲ素
子の形状すなわち、トラック幅や深さや膜厚に依存す
る。従って、ヘッドの仕様によって、この交換エネルギ
ーの大きさを変える必要があるが、前述のJOURNAL OF A
PPLIED PHYSICS VOL52,2471(1981) に示されているよう
に、ＦｅＭｎ膜とＮｉＦｅ膜の交換エネルギーの大きさ
を制御するには、ＮｉＦｅまたはＦｅＭｎの膜厚を変え
る必要がある。ＮｉＦｅの膜厚はヘッドの特性自体に関
わるため、自由には変えられない。ＦｅＭｎの厚さを厚
くすれば、α−ＦｎＭｎができてしまう。このように、
ヘッドの仕様に応じて反強磁性体膜とＭＲ素子膜間の交
換エネルギーを変えることは、実際には非常な困難を伴
う。

【００１１】さらに、JOURNAL OF APPLIED PHYSICS VO
L.53,2605(1982)で指摘されているように、ＦｅＭｎ膜
とＮｉＦｅ膜の交換結合エネルギーは温度依存性が大き
く、使用環境やセンス電流による発熱の影響により、素
子の特性が変化してしまうおそれがある。

【００１２】反強磁性膜としてＦｅＭｎ膜を用いた場合
の欠点を回避するため、IEEE TRANS.MAG-24,2609(1988)
には、ＴｂＣｏ膜をＮｉＦｅ膜と交換結合させる方法が
紹介されている。しかしながら、この材料は酸化しやす
く、使用環境を相当に限定しても長期信頼性に不安があ
る。

【００１３】一方、着磁された強磁性膜で縦バイアスを
与える方法は、ヨーク型ＭＲヘッドのように、ＭＲ素子
部が記録媒体から離れたところに配置されている場合に
は有効であるが、シールド型ＭＲヘッドの場合のよう
に、ＭＲ素子部が媒体の近傍にある場合には、この強磁
性膜からの漏れ磁界で媒体を消磁してしまう、つまり記
録された情報を消去してしまうおそれがある。媒体の消
磁を避けるには、強磁性膜の抗磁力を小さくすればよい
が、逆に媒体からの漏れ磁界で、この強磁性膜の着磁方
向が変化してしまい、縦バイアスを与えられなくなって
しまうおそれがある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、反強
磁性膜と強磁性膜の交換結合によって、ＭＲ素子膜に縦
バイアスを付与する方法では、一般的に反強磁性膜の材
料が酸化しやすい傾向にあるため、長期信頼性に欠ける
という問題があり、また着磁された強磁性膜により縦バ
イアスを印加する方法は、反強磁性膜を用いた場合の欠
点はないが、十分な縦バイアスを与えようとすると、特
にシールド型ＭＲヘッドのようにＭＲ素子と媒体が近接
してする場合、この強磁性体からの漏れ磁界により媒体
を消磁してしまうという問題があった。

【００１５】本発明は、強磁性体を用いながら、不要な
漏れ磁界を発生することなく、ＭＲ素子膜に縦バイアス
を効果的に与えることができる磁気抵抗効果型磁気ヘッ
ドを提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係る磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、磁気抵
抗効果素子膜（以下、ＭＲ素子膜という）の上に、該Ｍ
Ｒ素子膜の長手方向において所定の向きに磁化された第
１の強磁性膜、非磁性膜、およびＭＲ素子膜の長手方向
において第１の強磁性膜と逆の向きに磁化された第２の
強磁性膜を順次配置したことを基本的な特徴とする。

【００１７】また、ＭＲ素子膜の磁界感知用領域の一方
の面上に第１の非磁性膜を形成し、この非磁性膜および
ＭＲ素子膜の一方の面の該非磁性膜で覆われていない領
域上に導電性軟磁性膜を選択的に形成した上で、この導
電性軟磁性膜上またはＭＲ素子膜の他方の面上に上記の
第１の強磁性膜、第２の非磁性膜および第２の強磁性膜
を積膜してもよい。

【００１８】さらに、ＭＲ素子膜の磁界感知用領域上に
第１の非磁性膜を選択的に形成し、この第１の非磁性膜
上およびＭＲ素子膜の該非磁性膜で覆われていない領域
上に第１の強磁性膜、第２の非磁性膜および第２の強磁
性膜を積層してもよい。

【００１９】

【作用】ＭＲ素子膜と第１の強磁性膜とは、両者の界面
において交換相互作用で結合される（これを交換結合と
いう）。この交換結合によって、第１の強磁性膜の磁化
がＭＲ素子膜に対して縦バイアスとして作用し、ＭＲ素
子膜界面の磁化が第１の強磁性膜の磁化の向きに固着さ
れることにより、磁化挙動が安定化される。従って、Ｍ
Ｒ素子膜端部において９０度磁壁などの部分的磁区の発
生を防ぐことが可能となり、バルクハウゼン・ノイズが
大きく減少される。

【００２０】また、第１の強磁性膜は非磁性膜を介して
その上に設けられた第２の強磁性膜と静磁結合するた
め、第１および第２の強磁性膜がそれぞれ発生する磁束
は、互いに閉ループを形成し、強磁性膜端部より発生す
る漏れ磁束は極めて小さなものくなる。従って、シール
ド型ＭＲヘッドのようにＭＲ素子膜が媒体に近接してい
る構造でも、漏れ磁束によって媒体上の磁化が消磁され
ることが少なくなる。しかも、漏れ磁束がＭＲ素子膜に
入りこみ難くなるため、一定のバイアスが能動領域にか
かりやすくなり、良好な再生応答が得やすくなる。

【００２１】さらに、第１の強磁性膜とＭＲ素子膜との
界面に第２の非磁性膜をバリア層として設けることによ
り、両者間での交換結合の強度を調節することができ、
それにより縦バイアス磁界の強度を適切に調節すること
が可能となる。また、この非磁性膜はＭＲヘッド製造プ
ロセス中や、ＭＲヘッド使用時に発生する熱により生じ
るＭＲ素子膜・強磁性膜界面での拡散防止層としても機
能し、ＭＲヘッドの信頼性を高める効果がある。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。 （実施例１）図１は、実施例１に係るＭＲヘッドの概略
構成を示す断面図である。強磁性体基板９（例えばＭｎ
Ｚｎフェライト）上に、非磁性絶縁膜１０（例えばＳｉ
Ｎｘ：１００ｎｍ）が形成され、この非磁性絶縁膜１０
上に、ストライプ状のＭＲ素子膜１（例えばＮｉＦｅ：
〜３０ｎｍ）が形成されている。このＭＲ素子膜１の能
動領域、すなわち磁気記録媒体からの磁界感知用領域で
ある中央部分に、第１の非磁性膜２（例えばＴｉ：〜２
０ｎｍ）が形成されている。第１の非磁性膜２上と非磁
性膜２で覆われていないＭＲ素子膜１上に、導電性軟磁
性膜３（例えばＣｏ系アモルファス：３０ｎｍ）が形成
されている。

【００２３】軟磁性膜３上にＭＲ素子膜１の長手方向両
端上に位置して、縦バイアス用の第１の強磁性膜４とし
ての硬磁性膜（例えばＣｏ−２０％Ｐｔ：〜４５ｎｍ，
保磁力Ｈｃ＝１２０ｋＡ／ｍ，残留磁束密度Ｂｒ＝０．
８Ｔ）、非磁性膜５（例えばＳｉＮｘ：〜１０ｎｍ）、
および縦バイアス印加用の第２の強磁性膜６としての硬
磁性膜（Ｃｏ−１０％Ｐｔ：〜２５ｎｍ，Ｈｃ＝５０ｋ
Ａ／ｍ，Ｂｒ＝１．４Ｔ）が順次積層されている。ここ
で、強磁性膜４はＭＲ素子膜１の長手方向の一方の向き
（ｘ方向）に磁化され、強磁性膜６はこれと逆向き（−
ｘ方向）に磁化されている。さらに、導電性軟磁性膜３
上に、ＭＲ素子膜１の磁界感知用領域両端と外部の再生
回路とを電気的に接続するための導体リード（例えばＡ
ｌ）７が形成されている。

【００２４】以上のＭＲヘッドの基本構成要素全体は、
非磁性絶縁膜１１（例えばＳｉＯ₂ 膜：〜２μｍ）で覆
われ、さらにその上にシールド用の軟磁性膜１２（例え
ばＣｏ系アモルファス：〜２μｍ）が形成されている。

【００２５】このＭＲヘッドの製造工程を簡単に述べる
と、まず強磁性体基板９上に非磁性絶縁膜１０、ＭＲ素
子膜１を順次全面に形成し、その上に第１の非磁性膜２
を形成した後、非磁性膜２を中央部分のみ残してパター
ニングし、さらに導電性軟磁性膜３を全面に形成する。
次に、ＭＲ素子膜１および軟磁性膜３を所定のストライ
プ状（ＭＲストライプ状という）にパターニングする。
次に、第１の強磁性膜４を形成してこれをｘ方向に着磁
させた後、第１の非磁性膜５を形成し、さらに第２の強
磁性膜６を形成してこれを−ｘ方向に着磁させる。次
に、これら強磁性膜４、非磁性膜５および強磁性膜６の
積層体をＭＲ素子膜１の端部状のみ残してパターニング
する。そして、軟磁性膜３上に導体リード７を形成した
後、非磁性絶縁膜１１およびシールド用の軟磁性膜１２
を順次形成して、図１のＭＲヘッドが得られる。

【００２６】この構造のＭＲヘッドを用いて、金属媒体
の磁気ディスク上に１ｋＦＣＩで記録された信号を再生
して、再生特性を測定したところ、再生波形には不連続
なジャンプが観察されず、バルクハウゼン・ノイズによ
る影響のない良好な再生波形が得られた。

【００２７】本実施例において、導電性軟磁性膜３はＭ
Ｒ素子膜１の動作点バイアス（横バイアス）を行うため
に設けられている。すなわち、この軟磁性膜３に直流電
流を流すと、それにより誘起される磁界で配向した軟磁
性膜３の磁化と、ＭＲ素子膜１の磁化が静磁結合し、Ｍ
Ｒ素子膜１に動作点バイアスが印加される。

【００２８】（実施例２）実施例１では、ＭＲ素子膜１
の上に非磁性膜２と導電性軟磁性膜３を形成したが、図
２に示す実施例２では逆に、ＭＲ素子膜１の下に非磁性
膜２および導電性軟磁性膜３を形成している。このよう
にしても、実施例１と同様の効果が得られる。但し、こ
のようにＭＲ素子膜１を上にした場合、ＭＲ素子膜１を
平坦にするように形成することが望ましい。従って、そ
の場合はＭＲ素子膜１と導電性軟磁性膜３の界面に存在
する非磁性膜３の厚み分だけ、導電性軟磁性膜３を凹ま
せるか、非磁性膜２の形成およびパターニング後にイオ
ンミリング等で平坦化してから、ＭＲ素子膜１を形成す
ることが望ましい。

【００２９】実施例１、２において、縦バイアスが行わ
れていることを確認するために、非磁性膜２および軟磁
性膜３を除いた構造の図３に示すＭＲヘッドを作製し
た。諸元は、実施例１における非磁性膜２と導電性軟磁
性膜３を省いた以外は同じである。このＭＲヘッドを外
部磁界が印加できるヘルムホルツコイル内に置き、外部
印加磁界ＨをＭＲ素子膜１のハイト方向に印加して、外
部印加磁界ＨとＭＲ素子膜１の抵抗値Ｒとの関係を示す
Ｒ−Ｈ曲線を測定したところ、バルクハウゼンジャンプ
ノイズを表わすような曲線の不連続な飛びは観察されな
かった。

【００３０】ここで、積層されている強磁性膜４，６の
うち第１の強磁性膜４である硬磁性膜（Ｃｏ−２０％Ｐ
ｔ：〜４５ｎｍ，Ｈｃ＝１２０ｋＡ／ｍ，Ｂｒ＝０．８
Ｔ）および非磁性膜５（ＳｉＮｘ：〜１０ｎｍ）はその
ままにして、第２の強磁性膜６の膜厚を２５ｎｍから、
同じ４５ｎｍに変更した。実施例１と同様に、第１、第
２の強磁性膜４，６の着磁方向は逆にした。このような
構造のＭＲヘッドについてＲ−Ｈ曲線を測定したとこ
ろ、バルクハウゼンノイズの発生を示す不連続な飛びが
認められた。

【００３１】次に、第１の強磁性膜４および非磁性膜５
は上記と同様にして、第２の強磁性膜６として硬磁性膜
に代えて、軟磁性膜（Ｃｏ系アモルファス，Ｈｃ：３０
Ａ／ｍ、Ｂｓ：０．８Ｔ）を〜４５ｎｍ形成した。但
し、この強磁性膜６の着磁は行わなかった。この構造で
ＭＲヘッドを作製して、先と同様にＲ−Ｈ曲線を測定し
たところ、不連続な飛びは認められなかった。これはバ
ルクハウゼン・ノイズを抑制できていると理解できる。

【００３２】上述した構造とは逆に、第１と第２の強磁
性膜４，６の材質を入れ替えた構造（第１の強磁性膜
４：Ｃｏ系アモルファス〜４５ｎｍ，第２の強磁性膜
６：Ｃｏ−２０％Ｐｔ〜４５ｎｍ）にしたＭＲヘッドを
作り、そのＲ−Ｈ曲線を測定したところ、やはり曲線に
不連続な飛びは認められなかった。

【００３３】以上のことから、縦バイアス用である第
１、第２の強磁性膜４，６の磁化は互いに逆方向を向い
て静磁結合する。従って、強磁性膜４，６の端面から発
生する磁束は両層間で互いに閉ループを構成するため、
ＭＲ素子膜１、特にその能動領域へ入ることはなく、Ｍ
Ｒ素子膜１には第１の強磁性膜４との交換結合のみの影
響が作用する。但し、この条件を満たすには強磁性膜４
の（飽和磁化）×（端面の断面積）と、強磁性膜６の
（飽和磁化）×（端面の断面積）が略等しくなる必要が
ある。

【００３４】なお、この関係は縦バイアス用強磁性膜が
上述のような２層の場合にのみ成立するわけではなく、
多層構造であっても満たされる。

【００３５】第１および第２の強磁性膜４，６の硬軟
（Ｈｃ）の組み合わせに関しては、 の３通りがあり得る。また、Ｈｃの大きさに関しては強
磁性膜４，６のどちらが大きくとも、また等しくとも良
好な縦バイアスが得られる。

【００３６】（実施例３）実施例１，２では動作点バイ
アスを印加するために、導電性軟磁性膜３による、いわ
ゆるソフトフィルムバイアスを用いたが、図４に示され
るように、導電性軟磁性膜３の代わり非磁性導電膜８
（例えばＴｉ，Ｗ）をに形成してこれに電流を流し、そ
れにより発生する磁界でＭＲ素子膜１に動作点バイアス
を印加することも可能である。

【００３７】このＭＲヘッドの製造工程は、次の通りで
ある。ＭＲ素子膜１（ＮｉＦｅ：〜３０ｎｍ）を形成し
た後、実施例１と同様に縦バイアス用の第１の強磁性膜
４として硬磁性膜を形成し、ＭＲ素子膜１の長手方向の
一方の向き（ｘ方向）に着磁した。次に、非磁性膜５を
介して縦バイアス用の第２の強磁性膜６として硬磁性膜
を形成し、これを強磁性膜４と逆向き（−ｘ方向）に着
磁した。次に、積層された強磁性膜４，６をＭＲ素子膜
１膜端部上のみ残してパターニングした後、非磁性導体
膜８をＭＲ素子膜１の上に形成した。この非磁性導体膜
８の上に導体リード７を形成して電流を流して、動作点
バイアスを印加する。この構造のＭＲヘッドによって
も、良好な再生波形が得られた。

【００３８】（実施例４）実施例１〜３では、バイアス
用強磁性膜４，６をＭＲ素子膜１の両端に設けた構造の
ＭＲヘッドについて述べたが、図５に示すようにＭＲ素
子膜１上の全面に形成してもよい。

【００３９】このＭＲヘッドの製造工程は、次の通りで
ある。まず、縦バイアス用の第１の強磁性膜４として硬
磁性膜（Ｃｏ−２０％Ｐｔ：〜２５ｎｍ，Ｈｃ＝１２０
ｋＡ／ｍ，Ｂｒ＝０．８Ｔ）を形成し、ＭＲ素子膜１の
長手方向の一方の向き（ｘ方向）に着磁した。次に、非
磁性膜５（ＳｉＮｘ：〜１０ｎｍ）を介して縦バイアス
用の第２の強磁性膜６として硬磁性膜（Ｃｏ−１０％Ｐ
ｔ：〜６０ｎｍ，Ｈｃ＝５０ｋＡ／ｍ、Ｂｒ＝１．４
Ｔ）を形成し、これを強磁性膜４と逆向き（−ｘ方向）
に着磁した。次に、ＭＲ素子膜１（ＮｉＦｅ：〜３０ｎ
ｍ，０．８Ｔ）を形成した後、非磁性膜２（Ｔｉ：〜２
０ｎｍ）を能動領域となる中央部分にのみ形成し、さら
に導電性軟磁性膜３（Ｃｏ系アモルファス：〜３０ｎ
ｍ、０．８Ｔ）をＭＲ素子膜１膜および非磁性膜２の上
に形成した。次に、積層した全層を所定のＭＲストライ
プ状にパターニングした後、導体リード７を形成してＭ
Ｒヘッドの形状とした。

【００４０】この構造のＭＲヘッドで、金属媒体の磁気
ディスク上に１ｋＦＣＩで記録された信号を再生して再
生特性を測定した。実施例１〜３と同様に、その再生波
形は不連続なジャンプが観察されず、バルクハウゼンノ
イズによる影響がない良好な再生信号波形が得られた。
本実施例においても、実施例１〜３と同様に動作点バイ
アス（横バイアス）を行うため、Ｃｏ系アモルファスで
形成した導電性軟磁性膜３を形成した。

【００４１】また、この実施例４のようにＭＲ素子膜１
上に全面にバイアス用強磁性膜４，６が形成される構造
のＭＲヘッドにおいては、縦バイアス用強磁性膜４，６
が全面にあるため、ＭＲ素子膜１の端面にのみ縦バイア
ス用強磁性膜を形成する構造と比較して、該強磁性膜を
パターニングする際のオーバーエッチングによるＭＲ素
子膜１やソフトフィルムバイアス用の導電性軟磁性膜３
へのダメージをなくすことができるという、プロセス上
の利点もある。

【００４２】（実施例５）実施例４では、ＭＲ素子膜１
の上に非磁性膜２と導電性軟磁性膜３を形成したが、図
６に示す実施例５は逆にＭＲ素子膜１の下に非磁性膜２
および導電性軟磁性膜３を形成している。このようにし
ても実施例４と同様の効果が得られる。但し、このよう
にＭＲ素子膜１を上にした場合、ＭＲ素子膜１を平坦に
するように形成することが望ましい。従って、その場合
はＭＲ素子膜１と導電性軟磁性膜３の界面に存在する非
磁性膜３の厚み分だけ、軟磁性膜３を凹ませるか、非磁
性膜２の形成およびパターニング後にイオンミリング等
で平坦化してから、ＭＲ素子膜１を形成することが望ま
しい。

【００４３】以上の実施例４，５で述べたような構造の
ＭＲヘッドにおける基本的な設計基準としては、ＭＲ素
子膜１、縦バイアス用の強磁性膜４，６および軟磁性膜
３の（飽和磁束密度×膜断面積）をそれぞれＭＳMR，Ｍ
Ｓ1 ，ＭＳ2 ，ＭＳSAL とおくと、ＭＳSAL ＋ＭＳMR＋
ＭＳ1 ＝ＭＳ2 である。

【００４４】なお、バイアス用強磁性膜４，６と非磁性
膜５、ＭＲ素子膜１および導電性軟磁性膜３の積層順序
は、 （ａ）１／３／４−５−６ （ｂ）３／１／４−５−６ （ｃ）４−５−６／３／１ （ｄ）４−５−６／１／３ のいずれでも構わない。

【００４５】（実施例６）実施例４，５では動作点バイ
アスを印加するために、導電性軟磁性膜３によるソフト
フィルムバイアスを用いたが、図７に示されるように非
磁性導電膜８（例えばＴｉ，Ｗ）を導電性軟磁性膜３の
代わりに形成してこれに電流を流し、それにより発生す
る磁界でＭＲ素子膜１に動作点バイアスを印加すること
も可能である。

【００４６】図７において、ＭＲ素子膜１はバイアス用
強磁性膜４上に形成され、その上に非磁性導体膜８が形
成され、所定のストライプ形状にパターニングされてい
る。この非磁性導体膜８に導体リード７が形成され、Ｍ
Ｒヘッドが構成される。この場合も、良好な再生信号波
形が得られた。

【００４７】（実施例７）図８は実施例７の原理図、図
９はＭＲヘッドの構造を示す断面図である。この実施例
では、ＭＲ素子膜１上に形成した強磁性膜４，６により
基本的に縦バイアスをＭＲ素子膜１に印加するが、この
強磁性膜４，６に面内一軸異方性を付与することで、Ｍ
Ｒ素子膜に横バイアスを印加したり、外乱等による強磁
性膜の磁化の揺らぎによるバイアス変動を押さえること
ができる。以下、この一軸磁気異方性を与える方法につ
いて図８を用いて説明する。

【００４８】ＭＲ素子膜１まで形成された基板上に、バ
イアス用強磁性膜４，６としてＣｏ−Ｐｔ膜をマグネト
ロンＲＦスパッタで形成する。その際の基板とターゲッ
トの諸元を以下に示す。 ・ターゲット：Ｃｏ−２０％Ｐｔ，３インチφ ・基板：２インチφ ・基板中心配置位置：（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（０，０，０） ・ターゲット中心配置位置：（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（１５，
１５，１５） 単位：ｃｍ 但し、Ｘ：ＭＲストライプトラック方向 Ｙ：ＭＲストライプハイト方向 Ｚ：基板垂直方向 すなわち、基板中心から見てターゲット中心がＸ，Ｙ，
Ｚどの方向からも４５度傾いた方向にある状態に、基板
およびターゲット配置を設定した。Ｃｏ−Ｐｔ粒子が基
板上に斜め入射した状態で、第１、第２の強磁性膜４，
６を非磁性膜５（ＳｉＮｘ〜５ｎｍ）を介して形成し
た。飛来粒子の斜め入射により、斜めに柱状構造が成長
する結果、その成長方向へ異方性が付与されることは良
く知られている。この場合、ＭＲ素子膜１への横バイア
スを印加するために、ＭＲ素子膜１上に斜め成長させた
（トラック方向と４５度）Ｃｏ−Ｐｔ膜に対して異方性
を与えた。縦バイアス用の第１の強磁性膜４（Ｃｏ−２
０％Ｐｔ：〜２５ｎｍ）および第２の強磁性膜６（Ｃｏ
−２０％Ｐｔ：〜５５ｎｍ）は、それぞれ逆方向に磁化
されている。

【００４９】この積層膜の上に、ＭＲ素子膜１（ＮｉＦ
ｅ）を形成して、図９のＭＲヘッドを作成した。この構
造のＭＲヘッドで、各種媒体の磁気ディスク上にｌｋＦ
ＣＩで記録された信号を再生して、その再生特性を測定
した。それらの再生信号波形には歪が少なく、また不連
続なジャンプが観察されず、良好な横バイアスが印加さ
れるとともに、バルクハウゼン・ノイズによる影響が抑
圧されていることが確認された。

【００５０】また、ＭＲヘッドの再生特性の評価に使用
する磁気ディスクの媒体のＨｃが低くなると、縦バイア
ス用強磁性膜が１層のみのの時と比べて、２層にするこ
とによりエラーレートに向上が見られた。この傾向は、
多層になるほど大きかった。これは、縦バイアス用強磁
性膜から発生する磁界が多層化により媒体表面では弱く
なり、媒体の内容が消去されにくくなったことを示して
いる。

【００５１】なお、この構造における基本的な設計基準
としては、ＭＲ素子膜１、強磁性膜４，６の（飽和磁束
密度×膜断面積）をそれぞれＭＳMR，ＭＳ1 ，ＭＳ2 と
おくと、ＭＳMR＋ＭＳ1 ＝ＭＳ2 である。

【００５２】なお、バイアス用強磁性膜に一軸磁気異方
性を付与するの方法としては、斜め入射以外に、Ｃｒな
どの下地膜をまずエピタキシャル成長させて、その上に
ＣｏＰｔなどの硬磁性膜を同様にエピタキシャル成長さ
せて結晶磁気異方性を利用する方法もある。

【００５３】（実施例８）図１０に示す実施例では、Ｍ
Ｒ素子膜１とバイアス用強磁性膜４との界面に非磁性膜
（原子層）１３を介在させることにより、両者間の交換
結合力を調節可能としている。このＭＲヘッドの製造工
程においては、ＭＲ素子膜１（ＮｉＦｅ）を形成した
後、バイアス用強磁性膜４を形成する前に、真空装置内
に酸素ガスを導入して数秒〜数分放置した。その後、バ
イアス用強磁性膜４を形成する。このようなプロセスを
経てＭＲヘッドを作製する。

【００５４】このＭＲヘッドを実施例３で説明したよう
なヘルムホルツコイル内に置いて、トラック方向に磁界
を印加し、そのＲ−Ｈ特性を測定したところ、不連続な
飛びが生じる磁界Ｈｘは、ＭＲ素子膜１とバイアス用強
磁性膜４の界面に酸素ガスを導入しないで作製したヘッ
ドに比べて小さかった。これは、界面に形成された非磁
性膜１３（酸素層）でＭＲ素子膜１とバイアス用強磁性
膜４間に働く交換相互作用が弱まったため、縦バイアス
磁界が低下したことによると考えられる。同じ効果は、
窒素ガス、窒素酸素混合ガスの導入や、これらガスを用
いてバイアス用強磁性膜４の形成前にスパッタエッチン
グを行っても得られた。このように界面に非磁性膜１３
を設けることにより縦バイアスの調節が可能となる。ま
た、この界面に熱的に安定な層が存在することにより、
製作プロセスやヘッド使用時における温度上昇に対して
界面での相互拡散を防ぐことができた。

【００５５】（実施例９）図１１に示す実施例は、バイ
アス用強磁性膜４とソフトフィルムバイアス用である導
電性軟磁性膜３との界面に新たに非磁性膜１３を設たた
ものであり、このようにしても実施例７と同様の効果が
得られる。なお、この非磁性膜１３を図５および図６に
示した実施例のような、バイアス用強磁性膜４または６
にＭＲ素子膜１または導電性軟磁性膜３が全面で接触し
ている構造のＭＲヘッドに適用しても効果がある。

【００５６】なお、以上実施例１〜７に述べたことは、
シールド型ＭＲヘッドでも、ヨーク型ＭＲヘッドでも同
様の効果があった。

【００５７】（実施例１０）図１２に示す実施例では、
ＭＲ素子膜１の能動領域にだけ非磁性膜１４を形成し、
この非磁性膜１４を介してバイアス用強磁性膜４，６膜
を積層することにより、ＭＲ素子膜１の両端部（受動領
域）のみに交換結合により縦バイアスを付与している。

【００５８】（実施例１１）図１３に示す実施例は、実
施例９の構成をＳＡＬバイアス方式のＭＲヘッドに適用
した例である。上述の実施例９，１０のいずれにおいて
も、バイアス用強磁性膜４，６が全面にあるため、ＭＲ
素子膜１の端面にのみバイアス用強磁性膜を形成する構
造と比較して、該強磁性膜をパターニングする際のオー
バーエッチングによるＭＲ素子膜１やソフトフィルムバ
イアス用である導電性軟磁性膜３へのダメージをなくす
ことができるという、プロセス上の利点がある。

【００５９】（実施例１２）図１４に示す実施例では、
ＭＲ素子膜１の上全面に非晶質軟磁性膜１５を介してバ
イアス用強磁性膜４，６を積層している。

【００６０】（実施例１３）図１５は、ＭＲ素子膜１の
両端部（受動領域）に非晶質軟磁性膜１５を介してバイ
アス用強磁性膜を積層した実施例である。上述した実施
例１１，１２のいずれの場合においても、ＭＲ素子膜１
はｆｃｃ構造となり、その（１１１）面が膜面に平行に
なるため、この上に強磁性膜４として例えばＣｏ系の硬
磁性膜を堆積すると、一般にはそのＣ軸が膜面垂直方向
に立ち易くなる。これは膜面垂直方向が磁化容易軸とな
り易くなることを意味し、この場合にはＭＲ素子膜１と
強磁性膜４との界面に交換結合が生じても、ＭＲ素子膜
１の磁化がその膜面に垂直方向に向こうとするため、Ｍ
Ｒ素子膜１の透磁率は大幅に低下してしまう恐れが生じ
る。また、これを避けるために、強磁性膜４の成膜条件
を制御してＣ軸を無理に寝かせようとすると、上記界面
での交換結合力が減少してしまう恐れがある。そこで、
ある程度の厚みの非晶質軟磁性膜１５膜をＭＲ素子膜１
と強磁性膜４との界面に介在させると、この界面におい
ては十分な交換結合を保ちつつ、強磁性膜４のＣ軸は膜
面に平行に向き易くなるという効果が得られる。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｍ
Ｒ素子膜と第１の強磁性膜とを界面において交換結合さ
せることによって、第１の強磁性膜の磁化を縦バイアス
としてＭＲ素子膜の磁化を第１の強磁性膜の磁化の向き
に固着させて部分的磁区の発生を防ぎ、バルクハウゼン
・ノイズを大幅に低減できる。

【００６２】また、非磁性膜を介して第１の強磁性膜と
第２の強磁性膜を静磁結合させることにより、これらの
強磁性膜がそれぞれ発生する磁束が互いに閉ループを形
成するようにして、強磁性膜端部より発生する漏れ磁束
が媒体に作用しないようにできるので、漏れ磁束により
媒体を消磁してしまうことがなくなるとともに、漏れ磁
束がＭＲ素子膜に入りこみ難くなることで、一定の縦バ
イアスがＭＲ素子の能動領域にかかりやすくなり、良好
な再生応答を得ることが可能となる。

【００６３】さらに、第１の強磁性膜とＭＲ素子膜との
界面に非磁性膜のバリア層を介在させることによって、
交換結合の度合いを調節できるので、縦バイアス磁界の
強度を適切に調節することが可能となり、同時に該非磁
性膜はＭＲヘッド製造プロセス中や、ＭＲヘッド使用時
に発生する熱に起因するＭＲ素子膜・強磁性膜界面での
拡散を防止でき、ＭＲヘッドの信頼性を向上させること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に係るＭＲヘッドの断面図

【図２】実施例２に係るＭＲヘッドの断面図

【図３】実施例１の効果を確認するために試作したＭＲ
ヘッドの斜視図

【図４】実施例３に係るＭＲヘッドの斜視図

【図５】実施例４に係るＭＲヘッドの断面図

【図６】実施例５に係るＭＲヘッドの断面図

【図７】実施例６に係るＭＲヘッドの断面図

【図８】実施例７に係るＭＲヘッドの原理図

【図９】実施例７に係るＭＲヘッドの斜視図

【図１０】実施例８に係るＭＲヘッドの断面図

【図１１】実施例９に係るＭＲヘッドの断面図

【図１２】実施例１０に係るＭＲヘッドの断面図

【図１３】実施例１１に係るＭＲヘッドの断面図

【図１４】実施例１２に係るＭＲヘッドの断面図

【図１５】実施例１３に係るＭＲヘッドの断面図

【符号の説明】

１…磁気抵抗効果膜 ２…第１の非磁
性膜（スペーサ） ３…軟磁性膜 ４…第１の強磁
性膜 ５…第２の非磁性膜 ６…第２の強磁
性膜 ７…導体リード ８…非磁性導体
膜（シャント層） ９…強磁性体基板 １０…非磁性絶縁
膜 １１…非磁性絶縁膜 １２…シールド
用軟磁性膜 １３…非磁性膜 １４…非磁性膜 １５…非晶質軟磁性膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 玲子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 館山 公一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 大田 俊彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 與田 博明 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁気抵抗効果素子膜と、 この磁気抵抗効果素子膜の上に配置され、該磁気抵抗効
   果素子膜の長手方向において所定の向きに磁化された第
   １の強磁性膜と、 この第１の強磁性膜の上に形成された非磁性膜と、 この非磁性膜の上に形成され、前記磁気抵抗効果素子膜
   の長手方向において前記第１の強磁性膜と逆の向きに磁
   化された第２の強磁性膜とを具備することを特徴とする
   磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
2. 【請求項２】磁気抵抗効果素子膜と、 前記磁気抵抗効果素子膜の磁界感知用領域の一方の面上
   に形成された第１の非磁性膜と、 この第１の非磁性膜および前記磁気抵抗効果素子膜の一
   方の面の該非磁性膜で覆われてない領域上に選択的に形
   成された導電性軟磁性膜と、 前記導電性軟磁性膜の上または前記磁気抵抗効果素子膜
   の他方の面上に形成され、該磁気抵抗効果素子膜の長手
   方向において所定の向きに磁化された第１の強磁性膜
   と、 この第１の強磁性膜の上に形成された第２の非磁性膜
   と、 この第２の非磁性膜の上に形成され、前記磁気抵抗効果
   素子膜の長手方向において前記第１の強磁性膜と逆の向
   きに磁化された第２の強磁性膜とを具備することを特徴
   とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
3. 【請求項３】磁気抵抗効果素子膜と、 前記磁気抵抗効果素子膜の磁界感知用領域上に選択的に
   形成された第１の非磁性膜と、 この第１の非磁性膜上および前記磁気抵抗効果素子膜の
   該非磁性膜で覆われていない領域上に形成され、該磁気
   抵抗効果素子膜の長手方向において所定の向きに磁化さ
   れた第１の強磁性膜と、 この第１の強磁性膜の上に形成された第２の非磁性膜
   と、 この非磁性膜の上に形成され、前記磁気抵抗効果素子膜
   の長手方向において前記第１の強磁性膜と逆の向きに磁
   化された第２の強磁性膜とを具備することを特徴とする
   磁気抵抗効果型磁気ヘッド。