JPH07320231A

JPH07320231A - 磁気抵抗効果型ヘッド

Info

Publication number: JPH07320231A
Application number: JP10809494A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Suzuki; 良夫鈴木; Yoshihiro Hamakawa; 佳弘濱川; Hiroyuki Hoshiya; 裕之星屋; Kazuhiro Nakamoto; 一広中本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-05-23
Filing date: 1994-05-23
Publication date: 1995-12-08

Abstract

(57)【要約】【構成】磁性膜１，２で、非磁性膜３をはさみ、磁性膜
１，２の磁化のなす角度に依存して、抵抗出力を得る。
電極４，５をより媒体に近い側と、より遠い側に設け、
電流を媒体と垂直方向に流す。この時、媒体からより遠
い電極５の近傍に磁区制御のための硬磁性体膜８を設け
ても良い。【効果】巨大磁気抵抗効果を利用した、再生磁気ヘッド
を、反強磁性体を用いずに実現し、隣接トラックからの
クロストークも減少した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気記録媒体の磁化の
向きにより情報を保存し、磁気ヘッドにより記録再生を
行う磁気記録装置の再生部に用いる磁気抵抗効果型ヘッ
ドに係り、特に、巨大磁気抵抗効果を利用した高感度な
磁気抵抗効果型ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気記録の高密度化に伴い、再生用磁気
ヘッドに高い感度が求められている。高感度の再生磁気
ヘッドとして、磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッド）と
呼ばれるものが知られている。磁気抵抗効果型ヘッド
は、記録媒体からの磁界を、素子の抵抗変化として検出
する。従来の一般的な磁気抵抗効果型ヘッドは、抵抗が
磁化と電流方向との間の角度θの関数としてcos²θに比
例して変化する成分を持つという、異方性磁気抵抗効果
（ＡＭＲ）に基づいて動作する。

【０００３】最近、異方性磁気抵抗効果とは、別の原理
で動作する磁気抵抗効果型ヘッドとして、ディーニー
フィジカルレビュー(Dieny Physical Review B，第４
３巻）、１２９７〜１３００頁「軟磁性多層膜における
巨大磁気抵抗効果」に記載のように二層の磁性層を非磁
性層で分離し、一方の磁性層に反強磁性層からの交換バ
イアス磁界を印加する構造のヘッドが考案された。この
ような多層膜では、抵抗Ｒは、二層の磁性層の磁化の間
の角θの関数として、cosθ に比例して変化する成分を
有することが、上記論文に示されており、このような効
果を、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）と呼んでいる。この
ような多層膜により、磁界センサを作ると、二層の磁性
層のうち反強磁性層に接していない方のみが磁化が自由
に回転できるので、外部磁界により、二層の磁化の間の
角度θが変化し、これが抵抗変化ΔＲとして検出でき
る。このような、多層膜の巨大磁気抵抗効果を利用した
磁気抵抗効果型ヘッドは、従来の異方性磁気抵抗効果を
利用したヘッドと比べて、大きい磁気抵抗変化量ΔＲを
示すことが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】Dieny らによる多層膜
では、一方の磁性層に交換バイアスを与えるために反強
磁性膜が用いられている。ところが、反強磁性層として
最も一般的に用いられるＦｅ−Ｍｎ系合金は、耐食性に
問題があり、この材料を用いたヘッドは、製造プロセス
中および使用時に腐食による特性劣化が発生する恐れが
あった。また、反強磁性体を用いた場合、交換バイアス
磁界を発生させる為に、反強磁性体のネール温度近くま
で昇温して着磁しなければならず、この昇温時に、熱に
よる原子拡散によって、極薄の磁性層，非磁性層からな
る感磁部の状態が変化し、出力特性が劣化する恐れがあ
った。さらに、従来提案されてきた巨大磁気抵抗効果を
利用した磁気ヘッドは、トラック幅方向の感度分布の裾
が長いため、高いトラック密度での再生において隣接ト
ラックからのクロストークが大きいという問題があっ
た。

【０００５】本発明の目的は、巨大磁気抵抗効果を用い
た磁気抵抗効果型ヘッドを、反強磁性体材料を用いず
に、高トラック密度に適した構造で実現することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題は、磁気抵抗効
果型ヘッドにおいて、電極を媒体対向面により近い部分
とより遠い部分に設けることにより、電流を媒体面に対
して実質的に垂直方向に流すことによって解決される。

【０００７】

【作用】図１に本発明による磁気抵抗効果型ヘッドの説
明図を示す。実際には、表示された部分をはさんで上下
に磁気シールド層が有り、さらに誘導型の記録ヘッドが
その上に積層されるが、本図および以後の図では、見や
すくするために、これらの部分を省略する。

【０００８】図１で、磁性層１，２で非磁性層３をはさ
んだ部分を感磁部と呼ぶ。磁性層１の磁化６の向き及び
磁性層２の磁化７の向きのなす角度をθとすると、感磁
部の抵抗変化ΔＲは、cosθ に比例する成分を有する。
従来、巨大磁気抵抗効果を利用した磁気ヘッドとして提
案されてきたものは、図２のように、電流を媒体対向面
に対して平行方向に流すものであった。また、この場合
は、一方の磁性層１の磁化６の向きを固定するために、
反強磁性体８を設ける必要があった。これに対して、図
１に示す本発明のヘッド構造では、電極４，５を媒体に
対して、より近い位置とより遠い位置に設け、電流を媒
体面に対して垂直方向に流れるようにし、反強磁性体は
必ずしも設けなくてもよい。電流を切った状態では、磁
化６，７の向きは、互いにほぼ平行になるようにする。
電流を流すことにより、電流の発生する磁界による自己
バイアス効果により、磁性層１，２には互いに逆方向の
横バイアス磁界がかかり、磁化６，７の向きは、図３に
示すように、逆方向に傾き、その間の角度θもゼロでな
くなる。本発明ヘッドでは、外部磁界ゼロで、この角度
θが約９０°となるように、電流値や膜厚，パターンの
設計を行う。このような素子に、媒体磁界などの外部磁
界がかかった時の、感磁部の抵抗変化の機構を、図３に
より説明する。図３において、この素子に上向きの磁界
（正磁界とする）がかかったときには、θが小さくなる
方向に磁性層１，２の磁化６，７が回転し、抵抗Ｒは減
少する。逆に、印加磁界が下向きの場合にはθが拡がる
方向に磁性層磁化６，７は回転し、感磁部の抵抗Ｒは増
大する。結果として、このような素子の磁界対抵抗のグ
ラフは、定性的に図４の様になる。磁界Ｈがゼロ付近で
は、印加磁界に対して、抵抗変化は、ほぼ線形になって
おり、この部分を動作領域とする。負の方向に大きな磁
界をかけると、抵抗値は、Ａ点を境として再び下がり始
める。抵抗極大となる点Ａは、磁性層１，２の磁化が互
いに反平行になった場合に対応する。動作領域は、図４
のＡ点より右側であることが必要である。本発明の磁気
ヘッドでは、二つの磁性層１，２の磁化の向きが電流を
切ったときに互いにほぼ平行で、媒体に対して垂直方向
である必要がある。図１のような単純な構造の場合に
は、磁性層の上端で大きな磁荷密度が発生し、静磁的に
は必ずしも安定でない。この問題は、図５（ａ）のよう
に磁性層１，２を電極５の後方にまで長く延長すれば、
有る程度解消できる。しかし、これでも磁化の向きが、
上向きか下向きかは確定しないので、センサとしての極
性が定まらず、応用上使いにくい。これを解消するため
に、コイルもしくは硬磁性層によって、図３の縦方向に
バイアス磁界を印加することが考えられる。例えば、図
５（ｂ）は本発明の一実施例として、磁性層１，２の媒
体から遠い方の端部を巻くように、コイル１２を設けた
ものである。このコイルに直流電流を流すことにより、
感磁電流を切ったときの磁性層１，２の磁化を平行にそ
ろえることができる。

【０００９】図６に硬磁性層によるバイアス効果を利用
した本発明の磁気抵抗効果型ヘッドの一実施例の説明図
を示す。図１の基本構造に加えて、磁性層１，２の媒体
から遠い方の端部に近接して硬磁性層９を置き、これを
媒体面に対して垂直方向に着磁する。この硬磁性層を設
けることにより、感磁部の磁化６，７は、非通電時に互
いに平行になる。通電したときに、電流による相互バイ
アス磁界も加わり、図３のような磁化の互いになす角θ
が約９０°となるような磁化の向きが実現する。また、
この様にすれば、非通電時の磁化の向きは、上向きにな
り、センサとしての特性も一方向に決定される。

【００１０】図６では、磁性層１，２の磁化６，７が、
それぞれ一つのベクトルで代表されるようにみなしてい
たが、より正確には、硬磁性体９を置いたときの磁性層
１，２内の磁化は、図７に示すような、静磁エネルギを
最小にするような分布をとると考えられる。すなわち、
媒体対向面に近い部分では、二層の磁化が互いに反平行
かつ媒体面に対し平行に近くなる。逆に、媒体対向面か
ら最も遠い部分では、互いに平行かつ媒体面に垂直に近
くなる。ただし、この場合でも、全体としての平均的な
磁化に関しては、それぞれ約４５°傾いた方向を向き、
図３及び図６で示したような機構で、抵抗変化が発生す
る。磁性層のうち、最も媒体に近い部分は、電極と重な
りあうため、ほとんど電流が流れず、ヘッド出力には直
接寄与しない。しかし、この部分は、感磁部へ、媒体か
らの磁束を運ぶ導磁路の働きをする。図７からわかるよ
うに、この先端部分は、磁化の向きが、媒体漏洩磁界に
対してほぼ垂直である為に、効率のよい導磁路となる。

【００１１】本発明の主な利点は、上記のように、反強
磁性体を用いずとも磁気抵抗効果ヘッドが実現するとい
う点にあるが、他にも以下のような利点がある。（１）
媒体に近い方の電極の電位を媒体の電位と同じに設定す
ることにより、媒体とヘッドの間の放電を防止する効果
がある。（２）トラック幅が感磁部の磁性層の幅によっ
て規定され、これよりも外側に磁性膜が存在しないため
に、再生感度のにじみを低減でき、隣接トラックからの
クロストークを低減できる。（３）電流の向きと硬磁性
層の着磁の向きが決定されると、感磁部磁性膜の磁化の
向きが唯一に規定されるため、磁壁が入りにくく、バル
クハウゼンノイズの発生を抑止できる。

【００１２】

【実施例】以下実施例に基づき本発明を詳細に説明す
る。

【００１３】［実施例１］図１に本発明の実施例１のヘ
ッドの構造の概念図を示す。磁性層１，２で非磁性層３
をはさんで感磁部を構成する。磁性層１，２は、ともに
厚さ５ｎｍのパーマロイ（Ｎｉ₈₀Ｆｅ₂₀）を、非磁性層
３は、厚さ２ｎｍのＣｕを用いる。電極４，５を媒体に
対して、より近い位置とより遠い位置に設け、電流を媒
体面に対して、垂直方向に流れるようにする。媒体磁界
などの外部磁界によりθは増減し、それに応じて、感磁
部の抵抗も変化する。このようなヘッドの印加磁界対抵
抗のグラフは、図４の様になる。原点付近では、印加磁
界に対して、抵抗変化は、近似的に線形になっており、
この部分を使用して、媒体磁界を抵抗変化として検出で
きる。このように、構成した磁気抵抗効果型ヘッドは、
感度分布の裾が短く、良好な再生特性を示した。

【００１４】［実施例２］図５に実施例２の磁気ヘッド
の構造の説明図を示す。先の実施例１では、磁性層１，
２の媒体と逆の方の端部において大きな磁荷が発生し、
静磁的には必ずしも安定でない。そこで、本実施例で
は、磁性膜を電極の後方にまで長く伸ばし、磁極の影響
の解消をはかる。この場合にも二つの磁性層１，２の間
の端部での静磁結合は、両者の磁化を互いに反平行にな
るように作用するが、一方、二つの磁性層の磁化の間の
面的な結合は、中間の非磁性層３の厚さを適当に選ぶこ
とによって、強磁性的結合にできるので、十分延長部が
長いと、両者の磁化は、平行になる。

【００１５】さらに、図５（ｂ）のように、磁性層１，
２の延長部分を巻くようにコイル１２を設け、これに通
電すると、磁性層１，２の磁化は特定の方向を向く。こ
のようにすることによって、磁化の向きを特定の方向に
確定し、出力特性をより安定にした磁気抵抗効果型ヘッ
ドを実現できた。

【００１６】［実施例３］感磁部の磁化の向きを特定す
るもう一つの手段として、硬磁性層によって、バイアス
磁界を印加する方法が考えられる。図３に本発明の実施
例３の磁気ヘッドの構造を示す。これは、図１に示した
基本構造を形成し、その磁性層１，２の媒体と逆の端部
に近接して、硬磁性層９を設けたものである。硬磁性層
は、CoPt合金等の保磁力の大きな薄膜を用いる。硬磁性
層９を、媒体面に対して垂直方向に着磁する。これによ
り、感磁部の磁化は、非通電時にほぼ平行になり、通電
したときに、電流による相互バイアス磁界も加わり、図
３もしくは図７に示したような磁化の向きが実現する。
又、この様にすれば、非通電時磁化の向きは、実質的に
一方向に固定され、センサとしての磁性も一方向に決定
される。

【００１７】硬磁性層の置き方には、図８に示すよう
に、種々のバリエーションが考えられる。まず、（ａ）
は比較のために、硬磁性層を用いない場合を示す。
（ｂ）は図６で示したのと同様に、硬磁性層９を感磁部
と少し離しておいた場合である。（ｃ）は（ｂ）とほぼ
同じ構造であるが、奥側の電極５を硬磁性体層９に一部
重ねた構造である。（ｄ）は、硬磁性層９を、奥側の電
極５の下に、同じ形状で設けたものである。この構造
は、硬磁性層９を、奥側の電極５と同時にパターニング
することにより作製できる。（ｅ）は、磁性層１，２の
奥側の端部に接して硬磁性層９および奥側の電極５を設
けたものである。この構造は、例えば、特開平3−12531
1 号公報に開示されているように、ミリングとリフトオ
フを組合せた次のようなプロセスにより、作製可能であ
る。先ず、図（ｄ）のような、磁性層１，２の上に重な
った硬磁性層９および奥側電極５を、リフトオフ法によ
り、作製するプロセスを考える。ただし、通常のリフト
オフ法と異なり、ステンシルを形成した後に、このステ
ンシルをマスクとして、先ずミリングを行い、磁性層
１，２の奥側の電極５と重なる部分を取り除いてしま
う。その上に、硬磁性層９及び奥側の電極５の膜を成膜
し、最後に、硬磁性層及び電極の膜の不要な部分をリフ
トオフにより除去する。（ｆ）は（ｅ）とほぼ同様であ
るが、硬磁性層９のみをミリングとリフトオフを組合せ
たプロセスで作製し、その上に別途電極５を形成したも
のである。

【００１８】このように形成した磁気抵抗効果型ヘッド
は、いずれもノイズの少ない良好な出力特性を示した。
また、トラック幅方向の感度分布の裾も短くなり、高ト
ラック密度での隣接トラックからのクロストークも減少
した。

【００１９】［実施例４］実施例３では、硬磁性層から
の静磁界を用いて磁性層にバイアスを印加していたが、
同様の効果は、硬磁性層からの交換結合磁界を利用して
も得られる。図９（ａ）に本発明の実施例４の磁気ヘッ
ドの構造を示す。磁性層１，２および非磁性層３の材料
と膜厚は実施例１と同じである。感磁部磁性層１，２の
媒体から遠い方の端部をドライエッチングにより、傾き
をもってパターニングする。その上に、硬磁性層９を形
成する。硬磁性層の材料は、ＣｏＰｔ合金等の保持力の
大きな金属磁性膜を用いる。さらに、電極４，５をその
上に形成する。このような構造では、硬磁性層９と、磁
性層１，２が直接接する部分があり、この部分で、両者
が交換結合している。そこで、硬磁性層９を媒体面にた
いして垂直方向に着磁すると、それに接した部分の磁性
層１，２の磁化は、交換結合を介して同じく媒体垂直方
向を向く。すなわち、磁性層１，２の奥側の端部のみ
に、強力なバイアス磁界が実効的に印加されたようにな
る。通電したときに、電流による相互バイアス磁界も加
わり、図３もしくは図７に示したような磁化の向きが実
現する。この結果、媒体磁界に応じて、巨大磁気抵抗効
果により抵抗が変化する。このようにして、形成した磁
気抵抗効果型ヘッドで、良好な再生特性が得られた。

【００２０】また、図９（ｂ)(ｃ）のように、硬磁性層
９の代わりに、反強磁性層１３もしくは反強磁性層１３
と交換結合された磁性層１４を用いて、これらの反強磁
性層を磁界中焼鈍して着磁しても同様の効果が得られ
た。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、反強磁性体を必ずしも
用いることなく巨大磁気抵抗効果を用いた磁気ヘッドが
可能であり、また、トラック幅方向の感度分布の広がり
の小さい、隣接トラックからのクロストークの小さい再
生ヘッドが実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による磁気抵抗効果ヘッドの説明図。

【図２】従来の磁気抵抗効果ヘッドの説明図。

【図３】本発明ヘッドの磁性層の磁化の向きの説明図。

【図４】本発明により磁気抵抗効果素子の磁界（Ｈ）対
抵抗変化（ΔＲ）の特性図。

【図５】本発明の実施例２の磁気抵抗効果型ヘッドの説
明図。

【図６】本発明の実施例３の磁気抵抗効果型ヘッドの説
明図。

【図７】本発明ヘッドの感磁部磁性層１，２の磁化の向
きの説明図。

【図８】本発明の実施例３におけるヘッドの断面図。

【図９】本発明の実施例４におけるヘッドの断面図。

【符号の説明】１，２…磁性層、３…非磁性層、４，５…電極、６，７
…磁化。

フロントページの続き (72)発明者中本一広東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二層の磁性層及びそれらを分離する非磁性
層からなる感磁部を有し、上記二つの磁性層の磁化の向
きの差によって抵抗変化を得る磁気抵抗効果型ヘッドに
おいて、電極を媒体対抗面に、より近い部分とより遠い
部分に設けることにより、電流を媒体対向面に対して、
実質的に垂直方向に流すことを特徴とする磁気抵抗効果
型ヘッド。
【請求項２】請求項１において、上記二つの磁性層に対
して、上記媒体面に関して垂直方向のバイアス磁界を印
加する手段を有する磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項３】請求項１において、上記磁性層の媒体対向
面に対してより遠い側に近接して、硬磁性膜を配置し、
上記硬磁性膜を上記媒体に対して垂直方向に着磁し、上
記硬磁性膜の発生する静磁界もしくは交換結合磁界によ
り、感磁部に対して、上記媒体面に関して垂直方向のバ
イアス磁界を印加する磁気抵抗効果型ヘッド。