JPS5827386A - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents

磁気抵抗効果素子

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JPS5827386A
JPS5827386A JP56124005A JP12400581A JPS5827386A JP S5827386 A JPS5827386 A JP S5827386A JP 56124005 A JP56124005 A JP 56124005A JP 12400581 A JP12400581 A JP 12400581A JP S5827386 A JPS5827386 A JP S5827386A
Authority
JP
Japan
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magnetoresistive element
magnetoresistive
magnetic field
unevenness
magnetization
Prior art date
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Pending
Application number
JP56124005A
Other languages
English (en)
Inventor
Noboru Nomura
登 野村
Kenji Kanai
金井 謙二
Nobumasa Kaminaka
紙中 伸征
Yuji Komata
雄二 小俣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10Magnetoresistive devices

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  • Hall/Mr Elements (AREA)

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】 本発明は、強磁性体薄膜よシなる磁気抵抗効果素子およ
び、それを応用した磁気センサ磁気ヘッドに関し、静磁
気的に誘導した磁気異方性により、磁区構造を制御し、
バルクハウゼンノイズの発生しない磁気抵抗効果素子お
よび、新しいバイアス方法を適用した磁気抵抗効果素子
を提供する事を目的としている。
従来、強磁性体に磁界を印加したとき電気的抵抗値が変
化する磁気抵抗効果を利用した磁気ヘッドの原理的構成
としては第1図に示されるような構成の短冊状素子の磁
気抵抗効果形ヘッドが考えられていた。第1図の例では
記録媒体1と垂直(y方向)に強磁性薄板よりなる磁気
抵抗効果素子2を当接または近接させ、磁気抵抗効果素
子2の長手方向(2方向)の両端に電極3,4を配置し
、電極3,4間に定電流iを流し、記録媒体1のy方向
の信号磁界により2方向の抵抗値変化を電極3,4間の
電圧変化よシ検出する方式である。
この方式では磁気抵抗効果素子2のy方向の幅をωとす
ると、記録媒体1からの信号磁界強度は指数関数的に減
少し、特に記録媒体上の記録波長が短い領域では信号磁
界の減衰は非常に大きなものとなる。このため幅ωは加
工精度、耐摩耗特性などを考慮して可及的に小さいこと
が望ましい。
磁気抵抗効果素子の比抵抗変化Δρは強磁性薄板を一軸
異方性とし、磁化M、の方向と電流iのなす角度をθ、
a、bを定数とすると Δl) = a + b as 2θ という関係が成立っている。印加磁界Hと比抵抗変化Δ
ρをその最大値Δρmaxで除した比抵抗変化率(Δρ
/Δρmax )との関係はH=HBで飽和する著しい
非直線性を有しておシ、この非直線性を改善するために
はバイアス磁界H8を印加して動作点をpに設定する必
要がある。このp点ではHB=H〆η。
θ=45° となっている。
磁気抵抗効果素子は抵抗変化率を大きくとるためおよび
ヒステリシス特性を避けるため一軸に配向した強磁性薄
板が使用されるのが普通である。
−例として第2図に示す短冊形状の素子を考えると素子
長手方向に配向(実線)した場合、その配向性は安定で
あるが、動作点pのθ=45° に設定するためにバイ
アス磁界としては素子短手方向の反磁界程度すなわち、
H,!4πM8・tん程度必要である。ここでtは素子
厚を示す。これはかなり大きな磁界となり、例えば短手
方向に磁化成分を有する点線方向に磁化配向する。すな
わち、素子長手方向からθ傾けて配向した場合を考える
と、素子幅方向に生ずる磁荷によル実線で示す反磁界を
生じ、磁化MSの方向は長手方向に曲げられるためθを
初期値に保持するのが困難になる問題があった。
また、矩形状の磁気抵抗効果素子の場合、磁区構造は理
想的には第3図(、)に示すような環流磁区構造となシ
、磁気抵抗効果特性は同図(b) 、 (c)の様にな
る。実際には・ぐターン端部の直線性の乱れや記録媒体
との当接面の加工仕上げ時に入る加工変質層によって、
第4図(、)に示すように磁区構造は乱れ磁気抵抗効果
特性も同図Φ) 、 (C)の様になる。
外部磁場の印加によってこの乱れは、突然の磁壁移動や
磁化の不整脈な変化を示し、出力となる抵抗値の変化に
パルクツ・ウゼンノイズを発生したシ、再生波形の2次
高調波歪を悪化させたシするため、実用にならなかった
本発明は、新バイアス法およびパルクツ・ウゼンノイズ
の消去法を与えるとともに、これを実現した磁気抵抗効
果素子や、磁気センサ、磁気ヘッドを提供するものであ
る。
第5図は、本発明による一実施例である。磁気抵抗効果
素子が蒸着されるガラス基板の表面をラッピングテーゾ
により一方向に研摩すると表面の荒さはラップ条痕にな
らって、一定方向だけ異方的に荒れる。この実施例の場
合は、磁気抵抗効果素子の電流方向に対して平行にラッ
プ条痕を設けている。ラップ条痕と条痕との間隔はラン
ダムであるが、ラップ方法を適当に選ぶと、平均5μm
の凹凸間隔になる。このラップ条痕に沿って磁区が発生
し、第5図に示したように磁区は細分化されるとともに
配向性が良好となる。
第6図は、本発明による他の一実施例である。
磁気抵抗効果素子が蒸着されるガラス基板の表面は磁気
抵抗効果素子の電流方向に対して45° の角度を持つ
ようにラノピングテーグにより一定方向に研摩している
。第5図の場合と同様、磁区は細分化されるとともにラ
ップ条痕にならって発生し、電流に対して45度方向に
良好な配向性を示す。
第5図ならびに第6図の磁区図形とともに、磁化容易軸
方向磁気抵抗効果特性と磁化困難軸方向の磁気抵抗効果
特性と、小信号磁界入力時の再生信号波形を第3,4図
と同様に示した。本発明の実施例である第5図と第6図
を、第3図J4図の従来例と比較しながら説明を加える
第3図の場合は、磁区構造は理想的々環流磁区図形とな
るため、磁化容易軸方向に向いていない磁区の影響がで
て、磁場に対する磁化容易軸方向の比抵抗変化率(Δρ
/ρ)である磁気抵抗効果特性にかなシの出力があシ、
磁化困難軸方向の磁気抵抗効果特性と磁化容易軸方向の
磁気抵抗効果特性の比率である配向比は小さい。磁化困
難軸方向の磁気抵抗効果特性にバイアス磁界HBに重畳
して小信号磁界を入力すると、良好な再生出力を得るが
、磁気抵抗効果特性の飽和磁界強度HKの値が小さいた
め、ダイナミックレンジが小さく、信号磁界強度がゼロ
付近になると、2次高調波歪が増加したシ、バルクハウ
ゼンノイズを誘発した。11) fる。
第4図の場合は、第3図の場合よりも磁区図形が乱れて
おり、磁化容易軸方向の磁気抵抗効果特性の出力は大き
く、縦軸のΔρ/ρに対して非対称である。また、磁化
困難軸方向の磁気抵抗効果特性には、ヒステリシスを持
つためスジリットがあシ、磁化の突然の移動に対応した
バルクハウゼンノイズが発生している。前述の場合と同
様に、バイアス磁界HBに重畳して小信号磁界を入力す
ると、再生出力にはバルクハウゼンノイズを伴い、ヒス
テリシスを持つ事から、波形の歪みが大きく実用になら
ない。
第5図の場合は、ラップ条痕方向に磁区が並び細分化さ
れているので、磁化容易軸方向の磁気抵抗効果特性は小
さく配向比が大きい。磁化困難軸方向の磁気抵抗効果特
性は、磁区が細分化された事によって飽和磁界強度HK
が大きくなり、バイアス磁界HBを重畳した小信号磁界
入力による直線性が増すと同時に、ダイナミックレンジ
が大きくなる。また、磁区が細分化され配向性が良好で
ある事から、バルクハウゼンノイズの発生もない良好な
再生出力波形を得る事ができる。
第6図の場合は、45度方向にラップ条痕があり、磁区
は細分化されるとともに良好な配向性を示し、再生電流
方向の磁気抵抗効果特性は、再生電流に対して直角方向
の磁気抵抗効果特性とほぼ同形の特性となる。この場合
は、バイアス磁界は必要でなく、磁化は45農方向にバ
イアスされた状態であり、信号磁界に対して、直線性の
よい良好な再生信号波形を示す。磁気抵抗効果特性の飽
和磁界強度HKは磁化の細分化に伴い大きくなシ、ダイ
ナミックレンジは大きくなる上、ノぐルクノ・ウゼンノ
イズも発生しない。
以上、本発明による磁気抵抗効果素子では、従来の第3
図、第4図の場合と比較すると磁区が細分化され配向性
が良好となシ、その結果、・9ルクハウゼンノイ゛ズの
発生しない磁気抵抗効果素子や、外部バイアス磁界の必
要のない磁気抵抗効果素子を提供する事ができる。
以上述べてきた本発明の実施例では、磁気抵抗効果素子
を形成する基板表面の凹凸はラップ条痕と考えて説明を
加えてきたが、+4000→8000のラッぎングテー
プで生ずる傷の深さは20〜100X程度のものであり
、条痕の周期は約5μm程度となる。磁気抵抗効果特性
の飽和磁界強度線、この表面凹凸の深さと巾に関係して
おり、ダイナミックレンジを正確に制御するには、・ク
ターン化された表面の凹凸を利用する必要がある。パタ
ーンにはフォトレジストを用い、基板表面を磁気抵抗効
果素子の膜厚を越えないようにドライエツチングやケミ
カルエツチングの方法を用いて表面凹凸を設ける。この
表面に磁気抵抗効果素子を被着すると、表面に習った膜
の凹凸ができる。表面凹凸が膜厚以上になると磁気抵抗
効果素子の導通が段差部分でできなくなり、素子として
信頼性の悪いものとなる。
また、・母ターン形成は、下地基板にのみ限定して説明
したが磁気抵抗効果素子表面に設けても同様の効果が得
られる。
磁気抵抗効果素子はNi 83− Fe 17の組成で
磁場中で蒸着され、誘導磁気異方性を付与しているが、
この誘導磁気異方性の向きと、線状の表面凹凸の向きが
平行であると、よシ一層、磁化の配向が安定化し、良好
な磁気抵抗効果特性が得られる。
第7図は、本発明による磁気抵抗効果素子の他の一実施
例である。この実施例では、基板11の表面にツクター
ン形成された表面凹凸12の上に磁気抵抗効果素子13
が被着形成されておシ、電流iと基板表面凹凸との傾き
は45° をなしている。
信号磁界Hsigが電流iに対して直角方向に入ってい
る。l(sigが大振幅の磁界である場合は、第6図に
示したように磁気抵抗効果特性はヒステリシスを持つよ
うになる。これは、磁化が、信号磁界Hsig  によ
って反転してしまったために、非可逆な遷移をしたから
である。このため45X方向のダイナミックレンジは小
さくなるが、第7図に示した、電流方向のR4了λ磁弊
HBを加えると、磁化が保持できるため、可逆的な磁化
回転のみとする事ができる。
以上の例では、表面凹凸は45崖方向として説明したが
、これは、磁気抵抗効果素子の形状による反磁界を考慮
しない場合であるが、磁気抵抗効果素子の形状による反
磁界を考慮すると表面の凹凸は、素子の設計によって3
0°〜60°までの角度に変化する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来例での磁気抵抗効果素子と媒体との配置図
、第2図は短冊状の磁気抵抗効果素子、第3図は従来例
の磁区図形と磁気抵抗効果特性、第4図は従来例の磁区
図形と磁気抵抗効果特性、第5図は本発明による磁区図
形と磁気抵抗効果特性、第6図は本発明による磁区図形
と磁気抵抗効果特性、第7図は本発明による他の実施例
を示す図である。 1・・・記録媒体、2・・・磁気抵抗効果素子、3,4
・・・電極、11・・・基板、13・・・磁気抵抗効果
素子。 第7図 +71 手続補正書(方式) 収入Ill叡jあ11 円 昭和57年 2 JJ 17 II 特許庁長官 島 l(1春 樹 殿 1 °1ト作の表示   特願昭、、−1゜4005号
゛11件との関係  出願人 II  11i    大阪府門真市大字門真1006
番地f’1(’+、  (582)  松下電器産業株
式会社代ノ諸       山  下  俊  彦・;
。、、、’l 03 (43] + 8111市tit
:、’、15 手続補正指令書のFJ付 昭和57年 1月5l−1(発送1」昭和57年1月2
611 )0 補止により増加する発明の数   〇手
続補正書(自発) +1ノ入141紙金順 ′“′       □ゎ5,4゜ヵ1ア□特7j/l
庁長官 島 1)春 樹  殿1、事件の表示  特願
昭56−124005号3、補正をする者 事件との関係   出願人 住 所   大阪府門真市大字門真1006番地名 称
   (582)  松下電器産業株式会社代表者  
       山  下  俊  彦4、代理人〒10
5 電話0.3 (431) 8111番(代表)5、補正
により増加する発明の数 0 (1)  明細書第5頁第20行「直線性の乱れ」を「
直線性の乱れA」と訂正する。 層Bによって」と訂正する。 (3)同第6行「バルクハウゼンノイズ」ヲ「バルクハ
ウゼンノイズC」と訂正する。 (4)同第12頁第17行〜第13頁第2行「第3図は
°・°・・・・°果特性、」を次のように訂正する。 [第3図、第4図は従来例で第3図(a)、第4図(k
)は磁区図形、第3図(b)、第4図(b)は磁化容易
軸方向磁気抵抗効果特性、第3図(C)、第4図(e)
は磁化困難軸方向磁気抵抗効果特性と再生信号、第5図
、第6図は本発明による一実施例で、第5図(&)は磁
区図形、第5図(b)は磁化容易軸方向磁気抵抗効果特
性、第5図(e)は磁化困難軸方向磁気抵抗効果特性と
再生信号、第6図(&)は磁区図形、第6図(b)は再
生電流方向磁気抵抗効果特性、第6図(e)は再生電流
に対して直角方向の磁気抵抗効果特性と再生信号、」 以  上

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板上に被着形成された強磁性体よシなる磁気抵
    抗効果素子において、磁気抵抗効果素子の少なくとも一
    面に凹凸が形成されており、該凹凸が磁気抵抗効果素子
    の前記面に一定方向かつ異方的な線状で設けられている
    事を特徴とする磁気抵抗効果素子。
  2. (2)該凹凸が磁気抵抗効果素子を被着する下地表面に
    形成されている事を特徴とする特許請求の範囲第(1)
    項記載の磁気抵抗効果素子。
  3. (3)該凹凸が、下地表面と反対側の磁気抵抗効果素子
    表面に形成されている事を特徴とする特許請求の範囲第
    (1)項記載の磁気抵抗効果素子。
  4. (4)該凹凸の振幅が、磁気抵抗効果素子の膜厚よりも
    小さい事を特徴とする特許請求の範囲第(1)項ないし
    第(3)項のうちいずれが1項記載の磁気抵抗効果素子
  5. (5)前記線状の表面凹凸がラノノ条痕である事を特徴
    とする特許請求の範囲第(1)項ないし第(4)項のう
    ちいづれか1項記載の磁気抵抗効果素子。
  6. (6)  前記線状の表面凹凸が/4’ターンエツチン
    グVCよる凹凸面である事を特徴とする特許請求の範囲
    第(1)項ないし第(4)項のうちいづれか1項記載の
    磁気抵抗効果素子。
  7. (7)磁気抵抗効果素子の誘導磁気異方性の向きと、前
    記線状の表面凹凸の向きが平行である事を特徴とする特
    許請求の範囲第(1)項記載の磁気抵抗効果素子。
  8. (8)前記線状の表面凹凸の向きが、磁気抵抗効果素子
    に流れる電流の向きと略平行である事を特徴とする特許
    請求の範囲第(7)項記載の磁気抵抗効果素子。
  9. (9)前記線状の表面凹凸の向きが、磁気抵抗効果素子
    に流れる電流の向きと30〜60度の角度を持っている
    事を特徴とする特許請求の範囲第(7)項記載の磁気抵
    抗効果素子。 (10前記線状の表面凹凸によって細分化された磁区構
    造を持つ磁化にバイアス磁界が加えられており、該・9
    イアス磁界によって磁化が同一方向に向けられている事
    を特徴とする特許請求の範囲第(9)項記載の磁気抵抗
    効果素子。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58100473A (ja) * 1981-12-11 1983-06-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd 磁気抵抗効果素子
US7545602B1 (en) * 2005-07-26 2009-06-09 Sun Microsystems, Inc. Use of grating structures to control asymmetry in a magnetic sensor

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