JPS599987A - 磁気抵抗効果素子 - 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】 本発明は磁気センサや磁気ヘッドなどに応用される磁気
抵抗効果（ＭＲ）素子に関し、静磁気的に誘導した磁気
異方性によシ、磁区構造を制御し、新しいバイアス方法
を実現するとともに、新しいバイアス方法を応用したＭ
Ｒ素子を提供するとと゛を目的としている。

従来、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
は磁気記録媒体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、磁気記録媒体
１の一壕方向の信号磁界−よりｘ方向の抵抗値変化を電
極３，４間の電圧変化より検出する方式である。この方
式では、磁気記録媒体１からの信号磁界強度は指数関数
的に減少する。特に磁気記録媒体１上の記録波長がＵい
領域では信号磁界の成長が非常に大きなものとなる。こ
のため、磁気抵抗効果素子２０幅Ｗは加工精度、耐摩耗
特性などを考慮してできるだけ狭くすることが望捷しい
。

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Ｍ８の方向と電流ｌのなす角度をθ、
ａ、ｂを定数とすると Δρ＝　ａ　十ｂ　ｃｏｓ　　θ という関係が成立っている。印力旧１箋界Ｈと比抵抗変
化Δρ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＝　Ｈｓで飽和するい
ちじるしい非直線性を有しており、この非直線性を改善
するためにはバイアス磁界ＨＢで飽和するいちじるしい
非直線性を有しており、この非直線性を改善するために
はバイアス磁界ＨＢを印加してｈａ適動作点に設定する
必要がある。この最適動作点ではＨＢ−Ｈｓ／Ｉ２　、
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、−軸に配向した強磁
性薄板が使用されるのか普通である。−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か、最適動作
点θ−４５゜に設定するためにバイアス磁界としては素
子の長手方向と直角な方向の反磁界程度すなわち、ＨＢ
＝４πＭ６・ｔ／ｗ　　程度必要である。ここてｔは素
子２の厚さを示す。これはかなり大きな磁界となり、た
とえば短手方向に磁化成分を有する魚礁方向に磁化配向
する。すなわち、素子長手方向からθたけ幀けて配向し
た場合を考えると、素子栴 幅方向に生ずる磁荷により実で不す反磁界を生じ磁化Ｍ
６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という問題があった。

本発明においては、強磁性体よりなるＭＲ膜を蒸着すべ
き基板の表面に凹凸を形成しておくことによって、ＭＲ
素子の磁気異方性の方向および異方性磁界の大きさを制
御し、かつＭＲ素子に流した電流とｆｉ（Ｕ気層方性の
向きを実質的に４５磨として、外部磁界信号に対して直
線性の良好な素子や、外部磁界の方向を検知する新り見
な素子を提供することを目的としている。

第３図（−）は、本発明によるＭＲ素子の一実施例力 の東面図、同図（ｂ）はそのｘ−Ｘ線に治った断面図、
同図（Ｃ）　、　（ｄ）はそのＭＲ特性を示す。

Ｎ＜　３　Ｉｌｌ　（ａ）　、　（ｂ）に示すように、
四辺形をなすＭＲ１１侍１１の破着する基板１４の表向
に凹凸段差１２を、Ｍ　ＲＩＩＫ　１１に流ずべき電流
ｉと４６度の角度をなすように形成しておく。ＭＲ素子
膜の両端には電極１３が設けられており、ＭＲ素子中を
電流が均一に流れるように配慮している。

子連のように、基板１４の表面に線状をなす凹凸段差１
２形成し、ＭＲ膜１１を蒸笛すると、基ＩＪｙ、１４の
表面凹凸に沿った方向にＭＲ膜１１の磁ｋ 化容勿軸か向く。さらに異方性磁界壮者の太きさも、［
）１工紀基板１４の表面凹凸の繰返しピンチと深さによ
って制御できる。

第４図に、基板表面が平担である場合のＭＲ膜の異方性
磁界Ｈｋｏに対する表面凹凸のある場合の異方性磁界Ｈ
ｋの比と、表面凹凸の繰返しピッチＰおよび凹凸深さＤ
の関係を示しだ。浅い凹凸深さで十分大きなＨｋを得る
には、凹凸の繰返しピッチは、０．５μｍ程度必要とな
る。ピッチ２μｍ以上で、十分なＨｋを得ようとすると
、４００Å以上の深い凹凸深さが必要となり、ＭＲ膜の
厚さと同和の段差になるだめに、ＭＲ膜の信頼性が悪く
なるため、段差は小さい方が好ましい。

このようにして得た異方性を持つＭＲ膜は、第３図（ｃ
）　、　（ｄ）に示したような特性を示す。第３図（ｃ
）では、凹凸方向に対して直角な方向の磁場Ｈ（正弦波
状）が印加された場合の特性であり、第３図（ｄ）は、
凹凸方向に対して平行な方向に磁場Ｈが加えられた場合
である。表面の凹凸方向に対してＨが直角に加えられる
と、比抵抗ρに対する比抵抗変化Δρの比Δρ／ρ。は
、磁場が小さい領域で直線的に変化し、Δρ／ρ。の変
化は最大を示す。

また、直線性が良好であり、磁場の方向によってΔρ／
ρ。が逆向きに変化するため磁場の極性を見分けること
ができる。また、凹凸に対してＨが・１行である場合に
は、Δρ／ρ。の変化は小さく、Δρ／′ρ。の値はこ
の方向で極小値を示す。第３図（Ｃ）　、　（ｄ）の比
較によって、磁場の方向に対して３６００　が−周期と
なるようにΔρ／ρが変化することがわかる。すなわち
、第３図（ａ）　、　（ｂ）に示した素子によって磁界
と素子との間の相対的な角度を読み取ることができる。

第５図に本発明による他の実施例を示す。第３図（ａ）
　、　（ｂ）に示した実施例と異なる点け、ＭＲ素子を
細線状に分割して、抵抗を増加させ、９００の角度全な
す素子を二つ設け、その中間に中点端子を設けたことで
ある。これにより、より明確に磁場方向を検知できるよ
うになっている。

第５図（ｂ）に磁場に対する左右の素子の抵抗値変化を
示した。電流を第５図（ａ）に示したように左の素子か
ら右の素子へ流すと、基板に設けた表面凹凸と電流のな
す角度が９０度異るため、左の素子で中点に対する出力
が増加すると右の素子の中点に対する出力が減少し、第
５図ら）に示したように角度に対する選択性がより明確
になる。

第６図に本発明による他の実施例を示す。本実施例では
、９０度の角度をなすＭＲ素子が二つ設けられているが
、この各々に設けた基板表面凹凸が右の素子と左の素子
で９０度の角度をなし、かつ、ＭＲ素子と基板表面凹凸
とのなす角度が４５゜である。この素子の間に中点端子
を設け、左右の素子に定電流を流し、画素子で発生する
電圧を読み取る。第６図（−）のような構成では、二つ
のＭＲ素子が９０度の角度を持っており、かつ、二つの
素子の磁化容易軸である基板表面凹凸が９Ｑ度の角度を
なしているため、第５図に示した例よりも、より細分化
された磁界の方位を読み取ることができる。第６図（ｂ
）にその様子を示した。右の素子と左の素子の磁化容易
軸方向が９０度異るため、出力の極小を示す方位が右の
素子と左の素子で異な９、電流の方向が９０度異在って
いるため、第６図に示しだように、右の素子と左の素子
で検出する出力が９０度毎に零を示し、９０度の位相を
もって極大点十十が検出され、また、１８０度の位相の
ところで極小点−一を示す。丑だ、各素子の零点を示す
位相差９０度の中間点４５°のところで出力の絶対値が
等しくなり、第５図に示した例と比較すると、より細分
化された精度の高い磁界方位を検出することができる。

以上、本発明では、ＭＲ素子の基板表面に凹凸を設けて
、ＭＲ素子の異方性をその凹凸方向ｆそろえ、寸だ、異
方性磁界Ｈｋの大きさを表面凹凸によって十分大きくし
、線型領域を大きくしダイナミックレンジを大きくする
ことによって、新しい泣 磁界力価検出可能なＭＲ素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の磁気抵抗効果素子の一例を示す余［視図
、第２図はその磁化の方向の説明図である。 第３図（、）は本発明の一実施例の磁気抵抗効果素子５
舌 の平面図　同図（ｂ）はそのＸ−Ｘ線に４つだ断面図。 （ｄ） 同図（Ｃ）、→はその特性図、第４図はその異方性磁界
と表面凹凸の関係を示す図、第６図（−）は本発明の他
の実施例の平面図、同図（ｂ）はその磁界方位と出力と
の関係を示す図、第６図（ａ）は本発明のさらに他の実
施例の平面図、同図（ｂ）はその磁界方位と出力との関
係を示す図である。 １１・・・・・・磁気抵抗効果を有する膜、１２・・・
・・凹凸段差、１３・・・・・電極、１４・・・・・基
板。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第４図 第５図 ｔα２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）基板上に被着形成された強磁性体よりなり、かつ
   少なくとも一面に凹凸が形成されており、前記凹凸が前
   記−面に一定方向にかつ線状に設けられており、前記凹
   凸に対してほぼ４５度の角度でとも一対の磁気抵抗効果
   を有する素子を持ち、前記対をなす素子間に中間端子を
   有し、かつ前記対をなす素子は互いに９０度の角度をな
   すよう配置されており、かつ前記対をなす素子の少なく
   とも一面に凹凸が形成されており、前記凹凸が前記−面
   に一定方向にかつ異方的な線状に設けられており、前記
   対をなす素子の一辺と前記凹凸のなす角度がほぼ４６度
   である、ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 （３）少なくとも一対の素子の各々の表面に形成しだ凹
   凸が、各々の素子で９０度の角度をなすことを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項に記載の磁気抵抗効果素子。