JPS6323217A

JPS6323217A - 磁気抵抗効果型磁気ヘツド

Info

Publication number: JPS6323217A
Application number: JP16600586A
Authority: JP
Inventors: Munekatsu Fukuyama; 宗克福山; Shigemi Imakoshi; 今越　茂美; Hideo Suyama; 英夫陶山; Noboru Wakabayashi; 登若林; Hiroyuki Toba; 弘幸鳥羽
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1986-07-15
Filing date: 1986-07-15
Publication date: 1988-01-30

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、磁気抵抗（以下ＭＲという）効果型磁気ヘッ
ドに係わる。

〔発明の）既要〕

本発明は、少くとも一方がＭＲ効果を有する対の軟磁性
薄膜が非磁性薄膜を介して積層して成るＭＲ効果を有す
るＭＲ感磁部を有して成り、このＭＲ感磁部にセンス電
流を通ずるための電極、特にＭＲ感磁部の前方端側の電
極と、このＭＲ感磁部に与えるバイアス磁界を発生させ
るだめのバイアス導体とへの通電の向きを一致させるよ
うにして、バルクハウゼンノイズの発生を、より確実に
回避させる。

〔従来の技術〕

従来一般のＭＲ型磁気ヘッドは、その感磁部が単層のＭ
Ｒ効果を有する軟磁性膜によって構成され、このＭＲ磁
性膜に、これに与えられる信号磁界に基く抵抗変化を例
えば電圧変化として検出するためのセンス電流を通ずる
ようにしている。ところがこのような単層構造によるＭ
Ｒ型磁気ヘッドはバルクハウゼンノイズが問題となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明はＭＲ型磁気ヘッドにおいて、バルクハウゼンノ
イズの問題を確実に解決しようとするものである。

本出願人は、このようなバルクハウゼンノイズの問題の
改善をはかった磁気抵抗効果型磁気ヘッド、ないしは軟
磁性薄膜の構造を、特願昭６０−１７９１３５号出願、
特願昭６０−２３４９７１号出願、特願昭６０−２４７
７５２号出願等で提案したところであるが、本発明はこ
れらで提案した磁気ヘッドないしは磁性薄膜において、
更にバルクハウゼンノイズの確実な改善をはかる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、第１図にその平面図を示し、第２図にその断
面図を示すように、基板（１）上にＭＲ効果を有するＭ
Ｒ感磁部（２）を設けてＭＲ型磁気ヘッドを構成する。

（３）は磁気媒体との対接ないしは対向面を示し、磁気
媒体は図示しないが、この面（３）に対接ないしは対向
して第１図において紙面と直交する方向に相対的に移動
するようになされている。

感磁部（２）は、第３図に示すように、対の第１及び第
２の軟磁性薄膜（４）及び（５）が非磁性薄膜（６）を
介して積層されて成る。第１及び第２の軟磁性薄膜（４
）及び（５）の少くとも一方はＭＲ効果を有する軟磁性
薄膜、例えば、Ｆｅ、　Ｃｏ、　Ｎｉ或いはこれらのう
ちの２種以上の合金より成る。また、これら軟磁性薄！
ｊｌ（４１及び（５）の一方は、ＭＲ効果のない、或い
は殆んどないセンダスト、　Ｃｏ系アモルファス合金、
Ｍｏパーマロイ等の高透磁率軟磁性薄膜によって構成す
ることができる。軟磁性薄膜（４）及び（５）間に介在
させる非磁性薄膜（６）は、５ｔ（ｈ　＋　　Ａ１２（
ｈ　＋　Ｔｉ。

Ｍｏ、　Ａｇ等の無機物薄膜、非磁性金属薄膜等によっ
て構成する。そして、この非磁性薄膜（６）は、両軟磁
性薄膜（４）及び（５）間に、交換相互作用に比し静磁
的相互作用が支配的に作用するような５人〜１００００
人、例えば５人〜５００人の厚さに選定する。

また、この感磁部（２）の両軟磁性薄膜（４）及び（５
）は、その飽和磁束密度、厚さ等の選定によって両画膜
（４）及び（５）の磁束量が一致するようにして磁束が
両画膜（４）及び（５）に関して全体的に閉じるように
選定される。そして、両軟磁性薄膜（４）及び（５）を
ＭＲ効果を有する磁性薄膜とするときは、両軟磁性薄膜
（４）及び（５）は同一材料９寸法、形状とすることが
望ましいが、一方をＭＲ効果がないか殆んどない材料に
よって構成するときは、この軟磁性薄膜は、ＭＲ効果の
ある他方の軟磁性薄膜に比し、電気抵抗が充分大となる
ように、その構成材料の比抵抗。

厚さ等の選定を行う。

そして、感磁部（２）には、その抵抗変化を検出するた
めのセンス電流ｉｓを通ずる。この感磁部（２）におけ
るセンス電流ｊｓの通電方向は、磁気媒体から与えられ
る信号磁界Ｈｓに沿う方向、つまり磁気媒体との対接な
いしは対向面（３）と直交する方向に選定される。これ
がため感磁部（２）には、面（３）側とこれとは反対側
との各端、つまり前後各端部に、センス電流ｉｓを供給
するための前方電極（７）と後方電極（８）とを被着形
成する。具体的には、感磁部（２）の前後両端部に重ね
合せられるように前方、後方両電極（７）及び（８）を
被着する。ここに、特に前方電極（７）は、端子導出の
上から、少くとも感磁部（２）に対する被着部から、面
（３）に沿う方向に、つまりｉｓ雷電流本来の通電方向
とほぼ直交する方向に延在することが余儀なくされる。

したがって、この前方電極（７）の、感磁部（２）との
連結部近傍における通電方向は、第１図に矢印ａで示す
ように、感磁部（２）における本来のセンス電流ｉｓと
ほぼ直交する方向となる。また、感磁部（２）には、通
常のように、信号磁界が与えられない状態でセンス電流
ｉｓの方向に対し所要の角度、例えばほぼ４５゜に磁化
が向くように外部から所要のバイアス磁界を与えるもの
であり、これがため、感磁部（２）上または下を横切っ
て通電によって所要のバイアス磁界を発生するバイアス
導体（１０）を配置し、その通電方向すを、感磁部（２
）におけるセンス電流ｉｓの本来の通電方向、すなわち
信号磁界方向とほぼ直交する方向に選定する。そして、
特に本発明は、この構成において、前述した前方電極（
７）の感磁部（２）への通電方向ａと、バイアス導体（
ｌＯ）の通電方向すとを同−向きに選定する。

〔作用〕

上述の本発明構成によれば、バルクハウゼンノイズが効
果的に除去される。これについて説明する。

まず、バルクハウゼンノイズの発生原因について説明す
ると、従来一般のＭＲ型磁気へ・ノドのように、その感
磁部が単層のＭＲ磁性薄膜によって構成されている場合
、このＭＲ磁性薄膜は、磁気異方性エネルギー、形状異
方性等に起因する静磁エネルギー等の和が層全体として
最小となるような状態を保持すべく第８図に示すような
磁区構造をとる。すなわち、この単層磁性薄膜が、長方
形の磁性薄膜（５１）であり短辺方向に磁気異方性を有
する場合、その面内において、短辺方向に沿って磁化方
向が交互に逆向きの磁区（５２）が生じると共に、これ
ら隣り合う磁区（５２）に関して閉ループを形成するよ
うにその両端間に、磁性層の長辺方向に沿って順次逆向
きの磁区（５３）が生じている。したがって、このよう
な磁性層に外部磁界が与えられると磁壁（５４）　、　
　（５５）が移動し、これによりバルクハウゼンノイズ
が発生する。

これに比し、本発明構成においては、その感磁部（２）
が、非磁性薄膜（６）を介して軟磁性薄膜（４）及び（
５）が積層された構造とされていることによって、外部
磁界が与えられていない状態では、第３図に示すように
、磁性層ＩＩＩ！１（４）及び（５）は、矢印Ｍ１及び
Ｍ２で示すように夫々磁化容易軸方向に互いに反平行の
磁化状態にあり、磁壁が生じていない。尚、このように
磁壁が存在しないことについては磁性流体を用いたビッ
タ−（Ｂｉｔｔｅｒ）法による磁区観察によって確認し
たところである。そして、このような感磁部（２）に対
し、その磁化困難軸方向に外部磁界Ｈを強めていくと、
第９図Ａ−Ｃにその磁化状態を、磁性薄膜（５）に関し
ては実線矢印で、磁性薄膜（４）に関しては破線矢印で
模式的に示すように、第９図Ａで示す第３図に示した反
平行の磁化状態から外部磁界Ｈにより第９図Ｂに示すよ
うに回転磁化過程により磁化が回転し、更に強い外部磁
界により、第９図Ｃに示すように、両磁性薄Ｈ臭（４）
及び（５）が同方向に磁化される。この場合両磁性薄膜
（４）及び（５）においてその面内で磁化が回転するの
で、磁壁は生ずることがなく、パルクツ１ウゼンノイズ
の発生が回避される。つまり、両磁性薄膜（４）及び（
５）の磁化困難軸方向を磁束の伝搬方向とすることによ
って磁壁移動に起因するバルクハウゼンノイズが回避さ
れる。

更にこのような感磁部（２）を有する磁気ヘッドの動作
を第１０図〜第１２図を参照して説明する。第１０図〜
第１２図は、感磁部（２）の両磁性薄膜（４）及び（５
）のみを模式的に示したもので、これら磁性薄膜（４）
及び（５）は第１０図中にｅ、ａで示す方向に初期状態
で磁化容易軸を有する。そしてこれら磁性薄膜（４）及
び（５）にセンス電流ｉｓを通ずる。この通電によって
非磁性薄膜（図示せず）を挟んで対向する両磁性薄膜（
４）及び（５）には電流ｉｓと直交する互いに逆向きの
磁界が発生し、これによって磁性層ＦＡ（４）及び（５
）は同図に実線及び破線矢印Ｍ１及びＭ２で示すように
磁化される。一方、この感磁部（２）には電流ｉｓに沿
う方向に外部からバイアス磁界Ｈ８が与えられると、こ
のバイアス磁界Ｈ日によって、磁性薄膜（４）及び（５
）の磁化の向きは、第１１図に矢印Ｍｅよ及びＭＢ２で
示すように所要の角度だけ回転される。このバイアス磁
界Ｈａによって与えられる磁化の方向は、電流ｉｓの方
向に対してほぼ４５゜となるように、そのバイアス磁界
Ｈａの大きさが選ばれるものである。尚、このようにバ
イアス磁界ＨＢによってセンス電流ｉ５に対してほぼ４
５゛の磁化を与えることによって高い感度と直線性を得
ることができることについては、通常のＭＲ型磁気ヘッ
ドにおいて行われていると同様である。

そして、この状態で第１２図に示すように、信号磁界Ｈ
ｓがセンス電流ｉｓに沿う方向、すなわち磁針及びＩ時
計方向に角度θ１及び−θ１回転する。

これによって各磁性ｙｓ膜（４）及び（５）が例えば共
にＭＲ磁性薄膜である場合は、それぞれ抵抗変化が生じ
ることになるが、このＭＲ磁性薄膜の抵抗の変化は角度
の変化をθとするとき　ｃｏｓ２　θに比例するので、
今、第１０図における両磁性薄膜（４）及び（５）の磁
化Ｍ８１及びＭＢ２が互いに９０°ずれているとすると
、θ１及び−０１の変化で、両磁性ｉ膜（４）及び（５
）に関して抵抗の変化の増減が一致する。つまり、一方
の磁性Ｎ膜（４）の抵抗が増加すれば、他方の磁性薄膜
（５）もその抵抗は増加する方向に変化する。

そして、これら磁性薄膜（４）及び（５）の抵抗変化、
すなわち感磁部（２）の両端の端子ｔ１及びｔ２間に抵
抗変化を生じ、この抵抗変化を端子ｔ１及びｔ２間の電
圧変化として検出することができることになる。

上述したように、ＭＲ感磁部（２）を、第１及び第２の
軟磁性薄膜（４）及び（５）が非磁性薄膜（６）を介し
て積重された構造とすることによってバルクハウゼンノ
イズの改善がはかられるが、更に本発明においては、前
方電極（７）の、特に感磁部（２）におけるセンス電流
ｉｓの本来の通電方向と直交する方向になる感磁部（２
）との連結部近傍の通電方向ａを、バイアス導体（１０
）への通電方向すと同じ向きに選定したことにより、よ
り確実にバルクハウゼンノイズの改善がはかられる。

このことについて説明すると、ＭＲ感磁部（２）に対し
て前方電極（７）、バイアス導体（１０）を今、第１図
に示した配置パターンをもって配Ｉした場合の、感磁部
（２）への通電電流ｉｓを２０ｍＡとして、このときの
感磁部（２）の各部における磁化Ｍの分布を計算で求め
ると、第１３図に示すようになる。この図において横軸
は、ＭＲ感磁部（２）の前方端位置を原点としこれより
後方に向う距離をとったもので縦軸は、その各位置の磁
化を示したもので、各曲線（１３１）〜（１３５）は、
夫々バイアス導体（１０）への直流バイアス電流１ｂを
電極（７）の通電方向と同方向の５０ｍＡ、　４０ｍＡ
、　３０ｍＡ、　２０ｍＡ、　１０ｍＡとしたとき、曲
線（１３６）はＩｂ＝　ＯｍＡのとき曲線（１３７）〜
（１４１’）は、電流１ｂを電極（７）の通電方向と逆
向きの一１０ｍＡ、　−２Ｏｎ＋Ａ、　−３０ｍＡ、　
−４０ｍＡ、　−５０ｍＡに変化させた場合である。こ
れより明らかなようにＭＲ感磁部（２）には、バイアス
導体（１０）からの本来のバイアス磁界以外に、電極（
７）への通電によって生じる磁界による磁化（Ｉｂ＝Ｏ
のときの曲線（１’１６））が存在するものであり、感
磁部（２）は、−様なバイアス磁化状態にない。このた
め特にＩｂ＜　０としたとき、つまり第１図における矢
印ａとｂとを逆向きにするときは、感磁部（２）北おい
て磁化状態が大きく変化するのみならず磁化の向きが反
転する部分が生じ、磁壁の発生、したがって、バルクハ
ウゼンノイズが発生して来る。更にこのＩｂ＜　Ｏの場
合、感磁部（２）による全体の出力は、正バイアス磁化
部分と負バイアス磁化部分との各部に依存する出力が相
殺してしまって出力レベルが低下する不都合があり、更
に、感磁部（２）において、最適バイアス磁化状態から
はずれた部分が生じることになって出力波形に非対称性
を生じる。

これに比し、上述したように本発明では電極（７）とバ
イアス導体（１０）の各通電方向ａ及びｂを同じ向きと
したので、磁化の反転が回避されるものであり、感磁部
を磁性薄膜（４）及び（５）の重ね合せ構造としたこと
と相伴って確実にバルクハウゼンノイズが回避され、特
に、例えば、Ｉｂ＝　３０ｍ−Ａ付近で、感磁部（２）
の広い範囲で均一の磁化状態が得られるので、出力のレ
ベルダウンはもとより出力波形の非対称性の改善もはか
られる。

すなわち、出力波形についてみるに、その出力波形の正
負両出力レベルの高さを第４図に示すように、ｈ”、ｈ
″″とするとき、ｈ”＝ｈ−のとき対称性にすぐれた波
形となるものであるが、今、第１３図の結果から信号磁
界を加えたときをシュミレートさせると第５図中曲線（
５１）及び（５２）になり、第１図の方向ａとｂとが同
−向きのｒｂ＞　。

でｈ”、ｈ−の両者が良く一致している最適のＩｂ値が
存在する。更に第６図は、その実測値であり、曲線（６
１）及び（６２）に示されるように、信号波形の正負各
出力レベルの高さｈ”、ｈ−で両者が良（一致している
領域の存在がｒｂ＞ｏでみられる。

〔実施例〕

第１図及び第２図を参照して、更に本発明の一例を詳細
に説明する。

この場合、基１（１１上にＭＲ感研部（２）を設ける。

基板＋１１は、例えばＮｉ−Ｚｎ系フェライト、阿ｎ−
Ｚｎ系フェライト等の磁性基板より成る。基板（１）上
には、この基板（１）が導電性を有する場合は、５ｔ０
２等の絶縁性層（１１）を形成し、これの上に通電によ
ってバイアス磁界Ｈａを発生させるに供するバイアス導
体（１０）を形成し、これの上に更に絶縁層（１１）を
形成してその上にＭＲ感磁部（２）を形成する。このＭ
Ｒ感磁部（２）は、磁気媒体との対接ないしは対向面（
３）に前方端が臨みこの面（３）と直交する方向に延在
して形成され、バイアス導体（１０）はＭＲ感磁部（２
）下または図示しないがバイアス導体（１０）上を横切
るように形成する。

感磁部（２）は、第１の軟磁性薄膜（４）、非磁性薄膜
（６）、第２の軟磁性薄膜（５）を順次スパンタリング
或いは蒸着等によって連続的に一作業工程で、すなわち
、各材料のスパッタ源、或いは蒸着源を有するスパッタ
リング装置、或いは蒸着装置によって形成し得る。

非磁性薄膜（６）は、絶縁性或いは導電性の非磁性材例
えば５ｉ０２＋　”等によって構成し、その厚さは、前
述したように両磁性薄膜（４）及び（５）間に、実質的
に交換相互作用が殆ど励（ことがなく、クーロンの法則
に従う相互作用による結合、つまり静磁的結合が生じる
厚さの例えば２０人に選定する。

両磁性薄膜（４）及び（５）の少くとも一方は、前述し
たようにＦｅ、　Ｎｉ＋　Ｃｏの単体、若しくはこれら
２種以上の合金によって構成し得る。

そして、ＭＲ感磁部（２）に与えられる信号磁界に沿っ
てセンス電流ｉｓを通ずるための電極（７）及び（８）
を感磁部（２）の両端部に夫々一部が重ねられるように
して電気的に被着する。前方電極（７）の少（とも感磁
部（２）に対する被着部は、磁気媒体との対接ないしは
対向面（３）に沿うようにセンス電流ｉｓの本来の通電
方向とほぼ直交するように、云い換えればバイアス導体
（１０）の通電方向と同方向に延長し、電極（７）及び
（８）から端子ｔ１及びｔ２を導出する。

また、バイアス導体（１０）は、感磁部（２）へのセン
ス電流ｉｓと直交し、電極（７）の感磁部（２）との連
結部近傍の通電と同方向に通電がなされて、センス電流
ｉｓに沿う方向のバイアスは界Ｈｓを感磁部（２）に与
えるようにする。ｔＢｌ及びｔＢ２は、このバイアス導
体（１０）の通電端子を示す。

そして、基板（１）上に、感磁部（２）等の磁気へ、ド
構成部を覆うようにガラス等の融着１（１３）を介して
機械的保護ないしは磁気シールド用の非磁性または磁性
の上基板（１４）を接合する。

上述の構成において、各層、例えば絶縁層（１１）、バ
イアス導体（１０）　、電極（７）及び（８）等は、前
述した感磁部（２）の各磁性薄膜（４）及び（５）、非
磁性薄膜（６）と同様に夫々スパッタリング、蒸着によ
って各層を形成し、フォトリソグラフィー技術によって
所要のパターンに形成し得る。

上述の構成において、その磁気記録媒体との対接ないし
は対向面（３）に、磁気記録媒体が対接ないしは対向し
つつ第１図において紙面と直交する方向に移行すること
によって、この媒体上の記録磁化に応じた信号磁界Ｈ３
が、ＭＲ感磁部（２）のセンス電流ｉｓと同方向に与え
られ、この信号磁界Ｈ５の変化に応じた抵抗変化が感磁
部（２）に生じて、この抵抗変化をセンス電流ｒｓによ
って検出することによって磁気記録媒体上の記録の読み
出しか行われることになる。

尚、ＭＲ感磁部（２）の両磁性薄膜（４）及び（５）の
いずれか一方の磁性層１１ｉｉ　（４）又は（５）はＭ
Ｒ効果が殆どない磁性薄膜によって構成することができ
、この場合においても前述したように両値性層（４）及
び（５）の磁束量が一致するように厚さ等の選定が行わ
れると共にＭＲ効果の殆どない方の磁性薄膜に関しては
、ＭＲ効果を有する磁性薄膜にセンス電流の主たる部分
が流れるようにこの非ＭＲ磁性藩膜についての両端の電
極（７）及び（８）間の抵抗は、ＭＲ磁性薄膜のそれよ
り充分大となるように、比抵抗の大きいＦｅＣｏ５１Ｂ
系、ＣｏＺｒＮｂ系の各アモルファス合金あるいはＦｅ
−Ａｌ−５ｉ系いわゆるセンダスト合金のような高比抵
抗、高透磁率磁性層によって構成し得る。このＭＲ効果
の小さい高透磁率磁性層に用い得る材料としてはＭｏパ
ーマロイ等も考えられる。

勿論、これらの材料は電極（７）及び（８）の材料とし
ても考えられる。

尚、上述した例では、感磁部（２）下にバイアス導体（
１０）を設けて感磁部（２）に外部磁界Ｈ日を与えるよ
うにした場合であるが、バイアス導体（１０）の配置位
置及びそのパターンは種々の構成を採り得るものであり
、例えば多層構造とすることもできる。

また、感磁部（２）についても例えば第７図に示すよう
に互いに平行に配列された２本の同様の積層体より成る
感磁部（２）が直列に接続され、例えば各前方端が共通
の電極（７）によって接続され、各後端に夫々電極（８
Ａ）及び（８Ｂ）を配置した構成を採る場合に適用する
こともできる。

〔発明の効果〕

上述したように本発明によればバルクハウゼンノイズを
確実に回避でき、しかも出力レベルが大で、対称性にす
ぐれた出力を得ることが優れた特性を有するＭＲ型磁気
ヘッドを構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による磁気抵抗効果型磁気ヘッドの一例
の路線的拡大平面図、第２図はその断面図、第３図はそ
の感磁部の説明図、第４図は出力波形の説明図、第５図
及び第６図は夫々出力波形の対称性の計算結果及び実測
結果を示す図、第７図は感磁部の他の例を示す平面図、
第８図は単層磁性薄膜の磁区構造を示す図、第９図Ａ−
Ｃは感磁部の外部磁界による磁化状態の説明図、第１０
図〜第１２図は磁気ヘッドの動作説明図、第１３図は感
磁部の磁化分布曲線図である。（１）は基板、（２）は感磁部、（４）及び（５）はそ
の第１及び第２の軟磁性薄膜、（６）は非磁性薄膜、（
７）及び（８）は電極、（１０）はバイアス導体である
。

Claims

【特許請求の範囲】少くとも一方が磁気抵抗効果を有する対の軟磁性薄膜が
、非磁性薄膜を介して積層された磁気抵抗効果感磁部と
、該磁気抵抗効果感磁部にセンス電流を通ずるための電極
と、上記磁気抵抗感磁部にバイアス磁界を印加するバイアス
導体とを有し、上記磁気抵抗感磁部の前方端部に被着される前号電極は
磁気抵抗感磁部におけるセンス電流方向とほぼ直交する
方向に通電方向が選定され、上記前方電極の通電方向と
上記バイアス導体への通電方向とは同じ向きに選定され
て成ることを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。