JPH0766503B2 - 磁気抵抗センサの磁区組織の調整方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明は磁気媒体データ貯蔵システムのための磁気抵抗
（MR）書き込み／検出ヘッドに関するものであり、より
具体的にはMR書き込み／検出ヘッドを製造した後同ヘッ
ドの磁気抵抗センサの磁区組織を調整する方法／検出ヘ
ッドに関するものである。

（従来技術の説明） 磁気抵抗（MR）センサは幾つかのタイプの磁気ディスク
ドライブの書き込み／検出ヘッド内の検出又は読み取り
トランスデューサとして採用されている。MRセンサの電
気抵抗はセンサの磁場に対する接近度に応じて変化す
る。加えるに、磁場内に配置されたセンサの電気抵抗は
磁場の強度の関数として変化する。磁気データ貯蔵ディ
スク上方に配置されたMRセンサはディスク上に移植され
た局部的磁区と関連する磁場を検出するのに用いること
が出来る。そのような局所的な磁区はセンサが読み取る
データをあらわしている。

MRセンサは典型的には磁気抵抗を示す強磁性材料、例え
ばニッケル／鉄合金からなる薄膜層を有している。前記
強磁性体層は電気的絶縁性基板上に堆積される。MRセン
サはセンサの活性領域が何らの磁区境界を備えていない
場合に最も良好に作動する。言葉を変えるならば、前記
MRセンサは単一磁区のものであるべきである。センサ内
に磁区境界がある場合にはバルクハウゼンノイズすなわ
ち加えられた磁界のもとで磁区が不可逆的に運動を起す
ことによって誘起される現象の原因となる。もしも磁区
境界が存在しない場合にはバルクハウゼンノイズは発生
し得ない。

単一磁区センサに対する幾つかの設計例が提案されてい
る。センサを単一磁区状態に維持することは必然的にセ
ンサ内の磁区が安定化することを示唆している。MRヘッ
ドの構造部品及びMRセンサがこの安定性を促進する場合
に磁気的安定性が高められる。しかしながら、MRセンサ
が単一磁区状態以外の状態にある時には磁気的安定性は
欠点となる。典型的には、単一磁区MRセンサはそれが堆
積を受ける時点においてその所望の磁化状態にされる。
何故ならばMRヘッドの安定化組織はヘッドの完成後にお
けるセンサの磁気的調整を困難にするからである。セン
サ内における単一磁区の損失及びそれにともなう多重磁
区状態の固定化を防止するために、ヘッドの製造工程に
おいてはセンサ内の単一磁区状態を達成した後大いなる
注意が払われる。

本発明の権利者が権利人である米国特記第4,803,580号
に記載されたようなダブルギャップ磁気抵抗ヘッドは頂
部磁極，中間磁極及び追尾シールドを線形的に配設され
ることにより画成された別個の書き込み及び検出ギャッ
プを備えている。前記頂部磁極、中間磁極及び追尾シー
ルドは全て磁性材料から構成されており、頂部及び中間
局は強磁性体であり、追尾シールド部はフェリ磁性体で
ある。前記書き込みギャップは頂部磁極と中間磁極の間
のギャップのことであり、前記検出ギャップは中間磁極
と追尾シールド間のギャップのことである。前記磁気抵
抗センサは前記中間磁極と追尾シールド間の検出ギャッ
プ内に配置されている。前記MRセンサの構造は単一磁区
状態を支持することが出来るタイプのものである。中間
磁極及び追尾シールドは適用した場合センサに対するシ
ールド部材として作用しており、センサギャップ直下に
位置する局所的磁区によって誘起された磁界以外のセン
サからの磁界は実質的に阻止する。このシールド効果は
ディスクドライブ作業環境において出会う磁界に対抗す
るものとして極めて有効である。

磁気抵抗書き込み／検出ヘッドの製造中間ヘッドが出会
う磁界は、しかしながら、ディスクドライブ作業環境で
出会う磁界よりもずっと強いものである。前記ヘッドに
要求される小さな物理的寸法並びにきびしい公差を満足
するMRヘッドを製造するのに現在用いられている製造方
法においては、典型的には100エールステッドを超える
これらの強い磁界を避けることは困難かつ高価なことに
なる。

MR書き込み／検出ヘッドをその上で一体化するスライダ
は１〜3mmのオーダの寸法を備えている。ディスクドラ
イブにおいては、前記ヘッドは回転ディスク上において
これらの小さな寸法のほんの一部であるフライング高さ
を維持することが要求される。ディスクと対面するヘッ
ドの表面は空気軸受表面（「ABS」）と呼ばれる。このA
BSは極めて平坦で、高度にみがかれた表面であり、その
公差は極めて過酷なものである。従って、MR書き込み／
検出ヘッドの製造には精密加工機械を用いることが要求
される。このような工作機械は実存しており、誘導性薄
膜トランスデューサというMR書き込み／検出ヘッドの用
途と類似の用途を有する装置の製造用に開発されたもの
である。製造の経済性も誘導性薄膜ヘッド並びにMRヘッ
ドの両者に同一の機械を用いるのを促進する一つの要因
である。

厳密な寸法公差を満足させるために作られた装置は典型
的には磁気チャックを用いた旋削機械上に組込まれてい
る。一般的には機械式チャックは用いることが出来な
い。何故ならば機械的クランプを使用すると加工する部
品が変形してしまうからである。このことはクランプに
よって課せられた応力を解放させて、所望の精度を満足
させた表面を機械加工することを困難ならしめている。
機械加工の環境はまた腐蝕性になり易い。もしも機械的
チャックを用いた場合にはその基準表面は腐蝕効果にさ
らされ、精度が失なわれる可能性がある。しかしなが
ら、磁気抵抗ヘッドを磁気的に位置決めすることはMRセ
ンサを磁場にさらすことにつながるので、同センサの単
一磁区状態を崩壊させる可能性がある。

（発明の要約） 本発明は磁性材料からなる２つのシールド層間に設けた
ギャップ内に配置された磁気抵抗センサの磁区組織を調
整する方法に向けられている。前記MRセンサ並びにシー
ルド層は典型的には磁区調整以外の点では完全に製造さ
れているMR書き込み／検出ヘッドの部品である。そのよ
うなMRヘッドはポリイミド又は他の有機ポリマ絶縁体か
らなる層、MRセンサに交換接続された反強磁性体交換バ
イアス材、電気的接点及びその類いを含むことが出来
る。本発明によれば、ほぼ完全に製作された磁気抵抗書
き込み／検出ヘッド内に配置された磁気抵抗センサの磁
区組織の調整方法にして、前記磁気抵抗ヘッドは磁性基
板と、それ自身と該磁性基板との間にギャップを画成す
るように配置された強磁性中間磁極と、該ギャップを部
分的に充填する絶縁材料と、磁気抵抗センサとを有し、
この磁気抵抗センサは両極から隔置されて前記ギャップ
内に配置されており、前記調整方法は、前記磁性基板
を、前記絶縁材料の融点より低いネール温度を有するフ
エライト材料で作成する段階と、前記のほぼ完全に製作
された磁気抵抗ヘッドを前記磁性基板を形成しているフ
エライトのネール温度を越えるが、前記絶縁材料の融点
と前記強磁性中間磁極のキユリー温度の両者よりも低い
温度に加熱する段階と、外部磁界を前記磁気抵抗ヘッド
に印加して、前記磁気抵抗センサから磁区境界を実質的
に除去する段階と、冷却中前記外部磁界の強度を減少し
て前記磁気抵抗センサの磁化の強さを保持する段階と、
前記磁性基板を形成しているフエライトのネール温度よ
りも低い温度に前記磁気抵抗ヘッドを冷却する段階と、
を含む調整方法が提供される。MRセンサが反強磁性材料
に交換接続されている場合には、温度を反強磁性材料の
ネール温度以上の温度に上げることも必要である。好ま
しくは、前記ネール温度はシールド層のフエリ磁性材料
に対するより前記反磁性材料に対するものが高い。

本方法の採用は、MRヘッドの前記ポリイミド層の融点よ
り低いネール温度を備えた磁性材料から作られた、好ま
しくは追尾シールド層である少なくとも一つの層を備え
たMRヘッドによって可能とされる。本発明においては、
前記MR書き込み／検出ヘッドは典型的にはニッケル−亜
鉛フェライト層であるフェリ磁性追尾シールド部材を備
えている。

（好ましい実施例の詳細な説明） 第１図は磁気抵抗式書き込み／検出ヘッドが製造後さら
される機械加工環境を例示している。被加工材12は研削
のような加工段階のために磁気チャック組立体10内に配
置される。被加工材12はエポキシ樹脂層16を介して一時
的に立方体装着工具14へと固定される。立方体装着工具
14は高級工具鋼のような磁性材料から作られている。装
着工具14は支持体18上に係止しており、同支持体は直角
24をなしてまじわっている２つの平坦な位置決め表面20
及び22を含んでいる。磁石26は支持体18近傍に配置し、
装着工具14をして支持体表面によって形成された直角24
へとしっかりひきつけるよう配置することが可能であ
る。被加工材12の所望の製造段階を実現するためには工
具14を極めて精度良く配置することが望まれる。しかし
ながら、被加工材12は強い磁場にさらされている。従っ
て被加工材12がMRヘッドの場合には、MRヘッド内のMRセ
ンサの磁区組織が崩壊する可能性が強い。

第２図はディスクドライブ環境下における例示的二重ギ
ャップMRヘッド11を例示している。MRヘッド11は空気軸
受表面29（「ABS」）を備えており、同表面は平坦度及
びみがきの程度に関してきびしい公差を満足しており、
更にはMRヘッドが磁気チャック内に保持された状態にお
いて機械加工されている。ABS29は第１図を参照して説
明したようなプロセスを用いてラッピング磁気ヘッド11
によって形成される。

ABS29はMRヘッド11に対して矢印「Ａ」で示す移動方向
を備えた磁気媒体データ貯蔵ディスク31と対面してい
る。ABS29及びディスク31間の間隙はヘッド11とディス
ク間の接触を避け得る限りにおいて最小化されることが
好ましい。頂部磁極52及び中央磁極42の終結端部間に設
けた酸化物層44によってABS29上には書き込みギャップ5
4が画成されている。検出ギャップ56は酸化物層38及び3
0並びに中間磁極42及びフェライト基板32の終結端部間
に設けたMRセンサ層34によってABS29上に画成されてい
る。

MRヘッド11はニッケル−亜鉛フェライト基板32上に形成
されている。フェライト基板32は好ましい実施例におい
てはニッケル亜鉛フェライトであるが、例えばマンガン
亜鉛フェライトのような他のフェライトも用いることが
出来る。ニッケル亜鉛フェライトは約400Kのネール
（Ｎ′eel）温度を有するフェリ磁性材料である。好ま
しくはアルミニウム酸化物である酸化物の層30が基板32
上に堆積される。MRセンサ層34は酸化物層30の一部分上
に配置され、軸受表面29へと延びている。半強磁性材料
（第３図参照をMRセンサ層34上に配置してセンサを既知
の方法で交換バイアスを施すことが出来る。金属接点36
（その一つが第２図に示されている）が磁気抵抗センサ
層34と接触して配置されている。酸化物層38が磁気抵抗
式センサ層及び金属接点36上に重ね合わされている。ホ
リイミド層40が空気軸受表面29から離れた酸化物層38の
一部分上に重ね合わされている。

強磁性体材料である中間磁極42はポリイミド層40及び酸
化物層38の上に重ね合わされている。書き込みギャップ
酸化物層44及びポリイミド層46及び48は中間磁極42を頂
部磁極52から隔置せしめている。頂部磁極52もまた強磁
性体であり、限定的ではないが典型的にはパーマロイで
ある。書き込みギャップ54を横切って磁界を発生させる
ために導電性のコイル50が設けられており、ポリイミド
層48内に配置されている。中間磁極42及び基板32はMRセ
ンサ層34に対する第一及び第二のシールド層を提供して
いる。

第３図は反強磁性体材料からなる堆積物70及び72の磁気
抵抗材34の細長いストライプの相対する端部上における
配置を例示している。前記反強磁性材は磁気抵抗材に交
換接続されており、磁気抵抗材の磁化をロックするのに
用いられている。

第4a図はMRヘッド11の磁気的に重要な部品のそれらが空
気軸受の方を向いた時に眺められる端面図を例示してい
る。簡明さのために隔置及び絶縁層は省略されている。
フェライト基板32及び中間磁極42は隔設されているの
で、磁気抵抗センサ60が配設されるシールドギャップが
提供される。MRセンサ60は磁気抵抗層34の接点36間の部
分（これを以後センサ60の幅と定義する）を有してい
る。頂部磁極52は中間磁極42よりも実質的に少ない幅並
びにほぼ等しい厚味を有するものとして図示されてい
る。この構造は頂部磁極52と中間磁極42の間の書き込み
ギャップを横切って発生する磁界からの干渉作用からMR
センサを保護する。

本プロセスは交換安定化されたMR組織をして、MRヘッド
の全ての物理学的処理が完了した後磁気的に調整させる
ことを許容せしめる。第4b図はMRヘッド11をニッケル亜
鉛フェライト基板32の前記ネール温度並びに（存在する
とすれば）前記反強磁性体材のネール温度よりは高い
が、頂部及び中間磁極層42及び52のキュリー温度よりは
十分低い温度にある温度へと加熱した後における同ヘッ
ドの磁気部品を例示している。ニッケル亜鉛フェライト
基板32のネール温度は約120〜130℃又は400Kである。典
型的な鉄−マンガン反強磁性体合金のネール温度は約41
0Kである。MRヘッド11の温度をこれらの温度直上に迄昇
温しても幾つかのポリイミド隔置層の一体性には影響が
悪い。それぞれのネール温度より高い温度においては、
基板32及び任意の反強磁性体層70及び72は常磁性体とな
り、もはやMRセンサ60を遮へいしなくなる。

MRセンサ60は前述のように加熱した後、センサ60の内部
磁気磁区組織を単一磁区へとしっかり整列させる外部磁
界へとさらすことが出来る。かくしてMRセンサ60内の全
ての磁区境界はセンサ60から一掃され、残存する単一磁
区は加えられた磁界の方向に配向される。300〜500エー
ルステッドの磁界がMRセンサをして単一磁区に固定する
のに用いられる。その後加えられる磁界は冷却中MRセン
サ60の磁化を適正な方向に保持する目的で５〜10エール
ステツドへと減少される。ヘッドは次に基板に対するネ
ール温度以下へと冷却され、磁界はゼロへと減少させら
れる。

MRセンサ60は好ましくは中間磁極42程幅が広くない。こ
うすることにより、プロセス中の高密度磁場にさらされ
た際中間磁極42により発生された消磁界によりMRセンサ
60が不安定化するのを防止することが出来る。実験結果
によると、本発明の方法はMRセンサ60の幅が中間磁極42
から中間磁極の厚味の10倍を減じたものより大きくない
場合に最も良好に作動することが判明している。当業者
ならば、ここではMRセンサ60がシールドされているもの
とて説明されているものの、そのようなシールド作用は
数百エールステッドのオーダにある磁場の強度に対して
は必ずしも有効ではないということに気付くであろう。

第５図は、MRヘッド11の磁気材料に関する相対的飽和磁
化の程度を絶対温度で示した温度の関数として示したも
のである。「ゼロ」飽和磁化点は材料が常磁性になる温
度を示している。「１」なる飽和磁化点はOKにおける飽
和磁化をあらわしている。MRセンサにおいて用いられる
典型的なパーマロイ合金は750Kのそのキュリー温度にお
いて常磁性となる。FeMn反強磁性体材料の交換バイアス
効果は410Kのネール温度上方において消滅する。前記シ
ールド層の一つに用いられるニッケル−亜鉛フェライト
は400Kのネール温度を備えている。かくして反強磁性体
材料はフェライト基板よりも高いネール温度を示す。ヘ
ッドを410Kを超す温度から冷却する際、MRセンサはシー
ルドされないままになり、前記交換バイアス効果が再び
出だす迄コントロールされた磁界内につけられる。前記
交換バイアス効果の存在は再び磁性を帯びてきたフェラ
イトシールド効果によりMRセンサのまわりの磁界へのコ
ントロールが失なわれた時に、同MRセンサ要素を安定化
させるのに役立つ。

本発明は好ましい実施例を参照して説明されてきたが、
当業者ならば本発明の精神及び範囲から離脱することな
く本発明はその形態及び詳細を変更可能であることに気
付くであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は磁気チャックの横断概略図、 第２図は磁気媒体ディスクに関する前記ヘッドの配向を
例示する、ダブルギャップMRヘッドの横断面図、 第３図は端部に交換−バイアス材の重ね合わせ層を備え
た磁気抵抗センサ層の立面図、 第4a図はダブルギヤツプMRヘッドの磁気的に重要な要素
の端面図、 第4b図はヘッドを加熱した際における前記ダブルギャッ
プMRヘッドの磁気的に重要な要素の端面図、 第５図はMRヘッドの磁性材料の相対飽和磁化強度を絶対
温度の関数として描いたグラフ図である。 42…第一のシールド層、32…第二のシールド層、34…磁
気抵抗センサ層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 テリー ブレイク ミッチェル アメリカ合衆国ミネソタ州ブルーミント ン，アパートメント ナンバー 313，ウ エスト エイティエイトス ストリート 4000 (56)参考文献 特開 昭60−29917（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−253618（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ほぼ完全に製作された磁気抵抗書き込み／
   検出ヘッド内に配置された磁気抵抗センサの磁区組織の
   調整方法にして、前記磁気抵抗ヘッドは磁性基板と、そ
   れ自身と該磁性基板との間にギャップを画成するように
   配置された強磁性中間磁極と、該ギャップを部分的に充
   填する絶縁材料と、磁気抵抗センサとを有し、この磁気
   抵抗センサは両極から隔置されて前記ギャップ内に配置
   されており、 前記調整方法は、 前記磁性基板を、前記絶縁材料の融点より低いネール温
   度を有するフエライト材料で作成する段階と、 前記のほぼ完全に製作された磁気抵抗ヘッドを前記磁性
   基板を形成しているフエライトのネール温度を越える
   が、前記絶縁材料の融点と前記強磁性中間磁極のキユリ
   ー温度の両者よりも低い温度に加熱する段階と、 外部磁界を前記磁気抵抗ヘッドに印加して、前記磁気抵
   抗センサから磁区境界を実質的に除去する段階と、 冷却中前記外部磁界の強度を減少して前記磁気抵抗セン
   サの磁化の強さを保持する段階と、 前記磁性基板を形成しているフエライトのネール温度よ
   りも低い温度に前記磁気抵抗ヘッドを冷却する段階と、 を含む調整方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の調整方法において、前記
   磁気抵抗ヘッドは更に前記磁気抵抗センサに変換接続さ
   れた反強磁性材料を含み、前記調整方法は更に、前記磁
   気抵抗センサに変換接続された反強磁性材料を、前記磁
   性基板のフエライト材料に対するネール温度よりも若干
   高いネール温度を有するように選択する段階と、前記反
   強磁性材料のネール温度を越えた温度に前記磁気抵抗ヘ
   ッドを加熱する段階とを含むことを特徴とする調整方
   法。
3. 【請求項３】請求項２に記載の調整方法において、前記
   磁気抵抗センサの幅を、前記強磁性中間磁極の幅から該
   強磁性中間磁極の厚味の10倍を差し引いたものに制限す
   る段階を更に含むことを特徴とする調整方法。