JPH08147636A - 磁気抵抗効果型ヘッドおよびこれを用いた記録再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁気抵抗性薄膜導電層とその両側端部に永久
磁石膜を配置した録再分離方式の磁気抵抗効果型ヘッド
において、中央感磁領域を線形応答モードとなるように
して、再生出力波形の上下非対称性を解消すると共に、
バルクハウゼンノイズの発生を抑制する。 【構成】 永久磁石膜間隔と通電用電極間隔の関係を通
電用電極間隔＋０．５×（ギャップ長）≦永久磁石膜間
隔≦通電用電極間隔＋１０×（ギャップ長）とするも
の。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は記録媒体から情報信号を
読み取るための磁気抵抗効果型ヘッド、および、その磁
気抵抗効果型ヘッドを用いた磁気記録再生装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】磁気抵抗効果型ヘッドは、高記録密度で
磁気記録媒体に記録されているデータを読み取ることの
できる磁気ヘッドとして従来から知られている。このヘ
ッドは磁気抵抗効果を示す材料で作られた磁気抵抗効果
素子の抵抗が、磁束の量および方向の関数として変化す
ることを利用して媒体からの情報信号を検出するもので
ある。種々の磁気抵抗効果型(MR)ヘッドが開発されてお
り、これらは従来用いられて記録再生装置の要件を満た
していた。しかしながら、記録再生装置には更に高い記
録密度が要求され、トラック幅がますます狭まくなり、
且つ、トラックと直角方向の線記録密度も高くなる状況
になっている。従来のMRヘッド作製技術では、狭いトラ
ック幅や高い線記録密度に適合したMRヘッドを得ること
は困難になりつつある。従来のMRヘッドでは、MR素子が
最適に動作するためには２つのバイアス磁界が与えられ
なければならない。ひとつは磁界に対する応答が線形に
なるように、MR素子をバイアスするための横方向のバイ
アス磁界である。このバイアス磁界は磁気媒体の面に垂
直であり、かつMR素子の面に平行である。他のバイアス
磁界は、磁気媒体の面に平行に延びる縦バイアス磁界で
ある。この縦バイアス磁界はMR素子における多磁区構造
によって生ずるバルクハウゼンノイズを抑止することで
ある。

【０００３】特開昭52-062417にはSALバイアス法による
MRヘッドが開示されている。特開昭57-198528には絶縁
層によってMR素子をバイアス層から離したMRヘッドが開
示されており、トラック幅はヘッドの信号検出用電極の
内側間隔によって定められている。特開昭62-40610には
反強磁性膜を用いた縦方向バイアスの方法が開示されて
いる。また、特開昭64-35717には絶縁層を挿入したトラ
ック幅規制法が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする問題点】これら先行技術に開
示されているバイアス法において、縦方向バイアス磁界
発生膜としてＦeＭn膜などの反強磁性膜を用いた場合に
は縦方向バイアス磁界が弱いため、センス電流当たりの
再生出力は比較的高いが、横方向バイアス磁界や媒体か
らの信号磁界によるＭＲ素子の多磁区構造化に起因する
と思われるバルクハウゼンノイズが発生しやすかった。
そのため、振幅が大きくかつ上下の波形対称性の良好な
再生出力を得るのに、充分な強さのセンス電流の印加が
困難であった。一方、縦方向バイアス磁界発生膜として
ＣoＰt膜などの永久磁石膜を用いた場合には縦方向バイ
アス磁界が強いため、バルクハウゼンノイズは発生しに
くいが、再生出力は低かった。再生出力の減少は信号の
記録波長（線記録密度）が短くなる程顕著となった。
又、トラック幅が狭くなるにつれて、MRヘッドからの再
生出力はますます減少し、信号検出が困難になる傾向が
ある。この傾向はＣoＰt膜などの永久磁石膜を用いた場
合に顕著となる。したがって、本発明は、縦方向バイア
ス磁界および横方向バイアス磁界が存在する狭トラック
MR素子において、振幅が大きくかつ上下の波形対称性の
良好な再生出力を得られ、かつバルクハウゼンノイズの
発生しにくいMRヘッドを提供するものである。

【０００５】

【問題点を解決するための手段】本発明によれば、縦方
向バイアス磁界および横方向バイアス磁界が存在するMR
ヘッドにおいて、最適化した縦方向バイアス磁界を印加
することにより、振幅が大きくかつ上下の波形対称性の
良好な再生出力を検出することができる。図１に縦方向
バイアス磁界発生膜としてＦeＭn膜を用いた場合の従来
ヘッドの再生出力、その波形の対称性及び動作角度を示
す。出力波形の上下対称性を表すパラメターηとして、
Ｊ．Ｓ．Ｆeng，ＩＥＥＥ Ｔrans．Ｍagn．，ＭＡＧ-2
8，1031(1992)に示されている次式を用いた。

【数１】 ここで、Ｅ_Nは横方向バイアス磁界と逆方向の信号磁界
による再生出力のピークとバイアス信号レベルとの差，
Ｅ_Sは同方向の信号磁界によるピークとバイアスレベル
との差である。このパラメターηが0に近い程、再生波
形の上下対称性が良い状態となる。図１に縦バイアス磁
界発生膜としてＦeＭn膜及びＣoＰt膜を用いた場合の再
生出力のセンス電流依存性を、それぞれ実線及び破線で
示す。ＦeＭn膜を用いたヘッドではセンス電流13mＡで
再生出力は最大値を示し、最大値での波形対称性は約−
0.3となった。つまり、同方向の信号磁界が形成する下
のピークＥ_Sの方が、逆方向の信号磁界が形成する上の
ピークＥ_Nより4割程度大きくなった。検出される再生波
形には信号以外にも様々なノイズが発生するため、波形
対称性が悪いと信号とノイズの判別が困難となる。η＝
±0.3は検出以後の電気回路による増幅処理などで信号
として処理できる限界に近く、安定な信号検出のために
は出力／ノイズ比の向上とともに、波形対称性の向上が
望まれる。一般に磁気抵抗効果は

【数２】 で与えられ、ＭＲヘッドの出力が最大となりかつ出力波
形が上下ほぼ対称となる理想的な動作角度は45度と言わ
れている。ここで、θは磁化ベクトルＭとセンス電流ベ
クトルのなす角度であり、縦バイアス磁界及びセンス電
流による横バイアス磁界のみ印加され媒体からの信号磁
界が印加されない場合のθを動作角度と呼ぶ。Δρ_mは
最大比抵抗変化、ρ₀はＭＲ膜の消磁状態の比抵抗であ
る。ＭＲ膜の磁化分布をシミュレーションして予測した
結果、図１の電流範囲では再生出力は電流にほぼ比例し
て増加し26mＡ（動作角度47度）で最大値を示した。
又、この電流値で波形の上下対称性もほぼ0となった。
ＦeＭn膜を用いたヘッドでは10mＡ以上ではバルクハウ
ゼンノイズによる再生波形の変形が著しくなっており、
13mＡ以上で出力が減少するのは縦方向バイアス磁界が
不充分なためＭＲ素子が多磁区構造化してしまったの
で、シミュレーションで予想されるＭＲ素子の性能を充
分引き出すことができなかったためと思われる。一方、
縦方向バイアス磁界発生膜としてＣoＰt膜などの永久磁
石膜を用いた場合には縦方向バイアス磁界が強いため、
バルクハウゼンノイズは発生しにくいが、図１破線のよ
うに再生出力は低く、センス電流13mＡではＦeＭn膜を
用いた場合の半分程度となった。又、再生出力の減少は
信号の記録波長（線記録密度）及びトラック幅が短くな
る程顕著となった。本発明では、ＳＡＬバイアス方式Ｍ
Ｒヘッドにおいて最適化した縦方向バイアスを印加する
ことにより、これを解決した。

【０００６】本発明は、ＳＡＬバイアス方式ＭＲヘッド
において最適化した縦方向バイアスを印加することによ
り、磁気抵抗性薄膜導電層の中央感磁領域の磁化状態を
比較的弱い縦方向バイアス磁界で安定に制御し、振幅が
大きくかつ上下の波形対称性の良好な再生出力を得ら
れ、かつバルクハウゼンノイズの発生しにくい磁気抵抗
効果型ヘッドを提供するものであるである。従来、縦方
向バイアス磁界発生膜用の永久磁石膜としては、ＣoＰt
膜などが一般に用いられている。ＣoＰt膜の使用はバル
クハウゼンノイズ抑制には効果的だが、その残留磁束密
度が0.7Ｔ程度と大きいため、発生縦方向バイアス磁界
が大き過ぎて再生出力が弱くなってしまう。また、記録
密度を上げるためトラック幅を狭くすると、この傾向は
ますます顕著になる。例えば、トラック幅を4μｍから1
μｍに狭くするとトラック幅当たりの規格化再生出力は
20％程度にまで減少すると、シミュレーションにより予
測されている。また、同様の場合でも、縦バイアス磁界
を弱くするとトラック幅4μｍの場合の80％程度の出力
が得られると予測されている(Ｃ．Ｉshikawa etal.，
Ｊ．Ａppl．Ｐhys．vol．75，No．2，15，1036(199
4))。最も単純な手段として考えられるのは、ＣoＰt膜
を薄くすることにより、縦バイアス磁界をバルクハウゼ
ンノイズ抑制に充分な程度まで弱めることである。しか
し、ＣoＰt膜は膜厚0.05μｍ以下では保磁力が急激に低
下し、縦バイアス磁界も急激に弱くなることが報告され
ている（Ｋ．Ｍitsuoka et al.，ＩＥＥＥＴrans．Ｍ
agn.，to be published）。現在一般に使用されてい
るＣoＰt膜厚が0.05〜0.06μｍ程度であることを考える
と、膜厚により縦バイアス磁界を安定に制御することは
困難と予想される。次の手段として考えられるのは、磁
区制御膜の残留磁束密度を小さくすることにより、縦バ
イアス磁界をバルクハウゼンノイズ抑制に充分な程度ま
で弱めることである。しかし、高再生出力のＭＲ膜を作
成するためには、磁気ひずみをできるだけ小さくする、
すなわち熱膨張率の差などによりＭＲ膜にかかる応力を
できるだけ小さくする必要があることが報告されている
（Ｄ．Ｍarkham and Ｎ．Ｓmith，ＩＥＥＥ Ｔran
s．Ｍagn．，ＭＡＧ-24，2606(1988)）。一方、記録密
度を上げるためにはギャップ長（上下シールド膜の間
隔）やトラック幅のみでなく、ＭＲ膜やＳＡＬ膜の膜厚
も薄くする必要があり、ＭＲ膜にかかる応力の抑制はよ
り重要になる。従って、磁区制御膜の材料組成などを変
化させて残留磁束密度を制御する場合には、熱膨張率も
ＭＲ膜に近い値になるよう制御しなければならず、実用
的にはやはり困難と予想される。そこで、筆者らは永久
磁石間隔を電極間隔より拡げることにより、縦バイアス
磁界をバルクハウゼンノイズ抑制に充分な程度まで弱め
ることを試みた。その結果、永久磁石間隔により出力の
振幅及び波形は変化したが、その傾向はシミュレーショ
ンによる予測とよく一致した。これは、磁石間隔により
縦バイアス磁界が変化し、この変化の程度がシミュレー
ションによる予測とほぼ一致したためと思われる。この
ような縦バイアス磁界の磁石間隔依存性は、主としてギ
ャップ長Ｇlにより変化した。磁石間隔を拡げていく
と、縦バイアス磁界が弱くなり出力振幅は増加していく
が、間隔Ｐｗを拡げ過ぎるとバルクハウゼンノイズを充
分抑制できなくなる。電極間隔＋0.5Ｇl≦Ｐｗ≦電極間
隔＋10Ｇlの範囲では、磁石間隔を拡げる程出力振幅は
増加し、バルクハウゼンノイズも充分抑制できた。但
し、磁石間隔を拡げる程、オフトラック特性の左右非対
称性やトラック間のクロストークも増加したが、これら
の傾向もシミュレーションによる予測とよく一致した。
このような特性の許容範囲は、信号検出以降の電気回路
などによる増幅処理方法や媒体の書込トラック幅により
変化するので、許容範囲内で出力振幅が最大となるよう
磁石間隔を設計することが可能である。また、本発明
は、このように縦バイアス磁界を最適化した磁気抵抗効
果型ヘッドを用いた記録再生装置を提供するものであ
る。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を実施例を参照しながら詳細に
説明する。 （実施例１）図２に録再分離型ヘッドの構造図と、端部
領域に縦方向バイアス層として永久磁石膜および電極を
形成した従来のSALバイアスMRヘッドのMR素子部の拡大
断面図とを示す。図３に、本実施例のＭＲ素子部の拡大
断面図を示す。本実施例では、下部シールド膜上に絶縁
層を介して、絶縁性トラック幅規制層１１ａをはさんで
永久磁石膜ＣoＰt層、SAL膜Ni-Fe-Cr、分離膜Ta、MR膜N
i-Feが積層され、さらに絶縁性トラック幅規制層１１ｂ
をはさんで電極Moを形成した。さらに素子上には絶縁層
を介して上部シールド膜を形成した。この時、トラック
幅規制層のAl₂O₃膜はウエットエッチング法によって幅
を制御し、電極間隔を規制する１１ｂは4μmになるよう
に加工した。永久磁石膜間隔を規制する１１ａは、同様
にして幅を4〜10μmまで制御した。実際にMR素子上に形
成した誘導型ヘッドを用いて媒体に記録し、MR素子の再
生特性を検討した。このとき、誘導型ヘッドのトラック
幅は12μｍとした。また、バルクハウゼンノイズの検討
としては、記録再生過程を10回繰り返して再生波形をオ
シロスコープで観察した。そして、この繰り返し測定中
に目視観察で明らかな程度のピーク値の変動，波形のジ
ャンプ，ベースラインシフトのいずれかが現れた場合、
そのサンプルヘッドにバルクハウゼンノイズが出現した
と判定した。記録電流は0.3ＡＴ、センス電流は13mＡと
した。各永久磁石膜間隔についてサンプルヘッドを20セ
ット作製し、上記の繰り返し測定を行った。再生出力は
平均値を図に示した。ＭＲ膜の膜高さは3μｍ、上下の
シールド膜の間隔（ギャップ長）は0.45μｍである。こ
の結果、図４に示すように、永久磁石膜間隔の拡大に伴
ってMR再生出力は増加した。磁石間隔を電極間隔より0.
2μm拡げただけでも再生出力は著しく増加し、縦方向バ
イアス磁界の制御は再生出力の増加に有効であると思わ
れる。しかし、磁石間隔Ｐｗを10μmまで拡げると出力
が減少し、バルクハウゼンノイズ出現確率が急増した。
又、最大出力が得られたＰｗ＝7〜8μmでの波形対称性
ηは図５のように＋0.05〜−0.06と、従来ヘッドの−0.
3より良好な波形を得ることができた。永久磁石膜間隔
を変化させた場合の縦バイアス磁界をシミュレーション
によって予測した結果を図６に示す。図の横軸は永久磁
石膜間隔Ｐｗであり、縦軸はＭＲ膜高さ中央位置での縦
バイアス磁界である。従来構造（下矢印）に比べて、縦
バイアス磁界はＰｗの拡大に伴い急激に小さくなると予
想される。特に、ＭＲ膜両端位置（図６挿入図の位置
Ａ）では急激に減少すると予想される。これは磁区制御
膜からの発生磁束に比べてシールド膜が充分大きく、シ
ールド膜が未飽和領域にあるためである。バルクハウゼ
ンノイズの予測には大規模なシミュレーションが必要で
ある。しかし目安としては、Ｎ．Ｓmith，ＩＥＥＥ Ｔ
rans．Ｍagn.，ＭＡＧ-23，259(1987)によると、3Ｏe
（左矢印）程度の縦バイアス磁界によりバルクハウゼン
ノイズが抑制されると報告されている。Ｐｗ＝10μmで
はこの目安より縦バイアス磁界が弱くなっており、従来
構造と構造を変えたことに関連する応力歪みなどではな
く、縦バイアス磁界の不足のためバルクハウゼンノイズ
が発生したと予想される。次に、トラック幅1μmの誘導
型ヘッドで書き込んだ媒体を用いて、オフトラック特性
を測定した結果を図７に示す。磁石膜間隔を電極間隔4
μm（○印）から8μm（△印）に拡げると、出力振幅も
読み込みトラック幅も大きくなった。また、磁石膜間隔
4μm,8μmについて、シミュレーションによる予測値を
それぞれ（黒丸印），（黒三角印）で示す。シミュレー
ション結果の縦軸は、それぞれ測定値のピーク値に合わ
せて規格化した。クロストークという観点から見ると、
ピーク値の-30dＢ位になる範囲が読み出しトラック幅と
考えられる。Ｐｗ＝8μmでの読み出しトラック幅は約6
μmと電極間隔より広くなっている。一般には、本実施
例のように書き込みトラック幅を読み出しトラック幅よ
り広く設計するので、読み出しトラック幅が電極間隔よ
り広くなっても不都合は生じない。しかし、書き込みト
ラック幅やトラック間隔が狭い場合あるいはヘッド・媒
体間のトラック位置合わせ精度が甘い場合には、トラッ
ク間のクロストークが懸念される。Ｐｗ＝8μmの場合に
はオフトラック特性の左右非対称性が顕著になるが、こ
の傾向もシミュレーションによる予測と良く一致する。
従って、ヘッド・媒体間のトラック位置合わせを再生出
力が最大となるように設計・制御することにより、実際
のドライブ装置内でも本実施例の高感度再生ヘッドの特
徴を再現性良く引き出すことができる。

【０００８】（実施例２）実施例１と同様の構造のMRヘ
ッドを作製し、MRヘッドの再生特性とバルクハウゼンノ
イズを評価した。ただし、より高密度化対応のヘッドと
して、電極間隔2μｍ，ＭＲ膜の高さ1μｍ，ギャップ長
0.2μｍのヘッドを試作した。また、記録時の漏洩磁界
が比較的大きい場合でのバルクハウゼンノイズ抑制条件
を評価するため、ギャップ中心間距離を3.5μｍ，記録
電流を0.4ＡＴとした。各永久磁石膜間隔に対するサン
プルヘッドは20セット作成した。この結果、MR再生出力
は図８に示すように磁石間隔を電極間隔より0.1μm拡げ
ただけでも再生出力は著しく増加した。しかし、磁石膜
間隔5μm以上では出力が減少し、バルクハウゼンノイズ
出現確率が急増した。又、最大出力での波形対称性ηは
−0.1と、従来ヘッドの−0.3より良好な波形を得ること
ができた。実施例１より波形対称性が悪化したのは、膜
高さが低くなったため膜の上下の反磁界が強くなったた
めである。しかしこれは、下のピークの方が上のピーク
より1割程度大きいという水準であり、信号とノイズの
判別が容易であり、従って安定な信号検出に充分な水準
である。縦バイアス磁界のシミュレーションによる予測
結果を図９に示す。永久磁石膜間隔が電極間隔に等しい
場合には、本実施例（黒丸印）の方が実施例１（○印）
に比べて縦バイアス磁界が強くなっている。これは、磁
石膜間隔が4μmから2μmと狭くなったためである。しか
し、磁石膜間隔を拡げていくと、本実施例の方が縦バイ
アス磁界が早く減衰し、磁石膜間隔5μmでは3Ｏe以下と
なった。これは、ギャップ長が0.45μmから0.2μmと狭
くなったため、磁石膜からの漏洩磁界がよりシールド膜
に吸われやすくなったためである。図８の再生出力変化
は、このような縦バイアス磁界の永久磁石膜間隔依存性
と良く対応している。

【０００９】

【発明の効果】本発明によれば、ＳＡＬバイアス方式Ｍ
Ｒヘッドにおいて最適化した縦方向バイアスを印加する
ことにより、磁気抵抗性薄膜導電層の中央感磁領域の磁
化状態を比較的弱い縦方向バイアス磁界で安定に制御
し、再生出力の振幅及び上下の波形対称性の向上を図る
ことができ、かつバルクハウゼンノイズの発生を抑制す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のMRヘッドの再生出力と上下の波形対称性
を示す図である。

【図２】本発明で検討した録再分離型ヘッドの構造図
と、従来のＭＲヘッドの拡大断面図である。

【図３】本発明のＭＲヘッドの拡大断面図である。

【図４】発明の一実施例であるMRヘッドの再生出力とバ
ルクハウゼンノイズの出現確率とを示す図である。

【図５】本発明の一実施例であるMRヘッドの上下の非対
称性を示す図である。

【図６】永久磁石膜の間隔を変化させた場合の縦バイア
ス磁界を示す図である。

【図７】本発明の一実施例であるＭＲヘッドのオフトラ
ック特性を示す図である。

【図８】本発明の他の実施例であるMRヘッドの再生出力
とバルクハウゼンノイズの出現確率とを示す図である。

【図９】本発明の他の実施例において、永久磁石膜の間
隔を変化させた場合の縦バイアス磁界を示す図である。

【符号の説明】

１ 薄膜誘導型記録ヘッド、２ 磁気抵抗効果型再生ヘ
ッド、３ 上部磁極、４ コイル、５ 下部磁極兼上部
シールド膜、６ ギャップ中心間距離、７下部シールド
膜、８ ＭＲ素子の膜高さ、９ 基板、１０ 電極間
隔、１１ａ，ｂ 絶縁性トラック幅規制層、１２ 電
極、１３ ＭＲ層、１４ 分離膜、１５ＳＡＬ層、１６
永久磁石膜、１７ 絶縁層、１８ 永久磁石膜間隔。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁気抵抗性薄膜導電層と前記磁気抵抗性
   薄膜導電層の端部領域に永久磁石膜を配置して縦方向バ
   イアスを印加し、前記磁気抵抗性薄膜導電層の中央感磁
   領域の磁化状態を制御する手段と、前記磁気抵抗性薄膜
   導電層の中央感磁領域のすくなくとも一部を、線形応答
   モードにするための横方向バイアスを印加する手段と、
   前記磁気抵抗性薄膜導電層の磁気抵抗変化を信号として
   検出するために前記磁気抵抗性薄膜導電層に通電用電極
   を設けた磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、永久磁石間隔
   を電極間隔よりギャップ長の0.5倍から10倍拡げたこと
   を特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の磁気抵抗効果型ヘッド
   を用いた記録再生装置。