JPH09180133A - スピンバルブ型磁気ヘッド - Google Patents
スピンバルブ型磁気ヘッドInfo
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- JPH09180133A JPH09180133A JP34023895A JP34023895A JPH09180133A JP H09180133 A JPH09180133 A JP H09180133A JP 34023895 A JP34023895 A JP 34023895A JP 34023895 A JP34023895 A JP 34023895A JP H09180133 A JPH09180133 A JP H09180133A
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Landscapes
- Magnetic Heads (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 スピンバルブ型磁気ヘッドのバルクハウゼン
・ノイズの防止に使用されている永久磁石を不要とする
スピンバルブ型磁気ヘッドを提供するを目的とする。 【解決手段】 スピンバルブ素子4を媒体からの信号磁
界と平行になるように、いわゆる縦型配置としてヘッド
化し、センス電流でセルフバイアスがかかるような構造
にすることで、永久磁石と同様な作用をおこさせる。永
久磁石を形成する必要がないので抵抗変化率が劣化せ
ず、製造工程も簡単になる。
・ノイズの防止に使用されている永久磁石を不要とする
スピンバルブ型磁気ヘッドを提供するを目的とする。 【解決手段】 スピンバルブ素子4を媒体からの信号磁
界と平行になるように、いわゆる縦型配置としてヘッド
化し、センス電流でセルフバイアスがかかるような構造
にすることで、永久磁石と同様な作用をおこさせる。永
久磁石を形成する必要がないので抵抗変化率が劣化せ
ず、製造工程も簡単になる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】スピンバルブ素子を持つスピ
ンバルブ型磁気ヘッドで特にフリー層をセンス電流で単
一磁区とする方法に関する。
ンバルブ型磁気ヘッドで特にフリー層をセンス電流で単
一磁区とする方法に関する。
【0002】
【従来の技術】磁気抵抗効果を利用しての信号の再生を
行なう磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、短波長域での感度
に優れることから、いわゆるHDD等の高密度磁気記録
媒体用の再生ヘッドとしての用途が拡大されつつある。
磁気抵抗効果素子は磁気抵抗効果を示す磁性体を薄膜に
したもので、一般的には抵抗変化率が2〜3%程度の単
層構造となっている。
行なう磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、短波長域での感度
に優れることから、いわゆるHDD等の高密度磁気記録
媒体用の再生ヘッドとしての用途が拡大されつつある。
磁気抵抗効果素子は磁気抵抗効果を示す磁性体を薄膜に
したもので、一般的には抵抗変化率が2〜3%程度の単
層構造となっている。
【0003】これに対してスピンバルブ型磁気ヘッドは
複数の材料を組み合わせた多層構造で、スピンバルブ効
果を利用して3〜10%程度の大きな抵抗変化率を実現
している。このスピンバルブ素子を使用した従来のスピ
ンバルブ型磁気ヘッドの構造は図5に示すようになって
いる。スピンバルブ素子10にリード15、15を経て
流れる電流は矢印方向16の信号磁界に直角に点線矢印
17の方向に流れるようになっており、信号磁界の方向
と直角方向の抵抗変化を利用する。スピンバルブ素子の
基本的構造は反強磁性層60と、反強磁性層60によっ
て磁化方向が固定されるピン層50と、保磁力が小さく
信号磁界に応じて磁化の方向が変化するフリー層30
と、ピン層50とフリー層30を分離する非磁性導電層
40との4層からなる。スピンバルブ素子は比較的弱い
信号磁界で抵抗が変化するのが特徴である。
複数の材料を組み合わせた多層構造で、スピンバルブ効
果を利用して3〜10%程度の大きな抵抗変化率を実現
している。このスピンバルブ素子を使用した従来のスピ
ンバルブ型磁気ヘッドの構造は図5に示すようになって
いる。スピンバルブ素子10にリード15、15を経て
流れる電流は矢印方向16の信号磁界に直角に点線矢印
17の方向に流れるようになっており、信号磁界の方向
と直角方向の抵抗変化を利用する。スピンバルブ素子の
基本的構造は反強磁性層60と、反強磁性層60によっ
て磁化方向が固定されるピン層50と、保磁力が小さく
信号磁界に応じて磁化の方向が変化するフリー層30
と、ピン層50とフリー層30を分離する非磁性導電層
40との4層からなる。スピンバルブ素子は比較的弱い
信号磁界で抵抗が変化するのが特徴である。
【0004】普通、フリー層の磁化状況は外部磁界がゼ
ロの時は複数の磁区からなりそれぞれの磁区がばらばら
の向きをしており、ここに信号磁界が加わると全磁区が
一方向に磁化を揃えようと磁化方向を回転させることに
なる。この時バルクハウゼン・ノイズが発生する。バル
クハウゼン・ノイズの発生を防ぐための方法としてはフ
リー層に常に磁化を与えておき、信号磁界が無いときも
フリー層を一つの磁区にすることが有力な方法で、従
来、スピンバルブ素子に一定の磁界を与える永久磁石7
0がスピンバルブ素子の両側に設置されている。しか
し、この永久磁石70をスピンバルブ素子に設置するに
は次のような問題があった。即ち、スパッタで形成する
永久磁石膜の保磁力を大きくしてスピンバルブ素子に十
分な磁界を与えるため、製造工程において、永久磁石膜
の温度を上げる必要があり、温度を上げるとピン層とフ
リー層を隔てている前記非磁性層(材質としてはCuが
適切である。)のCuがピン層及びフリー層に拡散して
抵抗変化率が小さくなるという性能上の問題と、高い記
録密度の媒体を再生するためにスピンバルブ素子が形成
するトラック幅も狭くする必要があり、その狭くなった
トラックの両側に永久磁石を薄膜形成技術を用いて精度
よく形成することが困難になるという製造上の問題があ
った。
ロの時は複数の磁区からなりそれぞれの磁区がばらばら
の向きをしており、ここに信号磁界が加わると全磁区が
一方向に磁化を揃えようと磁化方向を回転させることに
なる。この時バルクハウゼン・ノイズが発生する。バル
クハウゼン・ノイズの発生を防ぐための方法としてはフ
リー層に常に磁化を与えておき、信号磁界が無いときも
フリー層を一つの磁区にすることが有力な方法で、従
来、スピンバルブ素子に一定の磁界を与える永久磁石7
0がスピンバルブ素子の両側に設置されている。しか
し、この永久磁石70をスピンバルブ素子に設置するに
は次のような問題があった。即ち、スパッタで形成する
永久磁石膜の保磁力を大きくしてスピンバルブ素子に十
分な磁界を与えるため、製造工程において、永久磁石膜
の温度を上げる必要があり、温度を上げるとピン層とフ
リー層を隔てている前記非磁性層(材質としてはCuが
適切である。)のCuがピン層及びフリー層に拡散して
抵抗変化率が小さくなるという性能上の問題と、高い記
録密度の媒体を再生するためにスピンバルブ素子が形成
するトラック幅も狭くする必要があり、その狭くなった
トラックの両側に永久磁石を薄膜形成技術を用いて精度
よく形成することが困難になるという製造上の問題があ
った。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような事
情に鑑みなされたもので、抵抗変化率の大きい、製造の
容易なスピンバルブ素子及びスピンバルブ型磁気ヘッド
を提供するを目的とする。
情に鑑みなされたもので、抵抗変化率の大きい、製造の
容易なスピンバルブ素子及びスピンバルブ型磁気ヘッド
を提供するを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、非磁性層を狭持して、信号磁界に応じて磁化の方向
が変化するフリー層と反強磁性層によって磁化方向が固
定されるピン層を構成する強磁性層とからなるスピンバ
ルブ素子を持つスピンバルブ型磁気ヘッドにおいて、前
記スピンバルブ素子を流れるセンス電流方向が媒体から
の信号磁界入射方向と略同一であるスピンバルブ型磁気
ヘッドを提供する。また、前記スピンバルブ素子の媒体
摺動面側の前方端部には非磁性の導電薄膜が被着され、
媒体摺動面から見て後方側端部にはセンス電流を流すリ
ードが接続されているスピンバルブ型磁気ヘッドを提供
する。また、前記スピンバルブ素子に流れるセンス電流
のみで前記フリー層の磁区を単一磁区とするスピンバル
ブ型磁気ヘッドを提供する。
に、非磁性層を狭持して、信号磁界に応じて磁化の方向
が変化するフリー層と反強磁性層によって磁化方向が固
定されるピン層を構成する強磁性層とからなるスピンバ
ルブ素子を持つスピンバルブ型磁気ヘッドにおいて、前
記スピンバルブ素子を流れるセンス電流方向が媒体から
の信号磁界入射方向と略同一であるスピンバルブ型磁気
ヘッドを提供する。また、前記スピンバルブ素子の媒体
摺動面側の前方端部には非磁性の導電薄膜が被着され、
媒体摺動面から見て後方側端部にはセンス電流を流すリ
ードが接続されているスピンバルブ型磁気ヘッドを提供
する。また、前記スピンバルブ素子に流れるセンス電流
のみで前記フリー層の磁区を単一磁区とするスピンバル
ブ型磁気ヘッドを提供する。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明のスピンバルブ型磁気ヘッ
ドの一実施例を図1参照して説明する。図1はHDD用
磁気ヘッドの一例でアルミナやアルチック等からなる非
磁性基板1にパーマロイやセンダストあるいはFeTa
N合金からなる磁性薄膜がスピンバルブ型磁気ヘッドの
シールド2として被着されている。そして、アルミナや
SiO2等の第一の絶縁層3を介してスピンバルブ素子
4が媒体摺動面6の直近の位置に配置され、このスピン
バルブ素子4の媒体摺動面から見て後方側の後方側端部
4Rにはセンス電流をスピンバルブ素子4に供給するた
めのリード5Rが接続され、スピンバルブ素子4の媒体
摺動面6側の前方側端部4Fには媒体摺動面6に被着し
た非磁性の導電薄膜7が100オングストロームから
0.1ミクロン程度極薄く被着されリード5Fに電気的
に接続されセンス電流が流れるようになっている。スピ
ンバルブ素子4は媒体摺動面6には直接露出はしていな
いが媒体摺動面6からの距離が短いため再生感度は大き
くとれる。
ドの一実施例を図1参照して説明する。図1はHDD用
磁気ヘッドの一例でアルミナやアルチック等からなる非
磁性基板1にパーマロイやセンダストあるいはFeTa
N合金からなる磁性薄膜がスピンバルブ型磁気ヘッドの
シールド2として被着されている。そして、アルミナや
SiO2等の第一の絶縁層3を介してスピンバルブ素子
4が媒体摺動面6の直近の位置に配置され、このスピン
バルブ素子4の媒体摺動面から見て後方側の後方側端部
4Rにはセンス電流をスピンバルブ素子4に供給するた
めのリード5Rが接続され、スピンバルブ素子4の媒体
摺動面6側の前方側端部4Fには媒体摺動面6に被着し
た非磁性の導電薄膜7が100オングストロームから
0.1ミクロン程度極薄く被着されリード5Fに電気的
に接続されセンス電流が流れるようになっている。スピ
ンバルブ素子4は媒体摺動面6には直接露出はしていな
いが媒体摺動面6からの距離が短いため再生感度は大き
くとれる。
【0008】このようにスピンバルブ型磁気ヘッドのス
ピンバルブ素子4にセンス電流を供給するための端子を
媒体に垂直な構造にしたためセンス電流が信号磁界の向
きと平行となりこの素子の抵抗変化率が最高となる。こ
のセンス電流により生じる磁界でスピンバルブ素子のフ
リー層の磁区が磁化され一定方向を向くため信号磁界が
ないときにも磁区がバラバラにならず単一磁区を保ち永
久磁石で磁区制御をしていた従来のスピンバルブ型ヘッ
ドと同様な特性を示す。
ピンバルブ素子4にセンス電流を供給するための端子を
媒体に垂直な構造にしたためセンス電流が信号磁界の向
きと平行となりこの素子の抵抗変化率が最高となる。こ
のセンス電流により生じる磁界でスピンバルブ素子のフ
リー層の磁区が磁化され一定方向を向くため信号磁界が
ないときにも磁区がバラバラにならず単一磁区を保ち永
久磁石で磁区制御をしていた従来のスピンバルブ型ヘッ
ドと同様な特性を示す。
【0009】図2は本発明のスピンバルブ型磁気ヘッド
のスピンバルブ素子の構成であり、スピンバルブ素子4
は第一の絶縁層3の上にフリー層となる第一のNiFe
層4a、Cu層4b、ピン層となる第二のNiFe層4
c、FeMnN層4dの4層からなるスピンバルブ膜で
あり一端4Rにリード5R、他端5Fに導電薄膜7が形
成されている。FeMnN層4dはFeMn層に窒素を
微量拡散してあるためFeMn層の大きな交換相互作用
を示すと同時に耐蝕性にも優れた膜になっている。
のスピンバルブ素子の構成であり、スピンバルブ素子4
は第一の絶縁層3の上にフリー層となる第一のNiFe
層4a、Cu層4b、ピン層となる第二のNiFe層4
c、FeMnN層4dの4層からなるスピンバルブ膜で
あり一端4Rにリード5R、他端5Fに導電薄膜7が形
成されている。FeMnN層4dはFeMn層に窒素を
微量拡散してあるためFeMn層の大きな交換相互作用
を示すと同時に耐蝕性にも優れた膜になっている。
【0010】このスピンバルブ型磁気ヘッドの製造工程
を説明すると図3に示すように 先ずアルミナの基板1
にスパッタでスピンバルブ素子の下側シールド2になる
パーマロイなど磁性薄膜とスピンバルブ素子のリード5
Fとなる導電性金属のCu等を被着させ(a)、アルミ
ナからなる第一の絶縁層3を介してスピンバルブ素子4
及び導電性金属からなるリード5Rを被着し、所定位置
にパターニングする(b)。次に、その上に再度アルミ
ナなどで第二の絶縁層8を被着し、スピンバルブ素子4
の上側シールド9を被着し、保護層14を形成して
(c)、工程(d)に示すように一点鎖線部で媒体摺動
面を形成し(d)、非磁性の導電薄膜7を媒体摺動面6
に被着しリード5Fと電気的に接続し、その上に耐磨耗
性薄膜例えばダイヤモンド薄膜15を被着してスピンバ
ルブ磁気ヘッドを完成する(e)。
を説明すると図3に示すように 先ずアルミナの基板1
にスパッタでスピンバルブ素子の下側シールド2になる
パーマロイなど磁性薄膜とスピンバルブ素子のリード5
Fとなる導電性金属のCu等を被着させ(a)、アルミ
ナからなる第一の絶縁層3を介してスピンバルブ素子4
及び導電性金属からなるリード5Rを被着し、所定位置
にパターニングする(b)。次に、その上に再度アルミ
ナなどで第二の絶縁層8を被着し、スピンバルブ素子4
の上側シールド9を被着し、保護層14を形成して
(c)、工程(d)に示すように一点鎖線部で媒体摺動
面を形成し(d)、非磁性の導電薄膜7を媒体摺動面6
に被着しリード5Fと電気的に接続し、その上に耐磨耗
性薄膜例えばダイヤモンド薄膜15を被着してスピンバ
ルブ磁気ヘッドを完成する(e)。
【0011】ここでスピンバルブ素子4の製造工程のみ
を独立に説明すると、図3で説明したスピンバルブ型磁
気ヘッド用基板に積層されたリード、シールド、絶縁層
の上に、図4(a)に示すように磁界の方向に磁化され
る保磁力の小さいフリー層NiFe層4aをスパッタリ
ング法によって20〜150オングストロームの膜厚に
形成する。異方性を図中矢印の方向に設定する。次に、
(b)に示すように非磁性体であるCu層4bをフリー
層となる第一のNiFe層4aの上にスパッタリングで
5〜50オングストロームの膜厚で被着する。この上に
(c)に示すようにピン層となる第二のNiFe層4c
を10〜150オングストロームの膜厚で被着する。こ
の薄膜4cの異方性は第一のNiFe層4aの異方性と
直角になるように被着する。次に(d)に示すようにF
eMn層4dを100〜130オングストローム被着す
る。ここまでのスパッタリングはアルゴンガス中で行い
ガスの流量は100cc/mである。次に、(e)に示
すようにFeMnN層4eを前工程で被着したFeMn
層4dの上に20〜50オングストローム被着する。
を独立に説明すると、図3で説明したスピンバルブ型磁
気ヘッド用基板に積層されたリード、シールド、絶縁層
の上に、図4(a)に示すように磁界の方向に磁化され
る保磁力の小さいフリー層NiFe層4aをスパッタリ
ング法によって20〜150オングストロームの膜厚に
形成する。異方性を図中矢印の方向に設定する。次に、
(b)に示すように非磁性体であるCu層4bをフリー
層となる第一のNiFe層4aの上にスパッタリングで
5〜50オングストロームの膜厚で被着する。この上に
(c)に示すようにピン層となる第二のNiFe層4c
を10〜150オングストロームの膜厚で被着する。こ
の薄膜4cの異方性は第一のNiFe層4aの異方性と
直角になるように被着する。次に(d)に示すようにF
eMn層4dを100〜130オングストローム被着す
る。ここまでのスパッタリングはアルゴンガス中で行い
ガスの流量は100cc/mである。次に、(e)に示
すようにFeMnN層4eを前工程で被着したFeMn
層4dの上に20〜50オングストローム被着する。
【0012】この被着法は窒素ガスを流すが、流量はア
ルゴンガスの1/10だけ混入し、FeMnをスパッタ
リングすることで窒素との反応を起こさせFeMnN4
eとして被着するものである。次に以上5層に成膜され
た積層膜を窒素ガス雰囲気の中で150℃で30分〜1
時間アニールを行なうと(f)に示すように先に被着し
たFeMn層4dにも窒素が拡散して全体が窒素を微量
に含むFeMnN層4fに変化する。Nの量が多いと反
強磁性体としての性質が弱くなり、あまり少ないと防錆
効果が弱くなる。FeMn層とFeMnN層の膜厚比は
2〜5倍位が適当である。また、FeMn層4dの厚さ
は100オングストローム以上あることが交換相互作用
が大きいための必須要件である。
ルゴンガスの1/10だけ混入し、FeMnをスパッタ
リングすることで窒素との反応を起こさせFeMnN4
eとして被着するものである。次に以上5層に成膜され
た積層膜を窒素ガス雰囲気の中で150℃で30分〜1
時間アニールを行なうと(f)に示すように先に被着し
たFeMn層4dにも窒素が拡散して全体が窒素を微量
に含むFeMnN層4fに変化する。Nの量が多いと反
強磁性体としての性質が弱くなり、あまり少ないと防錆
効果が弱くなる。FeMn層とFeMnN層の膜厚比は
2〜5倍位が適当である。また、FeMn層4dの厚さ
は100オングストローム以上あることが交換相互作用
が大きいための必須要件である。
【0013】本実施例では反強磁性層となるFeMn層
4dとFeMnN層4eを別々に成膜し、後で熱処理を
してFeMnN化している。これを最初からFeMnN
膜として成膜ことも考えられるが、この場合は微量の窒
素の制御が難しいことと、FeMn4dとNiFe4c
の界面に窒素がコンタミネーションとして付着すること
で交換相互作用がなくなるという問題が起こったりす
る。また、長時間スパッタを続けることでNガスの中に
含まれる微量の酸素でFeMnが酸化されるという問題
も発生する。別々に成膜することでこれらの問題を回避
することができるという利点がある。
4dとFeMnN層4eを別々に成膜し、後で熱処理を
してFeMnN化している。これを最初からFeMnN
膜として成膜ことも考えられるが、この場合は微量の窒
素の制御が難しいことと、FeMn4dとNiFe4c
の界面に窒素がコンタミネーションとして付着すること
で交換相互作用がなくなるという問題が起こったりす
る。また、長時間スパッタを続けることでNガスの中に
含まれる微量の酸素でFeMnが酸化されるという問題
も発生する。別々に成膜することでこれらの問題を回避
することができるという利点がある。
【0014】
【発明の効果】スピンバルブ素子を信号磁界と平行の方
向に形成して、この素子に流すセンス電流によってフリ
ー層の磁化をバイアスするので磁区が単一構造となり、
信号磁界が加わってもバルクハウゼンノイズが発生しな
い。また、永久磁石を形成する必要がないためスピンバ
ルブ素子の抵抗変化率の劣化がなく、スピンバルブ型磁
気ヘッドの構造も、生産プロセスも非常に簡単になる。
従って、トラック幅が0.5μmから3μm程度のスピ
ンバルブ磁気ヘッドに特に有効である。
向に形成して、この素子に流すセンス電流によってフリ
ー層の磁化をバイアスするので磁区が単一構造となり、
信号磁界が加わってもバルクハウゼンノイズが発生しな
い。また、永久磁石を形成する必要がないためスピンバ
ルブ素子の抵抗変化率の劣化がなく、スピンバルブ型磁
気ヘッドの構造も、生産プロセスも非常に簡単になる。
従って、トラック幅が0.5μmから3μm程度のスピ
ンバルブ磁気ヘッドに特に有効である。
【図1】 本発明のスピンバルブ型ヘッドの断面図
【図2】 本発明のスピンバルブ素子の概念図
【図3】 本発明のスピンバルブ型ヘッドの製造工程図
【図4】 本発明のスピンバルブ型ヘッドの製造工程図
【図5】 従来のスピンバルブ型ヘッドの斜視図
3 絶縁層 4 スピンバルブ素子 4F スピンバルブ素子前方側端部 4R スピンバルブ素子後方側端部 5F リード 5R リード 6 媒体摺動面 7 導電薄膜
Claims (3)
- 【請求項1】信号磁界に応じて磁化の方向が変化するフ
リー層と、反強磁性層によって磁化方向が固定されるピ
ン層とを非磁性層を狭持して対向配置するスピンバルブ
素子を持つスピンバルブ型磁気ヘッドにおいて、前記ス
ピンバルブ素子を流れるセンス電流方向が媒体からの信
号磁界入射方向と略同一であることを特徴とするスピン
バルブ型磁気ヘッド。 - 【請求項2】前記スピンバルブ素子の媒体摺動面側の前
方側端部には非磁性の導電薄膜が被着されセンス電流を
流す一方のリードに接続され、媒体摺動面から見て後方
側端部には他方のリードが接続されていることを特徴と
する請求項1記載のスピンバルブ型磁気ヘッド。 - 【請求項3】前記スピンバルブ素子に流れるセンス電流
のみで前記フリー層にバイアスを印加することを特徴と
する請求項2記載のスピンバルブ型磁気ヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34023895A JPH09180133A (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | スピンバルブ型磁気ヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34023895A JPH09180133A (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | スピンバルブ型磁気ヘッド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09180133A true JPH09180133A (ja) | 1997-07-11 |
Family
ID=18335031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34023895A Pending JPH09180133A (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | スピンバルブ型磁気ヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09180133A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6538856B1 (en) | 2000-06-21 | 2003-03-25 | International Business Machines Corporation | Read head with spin valve sensor having sense current in plane (CIP) thence sense current perpendicular to plane (CPP) |
-
1995
- 1995-12-27 JP JP34023895A patent/JPH09180133A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6538856B1 (en) | 2000-06-21 | 2003-03-25 | International Business Machines Corporation | Read head with spin valve sensor having sense current in plane (CIP) thence sense current perpendicular to plane (CPP) |
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