JPH09293216A - 磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】磁気抵抗ヘッドの高出力化，低ノイズ化，高歩
留まり化を達成する。 【解決手段】磁気抵抗膜の感磁部に磁気的に結合させた
絶縁性反強磁性体膜を接触させ、これによって磁気抵抗
膜の感磁部の磁区および磁化回転の制御をし、かつ、こ
れによって磁気抵抗膜にバイアス磁界をを与える。ま
た、磁気抵抗膜だけに通電して、ヘッドとしての電流効
率を高める。 【効果】電流効率の増大によって出力が向上し、磁区制
御の完全化によってノイズが著しく低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁気記録装置に使用
する磁気ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気抵抗効果を用いた再生用の磁気ヘッ
ドは誘導型の記録ヘッドと複合されて利用される。磁気
抵抗効果型ヘッドは再生出力がヘッド／媒体相対速度に
関係ない出力が得られるので、ヘッド／媒体相対速度の
低い磁気テープ装置や磁気ディスクの小型化によるヘッ
ド／媒体相対速度の低減とともに普及している。

【０００３】磁気抵抗効果材料としては、従来Ｎｉ−Ｆ
ｅ合金膜を用い、バイアス磁界を印加するためのシャン
ト膜や軟磁性膜をＮｉ−Ｆｅ合金膜の脇に設置するもの
が利用されている。

【０００４】さらに出力を高めるために、Ｎｉ−Ｆｅ合
金膜を複数使用した巨大磁気抵抗と呼ばれる膜の一種
で、複数のＮｉ−Ｆｅ合金膜の一方に反強磁性膜を結合
させたスピンバルブ素子が提案され、例えばヨーロピア
ン・パテント・アプリケーションＮo.91311417.9に開示
されている。この素子の磁気抵抗変化率は従来のＮｉ−
Ｆｅ単層膜型に比較すると約２−４倍の高さを示すが、
上限電流密度が従来の単層膜型の３×１０⁷Ａ／cm²に比
較して５×１０⁶Ａ／cm²程度で、ヘッドとしての実効出
力は従来ヘッドと大差なく、極めて薄い複数の膜を積層
しているので、耐熱性や耐食性に問題があり、実用化の
域に達していない。

【０００５】また、非磁性体の中に強磁性体微粒子を分
散した巨大磁気抵抗膜では、磁気抵抗を発現するための
印加磁界が極めて高く、ヘッドとしたときの実効出力が
極めて低い。従来の磁気抵抗ヘッドにおいても、磁気抵
抗膜を薄くすることによって膜の異方性磁界が低減で
き、出力は増大する。また、バイアス磁場の印加に必要
な軟磁性膜や磁気抵抗膜と軟磁性膜を磁気的に分離する
スペーサ膜に金属膜が利用されており、これらの膜にセ
ンサ電流が分流するため、磁気抵抗ヘッドの出力は磁気
抵抗膜だけから計算した値に比較すると、１／２から１
／４の低い値である。したがって、単層膜型磁気抵抗素
子の抵抗変化分を有効に利用していない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、磁気
抵抗ヘッドの実効的出力を高めるため、バイアス手段と
なっている導電性金属膜を省いてセンサ電流を有効に利
用し、かつ、バルクハウゼンノイズの発生を抑さえるこ
とである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】バイアス手段として、磁
気抵抗膜と反強磁性体の磁気的結合を利用する。このと
き、磁気抵抗膜と反強磁性体とは接触させるので、反強
磁性体としては、絶縁性の材料を利用する。また、バル
クハウゼンノイズの抑制にも磁気抵抗膜と反強磁性体と
の磁気的結合を利用する。

【０００８】

【発明の実施の形態】

（実施例１）磁気ヘッド内の磁気抵抗膜は、媒体からの
磁界によって磁化が回転する。これによって、磁気抵抗
膜の抵抗が変化するが、磁化の回転が一様でない場合に
は、抵抗の変化も一様ではなくなる。特に、磁気抵抗膜
の感磁部が複数の磁区からなるようなときには、磁化の
回転が不連続になり、ヘッドの出力波形がくずれたり、
バルクハウゼンノイズ発生の原因になる。

【０００９】また、磁気抵抗膜にバイアス磁界を印加す
る場合、シャント膜，軟磁性膜，永久磁石膜方式などが
あるが、バイアス磁界の強度が一様でない場合、感磁部
の磁化の回転も一様でなくなるので、出力波形のくずれ
やノイズ発生の原因になる。磁気抵抗膜がひとつの磁区
（単磁区）からなり、かつバイアス磁界が一様であれ
ば、磁化は一様に回転するので、波形のくずれやノイズ
の発生は完全に防止できる。

【００１０】従来、磁気抵抗膜を単磁区にするために、
磁気抵抗膜自体の磁気異方性を高めたり、図１のよう
に、磁気抵抗膜１の非感磁部に永久磁石膜２を設置して
その磁界で単磁区化したり、磁気抵抗膜の非感磁部に反
強磁性体膜３を設置してその強磁性結合で単磁区化する
ことが行われている。これらは、単磁区化には不十分
で、完全にノイズの発生を抑止することはできない。

【００１１】また、感磁部に反強磁性体膜を設置して単
磁区化することも行われている。この方法では、感磁部
の磁気抵抗膜の磁化を完全にコントロールすることがで
きるので、ノイズの発生は非常に少ない。しかし、従来
利用されていた反強磁性体膜はＦｅＭｎなどのような導
電膜であり、これにセンサ電流が分流するので、ヘッド
の出力は分流量に比例して低下する。

【００１２】本発明においては、絶縁体である反強磁性
体膜を磁気抵抗膜の感磁部全体に設置し、磁気抵抗膜を
単磁区にするとともに、磁気抵抗膜と反強磁性膜の結合
方向をセンサ電流に対して、必要な角度傾ける。これに
よって、バイアス磁界が印加されたのと同じ状態にな
る。したがって、ノイズの発生を抑止し、かつバイアス
膜による出力の低下もない。

【００１３】図２のように、絶縁基板４の上に絶縁性反
強磁性膜ＮｉＯ ５を５０nmスパッタ法によって形成す
る。次に磁歪が＋５×１０~⁷以下である磁気抵抗膜Ｎｉ
−Ｆｅ膜１を３５ｎｍスパッタ法によって形成する。Ｎ
ｉ−Ｆｅ膜１のスパッタにおいては、Ｎｉ−Ｆｅ膜１に
誘導磁気異方性を与えるために、外部から磁界を印加
し、磁化を所望の方向にする。

【００１４】次に、素子をリソグラフィ法を用いて微細
加工するが、このとき、素子の電流方向と磁化の方向の
角度を４５°とする。しかるのち、スパッタ法とリソグ
ラフィ法で電極６を設置し、磁気抵抗素子とする。素子
は、基板側とその逆側に絶縁膜を介して磁気シールドの
ための軟磁性体が設置されている。

【００１５】以上のように作製した磁気抵抗ヘッドに記
録用のインダクティブヘッドを積層した複合ヘッドを作
製し、記録再生した。従来の方法では、同一基板上で作
製した磁気ヘッドのバルクハウゼンノイズを主とするノ
イズや波形の崩れの発生率は７０−８０％であった。こ
れに対して、本発明の方法で作製した磁気ヘッドでの同
様なノイズ等の発生率は１−２％以下で、ノイズ等の発
生の抑止に著しい効果がみられた。また、出力電圧は従
来ヘッドの２−３倍になった。磁気抵抗膜と反強磁性体
との磁気結合による磁気抵抗膜の異方性磁界の増加によ
って磁気抵抗膜自体の出力は低下するが、バイアス膜で
ある反強磁性体が絶縁膜であるために、センサ電流の効
率が高くなったためである。

【００１６】さらに、従来の磁気抵抗ヘッドでは、記録
ヘッドの磁界等の影響で出力が突然低下したり、波形の
上下対称性が劣化するなどの問題があったが、これらも
完全に抑止することができた。上述の素子の電流方向と
磁化の方向の角度は磁気抵抗膜の異方性磁界の大きさに
よって変化し、３５−５５°の間で最適なバイアスが得
られる。

【００１７】（実施例２）実施例１では、磁気抵抗膜と
して磁歪が１０~⁷オーダーのＮｉ−Ｆｅ膜を用いたが、
Ｎｉ−Ｆｅ膜の磁歪を変えて、実施例１と同じ構造のヘ
ッドで本発明の効果を調べた。用いたＮｉ−Ｆｅ膜の磁
歪は＋５×１０~⁶から−５×１０~⁶の範囲、膜厚は３５
ｎｍである。磁気抵抗膜の形状による磁気異方性などに
よって僅かな影響は受けるが、本発明の構造で磁区制御
した磁気ヘッドでは、図３のような磁歪の影響がある。
すなわち、磁歪が１０~⁶以下であれば、ノイズの発生率
は１０％以下であり、１０~⁷以下であれば、ノイズの発
生率は０.０１％ 以下であった。ヘッドの歩留まりは工
業上極めて重要であり、磁気抵抗膜以外の原因による歩
留まりを考慮しても、単ヘッドであれば磁歪は１０~⁶以
下で十分な歩留まりが得られる。

【００１８】（実施例３）実施例１と同じ構造のヘッド
で磁気抵抗膜の厚さの影響を調べた。通常、磁気抵抗膜
の異方性磁界は膜厚とともに減少するので、異方性の面
からみると膜厚の小さいほうが出力は高くなる。しか
し、膜厚が１５ｎｍ以下になると、磁区構造が乱れて、
ノイズが高くなり、実用化は困難であった。

【００１９】図４は作製したヘッドのノイズ発生率と膜
厚との関係である。従来の方法では、膜厚が２０ｎｍ以
下になるとノイズの発生率が極めて高くなり、極めて低
い歩留まりで、実用化はできても、コストを考慮すると
経済的に成り立たず、膜厚が１５ｎｍ未満になるとノイ
ズのため、実用化可能なヘッドは作製できなかった。本
発明を適用すれば、膜厚が５ｎｍであってもノイズの発
生率は経済的に成り立つ範囲にある。

【００２０】（実施例４）磁気抵抗ヘッドのノイズの発
生量は、素子の感磁部の長さ、すなわち記録ビットのト
ラック幅に大きな影響を受ける。原因は、磁気抵抗膜の
磁気異方性が形状によって大きな影響を受けることと、
電極からの応力の影響が大きいためである。トラック幅
が狭くなると、形状効果による異方性が低減し、磁区あ
るいは磁化の方向は乱れやすくなる。また、電極からの
応力の影響は磁気抵抗膜の一定の範囲まで及ぶので、ト
ラック幅が狭くなれば、応力に影響される割合が増大す
る。応力は磁歪効果によって磁気抵抗膜の磁区あるいは
磁化の方向を乱す。

【００２１】従来型のヘッドにおいては、トラック幅が
１０μｍ以下になると極めて著しい効果を示す。実施例
１−３で作製したものと同様なヘッドで、トラック幅が
ノイズに及ぼす影響を調べた結果、トラック幅が１０μ
ｍ以下になっても、磁区あるいは磁化方向の乱れは非常
に少なく、本発明がトラック幅が１０μｍ以下で極めて
著しい効果を持っていることが明らかになった。

【００２２】（実施例５）実施例１と同じ構造のヘッド
で同一基板上に１８個のヘッドがモノリシックに搭載さ
れているマルチトラック型の磁気ヘッドを作製した。マ
ルチトラック型磁気ヘッドの歩留まりは、ヘッドの単一
歩留まりの積であり、マルチトラックヘッドの歩留まり
を６０％以上にするには、９７−９８％の単一歩留まり
が必要とされる。従来の構造で作製した磁気ヘッドで
は、単一歩留まりが非常に低いため、マルチヘッドとし
ての歩留まりは０であった。本発明の方法で作製した場
合の歩留まりは平均して６５％以上と非常に高かった。

【００２３】（実施例６）マルチヘッドの場合、一定の
トラック幅を隔てて、同一構造の磁気抵抗素子が並んで
いる。したがって、素子に必要な材料の一部は共通にす
ることができる。

【００２４】図５は絶縁性反強磁性体膜５を共通にした
もので、隣接した素子であっても、電気的に絶縁されて
いるので、素子間で反強磁性体膜５を切断する必要がな
い。これによって、素子間の段差が低減し、リソグラフ
ィにおけるマスクが簡単になり、段差に起因するような
不良の発生が防止でき、歩留まりが向上する。

【００２５】（実施例７）実施例１−３で作製した複合
ヘッドを磁気ディスク装置に搭載し、記録再生を行った
結果、ヘッドＳ／Ｎは従来の１から３以上となり、記録
再生中の出力変動等も認められなかった。

【００２６】（実施例８）実施例４−５で作製したマル
チヘッドを用いて磁気テープ装置を稼働した結果、実施
例６と同様に、出力変動等は認められなかった。

【００２７】

【発明の効果】実施例から明らかなように、従来の磁気
抵抗ヘッドに比較して、高出力で、出力変動等のない複
合磁気ヘッドを高歩留まりかつ低価格で提供できるよう
になった。また、マルチトラックヘッドでも同様で、特
に歩留まりの飛躍的な向上が図られた。この結果、装置
Ｓ／Ｎの高い磁気記録装置の提供が可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来型の代表的な磁気抵抗ヘッドの断面図。

【図２】本発明の一実施例の磁気抵抗ヘッドの断面図。

【図３】本発明の磁気抵抗ヘッドのノイズに及ぼす磁気
抵抗膜の磁歪の影響を示す図。

【図４】本発明の磁気抵抗ヘッドのノイズに及ぼす磁気
抵抗膜の厚さの影響を示す図。

【図５】本発明の他の実施例のマルチトラックヘッドの
断面図。

【符号の説明】

１…磁気抵抗膜、２…永久磁石膜、３…反強磁性膜、４
…絶縁基板、５…絶縁性反強磁性膜、６…電極。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】感磁領域が磁気抵抗効果膜と非導電性反強
   磁性膜の２層膜からなり、これに通電するための電極が
   形成されていることを特徴とする磁気ヘッド。
2. 【請求項２】請求項１において、磁気抵抗効果膜がＮｉ
   −Ｆｅ合金で、その磁歪が＋１０~⁶から−１０~⁶である
   ことを特徴とする磁気ヘッド。
3. 【請求項３】請求項１において、非導電性反強磁性膜が
   強磁性体元素を含む酸化物，硫化物，窒化物であること
   を特徴とする磁気ヘッド。
4. 【請求項４】請求項１，２または３の磁気ヘッドが同一
   基板上に複数個形成されていることを特徴とする磁気ヘ
   ッド。
5. 【請求項５】請求項１，２または３の磁気ヘッドのトラ
   ック幅が１０μm以下であることを特徴とする磁気ヘッ
   ド。
6. 【請求項６】請求項１から５のいずれかの磁気ヘッドに
   おいて、磁気抵抗膜の厚さが１５ｎｍ未満であることを
   特徴とする磁気ヘッド。
7. 【請求項７】請求項１から６のいずれかの磁気ヘッドを
   搭載したことを特徴とする磁気ディスク装置。
8. 【請求項８】請求項１から６のいずれかの磁気ヘッドを
   搭載したことを特徴とする磁気テープ装置。