JPH10320721A

JPH10320721A - 磁気抵抗効果ヘッド

Info

Publication number: JPH10320721A
Application number: JP10068917A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Iwasaki; 仁志岩崎; Yuzo Kamiguchi; 裕三上口; Masashi Sahashi; 政司佐橋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-03-18
Filing date: 1998-03-18
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】高感度かつ媒体／ヘッドの接触走行に適した
ヨーク型磁気抵抗効果ヘッドを提供する。【解決手段】記録媒体対向面で記録媒体からの信号磁
界を導くための磁気ギャップ（１２）を規定する磁気ヨ
ーク（１１１、１１２）と、記録媒体対向面から離れた
位置で磁気ヨークと磁気的に結合した巨大磁気抵抗効果
エレメント（１３１、１３２）と、巨大磁気抵抗効果エ
レメントの膜面垂直方向にセンス電流を供給する手段
（１４１、１４２）とを有する磁気抵抗効果ヘッド。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はヨーク型磁気抵抗効
果ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）など
の磁気記録装置では、１インチ平方当たり１０Ｇビット
以上の超高密度記録が目標になってきている。記録密度
を向上するには、記録媒体の記録トラック幅を狭くして
トラック密度を向上し、かつ記録トラック方向の線記録
密度を向上しなければならない。トラック幅の狭い媒体
からの読み出しには高感度な再生ヘッドが必要となる。
このため、異方性磁気抵抗効果を利用した従来の磁気ヘ
ッドよりも、非常に大きな抵抗変化率が得られる、巨大
磁気抵抗効果を利用した磁気ヘッドが有望である。ま
た、線記録密度の高い記録媒体からの読み出しには、接
触動作または疑似接触動作が可能になるようにヘッドと
記録媒体との間隔を狭めるとともに、再生ギャップ長を
狭めることも重要になる。

【０００３】従来、ヘッド基板の記録媒体との対向面
（ＡＢＳ面）側に磁気抵抗効果エレメント（ＭＲエレメ
ント）を配置し、その両側に磁気シールドを設けた構造
のシールド型ＭＲヘッドが知られている。しかし、ＭＲ
エレメントは、センス電流が流されるため、媒体と接触
すると電気的に不安定な状態になり、最悪の場合にはヘ
ッドが電気的に破壊する。また、媒体との接触により発
生する熱のために、ＭＲエレメントの温度が上昇してヘ
ッド動作が不安定になることもある。さらに、磁気シー
ルド間にＭＲエレメントを配置する構造では、狭ギャッ
プ化が困難である。

【０００４】これらの問題点を解消する目的で、ヨーク
型ＭＲヘッドが提案されている（たとえば IEEE Trans.
Magn., Vol. MAG-26(1990) 2406）。ヨーク型ＭＲヘッ
ドは、ヘッド基板のＡＢＳ面で磁気ギャップを規定する
ように形成された磁気ヨークと、磁気ヨークと電気的に
絶縁して形成された２つのＭＲエレメントを有する。Ｍ
Ｒエレメントには、その膜面に沿ってセンス電流が流さ
れる。このような構造では、磁気ヨークとＭＲエレメン
トとが絶縁されているので、磁気ヨークが記録媒体に接
触してもＭＲエレメントへの悪影響がない。また、磁気
ヨークで規定される磁気ギャップ内にＭＲエレメントや
電極を設ける必要がないので、狭ギャップ化が比較的容
易である。

【０００５】一方、この構造では、ＭＲエレメントをＡ
ＢＳ面から後退させると再生感度が大幅に減少するた
め、十分な再生感度を得るためにＭＲエレメントをでき
る限り媒体側に近付ける必要がある。しかし、スピンバ
ルブのように金属積層膜からなるＧＭＲエレメントを媒
体に近付けて配置しようとすると、磁気ヨークとの電気
的絶縁の確保や、電極の形成が極めて困難になる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高感
度で、媒体／ヘッドの接触動作に適したヨーク型磁気抵
抗効果ヘッドを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の磁気抵抗効果ヘ
ッドは、記録媒体対向面で記録媒体からの信号磁界を導
くための磁気ギャップを規定する磁気ヨークと、記録媒
体対向面から離れた位置で磁気ヨークと磁気的に結合し
た巨大磁気抵抗効果エレメント（ＧＭＲエレメント）
と、巨大磁気抵抗効果エレメントの膜面に垂直な方向に
センス電流を供給する手段とを有する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明をより詳細に説明す
る。

【０００９】本発明において、記録媒体対向面で記録媒
体からの信号磁界を導くための磁気ギャップを規定する
磁気ヨークは単層の磁性膜で構成してもよい。この場
合、磁性膜としては、ＮｉＦｅ；ＣｏＺｒＮｂなどの非
晶質膜；ＦｅＴａＮ、ＦｅＨｆＣなどの微結晶膜；Ｆｅ
ＡｌＳｉなどの軟磁性膜を用いることができる。ただ
し、磁気ヨークは、厚さ０．０１〜０．５μｍの磁性層
と、Ｔａ，Ｃｒ，ＡｌＮなどからなる厚さ１〜５０ｎｍ
の非磁性層とを交互に積層し、少なくとも２層の磁性層
を含む積層構造を有するものが好ましい。このような積
層構造を有する磁気ヨークは、磁区制御が容易でありバ
ルクハウゼンノイズを効果的に抑制できる。

【００１０】本発明において、ＧＭＲエレメントは、磁
界検出層（または領域）と磁化固着層（または領域）を
有し、スピン依存散乱に基づく抵抗変化を利用する。具
体的には、以下のような構造を有するＧＭＲエレメント
を用いることが好ましい。好適なＧＭＲエレメントの一
例は、厚さ１〜２００ｎｍの強磁性層（磁界検出層また
はフリー層）と、絶縁体または半導体からなる厚さ１〜
５０ｎｍの高抵抗の非磁性層と、厚さ１〜２００ｎｍの
磁化が固着された強磁性層（磁化固着層またはピン層）
との積層構造を有する。好適なＧＭＲエレメントの他の
例は、半導体または絶縁体からなる高抵抗の非磁性マト
リックス中にＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉまたはこれらの合金から
なる磁性粒子を分散させたグラニュラー磁性膜を有す
る。グラニュラー磁性膜では、一方の表面に近い領域が
領域が磁界検出領域、他方の表面に近い領域が磁化固着
領域となる。

【００１１】強磁性層（ピン層）の磁化を固着するに
は、例えばＩｒ₂₂Ｍｎ₇₈、ＣｒＭｎ、ＮｉＭｎなどの反
強磁性層を積層した構造にする。このような積層構成の
具体例としては、Ｆｅ／Ａｌ₂Ｏ₃／Ｆｅ／ＩｒＭｎ、
Ｃｏ／Ａｌ₂Ｏ₃／Ｃｏ／ＩｒＭｎ、Ｃｏ／ＣｏＯ／Ｃ
ｏ／ＩｒＭｎ、Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀／Ａｌ₂Ｏ₃／Ｃｏ₉₀Ｆｅ
₁₀／ＩｒＭｎ、Ｆｅ／Ｓｉ／Ｆｅ／ＣｒＭｎなどが挙げ
られる。なお、ピン層としてＣｏＰｔなどの硬質磁性膜
を用い、反強磁性層を省略してもよい。

【００１２】上記のような構造を有するＧＭＲエレメン
トは高抵抗である。本発明では、センス電流をＧＭＲエ
レメントの膜面に垂直な方向に供給するので、高抵抗の
ＧＭＲエレメントを用いれば比較的大きな抵抗が得ら
れ、大きな再生出力が期待できる。

【００１３】一方、ＧＭＲエレメントとしては、スピン
バルブのような、強磁性層（フリー層）、金属非磁性層
および強磁性層（ピン層）を積層したものも知られてい
る。しかし、すべての層が金属からなるＧＭＲエレメン
トでは、膜面に垂直な方向にセンス電流を流すと、抵抗
が著しく低下する。このため、抵抗変化率が大きくても
微小な再生出力しか得られない。

【００１４】フリー層、高抵抗非磁性層およびピン層を
積層した構造を有するＧＭＲエレメントは、磁気ヨーク
上に直接フリー層を設けて交換結合させてもよいし、磁
気ヨーク上に絶縁層を挟んでフリー層を設けて静磁結合
させてもよい。なお、磁気ヨーク上に高抵抗非磁性層お
よびピン層を積層した構造にして、磁気ヨークにフリー
層としての機能を持たせてもよい。ピン層の磁化の方向
は、磁気ヨークがＧＭＲエレメントと磁気的に結合して
いる位置において、磁気ヨークへ流入した信号磁界の方
向と概ね平行または反平行となるように固着することが
好ましい。このＧＭＲエレメントでは、信号磁界により
磁気ヨークの磁化が回転すると、フリー層の磁化も磁気
ヨークの磁化の方向に回転する。この結果、磁気ヨーク
の磁化方向の変動に応じて、フリー層とピン層の磁化の
なす角度が変化してスピン依存散乱に伴う抵抗変化を生
じる。

【００１５】グラニュラー磁性膜を有するＧＭＲエレメ
ントは、たとえば磁気ヨーク上にグラニュラー磁性膜を
設けて磁気的に結合させ、グラニュラー磁性膜上に磁化
固着膜（ピン層）および反強磁性層を形成する。グラニ
ュラー磁性膜のピン層の近傍の領域（磁化固着領域）に
ある磁性粒子の磁化は、交換結合により概ねピン層の磁
化の方向に向く。一方、グラニュラー磁性膜の磁気ヨー
クの近傍の領域（磁界検出領域）にある磁性粒子は、磁
気ヨークと交換結合を起こす。このＧＭＲエレメントで
は、信号磁界により磁気ヨークの磁化が回転すると、磁
気ヨーク近傍のグラニュラー磁性膜中の磁性粒子の磁化
も磁気ヨークの磁化の方向に回転する。この結果、磁気
ヨークの磁化方向の変動に応じて、グラニュラー磁性膜
の厚み方向に沿って隣接する磁性粒子間の磁化のなす角
度が変化し、スピン依存散乱に伴う抵抗変化を生じる。

【００１６】本発明では、ＧＭＲエレメント上に電極を
設け、センス電流をＧＭＲエレメントの膜面に垂直な方
向に供給し、さらに磁気ヨークを通して流す。このよう
な構成では、磁気ヨークを接地電位に設定することがで
きるので、磁気ヨークが媒体に接触しても安定な再生を
実現できる。

【００１７】本発明の磁気抵抗効果ヘッドは、磁気ヨー
クの厚み方向が概ねトラック方向に一致する構造、また
は磁気ヨークの厚み方向が概ねトラック幅方向に一致す
る構造のいずれでもよい。

【００１８】磁気ヨークの厚み方向が概ねトラック方向
に一致するＭＲヘッドは、より具体的には以下のような
構造を有する。ヘッドの中央部において、厚さ０．０１
〜０．１μｍの磁気ヨーク上に、媒体対向面から離れた
位置で、この磁気ヨークと磁気的に結合したＧＭＲエレ
メントが形成される。この中央部の磁気ヨークおよびＧ
ＭＲエレメントの上下に、２つの磁気ギャップ膜が形成
される。さらに、磁気ギャップ膜の上下に、厚さ０．５
〜３μｍの２つの磁気ヨークが形成される。実際には、
ヘッド基板上に、トラック方向に沿って、外側の磁気ヨ
ーク膜、磁気ギャップ膜、中央の磁気ヨーク膜、ＧＭＲ
エレメント、磁気ギャップ膜、および外側の磁気ヨーク
膜が積層される。外側の２つの磁気ヨークは、ＧＭＲエ
レメントが磁気的に結合する中央部の磁気ヨークを包む
込んだ状態になり、外部からのノイズ磁界に対する磁気
シールドとしても機能する。上記のように、ＧＭＲエレ
メントと結合する磁気ヨークは、外側の磁気ヨークに比
べて薄くすることが好ましい。中央部の磁気ヨークを薄
くすると、その内部での信号磁束密度が高くなり、この
磁気ヨークに結合するＧＭＲエレメントの磁化回転を有
効に起こさせることができ、高感度な再生を実現でき
る。また、磁気ギャップ膜の上下に磁気ヨークを設けて
いるので、磁気ギャップ膜の厚さを薄くすることによ
り、容易にギャップを狭くすることができる。

【００１９】磁気ヨークの厚み方向が概ねトラック幅方
向に一致するＭＲヘッドでは、磁気ギャップの左右に２
つの磁気ヨークが平面的に配置される。この構造では、
磁気ヨークの厚さを再生トラック幅より薄くすることが
できるので、狭いトラック幅に対応するＭＲヘッドを容
易に形成できる。

【００２０】本発明においては、２組のＧＭＲエレメン
トを用い、磁気ヨークに流入する信号磁界の方向が互い
に逆方向になる２つの位置において、それぞれのＧＭＲ
エレメントを磁気ヨークと磁気的に結合させることが好
ましい。

【００２１】２組のＧＭＲエレメントの磁化固着層（ピ
ン層）の磁化方向を互いに逆方向にする場合について説
明する。この構成では、２組のＧＭＲエレメントに互い
に逆方向の信号磁界が加わったときには、抵抗変化が重
畳され、大きな再生出力が得られる。一方、２組のＧＭ
Ｒエレメントに外部から同方向のノイズ磁界が加わった
ときには、抵抗変化が相殺され、ノイズ磁界は検出され
ない。したがって、Ｓ／Ｎ比の良好な再生が可能にな
る。

【００２２】２組のＧＭＲエレメントの磁化固着層（ピ
ン層）の磁化方向を同方向にする場合について説明す
る。この場合、２組のＧＭＲエレメントの出力端に差動
アンプを設けて、一方のＧＭＲエレメントの出力の符号
のみを反転させ、他方のＧＭＲエレメントの出力と加算
する。この構成でも、２組のＧＭＲエレメントに互いに
逆方向の信号磁界が加わったときには、差動アンプ回路
により抵抗変化が重畳され、大きな再生出力が得られ
る。一方、２組のＧＭＲエレメントに外部から同方向の
ノイズ磁界が加わったときには、差動アンプ回路により
抵抗変化が相殺され、ノイズ磁界は検出されない。した
がって、Ｓ／Ｎ比の良好な再生が可能になる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００２４】実施例１図１に本実施例における磁気抵抗効果ヘッドをＡＢＳ側
からの見た斜視図を示す。このＭＲヘッドでは、磁気ヨ
ークの厚み方向がトラック幅方向に概ね一致している。

【００２５】基板１０主面上に１対のフロントヨーク１
１１、１１２が磁気ギャップ１２を規定するように形成
されている。これらのフロントヨーク１１１、１１２
は、強磁性層１１３、非磁性層１１４および強磁性層１
１５からなる積層構造を有する。このような積層構造と
することにより、フロントヨークを微細化しても反磁界
の増大を抑制でき、フロントヨーク内で磁区が生じにく
くなりバルクハウゼンノイズを抑制できる。フロントヨ
ーク１１１、１１２を構成する強磁性層１１３、１１５
には、図１の矢印に示すように、概ね記録媒体の記録ト
ラック方向（図中のｘ方向）に沿って磁気異方性が付与
されている。このような磁気異方性を導入すると、フロ
ントヨークに媒体磁界を効率的に導入することができ
る。フロントヨーク１１１、１１２の厚さ（ｙ方向）は
サブミクロンオーダーの記録トラック幅またはそれ以下
に調整されている。ＡＢＳ面から後退した位置で、それ
ぞれのフロントヨーク１１１、１１２と磁気的に結合す
るＧＭＲエレメント１３１、１３２が形成されている。
これらのＧＭＲエレメント１３１、１３２は、フリー層
１３３／非磁性層１３４／ピン層１３５／保護膜（図１
では省略）からなる積層構造を有する。ＧＭＲエレメン
ト１３１、１３２よりもさらにＡＢＳ面から後退した位
置において、両方のフロントヨーク１１１、１１２の上
面と接触して磁気的に結合するように厚いリアヨーク１
５が形成されている。リアヨーク１５を厚くすることに
より、磁気回路の効率を向上できる。ＧＭＲエレメント
１３１、１３２上には、センス電流を通電するための電
極１４１，１４２が形成されている。リアヨーク１５上
にも電極端子が形成され、この電極端子は接地されてい
る。リアヨーク１５を接地すると、フロントヨーク１１
１、１１２もほぼ接地電位となる。図示しないが、再生
部の上には記録部の磁極が積層して形成されている。な
お、リアヨーク１５に記録コイルを施して記録再生一体
型の磁気ヘッドとしてもよい。

【００２６】この磁気抵抗効果ヘッドにおいて、センス
電流Ｉはそれぞれの電極からＧＭＲエレメント、フロン
トヨーク、リアヨークを経て、接地電極端子へと流れる
（図１の破線参照）。このようにして、ＧＭＲエレメン
ト１３１、１３２の膜面に垂直な方向にセンス電流が供
給される。こうした構成により、フロントヨーク１１
１、１１２を接地電位に設定することができるので、フ
ロントヨークが媒体と接触しても、ＧＭＲエレメントが
電気的に破壊することはない。

【００２７】この磁気抵抗効果ヘッドでは、以下のよう
な原理で再生が行なわれる。ギャップ１２から導入され
た媒体磁界Ｈｓは、図１の破線で示すように、それぞれ
のフロントヨーク１１１、１１２において互いに約１８
０°反対の方向に向く。これに対応して、２組のＧＭＲ
エレメント１３１、１３２のピン層１３５の磁化は、フ
ロントヨーク１１１、１１２のそれぞれの位置での媒体
磁界の方向（図中ｚ方向）に沿うように、互いに１８０
°反対の方向に固着されている。２組のＧＭＲエレメン
ト１３１、１３２のフリー層１３３はフロントヨーク１
１１、１１２と磁気的に結合されており、フロントヨー
ク１１１、１１２とフリー層１３３の磁化方向は概ね同
方向になる。そして、媒体磁界によりフロントヨーク１
１１、１１２の磁化が回転すると、その回転に合わせて
フリー層１３３の磁化も回転する。この結果、ピン層１
３５とフリー層１３３との磁化のなす角度が変化してＧ
ＭＲエレメント１３１、１３２の抵抗が変化し、信号が
検出される。

【００２８】図１の磁気抵抗効果ヘッドでは、２組のＧ
ＭＲエレメントを用いているので、以下に説明するよう
に大きな再生出力が得られる。すなわち、媒体磁界がフ
ロントヨーク１１１、１１２に流入すると、それぞれの
ＧＭＲエレメントが積層されている位置で、フロントヨ
ーク１１１、１１２の磁化は互いに逆方向に回転する。
それぞれのＧＭＲエレメントのピン層１３５の磁化は、
互いに１８０°反対の方向に向いている。このため、い
ずれのＧＭＲエレメントでも媒体磁界に対して抵抗変化
が増大（または減少）する。したがって、抵抗変化が重
畳されるので、大きな再生出力が得られる。一方、外部
からのノイズ磁界に対しては、両方のフロントヨーク１
１１、１１２の磁化は同方向に回転する。しかし、それ
ぞれのＧＭＲエレメントのピン層１３５の磁化は、互い
に１８０°反対の方向に向いている。このため、ノイズ
磁界に対して、一方のＧＭＲエレメントでは抵抗変化が
増大し、他方のＧＭＲエレメントでは抵抗変化が減少す
る。したがって、トータルではノイズ磁界は検出されな
い。

【００２９】以下、図１に示す磁気抵抗効果ヘッドの製
造方法について説明する。

【００３０】フロントヨークおよびギャップ膜は以下の
ようにして形成する。まず、フロントヨークを構成する
強磁性層、非磁性層および強磁性層を成膜する。この
際、磁界中成膜により、強磁性層に誘導磁気異方性を導
入する。強磁性層としては、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＺｒＮ
ｂ合金などのＣｏ系アモルファス、ＦｅＴａＮなどの窒
化膜が用いられる。この積層膜をイオンミリング、反応
性イオンエッチング（ＲＩＥ）、フォーカスドイオンビ
ーム（ＦＩＢ）などの方法により所定形状にエッチング
加工してフロントヨークを形成する。次に、ＳｉＯｘな
どの絶縁体をコリメーションスパッタなど指向性のある
方法により成膜してフロントヨーク間に埋め込み、ギャ
ップ膜を形成する。ＳｉＯｘはギャップ以外の領域にも
成膜される。次いで、エッチバックまたは研磨により、
ギャップ膜およびフロントヨークをトラック幅以下の所
定厚みに平坦化する。こうした方法により、狭いトラッ
ク幅に対応するヨークを容易に形成できる。

【００３１】なお、ギャップ膜をスパッタなどにより形
成しＲＩＥなどによりフロントヨークが形成される領域
を除去して加工し、フロントヨークを成膜して所定形状
に加工した後、平坦化してもよい。また、片側のフロン
トヨークを成膜して所定形状に加工し、ギャップ膜を成
膜して所定形状に加工し、さらに残りのフロントヨーク
を成膜して所定形状に加工した後、平坦化を行ってもよ
い。ただし、後者の方法ではギャップ面がトラック幅方
向に対して若干傾く。

【００３２】ＧＭＲエレメントは、フリー層、非磁性
層、ピン層、保護膜をスパッタなどにより順次成膜した
後、イオンミリングなどの方法により所定形状にエッチ
ング加工して形成する。フリー層およびピン層として
は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ単体またはこれらを主成分とする
合金が用いられる。例えば、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、Ｆ
ｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＮｉ、Ｃｏなどが挙げられる。
非磁性層としては、Ｓｉなどの半導体、Ａｌ₂Ｏ₃など
の絶縁体、フリー層またはピン層を構成する磁性体の酸
化物が用いられる。保護膜としては、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎ
ｂ、Ｍｏなどが用いられる。なお、フロントヨークをＧ
ＭＲエレメントのフリー層として用いれば、フリー層を
独立に形成する必要はない。

【００３３】リアヨークは、リフトオフ、メッキなどの
方法により形成することが好ましい。これは、リアヨー
クを例えばイオンミリングで加工しようとすると、オー
バエッチングによりＧＭＲエレメントにダメージが生じ
るおそれがあるためである。リアヨークとしては、Ｎｉ
Ｆｅ合金、アモルファス合金、ＦｅまたはＣｏを主成分
とし窒素、炭素、酸素を含む微結晶膜などの軟磁性膜が
用いられる。

【００３４】ＧＭＲエレメントにセンス電流を通電する
ための電極、リアヨークに接続される接地電極端子は以
下にようにして形成する。まず、ＧＲＭエレメントおよ
びリアヨークを覆うようにＳｉＯｘなどの絶縁層を形成
する。この絶縁層のＧＭＲエレメント上およびリアヨー
ク上の端子部にコンタクトホールを形成する。次に、Ｔ
ａ／Ｃｕ／Ｔａなどの電極材料をスパッタしてコンタク
トホール内部に電極を埋め込む。この電極材料をイオン
ミリングなどの方法で所定形状に加工することにより電
極を形成する。なお、リアヨークはＧＭＲエレメントを
形成する前に形成してもよい。

【００３５】以上では、１対のフロントヨーク上にそれ
ぞれＧＭＲエレメントを形成した場合について説明した
が、どちらか一方のフロントヨーク上にのみＧＭＲエレ
メントを形成してもよい。この場合、外部からのノイズ
磁界の流入を防ぐために、ＧＭＲ／ヨーク部を磁気シー
ルドする必要がある。この磁気シールドの一部は再生部
の上に積層形成される記録部の磁極と兼用してもよい。

【００３６】実施例２実施例１（図１）では２組のＧＭＲエレメント１３１、
１３２のピン層の磁化の方向を互いに概ね逆方向に設定
したが、ＧＭＲエレメント１３１、１３２のピン層の磁
化の方向を概ね同方向に設定してもよい。この場合、図
２に示すように、２組のＧＭＲエレメント１３１、１３
２の出力端に差動アンプ１６を設けて、一方のＧＭＲエ
レメント１３２の出力の符号のみを反転させ、他方のＧ
ＭＲエレメント１３１の出力と加算する。

【００３７】実施例１で説明したように、媒体磁界Ｈｓ
がフロントヨーク１１１、１１２に流入すると、それぞ
れのＧＭＲエレメントが積層されている位置で、フロン
トヨーク１１１、１１２の磁化は逆方向に回転する。こ
こで、それぞれのＧＭＲエレメント１３１、１３２のピ
ン層１３５の磁化が同方向に向いていると、それぞれの
ＧＭＲエレメントで抵抗変化の増大または減少が互いに
逆になる。このとき、差動アンプ１６により一方のＧＭ
Ｒエレメント１３２の出力の符号のみを反転させ、他方
のＧＭＲエレメント１３１の出力と加算すれば、抵抗変
化が重畳されるので、大きな再生出力が得られる。一
方、外部からのノイズ磁界に対しては、２組のＧＭＲエ
レメントにおける抵抗変化を相殺することができるの
で、ノイズ磁界は検出されない。したがって、高出力
で、Ｓ／Ｎ比の良好な再生が可能になる。

【００３８】実施例３図３に本実施例における磁気抵抗効果ヘッドの断面図を
示す。この図は、トラック方向（ｘ方向）および媒体面
に垂直な方向（ｚ方向）に沿った断面を表している。こ
の磁気抵抗効果ヘッドでは、磁気ヨークの厚み方向とト
ラック方向とが概ね一致している。

【００３９】基板１０にはＮｉＦｅ、非晶質ＣｏＺｒＮ
ｂなどからなる第１の磁気ヨーク２１１が形成されてい
る。この第１の磁気ヨーク２１１の一部はエッチング除
去されて絶縁体２２が埋め込まれている。磁気ヨーク２
１１のＡＢＳ面側の部分および絶縁体２２の上にはＴ
ａ、Ｃｒなどの非磁性の導電体からなる厚さ０．０１〜
０．１μｍの下部磁気ギャップ膜２１２が形成されてい
る。下部磁気ギャップ膜２１２および磁気ヨーク２１１
のＡＢＳ面から後退した部分の上に厚さ０．０１〜０．
２μｍの第２の磁気ヨーク２１３が形成されている。こ
のようにＡＢＳ面から後退した部分では、第１および第
２の磁気ヨーク２１１、２１３が直接接しているので、
磁気回路の効率を向上できる。第２の磁気ヨーク２１３
上（絶縁体２２の上方に対応する位置）には、ＧＭＲエ
レメント２３が形成されている。ＧＭＲエレメント２３
はフリー層２３１／高抵抗の半導体または絶縁体からな
る非磁性層２３２／ピン層２３３／保護膜２３４の積層
体からなっている。このようにＧＭＲエレメント２３に
接する第２の磁気ヨーク２１３の下部には下部磁気ギャ
ップ膜２１２および絶縁体２２が設けられているため、
媒体磁界をＧＭＲエレメントに有効に導入することがで
きる。ＧＭＲエレメント２３上には電極２４が形成され
ている。ＧＭＲエレメント２３および電極２４ならびに
第２の磁気ヨーク２１３のＡＢＳ面から後退した部分の
一部を覆うように、厚さ０．０１〜０．１μｍの上部磁
気ギャップ膜２１４が形成されている。この上部磁気ギ
ャップ膜２１４はＧＭＲエレメント近傍では磁気的かつ
電気的な絶縁体であることが不可欠であるが、ＡＢＳ面
近傍では導電体であってもよい。さらに、上部磁気ギャ
ップ膜２１４および第２の磁気ヨーク２１３のＡＢＳ面
から後退した部分の一部を覆うように第３の磁気ヨーク
２１５が形成されている。図示しないが、再生部の上に
は記録部が積層して形成されている。

【００４０】この磁気抵抗効果ヘッドにおいて、センス
電流は電極２４からＧＭＲエレメント２３の膜面に垂直
な方向に供給され、接地電位に設定された第２の磁気ヨ
ーク２１３へ流れる。したがって、ヘッドが媒体と接触
しても、安定な再生を実現できる。この磁気抵抗効果ヘ
ッドにおいても、磁気ヨーク２１３から吸い上げられた
信号磁束は、磁気ヨーク２１１、２１５によって形成さ
れる磁気回路に流入し、磁気ヨーク２１３と接するＧＭ
Ｒエレメントのフリー層２３１に効率よく伝搬されて再
生が行なわれる。また、上述したように下部磁気ギャッ
プ膜２１２、第２の磁気ヨーク２１３および上部磁気ギ
ャップ膜２１４の厚さを薄くすることにより、容易に狭
ギャップを形成することができる。

【００４１】なお、図３においても、磁気ヨーク２１３
をＧＭＲエレメントのフリー層として用いれば、フリー
層を独立に形成する必要はない。

【００４２】実施例４実施例１および２のＧＭＲエレメントの構成を変化させ
た変形例について図４（Ａ）および４（Ｂ）を参照して
説明する。図４（Ａ）および４（Ｂ）は磁気ヨークおよ
びその上に形成されたグラニュラーＧＭＲエレメントを
示す。

【００４３】図４に示すＧＭＲエレメント３１は、厚さ
１〜１００ｎｍのグラニュラー磁性膜３２、厚さ１〜２
０ｎｍの磁化が固着された強磁性層（ピン層）３３、厚
さ３〜５０ｎｍの反強磁性層３４、および厚さ１〜５０
ｎｍの保護膜（図示せず）を積層した構造を有する。こ
のＧＭＲエレメント３１は磁気ヨーク３５上に磁気的に
結合するように積層される。なお、グラニュラー磁性膜
３２と磁気ヨーク３５との間の磁気的結合を安定させる
ために、強磁性層を挿入してもよい。上記のグラニュラ
ー磁性膜３２は、非磁性マトリックス３２１中に平均粒
径２０ｎｍ以下の磁性粒子３２２を分散させたものであ
る。非磁性マトリックス３２１は半導体または絶縁体か
らなる。磁性粒子３２２はＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉの単体また
はこれらの合金からなる。ピン層３３はＣｏ、Ｆｅ、Ｃ
ｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏなどからなる。反強磁
性層３４はＩｒＭｎ，ＦｅＭｎ，ＣｒＭｎなどからな
る。ピン層３３の磁化は反強磁性膜３４によって固着さ
れている。なお、ピン層３３としてＣｏＰｔなどの硬質
磁性膜を用い、反強磁性層３４を省略してもよい。図示
しない保護膜はＴａ、Ｚｒ、Ｔｉなどの導電膜からな
る。

【００４４】グラニュラー磁性膜を構成する磁性粒子は
外部磁界がほぼゼロのときにパラ磁性であってもよい
が、各磁性粒子間に弱い交換結合が働くように非磁性マ
トリックス中に分散させて強磁性とすることが望まし
い。このようなグラニュラー磁性膜は、非磁性マトリッ
クスと磁性粒子の２つのターゲットを同時スパッタする
ことにより形成できる。好ましいグラニュラー磁性膜と
してはＣｏ／Ａｌ−Ｏなどが挙げられる。ピン層３３
は、信号磁界が流入していないときの磁気ヨーク３５の
磁化方向と概ね直交する方向（磁気ヨークに流入した信
号磁界と概ね平行または反平行な方向）に着磁すること
が好ましい。

【００４５】磁気ヨーク３５近傍の領域（磁界検出領
域）のグラニュラー磁性膜３２中の磁性粒子の磁化は磁
気ヨーク３５の磁化と同方向に揃いやすくなる。磁化固
着層３３近傍の領域（磁化固着領域）のグラニュラー磁
性膜３２中の磁性粒子の磁化は磁化固着層３３の磁化方
向と同方向に揃いやすくなる。この結果、信号磁界がほ
ぼゼロのときには、磁気ヨーク３５近傍のグラニュラー
磁性膜３２中の磁性粒子の磁化と、磁化固着層３３近傍
のグラニュラー磁性膜３２中の磁性粒子の磁化は概ね直
交する。

【００４６】この状態で磁気ヨーク３５に信号磁界Ｈｓ
が流入したときの、ピン層３３近傍および磁気ヨーク３
５近傍の２つの領域でのグラニュラー磁性膜３２中の磁
性粒子の磁化方向を考える。図４（Ａ）のように、ピン
層３３の磁化方向と同方向の信号磁界（正の信号磁界と
呼ぶ）が磁気ヨーク３５に流入すると、２つの領域の磁
化方向は平行になる。逆に、図４（Ｂ）のように、ピン
層３３の磁化方向と反対方向の信号磁界（負の信号磁界
と呼ぶ）が磁気ヨーク３５に流入すると、２つの領域の
磁化方向は反平行になる。この結果、信号磁界に応じて
線形応答が得られ、歪みが少なくＳＮ比の良好な再生信
号が得られる。

【００４７】実施例５図５（Ａ）および５（Ｂ）に本発明の別の実施例を示
す。図５（Ａ）に示すように、基板１０上に、媒体対向
面で磁気ギャップを規定する２組の磁気ヨーク４１１、
４１２が、厚み方向がトラック幅方向と一致するように
形成されている。磁気ヨーク４１１、４１２は、媒体対
向面から離れた位置で、ＧＭＲエレメント４３と磁気的
に結合して、磁気回路を形成する。

【００４８】図５（Ｂ）にＧＭＲエレメント４３と磁気
ヨークの詳細を示す。図５（Ｂ）は図５（Ａ）の５Ｂ−
５Ｂ線に沿う断面を示す。磁気ヨーク４１１、４１２の
間には、Ｔａなど磁気的絶縁体４２が埋め込まれ、磁気
ギャップを形成している。これらの上に、フリー層４３
１、非磁性層４３２、ピン層４３３、反強磁性層４３４
からなるＧＭＲエレメント４３が形成される。

【００４９】フリー層４３１は磁気的絶縁体４２をまた
いで磁気ヨーク４１１、４１２上に接するように形成さ
れている。フリー層４３２上には非磁性層４３２が形成
されている。非磁性層４３２上には絶縁層４４が設けら
れ、磁気ギャップに対応する部分がエッチングされて溝
が形成されている。ピン層４３３は、絶縁層４４に形成
された溝に埋め込まれて、概ね磁気ギャップと等しい幅
に形成されている。ピン層４３３上に反強磁性層４３４
が形成されている。反強磁性層４３４および絶縁層４４
上に電極４５が形成されている。磁気ヨーク４１１、４
１２は他方の電極として機能し、アース電位に設定され
ている。センス電流は電極４５から、ＧＭＲエレメント
４３の膜面に垂直な方向に流れ、アース電位の磁気ヨー
ク４１１、４１２へ流れる。ＧＭＲエレメント４３の電
極部の抵抗を低減するために、磁気的絶縁体４２は、電
気抵抗の小さい金属であることが好ましい。

【００５０】フリー層４３１にはｚ方向に磁化容易軸が
付与されており、信号磁界がゼロのときには、フリー層
４３１の磁化はｚ方向に向く。ピン層４３３の磁化は、
反強磁性膜４３４により、トラック方向（図中のｘ方
向）に固着されている。この方向は、信号磁界が磁気ヨ
ーク４１１、４１２を通してＧＭＲエレメントのフリー
層４３１に流入する方向に平行または反平行である。し
たがって、ピン層４３３の磁化の方向と同方向の信号磁
界が加わると、ＧＭＲエレメントの抵抗は減少する。逆
に、ピン層４３３の磁化と反対方向の信号磁界が加わる
と、ＧＭＲエレメントの抵抗は増大する。この結果、信
号磁界を再生できる。

【００５１】図５（Ｂ）では、磁気ヨーク４１１、４１
２上に直接フリー層４３１が形成され、両者は交換結合
している。ただし、両者の間に電気的な絶縁層を挟ん
で、両者を静磁的に結合させ、フリー層４３１に電極を
接続してアース電位にしてもよい。この場合、磁気ヨー
ク４１１、４１２にはセンス電流が流れないので、極め
て安定な接触動作が可能になる。

【００５２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、高
感度かつ媒体／ヘッドの接触走行に適したヨーク型磁気
抵抗効果ヘッドを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における磁気抵抗効果ヘッドの斜視
図。

【図２】実施例２の磁気抵抗効果ヘッドにおける差動ア
ンプを含む検出回路を示す図。

【図３】実施例３における磁気抵抗効果ヘッドの断面
図。

【図４】実施例４の磁気抵抗効果ヘッドに関して、信号
磁界が一方向および逆方向に向いているときの、グラニ
ュラー磁性膜の磁化の方向を示す図。

【図５】実施例５における磁気抵抗効果ヘッドの斜視図
および断面図。

【符号の説明】

１０…基板１１１、１１２…フロントヨーク１２…磁気ギャップ１１３…強磁性層１１４…非磁性層１１５…強磁性層１３１、１３２…ＧＭＲエレメント１３３…フリー層１３４…非磁性層１３５…ピン層１４１、１４２…電極１５…リアヨーク１６…差動アンプ２１１…第１の磁気ヨーク２２…絶縁体２１２…下部磁気ギャップ２１３…第２の磁気ヨーク２３…ＧＭＲエレメント２３１…フリー層２３２…非磁性層２３３…ピン層２３４…保護膜２４…電極２１５…第３の磁気ヨーク３１…ＧＭＲエレメント３２…グラニュラー型の磁性膜３３…磁化固着膜３４…反強磁性膜３５…磁気ヨーク４１１、４１２…磁気ヨーク４２…磁気ギャップ４３…ＧＭＲエレメント４３１…フリー層４３２…非磁性層４３３…ピン層４３４…反強磁性層４４…絶縁層４５…電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】記録媒体対向面で記録媒体からの信号磁界
を導くための磁気ギャップを規定する磁気ヨークと、記
録媒体対向面から離れた位置で前記磁気ヨークと磁気的
に結合した巨大磁気抵抗効果エレメントと、巨大磁気抵
抗効果エレメントの膜面に垂直な方向にセンス電流を供
給する手段とを具備したことを特徴とする磁気抵抗効果
ヘッド。
【請求項２】巨大磁気抵抗効果エレメントが、非磁性マ
トリックス中に磁性粒子を分散させた構造のグラニュラ
ー磁性膜を有することを特徴とする請求項１記載の磁気
抵抗効果ヘッド。
【請求項３】巨大磁気抵抗効果膜は、磁界検出層、非磁
性層、および磁化固着層の積層構造を有することを特徴
とする請求項１記載の磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項４】２組の巨大磁気抵抗効果エレメントを有
し、これらの巨大磁気抵抗効果エレメントは、磁気ヨー
クに導入された信号磁界の方向が互いに異なる２つの位
置において、磁気ヨークと磁気的に結合していることを
特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項５】２組の巨大磁気抵抗効果エレメントにおけ
る固着された磁化の方向が、互いに概ね反対方向に向い
ていることを特徴とする請求項４記載の磁気抵抗効果ヘ
ッド。
【請求項６】２組の巨大磁気抵抗効果エレメントにおけ
る固着された磁化の方向が、互いに概ね同方向に向いて
いることを特徴とする請求項４記載の磁気抵抗効果ヘッ
ド。
【請求項７】センス電流が巨大磁気抵抗効果エレメント
から磁気ヨークを通して流れ、磁気ヨークが接地電位に
設定されていることを特徴とする請求項１記載の磁気抵
抗効果ヘッド。