JP2000076628A

JP2000076628A - 情報再生ヘッド装置及び情報記録再生システム

Info

Publication number: JP2000076628A
Application number: JP10247095A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Hayashi; 一彦林
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-09-01
Filing date: 1998-09-01
Publication date: 2000-03-14

Abstract

(57)【要約】【課題】再生波形のノイズが少なく、Ｓ／Ｎおよびビ
ットエラーレートの良好な情報再生ヘッド装置及び情報
記録再生システムを提供する。【構成】基板１上に非磁性絶縁層２を介して磁気セン
サ部３が設けられると共に、当該磁気センサ部３に磁極
４が接続されているヨーク型情報再生ヘッド装置１００
であって、当該磁気センサ部３は強磁性トンネル接合素
子５を上部電極部６及び下部電極部７とで狭持した構成
を有するヨーク型情報再生ヘッド装置１００に於て、当
該トンネル接合素子５に磁区制御用バイアス層８が接合
されている情報再生ヘッド装置１００。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁気媒体に記録した
情報信号を読み取るための情報再生ヘッド装置及び当該
情報再生ヘッド装置を使用した情報記録再生システムに
関するものであり、特に詳しくは、ヒステリシスの小さ
なＲ−Ｈループを実現し、良好な再生波形が得られるト
ンネル接合素子を用いたヨーク型磁気抵抗センサを含む
情報再生ヘッド装置及び情報記録再生システムを提供す
ることにある。

【０００２】

【従来の技術】従来技術では、磁気抵抗（ＭＲ）センサ
またはヘッドと呼ばれる磁気読み取り変換器が開示され
ており、これは、大きな線形密度で磁性表面からデータ
を読み取れることがわかっている。ＭＲセンサは、読み
取り素子によって感知される磁束の強さと方向の関数と
しての抵抗変化を介して磁界信号を検出する。

【０００３】こうした従来技術のＭＲセンサは、読み取
り素子の抵抗の１成分が磁化方向と素子中を流れる感知
電流の方向の間の角度の余弦の２乗に比例して変化す
る、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果に基づいて動作す
る。ＡＭＲ効果のより詳しい説明は、Ｄ．Ａ．トムソン
（Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）等の論文（“Memory, Storage 、
and Related Applications" IEEE Trans. on Mag.MAG-1
1，p.1039 (1975））に出ている。

【０００４】ＡＭＲ効果を用いた磁気ヘッドではバルク
ハウゼンノイズを押えるために縦バイアスを印加するこ
とが多いが、この縦バイアス印加材料として、ＦｅＭ
ｎ、ＮｉＭｎ、ニッケル酸化物などの反強磁性材料を用
いる場合がある。さらに最近には、積層磁気センサの抵
抗変化が、非磁性層を介する磁性層間での電導電子のス
ピン依存性伝送、及びそれに付随する層界面でのスピン
依存性散乱に帰される、より顕著な磁気抵抗効果が記載
されている。

【０００５】この磁気抵抗効果は、「巨大磁気抵抗効
果」や「スピン・バルブ効果」など様々な名称で呼ばれ
ている。このような磁気抵抗センサは適当な材料で出来
ており、ＡＭＲ効果を利用するセンサで観察されるより
も、感度が改善され、抵抗変化が大きい。この種のＭＲ
センサでは、非磁性層で分離された１対の強磁性体層の
間の平面内抵抗が、２つの層の磁化方向間の角度の余弦
に比例して変化する。

【０００６】一方、特開平２−６１５７２号公報には、
磁性層内の磁化の反平行整列によって生じる高いＭＲ変
化をもたらす積層磁性構造が記載されている。当該積層
構造で使用可能な材料として、上記明細書には強磁性の
遷移金属及び合金が挙げられており、また、中間層によ
り分離している少なくとも２層の強磁性層の一方に固定
させる層を付加した構造および固定させる層としてＦｅ
Ｍｎが適当であることが開示されている。

【０００７】更に、特開平４−３５８３１０号公報に
は、非磁性金属体の薄膜層によって仕切られた強磁性体
の２層の薄膜層を有し、印加磁界が零である場合に２つ
の強磁性薄膜層の磁化方向が直交し、２つの非結合強磁
性体層間の抵抗が２つの層の磁化方向間の角度の余弦に
比例して変化し、センサ中を通る電流の方向とは独立
な、ＭＲセンサが開示されている。

【０００８】又、特開平４−１０３０１４号公報には、
強磁性に他の中間層を挿入して多層膜とした強磁性トン
ネル接合素子において、少なくとも一層の強磁性層に反
強磁性体からのバイアス磁界が印加されていることを特
徴とする強磁性トンネル効果膜についての記載がある。
更には、トンネル接合素子の自由磁性層としてＣｏ、固
定磁性層としてＮｉＦｅを用いた例が、日本応用磁気学
会学術講演集、１９９６年、１３５ページに記載があ
る。

【０００９】又、特開平１０−１６２３２７号公報に
は、磁気トンネル接合装置及び磁気抵抗読み取りヘッド
の構成に関して記載されているが、当該磁気トンネル接
合装置は、所謂シールド方式の磁気抵抗読み取りヘッド
に関して記載されており、ヨーク型の情報再生ヘッド装
置に於て、縦バイアスを特定の条件の基に、トンネル接
合素子に接合させる構成に関しては開示がない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】処で、強磁性トンネル
接合素子を用いてヨーク型磁気抵抗効果センサを作成し
た場合、Ｒ−Ｈループのフリー層の反転に相当する部分
のループのヒステリシスが大きく、実際に磁気記録媒体
上に記録した磁気情報をセンサにより再生したときにバ
ルクハウゼンノイズの多い再生波形になることが多かっ
た。

【００１１】従って、本発明の目的は、上記した従来技
術の欠点を改良し、当該ヒステリシスの小さなＲ−Ｈル
ープを実現し、良好な再生波形が得られるトンネル接合
素子を用いたヨーク型磁気抵抗センサを提供することに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成する為、以下に示す様な基本的な技術構成を採用す
るものである。即ち、本発明に係る情報再生ヘッド装置
は、基板上に非磁性絶縁層を介して磁気センサ部が設け
られると共に、当該磁気センサ部に磁極が接続されてい
るヨーク型情報再生ヘッド装置であって、当該磁気セン
サ部は強磁性トンネル接合素子を上部電極部及び下部電
極部とで狭持した構成を有するヨーク型情報再生ヘッド
装置に於て、当該トンネル接合素子に磁区制御用バイア
ス層が接合されている情報再生ヘッド装置である。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明に係る当該情報再生ヘッド
装置は、上記した様な技術構成を採用しているので、よ
り具体的には、磁気抵抗効果素子に対しヨークを配置し
たヨーク型磁気抵抗効果ヘッドにおいて、その磁気セン
サ部にトンネル接合素子を用い、トンネル接合素子の自
由磁性層の磁区安定化素子として、例えば長方形型の反
強磁性材料もしくはハード磁性材料を用い、磁区定化素
子の短辺がトンネル接合素子に接するか少なくとも一部
が重なるようにする。

【００１４】そして、本発明に於いては、磁区安定化素
子の磁化を一方向にそろえておくことにより、磁気抵抗
効果化素子の自由磁性層のうち磁区安定化素子に接して
いる部分もしくは重なっている部分の少なくとも一部の
磁化の方向がそろえられ、自由磁性層中での磁区の発生
が抑制される。係る構成によって、自由磁性層の磁化反
転モードが磁壁移動モードから磁化回転モードに変わり
ヒステリシスの小さなＲ−Ｈループが実現し、良好な再
生波形が得られるようになる。

【００１５】

【実施例】以下に、本発明に係る情報再生ヘッド装置及
び情報記録再生システムの一具体例の構成を図面を参照
しながら詳細に説明する。即ち、図１及び図２は、本発
明に係る当該情報再生ヘッド装置１００の一具体例の構
成を説明する断面図であって、図中、基板１上に非磁性
絶縁層２を介して磁気センサ部３が設けられると共に、
当該磁気センサ部３に磁極４が接続されているヨーク型
情報再生ヘッド装置１００であって、当該磁気センサ部
３は強磁性トンネル接合素子５を上部電極部６及び下部
電極部７とで狭持した構成を有するヨーク型情報再生ヘ
ッド装置１００に於て、当該トンネル接合素子５に磁区
制御用バイアス層８が接合されている情報再生ヘッド装
置１００が示されている。

【００１６】本発明に係る当該情報再生ヘッド装置１０
０に於いては、使用される当該トンネル接合素子５は、
例えば、図１（Ｂ）に示されている様に、センサー基板
１０の上に固定層１１、非磁性層からなるバリア層１２
及び自由磁性層１３とが積層された構成を有している事
が望ましい。又、本発明に於ては、当該バイアス層８
は、当該トンネル接合素子５を構成する自由磁性層１３
に接合せしめられている事が望ましい。

【００１７】本発明に於いては、当該バイアス層８の少
なくとも一部が当該自由磁性層１３の一部と重なり合っ
て配置せしめられている事も望ましい。本発明に於ける
より具体的な構成としては、当該バイアス層８は、平面
的に見て、例えば矩形状に形成されており、当該矩形状
に形成されたバイアス層８の一片部が、当該自由磁性層
１３の端縁部と接合するか、その一部が当該自由磁性層
の端縁部と重なり合う様に配置せしめられているもので
ある。

【００１８】つまり、図３は、当該トンネル接合素子５
に於ける当該自由磁性層１３と、当該磁区制御用バイア
ス層８とが、それぞれの端縁部同志で接合した例を示し
ており、図４は、当該自由磁性層１３と、当該磁区制御
用バイアス層８との、それぞれの端縁部同志が、互いに
一部ずつ重なり合って接合している例を示したものであ
る。

【００１９】更に、図５は、当該自由磁性層１３の全部
が、当該磁区制御用バイアス層８と重なり合って接合し
ている例を示したものである。一方、本発明に於いて
は、当該バイアス層８は、当該磁極４に対して直交する
方向に配置形成されている事が望ましい。更に、当該バ
イアス層８は、反強磁性材料もしくはハード磁性材料で
構成されている事が望ましい。

【００２０】本発明に係る当該情報再生ヘッド装置１０
０に於いては、図１に示す様に、軟磁性層１５を設け、
磁界ループが形成し易く構成する事が望ましいが、当該
軟磁性層１５は必ずしも必要なものではない。又、本発
明に係る当該情報再生ヘッド装置１００に於て、当該非
磁性絶縁層２は、図１（Ａ）に示す様に、当該基板１に
埋め込まれている事が望ましいが、更に、当該基板表面
と磁極４、トンネル接合素子５等の下部との空間部分に
も、更に別の非磁性絶縁層２１を配置しておく事も望ま
しい。

【００２１】或いは、当該非磁性絶縁層２を省略して、
当該非磁性絶縁層２１のみを使用する事も可能である。
本発明に係る当該磁極４は、当該トンネル接合素子５に
接続されている当該上部電極部６或いは下部電極部７の
少なくとも一方に接続せしめられている事が好ましく、
当該磁極４は、当該各電極部と当接した状態で接合して
いてもよく、或いは、当該両者が互いに少なくとも一部
ずつ重なり合って接合しているものであっても良い。

【００２２】より具体的には、当該磁極４は、当該トン
ネル接合素子５に対して、ディスク等の媒体が存在する
位置側の方向に設けられた第１の磁極４−１と、当該ト
ンネル接合素子５に対して媒体が存在する位置とは反対
側の方向に設けられた第２の磁極４−２とから構成され
ている事が望ましい。上記した本発明に係る情報再生ヘ
ッド装置１００に対して、例えば図示されてはいない
が、当該トンネル接合素子からなる磁気抵抗センサ５を
通る電流を生じる手段と、検出される磁界の関数として
上記磁気抵抗センサの抵抗率変化を検出する手段とを付
加する事によって、実用的な磁気抵抗検出装置或いは磁
気抵抗検出システムが完成する。

【００２３】又、本発明に於ける他の態様としては、図
６及び図７に示す様に、情報記録するのための複数個の
トラック５２を有する磁気記憶媒体５３と，当該磁気記
憶媒体５３上に、所定の情報を記憶させるため、下磁極
４３、コイル４１、上磁極４４からなる磁気記録装置４
７と、上記した構成を有する情報再生ヘッド装置１００
とが、適宜の基板４２上に構成して設けられており、且
つ当該磁気記録装置４７および当該情報再生ヘッド装置
１００を当該磁気記憶媒体５３の選択されたトラックへ
移動させるために、当該磁気記録装置４７及び当該情報
再生ヘッド装置１００とに結合されたアクチュエータ手
段（図示せず）とから構成されている情報記録再生シス
テム２００が構成される。

【００２４】以下に、上記した本発明に係る情報再生ヘ
ッド装置１００のより詳細な構成に付いて説明する。つ
まり、本発明に係る図１及び図２に示す当該ヨーク型情
報再生ヘッド装置１００に於て、強磁性体基板１として
は、例えば、ＮｉＺｎフェライト、ＭｎＺｎフェライ
ト、或いはＭｇＺｎフェライト等が使用されるものであ
り、当該強磁性体基板１には、図１に示す様に溝１６が
形成され、この溝１６には非磁性絶縁体２が充填され
る。この非磁性絶縁体２上に、必要によって非磁性絶縁
層２１を形成した後に、磁気抵抗効果素子５、上下電極
層６、７及び磁極４−１、４−２を形成する。

【００２５】本発明に係る当該強磁性トンネル接合素子
５の平面的な構成は図２に示す様になり、当該強磁性ト
ンネル接合素子５に於ける平面的に見た各層の構成は、
以下の様になっている。即ち、図２中のＡ〜Ｍの各ポイ
ントの膜構成は以下のとおりであり、各ポイントに於
て、基板１から如何なる膜層が、如何なる順番で積層さ
れているかを説明しているものである。Ａ、強磁性体基板／非磁性絶縁体／膜厚調整層／磁区制
御用縦バイアス層Ｂ、強磁性体基板／非磁性絶縁体Ｃ、強磁性体基板Ｄ、強磁性体基板／非磁性絶縁層／磁極Ｅ、強磁性体基板／非磁性絶縁体／下電極膜／磁区制御
用縦バイアス層Ｆ、強磁性体基板Ｇ、強磁性体基板／軟磁性層／磁極Ｈ、強磁性体基板／非磁性絶縁層／磁極Ｉ、強磁性体基板／非磁性絶縁体／下電極膜／強磁性ト
ンネル接合素子／上電極膜Ｊ、強磁性体基板／非磁性絶縁体／磁極Ｋ、強磁性体基板／非磁性絶縁体／非磁性絶縁層／磁極Ｌ、強磁性体基板／非磁性絶縁体／下電極膜／強磁性ト
ンネル接合素子／磁極／上電極膜又、本発明に於て使用される各膜層を構成する材料とし
ては以下のものが有力な候補となる。１、強磁性体基板ＮｉＺｎフェライト、ＭｎＺｎフェライト、ＭｇＺｎフ
ェライト２、非磁性絶縁体Ａｌ酸化物、Ｓｉ酸化物、窒化アルミニウム、窒化シリ
コン、ダイヤモンドライクカーボン３、磁区制御用縦バイアス層ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒ、ＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、Ｆ
ｅＭｎ、ＮｉＭｎ、Ｎｉ酸化物、ＮｉＣｏ酸化物、Ｉｒ
Ｍｎ、ＰｔＰｄＭｎ、ＲｅＭｎ４、磁極及び軟磁性層ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒ、またはＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＭ
ｏ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＨ
ｆ、ＣｏＴａ、ＣｏＴａＨｆ、ＣｏＮｂＨｆ、ＣｏＺｒ
Ｎｂ、ＣｏＨｆＰｄ、ＣｏＴａＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＭｏ
Ｎｉ合金、ＦｅＡｌＳｉ、窒化鉄系材料、ＭｎＺｎフェ
ライト、ＮｉＺｎフェライト、ＭｇＺｎフェライト５、下電極膜及び上電極膜Ａｕ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ６、膜厚調整層（磁極の配置位置を調整する為に挿入さ
れる層である。）Ａｌ酸化物、Ｓｉ酸化物、窒化アルミニウム、窒化シリ
コン、ダイヤモンドライクカーボン前記した様に、本発明に係る縦バイアス層８の配置の仕
方としては図３〜図５に示される様な方法がが考えられ
る。

【００２６】つまり、図３は強磁性トンネル接合素子５
の端部に接するように縦バイアス層８を設置している。
図４は強磁性トンネル接合素子の端部に一部重なるよう
に縦バイアス層を設置している。図５は全面に重なるよ
うに縦バイアス層を設置した例である。尚、本発明に係
るヨーク型磁気抵抗効果情報再生ヘッド装置１００にお
いて、その磁気センサ部３に使用されるトンネル接合素
子としては、前記した構成に於ける当該固定させる層
は、当該固定磁性層に於ける磁化の方向を固定する為の
機能を有するものであって、図１（Ｂ）の固定磁性層１
１の一部に含まれるものである。

【００２７】又、本発明に係る当該トンネル接合素子５
は、上記した各層が、適宜の基板１０上に積層配置され
るものであるが、その配置は、図１（Ｂ）の配列順に固
定されるものではなく、後述する様に、反対の配列順で
あっても良い。（１）基体／下地層／フリー磁性層／非磁性層／固定磁
性層／固定させる層／保護層（２）基体／下地層／フリー磁性層／第１ＭＲエンハン
ス層／非磁性層／固定磁性層／固定させる層／保護層（３）基体／下地層／フリー磁性層／非磁性層／第２Ｍ
Ｒエンハンス層／固定磁性層／固定させる層／保護層（４）基体／下地層／フリー磁性層／第１ＭＲエンハ
ンス層／非磁性層／第２ＭＲエンハンス層／固定磁性層
／固定させる層／保護層（５）基体／下地層／固定させる層／固定磁性層／非磁
性層／フリー磁性層／保護層（６）基体／下地層／固定させる層／固定磁性層／第１
ＭＲエンハンス層／非磁性層／フリー磁性層／保護層（７）基体／下地層／固定させる層／固定磁性層／非磁
性層／第２ＭＲエンハンス層／フリー磁性層／保護層（８）基体／下地層／固定させる層／固定磁性層／第１
ＭＲエンハンス層／非磁性層／第２ＭＲエンハンス層／
フリー磁性層／保護層本発明に於ける上記各層を構成する材料としての例を以
下に示す。

【００２８】（Ａ）下地層としては、金属、酸化物、窒
化物からなる単層膜、混合膜、又は多層膜を使用する事
が出来る。具体例としては、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｗ、Ｃ
ｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃ
ｏ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｎ
ｂ、Ｖ及びこれらの材料の酸化物あるいは窒化物からな
る単層膜、混合膜、又は多層膜を使用する事が出来る。

【００２９】添加元素として、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｗ、
Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃ
ｏ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｎ
ｂ、Ｖを用いる事も出来る。尚、本発明に於いては、下
地層を使用しない場合もある。（Ｂ）フリー磁性層としては、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、Ｎ
ｉＦｅＣｏ、ＦｅＣｏ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＭｏ、Ｃ
ｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＨｆ、Ｃｏ
Ｔａ、ＣｏＴａＨｆ、ＣｏＮｂＨｆ、ＣｏＺｒＮｂ、Ｃ
ｏＨｆＰｄ、ＣｏＴａＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＭｏＮｉ合金
またはアモルファス磁性材料を用いることができる。

【００３０】（Ｃ）非磁性層としては、金属、酸化物、
窒化物、酸化物と窒化物の混合物もしくは金属／酸化物
２層膜、金属／窒化物２層膜、金属／（酸化物と窒化物
との混合物）２層膜、を用いる。Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃ
ｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、
Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉ
ｒ、Ｐｔ、Ａｕ、または、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａのグ
ループからなる酸化物および窒化物の単体もしくは混合
物、またはＴａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、
Ｐｔ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｒ
ｈ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｎｂ、Ｖ、Ｙのグループ
の少なくとも１つの元素からなる、単体もしくは合金を
上記酸化物および窒化物の単体もしくは混合物と組み合
わせた２層膜が有力な候補となる。

【００３１】（Ｄ）第１および第２ＭＲエンハンス層と
しては、Ｃｏ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＣｏ等、またはＣｏ
ＦｅＢ、ＣｏＺｒＭｏ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒ、Ｃｏ
ＺｒＴａ、ＣｏＨｆ、ＣｏＴａ、ＣｏＴａＨｆ、ＣｏＮ
ｂＨｆ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＨｆＰｄ、ＣｏＴａＺｒＮ
ｂ、ＣｏＺｒＭｏＮｉ合金またはアモルファス磁性材料
を用いる。

【００３２】又、本発明に於て、ＭＲエンハンス層を用
いない場合は、用いた場合に比べて若干ＭＲ比が低下す
るが、用いない分だけ作製に要する工程数は低減する。（Ｅ）固定磁性層としては、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅをベース
にするグループからなる単体、合金、または積層膜を用
いる。（Ｆ）固定させる層としては、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、Ｉ
ｒＭｎ、ＲｈＭｎ、ＰｔＰｄＭｎ、ＲｅＭｎ、ＰｔＭ
ｎ、ＰｔＣｒＭｎ、ＣｒＭｎ、ＣｒＡｌ、ＴｂＣｏ、Ｎ
ｉ酸化物、Ｆｅ酸化物、Ｎｉ酸化物とＣｏ酸化物の混合
物、Ｎｉ酸化物とＦｅ酸化物の混合物、Ｎｉ酸化物／Ｃ
ｏ酸化物２層膜、Ｎｉ酸化物／Ｆｅ酸化物２層膜、Ｃｏ
Ｃｒ、ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＰｔＣｏなどを用
いることができる。

【００３３】又、ＰｔＭｎもしくはＰｔＭｎにＴｉ、
Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、
Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒ
ｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ
を添加した材料は有力な候補である。（Ｇ）保護層としては、金属、酸化物、窒化物、酸化物
と窒化物の混合物もしくは金属／酸化物２層膜、金属／
窒化物２層膜、金属／（酸化物と窒化物との混合物）２
層膜、を用いる。Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、
Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａ
ｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、
または、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａのグループからなる酸
化物および窒化物の単体もしくは混合物、またはＴａ、
Ｈｆ、Ｚｒ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｉ
ｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ａ
ｕ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｎｂ、Ｖ、Ｙのグループの少なくとも
１つの元素からなる、単体もしくは合金を上記酸化物お
よび窒化物の単体もしくは混合物と組み合わせた２層膜
が有力な候補となる。

【００３４】本発明に於て、ヨーク型素子５はインダク
ティブコイルによる書き込みヘッド部を形成させること
により、記録再生一体型ヘッドである情報記録再生シス
テム２００として用いることができるようになる。つま
り、図６は、本発明に係る記録再生ヘッドを構成する情
報記録再生システム２００の構成の概略を説明する斜視
図である。

【００３５】本発明に係る当該情報記録再生システム２
００は、本発明の強磁性トンネル接合素子５を用いた情
報再生ヘッド装置１００と、インダクティブ型の記録ヘ
ッドである磁気記録装置４７からなる。ここでは長手磁
気記録用の記録ヘッドとの搭載例を示したが、本発明の
磁気抵抗効果素子５を垂直磁気記録用ヘッドと組み合わ
せ、垂直記録に用いてもよい。

【００３６】当該情報記録用ヘッドである磁気記録装置
４７は、下磁極４３、コイル４１、上磁極４４からなる
記録ヘッドとから形成されており、当該情報再生ヘッド
装置１００と当該磁気記録装置４７とが基体４２上に図
６に示す様な関係を有して固定配置されて構成されるも
のである。この際、情報再生ヘッド装置である再生ヘッ
ド４５の上部シールド膜と、磁気記録装置である記録ヘ
ッド部４７の下磁極は、互いに共通にしても良く又、別
に設けてもかまわない。

【００３７】このヘッドにより、記録媒体５３上に信号
を書き込み、また、記録媒体５３から信号を読み取るの
である。再生ヘッドの感知部分と、記録ヘッドの磁気ギ
ャップは、図示のように同一スライダ上に重ねた位置に
形成することで、同一とラックに同時に位置決めができ
る。このヘッドをスライダに加工し、磁気記録再生装置
を含む情報記録再生システムに搭載した。

【００３８】図７は本発明の磁気抵抗効果素子を用いた
磁気記録再生装置の概念図である。ヘッドスライダーを
兼ねる基板４２上に、再生ヘッド１００および記録ヘッ
ド４７を形成し、これを記録媒体５３上に位置決めして
再生を行う。記録媒体５３は回転し、ヘッドスライダー
は記録媒体５３の上を、０．２μｍ以下の高さ、あるい
は接触状態で対抗して相対運動する。

【００３９】この機構により、情報再生ヘッド装置１０
０は記録媒体５３に記録された磁気的信号を、その漏れ
磁界５４から読み取ることのできる位置に設定されるの
である。更に、本発明に係る当該情報記録再生システム
２００に於いては、図示されてはいないが、当該磁気記
録装置４７および当該情報再生ヘッド装置１００を当該
磁気記憶媒体５３の選択されたトラックへ任意に移動さ
せるために、当該磁気記録装置４７及び当該情報再生ヘ
ッド装置１００とに結合された公知のアクチュエータ手
段を含む事が望ましい。

【００４０】以下に、本発明に係る当該情報再生ヘッド
装置１００の構成とその機能並びに作動方法に関して、
更に詳細に説明する。磁区制御用縦バイアス層８は用い
ないで、図１及び図２に示したタイプのヨーク型情報再
生ヘッド装置１００を試作した（従来例）。トンネル接
合膜としては、／Ｔａ（３ｎｍ）／Ｐｔ４６Ｍｎ５４
(２５ｎｍ）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（５ｎｍ）／Ａｌ酸化
物（２ｎｍ）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２ｎｍ) ／Ｎｉ８２
Ｆｅ１８（８ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ) を用いた。

【００４１】膜形成後には２５０℃、５時間の熱処理を
成膜時の磁界とは直交する方向に５００Ｏｅの磁界を印
加しつつ行った。再生ヘッドを構成する各要素の寸法と
しては、図８に示すようなものを用いた。強磁性体基板
にはＭｎZnフェライト、磁極には、Ｔａ（ 5ｎｍ）とＮ
ｉ８０Ｆｅ２０（２０ｍｍ）を交互に積層して、トータ
ルの膜厚を２０ｎｍにしたものを、非磁性絶縁体として
は酸化Ｓｉを、下電極としてはＭｏ５ｎｍでＡｕ（５０
ｎｍ）をサンドイッチした膜を、軟磁性層としてはＮｉ
８０Ｆｅ２０を、膜厚調整層としてはＡｌ酸化物を用い
た。

【００４２】このヘッドを図６のような記録再生一体型
ヘッドに加工およびスライダ加工し、ＣｏＣｒＴａ系媒
体上にデータを記録再生した。この際、書き込みトラッ
ク幅は１．５μｍ、書き込みギャップは０．２μｍ、読
み込みトラック幅は１．０μｍとした。書き込みヘッド
部４７のコイル部作成時のフォトレジスト硬化工程は２
５０℃、２時間とした。

【００４３】この工程により本来は素子高さ方向を向い
ていなければならない固定層および固定させる層の磁化
方向が回転し、磁気抵抗効果化素子として正しく動作し
なくなったので、再生ヘッド部および記録ヘッド部作成
終了後に、２００℃、５００Ｏｅ磁界中、１時間の着磁
熱処理を行った。この着磁熱処理による自由磁性層の磁
化容易軸の着磁方向への回転は、磁化曲線からほとんど
観測されなかった。媒体の保磁力は２．５ｋＯｅとし
た。

【００４４】試作したヘッドを用いて、再生出力、Ｓ／
Ｎ、再生出力が半減するマーク長（周波数）、ビットエ
ラーレートを測定した（表１）。再生出力及び再生出力
が半減するマーク長はそれぞれ２．９ｍＶ及び２６７ｋ
ＦＣＩと大きいものの、再生波形がバルクハウゼンノイ
ズが多いことから、結果としてＳ／Ｎが２４ｄＢと低
く、ビットエラーレートも１×１０^-4にとどまった。

【００４５】次に、図３に示した縦バイアス８の配置を
用いて、図１及び図２に示したタイプのヨーク型素子で
ある情報再生ヘッド装置１００を試作した。当該情報再
生ヘッド装置１００のトンネル接合膜としては、／Ｔａ
（３ｎｍ）／Ｐｔ４６Ｍｎ５４（２５ｎｍ）／Ｃｏ９０
Ｆｅ１０（５ｎｍ）／Ａｌ酸化物（２ｎｍ）／Ｃｏ９０
Ｆｅ１０（２ｎｍ) ／Ｎｉ８２Ｆｅ１８（８ｎｍ）／Ｔ
ａ（３ｎｍ) を用いた。

【００４６】膜形成後には２５０℃、５時間の熱処理を
成膜時の磁界とは直交する方向に５００Ｏｅの磁界を印
加しつつ行った。再生ヘッドを構成する各要素の寸法と
しては、図８に示すようなものを用いた。強磁性体基板
１にはＭｎZnフェライト、磁極４（４−１、４−２）に
は、Ｔａ（５ｎｍ）とＮｉ８０Ｆｅ２０( ２０ｎｍ）を
交互に積層して、トータルの膜厚を２００ｎｍにしたも
のを、非磁性絶縁体１としては酸化Ｓｉを、下電極７と
してはＭｏを５ｎｍでＡｕ（５０ｎｍ）をサンドイッチ
した膜を、又、軟磁性層１５としてはＮｉ８０Ｆｅ２０
を、膜厚調整層としてはＡｌ酸化物を用いた。

【００４７】磁区制御用縦バイアス層８はパターン化さ
れた膜端部に接するよう（図３）に配置されている。こ
のヘッドを図６のような記録再生一体型ヘッドに加工お
よびスライダ加工し、ＣｏＣｒＴａ系媒体上にデータを
記録再生した。この際、書き込みトラック幅は１．５μ
ｍ、書き込みギャップは０．２μｍ、読み込みトラック
幅は１．０μｍとした。

【００４８】書き込みヘッド部である磁気記録装置４７
に於ける当該コイル部４１作成時のフォトレジスト硬化
工程は２５０℃、２時間とした。この工程により本来は
素子高さ方向を向いていなければならない固定層および
固定させる層の磁化方向が回転し、磁気抵抗効果化素子
として正しく動作しなくなったので、再生ヘッド部およ
び記録ヘッド部作成終了後に、２００℃、５００Ｏｅ磁
界中、１時間の着磁熱処理を行った。

【００４９】この着磁熱処理による自由磁性層の磁化容
易軸の着磁方向への回転は、磁化曲線からほとんど観測
されなかった。媒体の保磁力は２．５ｋＯｅとした。磁
区制御用縦バイアス層の材料を変えて作成したヘッドを
用いて、再生出力、Ｓ／Ｎ、再生出力が半減するマーク
長（周波数）、ビットエラーレートを測定した（表
２）。

【００５０】磁区制御用縦バイアス層８を用いない場合
（表１）と比べて、いずれの場合も、再生出力および再
生出力が半減するマーク長の値は低下した。しかし、再
生波形がバルクハウゼンノイズの少ない良好な波形にな
ったことから、Ｓ／Ｎが向上し、ビットエラーレート
も１×１０^-6以下に改善された。次に、図４に示した構
成を用いて、図１及び図２に示したタイプのヨーク型素
子を試作した。

【００５１】トンネル接合膜としては、／Ｔａ（３ｎ
ｍ）／Ｐｔ４６Ｍｎ５４（２５ｎｍ）／Ｃｏ９０Ｆｅ１
０（５ｎｍ）／Ａｌ酸化物（２ｎｍ）／Ｃｏ９０Ｆｅ１
０（２ｎｍ) ／Ｎｉ８２Ｆｅ１８（８ｎｍ）／Ｔａ（３
ｎｍ) を用いた。膜形成後には２５０℃、５時間の熱処
理を成膜時の磁界とは直交する方向に５００Ｏｅの磁界
を印加しつつ行った。

【００５２】再生ヘッドを構成する各要素の寸法（μ
ｍ）としては、図８に示すようなものを用いた。強磁性
体基板１にはＭｎＺｎフェライト、磁極には、Ｔａ（５
ｎｍ）とＮｉ８０Ｆｅ２０( ２０ｎｍ）を交互に積層し
て、トータルの膜厚を２００ｎｍにしたものを、非磁性
絶縁体２としては酸化Ｓｉを、下電極７としてはＭｏ５
ｎｍでＡｕ（５０ｎｍ) をサンドイッチした膜を、軟磁
性層１５としてはＮｉ８０Ｆｅ２０を、膜厚調整層とし
てはAl酸化物を用いた。

【００５３】磁区制御用縦バイアス層はパターン化され
た膜端部に一部重なるよう (図４）に配置されている。
このヘッドを図６のような記録再生一体型ヘッド２００
に加工およびスライダ加工し、ＣｏＣｒＴａ系媒体上に
データを記録再生した。この際、書き込みトラック幅は
１．５μｍ、書き込みギャップは０．２μｍ、読み込み
トラック幅は１．０μｍとした。

【００５４】書き込みヘッド部のコイル部４１作成時の
フォトレジスト硬化工程は２５０℃、２時間とした。こ
の工程により本来は素子高さ方向を向いていなければな
らない固定層および固定させる層の磁化方向が回転し、
磁気抵抗効果化素子として正しく動作しなくなったの
で、再生ヘッド部および記録ヘッド部作成終了後に、２
００℃、５００Ｏｅ磁界中、１時間の着磁熱処理を行っ
た。

【００５５】この着磁熱処理による自由磁性層の磁化容
易軸の着磁方向への回転は、磁化曲線からほとんど観測
されなかった。媒体の保磁力は２．５ｋＯｅとした。磁
区制御用縦バイアス層の材料を変えて作成したヘッドを
用いて、再生出力、Ｓ／Ｎ、再生出力が半減するマーク
長（周波数）、ビットエラーレートを測定した（表
３）。

【００５６】磁区制御用縦バイアス層８を用いない場合
（表１）と比べて、いずれの場合も、再生出力および再
生出力が半減するマーク長の値は低下した。しかし、再
生波形がバルクハウゼンノイズの少ない良好な波形にな
ったことから、Ｓ／Ｎが向上し、ビットエラーレートも
１×１０^-6以下に改善された。更に、図５に示した構成
を用いて、図１及び図２に示したタイプのヨーク型素子
１００を試作した。

【００５７】トンネル接合膜としては、／Ｔａ（３ｎ
ｍ）／Ｐｔ４６Ｍｎ５４ (２５ｎｍ）／Ｃｏ９０Ｆｅ１
０（５ｎｍ）／Ａｌ酸化物（２ｎｍ）／Ｃｏ９０Ｆｅ１
０（２ｎｍ）／Ｎｉ８２Ｆｅ１８（８ｎｍ）／Ｔａ（３
ｎｍ) を用いた。膜形成後には２５０℃、５時間の熱処
理を成膜時の磁界とは直交する方向に５００Ｏｅの磁界
を印加しつつ行った。

【００５８】再生ヘッド１００を構成する各要素の寸法
としては、図９に示すようなものを用いた。強磁性体基
板１にはＭｎＺｎフェライト、磁極４には、Ｔａ（５ｎ
ｍ）とＮｉ８０Ｆｅ２０( ２０ｎｍ）を交互に積層し
て、トータルの膜厚を２００ｎｍにしたものを、非磁性
絶縁体２としては酸化Ｓｉを、下電極７としてはＭｏ５
ｎｍでＡｕ（５０ｎｍ) をサンドイッチした膜を、軟磁
性層１５としてはＮｉ８０Ｆｅ２０を、膜厚調整層とし
てはＡｌ酸化物を用いた。

【００５９】磁区制御用縦バイアス層８はパターン化さ
れた膜に重なるよう（図５）に配置されている。このヘ
ッドを図６のような記録再生一体型ヘッド２００に加工
およびスライダ加工し、ＣｏＣｒＴａ系媒体上にデータ
を記録再生した。この際、書き込みトラック幅は１．５
μｍ、書き込みギャップは０．２μｍ、読み込みトラッ
ク幅は０．８μｍとした。

【００６０】書き込みヘッド部４７のコイル部４１作成
時のフォトレジスト硬化工程は２５０℃、２時間とし
た。この工程により本来は素子高さ方向を向いていなけ
ればならない固定層および固定させる層の磁化方向が回
転し、磁気抵抗効果化素子として正しく動作しなくなっ
たので、再生ヘッド部および記録ヘッド部作成終了後
に、２００℃、５００Ｏｅ磁界中、１時間の着磁熱処理
を行った。

【００６１】この着磁熱処理による自由磁性層の磁化容
易軸の着磁方向への回転は、磁化曲線からほとんど観測
されなかった。媒体５３の保磁力は２．５ｋＯｅとし
た。磁区制御用縦バイアス層８の材料を変えて作成した
ヘッドを用いて、再生出力、Ｓ／Ｎ、再生出力が半減す
るマーク長（周波数）、ビットエラーレートを測定した
（表４）。

【００６２】磁区制御用縦バイアス層８を用いない場合
（表１）と比べて、いずれの場合も、再生出力および再
生出力が半減するマーク長の値は低下した。しかし、再
生波形がバルクハウゼンノイズの少ない良好な波形にな
ったことから、Ｓ／Ｎが向上し、ビットエラーレートも
１×１０^-6以下に改善された。次に本発明を適用して試
作された情報記録再生システム２００の具体例の一つで
ある磁気ディスク装置の説明をする。

【００６３】磁気ディスク装置２００は、図示されては
いないが、例えばベース上に３枚の磁気ディスクを備
え、ベース裏面にヘッド駆動回路および信号処理回路と
入出力インターフェイスとを収めている。此処で、外部
とは３２ビットのバスラインで接続される。磁気ディス
クの両面には６個のヘッドが配置されている。ヘッドを
駆動するためのロータリーアクチュエータとその駆動及
び制御回路、ディスク回転用スピンドル直結モータが搭
載されている。

【００６４】ディスクの直径は、例えば４６ｍｍであ
り、データ面は直径１０ｍｍから４０ｍｍまでを使用す
る。埋め込みサーボ方式を用い、サーボ面を有しないた
め高密度化が可能である。本装置は、小型コンピュータ
ーの外部記憶装置として直接接続が可能になってる。入
出力インターフェイスには、キャッシュメモリを搭載
し、転送速度が毎秒５から２０メガバイトの範囲である
バスラインに対応する。また、外部コントローラを置
き、本装置を複数台接続することにより、大容量の磁気
ディスク装置を構成することも可能である。

【００６５】

【発明の効果】本発明に係る当該情報再生ヘッド装置及
び情報記録再生システムは、上記した様な構成を採用し
ているので、従来より再生波形のノイズが少なく、Ｓ／
Ｎ及びビットエラーレートが良好な磁気抵抗効果センサ
およびシステムを得ることができた。

【００６６】

【表１】

【００６７】

【表２】

【００６８】

【表３】

【００６９】

【表４】

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）は、本発明にかかる情報再生ヘッド
装置の構成の一例を示す断面図であり、図１（Ｂ）は、
磁気センサ部の拡大図である。

【図２】図２は、本発明にかかる情報再生ヘッド装置の
構成の一例を示す平面図である。

【図３】図３は、本発明にかかる情報再生ヘッド装置の
一具体例に於けるトンネル接合素子とバイアス層との接
合状態を説明する平面図である。

【図４】図４は、本発明にかかる情報再生ヘッド装置の
他の具体例に於けるトンネル接合素子とバイアス層との
接合状態を説明する平面図である。

【図５】図５は、本発明にかかる情報再生ヘッド装置の
更に他の具体例に於けるトンネル接合素子とバイアス層
との接合状態を説明する平面図である。

【図６】図６（Ａ）は、本発明にかかる情報記録再生シ
ステムに使用される記録再生ヘッドの構成の一例を示す
斜視図である。

【図７】図７は、本発明にかかる情報記録再生システム
に使用される記録再生ヘッドの使用例を説明する斜視図
である。

【図８】図８は、本発明にかかる情報再生ヘッド装置の
一具体例に於ける寸法を例示した平面図である。

【図９】図９は、本発明にかかる情報再生ヘッド装置の
他の具体例に於ける寸法を例示した平面図である。

【符号の説明】

１…基板２、２１…非磁性絶縁層３…磁気センサ部４、４−１、４−２…磁極５…強磁性トンネル接合素子６…上電極部７…下電極部８…バイアス層１０…センサー基板１１…固定層１２…バリア層１３…自由磁性層１５…軟磁性層１６…溝部１００…情報再生ヘッド装置２００…情報記録再生システム４７…磁気記録装置（ヘッド部）４３…下磁極４１…コイル４４…上磁極４２…基体４５…再生ヘッド５３…記録媒体５４…もれ磁界

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に非磁性絶縁層を介して磁気セン
サ部が設けられると共に、当該磁気センサ部に磁極が接
続されているヨーク型情報再生ヘッド装置であって、当
該磁気センサ部は強磁性トンネル接合素子を上部電極部
及び下部電極部とで狭持した構成を有するヨーク型情報
再生ヘッド装置に於て、当該トンネル接合素子に磁区制
御用バイアス層が接合されている事を特徴とする情報再
生ヘッド装置。
【請求項２】当該バイアス層は、当該トンネル接合素
子を構成する自由磁性層に接合せしめられている事を特
徴とする請求項１記載の情報再生ヘッド装置。
【請求項３】当該バイアス層の少なくとも一部が当該
自由磁性層の一部と重なり合って配置せしめられている
事を特徴とする請求項１又は２に記載の情報再生ヘッド
装置。
【請求項４】当該バイアス層は、矩形状に形成されて
おり、当該矩形状に形成されたバイアス層の一片部が、
当該自由磁性層の端縁部と接合するか、その一部が当該
自由磁性層の端縁部と重なり合う様に配置せしめられて
いる事を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の情
報再生ヘッド装置。
【請求項５】当該バイアス層は、当該磁極に対して直
交する方向に配置形成されている事を特徴とする請求項
１乃至４の何れかに記載の情報再生ヘッド装置。
【請求項６】当該非磁性絶縁層は、当該基板に埋め込
まれている事を特徴とする請求項１乃至５の何れかに記
載の情報再生ヘッド装置。
【請求項７】当該磁極は、当該トンネル接合素子に接
続されている当該上部電極部或いは下部電極部の少なく
とも一方に接続せしめられている事を特徴とする請求項
１乃至６の何れかに記載の情報再生ヘッド装置。
【請求項８】当該磁極は、当該トンネル接合素子に対
して媒体が存在する位置側の方向に設けられた第１の磁
極と、当該トンネル接合素子に対して媒体が存在する位
置とは反対側の方向に設けられた第２の磁極とから構成
されている事を特徴とする請求項７記載の情報再生ヘッ
ド装置。
【請求項９】当該バイアス層は、反強磁性材料もしく
はハード磁性材料で構成されている事を特徴とする請求
項１乃至８の何れかに記載の情報再生ヘッド装置。
【請求項１０】情報記録するのための複数個のトラッ
クを有する磁気記憶媒体と、当該磁気記憶媒体上に情報
を記憶させるための磁気記録装置と、上記請求項１乃至
８の何れかに於て規定された情報再生ヘッド装置、及び
当該磁気記録装置および当該情報再生ヘッド装置を当該
磁気記憶媒体の選択されたトラックへ移動させるため
に、当該磁気記録装置及び当該情報再生ヘッド装置とに
結合されたアクチュエータ手段とから構成されている事
を特徴とする情報記録再生システム。