JP2002032904A

JP2002032904A - 磁気ヘッドおよびこれを用いた磁気情報記録再生装置

Info

Publication number: JP2002032904A
Application number: JP2001109993A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Hiramoto; 雅祥平本; Nozomi Matsukawa; 望松川; Akihiro Odakawa; 明弘小田川; Kenji Iijima; 賢二飯島; Hiroshi Sakakima; 博榊間
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-04-10
Filing date: 2001-04-09
Publication date: 2002-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】電流を膜面に垂直に流す磁気抵抗素子を備え
た磁気ヘッドの特性を向上させる。【解決手段】ヨーク４、磁気抵抗素子３を形成する基
板表面に垂直な方向に沿って観察したときの素子断面積
をヨーク面積の３０％以上として、素子断面積の抵抗増
大を抑制する。基板上に磁気抵抗素子を形成し、この素
子上にヨークを形成してもよい。磁気抵抗素子の自由層
を、２以上の磁性膜と１以上の非磁性膜とを交互に積層
した構成とし、この非磁性膜の厚さを２ｎｍ以上１０ｎ
ｍ以下として、静磁結合を支配的としてもよい。磁気抵
抗素子に隣接して磁気ギャップを設け、かつ磁性膜を反
強磁性結合させてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスク、光
磁気ディスク、テープ等磁気メディアの再生ヘッドとし
て有用な磁気ヘッドに関するものである。本発明は、特
に、トンネル磁気抵抗効果を用いた磁気抵抗素子（ＴＭ
Ｒ素子）、カレント・パーペンディキュラー・トゥー・
ザ・プレイン型の巨大磁気抵抗効果を用いた磁気抵抗素
子（ＣＰＰＧＭＲ素子）のように、非磁性層を介して電
流を膜面に垂直に流す磁気抵抗素子を用いた磁気ヘッド
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】磁気記録密度の向上に対応するために、
スピンバルブ型ＧＭＲ素子が実用化され始めている。ス
ピンバルブ型ＧＭＲ素子の原理は、自由層と固定層の磁
化方向がなす角度に応じて膜面に沿った方向（面内方
向）に流れる電子の平均自由行程の変化により説明され
ている。このスピンバルブ型ＧＭＲ素子は、従来の異方
性ＭＲ素子に比べて数倍高い１０％程度のＭＲ比（磁気
抵抗比）を実現した。

【０００３】一方、さらに高いＭＲ比が得られる材料と
して、ＴＭＲ素子が研究されている。ＴＭＲでは、トン
ネル非磁性層を介した２つの強磁性層の磁化方向がなす
角度に応じて変化するトンネル遷移確率が利用される。
ＴＭＲ素子では、スピンバルブ型ＧＭＲとは異なり、膜
面を横切る方向（面垂直方向）に電流が流される。

【０００４】ＴＭＲ素子を使用する磁気ヘッドの構成と
して、特開平１１−２１３３４９号公報には、従来ＧＭ
Ｒヘッドで用いられてきたシールド型のＭＲヘッドのＭ
Ｒ素子部をＴＭＲ素子で置き換え、フラックスガイドを
備えた構成を有する磁気ヘッドが提案されている。ま
た、特開平１１−２５４２５号公報には、ヨーク面が基
板面に垂直となるようにヨークを配置し、このヨーク内
にＴＭＲ素子を配置した構成を有する磁気ヘッドが提案
されている。この磁気ヘッドでは、基板上にヨークが形
成され、ヨーク上の一部に磁気抵抗素子が配置されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＴＭＲ素子
など電流を膜面に垂直に流す磁気抵抗素子（磁気抵抗効
果素子）に適した構造を有する磁気ヘッドおよびこれを
用いた磁気情報記録再生装置を提供することを目的とす
る。また、本発明は、電流を膜面に垂直に流す磁気抵抗
素子自体に改善を施すことにより特性を向上させた磁気
ヘッドおよびこれを用いた磁気情報記録生成装置を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の磁気ヘッドは、
電流を膜面に垂直に流す磁気抵抗素子を有しており、基
本的に、第１磁性層と第２磁性層との間に非磁性層が介
在した積層構造を含む磁気抵抗素子と、磁気ギャップか
らこの磁気抵抗素子へと外部磁界を導くためのヨーク
と、第１磁性層と第２磁性層との間に非磁性層を介して
電流を流すための電流導入部と、上記ヨークを介して誘
導される外部磁界によって変化する第１磁性層と第２磁
性層との間の磁化相対角に応じて第１磁性層と第２磁性
層との間に発生する抵抗の変化を検知する測定部と、上
記磁気抵抗素子および上記ヨークを形成するための基板
とを備えている。

【０００７】そして、本発明の第１の磁気ヘッドは、さ
らに、基板の表面に垂直な方向に沿って観察して、非磁
性層の面積を素子断面積、ヨークの面積をヨーク面積と
それぞれ定義したときに、素子断面積がヨーク面積の３
０％以上、好ましくは５０％以上であることを特徴とす
る。

【０００８】電流を面垂直方向に流す磁気抵抗素子で
は、電流を面内方向に沿って流す素子とは異なり、素子
小型化に伴う素子抵抗の増大がヘッドの特性を低下させ
やすい。そこで、上記第１の磁気ヘッドでは、ヨーク面
積に対する素子断面積の比率を従来よりも大きく保つこ
とにより、素子抵抗の増大を抑制することとした。特に
制限されないが、上記第１の磁気ヘッドは、素子断面積
が０．１μｍ²以下に制限される程度に小さい場合に大
きな効果を発揮する。

【０００９】また、本発明の第１の磁気ヘッドによれ
ば、理想的なビットから漏れる僅かな磁束を十分にヨー
ク内に導入できる短磁路長が実現できる。磁束の導入を
十分に行うためには、ヨーク高さは１０μｍ以下が好ま
しい。さらに、第１の磁気ヘッドでは、ヨークに占める
素子断面積が大きいため、磁区のひっかかり等を引き起
こすヨークの形状異方性効果が緩和され、安定した出力
を得ることができる。

【００１０】本発明の第２の磁気ヘッドは、基板上に磁
気抵抗素子が形成され、この磁気抵抗素子を構成する非
磁性層よりも上方にヨークが配置されたことを特徴とす
る。

【００１１】従来は、基板上にヨークが形成され、ヨー
ク上に磁気抵抗素子が形成されていたが（上記特開平１
１−２５４２５号公報参照）、上記第２の磁気ヘッドで
は、基板とヨークとの間に磁気抵抗素子を配置する基本
構造を採用することによって、ヨークの形状等に制限さ
れることなく素子を形成するための領域を確保し、素子
抵抗の増大を抑制することとした。上記第２の磁気ヘッ
ドは、特に、ヨーク面が基板面と実質的に垂直である形
態を有する磁気ヘッドに適している。

【００１２】なお、本明細書において、実質的に垂直と
は、角度が９０°±２０°の範囲をいい、実質的に平行
とは、角度が０°±２０°の範囲をいう。また、略垂直
とは、角度が９０°±３０°の範囲をいう。

【００１３】本発明の第３の磁気ヘッドは、第１磁性層
および第２磁性層から選ばれるいずれかの層であって、
他方の磁性層よりも外部磁化によって容易に磁化回転す
る磁性層（いわゆる自由層；他方の層は固定層）が、２
以上の磁性膜と１以上の非磁性膜とが交互に積層されて
なり、非磁性膜の厚さが２ｎｍ以上１０ｎｍ以下である
ことを特徴とする。

【００１４】非磁性膜の膜厚が上記程度であれば、この
層を介して積層された一対の磁性膜間では静磁結合が支
配的となる。このため、上記第３の磁気ヘッドでは、自
由層の磁区が安定し、自由層が外部磁界によりさらに容
易に磁化回転するようになってヘッド特性が向上する。

【００１５】本発明の第４の磁気ヘッドでは、第１磁性
層および第２磁性層から選ばれるいずれか一方の層の少
なくとも一部を構成するように配置されたヨークの一部
とヨークの残部との間に少なくとも一つの磁気ギャップ
が形成され、この一方の層が、他方の磁性層よりも外部
磁化によって容易に磁化回転する磁性層（自由層）とな
っている。また、上記自由層が、２以上の磁性膜と１以
上の非磁性膜とが交互に積層されてなり、この非磁性膜
を介して隣接する一対の磁性膜が反強磁性結合し、かつ
上記２以上の磁性膜において磁気モーメントが閉じてい
ないことを特徴とする。

【００１６】ヨークの一部が磁気抵抗素子を兼ねなが
ら、磁気抵抗素子とヨークの残部との間に磁気ギャップ
を形成すると、ヨークの形状異方性効果を緩和できる。
しかし、磁気ギャップの形成は、同時に、磁気抵抗素子
がヨークから切り離されることによる反磁界の増大や、
素子に誘導される磁束の低下をもたらす。そこで、上記
第４の磁気ヘッドでは、２以上の磁性膜を反強磁性的に
結合させて実効的な磁気モーメントを小さくすることと
した。ただし、磁気モーメントが完全に相殺されると
（すなわち磁性膜間で磁気モーメントが閉じてしまう
と）、自由層の磁化回転自体が極めて生じにくくなるか
ら、磁性膜は、磁気モーメントが外部に漏れ出る範囲内
で互いに反強磁性的に結合させるとよい。反強磁性結合
に適した非磁性膜の膜厚は、静磁結合に適した膜厚より
も薄く、０．２ｎｍ以上１．０ｎｍ以下が好適である。

【００１７】本発明は、上記磁気ヘッドを含む磁気情報
記録再生装置も提供する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
について説明する。

【００１９】図１および図２に示した磁気ヘッドには、
基板１上に順に積層された、第１磁性層３１、非磁性層
３２および第２磁性層３３からなるＴＭＲ素子３が用い
られている。ＴＭＲ素子３には、磁気ギャップ５からヨ
ーク４を介して外部磁界が導入され、この磁界によって
磁気抵抗素子の磁性層３１，３３の磁化相対角が変化
し、この磁化相対角の変化に伴って両磁性層間のトンネ
ル遷移確率が変化する。トンネル遷移確率の変化は、例
えば、定電流電源８から電流を供給するときの電圧変化
として電圧計７により測定することができる。

【００２０】ＴＭＲ素子３が小さくなりすぎると、素子
抵抗が高くなりすぎるため、この磁気ヘッドでは、ＴＭ
Ｒ素子の面積が、ヨークの面積の３０％以上、好ましく
は５０％以上となるように設計されている。ＴＭＲ素子
の面積は、より詳しくは電流が流れる非磁性層３２の面
積であり、ヨークの面積は、磁路伸長方向に沿って磁路
幅を積分して得られる面積であると述べることもでき
る。この磁気ヘッドでは、ヨーク４の一部が磁気抵抗素
子の第１磁性層３１を構成しているから、ヨークの面積
には、図１におけるハッチング領域４とともに、磁気抵
抗素子の面積を示すために付されたハッチング領域３が
含まれることになる。なお、図２に示したように、ヨー
ク４の厚さ（基板１と層間絶縁膜６とに挟まれた層の厚
さ）は、第１磁性層３１の厚さと一致する必要はない。

【００２１】磁気抵抗素子３に十分な外部磁界を誘導す
るためには、一般にヨーク高さと呼ばれるヨークの一辺
の長さ４０は、１０μｍ以下、さらには３μｍ以下が好
適である。なお、ヨーク高さは、磁気ギャップ５から見
たときのヨークの奥行きに相当する長さと述べることも
できる。

【００２２】図１においてハッチング領域４により示さ
れた面は、ヨーク面と呼ばれることがある。図１および
図２に示した磁気ヘッドでは、ヨーク面と基板の表面と
が実質的に平行に配置されている。なお、ヨーク面は、
磁気ギャップ５から誘導される磁束が通過する経路（磁
路）がループを形成する面に平行な面ということもでき
る。

【００２３】磁気ギャップの幅５０は、記録されたビッ
ト長にもよるが、２００ｎｍ以下が好ましく、特に制限
されないが、１０ｎｍ以上とするとよい。ただし、素子
サイズが小さい場合には、１０〜９０ｎｍの範囲が好ま
しい。

【００２４】図３および図４に示した磁気ヘッドは、基
本的に図１、図２に示した磁気ヘッドと同様の構成を有
するが、基板１上に磁気抵抗素子３が形成され、この素
子上にヨーク４が配置されている点で、上述の磁気ヘッ
ドと相違している。このヘッドでは、ヨーク４の一部が
磁気抵抗素子の第２磁性層３３を構成している。この点
を考慮すると、より詳しくは、ヨーク４は、磁気抵抗素
子３を構成する非磁性層３２上に配置されていることに
なる。

【００２５】こうして磁気抵抗素子を基板面側に設ける
と、反強磁性膜や高保磁力膜を用いた、いわゆる（磁
化）固定層を基板面に近接して形成できる。このため、
下地のラフネス増大に伴う固定層の一軸異方性磁界の低
下を抑制できる。また、ヨーク形状の制限を受けずに、
素子を形成するための領域を確保する点でも有利であ
る。

【００２６】磁気ギャップ５から磁気抵抗素子３へと導
入される外部磁界により形成される磁路１０は、ヨーク
面と垂直方向から観察すると、ヨーク４と媒体６０（詳
しくは媒体内の磁気ポール）とを経由するループとして
観察される。この磁束が形成するループを、以下、磁気
回路ということもある。

【００２７】なお、ヨーク面積に対する素子断面積の比
率の上限は、特に制限されないが、媒体からの微少磁界
により素子の磁化回転角を十分大きくとるためには、３
００％以下が好ましく、好適な比率を有する形態として
は、例えば図５に示したように、図３の磁気ヘッドにお
ける素子断面積をヨーク面積と等しくなるまで拡張（上
記比率が１００％；Ｓ₃＝Ｓ₄）したヘッドを挙げること
ができる。ただし、本発明の磁気ヘッドの形態は、これ
に限らず、図６および図７に示した磁気ヘッドのよう
に、第２磁性層３３を層間絶縁膜６上にまで張り出すよ
うに形成してヨーク面積を広くとってもかまわない。

【００２８】図８に示すように、磁気ギャップ５近傍に
磁性体を磁気シールド９として配置するとヘッド特性を
さらに改善できる。この磁気シールド９は、磁気ギャッ
プ５に隣接するヨーク４の記録媒体対向面上に配置され
（記録媒体は図示省略）、隣接する記録ビットからの漏
れ磁界を遮蔽する。

【００２９】図９および図１０に示した磁気ヘッドは、
ヨーク面が基板の表面に実質的に垂直に配置されてい
る。この形態の磁気ヘッドにおいても、図１〜図４に示
したように、ヨーク４上に磁気抵抗素子３を配置しても
よいが、素子断面積を確保するためには、図示したよう
に、磁気抵抗素子３上にヨーク４を配置するほうが格段
に有利である。この磁気ヘッドにおいても、微少磁界に
対して良好な再生特性を得るためには、ヨーク高さ４０
は１０μｍ以下、磁気ギャップ幅は２００ｎｍ以下が好
ましい。

【００３０】また、図９に示したように、ヨーク４を磁
気ギャップ５に向けて絞り込むように形成すると高記録
密度を実現するために必要な挟トラック化が可能とな
り、隣接するトラックからの磁束を拾いにくくもなる。

【００３１】この形態の磁気ヘッドにおいても、図１２
および図１４に示したように磁気シールド９を配置する
と、再生対象とする記録ビットの近傍からの漏れ磁界を
シールドできるため、高密度で記録された磁気情報の再
生特性を向上させることができる。また、図１０および
図１２に示した磁気ヘッドでは、磁気ギャップを介して
対向するヨークの面（ギャップ面）が基板に実質的に垂
直となっているが、図１３および図１４に示したよう
に、ギャップ面は、基板に実質的に平行に配置してもよ
い。

【００３２】磁気抵抗素子は、一対の磁性層の間に非磁
性層が介在した構造対を少なくとも１つ備えている。こ
の一対の磁性層のうち、磁化方向の容易さに従って一方
を自由層、他方を固定層としたときに、自由層は、単層
膜であってもよいが、膜厚２〜１０ｎｍの非磁性膜を介
して積層された２以上の磁性膜の積層体とすることが好
ましい。隣接する磁性膜の静磁結合によって素子サイズ
が微細化しても磁区が安定化し、磁気情報の再生特性が
安定化するからである。また、静磁結合が支配的となる
ために、自由層が微少磁界に対して容易に磁化回転する
ようになる。非磁性膜を介して隣接する一対の磁性膜の
磁化方向が、無磁界中において、実質的に平行または実
質的に反平行状態に配列している状態が特に好ましい。

【００３３】なお、固定層では、静磁結合ではなく交換
結合が支配的となる範囲の膜厚の非磁性膜を挿入した磁
性膜の多層膜としてもよく、６Ａ〜８族の元素から選ば
れるFeMn，PtMn，PtRhMn，PtPdMn，IrMn，NiMn等の反強
磁性膜を隣接させてもよい。

【００３４】図１５および図１６に示すように、自由層
とする多層膜は、非磁性層３２を介して対向する、第１
磁性層３１および第２磁性層３３のいずれとしてもよ
い。ここでは、磁性膜５１，５３および非磁性膜５２を
含む３層構成の自由層を図示したが、自由層は、さらに
多層の膜を含んでいてもよい。

【００３５】さらに、絶縁体または半導体からなる非磁
性層３２を用いることにより、トンネル電流またはホッ
トエレクトロンの伝導が生じることになり、素子抵抗が
比較的高くなって、磁気ヘッドの抵抗の制御が容易とな
る。

【００３６】図１５および図１６に示した自由層の少な
くとも一部をヨークの一部とする磁気ヘッドでは、磁気
抵抗素子の線形特性も改善される。ヨークが単層の磁性
体であって磁気異方性が付与されない場合、ヨークが閉
磁束構造をとるために、反磁界により磁化容易軸方向は
ヨーク周方向（磁路の伸長方向）となる。このため、ヨ
ーク自体が外部から導入された磁束変化に対してヒステ
リシスを有することになって磁気抵抗素子の線形特性が
低下する。一方、自由層として示した上記膜構成をヨー
クとして用いると、磁極がヨークの短軸側で静磁結合す
るために、ヨークの磁化方向がヨーク周方向に対して略
垂直となる。さらに、磁性層間における静磁結合によ
り、固定層への漏れ磁界の影響を低減することもでき
る。こうして、線形性が高い再生特性を得ることができ
る。

【００３７】上記自由層は、ヨークの一部としてのみ用
いても効果があるが、図１７および図１８に示すよう
に、ヨーク４全体を、非磁性膜５２を介して静磁接合し
た磁性膜５１，５３を含む磁性層により構成すれば、磁
気ヘッド再生特性の線形性は大きく向上する。

【００３８】この形態の磁気ヘッドに限らず、本発明の
磁気ヘッドでは、ヨークを構成する磁性体の磁化方向
を、ヨークに導入される外部磁化によりヨーク内に生成
する磁路の伸長方向と略垂直とすると、磁気情報の再生
特性が向上する。このようなヘッドは、まず高温、高磁
界で固定層に一軸異方性を付与し、次いで先よりも低
温、低磁界で、例えば先の処理と直交する方向に磁界を
印加しながら処理することにより、ヨークを構成する磁
性体に、ヨークの磁路方向に略垂直となるような異方性
を付与するとよい。

【００３９】図１９〜図２４により、本発明の磁気ヘッ
ドの別の形態について説明する。

【００４０】この磁気ヘッドにおいても、図２２および
図２３に示したように、磁路１０を構成するヨークの一
部が自由層である第１磁性層３１を構成している。しか
し、この磁気ヘッドでは、第１磁性層３１とヨーク（自
由層を構成する部分を除くヨーク残部）４とが磁気ギャ
ップ１２によって分離され、磁気抵抗素子３とヨーク４
との交換結合が分断されている。このため、磁気抵抗素
子における磁化回転がヨークの形状異方性の影響を受け
にくくなって、素子設計の自由度が向上する。

【００４１】磁気ギャップ１２の幅は、１０ｎｍ以上２
００ｎｍ以下が好適である。

【００４２】しかし、ヨークに追加の磁気ギャップ１２
を設けると、磁気抵抗素子へと誘導される磁束量が低下
し、反磁界が増大することにもなる。僅かな磁束量で自
由層の磁化回転を生じさせ、かつ反磁界を抑制するため
には、自由層を薄くすればよいが、物理的膜厚には限界
がある。また、膜厚を減少させると、高スピン分極率と
抵抗磁力との両立等、設計上の制約も生じる。

【００４３】そこで、この自由層３１では、反強磁性結
合を利用して実効的な磁気モーメントを小さくすること
とした。例えば、図１９に示すように、第１磁性膜７
１、反強磁性結合用非磁性膜７２、第２磁性膜７３をこ
の順に積層した自由層３１を用いると、両磁性膜間で磁
気モーメントが相殺されるために、微少外部磁界に対し
ても容易に磁化回転し、反磁界も抑制される。さらに磁
性膜の数を増やして、図２０に示すように、例えば、第
１磁性膜７１、第２磁性膜７３、第３磁性膜７５を反強
磁性結合用非磁性膜７２，７４を介して積層した自由層
３３としてもよい。

【００４４】反強磁性結合用非磁性膜の膜厚は、０．２
〜１．０ｎｍが好適である。０．２ｎｍ未満では強磁性
交換結合が支配的となり、１．０ｎｍを超えると反強磁
性結合が弱くなるからである。また、この非磁性膜を介
して反強磁性結合する磁性膜の膜厚は、１ｎｍ〜６ｎｍ
が好適である。磁性膜の膜厚が厚すぎると、磁気モーメ
ントの相殺が十分に行われないことがある。

【００４５】ただし、図２１に示すように、磁性膜７
１，７３，７５間で磁気モーメントが完全に相殺された
状態となると（図２１では、磁性膜７１が磁性膜７３ａ
と、磁性膜７５が磁性膜７３ｂとそれぞれ互いに磁気モ
ーメントを相殺しあっていると考えることができる）、
外部磁界による磁化回転が生じなくなる。したがって、
反強磁性結合による磁気モーメントの相殺は、磁気モー
メントが自由層から漏れ出る範囲で行う必要がある。

【００４６】磁気モーメントが閉じた状態では、非磁性
膜を介して反強磁性結合する第１磁性膜と第２磁性膜と
の間において以下の式（１）が成立する。

【００４７】ｔ₁×ｍ₁＝ｔ₂×ｍ₂ （１）ここで、ｔ₁、ｔ₂は、それぞれ第１磁性膜および第２磁
性膜の膜厚であり、ｍ ₁、ｍ₂はそれぞれ第１磁性膜およ
び第２磁性膜の実効磁化である。

【００４８】同様に、奇数番目の磁性膜と偶数番目の磁
性膜との間において以下の式（２）が成立すると、磁気
モーメントが閉じてしまう。

【００４９】 Σ（ｔ_od×ｍ_od）＝Σ（ｔ_ev×ｍ_ev）（２）ここで、ｔ_od、ｔ_evは、それぞれ奇数層磁性膜および偶
数層磁性膜の膜厚であり、ｍ_od、ｍ_evはそれぞれ奇数層
磁性膜および偶数層磁性膜の実効磁化である。

【００５０】さらに外部磁界に対する応答性を高めるた
めには、磁気ギャップ１２を介して誘導される磁束によ
って自由層の磁化状態を一様にすることが好ましい。こ
のためには、磁気ギャップ１２に露出している面におい
て以下の式（３）が成立する状態とするとよい。

【００５１】Ｓ₁×Ｍ₁＜Ｓ₂×Ｍ₂ （３）ここで、Ｓ₁、Ｓ₂は、それぞれ自由層を構成するヨーク
の一部およびヨークの残部の実効磁路断面積であり、Ｍ
₁、Ｍ₂は、それぞれ上記ヨークの一部およびヨークの残
部における実効磁化である。なお、実効磁路断面積と
は、使用周波数帯域におけるヨークのスキンデプスを考
慮した磁路断面積であって物理的な断面積ではない。

【００５２】式（３）の関係を満たす状態とするための
好ましい条件の一つは、磁気ギャップに露出している面
において、自由層を構成する磁性膜のうち膜厚が最大の
磁性膜の当該膜厚Ｈ₁よりも、ヨーク（残部）の膜厚Ｈ₂
を厚くすることである。

【００５３】Ｈ₁＜Ｈ₂ （４）

【００５４】反強磁性結合用非磁性膜を有しない磁気抵
抗素子を用いた磁気ヘッドにおいても、上記と同様、追
加の磁気ギャップを形成しても構わない。すなわち、磁
気抵抗素子に含まれる磁性層の少なくとも一部を構成す
るように配置されたヨークの一部とヨークの残部との間
に、少なくとも一つの（追加の）磁気ギャップを形成し
てもよい。この磁気ヘッドの例を図３０〜図３２に示
す。これらの磁気ヘッドでは、磁気抵抗素子３を挟むよ
うに一対の磁気ギャップ１２が形成されており、この素
子３およびギャップ１２により分断されたヨーク４の一
部を、磁性層８１，８３が兼ねている。

【００５５】図３０〜図３２に示した磁気ヘッドは、３
以上の磁性層を有する磁気抵抗素子を有するヘッドの例
でもある。これらの磁気抵抗素子では、第１磁性層８
１，第１非磁性層８２，第２磁性層８３，第２非磁性層
８４，第３磁性層８５がこの順に形成されている。この
ように、２以上の非磁性層を用いると、磁気抵抗変化率
のバイアス依存性を低減できる。これは、高いバイアス
電流で使用しても、マグノンの影響などによるトンネル
通過電子の散乱を緩和できるからである。図示した磁気
抵抗素子では、第２磁性層８３を自由層として、第１、
第３磁性層８１，８５を固定層として設計するとよい。

【００５６】上記で説明した磁気抵抗素子では、いずれ
の場合も、自由層を、基板の表面に垂直な方向に沿って
観察して、鋭角または直角からなる隅角部を有しない形
状とすると、特に高周波帯域におけるヘッド特性が向上
する。この面形状に特に制限はなく、図２７（ｂ）〜図
２７（ｅ）に示したように、例えば、円、楕円、５以上
の角を有する多角形、隅角部を丸めた四角形等の多角形
を適用できる。この形状効果は、自由層内に発生する磁
区形成エネルギーが抑制されるために生じると考えられ
る。なお、少なくとも非磁性層に接する面において、自
由層が上記形状を有する状態とすると上記形状効果を得
ることができる。

【００５７】上記で説明した磁気ヘッドを用いた磁気情
報の記録再生装置では、ヨークの電位と記録媒体の電位
とを等しくするとよい。ヨークと媒体とが接触しても、
電位の変化がなく、再生出力の変動を抑制できるからで
ある。

【００５８】この磁気情報の記録再生装置に用いる記録
媒体は、特に制限されないが、図２８（ｂ）に示すよう
に、螺旋（スパイラル）状にトラックが形成された媒体
が好適である。トラック間のヘッド移動待ち時間に発生
するシークタイムが著しく減少し、特に動画などの連続
再生を高速に行うことができるからである。

【００５９】本発明の磁気ヘッドに含まれる各層に用い
る材料にも特に制限はなく、従来から用いられてきた磁
性または非磁性材料を用いればよい。磁性材料として
は、Fe，Co，Niもしくはこれらの合金（例えばFeCo，Ni
Fe，NiFeCo）またはこれらの化合物（例えば窒化物、酸
化物、炭化物、硼化物）を用いることができる。ヨーク
に用いる磁性材料は、比抵抗５０μΩｃｍ以上となる程
度に電気抵抗が高く、１Ｔを超える程度に飽和磁束密度
が高い材料が好ましい。非磁性材料にも特に制限はな
い。ただし、反強磁性結合用非磁性膜には、導電性を有
する非磁性材料を用いるとよい。反強磁性結合用非磁性
膜の導電体としては、具体的にはCu，Ag，Au，Ru，Rh，
Ir，Re，Os、特にRu，Irが好適である。また、静磁結合
用非磁性膜にも導電性が高い非磁性金属、例えばAl，C
u，Pt，Pd，Rh，Cr，Mo，W，Ti，Zr，Hf，Ta，Nb，V，M
o，Wやこれらの合金が適しているが、TiN等の化合物を
用いてもよい。

【００６０】上記各層その他の形成方法にも制限はな
く、ＩＢＤ（イオンビームデポジション）、スパッタリ
ング、ＭＢＥ、イオンプレーティングを始めとする真空
蒸着法を用いればよい。化合物からなる非磁性層を形成
する場合には、化合物そのものをターゲットにしたスパ
ッタリング、反応性蒸着、反応性スパッタリング、イオ
ンアシスト、ＣＶＤなどを適用すればよく、適当な分圧
の反応ガス雰囲気に反応すべき元素を適当な条件（温
度、時間）で放置してもよい。

【００６１】さらに、磁気ヘッドの加工も、通常の半導
体プロセスで用いられるイオンミリング、ＲＩＥ、Ｅ
Ｂ、ＦＩＢ、Ｉ／Ｍ等の物理的または化学的エッチング
法を適用すればよい。微細プロセス中に平坦化が必要で
あれば、ＣＭＰ法、または必要な微細加工の応じた線幅
を用いたフォトリソグラフィー法を適用してもよい。素
子の成膜時には、成膜した膜表面を平坦にするためにク
ラスターイオンビームエッチングを用いると、ＭＲ向上
に効果がある。

【００６２】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではな
い。

【００６３】（実施例１）図１および図２と同様の構成
を有する磁気ヘッドを作製した。この磁気ヘッドでは、
磁気抵抗素子がヨーク上に形成されている。

【００６４】ＲＦマグネトロンスパッタを用い、基板と
したAlTiC板上に、Ta(3)/Cu(100)/Ta(3)/NiFe(20)/Al
(0.4)をこの順に成膜した。Cu層は下部電極であり、NiF
e層は自由層となる第１磁性層である。Ta層は下地層で
ある。なお、カッコ内の数値は膜厚を示す（単位ｎｍ；
以下、同様）。

【００６５】次いで、Alを２００Torrの酸素雰囲気で１
分間酸化した後、この上にAl(0.3)を成膜し、さらにこ
のAlを２００Torrの酸素雰囲気で１分間酸化した。こう
して、非磁性層としてAl酸化膜（アルミナ）を成膜し
た。

【００６６】引き続き、Co₉₀Fe₁₀(3)/Ru(0.7)/Co₉₀Fe₁₀
（4)/PtMn(30)/Ta(3)をこの順に成膜した。Co₉₀Fe₁₀(3)
/Ru(0.7)/Co₉₀Fe₁₀（4)/PtMn(30)は固定層となる第２磁
性層である。

【００６７】一軸異方性を付与するために、素子長手方
向にPtMnを２８０℃、５ｋＯｅの磁界で熱処理を行った
後、この磁化方向と直交させ、２００℃、１ｋＯｅで熱
処理を行った。フォトリソグラフィー技術を用い、膜を
ヨーク形状に加工した。磁気抵抗素子を作製するため
に、矩形形状にレジストを形成した後、イオンミリング
を用いてAl酸化物の下のNiFeを１０ｎｍミリングした、
さらに磁気ギャップをＦＩＢにより加工した。ギャップ
幅は５０ｎｍとした。引き続き、層間絶縁膜およびギャ
ップ絶縁膜（磁気ギャップを埋める絶縁膜）としてアル
ミナを成膜した。レジストをリフトオフした後、上部電
極としてＣｕを成膜した。

【００６８】以上の工程により作製した磁気ヘッドにつ
いて、素子断面積を変えて、微少外部磁界を磁気ギャッ
プに与えた時のＭＲ比（測定電圧５０ｍＶ）を調べた。
結果を表１に示す。

【００６９】（表１） ―――――――――――――――――――――――――――――――― 素子断面積／ヨーク面積（％）素子抵抗（Ω）ＭＲ比（％） ―――――――――――――――――――――――――――――――― ２５３２１５３０２７３０４０２０４２ ――――――――――――――――――――――――――――――――

【００７０】さらに、素子断面積を１μｍ²または０．
１μｍ²で一定に保ち、ヨーク面積（ヨーク高さ）を変
えてＭＲ比を測定した。結果を表２、表３に示す。

【００７１】（表２）素子断面積＝１μｍ² ―――――――――――――――――――――――――――――――― 素子断面積／ヨーク面積（％）素子抵抗（Ω）ＭＲ比（％） ―――――――――――――――――――――――――――――――― １０２０１５２０２０２０３０２０３８４０２０４２５０２０４１ ――――――――――――――――――――――――――――――――

【００７２】（表３）素子断面積＝０．１μｍ² ―――――――――――――――――――――――――――――――― 素子断面積／ヨーク面積（％）素子抵抗（Ω）ＭＲ比（％） ―――――――――――――――――――――――――――――――― １０２０００８２０２０００１２３０２０００２５４０２０００２３５０２０００２３ ――――――――――――――――――――――――――――――――

【００７３】素子断面積に反比例して素子抵抗が上昇し
ているから、素子加工精度はほぼ同一レベルで、リーク
等の影響は見られない。素子断面積の減少により素子抵
抗が高くなることは予想できる。しかし、表１〜表３に
示したように、ヨーク面積に対する素子断面積の比率が
３０％を下回ると、ＭＲ比が急激に減少した。下部電極
のCuのシート抵抗は十分に低いから、この減少は形状効
果によるものではない。

【００７４】図３および図４に示したようなヨークが磁
気抵抗素子上に形成された磁気ヘッドにおいても、上記
と同様、ヨーク面積に対する素子断面積の比率が３０％
以上のときに良好なＭＲ比を得ることができた。この比
率を保つと、ヨークからの磁束が素子内に十分に伝搬す
ると考えられる。

【００７５】また、いずれの場合も、表３に示すよう
に、磁気抵抗素子の素子断面積が０．１μｍ²以下程度
と狭いときに、上記比率が３０％を下回ると、ＭＲ比の
低落が顕著となった。NiFeのドメインの乱れによる影響
が原因と考えられる。

【００７６】（実施例２）実施例１と同様、図１および
図２と同様の構成を有する磁気ヘッドを作製した。ここ
では、ヨーク面積に対する素子断面積の比率を３０％以
上で一定に保ちながら、ヨーク高さを変化させて、実施
例１と同様にしてＭＲ比を調べた。

【００７７】（表４） ―――――――――――――――――――――――――――――――― 素子断面積／ヨーク面積（％）ヨーク高さ（μｍ）ＭＲ比（％） ―――――――――――――――――――――――――――――――― ３０２０５３０１５１０３０１０３０３０５４０３０３４５３０１４２ ――――――――――――――――――――――――――――――――

【００７８】表４に示したように、素子断面積／ヨーク
面積が３０％以上であり、かつヨーク高さが１０μｍ以
下のときに、さらに優れた再生特性が得られることを示
す測定値が得られた。

【００７９】（実施例３）図９および図１０と同様の構
造を有する磁気ヘッドを作製した。この磁気ヘッドで
は、磁気抵抗素子上にヨークが形成されている。以下、
図１１を参照して作製方法を説明する。

【００８０】まず、基板１とするAlTiC板上に、Ta(3)/C
u(500)/Ta(3)/PtMn(30)/CoFe(3)/Ru(0.7)/CoFe(3)/Al
(0.4;260Torr純酸素１分間酸化）/Al（0.3;260Torr純酸
素１分間酸化）/CoFe(3)/NiFe(30)/Ta(3)をこの順に成
膜し、２６０℃で２時間アニールした（図１１
（ａ））。Cu層は下部電極であり、PtMn(30)/CoFe(3)/R
u(0.7)/CoFe(3)は固定層となる第１磁性層３１であり、
Al酸化膜は非磁性層３２であり、CoFe(3)/NiFe(30)は自
由層となる第２磁性層３３である。

【００８１】この層に３×３μｍ²の十字電極から電圧
を印加したところ、図２６に示すＭＲ曲線を得た。接合
抵抗は２５Ω/μｍ²であった。

【００８２】次いで、この膜を長さ２μｍ、幅（紙面法
線方向）０．６μｍにイオンミリングした後、層間絶縁
膜６としてアルミナを形成した（図１１（ｂ））。さら
に素子上のレジストをリフトオフした後、厚さ１μｍの
SiO₂膜１１を成膜した（図１１（ｃ））。引き続き、Ｒ
ＩＥを用い、素子の両端からSiO₂膜をそれぞれ５００ｎ
ｍずつ除去し、ミリングによってNiFeを表面に露出させ
た後（図１１（ｄ））、カルーセル型のスパッタリング
装置により基板面に対して±９０°揺動成膜してSiO₂膜
側面上に形成した厚さ３ｎｍのTa膜上に、無電解メッキ
によりNiFeを３ｎｍ電着した。さらに、SiO₂膜１１を被
覆してヨーク用磁性体１２とした（図１１（ｅ））。最
後に、この磁性体および下部電極（Cu）から電極を引き
出して定電流電源８および電圧計７に接続し、ＦＩＢに
より幅２０ｎｍの磁気ギャップ５を形成し、このギャッ
プにアルミナを成膜した（図１１（ｆ）；アルミナは図
示省略）。

【００８３】こうして作製した磁気ヘッドのギャップ近
傍に外部磁界を与えたところ、図２６における±１００
Ｏｅの範囲でのヒステリシスと同様のヒステリシスとＭ
Ｒ値を得た。さらに、図１０の紙面垂直方向に２００℃
で１時間の直交化熱処理を行ったところ、ヒステリシス
はさらに小さくなり、微少外部磁界に対して優れた線形
応答を示した。このように、ヨークを構成する磁性体の
磁化方向をヨークの磁路方向に対して略直角に着磁して
制御すると、ヘッド特性のソフト性と線形性が向上す
る。

【００８４】この優れたヘッド特性には、反強磁性材料
であるＰｔＭｎを下地のラフネスが比較的小さい段階で
成膜したことも寄与していると考えられる。また、磁気
抵抗素子上にヨークを形成してヨーク面積に対する磁気
抵抗素子の素子断面積の比率を１００％としているた
め、素子にも十分に外部磁界が誘導されている。

【００８５】ヨーク面を基板面と平行とした図５に示し
た構造を有する磁気ヘッドからも、上記と同様の優れた
ヘッド特性を得ることができた。なお、図５に示した磁
気ヘッドのPtMnの着磁には、図２５に示したように、紙
面に垂直方向に流す電流１４による発生磁界を用いた。
また、ヨークの磁化方向の制御は、ヨークの磁路に沿っ
た電流１５による発生磁界を用いた。なお、この磁路方
向に形成された導電層１６は、着磁に用いるだけでなく
ＳＡＬ（ソフト・アジャセント・レイヤー）バイアスの
ために用いてもよい。

【００８６】（実施例４）NiFe層を磁気シールドとして
追加した以外は、実施例３と同様にして、図１２に示す
磁気ヘッドを作製した。

【００８７】実施例３の微少磁界に代えて、FeP媒体を
用いたディスクに記録された磁気情報の再生を行った。
ここで、媒体上の記録ビットサイズは、トラック周方向
に３０ｎｍ、トラック幅方向に０．２１μｍであり、線
記録密度およびトラック密度は、それぞれ約８３５kBPI
および１２０kTPIである。１本のトラック上でデータを
読み出したときのデータ誤り率は１０^-8以下であり、同
じギャップ幅を有する実施例３のヘッドの誤り率１０^-7
レベルと比較して格段の向上を得た。なお、データ転送
速度は２００Ｍビット／秒、ヘッドの浮上量は１０ｎｍ
とした。また、媒体とヨークとをいずれも接地すること
により、接触時のノイズを大幅に緩和することができ
た。

【００８８】なお、本実施例では、トラック周方向に隣
接する記録ビットから漏れる磁束を遮蔽する磁気シール
ドについて説明したが、磁気ヘッドの紙面垂直方向から
挟み込むように磁気シールドを配置すれば、隣接トラッ
クからの漏洩磁界を遮蔽する効果が得られる。こうする
と、高密度記録のためにトラック間隔が狭くなっていて
も１０^-8以下程度のデータ誤り率を得ることができる。

【００８９】（実施例５）熱酸化膜を形成したSi基板
に、Ta(3)/Cu(500)/Ta(3)/PtMn(30)/CoFe(3)/Ru(0.7)/C
oFe(3)/Al(0.4;200Torr純酸素１分間酸化)/Al(0.3;200T
orr純酸素１分間酸化）/CoFe(1)/NiFe(15)/Ru(X)/NiFe
(15)/Ta(3)をこの順に成膜した。Ｘは表５に示す膜厚で
ある。

【００９０】こうして、Al酸化層を非磁性層とする１×
３μｍ²の通常の十字電極を作製した。この膜は図１６
に示した構成を有し、第１磁性層３１がCoFe/Ru/CoFe、
非磁性層３２がAl酸化層、第２磁性層３３がCoFe/NiFe/
Ru(X)/NiFeに相当する。十字電極を用いた素子の長手方
向に磁界をかけながら熱処理を行い、この方向をPtMnの
一軸異方性方向とした。

【００９１】ＭＲカーブを測定し、求めた抗磁力とＭＲ
比とを表５に示す。

【００９２】（表５） ―――――――――――――――――――――――――――――――― Ｒｕ膜厚（ｎｍ）ＭＲ比（％）抗磁力Ｈｃ（Ｏｅ） ―――――――――――――――――――――――――――――――― ０４３８０．３５３２０．６４３５０．９５４２１．２１０１５２．０１５１５．０１３０．７１０．０１１１２０．０９１．５５０．０９２ ――――――――――――――――――――――――――――――――

【００９３】Ru層の厚さが０．６〜０．９ｎｍの範囲で
は、交換結合が支配的となるためにＭＲカーブのヒステ
リシスが大きくなった。Ru層の厚さが２〜１０ｎｍの範
囲では、Ｒｕ層を形成しない場合（厚み＝０ｎｍ）より
もソフト性が高くなり、膜のヒステリシスは１Ｏｅ以下
となった。

【００９４】素子上の磁化状態をローレンツ顕微鏡によ
り調べたところ、Ru層の膜厚が２〜１０ｎｍの範囲では
無磁界中で磁化が短軸方向に交互に配列していることが
確認できた。これは静磁結合が支配的となったためと考
えられる。また、詳細な断面観察の結果、Ru膜の下部磁
性膜の磁化方向は、大部分が上部磁性膜と反平行状態に
あり、一部が平行状態となっていることが確認できた。

【００９５】次に、この膜を用いて、図５の形状の磁気
ヘッドを作製し、図２５に示した、紙面垂直方向の電流
１４による磁界によりPtMnを着磁した後、磁気ギャップ
近傍に微少磁界を印加して、ＭＲ比を測定した。この場
合も、Ru層の厚みが２〜１０ｎｍにおいて、最も高いＭ
Ｒ比を得ることができた。この値は、自由層であるCoFe
/NiFe/Ru/NiFeの磁化方向にバイアスをかけていないに
もかかわらず、図２５のヨーク型電流による自由層への
バイアス磁界印加の際と同程度であった。このときのヨ
ークをローレンツ顕微鏡で観察したところ、磁化方向
は、ヨークの磁路方向に対してほぼ９０度の角をなして
いることが確認できた。

【００９６】さらに、熱酸化膜を形成したSi基板に、Ta
(3)/Cu(500)/Ta(3)/NiFe(15)/Ru(X)/NiFe(15)/CoFe(1)/
Al(0.4;200Torr純酸素１分間酸化）/Al(0.3;200Torr純
酸素１分間酸化）/CoFe(3)/Ru(0.7)/CoFe(3)/PtMn(30)/
Ta(3)の構成の膜を用い、図１７および図１８に示すよ
うな磁気抵抗素子がヨーク上にある磁気ヘッドを作製し
た。この磁気ヘッドの特性を微少磁界を用いて検討した
ところ、上記と同様に優れたＭＲ比と線形性とを得た。

【００９７】（実施例６）図１および図２に示した磁気
ヘッド、ならびに図６および図７に示した磁気ヘッド
で、磁気抵抗素子を図２７（ａ）〜図２７（ｅ）に示し
た形状に加工したときのヘッド効率について調べた（図
１および図６の形態では素子形状が図２７（ｂ）に示し
た形状となっている場合に相当する）。ただし、ヨーク
面積に占める素子断面積はいずれも同じとした。

【００９８】磁気ギャップ近傍に１MHzまたは５００MHz
の交流微少磁界を付与し、同一電流を流した時のＭＲ特
性および電圧出力の変化を測定した。結果を表６および
表７に示す。

【００９９】（表６）図１／図２に示した磁気ヘッド ―――――――――――――――――――――――――――――――― 素子形状ＭＲ比（％）１ＭＨｚ５００ＭＨｚ ―――――――――――――――――――――――――――――――― 矩形（図２７（ａ））１０．１略矩形（図２７（ｂ））６２楕円（図２７（ｃ））７３六角形（図２７（ｄ））６２八角形（図２７（ｅ））７３ ――――――――――――――――――――――――――――――――

【０１００】（表７）図６／図７に示した磁気ヘッド ―――――――――――――――――――――――――――――――― 素子形状ＭＲ比（％）１ＭＨｚ５００ＭＨｚ ―――――――――――――――――――――――――――――――― 矩形（図２７（ａ））２１略矩形（図２７（ｂ））８３楕円（図２７（ｃ））８４六角形（図２７（ｄ））７３八角形（図２７（ｅ））８３ ――――――――――――――――――――――――――――――――

【０１０１】高周波帯域において、図２７（ａ）の矩形
形状よりも、図２７（ｂ）〜図２７（ｅ）の形状を用い
た磁気ヘッドにおいて、高い特性が得られることが確認
できた。これは、隅角部を鈍角ないし曲線により構成し
た場合のほうが、自由層の磁化応答性が高くなるためと
考えられる。なお、上記以外の磁気ヘッドにおいても、
同様の傾向が確認できた。

【０１０２】（実施例７）本発明の磁気ヘッドを、通常
のＨＤＤに用いられる図２８（ａ）に示すような同心円
状の記録方法を用いた記録媒体と、図２８（ｂ）に示す
ような螺旋状の記録方法を用いた記録媒体とで比較検討
した。その結果、螺旋状にトラックが形成された記録媒
体を用いることで、トラック間のヘッド移動待ち時間に
発生するシークタイムが著しく減少し、特に動画などの
連続再生を高速に行うことが可能となった。特に本発明
の優れた再生特性を持つヘッドを用いると、線記録密度
が向上するため、実質的に小型で、振動環境に強い、モ
バイル用途の動画再生装置が実現できることが確認でき
た。

【０１０３】（実施例８）図１および図２に示した構成
の磁気ヘッドを作製した。ヨークを厚さ５ｎｍのNi₆₀Fe
₄₀とし、磁気抵抗素子を基板側から、Ta(3)/Cu(100)/Ta
(3)/Ni₆₀Fe₄₀(20)/Al(0.4;200Torr純酸素１分間酸化）/
Al(0.3;200Torr純酸素１分間酸化）/Co₇₅Fe₂₅(3)/Ru(0.
7)/Co₇₅Fe₂₅(3)/PtMn(30)/Ta(3)の構成とした。

【０１０４】自由層がNi₆₀Fe₄₀(10)に相当する上記磁気
抵抗素子を素子ａとする。

【０１０５】一方、図２２および図２３に示した磁気抵
抗素子とヨークとを分離する磁気ギャップを形成した構
成の磁気ヘッドを作製した。ヨーク、磁気抵抗素子と
も、上記と同様の構成としたが、自由層は以下の多層膜
とした。

【０１０６】素子ｂ：Ni₆₀Fe₄₀(3)/Co₇₀Fe₃₀(1)/Ni₆₀Fe₄₀(3) 素子ｃ：Ni₆₀Fe₄₀(5)/Co₇₀Fe₃₀(0.5)/Ru(0.7)/Co₇₀Fe₃₀
(0.5)/Ni₆₀Fe₄₀(3) 素子ｄ：Ni₆₀Fe₄₀(5)/Co₇₀Fe₃₀(0.5)/Ru(1.0)/Co₇₀Fe₃₀
(0.5)/Ni₆₀Fe₄₀(3) 素子ｅ：Ni₆₀Fe₄₀(5)/Co₇₀Fe₃₀(0.5)/Ru(1.2)/Co₇₀Fe₃₀
(0.5)/Ni₆₀Fe₄₀(3) 素子ｆ：Ni₆₀Fe₄₀(3)/Co₇₀Fe₃₀(0.5)/Ru(1.0)/Co₇₀Fe₃₀
(0.5)/Ni₆₀Fe₄₀(3) 素子ｇ：Ni₆₀Fe₄₀(5)/Co₇₀Fe₃₀(0.5)/Ir(0.2)/Co₇₀Fe₃₀
(0.5)/Ni₆₀Fe₄₀(3) 素子ｈ：Ni₆₀Fe₄₀(3)/Co₇₀Fe₃₀(0.5)/Ir(0.2)/Co₇₀Fe₃₀
(0.5)/Ni₆₀Fe₄₀(3) 素子ｉ：Ni₆₀Fe₄₀(5)/Co₇₀Fe₃₀(0.5)/Ir(0.1)/Co₇₀Fe₃₀
(0.5)/Ni₆₀Fe₄₀(3) 素子ｊ：Ni₆₀Fe₄₀(10)/Co₇₀Fe₃₀(0.5)/Ru(0.7)/Co₇₀Fe
₃₀(0.5)/Ni₆₀Fe₄₀(3)

【０１０７】各磁気ヘッドについて、微少外部磁界によ
るＭＲ比を測定した。結果を表８に示す。

【０１０８】（表８） ――――――――――――――――――――――――――――― 磁気ヘッド素子ＭＲ比（％） ――――――――――――――――――――――――――――― ギャップなしａ７ ――――――――――――――――――――――――――――― ギャップありｂ２ギャップありｃ１５ギャップありｄ１４ギャップありｅ３ギャップありｆ０．１ギャップありｇ１２ギャップありｈ０．２ギャップありｉ３ギャップありｊ６ ―――――――――――――――――――――――――――――

【０１０９】振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用いてＭＨ
カーブを測定したところ、素子ｃ、素子ｄ、素子ｆ、素
子ｇ、素子ｈ、素子ｅ、素子ｉ、素子ｊでは、いずれも
反強磁性結合特有のスピンフロップが観測された。

【０１１０】一方、非磁性膜の膜厚が０．２ｎｍ未満ま
たは１．０ｎｍを超える素子ｅ、素子ｉでは、反強磁性
結合が弱く、素子ｂとほとんど同じＭＨカーブとなっ
た。これらの素子では、ＭＲ比も低くなっている。

【０１１１】反強磁性結合が観測されているにもかかわ
らず、素子ｆ、素子ｈでは、ＭＲ比が低くなっている。
これらの素子では、スピンフロップが生じる数百Ｏｅ以
上の磁界まで、自由層の磁化が観測されなかった。非磁
性層を介して反強磁性結合する磁性層の磁気モーメント
がほぼ完全に相殺され、ヨークから誘導される磁界によ
る磁化回転が生じなかったためと考えられる。

【０１１２】素子ｊでは、ヨーク高さ（５ｎｍ）に比べ
て自由層を構成する最大膜厚の磁性層（基板側のNi₆₀Fe
₄₀膜）の膜厚（１０ｎｍ）が大きいため、外部磁界に対
する自由層の応答性が十分ではなく、ＭＲ比も低くなっ
ている。

【０１１３】これらに対し、素子ｃ、素子ｄ、素子ｇで
は、磁気ギャップを設けたにもかかわらず、素子ａより
も高いＭＲ比を得ることができた。

【０１１４】（実施例９）本実施例では、ヨーク断面積
に対する素子断面積の比率が１００％を超える磁気ヘッ
ドを作製した。具体的には、図９および図１０に示した
磁気ヘッドのヨークを図２９に示したような形状に変更
し、幅Ｄを変化させることにより、上記比率を調整し
た。ここでは、磁気抵抗素子として、Cu/Ta(3)/NiFeCr
(4)/PtMn(20)/CoFe(3)/Ru(0.8)/CoFe(3)/Al酸化膜/NiFe
(5)を形成し、NiFe(5)をヨークとした。

【０１１５】作製した各磁気ヘッドに微少磁界を近づけ
てＭＲ変化を測定した。結果を表９に示す。

【０１１６】（表９） ――――――――――――――――――――――――――――― 素子断面積／ヨーク断面積ＭＲ比（％） ――――――――――――――――――――――――――――― １５０２８２００２６３００２５３５０１７４００１２ ―――――――――――――――――――――――――――――

【０１１７】表９に示したように、ヨーク断面積に対す
る素子断面積の比率が３００％を超えると、ＭＲ変化が
著しく低下した。

【０１１８】（実施例１０）本実施例では、３層の磁性
層と２層の非磁性層とを交互に積層した磁気抵抗素子と
追加の磁気ギャップを設けた磁気ヘッドを作製した。具
体的には、図３０（図３１）および図３２に示した磁気
ヘッドにおいて、磁気抵抗素子を、それぞれ、基板側か
ら順に形成した、Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/NiFeCr(4)/PtMn
(20)/CoFe(3)/Ru(0.8)/CoFe(3)/Al酸化膜/NiFe(5)/Al酸
化膜/CoFe(3)/Ru(0.8)/CoFe(3)/PtMn(20)/Ta(3)により
構成した。また、比較のために、Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/N
iFeCr(4)/PtMn(20)/CoFe(3)/Ru(0.8)/CoFe(3)/Al酸化膜
/NiFe(5)/Ta(3)を積層した磁気抵抗素子を用いた磁気ヘ
ッドを作製した。ここでも、非磁性層としては、Al酸化
膜が用いられている。

【０１１９】作製した各磁気ヘッドに外部磁界を与えな
がら出力が最適となる条件を調査したところ、２層の非
磁性層を含む素子を用いた磁気ヘッドでは、いずれの場
合も２００ｍＶ程度の出力（素子両端のTa間の電圧９０
０ｍＶ）が得られたが、非磁性層を１層のみ含む磁気ヘ
ッドでは、６０ｍＶ程度の出力（同電圧４００ｍＶ）に
とどまった。

【０１２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ＴＭＲ
素子など電流を膜面に垂直に流す磁気抵抗素子適した構
造を有する磁気ヘッドを提供できる。また、電流を膜面
に垂直に流す磁気抵抗素子自体の改善により特性が向上
した磁気ヘッドを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁気ヘッドの一形態におけるヨーク
と磁気抵抗素子との配置を示す平面図である。

【図２】図１の磁気ヘッドのＩ−Ｉ断面図に相当する
断面図である。

【図３】本発明の磁気ヘッドの別の一形態におけるヨ
ークと磁気抵抗素子との配置を示す平面図である。

【図４】図３の磁気ヘッドのII−II断面図に相当する
断面図である。

【図５】本発明の磁気ヘッドのまた別の一形態におけ
るヨークと磁気抵抗素子との配置を示す平面図である。

【図６】本発明の磁気ヘッドのさらに別の一形態にお
けるヨークと磁気抵抗素子との配置を示す平面図であ
る。

【図７】図６の磁気ヘッドのIII−III断面図に相当す
る断面図である。

【図８】本発明の磁気ヘッドのまたさらに別の一形態
におけるヨークと磁気抵抗素子との配置を示す平面図で
ある。

【図９】本発明の磁気ヘッドのまた別の一形態におけ
るヨークと磁気抵抗素子との配置を示す平面図である。

【図１０】図９の磁気ヘッドのIV−IV断面図に相当す
る断面図である。

【図１１】図９および図１０に示した磁気ヘッドの作
製工程の一例を示すための断面図である。

【図１２】本発明の磁気ヘッドの別の一例を示す断面
図である。

【図１３】本発明の磁気ヘッドのまた別の一例を示す
断面図である。

【図１４】本発明の磁気ヘッドのさらに別の一例を示
す断面図である。

【図１５】本発明の磁気抵抗素子の膜構成の一例を示
す断面図である。

【図１６】磁気抵抗素子の膜構成の別の例を示す断面
図である。

【図１７】図１５に示した磁気抵抗素子を用いた本発
明の磁気ヘッドの一形態におけるヨークと磁気抵抗素子
との配置を示す平面図である。

【図１８】図１７の磁気ヘッドのＶ−Ｖ断面図に相当
する断面図である。

【図１９】反強磁性結合を含む磁気抵抗素子の膜構成
の一例を示す断面図である。

【図２０】反強磁性結合を含む磁気抵抗素子の膜構成
の別の例を示す断面図である。

【図２１】磁気モーメントが閉じている磁気抵抗素子
の膜構成の例を示す断面図である。

【図２２】図１９に示した磁気抵抗素子を用いた本発
明の磁気ヘッドの一形態におけるヨークと磁気抵抗素子
との配置を示す平面図である。

【図２３】図２２の磁気ヘッドVI−VI断面図に相当す
る断面図である。

【図２４】図１９に示した磁気抵抗素子を用いた本発
明の磁気ヘッドの別の一形態を示す断面図である。

【図２５】磁気ヘッドの着磁方法の一例を示すための
図である。

【図２６】本発明の磁気ヘッドのＭＲ曲線の一例を示
す図である。

【図２７】磁気抵抗素子の自由層の面形状を例示する
図である。

【図２８】記録媒体のトラックの配置を示す平面図で
ある。

【図２９】実施例９で作製した磁気ヘッドの平面図で
ある。

【図３０】本発明の磁気ヘッドのさらに別の一形態に
おけるヨークと磁気抵抗素子との配置を示す平面図であ
る。

【図３１】図３０の磁気ヘッドのVII−VII断面図に相
当する断面図である。

【図３２】本発明の磁気ヘッドのまた別の一例を示す
断面図である。

【符号の説明】

１基板３磁気抵抗素子（ＴＭＲ素子）４ヨーク５磁気ギャップ６層間絶縁膜７電圧計８定電流電源９磁気シールド１０磁路１２磁気ギャップ３１第１磁性層３２非磁性層３３第２磁性層４０ヨーク高さ５０磁気ギャップ幅５１，５３磁性膜５２非磁性膜７１，７３，７５磁性膜７２，７４（反強磁性結合用）非磁性膜８１，８３，８５磁性層８２，８４非磁性層

フロントページの続き (72)発明者小田川明弘大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者飯島賢二大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者榊間博大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2G017 AC01 AC07 AD56 AD62 AD65 5D034 AA02 BA03 BA08 BA15 BA16 BA18 BA19 5E049 AA01 AA07 AC05 BA12 CB02 DB02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１磁性層と第２磁性層との間に非磁性
層が介在した積層構造を含む磁気抵抗素子と、磁気ギャ
ップから前記磁気抵抗素子へと外部磁界を導くためのヨ
ークと、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に前記
非磁性層を介して電流を流すための電流導入部と、前記
ヨークを介して誘導される外部磁界によって変化する前
記第１磁性層と前記第２磁性層との間の磁化相対角に応
じて前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に発生する
抵抗の変化を検知する測定部と、前記磁気抵抗素子およ
び前記ヨークを形成するための基板とを有し、前記基板の表面に垂直な方向に沿って観察して、前記非
磁性層の面積を素子断面積、前記ヨークの面積をヨーク
面積とそれぞれ定義したときに、前記素子断面積が前記
ヨーク面積の３０％以上である磁気ヘッド。
【請求項２】基板上に磁気抵抗素子が形成され、この
磁気抵抗素子に含まれる非磁性層よりも上方にヨークが
配置された請求項１に記載の磁気ヘッド。
【請求項３】第１磁性層と第２磁性層との間に非磁性
層が介在した積層構造を含む磁気抵抗素子と、磁気ギャ
ップから前記磁気抵抗素子へと外部磁界を導くためのヨ
ークと、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に前記
非磁性層を介して電流を流すための電流導入部と、前記
ヨークを介して誘導される外部磁界によって変化する前
記第１磁性層と前記第２磁性層との間の磁化相対角に応
じて前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に発生する
抵抗の変化を検知する測定部と、前記磁気抵抗素子およ
び前記ヨークを形成するための基板とを有し、前記基板上に前記磁気抵抗素子が形成され、前記非磁性
層よりも上方に前記ヨークが配置された磁気ヘッド。
【請求項４】ヨーク高さが１０μｍ以下である請求項
１〜３のいずれかに記載の磁気ヘッド。
【請求項５】素子断面積が０．１μｍ²以下である請
求項１〜４のいずれかに記載の磁気ヘッド。
【請求項６】ヨーク面が基板の表面と実質的に平行で
ある請求項１〜５のいずれかに記載の磁気ヘッド。
【請求項７】ヨーク面が基板の表面と実質的に垂直で
ある請求項１〜６のいずれかに記載の磁気ヘッド。
【請求項８】磁気ギャップに隣接するヨークの記録媒
体対向面上に磁性体が配置された請求項１〜７のいずれ
かに記載の磁気ヘッド。
【請求項９】第１磁性層および第２磁性層から選ばれ
るいずれかの層であって、他方の磁性層よりも外部磁化
によって容易に磁化回転する磁性層が、２以上の磁性膜
と１以上の非磁性膜とが交互に積層されてなり、前記非
磁性膜の厚さが２ｎｍ以上１０ｎｍ以下である請求項１
〜８のいずれかに記載の磁気ヘッド。
【請求項１０】第１磁性層と第２磁性層との間に非磁
性層が介在した積層構造を含む磁気抵抗素子と、磁気ギ
ャップから前記磁気抵抗素子へと外部磁界を導くための
ヨークと、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に前
記非磁性層を介して電流を流すための電流導入部と、前
記ヨークを介して誘導される外部磁界によって変化する
前記第１磁性層と前記第２磁性層との間の磁化相対角に
応じて前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に発生す
る抵抗の変化を検知する測定部と、前記磁気抵抗素子お
よび前記ヨークを形成するための基板とを有し、第１磁性層および第２磁性層から選ばれるいずれかの層
であって、他方の磁性層よりも外部磁化によって容易に
磁化回転する磁性層が、２以上の磁性膜と１以上の非磁
性膜とが交互に積層されてなり、前記非磁性膜の厚さが
２ｎｍ以上１０ｎｍ以下である磁気ヘッド。
【請求項１１】非磁性膜を介して隣接する一対の磁性
膜の磁化方向が、無磁界中において、実質的に平行また
は実質的に反平行状態に配列している請求項１０に記載
の磁気ヘッド。
【請求項１２】ヨークの一部が、磁気抵抗素子に含ま
れる磁性層の少なくとも一部を構成し、前記磁性層が、
他方の磁性層よりも外部磁化によって容易に磁化回転す
る層である請求項１〜１１のいずれかに記載の磁気ヘッ
ド。
【請求項１３】磁気抵抗素子に含まれる磁性層の少な
くとも一部となるように配置されたヨークの一部とこの
ヨークの残部との間に少なくとも一つの磁気ギャップが
形成された請求項１〜１２のいずれかに記載の磁気ヘッ
ド。
【請求項１４】第１磁性層と第２磁性層との間に非磁
性層が介在した積層構造を含む磁気抵抗素子と、磁気ギ
ャップから前記磁気抵抗素子へと外部磁界を導くための
ヨークと、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に前
記非磁性層を介して電流を流すための電流導入部と、前
記ヨークを介して誘導される外部磁界によって変化する
前記第１磁性層と前記第２磁性層との間の磁化相対角に
応じて前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に発生す
る抵抗の変化を検知する測定部と、前記磁気抵抗素子お
よび前記ヨークを形成するための基板とを有し、前記第１磁性層および前記第２磁性層から選ばれるいず
れか一方の層の少なくとも一部を構成するように配置さ
れたヨークの一部とこのヨークの残部との間に少なくと
も一つの磁気ギャップが形成され、前記一方の層が、他
方の磁性層よりも外部磁化によって容易に磁化回転する
磁性層であり、前記一方の層が、２以上の磁性膜と１以上の非磁性膜と
が交互に積層されてなり、前記非磁性膜を介して隣接す
る一対の磁性膜が反強磁性結合し、かつ前記２以上の磁
性膜において磁気モーメントが閉じていない磁気ヘッ
ド。
【請求項１５】非磁性膜の膜厚が０．２ｎｍ以上１．
０ｎｍ以下である請求項１４に記載の磁気ヘッド。
【請求項１６】ヨークの一部と残部とが対向する磁気
ギャップに露出している面において、前記ヨークの残部
の厚さが、最大の膜厚を有する磁性膜の当該膜厚よりも
厚い請求項１４または１５に記載の磁気ヘッド。
【請求項１７】ヨークを構成する磁性体の磁化方向
が、前記ヨークに導入される外部磁界により前記ヨーク
内に生成する磁路の伸長方向と略垂直である請求項１〜
１６のいずれかに記載の磁気ヘッド。
【請求項１８】非磁性層が、絶縁体または半導体から
なる請求項１〜１７のいずれかに記載の磁気ヘッド。
【請求項１９】第１磁性層および第２磁性層から選ば
れるいずれかの層であって、他方の磁性層よりも外部磁
化によって容易に磁化回転する磁性層が、基板の表面に
垂直な方向に沿って観察して、鋭角または直角からなる
隅角部を有しない形状を有する請求項１〜１８のいずれ
かに記載の磁気ヘッド。
【請求項２０】請求項１〜１９のいずれかに記載の磁
気ヘッドを含む磁気情報記録再生装置。