JP2002171013A - 磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果型磁気ヘッド - Google Patents

磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果型磁気ヘッド

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Akio Furukawa
昭夫 古川
Satoshi Ishii
聡 石井
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 安定した高出力の磁気抵抗効果素子および磁
気抵抗効果型磁気ヘッドを提供する。 【解決手段】 相対向する軟磁性材より成る第１、第２
の磁気シールド２１、２２間に、磁気抵抗効果素子本体
１１とバイアス磁界を印加する硬磁性層１２とを配置す
る。本体１１は外部磁界に応じて磁化が回転する自由層
と、固定層と、固定層の磁化を固定する反強磁性層と、
スペーサ層とが積層された構造物で、積層膜の膜面と交
叉する方向にセンス電流を通電するＣＰＰ型とし、積層
膜の膜面方向に沿って検出磁界を導入し、バイアス磁界
が検出磁界の導入方向と交叉し、膜面に沿う方向に印加
される。この構成で検出磁界が印加されない状態で、検
出磁界の導入側の前方端と後方端において実質的に与え
られる磁界を、同じ向きとなるように設定して、自由層
における安定した単磁区化を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果素子
および磁気抵抗効果型磁気ヘッドに係わる。
【０００２】
【従来の技術】スピンバルブ型抵抗効果（以下ＳＶ型Ｇ
ＭＲという）素子あるいはトンネル型磁気抵抗効果（以
下ＴＮ型ＭＲ）素子を用いた磁気センサーや、磁気ヘッ
ドでは、軟磁性材から成る自由層の磁化が外部磁界に応
じて回転する際、反強磁性層などによって磁化が固定さ
れた固定層との間の相対角の変化により生じる磁気抵抗
の変化によって外部磁界の変化を検知する。
【０００３】この場合、効率良く外部磁界を検知するた
めには、磁場中成膜や、磁場中アニールなどの手法によ
って、自由層には外部磁界が入る方向に直交する方向に
一軸の磁気異方性が付与される。これによって自由層の
磁化は、この磁気異方性に沿う２つの向き（異方性付与
磁界に順方向または逆方向）を向く傾向を持つが、外部
磁界が無いときに、両方向のうちのどの方向に向くかは
規定されない。このため、再現性良く、外部磁界の変化
を検知することができない。
【０００４】一方、自由層の前述した磁気異方性の方向
と直交する端部（以下側端部という）では、反磁界によ
り磁化が磁気異方性方向を向きにくくなるために磁区が
発生し、外部磁界に応答する際の磁化回転が不連続にな
る、いわゆるバルクハウゼンノイズの原因となる。そこ
で、通常、自由層の側端部に対向して、自由層の上述し
た磁気異方性方向の一方の向きにバイアス磁界を印加し
て、自由層に他の磁界が印加されていない状態で、その
磁化方向を一定の向きに規定して、自由層の単磁区化を
図り、上述した自由層端部での磁区発生を回避してバル
クハウゼンノイズの回避と、検出磁界による抵抗変化の
再現性、安定化を図るようになされている。
【０００５】１バイアス磁界は、上述したように、自由
層を単磁区化するのに充分な磁界強度を必要とするもの
であるが、その強度が過剰であると、外部磁界に応じた
自由層の磁化の回転角が小さくなってしまい、感度の低
下を招くため、適切な感度となるように、硬磁性層材料
や膜厚の選定がなされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図１２に示
すように、磁気抵抗効果素子本体の膜面、すなわち自由
層１の膜面に垂直な方向にセンス電流Ｉｓを通ずるいわ
ゆるＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane) 構成に
よる場合、このセンス電流Ｉｓによって自由層に発生す
る電流磁界ＨI は 、膜面に沿って周回するように発生
する。このとき、検出磁界が導入される側の、自由層１
の前方端１Ｆ、とこれとは反対側の後方端１Ｒの各中心
部では、バイアス磁界ＨB の印加方向に平行で、互いに
逆向きとなる。したがって、前述したように、バイアス
磁界ＨB が、磁気抵抗効果素子ＭＲの自由層に印加され
ている場合、電流磁界Ｈｉは、自由層の先端中心および
後端中心のいずれか一方でバイアス磁界ＨB を強める方
向に働き、他方で弱める方向に働く。
【０００７】したがって、自由層を単磁区化するために
は、電流磁界Ｈｉがバイアス磁界を弱める方向に働く部
分においてバイアス磁界が打ち消されない程度の強度の
バイアス磁界を印加する必要がある。ところが、このバ
イアス磁界は、電流磁界がバイアス磁界を強める方向に
働く部分においては過剰となってしまい、この部分にお
ける感度の低下、したがって、出力の安定性の低下を招
いてしまう。
【０００８】本発明は、上述したようにセンス電流によ
る電流磁界に起因する感度の低下を回避し、出力の安定
化を図ることができるようにした磁気抵抗効果素子と、
磁気抵抗効果素子を感磁部とする磁気抵抗効果型磁気ヘ
ッドを提供するものである。すなわち、本発明において
は、バイアス磁界が印加される磁気抵抗効果素子にセン
ス電流をその膜面と交叉例えば垂直方向に通電する通電
方向に係わる向きを、特定の同一向きに規定することに
より、バイアス磁界で電流磁界の不均衡を打ち消すこと
による部分的な感度の低下を減少させ、安定して高出力
の磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果型磁気ヘッドを
構成するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明による磁気抵抗効
果素子においては、相対向する軟磁性材より成る第１お
よび第２の磁気シールド間に、磁気抵抗効果素子本体
と、これにバイアス磁界を印加する硬磁性層とが配置さ
れて成る。磁気抵抗効果素子本体は、少なくとも、外部
磁界に応じて磁化が回転する自由層と、固定層と、この
固定層の磁化を固定する反強磁性層と、自由層と固定層
との間に介在されるスペーサ層とが積層された積層構造
部より構成される。そして、磁気抵抗効果素子本体に、
その積層膜の膜面と交叉する方向にセンス電流を通電す
るＣＰＰ型構成とされ、また、積層膜の膜面方向に沿っ
て検出磁界を導入するようになされ、かつバイアス磁界
が、上述の検出磁界のほぼ導入方向と交叉し、かつ膜面
に沿う方向に印加するようになされる。本発明において
は、この構成にあって、特にその自由層において、検出
磁界が印加されない状態で、この検出磁界の導入側の前
方端とこれより後方端において実質的にこれに与えられ
る磁界、具体的には、主として上述したセンス電流によ
る誘導磁界（以下電流磁界ＨI という）とバイアス磁界
ＨB とによって決まる磁界を、同じ向きとなるように設
定するものである。
【００１０】また、本発明による磁気抵抗効果型磁気ヘ
ッドは、その感磁部が、上述した本発明による磁気抵抗
効果素子による構成とされるものである。
【００１１】上述したように、本発明においては、第１
および第２の磁気シールド間に磁気抵抗効果素子が配置
された、磁気シールド型構成とし、かつＣＰＰ型構成と
し、これに検出磁界が与えられない状態で、自由層の、
前方端と後方端とで、実際にはこれら前方端と後方端と
の中心部で、この自由層に与えられる磁界の向きＨFお
よびＨR が、同一向きとされたことによって自由層の側
端部のほぼ全域において磁区の発生を回避できることか
ら、効果的にバルクハウゼンノイズの改善、したがっ
て、安定して、再現性に優れた磁気抵抗効果素子および
磁気対向効果型磁気ヘッドを構成できる。そして、この
構成において、基本的には、｜ＨF ｜＞｜ＨR ｜とする
ことにより、すなわち検出磁束量の大きい前方におい
て、検出磁界と直交する方向の磁界が大とされた構成で
は、安定化が図られるものであり、また、逆に｜ＨF ｜
＜｜ＨR ｜においては、感度が高められることになる。
しかしながら、例えば後述するように、磁束ガイドを設
ける構造とするなどによって、ＨF とＨR とを同一向き
に選定した状態で、その磁界ＨF とＨR と、感度や安定
性の関係の設定を任意に選定することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明による磁気抵抗効果（Ｍ
Ｒ）素子と、これによるＭＲ型磁気ヘッドを説明する。
図１および図２は、それぞれ本発明によるＭＲ素子１０
およびこれを用いたＭＲ型磁気ヘッド１００の概略斜視
図を示す。ＭＲ素子１０は、相対向する第１および第２
の磁気シールド、例えば電極を兼ねる導電性を有する軟
磁性の第１および第２の電極兼磁気シールド２１および
２２間に、ＭＲ素子本体１１と、これにバイアス磁界を
印加する硬磁性層１２とが配置されて成る。
【００１３】図１に示す例においては、そのＭＲ素子本
体１１が、検出磁界導入面、すなわち前方面１３に臨ん
で配置された場合で、図２は、ＭＲ素子本体１１が、こ
の前方面１３より奥行き方向に後退した位置に配置さ
れ、前方面１３から導入される検出磁界、すなわち磁気
ヘッドにおいては、磁気記録媒体（図示せず）の記録部
からの信号磁界が、磁束ガイド層１４によってＭＲ素子
本体１１に導入する構成とされた場合である。この磁束
ガイド層１４は、自由層兼磁束ガイド層とすることもで
きるし、自由層に接合して形成することもできる。ま
た、これら図１および２において、各ＭＲ素子本体１１
の後方においても、磁束ガイド層１４が配置もしくは延
長して設けられた構成とすることが望ましい。また、第
１および第２電極兼磁気シールド２１および２２間に
は、例えばＡｌ 2 Ｏ3 より成る非磁性の絶縁層１５を埋
め込む。
【００１４】〔第１の実施形態〕この実施形態において
は、シングルＳＶ型ＧＭＲ構成による場合で、この場
合、そのＭＲ素子本体１１は、図３にその概略断面図を
示すように、少なくとも、検出磁界に応じて磁化が回転
する自由層１と、固定層２と、この固定層２の磁化を固
定する反強磁性層３と、自由層１と固定層２との間に介
在されるスペーサ層４とが積層される。図示の例では、
反強磁性層３の下面に下地層５が形成され、自由層１上
には、磁束ガイド層１４と、磁気ギャップ層６と、キャ
ップ層７とが形成された構成を有する。
【００１５】このＭＲ素子本体１１は、図１あるいは図
２に示すように、第１および第２の電極兼磁気シールド
２１および２２間に、ＭＲ素子本体１０の各層の面方向
が、これらシールド２１および２２に平行となるように
配置される。この場合、例えば厚さ１００μｍより成る
アルチック（ＡｌＴｉＣ）より成る基板１６上に、例え
ばメッキによって厚さ２μｍにＮｉＦｅより成る第１の
電極兼磁気シールド２１を形成し、この上に下地層５を
スパッタし、続いて図３で示した、ＭＲ素子１０を構成
する反強磁性層３、固定層２、スペーサ層４、自由層１
を順次スパッタして形成し、これら反強磁性層３、固定
層２、スペーサ層４、自由層１による積層膜を形成し、
この積層膜を例えばトラック幅方向に延在するストライ
プ状にパターニングして第１のストライプ部を形成す
る。
【００１６】この第１のストライプ部を埋込むように、
例えばＳｉＯ2 あるいはＡｌ2 Ｏ3による絶縁層１５を
形成し、自由層１が臨む平坦化表面を形成し、この上
に、例えば磁束ガイド層１４を構成する例えばＮｉＦｅ
層を形成し、この層と、下層の上述したストライプ部と
を含んで厚さ方向に、前述のストライプ方向と直交する
方向に延在するストライプ状にパターニングを行い第２
のストライプ部を形成する。
【００１７】このようにして、第１および第２ストライ
プ部の交叉部においてのみ、上述した積層膜が残されて
例えば１辺が１００ｎｍの正方形の、上述した反強磁性
層３、固定層２、スペーサ層４、自由層１の積層構造部
によるＭＲ素子本体１１を構成する。
【００１８】そして、ストライプ状の磁束ガイド層１４
が形成され、この下に上述した積層構造部によるＭＲ素
子本体１１が構成された第２のストライプ部を埋込むよ
うに、先ず例えばこの第２のストライプ部の両側面に被
着されるように、例えばＳｉＯ2 あるいはＡｌ2 Ｏ3 よ
りなる絶縁層１５と、硬磁性層１２と、同様の絶縁層１
５とを積層し、例えばリフトオフ法によって、第２のス
トライプ部上のこれら絶縁層１５と硬磁性層１２を選択
的に除去して表面平坦化を行い、この平坦化面上に、ギ
ャップ層６やキャップ層７を形成し、更に、この上に、
例えば厚さ２μｍのＮｉＦｅメッキ層による第２の電極
兼磁気シールド２２を形成する。
【００１９】このように、第１および第２の電極兼磁気
シールド２１および２２間に形成したＭＲ素子本体１１
は、その自由層１および磁束ガイド層１４が、第１およ
び第２の電極兼磁気シールド２１および２２間のほぼ中
央に位置するように、例えば図３に示したギャップ層７
の厚さが選定される。そして、この自由層１の両側端部
に対向する位置に、硬磁性層１２が対向するように配置
される。
【００２０】自由層１および固定層２は、それぞれ例え
ば厚さ５ｎｍのＣｏＦｅによって構成することができ
る。自由層１には、例えば５００〔Ｏｅ〕の磁界による
磁場中成膜および２００℃、１０００〔Ｏｅ〕、１時間
の真空中アニールによって、例えば図１中矢印ａで示す
膜面方向に異方性磁界５〔Ｏｅ〕程度の一軸異方性を付
与する。
【００２１】これら自由層１および固定層２間に介在さ
れるスペーサ層４は、例えば厚さ３ｎｍのＣｕによって
構成することができる。また、反強磁性層３は、例えば
厚さ３４．５ｎｍを有する例えばＰｔＭｎによって構成
することができる。
【００２２】硬磁性層１２は、図１および図２で示すよ
うに、自由層の異方性磁界と同方向の一方の向きに矢印
ｂをもって示す着磁がなされる。この硬磁性層１２は、
絶縁層１５によって埋め込まれて、ＭＲ素子本体１１と
電気的に分離される場合は、導電性を有する例えば厚さ
４０ｎｍを有するＣｏＣｒＰｔより構成することができ
る。このＣｏＣｒＰｔより成る硬磁性層１２の残留磁化
は６７０〔emu/cm3 〕とされる。また、この硬磁性層１
２が、ＭＲ素子本体１１と電気的に分離されない場合
は、高抵抗のＣｏ−Ｆｅ2 Ｏ3 によって構成することが
できる。
【００２３】下地層５およびキャップ層７は、それぞれ
例えば厚さ３ｎｍのＴａより構成することができる。磁
気ギャップ層６は、厚さ３４．５ｎｍの非磁性の例えば
Ｃｕによって構成できる。この構成において、磁束ガイ
ド層１４をもって自由層１を兼ねる構造とすることもで
きる。
【００２４】そして、その前方面１３を形成する研磨が
なされ、これに、図１に示すように、直接的にＭＲ素子
本体１１を臨ましめ、これより後方に磁束ガイド層１４
が延在された構成とするか、あるいは図２に示すよう
に、この前方面１３に磁束ガイド層１４の前方端が臨
み、これより奥行き方向に後退した位置にＭＲ素子本体
１１が配置された構成とすることができる。
【００２５】このＭＲ素子１０による磁気ヘッド１００
においては、その前方面１３が磁気記録媒体との対接な
いしは対向面を構成する。例えば浮上型磁気ヘッドにお
いては、この前方面が、磁気記録媒体例えば磁気ディス
クの磁気ヘッドとの相対的移行による空気流によって記
録媒体面から所要スペーシングをもって浮上するいわゆ
るＡＢＳ面（Air Bearing Surface)となる。
【００２６】そして、本発明においては、この構成にお
いて、第１および第２の電極兼磁気シールド２１および
２２間に、すなわちＭＲ素子本体１１に、その積層膜の
膜面と交叉する方向にセンス電流を通電するＣＰＰ型構
成とする。また、積層膜の膜面方向に沿って検出磁界を
導入するようになされ、かつ硬磁性層１２によるバイア
ス磁界ＨB が、図１および図２中矢印ｂで示すように、
上述の検出磁界のほぼ導入方向と交叉し、かつ膜面に沿
う、すなわち自由層の矢印ａで示す異方性磁界方向に沿
う例えば矢印ｂで示す向きに印加するようになされる。
【００２７】そして、本発明においては、例えばこのよ
うな構成にあって、特にその自由層において、後に詳述
するが、検出磁界が印加されない状態で、この検出磁界
の導入側の前方端とこれより後方端において実質的にこ
れに与えられる磁界、具体的には、主として上述したセ
ンス電流による誘導磁界、すなわち電流磁界ＨI と、上
述したバイアス磁界ＨB とによって決まる磁界が、同じ
向きとなるように設定するものである。
【００２８】〔第２の実施形態〕この実施形態において
は、図５および図６に図１および図２の概略縦断面図を
示すように、共通の磁束ガイド層もしくは自由層兼磁束
ガイド層１４を挟んで対称的に対のＳＶ型ＧＭＲ構成に
よるＭＲ素子本体１１Ａおよび１１Ｂが積層された構成
とした、いわゆるデュアル型ＳＶ型ＧＭＲ素子１０構成
とした場合である。
【００２９】すなわち、この場合、図４にそのＭＲ素子
本体１１の概略断面図を示すように、自由層１Ａおよび
１Ｂを兼ねる自由層兼磁束ガイド層１４を挟んでその両
面に各素子本体１１Ａおよび１１Ｂを構成するスペーサ
４Ａおよび４Ｂ、固定層２Ａおよび２Ｂ、反強磁性層３
Ａおよび３Ｂが配置された構成とされる。図４におい
て、図３と対応する部分には同一符号を付して重複説明
を省略する。自由層兼磁束ガイド層１４、スペーサ層４
Ａおよび４Ｂ、固定層２Ａおよび２Ｂ、反強磁性層３Ａ
および３Ｂは、例えば前述した第１の実施形態における
各自由層１もしくは磁束ガイド層１４、スペーサ層４、
固定層２、反強磁性層３と同様の構成とすることができ
る。
【００３０】また、この実施形態においても、このＭＲ
素子１０による磁気ヘッド１００においては、その前方
面１３が磁気記録媒体との対接ないしは対向面を構成す
る。例えば浮上型磁気ヘッドにおいては、この前方面
が、磁気記録媒体例えば磁気ディスクの磁気ヘッドとの
相対的移行による空気流によって記録媒体面から所要ス
ペーシングをもって浮上するいわゆるＡＢＳ面（Air Be
aring Surface)となる。
【００３１】また、この場合においても、第１および第
２の電極兼磁気シールド２１および２２間に、すなわち
ＭＲ素子本体１１に、その積層膜の膜面と交叉する方向
にセンス電流を通電するＣＰＰ型構成とする。また、積
層膜の膜面方向に沿って検出磁界を導入するようになさ
れ、かつ硬磁性層１２によるバイアス磁界ＨB が、上述
の検出磁界のほぼ導入方向と交叉し、かつ膜面に沿う、
すなわち自由層の矢印ａで示す異方性磁界方向に沿う例
えば矢印ｂで示す一つの向きに印加するようになされ
る。
【００３２】そして、本発明においては、例えばこのよ
うな構成にあって、特にその自由層において、後に詳述
するが、検出磁界が印加されない状態で、この検出磁界
の導入側の前方端とこれより後方端において実質的にこ
れに与えられる磁界、具体的には、主として上述したセ
ンス電流による誘導磁界、すなわち電流磁界ＨI と、上
述したバイアス磁界ＨB とによって決まる磁界が、同じ
向きとなるように設定するものである。
【００３３】〔第３の実施形態〕この実施形態において
は、ＴＮ型ＭＲ構成とした場合で、この実施形態におい
ては、前述の第１の実施形態におけるスペーサ層４を、
例えば厚さ０．６のＡｌを陽極酸化することによって形
成したＡｌ2 Ｏ3 によって構成していわゆるトンネルバ
リア層によって形成するほかは、第１の実施形態と同様
の構成とするものである。
【００３４】〔第４の実施形態〕この実施形態において
は、ＴＮ型ＭＲ構成とした場合で、この実施形態におい
ては、前述の第２の実施形態におけるスペーサ層４を、
例えば厚さ０．６のＡｌを陽極酸化することによって形
成したＡｌ2 Ｏ3 によって構成していわゆるトンネルバ
リア層によって形成するほかは、第２の実施形態と同様
の構成とするものである。
【００３５】前述したように、本発明によるＭＲ素子１
０あるいは磁気ヘッド１００は、その自由層において、
後に詳述するが、検出磁界が印加されない状態で、この
検出磁界の導入側の前方端とこれより後方端において実
質的にこれに与えられる磁界、具体的には、主として上
述したセンス電流による誘導磁界、すなわち電流磁界Ｈ
I と、上述したバイアス磁界ＨB とによって決まる磁界
が、同じ向きとなるように設定するものであるが、これ
について説明する。
【００３６】図７は、自由層１に印加されるバイアス磁
界の方向ＨB と、有限要素法による数値計算によって求
められた膜面内の電流磁界（矢印ｃ）とを示している。
図７においては、紙面と直交する上方にセンス電流Ｉｓ
を通電した状態を示している。本発明においては、この
自由層１の前方端と１F と後方端１R の、各中央部にお
いて、この自由層１に与えられる磁界の向きが、自由層
１の異方性磁界に沿いかつ同一向きとなるようにするも
のである。
【００３７】これについて説明する。ビオ・サバールの
法則と、図８に示すように定義した座標系から導かれる
下記数１から、自由層の外部磁界（検出磁界）Ｈsig に
平行な中心線Ａ上の電流磁界ＨI の、外部磁界Ｈsig と
垂直な方向ｘの成分Ｈｘを算出すると、図９Ａ中、破線
のように算出される。この場合、磁界成分Ｈｘにおい
て、バイアス磁界ＨB と同方向の極性を正として示し
た。
【００３８】
【数１】
【００３９】この場合、先端、すなわち前方端１F にお
ける電流磁界成分Ｈｘは、−１２０〔Ｏｅ〕で、磁気異
方性磁界より大となることから、自由層１の単磁区化に
は、バイアス磁界ＨB の印加が不可欠であることが分か
る。そして、この場合、磁界成分Ｈｘが最も大きくなる
中心線Ａにおいて、電流磁界成分Ｈｘとバイアス磁界Ｈ
B の合成磁界の向きが同一の向きとなるようなバイアス
磁界の強度が最低限必要である。そこで、中心線Ａ上に
印加されるバイアス磁界が、１２０〔Ｏｅ〕を越える例
えば１３０〔Ｏｅ〕になるように、硬磁性層１２の材料
特性および膜厚を調整する。その結果、中心線Ａ上の合
成磁界が、同図９Ａ中、実線曲線となるようにする。
【００４０】このようにすることにより、中心線Ａ上の
みならず、自由層１の全域において電流磁界ＨI とバイ
アス磁界ＨB との合成磁界が、外部磁界（検出磁界）Ｈ
sigの方向と交叉例えば直交する方向の、同一向きとな
り、自由層１は、その全域において単磁区化することが
できる。
【００４１】しかしながら、このとき、自由層１の後端
１R においては、２７０〔Ｏｅ〕という大きな合成磁界
が印加されることになり、自由層１の後端で感度の低下
が生じると考えられる。ところが、上述した本発明構成
においては、ＭＲ素子１０を、第１および第２の磁気シ
ールド２１および２２によって挟み込んだ構成、いわゆ
るシールド型構成としたことにより、検出磁界の導入領
域、すなわち検知空間が制限されて、その分解能が高め
られている。このシールド型構成とされる場合、検出磁
界の磁束が自由層の前方端（先端）から後方端に伝搬す
るに際し、一般に隣接するシールド２１および２２への
磁束漏洩によって磁界の減衰が生じる。
【００４２】この磁界の減衰の度合は、下記数２に定義
される磁束進入特性長λを使って下記数３で表せること
が知られている。
【００４３】
【数２】
【００４４】
【数３】
【００４５】上述の本発明構成においては、図９Ｃのよ
うに求められ、この図９Ｃから、自由層１の後方端部で
は磁束が減衰してしまっていることが分かる。すなわ
ち、自由層１において、その前方端１F に比し、後端部
１R における磁気抵抗変化への寄与は、きわめて小さい
ことが分かる。したがって、前述したように、自由層１
の後端部において著しくｘ方向成分の磁界が大きくなっ
ても、これによる不都合は回避される。
【００４６】一方、図７に示すセンス電流Ｉｓの通電方
向とは逆向きの通電方向とした場合は、同様の中心線Ａ
における外部磁界Ｈsig と垂直な方向ｘの成分Ｈｘを算
出すると、図９Ｂ中、破線のように算出される。また、
自由層１を単磁区化するために必要なバイアス磁界を印
加すると、図９Ｂ中実線のようになる。そして、この場
合は、感度の高くなるのは自由層１の後端部１R 付近と
なるが、上述した磁束の減衰の効果により、その利益を
享受することは殆どできない。
【００４７】つまり、本発明においては、バイアス磁界
ＨB の向きおよび強さと、センス電流の通電方向および
通電電流量すなわち電流磁界ＨI の向きおよび強さとの
相対関係の選定によって、より効率良く、検出磁界Ｈsi
g の磁界変化を検知すること、すなわち高い再生出力を
実現できることになる。
【００４８】更に、図１０を参照して説明するに、この
図においては、対のＭＲ素子本体１１Ａおよび１１Ｂ
が、自由層１兼磁束ガイド層１４を挟んで配置されたデ
ュアル型ＭＲ素子における磁界分布を示したものであ
る。図１０中、曲線３１は、センス電流の通電のみによ
る、すなわちバイアス磁界が印加されない状態での電流
磁界ＨI の磁界分布を示し、曲線３２は、この電流磁界
ＨI に対し、自由層１の前方端１Ｆにおける磁界ＨI と
同じ向きのバイアス磁界ＨB を印加した場合で、前方端
側および後方端側のそれぞれの電流磁界ＨI とバイアス
磁界ＨB との各総和（以下総磁界という）の磁界ＨF お
よびＨR は同一向きとするものの、これら、電流磁界の
大きさを、｜ＨF ｜＞｜ＨR ｜とした場合である。ま
た、曲線３３は、曲線３２の場合とは、逆向きのバイア
ス磁界ＨB を印加して同様に、後方端側の磁界ＨR と前
方端側ＨF を同一向きとするものの、｜ＨF｜＜｜ＨB
｜とした場合である。
【００４９】前述したように、素子の感度の向上を図る
上では、｜ＨF ｜＜｜ＨR ｜となる曲線３３の状態の方
が好ましい。しかし、図１０に示すような、磁束ガイド
層１４を備えた磁気抵抗効果素子の場合、磁束ガイド層
１４に印加される電流磁界ＨI およびバイアス磁界ＨB
が素子の再生出力に影響を及ぼす。すなわち、曲線３３
の状態においては、｜ＨF ｜が小さいために、磁束効率
の高い前方端で感度が高くすることができるが、｜ＨR
｜が大きいために、磁束ガイド層１４の、素子本体１１
Ａおよび１１Ｂの後方にある部分での磁束引き出し効果
が小さくなり、素子本体１１Ａおよび１１Ｂから磁気シ
ールドに直接漏洩する磁束が増えてしまう。一方、曲線
３２の状態においては、｜ＨF ｜が大きいために、磁束
効率の高い前方端で感度が低くなってしまうが｜ＨR ｜
が小さいために磁束ガイド層１４の素子本体１１Ａおよ
び１１Ｂの後方にある部分での磁束引き出し効果が大き
くなり、素子本体１１Ａおよび１１Ｂから磁気シールド
に直接漏洩する磁束を減らすことができる。つまり、素
子感度は大きいが磁束漏洩が多い曲線３３の状態と、素
子感度は小さいが磁束漏洩が少ない曲線３２の状態とで
は、どちらの再生出力が高いとは一概には言えず、素子
の構造によって変わってくる。したがって、素子の構造
や、寸法に応じて、どちらの構成を選択するかが決定さ
れる。更に、曲線３２の状態と曲線３３の状態における
再生出力の差が余り大きくない場合には、再生出力への
寄与が高い前方端において電流磁界ＨI とバイアス磁界
ＨB の和が大きく、安定性に優れた曲線３２の状態にな
るような構成を選択することが好ましい。
【００５０】すなわち、本発明構成によれば、自由層１
の前方および後方の全域に渡って、総磁界を同一向きと
したことにより、単磁区化が全域に渡ってなされること
から、バルクハウゼンノイズを効果的に改善でき、しか
も、この総磁界の大きさを前方端で大きく、あるいは後
方端で大きくすることによって、より感度の向上、ある
いは安定性を高めるという効果を奏することができるも
のである。
【００５１】また、本発明による磁気ヘッド１００は、
磁気記録媒体からの信号検出すなわち再生ヘッドとして
用いることができるが、記録再生ヘッドを構成する場合
においては、例えば図１あるいは図２における例えば第
２の磁気シールド兼電極２２上に誘導型薄膜記録ヘッド
を配置して一体化した構成とすることができる。
【００５２】図１１は、その一例の概略斜視図を示すも
ので、この例においては、本発明によるＭＲ素子を感磁
部とする本発明による磁気ヘッド１００上に、例えば電
磁誘導型の薄膜磁気記録ヘッド１３０を積層することに
よって磁気記録再生ヘッドとして構成することができ
る。そして、前方面１３に臨む部分において記録ヘッド
１３０の磁気ギャップを構成する例えばＳｉＯ2 等より
成る非磁性層１３１を形成する。そして、後方部上に、
例えば導電層がパターニングされて成るコイル１３２が
形成され、このコイル１３２上には、絶縁層が被覆さ
れ、このコイル１３２の中心部には、絶縁層および非磁
性層１３１に透孔１３３が穿設されて第２のシールド兼
電極２を露出する。
【００５３】一方、非磁性層１３１上に、前方面３の前
方端を臨ぞませ、コイル１３２の形成部上を横切って透
孔１３３を通じて露出する第２のシールド兼電極層２２
上に接触して磁気コア層１３４を形成する。このように
して磁気コア層１３４の前方端と第２のシールド兼電極
層２との間に非磁性層１３１の厚さによって規定された
磁気ギャップｇが形成された電磁誘導型の薄膜記録磁気
ヘッド１３０を構成する。この磁気ヘッド１３０上に
は、鎖線図示のように、絶縁層による保護層１３５が形
成される。
【００５４】このようにして、本発明による磁気抵抗効
果型の再生磁気ヘッド１００と、薄膜型の記録ヘッド１
３０とが積層されて一体化されてなる記録再生磁気ヘッ
ドを構成することができる。
【００５５】尚、本発明は、上述した例に限定されるも
のではなく、例えば固定層を積層フェリ構造としたいわ
ゆるシンセティック型、シングルあるいはデュアル型構
成とするなど、また、各層の構成材料、厚さも、上述し
た例に限定されることなく種々の構成に変更することが
できる。
【００５６】
【発明の効果】上述したように、本発明に構成では、第
１および第２の磁気シールド間に磁気抵抗効果素子が配
置された、磁気シールド型構成とし、かつＣＰＰ型構成
とし、これに検出磁界が与えられない状態で、自由層
の、前方端と後方端とで、実際にはこれら前方端と後方
端とに渡って、この自由層に与えられる磁界の向き、す
なわち総磁界を同一向きとしたことによって自由層の側
端部の全域に渡って単磁区構成とすることができること
から、効果的にバルクハウゼンノイズの改善が図られ
る。更に、自由層の前方端と後方端における各総磁界｜
ＨF ｜および｜ＨR ｜を、｜ＨF ｜＜｜ＨR ｜あるいは
｜ＨF ｜＞｜ＨR ｜とすることにより、より安定化ある
いはより感度の向上を図ることができるものであり、再
現性にすぐれた磁気抵抗効果素子、またこれを感磁部と
する磁気ヘッドを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による磁気抵抗効果素子および磁気ヘッ
ドの一例の概略斜視図である。
【図２】本発明による磁気磁気抵抗効果素子および磁気
ヘッドの他の一例の概略斜視図である。
【図３】本発明の磁気抵抗効果素子本体の一例の概略断
面図である。
【図４】本発明の磁気抵抗効果素子本体の他の一例の概
略断面図である。
【図５】本発明による磁気抵抗効果素子および磁気ヘッ
ドの一例の概略概略斜視図である。
【図６】本発明による磁気磁気抵抗効果素子および磁気
ヘッドの他の一例の概略断面図である。
【図７】本発明の構成の説明に供する自由層のセンス電
流による誘導電流を示す図である。
【図８】本発明の説明に供する座標系を示す図である。
【図９】Ａ，ＢおよびＣは、磁気抵抗効果素子の自由層
の奥行き方向の磁界分布曲線図および規格化した磁束分
布曲線図である。
【図１０】磁気抵抗効果素子の奥行き方向の磁界分布を
示す図である。
【図１１】本発明による磁気ヘッドを用いた記録再生磁
気ヘッドの一例の概略斜視図である。
【図１２】センス電流と電流磁界を示す図である。
【符号の説明】
１・・・自由層、１F ・・・前方端、１R ・・・後方
端、２，２Ａ，２Ｂ・・・固定層、３，３Ａ，３Ｂ・・
・反強磁性層、４，４Ａ，４Ｂ・・・スペーサ層、５・
・・下地層、６・・・磁気ギャップ層、７・・・キャッ
プ層、１０・・・ＭＲ素子層、１１・・・ＭＲ素子本
体、１２・・・硬磁性層、１３・・・前方面、１４・・
・磁束ガイド層、１５・・・絶縁層、１６・・・基板、
１００・・・ＭＲ型磁気ヘッド、１３０・・・磁気誘導
型薄膜磁気ヘッド、１３１・・・非磁性層、１３２・・
・コイル、１３３・・・透孔、１３４・・・磁気コア
層、１３５・・・保護層
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G017 AA10 AC01 AD55 5D034 BA04 BA05 BA08 BA12 BA15 CA04 CA08 5E049 AA04 AC05 BA12 DB12

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 相対向する軟磁性材より成る第１および
    第２の磁気シールド間に、 少なくとも、外部磁界に応じて磁化が回転する自由層
    と、固定層と、該固定層の磁化を固定する反強磁性層
    と、上記自由層と上記固定層との間に介在されるスペー
    サ層とが積層された磁気抵抗効果素子本体と、 該磁気抵抗効果素子本体にバイアス磁界を印加する硬磁
    性層とが配置され、 上記磁気抵抗効果素子本体に、その積層膜の膜面と交叉
    する方向にセンス電流を通電し、上記積層膜の膜面方向
    に沿って検出磁界を導入するようになされ、 上記バイアス磁界を、ほぼ上記検出磁界の導入方向と交
    叉し、かつ上記膜面に沿う方向に印加するようになさ
    れ、 上記自由層において、上記検出磁界が印加されない状態
    で、上記検出磁界の導入側の前方端とこれより後方端に
    おいて実質的に与えられる磁界の向きが同じ向きとなる
    ように設定されたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  2. 【請求項２】 上記自由層における上記検出磁界が印加
    されない状態での上記検出磁界の導入側の前方端とこれ
    より後方端において実質的に与えられる磁界が、上記後
    方端側で大となるように設定されたことを特徴とする請
    求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
  3. 【請求項３】 上記自由層における上記検出磁界が印加
    されない状態での上記検出磁界の導入側の前方端とこれ
    より後方端において実質的に与えられる磁界が、上記前
    方端側で大となるように設定されたことを特徴とする請
    求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
  4. 【請求項４】 上記磁気抵抗効果素子本体が、 そのスペーサ層が、非磁性層より成るスピンバルブ型構
    成とされたことを特徴とする請求項１、２または３に記
    載の磁気抵抗効果素子。
  5. 【請求項５】 上記磁気抵抗効果素子本体が、 そのスペーサ層が、トンネルバリア層より成るトンネル
    型構成とされたことを特徴とする請求項１、２または３
    に記載の磁気抵抗効果素子。
  6. 【請求項６】 磁気抵抗効果型磁気ヘッドの感磁部が、
    磁気抵抗効果素子より構成され、 該磁気抵抗効果素子が、相対向する軟磁性材より成る第
    １および第２の磁気シールド間に、 少なくとも、外部磁界に応じて磁化が回転する自由層
    と、固定層と、該固定層の磁化を固定する反強磁性層
    と、上記自由層と上記固定層との間に介在されるスペー
    サ層とが積層された磁気抵抗効果素子本体と、 該磁気抵抗効果素子本体にバイアス磁界を印加する硬磁
    性層とが配置され、 上記磁気抵抗効果素子本体に、その積層膜の膜面と交叉
    する方向にセンス電流を通電し、上記積層膜の膜面方向
    に沿って検出磁界を導入するようになされ、 上記バイアス磁界を、ほぼ上記検出磁界の導入方向と交
    叉し、かつ上記膜面に沿う方向に印加するようになさ
    れ、 上記自由層において、上記検出磁界が印加されない状態
    で、上記検出磁界の導入側の前方端とこれより後方端に
    おいて実質的に与えられる磁界の向きが同じ向きとなる
    ように設定されたことを特徴とする磁気抵抗効果型磁気
    ヘッド。
  7. 【請求項７】 上記自由層における上記検出磁界が印加
    されない状態での上記検出磁界の導入側の前方端とこれ
    より後方端において実質的に与えられる磁界が、上記後
    方端側で大となるように設定されたことを特徴とする請
    求項６に記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
  8. 【請求項８】 上記自由層における上記検出磁界が印加
    されない状態での上記検出磁界の導入側の前方端とこれ
    より後方端において実質的に与えられる磁界が、上記前
    方端側で大となるように設定されたことを特徴とする請
    求項６に記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
  9. 【請求項９】 上記磁気抵抗効果素子本体が、 そのスペーサ層が、非磁性層より成るスピンバルブ型構
    成とされたことを特徴とする請求項６、７または８に記
    載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
  10. 【請求項１０】 上記磁気抵抗効果素子本体が、 そのスペーサ層が、トンネルバリア層より成るトンネル
    型構成とされたことを特徴とする請求項６、７または８
    に記載の磁気抵抗効果効果型磁気ヘッド。
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