JP2002222505A

JP2002222505A - 磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッド及び磁気再生装置

Info

Publication number: JP2002222505A
Application number: JP2001016276A
Authority: JP
Inventors: Kenji Machida; 賢司町田; Naoto Hayashi; 直人林; Yasuyoshi Miyamoto; 泰敬宮本; Takahiko Tamaki; 孝彦玉城
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2001-01-24
Filing date: 2001-01-24
Publication date: 2002-08-09

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】簡単な構成で製作が容易であり、しかも再生
感度の優れた磁気抵抗効果素子を用いる薄膜磁気ヘッド
を提供する。【解決手段】磁気記録媒体１０に記録された磁気情報
を検出する磁気抵抗効果素子１１０と、前記磁気記録媒
体の表面に対向する再生ギャップを形成しつつ前記磁気
抵抗効果素子と磁気回路を形成するように配置される第
１ヨーク１０２及び第２ヨーク１０３を有する磁気ヘッ
ドであって、前記第１ヨーク１０２及び前記第２ヨーク
１０３のそれぞれは、互いに重なり合うように配置され
る前部１０２ａ，１０３ａと、互いに距離をもって配置
される後部１０２ｂ，１０３ｂとで形成され、前記第１
ヨークの後部１０２ｂと前記第２ヨークの後部１０３ｂ
とを橋渡しするように、前記磁気抵抗効果素子１１０が
配設される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気記録媒体に磁
気的に記録されたデジタル情報を読取るために磁気抵抗
効果（ＭＲ）素子を用いる薄膜磁気ヘッドに関する。Ｍ
Ｒ素子を用いる薄膜磁気ヘッドは、コンピュータ用の大
容量記憶装置、ビデオテープレコーダ、ビデオハードデ
ィスクなどに幅広く採用されている。昨今のデジタル情
報時代においては更なる大容量化、すなわち高記録密度
化の要請が高い。

【０００２】本発明の薄膜磁気ヘッドは超高記録密度で
の磁気記録を可能とするものであり、情報通信、映像音
声などのあるゆるデジタル情報を磁気的に記録する種々
の装置に搭載され、磁気的に記録された情報を高感度に
再生することができる。

【０００３】

【従来の技術】従来からＭＲ素子を用いた薄膜磁気ヘッ
ドの１つの形態としてヨーク型の磁気ヘッドが知られて
いる。従来のヨーク型磁気ヘッドは、例えば、磁気記録
媒体上に記録された信号ビットを検出するように、再生
ギャップを設けたヨークを備える構成である。このヨー
クは端部に僅かな間隙を持って形成された前記再生ギャ
ップを有し、全体として略環状をなすように形成されて
いる。このヨークの途中にＭＲ素子が配置されている。
このような構成で、再生ギャップ、ヨーク、ＭＲ素子及
びヨークによる磁気回路を構成する。

【０００４】ＭＲ素子としては巨大磁気抵抗効果を利用
するスピンバルブ素子が良く知られているが、最近特に
ＭＲ素子の１つとして非常に高い感度を有するトンネル
磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子が注目されている。このＴ
ＭＲ素子を用いることにより高い再生出力を得ることが
できるので、これを前記ヨークの途中に配置させたヨー
ク型ＴＭＲヘッドの提案もある。

【０００５】図１０及び図１１は、従来のヨーク型ＴＭ
Ｒヘッドの一例を示している。図１０はヨーク型ＴＭＲ
ヘッド５００を側部から見た構成を示す図であり、図１
１は同ヨーク型ＴＭＲヘッド５００を上部から見た構成
を示す図である。ヨーク型ＴＭＲヘッド５００は、非磁
性の基板５０１上に強磁性膜で形成された下部ヨーク５
０２及び上部ヨーク５０３を備えている。下部ヨーク５
０２及び上部ヨーク５０３は一端（図１０において右
側）で接続され、他端（図１０において左側）は再生ギ
ャップ５２０を形成すべく所定間隔を持って配置されて
いる。下部ヨーク５０２は、さらに下部ヨーク前部５０
２ａ及び下部ヨーク後部５０２ｂで構成され、これらの
間にＴＭＲ素子５１０が介在するように配置された構造
である。

【０００６】このＴＭＲ素子５１０は、少なくとも１層
以上の絶縁層（トンネル絶縁層）を有し、この絶縁層を
間にして両側に、各々少なくとも１層の強磁性層を設け
て絶縁層を挟み込む様に形成した公知の積層構造を備え
ている。

【０００７】このような構成で、再生ギャップ５２０、
下部ヨーク前部５０２ａ、ＴＭＲ素子５１０、下部ヨー
ク後部５０２ｂ及び上部ヨーク５０３による磁気回路を
形成している。

【０００８】さらに、前記ヨーク型ＴＭＲヘッド５００
の電気的な接続について説明する。ヨーク型ＴＭＲヘッ
ド５００は、ＴＭＲ素子５１０の上下を挟み込むように
上部引出し電極５０８と、下部引出し電極５０６とが配
設されている。これら上下の電極同士は互いに絶縁さ
れ、上部引出し電極５０８からの出力検出電流はＴＭＲ
素子５１０を介して下部引出し電極５０６へ流れる。よ
って、ＴＭＲ素子５１０の磁気的な変化は、上部引出し
電極５０８と下部引出し電極５０６との電圧変化として
検出できる。

【０００９】すなわち、上記ヨーク型ＴＭＲヘッド５０
０においては、再生ギャップ５２０にて磁気記録媒体１
０からの信号磁束を検出し、その大部分の信号磁束が前
記磁気回路の一部を構成するＴＭＲ素子５１０において
電気信号に変換され、再生出力を得る構成である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記ヨーク
型ＴＭＲヘッド５００で、上部ヨーク５０３の下面とこ
れに対向配置されている下部ヨーク５０２間、或いはＴ
ＭＲ素子５１０の下面とこれに対向配置される下部ヨー
ク５０２間で、磁気記録媒体１０からの信号磁束が短絡
するとＴＭＲ素子５１０への信号磁束が十分に供給され
ないことになる。このような磁気的な短絡が生じて信号
磁束の減衰があると、ＴＭＲ素子５１０の磁気的変化に
基づく電圧変化が減少して磁気ヘッドとしての検出感度
が低下する。そこで、従来は係る信号磁束の短絡を防止
するために、上部ヨーク５０３と下部ヨーク５０２との
間に溝５０９を形成し、この溝５０９を非磁性絶縁膜５
２１で満たして確実な磁気絶縁がなされる構造としてい
る。

【００１１】さらに、前記溝５０９を形成するには、精
密な機械加工或いはイオンミリング法等の高精度な薄膜
パターニング技術を用いて薄膜形成加工を施することが
必要となる。しかし、前記機械加工や薄膜形成加工を精
密に実行しても、１００（Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ^２）以上
に用いる薄膜磁気ヘッドを作製することは極めて困難と
なってきている。また、これらの加工法で作製された磁
気ヘッドの特性にはバラツキが生じるという問題があ
る。

【００１２】また、前述した信号磁束の漏洩を確実に防
止するには、前記非磁性絶縁膜５２１の深さは、少なく
とも数μｍ程度となるように形成する必要がある。その
ため、前述した再生ギャップ５２０、下部ヨーク前部５
０２ａ、ＴＭＲ素子５１０、下部ヨーク後部５０２ｂ及
び上部ヨーク５０３とで形成される環状の磁気回路長を
短くすることには限界がある。その結果、ＴＭＲ素子を
用いた磁気ヘッドとしてもその機能を効果的に用いるこ
とができず、ＴＭＲ素子本来の高い再生出力を得ること
ができないという問題があった。

【００１３】また、再生ギャップ５２０から見て、磁気
ヘッド内の構造が対称的とはならないので、磁気記録媒
体からの信号磁束を再生すると、例えば図１２に一例と
して示すように、その再生波形に歪みが生じるという問
題がある。この歪みは、特に磁気記録媒体からの長波長
の記録信号を再生するときに顕著な問題となって現われ
る。

【００１４】またさらに、図１０及び図１１に示した前
記ヨーク型ＴＭＲヘッド５００は、前述したように小さ
く形成することに限界があるので、垂直記録型の磁性層
を採用する垂直磁気記録媒体から磁気情報を再生すると
ビット誤りを生じ易いという問題も有している。垂直磁
気記録媒体は磁性層を形成している膜面に対して垂直な
方向に磁化を反転させて記録をしている。この磁気情報
を再生する際、ヨーク５０２、５０３間に形成された再
生ギャップ５２０で信号磁束を捉えるが、ヨーク端部の
膜厚（下部ヨーク前部５０２ａと上部ヨーク５０３の膜
厚）は再生ギャップ５２０のギャップ長Ｔｇの２倍程度
までに抑えることが望ましい。

【００１５】しかし、上部ヨーク５０３の膜厚Ｔ_１と下
部ヨーク前部５０２ａの膜厚Ｔ_２は、図１０に示すよう
にギャップ長Ｔ_ｇの２倍を大きく上回る厚さとなってし
まう。このように垂直磁気記録媒体に対向するヨークの
膜厚が厚過ぎると、垂直磁気記録媒体からの信号磁束が
ヨークの前端で損失する割合が大きくなり、長波長の再
生出力に対する短波長の再生出力の割合が著しく低下す
るので再生時に前述したビット誤りを生じることにな
る。

【００１６】したがって、本発明の主な目的は、簡単な
構成で製作が容易であり、しかも再生感度の優れた、磁
気抵抗効果素子を用いる薄膜磁気ヘッドを提供すること
であり、好ましくは強磁性トンネル効果型のＭＲ素子を
用いることで垂直磁気記録媒体の磁気情報でも高い再生
出力を得ることができる薄膜磁気ヘッドを提供すること
である。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的は請求項１に記
載の如く、磁気記録媒体に記録された磁気情報を検出す
る磁気抵抗効果素子と、前記磁気記録媒体の表面に対向
する再生ギャップを形成しつつ前記磁気抵抗効果素子と
磁気回路を形成するように配置される第１ヨーク及び第
２ヨークを有する磁気ヘッドであって、前記第１ヨーク
及び前記第２ヨークのそれぞれは、互いに重なり合うよ
うに配置される前部と、互いに距離をもって配置される
後部とで形成され、前記第１ヨークの後部と前記第２ヨ
ークの後部とを橋渡しするように、前記磁気抵抗効果素
子が配設されている、構成により達成される。

【００１８】また、請求項２に記載される如く、請求項
１に記載の磁気ヘッドにおいて、前記磁気抵抗効果素子
は、少なくとも１層の絶縁層と該絶縁層の両側を挟むよ
うに形成した各々少なくとも１層の強磁性層とを含む、
トンネル磁気抵抗効果素子である、構成とすることがで
きる。

【００１９】また、請求項３に記載される如く、請求項
２に記載の磁気ヘッドにおいて、前記強磁性層であっ
て、前記磁気記録媒体からの信号磁束によって磁化の向
きを変更させる磁化自由層を、前記第１ヨークの後部及
び前記第２ヨークの後部に接触するように形成した、構
成とすることができる。

【００２０】また、請求項４に記載される如く、請求項
３に記載の磁気ヘッドにおいて、前記磁化自由層と前記
第１ヨークの後部及び前記第２ヨークの後部との接触部
は、互いの端部がオーバーラップするように形成されて
いる、構成とすることができる。

【００２１】また、請求項５に記載される如く、請求項
３又は４に記載の磁気ヘッドにおいて、前記磁化自由層
の膜厚は１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲に設定されてい
る、構成とすることが好ましい。

【００２２】また、請求項６に記載される如く、請求項
１から５いずれかに記載の磁気ヘッドにおいて、前記第
１ヨーク及び前記第２ヨークの各々は、前記前部よりも
前記後部の膜厚が厚くなるように形成されている、構成
とすることが好ましい。

【００２３】また、請求項７に記載される如く、請求項
１から６いずれかに記載の磁気ヘッドにおいて、前記第
１ヨーク及び前記第２ヨークの前部の膜厚は、前記再生
ギャップの長さの２倍以下である、構成とすることがで
きる。

【００２４】また、請求項８に記載される如く、請求項
１から７いずれかに記載の磁気ヘッドにおいて、前記第
１ヨーク前部の飽和磁化量と膜厚をそれぞれＭｓ_１、ｔ
_１とし、前記第２ヨーク前部の飽和磁化量と膜厚をそれ
ぞれＭｓ_２、ｔ_２とし、前記磁気記録媒体の残留磁化量
と磁気記録層の膜厚をそれぞれＭｒ、δとしたときに、
次の条件：２Ｍｒ・δ≦Ｍｓ_１・ｔ_１かつ２
Ｍｒ・δ≦Ｍｓ_２・ｔ _２が成立するように形成されてい
る、構成が好ましい。

【００２５】そして、請求項９に記載される如く、請求
項１から８いずれかに記載の磁気ヘッドを用いて、磁気
記録媒体に記録された磁気情報を再生する磁気再生装置
を構成することができる。

【００２６】本発明によれば、従来のように溝を形成す
ることがなく製作が容易であり、磁気回路を小さく形成
できるので再生出力を向上させることができる薄膜磁気
ヘッドとなる。また、この磁気ヘッドは対称性のある構
造となるので再生波形の歪みの問題も解消される。ま
た、この磁気ヘッドでは磁気記録媒体からの信号磁束の
短絡を確実に防止できる。また、ヨーク端部の膜厚を従
来の磁気ヘッドと比較して格段に薄く形成できるので、
長波長の再生出力に対する短波長の再生出力の割合が増
加し、再生時のビット誤りを確実に低下させることがで
きる磁気ヘッドとなる。よって、垂直記録型の磁気記録
媒体に好適な磁気ヘッドとして提供できる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施例を説明する。

【００２８】図１は本発明の実施例に係るヨーク型ＴＭ
Ｒヘッド（以下、単にＴＭＲヘッドという）１００を側
部から見た構成を示す図であり、図２は同ＴＭＲヘッド
１００を上部から見た構成を示す図である。

【００２９】図１及び図２において、ＴＭＲヘッド１０
０は大略するとＴＭＲ素子１１０、第１ヨーク１０２、
第２ヨーク１０３、上部引出し電極１０８及び下部引出
し電極１０６により構成されている。第１ヨーク１０２
は磁気記録媒体側の前部１０２ａと後部１０２ｂとで構
成されている。第２ヨーク１０３は磁気記録媒体側の前
部１０３ａと後部１０３ｂとで構成されている。これら
のヨーク１０２、１０３は、強磁性材料により形成され
ている。

【００３０】第１ヨーク前部１０２ａと第２ヨーク前部
１０３ａとは非磁性絶縁層を介して上下で重なり合うよ
うに配置され、この部分が再生ギャップ１２０となる。
この再生ギャップ１２０は、従来の磁気ヘッドと同様に
磁気記録媒体１０に対向して配置される。

【００３１】一方、第１ヨーク後部１０２ｂと第２ヨー
ク後部１０３ｂとは、互いに上下で重なり合わないよう
に間隔を持って非磁性絶縁層１１１、１１２上に形成さ
れている。すなわち、図２に示されるように、第１ヨー
ク１０２と第２ヨーク１０３は、その前部１０２ａと１
０３ａとは上下関係をもって配置される状態であるが、
これらの後部１０２ｂと１０３ｂとは互いに弧状に広が
る状態で間隔をもって配置されている。本実施例では、
第１ヨーク後部１０２ｂと第２ヨーク後部１０３ｂとに
形成される間隔をヨーク間ギャップ１０９と称する。図
２では、第１ヨーク後部１０２ｂと第２ヨーク後部１０
３ｂとの間で、上部引出し電極１０８の下にヨーク間ギ
ャップ１０９が存在している。

【００３２】前述した説明から明らかなように、第１ヨ
ーク１０２と第２ヨーク１０３とは磁気ヘッドの積層構
造に対して平行な面内（図１の紙面に対して直角である
面内）に存在する様に配設されるので、従来のように溝
を形成する必要がない。すなわち、従来の構成では上下
に位置するヨークの間隔を取るための溝を必要としてい
るが、本実施例のＴＭＲヘッド１００の構造ではその必
要がなくなるのである。

【００３３】また、磁気記録媒体１０に対する、第１ヨ
ーク前部１０２ａ及び第２ヨーク前部１０３ａの膜厚
は、高密度記録を行う際にはできるだけ薄く形成されて
いることが好ましい。しかしながら、第１ヨーク前部１
０２ａ及び第２ヨーク前部１０３ａの膜厚を薄くする
と、磁気ヘッド全体の磁気抵抗が増加して再生出力が低
下する。そこで、ＴＭＲヘッド１００の第１ヨーク１０
２及び第２ヨーク１０３の各々は、その後部１０２ｂ及
び１０３ｂを前部１０２ａ及び１０３ａよりも厚く形成
している。このような構成とすることで、ＴＭＲヘッド
１００全体の磁気抵抗の増加を最小限として、再生出力
の維持を図ることができる。これら第１ヨーク前部１０
２ａ及び第２ヨーク前部１０３ａの膜厚に関しては後に
詳述する。

【００３４】そして、本実施例のＴＭＲヘッド１００で
は、ＴＭＲ素子１１０がこのヨーク間ギャップ１０９を
橋渡して、第１ヨーク１０２の後部１０２ｂと第２ヨー
ク１０３の後部１０３ｂとを磁気的に接続している。図
２を参照すると、ＴＭＲ素子１１０と第１ヨーク後部１
０２ｂとは、ＴＭＲ素子１１０の下端部に第１ヨーク後
部１０２ｂの上側端部がオーバーラップする様な物理的
な接続部１１９をもって接続されている。同様にＴＭＲ
素子１１０と第２ヨーク後部１０３ｂとは、ＴＭＲ素子
１１０の上端部に第２ヨーク後部１０３ｂの下側端部が
オーバーラップする様な接続部１１８をもって接続され
ている。このようにオーバーラップさせた構成とするこ
とで、第１ヨーク１０２及び第２ヨーク１０３の各々と
ＴＭＲ素子１１０との磁気的結合力を高めることができ
る。すなわち、効率良くＴＭＲ素子１１０が励磁される
構成とすることができる。

【００３５】なお、ＴＭＲ素子１１０の上面及び下面の
それぞれには、上部引出し電極１０８と下部引出し電極
１０６が形成されており、これら引出し電極に外部から
電流を供給することによって、ＴＭＲ素子１１０の膜面
に対し垂直な方向に電流が流れるようになる。上部引出
し電極１０８及び下部引出し電極１０６の周部は電気的
に絶縁されるように非磁性絶縁層１１１、１１２、１２
２が形成されている。

【００３６】次に、本実施例のＴＭＲヘッド１００で採
用しているＴＭＲ素子１１０の構成について図３を用い
て説明する。図３は図２のＬ−Ｌ’断面で、ＴＭＲ素子
１１０の周辺構成を側部から見た図である。図１及び図
２と同一部位には同一符号を付している。

【００３７】ＴＭＲ素子１１０は、少なくとも１層の絶
縁層（トンネル絶縁層）を有し、この絶縁層を両側から
挟み込むように各々少なくとも１層の強磁性層が形成さ
れる。本実施例のＴＭＲ素子１１０では、前記非磁性の
基板１０１上で下部引出し電極１０６を介して、第１強
磁性層２３０、絶縁層２３１及び第２強磁性層２３２が
下から順に形成された構成であり、その上には前記上部
引出し電極１０８が配置されている。このようにＴＭＲ
素子１１０は絶縁層２３１を必須の構成とするので、絶
縁層２３１の膜厚が厚過ぎると上部引出し電極１０８及
び下部引出し電極１０６間に検出電流を流すことが困難
となる。

【００３８】そこで、本実施例ではその膜厚は０．３ｎ
ｍ〜２ｎｍ程度の範囲に薄く形成している。このＴＭＲ
素子１１０の膜面に対し垂直な方向に流れる電流は、ト
ンネル電流と称される。

【００３９】上記第１強磁性層２３０は常に所定方向に
磁化が固定されるように構成された磁化固定層である。
そのため、この第１強磁性層２３０は外部磁界の変動に
より磁化の方向が変化することがないような硬質磁性材
料で形成される。この第１強磁性層２３０は、反強磁性
膜による交換結合磁界によって常に所定の方向に磁化さ
れている状態となる軟磁性膜で形成してもよい。また、
第１強磁性層２３０は、下部磁性層、非磁性層及び上部
磁性層の少なくとも３層以上で形成し、この下部磁性層
と上部磁性層との間の磁気結合力により上部磁性層が所
定の方向に磁化されている状態の積層構造としてもよ
い。

【００４０】前記第２強磁性層２３２は、外部磁界に応
じてその磁化方向が回転（変化）するように構成される
磁化自由層である。本実施例においては、この第２強磁
性層２３２がヨーク間ギャップ１０９で、第１ヨーク後
部１０２ｂの端部と第２ヨーク後部１０３ｂの端部とを
橋渡すように形成される。前述したように、これらの端
部は第２強磁性層２３２の端部と、互いが物理的に接触
するようにオーバーラップされており、磁気的接続が確
実になされている。したがって、第１ヨーク後部１０２
ｂと第２ヨーク後部１０３ｂとは、ＴＭＲ素子１１０の
第２強磁性層２３２により磁気的結合力が高められてい
る。よって、磁気ヘッド１００はＴＭＲ素子１１０から
高い再生出力を得ることができる。

【００４１】また、本実施例においては上記磁化自由層
としての第２強磁性層２３２による安定した動作を実現
するため、図３に例示するように、ＴＭＲ素子１１０の
前後にハードバイアス膜２４３、２４４を配置してい
る。このハードバイアス膜２４３、２４４により同図中
で矢印ｘ方向のバイアス磁界が印加されるので、第２強
磁性層２３２に準単磁区構造を形成できる。このハード
バイアス膜２４３、２４４は、ＣｏＰｔなどの導電性を
有する磁性材料を用いて形成することができる。このよ
うに導電性を有する材料を用いるので、絶縁膜２４１、
２４２をＴＭＲ素子１１０との間に形成して、前記第１
強磁性層２３０と第２強磁性層２３２とが電気的に短絡
しない構成としている。

【００４２】上記磁化自由層としての第２強磁性層２３
２へバイアス磁界を印加する構成は他の形態も採用でき
る。図４及び図５はＴＭＲ素子１１０の周辺構成を変え
たＴＭＲヘッド１００の変形例について示す図である。
図４及び図５でも、図１及び図２と同一部位には同一符
号を付している。

【００４３】図４で示すＴＭＲヘッド１００は、ハード
バイアス膜３４３、３４４に高比抵抗を示すＣｏ−Ｆｅ
−Ｏ等の磁性材料を用いている。この変形例のＴＭＲヘ
ッド１００の場合は図３に示した絶縁膜２４１、２４２
が不要となるので、ヘッドの製作がより容易となる。

【００４４】さらに図５は、下部引出し電極１０６とし
てＣｏＰｔなどの導電性を有する磁性材料を用いた他の
変形例を示している。ハードバイアス膜の機能も有する
下部引出し電極１０６から、磁化自由層としての第２強
磁性層２３２へ漏洩する磁界によりバイアス磁界を印加
する構成である。よって、本変形例によるとさらに磁気
ヘッドの構造を簡素化できるので、作製を容易化するこ
とができる。

【００４５】以下さらに、図１及び図２のＴＭＲヘッド
１００による磁気記録媒体１０からの信号磁束を再生す
る原理を説明すると共に、その特徴を更に明らかにす
る。

【００４６】本実施例のＴＭＲヘッド１００は、再生ギ
ャップ１２０、第１ヨーク前部１０２ａ、第１ヨーク後
部１０２ｂ、ＴＭＲ素子１１０、第２ヨーク後部１０３
ｂ及び第２ヨーク前部１０３ａが環状の磁気回路を構成
している。再生ギャップ１２０は磁気記録媒体１０の表
面に対向して配置されている。よって、磁気記録媒体１
０からの信号磁束が再生ギャップ１２０で検出され、第
１ヨーク１０２及び第２ヨーク１０３を介してＴＭＲ素
子１１０を効率良く励磁する。

【００４７】このように励磁されたＴＭＲ素子１１０
は、流入した磁束の大きさと同じ向きに応じて電気抵抗
を変化させるために、上部引出し電極１０８と下部引出
し電極１０６間に電圧変化として現われる。これを外部
回路にて検出することにより磁気記録媒体１０に記録さ
れていた磁気的な信号を高感度に再生することができ
る。

【００４８】前述したように本実施例での磁気回路は、
従来とは異なり図１の紙面に対して垂直な面内に形成さ
れるので、第１ヨーク１０２と第２ヨーク１０３との間
に溝を形成する必要がない。よって、本ＴＭＲヘッド１
００は小さく形成できる。そして、第１ヨーク前部１０
２ａと第２ヨーク前部１０３ａとは、これらの後部より
も薄く形成しているので、ギャップ長ｔ_ｇに対する第１
ヨーク前部１０２ａの膜厚ｔ_１及び第２ヨーク前部１０
３ａの膜厚ｔ_２を従来磁気ヘッドの場合と比較して小さ
く設定することができる。

【００４９】具体的にはギャップ長ｔ_ｇに対して、第１
ヨーク前部１０２ａの膜厚ｔ_１及び第２ヨーク前部１０
３ａの膜厚ｔ_２を２倍以下の厚さに抑制して形成するこ
とも容易に行うことができる。本実施例で作製したＴＭ
Ｒヘッド１００の具体的な数値例を示すと、第２ヨーク
前部１０３ｂの光学的な再生トラック幅（Ｗ）は１２５
ｎｍ、第１ヨーク前部１０２ａの膜厚ｔ_１及び第２ヨー
ク前部１０３ａの膜厚ｔ_２は共に４０ｎｍ、第１ヨーク
後部１０２ｂの膜厚及び第２ヨーク後部１０３ｂの膜厚
は共に２００ｎｍであり、またＴＭＲ素子１１０の幅は
６００ｎｍ、高さは６００ｎｍである。再生ギャップ長
ｔｇは３０ｎｍであった。

【００５０】よって、ギャップ長ｔ_ｇに対する第１ヨー
ク前部１０２ａの膜厚ｔ_１及び第２ヨーク前部１０３ａ
の膜厚ｔ_２は４/３倍であり、ヨーク端部の膜厚ｔ_１、
ｔ_２がギャップ長ｔ_ｇより薄く２倍以下の厚さに形成さ
れている。

【００５１】磁気記録媒体１０に対する、第１ヨーク前
部１０２ａ及び第２ヨーク前部１０３ａの膜厚を薄く形
成できることは、高密度記録を行う観点から好ましい。
しかし、第１ヨーク１０２及び第２ヨーク１０３の膜厚
を全体として薄くすると磁気抵抗が増加して、磁気ヘッ
ド全体の再生出力が低下することになる。そこで、本実
施例の第１ヨーク１０２及び第２ヨーク１０３各々は、
その後部１０２ｂ及び１０３ｂを、前部１０２ａ及び１
０３ａよりも厚く形成している。このような構成とする
ことで、磁気ヘッド全体の磁気抵抗の増加を最小限とし
て、ＴＭＲ素子１１０を用いることによる高い再生出力
を維持できる。

【００５２】前記第１ヨーク前部１０２ａ及び第２ヨー
ク前部１０３ａの膜厚の設定は、高密度磁気記録を実現
する上で特に重要である。よって、この点について更に
説明する。図６は本実施例のＴＭＲヘッド１００を用い
て、垂直磁気記録媒体上の磁気情報を再生したときの再
生波形の一例を示す図である。同図に示すように、本実
施例のＴＭＲヘッド１００による再生波形は、単一のピ
ークを有するローレンツ型の波形が得られている。

【００５３】ここで、信号処理回路を用いてこのような
再生波形からビット信号を検出して、ビット誤り率を低
下させるためには、瞬時に立ち上がり瞬時に立ち下がる
鋭いピークを有した波形であることが好ましい。一般
に、波形の鋭さを表現するために図７に示すように再生
波形のピーク値（Ｖ_０）が半分になる値における再生波
形の幅（ＰＷ_５０）が評価の指標とされている。

【００５４】図８は、ＰＷ_５０の再生ギャップ長ｔ_ｇに
対する比を縦軸に、再生ギャップ長ｔ_ｇに対する第１ヨ
ーク前部１０２ａ膜厚ｔ_ｌ及び第２ヨーク前部１０３ａ
膜厚ｔ_２の比を横軸とし、本実施例のＴＭＲヘッド１０
０のヨーク前部の膜厚を変化させて得た値をプロットし
た図である。但し、図８は第１ヨーク前部１０２ａの膜
厚ｔ_１及び第２ヨーク前部１０３ａの膜厚ｔ_２を同一に
して変更した場合について示しており、ヨーク前部の膜
厚ｔ_ｆとして示している。

【００５５】現在一般に用いられている信号処理回路で
はＰＷ_５０の値は、再生ギャップ長の４倍以下であるこ
とが望ましいとされている。よって、図８の縦軸のＰＷ
_５０／ｔｇ値は４以下とすることが必要である。そのた
めには、図８の横軸のｔ_ｆ／ｔ_ｇ値を２以下とする必要
がある。すなわち、第１ヨーク前部１０２ａの膜厚ｔ _１
と第２ヨーク前部１０３ａの膜厚ｔ_２を再生ギャップ長
ｔ_ｇの２倍以下とする必要があることになるのである
が、本実施例のＴＭＲヘッド１００はこれを満足する様
に形成されている。

【００５６】一方、第１ヨーク前部１０２ａの膜厚ｔ_１
及び第２ヨーク前部１０３ａの膜厚ｔ_２は、使用する磁
気記録媒体１０の特性も考慮して定めることが好まし
い。すなわち、第１ヨーク前部１０２ａ及び第２ヨーク
前部１０３ａの膜厚が薄過ぎると磁気記録媒体１０から
の磁束でこれらヨーク前部の磁化が飽和して、再生波形
が歪むことがある。

【００５７】このような事態の発生を予め防止するに
は、第１ヨーク前部１０２ａの飽和磁化量をＭｓ_１、第
２ヨーク前部１０３ａの飽和磁化量をＭｓ_２、磁気情報
が記録される磁気記録媒体１０の残留磁化量と磁気記録
層の膜厚をそれぞれＭｒ、δと示したとき、少なくとも
次の条件：２Ｍｒ・δ ≦ Ｍｓ_１・ｔ_１、かつ２Ｍｒ・δ ≦
Ｍｓ_２・ｔ_２が成立するようにＴＭＲヘッド１００を設計することが
推奨される。

【００５８】本実施例におけるＴＭＲヘッド１００の場
合について数値例を持って示すと、Ｍｓ_１＝Ｍｓ_２＝８
００ｅｍｕ／ｃｃ、ｔ_１＝ｔ_２＝３０ｎｍ、Ｍｒ＝２６
０ｅｍｕ／ｃｃ、δ＝２５ｎｍである。よって、上記条
件を十分に満足するように形成されている。

【００５９】さらに、ＴＭＲ素子１１０を構成する磁化
自由層としての第２強磁性層２３２（以下、磁化自由層
２３２とする）の膜厚も再生出力特性に影響を及ぼすの
で考慮することが好ましい。ＴＭＲ素子１１０の出力は
磁化自由層２３２に流入する磁束量ではなく、磁束密度
にほぼ比例するからである。例えば、磁化自由層２３２
の膜厚を半分の厚さにするとＴＭＲヘッド１００全体の
磁気抵抗が増加して、磁化自由層２３２に流入する磁束
量は減少する。しかしながら、磁化自由層２３２の厚さ
は数十ｎｍ程度で十分であるため、ＴＭＲヘッド１００
全体でみれば磁気抵抗が増加する割合は極めて僅かであ
る。これに対して、磁化自由層２３２の厚さが半分にな
ると磁束密度は２倍となり、再生出力も約２倍に増加す
る。したがって、磁化自由層２３２はできるだけ薄く形
成することによって再生出力の増加を図ることができ
る。

【００６０】図９は磁化自由層２３２の層厚に対する磁
化自由層２３２に流入する磁束密度の変化を示してい
る。この図９から、磁化自由層２３２の厚さは１０ｎｍ
以下とすることによって、十分に高い出力を得ることが
できる。その一方で、この磁化自由層２３２の膜厚が薄
過ぎると磁性体として十分に機能しなくなってしまう。
よって、磁化自由層２３２の膜厚は１ｎｍ程度を最少厚
とするのがよい。以上から、本実施例におけるＴＭＲ素
子１１０の磁化自由層の膜厚は１ｎｍから１０ｎｍの範
囲とすることが好ましい。

【００６１】前述したような本実施例のＴＭＲヘッド１
００は、デジタル情報を磁気情報として記録している磁
気記録媒体１０から読取り（再生）を行う磁気ディスク
装置（磁気再生装置）に適用すると高い再生出力を得る
ことができる。すなわち、図１に示したように、本実施
例におけるＴＭＲヘッド１００は再生１２０、第１ヨー
ク前部１０２ａ、第１ヨーク後部１０２ｂ、ＴＭＲ素子
１１０、第２ヨーク後部１０３ｂそして第２ヨーク前部
１０３ａによる環状の磁気回路を構成している。また、
再生ギャップ１２０に対向して磁気記録媒体１０が配置
されている。したがって、磁気記録媒体１０からの信号
磁束が再生ギャップ１２０で検出され、第１ヨーク１０
２及び第２ヨーク１０３を介してＴＭＲ素子１１０を効
果的に励磁する。励磁されたＴＭＲ素子１１０は流入し
た磁束の大きさと向きに応じて電気抵抗を変化させる。
すなわち、上部引出し電極１０８と下部引出し電極１０
６間の電圧変化として現われる。これを外部回路にて検
出することにより、磁気記録媒体１０に記録されていた
磁気情報を高感度に再生することができる。

【００６２】特に、垂直磁気記録媒体を用いた場合に、
ローレンツ型の再生波形が得られるので従来の信号処理
回路を用いて磁気再生装置を構成することができる。

【００６３】以上本発明の好ましい実施例について詳述
したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるもの
ではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の
範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【００６４】前述した実施例では、特に好ましいＭＲ素
子として強磁性トンネル効果型のＭＲ素子を用いた例を
示したが、これに限らずスピンバルブ型のＭＲ素子を用
いてもよい。また、磁気記録媒体についても従来一般的
な面内記録型の磁気記録媒体を用いてもよい。

【００６５】

【発明の効果】以上詳述したところから明らかなよう
に、本発明によれば、従来のように溝を形成することが
なく製作が容易であり、磁気回路を小さく形成できるの
で再生出力を向上させることができる薄膜磁気ヘッドを
提供できる。

【００６６】また、この磁気ヘッドは対称性のある構造
となるので再生波形の歪みの問題も解消することができ
る。また、この磁気ヘッドでは磁気記録媒体からの信号
磁束の短絡を確実に防止できる。

【００６７】さらに、ヨーク端部の膜厚を従来の磁気ヘ
ッドと比較して格段に薄く形成できるので、長波長の再
生出力に対する短波長の再生出力の割合が増加し、再生
時のビット誤りを確実に低下させることができる高密度
記録に対応した磁気ヘッドとなる。よって、垂直記録型
の磁気記録媒体に好適な磁気ヘッドとして提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るヨーク型ＴＭＲヘッドの
側部構成を示す図である。

【図２】実施例のヨーク型ＴＭＲヘッドの上部構成を示
す図である。

【図３】実施例のヨーク型ＴＭＲヘッドで採用している
ＴＭＲ素子の構成を示す図である。

【図４】実施例のＴＭＲ素子の変形例を説明する図であ
る。

【図５】実施例のＴＭＲ素子の他の変形例を説明する図
である。

【図６】実施例のヨーク型ＴＭＲヘッドを用いて、垂直
磁気記録媒体上の磁気情報を再生したときの再生波形の
一例を示す図である。

【図７】再生波形の幅ＰＷ_５０について説明する図であ
る。

【図８】実施例のヨーク型ＴＭＲヘッドにおける第１ヨ
ーク前部及び第２ヨーク前部の膜厚に対するＰＷ_５０の
変化の様子を示す図である。

【図９】実施例のヨーク型ＴＭＲヘッドにおける磁化自
由層の層厚に対する磁化自由層に流入する磁束密度の変
化について示す図である。

【図１０】従来のヨーク型ＴＭＲヘッドの側部構成を示
す図である。

【図１１】従来のヨーク型ＴＭＲヘッドの上部構成を示
す図である。

【図１２】従来のヨーク型ＴＭＲヘッドにより磁気記録
媒体の磁気情報を再生したときの再生波形の一例を示す
図である。

【符号の説明】

１０磁気記録媒体１００ヨーク型ＴＭＲヘッド１０２第１ヨーク１０２ａ第１ヨーク前部１０２ｂ第１ヨーク後部１０３第２ヨーク１０３ａ第２ヨーク前部１０３ｂ第２ヨーク後部１０６下部引出し電極１０８上部引出し電極１０９ヨーク間ギャップ１１０ＴＭＲ素子１２０再生ギャップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮本泰敬東京都世田谷区砧一丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内 (72)発明者玉城孝彦東京都世田谷区砧一丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AB07 AD55 AD65 5D034 AA02 BA02 BA03 BA18 BA19 CA06 5D111 AA12 BB01 BB04 BB05 BB15 BB25 CC21 FF04 FF45

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気記録媒体に記録された磁気情報を検
出する磁気抵抗効果素子と、前記磁気記録媒体の表面に
対向する再生ギャップを形成しつつ前記磁気抵抗効果素
子と磁気回路を形成するように配置される第１ヨーク及
び第２ヨークを有する磁気ヘッドであって、前記第１ヨーク及び前記第２ヨークのそれぞれは、互い
に重なり合うように配置される前部と、互いに距離をも
って配置される後部とで形成され、前記第１ヨークの後部と前記第２ヨークの後部とを橋渡
しするように、前記磁気抵抗効果素子が配設されてい
る、ことを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項２】請求項１に記載の磁気ヘッドにおいて、前記磁気抵抗効果素子は、少なくとも１層の絶縁層と該
絶縁層の両側を挟むように形成した各々少なくとも１層
の強磁性層とを含む、トンネル磁気抵抗効果素子である
ことを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項３】請求項２に記載の磁気ヘッドにおいて、前記強磁性層であって、前記磁気記録媒体からの信号磁
束によって磁化の向きを変化させる磁化自由層を、前記
第１ヨークの後部及び前記第２ヨークの後部に接触する
ように形成した、ことを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項４】請求項３に記載の磁気ヘッドにおいて、前記磁化自由層と前記第１ヨークの後部及び前記第２ヨ
ークの後部との接触部は、互いの端部がオーバーラップ
するように形成されている、ことを特徴とする磁気ヘッ
ド。
【請求項５】請求項３又は４に記載の磁気ヘッドにお
いて、前記磁化自由層の膜厚は１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲
に設定されている、ことを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項６】請求項１から５いずれかに記載の磁気ヘ
ッドにおいて、前記第１ヨーク及び前記第２ヨークの各々は、前記前部
よりも前記後部の膜厚が厚くなるように形成されてい
る、ことを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項７】請求項１から６いずれかに記載の磁気ヘ
ッドにおいて、前記第１ヨーク及び前記第２ヨークの前部の膜厚は、前
記再生ギャップの長さの２倍以下である、ことを特徴と
する磁気ヘッド。
【請求項８】請求項１から７いずれかに記載の磁気ヘ
ッドにおいて、前記第１ヨーク前部の飽和磁化量と膜厚をそれぞれＭｓ
_１、ｔ_１とし、前記第２ヨーク前部の飽和磁化量と膜厚
をそれぞれＭｓ_２、ｔ_２とし、前記磁気記録媒体の残留
磁化量と磁気記録層の膜厚をそれぞれＭｒ、δとしたと
きに、次の条件：２Ｍｒ・δ≦Ｍｓ_１・ｔ_１かつ２Ｍｒ・δ≦Ｍ
ｓ_２・ｔ_２が成立するように形成されている、ことを特徴とする磁
気ヘッド。
【請求項９】請求項１から８いずれかに記載の磁気ヘ
ッドを用いて、磁気記録媒体に記録された磁気情報を再
生する磁気再生装置。