JP2002319112A

JP2002319112A - 磁気抵抗効果ヘッドおよび垂直磁気記録再生装置

Info

Publication number: JP2002319112A
Application number: JP2002026029A
Authority: JP
Inventors: Masahisa Yoshikawa; 将寿吉川; Yuzo Kamiguchi; 裕三上口; Masayuki Takagishi; 雅幸高岸; Hiromi Yuasa; 裕美湯浅
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-02-01
Filing date: 2002-02-01
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2022-02-01
Also published as: JP3657916B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高記録密度化に対応して狭ギャップ化が可能
な磁気抵抗効果ヘッドを提供する。【解決手段】媒体対向面に対して膜面が実質的に垂直
に配置された、第１磁化自由層（２３）および第２磁化
自由層（２５）と、これらの磁化自由層の間に挟まれた
中間層（２４）と、下地層（３１）と、保護層（３２）
とを有し、下地層、第１磁化自由層、中間層、第２磁化
自由層、保護層の順に順次積層され、第１磁化自由層お
よび第２磁化自由層は媒体からの信号磁束に応じて独立
にその磁化方向を変化させ、それぞれの磁化方向の変化
に応じて磁気抵抗効果を発揮する磁気抵抗効果膜と、前
記磁気抵抗効果膜の膜面に対して実質的に垂直に電流を
通電するために設けられ、下地層に電気的に接続された
第１電極（２２）および保護層に電気的に接続された第
２電極（２７）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、磁気抵抗効果ヘッ
ドおよび垂直磁気記録再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＨＤＤなどの磁気記録媒体におい
ては、高記録密度化が急激に進んでいる。高記録密度化
に伴って記録媒体に記録される記録ビットサイズが小さ
くなり、信号磁束も小さくなってきている。このような
状況で、従来のリングコア型インダクティブ磁気ヘッド
はリングコアを介して電磁誘導効果により媒体磁束を間
接的に検出するため、小さな信号磁束に対して十分な感
度を確保できなくなっている。このため近年、磁気抵抗
効果を利用して媒体磁束を直接感知する磁気抵抗効果ヘ
ッド（ＭＲヘッド）が実用化されてきた。

【０００３】現在では、［磁化固着層（ピン層）／中間
層（スペーサ層）／磁化自由層（フリー層）］という積
層膜を有し、さらに巨大な磁気抵抗効果を発生するスピ
ンバルブ型ＭＲ（ＳＶ−ＭＲ）ヘッドが主流をなしてい
る。このＳＶ−ＭＲヘッドはＭＲヘッドに比べて２倍以
上の巨大磁気抵抗効果を発揮する。

【０００４】従来のＳＶ−ＭＲヘッドは、１対の磁気シ
ールドの間に磁気ギャップを介してＳＶ−ＭＲ膜を形成
した構造を有する。また、従来のＳＶ−ＭＲヘッドは１
対の電極からＳＶ膜の面内にセンス電流を通電する、い
わゆるＣＩＰ（Current-in-plane）−ＭＲヘッドとして
使用されてきた。

【０００５】最近では、１対の電極からＳＶ膜面に垂直
にセンス電流を通電する、いわゆるＣＰＰ（Current-pe
rpendicular-to-plane）−ＭＲヘッドが提案されてい
る。ＣＰＰ通電することによりさらに磁気抵抗変化率
（ＭＲ変化率）が向上するので、高いヘッド出力が期待
できる。

【０００６】一方、面内磁気記録システムにおいては、
熱擾乱のために記録密度の向上が限界に近づいている。
このため、熱擾乱に強い垂直磁気記録システムが有望視
され、垂直記録媒体とＳＶ−ＭＲヘッドとを組み合わせ
たシステムが提案されている。

【０００７】図１６（ａ）および（ｂ）は、垂直記録媒
体に対して使用することを想定した、すでに提案されて
いるＣＩＰモードのＳＶ−ＭＲヘッドの構造を示す概略
図である。図１７（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図１
６（ａ）および（ｂ）のＳＶ−ＭＲヘッドにより得られ
る出力波形を示す図である。

【０００８】これらのシステムにおいては、出力波形お
よび磁気シールド間の狭ギャップ化が問題となる。すな
わち、従来の面内磁気記録システムと同様に、垂直磁気
記録システムでも磁化転移でピークを有する出力波形が
得られることが好ましい。また、将来の高記録密度化に
対応するためには、磁気シールド間に設けられるＳＶ膜
の膜厚が薄く、狭ギャップ化を達成できることが好まし
い。

【０００９】図１６（ａ）は垂直磁気記録システムにシ
ングルＳＶ−ＭＲヘッドを適用したものである。図１６
（ａ）において、垂直記録層１に対向するように、１つ
のＳＶ−ＭＲ膜１０が設けられている。ＳＶ−ＭＲ膜１
０は、反強磁性層１１／ピン層１２／スペーサ層１３／
フリー層１４を積層した基本構造を有する。ＳＶ−ＭＲ
膜１０は、１対の磁気シールド１５、１６間に配置され
ている。

【００１０】このシステムでは、図１７（ａ）に示され
るように、記録ビットに対応して単調に変化する出力波
形が得られる。この場合、従来の面内磁気記録システム
と同様に磁化転移でピークを有する出力波形を得るため
には、再生信号処理部に微分回路を追加しなければなら
ない。しかし、微分回路はノイズを増大させるおそれが
ある。また、従来のＳＶ−ＭＲヘッドは厚い反強磁性層
１１を有するため、将来の高記録密度化に対応して狭ギ
ャップ化することが困難であるという問題があった。

【００１１】図１６（ｂ）は垂直磁気記録システムにデ
ュアル・ストライプＳＶ−ＭＲヘッドを適用したもので
ある。図１６（ｂ）において、垂直記録層１に対向する
ように、１対のＳＶ−ＭＲ膜１０が設けられている。各
ＳＶ−ＭＲ膜１０は、図１６（ａ）と同様な基本構造を
有する。１対のＳＶ−ＭＲ膜１０は、１対の磁気シール
ド１５、１６間に配置されている。

【００１２】このシステムでは、２つのＳＶ−ＭＲ膜を
差動動作させて、図１７（ｂ）に示されるように従来の
面内磁気記録システムで得られるのと同様な出力波形を
得るようにしている。しかし、この構造においては、磁
気ギャップ中に２つのＳＶ−ＭＲ膜が形成されるため、
やはり将来の高記録密度化に対応できないという問題が
あった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高記
録密度化に対応して狭ギャップ化が可能な磁気抵抗効果
ヘッド、およびこのようなヘッドを搭載した垂直磁気記
録再生装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の一態様に係る磁
気抵抗効果ヘッドは、媒体対向面に対して膜面が実質的
に垂直に配置された、第１磁化自由層および第２磁化自
由層と、これらの磁化自由層の間に挟まれた中間層と、
下地層と、保護層とを有し、下地層、第１磁化自由層、
中間層、第２磁化自由層、保護層の順に順次積層され、
前記第１磁化自由層および第２磁化自由層は媒体からの
信号磁束に応じて独立にその磁化方向を変化させ、それ
ぞれの磁化方向の変化に応じて磁気抵抗効果を発揮する
磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して
実質的に垂直に電流を通電するために設けられ、下地層
に電気的に接続された第１電極および保護層に電気的に
接続された第２電極とを有する。

【００１５】本発明の他の態様に係る垂直磁気記録再生
装置は、垂直磁気記録媒体と、垂直磁気記録媒体に対向
して設けられる上記の磁気抵抗効果ヘッドとを有する。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態に係る磁気ヘッ
ドは、第１磁化自由層（第１フリー層）および第２磁化
自由層（第２フリー層）と、これらのフリー層の間に挟
まれた中間層（スペーサ層）と、下地層と、保護層とを
含む磁気抵抗効果膜と、磁気抵抗効果膜の膜面に対して
実質的に垂直に電流を通電する第１電極および第２電極
とを有する。すなわち、この磁気抵抗効果膜は、ＣＰＰ
−ＭＲ膜である。第１フリー層、中間層および第２フリ
ー層は、媒体対向面に対して膜面が実質的に垂直に配置
されている。この磁気抵抗効果膜は、下地層、第1磁化
自由層、中間層、第2磁化自由層、保護層の順で基板側
から順次積層されている。第１フリー層および第２フリ
ー層の磁化方向は、媒体（好ましくは垂直記録媒体）か
らの信号磁束に応じて独立に変化する。第１フリー層お
よび第２フリー層は、互いの磁化方向の変化に応じて磁
気抵抗効果を発揮する。

【００１７】本実施形態の磁気ヘッドのセンシング部
は、第１電極および第２電極に挟まれた、磁気抵抗効果
膜の部分である。このセンシング部は、第１フリー層、
中間層および第２フリー層を含むが、絶縁体からなる磁
気ギャップ層、反強磁性層および磁化固着層（ピン層）
を含まない。このため、本実施形態の磁気ヘッドは、従
来のＳＶ−ＭＲ膜に比べて、狭ギャップ化が容易であ
り、高記録密度化に対応できる。

【００１８】第１フリー層および第２フリー層に所望の
方向に磁気異方性を付与するには、以下のような構造が
適用される。

【００１９】たとえば、第１フリー層、中間層および第
２フリー層で形成される磁気抵抗効果膜の両端部に１対
のハードバイアス膜を設け、第１フリー層および第２フ
リー層に実質的に一方向の磁気異方性を付与してもよ
い。

【００２０】また、第１フリー層の両端部に接して１対
の反強磁性層を設けて第１フリー層の両端部の磁化を固
着することにより、第１フリー層の中央部に所望の方向
に磁気異方性を付与し、第２フリー層の両端部に接して
１対の反強磁性層を設けて第２フリー層の両端部の磁化
を固着することにより、第２フリー層の中央部に所望の
方向に磁気異方性を付与してもよい。この場合、第１フ
リー層中央部の磁気異方性の方向と第２フリー層中央部
の磁気異方性の方向が、約９０°の角度をなすことが好
ましい。ただし、２つのフリー層に付与された磁気異方
性の方向のなす角度は、６０°〜１２０°の範囲であれ
ばよい。

【００２１】このようにして磁気異方性が付与された第
１フリー層および第２フリー層は、その磁化方向を媒体
からの信号磁束に応じて独立に変化させ、互いの磁化方
向の変化に応じて磁気抵抗効果を発揮する。その結果、
本発明の実施形態に係る磁気ヘッドは、媒体に記録され
た情報を読み出すことができる。なお、上述した第１フ
リー層および第２フリー層への磁気異方性の付与の仕方
に応じて、異なる原理で媒体磁束が検出されるが、その
検出原理については後に詳細に説明する。

【００２２】フリー層は、例えばＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉから
なる金属層またはそれらの合金層を含有する強磁性材料
で形成される。フリー層に用いられる強磁性材料は、よ
り具体的には、Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀（ａｔ％）、ＣｏＦｅＮ
ｉ、ＮｉＦｅ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどである。

【００２３】フリー層内部においてスピン依存散乱の効
果を出すために、第１フリー層および第２フリー層を
［強磁性層／強磁性層］の積層構造、［強磁性層／非磁
性層］の積層構造、またはこれらの複合構造としてもよ
い。

【００２４】［強磁性層／強磁性層］の積層フリー層に
は、［ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ］、［Ｆｅ／ＮｉＦｅ］、
［Ｆｅ／ＣｏＦｅ］などの組み合わせが用いられる。

【００２５】［強磁性層／非磁性層］の積層フリー層の
場合、非磁性層は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒ
ｈ、Ｐｄ、Ｐｔなどの貴金属から選択される。界面での
散乱を増大させる［強磁性層／非磁性層］の組み合わせ
としては、［ＮｉＦｅ／Ａｕ］、［ＮｉＦｅ／Ａｇ］、
［ＣｏＦｅ／Ｃｕ］、［Ｃｏ／Ｃｕ］、［Ｆｅ／Ａ
ｕ］、［Ｎｉ／Ａｕ］などが挙げられる。

【００２６】また、フリー層に、［磁性層／Ｒｕ／磁性
層］からなるフェリカップリング・フリー層（シンセテ
ィック・フリー層）を用い、Ｍｓ・ｔ積（飽和磁化・厚
み積）を調整してもよい。

【００２７】本発明の実施形態においては、第１フリー
層、中間層および第２フリー層を含む磁気抵抗効果膜を
挟むように、下地層と保護層とが設けられる。下地層ま
たは保護層としては、Ｔａなどの金属層、フリー層の軟
磁気特性を向上させる軟磁性下地層、フリー層の結晶配
向性を向上させる配向性制御層、電子の鏡面反射効果を
利用するための鏡面反射層（スペキュラー層）が用いら
れる。軟磁性下地層には、Ｎｉ₈₀Ｆｅ₂₀（ａｔ％）合金
（パーマロイ）、および非晶質ＣｏＺｒＮｂなどが含ま
れる。配向性制御層には、［Ｒｕ／Ｃｕ］、［Ａｕ／Ｃ
ｕ］、Ｃｕ、ＮｉＦｅＣｒ合金などが含まれる。軟磁性
下地層及び配向制御層に、米国特許５，５４９，９７８
に開示されている undercoating film の材料を用いる
こともできる。スペキュラー層には、γ−Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｆ
ｅ₃Ｏ₄などのＦｅ酸化物；Ｔａ酸化物；Ｎｉ酸化物；Ｃ
ｒ₂Ｏ₃やＣｒＯ₂などのＣｒ酸化物；Ｍｎ酸化物などが
含まれる。

【００２８】上述したスペキュラー層は、フリー層また
は中間層に挿入することが可能である。中間層中にスペ
キュラー層または上述したような絶縁層が挿入される場
合、たとえばＣｒ酸化物などの場合は、非磁性導電性中
間層としてはＣｕ層などが良く用いられる。このときの
非磁性導電性中間層の厚さは１ｎｍ以下であることが好
ましい。非磁性導電性中間層は、絶縁膜の片側だけに形
成してもよい。非磁性伝導層の存在により、第１および
第２フリー層の軟磁気特性が向上する。

【００２９】本実施形態においては、磁気抵抗効果膜を
１対の磁気シールドの間に設置することが好ましい。磁
気抵抗効果膜を１対の磁気シールドの間に設置すれば、
出力ピーク半値幅（ＰＷ₅₀）を小さく抑えることがで
き、さらに良好な線分解能を得ることができる。

【００３０】この場合、１対の磁気シールドの各々を第
１電極または第２電極と電気的に接続することが好まし
い。このような構成では、電極およびシールドを一体的
に電極として取り扱うことができ、電極部を低抵抗化し
てＣＰＰ−ＭＲ膜への熱の影響を低減できる。

【００３１】なお、本発明の実施形態に係る磁気ヘッド
において、１対の磁化自由層（フリー層）によって磁気
回路を形成し、中間層（スペーサ層）の厚さによって線
分解能を決定する磁気ギャップを規定する場合には、シ
ールドを省略することができる。

【００３２】中間層には、例えばＢｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃ
ａ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、ＲｕおよびＩｒからなる
群より選択される導電性非磁性材料が用いられる。この
ような導電性非磁性材料を用いれば、約５０ｎｍ以上の
十分長いスピン拡散長を得ることができ、フリー層と中
間層との間の界面で大きなスピン依存散乱を得ることが
できる。

【００３３】中間層は、それぞれ第１磁化自由層または
第２磁化自由層と接する１対の第１中間層と、１対の第
１中間層に挟まれるように形成された第２中間層とを含
む３層構造としてもよい。この場合、第１中間層をＣ
ｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、ＲｕおよびＩｒからなる群より
選択される少なくとも１種の金属で形成し、第２中間層
をＢｅ、Ａｌ、ＭｇおよびＣａからなる群より選択され
る少なくとも１種の金属で形成することが好ましい。上
記の第１中間層はフリー層と中間層との間の界面で大き
なスピン依存散乱を示す。上記の第２中間層は長いスピ
ン拡散長を示す。

【００３４】本発明の他の実施形態においては、中間層
に酸化物層を用いてもよい。この場合、磁気抵抗効果膜
は、第１フリー層、酸化物中間層および第２フリー層を
含むトンネル型磁気抵抗効果膜である。酸化物層には、
Ａｌ酸化物たとえばＡｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ酸化物たとえばＳｉ
Ｏ₂、Ｔａ酸化物、Ｃｒ酸化物たとえばＣｒＯ₂、Ｆｅ酸
化物たとえばＦｅ₃Ｏ₄、およびペロブスカイト型酸化物
たとえばＬａＳｒＭｎＯ（ＬＳＭＯ）からなる群より選
択される少なくとも１層が用いられる。トンネル型磁気
抵抗効果膜の素子抵抗を考慮すると、中間層の厚さは約
５ｎｍ以下にすることが好ましい。

【００３５】本発明の他の実施形態においては、中間層
に［金属層／酸化物層またはチッ化物層］の積層膜、ま
たは［金属層／酸化物層／金属層］もしくは［金属層／
チッ化物層／金属層］のサンドイッチ膜で形成してもよ
い。この場合、上記の酸化物層には、Ａｌ酸化物たとえ
ばＡｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ酸化物たとえばＳｉＯ₂、Ｆｅ酸化
物、Ｔａ酸化物、Ｎｉ酸化物、ペロブスカイト型酸化
物、およびＣｒ酸化物からなる群より選択される少なく
とも１層が用いられる。この場合、上記金属層には、Ｃ
ｕ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｒ、およびＲｈからなる群よ
り選択される少なくとも１層が用いられる。上記の金属
層は、フリー層の酸化を抑制・防止する。その結果、フ
リー層の軟磁気特性が向上し、各フリー層で低保磁力が
得られる。

【００３６】以下、図面を参照しながら本発明の実施形
態をより詳細に説明する。（第１の実施形態）図１
（ａ）は第１の実施形態における垂直通電型磁気抵抗効
果（ＣＰＰ−ＭＲ）ヘッドを媒体対向面（ＡＢＳ：air-
bearing surface）に垂直な面で切断した断面図であ
る。この図において、ｘはトラック長方向、ｙはトラッ
ク幅方向、ｚは媒体対向面に対して垂直な方向を示す。
このＣＰＰ−ＭＲヘッドは、垂直磁気記録システムに使
用される。

【００３７】図１（ａ）に示されるように、このＣＰＰ
−ＭＲヘッドは、下部磁気シールド２１、第１電極２
２、下地層３１、第１磁化自由層（第１フリー層）２
３、導電性非磁性材料で形成されたスペーサ層２４、第
２磁化自由層（第２フリー層）２５、保護層３２、第２
電極２６、および上部磁気シールド２７を順次積層した
構造を有する。

【００３８】ＣＰＰ−ＭＲ膜を構成する、第１フリー層
２３と第２フリー層２５、およびそれらに挟まれるスペ
ーサ層２４の膜面は、媒体対向面に対してほぼ垂直にな
っている。第１フリー層および第２フリー層は、磁気記
録媒体に記録されている信号磁束に従って磁化が自由に
応答する。後述するように、第１フリー層２３と第２フ
リー層２５の磁化方向のなす角度により磁気抵抗変化が
発生し、媒体磁束を読み取ることができる。

【００３９】第１電極２２、下地層３１、第１フリー層
２３、スペーサ層２４、第２フリー層２５、保護層３
２、および第２電極２６のＡＢＳからｚ方向に離れた位
置には絶縁膜２８が設けられている。ＣＰＰ−ＭＲ膜に
は第１電極２２と第２電極２６により膜面に垂直に電流
が流される。これらの電極の材料には、主にＣｕ、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｔａから選択される金属または合金が用いら
れる。このＣＰＰ−ＭＲヘッドでは、磁気シールドの有
無に関わらず良好な線分解能が得られるので、必ずしも
磁気シールドを設ける必要はない。しかし、磁気シール
ド２１、２７を設けた方が、線分解能をより向上できる
ので好ましい。

【００４０】図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＣＰＰ−
ＭＲヘッドのＣＰＰ−ＭＲ膜部分をＡＢＳから見た平面
図である。第１フリー層２３、スペーサ層２４および第
２フリー層２５を含むＣＰＰ−ＭＲ膜は、１対のハード
バイアス膜（ハード膜）２９、３０の間に設置されてい
る。第１フリー層２３および第２フリー層２５は、ハー
ド膜２９、３０により一方向に磁気異方性が付与される
ように、バイアス磁界が印加される。

【００４１】本実施形態のＣＰＰ−ＭＲヘッドの出力機
構について説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は、媒体磁束
に対する磁気抵抗効果膜の磁化方向の変化を説明する模
式図である。これらの図は、トラック長方向に沿って、
第１フリー層２３、スペーサ層２４、第２フリー層２５
を含むＭＲ膜と、垂直記録層１を示している。図２
（ａ）はヘッドがアップ磁化の続く記録磁区の上方を走
行する場合、図２（ｂ）はヘッドがアップ磁化とダウン
磁化との遷移領域の上方を走行する場合、図２（ｃ）は
ヘッドがダウン磁化の続く記録磁区の上方を走行する場
合を示している。

【００４２】図２（ａ）〜（ｃ）に示す、ＭＲ膜の媒体
に対する相対的位置関係の変化にしたがって、第１フリ
ー層と第２フリー層の磁化方向は、媒体中の記録磁化の
方向に応じて以下のように変化する。図２（ａ）に示さ
れるように、媒体中でアップ磁化が続いているときに
は、第１フリー層および第２フリー層の磁化はともにア
ップ方向に向き、互いに平行になる。図２（ｂ）に示さ
れるように、媒体磁化の遷移領域においては、リーディ
ング側の第１フリー層の磁化がダウン方向に変化し、ト
レーリング側の第２フリー層の磁化はアップ方向のまま
変化しない。従って、第１および第２のフリー層の磁化
方向は互いに反平行になる。図２（ｃ）に示されるよう
に、媒体中でダウン磁化が続いているときには、第１フ
リー層および第２フリー層の磁化はともにダウン方向に
向き、互いに平行になる。

【００４３】図３に本実施形態のＣＰＰ−ＭＲヘッドの
出力波形（ΔＶ＝Ｉ・Δρ）を模式的に示す。図３中の
（ａ）、（ｂ）および（ｃ）で示される出力値は、それ
ぞれ図２（ａ）、（ｂ）および（ｃ）の状態に対応して
いる。

【００４４】図３に示される出力波形は、従来のＭＲヘ
ッドを用いた面内磁気記録システムで得られるものとほ
ぼ同じである。従って、磁気記録再生システムにおける
再生信号処理部の回路およびシステムを変更することな
く、記録磁化を感知することが可能である。

【００４５】図４は図３に示した出力波形が得られる原
理を説明する図である。この図は図２（ｂ）に対応して
おり、第１フリー層の磁化と第２フリー層の磁化は角度
θをなしている。

【００４６】ここで、第１フリー層と第２フリー層の磁
化方向が平行であるときの磁気抵抗効果膜の電気抵抗を
ρ_P、反平行であるときの電気抵抗をρ_AP、最大抵抗変
化量をΔρ_maxとする。このとき、抵抗変化Δρは、第
１フリー層と第２フリー層の磁化方向がなす図４の角度
θを用いて、次式で表される。

【００４７】 Δρ=Δρ_max・cos(θ/2)=(ρ_AP−ρ_P)・cos(θ/2) （１）なお、ΔρはＭＲ変化率：ＭＲ＝（ρ_AP−ρ_P）／ρ_Pを
用いて、Δρ=ρ_P・ＭＲによって表すこともできる。

【００４８】従って、出力変化ΔＶは次式で表される。

【００４９】 ΔＶ=I・Δρ=I・(ρ_AP-ρ_P)・cos(θ/2) （２）（２）式からわかるように、第１及び第２フリー層の磁
化の動きのみによってΔＶが得られる。しかし、実際に
はフリー層の磁化の動きは媒体磁束の分布にも依存す
る。

【００５０】ＣＰＰ−ＭＲヘッドを設計する場合、媒体
膜の保磁力（Ｈｃ）、媒体上の遷移長（ＴＬ）、磁気的
な媒体とヘッド間の距離（ＭＳ）、パルスの半値幅（Ｐ
Ｗ₅₀、図６に図示されている）、スペーサ層の厚さ（ｔ
_spacer）を適切に設定することが重要になる。

【００５１】スペーサ層の厚さはスペーサ層内でのスピ
ン拡散長によって決定される。スペーサ層の厚さが厚く
なると出力パルス幅が広がるため望ましくない。逆に、
スペーサ層の厚さが薄くなるとＭＲヘッドの磁束吸い込
み効率が低下する。磁束吸い込み効率を向上するために
は、ＣＰＰ−ＭＲ膜のディメンションを適切に設定する
必要がある。

【００５２】図５（ａ）に、第１の実施形態におけるＣ
ＰＰ−ＭＲヘッドおよび記録媒体のパラメータを示す。
ここで、図５（ａ）に示されるように、ＣＰＰ−ＭＲ素
子のデプス（奥行）をＤ、磁束の減衰長をＦＤ、フリー
層の厚さをｔ_free1＝ｔ_free2＝ｔｆ、フリー層の透磁率
をμ、スペーサ層の厚さをｔ_spacerとする。このとき、
シールドを設けていないＣＰＰ−ＭＲヘッドにおける磁
束の減衰長は、次式で与えられる。

【００５３】

【数１】

【００５４】我々の研究によれば、スペーサ層の厚さは
２ｎｍ以上５０ｎｍ以下、さらに５ｎｍ以上３０ｎｍ以
下であることが好ましいことがわかっている。スペーサ
層の厚さが２ｎｍ未満であると、磁束吸い込み効率が低
下し、出力が低下する。スペーサ層の厚さが５０ｎｍよ
り大きいと、ＭＲ変化率が低下する。

【００５５】スペーサ層の厚さは、式（３）より次式で
与えられる。

【００５６】

【数２】従って、式（４）の右辺が下記の関係を満たすことが望
ましい。

【００５７】

【数３】

【００５８】１００Ｇｂｐｓｉ以上の記録密度の場合、
μ＝１００、ｔｆ＝２ｎｍ〜１０ｎｍとなるので、減衰
長ＦＤは１４（ｎｍ）≦ＦＤ≦１６０（ｎｍ）となる。

【００５９】磁束効率を向上させるためには、ＭＲ膜の
デプスＤは減衰長ＦＤよりも大きいことが好ましく、Ｄ
≧ＦＤの条件を満たすことが好ましい。この場合、フリ
ー層のデプスのみを長くしてもよい。また、ＭＲ膜のデ
プスＤを長くするのではなく、図５（ｂ）に図示したよ
うにＭＲ膜２０の後部に後部フラックスガイド３３を設
けることによってもＭＲ膜のデプスＤを長くした場合と
同様に実効的に磁束効率を向上する効果が得られる。こ
の場合、後部フラックスガイド３３の長さをＧＤとする
と、Ｄ＋ＧＤ≧ＦＤの条件を満たすことが好ましい。従
って、１００Ｇｂｐｓｉ以上の記録密度では、Ｄ≧１６
０ｎｍまたはＤ＋ＧＤ≧１６０ｎｍであることが好まし
い。

【００６０】次に、図５（ａ）に示されるＣＰＰ−ＭＲ
ヘッドを用いた場合の出力を具体的に見積もった例を説
明する。

【００６１】ＣＰＰ−ＭＲ膜については、第１および第
２のフリー層２３、２５にＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ、スペー
サ層２４にＣｕを用い、フリー層の厚さｔ_free1＝ｔ
_free2＝５ｎｍ、スペーサ層の厚さｔ_spacer＝２０ｎ
ｍ、デプスＤ＝１００ｎｍ、トラック幅方向の長さＬ＝
１００ｎｍとした。ハードバイアス膜２９、３０（一方
向に磁化が固着されている）にはＣｏＣｒＰｔ膜を用
い、ハードバイアス膜の厚さｔ _bias＝４０ｎｍ、残留磁
化Ｍｒ_bias＝５００ｅｍｕ／ｃｃとした。媒体は垂直記
録層１と軟磁性裏打ち層２の積層構造であり、記録層の
厚さｔ_record＝１０ｎｍ、残留磁化Ｍｒ_record＝４００
ｅｍｕ／ｃｃ、裏打ち層の厚さｔ_soft＝１０ｎｍとし
た。ビット間の磁化の遷移はｔａｎｈ型で仮定し、遷移
長ＴＬ＝１０ｎｍとした。ＣＰＰ−ＭＲヘッドと媒体の
磁気的スペーシングＭＳ＝１０ｎｍとした。

【００６２】図６に上記の条件で得られる出力波形を示
す。図６において、（ａ）はシールドなし、（ｂ）はシ
ールドあり（シールド間隔：７０ｎｍ）、（ｃ）はシー
ルドあり（シールド間隔：５０ｎｍ）である。図６に示
されるように、シールド間隔が狭くなるにつれて、出力
の半値幅であるＰＷ₅₀は小さくなる。なお、シールド間
隔が狭くなるにつれて、出力のピーク値も低下するが問
題ない程度である。

【００６３】（第２の実施形態）図７は、第２の実施形
態におけるＣＰＰ−ＭＲヘッドを媒体対向面と平行な面
で切断した断面図である。下部シールド４１上に絶縁層
４２が形成され、その一部がエッチングされ、そこに下
部シールド４１に接するピラー形状の第１電極４３が埋
め込まれている。第１電極４３を中心として、トラック
幅方向（ｙ方向）に沿って絶縁層４２の両側部の上に、
１対のパターニングされた第１の反強磁性層４４ａ、４
４ｂが形成されている。第１電極４３、絶縁層４２およ
び第１の反強磁性層４４ａ、４４ｂ上に、下地層５５が
形成されている。下地層５５上に、第１フリー層４５、
スペーサ層４６および第２フリー層４７を含むＣＰＰ−
ＭＲ膜が形成されている。第２フリー層４７の一部上に
保護層５７が形成されている。トラック幅方向（ｙ方
向）に沿って第２フリー層４７の両側部に接して、１対
のパターニングされた第２の反強磁性層４８ａ、４８ｂ
が形成されている。保護層５７および第２の反強磁性層
４８ａ、４８ｂ上に絶縁層４９が形成され、その一部が
エッチングされ、そこに第２フリー層４７に接するピラ
ー形状の第２電極５０が埋め込まれている。絶縁層４９
および第２電極５０上に、上部シールド５１が形成され
ている。

【００６４】フリー層およびスペーサ層には、第１の実
施形態において説明したのと同様な材料を用いることが
できる。

【００６５】下地層および保護層の材料としては、非磁
性金属たとえばＴａ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｒｕ、ＡｕおよびＣ
ｒなど、ならびに軟磁性材料たとえばＮｉＦｅ（パーマ
ロイ）および非晶質ＣｏＺｒＮｂなどが挙げられる。

【００６６】反強磁性層としては、ＰｔＭｎ合金、Ｐｔ
ＰｄＭｎ合金、ＣｒＭｎ合金、ＣｒＰｔＭｎ合金、Ｉｒ
Ｍｎ合金、ＲｈＭｎ合金などが用いられる。反強磁性層
のパターンは、以下のような方法によりを形成すること
ができる。（i）反強磁性体を成膜し、フォトリソグラ
フィープロセスによりレジストをパターニングし、レジ
ストをマスクとしてイオンミリングにより反強磁性層の
パターンを形成した後、レジストを除去する。（ii）フ
ォトリソグラフィーによりレジストをパターニングし、
フリー層上の保護層を除去し、反強磁性体を成膜した
後、リフトオフによってレジストおよびその上の反強磁
性体を除去することにより、反強磁性層のパターンを形
成してもよい。

【００６７】反強磁性体層と電極との間に形成される絶
縁層には、ＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃などが用いられる。な
お、反強磁性層がフリー層に対して十分比抵抗が大きい
場合には、必ずしも絶縁層を形成しなくてもよい。絶縁
層を形成する場合には、少なくともどちらか一方の電極
に対して形成すればよいが、両方の電極に対して形成す
ることがさらに好ましい。フリー層と電極との接触部の
サイズは、絶縁層の開口部により規定される。

【００６８】このＣＰＰ−ＭＲヘッドにおいても、セン
シング部は第１電極４３および第２電極５０に挟まれた
ＣＰＰ−ＭＲ膜の部分である。このセンシング部は、第
１フリー層４５、スペーサ層４６および第２フリー層４
７を含む。一方、パターニングされた反強磁性層４４
ａ、４４ｂ、４８ａ、４８ｂはセンシング部からはずし
て形成されている。したがって、このＣＰＰ−ＭＲヘッ
ドでも、第１の実施形態と同様に、狭ギャップを実現で
きる。

【００６９】第１の反強磁性層４４ａ、４４ｂは、第１
フリー層４５の両端部の磁化を固着することにより、セ
ンシング部（図面の中央部）に相当する第１フリー層４
４に、媒体対向面に対して所定の角度をなす方向に磁気
異方性を付与する。同様に、第２の反強磁性層４８ａ、
４８ｂは、第２フリー層４７の両端部の磁化を固着する
ことにより、センシング部（図面の中央部）に相当する
第２フリー層４７に、媒体対向面に対して所定の角度を
なす方向に磁気異方性を付与する。第１フリー層４５お
よび第２フリー層４７に付与される磁気異方性の方向
は、媒体対向面から測ってほぼ４５°をなし、かつ互い
にほぼ直交する方向とすることが好ましい。ただし、２
つのフリー層に付与される磁気異方性の方向がなす角度
は、おおよそ６０°〜１２０°の範囲であればよい。

【００７０】具体的には、アニーリングによって反強磁
性層とフリー層との交換結合を利用して、フリー層に磁
気異方性を付与する。このため、第１フリー層４５およ
び第２フリー層４７にそれぞれ磁気異方性を付与するよ
うに、２段階のアニールが行われる。このとき、第１フ
リー層４５に付与された磁気異方性が第２段階のアニー
リングによって影響を受けないように、第１の反強磁性
層４４ａ、４４ｂと第２の反強磁性層４８ａ、４８ｂと
の間で、膜厚を変えるかまたは組成を変え、ブロッキン
グ温度および交換結合磁界の温度特性を調整する。

【００７１】図７に示すように、１対のパターニングさ
れた反強磁性層によってフリー層の磁気異方性を制御す
る場合、２つの反強磁性体層間の距離Ｌを適切に設定す
ることが好ましい。２つの反強磁性体層間の距離Ｌは、
０．５μｍ以下であることが好ましい。Ｌが０．５μｍ
より大きいと、２つの反強磁性層間に位置するフリー層
の磁気異方性を制御することが困難になり、フリー層に
大きな保磁力を発生させ、さらにはバルクハウゼンノイ
ズを引き起こす。また、一般的にはスピン結合長は０．
２μｍ以下といわれているので、Ｌは０．２μｍ以下で
あることがさらに好ましい。

【００７２】次に、本実施形態のＣＰＰ−ＭＲヘッドの
動作原理を説明する。本実施形態の磁気ヘッドによって
媒体磁束を検出するには、例えば以下に示す２つの方法
が用いられる。

【００７３】図８および図９を参照して、媒体磁束を検
出するための第１の方法について説明する。

【００７４】図８は、図７のＣＰＰ−ＭＲヘッドにおけ
る１対のフリー層に付与される磁気異方性の方向の一例
を示す図である。理解を容易にするために、この図では
第１フリー層４５と第２フリー層４７を横並びにして示
している。しかし、実際には第１フリー層４５と第２フ
リー層４７は重なっている。図８において、第１フリー
層４５の磁気異方性の方向は媒体対抗面に対して約＋４
５°斜め上向き、第２フリー層４７の磁気異方性の方向
は媒体対抗面に対して約−４５°斜め上向きとなってい
る。したがって、第１フリー層４５の磁気異方性の方向
と第２フリー層４７の磁気異方性の方向はほぼ直交して
いる。

【００７５】図９は、図８のように磁気異方性が付与さ
れた１対のフリー層を有するＣＰＰ−ＭＲヘッドによる
出力波形を示す図である。

【００７６】ヘッドがアップ磁化の続く記録磁区の上方
を走行する場合、第１フリー層４５の磁化方向と第２フ
リー層４７の磁化方向はともにアップ方向に向いて互い
に平行になるため、出力電圧は−Ｖ_ppという最低値を示
す。

【００７７】ヘッドが磁化遷移領域の上方を走行する場
合、第１フリー層４５の磁化方向と第２フリー層４７の
磁化方向はほぼ直交したままであるので、出力電圧はほ
ぼ０である。

【００７８】ヘッドがダウン磁化の続く記録磁区の上方
を走行する場合、第１フリー層４５の磁化方向と第２フ
リー層４７の磁化方向は水平で互いに反平行になるた
め、出力電圧は＋Ｖ_ppという最高値を示す。

【００７９】以上のように信号磁束を検出することによ
り、記録媒体の記録ビットの磁化方向を直接に検出でき
る。この動作原理を用いる場合、磁束は第１フリー層４
５または第２フリー層４７から下部シールド４１または
上部シールド５１へと流れるので、１対の磁気シールド
を設ける必要がある。

【００８０】図１０および図１１を参照して、媒体磁束
を検出するための第２の方法について説明する。

【００８１】図１０は、図７のＣＰＰ−ＭＲヘッドにお
ける１対のフリー層に付与される磁気異方性の方向の他
の例を示す図である。図１０において、第１フリー層４
５の磁気異方性の方向は媒体対抗面に対して約＋４５°
斜め上向き、第２フリー層４７の磁気異方性の方向は媒
体対抗面に対して約−４５°斜め下向きとなっている。
したがって、第１フリー層４５の磁気異方性の方向と第
２フリー層４７の磁気異方性の方向はほぼ直交してい
る。

【００８２】図１１は、図１０のように磁気異方性が付
与された１対のフリー層を有するＣＰＰ−ＭＲヘッドに
よる出力波形を示す図である。

【００８３】ヘッドがダウン磁化からアップ磁化への遷
移領域の上方を走行する場合、第１フリー層４５の磁化
方向と第２フリー層４７の磁化方向はともに水平で平行
になるため、出力電圧は−Ｖ_ppという最低値を示す。

【００８４】ヘッドがアップ磁化またはダウン磁化が続
く記録磁区の上方を走行する場合、第１フリー層４５の
磁化方向と第２フリー層４７の磁化方向はほぼ直交した
ままであるので、出力電圧はほぼ０である。

【００８５】ヘッドがアップ磁化からダウン磁化への遷
移領域の上方を走行する場合、第１フリー層４５の磁化
方向は上向き、第２フリー層４７の磁化方向は下向き
で、互いに反平行になるため、出力電圧は＋Ｖ_ppという
最高値を示す。

【００８６】以上のように信号磁束を検出することによ
り、記録ビットの遷移領域を検出できる。この動作原理
を用いる場合、磁束は第１フリー層４５から第２フリー
層４７へ、または第２フリー層４７から第１フリー層４
５へと流れるので、１対の磁気シールドは必ずしも設け
る必要はない。

【００８７】（他の実施形態）図１２は、他の実施形態
のＣＰＰ−ＭＲヘッドに用いられるＣＰＰ−ＭＲ膜を媒
体対向面に垂直な面で切断した断面図である。図１２の
ＣＰＰ−ＭＲ膜は、図１（ａ）と同様に、下地層３１、
第１フリー層２３、スペーサ層２４、第２フリー層２
５、保護層３２が積層されている。しかし、図１２のＣ
ＰＰ−ＭＲ膜では、スペーサ層２４がそれぞれ第１フリ
ー層２３または第２フリー層と接する１対の第１スペー
サ層２４ａと、１対の第１スペーサ層２４ａに挟まれる
ように形成された第２スペーサ層２４ｂとを含む３層構
造になっている。

【００８８】上述したようにスペーサ層の膜厚は本発明
の実施形態に係るＣＰＰ−ＭＲヘッドを設計する上で非
常に重要である。従って、設計の自由度を増すために
も、スペーサ層にはスピン拡散長を十分に長く設定でき
るような材料を選ぶことが好ましい。

【００８９】スピン拡散長が長い材料としてはＡｌ、Ｍ
ｇ、Ｂｅ、Ｃａのような原子量の小さい元素からなる金
属またはそれらを含むような合金が挙げられる。Ａｌ、
Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａのスピン拡散長は、室温で約２００ｎ
ｍ程度である。従って、スペーサ層の一部にＡｌまたは
Ｍｇ層を用いることが適当である。また、電気伝導率の
低いＣｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒなどの材料も
スピン拡散長が長く、スペーサ層の材料として好まし
い。我々の研究の結果、これらの材料ではスピン拡散長
が５０ｎｍ以上あると考えられる。

【００９０】特に好ましい積層構造として、［第１スペ
ーサ層／第２スペーサ層／第１スペーサ層］の３層構造
が挙げられる。第１スペーサ層には、Ａｕ、Ｃｕ、Ａ
ｇ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕから選択される金属が用いられ
る。第２スペーサ層には、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａから
選択される金属が用いられる。この積層構造では、第２
スペーサ層によりスピン拡散長を調整し、第１スペーサ
層と第１フリー層または第２フリー層との界面において
スピン依存散乱の効果を与える。

【００９１】第１スペーサ層の膜厚はスピン拡散長をで
きるだけ伸ばすために１０ｎｍ以下であることが好まし
い。第２スペーサ層の膜厚は、スピン拡散長よりも短く
なるように、２００ｎｍ以下であることが好ましい。

【００９２】また、フリー層中のスピン拡散長も考慮す
ると、ＣＰＰ−ＭＲ膜のフリー層とスペーサ層の膜厚の
合計は、第２スペーサ層のスピン拡散長の５０％以下で
あることが好ましい。ここで、フリー層の膜厚とはスピ
ン依存散乱に寄与する部分の膜厚を意味する。すなわ
ち、単純フリー層の場合には全膜厚、シンセティック・
フリー層の場合にはＲｕ層の膜厚とスペーサ層側の磁性
層の膜厚とを合計した膜厚のことを指す。

【００９３】本発明の他の実施形態に係る磁気抵抗効果
ヘッドには、図１３または図１４に示した磁気抵抗効果
膜を用いることもできる。

【００９４】図１３は、第１フリー層６１、Ａｌ₂Ｏ₃な
どの酸化物で形成されたスペーサ層６２および第２フリ
ー層６３を積層したトンネル型磁気抵抗効果膜（ＴＭ
Ｒ）の断面図である。ＴＭＲ膜では、素子抵抗を考慮す
るとスペーサ層６２の厚さは５ｎｍ以下であることが好
ましい。スペーサ層６２には、たとえばＡｌ₂Ｏ₃などの
Ａｌ酸化物、Ｆｅ₃Ｏ₄などのＦｅ酸化物、ＬＳＭＯなど
のペロブスカイト型酸化物から選択される少なくとも１
層を用いることができる。

【００９５】図１４は、図１３と同様な構造を有するＴ
ＭＲ膜であるが、スペーサ層６２として［金属層６２ａ
／酸化物層またはチッ化物層６２ｂ／金属層６２ａ］の
積層体を用いている。中間の酸化物層またはチッ化物層
６２ｂは必ずしも連続膜である必要はなく、非連続であ
ってもよい。酸化物層またはチッ化物層６２ｂが連続膜
になっているか否かは、電子顕微鏡観察によって確認す
ることができる。

【００９６】次に、本発明に係るＣＰＰ−ＭＲヘッドを
搭載した磁気ヘッドアセンブリ、およびこの磁気ヘッド
アセンブリを搭載した磁気ディスク装置について説明す
る。

【００９７】図１５（ａ）はＣＰＰ−ＭＲヘッドを搭載
した磁気ヘッドアセンブリの斜視図である。アクチュエ
ータアーム２０１は、磁気ディスク装置内の固定軸に固
定されるための穴が設けられ、図示しない駆動コイルを
保持するボビン部等を有する。アクチュエータアーム２
０１の一端にはサスペンション２０２が固定されてい
る。サスペンション２０２の先端にはＣＰＰ−ＭＲヘッ
ドを搭載したヘッドスライダ２０３が取り付けられてい
る。また、サスペンション２０２には信号の書き込みお
よび読み取り用のリード線２０４が配線され、このリー
ド線２０４の一端はヘッドスライダ２０３に組み込まれ
たＣＰＰ−ＭＲヘッドの各電極に接続され、リード線２
０４の他端は電極パッド２０５に接続されている。

【００９８】図１５（ｂ）は図１５（ａ）に示す磁気ヘ
ッドアセンブリを搭載した磁気ディスク装置の内部構造
を示す斜視図である。磁気ディスク２１１はスピンドル
２１２に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制
御信号に応答する図示しないモータにより回転する。ア
クチュエータアーム２０１は固定軸２１３に固定され、
サスペンション２０２およびその先端のヘッドスライダ
２０３を支持している。磁気ディスク２１１が回転する
と、ヘッドスライダ２０３の媒体対向面は磁気ディスク
２１１の表面から所定量浮上した状態で保持され、情報
の記録再生を行う。アクチュエータアーム２０１の基端
にはリニアモータの１種であるボイスコイルモータ２１
４が設けられている。ボイスコイルモータ２１４はアク
チュエータアーム２０１のボビン部に巻き上げられた図
示しない駆動コイルとこのコイルを挟み込むように対向
して配置された永久磁石および対向ヨークからなる磁気
回路とから構成される。アクチュエータアーム２０１は
固定軸２１３の上下２個所に設けられた図示しないボー
ルベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ２
１４により回転摺動が自在にできるようになっている。

【００９９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、狭
ギャップ化が可能になり、高記録密度化に対応できる磁
気抵抗効果ヘッド、およびこの磁気抵抗効果ヘッドを有
する磁気記録再生装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態における垂直通電型磁気抵抗効
果（ＣＰＰ−ＭＲ）ヘッドを媒体対向面に垂直な面で切
断した断面図、およびこのＣＰＰ−ＭＲヘッドのＣＰＰ
−ＭＲ膜を媒体対向面から見た平面図。

【図２】第１の実施形態におけるＣＰＰ−ＭＲヘッドに
ついて媒体磁束に対する磁気抵抗効果膜の磁化方向の変
化を説明するための模式図。

【図３】第１の実施形態におけるＣＰＰ−ＭＲヘッドの
出力波形を模式的に示す図。

【図４】図３に示した出力波形が得られる原理を説明す
るための図。

【図５】（ａ）は第１の実施形態におけるＣＰＰ−ＭＲ
ヘッドおよび記録媒体のパラメータを示す図、（ｂ）は
第１の実施形態におけるＣＰＰ−ＭＲヘッドに後部フラ
ックスガイドを設けた状態を示す図。

【図６】図５（ａ）の条件で得られる出力波形を示す
図。

【図７】第２の実施形態におけるＣＰＰ−ＭＲヘッドを
媒体対向面と平行な面で切断した断面図。

【図８】図７のＣＰＰ−ＭＲヘッドにおける１対のフリ
ー層に付与される磁気異方性の方向の一例を示す図。

【図９】図８に示すように磁気異方性が付与された１対
のフリー層を有するＣＰＰ−ＭＲヘッドによる出力波形
を示す図。

【図１０】図７のＣＰＰ−ＭＲヘッドにおける１対のフ
リー層に付与される磁気異方性の方向の他の例を示す
図。

【図１１】図１０に示すように磁気異方性が付与された
１対のフリー層を有するＣＰＰ−ＭＲヘッドによる出力
波形を示す図。

【図１２】他の実施形態におけるＣＰＰ−ＭＲ膜の断面
図。

【図１３】他の実施形態におけるＴＭＲ膜の断面図。

【図１４】他の実施形態におけるＴＭＲ膜の断面図。

【図１５】本発明の一実施形態に係るＣＰＰ−ＭＲヘッ
ドを搭載した磁気ヘッドアセンブリの斜視図、および磁
気ディスク装置の内部構造を示す斜視図。

【図１６】従来のＳＶ−ＭＲヘッドの構造を示す概略
図。

【図１７】ＳＶ−ＭＲヘッドにより得られる出力波形を
示す図。

【符号の説明】

１…垂直記録層２…軟磁性裏打ち層１０…ＳＶ−ＭＲ膜１１…反強磁性層１２…ピン層１３…スペーサ層１４…フリー層１５、１６…磁気シールド２１…下部磁気シールド２２…第１電極２３…第１磁化自由層（第１フリー層）２４…非磁性中間層（スペーサ層）２５…第２磁化自由層（第２フリー層）２６…第２電極２７…上部磁気シールド２８…絶縁膜２９、３０…ハードバイアス膜（ハード膜）３１…下地層３２…保護層３３…後部フラックスガイド４１下部シールド４２絶縁層４３第１電極４４ａ、４４ｂ第１の反強磁性層４５第１フリー層４６スペーサ層４７第２フリー層４８ａ、４８ｂ第２の反強磁性層４９絶縁層５０第２電極５１上部シールド５５下地層５７保護層６１第１フリー層６２スペーサ層６２ａ金属層６２ｂ酸化物層またはチッ化物層６３第２フリー層２０１…アクチュエータアーム２０２…サスペンション２０３…ヘッドスライダ２０４…リード線２０５…電極パッド２１１…磁気ディスク２１２…スピンドル２１３…固定軸２１４…ボイスコイルモータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高岸雅幸神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者湯浅裕美神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内Ｆターム(参考） 5D034 AA05 BA03 BA08 BA15 BB08 CA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】媒体対向面に対して膜面が実質的に垂直に
配置された、第１磁化自由層および第２磁化自由層と、
これらの磁化自由層の間に挟まれた中間層と、下地層
と、保護層とを有し、下地層、第１磁化自由層、中間
層、第２磁化自由層、保護層の順に順次積層され、前記
第１磁化自由層および第２磁化自由層は媒体からの信号
磁束に応じて独立にその磁化方向を変化させ、それぞれ
の磁化方向の変化に応じて磁気抵抗効果を発揮する磁気
抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して実質
的に垂直に電流を通電するために設けられ、下地層に電
気的に接続された第１電極および保護層に電気的に接続
された第２電極とを有する磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項２】さらに、前記第１の電極、前記磁気抵抗
効果膜および前記第２の電極で形成された構造の両面に
設けられた１対の磁気シールドを有する請求項１に記載
の磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項３】前記１対の磁気シールドの各々は前記第
１または第２電極と電気接続されている請求項２に記載
の磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項４】前記中間層が、導電性非磁性層で形成さ
れている請求項１に記載の磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項５】前記中間層が、Ｂｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃ
ａ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、ＲｕおよびＩｒからなる
群より選択される少なくとも１種の金属で形成されてい
る請求項４に記載の磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項６】前記中間層は、それぞれ前記第１磁化自
由層または第２磁化自由層と接する１対の第１中間層
と、前記１対の第１中間層に挟まれた第２中間層とを含
む３層構造を有する請求項１に記載の磁気抵抗効果ヘッ
ド。
【請求項７】前記第１中間層はＣｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒ
ｈ、ＲｕおよびＩｒからなる群より選択される少なくと
も１種の金属から形成され、前記第２中間層はＢｅ、Ａ
ｌ、ＭｇおよびＣａからなる群より選択される少なくと
も１種の金属から形成される請求項６に記載の磁気抵抗
効果ヘッド。
【請求項８】前記中間層が、酸化物層で形成されてい
る請求項１に記載の磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項９】前記酸化物層が、Ａｌ酸化物、Ｓｉ酸化
物、Ｆｅ酸化物、Ｃｒ酸化物、Ｔａ酸化物、Ｎｉ酸化物
およびペロブスカイト型酸化物からなる群より選択され
る少なくとも１層で形成されている請求項８に記載の磁
気抵抗効果ヘッド。
【請求項１０】前記酸化物層の厚さは約５ｎｍ以下で
ある請求項８に記載の磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項１１】前記中間層が、［金属層／酸化物層ま
たはチッ化物層］の積層膜、または［金属層／酸化物層
／金属層］もしくは［金属層／チッ化物層／金属層］の
サンドイッチ膜で形成されている請求項１に記載の磁気
抵抗効果ヘッド。
【請求項１２】前記酸化物層が、Ａｌ酸化物、Ｓｉ酸
化物、Ｆｅ酸化物、ペロブスカイト型酸化物、Ｔａ酸化
物、Ｃｒ酸化物およびＮｉ酸化物からなる群より選択さ
れる少なくとも１層で形成されている請求項１１に記載
の磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項１３】さらに、前記第１磁化自由層、中間層
および第２磁化自由層を含む磁気抵抗効果膜のトラック
幅方向に沿う両端部に形成された、前記第１磁化自由層
および第２磁化自由層に実質的に同一方向に磁気異方性
を付与する１対のハードバイアス膜を有する請求項１に
記載の磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項１４】さらに、前記第１磁化自由層のトラッ
ク幅方向に沿う両端部に接して形成され、前記第１磁化
自由層に所定方向に磁気異方性を付与する１対の第１の
反強磁性膜と、前記第２磁化自由層のトラック幅方向に
沿う両端部に接して形成され、前記第２磁化自由層に所
定方向に磁気異方性を付与する１対の第２の反強磁性膜
とを有する請求項１に記載の磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項１５】前記１対の第１の反強磁性膜によって
前記第１磁化自由層に付与される磁気異方性の方向と、
前記１対の第２の反強磁性膜によって前記第２磁化自由
層に付与される磁気異方性の方向とが、互いに約６０°
〜１２０°の角度をなす請求項１４に記載の磁気抵抗効
果ヘッド。
【請求項１６】前記１対の第１の反強磁性膜間の距
離、および前記１対の第２の反強磁性膜間の距離が、約
０．５μｍ以下である請求項１４に記載の磁気抵抗効果
ヘッド。
【請求項１７】前記１対の第１の反強磁性膜間の距
離、および前記１対の第２の反強磁性膜間の距離が、約
０．２μｍ以下である請求項１６に記載の磁気抵抗効果
ヘッド。
【請求項１８】垂直磁気記録媒体と、垂直磁気記録媒体
に対向して設けられる請求項１ないし１６のいずれかに
記載の磁気抵抗効果ヘッドとを有する垂直磁気記録再生
装置。