JP2002367124A - スピンバルブ型磁気ヘッド - Google Patents
スピンバルブ型磁気ヘッドInfo
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- G11B5/3967—Composite structural arrangements of transducers, e.g. inductive write and magnetoresistive read
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 狭トラックでも再生出力の高い安定性の高い
スピンバルブ型磁気ヘッドを提供する。 【解決手段】 軟磁性自由層１３上に非磁性分離層４１
１を介して単磁区化強磁性層４５が形成され、前記軟磁
性自由層１３と前記単磁区化強磁性層４５とがトラック
幅端部で静磁気的に結合して閉磁路を形成して前記軟磁
性層１３が感知すべき磁界に対して略直交した方向に実
質的に固定された磁化を有するスピンバルブ型磁気抵抗
効果素子を備えた磁気ヘッドとする。
スピンバルブ型磁気ヘッドを提供する。 【解決手段】 軟磁性自由層１３上に非磁性分離層４１
１を介して単磁区化強磁性層４５が形成され、前記軟磁
性自由層１３と前記単磁区化強磁性層４５とがトラック
幅端部で静磁気的に結合して閉磁路を形成して前記軟磁
性層１３が感知すべき磁界に対して略直交した方向に実
質的に固定された磁化を有するスピンバルブ型磁気抵抗
効果素子を備えた磁気ヘッドとする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気記録再生装置
および磁気抵抗効果素子に関し、特に、高記録密度磁気
記録再生装置と、その製造方法に関するものである。
および磁気抵抗効果素子に関し、特に、高記録密度磁気
記録再生装置と、その製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】米国特許ＵＳＰ５４０８３７７には反強
磁性的に結合した自由層を用いたスピンバルブ型磁気抵
抗素子の記載がある。特開平７−７３４１６には軟質能
動層にイクスチェンジ層を隣接したＭＲ型読み出しトラ
ンスデューサーの記載がある。特開平７−１６９０２６
には反強磁性的結合膜を用いたスピンバルブセンサの記
載がある。特開平１０−１７３２５２には高電気抵抗磁
性層を積層した磁気抵抗センサの記載がある。特開平１
０−２８４７６８にはフリー強磁性層に隣接した補助磁
化反転層を有する磁気抵抗効果素子の記載がある。特開
平１１−２５９８２４には硬磁性膜を自由層に積層した
トンネル型磁気抵抗効果ヘッドの記載がある。
磁性的に結合した自由層を用いたスピンバルブ型磁気抵
抗素子の記載がある。特開平７−７３４１６には軟質能
動層にイクスチェンジ層を隣接したＭＲ型読み出しトラ
ンスデューサーの記載がある。特開平７−１６９０２６
には反強磁性的結合膜を用いたスピンバルブセンサの記
載がある。特開平１０−１７３２５２には高電気抵抗磁
性層を積層した磁気抵抗センサの記載がある。特開平１
０−２８４７６８にはフリー強磁性層に隣接した補助磁
化反転層を有する磁気抵抗効果素子の記載がある。特開
平１１−２５９８２４には硬磁性膜を自由層に積層した
トンネル型磁気抵抗効果ヘッドの記載がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】 従来の技術では、記
録密度の十分に高い磁気記録装置、特にその再生部に外
部磁界に対して十分な感度と出力で作用する磁気抵抗効
果型磁気ヘッドを実現し、さらに十分に対称性の良い良
好な特性を得ることが出来ず、記憶装置としての機能を
実現することが困難であった。近年、強磁性金属層を、
非磁性金属層を介して積層した多層膜の磁気抵抗効果、
いわゆる巨大磁気抵抗、が大きいことが知られている。
この場合、磁気抵抗効果は、非磁性導電層で隔てられた
強磁性層の、磁化と磁化のなす角度によって電気抵抗が
変化する。この巨大磁気抵抗効果を磁気抵抗効果素子と
して用いる場合には、スピンバルブとよばれる構造が提
唱されている。即ち、反強磁性膜／強磁性層／非磁性導
電層／軟磁性自由層の構造を有し、反強磁性膜／強磁性
層界面に発生する交換結合磁界によって反強磁性膜と密
着した強磁性層の磁化を実質的に固定し、他方の軟磁性
自由層が外部磁界によって磁化回転することで出力を得
ることができる。上記固定の効果を固定バイアス、この
効果を生じる反強磁性膜を固定バイアス膜とよぶことに
する。また、上記磁化が実質的に固定される強磁性層を
固定層、もしくは強磁性固定層と呼ぶことにする。同様
に外部磁場によって磁化回転する軟磁性膜を自由層もし
くは軟磁性自由層と呼ぶことにする。固定層は、感知す
べき磁界に対して、実質的に磁化が固定されていること
がその機能であり、反強磁性膜の代わりに硬磁性膜、す
なわち比較的大きな磁界が加わらない限り磁化が変化し
ない材料で代換することもできる。最近、スペキュラー
効果やあるいはSynthetic ferrimagnetと呼ばれるよう
な強磁性固定層を多層構造にする構造も提唱されている
が、非磁性中間層に直接接合する界面の強磁性層の磁化
が実質的に固定されている点ではすべて同様である。磁
気抵抗効果型磁気ヘッドには上記軟磁性自由層を単磁区
化するための磁区制御構造を有する。上記軟磁性自由層
を単磁区状態にし、感知すべき磁界に対してヒステリシ
スのない出力を持たせる機能を有する。代表的な磁区制
御構造であるハードバイアスと呼ばれる構成は以下の構
成を有する。感知領域の幅、すなわちトラック幅に形成
した磁気抵抗効果膜の両端部に硬磁性膜を所定の厚さで
配置する。硬磁性膜の磁化は着磁工程によってトラック
幅方向に残留磁化を有するように設定され、上記残留磁
化によってトラック幅方向の端部に発生する磁荷が上記
軟磁性自由層の端部に発生する磁荷と打ち消しあうこと
によって静磁エネルギーを下げ、上記軟磁性自由層を単
磁区化するのである。上記ハードバイアス構造による単
磁区化において課題となるのは、磁気抵抗効果素子のト
ラック幅が狭くなったとき、具体的には0.2乃至は0.1ミ
クロン以下になった時に硬磁性膜の単磁区化効果が過剰
に強くなり、感知すべき磁界に対する軟磁性自由層の磁
化過程を阻害するのである。このような感度の低下を防
止するには硬磁性膜の磁化の量、すなわち残留磁化量を
極力低くせしめることが重要だが、このような磁化量の
低減には軟磁性自由層の単磁区化の効果を低下せしめて
素子の変動が発生する恐れが高くなる。従来、このよう
な高感度と安定性の競合は安定性の得られる最低限の磁
化量を採用することで対応されたわけであるが、トラッ
ク幅が狭小になるために安定性の得られるときの感度が
十分でなくなるという現象が生じるのである。上記のよ
うな安定性と高感度の両立を達成するために、硬磁性膜
などの磁荷を磁気抵抗効果積層膜のトラック幅の単部の
正確な位置に最低限の量を配置する必要がある。しかし
ながら、従来型の磁区制御構造では、近年の狭小なトラ
ック幅の磁気ヘッドに対してこれを実現することができ
なかった。そこで本発明の目的は高密度記録に対応した
長期信頼性の高い磁気記録装置もしくは磁気センサーを
用いた磁気ヘッドを提供することにあり、より具体的に
は、軟磁性自由層の端部の磁荷を打ち消す端磁区化磁性
膜を磁気抵抗効果膜に積層形成し、トラック幅をおよそ
同一形状に形成することで安定で高感度のスピンバルブ
型磁気抵抗効果素子を用いた再生出力の高いスピンバル
ブ型磁気ヘッドを提供し、さらにこれを用いた磁気記録
再生装置を提供することにある。
録密度の十分に高い磁気記録装置、特にその再生部に外
部磁界に対して十分な感度と出力で作用する磁気抵抗効
果型磁気ヘッドを実現し、さらに十分に対称性の良い良
好な特性を得ることが出来ず、記憶装置としての機能を
実現することが困難であった。近年、強磁性金属層を、
非磁性金属層を介して積層した多層膜の磁気抵抗効果、
いわゆる巨大磁気抵抗、が大きいことが知られている。
この場合、磁気抵抗効果は、非磁性導電層で隔てられた
強磁性層の、磁化と磁化のなす角度によって電気抵抗が
変化する。この巨大磁気抵抗効果を磁気抵抗効果素子と
して用いる場合には、スピンバルブとよばれる構造が提
唱されている。即ち、反強磁性膜／強磁性層／非磁性導
電層／軟磁性自由層の構造を有し、反強磁性膜／強磁性
層界面に発生する交換結合磁界によって反強磁性膜と密
着した強磁性層の磁化を実質的に固定し、他方の軟磁性
自由層が外部磁界によって磁化回転することで出力を得
ることができる。上記固定の効果を固定バイアス、この
効果を生じる反強磁性膜を固定バイアス膜とよぶことに
する。また、上記磁化が実質的に固定される強磁性層を
固定層、もしくは強磁性固定層と呼ぶことにする。同様
に外部磁場によって磁化回転する軟磁性膜を自由層もし
くは軟磁性自由層と呼ぶことにする。固定層は、感知す
べき磁界に対して、実質的に磁化が固定されていること
がその機能であり、反強磁性膜の代わりに硬磁性膜、す
なわち比較的大きな磁界が加わらない限り磁化が変化し
ない材料で代換することもできる。最近、スペキュラー
効果やあるいはSynthetic ferrimagnetと呼ばれるよう
な強磁性固定層を多層構造にする構造も提唱されている
が、非磁性中間層に直接接合する界面の強磁性層の磁化
が実質的に固定されている点ではすべて同様である。磁
気抵抗効果型磁気ヘッドには上記軟磁性自由層を単磁区
化するための磁区制御構造を有する。上記軟磁性自由層
を単磁区状態にし、感知すべき磁界に対してヒステリシ
スのない出力を持たせる機能を有する。代表的な磁区制
御構造であるハードバイアスと呼ばれる構成は以下の構
成を有する。感知領域の幅、すなわちトラック幅に形成
した磁気抵抗効果膜の両端部に硬磁性膜を所定の厚さで
配置する。硬磁性膜の磁化は着磁工程によってトラック
幅方向に残留磁化を有するように設定され、上記残留磁
化によってトラック幅方向の端部に発生する磁荷が上記
軟磁性自由層の端部に発生する磁荷と打ち消しあうこと
によって静磁エネルギーを下げ、上記軟磁性自由層を単
磁区化するのである。上記ハードバイアス構造による単
磁区化において課題となるのは、磁気抵抗効果素子のト
ラック幅が狭くなったとき、具体的には0.2乃至は0.1ミ
クロン以下になった時に硬磁性膜の単磁区化効果が過剰
に強くなり、感知すべき磁界に対する軟磁性自由層の磁
化過程を阻害するのである。このような感度の低下を防
止するには硬磁性膜の磁化の量、すなわち残留磁化量を
極力低くせしめることが重要だが、このような磁化量の
低減には軟磁性自由層の単磁区化の効果を低下せしめて
素子の変動が発生する恐れが高くなる。従来、このよう
な高感度と安定性の競合は安定性の得られる最低限の磁
化量を採用することで対応されたわけであるが、トラッ
ク幅が狭小になるために安定性の得られるときの感度が
十分でなくなるという現象が生じるのである。上記のよ
うな安定性と高感度の両立を達成するために、硬磁性膜
などの磁荷を磁気抵抗効果積層膜のトラック幅の単部の
正確な位置に最低限の量を配置する必要がある。しかし
ながら、従来型の磁区制御構造では、近年の狭小なトラ
ック幅の磁気ヘッドに対してこれを実現することができ
なかった。そこで本発明の目的は高密度記録に対応した
長期信頼性の高い磁気記録装置もしくは磁気センサーを
用いた磁気ヘッドを提供することにあり、より具体的に
は、軟磁性自由層の端部の磁荷を打ち消す端磁区化磁性
膜を磁気抵抗効果膜に積層形成し、トラック幅をおよそ
同一形状に形成することで安定で高感度のスピンバルブ
型磁気抵抗効果素子を用いた再生出力の高いスピンバル
ブ型磁気ヘッドを提供し、さらにこれを用いた磁気記録
再生装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】 本発明では高記録密度
に対応した巨大磁気抵抗効果を用いた磁気センサーを磁
気ヘッドに搭載した磁気記録装置を提供するために、上
記磁気センサーとして用いるスピンバルブ型の巨大磁気
抵抗効果積層膜、すなわち、軟磁性自由層／非磁性導電
層／強磁性固定層／反強磁性膜の積層構造を有する磁気
抵抗効果素子を用いる。ここで反強磁性膜は強磁性固定
層の磁化を実質的に固定するための交換結合バイアスを
印加するものであって、直接強磁性固定層に密着して形
成するか、あるいは間接的に磁気的結合を経て効果をも
たらしてもよい。あるいは反強磁性膜の代わりに他のバ
イアス印加手段、例えば、硬磁性膜の残留磁化を用いた
り、電流バイアスを用いてもよい。本発明では課題を解
決して高記録密度に対応した磁気センサ、磁気ヘッドを
搭載した磁気記録再生装置を得るために、上記軟磁性自
由層に積層して、非磁性分離層を介し、単磁区化強磁性
層を形成する。非磁性分離層は単磁区化強磁性層と軟磁
性自由層の間に磁気的な結合がないように分離する機能
を有する。つまり、強磁性固定層と非磁性中間層と軟磁
性自由層と非磁性分離層と単磁区化強磁性とがこの順に
積層され所定の感磁幅に対応したほぼ同一のトラック幅
に形成されたスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を有し、
前記非磁性分離層を介して前記軟磁性自由層と前記単磁
区化強磁性層とが面内で実質的に強磁性的または反強磁
性的な結合を有さず、トラック幅端部で前記単磁区化強
磁性層の磁化と軟磁性自由層の磁化とが静磁気的に結合
して閉磁路を形成しており、前記軟磁性自由層は感知す
べき磁界に対して略直行した方向に実質的に固定された
磁化を有して単磁区化され、前記強磁性固定層が感知す
べき磁界に対して実質的にその磁化方向が固定され、外
部の磁界に応じて前記軟磁性自由層の磁化が回転し、前
記軟磁性自由層の磁化と前記強磁性固定層の磁化との相
対角度が変わって磁気抵抗効果素子に磁気抵抗変化が生
じ、一対の電極により磁気抵抗変化を検出することを特
徴とする磁気ヘッドとする。あるいは、前記素子積層構
成が所定の感磁幅に対応したほぼ同一のトラック幅に形
成されていて、上記トラック幅の方向に並列して配置し
た硬磁性膜などの磁区制御構造を持たず、前記トラック
幅端部で上記単磁区化強磁性層の磁化と軟磁性自由層の
磁化が静磁気的に結合して閉磁路を形成してなる構成と
する。また、感知すべき外部磁界に対して実質的にその
磁化方向が固定された強磁性層と感知すべき外部磁界に
応じてその磁化が回転できる軟磁性層とが非磁性中間層
を介して積層されたスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を
有し、感知すべき外部磁界に応じて前記軟磁性層の磁化
が回転し、前記軟磁性層の磁化方向と上記強磁性層の磁
化方向との相対角度が変わって磁気抵抗効果を生じる磁
気ヘッドにおいて、前記軟磁性層上に非磁性分離層を介
して単磁区化強磁性層が形成され、前記軟磁性層と前記
単磁区化強磁性層とがトラック幅端部で静磁気的に結合
して閉磁路を形成して前記軟磁性層が感知すべき磁界に
対して略直交した方向に実質的に固定された磁化を有す
ることを特徴とする磁気ヘッドとする。また、強磁性固
定層と軟磁性自由層とが非磁性中間層を介して積層され
たスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を有し、外部の磁界
に応じて前記軟磁性自由層の磁化が回転し、前記軟磁性
自由層の磁化と前記強磁性固定層の磁化との相対角度が
変わって磁気抵抗効果を生じ、前記軟磁性自由層上に非
磁性分離層を介して単磁区化強磁性層が形成され、前記
非磁性分離層を介して前記軟磁性自由層と前記単磁区化
強磁性層とがトラック幅端部で静磁気的に結合して閉磁
路を形成することで前記単磁区化強磁性層は感知すべき
磁界に対して略直行した方向に実質的に固定された磁化
を有するように前記軟磁性自由層を単磁区化することを
特徴とする磁気ヘッドとする。ここで、単磁区化強磁性
層、非磁性分離層及び軟磁性自由層はほぼ同一のトラッ
ク幅に加工形成されてほぼ同一位置の単部を有し、単磁
区化強磁性層はトラック幅方向に残留磁化を有し続ける
ことでトラック幅方向の端部で軟磁性自由層の端部の磁
荷を打ち消して単磁区化する効果を有する。単磁区化強
磁性層は軟磁性自由層とおよそ同一の磁化量を有する
か、単磁区化強磁性層と軟磁性自由層とが非磁性分離層
によって分離していて損失する分を補うために軟磁性自
由層の磁化量より大きく設定する。上記のような単磁区
化構成によって、他の磁区制御構造、例えば磁気抵抗効
果膜のトラック幅方向の側端部に硬磁性膜を配置するよ
うな構造がなくとも単磁区化の効果を得ることができ
る。単磁区化強磁性層は所定の大きさの磁荷をトラック
幅方向に発生せしめるために強磁性体を含む構成とす
る。磁荷の発生方法としては、反強磁性膜を用いること
ができる。すなわち、反強磁性膜/強磁性膜の構成とし
て、強磁性膜に反強磁性膜から交換結合磁界を発生せし
め、この交換結合磁界の方向をトラック幅方向とするこ
とで達成できる。あるいは、単磁区化強磁性層を硬磁性
膜を用いて構成することもできる。硬磁性膜をトラック
幅方向に着磁し、残留磁化によって単磁区化効果を得
る。この場合、硬磁性膜の磁化の分散が軟磁性自由層に
転写されて保磁力を増大させる恐れがある。保磁力の増
大を防ぐために単磁区化強磁性層を硬磁性膜／結合層／
強磁性層の積層構成とし、硬磁性膜の磁化の分散を強磁
性層で吸収し、かつまた硬磁性膜と強磁性層の磁荷の合
計で単磁区化効果を得ることができる。結合層は単磁区
化強磁性層と強磁性層を反強磁性的に結合するか、弱く
強磁性的に結合させ、硬磁性膜の磁化の分散から発生す
る磁界を強磁性層が吸収する効果をもたせるのである。
単磁区化強磁性層は、面内に電流の通じる場合には磁気
抵抗効果膜の分流による出力の低下を抑制するために高
い電気抵抗を有する薄膜から形成することが望ましい。
高抵抗強磁性膜としては、マグネタイトＦｅ３Ｏ４に代
表されるフェライト薄膜があり、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃ
ｏなどの酸化物からなる。または、非導電体と強磁性金
属の混合体でも高抵抗磁性膜を形成できる。特に非導電
体としてはアルミナや酸化シリコン、磁性金属としては
Ni-75〜85Fe、Co-1〜12Fe、Co-2〜15Fe 1〜30Ni、など
がよい。同様に半導体と強磁性金属の混合体でも良い。
半導体としてはＳｉ、Ｇｅ、これらの化合物などを用い
ることができる。混合薄膜の形成方法は、従来の真空薄
膜形成法を用いて、同時成膜してもよいが、特に非導電
体と磁性金属を交互に１ナノメートル程度の極薄い単位
設定厚さで積層形成すると、実際には島状組織の形成に
よる磁性金属の分散構造が形成でき、望ましい特性が得
られる。強磁性固定層の磁化は感知すべき磁界の方向と
略平行に、また、単磁区化強磁性層の磁化は感知すべき
磁界の方向と略垂直に方向付ける必要がある。これを着
磁と称するが、それぞれの所定の方向に着磁する着磁工
程を製造方法のプロセスとして構成する。そこで上記磁
気ヘッドの製造方法としては、強磁性固定層の磁化方向
を着磁する工程と、単磁区化強磁性層の磁化方向を着磁
する工程とを有することが特徴である。また、強磁性固
定層の磁化方向を着磁する工程と、単磁区化強磁性層の
磁化方向を着磁する工程とは、異なる着磁温度にて行う
ことが有効である。着磁工程には常温で行う着磁工程
と、熱処理炉やホットプレートなどで所定の温度に加
熱、熱処理して行う着磁工程がある。上記それぞれの異
なる方向への磁化の着磁は常温での着磁工程と熱処理着
磁工程を組み合わせるか、あるいは温度の異なる熱処理
着磁工程を組み合わせることで達成できる。すなわち強
磁性固定層の固定バイアス印加手段と単磁区化強磁性層
の磁化の固定手段とを同一の材料・手段で行うよりも、
異なる材料・手段で行うことが望ましい。具体的には、
強磁性固定層に反強磁性膜を用いて着磁熱処理を行う一
方で単磁区化強磁性層を硬磁性膜で形成して室温にて着
磁処理を行うことができる。あるいは、鏡磁性固定層に
交換結合磁界が高温まで保持できるＭｎＰｔ反強磁性膜
を用いて250〜300℃程度の高い温度で着磁熱処理を行
い、単磁区化強磁性層をＭｎＩｒ反強磁性層で固定した
磁性膜で構成して200℃で異なる方向への着磁熱処理を
行うことで望ましい特性を得ることができる。また、本
発明の構成要素である非磁性分離層は、非磁性分離層を
介して面で接する軟磁性自由層と単磁区化強磁性層との
間の面内の磁気的な結合をなくする機能を有する。この
機能を実現するために、非磁性分離層は室温及び磁気ヘ
ッドの動作温度において自発磁化を有さない材料から構
成して、軟磁性自由層と単磁区化強磁性層との間に強磁
性的な結合を発生しない様に構成する。この場合、非磁
性分離層の厚さは少なくとも０．２ナノメートル以上、
一般には１ナノメートル以上必要である。しかしながら
非磁性分離層の厚さが極端に厚いと十分に閉磁路構造を
実現することができない。軟磁性自由層および単磁区化
強磁性層の強磁性体からなる部分の膜厚よりも十分に厚
い間隙が非磁性分離層のために存在すると漏れ磁界が無
視できないからである。したがって非磁性分離層の厚さ
は５ナノメートルより厚いことが望ましい。一方で、Ｒ
ｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｒｈなどの材料ではＣｏ／Ｒｕ
／Ｃｏのようなサンドイッチ構造を特定のＲｕの厚さ、
例えば０．８ナノメートルで構成するとＣｏ膜間に面で
結合した強い反強磁性的な結合が発生することが知られ
ている。反強磁性的な結合の大きさは数キロエルステッ
ド、すなわち、数百ＫＡ／ｍに達する。、本発明ではこ
のような強い反強磁性的な結合は望ましくないから、非
磁性分離層に上記のＲｕのような材料を０．８ナノメー
トルのような所定の厚さで構成することは望ましくな
い。さまざまな理由でＲｕなどの材料を非磁性分離層に
用いる場合には厚さを例えば２ナノメートルなどに設定
することで反強磁性的な結合をなくし、端部での静磁結
合に基づいた特性を得ることもできる。あるいは非磁性
分離層をＲｕ／Ｔａ層のように積層構成として、Ｒｕ層
による反強磁性的な結合の発生を抑制した構成をとるこ
ともできる。一方でＣｒなどの材料を特定の厚さ、例え
ば0.9から1ナノメートルの厚さで用いると、Ｃｒを介し
た強磁性層間に極弱い反強磁性的な結合がある。この場
合の結合の大きさはわずかに数十エルステッドすなわち
数ＫＡ／ｍ程度と極弱いので、本発明の主旨に反するも
のとはならない。非磁性分離層は磁気抵抗効果積層膜の
上部に配置する場合には磁気抵抗効果積層膜の保護膜と
しての機能を兼ねることもできる。近年、磁気抵抗効果
積層膜の保護膜を酸化物あるいは金属と酸化物との積層
体から構成すると抵抗変化率などが向上する旨の報告が
なされているが、本発明の非磁性分離層が上記構成、す
なわち、酸化物、酸化物と金属の積層体などの構成を含
んでいても本発明の主旨に反するものではなく、適切な
構成を採用することが望ましい。本発明ではこのような
材料、構成、を用いた磁気抵抗効果型磁気ヘッドと、こ
れを再生部とした磁気記録再生装置において、高記録密
度、すなわち記録媒体上に記録される記録波長が短く、
また、記録トラックの幅が狭い記録を実現して、十分な
再生出力を得、記録を良好に保つことができる。
に対応した巨大磁気抵抗効果を用いた磁気センサーを磁
気ヘッドに搭載した磁気記録装置を提供するために、上
記磁気センサーとして用いるスピンバルブ型の巨大磁気
抵抗効果積層膜、すなわち、軟磁性自由層／非磁性導電
層／強磁性固定層／反強磁性膜の積層構造を有する磁気
抵抗効果素子を用いる。ここで反強磁性膜は強磁性固定
層の磁化を実質的に固定するための交換結合バイアスを
印加するものであって、直接強磁性固定層に密着して形
成するか、あるいは間接的に磁気的結合を経て効果をも
たらしてもよい。あるいは反強磁性膜の代わりに他のバ
イアス印加手段、例えば、硬磁性膜の残留磁化を用いた
り、電流バイアスを用いてもよい。本発明では課題を解
決して高記録密度に対応した磁気センサ、磁気ヘッドを
搭載した磁気記録再生装置を得るために、上記軟磁性自
由層に積層して、非磁性分離層を介し、単磁区化強磁性
層を形成する。非磁性分離層は単磁区化強磁性層と軟磁
性自由層の間に磁気的な結合がないように分離する機能
を有する。つまり、強磁性固定層と非磁性中間層と軟磁
性自由層と非磁性分離層と単磁区化強磁性とがこの順に
積層され所定の感磁幅に対応したほぼ同一のトラック幅
に形成されたスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を有し、
前記非磁性分離層を介して前記軟磁性自由層と前記単磁
区化強磁性層とが面内で実質的に強磁性的または反強磁
性的な結合を有さず、トラック幅端部で前記単磁区化強
磁性層の磁化と軟磁性自由層の磁化とが静磁気的に結合
して閉磁路を形成しており、前記軟磁性自由層は感知す
べき磁界に対して略直行した方向に実質的に固定された
磁化を有して単磁区化され、前記強磁性固定層が感知す
べき磁界に対して実質的にその磁化方向が固定され、外
部の磁界に応じて前記軟磁性自由層の磁化が回転し、前
記軟磁性自由層の磁化と前記強磁性固定層の磁化との相
対角度が変わって磁気抵抗効果素子に磁気抵抗変化が生
じ、一対の電極により磁気抵抗変化を検出することを特
徴とする磁気ヘッドとする。あるいは、前記素子積層構
成が所定の感磁幅に対応したほぼ同一のトラック幅に形
成されていて、上記トラック幅の方向に並列して配置し
た硬磁性膜などの磁区制御構造を持たず、前記トラック
幅端部で上記単磁区化強磁性層の磁化と軟磁性自由層の
磁化が静磁気的に結合して閉磁路を形成してなる構成と
する。また、感知すべき外部磁界に対して実質的にその
磁化方向が固定された強磁性層と感知すべき外部磁界に
応じてその磁化が回転できる軟磁性層とが非磁性中間層
を介して積層されたスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を
有し、感知すべき外部磁界に応じて前記軟磁性層の磁化
が回転し、前記軟磁性層の磁化方向と上記強磁性層の磁
化方向との相対角度が変わって磁気抵抗効果を生じる磁
気ヘッドにおいて、前記軟磁性層上に非磁性分離層を介
して単磁区化強磁性層が形成され、前記軟磁性層と前記
単磁区化強磁性層とがトラック幅端部で静磁気的に結合
して閉磁路を形成して前記軟磁性層が感知すべき磁界に
対して略直交した方向に実質的に固定された磁化を有す
ることを特徴とする磁気ヘッドとする。また、強磁性固
定層と軟磁性自由層とが非磁性中間層を介して積層され
たスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を有し、外部の磁界
に応じて前記軟磁性自由層の磁化が回転し、前記軟磁性
自由層の磁化と前記強磁性固定層の磁化との相対角度が
変わって磁気抵抗効果を生じ、前記軟磁性自由層上に非
磁性分離層を介して単磁区化強磁性層が形成され、前記
非磁性分離層を介して前記軟磁性自由層と前記単磁区化
強磁性層とがトラック幅端部で静磁気的に結合して閉磁
路を形成することで前記単磁区化強磁性層は感知すべき
磁界に対して略直行した方向に実質的に固定された磁化
を有するように前記軟磁性自由層を単磁区化することを
特徴とする磁気ヘッドとする。ここで、単磁区化強磁性
層、非磁性分離層及び軟磁性自由層はほぼ同一のトラッ
ク幅に加工形成されてほぼ同一位置の単部を有し、単磁
区化強磁性層はトラック幅方向に残留磁化を有し続ける
ことでトラック幅方向の端部で軟磁性自由層の端部の磁
荷を打ち消して単磁区化する効果を有する。単磁区化強
磁性層は軟磁性自由層とおよそ同一の磁化量を有する
か、単磁区化強磁性層と軟磁性自由層とが非磁性分離層
によって分離していて損失する分を補うために軟磁性自
由層の磁化量より大きく設定する。上記のような単磁区
化構成によって、他の磁区制御構造、例えば磁気抵抗効
果膜のトラック幅方向の側端部に硬磁性膜を配置するよ
うな構造がなくとも単磁区化の効果を得ることができ
る。単磁区化強磁性層は所定の大きさの磁荷をトラック
幅方向に発生せしめるために強磁性体を含む構成とす
る。磁荷の発生方法としては、反強磁性膜を用いること
ができる。すなわち、反強磁性膜/強磁性膜の構成とし
て、強磁性膜に反強磁性膜から交換結合磁界を発生せし
め、この交換結合磁界の方向をトラック幅方向とするこ
とで達成できる。あるいは、単磁区化強磁性層を硬磁性
膜を用いて構成することもできる。硬磁性膜をトラック
幅方向に着磁し、残留磁化によって単磁区化効果を得
る。この場合、硬磁性膜の磁化の分散が軟磁性自由層に
転写されて保磁力を増大させる恐れがある。保磁力の増
大を防ぐために単磁区化強磁性層を硬磁性膜／結合層／
強磁性層の積層構成とし、硬磁性膜の磁化の分散を強磁
性層で吸収し、かつまた硬磁性膜と強磁性層の磁荷の合
計で単磁区化効果を得ることができる。結合層は単磁区
化強磁性層と強磁性層を反強磁性的に結合するか、弱く
強磁性的に結合させ、硬磁性膜の磁化の分散から発生す
る磁界を強磁性層が吸収する効果をもたせるのである。
単磁区化強磁性層は、面内に電流の通じる場合には磁気
抵抗効果膜の分流による出力の低下を抑制するために高
い電気抵抗を有する薄膜から形成することが望ましい。
高抵抗強磁性膜としては、マグネタイトＦｅ３Ｏ４に代
表されるフェライト薄膜があり、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃ
ｏなどの酸化物からなる。または、非導電体と強磁性金
属の混合体でも高抵抗磁性膜を形成できる。特に非導電
体としてはアルミナや酸化シリコン、磁性金属としては
Ni-75〜85Fe、Co-1〜12Fe、Co-2〜15Fe 1〜30Ni、など
がよい。同様に半導体と強磁性金属の混合体でも良い。
半導体としてはＳｉ、Ｇｅ、これらの化合物などを用い
ることができる。混合薄膜の形成方法は、従来の真空薄
膜形成法を用いて、同時成膜してもよいが、特に非導電
体と磁性金属を交互に１ナノメートル程度の極薄い単位
設定厚さで積層形成すると、実際には島状組織の形成に
よる磁性金属の分散構造が形成でき、望ましい特性が得
られる。強磁性固定層の磁化は感知すべき磁界の方向と
略平行に、また、単磁区化強磁性層の磁化は感知すべき
磁界の方向と略垂直に方向付ける必要がある。これを着
磁と称するが、それぞれの所定の方向に着磁する着磁工
程を製造方法のプロセスとして構成する。そこで上記磁
気ヘッドの製造方法としては、強磁性固定層の磁化方向
を着磁する工程と、単磁区化強磁性層の磁化方向を着磁
する工程とを有することが特徴である。また、強磁性固
定層の磁化方向を着磁する工程と、単磁区化強磁性層の
磁化方向を着磁する工程とは、異なる着磁温度にて行う
ことが有効である。着磁工程には常温で行う着磁工程
と、熱処理炉やホットプレートなどで所定の温度に加
熱、熱処理して行う着磁工程がある。上記それぞれの異
なる方向への磁化の着磁は常温での着磁工程と熱処理着
磁工程を組み合わせるか、あるいは温度の異なる熱処理
着磁工程を組み合わせることで達成できる。すなわち強
磁性固定層の固定バイアス印加手段と単磁区化強磁性層
の磁化の固定手段とを同一の材料・手段で行うよりも、
異なる材料・手段で行うことが望ましい。具体的には、
強磁性固定層に反強磁性膜を用いて着磁熱処理を行う一
方で単磁区化強磁性層を硬磁性膜で形成して室温にて着
磁処理を行うことができる。あるいは、鏡磁性固定層に
交換結合磁界が高温まで保持できるＭｎＰｔ反強磁性膜
を用いて250〜300℃程度の高い温度で着磁熱処理を行
い、単磁区化強磁性層をＭｎＩｒ反強磁性層で固定した
磁性膜で構成して200℃で異なる方向への着磁熱処理を
行うことで望ましい特性を得ることができる。また、本
発明の構成要素である非磁性分離層は、非磁性分離層を
介して面で接する軟磁性自由層と単磁区化強磁性層との
間の面内の磁気的な結合をなくする機能を有する。この
機能を実現するために、非磁性分離層は室温及び磁気ヘ
ッドの動作温度において自発磁化を有さない材料から構
成して、軟磁性自由層と単磁区化強磁性層との間に強磁
性的な結合を発生しない様に構成する。この場合、非磁
性分離層の厚さは少なくとも０．２ナノメートル以上、
一般には１ナノメートル以上必要である。しかしながら
非磁性分離層の厚さが極端に厚いと十分に閉磁路構造を
実現することができない。軟磁性自由層および単磁区化
強磁性層の強磁性体からなる部分の膜厚よりも十分に厚
い間隙が非磁性分離層のために存在すると漏れ磁界が無
視できないからである。したがって非磁性分離層の厚さ
は５ナノメートルより厚いことが望ましい。一方で、Ｒ
ｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｒｈなどの材料ではＣｏ／Ｒｕ
／Ｃｏのようなサンドイッチ構造を特定のＲｕの厚さ、
例えば０．８ナノメートルで構成するとＣｏ膜間に面で
結合した強い反強磁性的な結合が発生することが知られ
ている。反強磁性的な結合の大きさは数キロエルステッ
ド、すなわち、数百ＫＡ／ｍに達する。、本発明ではこ
のような強い反強磁性的な結合は望ましくないから、非
磁性分離層に上記のＲｕのような材料を０．８ナノメー
トルのような所定の厚さで構成することは望ましくな
い。さまざまな理由でＲｕなどの材料を非磁性分離層に
用いる場合には厚さを例えば２ナノメートルなどに設定
することで反強磁性的な結合をなくし、端部での静磁結
合に基づいた特性を得ることもできる。あるいは非磁性
分離層をＲｕ／Ｔａ層のように積層構成として、Ｒｕ層
による反強磁性的な結合の発生を抑制した構成をとるこ
ともできる。一方でＣｒなどの材料を特定の厚さ、例え
ば0.9から1ナノメートルの厚さで用いると、Ｃｒを介し
た強磁性層間に極弱い反強磁性的な結合がある。この場
合の結合の大きさはわずかに数十エルステッドすなわち
数ＫＡ／ｍ程度と極弱いので、本発明の主旨に反するも
のとはならない。非磁性分離層は磁気抵抗効果積層膜の
上部に配置する場合には磁気抵抗効果積層膜の保護膜と
しての機能を兼ねることもできる。近年、磁気抵抗効果
積層膜の保護膜を酸化物あるいは金属と酸化物との積層
体から構成すると抵抗変化率などが向上する旨の報告が
なされているが、本発明の非磁性分離層が上記構成、す
なわち、酸化物、酸化物と金属の積層体などの構成を含
んでいても本発明の主旨に反するものではなく、適切な
構成を採用することが望ましい。本発明ではこのような
材料、構成、を用いた磁気抵抗効果型磁気ヘッドと、こ
れを再生部とした磁気記録再生装置において、高記録密
度、すなわち記録媒体上に記録される記録波長が短く、
また、記録トラックの幅が狭い記録を実現して、十分な
再生出力を得、記録を良好に保つことができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明の巨大磁気抵抗効果積層膜
を構成する薄膜は高周波マグネトロンスパッタリング装
置により以下のように作製した。アルゴン１から６ミリ
トールの雰囲気中にて、厚さ１ミリのセラミックス基板
に以下の材料を順次積層して作製した。スパッタリング
ターゲットとしてタンタル、ニッケル−２０ａｔ％鉄合
金、銅、コバルト、ＭｎＰｔ、ルテニウム、アルミナ、
マグネタイト、ＭｎＩｒ、ＮｉＭｎの各ターゲットを用
いた。Ｃｏターゲット上には、ＦｅおよびＮｉの１セン
チ角のチップを適宜配置して組成を調整した。またマグ
ネタイトターゲット上にはＦｅチップを配置してＦｅ−
Ｏ膜の組成を調整した。積層膜は、各ターゲットを配置
したカソードに各々高周波電力を印加して装置内にプラ
ズマを発生させておき、各カソードごとに配置されたシ
ャッターを一つずつ開閉して順次各層を形成した。膜形
成時には永久磁石を用いて基板に平行におよそ8０エル
ステッドの磁界を印加して、一軸異方性をもたせた。
形成した膜を、真空中、磁場中で２７０℃、３時間の熱
処理を行ってＭｎＰｔ反強磁性膜を相変態させ、室温で
の磁気抵抗を測定して評価した。ＭｎＰｔ以外の反強磁
性膜を併用する場合には異なる温度の着磁熱処理を併用
した。また、硬磁性膜を用いた構成では熱処理後に室温
で着磁処理を行った。基体上の素子の形成はフォトレジ
スト工程によってパターニングした。その後、基体はス
ライダー加工し、磁気記録装置に搭載した。また、磁区
制御構造の構成を評価するため、ＬＬＧ(ランダウ−リ
フシッツ−ギルバート)法による磁化過程シミュレーシ
ョンを行って、磁気ヘッドの安定性と出力について比較
検討した。以下に本発明の具体的な実施例を、図を追っ
て説明する。図１は本発明の巨大磁気抵抗効果型磁気ヘ
ッドの構成例である。対向面に平行な断面図で示した。
図は磁気媒体に対向する対向面から眺めた模式図になっ
ている。基体５０上に下部磁気シールド３５、下部ギャ
ップ膜７１を形成し、その上に、巨大磁気抵抗効果積層
膜１０が形成されてなり、さらに上部ギャップ膜７２、
上部磁気シールド３６を形成して、再生信号を検出する
再生ギャップ４３を形成してなる。電極４０は、巨大磁
気抵抗効果積層膜１０のトラック幅方向の両端部に接触
して配置し、感知電流の印加と電気抵抗の変化の検出を
行う。電極４０の形成方法およびその形状は、ここでは
いわゆるリフトオフ法によって作製した構造で記述して
あるが他にさまざまな方法が利用できる。巨大磁気抵抗
効果積層膜１０は、図1では以下の構成例のような構造
を有する。下地膜１４、反強磁性膜１１、強磁性固定層
１５、非磁性導電層１２、軟磁性自由層１３を連続して
形成してなる。この構成例では強磁性固定層１５は第一
の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１５２、および反平
行結合膜１５４の積層体からなる。反平行結合膜１５４
は第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１５２の磁化
を互いに反平行に配列させる交換結合を印加して、強磁
性固定層の実質的な磁化の量を第一の強磁性膜１５１と
第二の強磁性膜１５２の磁化量の差分に制御する効果が
ある。ここで強磁性固定層１５を単層の磁性体から形成
したり、2層や４層以上の積層体から形成しても何ら本
発明の趣旨に反するものではない。またここで軟磁性自
由層１３は第一の自由層軟磁性膜および第二の自由層軟
磁性膜の積層体からなるが軟磁性自由層１３を単層の磁
性体から形成したり、2層以上の積層体から形成しても
何ら本発明の趣旨に反するものではない。特に、非磁性
導電層１２に近い側をCo合金、反対側をNiFe合金から形
成すると、軟磁気特性と高い抵抗変化率を両立できてよ
い。本発明では巨大磁気抵抗効果積層膜１０の軟磁性自
由層１３に積層して単磁区化強磁性層４５を配置し、巨
大磁気抵抗効果積層膜１０とほぼ同一のトラック幅方向
のサイズに形成してなる。ここで単磁区化強磁性層４５
は、軟磁性自由層１３と接する非磁性分離層４１１、強
磁性層４１２、反強磁性層４１３および保護膜３７から
なる。ここで保護膜３７を省略した構成としても本発明
の趣旨に反するものではない。非磁性分離層４１１は軟
磁性自由層１３と強磁性層４１２の層間の磁気的な接合
を遮断して両者が強磁性的に結合した磁化過程を取るこ
とを防止する。非磁性分離層４１１としては例えばＴａ
1ナノメートルの層を若干酸化させた層や、さらにＲ
ｕ，Ｃｕなどを積層した膜などを用いることができる。
非磁性分離層４１１もしくはその一部は巨大磁気抵抗効
果積層膜１０の保護膜としての機能を兼ねても良い。反
強磁性層４１３は感知すべき磁界と垂直なトラック幅方
向に着磁され、強磁性層４１２に交換結合を印加して強
磁性層４１２の磁化を感知すべき磁界がゼロの状態でト
ラック幅方向に設定する機能を有する。巨大磁気抵抗効
果積層膜１０の軟磁性自由層１３に積層して単磁区化強
磁性層４５を配置し、巨大磁気抵抗効果積層膜１０とほ
ぼ同一のトラック幅方向のサイズに形成してなること
で、強磁性層４１２の磁化と軟磁性自由層１３の磁化が
互いに反平行になり、トラック幅方向の端部で静磁気的
に結合、閉磁路を形成して軟磁性自由層１３を単磁区化
するのである。軟磁性自由層１３と強磁性層４１２の端
部の距離が十分に近い場合、軟磁性自由層１３と強磁性
層４１２の磁化量はほぼ同一でよい。両者の距離が離れ
ると強磁性層４１２の磁化量は軟磁性自由層に達するま
でに損失する分を加味して軟磁性自由層の磁化量よりも
多く設定する。図中矢印で示したように軟磁性自由層１
３の磁化の方向は、単磁区化強磁性層４５の磁化と反平
行になり、感知すべき磁界がゼロの状態で略トラック幅
の方向になるよう磁気異方性、検知電流の大きさ、強磁
性固定層１５の磁化量、素子の奥行きのサイズである素
子高さ、などを設定してバイアス特性が対称となるよう
に設定する。図２は本発明の巨大磁気抵抗効果型磁気ヘ
ッドの別の構成例である。対向面に平行な断面図で示し
た。図は磁気媒体に対向する対向面から眺めた模式図に
なっている。基体５０上に下部磁気シールド３５、下部
ギャップ膜７１を形成し、その上に、巨大磁気抵抗効果
積層膜１０が形成されてなり、さらに上部ギャップ膜７
２、上部磁気シールド３６を形成して、再生信号を検出
する再生ギャップ４３を形成してなる。電極４０は、巨
大磁気抵抗効果積層膜１０のトラック幅方向の両端部に
接触して配置し、感知電流の印加と電気抵抗の変化の検
出を行う。電極４０の形成方法およびその形状は、ここ
ではいわゆるリフトオフ法によって作製した構造で記述
してあるが他にさまざまな方法が利用できる。巨大磁気
抵抗効果積層膜１０は、図１と同様に図２では以下の構
成例のような構造を有する。下地膜１４、反強磁性膜１
１、強磁性固定層１５、非磁性導電層１２、軟磁性自由
層１３を連続して形成してなる。この構成例では強磁性
固定層１５は第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１
５２、および反平行結合膜１５４の積層体からなる。反
平行結合膜１５４は第一の強磁性膜１５１と第二の強磁
性膜１５２の磁化を互いに反平行に配列させる交換結合
を印加して、強磁性固定層の実質的な磁化の量を第一の
強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１５２の磁化量の差分
に制御する効果がある。ここで強磁性固定層１５を単層
の磁性体から形成したり、2層や４層以上の積層体から
形成しても何ら本発明の趣旨に反するものではない。ま
たここで軟磁性自由層１３は第一の自由層軟磁性膜およ
び第二の自由層軟磁性膜の積層体からなるが軟磁性自由
層１３を単層の磁性体から形成したり、2層以上の積層
体から形成しても何ら本発明の趣旨に反するものではな
い。特に、非磁性導電層１２に近い側をCo合金、反対側
をNiFe合金から形成すると、軟磁気特性と高い抵抗変化
率を両立できてよい。本発明では巨大磁気抵抗効果積層
膜１０の軟磁性自由層１３に積層して単磁区化強磁性層
４５を配置し、巨大磁気抵抗効果積層膜１０とほぼ同一
のトラック幅方向のサイズに形成してなる。ここで単磁
区化強磁性層４５は、軟磁性自由層１３と接する非磁性
分離層４１１、硬磁性層４１４および保護膜３７からな
る。ここで保護膜３７を省略した構成としても本発明の
趣旨に反するものではない。非磁性分離層４１１は軟磁
性自由層１３と硬磁性層４１４の層間の磁気的な接合を
遮断して両者が強磁性的に結合した磁化過程を取ること
を防止する。非磁性分離層４１１としては例えばＴａ
1ナノメートルの層を若干酸化させた層や、さらにＲ
ｕ，Ｃｕなどを積層した膜などを用いることができる。
非磁性分離層４１１もしくはその一部は巨大磁気抵抗効
果積層膜１０の保護膜としての機能を兼ねても良い。硬
磁性層４１４は感知すべき磁界と垂直なトラック幅方向
に着磁され、感知すべき磁界や外乱に対しても硬磁性層
４１４の磁化をトラック幅方向に設定する機能を有す
る。硬磁性層４１４の保磁力はこの機能を果すために４
０ｋＯｅ以上、特に１６０ｋＯｅ以上とすることが望ま
しい。巨大磁気抵抗効果積層膜１０の軟磁性自由層１３
に積層して単磁区化強磁性層４５を配置し、巨大磁気抵
抗効果積層膜１０とほぼ同一のトラック幅方向のサイズ
に形成してなることで、硬磁性層４１４の磁化と軟磁性
自由層１３の磁化が互いに反平行になり、トラック幅方
向の端部で静磁気的に結合、閉磁路を形成して軟磁性自
由層１３を単磁区化するのである。軟磁性自由層１３と
硬磁性層４１４の端部の距離が十分に近い場合、軟磁性
自由層１３と硬磁性層４１４の磁化量はほぼ同一でよ
い。両者の距離が離れると硬磁性層４１４の磁化量は軟
磁性自由層１３に達するまでに損失する分を加味して軟
磁性自由層１３の磁化量よりも多く設定する。図中矢印
で示したように軟磁性自由層１３の磁化の方向は、単磁
区化強磁性層４５の磁化、すなわち硬磁性層４１４の磁
化と反平行になり、感知すべき磁界がゼロの状態で略ト
ラック幅の方向になるよう磁気異方性、検知電流の大き
さ、強磁性固定層１５の磁化量、素子の奥行きのサイズ
である素子高さ、などを設定してバイアス特性が対称と
なるように設定する。図３は本発明の巨大磁気抵抗効果
型磁気ヘッドのまた別の構成例である。対向面に平行な
断面図で示した。図は磁気媒体に対向する対向面から眺
めた模式図になっている。基体５０上に下部磁気シール
ド３５、下部ギャップ膜７１を形成し、その上に、巨大
磁気抵抗効果積層膜１０が形成されてなり、さらに上部
ギャップ膜７２、上部磁気シールド３６を形成して、再
生信号を検出する再生ギャップ４３を形成してなる。電
極４０は、巨大磁気抵抗効果積層膜１０のトラック幅方
向の両端部に接触して配置し、感知電流の印加と電気抵
抗の変化の検出を行う。電極４０の形成方法およびその
形状は、ここではいわゆるリフトオフ法によって作製し
た構造で記述してあるが他にさまざまな方法が利用でき
る。巨大磁気抵抗効果積層膜１０は、図１、図２と同様
に図３では以下の構成例のような構造を有する。下地膜
１４、反強磁性膜１１、強磁性固定層１５、非磁性導電
層１２、軟磁性自由層１３を連続して形成してなる。こ
の構成例では強磁性固定層１５は第一の強磁性膜１５１
と第二の強磁性膜１５２、および反平行結合膜１５４の
積層体からなる。反平行結合膜１５４は第一の強磁性膜
１５１と第二の強磁性膜１５２の磁化を互いに反平行に
配列させる交換結合を印加して、強磁性固定層の実質的
な磁化の量を第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１
５２の磁化量の差分に制御する効果がある。ここで強磁
性固定層１５を単層の磁性体から形成したり、2層や４
層以上の積層体から形成しても何ら本発明の趣旨に反す
るものではない。またここで軟磁性自由層１３は第一の
自由層軟磁性膜および第二の自由層軟磁性膜の積層体か
らなるが軟磁性自由層１３を単層の磁性体から形成した
り、2層以上の積層体から形成しても何ら本発明の趣旨
に反するものではない。特に、非磁性導電層１２に近い
側をCo合金、反対側をNiFe合金から形成すると、軟磁気
特性と高い抵抗変化率を両立できてよい。本発明では巨
大磁気抵抗効果積層膜１０の軟磁性自由層１３に積層し
て単磁区化強磁性層４５を配置し、巨大磁気抵抗効果積
層膜１０とほぼ同一のトラック幅方向のサイズに形成し
てなる。ここで単磁区化強磁性層４５は、軟磁性自由層
１３と接する非磁性分離層４１１、軟磁性緩衝層４１
６、結合層４１５、硬磁性層４１４および保護膜３７か
らなる。ここで保護膜３７を省略した構成としても本発
明の趣旨に反するものではない。非磁性分離層４１１は
軟磁性自由層１３と軟磁性緩衝層４１６の層間の磁気的
な接合を遮断して両者が強磁性的に結合した磁化過程を
取ることを防止する。非磁性分離層４１１としては例え
ばＴａ 1ナノメートルの層を若干酸化させた層や、さ
らにＲｕ，Ｃｕなどを積層した膜などを用いることがで
きる。非磁性分離層４１１もしくはその一部は巨大磁気
抵抗効果積層膜１０の保護膜としての機能を兼ねても良
い。本構成例では軟磁性緩衝層４１６は結合層４１５を
介して硬磁性膜４１４と強磁性的に結合し、結合層４１
５はこの強磁性的結合を適度な大きさに制御する機能を
有する。結合層４１５としてはＴａ、アルミナなどの膜
を用いることができる。軟磁性緩衝層４１６は硬磁性膜
４１４の磁化の分散によって発生する磁界を吸収し、軟
磁性自由層１３の磁気特性の悪化を防止する。硬磁性層
４１４は感知すべき磁界と垂直なトラック幅方向に着磁
され、感知すべき磁界や外乱に対しても硬磁性層４１４
の磁化および軟磁性緩衝層４１６の磁化をトラック幅方
向に設定する機能を有する。硬磁性層４１４の保磁力は
この機能を果すために４０ｋＯｅ以上、特に１６０ｋＯ
ｅ以上とすることが望ましい。巨大磁気抵抗効果積層膜
１０の軟磁性自由層１３に積層して単磁区化強磁性層４
５を配置し、巨大磁気抵抗効果積層膜１０とほぼ同一の
トラック幅方向のサイズに形成してなることで、軟磁性
緩衝層４１６の磁化、硬磁性層４１４の磁化と軟磁性自
由層１３の磁化が互いに反平行になり、トラック幅方向
の端部で静磁気的に結合し、合計の磁化が閉磁路を形成
して軟磁性自由層１３を単磁区化するのである。軟磁性
自由層１３と、軟磁性緩衝層４１６および硬磁性層４１
４の端部の距離が十分に近い場合、軟磁性自由層１３の
磁化量と、軟磁性緩衝層４１６と硬磁性層４１４の磁化
量の合計はほぼ同一でよい。両者の距離が離れると軟磁
性緩衝層４１６と硬磁性層４１４の磁化量の合計は軟磁
性自由層１３に達するまでに損失する分を加味して軟磁
性自由層１３の磁化量よりも多く設定する。図中矢印で
示したように軟磁性自由層１３の磁化の方向は、単磁区
化強磁性層４５の磁化、すなわち軟磁性緩衝層４１６と
硬磁性層４１４の磁化と反平行になり、感知すべき磁界
がゼロの状態で略トラック幅の方向になるよう磁気異方
性、検知電流の大きさ、強磁性固定層１５の磁化量、素
子の奥行きのサイズである素子高さ、などを設定してバ
イアス特性が対称となるように設定する。図４は本発明
の巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドのさらに別の構成例で
ある。対向面に平行な断面図で示した。図は磁気媒体に
対向する対向面から眺めた模式図になっている。基体５
０上に下部磁気シールド３５、下部ギャップ膜７１を形
成し、その上に、巨大磁気抵抗効果積層膜１０が形成さ
れてなり、さらに上部ギャップ膜７２、上部磁気シール
ド３６を形成して、再生信号を検出する再生ギャップ４
３を形成してなる。電極４０は、巨大磁気抵抗効果積層
膜１０のトラック幅方向の両端部に接触して配置し、感
知電流の印加と電気抵抗の変化の検出を行う。電極４０
の形成方法およびその形状は、ここではいわゆるリフト
オフ法によって作製した構造で記述してあるが他にさま
ざまな方法が利用できる。巨大磁気抵抗効果積層膜１０
は、図１から３と同様に図４では以下の構成例のような
構造を有する。下地膜１４、反強磁性膜１１、強磁性固
定層１５、非磁性導電層１２、軟磁性自由層１３を連続
して形成してなる。この構成例では強磁性固定層１５は
第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１５２、および
反平行結合膜１５４の積層体からなる。反平行結合膜１
５４は第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１５２の
磁化を互いに反平行に配列させる交換結合を印加して、
強磁性固定層の実質的な磁化の量を第一の強磁性膜１５
１と第二の強磁性膜１５２の磁化量の差分に制御する効
果がある。ここで強磁性固定層１５を単層の磁性体から
形成したり、2層や４層以上の積層体から形成しても何
ら本発明の趣旨に反するものではない。またここで軟磁
性自由層１３は第一の自由層軟磁性膜および第二の自由
層軟磁性膜の積層体からなるが軟磁性自由層１３を単層
の磁性体から形成したり、2層以上の積層体から形成し
ても何ら本発明の趣旨に反するものではない。特に、非
磁性導電層１２に近い側をCo合金、反対側をNiFe合金か
ら形成すると、軟磁気特性と高い抵抗変化率を両立でき
てよい。本発明では巨大磁気抵抗効果積層膜１０の軟磁
性自由層１３に積層して単磁区化強磁性層４５を配置
し、巨大磁気抵抗効果積層膜１０とほぼ同一のトラック
幅方向のサイズに形成してなる。ここで単磁区化強磁性
層４５は、軟磁性自由層１３と接する非磁性分離層４１
１、軟磁性緩衝層４１６、結合層４１５、硬磁性層４１
４および保護膜３７からなる。ここで保護膜３７を省略
した構成としても本発明の趣旨に反するものではない。
非磁性分離層４１１は軟磁性自由層１３と軟磁性緩衝層
４１６の層間の磁気的な接合を遮断して両者が強磁性的
に結合した磁化過程を取ることを防止する。非磁性分離
層４１１としては例えばＴａ 1ナノメートルの層を若
干酸化させた層や、さらにＲｕ，Ｃｕなどを積層した膜
などを用いることができる。非磁性分離層４１１もしく
はその一部は巨大磁気抵抗効果積層膜１０の保護膜とし
ての機能を兼ねても良い。本構成例と図３の例との違い
は結合層４１５および軟磁性緩衝層４１６の磁化方向に
ある。本構成例では軟磁性緩衝層４１６は結合層４１５
を介して硬磁性膜４１４と反強磁性的に結合し、結合層
４１５はこの反強磁性的結合を発生せしめる機能を有す
る。結合層４１５としてはＲｕ、Ｉｒなどの膜を所定の
厚さにして用いることができる。軟磁性緩衝層４１６は
硬磁性膜４１４の磁化の分散によって発生する磁界を吸
収し、軟磁性自由層１３の磁気特性の悪化を防止する。
硬磁性層４１４は感知すべき磁界と垂直なトラック幅方
向に着磁され、感知すべき磁界や外乱に対しても硬磁性
層４１４の磁化および軟磁性緩衝層４１６の磁化をトラ
ック幅方向に設定する機能を有する。硬磁性層４１４お
よび軟磁性緩衝層４１６の積層膜での保磁力はこの機能
を果すために４０ｋＯｅ以上、特に１６０ｋＯｅ以上と
することが望ましい。巨大磁気抵抗効果積層膜１０の軟
磁性自由層１３に積層して単磁区化強磁性層４５を配置
し、巨大磁気抵抗効果積層膜１０とほぼ同一のトラック
幅方向のサイズに形成してなることで、硬磁性層４１４
の磁化と、軟磁性緩衝層４１６の磁化および軟磁性自由
層１３の磁化が互いに反平行になり、トラック幅方向の
端部で静磁気的に結合し、合計の磁化が閉磁路を形成し
て軟磁性自由層１３を単磁区化するのである。軟磁性自
由層１３および軟磁性緩衝層４１６と、硬磁性層４１４
の端部の距離が十分に近い場合、軟磁性自由層１３の磁
化量と、硬磁性層４１４の磁化量と軟磁性緩衝層４１６
の磁化量の差分とはほぼ同一でよい。両者の距離が離れ
ると硬磁性層４１４の磁化量は軟磁性自由層１３に達す
るまでに損失する分を加味して硬磁性層４１４の磁化量
と軟磁性緩衝層４１６の磁化量の差分を軟磁性自由層１
３の磁化量よりも多く設定する。図中矢印で示したよう
に軟磁性自由層１３および軟磁性緩衝層４１６の磁化の
方向は、硬磁性層４１４の磁化と反平行になり、感知す
べき磁界がゼロの状態で略トラック幅の方向になるよう
磁気異方性、検知電流の大きさ、強磁性固定層１５の磁
化量、素子の奥行きのサイズである素子高さ、などを設
定してバイアス特性が対称となるように設定する。以下
図５から図8では、比較のため従来技術の構造の磁気ヘ
ッドについて述べる。図５は従来のハードバイアス構造
の磁気ヘッドの磁気抵抗効果素子の概念図である。図５
上部は斜視図で、図５下部は断面方向から見た図で示し
てある。磁区制御膜４１は、硬磁性膜あるいは残留磁化
を有する磁性膜などから形成して巨大磁気抵抗効果積層
膜内の軟磁性自由層１３に隣接して配置し、軟磁性自由
層１３に単磁区化のためのバイアス効果を及ぼす機能を
有する。理想的には軟磁性自由層１３の磁化量と磁区制
御膜４１の磁化量、あるいは残留磁化量、はほぼ同一と
して互いの端部の静磁場を打ち消すことが望まれるが、
実際には図５下部に示したような位置ずれが製造上どう
しても発生するために、軟磁性自由層１３を安定に単磁
区化するためには磁区制御膜４１の磁化量を軟磁性自由
層１３の磁化量の数倍以上に設定する必要がある。図６
は従来のハードバイアス構造の磁区制御膜の磁化量とヘ
ッド出力の関係の計算結果を示した図である。磁区制御
膜の磁化量が軟磁性自由層の磁化量の１０倍程度に大き
いと過剰な単磁区化バイアスのために軟磁性自由層が感
知すべき磁界に対して磁化しにくくなり、ヘッド出力が
低いことがわかる。このヘッド出力の低下はトラック幅
が狭いほど顕著であり、高記録密度の磁気ヘッドにおい
て極めて重要である。磁区制御膜の磁化量を低減する
と、過剰な単磁区化バイアスが低減するため出力が増加
していくが、磁区制御膜の磁化量が軟磁性自由層の磁化
量の５倍以下程度になるとＬＬＧ計算が収束しなくな
り、結果が得られなかった。これは軟磁性自由層が多磁
区状態になって一定の平衡状態が計算上で得られなかっ
たためで、すなわちハードバイアス構造において磁区制
御膜の磁化量が軟磁性自由層の磁化量の数倍以下では磁
気ヘッドの出力が不安定であることを示している。した
がってハードバイアス構造では狭トラックにおいて十分
な出力が安定に得られないことがわかる。同様に図７は
従来技術のパターンドエクスチェンジ構造の磁気ヘッド
の磁気抵抗効果素子の概念図である。図７上部は斜視図
で、図７下部は断面方向から見た図で示してある。軟磁
性自由層１３はトラック幅よりも広く形成され、反強磁
性膜４６は軟磁性自由層１３のトラック幅より外側の部
分に接触且つ積層して形成されて軟磁性自由層１３の非
感磁領域に交換結合磁界を印加して磁気的にトラック幅
を規定する。すなわち、軟磁性自由層１３上の両端部の
反強磁性膜４６の間隔がトラック幅を規定するのであ
る。この構造ではハードバイアス構造のような位置ずれ
や磁化量の増加のような問題は生じないが、別種の問題
が存在することがシミュレーションからわかる。理想的
には軟磁性自由層１３上の両端部の反強磁性膜４６の間
隔でトラック幅が規定されるのであるが、実際には反強
磁性膜４６の交換結合磁界で固定された部分と中央部感
磁領域の部分の軟磁性自由層１３は互いに干渉するので
ある。図８は従来技術のパターンドエクスチェンジ構造
の交換結合磁界とマイクロトラック曲線の関係の計算結
果を示した図である。交換結合磁界が４００ｋＡ／ｍと
十分大きい場合、軟磁性自由層の非感磁領域の磁化は固
定されて出力に寄与せず、狭くて良好なマイクロトラッ
ク曲線が得られている。しかしながら出力は低い。これ
は固定された非感磁領域の磁化が近傍の中央感磁領域の
軟磁性自由層の磁化と静磁気的かつ交換結合的に相互作
用して中央感磁領域の端部よりの領域の感知すべき磁界
に対する感度を低下させるためである。したがってトラ
ック幅が狭いほどこのような影響は強いことが解かる。
一方で交換結合磁界を８０ｋＡ／ｍに低下させた結果で
は高い出力が得られる反面、マイクロトラック曲線は反
強磁性膜の間隔で設定されたトラック幅の間隔より広が
ってしまった出力曲線を示した。これは交換結合磁界を
低く設定した結果、反強磁性膜の下部の非感磁領域の軟
磁性自由層の磁化が感知すべき磁界に対して磁化するよ
うになり、中央感磁領域の軟磁性自由層の感度を低下さ
せなくなった反面、非感磁領域の軟磁性自由層が磁化す
ることによる出力が発生していわゆる「読みにじみ」が
発生したためである。以上のように狭トラックのパター
ンドエクスチェンジ構造において端部反強磁性膜の交換
結合磁界を大きく設定すると出力が低下し、交換結合磁
界を低く設定すると読みにじみが発生するために十分な
出力とトラック幅方向の分解能が同時に得られないこと
がわかる。図９は本発明の閉磁路磁区制御構造の磁気ヘ
ッドの磁気抵抗効果素子の概念図である。図９上部は斜
視図で、図９下部は断面方向から見た図で示してある。
単磁区化強磁性層４５は、反強磁性膜で交換結合を印加
された強磁性膜、硬磁性膜あるいは残留磁化を有する磁
性膜などから形成して巨大磁気抵抗効果積層膜内の軟磁
性自由層１３に面を介した磁気的な結合を切断して積層
配置し、軟磁性自由層１３に単磁区化のためのバイアス
効果を及ぼす機能を有する。ハードバイアス構造と異な
り、理想的には軟磁性自由層１３の磁化量と単磁区化強
磁性層４５の磁化量をほぼ同一として互いの端部の静磁
場を打ち消すことできる。これは本発明の構造が積層配
置してほぼ同一のトラック幅形状に形成することで、軟
磁性自由層１３と単磁区化強磁性層４５の端部に位置ず
れが無く、間に挟まれる膜の厚さ程度の間隙しか形成さ
れないからである。また、単磁区化強磁性層４５の磁化
量を軟磁性自由層１３より若干大きく設定して、より安
定に設計することもできる。図１０は本発明の閉磁路磁
区制御構造の磁気ヘッドの単磁区化強磁性層の磁化量と
ヘッド出力の関係の計算結果を示した図である。単磁区
化強磁性層の磁化量が大きい領域から小さい領域の広い
範囲にわたって安定した出力があり、単磁区化強磁性層
の磁化量が軟磁性自由層の磁化量の１倍と小さくするこ
とで高い出力を安定に得られることがわかる。このヘッ
ド出力は従来技術に比べてトラック幅が狭いくとも低下
しない傾向が顕著であり、高記録密度の磁気ヘッドにお
いて極めて重要である。さらに単磁区化強磁性層の磁化
量を低減して軟磁性自由層の磁化量の１倍より小さくな
るとＬＬＧ計算が収束しなくなり、結果が得られなかっ
た。これは軟磁性自由層が多磁区状態になって一定の平
衡状態が計算上で得られなかったためである。従来技術
のハードバイアス構造では、磁区制御膜の磁化量が軟磁
性自由層の５倍より小さな値で多磁区状態となったのに
対して、本発明の構造では多磁区強磁性層の磁化量が軟
磁性自由層の１倍まで単磁区化状態を保つことができ、
このために狭いトラック幅においてハードバイアス構造
よりも数倍高い出力を安定に得ることができるのであ
る。図１１は本発明の閉磁路磁区制御構造の磁気ヘッド
のマイクロトラック曲線の計算結果を示した図である。
単磁区化強磁性層の磁化量を、軟磁性自由層の磁化量と
の比率に対して変化させた結果を示してある。軟磁性自
由層がトラック幅のサイズにパターニングされており、
さらに閉じろ磁区制御構造によって端部からの磁束漏洩
による感度の低下がないため、幾何トラック幅が０．１
８ミクロンと狭いにもかかわらず本発明の磁気ヘッドの
マイクロトラック曲線はトラック幅が狭いにもかかわら
ず端部できわめて急峻で良好な特性と高い出力を示して
いることがわかる。また、単磁区化強磁性層の磁化量を
軟磁性自由層の３倍まで大きく設定しても、マイクロト
ラック曲線の幅は殆ど変化せず、出力の低下も従来のハ
ードバイアス構造に比べて小さいことがわかる。以上の
ように本発明の構造により狭トラックの磁気ヘッドにお
いて読みにじみの発生しない、安定で高い出力が達成で
きることがわかった。同様の計算をトラック幅の大きさ
を変えて行った結果、本発明の磁気ヘッドはトラック幅
が０．２ミクロンより狭い領域で従来構造より高い出力
と分解能を有し、トラック幅が０．１ミクロン以下、
０．０５ミクロン程度まで高い出力を有することがわか
った。図１２および図１３では従来技術のハードバイア
ス構造と本発明の磁化分布の違いを示して上記特性の原
因について述べる。図１２は従来技術のハードバイアス
構造の軟磁性自由層の磁化分布の計算結果を示した図で
ある。幾何トラック幅を０．１８ミクロン、素子高さを
０．１６ミクロンで計算した結果を０．１ミクロンごと
に分割して示した。一つ一つの矢印はその場所での磁化
の方向を示している。３つの分布図は感知すべき磁界を
ゼロ、正、および負に加えた場合の磁化分布を示してお
り、端的に言えば正の場合と負の場合の矢印の回転の差
分がその磁化部分の磁界感度の高さを示しているといっ
てよい。従来技術のハードバイアス構造の磁化分布はト
ラック幅の中央部ではトラック幅方向（図１２で真横の
方向）から大きく振れており、感知すべき磁界によって
磁化が回転している、すなわち感度があることを図１２
は示している。一方でトラック幅の端部周辺では矢印は
トラック幅方向からあまり振れておらず、感知すべき磁
界によっても磁化が回転しない、感度が低下した状態に
あることがわかる。磁気抵抗効果型磁気ヘッドの出力は
これらの軟磁性自由層の磁化分布の総計であるから、ハ
ードバイアス構造の磁気ヘッドはトラック幅が狭いと感
度が低下するのである。一方で図１３は本発明の閉磁路
磁区制御構造での軟磁性自由層の磁化分布の計算結果を
示した図である。図１２と同様に一つ一つの矢印はその
場所での磁化の方向を示している。幾何トラック幅を
０．１８ミクロン、素子高さを０．１６ミクロンで計算
した結果を０．２ミクロンごとに分割して示した。磁化
分布はトラック幅の中央部および端部のどの場所におい
てもトラック幅方向（図１３で真横の方向）から大きく
振れており、感知すべき磁界によって磁化が回転してい
る、すなわち感度が高いことを示している。磁気抵抗効
果型磁気ヘッドの出力はこれらの軟磁性自由層の磁化分
布の総計であるから、本発明の閉磁路磁区制御構造の磁
気ヘッドは狭いトラック幅においても端部に起因する感
度低下が無く、安定な出力と急峻なマイクロトラック特
性を達成できるのである。図１４は本発明の磁気ヘッド
の着磁方法の一例を示した概念図である。図１に示した
本発明の構成例のように巨大磁気抵抗効果膜の強磁性固
定層の磁化の固定に反強磁性膜を用い、かつ単磁区化強
磁性層の磁化の固定を反強磁性膜で行う場合には互いの
交換結合磁界をそれぞれ素子高さ方向、トラック幅方向
に設定する必要がある。図１４下部の図は種類の異なる
反強磁性膜ＭｎＰｔおよびＭｎＩｒ膜を用いた場合の交
換結合エネルギーの温度依存性を示した図である。Ｍｎ
Ｉｒ膜は２５０℃程度のブロッキング温度、すなわち交
換結合磁界の上限温度を示すが、ＭｎＰｔ膜はさらに高
く３３０℃程度のブロッキング温度を示している。この
温度特性の違いを用いて、例えばＭｎＰｔ膜を所定の磁
場内で２７０℃で熱処理して、２３０℃程度まで冷却
し、その後磁場の方向を変えて室温まで冷却すると、Ｍ
ｎＰｔ膜の交換結合を当初の磁場の方向に、ＭｎＩｒ膜
の交換結合を室温までの冷却時の磁場の方向に着磁する
ことが可能である。このように反強磁性膜の種類を変
え、温度範囲を適切に選択すればそれぞれの交換結合磁
界の方向を異なる方向に着磁できることがわかる。図１
５はマグネタイト膜の磁化曲線である。厚さ１０ナノメ
ートルで電気抵抗は５０００マイクロオームセンチメー
トル以上、保磁力４０ｋＡ／ｍ以上である。このような
電気抵抗の高い磁性膜を本発明の単磁区化強磁性層に用
いると抵抗変化率の高い、すなわちより出力の高い磁気
ヘッドを得ることができる。単磁区化強磁性層として
は、図１に示した強磁性層４１２や、図２、３、４に示
した硬磁性層４１４、さらに図３、４の例の軟磁性緩衝
層４１６に用いるとよい。マグネタイト膜の形成方法と
しては例えば、マグネタイトのスパッタリングターゲッ
トを用いて薄膜形成することが望ましい。結晶性のよい
マグネタイトを得るには基板加熱やイオンビームアシス
トなどの技術を用いることができる。またはマグネタイ
トとＦｅなどの金属を同時スパッタなどの手法で混合し
て薄膜形成し、熱処理によってマグネタイトを析出させ
てもよい。このようにマグネタイトは化学量論組成でな
くてもよいし、金属などとの混層状態であっても本発明
の主旨に反するものではないし、同様に組成の異なる強
磁性のフェライト薄膜を用いてもよい。図１６から図２
０には本発明の磁気ヘッドの巨大磁気抵抗効果積層膜及
び単磁区化強磁性層の積層構成例について記載した。図
１６は本発明の磁気ヘッドの巨大磁気抵抗効果積層膜及
び単磁区化強磁性層の第一の積層構成例である。本構成
は図１の構造例の具体例に相当する。基体５０上に下地
膜１４としてＴａ ３ｎｍ、ＮｉＦｅ ３ｎｍ、反強磁性
膜１１としてＭｎＰｔ １２ｎｍ、第二の強磁性膜１５
２としてＣｏＦｅ １．５ｎｍ、反平行結合膜１５４と
してＲｕ ０．８ｎｍ、第一の強磁性膜１５１としてＣ
ｏＦｅ ２．５ｎｍ、非磁性導電層１２としてＣｕ ２．
１ｎｍ、第二の自由層軟磁性膜１３２としてＣｏＦｅ
０．５ｎｍ、第一の自由層軟磁性膜１３１としてＮｉＦ
ｅ ４ｎｍ、保護膜兼、非磁性分離層４１１としてＣｕ
１ｎｍ、Ｔａ／Ｔａ−Ｏ １．０ｎｍ、強磁性層４１２
としてＣｏＦｅ ３ｎｍ、反強磁性層４１３としてＭｎ
Ｉｒ ７ｎｍ、および保護膜３７としてＴａ ３ｎｍを連
続して形成してなる。この構成例では巨大磁気抵抗効果
積層膜１０において強磁性固定層１５は反平行結合膜１
５４、第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１５２か
らなる。反平行結合膜１５４であるＲｕ層は第一の強磁
性膜１５１と第二の強磁性膜１５２の磁化を互いに反平
行に配列させる交換結合を印加して、強磁性固定層の実
質的な磁化の量を第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性
膜１５２の磁化量の差分に制御する効果がある。またこ
こで軟磁性自由層１３は第一の自由層軟磁性膜であるＮ
ｉＦｅおよび第二の自由層軟磁性膜であるＣｏＦｅの積
層体からなる。同様にここで単磁区化強磁性層４５は、
軟磁性自由層１３と接する非磁性分離層４１１、強磁性
層４１２、反強磁性層４１３および保護膜３７からな
る。非磁性分離層４１１は巨大磁気抵抗効果積層膜１０
の保護膜を兼ねていてもよく、保護膜と非磁性分離層４
１１の明確な境界は特に存在しなくてよい。非磁性分離
層４１１は軟磁性自由層１３と単磁区化強磁性層４５、
特に強磁性層４１２との間に面を介した磁気的な結合が
生じないようにする機能を有し、かつトラック幅方向で
の端部での軟磁性自由層１３と単磁区化強磁性層４５、
特に強磁性層４１２との静磁気的な結合を良好に保つた
めに非磁性分離層４１１の厚さは合計で２ナノメートル
と薄く構成してなる。図１７は本発明の磁気ヘッドの巨
大磁気抵抗効果積層膜及び単磁区化強磁性層の第二の積
層構成例である。本構成は図１の構造例の具体例に相当
する。基体５０上に下地膜１４としてＴａ ３ｎｍ、Ｎ
ｉＦｅ ３ｎｍ、反強磁性膜１１としてＭｎＰｔ １２ｎ
ｍ、第二の強磁性膜１５２としてＣｏＦｅ １．５ｎ
ｍ、反平行結合膜１５４としてＲｕ ０．８ｎｍ、第一
の強磁性膜１５１としてＣｏＦｅ ２．５ｎｍ、非磁性
導電層１２としてＣｕ ２．１ｎｍ、第二の自由層軟磁
性膜１３２としてＣｏＦｅ ０．５ｎｍ、第一の自由層
軟磁性膜１３１としてＮｉＦｅ ４ｎｍ、保護膜兼、非
磁性分離層４１１としてＣｕ １ｎｍ、Ｔａ／Ｔａ−Ｏ
１．０ｎｍ、強磁性層４１２としてＣｏＦｅ／Ａｌ２Ｏ
３混合膜 ６ｎｍおよびＣｏＦｅ １ｎｍ、反強磁性層４
１３としてＭｎＩｒ ７ｎｍ、および保護膜３７として
Ｔａ ３ｎｍを連続して形成してなる。この構成例では
巨大磁気抵抗効果積層膜１０において強磁性固定層１５
は反平行結合膜１５４、第一の強磁性膜１５１と第二の
強磁性膜１５２からなる。反平行結合膜１５４であるＲ
ｕ層は第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１５２の
磁化を互いに反平行に配列させる交換結合を印加して、
強磁性固定層の実質的な磁化の量を第一の強磁性膜１５
１と第二の強磁性膜１５２の磁化量の差分に制御する効
果がある。またここで軟磁性自由層１３は第一の自由層
軟磁性膜であるＮｉＦｅおよび第二の自由層軟磁性膜で
あるＣｏＦｅの積層体からなる。同様にここで単磁区化
強磁性層４５は、軟磁性自由層１３と接する非磁性分離
層４１１、強磁性層４１２、反強磁性層４１３および保
護膜３７からなる。非磁性分離層４１１は巨大磁気抵抗
効果積層膜１０の保護膜を兼ねていてもよく、保護膜と
非磁性分離層４１１の明確な境界は特に存在しなくてよ
い。非磁性分離層４１１は軟磁性自由層１３と単磁区化
強磁性層４５、特に強磁性層４１２との間に面を介した
磁気的な結合が生じないようにする機能を有し、かつト
ラック幅方向での端部での軟磁性自由層１３と単磁区化
強磁性層４５、特に強磁性層４１２との静磁気的な結合
を良好に保つために非磁性分離層４１１の厚さは合計で
２ナノメートルと薄く構成してなる。強磁性層４１２は
一部がＣｏＦｅ／Ａｌ２Ｏ３混合膜からなり、電気抵抗
を部分的に高めることで出力を向上させる効果がある。
図１８は本発明の磁気ヘッドの巨大磁気抵抗効果積層膜
及び単磁区化強磁性層の第三の積層構成例である。本構
成は図２の構造例の具体例に相当する。基体５０上に下
地膜１４としてＴａ ３ｎｍ、ＮｉＦｅ ３ｎｍ、反強磁
性膜１１としてＭｎＰｔ １２ｎｍ、第二の強磁性膜１
５２としてＣｏＦｅ １．５ｎｍ、反平行結合膜１５４
としてＲｕ ０．８ｎｍ、第一の強磁性膜１５１として
ＣｏＦｅ ２．５ｎｍ、非磁性導電層１２としてＣｕ
２．１ｎｍ、第二の自由層軟磁性膜１３２としてＣｏＦ
ｅ ０．５ｎｍ、第一の自由層軟磁性膜１３１としてＮ
ｉＦｅ ４ｎｍ、保護膜兼、非磁性分離層４１１として
Ｃｕ １ｎｍ、Ｔａ／Ｔａ−Ｏ １．０ｎｍおよびＡｌ２
Ｏ３ １ｎｍ、硬磁性層４１４としてＦｅ３Ｏ４ ８ｎ
ｍ、および保護膜３７としてＴａ ３ｎｍを連続して形
成してなる。この構成例では巨大磁気抵抗効果積層膜１
０において強磁性固定層１５は反平行結合膜１５４、第
一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１５２からなる。
反平行結合膜１５４であるＲｕ層は第一の強磁性膜１５
１と第二の強磁性膜１５２の磁化を互いに反平行に配列
させる交換結合を印加して、強磁性固定層の実質的な磁
化の量を第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１５２
の磁化量の差分に制御する効果がある。またここで軟磁
性自由層１３は第一の自由層軟磁性膜であるＮｉＦｅお
よび第二の自由層軟磁性膜であるＣｏＦｅの積層体から
なる。同様にここで単磁区化強磁性層４５は、軟磁性自
由層１３と接する非磁性分離層４１１、硬磁性層４１４
および保護膜３７からなる。非磁性分離層４１１は巨大
磁気抵抗効果積層膜１０の保護膜を兼ねていてもよく、
保護膜と非磁性分離層４１１の明確な境界は特に存在し
なくてよい。非磁性分離層４１１は軟磁性自由層１３と
単磁区化強磁性層４５、特に硬磁性層４１４との間に面
を介した磁気的な結合が生じないようにする機能を有
し、かつトラック幅方向での端部での軟磁性自由層１３
と単磁区化強磁性層４５、特に硬磁性層４１４との静磁
気的な結合を良好に保つために非磁性分離層４１１の厚
さは合計で３ナノメートルと薄く構成してなる。また硬
磁性層４１４はＦｅ３Ｏ４と記載したが厳密に化学量論
組成である必要はなく、あるいは金属などが混合しても
本構成例の主旨を逸脱するものではない。図１９は本発
明の磁気ヘッドの巨大磁気抵抗効果積層膜及び単磁区化
強磁性層の第四の積層構成例である。本構成は図３の構
造例の具体例に相当する。基体５０上に下地膜１４とし
てＴａ ３ｎｍ、ＮｉＦｅ ３ｎｍ、反強磁性膜１１とし
てＭｎＰｔ １２ｎｍ、第二の強磁性膜１５２としてＣ
ｏＦｅ １．５ｎｍ、反平行結合膜１５４としてＲｕ
０．８ｎｍ、第一の強磁性膜１５１としてＣｏＦｅ
２．５ｎｍ、非磁性導電層１２としてＣｕ ２．１ｎ
ｍ、第二の自由層軟磁性膜１３２としてＣｏＦｅ ０．
５ｎｍ、第一の自由層軟磁性膜１３１としてＮｉＦｅ
４ｎｍ、保護膜兼、非磁性分離層４１１としてＣｕ １
ｎｍ、Ｔａ／Ｔａ−Ｏ １．０ｎｍおよびＡｌ２Ｏ３ １
ｎｍ、軟磁性緩衝層４１６としてＣｏＦｅ １ｎｍ、結
合層４１５としてＡｌ２Ｏ３ １ｎｍ、硬磁性層４１４
としてＦｅ３Ｏ４ ８ｎｍを連続して形成してなる。本
例では保護膜を特に用いないでも問題がない。この構成
例では巨大磁気抵抗効果積層膜１０において強磁性固定
層１５は反平行結合膜１５４、第一の強磁性膜１５１と
第二の強磁性膜１５２からなる。反平行結合膜１５４で
あるＲｕ層は第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１
５２の磁化を互いに反平行に配列させる交換結合を印加
して、強磁性固定層の実質的な磁化の量を第一の強磁性
膜１５１と第二の強磁性膜１５２の磁化量の差分に制御
する効果がある。またここで軟磁性自由層１３は第一の
自由層軟磁性膜であるＮｉＦｅおよび第二の自由層軟磁
性膜であるＣｏＦｅの積層体からなる。同様にここで単
磁区化強磁性層４５は、軟磁性自由層１３と接する非磁
性分離層４１１、軟磁性緩衝層４１６、結合層４１５、
硬磁性層４１４からなる。非磁性分離層４１１は巨大磁
気抵抗効果積層膜１０の保護膜を兼ねていてもよく、保
護膜と非磁性分離層４１１の明確な境界は特に存在しな
くてよい。非磁性分離層４１１は軟磁性自由層１３と単
磁区化強磁性層４５、特に軟磁性緩衝層４１６との間に
面を介した磁気的な結合が生じないようにする機能を有
し、かつトラック幅方向での端部での軟磁性自由層１３
と単磁区化強磁性層４５、特に軟磁性緩衝層４１６との
静磁気的な結合を良好に保つために非磁性分離層４１１
の厚さは合計で３ナノメートルと薄く構成してなる。ま
た硬磁性層４１４はＦｅ３Ｏ４と記載したが厳密に化学
量論組成である必要はなく、あるいは金属などが混合し
ても本構成例の主旨を逸脱するものではない。結合層４
１５は硬磁性層４１４と軟磁性緩衝層４１６の間の磁気
的な結合を制御する。ここではＡｌ２Ｏ３を用いて硬磁
性層４１４と軟磁性緩衝層４１６の間に強磁性的な結合
を発生させる例を示した。結合層４１５にＲｕなどの反
強磁性的な結合を発生させる材料を選択すると図４に記
載の構成例を実現することができる。図２０は本発明の
磁気ヘッドの巨大磁気抵抗効果積層膜及び単磁区化強磁
性層の第五の積層構成例である。本構成は図１の構造例
を基体に対して上下逆にした具体例に相当する。基体５
０上に下地膜１４としてＴａ ３ｎｍ、ＮｉＦｅ ３ｎ
ｍ、反強磁性層４１３としてＮｉＭｎ ２０ｎｍ、強磁
性層４１２としてＣｏＦｅ３ｎｍ、非磁性分離層４１１
としてＲｕ ０．４ｎｍおよびＣｕ １ｎｍ、第一の自由
層軟磁性膜１３１としてＮｉＦｅ ４ｎｍ、第二の自由
層軟磁性膜１３２としてＣｏＦｅ ０．５ｎｍ、非磁性
導電層１２としてＣｕ ２．１ｎｍ、第一の強磁性膜１
５１としてＣｏＦｅ ２．５ｎｍ、反平行結合膜１５４
としてＲｕ ０．８ｎｍ、第二の強磁性膜１５２として
ＣｏＦｅ １．５ｎｍ、反強磁性膜１１としてＭｎＰｔ
１２ｎｍ、および保護膜３７としてＴａ ３ｎｍを連続
して形成してなる。この構成例では巨大磁気抵抗効果積
層膜１０において強磁性固定層１５は反平行結合膜１５
４、第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１５２から
なる。反平行結合膜１５４であるＲｕ層は第一の強磁性
膜１５１と第二の強磁性膜１５２の磁化を互いに反平行
に配列させる交換結合を印加して、強磁性固定層の実質
的な磁化の量を第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜
１５２の磁化量の差分に制御する効果がある。またここ
で軟磁性自由層１３は第一の自由層軟磁性膜であるＮｉ
Ｆｅおよび第二の自由層軟磁性膜であるＣｏＦｅの積層
体からなる。同様にここで単磁区化強磁性層４５は、軟
磁性自由層１３と接する非磁性分離層４１１、強磁性層
４１２、反強磁性層４１３および保護膜３７からなる。
非磁性分離層４１１は巨大磁気抵抗効果積層膜１０の保
護膜を兼ねていてもよく、保護膜と非磁性分離層４１１
の明確な境界は特に存在しなくてよい。非磁性分離層４
１１は軟磁性自由層１３と単磁区化強磁性層４５、特に
強磁性層４１２との間に面を介した磁気的な結合が生じ
ないようにする機能を有し、かつトラック幅方向での端
部での軟磁性自由層１３と単磁区化強磁性層４５、特に
強磁性層４１２との静磁気的な結合を良好に保つために
非磁性分離層４１１の厚さは合計で１．４ナノメートル
と薄く構成してなる。図２１は本発明を適用したトンネ
ル磁気抵抗効果型磁気ヘッドの構成例である。対向面に
平行な断面図で示した。図は磁気媒体に対向する対向面
から眺めた模式図になっている。基体５０上に下部磁気
シールド３５、下部導電性ギャップ膜７１１を形成し、
その上に、トンネル磁気抵抗効果積層膜１０１が形成さ
れてなり、さらに上部導電性ギャップ膜７２１、上部磁
気シールド３６を形成して、再生信号を検出する再生ギ
ャップ４３を形成してなる。絶縁膜７３は、トンネル磁
気抵抗効果積層膜１０１のトラック幅方向の両端部に接
触して配置し、感知電流がトンネル磁気抵抗効果積層膜
１０１の膜厚方向に流れるように、他の部分を絶縁す
る。絶縁膜７３の形成方法およびその形状は、ここでは
いわゆるリフトオフ法によって作製した構造で記述して
あるが他にさまざまな方法が利用できる。トンネル磁気
抵抗効果積層膜１０１は、図２１では以下の構成例のよ
うな構造を有する。下地膜１４、反強磁性膜１１、強磁
性固定層１５、非磁性絶縁ギャップ層１２１、軟磁性自
由層１３を連続して形成してなる。この構成例では強磁
性固定層１５は第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜
１５２、および反平行結合膜１５４の積層体からなる。
反平行結合膜１５４は第一の強磁性膜１５１と第二の強
磁性膜１５２の磁化を互いに反平行に配列させる交換結
合を印加して、強磁性固定層の実質的な磁化の量を第一
の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１５２の磁化量の差
分に制御する効果がある。ここで強磁性固定層１５を単
層の磁性体から形成したり、2層や４層以上の積層体か
ら形成しても何ら本発明の趣旨に反するものではない。
またここで軟磁性自由層１３は第一の自由層軟磁性膜お
よび第二の自由層軟磁性膜の積層体からなるが軟磁性自
由層１３を単層の磁性体から形成したり、2層以上の積
層体から形成しても何ら本発明の趣旨に反するものでは
ない。本発明ではトンネル磁気抵抗効果積層膜１０１の
軟磁性自由層１３に積層して単磁区化強磁性層４５を配
置し、トンネル磁気抵抗効果積層膜１０１とほぼ同一の
トラック幅方向のサイズに形成してなる。ここで単磁区
化強磁性層４５は、軟磁性自由層１３と接する非磁性分
離層４１１、強磁性層４１２、反強磁性層４１３および
保護膜３７からなる。ここで保護膜３７を省略した構成
としても本発明の趣旨に反するものではない。また、反
強磁性層４１３および強磁性層４１２のかわりに図２や
図３のように硬磁性膜および硬磁性膜と軟磁性膜の組み
合わせを用いても同様の効果が得られる。非磁性分離層
４１１は軟磁性自由層１３と強磁性層４１２の層間の磁
気的な接合を遮断して両者が強磁性的に結合した磁化過
程を取ることを防止する。非磁性分離層４１１としては
例えばＴａ 1ナノメートルの層や、さらにＲｕ，Ｃｕ
などを積層した膜などを用いることができる。ただし、
Ｒｕなどを、単層で、強磁性体の間に０．８ナノメート
ルなどの所定の厚さで配置すると、強磁性体間に面内に
働く強い反強磁性的な結合を発生してしまうので望まし
くない。また、非磁性分離層４１１を介して隣接する強
磁性体部分から磁気抵抗効果が発生すると信号波形が変
形してしまう恐れがあり望ましくない。したがって非磁
性分離層４１１の部分が例えばＣｕ２ナノメートル単層
で、かつ強磁性体に挟まれているような構成は本発明の
主旨とする所でない。非磁性分離層４１１もしくはその
一部はトンネル磁気抵抗効果積層膜１０１の保護膜とし
ての機能を兼ねても良い。反強磁性層４１３は感知すべ
き磁界と垂直なトラック幅方向に着磁され、強磁性層４
１２に交換結合を印加して強磁性層４１２の磁化を感知
すべき磁界がゼロの状態でトラック幅方向に設定する機
能を有する。トンネル磁気抵抗効果積層膜１０１の軟磁
性自由層１３に積層して単磁区化強磁性層４５を配置
し、トンネル磁気抵抗効果積層膜１０１とほぼ同一のト
ラック幅方向のサイズに形成してなることで、強磁性層
４１２の磁化と軟磁性自由層１３の磁化が互いに反平行
になり、トラック幅方向の端部で静磁気的に結合、閉磁
路を形成して軟磁性自由層１３を単磁区化するのであ
る。軟磁性自由層１３と強磁性層４１２の端部の距離が
十分に近い場合、軟磁性自由層１３と強磁性層４１２の
磁化量はほぼ同一でよい。両者の距離が離れると強磁性
層４１２の磁化量は軟磁性自由層に達するまでに損失す
る分を加味して軟磁性自由層の磁化量よりも多く設定す
る。図中矢印で示したように軟磁性自由層１３の磁化の
方向は、単磁区化強磁性層４５の磁化と反平行になり、
感知すべき磁界がゼロの状態で略トラック幅の方向にな
るよう磁気異方性、検知電流の大きさ、強磁性固定層１
５の磁化量、素子の奥行きのサイズである素子高さ、な
どを設定してバイアス特性が対称となるように設定す
る。本図では非磁性絶縁ギャップ層１２１を用いたトン
ネル磁気抵抗ヘッドの例を示したが、非磁性絶縁ギャッ
プ層１２１のかわりに導電性中間層を用いて巨大磁気抵
抗効果積層膜に厚さ方向に電流を流すＣＰＰ型巨大磁気
抵抗効果型磁気ヘッドとしても本図とほぼ同一の構成で
良好な効果が得られる。図２２は本発明を適用したトン
ネル磁気抵抗効果型磁気ヘッドの別の構成例である。対
向面に垂直な断面図で示した。図は磁気媒体に対向する
対向面と基板面に垂直な断面をトラック幅方向から眺め
た模式図になっている。基体５０上に下部磁気シールド
３５、下部導電性ギャップ膜７１１を形成し、その上
に、トンネル磁気抵抗効果積層膜１０１が形成されてな
り、さらに上部導電性ギャップ膜７２１、上部磁気シー
ルド３６を形成して、再生信号を検出する再生ギャップ
４３を形成してなる。絶縁膜７３は、トンネル磁気抵抗
効果積層膜１０１のトラック幅方向および素子高さ方向
の両端部に接触して配置し、感知電流がトンネル磁気抵
抗効果積層膜１０１の膜厚方向に流れるように、他の部
分を絶縁する。絶縁膜７３の形成方法およびその形状
は、ここではいわゆるリフトオフ法によって作製した構
造で記述してあるが他にさまざまな方法が利用できる。
トンネル磁気抵抗効果積層膜１０１は、図２２では以下
の構成例のような構造を有する。下地膜１４、反強磁性
膜１１、強磁性固定層１５、非磁性絶縁ギャップ層１２
１、軟磁性自由層１３を連続して形成してなる。この構
成例では強磁性固定層１５は第一の強磁性膜１５１と第
二の強磁性膜１５２、および反平行結合膜１５４の積層
体からなる。反平行結合膜１５４は第一の強磁性膜１５
１と第二の強磁性膜１５２の磁化を互いに反平行に配列
させる交換結合を印加して、強磁性固定層の実質的な磁
化の量を第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１５２
の磁化量の差分に制御する効果がある。ここで強磁性固
定層１５を単層の磁性体から形成したり、2層や４層以
上の積層体から形成しても何ら本発明の趣旨に反するも
のではない。またここで軟磁性自由層１３は第一の軟磁
性自由層１３３および第二の軟磁性自由層１３４の積層
体からなる。軟磁性自由層１３を単層の磁性体から形成
したり、2層以上の積層体から形成しても何ら本発明の
趣旨に反するものではない。ここで軟磁性自由層１３の
一部、特に図２２の例では第二の軟磁性自由層１３４は
トンネル磁気抵抗効果積層膜１０１の他の部分よりも素
子高さ方向に大きい形状に形成され、対抗面６３まで伸
展配置されて、対向面６３から磁束を誘導するフラック
スガイドの機能を有する。図の例では第一の軟磁性自由
層１３３の磁化の量に対して第二の軟磁性自由層１３４
の磁化の量を大きく設定して実質的に第二の軟磁性自由
層１３４の磁化が支配的であるようにすることが望まし
い。本発明ではトンネル磁気抵抗効果積層膜１０１の軟
磁性自由層１３、特に実質的に支配的な第二の軟磁性自
由層に積層して単磁区化強磁性層４５を配置し、トンネ
ル磁気抵抗効果積層膜１０１とほぼ同一のトラック幅方
向のサイズに形成してなる。ここで単磁区化強磁性層４
５は、軟磁性自由層１３と接する非磁性分離層４１１、
強磁性層４１２、および反強磁性層４１３からなる。ま
た、反強磁性層４１３および強磁性層４１２のかわりに
図２や図３のように硬磁性膜および硬磁性膜と軟磁性膜
の組み合わせを用いても同様の効果が得られる。非磁性
分離層４１１は軟磁性自由層１３と強磁性層４１２の層
間の磁気的な接合を遮断して両者が強磁性的に結合した
磁化過程を取ることを防止する。非磁性分離層４１１と
しては例えばＴａ 1ナノメートルの層や、さらにＲ
ｕ，Ｃｕなどを積層した膜などを用いることができる。
非磁性分離層４１１もしくはその一部はトンネル磁気抵
抗効果積層膜１０１の保護膜としての機能を兼ねても良
い。反強磁性層４１３は感知すべき磁界と垂直なトラッ
ク幅方向に着磁され、強磁性層４１２に交換結合を印加
して強磁性層４１２の磁化を感知すべき磁界がゼロの状
態でトラック幅方向に設定する機能を有する。トンネル
磁気抵抗効果積層膜１０１の軟磁性自由層１３に積層し
て単磁区化強磁性層４５を配置し、トンネル磁気抵抗効
果積層膜１０１とほぼ同一のトラック幅方向のサイズに
形成してなることで、強磁性層４１２の磁化と軟磁性自
由層１３の磁化が互いに反平行になり、トラック幅方向
の端部で静磁気的に結合、閉磁路を形成してフラックス
ガイドを兼ねる軟磁性自由層１３を単磁区化するのであ
る。軟磁性自由層１３と強磁性層４１２の端部の距離が
十分に近い場合、軟磁性自由層１３と強磁性層４１２の
磁化量はほぼ同一でよい。両者の距離が離れると強磁性
層４１２の磁化量は軟磁性自由層に達するまでに損失す
る分を加味して軟磁性自由層の磁化量よりも多く設定す
る。図中矢印等で示したように軟磁性自由層１３の磁化
の方向は、単磁区化強磁性層４５の磁化と反平行にな
り、感知すべき磁界がゼロの状態で略トラック幅の方向
になるよう磁気異方性、検知電流の大きさ、強磁性固定
層１５の磁化量、素子の奥行きのサイズである素子高
さ、などを設定してバイアス特性が対称となるように設
定する。本図では非磁性絶縁ギャップ層１２１を用いた
トンネル磁気抵抗ヘッドの例を示したが、非磁性絶縁ギ
ャップ層１２１のかわりに導電性中間層を用いて巨大磁
気抵抗効果積層膜に厚さ方向に電流を流すＣＰＰ型巨大
磁気抵抗効果型磁気ヘッドとしても本図とほぼ同一の構
成で良好な効果が得られる。図２３は本発明の磁気抵抗
効果素子による磁気センサーを搭載した磁気ヘッドの構
成例の概念図である。基体５０上に磁気抵抗効果積層膜
１０、単磁区化強磁性層４５、電極４０、下部磁気シー
ルド３５、上部磁気シールド３６、下部磁気コア８４、
コイル４２、上部コア８３を形成してなり、対向面６３
を形成してなる。本図では個別に上部シールドと下部コ
アとを形成した構造になっているが、上部シールドが下
部コアを兼ねた構造としても本発明の主旨を損なうもの
ではない。下部磁気コア８４、コイル４２、上部磁気コ
ア８３は記録ヘッドを構成し、電磁誘導効果によって発
生する磁界を対抗面６３の記録ギャップから発生して磁
気ディスク上の記録媒体に記録する。図２４は本発明の
磁気記録再生装置の構成例である。磁気的に情報を記録
する記録媒体９１を保持するディスク９５をスピンドル
モーター９３にて回転させ、アクチュエーター９２によ
ってヘッドスライダー９０をディスク９５のトラック上
に誘導する。即ち磁気ディスク装置においてはヘッドス
ライダー９０上に形成した再生ヘッド、及び記録ヘッド
がこの機構に依ってディスク９５上の所定の記録位置に
近接して相対運動し、信号を順次書き込み、及び読み取
るのである。アクチュエーター９２はロータリーアクチ
ュエーターであることが望ましい。記録信号は信号処理
系９４を通じて記録ヘッドにて媒体上に記録し、再生ヘ
ッドの出力を、信号処理系９４を経て信号として得る。
さらに再生ヘッドを所望の記録トラック上へ移動せしめ
るに際して、本再生ヘッドからの高感度な出力を用いて
トラック上の位置を検出し、アクチュエーターを制御し
て、ヘッドスライダーの位置決めを行うことができる。
本図ではヘッドスライダー９０、ディスク９５を各１個
示したが、これらは複数であっても構わない。またディ
スク９５は両面に記録媒体９１を有して情報を記録して
もよい。情報の記録がディスク両面の場合ヘッドスライ
ダー９０はディスクの両面に配置する。
を構成する薄膜は高周波マグネトロンスパッタリング装
置により以下のように作製した。アルゴン１から６ミリ
トールの雰囲気中にて、厚さ１ミリのセラミックス基板
に以下の材料を順次積層して作製した。スパッタリング
ターゲットとしてタンタル、ニッケル−２０ａｔ％鉄合
金、銅、コバルト、ＭｎＰｔ、ルテニウム、アルミナ、
マグネタイト、ＭｎＩｒ、ＮｉＭｎの各ターゲットを用
いた。Ｃｏターゲット上には、ＦｅおよびＮｉの１セン
チ角のチップを適宜配置して組成を調整した。またマグ
ネタイトターゲット上にはＦｅチップを配置してＦｅ−
Ｏ膜の組成を調整した。積層膜は、各ターゲットを配置
したカソードに各々高周波電力を印加して装置内にプラ
ズマを発生させておき、各カソードごとに配置されたシ
ャッターを一つずつ開閉して順次各層を形成した。膜形
成時には永久磁石を用いて基板に平行におよそ8０エル
ステッドの磁界を印加して、一軸異方性をもたせた。
形成した膜を、真空中、磁場中で２７０℃、３時間の熱
処理を行ってＭｎＰｔ反強磁性膜を相変態させ、室温で
の磁気抵抗を測定して評価した。ＭｎＰｔ以外の反強磁
性膜を併用する場合には異なる温度の着磁熱処理を併用
した。また、硬磁性膜を用いた構成では熱処理後に室温
で着磁処理を行った。基体上の素子の形成はフォトレジ
スト工程によってパターニングした。その後、基体はス
ライダー加工し、磁気記録装置に搭載した。また、磁区
制御構造の構成を評価するため、ＬＬＧ(ランダウ−リ
フシッツ−ギルバート)法による磁化過程シミュレーシ
ョンを行って、磁気ヘッドの安定性と出力について比較
検討した。以下に本発明の具体的な実施例を、図を追っ
て説明する。図１は本発明の巨大磁気抵抗効果型磁気ヘ
ッドの構成例である。対向面に平行な断面図で示した。
図は磁気媒体に対向する対向面から眺めた模式図になっ
ている。基体５０上に下部磁気シールド３５、下部ギャ
ップ膜７１を形成し、その上に、巨大磁気抵抗効果積層
膜１０が形成されてなり、さらに上部ギャップ膜７２、
上部磁気シールド３６を形成して、再生信号を検出する
再生ギャップ４３を形成してなる。電極４０は、巨大磁
気抵抗効果積層膜１０のトラック幅方向の両端部に接触
して配置し、感知電流の印加と電気抵抗の変化の検出を
行う。電極４０の形成方法およびその形状は、ここでは
いわゆるリフトオフ法によって作製した構造で記述して
あるが他にさまざまな方法が利用できる。巨大磁気抵抗
効果積層膜１０は、図1では以下の構成例のような構造
を有する。下地膜１４、反強磁性膜１１、強磁性固定層
１５、非磁性導電層１２、軟磁性自由層１３を連続して
形成してなる。この構成例では強磁性固定層１５は第一
の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１５２、および反平
行結合膜１５４の積層体からなる。反平行結合膜１５４
は第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１５２の磁化
を互いに反平行に配列させる交換結合を印加して、強磁
性固定層の実質的な磁化の量を第一の強磁性膜１５１と
第二の強磁性膜１５２の磁化量の差分に制御する効果が
ある。ここで強磁性固定層１５を単層の磁性体から形成
したり、2層や４層以上の積層体から形成しても何ら本
発明の趣旨に反するものではない。またここで軟磁性自
由層１３は第一の自由層軟磁性膜および第二の自由層軟
磁性膜の積層体からなるが軟磁性自由層１３を単層の磁
性体から形成したり、2層以上の積層体から形成しても
何ら本発明の趣旨に反するものではない。特に、非磁性
導電層１２に近い側をCo合金、反対側をNiFe合金から形
成すると、軟磁気特性と高い抵抗変化率を両立できてよ
い。本発明では巨大磁気抵抗効果積層膜１０の軟磁性自
由層１３に積層して単磁区化強磁性層４５を配置し、巨
大磁気抵抗効果積層膜１０とほぼ同一のトラック幅方向
のサイズに形成してなる。ここで単磁区化強磁性層４５
は、軟磁性自由層１３と接する非磁性分離層４１１、強
磁性層４１２、反強磁性層４１３および保護膜３７から
なる。ここで保護膜３７を省略した構成としても本発明
の趣旨に反するものではない。非磁性分離層４１１は軟
磁性自由層１３と強磁性層４１２の層間の磁気的な接合
を遮断して両者が強磁性的に結合した磁化過程を取るこ
とを防止する。非磁性分離層４１１としては例えばＴａ
1ナノメートルの層を若干酸化させた層や、さらにＲ
ｕ，Ｃｕなどを積層した膜などを用いることができる。
非磁性分離層４１１もしくはその一部は巨大磁気抵抗効
果積層膜１０の保護膜としての機能を兼ねても良い。反
強磁性層４１３は感知すべき磁界と垂直なトラック幅方
向に着磁され、強磁性層４１２に交換結合を印加して強
磁性層４１２の磁化を感知すべき磁界がゼロの状態でト
ラック幅方向に設定する機能を有する。巨大磁気抵抗効
果積層膜１０の軟磁性自由層１３に積層して単磁区化強
磁性層４５を配置し、巨大磁気抵抗効果積層膜１０とほ
ぼ同一のトラック幅方向のサイズに形成してなること
で、強磁性層４１２の磁化と軟磁性自由層１３の磁化が
互いに反平行になり、トラック幅方向の端部で静磁気的
に結合、閉磁路を形成して軟磁性自由層１３を単磁区化
するのである。軟磁性自由層１３と強磁性層４１２の端
部の距離が十分に近い場合、軟磁性自由層１３と強磁性
層４１２の磁化量はほぼ同一でよい。両者の距離が離れ
ると強磁性層４１２の磁化量は軟磁性自由層に達するま
でに損失する分を加味して軟磁性自由層の磁化量よりも
多く設定する。図中矢印で示したように軟磁性自由層１
３の磁化の方向は、単磁区化強磁性層４５の磁化と反平
行になり、感知すべき磁界がゼロの状態で略トラック幅
の方向になるよう磁気異方性、検知電流の大きさ、強磁
性固定層１５の磁化量、素子の奥行きのサイズである素
子高さ、などを設定してバイアス特性が対称となるよう
に設定する。図２は本発明の巨大磁気抵抗効果型磁気ヘ
ッドの別の構成例である。対向面に平行な断面図で示し
た。図は磁気媒体に対向する対向面から眺めた模式図に
なっている。基体５０上に下部磁気シールド３５、下部
ギャップ膜７１を形成し、その上に、巨大磁気抵抗効果
積層膜１０が形成されてなり、さらに上部ギャップ膜７
２、上部磁気シールド３６を形成して、再生信号を検出
する再生ギャップ４３を形成してなる。電極４０は、巨
大磁気抵抗効果積層膜１０のトラック幅方向の両端部に
接触して配置し、感知電流の印加と電気抵抗の変化の検
出を行う。電極４０の形成方法およびその形状は、ここ
ではいわゆるリフトオフ法によって作製した構造で記述
してあるが他にさまざまな方法が利用できる。巨大磁気
抵抗効果積層膜１０は、図１と同様に図２では以下の構
成例のような構造を有する。下地膜１４、反強磁性膜１
１、強磁性固定層１５、非磁性導電層１２、軟磁性自由
層１３を連続して形成してなる。この構成例では強磁性
固定層１５は第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１
５２、および反平行結合膜１５４の積層体からなる。反
平行結合膜１５４は第一の強磁性膜１５１と第二の強磁
性膜１５２の磁化を互いに反平行に配列させる交換結合
を印加して、強磁性固定層の実質的な磁化の量を第一の
強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１５２の磁化量の差分
に制御する効果がある。ここで強磁性固定層１５を単層
の磁性体から形成したり、2層や４層以上の積層体から
形成しても何ら本発明の趣旨に反するものではない。ま
たここで軟磁性自由層１３は第一の自由層軟磁性膜およ
び第二の自由層軟磁性膜の積層体からなるが軟磁性自由
層１３を単層の磁性体から形成したり、2層以上の積層
体から形成しても何ら本発明の趣旨に反するものではな
い。特に、非磁性導電層１２に近い側をCo合金、反対側
をNiFe合金から形成すると、軟磁気特性と高い抵抗変化
率を両立できてよい。本発明では巨大磁気抵抗効果積層
膜１０の軟磁性自由層１３に積層して単磁区化強磁性層
４５を配置し、巨大磁気抵抗効果積層膜１０とほぼ同一
のトラック幅方向のサイズに形成してなる。ここで単磁
区化強磁性層４５は、軟磁性自由層１３と接する非磁性
分離層４１１、硬磁性層４１４および保護膜３７からな
る。ここで保護膜３７を省略した構成としても本発明の
趣旨に反するものではない。非磁性分離層４１１は軟磁
性自由層１３と硬磁性層４１４の層間の磁気的な接合を
遮断して両者が強磁性的に結合した磁化過程を取ること
を防止する。非磁性分離層４１１としては例えばＴａ
1ナノメートルの層を若干酸化させた層や、さらにＲ
ｕ，Ｃｕなどを積層した膜などを用いることができる。
非磁性分離層４１１もしくはその一部は巨大磁気抵抗効
果積層膜１０の保護膜としての機能を兼ねても良い。硬
磁性層４１４は感知すべき磁界と垂直なトラック幅方向
に着磁され、感知すべき磁界や外乱に対しても硬磁性層
４１４の磁化をトラック幅方向に設定する機能を有す
る。硬磁性層４１４の保磁力はこの機能を果すために４
０ｋＯｅ以上、特に１６０ｋＯｅ以上とすることが望ま
しい。巨大磁気抵抗効果積層膜１０の軟磁性自由層１３
に積層して単磁区化強磁性層４５を配置し、巨大磁気抵
抗効果積層膜１０とほぼ同一のトラック幅方向のサイズ
に形成してなることで、硬磁性層４１４の磁化と軟磁性
自由層１３の磁化が互いに反平行になり、トラック幅方
向の端部で静磁気的に結合、閉磁路を形成して軟磁性自
由層１３を単磁区化するのである。軟磁性自由層１３と
硬磁性層４１４の端部の距離が十分に近い場合、軟磁性
自由層１３と硬磁性層４１４の磁化量はほぼ同一でよ
い。両者の距離が離れると硬磁性層４１４の磁化量は軟
磁性自由層１３に達するまでに損失する分を加味して軟
磁性自由層１３の磁化量よりも多く設定する。図中矢印
で示したように軟磁性自由層１３の磁化の方向は、単磁
区化強磁性層４５の磁化、すなわち硬磁性層４１４の磁
化と反平行になり、感知すべき磁界がゼロの状態で略ト
ラック幅の方向になるよう磁気異方性、検知電流の大き
さ、強磁性固定層１５の磁化量、素子の奥行きのサイズ
である素子高さ、などを設定してバイアス特性が対称と
なるように設定する。図３は本発明の巨大磁気抵抗効果
型磁気ヘッドのまた別の構成例である。対向面に平行な
断面図で示した。図は磁気媒体に対向する対向面から眺
めた模式図になっている。基体５０上に下部磁気シール
ド３５、下部ギャップ膜７１を形成し、その上に、巨大
磁気抵抗効果積層膜１０が形成されてなり、さらに上部
ギャップ膜７２、上部磁気シールド３６を形成して、再
生信号を検出する再生ギャップ４３を形成してなる。電
極４０は、巨大磁気抵抗効果積層膜１０のトラック幅方
向の両端部に接触して配置し、感知電流の印加と電気抵
抗の変化の検出を行う。電極４０の形成方法およびその
形状は、ここではいわゆるリフトオフ法によって作製し
た構造で記述してあるが他にさまざまな方法が利用でき
る。巨大磁気抵抗効果積層膜１０は、図１、図２と同様
に図３では以下の構成例のような構造を有する。下地膜
１４、反強磁性膜１１、強磁性固定層１５、非磁性導電
層１２、軟磁性自由層１３を連続して形成してなる。こ
の構成例では強磁性固定層１５は第一の強磁性膜１５１
と第二の強磁性膜１５２、および反平行結合膜１５４の
積層体からなる。反平行結合膜１５４は第一の強磁性膜
１５１と第二の強磁性膜１５２の磁化を互いに反平行に
配列させる交換結合を印加して、強磁性固定層の実質的
な磁化の量を第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１
５２の磁化量の差分に制御する効果がある。ここで強磁
性固定層１５を単層の磁性体から形成したり、2層や４
層以上の積層体から形成しても何ら本発明の趣旨に反す
るものではない。またここで軟磁性自由層１３は第一の
自由層軟磁性膜および第二の自由層軟磁性膜の積層体か
らなるが軟磁性自由層１３を単層の磁性体から形成した
り、2層以上の積層体から形成しても何ら本発明の趣旨
に反するものではない。特に、非磁性導電層１２に近い
側をCo合金、反対側をNiFe合金から形成すると、軟磁気
特性と高い抵抗変化率を両立できてよい。本発明では巨
大磁気抵抗効果積層膜１０の軟磁性自由層１３に積層し
て単磁区化強磁性層４５を配置し、巨大磁気抵抗効果積
層膜１０とほぼ同一のトラック幅方向のサイズに形成し
てなる。ここで単磁区化強磁性層４５は、軟磁性自由層
１３と接する非磁性分離層４１１、軟磁性緩衝層４１
６、結合層４１５、硬磁性層４１４および保護膜３７か
らなる。ここで保護膜３７を省略した構成としても本発
明の趣旨に反するものではない。非磁性分離層４１１は
軟磁性自由層１３と軟磁性緩衝層４１６の層間の磁気的
な接合を遮断して両者が強磁性的に結合した磁化過程を
取ることを防止する。非磁性分離層４１１としては例え
ばＴａ 1ナノメートルの層を若干酸化させた層や、さ
らにＲｕ，Ｃｕなどを積層した膜などを用いることがで
きる。非磁性分離層４１１もしくはその一部は巨大磁気
抵抗効果積層膜１０の保護膜としての機能を兼ねても良
い。本構成例では軟磁性緩衝層４１６は結合層４１５を
介して硬磁性膜４１４と強磁性的に結合し、結合層４１
５はこの強磁性的結合を適度な大きさに制御する機能を
有する。結合層４１５としてはＴａ、アルミナなどの膜
を用いることができる。軟磁性緩衝層４１６は硬磁性膜
４１４の磁化の分散によって発生する磁界を吸収し、軟
磁性自由層１３の磁気特性の悪化を防止する。硬磁性層
４１４は感知すべき磁界と垂直なトラック幅方向に着磁
され、感知すべき磁界や外乱に対しても硬磁性層４１４
の磁化および軟磁性緩衝層４１６の磁化をトラック幅方
向に設定する機能を有する。硬磁性層４１４の保磁力は
この機能を果すために４０ｋＯｅ以上、特に１６０ｋＯ
ｅ以上とすることが望ましい。巨大磁気抵抗効果積層膜
１０の軟磁性自由層１３に積層して単磁区化強磁性層４
５を配置し、巨大磁気抵抗効果積層膜１０とほぼ同一の
トラック幅方向のサイズに形成してなることで、軟磁性
緩衝層４１６の磁化、硬磁性層４１４の磁化と軟磁性自
由層１３の磁化が互いに反平行になり、トラック幅方向
の端部で静磁気的に結合し、合計の磁化が閉磁路を形成
して軟磁性自由層１３を単磁区化するのである。軟磁性
自由層１３と、軟磁性緩衝層４１６および硬磁性層４１
４の端部の距離が十分に近い場合、軟磁性自由層１３の
磁化量と、軟磁性緩衝層４１６と硬磁性層４１４の磁化
量の合計はほぼ同一でよい。両者の距離が離れると軟磁
性緩衝層４１６と硬磁性層４１４の磁化量の合計は軟磁
性自由層１３に達するまでに損失する分を加味して軟磁
性自由層１３の磁化量よりも多く設定する。図中矢印で
示したように軟磁性自由層１３の磁化の方向は、単磁区
化強磁性層４５の磁化、すなわち軟磁性緩衝層４１６と
硬磁性層４１４の磁化と反平行になり、感知すべき磁界
がゼロの状態で略トラック幅の方向になるよう磁気異方
性、検知電流の大きさ、強磁性固定層１５の磁化量、素
子の奥行きのサイズである素子高さ、などを設定してバ
イアス特性が対称となるように設定する。図４は本発明
の巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドのさらに別の構成例で
ある。対向面に平行な断面図で示した。図は磁気媒体に
対向する対向面から眺めた模式図になっている。基体５
０上に下部磁気シールド３５、下部ギャップ膜７１を形
成し、その上に、巨大磁気抵抗効果積層膜１０が形成さ
れてなり、さらに上部ギャップ膜７２、上部磁気シール
ド３６を形成して、再生信号を検出する再生ギャップ４
３を形成してなる。電極４０は、巨大磁気抵抗効果積層
膜１０のトラック幅方向の両端部に接触して配置し、感
知電流の印加と電気抵抗の変化の検出を行う。電極４０
の形成方法およびその形状は、ここではいわゆるリフト
オフ法によって作製した構造で記述してあるが他にさま
ざまな方法が利用できる。巨大磁気抵抗効果積層膜１０
は、図１から３と同様に図４では以下の構成例のような
構造を有する。下地膜１４、反強磁性膜１１、強磁性固
定層１５、非磁性導電層１２、軟磁性自由層１３を連続
して形成してなる。この構成例では強磁性固定層１５は
第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１５２、および
反平行結合膜１５４の積層体からなる。反平行結合膜１
５４は第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１５２の
磁化を互いに反平行に配列させる交換結合を印加して、
強磁性固定層の実質的な磁化の量を第一の強磁性膜１５
１と第二の強磁性膜１５２の磁化量の差分に制御する効
果がある。ここで強磁性固定層１５を単層の磁性体から
形成したり、2層や４層以上の積層体から形成しても何
ら本発明の趣旨に反するものではない。またここで軟磁
性自由層１３は第一の自由層軟磁性膜および第二の自由
層軟磁性膜の積層体からなるが軟磁性自由層１３を単層
の磁性体から形成したり、2層以上の積層体から形成し
ても何ら本発明の趣旨に反するものではない。特に、非
磁性導電層１２に近い側をCo合金、反対側をNiFe合金か
ら形成すると、軟磁気特性と高い抵抗変化率を両立でき
てよい。本発明では巨大磁気抵抗効果積層膜１０の軟磁
性自由層１３に積層して単磁区化強磁性層４５を配置
し、巨大磁気抵抗効果積層膜１０とほぼ同一のトラック
幅方向のサイズに形成してなる。ここで単磁区化強磁性
層４５は、軟磁性自由層１３と接する非磁性分離層４１
１、軟磁性緩衝層４１６、結合層４１５、硬磁性層４１
４および保護膜３７からなる。ここで保護膜３７を省略
した構成としても本発明の趣旨に反するものではない。
非磁性分離層４１１は軟磁性自由層１３と軟磁性緩衝層
４１６の層間の磁気的な接合を遮断して両者が強磁性的
に結合した磁化過程を取ることを防止する。非磁性分離
層４１１としては例えばＴａ 1ナノメートルの層を若
干酸化させた層や、さらにＲｕ，Ｃｕなどを積層した膜
などを用いることができる。非磁性分離層４１１もしく
はその一部は巨大磁気抵抗効果積層膜１０の保護膜とし
ての機能を兼ねても良い。本構成例と図３の例との違い
は結合層４１５および軟磁性緩衝層４１６の磁化方向に
ある。本構成例では軟磁性緩衝層４１６は結合層４１５
を介して硬磁性膜４１４と反強磁性的に結合し、結合層
４１５はこの反強磁性的結合を発生せしめる機能を有す
る。結合層４１５としてはＲｕ、Ｉｒなどの膜を所定の
厚さにして用いることができる。軟磁性緩衝層４１６は
硬磁性膜４１４の磁化の分散によって発生する磁界を吸
収し、軟磁性自由層１３の磁気特性の悪化を防止する。
硬磁性層４１４は感知すべき磁界と垂直なトラック幅方
向に着磁され、感知すべき磁界や外乱に対しても硬磁性
層４１４の磁化および軟磁性緩衝層４１６の磁化をトラ
ック幅方向に設定する機能を有する。硬磁性層４１４お
よび軟磁性緩衝層４１６の積層膜での保磁力はこの機能
を果すために４０ｋＯｅ以上、特に１６０ｋＯｅ以上と
することが望ましい。巨大磁気抵抗効果積層膜１０の軟
磁性自由層１３に積層して単磁区化強磁性層４５を配置
し、巨大磁気抵抗効果積層膜１０とほぼ同一のトラック
幅方向のサイズに形成してなることで、硬磁性層４１４
の磁化と、軟磁性緩衝層４１６の磁化および軟磁性自由
層１３の磁化が互いに反平行になり、トラック幅方向の
端部で静磁気的に結合し、合計の磁化が閉磁路を形成し
て軟磁性自由層１３を単磁区化するのである。軟磁性自
由層１３および軟磁性緩衝層４１６と、硬磁性層４１４
の端部の距離が十分に近い場合、軟磁性自由層１３の磁
化量と、硬磁性層４１４の磁化量と軟磁性緩衝層４１６
の磁化量の差分とはほぼ同一でよい。両者の距離が離れ
ると硬磁性層４１４の磁化量は軟磁性自由層１３に達す
るまでに損失する分を加味して硬磁性層４１４の磁化量
と軟磁性緩衝層４１６の磁化量の差分を軟磁性自由層１
３の磁化量よりも多く設定する。図中矢印で示したよう
に軟磁性自由層１３および軟磁性緩衝層４１６の磁化の
方向は、硬磁性層４１４の磁化と反平行になり、感知す
べき磁界がゼロの状態で略トラック幅の方向になるよう
磁気異方性、検知電流の大きさ、強磁性固定層１５の磁
化量、素子の奥行きのサイズである素子高さ、などを設
定してバイアス特性が対称となるように設定する。以下
図５から図8では、比較のため従来技術の構造の磁気ヘ
ッドについて述べる。図５は従来のハードバイアス構造
の磁気ヘッドの磁気抵抗効果素子の概念図である。図５
上部は斜視図で、図５下部は断面方向から見た図で示し
てある。磁区制御膜４１は、硬磁性膜あるいは残留磁化
を有する磁性膜などから形成して巨大磁気抵抗効果積層
膜内の軟磁性自由層１３に隣接して配置し、軟磁性自由
層１３に単磁区化のためのバイアス効果を及ぼす機能を
有する。理想的には軟磁性自由層１３の磁化量と磁区制
御膜４１の磁化量、あるいは残留磁化量、はほぼ同一と
して互いの端部の静磁場を打ち消すことが望まれるが、
実際には図５下部に示したような位置ずれが製造上どう
しても発生するために、軟磁性自由層１３を安定に単磁
区化するためには磁区制御膜４１の磁化量を軟磁性自由
層１３の磁化量の数倍以上に設定する必要がある。図６
は従来のハードバイアス構造の磁区制御膜の磁化量とヘ
ッド出力の関係の計算結果を示した図である。磁区制御
膜の磁化量が軟磁性自由層の磁化量の１０倍程度に大き
いと過剰な単磁区化バイアスのために軟磁性自由層が感
知すべき磁界に対して磁化しにくくなり、ヘッド出力が
低いことがわかる。このヘッド出力の低下はトラック幅
が狭いほど顕著であり、高記録密度の磁気ヘッドにおい
て極めて重要である。磁区制御膜の磁化量を低減する
と、過剰な単磁区化バイアスが低減するため出力が増加
していくが、磁区制御膜の磁化量が軟磁性自由層の磁化
量の５倍以下程度になるとＬＬＧ計算が収束しなくな
り、結果が得られなかった。これは軟磁性自由層が多磁
区状態になって一定の平衡状態が計算上で得られなかっ
たためで、すなわちハードバイアス構造において磁区制
御膜の磁化量が軟磁性自由層の磁化量の数倍以下では磁
気ヘッドの出力が不安定であることを示している。した
がってハードバイアス構造では狭トラックにおいて十分
な出力が安定に得られないことがわかる。同様に図７は
従来技術のパターンドエクスチェンジ構造の磁気ヘッド
の磁気抵抗効果素子の概念図である。図７上部は斜視図
で、図７下部は断面方向から見た図で示してある。軟磁
性自由層１３はトラック幅よりも広く形成され、反強磁
性膜４６は軟磁性自由層１３のトラック幅より外側の部
分に接触且つ積層して形成されて軟磁性自由層１３の非
感磁領域に交換結合磁界を印加して磁気的にトラック幅
を規定する。すなわち、軟磁性自由層１３上の両端部の
反強磁性膜４６の間隔がトラック幅を規定するのであ
る。この構造ではハードバイアス構造のような位置ずれ
や磁化量の増加のような問題は生じないが、別種の問題
が存在することがシミュレーションからわかる。理想的
には軟磁性自由層１３上の両端部の反強磁性膜４６の間
隔でトラック幅が規定されるのであるが、実際には反強
磁性膜４６の交換結合磁界で固定された部分と中央部感
磁領域の部分の軟磁性自由層１３は互いに干渉するので
ある。図８は従来技術のパターンドエクスチェンジ構造
の交換結合磁界とマイクロトラック曲線の関係の計算結
果を示した図である。交換結合磁界が４００ｋＡ／ｍと
十分大きい場合、軟磁性自由層の非感磁領域の磁化は固
定されて出力に寄与せず、狭くて良好なマイクロトラッ
ク曲線が得られている。しかしながら出力は低い。これ
は固定された非感磁領域の磁化が近傍の中央感磁領域の
軟磁性自由層の磁化と静磁気的かつ交換結合的に相互作
用して中央感磁領域の端部よりの領域の感知すべき磁界
に対する感度を低下させるためである。したがってトラ
ック幅が狭いほどこのような影響は強いことが解かる。
一方で交換結合磁界を８０ｋＡ／ｍに低下させた結果で
は高い出力が得られる反面、マイクロトラック曲線は反
強磁性膜の間隔で設定されたトラック幅の間隔より広が
ってしまった出力曲線を示した。これは交換結合磁界を
低く設定した結果、反強磁性膜の下部の非感磁領域の軟
磁性自由層の磁化が感知すべき磁界に対して磁化するよ
うになり、中央感磁領域の軟磁性自由層の感度を低下さ
せなくなった反面、非感磁領域の軟磁性自由層が磁化す
ることによる出力が発生していわゆる「読みにじみ」が
発生したためである。以上のように狭トラックのパター
ンドエクスチェンジ構造において端部反強磁性膜の交換
結合磁界を大きく設定すると出力が低下し、交換結合磁
界を低く設定すると読みにじみが発生するために十分な
出力とトラック幅方向の分解能が同時に得られないこと
がわかる。図９は本発明の閉磁路磁区制御構造の磁気ヘ
ッドの磁気抵抗効果素子の概念図である。図９上部は斜
視図で、図９下部は断面方向から見た図で示してある。
単磁区化強磁性層４５は、反強磁性膜で交換結合を印加
された強磁性膜、硬磁性膜あるいは残留磁化を有する磁
性膜などから形成して巨大磁気抵抗効果積層膜内の軟磁
性自由層１３に面を介した磁気的な結合を切断して積層
配置し、軟磁性自由層１３に単磁区化のためのバイアス
効果を及ぼす機能を有する。ハードバイアス構造と異な
り、理想的には軟磁性自由層１３の磁化量と単磁区化強
磁性層４５の磁化量をほぼ同一として互いの端部の静磁
場を打ち消すことできる。これは本発明の構造が積層配
置してほぼ同一のトラック幅形状に形成することで、軟
磁性自由層１３と単磁区化強磁性層４５の端部に位置ず
れが無く、間に挟まれる膜の厚さ程度の間隙しか形成さ
れないからである。また、単磁区化強磁性層４５の磁化
量を軟磁性自由層１３より若干大きく設定して、より安
定に設計することもできる。図１０は本発明の閉磁路磁
区制御構造の磁気ヘッドの単磁区化強磁性層の磁化量と
ヘッド出力の関係の計算結果を示した図である。単磁区
化強磁性層の磁化量が大きい領域から小さい領域の広い
範囲にわたって安定した出力があり、単磁区化強磁性層
の磁化量が軟磁性自由層の磁化量の１倍と小さくするこ
とで高い出力を安定に得られることがわかる。このヘッ
ド出力は従来技術に比べてトラック幅が狭いくとも低下
しない傾向が顕著であり、高記録密度の磁気ヘッドにお
いて極めて重要である。さらに単磁区化強磁性層の磁化
量を低減して軟磁性自由層の磁化量の１倍より小さくな
るとＬＬＧ計算が収束しなくなり、結果が得られなかっ
た。これは軟磁性自由層が多磁区状態になって一定の平
衡状態が計算上で得られなかったためである。従来技術
のハードバイアス構造では、磁区制御膜の磁化量が軟磁
性自由層の５倍より小さな値で多磁区状態となったのに
対して、本発明の構造では多磁区強磁性層の磁化量が軟
磁性自由層の１倍まで単磁区化状態を保つことができ、
このために狭いトラック幅においてハードバイアス構造
よりも数倍高い出力を安定に得ることができるのであ
る。図１１は本発明の閉磁路磁区制御構造の磁気ヘッド
のマイクロトラック曲線の計算結果を示した図である。
単磁区化強磁性層の磁化量を、軟磁性自由層の磁化量と
の比率に対して変化させた結果を示してある。軟磁性自
由層がトラック幅のサイズにパターニングされており、
さらに閉じろ磁区制御構造によって端部からの磁束漏洩
による感度の低下がないため、幾何トラック幅が０．１
８ミクロンと狭いにもかかわらず本発明の磁気ヘッドの
マイクロトラック曲線はトラック幅が狭いにもかかわら
ず端部できわめて急峻で良好な特性と高い出力を示して
いることがわかる。また、単磁区化強磁性層の磁化量を
軟磁性自由層の３倍まで大きく設定しても、マイクロト
ラック曲線の幅は殆ど変化せず、出力の低下も従来のハ
ードバイアス構造に比べて小さいことがわかる。以上の
ように本発明の構造により狭トラックの磁気ヘッドにお
いて読みにじみの発生しない、安定で高い出力が達成で
きることがわかった。同様の計算をトラック幅の大きさ
を変えて行った結果、本発明の磁気ヘッドはトラック幅
が０．２ミクロンより狭い領域で従来構造より高い出力
と分解能を有し、トラック幅が０．１ミクロン以下、
０．０５ミクロン程度まで高い出力を有することがわか
った。図１２および図１３では従来技術のハードバイア
ス構造と本発明の磁化分布の違いを示して上記特性の原
因について述べる。図１２は従来技術のハードバイアス
構造の軟磁性自由層の磁化分布の計算結果を示した図で
ある。幾何トラック幅を０．１８ミクロン、素子高さを
０．１６ミクロンで計算した結果を０．１ミクロンごと
に分割して示した。一つ一つの矢印はその場所での磁化
の方向を示している。３つの分布図は感知すべき磁界を
ゼロ、正、および負に加えた場合の磁化分布を示してお
り、端的に言えば正の場合と負の場合の矢印の回転の差
分がその磁化部分の磁界感度の高さを示しているといっ
てよい。従来技術のハードバイアス構造の磁化分布はト
ラック幅の中央部ではトラック幅方向（図１２で真横の
方向）から大きく振れており、感知すべき磁界によって
磁化が回転している、すなわち感度があることを図１２
は示している。一方でトラック幅の端部周辺では矢印は
トラック幅方向からあまり振れておらず、感知すべき磁
界によっても磁化が回転しない、感度が低下した状態に
あることがわかる。磁気抵抗効果型磁気ヘッドの出力は
これらの軟磁性自由層の磁化分布の総計であるから、ハ
ードバイアス構造の磁気ヘッドはトラック幅が狭いと感
度が低下するのである。一方で図１３は本発明の閉磁路
磁区制御構造での軟磁性自由層の磁化分布の計算結果を
示した図である。図１２と同様に一つ一つの矢印はその
場所での磁化の方向を示している。幾何トラック幅を
０．１８ミクロン、素子高さを０．１６ミクロンで計算
した結果を０．２ミクロンごとに分割して示した。磁化
分布はトラック幅の中央部および端部のどの場所におい
てもトラック幅方向（図１３で真横の方向）から大きく
振れており、感知すべき磁界によって磁化が回転してい
る、すなわち感度が高いことを示している。磁気抵抗効
果型磁気ヘッドの出力はこれらの軟磁性自由層の磁化分
布の総計であるから、本発明の閉磁路磁区制御構造の磁
気ヘッドは狭いトラック幅においても端部に起因する感
度低下が無く、安定な出力と急峻なマイクロトラック特
性を達成できるのである。図１４は本発明の磁気ヘッド
の着磁方法の一例を示した概念図である。図１に示した
本発明の構成例のように巨大磁気抵抗効果膜の強磁性固
定層の磁化の固定に反強磁性膜を用い、かつ単磁区化強
磁性層の磁化の固定を反強磁性膜で行う場合には互いの
交換結合磁界をそれぞれ素子高さ方向、トラック幅方向
に設定する必要がある。図１４下部の図は種類の異なる
反強磁性膜ＭｎＰｔおよびＭｎＩｒ膜を用いた場合の交
換結合エネルギーの温度依存性を示した図である。Ｍｎ
Ｉｒ膜は２５０℃程度のブロッキング温度、すなわち交
換結合磁界の上限温度を示すが、ＭｎＰｔ膜はさらに高
く３３０℃程度のブロッキング温度を示している。この
温度特性の違いを用いて、例えばＭｎＰｔ膜を所定の磁
場内で２７０℃で熱処理して、２３０℃程度まで冷却
し、その後磁場の方向を変えて室温まで冷却すると、Ｍ
ｎＰｔ膜の交換結合を当初の磁場の方向に、ＭｎＩｒ膜
の交換結合を室温までの冷却時の磁場の方向に着磁する
ことが可能である。このように反強磁性膜の種類を変
え、温度範囲を適切に選択すればそれぞれの交換結合磁
界の方向を異なる方向に着磁できることがわかる。図１
５はマグネタイト膜の磁化曲線である。厚さ１０ナノメ
ートルで電気抵抗は５０００マイクロオームセンチメー
トル以上、保磁力４０ｋＡ／ｍ以上である。このような
電気抵抗の高い磁性膜を本発明の単磁区化強磁性層に用
いると抵抗変化率の高い、すなわちより出力の高い磁気
ヘッドを得ることができる。単磁区化強磁性層として
は、図１に示した強磁性層４１２や、図２、３、４に示
した硬磁性層４１４、さらに図３、４の例の軟磁性緩衝
層４１６に用いるとよい。マグネタイト膜の形成方法と
しては例えば、マグネタイトのスパッタリングターゲッ
トを用いて薄膜形成することが望ましい。結晶性のよい
マグネタイトを得るには基板加熱やイオンビームアシス
トなどの技術を用いることができる。またはマグネタイ
トとＦｅなどの金属を同時スパッタなどの手法で混合し
て薄膜形成し、熱処理によってマグネタイトを析出させ
てもよい。このようにマグネタイトは化学量論組成でな
くてもよいし、金属などとの混層状態であっても本発明
の主旨に反するものではないし、同様に組成の異なる強
磁性のフェライト薄膜を用いてもよい。図１６から図２
０には本発明の磁気ヘッドの巨大磁気抵抗効果積層膜及
び単磁区化強磁性層の積層構成例について記載した。図
１６は本発明の磁気ヘッドの巨大磁気抵抗効果積層膜及
び単磁区化強磁性層の第一の積層構成例である。本構成
は図１の構造例の具体例に相当する。基体５０上に下地
膜１４としてＴａ ３ｎｍ、ＮｉＦｅ ３ｎｍ、反強磁性
膜１１としてＭｎＰｔ １２ｎｍ、第二の強磁性膜１５
２としてＣｏＦｅ １．５ｎｍ、反平行結合膜１５４と
してＲｕ ０．８ｎｍ、第一の強磁性膜１５１としてＣ
ｏＦｅ ２．５ｎｍ、非磁性導電層１２としてＣｕ ２．
１ｎｍ、第二の自由層軟磁性膜１３２としてＣｏＦｅ
０．５ｎｍ、第一の自由層軟磁性膜１３１としてＮｉＦ
ｅ ４ｎｍ、保護膜兼、非磁性分離層４１１としてＣｕ
１ｎｍ、Ｔａ／Ｔａ−Ｏ １．０ｎｍ、強磁性層４１２
としてＣｏＦｅ ３ｎｍ、反強磁性層４１３としてＭｎ
Ｉｒ ７ｎｍ、および保護膜３７としてＴａ ３ｎｍを連
続して形成してなる。この構成例では巨大磁気抵抗効果
積層膜１０において強磁性固定層１５は反平行結合膜１
５４、第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１５２か
らなる。反平行結合膜１５４であるＲｕ層は第一の強磁
性膜１５１と第二の強磁性膜１５２の磁化を互いに反平
行に配列させる交換結合を印加して、強磁性固定層の実
質的な磁化の量を第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性
膜１５２の磁化量の差分に制御する効果がある。またこ
こで軟磁性自由層１３は第一の自由層軟磁性膜であるＮ
ｉＦｅおよび第二の自由層軟磁性膜であるＣｏＦｅの積
層体からなる。同様にここで単磁区化強磁性層４５は、
軟磁性自由層１３と接する非磁性分離層４１１、強磁性
層４１２、反強磁性層４１３および保護膜３７からな
る。非磁性分離層４１１は巨大磁気抵抗効果積層膜１０
の保護膜を兼ねていてもよく、保護膜と非磁性分離層４
１１の明確な境界は特に存在しなくてよい。非磁性分離
層４１１は軟磁性自由層１３と単磁区化強磁性層４５、
特に強磁性層４１２との間に面を介した磁気的な結合が
生じないようにする機能を有し、かつトラック幅方向で
の端部での軟磁性自由層１３と単磁区化強磁性層４５、
特に強磁性層４１２との静磁気的な結合を良好に保つた
めに非磁性分離層４１１の厚さは合計で２ナノメートル
と薄く構成してなる。図１７は本発明の磁気ヘッドの巨
大磁気抵抗効果積層膜及び単磁区化強磁性層の第二の積
層構成例である。本構成は図１の構造例の具体例に相当
する。基体５０上に下地膜１４としてＴａ ３ｎｍ、Ｎ
ｉＦｅ ３ｎｍ、反強磁性膜１１としてＭｎＰｔ １２ｎ
ｍ、第二の強磁性膜１５２としてＣｏＦｅ １．５ｎ
ｍ、反平行結合膜１５４としてＲｕ ０．８ｎｍ、第一
の強磁性膜１５１としてＣｏＦｅ ２．５ｎｍ、非磁性
導電層１２としてＣｕ ２．１ｎｍ、第二の自由層軟磁
性膜１３２としてＣｏＦｅ ０．５ｎｍ、第一の自由層
軟磁性膜１３１としてＮｉＦｅ ４ｎｍ、保護膜兼、非
磁性分離層４１１としてＣｕ １ｎｍ、Ｔａ／Ｔａ−Ｏ
１．０ｎｍ、強磁性層４１２としてＣｏＦｅ／Ａｌ２Ｏ
３混合膜 ６ｎｍおよびＣｏＦｅ １ｎｍ、反強磁性層４
１３としてＭｎＩｒ ７ｎｍ、および保護膜３７として
Ｔａ ３ｎｍを連続して形成してなる。この構成例では
巨大磁気抵抗効果積層膜１０において強磁性固定層１５
は反平行結合膜１５４、第一の強磁性膜１５１と第二の
強磁性膜１５２からなる。反平行結合膜１５４であるＲ
ｕ層は第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１５２の
磁化を互いに反平行に配列させる交換結合を印加して、
強磁性固定層の実質的な磁化の量を第一の強磁性膜１５
１と第二の強磁性膜１５２の磁化量の差分に制御する効
果がある。またここで軟磁性自由層１３は第一の自由層
軟磁性膜であるＮｉＦｅおよび第二の自由層軟磁性膜で
あるＣｏＦｅの積層体からなる。同様にここで単磁区化
強磁性層４５は、軟磁性自由層１３と接する非磁性分離
層４１１、強磁性層４１２、反強磁性層４１３および保
護膜３７からなる。非磁性分離層４１１は巨大磁気抵抗
効果積層膜１０の保護膜を兼ねていてもよく、保護膜と
非磁性分離層４１１の明確な境界は特に存在しなくてよ
い。非磁性分離層４１１は軟磁性自由層１３と単磁区化
強磁性層４５、特に強磁性層４１２との間に面を介した
磁気的な結合が生じないようにする機能を有し、かつト
ラック幅方向での端部での軟磁性自由層１３と単磁区化
強磁性層４５、特に強磁性層４１２との静磁気的な結合
を良好に保つために非磁性分離層４１１の厚さは合計で
２ナノメートルと薄く構成してなる。強磁性層４１２は
一部がＣｏＦｅ／Ａｌ２Ｏ３混合膜からなり、電気抵抗
を部分的に高めることで出力を向上させる効果がある。
図１８は本発明の磁気ヘッドの巨大磁気抵抗効果積層膜
及び単磁区化強磁性層の第三の積層構成例である。本構
成は図２の構造例の具体例に相当する。基体５０上に下
地膜１４としてＴａ ３ｎｍ、ＮｉＦｅ ３ｎｍ、反強磁
性膜１１としてＭｎＰｔ １２ｎｍ、第二の強磁性膜１
５２としてＣｏＦｅ １．５ｎｍ、反平行結合膜１５４
としてＲｕ ０．８ｎｍ、第一の強磁性膜１５１として
ＣｏＦｅ ２．５ｎｍ、非磁性導電層１２としてＣｕ
２．１ｎｍ、第二の自由層軟磁性膜１３２としてＣｏＦ
ｅ ０．５ｎｍ、第一の自由層軟磁性膜１３１としてＮ
ｉＦｅ ４ｎｍ、保護膜兼、非磁性分離層４１１として
Ｃｕ １ｎｍ、Ｔａ／Ｔａ−Ｏ １．０ｎｍおよびＡｌ２
Ｏ３ １ｎｍ、硬磁性層４１４としてＦｅ３Ｏ４ ８ｎ
ｍ、および保護膜３７としてＴａ ３ｎｍを連続して形
成してなる。この構成例では巨大磁気抵抗効果積層膜１
０において強磁性固定層１５は反平行結合膜１５４、第
一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１５２からなる。
反平行結合膜１５４であるＲｕ層は第一の強磁性膜１５
１と第二の強磁性膜１５２の磁化を互いに反平行に配列
させる交換結合を印加して、強磁性固定層の実質的な磁
化の量を第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１５２
の磁化量の差分に制御する効果がある。またここで軟磁
性自由層１３は第一の自由層軟磁性膜であるＮｉＦｅお
よび第二の自由層軟磁性膜であるＣｏＦｅの積層体から
なる。同様にここで単磁区化強磁性層４５は、軟磁性自
由層１３と接する非磁性分離層４１１、硬磁性層４１４
および保護膜３７からなる。非磁性分離層４１１は巨大
磁気抵抗効果積層膜１０の保護膜を兼ねていてもよく、
保護膜と非磁性分離層４１１の明確な境界は特に存在し
なくてよい。非磁性分離層４１１は軟磁性自由層１３と
単磁区化強磁性層４５、特に硬磁性層４１４との間に面
を介した磁気的な結合が生じないようにする機能を有
し、かつトラック幅方向での端部での軟磁性自由層１３
と単磁区化強磁性層４５、特に硬磁性層４１４との静磁
気的な結合を良好に保つために非磁性分離層４１１の厚
さは合計で３ナノメートルと薄く構成してなる。また硬
磁性層４１４はＦｅ３Ｏ４と記載したが厳密に化学量論
組成である必要はなく、あるいは金属などが混合しても
本構成例の主旨を逸脱するものではない。図１９は本発
明の磁気ヘッドの巨大磁気抵抗効果積層膜及び単磁区化
強磁性層の第四の積層構成例である。本構成は図３の構
造例の具体例に相当する。基体５０上に下地膜１４とし
てＴａ ３ｎｍ、ＮｉＦｅ ３ｎｍ、反強磁性膜１１とし
てＭｎＰｔ １２ｎｍ、第二の強磁性膜１５２としてＣ
ｏＦｅ １．５ｎｍ、反平行結合膜１５４としてＲｕ
０．８ｎｍ、第一の強磁性膜１５１としてＣｏＦｅ
２．５ｎｍ、非磁性導電層１２としてＣｕ ２．１ｎ
ｍ、第二の自由層軟磁性膜１３２としてＣｏＦｅ ０．
５ｎｍ、第一の自由層軟磁性膜１３１としてＮｉＦｅ
４ｎｍ、保護膜兼、非磁性分離層４１１としてＣｕ １
ｎｍ、Ｔａ／Ｔａ−Ｏ １．０ｎｍおよびＡｌ２Ｏ３ １
ｎｍ、軟磁性緩衝層４１６としてＣｏＦｅ １ｎｍ、結
合層４１５としてＡｌ２Ｏ３ １ｎｍ、硬磁性層４１４
としてＦｅ３Ｏ４ ８ｎｍを連続して形成してなる。本
例では保護膜を特に用いないでも問題がない。この構成
例では巨大磁気抵抗効果積層膜１０において強磁性固定
層１５は反平行結合膜１５４、第一の強磁性膜１５１と
第二の強磁性膜１５２からなる。反平行結合膜１５４で
あるＲｕ層は第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１
５２の磁化を互いに反平行に配列させる交換結合を印加
して、強磁性固定層の実質的な磁化の量を第一の強磁性
膜１５１と第二の強磁性膜１５２の磁化量の差分に制御
する効果がある。またここで軟磁性自由層１３は第一の
自由層軟磁性膜であるＮｉＦｅおよび第二の自由層軟磁
性膜であるＣｏＦｅの積層体からなる。同様にここで単
磁区化強磁性層４５は、軟磁性自由層１３と接する非磁
性分離層４１１、軟磁性緩衝層４１６、結合層４１５、
硬磁性層４１４からなる。非磁性分離層４１１は巨大磁
気抵抗効果積層膜１０の保護膜を兼ねていてもよく、保
護膜と非磁性分離層４１１の明確な境界は特に存在しな
くてよい。非磁性分離層４１１は軟磁性自由層１３と単
磁区化強磁性層４５、特に軟磁性緩衝層４１６との間に
面を介した磁気的な結合が生じないようにする機能を有
し、かつトラック幅方向での端部での軟磁性自由層１３
と単磁区化強磁性層４５、特に軟磁性緩衝層４１６との
静磁気的な結合を良好に保つために非磁性分離層４１１
の厚さは合計で３ナノメートルと薄く構成してなる。ま
た硬磁性層４１４はＦｅ３Ｏ４と記載したが厳密に化学
量論組成である必要はなく、あるいは金属などが混合し
ても本構成例の主旨を逸脱するものではない。結合層４
１５は硬磁性層４１４と軟磁性緩衝層４１６の間の磁気
的な結合を制御する。ここではＡｌ２Ｏ３を用いて硬磁
性層４１４と軟磁性緩衝層４１６の間に強磁性的な結合
を発生させる例を示した。結合層４１５にＲｕなどの反
強磁性的な結合を発生させる材料を選択すると図４に記
載の構成例を実現することができる。図２０は本発明の
磁気ヘッドの巨大磁気抵抗効果積層膜及び単磁区化強磁
性層の第五の積層構成例である。本構成は図１の構造例
を基体に対して上下逆にした具体例に相当する。基体５
０上に下地膜１４としてＴａ ３ｎｍ、ＮｉＦｅ ３ｎ
ｍ、反強磁性層４１３としてＮｉＭｎ ２０ｎｍ、強磁
性層４１２としてＣｏＦｅ３ｎｍ、非磁性分離層４１１
としてＲｕ ０．４ｎｍおよびＣｕ １ｎｍ、第一の自由
層軟磁性膜１３１としてＮｉＦｅ ４ｎｍ、第二の自由
層軟磁性膜１３２としてＣｏＦｅ ０．５ｎｍ、非磁性
導電層１２としてＣｕ ２．１ｎｍ、第一の強磁性膜１
５１としてＣｏＦｅ ２．５ｎｍ、反平行結合膜１５４
としてＲｕ ０．８ｎｍ、第二の強磁性膜１５２として
ＣｏＦｅ １．５ｎｍ、反強磁性膜１１としてＭｎＰｔ
１２ｎｍ、および保護膜３７としてＴａ ３ｎｍを連続
して形成してなる。この構成例では巨大磁気抵抗効果積
層膜１０において強磁性固定層１５は反平行結合膜１５
４、第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１５２から
なる。反平行結合膜１５４であるＲｕ層は第一の強磁性
膜１５１と第二の強磁性膜１５２の磁化を互いに反平行
に配列させる交換結合を印加して、強磁性固定層の実質
的な磁化の量を第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜
１５２の磁化量の差分に制御する効果がある。またここ
で軟磁性自由層１３は第一の自由層軟磁性膜であるＮｉ
Ｆｅおよび第二の自由層軟磁性膜であるＣｏＦｅの積層
体からなる。同様にここで単磁区化強磁性層４５は、軟
磁性自由層１３と接する非磁性分離層４１１、強磁性層
４１２、反強磁性層４１３および保護膜３７からなる。
非磁性分離層４１１は巨大磁気抵抗効果積層膜１０の保
護膜を兼ねていてもよく、保護膜と非磁性分離層４１１
の明確な境界は特に存在しなくてよい。非磁性分離層４
１１は軟磁性自由層１３と単磁区化強磁性層４５、特に
強磁性層４１２との間に面を介した磁気的な結合が生じ
ないようにする機能を有し、かつトラック幅方向での端
部での軟磁性自由層１３と単磁区化強磁性層４５、特に
強磁性層４１２との静磁気的な結合を良好に保つために
非磁性分離層４１１の厚さは合計で１．４ナノメートル
と薄く構成してなる。図２１は本発明を適用したトンネ
ル磁気抵抗効果型磁気ヘッドの構成例である。対向面に
平行な断面図で示した。図は磁気媒体に対向する対向面
から眺めた模式図になっている。基体５０上に下部磁気
シールド３５、下部導電性ギャップ膜７１１を形成し、
その上に、トンネル磁気抵抗効果積層膜１０１が形成さ
れてなり、さらに上部導電性ギャップ膜７２１、上部磁
気シールド３６を形成して、再生信号を検出する再生ギ
ャップ４３を形成してなる。絶縁膜７３は、トンネル磁
気抵抗効果積層膜１０１のトラック幅方向の両端部に接
触して配置し、感知電流がトンネル磁気抵抗効果積層膜
１０１の膜厚方向に流れるように、他の部分を絶縁す
る。絶縁膜７３の形成方法およびその形状は、ここでは
いわゆるリフトオフ法によって作製した構造で記述して
あるが他にさまざまな方法が利用できる。トンネル磁気
抵抗効果積層膜１０１は、図２１では以下の構成例のよ
うな構造を有する。下地膜１４、反強磁性膜１１、強磁
性固定層１５、非磁性絶縁ギャップ層１２１、軟磁性自
由層１３を連続して形成してなる。この構成例では強磁
性固定層１５は第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜
１５２、および反平行結合膜１５４の積層体からなる。
反平行結合膜１５４は第一の強磁性膜１５１と第二の強
磁性膜１５２の磁化を互いに反平行に配列させる交換結
合を印加して、強磁性固定層の実質的な磁化の量を第一
の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１５２の磁化量の差
分に制御する効果がある。ここで強磁性固定層１５を単
層の磁性体から形成したり、2層や４層以上の積層体か
ら形成しても何ら本発明の趣旨に反するものではない。
またここで軟磁性自由層１３は第一の自由層軟磁性膜お
よび第二の自由層軟磁性膜の積層体からなるが軟磁性自
由層１３を単層の磁性体から形成したり、2層以上の積
層体から形成しても何ら本発明の趣旨に反するものでは
ない。本発明ではトンネル磁気抵抗効果積層膜１０１の
軟磁性自由層１３に積層して単磁区化強磁性層４５を配
置し、トンネル磁気抵抗効果積層膜１０１とほぼ同一の
トラック幅方向のサイズに形成してなる。ここで単磁区
化強磁性層４５は、軟磁性自由層１３と接する非磁性分
離層４１１、強磁性層４１２、反強磁性層４１３および
保護膜３７からなる。ここで保護膜３７を省略した構成
としても本発明の趣旨に反するものではない。また、反
強磁性層４１３および強磁性層４１２のかわりに図２や
図３のように硬磁性膜および硬磁性膜と軟磁性膜の組み
合わせを用いても同様の効果が得られる。非磁性分離層
４１１は軟磁性自由層１３と強磁性層４１２の層間の磁
気的な接合を遮断して両者が強磁性的に結合した磁化過
程を取ることを防止する。非磁性分離層４１１としては
例えばＴａ 1ナノメートルの層や、さらにＲｕ，Ｃｕ
などを積層した膜などを用いることができる。ただし、
Ｒｕなどを、単層で、強磁性体の間に０．８ナノメート
ルなどの所定の厚さで配置すると、強磁性体間に面内に
働く強い反強磁性的な結合を発生してしまうので望まし
くない。また、非磁性分離層４１１を介して隣接する強
磁性体部分から磁気抵抗効果が発生すると信号波形が変
形してしまう恐れがあり望ましくない。したがって非磁
性分離層４１１の部分が例えばＣｕ２ナノメートル単層
で、かつ強磁性体に挟まれているような構成は本発明の
主旨とする所でない。非磁性分離層４１１もしくはその
一部はトンネル磁気抵抗効果積層膜１０１の保護膜とし
ての機能を兼ねても良い。反強磁性層４１３は感知すべ
き磁界と垂直なトラック幅方向に着磁され、強磁性層４
１２に交換結合を印加して強磁性層４１２の磁化を感知
すべき磁界がゼロの状態でトラック幅方向に設定する機
能を有する。トンネル磁気抵抗効果積層膜１０１の軟磁
性自由層１３に積層して単磁区化強磁性層４５を配置
し、トンネル磁気抵抗効果積層膜１０１とほぼ同一のト
ラック幅方向のサイズに形成してなることで、強磁性層
４１２の磁化と軟磁性自由層１３の磁化が互いに反平行
になり、トラック幅方向の端部で静磁気的に結合、閉磁
路を形成して軟磁性自由層１３を単磁区化するのであ
る。軟磁性自由層１３と強磁性層４１２の端部の距離が
十分に近い場合、軟磁性自由層１３と強磁性層４１２の
磁化量はほぼ同一でよい。両者の距離が離れると強磁性
層４１２の磁化量は軟磁性自由層に達するまでに損失す
る分を加味して軟磁性自由層の磁化量よりも多く設定す
る。図中矢印で示したように軟磁性自由層１３の磁化の
方向は、単磁区化強磁性層４５の磁化と反平行になり、
感知すべき磁界がゼロの状態で略トラック幅の方向にな
るよう磁気異方性、検知電流の大きさ、強磁性固定層１
５の磁化量、素子の奥行きのサイズである素子高さ、な
どを設定してバイアス特性が対称となるように設定す
る。本図では非磁性絶縁ギャップ層１２１を用いたトン
ネル磁気抵抗ヘッドの例を示したが、非磁性絶縁ギャッ
プ層１２１のかわりに導電性中間層を用いて巨大磁気抵
抗効果積層膜に厚さ方向に電流を流すＣＰＰ型巨大磁気
抵抗効果型磁気ヘッドとしても本図とほぼ同一の構成で
良好な効果が得られる。図２２は本発明を適用したトン
ネル磁気抵抗効果型磁気ヘッドの別の構成例である。対
向面に垂直な断面図で示した。図は磁気媒体に対向する
対向面と基板面に垂直な断面をトラック幅方向から眺め
た模式図になっている。基体５０上に下部磁気シールド
３５、下部導電性ギャップ膜７１１を形成し、その上
に、トンネル磁気抵抗効果積層膜１０１が形成されてな
り、さらに上部導電性ギャップ膜７２１、上部磁気シー
ルド３６を形成して、再生信号を検出する再生ギャップ
４３を形成してなる。絶縁膜７３は、トンネル磁気抵抗
効果積層膜１０１のトラック幅方向および素子高さ方向
の両端部に接触して配置し、感知電流がトンネル磁気抵
抗効果積層膜１０１の膜厚方向に流れるように、他の部
分を絶縁する。絶縁膜７３の形成方法およびその形状
は、ここではいわゆるリフトオフ法によって作製した構
造で記述してあるが他にさまざまな方法が利用できる。
トンネル磁気抵抗効果積層膜１０１は、図２２では以下
の構成例のような構造を有する。下地膜１４、反強磁性
膜１１、強磁性固定層１５、非磁性絶縁ギャップ層１２
１、軟磁性自由層１３を連続して形成してなる。この構
成例では強磁性固定層１５は第一の強磁性膜１５１と第
二の強磁性膜１５２、および反平行結合膜１５４の積層
体からなる。反平行結合膜１５４は第一の強磁性膜１５
１と第二の強磁性膜１５２の磁化を互いに反平行に配列
させる交換結合を印加して、強磁性固定層の実質的な磁
化の量を第一の強磁性膜１５１と第二の強磁性膜１５２
の磁化量の差分に制御する効果がある。ここで強磁性固
定層１５を単層の磁性体から形成したり、2層や４層以
上の積層体から形成しても何ら本発明の趣旨に反するも
のではない。またここで軟磁性自由層１３は第一の軟磁
性自由層１３３および第二の軟磁性自由層１３４の積層
体からなる。軟磁性自由層１３を単層の磁性体から形成
したり、2層以上の積層体から形成しても何ら本発明の
趣旨に反するものではない。ここで軟磁性自由層１３の
一部、特に図２２の例では第二の軟磁性自由層１３４は
トンネル磁気抵抗効果積層膜１０１の他の部分よりも素
子高さ方向に大きい形状に形成され、対抗面６３まで伸
展配置されて、対向面６３から磁束を誘導するフラック
スガイドの機能を有する。図の例では第一の軟磁性自由
層１３３の磁化の量に対して第二の軟磁性自由層１３４
の磁化の量を大きく設定して実質的に第二の軟磁性自由
層１３４の磁化が支配的であるようにすることが望まし
い。本発明ではトンネル磁気抵抗効果積層膜１０１の軟
磁性自由層１３、特に実質的に支配的な第二の軟磁性自
由層に積層して単磁区化強磁性層４５を配置し、トンネ
ル磁気抵抗効果積層膜１０１とほぼ同一のトラック幅方
向のサイズに形成してなる。ここで単磁区化強磁性層４
５は、軟磁性自由層１３と接する非磁性分離層４１１、
強磁性層４１２、および反強磁性層４１３からなる。ま
た、反強磁性層４１３および強磁性層４１２のかわりに
図２や図３のように硬磁性膜および硬磁性膜と軟磁性膜
の組み合わせを用いても同様の効果が得られる。非磁性
分離層４１１は軟磁性自由層１３と強磁性層４１２の層
間の磁気的な接合を遮断して両者が強磁性的に結合した
磁化過程を取ることを防止する。非磁性分離層４１１と
しては例えばＴａ 1ナノメートルの層や、さらにＲ
ｕ，Ｃｕなどを積層した膜などを用いることができる。
非磁性分離層４１１もしくはその一部はトンネル磁気抵
抗効果積層膜１０１の保護膜としての機能を兼ねても良
い。反強磁性層４１３は感知すべき磁界と垂直なトラッ
ク幅方向に着磁され、強磁性層４１２に交換結合を印加
して強磁性層４１２の磁化を感知すべき磁界がゼロの状
態でトラック幅方向に設定する機能を有する。トンネル
磁気抵抗効果積層膜１０１の軟磁性自由層１３に積層し
て単磁区化強磁性層４５を配置し、トンネル磁気抵抗効
果積層膜１０１とほぼ同一のトラック幅方向のサイズに
形成してなることで、強磁性層４１２の磁化と軟磁性自
由層１３の磁化が互いに反平行になり、トラック幅方向
の端部で静磁気的に結合、閉磁路を形成してフラックス
ガイドを兼ねる軟磁性自由層１３を単磁区化するのであ
る。軟磁性自由層１３と強磁性層４１２の端部の距離が
十分に近い場合、軟磁性自由層１３と強磁性層４１２の
磁化量はほぼ同一でよい。両者の距離が離れると強磁性
層４１２の磁化量は軟磁性自由層に達するまでに損失す
る分を加味して軟磁性自由層の磁化量よりも多く設定す
る。図中矢印等で示したように軟磁性自由層１３の磁化
の方向は、単磁区化強磁性層４５の磁化と反平行にな
り、感知すべき磁界がゼロの状態で略トラック幅の方向
になるよう磁気異方性、検知電流の大きさ、強磁性固定
層１５の磁化量、素子の奥行きのサイズである素子高
さ、などを設定してバイアス特性が対称となるように設
定する。本図では非磁性絶縁ギャップ層１２１を用いた
トンネル磁気抵抗ヘッドの例を示したが、非磁性絶縁ギ
ャップ層１２１のかわりに導電性中間層を用いて巨大磁
気抵抗効果積層膜に厚さ方向に電流を流すＣＰＰ型巨大
磁気抵抗効果型磁気ヘッドとしても本図とほぼ同一の構
成で良好な効果が得られる。図２３は本発明の磁気抵抗
効果素子による磁気センサーを搭載した磁気ヘッドの構
成例の概念図である。基体５０上に磁気抵抗効果積層膜
１０、単磁区化強磁性層４５、電極４０、下部磁気シー
ルド３５、上部磁気シールド３６、下部磁気コア８４、
コイル４２、上部コア８３を形成してなり、対向面６３
を形成してなる。本図では個別に上部シールドと下部コ
アとを形成した構造になっているが、上部シールドが下
部コアを兼ねた構造としても本発明の主旨を損なうもの
ではない。下部磁気コア８４、コイル４２、上部磁気コ
ア８３は記録ヘッドを構成し、電磁誘導効果によって発
生する磁界を対抗面６３の記録ギャップから発生して磁
気ディスク上の記録媒体に記録する。図２４は本発明の
磁気記録再生装置の構成例である。磁気的に情報を記録
する記録媒体９１を保持するディスク９５をスピンドル
モーター９３にて回転させ、アクチュエーター９２によ
ってヘッドスライダー９０をディスク９５のトラック上
に誘導する。即ち磁気ディスク装置においてはヘッドス
ライダー９０上に形成した再生ヘッド、及び記録ヘッド
がこの機構に依ってディスク９５上の所定の記録位置に
近接して相対運動し、信号を順次書き込み、及び読み取
るのである。アクチュエーター９２はロータリーアクチ
ュエーターであることが望ましい。記録信号は信号処理
系９４を通じて記録ヘッドにて媒体上に記録し、再生ヘ
ッドの出力を、信号処理系９４を経て信号として得る。
さらに再生ヘッドを所望の記録トラック上へ移動せしめ
るに際して、本再生ヘッドからの高感度な出力を用いて
トラック上の位置を検出し、アクチュエーターを制御し
て、ヘッドスライダーの位置決めを行うことができる。
本図ではヘッドスライダー９０、ディスク９５を各１個
示したが、これらは複数であっても構わない。またディ
スク９５は両面に記録媒体９１を有して情報を記録して
もよい。情報の記録がディスク両面の場合ヘッドスライ
ダー９０はディスクの両面に配置する。
【０００６】上述したような構成について、本発明の磁
気ヘッドおよびこれを搭載した磁気記録再生装置を試験
した結果、充分な出力と、良好なバイアス特性を示し、
また動作の信頼性も良好であった。
気ヘッドおよびこれを搭載した磁気記録再生装置を試験
した結果、充分な出力と、良好なバイアス特性を示し、
また動作の信頼性も良好であった。
【０００７】図２５は従来技術の構造及び本発明の構造
の磁気ヘッドの再生トラック幅と再生出力の関係を示し
たものである。面内に電流が流れる従来型の巨大磁気抵
抗効果素子を用いた磁気ヘッドの結果を示した。従来技
術のハードバイアス構造の磁気ヘッドでは、再生トラッ
ク幅が広いときには高い出力が得られているが、再生ト
ラック幅が狭くなると再生出力は低下し、特に再生トラ
ック幅が0.2μｍ以下では再生出力は半分以下になって
しまっている。これに対して本発明の磁気ヘッドでは、
電流の分流による損失がために再生トラック幅が広いと
きには再生出力が低いが、再生トラック幅が狭くなって
もほとんど再生出力の低下がなく、その結果従来技術の
磁気ヘッドと比べて高い再生出力が得られる。特に再生
トラック幅が０.２μｍ以下の磁気ヘッドでは従来ヘッ
ドより１割から数倍以上高い出力を得ることができるの
である。以上のように本発明は磁気ヘッドとして高い性
能を示し、特に記録密度の高い磁気記録再生装置を実現
可能とする。
の磁気ヘッドの再生トラック幅と再生出力の関係を示し
たものである。面内に電流が流れる従来型の巨大磁気抵
抗効果素子を用いた磁気ヘッドの結果を示した。従来技
術のハードバイアス構造の磁気ヘッドでは、再生トラッ
ク幅が広いときには高い出力が得られているが、再生ト
ラック幅が狭くなると再生出力は低下し、特に再生トラ
ック幅が0.2μｍ以下では再生出力は半分以下になって
しまっている。これに対して本発明の磁気ヘッドでは、
電流の分流による損失がために再生トラック幅が広いと
きには再生出力が低いが、再生トラック幅が狭くなって
もほとんど再生出力の低下がなく、その結果従来技術の
磁気ヘッドと比べて高い再生出力が得られる。特に再生
トラック幅が０.２μｍ以下の磁気ヘッドでは従来ヘッ
ドより１割から数倍以上高い出力を得ることができるの
である。以上のように本発明は磁気ヘッドとして高い性
能を示し、特に記録密度の高い磁気記録再生装置を実現
可能とする。
【０００８】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば安
定した特性と、出力の高い磁気センサと、これを用いた
磁気ヘッドが得られ、特に高い記録密度において良好な
再生出力を有する磁気ヘッドおよび高密度磁気記録再生
装置を得ることができる。
定した特性と、出力の高い磁気センサと、これを用いた
磁気ヘッドが得られ、特に高い記録密度において良好な
再生出力を有する磁気ヘッドおよび高密度磁気記録再生
装置を得ることができる。
【図１】本発明の巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドの構成
例である。
例である。
【図２】本発明の巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドの別の
構成例である。
構成例である。
【図３】本発明の巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドのまた
別の構成例である。
別の構成例である。
【図４】本発明の巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドのさら
に別の構成例である。
に別の構成例である。
【図５】従来のハードバイアス構造の磁気ヘッドの磁気
抵抗効果素子の概念図である。
抵抗効果素子の概念図である。
【図６】従来のハードバイアス構造の磁区制御膜の磁化
量とヘッド出力の関係の計算結果を示した図である。
量とヘッド出力の関係の計算結果を示した図である。
【図７】従来技術のパターンドエクスチェンジ構造の磁
気ヘッドの磁気抵抗効果素子の概念図である。
気ヘッドの磁気抵抗効果素子の概念図である。
【図８】従来技術のパターンドエクスチェンジ構造の交
換結合磁界とマイクロトラック曲線の関係の計算結果を
示した図である。
換結合磁界とマイクロトラック曲線の関係の計算結果を
示した図である。
【図９】本発明の閉磁路磁区制御構造の磁気ヘッドの磁
気抵抗効果素子の概念図である。
気抵抗効果素子の概念図である。
【図１０】本発明の閉磁路磁区制御構造の磁気ヘッドの
単磁区化強磁性層の磁化量とヘッド出力の関係の計算結
果を示した図である。
単磁区化強磁性層の磁化量とヘッド出力の関係の計算結
果を示した図である。
【図１１】本発明の閉磁路磁区制御構造の磁気ヘッドの
マイクロトラック曲線の計算結果を示した図である。
マイクロトラック曲線の計算結果を示した図である。
【図１２】従来技術のハードバイアス構造の軟磁性自由
層の磁化分布の計算結果を示した図である。
層の磁化分布の計算結果を示した図である。
【図１３】本発明の閉磁路磁区制御構造での軟磁性自由
層の磁化分布の計算結果を示した図である。
層の磁化分布の計算結果を示した図である。
【図１４】本発明の磁気ヘッドの着磁方法の一例を示し
た概念図である。
た概念図である。
【図１５】マグネタイト膜の磁化曲線である。
【図１６】本発明の磁気ヘッドの巨大磁気抵抗効果積層
膜及び単磁区化強磁性層の第一の積層構成例である。
膜及び単磁区化強磁性層の第一の積層構成例である。
【図１７】本発明の磁気ヘッドの巨大磁気抵抗効果積層
膜及び単磁区化強磁性層の第二の積層構成例である。
膜及び単磁区化強磁性層の第二の積層構成例である。
【図１８】本発明の磁気ヘッドの巨大磁気抵抗効果積層
膜及び単磁区化強磁性層の第三の積層構成例である。
膜及び単磁区化強磁性層の第三の積層構成例である。
【図１９】本発明の磁気ヘッドの巨大磁気抵抗効果積層
膜及び単磁区化強磁性層の第四の積層構成例である。
膜及び単磁区化強磁性層の第四の積層構成例である。
【図２０】本発明の磁気ヘッドの巨大磁気抵抗効果積層
膜及び単磁区化強磁性層の第五の積層構成例である。
膜及び単磁区化強磁性層の第五の積層構成例である。
【図２１】本発明のトンネル磁気抵抗効果型磁気ヘッド
の構成例である。
の構成例である。
【図２２】本発明のトンネル磁気抵抗効果型磁気ヘッド
の別の構成例である。
の別の構成例である。
【図２３】本発明の磁気抵抗効果素子による磁気センサ
ーを搭載した磁気ヘッドの構成例の概念図である。
ーを搭載した磁気ヘッドの構成例の概念図である。
【図２４】本発明の磁気記録再生装置の構成例である。
【図２５】従来技術の構造及び本発明の構造の磁気ヘッ
ドの再生トラック幅と再生出力の関係を示した図であ
る。
ドの再生トラック幅と再生出力の関係を示した図であ
る。
１０．．．巨大磁気抵抗効果積層膜、１０１．．．トン
ネル磁気抵抗効果積層膜、１１．．．反強磁性膜、１
２．．．非磁性導電層、１２１．．．非磁性絶縁ギャッ
プ層、１３．．．軟磁性自由層、１３1．．．第一の自
由層軟磁性膜、１３２．．．第二の自由層軟磁性膜、１
３３．．．第一の軟磁性自由層、１３４、第二の軟磁性
自由層、１４．．．下地膜、１５．．． 強磁性固定
層、１５１．．．第一の強磁性膜、１５２．．．第二の
強磁性膜、１５４．．．反平行結合層、３5．．．下部
磁気シールド、３６．．．上部磁気シールド、３
７．．．保護膜、４０．．．電極、４１．．．磁区制御
膜、４１１．．．非磁性分離層、４１２．．．強磁性
層、４１３．．．反強磁性層、４１４．．．硬磁性層、
４１５．．．結合層、４１６．．．軟磁性緩衝層、４
２．．．コイル、４３．．．再生ギャップ、４４．．．
記録トラック、４５．．．単磁区化強磁性層、４
６．．．反強磁性膜、５０．．．基体、６３．．．対向
面、６４．．．漏洩磁界、７１．．． 下部ギャップ
膜、７１１．．．下部導電性ギャップ膜、７２．．．上
部ギャップ膜、７２１．．．上部導電性ギャップ膜、７
３．．．絶縁膜、８３．．．上部磁気コア、８４．．．
下部磁気コア、９０．．．ヘッドスライダー、９
１．．．記録媒体、９２．．．アクチュエーター、９
３．．．スピンドル、９４．．．信号処理系、９
５．．．磁気ディスク。
ネル磁気抵抗効果積層膜、１１．．．反強磁性膜、１
２．．．非磁性導電層、１２１．．．非磁性絶縁ギャッ
プ層、１３．．．軟磁性自由層、１３1．．．第一の自
由層軟磁性膜、１３２．．．第二の自由層軟磁性膜、１
３３．．．第一の軟磁性自由層、１３４、第二の軟磁性
自由層、１４．．．下地膜、１５．．． 強磁性固定
層、１５１．．．第一の強磁性膜、１５２．．．第二の
強磁性膜、１５４．．．反平行結合層、３5．．．下部
磁気シールド、３６．．．上部磁気シールド、３
７．．．保護膜、４０．．．電極、４１．．．磁区制御
膜、４１１．．．非磁性分離層、４１２．．．強磁性
層、４１３．．．反強磁性層、４１４．．．硬磁性層、
４１５．．．結合層、４１６．．．軟磁性緩衝層、４
２．．．コイル、４３．．．再生ギャップ、４４．．．
記録トラック、４５．．．単磁区化強磁性層、４
６．．．反強磁性膜、５０．．．基体、６３．．．対向
面、６４．．．漏洩磁界、７１．．． 下部ギャップ
膜、７１１．．．下部導電性ギャップ膜、７２．．．上
部ギャップ膜、７２１．．．上部導電性ギャップ膜、７
３．．．絶縁膜、８３．．．上部磁気コア、８４．．．
下部磁気コア、９０．．．ヘッドスライダー、９
１．．．記録媒体、９２．．．アクチュエーター、９
３．．．スピンドル、９４．．．信号処理系、９
５．．．磁気ディスク。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 久志 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 井手 浩 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Ｆターム(参考） 2G017 AA10 AD54 5D034 BA03 BA04 BA05 BA19 CA08 DA07 5E049 AB02 AB10 AC05 BA12 CB02 DB14
Claims (10)
- 【請求項１】感知すべき外部磁界に対して実質的にその
磁化方向が固定された強磁性層と感知すべき外部磁界に
応じてその磁化が回転できる軟磁性層とが非磁性中間層
を介して積層されたスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を
有し、感知すべき外部磁界に応じて前記軟磁性層の磁化
が回転し、前記軟磁性層の磁化方向と上記強磁性層の磁
化方向との相対角度が変わって磁気抵抗効果を生じる磁
気ヘッドにおいて、前記軟磁性層上に非磁性分離層を介
して単磁区化強磁性層が形成され、前記軟磁性層と前記
単磁区化強磁性層とが化と前記強磁性固定層の磁化との
相対角度が変わって磁気抵抗効果を生じ、前記軟磁性自
由層上に非磁性分離層を介して単磁区化強磁性層が形成
され、前記非磁性分離層を介して前記軟磁性自由層と前
記単磁区化強磁性層とがトラック幅端部で静磁気的に結
合して閉磁路を形成することで前記単磁区化強磁性層は
感知すべき磁界に対して略直行した方向に実質的に固定
された磁化を有するように前記軟磁性自由層を単磁区化
することを特徴とする磁気ヘッド。 - 【請求項２】強磁性固定層と非磁性中間層と軟磁性自由
層と非磁性分離層と単磁区化強磁性とがこの順に積層さ
れ所定の感磁幅に対応したほぼ同一のトラック幅に形成
されたスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を有し、前記非
磁性分離層を介して前記軟磁性自由層と前記単磁区化強
磁性層とが面内で実質的に強磁性的または反強磁性的な
結合を有さず、トラック幅端部で前記単磁区化強磁性層
の磁化と軟磁性自由層の磁化とが静磁気的に結合して閉
磁路を形成しており、前記軟磁性自由層は感知すべき磁
界に対して略直行した方向に実質的に固定された磁化を
有して単磁区化され、前記強磁性固定層が感知すべき磁
界に対して実質的にその磁化方向が固定され、外部の磁
界に応じて前記軟磁性自由層の磁化が回転し、前記軟磁
性自由層の磁化と前記強磁性固定層の磁化との相対角度
が変わって磁気抵抗効果素子に磁気抵抗変化が生じ、一
対の電極により磁気抵抗変化を検出することを特徴とす
る磁気ヘッド。 - 【請求項３】前記強磁性固定層と、反強磁性膜あるいは
硬磁性層膜とが積層されて交換結合することにより、前
記強磁性固定層へバイアス磁界が印加され感知すべき磁
界に対して略直行した方向に着磁されていることを特徴
とする請求項１乃至３記載の磁気ヘッド。 - 【請求項４】前記単磁区化強磁性層は硬磁性膜からな
り、前記硬磁性膜が感知すべき磁界に対して略直行した
方向に着磁されてなることを特徴とする請求項１乃至３
記載の磁気ヘッド。 - 【請求項５】前記単磁区化強磁性層は硬磁性膜と軟磁性
緩衝層との間に結合膜を介して強磁性的もしくは反強磁
性的な結合を有する積層膜からなり、前記硬磁性膜の磁
化および前記軟磁性緩衝層の磁化が感知すべき磁界に対
して略直行した方向に着磁されてなることを特徴とする
請求項１乃至３記載の磁気ヘッド。 - 【請求項６】前記単磁区化強磁性層は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎ
ｉまたはＭｎを含む酸化物からなる硬磁性膜を有するこ
とを特徴とする請求項1乃至６記載の磁気ヘッド。 - 【請求項７】前記単磁区化強磁性層は、酸化物と強磁性
金属との混合体からなる硬磁性膜を有することを特徴と
する請求項１乃至６記載の磁気ヘッド。 - 【請求項８】前記単磁区化強磁性層は、半導体と強磁性
金属との混合体からなる硬磁性膜を有することを特徴と
する請求項１乃至６記載の磁気ヘッド。 - 【請求項９】前記非磁性分離層が、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、
Ｔｉ、Ｗおよびこれらの酸化物からなることを特徴とす
る請求項1乃至９記載の磁気ヘッド。 - 【請求項１０】上記非磁性分離層が、Ｃｕ，Ａｕ，Ａ
ｇ，Ｐｔ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｏｓ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎ
ｂ、Ｔｉ、Ｗの少なくとも一つを含む層あるいはこれら
を含む層の積層体と酸化物からなる層との積層体、また
はＣｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｏｓ、
Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｗの少なくとも一つと酸化物
とを有する混合体からなることを特徴とする請求項１乃
至９記載の磁気ヘッド。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001177925A JP2002367124A (ja) | 2001-06-13 | 2001-06-13 | スピンバルブ型磁気ヘッド |
| KR1020020009042A KR20020095037A (ko) | 2001-06-13 | 2002-02-20 | 폐자로 자구 제어막을 포함하는 스핀 밸브 헤드 |
| US10/077,854 US6937449B2 (en) | 2001-06-13 | 2002-02-20 | Spin-valve head containing closed-flux-structure domain control films |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001177925A JP2002367124A (ja) | 2001-06-13 | 2001-06-13 | スピンバルブ型磁気ヘッド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002367124A true JP2002367124A (ja) | 2002-12-20 |
| JP2002367124A5 JP2002367124A5 (ja) | 2005-10-20 |
Family
ID=19018700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001177925A Pending JP2002367124A (ja) | 2001-06-13 | 2001-06-13 | スピンバルブ型磁気ヘッド |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6937449B2 (ja) |
| JP (1) | JP2002367124A (ja) |
| KR (1) | KR20020095037A (ja) |
Cited By (7)
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|---|---|---|---|---|
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| US7390584B2 (en) * | 2002-03-27 | 2008-06-24 | Nve Corporation | Spin dependent tunneling devices having reduced topological coupling |
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| JP2004031545A (ja) * | 2002-06-25 | 2004-01-29 | Alps Electric Co Ltd | 磁気検出素子及びその製造方法 |
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