JP2002529908A - 磁気抵抗磁界センサ - Google Patents

磁気抵抗磁界センサ

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JP2002529908A JP2000580013A JP2000580013A JP2002529908A JP 2002529908 A JP2002529908 A JP 2002529908A JP 2000580013 A JP2000580013 A JP 2000580013A JP 2000580013 A JP2000580013 A JP 2000580013A JP 2002529908 A JP2002529908 A JP 2002529908A
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Abstract

(57)【要約】 第１の軟磁性層と、それに直接接続する第２の軟磁性層からなる二層を含む磁気抵抗磁界センサ。層は互いに交換結合される。第２の軟磁性層は、第１の軟磁性層の下、上若しくは中に、蛇行状、螺旋状等の構造で配置される。第１の軟磁性層の電気抵抗は、第２の軟磁性層の電気抵抗よりも高く、一方で、両方の軟磁性層の間の電気抵抗は少なくとも１０倍であり、好ましくは１００倍である。磁気抵抗磁界センサは、情報記録システムのための磁気読取りヘッド装置に適用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、第１の軟磁性層とそれに直接接続する第２の軟磁性層からなる二層
を含み、上記層は互いに交換結合され、第１の軟磁性層の電気抵抗は、第２の軟
磁性層の電気抵抗よりも高い磁気抵抗磁界センサに関わる。
【０００２】 このような磁気抵抗抵抗センサでは、外部磁界による二層内の磁化ベクトルの
回転による抵抗の変化を正確に測定するに足る磁気抵抗率（MR値）を得ることが
有利である。この磁気抵抗率は、外部磁界が存在しない場合のセンサの抵抗値（
RO）及び存在する場合のセンサの抵抗値（RS）から推定される。
【０００３】 MR＝｜RO−RS｜／RS １９９６年４月１５日、Kamiguchi外による、「Cｏ９０Ｆｅ１０／Ｃｕスピン
バルブ構造の巨大磁気抵抗と軟磁気特性」、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７９（８
）から、例えばＣｏＮｂＺｒ層のような軟磁性層の上にＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ層が
堆積されることが公知である。このようなＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ層がＣｏＮｂＺｒ
層に堆積される二層構造では、ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ層は、比較的低い電気抵抗を
有し、一方で、ＣｏＮｂＺｒ層はＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ層の電気抵抗より４倍大き
い電気抵抗を有する。ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ材料は、比較的大きな異方性磁気抵抗
効果を示すが、この材料の比較的低い電気抵抗は、その測定を制限する要因とな
る。
【０００４】 本発明の目的は、磁気抵抗比の測定の感度を増加することと、より正確な磁気
抵抗磁界センサを得ることである。
【０００５】 この目的は、本発明による磁気抵抗磁界センサにより達成され、センサは第２
の軟磁性層が、第１の軟磁性層の下、上若しくは中に、蛇行状、螺旋状等の構造
で配置され、両方の軟磁性層間の電気抵抗の差が少なくとも１０倍であり、好ま
しくは少なくとも１００倍であることを特徴とする。蛇行状、螺旋状等の構造に
よって、第２の軟磁性層の電気抵抗は増加され、一方で第１の軟磁性層は高い電
気抵抗を有するので、蛇行状、螺旋状等の構造の短絡が防止される。本発明のセ
ンサは、公知のセンサに関してより感度が高く、より正確である。第１の軟磁性
層はフェライト材料からなることが好適である。
【０００６】 第２の軟磁性層が第１の軟磁性層上に堆積されることが好適ではあるが、第２
の軟磁性層が第１の軟磁性層の下若しくは中、特に凹所に配置される二層を製造
することも可能である。
【０００７】 多くの適用では、多結晶薄膜の形態でフェライト材料が使用される。塊状のフ
ェライト材料の軟磁気特性は、この材料が薄膜の形態で堆積される場合には保持
されないことが周知である。これは薄膜の粒径が、「硬い」若しくは「非」磁性
結晶粒界と共に、塊状の材料に比べて減少されるからである。今までの研究の多
くは、シードされた基板上で成長するか若しくは蒸着後アニーリングステップの
いずれかによって、膜の粒径を大きくすることに注目してきた。薄いフェライト
は、ＭＯＣＶＤ（modified chemical vapour deposition）、振動レーザアブレ
ーション、ＭＢＥ、ゾル―ゲル及びスパッタリングの技術によって成長されてき
た。これらの全ての方法は、相当な磁気性質を有する薄い多結晶フェライト膜を
つくることはできなかった。
【０００８】 薄膜フェライトの相対透磁率は、膜の粒径に強く依存する。この依存は、異方
性の増加はローカル減磁界に帰するとする非磁性結晶粒界（ＮＭＧＢ）モデル（
１９８７（１９９０）年出版のM.T. Johnson and E.G. Visser, IEEE Trans. Ma
g., Mag.-２６を参照）、若しくは、低い透磁率は粒子内の交換結合の欠乏に帰
するとするパンカート（Pankert）のモデル（１９９４年出版のJ. Pankert, JMM
M １３８、４５を参照）のいずれかによって説明される。例えば、約２０ｎｍの
粒径と約２ｎｍの非磁性粒界を有するＭｎＺｎフェライト膜は、両方のモデルに
おいて約１２の相対透磁率となる。相対透磁率は、粒径と共に更に増加し、非磁
性粒界の厚さと共に減少する。
【０００９】 軟磁性材料の閉じた薄膜をフェライト層上に堆積することによって、比較的硬
くて薄いフェライト膜が相当に軟らかく作れることが既に公知である。米国特許
出願第４６１０９３５号を参照。この効果は、軟磁性層とフェライト層の各粒子
との相互作用に帰する。上記米国特許明細書に示されるように二層間の結合は、
蛇行状、螺旋状等の構造のような開構造によって減少され、従って二層構造の磁
気特性は悪化されるが、これらの特性は、特に蛇行状、螺旋状等の構造のループ
の間で比較的短い距離を有し、本発明による磁気抵抗磁界センサ内で良好に適用
される磁気抵抗特性を有する二層構造を実現するのにまだ十分である。
【００１０】 本発明の特定の実施例では、パーマロイ又はＣｏＮｉＦｅ軟磁性層と組み合わ
されるＭｎＺｎフェライト層が使用される。本発明の好適な実施例では、フェラ
イト層の組成は、ＭｎｘＺｎｙＦｅｚＯｗによって与えられ、原子比は、ｘ＝０
．４８、ｙ＝０．３１、ｚ＝１．７９、ｗ＝４．４が好適であり、フェライト層
上には、ＮｉｐＦｅｑ層がｐ＝８０原子百分率、ｑ＝２０原子百分率で堆積され
る。
【００１１】 好適な適用例では、本発明の二層構造は、異方性型又は巨大型の磁気抵抗磁界
センサの外部磁界の影響によって磁化ベクトルが回転する層を形成する。
【００１２】 本発明は、上記磁気抵抗磁界センサだけでなく、上記磁気抵抗磁界センサを含
む磁気読取りヘッド装置と、上記磁気読取りヘッド装置を含む、情報記録システ
ムとに係る。
【００１３】 本発明の二層構造の一般的な構造と磁気抵抗磁界センサの適用例は、例を用い
、添付図によって以下に説明する。
【００１４】 図１は、本発明の磁気抵抗磁界センサの特定の実施例の一部である、二層構造
Ｂの斜視図である。二層構造Ｂは、フェライト材料からなる第１の層１と、もう
一つの軟磁性材料からなる第２の層２を含む。第２の層の材料は、フェライト層
１よりも磁気的に軟らかく、低い電気抵抗を有する。第２の層２はフェライト層
上に、互いに直接接続するような層の積み重ねを形成するように堆積され、交換
結合、すなわち交換力によって結合される。本実施例では、層２は、フェライト
層上に蛇行して堆積され、比較的限られた領域内で高い電気抵抗が得られる。本
実施例では、軟磁性層２は、パーマロイ層ＮｉｐＦｅｑから組成され、ｐ＝８０
原子百分率、ｑ＝２０原子百分率である。一方で、フェライト層は、原子比がｘ
＝０．４８、ｙ＝０．３１、ｚ＝１．７９、ｗ＝４．４のＭｎｘＺｎｙＦｅｚＯ ｗ によって与えられる組成を有して選択される。
【００１５】 図２は、本発明の二層構造Ｂを有する巨大型磁気抵抗磁界センサの層構造を示
す。センサは、非磁性金属層４によって離間される二つの軟磁性層Ｂと３と、本
実施例では、Ｃｕと軟磁性層３に磁化ベクトルを固定するための反強磁性層５と
を含む。
【００１６】 図３は、異方性磁気抵抗磁界センサを有する本発明の磁気読取りヘッド装置の
略斜視図を示す。磁気抵抗素子６は、図１に示す型の二層構造、すなわち、フェ
ライト層１と蛇行状の軟磁性層２からなる二層構造で、測定電流Ｉを供給するた
めの電気接続７を有する。磁気読取りヘッドは、更に磁束ガイド８と８´を含み
、磁気回路を形成するよう磁気抵抗素子６に対して配置される。端面９、９´は
ヘッドの磁極面の一部を形成し、上記端面９と９´の間に磁気間隙１０が配置さ
れる。磁気テープ、磁気ディスク、磁気カードのような媒体が端面９、９´の近
いところを過ぎて供給されると、媒体上に磁気的に記録された情報が上記磁気回
路内に異なる磁束を発生させ、その磁束も磁気抵抗素子６を通じて供給される。
この磁気抵抗素子６は、異なる磁束を電気抵抗変化に転記し、この電気抵抗変化
は電気接続７を亘る電圧変化によって測定できる。
【００１７】 ヘッドは、更に電気コイルを有する場合があり、磁気情報を磁気媒体に記録す
るときに使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 フェライト材料上に蛇行状の軟磁性層がある二層構造を示す図である。
【図２】 巨大型磁気抵抗磁界センサ内の本発明の二層構造の適用例を示す図である。
【図３】 本発明の異方性磁気抵抗磁界センサと二層構造を有するヨーク型磁気読取りヘ
ッドを示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １， 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈ ｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の軟磁性層とそれに直接接続する第２の軟磁性層からな
    る二層を含み、 上記層は互いに交換結合され、 上記第１の軟磁性層の電気抵抗は上記第２の軟磁性層の電気抵抗よりも高い磁
    気抵抗磁界センサであって、 上記第２の軟磁性層が上記第１の軟磁性層の下、上若しくは中に、蛇行状、螺
    旋状等の構造で配置され、 両方の軟磁性層間の電気抵抗の差が少なくとも１０倍であり、好ましくは少な
    くとも１００倍であることを特徴とする磁気抵抗磁界センサ。
  2. 【請求項２】 上記第１の軟磁性層はフェライト材料からなることを特徴と
    する請求項１記載の磁気抵抗磁界センサ。
  3. 【請求項３】 上記フェライト層は薄膜フェライト層であることを特徴とす
    る請求項２記載の磁気抵抗磁界センサ。
  4. 【請求項４】 上記第１の軟磁性層はＭｎＺｎフェライト層であり、上記第
    ２の軟磁性層はパーマロイ又はＣｏＮｉＦｅからなることを特徴とする請求項１
    乃至３のうちいずれか一項記載の磁気抵抗磁界センサ。
  5. 【請求項５】 上記フェライト層の組成は、ＭｎｘＺｎｙＦｅｚＯｗによっ
    て与えられ、原子比は、ｘ＝０．４８、ｙ＝０．３１、ｚ＝１．７９、ｗ＝４．
    ４が好適であり、 パーマロイ層の組成は、ＮｉｐＦｅｑによって与えられ、ｐ＝８０原子百分率
    、ｑ＝２０原子百分率が好適である請求項４記載の磁気抵抗磁界センサ。
  6. 【請求項６】 二層構造が、異方性型又は巨大型の磁気抵抗磁界センサの外
    部磁界の影響によって磁化ベクトルが回転する層を形成することを特徴とする請
    求項１乃至５のうちいずれか一項記載の磁気抵抗磁界センサ。
  7. 【請求項７】 請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の磁気抵抗磁界セン
    サを有する磁気読取りヘッド装置。
  8. 【請求項８】 請求項７記載の磁気読取りヘッド装置を有する情報記録シス
    テム。
JP2000580013A 1998-10-30 1999-10-05 磁気抵抗磁界センサ Pending JP2002529908A (ja)

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EP98203680 1998-10-30
EP98203680.8 1998-10-30
PCT/EP1999/007499 WO2000026683A1 (en) 1998-10-30 1999-10-05 Magnetoresistive magnetic field sensor

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