JP2008243267A - 磁気再生ヘッド及び磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】高記録密度化に対応するために、高分解能で、読み滲み幅が少なく、磁気揺らぎノイズが少ない磁気再生ヘッドが求められている。
【解決手段】上下磁気シールド層１，２と磁気抵抗効果膜１０の間に、媒体対向面付近にのみ電極３，４を配置し、感知電流を磁気抵抗効果膜１０の媒体対向面近傍に局在して通電させることによって、実効的な磁気的スペーシングを小さくし、高分解能で読み滲みが小さい磁気再生ヘッドを実現することができる。さらに、素子高さ後部において磁気抵抗効果膜１０の体積を大きくすることで、磁気揺らぎノイズを抑制し、高ＳＮ比を示す磁気再生ヘッドを実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は磁気記録再生装置に用いられる磁気ヘッドに係り、特に、高分解能特性を有する磁気再生ヘッドに関する。

一般に磁気再生素子は、一対の上下磁気シールド層と、その間に配置された磁気抵抗効果膜と、磁気抵抗効果膜に電気的に接続される一対の電極から構成される。面記録密度が１平方インチあたり２００ギガビットを超える磁気記録再生装置の場合には、磁気抵抗効果膜としてトンネル磁気抵抗効果膜（TMR膜）もしくは垂直通電型巨大磁気抵抗効果膜（CPP-GMR）といった高感度再生素子が利用される。これらの磁気抵抗効果膜は、強磁性自由層、中間層および強磁性固定層を有し、強磁性自由層の磁化は、情報が記録されている媒体からの漏洩磁場の変化に応じて回転する。一方、強磁性固定層の磁気モーメントの方向は、概ね固定されている。これらの磁気抵抗効果膜に感知電流を通電すると、強磁性自由層と強磁性固定層の磁化間の為す角度に依存して素子の電圧が変化し、これを再生信号として検出する。CPP-GMR膜では中間層は導体であるが、TMR膜では、酸化物などが用いられている。

磁気再生ヘッドは、強磁性自由層を単一磁区構造にするために、磁区制御層を有する構造となっている。これは、強磁性自由層の磁区が記録素子や上下磁気シールド等から磁気的に影響を受けても、単一磁区構造を維持し、記録再生装置の誤動作を防止するためである。磁区制御構造として、磁気抵抗効果膜のトラック幅方向両端部に一対の永久磁石を配置する構造が一般的に用いられている（特許文献１）。この構造では、永久磁石が発生させる磁場によって、強磁性自由層の磁区を単一磁区構造に保っている。またTMR膜やCPP-GMR膜の場合には、磁区制御層を強磁性自由層に積層する構造が提案されている。この磁区制御層として、永久磁石を用いるものや（特許文献２）、反強磁性膜と強磁性膜との積層膜を用いるもの（特許文献３）が知られている。

磁気記録再生装置の高密度化のためには、記録ビットの狭小化が必要となり、これに対応するため、（１）磁気再生ヘッドの上下磁気シールドの間隔と、再生トラック幅を狭くする必要がある。また、（２）磁気抵抗効果膜と記録媒体表面との距離である磁気的スペーシングを小さくする必要がある。何故なら、磁気的スペーシングが大きいと、各記録ビットからの媒体磁場が重ね合わされ、記録情報の正確な再生が困難になるからである。（１）に関しては，電極間隔や磁気抵抗効果膜のトラック幅方向の幅を狭く形成することで対応してきた。一方、（２）に関しては、磁気ヘッドの浮上量の低減や、記録媒体の保護膜の薄膜化等で対応してきた。一般には（１）と（２）を同時に実現することが重要である。即ち、上下磁気シールド間隔と再生トラック幅の狭小化が進んだとしても、磁気スペーシングが小さくならないと、分解能向上や読み滲み抑制に大きな効果が期待できないということである。そして、その逆も同様である。

特許文献４には、CPP構造を採用する磁気センサにおいて、加工が容易であり、所望出力に対応するようにほぼ正確に微小なCPP構造を実現するために、下端子層、磁気感知膜はほぼ同一のサイズにパターン形成し、上端子層は磁気感知膜との対向面を小さく形成する発明が開示されている。この磁気センサによれば、磁気感知膜を電流が通過する部位、即ちCPP部分のサイズは、上端子層の小さな対向面のサイズにより規定される。しかしながら、下端子層と磁気感知膜のサイズは、トラック幅よりも大きいので、隣接トラックからの信号磁場や、記録素子からの記録磁界の影響を受けやすく、磁気感知膜の特性が変化するので、記録密度を高めるためには改良が必要な構成である。

特開平3-125311号公報 特開平11-259824号公報 米国特許第6023395号明細書 特開2001-237469号公報

前述のとおり、磁気記録再生装置の記録密度を向上すべく、これまでは磁気ヘッドの素子サイズを微細に形成してきた。一般に素子サイズが小さくなる程、再生出力が低下し、信号ノイズ比（SN比）は劣化していく。そこで、素子サイズが微小になっても、十分なSN比を確保すべく、磁気抵抗効果膜の感度を向上させてきた。そのような磁気抵抗効果膜として、TMR膜やCPP-GMR膜が現在期待されている。一方、磁気ヘッドの磁気的スペーシングも、記録密度の増加と共に狭くなってきている。ここで、磁気ヘッドの再生時の分解能を向上させ、読み滲みを改善するには、素子サイズの微小化と浮上量低下を同時に行うことが必須である。しかし近年、ヘッドの素子サイズの微小化は進んでいるが、磁気的スペーシングの狭小化はそれほど進んでいない。この場合、分解能や読み滲みは、素子サイズを微小化しても大きく改善はしない。分解能が十分でないと、各記録ビットからの媒体磁場が重ねあわされノイズが増加する。また、読み滲みが大きいと、隣接トラックからの信号磁場を読んでしまい、これもノイズ増加に繋がる。従って、分解能が十分でなく読み滲みが大きいヘッドでは、ノイズが著しく増加し、ＳＮ比が大幅に低下する。

更に、素子の微小化が進むと、磁化揺らぎノイズが顕在化することが指摘されている。磁化揺らぎノイズは、主に自由層磁化の熱揺らぎによって生じるノイズである。一般に磁性体の体積が減少すると、磁化の熱的な揺らぎが大きくなる。従って、素子が微小になると、自由層の体積が減少し、自由層磁化の熱揺らぎが大きくなる。このような場合、自由層磁化と固定層磁化の間の相対角度が大きく揺らぎ、その結果、ノイズが増加する。さらに、磁気抵抗効果膜の感度を高くし、出力を大きくしても、原理上、磁化揺らぎノイズは出力に比例して増加するという特徴を持つ。これは、単に出力を向上させても、磁化揺らぎノイズ自身を抑制しない限り、ＳＮ比は向上しないことを意味する。この磁化揺らぎを抑制するには、自由層の磁化量を大きくするか、自由層に印加されている磁区制御磁場を大きくする必要がある。現状のヘッド構造では、前者による改善は困難である。後者に関しては、磁区制御磁場を必要以上に大きくすると、自由層磁化の回転が抑えられ、再生出力が低下し、ＳＮ比は向上しない。従って、この磁化揺らぎノイズを有効に抑制し、ＳＮ比を向上させるのは極めて困難である。

このように，記録密度向上に伴いノイズの大幅な増加が予想され、TMR膜やCPP-GMR膜といった高感度磁気抵抗効果膜を用いたとしても、十分なSN比を確保するのは困難である。仮にこのような低SN比のヘッドを磁気記録再生装置に組み込んだ場合、装置が正常に動作しないことは明らかである。

本発明の目的は、読み滲みが少なく、高分解能であり、且つ磁化揺らぎノイズが十分抑制された磁気再生ヘッドを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の代表的な磁気再生ヘッドは、上部および下部磁気シールド層と、その間に形成された素子高さ方向の後部において体積が大きくなる磁気抵抗効果膜と、媒体対向面近傍において上下磁気シールド層および磁気抵抗効果膜に電気的に接合された上部及び下部電極を備える。
前記上部及び下部電極と磁気抵抗効果膜が接合された部分では、磁気抵抗効果膜のトラック幅方向の長さが一定である。
前記上部及び下部電極と磁気抵抗効果膜が接合された部分では、磁気抵抗効果膜のトラック幅方向の長さが再生トラック幅に相当していることが望ましい。
前記上部及び下部電極の素子高さ方向の厚さが、媒体対向面における前記上部及び下部電極間の距離よりも小さいことが望ましい。

本発明によれば、読み滲みが少なく、高分解能であり、且つ磁化揺らぎノイズが十分抑制された磁気再生ヘッドを提供することができる。この磁気再生ヘッドを搭載することにより、面記録密度が１平方センチあたり300ギガビットを上回る磁気ディスク装置を実現することができる。

図１に、本発明の実施例１による磁気再生ヘッドの、磁気抵抗効果膜のトラック幅方向中心での断面から見た概念図を示す。図２に、上部磁気シールド側から見た断面図を拡大して示す。磁気抵抗効果膜１０は、一対の下部磁気シールド層１及び上部磁気シールド層２の間に配置されている。磁気抵抗効果膜１０と下部磁気シールド層１及び上部磁気シールド層２の間に、媒体対向面近傍にのみ、下部電極３及び上部電極４が配置され、電極の素子高さ後部には、下部絶縁層５と上部絶縁層６が配置されている。下部電極３及び上部電極４は、磁気抵抗効果膜１０と下部磁気シールド層１及び上部磁気シールド層２に電気的に接合されている。磁気抵抗効果膜１０として、垂直電流印加型のＴＭＲ膜もしくはＣＰＰ-ＧＭＲ膜などを採用することができるが、本実施例ではＴＭＲ膜を採用した。磁区制御層４１として永久磁石が、ＴＭＲ膜１０のトラック幅方向両端に配置されている。さらに、電極の素子高さ方向の厚さｔｓが、上下電極間距離Ｇｓよりも小さく設定されている。半分以下に設定されるのが望ましい。このように構成することで、感知電流ｉを媒体対向面近傍に集中させることができ、媒体信号磁場の殆どが、媒体対向面近傍で感知されることになる。これに対し、従来構造の再生ヘッドでは、磁気抵抗効果膜の素子高さ後部でも媒体信号磁場を感知してしまう。換言すれば、本実施例の磁気再生ヘッドは、従来ヘッドに比べて、実効的な磁気スペ−シングが小さくできることを意味する。この電流集中効果によって、分解能を向上させ、且つ読み滲みを抑制する。

図２からわかるように、ＴＭＲ膜１０は、媒体対向面（ＡＢＳ）から見た面積は小さいが、素子高さ方向の後部においては、その面積は大きくなっている。すなわち、媒体対向面から素子高さ方向に所定の距離ｔ_FPだけ一定の幅（再生トラック幅に相当）であり、そこから後部（素子高さ方向）に向けてｔ_３だけ幅が広がり、所定の幅に達した後は再び一定幅となる。体積比で、本実施例のＴＭＲ膜１０の体積は従来構造の約１５０倍である。磁化揺らぎノイズは、自由層体積が大きいほど小さくなるので、本実施例の磁気再生ヘッドは、従来構造ヘッドに比べ磁化揺らぎノイズを大幅に抑えられることがわかる。なお、本実施例においては、再生感度は従来構造ヘッドに比べてやや低下するが、ノイズが大幅に低下するので、ＳＮ比は寧ろ向上する。

図１及び図２を参照して具体的な構成を製造工程順に説明する。図示しないセラミックス基板上にベースアルミナを介して、厚さ３μｍのＮｉＦｅからなる下部磁気シールド層１を形成する。下部磁気シールド層１の上には、厚さ１５ｎｍ，素子高さ方向長さｔｓが３０ｎｍのＮｉＦｅからなる下部電極３と、厚さ１５ｎｍのアルミナからなる下部絶縁層５を形成する。ここで下部電極３は媒体対向面近傍に形成し、下部絶縁層５は素子高さ方向後部に形成する。下部電極３と下部絶縁層５の上には、ＴＭＲ膜１０を形成する。ＴＭＲ膜１０の具体的な構成については後述する。ＴＭＲ膜１０の上には、厚さ１５ｎｍ，素子高さ方向長さｔｓが３０ｎｍのＮｉＦｅからなる上部電極４と、厚さ１５ｎｍのアルミナからなる上部絶縁層６を形成する。ここで、上部電極４は媒体対向面近傍に形成し、上部絶縁層６は素子高さ方向後部に形成する。上部電極４と上部絶縁層６の上には、厚さ３μｍのＮｉＦｅからなる上部磁気シールド層２を形成する。

図３は、本実施例による磁気再生ヘッドの媒体対向面を拡大して示す図である。ＴＭＲ膜１０は、基板側から下地層１２，厚さ７ｎｍのＩｒＭｎからなる反強磁性層１３，厚さ２ｎｍのＮｉＦｅからなる第一の強磁性固定層１４，厚さ１ｎｍのＲｕからなる非磁性分離層１５，厚さ３ｎｍのＮｉＦｅからなる第二の強磁性固定層１６，厚さ０．８ｎｍの非磁性絶縁材（アルミナ）からなる障壁層１７，厚さ４ｎｍのＮｉＦｅからなる強磁性自由層１８，厚さ１０ｎｍのＲｕからなるキャップ層１９から構成される。反強磁性層１３は、場合によっては、省略することができる。ＴＭＲ膜１０のトラック幅方向の両端部には、絶縁層３０を介して、厚さ４０ｎｍ程度のＣｏＣｒＰｔからなる磁区制御用永久磁石４１が設けられる。なお、実施例１では、磁気抵抗効果膜としてＴＭＲ膜１０を用いたが、ＴＭＲ膜の代わりにＣＰＰ−ＧＭＲ膜を用いても良い。

前記のＴＭＲ膜やＣＰＰ−ＧＭＲ膜など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する。１から６ミリトールのＡｒ雰囲気中にて、厚さ１ｍｍのセラミックス基板に以下の材料を順次積層する。スパッタリングターゲットとして、Ｔａ，Ｎｉ−２０ａｔ％Ｆｅ合金，Ｃｕ，Ｃｏ，ＩｒＭｎ，Ｒｕ，アルミナ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。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６４０Ａ／ｍの磁場を印加して、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ＩｒＭｎ反強磁性膜１３を相変態させ、室温での磁気抵抗を測定して評価した。また、熱処理後に室温で硬磁性膜の着磁処理を行った。

ＴＭＲ膜１０は、媒体対向面において強磁性自由層１８のトラック幅方向の幅が所望の値になるようにパターニングし、実施例１では９０ｎｍとした。パターニングは、所定の幅に形成したフォトレジストなどを上記ＴＭＲ膜１０の上に配置し、これをマスクとして不要となる部分をエッチングする。その後、このマスクを除去する前に、アルミナもしくはシリコン酸化物などからなる絶縁層３０を形成する。さらに絶縁層３０の上には、厚さ２５ｎｍ程度の磁区制御用永久磁石４１を形成する。上記マスクを除去した後に、上記のようにパターニングされたＴＭＲ膜１０の上に、３０ｎｍのＮｉＦｅからなる上部電極４を形成し、その素子高さ後部に、厚さ１５ｎｍのアルミナからなる上部絶縁層６を形成する。ＴＭＲ膜１０が配置されている部分での上部電極４と下部電極３との間隔Ｇｓは約４２ｎｍである。一方、強磁性自由層１８と磁区制御用永久磁石４１とのトラック幅方向の間隔ｔｓｐは約８ｎｍである。上下磁気シールド間隔Ｇｓの値を調整する場合には、下地層１２，反強磁性層１３，キャップ層１９の膜厚を変化させると良い。

パターンニングしたＴＭＲ膜１０の各寸法（図２参照）は、次のとおりである。媒体対向面でのトラック幅方向の幅ＳＷは約９０ｎｍであり、ＴＭＲ膜１０の素子高さＳＨは所望の値に設定することができるが、本実施例ではＳＨを約１０００ｎｍ（１μｍ）とした。その他、ｔ_ＦＰは約８０ｎｍ，ｔ₂は約２００ｎｍ，ｔ_３は約２００ｎｍである。

次に上記実施例１による磁気再生ヘッドの特性を、ＬＬＧ（ランダウ−リフシッツ−ギルバート）方程式を用いたマイクロマグネティクスシミュレーションの結果を基に定量的に説明する。図４は、従来構造ヘッドにおける、媒体信号磁場を検知した時の自由層磁化回転角の素子高さ方向分布を示したものである。図４から、素子高さ後部になるに従って、自由層磁化の回転が緩やかに減衰していくことがわかる。例えば、素子高さ後部５０ｎｍにおいても、自由層磁化は２５degも回転している。このことは、媒体の記録層表面よりも遠いところでも、媒体信号磁場を検知していることを示唆している。この場合、物理的なヘッドの浮上量を抑えたとしても、実効的な磁気スペーシングはあまり小さくはならない。今、磁気スペーシングを１５ｎｍと仮定すると、図４の結果から、実効的な磁気スペーシングは１５＋３２（平均値）＝４７ｎｍに達することがわかる。次に、実施例１の磁気再生ヘッドにおいては、上下電極の素子高さ方向厚さｔｓを３０ｎｍに設定しているので、この場合、感知電流は媒体対向面から素子高さ方向後部３０ｎｍ程度までしか流れない。図５は、実施例１の磁気再生ヘッドにおける、媒体信号磁場を検知した時の自由層磁化回転角の素子高さ方向分布を示したものである。図５の結果から、実効的な磁気スペーシングは１５＋１３（平均値）＝２８ｎｍであり、従来構造と比較すると１９ｎｍも小さくなることがわかる。ここで図５に示した計算では、電流の素子高さ方向への滲みを考慮している。

次に、分解能を計算したところ、従来構造ヘッドでは５７％であるのに対し、実施例１のヘッドでは７４％に達した。ここで分解能は、線記録密度５９０ｋＦＣＩ（Flux Change per Inch）の再生信号振幅を、線記録密度１１８ｋＦＣＩの再生信号振幅で割った値として定義した。さらに、センサ幅９０ｎｍとして読み滲み幅を計算した。読み滲み幅は再生感度分布の最大出力の１０％となる位置の幅で定義した。その結果、従来構造ヘッドでは約１３０ｎｍであったが、実施例１のヘッドでは１０９ｎｍと極めて小さいものであった。このように実施例１の磁気再生ヘッドは従来構造ヘッドに比較して、分解能は１７ポイント高く、読み滲み幅は２１ｎｍ狭いことがわかる。

さらに、素子の高さ方向後部の体積を十分大きくすることで、磁気揺らぎノイズを抑制することができる。媒体対向面から見たＴＭＲ膜１０の面積は小さいが、素子高さ後部においては、その面積は大きい。ここで、磁気揺らぎノイズの理論式は（１）式で与えられる。

（１）式において、Vmagは磁気揺らぎノイズ電圧，Isは感知電流，ΔRは磁気抵抗変化量，Hstiffはスティフネス磁場，αは減衰定数，k_Bはボルツマン定数，Ｔは温度，μ₀は真空中の透磁率，Ｍｓは飽和磁化，Ｖは体積，γは磁化回転比である。（１）式からわかるように、磁化揺らぎノイズ電圧は、磁性体の体積の平方根に反比例している。ここで、実施例１の磁気再生ヘッドのＴＭＲ膜１０の体積を、従来構造ヘッドの約１５０倍に設定しているので、実施例１のヘッドでは磁化揺らぎノイズは、従来ヘッドに比べ約１２分の１にすぎないことがわかる。このとき、ＴＭＲ膜１０の素子高さＳＨは、約１．０μｍである。従来ヘッドであればこのようにすると、ヘッドの再生効率が大幅に低下し、出力が殆ど期待できない。しかし、実施例１のヘッドは、感知電流を局在化しているので、出力の低下は少ない。例えば、計算から、ＳＷが９０ｎｍの従来構造ヘッドと再生感度を比較しても、その８０％の再生効率は確保されることが確認できた。以上から、実施例１の磁気再生ヘッドは、従来構造ヘッドに比べ、出力は２割程度低下するものの、磁化揺らぎノイズは１２分の１にまで抑えられることがわかる。

また、再生動作の安定性を確認するために、繰り返し記録再生動作を行い、再生出力の変化を測定した。繰り返し記録再生１００００００回に対し、再生出力の変動は５．５％と概ね良好であった。ここで再生出力変動を、再生出力の最大値と最小値の差分を、平均値で割った値として定義した。この結果から、安定な再生動作をしていることがわかった。最後に再生ヘッドＳＮ比を測定したところ、約３０ｄＢと高い値である。ここで再生ヘッドＳＮ比の計算で用いたノイズは、トータルノイズから媒体ノイズを差し引いたものである。従来構造の磁気再生ヘッドでは、再生ヘッドＳＮ比は、約２６ｄＢと、実施例１の磁気再生ヘッドと比較して４ｄＢ低い値である。従って、実施例１によれば、感知電流を媒体対向面近傍に集中させ、磁気抵抗効果膜の素子高さ後部の体積を十分大きくすることで、分解能が高く、読みにじみ低減効果が大きく、且つ高ＳＮ比を示す磁気再生ヘッドを得ることができる。

次に、図６を参照して、実施例２による磁気再生ヘッドの構成を説明する。実施例２の特徴は、磁区制御層を自由層の上に積層する点にあり、その他の構成は実施例１と同じである。以下、実施例１と同じ構成、製法についての説明は省略し、実施例１との相違点について説明する。実施例２の磁気再生ヘッドの断面構成は、図１に示す実施例１と同じである。図６は、実施例２の磁気再生ヘッドの媒体対向面を拡大して示した図である。磁気抵抗効果膜（ＴＭＲ膜）１００は、基板側から下地層１２，厚さ７ｎｍのＩｒＭｎからなる反強磁性層１３，厚さ２ｎｍのＮｉＦｅからなる第一の強磁性固定層１４，厚さ１ｎｍのＲｕからなる非磁性分離層１５，厚さ３ｎｍのＮｉＦｅからなる第二の強磁性固定層１６，厚さ０．８ｎｍのアルミナからなる障壁層１７，厚さ４ｎｍのＮｉＦｅからなる強磁性自由層１８が積層され、強磁性自由層１８の上には、強磁性自由層１８を単磁区化するための、縦バイアス層２１が積層される。縦バイアス層２１は、厚さ２ｎｍのＴａからなる非磁性分離層２０を介して形成された、厚さ２ｎｍのＣｏＦｅからなる軟磁性層と厚さ１２ｎｍからなるＰｔＭｎなどの反強磁性層から構成される。なお、非磁性分離層２０は、厚さ１ｎｍのＣｕと厚さ１ｎｍのＲｕからなる積層膜でも良い。また縦バイアス層２１は、厚さ２ｎｍのＴａからなる非磁性分離層２０を介して、厚さ２ｎｍ程度のＣｏＣｒＰｔなどの硬磁性層から構成しても良い。縦バイアス層２１の上には、５ｎｍ程度のキャップ層１９が形成される。

ＴＭＲ膜１００は、媒体対向面において強磁性自由層１８のトラック幅方向の幅が所望の値になるようにパターニングし、９０ｎｍとした。パターニングは、所定の幅に形成したフォトレジストなどをＴＭＲ膜１００の上に配置し、これをマスクとして不要となる部分をエッチングする。その後、このマスクを除去する前に、アルミナもしくはシリコン酸化物などからなる絶縁層３０を形成する。上記マスクを除去した後に、ＴＭＲ膜１００及び絶縁層３０の上に、厚さ１５ｎｍ，素子方向高さｔｓが３０ｎｍのＮｉＦｅからなる上部電極４を形成し、その素子高さ後部に、厚さ１５ｎｍのアルミナからなる上部絶縁層６を形成する。ＴＭＲ膜１００が配置されている部分での上部電極４と下部電極３との間隔Ｇｓは約４６ｎｍである。上下磁気シールド間隔Ｇｓの値を調整する場合には、下地層１２，反強磁性層１３，縦バイアス層２１，キャップ層１９の膜厚を変化させると良い。

図７に上部磁気シールド側から見た断面図を拡大して示すが、ＴＭＲ膜１００の媒体対向面でのトラック幅方向の幅ＳＷは約９０ｎｍであり、ＴＭＲ膜１００の素子高さＳＨは所望の値に設定できるが、実施例２では約１０００ｎｍとした。その他、パターンニングした各寸法は、ｔ_ＦＰが約８０ｎｍ，ｔ₂が約２００ｎｍ，ｔ_３が約２００ｎｍである。

図８に実施例３として、実施例１あるいは実施例２による磁気再生ヘッドと単磁極型ヘッドを組み合わせた垂直記録用磁気ヘッドの斜視図を示す。図９にこの垂直記録用磁気ヘッドの媒体対向面を示す。磁気再生ヘッドは、実施例１および実施例２で説明したように、下部磁気シールド層１，磁気抵抗効果膜１０あるいは１００，上部磁気シールド層２で構成され、この磁気再生ヘッドの上に、厚さ５００ｎｍのアルミナからなる非磁性分離層６４を介して単磁極型ヘッドが設けられる。単磁極型ヘッドは、厚さ２μｍのＮｉＦｅ合金からなる副磁極７２と、厚さ２００ｎｍのＦｅＣｏ合金からなる主磁極７１と、主磁極７１と副磁極７２の間のコイル８０で構成される。主磁極７１は、図中に拡大して示すように、上部の幅が広く下部の幅が狭い逆台形となるように形成され、上部の幅５３は１３０ｎｍである。ＡＢＳにおける主磁極７１と副磁極７２との間の距離は、約５μｍである。

主磁極７１と副磁極７２の間のコイル８０に、所望のパターンの記録電流を通電することで、記録磁界１０１を主磁極７１と副磁極７２との間の磁気ギャップに発生させ、所望のパターンで媒体（磁気ディスク）２００に印加し、媒体の記録層２０２上に磁化情報２０１を書き込む。単磁極型ヘッドが発生する磁界をより効果的に垂直記録に用いるため、記録層２０２の下地には、厚さ５ｎｍ程度の非磁性分離膜２１０と、その下に厚さ２００ｎｍ程度の軟磁性下地層２２０が形成されている。また、情報の再生は、記録層２０２に書かれた磁化情報２０１から漏洩する磁界を、磁気再生ヘッドの磁気抵抗効果膜１０あるいは１００で検出することで行う。なお、磁気再生ヘッドと単磁極型ヘッドは、同一の基板上に積層されて一体形成される。

図１０に、主磁極７１の両側及びトレーリング側に磁気シールド（トレーリング・サイドシールド）を配置する構成を示す。この構成によれば、サイドシールドによりトラック幅方向の磁界の広がりを抑制し、トレーリングシールドにより磁界勾配を急峻にすることができる。

図１１に、実施例４として、実施例１あるいは実施例２による磁気再生ヘッドと磁気誘導型記録ヘッドを組み合わせた複合型磁気ヘッドの斜視図を示す。上部磁気コア５１と下部磁気コア５０の間に、磁束を発生させるためのコイル５２が設けられており、これに所望のパターンの記録電流を通電することで、記録磁場を上下磁気コア５１，５０の間の記録ギャップに発生させ、所望のパターンで磁気媒体に印加し、磁気媒体に所望の磁化方向を有する磁化情報を書き込む。また、磁気媒体に書かれた磁化情報から漏洩する磁場を、磁気抵抗効果膜１０あるいは１００で検出することで、情報を再生する。

図１２に、上記実施例３による垂直記録用磁気ヘッドを搭載した磁気ディスク装置の概略構成を示す。磁気情報を保持する磁気ディスク２００はスピンドルモータ９３に支持されて回転される。また、ヘッドスライダ９０は、アクチュエータ９２に支持され、磁気ディスク２００のトラック上に誘導される。即ち磁気ディスク装置においては、ヘッドスライダ９０に搭載された磁気再生ヘッド及び／又は磁気記録ヘッドが、アクチュエータ９２によってディスク９１上の所定のトラックに近接して相対運動し、信号を順次再生及び／又は記録する。アクチュエータ９２は例えばロータリーアクチュエータである。記録信号は信号処理系９４を通じて単磁極型ヘッドに供給され、磁気ディスク上に記録される。磁気再生ヘッドの出力は、信号処理系９４を経て信号として復号される。さらに垂直記録用磁気ヘッドを所望のトラック上へ移動せしめるに際して、磁気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９２を制御して、ヘッドスライダ９０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９０，磁気ディスク２００を各１個示したが、これらは複数であっても構わない。また磁気ディスク２００は両面に記録層２０２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は、ヘッドスライダ９０は磁気ディスク２００の両面に配置される。なお、上記の磁気ディスク装置では、実施例３による垂直記録用磁気ヘッドを搭載したが、勿論、実施例４による複合型磁気ヘッド、実施例１あるいは実施例２による磁気再生ヘッドを搭載することができる。

実施例１による磁気再生ヘッドのトラック幅方向中心での断面から見た概念図である。 実施例１による磁気再生ヘッドの上部シールド側から見た断面を拡大して示す概念図である。 実施例１による磁気再生ヘッドの媒体対向面を拡大して示す図である。 従来構造の磁気ヘッドにおける、媒体信号磁場を検知した時の自由層磁化回転角の素子高さ方向分布を示す図である。 実施例１による磁気再生ヘッドにおける、媒体信号磁場を検知した時の自由層磁化回転角の素子高さ方向分布を示す図である。 実施例２による磁気再生ヘッドの媒体対向面を拡大して示す図である。 実施例２による磁気再生ヘッドの上部シールド側から見た強磁性自由層での断面を拡大して示す図である。 実施例３による垂直記録用磁気ヘッドの斜視図である。 実施例３による垂直記録用磁気ヘッドの媒体対向面を示す図である。 実施例３による垂直記録用磁気ヘッドの主磁極の構成例を示す図である。 実施例４による複合型磁気ヘッドの一部断面を含む斜視図である。 本発明の実施例による磁気ヘッドを搭載した磁気ディスク装置の構成例を示す図である。

符号の説明

１…下部磁気シールド層、２…上部磁気シールド層、１０…磁気抵抗効果膜、１２…下地層、１３…反強磁性層、１４…第一の強磁性固定層、１５…非磁性分離層、１６…第二の強磁性固定層、１７…障壁層、１８…強磁性自由層、１９…キャップ層、２０…非磁性分離層、２１…縦バイアス層、３０…絶縁層、４１…磁区制御用永久磁石膜、５０…下部磁気コア、５１…上部磁気コア、５２…コイル、５３…上層幅、６４…非磁性分離層、７１…主磁極、７２…副磁極、７３…トレーリング・サイドシールド、８０…コイル、９０…ヘッドスライダ、９２…アクチュエータ、９３…スピンドルモータ、９４…信号処理系、１００…磁気抵抗効果膜、１０１…記録磁界、２００…磁気ディスク、２０１…磁化情報、２０２…記録層、２１０…非磁性分離膜、２２０…軟磁性下地層。

Claims (20)

1. 下部磁気シールド層及び上部磁気シールド層と
   前記下部磁気シールド層と上部磁気シールド層との間に設けられ、固定層と、中間層と、自由層を有し、媒体対向面から見た面積が、素子高さ方向になるに従い大きくなる磁気抵抗効果膜と、
   前記下部磁気シールド層と磁気抵抗効果膜との間の媒体対向面近傍に設けられ、前記下部磁気シールド層と磁気抵抗効果膜に接合された下部電極と、
   前記下部磁気シールド層と磁気抵抗効果膜との間の、前記下部電極の後部に設けられた下部絶縁層と、
   前記磁気抵抗効果膜と上部磁気シールド層との間の媒体対向面近傍に設けられ、前記磁気抵抗効果膜と上部磁気シールド層に接合された上部電極と、
   前記磁気抵抗効果膜と上部磁気シールド層との間の、前記上部電極の後部に設けられた上部絶縁層と、
   を有することを特徴とする磁気再生ヘッド。
2. 請求項１記載の磁気ヘッドにおいて、前記上部及び下部電極と前記磁気抵抗効果膜が接合された部分では、前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向の長さが一定であることを特徴とする磁気再生ヘッド。
3. 請求項１記載の磁気ヘッドにおいて、前記上部及び下部電極と前記磁気抵抗効果膜が接合された部分では、前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向の長さが再生トラック幅に相当することを特徴とする磁気再生ヘッド。
4. 請求項１記載の磁気ヘッドにおいて、前記上部及び下部電極の素子高さ方向の厚さが、媒体対向面における前記上部及び下部電極間の距離よりも小さいことを特徴とする磁気再生ヘッド。
5. 請求項１記載の磁気ヘッドにおいて、前記上部及び下部電極の素子高さ方向の厚さが、
   媒体対向面における前記上部及び下部電極間の距離の半分以下であることを特徴とする磁気再生ヘッド。
6. 請求項１記載の磁気ヘッドにおいて、前記磁気抵抗効果膜はトンネル磁気抵抗効果膜であり、前記中間層は非磁性絶縁層であることを特徴とする磁気再生ヘッド。
7. 請求項１記載の磁気ヘッドにおいて、前記磁気抵抗効果膜は垂直通電型巨大磁気抵抗効果膜であり、前記中間層は非磁性導電層であることを特徴とする磁気再生ヘッド。
8. 請求項１記載の磁気ヘッドにおいて、前記上部及び下部電極は前記上部及び下部磁気シールド層と同一材料であることを特徴とする磁気再生ヘッド。
9. 請求項１記載の磁気ヘッドにおいて、前記上部及び下部電極は軟磁性材料であることを特徴とする磁気再生ヘッド。
10. 請求項１記載の磁気ヘッドにおいて、さらに、前記磁気抵抗効果膜の両脇に磁区制御層が設けられ、前記磁区制御層と前記自由層との間の距離が、前記磁区制御層と前記上部及び下部電極の間の距離よりも小さいことを特徴とする磁気再生ヘッド。
11. 請求項１記載の磁気ヘッドにおいて、さらに、前記自由層に非磁性層を介して積層された磁区制御層を有することを特徴とする磁気再生ヘッド。
12. 請求項１１記載の磁気ヘッドにおいて、前記磁区制御層が、軟磁性層に反強磁性層が積層されたものであることを特徴とする磁気再生ヘッド。
13. 請求項１１記載の磁気ヘッドにおいて、前記非磁性層は、Ｔａ，Ｃｕ，Ｒｕ，Ｃｒ，ＩｒまたはＲｈからなることを特徴とする磁気再生ヘッド。
14. 請求項１１記載の磁気ヘッドにおいて、前記磁区制御層が硬磁性層からなることを特徴とする磁気再生ヘッド。
15. 下部磁気シールド層及び上部磁気シールド層と
    前記下部磁気シールド層と上部磁気シールド層との間に設けられ、固定層と、中間層と、自由層を有し、媒体対向面から見た面積が、素子高さ方向になるに従い大きくなる磁気抵抗効果膜と、
    前記下部磁気シールド層と磁気抵抗効果膜との間の媒体対向面近傍に設けられ、前記下部磁気シールド層と磁気抵抗効果膜に接合された下部電極と、
    前記下部磁気シールド層と磁気抵抗効果膜との間の、前記下部電極の後部に設けられた下部絶縁層と、
    前記磁気抵抗効果膜と上部磁気シールド層との間の媒体対向面近傍に設けられ、前記磁気抵抗効果膜と上部磁気シールド層に接合された上部電極と、
    前記磁気抵抗効果膜と上部磁気シールド層との間の、前記上部電極の後部に設けられた上部絶縁層と、をする磁気再生ヘッドと、
    前記再生ヘッドに隣接して設けられた記録ヘッドと、
    を有することを特徴とする磁気ヘッド。
16. 請求項１５記載の磁気ヘッドにおいて、前記記録ヘッドは、主磁極と、副磁極と、前記主磁極と副磁極の間に設けられたコイルとを有する単磁極型ヘッドであることを特徴とする磁気ヘッド。
17. 請求項１６記載の磁気ヘッドにおいて、さらに、前記主磁極のトレーリング側と両脇に磁気シールドを有することを特徴とする磁気ヘッド。
18. 請求項１５記載の磁気ヘッドにおいて、前記上部及び下部電極と前記磁気抵抗効果膜が接合された部分では、前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向の長さが一定であることを特徴とする磁気ヘッド。
19. 請求項１５記載の磁気ヘッドにおいて、前記上部及び下部電極と前記磁気抵抗効果膜が接合された部分では、前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向の長さが再生トラック幅に相当することを特徴とする磁気ヘッド。
20. 請求項１５記載の磁気ヘッドにおいて、前記上部及び下部電極の素子高さ方向の厚さが、媒体対向面における前記上部及び下部電極間の距離よりも小さいことを特徴とする磁気ヘッド。

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