JP2520670B2 - 薄膜磁気ヘッド - Google Patents

薄膜磁気ヘッド

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、高密度磁気記録に適した高再生出力の得ら
れる薄膜磁気ヘッドに関する。
[従来技術] 薄膜磁気ヘッドは、磁気ディスク、磁気テープなどの
磁気記録媒体の磁気記録密度および使用周波数を高める
ために考案された磁気ヘッドであり、電磁誘導を利用し
た誘導型の薄膜磁気ヘッドでは、磁気ギャップを有する
磁気回路を形成する下部磁極膜および上部磁極膜、この
磁気回路と鎖交するコイル導体膜、コイルとコイルの間
あるいは磁極とコイルの間を電気的、磁気的に絶縁する
絶縁体膜とを薄膜形成技術および微細加工技術によって
形成し、積層した構造になっている。また、同様の磁気
コアからなる磁気回路中に磁気抵抗効果素子を組み込ん
だ再生専用の磁気抵抗効果型(MR型)の薄膜磁気ヘッド
も考案されている。
これらの薄膜磁気ヘッドは、通常薄膜の金属軟磁性体
からなり微細な磁気コアを用いているため、バルク型の
磁気ヘッドに比べ渦電流損失など高周波での磁気コア損
失が少なく、磁気回路もコンパクトにできるため、広い
周波数にわたる磁気記録再生において、記録,再生効率
を向上させることができる。さらに誘導型の薄膜磁気ヘ
ッドは、微細な磁気コアと微細なコイル巻線で構成でき
るために低インピーダンスの磁気ヘッドとすることがで
き、本質的に高周波高密度磁気記録に適したものとなっ
ている。
この様な薄膜磁気ヘッドの電磁変換特性は磁極膜の磁
気特性に大きく依存している。すなわち短波長の記録を
可能にする高抗磁力媒体へ充分な記録をするためには高
い飽和磁束密度を持った磁極膜が必要とされ、高周波信
号を忠実に効率よく記録,再生するためには高周波領域
での高い透磁率が必要となっている。
高周波領域での透磁率を向上させるためには、磁化過
程として磁壁移動よりも、そのスイッチング速度が速い
磁化回転を用いる必要があり、そのためには、薄膜磁気
ヘッドのトラック幅方向が容易軸となる様に磁極膜に一
軸磁気異方性を付与し、磁化困難軸方向を励磁方向とす
る必要がある。
[発明が解決しようとする問題点] しかし、磁極膜の透磁率はこの一軸磁気異方性があま
り大き過ぎると困難軸方向の磁化曲線の傾きを小さくし
てしまうためかえって低くなってしまい、また一軸磁気
異方性があまり小さ過ぎると磁壁移動を生じ易くしてし
まい、やはり、高周波領域での透磁率は、低くなってし
まう。すなわち、最適な大きさの一軸磁気異方性が存在
するのであるが、その最適条件は単に一軸磁気異方性の
大きさだけではなく、薄膜磁気ヘッドの磁気コアの形状
にも依存しており、単純には決定できないという問題点
があった。
本発明の目的は、上記事情に基づいて行なわれたもの
で、磁気コアの高周波領域の透磁率を向上させ記録再生
効率の良好な薄膜磁気ヘッドを提供することにある。
すなわち、高周波領域において記録,再生効率の良好
な薄膜磁気ヘッドを得るためには、磁気コアの形状に見
合った適切な一軸磁気異方性の大きさを見出すことが必
要である。
[問題点を解決するための手段] 本発明の上記目的は、一軸磁気異方性を有する金属軟
磁性膜を磁極材料として用い、磁気回路の磁路方向を容
易軸方向と略直交させる様に構成し、少なくとも1MHz以
上の周波数を含む信号の記録,再生をする薄膜磁気ヘッ
ドにおいて、磁路を構成する磁極膜の容易軸方向の長さ
Wと一軸異方性定数Kuの大きさを下記の範囲内にするこ
とによって達成することができる。
50μm≦W≦200μmかつ 100J/m3≦Ku≦400J/m3 あるいは、 700μm≦WかつKu≦300J/m3 以上の様にして構成された薄膜磁気ヘッドは、磁気コ
アの高周波領域における透磁率を向上させることがで
き、記録,再生効率が良好な薄膜磁気ヘッドとなる。
以下、本発明の薄膜磁気ヘッドを詳細に説明する。
磁気ヘッドの磁区構造により、再生出力が変化するこ
とについては、既に多くの研究がなされており、例えば
山川 等〔「単磁極型狭トラック垂直磁気ヘッド」電子
通信学会技術研究報告磁気記録 MR84−28(1984)7〕
による垂直磁気ヘッドに関する報告がある。前記報告に
よれば、磁極厚0.3μmの単磁極型の垂直磁気ヘッドに
おいては、明瞭な還流磁区が観察され、トラック幅Wと
トラック両端に形成された還流磁区のトラック幅方向の
長さ2hとの比2h/Wが30〜40%のときに、最大感度が得ら
れ、この関係は材料定数(異方性エネルギーKu、交換定
数Aなど)によらないとしている。
しかし、これらの条件は明瞭な還流磁区が観察される
薄膜において見出されたものであり、また、扱われた周
波数も80kHz程度の比較的低い周波数に限られている。
本発明が応用を考えている一例である電子スチルビデ
オカメラに用いるビデオフロッピーへの信号の記録,再
生においては、10数MHzまでの信号によって磁気ヘッド
の磁極が磁化されなければならず、また、磁極厚も、例
えば10μm程度となるため、磁区構造は必ずしも明瞭な
還流磁区構造を示さなくなり、いわゆるLifshitzタイプ
の磁区構造を示したり、三次元的な磁区構造を示したり
する様になる。さらに将来的には高密度、高品位化のた
めに、より高い信号周波数を扱う可能性があり、少なく
とも1MHz以上の周波数で薄膜磁気ヘッドの記録再生効率
を向上させるための磁極材料と磁極形状に関する条件を
見出す必要がある。
以上のことを考慮し次の様な実験を行ない、上記条件
を検討した。すなわち磁極幅(以下Wと記す)がそれぞ
れ30μm〜10mm、長さが30mm、厚さ12μmの磁極幅方向
の容易軸をもつストライプ状の磁極を基板上に多数形成
し、その異方性磁界(以下Hkと記す)とWにより、1〜
13MHzの比透磁率μrおよび磁区構造がどのように変化
するか調べた。磁極材料は、Co91.8Nb5.9Zr2.3(at%)
のスパッタリング膜を用い、熱処理により異方性を制御
した後イオンビームによるドライエッチングで各形状に
仕上げた。この膜の飽和磁歪λsは+3×10-7程度であ
り、さらに基板として膜とほぼ同一の熱膨張係数を持つ
(株)HOYA製 PEG3120Cを用いて、パターン形状に依存
する様な磁気弾性効果による影響が出ない様にした。比
透磁率μrは、それぞれのパターンをコイル中に置きそ
のインダクタンスの変化から求めた。反磁界による影響
は計算により補正した。また、磁区構造はビッター法に
より観察した。
第1図(a),(b),(c)にそれぞれ、異方性定
数Kuが484,242,152〔J/m3〕の場合のμrとWの関係を
示した。Kuが484J/m3の場合には、困難軸方向の磁化曲
線の傾きが小さくなるため、μrはいずれのWにおいて
も低い値になっている。これに対してKu=242,154J/m3
の場合には低い周波数(例えば1MHz)の時には、狭いW
ほどμrが高くなっているが、周波数が高い時には、μ
rが複雑なW依存性を示していることが解る。例えば、
Ku=154J/m3の場合には、高い周波数でのμrはW≒100
μmで極大を、W≒300μmで極小値を示しており、よ
り広いW範囲ではWが広い程μrが高くなっている。従
ってKu=154〔J/m3〕の時に高い周波数においてもμr
を低下させないためには、Wは100μm程度にするか、1
mmより広くする必要がある。
また磁区観察よりこれらの磁区構造は、μrが極大を
示すWより狭いW側では還流磁区を持ち、広いW側で
は、不明瞭になったりLifshitzタイプになっていること
が解った。
従ってμrの大きさは、単に異方性の大きさのみによ
って決まるものではなく磁極形状と異方性の大きさの組
み合せの結果得られる磁区構造によって左右されている
ことが解る。
第5図には磁極幅W、一軸異方性定数Kuと10MHzの透
磁率の関係を示した。この第5図は、第1図に示され
る、種々のKu(154、242および484〔J/m3〕)につい
て、周波数を変えた時のWとμrとの関係を示すグラフ
から周波数(f=10MHz)の曲線を選択し、同曲線からK
uとWとをプロットし直し、更に同一のμrの値を示す
点を連結することで得られたものである。そして、第1
図のf=10MHzの曲線において、各Kuに共通して極小点
となるμr≒500以上、好ましくはμr≒550以上に属す
る範囲をW軸およびKu軸に外挿すると、Wが50μm〜20
0μmで、Kuが100〜400J/m3の範囲(領域A)、あるい
はWが700μm以上でKuが300J/m3以下の範囲(領域B)
が得られる。すなわち、比透磁率が略550以上となる領
域として、 (領域A) 50μm≦W≦200μmかつ 100J/m3≦Ku≦400J/m3 (領B) 700μm≦WかつKu≦300J/m3 以上の2領域が、得られることが解った。また10MHz
以下の周波数においては、これらの領域を含む領域で
μ′/μoが550以上となることも解った。
従って上記関係を満たす様なWとKuを選択すれば広い
周波数に渡って良好な記録再生効率を持つ薄膜磁気ヘッ
ドを提供できる。また、この時、上記関係を満たす様な
WとKuの値は、一つの薄膜磁気ヘッドの磁気回路のすべ
ての部分で一定である必要はなく、上記関係が満たされ
る範囲であれば、一つの薄膜磁気ヘッドの磁気回路の各
部分で異なっていてもよい。例えば、W=100μmとW
=2000μmの磁極を組み合わせた様な薄膜磁気ヘッドに
おいても本発明の効果は得られる。
以下に本関係を使って作製した薄膜磁気ヘッドの実施
例を示す。
[実施例−1] 第2図に本発明の薄膜磁気ヘッドの磁極形状の一例を
示した。磁極材料には、Co91.8Nb5.9Zr2.3(at%)の非
晶質軟磁性合金を用い、磁極厚12μmとした。異方性は
磁極幅方向に付与し、その大きさはKu=242J/m3とし
た。このヘッド(ヘッドA)の磁極幅Wは、100μmで
本発明の範囲に入っている。比較のために磁極幅Wだけ
が異なる第3図の磁極形状の薄膜磁気ヘッドも作製した
がこのヘッド(ヘッドB)のWは500μmであり本発明
の範囲外である。これら2つのヘッドの規格化した自己
録再出力は第4図の様になっており、ヘッドAの効率が
高くなっていることが解る。
[発明の効果] 上述の様に薄膜磁気ヘッドにおいて、本発明の条件を
満たす様な磁極形状と一軸磁気異方性定数を選択するこ
とにより、少なくとも1MHz以上の周波数を含む信号の記
録再生効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、磁極幅と比透磁率の関係を示した図、 第2図、第3図は本発明の実施例の薄膜磁気ヘッドの磁
気コアの形状を示した図、 第4図は本発明の実施例の薄膜磁気ヘッドの規格化され
た自己録再出力の周波数特性を示した図、 第5図は、磁極幅、一軸異方性定数と比透磁率の関係を
示した図である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一軸磁気異方性を有する金属軟磁性膜を磁
    極材料として用い磁気回路の磁路方向を容易軸方向と略
    直交させる様に構成し、少なくとも1MHz以上の周波数を
    含む信号の記録再生をする薄膜磁気ヘッドにおいて、磁
    路を構成する磁極膜の容易軸方向の長さWと一軸異方性
    定数Kuの大きさが、下記の範囲にあることを特徴とする
    薄膜磁気ヘッド。 50μm≦W≦200μmかつ 100J/m3≦Ku≦400J/m3 あるいは、 700μm≦WかつKu≦300J/m3
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