JP2661560B2 - 磁気抵抗効果素子およびその再生方法 - Google Patents

磁気抵抗効果素子およびその再生方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁界強度を信号として
読み取る磁気抵抗効果素子に関し、特に、ヨーク型の人
工格子磁気抵抗効果素子において再生出力波形の対称性
を向上させる手段に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、磁気センサーの高感度化および磁
気記録における高密度化が進められており、これに伴い
磁気抵抗効果型磁気センサー(以下、MRセンサーとい
う)および磁気抵抗効果型磁気ヘッド(以下、MRヘッ
ドという)の開発が盛んに進められている。MRセンサ
ーもMRヘッドも、磁性材料からなる読み取りセンサー
部の抵抗変化により、外部磁界信号を読み出す訳である
が、MRセンサーおよびMRヘッドは、記録媒体との相
対速度が再生出力に依存しないことから、MRセンサー
では高感度が、MRヘッドでは高密度磁気記録において
も高い再生出力が得られるという特長がある。
【0003】最近、非磁性薄膜層を介して隣り合う保磁
力の異なった2種類以上の磁性薄膜が積層された構造を
有し、小さな外部磁場で大きな磁気抵抗変化を示す人工
格子磁気抵抗効果膜(以下、磁気抵抗効果膜という)が
発見された(例えば、特開平4−218982号公
報)。この磁気抵抗効果素子は、数Oe〜数十Oe程度
の小さい外部磁場で数%〜数十%の大きい抵抗変化率を
示す。
【0004】上記先願の磁気抵抗効果素子において、実
用的なMRヘッドとしては、磁気抵抗効果膜の両側に非
磁性絶縁体を介して軟磁性層を積層した構造をなす、シ
ールド型人工格子磁気抵抗効果素子が提案されている
が、この場合、再生波形が極端な非対称となり、また、
磁気抵抗効果膜がヘッド浮上面(空気軸受面)に露出し
ていることにより、腐食が生じやすいという問題があ
る。
【0005】一方、磁気抵抗効果膜をヘッド浮上面から
後退させ、外部磁界を軟磁性ヨークを介して磁気抵抗効
果膜に誘導する構造のヨーク型人工格子磁気抵抗効果素
子(以下、ヨーク型磁気抵抗効果素子という)の場合で
は、磁気抵抗効果膜が表面に露出していないため、磁気
抵抗効果膜の腐食発生の懸念はなくなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなヨーク型磁気抵抗効果素子の場合においても、実用
的なセンサ,磁気ヘッドとして使用する場合は、磁気抵
抗効果膜に外部バイアス磁界を印加しなければ、高出力
でかつ波形の対称的な再生出力が得られず、このような
磁気ヘッドを磁気ディスク装置に用いた場合には、装置
のエラーレートが高くなり、信頼性が低下するという欠
点がある。
【0007】本発明の目的は、ヨーク型磁気抵抗効果素
子に的確にバイアス磁界を印加することにより、高出力
でかつ波形の対称的な再生出力を得ることができる磁気
抵抗効果素子およびその再生方法を提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】第1の発明の磁気抵抗効
果素子は、保持力の異なる2種類以上の磁性薄膜が非磁
性層を介して積層し、繰り返し積層回数が2回以上から
なる人工格子磁気抵抗効果膜に、非磁性絶縁層を介して
ヨークを配置した磁気抵抗効果素子において、前記ヨー
クと前記人工格子磁気抵抗効果膜とを含んで構成される
磁気経路と、この磁気経路に鎖交し前記人工格子磁気抵
抗効果膜中央部における前記人工格子磁気抵抗効果膜端
部での静磁結合の影響を相殺するバイアス磁界を前記磁
気経路に発生させるコイルとを備えることを特徴とす
る。
【0009】また、第2の発明の磁気抵抗効果素子の再
生方法は、前記ヨークと前記人工格子磁気抵抗効果膜と
を含んで構成される磁気経路に鎖交するコイルに通電
し、前記磁気経路に磁界を発生させるとともに、前記人
工格子磁気抵抗効果膜中央部における前記人工格子磁気
抵抗効果膜端部での静磁結合の影響を相殺するバイアス
磁界を前記磁気経路を介して前記人工格子磁気抵抗効果
膜にバイアス磁界を印加しながら外部磁場を検出するこ
とを特徴とする。
【0010】
【作用】上記先願の磁気抵抗効果膜では、非磁性層を介
して隣り合った磁性薄膜の保磁力の違いにより、外部磁
場によって隣り合った磁性層の磁化の向きが互いに平行
から反平行となることによって抵抗変化が生じる。すな
わち、隣り合う磁性薄膜の各々の保磁力をHc2,Hc
3(0<Hc2<Hc3)として、外部磁場Hが磁性薄膜の
保磁力Hc2とHc3との間(Hc2<H<Hc3)であると
き、隣り合った磁性薄膜の磁化の方向が互いに逆向きと
なって抵抗値が増大する。このため、磁気抵抗効果素子
として作用させるためには、保磁力Hc3の磁性薄膜にお
ける磁化は初めに磁化飽和される。
【0011】このとき、微細加工された磁気抵抗効果膜
では膜端部において、非磁性薄膜を介して隣り合った磁
性薄膜の間で静磁結合が生じているため、外部磁場ゼロ
の状態でも、膜端部では隣り合った磁性層間で磁化が反
平行状態となっている。従って、保磁力Hc2の磁性薄膜
の磁化は、膜中央部から膜端部にかけて徐々に反転した
磁化分布となる。
【0012】一方、磁気抵抗効果膜に流す電流によって
電流磁界が生じるため、保磁力Hc2の磁性薄膜の磁化
は、この電流磁界の影響も大きく受ける。ヨーク型磁気
抵抗効果素子の場合には、軟磁性体であるヨークが磁気
抵抗効果膜に対して、非磁性絶縁層を介して片側のみに
配置されているため、磁気抵抗効果膜に流す電流によっ
て発生する磁界は、ヨークの影響を受けて非対称な分布
となる。このとき、保磁力Hc2の磁性薄膜の磁化分布
は、非対称な電流磁界の影響で、電流方向により差が生
じる。
【0013】ヨーク型磁気抵抗効果素子においては、こ
のような電流方向依存性を考慮し、かつ高い再生出力を
確保するには、MR高さを小さくすることが有効である
が、MR高さの減少に伴い、保磁力Hc2の磁性薄膜と保
磁力Hc3の磁性薄膜との間の静磁結合が、膜端部からヨ
ークで覆われていない膜中央部にまでおよんでいるた
め、再生波形が非対称となる。すなわち、高い再生出力
を確保するとともに再生波形の対称性を良好に保つため
には、MR膜中央部における静磁結合の影響を相殺する
バイアス磁界を印加することが有効である。
【0014】ここで、磁気抵抗効果素子に与えるバイア
ス磁界印加方法として、外部磁界からの磁束が前記磁気
抵抗効果素子を介して構成される磁気経路に対し、この
磁気経路を鎖交するコイルを設け、このコイルに直流電
流を流すことにより磁気ヘッドコアにバイアス磁界印加
機構を設ける。ヨーク型磁気抵抗効果素子では、磁気経
路が形成されており、バイアス磁界を印加させやすい。
また、コイルに流す電流源として外部に回路を設ける構
成が可能であるため、バイアス磁界の方向およびその磁
界強度の調整が容易で、かつ的確に行なうことができ
る。
【0015】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0016】図1は、本発明の磁気抵抗効果素子の構成
を示す図であり、図1(a),(b)は、それぞれ正面
図および断面図である。また、図2は、図1の磁気抵抗
効果膜1の詳細を示す断面図である。
【0017】本実施例の磁気抵抗効果素子は、いわゆ
る、ヨーク型磁気抵抗効果素子であって、図1に示すよ
うに、例えば、NiZnフェライト等の強磁性体基板か
らなるバックヨーク7には、溝(例えば、幅:30μ
m、深さ:4μm)が形成され、この溝には非磁性絶縁
体8(例えば、SiO2 )が充填される。そして、この
非磁性絶縁体8上に磁気抵抗効果膜1(例えば、MR高
さ:3μm)を形成し、電極9(例えば、Au:0.2
4μm)および非磁性絶縁層10(例えば、SiO2 :
0.2μm)を介して、ヨーク5およびヨーク6(例え
ば、NiFe:1μm)が、磁気抵抗効果膜1とオーバ
ーラップ(例えば、オーバーラップ量:1μm)するよ
うに形成されている。また、ヨーク6にはバイアス磁界
を発生するためのコイル11(例えば、Cu:3μm)
が巻装され、ヨーク5とバックヨーク7とで磁気経路を
形成している。なお、図1(a)に示す正面図では、構
成の理解を容易にするために非磁性絶縁層10は省略し
てある。
【0018】磁気抵抗効果膜1は、図2に示すような人
工格子よりなる積層膜であって、その構成材料として、
磁性薄膜2にはNiFeを、磁性薄膜3にはCoを、ま
た、非磁性薄膜4にはCuをそれぞれ選択し、例えば、
1.5nm厚のNiFe薄膜,3.5nm厚のCu薄
膜,1.5nm厚のCo薄膜および3.5nm厚のCu
薄膜を順次形成する工程を3回繰り返して作成される。
【0019】なお、最後のCu薄膜からなる非磁性薄膜
4は形成されていない。また、磁性薄膜3の矢印は残留
磁化の方向を示している。そして、このように構成され
た磁気抵抗効果膜1の磁気抵抗変化率は9%であった。
【0020】次に、本発明による磁気抵抗効果素子の再
生方法について説明する。図3は、本発明による磁気抵
抗効果素子を外部の直流電源回路に接続した状態を示す
模式図である。
【0021】本発明による磁気抵抗効果素子を用いて再
生出力を得る場合は、図1に示すコイル11の端子に外
部電源を接続する。ここで、図3を参照すると、外部電
源である直流電源回路12は、電流方向を切り替える切
り替え回路12aと定電流源12bとから構成されてお
り、切り替え回路12aを切り替えることより、定電流
源12bからの電流を任意の向きにコイル11に印加し
て磁界を発生させるとともに、ヨーク5,ヨーク6およ
びバックヨーク7を介して磁気抵抗効果膜1にバイアス
磁界を印加しながら外部磁場を検出する。
【0022】このように、磁気抵抗効果素子の近傍にコ
イルを設けて電流を流すことにより、閉磁路が形成され
やすく、バイアス磁界がかけやすい。さらに、外部にバ
イアス磁界を発生するための電源回路を設けることも可
能であるため、バイアス磁界の向き、および磁界強度の
調整が容易で、かつ的確に行なうことができる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ヨ
ーク型磁気抵抗効果効果素子において、人工格子磁気抵
抗効果膜にバイアス磁界を印加するコイルおよびヨーク
を設けることにより、高出力で波形対称性の良好な再生
波形が得られるため、エラーレートの低い高信頼性の磁
気ディスク装置等の外部記憶装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のヨーク型磁気抵抗効果素子の構成を示
す図である。
【図2】図1の磁気抵抗効果膜1の詳細を示す断面図で
ある。
【図3】本発明による磁気抵抗効果素子を外部の直流電
源回路に接続した状態を示す模式図である。
【符号の説明】
1 磁気抵抗効果膜 2,3 磁性薄膜 4 非磁性薄膜 5,6 ヨーク 7 バックヨーク 8 非磁性絶縁体 9 電極 10 非磁性絶縁層 11 コイル 12 直流電源回路 12a 切り替え回路 12b 定電流源

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 保持力の異なる2種類以上の磁性薄膜が
    非磁性層を介して積層し、繰り返し積層回数が2回以上
    からなる人工格子磁気抵抗効果膜に、非磁性絶縁層を介
    してヨークを配置した磁気抵抗効果素子において、前記
    ヨークと前記人工格子磁気抵抗効果膜とを含んで構成さ
    れる磁気経路と、この磁気経路に鎖交し前記人工格子磁
    気抵抗効果膜中央部における前記人工格子磁気抵抗効果
    膜端部での静磁結合の影響を相殺するバイアス磁界を前
    記磁気経路に発生させるコイルとを備えることを特徴と
    する磁気抵抗効果素子。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の磁気抵抗効果素子による
    外部磁界信号の再生方法であって、前記ヨークと前記人
    工格子磁気抵抗効果膜とを含んで構成される磁気経路に
    鎖交するコイルに通電し、前記磁気経路に磁界を発生さ
    せるとともに、前記人工格子磁気抵抗効果膜中央部にお
    ける前記人工格子磁気抵抗効果膜端部での静磁結合の影
    響を相殺するバイアス磁界を前記磁気経路を介して前記
    人工格子磁気抵抗効果膜に印加しながら外部磁場を検出
    することを特徴とする磁気抵抗効果素子の再生方法。
  3. 【請求項3】前記コイルには電流の向きを切り替える切
    り替え回路を介して定電流源が接続されていることを特
    徴とする請求項1記載の磁気抵抗効果素子。
  4. 【請求項4】前記切り替え回路を切り替えることによ
    り、定電流源からの電流を任意の向きに前記コイルに印
    加して前記磁気経路に磁界を発生させるとともに、前記
    人工格子磁気抵抗効果膜中央部における前記人工格子磁
    気抵抗効果膜端部での静磁結合の影響を相殺するバイア
    ス磁界を前記磁気経路を介して前記人工格子磁気抵抗効
    果膜に印加しながら外部磁場を検出することを特徴とす
    る請求項3記載の磁気抵抗効果素子の再生方法。
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