JP2821586B2

JP2821586B2 - 薄膜磁気ヘッド

Info

Publication number: JP2821586B2
Application number: JP21381093A
Authority: JP
Inventors: 尊雄今川; 茂田所; 進添谷; 栄次芦田; 盛明府山; 三郎鈴木; 政幸高木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-09-11
Filing date: 1993-08-30
Publication date: 1998-11-05
Anticipated expiration: 2013-11-05
Also published as: JPH06162451A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気記録装置、特に、
磁気ディスク装置に用いられる磁気抵抗効果を利用した
薄膜磁気ヘッド及び磁気ディスク装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気抵抗効果型磁気ヘッドの主要な問題
は、磁気抵抗効果膜に磁壁が存在した場合、磁気記録媒
体の磁性面からの信号磁界により磁壁が不規則に移動し
て、バルクハウゼンノイズと呼ばれるノイズが発生する
ことである。このため、磁気抵抗効果膜内の磁壁を消滅
させなければならない。

【０００３】磁気抵抗効果膜内の磁壁を消滅する方法と
して、米国特許第４１０３３１５号に、磁気抵抗効果膜
の片面全体に反強磁性膜を設け、この反強磁性膜と強磁
性膜である磁気抵抗効果膜の界面で生じる磁気的な結合
（以下、交換結合と言う。）を利用し、磁気抵抗効果膜
の長手方向に縦バイアス磁界を印加して磁気抵抗効果膜
内を単磁区状態に維持することによりバルクハウゼンノ
イズを抑止する方法が記載されている。米国特許第４１
０３３１５号では、反強磁性膜としてＦｅＭｎ合金が最
も有効であり、酸化ニッケル、酸化鉄でも代用できるこ
とが記載されている。

【０００４】ここで、本明細書では、磁気抵抗効果膜に
おける磁壁の発生を抑止することを目的とし、長さ方向
の縦バイアス磁界を印加するために特別に設けられた層
を磁区制御層と定義する。また、交換結合とは、反強磁
性膜と強磁性膜との界面付近における反強磁性膜のスピ
ンの向きに強磁性膜のスピンの向きを一致させることを
いう。また、その結果、強磁性膜に付与される縦バイア
ス磁界の大きさを結合磁界という。また、高温になると
反強磁性膜はある温度以上で常磁性となる。このため、
この温度以上では、反強磁性膜と強磁性膜の磁気的な結
合は消失する。この温度をブロッキング温度という。

【０００５】また、近年磁気記録装置には、記録密度を
高めるために薄膜磁気ヘッドが搭載されている。最初に
実用となった薄膜磁気ヘッドは電磁誘導で記録再生する
誘導型で、磁極と誘導コイル、絶縁層を薄膜技術で形成
し寸法を縮小して記録密度を高めている。しかし、記録
密度をさらに増大させるためには、記録と再生を別ヘッ
ドとし、設計をそれぞれ最適化できる記録再生分離ヘッ
ドとするのが有利である。さらに再生ヘッドを、容易に
トラック幅を狭くでき、かつ再生出力を高くできる磁気
抵抗効果膜を利用したヘッド（以下それぞれＭＲ膜、Ｍ
Ｒヘッドと略す）とするのが有利であることが知られて
いる。ＭＲ膜は印加磁界に応じた抵抗変化を起こすの
で、磁気ヘッドに適用され媒体よりの漏洩磁束を受ける
と抵抗変化が生ずる。ＭＲ膜に接して一対の電極を形成
し、直流電流（センス電流）を印加しておけば媒体磁束
変化を電圧変化として検出できる。この場合電極間隔が
再生ヘッドトラック幅となる。電極厚とＭＲセンス部膜
厚は合わせても高々０．１から０．３μｍ程度であり、
１０μｍ以下のトラック幅加工は容易である。

【０００６】従来、ＭＲ膜を再生用薄膜磁気ヘッドに適
用する際に問題となっていたのは、再生信号が不規則に
歪むバルクハウゼンノイズが発生することであった。こ
れはＭＲ膜が複数の磁区に分割され磁壁が存在し、これ
が信号磁界で不規則に動くことが原因であることが例え
ばジャーナルオブアプライドフィジックス、1981年52巻
2465頁(J.Appl.Phys.52,2465 1981)に開示されている。
これを防止するため、例えば特公平4-8848号公報に示さ
れるようにＭＲ膜に実質的に長さ方向のバイアス磁界を
印加して単磁区化する手段が知られている。この場合、
単磁区化手段は強磁性膜をＭＲ膜の下部かつ電極下部の
みに設置するか、電極と一体で成形している。この場合
前者ではＭＲ膜に段差が生じ磁壁発生してバルクハウゼ
ンノイズを完全には防止できない。また後者はトラック
精度を決める電極形成法が、パタ−ン精度が十分でない
リフトオフ法か磁区制御材料が耐熱性のないＣｏ非晶質
に限定されるマスクめっき法に依らざるをえず実用的で
ない難点があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】磁気抵抗効果膜の片面
全体に渡って反強磁性膜を配置した上記従来技術には、
磁気抵抗効果膜の感磁部でも反強磁性膜と磁気抵抗効果
膜とが直接接しているために、バルクハウゼンノイズを
安定性よく防止できるという利点を有しているものの、
それらの間の結合磁界が強くなりすぎ、磁気抵抗効果膜
の感磁部の磁気モーメントの回転が急俊とできなくな
り、磁気抵抗効果型の薄膜磁気ヘッドの再生出力が低下
してしまうという問題があった。

【０００８】そこで、本発明者らはＮｉＯ等の反強磁性
体を用い、これとＭＲ膜を飽和磁束密度の小さいバッフ
ァ膜を介して結合させ、単磁区とすることでバルクハウ
ゼンノイズを抑止できることを発見した。しかしこの方
法では、バルクハウゼンノイズは完全に抑止できる一方
で電極と直接、間接に接しかつセンス電流が実質的に流
れないＭＲ膜部分に隣接トラックよりの媒体磁化信号を
受けるとわずかにノイズが発生しオフトラック特性が劣
化することが分かった。信頼性を第一とする大型計算機
用まの磁気記録装置では、これを防ぐため、記録信号ト
ラックに位置合わせ信号を含ませ、再生ヘッドと記録ト
ラックとのずれを最小限とし、隣接トラック信号の影響
を小さくするデ−タ面サ−ボ方式を採用すれば良い。一
方、小型計算機用の磁気記録装置、映像記録用の磁気記
録装置など誤り率よりコストが優先される場合、デ−タ
面サ−ボ方式はビットコスト、制御装置構造の面で割高
となる。そこで、特にオフトラック特性を重視したＭＲ
ヘッドが必要となる。

【０００９】オフトラック特性を改善するためには、電
極に接したＭＲ膜の磁化が隣接トラックの磁化により変
動しないことが必要である。これに有効な一つの方法と
してバルクハウゼンノイズ防止用縦バイアス磁界を印加
する磁区制御膜と電極を一体化する方法が例えば特開昭
62-40610号公報に示されている。この方法では電極下部
に導電性のＦｅＭｎ反強磁性磁区制御膜が設けられ、Ｍ
Ｒ膜との強磁性−反強磁性結合により電極下部のＭＲ膜
が回転し難くなり、結果としてオフトラック特性に優れ
ている。しかし、磁区制御層に耐食性の劣るＦｅＭｎ系
反強磁性体を用いざるを得ずヘッド作製プロセスに制約
が多い難点がある。耐食性に優れた導電性の磁区制御層
は反強磁性では現状では存在知られていない。前記Ｎｉ
Ｏは耐食性に優れるが酸化物でありこのような使用には
向かない。一方、永久磁石膜を用い電極と一体成形すれ
ば耐食性に優れ、オフトラック特性は改善されるが、永
久磁石の発生する磁界により信号センス部ＭＲ膜の回転
が阻害され、出力が低下する難点があった。また前述し
たように、リフトオフ法はパタ−ン精度に問題がある。

【００１０】本発明の第１の目的は、バルクハウゼンノ
イズが防止でき、かつ高出力とできる磁気抵抗効果型の
薄膜磁気ヘッドを提供することにある。

【００１１】本発明の第２の目的は、磁区制御層の特性
のバラツキによって生じる、ウエハー間の及びウエハー
内での複数の磁気抵抗効果型磁気ヘッド間における性能
のバラツキを抑えることができる磁気抵抗効果型の薄膜
磁気ヘッドを提供することにある。

【００１２】更に本発明第３のの目的は、オフトラック
特性に優れたバルクハウゼンノイズのない記録再生分離
型の薄膜磁気ヘッドを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記第１及び第２の目的
は、磁気抵抗効果膜全面に渡って磁区制御層を配置し、
該磁気抵抗効果膜と磁区制御層との中間に、少なくとも
磁気抵抗効果膜の感磁部の位置に非磁性膜を介在させ、
かつ、上記磁区制御層は強磁性スペーサー層と酸化物反
強磁性膜の２層膜で構成することにより達成できる。

【００１４】すなわち本発明は、磁気抵抗効果を用いて
磁気的信号を電気的信号に変換する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜に信号検出電流を流すための一対の
電極と、前記磁気抵抗効果膜の下側に配置された酸化物
反強磁性膜とを備えた磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおい
て、前記磁気抵抗効果膜と酸化物反強磁性膜との間に、
前記酸化物反強磁性膜の上側に強磁性スペーサー層と、
該強磁性スペーサー層の上側の一部であって前記磁気抵
抗効果膜の感磁部の位置に非磁性膜とを設けたことを特
徴とするものである。ここで、前記非磁性膜の長手方向
の長さは、前記磁気抵抗効果膜の感磁部に伝わる縦バイ
アス磁界によるバルクハウゼンノイズを抑制し得るよう
に設定されたものがよい。また、前記強磁性スペーサー
層の飽和磁束密度の大きさは、前記磁気抵抗効果膜の感
磁部に伝わる縦バイアス磁界によるバルクハウゼンノイ
ズを抑制し得るように設定されたものがよい。

【００１５】上記第３の目的を達成するため、本発明で
は、オフトラック特性を考慮し磁気抵抗効果膜と磁区制
御層との接触部である窓のセンス部中心を挟んだ最小間
隔の適正化を図った。すなわち、第一には上記窓間間隔
を記録トラック幅より小さくすることである。このよう
にすることで、窓部で磁区制御層と接したＭＲ膜は磁化
回転が阻害されこの部分で再生感度を持たない。再生に
は窓間のＭＲ膜のみが寄与し、この部分を出来るかぎり
広くとれば再生感度は低下しない。しかしながら記録ト
ラック幅より広くすると、再生時トラックずれが生じた
際に隣接トラック信号を読み取る恐れがある。そこで第
二として、窓間間隔を記録トラック幅より小さくし、か
つ再生ヘッド電極間隔を窓部より小さくすることであ
る。この方法では、電極間隔が実質的な再生トラック幅
となるので再生出力は低下するが、オフトラック特性は
向上する。しかしながら、電極端部による応力集中によ
りＭＲ部に磁壁が発生しやすく、窓部と１μｍ以上端部
を離すことはできない。そこで、第三の手法として窓間
間隔を電極間隔より小さくし、窓間で再生トラックを規
定することである。また、上記窓を設ける代わりに磁区
制御層表面を選択的に変質させＭＲ膜との磁気結合を失
わせることも可能である。この場合ＭＲ膜が平坦となる
のでバルクハウゼンノイズがさらに効果的に抑止可能と
なる。

【００１６】すなわち本発明は、磁気抵抗効果を用いて
磁気的信号を電気信号に変換する磁気抵抗効果膜と、前
記磁気抵抗効果膜上に形成され該磁気抵抗効果膜に信号
検出電流を流す一対の電極と、前記磁気抵抗効果膜の下
側に接触配設された磁区制御層とを備えた再生ヘッド部
分と、この再生ヘッド部分と分離されて対を成す記録ヘ
ッド部分とを基本構成とする記録再生分離型の薄膜磁気
ヘッドにおいて、前記磁気抵抗効果膜の感磁部の位置で
あって該磁気抵抗効果膜と前記磁区制御層との間に非磁
性膜が設けられ、前記電極の前記感磁部側の先端部は前
記磁気抵抗効果膜と前記磁区制御層との接触端となる前
記非磁性膜の両端部位置より内側方向に略１μｍを超え
ない範囲に形成されたことを特徴とするものである。
尚、記録ヘッド部分は、磁極と磁極に接する絶縁膜を介
し当該磁極の一部を捲回するコイルと前記磁極と一部で
磁気結合しかつ一部で非磁性体を介して接することで磁
気ギャップを形成する磁極を備えて成る。

【００１７】また本発明は、磁気抵抗効果を用いて磁気
的信号を電気信号に変換する磁気抵抗効果膜と、前記磁
気抵抗効果膜上に形成され該磁気抵抗効果膜に信号検出
電流を流す一対の電極と、前記磁気抵抗効果膜の下側に
接触配設された磁区制御膜とを備えた再生ヘッド部分
と、この再生ヘッド部分と分離されて対を成す記録ヘッ
ド部分とを基本構成とする記録再生分離型の薄膜磁気ヘ
ッドにおいて、前記磁気抵抗効果膜の感磁部の位置であ
って該磁気抵抗効果膜と前記磁区制御膜との間に非磁性
膜が設けられ、前記一対の電極の間隔は前記磁気抵抗効
果膜と前記磁区制御層との接触端により規定される前記
非磁性膜の長手方向の長さより略２μｍ以上は下回らな
いように形成されたことを特徴とするものである。ここ
で、前記非磁性膜の長手方向の長さは、１μｍより大き
く、且つ前記記録ヘッドのトラック幅より小さいものが
よい。。

【００１８】また本発明は、磁気抵抗効果を用いて磁気
的信号を電気信号に変換する磁気抵抗効果膜と、前記磁
気抵抗効果膜上に形成され該磁気抵抗効果膜に信号検出
電流を流す一対の電極と、前記磁気抵抗効果膜の下側に
接触配設された磁区制御層とを備えた再生ヘッド部分
と、この再生ヘッド部分と分離されて対を成す記録ヘッ
ド部分とを基本構成とする記録再生分離型の薄膜磁気ヘ
ッドにおいて、前記磁区制御膜の前記磁気抵抗効果膜の
感磁部の位置であって該磁気抵抗効果膜と接する界面部
位に該磁区制御膜を常磁性化した変質層が設けられ、前
記電極の前記感磁部側の先端部は前記磁気抵抗効果膜と
前記磁区制御層との接触端となる前記変質層の両端部位
置より内側方向に略１μｍを超えない範囲に形成された
ことを特徴とするものである。

【００１９】また本発明は、磁気抵抗効果を用いて磁気
的信号を電気信号に変換する磁気抵抗効果膜と、前記磁
気抵抗効果膜上に形成され該磁気抵抗効果膜に信号検出
電流を流す一対の電極と、前記磁気抵抗効果膜の下側に
接触配設された磁区制御層とを備えた再生ヘッド部分
と、この再生ヘッド部分と分離されて対を成す記録ヘッ
ド部分とを基本構成とする記録再生分離型の薄膜磁気ヘ
ッドにおいて、前記磁区制御膜の前記磁気抵抗効果膜の
感磁部の位置であって該磁気抵抗効果膜と接する界面部
位に該磁区制御膜を常磁性化した変質層が設けられ、前
記一対の電極の間隔は前記磁気抵抗効果膜と前記磁区制
御層との接触端により規定される前記変質層の長手方向
の長さより略２μｍ以上は下回らないように形成された
ことを特徴とするものである。ここで、前記変質層の長
手方向の長さは、１μｍより大きく、且つ前記記録ヘッ
ドのトラック幅より小さいものがよい。

【００２０】また本発明は、離間して一軸上に積層され
た磁気ディスクと、この磁気ディスクを回転させる回転
駆動部と、磁気ディスクに情報を記録し又は情報を読み
だすと共にライト／リード回路に接続された磁気ヘッド
と、を備えた磁気ディスク装置において、磁気ヘッドは
前記のいずれかのものであることを特徴とする。

【００２１】

【作用】本発明によると、磁気抵抗効果膜と磁区制御層
との中間膜として、少なくとも磁気抵抗効果膜の感磁部
の位置に非磁性膜を介在させてある。該非磁性膜は、感
磁部での磁気抵抗効果膜と磁区制御層との間の直接的な
交換結合の形成を阻止する作用を行うことができる。こ
れにより、磁気抵抗効果膜の感磁部では、磁気抵抗効果
膜の磁気モーメントの回転を急俊とでき、磁気抵抗効果
型磁気ヘッドを高出力とできる作用がある。

【００２２】また、磁気抵抗効果膜と磁区制御層が直接
接している領域では、すなわち、非磁性膜が配置されて
いない領域では、磁区制御層は磁気抵抗効果膜に縦バイ
アス磁界を付与する作用を行うことができる。該領域で
縦バイアス磁界が付与されると、磁気抵抗効果膜の感磁
部にも縦バイアス磁界が伝わり、磁気抵抗効果膜感磁部
に磁壁が発生するのを抑制できるので、磁壁の不規則な
移動が原因であるバルクハウゼンノイズを抑える作用を
行うことができる。

【００２３】そして、上記非磁性膜を磁気抵抗効果膜下
方に最適な長手方向の長さを持って配置することによ
り、バルクハウゼンノイズが防止でき、かつ、高出力と
できる磁気抵抗効果型磁気ヘッドとできる。磁気抵抗効
果膜と磁区制御層との中間に介在させた上記非磁性膜の
領域を、任意に拡大、あるいは、縮小することにより、
感磁部に伝わる縦バイアス磁界の大きさを、磁気ヘッド
を高感度とすべく、所望の大きさに自由に調節できる。
したがって、磁気ディスク装置の面記録密度に応じた、
バルクハウゼンノイズを低減できる範囲で磁気応答特性
を高めた所望の縦バイアス磁界を磁気抵抗効果膜の感磁
部に付与することができる。

【００２４】さらに、本発明によると、磁区制御層の構
成要素である強磁性スペーサー層の飽和磁束密度の大き
さを任意の大きさにコントロールすることにより、磁気
抵抗効果膜の感磁部に伝わる縦バイアス磁界の大きさを
自由にコントロールできる。すなわち、強磁性スペーサ
ー層は、感磁部に伝わる縦バイアス磁界を所望の大きさ
に調節する作用がある。

【００２５】さらに、本発明に係る磁気抵抗効果型磁気
ヘッドにおいては、上記酸化物反強磁性膜と上記非磁性
膜との中間に強磁性スペーサー層を介在させてある。該
強磁性スペーサー層は、非磁性膜を感磁部に形成する際
に酸化物反強磁性膜のプロセス上の保護膜として機能す
る作用を所持している。すなわち、該強磁性スペーサー
層は酸化物反強磁性膜の反強磁性スピン配列にダメージ
を与えず、安定性よく磁気抵抗効果膜と酸化物反強磁性
膜との交換結合を確保する作用を行うことができる。し
たがって、強磁性スペーサー層介在は、ウエハー間のあ
るいはウエハー内の複数の磁気抵抗効果型磁気ヘッド間
における性能のバラツキを抑える作用を有しており、磁
気抵抗効果型磁気ヘッドを安定性よく製造できる作用が
ある。

【００２６】また、電極間隔等を最適化した本発明によ
れば、先ず、磁区制御層はＭＲ膜を一方向に磁化し単磁
区として磁壁を消失させる効果を有する。しかし、磁区
制御層と磁気的に接したＭＲ膜は磁区制御膜層ら強い交
換結合を受ける。これはＭＲ膜の実効的異方性磁界の増
加として寄与するのでＭＲ膜は実質的に透磁率が減少す
る。すなわちＭＲ膜の飽和磁束密度をＢs、実効的異方
性磁界をＨk’とすれば、Ｈk’の増大により透磁率μ
（＝Ｂs／Ｈk’)が低下する。ここで、前述した公知技
術である、磁区制御層と電極を一体とすれば上記要求は
満足されるが、既に述べたように同技術は製造上難点が
ある。そこで、本発明のようにＭＲヘッド感磁部のみを
磁区制御層から磁気的に分離すれば透磁率低下は無い。
ＭＲ膜は窓部あるいは変質層以外の部分で磁区制御層と
磁気的に結合し単磁区化される。一方、非磁性膜（分離
膜）あるいは変質層上では磁区制御層からの磁気的拘束
を受けない。しかし、窓部に接したＭＲ膜が単磁区化さ
れているためこれに接したＭＲ膜は交換結合により単磁
区化される。このようにして非磁性層あるいは変質層上
のＭＲ膜は単磁区となる。

【００２７】しかし、このＭＲ膜上に電極を形成した場
合、電極端部では強い応力集中が起こり、電極端部が非
磁性層上あるいは変質層上のＭＲ膜に形成された場合窓
部からの交換結合を打ち消して磁気異方性が乱れ磁壁が
発生する場合があった。電極端部が窓部に形成された場
合磁壁発生は無く、この場合の再生トラック幅は窓部端
部で決まることが分かった。窓部端部に近い分離膜上の
ＭＲ膜は交換結合により強く回転を制限されるので、オ
フトラック特性を決めるのは本発明では窓部端部あるい
は変質層端部から約１μm離れた部分となり、これより
内側に電極端部が形成されなければ磁壁発生およびバル
クハウゼンノイズ発生は無い。

【００２８】上記窓部を設ける代わりに磁区制御層を常
磁性化して磁気結合を失わせる手段として、例えば磁区
制御層にＮiＯ反強磁性膜を用い、これにＮをイオン加
速器で打ち込み反強磁性を失わせる等の方法がある。こ
の場合、非磁性層は常磁性の変質層がその代わりとな
る。

【００２９】

【実施例】実施例として、本発明に係る磁気抵抗効果型
の薄膜磁気ヘッドを適用した磁気ディスク装置２００に
ついて、図２を用いて説明する。図２は、この磁気ディ
スク装置２００の概略構造を示す斜視図である。この磁
気ディスク装置２００の概略構造を説明する。同図に示
すように、磁気ディスク装置２００は、等間隔で一軸
（スピンドル２０２）上に積層された複数の磁気ディス
ク２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ，２０４ｄ，２０４ｅ
と、スピンドル２０２を駆動するモータ２０３と、移動
可能なキャリッジ２０６を駆動するボイスコイルモータ
２１３を構成するマグネット２０８およびボイスコイル
２０７と、これらを支持するベース２０１とを備えて構
成される。また、磁気ディスク制御装置等の上位装置２
１２から送出される信号に従ってボイスコイルモータ２
１３を制御するボイスコイルモータ制御回路２０９を備
えている。また、上位装置２１２から送られてきたデー
タを書き込み方式に対応し、磁気ヘッドに流すべき電流
に変換する機能と、磁気ディスク２０４ａ等から送られ
てきたデータを増幅し、ディジタル信号に変換する機能
とを持つライト／リード回路２１０を備え、このライト
／リード回路２１０は、インターフェイス２１１を介し
て、上位装置２１２と接続されている。

【００３０】次にこの磁気ディスク装置２００の動作
を、読みだしの場合を例として説明する。上位装置２１
２から、インターフェイス２１１を介して、ボイスコイ
ルモータ制御回路２０９からの制御電流によって、ボイ
スコイルモータ２１３がキャリッジ２０６を駆動させ、
指示されたデータが記憶されているトラックの位置に、
磁気ヘッド群２０５ａ，２０５ｂ等を高速で移動させ、
正確に位置付けする。この位置付けは、ボイスコイルモ
ータ制御回路２０９と接続されている位置決め用磁気ヘ
ッド２０５ｂが、磁気ディスク２０４ｃ上の位置を検出
して提供し、データ用磁気ヘッド２０５ａの位置制御を
行うことによって行われる。また、ベース２０１に指示
されたモータ２０３は、スピンドル２０２に取り付けた
直径３.５インチの複数の磁気ディスク２０４ａ，２０
４ｂ，２０４ｃ，２０４ｄ，２０４ｅを回転させる。次
に、ライト／リード回路２１０からの信号に従って、指
示された所定の磁気ヘッドを選択し、指示された領域の
先頭位置を検出後、磁気ディスク上のデータ信号を読み
だす。この読みだしは、ライト／リード回路２１０に接
続されているデータ用磁気ヘッド２０５ａが、磁気ディ
スク２０４ｄとの間で信号の授受を行うことにより行わ
れる。読みだされたデータは、所定の信号に変換され、
上位装置２１２に送出される。

【００３１】高性能磁気ディスク装置としては、磁気デ
ィスク上の面記録密度は１立方インチ当り５０メガビッ
ト以上、線記録密度は１インチ当り２５キロビット以
上、トラック密度は１インチ当り２０００トラック以上
であることが望ましい。下記の本発明に係る磁気抵抗効
果型磁気ヘッドは、磁壁を生じない結果バルクハウゼン
ノイズが無く、高感度であるので、このヘッドを使用し
て磁気ディスク装置を作製することによって、記録密度
が２００〜４００Ｍｂ／ｉｎｃｈである磁気ディスク装
置を作製することができる。

【００３２】図１は、本発明の磁気ディスク装置に搭載
されたＭＲヘッドの一実施例を示すものであり、媒体対
抗面からみた拡大斜視図である。尚、図１ではＭＲヘッ
ドの右側半分で上部ギャップ膜７０と上部シールド膜８
０は省略した。

【００３３】図１のＭＲヘッド１０００は、非磁性セラ
ミクス基板１０１の上に下部シールド膜１０と、この下
部シールド膜１０の上側に形成される下部ギャップ膜２
０と、この下部ギャップ膜２０の上側に形成される酸化
物反強磁性膜４５と、酸化物反強磁性膜４５の上側に形
成される強磁性スペーサー層５と、この強磁性スペーサ
ー層５の上側に、少なくとも一対の信号検出電極６０に
挾まれる領域（感磁部）に形成される非磁性膜８と、該
非磁性膜８と強磁性スペーサー層５の上方に形成される
磁気抵抗効果膜４０と、この磁気抵抗効果膜４０の上
に、磁気抵抗効果膜４０の磁気応答特性を高めるために
配置されるシャント膜５０とソフト膜５５と、このソフ
ト膜５５の上に形成される信号検出電極６０と、信号検
出電極６０とソフト膜５５の上に形成される上部ギャッ
プ膜７０と、この上部ギャップ膜７０の上に形成される
上部シールド膜８０を備えて形成される。

【００３４】次に、各膜、各層の作用、材料などを説明
する。ＭＲヘッドのトラック幅は、上記一対の信号検出
電極６０間の距離であり、１〜１０μｍの範囲にある。
また、磁気抵抗効果膜４０のこの領域を感磁部といい、
この部分で磁気ディスクからの信号の読み取りを行う。

【００３５】上部シールド膜、下部シールド膜８０、１
０は、磁気抵抗効果膜４０に信号以外の磁界が影響する
のを防止し、ＭＲヘッド１０００の信号分解能を高める
作用を行う。その材料は、ＮｉＦｅ合金、ＮｉＣｏ合
金、Ｃｏ系の非晶質合金などの軟磁性であり、その膜厚
はおよそ０.５〜３μｍである。

【００３６】上記磁気シールド膜８０，１０に隣接して
配置される上部ギャップ膜、および下部ギャップ膜７
０，２０は磁気抵抗効果素子と、上部および下部シール
ド膜８０，１０を電気的、磁気的に隔離する作用をし、
ガラス、アルミナなどの非磁性、絶縁物などよりなる。
上部、下部ギャップ膜７０，２０の膜厚は、ＭＲヘッド
１０００の再生分解能に影響するため、磁気ディスク装
置に望まれる記録密度に依存し、通常０.４〜０.１μｍ
の範囲にある。

【００３７】この上部、下部ギャップ膜７０，２０の間
に形成される磁気抵抗効果素子は、磁界に対してその電
気抵抗が変化する磁気抵抗効果膜４０と、磁気ディスク
からの磁気的信号を高出力の電気的信号とするため、磁
気抵抗効果膜４０に横バイアス磁界を印加すべく形成さ
れるシャント膜５０、ソフト膜５５と、磁気抵抗効果膜
４０に信号検出電流を流すための信号検出電極６０と、
少なくとも磁気抵抗効果膜４０感磁部を単磁区化するに
充分な縦バイアス磁界を印加するための酸化物反強磁性
膜４５と強磁性スペーサー層５から成る磁区制御層１０
０と、この磁区制御層１００上少なくとも磁気抵抗効果
膜４０感磁部の位置に配置される非磁性膜８から構成さ
れる。

【００３８】磁気抵抗効果膜４０は、ＮｉＦｅ合金、Ｎ
ｉＣｏ合金、ＮｉＦｅＣｏ合金のような、磁化の方向に
よって電気抵抗が変化する強磁性膜で形成される。その
膜厚は、約０.０１μｍ〜０.０４５μｍである。

【００３９】信号検出電極６０は、磁気抵抗効果膜４０
に充分な電流、たとえば１×１０⁶〜２×１０⁷Ａ／ｃｍ
²を流すため、通常、電気抵抗が小さいＣｕ，Ａｕ，Ｎ
ｂ，Ｔａなどの薄膜が用いられる。

【００４０】シャント膜５０は、磁気抵抗効果膜４０を
高感度とするに充分なレベルに、横バイアス磁界を印加
する作用を行う。このバイアス印加方向は、上記した磁
区制御層によって付与される方向と垂直である。横バイ
アス磁界を印加するために、シャント膜を用いる方法を
シャントバイアス法という。シャントバイアス法におい
ては、シャント膜として、磁気抵抗効果膜４０上に、Ｔ
ｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗなどの薄い金属膜を形成す
る。通常、その膜厚は、０．０１〜０．０４μｍであ
る。また、シャント膜に流れる電流によって横バイアス
磁界が変化するので、シャント膜５０の膜厚とともに、
比抵抗も調節することが必要である。この比抵抗の値
は、通常、磁気抵抗効果膜４０の比抵抗の値の１〜４倍
程度である。

【００４１】このシャンドバイアス法以外に、高密度磁
気記録用のＭＲヘッドに適した磁気抵抗効果膜４０を高
感度にするに充分なレベルに、横バイアス磁界を印加す
る方法として、たとえば、ソフト膜バイアス法がある。

【００４２】ソフト膜バイアス法は、非磁性層を介し
て、磁気抵抗効果膜に隣接して、軟磁気特性を有する強
磁性膜を形成し、磁気抵抗効果膜に流れる電流によって
発生する磁界を効率よく、磁気抵抗効果膜に印加する方
法である。ソフト膜５５としては、ＮｉＦｅＲｕ，Ｎｉ
ＦｅＴａ，ＮｉＦｅＲｈ，ＣｏＺｒＣｒ，ＭｎＺｎフェ
ライトなどの材料が用いられる。

【００４３】これらの方法は単独で用いてもよいが、図
１のようにシャフト膜５０（非磁性膜）の上にソフト膜
５５を形成した複合バイアス法が効果的であり、本発明
に係るＭＲヘッド１０００では、複合バイアス法を採用
した。

【００４４】次に、ＭＲヘッド１０００の製造方法につ
いて説明する。尚、下記の薄膜形成方法およびパターニ
ング方法は、スパッタリング法やエッチング、フォトリ
ソグラフィー法を用いた。

【００４５】最初に、下部シールド膜１０とするＮｉＦ
ｅ合金を２μｍの厚さに形成し、その後、その上部に下
部ギャップ膜２０とするアルミナを０.３μｍの厚さに
形成する。そして、この下部シールド膜１０と下部ギャ
ップ膜２０とを所定の形状に加工する。ここで、下部シ
ールド膜１０の端部は、図１に示すように、基板面に対
して傾斜するように加工する。これは、下部磁気シール
ド膜１０を覆う形に形成される信号検出電極６０が、下
部シールド膜１０の端部で断線するのを防止するためで
ある。次に、下部ギャップ膜２０の上側に０．０４〜
０．２μｍの酸化物反強磁性膜４５を形成する。続い
て、酸化物反強磁性膜４５の上方に強磁性スペーサー層
５を約０．０１〜０．０４μｍ形成する。続いて、強磁
性スペーサー層５の上方に非磁性膜８を所定の位置に約
０．０１〜０．０２μｍ形成する。ここで、非磁性膜８
は、少なくとも磁気抵抗効果膜４０感磁部の位置に配置
されるようにリフトオフ法等により形成する。非磁性膜
８の形成にあたっては、磁気抵抗効果膜４０の段切れを
防止するため、非磁性膜８の両端部にはテーパーを付与
した方がよい。さらに、非磁性膜８は、イオンミリング
法等で形成してもよい。次に、非磁性膜８、および、強
磁性スペーサー層５の上方に磁気抵抗効果膜４０とする
ＮｉＦｅ合金膜を４００Åの厚さに形成し、続いて、シ
ャフト膜４０とするＮｂ膜を４００Åの厚さに形成し、
ソフト膜５５とするＣｏＺｒＮｂ膜を４００Åの厚さに
形成する。その後、イオンミリング法等の手法により、
ソフト膜５５、シャント膜５０、磁気抵抗効果膜４０、
非磁性膜８、強磁性スペーサー層５を図１の形状に一括
加工する。その後、信号検出電極６０とする金とチタン
の２層膜を０.１μｍの厚さに形成した後、加工し、さ
らに、その上部に上部ギャップ膜７０とするアルミナを
０.３μｍの厚さに形成する。次に、上部磁気シールド
膜８０とするＮｉＦｅ合金膜を２μｍの厚さに形成し、
保護膜としてアルミナを形成し、ＭＲヘッド１０００の
作成を完了する。

【００４６】本発明に係るＭＲヘッド１０００は、磁気
抵抗効果膜４０片面全体に渡り、強磁性スペーサー層５
と酸化物反強磁性膜４５の２層膜から構成される磁区制
御層１００を形成し、かつ、該磁区制御層１００と磁気
抵抗効果膜４０との中間に、少なくとも磁気抵抗効果膜
４０感磁部の位置に非磁性膜８を介在させているところ
に最も特徴がある。

【００４７】図３に、本発明に係る磁区制御層１００の
機能を説明するため、媒体対抗面から見た磁気抵抗効果
膜４０と、非磁性膜８と、磁区制御層１００の構成要素
である強磁性スペーサー層５と酸化物反強磁性膜４５と
の拡大断面図を示す。図３では、バルクハウゼンノイズ
を防止すべく、磁気抵抗効果膜４０への縦バイアス磁界
の付与過程を詳述するため、各膜、各層の磁気モーメン
トの方向を示した。符号４０１は磁気抵抗効果膜４０両
端部での磁気モーメント、符号４０２は、磁気抵抗効果
膜４０感磁部での磁気モーメント、符号５１と４５１
は、それぞれ、強磁性スペーサー層５と酸化物反強磁性
膜４５の磁気モーメントの方向を模式的に示したもので
ある。

【００４８】非磁性膜８が配置されていない磁気抵抗効
果膜４０両端部では、酸化物反強磁性膜４５内の磁気モ
ーメント４５１は強磁性スペーサー層５の磁気モーメン
ト５１と反強磁性−強磁性の交換結合を形成することが
でき、強磁性スペーサー層５の磁気モーメントは、符号
５１の方向に向くことができる。次に、強磁性スペーサ
ー層５の上側に磁気抵抗効果膜４０を形成すると、強磁
性スペーサー層５と磁気抵抗効果膜４０との間で強磁性
−強磁性の交換結合が生じ、磁気抵抗効果膜４０内の磁
気モーメントは、符号４０１の方向に向くことができ
る。その結果、磁気抵抗効果膜４０両端部では磁気抵抗
効果膜４０に強い縦バイアス磁界が付与でき、該縦バイ
アス磁界は磁気抵抗効果膜４０感磁部にも伝わるため、
感磁部を単磁区状態とでき、バルクハウゼンノイズの抑
止ができる。

【００４９】バルクハウゼンノイズが抑止できても、磁
気ヘッドの出力が小さい場合は、高密度磁気ディスク装
置を実現できない。高密度となるにつれ、磁気ディスク
からの磁気的信号が小となり、磁気ヘッドを高出力にし
なければならないからである。磁気ヘッドを高出力とす
るためには、感磁部での縦バイアス磁界を小さくコント
ロールし、磁気抵抗効果膜４０の磁気モーメント４０２
の回転を急俊としなければならない。そこで、本発明に
係るバルクハウゼンノイズを抑止しつつ、再生出力を大
とする方法を説明する。

【００５０】図３のように本発明では、磁気抵抗効果膜
４０感磁部の位置に、磁区制御層１００と磁気抵抗効果
膜４０との中間に非磁性膜８を介在させてある。該非磁
性膜８は、磁気抵抗効果膜４０と強磁性スペーサー層５
との直接的な交換結合を妨げ、磁気抵抗効果膜４０感磁
部の磁気モーメント４０２の回転を自由とする作用を行
う。これにより、磁気モーメント４０２は、媒体からの
磁気的信号に応じて急俊に回転することができ、磁気ヘ
ッドの再生出力を大とできた。

【００５１】そして、高出力とでき、かつ、バルクハウ
ゼンノイズも防止できる磁気抵抗効果型磁気ヘッドとす
るためには、磁気抵抗効果膜４０感磁部に伝わる縦バイ
アス磁界の大きさを、バルクハウゼンノイズが防止でき
る範囲で小さくコントロールしなければならない。本発
明によれば、磁気抵抗効果膜４０感磁部に伝わる縦バイ
アス磁界の大きさは、非磁性膜８と、磁気抵抗効果膜４
０及び強磁性スペーサー層５との間の接触面積を変える
ことにより、コントロールすることができた。すなわ
ち、磁気抵抗効果膜４０と磁区制御層１００とが直接接
している領域を、非磁性膜８の長手方向の長さを変える
ことにより調節し、磁気抵抗効果膜４０と磁区制御層１
００が直接接触している領域と感磁部との間の距離を調
節することにより、感磁部に伝わる縦バイアス磁界の大
きさを任意の大きさにコントロールすることができた。
たとえば、磁気ヘッドの出力が小さい場合には、磁気抵
抗効果膜４０と磁区制御層１００が直接接触している領
域と感磁部との距離を大とすべく、非磁性膜８の長手方
向の長さを大とし、磁気抵抗効果膜４０感磁部に伝わる
縦バイアス磁界の大きさを弱めることによって、磁気抵
抗効果膜４０感磁部での磁気モーメント４０２の回転を
急俊とすればよい。一方では、非磁性膜８の長手方向の
長さを大としすぎると、磁気抵抗効果膜４０感磁部に伝
わる縦バイアス磁界が小さくなりすぎ、バルクハウゼン
ノイズを防止できなくなってしまう。したがって、バル
クハウゼンノイズが防止できる範囲で、磁気抵抗効果膜
４０感磁部に伝わる縦バイアス磁界が小となるように、
上記長手方向の長さを調節した非磁性膜８を磁気抵抗効
果膜４０と磁区制御層１００の中間に介在させなければ
ならない。反対に、結合磁界が弱すぎる場合には、上記
非磁性膜８の長手方向の長さを小とし、磁気抵抗効果膜
４０と強磁性スペーサー層５とが直接接する領域を増大
させればよい。

【００５２】さらに、本発明によると、強磁性スペーサ
ー層５の飽和磁束密度の大きさを変えても磁気抵抗効果
膜４０と磁区制御層１００との間の結合磁界を変えるこ
とができ、磁気抵抗効果膜４０感磁部に伝わる縦バイア
ス磁界の大きさを最適値に調節することができた。

【００５３】本発明によると、バルクハウゼンノイズを
防止しつつ、かつ、再生出力を大とできる磁気抵抗効果
膜４０感磁部の最適な縦バイアス磁界の大きさは、媒体
の種類、磁気ヘッドの浮上量により、また、磁気抵抗効
果膜の形状、大きさにより、また、電極形状などにより
異なっていた。このため、上述した方法により、これら
のパラメーターに応じて、磁気抵抗効果膜４０感磁部に
伝わる縦バイアス磁界の大きさを実験により所望の最適
値に調節しなければならない。

【００５４】本発明によると、非磁性膜８の長手方向の
長さを一対の信号検出電極６０の間隔程度とすることに
より、バルクハウゼンノイズをより安定性よく防止でき
る効果がある。図７は、図１の磁気抵抗効果型磁気ヘッ
ドの拡大断面図である。図７では、上部、下部シールド
膜８０、１０、上部、下部ギャップ膜、７０、２０、シ
ャント膜５０、ソフト膜５５を省略してある。符号２は
一対の信号検出電極６０の外側の間隔Ｌ２、符号３は非
磁性膜８の長手方向の長さＬ８である。

【００５５】磁気抵抗効果型磁気ヘッドでは、磁気抵抗
効果膜４０の信号検出電極６０付近には大きな応力が印
加されている。強磁性体である磁気抵抗効果膜４０は、
磁歪現象を所持している。磁歪現象とは、応力により磁
気異方性が発生する現象である。磁気抵抗効果膜４０の
信号検出電極６０付近には、複雑で大きな応力が印加さ
れているため、電極付近には磁気異方性が発生し、磁区
制御層１００により付与された一方向異方性が乱されや
すい。磁気抵抗効果膜４０の感磁部に縦バイアス磁界を
安定性よく供給するためには、磁気抵抗効果膜４０の信
号検出電極６０付近も直接磁区制御した方が望ましい。
すなわち、磁気抵抗効果膜４０の信号検出電極６０付近
で、磁区制御層１００によって一方向異方性を直接付与
できる構造とするのがよい。Ｌ２＞Ｌ８とすると、磁気
抵抗効果膜４０は、図７のＬ２８の領域でも磁区制御層
１００によって直接磁区制御されるため、信号検出電極
６０付近であるＬ２８においても磁気抵抗効果膜４０に
直接−方向異方性を付与できる。このため、バルクハウ
ゼンノイズを安定性よく防止するために有効とできる。

【００５６】本発明のさらなる特徴は、上記磁区制御層
１００と磁気抵抗効果膜４０との間の結合磁界のバラツ
キを防止してある点にある。該バラツキは、本発明に係
る強磁性スペーサー層５を介在させることにより防止で
きる。

【００５７】上記磁区制御層１００は、酸化物反強磁性
膜４５上に強磁性スペーサー層５を形成して構成され、
強磁性スペーサー層５の上方に非磁性膜８を形成してい
る。該非磁性膜８は、強磁性スペーサー層５の上方にレ
ジストフレームを形成した後、非磁性膜８をスパッタリ
ング法などにより作成し、続いて有機溶剤などで、レジ
ストを除去して形成している。その後、磁気抵抗効果膜
４０を形成し、磁気抵抗効果膜４０と磁区制御層１００
との間の交換結合を得ている。強磁性スペーサー層５が
ない場合、酸化物反強磁性膜４５上にレジストフレーム
を形成することになる。この場合、レジストフレーム除
去工程で、酸化物反強磁性膜４５の表面は、ダメージを
受けることになる。このダメージは、酸化物反強磁性膜
４５と磁気抵抗効果膜４０との交換結合を妨げるほど大
きなものではないが、磁気ヘッド間の交換結合特性のバ
ラツキを発生させる原因となっている。一方、本発明で
は、強磁性スペーサー層５の上方にレジストフレームを
形成し、非磁性層８を形成している。この場合、磁気抵
抗効果膜４０両端部で、磁気抵抗効果膜４０と強磁性ス
ペーサー層５とは、安定性よく交換結合を形成すること
ができる。強磁性−強磁性の交換結合は極めて強く、多
少の不純物が界面に存在しても、また、強磁性スペーサ
ー層５がレジスト除去工程で多少のダメージを受けて
も、強磁性スペーサー層５と磁気抵抗効果膜４０との間
の交換結合特性は、あまり、悪影響を受けないからであ
る。

【００５８】上記より、本発明では、ウエハー間の、及
びウエハー内での磁気ヘッドの交換結合特性のバラツキ
を防止した、ノイズレスで高感度の磁気抵抗効果型磁気
ヘッドを提供することができる。

【００５９】さらに、本発明は、磁区制御層１００の着
磁工程を含めなければならない。磁気抵抗効果膜４０に
均一な縦バイアス磁界を印加するため、ひとたび、酸化
物反強磁性膜４５のブロッキング温度以上に加熱し、一
方向の磁界を印加しながらブロッキング温度以下に冷却
する工程を含めなければならない。この着磁工程は成膜
終了時に行われてもよく、ＭＲヘッド、あるいは、記録
ヘッド製造工程上のどの製造工程で行っても良い。た
だ、ブロッキング温度以上の熱履歴を与えた場合には、
必ず、一方向の磁界中で冷却し、ブロッキング温度を通
過させる工程を含めなければならない。

【００６０】酸化物反強磁性膜４５、強磁性スペーサー
層５、磁気抵抗効果膜４０の形成時、あるいは、形成
後、ブロッキング温度以上に加熱されると、酸化物反強
磁性膜４５が常磁性状態となり、酸化物反強磁性膜４５
と強磁性スペーサー層５との間の交換結合は消失する。
このまま冷却すると酸化物反強磁性膜４５内の磁気モー
メントがランダムに配列するため、強磁性スペーサー層
５に隣接した磁気抵抗効果膜４０に縦バイアス磁界を付
与することができない。一方、一方向の外部磁界を印加
しながらこれらの層が冷却され、ブロッキング温度まで
冷却されると、酸化物反強磁性膜４５は再び、常磁性状
態から反強磁性状態となり、このとき、強磁性スペーサ
ー層５の内部磁界によって、酸化物反強磁性膜４５内の
磁気モーメントが強磁性スペーサー層５内部の磁気モー
メントを一方向に向けるように配列することができる。
ひとたび、酸化物反強磁性膜４５内の磁気モーメントが
整列すると反強磁性膜の磁気異方性は極めて大きいた
め、その方向にしっかりと固定され、強磁性スペーサー
層５に一方向異方性、すなわち、縦バイアス磁界を付与
することができる。そして、強磁性スペーサー層５と交
換結合する磁気抵抗効果膜４０にも縦バイアス磁界が付
与でき、単磁区状態が実現できる。

【００６１】さらに、本発明は、磁区制御層１００を構
成する各磁性層の磁気特性において、強磁性スペーサー
層５のキュリー温度が酸化物反強磁性膜４５のブロッキ
ング温度よりも高いことを含めなければならない。ここ
で、キュリー温度とは、強磁性体の強磁性状態が常磁性
状態に転移する温度である。図４に上記理由を模式的に
説明する。

【００６２】まず、酸化物反強磁性膜４５、強磁性スペ
ーサー層５、磁気抵抗効果膜４０を酸化物反強磁性膜４
５のブロッキング温度以上に加熱する。この加熱を、一
方向の外部磁界を印加しながら行う。ブロッキング温度
以上に加熱された図４（ａ）では、反強磁性膜４５は、
常磁性状態にあるため、磁気モーメントは符号４５１の
ようにランダムである。また、常磁性状態にあるため、
強磁性スペーサー層５との交換結合は消失している。図
４（ａ）の状態から一方向の磁界を印加しながら酸化物
反強磁性膜４５のブロッキング温度以下に磁却すると酸
化物反強磁性膜４５は、その上方に配置されている強磁
性スペーサー層５と交換結合を形成しようとする。強磁
性スペーサー層５のキュリー温度が酸化物反強磁性膜の
ブロッキング温度よりも小さい図４（ｂ）の場合、周囲
温度がブロッキング温度通過時、強磁性スペーサー層５
は常磁性状態にあるため、一方向の交換結合を形成でき
ずバイアス磁界の方向はランダムとなり、磁気抵抗効果
膜４０に縦バイアス磁界を付与することができなくな
り、バルクハウゼンノイズを防止できなくなってしま
う。一方、強磁性スペーサー層５のキュリー温度がブロ
ッキング温度よりも大きい図４（ｃ）の場合、周囲温度
がブロッキング温度のとき、強磁性スペーサー層５は強
磁性状態である。この場合、一方向の外部磁界が印加さ
れていると、まず、磁気抵抗効果膜４０、強磁性スペー
サー層５の磁気モーメント４０１、５１が外部磁界の方
向に向き、ついで、強磁性スペーサー層５の内部磁界に
誘導されて酸化物反強磁性膜４５が符号４５１のように
配列する。ひとたび、符号４５１のように配列すると、
酸化物反強磁性膜４５の磁気異方性は極めて大きいた
め、その配列はしっかりと固定される。このため、強磁
性スペーサー層５の磁気モーメントを符号５１に向けた
状態で交換結合を形成することができる。そして、強磁
性スペーサー層５に隣接し、交換結合している磁気抵抗
効果膜４０にも縦バイアス磁界が付与でき、バルクハウ
ゼンノイズが防止できる。従って、キュリー温度がブロ
ッキング温度より高い場合に限り、磁気抵抗効果膜４０
に縦バイアス磁界を付与でき、バルクハウゼンノイズ防
止ができる。

【００６３】次に、磁区制御層１００を構成する酸化物
反強磁性膜４５、強磁性スペーサー層５、及び非磁性膜
８を構成する材料について説明する。酸化物反強磁性膜
４５としては、酸化ニッケル（ＮｉＯ）が望ましい。Ｎ
ｉＯの最適膜厚を決定するため、ＮｉＯ膜上にＮｉＦｅ
膜を形成し、交換結合特性を調べた結果を図５に示す。
ここで、Ｈｅは結合磁界、すなわち、縦バイアス磁界で
ある。結合磁界は、ＮｉＯ膜厚とともに増加し、４００
Å以上で一定となる。図６は、ブロッキング温度のＮｉ
Ｏ膜厚依存性を調べた実施結果である。ブロッキング温
度も４００Å以上で一定となって約２００℃を示し、１
５００Å以上で若干増加する。このため、ＮｉＯ膜厚
は、良好な交換結合特性を示し、かつ、それらの特性の
安定する４００Å以上とするのが望ましい。一方、ＭＲ
ヘッド１０００では、ＮｉＯ膜は、図１のように下部シ
ールド膜２０と磁気抵抗効果膜４０の中間に配置される
ため、これらの間隔を大きくした場合、線記録密度を高
めるには不利となり、高密度磁気ディスク装置には適さ
ない。このため、ＮｉＯ膜厚は、２０００Å以下とする
のが望ましい。従って、本発明は、ＮｉＯの最適膜厚が
４００〜２０００Åの範囲にあることを含めなければな
らない。

【００６４】酸化物反強磁性膜４５の材料としては、上
記ＮｉＯのほか、ヘマタイト（α−Ｆｅ₂Ｏ₃でも代用可
能と推定できる。さらに、ＮｉＯにＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉの
磁性元素や希土類磁性元素Ｌａ、Ｃｅ、ｐｒ、Ｎｄ、Ｐ
ｍ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ
を添加しても代用可能と推定できる。

【００６５】次に、強磁性スペーサー層５を構成する材
料について説明する。強磁性スペーサー層５は、磁気抵
抗効果膜４０と酸化物反強磁性膜４５の中間に配置され
るため、磁気抵抗効果膜４０と酸化物反強磁性膜４５の
両方に交換結合しなければならない。このため、強磁性
スペーサー層５は、自発磁化を所持していなければなら
ない。さらに、大きい比抵抗値を所持しているのが望ま
しい。さらに、高キュリー温度を必要とする。さらに、
耐食性、耐熱性が要求される。

【００６６】これらの目的を同時に満足する材料として
は、下記の材料が良い。

【００６７】強磁性スペーサー層５の材料としては、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｆを主成分とした強磁性膜がよい。さら
に、磁気抵抗効果膜４０感磁部に付与する縦バイアス磁
界の大きさを所望の大きさに調節すべく、強磁性スペー
サー層５の飽和磁束密度の大きさを適度とするため、こ
れに非磁性元素を０〜２０％添加した強磁性膜でもよ
い。非磁性元素を添加することにより、強磁性スペーサ
ー層５の飽和磁束密度の大きさを自由自在に調節でき、
磁気抵抗効果膜４０感磁部に付与する縦バイアス磁界の
大きさを自由自在にコントロールすることができる。さ
らに、非磁性元素添加により、強磁性スペーサー層５を
合金化することにより、強磁性スペーサー層５の比抵抗
値を１００μΩｃｍ以上とできる。さらに、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉの２種以上を主成分とし、これに非磁性元素を
２種以上、０〜２０％添加した強磁性膜で構成してもよ
い。３元系以上の合金とすることにより、比抵抗値をさ
らに大とできる。

【００６８】非磁性元素としては、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、
Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｃ、Ｍｎ、Ｚｎ、
Ｙ、Ｚｒ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐ
ｔ、Ａｕ、ランタノイド元素などがよい。

【００６９】本発明に係る強磁性スペーサー層５の膜厚
は、１００〜４００Åの範囲にある。強磁性スペーサー
層５の膜厚が大のとき、磁気抵抗効果膜４０に流れる電
流が小となり、磁気抵抗効果型磁気ヘッドを高感度とで
きない。したがって、強磁性スペーサー層５の膜厚は、
薄い方が望ましく、厚くても４００Å以下にしなければ
ならない。一方、スパッタリング方法などの成膜技術
で、連続膜とできる臨界半径は１００Å以上である。こ
のため、強磁性スペーサー層５の膜厚は、１００〜４０
０Åの範囲にあることが望ましい。

【００７０】非磁性膜８の材料としては、下記の材料が
良い。すなわち、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃ
ｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｚｒ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、アル
ミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、チタニ
ア（ＴｉＯ₂）、ハフニア（ＨｆＯ₂）、ジルコニア（Ｚ
ｒＯ₂）、カーボン（Ｃ）などがよい。さらに、上記金
属元素を組み合わせた２元系以上の非磁性合金膜として
もよい。さらに、上記酸化物、及びカーボンに第３元素
を添加した材料で構成してもよい。さらに、Ａｌ ₂Ｏ₃、
ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＨｆＯ₂、ＺｒＯ₂などは絶縁性を示
すので、これらを非磁性膜８として用いることにより磁
気抵抗効果膜４０に通電できる電流密度を大とでき、磁
気抵抗効果型磁気ヘッドを高感度とするに有利とでき
る。

【００７１】本発明に係る非磁性膜８の膜厚は、１００
〜２００Åの範囲にある。図１に示すように、磁気抵抗
効果膜４０は、該非磁性膜８の上方に形成される。磁気
抵抗効果膜４０は、該非磁性膜８を乗り上げて形成され
るため、該非磁性膜８の膜厚が大の場合には、磁気抵抗
効果膜４０に段切れが発生してしまう。このため、該非
磁性膜の膜厚は薄い方が望ましく、厚くても２００Å以
下としなければならない。一方、スパッタリング方法等
の成膜技術で、非磁性膜を連続膜とできる臨界半径は１
００Å以上である。従って、非磁性膜８の膜厚は、１０
０〜２００Åの範囲とするのが望ましい。

【００７２】本発明に係る磁区制御層１００は、強磁性
スペーサー層５と酸化物反強磁性膜４５の２層膜で構成
されているが、強磁性スペーサー層を２層以上介在させ
た構造としてもよい。さらに、磁区制御層１００は、強
磁性スペーサー層５とＦｅＭｎ系合金膜の２層膜として
も代用可能な推定できる。さらに、磁区制御層１００
は、強磁性スペーサー層５とＣｏＰｔ系の永久磁石膜の
２層膜としても代用可能と推定できる。さらに、非磁性
膜８は、飽和磁束密度の小さな強磁性膜としても代用可
能と推定できる。さらに、非磁性膜８は、２層以上の膜
で構成してもよい。本発明に係る磁区制御層は、シール
ド膜を備えＭＲヘッドを構成しているが、ノンシールド
型磁気抵抗効果型磁気ヘッド、ヨークタイプ磁気抵抗効
果型磁気ヘッド、磁気テープ用磁気抵抗効果型磁気ヘッ
ド、さらに、単なる強磁性膜の磁気抵抗効果を利用した
磁気センサーにも、本発明は適用可能である。

【００７３】次に電極間隔等を最適化した本発明を実施
例を用い説明する。図８は本発明の一実施例であるＭＲ
複合ヘッドの浮上面を示す。図１３は該ヘッドの一部切
欠の斜視図を示す。なお図１４は該ヘッドの変形例の斜
視図を示す。磁区制御層１００に酸化物反強磁性体であ
る厚さ１００ｎｍのＮｉＯを用い、非磁性層（分離膜）
８に厚さ２０ｎｍのＴａを積層してＴａの一部をエッチ
ングにより除去し窓部とした。これに厚さ２０ｎｍのパ
−マロイより成る磁気抵抗効果膜１とＮｂシャント膜を
積層し、電極６０としてＣｕ及びＣｒをリフトオフ法に
より形成した。窓間隔すなわち非磁性層８の長手方向の
長さ（Ｄdc）は８μｍ、電極間隔（Ｔwr）は６．５μ
ｍ、窓端部１０１より電極端部１０２はトラック中心に
片側で１μｍ入っている。この再生ヘッド上にＡｌ₂Ｏ₃
膜を介しインダクティブ型記録ヘッド１を形成した。そ
のトラック幅Ｔwwは８．２μｍである。スライダ−加
工、浮上面ラップ加工後バネ付けし磁気ヘッドとしたも
のである。なお、図示していないがＭＲヘッドは０．３
μｍのＡｌ₂Ｏ₃膜を介してパーマロイのシ−ルド膜を有
する。

【００７４】オフトラック特性を測定するためトラック
幅１μｍのヘッドを用い記録した信号をこのヘッドで再
生し、出力のトラック幅方向分布を測定した結果を図９
に示す。比較のため分離膜３を低飽和磁束密度軟磁性膜
のＮｉＦｅＮｂとし窓開けしないＭＲ／バッファ／Ｎｉ
Ｏの３層膜を適用したＭＲヘッド（電極間隔７μｍ）の
オフトラック特性を同時に示す。本発明によれば、目標
の記録トラックのみをＳ／Ｎ良く読み出せるＭＲヘッド
が実現できる。本実施例のヘッドには、バルクハウゼン
ノイズ発生は無かった。本発明の分離膜には金属膜、絶
縁膜あるいは半導体も使用可能である。金属ではＴａの
他、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍ
ｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，室温で非磁性のランタノ
イド，Ｈｆ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｂｉ
およびそれらの合金が使用可能である。またＡｌ₂Ｏ₃，
ＳｉＯ₂，ＴｉＯ₂等酸化物、ＢＮ，ＡｌＮ等窒化物、Ｗ
Ｃ等炭化物も使用できる。また分離膜はリフトオフ等に
より選択的に形成すれば窓部の磁区制御膜の磁気結合を
低下させる恐れは少なくなる。さらに分離膜はＭＲ膜と
磁区制御膜の磁気結合を生じない範囲でできるだけ薄く
する方がＭＲ膜の段差を低減し磁壁発生を防ぐのに有効
である。磁区制御膜はＮｉＯ，ＮｉＭｎ合金等反強磁性
体，Ｆｅ₂Ｏ₃，ＣｏＰｔ，ＣｏＣｒ等磁石材料が使用で
きる。しかしセンス電流のＭＲ膜への分流比を低下させ
ないため、絶縁体を適用するか、金属膜であればできる
だけ薄くする必要が有る。

【００７５】本実施例の分離膜を低飽和磁束密度軟磁性
膜とすることもできる。この場合オフトラック特性に優
れ、強い外部磁界印加に対しバルクハウゼンノイズを発
生させないＭＲヘッドが実現できる。しかし、磁区制御
効果が強くなり再生感度が若干低下する。

【００７６】また、ライトヘッドは薄膜磁気ヘッドであ
る必要は無く、フェライトヘッドあるいはＭＩＧ（メタ
ルインギャップ）ヘッドと組合せても良い。さらに本発
明のＭＲセンサ部分をヨ−ク型ＭＲヘッドの磁束センス
部に用いることもできる。

【００７７】図１０は、本発明の別な実施例であるＭＲ
再生ヘッド浮上面を示す。磁区制御層に厚さ１００ｎｍ
のＮｉＯを用い、ＮｉＯ表面にＮイオンを打ち込み変質
した層８’を形成した。別な検討によりこの部分ではＮ
ｉＯは結晶格子が破壊され、反強磁性とならないことが
分かっている。この上にＭＲ膜、Ｎｂシャント膜を形成
し前記図８の実施例と同様なプロセスにより磁気ヘッド
とした。変質層８’の幅Ｄdcは７μｍ、電極幅Ｔwrは
８．１μｍとした。この場合、トラック幅は変質層８’
の幅Ｄdcに等しくなることが分かった。打ち込む材料は
Ｎ，Ｏ，Ｃｌ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｈｅ，Ｃ等軽元素か気体原
子の他、Ｎｂ，Ｔｉ，Ｔａ，Ａｌ，Ｓｉ等酸化しやすい
元素でも良い。酸化し易い元素を打ち込んだ場合、Ｎｉ
Ｏの酸素を元素が固定し、ＭＲ膜への酸素移動を防ぐた
めＭＲ膜磁歪変化が小さい。また、本実施例の場合も図
８の実施例と同様、磁区制御層１００はＣｏＰｔ等磁石
材料でもよく、この場合表面を選択酸化させることで変
質層８’を形成できる。

【００７８】図１１には本発明の分離膜８を適用した磁
気ヘッドで生じる電極６０と窓端部１０１のばらつきを
示す。ばらつきｌovが負であるときは、ほぼ窓端部１０
１でトラック幅が規定される。ところが、ばらつきｌov
が正であるとき、電極端部１０２で再生トラック幅が規
定されるだけでなく、バルクハウゼンノイズが発生する
場合があった。図１２はばらつきｌovとバルクハウゼン
ノイズ発生率（全数＝１．０）を示す。これより電極６
０と分離膜８重なりは１μｍ以下とすべきであることが
明らかにされた。これより電極間隔は分離層８の幅Ｄdc
より２μｍ以上狭くなるとノイズの点から好ましくない
ことが分る。また、本発明者らの検討により分離層幅Ｄ
dcすなわち窓間隔は１μｍ以下となるとＭＲヘッドトラ
ック幅あたりの出力が急激に低下することが明らかにな
っている。これより分離層幅Ｄdcは最低１μｍ必要であ
る。

【００７９】

【発明の効果】本発明によれば、ノイズレス、高出力と
できる高密度磁気記録用磁気抵抗効果型の薄膜磁気ヘッ
ドを実現できる。さらに、本発明によると、磁気抵抗効
果型薄膜磁気ヘッドの性能のバラツキを抑えた、ノイズ
レス、高出力の磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドが実現で
きる。

【００８０】更に本発明によれば、特にオフトラック特
性に優れた生産性の高い低ノイズな薄膜磁気ヘッドが実
現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の磁気抵抗効果型磁気ヘッド
を示す斜視図である。

【図２】本発明の磁気ディスク装置及び情報処理システ
ムの構成を示す概略図である。

【図３】本発明の磁区制御層の機能を示す拡大断面図で
ある。

【図４】本発明の自発磁化を所持する強磁性スペーサー
層のキュリー温度がブロッキング温度よりも高い必要が
あることを説明する図である。

【図５】本発明のＮｉＯ膜の結合磁界のＮｉＯ膜厚依存
性を示す図である。

【図６】本発明の磁区制御層のブロッキング温度を示す
図である。

【図７】本発明の磁区制御層の機能を示す拡大断面図で
ある。

【図８】本発明に係る記録再生分離磁気ヘッドの浮上面
構成図である。

【図９】図８の実施例に係る磁気ヘッドのオフトラック
特性を示す図である。

【図１０】本発明に係る変質層を利用したＭＲヘッドの
構成図である。

【図１１】電極と分離膜の重なりの限界を説明するため
の構成図である。

【図１２】電極と分離膜の重なり量とノイズ発生率の関
係を示す図である。

【図１３】図８の磁気ヘッドの一部切欠の斜視図であ
る。

【図１４】図８の磁気ヘッドの変形例の一部切欠の斜視
図である。

【符号の説明】

１記録ヘッド５強磁性スペーサー層８非磁性膜８’ 変質層４０磁気抵抗効果膜４５酸化物反強磁性膜５０シャント膜５５ソフト膜６０信号検出電極１００磁区制御層２００磁気ディスク装置２０２スピンドル２０３モータ２０４磁気ディスク２０５磁気ヘッド２０６キャリッジ２１０ライト／リード回路２１１インターフェイス２１２上位装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者芦田栄次茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者府山盛明茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者鈴木三郎神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者高木政幸神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所ストレージシステム事業部内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G11B 5/39 G11B 5/31

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気抵抗効果を用いて磁気的信号を電気
的信号に変換する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果
膜に信号検出電流を流すための一対の電極と、前記磁気
抵抗効果膜の下側に配置された酸化物反強磁性膜とを備
えた磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、前記磁気抵抗
効果膜と酸化物反強磁性膜との間に、前記酸化物反強磁
性膜の上側に強磁性スペーサー層と、該強磁性スペーサ
ー層の上側の一部であって前記磁気抵抗効果膜の感磁部
の位置に非磁性膜とを設けたことを特徴とする磁気抵抗
効果型の薄膜磁気ヘッド。
【請求項２】請求項１において、前記非磁性膜の長手
方向の長さは、前記磁気抵抗効果膜の感磁部に伝わる縦
バイアス磁界によるバルクハウゼンノイズを抑制し得る
ように設定されたことを特徴とする磁気抵抗効果型の薄
膜磁気ヘッド。
【請求項３】請求項１において、前記強磁性スペーサ
ー層の飽和磁束密度の大きさは、前記磁気抵抗効果膜の
感磁部に伝わる縦バイアス磁界によるバルクハウゼンノ
イズを抑制し得るように設定されたことを特徴とする磁
気抵抗効果型の薄膜磁気ヘッド。
【請求項４】磁気抵抗効果を用いて磁気的信号を電気
信号に変換する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜
上に形成され該磁気抵抗効果膜に信号検出電流を流す一
対の電極と、前記磁気抵抗効果膜の下側に接触配設され
た磁区制御層とを備えた再生ヘッド部分と、この再生ヘ
ッド部分と分離されて対を成す記録ヘッド部分とを基本
構成とする記録再生分離型の薄膜磁気ヘッドにおいて、
前記磁気抵抗効果膜の感磁部の位置であって該磁気抵抗
効果膜と前記磁区制御層との間に非磁性膜が設けられ、
前記電極の前記感磁部側の先端部は前記磁気抵抗効果膜
と前記磁区制御層との接触端となる前記非磁性膜の両端
部位置より内側方向に略１μｍを超えない範囲に形成さ
れたことを特徴とする記録再生分離型の薄膜磁気ヘッ
ド。
【請求項５】磁気抵抗効果を用いて磁気的信号を電気
信号に変換する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜
上に形成され該磁気抵抗効果膜に信号検出電流を流す一
対の電極と、前記磁気抵抗効果膜の下側に接触配設され
た磁区制御膜とを備えた再生ヘッド部分と、この再生ヘ
ッド部分と分離されて対を成す記録ヘッド部分とを基本
構成とする記録再生分離型の薄膜磁気ヘッドにおいて、
前記磁気抵抗効果膜の感磁部の位置であって該磁気抵抗
効果膜と前記磁区制御膜との間に非磁性膜が設けられ、
前記一対の電極の間隔は前記磁気抵抗効果膜と前記磁区
制御層との接触端により規定される前記非磁性膜の長手
方向の長さより略２μｍ以上は下回らないように形成さ
れたことを特徴とする記録再生分離型の薄膜磁気ヘッ
ド。
【請求項６】請求項４又は５において、前記非磁性膜
の長手方向の長さは、１μｍより大きく、且つ前記記録
ヘッドのトラック幅より小さいことを特徴とする記録再
生分離型の薄膜磁気ヘッド。
【請求項７】磁気抵抗効果を用いて磁気的信号を電気
信号に変換する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜
上に形成され該磁気抵抗効果膜に信号検出電流を流す一
対の電極と、前記磁気抵抗効果膜の下側に接触配設され
た磁区制御層とを備えた再生ヘッド部分と、この再生ヘ
ッド部分と分離されて対を成す記録ヘッド部分とを基本
構成とする記録再生分離型の薄膜磁気ヘッドにおいて、
前記磁区制御膜の前記磁気抵抗効果膜の感磁部の位置で
あって該磁気抵抗効果膜と接する界面部位に該磁区制御
膜を常磁性化した変質層が設けられ、前記電極の前記感
磁部側の先端部は前記磁気抵抗効果膜と前記磁区制御層
との接触端となる前記変質層の両端部位置より内側方向
に略１μｍを超えない範囲に形成されたことを特徴とす
る記録再生分離型の薄膜磁気ヘッド。
【請求項８】磁気抵抗効果を用いて磁気的信号を電気
信号に変換する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜
上に形成され該磁気抵抗効果膜に信号検出電流を流す一
対の電極と、前記磁気抵抗効果膜の下側に接触配設され
た磁区制御層とを備えた再生ヘッド部分と、この再生ヘ
ッド部分と分離されて対を成す記録ヘッド部分とを基本
構成とする記録再生分離型の薄膜磁気ヘッドにおいて、
前記磁区制御膜の前記磁気抵抗効果膜の感磁部の位置で
あって該磁気抵抗効果膜と接する界面部位に該磁区制御
膜を常磁性化した変質層が設けられ、前記一対の電極の
間隔は前記磁気抵抗効果膜と前記磁区制御層との接触端
により規定される前記変質層の長手方向の長さより略２
μｍ以上は下回らないように形成されたことを特徴とす
る記録再生分離型の薄膜磁気ヘッド。
【請求項９】請求項７又は８において、前記変質層の
長手方向の長さは、１μｍより大きく、且つ前記記録ヘ
ッドのトラック幅より小さいことを特徴とする記録再生
分離型の薄膜磁気ヘッド。
【請求項１０】離間して一軸上に積層された磁気ディ
スクと、この磁気ディスクを回転させる回転駆動部と、
磁気ディスクに情報を記録し又は情報を読みだすと共に
ライト／リード回路に接続された磁気ヘッドと、を備え
た磁気ディスク装置において、磁気ヘッドは請求項１〜
９のいずれかに記載のものであることを特徴とする磁気
ディスク装置。