JP3023800B2 - 磁気抵抗による垂直記録用の磁気読取りヘッド及び当該ヘッドの製造方法 - Google Patents

磁気抵抗による垂直記録用の磁気読取りヘッド及び当該ヘッドの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は磁気抵抗による垂直記録用の磁気読取りヘッ
ド及び当該ヘッドの製造方法に関するものである。本発
明はディスク又はテープの如き担体上における情報の読
取りと任意の書込みに使用される。
垂直記録用の公知の水平磁気読取り書込みヘッドを第
1図に示す。中央極部片3を有する厚い水平磁気層2
と、前記極部片を包囲し絶縁層5内に埋設された導電体
コイル4と、中央極・部片に延在している薄い磁気単極
6と、最終的に外側平面(「フライト面」)が得られる
硬質誘電層7と、をみることができる。
情報の書込みと読取りがなされる担体は基材12上に配
設された磁気層10で構成される。このアッセンブリーは
単極6の前方を通過する。
こうした装置の動作は以下の通りである。コイル4内
の電流の流れで発生する磁場は、その磁束線が共に単極
6内で極めて近接し、分割され、そして、厚く形成され
た磁気層2の横方向極部片で再び閉じられる。これらの
条件下で、層10の記録帯域内の磁気誘導は層10に対して
直角になっている。これは、こうした装置が直角又は垂
直記録ヘッドと称される理由である。読取りにあたって
は、磁束の変動がコイル内の誘導電流として単極で検出
される。こうしたヘッドについては、1988年3月15日付
けでJPラッツアーリーに許可された米国特許第4,731,15
7号に記されている。
それは、磁気層の面内で磁気誘導を読取り又は書込む
ように設計された他のカテゴリーの読取り及び書込みヘ
ッドが公知であることも指摘している。前記ヘッドは長
手方向又は水平記録ヘッドと称されている。これらのヘ
ッドは空気間隙の磁気回路を含んでいる。これらのヘッ
ドは本発明においては直接関係はない。
薄膜ヘッドの前記技術とは独立して、磁気抵抗素子を
用いた磁気情報読取りヘッドを製造する試みがなされて
きた。磁気抵抗は磁性化を有しており、その磁性化の方
向は外部磁場の効果の下に回転できることが知られてい
る。この回転は層の抵抗Rの変動ΔRを伴なう。この抵
抗は弱い電流を層内に通すことで測定することができ
る。実際、0.1μmの薄い鉄−ニッケル層に対する磁性
化角度が90゜回転する際の抵抗変動は約1%である。測
定感度を高め直線性を改善することは、磁気抵抗層の磁
性化を前もって電流線の45゜に向けておくことで可能と
なる。
こうした磁気抵抗装置については米国特許第4,703,37
8号に説明してあり、当該装置は空気間隙を形成し磁気
回路を分断する空間の下方に設置してある。
同様に、欧州特許第284,495号は、空気間隙を定めた
磁気回路の後部位置に、2つの磁気抵抗を有する装置に
ついて説明している。
これら全ての場合は、長手方向記録用のヘッド、即ち
空気間隙又はヘッド間隙を備えたヘッドである。磁気抵
抗を装備した垂直記録装置については公知ではない。
本発明は磁気抵抗素子を用いた垂直記録用薄膜ヘッド
を提案することで、この欠点を無くすことを目的として
いる。しかしながら、垂直記録ヘッドの場合、単極の存
在が磁気抵抗の導入を困難にしており、空気間隙ヘッド
に固有の手段を使用することは、もはや不可能である。
本発明は、磁気層内の2つの場所に設置されたU字形
磁気抵抗素子を使用することでこの難点を解決してお
り、Uの2個の分岐部を有する2つのリボンは単極に対
して平行になっている。これら2個のリボンは磁気抵抗
ブリッジで結合されている。こうしたヘッドは単に読取
り手段を構成しているに過ぎない。しかしながら、同時
に書込み装置を得るために導電体コイルにこうしたヘッ
ドを加えることは常時可能である。
また、本発明はこうしたヘッドを製造する方法に関し
ている。
以降、非限定的な実施態様と添付図面を参照して、本
発明をさらに詳細に説明する。
第1図は、先行技術による既に説明済みの垂直記録磁
気ヘッドを示している。
第2図は、本発明による製造方法の第1段階を示して
いる。
第3図は、製造方法の第2段階で層を形成するもので
ある。
第4図は、エッチングされたパターンの断面図であ
る。
第5図は、前記パターンの斜視図である。
第6図は、パターンの側壁に形成した絶縁材を示して
いる。
第7図は、厚い磁気層を形成する補助段階を示してい
る。
第8図は、得られたヘッドの断面図である。
第9図は、前記ヘッドを平面図である。
第10図は、読取り磁束の分布を模式的に示している。
第11図は、非動作状態における磁気抵抗層での磁性化
の向きを示している。
第12図は、異なる読取りの場合における前記磁性化の
反対方向の回転を示している。
第13図は、前記回転に起因する2個の磁気抵抗リボン
の抵抗変動を示している。
第14図は、極性場の磁力線を模式的に示している。
第15図は、直列での読取りの磁性化に対する回転を示
している。
第16図は、前記回転に起因する各磁気抵抗リボンの抵
抗変動を示している。
第17図(a,b,c,d)は、導電性コイルと磁気抵抗素子
の4つの考えられる分岐部を示している。
第2図乃至第8図は、本発明による読取り書込みヘッ
ドの製造方法における各段階を示している。切欠き22
(第2図)は、例えばシリコン半導体基材20内に形成さ
れる。前記切欠き22の底部には、例えばシリカSiO2の第
1絶縁層24、例えば鉄−ニッケルの磁気抵抗材料層26、
例えばシリカ(第3図)の第2絶縁層28からなる3つの
層を形成してある。2つの磁気抵抗リボン34,35及び磁
気抵抗ブリッジ36を含む2つの分岐部を有したU形パタ
ーン32(第5図)を得るために、前記3つの層は樹脂マ
スク30(第4図)でエッチングされる。このエッチング
処理中では、マスキングの目的に使用される樹脂30は溶
解されないことが保証されている。前記エッチングされ
たパターンの側壁には、前述の米国特許第4,731,157号
に記載の方法を用いて垂直絶縁層44(第6図)が形成さ
れる。これらの層の厚さは0.2又は0.3μmにすることが
できる。切欠きの部分には、パターンのいずれか一方の
面で中央極部片50を得るために、2つのリボン34,35の
間と2つの側方域51,52に厚さ2〜5μmの磁気層が充
填される(第7図)。この処理は、電極を形成する導電
性層を使用するか、又は充分に導電性があれば電極の如
き基材20を使用することにより、例えば欧州特許第262,
028号(又はこの対応する米国特許第4,837,924号)に記
載されたような電解付着により達成可能である。単極56
は、米国特許第4,731,157号に記載された方法で中央極
部片50上方に形成され、単極のいずれか一方の側部は例
えばシリカの如き硬質誘電材料53で充填が行なわれ、追
って平面化される(第8図)。
読取りは勿論書込みも可能なヘッドを得るために、導
電体コイル54は前述した米国特許に記載された方法を利
用して第8図に示すように形成されよう。反対の場合、
電解により付着される磁気層は、それが樹脂層30の上部
と面一になる迄制限され、追って垂直単極の形成がなさ
れ、これがヘッドの高さを幾分低減する。
第9図は異形コイル内に得られるヘッドを平面図で示
す。2つのリボン34,35の自由端部に2つの接続体38,40
を見ることができる。これらの接続は、樹脂30及び上方
絶縁層28(第4図及び第5図参照)を通じて行なわれ
る。接触も差動が得られるようブリッジ36上で行なわ
れ、さらに以下により容易に明らかにされよう。
第10図乃至第13図は、いわゆる差動モードでの読取り
時におけるヘッドの動作を図解している。
第10図は、簡単のため一部の補助的手段が図解されて
いないが、ヘッドの前方を通る記録層から漏洩磁束φ1
が単極56で検出され、反対方向に移動している磁束φ2,
φ3に分割されることがわかる。これらの磁束は磁気抵
抗リボン34,35を横断する。
磁気抵抗層の厚さ(約0.1μm)は、磁気層50,51,52
の厚さ(2〜5μm)より十分小さいので、磁束φ2と
φ3に対応する磁場は磁気抵抗層に強い誘導を生じさせ
る。これは磁気抵抗層の磁性化を回転又は反転させる効
果を持つ。非動作状態、即ち外部磁場の外側において
は、磁気抵抗層内の磁気誘導は単極の軸線に対して45゜
になっている(第11図)。薄い磁気抵抗層26の成長中に
異方性磁気結晶体によって付与されるこの磁性化方向
は、磁気抵抗素子のリボン形状に起因する異方性によっ
て反対にされる。第1の異方性を上回る前記第2の異方
性は、非動作状態でリボンの長さ方向に磁化方向を向け
る傾向がある。しかしながら、厚い鉄−ニッケル層50,5
1,52が形成されると、これは厚さが0.2〜0.3μmの絶縁
壁44(第6図参照)により分離されているだけなので、
磁気抵抗リボンが極めて近接して包囲される。従って、
磁気抵抗リボンを構成する薄い層又は膜は、厚い鉄−ニ
ッケル層で強く接続され、これがリボンの縁部における
反磁界を最低にし、形状異方性を著しく低減する。この
ため、磁気抵抗層における磁性化の方向は、第11図に図
解されたように45゜となる。
磁束φ2及びφ3により生じた磁性化のスイッチング
は、第12図に示してある。磁性化は分岐部34で−αだけ
回転し、分岐部35内で+αだけ回転する。2つの分岐部
内で流れる電流37は、向き(45−α)゜及び(45+α)
゜に対して材料の抵抗に対応する2つの異なる抵抗を読
取ることができる。
この抵抗の相対的変動ΔR/Rを第13図に示す。抵抗は
左側分岐部で増加し、右側分岐部で減少する。共通出力
36に対するリボン34,35端部の間に差動増幅器を接続す
ることにより、測定される変動は磁気抵抗材料の本質的
な抵抗変動と比較して2倍になろう。しかしながら、外
側からの渦磁束は、磁気抵抗素子の2個の分岐部におい
て同じ方向を有し、その測定を妨害することはない。
本発明による装置の第2実施態様を第14図乃至第16図
に図解する。この場合、書込みに使用される導電性コイ
ル54(第8図参照)内に弱電流が流される。即ち、ヘッ
ドはこうしたコイルで設計されなければならない。つま
り、読取り書込み両方のヘッドとしてである。その磁気
分極Hpは反対の方向を呈する(第14図)。この弱電流は
単極軸線から45゜で磁気抵抗層を磁性化させるが、磁気
抵抗素子(第15図)の2つの分岐部では異なる方向に向
けられる。
従って、読取り場H1は両方の分岐部で同様にして角度
αだけ磁性化を切換える。角度回転に起因する抵抗の相
対的変化ΔR/Rは、両方の分岐部で同じになる。
本例の場合、差動配列のような共通モードは存在しな
いが、代わりに2つの同様な手段が直列に接続される。
この変形列はブリッジ36上に第3接続部を必要としない
といった利点がある。リボン34,35の自由端部に2個の
接続体を設けることが好ましい。
第17図は、各種ヘッドに対する入力−出力のいくつか
の接続を示している。(a)においては、導電体コイル
54の端子61,62が、磁気抵抗素子34,35の3個のコイル3
6,38,40と独立している。後者の素子は差動動作のため
3個の接続部に接続されている。(b)においては、磁
気抵抗素子の接続部36は、差動動作モードにおいても導
電体コイル54の一方の端子62に接続されている。(c)
においては、磁気抵抗素子は直列作動のため2つの接続
部を有し、コイルの2つの接続部は磁気抵抗素子の接続
部とは独立している。最後に、d)においては、端子38
及び62は共に接続され、磁気抵抗素子は直列に動作され
る。

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基材(20)と、ヘッドの表面と面一
    の薄い垂直単極(56)の近傍に設けられた中央極部片
    (50)を有する水平磁気層と、を含む垂直記録用の水平
    磁気読取りヘッドであって、前記垂直単極(56)の面に
    対して対称的に配列され、この面に平行に配列された2
    個のスペースにより前記磁気層が分断され、該磁気層
    は、前記垂直単極に対して平行な2つのリボン(34,3
    5)によって構成されたU型磁気抵抗素子からなり、該
    各素子は前記垂直磁気層の2つのスペース内に配列さ
    れ、ブリッジ(36)は前記2つのリボン(34,35)を結
    合し、前記磁気抵抗素子の2つの端部はヘッドの読み取
    り出力端子となるコネクタ(38,40)に接続されている
    ことを特徴とする磁気ヘッド。
  2. 【請求項2】2つの磁気抵抗リボンを接続するブリッジ
    (36)が、第3の読取り出力端子(36)に接続されてい
    ることを特徴とする請求項1記載の磁気ヘッド。
  3. 【請求項3】中央極部片(50)を包囲し、2つの書込み
    出力端子(61,62)に接続された導電体コイル(54)を
    備え、結果的にヘッドが読取り及び書込みヘッドとなる
    ことを特徴とする請求項1記載の磁気ヘッド。
  4. 【請求項4】導電体コイル(54)のいずれか1つの書込
    み出力端子(62)が磁気抵抗素子のいずれか1つの読取
    り出力端子(36,38,40)に接続されていることを特徴と
    する請求項3記載の磁気ヘッド。
  5. 【請求項5】半導体基材(20)内に切欠き(22)を形成
    し、第1絶縁層(24)、磁気抵抗材料層(26)、及び第
    2絶縁層(28)からなる3つの層を前記切欠き(22)の
    底部に形成し、2つの磁気抵抗リボン(34,35)及び2
    つのリボンを接続する磁気抵抗ブリッジ(36)が含まれ
    る2つの分岐部を有したU形パターン(32)の形状に前
    記3つの層をエッチングし、垂直絶縁層(44)を前記エ
    ッチングされたパターン(32)の側壁上へ形成し、パタ
    ーン(32)のいずれか一方の側上で2個のリボン(34,3
    5)と2個の横方向極部片(51,52)との間に中央極部片
    (50)を得るために磁気層を切欠きの部分に充填し、単
    極(56)が中央極部片(50)上方に形成され、単極のい
    ずれか一方の側の領域が誘電材料(53)で充填されるこ
    とを特徴とする請求項1記載の磁気読取りヘッドの製造
    方法。
  6. 【請求項6】中央極部片(50)と単極(56)を包囲し、
    端子(61,62)に出力する導電体コイル(54)も形成さ
    れ、こうして得られたヘッドが読取り及び書込みヘッド
    であることを特徴とする請求項5記載の方法。
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