JP3210192B2 - 磁気検出素子 - Google Patents

磁気検出素子

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JP3210192B2 JP25937994A JP25937994A JP3210192B2 JP 3210192 B2 JP3210192 B2 JP 3210192B2 JP 25937994 A JP25937994 A JP 25937994A JP 25937994 A JP25937994 A JP 25937994A JP 3210192 B2 JP3210192 B2 JP 3210192B2
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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、磁気抵抗効果(MR効
果)を使用して、記録媒体からの漏れ磁界などを検出す
る磁気検出素子に係り、特にバルクハウゼンノイズを低
減して、高精度な磁気検出を可能とした磁気検出素子に
関する。
【0002】
【従来の技術】図5(A)(B)は、磁気抵抗効果を説
明する説明図であり、符号1が磁気抵抗効果膜(MR
膜)である。磁気抵抗効果膜(MR膜)1は、例えばパ
ーマロイ(Fe−Ni系合金)などの導電性の磁性材料
により形成される。MR膜1に与えられる電流をI、磁
気ディスクや磁気テープなどの記録媒体からの漏れ磁界
などの外部磁界をH、MR膜1の磁化をMで示す。MR
膜1の磁化Mの方向と電流Iの方向との成す角度をφと
すると、MR膜1の電気抵抗Rは数1で表わされる。
【0003】
【数1】
【0004】上記においてR0はMR膜1の基本的な電
気抵抗値である。数1においてφ=0°のとき、R=R
0+ΔRで、φ=90°のとき、R=R0である。図5
(B)は、横軸に外部磁界Hの強さを示し、縦軸に前記
電気抵抗Rを示している。MR膜1に外部磁界Hが与え
られ、磁化Mの角度φが±Δφだけ変化すると、電気抵
抗Rが変化する。この電気抵抗Rの変化を電圧として検
出することにより、外部磁界Hの強度変化を検出するこ
とができる。ただし、外部磁界Hの変化を電気抵抗Rの
変化として直線性を有して検出するためには、MR膜1
の磁化Mの方向と電流Iの方向との角度φを予め45°
付近に設定しておくことが必要である。図5(B)はφ
が45°付近のときの、外部磁界Hの変化に対する電気
抵抗Rの変化を示している。
【0005】例えば、ハードディスク装置用の浮上式磁
気ヘッドに設けられる磁気検出素子では、永久磁石を使
用したハードバイアス方式またはエクスチェンジバイア
ス方式によりMR膜1が電流と同じ方向へ単磁区化さ
れ、またSALバイアスを与えることによりMR膜1の
磁化Mの方向を変え、φがほぼ45°に設定されるよう
になっている。上記ハードバイアス方式ではトラック幅
の狭いハードディスク用などに適しているが、各層の成
膜が難しく、価格が高くなる欠点がある。また同じ磁気
抵抗効果を利用した磁気検出素子として、図4に示され
るものが知られている。これは Barber pole方式と呼ば
れているものであり、比較的トラック幅の広いDCCな
どの磁気テープ用の磁気ヘッドなどに用いられている。
【0006】図4に示す磁気検出素子は、パーマロイな
どにより形成されたMR膜1上に、複数の非磁性導電体
膜2a,2b,2c,2dが重ねられて設けられてい
る。この非磁性導電体膜2a,2b,2c,2dは、固
有抵抗ρが小さい金属材料で、例えば金(Au)、銅
(Cu)、アルミニウム(Al)やこれらの合金などに
より形成される。互いに隣り合う非磁性導電体膜には、
MR膜1上にて互いに平行に対向する傾斜辺3aと3b
が形成されている。各傾斜辺3aと3bと、MR膜1の
磁化Mの方向との成す角度φは45°付近に設定されて
いる。電流Iは、例えば左端の非磁性導電体膜2aに与
えられ、この電流IがMR膜1内を通る。電流Iは、固
有抵抗の小さい非磁性導電体膜2b,2cおよび2dに
引かれながらMR膜1内を流れ、右端の非磁性導電体膜
2dから出る。ここで、固有抵抗の小さい非磁性導電体
膜の傾斜辺3aと3bは、MR膜1上にて角度φにて互
いに平行に対向している。したがって、非磁性導電体膜
の中間のA,B,Cの部分では、電流Iが傾斜辺3aと
3b間の最短距離を流れようとし、その結果、A,B,
Cの部分にてMR膜1内を流れる電流Iの方向が磁化M
の方向に対してほぼφの角度を持つことになる。その結
果、図5(B)で示すように、外部磁界Hの強さが変化
すると、直線性を有する電気抵抗Rの変化が得られる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図4に示すBa
rber pole方式の磁気検出素子には、以下の問題点があ
る。 (1)パーマロイなどのMR膜1の上に、Au、Cu、
Alなどの金属材料が積層されて非磁性導電体膜2a,
2b,2c,2dが形成される。この金属材料がMR膜
1の表面に成膜されるときに、成膜時の熱などにより、
両膜の界面に酸化膜が形成されやすい。この酸化膜はM
R膜1と非磁性導電体膜とのコンタクト抵抗を増大させ
ることになる。その結果、A,B,Cで示す部分にてM
R膜1内を流れる電流が、非磁性導電体膜2b,2c,
…の傾斜辺3a,3bに対して直交する方向へ向かわな
くなり、磁化Mの方向と電流Iの方向との角度φを高精
度に設定できなくなる。そのため、図5(B)に示す磁
気検出出力の直線性が維持できなくなり、検出精度が低
下する。
【0008】(2)MR膜1の磁化Mの方向は図4の右
方向に設定される。ただし、外部からバイアス磁界が与
えられていないと、MR膜1が多磁区構造となり、バル
クハウゼンノイズが生じ、検出精度が低下する。MR膜
1をM方向へ単磁区化するためには、MR膜1に外部か
らバイアス磁界を与えることが必要である。このバイア
ス磁界を与えるための層を設けると、磁気検出素子の構
造が複雑になって、成膜が困難になる。またBarber pol
e方式の磁気検出素子は、トラック幅Twが広くなるの
が一般的であるため、外部からのバイアス磁界によっ
て、Tw全域にてMR膜1を高精度に単磁区化させるの
は実質的に不可能である。
【0009】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、MR膜と永久磁石膜との2層を主体とした構造に
より、外部磁界の高精度な検出ができ、またバルクハウ
ゼンノイズを低減できる磁気検出素子を提供することを
目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、電流が与えら
れる磁気抵抗効果膜と、この磁気抵抗効果膜に重ねられ
て磁気抵抗効果膜にバイアス磁界を与える複数の永久磁
石膜とを有し、前記永久磁石膜は、前記電流の方向およ
び外部磁界の方向に対して傾斜する傾斜辺を有し、異な
る磁極の傾斜辺どうしが磁気抵抗効果膜上にて対向し
磁気抵抗効果膜の電気抵抗よりも、永久磁石膜の電気抵
抗の方が大きいことを特徴とするものである。
【0011】
【0012】また、磁気抵抗効果膜の両端部に重ねられ
ている永久磁石膜を、磁気抵抗効果膜に電流を与えるリ
ード層として兼用することも可能である。また本発明で
は、前記磁気抵抗効果膜に流れる電流方向は、外部磁界
に対し直交する方向であることが好ましい。また本発明
では、前記永久磁石膜の傾斜辺どうしの中間に位置する
前記磁気抵抗効果膜は、前記傾斜辺に対し直交する方向
に磁化されていることが好ましい。また本発明では、前
記永久磁石膜の傾斜辺どうしの中間に位置する前記磁気
抵抗効果膜の磁化方向は、電流方向に対し傾斜角を有し
ていることが好ましい。さらに本発明では、前記磁気検
出素子の前後にヨーク層が近接配置され、一方の前記ヨ
ーク層上にギャップ層を介して別のヨーク層が対向して
いる形態を提供することができる。
【0013】
【作用】上記手段では、磁気抵抗効果膜(MR膜)がパ
ーマロイ(Fe−Ni系合金)などの導電性の磁性材料
により形成される。このMR膜の上に複数の磁性体膜が
形成され、この磁性体膜が、残留磁化を有する永久磁石
膜となっている。この永久磁石膜には、MR膜に与えら
れる電流の方向および磁気ディスクや磁気テープからの
漏れ磁界などの外部磁界の方向に対して傾斜した傾斜辺
が形成され、MR膜上にて異なる磁極の傾斜辺が平行に
対向している。したがって、永久磁石膜の傾斜辺どうし
の中間に位置しているMR膜は、対向する傾斜辺に直交
する方向へ磁化されて単磁区化され、これにより電流I
の方向と磁化Mの方向との間に45°付近の角度φが設
定される。MR膜に外部磁界Hが与えられると、磁化M
の方向がφに対して±Δφにて変化し、その結果、図5
(B)に示すように、外部磁界Hの変化に対するMR膜
の電気抵抗Rの変化が直線性を有するようになる。この
電気抵抗Rの変化に対応する電圧の変化を検出すること
により、外部磁界Hの変化を検出することができる。
【0014】この手段では、永久磁石膜の傾斜辺の中間
では、傾斜辺の磁極によりMR膜が前記角度φの方向へ
高精度に単磁区化される。したがって、検出電圧でのバ
ルクハウゼンノイズが低減され、高精度な磁界検出が可
能になる。ここで、永久磁石膜となる磁性材料の膜は、
例えばCo−Pt(コバルト・白金)系合金や、Co−
Cr−Ta(コバルト・クロム・タンタル)系合金によ
り形成される。Co−Pt系合金やCo−Cr−Ta系
合金は、導電性の磁性材料である。したがって、MR膜
に流れる電流の方向を例えば外部磁界に対して直交する
方向へ固定するために、永久磁石膜の電気抵抗を、MR
膜の電気抵抗よりも大きく設定しておくことが好まし
い。そのためには、MR膜の固有抵抗をρ1、膜厚をt
1、永久磁石膜の固有抵抗をρ2、膜厚t2としたとき
に、(ρ1/t)<(ρ2/t2)に設定することが好
ましい。
【0015】永久磁石膜の電気抵抗をMR膜の電気抵抗
よりも大きくすることにより、電流が永久磁石膜の傾斜
辺に直交する方向へ流れるのを防止でき、MR膜内を電
流が直線的に流れるようになる。永久磁石膜の電気抵抗
をMR膜の電気抵抗よりも大きく設定しておくことによ
り、上記のようにMR膜内の電流の方向を直線的に固定
できる。したがって、MR膜の両端部分に重ねられてい
る永久磁石膜を、MR膜に電流を与えるためのリード層
として兼用できることになる。
【0016】また、図4に示す従来例では、MR膜1と
非磁性導電体膜2a,2b,2c,2dとの界面での酸
化物により、コンタクト抵抗が増大することが問題とな
ったが、本発明では、むしろこのコンタクト抵抗が大き
く、MR膜内を流れる電流が永久磁石膜の傾斜辺に引か
れないようにした方が好ましい。したがって、本発明で
は図4に示す従来例よりも成膜条件の制約が少なくな
り、製造が容易である。
【0017】あるいは、永久磁石膜を、非導電性の磁性
材料の膜により形成することができる。この場合には、
永久磁石膜をリード層として兼用できない。よって、永
久磁石膜とは別個のリード膜(電極膜)を形成し、この
リード膜によりMR膜に電流を与えればよい。
【0018】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図1は本
発明の第1実施例による磁気検出素子10の平面図であ
る。この磁気検出素子10では、パーマロイ(Fe−N
i系合金)により形成された平面が矩形状の磁気抵抗効
果膜(MR膜)1が設けられ、その上に複数の永久磁石
膜4a,4b,4c,4dが形成されている。この磁気
検出素子10が磁気ヘッドなどとして使用される場合に
は、パーマロイなどの磁気シールド層の上にAl23
どの電気絶縁層が形成され、その上にMR膜1と永久磁
石膜4a,4b,4c,4dが積層される。その上にA
23などの電気絶縁層が形成され、さらに磁気シール
ド層が形成される。
【0019】図1の実施例では、永久磁石膜として、C
o−Pt系合金や、Co−Cr−Ta系合金などの導電
性の磁性材料膜が磁化されたものが使用される。MR膜
1にはX方向へ直線的に電流Iが流れる。また磁気ディ
スクや磁気テープなどの磁気記録媒体からの漏れ磁束な
どの外部磁界Hの方向はY方向である。隣り合う各永久
磁石膜4a,4b,4c,4dには、互いに平行(また
はほぼ平行)に対向する傾斜辺5a,5bが形成されて
いる。各傾斜辺5a,5bは、電流Iの方向(X方向)
と、外部磁界Hの方向(Y方向)の双方に対して傾斜し
ている。X方向に対する傾斜辺5a,5bの傾斜角度φ
は45°付近である。永久磁石膜4a〜4dの残留磁化
の方向はX方向あるいは、X方向に対して角度φだけ傾
斜した方向(図1のMと同じ方向)であり、例えば傾斜
辺5aがN極で、傾斜辺5bがS極となるように、傾斜
辺5aと5bでの極性が相違している。
【0020】永久磁石膜4a〜4dは、導電性材料膜で
あるが、各永久磁石膜の電気抵抗が、MR膜1の電気抵
抗よりも大きくなるように設定されている。導電体の電
気抵抗rは以下の数2により表わされる。
【0021】
【数2】
【0022】上記においてρは固有抵抗、tは膜厚寸
法、wは幅寸法、lは長さである。MR膜1がパーマロ
イの場合、その固有抵抗ρ1がほぼ25(μΩ・cm)
で、永久磁石膜4a〜4dがCo−Pt系合金や、Co
−Cr−Ta系合金の場合、その固有抵抗ρ2はほぼ9
0(μΩ・cm)である。この実施例では、永久磁石膜
の固有抵抗ρ2が、MR膜1の固有抵抗ρ1の3倍以上で
ある。図1に示す磁気検出素子10では、MR膜1の電
気抵抗よりも永久磁石膜4a〜4dの電気抵抗を大きく
しておくことにより、MR膜1に流れる電流Iが傾斜辺
5aと5bの間を短絡しないようにし、電流I方向がX
方向に対して傾斜するのを防止できるようになってい
る。また、両側の永久磁石膜4aと4dをリード層(電
極層)として兼用でき、電流Iを永久磁石膜4aからM
R膜1に与え、さらに永久磁石膜4dから取り出すこと
ができる。しかも前述のように、永久磁石膜の電気抵抗
を大きくしておくことにより、傾斜辺5aと5b間にて
M方向へ電流が短絡するのを防止できる。
【0023】数2に示すように、電気抵抗rは長さ
(l)に比例し、断面積(t・w)に反比例する。図1
において、X方向の長さが最も短いのは永久磁石膜4b
と4cである。よって、この永久磁石膜4bと4cの電
気抵抗が、MR膜1のA,B,Cで示す部分の電気抵抗
よりも大きければよい。薄膜の磁気検出素子10では、
A,B,Cで示す部分のMR膜1と、永久磁石膜4b,
4cとで、幅寸法(w)と長さ(l)の差はわずかであ
る。したがって、MR膜1の膜厚をt1、永久磁石膜4
a〜4dの膜厚をt2とした場合に、(ρ1/t1)<
(ρ2/t2)に設定すれば、永久磁石膜4b,4cの電
気抵抗を、A,B,Cの部分のMR膜1の電気抵抗より
も大きくできる。
【0024】次に図1に示す磁気検出素子10の動作を
説明する。隣り合う永久磁石膜の傾斜辺5aと5bは、
MR膜1上にて平行に対向し、傾斜辺5aと5bは電流
方向(X方向)に対して角度φにて傾斜している。また
対向する傾斜辺5aはN極で傾斜辺5bはS極である。
したがって、永久磁石膜の間に位置するA,B,Cの部
分でのMR膜1は、図1にて点線で示すように、電流I
の方向(X方向)に対して角度φの方向が磁化Mの方向
となり、A,B,Cの部分のMR膜1がMの方向へ単磁
区化されている。この実施例では、両側に位置する永久
磁石膜4aと4dがリード層として兼用されており、電
流Iは、永久磁石膜4aからMR膜1に与えられる。前
述のように、永久磁石膜4b,4cの電気抵抗は、A,
B,Cの部分でのMR膜1の電気抵抗よりも大きいた
め、MR膜1内にて電流IはX方向に流れる。
【0025】よって、MR膜1のA,B,Cの部分で
は、電流Iの方向に対して単磁区化された磁化Mの方向
が45°付近の角度φを有する。したがって、磁気ディ
スクまたは磁気テープなどの記録媒体からの漏れ磁界な
どの外部磁界Hの強さの変化に対して、磁化Mの角度φ
が変化し、図5(B)に示したように、磁界Hの変化に
対して、MR膜1の抵抗Rが直線性を有して変化する。
このときの電圧の変化を検出することにより磁界Hを検
出できる。中間に位置する永久磁石膜4b,4cの数
は、磁気検出素子10のトラック幅Twの大きさに応じ
て選ばれる。A,B,Cで示す部分にてMR膜1をM方
向へ単磁区化するためには、傾斜辺5aと傾斜辺5bの
間隔をある程度狭くしておく必要がある。したがってト
ラック幅Twが大きい場合には、中間の永久磁石膜の数
が多くなる。
【0026】また、トラック幅Twが狭いものである場
合には、図2に示すように、永久磁石膜を4aと4dで
示す2ヶ所にのみ設け、それぞれの永久磁石膜4aと4
dに形成された傾斜辺5a,5bを角度φにて平行に設
ければよい。また、図1に示す永久磁石膜4a〜4dま
たは図2に示す永久磁石膜4a,4dを非導電性の磁性
材料膜により形成してもよい。この場合に、両側の永久
磁石膜4aと4dをリード層として兼用できないため、
MR膜1の左右両端に接続されるリード層(電極層)を
別個に形成することになる。
【0027】図1または図2に示す磁気検出素子10
は、そのまま磁気記録媒体などに対向させ、漏れ磁界で
ある外部磁界HがMR膜1に直接作用するようにして使
用することができる。ただし、図3に示すように、磁気
検出素子10の前後にヨーク層11と12を近接して配
置し、その上にヨーク層13を形成し、ヨーク層13の
一端13aがヨーク層11にギャップを介して対向し、
他端13bがヨーク層12に磁気的に接触する構造にで
きる。この場合には、ヨーク層11の幅寸法はトラック
幅Twとなり、ヨーク層11と一端13aの間隔が磁気
ギャップ長Glとなる。この磁気検出素子10は、磁気
ディスクや磁気テープなどの記録媒体の記録信号の再生
や、その他の磁気検出装置に使用することが可能であ
る。
【0028】
【発明の効果】本発明の磁気検出素子は、MR膜と永久
磁石膜の2層構造を主体としたものであり、比較的簡単
な成膜工程により製造できる。
【0029】また、MR膜は永久磁石膜により単磁区化
されるので、バルクハウゼンノイズが低減され、高精度
な磁気検出が可能である。
【0030】また、永久磁石膜の電気抵抗を、MR膜の
電気抵抗よりも大きくすることにより、電流を直線的に
流すことが可能になる。また両側の永久磁石膜を導電性
材料とし、且つ上記のようにMR膜よりも電気抵抗を大
きくしておくことにより、永久磁石膜を、MR膜に電流
を与えるリード層として兼用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の磁気検出素子の第1実施例を示す平面
図、
【図2】本発明の他の実施例による磁気検出素子を示す
平面図、
【図3】磁気検出素子の使用例を示す斜視図、
【図4】従来の磁気検出素子の平面図、
【図5】磁気抵抗効果を説明する図であり、(A)は磁
気抵抗効果膜の平面図、(B)は外部磁界に対する電気
抵抗の変化を示す線図、
【符号の説明】
1 磁気抵抗効果膜(MR膜) 4a,4b,4c,4d 永久磁石膜 5a,5b 傾斜辺 10 磁気検出素子 I 電流 M 磁化 H 外部磁界
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 43/08 G01R 33/09 G11B 5/39 H01F 41/32 JICSTファイル(JOIS)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電流が与えられる磁気抵抗効果膜と、こ
    の磁気抵抗効果膜に重ねられて磁気抵抗効果膜にバイア
    ス磁界を与える複数の永久磁石膜とを有し、前記永久磁
    石膜は、前記電流の方向および外部磁界の方向に対して
    傾斜する傾斜辺を有し、異なる磁極の傾斜辺どうしが磁
    気抵抗効果膜上にて対向し、磁気抵抗効果膜の電気抵抗
    よりも、永久磁石膜の電気抵抗の方が大きいことを特徴
    とする磁気検出素子。
  2. 【請求項2】 磁気抵抗効果膜の両端部に重ねられてい
    る永久磁石膜が、磁気抵抗効果膜に電流を与えるリード
    層として兼用されている請求項1記載の磁気検出素子。
  3. 【請求項3】 前記磁気抵抗効果膜に流れる電流方向
    は、外部磁界に対し直交する方向である請求項1または
    2に記載の磁気検出素子。
  4. 【請求項4】 前記永久磁石膜の傾斜辺どうしの中間に
    位置する前記磁気抵抗効果膜は、前記傾斜辺に対し直交
    する方向に磁化されている請求項1ないし3のいずれか
    に記載の磁気検出素子。
  5. 【請求項5】 前記永久磁石膜の傾斜辺どうしの中間に
    位置する前記磁気抵抗効果膜の磁化方向は、電流方向に
    対し傾斜角を有している請求項1ないし4のいずれかに
    記載の磁気検出素子。
  6. 【請求項6】 前記磁気検出素子の前後にヨーク層が近
    接配置され、一方の前記ヨーク層上にギャップ層を介し
    て別のヨーク層が対向している請求項1ないし5のいず
    れかに記載の磁気検出素子。
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