JP3407995B2 - 磁気抵抗効果型ヘッド - Google Patents

磁気抵抗効果型ヘッド

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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、磁気抵抗効果により磁
気的信号を電気的信号に変換する磁気抵抗効果型ヘッド
に関するものであり、特に、磁気ディスク装置等の小型
で大容量の磁気記録装置に使用される磁気抵抗効果型ヘ
ッドに関するものである。
【0002】
【従来の技術】磁気抵抗効果型ヘッドは磁気ディスク装
置等の再生用ヘッドとしての注目されているが、磁気抵
抗効果膜内の磁壁移動によりバルクハウゼンノイズが発
生するという問題があった。この問題を解決するための
手段として、特公昭60−32330号公報には、磁気
抵抗効果膜上に反強磁性膜を形成することが開示されて
いる。この手段によれば、磁気抵抗効果膜と反強磁性膜
との交換結合によって磁気抵抗効果膜が単磁区化し、バ
ルクハウゼンノイズは低減するが、前記交換結合が強す
ぎると再生感度が低下するという問題が生じる。
【0003】一方、特開平5−135331号公報に
は、前記交換結合の強さを制御するための手段として、
磁気抵抗効果膜と反強磁性膜との間に強磁性膜を設ける
構成が開示されている。この構成によれば、前記交換結
合の強さを定量的に示す交換結合磁界の値を10Oe以
下とすることができ、再生感度の低下を抑制することが
できるが、該公報中に記載された実施例においては交換
結合制御用強磁性膜の材料としてNiFeNb合金が用
いられており、該NiFeNb合金膜の膜厚を厚くせず
に交換結合磁界を小さくするためにはNbの濃度を高く
する必要があり、Nbの濃度が高くなるとNiFeNb
合金膜の結晶構造が乱れ、このような結晶構造の乱れに
より交換結合磁界の制御が不安定になるという問題が生
じる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、再生感度や
再生分解能を低下させることなくバルクハウゼンノイズ
の発生を抑制した磁気抵抗効果型ヘッドの構成を明らか
にするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明による磁気抵抗効
果型ヘッドは、磁気抵抗効果により磁気的信号を電気的
信号に変換するための磁気抵抗効果膜と、該磁気抵抗効
果膜に交換結合磁界を付与するための反強磁性膜とを備
える磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、前記磁気抵抗効果
膜と前記反強磁性膜との間に、キュリーの法則に従う局
在電子型の常磁性材ではなく、バンドモデルに従う巡回
電子型の常磁性材(いわゆるパウリ常磁性材)からなる
交換結合制御膜を介在させたことを特徴とするものであ
る。
【0006】また、本発明に従う好ましい実施態様の一
つにおいては、磁気抵抗効果膜の長手方向両端の側面か
ら所定の距離だけ離れた位置に、軟磁性材料からなる磁
区制御層が設けられる。
【0007】
【作用】上記本発明の構成における交換結合制御膜は、
単なる非磁性膜として反強磁性膜と磁気抵抗効果膜との
間隔を拡げることにより交換結合磁界を弱めるのではな
く、巡回電子の常磁性的性質により反強磁性膜及び磁気
抵抗効果膜の双方と弱く交換結合することにより、反強
磁性膜と磁気抵抗効果膜とを間接的に交換結合させる。
【0008】そして、上記本発明の構成によれば、交換
結合制御膜の膜厚が薄くても交換結合の強さが十分に小
さく制御され、シールド間ギャップ長が拡がらないので
再生分解能が低下しない。また、前記交換結合制御膜は
結晶構造が安定したものであるので、交換結合の制御が
不安定になることもない。
【0009】一方、磁区制御層は磁気抵抗効果膜と静磁
的に結合し、該磁区制御層内に還流磁区が形成されやす
くなるため、交換結合制御膜を配することにより交換結
合磁界が小さくなっても、磁気抵抗効果膜の端部におけ
る還流磁区の発生が抑制される。また、磁気抵抗効果膜
と磁区制御層とは離れているため、信号を再生する際、
磁区制御層内の磁壁の移動が磁気抵抗効果膜に悪影響を
及ぼすこともない。従って、再生感度を低下させること
なくバルクハウゼンノイズを低減することができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。
【0011】図3は、本発明に従う一実施例の磁気抵抗
効果型ヘッドを示す斜視図である。図3を参照して、N
iFe合金からなる下部シ−ルド層1(膜厚1μm)
は、A123 −TiCからなる基板(図示せず)上に
A123からなる絶縁層(膜厚10μm:図示せず)を
介して形成されている。下部シ−ルド層1の上には、A
23からなる下部絶縁層(膜厚0.2μm:図示せ
ず)が形成されており、該下部絶縁層上に磁気抵抗効果
膜と交換結合制御膜と反強磁性膜からなる磁気抵抗効果
素子部10が形成されている。磁気抵抗効果素子部10
上には、トラック幅に相当する距離を隔てて一対の電極
2、3(Mo/Au/Moの3層膜:膜厚200Å/1
000Å/200Å)が設けられている。電極2、3上
及び該電極間の磁気抵抗効果素子部10上には、Moか
らなるシャトン膜4(膜厚80Å)が形成されている。
シャトン膜4の上には、A123からなる上部絶縁層
(膜厚0.15μm:図示せず)が形成されており、該
上部絶縁層上にNiFe合金からなる上部シ−ルド層5
(膜厚1μm)が形成されている。
【0012】上記磁気抵抗効果型ヘッドを構成する各層
は、基板1上に順次スパッタリング法等により成膜さ
れ、エッチング法等により所定の平面形状に整形された
ものである。
【0013】下部シ−ルド層1及び上部シ−ルド層5
は、磁気抵抗効果素子部10に信号磁界以外の外部磁界
が混入するのを防止し、再生分解能を高めるために設け
られており、その材料としては上記NiFe合金以外に
もCo系非晶質合金等の軟磁性材が用いられ、膜厚は一
般に1〜3μmである。
【0014】電極2、3は、磁気抵抗効果素子部10の
磁気抵抗効果膜に信号検出用の電流を流すために設けら
れており、その膜厚は一般に1000〜2000Åであ
る。
【0015】シャトン膜4は、磁気抵抗効果素子部10
に対してバイアス磁界を印加するため設けられており、
その材料としては上記Mo以外にもTi、Nb、Ta、
W等が用いられ、膜厚は一般に80〜1000Åであ
る。
【0016】図1は、図3に示す磁気抵抗効果素子部1
0の断面図である。図1を参照して、磁気抵抗効果素子
部10は、磁気抵抗効果膜11上に交換結合制御膜12
を介して反強磁性膜13を積層することにより構成され
ている。この実施例では、磁気抵抗効果膜の材料として
NiFe合金を用い、その膜厚を300Åとしている。
また、反強磁性膜13の材料としてγ−FeMn合金を
用い、その膜厚を150Åとしている。また、交換結合
制御膜12の材料としてFeNiMn合金を用い、その
膜厚を10Åとしている。なお、この磁気抵抗効果素子
部10は、エッチング法により150×5μmの平面形
状に整形されている。
【0017】磁気抵抗効果素子部10は、図2に示すよ
うに、Ta、Nb、Mo、Ti等のを主成分とする合
金、あるいはSi34等の絶縁体からなる下地膜14の
上に形成されていてもよい。
【0018】本発明において用いられる磁気抵抗効果膜
の材料は、磁気抵抗効果を有する強磁性材であれば特に
限定されるものでなく、上記NiFe合金の他、CoF
e合金、NiCo合金等を用いることができる。
【0019】本発明において用いられる反強磁性膜の材
料は、反強磁性材であれば特に限定されるものでなく、
上記FeMn合金の他、NiMn合金、CrAl合金、
NiO等を用いることができる。
【0020】本発明において用いられる交換結合制御膜
の材料は、巡回電子型の常磁性材(いわゆるパウリ常磁
性材)であれば特に限定されるものでないが、磁気抵抗
効果膜や反強磁性膜に近い結晶構造のものであることが
好ましい。すなわち、NiFe合金からなる磁気抵抗効
果膜及びNiMn合金からなる反強磁性膜と組み合わせ
て用いる交換結合制御膜の材料としては、インバー合金
と称される約65原子%FeNi合金の面心立方晶系の
結晶構造を崩さずに室温で常磁性化するために該FeN
i合金のNiの一部をMnで置換したFeNiMn合金
等が適する。その他、磁気抵抗効果膜や反強磁性膜との
組み合わせに応じて、Pt、Pd、FePt合金、Fe
Pd合金、YCo合金等を用いることができる。
【0021】以上の実施例では、図4に示すように磁気
抵抗効果膜11の上面全体に接して交換結合制御膜12
及び反強磁性膜13を形成した磁気抵抗効果素子部10
を示したが、本発明はこのような構造に限定されるもの
でなく、図5に示すようにトラック部を除く部分の上の
みに交換結合制御膜12及び反強磁性膜13を形成した
磁気抵抗効果素子部10を用いてもよい。また、図6に
示すようにトラック部のみに交換結合制御膜12及び反
強磁性膜13を形成した磁気抵抗効果素子部10を用い
てもよい。また、図7に示すように、反強磁性膜13、
交換結合制御膜12、磁気抵抗効果膜11の順に積層し
た磁気抵抗効果素子部10を用いてもよい。
【0022】図8は、本発明に従うさらに他の実施例の
磁気抵抗効果型ヘッドを示す断面図である。この実施例
の磁気効果型ヘッドにおいては、一対の磁区制御層2
5、26が設けられている。図8を参照して、基板33
の上には、絶縁層32、下部シ−ルド層29及び絶縁層
31が順次形成されている。絶縁層31の上には、磁気
抵抗効果素子部20が形成されている。磁気抵抗効果素
子部20は、NiFe合金からなる磁気抵抗効果膜2
1、FeNiMn合金からなる交換結合制御膜22及び
γ−FeMn合金からなる反強磁性膜23により構成さ
れている。この磁気抵抗効果素子部20は、図1に示す
磁気抵抗効果素子部10とほぼ同様のものである。
【0023】磁気抵抗効果素子部21の上には、Moか
らなるシャトン層24が形成されており、磁気抵抗効果
膜21の側面から距離lだけ離れた絶縁層31の上に
は、高飽和磁束密度の軟磁性材料からなる磁区制御層2
5、26が形成されている。この実施例では、磁区制御
層25、26の材料としてCoZrSnアモルファス合
金が用いられている。前記距離lの値は、1〜5μmに
設定されている。
【0024】シャント層24上の両側には、一対の電極
27、28が形成されている。電極27は磁区制御層2
5を覆うように、電極28は磁区制御層26を覆うよう
に形成されている。電極27と電極28の間が、トラッ
ク部となる。
【0025】なお、電極層27、28の上には、絶縁層
を介して上部シ−ルド層が設けられるが、図示省略して
いる。
【0026】図9は、図8に示す実施例の磁気抵抗効果
膜21及び磁区制御層25、26の磁区構造を、ビッタ
−法により観測した結果を示す平面図である。図9に示
すように、磁気抵抗効果膜21内には磁壁が存在せず、
磁気抵抗効果膜21は単磁区化している。一方、磁区制
御層25、26には磁壁45、46がそれぞれ発生して
いる。
【0027】磁気抵抗効果型ヘッドとして信号を再生す
る際、磁区制御層25、26内の磁壁45、46は信号
磁界の影響を受けて移動するが、磁気抵抗効果素子21
は磁区制御層25及び26から離れているために、磁壁
45、46の移動が磁気抵抗効果素子21内に新たな磁
壁の発生をもたらすようなことはなく、バルクハウゼン
ノイズも発生しない。
【0028】図10は、磁区制御層を設けていない場合
の磁気抵抗効果膜の磁区構造を示す平面図である。この
ような場合には磁気抵抗効果膜11内に磁壁41が発生
しやすくなり、該磁壁41は、磁気抵抗効果型ヘッドと
して信号を再生する際に信号磁界の影響を受けて移動し
やすく、バルクハウゼンノイズが発生しやすくなる。
【0029】以上のことからわかるように、本発明によ
る磁気抵抗効果型ヘッドにおいては、磁区制御層を設け
ることにより、バルクハウゼンノイズの発生が抑制され
ている。
【0030】図11は、各種磁気抵抗効果型ヘッドにつ
いての抵抗−磁界曲線であり、図11の(a)は、図8
に示す実施例の磁気抵抗効果型ヘッド(以下、MRヘッ
ド[A]と略す)に関するものであり、(b)は、反強
磁性膜も交換結合制御膜も磁区制御層も有していない磁
気抵抗効果素子部から構成される磁気抵抗効果型ヘッド
(以下、MRヘッド[B]と略す)に関するものであ
り、(c)は、磁気抵抗効果膜に接して反強磁性膜が設
けられ交換結合制御膜及び磁区制御層を有していない磁
気抵抗効果素子部から構成される磁気抵抗効果型ヘッド
(以下、MRヘッド[C]と略す)に関するものであ
る。
【0031】図11を見ればわかるように、MRヘッド
[B]においては最大抵抗変化率(以下、MR比と略
す)が大きく、再生感度の点では優れているが、バルク
ハウゼンノイズが発生する。MRヘッド[C]はバルク
ハウゼンノイズが発生しないという点では優れている
が、MR比が小さくて最適バイアス磁界も大きいため、
再生感度の点で不利である。これに対して、本発明実施
例のMRヘッド[A]においてはバルクハウゼンノイズ
が発生せず、MR比が大きくて最適バイアス磁界も小さ
いため、再生感度の点でも優れている。
【0032】図12〜図14は、本発明における磁気抵
抗効果膜と磁区制御層との相対配置や磁区制御層の平面
形状の例を示す平面図であり、各図に示された磁気抵抗
効果膜21及び磁区制御層25、26の上側の端辺が磁
気記録媒体に対向することになる。
【0033】図12に示す例では、磁気抵抗効果膜21
と磁区制御層25、26の幅が互いにほぼ等しい。すな
わち、磁気抵抗効果膜21の長手方向両端の側面21a
の全幅に対して、磁区制御層25、26の側面が対向し
ている。
【0034】図13に示す例では、磁区制御層25、2
6の幅が磁気抵抗効果膜21よりも広く、磁区制御層2
5、26が磁気抵抗効果膜よりも下方に突出している。
この構造においても、磁気抵抗効果膜21の長手方向両
端の側面21aの全幅に対して、磁区制御層25、26
の側面が対向している。
【0035】図14に示す例では、磁区制御層25、2
6の幅が磁気抵抗効果膜21よりも広く、磁気抵抗効果
膜21の下方において、磁区制御層25、26が互いに
近づく方向に突出している。この構造においても、磁気
抵抗効果膜21の長手方向両端の側面21aの全幅に対
して、磁区制御層25、26の側面が対向している。
【0036】図15及び図16は、磁気抵抗効果膜と磁
区制御層との相対配置や磁区制御層の平面形状の好まし
くない例を示す平面図であり、各図に示された磁気抵抗
効果膜21及び磁区制御層25、26の上側の端辺が磁
気記録媒体に対向することになる。
【0037】図15に示す例では、磁区制御層25、2
6の幅が磁気抵抗効果層21の幅よりも狭くなってい
る。この場合ように、磁気抵抗効果膜21の長手方向両
端の側面21aに対して磁区制御層25、26の側面が
対向しない部分があると、本発明における磁区制御層に
よる効果が低減する。
【0038】図16に示す例では、磁区制御層25、2
6の側面が尖った形状になっており、この場合も、本発
明における磁区制御層による効果が低減する。
【0039】以上のことからわかるように、本発明にお
ける磁区制御層による効果を得るためには、磁気抵抗効
果膜21の長手方向両端の側面21aの全幅に対して、
磁区制御層25、26の側面が対向していることが好ま
しい。
【0040】なお、以上の説明ではシャトンバイアス方
式でシールド型の磁気抵抗効果型ヘッドを例に挙げた
が、本発明はこれに限定されるものではなく、ソフトバ
イアス方式やヨーク型等、他の方式、型式の磁気抵抗効
果型ヘッドにも適用され得るものである。
【0041】
【発明の効果】本発明によれば、再生感度や再生分解能
を低下させることなくバルクハウゼンノイズの発生を抑
制した磁気抵抗効果型ヘッドが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従う一実施例における磁気抵抗効果素
子部を示す断面図。
【図2】本発明に従う他の実施例における磁気抵抗効果
素子部を示す断面図。
【図3】本発明に従う一実施例の磁気抵抗効果型ヘッド
を示す斜視図。
【図4】本発明において用いられる磁気抵抗効果素子部
の構造の一例を示す断面図。
【図5】本発明において用いられる磁気抵抗効果素子部
の構造の他の例を示す断面図。
【図6】本発明において用いられる磁気抵抗効果素子部
の構造のさらに他の例を示す断面図。
【図7】本発明において用いられる磁気抵抗効果素子部
の構造のさらに他の例を示す断面図。
【図8】本発明に従うさらに他の実施例における磁気抵
抗効果型ヘッドを示す断面図。
【図9】図8に示す実施例における磁気抵抗効果膜の磁
区構造を示す平面図。
【図10】比較例の磁気抵抗効果膜の磁区構造を示す平
面図。
【図11】各種磁気抵抗効果型ヘッドについての抵抗−
磁界曲線図。
【図12】本発明における磁気抵抗効果膜と第2の磁区
制御層の形状及び配置の一例を示す平面図。
【図13】本発明における磁気抵抗効果膜と第2の磁区
制御層の形状及び配置の他の例を示す平面図。
【図14】本発明における磁気抵抗効果膜と第2の磁区
制御層の形状及び配置のさらに他の例を示す平面図。
【図15】比較例における磁気抵抗効果膜と第2の磁区
制御層の形状及び配置を示す平面図。
【図16】他の比較例における磁気抵抗効果膜と第2の
磁区制御層の形状及び配置を示す平面図。
【符号の説明】
2、3、27、28 電極 4、24 シャント層 10、20 磁気抵抗効果素子部 11、21 磁気抵抗効果膜 12、22 交換結合制御膜 13、23 反強磁性膜 25、26 磁区制御層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−201018(JP,A) 特開 平5−303724(JP,A) 特開 平6−162451(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11B 5-39

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁気抵抗効果により磁気的信号を電気的
    信号に変換するための磁気抵抗効果膜と、該磁気抵抗効
    果膜に交換結合磁界を付与するための反強磁性膜とを備
    え、前記磁気抵抗効果膜と前記反強磁性膜との間に、巡
    回電子型の常磁性材からなる交換結合制御膜を介在させ
    た磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、 前記交換結合制御膜が、FeNiMn合金からなること
    を特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
  2. 【請求項2】 磁気抵抗効果により磁気的信号を電気的
    信号に変換するための磁気抵抗効果膜と、該磁気抵抗効
    果膜に交換結合磁界を付与するための反強磁性膜とを備
    え、 前記磁気抵抗効果膜と前記反強磁性膜との間に、
    巡回電子型の常磁性材からなる交換結合制御膜を介在さ
    せた磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、 前記交換結合制御膜が、Pt、Pd、FePt合金、F
    ePd合金又はYCo合金からなることを特徴とする磁
    気抵抗効果型ヘッド。
  3. 【請求項3】 前記磁気抵抗効果膜の長手方向両端の側
    面から所定の距離だけ離れた位置に、軟磁性材料からな
    る磁区制御層が設けられていることを特徴とする請求項
    1又は2記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
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