JP3593077B2 - 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気記録再生装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気記録再生装置に関し、より具体的には、磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向にセンス電流を通電するタイプの構成において、従来よりも高感度な検出を可能とした磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスク装置などの磁気記録再生装置は、近年、急速に小型化・高密度化が進められ、今後さらに高密度化されることが期待されている。磁気記録技術において高密度化を実現するためには、記録トラック幅を狭くして記録トラック密度を高めるとともに、長手方向の記録密度すなわち線記録密度を高める必要がある。
【０００３】
しかしながら、媒体の面内方向に磁化させる「長手記録方式」では記録密度が高くなるにつれ反磁界が大きくなり再生出力の低下や、安定な記録が行えなくなるという問題点がある。これらの問題点を改善するものとして「垂直記録方式」が提案されている。垂直記録方式は、記録媒体面に対して略垂直方向に磁化して記録するものであり、長手方向の記録に対し記録密度を高めても反磁界の影響が少なく、再生出力の低下等は抑制されるという利点を有する。
【０００４】
ところで、長手記録方式、垂直記録方式ともに従来は、媒体信号の再生には誘導型ヘッドが用いられていた。しかし、高密度化に伴って記録トラック幅が狭くなり記録された磁化の大きさが小さくなる。そこで、このような微小な磁化を検出して十分な再生信号出力が得られるよう、異方性磁気抵抗効果（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｅｆｆｅｃｔ：ＡＭＲ）を用いた再生感度の高いＡＭＲヘッドが開発され、シールド型再生ヘッドとして用いられるようになった。また最近では巨大磁気抵抗効果（Ｇｉａｎｔ ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｅｆｆｅｃｔ：ＧＭＲ）を応用した、さらに感度の高いスピンバルブ型ＧＭＲヘッドが用いられるようになり、さらに高い再生感度の期待されるトンネル磁気抵抗効果（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｅｆｆｅｃｔ：ＴＭＲ）を用いた磁気ヘッドの開発と実用化のための研究も進められている。
【０００５】
このように再生感度の高い磁気ヘッドが開発され、それらを用いることによって、ごく小さい記録ビットサイズに対しても記録信号の再生の糸口が見えてきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
記録密度が高まるにつれ高感度なセンサが要求される。この要求に応えるものとしてＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ Ｐｌａｎｅ：膜面垂直通電）型のＧＭＲ素子がある。これは、薄膜積層構造を有するＧＭＲ膜に対して、磁界検出のためのセンス電流を膜面に対して略垂直方向に通電するタイプの素子である。
【０００７】
ＣＰＰ型の素子を開示した刊行物としては、例えば、特開平１０−５５５１２号公報や、米国特許第５，６６８，６８８号公報を挙げることができる。
【０００８】
また、バルクハウゼンノイズ（Ｂａｒｋｈａｕｓｅｎ ｎｏｉｓｅ）を抑制する目的で磁気抵抗効果膜の両端にバイアス膜を設置し、このバイアス膜からバイアス磁界を印加する方法がある。しかし、本発明者らは、記録密度を高めるため狭トラック化が進むにつれ、これらバイアス印加膜の間隔距離を狭くすると、バイアス磁界が強くかかりすぎて磁化回転が困難になるため素子の感度が低下してしまうという問題が生ずることを知得した。このことは、前述した特開平１０−５５５１２号公報及び米国特許第５，６６８，６８８号公報のいずれにも示唆されておらず、これらに開示されている構成では十分な解決が困難な課題である。
【０００９】
そこで、磁気抵抗効果膜の両脇のバイアス膜間距離を離し、電極とバイアス膜との間に距離をとれば、バイアス磁界が強くかかりすぎて素子の感度が低下するという問題は回避できる。
【００１０】
一方、高密度化のためにはトラック幅を狭める必要があるが、通常のＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎ Ｐｌａｎｅ：膜面内通電）では電極間距離、ＣＰＰでは電極幅で規定される物理トラック幅に関して、その幅が０．３μｍを切るあたりから実効トラック幅が物理トラック幅よりも広がってしまうという問題が発生する。この現象は磁気抵抗効果膜の両脇のバイアス膜間距離を離し、電極とバイアス膜との間に距離をとった構造ではより顕著に現れてしまう。この問題の原因の一つとして、電極幅よりも広い幅の領域の磁気抵抗効果膜において媒体からの磁束が吸い込まれることが考えられる。これらの原因から、所望の実効トラック幅を得ることが困難になってきた。
【００１１】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものである。すなわち、その目的は、バイアス印加膜を有する膜面垂直通電型の磁気抵抗効果素子において、高密度で高感度の磁気検出を可能とし、かつ所望の実効トラック幅を得ることができる磁気抵抗効果素子及びこれを用いた磁気ヘッド、磁気記録再生装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様に係る磁気抵抗効果素子は、トラックが形成された磁気記録媒体に対向して配置され、磁気記録媒体からの信号磁束を検出する磁気抵抗効果素子であって、磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向に電流 I を通電可能な一対の電極と、前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略平行な方向にバイアス磁界を印加する一対のバイアス印加膜とを備え、前記磁気抵抗効果膜、一対の電極および一対のバイアス印加膜は側面が媒体対向面と平行となり膜面が媒体対向面に直交するように配置され、前記磁気抵抗効果膜と一対の電極は磁気記録媒体のトラック幅方向と直交する方向に沿って積層され、前記磁気抵抗効果膜と一対のバイアス印加膜は磁気記録媒体のトラック幅方向に沿って配置されており、媒体対向面側におけるトラック幅方向に沿う前記電極の幅をＬ１、前記電極と前記バイアス印加膜の向き合った端部間の距離をＬ２、前記磁気抵抗効果膜の媒体対向面側の端部とこの端部とほぼ平行な前記電極の端部との距離をＬ３としたとき、媒体対向面側におけるトラック幅方向に沿う前記磁気抵抗効果膜の幅がＬ１＋２Ｌ２で表され、
Ｌ１×０．２＜Ｌ２＜Ｌ１×２かつ０＜Ｌ３＜０．１μｍ
であり、前記電極は、前記磁気抵抗効果膜の磁気記録媒体からの信号磁束が流入する側で前記バイアス印加膜の磁界の方向と反平行となるように前記電流 I を通電することが可能であり、前記電流 I は、
０＜Ｉ＜２０ｍＡ
なる関係を満足することを特徴とする。
【００１３】
本発明の一態様に係る磁気ヘッドは、上記の磁気抵抗効果素子を備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の一態様に係る磁気記録再生装置は、上記の磁気ヘッドと、磁気記録媒体とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
磁気抵抗効果膜としては、ＣＰＰ型ＧＭＲ膜が用いられる。ＧＭＲ膜は、例えば２層の強磁性層の間に導電性の非磁性中間層を挟んだ構造を有するものが挙げられる。この構造では、一方の強磁性層は例えば反強磁性層を積層することにより磁化が固着された磁化固着層（ピン層）として、他方の強磁性層は外部磁界により磁化が自由に回転する磁化自由層（フリー層）として機能する。なお、これらの層に加えて、下地層、保護層などを設けてもよい。
【００１６】
バイアス印加膜は対をなして、磁気抵抗効果膜の膜面に対して略平行な方向にバイアス磁界を印加するように設けられる。バイアス印加膜としては、ＣｏＰｔなどの硬質磁性膜や、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎなどの反強磁性膜を用いることができる。バイアス印加膜は、磁気抵抗効果膜の横側に隣接して設置してもよいし、磁気抵抗効果膜の下側または上側に積層してもよいし、磁気抵抗効果膜にオーバーラップさせるように設置してもよい。これらの設置方法はバイアス印加膜の磁気特性や膜厚に応じて、最適なバイアス磁界が磁気抵抗効果膜にかかるような組み合わせで選ぶことが望ましい。
【００１７】
電極は磁気抵抗効果膜の上下に対をなして設けられ、磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向に電流を通電する。電極は、Ｃｕなどの導電膜で形成してもよく、また磁気抵抗効果膜のフリー層以外の部分、例えば保護膜、反強磁性膜、ピン層の部分を電極として用いてもよい。これらの電極は、磁気抵抗効果膜両脇のバイアス印加膜間の中央部にバイアス印加膜との間に距離をとり、かつ媒体対向面から後退して設けられる。
【００１８】
このような構造を有する垂直通電型の磁気抵抗効果素子では、バイアス印加膜近傍の磁気抵抗効果膜部分ではバイアス印加膜からの強いバイアス磁界のため感度が低くなる。しかし、磁気抵抗効果膜の上下に設置された電極がピラー形状をなしており、感度が低くなる部分を避けて感度の高い部分にのみセンス電流を絞って通電することができるので、高い感度を実現できる。つまり、本発明では、磁気抵抗効果膜としてＧＭＲ膜を用いた場合に、その膜内の電流分布を最適にすることができ、特に顕著な効果が得られる。なお、上下の電極を位置ずれなく形成することは困難であることから、どちらか一方を他方に比べ広くすることで位置ずれ誤差の影響を軽減することができる。
【００１９】
本発明に一態様に係る垂直通電型磁気抵抗効果素子では、磁気抵抗効果膜と電極（一対の電極のうち、幅の狭い方）とが接するトラック幅方向の幅をＬ１、電極とバイアス印加膜の向き合った端部間の距離をＬ２、磁気抵抗効果膜の媒体対向面側の端部とほぼ平行な前記電極の端部との距離（媒体対向面からの電極の後退距離）をＬ３としたとき、
Ｌ１×０．２＜Ｌ２＜Ｌ１×２かつ０＜Ｌ３＜０．１μｍ
とする。このように設計すれば、感度を高めると同時に実効トラック幅の増大を抑制することができる。
【００２０】
上記の磁気抵抗効果膜と電極とが接するトラック幅方向の幅Ｌ１とは、設計上は電極のトラック幅方向の幅であるが、厳密には電極と磁気抵抗効果膜とが電気的に接触した部分のトラック幅方向の幅を意味する。この接触部を介して電極から磁気抵抗効果膜へまたは磁気抵抗効果膜から電極へ電流が流出する。このように厳密に定義する理由は、電極の設計幅と実際に形成される電極の加工幅とが異なる（例えば電極の加工幅が設計幅よりも狭くなる）ことがありうるためである。
【００２１】
また、電極（幅の狭い方の電極、厳密には電極と磁気抵抗効果膜との接触部）の幅を０．３μｍ以下とした場合に、本発明の効果は特に顕著となる。すなわち、高記録密度化に対応するためにトラック幅を狭くする場合、従来の磁気抵抗効果素子では、前述したような各種の理由により高感度化が困難であった。これに対して、本発明によれば、バイアス印加膜の間隔が０．３μｍ以下の場合に従来よりも大幅な感度の向上を実現することが可能となる。
【００２２】
電極の幅Ｌ１に対する電極−バイアス印加膜間の距離Ｌ２の関係を上記のように規定したのは以下のような理由による。すなわち、Ｌ１に対してＬ２が小さいとバイアス磁界が電極下部の磁気抵抗効果膜に強くかかるため感度が低下し、また距離Ｌ２が大きいとバイアス磁界が弱くなりすぎてＧＭＲ膜の磁化自由層にバルクハウゼンノイズの発生原因となる磁区が発生するだけでなく、電極の横側からの媒体磁束の回り込みによって実効トラック幅の増大が顕著となる。これに対してＬ２＜Ｌ１×２であればバイアス膜近傍のＧＭＲ膜の磁化が回転しづらいことから媒体磁束が電極の横側から回り込む量は小さく、実効トラック幅の増大を抑制することができる。このため、Ｌ１×０．２＜Ｌ２＜Ｌ１×２であることが好ましく、Ｌ１×０．５＜Ｌ２＜Ｌ１×１であることがより好ましい。
【００２３】
また、本発明の一態様に係る垂直通電型磁気抵抗効果素子は、例えばこれを挟むように形成された１対の磁気シールドと組み合わせて、シールド型磁気ヘッドとして用いられる。この場合、狭ギャップ化に対応するために磁気シールド間隔を狭くすると、電極を含めた磁気抵抗効果膜がシールド間に収まらなくなってしまう。そこで、電極を媒体対向面から後退させ、磁気抵抗効果膜または磁気抵抗効果膜の磁化自由層に相当する軟磁性膜のみを媒体対向面側に形成することでシールド間に収めることが可能となる。この構造は、サーマルアスペリティなどにも強くなる。この構造における電極と媒体対向面間の距離（媒体対向面からの電極の後退距離）Ｌ３は、電極が媒体対向面に露出しない距離が必要であり、一方あまり大きくとると信号磁束が効率的に電極間の磁気抵抗効果膜まで伝達しなくなるだけでなく、電極横側からの媒体磁束の回り込み量が増大しやすくなって実効トラック幅が電極幅に対して増大してしまう。このため、０＜Ｌ３＜０．１μｍであることが好ましい。このように、本発明に係る垂直通電型磁気抵抗効果素子はシールド型磁気ヘッドなどを作製する場合に効果的である。
【００２４】
こうした再生磁気ヘッドでは、トラック幅の規定が記録密度を決定する重要な要素になる。しかし、前述のように物理トラック幅が狭まってくるにつれ、電極の外側の磁気抵抗効果膜での磁束の吸い込みにより実効トラック幅が狭まらなくなるという問題が発生するため、上記のような適切な設計が重要になる。さらに、垂直通電型の磁気抵抗効果素子においてはセンス電流値によって実効トラック幅が変わるという現象が生じることがわかった。特に、磁気抵抗効果膜両脇のバイアス膜間距離を離し、電極とバイアス膜との間に距離をとる場合にはこの傾向が顕著になる。したがって、設計値通りの実効トラック幅を得るためには、電極幅だけでなく、動作時のセンス電流値の設定を考慮することが好ましい。
【００２５】
本発明の他の態様においては、磁気抵抗効果膜の信号磁束が流入する側でバイアス印加膜の磁界の方向と磁気抵抗効果膜の膜面に垂直に通電される電流Ｉにより発生する磁界の方向とが実質的に反平行となる向きに通電する場合を＋方向とした場合、０＜Ｉ＜２０ｍＡなる関係が満足されることが好ましい。このような条件を満たしていれば、実効トラック幅の増大をより効果的に抑制することができる。また、設定すべき実効トラック幅よりも幅の狭い電極を形成し、上記の範囲のセンス電流にすることで所望の実効トラック幅を得ることができる。この効果をより効果的に得るためには、バイアス印加膜からの磁界強度に対抗する程度のセンス電流磁界強度が好ましいが、センス電流が大きすぎると素子の発熱が問題となる。以上の観点から、センス電流Ｉを３≦Ｉ≦１５ｍＡの範囲に設定することがより好ましい。
【００２６】
上述したいずれかの磁気抵抗効果素子は、再生用磁気ヘッドの要部として用いることができ、既述したシールド型磁気ヘッドだけでなく、信号磁束が導入される磁気ヨークと組み合わせてヨーク型磁気ヘッドなども実現することができる。
【００２７】
また、このような磁気ヘッドを用いることにより、磁気記録媒体に磁気的に記録された情報を再生可能とした高記録密度の磁気記録再生装置を実現することができる。
【００２８】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態についてより詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る垂直通電型磁気抵抗効果素子を備えたシールド型磁気ヘッドの要部を概略的に表す斜視図である。図１においては、上側が記録媒体（図示せず）への対向面（媒体対向面）である。図２は本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の平面図である。図２においては、下側が媒体対向面である。図３は本実施形態に係るシールド型磁気ヘッドの断面図である。図３においては、紙面手前側が媒体対向面である。
【００２９】
図１〜図３を参照して本実施形態に係るシールド型磁気ヘッドの構造について説明する。
【００３０】
最初に、図１〜図３のうち主に図３を参照して説明する。下シールド１ａ上に下電極２ａが形成され、この下電極２ａ上に磁気抵抗効果膜３が形成されている。磁気抵抗効果膜３の両側には１対のバイアス印加膜４が設けられている。磁気抵抗効果膜３上には上電極２ｂが形成されている。上電極２ｂ上には上シールド１ｂが形成されている。下シールド１ａと上シールド１ｂとの間のギャップには絶縁膜５が設けられている。図１においては、図３に示されている上シールド１ｂを省略している。図２は磁気抵抗効果素子のみの平面図である。
【００３１】
磁気抵抗効果膜３の膜面の上下に設けられた下電極２ａおよび上電極２ｂは、磁気抵抗効果膜３にセンス電流を通電する役割を有する。これらの下電極２ａおよび上電極２ｂの材料としては、Ｃｕ（銅）などが用いられる。磁気抵抗効果膜３の両側に設けられたバイアス印加膜４は、磁気抵抗効果膜３にバイアス磁界を印加してバルクハウゼンノイズを低下する役割を有する。バイアス印加膜４の材料としては、ＣｏＰｔ（コバルト白金）などが用いられる。これらの部材を有する磁気抵抗効果素子が、一対のシールド１ａ、１ｂに挟まれるように配置されて磁気ヘッドの要部を形成している。
【００３２】
図４に磁気抵抗効果膜３として用いられるＧＭＲ膜の一例を示す。図４は、ＧＭＲ膜の基本構成を示す断面図である。このＧＭＲ膜は、下地層１１、反強磁性層１２、磁化固着層（ピン層）１３、非磁性中間層１４、磁化自由層（フリー層）１５、及び保護層１６をこの順に積層したものである。
【００３３】
下地層１１の材料としては例えばＴａ（タンタル）を用いることができる。反強磁性層１２の材料としては例えばＰｔＭｎ（白金マンガン）を用いることができる。磁化固着層１３としては例えばＣｏＦｅ（コバルト鉄）／Ｒｕ（ルテニウム）／ＣｏＦｅ（コバルト鉄）の３層膜を用いることができる。ＣｏＦｅ（コバルト鉄）などの単層を用いてもよいことはもちろんである。非磁性中間層１４の材料としては例えばＣｕを用いることができる。磁化自由層１５としては例えばＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ（ニッケル鉄）の２層膜を用いることができる。ＣｏＦｅ（コバルト鉄）などの単層を用いてもよいことはもちろんである。保護層１６の材料としては例えばＴａを用いることができる。
【００３４】
なお、図２に破線で示す上電極２ｂの下端の延長線から媒体対向面までの部分は、磁気抵抗効果膜の磁化自由層として機能する軟磁性膜、たとえばＮｉＦｅなどで形成してもよい。
【００３５】
磁気抵抗効果膜３の構造は図４に例示したものに限定されず、これ以外にも例えば、図４と積層の順序を反転した構造、磁化固着層が上下対称に設けられた、いわゆる「デュアル型」の構造などの各種の構造を用いることができる。
【００３６】
図２に戻って説明すると、本実施形態のひとつの特徴は、一対の電極のうち狭い幅を有する上電極２ｂの幅（厳密には上電極２ｂと磁気抵抗効果膜３との接触部についてトラック幅方向すなわちバイアス印加膜４，４の配列方向に沿う幅）Ｌ１と、上電極２ｂとバイアス印加膜４との距離Ｌ２とが下記（１）の関係を満たし、かつ上電極２ｂの媒体対向面側の端部から媒体対向面までの磁気抵抗効果膜部分の長さＬ３に下記（２）の条件を満たす点にある。
【００３７】
Ｌ１×０．２＜Ｌ２＜Ｌ１×２ （１）
０＜Ｌ３＜０．１μｍ （２）
上記（１）の関係を満たしていれば、感度を高めると同時に実効トラック幅の増大を抑制することができる。すなわち、磁気抵抗効果膜３の両側にバイアス印加膜４を設けた場合、バイアス印加膜４に近い部分の磁気抵抗効果膜３には、強いバイアス磁界が印加されるが、バイアス印加膜４から離れた磁気抵抗効果膜３の中央付近ではそれよりも弱いバイアス磁界が印加される。そして、磁気抵抗効果膜３の上下に設置された電極２ａ、２ｂがピラー形状をなしており、バイアス印加膜４に近い磁気抵抗効果膜３の部分にはセンス電流が通電されないのでこの部分はセンシングエリアとならないが、中央部分の磁気抵抗効果膜３には選択的にセンス電流が通電されるのでこの部分はセンシングエリアとなり、高い感度を実現できる。このとき、電極の幅Ｌ１と電極−バイアス印加膜間の距離Ｌ２とが上記の関係を満たしていれば、センシングエリアに適度なバイアス磁界が印加されるので、高い感度が得られる。またＬ２が０でないことから電極の横側から媒体磁束が回り込むことで実効トラック幅が増大してしまうが、Ｌ２＜Ｌ１×２であればバイアス膜近傍のＧＭＲ膜の磁化が回転しづらいことから媒体磁束が横側から回り込む量は小さく、実効トラック幅の増大を抑制することができる。
【００３８】
また、上記（２）の条件を満たしていれば、電極が媒体対向面から後退して媒体対向面に露出しなくなるので、ヘッド走行時のヘッドと媒体との接触に伴うサーマルアスペリティノイズを抑制できる。特にヘッドの浮上量が低い場合はきわめて有効な手段となる。ただし、Ｌ３をあまり大きくとると、センシングエリアが媒体対向面から離れてしまい感度が減少してしまうだけでなく、電極横側からの媒体磁束の回り込み量が増大しやすくなって実効トラック幅も増大してしまう。したがって、Ｌ３は０．１μｍより小さく設定することが好ましい。
【００３９】
また、この構造では、媒体対向面には電極が存在しないため狭いシールド間距離（狭ギャップ）を実現でき、奥側では電極／磁気抵抗効果膜／電極が収まる程度にシールド間距離を広くとることが可能となるので、高記録密度化に対応できる。
【００４０】
なお、バイアス印加膜から磁気抵抗効果膜の膜面に対して略平行な方向にバイアス磁界を印加できれば、磁気抵抗効果膜とバイアス膜の配置は特に限定されない。図５（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、磁気抵抗効果膜とバイアス膜の配置の仕方について説明する。図５（Ａ）は図３と同様に、バイアス印加膜４を磁気抵抗効果膜３の両側に隣接して配置した形態を示す。図５（Ｂ）はバイアス印加膜４の上に磁気抵抗効果膜３を積層した形態を示す。図５（Ｃ）は磁気抵抗効果膜３の上にバイアス印加膜４を積層した形態を示す。図５（Ｄ）はバイアス印加膜４の一部を磁気抵抗効果膜３の両側に隣接して配置し、バイアス印加膜４の一部を磁気抵抗効果膜３にオーバーラップさせた形態を示す。
【００４１】
（第２の実施形態）
本実施形態では、実効トラック幅の増大に防止に有効なセンス電流の設定について検討した結果を説明する。なお、図６に示すように、センス電流の極性については、センス電流磁界が媒体対向面側においてバイアス印加膜４からの磁界をうち消すように働く場合を＋方向としている。
【００４２】
図７に、電極幅（物理トラック幅）Ｌ１を１００ｎｍ（０．１μｍ）、センス電流値を−５ｍＡとして、電極−バイアス印加膜間の距離Ｌ２を変化させた場合の実効トラック幅をマイクロマグネティックシミュレーションにより計算した結果を示す。この図から、Ｌ２が大きくなるに従って、実効トラック幅の電極幅Ｌ１からの広がりが大きくなる方向に変動していることがわかる。
【００４３】
この点を詳細に調べるため、さらに計算により実効トラック幅のセンス電流依存性を求めた。この際、電極−バイアス印加膜間の距離Ｌ２を０ｎｍ、５０ｎｍまたは１００ｎｍとしている。その結果を図８に示す。図８に示されるように、Ｌ２が大きいほど、センス電流に対する実効トラック幅の変動率が大きくなることがわかる。このことは、第１の実施形態で示した構造では電極−バイアス印加膜間の距離Ｌ２がある値を持つため、物理トラック幅であるＬ１だけでは実効トラック幅を決定できないことを意味している。つまり、所望の実効トラック幅を得るためには、物理トラック幅であるＬ１だけでなく、センス電流値もあらかじめ設定する必要がある。たとえば、物理トラック幅Ｌ１を０．１μｍとして、０．１１μｍの実効トラック幅を得るためには、Ｌ２が５０ｎｍの場合にはセンス電流を約５ｍＡに、Ｌ２が１００ｎｍの場合にはセンス電流を約７ｍＡに設定する必要がある。
【００４４】
同じ出力値を得るためには、センス電流の極性の正負は関係なく、その絶対値だけが関係する。しかし、−側のセンス電流を通電するものとして設計する場合、物理トラック幅Ｌ１に比べ実効トラック幅がかなり増加するため、所定の実効トラック幅に対し物理トラック幅Ｌ１をかなり小さく形成する必要があり、このことは製造を困難にするため望ましくない。これに対して、＋側のセンス電流を通電するものとして設計すれば、物理トラック幅と実効トラック幅の差が小さくなるために有利である。一方、高い出力を得るためにはセンス電流の絶対値が大きい方が望ましいが、センス電流が大きすぎると発熱による特性劣化が生じる。これらの観点から、センス電流Ｉの大きさを、０＜Ｉ＜２０ｍＡの範囲に設定することが好ましく、３≦Ｉ≦１５ｍＡの範囲がより好ましい。
【００４５】
（第３の実施形態）
本実施形態においては、本発明に係る磁気抵抗効果素子を搭載した磁気記録再生装置について説明する。すなわち、本発明の磁気抵抗効果素子または磁気ヘッドは、例えば記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込んで磁気記録再生装置に搭載することができる。
【００４６】
図９は、このような磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。同図において、磁気ディスク２００は、スピンドル１５２に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。磁気記録再生装置１５０は、複数の磁気ディスク２００を備えたものとしてもよい。
【００４７】
磁気ディスク２００に対して情報の記録再生を行うヘッドスライダ１５３は、薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられている。ヘッドスライダ１５３は、例えば前述したいずれかの実施形態に係る磁気抵抗効果素子または磁気ヘッドをその先端付近に搭載している。
【００４８】
磁気ディスク２００が回転すると、ヘッドスライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は磁気ディスク２００の表面から所定の浮上量をもって保持される。またはスライダが磁気ディスク２００と接触するいわゆる「接触走行型」であってもよい。
【００４９】
サスペンション１５４は、図示しない駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータアーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石および対向ヨークからなる磁気回路を含む。
【００５０】
アクチュエータアーム１５５は、スピンドル１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。
【００５１】
図１０は、アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアッセンブリ１６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５を有し、アクチュエータアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続されている。
【００５２】
サスペンション１５４の先端には、前述したいずれかの磁気抵抗効果素子または磁気ヘッドを具備するヘッドスライダ１５３が取り付けられている。サスペンション１５４は信号の書き込みおよび読み取り用のリード線１６４を有し、このリード線１６４とヘッドスライダ１５３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。図中１６５は磁気ヘッドアッセンブリ１６０の電極パッドである。
【００５３】
本発明によれば、前述したいずれかの磁気抵抗効果素子または磁気ヘッドを具備することにより、従来よりも高い記録密度で磁気ディスク２００に記録された情報を確実に読み取ることが可能となる。
【００５４】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気抵抗効果膜の具体的な構造や、その他、電極、磁気シールド、通電層、絶縁膜などの形状や材質に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる。
【００５５】
また、本発明は長手磁気記録方式のみならず垂直磁気記録方式の磁気ヘッドまたは磁気記録再生装置についても同様に適用することができ、同様の効果を得ることができる。
【００５６】
さらに、本発明の磁気記録再生装置は特定の記録媒体を定常的に備えたいわゆる固定式のものでもよく、一方、記録媒体が差し替え可能ないわゆる「リムーバブル」方式のものでもよい。
【００５７】
一方、本発明の磁気抵抗効果素子は、磁気記録媒体の読み取りに限定されず、磁気的に情報を書き換え可能なＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）にも適用して同様の効果を得ることができる。
【００５８】
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気ヘッド及び磁気記憶再生装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施しうるすべての磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気記憶再生装置も同様に本発明の範囲に属する。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、垂直通電型の磁気抵抗効果素子において、バイアス印加膜近傍の強いバイアス磁界のために感度が低くなる部分を避け、内側の感度の高い部分にのみセンス電流を供給することにより、高記録密度において高い感度を実現できる。また電極とバイアス膜の距離および電極の媒体対向面から後退距離を適切に設定することで電極の横側からの媒体磁束の回り込みを低減できることから、実効トラック幅の増大を抑制できる。特に、本発明によれば、電極サイズを０．３μｍよりも小さくした場合に、効率の低下を緩和しつつ狭トラック化が可能となり、超高密度化が達成できる。また、本発明によれば、センス電流による実効トラック幅の変動をあらかじめ見込んで物理トラック幅を設定し、適切なセンス電流を設定することで所望の実効トラック幅を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る垂直通電型磁気抵抗効果素子を備えた磁気ヘッドの要部構成を概念的に表す斜視図。
【図２】第１の実施形態に係る垂直通電型磁気抵抗効果素子の平面図。
【図３】第１の実施形態に係る磁気ヘッドの断面図。
【図４】第１の実施形態において用いられるＧＭＲ膜の基本構成を概念的に示した断面図。
【図５】磁気抵抗効果膜とバイアス印加膜との配置を示す断面図。
【図６】センス電流の極性を説明するための概念図。
【図７】第２の実施形態に係る垂直通電型磁気抵抗効果素子について、電極−バイアス印加膜間の距離Ｌ２と実効トラック幅との関係を示す図。
【図８】第２の実施形態に係る垂直通電型磁気抵抗効果素子について、センス電流と実効トラック幅との関係を示す図。
【図９】第３の実施形態に係る磁気記録再生装置の概略構成を示す要部斜視図。
【図１０】第３の実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリを示す斜視図。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ…シールド
２ａ、２ｂ…電極
３…磁気抵抗効果膜
４…バイアス印加膜
５…絶縁膜
１５０…磁気記録再生装置
１５２…スピンドル
１５３…ヘッドスライダ
１５４…サスペンション
１５５…アクチュエータアーム
１５６…ボイスコイルモータ
１５７…スピンドル
１６４…リード線
１６５…電極パッド
２００…磁気ディスク

Claims (5)

1. トラックが形成された磁気記録媒体に対向して配置され、磁気記録媒体からの信号磁束を検出する磁気抵抗効果素子であって、磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向に電流 I を通電可能な一対の電極と、前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略平行な方向にバイアス磁界を印加する一対のバイアス印加膜とを備え、前記磁気抵抗効果膜、一対の電極および一対のバイアス印加膜は側面が媒体対向面と平行となり膜面が媒体対向面に直交するように配置され、前記磁気抵抗効果膜と一対の電極は磁気記録媒体のトラック幅方向と直交する方向に沿って積層され、前記磁気抵抗効果膜と一対のバイアス印加膜は磁気記録媒体のトラック幅方向に沿って配置されており、媒体対向面側におけるトラック幅方向に沿う前記電極の幅をＬ１、前記電極と前記バイアス印加膜の向き合った端部間の距離をＬ２、前記磁気抵抗効果膜の媒体対向面側の端部とこの端部とほぼ平行な前記電極の端部との距離をＬ３としたとき、媒体対向面側におけるトラック幅方向に沿う前記磁気抵抗効果膜の幅がＬ１＋２Ｌ２で表され、
   Ｌ１×０．２＜Ｌ２＜Ｌ１×２かつ０＜Ｌ３＜０．１μｍ
   であり、前記電極は、前記磁気抵抗効果膜の磁気記録媒体からの信号磁束が流入する側で前記バイアス印加膜の磁界の方向と反平行となるように前記電流 I を通電することが可能であり、前記電流 I は、
   ０＜Ｉ＜２０ｍＡ
   なる関係を満足することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
2. 前記磁気抵抗効果膜が、２層の強磁性層の間に非磁性層を挟んだ構造を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
3. 前記非磁性層が、導電性非磁性層であることを特徴とする請求項２に記載の磁気抵抗効果素子。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子を備えたことを特徴とする磁気ヘッド。
5. 請求項４に記載の磁気ヘッドと、磁気記録媒体とを備えたことを特徴とする磁気記録再生装置。

Images