JP3606988B2

JP3606988B2 - 磁気抵抗効果ヘッド

Info

Publication number: JP3606988B2
Application number: JP05061996A
Authority: JP
Inventors: 裕一大沢; 博明與田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-03-07
Filing date: 1996-03-07
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2016-03-07
Also published as: JPH09245317A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気記録再生装置の再生ヘッド等として使用される磁気抵抗効果へッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気記録の高密度化に伴って、ある種の磁性薄膜や磁性多層薄膜等の電気抵抗が外部磁界によって変化するという、磁気抵抗効果（以下、ＭＲと記す）を利用したＭＲヘッドが、高記録密度システムにおける再生ヘッドとして注目されている。
【０００３】
ところで、ハードディスク用の磁気へッド等においては、従来、磁気記録媒体から浮上させて記録再生を行ってきたが、記録密度の向上に伴って浮上高を低下させ、より媒体に近いところを滑空させて情報を読み取るようになってきている。しかし、１インチ平方あたり１０Ｇビットを超えるような情報量の記録密度になってくると、もはや磁気ヘッドの浮上によるスペーシングロスが大きくなりすぎることから、磁気へッドの十分なＳ／Ｎ比がとれなくなったり、また極低浮上による磁気へッドと記録媒体との接触による破損等の問題が無視できなくなる。そのため、磁気へッドと記録媒体とを逆に積極的に接触させて、記録再生を行うことが試みられいる。
【０００４】
ＭＲヘッドを用いた再生ヘッドにおいても、上述したような接触方式が高記録密度対応の技術として期待されているが、ＭＲ素子を直接媒体対向面に配置した構造ではＭＲ素子が磨耗するおそれが強く、奥行き（デプス）方向の幅が変動してヘッド出力が変動するだけでなく、ＭＲ膜自体が磨耗して消滅する可能性がある。
【０００５】
そこで、ヘッド内部に配置されたＭＲ素子に、磁気ギャップを介して対向配置した一対の磁気コアからなる磁気ヨークにより信号磁界を導く、いわゆるヨーク型のＭＲヘッドが提案されている。従来のヨーク型ＭＲヘッドとしては、例えば磁気ギャップを介して対向配置した一対の磁気コアの上側または下側に、ＭＲ膜をストライプ方向が磁気ギャップをまたぐように形成し、このＭＲ膜のストライプ方向にセンス電流を流す構造が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、記録媒体と接触して磁気記録情報をひろう磁気コアと磁気的に結合されたＭＲ素子は、記録媒体情報を電気的信号に変換する電磁変換部であると同時に、磁気コアの一部を兼ねることから、上述した従来のヨーク型ＭＲヘッドでは再生出力の向上を期待することが難しいという問題がある。
【０００７】
すなわち、ＭＲ素子の出力を大きくとるためには、ＭＲ素子の電気的抵抗を上げる必要があり、一方磁束を流れやすくするために、磁束の流れに対向するＭＲ素子の断面積を大きくとって磁気的抵抗を減らす必要がある。しかし、ＭＲ膜のストライプ方向が磁気ギャップをまたぐように形成し、かつその方向にセンス電流を流す従来のヨーク型ＭＲヘッドでは、磁気抵抗を小さくするために断面積を稼ぐ構造にするとＭＲ膜の電気抵抗が減少してしまい、抵抗変化量の減少が生じる結果として出力の低下を招くことになる。
【０００８】
このようなことから、従来のヨーク型のＭＲヘッドにおいては、電気抵抗の増大と磁気抵抗の減少を共に満足させることによって、再生出力の向上を図ることが課題とされていた。
【０００９】
本発明は、このような課題に対処するためになされたもので、電気抵抗の増大と磁気抵抗の減少を共に満足させ、再生出力の向上を図ることを可能にしたヨーク型の磁気抵抗効果ヘッド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】
本発明の磁気抵抗効果ヘッドは、記録媒体の進行方向に磁気ギャップを介して対向配置された一対の磁気コアと、前記一対の磁気コアの媒体対向面から所定距離後退した位置で、長手方向が前記磁気ギャップと略平行になると共に、長手方向と略直交する方向に信号磁束が導かれるように形成され、かつ前記一対の磁気コアと磁気的に結合するように絶縁膜を介して積層された磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜に対して前記磁気ギャップと略平行な方向にセンス電流を流すように形成された一対のリードとを具備することを特徴としている。
【００１２】
本発明の磁気抵抗効果ヘッドにおいては、磁気抵抗効果膜をその長手方向が磁気ギャップと略平行になるように形成しているため、信号磁束の流れに対向する断面積を大きくすることができ、これによって磁気抵抗効果膜の磁気抵抗を低減することができる。一方、センス電流はリード間距離がかせげる磁気抵抗効果膜の長手方向に流れるため、磁気抵抗効果膜の電気抵抗を増大させることができる。
【００１４】
上述したように、本発明によれば磁気抵抗の減少と電気抵抗の増大を共に満足させることが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
【００１６】
図１は、本発明の磁気抵抗効果ヘッドの一実施形態の要部構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【００１７】
同図に示すヨーク型ＭＲヘッド１において、Ａｌ_２Ｏ_３・ＴｉＣ混合基板（以下、アルチック基板と記す）等からなる基板２上には、Ａｌ_２Ｏ_３等からなる絶縁層３が下地層として設けられている。この絶縁層３上には、Ｌ字状の第１の磁気コア４と逆Ｌ字状の第２の磁気コア５とが、同一平面を構成するように記録媒体の進行方向に沿って、言い換えると媒体対向面Ｓに対して略平行な方向に沿って対向配置されている。これら第１および第２の磁気コア４、５は磁気ヨークを構成するものであり、例えばＮｉＦｅ合金やＣｏＺｒＮｂアモルファス合金等の軟磁性材料からなる。
【００１８】
上記した第１および第２の磁気コア４、５において、媒体対向面Ｓ側はＡｌ_２Ｏ_３等からなる所定ギャップ厚の再生磁気ギャップ６を介して対向配置されている。第１および第２の磁気コア４、５の間に配置された再生磁気ギャップ６は、狭ギャップ化に適した構造である。この再生磁気ギャップ６の後方部分、すなわち後述するＭＲ膜８が配置される部分には、再生磁気ギャップ６より広いバックギャップ７が形成されており、このバックギャップ７を介して第１および第２の磁気コア３、４が対向配置されている。なお、バックギャップ７に相当する部分は、第１および第２の磁気コア４、５の作製工程で使用されたレジスト等で平坦化されている。
【００１９】
上述した第１および第２の磁気コア４、５上には、厚さ１００ｎｍ程度のＡｌ_２Ｏ_３膜等からなる絶縁膜２１を介して、ＭＲ膜（磁気抵抗効果膜）８が媒体対向面Ｓから所定距離後退した位置に形成されている。すなわち、第１および第２の磁気コア４、５により形成された平面の上部において、媒体対向面Ｓから所定距離後退した位置に、バックギャップ７をまたいで第１および第２の磁気コア４、５の双方と磁気的に結合するようにＭＲ膜８が形成されている。ＭＲ膜８の奥行き方向の配置位置は、記録媒体との接触によるショートや磨耗等を考慮した上で、媒体対向面Ｓに比較的近い位置とすることが好ましい。第１および第２の磁気コア４、５とＭＲ膜８との配置関係によれば、ヨークタイプの利点を損わない範囲で、媒体対向面Ｓに近接した位置にＭＲ膜８を精度よく配置形成することができる。
【００２０】
ＭＲ膜８としては、例えば電流の方向と磁性層の磁化モーメントの成す角度に依存して電気抵抗が変化するＮｉ_８０Ｆｅ_２０等からなる異方性磁気抵抗効果膜、磁性膜と非磁性膜との積層構造を有し、各磁性層の磁化の成す角度に依存して電気抵抗が変化する、いわゆるスピンバルブ効果を示すＣｏ_９０Ｆｅ_１０／Ｃｕ／Ｃｏ_９０Ｆｅ_１０積層膜等からなるスピンバルブ膜、あるいは巨大磁気抵抗効果を示す人工格子膜が例示される。
【００２１】
ここでＭＲ膜８は、その長手方向がバックギャップ７（奥行き方向）と略平行な方向、すなわち図２に示すように、第１および第２の磁気コア４、５とＭＲ膜８とで形成される磁気回路に導かれた信号磁束Ｍの流れと略直交する方向に配置されている。これによって、ＭＲ膜８は断面積が大きい長手方向ａの断面がバックギャップ７を横切る信号磁束Ｍの流れに対向する面となる。ＭＲ膜８の形状は、少なくとも奥行方向（長手方向）の長さａが媒体対向面Ｓに平行な方向の長さ（幅方向長さ）ｂより長いものとするが、安定な動作点を得る上でａ／ｂ比を２以上とすることがより好ましい。
【００２２】
一方、ＭＲ膜８にセンス電流を供給する、例えばＣｕからなる第１および第２のリード９、１０は、ＭＲ膜８の長手方向両端に電気的に接続されている。すなわち、第１および第２のリード９、１０は、バックギャップ７と略平行なＭＲ膜８の長手方向にセンス電流を流すように形成されている。言い換えると、センス電流はＭＲ膜８の奥行方向（長手方向）に第１のリード９から第２のリード１０に向けて流れ、かつ磁気回路に導かれた信号磁束Ｍはセンス電流と直交する方向に、第１の磁気コア４からＭＲ膜８を介して第２の磁気コア５に流れる。
【００２３】
上述したように、ＭＲ膜８をその長手方向がバックギャップ７と略平行となるように配置することによって、信号磁束Ｍの流れに対向するＭＲ膜８の断面は断面積が大きい長手方向ａ断面となるため、ＭＲ膜８の磁気抵抗を低減することができる。すなわち、ＭＲ膜８に信号磁束Ｍが流れやすくなる。一方、センス電流は、リード間距離がかせげるＭＲ膜８の長手方向に流れると共に、図３に示すようにＭＲ膜８の全域にわたって電流ｉが流れるため、ＭＲ膜８の電気抵抗を増大させることができる。
【００２４】
このように、上述した実施形態のヨーク型ＭＲヘッド１によれば、磁気抵抗の減少と電気抵抗の増大を共に満足させることができると共に、抵抗変化領域がＭＲ膜８の全域にわたるため、再生出力等の向上を図ることが可能となる。すなわち、従来のヨーク型ＭＲヘッドの欠点であった出力低下を回避できることから、高記録密度対応の技術として期待されている接触方式に好適であると共に、良好な再生出力が得られるヨーク型ＭＲヘッドを提供することが可能となる。
【００２５】
なお、上記実施形態では、ＭＲ膜８を第１および第２の磁気コア４、５の上側に配置した例について説明したが、ＭＲ膜８は第１および第２の磁気コア４、５の下側に配置しても同様な効果を得ることができる。
【００２６】
次に、上述した実施形態のヨーク型ＭＲヘッド１の具体的構成例について述べる。まず、アルチック基板２上に厚さ約１０μｍのアルミナ絶縁層３を形成し、その上に第１および第２の磁性コア４、５をそれぞれ形成した。第１および第２の磁性コア４、５は、それぞれ厚さ０．５μｍのＣｏＺｒＮｂアモルファス合金膜で形成した。第１および第２の磁性コア４、５間の媒体対向面Ｓ側の再生磁気ギャップ６は、ギャップ長が５０ｎｍとなるようにアルミナで形成した。また、バックギャップ７はギャップ長を２μｍとし、レジストで平坦化した。
【００２７】
上述したような第１および第２の磁性コア４、５上に、厚さ１００ｎｍ程度のＡｌ_２Ｏ_３絶縁膜２１を介して、バックギャップ７をまたぐようにＭＲ膜８としてスピンバルブ膜を形成した。スピンバルブ膜の構成は、基板２側からＴａ５ｎｍ、ＮｉＦｅＣｒ合金４ｎｍ、ＣｏＦｅ合金３ｎｍ、Ｃｕ２．５ｎｍ、ＣｏＦｅ合金３ｎｍ、ＩｒＭｎ合金８ｎｍ、およびＴｉ５ｎｍの順に積層した積層膜とし、またその形状は長手方向の長さａを５０μｍ、幅ｂを４μｍとした。そして、このようなスピンバルブ膜の長手方向の両端に、厚さ１００ｎｍのＣｕリード９、１０をそれぞれ形成して、ヨーク型ＭＲヘッド１を作製した。
【００２８】
上述したヨーク型ＭＲヘッド１を用いて、ハードディスク上に接触走行させた状態で孤立再生波の再生試験を行ったところ、大きな再生出力が得られることを確認した。
【００２９】
次に、参考例としての磁気抵抗効果ヘッドについて、図４を参照して説明する。図４は、参考例としての磁気抵抗効果ヘッドの要部構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ線に沿った断面図である。なお、図４に示すヨーク型ＭＲヘッド１１において、基板２、絶縁層３、第１および第２の磁気コア４、５、磁気ギャップ６、７は前述した実施形態と同一構成とされている。
【００３０】
第１および第２の磁気コア４、５上には、厚さ１００ｎｍ程度のＡｌ_２Ｏ_３膜等からなる絶縁膜２１を介して、バックギャップ７を横切るように複数のＭＲ膜１２、１２…が、媒体対向面Ｓから所定距離後退した位置に形成されている。すなわち、第１および第２の磁気コア４、５により形成された平面の上部において、媒体対向面Ｓから所定距離後退した位置に、バックギャップ７をまたいで第１および第２の磁気コア４、５の双方と磁気的に結合するように、複数のＭＲ膜１２、１２…が並列形成されている。複数のＭＲ膜１２、１２の構成材料や奥行き方向の配置位置等は、前述した実施形態と同様である。
【００３１】
上述した複数のＭＲ膜１２、１２…は、それらの長手方向（ストライプ方向）がバックギャップ７と略直交する方向、すなわち第１および第２の磁気コア４、５と複数のＭＲ膜１２、１２…とで形成される磁気回路に導かれた信号磁束の流れと略平行な方向に配置されている。このように、複数のＭＲ膜１２、１２…を配置することによって、ＭＲ膜１２による信号磁束の流れに対向する面（複数のＭＲ膜１２、１２…の合計断面）を増大させることができる。
【００３２】
また、複数のＭＲ膜１２、１２…は、例えばＣｕからなる接続電極１３によって、電気的に直列に接続されている。すなわち、並列して形成された複数のＭＲ膜１２、１２…を順に直列接続するように、複数のＭＲ膜１２、１２…のストライプ方向端部にそれぞれ接続電極１３が設けられている。
【００３３】
そして、複数のＭＲ膜１２、１２…にセンス電流を供給する、例えばＣｕからなる第１および第２のリード９、１０は、直列接続された複数のＭＲ膜１２、１２…の両端部に電気的に接続されている。すなわち、第１および第２のリード９、１０は、複数のＭＲ膜１２、１２…に対してその直列接続方向に、センス電流を順に流すように形成されている。言い換えると、センス電流は直列接続された複数のＭＲ膜１２、１２…のストライプ方向に流れ、かつ磁気回路に導かれた信号磁束は第１の磁気コア４から複数のＭＲ膜１２、１２…を介して第２の磁気コア５に流れる。
【００３４】
上述したように、複数のＭＲ膜１２、１２…を並列配置することによって、信号磁束の流れに対向する面の面積（断面積）はＭＲ膜１２全体として増加するため、複数のＭＲ膜１２、１２…全体として磁気抵抗を低減することができる。すなわち、ＭＲ膜１２に信号磁束が流れやすくなる。一方、センス電流は複数のＭＲ膜１２、１２…に対して直列に流れるため、複数のＭＲ膜１２、１２…全体として電気抵抗を増大させることができる。
【００３５】
このように、上述したヨーク型ＭＲヘッド１１によれば、磁気抵抗の減少と電気抵抗の増大を共に満足させることができるため、再生出力等の向上を図ることが可能となる。すなわち、従来のヨーク型ＭＲヘッドの欠点であった出力低下を回避できることから、高記録密度対応の技術として期待されている接触方式に好適であると共に、良好な再生出力が得られるヨーク型ＭＲヘッドを提供することが可能となる。
【００３６】
また、前述した実施形態のヨーク型ＭＲヘッド１においては、信号磁束が媒体対向面側に集中した場合、磁区を発生させてバルクハウゼンノイズが生じる可能性がある。これに対して、上述したヨーク型ＭＲヘッド１１では、複数のＭＲ膜１２、１２…をバックギャップ７を横切るように並列させて形成しているため、バルクハウゼンノイズの発生を抑制することができる。なお、上記したヨーク型ＭＲヘッド１１では、複数のＭＲ膜１２、１２…を第１および第２の磁気コア４、５の上側に配置した例について説明したが、複数のＭＲ膜１２、１２…は第１および第２の磁気コア４、５の下側に配置しても同様な効果を得ることができる。
【００３７】
次に、上述したヨーク型ＭＲヘッド１１の具体的構成例について述べる。まず、前述した実施形態のヨーク型ＭＲヘッド１の具体例と同様にして、アルチック基板２上にアルミナ絶縁層３、第１および第２の磁性コア４、５を形成した。これらの材質や厚さ、さらにはギャップ長は前述した実施形態のヨーク型ＭＲヘッド１の具体例と同一とした。
【００３８】
そして、第１および第２の磁性コア４、５上に、厚さ１００ｎｍ程度のＡｌ_２Ｏ_３絶縁膜２１を介して、バックギャップ７をまたぐ複数のＭＲ膜１２、１２…として、複数のスピンバルブ膜を並列形成した。各スピンバルブ膜の形状は、ストライプ方向の長さ５μｍ、幅２μｍとし、このようなスピンバルブ膜を１μｍおきに２０個形成した。なお、スピンバルブ膜の構成は、第１の実施形態のヨーク型ＭＲヘッド１の具体例と同一とした。
【００３９】
上述したヨーク型ＭＲヘッド１１を用いて、前述した実施形態のヨーク型ＭＲヘッド１の具体例と同様にして磁気記録の再生テストを行ったところ、大きな再生出力が得られることを確認した。
【００４０】
ここで、本発明の磁気抵抗効果ヘッドは、前述したように各種のＭＲ膜を使用する場合に適用可能であるが、上述した各具体例に示したように、ＭＲ膜としてスピンバルブ膜を使用する場合に特に効果的である。その理由は、バックギャップを通過する磁束密度は場所依存性があり、フロントギャップに近いほど大きい。動作点のダイナミックレンジの大きいスピンバルブ膜の方が、フロントギャップに近いところで飽和しにくい。従って、歪みが小さく、大きな出力をスピンバルブ膜で得ることができるためである。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の磁気抵抗効果ヘッドによれば、電気抵抗の増大と磁気抵抗の減少を共に満足させることができるため、再生出力の向上を図ることが可能となる。従って、高記録密度対応の技術として期待されている接触方式に好適であると共に、良好な再生出力が得られるヨーク型の磁気抵抗効果ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気抵抗効果ヘッドの一実施形態の要部構成を示す図である。
【図２】図１に示す磁気抵抗効果ヘッドにおける信号磁束の流れを説明するための図である。
【図３】図１に示す磁気抵抗効果ヘッドにおけるセンス電流の流れを説明するための図である。
【図４】参考例としての磁気抵抗効果ヘッドの一実施形態の要部構成を示す図である。
【符号の説明】
１、１１……ヨーク型ＭＲヘッド
４……第１の磁気コア
５……第２の磁気コア
６……磁気ギャップ
７……バックギャップ
８……ＭＲ膜
９……第１のリード
１０…第２のリード
１２…複数並列形成されたＭＲ膜
１３…接続電極

Claims

記録媒体の進行方向に磁気ギャップを介して対向配置された一対の磁気コアと、
前記一対の磁気コアの媒体対向面から所定距離後退した位置で、長手方向が前記磁気ギャップと略平行になると共に、長手方向と略直交する方向に信号磁束が導かれるように形成され、かつ前記一対の磁気コアと磁気的に結合するように絶縁膜を介して積層された磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜に対して前記磁気ギャップと略平行な方向にセンス電流を流すように形成された一対のリードと
を具備することを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。