JP3708033B2 - Ｃｐｐ磁気抵抗効果型再生ヘッド、ｃｐｐ巨大磁気抵抗効果型再生ヘッドおよびバイアス磁界印加方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層面に対して垂直に電流を流すように構成されたＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッド、ＣＰＰ巨大磁気抵抗効果型再生ヘッド、ならびにそれらに対するバイアス磁界印加方法に係わり、特に、超高密度記録に対応できる出力特性を有するＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッド、ＣＰＰ巨大磁気抵抗効果型再生ヘッドおよびバイアス磁界印加方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハードディスク等の面記録密度の向上に伴って、薄膜磁気ヘッドの性能向上が求められている。薄膜磁気ヘッドのうち、再生専用ヘッドとしては、磁気変換素子の１つである磁気抵抗効果（Magnetoresistive、以下MRと記す。）素子を有する磁気抵抗ヘッドが広く一般的に用いられている。
【０００３】
ＭＲ素子としては、異方性磁気抵抗効果（Anisotropic Magnetoresistive、以下AMR と記す。）を示す磁性膜（ＡＭＲ膜）を用いたものと、巨大磁気抵抗効果（Giant Magnetoresistive、以下GMR と記す。）を示す磁性膜（ＧＭＲ膜）を用いたものとがある。ＧＭＲ膜は、面記録密度が３Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ2 を超える再生ヘッドのＭＲ素子として主に利用されている。ＧＭＲ膜としては、「多層型（アンチフェロ型）」、「誘導フェリ型」、「グラニュラ型」、「スピンバルブ型」などが提案されているが、中でも、スピンバルブ型のＧＭＲ膜を用いた磁気ヘッドが多く製品化されている。
【０００４】
ＧＭＲは、「Physical Review Letters,Volume61,No.21,pp.2472-2475(1988) 」においてBaibich らにより最初に報告された現象であり、外部磁界の印加によって、隣接する強磁性層間における磁化の相対的向きが変化した際に生じるものである。外部磁界の印加により、隣接する強磁性層間における磁化の相対的向きが変化した結果、次々に伝導電子のスピン依存散乱における変化が引き起こされ、それによって本構造における電気抵抗に変化が生じるのである。このＧＭＲの発見は、磁性層のもつ電気伝導特性に関する広範囲な研究のきっかけとなった。通常の場合においては、積層面内方向に電流を流して磁気抵抗（magnetoresistance 、以下ＭＲ）値を測定するので、ＣＩＰ−ＭＲ（current flows-in-the-planeof the layers magnetoresistance ）と呼ばれる。
【０００５】
これに対し、Pratt らは、「Physical Review Letters 、Volume 66 、pp.3060(1991) 」の記載にあるように、ＧＭＲの適用を、ＣＰＰ−ＭＲ（current perpendicular-to-the-plane magnetoresistance）と呼ばれる、積層面に垂直な方向（積層方向）に電流を流すケースにまで拡張した。一般的にＣＰＰ−ＭＲ効果は、ＣＩＰ−ＭＲ効果よりも高く、数倍の抵抗変化率が得られる。なお、多層型のＧＭＲ膜は、磁性層と非磁性層とを交互に積層した積層構造を有し、信号磁場によって磁性層の磁化の方向が変化することにより電気抵抗が変化するようになっている。
【０００６】
このような多層型のＧＭＲ膜は、例えば、特開平４−３６０００９号、特許第２６１０３７６号、特開平５−９００２６号、特開平７−７８３１６号および特開平９−１８０１３５号等に開示されている。この多層型のＧＭＲ膜によれば、積層面内方向に電流を流した場合には、約１〜１０％の抵抗変化率が得られ（特開平５−９００２６号）、積層方向に電流を流した場合には、約１０〜１５％の抵抗変化率が得られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
現在では、ハードディスク等の高密度記録に対する要求がさらに高まっており、１００Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ2 を超える面記録密度が求められるようになっている。このような超高密度記録に対応するには、ＣＰＰ−ＭＲ素子を１００ｎｍを下回る程度まで驚異的に縮小しなければならない。ＣＰＰ構造においては、ＭＲ素子のＣＰＰ方向の固有抵抗値を極めて小さくしなければならないからである。
【０００８】
ＣＩＰ−ＭＲ構造およびＣＰＰ−ＭＲ構造のいずれにおいても、外部磁界の印加により、互いに隣接する強磁性層の間で磁化の相対的な向きが変化する。その結果、伝導電子のスピン依存散乱の変化が起こり、本構造における電気抵抗の変化が生じるわけである。Daugueらによる「Pysical Review B、Volume 54 、pp.1083-87（July 1996 ）」によれば、特殊な型の磁性層を有するＣＰＰ積層体の抵抗値は、理論上、ほぼ、Ｒ（θ）／Ｒａｐ＝１−ａ・ｃｏｓ2 （θ／２）で表される。ここで、Ｒ（θ）は外部磁界中の抵抗値を示し、Ｒａｐ（apは反平行を意味する）はゼロ磁界における抵抗値を示し、θは、連続する磁性層間、すなわち、互いに隣接する磁性層間において磁化の方向が成す角を示す。ａは、条件０＜ａ＜１を満たす。ＣＰＰ−ＭＲ構造における抵抗と磁界との関係は、一般的な放物線を描く。このため、ＭＲヘッドにＣＰＰ−ＭＲ素子を適用するには、磁界がゼロ付近での線形性を確保するために、ＣＰＰ−ＭＲ素子に横方向のバイアスを印加する必要がある。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、超高密度記録に対応することが可能な、より大きな出力特性を有するＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッド、ＣＰＰ巨大磁気抵抗効果型再生ヘッドおよびバイアス磁界印加方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッドは、導電性の磁気遮蔽材料からなる上部シールドおよび下部シールドと、上部シールドと下部シールドとの間に設置され、これらの上部シールドおよび下部シールドと電気的に接続された多層の磁気抵抗構造と、磁気抵抗構造の隣に配置され、磁気抵抗構造に横バイアス磁界を印加する横バイアス磁界発生構造とを備え、横バイアス磁界発生構造が、磁気抵抗構造の後方に配置された軟磁性層と、この軟磁性層の両端と磁気的に接続された２つの永久磁石とを含むように構成されたものである。
【００１１】
本発明のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッドでは、磁気抵抗構造の隣に配置された横バイアス磁界発生構造によって、磁気抵抗構造に横バイアス磁界が印加される。
【００１２】
本発明のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッドでは、磁気抵抗構造が、２層構造部分［強磁性層／非磁性層］をｎ回( ｎは２以上の整数) 繰り返し積層してなる構造［強磁性層／非磁性層］n を有するようにするのが好ましい。また、磁気抵抗構造の厚さは、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるようにするのが好ましい。また、磁気抵抗構造における上部表面積は、０．１×０．１μｍ2 以下であるようにするのが好ましい。
【００１３】
本発明のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッドでは、さらに、磁気抵抗構造と上部シールドとを電気的に接続する第１の非磁性金属ギャップと、磁気抵抗構造と下部シールドとを電気的に接続する第２の非磁性金属ギャップとを含むように構成することが可能である。
【００１４】
本発明のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッドでは、特に、横バイアス磁界発生構造における２つの永久磁石が磁気抵抗構造の両隣に配置されるようにすることが好ましい。永久磁石としては、コバルト−アルファ酸化鉄（Ｃｏ−αＦｅ2 Ｏ3 ）、コバルト−白金合金（ＣｏＰｔ）、コバルト−クロム−白金合金（ＣｏＣｒＰｔ）およびコバルト−クロム−タンタル−白金合金（ＣｏＣｒＴａＰｔ）からなる群のうちの少なくとも１つを含むものを用いるのが好ましく、２つの永久磁石の間隔は５μｍ未満とするのが好ましい。さらに、永久磁石は、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）およびクロム−タンタル合金（ＣｒＴａ）からなる群のうちの少なくとも１つを含む下地層の上に配置されるようにするのが好ましい。
【００１５】
本発明のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッドでは、軟磁性層と磁気抵抗構造との間隔は、０．０５μｍから２．０μｍの範囲とするのが好ましい。また、軟磁性層は、その中央付近から延びる突出部を有するほぼＴ字形の形状をなし、突出部は、磁気抵抗構造の後方に配置されているのが好ましい。突出部の前面は磁気抵抗構造の幅よりも広くし、突出部の高さは５．０μｍ未満とするのが好ましい。２つの永久磁石およびＴ字形状の軟磁性層は、ほぼｍ字形の形状をなすように配設するのが好ましい。また、軟磁性層は、ニッケル−鉄合金（ＮｉＦｅ）、ニッケル−鉄−Ｘ合金（ＮｉＦｅＸ、（Ｘは、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｏからなる群のうちの少なくとも１つ）、コバルト−ジルコニウム−ニオビウム合金（ＣｏＺｒＮｂ）およびコバルト−ジルコニウム−タンタル合金（ＣｏＺｒＴａ）からなる群のうちの少なくとも１つを含むようにするのが好ましい。軟磁性層は、タンタル（Ｔａ）、ニッケル−クロム合金（ＮｉＣｒ）およびニッケル−鉄−クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）からなる群のうちの少なくとも１つを含む下地層の上に配置するのが好ましい。軟磁性層の厚さは、磁気抵抗構造の厚さよりも厚くするのが好ましい。
【００１６】
本発明のＣＰＰ巨大磁気抵抗効果型再生ヘッドは、再生ギャップを規定する１対の磁気シールドと、１対の磁気シールドの間の再生ギャップの中に配設された巨大磁気抵抗ピラー(pillar)と、巨大磁気抵抗ピラーの隣に配設された第１および第２の永久磁石と、磁気抵抗構造の後方に配置され、その両端が第１および第２の永久磁石と磁気的に接続されている軟磁性層とを備えている。１対の磁気シールドは巨大磁気抵抗ピラーと電気的に接続され、軟磁性層は第１および第２の永久磁石からの磁束をエアベアリング面と直交する方向に沿って巨大磁気抵抗ピラーに向かわせるように機能し、かつ、軟磁性層の厚さは巨大磁気抵抗ピラーよりも厚く形成されている。
【００１７】
本発明のＣＰＰ巨大磁気抵抗効果型再生ヘッドでは、軟磁性層は、その中央付近から延びる突出部を有するほぼＴ字形の形状をなし、突出部は、磁気抵抗構造の後方に配置されるようにするのが好ましい。
【００１８】
本発明のバイアス磁界印加方法は、巨大磁気抵抗構造を有するＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッドにバイアス磁界を印加する方法であって、巨大磁気抵抗構造の両側に少なくとも２つの永久磁石を配置すると共に、軟磁性層を用いて、これらの少なくとも２つの永久磁石と軟磁性層とを磁気的に接続して上記２つの永久磁石からの磁束が巨大磁気抵抗構造を通過するように構成することにより、巨大磁気抵抗構造に対する横方向バイアス磁界の印加を行うようにしたものである。
【００１９】
本発明のバイアス磁界印加方法では、２つの永久磁石からの磁束が軟磁性層を介して巨大磁気抵抗構造に達し、横方向バイアス磁界が印加される。
【００２０】
本発明のバイアス磁界印加方法では、さらに、軟磁性層の一部を巨大磁気抵抗構造に向かって延ばすことにより、永久磁石からの磁束が巨大磁気抵抗構造を通過（貫通）するようにするのが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施の形態に係るＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッドの平面構造を表すものである。このＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッド（以下、単にＣＰＰ−ＭＲヘッドという。）は、上部シールド５０と、下部シールド１０と、ＣＰＰ−ＭＲ型の積層構造のセンサとして機能するＭＲピラー(pillar)２０とを備えている。ＭＲピラー２０は、上部シールド５０と下部シールド１０との間に配置されている。このＭＲピラー２０は、厚さが１０ｎｍから１００ｎｍの範囲であり、０．１×０．１μm2以下の上部表面領域を有することが好ましい。上部シールド５０および下部シールド１０は、例えば、ニッケル−鉄合金( ＮｉＦｅ) 、ニッケル−鉄−Ｘ合金（ここでＸはＣｒ、Ｔａ、Ｎｂ、ＺｒおよびＭｏのうち少なくとも１つ以上を指す）、コバルト−ジルコニウム−ニオビウム合金（ＣｏＺｒＮｂ）またはコバルト−ジルコニウム−タンタル合金（ＣｏＺｒＴａ）のような、電気伝導性を有する磁気遮蔽材料を用いて構成される。
【００２３】
ＭＲピラー２０の両隣には、２つの永久磁石３０ａ，３０ｂが、それぞれ配置され、ＭＲピラー２０の後方には、Ｔ字形状の軟磁性層４０が配置されている。２つの永久磁石３０ａ，３０ｂおよびＴ字形状の軟磁性層４０は、ほぼｍ字形の平面形状をなすように配設されている。２つの永久磁石３０は、ＡＢＳに対して垂直な方向（図１の矢印方向）に磁化が向くように初期化されている。軟磁性層４０は、その中央に位置する突出部４２が、ＭＲピラー２０の後方端に向き合うよう配置されている。軟磁性層４０の２つの側部４４は２個の永久磁石と連結（隣接）するよう配置されている。Ｔ字形状の軟磁性層４０の突出部４２の長さ（高さ）は５μｍ未満であることが好ましい。永久磁石３０および軟磁性層４０は、ＭＲピラー２０に横バイアス磁界を与えるためのものであり、永久磁石３０からの磁束がＭＲピラー２０に向かうように配置される。ＭＲピラー２０は、突出部４２の幅ｄ1 を基準として対称形をなすように配置するのが好ましい。すなわち、突出部４２の幅ｄ1 の中心とＭＲピラー２０の幅の中心とがＡ−Ａ線と直交する直線上に載るようにするのがよい。２つの永久磁石３０の間隔ｄ2 は、５μm 未満とするのが好ましい。
【００２４】
なお、永久磁石３０ａ，３０ｂは、それぞれ、ＣｒやＴａ、もしくはＣｒＴａからなる下地層７０の上に配置されるようにしてもよい。
【００２５】
ＭＲピラー２０は、図２（Ａ）に示したように、酸化物層６０（図１では図示せず）によって２つの永久磁石３０ａ，３０ｂおよび軟磁性層４０から隔離されて電気的に絶縁されている。なお、図２（Ａ）は、ＡＢＳ（すなわち、図１のＡ−Ａ線）における矢視方向の断面図である。上部シールド５０と下部シールド１０との間は、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）またはシリコン酸化物（ＳｉＯ2 ）から成る酸化物層６０によって分離されている。と同時に、これらの上部シールド５０および下部シールド１０は、非磁性金属からなる上部ギャップ２３および下部ギャップ２１を通して、ＭＲピラー２０の積層体２２と電気的に接続されている。本実施形態では、ＭＲピラー２０の前端には強磁性層が配置されていない。ＣＰＰ−ＭＲヘッドの機械加工（研磨）の後においては、ＭＲピラー２０の前面エッジは、永久磁石３０の前面エッジとともに、Ａ−Ａ線で示されているエアベアリング面(air bearing surface；以下、ＡＢＳと略す) の位置となる。ＭＲヘッドの動作中において、ＡＢＳは磁気記録媒体に面し、磁気記録媒体に記録された磁化遷移(transition)からの磁束がＭＲピラー２０によって検知されるようになっている。なお、本実施の形態とは異なり、ＭＲピラー２０の前端をＡＢＳから後方にリセスさせ、フラックスガイドにより、ＭＲピラー２０のリセスした前端に磁束（信号磁界）がもたらされるようにしてもよい。
【００２６】
図２（Ｂ）は、図１のＢ−Ｂ線における矢視方向に沿った断面図である。軟磁性層４０は、酸化物層６０に埋設された状態で上部シールド５０と下部シールド１０との間に配置されており、ＭＲピラー２０からｈ1 の間隔（図１）をもって隔離されている。この軟磁性層４０は、ＭＲピラー２０のＧＭＲ積層体２２よりも厚い膜厚ｔSMを有し、Ｔ字形状の底辺部分（突出部４２の幅）はＧＭＲ積層体２２よりも幅広く形成されている。なお、軟磁性層４０は、タンタル（Ｔａ）、ニッケル−クロム合金（ＮｉＣｒ）またはニッケル−鉄−クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）からなる下地層８０の上に形成するようにしてもよい。
【００２７】
積層体２２は、［Ｆ／ＮＭ］で表される２層構造部分をｎ回繰り返し積層してなる構造［Ｆ／ＮＭ］n とするのが望ましい。ここで、Ｆは強磁性層を表し、ＮＭは貴金属のような非磁性層を表す。ｎは２以上の整数である。隣り合うＦ層同士は、磁界がない状態において、互いに反強磁性結合をしている。この[ Ｆ／ＮＭ] n で表される部分は、ＴａやＮｉＣｒまたはＮｉＦｅＣｒ等のバッファ層の上に積層される。積層体２２の厚さは１０ｎｍから１００ｎｍの範囲であり、好ましくは５０ｎｍ以下である。強磁性層Ｆは、Ｃｏ単体、または、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢもしくはＮｉＦｅＣｏ等のコバルト合金からなり、非磁性層ＮＭは、銅（Ｃｕ）単体、銀（Ａｇ）単体、または銅合金等からなる。非磁性金属の上部ギャップ２３および下部ギャップ２１は、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、あるいはα−Ｔａからなる。永久磁石３０ａ，３０ｂは、Ｃｏ−αＦｅ2 Ｏ3 、ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＴａＰｔからなる群の中から選択される。軟磁性層４０は、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＸ（ここでＸは、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｏのうち少なくとも１つを示す）、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａからなる群の中から選択される。
【００２８】
次に、以上のように構成されたＣＰＰ−ＭＲヘッドの作用および動作について説明する。
【００２９】
まず、ＣＰＰ−ＭＲヘッドの再生動作の概略について説明する。
【００３０】
ＣＰＰ−ＭＲヘッドの再生動作中において、ＡＢＳは磁気記録媒体に面している。この状態で、磁気記録媒体からの信号磁界がＭＲピラー２０に達する。ＭＲピラー２０のＣＰＰ−ＭＲ構造には、予め、積層面と直交する方向にセンス電流が流されている。ＣＰＰ−ＭＲ構造においては、信号磁界に応じて、互いに隣接する強磁性層の間で磁化の相対的な向きが変化し、その結果、伝導電子のスピン依存散乱の変化が起こり、ＣＰＰ−ＭＲ構造全体としての電気抵抗の変化が生じる。この電気抵抗の変化は、センス電流の変化をもたらし、この電流変化に基づいて信号磁界が検知される。
【００３１】
次に、ＣＰＰ−ＭＲヘッドのバイアス動作について説明する。
【００３２】
２つの永久磁石は、ＡＢＳに対して垂直方向（図１の矢印方向）に初期化されている。このため、軟磁性層４０によって、ＡＢＳと直交する方向に、２つの永久磁石３０ａ，３０ｂからＭＲピラー２０へ向かう磁界、つまり横バイアス磁界がもたらされる。この横バイアス磁界によって、信号磁界がゼロの付近における出力の線形性が担保される。このＣＰＰ−ＭＲヘッドの動作点は、第１に、ＭＲピラー２０と軟磁性層４０の突出部４２の前端との距離ｈ1 を調整すること、第２に、２つの永久磁石３０ａ，３０ｂの間に位置する軟磁性層４０の突出部４２の幅ｄ1 を調整すること、によって最適化することが可能である。
【００３３】
図２（Ａ）に示したように、センス電流Ｉｓは、上部シールド５０および下部シールド１０によって矢印で表されるように導かれ、積層面に対して垂直な方向にＭＲピラー２０の中を流れる。２つの永久磁石３０ａ，３０ｂは、酸化物層６０の内部に埋設されており、ＭＲピラー２０の両隣に、互いに対向するように配置されている。横バイアス磁界を印加するために、永久磁石３０ａおよび３０ｂはＡＢＳに対し垂直方向に初期化されている。
【００３４】
永久磁石３０からの磁束は、軟磁性層４０によって、図２（Ｂ）の矢印が示す方向に沿ってＭＲピラー２０に導かれる。この矢印の示す方向は、ＡＢＳに対して垂直な方向であり、これが横方向バイアス磁界となる。ＭＲピラー２０に印加される横バイアス磁界の強さは、第１に、ＭＲピラー２０とＴ字形状の軟磁性層４０の前端との間隔ｈ１を変えること、第２に、軟磁性層４０や永久磁石３０ａ，３０ｂの厚さや材質を変えること、によって調整できる。また、軟磁性層４０の脚部４２（突出部４２）の幅ｄ１が、ＭＲピラー２０の幅よりも広く、かつ、このＣＰＰ−ＭＲヘッドが用いられる磁気記録媒体のトラック幅よりも広くなるように軟磁性層４０をパターンニングすることにより、ＭＲピラー２０に印加する横方向バイアス磁界の均一性を得ることが可能となる。
【００３５】
［実施例］
本実施の形態に係るＣＰＰ−ＭＲヘッドの性能評価について、様々な試験を実施した。以下に実施例として詳述するが、これらの試験によって、本発明の好ましい特徴が示される。
【００３６】
＜実施例１＞
まず、その出力、アシンメトリ（出力振幅の非対称性）、そして信号ノイズ比（signal-to-noise ratio 、以下SNR と略す。）の各々について、間隔ｈ1 （ＭＲピラー２０とＴ字形状の軟磁性層４０の突出部４２との隙間）との関係について調査した。表１ないし表３は、１００Ｇｂｉｔ／ｉｎ2 を超える面記録密度用に設計された、それぞれ異なる寸法のＭＲ素子を用いた３種類のヘッドの試験結果を表すものである。試験に用いたＭＲ素子の長さおよび幅の寸法は、表１では０．１×０．1 μｍ2 、表２では０．０８×０．０８μｍ2 、さらに表３では０．０６×０．０６μｍ2 である。ｄ1 、ｄ2 、ｈ2 、ｔpm、ｔsmは、図１、図２（Ａ）および図２（Ｂ）で定義したものである。また、各表には、比較例のデータとしてＣＩＰ−ＭＲヘッドの試験結果を載せている。なお、試験を実施したＭＲピラー２０は、ＮｉＣｒ３／［ＣｏＦｅ２．５／Ｃｕ２］10という構造を含むものである。ここで、数字は各層の厚さ（単位ｎｍ）を表す。
【００３７】
表１ないし表３に示したように、いずれのヘッドにおいても、その出力およびアシンメトリについては、ｈ1 が０．６μｍまたは１．０μｍの場合に良好である。ｈ1 の好ましい範囲は、０．０５μm から２．０μm の範囲であり、より好ましくは、０．５μm から１．０μm の範囲である。
【００３８】
【表１】
【００３９】
【表２】
【００４０】
【表３】
【００４１】
＜実施例２＞
次に、出力、アシンメトリおよびＳＮＲの各々と、軟磁性層４０の突出部４２の幅ｄ1 との関係を評価した。表４ないし表６は、１００Ｇｂit／ｉｎ2 を超える面記録密度用に設計された、それぞれ異なる寸法のＭＲ素子を用いた３種類のヘッドにおける試験結果を表すものである。試験に用いたＭＲ素子の長さおよび幅の寸法は、表４では０．１×０．1 μｍ2 、表５では０．０８×０．０８μｍ2 、表６では０．０６×０．０６μｍ2 である。ｄ1 、ｄ2 、ｈ2 、ｔpm、ｔsmは、図１、図２（Ａ）および図２（Ｂ）で定義したものである。また、各表には、比較例のデータとしてＣＩＰ−ＭＲヘッドの結果を載せている。なお、試験を実施したＭＲピラー２０は、ＮｉＣｒ3 ／［ＣｏＦｅ２．５／Ｃｕ２］10という構造を含むものである。ここで、数字は各層の厚さ（単位ｎｍ）を表す。
【００４２】
試験の結果、これらの表４〜６に示したように、軟磁性層４０の突出部４２の幅ｄ1 は、ＭＲピラー２０の幅に対して、少なくとも１０倍であることが好ましいことが判明した。
【００４３】
【表４】
【００４４】
【表５】
【００４５】
【表６】
【００４６】
本発明の装置および方法において、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、当業者により種々の変形や修正を行うことができることは明らかであろう。このように、本発明は、特許請求の範囲およびその均等の範囲に含まれる限りにおいて、本発明の様々な修正と変形とを包含するものである。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし請求項１７のいずれか１項に記載のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッド、請求項２０もしくは請求項２１に記載のＣＰＰ巨大磁気抵抗効果型再生ヘッド、または請求項１８もしくは請求項１９に記載のバイアス磁界印加方法によれば、導電性の磁気遮蔽材料からなる上部シールドと下部シールドとの間に配置した多層の磁気抵抗構造を上部シールドおよび下部シールドと電気的に接続すると共に、磁気抵抗構造の隣に、磁気抵抗構造の後方に配置された軟磁性層と、この軟磁性層の両端と磁気的に接続された２つの永久磁石とを含んで磁気抵抗構造に横バイアス磁界を印加する横バイアス磁界発生構造を配置するようにしたので、磁気抵抗構造に対して横バイアス磁界を効果的に印加することができる。このため、信号磁界がゼロ付近における出力の線形性が担保され、その結果、従来のＣＩＰ−ＭＲヘッドよりも高い出力のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッドを得ることも可能となる。特に、例えば１００Ｇｂｉｔ／ｉｎ2 を越えるような超高密度記録に対応することが可能な、より大きな出力特性を得ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッドの概略平面図である。
【図２】図２（Ａ）は、図１のＡ−Ａ線( すなわち、エアベアリング面) における矢視方向の断面図である。図２（Ｂ）は、図１のＢ−Ｂ線における矢視方向の断面図である。
【符号の説明】
１０…下部シールド、２０…ＣＰＰ−ＭＲピラー( 磁気抵抗構造) 、２１…下部ギャップ、２２…積層体、２３…上部ギャップ、３０ａ，３０ｂ…永久磁石、４０…軟磁性層、４２…突出部、５０…上部シールド、６０…酸化物層、７０，８０…下地層。
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層面に対して垂直に電流を流すように構成されたＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッド、ＣＰＰ巨大磁気抵抗効果型再生ヘッド、ならびにそれらに対するバイアス磁界印加方法に係わり、特に、超高密度記録に対応できる出力特性を有するＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッド、ＣＰＰ巨大磁気抵抗効果型再生ヘッドおよびバイアス磁界印加方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハードディスク等の面記録密度の向上に伴って、薄膜磁気ヘッドの性能向上が求められている。薄膜磁気ヘッドのうち、再生専用ヘッドとしては、磁気変換素子の１つである磁気抵抗効果（Magnetoresistive、以下MRと記す。）素子を有する磁気抵抗ヘッドが広く一般的に用いられている。
【０００３】
ＭＲ素子としては、異方性磁気抵抗効果（Anisotropic Magnetoresistive、以下AMR と記す。）を示す磁性膜（ＡＭＲ膜）を用いたものと、巨大磁気抵抗効果（Giant Magnetoresistive、以下GMR と記す。）を示す磁性膜（ＧＭＲ膜）を用いたものとがある。ＧＭＲ膜は、面記録密度が３Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ2 を超える再生ヘッドのＭＲ素子として主に利用されている。ＧＭＲ膜としては、「多層型（アンチフェロ型）」、「誘導フェリ型」、「グラニュラ型」、「スピンバルブ型」などが提案されているが、中でも、スピンバルブ型のＧＭＲ膜を用いた磁気ヘッドが多く製品化されている。
【０００４】
ＧＭＲは、「Physical Review Letters,Volume61,No.21,pp.2472-2475(1988) 」においてBaibich らにより最初に報告された現象であり、外部磁界の印加によって、隣接する強磁性層間における磁化の相対的向きが変化した際に生じるものである。外部磁界の印加により、隣接する強磁性層間における磁化の相対的向きが変化した結果、次々に伝導電子のスピン依存散乱における変化が引き起こされ、それによって本構造における電気抵抗に変化が生じるのである。このＧＭＲの発見は、磁性層のもつ電気伝導特性に関する広範囲な研究のきっかけとなった。通常の場合においては、積層面内方向に電流を流して磁気抵抗（magnetoresistance 、以下ＭＲ）値を測定するので、ＣＩＰ−ＭＲ（current flows-in-the-planeof the layers magnetoresistance ）と呼ばれる。
【０００５】
これに対し、Pratt らは、「Physical Review Letters 、Volume 66 、pp.3060(1991) 」の記載にあるように、ＧＭＲの適用を、ＣＰＰ−ＭＲ（current perpendicular-to-the-plane magnetoresistance）と呼ばれる、積層面に垂直な方向（積層方向）に電流を流すケースにまで拡張した。一般的にＣＰＰ−ＭＲ効果は、ＣＩＰ−ＭＲ効果よりも高く、数倍の抵抗変化率が得られる。なお、多層型のＧＭＲ膜は、磁性層と非磁性層とを交互に積層した積層構造を有し、信号磁場によって磁性層の磁化の方向が変化することにより電気抵抗が変化するようになっている。
【０００６】
このような多層型のＧＭＲ膜は、例えば、特開平４−３６０００９号、特許第２６１０３７６号、特開平５−９００２６号、特開平７−７８３１６号および特開平９−１８０１３５号等に開示されている。この多層型のＧＭＲ膜によれば、積層面内方向に電流を流した場合には、約１〜１０％の抵抗変化率が得られ（特開平５−９００２６号）、積層方向に電流を流した場合には、約１０〜１５％の抵抗変化率が得られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
現在では、ハードディスク等の高密度記録に対する要求がさらに高まっており、１００Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ2 を超える面記録密度が求められるようになっている。このような超高密度記録に対応するには、ＣＰＰ−ＭＲ素子を１００ｎｍを下回る程度まで驚異的に縮小しなければならない。ＣＰＰ構造においては、ＭＲ素子のＣＰＰ方向の固有抵抗値を極めて小さくしなければならないからである。
【０００８】
ＣＩＰ−ＭＲ構造およびＣＰＰ−ＭＲ構造のいずれにおいても、外部磁界の印加により、互いに隣接する強磁性層の間で磁化の相対的な向きが変化する。その結果、伝導電子のスピン依存散乱の変化が起こり、本構造における電気抵抗の変化が生じるわけである。Daugueらによる「Pysical Review B、Volume 54 、pp.1083-87（July 1996 ）」によれば、特殊な型の磁性層を有するＣＰＰ積層体の抵抗値は、理論上、ほぼ、Ｒ（θ）／Ｒａｐ＝１−ａ・ｃｏｓ2 （θ／２）で表される。ここで、Ｒ（θ）は外部磁界中の抵抗値を示し、Ｒａｐ（apは反平行を意味する）はゼロ磁界における抵抗値を示し、θは、連続する磁性層間、すなわち、互いに隣接する磁性層間において磁化の方向が成す角を示す。ａは、条件０＜ａ＜１を満たす。ＣＰＰ−ＭＲ構造における抵抗と磁界との関係は、一般的な放物線を描く。このため、ＭＲヘッドにＣＰＰ−ＭＲ素子を適用するには、磁界がゼロ付近での線形性を確保するために、ＣＰＰ−ＭＲ素子に横方向のバイアスを印加する必要がある。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、超高密度記録に対応することが可能な、より大きな出力特性を有するＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッド、ＣＰＰ巨大磁気抵抗効果型再生ヘッドおよびバイアス磁界印加方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッドは、導電性の磁気遮蔽材料からなる上部シールドおよび下部シールドと、上部シールドと下部シールドとの間に設置され、これらの上部シールドおよび下部シールドと電気的に接続された多層の磁気抵抗構造と、磁気抵抗構造の隣に配置され、磁気抵抗構造に横バイアス磁界を印加する横バイアス磁界発生構造とを備え、横バイアス磁界発生構造が、磁気抵抗構造の後方に配置された軟磁性層と、この軟磁性層の両端と磁気的に接続された２つの永久磁石とを含むように構成されたものである。
【００１１】
本発明のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッドでは、磁気抵抗構造の隣に配置された横バイアス磁界発生構造によって、磁気抵抗構造に横バイアス磁界が印加される。
【００１２】
本発明のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッドでは、磁気抵抗構造が、２層構造部分［強磁性層／非磁性層］をｎ回( ｎは２以上の整数) 繰り返し積層してなる構造［強磁性層／非磁性層］n を有するようにするのが好ましい。また、磁気抵抗構造の厚さは、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるようにするのが好ましい。また、磁気抵抗構造における上部表面積は、０．１×０．１μｍ2 以下であるようにするのが好ましい。
【００１３】
本発明のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッドでは、さらに、磁気抵抗構造と上部シールドとを電気的に接続する第１の非磁性金属ギャップと、磁気抵抗構造と下部シールドとを電気的に接続する第２の非磁性金属ギャップとを含むように構成することが可能である。
【００１４】
本発明のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッドでは、特に、横バイアス磁界発生構造における２つの永久磁石が磁気抵抗構造の両隣に配置されるようにすることが好ましい。永久磁石としては、コバルト−アルファ酸化鉄（Ｃｏ−αＦｅ2 Ｏ3 ）、コバルト−白金合金（ＣｏＰｔ）、コバルト−クロム−白金合金（ＣｏＣｒＰｔ）およびコバルト−クロム−タンタル−白金合金（ＣｏＣｒＴａＰｔ）からなる群のうちの少なくとも１つを含むものを用いるのが好ましく、２つの永久磁石の間隔は５μｍ未満とするのが好ましい。さらに、永久磁石は、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）およびクロム−タンタル合金（ＣｒＴａ）からなる群のうちの少なくとも１つを含む下地層の上に配置されるようにするのが好ましい。
【００１５】
本発明のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッドでは、軟磁性層と磁気抵抗構造との間隔は、０．０５μｍから２．０μｍの範囲とするのが好ましい。また、軟磁性層は、その中央付近から延びる突出部を有するほぼＴ字形の形状をなし、突出部は、磁気抵抗構造の後方に配置されているのが好ましい。突出部の前面は磁気抵抗構造の幅よりも広くし、突出部の高さは５．０μｍ未満とするのが好ましい。２つの永久磁石およびＴ字形状の軟磁性層は、ほぼｍ字形の形状をなすように配設するのが好ましい。また、軟磁性層は、ニッケル−鉄合金（ＮｉＦｅ）、ニッケル−鉄−Ｘ合金（ＮｉＦｅＸ、（Ｘは、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｏからなる群のうちの少なくとも１つ）、コバルト−ジルコニウム−ニオビウム合金（ＣｏＺｒＮｂ）およびコバルト−ジルコニウム−タンタル合金（ＣｏＺｒＴａ）からなる群のうちの少なくとも１つを含むようにするのが好ましい。軟磁性層は、タンタル（Ｔａ）、ニッケル−クロム合金（ＮｉＣｒ）およびニッケル−鉄−クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）からなる群のうちの少なくとも１つを含む下地層の上に配置するのが好ましい。軟磁性層の厚さは、磁気抵抗構造の厚さよりも厚くするのが好ましい。
【００１６】
本発明のＣＰＰ巨大磁気抵抗効果型再生ヘッドは、再生ギャップを規定する１対の磁気シールドと、１対の磁気シールドの間の再生ギャップの中に配設された巨大磁気抵抗ピラー(pillar)と、巨大磁気抵抗ピラーの隣に配設された第１および第２の永久磁石と、磁気抵抗構造の後方に配置され、その両端が第１および第２の永久磁石と磁気的に接続されている軟磁性層とを備えている。１対の磁気シールドは巨大磁気抵抗ピラーと電気的に接続され、軟磁性層は第１および第２の永久磁石からの磁束をエアベアリング面と直交する方向に沿って巨大磁気抵抗ピラーに向かわせるように機能し、かつ、軟磁性層の厚さは巨大磁気抵抗ピラーよりも厚く形成されている。
【００１７】
本発明のＣＰＰ巨大磁気抵抗効果型再生ヘッドでは、軟磁性層は、その中央付近から延びる突出部を有するほぼＴ字形の形状をなし、突出部は、磁気抵抗構造の後方に配置されるようにするのが好ましい。
【００１８】
本発明のバイアス磁界印加方法は、巨大磁気抵抗構造を有するＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッドにバイアス磁界を印加する方法であって、巨大磁気抵抗構造の両側に少なくとも２つの永久磁石を配置すると共に、軟磁性層を用いて、これらの少なくとも２つの永久磁石と軟磁性層とを磁気的に接続して上記２つの永久磁石からの磁束が巨大磁気抵抗構造を通過するように構成することにより、巨大磁気抵抗構造に対する横方向バイアス磁界の印加を行うようにしたものである。
【００１９】
本発明のバイアス磁界印加方法では、２つの永久磁石からの磁束が軟磁性層を介して巨大磁気抵抗構造に達し、横方向バイアス磁界が印加される。
【００２０】
本発明のバイアス磁界印加方法では、さらに、軟磁性層の一部を巨大磁気抵抗構造に向かって延ばすことにより、永久磁石からの磁束が巨大磁気抵抗構造を通過（貫通）するようにするのが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施の形態に係るＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッドの平面構造を表すものである。このＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッド（以下、単にＣＰＰ−ＭＲヘッドという。）は、上部シールド５０と、下部シールド１０と、ＣＰＰ−ＭＲ型の積層構造のセンサとして機能するＭＲピラー(pillar)２０とを備えている。ＭＲピラー２０は、上部シールド５０と下部シールド１０との間に配置されている。このＭＲピラー２０は、厚さが１０ｎｍから１００ｎｍの範囲であり、０．１×０．１μm2以下の上部表面領域を有することが好ましい。上部シールド５０および下部シールド１０は、例えば、ニッケル−鉄合金( ＮｉＦｅ) 、ニッケル−鉄−Ｘ合金（ここでＸはＣｒ、Ｔａ、Ｎｂ、ＺｒおよびＭｏのうち少なくとも１つ以上を指す）、コバルト−ジルコニウム−ニオビウム合金（ＣｏＺｒＮｂ）またはコバルト−ジルコニウム−タンタル合金（ＣｏＺｒＴａ）のような、電気伝導性を有する磁気遮蔽材料を用いて構成される。
【００２３】
ＭＲピラー２０の両隣には、２つの永久磁石３０ａ，３０ｂが、それぞれ配置され、ＭＲピラー２０の後方には、Ｔ字形状の軟磁性層４０が配置されている。２つの永久磁石３０ａ，３０ｂおよびＴ字形状の軟磁性層４０は、ほぼｍ字形の平面形状をなすように配設されている。２つの永久磁石３０は、ＡＢＳに対して垂直な方向（図１の矢印方向）に磁化が向くように初期化されている。軟磁性層４０は、その中央に位置する突出部４２が、ＭＲピラー２０の後方端に向き合うよう配置されている。軟磁性層４０の２つの側部４４は２個の永久磁石と連結（隣接）するよう配置されている。Ｔ字形状の軟磁性層４０の突出部４２の長さ（高さ）は５μｍ未満であることが好ましい。永久磁石３０および軟磁性層４０は、ＭＲピラー２０に横バイアス磁界を与えるためのものであり、永久磁石３０からの磁束がＭＲピラー２０に向かうように配置される。ＭＲピラー２０は、突出部４２の幅ｄ1 を基準として対称形をなすように配置するのが好ましい。すなわち、突出部４２の幅ｄ1 の中心とＭＲピラー２０の幅の中心とがＡ−Ａ線と直交する直線上に載るようにするのがよい。２つの永久磁石３０の間隔ｄ2 は、５μm 未満とするのが好ましい。
【００２４】
なお、永久磁石３０ａ，３０ｂは、それぞれ、ＣｒやＴａ、もしくはＣｒＴａからなる下地層７０の上に配置されるようにしてもよい。
【００２５】
ＭＲピラー２０は、図２（Ａ）に示したように、酸化物層６０（図１では図示せず）によって２つの永久磁石３０ａ，３０ｂおよび軟磁性層４０から隔離されて電気的に絶縁されている。なお、図２（Ａ）は、ＡＢＳ（すなわち、図１のＡ−Ａ線）における矢視方向の断面図である。上部シールド５０と下部シールド１０との間は、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）またはシリコン酸化物（ＳｉＯ2 ）から成る酸化物層６０によって分離されている。と同時に、これらの上部シールド５０および下部シールド１０は、非磁性金属からなる上部ギャップ２３および下部ギャップ２１を通して、ＭＲピラー２０の積層体２２と電気的に接続されている。本実施形態では、ＭＲピラー２０の前端には強磁性層が配置されていない。ＣＰＰ−ＭＲヘッドの機械加工（研磨）の後においては、ＭＲピラー２０の前面エッジは、永久磁石３０の前面エッジとともに、Ａ−Ａ線で示されているエアベアリング面(air bearing surface；以下、ＡＢＳと略す) の位置となる。ＭＲヘッドの動作中において、ＡＢＳは磁気記録媒体に面し、磁気記録媒体に記録された磁化遷移(transition)からの磁束がＭＲピラー２０によって検知されるようになっている。なお、本実施の形態とは異なり、ＭＲピラー２０の前端をＡＢＳから後方にリセスさせ、フラックスガイドにより、ＭＲピラー２０のリセスした前端に磁束（信号磁界）がもたらされるようにしてもよい。
【００２６】
図２（Ｂ）は、図１のＢ−Ｂ線における矢視方向に沿った断面図である。軟磁性層４０は、酸化物層６０に埋設された状態で上部シールド５０と下部シールド１０との間に配置されており、ＭＲピラー２０からｈ1 の間隔（図１）をもって隔離されている。この軟磁性層４０は、ＭＲピラー２０のＧＭＲ積層体２２よりも厚い膜厚ｔSMを有し、Ｔ字形状の底辺部分（突出部４２の幅）はＧＭＲ積層体２２よりも幅広く形成されている。なお、軟磁性層４０は、タンタル（Ｔａ）、ニッケル−クロム合金（ＮｉＣｒ）またはニッケル−鉄−クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）からなる下地層８０の上に形成するようにしてもよい。
【００２７】
積層体２２は、［Ｆ／ＮＭ］で表される２層構造部分をｎ回繰り返し積層してなる構造［Ｆ／ＮＭ］n とするのが望ましい。ここで、Ｆは強磁性層を表し、ＮＭは貴金属のような非磁性層を表す。ｎは２以上の整数である。隣り合うＦ層同士は、磁界がない状態において、互いに反強磁性結合をしている。この[ Ｆ／ＮＭ] n で表される部分は、ＴａやＮｉＣｒまたはＮｉＦｅＣｒ等のバッファ層の上に積層される。積層体２２の厚さは１０ｎｍから１００ｎｍの範囲であり、好ましくは５０ｎｍ以下である。強磁性層Ｆは、Ｃｏ単体、または、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢもしくはＮｉＦｅＣｏ等のコバルト合金からなり、非磁性層ＮＭは、銅（Ｃｕ）単体、銀（Ａｇ）単体、または銅合金等からなる。非磁性金属の上部ギャップ２３および下部ギャップ２１は、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、あるいはα−Ｔａからなる。永久磁石３０ａ，３０ｂは、Ｃｏ−αＦｅ2 Ｏ3 、ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＴａＰｔからなる群の中から選択される。軟磁性層４０は、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＸ（ここでＸは、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｏのうち少なくとも１つを示す）、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａからなる群の中から選択される。
【００２８】
次に、以上のように構成されたＣＰＰ−ＭＲヘッドの作用および動作について説明する。
【００２９】
まず、ＣＰＰ−ＭＲヘッドの再生動作の概略について説明する。
【００３０】
ＣＰＰ−ＭＲヘッドの再生動作中において、ＡＢＳは磁気記録媒体に面している。この状態で、磁気記録媒体からの信号磁界がＭＲピラー２０に達する。ＭＲピラー２０のＣＰＰ−ＭＲ構造には、予め、積層面と直交する方向にセンス電流が流されている。ＣＰＰ−ＭＲ構造においては、信号磁界に応じて、互いに隣接する強磁性層の間で磁化の相対的な向きが変化し、その結果、伝導電子のスピン依存散乱の変化が起こり、ＣＰＰ−ＭＲ構造全体としての電気抵抗の変化が生じる。この電気抵抗の変化は、センス電流の変化をもたらし、この電流変化に基づいて信号磁界が検知される。
【００３１】
次に、ＣＰＰ−ＭＲヘッドのバイアス動作について説明する。
【００３２】
２つの永久磁石は、ＡＢＳに対して垂直方向（図１の矢印方向）に初期化されている。このため、軟磁性層４０によって、ＡＢＳと直交する方向に、２つの永久磁石３０ａ，３０ｂからＭＲピラー２０へ向かう磁界、つまり横バイアス磁界がもたらされる。この横バイアス磁界によって、信号磁界がゼロの付近における出力の線形性が担保される。このＣＰＰ−ＭＲヘッドの動作点は、第１に、ＭＲピラー２０と軟磁性層４０の突出部４２の前端との距離ｈ1 を調整すること、第２に、２つの永久磁石３０ａ，３０ｂの間に位置する軟磁性層４０の突出部４２の幅ｄ1 を調整すること、によって最適化することが可能である。
【００３３】
図２（Ａ）に示したように、センス電流Ｉｓは、上部シールド５０および下部シールド１０によって矢印で表されるように導かれ、積層面に対して垂直な方向にＭＲピラー２０の中を流れる。２つの永久磁石３０ａ，３０ｂは、酸化物層６０の内部に埋設されており、ＭＲピラー２０の両隣に、互いに対向するように配置されている。横バイアス磁界を印加するために、永久磁石３０ａおよび３０ｂはＡＢＳに対し垂直方向に初期化されている。
【００３４】
永久磁石３０からの磁束は、軟磁性層４０によって、図２（Ｂ）の矢印が示す方向に沿ってＭＲピラー２０に導かれる。この矢印の示す方向は、ＡＢＳに対して垂直な方向であり、これが横方向バイアス磁界となる。ＭＲピラー２０に印加される横バイアス磁界の強さは、第１に、ＭＲピラー２０とＴ字形状の軟磁性層４０の前端との間隔ｈ１を変えること、第２に、軟磁性層４０や永久磁石３０ａ，３０ｂの厚さや材質を変えること、によって調整できる。また、軟磁性層４０の脚部４２（突出部４２）の幅ｄ１が、ＭＲピラー２０の幅よりも広く、かつ、このＣＰＰ−ＭＲヘッドが用いられる磁気記録媒体のトラック幅よりも広くなるように軟磁性層４０をパターンニングすることにより、ＭＲピラー２０に印加する横方向バイアス磁界の均一性を得ることが可能となる。
【００３５】
［実施例］
本実施の形態に係るＣＰＰ−ＭＲヘッドの性能評価について、様々な試験を実施した。以下に実施例として詳述するが、これらの試験によって、本発明の好ましい特徴が示される。
【００３６】
＜実施例１＞
まず、その出力、アシンメトリ（出力振幅の非対称性）、そして信号ノイズ比（signal-to-noise ratio 、以下SNR と略す。）の各々について、間隔ｈ1 （ＭＲピラー２０とＴ字形状の軟磁性層４０の突出部４２との隙間）との関係について調査した。表１ないし表３は、１００Ｇｂｉｔ／ｉｎ2 を超える面記録密度用に設計された、それぞれ異なる寸法のＭＲ素子を用いた３種類のヘッドの試験結果を表すものである。試験に用いたＭＲ素子の長さおよび幅の寸法は、表１では０．１×０．1 μｍ2 、表２では０．０８×０．０８μｍ2 、さらに表３では０．０６×０．０６μｍ2 である。ｄ1 、ｄ2 、ｈ2 、ｔpm、ｔsmは、図１、図２（Ａ）および図２（Ｂ）で定義したものである。また、各表には、比較例のデータとしてＣＩＰ−ＭＲヘッドの試験結果を載せている。なお、試験を実施したＭＲピラー２０は、ＮｉＣｒ３／［ＣｏＦｅ２．５／Ｃｕ２］10という構造を含むものである。ここで、数字は各層の厚さ（単位ｎｍ）を表す。
【００３７】
表１ないし表３に示したように、いずれのヘッドにおいても、その出力およびアシンメトリについては、ｈ1 が０．６μｍまたは１．０μｍの場合に良好である。ｈ1 の好ましい範囲は、０．０５μm から２．０μm の範囲であり、より好ましくは、０．５μm から１．０μm の範囲である。
【００３８】
【表１】
【表２】
【表３】
＜実施例２＞
次に、出力、アシンメトリおよびＳＮＲの各々と、軟磁性層４０の突出部４２の幅ｄ1 との関係を評価した。表４ないし表６は、１００Ｇｂit／ｉｎ2 を超える面記録密度用に設計された、それぞれ異なる寸法のＭＲ素子を用いた３種類のヘッドにおける試験結果を表すものである。試験に用いたＭＲ素子の長さおよび幅の寸法は、表４では０．１×０．1 μｍ2 、表５では０．０８×０．０８μｍ2 、表６では０．０６×０．０６μｍ2 である。ｄ1 、ｄ2 、ｈ2 、ｔpm、ｔsmは、図１、図２（Ａ）および図２（Ｂ）で定義したものである。また、各表には、比較例のデータとしてＣＩＰ−ＭＲヘッドの結果を載せている。なお、試験を実施したＭＲピラー２０は、ＮｉＣｒ3 ／［ＣｏＦｅ２．５／Ｃｕ２］10という構造を含むものである。ここで、数字は各層の厚さ（単位ｎｍ）を表す。
【００４２】
試験の結果、これらの表４〜６に示したように、軟磁性層４０の突出部４２の幅ｄ1 は、ＭＲピラー２０の幅に対して、少なくとも１０倍であることが好ましいことが判明した。
【００４３】
【表４】
【表５】
【表６】
本発明の装置および方法において、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、当業者により種々の変形や修正を行うことができることは明らかであろう。このように、本発明は、特許請求の範囲およびその均等の範囲に含まれる限りにおいて、本発明の様々な修正と変形とを包含するものである。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし請求項１７のいずれか１項に記載のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッド、請求項２０もしくは請求項２１に記載のＣＰＰ巨大磁気抵抗効果型再生ヘッド、または請求項１８もしくは請求項１９に記載のバイアス磁界印加方法によれば、導電性の磁気遮蔽材料からなる上部シールドと下部シールドとの間に配置した多層の磁気抵抗構造を上部シールドおよび下部シールドと電気的に接続すると共に、磁気抵抗構造の隣に、磁気抵抗構造の後方に配置された軟磁性層と、この軟磁性層の両端と磁気的に接続された２つの永久磁石とを含んで磁気抵抗構造に横バイアス磁界を印加する横バイアス磁界発生構造を配置するようにしたので、磁気抵抗構造に対して横バイアス磁界を効果的に印加することができる。このため、信号磁界がゼロ付近における出力の線形性が担保され、その結果、従来のＣＩＰ−ＭＲヘッドよりも高い出力のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッドを得ることも可能となる。特に、例えば１００Ｇｂｉｔ／ｉｎ2 を越えるような超高密度記録に対応することが可能な、より大きな出力特性を得ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッドの概略平面図である。
【図２】図２（Ａ）は、図１のＡ−Ａ線( すなわち、エアベアリング面) における矢視方向の断面図である。図２（Ｂ）は、図１のＢ−Ｂ線における矢視方向の断面図である。
【符号の説明】
１０…下部シールド、２０…ＣＰＰ−ＭＲピラー( 磁気抵抗構造) 、２１…下部ギャップ、２２…積層体、２３…上部ギャップ、３０ａ，３０ｂ…永久磁石、４０…軟磁性層、４２…突出部、５０…上部シールド、６０…酸化物層、７０，８０…下地層。
Claims (21)
- 導電性の磁気遮蔽材料からなる上部シールドおよび下部シールドと、
前記上部シールドと前記下部シールドとの間に設置され、これらの上部シールドおよび下部シールドと電気的に接続された多層の磁気抵抗構造と、
前記磁気抵抗構造の隣に配置され、前記磁気抵抗構造に横バイアス磁界を印加する横バイアス磁界発生構造と
を備え、
前記横バイアス磁界発生構造は、前記磁気抵抗構造の後方に配置された軟磁性層と、この軟磁性層の両端と磁気的に接続された２つの永久磁石とを含んでいる
ことを特徴とするＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッド。 - 前記磁気抵抗構造は、２層構造部分［強磁性層／非磁性層］をｎ回（ｎは２以上の整数）繰り返し積層してなる構造［強磁性層／非磁性層］n を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッド。 - さらに、
前記磁気抵抗構造と前記上部シールドとを電気的に接続する第１の非磁性金属ギャップと、
前記磁気抵抗構造と前記下部シールドとを電気的に接続する第２の非磁性金属ギャップと
を含むことを特徴とする請求項１に記載のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッド。 - 前記磁気抵抗構造の厚さは、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項１に記載のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッド。 - 前記磁気抵抗構造における上部表面積は、０．１×０．１μｍ2 以下である
ことを特徴とする請求項１に記載のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッド。 - 前記２つの永久磁石は、前記磁気抵抗構造の両隣に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッド。 - 前記２つの永久磁石は、コバルト−アルファ酸化鉄（Ｃｏ−αＦｅ2 Ｏ3 ）、コバルト−白金合金（ＣｏＰｔ）、コバルト−クロム−白金合金（ＣｏＣｒＰｔ）およびコバルト−クロム−タンタル−白金合金（ＣｏＣｒＴａＰｔ）からなる群のうちの少なくとも１つを含む
ことを特徴とする請求項１に記載のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッド。 - 前記２つの永久磁石の間隔は５μｍ未満である
ことを特徴とする請求項１に記載のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッド。 - 前記２つの永久磁石は、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）およびクロム−タンタル合金（ＣｒＴａ）からなる群のうちの少なくとも１つを含む下地層の上に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッド。 - 前記軟磁性層と前記磁気抵抗構造との間隔が０．０５μｍから２．０μｍの範囲である
ことを特徴とする請求項１に記載のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッド。 - 前記軟磁性層は、その中央付近から延びる突出部を有するほぼＴ字形の形状をなし、
前記突出部は、前記磁気抵抗構造の後方に配置されている
ことを特徴とする請求項６に記載のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッド。 - 前記２つの永久磁石およびＴ字形状の前記軟磁性層は、ほぼｍ字形の形状をなすように配設されている
ことを特徴とする請求項１１に記載のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッド。 - 前記突出部の前面は前記磁気抵抗構造の幅よりも広い
ことを特徴とする請求項１１に記載のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッド。 - 前記突出部の高さは５．０μｍ未満である
ことを特徴とする請求項１１に記載のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッド。 - 前記軟磁性層は、ニッケル−鉄合金（ＮｉＦｅ）、ニッケル−鉄−Ｘ合金（ＮｉＦｅＸ、（Ｘは、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｏからなる群のうちの少なくとも１つ）、コバルト−ジルコニウム−ニオビウム合金（ＣｏＺｒＮｂ）およびコバルト−ジルコニウム−タンタル合金（ＣｏＺｒＴａ）からなる群のうちの少なくとも１つを含む
ことを特徴とする請求項１に記載のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッド。 - 前記軟磁性層は、タンタル（Ｔａ）、ニッケル−クロム合金（ＮｉＣｒ）およびニッケル−鉄−クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）からなる群のうちの少なくとも１つを含む下地層の上に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッド。 - 前記軟磁性層の厚さは、前記磁気抵抗構造の厚さよりも厚い
ことを特徴とする請求項１に記載のＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッド。 - 巨大磁気抵抗構造を有するＣＰＰ磁気抵抗効果型再生ヘッドにバイアス磁界を印加する方法であって、
前記巨大磁気抵抗構造の両側に少なくとも２つの永久磁石を配置すると共に、軟磁性層を用いて、これらの少なくとも２つの永久磁石と前記軟磁性層とを磁気的に接続して前記２つの永久磁石からの磁束が前記巨大磁気抵抗構造を通過するように構成することにより、前記巨大磁気抵抗構造に対する横方向バイアス磁界の印加を行う
ことを特徴とするバイアス磁界印加方法。 - さらに、前記軟磁性層の一部を前記巨大磁気抵抗構造に向かって延ばすことにより、前記２つの永久磁石からの磁束が前記巨大磁気抵抗構造を通過するようにした
ことを特徴とする請求項１８に記載のバイアス磁界印加方法。 - エアベアリング面を有するＣＰＰ巨大磁気抵抗効果型再生ヘッドであって、
再生ギャップを規定する１対の磁気シールドと、
前記１対の磁気シールドの間の前記再生ギャップの中に配設された巨大磁気抵抗ピラー(pillar)と、
前記巨大磁気抵抗ピラーの隣に配設された第１および第２の永久磁石と、
前記磁気抵抗構造の後方に配置され、その両端が前記第１および第２の永久磁石と磁気的に接続されている軟磁性層と
を備え、
前記１対の磁気シールドが前記巨大磁気抵抗ピラーと電気的に接続され、
前記軟磁性層が、前記第１および第２の永久磁石からの磁束を前記エアベアリング面と直交する方向に沿って前記巨大磁気抵抗ピラーに向かわせるように機能し、
前記軟磁性層の厚さが前記巨大磁気抵抗ピラーよりも厚い
ことを特徴とするＣＰＰ巨大磁気抵抗効果型再生ヘッド。 - 前記軟磁性層は、その中央付近から延びる突出部を有するほぼＴ字形の形状をなし、
前記突出部は、前記磁気抵抗構造の後方に配置されている
ことを特徴とする請求項２０に記載のＣＰＰ巨大磁気抵抗効果型再生ヘッド。
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