JP3779666B2 - 磁気再生ヘッド及び磁気再生装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気再生ヘッド及び磁気再生装置に関し、特に高記録密度で高効率な再生が可能な磁気再生ヘッド及び磁気再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
強磁性層／非磁性層／強磁性層からなる積層構造において面内に電流を流した場合に、巨大磁気抵抗効果（Giant Magnetoresistance effect）が発現することが見出されて以来、大きな磁気抵抗変化率を持つ系が探索されてきた。これまでに、強磁性トンネル接合や、電流を多層膜に垂直方向へ流すＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）型の磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）が提案され、これらは磁気記録の再生素子として有望視されている。特に、ＣＰＰ‐ＭＲ素子は、低い抵抗と大きなＭＲが利点となり２００Ｇｂｐｓｉ（Gigabit per square inch）以降の記録密度媒体の再生手段の候補となっている。
【０００３】
ＣＰＰ−ＭＲ素子では、電流が流れる距離が短いため、通電パスを制御することがポイントである。この点に関して、フリー層の磁区制御のためのハードマグネットとして高抵抗のものを使用するなどでセンス電流のＧＭＲ以外へのリークを防止する構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、上側の電極サイズをＧＭＲ素子よりも小さくすることで通電領域を絞り、ハードマグネットからのバイアスの影響による検出効率低下を防ぐ構造が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００‐２２８００２号公報
【特許文献２】
特開２００１‐３１２８０３号公報
さらに、下側の電極サイズも小さくすることで通電領域は小さくできると考えられる。
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電極を絞っても抵抗の小さなＧＭＲ膜内の非磁性層（Ｃｕ層）で通電領域が膨らむという問題がある。また、上下２つの電極を絞った場合には、加工した下地が有する凹凸の上にＧＭＲ膜を形成することとなり、均一な平坦膜を得ることが難しい。さらに、上下の電極の位置合わせが容易でない。
【０００６】
すなわち、通電パスを正確にコントロールすることで検出効率を高くし、かつ作製容易な簡略な構造をもつ新たな素子構造が望まれる。
【０００７】
また一方、一つの素子でマルチ処理できるようになれば、より高速の信号再生が可能となる。しかし、ＣＰＰ−ＭＲ素子が大きな検出効率を示すためには、ハードマグネットによる不感応領域を十分に避けるように通電領域を制御した構造が必要である。また、並列信号処理を行なうためには、これまではヘッドを複数並べる必要があり、構造が複雑となるという問題があった。
【０００８】
本発明は、かかる課題の認識に基いてなされたものであり、その目的は、高効率かつ微細な磁区構造が検出可能で、かつ作製が容易な構造の磁気再生ヘッド及びこのヘッドを用いた磁気再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の関連技術にかかる磁気再生ヘッドは、磁化方向が外部磁界に応じて変化する第１の強磁性層と、磁化方向が実質的に一方向に固定された第２の強磁性層と、前記第１及び第２の強磁性層の間に形成された非磁性中間層と、前記第１及び第２の強磁性層の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電可能とする、前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、前記第１の強磁性層の両端に設けられた一対の硬磁性層と、を備え、
前記非磁性中間層は、前記センス電流が流れる導電領域と、前記センス電流を遮断する高抵抗領域と、を有し、前記第１の強磁性層の交換距離をｄｅとした時に、前記導電領域と前記硬磁性層との間隔がｄｅ／２ 以上であることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、一対の電極から流されるセンス電流を高抵抗領域により狭窄して導電領域に集中させ、硬磁性膜からのバイアス磁界により第１の強磁性層に形成される不感応領域にセンス電流を流さないようにすることができる。その結果として、第１の強磁性層のうちで外部磁場に対する感度が高い領域のみにセンス電流を流し、高感度の磁気検出が可能となる。
【００１０】
ここで、前記導電領域と前記硬磁性層との間隔がｄｅ以上であるものとすれば、硬磁性膜からのバイアス磁界による不感応領域をさらに確実に避けてセンス電流を流すことができる。
【００１１】
本発明の一態様によれば、
複数の磁性粒子がＳｉＯ _２ あるいはＭｇＯからなる非磁性材料により分離されてなり前記複数の磁性粒子のそれぞれの磁化方向が外部磁界に応じて変化する第１の強磁性層と、
磁化方向が実質的に一方向に固定された連続的な強磁性体からなる第２の強磁性層と、
前記第２の強磁性層の前記磁化を固着する反強磁性層と、
前記第１及び第２の強磁性層の間に形成された非磁性中間層と、
前記第１及び第２の強磁性層の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電可能とする、前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、
を備え、
前記非磁性中間層は、前記センス電流が流れる導電領域と、前記センス電流を遮断する高抵抗領域と、を有し、
前記磁性粒子のサイズは、前記第１の強磁性層に前記外部磁界を与える記録媒体のトラック幅よりも小さく、トラック幅方向に複数個の前記磁性粒子が存在し、
前記第１の強磁性層は、その一端面を前記記録媒体の主面に近接させつつ前記主面に対して略垂直に設けられ、
前記第１の強磁性層を共有し、前記第２の強磁性層と前記導電領域及び前記高抵抗領域を含む前記非磁性中間層とからなる複数の積層構造が前記一端面に沿って並列に設けられ、
前記複数の積層構造のそれぞれにおいて、前記導電領域は前記積層構造の中心よりも前記記録媒体に接近した位置に設けられたことを特徴とする磁気再生ヘッドが提供される。
【００１２】
上記構成によれば、第１の強磁性層における磁性粒子同士の磁気的な結合が、それらの間に介在する非磁性材料により弱められるので、外部磁場の分布に対して敏感な磁化反転を形成することが有利となる。その結果として、連続磁性体膜を用いた場合よりも検出分解能を高くし、マルチ化させた場合にもそれぞれの検出部による独立した検出を確実なものとすることができる。
【００１４】
またここで、前記導電領域のサイズは、前記第１の強磁性層に前記外部磁界を与える記録媒体の記録ピッチに対応したサイズであるものとすれば、隣接トラックまたは隣接ビットからのクロストークを抑制した読み出しが容易となる。
【００１５】
またさらに、前記導電領域のサイズは、前記記録ピッチ以下であるものとすれば、隣接トラックまたは隣接ビットからのクロストークをさらに確実に抑制した読み出しが可能となる。
【００１６】
一方、本発明の磁気再生装置は、上記いずれかの磁気再生ヘッドを備え、磁気記録媒体に磁気的に記録された情報の読み取りを可能としたことを特徴とし、高密度記録再生が可能な磁気記録再生システムが可能なる。
【００１７】
または、本発明の磁気再生装置は、上記いずれかの磁気再生ヘッドを備え、試験体の表面における磁場の分布を検出可能としたことを特徴とし、高い分解能を有する磁気顕微鏡などの磁気再生装置を実現できる。
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
図１は、本発明の関連技術にかかる磁気再生ヘッドの要部を例示する一部断面斜視図である。すなわち、同図は、磁気記録媒体２００とその上に再生状態におかれた磁気再生ヘッドの磁気検出部を表す。
【００１９】
また、図２は、この磁気再生ヘッドの磁気検出部の断面図である。すなわち、同図は、再生ヘッドの磁気検出部を記録媒体２００に対して平行に切断して記録媒体２００の側から眺めた断面を表す。
【００２０】
これらの図面に表した再生ヘッドは、磁性体からなる第１の磁性層１と、第２の磁性層２と、これらの間に設けられた非磁性体からなる非磁性中間層３と、を有する。第１の磁性層１は、外部の磁界に対応してその磁化Ｍ１の方向が変化する「フリー層」あるいは「磁化自由層」として作用する。第２の磁性層２は、その磁化Ｍ２の方向が実質的に一方向に固着された「ピン層」あるいは「磁化固着層」として作用する。
【００２１】
ここで、磁性層１、２の材料としては、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、または、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）及びクロム（Ｃｒ）よりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む合金、「パーマロイ」と呼ばれるＮｉＦｅ系合金、あるいはＣｏＮｂＺｒ系合金、ＦｅＴａＣ系合金、ＣｏＴａＺｒ系合金、ＦｅＡｌＳｉ系合金、ＦｅＢ系合金、ＣｏＦｅＢ系合金などの軟磁性材料、ホイスラー合金、磁性半導体、ＣｒＯ_２、Ｆｅ_３Ｏ_４、Ｌａ_１―ＸＳｒ_ＸＭｎＯ_３などのハーフメタル磁性体酸化物（あるいはハーフメタル磁性体窒化物）のいずれかを用いることができる。
【００２２】
一方、非磁性中間層３は、第１の磁性層１と第２の磁性層２との間の磁気的な結合を遮断する役割を有する。第１の磁性層１、非磁性中間層３及び第２の磁性層１からなる積層体に対しては、一対の電極１０、２０が接続されている。これら電極１０、２０から磁性層の膜面に対して略垂直方向にセンス電流が流され、磁気抵抗効果を利用した磁気検出が行われる。すなわち、第１の磁性層１と第２の磁性層の磁化Ｍの方向の相対的な変化を、磁気抵抗の変化として検出することができる。
【００２３】
一方、第１の磁性層（フリー層）１の両端には、硬磁性（hard magnetic）材料からなる磁気バイアス層３０が設けられている。磁気バイアス層は、第１の磁性層（フリー層）１にバイアス磁界を印加してその磁区構造を制御することより、いわゆる「バルクハウゼンノイズ（barkhausen noise）」を抑制する役割を有する。
【００２４】
そして、本発明においては、非磁性中間層３に、電気抵抗が低い導電領域３Ａと、電気抵抗が高い高抵抗領域３Ｂとが設けられている。すなわち、センス電流は、非磁性中間層３のうちの、導電領域３Ａに集中するようにされている。
【００２５】
導電領域３Ａは、電気抵抗が相対的に低い非磁性材料からなる。そのような材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、あるいはこれらのいずれか一種以上を含む合金など挙げることができる。
【００２６】
一方、高抵抗領域３Ｂは、電気抵抗が相対的に高い非磁性材料からなる。そのような材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）及びシリコン（Ｓｉ）よりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む酸化物あるいは窒化物、フッ化物などを挙げることができる。さらに具体的には、酸化アルミニウムや酸化シリコン、あるいは窒化シリコンなどを挙げることができる。
【００２７】
このように、非磁性中間層３においてセンス電流を狭窄すると、第１の磁性層（フリー層１）のうちで、外部からの磁界に対して感度が高い感応領域にセンス電流を集中することができるため、ヘッドの検出効率をあげることができる。
【００２８】
図３は、磁気バイアス層による影響を説明するための模式図である。すなわち、磁性層（フリー層）１の磁区構造の制御のために磁気バイアス層３０を設けた場合、フリー層１の中で磁気バイアス層３０に近い領域１Ｚは、磁化が磁気バイアス層３０により規定される方向に強制されるため、不感応領域となっている。つまり、この領域１Ｚの磁化は、記録媒体２００からの信号磁界に対して敏感でなくなる。従って、このような不感応領域１Ｚにまでセンス電流を流すと、磁気抵抗変化の検出感度が低下することとなる。
【００２９】
これに対して、本実施形態によれば、非磁性中間層３に導電領域３Ａと高抵抗領域３Ｂとを設けることにより、センス電流を狭窄する。そして、磁性層（フリー層）１のうちで、外部磁界に対して感度が高い領域のみに集中してセンス電流を流すことにより、再生ヘッドの磁気検出感度を向上させることができる。
【００３０】
本関連技術において、磁気バイアス層３０からのバイアス磁界の影響を回避するためには、導電領域３Ａを磁性層（フリー層）１の交換距離ｄｅの半分以上、磁気バイアス層３０から離すことが望ましい。さらに、導電領域３Ａを磁気バイアス層３０から、交換距離ｄｅあるいはそれ以上離すことが、より望ましい。
【００３１】
図４は、交換距離ｄｅを説明するための概念図である。
【００３２】
本願明細書において「交換距離」とは、磁性層（フリー層）１の磁化Ｍ１が、磁気バイアス層３０のバイアス磁界の方向から９０度回転する部分までの距離をいうものとする。
【００３３】
すなわち、磁性層（フリー層）１の端に設けられた磁気バイアス層３０は、同図において横方向に表した磁化Ｍを有する。そして、磁気バイアス層３０の磁化Ｍによって磁性層１にバイアス磁界が印加されている。
【００３４】
これに対して、垂直方向（図４においては、下向きの方向）の均一な外部磁場ＥＦを印加する。この外部磁場は、磁気バイアス層３０の磁化が反転しない程度に十分に印加する。
【００３５】
すると、磁性層（フリー層）１の磁化Ｍ１は、磁気バイアス層３０から遠ざかるにつれてバイアス磁界の影響が希薄となり、外部磁界ＥＦの方向に反転する。本願明細書においては、この場合に磁性層１において磁気バイアス層３０の端部から、磁性層１の磁化Ｍ１が外部磁場ＥＦの方向に回転した部分までの距離を、「交換距離ｄｅ」と定義する。
【００３６】
この交換距離ｄｅは、実験的に求めることもできるし、シュミレーションにより求めることも可能である。
【００３７】
そして、本関連技術においては、導電領域３Ａを交換距離ｄｅの半分以上、さらに望ましくは、交換距離ｄｅ以上、磁気バイアス層３０から離すように設ける。つまり、図１あるいは図３に表したように、磁性層１の両端に一対の磁気バイアス層３０、３０を設けた場合に、その間隔ｄｈとして、導電領域３Ａのサイズは、（ｄｈ−ｄｅ）以下とすることが望ましく、（ｄｈ−２ｄｅ）以下とすることがより望ましい。
【００３８】
また、本実施形態によれば、電極サイズを微細化することによりセンス電流を狭窄する構造と比較して、加工上も有利である。すなわち、本実施形態によれば、上下電極の「位置合わせ」が不要となる。また、本実施形態によれば、電極サイズを絞る必要がないため、下側の磁性層１（または２）を、それと同程度のサイズの平坦な電極の上に成長できる。このため、凹凸の上に磁性層を形成した場合に生じやすいＭＲ特性劣化を防ぐこともできる。
【００３９】
一方、本実施形態によれば、磁気再生ヘッドにおける磁気検出の空間的な分解能を大きく改善することも可能となる。すなわち、非磁性中間層３の導電領域３のサイズや配置に応じて、所定の限られた領域における信号磁界のみを選択的に検出することが可能となる。
【００４０】
例えば、図１に例示した再生系の場合、磁気記録媒体２００の記録トラック幅ＴＷのサイズに応じて導電領域３Ａのサイズを決定することにより、隣接トラックからの信号磁界を排除した再生が容易となる。
【００４１】
この場合に、隣接トラックからの信号磁界を検出する、いわゆる「クロストーク」を防ぐためには、例えば、導電領域３Ａのサイズをトラック幅ＴＷ程度あるいはそれ以下とすることで、記録媒体２００上の目的とする記録ビットに反応したフリー層の領域のみにおいて磁気検出することが可能となる。
【００４２】
ただし、この場合でも導電領域３Ａの最適なサイズは、記録媒体２００からの距離などに応じて適宜決定することができる。
【００４３】
また、この場合、導電領域３Ａを記録媒体２００に接近させて設けると、検出効率の点で有利である。
【００４４】
図５は、本発明の関連技術にかかる磁気再生ヘッドの具体例を表す断面図である。すなわち、同図は、磁気記録媒体２００のトラックの長手方向に沿って切断した断面図である。本具体例の再生ヘッドは、磁性層（フリー層）１、非磁性中間層３、磁性層（ピン層）２、非磁性中間層３、磁性層（フリー層）１を積層した構造を有する。そして、導電領域３Ａは、これら積層体の中心よりも記録媒体２００の方向に接近した位置に設けられている。そして、一対の電極１０、２０を介して、センス電流Ｉがこの導電領域３Ａを流れる。このようにすると、記録媒体２００からの信号磁界をより高い効率で検出することができる。
【００４５】
なお、同様の効果は、磁性層（フリー層）１を１層のみ、あるいは３層以上有する再生ヘッドにおいても得られる。
【００４６】
図６は、本実施形態の再生ヘッドの変形例を表す要部断面図である。すなわち、同図は、再生ヘッドの磁気検出部を記録媒体に対して平行に切断した断面を表す。
【００４７】
このように、非磁性中間層３を挟む両側の磁性層１、２は、サイズが同一である必要はない。なお、図６の場合、上下の磁性層１、２は、いずれも導電領域３Ａよりサイズが大きく、磁性層（フリー層）１が上側であっても、磁性層（ピン層）２が上側であってもよい。
【００４８】
図７は、図６に表した変形例において、磁気バイアス層３０を付加して表した概念図である。なお、同図においては、磁性層（フリー層）１を下側に配置した場合を例示した。
【００４９】
磁気バイアス層３０を設けることにより、磁性層１の両側には、不感応領域１Ｚが形成される。しかし、非磁性中間層３の導電領域３Ａは、この不感応領域１Ｚに重ならないように設けられている。このようにすれば、磁性層１のうちで、外部磁場に対する感度の高い部分のみにセンス電流を集中することができ、検出効率をあげることができる。また、導電領域３Ａを規定することにより、外部磁場の検出の空間的な分解能をあげることもできる。
【００５０】
図８は、本実施形態の再生ヘッドのさらなる変形例を表す要部断面図である。すなわち、同図も、再生ヘッドの磁気検出部を記録媒体に対して平行に切断した断面を表す。
【００５１】
本変形例の場合、第１の磁性層（フリー層）１のサイズに対して、非磁性中間層３の導電領域３Ａのサイズが小さく、さらに、第２の磁性層（ピン層）２のサイズも、導電領域３Ａのサイズと同程度とされている。
【００５２】
このようにしても、磁性層１のうちで、外部磁場に対する感度の高い部分のみにセンス電流を集中することができ、検出効率をあげることができる。また、導電領域３Ａを規定することにより、外部磁場の検出の空間的な分解能をあげることもできる。
【００５３】
さて、本発明においては、第１の磁性層（フリー層）を「孤立粒子系磁性膜」により形成することで、さらに再生ヘッドの検出効率を上げることができる。本願明細書において「孤立粒子系磁性膜」とは、孤立した磁性体粒子が非磁性体の中に分散した膜をいうものとする。「孤立粒子系磁性膜」の場合、磁性体粒子間の交換相互作用は、連続的な強磁性体膜（連続磁性体膜）におけるそれよりも小さくなる。
【００５４】
図９は、連続磁性体膜を用いた場合のフリー層の磁化方向の変位を表した模式図である。フリー層１の下方には、記録媒体２００が設けられ、その記録ビットＲＢから信号磁界Ｆが印加される。この記録ビットＲＢのサイズは、記録媒体２００のトラック幅ＴＷまたはビットサイズＢＳに等しい。
【００５５】
フリー層１の両端には磁気バイアス層３０が設けられてバイアス磁界が印加ざている。従って、フリー層１の磁化回転には、磁化反転を起こすための交換長が必要である。つまり、フリー層１の膜内で外部磁界Ｆに対応して急峻に磁化方向を変化させることはできず、磁化Ｍ１はなだらかに変化する。
【００５６】
図１０は、孤立粒子系磁性膜を用いた場合のフリー層の磁化方向の変位を表した模式図である。
【００５７】
孤立粒子系磁性膜をフリー層１に用いると、交換長の影響がないため、図１０（ｂ）に表したように、外部磁界Ｆに対し、急峻な磁化方向変化が可能である。すなわち、磁性粒子間の磁気的相互作用が希薄であり、それぞれの磁性粒子が独立して外部磁界Ｆに反応しやすい。
【００５８】
外部磁界Ｆに対する、連続磁性体膜と孤立粒子系磁性膜の磁化の反応は、図１０（ａ）に表した如くであり、連続磁性体膜の場合、外部磁界Ｆに対する磁化の変位は緩やかであるのに対して、孤立粒子系磁性膜の磁化の反応は急峻で敏感である。
【００５９】
このような孤立粒子系磁性膜を用いたフリー層１に対して、電流を狭窄させる導電領域３Ａを設けることで、外部磁界Ｆに応答した領域のみに選択的にセンス電流を流すことが可能となる。このため、検出効率がさらに向上する。
【００６０】
孤立粒子系磁性膜の材料としては、例えば、ＣｏＣｒ、ＣｏＣｒＰｔＢ、ＣｏＣｒＰｔＴａなどのＣｏＣｒをベースにしたスパッタ膜を挙げることができる。これらの膜は、Ｃｒが粒界に偏析した構造をもつため、粒子間の交換相互作用が小さく、磁気的に孤立化させることができる。このほかに、ＳｉＯ_２あるいはＭｇＯなどからなるマトリックス中に、ＣｏあるいはＣｏ基合金からなる磁性体粒子を析出させたものも用いることができる。
【００６１】
孤立粒子系磁性膜としては、基本的には孤立した磁性体粒子が非磁性マトリックス中に存在すればよいので、パターンド媒体のような材料も適応することができる。また、いわゆる「グラニュラー構造」と称される各種の材料も同様に用いることができる。
【００６２】
フリー層１として孤立粒子系磁性膜を使った場合、図１に例示したような単一検出型の再生ヘッドとして用いることも可能であるが、複数同時検出を行なうことも可能である。
【００６３】
図１１は、複数同時検出が可能な再生ヘッドの構造を例示する模式図である。すなわち、同図（ａ）は磁性層１の膜面に対して平行な方向からみた図、同図（ｂ）はこれに垂直な断面図である。
【００６４】
また、図１２は、この再生ヘッドの記録媒体面に平行な方向の断面図である。
【００６５】
この再生ヘッドにおいては、磁性層（フリー層）１として孤立粒子系磁性膜を用い、さらに、非磁性中間層３に導電領域３と高抵抗領域３Ｂとを設けてセンス電流を狭窄した検出部が、複数並列して設けられている。
【００６６】
非磁性中間層３に導電領域３Ａを規定してセンス電流を狭窄することにより、磁界の検出部を空間的に規定することができる。孤立粒子系磁性膜を用いることにより、フリー層１においても、外部磁場に対する反応が局所的且つ敏感に得られる。そして、このように高分解能化、高感度化させることにより、複数の検出部を並列させた「マルチ化」が容易となる。このようなマルチ型の磁気再生ヘッドを用いることにより、複数のビットを同時に読むことが可能となる。
【００６７】
なお、磁性層（フリー層）１として孤立粒子系磁性膜を用いた磁気再生ヘッドは、並列化したマルチ型のものには限定されず、図１乃至図８に例示したような単一型の磁気再生ヘッドにおいても、同様の効果が得られる。すなわち、孤立粒子系磁性膜を用いることにより、フリー層１による磁束の検出の分解能と感度が向上し、狭窄した導電領域３Ａと組み合わせることにより、検出箇所の細かな場所選択が可能となり検出効率を向上させることができる。
【００６８】
【実施例】
以下、実施例及び参考例を参照しつつ、本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明する。
【００６９】
（第１の参考例）
まず、本発明の第１の参考例として、図１及び図２に表した構造の磁気再生ヘッドを製作した。また、比較例として、非磁性中間層３の全体を導電材料により形成した磁気再生ヘッドも作製した。
【００７０】
図１３は、本参考例の磁気再生ヘッドの製造工程の要部を表す工程断面図である。本参考例の磁気再生ヘッドは、非磁性中間層３の導電領域３Ａを構成する材料の成膜を行なったのち、その周辺の不要な部分を除去することにより作製した。
【００７１】
すなわちまず、下側の磁気シールド層（図示せず）の上に、タンタル（Ｔａ）と銅（Ｃｕ）からなる下側電極膜１０を形成した。
【００７２】
次に、図１３（ａ）に表した積層構造を下側電極１０の上に形成した。具体的には、反強磁性層６として膜厚２０ｎｍのＰｔＭｎ、磁性層（ピン層）２として膜厚１ｎｍのＣｏＦｅ、そして導電領域３Ａの材料として膜厚２ｎｍのＣｕを形成した。
【００７３】
次に、図１３（ｂ）に表したように、この積層体の上にＥＢ（electron beam）レジストを塗布してＥＢ露光し、リフトオフすることにより、直径７０ｎｍの円盤状のマスク２６を形成した。
【００７４】
次に、イオンミリングによりマスク２６に被覆されない領域をエッチングして、図１３（ｃ）に表したように導電領域３Ａをパターニングした。ここで、エッチング深さの判定は、スパッタされた粒子を差動排気した四重極分析器（ＱＭＳ）に導入して質量分析することで、正確に把握できた。すなわち、スパッタ粒子に磁性層２を構成するコバルト（Ｃｏ）あるいは鉄（Ｆｅ）が検出されたら、イオンミリングを停止する。
【００７５】
エッチング後、マスク２６を剥離した後に、ＳｉＯ_２を成膜し、表面をイオンミリングにより平滑化して、導電領域３Ａを構成する銅（Ｃｕ）の面の頭だしを行なうことにより、図１３（ｄ）に表したように、高抵抗領域３Ｂを形成した。また、このＣｕ面に対して、スパッタにより表面の酸化層を取り除いたのちにアニールを行い、その結晶性を回復させた。
【００７６】
次に、図１３（ｅ）に表したように、磁性層１として、膜厚１ｎｍのＣｏＦｅを堆積した。そして、その上に、タンタル（Ｔａ）と銅（Ｃｕ）とからなる上側電極２０（図示せず）を形成した。
【００７７】
このようにして、狭窄したＣｕ層３Ａを有する多層膜を形成し、これをフォトリソグラフにより図１の形状に加工した。この上にさらにＳｉＯ_２を形成し、磁気バイアス層３０に対応する部分のＳｉＯ２を反応性イオンエッチングにより除去した。そして、この除去した部分に、磁気バイアス層３０の材料を堆積して、さらに上面を平滑化したのち、上側のシールド層（図示せず）を形成した。
【００７８】
一方、非磁性中間層３の全体を銅（Ｃｕ）のみにより形成した以外は同様の構造を有す比較例の磁気再生ヘッドを同様の製造手順により形成した。
【００７９】
このようにして製作した磁気再生ヘッドの評価は、３０ｎｍ〜２００ｎｍの各種ビット直径および間隔をもつパターンド（patterned）媒体を用いて行った。すなわち、形成した磁気再生ヘッドをＸＹＺ駆動機能をもつピエゾ素子にマウントし、パターンド媒体の上を走査して再生信号の大きさを調べた。
【００８０】
その結果、本参考例の再生ヘッドは、ビット直径と間隔を加えたビット周期が導電領域３Ａの直径（すなわち７０ｎｍ）と同等程度の場合に、比較例の再生ヘッドに比べて、約２倍近く大きな再生信号が得られた。すなわち、非磁性中間層３の導電領域３Ａを規定することにより、微細な記録ビットからの信号磁界を高い感度で検出することができる。
【００８１】
なお、本参考例においては、図１３（ｂ）に表した工程でレジストマスクをＥＢ露光にて作製したが、本発明はこれに限定されず、導電領域３Ａのパターニングの方法としては、要求されるサイズに応じて光露光などを用いることもできる。
【００８２】
（第２の参考例）
次に、本発明の第２の参考例として、高抵抗領域３Ｂを形成した後に導電領域３Ａを埋め込み形成した磁気再生ヘッドについて説明する。
【００８３】
本参考例においても、図１及び図２に例示した磁気再生ヘッドを製作した。ただし、高抵抗領域３Ｂを構成する絶縁層に対する開口の形成を反応性ガス中で電子線で直描することにより実施した。
【００８４】
図１４は、本参考例の磁気再生ヘッドの製造工程の要部を表す工程断面図である。
【００８５】
まず、図示しない下地膜（膜厚５ｎｍのタンタル（Ｔａ））上に反強磁性層６として膜厚１５ｎｍのＰｔＭｎを形成し、その上に、磁性層（ピン層）２として、ＣｏＦｅを成長させ、さらにその上に、高抵抗領域３Ｂを構成する膜厚３ｎｍのＳｉＯ_２層を形成した（図１４（ａ））。
【００８６】
こうして形成したＳｉＯ_２層３Ｂの表面に、加速電圧１０ｋＶの電子線（ＥＢ）を反応ガスＸｅＦ_２を吹き付けながら照射した。すると、ＳｉＯ_２層３Ｂは、ガスと反応してＳｉフッ化物となり蒸発するが、ＣｏＦｅ磁性膜２は揮発性反応物を形成しないため、揮発反応はＳｉＯ_２層３Ｂのみで止まる（図１４（ｂ））。ここで用いる反応性ガスとしては、ＣＨＦ_３ガスや他のフレオン系ガスでも効果がある。さらに、電子線照射の際のチャージアップ対策として、ＳｉＯ_２層の上にニオブ（Ｎｂ）などの金属膜を形成しても良い。
【００８７】
このようにしてＳｉＯ_２層３ＢにＣｕ層のサイズに対応した穴を形成した後、導電領域３Ａを構成する銅（Ｃｕ）を蒸着し、さらにこれを平坦化し（図１４（ｃ））たのち、フリー層１となる磁性膜としてＣｏＦｅを５ｎｍ堆積し（図１４（ｅ））、さらにその上に、Ｔａを５ｎｍ形成（図示せず）した。
【００８８】
以上説明したプロセスにより、狭窄した導電領域３Ａを有する磁気再生ヘッドが得られる。
【００８９】
なお、ここではＳｉＯ_２層３Ｂへの穴の形成を反応性ガス中のＥＢ直接描画により行なったが、本発明はこれには限定されない。例えば、他の方法として、ＳｉＯ_２層３Ｂの上にレジスト塗布しＥＢ露光あるいは光露光プロセスによりレジストに穴を形成し、ＣＨＦ_３ガス等による反応性イオンエッチングにより穴の底に露出しているＳｉＯ_２をエッチングする方法によっても、ＳｉＯ_２層３Ｂに穴を形成することができる。
【００９０】
さらにまた、収束イオンビーム（ＦＩＢ）を用いて、ＳｉＯ_２層３Ｂに穴を直接形成してもよい。
【００９１】
（第１の実施例）
次に、本発明の第１の実施例として、図１１に表したようにＧＭＲ検出部を並列にならべ、並列再生を可能とした磁気再生ヘッドを作製した。このようにマルチ化すれば、１つの再生ヘッドで並列再生処理することが可能となり、再生の高速化が図れる。
【００９２】
本実施例においては、フリー層１として、ＣｏＣｒＰｔＴａ系のスパッタ膜からなる孤立粒子系磁性膜を用いた。この材料膜は、いわゆる面内媒体として知られているものであり、強磁性結晶粒どうしの間は非磁性の領域である。従って、粒子ごとに磁気的に孤立している。ただし、磁気記録媒体ではなく、本実施例においてはフリー層１として用いるため、組成および膜作製条件を調節することによって、保磁力を数１００エルステッド（Ｏｅ）以下に下げた。
【００９３】
結晶粒のサイズは、作製条件により５ｎｍ〜１５ｎｍと分布したが、いずれも記録媒体のトラック幅よりも小さく、トラック幅方向に複数個の粒子が存在するため、結晶粒の磁気特性の個体差による素子の特性バラツキを防ぐことができた。
【００９４】
本実施例の磁気再生ヘッドの製造工程ついて概説すると以下の如くである。
【００９５】
まず、下側の電極を成膜しパターニングして、複数の電極の周囲がＳｉＯ_２層により埋め込まれたパターン状電極を形成した。この上に、フリー層１として、孤立粒子系磁性膜を形成した。さらにその上に、ＳｉＯ_２層３Ｂを形成し、第２参考例と同様の方法でＳｉＯ_２層３Ｂに穴を形成したのちに、Ｃｕ層３Ａを埋め込んだ。そして、その上に、さらにもう１つの強磁性層（ピン層）２としてＣｏＦｅ層を成長させた。そして、その上に反強磁性層６としてＰｔＩｒＭｎ層を形成するとにより、ピン層の磁化を固着した。そして、反強磁性層６の上に電極を形成した。
【００９６】
（第２の実施例）
次に、本発明の第２の実施例として、本発明の磁気再生ヘッドを搭載した磁気再生装置について説明する。すなわち、図１乃至図１４に関して以上説明した本発明の実施形態の磁気再生ヘッドは、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まれ、磁気記録媒体を用いた磁気記録再生装置に搭載することができる。
【００９７】
図１５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。すなわち、本発明の実施形態の磁気記録再生装置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、記録用媒体ディスク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。本発明の実施形態の磁気記録再生装置１５０は、複数の媒体ディスク２００を備えたものとしてもよい。
【００９８】
媒体ディスク２００に格納する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。ここで、ヘッドスライダ１５３は、例えば、前述したいずれかの実施の形態にかかる磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッドをその先端付近に搭載している。
【００９９】
媒体ディスク２００が回転すると、ヘッドスライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は媒体ディスク２００の表面から所定の浮上量をもって保持される。あるいはスライダが媒体ディスク２００と接触するいわゆる「接触走行型」であってもよい。
【０１００】
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とから構成される。
【０１０１】
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。
【０１０２】
図１６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。
【０１０３】
サスペンション１５４の先端には、図１乃至図１４に関して前述したいずれかの磁気再生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。
【０１０４】
本実施例によれば、図１乃至図１４に関して前述したような本発明の実施形態の磁気再生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媒体ディスク２００に磁気的に記録された情報を確実に読み取ることが可能となる。
【０１０５】
また、図１１及び図１２に例示したようなマルチ型の磁気再生ヘッドを用いることにより、複数トラックの同時読み出しが可能となり、再生速度を飛躍的に向上することもできる。
【０１０６】
（第３の実施例）
次に、本発明の第３の実施例として、本発明の磁気再生ヘッドを搭載した磁気再生装置のもうひとつの具体例について説明する。すなわち、図１乃至図１４に関して以上説明した本発明の実施形態の磁気再生ヘッドは、磁気顕微鏡の捜査プローブの先端に搭載することができる。
【０１０７】
図１７は、本実施例の磁気顕微鏡の構成を表す概念図である。
【０１０８】
磁気再生ヘッド３１０は、ピエゾスキャナ３２０にマウントされ、試料Ｓの表面上を走査可能とされている。ピエゾスキャナー３２０の動作および、磁気再生ヘッド３１０からの再生信号は、制御・信号処理部３３０によりそれぞれ制御され処理される。
【０１０９】
ピエゾスキャナー３２０によって、試料Ｓ表面をＸＹ方向に走査し、それぞれの位置での磁気再生ヘッドからの出力信号を２次元的に画像化して表すことができる。なお、試料Ｓの表面からの磁気再生ヘッドの高さ設定としては、ここでは接触型とし、制御は、走査プローブ顕微鏡で通常使用するような、図示していない光テコを用いた検出に拠った。なお、ヘッドの高さ設定は、この方法以外にも、トンネル電流を検出したり、あるいは応力を検出するなどの方法でも設定が可能である。
【０１１０】
磁気再生ヘッドとしては、図２に例示したような構造のものを用い、ここで導電領域３Ａのサイズ１０ｎｍ、フリー層１としてはサイズ８０ｎｍのパーマロイを使用した。磁気再生ヘッドには一定電流を流して、その時の位置における電圧変化を検出し、画像化した。
【０１１１】
この磁気顕微鏡を用いて直径２０ｎｍのＣｏパターンド媒体を観察したところ、Ｃｏパターンの上向き磁化、下向き磁化に対応する信号変化を２次元のコントラストとして表示することができた。すなわち、２０ｎｍという微細な磁気パターンを十分に検出できる高い分解能を有することが分かった。
【０１１２】
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、磁気再生ヘッドまたはこれを搭載した磁気再生装置を構成する各要素の具体的な寸法関係や材料、その他、磁性材料、非磁性材料、電極、パッシベーション、絶縁構造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限り、本発明の範囲に包含される。
【０１１３】
例えば、本発明の磁気再生ヘッドにおける反強磁性層６、磁性層１及び２、導電領域３Ａ、高抵抗領域３Ｂなどの構成要素は、それぞれ単層として形成してもよく、あるいは２以上の層を積層した構造としてもよい。
【０１１４】
さらに具体的には、例えば、磁性層（ピン層）２の磁化を固着するために、反強磁性層を設けて交換バイアスを印加する方法の他に、ルテニウム（Ｒｕ）や銅（Ｃｕ）などの非磁性層と強磁性層、そして反強磁性層を積層して交換バイアスを印加すると、磁化方向制御および磁気抵抗効果の大きな信号出力を得るのに有用である。
【０１１５】
そのための反強磁性材料としては、鉄マンガン（ＦｅＭｎ）、白金マンガン（ＰｔＭｎ）、パラジウム・マンガン（ＰｄＭｎ）、パラジウム白金マンガン（ＰｄＰｔＭｎ）などを用いることが望ましい。
【０１１６】
また、磁気再生ヘッドの上下に磁気シールドを付与することにより、磁気ヘッドの検出分解能をさらに規定することができる。
【０１１７】
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再生ヘッドあるいは磁気再生装置についても同様に適用して同様の効果を得ることができる。
【０１１８】
さらに、本発明の磁気再生装置は、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良く、一方、記録媒体が差し替え可能ないわゆる「リムーバブル」方式のものでも良い。
【０１１９】
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気再生ヘッド及び磁気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再生ヘッド及び磁気再生装置も同様に本発明の範囲に属する。
【０１２０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、素子化が容易で高検出効率かつ微細磁区構造または微細な信号磁場を高い分解能且つ好感度に検出可能な磁気再生ヘッド及び磁気再生装置を提供することができ産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の関連技術にかかる磁気再生ヘッドの要部を例示する一部断面斜視図である。
【図２】 図１の磁気再生ヘッドの磁気検出部の断面図である。
【図３】 磁気バイアス層による影響を説明するための模式図である。
【図４】 交換距離ｄｅを説明するための概念図である。
【図５】 本発明の関連技術の磁気再生ヘッドの具体例を表す断面図である。
【図６】 本発明の実施形態の再生ヘッドの変形例を表す要部断面図である。
【図７】 図６に表した変形例において、磁気バイアス層３０を付加して表した概念図である。
【図８】 本発明の実施形態にかかる磁気再生ヘッドのさらなる変形例を表す要部断面図である。
【図９】 連続磁性体膜を用いた場合のフリー層（第１の磁性層）の磁化方向の変位を表した模式図である。
【図１０】 孤立粒子系磁性膜を用いた場合のフリー層（第１の磁性層）の磁化方向の変位を表した模式図である。
【図１１】 複数同時検出が可能な再生ヘッドの構造を例示する模式図である。
【図１２】 図１１の再生ヘッドの記録媒体面に平行な方向の断面図である。
【図１３】 本発明の第１参考例の磁気再生ヘッドの製造工程の要部を表す工程断面図である。
【図１４】 本発明の第２参考例の磁気再生ヘッドの製造工程の要部を表す工程断面図である。
【図１５】 本発明の実施例の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。
【図１６】 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。
【図１７】 本発明の実施例の磁気顕微鏡の構成を表す概念図である。
【符号の説明】
１ 第１の磁性層（フリー層）
１Ｚ 不感応領域
２ 第２の磁性層（ピン層）
３ 非磁性中間層
３Ａ 導電領域
３Ｂ 高抵抗領域
６ 反強磁性層
１０ 下側電極
２０ 上側電極
２６ マスク
３０ 磁気バイアス層
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
１６０ 磁気ヘッドアッセンブリ
１６４ リード線
２００ 磁気記録媒体ディスク
３１０ 磁気再生ヘッド
３２０ ピエゾスキャナ
３２０ ピエゾスキャナー
３３０ 信号処理部

Claims (8)

1. 複数の磁性粒子がＳｉＯ _２ あるいはＭｇＯからなる非磁性材料により分離されてなり前記複数の磁性粒子のそれぞれの磁化方向が外部磁界に応じて変化する第１の強磁性層と、
   磁化方向が実質的に一方向に固定された連続的な強磁性体からなる第２の強磁性層と、
   前記第２の強磁性層の前記磁化を固着する反強磁性層と、
   前記第１及び第２の強磁性層の間に形成された非磁性中間層と、
   前記第１及び第２の強磁性層の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電可能とする、前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、
   を備え、
   前記非磁性中間層は、前記センス電流が流れる導電領域と、前記センス電流を遮断する高抵抗領域と、を有し、
   前記磁性粒子のサイズは、前記第１の強磁性層に前記外部磁界を与える記録媒体のトラック幅よりも小さく、トラック幅方向に複数個の前記磁性粒子が存在し、
   前記第１の強磁性層は、その一端面を前記記録媒体の主面に近接させつつ前記主面に対して略垂直に設けられ、
   前記第１の強磁性層を共有し、前記第２の強磁性層と前記導電領域及び前記高抵抗領域を含む前記非磁性中間層とからなる複数の積層構造が前記一端面に沿って並列に設けられ、
   前記複数の積層構造のそれぞれにおいて、前記導電領域は前記積層構造の中心よりも前記記録媒体に接近した位置に設けられたことを特徴とする磁気再生ヘッド。
2. 前記導電領域のサイズは、前記第１の強磁性層に前記外部磁界を与える記録媒体の記録ピッチに対応したサイズであることを特徴とする請求項１記載の磁気再生ヘッド。
3. 前記導電領域のサイズは、前記記録ピッチ以下であることを特徴とする請求項２記載の磁気再生ヘッド。
4. 前記反強磁性層は、鉄マンガン、白金マンガン、パラジウム・マンガン、パラジウム白金マンガン及び白金イリジウム・マンガンよりなる群から選択されたいずれかからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の磁気再生ヘッド。
5. 前記第１の強磁性層は、ＣｏＣｒ、ＣｏＣｒＰｔＢ及びＣｏＣｒＰｔＴａよりなる群から選択されたいずれかを主成分としたスパッタ膜であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の磁気再生ヘッド。
6. 前記導電領域は、Ｃｕからなり、
   前記高抵抗領域は、ＳｉＯ_２からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の磁気再生ヘッド。
7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の磁気再生ヘッドを備え、磁気記録媒体に磁気的に記録された情報の読み取りを可能としたことを特徴とする磁気再生装置。
8. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の磁気再生ヘッドを備え、試験体の表面における磁場の分布を検出可能としたことを特徴とする磁気再生装置。

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