JP3989368B2 - 磁気ヘッド及び磁気記録装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ヘッドに関し、特に、磁気ディスク装置等に用いることができ、高密度記録が可能な磁気ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハードディスクドライブにおける磁気記録密度は急激に上昇し、それに伴い、要求される記録周波数も数１００ＭＨｚにまで上昇している。
【０００３】
再生ヘッドに関しては、スピン依存散乱を動作原理に用いたＧＭＲ（Giant Magnet-Resistance）ヘッドの出現により、飛躍的に出力を上げることで高記録密度化に対応した。また、さらなる高記録密度化に対応するため、多くの構造が提案されている。その目的に対応した形で多層膜積層面に垂直に通電するタイプの再生素子が提案されている。例えば、ＴＭＲ（Tunneling-junction Magnet-Resistance）ヘッドやＣＰＰＧＭＲ（Current Perpendicular to the Plane ＧＭＲ）ヘッドなどが、それらの再生素子に相当する。
【０００４】
この素子設計に当たっては、磁化固着されたピン層と外部磁界に反応するフリー層との磁化直交配列や、フリー層の軟磁性化設計や、さらに出力を上げるための界面散乱およびバルク散乱を顕著にするための設計などが重要となる。フリー層の上下をピン層で挟んだ形のＣＰＰＧＭＲ構造は、フリー層上下で界面散乱が発生するため出力の向上が見込まれる。そのためには、上下に挟んだピン層の磁化は、フリー層と直交し、さらに上下のピン層が同一の方向を向いている必要がある。また、外部磁界に敏感に反応するためにはその飽和磁化量を下げる方向が望ましい。
【０００５】
さらに一般的なシールド型ヘッドの場合には、その両脇をシールドで挟み、素子総合膜厚がシールドに収まり、フリー層が略シールドの中間に位置する必要がある。記録ヘッドに比較した光学的なトラック幅方向のパターニングプロセスに関しては、構造が比較的単純であるため焦点深度を浅くしたより微細フォトリソグラフィーがしやすいなどメリットがある。
【０００６】
一方、記録ヘッドにおいては、薄膜工程を経て形成されたコイルに交流電流を流し、コイルに鎖交する記録用磁性体を励磁し、信号情報を記録する原理を用いる。
【０００７】
なお、磁性体に電流を流すことにより磁化反転を起こす技術については、例えば、非特許文献１に開示されている。しかし、これは、磁気ヘッドに関するものではない。
【０００８】
【非特許文献１】
F. J. Albert, et al., Appl. Phy. Lett. 77, 3809 (2000)
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
記録ヘッドにおいては、高密度化が困難になりつつある。すなわち、従来のコイルを用いた方式の場合、外部磁界に対する記録材料の磁化応答はコイルおよび磁気回路のインダクタンスにより制限され、それ以上の高周波対応が原理的に困難である。高周波に対応するためには、磁気回路のインダクタンスを小さくする必要があり、全体に小さく形成しなければならない。トラック幅は、コイルがあるために約１０ミクロンに達する高い段差を越えて加工する必要がある。このため、フォトリソグラフィーの焦点深度の関係から多くの中間プロセスが必要となったり、トラック幅規定工程の歩留まりが悪くなったりと、コスト的な増大を招く。
【００１０】
このように、従来、記録ヘッドは、記録信号をコイルに電流で流し励磁された信号磁界を磁性体に伝達して記録する原理を用いてきて、高記録密度化はそのサイズを小さくすることにより対応してきたが、ここにきて、その原理・構造から壁に突き当たる様相を呈している。
【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り、従来のコイル方式とは根本的に異なる原理により書き込み磁界を発生させ飛躍的な高密度記録が可能な磁気ヘッドを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、磁性体に対してスピン偏極した電流を流すことにより、その磁化を制御する手法を用いて、従来よりも高密度な磁気記録が可能な磁気ヘッドを提供する。スピン偏極した電子を記録磁極に注入することによって磁気ヘッドの磁極の磁化反転を行う。こうすることにより、高周波記録が可能となり、さらに記録コイルが不要になるため狭トラック化が容易となる。また、プロセス数の低減によるコスト的メリットも生ずる。
【００１３】
すなわち、本発明の関連技術の磁気ヘッドは、磁化が第１の方向に実質的に固定された第１の強磁性体層と、磁化の方向が可変の書き込み磁極としての第２の強磁性体層と、前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間に設けられた第１の中間層と、を備え、
前記第１及び第２の強磁性体層の間で電流を流すことによりスピン偏極した電子を前記第２の強磁性層に作用させて前記第２の強磁性層の磁化の方向を前記電流の向きに応じた方向に決定し、
前記決定された前記第２の強磁性体層の前記磁化の方向の記録磁界を磁気記録媒体に与えることによって前記磁気記録媒体に情報を磁気的に記録可能としたことを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、従来のコイル方式とは根本的に異なる原理により書き込み磁界を発生させ飛躍的な高密度記録が可能な磁気ヘッドを提供することができる。
【００１５】
本発明の第１の磁気ヘッドは、磁化が第１の方向に実質的に固定された第１の強磁性体層と、磁化の方向が可変の第２の強磁性体層と、前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間に設けられた第１の中間層と、を備え、
前記第１及び第２の強磁性体層の間で電流を流すことによりスピン偏極した電子を前記第２の強磁性層に作用させて前記第２の強磁性層の磁化の方向を前記電流の向きに応じた方向に決定し、
前記第２の強磁性体層から磁気記録媒体に前記スピン偏極した電子を流すことにより磁気記録媒体の磁化を決定して情報を記録可能としたことを特徴とする。
【００１６】
上記構成によっても、従来のコイル方式とは根本的に異なる原理により書き込み磁界を発生させ飛躍的な高密度記録が可能な磁気ヘッドを提供することができる。
【００１７】
これらの磁気ヘッドにおいて、前記第１の強磁性体層から前記第２の強磁性体層に電子電流を流した場合には、前記第２の強磁性体層の前記磁化の方向は前記第１の方向とされ、前記第２の強磁性体層から前記第１の強磁性体層に電子電流を流した場合には、前記第２の強磁性体層の前記磁化の方向は前記第１の方向とは反対の方向とされるものとすることができる。
【００１８】
また、本発明の第２の磁気ヘッドは、磁化が第１の方向に実質的に固定された第１の強磁性体層と、磁化が前記第１の方向とは反対の第２の方向に実質的に固定された第３の強磁性体層と、前記第１の強磁性体層と前記第３の強磁性体層との間に設けられ、磁化の方向が可変の第２の強磁性体層と、前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間に設けられた第１の中間層と、前記第２の強磁性体層と前記第３の強磁性体層との間に設けられた第２の中間層と、を備え、
前記第１及び第３の強磁性層の間で電流を流すことによりスピン偏極した電子を前記第２の強磁性層に作用させて前記第２の強磁性層の磁化の方向を前記電流の向きに応じた方向に決定し、
前記決定された前記第２の強磁性体層の前記磁化により発生する記録磁界によって磁気記録媒体に情報を磁気的に記録可能としたことを特徴とする。
【００１９】
上記構成によっても、従来のコイル方式とは根本的に異なる原理により書き込み磁界を発生させ飛躍的な高密度記録が可能な磁気ヘッドを提供することができる。
【００２０】
また、本発明の第３の磁気ヘッドは、磁化が第１の方向に実質的に固定された第１の強磁性体層と、磁化が前記第１の方向とは反対の第２の方向に実質的に固定された第３の強磁性体層と、前記第１の強磁性体層と前記第３の強磁性体層との間に設けられ、磁化の方向が可変の第２の強磁性体層と、前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間に設けられた第１の中間層と、前記第２の強磁性体層と前記第３の強磁性体層との間に設けられた第２の中間層と、を備え、
前記第１及び第３の強磁性層の間で電流を流すことによりスピン偏極した電子を前記第２の強磁性層に作用させて前記第２の強磁性層の磁化の方向を前記電流の向きに応じた方向に決定し、
前記第２の強磁性体層から磁気記録媒体に前記スピン偏極した電子を流すことにより磁気記録媒体の磁化を決定して情報を記録可能としたことを特徴とする。
【００２１】
上記構成によっても、従来のコイル方式とは根本的に異なる原理により書き込み磁界を発生させ飛躍的な高密度記録が可能な磁気ヘッドを提供することができる。
これら第２及び第３の磁気ヘッドにおいて、前記第１の強磁性体層から前記第２の強磁性体層を介して前記第３の強磁性体層に向けて電子電流を流した場合には、前記第２の強磁性体層の前記磁化の方向は前記第１の方向とされ、
前記第３の強磁性体層から前記第２の強磁性体層を介して前記第１の強磁性体層に向けて電子電流を流した場合には、前記第２の強磁性体層の前記磁化の方向は前記第２の方向とされるものとすることができる。
【００２２】
また、上記のいずれの磁気ヘッドにおいても、前記第２の強磁性体層の前記磁化は、前記電流を流さない状態においては前記第１の方向と略直交した方向を向いているものとすることができる。
【００２５】
また、上記いずれの磁気ヘッドにおいても、前記第１の強磁性層は、隣接して設けられた反強磁性体層によりその磁化方向が固定されてなるものとすることができる。
【００２６】
また、前記第１及び第３の強磁性層の少なくともいずれかは、隣接して設けられた反強磁性体層によりその磁化方向が固定されてなるものとしてもよい。
【００２７】
一方、本発明の磁気記録装置は、上記いずれかの磁気ヘッドを備え、磁気記録媒体に情報を磁気的に記録可能としたことを特徴とする。
【００２９】
【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。
【００３０】
図１は、本発明の実施の形態にかかる記録用の磁気ヘッドの要部の基本的な断面構造を例示する模式図である。この磁気ヘッドは、磁化が実質的に一方向に固着された磁性体からなる磁化固着層Ｃと、非磁性体からなる中間層Ｂと、磁化固着層Ｃよりも磁気的にソフトな軟磁性体層Ａと、が積層された構造を有する。つまり、磁化固着層の磁化１は、一方向に固定され、軟磁性体層Ａの磁化Ｍは、反転可能とされている。
【００３１】
磁化固着層Ｃは、例えば、軟磁性体層Ａよりも磁気的なハード（硬い）な磁性体により形成できる。また、磁化固着層Ｃの材料が、軟磁性体層Ａよりも磁気的なハードな磁性体ではない場合には、反強磁性体（図示せず）などによりその磁化Ｍ１を所定の方向に固着したものでもよい。この点については、後に実施例を参照しつつ詳述する。
【００３２】
磁化固着層Ｃ、中間層Ｂ及び軟磁性体層Ａには、それぞれ図示しない電流供給手段により、同図に矢印で示したいずれかの方向に電流Ｉが流される。そして、この電流Ｉにより軟磁性体層Ａの磁化Ｍを所定の方向に向け、その磁化Ｍにより、記録媒体Ｒに記録磁界を与えて所定の情報を磁気的に記録することができる。つまり、スピン偏極電流によって、軟磁性体層Ａの磁化を反転させる。そして、軟磁性体層Ａは、磁気ヘッドの「書き込み磁極」または「記録磁極」として作用する。
【００３３】
図２は、本具体例の磁気ヘッドにおける磁化反転のメカニズムを説明する模式図である。
【００３４】
すなわち、まず同図（ａ）に表したように、磁化固着層Ｃから軟磁性体層Ａに向けて電子電流Ｉを流すと、軟磁性体層Ａの磁化Ｍを、磁化固着層Ｃの磁化Ｍ１と同方向に反転させることができる。つまり、この方向に電子電流Ｉを流した場合、電子のスピンはまず、磁化固着層Ｃにおいてその磁化Ｍ１の方向に応じて偏極される。つまり、磁化固着層Ｃは、「スピン偏極電子エミッタ」として作用する。そして、このようにスピン偏極された電子が軟磁性体層Ａに流入して、その磁化Ｍを磁化固着層Ｃの磁化Ｍ１と同方向に反転させる。
【００３５】
これに対して、図２（ｂ）に表したように、軟磁性体層Ａから磁化固着層Ｃに向けて電子電流Ｉを流すと、これとは逆方向に書き込むことができる。すなわち、磁化固着層Ｃの磁化Ｍ１に対応したスピン電子は、磁化固着層Ｃを容易に通過できのに対して、磁化Ｍ１と逆方向のスピン電子は、中間層Ｂと磁化固着層Ｃとの界面において高い確率で反射される。そして、このように反射されたスピン偏極電子が軟磁性体層Ａに戻ることにより、軟磁性体層Ａの磁化Ｍを、磁化固着層Ｃの磁化Ｍ１とは逆の方向に反転させる。
【００３６】
このように、電流の方向に応じて軟磁性体層Ａの磁化Ｍを所定の方向に向け、その磁化Ｍを記録媒体Ｒに作用させることにより、磁気記録が可能となる。
【００３７】
また、後に実施例を参照しつつ詳述するように、本発明においては、軟磁性体層Ａから記録媒体Ｒに対してスピン偏極した電流を流すことにより記録媒体Ｒに情報を記録することも可能である。
【００３８】
このように、本発明においては、スピン偏極電流による電流直接駆動型の磁化反転機構によって、軟磁性体層Ａの磁化Ｍを所定の方向に反転させることができる。このため、コイルからの漏洩電流磁界を用いる従来の磁気ヘッドと比較して、はるかに高速な磁化反転が可能となる。その結果として、超高密度磁気記録に必要な高い動作周波数を実現することができる。さらにまた、そのサイズも、コイルを用いた場合と比べて大幅にコンパクトとすることができ、トラック幅や記録ビットサイズを縮小することが容易となる。
【００３９】
図３は、本発明のもう一つの実施形態にかかる磁気ヘッドの要部の基本的な断面構造を例示する模式図である。この磁気ヘッドも記録用のヘッドであり、硬磁性体からなる磁化固着層Ｃ１と、非磁性体からなる中間層Ｂ１と、磁化固着層Ｃよりも磁気的にソフトな軟磁性体層Ａと、非磁性体からなる中間層Ｂ２と、硬磁性体からなる磁化固着層Ｃ２と、がこの順に積層された構造を有する。磁化固着層Ｃ１、Ｃ２は、その磁化Ｍ１、Ｍ２が互いに反平行な方向に実質的に固着されている。また、軟磁性体層Ａは、その磁化Ｍが可変とされている。
【００４０】
本具体例の磁気ヘッドも、両端の磁化固着層Ｃ１、Ｃ２間に電流Ｉを流すことによって、軟磁性体層Ａの磁化Ｍの方向を制御することができる。そして、このようにして、軟磁性体層Ａの磁化Ｍに対応した記録磁界により記録媒体Ｒに情報を磁気的に書き込むことができる。
【００４１】
図４は、図３に表した磁気ヘッドにおける「磁化反転」のメカニズムを説明するための模式断面図である。２つの磁化固着層Ｃ１、Ｃ２を設け、これらの界面を横切るように電流Ｉを流して、軟磁性体層Ａの磁化Ｍを反転せさるメカニズムは、次のとおりである。
【００４２】
まず、図４（ａ）において、磁化Ｍ１を有する第１の磁化固着層Ｃ１を通過した電子は、磁化Ｍ１の方向のスピンをもつようになり、これが軟磁性体層Ａへ流れると、このスピンのもつ角運動量が軟磁性体層Ａへ伝達され、磁化Ｍに作用する。一方、第２の磁化固着層Ｃ２の磁化Ｍ２は、磁化Ｍ１とは逆向きである。このため、電子の流れが第２の磁化固着層Ｃ２へ入る界面においては、磁化Ｍ１と同方向のスピン（同図において上向き）を有する電子は反射され、第２の磁化固着層Ｃ２に接した中間層Ｂ２に溜まる。この逆向きスピンは、やはり軟磁性体層Ａに作用する。すなわち、第１の磁化固着層Ｃ１を通過してきたスピン電子が、軟磁性体層Ａに対して２回作用するため、実質的に２倍の書き込み作用が得られる。その結果として、軟磁性体層Ａに対する書き込みを、図１に表した磁気ヘッドよりも小さい電流で実施できる。
【００４３】
また、図４（ｂ）は、電流Ｉを反転させた場合を表す。この場合には、電流Ｉを構成する電子は、まず、第２の磁化固着層Ｃ２の磁化Ｍ２の作用を受けて、この方向（同図において下向き）のスピンを有する。このスピン電子は、軟磁性体層Ａにおいてその磁化Ｍに作用する。さらに、スピン電子は、それとは逆向きの磁化Ｍ１を有する第１の磁化固着層Ｃ１との界面において反射されて、中間層Ｂ２に溜まり、もう一度、軟磁性体層Ａの磁化Ｍに作用する。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態によれば、２つの磁化固着層の磁化Ｍ１、Ｍ２を反平行としたことにより、軟磁性体層Ａへ働くスピン方向は最終的に同一方向となり、２倍の作用が働く。その結果として、軟磁性体層Ａの磁化の反転のための電流を低減することが可能となる。
【００４５】
次に、本発明の実施の形態にかかる再生用の磁気ヘッドについて説明する。
【００４６】
図５は、本発明の実施形態の再生用の磁気ヘッドを表す模式断面図である。すなわち、再生用の磁気ヘッドの場合、磁化固着層Ｃと軟磁性体層Ａとの間には絶縁層ＩＬが設けられ、この絶縁層ＩＬに形成された微小穴ＮＨによって磁化固着層Ｃと軟磁性体層Ａとは接触している。なお、図５においては微小穴ＮＨをひとつのみ表したが、本発明はこれには限定されず、複数の微小穴ＮＨが設けられていてもよい。また、磁化固着層Ｃは、例えば、硬磁性体により形成することができる。
【００４７】
このように、磁化固着層Ｃと軟磁性体層Ａとが微小穴ＮＨを介して接続されていると、いわゆる「磁性ポイントコンタクト」が形成され、極めて大きい磁気抵抗効果が得られる。従って、この微小穴ＮＨを介した両側の磁性層の間での磁気抵抗効果を検出することにより、軟磁性体層Ａの磁化Ｍの方向を容易に判定することができる。
【００４８】
すなわち、この磁気ヘッドの軟磁性体層Ａから電極ＥＬ１に電流が流れる場合のコンダクタンスは、軟磁性体層Ａの磁化Ｍと、磁化固着層Ｃとの磁化Ｍ１との相対的な方向に依存する。図５に表した具体例の場合、もし、軟磁性体層Ａの磁化ＭがＡＢＳの方を向いていた時には、磁化固着層Ｃの磁化Ｍ１の向きと平行になる。この場合には、微小穴ＮＨにおける磁化固着層Ｃと軟磁性体層Ａとの界面には、磁壁が存在しない。
【００４９】
一方、もし軟磁性体層Ａの磁化Ｍが磁化固着層Ｃの磁化Ｍ１と逆方向の場合には、微小穴ＮＨにおける軟磁性体層Ａと磁化固着層Ｃとの界面には、磁壁が存在する。この場合、軟磁性体層Ａと磁化固着層Ｃとの接触部が微小穴ＮＨで絞られているため急峻な磁壁が存在することとなる。このため、軟磁性体層Ａと電極ＥＬ１との間のコンダクタンスは、磁化が並行の場合をＣｐ、反平行の場合をＣａｐとすると、Ｃｐ＞Ｃａｐとなる。
【００５０】
軟磁性体層Ａの磁化Ｍは、媒体の記録層ＲＬに記録されている信号磁界を受けてその方向に回転される。その磁化Ｍの方向を、上述の如く微小穴ＮＨを介したコンダクタンスの変化により検出できる。
【００５１】
一方、軟磁性体層Ａは、媒体の記録層ＲＬからスピン偏極電子を受け取って、その磁化Ｍの方向を変えることもできる。すなわち、磁気ヘッドを媒体Ｒに対して接触走行させた場合、媒体Ｒを電気的に接地し、磁気ヘッドの電極ＥＬ１の電位をアース（接地電位）より上げた電気回路を構成することで、媒体Ｒから軟磁性体層Ａへ電子が流入することとなる。すなわち、記録層ＲＬの記録磁化に応じたスピン偏極電子が軟磁性体層Ａに流入する。すると、軟磁性体層Ａの磁化Ｍの方向は、このスピン偏極電子により制御される。その結果として、記録層ＲＬの記録磁化が磁化固着層Ｃと同方向の場合のコンダクタンスはＣｐ（抵抗小）となり、逆方向の場合のコンダクタンスはＣａｐ（抵抗大）となる。
【００５２】
ここで、軟磁性体層Ａの磁化Ｍの方向を変化させる力は、記録層ＲＬから流入するスピン偏極電子によるトルクと、記録層ＲＬに記録されている信号磁界によるトルクの２つである。信号磁界に関しては、その記録ビット以外からの漏れ信号によるノイズ（いわゆる「サイドリーディング」または「クロストーク」）が入ってしまう可能性がある。
【００５３】
これに対して、スピン偏極電子による読みとりの場合、軟磁性体層Ａの保磁力Ｈｃを適宜大きくすることで信号磁界のサイドリーディングを防ぎつつ、電気的に接触している記録ビットのみの記録信号を読み取ることができる。このように、スピン偏極電子によるトルクによって軟磁性体層Ａの磁化Ｍを回転させるようにすれば、接触している記録ビットのみの信号磁界を読むことが容易であり、磁束を検出して信号を再生する方式と比べて外乱に強く、分解能に優れ、トラック幅方向やトラック長手方向のシールドを不要とすることもできる。
【００５４】
ここで、微小穴ＮＨの開口径は、概ね２０ｎｍ以下であることが望ましい。また、微小穴ＮＨの開口形状は、円錐状、円柱状、球状、多角錘状、多角柱状などの各種の形状を取りうる。また、微小穴ＮＨの数は、１個でも複数でもよい。
【００５５】
次に、本発明の記録用または再生用の磁気ヘッドを構成する各要素について詳述する。
【００５６】
まず、磁化固着層Ｃ、Ｃ１、Ｃ２と、軟磁性体層Ａ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、ＣｒＯ２、Ｆｅ３Ｏ４、Ｌａ１―ＸＳｒＸＭｎＯ３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。
【００５７】
ここで「磁性半導体」としては、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）の少なくともいずれかの磁性元素と、化合物半導体または酸化物半導体とからなるものを用いることができ、具体的には、例えば、（Ｇａ、Ｃｒ）Ｎ、（Ｇａ、Ｍｎ）Ｎ、ＭｎＡｓ、ＣｒＡｓ、（Ｇａ、Ｃｒ）Ａｓ、ＺｎＯ：Ｆｅ、（Ｍｇ、Ｆｅ）Ｏなどを挙げることができる。
【００５８】
本発明においては、磁化固着層Ｃ、Ｃ１、Ｃ２、軟磁性体層Ａの材料として、これらのうちから用途に応じた磁気特性を有するものを適宜選択して用いればよい。
【００５９】
また、これら磁性層に用いる材料としては、連続的な磁性体でもよく、あるいは非磁性マトリクス中に磁性体からなる微粒子が析出あるいは形成されてなる複合体構造を用いることもできる。このような複合体構造としては、例えば、「グラニュラー磁性体」などと称されるものを挙げることができる。
【００６０】
またさらに、軟磁性体層Ａの材料として、［（ＣｏあるいはＣｏＦｅ合金）／（ＮｉＦｅあるいはＮｉＦｅＣｏからなるパーマロイ合金あるいはＮｉ）］からなる２層構造、あるいは［（ＣｏあるいはＣｏＦｅ合金）／（ＮｉＦｅあるいはＮｉＦｅＣｏからなるパーマロイ合金あるいはＮｉ）／（ＣｏあるいはＣｏＦｅ合金）］からなる３層構造の積層体を用いることもできる。
【００６１】
一方、中間層Ｂ、Ｂ１、Ｂ２の材料としては、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ルテニウム（Ｒｕ）あるいはこれらのいずれか一種以上を含む合金をはじめとし、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、シリコン（Ｓｉ）及び鉄（Ｆｅ）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、フッ化物からなる絶縁体を用いることができる。また、これら中間層に酸素等の異種元素が添加していてもよい。さらに、絶縁層の場合にはピンホールが形成され、そこに磁性層が進入していてもよい。
【００６２】
また一方、本発明においては、磁化固着層Ｃ、Ｃ１、Ｃ２の磁化を反強磁性体により固着することもできる。この場合に用いることができる反強磁性体の材料としては、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）、イリジウムマンガン（ＩｒＭｎ）、白金イリジウムマンガン（ＰｔＩｒＭｎ）などを用いることが望ましい。また、層間結合を使って固着させる際の中間層としては、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ルテニウム（Ｒｕ）あるいはこれらのいずれか一種以上を含む合金が好ましい。
【００６３】
以下、実施例を参照しつつ、本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明する。
【００６４】
（第１の実施例）
図６は、本発明の第１の実施例にかかる記録用の磁気ヘッドの要部を表す断面図である。
すなわち、本実施例の磁気ヘッドは、電極ＥＬ１、中間層Ｂ１、軟磁性体層Ａ、中間層Ｂ２、硬磁性体層Ｃ、電極ＥＬ２、リターンヨークＲＹをこの順に積層した構造を有する。記録媒体Ｒとの対向面の裏側には、絶縁層ＩＬを介してバックヨークＢＹが設けられている。
【００６５】
本実施例における軟磁性体層Ａの磁化Ｍの反転のメカニズムは、図２に関して前述した通りである。すなわち、電極ＥＬ１とリターンヨークＲＹとの間で所定の向き記録信号電流ＲＳを流すことにより、軟磁性体層Ａの磁化Ｍを適宜反転させ、その磁界により、記録媒体Ｒに情報を書き込むことができる。
【００６６】
記録媒体Ｒは、例えば、図示した如く、軟磁性体からなる裏打ち層ＢＬの上に磁性体記録層ＲＬが設けられたものを用いることができる。この場合、磁気ヘッドの「書き込み磁極」すなわち軟磁性体層Ａから放出された記録磁界は、裏打ち層ＢＬからリターンヨークＲＹ、バックヨークＢＹを介して軟磁性体層Ａに環流し、閉磁気回路を形成できる点で有利である。以下、本実施例の磁気ヘッドの構成について、その製造工程を参照しつつさらに詳細に説明する。
【００６７】
図６に表した磁気ヘッドのリターンヨークＲＹは、例えば、この磁気ヘッドに隣接して設けられる再生ヘッド（図示せず）の磁気シールドと兼用することができる。そして、この場合には、図示しない再生ヘッドを形成した後に、このリターンヨークＲＹの上に図６の磁気ヘッドを形成することができる。
【００６８】
すなわち、まず、リターンヨークＲＹの上に、モリブデン・タングステン（ＭｏＷ）からなる電極ＥＬ２（膜厚３０ｎｍ）を形成する。次に、硬磁性体層Ｃの下地膜となるクロム（Ｃｒ）層（膜厚５ｎｍ）を形成し、その上に、硬磁性体層Ｃとして、飽和磁束密度１Ｔ（テスラ）のコバルト白金（ＣｏＰｔ）合金層（膜厚３０ｎｍ）を形成する。このＣｏＰｔ層は、その保磁力Ｈｃが１．５ＫＯｅ（キロエルステッド）となる条件で形成することができる。
【００６９】
さらに、中間層Ｂ２として銅（Ｃｕ）層（膜厚５ｎｍ）を形成し、その上に軟磁性体層Ａとして飽和磁束密度２．３Ｔの鉄コバルト・ニッケル（ＦｅＣｏＮｉ）合金層を膜厚１０ｎｍとなるように形成する。次に、中間層Ｂ１として銅（Ｃｕ）層を１５ｎｍ成膜し、その後、トラック幅方向のパターニングを行う。
【００７０】
パターニングは、電子線（ＥＢ）レジストを所定のトラック幅（例えば、５０ｎｍ）にパターニングして、イオンミリングにより電極ＥＬ２の表面までエッチングし、さらにＭｏＷ電極ＥＬ２はフレオン系ガスによるＲＩＥ（Reactive Ion
Etching）により加工することができる。
【００７１】
次に、エッチングした部分（例えば、深さが９５ｎｍ程度）を埋め込むようにＳｉＯ２膜を成膜し、ＥＢレジストをリフトオフする。これによりトラック幅の規定とＳｉＯ２絶縁膜によるトラックまわりの平坦化ができる。
【００７２】
次に、バックヨーク側のパターニングを行うため、マスクとしてフォトレジストを約３μｍ幅で形成する。そして、トラック幅加工と同じようにイオンミリングとＲＩＥを用いて電極ＥＬ２までエッチングを行う。そして、絶縁層ＩＬとしてＳｉＯ２膜（膜厚５ｎｍ）を堆積し、さらにバックヨークＢＹとしてニッケル鉄（ＮｉＦｅ）合金膜（膜厚９０ｎｍ）を堆積し、さらにＳｉＯ２膜（膜厚２５ｎｍ）を形成してリフトオフする。このようにして裏面側も絶縁層ＩＬおよびバックヨークＢＹにて埋めこみ平坦化できる。バックヨークＢＹは、絶縁層ＩＬによって硬磁性体層Ｃや軟磁性体層Ａなどと絶縁される。
【００７３】
その後、電極ＥＬ１としてＭｏＷ合金層（膜厚０．２μｍ）を形成し、電極の形状に加工する。その後、通常のヘッドのように媒体走行面（air bearing surface：ＡＢＳ）を形成するための切断・研磨加工を行うことで、ＡＢＳに硬磁性体層Ｃおよび軟磁性体層Ａが現れ、磁気ヘッドの要部が完成する。
【００７４】
このようにして形成した磁気ヘッドは、図１及び図２に関して前述したように電流により書き込み磁界を適宜反転生成することができる。すなわち、電極ＥＬ１から硬磁性体層Ｃを介して軟磁性体層Ａの方向に電子電流を流すことにより、硬磁性体層Ｃからスピン偏極した電子が軟磁性体層Ａに流入し、軟磁性体層Ａの磁化Ｍの方向は、硬磁性体層Ｃの磁化Ｍ１の方向と同じ方向となる。
【００７５】
一方、電極ＥＬ２から電極ＥＬ１に向けて電子電流を流した場合には、硬磁性体層Ｃの界面に入射したスピン偏極電子のうち硬磁性体層Ｃと逆向きのスピンを有するのものは反射されて軟磁性体層Ａに流入する。その結果として、軟磁性体層Ａの磁化Ｍは硬磁性体層Ｃの磁化Ｍ１とは逆方向を向くこととなる。つまり、軟磁性体層Ａと硬磁性体層Ｃの磁化の方向が逆方向の場合には、軟磁性体層Ａの磁化反転は起こらず、両者が同方向の場合に磁化反転が生じる。
【００７６】
このように、軟磁性体層Ａに流れ込む電子のスピン偏極方向を制御することで、高飽和磁束密度を有する軟磁性体層Ａの磁化方向を制御することができる。この軟磁性体層Ａは磁気ヘッドの「記録磁極」または「書き込み磁極」として作用することとなる。
【００７７】
一方、記録媒体Ｒとしては、図示したように、軟磁性裏打ち層ＢＬと垂直磁気記録層ＲＬとを有する垂直記録媒体を用いることができる。この記録媒体Ｒの上を、例えば浮上量２ｎｍにて本実施例の記録ヘッドを浮上走行させることができる。軟磁性裏打ち層ＢＬが設けられた記録媒体を使用することで、磁気ヘッドの記録磁極である２．３Ｔと高い飽和磁束密度を有する軟磁性体層Ａからの磁束により媒体に記録することができる。記録媒体の保磁力Ｈｃは、軟磁性体層Ａからの磁束により記録が可能であり、且つ、低飽和磁束密度である硬磁性体層Ｃからの磁束では記録されないように設定すればよい。
【００７８】
記録磁極（軟磁性体層Ａ）から放出された記録磁束は、記録媒体の記録層ＲＬに磁化情報を記録し、軟磁性裏打ち層ＢＬを通り、リターンヨークＲＹに吸い上げられ、バックヨークＢＹを通り、記録磁極に戻る。
【００７９】
ここで、記録媒体Ｒへの書き込み時以外の書き込みを防止するために、電流が流されていない状態において、軟磁性体層Ａの磁化Ｍが、硬磁性体層Ｃの磁化Ｍ１と略直交方向になるような磁気バイアスを加えてもよい。
【００８０】
ただし、軟磁性体層Ａが磁区安定化のためにバイアスを加えられることで、磁化回転のための必要トルクは上昇する。したがって、その分だけ偏極電子の電流量も増加させる必要がある。特に、軟磁性体層Ａを磁化固着層と逆方向に磁化回転させる場合（電子が軟磁性体層Ａから磁化固着層へ流入する方向）、磁化固着層での電子反射確率やスピン偏極率の問題から、磁化固着層方向への磁化回転の場合よりもより多くの電子電流が必要になる。
【００８１】
これに対して、図３及び図４に関して前述した構造を採用すれば、書き込み電流を低減できる。
【００８２】
図７は、書き込み電流を低減できる磁気ヘッドを表す模式断面図である。すなわち、軟磁性体層Ａの両側に、それぞれ中間層Ｂ１、Ｂ２を介して硬磁性体層Ｃ１、Ｃ２を設ける。これらの磁化Ｍ１、Ｍ２の向きを互いに逆向きにしておくことで、図３及び図４に関して前述したように、書き込み電流を低減できる。
【００８３】
以下、本具体例の磁気ヘッドについて、その製造工程を参照しつつ説明する。
【００８４】
まず、図示しない再生ヘッドを形成し、その磁気シールドを兼用するリターンヨークＲＹの上に、電極ＥＬ２としてＭｏＷ層（膜厚３０ｎｍ）を形成する。
【００８５】
次に、硬磁性体層Ｃ２の下地膜となるＣｒ層（膜厚５ｎｍ）を形成し、その上に硬磁性体層Ｃ２として、飽和磁束密度１ＴのＣｏＰｔ合金（膜厚３０ｎｍ）を形成する。このＣｏＰｔは、例えば、保磁力Ｈｃが１．５ＫＯｅとなる条件で形成することができる。さらに、中間層Ｂ２として銅（Ｃｕ）層（膜厚５ｎｍ）を形成し、その上に軟磁性体層Ａとして、飽和磁束密度２．３Ｔを有するＦｅＣｏＮｉ合金層を１０ｎｍ形成する。さらに、硬磁性体層Ｃ１として、飽和磁束密度１ＴのＣｏ層（膜厚３０ｎｍ）を形成する。硬磁性体層Ｃ１の保磁力Ｈｃは、例えば１ＫＯｅとなる条件で形成できる。
【００８６】
この段階で、硬磁性体層Ｃ１を２ＫＯｅの磁界で媒体走行面（ＡＢＳ）の方向に着磁し、さらに１．２ＫＯｅの磁界をＡＢＳとは逆向きに印加することによりと硬磁性体層Ｃ２を着磁する。このようにして、硬磁性体層Ｃ１、Ｃ２の磁化方向を互いに逆向きになるようにすることができる。
【００８７】
次に、図６に表した磁気ヘッドに関して前述したものと同様の工程により、トラック幅方向のパターニングを行い、さらに絶縁層ＩＬとバックヨークＢＹを形成する。
【００８８】
その後、電極ＥＬ１として、ＭｏＷ合金層（膜厚０．２μｍ）を形成して、電極形状に加工する。さらに、媒体走行面をだすための切断・研磨加工を行うことで、ＡＢＳに互いに逆方向に磁化された硬磁性体層Ｃ１、Ｃ２および軟磁性体層Ａが現れる。
【００８９】
このようにして形成した磁気ヘッドは、図３及び図４に関して前述したように、スピン偏極電流により記録磁界を反転させることができる。すなわち、電極ＥＬ１から電極ＥＬ２に向けて電子電流を流すことにより、軟磁性体層Ａの磁化Ｍは硬磁性体層Ｃ１の磁化Ｍ１と同じ方向になる。一方、電極ＥＬ２から電極ＥＬ１に向けて電子電流を流すと、軟磁性体層Ａの磁化Ｍは硬磁性体層Ｃ２の磁化Ｍ２の方向を向くこととなる。
【００９０】
この時、図４に関して前述したように、軟磁性体層Ａを通過したスピン偏極電子のうちで硬磁性体層の界面で反射された電子が再び軟磁性体層Ａに作用するため、電流書き込み効果が倍増し、小さな書き込み電流で軟磁性体層Ａの磁化反転が可能となる。
【００９１】
一方、本発明においては、磁化固着層として、硬磁性体層の代わりに反強磁性体層により磁化固着した軟磁性体層を用いることもできる。
【００９２】
図８は、反強磁性体層により磁化固着させた磁気ヘッドを例示する模式断面図である。同図については、図１乃至図７に関して前述したものと同様の要素については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９３】
本具体例の磁気ヘッドの場合、磁化固着層Ｃ１、Ｃ２は、それぞれ軟磁性体により形成されている。そして、これらに隣接して設けられた反強磁性体層ＡＦ１、ＡＦ２により、磁化Ｍ１、Ｍ２が固着されている。以下、この磁気ヘッドの構造について、その製造工程を参照しつつ説明する。
【００９４】
まず、図示しない再生ヘッドの磁気シールドを兼用するリターンヨークＲＹの上に、ＭｏＷからなる電極ＥＬ２（膜厚３０ｎｍ）を形成する。次に、反強磁性体層ＡＦ２として、白金マンガン（ＰｔＭｎ）合金層（膜厚１５ｎｍ）を形成し、さらにその上に磁化固着層Ｃ２を構成する軟磁性体として飽和磁化Ｂｓが約１ＴのＮｉＦｅ合金層を１０ｎｍ形成する。さらに、中間層Ｂ２として銅（Ｃｕ）層（膜厚５ｎｍ）を形成し、その上に軟磁性体層Ａとして飽和磁束密度２．３Ｔを有するＦｅＣｏＮｉ合金層を１０ｎｍ形成する。
【００９５】
次に、中間層Ｂ１としてＣｕ層（膜厚５ｎｍ）を形成し、さらに磁化固着層Ｃ１を構成する軟磁性体として飽和磁化Ｂｓが約１ＴのＮｉＦｅ合金層を１０ｎｍ形成し、さらにその上にイリジウム・マンガン（ＩｒＭｎ）合金からなる反強磁性体層ＡＦ１（膜厚１０ｎｍ）を形成する。
【００９６】
この際、ＡＢＳ（媒体対向面）が形成される方向に磁界を印加しながら成膜を行った。すなわち、ＡＢＳと逆方向に１０ＫＯｅの磁界を印加しながら２７０℃で１０時間の加熱処理を行った。これにより、反強磁性体層ＡＦ２を構成するＰｔＭｎ合金層に隣接した軟磁性体からなる磁化固着層Ｃ２の磁化Ｍ２は、ＡＢＳと反対方向に固着される。
【００９７】
次に、ＡＢＳ方向に１０ＫＯｅの磁界を印加しながら２００℃で１時間の熱処理を加えた。これにより、反強磁性体層ＡＦ１を構成するＩｒＭｎ合金層に隣接した軟磁性体からなる磁化固着層Ｃ１の磁化Ｍ１は、ＡＢＳ方向を向いて固着される。
【００９８】
このような磁化配列を与えることにより、電子がＡＢＳ方向に磁化固着された磁化固着層Ｃ１から記録磁極である軟磁性体層Ａに流入するときは、軟磁性体層Ａの磁化ＭはＡＢＳ向きとなり、逆に、ＡＢＳと反対方向に磁化固着された磁化固着層Ｃ２から軟磁性体層Ａに電子が流入するときは、軟磁性体層Ａの磁化ＭはＡＢＳと逆方向を向くこととなる。
【００９９】
このように、硬磁性体の代わりに反強磁性体層と薄い軟磁性体層とを組み合わせて磁化固着させることができる。また、一対の磁化固着層Ｃ１、Ｃ２のうちのいずれか一方のみを硬磁性体により形成してもよい。
【０１００】
図６乃至図８に表した磁気ヘッドの場合、トラック幅方向の加工の後に、その部分を絶縁層で埋め込んだ構造を有する。その絶縁層で埋め込んだ部分に、バイアス層を埋めこんで、軟磁性体層Ａの磁化Ｍを媒体面に平行な方向に磁気バイアスすると、スムーズでノイズフリーな磁化回転が得られる。
【０１０１】
図９乃至図１２は、このようなバイアス層を設けた磁気ヘッドを表す模式断面図である。すなわち、これらの図は、媒体対向面から見た断面図である。
【０１０２】
図９乃至図１２に表した磁気ヘッドは、磁化固着層Ｃ１、Ｃ２の磁化固着を反強磁性体層ＡＦ１、ＡＦ２により行う構造を有する。そして、トラック幅の加工を電極ＥＬ１まで行った後、軟磁性体層Ａを直交バイアスするため、ＳｉＯ２からなる絶縁層ＩＬと、コバルト白金（ＣｏＰｔ）からなる磁気バイアス層ＨＭと、ＳｉＯ２からなる絶縁層ＩＬを積層させて形成することができる。
【０１０３】
そして、これら磁気バイアス層ＨＭからのバイアス磁界ＭＢにより、軟磁性体層Ａの磁化Ｍは、媒体対向面に対して略平行な方向にバイアスされている。このようにすると、記録電流を流して軟磁性体層Ａの磁化Ｍを磁化固着層Ｃ１またはＣ２の磁化方向に磁化反転させる時に、磁化の回転量が約９０度と小さくなり、磁化回転がスムーズで且つ磁気ノイズも低減する。さらに、無通電状態で軟磁性体層Ａの磁化が媒体方向を向くことによる媒体情報の消去を防ぐことができる。
【０１０４】
図９に表した磁気ヘッドは、トラック幅加工を電極ＥＬ１まで行った後、ＳｉＯ２絶縁層ＩＬ（膜厚７ｎｍ）、ＣｏＰｔ磁気バイアス層ＨＭ（膜厚８０ｎｍ）、ＳｉＯ２絶縁層ＩＬ（膜厚２０ｎｍ）を形成し、最後に電極ＥＬ２を形成したものである。磁気バイアス層ＨＭの回りを絶縁層ＩＬで覆っているのは、記録電流が磁気バイアス層ＨＭへリークして効率を低下させないためのものである。磁気バイアス層ＨＭの材料としてＣｏＰｔの代わりにガンマヘマタイトのように高抵抗の硬磁性材料を使うことにより、絶縁層ＩＬを省くことも可能である。
【０１０５】
図１０に表した磁気ヘッドは、トラック幅加工を中間層Ｂ１までで止めた構造を有する。こうすることで、トラック幅加工の深さを浅くすることができ、その結果としてトラック幅加工に伴うトラック幅の誤差を小さくすることができる。また、通電される微小領域の長さが短くなるために発熱を低下させ、その結果、より大電流を流して確実な軟磁性体層Ａの磁化回転を起こさせたり、発熱に伴う信頼性の低下を防ぐことができる。なお、図１０においては、中間層Ｂ１の全体を加工しているが、中間層Ｂ１の途中までの加工でも同様の効果が得られる。
【０１０６】
図１１に表した磁気ヘッドの場合、トラック幅に加工された部分は中間層Ｂ１、軟磁性体層Ａ、中間層Ｂ２に限定されている。このようにすると、発熱領域を軟磁性体層Ａの部分に限定できるため、発熱を低下させ、その結果、より大電流を流して確実な軟磁性体層Ａの磁化回転を起こさせたり、発熱に伴う信頼性の低下を防ぐことができる。
【０１０７】
この場合、中間層Ｂ２まで成膜した後、トラック幅の加工、さらに磁気バイアス層ＨＭの成膜を行い、改めて軟磁性体からなる磁化固着層Ｃ２、反強磁性体層ＡＦ２を形成することができる。
【０１０８】
図１２に表した磁気ヘッドは、軟磁性体層Ａまで成膜の後、トラック幅の加工および磁気バイアス層ＨＭの成膜を行い、その後、中間層Ｂ２、軟磁性体からなる磁化固着層Ｃ２、反強磁性体層ＡＦ２を形成したものである。このように一対の磁気バイアス層ＨＭを上に盛り上がらせて、その間に中間層Ｂ２を埋め込むと、その次に埋め込まれる磁化固着層Ｃ２（軟磁性体）の埋め込み幅（ＴＷ２）は、トラック幅加工した軟磁性体層Ａの幅（ＴＷ１）よりも狭くなる。このように、一方の磁化固着層Ｃ２の幅を小さくすることで、軟磁性体層Ａにおける通電領域を制限することができる。そのため、実質的な磁極の幅を、リソグラフィーを用いたトラック幅加工サイズよりも小さくすることが可能となり、より高密度な磁気記録が可能となる。
【０１０９】
（第２の実施例）
図１３は、本発明の第２の実施例にかかる記録用の磁気ヘッドを媒体対向面から眺めた平面図である。また、図１４は、図１３のＡ−Ａ線断面図であり、図１５は、図１４のＢ−Ｂ線断面図である。これらの図面についても、図１乃至図１２に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。なおここで、「デプス方向」とは、媒体対向面ＡＢＳに対して垂直な方向を意味する。
【０１１０】
図１３から分かるように、本実施例の磁気ヘッドは、媒体対向面において、記録磁極として作用する軟磁性体層Ａの先端が露出し、その周囲は絶縁層ＩＬにより覆われている。
【０１１１】
一方、図１４及び図１５から分かるように、軟磁性体層Ａの上下には、中間層Ｂ１、Ｍ２を介して磁化固着層Ｃ１、Ｃ２が設けられている。これら磁化固着層Ｃ１、Ｃ２は、硬磁性体からなり、その磁化は互いに反平行方向に固着されている。
【０１１２】
この磁気ヘッドに電極ＥＬ１から電極ＥＬ２の方向に電子電流を流すと、軟磁性体層Ａの磁化は磁化固着層Ｃ１の磁化の方向に向けられる。一方、電極ＥＬ２から電極ＥＬ１の方向に電子電流を流すと、軟磁性体層Ａの磁化は磁化固着層Ｃ２の磁化の方向を向くこととなる。
【０１１３】
以下、本実施例の磁気ヘッドについて、その製造工程を参照しつつさらに詳細に説明する。
【０１１４】
まず、図示しない再生ヘッドの上部シールド（図示せず）の上に、アルミナ絶縁層（図示せず）を約０．２μｍの厚みに形成し、さらにＭｏＷ合金からなる電極ＥＬ２（膜厚０．１μｍ）を形成する。そのＭｏＷ層をフォトレジストを用いて電極パターン形状にエッチング加工する。すなわち、フレオン系ガスを用いたＲＩＥによってアルミナ膜の表面までエッチングし、まわりにアルミナを新たに０．１μｍ埋めこみ、レジストをリフトオフして平坦化する。
【０１１５】
次に、磁化固着層Ｃ２の下地となるＣｒ層（膜厚５ｎｍ）を形成し、その上に磁化固着層Ｃ２を構成する硬磁性体として、飽和磁束密度１ＴのＣｏＰｔ合金（膜厚３０ｎｍ）を形成する。ここでは、このＣｏＰｔの保磁力Ｈｃが１．５ＫＯｅとなる条件で形成することができる。さらに、中間層Ｂ２としてＣｕ層（膜厚５ｎｍ）を形成する。ここで２ＫＯｅの磁界でＡＢＳと逆向きに磁化固着層Ｃ２を着磁する。
【０１１６】
ここまでの積層膜を形成したところで、幅と長さがそれぞれ１μｍのフォトレジストでパターニングを行う。これをイオンミリングを用いて中間層Ｂ２のＣｕ、磁化固着層Ｃ２のＣｏＰｔ（Ｂｓ〜１Ｔ、Ｈｃ〜１．５ＫＯｅに設定）およびその下地のＣｒをエッチングし、その下のＭｏＷをフレオン系ガスを用いたＲＩＥによりアルミナ膜の表面までエッチングする。その後、アルミナ膜を約４０ｎｍ形成しフォトレジストをリフトオフすることで、１ミクロン角の金属積層膜の周りをアルミナ絶縁膜で囲った平坦面が形成される。
【０１１７】
次に、記録磁極となる軟磁性体層Ａとして、ＦｅＣｏＮｉ合金層（膜厚１０ｎｍ：Ｂｓ〜２．３Ｔ）を形成する。この合金層を、ＥＢリソグラフィーにより、幅４０ｎｍ、長さ１．５μｍで、下の金属積層膜（１ミクロン角）の中央位置に配置されるように長さ方向は０．２５μｍずつ出るようにパターニングする。
【０１１８】
次に、イオンミリングを用いてＦｅＣｏＮｉ合金層（軟磁性体層Ａ）をエッチングする。その後、アルミナ層（膜厚１０ｎｍ）を形成し、レジストをリフトオフする。この工程により、４０ｎｍ×１．５μｍのＦｅＣｏＮｉ合金からなる軟磁性体層Ａ（記録磁極）が中間層Ｂ２に電気的にコンタクトして配置され、その周りはアルミナ絶縁膜で平坦化されたことになる。
【０１１９】
次に、中間層Ｂ１としてＣｕ層（膜厚５ｎｍ）を形成し、その上に磁化固着層Ｃ１を構成する硬磁性体として飽和磁束密度１ＴのＣｏ層（膜厚３０ｎｍ）を形成する。磁化固着層Ｃ１の保磁力Ｈｃは、１ＫＯｅとなる条件で形成することができる。この時点で、１．２ＫＯｅの磁界をＡＢＳ向きに印加して、磁化固着層Ｃ１を着磁し、磁化固着層Ｃ１とＣ２の磁化方向を互いに逆向きに付与する。
【０１２０】
次に、１μｍ角のフォトレジストマスクを形成して中間層Ｂ１、磁化固着層Ｃ１をイオンミリングにてエッチングする。さらに、アルミナ膜を３５ｎｍ形成してリフトオフして平坦化する。そしてこの上に、ＭｏＷ合金層（膜厚０．１μｍ）を電極ＥＬ１として形成し、フレオン系ガスを用いたＲＩＥにて電極の形状にパターニングする。
【０１２１】
このようにして形成した積層体を所定の箇所で切断・研磨加工することにより、ＡＢＳを形成する。この際、図１３に表したように、ＡＢＳには、記録磁極（軟磁性体層Ａ）のみがトラック幅４０ｎｍ、厚さ１０ｎｍのサイズで現われる。
【０１２２】
以上の加工プロセスを経ることで、電気的には電極ＥＬ１から電極ＥＬ２までが接続され、ＡＢＳには記録磁極のみが現われる記録ヘッドが形成される。このような構造にすることで、記録磁極（軟磁性体層Ａ）以外から媒体に電子電流が流れることによる書き込み、さらに磁化固着層（Ｃ１、Ｃ２）からの磁界による媒体への書き込みを防止することができる。
【０１２３】
図１６は、記録媒体Ｒに書き込みを行う状態を例示する模式断面図である。電極ＥＬ１、ＥＬ２の間で流す電流の向きに応じて、軟磁性体層Ａの磁化Ｍが磁化固着層Ｃ１、Ｃ２の磁化Ｍ１、Ｍ２のいずれかの向きとされる。このように、軟磁性体層Ａに流れ込む電子の流入方向を制御することで、硬飽和磁束密度を有する軟磁性体層Ａの磁化Ｍの方向を制御することができる。そして、その磁化Ｍにより記録媒体Ｒに磁気記録層ＲＬに記録ビットを形成することができる。
【０１２４】
また、図１７に例示した如く、磁化固着層Ｃを一層のみとしてもよい。この場合も、図１及び図２に関して前述したように、電流の通電方向で軟磁性体層Ａの磁化Ｍの方向をコントロールできる。
【０１２５】
また本実施例においても、磁化固着層Ｃ１、Ｃ２として、硬磁性体の代わりに、反強磁性体により磁化固着した軟磁性体を用いることもできる。
【０１２６】
図１８及び図１９は、反強磁性体により磁化固着させた磁気ヘッドを表す模式断面図である。すなわち、これらの図は、それぞれ図１４と図１５に対応した断面図である。図１８の向かって横方向は、デプス方向（媒体対向面ＡＢＳに対して垂直な方向）に対応し、また、図１９の向かって横方向は、記録トラックの幅方向に対応する。
また、図１８の矢印ＴＷは、記録トラックの幅方向に対応する。
【０１２７】
これらの図に表したように、磁化固着層Ｃ１、Ｃ２は、軟磁性体により形成され、隣接した反強磁性体層ＡＦ１、ＡＦ２により磁化が固着されている。ここで、図１９に表した反強磁性体層ＡＦ１は、紙面の手前方向に着磁され、反強磁性体層ＡＦ２は、紙面の奥行き方向に着磁されている。
【０１２８】
また、軟磁性体層Ａの磁化Ｍを、磁化固着層Ｃ１、Ｃ２の磁化方向に対して直交方向にバイアスするための磁気バイアス層ＨＭが、軟磁性体層Ａの両脇に設けられている。磁気バイアス層ＨＭは、例えばガンマヘマタイトなどの高抵抗な硬磁性体により形成できる。
【０１２９】
図１９に表したように、軟磁性体層Ａをトラックの幅方向にパターニングすることにより、記録電流はこの部分において軟磁性体層Ａに集中して流れるため発熱を最小限に抑えることができる。また、媒体走行面には記録磁極（軟磁性体層Ａ）のみが現れるので、磁化固着層などから記録媒体に電流がリークすることを防ぐことができる。またさらに、電気抵抗の高い磁気バイアス層ＨＭにより軟磁性体層Ａに直交バイアスが印加されているため、磁化回転が円滑になり、書き込み時以外の記録を防ぐことができる。
【０１３０】
ここで再び図１６、図１７に戻って説明を続けると、記録媒体Ｒとしては、導電性の裏打ち層ＢＬが裏面側に設けられ、垂直記録層ＲＬを有する垂直記録媒体を用いることができる。この媒体上を、記録ヘッドを所定の浮上量だけ離した状態で走行させてもよく、または、実質的に接触した状態で走行させることもできる。
【０１３１】
電極ＥＬ１またはＥＬ２から流入する電子は、前述したように、その流れる方向に応じて軟磁性体層Ａの磁化Ｍの方向を規定する。またさらに、記録ヘッドを接触状態で走行させた場合、軟磁性体層Ａ（記録磁極）と媒体Ｒとが電気的に接触するため、軟磁性体層Ａの磁化Ｍ方向にスピン偏極した電子の一部が記録層ＲＬに流入し、導電性裏打ち層ＢＬに流れ出る。このスピン偏極した電子により、記録媒体Ｒの記録層ＲＬは、その方向にスピンをそろえ、結果として軟磁性体層Ａと同じ方向に磁化記録されることとなる。つまり、接触走行の場合、電極ＥＬ１またはＥＬ２から電流を流すことで軟磁性体層Ａの磁化Ｍの方向を制御し、さらに軟磁性体層Ａから媒体Ｒにスピン偏極電子を流すことで媒体記録層ＲＬにさらに効率的に情報を書き込むことができる。
【０１３２】
磁気的に書き込みを行う場合には、軟磁性体層Ａとして飽和磁化Ｂｓが２．３Ｔ（テスラ）程度のＦｅＣｏＮｉ合金を用いることが望ましい。しかし、接触走行によりスピン偏極電子を記録媒体に流す場合には、スピン偏極電子からのスピントランスファによる書き込みも併用できる。そのため、軟磁性体層Ａの材料は、高いＢｓ材料に限ることはなく、より軟磁性が得られやすいＦｅＮｉ合金などを用いることができる。軟磁性が得られやすい材料を用いると、軟磁性体層Ａの反転電流を低減させることができ、発熱も低減するという効果が得られる。
【０１３３】
なお、図６に関して前述したように記録媒体Ｒに軟磁性の裏打ち層ＢＬを設けた場合も、裏打ち層の導電性が確保できれば、同様の効果が得られる。
【０１３４】
また、接触走行により軟磁性体層Ａから媒体Ｒに流すスピン偏極電子で記録する場合には、図６に例示したようなリターンヨークＲＹやバックヨークＢＹなどは本質的には必要としない。このため、磁気ヘッドの構造が簡単になり、より微細なトラック幅などのパターンの形成が容易となる。また、製造高歩留まりも高くなりコスト的なメリットも発生する。
【０１３５】
（第３の実施例）
次に、本発明の第３の実施例として、スピン偏極電子電流により再生を行う磁気ヘッドについて説明する。
【０１３６】
図２０は、本発明の第３の実施例の磁気ヘッドを表す模式断面図である。同図についても、図１乃至図１９に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１３７】
本実施例の磁気ヘッドの場合、磁化固着層Ｃと軟磁性体層Ａとの間には絶縁層ＩＬが設けられ、この絶縁層ＩＬに形成された微小穴ＮＨによって磁化固着層Ｃと軟磁性体層Ａとは接触している。なお、図２０においては微小穴ＮＨをひとつのみ表したが、本発明はこれには限定されず、複数の微小穴ＮＨが設けられていてもよい。また、磁化固着層Ｃは、例えば、硬磁性体により形成することができる。
【０１３８】
この再生用の磁気ヘッドの場合、図５に関して前述したように、微小穴ＮＨを介した電流コンダクタンスの変化により記録ビットの磁化を読み出すことができる。
【０１３９】
そして、磁気ヘッドを媒体Ｒに対して接触走行させた場合、媒体Ｒを電気的に接地し、磁気ヘッドの電極ＥＬ１の電位をアース（接地電位）より上げた電気回路を構成することで、媒体Ｒから軟磁性体層Ａへ電子が流入することとなる。すなわち、記録層ＲＬの記録磁化に応じたスピン偏極電子が軟磁性体層Ａに流入する。すると、軟磁性体層Ａの磁化Ｍの方向は、このスピン偏極電子により制御される。その結果として、記録層ＲＬの記録磁化が磁化固着層Ｃと同方向の場合のコンダクタンスはＣｐ（抵抗小）となり、逆方向の場合のコンダクタンスはＣａｐ（抵抗大）となる。
【０１４０】
スピン偏極電子による読みとりの場合、軟磁性体層Ａの保磁力Ｈｃを適宜大きくすることで信号磁界のサイドリーディングを防ぎつつ、電気的に接触している記録ビットのみの記録信号を読み取ることができる。このように、スピン偏極電子によるトルクによって軟磁性体層Ａの磁化Ｍを回転させるようにすれば、接触している記録ビットのみの信号磁界を読むことが容易であり、磁束を検出して信号を再生する方式と比べて外乱に強く、分解能に優れ、トラック幅方向やトラック長手方向のシールドを不要とすることもできる。
【０１４１】
次に、本実施例の磁気ヘッドの製造工程について説明する。
【０１４２】
まず、図示しない基板上にアルミナ絶縁層（膜厚約０．２μｍ）を形成する（図示せず）。次に、電流コレクタとなるＦｅＮｉ合金層（膜厚５ｎｍ）を軟磁性体層Ａとして形成する。さらにその上に、ＳｉＯ２層（膜厚５ｎｍ）を絶縁層ＩＬとして形成する。次に、ＥＢリソグラフィーで幅４０ｎｍ、長さ１．５μｍにパターニングする。次に、そのレジストマスクにてイオンミリングを用いてＳｉＯ２層、ＦｅＮｉ合金層（軟磁性体層Ａ）をエッチングする。その後、アルミナ層（膜厚１０ｎｍ）を形成し、レジストをリフトオフする。この工程により４０ｎｍ×１．５μｍのＦｅＮｉ合金からなる軟磁性体層Ａと、ＳｉＯ２からなる絶縁層ＩＬがパターニングされ平坦化される。
【０１４３】
次に、真空中で絶縁層ＩＬの表面にＸｅＦ２ガスをノズルで吹きつけながら約５ｎｍ径に絞った電子線（ＥＢ）を照射してＳｉＯ２絶縁層ＩＬに、直径約５ｎｍの微小穴ＮＨをあける。
【０１４４】
次に、磁化固着層Ｃとして飽和磁束密度１Ｔのコバルト（Ｃｏ）層（膜厚３０ｎｍ）を形成する。磁化固着層Ｃの保磁力Ｈｃは１ＫＯｅとなる条件で形成した。また、この時に、１．２ＫＯｅの磁界を印加して、磁化固着層ＣをＡＢＳ向きに着磁した。
【０１４５】
これを第１実施例に関して前述したように、切断・研磨加工してＡＢＳを形成する。その際、第２実施例に関して前述したように、ＡＢＳには電流コレクタとなる軟磁性体層Ａのみが、トラック幅４０ｎｍ、厚さ５ｎｍで現われる形状とする。以上説明したプロセスを経ることで、電気的には電極ＥＬ１から軟磁性体層Ａまでが接続され、ＡＢＳには再生コレクタとなる軟磁性体層Ａの先端のみが現われた再生磁気ヘッドが形成される。
【０１４６】
（第４の実施例）
次に、本発明の第４の実施例として、記録媒体との接触状態が変動しても安定した再生が可能なスピン偏極電流検出型の磁気ヘッドについて説明する。
【０１４７】
図２１は、本発明の第４の実施例の磁気ヘッドを表す模式断面図である。同図についても、図１乃至図２０に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１４８】
本実施例の磁気ヘッドは、軟磁性体層Ａの両側に磁化固着層Ｃ１、Ｃ２が設けられ、これらは、絶縁層ＩＬに形成された微小穴ＮＨによって接触している。
【０１４９】
この磁気ヘッドにおいても、軟磁性体層Ａから電極ＥＬ１に電流が流れる場合のコンダクタンスは、軟磁性体層Ａの磁化Ｍと磁化固着層Ｃ１の磁化Ｍ１との相対的な方向に依存する。図２１の具体例の場合、もし、軟磁性体層Ａの磁化Ｍの方向がＡＢＳ方向を向いていた時は、磁化固着層Ｃ１の磁化Ｍ１と平行になる。従って、磁化固着層Ｃ１と軟磁性体層Ａとの界面（微小穴ＮＨ）には磁壁が存在しないため、電子は散乱されずに移動する。このときのコンダクタンスをＣｐとする。
【０１５０】
一方、この場合に、軟磁性体層Ａの磁化Ｍと磁化固着層Ｃ２の磁化Ｍ２とは相対的な逆向きになるので、その界面には接触部が微小穴ＮＨで絞られているため急峻な磁壁が存在する。このため、電子は磁壁により散乱されてコンダクタンスＣａｐは低下する。その結果として、両側のコンダクタンスを比較すると、Ｃｐ＞Ｃａｐとなる。
【０１５１】
記録媒体Ｒを電気的に接地し、電極ＥＬ１とＥＬ２の電位を接地電位よりも上げた状態で、磁気ヘッドを媒体Ｒに対して接触走行させると、記録層ＲＬの磁化方向に応じたスピン偏極電子が媒体から軟磁性体層Ａへ流入し、軟磁性体層Ａの磁化Ｍを決定する。また、軟磁性体層Ａに流入した電子は、前述したコンダクタンスに従って電極ＥＬ１とＥＬ２とに分流する。この場合、電極ＥＬ１とＥＬ２の２つのコンダクタンス比を調べることによって、軟磁性体層Ａの磁化の方向を判断できる。このため、記録媒体Ｒと軟磁性体層Ａとの間の接触抵抗の影響を排除でき、高いＳ／Ｎでの再生が可能となる。
【０１５２】
次に、本実施例の磁気ヘッドの製造工程について説明する。
【０１５３】
まず、図示しないアルミナ絶縁層（膜厚約０．２μｍ）の上に、ＭｏＷ合金からなる電極ＥＬ２（膜厚０．１μｍ）を形成する。このＭｏＷ層を、フォトレジストをマスクとして、フレオン系ガスを用いたＲＩＥによりアルミナ絶縁層の表面までエッチングして、電極パターンを形成する。
【０１５４】
次に、この電極ＥＬ２の周囲にアルミナを０．１μｍ程度の厚みに埋めこみ、レジストをリフトオフして平坦化する。次に、磁化固着層Ｃ２の下地となるＣｒ層（膜厚５ｎｍ）を形成し、その上に磁化固着層Ｃ２として、飽和磁束密度１ＴのＣｏＰｔ合金層（膜厚３０ｎｍ）を形成する。このＣｏＰｔ層は、その保磁力Ｈｃが１．５ＫＯｅとなる条件で形成することができる。
【０１５５】
次に、絶縁層ＩＬ２としてＳｉＯ２層（膜厚５ｎｍ）を形成する。ここで、２ＫＯｅの磁界を印加することより、磁化固着層Ｃ２をＡＢＳと逆向きに着磁する。次に、この積層構造を、幅と長さがそれぞれ１μｍのフォトレジストでパターニングする。次に、イオンミリングを用いて絶縁層ＩＬ２のＳｉＯ２層と磁化固着層Ｃ２のＣｏＰｔ層（Ｂｓ〜１Ｔ，Ｈｃ〜１．５ＫＯｅに設定）およびその下地膜のＣｒ層をエッチングする。そして、アルミナ層を約４０ｎｍ形成しフォトレジストをリフトオフすることで、１ミクロン角の金属積層膜の周りをアルミナ絶縁層で囲った平坦面が形成される。
【０１５６】
次に、真空中で絶縁層ＩＬ２の表面にＸｅＦ２ガスをノズルで吹きつけながら約５ｎｍ径に絞った電子線（ＥＢ）を照射してＳｉＯ２からなる絶縁層ＩＬ２に約５ｎｍ径の微小穴ＮＨをあける。
【０１５７】
次に、軟磁性体層ＡとなるＦｅＮｉ合金層（膜厚１０ｎｍ、Ｈｃ＜１Ｏｅ）を形成する。さらにその上に、絶縁層ＩＬ１としてＳｉＯ２層（膜厚５ｎｍ）を形成する。次に、ＥＢリソグラフィーで、幅４０ｎｍ、長さ１．５μｍで先の金属積層膜（１ミクロン角）の中央位置にくるように長さ方向は０．２５μｍずつ出るようにパターニングする。
【０１５８】
次に、そのレジストマスクにてイオンミリングを用いてＦｅＮｉ合金膜（軟磁性体層Ａ）をエッチングする。その後、アルミナ層（膜厚１０ｎｍ）を形成し、レジストをリフトオフする。この工程により、４０ｎｍ×１．５μｍのＦｅＮｉ合金からなる軟磁性体層Ａ（電流コレクタ）の周りはアルミナ絶縁層で平坦化されたことになる。
【０１５９】
次に、真空中で絶縁層ＩＬ１の表面にＸｅＦ２ガスをノズルで吹きつけながら約５ｎｍ径に絞った電子線（ＥＢ）を照射してＳｉＯ２からなる絶縁層ＩＬ１に約５ｎｍ径の微小穴ＮＨをあける。
【０１６０】
次に、磁化固着層Ｃ１として飽和磁束密度１Ｔのコバルト（Ｃｏ）層（膜厚３０ｎｍ）を形成する。磁化固着層Ｃ１の保磁力Ｈｃは、例えば１ＫＯｅとなる条件で形成できる。この時点で、１．２ＫＯｅの磁界を印加して、磁化固着層Ｃ１をＡＢＳ向きに着磁し、磁化固着層Ｃ１と磁化固着層Ｃ２の磁化の方向を互いに逆向きになるようにする。
【０１６１】
次に、１μｍ角のフォトレジストマスクを形成して絶縁層ＩＬ１、下地層、磁化固着層Ｃ１をイオンミリングにてエッチングする。さらに、アルミナ層を４０ｎｍ形成してリフトオフして平坦化する。さらにこの上に、ＭｏＷ合金層（膜厚０．１μｍ）を電極ＥＬ１としてを形成し、フレオン系ガスをによるＲＩＥによって電極形状にパターニングする。
【０１６２】
これを第１実施例に関して前述したように、切断・研磨加工してＡＢＳを形成する。その際、第２実施例に関して前述したように、ＡＢＳには電流コレクタとなる軟磁性体層Ａのみが、トラック幅４０ｎｍ、厚さ１０ｎｍで現われる形状とする。以上説明したプロセスを経ることで、電気的には電極ＥＬ１からＥＬ２までが接続され、ＡＢＳには再生コレクタとなる軟磁性体層Ａの先端のみが現われた再生磁気ヘッドが形成される。
【０１６３】
（第５の実施例）
次に、本発明の第５の実施例として、記録用磁気ヘッドと再生用磁気ヘッドとを組み合わせた記録再生型の磁気ヘッドについて説明する。
【０１６４】
図２２は、本発明の第５の実施例の磁気ヘッドを表す模式断面図である。同図についても、図１乃至図２１に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１６５】
本実施例の磁気ヘッドは、媒体Ｒから所定の浮上量だけ浮上させた状態で記録再生が可能である。但し、接触走行させても記録、再生は同様に可能である。
【０１６６】
まず、記録ヘッドとしては、図７に関して前述したものと同様の原理で動作する。すなわち、電極ＥＬ１から磁化固着層Ｃ１さらに微小穴ＮＨを介して電極ＥＬ２の方向に電子電流を流すことで、軟磁性体層３の磁化Ｍは、磁化固着層Ｃ１の磁化Ｍ１と方向と同じ方向を向く。一方、電極ＥＬ２から磁化固着層Ｃ２を介して電極ＥＬ１に電子電流を流すことで、軟磁性体層Ａの磁化Ｍは磁化固着Ｃ２の磁化Ｍ２の方向を向くこととなる。このように、高Ｂｓの軟磁性体層Ａに流れ込む電子のスピン偏極方向を制御することで、微小穴ＮＨの有無に係わらず記録磁極となる軟磁性体層Ａの磁化Ｍの方向を制御できる。
【０１６７】
一方、再生ヘッドとしては、抵抗値は微小穴ＮＨが設けられた部分の電流コンダクタンスにより再生ができる。すなわち、軟磁性体層Ａは、媒体Ｒの記録層ＲＬからの信号磁界によりその磁化Ｍが回転する。そして、軟磁性体層Ａの磁化Ｍの向きが磁化固着層Ｃ１と平行の時は、微小穴ＮＨは低抵抗を示し、その両側の磁化（ＭとＭ１）が反平行の時は高抵抗を示す。すなわち、微小穴ＮＨを介した磁化固着層Ｃ１と軟磁性体層Ａとの間のコンダクタンスの変化が大きいため、実質的にこれら二つの磁性体層の磁化の平行・反平行の関係により磁気ヘッドの再生出力が決定される。
【０１６８】
但し、このような抵抗変化を検出するためのセンス電流は、センス電流によるスピン注入トルクで軟磁性体層Ａの磁化Ｍが反転しないように、記録時に比べて低く押さえる必要がある。すなわち、本実施例の記録再生型磁気ヘッドは、同じ磁性素子構造を利用しつつ、流す電流の大（記録時）、小（再生時）で記録動作と再生動作とを使い分けることができる。
【０１６９】
図２３は、本実施例の変形例の磁気ヘッドを表す模式断面図である。同図についても、図１乃至図２２に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１７０】
本実施例の磁気ヘッドは、図１６に関して前述した記録ヘッドと、図２２に関して前述した再生ヘッドとを組み合わせた構造を有する。
【０１７１】
すなわち、記録ヘッドとしては、電極ＥＬ１とＥＬ２との間に、所定の記録電流を流す。図２０に関して前述したように、電流の方向に応じて、所定のスピン偏極を有する電子が軟磁性体層Ａに流入し、その磁化Ｍを対応する方向に回転させる。さらに、このスピン偏極電子の一部は、軟磁性体層Ａから記録媒体の記録層ＲＬに流入し、記録ビットの磁化に作用する。すなわち、スピン偏極電子を記録層ＲＬに流すことにより、その磁化を所定の方向に向けて記録ができる。この際に、軟磁性体層Ａの磁化による書き込み磁界を併用してもよい。
【０１７２】
一方、再生ヘッドとしては、図２２に関して前述したものと同様に動作する。すなわち、すなわち、微小穴ＮＨを介した磁化固着層Ｃ１と軟磁性体層Ａとの間のコンダクタンスの変化が大きいため、実質的にこれら二つの磁性体層の磁化の平行・反平行の関係により磁気ヘッドの再生出力が決定される。
【０１７３】
なお、再生ヘッドとして、図２０に表した磁気ヘッドと同様の動作を行わせることも可能である。すなわち、媒体Ｒの記録層ＲＬからその磁化に応じたスピン偏極電子を軟磁性体層Ａに受け取って磁化Ｍを回転させ、微小穴ＮＨを介したコンダクタンスの変化を検出することにより、記録層ＲＬの記録ビットの磁化を検出することができる。
【０１７４】
（第６の実施例）
次に、本発明の第６の実施例として以上説明した磁気ヘッド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、前述した本発明の磁気ヘッドは、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まれ、磁気記録再生装置に搭載することができる。
【０１７５】
図２４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。
【０１７６】
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磁気ヘッドをその先端付近に搭載している。
【０１７７】
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「接触走行型」であってもよい。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
図２５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。
サスペンション１５４の先端には、図１乃至図２３に関して前述したいずれかの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。
【０１８１】
本発明によれば、図１乃至図２３に関して前述したような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媒体ディスク２００に磁気的に情報を記録し、または記録された情報を高感度で確実に読みとることが可能となる。
【０１８２】
なお、本実施例においても、磁化固着層Ｃ１、Ｃ２としては、硬磁性体を用いてもよく、または反強磁性体により磁化固着した軟磁性体を用いてもよい。
【０１８３】
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、磁気ヘッドを構成する強磁性体層、絶縁層、反強磁性体層、非磁性金属層、電極などの具体的な材料や、膜厚、形状、寸法などに関しては、当業者が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ものも本発明の範囲に包含される。
【０１８４】
さらに、本発明を用いる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。
【０１８５】
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気ヘッドを基にして、当業者が適宜設計変更して実施しうるすべての磁気ヘッドも同様に本発明の範囲に属する。
【０１８６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、スピン偏極電流による電流直接駆動型の磁化反転機構によって、軟磁性体層の磁化を所定の方向に反転させることができる。このため、コイルからの漏洩電流磁界を用いる従来の磁気ヘッドと比較して、はるかに高速な磁化反転が可能となる。その結果として、超高密度磁気記録に必要な高い動作周波数を実現することができる。さらにまた、そのサイズも、コイルを用いた場合と比べて大幅にコンパクトとすることができ、トラック幅や記録ビットサイズを縮小することが容易となる。
【０１８７】
すなわち、本発明によれば、従来よりも高い記録密度の磁気ヘッド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】本発明の実施の形態にかかる記録用の磁気ヘッドの要部の基本的な断面構造を例示する模式図である。
【図２】図１の磁気ヘッドにおける磁化反転のメカニズムを説明する模式図である。
【図３】本発明のもう一つの実施形態にかかる磁気ヘッドの要部の基本的な断面構造を例示する模式図である。
【図４】図３に表した磁気ヘッドにおける「磁化反転」のメカニズムを説明するための模式断面図である。
【図５】本発明の実施形態の再生用の磁気ヘッドを表す模式断面図である。
【図６】本発明の第１の実施例にかかる記録用の磁気ヘッドの要部を表す断面図である。
【図７】書き込み電流を低減できる磁気ヘッドを表す模式断面図である。
【図８】反強磁性体層により磁化固着させた磁気ヘッドを例示する模式断面図である。
【図９】磁気バイアス層を設けた磁気ヘッドを表す模式断面図である。
【図１０】磁気バイアス層を設けた磁気ヘッドを表す模式断面図である。
【図１１】磁気バイアス層を設けた磁気ヘッドを表す模式断面図である。
【図１２】磁気バイアス層を設けた磁気ヘッドを表す模式断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施例にかかる記録用の磁気ヘッドを媒体対向面から眺めた平面図である。
【図１４】図１３のＡ−Ａ線断面図である。
【図１５】図１３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１６】記録媒体Ｒに書き込みを行う状態を例示する模式断面図である。
【図１７】磁化固着層Ｃを一層のみとした磁気ヘッドを表す模式断面図である。
【図１８】反強磁性体により磁化固着させた磁気ヘッドを表す模式断面図である。
【図１９】反強磁性体により磁化固着させた磁気ヘッドを表す模式断面図である。
【図２０】本発明の第３の実施例の磁気ヘッドを表す模式断面図である。
【図２１】本発明の第４の実施例の磁気ヘッドを表す模式断面図である。
【図２２】本発明の第５の実施例の磁気ヘッドを表す模式断面図である。
【図２３】第５実施例の変形例の磁気ヘッドを表す模式断面図である。
【図２４】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２５】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。
【符号の説明】
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 媒体ディスク
Ａ 軟磁性体層
ＡＢＳ 媒体対向面
ＡＦ１、ＡＦ２ 反強磁性体層
Ｂ、Ｂ１、Ｂ２ 中間層
ＢＬ 裏打ち層
ＢＹ バックヨーク
Ｃ、Ｃ１、Ｃ２ 磁化固着層
ＥＬ１、ＥＬ２ 電極
Ｉ 電流
ＩＬ、ＩＬ１、ＩＬ２ 絶縁層
Ｍ、Ｍ１、Ｍ２ 磁化
ＨＭ 磁気バイアス層
ＭＢ バイアス磁界
ＮＨ 微小穴
Ｒ 記録媒体
ＲＬ 磁気記録層
ＲＹ リターンヨーク
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ヘッドに関し、特に、磁気ディスク装置等に用いることができ、高密度記録が可能な磁気ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハードディスクドライブにおける磁気記録密度は急激に上昇し、それに伴い、要求される記録周波数も数１００ＭＨｚにまで上昇している。
【０００３】
再生ヘッドに関しては、スピン依存散乱を動作原理に用いたＧＭＲ（Giant Magnet-Resistance）ヘッドの出現により、飛躍的に出力を上げることで高記録密度化に対応した。また、さらなる高記録密度化に対応するため、多くの構造が提案されている。その目的に対応した形で多層膜積層面に垂直に通電するタイプの再生素子が提案されている。例えば、ＴＭＲ（Tunneling-junction Magnet-Resistance）ヘッドやＣＰＰＧＭＲ（Current Perpendicular to the Plane ＧＭＲ）ヘッドなどが、それらの再生素子に相当する。
【０００４】
この素子設計に当たっては、磁化固着されたピン層と外部磁界に反応するフリー層との磁化直交配列や、フリー層の軟磁性化設計や、さらに出力を上げるための界面散乱およびバルク散乱を顕著にするための設計などが重要となる。フリー層の上下をピン層で挟んだ形のＣＰＰＧＭＲ構造は、フリー層上下で界面散乱が発生するため出力の向上が見込まれる。そのためには、上下に挟んだピン層の磁化は、フリー層と直交し、さらに上下のピン層が同一の方向を向いている必要がある。また、外部磁界に敏感に反応するためにはその飽和磁化量を下げる方向が望ましい。
【０００５】
さらに一般的なシールド型ヘッドの場合には、その両脇をシールドで挟み、素子総合膜厚がシールドに収まり、フリー層が略シールドの中間に位置する必要がある。記録ヘッドに比較した光学的なトラック幅方向のパターニングプロセスに関しては、構造が比較的単純であるため焦点深度を浅くしたより微細フォトリソグラフィーがしやすいなどメリットがある。
【０００６】
一方、記録ヘッドにおいては、薄膜工程を経て形成されたコイルに交流電流を流し、コイルに鎖交する記録用磁性体を励磁し、信号情報を記録する原理を用いる。
【０００７】
なお、磁性体に電流を流すことにより磁化反転を起こす技術については、例えば、非特許文献１に開示されている。しかし、これは、磁気ヘッドに関するものではない。
【０００８】
【非特許文献１】
F. J. Albert, et al., Appl. Phy. Lett. 77, 3809 (2000)
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
記録ヘッドにおいては、高密度化が困難になりつつある。すなわち、従来のコイルを用いた方式の場合、外部磁界に対する記録材料の磁化応答はコイルおよび磁気回路のインダクタンスにより制限され、それ以上の高周波対応が原理的に困難である。高周波に対応するためには、磁気回路のインダクタンスを小さくする必要があり、全体に小さく形成しなければならない。トラック幅は、コイルがあるために約１０ミクロンに達する高い段差を越えて加工する必要がある。このため、フォトリソグラフィーの焦点深度の関係から多くの中間プロセスが必要となったり、トラック幅規定工程の歩留まりが悪くなったりと、コスト的な増大を招く。
【００１０】
このように、従来、記録ヘッドは、記録信号をコイルに電流で流し励磁された信号磁界を磁性体に伝達して記録する原理を用いてきて、高記録密度化はそのサイズを小さくすることにより対応してきたが、ここにきて、その原理・構造から壁に突き当たる様相を呈している。
【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り、従来のコイル方式とは根本的に異なる原理により書き込み磁界を発生させ飛躍的な高密度記録が可能な磁気ヘッドを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、磁性体に対してスピン偏極した電流を流すことにより、その磁化を制御する手法を用いて、従来よりも高密度な磁気記録が可能な磁気ヘッドを提供する。スピン偏極した電子を記録磁極に注入することによって磁気ヘッドの磁極の磁化反転を行う。こうすることにより、高周波記録が可能となり、さらに記録コイルが不要になるため狭トラック化が容易となる。また、プロセス数の低減によるコスト的メリットも生ずる。
【００１３】
すなわち、本発明の関連技術の磁気ヘッドは、磁化が第１の方向に実質的に固定された第１の強磁性体層と、磁化の方向が可変の書き込み磁極としての第２の強磁性体層と、前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間に設けられた第１の中間層と、を備え、
前記第１及び第２の強磁性体層の間で電流を流すことによりスピン偏極した電子を前記第２の強磁性層に作用させて前記第２の強磁性層の磁化の方向を前記電流の向きに応じた方向に決定し、
前記決定された前記第２の強磁性体層の前記磁化の方向の記録磁界を磁気記録媒体に与えることによって前記磁気記録媒体に情報を磁気的に記録可能としたことを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、従来のコイル方式とは根本的に異なる原理により書き込み磁界を発生させ飛躍的な高密度記録が可能な磁気ヘッドを提供することができる。
【００１５】
本発明の第１の磁気ヘッドは、磁化が第１の方向に実質的に固定された第１の強磁性体層と、磁化の方向が可変の第２の強磁性体層と、前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間に設けられた第１の中間層と、を備え、
前記第１及び第２の強磁性体層の間で電流を流すことによりスピン偏極した電子を前記第２の強磁性層に作用させて前記第２の強磁性層の磁化の方向を前記電流の向きに応じた方向に決定し、
前記第２の強磁性体層から磁気記録媒体に前記スピン偏極した電子を流すことにより磁気記録媒体の磁化を決定して情報を記録可能としたことを特徴とする。
【００１６】
上記構成によっても、従来のコイル方式とは根本的に異なる原理により書き込み磁界を発生させ飛躍的な高密度記録が可能な磁気ヘッドを提供することができる。
【００１７】
これらの磁気ヘッドにおいて、前記第１の強磁性体層から前記第２の強磁性体層に電子電流を流した場合には、前記第２の強磁性体層の前記磁化の方向は前記第１の方向とされ、前記第２の強磁性体層から前記第１の強磁性体層に電子電流を流した場合には、前記第２の強磁性体層の前記磁化の方向は前記第１の方向とは反対の方向とされるものとすることができる。
【００１８】
また、本発明の第２の磁気ヘッドは、磁化が第１の方向に実質的に固定された第１の強磁性体層と、磁化が前記第１の方向とは反対の第２の方向に実質的に固定された第３の強磁性体層と、前記第１の強磁性体層と前記第３の強磁性体層との間に設けられ、磁化の方向が可変の第２の強磁性体層と、前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間に設けられた第１の中間層と、前記第２の強磁性体層と前記第３の強磁性体層との間に設けられた第２の中間層と、を備え、
前記第１及び第３の強磁性層の間で電流を流すことによりスピン偏極した電子を前記第２の強磁性層に作用させて前記第２の強磁性層の磁化の方向を前記電流の向きに応じた方向に決定し、
前記決定された前記第２の強磁性体層の前記磁化により発生する記録磁界によって磁気記録媒体に情報を磁気的に記録可能としたことを特徴とする。
【００１９】
上記構成によっても、従来のコイル方式とは根本的に異なる原理により書き込み磁界を発生させ飛躍的な高密度記録が可能な磁気ヘッドを提供することができる。
【００２０】
また、本発明の第３の磁気ヘッドは、磁化が第１の方向に実質的に固定された第１の強磁性体層と、磁化が前記第１の方向とは反対の第２の方向に実質的に固定された第３の強磁性体層と、前記第１の強磁性体層と前記第３の強磁性体層との間に設けられ、磁化の方向が可変の第２の強磁性体層と、前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間に設けられた第１の中間層と、前記第２の強磁性体層と前記第３の強磁性体層との間に設けられた第２の中間層と、を備え、
前記第１及び第３の強磁性層の間で電流を流すことによりスピン偏極した電子を前記第２の強磁性層に作用させて前記第２の強磁性層の磁化の方向を前記電流の向きに応じた方向に決定し、
前記第２の強磁性体層から磁気記録媒体に前記スピン偏極した電子を流すことにより磁気記録媒体の磁化を決定して情報を記録可能としたことを特徴とする。
【００２１】
上記構成によっても、従来のコイル方式とは根本的に異なる原理により書き込み磁界を発生させ飛躍的な高密度記録が可能な磁気ヘッドを提供することができる。
これら第２及び第３の磁気ヘッドにおいて、前記第１の強磁性体層から前記第２の強磁性体層を介して前記第３の強磁性体層に向けて電子電流を流した場合には、前記第２の強磁性体層の前記磁化の方向は前記第１の方向とされ、
前記第３の強磁性体層から前記第２の強磁性体層を介して前記第１の強磁性体層に向けて電子電流を流した場合には、前記第２の強磁性体層の前記磁化の方向は前記第２の方向とされるものとすることができる。
【００２２】
また、上記のいずれの磁気ヘッドにおいても、前記第２の強磁性体層の前記磁化は、前記電流を流さない状態においては前記第１の方向と略直交した方向を向いているものとすることができる。
【００２５】
また、上記いずれの磁気ヘッドにおいても、前記第１の強磁性層は、隣接して設けられた反強磁性体層によりその磁化方向が固定されてなるものとすることができる。
【００２６】
また、前記第１及び第３の強磁性層の少なくともいずれかは、隣接して設けられた反強磁性体層によりその磁化方向が固定されてなるものとしてもよい。
【００２７】
一方、本発明の磁気記録装置は、上記いずれかの磁気ヘッドを備え、磁気記録媒体に情報を磁気的に記録可能としたことを特徴とする。
【００２９】
【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。
【００３０】
図１は、本発明の実施の形態にかかる記録用の磁気ヘッドの要部の基本的な断面構造を例示する模式図である。この磁気ヘッドは、磁化が実質的に一方向に固着された磁性体からなる磁化固着層Ｃと、非磁性体からなる中間層Ｂと、磁化固着層Ｃよりも磁気的にソフトな軟磁性体層Ａと、が積層された構造を有する。つまり、磁化固着層の磁化１は、一方向に固定され、軟磁性体層Ａの磁化Ｍは、反転可能とされている。
【００３１】
磁化固着層Ｃは、例えば、軟磁性体層Ａよりも磁気的なハード（硬い）な磁性体により形成できる。また、磁化固着層Ｃの材料が、軟磁性体層Ａよりも磁気的なハードな磁性体ではない場合には、反強磁性体（図示せず）などによりその磁化Ｍ１を所定の方向に固着したものでもよい。この点については、後に実施例を参照しつつ詳述する。
【００３２】
磁化固着層Ｃ、中間層Ｂ及び軟磁性体層Ａには、それぞれ図示しない電流供給手段により、同図に矢印で示したいずれかの方向に電流Ｉが流される。そして、この電流Ｉにより軟磁性体層Ａの磁化Ｍを所定の方向に向け、その磁化Ｍにより、記録媒体Ｒに記録磁界を与えて所定の情報を磁気的に記録することができる。つまり、スピン偏極電流によって、軟磁性体層Ａの磁化を反転させる。そして、軟磁性体層Ａは、磁気ヘッドの「書き込み磁極」または「記録磁極」として作用する。
【００３３】
図２は、本具体例の磁気ヘッドにおける磁化反転のメカニズムを説明する模式図である。
【００３４】
すなわち、まず同図（ａ）に表したように、磁化固着層Ｃから軟磁性体層Ａに向けて電子電流Ｉを流すと、軟磁性体層Ａの磁化Ｍを、磁化固着層Ｃの磁化Ｍ１と同方向に反転させることができる。つまり、この方向に電子電流Ｉを流した場合、電子のスピンはまず、磁化固着層Ｃにおいてその磁化Ｍ１の方向に応じて偏極される。つまり、磁化固着層Ｃは、「スピン偏極電子エミッタ」として作用する。そして、このようにスピン偏極された電子が軟磁性体層Ａに流入して、その磁化Ｍを磁化固着層Ｃの磁化Ｍ１と同方向に反転させる。
【００３５】
これに対して、図２（ｂ）に表したように、軟磁性体層Ａから磁化固着層Ｃに向けて電子電流Ｉを流すと、これとは逆方向に書き込むことができる。すなわち、磁化固着層Ｃの磁化Ｍ１に対応したスピン電子は、磁化固着層Ｃを容易に通過できのに対して、磁化Ｍ１と逆方向のスピン電子は、中間層Ｂと磁化固着層Ｃとの界面において高い確率で反射される。そして、このように反射されたスピン偏極電子が軟磁性体層Ａに戻ることにより、軟磁性体層Ａの磁化Ｍを、磁化固着層Ｃの磁化Ｍ１とは逆の方向に反転させる。
【００３６】
このように、電流の方向に応じて軟磁性体層Ａの磁化Ｍを所定の方向に向け、その磁化Ｍを記録媒体Ｒに作用させることにより、磁気記録が可能となる。
【００３７】
また、後に実施例を参照しつつ詳述するように、本発明においては、軟磁性体層Ａから記録媒体Ｒに対してスピン偏極した電流を流すことにより記録媒体Ｒに情報を記録することも可能である。
【００３８】
このように、本発明においては、スピン偏極電流による電流直接駆動型の磁化反転機構によって、軟磁性体層Ａの磁化Ｍを所定の方向に反転させることができる。このため、コイルからの漏洩電流磁界を用いる従来の磁気ヘッドと比較して、はるかに高速な磁化反転が可能となる。その結果として、超高密度磁気記録に必要な高い動作周波数を実現することができる。さらにまた、そのサイズも、コイルを用いた場合と比べて大幅にコンパクトとすることができ、トラック幅や記録ビットサイズを縮小することが容易となる。
【００３９】
図３は、本発明のもう一つの実施形態にかかる磁気ヘッドの要部の基本的な断面構造を例示する模式図である。この磁気ヘッドも記録用のヘッドであり、硬磁性体からなる磁化固着層Ｃ１と、非磁性体からなる中間層Ｂ１と、磁化固着層Ｃよりも磁気的にソフトな軟磁性体層Ａと、非磁性体からなる中間層Ｂ２と、硬磁性体からなる磁化固着層Ｃ２と、がこの順に積層された構造を有する。磁化固着層Ｃ１、Ｃ２は、その磁化Ｍ１、Ｍ２が互いに反平行な方向に実質的に固着されている。また、軟磁性体層Ａは、その磁化Ｍが可変とされている。
【００４０】
本具体例の磁気ヘッドも、両端の磁化固着層Ｃ１、Ｃ２間に電流Ｉを流すことによって、軟磁性体層Ａの磁化Ｍの方向を制御することができる。そして、このようにして、軟磁性体層Ａの磁化Ｍに対応した記録磁界により記録媒体Ｒに情報を磁気的に書き込むことができる。
【００４１】
図４は、図３に表した磁気ヘッドにおける「磁化反転」のメカニズムを説明するための模式断面図である。２つの磁化固着層Ｃ１、Ｃ２を設け、これらの界面を横切るように電流Ｉを流して、軟磁性体層Ａの磁化Ｍを反転せさるメカニズムは、次のとおりである。
【００４２】
まず、図４（ａ）において、磁化Ｍ１を有する第１の磁化固着層Ｃ１を通過した電子は、磁化Ｍ１の方向のスピンをもつようになり、これが軟磁性体層Ａへ流れると、このスピンのもつ角運動量が軟磁性体層Ａへ伝達され、磁化Ｍに作用する。一方、第２の磁化固着層Ｃ２の磁化Ｍ２は、磁化Ｍ１とは逆向きである。このため、電子の流れが第２の磁化固着層Ｃ２へ入る界面においては、磁化Ｍ１と同方向のスピン（同図において上向き）を有する電子は反射され、第２の磁化固着層Ｃ２に接した中間層Ｂ２に溜まる。この逆向きスピンは、やはり軟磁性体層Ａに作用する。すなわち、第１の磁化固着層Ｃ１を通過してきたスピン電子が、軟磁性体層Ａに対して２回作用するため、実質的に２倍の書き込み作用が得られる。その結果として、軟磁性体層Ａに対する書き込みを、図１に表した磁気ヘッドよりも小さい電流で実施できる。
【００４３】
また、図４（ｂ）は、電流Ｉを反転させた場合を表す。この場合には、電流Ｉを構成する電子は、まず、第２の磁化固着層Ｃ２の磁化Ｍ２の作用を受けて、この方向（同図において下向き）のスピンを有する。このスピン電子は、軟磁性体層Ａにおいてその磁化Ｍに作用する。さらに、スピン電子は、それとは逆向きの磁化Ｍ１を有する第１の磁化固着層Ｃ１との界面において反射されて、中間層Ｂ２に溜まり、もう一度、軟磁性体層Ａの磁化Ｍに作用する。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態によれば、２つの磁化固着層の磁化Ｍ１、Ｍ２を反平行としたことにより、軟磁性体層Ａへ働くスピン方向は最終的に同一方向となり、２倍の作用が働く。その結果として、軟磁性体層Ａの磁化の反転のための電流を低減することが可能となる。
【００４５】
次に、本発明の実施の形態にかかる再生用の磁気ヘッドについて説明する。
【００４６】
図５は、本発明の実施形態の再生用の磁気ヘッドを表す模式断面図である。すなわち、再生用の磁気ヘッドの場合、磁化固着層Ｃと軟磁性体層Ａとの間には絶縁層ＩＬが設けられ、この絶縁層ＩＬに形成された微小穴ＮＨによって磁化固着層Ｃと軟磁性体層Ａとは接触している。なお、図５においては微小穴ＮＨをひとつのみ表したが、本発明はこれには限定されず、複数の微小穴ＮＨが設けられていてもよい。また、磁化固着層Ｃは、例えば、硬磁性体により形成することができる。
【００４７】
このように、磁化固着層Ｃと軟磁性体層Ａとが微小穴ＮＨを介して接続されていると、いわゆる「磁性ポイントコンタクト」が形成され、極めて大きい磁気抵抗効果が得られる。従って、この微小穴ＮＨを介した両側の磁性層の間での磁気抵抗効果を検出することにより、軟磁性体層Ａの磁化Ｍの方向を容易に判定することができる。
【００４８】
すなわち、この磁気ヘッドの軟磁性体層Ａから電極ＥＬ１に電流が流れる場合のコンダクタンスは、軟磁性体層Ａの磁化Ｍと、磁化固着層Ｃとの磁化Ｍ１との相対的な方向に依存する。図５に表した具体例の場合、もし、軟磁性体層Ａの磁化ＭがＡＢＳの方を向いていた時には、磁化固着層Ｃの磁化Ｍ１の向きと平行になる。この場合には、微小穴ＮＨにおける磁化固着層Ｃと軟磁性体層Ａとの界面には、磁壁が存在しない。
【００４９】
一方、もし軟磁性体層Ａの磁化Ｍが磁化固着層Ｃの磁化Ｍ１と逆方向の場合には、微小穴ＮＨにおける軟磁性体層Ａと磁化固着層Ｃとの界面には、磁壁が存在する。この場合、軟磁性体層Ａと磁化固着層Ｃとの接触部が微小穴ＮＨで絞られているため急峻な磁壁が存在することとなる。このため、軟磁性体層Ａと電極ＥＬ１との間のコンダクタンスは、磁化が並行の場合をＣｐ、反平行の場合をＣａｐとすると、Ｃｐ＞Ｃａｐとなる。
【００５０】
軟磁性体層Ａの磁化Ｍは、媒体の記録層ＲＬに記録されている信号磁界を受けてその方向に回転される。その磁化Ｍの方向を、上述の如く微小穴ＮＨを介したコンダクタンスの変化により検出できる。
【００５１】
一方、軟磁性体層Ａは、媒体の記録層ＲＬからスピン偏極電子を受け取って、その磁化Ｍの方向を変えることもできる。すなわち、磁気ヘッドを媒体Ｒに対して接触走行させた場合、媒体Ｒを電気的に接地し、磁気ヘッドの電極ＥＬ１の電位をアース（接地電位）より上げた電気回路を構成することで、媒体Ｒから軟磁性体層Ａへ電子が流入することとなる。すなわち、記録層ＲＬの記録磁化に応じたスピン偏極電子が軟磁性体層Ａに流入する。すると、軟磁性体層Ａの磁化Ｍの方向は、このスピン偏極電子により制御される。その結果として、記録層ＲＬの記録磁化が磁化固着層Ｃと同方向の場合のコンダクタンスはＣｐ（抵抗小）となり、逆方向の場合のコンダクタンスはＣａｐ（抵抗大）となる。
【００５２】
ここで、軟磁性体層Ａの磁化Ｍの方向を変化させる力は、記録層ＲＬから流入するスピン偏極電子によるトルクと、記録層ＲＬに記録されている信号磁界によるトルクの２つである。信号磁界に関しては、その記録ビット以外からの漏れ信号によるノイズ（いわゆる「サイドリーディング」または「クロストーク」）が入ってしまう可能性がある。
【００５３】
これに対して、スピン偏極電子による読みとりの場合、軟磁性体層Ａの保磁力Ｈｃを適宜大きくすることで信号磁界のサイドリーディングを防ぎつつ、電気的に接触している記録ビットのみの記録信号を読み取ることができる。このように、スピン偏極電子によるトルクによって軟磁性体層Ａの磁化Ｍを回転させるようにすれば、接触している記録ビットのみの信号磁界を読むことが容易であり、磁束を検出して信号を再生する方式と比べて外乱に強く、分解能に優れ、トラック幅方向やトラック長手方向のシールドを不要とすることもできる。
【００５４】
ここで、微小穴ＮＨの開口径は、概ね２０ｎｍ以下であることが望ましい。また、微小穴ＮＨの開口形状は、円錐状、円柱状、球状、多角錘状、多角柱状などの各種の形状を取りうる。また、微小穴ＮＨの数は、１個でも複数でもよい。
【００５５】
次に、本発明の記録用または再生用の磁気ヘッドを構成する各要素について詳述する。
【００５６】
まず、磁化固着層Ｃ、Ｃ１、Ｃ２と、軟磁性体層Ａ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、ＣｒＯ２、Ｆｅ３Ｏ４、Ｌａ１―ＸＳｒＸＭｎＯ３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。
【００５７】
ここで「磁性半導体」としては、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）の少なくともいずれかの磁性元素と、化合物半導体または酸化物半導体とからなるものを用いることができ、具体的には、例えば、（Ｇａ、Ｃｒ）Ｎ、（Ｇａ、Ｍｎ）Ｎ、ＭｎＡｓ、ＣｒＡｓ、（Ｇａ、Ｃｒ）Ａｓ、ＺｎＯ：Ｆｅ、（Ｍｇ、Ｆｅ）Ｏなどを挙げることができる。
【００５８】
本発明においては、磁化固着層Ｃ、Ｃ１、Ｃ２、軟磁性体層Ａの材料として、これらのうちから用途に応じた磁気特性を有するものを適宜選択して用いればよい。
【００５９】
また、これら磁性層に用いる材料としては、連続的な磁性体でもよく、あるいは非磁性マトリクス中に磁性体からなる微粒子が析出あるいは形成されてなる複合体構造を用いることもできる。このような複合体構造としては、例えば、「グラニュラー磁性体」などと称されるものを挙げることができる。
【００６０】
またさらに、軟磁性体層Ａの材料として、［（ＣｏあるいはＣｏＦｅ合金）／（ＮｉＦｅあるいはＮｉＦｅＣｏからなるパーマロイ合金あるいはＮｉ）］からなる２層構造、あるいは［（ＣｏあるいはＣｏＦｅ合金）／（ＮｉＦｅあるいはＮｉＦｅＣｏからなるパーマロイ合金あるいはＮｉ）／（ＣｏあるいはＣｏＦｅ合金）］からなる３層構造の積層体を用いることもできる。
【００６１】
一方、中間層Ｂ、Ｂ１、Ｂ２の材料としては、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ルテニウム（Ｒｕ）あるいはこれらのいずれか一種以上を含む合金をはじめとし、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、シリコン（Ｓｉ）及び鉄（Ｆｅ）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、フッ化物からなる絶縁体を用いることができる。また、これら中間層に酸素等の異種元素が添加していてもよい。さらに、絶縁層の場合にはピンホールが形成され、そこに磁性層が進入していてもよい。
【００６２】
また一方、本発明においては、磁化固着層Ｃ、Ｃ１、Ｃ２の磁化を反強磁性体により固着することもできる。この場合に用いることができる反強磁性体の材料としては、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）、イリジウムマンガン（ＩｒＭｎ）、白金イリジウムマンガン（ＰｔＩｒＭｎ）などを用いることが望ましい。また、層間結合を使って固着させる際の中間層としては、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ルテニウム（Ｒｕ）あるいはこれらのいずれか一種以上を含む合金が好ましい。
【００６３】
以下、実施例を参照しつつ、本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明する。
【００６４】
（第１の実施例）
図６は、本発明の第１の実施例にかかる記録用の磁気ヘッドの要部を表す断面図である。
すなわち、本実施例の磁気ヘッドは、電極ＥＬ１、中間層Ｂ１、軟磁性体層Ａ、中間層Ｂ２、硬磁性体層Ｃ、電極ＥＬ２、リターンヨークＲＹをこの順に積層した構造を有する。記録媒体Ｒとの対向面の裏側には、絶縁層ＩＬを介してバックヨークＢＹが設けられている。
【００６５】
本実施例における軟磁性体層Ａの磁化Ｍの反転のメカニズムは、図２に関して前述した通りである。すなわち、電極ＥＬ１とリターンヨークＲＹとの間で所定の向き記録信号電流ＲＳを流すことにより、軟磁性体層Ａの磁化Ｍを適宜反転させ、その磁界により、記録媒体Ｒに情報を書き込むことができる。
【００６６】
記録媒体Ｒは、例えば、図示した如く、軟磁性体からなる裏打ち層ＢＬの上に磁性体記録層ＲＬが設けられたものを用いることができる。この場合、磁気ヘッドの「書き込み磁極」すなわち軟磁性体層Ａから放出された記録磁界は、裏打ち層ＢＬからリターンヨークＲＹ、バックヨークＢＹを介して軟磁性体層Ａに環流し、閉磁気回路を形成できる点で有利である。以下、本実施例の磁気ヘッドの構成について、その製造工程を参照しつつさらに詳細に説明する。
【００６７】
図６に表した磁気ヘッドのリターンヨークＲＹは、例えば、この磁気ヘッドに隣接して設けられる再生ヘッド（図示せず）の磁気シールドと兼用することができる。そして、この場合には、図示しない再生ヘッドを形成した後に、このリターンヨークＲＹの上に図６の磁気ヘッドを形成することができる。
【００６８】
すなわち、まず、リターンヨークＲＹの上に、モリブデン・タングステン（ＭｏＷ）からなる電極ＥＬ２（膜厚３０ｎｍ）を形成する。次に、硬磁性体層Ｃの下地膜となるクロム（Ｃｒ）層（膜厚５ｎｍ）を形成し、その上に、硬磁性体層Ｃとして、飽和磁束密度１Ｔ（テスラ）のコバルト白金（ＣｏＰｔ）合金層（膜厚３０ｎｍ）を形成する。このＣｏＰｔ層は、その保磁力Ｈｃが１．５ＫＯｅ（キロエルステッド）となる条件で形成することができる。
【００６９】
さらに、中間層Ｂ２として銅（Ｃｕ）層（膜厚５ｎｍ）を形成し、その上に軟磁性体層Ａとして飽和磁束密度２．３Ｔの鉄コバルト・ニッケル（ＦｅＣｏＮｉ）合金層を膜厚１０ｎｍとなるように形成する。次に、中間層Ｂ１として銅（Ｃｕ）層を１５ｎｍ成膜し、その後、トラック幅方向のパターニングを行う。
【００７０】
パターニングは、電子線（ＥＢ）レジストを所定のトラック幅（例えば、５０ｎｍ）にパターニングして、イオンミリングにより電極ＥＬ２の表面までエッチングし、さらにＭｏＷ電極ＥＬ２はフレオン系ガスによるＲＩＥ（Reactive Ion
Etching）により加工することができる。
【００７１】
次に、エッチングした部分（例えば、深さが９５ｎｍ程度）を埋め込むようにＳｉＯ２膜を成膜し、ＥＢレジストをリフトオフする。これによりトラック幅の規定とＳｉＯ２絶縁膜によるトラックまわりの平坦化ができる。
【００７２】
次に、バックヨーク側のパターニングを行うため、マスクとしてフォトレジストを約３μｍ幅で形成する。そして、トラック幅加工と同じようにイオンミリングとＲＩＥを用いて電極ＥＬ２までエッチングを行う。そして、絶縁層ＩＬとしてＳｉＯ２膜（膜厚５ｎｍ）を堆積し、さらにバックヨークＢＹとしてニッケル鉄（ＮｉＦｅ）合金膜（膜厚９０ｎｍ）を堆積し、さらにＳｉＯ２膜（膜厚２５ｎｍ）を形成してリフトオフする。このようにして裏面側も絶縁層ＩＬおよびバックヨークＢＹにて埋めこみ平坦化できる。バックヨークＢＹは、絶縁層ＩＬによって硬磁性体層Ｃや軟磁性体層Ａなどと絶縁される。
【００７３】
その後、電極ＥＬ１としてＭｏＷ合金層（膜厚０．２μｍ）を形成し、電極の形状に加工する。その後、通常のヘッドのように媒体走行面（air bearing surface：ＡＢＳ）を形成するための切断・研磨加工を行うことで、ＡＢＳに硬磁性体層Ｃおよび軟磁性体層Ａが現れ、磁気ヘッドの要部が完成する。
【００７４】
このようにして形成した磁気ヘッドは、図１及び図２に関して前述したように電流により書き込み磁界を適宜反転生成することができる。すなわち、電極ＥＬ１から硬磁性体層Ｃを介して軟磁性体層Ａの方向に電子電流を流すことにより、硬磁性体層Ｃからスピン偏極した電子が軟磁性体層Ａに流入し、軟磁性体層Ａの磁化Ｍの方向は、硬磁性体層Ｃの磁化Ｍ１の方向と同じ方向となる。
【００７５】
一方、電極ＥＬ２から電極ＥＬ１に向けて電子電流を流した場合には、硬磁性体層Ｃの界面に入射したスピン偏極電子のうち硬磁性体層Ｃと逆向きのスピンを有するのものは反射されて軟磁性体層Ａに流入する。その結果として、軟磁性体層Ａの磁化Ｍは硬磁性体層Ｃの磁化Ｍ１とは逆方向を向くこととなる。つまり、軟磁性体層Ａと硬磁性体層Ｃの磁化の方向が逆方向の場合には、軟磁性体層Ａの磁化反転は起こらず、両者が同方向の場合に磁化反転が生じる。
【００７６】
このように、軟磁性体層Ａに流れ込む電子のスピン偏極方向を制御することで、高飽和磁束密度を有する軟磁性体層Ａの磁化方向を制御することができる。この軟磁性体層Ａは磁気ヘッドの「記録磁極」または「書き込み磁極」として作用することとなる。
【００７７】
一方、記録媒体Ｒとしては、図示したように、軟磁性裏打ち層ＢＬと垂直磁気記録層ＲＬとを有する垂直記録媒体を用いることができる。この記録媒体Ｒの上を、例えば浮上量２ｎｍにて本実施例の記録ヘッドを浮上走行させることができる。軟磁性裏打ち層ＢＬが設けられた記録媒体を使用することで、磁気ヘッドの記録磁極である２．３Ｔと高い飽和磁束密度を有する軟磁性体層Ａからの磁束により媒体に記録することができる。記録媒体の保磁力Ｈｃは、軟磁性体層Ａからの磁束により記録が可能であり、且つ、低飽和磁束密度である硬磁性体層Ｃからの磁束では記録されないように設定すればよい。
【００７８】
記録磁極（軟磁性体層Ａ）から放出された記録磁束は、記録媒体の記録層ＲＬに磁化情報を記録し、軟磁性裏打ち層ＢＬを通り、リターンヨークＲＹに吸い上げられ、バックヨークＢＹを通り、記録磁極に戻る。
【００７９】
ここで、記録媒体Ｒへの書き込み時以外の書き込みを防止するために、電流が流されていない状態において、軟磁性体層Ａの磁化Ｍが、硬磁性体層Ｃの磁化Ｍ１と略直交方向になるような磁気バイアスを加えてもよい。
【００８０】
ただし、軟磁性体層Ａが磁区安定化のためにバイアスを加えられることで、磁化回転のための必要トルクは上昇する。したがって、その分だけ偏極電子の電流量も増加させる必要がある。特に、軟磁性体層Ａを磁化固着層と逆方向に磁化回転させる場合（電子が軟磁性体層Ａから磁化固着層へ流入する方向）、磁化固着層での電子反射確率やスピン偏極率の問題から、磁化固着層方向への磁化回転の場合よりもより多くの電子電流が必要になる。
【００８１】
これに対して、図３及び図４に関して前述した構造を採用すれば、書き込み電流を低減できる。
【００８２】
図７は、書き込み電流を低減できる磁気ヘッドを表す模式断面図である。すなわち、軟磁性体層Ａの両側に、それぞれ中間層Ｂ１、Ｂ２を介して硬磁性体層Ｃ１、Ｃ２を設ける。これらの磁化Ｍ１、Ｍ２の向きを互いに逆向きにしておくことで、図３及び図４に関して前述したように、書き込み電流を低減できる。
【００８３】
以下、本具体例の磁気ヘッドについて、その製造工程を参照しつつ説明する。
【００８４】
まず、図示しない再生ヘッドを形成し、その磁気シールドを兼用するリターンヨークＲＹの上に、電極ＥＬ２としてＭｏＷ層（膜厚３０ｎｍ）を形成する。
【００８５】
次に、硬磁性体層Ｃ２の下地膜となるＣｒ層（膜厚５ｎｍ）を形成し、その上に硬磁性体層Ｃ２として、飽和磁束密度１ＴのＣｏＰｔ合金（膜厚３０ｎｍ）を形成する。このＣｏＰｔは、例えば、保磁力Ｈｃが１．５ＫＯｅとなる条件で形成することができる。さらに、中間層Ｂ２として銅（Ｃｕ）層（膜厚５ｎｍ）を形成し、その上に軟磁性体層Ａとして、飽和磁束密度２．３Ｔを有するＦｅＣｏＮｉ合金層を１０ｎｍ形成する。さらに、硬磁性体層Ｃ１として、飽和磁束密度１ＴのＣｏ層（膜厚３０ｎｍ）を形成する。硬磁性体層Ｃ１の保磁力Ｈｃは、例えば１ＫＯｅとなる条件で形成できる。
【００８６】
この段階で、硬磁性体層Ｃ１を２ＫＯｅの磁界で媒体走行面（ＡＢＳ）の方向に着磁し、さらに１．２ＫＯｅの磁界をＡＢＳとは逆向きに印加することによりと硬磁性体層Ｃ２を着磁する。このようにして、硬磁性体層Ｃ１、Ｃ２の磁化方向を互いに逆向きになるようにすることができる。
【００８７】
次に、図６に表した磁気ヘッドに関して前述したものと同様の工程により、トラック幅方向のパターニングを行い、さらに絶縁層ＩＬとバックヨークＢＹを形成する。
【００８８】
その後、電極ＥＬ１として、ＭｏＷ合金層（膜厚０．２μｍ）を形成して、電極形状に加工する。さらに、媒体走行面をだすための切断・研磨加工を行うことで、ＡＢＳに互いに逆方向に磁化された硬磁性体層Ｃ１、Ｃ２および軟磁性体層Ａが現れる。
【００８９】
このようにして形成した磁気ヘッドは、図３及び図４に関して前述したように、スピン偏極電流により記録磁界を反転させることができる。すなわち、電極ＥＬ１から電極ＥＬ２に向けて電子電流を流すことにより、軟磁性体層Ａの磁化Ｍは硬磁性体層Ｃ１の磁化Ｍ１と同じ方向になる。一方、電極ＥＬ２から電極ＥＬ１に向けて電子電流を流すと、軟磁性体層Ａの磁化Ｍは硬磁性体層Ｃ２の磁化Ｍ２の方向を向くこととなる。
【００９０】
この時、図４に関して前述したように、軟磁性体層Ａを通過したスピン偏極電子のうちで硬磁性体層の界面で反射された電子が再び軟磁性体層Ａに作用するため、電流書き込み効果が倍増し、小さな書き込み電流で軟磁性体層Ａの磁化反転が可能となる。
【００９１】
一方、本発明においては、磁化固着層として、硬磁性体層の代わりに反強磁性体層により磁化固着した軟磁性体層を用いることもできる。
【００９２】
図８は、反強磁性体層により磁化固着させた磁気ヘッドを例示する模式断面図である。同図については、図１乃至図７に関して前述したものと同様の要素については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９３】
本具体例の磁気ヘッドの場合、磁化固着層Ｃ１、Ｃ２は、それぞれ軟磁性体により形成されている。そして、これらに隣接して設けられた反強磁性体層ＡＦ１、ＡＦ２により、磁化Ｍ１、Ｍ２が固着されている。以下、この磁気ヘッドの構造について、その製造工程を参照しつつ説明する。
【００９４】
まず、図示しない再生ヘッドの磁気シールドを兼用するリターンヨークＲＹの上に、ＭｏＷからなる電極ＥＬ２（膜厚３０ｎｍ）を形成する。次に、反強磁性体層ＡＦ２として、白金マンガン（ＰｔＭｎ）合金層（膜厚１５ｎｍ）を形成し、さらにその上に磁化固着層Ｃ２を構成する軟磁性体として飽和磁化Ｂｓが約１ＴのＮｉＦｅ合金層を１０ｎｍ形成する。さらに、中間層Ｂ２として銅（Ｃｕ）層（膜厚５ｎｍ）を形成し、その上に軟磁性体層Ａとして飽和磁束密度２．３Ｔを有するＦｅＣｏＮｉ合金層を１０ｎｍ形成する。
【００９５】
次に、中間層Ｂ１としてＣｕ層（膜厚５ｎｍ）を形成し、さらに磁化固着層Ｃ１を構成する軟磁性体として飽和磁化Ｂｓが約１ＴのＮｉＦｅ合金層を１０ｎｍ形成し、さらにその上にイリジウム・マンガン（ＩｒＭｎ）合金からなる反強磁性体層ＡＦ１（膜厚１０ｎｍ）を形成する。
【００９６】
この際、ＡＢＳ（媒体対向面）が形成される方向に磁界を印加しながら成膜を行った。すなわち、ＡＢＳと逆方向に１０ＫＯｅの磁界を印加しながら２７０℃で１０時間の加熱処理を行った。これにより、反強磁性体層ＡＦ２を構成するＰｔＭｎ合金層に隣接した軟磁性体からなる磁化固着層Ｃ２の磁化Ｍ２は、ＡＢＳと反対方向に固着される。
【００９７】
次に、ＡＢＳ方向に１０ＫＯｅの磁界を印加しながら２００℃で１時間の熱処理を加えた。これにより、反強磁性体層ＡＦ１を構成するＩｒＭｎ合金層に隣接した軟磁性体からなる磁化固着層Ｃ１の磁化Ｍ１は、ＡＢＳ方向を向いて固着される。
【００９８】
このような磁化配列を与えることにより、電子がＡＢＳ方向に磁化固着された磁化固着層Ｃ１から記録磁極である軟磁性体層Ａに流入するときは、軟磁性体層Ａの磁化ＭはＡＢＳ向きとなり、逆に、ＡＢＳと反対方向に磁化固着された磁化固着層Ｃ２から軟磁性体層Ａに電子が流入するときは、軟磁性体層Ａの磁化ＭはＡＢＳと逆方向を向くこととなる。
【００９９】
このように、硬磁性体の代わりに反強磁性体層と薄い軟磁性体層とを組み合わせて磁化固着させることができる。また、一対の磁化固着層Ｃ１、Ｃ２のうちのいずれか一方のみを硬磁性体により形成してもよい。
【０１００】
図６乃至図８に表した磁気ヘッドの場合、トラック幅方向の加工の後に、その部分を絶縁層で埋め込んだ構造を有する。その絶縁層で埋め込んだ部分に、バイアス層を埋めこんで、軟磁性体層Ａの磁化Ｍを媒体面に平行な方向に磁気バイアスすると、スムーズでノイズフリーな磁化回転が得られる。
【０１０１】
図９乃至図１２は、このようなバイアス層を設けた磁気ヘッドを表す模式断面図である。すなわち、これらの図は、媒体対向面から見た断面図である。
【０１０２】
図９乃至図１２に表した磁気ヘッドは、磁化固着層Ｃ１、Ｃ２の磁化固着を反強磁性体層ＡＦ１、ＡＦ２により行う構造を有する。そして、トラック幅の加工を電極ＥＬ１まで行った後、軟磁性体層Ａを直交バイアスするため、ＳｉＯ２からなる絶縁層ＩＬと、コバルト白金（ＣｏＰｔ）からなる磁気バイアス層ＨＭと、ＳｉＯ２からなる絶縁層ＩＬを積層させて形成することができる。
【０１０３】
そして、これら磁気バイアス層ＨＭからのバイアス磁界ＭＢにより、軟磁性体層Ａの磁化Ｍは、媒体対向面に対して略平行な方向にバイアスされている。このようにすると、記録電流を流して軟磁性体層Ａの磁化Ｍを磁化固着層Ｃ１またはＣ２の磁化方向に磁化反転させる時に、磁化の回転量が約９０度と小さくなり、磁化回転がスムーズで且つ磁気ノイズも低減する。さらに、無通電状態で軟磁性体層Ａの磁化が媒体方向を向くことによる媒体情報の消去を防ぐことができる。
【０１０４】
図９に表した磁気ヘッドは、トラック幅加工を電極ＥＬ１まで行った後、ＳｉＯ２絶縁層ＩＬ（膜厚７ｎｍ）、ＣｏＰｔ磁気バイアス層ＨＭ（膜厚８０ｎｍ）、ＳｉＯ２絶縁層ＩＬ（膜厚２０ｎｍ）を形成し、最後に電極ＥＬ２を形成したものである。磁気バイアス層ＨＭの回りを絶縁層ＩＬで覆っているのは、記録電流が磁気バイアス層ＨＭへリークして効率を低下させないためのものである。磁気バイアス層ＨＭの材料としてＣｏＰｔの代わりにガンマヘマタイトのように高抵抗の硬磁性材料を使うことにより、絶縁層ＩＬを省くことも可能である。
【０１０５】
図１０に表した磁気ヘッドは、トラック幅加工を中間層Ｂ１までで止めた構造を有する。こうすることで、トラック幅加工の深さを浅くすることができ、その結果としてトラック幅加工に伴うトラック幅の誤差を小さくすることができる。また、通電される微小領域の長さが短くなるために発熱を低下させ、その結果、より大電流を流して確実な軟磁性体層Ａの磁化回転を起こさせたり、発熱に伴う信頼性の低下を防ぐことができる。なお、図１０においては、中間層Ｂ１の全体を加工しているが、中間層Ｂ１の途中までの加工でも同様の効果が得られる。
【０１０６】
図１１に表した磁気ヘッドの場合、トラック幅に加工された部分は中間層Ｂ１、軟磁性体層Ａ、中間層Ｂ２に限定されている。このようにすると、発熱領域を軟磁性体層Ａの部分に限定できるため、発熱を低下させ、その結果、より大電流を流して確実な軟磁性体層Ａの磁化回転を起こさせたり、発熱に伴う信頼性の低下を防ぐことができる。
【０１０７】
この場合、中間層Ｂ２まで成膜した後、トラック幅の加工、さらに磁気バイアス層ＨＭの成膜を行い、改めて軟磁性体からなる磁化固着層Ｃ２、反強磁性体層ＡＦ２を形成することができる。
【０１０８】
図１２に表した磁気ヘッドは、軟磁性体層Ａまで成膜の後、トラック幅の加工および磁気バイアス層ＨＭの成膜を行い、その後、中間層Ｂ２、軟磁性体からなる磁化固着層Ｃ２、反強磁性体層ＡＦ２を形成したものである。このように一対の磁気バイアス層ＨＭを上に盛り上がらせて、その間に中間層Ｂ２を埋め込むと、その次に埋め込まれる磁化固着層Ｃ２（軟磁性体）の埋め込み幅（ＴＷ２）は、トラック幅加工した軟磁性体層Ａの幅（ＴＷ１）よりも狭くなる。このように、一方の磁化固着層Ｃ２の幅を小さくすることで、軟磁性体層Ａにおける通電領域を制限することができる。そのため、実質的な磁極の幅を、リソグラフィーを用いたトラック幅加工サイズよりも小さくすることが可能となり、より高密度な磁気記録が可能となる。
【０１０９】
（第２の実施例）
図１３は、本発明の第２の実施例にかかる記録用の磁気ヘッドを媒体対向面から眺めた平面図である。また、図１４は、図１３のＡ−Ａ線断面図であり、図１５は、図１４のＢ−Ｂ線断面図である。これらの図面についても、図１乃至図１２に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。なおここで、「デプス方向」とは、媒体対向面ＡＢＳに対して垂直な方向を意味する。
【０１１０】
図１３から分かるように、本実施例の磁気ヘッドは、媒体対向面において、記録磁極として作用する軟磁性体層Ａの先端が露出し、その周囲は絶縁層ＩＬにより覆われている。
【０１１１】
一方、図１４及び図１５から分かるように、軟磁性体層Ａの上下には、中間層Ｂ１、Ｍ２を介して磁化固着層Ｃ１、Ｃ２が設けられている。これら磁化固着層Ｃ１、Ｃ２は、硬磁性体からなり、その磁化は互いに反平行方向に固着されている。
【０１１２】
この磁気ヘッドに電極ＥＬ１から電極ＥＬ２の方向に電子電流を流すと、軟磁性体層Ａの磁化は磁化固着層Ｃ１の磁化の方向に向けられる。一方、電極ＥＬ２から電極ＥＬ１の方向に電子電流を流すと、軟磁性体層Ａの磁化は磁化固着層Ｃ２の磁化の方向を向くこととなる。
【０１１３】
以下、本実施例の磁気ヘッドについて、その製造工程を参照しつつさらに詳細に説明する。
【０１１４】
まず、図示しない再生ヘッドの上部シールド（図示せず）の上に、アルミナ絶縁層（図示せず）を約０．２μｍの厚みに形成し、さらにＭｏＷ合金からなる電極ＥＬ２（膜厚０．１μｍ）を形成する。そのＭｏＷ層をフォトレジストを用いて電極パターン形状にエッチング加工する。すなわち、フレオン系ガスを用いたＲＩＥによってアルミナ膜の表面までエッチングし、まわりにアルミナを新たに０．１μｍ埋めこみ、レジストをリフトオフして平坦化する。
【０１１５】
次に、磁化固着層Ｃ２の下地となるＣｒ層（膜厚５ｎｍ）を形成し、その上に磁化固着層Ｃ２を構成する硬磁性体として、飽和磁束密度１ＴのＣｏＰｔ合金（膜厚３０ｎｍ）を形成する。ここでは、このＣｏＰｔの保磁力Ｈｃが１．５ＫＯｅとなる条件で形成することができる。さらに、中間層Ｂ２としてＣｕ層（膜厚５ｎｍ）を形成する。ここで２ＫＯｅの磁界でＡＢＳと逆向きに磁化固着層Ｃ２を着磁する。
【０１１６】
ここまでの積層膜を形成したところで、幅と長さがそれぞれ１μｍのフォトレジストでパターニングを行う。これをイオンミリングを用いて中間層Ｂ２のＣｕ、磁化固着層Ｃ２のＣｏＰｔ（Ｂｓ〜１Ｔ、Ｈｃ〜１．５ＫＯｅに設定）およびその下地のＣｒをエッチングし、その下のＭｏＷをフレオン系ガスを用いたＲＩＥによりアルミナ膜の表面までエッチングする。その後、アルミナ膜を約４０ｎｍ形成しフォトレジストをリフトオフすることで、１ミクロン角の金属積層膜の周りをアルミナ絶縁膜で囲った平坦面が形成される。
【０１１７】
次に、記録磁極となる軟磁性体層Ａとして、ＦｅＣｏＮｉ合金層（膜厚１０ｎｍ：Ｂｓ〜２．３Ｔ）を形成する。この合金層を、ＥＢリソグラフィーにより、幅４０ｎｍ、長さ１．５μｍで、下の金属積層膜（１ミクロン角）の中央位置に配置されるように長さ方向は０．２５μｍずつ出るようにパターニングする。
【０１１８】
次に、イオンミリングを用いてＦｅＣｏＮｉ合金層（軟磁性体層Ａ）をエッチングする。その後、アルミナ層（膜厚１０ｎｍ）を形成し、レジストをリフトオフする。この工程により、４０ｎｍ×１．５μｍのＦｅＣｏＮｉ合金からなる軟磁性体層Ａ（記録磁極）が中間層Ｂ２に電気的にコンタクトして配置され、その周りはアルミナ絶縁膜で平坦化されたことになる。
【０１１９】
次に、中間層Ｂ１としてＣｕ層（膜厚５ｎｍ）を形成し、その上に磁化固着層Ｃ１を構成する硬磁性体として飽和磁束密度１ＴのＣｏ層（膜厚３０ｎｍ）を形成する。磁化固着層Ｃ１の保磁力Ｈｃは、１ＫＯｅとなる条件で形成することができる。この時点で、１．２ＫＯｅの磁界をＡＢＳ向きに印加して、磁化固着層Ｃ１を着磁し、磁化固着層Ｃ１とＣ２の磁化方向を互いに逆向きに付与する。
【０１２０】
次に、１μｍ角のフォトレジストマスクを形成して中間層Ｂ１、磁化固着層Ｃ１をイオンミリングにてエッチングする。さらに、アルミナ膜を３５ｎｍ形成してリフトオフして平坦化する。そしてこの上に、ＭｏＷ合金層（膜厚０．１μｍ）を電極ＥＬ１として形成し、フレオン系ガスを用いたＲＩＥにて電極の形状にパターニングする。
【０１２１】
このようにして形成した積層体を所定の箇所で切断・研磨加工することにより、ＡＢＳを形成する。この際、図１３に表したように、ＡＢＳには、記録磁極（軟磁性体層Ａ）のみがトラック幅４０ｎｍ、厚さ１０ｎｍのサイズで現われる。
【０１２２】
以上の加工プロセスを経ることで、電気的には電極ＥＬ１から電極ＥＬ２までが接続され、ＡＢＳには記録磁極のみが現われる記録ヘッドが形成される。このような構造にすることで、記録磁極（軟磁性体層Ａ）以外から媒体に電子電流が流れることによる書き込み、さらに磁化固着層（Ｃ１、Ｃ２）からの磁界による媒体への書き込みを防止することができる。
【０１２３】
図１６は、記録媒体Ｒに書き込みを行う状態を例示する模式断面図である。電極ＥＬ１、ＥＬ２の間で流す電流の向きに応じて、軟磁性体層Ａの磁化Ｍが磁化固着層Ｃ１、Ｃ２の磁化Ｍ１、Ｍ２のいずれかの向きとされる。このように、軟磁性体層Ａに流れ込む電子の流入方向を制御することで、硬飽和磁束密度を有する軟磁性体層Ａの磁化Ｍの方向を制御することができる。そして、その磁化Ｍにより記録媒体Ｒに磁気記録層ＲＬに記録ビットを形成することができる。
【０１２４】
また、図１７に例示した如く、磁化固着層Ｃを一層のみとしてもよい。この場合も、図１及び図２に関して前述したように、電流の通電方向で軟磁性体層Ａの磁化Ｍの方向をコントロールできる。
【０１２５】
また本実施例においても、磁化固着層Ｃ１、Ｃ２として、硬磁性体の代わりに、反強磁性体により磁化固着した軟磁性体を用いることもできる。
【０１２６】
図１８及び図１９は、反強磁性体により磁化固着させた磁気ヘッドを表す模式断面図である。すなわち、これらの図は、それぞれ図１４と図１５に対応した断面図である。図１８の向かって横方向は、デプス方向（媒体対向面ＡＢＳに対して垂直な方向）に対応し、また、図１９の向かって横方向は、記録トラックの幅方向に対応する。
また、図１８の矢印ＴＷは、記録トラックの幅方向に対応する。
【０１２７】
これらの図に表したように、磁化固着層Ｃ１、Ｃ２は、軟磁性体により形成され、隣接した反強磁性体層ＡＦ１、ＡＦ２により磁化が固着されている。ここで、図１９に表した反強磁性体層ＡＦ１は、紙面の手前方向に着磁され、反強磁性体層ＡＦ２は、紙面の奥行き方向に着磁されている。
【０１２８】
また、軟磁性体層Ａの磁化Ｍを、磁化固着層Ｃ１、Ｃ２の磁化方向に対して直交方向にバイアスするための磁気バイアス層ＨＭが、軟磁性体層Ａの両脇に設けられている。磁気バイアス層ＨＭは、例えばガンマヘマタイトなどの高抵抗な硬磁性体により形成できる。
【０１２９】
図１９に表したように、軟磁性体層Ａをトラックの幅方向にパターニングすることにより、記録電流はこの部分において軟磁性体層Ａに集中して流れるため発熱を最小限に抑えることができる。また、媒体走行面には記録磁極（軟磁性体層Ａ）のみが現れるので、磁化固着層などから記録媒体に電流がリークすることを防ぐことができる。またさらに、電気抵抗の高い磁気バイアス層ＨＭにより軟磁性体層Ａに直交バイアスが印加されているため、磁化回転が円滑になり、書き込み時以外の記録を防ぐことができる。
【０１３０】
ここで再び図１６、図１７に戻って説明を続けると、記録媒体Ｒとしては、導電性の裏打ち層ＢＬが裏面側に設けられ、垂直記録層ＲＬを有する垂直記録媒体を用いることができる。この媒体上を、記録ヘッドを所定の浮上量だけ離した状態で走行させてもよく、または、実質的に接触した状態で走行させることもできる。
【０１３１】
電極ＥＬ１またはＥＬ２から流入する電子は、前述したように、その流れる方向に応じて軟磁性体層Ａの磁化Ｍの方向を規定する。またさらに、記録ヘッドを接触状態で走行させた場合、軟磁性体層Ａ（記録磁極）と媒体Ｒとが電気的に接触するため、軟磁性体層Ａの磁化Ｍ方向にスピン偏極した電子の一部が記録層ＲＬに流入し、導電性裏打ち層ＢＬに流れ出る。このスピン偏極した電子により、記録媒体Ｒの記録層ＲＬは、その方向にスピンをそろえ、結果として軟磁性体層Ａと同じ方向に磁化記録されることとなる。つまり、接触走行の場合、電極ＥＬ１またはＥＬ２から電流を流すことで軟磁性体層Ａの磁化Ｍの方向を制御し、さらに軟磁性体層Ａから媒体Ｒにスピン偏極電子を流すことで媒体記録層ＲＬにさらに効率的に情報を書き込むことができる。
【０１３２】
磁気的に書き込みを行う場合には、軟磁性体層Ａとして飽和磁化Ｂｓが２．３Ｔ（テスラ）程度のＦｅＣｏＮｉ合金を用いることが望ましい。しかし、接触走行によりスピン偏極電子を記録媒体に流す場合には、スピン偏極電子からのスピントランスファによる書き込みも併用できる。そのため、軟磁性体層Ａの材料は、高いＢｓ材料に限ることはなく、より軟磁性が得られやすいＦｅＮｉ合金などを用いることができる。軟磁性が得られやすい材料を用いると、軟磁性体層Ａの反転電流を低減させることができ、発熱も低減するという効果が得られる。
【０１３３】
なお、図６に関して前述したように記録媒体Ｒに軟磁性の裏打ち層ＢＬを設けた場合も、裏打ち層の導電性が確保できれば、同様の効果が得られる。
【０１３４】
また、接触走行により軟磁性体層Ａから媒体Ｒに流すスピン偏極電子で記録する場合には、図６に例示したようなリターンヨークＲＹやバックヨークＢＹなどは本質的には必要としない。このため、磁気ヘッドの構造が簡単になり、より微細なトラック幅などのパターンの形成が容易となる。また、製造高歩留まりも高くなりコスト的なメリットも発生する。
【０１３５】
（第３の実施例）
次に、本発明の第３の実施例として、スピン偏極電子電流により再生を行う磁気ヘッドについて説明する。
【０１３６】
図２０は、本発明の第３の実施例の磁気ヘッドを表す模式断面図である。同図についても、図１乃至図１９に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１３７】
本実施例の磁気ヘッドの場合、磁化固着層Ｃと軟磁性体層Ａとの間には絶縁層ＩＬが設けられ、この絶縁層ＩＬに形成された微小穴ＮＨによって磁化固着層Ｃと軟磁性体層Ａとは接触している。なお、図２０においては微小穴ＮＨをひとつのみ表したが、本発明はこれには限定されず、複数の微小穴ＮＨが設けられていてもよい。また、磁化固着層Ｃは、例えば、硬磁性体により形成することができる。
【０１３８】
この再生用の磁気ヘッドの場合、図５に関して前述したように、微小穴ＮＨを介した電流コンダクタンスの変化により記録ビットの磁化を読み出すことができる。
【０１３９】
そして、磁気ヘッドを媒体Ｒに対して接触走行させた場合、媒体Ｒを電気的に接地し、磁気ヘッドの電極ＥＬ１の電位をアース（接地電位）より上げた電気回路を構成することで、媒体Ｒから軟磁性体層Ａへ電子が流入することとなる。すなわち、記録層ＲＬの記録磁化に応じたスピン偏極電子が軟磁性体層Ａに流入する。すると、軟磁性体層Ａの磁化Ｍの方向は、このスピン偏極電子により制御される。その結果として、記録層ＲＬの記録磁化が磁化固着層Ｃと同方向の場合のコンダクタンスはＣｐ（抵抗小）となり、逆方向の場合のコンダクタンスはＣａｐ（抵抗大）となる。
【０１４０】
スピン偏極電子による読みとりの場合、軟磁性体層Ａの保磁力Ｈｃを適宜大きくすることで信号磁界のサイドリーディングを防ぎつつ、電気的に接触している記録ビットのみの記録信号を読み取ることができる。このように、スピン偏極電子によるトルクによって軟磁性体層Ａの磁化Ｍを回転させるようにすれば、接触している記録ビットのみの信号磁界を読むことが容易であり、磁束を検出して信号を再生する方式と比べて外乱に強く、分解能に優れ、トラック幅方向やトラック長手方向のシールドを不要とすることもできる。
【０１４１】
次に、本実施例の磁気ヘッドの製造工程について説明する。
【０１４２】
まず、図示しない基板上にアルミナ絶縁層（膜厚約０．２μｍ）を形成する（図示せず）。次に、電流コレクタとなるＦｅＮｉ合金層（膜厚５ｎｍ）を軟磁性体層Ａとして形成する。さらにその上に、ＳｉＯ２層（膜厚５ｎｍ）を絶縁層ＩＬとして形成する。次に、ＥＢリソグラフィーで幅４０ｎｍ、長さ１．５μｍにパターニングする。次に、そのレジストマスクにてイオンミリングを用いてＳｉＯ２層、ＦｅＮｉ合金層（軟磁性体層Ａ）をエッチングする。その後、アルミナ層（膜厚１０ｎｍ）を形成し、レジストをリフトオフする。この工程により４０ｎｍ×１．５μｍのＦｅＮｉ合金からなる軟磁性体層Ａと、ＳｉＯ２からなる絶縁層ＩＬがパターニングされ平坦化される。
【０１４３】
次に、真空中で絶縁層ＩＬの表面にＸｅＦ２ガスをノズルで吹きつけながら約５ｎｍ径に絞った電子線（ＥＢ）を照射してＳｉＯ２絶縁層ＩＬに、直径約５ｎｍの微小穴ＮＨをあける。
【０１４４】
次に、磁化固着層Ｃとして飽和磁束密度１Ｔのコバルト（Ｃｏ）層（膜厚３０ｎｍ）を形成する。磁化固着層Ｃの保磁力Ｈｃは１ＫＯｅとなる条件で形成した。また、この時に、１．２ＫＯｅの磁界を印加して、磁化固着層ＣをＡＢＳ向きに着磁した。
【０１４５】
これを第１実施例に関して前述したように、切断・研磨加工してＡＢＳを形成する。その際、第２実施例に関して前述したように、ＡＢＳには電流コレクタとなる軟磁性体層Ａのみが、トラック幅４０ｎｍ、厚さ５ｎｍで現われる形状とする。以上説明したプロセスを経ることで、電気的には電極ＥＬ１から軟磁性体層Ａまでが接続され、ＡＢＳには再生コレクタとなる軟磁性体層Ａの先端のみが現われた再生磁気ヘッドが形成される。
【０１４６】
（第４の実施例）
次に、本発明の第４の実施例として、記録媒体との接触状態が変動しても安定した再生が可能なスピン偏極電流検出型の磁気ヘッドについて説明する。
【０１４７】
図２１は、本発明の第４の実施例の磁気ヘッドを表す模式断面図である。同図についても、図１乃至図２０に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１４８】
本実施例の磁気ヘッドは、軟磁性体層Ａの両側に磁化固着層Ｃ１、Ｃ２が設けられ、これらは、絶縁層ＩＬに形成された微小穴ＮＨによって接触している。
【０１４９】
この磁気ヘッドにおいても、軟磁性体層Ａから電極ＥＬ１に電流が流れる場合のコンダクタンスは、軟磁性体層Ａの磁化Ｍと磁化固着層Ｃ１の磁化Ｍ１との相対的な方向に依存する。図２１の具体例の場合、もし、軟磁性体層Ａの磁化Ｍの方向がＡＢＳ方向を向いていた時は、磁化固着層Ｃ１の磁化Ｍ１と平行になる。従って、磁化固着層Ｃ１と軟磁性体層Ａとの界面（微小穴ＮＨ）には磁壁が存在しないため、電子は散乱されずに移動する。このときのコンダクタンスをＣｐとする。
【０１５０】
一方、この場合に、軟磁性体層Ａの磁化Ｍと磁化固着層Ｃ２の磁化Ｍ２とは相対的な逆向きになるので、その界面には接触部が微小穴ＮＨで絞られているため急峻な磁壁が存在する。このため、電子は磁壁により散乱されてコンダクタンスＣａｐは低下する。その結果として、両側のコンダクタンスを比較すると、Ｃｐ＞Ｃａｐとなる。
【０１５１】
記録媒体Ｒを電気的に接地し、電極ＥＬ１とＥＬ２の電位を接地電位よりも上げた状態で、磁気ヘッドを媒体Ｒに対して接触走行させると、記録層ＲＬの磁化方向に応じたスピン偏極電子が媒体から軟磁性体層Ａへ流入し、軟磁性体層Ａの磁化Ｍを決定する。また、軟磁性体層Ａに流入した電子は、前述したコンダクタンスに従って電極ＥＬ１とＥＬ２とに分流する。この場合、電極ＥＬ１とＥＬ２の２つのコンダクタンス比を調べることによって、軟磁性体層Ａの磁化の方向を判断できる。このため、記録媒体Ｒと軟磁性体層Ａとの間の接触抵抗の影響を排除でき、高いＳ／Ｎでの再生が可能となる。
【０１５２】
次に、本実施例の磁気ヘッドの製造工程について説明する。
【０１５３】
まず、図示しないアルミナ絶縁層（膜厚約０．２μｍ）の上に、ＭｏＷ合金からなる電極ＥＬ２（膜厚０．１μｍ）を形成する。このＭｏＷ層を、フォトレジストをマスクとして、フレオン系ガスを用いたＲＩＥによりアルミナ絶縁層の表面までエッチングして、電極パターンを形成する。
【０１５４】
次に、この電極ＥＬ２の周囲にアルミナを０．１μｍ程度の厚みに埋めこみ、レジストをリフトオフして平坦化する。次に、磁化固着層Ｃ２の下地となるＣｒ層（膜厚５ｎｍ）を形成し、その上に磁化固着層Ｃ２として、飽和磁束密度１ＴのＣｏＰｔ合金層（膜厚３０ｎｍ）を形成する。このＣｏＰｔ層は、その保磁力Ｈｃが１．５ＫＯｅとなる条件で形成することができる。
【０１５５】
次に、絶縁層ＩＬ２としてＳｉＯ２層（膜厚５ｎｍ）を形成する。ここで、２ＫＯｅの磁界を印加することより、磁化固着層Ｃ２をＡＢＳと逆向きに着磁する。次に、この積層構造を、幅と長さがそれぞれ１μｍのフォトレジストでパターニングする。次に、イオンミリングを用いて絶縁層ＩＬ２のＳｉＯ２層と磁化固着層Ｃ２のＣｏＰｔ層（Ｂｓ〜１Ｔ，Ｈｃ〜１．５ＫＯｅに設定）およびその下地膜のＣｒ層をエッチングする。そして、アルミナ層を約４０ｎｍ形成しフォトレジストをリフトオフすることで、１ミクロン角の金属積層膜の周りをアルミナ絶縁層で囲った平坦面が形成される。
【０１５６】
次に、真空中で絶縁層ＩＬ２の表面にＸｅＦ２ガスをノズルで吹きつけながら約５ｎｍ径に絞った電子線（ＥＢ）を照射してＳｉＯ２からなる絶縁層ＩＬ２に約５ｎｍ径の微小穴ＮＨをあける。
【０１５７】
次に、軟磁性体層ＡとなるＦｅＮｉ合金層（膜厚１０ｎｍ、Ｈｃ＜１Ｏｅ）を形成する。さらにその上に、絶縁層ＩＬ１としてＳｉＯ２層（膜厚５ｎｍ）を形成する。次に、ＥＢリソグラフィーで、幅４０ｎｍ、長さ１．５μｍで先の金属積層膜（１ミクロン角）の中央位置にくるように長さ方向は０．２５μｍずつ出るようにパターニングする。
【０１５８】
次に、そのレジストマスクにてイオンミリングを用いてＦｅＮｉ合金膜（軟磁性体層Ａ）をエッチングする。その後、アルミナ層（膜厚１０ｎｍ）を形成し、レジストをリフトオフする。この工程により、４０ｎｍ×１．５μｍのＦｅＮｉ合金からなる軟磁性体層Ａ（電流コレクタ）の周りはアルミナ絶縁層で平坦化されたことになる。
【０１５９】
次に、真空中で絶縁層ＩＬ１の表面にＸｅＦ２ガスをノズルで吹きつけながら約５ｎｍ径に絞った電子線（ＥＢ）を照射してＳｉＯ２からなる絶縁層ＩＬ１に約５ｎｍ径の微小穴ＮＨをあける。
【０１６０】
次に、磁化固着層Ｃ１として飽和磁束密度１Ｔのコバルト（Ｃｏ）層（膜厚３０ｎｍ）を形成する。磁化固着層Ｃ１の保磁力Ｈｃは、例えば１ＫＯｅとなる条件で形成できる。この時点で、１．２ＫＯｅの磁界を印加して、磁化固着層Ｃ１をＡＢＳ向きに着磁し、磁化固着層Ｃ１と磁化固着層Ｃ２の磁化の方向を互いに逆向きになるようにする。
【０１６１】
次に、１μｍ角のフォトレジストマスクを形成して絶縁層ＩＬ１、下地層、磁化固着層Ｃ１をイオンミリングにてエッチングする。さらに、アルミナ層を４０ｎｍ形成してリフトオフして平坦化する。さらにこの上に、ＭｏＷ合金層（膜厚０．１μｍ）を電極ＥＬ１としてを形成し、フレオン系ガスをによるＲＩＥによって電極形状にパターニングする。
【０１６２】
これを第１実施例に関して前述したように、切断・研磨加工してＡＢＳを形成する。その際、第２実施例に関して前述したように、ＡＢＳには電流コレクタとなる軟磁性体層Ａのみが、トラック幅４０ｎｍ、厚さ１０ｎｍで現われる形状とする。以上説明したプロセスを経ることで、電気的には電極ＥＬ１からＥＬ２までが接続され、ＡＢＳには再生コレクタとなる軟磁性体層Ａの先端のみが現われた再生磁気ヘッドが形成される。
【０１６３】
（第５の実施例）
次に、本発明の第５の実施例として、記録用磁気ヘッドと再生用磁気ヘッドとを組み合わせた記録再生型の磁気ヘッドについて説明する。
【０１６４】
図２２は、本発明の第５の実施例の磁気ヘッドを表す模式断面図である。同図についても、図１乃至図２１に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１６５】
本実施例の磁気ヘッドは、媒体Ｒから所定の浮上量だけ浮上させた状態で記録再生が可能である。但し、接触走行させても記録、再生は同様に可能である。
【０１６６】
まず、記録ヘッドとしては、図７に関して前述したものと同様の原理で動作する。すなわち、電極ＥＬ１から磁化固着層Ｃ１さらに微小穴ＮＨを介して電極ＥＬ２の方向に電子電流を流すことで、軟磁性体層３の磁化Ｍは、磁化固着層Ｃ１の磁化Ｍ１と方向と同じ方向を向く。一方、電極ＥＬ２から磁化固着層Ｃ２を介して電極ＥＬ１に電子電流を流すことで、軟磁性体層Ａの磁化Ｍは磁化固着Ｃ２の磁化Ｍ２の方向を向くこととなる。このように、高Ｂｓの軟磁性体層Ａに流れ込む電子のスピン偏極方向を制御することで、微小穴ＮＨの有無に係わらず記録磁極となる軟磁性体層Ａの磁化Ｍの方向を制御できる。
【０１６７】
一方、再生ヘッドとしては、抵抗値は微小穴ＮＨが設けられた部分の電流コンダクタンスにより再生ができる。すなわち、軟磁性体層Ａは、媒体Ｒの記録層ＲＬからの信号磁界によりその磁化Ｍが回転する。そして、軟磁性体層Ａの磁化Ｍの向きが磁化固着層Ｃ１と平行の時は、微小穴ＮＨは低抵抗を示し、その両側の磁化（ＭとＭ１）が反平行の時は高抵抗を示す。すなわち、微小穴ＮＨを介した磁化固着層Ｃ１と軟磁性体層Ａとの間のコンダクタンスの変化が大きいため、実質的にこれら二つの磁性体層の磁化の平行・反平行の関係により磁気ヘッドの再生出力が決定される。
【０１６８】
但し、このような抵抗変化を検出するためのセンス電流は、センス電流によるスピン注入トルクで軟磁性体層Ａの磁化Ｍが反転しないように、記録時に比べて低く押さえる必要がある。すなわち、本実施例の記録再生型磁気ヘッドは、同じ磁性素子構造を利用しつつ、流す電流の大（記録時）、小（再生時）で記録動作と再生動作とを使い分けることができる。
【０１６９】
図２３は、本実施例の変形例の磁気ヘッドを表す模式断面図である。同図についても、図１乃至図２２に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１７０】
本実施例の磁気ヘッドは、図１６に関して前述した記録ヘッドと、図２２に関して前述した再生ヘッドとを組み合わせた構造を有する。
【０１７１】
すなわち、記録ヘッドとしては、電極ＥＬ１とＥＬ２との間に、所定の記録電流を流す。図２０に関して前述したように、電流の方向に応じて、所定のスピン偏極を有する電子が軟磁性体層Ａに流入し、その磁化Ｍを対応する方向に回転させる。さらに、このスピン偏極電子の一部は、軟磁性体層Ａから記録媒体の記録層ＲＬに流入し、記録ビットの磁化に作用する。すなわち、スピン偏極電子を記録層ＲＬに流すことにより、その磁化を所定の方向に向けて記録ができる。この際に、軟磁性体層Ａの磁化による書き込み磁界を併用してもよい。
【０１７２】
一方、再生ヘッドとしては、図２２に関して前述したものと同様に動作する。すなわち、すなわち、微小穴ＮＨを介した磁化固着層Ｃ１と軟磁性体層Ａとの間のコンダクタンスの変化が大きいため、実質的にこれら二つの磁性体層の磁化の平行・反平行の関係により磁気ヘッドの再生出力が決定される。
【０１７３】
なお、再生ヘッドとして、図２０に表した磁気ヘッドと同様の動作を行わせることも可能である。すなわち、媒体Ｒの記録層ＲＬからその磁化に応じたスピン偏極電子を軟磁性体層Ａに受け取って磁化Ｍを回転させ、微小穴ＮＨを介したコンダクタンスの変化を検出することにより、記録層ＲＬの記録ビットの磁化を検出することができる。
【０１７４】
（第６の実施例）
次に、本発明の第６の実施例として以上説明した磁気ヘッド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、前述した本発明の磁気ヘッドは、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まれ、磁気記録再生装置に搭載することができる。
【０１７５】
図２４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。
【０１７６】
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磁気ヘッドをその先端付近に搭載している。
【０１７７】
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「接触走行型」であってもよい。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
図２５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。
サスペンション１５４の先端には、図１乃至図２３に関して前述したいずれかの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。
【０１８１】
本発明によれば、図１乃至図２３に関して前述したような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媒体ディスク２００に磁気的に情報を記録し、または記録された情報を高感度で確実に読みとることが可能となる。
【０１８２】
なお、本実施例においても、磁化固着層Ｃ１、Ｃ２としては、硬磁性体を用いてもよく、または反強磁性体により磁化固着した軟磁性体を用いてもよい。
【０１８３】
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、磁気ヘッドを構成する強磁性体層、絶縁層、反強磁性体層、非磁性金属層、電極などの具体的な材料や、膜厚、形状、寸法などに関しては、当業者が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ものも本発明の範囲に包含される。
【０１８４】
さらに、本発明を用いる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。
【０１８５】
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気ヘッドを基にして、当業者が適宜設計変更して実施しうるすべての磁気ヘッドも同様に本発明の範囲に属する。
【０１８６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、スピン偏極電流による電流直接駆動型の磁化反転機構によって、軟磁性体層の磁化を所定の方向に反転させることができる。このため、コイルからの漏洩電流磁界を用いる従来の磁気ヘッドと比較して、はるかに高速な磁化反転が可能となる。その結果として、超高密度磁気記録に必要な高い動作周波数を実現することができる。さらにまた、そのサイズも、コイルを用いた場合と比べて大幅にコンパクトとすることができ、トラック幅や記録ビットサイズを縮小することが容易となる。
【０１８７】
すなわち、本発明によれば、従来よりも高い記録密度の磁気ヘッド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】本発明の実施の形態にかかる記録用の磁気ヘッドの要部の基本的な断面構造を例示する模式図である。
【図２】図１の磁気ヘッドにおける磁化反転のメカニズムを説明する模式図である。
【図３】本発明のもう一つの実施形態にかかる磁気ヘッドの要部の基本的な断面構造を例示する模式図である。
【図４】図３に表した磁気ヘッドにおける「磁化反転」のメカニズムを説明するための模式断面図である。
【図５】本発明の実施形態の再生用の磁気ヘッドを表す模式断面図である。
【図６】本発明の第１の実施例にかかる記録用の磁気ヘッドの要部を表す断面図である。
【図７】書き込み電流を低減できる磁気ヘッドを表す模式断面図である。
【図８】反強磁性体層により磁化固着させた磁気ヘッドを例示する模式断面図である。
【図９】磁気バイアス層を設けた磁気ヘッドを表す模式断面図である。
【図１０】磁気バイアス層を設けた磁気ヘッドを表す模式断面図である。
【図１１】磁気バイアス層を設けた磁気ヘッドを表す模式断面図である。
【図１２】磁気バイアス層を設けた磁気ヘッドを表す模式断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施例にかかる記録用の磁気ヘッドを媒体対向面から眺めた平面図である。
【図１４】図１３のＡ−Ａ線断面図である。
【図１５】図１３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１６】記録媒体Ｒに書き込みを行う状態を例示する模式断面図である。
【図１７】磁化固着層Ｃを一層のみとした磁気ヘッドを表す模式断面図である。
【図１８】反強磁性体により磁化固着させた磁気ヘッドを表す模式断面図である。
【図１９】反強磁性体により磁化固着させた磁気ヘッドを表す模式断面図である。
【図２０】本発明の第３の実施例の磁気ヘッドを表す模式断面図である。
【図２１】本発明の第４の実施例の磁気ヘッドを表す模式断面図である。
【図２２】本発明の第５の実施例の磁気ヘッドを表す模式断面図である。
【図２３】第５実施例の変形例の磁気ヘッドを表す模式断面図である。
【図２４】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２５】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。
【符号の説明】
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 媒体ディスク
Ａ 軟磁性体層
ＡＢＳ 媒体対向面
ＡＦ１、ＡＦ２ 反強磁性体層
Ｂ、Ｂ１、Ｂ２ 中間層
ＢＬ 裏打ち層
ＢＹ バックヨーク
Ｃ、Ｃ１、Ｃ２ 磁化固着層
ＥＬ１、ＥＬ２ 電極
Ｉ 電流
ＩＬ、ＩＬ１、ＩＬ２ 絶縁層
Ｍ、Ｍ１、Ｍ２ 磁化
ＨＭ 磁気バイアス層
ＭＢ バイアス磁界
ＮＨ 微小穴
Ｒ 記録媒体
ＲＬ 磁気記録層
ＲＹ リターンヨーク
Claims (9)
- 磁化が第１の方向に実質的に固定された第１の強磁性体層と、
磁化の方向が可変の第２の強磁性体層と、
前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間に設けられた第１の中間層と、
を備え、
前記第１及び第２の強磁性体層の間で電流を流すことによりスピン偏極した電子を前記第２の強磁性層に作用させて前記第２の強磁性層の磁化の方向を前記電流の向きに応じた方向に決定し、
前記第２の強磁性体層から磁気記録媒体に前記スピン偏極した電子を流すことにより磁気記録媒体の磁化を決定して情報を記録可能としたことを特徴とする磁気ヘッド。 - 前記第１の強磁性体層から前記第２の強磁性体層に電子電流を流した場合には、前記第２の強磁性体層の前記磁化の方向は前記第１の方向とされ、
前記第２の強磁性体層から前記第１の強磁性体層に電子電流を流した場合には、前記第２の強磁性体層の前記磁化の方向は前記第１の方向とは反対の方向とされることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。 - 磁化が第１の方向に実質的に固定された第１の強磁性体層と、
磁化が前記第１の方向とは反対の第２の方向に実質的に固定された第３の強磁性体層と、
前記第１の強磁性体層と前記第３の強磁性体層との間に設けられ、磁化の方向が可変の第２の強磁性体層と、
前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間に設けられた第１の中間層と、
前記第２の強磁性体層と前記第３の強磁性体層との間に設けられた第２の中間層と、
を備え、
前記第１及び第３の強磁性層の間で電流を流すことによりスピン偏極した電子を前記第２の強磁性層に作用させて前記第２の強磁性層の磁化の方向を前記電流の向きに応じた方向に決定し、
前記決定された前記第２の強磁性体層の前記磁化により発生する記録磁界によって磁気記録媒体に情報を磁気的に記録可能としたことを特徴とする磁気ヘッド。 - 磁化が第１の方向に実質的に固定された第１の強磁性体層と、
磁化が前記第１の方向とは反対の第２の方向に実質的に固定された第３の強磁性体層と、
前記第１の強磁性体層と前記第３の強磁性体層との間に設けられ、磁化の方向が可変の第２の強磁性体層と、
前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間に設けられた第１の中間層と、
前記第２の強磁性体層と前記第３の強磁性体層との間に設けられた第２の中間層と、
を備え、
前記第１及び第３の強磁性層の間で電流を流すことによりスピン偏極した電子を前記第２の強磁性層に作用させて前記第２の強磁性層の磁化の方向を前記電流の向きに応じた方向に決定し、
前記第２の強磁性体層から磁気記録媒体に前記スピン偏極した電子を流すことにより磁気記録媒体の磁化を決定して情報を記録可能としたことを特徴とする磁気ヘッド。 - 前記第１の強磁性体層から前記第２の強磁性体層を介して前記第３の強磁性体層に向けて電子電流を流した場合には、前記第２の強磁性体層の前記磁化の方向は前記第１の方向とされ、
前記第３の強磁性体層から前記第２の強磁性体層を介して前記第１の強磁性体層に向けて電子電流を流した場合には、前記第２の強磁性体層の前記磁化の方向は前記第２の方向とされることを特徴とする請求項３または４に記載の磁気ヘッド。 - 前記第２の強磁性体層の前記磁化は、前記電流を流さない状態においては前記第１の方向と略直交した方向を向いていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。
- 前記第１の強磁性層は、隣接して設けられた反強磁性体層によりその磁化方向が固定されてなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。
- 前記第１及び第３の強磁性層の少なくともいずれかは、隣接して設けられた反強磁性体層によりその磁化方向が固定されてなることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つに記載の磁気ヘッド。
- 請求項１〜６のいずれか１つに記載の磁気ヘッドを備え、
磁気記録媒体に情報を磁気的に記録可能としたことを特徴とする磁気記録装置。
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