JP3990751B2 - 磁気抵抗効果型磁気ヘッド及び磁気記録再生装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気的に記録された情報の再生に用いられる磁気抵抗効果型磁気ヘッド及び磁気記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の磁気ディスク装置の小型化，高密度化の進行に伴い、ディスクとヘッドの相対速度に依存せずに高い再生出力電圧が得られる磁気抵抗効果型磁気ヘッド（ＭＲヘッド）が実用化されている。現在磁気ディスク装置に搭載されている ＭＲヘッドには、磁性膜の磁化の方向と信号検出電流が流れる方向とのなす角度に依存して電気抵抗が変化する異方性磁気抵抗効果が用いられており、ヘッド構造や薄膜材料の改良により高性能化が図られている。数Ｇｂ／ｉｎ² 程度の高い面記録密度になると、異方性磁気抵抗効果を用いたＭＲヘッドでは感度不足が予想されるため、非磁性導電性薄膜を介して積層された２層の磁性薄膜の互いの磁化の方向のなす角度によって電気抵抗が変化する巨大磁気抵抗効果を用いたヘッドが研究されている。いずれのＭＲヘッドにおいても、磁気抵抗効果膜の磁化が回転することによって電気抵抗の変化が生じており、ノイズのない再生波形を得るためには磁壁移動を抑えなければならない。
【０００３】
磁壁移動に起因するバルクハウゼンノイズを抑制する手段として、特開平2− 220213号には感磁部以外の部分において硬磁性薄膜を非磁性下地膜を介して磁気抵抗効果膜の上に積層した構造が、特開平3−125311 号に磁気抵抗効果膜の両脇に硬磁性薄膜を配置した構造が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
バルクハウゼンノイズを抑制するために磁気抵抗効果型磁気ヘッドに用いられる硬磁性薄膜には、二つの磁気特性が要求される。その一つは、保磁力が大きいことである。ＭＲヘッドには、記録媒体からの信号磁界や、記録ヘッドからの記録磁界が作用するので、このような外部磁界の下でも安定な再生特性を有するためには、硬磁性薄膜から磁気抵抗効果膜に入る縦バイアス磁界が変動しないように、十分な大きさの保磁力が必要となる。もう一つは、磁化の膜面内成分が大きいこと、即ち、面内方向に磁界を印加して測定した磁化曲線の角形比が大きいことである。硬磁性薄膜の磁化成分のうち、縦バイアス磁界として有効に作用するのは、膜面内成分であるため、外部磁界が作用しても縦バイアス磁界が変動しないためには、この膜面内成分が大きく、磁化曲線の角形比が大きいことが必要である。
【０００５】
図１５は、特開平2−220213 号に開示されているＭＲヘッドの構造を示す図である。本従来技術は、Ｃｒ等の非磁性下地膜２５１の上に形成された硬磁性薄膜２６から発生する磁界によって、磁気抵抗効果膜１５のバルクハウゼンノイズを抑制しようとするものである。非磁性下地膜２５１を用いることにより、保磁力及び角形比の大きな硬磁性薄膜２６を得ることはできるが、硬磁性薄膜２６から発生する磁界の一部がＭＲ素子部（軟磁性薄膜１３，非磁性導電性薄膜１４，磁気抵抗効果膜１５で構成される）を通って還流するため、図１５に示されているように、感磁部とその両端で磁気抵抗効果膜１５の磁化が逆向きになる。従って、磁気抵抗効果膜１５の磁化状態は非常に不安定であり、バルクハウゼンノイズを抑制することは困難である。
【０００６】
特開平3−125311 号には、図１６に示すように、磁気抵抗効果膜内に逆向きの磁化成分を有する領域を存在させないために、硬磁性薄膜から発生した磁界が特定の一方向のみに作用するように、ＭＲ素子部の両脇に硬磁性薄膜を配置した構造が開示されている。軟磁性薄膜１３，非磁性導電性薄膜１４，磁気抵抗効果膜１５から構成される積層膜（以下、軟磁性薄膜／非磁性導電性薄膜／磁気抵抗効果膜と記す）が、実質的に感磁部のみ残るようにエッチングした後、その両脇に硬磁性薄膜２６を形成し、さらに、硬磁性薄膜２６の上に電極を形成するものである。
【０００７】
その際、軟磁性薄膜／非磁性導電性薄膜／磁気抵抗効果膜と、硬磁性薄膜２６及び電極との間に、磁気的及び電気的な接触を保つために、軟磁性薄膜／非磁性導電性薄膜／磁気抵抗効果膜の端部が緩やかな傾斜が形成されるようにエッチングすることが必要となり、硬磁性薄膜２６の一部が、軟磁性薄膜／非磁性導電性薄膜／磁気抵抗効果膜からなる緩やかな傾斜上に形成されることになる。ところが、軟磁性薄膜１３、或いは磁気抵抗効果膜１５の結晶構造が、一般に面心立方格子であるため、これらの膜の上に形成された硬磁性薄膜の特性、特に保磁力が、他の部分に比べ、著しく劣化してしまうという問題がある。
【０００８】
また、硬磁性薄膜２６として一般的に用いられているＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系硬磁性薄膜やＣｏ−Ｃｒ系硬磁性薄膜の場合、軟磁性薄膜１３、或いは磁気抵抗効果膜１５の上以外の部分において、十分な大きさの磁化の膜面内成分、即ち大きな角形比を得ることが困難であるという問題がある。薄膜には、結晶の最密面が膜面と平行になるように成長する性質があり、これらの硬磁性薄膜の場合、（001)面が膜面と平行に配向し易い。一方、磁化容易方向は〈００１〉方向であるため、磁化は膜面に対して垂直な方向を向き易くなるため、縦バイアス磁界として有効に作用する膜面内成分が小さくなってしまうのである。
【０００９】
これらの問題は、適当な下地膜を設けて、その上に硬磁性薄膜を形成することによって解決することができる。磁気記録媒体の研究に依れば、Ｃｒ等の非磁性下地膜が有効であることが知られているが、ＭＲヘッドに用いられている硬磁性薄膜に非磁性下地膜を設けると、硬磁性薄膜２６と、軟磁性薄膜１３及び磁気抵抗効果膜１５との間の磁気的交換結合を遮断することになり、軟磁性薄膜１３及び磁気抵抗効果膜１５の端部の磁化を安定化させる作用が働かなくなってしまう。これにより、これらの強磁性薄膜の磁化が不安定になり、バルクハウゼンノイズの発生や、再生特性の変動が起こり易くなる。
【００１０】
以上、従来技術に記載されている、異方性磁気抵抗効果を用いたＭＲヘッドについて課題を述べたが、巨大磁気抵抗効果を用いたＭＲヘッドにおいても、ＭＲ素子部が、結晶構造が面心立方格子である強磁性薄膜から構成されているため、共通の課題となる。
【００１１】
本発明の目的は、硬磁性薄膜の保磁力及び角形比の向上を図り、結晶構造が面心立方格子である強磁性薄膜の上でも、硬磁性薄膜の保磁力の低下を抑え、さらに、硬磁性薄膜と、ＭＲ素子部を構成する強磁性薄膜との間に磁気的交換結合を保つことにより、バルクハウゼンノイズがなく、再生特性が安定した磁気抵抗効果型磁気ヘッド及び磁気記録再生装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、磁気抵抗効果を用いて磁気的信号を電気的信号に変換する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜に信号検出電流を流すための一対の電極と、前記磁気抵抗効果膜に縦バイアス磁界を印加するために設けられた縦バイアス印加層とを有する磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、前記縦バイアス印加層を、強磁性薄膜からなる下地膜と、その上に形成された硬磁性薄膜とを有する構造にすることにより達成される。
【００１３】
ここで、強磁性薄膜からなる下地膜としては、結晶構造が体心立方格子である強磁性薄膜，非晶質強磁性薄膜を用いることができる。また、強磁性薄膜からなる下地膜の代わりに、反強磁性薄膜からなる下地膜を用いることによっても、上記目的は達成される。
【００１４】
なお、磁気抵抗効果膜が異方性磁気抵抗効果を示す材料である場合には、磁気抵抗効果膜に横バイアス磁界を印加する手段を備えていることが必要である。その代表的な方法は、磁気抵抗効果膜と非磁性導電性薄膜を介して隣接して設けられた軟磁性薄膜によって印加するものである。
【００１５】
また、磁気抵抗効果膜として、非磁性導電性薄膜を中間層として第１の磁性薄膜と第２の磁性薄膜が積層されており、前記第１の磁性薄膜の磁化方向が隣接して設けられた反強磁性層によって固定されており、外部磁界を印加しない状態で前記第２の磁性薄膜の磁化方向が前記第１の磁性薄膜の磁化方向に対し略垂直であり、前記第１の磁性薄膜の磁化の方向と前記第２の磁性薄膜の磁化の方向の相対的な角度によって電気抵抗が変化する磁気抵抗効果積層膜を用いることもできる。
【００１６】
硬磁性薄膜の材料として、ＣｏとＭ₁（Ｍ₁はＣｒ，Ｔａ，Ｎｉ，Ｐｔ及びＲｅの群から選択される少なくとも１種類以上の元素）を主成分とした合金、或いはＣｏとＭ₁ からなる合金にＭ₂（Ｍ₂は酸化シリコン，酸化ジルコニウム，酸化アルミニウム及び酸化タンタルの群から選択される少なくとも１種類の酸化物）を添加した酸化物添加合金を用いる。代表的なものとして、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系合金，Ｃｏ−Ｒｅ系合金，Ｃｏ−Ｃｒ系合金，Ｃｏ−Ｔａ−Ｃｒ系合金，Ｃｏ− Ｎｉ−Ｐｔ系合金，（Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ)−ＳｉＯ₂合金，（Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ) −ＺｒＯ₂ 合金などがある。
【００１７】
硬磁性薄膜の下地膜となる結晶構造が体心立方格子である強磁性薄膜の材料としては、Ｆｅ−Ｃｒ合金の他、Ｆｅ，Ｆｅ−Ｎｉ系合金，Ｆｅ−Ｃｏ系合金， Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、或いはこれらにＭ₃（Ｍ₃はＳｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ， Ｍｏ，Ｔａ及びＷの群から選択される少なくとも１種類以上の元素）を添加した合金を用いる。
【００１８】
Ｆｅ−Ｎｉ系合金の場合はＦｅ−０〜２５at.％Ｎｉ であり、Ｆｅ−Ｃｏ系合金ではＦｅ−０〜８０at.％Ｃｏであり、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金では、 Ｆｅ_100-a-bＮｉ_aＣｏ_b で表わした時の、０≦ａ≦２５，０≦ｂ≦８０の組成範囲である。Ｆｅ及びこれらのＦｅ系合金に上記の非磁性元素を添加した合金においては、安定な体心立方構造を示し、かつ磁気ディスク装置の使用環境温度である約１００℃において強磁性を示す組成範囲が、強磁性下地膜として使用できる。Ｆｅと上記添加元素との組合せでは、添加量の上限は、Ｓｉでは３２at.％、 Ｖでは４８at.％、Ｃｒでは４５at.％であり、Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ及びＷでは６ at.％である。Ｆｅ−Ｃｒ合金が特に好ましく、Ｃｒ５〜４５at.％が高耐食性の点から好ましい。
【００１９】
非晶質強磁性薄膜からなる下地膜の材料としては、ＣｏとＭ₅（Ｍ₅はＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｙ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ及びＰｔの群から選択される少なくとも１種類以上の元素）を主成分とした非晶質合金を用いる。
【００２０】
また、結晶構造が体心立方格子である反強磁性薄膜の材料としては、Ｃｒと ＭｎとＭ₄（Ｍ₄はＣｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｏ，Ｎｉ及び白金族元素の群から選択される少なくとも１種類以上の元素）を主成分とした合金を用いる。
【００２１】
下地膜として、結晶構造が体心立方格子である強磁性薄膜，非晶質強磁性薄膜、或いは結晶構造が体心立方格子である反強磁性薄膜を用いることにより、以下の作用を生じることができる。
【００２２】
硬磁性薄膜の磁化容易方向である〈００１〉方向が、膜面方向に垂直な方向から膜面方向に傾く、或いは完全に膜面方向に向くことにより、保磁力及び角形比が向上することである。
【００２３】
また、硬磁性薄膜が、面心立方構造を有する強磁性薄膜の上に形成される際に、下地膜を設けることにより硬磁性薄膜内に結晶磁気異方性の小さい面心立方格子を有する結晶粒の成長を抑制することができ、これにより保磁力の低下を抑えることができる。上記の硬磁性薄膜の材料では、結晶磁気異方性の大きい最密六方格子の他にも、結晶磁気異方性の小さい面心立方格子を有する結晶が存在することが知られている。硬磁性薄膜が形成される層が面心立方格子を有する場合には、硬磁性薄膜の結晶構造も影響を受けて、面心立方格子を有する結晶粒が形成され易くなる。上記の下地膜を用いることにより、このような保磁力の低下を抑えることができる。
【００２４】
硬磁性薄膜が、図１６のように、異なる結晶構造を有する層の上に形成される場合に、上記の下地膜を設けることによって、下の層の違いに依らず、均一な磁気特性を有する硬磁性薄膜を得ることができる。
【００２５】
更に、硬磁性薄膜と、ＭＲ素子部を構成する強磁性薄膜との間に、磁気的交換結合を作用させることにより、ＭＲ素子部を構成する強磁性薄膜内の磁化の方向を、硬磁性薄膜から発生しＭＲ素子の感磁部に入る縦バイアス磁界の方向と同じ方向に安定化させることができる。
【００２６】
本発明の下地膜の結晶構造が体心立方格子である強磁性薄膜は、その上部に作製される硬磁性薄膜の結晶配向性を変化させ、膜面内方向の磁化成分を増大させる効果が大きい。結晶構造が体心立方格子である強磁性薄膜の特定の材料であるＦｅ及びＣｒを主成分とする合金は安定な体心立方構造を有し、公知の一般的な作製法によって体心立方格子を有する強磁性薄膜となる。また、好ましい組成であるＣｒが５〜４５原子％のＦｅ−Ｃｒ系合金薄膜は、実用的な耐食性を有するとともに、磁気ディスク装置の動作時の環境温度である約１００℃においても強磁性を示し、本発明の好ましい下地膜となる。
【００２７】
磁気抵抗効果型磁気ヘッドの縦バイアス印加層に硬磁性薄膜を用いる場合、硬磁性薄膜の固有保磁力は外部から作用する磁界に比べて十分大きくなければならない。ところが、一般に、磁気抵抗効果膜或いは横バイアス磁界を印加するために設けられる軟磁性薄膜として用いられているＮｉ−Ｆｅ系合金薄膜の上に硬磁性薄膜を成膜すると、その固有保磁力はガラス基板上に作製した場合に比べて著しく小さくなるため、縦バイアス印加層として使用することはできない。固有保磁力を低下させないため、硬磁性薄膜を非磁性層を介して磁気抵抗効果膜或いは軟磁性薄膜の上に積層する手段が用いられるが、この場合にもバルクハウゼンノイズを十分に抑制することができない。これは磁気抵抗効果膜或いは軟磁性薄膜内で硬磁性薄膜の磁化の方向と反対向きに磁化が向いている部分があるため、磁化の方向が不安定であるか、磁壁が生じていることによるため、磁気抵抗効果膜或いは軟磁性薄膜の磁化を硬磁性薄膜の磁化の方向と同じ向きに安定化すれば、バルクハウゼンノイズを抑制することができる。
【００２８】
硬磁性薄膜の固有保磁力の低下を抑えて、磁気抵抗効果膜或いは軟磁性薄膜の磁化を硬磁性薄膜の磁化の方向と同じ向きに安定化するにはこれらの膜の上に、まず、下地膜として結晶構造が体心立方格子である強磁性薄膜を成膜した後、硬磁性薄膜を成膜する手段が最も有効である。これは下地膜として結晶構造が体心立方格子である薄膜を設けることにより、結晶磁気異方性が小さい面心立方格子を持つ結晶粒の成長を抑制し、結晶磁気異方性が大きい最密六方格子の成長を促すためである。また、下地膜に強磁性体を用いることにより、磁気抵抗効果膜或いは軟磁性薄膜と硬磁性薄膜との間に交換結合が生じ、磁化の方向が同じ向きに安定化される。このような構成にすることにより、硬磁性薄膜から発生する縦バイアス磁界の効果と、交換結合による磁化の安定化の効果が作用するため、バルクハウゼンノイズの抑制効果が向上する。逆に言えば、交換結合による磁化の安定化の効果が余分に作用するため、硬磁性薄膜の固有保磁力が従来よりも多少小さくとも従来と同等のノイズ抑制効果が得られるので、硬磁性薄膜の材料及び成膜条件の選択範囲が広くなり、作製が容易になる。
【００２９】
下地膜として、結晶構造が体心立方格子である反強磁性薄膜、或いは非晶質強磁性薄膜を用いても、上述と同じ効果が得られ、バルクハウゼンノイズを抑制することができる。
【００３０】
縦バイアス磁界の大きさは縦バイアス印加層を構成する強磁性膜から発生する磁束の量に依存するため、強磁性膜の残留磁束密度と膜厚を変えることによって調整するのが一般的である。下地膜を有する硬磁性薄膜では硬磁性薄膜の残留磁束密度と膜厚の積と下地膜の残留磁束密度と膜厚の積を加えたものが実効的に作用することになる。縦バイアス磁界の制御の面からは下地膜から磁束が発生しない反強磁性薄膜を用いた場合が最も制御し易いと考えられる。下地膜が強磁性薄膜の場合は結晶構造が体心立方格子であっても非晶質であっても、膜厚のばらつきを考慮すると残留磁束密度が小さい方が制御し易いと考えられる。
【００３１】
前述の硬磁性薄膜は特にＣｏ−Ｐｔ合金，Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金、又はこれらの合金にＴｉ酸化物，Ｖ酸化物，Ｚｒ酸化物，Ｎｂ酸化物，Ｍｏ酸化物，Ｈｆ酸化物，Ｔａ酸化物，Ｗ酸化物，Ａｌ酸化物，Ｓｉ酸化物，Ｃｒ酸化物の内の少なくとも１つを含む合金のいずれかからなるものが好ましい。
【００３２】
この硬磁性薄膜は（数１）又は（数２）の組成からなることが好ましい。
【００３３】
Ｃo_aＣr_bＰｔ_c …（数１）
又は
（Ｃo_aＣr_bＰt_c)_1-x(ＭＯ_y)_x …（数２）
（但し、ｘ＝０.０１〜０.２０，ｙ：０.４ 〜３，ａ：０.５〜０.９，ｂ：０〜０.２５，Ｃ：０.０３〜０.３０，Ｍ：Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ， Ｗ，Ａｌ，Ｓｉ及びＣｒの少なくとも一つ）
磁気抵抗効果膜が異方性磁気抵抗効果を示す場合には、磁気抵抗効果膜に横バイアス磁界を印加することが必要であり、そのための軟磁性膜は、ニッケル−鉄合金，コバルト，ニッケル−鉄−コバルト合金の一種と、酸化ジルコニウム，酸化アルミニウム，酸化ハフニウム，酸化チタン，酸化ベリリウム，酸化マグネシウム，酸化タンタル，希土類酸素化合物，窒化ジルコニウム，窒化ハフニウム，窒化アルミニウム，窒化チタン，窒化ベリリウム，窒化マグネシウム，窒化シリコン、及び希土類窒素化合物の内から選択された一種以上の化合物とからなるのが好ましい。
【００３４】
前記磁気抵抗効果膜に横バイアス磁界を印加するための軟磁性薄膜の比抵抗が、７０μΩcm以上であるものが好ましい。
【００３５】
前記横バイアス膜がニッケルを７８〜８４原子％を有するニッケル−鉄系合金よりなるものが好ましい。
【００３６】
本発明は、基板上に設けられた一対の縦バイアス印加層と、該永久磁石膜上の各々に形成された一対の電極と、前記縦バイアス印加層間に接して設けられた磁気抵抗効果素子膜とを有する磁気抵抗効果型磁気ヘッドであって、前記素子膜は前記基板側より酸化ニッケルよりなる反強磁性膜，２層の強磁性膜，非磁性金属膜及び軟磁性膜が順次形成され、縦バイアス印加層は前述の構成を有することを特徴とする。
【００３７】
前記２層の強磁性膜は前記基板側からＮｉ７０〜９５原子％の鉄合金層とＣｏ層又はＣｏ合金層とからなるものが好ましい。
【００３８】
前記２層の強磁性膜は前記反強磁性側から軟磁性膜及び該軟磁性膜よりスピン依存散乱の大きい軟磁性膜からなるものが好ましい。
【００３９】
本発明は、基板上に設けられた一対の縦バイアス印加層と、その印加層上の各々に形成された一対の電極と、前記縦バイアス層に接して設けられた磁気抵抗効果素子膜とを有する磁気抵抗効果型磁気ヘッドであって、前記素子は前記基板側より反強磁性膜，強磁性膜，非磁性膜，軟磁性膜，非磁性膜，強磁性膜、及び反強磁性膜が順次積層され、縦バイアス印加層は前述の構成を有することを特徴とする。
【００４０】
前述の横バイアスを印加するための軟磁性薄膜に添加する化合物の量は化合物の酸素あるいは窒素を除いた原子の割合が、酸素及び窒素を除いた全原子に対して３から２０％であることが好ましい。これは、化合物の量が３％以下では電気抵抗の増加が小さく、また、２０％以上では飽和磁束密度が低下し、横バイアス膜として十分な値でなくなるためである。本発明の横バイアス膜の比抵抗は、ほぼ化合物の添加量に比例して増大するが、磁気抵抗効果型磁気ヘッドでは、７０μΩcm以上の比抵抗を有することが好ましい。これは横バイアス膜の比抵抗が、磁気抵抗効果膜の比抵抗に比べて十分大きくなければ磁気抵抗効果型磁気ヘッドの出力が低下するためである。磁気抵抗効果膜の比抵抗は２０〜３０μΩcmであり、横バイアス膜の比抵抗は少なくともこの２倍が目安となるためである。
【００４１】
前記磁性膜には、Ｎｉ７０〜９５原子％及びＦｅ５〜３０原子％の合金、又はこれにＣｏ１〜５原子％を含む合金、又はＣｏ３０〜８５原子％，Ｎｉ２〜３０原子％及びＦｅ２〜５０原子％の面心立方構造の合金を用いることが好ましく、この他、パーマロイ，パーメンダー合金等を用いても良い。つまり、強磁性で良好な軟磁気特性を有するものを用いることが好ましい。これらは良好な積層構造の形成を可能にし、軟磁気特性に優れ、さらに大きな磁気抵抗効果を生じるからである。
【００４２】
前記非磁性導電膜には、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕを用いることが好ましく、この他、Ｃｒ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｒｈ等またはこれらの合金を用いても良い。つまり、室温で自発磁化を持たず、電子の良好な透過性を有するものを用いることが好ましい。
【００４３】
更に、前記基板は、これらの膜を形成するための下地であって、磁気ディスク装置のスライダーとしての機能を有するものでも良く、この材料としては５％以下のＴｉＣを含むアルミナ，安定化ジルコニア等のセラミックス焼結体が好ましい。
【００４４】
こうした膜構成を有することにより、磁気抵抗効果素子はその電気抵抗が微弱な外部磁界に対して変化する機能を有し、しかもその電気抵抗の変化の割合が５％から１０％と大きい効果を有する。このため、本発明の磁気記録再生装置は、アナログ状態で記録された信号を再生時には直接デジタル化する機能をも有し、さらにディスク面積あたりの記録容量、即ち記録密度が高くせしめる効果を有する。
【００４５】
また、膜構成としては、基板上に酸化アルミニウム，酸化ニッケルなどの平坦な膜を形成してなるもの、又は基板上に、鉄，チタン，タンタル，ジルコニウム，ハフニウム，ニオブ，コバルト鉄合金などの膜を下地としてさらに形成してなるものであっても良い。基体上の膜は、その表面上に多層膜を平坦に形成する効果を有し、基体表面上に均質かつ平坦な膜構造を有することが好ましく、それぞれの膜の厚みは金属の膜では２０から２００Å、金属以外の膜では５から1000Å程度であることが好ましい。
【００４６】
本発明の薄膜磁気ヘッドは、信号を記録媒体に記録するインダクティブ型記録ヘッドと、その信号を再生する磁気抵抗効果型再生ヘッドとを組合せてなるものであって、前記再生ヘッドが、非磁性導電膜を間に挟んだ磁性膜のサンドウイッチ構造を有し、前記記録ヘッドが前記基板と前記再生ヘッドとの間に形成される。
【００４７】
本発明は、磁気抵抗効果素子での磁性膜の形状異方性の増大による感度の低下を低減させることが可能である。これは磁性膜を薄くすることで低減できる。磁性膜の形状異方性の大きさはおおよそその厚さに比例するからである。一方、本発明の磁気抵抗効果膜の合計の厚さは、やはり表面散乱による出力の低下を防ぐために１００〜３００Å程度とする必要があるが、非磁性膜で分離された個々の磁性膜、特に膜中央の軟磁性膜の厚さは１００Å以下、特に１０から２０Å以下にしても出力の低下を全く生じないからである。この作用は磁気抵抗効果の発現機構が、その磁性膜／非磁性膜／磁性膜の界面に起因することにより生じる。
【００４８】
また、本発明に搭載される磁気抵抗効果素子の磁性膜の厚さは、５〜１０００Å、特に１０〜１００Åであることが好ましい。磁性膜が室温で十分な磁化を有し、かつ、電流を有効に磁気抵抗効果に活用するためである。
【００４９】
各磁性膜を隔離する非磁性導電膜の厚さは、２〜１０００Åであることが好ましい。この非磁性導電膜の厚さは、電子の伝導を妨げず、特に磁性膜間の反強磁性的或いは強磁性的な結合を十分に小さく保つ必要があるからであり、特定の厚さ、例えばＣｕであれば１０Åから３０Å程度であることが望ましい。
【００５０】
本発明の磁気抵抗効果素子の構成の一例は、基板上に、ＮｉＯ，ＮｉＦｅ， Ｃｕ，ＮｉＦｅ，Ｃｕ，ＮｉＦｅ，ＮｉＯを順次積層した膜に一対の電極を配してなる。または、基板上に、ＮｉＯ，Ｃｏ／ＮｉＦｅ，Ｃｕ，Ｃｏ／ＮｉＦｅ，Ｃｕ，Ｃｏ／ＮｉＦｅ，ＮｉＯを順次積層した膜に一対の電極を配してなる。
【００５１】
或いは、本発明の磁気抵抗効果素子は、基板上に、ＮｉＯ，ＣｏＮｉＦｅ， Ｃｕ，ＮｉＦｅ，Ｃｕ，Ｃｏ／ＮｉＦｅ，ＮｉＯを順次積層した膜に一対の電極を配してなる。これはこれらの構成が表面散乱による出力の低下を極めて効率的に防止し、実効上出力を向上させる効果があるとともに中央の膜を薄くすることを可能にして磁性膜の形状異方性による素子の感度の劣化を、出力の低下なしに防止することができるからである。
【００５２】
本発明の磁気記録再生装置は、このように磁気抵抗効果素子を再生部とし、高い記録密度、すなわち記録媒体上に記録される記録波長を短くすることができる。また、記録トラックの幅が狭い記録を実現でき、十分な再生出力を得、記録を良好に保つことができる。
【００５３】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本発明の下地膜の上の硬磁性薄膜の磁気特性の改善について、下地膜として、結晶構造が体心立方格子であるＦｅ−Ｃｒ系合金薄膜を用いた場合について述べる。図２（ａ）は、従来技術のＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系硬磁性薄膜の単層膜の膜面内方向の磁気特性と、図２（ｂ）は本発明のＦｅ−Ｃｒ系合金薄膜の上に作製したＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系硬磁性薄膜（以下、Ｆｅ−Ｃｒ／Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔと記す）の膜面内方向の磁気特性を比較したものである。薄膜の作製はスパッタリング法により行い、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系硬磁性薄膜の膜厚は下地膜の有無に依らず４０ｎｍであり、Ｆｅ−Ｃｒ系合金薄膜の膜厚は１０ｎｍである。なお、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系硬磁性薄膜の組成は６９at.％Ｃｏ−１４at.％Ｃｒ−１７at.％Ｐｔ であり、Ｆｅ−Ｃｒ系合金薄膜の組成は９０at.％Ｆｅ−１０at.％Ｃｒである。単層膜では、保磁力が６１０Ｏｅ，残留磁束密度と膜厚の積(以下、磁化量と呼ぶ)の値が２００Ｇ・μｍで、残留磁束密度と飽和磁束密度の比（以下、角型比と呼ぶ）は０.７３ である。一方、Ｆｅ−Ｃｒ／Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔでは、保磁力が １０３５Ｏｅ，磁化量の値が４３０Ｇ・μｍで、角型比は０.９０ である。ここで、磁化量は、磁性膜から発生する磁界の大きさを表わし、磁気抵抗効果膜に印加される縦バイアス磁界に相当する。ＭＲヘッドを安定かつ高感度に動作させるためには、縦バイアス印加層の磁化量としては、磁気抵抗効果膜の磁化量の１〜２.５ 倍の磁化量が適当であることから、Ｆｅ−Ｃｒ／Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔでは、縦バイアス磁界を印加するために十分な大きさが得られている。
【００５４】
ＭＲヘッドの最適な磁化量の大きさは、磁気抵抗効果膜の膜厚等によって変わるので、その場合には硬磁性薄膜の膜厚をその大きさに併せて変化させればよい。また、Ｆｅ−Ｃｒ系合金薄膜を下地膜として設けた場合、保磁力も，角形比も大きく改善されている。保磁力は、縦バイアス磁界の安定性等から大きい方がよく、角形比も大きい方が、硬磁性薄膜の膜厚を減少できる効果がある。
【００５５】
単層膜の場合に、保磁力及び磁化量が小さいのは、硬磁性薄膜の結晶が膜面に垂直に〈００１〉方向が配向しているためである。図３は、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ単層膜、及びＦｅ−Ｃｒ／Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔの積層膜のＸ線回折プロファイルである。いずれの膜も〈００１〉結晶軸が膜面に垂直に配向しており、（００２）面からの回折線が観察される。しかしながら、回折線の強度は、単層膜の方が約６倍程度大きく、〈００１〉の配向度がより高いことを示している。Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ膜は六方晶であり、〈００１〉方向に強い磁気異方性を有している。従って、単層膜のような強い〈００１〉配向は垂直異方性を発生させ、磁化の膜面内成分を減少させる。Ｆｅ−Ｃｒ系合金薄膜を下地膜として設けた場合には、この膜の結晶構造が体心立方格子であり、この膜の上部でＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ膜の結晶配向性が変化し、〈００１〉配向が変化したものと考えられる。
【００５６】
（実施例２）
下地膜の厚さが５〜２０ｎｍと薄い場合には図４のように、軟磁性薄膜１３／非磁性導電性薄膜１４／磁気抵抗効果膜１５を信号検出領域だけ残るように両脇を切り落し、縦バイアス印加層２４及び電極膜１７を配置すると、縦バイアス印加層２４から発生する磁界により磁気抵抗効果膜１５だけではなく軟磁性薄膜 １３にも縦バイアス磁界を印加することができるため、軟磁性薄膜１３に起因するバルクハウゼンノイズを抑制することが可能となる。また、信号検出領域だけに磁気抵抗効果膜１５が存在しているため、オフトラック特性の優れたヘッドが得られる。軟磁性薄膜１３／非磁性導電性薄膜１４／磁気抵抗効果膜１５の両脇を切り落す際、基板側に位置する軟磁性薄膜１３の幅が他の膜よりも広くなる。一般に軟磁性薄膜１３として結晶構造が面心立方格子であるＮｉ−Ｆｅ系薄膜が用いられるため、下地膜を用いない場合には硬磁性薄膜の再生トラック側は面心立方格子上に成膜され、この部分で保磁力の低下が起こりバルクハウゼンノイズが発生する。また、下地膜として非磁性薄膜を用いると、軟磁性薄膜の磁気抵抗効果膜よりも幅が広くなっている部分の磁化の方向が不安定になり、これがバルクハウゼンノイズとなって現われる。結晶構造が体心立方格子である強磁性薄膜や反強磁性薄膜、あるいは非晶質強磁性薄膜を下地膜として用いると、硬磁性薄膜の保磁力が低下せず、さらに硬磁性薄膜と軟磁性薄膜の間に交換結合が生じるため軟磁性薄膜の磁化が安定し、バルクハウゼンノイズを抑制することができる。
【００５７】
なお、出力を低下させずにバルクハウゼンノイズを抑制するには縦バイアス磁界の大きさを適切な値に調整することが重要である。膜厚のばらつきによる縦バイアス磁界の変動を考えると、強磁性を示す下地膜２５２は飽和磁束密度の高いＦｅ薄膜よりはＦｅにＮｉ，Ｃｏ，Ｓｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ等を添加して飽和磁束密度を下げたＦｅ系合金薄膜或いは非晶質強磁性薄膜の方が変動を小さく抑えることができる。さらに、反強磁性薄膜は反強磁性を示す膜厚以上であれば膜厚によらずそれ自身からは磁界が発生しないため、縦バイアス磁界の制御に関して最も好ましいと言える。
【００５８】
ここで述べた実施例では基板側から順に、軟磁性薄膜１３，磁気抵抗効果膜 １５，電極膜１７を配置した磁気抵抗効果型ヘッドを示したが、必ずしもこの順に配置しなくてもよい。
【００５９】
本実施の形態は、磁気抵抗効果膜として、異方性磁気抵抗効果を示す材料を用いたものである。また、以下で述べる薄膜の成膜には、スパッタリング法を用いている。
【００６０】
セラミックスからなる非磁性基板１０の上に、絶縁膜２０としてアルミナ膜を約１０μｍ形成し、表面に精密研磨を施す。下部シールド層１１１としてＣｏ−Ｈｆ−Ｔａ系合金非晶質薄膜を約２μｍ形成し、イオンミリング法を用いて所定の形状に加工する。下部ギャップ層１２１としてアルミナ膜を０.３μｍ 成膜した後、横バイアス磁界を印加するための軟磁性薄膜１３としてＮｉ−Ｆｅ−Ｃｒ系合金薄膜４０ｎｍ，非磁性導電性薄膜１４としてＴａ薄膜２０ｎｍ，磁気抵抗効果膜１５としてＮｉ−Ｆｅ系合金薄膜３０ｎｍを順次成膜し、軟磁性薄膜と非磁性導電性薄膜と磁気抵抗効果膜との積層膜（以下、軟磁性薄膜／非磁性導電性薄膜／磁気抵抗効果膜と記す）を所定の形状に加工する。信号検出領域とする位置にリフトオフマスク材を形成し、イオンミリング法により、軟磁性薄膜／非磁性導電性薄膜／磁気抵抗効果膜の端部に緩やかな傾斜が形成される条件で、これらの積層膜を感磁部のみ残るようにエッチングする。縦バイアス印加層２４として、結晶構造が体心立方格子で強磁性を示す下地膜２５２であるＦｅ−Ｃｒ系合金薄膜１０ｎｍ，硬磁性薄膜２６であるＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系硬磁性薄膜４０ｎｍを順次形成し、これに続いて、磁気抵抗効果膜１５の電気抵抗の変化を読み出すための電極膜１７となるＡｕ薄膜を０.２μｍ 成膜した後、リフトオフマスク材を除去することにより、信号検出領域が形成される。この上に、厚さ０.３μｍ のアルミナからなる上部ギャップ層１２２と、厚さ約２μｍのＮｉ−Ｆｅ系合金からなる上部シールド層１１２を順次形成する。さらに上部に絶縁膜１８を形成後、記録用の誘導型磁気ヘッドを作製するが詳細は省略する。
【００６１】
素子形成終了後、磁気抵抗効果膜の長さ方向（図の水平方向）に、５ｋＯｅの直流磁界を印加して、縦バイアス印加層２４の着磁を行う。この後、基板を切断し、スライダーに加工してＭＲヘッドの作製を完了する。
【００６２】
本実施の形態では、横バイアス磁界を印加する手段として、磁気抵抗効果膜 １５と非磁性導電性薄膜１４を介して隣接して設けられた軟磁性薄膜１３により印加する方法を用いているが、これは横バイアス磁界の印加手段の一方法であり、他の方法を用いることもできる。
【００６３】
また、縦バイアス印加層２４としてＦｅ−Ｃｒ１０ｎｍ／Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ ４０ｎｍの積層膜を用いているが、これは実施形態の一例であり、縦バイアス印加層の磁化量が、磁気抵抗効果膜の磁化量の１〜２.５ 倍程度であれば、この膜厚構成、或いはこれらの材料でなくてもよい。磁化量の調整は、強磁性を示す下地膜２５２と硬磁性薄膜２６が強磁性的に結合していることから、これらそれぞれの膜厚を変えることにより行うことができる。さらに、縦バイアス印加層の磁化量が十分大きければ、着磁の方向を磁気抵抗効果膜の長さ方向から高さ方向 （紙面に対して垂直方向）に傾けることにより、調整することも可能である。
【００６４】
図５〜図８は硬磁性薄膜と磁気抵抗効果膜との間に作用する磁気的交換結合の効果について調べるために、本発明のＭＲヘッド（図５及び図６）と、下地膜として非磁性のＣｒを用いた比較のＭＲヘッド（図７及び図８）のトラック方向の感度の分布を及び磁化分布モデルを比較したものである。まず、このトラックプロファイルの測定法について説明する。このトラックプロファイルは、ディスク上の約０.４μｍ の非常に狭いトラック上に信号を書き込み、この信号をＭＲヘッドをディスクの半径方向に移動させながら読み出し、ＭＲヘッドの各々の部分の再生出力を求めたものである。従って、図の横軸は移動距離であり、縦軸はその位置での再生出力である。このような測定によって、ＭＲヘッドの感度のトラック方向の分布を調べると、ＭＲヘッドの再生感度はトラック中央部で大きく、端部で低い、山型の分布をしていることが分かる。実際の再生電圧は、これらの信号のトラック方向の積分値に相当すると考えられる。図７，図８の非磁性下地膜のＭＲヘッドでは、幾何学的なトラック幅(電極の間隔）が２.８μｍのヘッドで、磁気的トラック幅（Ｔ_WM）は２.４μｍであり、０.４μｍ減少している。ここで、磁気的トラック幅とは、図の各点での出力をトラック方向に積分し、その積分カーブの値が全体の５％から全体の９５％となる幅と定義する。従って、磁気的トラック幅はＭＲヘッドの実効的なトラック幅に相当する。非磁性下地膜のＭＲヘッドで、磁気的トラック幅が減少する原因は、図８の磁化モデルで示すように、磁気抵抗効果膜の端部の磁化が、ディスクの法線方向を向いているためと考えられる。このように磁化が法線方向を向くと、媒体からの信号磁界に応じて磁気抵抗効果膜の磁化が回転できず、結果的に、この部分で感度が低下する。このヘッドでは、信号検出領域の端部にこのような不感帯があるので、再生電圧は低い。一方、強磁性薄膜を下地膜に用いた本発明のＭＲヘッド（図５，図６）では、２.２５μｍ の幾何学的トラック幅に対して、磁気的トラック幅（Ｔ_WM）は２.２５μｍ であり、幾何学的トラック幅と実効的トラック幅はほぼ同一である。これは、本発明のＭＲヘッドでは、磁気抵抗効果膜の端部において、磁化がディスクの法線方向を向くことはなく、従って、非磁性下地膜を用いたＭＲヘッドのような不感帯は存在せず、結果として高い出力を有する。なお、図６の磁化分布の図において、信号検出領域の磁化が斜めに傾いているのは、磁気抵抗効果膜に横バイアス磁界が印加されているためである。
【００６５】
以上の結果から、非磁性の下地膜を用いたＭＲヘッドと、本発明のＭＲヘッドでは、信号検出領域端部の磁化の状態に違いがあることが判明した。この違いは、硬磁性薄膜と、磁気抵抗効果膜及び軟磁性薄膜との間の磁気的交換結合の有無によるものである。本発明のＭＲヘッドでは、硬磁性薄膜と磁気抵抗効果膜の磁化は、磁性下地膜を介して磁気的交換結合しているので、磁気抵抗効果膜及び軟磁性薄膜の端部の磁化は、硬磁性薄膜の磁化の方向と同じ方向を向く。この場合、硬磁性薄膜の磁化はＭＲヘッドのトラック方向に着磁されているので、磁気抵抗効果膜及び軟磁性薄膜の磁化も同様にトラック方向を向く。一方、非磁性の下地膜を用いたＭＲヘッドの場合には、硬磁性薄膜と、磁気抵抗効果膜及び軟磁性薄膜の間には磁気的交換結合はない。ＭＲヘッドは、セラミックスからなる絶縁膜や金属膜の複雑な積層構造体であり、複雑な構造から極度に大きな応力集中が生じ易いことは良く知られている。従って、信号検出領域の端部のように、エッチングされた端部では、応力が集中し易い。磁気抵抗効果膜は応力を受けると、その磁歪に応じて磁化が応力の方向に向き易く（磁歪によっては向きにくく）なる。非磁性下地膜を用いたＭＲヘッドの信号検出領域端部の磁化の回転は、このような応力に起因するものと考えられる。本発明のように、硬磁性薄膜が端部領域において磁気的交換結合をする場合には、信号検出領域端部に発生し易い、このような磁化の不安定を防止することが可能である。
【００６６】
（実施例３）
図１は本発明の異方性磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果型磁気ヘッドの構造を示す斜視図であり、図９は感磁部近くの断面図である。セラミックスからなる非磁性基板１０の上に、絶縁膜２０としてアルミナ膜を約１０μｍ形成し、表面に精密研磨を施す。下部シールド層１１１としてスパッタリング法によりＣｏ−Ｈｆ−Ｔａ系合金非晶質薄膜を約２μｍ形成し、イオンミリングを用いて所定の形状に加工する。下部ギャップ層１２１としてアルミナ膜を０.３μｍ 成膜した後、横バイアス磁界を印加するための軟磁性薄膜１３としてＮｉ−Ｆｅ−Ｃｒ系合金薄膜４０ｎｍ，非磁性導電性薄膜１４としてＴａ薄膜２０ｎｍ，磁気抵抗効果膜１５としてＮｉ−Ｆｅ系合金薄膜３０ｎｍを順次成膜し、軟磁性薄膜／非磁性導電性薄膜／磁気抵抗効果膜を所定の形状に加工する。信号検出領域とする位置にリフトオフマスク材を形成する。スパッタエッチングにより磁気抵抗効果膜表面をクリーニングした後、縦バイアス印加層２４として、結晶構造が体心立方格子で強磁性を示す下地膜２５２であるＦｅ薄膜１０ｎｍ，硬磁性薄膜２６であるＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系硬磁性薄膜３２ｎｍを順次形成し、これに続いて、磁気抵抗効果膜１５の電気抵抗の変化を読み出すための電極膜１７となるＡｕ薄膜を０.２μｍ 成膜する。成膜にはスパッタリング法を用い、Ａｒガス圧は５ｍTorr、基板温度は室温で行った。なお、ガラス基板上に作製したＦｅ薄膜１０ｎｍとＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系硬磁性薄膜３２ｎｍからなる積層膜の保磁力は１２００Ｏｅ、残留磁束密度Ｂｒと飽和磁束密度Ｂｓの比Ｂｒ／Ｂｓ（以下、角型比と呼ぶ）は０.８０、残留磁束密度は０.９３Ｔであった。本実施例では縦バイアス印加層としてＦｅ／Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ積層膜を用いたが、これは縦バイアス印加層２４の代表的なものであり、特にこの積層膜に限定されるものでない。次に、縦バイアス印加層２４であるＦｅ／Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ積層膜及び電極膜１７であるＡｕ薄膜が付着しているリフトオフマスク材を除去することにより、信号検出領域が形成される。この上に、厚さ０.３μｍ のアルミナからなる上部ギャップ層122と、厚さ約２μｍのＮｉ−Ｆｅ系合金からなる上部シールド層１１２を順次形成する。さらに上部に絶縁膜１８を形成後、記録用の誘導型磁気ヘッドを作製するが詳細は省略する。この後、基板を切断し、スライダーに加工して磁気抵抗効果型ヘッドの作製を完了する。
【００６７】
以上のように作製した磁気抵抗効果型磁気ヘッドについて、バルクハウゼンノイズの有無を調べた。比較のため、縦バイアス印加層をＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系硬磁性薄膜８０ｎｍ（下地膜なし）、及び下地膜が非磁性のＣｒ薄膜１０ｎｍで硬磁性薄膜がＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系硬磁性薄膜５２ｎｍとした磁気抵抗効果型ヘッドについても評価を行った。なお、ガラス基板上に作製した厚さ８０ｎｍのＣｏ− Ｐｔ−Ｃｒ系硬磁性薄膜の磁気特性は保磁力が４５０Ｏｅ，角型比が０.５５ ，残留磁束密度が０.４９Ｔ であり、１０ｎｍのＣｒ薄膜を介してガラス基板上に作製した厚さ５２ｎｍのＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系硬磁性薄膜の磁気特性は保磁力が １５００Ｏｅ，角型比が０.８５，残留磁束密度が０.７５Ｔであり、Ｆｅ薄膜 １０ｎｍ／Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系硬磁性薄膜３２ｎｍの積層膜の磁気特性とは異なっているが、残留磁束密度と膜厚の積が同等であるので、縦バイアス印加層から発生する磁束の量はほぼ等しいと考えられる。バルクハウゼンノイズの評価は残留磁束密度と磁性体膜厚の積が１５０Ｇ・μｍの薄膜媒体に５ｋＦＣＩで記録した記録パターンを、浮上量０.１２μｍ ，センス電流１０ｍＡで再生したときの再生波形を観測し、バルクハウゼンノイズの抑制率として、観測したヘッド数に対しバルクハウゼンノイズの現われないヘッドの数を求めて比較した。縦バイアス印加層としてＦｅ薄膜１０ｎｍ／Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系硬磁性薄膜３２ｎｍを用いたヘッドのバルクハウゼンノイズの抑制率は１００％であるのに対し、Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系硬磁性薄膜８０ｎｍのヘッドでは１０％、Ｃｒ薄膜１０ｎｍ／Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系硬磁性薄膜５２ｎｍのヘッドでは６５％であった。下地膜のないＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系硬磁性薄膜８０ｎｍのヘッドでバルクハウゼンノイズの抑制率が低いのはＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系硬磁性薄膜が結晶構造が面心立方格子である磁気抵抗効果膜の上に直接成膜されているため保磁力が小さくなっており、外部磁界が作用すると縦バイアス印加層の磁化も動いてしまい、縦バイアス磁界が有効に働いていないためである。また、下地膜として非磁性のＣｒ薄膜を用いたＣｒ薄膜１０ｎｍ／Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系硬磁性薄膜５２ｎｍのヘッドでは図15のように、信号検出領域では磁化の方向が縦バイアス印加層からの磁界によって縦バイアス印加層と同じ方向を向く。しかし、縦バイアス印加層の下では磁気抵抗効果膜の磁化の方向は素子端部の静磁的な作用により縦バイアス印加層の磁化の方向と逆向きになる。従って、磁気抵抗効果膜内で磁化の方向が反対向きになる部分に磁壁が生じ、バルクハウゼンノイズが発生するものと考えられる。
【００６８】
本実施例では縦バイアス印加層２４として、Ｆｅ薄膜１０ｎｍ／Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系硬磁性薄膜３２ｎｍの積層膜を用いたが、下地膜はＦｅ薄膜以外の結晶構造が体心立方格子である強磁性薄膜や非晶質強磁性薄膜、或いは結晶構造が体心立方格子である反強磁性薄膜を用いてもよい。
【００６９】
結晶構造が体心立方格子である強磁性薄膜はＦｅ−Ｎｉ系合金，Ｆｅ−Ｃｏ系合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、さらにＦｅ及びこれらの合金に添加元素としてＳｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗを１種類以上添加した合金を用いることができる。これらを下地膜として用いる場合、硬磁性薄膜の結晶成長を促し、さらに粒子間の磁気的な相互作用を小さくして大きな保磁力を得るためには下地膜の厚さは厚い方が良いが、一方磁気抵抗効果膜と硬磁性薄膜の間の交換結合は下地膜が厚い程減少してしまう。従って、下地膜の膜厚は硬磁性薄膜の成長が結晶構造が面心立方格子である磁気抵抗効果膜の影響を受けなくなる膜厚である５〜２０ｎｍ程度が好ましい。
【００７０】
非晶質強磁性薄膜はＣｏと、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｙ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔのなかから選ばれる１種類以上の元素を主成分とする非晶質合金を用いることができ、代表的なものとして Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ系薄膜，Ｃｏ−Ｚｒ−Ｔａ系薄膜，Ｃｏ−Ｈｆ−Ｎｂ系薄膜，Ｃｏ−Ｈｆ−Ｔａ系薄膜などが挙げられる。非晶質強磁性薄膜／硬磁性薄膜と体心立方格子強磁性薄膜／硬磁性薄膜の保磁力を比較すると、下地膜の膜厚が３０ｎｍ以上と厚い場合には体心立方格子強磁性薄膜を用いた方が大きな値が得られるが、５〜２０ｎｍ程度では非晶質強磁性薄膜を用いた場合でも体心立方格子強磁性薄膜を用いた場合と同程度か、やや小さな値であった。これは５〜２０ｎｍ程度の膜厚では膜厚が厚い場合と比べて体心立方格子強磁性薄膜の結晶性が劣り結晶粒の成長も十分でないため、非晶質強磁性薄膜を用いた場合とあまり違いが生じないものと考えられる。なお、縦バイアス印加層から発生する磁束の量が Ｆｅ薄膜１０ｎｍ／Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系硬磁性薄膜３２ｎｍと等しいＣｏ−Ｈｆ−Ｔａ系非晶質強磁性薄膜１６ｎｍ／Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系硬磁性薄膜３２ｎｍを適用した磁気抵抗効果型磁気ヘッドのバルクハウゼンノイズの抑制率はＦｅ薄膜１０ｎｍ／Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系硬磁性薄膜３２ｎｍを用いた場合と同様に１００％であった。
【００７１】
結晶構造が体心立方格子である反強磁性薄膜はＣｒと、Ｍｎと、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｏ，Ｎｉ及び白金族元素から選ばれる１種類以上の元素を主成分とする合金を用いることができる。これらの反強磁性薄膜の場合、約２０ｎｍよりも薄くなると反強磁性を示さなくなるため、膜厚は２０ｎｍ以上必要である。
【００７２】
硬磁性薄膜はＣｏと、Ｃｒ，Ｔａ，Ｎｉ，Ｐｔ，Ｒｅから選ばれる１種類以上の元素を主成分とする合金を用いることができ、Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系硬磁性薄膜の他の代表的なものとして、Ｃｏ−Ｒｅ系硬磁性薄膜，Ｃｏ−Ｃｒ系硬磁性薄膜，Ｃｏ−Ｔａ−Ｃｒ系硬磁性薄膜，Ｃｏ−Ｎｉ−Ｐｔ系硬磁性薄膜等がある。また、これらの硬磁性合金薄膜に酸化シリコン，酸化ジルコニウム，酸化アルミニウム，酸化タンタルを１種類以上添加した酸化物添加合金薄膜も用いることができる。
【００７３】
本発明の異方性磁気抵抗効果を利用したＭＲヘッドは、軟磁性薄膜／非磁性導電性薄膜／磁気抵抗効果膜の成膜までは、前述の実施形態と同様に行った後、軟磁性薄膜／非磁性導電性薄膜／磁気抵抗効果膜を所定の形状に加工する。信号検出領域とする位置にリフトオフマスク材を形成し、縦バイアス印加層２４として、体心立方構造を有する強磁性を示す下地膜２５２であるＦｅ−Ｃｒ系合金薄膜，硬磁性薄膜２６であるＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系硬磁性薄膜を順次成膜する。続いて、電極膜１７となるＡｕ薄膜を形成した後、リフトオフマスク材を除去することにより、信号検出領域が形成される。この後の工程は、前述の実施形態と同じである。
【００７４】
下地膜として、Ｃｒ等の非磁性膜を用いた場合には、図１５のように、硬磁性薄膜から発生する磁界が、硬磁性薄膜の下のＭＲ素子部を構成する強磁性薄膜を還流するため、感磁部と感磁部以外の部分とで磁気抵抗効果膜の磁化が互いに逆方向を向いてしまう。一方、強磁性下地膜を用いた場合には、感磁部の磁化は、縦バイアス印加層から発生する磁界によって、感磁部以外の磁化は、縦バイアス印加層と磁気抵抗効果膜の磁気的交換結合により、縦バイアス印加層の着磁方向と同じ方向を向く。従って、磁気抵抗効果膜には磁壁が存在しないので、バルクハウゼンノイズのないＭＲヘッドが得られる。
【００７５】
（実施例４）
本発明は、巨大磁気抵抗効果を利用したＭＲヘッドにも適用することができる。巨大磁気抵抗効果を示す積層膜の構成のなかで、最も単純であり基本となるものが、図１０に示すような反強磁性層３１／磁性薄膜３２／非磁性導電性薄膜 ３３／磁性薄膜３４という構成である。磁性薄膜３２の磁化の方向は、反強磁性層３１との交換相互作用によりトラック方向と垂直な方向（紙面と垂直な方向）に固定されている。磁性薄膜３４にはトラック方向に磁気異方性が誘導されており、外部磁界を印加しない状態では、磁性薄膜３２と磁性薄膜３４の磁化の方向は垂直になっている。外部磁界が印加されると、磁性薄膜３４の磁化が回転し、磁性薄膜３２の磁化とのなす角度が変わり、これにより電気抵抗が変化する。一般に、反強磁性層３１にはＦｅ−Ｍｎ系反強磁性膜，Ｎｉ−Ｍｎ系反強磁性膜，ＮｉＯ反強磁性膜などが用いられ、磁性薄膜３２及び３４にはＮｉ−Ｆｅ系薄膜が、非磁性導電性薄膜３３にはＣｕ薄膜が用いられる。また、縦バイアス磁界は、磁化が回転する磁性薄膜３４に印加する。
【００７６】
（実施例５）
図１１は、このような膜構成からなる磁気抵抗効果積層膜を有するＭＲヘッドの一実施形態の感磁部近傍の断面図である。下部ギャップ層１２１までは異方性磁気抵抗効果を利用したＭＲヘッドの実施形態と同様の方法により作製する。下部ギャップ層１２１の上に、反強磁性層３１としてＮｉＯ反強磁性薄膜１００ ｎｍ，磁性薄膜３２としてＮｉ−Ｆｅ系合金薄膜５ｎｍ，非磁性導電性薄膜３３としてＣｕ薄膜３ｎｍ，磁性薄膜３４としてＮｉ−Ｆｅ系合金薄膜１２ｎｍを成膜した後、保護膜３５としてＴａ薄膜を３ｎｍ成膜する。この積層膜を所定の形状に加工し、信号検出領域とする位置にリフトオフマスク材を形成する。イオンミリング法により、磁気抵抗効果積層膜の端部に緩やかな傾斜が形成される条件で、感磁部のみ残るようにエッチングした後、本発明の縦バイアス印加層２４、例えば体心立方構造を有する強磁性を示す下地膜２５２であるＦｅ−１０at.％Ｃｒ合金薄膜５ｎｍ及び硬磁性薄膜２６であるＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系硬磁性薄膜 １４ｎｍを形成し、これに続いて電極膜１７となるＡｕ薄膜を０.２μｍ 成膜する。ここで、ガラス基板上に作製したＦｅ−１０at.％Ｃｒ 合金薄膜５ｎｍ／ Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系硬磁性薄膜１４ｎｍの保磁力は１５００Ｏｅ、角型比は0.85、残留磁束密度は０.８７Ｔ であった。次にリフトオフマスク材を除去し信号検出領域を形成するが、これ以降の工程は前述の実施例と同様であるため省略する。
【００７７】
薄膜形成工程が全て完了した後で、反強磁性層３１と磁性薄膜３２との間に磁気的交換結合を生じさせて、磁性薄膜３２の磁化の方向をトラック方向と垂直な方向（紙面と垂直な方向）に固定するために、反強磁性層のネール点以上の温度から、直流磁界を印加しながら温度を下げる熱処理工程が必要となる。縦バイアス印加層を、磁気抵抗効果積層膜の長さ方向（図の水平方向）に着磁した後、基板の切断，スライダー加工を行い、ＭＲヘッドの作製が完了する。
【００７８】
比較のため、縦バイアス印加層としてＣｒ薄膜５ｎｍ／Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系硬磁性薄膜２７ｎｍを用いた、同様の構成を有する磁気抵抗効果型磁気ヘッドも作製し、バルクハウゼンノイズの抑制率を比較したが、Ｆｅ−１０at.％Ｃｒ 合金薄膜５ｎｍ／Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系硬磁性薄膜１４ｎｍを用いたヘッドでは１００％であったのに対し、Ｃｒ薄膜５ｎｍ／Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系硬磁性薄膜２７ｎｍを用いたヘッドでは７０％であった。なお、ガラス基板上に作製したＣｒ薄膜５ｎｍ／Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系硬磁性薄膜２７ｎｍの磁気特性は保磁力が１７００ Ｏｅ，角型比が０.９０，残留磁束密度が０.５９Ｔであった。
【００７９】
本実施形態では、基板側から順に、反強磁性層３１／磁性薄膜３２／非磁性導電性薄膜３３／磁性薄膜３４，電極膜１７を配置したＭＲヘッドを示したが、必ずしもこの順に配置しなくてもよい。但し、磁性薄膜３４／非磁性導電性薄膜 ３３／磁性薄膜３２／反強磁性層３１とする場合には、反強磁性層３１は、Ｆｅ−Ｍｎ系反強磁性膜，Ｎｉ−Ｍｎ系反強磁性膜などの導電性反強磁性膜が好ましい。
【００８０】
（実施例６）
反強磁性層／磁性薄膜／非磁性導電性薄膜／磁性薄膜からなる磁気抵抗効果積層膜を有するＭＲヘッドにおいても、図１２に示すように磁気抵抗効果積層膜上の両端に、縦バイアス印加層２４及び電極１７を配置した構造にすることができる。
【００８１】
巨大磁気抵抗効果を利用したＭＲヘッドにおいても、縦バイアス印加層の磁化量が、ヘッドの安定性及び再生出力に大きな影響を及ぼす。縦バイアス印加層の最適な磁化量は、磁性薄膜３４あるいは２２の磁化量の１〜３倍程度である。
【００８２】
以上では、本発明の縦バイアス印加層として、主に、結晶構造が体心立方格子である強磁性薄膜について述べたが、非晶質強磁性薄膜、或いは結晶構造が体心立方格子である反強磁性薄膜を用いた場合にも、同様の効果が得られる。
【００８３】
非晶質強磁性薄膜の材料としては、Ｃｏと、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ， Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｙ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔのなかから選ばれる少なくとも１種類以上の元素を主成分とする非晶質合金を用いることができ、代表的なものとしてＣｏ−Ｚｒ−Ｎｂ系薄膜，Ｃｏ−Ｚｒ−Ｔａ系薄膜，Ｃｏ−Ｈｆ−Ｎｂ系薄膜，Ｃｏ−Ｈｆ−Ｔａ系薄膜などが挙げられる。これらの材料の場合、スパッタリング法で作製するが、Ｃｏが９０at.％ よりも多いと非晶質にならず、また、７０at.％ よりも少ないと磁性を失ってしまうので、Ｃｏ含有量の上限は９０at.％であり、下限は７０at.％である。
【００８４】
図１３は、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ単層膜、及び非晶質強磁性薄膜の特定の例であるＣｏ−Ｚｒ−Ｎｂ系薄膜２０ｎｍを下地膜とし、その上にＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系硬磁性薄膜を積層したＣｏ−Ｚｒ−Ｎｂ／Ｃｏ−Ｃｒ−ＰｔのＸ線回折プロファイルである。Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ／Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔのプロファイルを見ると、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ系薄膜によるブロードな回折線とＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔの（００２）面からの回折線が観察され、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ薄膜は〈００１〉結晶軸が膜面に垂直に配向していることが分かる。Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ／Ｃｏ−Ｃｒ−ＰｔのＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（００２）回折線の強度を、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ単層膜、及び図３に示したＦｅ−Ｃｒ／Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔと比較してみると、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ単層膜に対しては約１／３と小さくなっているが、Ｆｅ−Ｃｒ／Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔに対しては約２倍と大きくなっており、これらのことは、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ／Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔにおける〈００１〉の配向度は、単層膜よりは低く、Ｆｅ−Ｃｒ／ Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔよりは高いことを示している。Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔは〈００１〉方向に強い磁気異方性を有することから、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（００２）回折線の強度が小さい方が磁化の膜面内成分が多いことを示すので、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ系非晶質強磁性薄膜を下地膜として用いることにより、Ｆｅ−Ｃｒ系強磁性薄膜を用いた場合ほどではないが、硬磁性薄膜の磁気特性を改善することができる。
【００８５】
結晶構造が体心立方格子である反強磁性薄膜の材料としては、Ｃｒと、Ｍｎと、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｏ，Ｎｉ及び白金族元素から選ばれる少なくとも１種類以上の元素を主成分とする合金を用いることができる。この反強磁性材料における好ましい組成範囲は、添加元素をＸとして（Ｃｒ_100-cＭｎ_c)_100-dＸ_d で表わしたとき、３０≦ｃ≦７０，０≦ｄ≦３０であり、これは交換結合作用が最大になる組成である。また、膜厚については、２０ｎｍよりも薄くなると反強磁性を示さなくなるため、これ以上の膜厚が必要である。硬磁性薄膜の磁気特性の改善の効果は、結晶構造が体心立方格子である強磁性薄膜を用いた場合とほぼ同等である。
【００８６】
この反強磁性薄膜を下地膜として用いる際には、反強磁性薄膜の磁化の方向を磁気抵抗効果膜の長さ方向に揃えるために、直流磁界中で熱処理を施すことが望ましい。ここで、磁気抵抗効果膜が巨大磁気抵抗効果を利用したＭＲヘッドの場合には、図１０に示したように磁性薄膜３２の磁化の方向を固定するために反強磁性層３１が設けられており、反強磁性層３１の着磁方向と縦バイアス印加層の下地膜である反強性薄膜の着磁方向が異なるため、それぞれブロッキング温度の異なる材料を用いるか、又は縦バイアス印加層の下地膜である反強性薄膜として、熱処理を施さなくとも交換結合が生じる組成を選ぶことが必要となる。
【００８７】
（実施例７）
図１４は、本発明のＭＲヘッドを適用した磁気ディスク装置の一実施形態の概略構造を示す図である。ここでは、磁気記録再生装置としての磁気ディスク装置に本発明のＭＲヘッドを適用した実施形態を示すが、本発明のＭＲヘッドは、例えば、磁気テープ装置等のような磁気記録再生装置にも適用可能なことは明らかである。
【００８８】
この磁気ディスク装置の概略構造を説明する。図１４に示すように、磁気ディスク装置は、スピンドル２０２と、スピンドル２０２を軸として、等間隔に積層された複数の磁気ディスク２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ，２０４ｄ，２０４ｅと、スピンドル２０２を駆動するモータ２０３とを備えている。さらに、移動可能なキャリッジ２０６と、キャリッジ２０６に保持された磁気ヘッド２０５ａ， ２０５ｂ，２０５ｃ，２０５ｄ，２０５ｅの群と、このキャリッジ２０６を駆動するボイスコイルモータ２１３を構成するマグネット２０８及びボイスコイル ２０７と、これを支持するベース２０１とを備えて構成させる。また、磁気ディスク制御装置等の上位装置２１２から送出される信号に従って、ボイスコイルモータ２１３を制御するボイスコイルモータ制御回路２０９を備えている。また、
上位装置２１２から送られてきたデータを、磁気ディスク２０４ａ等の書き込み方式に対応し、磁気ヘッドに流すべき電流に変換する機能と、磁気ディスク204a等から送られてきたデータを増幅し、ディジタル信号に変換する機能とを持つライト／リード回路２１０を備え、このライト／リード回路２１０は、インターフェイス２１１を介して、上位装置２１２と接続されている。
【００８９】
次に、この磁気ディスク装置において、磁気ディスク２０４ｄのデータを読み出す場合の動作を説明する。上位装置２１２から、インターフェイス２１１を介して、ボイスコイルモータ制御回路２０９に、読み出すべきデータの指示を与える。ボイスコイルモータ制御回路２０９からの制御電流によって、ボイスコイルモータ２１３がキャリッジ２０６を駆動させ、磁気ディスク２０４ｄ上の指示されたデータが記憶されているトラックの位置に、磁気ヘッド２０５ａ，２０５b ，２０５ｃ，２０５ｄ，２０５ｅの群を高速で移動させ、正確に位置付けする。この位置付けは、磁気ディスク２０４ｄ上にデータとともに書き込まれているサーボ情報を磁気ヘッド２０５ｄが読み取り、位置に関する信号をボイスコイルモータ制御回路２０９に提供することにより行われる。また、ベース２０１に支持されたモータ２０３は、スピンドル２０２に取り付けた複数の磁気ディスク204a，２０４ｂ，２０４ｃ，２０４ｄ，２０４ｅを回転させる。次に、ライト／リード回路２１０からの信号に従って、指示された所定の磁気ディスク２０４ｄを選択し、指示された領域の先頭位置を検出後、磁気ヘッド２０５ｄのデータ信号を読み出す。この読み出しは、ライト／リード回路２１０に接続されている磁気ヘッド２０５ｄが、磁気ディスク２０４ｄとの間で信号の授受を行うことにより行われる。読み出されたデータは、所定の信号に変換され、上位装置２１２に送出される。
【００９０】
ここでは、磁気ディスク２０４ｄのデータを読み出す場合の動作を説明したが、他の磁気ディスクの場合も同様である。また、図１４においては、５枚の磁気ディスクからなる磁気ディスク装置を示してあるが、必ずしも５枚である必要はない。
【００９１】
（実施例８）
反強磁性層／磁性薄膜／非磁性導電性薄膜／磁性薄膜からなる磁気抵抗効果積層膜を有する磁気抵抗効果型ヘッドでも、図１７に示すように磁気抵抗効果積層膜の両脇を切り落し、縦バイアス印加層２４及び電極膜１７を配置する構造にすることができる。この場合にも、縦バイアス印加層に磁性を有する下地膜２５２を用いることにより、基板側の磁性薄膜３２の磁化を安定にし、バルクハウゼンノイズを抑制することができる。
【００９２】
上述の実施例では基板側から順に、反強磁性層３１／磁性薄膜３２／非磁性導電性薄膜３３／磁性薄膜３４，電極膜１７を配置した磁気抵抗効果型ヘッドを示したが、必ずしもこの順に配置しなくてもよい。但し、磁性薄膜３４／非磁性導電性薄膜３３／磁性薄膜３２／反強磁性層３１とする場合には反強磁性層３１は導電性の反強磁性膜が好ましい。
【００９３】
（実施例９）
図１８は本実施例の磁気抵抗効果型ヘッドの構造である。まず軟磁性薄膜１３，非磁性導電性薄膜１４および磁気抵抗効果膜１５を順次成膜した。磁気抵抗効果膜１５として８０at.％ＮiＦe を用いた。その後、中央能動領域上にステンシル状のホトレジストを形成した。続いてこのレジスト材によってマスクされていない領域の上記軟磁性薄膜１３，上記非磁性導電性薄膜１４および上記磁気抵抗効果膜１５をイオンミリングにより除去した。このとき基板をイオンビームに対し適切な角度を維持したまま回転させることにより末広がりのテーパ４５を形成した。次に端部受動領域を形成する硬磁性薄膜２６と体心立方格子の強磁性を示す下地膜２５２からなる縦バイアス印加層２４および電極膜１７を付着した。硬磁性薄膜２６としてCo_0.82Cr_0.09Pt_0.09膜又はCo_0.80Cr_0.08Pt_0.09(ZrO₂)_0.03膜、強磁性を示す下地膜２５２として実施例２のＦｅ−Ｃｒ合金を用いた。今回の硬磁性薄膜２６と強磁性を示す下地膜２５２はＲＦスパッタ法により形成し、ターゲット上にＺｒＯ₂チップを配置することによりＣｏＣｒＰｔ膜中のＺｒＯ₂濃度を調節した。硬磁性薄膜２６の膜厚は中央能動領域に与えるバイアス磁界が Ｃｏ_0.82Ｃｒ_0.09Ｐｔ_0.09膜とＣｏ_0.80Ｃｒ₀.₀₈Ｐｔ_0.09(ＺｒＯ₂)_0.03 膜で同じになるようそれぞれ５０ｎｍ，５２ｎｍに選んだ。ステンシル上に付着した永久磁石膜および電極膜は、リフトオフによりステンシルと共に除去した。軟磁性薄膜１３は磁気抵抗効果膜１５に横バイアス磁界４４を印加するものであり、縦バイアス印加層２４は磁気抵抗効果膜１５に縦バイアス磁界４６を印加するものである。縦バイアス印加層は磁気抵抗効果膜１５を所定の形状に作成した後軟磁性薄膜１３，非磁性導電性薄膜１４及び磁気抵抗効果膜１５の合計の厚さより薄く積層され、磁気抵抗効果膜１５の部分に残らないように除去され、磁気抵抗効果膜１５との端部で残るようにテーパが形成される。更に、その後電極膜８が形成され、磁気抵抗効果膜１５との接触部でテーパが形成される。１２１は０.４μｍの厚さのアルミナの下部ギャップ層、１１１は約２μｍのＮｉＦｅ合金からなる下部シールド層、２０は基板１２の表面にアルミナの絶縁膜を１０μｍの厚さで形成し研摩して非磁性基板１０の表面を平滑にするためのものである。非磁性基板１０はＴｉＣ含有アルミナ焼結体が用いられる。非磁性導電性薄膜１４は２００ÅのＴa膜が用いられる。磁気抵抗効果膜１５は厚さ４００Åの８０at.％Ｎｉ−Ｆｅ合金が用いられる。
【００９４】
これらのヘッドの電気磁気変換特性を測定した結果、出力変動２０％，波形変動１０％であったＣｏ_0.82Ｃｒ_0.09Ｐｔ_0.09膜を用いたヘッドに対し、
Ｃｏ_0.80Ｃｒ_0.08Ｐｔ_0.09(ＺｒＯ₂)_0.03 膜を用いたヘッドでは出力変動５％以内、波形変動５％以内に低減することができた。よって、
Ｃｏ_0.80Ｃｒ_0.08Ｐｔ_0.09(ＺｒＯ₂)_0.03 膜を硬磁性薄膜２６に用いることによりＢＨＮ及び波形変動抑制効果が高くなることを確認した。
【００９５】
中央能動領域はＭＲ膜，横バイアスを印加するソフトバイアス膜である軟磁性薄膜１３と前記２磁性膜を分離する非磁性導電性薄膜１４を有する。端部受動領域は中央能動領域に縦バイアスを印加する縦バイアス印加層２４より構成される。端部接合領域は中央能動領域に二つのテーパを有している。
【０１１６】
【発明の効果】
本発明によれば、異方性磁気抵抗効果及び巨大磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果型磁気ヘッドのバルクハウゼンノイズを抑制するために設けられる縦バイアス印加層を、強磁性薄膜，非晶質強磁性薄膜又は反強磁性薄膜からなる下地膜と、その上に形成された硬磁性薄膜とによって構成することにより、磁気抵抗効果膜やバイアス膜等の、結晶構造が面心立方格子である磁性薄膜の上に縦バイアス印加層を形成しても、保磁力の低下を抑えることができる。しかも、磁気抵抗効果膜やバイアス膜と硬磁性薄膜との間に交換結合が生じるため、これらの薄膜の磁化が安定になり、バルクハウゼンノイズがない磁気抵抗効果型ヘッドを提供することができる。
【０１１７】
また、本発明によれば、永久磁石膜を磁気抵抗効果素子の両端部に形成することにより電気磁気変換特性が安定し、波形変動が小さくできるものである。また、本発明によれば再生出力が大きく、高記録密度の磁気記録再生装置が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの部分断面図。
【図２】 単層の硬磁性薄膜と、本発明の体心立方構造を有する強磁性薄膜を下地膜に用いた硬磁性薄膜の磁気特性を比較する図。
【図３】 単層の硬磁性薄膜と、本発明の体心立方構造を有する強磁性薄膜を下地膜に用いた硬磁性薄膜のＸ線プロファイルを比較する図。
【図４】 本発明の異方性磁気抵抗効果を利用したＭＲヘッドの一実施形態の感磁部近傍の断面図。
【図５】 本発明の体心立方構造を有する強磁性薄膜を下地膜に用いたＭＲヘッドのトラック方向の感度の分布を示す図。
【図６】 本発明の磁化モデルを示す図。
【図７】 Ｃｒ下地を用いた従来のＭＲヘッドのトラック方向の感度の分布を示す図。
【図８】 Ｃｒ下地を用いた従来の磁化モデルを示す図。
【図９】 本発明の異方性磁気抵抗効果を利用したＭＲヘッドの他の実施形態の感磁部近傍の断面図。
【図１０】 磁気抵抗効果積層膜の膜構成を示す図。
【図１１】 本発明の異方性磁気抵抗効果を利用したＭＲヘッド感磁部近傍の断面図。
【図１２】 本発明の磁気抵抗効果積層膜を利用したＭＲヘッドの他の実施形態の感磁部近傍の断面図。
【図１３】 単層の硬磁性薄膜と、本発明の非晶質強磁性薄膜を下地膜に用いた硬磁性薄膜のＸ線プロファイルを比較する図。
【図１４】 本発明のＭＲヘッドを用いた一実施形態の磁気ディスク装置を示す図。
【図１５】 従来技術のＭＲヘッドの膜構成を示す図。
【図１６】 他の別の従来技術のＭＲヘッドの膜構成を示す図。
【図１７】 本発明の磁気抵抗効果積層膜を利用したＭＲヘッドの一実施形態の感磁部近傍の断面図。
【図１８】 本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの感磁部の斜視図。

Claims (9)

1. 磁気抵抗効果を用いて磁気的信号を電気的信号に変換し、強磁性薄膜を含有する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜に信号検出電流を流す一対の電極と、前記磁気抵抗効果膜に縦バイアス磁界を印加する縦バイアス印加層とを有する磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、
   前記縦バイアス印加層が、結晶構造が体心立方格子であるＦｅ又はＦｅ系合金からなり、少なくとも一部が前記磁気抵抗効果膜の強磁性薄膜に接している強磁性下地膜と、前記強磁性下地膜の上に形成された硬磁性薄膜とを有し、
   前記硬磁性薄膜がＣｏとＭ ₁ （Ｍ ₁ はＣｒ，Ｔａ，Ｎｉ，Ｐｔ及びＲｅの群から選択される少なくとも１種類以上の元素）を主成分とした合金、或いはＣｏとＭ ₁ からなる合金にＭ ₂ （Ｍ ₂ は酸化シリコン，酸化ジルコニウム，酸化アルミニウム及び酸化タンタルの群から選択される少なくとも１種類以上の酸化物）を添加した酸化物添加合金であることを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
2. 前記磁気抵抗効果膜が異方性磁気抵抗効果を示す強磁性層からなり、前記磁気抵抗効果膜に横バイアス磁界を印加する手段を具備している請求項１に記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
3. 前記横バイアス磁界が、前記磁気抵抗効果膜と非磁性導電性薄膜を介して隣接して設けられた軟磁性薄膜によって印加される請求項２記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
4. 前記磁気抵抗効果膜が、非磁性導電性薄膜を中間層として第１の磁性薄膜と第２の磁性薄膜が積層されており、前記第１の磁性薄膜の磁化方向が隣接して設けられた反強磁性層によって固定されており、外部磁界を印加しない状態で前記第２の磁性薄膜の磁化方向が前記第１の磁性薄膜の磁化方向に対し略垂直であり、前記第１の磁性薄膜の磁化の方向と前記第２の磁性薄膜の磁化の方向の相対的な角度によって電気抵抗が変化する磁気抵抗効果積層膜である請求項１〜３のいずれかに記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
5. 前記結晶構造が体心立方格子であるＦｅ又はＦｅ系合金からなる強磁性下地膜がＦｅ，Ｆｅ−Ｎｉ系合金，Ｆｅ−Ｃｏ系合金、或いはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金である請求項１記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
6. 前記結晶構造が体心立方格子であるＦｅ又はＦｅ系合金からなる強磁性下地膜がＦｅ，Ｆｅ−Ｎｉ系合金，Ｆｅ−Ｃｏ系合金、或いはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金に、Ｍ₃（Ｍ₃はＳｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ,Ｔａ及びＷの群から選択される少なくとも１種類以上の元素)を添加した合金である請求項１記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
7. 前記結晶構造が体心立方格子であるＦｅ又はＦｅ系合金からなる強磁性下地膜が、Ｆｅ及びＣｒを主成分とする合金である請求項６記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
8. 前記Ｆｅ及びＣｒを主成分とする合金が、Ｃｒ５〜４５原子％である請求項７記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
9. 情報を記録する磁気記録媒体と、前記情報の読み取り又は書き込みを行う請求項１〜８のいずれかに記載の磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを前記磁気記録媒体上の所定位置に移動させるアクチュエータ手段と、前記磁気ヘッドの読み取り又は書き込みによる前記情報の送受信と前記アクチュエータ手段の移動を制御する制御手段とを含むことを特徴とする磁気記録再生装置。

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