JP4179260B2 - 磁気抵抗効果型磁気ヘッド及び磁気テープ装置 - Google Patents
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Description
本発明は、磁気記録媒体と摺接しながら磁気信号の検出を行う感磁素子としてスピンバルブ膜を用いた磁気抵抗効果型磁気ヘッド及び当該磁気抵抗効果型磁気ヘッドを用いた磁気テープ装置に関する。
磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子という。）は、外部磁界の大きさや向きにより抵抗値が変化する、いわゆる磁気抵抗効果を利用したものであり、例えば、磁気記録媒体からの信号磁界を検出するための感磁素子として、磁気ヘッド等に用いられている。そして、このようなＭＲ素子を備える磁気ヘッドは、一般に磁気抵抗効果型磁気ヘッド（以下、ＭＲヘッドという。）と呼ばれている。
このようなＭＲ素子としては、異方性磁気抵抗効果を利用したものが従来から使用されているが、磁気抵抗変化率（ＭＲ比）が小さいために、より大きなＭＲ比を示すものが望まれており、近年においてはスピンバルブ膜を利用した巨大磁気抵抗効果素子（以下、ＧＭＲ素子という。）が提案されている（例えば、非特許文献１、特許文献１参照。）。
ＧＭＲ素子は、一対の磁性層で非磁性層を挟持してなるスピンバルブ膜を有しており、このスピンバルブ膜に対して面内方向に流れるセンス電流のコンダクタンスが一対の磁性層の磁化の相対角度に依存して変化する効果、いわゆる巨大磁気抵抗効果を利用したものである。
具体的には、スピンバルブ膜は、反強磁性層と、反強磁性層との間で働く交換結合磁界により所定の方向に磁化が固定された磁化固定層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層と、磁化固定層と磁化自由層との間を磁気的に隔離する非磁性層とが積層された構造を有している。
スピンバルブ膜を利用したＧＭＲ素子では、外部磁界が印加されると、外部磁界の大きさや向きに応じて磁化自由層の磁化方向が変化する。そして、磁化自由層の磁化方向が磁化固定層の磁化方向に対して、逆方向（反平行）となるとき、このスピンバルブ膜に流れるセンス電流の抵抗値が最大となる。一方、磁化自由層の磁化方向が磁化固定層の磁化方向に対して、同一方向（平行）となるときに、このスピンバルブ膜に流れるセンス電流の抵抗値が最小となる。
従って、上述したようなＧＭＲ素子を備える磁気ヘッド（以下、ＧＭＲヘッドという。）においては、ＧＭＲ素子に対して一定のセンス電流を供給すると、磁気記録媒体からの信号磁界に応じて、このＧＭＲ素子を流れるセンス電流の電圧値が変化することになり、このセンス電流の電圧値の変化を検出することによって、磁気記録媒体からの磁気信号を読み取ることが可能となる。
下記特許文献１には、ＧＭＲヘッドをハードディスクドライブに利用する例が開示されている。ハードディスクドライブは、例えばサスペンションの先端部に取り付けられたヘッドスライダにＧＭＲヘッドが搭載された構造を有し、磁気ディスクの回転により生じる空気流を受けて、ヘッドスライダが磁気ディスクの信号記録面上を浮上しながら、このヘッドスライダに搭載されたＧＭＲヘッドが磁気ディスクに記録された磁気信号を読み取ることによって、磁気ディスクに対する再生動作が行われる。
上記ＧＭＲヘッドは、磁気ディスク装置に限らず、近年においてはテープストリーマ等の磁気テープ装置についての利用も検討されている。例えばヘリカルスキャン方式を採用するテープストリーマは、回転ドラムの外周面部にＧＭＲヘッドが磁気テープの走行方向と略直交する方向に対してアジマス角に応じて斜めとなるように配置された構造を有している。そして、テープストリーマでは、磁気テープが回転ドラムに対して斜めに走行しながら、回転ドラムが回転駆動し、この回転ドラムに搭載されたＧＭＲヘッドが磁気テープと摺動しながら、磁気テープに記録された磁気信号を読み取ることによって、磁気テープに対する再生動作が行われる。
テープストリーマにおいては、ＧＭＲヘッドと磁気テープとの間の距離、いわゆるスペーシングを小さくすることが好ましいため、この観点からは磁気テープの表面は、平滑化することが望ましい。
しかしながら、磁気テープの表面が鏡面化するに従って、磁気テープと回転ドラムの外周面部との接触面積が増加し、走行時において磁気テープと回転ドラムとの間に働く摩擦力が大きくなり、磁気テープと回転ドラムとの貼り付きが生じて、磁気テープのスムーズな走行が困難となる。そこで、磁気テープの表面には、ＳｉＯ１フィラーや有機フィラー等により微小突起を設けることにより回転ドラムの外周面部との接触面積を小さくし、磁気テープと回転ドラムとの間に働く摩擦力を小さくする等の工夫がなされている。また、磁気テープの表面には、傷や腐食等の発生を防止するためのＤＬＣ膜等の保護膜が形成されている。
ところで、上述したハードディスクドライブにおいては、ＧＭＲヘッドが磁気ディスクの信号記録面に対して非接触な状態で再生動作が行われる。また、スピンバルブ膜を構成する非磁性層には通常Ｃｕが用いられており、従来において磁気ディスクと対向するＧＭＲヘッドの媒体対向面には、このＣｕの腐食を防止するためのＤＬＣ(Diamond Like Carbon)膜等の保護膜が形成されている。
フィジカル・レビュー・ビー(Physical Review B)、第４３巻、第１号、p1297〜p1300「軟磁性多層膜における巨大磁気抵抗効果」(Giant Magnetoresistance in Soft Ferromagnetic Multilayers)
特開平８−１１１０１０号公報
しかしながら、現在ＧＭＲヘッドの適用が検討されているテープストリーマにおいては、ＧＭＲヘッドが磁気テープに対して接触した状態で再生動作を行うことから、磁気テープと摺動されるＧＭＲヘッドの媒体摺動面に上述した腐食等の発生を防止するための保護膜が形成されていると、再生動作時に磁気テープの表面に形成された微小突起や保護膜との接触によって保護膜が摩耗する。さらに、ＧＭＲヘッドの媒体摺動面に形成された保護膜は、磁気テープとのスペーシングとなることから、ＧＭＲヘッドの短波長記録再生特性を劣化させる原因になる。
従って、テープストリーマ等の磁気テープ装置においては、ＧＭＲヘッドの媒体摺動面に保護膜を形成することは不適当であると考えられる。
このため、磁気テープ装置においては、ＧＭＲヘッドの媒体摺動面が直接大気と触れることになり、高温高湿下や海水雰囲気中等の厳しい使用条件下において腐食等が発生しやすくなるといった問題があった。
また、ＧＭＲヘッドの感度は、スピンバルブ膜に流れるセンス電流により決定される。また、このスピンバルブ膜を構成する各層の膜厚はｎｍオーダで形成されており、各層に僅かな腐食が発生しただけでも、各層の電気抵抗が変化してしまう。従って、ＧＭＲヘッドの媒体摺動面における腐食の発生は、このＧＭＲヘッドのヘッド特性を大幅に劣化させてしまう。
上記特許文献１においては、ハードディスクに適用する磁気抵抗効果型磁気ヘッドについての耐腐食性を改善させる検討がなされてはいるが、ハードディスク装置においては、磁気ヘッドが媒体上を直接摺動することがないため、磁気ヘッドの摩擦によるダメージ量は、テープシステムの方が大きいことが明らかである。また、ハードディスク装置においては、媒体が外気にさらされることなく、パッケージングによって密閉状態となっていることから、微細な粉塵等による磁気ヘッドの破損の影響に関してもテープシステムの方が、より深刻であると考えられる。よって、磁気テープ装置に適用するＧＭＲヘッドの耐腐食性に関する向上を図ることは、ハードディスクドライブ以上に重要である。
また、上述したように、スピンバルブ膜を利用したＧＭＲ素子では、外部磁界が印加されると、外部磁界の大きさや向きに応じて磁化自由層（フリー層）の磁化方向が変化し、フリー層の磁化方向が磁化固定層（ピン層）の磁化方向に対して、逆方向（反平行）となるとき（図１１（ａ））、このスピンバルブ膜（非磁性中間層）に流れるセンス電流の抵抗値が最大となり、フリー層の磁化方向がピン層の磁化方向に対して、同一方向（平行）となるときに（図１１（ｂ））、この非磁性中間層に流れるセンス電流の抵抗値が最小となる。
また、スピンバルブ膜のＧＭＲ効果は、図１２に示すように、ピン層とフリー層の磁化方向が平行の場合、ピン層から非磁性中間層に入射した伝導電子は非磁性中間層とフリー層の界面において散乱を受けずに高い確率でフリー層へ侵入し、一方、ピン層とフリー層の磁化方向が版へ移行の場合、ピン層から非磁性中間層に入射した伝導電子は非磁性中間層とフリー層の界面において激しく散乱を受けてしまう。
一般的なＧＭＲ素子では、図１３に示すように、ピン層に耐食性材料であるＣｏＮｉＦｅを用い、非磁性中間層に耐食性の合金であるＣｕＡｕを用い、フリー層に耐食性の合金であるＮｉＦｅを用いている。Ａｕは、耐食性が高いので、非磁性中間層の組成比をＣｕよりもＡｕを高めに組成されている。そうすることにより、上述した、ＧＭＲヘッドの耐食性が劣化してしまうのを回避している。
しかしながら、非磁性中間層のＡｕの比率を向上させると、ＧＭＲ素子全体としてのＧＭＲ比が低下してしまう問題がある。
そこで、本発明は、上述した問題を解決するために、高感度かつ耐食性のある磁気抵抗効果型磁気ヘッド及び当該磁気抵抗効果型磁気ヘッドを有する磁気テープ装置を提供する。
本発明に係る磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、上述の課題を解決するために、磁気記録媒体と摺接しながら磁気信号の検出を行う感磁素子として、反強磁性層と、この反強磁性層との間で働く交換結合磁界により所定の方向に磁化が固定された磁化固定層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層と、これら磁化固定層と磁化自由層との間を磁気的に隔離する非磁性層とが積層された構造を有するスピンバルブ膜を備えた磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、非磁性層は、導電性を有する導電層と、磁化固定層と導電層の界面に形成される第１の界面層と、導電層と磁化自由層の界面に形成される第２の界面層とからなり、導電層は、Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｒ，ＣｕＰｄ，ＣｕＰｔ，ＣｕＮｉ又はＣｕＣｒからなり、第１の界面層及び第２の界面層は、ＣｕＡｕ，ＣｕＰｄ，ＣｕＰｔ，ＣｕＲｕ，ＣｕＮｉ又はＣｕＲｈからなり、磁化固定層及び磁化自由層は、ＮｉＦｅ又はＣｏＮｉＦｅからなる。
また、本発明に係る磁気テープ装置は、上述の課題を解決するために、磁気テープを走行させるテープ走行手段と、テープ走行手段により走行される磁気テープと摺接しながら磁気信号の検出を行う磁気抵抗効果型磁気ヘッドとを備え、磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、反強磁性層と、この反強磁性層との間で働く交換結合磁界により所定の方向に磁化が固定された磁化固定層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層と、これら磁化固定層と磁化自由層との間を磁気的に隔離する非磁性層とが積層された構造を有するスピンバルブ膜を有し、非磁性層は、導電性を有する導電層と、磁化固定層と導電層の界面に形成される第１の界面層と、導電層と磁化自由層の界面に形成される第２の界面層とからなり、導電層は、Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｒ，ＣｕＰｄ，ＣｕＰｔ，ＣｕＮｉ又はＣｕＣｒからなり、第１の界面層及び第２の界面層は、ＣｕＡｕ，ＣｕＰｄ，ＣｕＰｔ，ＣｕＲｕ，ＣｕＮｉ又はＣｕＲｈからなり、磁化固定層及び磁化自由層は、ＮｉＦｅ又はＣｏＮｉＦｅからなる。
本発明に係る磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、メディアと摺動する影響を避けるためにＤＬＣ等の保護膜をヘッド表面に形成することなく耐食性が高く、かつＧＭＲ感度を大きくすることができ、高温高湿度や腐食環境下においても、高いＧＭＲ感度を示すことができる。
また、本発明に係る磁気テープ装置は、メディアと摺動する影響を避けるためにＤＬＣ等の保護膜を磁気抵抗効果型磁気ヘッド表面に形成することなく耐食性が高く、かつＧＭＲ感度を大きくすることができ、高温高湿度や腐食環境下においても、高いＧＭＲ感度を示すことができる。
以下、本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドについて、図面を参照して詳細に説明する。
先ず、本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドを適用する磁気テープ装置の一例について説明する。図１に示す磁気テープ装置１は、ヘリカルスキャン方式によって磁気テープ２に対して信号の記録及び／又は再生を行うものである。磁気テープ装置１においては、磁気テープ２を供給する供給リール３と、供給リール３から供給された磁気テープを巻き取る巻取リール４と、供給リール３と巻取リール４との間で磁気テープ２の引き回しを行う複数のガイドローラ５ａ〜５ｆとを具備し、磁気テープ２が図中矢印Ａ方向に走行するようになされている。
また、ガイドローラ５ｅとガイドローラ５ｆとの間には、テープ走行手段として、磁気テープ２が掛け合わされるピンチローラ５ｇと、このピンチローラ５ｇと共に磁気テープ２を挟み込むキャップスタン６と、このキャップスタン６を回転駆動するキャップスタンモータ６ａとが設けられている。磁気テープ２は、ピンチローラ５ｇとキャップスタン６との間に挟みこまれ、キャップスタンモータ６ａによりキャップスタン６が、図１中矢印Ｂ方向に回転駆動することにより、矢印Ａ方向に一定の速度及び張力で走行するようになされている。
磁気テープ装置１は、ガイドローラ５ｃと５ｄとの間に、磁気テープ２に対して信号の記録動作、又は再生動作を行うヘッドドラム７が設けられている。図２に示すように、ヘッドドラム７は、駆動モータ８により図中矢印Ａ方向に回転駆動する回転ドラム９と、ベース（図示せず）に固定された固定ドラム１０とを有しており、回転ドラム９の外周面部９ａと固定ドラムの外周面部１０ａとは連続している。
磁気テープ２は、図１に示したガイドローラによって導かれ、回転ドラム９及び固定ドラム１０の外周面部９ａ、１０ａに、略１８０゜の角度範囲でヘリカル状に巻きつけられた状態で走行するようになされている。また、固定ドラム１０の外周面部１０ａには、磁気テープ２を案内するリードガイド１０ｂが設けられており、このリードガイド１０ｂに沿って磁気テープ２が回転ドラム９の回転方向に対して斜めに走行するようになっている。
回転ドラム９の外周面部９ａには、磁気テープ２に対して信号の記録動作を行う一対の記録用磁気ヘッド１１ａ、１１ｂと、磁気テープ２に対して信号の再生動作を行う一対の再生用磁気ヘッド１２ａ、１２ｂとが取り付けられている。これら記録用磁気ヘッド１１ａ及び再生用磁気ヘッド１２ａと、記録用磁気ヘッド１１ｂ及び再生用磁気ヘッド１２ｂとは、互いに１８０゜の位相差をもって回転ドラム９の外周面部９ａに対向配置されている。また、記録用磁気ヘッド１１ａ、１１ｂ及び再生用磁気ヘッド１２ａ、１２ｂは、その記録ギャップ及び再生ギャップが、磁気テープ２の走行方向と略直交する方向に対してアジマス角に応じて斜めとなるように配置されている。
従って、ヘッドドラム７においては、回転ドラム９及び固定ドラム１０の外周面部９ａ、１０ａに掛け合わされた磁気テープ２が、図２中矢印Ａ方向に走行しながら、駆動モータ８により回転ドラム９が図２中矢印Ｃ方向に回転駆動することによって、回転ドラム９に搭載された一対の記録用磁気ヘッド１１ａ、１１ｂ及び一対の再生用磁気ヘッド１２ａ、１２ｂが磁気テープ２と摺動しながら、信号の記録動作又は再生動作を行うことになる。
具体的に、記録時には磁気テープ２に対して一方の記録用磁気ヘッド１１ａが、記録信号に応じた磁界を印加しながら所定のトラック幅で記録トラックを形成し、他方の記録用磁気ヘッド１１ｂが、この記録トラックに隣接して記録信号に応じた磁界を印加しながら所定のトラック幅で記録トラックを形成する。そして、これら記録用磁気ヘッド１１ａ、１１ｂが磁気テープ２に対して繰り返し記録トラックを形成することによって、磁気テープ２に対して連続的に信号を記録することになる。
一方、再生時には、磁気テープ２に対して、一方の再生用磁気ヘッド１２ａが、記録用磁気ヘッド１１ａにより記録された記録トラックから信号磁界を検出し、他方の再生用磁気ヘッド１２ｂが、記録用磁気ヘッド１１ｂにより記録された記録トラックから信号磁界を検出する。そして、これら再生用磁気ヘッド１２ａ、１２ｂが記録トラックから繰り返し信号磁界を検出することによって、磁気テープ２に記録された信号を連続的に再生することになる。
次に、図３及び図４を参照して、本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドについて詳細に説明する。
図３に示す磁気抵抗効果型磁気ヘッド２０は、磁気記録媒体からの磁気信号の検出を行う感磁素子として、スピンバルブ膜を利用した巨大磁気抵抗効果素子（以下、ＧＭＲ素子という。）を備える、いわゆる巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッド（以下、ＧＭＲヘッドという。）である。
このＧＭＲヘッド２０は、電磁誘導を利用して記録再生を行うインダクティブ型磁気ヘッドや異方性磁気抵抗効果型磁気ヘッドよりも感度が高く、再生出力が大きく高密度記録に適している。従って、上述した磁気テープ用記録再生装置１においては、ＧＭＲヘッド２０を一対の再生用磁気ヘッド１２ａ、１２ｂとして用いることにより、さらなる高密度記録化が図られる。
具体的には、再生用磁気ヘッド１２ａ、１２ｂは、図４に示すように、第１のコア部材２１上に、例えばメッキ法、スパッタ法、蒸着法等の各種薄膜形成技術により磁気シールド層２４、ＧＭＲ素子２７、ギャップ層２６、及びシールド層２５が順次形成されてなり、保護膜２２を介して第２のコア部材２３が貼り付けられた構造を有しているものとする。また、再生用磁気ヘッド１２ａ、１２ｂは、磁気テープ２と摺接する媒体摺動面２０ａが、図３中矢印Ａに示す磁気テープ２の走行方向に沿って略円弧状に湾曲した曲面となっている。そして、媒体摺接面２０ａから外部に臨む再生ギャップが磁気テープ２の走行方向と略直交する方向に対してアジマス角θに応じて斜めとなるように配置されている。
なお、一対の再生用磁気ヘッド１２ａ、１２ｂは、互いのアジマス角θが逆位相となる以外は、同一の構成を有している。従って、以下の説明においては、これら一対の再生用磁気ヘッド１２ａ、１２ｂをまとめてＧＭＲヘッド２０として説明する。
ＧＭＲヘッド２０は、図４に示すように上下一対の磁気シールド層２４、２５の間にギャップ層２６を介して磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子２７）が挟み込まれた構造を有している。
一対の磁気シールド層２４、２５は、ＧＭＲ素子２７を磁気的にシールドするのに充分な幅を有する軟磁性膜からなり、ギャップ層２６を介してＧＭＲ素子２７を挟み込むことにより、磁気テープ３からの信号磁界のうち、再生対象外の磁界がＧＭＲ素子２７に引き込まれないように機能する。すなわちＧＭＲヘッド２０においては、ＧＭＲ素子２７に対して再生対象外の信号磁界が一対の磁気シールド層２４、２５に導かれ、再生対象の信号磁界だけがＧＭＲ素子２７へと導かれるようになされる。これにより、ＧＭＲ素子２７の周波数特性及び読み取り分解能の向上が図られている。
ギャップ層２６は、ＧＭＲ素子２７と一対の磁気シールド層２４、２５との間を磁気的に隔離する非磁性非導電性膜からなり、一対の磁気シールド層２４、２５とＧＭＲ素子２７との間隔がギャップ長となる。
ＧＭＲ素子２７は、スピンバルブ膜４０よりなるものとし、このスピンバルブ膜４０に対して面内方向に流れるセンス電流のコンダクタンスが、一対の磁性層の磁化の相対角度に依存して変化する、いわゆる巨大磁気抵抗効果を利用したものである。スピンバルブ膜４０としては、例えば、図５（ａ）に示すように、下地層４１、反強磁性層４２、磁化固定層４３、非磁性層４４、磁化自由層４５、及び保護層４６が、順次積層された構造を有するボトム型のスピンバルブ膜４０ａや、図５（ｂ）に示すように、下地層４１、磁化自由層４５、非磁性層４４、磁化固定層４３、反強磁性層４２、及び保護層４６が、順次積層された構造を有するトップ型のスピンバルブ膜４０ｂ、図５（ｃ）に示すように、下地層４１、反強磁性層４２、磁化固定層４３、非磁性層４４、磁化自由層４５、非磁性層４４、磁化固定層４３、反強磁性層４２、及び保護層４６が、順次積層された構造を有するデュアル型のスピンバルブ膜４０ｃ等を挙げることができる。
スピンバルブ膜を構成する磁化固定層４３は、反強磁性層４２に隣接して配置されることによって、反強磁性層４２との間で働く交換結合磁界により、所定の方向に磁化が固定された状態となっている。一方、磁化自由層４５は、非磁性層４４を介して磁化固定層４３と磁気的に隔離されることによって、微弱な外部磁界に対して磁化方向が容易に変化することが可能となっている。
従って、スピンバルブ膜４０においては、外部磁界が印加されると、外部磁界の大きさや向きに応じて磁化自由層４５の磁化方向が変化する。そして、磁化自由層４５の磁化方向が磁化固定層４３の磁化方向に対して、逆方向（反平行）となるとき、このスピンバルブ膜４０に流れる電流の抵抗値が最大となる。一方、磁化自由層４５の磁化方向が磁化固定層４３の磁化方向に対して、同一方向（平行）となるときに、このスピンバルブ膜４０に流れる電流の抵抗値が最小となる。このように、スピンバルブ膜４０は、印加される外部磁界に応じて電気抵抗が変化することから、この抵抗変化を読み取ることによって磁気テープ２からの磁気信号を検出する感磁素子として機能している。
なお、下地層４１及び保護層４６は、このスピンバルブ膜４０の比抵抗の増加を抑制するためのものであり、例えばＴａ等からなる。
また、ＧＭＲ素子２７の動作の安定化を図るため、スピンバルブ膜４０の長手方向の両端部には、図３、図４に示すように、このＧＭＲ素子２７にバイアス磁界を印加するための一対の永久磁石膜２８ａ、２８ｂが設けられている。そして、一対の永久磁石膜２８ａ、２８ｂに挟み込まれた部分の幅が、ＧＭＲ素子２７の再生トラック幅Ｔｗとなっている。さらに、一対の永久磁石膜２８ａ、２８ｂ上には、このＧＭＲ素子２７の抵抗値を減少させるための一対の低抵抗化膜２９ａ、２９ｂが設けられている。
また、ＧＭＲ素子２７には、スピンバルブ膜にセンス電流を供給するための一対の導体部３０ａ、３０ｂが、その一端部側をそれぞれ一対の永久磁石膜２８ａ、２８ｂ、及び低抵抗化膜２９ａ、２９ｂに接続するように設けられている。また、導体部３０ａ、３０ｂの他端部側には、外部回路と接続される一対の外部接続用端子３１ａ、３１ｂが設けられている。
保護膜２２は、ＧＭＲヘッド２０が形成された第１のコア部材２１の主面を外部接続用端子３１ａ、３１ｂが外部に臨む部分を除いて被覆すると共に、このＧＭＲヘッド２０が形成された第１のコア部材２１と第２のコア部材２３とを接合する。
なお、図３及び図４に示すＧＭＲヘッド２０は、特徴をわかりやすくするために、ＧＭＲ素子２７の周辺を拡大して図示されているが、実際には、第１のコア部材２１及び第２のコア部材２３に比較してＧＭＲ素子２７は非常に微細であり、媒体摺動面２０ａにおいて、ＧＭＲヘッド２０が外部に臨むのは、ほとんど第１のコア部材２１と第２のコア部材２３とが突き合わされた上部端面だけである。
上述したＧＭＲヘッド２０は、チップベース（図示せず）に貼り付けられると共に、一対の外部接続用端子３１ａ、３１ｂがチップベースに設けられた接続端子と電気的に接続される。チップベースに設けられたＧＭＲヘッド２０は、一対の再生用磁気ヘッド１２ａ、１２ｂとして、図２に示す回転ドラム９に取り付けられる。
ところで、磁気テープ装置においては、ＧＭＲヘッド２０が磁気テープ２に直接接触した状態で再生動作を行うことから、磁気テープ２と摺動するＧＭＲヘッドの媒体摺動面２０ａには、ＤＬＣ(Diamond Like Carbon)膜等の保護膜を形成することができない。このため従来においては、ＧＭＲヘッドの媒体摺動面が直接大気と触れることになり、高温高湿下や海水雰囲気中において腐食等が発生しやすくなるといった問題があった。
かかる点に鑑みて本発明においては、ＧＭＲヘッド２０の媒体摺動面２０ａに保護膜を形成しない場合においても、優れた耐食性を示し、かつ高い磁気抵抗変化率を維持したスピンバルブ膜を適用することによって、磁気テープ２に対する適切な再生動作を行うことを可能としている。
具体的には、スピンバルブ膜４０を構成する反強磁性層４２は優れた耐食性を示す材料によって形成するものとし、例えばＰｔＭｎが好適な例として挙げられる。また、反強磁性層４２は、ＰｔＭｎの他、耐食性に優れたＮｉＯや、ＩｒＭｎ、ＣｒＭｎＰｔ、α−Ｆｅ１Ｏ１、ＲｈＭｎ、ＮｉＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ等を適用することができる。
スピンバルブ膜４０を構成する非磁性層４４は、優れた耐食性を示し、かつ高導電性を示すように、導電性を有する材料からなる導電層４４ａと、磁化固定層４３と導電層４４ａの界面に形成され、ＧＭＲ比が大きく耐食性のある材料からなる第１の界面層４４ｂと、導電層４４ａと磁化自由層４５の界面に形成され、ＧＭＲ比が大きく耐食性のある材料からなる第２の界面層４４ｃとからなる。
導電層４４ａは、第１の界面層４４ｂ及び第２の界面層４４ｃよりも抵抗率が低い材料なら良く、例えば、図６に示すように、導電層４４ａはＡｕからなり、第１の界面層４４ｂ及び第２の界面層４４ｃはＣｕＡｕからなる。なお、導電層４４ａは、Ｐｔ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｒ，ＣｕＰｄ，ＣｕＰｔ，ＣｕＮｉ又はＣｕＣｒからなっていても良く、また、第１の界面層４４ｂ及び第２の界面層４４ｃは、同一又は異なる材料（ＣｕＰｄ，ＣｕＰｔ，ＣｕＲｕ，ＣｕＮｉ又はＣｕＲｈ）からなっていても良い。
また、第１の界面層４４ｂ及び第２の界面層４４ｃがＣｕＡｕからなる場合、組成の比率に応じて、スピンバルブ膜４０のＧＭＲ比が変化し（図７）、かつ、抵抗率及び格子定数が変化する（図８）。図７及び図８より、Ａｕの組成比がＣｕよりも多い場合には、ＧＭＲ比は低くなり、抵抗率は低くなり、格子定数は短くなり、また、Ｃｕの組成比がＡｕよりも多い場合には、ＧＭＲ比は高くなり、抵抗率は低くなり、格子定数は短くなる。
したがって、本発明に係るスピンバブル膜４０は、高感度かつ耐食性に優れた膜とするべく、第１の界面層４４ｂ及び第２の界面層４４ｃのＣｕＡｕの組成比をＣｕ：Ａｕ＝３：７乃至７：３の範囲で形成する。ＣｕＡｕの組成比を３：７乃至７：３の範囲で形成すると、図７及び図８から、ＧＭＲ比は約２．５乃至５．２％であり、抵抗率は０．２７乃至０．３１ａ．ｕ．であり、格子定数は４．０５乃至４．１６Åである。
また、スピンバルブ膜４０について、電気化学的手法を用いた腐食試験を行い、腐食試験前後における抵抗変化について測定すると共に、腐食試験後に表面観察を行い、腐食の発生の有無について調べた。なお、本腐食試験においては、標準水素電極（ＳＨＥ：Standard Hydrogen Electrode）を照合電極として、濃度０．１mol／LのＮａＣｌ溶液中に液浸させたときに測定される標準水素電極に対する腐食電位を測定するものとした。
ところで腐食電位は、溶液の種類や濃度によって変化する。特に、金属や合金の腐食電位は、Ｃｌとの反応の有無によって大きく変化する。したがって、本腐食試験においては、高温高湿下、海水雰囲気中等の厳しい環境下における腐食の発生に関して着目し、これを回避するべく、濃度０．１mol／LのＮａＣｌ溶液を用いた場合の腐食電位について測定することとした。図９に示すような、所定のサンプルを用いた場合に得られた分極曲線において、サンプル側電極における電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ２以上流れたときの分極曲線から外挿した値の電位を腐食電位と定義した（参考文献：スピンバルブ材料の物性、及川悟ら、電子情報通信学会 ＭＲ９６−９１（１９９７−０１）ｐｐ２１〜２８）。
また、本腐食試験においては、参照電極としてＡｇ・ＡｇＣｌを用い、測定電極としてＰｔを用い、室温（約２０℃）での腐食電位の測定を行った。そして、測定された腐食電位から標準水素電極（ＳＨＥ）への補正を行い、これを本腐食試験における腐食電位とした。なお、測定時の電位上昇速度は、約０．５mV／secである。サンプルの膜厚は約１００ｎｍであり、ＮａＣｌ溶液のｐＨは７であった。
また、腐食電位及び腐食試験前後の抵抗変化については、膜特性を調べるため、スピンバルブ膜４０を構成する各層の単層膜での測定、あるいは局部電池効果等を考慮した膜の相性を調べるため、スピンバルブ膜４０の要部となる磁化固定層４３及び磁化自由層４５を非磁性層４４を介して積層した積層膜での測定、あるいはスピンバルブ膜４０の各層を積層した積層膜での測定のいずれの測定方法も適用できる。
また、表面観察においては、上述した単層膜での試験、並びに局部電池効果を考慮して、腐食電位の高い金属、例えばＡｕからなる下地膜上に各層を積層した積層膜での試験を行った。これは、局部電池効果によってＡｕと接する積層膜の方が単層膜よりも腐食が発生しやすい傾向にあるためである。
スピンバルブ膜４０について複数のサンプルを作製し、これらについて、上述のように測定した腐食電位と腐食試験前後の抵抗変化との関係、並びに表面観察結果に関し図１０に示す。なお、図１０においては、○は表面に変化が生じなかった場合を示し、△は表面に僅かに変色が発生した場合を示し、×は表面に腐食が発生した場合を示す。
図１０に示すように、腐食試験前後の抵抗変化及び表面観察結果によれば、腐食電位＋０．４〔V vs SHE〕を境にして、大きく変化する。すなわち、腐食電位が＋０．４〔V vs SHE〕以上となるときは、スピンバルブ膜４０の表面に腐食の発生が確認されず、腐食試験前後の抵抗変化も殆ど無いことが分かった。一方、腐食電位が＋０．４〔V vs SHE〕よりも低くなると、スピンバルブ膜４０の表面に腐食が発生し、腐食試験前後の抵抗変化が急激に増加した。さらに腐食電位が低くなると、抵抗測定が不可能な状態まで腐食が進行した。
上述したことから、スピンバルブ膜４０においては、濃度０．１mol／LのＮａＣｌ溶液中に液浸されたときに測定される標準水素電極に対する腐食電位は、＋０．４〔V vs SHE〕以上となることが好ましい。これにより、ＧＭＲヘッドではスピンバルブ膜の腐食の発生が回避され、高い磁気抵抗変化率が維持される。
次に、スピンバルブ膜４０を構成する磁化固定層４３及び磁化自由層４５について説明する。磁化固定層４３及び磁化自由層４５は、優れた耐食性を示し、かつ良好な軟磁気特性を示すＮｉＦｅ又はＣｏＮｉＦｅを適用する。これらはどちらか一方でもよく、組合せてもよい。また、磁化固定層４３及び磁化自由層４５は、これらの合金を積層した積層構造、もしくはこれらの合金と、例えばＲｕ等からなる非磁性膜とを交互に積層した積層フェリ構造としてもよい。
なお、スピンバルブ膜４０においては、磁化固定層４３及び磁化自由層４５は、上述した組成比を有するＮｉＦｅ又はＣｏＮｉＦｅに、Ａｕ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｒｕから選ばれる少なくとも一種又は二種以上の元素が添加されていてもよい。
上述のようにして構成される磁気テープ装置１は、非磁性層４４が抵抗率の低い耐食性を有する材料からなる導電層４４ａと、ＧＭＲ比が大きく、耐食性を有する材料からなる第１の界面層４４ｂ及び第２の界面層４４ｃによって形成されるスピンバブル膜４０を有する磁気抵抗効果型磁気ヘッド２０を備えるので、非磁性層４４と磁化固定層４３の界面及び、非磁性層４４と磁化自由層４５の界面におけるＧＭＲ効果を高めることができ、また、伝導電子の総量を増加することができるので、ＤＬＣ等の保護膜をヘッド表面に形成することなく耐食性が高く、かつ、ＧＭＲ感度を大きくすることができる。また、本発明に係る磁気テープ装置１は、高温高湿度や腐食環境下においても、高いＧＭＲ感度を示すことができる。
なお、本発明においては、上述したような構成のＧＭＲヘッド２０に限定されず、例えばＧＭＲヘッド上に、電磁誘導を利用したインダクティブ型磁気ヘッドが積層されてなる複合型磁気ヘッドにも適用可能である。また、本発明は、絶縁層を介して一対の磁性層を積層し、一方の磁性層から他方の磁性層に流れるトンネル電流のコンダクタンスが一対の磁性層の磁化の相対角度に依存して変化する磁気トンネル接合素子を備える磁気トンネル効果型磁気ヘッドにも適用可能である。
１ 磁気テープ装置、２ 磁気テープ、３ 供給リール、４ 巻取リール、５ａ〜５ｆ ガイドローラ、５ｇ ピンチローラ、６ キャップスタン、６ａ キャップスタンモータ、７ ヘッドドラム、８ 駆動モータ、９ 回転ドラム、１０ 固定ドラム、１１ａ，１１ｂ 記録用磁気ヘッド、１２ａ，１２ｂ 再生用磁気ヘッド、２０ ＧＭＲヘッド、２１ 第１のコア部材、２２ 保護膜、２３ 第２のコア部材、２４，２５ 磁気シールド層、２６ ギャップ層、２７ ＧＭＲ素子、２８ａ，２８ｂ 永久磁石膜、２９ａ，２９ｂ 低抵抗化膜、３０ａ，３０ｂ 導体部、３１ａ，３１ｂ 外部接続用端子、４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ スピンバルブ膜、４１ 下地層、４２ 反強磁性層、４３ 磁化固定層、４４ 非磁性層、４４ａ 導電層、４４ｂ 第１の界面層、４４ｃ 第２の界面層、４５ 磁化自由層、４６ 保護層
Claims (6)
- 磁気記録媒体と摺接しながら磁気信号の検出を行う感磁素子として、反強磁性層と、この反強磁性層との間で働く交換結合磁界により所定の方向に磁化が固定された磁化固定層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層と、これら磁化固定層と磁化自由層との間を磁気的に隔離する非磁性層とが積層された構造を有するスピンバルブ膜を備えた磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、
上記非磁性層は、導電性を有する導電層と、上記磁化固定層と上記導電層の界面に形成される第１の界面層と、上記導電層と上記磁化自由層の界面に形成される第２の界面層とからなり、
上記導電層は、Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｒ，ＣｕＰｄ，ＣｕＰｔ，ＣｕＮｉ又はＣｕＣｒからなり、
上記第１の界面層及び上記第２の界面層は、ＣｕＡｕ，ＣｕＰｄ，ＣｕＰｔ，ＣｕＲｕ，ＣｕＮｉ又はＣｕＲｈからなり、
上記磁化固定層及び上記磁化自由層は、ＮｉＦｅ又はＣｏＮｉＦｅからなることを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。 - 回転ドラムに搭載されてヘリカルスキャン方式により磁気テープと摺動しながら磁気信号の検出を行うことを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
- 上記第１の界面層及び上記第２の界面層は、ＣｕとＡｕとの組成比が３：７乃至７：３の範囲内で形成されるＣｕＡｕからなることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
- 磁気テープを走行させるテープ走行手段と、
上記テープ走行手段により走行される磁気テープと摺接しながら磁気信号の検出を行う磁気抵抗効果型磁気ヘッドとを備え、
上記磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、反強磁性層と、この反強磁性層との間で働く交換結合磁界により所定の方向に磁化が固定された磁化固定層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層と、これら磁化固定層と磁化自由層との間を磁気的に隔離する非磁性層とが積層された構造を有するスピンバルブ膜を有し、
上記非磁性層は、導電性を有する導電層と、上記磁化固定層と上記導電層の界面に形成される第１の界面層と、上記導電層と上記磁化自由層の界面に形成される第２の界面層とからなり、
上記導電層は、Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｒ，ＣｕＰｄ，ＣｕＰｔ，ＣｕＮｉ又はＣｕＣｒからなり、
上記第１の界面層及び上記第２の界面層は、ＣｕＡｕ，ＣｕＰｄ，ＣｕＰｔ，ＣｕＲｕ，ＣｕＮｉ又はＣｕＲｈからなり、
上記磁化固定層及び上記磁化自由層は、ＮｉＦｅ又はＣｏＮｉＦｅからなることを特徴とする磁気テープ装置。 - 回転ドラムに搭載されてヘリカルスキャン方式により磁気テープと摺動しながら磁気信号の検出を行うことを特徴とする請求項４記載の磁気テープ装置。
- 上記第１の界面層及び上記第２の界面層は、ＣｕとＡｕとの組成比が３：７乃至７：３の範囲内で形成されるＣｕＡｕからなることを特徴とする請求項４記載の磁気テープ装置。
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