JP4263802B2 - 磁心、磁気センサ、及び磁気記録ヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁心、磁気センサ、及び磁気記録ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスク装置などの磁気記録装置は、近年において急速に小型化・高密度化が進んでおり、今後さらに高密度化されることが見込まれている。磁気記録において高密度化を実現するには、記録トラック幅を狭くして記録トラック密度を高くするとともに、長手方向の記録密度、即ち線記録密度を高める必要がある。
【０００３】
記録トラック幅が狭くなり、記録された磁化の大きさが小さくなっても、十分な再生信号出力が得られるよう、磁気抵抗効果（ＡＭＲ）を用いた磁気抵抗効果再生ヘッドやＡＭＲ膜よりも再生感度の高い巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を利用したスピンバルブ型再生ＧＭＲヘッドが用いられるようになり、さらに高い再生感度の期待されるトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）膜の研究が進められている。
【０００４】
このように再生感度の高い再生磁気ヘッドが開発され、それらを用いることによって、ごく狭い記録トラック幅であっても記録信号の再生が可能になってきた。また、記録トラックの長手方向の密度である線記録密度を高めるには、磁気再生ヘッドのギャップ長を狭くすることが必要である。従来の磁気抵抗効果ヘッドでは、媒体対向面に磁気抵抗効果膜が位置することから、この膜厚分に相当するギャップ長が存在しているため、さらなる狭ギャップ化には充分に対応できないと予測できる。そこで、媒体対向面の磁気ギャップ内には磁気抵抗効果素子を後方に配置し、その分ヘッドキャップを狭め、記録磁化からの磁束をヘッドギャップ部より取り込み後方に配置した磁気抵抗効果素子に導く磁心（磁気ヨーク）を採用したヨーク型の磁気抵抗効果型磁気ヘッドが望まれる。このヨーク型磁気ヘッドであればヘッドギャップ長をさらに狭くできるので、再生の分解能が向上し、高い線記録密度に対応できると期待される。又、特開平１０−１４３８２１号には、この磁気ヨークを薄膜で構成し平面配置した磁気ヘッドが開示されている。
【０００５】
このヘッド構造は、それ以前の、磁気ヨークをギャップ膜を介して上下に積層形成したヨーク型ヘッド構造と対象的に一対の磁気ヨークが平面に位置することから、以下では平面ヨーク型磁気ヘッドとする。平面ヨーク型磁気ヘッドの斜視図を図１７に示す。ＴｉＣ基板２１上にはＡｌ₂ Ｏ₃ 膜２２が形成され、このＡｌ２Ｏ３膜２２の上に一対の磁気ヨーク２４が形成されている。一対の磁気ヨーク２４は媒体対向面において磁気ギャップ２５を介して対向しており、一対の磁気ヨーク２４は磁気抵抗効果膜２７と磁気的に結合し電極３０からのセンス電流を受けるように構成されている。このような構成により、一対の磁気ヨーク２４の距離で決まるギャップ長を狭く、かつ、磁気ヨーク２４の膜厚で決まるトラック幅を狭くできることから、この平面ヨーク型磁気ヘッドはさらなる高密度化に対応可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような磁心に対し、大きな磁壁の不可逆的移動に起因する不連続磁化変化を低減することでバルクハウゼンノイズを低減させ、信頼性が高く、安定した特性を示す磁心とこれを用いた磁気センサ、磁気ヘッド、及び磁気記録媒体を得ることが本発明の解決しようとする課題である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意研究の結果、反強磁性膜とその部分領域毎に交換結合した強磁性膜を磁心として用いることで、バルクハウゼンノイズを低減し高い透磁率が得られることを見出し、本発明をなすに至ったものである。
【０００８】
以下に、図１７に示す、従来のヨーク型磁気ヘッドの問題点を平面ヨーク型磁気ヘッドを例に説明する。
図１７にあるように、磁気ヨーク２４は媒体対向面において磁気媒体から拾った信号磁界（磁化反転）を円滑に磁気抵抗効果膜２７に伝える必要がある。理想的な磁化反転は磁気ヨーク２４全体の磁化が一度に反転することであるが、実際には、磁気ヨーク２４内を磁壁が不可逆的に移動するため、磁壁が大きいとその大きさに比例したノイズを生じる。従来の磁気ヨークはこのようなノイズを低減するために、磁気ヨーク２４を単一磁区に保つ工夫、あるいは特開平９−２７４７１２号にあるような磁気ヨークの長手方向とは垂直方向に磁気異方性を付与する工夫がなされてきた。図１８は、面積が２００μｍ×２００μｍ程度の磁気ヨーク２４を単一磁区に保つためのバイアス磁界を付与した膜の磁区を示す。
【０００９】
バイアス磁界を付与するものの、膜２４内には互いに反平行の磁化Ｍを備える磁区が形成され、磁区間には磁壁３６が形成され、媒体からの信号磁界が加わったときにこの磁壁３６が不可逆的に移動する。この結果、図１９に示す膜２４の磁界（Ｈ）−磁化（Ｍ）変化にあるような不連続な磁化変化が生じる。この不連続な磁化変化を受けた磁気抵抗効果膜２７の再生信号にはノイズが現れ、磁気ヘッドを実用化する上での大きな障害となる。また、特開平９−２７４７１２号にあるように、磁気ヨーク２４にじき異方性を付与する方法では磁束を膜面内で急激に曲げることが難しく、安定して供給することは困難であることが明らかになった。
【００１０】
上述のバルクハウゼンノイズは磁化反転の不連続性がノイズとして現れることから、磁気ヨークのサイズが関係する。つまり、２００μｍ×２００μｍ程度の面積をもつ磁気ヨークのバルクハウゼンノイズは、磁区を小さくし大きい磁壁による不連続な移動を抑えることにより解決できることを本発明者らは鋭意研究の結果、見出した。
【００１１】
本発明の第一は、積層形成された強磁性膜と反強磁性膜とからなり、前記強磁性膜内に磁化方向の異なる複数の部分領域を備えることで前記強磁性膜の磁化が異方性分散し、かつ前記反強磁性膜にも前記強磁性膜内の部分領域に対応した複数の部分領域を備えており、前記強磁性膜内の部分領域と前記反強磁性膜の部分領域とが交換結合している交換結合膜を備えていることを特徴とする磁心を提供する。
【００１２】
又、本発明の第二は、積層形成された強磁性膜と反強磁性膜とからなり、前記強磁性膜が磁化方向の異なる複数の部分領域を備えることで前記強磁性膜が異方性分散した磁化を持つ磁心と、この磁心に磁気的に結合した磁気抵抗効果膜とを備えることを特徴とする磁気センサを提供する。
【００１３】
又、本発明の第三は、磁気記録媒体に対向する媒体対向面において磁気ギャップを介して対向する一対の磁心であって、積層形成された強磁性膜と反強磁性膜とからなり、前記強磁性膜が磁化方向の異なる複数の部分領域を備えることで前記強磁性膜が異方性分散した磁化を持つ一対の磁心と、媒体対向面より後方に位置し、前記磁心に電流磁界を付与するコイルとを備えることを特徴とする磁気記録ヘッドを提供する。
【００１４】
さらに、本発明の第四は、積層形成された強磁性膜と反強磁性膜とからなり、前記強磁性膜が表面側に位置し、前記強磁性膜が磁化方向の異なる複数の部分領域を備えることで前記強磁性膜が異方性分散した磁化を持つ一対の交換結合膜を備えることを特徴とする磁気記録媒体を提供する。
【００１５】
上記各発明の交換結合膜、及びこれを用いた磁心では、磁化方向の異なる複数の部分領域を強磁性膜が備えることで、強磁性膜全体としては、磁気異方性が分散した等方膜となる。ここで、異方性分散とは、日本応用磁気学会誌 vol.20,No.2 1996 P493-496 にあるように、磁気異方性に角度、大きさ共に膜内で不均一性を生じることをいう。
【００１６】
より具体的には、図１の斜視図に示す反強磁性膜４２と強磁性膜４３が互いに積層された交換結合膜４５の強磁性膜４３は、図２の斜視図に示すように矢印で示す磁化（異方性磁界）の向き互いに異なる部分領域４３ａを備え、膜全体ではその異方性磁界が略均等に分布して結果的に異方性分散をもつこととなる。図２中、強磁性膜４３の部分領域４３ａは対応する反強磁性膜４２の部分領域４２ａとの交換結合により外部磁界が０のときには矢印で示す磁化を維持することができる。図２中、４６は部分領域を分ける境界である。
【００１７】
尚、本発明の交換結合膜は、インダクター、Ｄ／Ｄインバーター、電源、ノイズフィルター等の従来より強磁性膜を磁心として用いる装置に適用することができる。
【００１８】
本発明の交換結合膜によれば、膜内に細かい部分領域４３ａを備えることから、外部磁界に応じた磁化変化は、多数の部分領域４３ａに相当する磁区の磁化が一度に反転していた従来の膜よりも格段にスムーズに行われ、バルクハウゼンノイズを抑制することが可能である。この結果、低ノイズの磁心を得ることが可能である。また、部分領域４３ａは、異方性磁界の向きを分散させることで磁心の透磁率を略等方的にすることができ、閉磁路を形成した場合に非常に有効である。
【００１９】
本発明の第二乃び第三に関る磁気センサ、及び磁気抵抗効果型磁気ヘッドによれば、磁気ヨークとして、本発明の第一の交換結合膜を用いているので、強磁性膜の磁化が拘束され、これによって強磁性膜の磁壁移動を抑制することができる。このため、磁壁が不可逆的移動することに原因する大きなバルクハウゼンノイズを抑制することができる。この結果、ヘッドギャップを十分に小さくできるヨーク型の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの信号対雑音比が向上し、高い線記録密度に対応できる。また、高透磁率を誇ることから、記録効率に優れた磁気記録ヘッドを提供することができる。
【００２０】
本発明の第四の磁気記録媒体では、記録層のヘッド対向面とは反対側の記録層裏面に本発明の第一の等方的で軟磁性の交換結合膜を備えることで記録ヘッドからの記録磁束を効率よく収束することが可能となる。
【００２１】
尚、上記本発明の第一乃至第四の交換結合膜において下記の形態とすることが好ましい。
１）強磁性膜の一表面の全面積を１００とすると、部分領域の面積は１０以下である。より好ましくは、２００μｍ×２００μｍ程度の面積を備える交換結合膜において、部分領域の磁区の大きさを５μｍ×５μｍ程度またはそれ以下に微細化すること。
【００２２】
２）交換結合膜の透磁率の方向に依存した変化率は±１０％以内であること。
３）強磁性膜は、軟磁性膜、非晶質Ｃｏ系膜、軟磁性微結晶膜、グラニュラー軟磁性膜、及び軟磁性フェライト膜のいずれかを含むこと。
【００２３】
４）反強磁性膜はＩｒＭｎ、ＰｄＭｎ、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＮｉＯ、アモルファスＦｅ₂ Ｏ₃ のいずれかを含むこと。
５）強磁性膜はＮｉＦｅあるいはＣｏＺｒＮｂを含み、反強磁性膜はＩｒＭｎ，ＰｔＭｎあるいはＮｉＭｎを含むこと。
【００２４】
６）強磁性膜は軟磁性グラニュラー材料、あるいは軟磁性フェライトを含み、反強磁性膜はアモルファスＦｅ₂ Ｏ₃ を含むこと。
７）反強磁性膜は第二の強磁性膜を備え、反強磁性膜は二つの強磁性膜の間に位置する。
【００２５】
８）交換結合膜は互い違いに積層形成された複数の強磁性膜と反強磁性膜を備える。
９）強磁性膜と反強磁性膜とが組をなし、別の強磁性膜と反強磁性膜からなる組と非磁性膜を介して隣接していること。
【００２６】
１０）強磁性膜は良好な軟磁気特性（以下、軟磁性とする。）を示すものが好ましく、例えば、ＮｉＦｅ，ＦｅＡｌＳｉ、ＣｏＺｒＮｂ等のＣｏ系アモルファス材料、ＦｅＺｒＮ等の微結晶軟磁性膜、ＣｏＦｅＡｌＯ等のグラニュラー軟磁性膜、ＭｎＺｎフェライト等の軟磁性フェライト膜がある。
【００２７】
１１）反強磁性膜としては、ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＮｉＯ、アモルファスＦｅ₂ Ｏ₃ 等を用いることができる。
１２）反強磁性膜と強磁性膜の好ましい組み合わせとしては、交換結合力の大きいＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ，ＮｉＭｎと優れた軟磁性を持ち、磁気異方性を導入しやすいＮｉＦｅ，ＣｏＺｒＮｂがよい。
【００２８】
１３）高飽和磁束密度が望まれる場合には、上述の交換結合力の高い反強磁性膜とＦｅＺｒＮあるいはＣｏＦｅＡｌＯの強磁性膜との組み合わせが好ましい。
１４）さらに、高周波特性が望まれる場合には、交換結合力の大きい反強磁性膜とＣｏＦｅＡｌＯ等のグラニュラー軟磁性膜やＭｎＺｎフェライト等の軟磁性フェライト膜を組み合わせるとよい。その際、反強磁性膜としてＮｉＯ、アモルファスＦｅ₂ Ｏ₃ 等を用いれば高周波特性はさらに改善される。
【００２９】
また、本発明の磁気センサ及び磁気抵抗効果型再生ヘッドにおいて、下記の形態をとることが好ましい。
１）磁気ギャップは、前記磁気ヨークおよび前記磁気抵抗効果素子が形成される基板面に対して略垂直方向に配置されているとともに、磁気ヨークは前記基板面に対して略平行な平面を有し、かつ磁気抵抗効果素子が平面に沿って形成されてなるものとする。
【００３０】
２）磁気抵抗効果素子としては、ＡＭＲ膜を用いるＡＭＲ素子、ＧＭＲ膜を用いるＧＭＲ素子及びＴＭＲ膜を用いるＴＭＲ素子のいずれもが使用できる。中でも高い再生感度を持つＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子が好ましい。
【００３１】
本発明の第一乃至第四に関る交換結合膜は、基板上に反強磁性膜と強磁性膜上とを積層して成膜することにより反強磁性膜と強磁性膜とが交換結合を有する多層膜を製造する交換結合膜の製造方法において、積層成膜を時間的に変化する磁場中にて行うことで製造することができる。ここで基板上に反強磁性膜と強磁性膜上とを成膜する順序は反強磁性膜を先に成膜し、これに強磁性膜を成膜する順序で行ってもよいし、強磁性膜を先に成膜し、これに反強磁性膜を成膜する順序で行ってもよい。
【００３２】
また、本発明の第一乃至第四に関る交換結合膜の他の製造方法として、基板上に反強磁性膜と強磁性膜上とを積層して成膜することにより反強磁性膜と強磁性膜とが交換結合を有する多層膜を製造する工程と、多層膜を製造した後に時間的に変化する磁場中で熱処理を行う方法がある。この製造方法によれば、多層膜の異方性磁界の向きを略均等にすることができ、磁心の透磁率が略等方的であるため、磁気ヘッドの磁路形成に適した磁心を製造することができる。
【００３３】
さらに、交換結合膜の成膜時または熱処理時に例えば回転磁界を用いれば、強磁性膜と交換結合する反強磁性膜の異方性磁界の方向を略均等に分布させることができ、その結果、強磁性膜の受ける異方性磁界の方向を略均等に分布させることができる。こうして強磁性膜の受ける異方性磁界の方向を略均等に分布させることによって、交換結合膜は透磁率が略等方的となる。その結果、この交換結合膜を用いれば、磁気ヘッドなどにおける磁気回路形成が容易となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
まず、交換結合膜について本発明の実施の形態を図面に基づき具体的に説明する。
【００３５】
図１及び２は実施の形態１を説明するための斜視図である。図１に示すように、反強磁性膜４２と強磁性膜４３は図示せぬ基板上に積層形成され強磁性膜４３の部分領域と反強磁性膜４２の部分領域とが互いに交換結合し、図２に示すように、強磁性膜４３の各部分領域４３ａは異なる磁気異方性を備え、その部分領域４３ａの外縁は部分領域４３ａに対応する反強磁性膜４２ａの交換結合磁界によって固着されることから、外部磁界が０では、図２に示す磁気異方性をもって固着される。
【００３６】
反強磁性膜には各種の材料を用いることができる。例えば、ＩｒＭｎ膜、またはＦｅＭｎ膜を好適に用いることができる。
それぞれの膜の厚さについては、強磁性膜に対し異方性磁界を付与できる範囲の厚さであれば特に制限されず、夫々例えば５ｎｍ〜５００ｎｍとすることができる。
【００３７】
強磁性膜としては各種高透磁率材料が使用でき、例えばＮｉＦｅ膜、又、はＣｏＦｅ膜を好適に使用することができる。そして異方性磁界の大きさは強磁性膜の厚さが厚くなれば小さくなり、厚さが薄くなれば大きくなるが、強磁性膜が適切な透磁率を有し、バルクハウゼンノイズが防止されていればよく、特に制限されるものではない。例えば強磁性膜の厚さを１０〜５００ｎｍとすることができる。
【００３８】
本実施の形態の強磁性膜４３における外部磁界（Ｈ）−磁化（Ｍ）の関係を図３に示す。強磁性膜４３は正負の飽和磁化±ＭにわたるＭ−Ｈカーブにおいて、不連続な磁化変化が外部磁場Ｈ１において生じるているが、その大きさは（Ｍｂ２−Ｍｂ１）であり、Ｍの総変化量（＋Ｍ−（−Ｍ）＝２Ｍ）との比（（Ｍｂ２−Ｍｂ１）／２Ｍ）は１０％以下である。従来の交換結合膜では、図１９に示すように、（Ｍｂ１−Ｍｂ２）は磁化の総変化量２Ｍの２０％程度存在する。
【００３９】
次に、本発明の応用例を図４及び図５を用いて説明する。
図４に模式的に示した断面図のように基板５１上に反強磁性膜５２と強磁性膜５３の積層、又、は図５に模式的に示した断面図のように強磁性膜５３と反強磁性膜５２の積層を繰り返すことによって、多層膜５５とすることができる。
【００４０】
強磁性膜の受ける異方性磁界の大きさは強磁性膜の厚さに反比例するので、単に強磁性膜一層の厚さを厚くしたのでは部分領域の異方性磁界の大きさは維持できないが、多層膜の膜厚を厚くする場合には、積層することで強磁性膜の部分領域の受ける異方性磁界の大きさを確保しつつ多層膜の膜厚を厚くすることができる。
【００４１】
さらに、図６及び図７に模式的に示した断面図のように、反強磁性膜６２と強磁性膜６３の積層、又は強磁性膜６３と反強磁性膜６２の組を順に繰り返し、各組の間に非磁性層６４、例えばＴａ層を設けて交換結合膜６５とすることができる。こうすることによって、強磁性体膜６３はその片方の面からのみ、異方性磁界を受けることができる。
【００４２】
次に本実施の形態の交換結合膜の製造方法について具体的に述べる。
反強磁性膜４２、５２、６２及び強磁性膜４３、５３，６３は夫々スパッタ法、蒸着法等公知の成膜技術を用いて成膜する。成膜する下地はＡｌ₂ Ｏ₃ ・ＴｉＣ等の非磁性基板や、基板表面に形成されたＡｌ₂ Ｏ₃ 膜、ＳｉＯ_x膜、Ｔａ膜、Ｔｉ膜等のアモルファス材料や結晶材料を用いることができる。
【００４３】
ここで、部分領域を導入する方法として、強磁性膜４３、５３、６３の成膜中に、経時変化する磁界であって強磁性膜４３、５３、６３の異方性磁界よりも最大値の大きい変化磁界、例えば回転磁場を与える。これにより各部分領域の異方性磁界を略均等に分散させることができ、透磁率が略等方的な交換結合膜が得られる。
【００４４】
部分領域を導入する他の方法として、多層膜を成膜した後、反強磁性膜４２、５２、６２が異方性を失う温度であるブロッキンク温度あるいはそれ以上まで加熱し、冷却する方法がある。異方性分散を確実に得るためには、冷却する際に経時的に変化する磁界、例えば回転磁場を与えることができる。
【００４５】
（実施の形態２）
次に、本発明の交換結合膜の異方性分散に関する測定方法を図８に断面図を示す交換結合膜を用いて説明する。
【００４６】
まず、本実施の形態の異方性分散した交換結合膜の製造方法を説明する。
図８の断面図に示すように、基板６１上に１００ｎｍＮｉＦｅ膜６３／５ｎｍＩｒＭｎ膜６２／１００ｎｍＮｉＦｅ膜６３を６０回転／分で回転する３００Ｏｅの磁界にて、基板を２００℃に加熱しながら成膜し、φ５ｎｍに加工して交換結合膜を製造した。
【００４７】
この交換結合膜について測定のために設けた膜主面に存在する基準軸に対して、０，１５，３０，４５，６０，７５，９０度の各方向に±４０Ｏｅの磁界を印加した場合の磁界（Ｍ）−磁界（Ｈ）曲線を測定し、いずれもΔＭｂ／ΔＭが１０％以下であることが確認できた。尚、基準軸及び各測定方向は図面の紙面とは垂直な面内である。ΔＭｂ／ΔＭが１０％以下は、各強磁性膜６３の異方性は良好に分散していることがわかる。同様に、各方向の磁束密度（Ｂ）−磁界（Ｈ）曲線を測定し初透磁率、最大透磁率を測定したところ、各値の変化は±１０％以下であった。
【００４８】
（実施の形態３）
次に、本発明の交換結合膜の他の実施の形態を図９及び図１０を用いて以下に説明する。
【００４９】
まず、異方性分散した交換結合膜の製造方法を説明する。
２０ｎｍＰｔＭｎ膜／３００ｎｍＮｉＦｅ膜の積層膜を成膜し、５ｋＯｅの回転する磁場中で基板温度を３００℃に保持して１０時間の熱処理を施した。その後、図９の上面図に示す平面形状をもつ膜９４を２つ形成した。そのうちの一つには、図１０の上面図に示すように、硬質磁性膜である３００ｎｍのＣｏＰｔ膜９５を両脇に形成し、図１０の矢印の方向に着磁した。尚、ＣｏＰｔ膜の下地には、図示せぬＴａ膜を用いた。残る一つには、硬質磁性膜を付加せず、図９の平面形状のままとした。
【００５０】
この二つの交換結合膜の磁区観察を磁気カー効果により行ったところ、図９に示す交換結合膜では還流磁区を形成し、一方の図１０に示す交換結合膜では還流磁区は形成されないことが確認された。還流磁区が形成されるとその大きな磁区の磁壁がスムーズに移動しないため、透磁率が低下したり、バルクハウゼンノイズが発生する。従って、図１０に示すような硬質磁性膜を隣りに備える硬質磁性膜が透磁率の確保、及びバルクハウゼンノイズを抑制するために好ましいことがわかる。尚、硬質磁性膜は隣接配置することが好ましいが、そのもれ磁界が還流磁区抑制のために実質的に効果が得られる程度に離間させてもよい。
【００５１】
（実施の形態４）
次に、本発明の磁気センサに関る磁気抵抗効果型磁気ヘッドについて図１１を用いて説明する。
【００５２】
図１１に模式的に示した斜視図のように、強磁性膜７３と反強磁性膜７２が積層された交換結合膜を磁気ヨーク７４に用い、磁気記録媒体対向面から後退した位置に磁気抵抗効果素子７６とこれに接続する電極７７を配置して磁気抵抗効果型磁気ヘッドを構成することができる。
【００５３】
この構成によって、紙面手前側の媒体対向面で一対の磁気ヨーク７４が対向する距離（ギャップ長）を十分に小さくすることができ、高い線記録密度に対応できる。ここで、磁気ヨークに異方性が分散した強磁性膜を用いているので、強磁性膜の複数の部分領域を囲む大きな磁壁移動を抑制することができ大きな磁壁の不可逆的移動に原因するバルクハウゼンノイズを防止することが可能である。これは、実効的に２５μｍ² 以下の微細な磁区を形成できたことによるものと考えられる。
【００５４】
これまでには、磁気抵抗効果素子あるいはコイル部に磁気記録媒体からの磁化情報を引き込み、伝達する目的で使用される薄膜磁性体において、その磁区の大きさをほぼ全面にわたって２５μｍ² 以下とすることができず、微細磁区の効果を確認した例はなく、その効果も確かではなかった。
【００５５】
磁区の大きさが約２５μｍ² 付近で、磁束密度と磁界との関係に不連続移動が観察されなくなり、５μｍ² 以下で皆無となった。これに反し、５０μｍ² 近辺では不連続の曲線となった。特に、交換結合膜の大きさが１００μｍ² 以下の場合、磁区の大きさが１μｍ² 以下で効果は大となった。さらにコイルを鎖交する１００μｍ² のリング状閉磁路を形成し、そのインダクタンスを測定すると、磁区の大きさが１μｍ² 以下でインダクタンスは急激に大きくなり、磁束が急激に曲りやすくなってなっていることが確認できた。
【００５６】
（実施の形態５）
図１２は本発明の他の磁気抵抗効果型ヘッドを説明するための模式的斜視図である。図１２に示すように、反強磁性膜８２と強磁性膜８３の積層された交換結合膜を磁気ヨーク８４に用い、媒体対向面に存在する磁気ギャップ８８を磁気ヨーク８４及び磁気抵抗効果素子８６が形成される基板８１の主面に対して略垂直方向に配置した磁気抵抗効果型ヘッドが得られる。尚８９は後部ギャップである。磁気ヨーク８４は前記基板８１の主面に平行に平面的に広がっており、磁気抵抗効果素子８６もその平面に沿って形成することができ、安定した特性のヘッドを提供可能である。
【００５７】
次に、本発明の磁気記録ヘッドについて、その実施の形態について具体的に述べる。
（実施の形態６）
図１３は、本実施形態のコイル型磁気記録ヘッドを示す模式的斜視図である。
【００５８】
このコイル型磁気記録ヘッドでは、磁気記録媒体対向面に磁気ギャップ１０３を介して対向配置された交換結合膜からなる磁気ヨーク１０１と、媒体対向面よりも後方にて磁気ヨーク１０１に巻回されたコイル１０２を有する。磁気ヨーク１０１は本発明の交換結合膜を備えることから、透磁率も高く、バルクハウゼンノイズの少ない、所望の記録特性を得ることができる。尚、磁気ギャップ１０３は、基板１０５の主面１０４に平行に平面的に広がる磁気ヨーク１０１と略垂直方向に長手方向を備える。
【００５９】
本発明の磁気ヘッドは、磁極を有する磁心として反強磁性膜と交換結合を有する強磁性膜交換結合膜を用いており、強磁性膜の部分領域は反強磁性膜との結合によって拘束できるので、これによって強磁性膜の大きな磁壁移動を抑制することができ、大きなバルクハウゼンノイズを抑制可能である。
【００６０】
（実施の形態７）
図１４は、ハードディスクドライブの記録再生分離型の磁気ヘッドを示す平面図である。
【００６１】
基板１１６上には、１００ｎｍＮｉＦｅ膜／５ｎｍＩｒＭｎ膜／１００ｎｍＮｉＦｅ膜の交換結合膜からなる磁気ヨーク１１１、１１２が備えられ、記録ヘッドのヨーク１１１にはこのヨークに磁界を付与するコイル１１３が巻き付けられている。また、磁気抵抗効果型再生ヘッドのヨーク１１２には、このヨークに磁気的に結合した磁気抵抗効果膜１１４と、この磁気抵抗効果膜１１４にセンス電流を供給する電極１１５が備えられている。磁気ヨーク１１１，１１２は、媒体対向面（ＡＢＳ）にてギャップを介して対向しており、このギャップによって記録媒体の信号磁界を拾う。
【００６２】
まず、磁気ヨーク１１２を構成する交換結合膜の強磁性膜及び反強磁性膜は、順次、６０回転／分で回転する３００Ｏｅの磁場中にて基板１１６を２００℃に加熱しながら成膜し、図１４に示す形状に加工した。次に、ＣｏＦｅ／Ｃｕ／ＣｏＦｅ／ＩｒＭｎの積層膜からなる磁気抵抗効果膜１１４を磁気ヨーク１１２と磁気的に結合するように形成し、さらにこの磁気抵抗効果膜１１４の両端に接続する電極Ｔａ／Ｃｕ／Ｔａを積層形成して、磁気抵抗効果型再生ヘッドを形成した。次に、同一基板１１６上に磁気抵抗効果型再生ヘッドとわずかに離れて１０ｎｍＦｅＣｏ膜／５ｎｍＩｒＭｎ膜／１００ｎｍＦｅＣｏ膜からなる積層膜を、６０回転／分にて回転する３００Ｏｅの磁場中にて基板を２００℃に加熱しながら成膜した。この成膜の後、この積層膜を図１４に示す磁気記録ヘッドの磁気ヨーク１１１形状に加工し、励起用コイル１１３を形成した。励起コイル１１３は磁気ヨーク１１１に巻きつけられるように形成するが、これは従来知られた方法で行うことができるので、ここでの詳細な説明は省略する。
【００６３】
この後、磁気抵抗効果型再生ヘッドと磁気記録ヘッドとを一体としてヘッドスライダとして加工してハードディスクドライブに組み込んだ。このハードディスクドライブのトラック幅はヘッドに用いた本発明の積層膜の膜厚と一致し、２００ｎｍという非常に狭いトラック幅を実現できた。
【００６４】
（実施の形態８）
図１５は本実施の形態の垂直磁気記録媒体を説明するための断面図である。
図１５に示すように、１００ｎｍＮｉＦｅ膜１２１／５ｎｍＩｒＭｎ膜１２２／１００ｎｍＮｉＦｅ膜１２３を順次、６０回転／分で回転する３００Ｏｅの磁場中にて基板１２６を２００℃に加熱しながら成膜した。そして、この上記ＮｉＦｅ膜１２１／ＩｒＭｎ膜積層膜１２２／ＮｉＦｅ膜１２３からなる裏打ち層１２０の上に１００ｎｍＣｏＣｒ記録層１２５を積層した後、図示せぬ保護膜を付着して垂直磁気記録媒体が完成する。この実施の形態では、裏打ち層１２０が異方性分散を持つことから、高記録密度に適した垂直磁気記録媒体が得られた。
【００６５】
（実施の形態９）
図１６は実施の形態９に関る磁気抵抗効果型再生ヘッドを説明するための斜視図である。表面にＡｌ₂ Ｏ₃ 膜等の非磁性膜が形成されたＴｉＣ基板１３０上には、一対の磁気ヨーク１３１が形成され、この磁気ヨーク１３１に磁気的に結合する磁気抵抗効果膜１３２が形成され、さらのこの磁気抵抗効果膜１３２の両端には一対の電極１３４が形成され、磁気抵抗効果膜にセンス電流を付与する。一対の磁気ヨーク１３１はＡＢＳにて磁気ギャップ１３３を介して対向している。この実施の形態の磁気ヨーク１３１は、本発明の交換結合膜よりなる異方性が分散した磁気ヨーク１３１であり、バルクハウゼンノイズの発生率が低く、また透磁率の高い磁気ヨーク１３１を用いていることから優れた再生特性を備える。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、交換結合膜において、磁壁が大きな不可逆的移動することに原因する大きなバルクハウゼンノイズを防止することができる。又、交換結合膜の異方性磁界の向きを略均等に分布させることができ、これによって透磁率を略等方的にすることができる。
【００６７】
そしてこの交換結合膜を磁気ヨークとして使用すれば、磁気抵抗効果素子を磁気記録媒体対向面から後退した位置に配置した磁気抵抗効果型磁気ヘッドの低ノイズ化が得られるので、高密度記録をさらに進めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１を説明するための図である。
【図２】 本発明の実施の形態１を説明するための図である。
【図３】 本発明の実施の形態１を説明するための図である。
【図４】 本発明の実施の形態１の応用例を説明するための図である。
【図５】 本発明の実施の形態１の応用例を説明するための図である。
【図６】 本発明の実施の形態１の他の応用例を説明するための図である。
【図７】 本発明の実施の形態１の他の応用例を説明するための図である。
【図８】 本発明の実施の形態２を説明するための図である。
【図９】 本発明の実施の形態３を説明するための図である。
【図１０】 本発明の実施の形態３を説明するための図である。
【図１１】 本発明の実施の形態４を説明するための図である。
【図１２】 本発明の実施の形態５を説明するための図である。
【図１３】 本発明の実施の形態６を説明するための図である。
【図１４】 本発明の実施の形態７を説明するための図である。
【図１５】 本発明の実施の形態８を説明するための図である。
【図１６】 本発明の実施の形態９を説明するための図である。
【図１７】 従来の技術を説明するための図である。
【図１８】 従来の技術を説明するための図である。
【図１９】 従来の技術を説明するための図である。
【符号の説明】
１、５１、６１…基板
２、４２、５２、６２…反強磁性膜
３、４３、５３、６３…強磁性膜
４、６４…非磁性体層
２４、４５、５５、６５、９４…交換結合膜
２４、７６、８６、１１４、１３２…磁気抵抗効果素子
３０、７７、１１５、１３４…電極
２５、８８、１０３、１３３…磁気ギャップ

Claims (14)

1. 積層形成された強磁性膜と反強磁性膜とからなり、前記強磁性膜内に磁化方向の異なる複数の部分領域を備えることで前記強磁性膜の磁化が異方性分散し、かつ前記反強磁性膜にも前記強磁性膜内の部分領域に対応した複数の部分領域を備えており、前記強磁性膜内の部分領域と前記反強磁性膜の部分領域とが交換結合している交換結合膜を備えていることを特徴とする磁心。
2. 前記強磁性膜の一表面の全面積を１００とすると、前記部分領域の面積は１０以下であることを特徴とする請求項１記載の磁心。
3. 前記交換結合膜の透磁率の方向に依存した変化率は±１０％以内であることを特徴とする請求項１記載の磁心。
4. 前記強磁性膜は、軟磁性膜、非晶質Ｃｏ系膜、軟磁性微結晶膜、グラニュラー軟磁性膜、及び軟磁性フェライト膜のいずれかを含むことを特徴とする請求項１記載の磁心。
5. 前記反強磁性膜はＩｒＭｎ、ＰｄＭｎ、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＮｉＯ、アモルファスＦｅ_２ Ｏ_３ のいずれかを含むことを特徴とする請求項１記載の磁心。
6. 前記強磁性膜はＮｉＦｅあるいはＣｏＺｒＮｂを含み、前記反強磁性膜はＩｒＭｎ，ＰｔＭｎあるいはＮｉＭｎを含むことを特徴とする請求項１記載の磁心。
7. 前記強磁性膜は軟磁性グラニュラー材料、あるいは軟磁性フェライトを含み、前記反強磁性膜はアモルファスＦｅ_２ Ｏ_３ を含むことを特徴とする請求項１記載の磁心。
8. 前記交換結合膜は第二の強磁性膜を備え、前記反強磁性膜は前記二つの強磁性膜の間に位置することを特徴とする請求項１記載の磁心。
9. 前記交換結合膜は互い違いに積層形成された複数の前記強磁性膜と複数の前記反強磁性膜を備えることを特徴とする請求項１記載の磁心。
10. 前記強磁性膜と前記反強磁性膜とが組をなし、別の前記強磁性膜と前記反強磁性膜からなる前記組と非磁性膜を介して隣接していることを特徴とする請求項１記載の磁心。
11. 積層形成された強磁性膜と反強磁性膜とからなり、前記強磁性膜が磁化方向の異なる複数の部分領域を備えることで前記強磁性膜の磁化が異方性分散し、かつ前記反強磁性膜にも前記強磁性膜内の部分領域に対応した複数の部分領域を備えており、前記強磁性膜内の部分領域と前記反強磁性膜の部分領域とが交換結合している交換結合膜を備える磁心と、
    前記磁心に磁気的に結合した磁気抵抗効果膜とを備えることを特徴とする磁気センサ。
12. 前記磁気抵抗効果膜は、巨大磁気抵抗効果膜、トンネル磁気抵抗効果膜、グラニュラー磁気抵抗効果膜のいずれかよりなることを特徴とする請求項１１記載の磁気センサ。
13. 磁気記録媒体に対向する媒体対向面において磁気ギャップを介して対向する一対の磁心であって、積層形成された強磁性膜と反強磁性膜を備え、前記強磁性膜が磁化方向の異なる複数の部分領域を備えることで前記強磁性膜の磁化が異方性分散し、かつ前記反強磁性膜にも前記強磁性膜内の部分領域に対応した複数の部分領域を備えており、前記強磁性膜内の部分領域と前記反強磁性膜の部分領域とが交換結合している交換結合膜を備える一対の磁心と、
    前記媒体対向面より後方に位置し、前記磁心に電流磁界を付与するコイルとを備えることを特徴とする磁気記録ヘッド。
14. 前記交換結合膜の端部は前記交換結合膜と接して、あるいは近くに配置されたバイアス付与膜よりバイアス磁界が与えられることを特徴とする請求項１３記載の磁気記録ヘッド。

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