JPH02130711A - 磁気抵抗効果素子およびこれを用いた磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁気抵抗効果素子に係り、特に高感度の磁気
ヘッドに好適な磁気抵抗効果素子に関する。

〔従来の技術〕

磁気記録の高密度化、高性能化の進展は著しく、ＶＴＲ
，計算機用磁気ディスク装置、計算機用磁気テープ装置
、フロッピーディスク装置等の磁気記録装置において、
線記録密度、トラック密度を向上する努力が続けられて
いる。線記録密度およびトラック密度の増加に伴って、
ヘッドから得られる再生出力は減少する。従がって磁気
記録の高密度化を実現するためには高い再生出力が得ら
れる磁気ヘッドを開発することが必要となる。

従来用いられて来たインダクテイブ型磁気ヘッドの再生
出力は、磁気ヘッドのコア中を流れる磁束の量、ヘッド
媒体間の相対速度２巻線数に比例する。しかし磁気ヘッ
ドの効率の改良による磁束量の増加には限度がある。ま
たインダクタンスを一定値以下にする必要から、巻線数
の増加にも限度がある１以上の事情などから、インダク
テイブ型磁気ヘッドでは、改良によって再生出力を現状
以上に大幅に向上することは困難である。また、高密度
化に伴なってヘッド媒体間の相対速度は遅くなる傾向に
あり、このことも再生出力の減少を加速することになる
。

以上のような高密度化における再生出力低下の問題を解
決し、高い再生出力を実現する可能性のあるヘッドとし
て磁気抵抗効果型ヘッドがある。

磁気抵抗効果型ヘッドでは、パーマロイ等の磁気抵抗効
果を有する膜に検出電流を流し、記録媒体からの磁場が
加わった時に生ずる磁気抵抗効果膜の抵抗変化を電圧変
化として検出する。このヘッドの再生出力は、ヘッド媒
体間の相対速度には依存せず、記録媒体から流入する磁
束量と、検出電流に比例する。

磁気抵抗効果型ヘッドの基本的な例を第２図に示した。

第２図において、パーマロイ等からなる磁気抵抗効果膜
１と、端子２により磁気抵抗効果素子を構成する。磁気
抵抗効果膜の磁化Ｍの方向は、あらかじめバイアス磁界
Ｈ−等により、検出電流ｉの方向からθの角度に傾斜さ
せておく、この磁気抵抗効果膜に記録媒体からの磁界Ｈ
１を作用させると膜の磁化Ｍの方向θはＨ，の大きさに
応じて変化し、磁気抵抗効果膜の抵抗ＲがΔＲだけ変化
し、端子２間の電圧がＶ＝ΔＲｉの値だけ変化する。こ
の電圧を再生信号として検出する。

〔発明が解決しようとするＩＩ題〕

上記の磁気抵抗効果型ヘッドのトラック密度を向上し、
再生出力を向上する上で以下のような問題があった。

記録媒体からの磁場Ｈ，は、記録媒体対向面３の近傍で
は強く、媒体から離れるほど弱くなる。

従って磁気抵抗効果膜の記録媒体近傍では抵抗変化が大
きく、媒体から遠い部分では抵抗変化は小さい、従って
同一の検出電流を流す場合、磁気抵抗効果膜の膜高さｈ
に出来るだけ小さいほうが出力の高いヘッドとなる。し
かし膜高さｈを小さくした場合には１反磁場により膜高
さの方向には磁化しにくくなるという問題がある。また
、トラック密度を増加するためにトラック幅Ｔｗを減少
させ、磁気抵抗効果膜の長さ悲を減少させた場合には、
膜長さ方向の反磁場が増加し、この反磁場の影響で還流
磁区が生じやすくなる。この還流磁区は信号再生の際に
不規則な動きとし、いわゆるバルクハウゼンノイズの原
因となるという問題がある。

さらに、前記の磁気抵抗効果型ヘッドでは温度変化等に
よる磁気抵抗効果膜の抵抗変化がノイズとなる。特に磁
気抵抗効果膜を直接、記録媒体により摺動する場合には
、この温度変化に伴うノイズの問題が著しい。

これを避けるために、高透磁率材料でヨークを形成して
フラックスを導き、磁気抵抗効果素子をヨークの間に配
して、ヨークが形成する磁場により、磁気抵抗効果素子
を作動させる、いわゆるヨーク型磁気抵抗効果ヘッドも
提案されている。しかし、このヘッドにおいては磁気抵
抗効果膜の膜厚が小さいため、磁束がヘッド全体を通り
にくく、磁束の利用効率が低いため、高出力化が困難で
あるという問題がある。

２つの磁気抵抗効果膜を非磁性絶縁層を介して積層した
例は幾つか知られている。特開昭５０−６５２１１号明
細書には、第３図に示すように絶縁層４を介して磁気抵
抗効果膜１，１′が積層された磁気ヘッドが示されてい
る。このヘッドでは、検出電流ｉを磁気抵抗効果膜１，
１′に同方向に流す。この結果、１′に流れる電流によ
り１の膜には下向きのバイアス磁界Ｈｂが発生し、１′
の膜には逆向きのバイアス磁界が発生する。記録媒体５
より記録磁界が加わると、１および１′は逆方向の抵抗
変化を生じ、これによって生じた正負の電圧変化を差動
増幅器６により検出する。

以上のようにこのヘッドでは第２図に示したヘッドに対
して２倍の出力が得られるとともに、温度上昇による抵
抗変化のように１および１′の膜に等しい抵抗変化を与
える外部の擾乱に対して、出力が変化しないという利点
を有している。しか３、本ヘッドをさらに高出力化する
ために、さらに多層化するためにはどのような構成にす
べきかは本例では示されていない。

磁気抵抗効果膜を積層したもう１つの例として、特開昭
６１−３９９１６号明細書に開示されている磁気ヘッド
が挙げられる。この例では第４図に示すように磁気抵抗
効果膜１ａ、ｌｂ、ｌｃを積層し、直列に接続して検出
電流ｉを流す。これにより再生出力は積層枚数分だけ倍
加される。しかし、この例では検出電流ｉによって生ず
る磁界は相互にキャンセルするように構成しており、検
出電流以外の手段によるバイアス磁界が素子全体に均一
に加わるようにしているため、前述のように磁気抵抗効
果膜の高さ方向の反磁界が大きいという問題は解消出来
ない。

本発明の目的は、上記問題を解決し、高密度記録に好適
な高感度の磁気抵抗効果型ヘッドを提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために１本発明では磁気抵抗効果膜
を非磁性絶縁層を介して多層に積層する。

さらに、互いに逆方向に検出電流を流し直列に接続した
１対の磁気抵抗効果膜を１つのブロックとして、このブ
ロックを絶縁層を介して複数個積層する。隣接するブロ
ックの隣接する磁気抵抗効果膜に流す検出電流は同方向
になるようにする。

〔作用〕

以上の構成により、ブロック内では同一方向にバイアス
磁界が加わり、ブロック間では相互に逆方向にバイアス
磁界が加わるため、一つおきのブロックを直列に接続し
て得た信号と、他の−っおきのブロックを直列に接続し
て得た信号を差動増幅器で検出することにより、積層枚
数だけ倍加された再生出力が得られる。さらに、ブロッ
ク間では逆方向にバイアス磁界が加わるため、膜高さ方
向の反磁界が軽減され、記録磁界に対する感度を向上で
きる。また、トラック密度を向上するために膜長さを小
さくした場合にもブロック間の磁性膜同志の静磁結合に
より反磁界が軽減し、磁区の発生が押えられる。また、
透磁率の高い磁気抵抗効果膜を多数層積層するため、磁
性膜全体の厚さを大きく出来、ヨーク型磁気抵抗効果型
ヘッドに用いても磁束が極めて通りやすくなり、磁束利
用効率を大幅に向上できる０本発明のヘッドにおｔｌて
、ブロック間に電流バイアス用の膜を設置することによ
り、検出電流によるノベイアス磁界を補強し、もしくは
削減できる。これにより検出電流の選択範囲を拡げるこ
とが出来る。

〔実施例〕

実施例１ 第１図に本発明の磁気抵抗効果素子の例を示した。パー
マロイ等の磁気抵抗効果を有する膜１を５ｉＯｚ　ｖ　
ＡＱｚ○３．ＳｉＮ等の非磁性絶縁層１１および１２を
介して多層に積層する。絶縁層１１を介して積層した１
対の磁気抵抗効果膜１カ）ら磁気抵抗効果膜ブロックＡ
９を構成し、定電流電源７により、ブロック内の磁気抵
抗効果膜しこ互いに逆方向の検出電流１３を流す、同様
しこ絶縁層１１を介して積層した１対の磁気抵抗効果膜
力１ら磁気抵抗効果膜ブロックＢＩＯを構成し、磁気抵
抗効果膜ブロックＡ９と絶縁層１２を介して積層する。

磁気抵抗効果膜ブロックＢの磁気抵抗効果膜しこは定電
流電源７′からブロック内では相互に逆方向に検出電流
１３を流す。ブロックＡとブロックＢの隣接する磁気抵
抗効果膜の検出電流は同方向に流れるようにする。

以上のように構成した磁気抵抗効果膜ブロックＡと磁気
抵抗効果膜ブロックＢを絶縁膜１２を介して交互に積層
し、ブロックＡ同志およびブロックＢ同志では直列に検
出電流が流れるように配線する０以上のような検出電流
の流し方を取ることにより、隣接する磁気抵抗効果膜か
ら受ける検出電流によるバイアス磁界１４は、図のよう
に同一ブロック内では同方向に加わり、ブロック間では
逆方向に加わる。

この結果、バイアス磁界が加ねらない膜は、磁気抵抗効
果膜の一軸磁気異方性および形状異方性により、記録媒
体と平行な方向を向いていた磁化Ｍは、上記バイアス磁
界の方向に角度θだけ傾く。

従って磁気抵抗効果膜ブロックＡと磁気抵抗効果膜ブロ
ックＢ内の磁気抵抗効果膜の磁化Ｍの方向は逆方向に傾
斜する。この結果、記録媒体５からの磁界によって、磁
気抵抗効果膜ブロックＡと磁気抵抗効果膜ブロックＢに
は逆方向の抵抗変化が生じ、これにより正および負の逆
方向の電圧を生ずる。この電圧を差動増幅器６で検出す
ることにより、記録媒体からの信号磁界を極めて高感度
に再生することが出来る。

本発明の磁気抵抗効果素子の記録媒体に垂直な断面を第
５図に示した０本発明の磁気抵抗効果素子では、前述の
ように磁気抵抗効果膜ブロックＡ９．９′と磁気抵抗効
果膜ブロックＢ　１０，１０’に逆方向にバイアス磁界
が加わるように構成するため、磁化Ｍの記録媒体と垂直
方向の成分もブロックＡ、Ｂで逆方向となる。この結果
、膜端に生ずる磁極が正と負交互になり、正負の磁極が
静磁的相互作用をする結果、記録媒体に垂直方向の反磁
界が大幅に軽減される。

一方、従来の磁気抵抗効果素子では、素子全体に記録媒
体に垂直方向のバイアス磁界を印加すると、記録媒体対
向面３全体に正あるいは負の磁極があられれる。このた
め反磁界が大きくなり、記録媒体と平行方向に向いてい
た磁化Ｍがバイアス磁界により記録媒体と垂直方向に向
きにくくなる、あるいは反磁界により記録媒体対向面近
傍、およびその反対側面の端部に還流磁区を生じやすく
なる等の問題を生ずる。

以上の問題に対して本発明の磁気抵抗効果素子は記録媒
体と垂直方向の反磁界が小さくなるため、同一のバイア
ス磁界で所定磁化Ｍの傾き角θを得やすい、従ってバイ
アス電流が少なくてすむ、さらに、記録媒体対向面ある
いはその反対側の端面に磁区を生じにくく、従ってバル
クハウゼンノイズを生じにくい等の利点がある。さらに
、本発明の磁気抵抗効果素子では磁気抵抗効果膜ブロッ
クＡおよびＢで生じた正および負の再生出力電圧を差動
増幅器により検出するため、記録媒体の摺動等により温
度変化によって磁気抵抗効果膜全体の抵抗が変化した場
合にも、出力の変動は生じない。

すなわち熱などの外部じよう乱によるノイズを発生しに
くいという利点を有している。

本発明の磁気抵抗効果素子の記録媒体に平行な断面を第
６図に示した。図のように、本発明の磁気抵抗効果素子
では磁気抵抗効果膜１を非磁性絶縁層１１および１２を
介して積層しているため記録媒体に平行方向の磁化Ｍの
成分を図のように交互に逆方向に向くようにすることが
出来る。この結果磁気抵抗効果膜の記録媒体に平行方向
の反磁界が減少し１反磁界のために生成しゃすい膜端部
での還流磁区の発生を抑えることが出来る。これにより
、トラック密度を増加させるために磁気抵抗効果膜の長
さΩを小さくした場合にも反磁界の増加を抑え、還流磁
区の発生を防止することが出来る・ 本発明の磁気抵抗効果素子においては、第５図に示した
ように、記録媒体に垂直方向の磁化Ｍの成分を同一の磁
気抵抗効果膜ブロック内では同じ方向を、異なる磁気抵
抗効果膜ブロック間では逆方向を向くように構成する。

一般に非磁性絶縁層の厚さが極めて薄い場合には、絶縁
層を介して積層した磁性膜の磁化の方向は交換相互作用
により同一の方向を向きやすく、また、絶縁層を厚くし
た場合には静磁結合により積層した膜の磁化に反対方向
を向きやすい。従って、本発明のような磁気抵抗効果素
子を構成する場合、ブロック内の絶縁層１１よりもブロ
ック間の絶縁層１２を厚くしたほうが、ブロック内の磁
化の向きを同一方向にし、ブロック間の磁化の向きを反
対方向に向けるという磁化の状態を安定に作りやすいと
いう利点がある。この場合、記録媒体と平行な磁化の成
分の向きは、第６図に示したものとは異なり、同一の磁
気抵抗効果膜ブロック内では同じ向きに、異なる磁気抵
抗効果膜ブロック間では逆方向に向きやすい、このよう
になった場合では、記録媒体と平行方向の反磁界を低減
する効果は同様に得られる。

本発明の磁気抵抗効果素子では、同種の磁気抵抗効果膜
ブロック同志は検出電流が直列に流れるようにした。

本発明の磁気抵抗効果素子の回路図を第７図（ａ）に示
した１図のように磁気抵抗効果膜ブロックＡ９と９′、
ブロックＢＩＯと１０′は直列に接続している。これに
より、差動増幅器６による得られる出力は磁気抵抗効果
膜１の数だけ倍加され、極めて高感度の磁気抵抗効果素
子が得られる。しかし、このように多数の磁気抵抗効果
素子を直列に接続した場合、一つの磁気抵抗効果膜ブロ
ック内で断線が生ずると、素子全体が動作しなくなる。

これを防ぐために、第７図（ｂ）に示したように同種の
磁気抵抗効果膜ブロック同志は検出電流が並列に流れる
ように構成することが出来る。これにより同種の磁気抵
抗効果膜ブロックのうち、一つのブロック内で断線が生
じても、磁気抵抗効果素子全体は動作させることが出来
る。

さらに第７図（Ｑ）に示したように磁気抵抗効果膜ブロ
ック同志を並列に接続した磁気抵抗効果膜大ブロック１
５を構成し、大ブロツク同志を直列に接続するという構
成にすることが出来る。これにより、断線に対して動作
が停止することなく、また感度の高い磁気抵抗効果素子
を得ることが出来る。

実施例２ 第８図に本発明の磁気抵抗効果素子の他の例を示した。

本実施例では磁気抵抗効果膜ブロック９゜９’　、１０
．１０’の間および端部に非磁性材からなる電流バイア
スｌｌ１１６，１６’　を設置した構成とし、電流バイ
アス膜にバイアス用電源１７によりバイアス電流１８を
流すことにより、前述の検出電流によって生ずるバイア
ス磁界を補強もしくは減少させ、最適なバイアス磁界に
なるよう←ｌ１節する。

最適バイアス磁界とは、第１図において、磁化Ｍと検出
電流ｉの傾き角θが４５°近傍となるような磁界であり
、この時、磁気抵抗効果膜の感度は最大となる。第１図
に示した磁気抵抗効果素子において、バイアス磁界は検
出電流によって発生するため、最適バイアス磁界を得る
ためには検出電流を調整する必要がある。

一方磁気抵抗効果膜から得られる出力は検出電流に比例
するため、出力を増加するために検出電流を最適バイア
ス磁界を与える電流値を越えて流じたい場合がある。逆
に、最適バイアス磁界を与えるための検出電流の値が磁
気抵抗効果膜に流し得る電流値をこえるため、検出電流
のみでは十分に最適バイアス磁界を発生出来ない場合が
ある。

本実施例の磁気抵抗効果素子においては磁気抵抗効果膜
ブロックの間および端部に電流バイアス膜を設けること
により、検出電流のみでは制御しきれないバイアス磁界
を最適や値にすることが出来る。

本実施例の磁気抵抗効果素子において、検出電流による
バイアス磁界を補強する場合には、第８図に示したよう
に、バイアス電流を、電流バイアス膜と隣接する磁気抵
抗効果膜の検出電流と同方向となるように流す。これに
より電流バイアス磁界１９が、検出電流によりバイアス
磁界と同方向に作用し、バイアス磁界が強くなる。逆方
向にバイアス電流を流した場合には、検出電流によりバ
イアス磁界が弱められる。なお、本実施例の磁気抵抗効
果素子においては素子端部の電流バイアス膜１６′は省
略してもよい。

本発明の磁気抵抗効果素子を用いて、従来と同様構成で
高感度の磁気ヘッドを得ることが出来る。

すなわち、第９図に示したように、高透磁率を有するシ
ールド膜２１の間に、非磁性絶縁層２２を介して、本発
明の磁気抵抗効果素子２ｏを配した磁気ヘッド、あるい
は第１０図に示したように、高透磁率強磁性体からなる
基体２３の上にヨーク２４を配し、ヨークの間に設けた
間隙に本発明の磁気抵抗効果素子を配したヨーク型磁気
抵抗効果ヘッドを作製することが出来る。

Ｃ発明の効果〕 以上述べたように、本発明の磁気抵抗効果素子を用いる
ことにより、極めて高感度でバルクハウゼンノイズが少
なく、かつ温度変動等の外部擾乱に対して出力の変動が
少ない磁気ヘッドを提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第８図は本発明の実施例を示す磁気抵抗効果素
子の斜視図、第２図乃至第４図は従来の磁気抵抗効果素
子を示す斜視図、第５図、第６図は本発明の詳細な説明
する素子断面図、第７図は本発明の実施例の素子の回路
図、第９図、第１０図は本発明の磁気抵抗効果素子を用
いた磁気ヘッドの断面図である。 １．１′・・・磁気抵抗効果膜、２・・・端子、３・・
・記録媒体対向面、４・・・絶縁層、５・・・記録媒体
、６・・・差動増幅器、７・・・定電流源、８・・・リ
ード線、９゜９’　、９’　、９ｍ・・・磁気抵抗効果
膜ブロックＡ。 １０．１０’、１０’　　１０”・・・磁気抵抗効果膜
ブロックＢ、１１．１２・・・絶縁膜、１３・・・・検
出電流、１４・・・バイアス磁界、１５・・・磁気抵抗
効果膜大ブロック、１６．１６’・・・電流バイアス膜
、１７・・・バイアス用電源、１８・・・バイアス電流
、１９・・・電流バイアス磁界、２ｏ・・・磁気抵抗効
果素子、２１・・・シールド膜、２２・・・非磁性絶縁
層。 ２３・・・基体、２４・・・ヨーク、２５・・・ギャッ
プ。 ム 第　１ 第 第 囮 一−−−−−〜−−−−−−−−−−−乙第 防

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非磁性絶縁層を介して積層した一対の磁気抵抗効果
   膜により磁気抵抗効果膜ブロックを構成し、該磁気抵抗
   効果膜ブロックを非磁性絶縁層を介して２個以上積層し
   、磁気抵抗効果膜ブロック内では一対の磁気抵抗効果膜
   を直列に接続して検出電流を互いに逆方向に流し、磁気
   抵抗効果膜ブロック間では、隣接する磁気抵抗効果膜に
   同方向に検出電流が流れるように構成し、磁気抵抗効果
   膜ブロック内では同一方向にバイアス磁界が加わり、磁
   気抵抗効果膜ブロック間では逆方向にバイアス磁界が加
   わるように構成したことを特徴とした磁気抵抗効果素子
   。 ２、特許請求の範囲第１項記載の磁気抵抗効果素子にお
   いて、磁気抵抗効果膜の磁化の前記バイアス磁界に直角
   方向の成分が、一層毎に逆方向を向いていることを特徴
   とする磁気抵抗効果素子。 ３、特許請求の範囲第１項記載の磁気抵抗効果素子にお
   いて、磁気抵抗効果膜ブロック間の非磁性絶縁層の厚さ
   を、磁気抵抗効果膜ブロック内の非磁性絶縁層の厚さよ
   りも大きくしたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 ４、特許請求の範囲第１項記載の磁気抵抗効果素子にお
   いて前記磁気抵抗効果膜ブロックの間に電流バイアス印
   加のための膜を設置したことを特徴とした磁気抵抗効果
   素子。 ５、特許請求の範囲第３項ないし第４項記載の磁気抵抗
   効果素子において、磁気抵抗効果膜の磁化のバイアス磁
   界に直角方向の成分が、磁気抵抗効果膜ブロック毎に逆
   方向を向いていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 ６、特許請求の範囲第１項乃至第５項記載の磁気抵抗効
   果素子において、バイアス磁界が同一方向に印加されて
   いる磁気抵抗効果膜ブロックを直列ないしは並列もしく
   は直列、並列混合して接続して検出電流を流し、得られ
   た出力電圧を、バイアス磁界が逆方向に印加されている
   磁気抵抗効果膜ブロックから得られた電圧とともに差動
   増幅器により増幅することを特徴とする磁気抵抗効果素
   子。 ７、非磁性絶縁層を介して積層した一対の磁気抵抗効果
   膜より磁気抵抗効果膜ブロックを構成し。 該磁気抵抗効果膜ブロックを非磁性絶縁層を介して２個
   以上積層し、磁気抵抗効果膜ブロック内では一対の磁気
   抵抗効果膜を直列に接続して検出電流を互いに逆方向に
   流し、磁気抵抗効果膜ブロック間では、隣接する磁気抵
   抗効果膜に同方向に検出電流が流れるように構成し、磁
   気抵抗効果膜ブロック内では同一方向にバイアス磁界が
   加わり、磁気抵抗効果膜ブロック間では逆方向にバイア
   ス磁界が加わるように構成した磁気抵抗効果素子を用い
   たことを特徴とする磁気ヘッド。