JPH0214418A - 磁気ヘッドおよびその製造方法並びにこれを用いた磁気記録装置 - 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〕 〔従来の技術〕 近年、磁気記録において、トラック密度の向上にともな
うトラック幅の減少により、磁性薄膜の磁気抵抗効果を
利用した磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッドと記す）が
広く利用されつつある。

このＭＲヘッドを適切に動作させるためには、強磁性薄
膜からなるＭＲ素子に対して２つのバイアス磁界を印加
する必要がある。ひとつは信号磁界に対する応答が線形
となるように、抵抗変化を検出する電流の方向に対して
垂直にバイアス磁界を印加するものである（垂直バイア
ス磁界と記す）。

もうひとつは、ＭＲ素子の磁壁移動に起因するバルクハ
ウゼン・ノイズを抑止するため、素子の長手方向にバイ
アス磁界を印加するものである（水平バイアス磁界と記
す）。

垂直バイアス磁界の方法としては、従来、永久磁石法、
電流バイアス法、シャントバイアス法。

相互バイアス法など、また電流の方向を傾けたバーバー
ポール法などが知られている。水平バイアス磁界の印加
方法としては、ＭＲ素子に周回させたコイルに通電する
方法（特開昭６２−１１０６１５．特開昭５９−１２１
６１６）　、素子の両端部に非強磁性薄膜を設け、非強
磁性−強磁性交換結合により印加する方法（特開昭６２
−４０６１０）、さらに両端部に永久磁石を設けて印加
する方法（電子通信学会技報ＭＲ８６−３７（１９８６
））などが知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、水平バイアス磁界の印加方法に関し
て以下の問題点があった。ＭＲ素子が摺動面に対して引
込んだいわゆるヨークタイプＭＲヘッドの場合には、周
回するコイルを形成することができるが、ＭＲ１７４子
が浮上面に露出しているヘッドの場合には周回するコイ
ルを形成することが不可能である。また、閉磁路構造の
ＭＲ素子の場合には、磁路内に導体を鎖交させて電流を
流すことにより水平バイアス磁界を印加することが可能
である。しかしながら、従来の閉磁構造では、浮上面に
露出する素子部が長くなるため、狭トラツク化を図るこ
とが困難であった。すなわち、トラック幅を狭めていく
と、１４子の両端部は隣接するトラック上にかかり、こ
の信号磁界がノイズの原因となる。また、交換結合を用
いたバイアス方法では、バイアス磁界の強度は、交換結
合用磁性膜の特性やＭＲ膜との距離に依存するため、バ
イアス磁界の制御が困難である。また、端部に永久磁石
を形成する方法では、中央部の磁界は永久磁石膜の膜厚
や着磁条件によって変動するため、精度良くバイアス磁
界を制御することは困難である。

本発明の目的は、ＭＲ索子において均一で制御性に優れ
た水平バイアス磁界を印加でき、かつ隣接トラックの影
響を低減して狭トラツク化が図れるＭＲヘッドおよびそ
の製造方法を与えるものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、ＭＲ素子を一部に空隙を有する円環状とし
、素子の上下を絶縁層を介して導体層ではさみ１円環の
中央部に設けたスルーホールで上下導体を接続し、これ
に電流を流すことによって達成される。

（作用〕 以下、本発明の作用を第１図を用いて説明する。

同図は本発明のヘッド構造を示す斜視図である。

本ヘッドは空隙部８を有する円環状のＭＲ素子１゜絶縁
層９２．９３を介し、スルーホール２で接続された上部
および下部導体３，４、抵抗変化検出用の電極層５，６
からなる。ここで、基板および絶縁層の一部は省略しで
ある。同図において導体層３，４に電流を流すことによ
りＭＲ素子は円周方向に磁化され、感磁部７ではトラッ
ク幅方向に。

水平バイアス磁界が印加されたことに相当する。

ここで、磁界の強さは電流の強さで精密に制御できる。

また、ＭＲｉ子は円環状のため、トラック幅以外の部分
は浮上面に露出しない、このため、感磁部具外の部分で
生じていた隣接トラックの影響は著しく減少できる。

また１円環状のＭＲ１子を形成後、導体に通電しながら
熱処理を行うことができる。これは、素子の円周方向に
磁界を印加した磁界中熱処理に相当する。このため５円
周方向に磁気異方性を制御することができる。さらに、
下部導体層４にパーマロイなどの軟磁性１摸を用いるこ
とによって、ＭＲ素子に対する磁気シールド層と下部導
体層とを兼用することができる。同様に、上部導体層の
一部３１を軟磁性膜で形成することによって、信号磁界
による感磁部７の反磁界を低減することができる。この
ため、効率的に信号磁界をＭＲ索子の抵抗変化に変換で
きる。

さらに、本発明では１両バイアス磁界を独立に制御でき
るので、磁気抵抗変化率の高い磁歪具の組成のパーマロ
イを用いることができる。すなわち、従来、磁歪が負の
パーマロイを用いると、応力によ−）で異方性が逆転し
、磁区の発生を招き、バルクハウゼンノイズの原因とな
る場合があった。

これに対して１本発明では磁界の印加により、磁区の発
生を抑止できる。このため、磁気抵抗変化率が磁歪ゼロ
の組成より高い８２％Ｎ１がら９５％Ｎｉのパーマロイ
を用いることができ、９ｏ％Ｎｉパーマロイでは従来よ
り約１．５倍の出方が得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の第１の実施例を第１図、第２図および第
３図を用いて説明する。第２図は第１図に示したヘッド
の平面図であ番１、第３図は第２図のＡ−Ａ’断面をし
めす。はじめに本ヘッドの構造を述べる。先ず、磁気シ
ールド層１ｏとなる軟磁性膜を基板】１上に形成する。

ここで、軟磁性層としては、膜厚が１．５μｍで１組成
が８２Ｎ　ｉ　−１８Ｆ　ｓのパーマロイを用い、基板
としては、ＡＱｘＯｓを１０μｍ積層したＺｒ０ｚを用
いた０次に、絶縁層９１として５ｉＯｚｔｔ０．２ｕｍ
積層し、続いて、下部導体層４としてＣｕを０．１５μ
ｍ積層する。ここで、Ｃｕ層と５ｉｆｔ層との接着性を
向上するためにはＣｕ層の上下をＣｒ層（膜厚：〜２０
ｎｍ）などではさむことが好ましい。この導体パターン
の形成は、通常のホトリソグラフィ技術を用いて行う、
ここで、パターンの形状は第２図に示すように、この後
形成するＭＲ索子１の輪郭よりも大きくしておくことが
望ましい、これは、ＭＲ素子よりも小さいと、素子に段
差を生じ、特性が劣化するためである１次に絶縁層９２
として５ｉｆｔを０．１５μｍ積層する。続いて、ＭＲ
素子として８２　Ｎ　ｉ　−１８Ｆ　ｅのパーマロイお
よびＴｉ層を連続して蒸着する。パーマロイの膜厚は０
．０４μｍ、Ｔｉは０．１ｚｍである。ここで、Ｔｉ膜
はＭＲ素子に垂直バイアスを印加するシャフト膜として
用いる。続いてホトエ腎啄 ツチングにより円環状のＭＲ素子を形成する。ここで、
素子の外径は６０μｍで、内径は４０μｍである。また
、空隙部８の幅は１μｍである。次にＭＲ素子の上に検
出用電極５，６を形成する。

この電極は膜厚０．２μｍのＡｕで形成した。この電極
の間隔がトラック幅に相当し、本実施例では８μｍとし
た６なお、この電極層にはＡｕのほかにＡｍ、Ｃｕなど
良導体をもちいることができる０次に絶縁Ｍ９３として
５ｉｆｔを０．１５ｐｍ積層し、その後１円環の中央部
のＳｉｎｇを除去してスルーホール２を形成し下部導体
４を露出させる。続いて、膜厚０．２μｍのＣｕを積層
後加工し、上部導体パターン３とする。さらに、絶縁層
９４としてＳ　ｉ　Ｏｘを０．１５ｐｍ積層し、その上
に上部の磁気シールド層１２として、下部と同様にパー
マロイ層を形成した。第４図は、本実施例のヘッドにお
いて、素子に鎖交する導体に電流を流した場合と流さな
い場合の外部磁界と出力電圧との関係を示したものであ
る。同図かられかるように、電流を流すことによってパ
ルクハウゼンジャンプが発生せず、良好な特性が得られ
ている。

次に１本発明の第２の実施例を第５図、第６図および第
７図者を用いて説明する。第６図は第５図に示したヘッ
ドの平面図であり、第７図は第６図のＡ−Ａ’断面を示
す、はじめに本ヘッドの構造を述べる。先ず、磁気シー
ルド層１０を基板１１上に形成する。ここで、シールド
層および基板としては、先の実施例と同様に、膜厚が１
．５ｐｍで１組成が８２　Ｎ　ｉ　−１８Ｆ　ｅのパー
マロイと、Ａ　Ｑ　ｚ　Ｏａを１０μｍ積層したＺｒ０
ｔを用いた６次に、絶縁層９１として５ｉＯｚを０．２
μｍ積層し、続いて、膜厚０．１５μｍのＣｕを用いて
下部導体パターン４を形成する。ここで、パターンの形
状は先の実施例と同様に、ＭＲ素子の輪郭よりも大きく
しておく０次に絶縁層９２として５ｉｆｔをＯ，１５μ
ｍ積層し、続いて１ＭＲ索子１として８２Ｎｉ−１８Ｆ
ｅのパーマロイおよびＴｉ層を連続して蒸着する。パー
マロイの膜厚は０．０４μｍ、ＴｉはＯ，ｌｕｍである
。続いてホ六岬チングにより円環状のＭＲ１ｉ子を形成
する・二二で、素子形状は、外径が６０μｍで、内径が
４０μｍで、空隙部はない、空隙部は、後の工程で形成
する０次にＭＲ素子に検出用電極５，６を形成する。こ
の層は膜厚０．２μｍのＡｕで形成し、電極間距離は８
μｍである０次に、絶縁層９３として５ｉＯｚをＯ，１
５μｍ積層し、その後、円環の中央部の５ｉｎｓを除去
して下部導体４を露出させる。続いて、Ｃｕを積層後加
工して、上部導体パターン３とする。ここで、ＭＲ素子
の円周方向に磁気異方性を付与するために、上下の導体
に電流を流しながら熱処理を行なう、電流は１０ｍＡで
、温度は２５０℃で、時間はｌｈｒである。なお、これ
らの条件は素子形状やパーマロイ膜の成膜条件などに依
存する０次に、絶縁層の上からＭＲ？＋４子に空隙部８
を設ける。この工程には、イオンミリングなどのドライ
エツチングを用いたホトエツチング技術を使用する。次
に、絶縁層９４として５ｉＯｚ′＆０．１５μｍ積層し
、その上に上部の磁気シールド層１２として、下部と同
様にパーマロイ層を形成した。第８図のＡは５本実施例
のヘッドにおける外部磁界と出力電圧との関係を示した
ものである。同図かられかるように。

バルクハウゼンジャンプが発生せず、良好な特性が得ら
れている。このとき、ＭＲ素子に磁区は観察されず、単
磁区となっていることが確認できた。

なお、第１の実施例と同様に同ヘッドにおいても、上下
導体に電流を流して用いることもできる。

ここで、上記二つの実施例では上部導体層としてＣｕな
どの非磁性金属を用いていたが、パーマロイなどの軟磁
性膜を用いることによってさらに素子特性を向上するこ
とが可能となる。この例を第７図を用いて説明する。同
図において、上部導体層３をパーマロイで形成する。こ
こで、パーマロイ導体が絶縁層（Ｓｉｆｔ：　０．１５
ｕｍ）を介してＭＲ素子の上端部１３に重なると、素子
上縁部との間に磁気的結合を生じる。ここで、重なりの
量は２μｍとした。このため、媒体からの信号磁界に対
する素子の反磁界が低減できる。したがって、第８図の
Ｂに示したように、出力電圧の半値幅は減少し、外部磁
界に対する電圧変化の傾きは大きくなって素子の感度が
向上する。さらに。

実施例１においても、上部導体３をパーマロイで形成す
ると、円環に鎖交する導体３，４に電流を流したときに
、空隙部８においても磁気的な結合が生じ、効率良く磁
界を印加できる。

また上記実施例では、いずれも素子に鎖交するコイルの
下部導体として専用の導体を設けていたが、第９図に示
すように下部導体層４としてパーマロイなどの軟磁性膜
を用いることによって、この導体を下部シールド層とし
て兼用することもできる。これによって、工程の簡略化
が図れるとともに、シールド層とＭＲｉ子との間隔が短
くなるので、記録分解能の向上を図ることができる。さ
らに、磁気抵抗効果素子とシールド膜とを磁気的に結合
させた相互バイアス法で垂直バイアスを印加することが
できる。この場合シャントバイアス用のＴｉ膜は不要と
なる。

次に磁気抵抗効果素子に９０　Ｎ　ｉ　−１０Ｆ　ａの
パーマロイを用いた場合について記す、ヘッドの構造は
第１の実施例と同様である。第１１図にこのヘッドの外
部磁界と出力電圧の関係を示す、同図のＡは導体に電流
を流していない場合で、バルクハウゼンノイズが顕著で
ある。これに対してＢは１５ｍＡ電流を流した場合でノ
イズが発生していないことがわかる。また、Ｃで示した
従来の８ＯＮｉ−２０Ｆｅのパーマロイで作製したヘッ
ドの場合よりも出力が高いことがわかる。このように磁
界印加により磁区構造を制御できるので、出力の高い磁
歪が負の組成のパーマロイを用いることができる。

なお、上記実施例ではいずれもＭＲ素子が浮上面に露出
する場合を示したが、第１０図に示すように、素子の下
端部に磁束引き込み用のパターン１４をもつヨークタイ
プのＭＲ再生ヘッドにも適用することができる。この場
合には、下部磁気シールド層４．上部電極層３．磁束引
き込み用パターン１４のいずれもパーマロイなどの軟磁
性薄膜で形成する。

なお、上記実施例では、ＭＲ素子の垂直バイアス方式と
して、シャント方式を示および相互バイアス方式を示し
たが、バーバポール方式、永久磁石方式、電流バイアス
方式など他のバイアス方式を用いることももちろんでき
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば１ＭＲ素子に均一で制御性に優れた水平
方向のバイアス磁界が印加できるので、再生におけるノ
イズを低減することができる。また素子を円環状にした
ため、隣接トラックにかかるＭＲ１子を浮上面から遠ざ
けることができ、隣接トラックの悪影響を低減すること
ができる。

第１図は本発明の一実施例の斜視図、２図は第１図の平
面図、第３図は第２図のＡ−Ａ’断面図、第４図はＭＲ
素子における外部磁界と出力電圧との関係を示した図、
第５図は本発明の他の実施例の斜視図、第６図は第５図
の平面図、第７図は第６図のＡ−Ａ’断面図、第８図お
よび第１１図は、他の実施例における外部磁界と出力電
圧との関係を示した図、第９図及び第１０図はそれぞれ
他の実施例を示す断面図である。

１・・・ＭＲ素子、２・・・スルーホール、３・・・上
部導体、４・・・下部導体、５・・・検出用電極層、６
・・・検出用電極層、７・・・感磁部、８・・・空隙部
、９．９１，９２゜９３．９４・・・絶縁層、１０・・
・下部磁気シールド層。

１１・・・基板、１２・・・上部磁気シールド層、１３
・・・ＭＲ素子上端部、１４・・・磁束引き込み用パタ
ーン。

第 図 １・・・Ｍｌｌ ？・・・絶昧１ 第 閉 Ａ′ 奉・５　巳コ　（八−へ′−ｗ１秒） 早 早 八′ ％　　７　　Ｏ（、Ｑ−八’ｒｔｔｒｈ）第 第 第 凹 １２・・・上（序眉１気シールＦ瞥

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、強磁性金属材料からなる磁気抵抗効果素子を用いた
   磁気ヘッドにおいて、その形状が一部に空隙を有する円
   環状で、その一部分を感磁部とし、感磁部以外の部分が
   徐々に磁気記録媒体対向面から遠ざけて構成されたこと
   を特徴とする磁気ヘッド。 ２、上記円環状の磁気抵抗効果素子は円周方向に磁気異
   方性を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の磁気ヘッド。 ３、上記円環状の磁気抵抗効果素子は円環に鎖交する導
   体を有し、これに通電する手段を備えたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の磁気ヘッド。 ４、該導体は絶縁層を介して磁気抵抗効果素子を挾んだ
   ２層の導体層からなり、円環の内側でスルーホールを介
   して接続されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ３項記載の磁気ヘッド。 ５、該導体の少なくとも一方の外周の輪郭が、円環状の
   磁気抵抗効果素子の輪郭と同等か、それよりも大きいこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の磁気ヘッド
   。 ６、上記円環状の磁気抵抗効果素子に鎖交してその少な
   くとも一部が軟磁性薄膜からなる導体層を設け、磁気抵
   抗効果索子の空隙部、または円環状素子の内縁部の一部
   、またはその両者に絶縁層を介して該軟磁性導体薄膜が
   積層されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の磁気ヘッド。 ７、該導体層の一部が軟磁性体からなり、磁気抵抗効果
   素子の磁気シールド層を兼ねていることを特徴とする特
   許請求の範囲第３項記載の磁気ヘッド。 ８、磁気抵抗効果素子を形成する強磁性薄膜がＮｉ−Ｆ
   ｅ合金からなり、そのＮｉ組成が８２％≦Ｎｉ≦９５％
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁
   気ヘッド。９、特許請求の範囲第１項〜第８項のいずれ
   かに記載の磁気ヘッドを用いたことを特徴とする磁気記
   録装置。 １０、空隙部を有する円環状の強磁性薄膜において、鎖
   交する導体に通電しながら熱処理を行うことを特徴とす
   る磁気ヘッドの製造方法。 １１、空隙部のない円環状の強磁性薄膜において、鎖交
   する導体に通電しながら熱処理を行い、その後円環の一
   部を除去して空隙部を設けることを特徴とする磁気ヘッ
   ドの製造方法。