JPH03154217A - 磁気ヘッドおよび磁気記憶装置 - 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〕 本発明は情報記録用の磁気ディスク装置等の磁気記憶装
置に係り、特に記録情報の再生感度の優れた磁気ヘッド
に関する。

〔従来の技術〕

磁気ディスク装置において、磁気記録媒体への情報の記
録再生は磁気ヘッドを用いて行なわれる。

記録再生用の磁気ヘッドとして例えば電磁誘導型のリン
グヘッドが広く用いられている。コンピュータ等の記録
装置として用いられるリジッド型磁気ディスク装置では
、高速で回転する円板状の磁気記録媒体の表面上に極微
の空間を保って浮上する磁気ヘッドに誘導電流を流して
、磁気ヘッド先端に発生する磁場によって磁気記録媒体
への記録が行なわれる。記録密度が向上し記録ビットの
寸法が小さくなるにつれ、記録効率と再生効率の良い磁
気ヘッドが必要となってきている。従来は、記録と再生
を同一のリングヘッドで行っていたが、記録と再生の素
子を分離してそれぞれの機能効率を向上させることを目
的とした記録再生分離型磁気ヘッドも検討されている。

この例としては、特開昭５１−４４９１７などがある。

記録再生分離型の磁気ヘッドにおいては、とくに高感度
の再生機能を持つ素子が望まれており、磁気抵抗効果を
使った磁気検出素子（特公昭５３−１７４０４）や磁気
感応トランジスタを用いた磁気検出素子（特開昭５７−
１７７５７３）などが提案されている。しかし、この様
な素子でも磁気検出感度が、とくに１００Ｍｂ／ｉｎ２
以上の高密度磁気記録応用では十分とはいえなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、磁気検出の感度が高くかつ実用的にも
作り易い単純な構成の磁気検出用素子を持つ磁気ヘッド
を提供することにある。

また、他の目的は、このような磁気ヘッドを用いた磁気
記録装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、磁気記録媒体に記録された磁区より漏洩す
る磁束を検出する素子として、極薄の電気絶縁膜、半導
体膜または半金属膜を介して直列に接続された複数個の
強磁性体積層素子を用い、これに通電したとき該素子に
流れるトンネル電流値が磁場の変化に応じて変化する現
象を磁束検出の手段として用いる磁気ヘッドにより達成
できる。

また、この磁気ヘッドを用いて上記他の目的の磁気記憶
装置を実現できる。

〔作用〕

第１図（Ａ）、第１図（Ｂ）および第２図を参照して原
理を説明する。磁気検出用素子として、第１図に示すよ
うに電気絶縁膜２を介して直列に積層した強磁性体１ａ
、ｌｂから成る素子を用いる。電気絶縁膜２の厚さは、
トンネル電流が流れ得る程度のｌｏｎｍ以下０．５ｎｍ
以上、望ましくは６ｎｍ以下１ｎｍ以上とする。この積
層素子に、第１図に示す様な電気回路を接続し、回路に
流れる電流値を測定する。この素子が第１図（Ａ）に示
すように、磁気記録媒体から漏洩する磁場中に置かれて
いる場合、電気絶縁膜２と接している部分の強磁性金属
体１ａ、ｌｂは漏洩磁場の影響を受けて磁化する。この
状態で、素子には電気絶縁膜２と接している部分の強磁
性金属１ａ、ｌｂの電子状態を反映したトンネル電流が
流れることになる。この電子状態は１強磁性金属の温度
や結晶性にも影響を受けるが、磁化の向きや磁壁の存在
などの磁化状態によっても微妙に影響を受ける。

この素子を、第１図（Ｂ）に示すように、第１図（Ａ）
とは逆向きの磁場中に置いた場合１強磁性金属１ａ、ｌ
ｂの磁化状態は第１図（Ａ）の場合から変化する。この
結果、電気絶縁膜２に接する部分の強磁性金属１ａ、ｌ
ｂの電子状態に変化が起り、トンネル電流が変化する。

すなわち、磁気記録媒体に周期的に記録された記録ビッ
トの上を、積層素子が通過する毎に、電流は記録ピッ１
〜の磁化の向きに対応して変化することになる。第２図
に電流の変化の様子を示す。

電気絶縁膜を介して積層した２個の強磁性金属は同種材
料であっても構わないが、磁界の変化に応じて大きな電
流変化を生じしめるには仕事関数の異なった異種材料の
方が望ましい。トンネル電流値は、電気絶縁膜の厚さの
他に１両側の強磁性金属の仕事関数の差によっても影響
を受ける。仕事関数の差は０．３ｅＶ以上、望ましくは
０．５ｅＶ以上であることが大きな電流変化を観測する
のには有効である。

強磁性金属は結晶質でも非晶質でも良いが、磁気記録媒
体から漏洩する磁界の向きの変化に高速で追随するため
には高周波特性の優れた軟磁性材料であるのが望ましい
。Ｆｅ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｃ。

−Ｎｂ−Ｚｒ、Ｃｏ−Ｎｂ−Ｔａ、Ｆｅ−５ｉ。

Ｎ１−Ｆｅ−ＢなどＦｅ、Ｃｏ、もしくはＮ１基の軟磁
性材料などが可能である。

また、トンネル電流を測定する点では第１図に示した電
気絶縁膜はＡＱｚＯｓ、Ｓ　ｉ０２などの絶縁性の良い
材料に限られるものでなく、Ｓｉ、Ｂ。

ＧａＡｓなどの半導体や半金属であっても良い。

強磁性金属との比抵抗の顕著な差があれば、いずれも使
用可能である。

第１図では１本発明の原理説明のために電気絶縁膜が１
個の場合を示したが、原理的には強磁性材料と電気絶縁
膜の組合せを複数設けても良く、磁性人工格子を使用す
ることも有効である。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例で説明する。

実施例１ 第３図を参照して実施例を説明する。まず、通常の薄膜
型リングヘッドの製造方法を用いて第３図（Ａ）に示す
断面構造を持つリングヘットを作製した。ここで基板３
１にはＭ　ｎ　Ｚ　ｎフェライト材、下部磁極３２と上
部磁極３３はいずれもパーマロイ材とし膜厚をそれぞれ
２０μｍ、１５μｍとした。ギャップ３４の部分の材料
はＡＱｚＯｓとし。

ギャップ間隔は０．５μｍ、コイル３５はＣｕとした。

この薄膜型リングヘッドの上に、最も薄い部分の厚さが
３ｎｍのＡＱｚＯｓ材から成る電気絶縁膜３６を形成し
、その上にＦＦｅ−３ｉ−Ａから成る厚さ１５μｍの強
磁性材３７の膜を形成し、第３図（、Ｂ）に示す断面構
造を持つ磁気ヘッドを作製した。この磁気ヘッドは、薄
膜リングヘッドが記録用の素子として働く。そして更に
、その上に設けた電気絶縁膜３６を介して形成した強磁
性材３７と、薄膜リングヘッドの上部磁極３３を対とし
た素子を、再生用の素子として使用する記録再生分離型
磁気ヘッドである。この磁気ヘッドは、薄膜リングヘッ
ドの上部磁極を記録と再生用の素子構成の一部として共
用しており、磁気ヘッドの全体構成を簡略化できるとい
う特徴を持つ。

以下、第３図（Ｂ）の最上層に設けた強磁性材の種類を
、パーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ）＊　Ｆｅ。

Ｆｅ−８ｉ、Ｎｉ、Ｎ１−Ｆｅ−Ｂ、Ｃｏ、Ｃ。

−Ｎｂ−Ｚｒ、Ｃｏ−Ｔａ−Ｚｒとした以外は上記と同
様の磁気ヘッドを作製した。

これらの磁気ヘッドの特性評価を下記の条件で行った。

磁気記録媒体として５インチ径のリジッド磁気ディスク
を用いた。磁性膜として、面内磁化膜であるＣｏ−Ｎｉ
系媒体（面内方向保磁力９０００ｅ、飽和磁化６００ｅ
＋＋＋ｕ／ｃｃ　）と、垂直磁化膜であるＧｏ−Ｃｒ系
媒体（垂直方向保磁カフ０００ｅ、飽和磁化５２０ｅｍ
ｕ／ｃｃ　）を用いた。

ヘッドと媒体のスペーシングを０．１５μｍ、相対運動
速度を１５ｍ／ｓとした。記録密度は１ｋＰＣＩと５０
ｋＰＣＩとし、記録は記録用の薄膜リングヘッドを用い
て行った。再生出力の信号／雑音比（Ｓ／Ｎ）を測定し
た。比較の対象として記録用の薄膜リングヘッドを再生
用に使用して測定したＳ／Ｎ値を使用した。第１表およ
び第２表に各々Ｃｏ−Ｎｉ系面内磁化膜およびＣｏ−Ｃ
ｒ系垂直磁化膜における測定結果を示す。なお、表中に
示した仕事関数の差は強磁性材３７と上部磁極３３のパ
ーマロイの仕事関数の差である。

実施例２ 第４図（Ａ）〜第４図（Ｃ）に示すプロセスで磁気ヘッ
トを作製した。基板４１としてサファイアを用い、スパ
ッタ法でまず厚さ２０μｍの強磁性材４２のＦｅ膜を形
成した（第４図（Ａ））。

ついで、厚さＺｎｍの半導体４３のＳｉと厚さ１０ｎｍ
の強磁性材４４のＦｅ−Ｃを交互に３組形成した（第４
図（Ｂ））。この上に通常の薄膜ヘッド製造技術を用い
て、パーマロイから成る下部磁極４５１ＡＱ２０３から
成るギャップ４７゜Ｃｕから成るコイル４８．Ｃｏ−Ｎ
ｂ−Ｚｒから成る上部磁極４６を設け、第４図（Ｃ）に
示す断面構造を持つ磁気ヘッドを作製した。強磁性材間
に挾む電気絶縁膜を半導体に変えた本実施例の磁気ヘッ
ドを実施例１と同様な条件で評価したところ、Ｃｏ−Ｎ
ｉ系面内磁化膜、Ｃｏ−Ｃｒ系垂直磁化膜のいずれを用
いた場合においても、１ｋＦｃＩ。

５０ｋＰＣＩの線記録密度で記録した記録状態を再生し
た時のＳ／Ｎ値は、従来のリングヘッドで再生した場合
のＳ／Ｎ値よりも少なくとも３倍以上であることが分っ
た。

実施例３ 実施例１において電気絶縁膜３６のＡＱｚＯａの代りに
５ｉＯｚ、Ｍｎ○、Ｎｉｐ、Ｂｅｄ、５ｉＯ２−ＡＱ２
．Ｏａ、Ｍｎ−Ｚｎフェライト＋　ＹｚＯａ＋Ｚｒ０ｚ
、Ｔｉ０ｚを用いて磁気ヘッドを作製した。

Ｍ　ｎ　−Ｚ　ｎフェライトは強磁性材料であるが電気
的には絶縁材料であり、他の酸化物と同様に電気絶縁膜
として使用することが可能であった。

実施例４ 実施例１において電気絶縁膜３６のＡＱｚＯａの代りに
Ｓｉ、Ｂ、ＢＮを用いて磁気ヘッドを作製した。

実施例３および実施例４で作製した磁気ヘッドの特性評
価を実施例１の場合と同様の条件で行った。強磁性材３
７と上部磁極の間に流れる電流の変化の測定による再生
を試みたところ、そのＳ／Ｎの値は、いずれの磁気ヘッ
ドでも、薄膜リングヘッドで再生を行った場合のＳ／Ｎ
値の２倍以上であった。

〔発明の効果〕

本発明は、以上の実施例で述べたように磁気記録情報を
再生する場合、従来用いられているリングヘッドの再生
信号のＳ／Ｎ値よりはるかに大きいＳ／Ｎ値を与える新
規な磁気ヘッドを提供するものである。構造も簡単であ
り、記録用の素子に重ねて本発明より成る再生素子を容
易に設けることができ、記録と再生分離型の磁気ヘッド
を単純なプロセスで製造できる。本発明による磁気ヘッ
ドを用いれば、再生のＳ／Ｎを大幅に改善できるので、
磁気ヘッドと記録媒体のスペーシングが多少広くても高
密度磁気記録の再生が可能であり、ヘッドクラッシュ等
の事故の確率を下げることも可能である。この磁気ヘッ
ドを磁気ディスク装置に使用することにより、装置の信
頼性や高記録密度領域における磁気記録再生特性を大幅
に改良することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、第１図（Ｂ）および第２図は本発明によ
る磁気ヘッドの動作原理を説明するための図、第３図は
本発明の一つの実施形態を説明するための断面図、第４
図は本発明の他の実施形態を説明するための断面図であ
る。 ｌａ、ｌｂ・・・強磁性体、２・・・電気絶縁膜、３・
・・磁気記録媒体、４・・・基板、３３・・・上部ｍ極
、３６・・・電気絶縁膜、３７・・・強磁性材、４２・
・・強磁性材。 ４３・・・半導体、４４・・・強磁性材。 名　３　図 （Ａ） ヨ５ （ｋ３） ３′７ 狼が１任Ｖ 〈Ａ） ８４　品 （Ａ） コイ−Ｖ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁気記録媒体に記録された磁区より漏洩する磁束を
   検出する素子として、極薄の電気絶縁膜、半導体膜また
   は半金属膜を介して直列に接続された複数個の強磁性体
   積層素子を用い、これに通電したとき該素子に流れるト
   ンネル電流値が磁場の変化に応じて変化する現象を磁束
   検出の手段として用いることを特徴とする磁気ヘッド。 ２、特許請求の範囲第１項記載の磁気ヘッドにおいて、
   上記強磁性体積層素子は１枚の電気絶縁膜、半導体膜、
   または半金属膜を介して種類の異なる２個の強磁性体が
   直列に接続されている磁気ヘッド。 ３、特許請求の範囲第２項記載の磁気ヘッドにおいて、
   上記種類の異なる２個の強磁性体材料の仕事関数の差は
   ０．３ｅＶ以上である磁気ヘッド。 ４、特許請求の範囲第１項または第２項記載の磁気ヘッ
   ドにおいて、上記電気絶縁膜、半導体膜または半金属膜
   の厚さは０．５〜１．０ｎｍの範囲にある磁気ヘッド。 ５、特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載
   の磁気ヘッドにおいて、上記強磁性体は軟磁性材料であ
   る磁気ヘッド。 ６、特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載
   の磁気ヘッドにおいて、上記磁気ヘッドはさらに記録用
   の磁極を有する記録再生分離型である磁気ヘッド。 ７、特許請求の範囲第１項乃至第６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憶装置。