JPH0512627A - 磁界検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、磁界に対する応答が線形的で
あり、出力波形の歪が小さな高出力磁界検出装置を提供
することである。 【構成】少なくとも２種類の磁性金属層と少なくとも１
種類の非磁性金属層を積層した積層磁性薄膜パタンに生
じる抵抗変化を利用した磁界検出装置において、この積
層磁性薄膜パタン４に直流バイアス磁界を印加するため
の手段として積層磁性薄膜の膜面と平行な膜面を有する
高保磁力磁性薄膜パタン２と６を配置する。 【効果】本発明によれば、少なくとも２種類の磁性金属
層と少なくとも１種類の非磁性金属層を積層した磁気抵
抗変化の大きな積層磁性薄膜を磁界検出装置に適用した
場合の磁界に対する応答の線形性を従来の５倍程度向上
させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁界を検出する装置に
係わり、特に、磁気記録媒体に記録された磁区からの漏
洩磁界等の微弱な磁界を検出するのに適した磁界検出装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】情報化社会の進行と共に、日常的に扱う
情報量は増加の一途を辿っている。これに伴って、磁気
記録再生装置に対する小型大容量化の要求が強くなって
いる。代表的な磁気記録再生装置であるハードディスク
装置を小型化していった場合、一般に、ディスク径の減
少と共に磁気記録媒体に記録された磁区からの漏洩磁界
を検出する磁界検出装置（読出し磁気ヘッド）と記録媒
体との相対速度（媒体速度）が小さくなる。このため、
読出し出力が媒体速度に依存する従来のインダクティブ
磁気ヘッドでは、再生出力が低下し、小型化の妨げにな
っている。

【０００３】これに対し、磁気抵抗効果型磁気ヘッド
（ＭＲヘッド）は出力が媒体速度に依存しないという特
徴を有するため、小型大容量ハードディスクに適した読
出し磁気ヘッドとして注目されている。従来のＭＲヘッ
ドについては、アイ・イー・イー・イー トランザクシ
ョン オン マグネティクス、エム・エー・ジー １
１、1975年、第1206頁から第1208頁（IEEE Transaction
s on Magnetics，MAG-11，(1975)， pp.1206-1208）に
おいて論じられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】磁界検出装置、特に、
磁気記録媒体に記録された磁区からの漏洩磁界等の微弱
な磁界を検出する磁界検出装置では、磁界に対する検出
感度が高いことが要求される。この要求を満たすため、
従来、比較的大きな磁気抵抗効果を有するFeNi系の合金
薄膜がＭＲヘッド用の磁性薄膜として用いられていた。
このFeNi系の合金薄膜の磁気抵抗変化は最大４％程度で
ある。

【０００５】これに対して、近年、第１４回日本応用磁
気学会学術講演概要集(1990) の第１７６頁に記載され
ているように、それぞれの厚さが数ナノメータのCo層と
FeNi合金層の２種類の磁性層と、非磁性のCu層の各金属
層を積層した磁性薄膜において、10％程度の大きな磁気
抵抗変化が得られることが見いだされた。このような積
層磁性薄膜をＭＲヘッドに用いることにより、ヘッドの
高検出感度化が期待される。しかし、この積層磁性薄膜
を従来のＭＲヘッド用の磁性薄膜として用いるには、以
下のような問題がある。

【０００６】積層磁性薄膜の面内に加わる磁界を掃引し
た場合の抵抗変化を図２に示す。積層磁性薄膜は、厚さ
3nmのCo層、厚さ3nmのFeNi合金層、厚さ8nmのCu層の各
層を、［Co/Cu/FeNi/Cu］を１周期として、１５周期積
層したものである。この図にみるように、磁界を負の値
から正の値に掃引した場合、磁界が0〜50エールステッ
ドの領域で８程度％と大きく抵抗が変化するのに対し、
磁界が負の領域では抵抗変化が約２％と小さい。このた
め、この積層磁性薄膜をＭＲヘッドにそのまま用いる
と、磁界に対する応答が非線形となり、出力波形が歪ん
でしまうという問題がある。

【０００７】本発明の目的は、磁界に対する応答が線形
的であり、出力波形の歪が小さな高出力磁界検出装置を
提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、外部磁界によって抵抗変化を生じる積層
磁性薄膜パタンに直流バイアス磁界を印加するための手
段として積層磁性薄膜パタンの膜面と平行な膜面を有す
る高保磁力磁性薄膜パタンを配置したものである。

【０００９】

【作用】磁界に対して高感度かつ線形な応答を得るため
には、図２の磁界に対する抵抗変化を示す曲線におい
て、磁界に対する傾きが大きくかつ比較的直線性の良い
磁界領域１０あるいは磁界領域１１を検出磁界範囲とし
て使えば良いと考えられる。すなわち、何等かの手段に
より、積層磁性薄膜にこれらの磁界領域の中心磁界を直
流バイアス磁界として印加すれば、それぞれの磁界領域
幅以下の磁界変化に対して高感度かつ線形な応答が得ら
れる。ただし、この場合、磁界に対する抵抗変化が可逆
的でなければならない。この観点から、磁界に対する抵
抗変化を詳細に調べたところ、図３に示すように、磁界
に対する抵抗変化には大きなヒステリシスがあり、磁界
領域１１において磁界掃引方向を反転した場合、図にみ
るように抵抗変化が非可逆であった。これに対して、磁
界領域１０において磁界掃引方向を逆転した場合には抵
抗変化は可逆的であった。以上により、検出磁界範囲と
しては、磁界領域１０を使うのが適当であることが明ら
かとなった。

【００１０】直流バイアス磁界を印加する方法として
は、磁界検出部の回りにコイルを巻いて、これに直流電
流を流す方法あるいは永久磁石を用いる方法が考えられ
る。しかし、コイルを巻く方法では磁界検出部の大型化
や電流による発熱等の問題がある。また、バルクの永久
磁石を用いる方法ではコイルを巻く方法と同様に磁界検
出部の大型化の問題がある。これらの問題点を解決する
ために、本発明では、新たに積層磁性薄膜と平行に高保
磁力磁性薄膜を配置した直流バイアス磁界印加機構を考
案した。図４に、この磁界印加機構の断面図を示す。以
下、図４を用いて、この機構の原理と初期化について述
べる。

【００１１】積層磁性膜１２の上下に配置した高保磁力
磁性薄膜１３を図４の矢印１４で示した方向に磁化させ
ると、高保磁力磁性薄膜の端面１５および１６に、それ
ぞれ、正および負の磁極が誘起される。この磁極から発
生する磁界は積層磁性薄膜の位置において、矢印１７で
示すように膜面にほぼ平行になる。高保磁力磁性薄膜の
飽和磁束密度および膜厚を適当な値に設定することによ
って、必要な直流バイアス磁界が得られる。ここで、注
目すべき点は、高保磁力磁性薄膜を図４に示すように積
層磁性薄膜の上下方向に配置した場合、バイアス磁界の
方向が高保磁力磁性薄膜の磁化方向と逆向きになる点で
ある。これは、磁界検出器の初期化を考えた場合極めて
重要である。

【００１２】すなわち、図３にみるように磁界に対する
抵抗変化には大きなヒステリシスがある。このため、磁
界に対する安定した応答を得るためには、積層磁性薄膜
に一旦大きな負の磁界（絶対値が400エールステッド程
度以上の負の磁界）を印加して初期化する必要がある。
その後、バイアス磁界が磁界領域１０の中心磁界となる
ように調節して、磁界領域１０を検出磁界範囲として使
う。従って、図４からわかるように、積層磁性薄膜の初
期化のために印加した磁界とは逆方向のバイアス磁界
（図３では正の磁界）を印加する必要がある。このよう
なバイアス磁界は、図４に示すように、積層磁性薄膜パ
タンの上下に高保磁力磁性薄膜パタンを配置することに
よって得られる。この積層磁性薄膜と高保磁力磁性薄膜
を含む磁界検出器は、図４の右方向に積層磁性薄膜の初
期化に必要な磁界よりも大きく、かつ、高保磁力磁性薄
膜の保磁力よりも大きな磁界を印加することによって初
期化される。初期化のための磁界を取り去った後には、
磁化された高保磁力磁性薄膜から発生する磁界により、
初期化磁界とは逆向き（矢印１７の方向）のバイアス磁
界が積層磁性薄膜に印加されることになる。バイアス磁
界の大きさ（絶対値）は、図２あるいは図３において抵
抗変化が最大となる磁界よりも小さくなければならな
い。そうでないと、動作磁界範囲が抵抗変化の非可逆な
磁界領域１１に及んでしまうため、磁界に対する応答が
非線形となってしまう。

【００１３】図４では、積層磁性薄膜の上下両側に高保
磁力磁性薄膜を配置した。このように、上下両側に高保
磁力磁性薄膜を配置した方がより均一なバイアス磁界が
得られるが、上側あるいは下側どちらか一方でも本質的
には同様の効果を得ることができる。

【００１４】

【実施例】

実施例１：以下、本発明の一実施例を図１および第５図
により説明する。図１に示すように、セラミック基板１
の上に厚さ200nmの高保磁力PtCo合金膜２、厚さ100nmの
SiO絶縁膜３、積層磁性薄膜４、厚さ100nmのSiO絶縁膜
５および厚さ200nmの高保磁力PtCo合金薄膜６を連続的
に形成した後、光リソグラフィー技術により図１のよう
な形状の磁界検出部を形成した。図中、a〜dで示した寸
法は、それぞれ、a=100μm、b=5μm、c=5μm、d=15μm
とした。積層磁性薄膜は、厚さ3nmのCo層、厚さ3nmのFe
Ni合金層、厚さ8nmのCu層の各層を、［Co/Cu/FeNi/Cu］
を１周期として、１５周期積層したものであり、厚さは
330nmである。この磁界検出部に定電流源７と電圧検出
器８を接続した。

【００１５】図１の矢印９で示した方向に５キロエール
ステッドの磁界を印加して磁界検出部を初期化した後、
磁界検出部に印加される磁界と出力電圧変化の関係を調
べた。結果を第５図に示す。磁界検出部に流した電流は
20mA、印加磁界の方向は矢印９と平行であり、矢印９と
逆の方向を正とした。図５では、本実施例の磁界検出装
置の特性を実線で示し、比較のために、本実施例の構成
の磁界検出装置から積層磁性薄膜の上下両側に配置した
高保磁力PtCo合金膜を取り除いた構成の磁界検出装置の
特性を破線で示した。この図から明らかなように、高保
磁力磁性薄膜（PtCo薄膜）を配置した本発明の磁界検出
装置の方が直線性の良い応答が得られる。±１０エール
ステッドの磁界範囲での出力電圧変化で規格化した直線
からのずれは、高保磁力磁性薄膜（PtCo薄膜）が無い場
合に25%以上であるのに対し、本発明の高保磁力磁性薄
膜を配置した場合には5%以下にすることができる。すな
わち、栓形成が５倍程度向上している。また、±１０エ
ールステッドの磁界変化に対し±1.5mVと大きな出力磁
界変化が得られている。

【００１６】実施例２：本発明の一実施例を図６により
説明する。この図に示すように本実施例の磁界検出装置
の磁界検出部は第１図に示した実施例１の構造から最下
層の高保磁力PtCo合金膜とその上のSiO絶縁膜を取り除
いた構造となっている。セラミック基板１の上に積層磁
性薄膜４、厚さ100nmのSiO絶縁膜５および厚さ500nmの
高保磁力PtCo合金薄膜６を連続的に形成した後、光リソ
グラフィー技術により図６のような形状の磁界検出部を
形成した。磁界検出部の形状および積層磁性薄膜の層構
成は実施例１と同じである。すなわち、図中、a〜dで示
した寸法は、それぞれ、a=100μm、b=5μm、c=5μm、d=
15μmとした。また、積層磁性薄膜は、厚さ3nmのCo層、
厚さ3nmのFeNi合金層、厚さ8nmのCu層の各層を、［Co/C
u/FeNi/Cu］を１周期として、１５周期積層したもので
あり、厚さは330nmである。この磁界検出部に定電流源
７と電圧検出器８を接続した。

【００１７】図６の矢印９で示した方向に５キロエール
ステッドの磁界を印加して磁界検出部を初期化した後、
磁界検出部に印加される磁界と出力電圧変化の関係を調
べた。その結果、実施例１の第５図と同様、高保磁力Pt
Co合金膜を取り除いた構成に比べ、約５倍線形性が良い
応答が得られた。

【００１８】本実施例の磁界検出器は積層磁性薄膜の上
下両側に高保磁力磁性薄膜を配置した実施例１の構成に
比べると、積層磁性薄膜に印加される直流バイアス磁界
が不均一である。このため、抵抗変化が非可逆となる磁
界領域と直流バイアス磁界との差が実効的に小さくな
り、測定できる磁界範囲が狭くなるという問題がある。
しかし、積層磁性薄膜を平坦性の良い基板の上に直接形
成できるために、特性の揃った磁界検出器を再現性良く
作製できるという利点がある。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、少なくとも２種類の磁
性金属層と少なくとも１種類の非磁性金属層を積層した
磁気抵抗変化の大きな積層磁性薄膜を磁界検出装置に適
用した場合の磁界に対する応答の線形性を従来の５倍程
度向上させることができる。これにより、磁気抵抗変化
の大きな積層磁性薄膜を磁気記録媒体に記録された磁区
からの漏洩磁界等の微弱な磁界を検出するのに適した磁
界検出装置に適用することが可能となる。また、本発明
では積層磁性薄膜に直流バイアス磁界を印加するための
手段として高保磁力磁性薄膜を用いているので、磁界検
出部の小型化が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁界検出装置の構成を模式的に示す図
である。

【図２】積層磁性薄膜に印加される磁界に対する抵抗変
化を示す図である。

【図３】積層磁性薄膜に印加される磁界に対する抵抗変
化を示す図である。

【図４】本発明の磁界検出装置の磁界検出部分の断面を
模式的に示す図である。

【図５】磁界検出装置に印加された磁界と出力電圧変化
の関係を示す図である。

【図６】本発明の磁界検出装置の構成を模式的に示す図
である。

【符号の説明】

１…セラミック基板、２…高保磁力PtCo合金膜、３…Si
O絶縁膜、４…Co/Cu/FeNi/Cu積層磁性薄膜、５…SiO絶
縁膜、６…高保磁力PtCo合金膜、７…定電流源、８…電
圧検出器、９…磁界検出器を初期化するために印加する
磁界の方向を示す矢印、10および11…積層磁性薄膜の磁
界に対する抵抗変化の傾きが大きくかつ直線性の良い磁
界領域、12…Co/Cu/FeNi/Cu積層磁性薄膜、13…高保磁
力PtCo合金膜、14…高保磁力PtCo合金膜の磁化方向を示
す矢印、15および16…磁極が生じる高保磁力PtCo合金膜
の端面、17…Co/Cu/FeNi/Cu積層磁性薄膜に加わる直流
バイアス磁界の方向を示す矢印。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも２種類の磁性金属層と少なくと
   も１種類の非磁性金属層を積層した積層磁性薄膜パタン
   に生じる抵抗変化を利用した磁界検出装置において、当
   該積層磁性薄膜パタンに直流バイアス磁界を印加するた
   めの手段として当該積層磁性薄膜の膜面と平行な膜面を
   有する高保磁力磁性薄膜パタンを配置したことを特徴と
   する磁界検出装置。
2. 【請求項２】積層磁性薄膜パタンに印加される直流バイ
   アス磁界の絶対値が積層磁性薄膜パタンの抵抗値が最大
   となる磁界よりも小さく、その方向が高保磁力磁性薄膜
   パタンの磁化方向と逆向きであることを特徴とする特許
   請求の範囲請求項１記載の磁界検出装置。