JPH05347013A - 磁気記録再生装置 - Google Patents
磁気記録再生装置Info
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- JPH05347013A JPH05347013A JP5018430A JP1843093A JPH05347013A JP H05347013 A JPH05347013 A JP H05347013A JP 5018430 A JP5018430 A JP 5018430A JP 1843093 A JP1843093 A JP 1843093A JP H05347013 A JPH05347013 A JP H05347013A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】記録密度の高い磁気記録装置、および高い感度
を有する磁気抵抗効果型記録再生分離ヘッドを提供す
る。 【構成】磁気抵抗効果素子多層膜の磁性膜の磁化を対向
面法線および垂直方向に誘導。非磁性導電膜で互いに隔
離された２層以上の強磁性膜と、膜の上下に反強磁性
膜、特に酸化ニッケル膜を積層した磁気抵抗効果素子。 【効果】高記録密度の磁気記録再生装置、高出力で、外
部磁界に対して高感度である磁気抵抗効果型ヘッドを得
る。
を有する磁気抵抗効果型記録再生分離ヘッドを提供す
る。 【構成】磁気抵抗効果素子多層膜の磁性膜の磁化を対向
面法線および垂直方向に誘導。非磁性導電膜で互いに隔
離された２層以上の強磁性膜と、膜の上下に反強磁性
膜、特に酸化ニッケル膜を積層した磁気抵抗効果素子。 【効果】高記録密度の磁気記録再生装置、高出力で、外
部磁界に対して高感度である磁気抵抗効果型ヘッドを得
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気記録再生装置に係
り、特に、高い記録密度を有する磁気記録再生装置に関
するものである。
り、特に、高い記録密度を有する磁気記録再生装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、磁気抵抗効果素子に関して、ジャ
ーナル オブ ザ フィジカル ソサエティ オブ ジ
ャパン 第５９巻 ３０６１〜３０６４頁（Journal of
thePhysical Society of Japan 、vol.59、3061〜306
4）には、磁気特性の異なる金属磁性膜と非磁性膜とを
積層したものが記載されている。
ーナル オブ ザ フィジカル ソサエティ オブ ジ
ャパン 第５９巻 ３０６１〜３０６４頁（Journal of
thePhysical Society of Japan 、vol.59、3061〜306
4）には、磁気特性の異なる金属磁性膜と非磁性膜とを
積層したものが記載されている。
【０００３】また、フィジカル レビュー Ｂ４３号
１２９７〜１３００頁（PhysicalReview、B43 、1297〜
1300）には、ＦｅＭｎ反強磁性膜を強磁性膜／非磁性膜
／強磁性膜に積層したものが記載されている。
１２９７〜１３００頁（PhysicalReview、B43 、1297〜
1300）には、ＦｅＭｎ反強磁性膜を強磁性膜／非磁性膜
／強磁性膜に積層したものが記載されている。
【０００４】また、特開平2−61572号公報には、中間層
によって分離した強磁性薄膜及びその片側に隣接する反
強磁性薄膜を用いた磁場センサが記載されている。
によって分離した強磁性薄膜及びその片側に隣接する反
強磁性薄膜を用いた磁場センサが記載されている。
【０００５】また、特開平2−23681号公報には、磁気抵
抗効果を有する強磁性薄膜と金属導体薄膜とを積層した
多層膜が記載されている。
抗効果を有する強磁性薄膜と金属導体薄膜とを積層した
多層膜が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、記録
密度の高い磁気記録再生装置、特に、外部磁界に対して
十分な感度及び出力で作用する磁気抵抗効果素子を搭載
した記憶装置としての機能を実現することが困難であっ
た。
密度の高い磁気記録再生装置、特に、外部磁界に対して
十分な感度及び出力で作用する磁気抵抗効果素子を搭載
した記憶装置としての機能を実現することが困難であっ
た。
【０００７】本発明の目的は、高い記録密度を有する磁
気記録再生装置を提供することにある。
気記録再生装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の磁気記録再生装
置は、コンピュータ等の外部装置に接続して使用される
ことが好ましく、信号を磁気的に保持する信号を磁気的
に記憶する記録媒体と、記録媒体に対して相対的に移動
する電磁変換構造体と、記録媒体を回転させるための手
段と、電磁変換構造体を記録媒体上の所定の位置に移動
させるための手段と、を有することが好ましい。更に好
ましくは外部の情報処理装置と接続するためのインター
フェイス回路や記録媒体に記憶されている信号を処理す
るための回路をも有する。
置は、コンピュータ等の外部装置に接続して使用される
ことが好ましく、信号を磁気的に保持する信号を磁気的
に記憶する記録媒体と、記録媒体に対して相対的に移動
する電磁変換構造体と、記録媒体を回転させるための手
段と、電磁変換構造体を記録媒体上の所定の位置に移動
させるための手段と、を有することが好ましい。更に好
ましくは外部の情報処理装置と接続するためのインター
フェイス回路や記録媒体に記憶されている信号を処理す
るための回路をも有する。
【０００９】本発明に搭載される記録媒体とは、いわゆ
る磁気ディスクであって、信号を磁気的に記憶する磁性
膜に加え、基板，保護膜等を有するものであり、記録媒
体に記録される磁気的信号は、記録媒体面に平行に記録
される場合、又は記録媒体面に垂直に記録される場合で
あっても良い。記録媒体の磁性膜としては、磁気的に信
号を保持できる程度の保磁力を有する必要がある。
る磁気ディスクであって、信号を磁気的に記憶する磁性
膜に加え、基板，保護膜等を有するものであり、記録媒
体に記録される磁気的信号は、記録媒体面に平行に記録
される場合、又は記録媒体面に垂直に記録される場合で
あっても良い。記録媒体の磁性膜としては、磁気的に信
号を保持できる程度の保磁力を有する必要がある。
【００１０】また、本発明に搭載される電磁変換構造体
とは、いわゆる磁気ヘッドであって、記録媒体に信号を
記録し、又は記録された信号を再生するものである。本
発明に搭載される磁気ヘッドは記録と再生とを分離して
行うヘッドであって、特に、再生ヘッドとして、記録媒
体から漏洩する磁界を検出し、その検出磁界を電気抵抗
の変化として再生する磁気抵抗効果型磁気ヘッドである
ことが好ましい。
とは、いわゆる磁気ヘッドであって、記録媒体に信号を
記録し、又は記録された信号を再生するものである。本
発明に搭載される磁気ヘッドは記録と再生とを分離して
行うヘッドであって、特に、再生ヘッドとして、記録媒
体から漏洩する磁界を検出し、その検出磁界を電気抵抗
の変化として再生する磁気抵抗効果型磁気ヘッドである
ことが好ましい。
【００１１】磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、又は磁気抵
抗効果素子と言われ、本発明に用いられる磁気抵抗効果
素子は、記録媒体からの磁界を検出する磁気抵抗効果膜
と、磁気抵抗効果膜に形成される磁区を制御する磁区制
御膜、さらに磁気抵抗効果膜の磁気的な動作範囲を規定
するための特定の方向の磁界を印加するシャント膜，ソ
フト膜等を有することが好ましいが、必ずしも必要はな
い。この場合、シャント膜とは磁気抵抗効果膜に隣接し
て形成した導体膜、例えばタンタル膜，銅膜など、を意
味し、これに電流を通じて発生する磁場を持って磁気抵
抗効果膜に磁界を働かしめるものである。同様に、ソフ
ト膜とは、磁気抵抗効果膜に非磁性膜を介して形成した
軟磁性膜を意味し、この膜と磁気抵抗効果膜の端部での
静磁的な結合によって磁気抵抗効果膜に磁界を働かしめ
るものである。これらの膜はそれ自身、磁気抵抗効果に
物理的に関与するものではなく、磁気抵抗効果膜の磁化
の方向を制御するに過ぎない。
抗効果素子と言われ、本発明に用いられる磁気抵抗効果
素子は、記録媒体からの磁界を検出する磁気抵抗効果膜
と、磁気抵抗効果膜に形成される磁区を制御する磁区制
御膜、さらに磁気抵抗効果膜の磁気的な動作範囲を規定
するための特定の方向の磁界を印加するシャント膜，ソ
フト膜等を有することが好ましいが、必ずしも必要はな
い。この場合、シャント膜とは磁気抵抗効果膜に隣接し
て形成した導体膜、例えばタンタル膜，銅膜など、を意
味し、これに電流を通じて発生する磁場を持って磁気抵
抗効果膜に磁界を働かしめるものである。同様に、ソフ
ト膜とは、磁気抵抗効果膜に非磁性膜を介して形成した
軟磁性膜を意味し、この膜と磁気抵抗効果膜の端部での
静磁的な結合によって磁気抵抗効果膜に磁界を働かしめ
るものである。これらの膜はそれ自身、磁気抵抗効果に
物理的に関与するものではなく、磁気抵抗効果膜の磁化
の方向を制御するに過ぎない。
【００１２】本発明の磁気記録再生装置に搭載される磁
気抵抗効果素子は、記録媒体に対して相対的に駆動する
方向、つまり記録媒体に対して平行方向に、基板，反強
磁性膜，磁性膜，非磁性導電膜，軟磁性膜，非磁性導電
膜，磁性膜、及び反強磁性膜を積層してなることを特徴
とするものである。
気抵抗効果素子は、記録媒体に対して相対的に駆動する
方向、つまり記録媒体に対して平行方向に、基板，反強
磁性膜，磁性膜，非磁性導電膜，軟磁性膜，非磁性導電
膜，磁性膜、及び反強磁性膜を積層してなることを特徴
とするものである。
【００１３】前記反強磁性膜には、酸化ニッケルを用い
ることが好ましいが、この他、鉄マンガン合金薄膜，ク
ロムマンガン，クロムアルミ合金膜等を用いても良い。
あるいは強磁性のコバルト白金，鉄コバルトテルビウム
合金膜のような硬磁性膜で代用しても良い。硬磁性膜と
は、外部磁界に対してその磁化の変化しにくい磁性膜で
あって、保磁力が例えば１００エルステッド以上である
とする、５０エルステッドの磁界を加えてもその磁化の
方向は殆ど変化しないので、反強磁性膜と同様の効果が
ある。つまり、他の磁性膜に密着して形成したときに交
換結合バイアスによる一方向異方性を印加できる特性を
有するものであれば反強磁性である必要は必ずしもな
く、このようなバイアス膜と総称する膜、を用いること
が好ましい。
ることが好ましいが、この他、鉄マンガン合金薄膜，ク
ロムマンガン，クロムアルミ合金膜等を用いても良い。
あるいは強磁性のコバルト白金，鉄コバルトテルビウム
合金膜のような硬磁性膜で代用しても良い。硬磁性膜と
は、外部磁界に対してその磁化の変化しにくい磁性膜で
あって、保磁力が例えば１００エルステッド以上である
とする、５０エルステッドの磁界を加えてもその磁化の
方向は殆ど変化しないので、反強磁性膜と同様の効果が
ある。つまり、他の磁性膜に密着して形成したときに交
換結合バイアスによる一方向異方性を印加できる特性を
有するものであれば反強磁性である必要は必ずしもな
く、このようなバイアス膜と総称する膜、を用いること
が好ましい。
【００１４】前記磁性膜には、Ｎｉ７０〜９５原子％，
Ｆｅ５〜３０原子％及びＣｏ１〜５原子％の合金、又は
Ｃｏ３０〜８５原子％，Ｎｉ２〜３０原子％及びＦｅ２
〜５０原子％の合金を用いることが好ましく、この他、
パーマロイ、パーメンダー合金等を用いても良い。つま
り、強磁性で良好な軟磁気特性を有するものを用いるこ
とが好ましい。
Ｆｅ５〜３０原子％及びＣｏ１〜５原子％の合金、又は
Ｃｏ３０〜８５原子％，Ｎｉ２〜３０原子％及びＦｅ２
〜５０原子％の合金を用いることが好ましく、この他、
パーマロイ、パーメンダー合金等を用いても良い。つま
り、強磁性で良好な軟磁気特性を有するものを用いるこ
とが好ましい。
【００１５】前記非磁性導電膜には、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ
を用いることが好ましく、この他、Ｃｒ，Ｐｔ，Ｐｄ，
Ｒｕ，Ｒｈ等またはこれらの合金を用いても良い。つま
り、室温で自発磁化を持たず、電子の良好な透過性を有
するものを用いることが好ましい。以上の膜は、それぞ
れ２〜１０００Å程度の膜厚を有することが好ましい。
を用いることが好ましく、この他、Ｃｒ，Ｐｔ，Ｐｄ，
Ｒｕ，Ｒｈ等またはこれらの合金を用いても良い。つま
り、室温で自発磁化を持たず、電子の良好な透過性を有
するものを用いることが好ましい。以上の膜は、それぞ
れ２〜１０００Å程度の膜厚を有することが好ましい。
【００１６】また、非磁性導電膜の代わりに、極めて薄
い非磁性絶縁膜を使用することもできる。つまり、この
膜は磁性膜と磁性膜との間を電子が移動できるものであ
れば足りるため、例えばトンネル効果を使用しても良
い。この場合には、前記非磁性絶縁膜は電子のトンネリ
ングが可能である程度に薄い必要があり、一般的には１
００Å以下、実質的には５０Å以下に形成する。上記形
成の手段としては前記軟磁性膜の表面酸化、あるいは、
前記軟磁性膜上に別個に形成した金属膜、例えばアルミ
ニウム、の表面の酸化膜を前記非磁性絶縁膜として用い
ることが好ましい。この他、酸化アルミニウム膜等を成
膜して用いても良い。つまり、磁性膜間の磁気的な結合
を遮断する特性を有するものを用いることが好ましい。
い非磁性絶縁膜を使用することもできる。つまり、この
膜は磁性膜と磁性膜との間を電子が移動できるものであ
れば足りるため、例えばトンネル効果を使用しても良
い。この場合には、前記非磁性絶縁膜は電子のトンネリ
ングが可能である程度に薄い必要があり、一般的には１
００Å以下、実質的には５０Å以下に形成する。上記形
成の手段としては前記軟磁性膜の表面酸化、あるいは、
前記軟磁性膜上に別個に形成した金属膜、例えばアルミ
ニウム、の表面の酸化膜を前記非磁性絶縁膜として用い
ることが好ましい。この他、酸化アルミニウム膜等を成
膜して用いても良い。つまり、磁性膜間の磁気的な結合
を遮断する特性を有するものを用いることが好ましい。
【００１７】更に、前記基板は、これらの膜を形成する
ための下地であって、磁気ディスク装置のスライダーと
しての機能を有するものでも良く、この材料としてはア
ルミナ，安定化ジルコニア等のセラミックス、あるいは
シリコンなどであることが好ましい。
ための下地であって、磁気ディスク装置のスライダーと
しての機能を有するものでも良く、この材料としてはア
ルミナ，安定化ジルコニア等のセラミックス、あるいは
シリコンなどであることが好ましい。
【００１８】こうした膜構成を有することにより、磁気
抵抗効果素子はその電気抵抗が微弱な外部磁界に対して
変化する機能を有し、しかもその電気抵抗の変化の割合
が４％から１０％と大きい効果を有する。このため、本
発明の磁気記録再生装置は、アナログ状態で記録された
信号を再生時には直接デジタル化する機能をも有し、さ
らにディスク面積あたりの記録容量、即ち記録密度が高
くせしめる効果を有する。
抵抗効果素子はその電気抵抗が微弱な外部磁界に対して
変化する機能を有し、しかもその電気抵抗の変化の割合
が４％から１０％と大きい効果を有する。このため、本
発明の磁気記録再生装置は、アナログ状態で記録された
信号を再生時には直接デジタル化する機能をも有し、さ
らにディスク面積あたりの記録容量、即ち記録密度が高
くせしめる効果を有する。
【００１９】また、膜構成としては、基板上に酸化アル
ミニウム，酸化ニッケルなどの平坦な膜を形成してなる
もの、又は基板上に、鉄，チタン，タンタル，ジルコニ
ウム，ハフニウム，ニオブ，コバルト鉄合金などの膜を
下地としてさらに形成してなるものであっても良い。
ミニウム，酸化ニッケルなどの平坦な膜を形成してなる
もの、又は基板上に、鉄，チタン，タンタル，ジルコニ
ウム，ハフニウム，ニオブ，コバルト鉄合金などの膜を
下地としてさらに形成してなるものであっても良い。
【００２０】つまり、上記の基体上の膜は、その表面上
に多層膜を平坦に形成する効果を有し、基体表面上に均
質かつ平坦な膜構造を有することが好ましく、それぞれ
の膜の厚みは金属の膜では２０から２００Å、金属以外
の膜では５から１０００Å程度であることが好ましい。
に多層膜を平坦に形成する効果を有し、基体表面上に均
質かつ平坦な膜構造を有することが好ましく、それぞれ
の膜の厚みは金属の膜では２０から２００Å、金属以外
の膜では５から１０００Å程度であることが好ましい。
【００２１】また、本発明の磁気記録再生装置に搭載さ
れる磁気抵抗効果素子は、非磁性導電膜を間に挟んだ磁
性膜のサンドウイッチ構造を有すものであって、一方の
磁性膜に反強磁性膜が密着し、他方の磁性膜に硬磁性膜
が密着してなることを特徴とする。
れる磁気抵抗効果素子は、非磁性導電膜を間に挟んだ磁
性膜のサンドウイッチ構造を有すものであって、一方の
磁性膜に反強磁性膜が密着し、他方の磁性膜に硬磁性膜
が密着してなることを特徴とする。
【００２２】非磁性導電膜を間に挟んだ磁性膜のサンド
ウイッチ構造を有するとは、磁気抵抗効果素子の膜構成
として少なくとも磁性膜／非磁性導電膜／磁性膜の構造
を持つことを意味する。
ウイッチ構造を有するとは、磁気抵抗効果素子の膜構成
として少なくとも磁性膜／非磁性導電膜／磁性膜の構造
を持つことを意味する。
【００２３】本発明に用いられる磁気抵抗効果素子は、
こうした非磁性導電膜を間に挟んだ磁性膜のサンドウイ
ッチ構造を有することにより、磁性膜／非磁性膜界面に
おいて電子のスピン依存散乱を生じさせる機能を有し、
二つの磁性膜の間での磁気抵抗効果を生じさせる効果を
有する。また、磁性膜間の磁気的な結合を遮断する機能
を有し、磁気抵抗効果素子の外部磁界に対する感度を向
上する効果を有する。
こうした非磁性導電膜を間に挟んだ磁性膜のサンドウイ
ッチ構造を有することにより、磁性膜／非磁性膜界面に
おいて電子のスピン依存散乱を生じさせる機能を有し、
二つの磁性膜の間での磁気抵抗効果を生じさせる効果を
有する。また、磁性膜間の磁気的な結合を遮断する機能
を有し、磁気抵抗効果素子の外部磁界に対する感度を向
上する効果を有する。
【００２４】更に、こうしたサンドウイッチ構造の一方
の磁性膜に反強磁性膜が密着し、他方の磁性膜に硬磁性
膜が密着してなることにより、それぞれの磁性膜に異な
った方向と強さの異方性を印加する機能を有し、それぞ
れの磁性膜の磁化の方向とその動き易さを規定する効果
を有する。
の磁性膜に反強磁性膜が密着し、他方の磁性膜に硬磁性
膜が密着してなることにより、それぞれの磁性膜に異な
った方向と強さの異方性を印加する機能を有し、それぞ
れの磁性膜の磁化の方向とその動き易さを規定する効果
を有する。
【００２５】これにより、本発明の磁気記録再生装置
は、一定の信号に対してつねに同一の出力を得る、良好
な再現性を有し、再生時のエラーレイトを低減する効果
を有する。
は、一定の信号に対してつねに同一の出力を得る、良好
な再現性を有し、再生時のエラーレイトを低減する効果
を有する。
【００２６】また、膜構成としては、基板上に硬磁性膜
に先んじて反強磁性膜を形成してなるもの、又は基板上
に反強磁性膜に先んじて硬磁性膜を形成してなるものの
いずれであっても良い。
に先んじて反強磁性膜を形成してなるもの、又は基板上
に反強磁性膜に先んじて硬磁性膜を形成してなるものの
いずれであっても良い。
【００２７】つまり、反強磁性膜／磁性膜／非磁性導電
膜／磁性膜／硬磁性膜の膜構成を有することが好まし
く、反強磁性膜及び硬磁性膜のそれぞれの膜の厚みは２
０から２０００Å程度であることが好ましい。
膜／磁性膜／硬磁性膜の膜構成を有することが好まし
く、反強磁性膜及び硬磁性膜のそれぞれの膜の厚みは２
０から２０００Å程度であることが好ましい。
【００２８】更に、本発明に用いる磁気抵抗効果素子
は、異方性を特定の方向に誘導する手段として、磁性膜
に密着して反強磁性膜からなるバイアス膜を形成するこ
とが特に好ましいことを知見として得た。
は、異方性を特定の方向に誘導する手段として、磁性膜
に密着して反強磁性膜からなるバイアス膜を形成するこ
とが特に好ましいことを知見として得た。
【００２９】このバイアス膜は、磁性膜及び非磁性膜よ
りもさらに基板側に配置することが好ましく、表面を平
坦化し積層膜のぬれを向上する下地膜としての機能を有
することが好ましく、異方性によって磁性膜の磁区構造
を単磁区化し、ノイズの発生を抑制する。
りもさらに基板側に配置することが好ましく、表面を平
坦化し積層膜のぬれを向上する下地膜としての機能を有
することが好ましく、異方性によって磁性膜の磁区構造
を単磁区化し、ノイズの発生を抑制する。
【００３０】すなわち、例えば、膜構成としては、非磁
性導電膜を介して積層される第一及び第二の磁性膜と第
一の磁性膜に密着形成させるバイアス膜との構成を有す
るようにするとよい。
性導電膜を介して積層される第一及び第二の磁性膜と第
一の磁性膜に密着形成させるバイアス膜との構成を有す
るようにするとよい。
【００３１】このように、磁気抵抗効果を示す積層膜や
その複合積層体と、これの電気抵抗を測るために電気的
に接触してなる少なくとも一対の電極とを有する構造を
採ることによって磁界センサーとしての機能を有し、記
録媒体上の信号を高感度に検出する効果を有する。
その複合積層体と、これの電気抵抗を測るために電気的
に接触してなる少なくとも一対の電極とを有する構造を
採ることによって磁界センサーとしての機能を有し、記
録媒体上の信号を高感度に検出する効果を有する。
【００３２】特に、基体上に積層した第一のバイアス
膜，第一の磁性膜，非磁性膜，第二の磁性膜，非磁性導
電膜，第三の磁性膜，第二のバイアス膜及び電極からな
ることが好ましい。なお、第三の磁性膜は磁気的に第一
の磁性膜と同じ機能を有することが好ましい。
膜，第一の磁性膜，非磁性膜，第二の磁性膜，非磁性導
電膜，第三の磁性膜，第二のバイアス膜及び電極からな
ることが好ましい。なお、第三の磁性膜は磁気的に第一
の磁性膜と同じ機能を有することが好ましい。
【００３３】バイアス膜のバイアス方向及び磁性膜の異
方性方向の制御は、素子の多層膜形成時に、その形成工
程に応じて適宜磁界を印加して行うことが好ましい。又
は、素子の多層膜形成中或いは形成後に、磁界中熱処理
を行うことが好ましい。
方性方向の制御は、素子の多層膜形成時に、その形成工
程に応じて適宜磁界を印加して行うことが好ましい。又
は、素子の多層膜形成中或いは形成後に、磁界中熱処理
を行うことが好ましい。
【００３４】膜の形成において、磁場の印加に関して
は、膜の積層工程に合わせて磁界の方向及び大きさを制
御し、バイアスの印加方向と磁性膜の一軸異方性とを制
御することが好ましい。
は、膜の積層工程に合わせて磁界の方向及び大きさを制
御し、バイアスの印加方向と磁性膜の一軸異方性とを制
御することが好ましい。
【００３５】更に、膜の形成において、磁場中で熱処理
を行う場合には、バイアス膜の異方性及び磁性膜の一軸
異方性を制御することが好ましい。
を行う場合には、バイアス膜の異方性及び磁性膜の一軸
異方性を制御することが好ましい。
【００３６】硬磁性膜を有する場合には、素子を作製
後、磁界を印加して硬磁性膜の磁化を所定の方向に向け
る方法が望ましい。
後、磁界を印加して硬磁性膜の磁化を所定の方向に向け
る方法が望ましい。
【００３７】これらの方法で異方性を制御することで素
子の性能を安定に高く保つことができる。
子の性能を安定に高く保つことができる。
【００３８】バイアス膜の材料は、高い電気抵抗を有す
るものであることが好ましく、具体的には、電気抵抗率
が５×１０~4オームセンチメートル（Ωcm）以上である
ことが好ましい。このバイアス膜は、電流漏洩による素
子の出力低下を防ぐと共に、用いられる材料の積層構
造、特に平坦性を制御し、素子の積層を可能にするもの
である。実質的に絶縁体である酸化ニッケル(ＮｉＯ)膜
をバイアス膜として用いた場合には、特に、磁界感度が
１０エルステッド程度に高感度であって、従来と比較し
て２から４倍程度の高い信頼性を有する積層構造が実現
できる。
るものであることが好ましく、具体的には、電気抵抗率
が５×１０~4オームセンチメートル（Ωcm）以上である
ことが好ましい。このバイアス膜は、電流漏洩による素
子の出力低下を防ぐと共に、用いられる材料の積層構
造、特に平坦性を制御し、素子の積層を可能にするもの
である。実質的に絶縁体である酸化ニッケル(ＮｉＯ)膜
をバイアス膜として用いた場合には、特に、磁界感度が
１０エルステッド程度に高感度であって、従来と比較し
て２から４倍程度の高い信頼性を有する積層構造が実現
できる。
【００３９】また、本発明の磁気記録再生装置に搭載さ
れる磁気抵抗効果素子は、少なくとも磁性膜／非磁性膜
／磁性膜の構造を持つものであって、一方の磁性膜が、
膜面内で、かつ記録媒体に対して実質的に垂直な方向に
固定された磁化を有し、前記他方の磁性膜の磁化が記録
媒体に対して磁性膜面内で平行な方向で、これを中心に
回転する磁化を有するものである。
れる磁気抵抗効果素子は、少なくとも磁性膜／非磁性膜
／磁性膜の構造を持つものであって、一方の磁性膜が、
膜面内で、かつ記録媒体に対して実質的に垂直な方向に
固定された磁化を有し、前記他方の磁性膜の磁化が記録
媒体に対して磁性膜面内で平行な方向で、これを中心に
回転する磁化を有するものである。
【００４０】ここで、記録媒体に対して実質的に垂直な
方向とは、磁気抵抗効果素子の膜が記録媒体に対して垂
直に対向している状態を意味し、記録媒体表面の法線の
方向と平行な方向である。実質的とは垂直な方向に対し
て−１０〜＋１０度、好ましくは−５〜＋５度程度の範
囲を言う。また、記録媒体に対して磁性膜面内で平行な
方向とは、記録媒体表面と平行で、かつ磁性膜面内の方
向であり、前記他方の磁性膜の磁化が信号のない状態に
おいてこの方向を向いており、記録媒体上の信号に対し
て、上記磁化がこの方向を中心に回転する状態を意味す
る。
方向とは、磁気抵抗効果素子の膜が記録媒体に対して垂
直に対向している状態を意味し、記録媒体表面の法線の
方向と平行な方向である。実質的とは垂直な方向に対し
て−１０〜＋１０度、好ましくは−５〜＋５度程度の範
囲を言う。また、記録媒体に対して磁性膜面内で平行な
方向とは、記録媒体表面と平行で、かつ磁性膜面内の方
向であり、前記他方の磁性膜の磁化が信号のない状態に
おいてこの方向を向いており、記録媒体上の信号に対し
て、上記磁化がこの方向を中心に回転する状態を意味す
る。
【００４１】磁化とは、強磁性体である物質に備わった
自発的な磁気ベクトルの大きさを意味する物理量であ
り、本発明においては、外部磁界に感応する機能を有す
るものである。一方の磁性膜の磁化の方向を固定し、他
方の磁性膜の磁化を回転可能にするとは、これら磁性膜
の互いの磁化のなす角度を変動する外部磁界に対して変
化せしめる手段であり、かつ、その過程を何らの不規則
性もない一義的な、外部磁界に対して敏感で、高周波応
答する機能を有することを意味し、このような機能を持
たせることによって、記録媒体上に磁気的に記録された
信号を検出して電気信号に変換する動作が可能となり、
磁気記録再生装置としても低エラーレイト，高記録密
度，アナログ／デジタル変換の特徴を有することができ
る。
自発的な磁気ベクトルの大きさを意味する物理量であ
り、本発明においては、外部磁界に感応する機能を有す
るものである。一方の磁性膜の磁化の方向を固定し、他
方の磁性膜の磁化を回転可能にするとは、これら磁性膜
の互いの磁化のなす角度を変動する外部磁界に対して変
化せしめる手段であり、かつ、その過程を何らの不規則
性もない一義的な、外部磁界に対して敏感で、高周波応
答する機能を有することを意味し、このような機能を持
たせることによって、記録媒体上に磁気的に記録された
信号を検出して電気信号に変換する動作が可能となり、
磁気記録再生装置としても低エラーレイト，高記録密
度，アナログ／デジタル変換の特徴を有することができ
る。
【００４２】一方の磁化を固定し他方の磁化を回転可能
にする方法は、その一例として反強磁性膜を上記一方の
磁化を持つ磁性膜のみに密着して形成して、所定の方向
に交換結合による異方性を印加するといったような方法
が考えられる。
にする方法は、その一例として反強磁性膜を上記一方の
磁化を持つ磁性膜のみに密着して形成して、所定の方向
に交換結合による異方性を印加するといったような方法
が考えられる。
【００４３】また、本発明の磁気記録再生装置は、一方
の磁性膜には、記録媒体に対して実質的に垂直な方向に
磁気異方性を印加する手段を有し、他方の磁性膜には、
記録媒体に対して実質的に磁性膜面内で平行な方向に前
記磁気異方性より大きさの小さい磁気異方性を印加する
手段を有することを特徴とする。上記より大きさの小さ
い異方性を印加する手段としては、磁気抵抗効果膜の磁
性膜の、形状異方性，一軸異方性を用いるか、適当なシ
ャント膜，ソフト膜を上記磁気抵抗効果膜に隣接して配
置すること、あるいは上記磁性膜に別のバイアス膜を密
着して形成する、などの方法がある。
の磁性膜には、記録媒体に対して実質的に垂直な方向に
磁気異方性を印加する手段を有し、他方の磁性膜には、
記録媒体に対して実質的に磁性膜面内で平行な方向に前
記磁気異方性より大きさの小さい磁気異方性を印加する
手段を有することを特徴とする。上記より大きさの小さ
い異方性を印加する手段としては、磁気抵抗効果膜の磁
性膜の、形状異方性，一軸異方性を用いるか、適当なシ
ャント膜，ソフト膜を上記磁気抵抗効果膜に隣接して配
置すること、あるいは上記磁性膜に別のバイアス膜を密
着して形成する、などの方法がある。
【００４４】また、本発明の磁気記録再生装置は、一方
の磁性膜が、記録媒体に対して実質的に垂直な方向に磁
気異方性を有し、他方の磁性膜が、前記媒体に対して実
質的に磁性膜面内で平行な方向に磁気異方性を有するこ
とを特徴とする。
の磁性膜が、記録媒体に対して実質的に垂直な方向に磁
気異方性を有し、他方の磁性膜が、前記媒体に対して実
質的に磁性膜面内で平行な方向に磁気異方性を有するこ
とを特徴とする。
【００４５】また、本発明の磁気記録再生装置は、記録
媒体からの磁界に対して、少なくとも２つの磁性膜に形
成される磁化と磁化とのなす角度が変化し、磁化の一方
が実質的に固定され、磁化の他方が実質的に回転するこ
とを特徴とする。
媒体からの磁界に対して、少なくとも２つの磁性膜に形
成される磁化と磁化とのなす角度が変化し、磁化の一方
が実質的に固定され、磁化の他方が実質的に回転するこ
とを特徴とする。
【００４６】また、本発明の磁気記録再生装置は、少な
くとも２つのそれぞれの磁性膜に印加される磁気異方性
の大きさあるいは方向が異なることを特徴とする。
くとも２つのそれぞれの磁性膜に印加される磁気異方性
の大きさあるいは方向が異なることを特徴とする。
【００４７】また、本発明の磁気記録再生装置は、磁性
膜が記録媒体に対して磁性膜膜面内で平行な方向に形状
異方性を有することを特徴とする。
膜が記録媒体に対して磁性膜膜面内で平行な方向に形状
異方性を有することを特徴とする。
【００４８】また、本発明の磁気記録再生装置は、信号
を所定のトラック幅で磁気的に記憶する記録媒体と、記
録媒体から漏洩する磁界を検出し、非磁性導電膜を間に
挟んだ磁性膜のサンドウイッチ構造を有し、構造に電流
を印加する一対の電極を有する磁気抵抗効果素子とを具
備するものであって、記録媒体に対して垂直な方向の構
造の長さが記録媒体に対して平行な面内の方向の長さ、
特に電極間の長さ以下であって、電極間の長さが記録媒
体に形成されるトラック幅以下であることを特徴とす
る。これは上記形状異方性を磁気抵抗効果素子の再生に
関与する部分に有効に作用せしめて磁気抵抗効果素子の
出力範囲を補償し、かつ、再生時のトラッキングの誤差
によって所定のトラックの端部及び外部の信号を読み取
ることのないようにする効果がある。
を所定のトラック幅で磁気的に記憶する記録媒体と、記
録媒体から漏洩する磁界を検出し、非磁性導電膜を間に
挟んだ磁性膜のサンドウイッチ構造を有し、構造に電流
を印加する一対の電極を有する磁気抵抗効果素子とを具
備するものであって、記録媒体に対して垂直な方向の構
造の長さが記録媒体に対して平行な面内の方向の長さ、
特に電極間の長さ以下であって、電極間の長さが記録媒
体に形成されるトラック幅以下であることを特徴とす
る。これは上記形状異方性を磁気抵抗効果素子の再生に
関与する部分に有効に作用せしめて磁気抵抗効果素子の
出力範囲を補償し、かつ、再生時のトラッキングの誤差
によって所定のトラックの端部及び外部の信号を読み取
ることのないようにする効果がある。
【００４９】また、本発明の磁気記録再生装置は、記録
媒体に所定のトラック幅で書き込まれた磁化のパターン
からの磁界を読み取る磁気抵抗効果素子を搭載したもの
であって、素子の記録媒体に対して垂直方向の長さｄ
（μｍ）と、媒体上のトラックの密度Ｔ（トラック／イ
ンチ）との関係が、ｄ＜１２.５×１０3／Ｔであること
を特徴とする。上記式は、本発明に基づいて磁気記録再
生装置を試作し、記録再生能力の試験を行った結果か
ら、実験的に求まった経験式である。
媒体に所定のトラック幅で書き込まれた磁化のパターン
からの磁界を読み取る磁気抵抗効果素子を搭載したもの
であって、素子の記録媒体に対して垂直方向の長さｄ
（μｍ）と、媒体上のトラックの密度Ｔ（トラック／イ
ンチ）との関係が、ｄ＜１２.５×１０3／Ｔであること
を特徴とする。上記式は、本発明に基づいて磁気記録再
生装置を試作し、記録再生能力の試験を行った結果か
ら、実験的に求まった経験式である。
【００５０】特に、前記のような磁気抵抗効果素子を再
生部として搭載した磁気記録再生装置では、記録媒体に
記録されたトラックの密度Ｔに対応して、素子の媒体対
向面に垂直な方向の幅、いわゆるＭＲ高さｄを規定する
ことによって良好な再生特性を得ることができる。
生部として搭載した磁気記録再生装置では、記録媒体に
記録されたトラックの密度Ｔに対応して、素子の媒体対
向面に垂直な方向の幅、いわゆるＭＲ高さｄを規定する
ことによって良好な再生特性を得ることができる。
【００５１】また、本発明の磁気記録再生装置は、信号
を磁気的に記憶する記録媒体と、前記媒体に信号を記録
する記録ヘッドと、前記媒体から信号を再生する再生ヘ
ッドとを有し、前記再生ヘッドが、非磁性導電膜を間に
挟んだ磁性膜のサンドウイッチ構造を有する磁気抵抗効
果素子であることを特徴とする。
を磁気的に記憶する記録媒体と、前記媒体に信号を記録
する記録ヘッドと、前記媒体から信号を再生する再生ヘ
ッドとを有し、前記再生ヘッドが、非磁性導電膜を間に
挟んだ磁性膜のサンドウイッチ構造を有する磁気抵抗効
果素子であることを特徴とする。
【００５２】また、本発明の磁気記録再生装置は、信号
を磁気的に記憶する記録媒体と、前記記録媒体に信号を
記録する記録ヘッドと、前記記録媒体から信号を再生す
る非磁性導電膜を間に挟んだ磁性膜のサンドウイッチ構
造の再生ヘッドとを有し、前記再生ヘッドの媒体対向面
の幅が前記記録ヘッドの媒体対向面の幅の０.８ 倍以下
であることを特徴とする。この０.８ 倍以下とは、本発
明に基づいて磁気記録再生装置を試作し、再生能力の試
験を行った結果から、実験的に求まった値である。
を磁気的に記憶する記録媒体と、前記記録媒体に信号を
記録する記録ヘッドと、前記記録媒体から信号を再生す
る非磁性導電膜を間に挟んだ磁性膜のサンドウイッチ構
造の再生ヘッドとを有し、前記再生ヘッドの媒体対向面
の幅が前記記録ヘッドの媒体対向面の幅の０.８ 倍以下
であることを特徴とする。この０.８ 倍以下とは、本発
明に基づいて磁気記録再生装置を試作し、再生能力の試
験を行った結果から、実験的に求まった値である。
【００５３】また、本発明の磁気記録再生装置は、信号
を磁気的に記憶する記録媒体と、前記媒体から漏洩する
磁界を検出する磁気抵抗効果素子とを有するものであっ
て、前記素子が、前記媒体から漏洩する±１０Ｏｅの磁
界に対して４.０〜８.５％の抵抗変化率を有することを
特徴とする。
を磁気的に記憶する記録媒体と、前記媒体から漏洩する
磁界を検出する磁気抵抗効果素子とを有するものであっ
て、前記素子が、前記媒体から漏洩する±１０Ｏｅの磁
界に対して４.０〜８.５％の抵抗変化率を有することを
特徴とする。
【００５４】また、本発明の磁気記録再生装置は、信号
を磁気的に記憶する記録媒体と、前記記録媒体から漏洩
する磁界を検出し、非磁性導電膜を間に挟んだ磁性膜の
サンドウイッチ構造を具備する磁気抵抗効果素子とを有
するものであって、前記素子が、前記記録媒体から漏洩
する±８Ｏｅの磁界に対して５.０〜９.５％の抵抗変化
率を有することを特徴とする。これらの数値は、本発明
に基づいて磁気抵抗効果素子を作製し、再生出力の試験
を行った結果、実験的に求まった値であり、本素子の性
能上、高記録密度を達成するために必要かつ不可欠なも
のである。
を磁気的に記憶する記録媒体と、前記記録媒体から漏洩
する磁界を検出し、非磁性導電膜を間に挟んだ磁性膜の
サンドウイッチ構造を具備する磁気抵抗効果素子とを有
するものであって、前記素子が、前記記録媒体から漏洩
する±８Ｏｅの磁界に対して５.０〜９.５％の抵抗変化
率を有することを特徴とする。これらの数値は、本発明
に基づいて磁気抵抗効果素子を作製し、再生出力の試験
を行った結果、実験的に求まった値であり、本素子の性
能上、高記録密度を達成するために必要かつ不可欠なも
のである。
【００５５】また、本発明の磁気記録再生装置は、信号
を磁気的に記憶する記録媒体と、前記媒体から漏洩する
磁界を検出する磁気抵抗効果素子とを有するものであっ
て、前記素子が、非磁性導電膜を間に挟んだ磁性膜のサ
ンドウイッチ構造を有し、前記媒体からの磁界に対し
て、前記磁性膜に形成される磁化と磁化とのなす角度が
変化し、前記磁化の一方が実質的に固定され、前記磁化
の他方が実質的に回転することを特徴とする。
を磁気的に記憶する記録媒体と、前記媒体から漏洩する
磁界を検出する磁気抵抗効果素子とを有するものであっ
て、前記素子が、非磁性導電膜を間に挟んだ磁性膜のサ
ンドウイッチ構造を有し、前記媒体からの磁界に対し
て、前記磁性膜に形成される磁化と磁化とのなす角度が
変化し、前記磁化の一方が実質的に固定され、前記磁化
の他方が実質的に回転することを特徴とする。
【００５６】本発明の磁気記録再生装置は、前記の構成
に加えて、他の磁性膜には前記磁界の方向に垂直な方向
に異方性が印加されてなることを特徴とする。
に加えて、他の磁性膜には前記磁界の方向に垂直な方向
に異方性が印加されてなることを特徴とする。
【００５７】本発明の薄膜磁気ヘッドは、基板と、信号
を記録するインダクティブ型記録ヘッドと、信号を再生
する磁気抵抗効果型再生ヘッドとを組み合わせてなるも
のであって、前記再生ヘッドが、非磁性導電膜を間に挟
んだ磁性膜のサンドウイッチ構造を有し、前記記録ヘッ
ドが前記基板と前記再生ヘッドとの間に形成されること
を特徴とする。
を記録するインダクティブ型記録ヘッドと、信号を再生
する磁気抵抗効果型再生ヘッドとを組み合わせてなるも
のであって、前記再生ヘッドが、非磁性導電膜を間に挟
んだ磁性膜のサンドウイッチ構造を有し、前記記録ヘッ
ドが前記基板と前記再生ヘッドとの間に形成されること
を特徴とする。
【００５８】本発明の磁気記録再生装置は、磁性膜と非
磁性導電膜とを交互に積層した膜とこれに電流を印加す
る電気端子、例えば電極とを有する磁気抵抗効果素子と
を具備するものであって、一部の磁性膜に検出すべき磁
界の方向と平行な方向に磁化を誘導する異方性を印加し
てなることを特徴とする。磁性膜と非磁性導電膜の界面
で磁化の向きに依存した磁気抵抗効果が発生し、この場
合、磁気抵抗効果は非磁性膜で隔てられた磁性膜の磁化
と磁化とのなす角度によって電気抵抗が変化して、膜面
内の電流の向きには依存しない。
磁性導電膜とを交互に積層した膜とこれに電流を印加す
る電気端子、例えば電極とを有する磁気抵抗効果素子と
を具備するものであって、一部の磁性膜に検出すべき磁
界の方向と平行な方向に磁化を誘導する異方性を印加し
てなることを特徴とする。磁性膜と非磁性導電膜の界面
で磁化の向きに依存した磁気抵抗効果が発生し、この場
合、磁気抵抗効果は非磁性膜で隔てられた磁性膜の磁化
と磁化とのなす角度によって電気抵抗が変化して、膜面
内の電流の向きには依存しない。
【００５９】本発明の磁気記録再生装置は、前記の構成
に加えて、他の磁性膜には前記平行な方向に垂直な方向
に異方性が印加されてなることを特徴とする。
に加えて、他の磁性膜には前記平行な方向に垂直な方向
に異方性が印加されてなることを特徴とする。
【００６０】本発明の磁気記録再生装置は、記録密度の
向上に伴い記録媒体上の記録領域の１単位を小さく、短
くする、つまり狭くすることが可能であり、これは、磁
気記録装置再生部の細小化によって達成された。
向上に伴い記録媒体上の記録領域の１単位を小さく、短
くする、つまり狭くすることが可能であり、これは、磁
気記録装置再生部の細小化によって達成された。
【００６１】本発明の場合は、微細な磁気抵抗効果素子
での磁性膜の形状異方性の増大による感度の低下を低減
させることを可能として達成した。これは磁性膜を薄く
することで低減できる。磁性膜の形状異方性の大きさは
おおよそその厚さに比例するからである。一方、本発明
の磁気抵抗効果膜の合計の厚さは、やはり表面散乱によ
る出力の低下を防ぐために１００〜３００Å程度とする
必要があるが、非磁性膜で分離された個々の磁性膜、特
に膜中央の軟磁性膜の厚さは１００Å以下、特に１０か
ら２０Å以下にしても出力の低下を全く生じないからで
ある。この作用は磁気抵抗効果の発現機構が、その磁性
膜／非磁性膜／磁性膜の界面に起因することにより生じ
る。
での磁性膜の形状異方性の増大による感度の低下を低減
させることを可能として達成した。これは磁性膜を薄く
することで低減できる。磁性膜の形状異方性の大きさは
おおよそその厚さに比例するからである。一方、本発明
の磁気抵抗効果膜の合計の厚さは、やはり表面散乱によ
る出力の低下を防ぐために１００〜３００Å程度とする
必要があるが、非磁性膜で分離された個々の磁性膜、特
に膜中央の軟磁性膜の厚さは１００Å以下、特に１０か
ら２０Å以下にしても出力の低下を全く生じないからで
ある。この作用は磁気抵抗効果の発現機構が、その磁性
膜／非磁性膜／磁性膜の界面に起因することにより生じ
る。
【００６２】本発明の磁気記録再生装置は、信号を磁気
的に記憶する記録媒体と、記録媒体から漏洩する磁界を
検出する磁性膜と非磁性膜とを積層した磁気抵抗効果素
子とを有するものであって、磁気抵抗効果素子の磁性膜
が、記録媒体に対向する面に対して垂直な方向に短い形
状を有する。
的に記憶する記録媒体と、記録媒体から漏洩する磁界を
検出する磁性膜と非磁性膜とを積層した磁気抵抗効果素
子とを有するものであって、磁気抵抗効果素子の磁性膜
が、記録媒体に対向する面に対して垂直な方向に短い形
状を有する。
【００６３】また、本発明の磁気記録再生装置は、磁性
膜が記録媒体に対向する面に平行な方向に長い、縦横比
２以上の短冊形状に形成され、この方向での幅ｄが面内
でその垂直方向での幅ｗとの関係において、ｄ≦ｗの式
を満足することを特徴とする。
膜が記録媒体に対向する面に平行な方向に長い、縦横比
２以上の短冊形状に形成され、この方向での幅ｄが面内
でその垂直方向での幅ｗとの関係において、ｄ≦ｗの式
を満足することを特徴とする。
【００６４】つまり、磁化の誘導の手段の一つとして、
磁気抵抗効果素子の磁性膜を対向面に平行に長い短冊形
状にし、そのアスペクト比を２以上として磁性膜の形状
異方性をこの方向に誘導することが考えられる。磁気記
録装置の記録密度をさらに高めるために、磁気抵抗効果
素子の記録媒体に対向する面に垂直な方向の幅、いわゆ
るＭＲ高さｄを、これに垂直な方向の幅ｗに対してｄ≦
ｗとすることが考えられる。これは、しばしば実質的な
形状異方性が電極部の形状に左右されるからである。
磁気抵抗効果素子の磁性膜を対向面に平行に長い短冊形
状にし、そのアスペクト比を２以上として磁性膜の形状
異方性をこの方向に誘導することが考えられる。磁気記
録装置の記録密度をさらに高めるために、磁気抵抗効果
素子の記録媒体に対向する面に垂直な方向の幅、いわゆ
るＭＲ高さｄを、これに垂直な方向の幅ｗに対してｄ≦
ｗとすることが考えられる。これは、しばしば実質的な
形状異方性が電極部の形状に左右されるからである。
【００６５】本発明の磁気記録再生装置は、磁性膜が記
録媒体に対向する面に垂直な方向に短い縦横比２以上の
短冊形状に形成され、この方向での幅ｄが５ミクロン以
下とすることにより、記録媒体の磁界を効率的に感知す
ることを特徴とする。
録媒体に対向する面に垂直な方向に短い縦横比２以上の
短冊形状に形成され、この方向での幅ｄが５ミクロン以
下とすることにより、記録媒体の磁界を効率的に感知す
ることを特徴とする。
【００６６】つまり、磁化の誘導の手段として、磁気抵
抗効果素子の磁性膜の形状異方性を適度の大きさに誘導
するための磁性膜のサイズがその厚さに対して規定され
るからである。
抗効果素子の磁性膜の形状異方性を適度の大きさに誘導
するための磁性膜のサイズがその厚さに対して規定され
るからである。
【００６７】本発明の磁気記録再生装置は、従来に比し
て、２倍から１０倍程度記録密度を向上させることがで
き、特に、再生部の磁気抵抗効果素子の再生性能を１.
５ 倍から２０倍程度向上させることができる。
て、２倍から１０倍程度記録密度を向上させることがで
き、特に、再生部の磁気抵抗効果素子の再生性能を１.
５ 倍から２０倍程度向上させることができる。
【００６８】本発明のベ−スとなる技術の特徴を以下説
明する。
明する。
【００６９】第一に、磁気抵抗効果素子の磁性膜を極薄
い非磁性膜で分離した点にある。
い非磁性膜で分離した点にある。
【００７０】すなわち、互いに隔てられた磁性膜間での
磁化の方向の違いによって発生する磁気抵抗効果を利用
すると共に、磁性膜の厚さを分離によって薄くし、素子
の形状による磁気的異方性の発生及びそれによる素子の
磁界に対する感度の低下を防止する。これによって初め
て磁気抵抗効果素子の細小化が、再生能力の低下なしに
実現できた。さらに非磁性膜がその電気抵抗率に比して
十分薄くして、これを介して磁性膜間の電子の透過を可
能にし、スピンの方向に依存した磁気抵抗効果を発現す
る。加えて、その厚さと構造を制御して磁性膜間の磁気
的な結合をゼロか、記録媒体からの磁界に比べて小さく
して素子の高感度の応答を可能にするのである。
磁化の方向の違いによって発生する磁気抵抗効果を利用
すると共に、磁性膜の厚さを分離によって薄くし、素子
の形状による磁気的異方性の発生及びそれによる素子の
磁界に対する感度の低下を防止する。これによって初め
て磁気抵抗効果素子の細小化が、再生能力の低下なしに
実現できた。さらに非磁性膜がその電気抵抗率に比して
十分薄くして、これを介して磁性膜間の電子の透過を可
能にし、スピンの方向に依存した磁気抵抗効果を発現す
る。加えて、その厚さと構造を制御して磁性膜間の磁気
的な結合をゼロか、記録媒体からの磁界に比べて小さく
して素子の高感度の応答を可能にするのである。
【００７１】第二に、非磁性膜で分離した磁性膜の磁化
の方向を特定の方向に誘導した点にある。すなわち、記
録媒体からの磁界が到達する方向に平行に強く誘導す
る。これは、より具体的には磁気抵抗効果素子が対向す
る記録媒体表面の法線に平行な方向である。これによっ
て磁気抵抗効果素子の一部の磁性膜が有する磁化をその
方向に固定し、それ以外の磁性膜が有する磁化を記録媒
体からの磁界に感応して回転可能にし、磁気抵抗効果に
よる出力を安定に生じさせることができたのである。
の方向を特定の方向に誘導した点にある。すなわち、記
録媒体からの磁界が到達する方向に平行に強く誘導す
る。これは、より具体的には磁気抵抗効果素子が対向す
る記録媒体表面の法線に平行な方向である。これによっ
て磁気抵抗効果素子の一部の磁性膜が有する磁化をその
方向に固定し、それ以外の磁性膜が有する磁化を記録媒
体からの磁界に感応して回転可能にし、磁気抵抗効果に
よる出力を安定に生じさせることができたのである。
【００７２】第三に、前記それ以外の磁性膜が有する磁
化を記録媒体からの磁界が到達する方向に対して垂直方
向に弱く誘導した点である。ここで、弱く誘導する、と
は、前記一部の磁性膜の磁化の固定の強さに比較して、
前記それ以外の磁性膜の磁化の誘導の強さが弱いことを
意味する。
化を記録媒体からの磁界が到達する方向に対して垂直方
向に弱く誘導した点である。ここで、弱く誘導する、と
は、前記一部の磁性膜の磁化の固定の強さに比較して、
前記それ以外の磁性膜の磁化の誘導の強さが弱いことを
意味する。
【００７３】これは、この磁性膜の磁化の回転を促進し
て、特に高周波数での感度の向上及びノイズの抑制の効
果がある。さらに、磁界がゼロの時の出力を規定したの
で、正負いずれの磁界に対しても稼働を可能にする効果
がある。
て、特に高周波数での感度の向上及びノイズの抑制の効
果がある。さらに、磁界がゼロの時の出力を規定したの
で、正負いずれの磁界に対しても稼働を可能にする効果
がある。
【００７４】また、本発明の磁気記録再生装置は、信号
を磁気的に記憶する記録媒体と、媒体から漏洩する磁界
を検出する磁気抵抗効果素子とを有し、素子によって感
知された磁界に対する出力特性が、ステップ状に変化す
ることを特徴とする。
を磁気的に記憶する記録媒体と、媒体から漏洩する磁界
を検出する磁気抵抗効果素子とを有し、素子によって感
知された磁界に対する出力特性が、ステップ状に変化す
ることを特徴とする。
【００７５】ここでステップ状とは、磁気抵抗効果型再
生ヘッドの外部磁界に対する応答特性において、これが
三角形状でなく、一つの四角形状のステップに類似した
特性、すなわち磁界によって比較的急峻に変化する部位
と、その間の磁界に対してほぼ一定の応答を示す部位、
とを有する特性を示すことを意味する。
生ヘッドの外部磁界に対する応答特性において、これが
三角形状でなく、一つの四角形状のステップに類似した
特性、すなわち磁界によって比較的急峻に変化する部位
と、その間の磁界に対してほぼ一定の応答を示す部位、
とを有する特性を示すことを意味する。
【００７６】また、本発明の磁気記録再生装置は、信号
を磁気的に記憶する記録媒体と、媒体から漏洩する磁界
を検出する電磁変換構造体とを有し、構造体が、媒体か
ら漏洩するアナログ状の磁界を二値化して検出すること
を特徴とする。
を磁気的に記憶する記録媒体と、媒体から漏洩する磁界
を検出する電磁変換構造体とを有し、構造体が、媒体か
ら漏洩するアナログ状の磁界を二値化して検出すること
を特徴とする。
【００７７】これは本発明の磁気抵抗効果素子の上記応
答特性を利用して記録媒体の信号を検出すると同時にこ
れを非線形に矩形波に変換し、デジタル信号として直接
出力することを可能にしたのである。これにより信号処
理系のデジタル化用の回路を省略し、再生／信号処理を
低エラー化、かつ、高速化できる。
答特性を利用して記録媒体の信号を検出すると同時にこ
れを非線形に矩形波に変換し、デジタル信号として直接
出力することを可能にしたのである。これにより信号処
理系のデジタル化用の回路を省略し、再生／信号処理を
低エラー化、かつ、高速化できる。
【００７８】また、本発明の磁気記録再生装置は、信号
を磁気的に記憶する記録媒体と、媒体から漏洩する磁界
を検出する磁気抵抗効果素子とを具備し、素子が磁界以
上のバイアス磁界を印加する手段を持ち、連続で線形な
応答特性を有することを特徴とする。
を磁気的に記憶する記録媒体と、媒体から漏洩する磁界
を検出する磁気抵抗効果素子とを具備し、素子が磁界以
上のバイアス磁界を印加する手段を持ち、連続で線形な
応答特性を有することを特徴とする。
【００７９】これは本発明の磁気抵抗効果素子の応答特
性が、四角形状の急峻な部分である点を利用して記録媒
体の信号を線形に変換し、アナログ信号として出力する
ことを可能するのである。応答特性の上記部位は磁気抵
抗効果膜の異方性の印加の大きさで制御でき、したがっ
て記録媒体からの磁界と同程度かまたは大きい異方性を
印加する手段を備える必要がある。
性が、四角形状の急峻な部分である点を利用して記録媒
体の信号を線形に変換し、アナログ信号として出力する
ことを可能するのである。応答特性の上記部位は磁気抵
抗効果膜の異方性の印加の大きさで制御でき、したがっ
て記録媒体からの磁界と同程度かまたは大きい異方性を
印加する手段を備える必要がある。
【００８０】また、本発明に搭載される磁気抵抗効果素
子の磁性膜の厚さは、５〜１０００Å、特に１００Å以
下であることが好ましい。磁性膜が室温で十分な磁化を
有し、かつ、電流を有効に磁気抵抗効果に活用するため
である。
子の磁性膜の厚さは、５〜１０００Å、特に１００Å以
下であることが好ましい。磁性膜が室温で十分な磁化を
有し、かつ、電流を有効に磁気抵抗効果に活用するため
である。
【００８１】各磁性膜を隔離する非磁性導電膜の厚さ
は、５〜１０００Åであることが好ましい。この非磁性
導電膜の厚さは、電子の伝導を妨げず、特に磁性膜間の
反強磁性的あるいは強磁性的な結合を十分に小さく保つ
必要があるからであり、特定の厚さ、例えばＣｕであれ
ば１０Åから３０Å程度であることが望ましい。
は、５〜１０００Åであることが好ましい。この非磁性
導電膜の厚さは、電子の伝導を妨げず、特に磁性膜間の
反強磁性的あるいは強磁性的な結合を十分に小さく保つ
必要があるからであり、特定の厚さ、例えばＣｕであれ
ば１０Åから３０Å程度であることが望ましい。
【００８２】磁性膜、特に軟磁性膜の材料としては、Ｎ
ｉ７０〜９５原子％及びＦｅ５〜３０原子％なる合金を
用いることが好ましい。
ｉ７０〜９５原子％及びＦｅ５〜３０原子％なる合金を
用いることが好ましい。
【００８３】更に、磁性膜の材料としては、上記Ｎｉ−
Ｆｅ系合金に、適宜、Ｃｏを５原子％以下の範囲で添加
することが好ましい。あるいはＣｏ３０から８５原子
％，Ｎｉ２から３０原子％，Ｆｅ２から５０原子％の面
心立方構造を有する合金薄膜を用いることが望ましい。
これらは良好な積層構造の形成を可能とし、軟磁気特性
に優れ、さらに大きな磁気抵抗効果を生じるからであ
る。
Ｆｅ系合金に、適宜、Ｃｏを５原子％以下の範囲で添加
することが好ましい。あるいはＣｏ３０から８５原子
％，Ｎｉ２から３０原子％，Ｆｅ２から５０原子％の面
心立方構造を有する合金薄膜を用いることが望ましい。
これらは良好な積層構造の形成を可能とし、軟磁気特性
に優れ、さらに大きな磁気抵抗効果を生じるからであ
る。
【００８４】また非磁性導電膜の材料としては、Ａｕ，
Ａｇ，Ｃｕの少なくとも一つを用いることが好ましい。
これらの膜は磁性膜との組合わせによって磁気抵抗効果
を生じ、電気伝導度に優れ、かつ良好な積層構造の形成
を可能にするからである。
Ａｇ，Ｃｕの少なくとも一つを用いることが好ましい。
これらの膜は磁性膜との組合わせによって磁気抵抗効果
を生じ、電気伝導度に優れ、かつ良好な積層構造の形成
を可能にするからである。
【００８５】本発明の磁気抵抗効果素子の構成の一例
は、基板上に、ＮｉＯ,ＮｉＦｅ,Ｃｕ，ＮｉＦｅ，Ｃ
ｕ，ＮｉＦｅ，ＮｉＯを順次積層した膜に一対の電極を
配してなる。または、基板上に、ＮｉＯ，ＣｏＮｉＦ
ｅ，Ｃｕ，ＣｏＮｉＦｅ，Ｃｕ，ＣｏＮｉＦｅ，ＮｉＯ
を順次積層した膜に一対の電極を配してなる。
は、基板上に、ＮｉＯ,ＮｉＦｅ,Ｃｕ，ＮｉＦｅ，Ｃ
ｕ，ＮｉＦｅ，ＮｉＯを順次積層した膜に一対の電極を
配してなる。または、基板上に、ＮｉＯ，ＣｏＮｉＦ
ｅ，Ｃｕ，ＣｏＮｉＦｅ，Ｃｕ，ＣｏＮｉＦｅ，ＮｉＯ
を順次積層した膜に一対の電極を配してなる。
【００８６】あるいは、本発明の磁気抵抗効果素子は、
基板上に、ＮｉＯ，ＣｏＮｉＦｅ，Ｃｕ，ＮｉＦｅ，Ｃ
ｕ，ＣｏＮｉＦｅ，ＮｉＯを順次積層した膜に一対の電
極を配してなる。これはこれらの構成が表面散乱による
出力の低下を極めて効率的に防止し、実効上出力を向上
させる効果があるとともに中央の膜を薄くすることを可
能にして磁性膜の形状異方性による素子の感度の劣化
を、出力の低下なしに防止することができるからであ
る。
基板上に、ＮｉＯ，ＣｏＮｉＦｅ，Ｃｕ，ＮｉＦｅ，Ｃ
ｕ，ＣｏＮｉＦｅ，ＮｉＯを順次積層した膜に一対の電
極を配してなる。これはこれらの構成が表面散乱による
出力の低下を極めて効率的に防止し、実効上出力を向上
させる効果があるとともに中央の膜を薄くすることを可
能にして磁性膜の形状異方性による素子の感度の劣化
を、出力の低下なしに防止することができるからであ
る。
【００８７】本発明の磁気記録再生装置は、このように
磁気抵抗効果素子を再生部とし、高い記録密度、すなわ
ち記録媒体上に記録される記録波長を短くすることがで
きる。また、記録トラックの幅が狭い記録を実現でき、
十分な再生出力を得、記録を良好に保つことができる。
磁気抵抗効果素子を再生部とし、高い記録密度、すなわ
ち記録媒体上に記録される記録波長を短くすることがで
きる。また、記録トラックの幅が狭い記録を実現でき、
十分な再生出力を得、記録を良好に保つことができる。
【００８８】
【作用】本発明の磁気記録再生装置は、ノイズの少な
い、高い再生出力を実現し、特に高い記録密度での記録
を実現する。これは、±１０エルステッド以下という小
さい磁界に対して４から１０％もの大きな抵抗変化率を
示す磁気抵抗効果素子の発明によるものである。
い、高い再生出力を実現し、特に高い記録密度での記録
を実現する。これは、±１０エルステッド以下という小
さい磁界に対して４から１０％もの大きな抵抗変化率を
示す磁気抵抗効果素子の発明によるものである。
【００８９】すなわち、本発明の磁気記録再生装置に搭
載される磁気抵抗効果素子は、記録媒体対向面に垂直な
方向に強く磁化を誘導した第一の磁性膜と、これに垂直
な方向に弱く磁化を誘導した第二の磁性膜を非磁性膜を
隔てて隣接してなる。
載される磁気抵抗効果素子は、記録媒体対向面に垂直な
方向に強く磁化を誘導した第一の磁性膜と、これに垂直
な方向に弱く磁化を誘導した第二の磁性膜を非磁性膜を
隔てて隣接してなる。
【００９０】この素子を記録媒体にごく接近して配置
し、記録媒体から磁気抵抗効果素子に達する磁界を多層
膜の電気抵抗の変化として感知する。すなわち、磁界に
感応して第二の磁性膜の磁化が回転し、第一の磁性膜の
磁化はほとんど回転しない。このため第一および第二の
磁性膜の互いの磁化のなす角が磁界に対して安定に変化
し、磁気抵抗効果により信号が出力される。
し、記録媒体から磁気抵抗効果素子に達する磁界を多層
膜の電気抵抗の変化として感知する。すなわち、磁界に
感応して第二の磁性膜の磁化が回転し、第一の磁性膜の
磁化はほとんど回転しない。このため第一および第二の
磁性膜の互いの磁化のなす角が磁界に対して安定に変化
し、磁気抵抗効果により信号が出力される。
【００９１】非磁性膜を介して隣接する磁性膜の間で電
子が透過し、互いの磁性膜の磁化の向きの相対的な違い
によって電子のスピンの向きに依存して散乱の確率が変
わることから、大きな磁気抵抗効果が生じる。この効果
は膜面内での電流の向き、全体の磁化の向きに依存しな
い。
子が透過し、互いの磁性膜の磁化の向きの相対的な違い
によって電子のスピンの向きに依存して散乱の確率が変
わることから、大きな磁気抵抗効果が生じる。この効果
は膜面内での電流の向き、全体の磁化の向きに依存しな
い。
【００９２】磁気抵抗効果素子の多層膜は小さな領域
に、５ミクロン以下の小さな領域、さらには１ミクロン
の幅に形成され、記録媒体からの磁界を有効に、かつ感
度良く感知でき、特に高記録密度での再生能力が向上す
る。
に、５ミクロン以下の小さな領域、さらには１ミクロン
の幅に形成され、記録媒体からの磁界を有効に、かつ感
度良く感知でき、特に高記録密度での再生能力が向上す
る。
【００９３】磁性膜の形状による磁気的な異方性は、近
似的に次の式で表すことが出来る。
似的に次の式で表すことが出来る。
【００９４】 Ｈｋ＝２／π×｛tan~1(ｔＬ／ｄｒ)−tan~1(ｔｄ／Ｌｒ)｝×Ｂｓ×１０４ 上式においてＨｋ（単位エルステッド）は厚さｔ，幅
ｄ，長さＬの短冊形状の磁性体に働く長手方向に向こう
とする異方性磁界の強さ、Ｂｓは磁性体の飽和磁束密度
（単位テスラ）、ｒ＝√（ｔ２＋Ｌ2＋ｄ2）である。こ
の式で、ｔ≪Ｌ，ｄ，ｄ≦Ｌ／２とし、代表的な磁性材
料であるパーマロイ，センダストの値を引用してＢｓ＝
１.０ とすると、異方性磁界はおおよそ、 Ｈｋ〜０.４ｔ(Å)／ｄ(μｍ） となる。本発明の、バイアス膜による一方向異方性磁界
が１００から２００エルステッドとすると形状による異
方性磁界Ｈｋは軟磁性体の保磁力より大きく、バイアス
磁界より小さい、０.４ から１００エルステッド未満で
あることが望ましい。本発明の磁気抵抗効果素子では強
磁性層の厚さを特に１０から５０Åまで薄くしても出力
の低下を生じないことから、上式より異方性磁界は幅１
ミクロンの素子においても４から２０エルステッドと小
さく、磁気抵抗効果素子の感度を悪化させないのであ
る。また本発明の作用のひとつは上記形状異方性が磁気
抵抗効果素子の磁化の方向を規定することである。さら
にこの効果は磁気抵抗効果素子のトラック幅方向の幅が
小さくなると強化される。すなわち磁気抵抗効果素子の
形状が小さくなったときの感度の低下を最小限に抑え、
さらには磁気抵抗効果素子の動作をむしろ補償するので
ある。
ｄ，長さＬの短冊形状の磁性体に働く長手方向に向こう
とする異方性磁界の強さ、Ｂｓは磁性体の飽和磁束密度
（単位テスラ）、ｒ＝√（ｔ２＋Ｌ2＋ｄ2）である。こ
の式で、ｔ≪Ｌ，ｄ，ｄ≦Ｌ／２とし、代表的な磁性材
料であるパーマロイ，センダストの値を引用してＢｓ＝
１.０ とすると、異方性磁界はおおよそ、 Ｈｋ〜０.４ｔ(Å)／ｄ(μｍ） となる。本発明の、バイアス膜による一方向異方性磁界
が１００から２００エルステッドとすると形状による異
方性磁界Ｈｋは軟磁性体の保磁力より大きく、バイアス
磁界より小さい、０.４ から１００エルステッド未満で
あることが望ましい。本発明の磁気抵抗効果素子では強
磁性層の厚さを特に１０から５０Åまで薄くしても出力
の低下を生じないことから、上式より異方性磁界は幅１
ミクロンの素子においても４から２０エルステッドと小
さく、磁気抵抗効果素子の感度を悪化させないのであ
る。また本発明の作用のひとつは上記形状異方性が磁気
抵抗効果素子の磁化の方向を規定することである。さら
にこの効果は磁気抵抗効果素子のトラック幅方向の幅が
小さくなると強化される。すなわち磁気抵抗効果素子の
形状が小さくなったときの感度の低下を最小限に抑え、
さらには磁気抵抗効果素子の動作をむしろ補償するので
ある。
【００９５】以上のように小さな外部磁界にたいして大
きな出力を、再現良く与え、かつ微細な形状の磁気抵抗
効果型ヘッドが実現される。さらに本発明では上記再生
ヘッドを、磁気ディスク装置に搭載するに際して、その
記録波長，記録幅等を規定して、記録密度の向上を可能
とするものである。従来型の磁気抵抗効果型素子を用い
た磁気ヘッドとの比較からこの効果を見積もることが可
能である。厚さ２００Åのパーマロイ膜を用いた、従来
型磁気抵抗効果素子との比較をする場合、上記異方性磁
界を見積もる式を用いると、本発明の再生ヘッドはおよ
そ１／１０倍小さい異方性磁界を持つことになる。磁気
ディスク装置の記録媒体の特性や、ヘッドの浮上特性を
同じと仮定して、これは再生可能な記録波長が１／３倍
でよい。一方、出力は抵抗変化率に比例するから、およ
そ３倍であり、これをトラック幅に換算すると、およそ
１／３倍のトラック幅で従来型と同等の出力が得られ
る。以上の点から、本発明の磁気記録再生装置は従来型
に比べて１０倍程度の記録密度の向上を可能とするもの
である。より具体的には、記録波長０.１〜０.３μｍ、
トラック幅０.２ 〜４μｍ、すなわち、面記録密度にお
いて、０.５〜３０Ｇｂ／ｉｎ2 の記録密度を有する磁
気記録再生装置として適している。
きな出力を、再現良く与え、かつ微細な形状の磁気抵抗
効果型ヘッドが実現される。さらに本発明では上記再生
ヘッドを、磁気ディスク装置に搭載するに際して、その
記録波長，記録幅等を規定して、記録密度の向上を可能
とするものである。従来型の磁気抵抗効果型素子を用い
た磁気ヘッドとの比較からこの効果を見積もることが可
能である。厚さ２００Åのパーマロイ膜を用いた、従来
型磁気抵抗効果素子との比較をする場合、上記異方性磁
界を見積もる式を用いると、本発明の再生ヘッドはおよ
そ１／１０倍小さい異方性磁界を持つことになる。磁気
ディスク装置の記録媒体の特性や、ヘッドの浮上特性を
同じと仮定して、これは再生可能な記録波長が１／３倍
でよい。一方、出力は抵抗変化率に比例するから、およ
そ３倍であり、これをトラック幅に換算すると、およそ
１／３倍のトラック幅で従来型と同等の出力が得られ
る。以上の点から、本発明の磁気記録再生装置は従来型
に比べて１０倍程度の記録密度の向上を可能とするもの
である。より具体的には、記録波長０.１〜０.３μｍ、
トラック幅０.２ 〜４μｍ、すなわち、面記録密度にお
いて、０.５〜３０Ｇｂ／ｉｎ2 の記録密度を有する磁
気記録再生装置として適している。
【００９６】
【実施例】本発明の具体的な実施例を図を追って説明す
る。図１は本発明の磁気抵抗効果素子を用いた磁気記録
再生装置の概念図である。ヘッドスライダー９０を兼ね
る基体５０上に磁気抵抗効果膜１０および電極４０を形
成し、これを記録媒体９１上に位置決めして再生を行
う。記録媒体９１は回転し、ヘッドスライダー９０は記
録媒体９１の上を、０.２μｍ 以下の高さ、あるいは接
触状態で対向して相対運動する。この機構により、磁気
抵抗効果膜１０は記録媒体９１に記録された磁気的信号
を、その漏れ磁界から読み取ることのできる位置に設定
されるのである。磁気抵抗効果膜１０は複数の磁性膜と
非磁性導電膜を交互に積層した膜とバイアス膜、特に反
強磁性膜、からなる。本発明の特徴はこの積層膜の一部
の磁性膜、望ましくは積層した磁性膜のうち一層おきの
膜、に、記録媒体に対向する面６３に対して垂直な矢印
６１の方向に強い異方性を誘導し、その磁化を、この方
向におおよそ固定することにある。また磁性膜の他の膜
は、磁気抵抗効果膜の膜面内で矢印６１と垂直な方向、
つまり矢印６２の方向に比較的弱く異方性を印加して、
その磁化をこの方向に誘導する。このような構成によ
り、記録媒体上に磁気的に記録された信号は、媒体上に
漏れ磁界６４として磁気抵抗効果膜１０に達し、その成
分、特に磁気抵抗効果膜の膜面内の成分に従って矢印６
２の方向から矢印６５のように磁化が回転し、非磁性導
電膜を介して隣あった二つの磁性膜の互いの磁化の方向
のなす角度が変化して磁気抵抗効果が生じ、再生出力を
得る。磁気抵抗効果素子の信号を感知する部分は、磁気
抵抗効果膜１０の電流の流れる部分、即ち図１で電極４
０で挟まれる部分であるが、この部分の記録媒体９１表
面に平行な方向の幅４２は記録トラックの幅４４より狭
く、特にその比が０.８以下になして互いの位置のずれ
による隣接するトラックの混信を防止する。
る。図１は本発明の磁気抵抗効果素子を用いた磁気記録
再生装置の概念図である。ヘッドスライダー９０を兼ね
る基体５０上に磁気抵抗効果膜１０および電極４０を形
成し、これを記録媒体９１上に位置決めして再生を行
う。記録媒体９１は回転し、ヘッドスライダー９０は記
録媒体９１の上を、０.２μｍ 以下の高さ、あるいは接
触状態で対向して相対運動する。この機構により、磁気
抵抗効果膜１０は記録媒体９１に記録された磁気的信号
を、その漏れ磁界から読み取ることのできる位置に設定
されるのである。磁気抵抗効果膜１０は複数の磁性膜と
非磁性導電膜を交互に積層した膜とバイアス膜、特に反
強磁性膜、からなる。本発明の特徴はこの積層膜の一部
の磁性膜、望ましくは積層した磁性膜のうち一層おきの
膜、に、記録媒体に対向する面６３に対して垂直な矢印
６１の方向に強い異方性を誘導し、その磁化を、この方
向におおよそ固定することにある。また磁性膜の他の膜
は、磁気抵抗効果膜の膜面内で矢印６１と垂直な方向、
つまり矢印６２の方向に比較的弱く異方性を印加して、
その磁化をこの方向に誘導する。このような構成によ
り、記録媒体上に磁気的に記録された信号は、媒体上に
漏れ磁界６４として磁気抵抗効果膜１０に達し、その成
分、特に磁気抵抗効果膜の膜面内の成分に従って矢印６
２の方向から矢印６５のように磁化が回転し、非磁性導
電膜を介して隣あった二つの磁性膜の互いの磁化の方向
のなす角度が変化して磁気抵抗効果が生じ、再生出力を
得る。磁気抵抗効果素子の信号を感知する部分は、磁気
抵抗効果膜１０の電流の流れる部分、即ち図１で電極４
０で挟まれる部分であるが、この部分の記録媒体９１表
面に平行な方向の幅４２は記録トラックの幅４４より狭
く、特にその比が０.８以下になして互いの位置のずれ
による隣接するトラックの混信を防止する。
【００９７】図２は本発明の磁気記録再生装置の構成図
である。記録媒体９５を両面に有する記録媒体９１をス
ピンドルモーター９３にて回転させ、アクチュエーター
９２によってヘッドスライダー９０を記録媒体９５のト
ラック上に誘導する。ただし記録媒体９１は必ずしもデ
ィスク両面に磁性膜を有する必要はない。磁性膜がディ
スク片面のみの場合ヘッドスライダー９０は記録媒体の
片面にのみ配置する。
である。記録媒体９５を両面に有する記録媒体９１をス
ピンドルモーター９３にて回転させ、アクチュエーター
９２によってヘッドスライダー９０を記録媒体９５のト
ラック上に誘導する。ただし記録媒体９１は必ずしもデ
ィスク両面に磁性膜を有する必要はない。磁性膜がディ
スク片面のみの場合ヘッドスライダー９０は記録媒体の
片面にのみ配置する。
【００９８】即ち磁気ディスク装置においてはヘッドス
ライダー９０上に形成した再生ヘッド、及び記録ヘッド
がこの機構に依って記録媒体９５上の所定の記録位置に
近接して相対運動し、信号を順次書き込み、及び読み取
るのである。記録信号は信号処理系９４を通じて記録ヘ
ッドにて媒体上に記録し、再生ヘッドの出力を信号処理
系９４を経て信号として得る。さらに再生ヘッドを所望
の記録トラック上へ移動せしめるに際して、本再生ヘッ
ドからの高感度な出力を用いてトラック上の位置を検出
し、アクチュエーターを制御して、ヘッドスライダーの
位置決めを行うことができる。
ライダー９０上に形成した再生ヘッド、及び記録ヘッド
がこの機構に依って記録媒体９５上の所定の記録位置に
近接して相対運動し、信号を順次書き込み、及び読み取
るのである。記録信号は信号処理系９４を通じて記録ヘ
ッドにて媒体上に記録し、再生ヘッドの出力を信号処理
系９４を経て信号として得る。さらに再生ヘッドを所望
の記録トラック上へ移動せしめるに際して、本再生ヘッ
ドからの高感度な出力を用いてトラック上の位置を検出
し、アクチュエーターを制御して、ヘッドスライダーの
位置決めを行うことができる。
【００９９】図３は上記素子に加えて記録用ヘッドを形
成した、記録再生分離型ヘッドの概念図である。記録再
生分離型ヘッドは、本発明の素子を用いた再生ヘッド
と、インダクティブ型の記録ヘッド、及び、漏れ磁界に
よる再生ヘッドの混乱を防止するためのシールド部から
なる。ここでは水平磁気記録用の記録ヘッドとの搭載を
示したが、本発明の磁気抵抗効果素子を垂直磁気記録用
のヘッドと組合わせ、垂直記録に用いても良い。ヘッド
は、基体５０上に下部シールド膜８２，磁気抵抗効果膜
１０及び電極４０，上部シールド膜８１からなる再生ヘ
ッドと、下部磁性膜８４，コイル４１，上部磁性膜８４
から成る記録ヘッドとを形成してなる。このヘッドによ
って、記録媒体上に信号を書き込み、また記録媒体から
信号を読み取るのである。再生ヘッドの感知部分と、記
録ヘッドの磁気ギャップはこのように同一スライダー上
に重ねた位置に形成することで、同一トラックに同時に
位置決めができる。このヘッドをスライダーに加工し、
磁気記録再生装置に搭載した。
成した、記録再生分離型ヘッドの概念図である。記録再
生分離型ヘッドは、本発明の素子を用いた再生ヘッド
と、インダクティブ型の記録ヘッド、及び、漏れ磁界に
よる再生ヘッドの混乱を防止するためのシールド部から
なる。ここでは水平磁気記録用の記録ヘッドとの搭載を
示したが、本発明の磁気抵抗効果素子を垂直磁気記録用
のヘッドと組合わせ、垂直記録に用いても良い。ヘッド
は、基体５０上に下部シールド膜８２，磁気抵抗効果膜
１０及び電極４０，上部シールド膜８１からなる再生ヘ
ッドと、下部磁性膜８４，コイル４１，上部磁性膜８４
から成る記録ヘッドとを形成してなる。このヘッドによ
って、記録媒体上に信号を書き込み、また記録媒体から
信号を読み取るのである。再生ヘッドの感知部分と、記
録ヘッドの磁気ギャップはこのように同一スライダー上
に重ねた位置に形成することで、同一トラックに同時に
位置決めができる。このヘッドをスライダーに加工し、
磁気記録再生装置に搭載した。
【０１００】図４は本発明の磁気抵抗効果素子の基体面
上の構成を表す概念図である。磁気抵抗効果膜１０は基
体５０上に、記録媒体に対抗する面６３に沿って素子の
幅４３の長い短冊に形成される。この形状の規定は磁気
抵抗効果膜１０に感知すべき磁界のかかる方向６０に対
して垂直な方向に適度の形状異方性を与える効果があ
る。磁気抵抗効果膜１０には電気的に接触してなる電極
４０によって電流を通じ、記録媒体９１表面に平行な方
向の幅４１及び垂直な方向の幅４２の大きさを有する磁
界感知部分にかかる磁界によって生じる抵抗変化を出力
として得る。
上の構成を表す概念図である。磁気抵抗効果膜１０は基
体５０上に、記録媒体に対抗する面６３に沿って素子の
幅４３の長い短冊に形成される。この形状の規定は磁気
抵抗効果膜１０に感知すべき磁界のかかる方向６０に対
して垂直な方向に適度の形状異方性を与える効果があ
る。磁気抵抗効果膜１０には電気的に接触してなる電極
４０によって電流を通じ、記録媒体９１表面に平行な方
向の幅４１及び垂直な方向の幅４２の大きさを有する磁
界感知部分にかかる磁界によって生じる抵抗変化を出力
として得る。
【０１０１】本概念図では磁気抵抗効果素子の端部が記
録媒体との対抗面に露出した形状となっているが、記録
媒体からの磁界を導くヨーク状軟磁性体を対抗面から配
置して、内側に設置した磁気抵抗効果素子に磁気的に結
合させると素子の機械的耐久性が増す。特に、素子のＭ
Ｒ高さを小さくすることでヨークの磁路抵抗を減少さ
せ、感度を向上することが出来る。
録媒体との対抗面に露出した形状となっているが、記録
媒体からの磁界を導くヨーク状軟磁性体を対抗面から配
置して、内側に設置した磁気抵抗効果素子に磁気的に結
合させると素子の機械的耐久性が増す。特に、素子のＭ
Ｒ高さを小さくすることでヨークの磁路抵抗を減少さ
せ、感度を向上することが出来る。
【０１０２】本発明の磁気抵抗効果素子は例えば図５の
ような構成を有する。基体５０上に、磁気抵抗効果膜１
０、すなわちバイアス膜３２,磁性膜１１,非磁性導電膜
２０，磁性膜１２，非磁性導電膜層２０，磁性膜層１
１，バイアス膜３１を積層し、かつ電極４０を電気的に
接合してなる。図５の素子構成は電極４０がバイアス膜
３１の下に設置されているが、これは例えば上部バイア
ス膜に酸化ニッケルのような絶縁体を用いたときに有効
な構造の一例となっている。
ような構成を有する。基体５０上に、磁気抵抗効果膜１
０、すなわちバイアス膜３２,磁性膜１１,非磁性導電膜
２０，磁性膜１２，非磁性導電膜層２０，磁性膜層１
１，バイアス膜３１を積層し、かつ電極４０を電気的に
接合してなる。図５の素子構成は電極４０がバイアス膜
３１の下に設置されているが、これは例えば上部バイア
ス膜に酸化ニッケルのような絶縁体を用いたときに有効
な構造の一例となっている。
【０１０３】電極は他の構造、例えばバイアス膜を一部
にだけ形成してその上から電極４０を形成しても構わな
い。あるいは導電性バイアス膜、例えばＦｅＭｎ，Ｃｏ
Ｐｔ膜などを用いて直接これに密着して電極を形成する
方法もある。
にだけ形成してその上から電極４０を形成しても構わな
い。あるいは導電性バイアス膜、例えばＦｅＭｎ，Ｃｏ
Ｐｔ膜などを用いて直接これに密着して電極を形成する
方法もある。
【０１０４】すなわち本素子の特徴は、バイアス膜に依
って強い異方性を印加した磁性膜と、前記の異方性に比
べて弱い異方性を一軸異方性，形状異方性、あるいはソ
フト膜バイアスなどで印加した磁性膜とを、電流は通じ
るが互いに磁気的な結合を生じないように非磁性導電膜
を介して交互に積層したことである。特にその異方性の
印加方向を以下に述べる。
って強い異方性を印加した磁性膜と、前記の異方性に比
べて弱い異方性を一軸異方性，形状異方性、あるいはソ
フト膜バイアスなどで印加した磁性膜とを、電流は通じ
るが互いに磁気的な結合を生じないように非磁性導電膜
を介して交互に積層したことである。特にその異方性の
印加方向を以下に述べる。
【０１０５】図６は本発明の磁気抵抗効果素子の異方性
制御の例を示す概念図で、図５においてＡ−Ａ′で示し
た素子部分の斜視図である。バイアス膜３１及び３２
は、図中矢印７１及び７２の方向に交換結合による異方
性を印加する。図中矢印６０は感知すべき磁界の方向、
矢印６１は磁性膜１１に誘導した一方向異方性の方向を
示す。非磁性導電膜２０に挟まれた磁性膜１２の容易磁
化方向は図中矢印６２の方向に一軸異方性の誘導によっ
て印加する。これは磁性膜の成長中に所定の方向に磁界
を印加することで達成される。本図の実施例は異方性の
印加をバイアス膜と誘導磁気異方性で実現した例であ
る。この結果矢印６１と６２は共に膜面内で、互いに直
交する。感知すべき磁界の大きさに比較して、磁性膜１
１の異方性を大きく磁性膜１２の異方性を小さくするこ
とで、磁性膜１１の磁化を外部磁界に対してほぼ固定
し、磁性膜１２の磁化のみが外部磁界に対して大きく反
応するようになる。さらに矢印６０の方向にかかる感知
すべき磁界に対して、磁性膜１１の磁化は異方性６１に
よって磁化と外部磁界が平行な容易軸励磁の状態に、逆
に磁性膜１２の異方性に依って磁化と外部磁界が垂直な
困難軸励磁の状態になっている。この効果によって上記
の応答をさらに顕著なものにできるとともに、外部磁界
に対して磁性膜１２の磁化が、矢印６２の方向を起点
に、回転による困難軸励磁で素子が駆動される状態が実
現し、磁壁移動による励磁に伴うノイズを防止し、高周
波での動作を可能にすることができる。
制御の例を示す概念図で、図５においてＡ−Ａ′で示し
た素子部分の斜視図である。バイアス膜３１及び３２
は、図中矢印７１及び７２の方向に交換結合による異方
性を印加する。図中矢印６０は感知すべき磁界の方向、
矢印６１は磁性膜１１に誘導した一方向異方性の方向を
示す。非磁性導電膜２０に挟まれた磁性膜１２の容易磁
化方向は図中矢印６２の方向に一軸異方性の誘導によっ
て印加する。これは磁性膜の成長中に所定の方向に磁界
を印加することで達成される。本図の実施例は異方性の
印加をバイアス膜と誘導磁気異方性で実現した例であ
る。この結果矢印６１と６２は共に膜面内で、互いに直
交する。感知すべき磁界の大きさに比較して、磁性膜１
１の異方性を大きく磁性膜１２の異方性を小さくするこ
とで、磁性膜１１の磁化を外部磁界に対してほぼ固定
し、磁性膜１２の磁化のみが外部磁界に対して大きく反
応するようになる。さらに矢印６０の方向にかかる感知
すべき磁界に対して、磁性膜１１の磁化は異方性６１に
よって磁化と外部磁界が平行な容易軸励磁の状態に、逆
に磁性膜１２の異方性に依って磁化と外部磁界が垂直な
困難軸励磁の状態になっている。この効果によって上記
の応答をさらに顕著なものにできるとともに、外部磁界
に対して磁性膜１２の磁化が、矢印６２の方向を起点
に、回転による困難軸励磁で素子が駆動される状態が実
現し、磁壁移動による励磁に伴うノイズを防止し、高周
波での動作を可能にすることができる。
【０１０６】図７は本発明の磁気抵抗効果素子の別の実
施例を示す概念図で、異方性の印加を２種類の異なるバ
イアス膜、つまり反強磁性膜と硬磁性膜で実現した例で
ある。基体５０上に、反強磁性膜３２，磁性膜１１，非
磁性膜２０，磁性膜１２，硬磁性膜３３を積層し、電極
を接続してなる。反強磁性膜３２，硬磁性膜３３は各々
が非磁性膜で分離された２層の磁性膜１１，１２に密着
しており、感知すべき磁界の方向６０に対して平行およ
び直行した方向７２および７３に磁界中熱処理あるいは
磁化処理をして磁性膜１１，１２の磁化をそれぞれ矢印
６１，６２の方向に誘導する。反強磁性膜は例えば酸化
ニッケル、硬磁性膜はコバルト白金合金などが用いられ
る。硬磁性膜と反強磁性膜の位置が逆か、それぞれの磁
化の誘導方向が逆であっても同等の効果がある。
施例を示す概念図で、異方性の印加を２種類の異なるバ
イアス膜、つまり反強磁性膜と硬磁性膜で実現した例で
ある。基体５０上に、反強磁性膜３２，磁性膜１１，非
磁性膜２０，磁性膜１２，硬磁性膜３３を積層し、電極
を接続してなる。反強磁性膜３２，硬磁性膜３３は各々
が非磁性膜で分離された２層の磁性膜１１，１２に密着
しており、感知すべき磁界の方向６０に対して平行およ
び直行した方向７２および７３に磁界中熱処理あるいは
磁化処理をして磁性膜１１，１２の磁化をそれぞれ矢印
６１，６２の方向に誘導する。反強磁性膜は例えば酸化
ニッケル、硬磁性膜はコバルト白金合金などが用いられ
る。硬磁性膜と反強磁性膜の位置が逆か、それぞれの磁
化の誘導方向が逆であっても同等の効果がある。
【０１０７】本発明の磁気抵抗効果素子を構成する膜は
高周波マグネトロンスパッタリング装置により以下のよ
うに作製した。アルゴン３ミリトールの雰囲気中にて、
厚さ１ミリ、直径３インチのセラミックス基板およびＳ
ｉ単結晶基板上に以下の材料を順に積層して作製した。
スパッタリングターゲットとして酸化ニッケル，コバル
ト，ニッケル−２０ａｔ％鉄合金，銅のターゲットを用
いた。ニッケル−鉄中へのコバルトの添加にはニッケル
−２０ａｔ％鉄合金ターゲット上にコバルトのチップを
配置した。またコバルト中へのニッケル，鉄の添加には
コバルトターゲット上にニッケルおよび鉄のチップを配
置した。積層膜は、各ターゲットを配置したカソードに
各々高周波電力を印加して装置内にプラズマを発生させ
ておき、各カソードごとに配置されたシャッターを一つ
ずつ開閉して順次各層を形成した。膜形成時には基板面
内で直交する二対の電磁石を用いて基板に平行におよそ
５０エルステッドの磁界を印加して、一軸異方性をもた
せるとともに、酸化ニッケル膜の交換結合バイアスの方
向をそれぞれの方向に誘導した。
高周波マグネトロンスパッタリング装置により以下のよ
うに作製した。アルゴン３ミリトールの雰囲気中にて、
厚さ１ミリ、直径３インチのセラミックス基板およびＳ
ｉ単結晶基板上に以下の材料を順に積層して作製した。
スパッタリングターゲットとして酸化ニッケル，コバル
ト，ニッケル−２０ａｔ％鉄合金，銅のターゲットを用
いた。ニッケル−鉄中へのコバルトの添加にはニッケル
−２０ａｔ％鉄合金ターゲット上にコバルトのチップを
配置した。またコバルト中へのニッケル，鉄の添加には
コバルトターゲット上にニッケルおよび鉄のチップを配
置した。積層膜は、各ターゲットを配置したカソードに
各々高周波電力を印加して装置内にプラズマを発生させ
ておき、各カソードごとに配置されたシャッターを一つ
ずつ開閉して順次各層を形成した。膜形成時には基板面
内で直交する二対の電磁石を用いて基板に平行におよそ
５０エルステッドの磁界を印加して、一軸異方性をもた
せるとともに、酸化ニッケル膜の交換結合バイアスの方
向をそれぞれの方向に誘導した。
【０１０８】異方性の誘導は、基板近傍に取り付けた二
対の電磁石によって、各磁性膜の形成時に誘導すべき方
向に磁界を加えて行った。あるいは、多層膜形成後に反
強磁性膜のネール温度近傍で磁界中熱処理を行い、反強
磁性バイアスの方向を磁界の方向に誘導した。
対の電磁石によって、各磁性膜の形成時に誘導すべき方
向に磁界を加えて行った。あるいは、多層膜形成後に反
強磁性膜のネール温度近傍で磁界中熱処理を行い、反強
磁性バイアスの方向を磁界の方向に誘導した。
【０１０９】磁気抵抗効果素子の性能の評価は膜を短冊
形状にパターニングし、電極を形成して行った。この
時、磁性膜の一軸異方性の方向と素子の電流方向が平行
となるようにした。電気抵抗は電極端子間に一定の電流
を通じ、素子の面内に電流方向に垂直な方向に磁界を印
加して、素子の電気抵抗を電極端子間の電圧として測定
し、磁気抵抗変化率として感知した。
形状にパターニングし、電極を形成して行った。この
時、磁性膜の一軸異方性の方向と素子の電流方向が平行
となるようにした。電気抵抗は電極端子間に一定の電流
を通じ、素子の面内に電流方向に垂直な方向に磁界を印
加して、素子の電気抵抗を電極端子間の電圧として測定
し、磁気抵抗変化率として感知した。
【０１１０】図８は表１に試料Ｎo.１で表した、上下に
ＮｉＯ膜を有する構成の素子の、磁界に対する抵抗変化
率を表した図である。これは図６においてバイアス膜３
１，３２にＮｉＯ膜を、磁性膜１１，１２にＮｉ80Ｆｅ
20合金薄膜を、非磁性導電膜にＣｕ膜を用いたことに対
応している。ただし磁界制御を行う前においては一軸異
方性は図６の矢印６２の方向に印加されていない。また
図９は、同素子の低磁界での抵抗変化率を表した図であ
る。この素子は膜形成時の磁界の制御及び熱処理を施し
ていないが、７％の抵抗変化を示す。図８の四角形状の
曲線は本発明の磁気抵抗効果素子の特徴を良く表わして
いる。即ち、磁界の方向に強く誘導された磁性膜の効果
は曲線の左半分のループとして検出される。他の、強く
誘導されていない磁性膜の効果は中央付近の急峻な抵抗
変化として現れている。このため低磁界での応答も良好
で、図９では−１０〜０エルステッドの磁界に対して6.
5％の抵抗変化を示している。本発明の磁気抵抗効果素
子の再生出力はこの抵抗変化率の大きさに、また感度は
飽和磁界の小ささに、それぞれ対応する事から、本発明
の素子出力が大きく、感度が高いことが分かる。磁性膜
間に反強磁性的結合が有る場合には図８の曲線は三角形
状になり、素子の磁界感度が低下する。
ＮｉＯ膜を有する構成の素子の、磁界に対する抵抗変化
率を表した図である。これは図６においてバイアス膜３
１，３２にＮｉＯ膜を、磁性膜１１，１２にＮｉ80Ｆｅ
20合金薄膜を、非磁性導電膜にＣｕ膜を用いたことに対
応している。ただし磁界制御を行う前においては一軸異
方性は図６の矢印６２の方向に印加されていない。また
図９は、同素子の低磁界での抵抗変化率を表した図であ
る。この素子は膜形成時の磁界の制御及び熱処理を施し
ていないが、７％の抵抗変化を示す。図８の四角形状の
曲線は本発明の磁気抵抗効果素子の特徴を良く表わして
いる。即ち、磁界の方向に強く誘導された磁性膜の効果
は曲線の左半分のループとして検出される。他の、強く
誘導されていない磁性膜の効果は中央付近の急峻な抵抗
変化として現れている。このため低磁界での応答も良好
で、図９では−１０〜０エルステッドの磁界に対して6.
5％の抵抗変化を示している。本発明の磁気抵抗効果素
子の再生出力はこの抵抗変化率の大きさに、また感度は
飽和磁界の小ささに、それぞれ対応する事から、本発明
の素子出力が大きく、感度が高いことが分かる。磁性膜
間に反強磁性的結合が有る場合には図８の曲線は三角形
状になり、素子の磁界感度が低下する。
【０１１１】また、非磁性導電膜としてＣｕに、Ａｇ，
Ａｕを添加したとき及びＡｇ，Ａｕにて多層膜を形成し
た試料においても同様の効果が得られた。
Ａｕを添加したとき及びＡｇ，Ａｕにて多層膜を形成し
た試料においても同様の効果が得られた。
【０１１２】図９の磁気抵抗曲線は、素子内の各磁性膜
の異方性を直交せしめる処理を行っていないために抵抗
の変化する位置の中心が磁界ゼロから負側へ５エルステ
ッド、シフトしている。一方、図１０は上記試料を真空
中で２５０℃、１分の熱処理をして磁性膜の異方性を直
交させる処理を行った後の低磁界での抵抗変化率を表し
た図である。熱処理時には膜形成時の印加方向に直交し
た基板の面内に１００エルステッドの磁界を印加した。
磁界中熱処理によって、バイアスの異方性の方向が磁性
膜の一軸異方性の方向と直交し、その結果、磁界ゼロに
対称な±３エルステッドの磁界に対して出力を有するよ
うになった。これは図６の磁性膜１２の一軸異方性を矢
印６２の方向に制御した効果である。膜形成時に磁界を
制御して異方性を制御した場合も同様の結果を得た。
の異方性を直交せしめる処理を行っていないために抵抗
の変化する位置の中心が磁界ゼロから負側へ５エルステ
ッド、シフトしている。一方、図１０は上記試料を真空
中で２５０℃、１分の熱処理をして磁性膜の異方性を直
交させる処理を行った後の低磁界での抵抗変化率を表し
た図である。熱処理時には膜形成時の印加方向に直交し
た基板の面内に１００エルステッドの磁界を印加した。
磁界中熱処理によって、バイアスの異方性の方向が磁性
膜の一軸異方性の方向と直交し、その結果、磁界ゼロに
対称な±３エルステッドの磁界に対して出力を有するよ
うになった。これは図６の磁性膜１２の一軸異方性を矢
印６２の方向に制御した効果である。膜形成時に磁界を
制御して異方性を制御した場合も同様の結果を得た。
【０１１３】図１１は表１でＮo.５で表した試料につい
て磁界中熱処理を行って磁化を直交し、２５エルステッ
ドの回転磁界中で電気抵抗を測定した結果である。電気
抵抗は角度θが０度、すなわち磁化を誘導した方向と同
じときに最小になり、１８０度の時、最大になる。電気
抵抗が最大と最小の中間になるのはおよそ角度が９０度
の時であり、磁性膜の磁化の方向をこのように設定した
ときにのみ磁気抵抗効果素子として好ましい特性、すな
わちゼロ磁界での抵抗が最大と最小のほぼ中間になり、
正負いずれの磁界に対しても出力が得られる。極めて大
きな磁界、例えば１０キロエルステッドの磁界で同様な
測定を行うと、本発明の再生ヘッドは回転に対して出力
がほぼゼロである。これは本発明が多層膜の特有の磁気
抵抗効果を応用したものであり、従来の電流と磁化の角
度に依って抵抗の変化する通常の磁気抵抗効果素子とは
動作が異なるのである。このように様々な磁界と角度で
電気抵抗を測定することで、磁気抵抗の機構および磁化
の誘導の方向とその強さを知ることができる。
て磁界中熱処理を行って磁化を直交し、２５エルステッ
ドの回転磁界中で電気抵抗を測定した結果である。電気
抵抗は角度θが０度、すなわち磁化を誘導した方向と同
じときに最小になり、１８０度の時、最大になる。電気
抵抗が最大と最小の中間になるのはおよそ角度が９０度
の時であり、磁性膜の磁化の方向をこのように設定した
ときにのみ磁気抵抗効果素子として好ましい特性、すな
わちゼロ磁界での抵抗が最大と最小のほぼ中間になり、
正負いずれの磁界に対しても出力が得られる。極めて大
きな磁界、例えば１０キロエルステッドの磁界で同様な
測定を行うと、本発明の再生ヘッドは回転に対して出力
がほぼゼロである。これは本発明が多層膜の特有の磁気
抵抗効果を応用したものであり、従来の電流と磁化の角
度に依って抵抗の変化する通常の磁気抵抗効果素子とは
動作が異なるのである。このように様々な磁界と角度で
電気抵抗を測定することで、磁気抵抗の機構および磁化
の誘導の方向とその強さを知ることができる。
【０１１４】図１２はＣｕ膜の厚さを変えたＮｉＯ／Ｎ
ｉＦｅ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ膜において磁化曲線を測定し、
ＮｉＦｅ膜間の磁気的結合の強さを求めた結果である。
磁気的結合の強さはＣｕの厚さと共におよそ１０Å周期
で反強磁性／強磁性間で振動している。磁界に対する感
度の高い磁気抵抗効果素子を得るにはこの磁気的結合を
およそゼロにすることが必須である。非磁性導電膜とし
てＣｕを用いた場合には、図１２から明らかなように、
その厚さを１１Åあるいは１７から２２Åの範囲にする
ことで磁性膜間の磁気的結合をゼロにすることができ
る。これによって初めて数エルステッドの弱い外部磁界
に応答して電気抵抗が大きく変化する、すなわち感度の
高い磁気抵抗効果素子を得ることができるのである。
ｉＦｅ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ膜において磁化曲線を測定し、
ＮｉＦｅ膜間の磁気的結合の強さを求めた結果である。
磁気的結合の強さはＣｕの厚さと共におよそ１０Å周期
で反強磁性／強磁性間で振動している。磁界に対する感
度の高い磁気抵抗効果素子を得るにはこの磁気的結合を
およそゼロにすることが必須である。非磁性導電膜とし
てＣｕを用いた場合には、図１２から明らかなように、
その厚さを１１Åあるいは１７から２２Åの範囲にする
ことで磁性膜間の磁気的結合をゼロにすることができ
る。これによって初めて数エルステッドの弱い外部磁界
に応答して電気抵抗が大きく変化する、すなわち感度の
高い磁気抵抗効果素子を得ることができるのである。
【０１１５】図１３はＮｉＦｅ磁性膜にＣｏを添加した
ときの添加量と抵抗変化率の変化を表した図である。素
子多層膜の構成は、表１、試料Ｎo.５と同等である。Ｃ
ｏの添加につれて、抵抗変化率はＮｉＦｅのみのおよそ
４％から５.５％ まで向上した。これはＮｉＦｅに加え
てＣｏを添加することが積層膜の磁気抵抗効果を改善す
ることを示している。
ときの添加量と抵抗変化率の変化を表した図である。素
子多層膜の構成は、表１、試料Ｎo.５と同等である。Ｃ
ｏの添加につれて、抵抗変化率はＮｉＦｅのみのおよそ
４％から５.５％ まで向上した。これはＮｉＦｅに加え
てＣｏを添加することが積層膜の磁気抵抗効果を改善す
ることを示している。
【０１１６】膜の構成を変えて作製した磁気抵抗効果素
子の特性例を表１に示す。
子の特性例を表１に示す。
【０１１７】
【表１】
【０１１８】表１では素子の特性を抵抗変化率と飽和磁
界で表した。素子としての再生出力はこの抵抗変化率の
大きさに、感度は飽和磁界の小ささに、それぞれ対応す
る。
界で表した。素子としての再生出力はこの抵抗変化率の
大きさに、感度は飽和磁界の小ささに、それぞれ対応す
る。
【０１１９】表１の結果から明らかなように本発明の磁
気抵抗素子（Ｎo.１〜５）は４％以上の抵抗変化率と良
好な磁気特性を有するものであり、従来の積層膜（Ｎo.
６，７）に比べ、抵抗変化率において優れている。特
に、試料Ｎo.１，２，４は飽和磁界１０エルステッド程
度の良好な磁界感度と抵抗変化率６から７％の高い出力
を示している。
気抵抗素子（Ｎo.１〜５）は４％以上の抵抗変化率と良
好な磁気特性を有するものであり、従来の積層膜（Ｎo.
６，７）に比べ、抵抗変化率において優れている。特
に、試料Ｎo.１，２，４は飽和磁界１０エルステッド程
度の良好な磁界感度と抵抗変化率６から７％の高い出力
を示している。
【０１２０】図１４は磁性膜としてＣｏを用いたＮｉＯ
／Ｃｏ／Ｃｕ／Ｃｏ膜の磁気抵抗曲線である。ゼロ磁界
近傍で、Ｃｏ膜の保磁力に起因するヒステリシスが見ら
れるが、抵抗変化率は同じ構成でＮｉＦｅを用いた場合
の２倍近い７％を示した。さらに図１５はＣｏにＮｉ，
Ｆｅを添加したときの抵抗変化率と、磁界感度に対応す
る保磁力の関係を示している。同じ構成の膜で純Ｃｏ膜
を用いた場合には抵抗変化率が７％、磁界感度が５０エ
ルステッドであって、ＣｏにＮｉ，Ｆｅを合金化するこ
とで抵抗変化率，磁界感度の双方を改善することができ
る。また、CoNiFe膜と同時にＮｉＦｅ膜を用いることも
有効である。図１６はＮｉＯ／Ｃｏ51Ｎｉ27Ｆｅ22／Ｃ
ｕ／ＮｉＦｅ／Ｃｕ／Ｃｏ51Ｎｉ27Ｆｅ22／ＮｉＯ膜の
磁気抵抗曲線で、８％以上の出力とゼロ磁界近傍での高
い磁界感度を合わせ持っている。このように、基体上に
下地としてＮｉＯ反強磁性膜を有したＮｉＦｅあるいは
CoNiFe／Ｃｕ積層膜は磁気抵抗効果膜として極めて高い
感度を有している。
／Ｃｏ／Ｃｕ／Ｃｏ膜の磁気抵抗曲線である。ゼロ磁界
近傍で、Ｃｏ膜の保磁力に起因するヒステリシスが見ら
れるが、抵抗変化率は同じ構成でＮｉＦｅを用いた場合
の２倍近い７％を示した。さらに図１５はＣｏにＮｉ，
Ｆｅを添加したときの抵抗変化率と、磁界感度に対応す
る保磁力の関係を示している。同じ構成の膜で純Ｃｏ膜
を用いた場合には抵抗変化率が７％、磁界感度が５０エ
ルステッドであって、ＣｏにＮｉ，Ｆｅを合金化するこ
とで抵抗変化率，磁界感度の双方を改善することができ
る。また、CoNiFe膜と同時にＮｉＦｅ膜を用いることも
有効である。図１６はＮｉＯ／Ｃｏ51Ｎｉ27Ｆｅ22／Ｃ
ｕ／ＮｉＦｅ／Ｃｕ／Ｃｏ51Ｎｉ27Ｆｅ22／ＮｉＯ膜の
磁気抵抗曲線で、８％以上の出力とゼロ磁界近傍での高
い磁界感度を合わせ持っている。このように、基体上に
下地としてＮｉＯ反強磁性膜を有したＮｉＦｅあるいは
CoNiFe／Ｃｕ積層膜は磁気抵抗効果膜として極めて高い
感度を有している。
【０１２１】図１７は、ＮｉＯ／ＮｉＦｅ／Ｃｕ／Ｎｉ
Ｆｅ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ膜をＭＲ高さ１０μｍ、素子幅７
から４０μｍの短冊形状に形成した場合の、ＭＲ高さと
素子幅の比、抵抗変化曲線のゼロ磁界からのシフト量の
関係である。ＭＲ幅は５μｍとした。短冊形状の短軸に
対する長軸の長さの比が２以上の素子において、膜の磁
性膜に対する形状異方性がその比較的磁化回転容易な膜
の磁化を長軸方向に向けさせる作用をなして、バイアス
磁界の異なる磁性膜の磁化を互いに異なる方向に向ける
ために、シフト量は低減し、正負の磁界に対してより広
範囲に出力を有するようになった。
Ｆｅ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ膜をＭＲ高さ１０μｍ、素子幅７
から４０μｍの短冊形状に形成した場合の、ＭＲ高さと
素子幅の比、抵抗変化曲線のゼロ磁界からのシフト量の
関係である。ＭＲ幅は５μｍとした。短冊形状の短軸に
対する長軸の長さの比が２以上の素子において、膜の磁
性膜に対する形状異方性がその比較的磁化回転容易な膜
の磁化を長軸方向に向けさせる作用をなして、バイアス
磁界の異なる磁性膜の磁化を互いに異なる方向に向ける
ために、シフト量は低減し、正負の磁界に対してより広
範囲に出力を有するようになった。
【０１２２】図１８は、ＮｉＯ／ＮｉＦｅ／Ｃｕ／Ｎｉ
Ｆｅ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ膜をＭＲ高さ４から２０μｍ、素
子幅１０μｍの短冊形状に形成し、ＭＲ幅を１０μｍと
した場合の、ＭＲ高さとＭＲ幅の比と、抵抗変化曲線の
ゼロ磁界からのシフト量の関係である。磁気抵抗効果素
子の磁界感知部分の形状が、ＭＲ高さがＭＲ幅以下とな
ったときにシフト量は小さくなり、正負の磁界に対して
より広範囲に出力を有するようになった。特にＭＲ高さ
５μｍ以下では良好な再生特性を得た。図１７，図１８
の結果から、本発明の磁気抵抗効果素子において磁気抵
抗効果膜の形状を特定することで磁性膜に働く形状異方
性の効果を比較的弱いバイアスとして有効に用いること
ができることがわかった。
Ｆｅ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ膜をＭＲ高さ４から２０μｍ、素
子幅１０μｍの短冊形状に形成し、ＭＲ幅を１０μｍと
した場合の、ＭＲ高さとＭＲ幅の比と、抵抗変化曲線の
ゼロ磁界からのシフト量の関係である。磁気抵抗効果素
子の磁界感知部分の形状が、ＭＲ高さがＭＲ幅以下とな
ったときにシフト量は小さくなり、正負の磁界に対して
より広範囲に出力を有するようになった。特にＭＲ高さ
５μｍ以下では良好な再生特性を得た。図１７，図１８
の結果から、本発明の磁気抵抗効果素子において磁気抵
抗効果膜の形状を特定することで磁性膜に働く形状異方
性の効果を比較的弱いバイアスとして有効に用いること
ができることがわかった。
【０１２３】図１９は記録トラックの密度を変えて、様
々な大きさの磁気抵抗効果素子で再生を行ったときの再
生特性の度合いを示したものである。図中再生特性の良
好なものを〇で、不良なものを×で表した。再生ヘッド
のＭＲ幅は記録ヘッドのギャップ部の幅のおよそ０.７
倍で一定とし、記録波長０.８μｍ、周速５〜２０ｍ／
ｓでＣｏ−Ｃｒ系連続媒体に対して記録，再生を行っ
た。良好な再生特性を得るための記録トラックの密度Ｔ
とＭＲ高さｄの関係は図に見られるように相補的であっ
て、本発明の磁気記録再生装置はおおよそｄ＜１２.５
×１０3／Ｔで表される構成が有効であることがわかっ
た。
々な大きさの磁気抵抗効果素子で再生を行ったときの再
生特性の度合いを示したものである。図中再生特性の良
好なものを〇で、不良なものを×で表した。再生ヘッド
のＭＲ幅は記録ヘッドのギャップ部の幅のおよそ０.７
倍で一定とし、記録波長０.８μｍ、周速５〜２０ｍ／
ｓでＣｏ−Ｃｒ系連続媒体に対して記録，再生を行っ
た。良好な再生特性を得るための記録トラックの密度Ｔ
とＭＲ高さｄの関係は図に見られるように相補的であっ
て、本発明の磁気記録再生装置はおおよそｄ＜１２.５
×１０3／Ｔで表される構成が有効であることがわかっ
た。
【０１２４】以上のように、本発明を用いた磁気記録再
生装置は再生能力に優れ、従来型の１.５ 〜３倍の再生
出力を得た。特に高記録密度において優れ、例えば本発
明の磁気抵抗効果素子を用いて、ＭＲ高さ２μｍの再生
ヘッドを搭載する磁気記録再生装置を構成すると、トラ
ック密度は６.２５ｋＴＰＩ に達する。さらに記録波長
が０.２μｍ、２.５インチディスク円板２枚内蔵の小型
ディスク装置について試算すると、およそ０.８Ｇｂ／
ｉｎ2、１ＧＢ／台の記憶容量の実現に対応する。
生装置は再生能力に優れ、従来型の１.５ 〜３倍の再生
出力を得た。特に高記録密度において優れ、例えば本発
明の磁気抵抗効果素子を用いて、ＭＲ高さ２μｍの再生
ヘッドを搭載する磁気記録再生装置を構成すると、トラ
ック密度は６.２５ｋＴＰＩ に達する。さらに記録波長
が０.２μｍ、２.５インチディスク円板２枚内蔵の小型
ディスク装置について試算すると、およそ０.８Ｇｂ／
ｉｎ2、１ＧＢ／台の記憶容量の実現に対応する。
【０１２５】本実施例において、積層膜はスパッタリン
グ法で作製したが、同様の薄膜形成プロセス、例えば、
蒸着法によって作製しても、何らその特性を害するもの
ではない。
グ法で作製したが、同様の薄膜形成プロセス、例えば、
蒸着法によって作製しても、何らその特性を害するもの
ではない。
【０１２６】また、磁性膜のバイアスは反強磁性膜を用
いたが、硬磁性膜、あるいはその他の各種バイアス方式
を用いて異方性を印加し、かつ、バイアス膜に下地膜を
兼ねさせても良い。同様に、磁性膜のバイアスは本実施
例のように成膜時の外部磁界によって方向を決める以外
に成膜後の磁場処理，磁場中熱処理によって方向づけて
も良い。
いたが、硬磁性膜、あるいはその他の各種バイアス方式
を用いて異方性を印加し、かつ、バイアス膜に下地膜を
兼ねさせても良い。同様に、磁性膜のバイアスは本実施
例のように成膜時の外部磁界によって方向を決める以外
に成膜後の磁場処理，磁場中熱処理によって方向づけて
も良い。
【０１２７】あるいは磁性膜の一部がバイアス膜を兼ね
ていても同様の効果がある。
ていても同様の効果がある。
【０１２８】本発明の素子では積層構造を良好に作製す
るために、基体上に下地膜を形成し、その上に素子を形
成することが適している。表１の例では酸化ニッケルバ
イアス膜が下地を兼ねているが、酸化ニッケル以外の酸
化物、レジストなどの有機物、Ｔａ，Ｆｅ，Ｎｂなどの
金属等、適切な下地膜を形成した上に積層膜を形成して
も、本発明の素子の性能を損なうものではない。
るために、基体上に下地膜を形成し、その上に素子を形
成することが適している。表１の例では酸化ニッケルバ
イアス膜が下地を兼ねているが、酸化ニッケル以外の酸
化物、レジストなどの有機物、Ｔａ，Ｆｅ，Ｎｂなどの
金属等、適切な下地膜を形成した上に積層膜を形成して
も、本発明の素子の性能を損なうものではない。
【０１２９】図２０は本発明の磁気抵抗効果素子の他の
実施例である。磁気抵抗効果を生じる積層膜１０の磁界
感知部分の幅より広い部分を、例えば電極４０の上に形
成することで基体５０の表面に対して傾いて形成し、隣
接する記録トラックからの影響を防止し、いわゆるオフ
トラックを向上する。
実施例である。磁気抵抗効果を生じる積層膜１０の磁界
感知部分の幅より広い部分を、例えば電極４０の上に形
成することで基体５０の表面に対して傾いて形成し、隣
接する記録トラックからの影響を防止し、いわゆるオフ
トラックを向上する。
【０１３０】図２１は本発明の磁気抵抗効果素子のさら
に別の実施例である。基体５０上に反強磁性膜３２，磁
性膜１１，非磁性膜２０，磁性膜１２，非磁性膜２０，
磁性膜１１を形成し、反強磁性膜３０を素子の中央部の
み除いて積層し、さらに、非磁性膜２０，磁性膜１２，
非磁性膜２０，磁性膜１１，反強磁性膜３１を積層し
て、電極４０を形成してなる。これは中央の反強磁性膜
を上下の膜の電気的絶縁を生じずに交換結合バイアスを
発生させたもので、電子の膜表面での散乱をさらに防止
して素子の出力を高める効果がある。
に別の実施例である。基体５０上に反強磁性膜３２，磁
性膜１１，非磁性膜２０，磁性膜１２，非磁性膜２０，
磁性膜１１を形成し、反強磁性膜３０を素子の中央部の
み除いて積層し、さらに、非磁性膜２０，磁性膜１２，
非磁性膜２０，磁性膜１１，反強磁性膜３１を積層し
て、電極４０を形成してなる。これは中央の反強磁性膜
を上下の膜の電気的絶縁を生じずに交換結合バイアスを
発生させたもので、電子の膜表面での散乱をさらに防止
して素子の出力を高める効果がある。
【０１３１】図２２はＭＲ幅２.５〜６μｍ の再生ヘッ
ドと、ギャップ幅５μｍの記録ヘッドを積層して記録，
再生を行ったときの再生出力及び波形歪である。ＭＲ幅
がギャップ幅の０.８ 倍以下の状態において、再生部は
記録トラック端部のみだれを検出せずに、良好なＳ／Ｎ
を示した。特にＭＲ幅がギャップ幅の０.４ 倍と小さい
場合においても再生出力は充分であった。このことから
本発明の記録再生分離ヘッドおよび磁気記録再生装置は
記録ヘッドの幅に対して再生ヘッドの幅が小さいことに
対して効果的に再生出力を得ることができることがわか
った。
ドと、ギャップ幅５μｍの記録ヘッドを積層して記録，
再生を行ったときの再生出力及び波形歪である。ＭＲ幅
がギャップ幅の０.８ 倍以下の状態において、再生部は
記録トラック端部のみだれを検出せずに、良好なＳ／Ｎ
を示した。特にＭＲ幅がギャップ幅の０.４ 倍と小さい
場合においても再生出力は充分であった。このことから
本発明の記録再生分離ヘッドおよび磁気記録再生装置は
記録ヘッドの幅に対して再生ヘッドの幅が小さいことに
対して効果的に再生出力を得ることができることがわか
った。
【０１３２】図２３は本発明の磁気記録再生装置におい
て、薄膜磁気ヘッドの構成のべつの実施例である。基体
５０上に下部及び上部磁性膜８３，８４とこれらに起磁
力を印加するコイル４１からなる記録ヘッドと、下部シ
ールド膜８２を形成し、その後に磁気抵抗効果膜１０及
び電極４０，上部シールド膜８１の間に形成する。すな
わち比較的構造に敏感な磁気抵抗効果膜を、記録ヘッド
の上に、後に形成して記録ヘッド作製に伴う応力や熱影
響をなくし、更に記録ヘッドとの位置合わせを容易にし
て、磁気記録再生装置のトラック幅方向の制度を向上
し、生産性を向上するものである。
て、薄膜磁気ヘッドの構成のべつの実施例である。基体
５０上に下部及び上部磁性膜８３，８４とこれらに起磁
力を印加するコイル４１からなる記録ヘッドと、下部シ
ールド膜８２を形成し、その後に磁気抵抗効果膜１０及
び電極４０，上部シールド膜８１の間に形成する。すな
わち比較的構造に敏感な磁気抵抗効果膜を、記録ヘッド
の上に、後に形成して記録ヘッド作製に伴う応力や熱影
響をなくし、更に記録ヘッドとの位置合わせを容易にし
て、磁気記録再生装置のトラック幅方向の制度を向上
し、生産性を向上するものである。
【０１３３】図２４は本発明の磁気記録再生装置を用い
たアナログ／デジタル変換装置の概念図である。図中央
の曲線は本発明の磁気抵抗効果素子の外部磁界に対する
応答特性、図下部のサイン曲線は記録媒体上の記録信
号、図右部の矩形波は記録媒体の信号を本発明の磁気抵
抗効果素子によって読み取った出力波形である。すなわ
ち、記録媒体からの磁場の振幅に対して、本発明の磁気
抵抗効果素子の磁界感度が敏感で、ステップ状であるた
め、記録媒体上のアナログ信号に対して応答した出力を
デジタル化した二値的な信号を直接出力することができ
る。このため、Ｓ／Ｎが改善できると共に、信号処理系
において回路を簡略化できる。
たアナログ／デジタル変換装置の概念図である。図中央
の曲線は本発明の磁気抵抗効果素子の外部磁界に対する
応答特性、図下部のサイン曲線は記録媒体上の記録信
号、図右部の矩形波は記録媒体の信号を本発明の磁気抵
抗効果素子によって読み取った出力波形である。すなわ
ち、記録媒体からの磁場の振幅に対して、本発明の磁気
抵抗効果素子の磁界感度が敏感で、ステップ状であるた
め、記録媒体上のアナログ信号に対して応答した出力を
デジタル化した二値的な信号を直接出力することができ
る。このため、Ｓ／Ｎが改善できると共に、信号処理系
において回路を簡略化できる。
【０１３４】図２５は本発明を用いたアナログ／アナロ
グ再生装置の概念図である。図中央の曲線は本発明の磁
気抵抗効果素子の外部磁界に対する応答特性で、磁気抵
抗効果膜に適当な異方性を印加してその動作領域を拡張
してある。図下部のサイン曲線は記録媒体上の記録信
号、図右部のサイン波は記録媒体の信号を本発明の磁気
抵抗効果素子によって読み取った出力波形である。すな
わち、磁気抵抗効果膜に印加した異方性によって、記録
媒体からの磁場の振幅に対して、本発明の磁気抵抗効果
素子の磁界感度が連続かつ線形であるため、記録媒体上
のアナログ信号に対して応答した出力が同一形状の再現
性の良い信号を出力することができる。これによって記
録媒体の特性や再生ヘッドと記録媒体との近接距離に応
じた異方性を選択して再現性の良い再生装置を実現でき
る。
グ再生装置の概念図である。図中央の曲線は本発明の磁
気抵抗効果素子の外部磁界に対する応答特性で、磁気抵
抗効果膜に適当な異方性を印加してその動作領域を拡張
してある。図下部のサイン曲線は記録媒体上の記録信
号、図右部のサイン波は記録媒体の信号を本発明の磁気
抵抗効果素子によって読み取った出力波形である。すな
わち、磁気抵抗効果膜に印加した異方性によって、記録
媒体からの磁場の振幅に対して、本発明の磁気抵抗効果
素子の磁界感度が連続かつ線形であるため、記録媒体上
のアナログ信号に対して応答した出力が同一形状の再現
性の良い信号を出力することができる。これによって記
録媒体の特性や再生ヘッドと記録媒体との近接距離に応
じた異方性を選択して再現性の良い再生装置を実現でき
る。
【０１３５】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば高
記録密度の磁気記録再生装置と良好な感度と再生出力の
高い磁気抵抗効果素子を得ることができる。
記録密度の磁気記録再生装置と良好な感度と再生出力の
高い磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【図１】本発明による磁気記録再生装置の概念図であ
る。
る。
【図２】本発明の磁気記録再生装置の構成図である。
【図３】本発明の磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘ
ッドの概念図である。
ッドの概念図である。
【図４】本発明による磁気抵抗効果素子の、基体面上で
の構成の概念図である。
の構成の概念図である。
【図５】本発明による高感度磁気抵抗効果素子の構成の
例を示した図である。
例を示した図である。
【図６】本発明による磁気抵抗効果素子多層膜の磁性膜
の異方性制御の例を示した図である。
の異方性制御の例を示した図である。
【図７】硬磁性膜と反強磁性膜を用いた、本発明の磁気
抵抗効果素子の構成の別の例を示した図である。
抵抗効果素子の構成の別の例を示した図である。
【図８】ＮｉＯ／ＮｉＦｅ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ／Ｃｕ／Ｎ
ｉＦｅ／ＮｉＯ膜における磁界と抵抗の関係図である。
ｉＦｅ／ＮｉＯ膜における磁界と抵抗の関係図である。
【図９】ＮｉＯ／ＮｉＦｅ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ／Ｃｕ／Ｎ
ｉＦｅ／ＮｉＯ膜の低磁界での磁界と抵抗の関係図であ
る。
ｉＦｅ／ＮｉＯ膜の低磁界での磁界と抵抗の関係図であ
る。
【図１０】ＮｉＯ／ＮｉＦｅ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ／Ｃｕ／
ＮｉＦｅ／ＮｉＯ膜の磁界中熱処理後の低磁界での磁界
と抵抗の関係図である。
ＮｉＦｅ／ＮｉＯ膜の磁界中熱処理後の低磁界での磁界
と抵抗の関係図である。
【図１１】ＮｉＯ／ＮｉＦｅ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ膜の回転
磁界中の電気抵抗を示した図である。
磁界中の電気抵抗を示した図である。
【図１２】ＮｉＯ／ＮｉＦｅ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ膜のＣｕ
層の厚さと磁性膜間の結合の強さを表した図である。
層の厚さと磁性膜間の結合の強さを表した図である。
【図１３】ＮｉＦｅ膜にＣｏを添加したときの抵抗変化
率を表した図である。
率を表した図である。
【図１４】ＮｉＯ／Ｃｏ／Ｃｕ／Ｃｏ膜における磁界と
抵抗の関係図である。
抵抗の関係図である。
【図１５】Ｃｏ膜にＮｉ，Ｆｅを添加したときの抵抗変
化率と保磁力を表した図である。
化率と保磁力を表した図である。
【図１６】ＮｉＯ／ＣｏＮｉＦｅ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ／Ｃ
ｕ／ＣｏＮｉＦｅ／ＮｉＯ膜における磁界と抵抗の関係
図である。
ｕ／ＣｏＮｉＦｅ／ＮｉＯ膜における磁界と抵抗の関係
図である。
【図１７】磁気抵抗効果素子の素子幅／ＭＲ幅の比と磁
気抵抗曲線のシフト量との関係図である。
気抵抗曲線のシフト量との関係図である。
【図１８】磁気抵抗効果素子のＭＲ高さ／電極間隔の比
と磁気抵抗曲線のシフト量との関係図である。
と磁気抵抗曲線のシフト量との関係図である。
【図１９】ＭＲ高さと記録トラック密度との関係図であ
る。
る。
【図２０】本発明の磁気抵抗効果素子のトラック幅の規
定方法の一例を示した図である。
定方法の一例を示した図である。
【図２１】本発明の磁気抵抗効果素子に中央部を除去し
た反強磁性膜を用いた例を示した図である。
た反強磁性膜を用いた例を示した図である。
【図２２】ＭＲヘッドのＭＲ幅と記録ヘッドのギャップ
幅との比に対する再生信号の強度を示した図である。
幅との比に対する再生信号の強度を示した図である。
【図２３】記録ヘッドを基体上に先に形成し、再生ヘッ
ドを上にその上に形成した薄膜磁気ヘッドの概念図であ
る。
ドを上にその上に形成した薄膜磁気ヘッドの概念図であ
る。
【図２４】本発明によるアナログ／デジタル変換磁気記
録再生装置の概念図である。
録再生装置の概念図である。
【図２５】本発明によるアナログ／アナログ変換磁気記
録再生装置の概念図である。
録再生装置の概念図である。
１０…磁気抵抗効果積層膜、１１，１２…磁性膜、２０
…非磁性導電膜、３０…中抜き反強磁性膜、３１…上部
反強磁性膜、３２…下部反強磁性膜、３３…硬磁性膜、
４０…電流端子、４１…ＭＲ高さ、４２…ＭＲ幅、４３
…素子幅、４４…トラック幅、５０…基体、６０…感知
すべき磁界の方向、６１…磁化の誘導の方向、６２…磁
化の誘導の方向、６３…記録媒体に対抗する面、６４…
記録媒体からの磁界、６５…磁化の回転方向、７１，７
２，７３…交換バイアスの方向、８１…上部シールド
膜、８２…下部シールド膜、８３…上部磁性膜、８４…
下部磁性膜、８５…コイル導体、９０…本発明の磁気抵
抗効果素子を搭載した磁気ヘッド、９１…記録媒体、９
２…アクチュエイター、９３…スピンドルモーター、９
４…信号処理回路系。
…非磁性導電膜、３０…中抜き反強磁性膜、３１…上部
反強磁性膜、３２…下部反強磁性膜、３３…硬磁性膜、
４０…電流端子、４１…ＭＲ高さ、４２…ＭＲ幅、４３
…素子幅、４４…トラック幅、５０…基体、６０…感知
すべき磁界の方向、６１…磁化の誘導の方向、６２…磁
化の誘導の方向、６３…記録媒体に対抗する面、６４…
記録媒体からの磁界、６５…磁化の回転方向、７１，７
２，７３…交換バイアスの方向、８１…上部シールド
膜、８２…下部シールド膜、８３…上部磁性膜、８４…
下部磁性膜、８５…コイル導体、９０…本発明の磁気抵
抗効果素子を搭載した磁気ヘッド、９１…記録媒体、９
２…アクチュエイター、９３…スピンドルモーター、９
４…信号処理回路系。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒井 礼子 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 添谷 進 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 福井 宏 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 府山 盛明 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 佐藤 文夫 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 株式会社日立製作所内
Claims (24)
- 【請求項１】信号を磁気的に記憶する記録媒体と、前記
媒体に対して相対的な駆動方向に、基板，反強磁性膜，
強磁性膜，非磁性膜，軟磁性膜，非磁性膜，強磁性膜、
及び反強磁性膜を積層した磁気抵抗効果素子とを有して
なる磁気記録再生装置。 - 【請求項２】前記反強磁性膜が、酸化ニッケルである請
求項１記載の磁気記録再生装置。 - 【請求項３】前記強磁性膜が、Ｎｉ７０〜９５原子％，
Ｆｅ５〜３０原子％及びＣｏ１〜５原子％の合金、又
は、Ｃｏ３０〜８５原子％，Ｎｉ２〜３０原子％及びＦ
ｅ２〜５０原子％の合金である請求項１記載の磁気記録
再生装置。 - 【請求項４】前記非磁性導電膜が、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕの
何れか一つである請求項１記載の磁気記録再生装置。 - 【請求項５】前記軟磁性膜が、Ｎｉ７０〜９５原子％，
Ｆｅ５〜３０原子％の合金である請求項１記載の磁気記
録再生装置。 - 【請求項６】前記軟磁性膜が、Ｎｉ７０〜９５原子％，
Ｆｅ５〜３０原子％及びＣｏ１〜５原子％の合金、又
は、Ｃｏ３０〜８５原子％，Ｎｉ２〜３０原子％及びＦ
ｅ２〜５０原子％の合金である請求項１記載の磁気記録
再生装置。 - 【請求項７】信号を磁気的に記憶する記録媒体と、前記
媒体から漏洩する磁界を検出し、非磁性導電膜を間に挟
んだ磁性膜のサンドウイッチ構造を有する磁気抵抗効果
素子とを具備する磁気記録再生装置であって、 前記一方の磁性膜に反強磁性膜が、前記他方の磁性膜に
硬磁性膜が密着してなる磁気記録再生装置。 - 【請求項８】信号を磁気的に記憶する記録媒体と、前記
媒体から漏洩する磁界を検出し、少なくとも磁性膜／非
磁性膜／磁性膜の構造を持つ磁気抵抗効果素子とを有す
る磁気記録再生装置であって、 前記一方の磁性膜が前記媒体に対して実質的に垂直な方
向に固定された磁化を有し、前記他方の磁性膜が前記媒
体に対して磁性膜面内で平行な方向から回転する磁化を
有する磁気記録再生装置。 - 【請求項９】信号を磁気的に記憶する記録媒体と、前記
媒体から漏洩する磁界を検出する少なくとも磁性膜／非
磁性膜／磁性膜の構造を具備する磁気抵抗効果素子とを
有する磁気記録再生装置であって、 前記一方の磁性膜には、前記媒体に対して実質的に垂直
な方向に磁気異方性を印加する手段を有し、前記他方の
磁性膜には、前記媒体に対して実質的に磁性膜面内で平
行な方向に前記磁気異方性より大きさの小さい磁気異方
性を印加する手段を有する磁気記録再生装置。 - 【請求項１０】信号を磁気的に記憶する記録媒体と、前
記媒体から漏洩する磁界を検出し、少なくとも磁性膜／
非磁性膜／磁性膜の構造を持つ磁気抵抗効果素子とを有
する磁気記録再生装置であって、 前記一方の磁性膜が、前記媒体に対して実質的に垂直な
方向に磁気異方性を有し、前記他方の磁性膜が、前記媒
体に対して実質的に平行な方向で磁性膜面内に磁気異方
性を有する磁気記録再生装置。 - 【請求項１１】信号を磁気的に記憶する記録媒体と、前
記媒体から漏洩する磁界を検出する磁気抵抗効果素子と
を有する磁気記録再生装置であって、 前記素子が、非磁性導電膜を間に挟んだ磁性膜のサンド
ウイッチ構造を有し、前記媒体からの磁界に対して、前
記磁性膜の互いの磁化と磁化とのなす角度が変化し、前
記磁化の一方が実質的に固定され、前記磁化の他方が実
質的に回転する磁気記録再生装置。 - 【請求項１２】信号を磁気的に記憶する記録媒体と、前
記媒体から漏洩する磁界を検出する磁気抵抗効果素子と
を有する磁気記録再生装置であって、 前記素子が、非磁性導電膜を間に挟んだ磁性膜のサンド
ウイッチ構造を有し、前記それぞれの磁性膜に印加され
る磁気異方性の方向または大きさが異なる磁気記録再生
装置。 - 【請求項１３】信号を磁気的に記憶する記録媒体と、前
記媒体から漏洩する磁界を検出する少なくとも磁性膜／
非磁性導電膜／磁性膜の構造を持つ磁気抵抗効果素子と
を有する磁気記録再生装置であって、 前記磁性膜が、前記媒体に対して磁性膜膜面内で平行な
方向に形状異方性を有する磁気記録再生装置。 - 【請求項１４】信号を所定のトラック幅で磁気的に記憶
する記録媒体と、前記媒体から漏洩する磁界を検出し、
非磁性導電膜を間に挟んだ磁性膜のサンドウイッチ構造
を有し、前記構造に電流を印加する一対の電極を有する
磁気抵抗効果素子とを具備する磁気記録再生装置であっ
て、 前記媒体に対して垂直な方向の前記構造の長さが前記電
極間の長さ以下であって、前記電極間の長さが前記媒体
に形成されるトラック幅以下である磁気記録再生装置。 - 【請求項１５】記録媒体に所定のトラック幅で書き込ま
れた磁化のパターンからの磁界を読み取る磁気抵抗効果
素子を搭載した磁気記録再生装置であって、 前記素子の前記媒体に対して垂直方向の長さｄ(μｍ)
と、前記媒体上のトラックの密度Ｔ（トラック／イン
チ）との関係が、ｄ＜１２.５×１０3／Ｔである磁気記
録再生装置。 - 【請求項１６】信号を磁気的に記憶する記録媒体と、前
記媒体に信号を記録する記録ヘッドと、前記媒体から信
号を再生する再生ヘッドとを有し、前記再生ヘッドが、
非磁性導電膜を間に挟んだ磁性膜のサンドウイッチ構造
を有する磁気抵抗効果素子である磁気記録再生装置。 - 【請求項１７】信号を磁気的に記憶する記録媒体と、前
記媒体に信号を記録するインダクティブ型記録ヘッド
と、前記媒体から信号を再生する磁気抵抗効果型再生ヘ
ッドとを有し、前記再生ヘッドが、非磁性導電膜を間に
挟んだ磁性膜のサンドウイッチ構造を有し、前記非磁性
導電膜の厚さｔ（Å）が、その電気抵抗率ρ（μΩcm）
に対して、ｔ×ρ＜１００である磁気記録再生装置。 - 【請求項１８】信号を磁気的に記憶する記録媒体と、前
記媒体に信号を記録する記録ヘッドと、前記媒体から信
号を再生する非磁性導電膜を間に挟んだ磁性膜のサンド
ウイッチ構造の再生ヘッドとを有し、前記再生ヘッドの
媒体対向面の幅が前記記録ヘッドの媒体対向面の幅の
０.８ 倍以下である磁気記録再生装置。 - 【請求項１９】信号を磁気的に記憶する記録媒体と、前
記媒体から漏洩する磁界を検出する磁気抵抗効果素子と
を有する磁気記録再生装置であって、 前記素子が、前記媒体から漏洩する±１０Ｏｅの磁界に
対して４.０〜８.５％の抵抗変化率を有する磁気記録再
生装置。 - 【請求項２０】信号を磁気的に記憶する記録媒体と、前
記媒体から漏洩する磁界を検出し、非磁性導電膜を間に
挟んだ磁性膜のサンドウイッチ構造を具備する磁気抵抗
効果素子とを有する磁気記録再生装置であって、 前記素子が、前記媒体から漏洩する±８Ｏｅの磁界に対
して５.０〜９.５％の抵抗変化率を有する磁気記録再生
装置。 - 【請求項２１】基板と、信号を記録するインダクティブ
型記録ヘッドと、信号を再生する磁気抵抗効果型再生ヘ
ッドとを組み合わせてなる薄膜磁気ヘッドにおいて、 前記再生ヘッドが、非磁性導電膜を間に挟んだ磁性膜の
サンドウイッチ構造を有し、前記記録ヘッドが前記基板
と前記再生ヘッドとの間に形成されることを特徴とする
薄膜磁気ヘッド。 - 【請求項２２】信号を磁気的に記憶する記録媒体と、前
記媒体から漏洩する磁界を検出する磁気抵抗効果素子と
を有する磁気記録再生装置であって、 前記素子によって感知された前記磁界に対する出力特性
が、ステップ状に変化する磁気記録再生装置。 - 【請求項２３】信号を磁気的に記憶する記録媒体と、前
記媒体から漏洩する磁界を検出する電磁変換構造体とを
有する磁気記録再生装置であって、 前記構造体が、前記媒体から漏洩する磁界を二値化して
検出する磁気記録再生装置。 - 【請求項２４】信号を磁気的に記憶する記録媒体と、前
記媒体から漏洩する磁界を検出する磁気抵抗効果素子と
を有する磁気記録再生装置であって、 前記素子が、前記磁界以上のバイアス磁界を印加する手
段を有し、連続で線形な応答特性を有する磁気記録再生
装置。
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