JPH06215335A - 薄膜磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、抵抗変化率が高い、すなわち大きな
出力を得ることができる薄膜磁気ヘッドを提供すること
を目的とする。 【構成】少なくとも２つの磁性膜および前記磁性膜間に
挟持された非磁性膜からなる薄膜磁気ヘッドと、前記薄
膜磁気ヘッドの媒体対向面側に前記薄膜磁気ヘッドと近
接または隣接するようにして配置され、軟磁性体を含み
少なくとも２層の積層構造である磁性多層膜と、前記磁
性多層膜に信号磁界の方向と略平行な方向に電流を供給
する手段とを具備することを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気記録再生装置の録
再ヘッドとして使用される薄膜磁気ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、磁気記録の高密度化が進み、これ
に伴いＶＴＲでは５００Ｍｂ／inch²、ＨＤＤでは２０
０Ｍｂ／inch² を実現できる高密度記録用のシステムが
商品化されている。これらのシステムにおいては、主に
誘導型の磁気ヘッドが用いられている。

【０００３】一方、ある種の磁性膜の電気抵抗が、信号
磁界によって変化するという磁気抵抗効果を応用した薄
膜磁気ヘッドが以前から知られている。この磁気抵抗効
果型の薄膜磁気ヘッド（以下、ＭＲヘッドと省略する）
は、ヘッドと記録媒体との間の相対速度が遅くても高い
出力が得られるため、これまでは固定ヘッド方式のテー
プ媒体を再生するシステムに主に用いられている。しか
しながら、ＭＲヘッドは、最近では、相対速度が数ｍ／
秒と比較的遅い相対速度を持つ小型のＨＤＤに対して
も、その高いＳ／Ｎ性から誘導型の磁気ヘッドに代わっ
て用いられ始めている。

【０００４】このＭＲヘッドは、図３２に示すように、
磁気抵抗効果を示す素子（以下、ＭＲ素子と省略する）
１１１にリード１１２および１１３を取り付け、これに
センス電流と呼ばれる直流もしくは交流の定電流を通電
し、ＭＲ素子１１１の電気抵抗が媒体からの信号磁界に
応じて変化することから媒体の残留磁化を検出するもの
である。ここで、ＭＲ素子には、ＮｉＦｅ等の強磁性体
が以前より広く用いられており、この場合、ＭＲ素子の
電気抵抗は、通電する電流の方向と磁化の方向とのなす
角をθとすると、部分的にｃｏｓ² θの割合で変化す
る。この電流方向と磁化方向とのなす角によって電気抵
抗が変わる現象は異方性磁気抵抗効果と呼ばれている。
しかしながら、ＮｉＦｅは、良好な軟磁気特性を有する
ものでも抵抗変化率が最大で３％程度であり、小型化・
大容量化された記録媒体用のＭＲ素子に用いるには、抵
抗変化率が不充分であるという問題がある。

【０００５】これに対して、最近では２層構造の磁性膜
において、２つの膜の磁化のなす角に依存して電気抵抗
が変化するスピンバルブ現象、あるいは多層構造の磁性
膜において、隣り合う層の磁化のなす角に依存して電気
抵抗が大きく変化する現象が報告されている。これらの
現象において、隣り合う層の磁化方向が平行である場合
に電気抵抗値が最も小さく、隣り合う層の磁化方向が反
平行の場合に電気抵抗値が最も大きくなり、隣り合う層
の磁化方向が中間の角度である場合には電気抵抗値も中
間の値をもつ。これらの隣り合う層の磁化方向のなす角
に依存して電気抵抗が大きく変化する現象はスピン依存
散乱による磁気抵抗効果と呼ばれている。

【０００６】上述したような磁気抵抗効果型の薄膜磁気
ヘッドにおける第１の問題は以下に示す通りである。

【０００７】スピン依存散乱を利用したＭＲヘッドにお
いては、例えば、図３３に示すように、Ｃｕ等からなる
非磁性導電膜（図示せず）を介して積層したＮｉ，Ｃ
ｏ，Ｆｅ等からなる２つの磁性膜１１４，１１５の磁化
容易軸方向にセンス電流を流し、磁化困難軸方向の信号
磁界Ｈを検出する。このように、ＭＲ素子の感磁部は、
通常Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕから構成されているが、Ｃ
ｏ，Ｆｅ，Ｃｕは非常に腐蝕しやすい。特に、Ｎｉ，Ｃ
ｏ，Ｆｅ、またはこれらの合金と、Ｃｕとが積層構造を
とると、化学電池作用により選択的に腐蝕が発生する。
このため、通常の外気にふれる場合では、ＭＲ素子が数
日で腐蝕してしまう。

【０００８】従来の薄膜磁気ヘッドにおける第２の問題
は以下の通りである。

【０００９】ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）の書き
込み周波数が１０ＭＨｚを超えると、記録電流と記録磁
束の位相のずれが問題になる。これは、記録ヘッドの磁
極が還流磁区構造をとるため、磁化回転のみならず磁壁
移動による磁束によっても記録が行われるからである。
しかしながら、この記録電流と記録磁束の位相のずれを
低減する方法は、現在では未だ提案されていない。

【００１０】従来の薄膜磁気ヘッドにおける第３の問題
は以下の通りである。

【００１１】図３４は、通常のＭＲヘッドの一例を示す
説明図である。このＭＲヘッドは、下側磁性膜１３１、
非磁性膜１３２、および上側磁性膜１３３が順次積層さ
れ、上側磁性膜１３３上にリード１３４および１３５が
形成されてなるものである（J.Appl.Phys.53(3),2596,1
982)。なお、図３４においてセンス電流はリード１３４
から１３５に向かって流れる。

【００１２】このような構成のＭＲヘッドにおいてＭＲ
素子はセンス電流に起因する電流磁界の影響を受ける。
このとき、上側磁性膜１３３には下側磁性膜１３１およ
び非磁性膜１３２に流れる電流による磁界が印加される
ものと考えられる。ここで、各々の膜の厚さが伝導電子
の平均自由行程（例えば、バルク形状のＣｕの場合、３
００Ｋで約３００オングストローム）以下の場合にセン
ス電流による磁界の大きさを算出すると以下のようにな
る。

【００１３】磁性膜の膜厚をｔ、非磁性膜の膜厚をｄと
し、積層膜を流れる電流の電流密度Ｊ（ｘ，ｙ）が膜断
面において均一になると仮定し、ＭＲ素子幅が磁性膜の
膜厚や非磁性膜の膜厚より圧倒的に大きいとすると、上
側磁性膜に印加される磁界Ｈｘ１は Ｈｘ１〜Ｊ＊（ｔ＋ｄ）／２ となる。例えば、Ｊ＝２×１０⁷ Ａ／cm² ，ｔ＝２０オ
ングストローム，ｄ＝５０オングストロームのとき、 Ｈｘ〜７００（Ａ／ｍ）＝９（エルステッド）となる。

【００１４】一方、下側磁性膜１２１に印加される磁界
Ｈｘ２は、上側磁性膜１２３および非磁性膜１２２に流
れる電流によるので、Ｈｘ２＝−Ｈｘ１となる。

【００１５】したがって、このような条件において上側
および下側磁性膜の磁気モーメントは、各膜の異方性磁
界が小さい場合（例えば、パーマロイ薄膜で〜３エルス
テッド以下程度）には図３５に示すようにＭＲ素子の幅
方向に互いに反平行になる。しかしながら、ＭＲ素子エ
ッジ部では、反磁界の影響で磁気モーメントが平行にな
ろうとし、エッジカーリングウォール１３６と呼ばれる
磁壁ができる（IEEE Trans.Magn.,vol.24,No.3,May 198
8)。この部分は実質上デッド領域となる。また、ＭＲ素
子幅が１μｍ程度と小さい場合は幅方向の反磁界が大き
くなり、上側および下側磁性膜の大部分の磁気モーメン
トがＭＲ素子の幅方向に反平行状態とならず、ＭＲ素子
の長手方向の成分を持つようになる。

【００１６】異方性磁気抵抗効果を利用した薄膜磁気ヘ
ッドもスピンバルブ現象を利用した薄膜磁気ヘッドも、
各々の膜における磁気モーメントが膜面内で一様であれ
ば、ＭＲ素子の能力を最大限に利用できるが、エッジカ
ーリングウォールが外部磁場に対する応答性を低下させ
るため、実質の再生出力が低下する。

【００１７】ＭＲ素子幅方向に磁気異方性を付与した場
合、このエッジカーリングウォールの幅は、以下の式で
与えられる（IEEE Trans.Magn.,vol.24,No.3,May 198
8)。

【００１８】 π△／２＝｛π³ Ｍｓ＊ｄ＊ｔ／（２＊Ｈｋ）｝^0.5 ここで、Ｍｓは飽和磁化、Ｈｋは異方性磁界の大きさを
示す。

【００１９】例えば、上記のＭＲヘッドにおいて、Ｈｋ
＝３エルステッド、Ｍｓ＝８００Ｇの場合、π△／２＝
０．２μｍとなる。センス電流を流した場合は上式のＨ
ｋの項にＨｋ＋Ｈｘを代入すればよいので、π△／２＝
０．１μｍとなる。

【００２０】一方、面密度が１０Ｇｂ／inch² である超
高密度の磁気記録の場合、１ビット当たりの面積は０．
０７μｍ² となり、トラック幅は１μｍ以下となり、Ｍ
Ｒ素子の寸法も同程度（１μｍ角）となる。したがっ
て、ＭＲ素子の幅全体に対するエッジカーリングウォー
ルの幅が２０％となり、ＭＲ素子の８０％しかアクティ
ブな領域として使用できないという問題が生じる。この
ため、ＭＲ素子の再生出力の低下を招く。この問題は、
磁性膜が２つの場合だけではなく、磁性膜と非磁性膜が
交互に複数回積層された場合にも同様に生じる。

【００２１】従来の薄膜磁気ヘッドにおける第４の問題
は以下の通りである。

【００２２】近年、巨大な磁気抵抗効果を示す人工格子
膜構造のＭＲ素子が発見されており（M.N.Baibich et a
l,Phys.Rev.Lett.,61,2472,1988 ）、電気抵抗変化が大
きいため、高出力のＭＲヘッドへの実現が期待されてい
る。

【００２３】人工格子膜としては、図３６に示すよう
に、非磁性膜１４１と磁性膜１４２とが少なくとも１回
交互に積層された構造を有するものが公知である（M.N.
Baibich et al,Phys.Rev.Lett.,61,2472,1988 ）。この
場合の抵抗変化率は約５４％と非常に大きい。これに対
して、図３７に示すように、微小磁界センシング素子と
して用いられるスピンバルブ構造のＭＲ素子が提案され
ている（B.Dieny et al,Journal of Magnetism and Mag
netic Materials 93,101,1991 ）。しかしながら、スピ
ンバルブ構造の場合は磁性膜の積層回数が少ないため、
抵抗変化率は１．５Ｋでも１０％程度しか得られていな
い（B.Dieny,Europhys.Lett.,17(3),261,1992 ）。

【００２４】また、人工格子膜構造において、センス電
流を膜面に垂直な方向に通電した場合は、センス電流を
膜面に平行な方向に通電した場合に比べて、３〜１０倍
の電気抵抗変化率が得られることが報告されている（W.
P.Pratt,Phys.Rev.Lett,Vol.66,No.23,3060 ）。

【００２５】これらの報告は、単位時間当りの伝導電子
が磁気モーメントの方向を変化させる境界面を通過する
回数が多いほど、大きな電気抵抗変化が得られることを
示唆する。そこで、人工格子膜構造のＭＲ素子の膜面と
直交する方向に電流を通電することにより、大きな電気
抵抗変化が得られることが推測される。

【００２６】しかしながら、ＭＲ素子の膜面と直交する
方向にセンス電流を通電する系は、電気抵抗が極度に小
さくなるために実用に適しない。ここで、例えば、スピ
ンバルブ構造のＭＲ素子を用いた磁気ヘッドについて、
センス電流を膜面に平行に通電する場合および電流を膜
面に垂直に通電する場合で、ＭＲ素子の電気抵抗値、セ
ンス電流値、並びにＭＲ素子出力をそれぞれ算出する。
このとき、センス電流密度Ｊは大きければ大きいほどよ
いが、エレクトロマイグレーションを考慮して１０⁷ Ａ
／cm² とする。ＭＲ素子の長さ（図３７中のＬ）、換言
すればトラック幅は１０^-4cmとし、磁性膜１５１の厚さ
（図３７中のｔ）は膜面平行通電方式の報告の結果から
（B.Dieny,Europhys.Lett.,17(3),261,1992 ）５０オン
グストローム、ＭＲ素子の幅（図３７中のｗ、デプス）
は反磁界（Ｈｄ〜−４πＭｓ＊（ｔ／ｗ））が１００エ
ルステッドになるように０．５×１０^-4cmとする。ま
た、Ｃｕ非磁性膜１５２の厚さはB.Dieny,Europhys.Let
t.,17(3),261,1992 の報告から約３０オングストローム
とする。なお、図中１５３は基板を示す。

【００２７】膜面平行通電方式の場合、電気抵抗値Ｒ
は、 Ｒ＝ρ＊１／（ｗ＊ｔ） 〜２３×１０^-6＊１０^-4／（０．５×１０^-4＊１３０×
１０^-8） ＝３５．４Ω センス電流値Ｉは、 Ｉ＝Ｊ＊ｗ＊ｔ ＝１０⁷ ＊０．５×１０^-4＊１３０×１０^-8 ＝０．６５ｍＡ出力△Ｖは △Ｖ＝Ｉ＊△Ｒ＝Ｊ＊（ｗ＊ｔ）＊△Ｒ＝Ｊ＊（ｗ＊
ｔ）［α＊Ｒ］ ＝Ｊ＊（ｗ＊ｔ）＊［α＊｛ρ＊１／（ｗ＊ｔ）｝］ ＝α＊ρ＊１＊Ｊ なお、αは抵抗変化率であって０．０４とすると、 △Ｖ＝０．０４＊２３×１０^-6＊１０^-4＊１０⁷ ＝０．９２ｍＶとなる。

【００２８】膜面垂直通電方式の場合、電気抵抗値Ｒ´
は Ｒ´＝ρ´＊ｔ／（ｗ＊１） ρ´＝ρと仮定すると 〜２３×１０^-6＊１３０×１０^-8（０．５×１０^-4＊１
０^-4） ＝５．９８ｍΩ センス電流Ｉ´は Ｉ´＝Ｊ＊ｗ＊１ ＝１０⁷ ＊０．５×１０^-4＊１０^-4 ＝５０ｍＡ出力△Ｖ´は △Ｖ´＝Ｉ´＊△Ｒ´＝Ｊ＊（ｗ＊１）＊［α´＊Ｒ
´］ ＝Ｊ＊（ｗ＊１）＊［α´＊｛ρ´＊ｔ／（ｗ＊
１）｝］ ＝α´＊ρ´＊ｔ＊Ｊ 仮にα´＝１０αとしても △Ｖ´＝０．４＊２３×１０^-6＊１３０×１０^-8＊１０
⁷ ＝０．１２０ｍＶ となる。

【００２９】このように、△Ｖ´＜△Ｖの関係となり、
膜面垂直通電方式であってもほとんど効果がないことが
分かる。

【００３０】従来の薄膜磁気ヘッドにおける第５の問題
は以下の通りである。

【００３１】Ｃｏ，ＮｉＦｅ等を主成分とする磁性領域
と、Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ等を主成分とする非磁性領域に分
離したいわゆるグラニュラー型磁性合金は、磁性／非磁
性の磁性多層膜と同様な数十％の抵抗変化率を有する巨
大磁気抵抗効果を示すことが報告されている。しかしな
がら、磁気抵抗変化に要する磁界（飽和磁界）が大きい
ために（１０ｋＡ／ｍ以上）、このままでは薄膜磁気ヘ
ッドに応用することが困難である。そこで、グラニュラ
ー型磁性合金膜の片側にバイアス膜を積層することによ
り、低磁界動作を実現させることが試みられているが、
この構成でも飽和磁界の低減は充分でない。

【００３２】すなわち、現在のところ、弱い磁界で大き
な抵抗変化率を生じ、異方性磁気抵抗効果を用いた現行
の磁気抵抗効果膜やスピンバルブ構造の積層磁気抵抗効
果膜に匹敵するるグラニュラー型磁性合金膜が未だ実現
されていない。

【００３３】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる点に鑑
みてなされたものであり、本発明の第１の発明は、電気
抵抗変化率が大きく、大きな出力を得ることができ、さ
らに耐蝕性に優れ、バルクハウゼンノイズの少ない薄膜
磁気ヘッドを提供することを目的とする。

【００３４】本発明の第２の発明は、書き込み周波数が
１０ＭＨｚを超えても記録電流と記録磁束の位相のずれ
が小さく、しかも記録再生兼用ヘッドとしても使用する
ことができる薄膜磁気ヘッドを提供することを目的とす
る。

【００３５】本発明の第３の発明は、エッジカーリング
ウォールのない、再生出力が大きい薄膜磁気ヘッドを提
供することを目的とする。

【００３６】本発明の第４の発明は、実用的であり、し
かも高い電気抵抗を示し、高出力である薄膜磁気ヘッド
を提供することを目的とする。

【００３７】本発明の第５の発明は、抵抗変化率が高
く、かつ低磁界動作が可能で、スピンバルブ型の磁気抵
抗効果膜や、現行の異方性磁気抵抗効果膜を上回る磁界
検出感度を有する、いわゆるグラニュラー型磁性合金膜
を用いた薄膜磁気ヘッドを提供することを目的とする。

【００３８】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明は、
少なくとも２つの磁性膜および前記磁性膜間に挟持され
た非磁性膜からなる磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗
効果素子の媒体対向面側に前記磁気抵抗効果素子と近接
または隣接するようにして配置され、軟磁性体を含み少
なくとも２層の積層構造である磁性多層膜と、前記磁性
多層膜に信号磁界の方向と略平行な方向に電流を供給す
る手段とを具備することを特徴とする薄膜磁気ヘッドを
提供する。

【００３９】本発明の第２の発明は、少なくとも２つの
磁性膜および前記磁性膜間に挟持された非磁性膜からな
る記録磁極と、前記記録磁極に磁束を誘起するコイル
と、前記記録磁極に媒体対向面と略垂直な方向に電流を
供給する手段とを具備することを特徴とする薄膜磁気ヘ
ッドを提供する。

【００４０】本発明の第３の発明は、少なくとも２つの
磁性膜および前記磁性膜間に挟持された非磁性膜からな
る磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッドであって、
前記少なくとも２つの磁性膜の磁化のトラック幅方向成
分が信号磁界０のときに互いに反平行であり、トラック
幅方向における前記磁気抵抗効果素子の両側に硬質磁性
体が配置されていることを特徴とする薄膜磁気ヘッドを
提供する。

【００４１】本発明の第４の発明は、少なくとも１つの
非磁性体と少なくとも一つの磁性体とからなる磁気抵抗
効果膜を具備する薄膜磁気ヘッドであって、前記非磁性
体および前記磁性体は面内で交互に配置され、センス電
流が前記非磁性体と前記磁性体との境界面を貫く方向に
通電されることを特徴とする薄膜磁気ヘッドを提供す
る。

【００４２】本発明の第５の発明は、磁性領域および非
磁性領域を有する磁性合金膜と、前記磁性合金膜の両主
面上に形成され、前記磁性合金膜にバイアス磁界を印加
するバイアス膜とを具備する磁気抵抗効果素子を有する
薄膜磁気ヘッドであって、それぞれの前記バイアス膜に
より前記磁性合金膜に印加されたバイアス磁界の方向が
所定の角度を有することを特徴とする薄膜磁気ヘッドを
提供する。

【００４３】本発明の第１の発明において、磁性多層膜
を構成する軟磁性体としては、ＮｉＦｅ等の耐蝕性材料
を好ましく用いることができる。このとき、少なくとも
２層の積層構造である磁性多層膜には上述したような電
流が供給されるので、その電流磁界により軟磁性膜は単
磁区化される。

【００４４】なお、ここで、磁気抵抗効果素子の磁性膜
に通電されるセンス電流の方向は、媒体対向面と垂直な
方向であっても、平行な方向であってもよく、また２つ
の磁性膜の磁化困難軸方向であっても磁化容易軸方向で
あってもよい。さらに、本発明の第１の発明において、
磁性媒体からの信号磁界が０の場合に、２つの磁性膜の
磁化の互いになす角は、２０〜１８０度（反平行）であ
ることが好ましい。これは、なす角がこの範囲外である
と、磁界に対する変化が極めて小さくなり、その結果、
出力が得にくくなるからである。

【００４５】また、本発明の第１の発明において、非磁
性膜の厚さは０．５〜１０nmであることが好ましい。こ
れは、非磁性膜の厚さが０．５nm未満であると２つの磁
性膜の強磁性的結合が強くなりすぎ、１０nmを超えると
非磁性膜内での自由電子の平均自由行程と同程度になる
ため、スピン依存散乱への寄与が小さくなるからであ
る。非磁性膜の材料としては、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ
等の導電性材料を用いることができる。磁性膜の材料と
しては、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ，ＣｏＦｅ，ＮｉＦｅ，Ｎｉ
ＦｅＣｏ等を用いることができる。

【００４６】本発明の第２の発明では、交換結合による
磁化の固着のないスピン依存散乱を用いた磁気抵抗効果
型の薄膜磁気ヘッドの２つの磁性膜の磁化を、例えば媒
体対向面と略直交する方向に通電されるセンス電流のつ
くる磁界により互いに反平行の向きに回転させる。この
状態で信号磁界が作用すると、２つの磁性膜の磁化は互
いに平行になる向きに磁化回転する。

【００４７】また、２つの磁性膜の磁化容易軸は互いに
略平行に設定しておく。この場合、センス電流と直交す
る方向でも、センス電流と平行な方向でもよい。

【００４８】磁化容易軸がセンス電流と直交する方向の
場合、信号磁界が作用しない場合には、２つの磁性膜の
磁化は互いに反対向きに磁化容易軸の方向に向くため、
電気抵抗は最も大きい。信号磁界が作用すると、２つの
磁性膜の磁化は平行になる向きに、互いに逆方向に回転
する。このとき、電気抵抗は低下する。また、強い磁界
に対しては、２つの磁性膜の磁化は平行になり電気抵抗
は最小となる。したがって、ＭＲ素子として可能な電気
抵抗変化をすべて利用できる。

【００４９】さらに、この磁化の向きの変化は磁化回転
であるので、高周波での応答に優れている。

【００５０】本発明の第２の発明において、２つの磁性
膜が異方性磁気抵抗効果を持つ場合、信号磁界がない状
態では磁化と電流のなす角度は直角であるので、電気抵
抗が最小であり、強い信号磁界により磁化が電流方向と
平行になった状態では、電気抵抗は最大となる。すなわ
ち、異方性磁気抵抗効果による電気抵抗の増減は、スピ
ン依存散乱の場合の電気抵抗の増減と逆になる。

【００５１】したがって、スピン依存散乱による磁気抵
抗効果により信号磁界を検出しようとする場合には、異
方性磁気抵抗効果による電気抵抗変化の少ない２層構造
の積層膜を採用することが好ましい。例えば、ＮｉＦｅ
からなる２層構造の積層膜を用いると、スピン依存散乱
による磁気抵抗効果による電気抵抗変化は４％程度であ
り、異方性磁気抵抗効果による電気抵抗変化は３％程度
ある。それぞれの電気抵抗の増減は、信号磁界に対して
互いに打ち消し合うので、このような積層膜は本発明の
第２の発明の薄膜磁気ヘッドには適さないことが分か
る。

【００５２】本発明の第２の発明の薄膜磁気ヘッドのＭ
Ｒ素子の信号磁界に対する応答は、磁界に対して完全に
は線形ではない。もし信号処理の都合上、より線形性が
要求される場合には、センス電流に平行な方向にバイア
ス磁界を印加する手段を設けることが必要となる。

【００５３】また、磁化容易軸がセンス電流と平行な向
きの場合には、センス電流による磁界が作用すると、２
つの磁性膜の磁化は互いに逆向きに磁化容易軸からある
角度だけ磁化回転する。この角度は、磁性膜の異方性磁
界、センス電流による磁界、および反磁界のバランスで
決まる角度であり、０度から９０度までの値をとること
が可能である。信号磁界が作用すると、２つの磁性膜の
磁化は平行になる向きに、互いに逆方向に回転し、電気
抵抗は減少する。もし、ＭＲ素子の信頼性から許される
最大のセンス電流による磁界で、信号磁界が作用しない
ときの互いの磁化がなす角度が直角になっている場合に
は、信号磁界に対する電気抵抗変化の線形性がよい。

【００５４】本発明の第４の発明において、センス電流
の通電方向が非磁性体と磁性体との境界面を貫く方向で
あるとは、センス電流の通電方向が境界面に対して直角
である必要はない。

【００５５】本発明の第４の発明において、配列される
磁性体の数は、静磁結合を安定させるために偶数である
ことが好ましい。また、非磁性体の材料としては、Ｃ
ｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ等を用いることができる。

【００５６】本発明の第５の発明において、磁性合金膜
は、その内部に非磁性膜領域を有しており、非磁性膜領
域により磁性合金膜が磁気的に分離された構造でもよ
い。この場合には、分離された磁性合金膜の最上層と最
下層にバイアス膜を積層した構造となる。

【００５７】本発明の第５の発明において、線形応答さ
せるためには、異方性磁気抵抗効果素子と同じく信号磁
界に重畳した新たなバイアス磁界を印加することが必要
である。前述した直交磁化配列方式と比較すると、グラ
ニュラー型磁性合金における両方のバイアス膜の界面で
の磁化はそれぞれ反対方向に回転するので、２倍の高感
度が実現できる利点を有する。なお、両バイアス膜積層
界面での磁化回転を用いる場合でも、両バイアス膜のバ
イアス磁界方向のなす角度が９０°となるように、かつ
信号磁界方向から±１３５°外れた方向に両バイアス膜
のバイアス磁界方向を設定することにより、動作点バイ
アスを除去することができる。しかしながら、この場合
には、線形応答のダイナミックレンジが狭く、反磁界の
影響でバイアス磁界を上記設定方向に加えることが困難
となる。

【００５８】両バイアス磁界を略直交とする方式、略反
平行とする方式ともに、バイアス磁界を安定性にするた
めに、グラニュラー型磁性合金膜に比べてバイアス膜の
膜厚を厚くすることが望ましい。これは、グラニュラー
型磁性合金膜に比べてバイアス膜が薄いとグラニュラー
型磁性合金膜からの反作用によりバイアス膜の磁化方向
が変化するからである。

【００５９】また、センス電流がバイアス膜に流入して
感度が低下することを防止するために、バイアス膜の抵
抗をグラニュラー型磁性合金膜部の抵抗よりも高くする
ことが必要である。このためには、少なくともバイアス
膜の抵抗率がグラニュラー型型磁性合金膜の抵抗率より
も大きいことが必要であり、バイアス膜の抵抗率はでき
る限り高いことが望ましい。したがって、非晶質や微結
晶構造の軟磁性膜がバイアス膜に適する。

【００６０】なお、両バイアス膜とグラニュラー型磁性
合金膜との界面を通して交換バイアスを付与する際に、
バイアス膜にＦｅＭｎやＮｉＯ等からなる反強磁性膜を
用いる場合には、その界面に０．２〜３nm厚程度の極薄
いＮｉＦｅ膜等の交換バイアス膜に適した膜を介在させ
ることが望ましい。

【００６１】グラニュラー型磁性合金膜では、バイアス
膜との界面では磁性領域が膜中を占めるが、その界面か
ら離れたところよりも多く、磁性領域間での交換結合が
伝わることが望ましい。逆に、バイアス膜との上下両界
面間での磁化方向を変化させるためには、グラニュラー
型磁性合金膜の界面とは離れた中央部で、非磁性領域の
占める割合を相対的に多くして、磁化方向を変化させ易
くすることが望ましい。

【００６２】本発明の第５の発明において、それぞれの
バイアス膜により磁性合金膜に印加されたバイアス磁界
の方向が所定の角度を有するように設定する。特に、こ
の所定の角度は２０〜１８０°であることが好ましい。

【００６３】さらに、本発明の第５の発明において、磁
性合金膜中の磁性領域の割合は、バイアス膜と磁性合金
膜近傍の方が他の部分よりも高いことが好ましい。

【００６４】

【作用】本発明の第１の発明では、磁性多層膜に供給さ
れる電流に起因する磁界により、磁性多層膜を構成する
軟磁性膜の単磁区化状態が安定となる。さらに、一対の
磁性多層膜をＭＲ素子の感磁部の両側に配置しているの
で、互いに反平行状態をとる一対の磁性多層膜と互いに
反平行状態をとるＭＲ素子の感磁部の単磁区状態が非常
に安定となる。このため、バルクハウゼンノイズを完全
に取り除くことができる。

【００６５】本発明の第３の発明では、ＭＲ素子端部に
磁極がほとんど発生しなくなるため、反磁界が小さくな
り、磁性膜端部におけるエッジカーリングウォールがき
わめて小さくなる。その結果、このＭＲ素子を用いるこ
とにより、再生出力が大きい磁気抵抗効果型ヘッドとな
る。

【００６６】本発明の第４の発明では、非磁性体と交互
に一列に配置された磁性体においては、静磁エネルギー
を低減するように隣り同士の磁気モーメントがほぼ反平
行状態となる。これに磁界を印加すると各磁性体の磁気
モーメントが回転あるいは反転し、隣り合う磁気モーメ
ントのなす角度が印加磁界に応じて変化し、このＭＲ素
子の電気抵抗変化が起こる。

【００６７】また、ＭＲ素子の電気抵抗Ｒ″は、非磁性
体の電気抵抗Ｒ_N.M.と磁性体の電気抵抗Ｒ_M.の直列抵抗
と考えられ、従来技術に記述したように算出すると、 Ｒ_N.M.＝ρ_N.M.＊１_N.M.／（ｗ_N.M.＊ｔ_N.M.） １_N.M.＝ｄ₂ ×繰り返し回数＝１″／２、１＝１０^-4cm ｗ_N.M.＝ｗ″＝０．５×１０^-4cm、ｔ_N.M.＝ｔ″＝１０
０オングストロームとすると、 Ｒ_N.M.〜３×１０^-6＊０．５×１０^-4／（０．５×１０
^-4＊１００×１０^-8）＝６Ω Ｒ_M.＝ρ＊_M.１_M.／（ｗ_M.＊ｔ_M.） １_N.M.＝ｄ₁ ×繰り返し回数＝１″／２、ｔ_M.＝ｔ″＝
１００オングストローム、ｗ_M.＝ｗ″＝０．５×１０^-4
cmとすると、 Ｒ_M.〜３０×１０^-6＊１０^-4／（０．５×１０^-4＊１０
０×１０^-8）＝６０Ωなので、 Ｒ″＝Ｒ_N.M.＋Ｒ_M.＝６６Ω となり、ＭＲ素子としても充分に使用可能な大きな抵抗
値となる。

【００６８】次に、電気抵抗変化率α″について考察す
る。センス電流の通電方向が非磁性体と磁性体との境界
面を貫くようにリードが配置されているため、全伝導電
子が非磁性体と磁性体とのすべての境界を通過する。

【００６９】このため、電気抵抗変化を最も大きくとる
ことができる。例えば、トラック幅１μｍの場合、非磁
性体と磁性体の長さｄ₁ 、ｄ₂ を通常の人工格子膜の場
合と同程度の２０オングストロームとすると、非磁性体
と磁性体との境界面の数は５００となり、通常の人工格
子膜の場合の１０倍程度になる。したがって、α″も大
きな値となる。

【００７０】そこで、出力△Ｖ″について算出すると、
センス電流Ｉは Ｉ″＝Ｊ＊ｗ″＊ｔ″ ＝１０⁷ ＊０．５×１０^-4＊１００×１０^-8＝０．５ｍ
Ａ よって、 △Ｖ″＝Ｉ″＊△Ｒ″＝Ｉ＊α″＊Ｒ″ 仮に、α″＝α´としても ＝０．５×１０^-3＊０．４＊６６ ＝１３．２ｍＶ （△Ｖ″＞＞△Ｖまたは△Ｖ´） となり、従来の方式に比べ格段に大きな出力が得られる
ことが分かる。

【００７１】以上のように、本発明の第４の発明の磁気
抵抗効果型ヘッドは、ＭＲ素子の電気抵抗が実用的なほ
ど大きくとれ、かつ電気抵抗変化率を大きくすることが
できるので、出力が大幅に向上する。

【００７２】本発明の第５の発明では、バイアス膜の両
バイアス磁界の方向または強度の少なくとも一方は、互
いに異なることが必要であり、上バイアス膜と下バイア
ス膜からのバイアス方向が、信号磁界〜０で概ね直交す
ること或いは反平行となることが望ましい。いわゆる直
交バイアス関係では、片側のバイアス膜には実質的に信
号磁界によりその磁化方向が変化しないようなバイアス
膜（例えば、ＦｅＭｎ，ＮｉＯ等からなる反強磁性膜、
ＣｏＰｔ等からなる硬質磁性膜）を用いて、その交換バ
イアス磁界によりグラニュラー型磁性合金膜におけるバ
イアス膜界面近傍（以下、磁化固着界面という）におけ
る磁化を固着する。一方、他方のバイアス膜には信号磁
界に応答し、その磁化方向が変化するバイアス膜を用い
て、その交換バイアスによりグラニュラー型磁性合金膜
におけるバイアス膜界面近傍（以下、磁化回転界面とい
う）における磁化方向を信号磁界で変化させる。これに
より、磁性合金内部での磁化配列を弱い信号磁界でも容
易に変えることが可能となる。具体的には、信号磁界〜
０ではグラニュラー型磁性合金内の磁化はバイアス膜の
界面から他方のバイアス膜の界面に向けて９０°回転す
る配列となる。

【００７３】磁化固着界面の磁化方向に信号磁界が加わ
ると、磁化回転界面での磁化も磁化固着界面と同じ方向
に磁化が回転するので、グラニュラー型磁性合金内部で
の磁化は強磁性的な配列となり抵抗が減少する。逆に、
磁化固着界面の磁化方向と１８０°反対方向の信号磁界
が加わると、磁化回転界面での磁化は磁化固着界面の磁
化方向と１８０°反対方向を向くので、グラニュラー型
磁性合金内部での磁化は反強磁性的な配列となり抵抗が
増大する。その結果、図２１に示すような磁界〜０にお
いて線形性のよい高感度な抵抗−磁界特性が得られる。
この方式によれば、線形応答を得るために異方性磁気抵
抗効果素子に不可欠であった動作点バイアスが不要にな
り、弱い磁界で異方性磁気抵抗効果やスピンバルブ型磁
気抵抗効果素子に比べて大きな抵抗変化率（数十％）が
得られる。

【００７４】一方、いわゆる反平行バイアス関係では、
両バイアス膜ともに、弱い信号磁界で磁化が容易に回転
する軟磁性強磁性膜（例えば、非晶質Ｃｏ系膜、Ｔａや
Ｚｒ等の遷移金属やＰｄ，Ｒｈ等の貴金属を５〜２０ａ
ｔ％加えたＮｉＦｅ膜、窒素や炭素を添加したＦｅ系や
Ｃｏ系の微結晶膜）を用い、磁界〜０で信号磁界と直交
する方向に両バイアス膜との積層界面近傍における互い
の磁化が反平行に配列するようにする。このような構成
により、磁界〜０では、グラニュラー型磁性膜内部での
磁化は、両方のバイアス膜積層界面近傍で反平行とな
り、これにより高い抵抗を示す。このとき、磁界が信号
磁界方向に加わると、両バイアス膜積層界面近傍でのグ
ラニュラー型磁性合金の磁化が、それぞれ逆方向に回転
して磁化方向が強磁性的に配列するので、抵抗が減少す
る。その結果、急俊な磁界−抵抗特性が得られる。

【００７５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して具体
的に説明する。

【００７６】実施例１ 図１は、本発明の第１の発明の磁気抵抗効果型ヘッドの
一例を示す説明図である。この磁気抵抗効果型ヘッド
は、ＭＲ素子の媒体と対面する側の端面のみに、ＮｉＦ
ｅ積層膜１１を配置し、それ以外のＭＲ素子部分はＣｏ
系２層膜１２としたものである。ＮｉＦｅは、耐蝕性に
優れ、磁気ヘッドのコアとして用いられており、しかも
異方性磁気抵抗効果が３％程度ある。このため、ＮｉＦ
ｅ積層膜１１に隣接したＣｏ系２層膜１２の部分は信号
磁界に応じて電気抵抗変化する。異方性磁気抵抗効果に
よる電気抵抗変化は、スピン依存散乱による電気抵抗変
化と符号が逆となるが、図１に示す例では、このＮｉＦ
ｅ積層膜が電気的にはリード線１３と並列になっている
ので、実際には電気抵抗には寄与しない。

【００７７】ＮｉＦｅ積層膜１１は、媒体からの磁界を
このＣｏ系２層膜１２へ導くフラックスガイドとして作
用する。この例では、ＭＲ素子端面に配置する積層膜の
材料を異方性磁界が３Ｏｅ程度と小さく高周波透磁率が
良好なＮｉＦｅとしているが、ＮｉＦｅに限定されず、
耐蝕性に優れた軟磁性材料であればよい。

【００７８】図２は本発明の第１の発明の磁気抵抗効果
型ヘッドの他の例を示す説明図であり、図３は図２に示
す磁気抵抗効果型ヘッドの断面図である。

【００７９】図中２１は基板を示す。基板２１上には、
絶縁層２２が形成されている。絶縁層２２上には、Ｎｉ
Ｆｅ等の軟磁性材料からなる一対の磁性多層膜２３が配
置されており、その間にＣｒ，Ｗ，Ｔａ，Ｔｉ等の導電
体もしくはＡｌ₂ Ｏ₃ 等の絶縁体からなる非磁性膜２４
が挟持されている。また、一対の磁性ヨーク２３は、そ
の一端部でＭＲ素子２５を挟持するようになっている。
なお、ＭＲ素子２５は、下側磁性膜、非磁性膜、および
上側磁性膜を順次積層してなるものである。ＭＲ素子の
構成としては、例えば、ＣｏＦｅ／Ｃｕ／ＣｏＦｅ、Ｎ
ｉＦｅ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅ／Ａｌ₂ Ｏ₃ ／Ｎｉ
Ｆｅが挙げられる。一対の磁性多層膜２３には、第１の
リード線２６が設けられている。また、ＭＲ素子２５の
外側には、ＭＲ素子２５を挟持するようにして第２のリ
ード線２７が形成されている。さらに、最上層として絶
縁層２８が形成されている。

【００８０】図３において第１のリード線２６より電流
Ｉ_MR／２がそれぞれ磁性多層膜２３に導入され、ＭＲ素
子２５を経て第２のリード線２７より流れ出る。上側の
磁性多層膜に流れる電流は下側の磁性多層膜に紙面に向
かう向きの磁界を作り、下側の磁性多層膜に流れる電流
は上側の磁性多層膜に紙面から向かう向きの磁界を作る
ため、両磁性多層膜の磁気モーメントが静磁的に結合し
各磁性多層膜を単磁区化する。また、ＭＲ素子２５の両
側に磁性多層膜を配置することにより、それぞれの磁気
モーメントが反平行状態となっているので、磁性多層膜
を構成する上下の磁性膜がＭＲ素子の感磁部を構成する
２つの磁性膜とそれぞれフェロ的に結合し、ＭＲ素子の
感磁部の２つの磁性膜の反平行状態を阻害することもな
い。

【００８１】図４は本発明の第１の発明の磁気抵抗効果
型ヘッドの他の例を示す断面図である。図４において、
第１のリード線２６は、磁性多層膜２３とＭＲ素子２５
の感磁部の双方に電気的に接続されている。このため、
ＭＲ素子２５の感磁部のみの電気抵抗変化を感知するこ
とができる。図４においては、第１のリード線２６は、
腐蝕を防ぐためにヘッド端面よりリセス状態にしている
が、耐蝕性のよい材料を用いる場合には、第１のリード
線２６をヘッド端面に露出させてもよい。

【００８２】図５は本発明の第１の発明の磁気抵抗効果
型ヘッドの他の例を示す断面図である。図５において
は、磁気多層膜２３とＭＲ素子２５の感磁部の双方にそ
れぞれ２つのリード線が接続されており、それぞれの電
流の向きと大きさを独立に選択できるようになってい
る。図５においては、磁気多層膜２３を流れる電流とＭ
Ｒ素子２５の感磁部を流れる電流は反対方向に向いてい
るため、磁気多層膜２３の上側の磁性膜２９の磁気モー
メントとＭＲ素子の感磁部の上側の磁性膜３０の磁気モ
ーメントは反対方向に向いており、静磁エネルギー的に
も各層の単磁区構造が非常に安定なものとなる。磁性多
層膜２３の下側の磁性膜３１の磁気モーメントとＭＲ素
子２５の感磁部の下側の磁性膜３２の磁気モーメントも
同様の関係にあるため、各層の単磁区構造が非常に安定
なものとなっており、バルクハウゼンノイズを充分に阻
止できる。

【００８３】また、図３８に示すような構成にすること
により、動作点バイアスが不要となる。

【００８４】実施例２ 図６は、本発明の第２の発明の磁気抵抗効果型ヘッドを
記録再生兼用ヘッドとして用いる一例を示す説明図であ
る。ＭＲ素子５１に厚い磁性膜５２が積層されている。
ＭＲ素子５１には端子５３および５４が取り付けられて
いる。また、磁化容易軸は、センス電流と直交するよう
に付与されている。厚い磁性膜５２には、絶縁膜（図示
せず）を介してコイル５５が巻回されている。

【００８５】この記録再生兼用ヘッドは、端子５３，５
４を解放端とし、コイル５５に記録電流を流すと、厚い
磁性膜５２の困難軸方向に磁束が発生し、ＭＲ素子５２
で磁束が絞りこまれ、その端面から強い磁界が発生して
媒体４７を磁化する。これにより、位相ずれがなく、高
周波応答が良好となる。このとき、コイル５５に直流電
流を通電し、ＭＲ素子５２の動作点を調整するバイアス
磁界を与えることにより、ＭＲ素子の信号磁界に対する
応答の線形性がよくなる。さらに、録再ヘッドとして使
用する場合には、再生時にコイルに通電することにより
線形性が向上する。

【００８６】なお、多層構造のＭＲ素子の両側に単層磁
性膜からなる一対のシールド層を配置する場合には、こ
のシールド層が信号磁界等の影響によって内部で不規則
な磁壁移動を起こし、これに伴い磁束がＭＲ素子に流入
してノイズが出力される（シールド層に起因するバルク
ハウゼンノイズ）という問題がある。

【００８７】この問題に対しては、本発明の第１の発明
の磁気抵抗効果型ヘッドを応用することにより解決する
ことができる。すなわち、この磁気抵抗効果型ヘッド
は、図７に示すように、一対のシールド層６１を２つの
磁性膜６２と、磁性膜６２に挟持された導電性または絶
縁性の非磁性膜６３とからなる積層膜で構成し、それぞ
れのシールド層６１にシールド層用定電流源６４を接続
し、ＭＲ素子６７にＭＲ素子用定電流源６５を接続する
ことにより構成される。

【００８８】このような構成において、それぞれのシー
ルド層６１にシールド層用定電流源６４から媒体６６の
表面に垂直な方向であって、かつ同一の方向に電流
Ｉ₁ ，Ｉ₂ を流し、ＭＲ素子６７にはＭＲ素子用定電流
源６５からセンス電流を流す。このとき、シールド層を
構成するそれぞれ２つの磁性膜６２には、媒体６６のト
ラック幅方向に異方性が付与されており、またトラック
幅方向でかつ互いに逆方向の電流磁界が印加される。こ
れにより、２つの磁性膜６２は単磁区化される。その結
果、シールド層６１には、信号磁界等による不連続な磁
壁移動に起因するバルクハウゼンノイズが発生しない。
この場合、電流Ｉ₁ ，Ｉ₂ の方向が同じであるので、シ
ールド層６１の積層膜の材料、寸法を同じにすることに
より、電流Ｉ₁ ，Ｉ₂ に基づく不要なトラック幅方向の
磁界がＭＲ素子６７に印加されることを防止できる。な
お、電流Ｉ₁ ，Ｉ₂ とセンス電流を別々に流しているの
で、シールド層６１の単磁区化が容易となる。

【００８９】また、図８に示すように、２つのシールド
層６１とＭＲ素子６７との間に非磁性導電体６８を配置
してシールド層６１とＭＲ素子６７とを直列に接続し、
一つの定電流源６９から電流Ｉ₁ ，Ｉ₂ およびセンス電
流を流すことにより、電流端子数を減少させることがで
きる（図７の場合の半分）。

【００９０】ＭＲ素子を構成する２つの磁性膜を、その
飽和磁化Ｍｓと膜厚ｔとの積が異なるように設定するこ
とにより（Ｍｓ₁ ・ｔ₁ とＭｓ₂ ・ｔ₂ が等しくな
い）、ＭＲ素子に流すセンス電流磁界だけで、ＭＲ素子
に動作点バイアス磁界が印加される。その結果、高感度
で線形性の良好な信号再生が可能となる。したがって、
動作点バイアスを印加する手段を用いる必要がなく、磁
気抵抗効果型ヘッドの構造が簡単になり、製造が容易と
なる。

【００９１】Ｍｓ₁ ・ｔ₁ とＭｓ₂ ・ｔ₂ が等しい場合
には、センス電流磁界は、２つの磁性膜の磁化を互いに
逆方向にかつトラック幅方向に同じだけ向けようとす
る。このため、磁性媒体からの信号磁界がない時は、こ
れらの磁化のなす角が１８０°となる。スピン依存散乱
現象に基づくＭＲ効果においては、この１８０°のとき
にＭＲ素子の抵抗が最大となる。しかし、流入する信号
磁界に対するＭＲ応答感度は最小である。一般に、ＭＲ
素子が線形性を保持し、最も高感度に応答するのは磁化
のなす角がほぼ９０°のときである。このため、バイア
ス用の導電層に電流を流し、これによって発生するバイ
アス磁界を２つの磁性膜に印加して磁化のなす角をほぼ
９０°にしている。

【００９２】Ｍｓ₁ ・ｔ₁ とＭｓ₂ ・ｔ₂ が異なる場
合、各種磁気エネルギーのつりあいの結果、センス電流
磁界による２つの磁性膜の磁化の動きに違いが生じる。
このため、Ｍｓ₁ ・ｔ₁ とＭｓ₂ ・ｔ₂ との大小関係と
センス電流の大きさを適宜選択することにより、磁化の
なす角をほぼ９０°にすることができる。このように、
特に動作点バイアス手段を設けなくても高感度でしかも
線形性の良好な信号再生を実現することができる。

【００９３】図９に示すように、シールド層７１を有す
る磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、分解能を決定するＡ
ＢＳ面露出部７２でＭＲ素子７３とシールド層７１との
間の距離を短くし、ＡＢＳ面露出部７２から遠い部分で
その距離を長くすることにより、分解能を向上させつ
つ、短絡を防止することができる。

【００９４】実施例３ 図１０は本発明の第３の発明の磁気抵抗効果型ヘッドの
説明図である。図中７４は基板を示す。基板７４上には
下側磁性膜７５が形成されており、下側磁性膜７５上に
は非磁性膜７６が形成されており、非磁性膜７６上には
上側磁性膜７７が形成されている。下側磁性膜７５、非
磁性膜７６、および上側磁性膜７７からなる積層膜の対
向する側面には、それぞれ側部磁性膜７８が形成されて
いる。また、上側磁性膜７７および一方の側部磁性膜７
８に沿ってリード線７９，８０が形成されている。ここ
では、電流はリード線７９からリード線８０に向かって
流れる。このような構成の磁気抵抗効果型ヘッドにおい
ては、側部磁性膜７８が磁極の発生を防止し、エッジカ
ーリングウォールが発生することを阻止する。なお、側
部磁性膜７８として硬質磁性体を使用することにより、
はじめて前記効果が発揮される。

【００９５】このような構成の磁気抵抗効果型ヘッドは
次のようにして製造される。

【００９６】まず、図１１（Ａ）に示すように、基板７
４上にパーマロイ等からなる下側磁性膜７５、Ｃｕ等か
らなる非磁性膜７６、パーマロイ等からなる上側磁性膜
７７を順次形成する。次いで、図１１（Ｂ）に示すよう
に、上側磁性膜７７上にレジストを塗布しＭＲ素子形状
のマスク８１を形成し、図１１（Ｃ）に示すように、イ
オンミーリング、ＲＩＥ等の方法により上側磁性膜７
７、非磁性膜７６、下側磁性膜７５の順に上部からエッ
チングする。なお、図１１（Ｄ）に示すように、マスク
８１を除去した後、上側磁性膜７７および非磁性膜７６
のミーリングにおいて再デポジションのない条件で行
い、下側磁性膜のミーリングにおいて再デポジションの
ある条件で行うことにより、側部磁性膜８２を形成する
ことができる。側部磁性膜８２を形成する際に、エッチ
ングガスにＯ₂ ガスを添加することにより、側部磁性膜
８２を硬質化することができる。その後、図１１（Ｅ）
に示すように、Ｃｕ等からなるリード線７９，８０をリ
フトオフ等の手段によって形成する。

【００９７】また、ＭＲ素子のミーリングは上記の方法
に限定されず、例えば一度上側磁性膜７７、非磁性膜７
６、下側磁性膜７５をすべて再デポジションのない条件
でミーリングし、次に、マスク材を除去せずにＭＲ素子
の側面のみに磁性膜が堆積し易い条件で、磁性膜をＭＲ
素子全面に形成することにより、上側および下側磁性膜
の端部を磁気的に接続させ、その後、乾式のエッチング
を再度行ってＭＲ素子全面に形成した磁性膜の接続部以
外の部分を除去してもよい。

【００９８】あるいは、図１２（Ａ）に示すように、Ｍ
Ｒ素子を略短冊形状に加工した後、マスク材を除去せず
にさらにＭＲ素子端部の金属露出部のみにＦｅ（ＣＯ）
₅ 、Ｃｏ（ＣＯ）₅ 、Ｎｉ（ＣＯ）₄ 、Ｆｅ（Ｃ
₅ Ｈ₅ ）₂ 、Ｃｏ（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂ 、Ｎｉ（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂
からなる材料を化学的気相成長法で選択成長させて側部
磁性膜８２を形成し、上側および下側磁性膜の端部を磁
気的に接続し、最後に図１２（Ｃ）に示すように、リー
ド線７９，８０を形成してもよい。

【００９９】図１３は、非磁性膜８４を挟持する上側お
よび下側磁性膜８３，８５が理想的に磁気的に接続され
た場合の磁気モーメントの状態を示す。図１３におい
て、ＭＲ素子の端部に磁極が発生しないためにエッジカ
ーリングウォールが発生せず、ＭＲ素子全体をアクティ
ブな領域とすることができる。

【０１００】図１４（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の第
３の発明の磁気抵抗効果型ヘッドのＭＲ素子の他の例を
示す。図１４（Ａ）に示すＭＲ素子は、図１３に示すＭ
Ｒ素子８６を非磁性膜８７を介して複数個積層したもの
であり、図１４（Ｂ）に示すＭＲ素子は、磁性膜８３と
非磁性膜８４を交互に積層し、各磁性膜８３の端部を磁
気的に接続してなるものである。

【０１０１】このような構成のＭＲ素子も、その端部に
磁極が発生しないためにエッジカーリングウォールが発
生せず、ＭＲ素子全体をアクティブな領域とすることが
できる。

【０１０２】また、図１５および図１６に示すように、
上側および下側磁性膜８３，８５、並びに非磁性膜８４
からなるＭＲ素子の両側に硬質磁性膜８８，８９を配置
することにより、エッジカーリングウォールを防止する
ことができる。図１５における硬質磁性膜８８は垂直磁
性膜であり、図１６における硬質磁性膜８９は面内磁性
膜である。

【０１０３】実施例４ 図１７は、本発明の第４の発明の磁気抵抗効果型ヘッド
の一例を示す説明図である。図中９１はＮｉ₈₀Ｆｅ₂₀等
からなる磁性体であり、９２はＣｕ等からなる非磁性体
を示す。短冊形状の磁性体９１および非磁性体９２が、
その長手方向を揃えるようにして交互に配列されてい
る。また、配列された磁性体９１の両側には、Ｃｕ等か
らなるリード線９３が配置されている。このような構成
の磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、電流は磁性体９１と
非磁性体９２との境界面を貫く方向（境界面と直交）に
通電される。

【０１０４】図１８（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の第４の
発明の磁気抵抗効果型ヘッドのＭＲ素子を製造過程を説
明するための図である。図中９４はＳｉ等からなる基板
を示し、９５はＣｕからなる下地層を示す。なお、図１
８では、Ｃｕ原子９５、Ｎｉ₈₀Ｆｅ₂₀の磁性体原子９
６、Ｃｕ等からなる非磁性導体原子９７を用いて表わ
す。

【０１０５】まず、基板表面と水平面とのなす角θがθ
≦１０度となるように単結晶材料を切り出す。基板表面
と水平面とのなす角θが１０度以下となるように基板を
切り出すのは、１／（tan 10°）＝５．７であるので大
体６原子以上のテラス毎に１原子高さの段差が基板表面
に形成されることになり、磁性体と非磁性体の繰り返し
ピッチを６原子以上の実用的な値にできるからである。

【０１０６】次に、酸洗、逆スパッタリング、あるいは
真空加熱により基板表面を清浄し、図１８（Ａ）に示す
ように、Ｃｕを被着して下地層を形成する。この場合、
基板温度を適切に制御しながら下地層を形成する。

【０１０７】次いで、図１８（Ｂ）に示すように、下地
層上にＮｉ₈₀Ｆｅ₂₀等の磁性材料を蒸着する。基板９３
上に到達した磁性体原子９６は基板９３上を動きまわっ
た後、段差部９８に到達する。段差部９８では原子の化
学ポテンシャルが大きくなるので、蒸着される磁性体原
子９６のエネルギーおよび基板温度を適切に制御するこ
とにより、蒸着された磁性体原子９６は段差部９８から
離脱できなくなり、段差部９８に被着する。この状態で
蒸着を続けると段差部９８を基に磁性体原子９６が層形
成する。このようにして磁性膜が形成される。

【０１０８】次いで、層形成した磁性体原子９６が下地
層全体を覆う前に、図１８（Ｃ）に示すように、Ｃｕ等
の非磁性導体材料を上記と同様にして蒸着する。非磁性
導体原子９７は上記と同様にして層形成する。続いて、
層形成した非磁性導体原子９７が磁性膜を覆う前に、図
１８（Ｄ）に示すように、磁性材料を再び蒸着して磁性
体原子９６を層形成させる。このように、磁性材料の蒸
着および非磁性導体材料の蒸着を交互に繰り返して図１
８（Ｅ）に示すように磁性体と非磁性体の層形成を行
う。

【０１０９】最後に、ＭＲ素子形状に磁性体および非磁
性体をパターニングした後、Ｃｕ等でリード線を形成
し、図１７に示す磁気抵抗効果型ヘッドを完成させる。

【０１１０】図１９は本発明の第４の発明の磁気抵抗効
果型ヘッドの他の例を示す説明図である。この構成の磁
気抵抗効果型ヘッドは、電流方向が磁性体９１と非磁性
体９２との境界面を貫くが、電流方向と境界面とが直交
していないものである。

【０１１１】この磁気抵抗効果型ヘッドにおいて、磁界
がＭＲ素子の長手方向と直交して入るようにＭＲ素子を
配置すると、磁性体の磁化の応答は回転はモードをと
る。このため、高周波応答が良好となる。

【０１１２】また、本発明の第４の発明の磁気抵抗効果
型ヘッドは、Ｈｓを高くするために、図２０〜図２２に
示すように、磁性体９１と非磁性体９２の配列の上側お
よび／または下側に磁性膜９９を形成してもよい。さら
に、図２３に示すように、非磁性体９２中に磁性体９１
を分散させた膜の両面にバイアスを付与するための磁性
膜９０を設けた構造であってもよい。この場合、磁性膜
としては反強磁性、強磁性、フェリ磁性を有するものが
用いられる。また、図２３および図２４に示すように、
短冊形状の磁性体９１および非磁性体９２がその長手方
向を揃えるようにして交互に配列された層が非磁性体９
１を介して下側にもう一層形成されていてもよい。この
場合、磁性体９１および非磁性体９２の配列パターン
は、図２４に示すように、上層と下層において同じであ
ってもよいし、図２５に示すように、上層と下層におい
て交互になっていてもよい。

【０１１３】実施例４ 図２６に本発明の一実施例を示す。基板１０９上に厚さ
１〜１００nmの第１のバイアス膜１０１、厚さ１〜５０
nmのいわゆるグラニュラー型の磁性膜１０２、および厚
さ１〜１００nmの第２のバイアス膜１０３を順次積層す
る。さらに、その積層膜上に電極１０４を形成する。こ
のグラニュラー型の磁性膜１０２は、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ
等の強磁性元素からなる磁性領域１０２ａがＣｕ，Ａ
ｇ，Ａｕ等の非磁性元素からなる非磁性領域１０２ｂに
より相分離された構造を有している。なお、基板１００
とバイアス膜１０１との間には、必要に応じてバアイス
膜等の特性を制御するための下地膜を形成してもよい。
また、バイアス膜１０３の上には、必要に応じて保護膜
を形成してもよい。上記構成において、安定したバイア
ス磁界を印加するためには、第１および／または第２の
バイアス膜１０１，１０３の厚さをグラニュラー型磁性
膜１０２の厚さよりも厚くすることが望ましい。これ
は、バイアス膜１０１や１０３がグラニュラー型磁性膜
１０２よりも薄いと、グラニュラー型磁性膜１０２から
の反作用でバイアス膜の磁化が不安定になり易く、安定
したバイアス磁界付与が困難になるからである。

【０１１４】第１および第２のバイアス膜１０１，１０
３としては、グラニュラー型磁性膜１０２よりも高抵抗
である反強磁性膜（例えば、ＦｅＭｎ，ＮｉＯ，ＣｒＡ
ｌ，ＰｄＭｎ，ＮｉＭｎ等からなる膜）、軟磁性強磁性
膜（例えば、非晶質Ｃｏ系膜，ＮｉＦｅＸ膜（Ｘ：Ｎ
ｂ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｍｏ，Ｗ等の遷移金属、または
Ｒｈ，Ｉｒ，Ｐｄ等の貴金属であり、Ｘは磁気特性の劣
化しない程度である０以上であって１０〜２０ａｔ％以
下の組成範囲のもの）、窒素や炭素を添加したＣｏＺｒ
ＮｂＮ，ＦｅＴａＮ等の微結晶膜）、硬質磁性膜（例え
ば、ＣｏＣｒＮｉ，ＣｏＰｔ，Ｆｅ₂ Ｏ₃ 等からなる
膜）を用いることができる。

【０１１５】第１および第２のバイアス膜１０１，１０
３の抵抗を高くする理由は、センス電流がバイアス膜中
に分流して抵抗変化率を劣化させることを防止するため
である。

【０１１６】第２のバイアス膜１０３とグラニュラー型
磁性膜１０２との積層から生じる交換バイアスと、第１
のバイアス膜１０１とグラニュラー型磁性膜１０２の積
層から生じる交換バイアスとは、その強さまたは方向が
異なるようにする。交換バイアスの強度は、バイアス膜
の種類、バイアス膜近傍でのグラニュラー型磁性膜１０
２に使用するの磁性粒子の分布状態やバイアス膜とグラ
ニュラー型磁性膜１０２との界面制御により調整でき
る。例えば、１原子層〜１０原子層の極薄い膜をバイア
ス膜とグラニュラー型磁性膜１０２との界面に介在させ
ることにより調整できる。また、交換バイアスの方向
は、バイアス膜を成膜する際の磁界付与方向や、成膜後
に磁界を印加しながら熱処理する際の磁界付与方向によ
り制御できる。

【０１１７】交換バイアスの方向・強度の関係の一例を
以下に示す。この方式は、グラニュラー型磁性膜１０２
における第２のバイアス膜１０３近傍の領域（以下、磁
化固着部という）の磁化が信号磁界により実質的に回転
しないように第２のバイアス膜１０３により交換バイア
ス磁界を加えて、一方、グラニュラー型磁性膜１０２に
おける第１のバイアス膜１０１近傍の領域（以下、磁界
検出部という）の磁化が信号磁界により容易に回転でき
るように第１のバイアス膜１０１により交換バイアス磁
界を加えて、信号磁界が０のときの２つのバイアス膜の
交換バイアスの方向を直交させる方式である。また、第
２のバイアス膜１０３を磁界検出部とし、第１のバイア
ス膜１０１を磁化固着部とするようにしてもよい。

【０１１８】磁化固着部に交換バイアスを付与するため
の第２のバイアス膜１０３は、信号磁界に対して実質的
に磁化回転しないことが必要であるので、反強磁性膜、
硬質強磁性膜であることが望ましい。また、安定した高
強度の交換バイアスを加えるためには、第２のバイアス
膜１０３とグラニュラー型磁性膜１０２の間に交換バイ
アス付与に適したＮｉＦｅ等からなる厚さ０．２〜３nm
程度の極薄い強磁性膜を介在させることが望ましい。

【０１１９】一方、磁界検出部に交換バイアスを付与す
るための第１のバイアス膜１０１は、その磁化が信号磁
界により容易に回転し、その磁化回転が交換バイアスを
通して磁界検出部へ伝搬することが必要であるので、軟
質強磁性膜であることが望ましい。なお、第１のバイア
ス膜１０１には、バルクハウゼンノイズ除去に必要とな
る単磁区化のために最小限の別のバイアス磁界を加える
ことが望ましい。ただし、この別のバイアス磁界は大き
すぎると、信号磁界による磁化回転が抑制され感度が低
下してしまう。

【０１２０】この別のバイアス磁界は、図２７（Ａ）に
示すように、第１のバイアス膜１０１をグラニュラー型
磁性膜１０２や第２のバイアス膜１０３よりも広くし
て、第１のバイアス膜１０１のエッジ部に硬質磁性膜や
反強磁性膜等からなる第３のバイアス膜１０５を部分的
に積層することにより付与できる。図２７（Ｂ）に示す
ように、第３のバイアス膜１０５は、第１のバイアス膜
１０１の下側に積層してもよいし、あるいは、図２７
（Ｃ）に示すように、第１のバイアス膜１０１と基板１
０９との間に高Ｈｋまたは高Ｈｃを有する強磁性膜や反
強磁性膜等である第４のバイアス膜１０７を介在させる
構成でもよい。なお、第４のバイアス膜１０７は、第１
のバイアス膜１０１の全面に積層してもよいし、部分的
に積層してもよい。

【０１２１】さらに、別のバイアス磁界としては、図２
７（Ｄ）に示すように、センス電流を図中ｙ方向（信号
磁界と概ね同じ方向）に通電することにより生じる電流
磁界や、図２７（Ｅ）に示すように、新たな硬質磁性膜
１０８を磁気抵抗効果素子近傍に配置することにより生
じる静磁バイアス磁界を用いてもよい。

【０１２２】以上の交換バイアス磁界の付与方法の具体
例を以下に示す。

【０１２３】第１の方法では、第１のバイアス膜１０１
およびグラニュラー型磁性膜１０２をスパッタリング等
により成膜する。このとき、図２７中のｘ方向に磁界を
加える。次いで、グラニュラー型磁性膜１０２上に第２
のバイアス膜１０３をスパッタリング等により成膜す
る。このとき、前記磁界方向を成膜の途中で図２９中の
ｙ方向に変える。このようにして各膜を成膜することに
より、第１のバイアス膜１０１からの交換バイアス磁界
を図中ｘ方向に付与することができ、第２のバイアス膜
１０３からの交換バイアス磁界を図中ｙ方向に付与する
ことができ、その結果、両交換バイアスの方向を直交さ
せることができる。

【０１２４】第２の方法は、各膜を成膜した後に磁界中
で熱処理を施し、その途中で磁界方向を９０°変える方
法である。例えば、各膜を成膜した後に、図２７中のｘ
方向に静磁界、または静磁界と回転磁界とを組み合わせ
た磁界を印加しながら熱処理を施し、その冷却の途中で
前記磁界方向と９０°変えて、適度の磁気異方性を有す
る第１のバイアス膜１０１の磁化容易軸を図２７中のｘ
方向に揃える。このようにして各膜を成膜することによ
り、第１のバイアス膜１０１からの交換バイアス磁界を
図中ｘ方向に付与することができ、第２のバイアス膜１
０３からの交換バイアス磁界を図中ｙ方向に付与するこ
とができ、その結果、両交換バイアスの方向を直交させ
ることができる。なお、第２のバイアス膜１０３が反強
磁性膜である場合には、その反強磁性膜のブロッキング
温度より若干高い温度で磁界方向を変えることが好まし
い。

【０１２５】図１９において、グラニュラー型磁性膜１
０２と第１および第２のバイアス膜１０１，１０３の界
面近傍では、近接する磁性粒子同士で交換結合が行われ
るように磁性粒子が分散していることが望ましい。この
とき、近接する磁性粒子間の距離が２nm以下であること
が好ましい。また、磁界検出部である第１のバイアス膜
１０１側の界面近傍では、信号磁界による磁化回転を容
易にするために、磁性粒子の形状が反磁界の弱い層形
状、すなわち膜厚に比べて膜面長さが長いことが好まし
い。

【０１２６】一方、グラニュラー型磁性膜１０２の膜厚
方向中央部では、第１のバイアス膜１０１との界面側の
磁化方向と、第２のバイアス膜１０３との界面側の磁化
方向とのなす角を信号磁界に応じて大きく変化させ、ス
ピン依存散乱を高めて抵抗変化率を向上させるために、
各磁性粒子間の距離をバイアス膜界面近傍の各磁性粒子
間の距離よりも長くする必要がある。すなわち、グラニ
ュラー型磁性膜１０２の膜厚方向に関して、両バイアス
膜界面近傍から両バイアス膜中に向けてグラニュラー型
磁性膜１０２中の磁性領域の割合が減少することが望ま
しい。

【０１２７】以上説明した構成によれば、図２８に示す
ように、グラニュラー型磁性膜１０２と第２のバイアス
膜１０３との界面近傍では、磁化がバイアス方向に固着
されており、一方、グラニュラー型磁性膜１０２におけ
る第１のバイアス膜１０１との界面近傍でも信号磁界に
応じた第１のバイアス膜１０１の磁化回転と同時に磁化
回転するような磁化挙動が得られる。すなわち、信号磁
界が概ね０では、グラニュラー型磁性膜１０２の内部で
磁化が直交配列する。正の信号磁界が加わると（図２８
中プラスｙ方向）、グラニュラー型磁性膜１０２内の磁
化はすべて同一方向（図２８中プラスｙ方向）に揃うの
で、スピン依存散乱効果が減少して抵抗が減少する。逆
に、負の信号磁界が加わると（図２８中マイナスｙ方
向）、グラニュラー型磁性膜１０２内の磁化は、第１の
バイアス膜１０１との界面近傍で第１のバイアス膜１０
１の磁化に揃い、第２のバイアス膜１０３との界面近傍
で第２のバイアス膜１０３の磁化に揃い、反平行に近づ
く。このため、スピン依存散乱効果が増加して抵抗変化
率が向上する。

【０１２８】実際の磁界−抵抗特性の一例を図２９に示
す。ここで使用した磁気抵抗効果素子は次のようにして
作製した。第１のバイアス膜１０１として厚さ１５nmの
非晶質ＣｏＺｒＮｂ膜、グラニュラー型磁性膜１０２と
して厚さ５nmのＣｏ₇₀Ｆｅ₇Ａｇ₂₃合金膜、厚さ１．５n
mのＮｉ₆₀Ｆｅ₁₀膜、第２のバイアス膜１０３として厚
さ８nmのＦｅＭｎ膜、および保護膜として厚さ１０nmの
Ｔｉ膜を順次積層した。以上の成膜は、寸法１０mm×１
mmのパターンになるようにメタルマスクを用いてスパッ
タリングにより行った。成膜した後、０．００２Ｐａ、
４００℃、回転磁界中で１時間保持し、その後、磁界方
向を磁気抵抗効果素子の長手方向に固定して冷却して、
１７５℃で磁界方向を９０°回転してさらに冷却した。
その結果、ＦｅＭｎ膜からの交換バイアスが磁気抵抗効
果素子の幅方向へ、ＣｏＺｒＮｂ膜からの交換バイアス
が磁気抵抗効果素子の長手方向に加わった。

【０１２９】この磁気抵抗効果素子の長手方向に電流を
通電し、電圧測定端子の間隔を５mmとして４端子法によ
り磁界−抵抗特性を測定した。図２９から分かるよう
に、±２０００Ａ／ｍ以下の低磁界で１８％の大きな抵
抗変化率が得られ、さらに磁界〜０において線形応答で
ダイナミックレンジの大きな（±１５００Ａ／ｍ）抵抗
−磁界特性が得られた。

【０１３０】次に、交換バイアスの方向・強度の関係の
他の例を次に示す。これは、第１および第２のバイアス
膜１０１，１０３の信号磁界に応じた磁化回転と一体化
して、グラニュラー型磁性膜１０２と第１および第２の
バイアス膜１０１，１０３の界面近傍の磁化も回転する
ように、第１のバイアス膜１０１からの交換バイアスの
方向と、第２のバイアス膜１０３からの交換バイアスの
方向を異なるようにするものである。

【０１３１】この場合、第１および第２のバイアス膜１
０１，１０３としては、信号磁界に応じて磁化回転し易
い軟磁気特性を有する強磁性膜を用いることが望まし
い。第１および第２のバイアス膜１０１，１０３の交換
バイアスの方向を変えるためには、第１のバイアス膜１
０１の基板側あるいは第２のバイアス膜１０３の上に、
反強磁性膜あるいは高Ｈｃや高Ｈｋを有する強磁性膜を
積層して交換バイアスを加える方法、センス電流を信号
磁界を同じ方向に通電し、そのときに発生する電流磁界
を利用する方法、硬質磁性膜を磁気抵抗効果素子の近傍
に配置し、そのとき発生する静磁結合磁界を利用する方
法等が挙げられる。２つの交換バイアスの方向をそれぞ
れ１８０°異なる方向、すなわち図３０において信号磁
界と直交する±ｘ方向に付与する場合には、図３０に示
すように、磁界〜０ではグラニュラー型磁性膜１０２の
内部で反平行的に磁化が配列するので抵抗変化率が最大
である。また、プラスまたはマイナスの信号磁界が加わ
ると、グラニュラー型磁性膜１０２における両方のバイ
アス膜界面近傍での磁化が信号磁界方向に揃うので、グ
ラニュラー型磁性膜１０２の内部での磁化が強磁性的な
配列となり、図３１に示すような大きな抵抗変化率が得
られる。この場合には、磁界〜０で線形応答が得られな
いので、線形応答に必要な新たなバイアス磁界、いわゆ
る動作点バイアス（図３０中ｙ方向）を信号磁界に重乗
させる必要がある。動作点バイアスとしては、現在実用
化されている異方性磁気抵抗効果をを用いたＭＲヘッド
と同様な方法、例えばシャントバイアス、電流バイア
ス、軟磁性積層バイアスを用いることができる。

【０１３２】２つの交換バイアスの方向を変える手段と
しては、前述した直交バイアス付与方式と同様な方法が
考えられる。グラニュラー型磁性膜１０２の構造は、第
１および第２のバイアス膜１０１，１０３との界面での
交換バイアスを充分に伝えるために、第１および第２の
バイアス膜との界面近傍では、近接磁性粒子同士で交換
結合するように、磁性粒子が分散していることが望まし
い。このとき、近接磁性粒子間の距離は２nm以下である
ことが好ましい。

【０１３３】一方、グラニュラー型磁性膜１０２の膜厚
方向中央部では、第１のバイアス膜１０１との界面側の
磁化方向と、第２のバイアス膜１０３との界面側の磁化
方向とのなす角を信号磁界に応じて大きく変化させ、結
果的にスピン依存散乱を高めて抵抗変化率を向上させる
ために、各磁性粒子間の距離をバイアス膜界面近傍の各
磁性粒子間の距離よりも長くする必要がある。すなわ
ち、グラニュラー型磁性膜１０２の膜厚方向に関して、
両バイアス膜界面近傍から両バイアス膜中に向けてグラ
ニュラー型磁性膜１０２中の磁性領域の割合が減少する
ことが望ましい。

【０１３４】なお、新たな動作点バイアスを不要にする
ために、線形応答が得られる概ね磁界０で両バイアス膜
の磁化が９０°となるように、ｘ方向から約＋４５°
（或いは−４５°）、約＋１３５°（或いは−１３５
°）傾いた方向に加えてもよい。ただし、この場合に
は、バイアス付与が磁気ヘッド形状に適した微細形状に
加工した場合に生じる反磁界により不安定になる恐れが
ある。

【０１３５】図３１に、実際の上記磁気抵抗効果素子の
磁界−抵抗特性の一例を示す。ここで使用した磁気抵抗
効果素子は次のようにして作製した。第１のバイアス膜
１０１として厚さ１５nmの非晶質ＣｏＺｒＮｂ膜、グラ
ニュラー型磁性膜１０２として厚さ５nmのＣｏ₇₀Ｆｅ₇
Ａｇ₂₃合金膜、および第２のバイアス膜１０３として厚
さ１５nmの非晶質ＣｏＺｒＮｂ膜を順次積層した。その
後、４００℃、静磁界中で１時間熱処理を施した。この
とき、磁気抵抗効果素子の幅方向が静磁界の熱処理方向
となる。この磁気抵抗効果素子を寸法４×１００μｍに
微細加工して、〜１０ｍＡの電流を信号磁界とほぼ同じ
方向に付与し、その電流磁界を用いて第１および第２の
バイアス膜の磁化方向が磁界〜０で反平行（図３２中の
プラスマイナスｘ方向）に固定した。図３１から分かる
ように、２４００Ａ／ｍ以下の小さな磁界において〜１
０％の大きな抵抗変化率が得られた。

【０１３６】上記方法においては、直交バイアス方式に
比べて線形応答を得ることが困難であるが、両バイアス
膜との界面での磁化が変化するために、信号磁界に対す
るグラニュラー型磁性膜１０２の磁化のなす角が２倍程
度変化することになり、２倍程度の高感度が実現でき
る。

【０１３７】

【発明の効果】以上説明した如く本発明の第１の発明の
薄膜磁気ヘッドは、スピン依存散乱を利用したものであ
り、信号磁界による電気抵抗変化を大きく取り出すこと
ができる。しかも磁化回転を利用して磁界を検出するの
で高周波数での磁界検出が可能である。

【０１３８】本発明の第２の発明の薄膜磁気ヘッドは、
磁気抵抗効果素子と、磁束を誘起するコイルとを具備
し、薄膜記録磁極を有しており、薄膜記録磁極により媒
体対向面に略垂直な方向に電流を供給する手段を備えて
いるので、書き込み周波数が１０ＭＨｚを超えても記録
電流と記録磁束の位相のずれが小さく、記録再生兼用ヘ
ッドとして使用することができる。

【０１３９】本発明の第３の発明の薄膜磁気ヘッドは、
磁気抵抗効果素子の媒体対向面側に配置され、軟磁性体
を含み積層構造である磁性多層膜と、磁性多層膜により
信号磁界の方向と略平行な方向に電流を供給する手段と
を具備するので、エッジカーリングウォールのない、再
生出力が大きいものである。

【０１４０】本発明の第４の発明の薄膜磁気ヘッドは、
非磁性導電体と磁性体が交互に配列されており、かつセ
ンス電流の通電方向が非磁性導電体と磁性体との境界面
を貫くようにしてあるので、電気抵抗変化率を大きくす
ると共にＭＲ素子の電気抵抗を実用的な値（Ωレベル）
に維持することができ、ＭＲ素子の出力を大幅に上げる
ことができる。

【０１４１】本発明の第５の発明の薄膜磁気ヘッドは、
磁性領域および非磁性領域を有する磁性合金膜と、磁性
合金膜にバイアス磁界を付与するバイアス膜とを具備
し、バイアス膜により磁性合金膜に印加されたバイアス
磁界の方向が所定の角度を有するので、高い抵抗変化率
を実現でき、かつ低磁界動作を可能とすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の発明の薄膜磁気ヘッドの他の例
を示す斜視図。

【図２】本発明の第１の発明の薄膜磁気ヘッドの一例を
示す斜視図。

【図３】図２の薄膜磁気ヘッドの断面図。

【図４】本発明の第１の発明の薄膜磁気ヘッドの他の例
を示す断面図。

【図５】本発明の第１の発明の薄膜磁気ヘッドの他の例
を示す断面図。

【図６】本発明の第２の発明の薄膜磁気ヘッドを用いた
記録再生兼用ヘッドを示す斜視図。

【図７】本発明の第１の発明の薄膜磁気ヘッドを用いた
シールド型磁気ヘッドの一例を示す概略図。

【図８】本発明の第１の発明の薄膜磁気ヘッドを用いた
シールド型磁気ヘッドの他の例を示す概略図。

【図９】本発明の第１の発明の薄膜磁気ヘッドを用いた
シールド型磁気ヘッドの他の例を示す概略図。

【図１０】本発明の第３の発明の薄膜磁気ヘッドの一例
を示す斜視図。

【図１１】（Ａ）〜（Ｅ）は本発明の第３の発明の薄膜
磁気ヘッドの製造工程の一例を示す斜視図。

【図１２】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第３の発明の薄膜
磁気ヘッドの製造工程の他の例を示す斜視図。

【図１３】本発明の第３の発明の薄膜磁気ヘッドのＭＲ
素子の一例を示す斜視図。

【図１４】（Ａ），（Ｂ）は本発明の第３の発明の薄膜
磁気ヘッドのＭＲ素子の他の例を示す斜視図。

【図１５】本発明の第３の発明の薄膜磁気ヘッドのＭＲ
素子の他の例を示す斜視図。

【図１６】本発明の第３の発明の薄膜磁気ヘッドのＭＲ
素子の他の例を示す斜視図。

【図１７】本発明の第４の発明の薄膜磁気ヘッドの一例
を示す斜視図。

【図１８】本発明の第４の発明の薄膜磁気ヘッドのＭＲ
素子の製造過程を説明するための図。

【図１９】本発明の第４の発明の薄膜磁気ヘッドの他の
例を示す斜視図。

【図２０】本発明の第４の発明の薄膜磁気ヘッドの他の
例を示す斜視図。

【図２１】本発明の第４の発明の薄膜磁気ヘッドの他の
例を示す斜視図。

【図２２】本発明の第４の発明の薄膜磁気ヘッドの他の
例を示す斜視図。

【図２３】本発明の第４の発明の薄膜磁気ヘッドの他の
例を示す斜視図。

【図２４】本発明の第４の発明の薄膜磁気ヘッドの他の
例を示す斜視図。

【図２５】本発明の第４の発明の薄膜磁気ヘッドの他の
例を示す斜視図。

【図２６】本発明の第５の発明の薄膜磁気ヘッドの一例
を示す斜視図。

【図２７】（Ａ）〜（Ｅ）は本発明の第５の発明の薄膜
磁気ヘッドの他の例を示す斜視図。

【図２８】本発明の第５の発明の薄膜磁気ヘッドの他の
例を示す斜視図。

【図２９】本発明の第５の発明の薄膜磁気ヘッドの抵抗
変化率と磁界との関係を示すグラフ。

【図３０】本発明の第５の発明の薄膜磁気ヘッドの他の
例を示す斜視図。

【図３１】本発明の第５の発明の薄膜磁気ヘッドの抵抗
変化率と磁界との関係を示すグラフ。

【図３２】従来の薄膜磁気ヘッドの一例を示す斜視図。

【図３３】（Ａ），（Ｂ）は従来のＭＲ素子において磁
化方向を説明するための図。

【図３４】従来の薄膜磁気ヘッドの他の例を示す斜視
図。

【図３５】図３４に示す薄膜磁気ヘッドのＭＲ素子を示
す斜視図。

【図３６】従来の薄膜磁気ヘッドのＭＲ素子の一例を示
す斜視図。

【図３７】従来の薄膜磁気ヘッドのＭＲ素子の他の例を
示す斜視図。

【図３８】本発明の第２の発明の一例を示す斜視図。

【符号の説明】

１１…ＮｉＦｅ積層膜、１２…Ｃｏ系２層膜、２１，７
４，９４，１０９…基板、２２，２８…絶縁層、２３…
磁性多層膜、２４，６３，７６，８４…非磁性膜、２
５，５１，６７，７３…ＭＲ素子、２６，２７，７９，
８０，９３…リード線、２９，３０，３１，３２，５
２，６２，７５，７７，７８，８３，８５，９９…磁性
膜、６１，７１…シールド層、４７，６６…媒体、５
３，５４…端子、５５…コイル、６３…非磁性膜、６４
…シールド層用定電流源、６５…ＭＲ素子用定電流源、
６８…磁性導電体、６９…定電流源、７２…ＡＢＳ面露
出部、８１…マスク、８８，８９，１０８…硬質磁性
膜、９１…磁性体、９２…非磁性体、９５…Ｃｕ原子、
９６…磁性体原子、９７…非磁性導体原子、９８…段差
部、１０１…第１のバイアス膜、１０２グラニュラー型
磁性膜、１０３…第２のバイアス膜、１０５…第３のバ
イアス膜、１０７…第４のバイアス膜。

フロントページの続き (72)発明者 岩崎 仁志 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも２つの磁性膜および前記磁性
   膜間に挟持された非磁性膜からなる磁気抵抗効果素子
   と、前記磁気抵抗効果素子の媒体対向面側に前記磁気抵
   抗効果素子と近接または隣接するようにして配置され、
   軟磁性体を含み少なくとも２層の積層構造である磁性多
   層膜と、前記磁性多層膜に信号磁界の方向と略平行な方
   向に電流を供給する手段とを具備することを特徴とする
   薄膜磁気ヘッド。
2. 【請求項２】 少なくとも２つの磁性膜および前記磁性
   膜間に挟持された非磁性膜からなる記録磁極と、前記記
   録磁極に磁束を誘起するコイルと、前記記録磁極に媒体
   対向面と略垂直な方向に電流を供給する手段とを具備す
   ることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
3. 【請求項３】 少なくとも２つの磁性膜および前記磁性
   膜間に挟持された非磁性膜からなる磁気抵抗効果素子を
   有する薄膜磁気ヘッドであって、前記少なくとも２つの
   磁性膜の磁化のトラック幅方向成分が信号磁界０のとき
   に互いに反平行であり、トラック幅方向における前記磁
   気抵抗効果素子の両側に硬質磁性体が配置されているこ
   とを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
4. 【請求項４】 少なくとも１つの非磁性体と少なくとも
   一つの磁性体とからなる磁気抵抗効果膜を具備する薄膜
   磁気ヘッドであって、前記非磁性体および前記磁性体は
   面内で交互に配置され、センス電流が前記非磁性体と前
   記磁性体との境界面を貫く方向に通電されることを特徴
   とする薄膜磁気ヘッド。
5. 【請求項５】 磁性領域および非磁性領域を有する磁性
   合金膜と、前記磁性合金膜の両主面上に形成され、前記
   磁性合金膜にバイアス磁界を印加するバイアス膜とを具
   備する磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッドであっ
   て、それぞれの前記バイアス膜により前記磁性合金膜に
   印加されたバイアス磁界の方向が所定の角度を有するこ
   とを特徴とする薄膜磁気ヘッド。