JPH07114008B2 - 磁気抵抗効果型磁気ヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は磁気抵抗効果型磁気ヘッ
ドに係り、さらに詳しくは反磁界を減少させ、短波長の
再生能力を著しく増大させた磁気抵抗効果型磁気ヘッド
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】磁気抵抗効果型磁気ヘッド（以下ＭＲヘ
ッドと言う）は磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を用いた
磁気ヘッドである。ＭＲ素子は抵抗値が磁界の強さに依
存して変化する特性を有するもので、再生出力が記録媒
体走行速度に依存せず、磁気信号の波長のみによって決
まるため、低速でも十分な再生出力が得られる。またＩ
Ｃ（Integlated Circuit 集積回路）と同様な薄膜技術
で製造することができることや、マルチトラック化が容
易であるなどの利点を有し、最近では磁気記録再生装置
の再生用ヘッドとして注目を集めている。

【０００３】従来のこの種のＭＲヘッドの構造は図１に
示すような構成とされていた。

【０００４】図１において符号１で示すものは基板で、
その一端は磁気記録媒体摺動面２となつている。

【０００５】基板１の側面には磁気記録媒体摺動面２に
臨んでＭＲ素子３が形成されている。符号４で示すもの
は導電部で、ＭＲ素子３と同様に薄膜堆積法などの薄膜
技術によって形成される。

【０００６】図１においてＭＲ素子３の幅Ｗをストライ
プ幅といい、その厚みはｔであらわす。

【０００７】ＭＲ素子３は例えば８０％Ｎｉ−Ｆｅ合金
や、Ｃｏ−Ｎｉ合金の薄膜として形成され、その厚みｔ
は約５００オングストロームである。また、電極４の材
料としてはアルミニウムや金等の薄膜が用いられてい
る。通常はＭＲ素子３の部分は保護板でおおわれている
が、図１においては、これらを省略してある。

【０００８】このような構造のＭＲヘッドにおける信号
出力とストライプ幅方向の磁界の関係は図２に示すよう
な特性をもつ。図２において横軸は磁界の強さＨを、縦
軸は抵抗値Ｒまたは信号出力を示している。

【０００９】図２に示すように、正負いずれの磁界であ
っても絶対値が等しければ、同一の信号出力となる。こ
の場合の磁界の正負の方向はストライプ幅の方向と一致
している。この信号出力特性を補正するために、図２に
符号Ｈｂで示すバイアス磁界をＭＲ素子に印加し、磁界
の方向も検出できるようにしたＭＲヘッドも提案されて
いる。

【００１０】バイアス磁界を印加する方法は永久磁石を
ＭＲ素子近傍に設ける、薄膜永久磁石をＭＲ素子に重ね
る、電流路をＭＲ素子に重ねて設け、これに通電するこ
とによりバイアス磁界を発生させるなど各種の方法が提
案されている。

【００１１】図２において符号ａで示す曲線とｂで示す
曲線の違いは、ストライプ幅の差によるもので、曲線ａ
の方が曲線ｂの方よりストライプ幅が大きい場合に相当
する。ストライプ幅の差が図２に示すように、感度の差
となつてあらわれることがわかる。

【００１２】この現象は、ＭＲ素子の磁化の反磁界によ
るものと推定されている。すなわち、図３に示すように
ＭＲ素子３に定電流源５から一定電流を供給し、信号磁
界をＨsとすると、ＭＲ素子３のもつ磁化方向Ｍsは電流
ｉの通電方向とθの角度をなすようになる。このときの
抵抗Ｒの最大抵抗変化量をΔＲ、最小抵抗をＲ0とする
と抵抗Ｒは次の式であらわされる。

【００１３】 Ｒ＝Ｒ0＋ΔＲｃｏｓ²θ ……… （１） ところがＭＲ素子３は強磁性体であり、磁化方向Ｍsが
信号磁界Ｈsと同じ方向を向くことにより、Ｈsの磁界を
減じるように働く。これを反磁界Ｈｄと呼ぶが、この反
磁界Ｈｄは次の（２）式であらわされる。

【００１４】 Ｈｄ＝−４πＭsｓｉｎθｔ／Ｗ（Ｏｅ） ……… （２） すなわち、Ｈｄの分だけ信号磁界が減少してＭＲ素子に
印加されることになる。

【００１５】また、反磁界Ｈｄの値はストライプ幅Ｗが
狭ければ狭いほど大きくなり、結果的には感度低下につ
ながってしまうことを（２）式は示している。

【００１６】このような特性を有するＭＲ素子を磁気ヘ
ッドとして利用し、短波長を再生する場合には本発明者
等の研究によると、再生波長λとストライプ幅の間に
は、次の（３）で示す関係が成り立つ時、良好な再生効
率が得られることが明らかとなった。

【００１７】５λ≧Ｗ ……… （３） （３）式は短波長再生を行う為には、ストライプ幅をで
きるだけ小さくすることが望ましいことを示している。
例えば、波長λが０．５〜１．０μｍの磁気信号の再生
を考えると、これによって決まるストライプ幅はその約
５倍である２．５〜５μｍとなる。

【００１８】一方、（２）式で示す４πＭsはほぼ１０
０００ガウスであり、ＭＲ素子３の厚みを０．０５μｍ
とし、θ＝９０゜とすると、Ｈｄ＝−１００〜−２００
Ｏｅの反磁界が発生することになる。

【００１９】−１００〜−２００Ｏｅの反磁界が発生す
ると言うことは、この量だけＭＲ素子に加わる信号磁界
が実質上弱くなったことと等価であり、図２の曲線ｂに
示すような抵抗変化曲線を利用することになる。従っ
て、図２に示す特性曲線の直線領域を使用しようとする
場合には、図２に示すようにバイアス磁界ＨｂがＨｂ’
に増大する結果となる。ところが、バイアス磁界Ｈｂが
大きくなると、磁気記録媒体がバイアス磁界Ｈｂによっ
て消磁されたり、また電流路を用いて、バイアス磁界を
与えようとした場合には電流の増大による発熱が問題と
なってくる。他方、（２）式よりＭＲ素子３の厚みｔを
薄くすることによって反磁界を減少させようとすると
０．０５μｍ以下のＭＲ素子は耐蝕性が悪くなり、実用
に耐えないことが判っている。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】このような構造と特性
を有する従来のＭＲヘッドを用いて短波長の再生を行お
うとすると次に述べるようないくつかの欠点がある。

【００２１】（１）ストライプ幅の減少と共に、感度低
下が著しくなる。

【００２２】（２）ＭＲ素子部分のバイアス磁界によっ
て磁気記録媒体の情報が消去されたり、減磁されたりす
ることがある。

【００２３】（３）上記（１）（２）の理由により、磁
気記録媒体としては特殊なものしか使用することが出来
なかった。

【００２４】（４）ＭＲ素子部にバイアス磁界を与える
ために、電流路を設ける場合には、電流の増大に伴う、
発熱の問題が生じる。

【００２５】本発明は以上のような従来の欠点を除去す
るためになされたもので、バイアス磁界を印加しやすい
ようにし、短波長の再生効率を著しく向上させた磁気抵
抗効果型磁気ヘッドを提供することを課題としている。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明によれば、基板上に磁気抵抗効果素子を形成
した磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、前記磁気抵抗
効果素子を単層構成とし、多層構成の軟磁性薄膜を該磁
気抵抗効果素子と平行に絶縁層を介して形成した構成を
採用した。

【００２７】

【作用】このような構成によれば、軟磁性薄膜と磁気抵
抗効果素子の磁化による磁力線が閉ループを作り、磁気
的相互作用によって、磁気抵抗効果素子に発生する反磁
界を吸収して小さくできる。

【００２８】

【実施例】以下、図を参照して、本発明に関わる参考例
を説明した後、本発明の実施例を説明する。

【００２９】図４（ａ），（ｂ）は参考例を説明するも
ので、図中、図１と同一部分には、同一符号を付し、そ
の説明は省略する。

【００３０】図４（ａ），（ｂ）において、符号６で示
すものはＭＲ素子３と同様な軟磁性体薄膜であり、この
軟磁性体薄膜６とＭＲ素子３とは、絶縁層７を介して積
層されている。

【００３１】なお軟磁性体薄膜６がＭｎ−Ｚｎフェライ
トやＮｉ−Ｚｎフェライトのような高抵抗軟磁性体の場
合には絶緑層７は不要となる。

【００３２】図４（ｂ）において、符号８で示す矢印は
軟磁性体薄膜６の磁化の方向を示し、符号９で示す矢印
はＭＲ素子３の磁化の方向を示している。また符号１０
で示すものは軟磁性体薄膜６、ＭＲ素子３から漏れ出る
磁力線を示している。

【００３３】このような構造のＭＲヘッドを採用する
と、軟磁性体薄膜６とＭＲ素子３の磁力線が閉ループを
作り、磁気的相互作用によって、軟磁性体薄膜６、ＭＲ
素子３から発生する反磁界を吸収することができる。こ
のように反磁界が小さくなった状態においては、信号磁
界によるＭＲ素子３の磁化方向９の変化が小信号磁界で
生じ、感度の向上を計ることができる。またＭＲ素子の
磁束が閉ループをつくるので、磁化が安定し、バルクハ
ウゼンノイズが減少する。

【００３４】今、ＭＲ素子３の厚みをｔ1、飽和磁束密
度をＢ1、軟磁性体薄膜６のそれぞれをｔ4，Ｂ4とする
と、次の（４）式で示す関係が成立する場合に、反磁界
の抑制に特に効果をもつことがわかった。

【００３５】ｔ1・Ｂ1≦ｔ4・Ｂ4 ……… （４） （４）式において等号が成立するのはＭＲ素子に付与さ
れている異方性磁界の方向が、電流方向と一致しないよ
うに成膜され、外部からバイアス磁界を印加する必要が
ない場合である。不等号が成立する場合は、バイアス磁
界を印加する場合で、特に永久磁石を基板のどこかに設
け、バイアス磁界を与える場合に効果がある。このバイ
アス磁界を与えた場合には図４（ｂ）に示す磁力線の流
れは、実験した結果としては、（４）式の不等号が成立
している方が信号磁界に対し高感度を示し、印加するバ
イアス磁界も極めてわずかですむことがわかった。この
結果、バイアス磁界によって記録媒体の信号が減磁され
ることがなく、短波長の再生が可能となった。

【００３６】図５は他の参考例を説明するもので、図に
おいて符号１１で示すものは軟磁性体薄膜であるが、バ
イアス磁界を与えるための永久磁石１２の設置位置まで
この軟磁性体薄膜１１は延びている。

【００３７】このような構造を採用すると印加するバイ
アス磁界が安定する効果が得られる。又、軟磁性体薄膜
１１が軟磁性フェライトのような場合には前述した参考
例と同様に絶縁層７は不要となる。

【００３８】尚、軟磁性体薄膜１１は基板１上に成膜す
るものとして例示したが、基板１そのものが磁性材であ
っても同様な効果が得られる。

【００３９】図６はもう１つの参考例を説明するもの
で、本参考例にあっては軟磁性体薄膜６とＭＲ素子３と
の間にそれぞれ絶縁層１２，１３を介して電流路１４を
設けた構造を採用している。

【００４０】このような構造にあっては電流路１４に通
電する電流によって、ＭＲ素子３，軟磁性体薄膜６にバ
イアス磁界を与えるが、電流路１４をとりまくようにし
て磁性体を配置したことにより、バイアス磁界用の電流
を滅少させ、バイアス磁界方向を安定させることができ
る。

【００４１】図７は本発明の実施例を説明するもので、
本実施例にあっては軟磁性体薄膜６を絶縁層７を介して
３層積層し、最も外側にＭＲ素子３を形成した積層構造
を採用している。

【００４２】このような構造を採用すると、図４に示し
た参考例と同様の効果がある他に、ＭＲ素子３の磁化方
向軸が安定し、長波長領域、即ち磁化回転が大きい領域
でのバルクハウゼンノイズがさらに減少する。又、周波
数特性を安定させることができる。

【００４３】尚、図７に示す実施例にあっては最上層に
ＭＲ素子３を形成した例を示したが、ＭＲ素子３を形成
する位置は最下段であっても中間であってもほとんど効
果としては変らないことが実験の結果判明している。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の磁気抵抗効果型磁気ヘッドによれば、ＭＲ素子を単層
構成とし、多層構成の軟磁性薄膜をＭＲ素子と平行に絶
縁層を介して形成した構造を採用しているため、次のよ
うな効果が得られる。

【００４５】（１）ストライプ幅を減少させても再生感
度が低下せず、短波長再生が確実に行なえる。

【００４６】（２）バイアス磁界を印加しても記録媒体
を消磁或いは減磁させることはなく、特殊な磁気記録媒
体を使用する必要もない。

【００４７】（３）電流によりバイアス磁界を与える場
合においても、磁界発生効率が高く発熱の問題が少な
い。

【００４８】（４）反磁界補償用としての軟磁性体薄膜
を多層にすることにより、バルクハウゼンノイズが減少
し、ＳＮ比が向上し、周波数特性を大きく改善すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のＭＲヘッドの構造を説明する一部拡大斜
視図である。

【図２】ＭＲ素子の抵抗変化と磁界との関係を説明する
線図である。

【図３】ＭＲ素子の出力と反磁界との関係を示す説明図
である。

【図４】本発明に関わる参考例を説明する一部拡大斜視
図、及び一部拡大側面図である。

【図５】他の参考例を説明する一部拡大側面図である。

【図６】さらに他の参考例を説明する一部拡大側面図で
ある。

【図７】本発明の実施例を説明する一部拡大側面図であ
る。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 磁気記録媒体摺動面 ３ ＭＲ素子 ４ 導電部 ６ 軟磁性体薄膜 ７ 絶縁層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に磁気抵抗効果素子を形成した磁
   気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、前記磁気抵抗効果素
   子を単層構成とし、多層構成の軟磁性薄膜を該磁気抵抗
   効果素子と平行に絶縁層を介して形成したことを特徴と
   する磁気抵抗効果型磁気ヘッド。