JPH0721530A - 磁気抵抗効果型ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】従来のデプス型ＭＲヘッドの利点を生かしたま
ま、その再生出力を作動出力として取り出すことができ
る磁気抵抗効果型ヘッドを提供することを目的とする。 【構成】磁気抵抗効果を有する２つの磁性層および前記
２つの磁性層の間に挟持された非磁性層からなる磁界感
知部を有する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素
子にバイアス磁界を印加するための導体層とを具備し、
前記磁気抵抗効果素子に供給するセンス電流の方向が、
前記磁気抵抗効果素子に与えられる記録信号磁界の方向
とほぼ一致しており、前記２つの磁気抵抗効果素子から
それぞれ独立に得られる電圧変化を差動信号として使用
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、磁気抵抗効果型ヘッド
に関する。

【０００２】

【従来の技術】非磁性の中間層と、それをを挟持する２
つの磁気抵抗効果層（以下、ＭＲ層と省略する）からな
る磁気抵抗効果素子を有し、センス電流の向きと信号磁
界の向きが一致するタイプの従来のＭＲヘッド、いわゆ
るデプス型ＭＲヘッドとしては、特開昭６２−２３４２
１８号公報あるいは特開平４−２１２７１０号公報にお
いて開示されているものが挙げられる。

【０００３】従来のデプス型ＭＲヘッドをトラック長手
方向において記録媒体表面と垂直に切断した時の断面図
を図１７に示す。図１７に示すように、従来のデプス型
ＭＲヘッドにおいては、２つのＭＲ層１００と、それに
挟持された非磁性の中間層１０１とからなるＭＲ素子１
０２に対し、バイアス磁界を印加するための導体層１０
３（以下、バイアス導体層と省略する）は、ＭＲ素子１
０２のいずれか一方の側方に非磁性絶縁層１０６を介し
て配置されている。また、ＭＲ素子１０２の両端には、
このＭＲ素子１０２にセンス電流を流すための上部電極
１０４および下部電極１０５が設けられている。さら
に、ＭＲ素子１０２、バイアス導体層１０３、上部電極
１０４、並びに下部電極１０５を埋設するように設けら
れた非磁性絶縁層１０６を挟持するようにシールド磁性
層１０７が配置されている。なお、図中１０８は記録媒
体を示す。

【０００４】このような構造のデプス型ＭＲヘッドにお
いては、２つのＭＲ層１００に記録媒体から与えられる
記録信号磁界と同じ方向（以下、デプス方向と省略す
る）にセンス電流を供給することにより、２つのＭＲ層
１００にそれぞれ発生する磁界が互いのＭＲ層１００に
印加されて、ＭＲ素子１０２内の磁化容易軸はそれぞれ
単磁区化されて記録信号磁界と直交する方向を向く。こ
のとき、ＭＲ素子１０２の非磁性中間層１０１の厚み
は、静磁的相互作用が交換相互作用に比べ支配的である
ように選定される。また、バイアス電流を流す方向をセ
ンス電流の流す方向に対しほぼ直角として、それぞれの
ＭＲ層１００にデプス方向に沿った方向にバイアス磁界
を印加している。

【０００５】このような構造のデプス型ＭＲヘッドで
は、ＭＲ素子１０２の記録媒体１０８との対抗面を均一
な電位とすることができるため、記録媒体１０８と下部
電極１０５の電位を一致させることにより、記録媒体１
０８とＭＲ素子１０２間の電流の分流を防ぐことができ
る。そのとき、記録媒体１０８および下部電極１０５の
両者を接地することもできる。また、特別な処置を施す
ことなく２つのＭＲ層１００それぞれを単磁区化するこ
とができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
デプス型ＭＲヘッドは、再生出力を差動出力として取り
出せないという欠点がある。また、従来のデプス型ＭＲ
ヘッドでは、第１にギャップ形成のため、第２に分解能
を向上させるため、および第３に外乱の影響を小さくす
るためにシールド磁性層１０７の存在が不可欠であり、
シールド磁性層１０７とＭＲ素子との絶縁性が問題であ
る。

【０００７】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、従来のデプス型ＭＲヘッドの利点を生かしたま
ま、その再生出力を作動出力として取り出すことができ
るＭＲヘッドを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、磁気抵抗効果
を有する２つの磁性層および前記２つの磁性層の間に挟
持された非磁性層からなる磁界感知部を有する磁気抵抗
効果素子と、前記磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を印
加するための導体層とを具備し、前記磁気抵抗効果素子
に供給するセンス電流の方向が、前記磁気抵抗効果素子
に与えられる記録信号磁界の方向とほぼ一致しており、
前記２つの磁気抵抗効果素子から電圧変化を差動信号と
して使用することを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッドを
提供する。

【０００９】ここで、磁性層の材料としては、ＮｉＦｅ
等を用いることができ、非磁性層の材料としては、Ａｌ
₂ Ｏ₃ 等を用いることができる。

【００１０】本発明において、２つの磁気抵抗効果素子
からそれぞれ独立に得られる電圧変化を差動信号として
使用する方法としては、導体層が２つの磁性層の間に非
磁性層を介して配置された構成を有する磁気抵抗効果素
子を用いる方法、導体層が２つの磁性層の外側にそれぞ
れ非磁性層を介して配置された構成を有しており、２つ
の磁性層からそれぞれ独立に再生出力を得るような構造
の磁気抵抗効果素子を用いる方法等が挙げられる。

【００１１】

【作用】本発明のＭＲヘッドによれば、図１に示すよう
に、２つのＭＲ層１０に流れるセンス電流ｉ_s により発
生するＭＲ層の磁化安定化磁界Ｈ_s が、２つのＭＲ層１
０を互いにそのトラック幅方向に揃えた容易軸方向に磁
化し合い、それぞれ単磁区化する。

【００１２】図２に示すように、バイアス導体層１１が
２つのＭＲ層１０の間に挟み込まれている場合は、バイ
アス導体層１１を流れる電流ｉ_b により発生されるバイ
アス磁界Ｈ_b は、２つのＭＲ層１０それぞれに対してデ
プス方向に互いに上下反対向きに働く。

【００１３】一方、図３に示すように、バイアス導体層
１１が２つのＭＲ層１０の外側にそれぞれ配置されてい
る場合は、それぞれのＭＲ層１０には２つのバイアス導
体層１１により発生するバイアス磁界Ｈ_b1，Ｈ_b2が作用
する。しかし、２つのＭＲ層１０を挟むように配置され
たバイアス導体層１１と、２つのＭＲ層１０それぞれと
の距離の関係により、２つのＭＲ層１０それぞれにはバ
イアス磁界Ｈ_b ＝｜Ｈ_b1−Ｈ_b2｜が互いに反対方向に加
わる。

【００１４】いずれの場合もセンス電流ｉ_s によって発
生される磁界Ｈ_s とバイアス電流ｉ_b により発生される
磁界Ｈ_b の合成磁界Ｈ_a が２つのＭＲ層１０それぞれに
作用する。しかし、記録媒体から再生磁界の作用がない
場合には、それぞれのＭＲ層上において合成磁界Ｈ_a は
トラック幅方向に対して角度θを成しつつ、デプス方向
に対し一方では上向き、他方では下向きとなる。

【００１５】この状態で、２つのＭＲ層１０それぞれに
記録媒体よりデプス方向に再生磁界が加わると、２つの
ＭＲ層１０の一方では角度θが減少し、他方では角度θ
が増加する。このそれぞれのＭＲ層１０上における合成
磁界の角度の変動が一方のＭＲ層１０の抵抗値の増加を
もたらし、他方のＭＲ層１０の抵抗値の減少を引き起こ
す。このそれぞれのＭＲ層１０における正負逆の抵抗変
化を、それぞれのＭＲ層１０にセンス電流ｉ_s を流すこ
とにより電圧として取り出し差動信号として検出する。

【００１６】また、この状態で、記録媒体の磁化転移領
域からの記録磁界がＭＲ層１０に加わると、２つのＭＲ
層１０の間が磁気ギャップを形成し、一方のＭＲ層１０
から他方のＭＲ層１０に磁束が通る磁路ができる。これ
により、一方のＭＲ層１０ではデプス方向上向きに、他
方のＭＲ層１０ではデプス方向下向きに磁界が加わる。
これにより、それぞれのＭＲ層１０における磁気抵抗変
化の向きと大きさが同じになり、出力電圧が等しくな
る。また、磁化転移領域以外のところでは磁気抵抗変化
が起こらないので出力は変化しない。

【００１７】このとき、バイアス電流の大きさは、磁化
の向きがバイアス電流の方向に対して約４５度となるバ
イアス磁界を与えるのに必要な値に設定する。

【００１８】

【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。 実施例１ 図４は本発明のＭＲヘッドの第１の実施例を示す斜視図
である。このＭＲヘッドは、バイアス導体層１１が２つ
のＭＲ層１０間に非磁性絶縁層１２を介して挟み込まれ
る形で配置されている。これら全体は図示しないシール
ド磁性層の間に配置されている。バイアス導体層１１
は、２つのＭＲ層１０の記録媒体に対向する面よりデプ
ス方向に後退するように配置されている。さらに、バイ
アス導体層１１は２つのＭＲ層１０の下部電極１３に接
続されており、２つのＭＲ層１０に設けられている上部
電極１４はそれぞれのＭＲ層から独立に引き出される構
成となっている。したがって、特開昭６２−２３４２１
８号公報および特開平４−２１２７１０号公報に開示さ
れているＭＲヘッドにおいてリード部がバイアス電流の
ために２つ、センス電流のために２つの合計４つである
のに対し、第１の実施例のＭＲヘッドではこのリード部
１５を３つに減少することができる。なお、実際にはこ
の他にライト用インダクティブヘッドのコイル用として
２つのリード部が必要となる。

【００１９】第１の実施例のＭＲヘッドにおいて、セン
ス電流は２つのＭＲ層１０のそれぞれの上部電極１４よ
り下部電極１３の方向に流れ、これによりそれぞれのＭ
Ｒ層１０より発生した磁界が互いのＭＲ層をそのトラッ
ク幅方向に揃えた磁化容易軸方向に磁化し単磁区化す
る。

【００２０】２つのＭＲ層１０の下部電極１３より流出
した電流は、バイアス導体層１１に流入する。このバイ
アス導体層１１中の電流により発生した磁界が２つのＭ
Ｒ層１０それぞれに対し、そのデプス方向に沿って互い
に逆向きにかかる。これにより、バイアスされた磁化の
方向は、２つのＭＲ層１０それぞれにおいて、一方では
デプス方向上向きに、他方ではデプス方向下向きにそれ
ぞれトラックの幅方向と角度θ（望ましくは４５度）を
なして向くことになる。この状態で図示しない記録媒体
より再生信号磁界が与えられることにより、２つのＭＲ
層１０の一方ではθが増大して抵抗値が低くなり、他方
のＭＲ層１０ではθが減少し抵抗値が高くなる。

【００２１】図５は第１の実施例のＭＲヘッドに対して
差動増幅器１６を接続したときの回路図である。２つの
ＭＲ層１０は、それぞれに対応した２つの上部電極１４
および各々独立した引き出しリード１７を介して電流源
１８に接続されている。２つのＭＲ層１０のそれぞれの
磁気抵抗変化は正負反対であるから、それぞれのＭＲ層
１０に同量のセンス電流を流すことにより差動信号が得
られる。

【００２２】第１の実施例において、記録媒体における
電位を下部電極１３における電位と等しくすることによ
り、２つのＭＲ層１０と記録媒体間の電流の分流を防ぐ
ことができる。

【００２３】図６は本発明のＭＲヘッドの第２の実施例
を示す斜視図である。第１の実施例においては、バイア
ス導体層１１が下部電極１３に接続され、上部電極１４
が２つのＭＲ層１０それぞれに独立して設けられている
のに対し、第２の実施例においては、バイアス導体１１
が上部電極１４に接続されており、下部電極１３は２つ
のＭＲ層１０それぞれに独立して設けられている。この
場合、センス電流は下部電極１３側から上部電極１４側
へ向かって流れる。

【００２４】図７は本発明のＭＲヘッドの第３の実施例
を示す斜視図である。第１および第２の実施例において
は、バイアス導体層１１と下部電極１３もしくは上部電
極１４とを接続し、バイアス導体層１１と２つのＭＲ層
１０を直列に接続し、リード部の減少を図っている。こ
れに対して、第３の実施例においては、バイアス電流を
流すためにバイアス導体層１１の両端に２つ、２つのＭ
Ｒ層１０にセンス電流を流しつつ差動信号を得るために
下部電極１３に１つ、上部電極１４に２つの合計５つの
リード部１５を設けて、バイアス導体層１１および２つ
のＭＲ層１０に独立に電流を供給するようにしている。

【００２５】このような構成にすることにより、２つの
ＭＲ層１０の下部電極１３を接地レベルにすることもで
きる。この場合、記録媒体側も接地レベルとすることに
より、２つのＭＲ層１０と記録媒体間の電流の分流を防
ぐことができる。

【００２６】また、第３の実施例において、ヘッド上で
バイアス導体層１１の一方と下部電極１３とを接続して
共通接地として、バイアス導体層１１と２つのＭＲ層１
０それぞれにバイアス電流とセンス電流を独立に流すこ
とにより、リード部１５の数を４つに減少させることが
できる。

【００２７】図８は本発明のＭＲヘッドの第４の実施例
を示す断面図である。この断面図はＭＲヘッドをトラッ
ク長手方向に媒体表面に対して垂直に切断したときのも
のである。第１から第３の実施例では、２つのＭＲ層１
０の間にバイアス導体層１１を挟み込む構成をとってい
る。したがって、第１から第３の実施例によるＭＲヘッ
ドの２つのＭＲ層１０の層間距離は、バイアス導体層１
１を挟む領域においては従来の同型ＭＲヘッドに比して
必然的に広がることになる。従来通り２つのＭＲ層１０
を板状のフラットなＭＲ層で構成すると、２つのＭＲ層
１０の最下部に構成される磁界感知部も比較的広がった
状態で存在することになる。このため、前述のように再
生信号を差動信号として検出するということに対してた
いへん不都合となる。そこで、第４の実施例において
は、２つのＭＲ層１０の下部、すなわち記録媒体に近い
部分で２つのＭＲ層１０が接近するように湾曲させて、
記録媒体に対向する部分の２つのＭＲ層１０間の距離を
小さくしている。

【００２８】ＭＲ層を湾曲させた部分において磁区の乱
れ等の不都合が生じる場合には、下部電極１３のデプス
方向の長さを２つのＭＲ層１０の媒体対向面から湾曲終
了部までの長さよりも長くし、２つのＭＲ層１０の湾曲
部分を不感帯とすることにより、２つのＭＲ層１０の磁
気抵抗変化の線形性が保たれるようにして磁区の乱れを
避けることができる。

【００２９】図９は２つのバイアス導体層１１が２つの
ＭＲ層１０の外側に配置されたＭＲヘッドを示す断面図
である。図９はバイアス導体層１１と２つのＭＲ層１０
に独立に電流を供給する場合の構成を示している。この
ような構成をとった場合でも、前述のとおり２つのＭＲ
層１０それぞれに互いに反対方向のバイアス磁界が作用
し、上記の実施例と同様の効果を奏する。

【００３０】また、第４の実施例のようにバイアス導体
層１１が２つのＭＲ層１０をとり囲むように配置される
場合においても、バイアス導体層１１の一端を下部電極
１３に接続する態様、上部電極１４に接続する態様、並
びにバイアス導体層１１と２つのＭＲ層１０に独立に電
流を供給しつつバイアス導体層１１と２つのＭＲ層１０
の一端を共通とする態様等の上述した第１〜第３の実施
例に準じる種々の接続が考えられる。

【００３１】第１〜第４の実施例においては、上述の２
つのＭＲ層１０およびバイアス導体層１１が２つのシー
ルド磁性層１９の間に配置されている構成について説明
したが、このシールド磁性層１９が存在しない場合にも
同様の効果が期待できる。 実施例２ 図１０は本発明のＭＲヘッドの第５の実施例を示す斜視
図である。また、図１１は図１０のＡ−Ａ線に沿って切
断し、矢印方向に見たときの断面図である。また、図１
２は図１０のＭＲヘッドを記録媒体面側からみた平面図
である。

【００３２】図１０に示すように、２つのＭＲ層１０に
上部電極１４は接続されており、さらにバイアス導体層
１１に接続されている。また、２つのＭＲ層１０に取り
付けられた下部電極１３同士も接続されている。したが
って、第５の実施例では、ＭＲ層１０の下部電極１３か
らリード部１５が１つ、バイアス導体層１１の一方の電
極からリード部１５が１つの計２つのリード部１５が形
成されている。

【００３３】上記構成のＭＲヘッドにおいては、バイア
ス導体層１１を通る電流により発生した磁界が、各々の
ＭＲ層１０内のデプス方向に互いに逆向きにかかる。さ
らに、バイアス導体層１１を流出した電流は、センス電
流としてＭＲ層１０の上部電極１４から下部電極１３方
向に流れ、これにより各々のＭＲ層１０より発生した磁
界がトラック方向に揃えた磁化容易軸方向にかつ逆向き
に各々のＭＲ層１０に対して印加され、単磁区化する。
また、バイアス導体層１１を流れる電流により発生する
バイアス磁界による各々のＭＲ層１０のバイアスされた
磁化の方向は、一方のＭＲ層１０内ではデプス方向上向
きに、他方ではデプス方向下向きにそれぞれ角度θ（望
ましくは４５度）向くことになる。２つのＭＲ層１０の
間は磁気ギャップを形成し、一方のＭＲ層１０から他方
のＭＲ層１０に磁束が通る磁路ができる。例えば、ここ
で、この状態で図示しない記録媒体の磁化転移領域から
の記録磁界がＭＲ層１０に加わると、一方のＭＲ層１０
ではデプス方向上向きに、他方のＭＲ層１０ではデプス
方向下向きに磁界が加わることにより、各々のＭＲ層１
０における磁気抵抗変化の向きと大きさが同じになり、
出力電圧が等しくなる。また、磁化転移領域以外のとこ
ろでは磁気抵抗変化が起こらないので出力は変化しな
い。

【００３４】図１３は第５の実施例のＭＲヘッドについ
て電気的にみた等価回路図である。ＭＲ層１０は、それ
ぞれ電気的には並列に接続されることになる。ＭＲ層１
０の下部電極１３は接地側にすることができ、記録媒体
が接地されている場合には短絡を防ぐことができる。

【００３５】また、図１４は本発明のＭＲヘッドの第６
の実施例を示す斜視図であり、図１５は図１４のＢ−Ｂ
線に沿って切断し、矢印方向に見たときの断面図であ
る。図１４および図１５に示すように、バイアス導体層
１１を媒体対向面よりデプス方向に後退させることによ
り、バイアス導体層１１と記録媒体との短絡を防ぐこと
ができる。

【００３６】さらに、図１６に示すように、図８に示す
第４の実施例の態様を組み合わせることにより、記録媒
体に対向する部分の２つのＭＲ層１０間の距離を小さく
することもできる。この場合、ＭＲ層を湾曲させた部分
において磁区の乱れ等の不都合が生じる場合には、下部
電極１３のデプス方向の長さを２つのＭＲ層１０の媒体
対向面から湾曲終了部までの長さよりも長くし、２つの
ＭＲ層１０の湾曲部分を不感帯とすることにより、２つ
のＭＲ層１０の磁気抵抗変化の線形性が保たれるように
して磁区の乱れを避けることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明した如く本発明の磁気抵抗効果
型ヘッドは、ＭＲ効果を有する２つの磁性層および２つ
の磁性層の間に挟持された非磁性層からなる磁界感知部
を有するＭＲ素子と、ＭＲ素子にバイアス磁界を印加す
るための導体層とを具備する構成において、ＭＲ素子に
供給するセンス電流の方向が、ＭＲ素子に与えられる記
録信号磁界の方向とほぼ一致しており、２つのＭＲ素子
からそれぞれ独立に得られる電圧変化を差動信号として
使用するので、従来のデプス型ＭＲヘッドの利点を生か
したまま、その再生出力を差動出力として取り出すこと
ができる。

【００３８】また、本発明の磁気抵抗効果型ヘッドによ
れば、導体層を磁性層の間に挟み込み、磁性層間をギャ
ップとして働かせることで、シールドを不要とすること
ができ、製造工程を減らすことができる。また、磁化転
移領域でのみ出力電圧が発生するので、外乱に影響され
にくい。

【図面の簡単な説明】

【図１】センス電流によるＭＲ層の磁化安定化磁界の発
生を説明する図。

【図２】本発明のＭＲヘッドのＭＲ層とバイアス導体層
との配置の一例を示す図。

【図３】本発明のＭＲヘッドのＭＲ層とバイアス導体層
との配置の他の例を示す図。

【図４】本発明のＭＲヘッドの第１の実施例を示す斜視
図。

【図５】本発明のＭＲヘッドの第１の実施例の電気的等
価回路図。

【図６】本発明のＭＲヘッドの第２の実施例を示す斜視
図。

【図７】本発明のＭＲヘッドの第３の実施例を示す斜視
図

【図８】本発明のＭＲヘッドの第４の実施例を示す断面
図。

【図９】本発明のＭＲヘッドの第４の実施例の他の態様
を示す断面図。

【図１０】本発明のＭＲヘッドの第５の実施例を示す斜
視図。

【図１１】図１０のＡ−Ａ線に沿って切断し、矢印方向
に見たときの断面図。

【図１２】図１０のＭＲヘッドを記録媒体面側からみた
平面図。

【図１３】本発明のＭＲヘッドの第５の実施例の電気的
等価回路図。

【図１４】本発明のＭＲヘッドの第６の実施例を示す斜
視図。

【図１５】図１４のＢ−Ｂ線に沿って切断し、矢印方向
に見たときの断面図。

【図１６】本発明のＭＲヘッドの第５の実施例に第４の
実施例の態様を組み合わせた場合のＭＲヘッドを示す断
面図。

【図１７】従来の磁気抵抗効果型ヘッドを示す断面図。

【符号の説明】

１０…ＭＲ層、１１…バイアス導体層、１２…非磁性絶
縁層、１３…下部電極、１４…上部電極、１５…リード
部、１６…差動増幅器、１７…引き出しリード、１８…
電流源、１９…シールド磁性層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木内 直樹 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 (72)発明者 秋山 純一 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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁気抵抗効果を有する２つの磁性層および
   前記２つの磁性層の間に挟持された非磁性層からなる磁
   界感知部を有する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効
   果素子にバイアス磁界を印加するための導体層とを具備
   し、 前記磁気抵抗効果素子に供給するセンス電流の方向が、
   前記磁気抵抗効果素子に与えられる記録信号磁界の方向
   とほぼ一致しており、前記２つの磁気抵抗効果素子から
   電圧変化を差動信号として使用することを特徴とする磁
   気抵抗効果型ヘッド。
2. 【請求項２】 前記磁気抵抗効果素子は、前記導体層が
   前記２つの磁性層の間に非磁性層を介して配置された構
   成を有する請求項１記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
3. 【請求項３】 前記磁気抵抗効果素子は、前記導体層が
   前記２つの磁性層の外側にそれぞれ非磁性層を介して配
   置された構成を有しており、前記２つの磁性層からそれ
   ぞれ独立に再生出力が得られる請求項１記載の磁気抵抗
   効果型ヘッド。
4. 【請求項４】 前記磁気抵抗効果素子の前記２つの磁性
   層からそれぞれ独立して差動信号を得る請求項１記載の
   磁気抵抗効果型ヘッド。