JPH07326023A

JPH07326023A - 磁気ヘッド及びそれを用いた磁気記憶装置

Info

Publication number: JPH07326023A
Application number: JP11562594A
Authority: JP
Inventors: 公史 ▲高▼野; Koji Takano; Kiyomi Okuda; 清美奥田; Yoshihiro Shiroishi; 芳博城石; Moriaki Fuyama; 盛明府山; Hiroshi Fukui; 宏福井; Shinji Narushige; 真治成重
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-05-27
Filing date: 1994-05-27
Publication date: 1995-12-12

Abstract

(57)【要約】【目的】外部磁界に対してＭＲ膜内の磁化の向きとソ
フト膜内の磁化の向きとが同極性になることを防ぎ、高
感度で、かつ、再生応答の線形性が良好な狭トラック幅
のソフトバイアス型のＭＲヘッドを提供する。【構成】ＭＲ膜８及びソフト膜６を備えるＭＲヘッド
において、ソフト膜６に反強磁性膜又は永久磁石膜５を
隣接させるてソフト膜の磁化を交換結合させる。あるい
はソフト膜として保磁力の比較的高い軟磁性膜を使用す
る。交換結合膜５の着磁方向は、ＭＲ素子にバイアス磁
界を印加しやすくする方向とする。【効果】ソフト膜が反強磁性膜又は永久磁石膜と磁気
的に交換結合していると、ソフト膜のヒステリシス曲線
は交換結合の大きさだけシフトするため、磁化変化を起
こす磁界を大きくすることができ、動作領域内での線形
性が確保される。

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素子を利
用した磁気ヘッドに関し、特に大容量磁気ディスク装置
に用いる狭トラック幅の記録再生分離型ヘッド、及びこ
れを用いた磁気記憶装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】記録に誘導型素子、再生に磁気抵抗効果
型素子（ＭＲ素子）を用いた記録再生分離型ヘッドは、
磁気ディスク装置の高密度化を実現するデバイスとして
注目されている。この記録再生分離型ヘッドに用いられ
るＭＲヘッドは、軟磁性膜（ソフト膜）を用いてＭＲ膜
にバイアス磁界を印加する、いわゆるソフトフィルムバ
イアス型が高感度化を実現するヘッドとして一般的に知
られており、例えばIEEE Transactions on Magnetics,
Vol.26, No.5, September 1990 p.1689-1693"Gigabit D
ensity Recording Using Dual-Element MR/Inductive H
eads on Thin-Film Disks”に記載されている。

【０００３】ソフトフィルムバイアス型のＭＲヘッド
は、ＭＲ膜に流れる検出電流が作る磁界でソフト膜を磁
化し、一方、ＭＲ膜はソフト膜が磁化されたことにより
これとは逆極性に磁化される。再生応答の線形性は、Ｍ
Ｒ膜に対するソフト膜の磁性比〔（ソフト膜の磁束密度
と膜厚の積）／（ＭＲ膜の磁束密度と膜厚の積）〕、あ
るいは形状を最適化することにより確保される。このよ
うにソフトフィルムバイアス型のＭＲヘッドは、ＭＲ膜
とソフト膜とが互いに反対方向に磁化されていることが
線形動作の基本となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、外部磁界がソ
フト膜の磁化方向と反対方向に印加され、さらに、この
磁界強度がある値を超えると、ソフト膜の磁化の向きと
ＭＲ膜の磁化の向きとが同極性になってしまう。この場
合、互いにバイアス磁界をかけあうことができなくな
り、再生時における線形性が崩れてしまうといった問題
が発生する。この現象が記録再生時に起こるとエラーの
原因となる。ソフト膜の磁化の向きとＭＲ膜の磁化の向
きとが同極性になるといった問題は、ソフト膜の磁性比
を増大するほど、あるいはトラック幅、すなわちＭＲ膜
に検出電流を印加するための一対の電極の間隔を狭めて
いくほど顕著に現われる傾向にある。よって、ＭＲヘッ
ドを高感度化、あるいは狭トラック化していく際の障害
となる。

【０００５】本発明の目的は、ソフトバイアス型のＭＲ
ヘッドにおいて、外部磁界に対してＭＲ素子内の磁化と
ソフト膜内の磁化とが同極性になるという問題を回避
し、高感度でかつ線形性の良好な狭トラック幅の磁気抵
抗効果型ヘッド、及びこれを用いた磁気記憶装置を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的は、ソフト膜を
反強磁性膜又は永久磁石膜と磁気的に交換結合させるこ
とによって、あるいはソフト膜の保磁力自体を高めるこ
とによって達成される。本発明による磁気ヘッドは、Δ
Ｖ−Ｈ特性曲線がただ１つのピークを有することを特徴
とする。

【０００７】ΔＶ−Ｈ曲線の測定は、ＭＲ素子が磁気シ
ールドに挟まれていない場合には、磁気抵抗効果素子に
一対の電極により一定電流を流した状態で磁気抵抗効果
素子のトラック方向と略直交する方向に印加する外部磁
界（Ｈ）を変化させ、一対の電極間の電圧変化（ΔＶ）
を測定し、その測定値をプロットすることによって得る
ことができる。

【０００８】しかし、ＭＲ素子が磁気シールドに挟まれ
ている場合には、外部磁界（Ｈ）がシールド膜に吸い込
まれるため、シールド膜を完全に磁気飽和させなければ
正確なＭＲ素子の動作特性を測定することができなくな
る。この場合には、微小領域から磁界を発生させ、ＭＲ
素子のみに磁界を印加する必要が生じる。これを実現す
るには、一対の電極を介して磁気抵抗効果素子に一定電
流を流した状態で磁気ヘッドを一対の磁気シールド膜の
間隔よりも狭い連続した磁化反転の記録された媒体上で
再生動作させながら、磁気ヘッドのトラック方向と略直
交する方向に一様な外部磁界（Ｈ）を印加し、この外部
磁界（Ｈ）を変化させ、電極間電圧を測定すればよい。

【０００９】前記ただ１つのピークを有するΔＶ−Ｈ曲
線を有する磁気抵抗効果素子は、バイアス磁界を印加す
る軟磁性膜を備え、この軟磁性膜の少なくとも一部を反
強磁性膜又は永久磁石膜と磁気的に交換結合させること
によって得られる。軟磁性膜と磁気抵抗効果膜は間に電
気絶縁膜を介して積層してもよいし、導電性膜を介して
積層してもよい。

【００１０】反強磁性膜又は永久磁石膜の着磁方向はト
ラック幅方向から傾斜した斜め着磁とするのが好まし
い。この斜め着磁により、ＭＲ膜にバイアス磁界を容易
に印加することができるようになる。前記ただ１つのピ
ークを有するΔＶ−Ｈ曲線を有する磁気抵抗効果素子
は、また磁化困難方向の保磁力又は磁化困難方向の異方
性磁界の少なくとも一方が１０Ｏｅ以上である軟磁性膜
を用いてバイアス磁界を印加することによって得られ
る。この軟磁性膜の磁化容易軸方向はトラック幅方向か
ら傾斜しているのが好ましい。

【００１１】磁気抵抗効果膜は、少なくとも一部を反強
磁性膜又は永久磁石膜と交換結合させてもよい。反強磁
性膜としては、Ｆｅ−Ｍｎ膜又はＦｅ−Ｍｎを主成分と
する合金膜、Ｎｉ−Ｏ膜、Ｃｒ−Ｍｎ膜又はＣｒ−Ｍｎ
を主成分とする合金膜を用いることができ、永久磁石膜
としてはＣｏを主成分とする合金膜を用いることができ
る。

【００１２】磁気抵抗効果膜の少なくとも一部に金属膜
を介してＣｏを主成分とする合金膜等の永久磁石膜を積
層してもよい。前記磁気抵抗効果膜は、Ｎｉ−Ｆｅを主
成分とする単層膜、２層の磁性薄膜で非磁性金属薄膜を
挟み、前記２層の磁性薄膜のうちの一層の磁性薄膜を反
強磁性膜と磁気的に交換結合させたスピンバルブ素子、
合金系巨大磁気抵抗効果型素子又は多層膜系巨大磁気抵
抗効果型素子等とすることができる。

【００１３】磁気抵抗効果素子と同一のスライダ上に一
対の記録磁極とそれに鎖交するコイルからなる記録用誘
導型素子を形成してもよく、その際一対の磁気シールド
膜の片側が記録磁極を兼用していてもよい。記録用誘導
型素子の記録磁極は比抵抗が４０μΩ−ｃｍ以上の軟磁
性膜とするのが有利である。また、本発明による磁気ヘ
ッドは、保磁力２５００Ｏｅ以上の磁気ディスクと組み
合わせると、面記録密度が１平方インチ当たり２ギガビ
ット以上である磁気記憶装置を作製することができる。

【００１４】

【作用】従来のソフトバイアス型のＭＲ素子のΔＶ−Ｈ
曲線はピークを２つ有する。また、２つめのピーク、す
なわちサブピークの発生する磁界強度はトラック幅を狭
くするに従い動作点（外部磁界Ｈ＝０）側に近づいてく
るといった性質がある。このようにサブピークの発生す
る磁界強度が外部磁界Ｈ＝０の点に近づいてくると、動
作点におけるΔＶ−Ｈ曲線の傾きがなだらかになってし
まう。よって、トラック幅の狭小化に伴い磁気ヘッドの
再生感度が低下するという問題が生じる。これに対し、
本発明によるＭＲ素子のΔＶ−Ｈ曲線はただ１つのピー
クしか持たない。そのため、トラック幅の狭小化に伴う
磁気ヘッドの再生感度低下という問題は全く起こらな
い。ソフト膜が反強磁性膜と磁気的に交換結合している
と、ソフト膜のヒステリシス曲線は交換結合の大きさ
（γ）だけ全体的にシフトする。これは、ソフト膜が磁
化変化を起こす磁界がγだけ大きくなったことと等価で
ある。

【００１５】ここで、任意のＭＲ形状を有するソフトフ
ィルムバイアス型のＭＲヘッドを想定し、このヘッドは
外部磁界の大きさ（α）以上でソフト膜の磁化とＭＲ膜
の磁化とが同極性になると仮定する。また、媒体から漏
洩してソフト膜に印加される信号磁界強度の最大値を
（β）とした場合、α＜βなる関係が成り立つと、この
ヘッドは記録再生動作中に線形性を保てなくなる。しか
しここで、ソフト膜を反強磁性膜と磁気的に交換結合さ
せ、α＋γ＞βなる関係が成り立つように交換結合の大
きさ（γ）を規定してやると、動作領域内での線形性は
確保されるようになる。なお、交換結合膜の着磁方向
は、ＭＲ素子にバイアス磁界を印加しやすくする方向に
規定してやることにより、バイアス特性の劣化を防ぐこ
とができる。また、反強磁性膜を用いる代わりにソフト
膜の保磁力を高めてソフト膜の磁化変化を起こしにくく
することによっても同等の効果を得ることができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
る。トラック幅の異なるソフトフィルムバイアス型のＭ
Ｒ素子を作製し、本発明の効果を検証した。〔第１の比較例〕まず、従来構造のソフトフィルムバイ
アス型のＭＲ素子を作製し、その特性を測定した。

【００１７】作製した従来構造のＭＲヘッド素子部の概
略図を図１３に示す。ＭＲ素子は、表面にアルミナ（Ａ
ｌ₂Ｏ₃）膜をコートしたジルコニア（ＺｒＯ₂）を主
成分とするセラミクス基板上に形成してあり、膜厚２５
ｎｍのＮｉ−Ｆｅ−Ｎｂより成るソフト膜１上に１７．
５ｎｍのＴａ膜２を介して膜厚２０ｎｍのＮｉ−Ｆｅ合
金膜からなるＭＲ膜３を積層している。

【００１８】磁性膜、及び金属膜はすべてスパッタ法に
より形成し、スパッタ後は長辺の長さ２０μｍ、短辺の
長さ３μｍの短冊状にパターニングした。なお、ＭＲ膜
の磁化容易方向は長軸方向に一致している。パターニン
グ後は、ＭＲ素子上に一対のＣｒ／Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ／
Ａｕ電極４をリフトオフ法により形成し、素子を完成し
た。電極下部に形成されているＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒ膜は、
保磁力が５００Ｏｅの永久磁石膜であり、ＭＲ膜の磁区
を安定化させるために用いた。一対の電極間隔ｄ、すな
わちトラック幅は３μｍ、２μｍ、及び１μｍとした。
なお、本比較例で作製したＭＲヘッド素子は、基本的な
電磁変換特性を検討するためのものであるため、シール
ド膜は用いていない。

【００１９】このように作製したトラック幅の異なるＭ
Ｒ素子を用いて、基本的な電磁変換特性（ΔＶ−Ｈ曲
線）を測定した結果を図１４に示す。このΔＶ−Ｈ曲線
は、電極に１０ｍＡの定電流を印加し、外部からヘルム
ホルツコイルを用いて５０Ｈｚの磁界を素子の長軸方向
に垂直に印加し、素子両端の電圧変化ΔＶを測定した結
果である。外部磁界Ｈは−２００Ｏｅから２００Ｏｅの
範囲で変化させており、磁界の正方向は図１３における
素子の下面から上面に向かう方向とした。

【００２０】図１４から、ΔＶ−Ｈ曲線の不連続点はい
ずれのトラック幅においても外部磁界が負の領域に観察
され、かつ、この点はトラック幅を狭めるに従い外部磁
界Ｈ＝０の方向に移動していく様子がわかる。図１５
は、図１４に示したΔＶ−Ｈ曲線の電圧値を、トラック
幅１μｍ当たりの値に規格化してプロットしなおしたも
のである。この図１５から、トラック幅を狭めていくこ
とによりΔＶ−Ｈ曲線が不連続となる点、すなわちディ
ップ点が外部磁界Ｈ＝０の方向に移動していくととも
に、外部磁界Ｈ＝０における曲線の傾きも減少していく
傾向にあることがわかる。外部磁界Ｈ＝０における曲線
の傾きの減少は、再生感度の低下を意味しており、実用
上望ましくない。

【００２１】〔第１の実施例〕次に、ソフト膜を反強磁
性膜と交換結合させた本発明によるＭＲ素子を作製し
た。シールド膜を用いない場合の本発明による素子構成
を図１に示す。この素子は、表面にアルミナ膜をコート
したジルコニア基板上に、まず膜厚４０ｎｍのＮｉ−Ｏ
反強磁性膜５を形成し、この上に膜厚２５ｎｍのＮｉ−
Ｆｅ−Ｎｂより成るソフト膜６、膜厚１７．５ｎｍのＴ
ａ膜７を介して膜厚２０ｎｍのＮｉ−Ｆｅ合金膜からな
るＭＲ膜８を積層した構造となっている。

【００２２】積層膜はすべてスパッタ法により作製して
おり、スパッタ後は長辺の長さ２０μｍ、短辺の長さ３
μｍの短冊状にパターニングしている。なお、ＭＲ膜の
磁化容易方向は長軸方向に一致している。パターニング
後、ＭＲ膜上に一対のＣｒ／Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ／Ａｕ電
極９をリフトオフ法により形成し、素子を完成した。電
極下部に形成されているＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒ膜は保磁力が
５００Ｏｅの永久磁石膜であり、ＭＲ膜の磁区を安定化
するために用いられている。

【００２３】ここで用いたＮｉ−Ｏ反強磁性膜５の交換
結合力をヒステリシス曲線のシフト量から見積もった結
果、４０Ｏｅであった。またＮｉ−Ｏ反強磁性膜５は図
１中に示したように、ＭＲ膜の長軸から４５度傾けて着
磁している。この斜め着磁により、ＭＲ膜にバイアス磁
界を容易に印加することができるようになる。仮にＮｉ
−Ｏ反強磁性膜５の着磁方向を素子の長手方向に揃える
と、ＭＲ素子に所定のバイアス磁界がかからなくなると
いった問題が発生する。この素子を用いてΔＶ−Ｈ曲線
を測定し、ソフト膜を反強磁性膜と交換結合させない場
合と比較した結果を図２に示す。トラック幅は２μｍと
したが、この結果からソフト膜を反強磁性膜と交換結合
させることにより、ΔＶ−Ｈ曲線の不連続点の発生を防
げることがわかる。

【００２４】なお、本実施例ではＮｉ−Ｏ反強磁性膜を
用いているが、このかわりにＣｒ−Ｍｎ系の反強磁性
膜、Ｆｅ−Ｍｎ反強磁性膜、あるいは耐食性を高めたＦ
ｅ−Ｍｎ−Ｒｕ膜、あるいはＣｏ合金系の永久磁石膜を
用いても同様の効果を得ることができる。Ｃｏ合金系の
永久磁石膜を形成する場合、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、あるいは
これらを主たる成分とした合金を下地膜としても良い。
ただし、Ｎｉ−Ｏ以外の金属膜を用いると、検出電流が
分流するため、再生感度がわずかに減少するといった問
題が生じる。また、ソフト膜と交換結合させる反強磁性
膜又は永久磁石膜はソフト膜の全面に設けなくとも、ト
ラック部分のみ又は両端部のみに設けても同様の効果が
得られる。

【００２５】〔第２の実施例〕第１の実施例では、反強
磁性膜を用いてソフト膜の磁化回転を起こりにくくする
ことによりΔＶ−Ｈ曲線上の不連続点の発生を抑えてい
たが、ソフト膜の保磁力自体を高めても同様の効果を得
ることができる。図３に、本発明における第２の実施例
による素子部の構成を示す。本実施例により試作したＭ
Ｒ素子は、表面にアルミナ膜をコートしたジルコニア基
板上に膜厚２０ｎｍのＣｏ−Ｃｒ膜１０をスパッタし、
この上に膜厚１７．５ｎｍのＴａ膜１１を介して膜厚２
０ｎｍのＮｉ−Ｆｅ合金膜からなるＭＲ膜１２を積層し
た構造となっている。Ｃｏ−Ｃｒ膜１０の磁化容易方向
はトラック幅方向に対して傾いており、ＭＲ膜１２にバ
イアス磁界を印加しやすくなっている。Ｃｏ−Ｃｒ膜１
０の保磁力は３０Ｏｅである。なお、Ｎｉ−Ｆｅ膜１２
上にはＦｅ−Ｍｎ反強磁性膜１３を積層することによ
り、予めＮｉ−Ｆｅ膜１２内の磁化を傾けておき、再生
動作の線形性を確保している。Ｆｅ−Ｍｎ反強磁性膜１
３とＮｉ−Ｆｅ膜１２間の交換結合の大きさは４５Ｏｅ
である。Ｆｅ−Ｍｎ反強磁性膜１３の着磁方向は図中に
矢印で示す通り、ＭＲ素子の長軸から４５度傾いた方向
である。

【００２６】積層膜はすべてスパッタ法により作製して
おり、スパッタ後は長辺の長さ２０μｍ、短辺の長さ３
μｍの短冊状にパターニングした。なお、ＭＲ膜の磁化
容易方向は長軸方向に一致している。パターニング後、
一対のＣｒ／Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ／Ａｕ電極１４をリフト
オフ法により形成し、素子を完成した。電極下部に形成
されているＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒ膜は保磁力が５００Ｏｅの
永久磁石膜であり、ＭＲ膜の磁区を安定化するために用
いられている。一対の電極間隔ｄ、すなわちトラック幅
は２μｍとした。

【００２７】トラック幅を２μｍとしてΔＶ−Ｈ曲線を
従来の素子と比較した結果を図４に示す。図４から、ソ
フト膜自体の保磁力を高めた場合でも、ソフト膜を反強
磁性膜と交換結合させた場合と同様にΔＶ−Ｈ曲線上の
不連続点の発生を防げることがわかる。ただしこの場
合、ＭＲ膜にバイアス磁界がかかりにくくなる、永
久磁石膜１０と反強磁性膜１３とに検出電流が分流する
ため、ΔＶの最大値が若干減少する、といった問題が生
じる。なお、Ｃｏ−Ｃｒ膜１０については、Ｃｏ−Ｎ
ｉ、Ｃｏ−Ｔｉ、Ｃｏ−Ｓｉ、Ｃｏ−Ｒｅ等の半硬磁性
膜で、その保磁力が１０Ｏｅ以上のものであればΔＶ−
Ｈ曲線上の不連続点の発生を防げるこも実験的に確認し
ている。

【００２８】〔第３の実施例〕ＭＲ素子とソフト膜との
間に絶縁中間層を用い、検出電流がＭＲ素子にのみ流れ
る構造とした高感度ＭＲヘッドに本発明を適用した。Ｍ
Ｒヘッド構造の例を図５に示す。ＭＲ素子は、表面にア
ルミナ膜をコートしたジルコニア基板上に、まず膜厚４
０ｎｍのＮｉ−Ｏ反強磁性膜５１を形成し、この上に膜
厚４０ｎｍのＮｉ−Ｆｅ−Ｎｂより成るソフト膜１５を
形成し、膜厚１７．５ｎｍのＡｌ₂Ｏ₃絶縁膜１６を介
して膜厚２０ｎｍのＮｉ−Ｆｅ合金膜からなるＭＲ膜１
７を積層した構造となっている。Ｎｉ−Ｏ反強磁性膜５
１は、図５中に矢印で示すように、ＭＲ膜の長軸から４
５度傾けて着磁している。

【００２９】積層膜はスパッタ法により作製しており、
スパッタ後は長辺の長さ２０μｍ、短辺の長さ３μｍの
短冊状にパターニングした。なお、ＭＲ膜の磁化容易方
向は長軸方向に一致している。パターニング後、一対の
Ｃｒ／Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ／Ａｕ電極１８をリフトオフ法
により形成し、素子を完成した。電極下部に形成されて
いるＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒ膜は、保磁力が５００Ｏｅの永久
磁石膜であり、ＭＲ膜の磁区を安定化するために用いら
れている。一対の電極間隔ｄ、すなわちトラック幅は１
μｍとした。

【００３０】ＭＲ膜とソフト膜との間に絶縁中間層を用
いると検出電流はＭＲ膜のみに流れため、ソフト膜に流
れる電流を利用してＭＲ膜に磁界を印加することはでき
なくなる。この結果として、ＭＲ膜のバイアス角度は減
少する。この問題は、ソフト膜のＭＲ膜に対する磁性比
を増大させることにより解決している。図６は、ソフト
膜のＭＲ膜に対する磁性比とバイアス角度との関係を測
定した結果であるが、第１の実施例のようにＴａ中間層
を用いた場合には磁性比が０．６でＭＲ膜のバイアス角
度は３６．５度となる。一方絶縁中間層を用いた場合、
同等以上のバイアス角度を確保するには、磁性比を１．
０以上にまで増大させる必要のあることがわかる。本実
施例ではソフト膜の膜厚を増大することで、磁性比を増
大させている。ただし、磁性比の上限は１．９以下に設
定しないとＭＲ膜の磁化回転角が減少するので好ましく
ない。

【００３１】また、ソフト膜の磁化量を増大させると、
ソフト膜の磁化反転がより小さな磁界で起こり、ΔＶ−
Ｈ曲線の不連続点がより小さな外部磁界の印加により発
生するといった問題が生じる。この問題も、ソフト膜の
磁化を反強磁性膜と交換結合させることにより回転しに
くくすることで解決できる。図７は、ΔＶ−Ｈ曲線を従
来構造のヘッドと比較した結果である。電圧変化ΔＶ
は、外部磁界Ｈ＝０での値で規格化して表しているが、
ソフト膜の磁化を反強磁性膜と交換結合させることによ
りディップ点は観察されなくなると同時に、外部磁界Ｈ
＝０における動作点でのΔＶ−Ｈ曲線の傾きを、従来構
造のヘッドよりも約１．５倍急俊にできることがわか
る。これは、絶縁中間層を用いることにより感度が向上
していることを意味している。

【００３２】〔第４の実施例〕図８に、本発明の他の実
施例により作製した磁気ヘッドの再生素子部の構造を示
す。本実施例のＭＲ素子は、表面にアルミナ膜をコート
したジルコニア基板上に膜厚２０ｎｍのＣｏ−Ｎｉ−Ｆ
ｅ−Ｎｂ膜１９をスパッタし、その上に膜厚１７．５ｎ
ｍのＴａ膜２０を介して膜厚２０ｎｍのＮｉ−Ｆｅ合金
膜からなるＭＲ膜２１を積層した多層構造となってい
る。Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｎｂ膜１９の磁化容易方向はト
ラック幅方向から４５度傾いており、この膜の異方性磁
界の大きさは３０Ｏｅである。

【００３３】なお、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｎｂ膜１９／Ｔ
ａ膜２０／ＭＲ膜２１よりなる積層膜の両端はミリング
法により斜めに削られており、両端の斜面部には膜厚５
ｎｍのＣｒ膜２２、膜厚２５ｎｍのＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ膜
２３、及びＴａ／Ａｕ／Ｔａ電極膜２４が形成されてい
る。Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ膜２３の保磁力は１０００Ｏｅ、
一対の電極２４の間隔により規定されるトラック幅は２
μｍである。この素子を用いて測定されるΔＶ−Ｈ曲線
は、前記第１〜第３の実施例で示したものと同様に不連
続点が発生しない。

【００３４】〔第５の実施例〕本発明による磁気抵抗効
果素子を高透磁率のシールド膜で挟んで再生用に用い、
記録にはシールド膜の一方を記録部として共用する誘導
型素子を用いる記録再生分離型ヘッドを作製した。ヘッ
ドの構成例を図９に示す。感磁部２５には、Ｎｉ−Ｆｅ
合金、あるいはＮｉ−Ｃｏ合金より成る磁気抵抗効果
（ＭＲ）素子、又はＮｉ−Ｆｅ／Ｃｕ／Ｎｉ−Ｆｅ、あ
るいはＮｉ−Ｆｅ／Ｃｏ／Ｃｕ／Ｃｏ／Ｎｉ−Ｆｅ膜よ
り成るスピンバルブ（ＳＶ）素子、又はＣｏ−Ａｇ、Ｃ
ｏ−Ａｕ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ａｇ、Ｃｏ−Ｃｕ、Ｆｅ−Ａｇ
合金、あるいはＦｅ／Ｃｒ、Ｃｏ／Ｃｒ、Ｃｏ／Ｃｕ多
層膜より成る巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子を用いて
おり、それぞれトラック幅は１μｍとした。なお、磁気
抵抗効果素子、あるいはスピンバルブ素子、あるいは巨
大磁気抵抗効果素子上にはＡｌ₂Ｏ₃絶縁膜を介してＮ
ｉ−Ｆｅ−Ｎｂ合金より成るソフト膜を形成している。

【００３５】本実施例では、このＮｉ−Ｆｅ−Ｎｂ合金
より成るソフト膜を、反強磁性膜、あるいは強磁性膜と
交換結合させた場合と交換結合させない場合とで、再生
感度、及びΔＶ−Ｈ曲線の比較を行った。なお、ソフト
膜と交換結合する反強磁性膜、あるいは強磁性膜として
はＮｉ−Ｏ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｃｒ−Ｍｎ、及びＣｏ−Ｃｒ
−Ｐｔ合金を使用した。

【００３６】シールド膜２６及び２７にはＮｉ−Ｆｅ合
金膜を用いており、シールド膜２６と２７との間隔は
０．２μｍとした。一方、記録磁極２８には、飽和磁束
密度が１．７ＴのＣｏ−Ｎｉ−Ｆｅ合金を用いた。記録
磁極のギャップ長は０．５μｍで、磁極厚みは３μｍ、
トラック幅は１．５μｍとした。なお、記録用コイル２
９のターン数は１７とした。

【００３７】表１は、磁気抵抗効果素子、及びソフト膜
と交換結合する反強磁性膜、あるいは強磁性膜に任意の
材料を用いた場合の再生感度、及びΔＶ−Ｈ曲線上に現
われるピークの数を比較した結果である。なお、再生感
度は、保磁力が２８００エルステッドで保磁力配向比が
１．２、残留磁束密度と膜厚との積Ｂｒ・δが９０ガウ
ス・μｍのＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（Ｃｒの添加量は１７ａｔ
％）媒体を用い、記録再生実験を行った結果として得ら
れた値であり、磁気抵抗効果素子にＮｉ−Ｆｅ合金を用
い、ソフト膜を反強磁性膜（例えばＮｉ−Ｏ合金膜）と
交換結合させた場合に得られる値を１とし、規格化して
表している。

【００３８】表１から、ソフト膜が反強磁性膜と交換結
合しているとΔＶ−Ｈ曲線上にピークが１つしか現われ
ず、ソフト膜が反強磁性膜と交換結合していない場合に
比べて再生感度が増大する傾向にあることがわかる。ま
た、磁気抵抗効果型素子にＣｏ−Ａｇ合金より成る巨大
磁気抵抗効果素子を用いると、通常のＮｉ−Ｆｅ合金を
用いた場合に対して再生感度が５倍に向上することがわ
かった。

【００３９】

【表１】

【００４０】〔第６の実施例〕本発明による磁気抵抗効
果素子を高透磁率のシールド膜で挟んで再生用に用い、
記録には該シールドの一方を記録部として共用し、か
つ、この記録部として共用するシールド膜の幅を、もう
一方の記録磁極の幅に等しくした誘導型素子を用いた記
録再生分離型ヘッドを作製した。

【００４１】ヘッドの構成例を図１０に示す。ＭＲ部３
０は、図１に示した構成となっており、トラック幅は１
μｍである。なお、第１のシールド膜３１にはＮｉ−Ｆ
ｅ合金膜を用いており、第２のシールド膜３２と記録磁
極３３には、飽和磁束密度が１．７テスラのＣｏ−Ｎｉ
−Ｆｅ合金、１．３テスラのＣｏ−Ｔａ−Ｚｒ非晶質合
金、１．０テスラのＮｉ−Ｆｅ合金、及び１．７テスラ
のＮｉ₄₀−Ｆｅ₆₀合金（ＮｉＦｅ’）を用いている。な
お、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｔａ−Ｚｒ非晶質合
金、Ｎｉ−Ｆｅ合金、及びＮｉ₄₀−Ｆｅ₆₀合金（ＮｉＦ
ｅ’）の比抵抗は、それぞれ１６μΩ−ｃｍ、９０μΩ
−ｃｍ、１８μΩ−ｃｍ、及び４０μΩ−ｃｍである。
なお、一対のシールド膜３１、３２の間隔は０．２μｍ
とし、一方記録のギャップ長は０．６μｍ、トラック幅
は１．５μｍとし、記録用コイル３４のターン数は１７
とした。

【００４２】表２は、記録磁極にそれぞれの材料を用い
た場合の記録特性を比較した結果を示している。記録再
生特性の評価に用いた媒体は、保磁力が２７００Ｏｅの
Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ系の媒体で、ヘッド−媒体記録層間の
磁気的なスペーシングは０．０５μｍに設定した。測定
時には外径が２．５インチの媒体を７２００ｒｐｍ（ｒ
ｏｕｎｄｐｅｒｍｉｎｕｔｅ）で回転させて行っ
た。２５０ｋＦＣＩ（ｋｉｒｏＦｌｕｘＣｈａｎｇ
ｅＰｅｒＩｎｃｈ）での記録周波数は１００ＭＨｚ
である。

【００４３】表２には、低密度の５０ｋＦＣＩから高密
度の２５０ｋＦＣＩまで線記録密度を変化させた際の書
きにじみ量の変動、及び、再生出力が低密度領域の値の
半分となる点での記録密度、すなわち出力半減記録密度
の違いを示す。この結果から、記録磁極の飽和磁束密度
を高めると、線記録密度の変動に伴う書きにじみの変動
量が減少することがわかる。また、磁極の比抵抗を４０
μΩ−ｃｍ以上に増大させるか、又は磁極厚みを薄くし
て（Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ合金薄膜の２層化）うず電流損失
を低減することで、出力半減記録密度の増大が可能とな
ることを確かめた。

【００４４】

【表２】

【００４５】〔第７の実施例〕第５の実施例に示した記
録再生分離型ヘッドを用いて磁気記憶装置を構成した。
使用したヘッドは、感磁部にＮｉ−Ｆｅ合金を用いてお
り、ソフト膜の磁化はＮｉ−Ｏ反強磁性膜と交換結合し
ている。また、記録部には２層化したＣｏ−Ｎｉ−Ｆｅ
合金を用いた。

【００４６】図１１に、本実施例による磁気ディスク装
置の概略図を示す。図中の３６は本実施例による磁気ヘ
ッドを搭載したスライダ、３７は磁気ディスク、３８は
ディスクを回転させるためのスピンドル、３９は磁気ヘ
ッドの位置決め機構、４０はハウジングである。外径が
約２．５インチの磁気ディスク３７の記録層には、記録
ビット方向の保磁力が３１００エルステッド、保磁力配
向比が１．２のＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（Ｃｒの添加量は１７
ａｔ％）が用いられている。この磁気ディスクにおける
残留磁束密度と膜厚との積Ｂｒ・δは９０ガウス・μｍ
である。この記録媒体を用いることにより、線記録密度
特性の向上、及び高線記録密度領域における媒体雑音を
大幅に低減することが可能となる。

【００４７】記録再生時におけるスピンドルの回転数は
７２００ｒｐｍに設定されており、この時の磁気ディス
ク上のデータ記憶領域最外周における磁気ヘッドの浮上
量は０．０３５μｍである。記録周波数は、データ記憶
領域の最内周から最外周にかけて各トラック上での線記
録密度が等しくなるように設定されており、最外周にお
いては９０ＭＨｚに設定されている。

【００４８】本実施例における磁気ディスク装置では、
各トラック上におけるデータの線記録密度は２００ｋＢ
ＰＩ（ｋｉｒｏＢｉｔＰｅｒＩｎｃｈ）、トラッ
ク密度は１０ｋＴＰＩ（ｋｉｒｏＴｒａｃｋＰｅｒ
Ｉｎｃｈ）に設定されており、面記録密度は１平方イ
ンチ当り２ギガビットである。本実施例では磁気ディス
クを５枚用いており、装置のフォーマット容量は５．５
ギガバイト、データの転送速度は１秒間に２０メガバイ
トである。なお、本実施例では８／９変換を用いてデー
タの記録を行なった。本実施例により構成した磁気記憶
装置の仕様を表３に示す。

【００４９】

【表３】

【００５０】〔第８の実施例〕第５の実施例に示した記
録再生分離型ヘッドを用いて別の磁気記憶装置を構成し
た。図１２に、本実施例による磁気ディスク装置の概略
図を示す。図中の４１は本実施例による磁気ヘッドを搭
載したスライダ、４２は磁気ディスク、４３はディスク
を回転させるためのスピンドル、４４は磁気ヘッドの位
置決め機構、４５はハウジングである。

【００５１】外径が約１．８インチの磁気ディスク４２
の記録層には、記録ビット方向の保磁力が２８００エル
ステッド、保磁力配向比が１．２のＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ
（Ｃｒの添加量は１７ａｔ％）が用いられている。この
磁気ディスクにおける残留磁束密度と膜厚との積Ｂｒ・
δは９０ガウス・μｍである。この記録媒体を用いるこ
とにより、線記録密度特性の向上、及び高線記録密度領
域における媒体雑音を大幅に低減することが可能とな
る。

【００５２】記録再生時におけるスピンドルの回転数は
３２００ｒｐｍに設定されており、この時の磁気ディス
ク上のデータ記憶領域最外周におけるヘッドの浮上量は
０．０３５μｍである。記録周波数は、データ記憶領域
の最内周から最外周にかけて各トラック上での線記録密
度が等しくなるように設定されており、最外周において
は１５ＭＨｚに設定されている。

【００５３】本実施例における磁気ディスク装置では、
各トラック上におけるデータの線記録密度は２００ｋＢ
ＰＩ、トラック密度は１０ｋＴＰＩに設定されており、
面記録密度は１平方インチ当り２０００メガビットであ
る。本実施例では磁気ディスクを１枚用いており、装置
のフォーマット容量は５５０メガバイト、データの転送
速度は１秒間に５メガバイトである。なお、本実施例で
は１／７変換を用いてデータの記録を行なっている。本
実施例により構成した磁気記憶装置の仕様を表４に示
す。

【００５４】

【表４】

【００５５】

【発明の効果】本発明により、トラック幅を狭めても線
形性動作が確保される高感度な磁気抵抗効果型ヘッド、
及びこれを用いた磁気記憶装置を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例によるＭＲヘッド素子部
の概略図。

【図２】本発明の第１の実施例によるＭＲヘッドのΔＶ
−Ｈ曲線。

【図３】本発明の第２の実施例によるＭＲヘッド素子部
の概略図。

【図４】本発明の第２の実施例によるＭＲヘッドのΔＶ
−Ｈ曲線。

【図５】本発明の第３の実施例によるＭＲヘッド素子部
の概略図。

【図６】従来構造のＭＲヘッドと本発明の第３の実施例
によるＭＲヘッドのバイアス特性の比較図。

【図７】本発明の第３の実施例によるＭＲヘッドのΔＶ
−Ｈ曲線。

【図８】本発明の第４の実施例によるＭＲヘッド素子部
の概略図。

【図９】本発明によるＭＲヘッドを用いて構成した記録
再生分離型ヘッドの一例の概略図。

【図１０】本発明によるＭＲヘッドを用いて構成した記
録再生分離型ヘッドの他の例の概略図。

【図１１】本発明による磁気ヘッドを用いて構成した磁
気記憶装置の一例の概略図。

【図１２】本発明による磁気ヘッドを用いて構成した磁
気記憶装置の他の例の概略図。

【図１３】従来構造のＭＲヘッド素子部の概略図。

【図１４】従来構造のＭＲヘッドのΔＶ−Ｈ曲線とトラ
ック幅との関係を示す図。

【図１５】電圧変化を規格化して表した従来構造のＭＲ
ヘッドのΔＶ−Ｈ曲線。

【符号の説明】

１…ソフト膜、２…中間層、３…ＭＲ膜、４…電極、５
…反強磁性膜、６…ソフト膜、７…中間層、８…ＭＲ
膜、９…電極、１０…永久磁石膜、１１…中間層、１２
…ＭＲ膜、１３…反強磁性膜、１４…電極、１５…ソフ
ト膜、１６…絶縁中間層、１７…ＭＲ膜、１８…電極、
１９…Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｎｂ膜、２０…Ｔａ膜、２１
…ＭＲ膜、２２…Ｃｒ膜、２３…永久磁石膜、２４…電
極、２５…ＭＲ部、２６…下部シールド膜、２７…上部
シールド膜、２８…記録磁極、２９…コイル、３０…Ｍ
Ｒ部、３１…下部シールド膜、３２…上部シールド膜、
３３…記録磁極、３４…コイル、３５…電極、３６…磁
気ヘッドスライダ、３７…磁気ディスク、３８…スピン
ドル、３９…位置決め機構、４０…ハウジング、４１…
磁気ヘッドスライダ、４２…磁気ディスク、４３…スピ
ンドル、４４…位置決め機構、４５…ハウジング

フロントページの続き (72)発明者府山盛明茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者福井宏神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者成重真治神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所ストレージシステム事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気抵抗効果膜を備える磁気抵抗効果素
子と、該磁気抵抗効果素子に電流を流す一対の電極とを
含む磁気ヘッドにおいて、前記一対の電極を介して前記磁気抵抗効果素子に一定電
流を流した状態で該磁気抵抗効果素子のトラック方向と
略直交する方向に印加する外部磁界（Ｈ）を変化させ、
前記一対の電極間の電圧変化（ΔＶ）を測定して得られ
るΔＶ−Ｈ曲線がただ１つのピークを有することを特徴
とする磁気ヘッド。
【請求項２】磁気抵抗効果膜を備える磁気抵抗効果素
子と、該磁気抵抗効果素子に電流を流す一対の電極とを
備える感磁部と、該感磁部を挟持する一対の磁気シール
ドを含む磁気ヘッドであって、前記一対の電極を介して前記磁気抵抗効果素子に一定電
流を流した状態で該磁気ヘッドを前記一対の磁気シール
ド膜の間隔よりも狭い連続した磁化反転の記録された媒
体上で再生動作させながら、磁気ヘッドのトラック方向
と略直交する方向に一様な外部磁界（Ｈ）を印加し、前
記一対の電極間の出力電圧の微分値（ΔＶ）を測定して
得られるΔＶ−Ｈ曲線がただ１つのピークを有すること
を特徴とする磁気ヘッド。
【請求項３】前記磁気抵抗効果素子は前記磁気抵抗効
果膜にバイアス磁界を印加する軟磁性膜を備え、該軟磁
性膜の少なくとも一部を反強磁性膜又は永久磁石膜と磁
気的に交換結合させたことを特徴とする請求項１又は２
記載の磁気ヘッド。
【請求項４】前記軟磁性膜と前記磁気抵抗効果膜は間
に電気絶縁膜を介して積層されていることを特徴とする
請求項３記載の磁気ヘッド。
【請求項５】前記反強磁性膜又は永久磁石膜の着磁方
向はトラック幅方向から傾斜していることを特徴とする
請求項３又は４記載の磁気ヘッド。
【請求項６】前記磁気抵抗効果素子は前記磁気抵抗効
果膜にバイアス磁界を印加する軟磁性膜を備え、該軟磁
性膜は磁化困難方向の保磁力又は磁化困難方向の異方性
磁界の少なくとも一方が１０Ｏｅ以上であることを特徴
とする請求項１又は２記載の磁気ヘッド。
【請求項７】前記軟磁性膜の磁化容易方向はトラック
幅方向から傾斜していることを特徴とする請求項６記載
の磁気ヘッド。
【請求項８】前記磁気抵抗効果膜の少なくとも一部が
反強磁性膜又は永久磁石膜と交換結合していることを特
徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の磁気ヘッ
ド。
【請求項９】前記反強磁性膜又は永久磁石膜は、Ｆｅ
−Ｍｎ膜又はＦｅ−Ｍｎを主成分とする合金膜、Ｎｉ−
Ｏ膜、Ｃｒ−Ｍｎ膜又はＣｒ−Ｍｎを主成分とする合金
膜、あるいはＣｏを主成分とする合金膜であることを特
徴とする請求項２〜８のいずれか１項記載の磁気ヘッ
ド。
【請求項１０】前記磁気抵抗効果膜の少なくとも一部
に金属膜を介して永久磁石膜が積層されていることを特
徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の磁気ヘッ
ド。
【請求項１１】前記永久磁石膜はＣｏを主成分とする
合金膜であることを特徴とする請求項１０記載の磁気ヘ
ッド。
【請求項１２】前記磁気抵抗効果膜は、Ｎｉ−Ｆｅを
主成分とする単層膜であることを特徴とする請求項１〜
１１のいずれか１項記載の磁気ヘッド。
【請求項１３】前記磁気抵抗効果素子は２層の磁性薄
膜で非磁性金属薄膜を挟み、前記２層の磁性薄膜のうち
の一層の磁性薄膜は反強磁性膜又は永久磁石膜と磁気的
に交換結合していることを特徴とする請求項１〜１０の
いずれか１項記載の磁気ヘッド。
【請求項１４】前記磁気抵抗効果素子は合金系巨大磁
気抵抗効果型素子又は多層膜系巨大磁気抵抗効果型素子
であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項
記載の磁気ヘッド。
【請求項１５】前記磁気抵抗効果素子と同一のスライ
ダ上に一対の記録磁極とそれに鎖交するコイルからなる
記録用誘導型素子が形成されていることを特徴とする請
求項１〜１４のいずれか１項記載の磁気ヘッド。
【請求項１６】前記感磁部を挟持する一対の磁気シー
ルド膜の片側が記録磁極を兼用していることを特徴とす
る請求項２〜１５のいずれか１項記載の磁気ヘッド。
【請求項１７】前記記録用誘導型素子の記録磁極は比
抵抗が４０μΩ−ｃｍ以上の軟磁性膜からなることを特
徴とする請求項１５又は１６記載の磁気ヘッド。
【請求項１８】外径３．５インチ以下で保磁力２５０
０Ｏｅ以上の磁気ディスクと、該磁気ディス駆動手段
と、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の磁気ヘッド
と、該磁気ヘッドの位置決め手段とを含み、面記録密度
が１平方インチ当たり２ギガビット以上であることを特
徴とする磁気記憶装置。