JPH0877521A - 磁気抵抗効果型薄膜ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 再生波形の対称性を確保すると共に高い周波
数（高い記録密度）での出力低下を緩和させることがで
きる磁気抵抗効果型薄膜ヘッドを提供する。 【構成】 基板２上に、第１のシールド膜８と、磁気抵
抗効果素子９と、この磁気抵抗効果素子にバイアス磁界
を印加するバイアス手段１０と、第２のシールド膜１１
を有する磁気抵抗効果型薄膜ヘッド１５において、前記
第１のシールド膜の透磁率は、前記第２のシールド膜の
透磁率の２倍以下となるように設定される。これによ
り、再生波形の対称性を確保し、高い周波数域での出力
低下を緩和する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気ディスク装置やＶ
ＴＲ等の磁気テープ装置用の、シールドタイプの磁気抵
抗効果型薄膜ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気記録装置の記録密度向上により、例
えば磁気ディスク装置或いはＶＴＲ等の磁気テープ装置
においては、狭トラック化、狭ギャップ化、低相対速度
化が進行しているが、そのような条件下でも高いＳ／Ｎ
比で信号検出が可能な再生専用ヘッドが望まれている。

【０００３】このような要求に応じて、従来の誘導型磁
気ヘッドに代わり磁気抵抗効果型薄膜ヘッドが開発され
て、有望視されている。このような磁気抵抗効果を利用
した薄膜ヘッドには、主としてシールドタイプとヨーク
タイプの２つの構造があり、シールドタイプの薄膜ヘッ
ドは記録媒体と非接触で用いられ、ヨークタイプの薄膜
ヘッドは記録媒体と接触で用いられる。

【０００４】ここで一般的な磁気抵抗効果型薄膜ヘッド
の概略構造を図８に基づいて説明する。図８（Ａ）はヨ
ークタイプの薄膜ヘッドの概略断面図を示し、図８
（Ｂ）はシールドタイプの薄膜ヘッドの概略断面図を示
す。

【０００５】図８（Ａ）に示すヨークタイプの薄膜ヘッ
ド１は、基板２上に断面略コ字状のヨーク３を形成し、
この内部に絶縁状態で磁気抵抗効果素子４を形成し、更
にこの磁気抵抗効果素子４に対向させてバイアス膜５を
形成して構成されている。

【０００６】また、図８（Ｂ）に示すシールドタイプの
薄膜ヘッド７は、基板２上に第１のシールド膜８、磁気
抵抗効果素子９、この素子９にバイアス磁界を与えるた
めのバイアス膜１０及び第２のシールド膜１１を順次積
層して構成されており、上記シールド膜により低域の信
号磁界をカットするようになっている。尚、図中Ｔはテ
ープ等の磁気記録媒体である。このような各種のヘッド
は、薄膜形成技術、フォトリソグラフ技術、微細加工技
術を用いて基板上に順次、絶縁膜を介在させて或いは介
在させないで積層することにより構成される。

【０００７】上記バイアス磁界を印加するためには、素
子近傍に配置したバイアス膜６、１０に直流電流を流
し、この導体膜の回りに発生する磁界を素子に与えるよ
うになっている。この場合には、出力を得るために素子
４、９に流すセンス電流と、上記したバイアス磁界を得
るためにバイアス膜に流す電流を独立に制御できるの
で、素子特性のばらつきを補正できるという利点を有す
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図８（Ｂ）
に示すシールドタイプの薄膜ヘッド７にあっては、内部
に磁気抵抗素子９やこれにバイアス磁界を付与するバイ
アス膜１０を積層してその上より第２のシールド膜１１
を積層するようにしていることから、基板２上に設ける
第１のシールド膜８は平坦であるのに対して、素子９及
びバイアス膜１０の上層に設ける第２のシールド膜１１
は、その下層の形状の影響を受けて凹凸状に段差１２を
生じてしまう。

【０００９】この第２のシールド膜１１は、軟磁性材料
を使用するが、一般に磁性材料は成膜条件や下地の形状
等により著しく特性が変化することは周知の通りであ
る。このため、軟磁性材料を平面上に薄膜形成する場合
に比べ、段差部に薄膜を形成する場合は、磁性材料の透
磁率がかなり劣化するという問題がある。図９はこのよ
うに透磁率が減少する状態を示すグラフであり、図１０
は図９に示すグラフを得るために用いた実験方法を示す
図である。

【００１０】例えばスパッタ法により成膜を行なう場合
において、ターゲット１３に対する基板１４の傾斜角度
θを次第に変化させた場合、角度θが次第に大きくなる
に従って成膜の透磁率μが大幅に低下している。

【００１１】通常の薄膜ヘッドの製造プロセスにあって
は、コストの観点から第１のシールド膜８と第２のシー
ルド膜１１の成膜は、同一装置において同一条件にて形
成するのが一般的である。

【００１２】従って、上記第２のシールド膜１１の段差
１２の部分に積層される成膜は、図９及び図１０におい
て基板１４の傾斜角度θを大きくした時に形成される成
膜と同じ透磁率特性を有しているのでこの部分の透磁率
が低下し、従って、製造される薄膜ヘッドの第１のシー
ルド膜８と第２のシールド膜１１は透磁率が異なった状
態となっている。

【００１３】このように２つのシールド膜の透磁率が異
なり、非対称な状態になると高い周波数（高い記録密
度）での出力が低下したり再生波形が非対称になったり
してヘッド自体の再生特性が劣化してしまう問題が発生
していた。

【００１４】本発明は、以上のような問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものであり、本発明
の目的は、再生波形の対称性を確保すると共に高い周波
数（高い記録密度）での出力低下を阻止することができ
る磁気抵抗効果型薄膜ヘッドを提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意研究の
結果、再生波形の対称性を維持するためには第１のシー
ルド膜の透磁率と、第２のシールド膜の透磁率の比を一
定以上に設定すればよい、という知見を得ることにより
本発明に至ったものである。

【００１６】本発明は、上記問題点を解決するために、
基板上に、第１のシールド膜と、磁気抵抗効果素子と、
この磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を印加するバイア
ス手段と、第２のシールド膜を有する磁気抵抗効果型薄
膜ヘッドにおいて、前記第１のシールド膜の透磁率は、
前記第２のシールド膜の透磁率の２倍以下となるように
設定するようにしたものである。

【００１７】

【作用】本発明は、以上のように構成したので、再生波
形の対称性を保つことができるのみならず、その絶対値
も略同等になり、高い周波数（高い記録密度）における
出力低下を緩和できて、周波数特性を向上させることが
できる。

【００１８】更に、２つのシールド膜の透磁率を１００
以上に設定することにより、特に高い周波数（高い記録
密度）における特性を向上でき、再生波形を一層改善す
ることが可能となる。

【００１９】

【実施例】以下に、本発明に係る磁気抵抗効果型薄膜ヘ
ッドの一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は
本発明に係る磁気抵抗効果型薄膜ヘッドを示す断面構成
図、図２は１２ＫＦＣＩにて２つのシールド膜の透磁率
を変化させた時の再生波形を示す波形図、図３は１２０
ＫＦＣＩにて２つのシールド膜の透磁率を変化させた時
の再生波形を示す波形図、図４は図２及び図３に示す内
容を絶対値でまとめた時の波形図、図５は１２ＫＦＣＩ
にて２つのシールド膜の透磁率の比を１：１にした状態
でこの値を変化させた時の再生波形を示す波形図、図６
は１２０ＫＦＣＩにて２つのシールド膜の透磁率の比を
１：１にした状態でこの値を変化させた時の再生波形を
示す図、図７は図５及び図６に示す内容を絶対値でまと
めた時の波形図である。ここでＦＣＩ（Ｆｌｕｘ Ｃｈ
ａｎｇｅ ｐｅｒ Ｉｎｃｈ）とは１インチ当たりの記
録密度を示す。

【００２０】図示するようにこの磁気抵抗効果型薄膜ヘ
ッド１５は、図８（Ｂ）に示す構造と同様に構成されて
おり、より詳しくは例えばＡｌ₂ Ｏ₃ −ＴｉＣ等よりな
る基板２上に、厚み例えば１μｍ程度のＣｏ系非晶質合
金よりなる第１のシールド膜８を形成し、この上に厚み
０．２μｍ程度の例えばＳｉＯ₂ やＡｌ₂ Ｏ₃ 等の非磁
性絶縁膜よりなる第１のシールドギャップ膜１６を形成
し、この上面の一部に厚み５０ｎｍ程度の例えばパーマ
ロイ膜よりなる磁気抵抗効果素子９を形成し、この素子
に通電（検出電流）及び出力を得るための図示しない電
極を形成する。その後、この素子９の上と露出している
上記第１のシールドギャップ１６上に厚み０．２μｍ程
度の例えばＳｉＯ₂ の非磁性絶縁膜よりなる第２のシー
ルドギャップ膜１７を形成する。

【００２１】この時、上記第２のシールドギャップ膜１
７内には、上記磁気抵抗効果素子９に対応させてバイア
ス手段として例えば厚み４０ｎｍ程度のＮｂ膜よりなる
バイアス膜１０が埋め込まれており、このバイアス膜１
０に図示しない電極を接続して上記素子９に所定のバイ
アス電界を印加するようになっている。

【００２２】また、第２のシールドギャップ膜１７の上
には厚み例えば１μｍ程度のＣｏ系非晶質合金よりなる
第２のシールド膜１１を形成しており、この全体は、例
えば耐摩耗性を有する非磁性絶縁物等の保護層１８によ
り被われている。

【００２３】上記各膜、各層は薄膜形成技術、フォトリ
ソグラフ技術、微細加工技術等を用いて順次積層するこ
とにより形成される。ここで第１のシールド膜８と第２
のシールド膜１１は略対称に設けられているが、第２の
シールド膜１１は、この下層に部分的に素子９やバイア
ス膜１０を埋め込んであることから段差１２が発生する
ことは避けられず、再生特性劣化の原因となるが、これ
を防止するために本実施例においては第１のシールド膜
８の透磁率は、第２のシールド膜１１の透磁率の２倍以
下となるように設定されており、再生波形の対称性を維
持して特性の改善を図ることが可能となる。

【００２４】この場合、特に両シールド膜８、１１の透
磁率を１００以上に設定することにより高周波数域での
出力低下やピークのシフトを緩和することができ、再生
特性の一層の改善を図ることができる。ここで、薄膜ヘ
ッドの再生特性について比較検討する。図２乃至図７に
示す各グラフはシミュレーション結果に基づくものであ
るが、実際のヘッド計測でも同様の結果が得られた。

【００２５】図２は１２ＫＦＣＩにて２つのシールド膜
の透磁率を変化させた時の再生波形を示す波形図であ
り、図２（Ａ）は第１及び第２のシールド膜８、１１の
透磁率の比が９００／９００すなわち１：１の場合、図
２（Ｂ）は透磁率の比が９００／４５０すなわち２：１
の場合、図２（Ｃ）は透磁率の比が９００／１００すな
わち９：１の場合、図２（Ｄ）は透磁率の比が９００／
１０すなわち９０：１の場合をそれぞれ示す。図４
（Ａ）は上記図２（Ａ）〜図２（Ｄ）の結果をまとめた
グラフ（絶対値）を示す。

【００２６】図３は図２とは異なり１２０ＫＦＣＩにて
２つのシールド膜の透磁率を変化させた時の再生波形を
示す波形図であり、図３（Ａ）は第１及び第２のシール
ド膜８、１１の透磁率の比が９００／９００すなわち
１：１の場合、図３（Ｂ）は透磁率の比が９００／４５
０すなわち２：１の場合、図３（Ｃ）は透磁率の比が９
００／１００すなわち９：１の場合、図３（Ｄ）は透磁
率の比が９００／１０すなわち９０：１の場合をそれぞ
れ示す。図４（Ｂ）は上記図３（Ａ）〜図３（Ｄ）の結
果をまとめたグラフ（絶対値）を示す。

【００２７】ここで、後述するグラフに示す場合も含め
て、シミュレーションにおいて再生波形を算出する際、
記録媒体を微小移動してその都度再生出力を算出し、そ
れをプロットすることにより再生波形を得ている。磁化
の反転を１ｂｉｔのデータとするとＦＣＩはそのままＢ
ＰＩ（Ｂｉｔ Ｐｅｒ Ｉｎｃｈ）になるが、記録装置
をＨＤＤベースとした場合、記録密度とデータ密度は異
なる。

【００２８】１波長で２回磁化が反転するので、ＦＣＩ
と周波数ｆの関係は次の式のようになる。 ＦＣＩ／２×Ｖ×１０³ ／２５．４＝ｆ（Ｈｚ） ここでＶはヘッドと記録媒体との相対速度（ｍ／ｓｅ
ｃ）を示し、このシミュレーションでは１０ｍ／ｓｅｃ
としたので例えば１０ＫＦＣＩならば約２ＭＨｚ（１．
９６８ＭＨｚ）となる。従って、周波数が高いとは記録
密度が高いことを意味する。

【００２９】図から明らかなようにＦＣＩの値にほとん
ど関係なく、すなわち記録密度に関係なく本発明の薄膜
ヘッドに対応する図２（Ａ）、図２（Ｂ）及び図３
（Ａ）、図３（Ｂ）に示す各グラフは、再生波形が略左
右対称になっており好ましい結果を与えている。これに
対して透磁率比が２倍よりも大きくなっている場合を示
す図２（Ｃ）、図２（Ｄ）及び図３（Ｃ）、図３（Ｄ）
に示す場合には再生波形は左右がかなり非対称となって
おり、好ましくない。特に、図２（Ｄ）や図３（Ｄ）に
示すように透磁率比が２倍を超えてかなり大きくなり過
ぎると、非対称性が激しくなっており、出力特性がかな
り劣化していることが判明する。

【００３０】従って、図２（Ａ）、図２（Ｂ）及び図３
（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、一方のシールド膜の
透磁率を他方の透磁率の２倍以下に設定することによ
り、再生波形を略対称に維持できてその絶対値も略同等
であり、再生波形を改善することが可能となる。

【００３１】また、図４（Ａ）と図４（Ｂ）に示すよう
に１２ＫＦＣＩから１２０ＫＦＣＩのように周波数が高
くなると（記録密度が高くなると）、本発明構造の場合
には従来構造の場合と比較して出力の低下を緩和するこ
とができ、しかも、ピークシフトの発生も緩和すること
ができる（図４（Ｂ）のμ＝９００／１０の曲線を参
照）。尚、図４（Ａ）と図４（Ｂ）とではそれぞれ縦軸
及び横軸のスケールの相異に注意されたい。

【００３２】また、図５乃至図７に示すように２つのシ
ールド膜の透磁率が略同じでも、それらの値が１００よ
りも小さいと高い周波数（高い記録密度）における出力
の低下が目立つので、好ましくは各透磁率の値を１００
以上に設定する。尚、図７（Ａ）と図７（Ｂ）とではそ
れぞれ縦軸と横軸のスケールの相異に注意されたい。

【００３３】図５は１２ＫＦＣＩにて２つのシールド膜
の透磁率の比を１：１にした状態において、この透磁率
を変化させた時の再生波形を示す波形図であり、図５
（Ａ）は各シールド膜の透磁率がそれぞれ９００の場
合、図５（Ｂ）は透磁率がそれぞれ１００の場合、図５
（Ｃ）は透磁率がそれぞれ１０の場合をそれぞれ示す。
図７（Ａ）は上記図５（Ａ）〜図５（Ｃ）の結果をまと
めたグラフ（絶対値）を示す。

【００３４】図６は図５とは異なり１２０ＫＦＣＩにて
２つのシールド膜の透磁率の比を１：１にした状態にお
いて、この透磁率を変化させた時の再生波形を示す波形
図であり、図６（Ａ）は各シールド膜の透磁率がそれぞ
れ９００の場合、図６（Ｂ）は透磁率がそれぞれ１００
の場合、図６（Ｃ）は透磁率がそれぞれ１０の場合をそ
れぞれ示す。図７（Ｂ）は上記図６（Ａ）〜図６（Ｃ）
の結果をまとめたグラフ（絶対値）を示す。

【００３５】図から明らかなようにＦＣＩの値にほとん
ど関係なく、すなわち記録密度に関係なくシールド膜の
透磁率が１００以上である図５（Ａ）、図５（Ｂ）及び
図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すグラフは、図５（Ｃ）及
び図６（Ｃ）に示すグラフと比較して高い周波数（高い
記録密度）における著しい出力の低下は緩和されてお
り、良好な結果を示している（図７（Ａ）、図７（Ｂ）
参照）。これに対して、各シールド膜の透磁率が１００
よりも小さくなっている場合を示す図５（Ｃ）及び図６
（Ｃ）の再生波形の場合には、高い周波数（高い記録密
度）における出力の低下が緩和されておらず（図７
（Ａ）、図７（Ｂ））、上記図５（Ａ）、図５（Ｂ）及
び図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示す程には良好な結果とな
っていない。従って、前述のように各シールド膜の透磁
率を１００以上に設定することが好ましいことが判明す
る。

【００３６】尚、上記実施例におけるシールドタイプの
薄膜ヘッド構造は単に一例を示したに過ぎず、これに限
定されないのは勿論である。例えばバイアス印加手段と
しては、磁気抵抗効果素子９の近傍に設けたバイアス膜
１０に直流電流を流すことによりバイアス磁界を印加す
るようにして電流バイアスを採用したが、他のバイアス
印加手段を用いてもよい。

【００３７】他のバイアス手段としては、磁気抵抗効果
素子とシャント膜を同時に一体的に形成して同時に通電
するようにしたシャントバイアス法、磁気抵抗効果素
子、軟磁性膜及びシャント膜を同時或いは絶縁膜を介し
て積層し、素子とシャント膜の電流が作る磁界で軟磁性
膜を磁化し、その膜が発生する磁界で素子にバイアスを
かけるようにしたソフトフィルムバイアス法、磁気抵抗
効果素子内に４５°傾いた導体を縞状に施すことによ
り、素子内の通電ベクトルを傾けて相対的磁化と電流の
向きを傾けるようにしたバーバーポール法及び磁気抵抗
効果素子の近傍に永久磁石をおいてバイアスをかける永
久磁石法等を用いることができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁気抵抗
効果型薄膜ヘッドによれば、次のように優れた作用効果
を発揮することができる。第１のシールド膜の透磁率を
第２のシールド膜の透磁率の２倍以下に設定することに
より、再生波形の対称性を確保することができるのみな
らず、その出力の絶対値も略同等にできる。更には、高
い周波数（高い記録密度）での出力低下やピークシフト
も抑制でき、出力特性を改善することができる。また、
各シールド膜の透磁率を１００以上に設定することによ
り、高い周波数（高い記録密度）での出力低下を特に緩
和することができ、一層出力特性を改善することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る磁気抵抗効果型薄膜ヘッドを示す
断面構成図である。

【図２】１２ＫＦＣＩにて２つのシールド膜の透磁率を
変化させた時の再生波形を示す波形図である。

【図３】１２０ＫＦＣＩにて２つのシールド膜の透磁率
を変化させた時の再生波形を示す波形図である。

【図４】図２及び図３に示す内容を絶対値でまとめた時
の波形図である。

【図５】１２ＫＦＣＩにて２つのシールド膜の透磁率の
比を１：１にした状態でこの値を変化させた時の再生波
形を示す波形図である。

【図６】１２０ＫＦＣＩにて２つのシールド膜の透磁率
の比を１：１にした状態でこの値を変化させた時の再生
波形を示す波形図である。

【図７】図５及び図６に示す内容を絶対値でまとめた時
の波形図である。

【図８】一般的な磁気抵抗効果型薄膜ヘッドを示す概略
構成図である。

【図９】成膜形成時の基板の傾斜角度に対する透磁率の
変化を示すグラフである。

【図１０】図９に示すグラフを得るために用いた実験方
法を示す図である。

【符号の説明】

２…基板、８…第１のシールド膜、９…磁気抵抗効果素
子、１０…バイアス膜（バイアス手段）、１１…第２の
シールド膜、１２…段差、１５…磁気抵抗効果型薄膜ヘ
ッド、１６…第１のシールドギャップ膜、１７…第２の
シールドギャップ膜、Ｔ…磁気記録媒体、θ…基板の傾
斜角度。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、第１のシールド膜と、磁気抵
   抗効果素子と、この磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を
   印加するバイアス手段と、第２のシールド膜を有する磁
   気抵抗効果型薄膜ヘッドにおいて、前記第１のシールド
   膜の透磁率は、前記第２のシールド膜の透磁率の２倍以
   下となるように設定されていることを特徴とする磁気抵
   抗効果型薄膜ヘッド。
2. 【請求項２】 前記第１及び第２のシールド膜の透磁率
   は、それぞれ１００以上であることを特徴とする請求項
   １記載の磁気抵抗効果型薄膜ヘッド。