JPH09138919A

JPH09138919A - 磁気抵抗効果型磁気ヘッド及び磁気記録再生装置

Info

Publication number: JPH09138919A
Application number: JP8174567A
Authority: JP
Inventors: Matahiro Komuro; 又洋小室; Yasunari Tajima; 康成田島; Yoshiaki Kawato; 良昭川戸; Reiko Arai; 礼子荒井; Moriaki Fuyama; 盛明府山; Shigeru Tadokoro; 茂田所
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-09-14
Filing date: 1996-07-04
Publication date: 1997-05-27

Abstract

(57)【要約】【課題】磁気抵抗効果膜の膜厚が２０ｎｍ以下の薄い場
合でも、磁歪定数の絶対値が１×１０~⁶以下、異方性磁
気抵抗効果の比抵抗変化が０.６μΩcm 以上の磁気ヘッ
ドとそれを用いた磁気記録再生装置を提供する。【解決手段】磁気抵抗効果膜の膜厚を５〜２０ｎｍと
し、磁気抵抗効果膜をＮｉ６０〜８５ｗｔ％，Ｆｅ１５
〜４０ｗｔ％、合金にＰｔ,Ａｔ,Ｐｄの中の少なくとも
一元素を１ｗｔ％示以上添加した材料で形成することに
より、その比抵抗が５０μΩcm以下、磁歪定数の絶対値
が１×１０~⁶以下及び異方性磁気抵抗効果の比抵抗変化
が０.６μΩcm 以上である値が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、異方性磁気抵抗効
果膜を用いた磁気抵抗効果型磁気ヘッドに係り、特に高
い再生出力を有する磁気抵抗効果型磁気ヘッド及び磁気
記録再生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＮｉＦｅＣｏ三元合金の抵抗変化率はＮ
ｉＦｅ合金よりも高いことが知られており、蒸着膜の場
合は、日本応用磁気学会誌１３（１９８９），第２３７
頁に記載されているように、膜厚１５０ｎｍでガラス基
板上に成長させると比抵抗変化率が５.１％になる。こ
の膜組成は、Ｎｉ₈₂Ｆｅ₁₂Ｃｏ₆（ここで添字の数字
は、Ｎｉが８２ｗｔ％、Ｆｅが１２ｗｔ％、Ｃｏが６ｗ
ｔ％含有されていることを示している。以下同様であ
る。）であり、異方性磁界は７.８Ｏｅ（エルステッド)
となるが、磁歪定数に関して記載されていない。

【０００３】また、ＮｉＦｅＣｏ三元合金の磁気抵抗効
果に関して、ジャーナルオブマグネティズムアンド
マグネティクマテリアルズ９７（１９９１），第１７
１頁〜第１７７頁（Journal of Magnetism and Magneti
c Materials 97 (1991),P171-177）に記載されており、
膜厚１００〜１７０ｎｍの比抵抗変化量は磁歪が負の高
Ｎｉ組成範囲で大きくなることが報告されている。上記
Ｎｉ₈₂Ｆｅ₁₂Ｃｏ₆膜の磁歪定数は本実施例に示されて
いるように−２０×１０~⁶であり、磁歪に起因するノイ
ズ発生の点からＮｉ₈₂Ｆｅ₁₂Ｃｏ₆膜は磁気ヘッドに適
用することが困難である。また、上記報告例は膜厚が１
００ｎｍ以上であり反磁界が大きく感度が低下する等の
理由から、磁気ディスク装置等のヘッドへの応用は困難
である。膜厚を薄くした場合に磁気特性が変化すること
は良く知られており、ＮｉＦｅ合金の場合には、ジャー
ナルオブマグネティズムアンドマグネティックマテ
リアルズ８１（１９８９），第８６頁〜第９０頁（Jou
rnal of Magnetism andMagnetic Materials 81(1989),P
86-90）の論文に報告されているように、膜厚減少とと
もに比抵抗は増加し、比抵抗変化量が減少する。特に高
感度高出力を得るための膜厚２０ｎｍ以下の範囲では、
比抵抗の増加が著しく、膜厚６０ｎｍ以上の膜の値とは
比抵抗及び比抵抗変化量ともに大きく異なる。例えばＮ
ｉ₈₂Ｆｅ₁₈合金膜では、上記論文のＦｉｇ.２に記載さ
れているように、６０ｎｍで比抵抗変化量が０.６２μ
Ωcmであるのに対し、２０ｎｍでは０.５４μΩcmに低
下する。磁気抵抗効果膜を用いた磁気ヘッドの再生出力
は、比抵抗変化量にほぼ比例するので、高再生出力を得
るためには２０ｎｍ以下で比抵抗変化量の大きな磁性膜
が必要である。

【０００４】特開平5−263170 号公報には誘導型磁気ヘ
ッドにおける磁性膜としてＮｉ５〜７５％，Ｃｏ１０〜
９０％及びＦｅ１５％以下にＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ａｇ，
Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕを０.１〜１０％添加した合金が示さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】磁気記録装置用異方性
磁気抵抗効果膜として従来よりＮｉＦｅ二元合金が用い
られているが、比抵抗変化率のみの比較ではＮｉＦｅＣ
ｏ三元合金の方が高く、ＮｉＦｅＣｏ三元合金を用いる
と磁気ヘッドの再生出力を高められる可能性がある。し
かし、比抵抗変化率以外の特性である、磁歪定数の絶対
値及び異方性磁界は比抵抗変化率の高い組成では大きい
ために、ＮｉＦｅＣｏ三元合金の磁気ヘッドへの応用は
困難である。しかも膜厚２０ｎｍの場合、ＮｉＦｅＣｏ
三元合金膜で比抵抗変化量が０.６μΩcm 以上，磁歪が
−１０×１０~⁷≦１０×１０~⁷，異方性磁界１５Ｏｅ以
下となる組成範囲は見出されていない。

【０００６】また、ＮｉＦｅ二元合金の比抵抗変化量の
高いＮｉ₉₀Ｆｅ₁₀付近の膜では磁歪定数が大きいため
に、ＮｉＦｅ二元合金を磁気ヘッドに応用することも困
難である。

【０００７】更に、前述の公報には磁気抵抗効果膜につ
いては全く示されていない。

【０００８】本発明の目的は、磁気抵抗効果膜の膜厚が
２０ｎｍ以下の薄い場合でも、磁歪定数の絶対値が１×
１０~⁶以下で、異方性磁気抵抗効果の比抵抗変化量が
０.６μΩcm以上の特性を有する磁気抵抗効果型磁気ヘ
ッド、及びその磁気ヘッドを搭載した磁気記録再生装置
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】ＮｉＦｅＣｏ三元合金膜
で比抵抗変化率２.５％以上、磁歪が−１０×１０~⁷≦
１０×１０~⁷、異方性磁界１５Ｏｅ以下となる組成範囲
は見出されていない。これは膜厚２０ｎｍでＮｉＦｅＣ
ｏ三元合金膜で比抵抗変化率の大きい組成範囲では磁歪
定数が−１０×１０~⁷よりも大きく異方性磁界も大きい
ため、ノイズの発生及び感度の点で応用することが困難
となるからである。そこで磁歪を負から正側にする元素
を添加する必要がある。ＮｉＦｅＣｏ合金の磁歪定数を
負から正側にする元素として、Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｖ，
Ｃｒ，Ｍｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，が挙げら
れる。これらの元素の中で（１１１）優先成長を保ち、
比抵抗を急激に増加させない元素は、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ及
びＭｎである。

【００１０】また、ＮｉＦｅ合金にＰｔ，Ａｕあるいは
Ｐｄを１ｗｔ％以上添加し、比抵抗が５０μΩcm以下で
ある２０ｎｍ以下の膜厚の合金膜の場合においても、無
添加のＮｉＦｅ合金よりも高い出力が得られ、磁歪定数
の絶対値も１０×１０~⁷以下にすることが可能である。

【００１１】すなわち、本発明の磁気ヘッドは、膜厚が
５〜２０ｎｍの磁気抵抗効果膜を有し、その磁気抵抗効
果膜は、磁歪定数の絶対値が１×１０~⁶以下で、異方性
磁気抵抗効果の比抵抗変化量が０.６μΩcm以上（また
は抵抗変化率が２.５％以上)であり、さらにこれらの
特性に加えて、異方性磁界が１５Ｏｅ以下，比抵抗が５
０μΩcm以下，飽和磁束密度が１.０Ｔ(テスラ）以下の
特性を有するものである。

【００１２】具体的に述べれば、本発明の磁気ヘッド
は、その磁気抵抗効果膜がＮｉ７５〜９０ｗｔ％，Ｃｏ
５〜２０ｗｔ％，Ｆｅ５〜２０ｗｔ％の三元合金にＴ
ｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎの中の少なくとも一元素を０.１ｗ
ｔ％以上添加した材料で形成されたものである。この
場合、更に基板に平行に（１１１）面が優先成長したも
のでも良い。

【００１３】また本発明の磁気ヘッドは、膜厚が５〜２
０ｎｍの磁気抵抗効果膜を有し、その磁気抵抗効果膜が
Ｎｉ６５〜９５ｗｔ％，Ｃｏ５〜３０ｗｔ％，Ｆｅ５〜
３０ｗｔ％の三元合金にＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎの中の少
なくとも一元素を０.１wt％以上の添加した材料で形成
され、かつ基板に平行に（１１１）面が優先成長してい
るものである。なお、基板に平行に（１１１）面を優先
成長させるためには、１ｎｍ以上のＴａ膜もしくはＺｒ
膜を下地に用いると良い。

【００１４】さらに、本発明の磁気ヘッドは、膜厚が５
〜２０ｎｍの磁気抵抗効果膜を有し、その磁気抵抗効果
膜がＮｉ６０〜８５ｗｔ％，Ｆｅ１５〜４０ｗｔ％の二
元合金にＰｔ，Ａｕ，Ｐｄの中の少なくとも一元素を１
ｗｔ％以上添加した材料で形成され、比抵抗が５０μΩ
cm以下で、かつ基板に平行に（１１１）面が優先成長し
ているものである。なお、基板に平行に（１１１）面を
優先成長させるためには、１ｎｍ以上のＴａ膜もしくは
Ｚｒ膜を下地に用いると良い。本発明においてはトラッ
ク幅が２.５μｍ以下及びＭＲ膜高さが２.０μｍ以下
が好ましい。

【００１５】また、本発明の磁気ヘッドは、膜厚が５〜
２０ｎｍの磁気抵抗効果膜を有し、その磁気抵抗効果膜
は、膜磁歪定数の絶対値が１×１０~⁶以下で、飽和磁束
密度（Ｂｓ（Ｔ））と抵抗変化率（Δρ／ρ₀（％））
の逆数の積が０.４０以下であるか、または同一条件に
おける再生出力がＮｉ₈₁Ｆｅ₁₉合金膜よりも大きいこと
を特徴としている。

【００１６】またさらに、本発明は、一定の回転数で回
転し情報が磁気的に記録される磁気ディスクと、前記磁
気ディスクに対して情報の書き込み及び読み出しを行う
磁気ヘッドと、を備えた磁気記録再生装置において、前
記磁気ヘッドとして、上述の各磁気ヘッドを搭載し、面
記録密度が１.３Ｇｂ／ｉｎ²以上としたことを特徴とし
ている。

【００１７】本発明は、磁界の変化によって電気抵抗が
変化する磁気抵抗効果膜，磁気抵抗効果膜に横バイアス
磁界を印加する横バイアス膜及び前記磁気抵抗効果膜と
横バイアス膜との間に設けられた分離膜を有する磁気抵
抗効果膜からなり、該磁気抵抗効果膜の両端部に接して
設けられた前記磁気抵抗効果膜に縦バイアスを印加する
一対の永久磁石膜及び前記磁気抵抗効果膜に信号検出電
流を流す前記永久磁石膜上に設けられた一対の電極膜を
有し、前記磁気抵抗効果膜が前述のＮｉ基合金又は特性
を有する合金からなることを特徴とする磁気抵抗効果型
磁気ヘッドにある。

【００１８】本発明は、磁気抵抗効果を用いて磁気的信
号を電気的信号に変換する磁気抵抗効果膜と、前記磁気
抵抗効果膜に信号検出電流を流すための一対の電極と、
前記磁気抵抗効果膜の下側に配置された酸化物反強磁性
膜を有する磁気抵抗効果型磁気ヘッドであって、前記磁
気抵抗効果膜と前記酸化物反強磁性膜の中間の、少なく
とも前記磁気抵抗効果膜の感磁部に非磁性膜を少なくと
も１層含み前記磁気抵抗効果膜が前述の合金からなるこ
とを特徴とする。

【００１９】上記構成によれば、感磁部で出力発生源と
なるＮｉＦｅＣｏ系磁気抵抗効果膜の磁歪定数を小さく
でき、２０ｎｍの膜厚で（１１１）優先成長が保持され
ており、比抵抗変化率が２.５％以上，比抵抗が５０μ
Ωcm以下とすることができる。このことから、本発明の
ＮｉＦｅＣｏ系合金膜はＮｉＦｅ合金よりも高出力をも
つ再生ヘッドに適用することが可能である。異方性磁気
抵抗効果膜の膜厚が薄いほど、磁性膜の反磁界が小さく
なり、磁化が回転しやすくなることからできるだけ薄い
方が望ましい。

【００２０】しかし、膜厚が薄くなり、電子の平均自由
工程よりも膜厚が薄くなると表面散乱の寄与が大きくな
り、比抵抗は増加する。磁気抵抗効果膜の比抵抗が増加
すると、磁気抵抗効果膜に流れる電流と素子全体に流す
電流の比である分流比が減少し、再生出力は低下する。
比抵抗を低くするためには、欠陥の少ない単結晶に近い
膜を作製すれば良いが、実用上単結晶基板を使用するこ
とは困難である。そこで、ｆｃｃ構造の最密面である
(１１１)を優先成長させた配向膜を作製することにより
比抵抗を小さくする。(１１１)配向膜を作製するために
は、ＣｏＮｉＦｅ系磁性膜の下地にＴａやＺｒ等の膜を
使用して、その上にＮｉＦｅＣｏ系膜を形成すれば良
い。磁歪定数が大きい場合には、磁性膜に付加される応
力の方向や大きさによって磁化回転の挙動が変化し、ノ
イズの原因になる可能性があるために、磁歪定数を小さ
くする必要がある。

【００２１】また異方性磁界が大きくなると、単位外部
磁界に対する出力が減少するため、小さい方が好まし
い。そこでバルクで磁歪定数が負であり、比抵抗変化量
が高い組成では磁歪定数の絶対値を１×１０~⁶以下にす
るためにＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎの中の少なくとも一元素
を０.１ｗｔ％以上添加させ、配向性を崩さず比抵抗変
化率を２.５％以上の磁気抵抗効果膜を得ることが可能
である。

【００２２】またＮｉＦｅ三元合金の場合はＺｒもしく
はＴａ下地膜の上の２０ｎｍ以下のＮｉＦｅ合金膜にＰ
ｔ，Ａｕ，Ｐｄの中の少なくとも一元素を１ｗｔ％以上
添加し、比抵抗変化量をＮｉＦｅ合金の値よりも増加さ
せることが可能である。この時、ＮｉＦｅ膜の格子定数
は上記第三元素の添加により増加し、ＮｉＦｅ合金のス
ピン−軌道相互作用が変化するために、比抵抗変化量が
大きくなる。

【００２３】このようなＮｉＦｅ三元合金を５〜２０ｎ
ｍの膜厚で（１１１）面を優先成長させることにより、
比抵抗変化量が０.６μΩcm 以上で飽和磁束密度が１.
０Ｔ以上の特性が得られる。異方性磁気抵抗効果膜は膜
厚が薄くなるほど磁性膜の反磁界が小さくなり、磁化が
回転しやすくなることから磁気抵抗効果膜の膜厚が薄い
方が反磁界の点では望ましいが、５ｎｍ未満の膜厚では
比抵抗変化量が急激に減少するために出力が低下する。
膜厚が５ｎｍ未満に薄くなると、電子の平均自由行程と
膜厚が同程度となり、伝導電子の表面散乱の寄与が大き
くなり、比抵抗は急激に増加する。このように比抵抗が
増加すると、磁気抵抗効果膜に流れる電流と素子全体に
流れる電流の比である分流比が減少し、再生出力は低下
する。分流比を高くし、磁気抵抗効果膜の比抵抗を低く
するためには、表面散乱以外の抵抗増大因子を取り除く
必要がある。そのためには欠陥の少ない膜即ち単結晶に
近い膜を作製すればよいが、実用上単結晶基板を用いる
ことは混難であり、単結晶膜の特性は再生ヘッドに適し
た特性とは異なる。なお、ｆｃｃ構造であるＮiＦe合金
膜の最密面である（１１１）を基板あるいは下地面に平
行に優先成長させた配向膜を作製することによって比抵
抗を小さくする。このような（１１１）配向膜を作製す
るためには下地にＴａやＺｒ等を使用してその上にＮｉ
Ｆｅ（Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ）三元合金膜を形成すれば良
い。磁歪定数が大きくなると、磁性膜に付加される応力
の方向や大きさはによって磁化回転の挙動が変化し、ノ
イズの原因になる可能性があるために磁歪定数を小さく
する必要がある。本発明における異方性磁気抵抗効果膜
の磁歪定数の絶対値は１×１０~⁶以下である。異方性磁
界が大きくなると、単位外部磁界に対する出力が減少す
るため、小さい方が望ましい。本発明では検討したＮｉ
Ｆｅ三元合金膜の異方性磁界は１５Ｏｅ以下である。

【００２４】磁気ディスク装置の面記録密度が１.３Ｇ
ｂ／ｉｎ²以上になると電流密度を約３０ＭＡ／cm²以
上に設定しないとＮｉＦｅ二元合金の場合には十分な感
度を得られない。このようにＮｉＦｅ二元合金を用いた
従来の異方性磁気抵抗効果膜では、電流密度を増加させ
ることが感度向上に必要であった。しかし、３０ＭＡ／
cm²以上の電流密度では、ＭＲ膜の信頼性低下，発熱に
よるノイズ発生，電極膜の信頼性低下等の問題が生じ
る。したがって、電流密度を増加させずに感度を増加さ
せる手段が必要となる。本発明の異方性磁気抵抗効果膜
を用いれば、NiFe二元合金膜（磁歪がゼロ近傍の組成）
を用いた場合よりも同一電流密度においてＳ／Ｎが高く
なり、面記録密度が１.３Ｇｂ／ｉｎ²以上の磁気ディス
ク装置用再生ヘッドに応用することにより、高信頼性を
確保できる。

【００２５】また、本発明の磁気ヘッドを磁気記録再生
装置に搭載することにより、高出力・高感度で且つ低ノ
イズといった優れた性能を有する磁気記録再生装置を実
現することが可能となる。

【００２６】前記永久磁石膜がＣｏ−Ｐｔ合金，Ｃｏ−
Ｃｒ−Ｐｔ合金、又はこれらの合金にＴｉ酸化物，Ｖ酸
化物，Ｚｒ酸化物，Ｎｂ酸化物，Ｍｏ酸化物，Ｈｆ酸化
物，Ｔａ酸化物，Ｗ酸化物，Ａｌ酸化物，Ｓｉ酸化物，
Ｃｒ酸化物の内の少なくとも一元素を含む合金のいずれ
かからなるものが好ましい。

【００２７】前記永久磁石膜が（数１）又は（数２）の
組成からなることが好ましい。

【００２８】

【数３】Ｃｏ_aＣｒ_bＰｔ_c又は …（数１）

【００２９】

【数４】（Ｃｏ_aＣｒ_bＰｔ_c)_1-x(ＭＯ_y)_x…（数２）（但し、ｘ＝０.０１〜０.２０，ｙ：０.４〜３，ａ：
０.７〜０.９，ｂ：０〜０.１５，Ｃ：０.０３〜０.１
５，Ｍ：Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ａ
ｌ，Ｓｉ及びＣｒの少なくとも１つ）前記磁気抵抗効果膜に横バイアス磁界を印加するための
軟磁性膜が、ニッケル−鉄合金，コバルト，ニッケル−
鉄−コバルト合金の１種と、酸化ジルコニウム，酸化ア
ルミニウム，酸化ハフニウム，酸化チタン，酸化ベリリ
ウム，酸化マグネシウム，希土類酸素化合物，窒化ジル
コニウム，窒化ハフニウム，窒化アルミニウム，窒化チ
タン，窒化ベリリウム，窒化マグネシウム，窒化シリコ
ン、及び希土類窒素化合物の内から選択された１種以上
の化合物とからなるのが好ましい。

【００３０】前記磁気抵抗効果膜に横バイアス磁界を印
加するための軟磁性薄膜の比抵抗が、７０μΩcm以上で
あるものが好ましい。

【００３１】前記横バイアス膜がニッケルを７８〜８４
原子％を有するニッケル−鉄系合金よりなるものが好ま
しい。

【００３２】本発明は、基板上に設けられた一対の永久
磁石膜と、該永久磁石膜上の各々に形成された一対の電
極と、前記永久磁石間に接して設けられた磁気抵抗効果
膜とを有する磁気抵抗効果型磁気ヘッドであって、前記
基板側より酸化ニッケルよりなる反強磁性膜，２層の強
磁性膜，非磁性金属膜及び軟磁性膜が順次形成され、前
述の磁気抵抗効果膜を有することを特徴とする。

【００３３】前記２層の強磁性膜は前記基板側からＮｉ
７０〜９５原子％の鉄合金層とＣｏ層とからなるものが
好ましい。

【００３４】前記２層の強磁性膜は前記反強磁性側から
軟磁性膜及び該軟磁性膜より磁気抵抗変化率の大きい軟
磁性膜からなるものが好ましい。

【００３５】本発明は、基板上に設けられた一対の永久
磁石膜と、該永久磁石膜上の各々に形成された一対の電
極と、前記永久磁石間に接して設けられた磁気抵抗効果
膜とを有する磁気抵抗効果型磁気ヘッドであって、前記
基板側より反強磁性膜，強磁性膜，非磁性膜，軟磁性
膜，非磁性膜，強磁性膜、及び反強磁性膜が順次積層さ
れ、前述の磁気抵抗効果膜を有することを特徴とする。

【００３６】本発明ではＭＲセンサ端部受動領域に配置
される永久磁石膜としてＣｏ系磁性膜又はこれに酸化物
を添加した膜を用いるのが好ましい。酸化物をＣｏ系磁
性膜に添加するとＣｏ系磁性膜の保磁力が大きくなる。

【００３７】さらに酸化物を添加することにより結晶配
向が乱れ、下地膜の影響が小さくなる。またＣｏ系磁性
膜に酸化物を添加することにより保磁力が増加する原因
は永久磁石膜の結晶粒界に析出した酸化物により各結晶
粒の磁気的結合が遮断されるためである。よってこの機
構により保磁力が増加している永久磁石膜の保磁力は下
地膜の影響を受けにくい。

【００３８】また、本発明では永久磁石膜を非磁性層に
より分割された多層膜とする。単層のＣｏ系永久磁石膜
の保磁力は膜厚１０ｎｍ〜３０ｎｍにおいて最大値をと
る。そこで永久磁石膜を非磁性層で分割された多層構造
とする。各永久磁石膜の膜厚は最も保磁力の高くなる膜
厚に設定することにより単層厚膜での保磁力の低下を回
避できる。ここで全永久磁石膜の膜厚は中央能動領域に
適切なバイアス磁界を与えるように設定される。

【００３９】バイアス膜に含まれる前述の化合物の量
は、磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、化合物の酸素あるい
は窒素を除いた原子の割合が、酸素及び窒素を除いた全
原子に対して３から２０％であることが好ましい。これ
は、化合物の量が３％以下では電気抵抗の増加が小さ
く、また、２０％以上では飽和磁束密度が低下し、バイ
アス膜として十分な値でなくなるためである。本発明の
バイアス膜の比抵抗は、ほぼ化合物の添加量に比例して
増大するが、磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、７０μΩcm
以上の比抵抗を有することが好ましい。これはバイアス
膜の比抵抗が、磁気抵抗効果膜の比抵抗に比べて十分大
きくなければ磁気抵抗効果型ヘッドの出力が低下するた
めである。磁気抵抗効果膜の比抵抗は２０〜３０μΩcm
であり、バイアス膜の比抵抗は少なくともこの２倍が目
安となるためである。

【００４０】本発明のバイアス膜は蒸着，スパッタリン
グ法，イオンビームスパッタリング法などの方法によっ
て作製できる。スパッタリングあるいはイオンビームス
パッタリングの際のターゲットは、ニッケル，鉄，コバ
ルト等からなる合金の粉末と化合物の粉末を適当な方法
によって混合し、焼結，成形するか、あるいはニッケ
ル，鉄，コバルト等からなる金属ターゲット上に化合物
のチップを配置したターゲットで良く、このようなター
ゲットを用いることによってニッケル，鉄，コバルト等
からなる合金と化合物を同時に蒸着することができる。
また本発明のバイアス膜は、スパッタリング装置内に、
ニッケル，鉄，コバルト等からなる金属ターゲットと、
化合物のターゲットを配置し、ターゲットから放出され
る各々の粒子が基板上で実質的に混合されるような方法
によっても作製可能である。

【００４１】磁気抵抗効果型磁気ヘッドのバイアス膜
は、前述のように軟磁気特性と高い電気抵抗を併せ持つ
ことが必要である。また、それらの特性がヘッドの作製
プロセス中に変化しないことも必要である。電気抵抗の
増加のために、金属中に他の元素を添加することが行わ
れるが、軟磁性薄膜に金属元素を添加すると、添加した
金属元素と磁性元素が金属結合するため、磁性元素の電
子状態が大きく変化し、軟磁気特性が損なわれることが
多い。本発明のバイアス膜に含まれる化合物は化合物自
体がすでにイオン結合をしているため、磁性金属元素の
電子状態を大きく変化させることなく、すなわち、軟磁
気特性を損なわずに膜の電気抵抗を上昇させることがで
きる。このように電気抵抗の大きな軟磁性膜をバイアス
膜に用いることによって、バイアス膜に分流される電流
が減少し、磁気抵抗効果型磁気ヘッドの再生電圧が増大
する。

【００４２】また、本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッド
のバイアス膜は、結晶質合金であるので、熱的に安定で
あり、磁気特性の変化は小さい。

【００４３】本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドのバイ
アス膜の化合物は、十分大きな結合エネルギを持つもの
である。一般に薄膜は真空装置中で気相から原子を凝縮
させることによって作製される。結合エネルギの小さな
化合物は、蒸発過程あるいは凝縮過程で分解してしま
い、分解によって発生した酸素や窒素などが磁性元素と
結合し、磁気特性を損なう。これに対し、化合物のよう
に結合エネルギの大きな化合物は分解せず、化合物のま
ま膜中に取り込まれる。本発明の添加化合物の内、窒素
化合物は同酸素化合物に比べれば結合エネルギが小さ
い。しかし、磁性元素である、ニッケル，鉄、及びコバ
ルトの窒素との結合エネルギが非常に小さいので、酸化
物添加元素に比べ結合エネルギが小さくても分解せず、
膜中に安定に存在する。

【００４４】本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドのバイ
アス膜のニッケル，鉄，コバルト等の金属元素と、化合
物は、これらを同時に蒸着することによって、膜中に均
一に分散する。これら金属元素と化合物は、バルク状態
ではほとんど混ざり合わないが、本発明の製造法のよう
に、同時に蒸着することによって、均一に分散し、良好
な軟磁気特性を示す。

【００４５】本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドを用い
た磁気記録再生装置は、コンピュータ等の外部装置に接
続して使用されることが好ましく、信号を磁気的に保持
する信号を磁気的に記憶する記録媒体と、記録媒体に対
して相対的に移動する電磁変換構造体と、記録媒体を回
転させるための手段と、電磁変換構造体を記録媒体上の
所定の位置に移動させるための手段と、を有することが
好ましい。更に好ましくは外部の情報処理装置と接続す
るためのインターフェイス回路や記録媒体に記憶されて
いる信号を処理するための回路をも有する。

【００４６】本発明に搭載される記録媒体とは、いわゆ
る磁気ディスクであって、信号を磁気的に記憶する磁性
膜に加え、基板，保護膜等を有するものであり、記録媒
体に記録される磁気的信号は、記録媒体面に平行に記録
される場合、又は記録媒体面に垂直に記録される場合で
あっても良い。記録媒体の磁性膜としては、磁気的に信
号を保持できる程度の保磁力を有する必要がある。

【００４７】本発明の磁気記録再生装置に搭載される磁
気抵抗効果型磁気ヘッドは、記録媒体に対して相対的に
駆動する方向、つまり記録媒体に対して平行方向に、基
板，反強磁性膜，磁性膜，非磁性導電膜，軟磁性膜，非
磁性導電膜，磁性膜、及び反強磁性膜を積層してなるこ
とを特徴とするものである。

【００４８】前記反強磁性膜には、酸化ニッケルを用い
ることが好ましく、この他、鉄マンガン合金薄膜，クロ
ムマンガン，クロムアルミ合金膜等が用いられる。

【００４９】本発明における硬磁性膜である永久磁石膜
は、前述のコバルト−白金系合金，鉄−コバルトテルビ
ウム合金膜が用いられる。硬磁性膜とは、外部磁界に対
してその磁化の変化しにくい磁性膜であって、保磁力が
例えば１００エルステッド以上であるとする、５０エル
ステッドの磁界を加えてもその磁化の方向は殆ど変化し
ないので、反強磁性膜と同様の効果がある。つまり、他
の磁性膜に密着して形成したときに交換結合バイアスに
よる一方向異方性を印加できる特性を有するもので、磁
気抵抗効果膜に縦バイアス磁界を形成するものである。

【００５０】前記磁性膜には、Ｎｉ７０〜９５原子％，
Ｆｅ５〜３０原子％及びＣｏ１〜５原子％の合金、又は
Ｃｏ３０〜８５原子％，Ｎｉ２〜３０原子％及びＦｅ２
〜５０原子％の合金を用いることが好ましく、この他、
パーマロイ，パーメンダー合金等を用いても良い。つま
り、強磁性で良好な軟磁気特性を有するものを用いるこ
とが好ましい。

【００５１】前記非磁性導電膜には、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ
を用いることが好ましく、この他、Ｃｒ，Ｐｔ，Ｐｄ，
Ｒｕ，Ｒｈ等またはこれらの合金を用いても良い。つま
り、室温で自発磁化を持たず、電子の良好な透過性を有
するものを用いることが好ましい。以上の膜は、それぞ
れ２〜１０００Å程度の膜厚を有することが好ましい。

【００５２】また、非磁性導電膜の代わりに、極めて薄
い非磁性絶縁膜を使用することもできる。つまり、この
膜は磁性膜と磁性膜との間を電子が移動できるものであ
れば足りるため、例えばトンネル効果を使用しても良
い。この場合には、前記非磁性絶縁膜は電子のトンネリ
ングが可能である程度に薄い必要があり、一般的には１
００Å以下、実質的には５０Å以下に形成する。上記形
成の手段としては前記軟磁性膜の表面酸化、あるいは、
前記軟磁性膜上に別個に形成した金属膜、例えばアルミ
ニウムの表面の酸化膜を前記非磁性絶縁膜として用いる
ことが好ましい。この他、酸化アルミニウム膜等を成膜
して用いても良い。つまり、磁性膜間の磁気的な結合を
遮断する特性を有するものを用いることが好ましい。

【００５３】更に、前記基板は、これらの膜を形成する
ための下地であって、磁気ディスク装置のスライダーと
しての機能を有するものでも良く、この材料としては５
％以下のＴｉＣを含むアルミナ，安定化ジルコニア等の
セラミックス焼結体が好ましい。

【００５４】こうした膜構成を有することにより、磁気
抵抗効果素子はその電気抵抗が微弱な外部磁界に対して
変化する機能を有し、しかもその電気抵抗の変化の割合
が５％から１０％と大きい効果を有する。このため、本
発明の磁気記録再生装置は、アナログ状態で記録された
信号を再生時には直接デジタル化する機能をも有し、さ
らにディスク面積あたりの記録容量、即ち記録密度が高
くする効果を有する。また、膜構成としては、基板上に
酸化アルミニウム，酸化ニッケルなどの平坦な膜を形成
してなるもの、又は基板上に、鉄，チタン，タンタル，
ジルコニウム，ハフニウム，ニオブ，コバルト鉄合金な
どの膜を下地としてさらに形成してなるものであっても
良い。基体上の膜は、その表面上に多層膜を平坦に形成
する効果を有し、基体表面上に均質かつ平坦な膜構造を
有することが好ましく、それぞれの膜の厚みは金属の膜
では２０から２００Å、金属以外の膜では５から1000Å
程度であることが好ましい。

【００５５】本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの膜は
少なくとも磁性膜／非磁性導電膜／磁性膜の構造を持
つ。こうした非磁性導電膜を間に挟んだ磁性膜のサンド
ウイッチ構造を有することにより、磁性膜／非磁性膜界
面において電子のスピン依存散乱を生じさせる機能を有
し、２つの磁性膜の間での磁気抵抗効果を生じさせる効
果を有する。また、磁性膜間の磁気的な結合を遮断する
機能を有し、磁気抵抗効果型磁気ヘッドの外部磁界に対
する感度を向上する効果を有する。

【００５６】これにより、本発明の磁気記録再生装置
は、一定の信号に対して常に同一の出力を得る、良好な
再現性を有し、再生時のエラーレイトを低減する効果を
有する。

【００５７】本発明は、反強磁性膜／磁性膜／非磁性導
電膜／磁性膜／硬磁性膜の膜構成を有することが好まし
く、反強磁性膜及び硬磁性膜のそれぞれの膜の厚みは２
０から２０００Å程度であることが好ましい。

【００５８】本発明における永久磁石膜以外のＭＲ膜に
対して積層されるバイアス膜は、磁性膜及び非磁性膜よ
りもさらに基板側に配置することが好ましく、表面を平
坦化し積層膜のぬれを向上する下地膜としての機能を有
することが好ましく、異方性によって磁性膜の磁区構造
を単磁区化し、ノイズの発生を抑制するものである。膜
構成としては、非磁性導電膜を介して積層される第一及
び第二の磁性膜と第一の磁性膜に密着形成させるバイア
ス膜との構成を有するようにするとよい。

【００５９】このように、磁気抵抗効果を示す積層膜や
その複合積層体と、これの電気抵抗を測るために電気的
に接触してなる少なくとも一対の電極とを有する構造を
採ることによって磁界センサとしての機能を有し、記録
媒体上の信号を高感度に検出する効果を有する。

【００６０】特に、基体上に積層した第一のバイアス
膜，第一の磁性膜，非磁性膜，第二の磁性膜，非磁性導
電膜，第三の磁性膜，第二のバイアス膜及び電極からな
ることが好ましい。なお、第三の磁性膜は磁気的に第一
の磁性膜と同じ機能を有することが好ましい。

【００６１】バイアス膜のバイアス方向及び磁性膜の異
方性方向の制御は、素子の多層膜形成時に、その形成工
程に応じて適宜磁界を印加して行うことが好ましい。又
は、素子の多層膜形成中或いは形成後に、磁界中熱処理
を行うことが好ましい。

【００６２】膜の形成において、磁場の印加に関して
は、膜の積層工程に合わせて磁界の方向及び大きさを制
御し、バイアスの印加方向と磁性膜の一軸異方性とを制
御することが好ましい。

【００６３】更に、膜の形成において、磁場中で熱処理
を行う場合には、バイアス膜の異方性及び磁性膜の一軸
異方性を制御することが好ましい。

【００６４】ＭＲ膜に対し積層される硬磁性膜を有する
場合には、素子を作製後、磁界を印加して硬磁性膜の磁
化を所定の方向に向ける方法が望ましい。

【００６５】バイアス膜の材料は、高い電気抵抗を有す
るものであることが好ましく、具体的には、電気抵抗率
が５×１０~⁴オームセンチメートル（Ωcm）以上である
ことが好ましい。このバイアス膜は、電流漏洩による素
子の出力低下を防ぐと共に、用いられる材料の積層構
造、特に平坦性を制御し、素子の積層を可能にするもの
である。実質的に絶縁体である酸化ニッケル(ＮｉＯ)膜
をバイアス膜として用いた場合には、特に、磁界感度が
１０エルステッド程度に高感度であって、従来と比較し
て２から４倍程度の高い信頼性を有する積層構造が実現
できる。

【００６６】また、本発明の磁気記録再生装置は、一方
の磁性膜には、記録媒体に対して実質的に垂直な方向に
磁気異方性を印加する手段を有し、他方の磁性膜には、
記録媒体に対して実質的に磁性膜面内で平行な方向に前
記磁気異方性より大きさの小さい磁気異方性を印加する
手段を有することを特徴とする。上記より大きさの小さ
い異方性を印加する手段としては、磁気抵抗効果膜の磁
性膜の、形状異方性，一軸異方性を用いるか、適当なシ
ャント膜，ソフト膜を上記磁気抵抗効果膜に隣接して配
置すること、或いは上記磁性膜に別のバイアス膜を密着
して形成する、などの方法がある。

【００６７】また、本発明の磁気記録再生装置は、信号
を所定のトラック幅で磁気的に記憶する記録媒体と、記
録媒体から漏洩する磁界を検出し、非磁性導電膜を間に
挟んだ磁性膜のサンドウイッチ構造を有し、構造に電流
を印加する一対の電極を有する磁気抵抗効果素子とを具
備するものであって、記録媒体に対して垂直な方向の構
造の長さが記録媒体に対して平行な面内の方向の長さ、
特に電極間の長さ以下であって、電極間の長さが記録媒
体に形成されるトラック幅以下であることを特徴とす
る。これは上記形状異方性を磁気抵抗効果素子の再生に
関与する部分に有効に作用せしめて磁気抵抗効果素子の
出力範囲を補償し、かつ、再生時のトラッキングの誤差
によって所定のトラックの端部及び外部の信号を読み取
ることのないようにする効果がある。

【００６８】また、本発明の磁気記録再生装置は、記録
媒体に所定のトラック幅で書き込まれた磁化のパターン
からの磁界を読み取る磁気抵抗効果素子を搭載したもの
であって、素子の記録媒体に対して垂直方向の長さｄ
（μｍ）と、媒体上のトラックの密度Ｔ（トラック／イ
ンチ）との関係が、ｄ＜１２.５×１０³／Ｔであること
が好ましい。

【００６９】また、本発明の磁気ヘッドは、信号を磁気
的に記憶する記録媒体と、前記媒体から漏洩する磁界を
検出する磁気抵抗効果膜とを有するものであって、前記
磁気抵抗効果膜が、前記媒体から漏洩する±１０Ｏｅの
磁界に対して５.０〜８.５％の抵抗変化率が得られる。

【００７０】また、本発明の磁気記録再生装置は、信号
を磁気的に記憶する記録媒体と、前記記録媒体から漏洩
する磁界を検出し、非磁性導電膜を間に挟んだ磁性膜の
サンドウイッチ構造を具備する磁気抵抗効果型磁気ヘッ
ドとを有するものであって、前記磁気ヘッドが、前記記
録媒体から漏洩する±８Ｏｅの磁界に対して５.０〜９.
５％の抵抗変化率が得られる。

【００７１】本発明の薄膜磁気ヘッドは、基板と、信号
を記録するインダクティブ型記録ヘッドと、信号を再生
する磁気抵抗効果型再生ヘッドとを組み合わせてなるも
のであって、前記再生ヘッドが、非磁性導電膜を間に挟
んだ磁性膜のサンドウイッチ構造を有し、前記記録ヘッ
ドが前記基板と前記再生ヘッドとの間に形成される。本
発明は、磁気抵抗効果型磁気ヘッドでの磁性膜の形状異
方性の増大による感度の低下を低減させることが可能で
ある。これは磁性膜を薄くすることで低減できる。磁性
膜の形状異方性の大きさはおおよそその厚さに比例する
からである。一方、本発明の磁気抵抗効果膜の合計の厚
さは、やはり表面散乱による出力の低下を防ぐために１
００〜３００Å程度とする必要があるが、非磁性膜で分
離された個々の磁性膜、特に膜中央の軟磁性膜の厚さは
１００Å以下、特に１０から２０Å以下にしても出力の
低下を全く生じないからである。この作用は磁気抵抗効
果の発現機構が、その磁性膜／非磁性膜／磁性膜の界面
に起因することにより生じる。

【００７２】本発明の磁気記録再生装置は、従来に比し
て、２倍から１０倍程度記録密度を向上させることがで
き、特に、再生部の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの再生性
能を１.５倍から２０倍程度向上させることができる。

【００７３】すなわち、互いに隔てられた磁性膜間での
磁化の方向の違いによって発生する磁気抵抗効果を利用
すると共に、磁性膜の厚さを分離によって薄くし、素子
の形状による磁気的異方性の発生及びそれによる素子の
磁界に対する感度の低下を防止する。これによって初め
て磁気抵抗効果素子の細小化が、再生能力の低下なしに
実現できた。さらに非磁性膜がその電気抵抗率に比して
十分薄くして、これを介して磁性膜間の電子の透過を可
能にし、スピンの方向に依存した磁気抵抗効果を発現す
る。加えて、その厚さと構造を制御して磁性膜間の磁気
的な結合をゼロか、記録媒体からの磁界に比べて小さく
して高感度の応答を可能にするのである。

【００７４】第二に、非磁性膜で分離した磁性膜の磁化
の方向を特定の方向に誘導した点にある。すなわち、記
録媒体からの磁界が到達する方向に平行に強く誘導す
る。これは、より具体的には磁気抵抗効果膜が対向する
記録媒体表面の法線に平行な方向である。これによって
磁気抵抗効果膜の一部の磁性膜が有する磁化をその方向
に固定し、それ以外の磁性膜が有する磁化を記録媒体か
らの磁界に感応して回転可能にし、磁気抵抗効果による
出力を安定に生じさせることができたのである。第三
に、前記それ以外の磁性膜が有する磁化を記録媒体から
の磁界が到達する方向に対して垂直方向に弱く誘導した
点である。ここで、弱く誘導する、とは、前記一部の磁
性膜の磁化の固定の強さに比較して、前記それ以外の磁
性膜の磁化の誘導の強さが弱いことを意味する。

【００７５】これは、この磁性膜の磁化の回転を促進し
て、特に高周波数での感度の向上及びノイズの抑制の効
果がある。さらに、磁界がゼロの時の出力を規定したの
で、正負いずれの磁界に対しても稼働を可能にする効果
がある。

【００７６】また、本発明の磁気記録再生装置は、信号
を磁気的に記憶する記録媒体と、媒体から漏洩する磁界
を検出する磁気抵抗効果膜とを有し、磁気抵抗効果膜に
よって感知された磁界に対する出力特性が、ステップ状
に変化するのが好ましい。

【００７７】ここでステップ状とは、磁気抵抗効果型再
生ヘッドの外部磁界に対する応答特性において、これが
三角形状でなく、１つの四角形状のステップに類似した
特性、すなわち磁界によって比較的急峻に変化する部位
と、その間の磁界に対してほぼ一定の応答を示す部位、
とを有する特性を示すことを意味する。

【００７８】また、本発明に搭載される磁気抵抗効果膜
の磁性膜の厚さは、５〜１０００Å、特に１０〜１００
Åであることが好ましい。磁性膜が室温で十分な磁化を
有し、かつ、電流を有効に磁気抵抗効果に活用するため
である。

【００７９】各磁性膜を隔離する非磁性導電膜の厚さ
は、５〜１０００Åであることが好ましい。この非磁性
導電膜の厚さは、電子の伝導を妨げず、特に磁性膜間の
反強磁性的或いは強磁性的な結合を十分に小さく保つ必
要があるからであり、特定の厚さ、例えばＣｕであれば
１０Åから３０Å程度であることが望ましい。

【００８０】磁性膜、特に軟磁性膜の材料としては、Ｎ
ｉ７０〜９５原子％及びＦｅ５〜３０原子％なる合金を
用いることが好ましい。

【００８１】更に、磁性膜の材料としては、上記Ｎｉ−
Ｆｅ系合金に、適宜、Ｃｏを５原子％以下の範囲で添加
することが好ましい。或いはＣｏ３０〜８５原子％，Ｎ
ｉ２〜３０原子％，Ｆｅ２〜５０原子％の面心立方構造
を有する合金薄膜を用いることが望ましい。これらは良
好な積層構造の形成を可能とし、軟磁気特性に優れ、さ
らに大きな磁気抵抗効果を生じるからである。

【００８２】また非磁性導電膜の材料としては、Ａｕ，
Ａｇ，Ｃｕの少なくとも１つを用いることが好ましい。
これらの膜は磁性膜との組み合わせによって磁気抵抗効
果を生じ、電気伝導度に優れ、かつ良好な積層構造の形
成を可能にするからである。本発明の磁気抵抗効果型磁
気ヘッドの構成の一例は、基板上に、ＮｉＯ，ＮｉＦ
ｅ，Ｃｕ，ＮｉＦｅ，Ｃｕ，ＮｉＦｅ，ＮｉＯを順次積
層した膜に一対の電極を配してなる。または、基板上
に、ＮｉＯ，Ｃｏ／ＮｉＦｅ，Ｃｕ，Ｃｏ／ＮｉＦｅ，
Ｃｕ，Ｃｏ／ＮｉＦｅ，ＮｉＯを順次積層した膜に一対
の電極を配してなる。

【００８３】或いは、本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッ
ドは、基板上に、ＮｉＯ，ＣｏＮｉＦｅ，Ｃｕ，ＮｉＦ
ｅ，Ｃｕ，Ｃｏ／ＮｉＦｅ，ＮｉＯを順次積層した膜に
一対の電極を配してなる。これはこれらの構成が表面散
乱による出力の低下を極めて効率的に防止し、実効上出
力を向上させる効果があるとともに中央の膜を薄くする
ことを可能にして磁性膜の形状異方性による素子の感度
の劣化を、出力の低下なしに防止することができるから
である。

【００８４】本発明の磁気記録再生装置は、このように
磁気抵抗効果型磁気ヘッドを再生部とし、高い記録密
度、すなわち記録媒体上に記録される記録波長を短くす
ることができる。また、記録トラックの幅が狭い記録を
実現でき、十分な再生出力を得、記録を良好に保つこと
ができる。

【００８５】本発明の磁気記録再生装置に搭載される磁
気抵抗効果型磁気ヘッドは、記録媒体対向面に垂直な方
向に強く磁化を誘導した第一の磁性膜と、これに垂直な
方向に弱く磁化を誘導した第二の磁性膜を非磁性膜を隔
てて隣接してなる。

【００８６】この素子を記録媒体にごく接近して配置
し、記録媒体から磁気抵抗効果型磁気ヘッドに達する磁
界を多層膜の電気抵抗の変化として感知する。すなわ
ち、磁界に感応して第二の磁性膜の磁化が回転し、第一
の磁性膜の磁化は殆ど回転しない。このため第一および
第二の磁性膜の互いの磁化のなす角が磁界に対して安定
に変化し、磁気抵抗効果により信号が出力される。

【００８７】非磁性膜を介して隣接する磁性膜の間で電
子が透過し、互いの磁性膜の磁化の向きの相対的な違い
によって電子のスピンの向きに依存して散乱の確率が変
わることから、大きな磁気抵抗効果が生じる。この効果
は膜面内での電流の向き，全体の磁化の向きに依存しな
い。

【００８８】磁気抵抗効果型磁気ヘッドの多層膜は小さ
な領域に、５ミクロン以下の小さな領域、さらには１ミ
クロンの幅に形成され、記録媒体からの磁界を有効に、
かつ感度良く感知でき、特に高記録密度での再生能力が
向上する。

【００８９】本発明の、バイアス膜による一方向異方性
磁界が１００から２００エルステッドとすると形状によ
る異方性磁界Ｈｋは軟磁性体の保磁力より大きく、バイ
アス磁界より小さい、０.４から１００エルステッド未
満であることが望ましい。本発明の磁気抵抗効果型磁気
ヘッドでは強磁性層の厚さを特に１０から５０Åまで薄
くしても出力の低下を生じないことから、異方性磁界は
幅１ミクロンの素子においても４から２０エルステッド
と小さく、磁気抵抗効果型磁気ヘッドの感度を悪化させ
ないのである。

【００９０】以上の点から、本発明の磁気記録再生装置
は従来型に比べて１０倍程度の記録密度の向上を可能と
するものである。より具体的には、記録波長０.１〜０.
３μｍ，トラック幅０.２〜４μｍ、すなわち、面記録
密度において、１〜３０Ｇｂ／ｉｎ²の記録密度を有す
る磁気記録再生装置として適している。

【００９１】本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、磁
気抵抗効果膜と磁区制御層との間に少なくとも感磁部に
非磁性膜を介在させるものである。この非磁性膜は感磁
部で磁気抵抗効果膜と磁区制御層の間の直接的な磁気交
換結合の形成を阻止する作用をする。このため、磁気抵
抗効果膜の感磁部では、磁気抵抗効果膜の異方性磁界の
増加がないので、磁気抵抗効果素子の磁気応答特性が低
下することはない。

【００９２】また、磁気抵抗効果膜と磁区制御層が、直
接、接している領域では、磁区制御層は磁気抵抗効果膜
に縦バイアス磁界を付与する作用をする。この領域で縦
バイアス磁界が付与されると、磁気抵抗効果膜の感磁部
にも適度な縦バイアス磁界を付与でき、磁気抵抗効果膜
感磁部に磁壁が発生するのを抑制するので、磁壁の不規
則な移動が原因であるバルクハウゼンノイズを抑える作
用をする。

【００９３】また、磁気抵抗効果膜と磁区制御層の中間
に介在させた非磁性膜の領域を、拡大、あるいは縮小す
ることにより、感磁部に付与される縦バイアス磁界の大
きさを自由に調節できるので、比較的簡単に、バルクハ
ウゼンノイズを低減できる範囲で磁気応答特性を高めた
適度な縦バイアス磁界を感磁部に付与できる。

【００９４】また、非磁性膜上と非磁性膜の形成されて
いない磁区制御層上に磁気抵抗効果膜を形成する際に、
非磁性膜と磁気抵抗効果膜および磁区制御層の接触面
積、あるいは、磁気抵抗効果膜のアスペクト比を変える
ことによっても、感磁部に付与される縦バイアス磁界の
大きさを調節することも可能である。

【００９５】本発明に係る磁気抵抗効果型磁気ヘッドの
磁区制御用の材料は、酸化物反強磁性膜が望ましい。酸
化物反強磁性膜は、大気にさらしても磁気抵抗効果膜と
磁気交換結合を形成させることが可能である。このた
め、従来技術のように磁区制御層と磁気抵抗効果膜を磁
気交換結合させる前にこれらの界面を表面クリーニング
しなければならないという製造工程の制約を解除でき
る。さらに、表面クリーニングの必要がないため、表面
クリーニングの結果発生する複数の磁気ヘッド間の磁区
制御層の性能のばらつきを極力抑えることができるとい
う特徴がある。

【００９６】さらに、本発明に係る磁気抵抗効果型磁気
ヘッドでは、酸化物反強磁性膜上に薄い非磁性膜を所定
の位置に形成し、非磁性膜上と非磁性膜の配置されてい
ない磁区制御層上の所定の位置に磁気抵抗効果膜が形成
される。このように、本発明では、従来技術のように磁
気抵抗効果膜の両端部に磁区制御層をパターニングする
工程を含まず、さらに磁気抵抗効果膜は、厚い磁区制御
層などが存在せず、段差の小さい場所に形成されるので
安定性よく磁区制御層が形成できるという特徴がある。

【００９７】酸化物反強磁性膜を磁区制御層に適用する
際、磁区制御層として機能するにはある程度の膜厚が必
要であった。また、磁気抵抗効果膜は、通常、数百Å以
下と非常に薄い膜で構成されている。このため、磁気抵
抗効果膜の下側両端部に酸化物反強磁性膜を配置した場
合、この上側に形成される磁気抵抗効果膜は、酸化物反
強磁性膜がなくなるところで段差が発生し、この段差の
ところで磁気抵抗効果膜に段切れが発生する。段切れが
発生すると、磁気抵抗効果膜内を充分に単一磁区状態に
維持することが不可能となり、バルクハウゼンノイズを
防止するのが不可能となる。一方、本発明の非磁性層の
膜厚は、酸化物反強磁性膜と磁気抵抗効果膜の磁気交換
結合を阻止するに充分な膜厚であればよい。磁気交換結
合は、強磁性膜と反強磁性膜の界面付近での現象である
ので、この直接的な磁気交換結合を阻止するには、非磁
性膜の膜厚は数十Å程度でよかった。酸化物反強磁性膜
上の所定の位置に、極めて薄い非磁性膜を設置し、この
非磁性膜を覆い、非磁性膜の配置されていない酸化物反
強磁性膜の所定の位置を覆って磁気抵抗効果膜が形成さ
れると、段差を極力小さくした磁区制御層を有する磁気
抵抗効果型磁気ヘッドが得られる。磁区制御層におい
て、段差となる箇所は磁気抵抗効果膜が非磁性膜に乗り
上げる部分である。しかし、本発明に係る非磁性膜は極
めて薄いため、この段切れを極力小さくすることができ
る。このため、磁気抵抗効果膜と酸化物反強磁性膜が直
接接している磁気抵抗効果膜端部で、酸化物反強磁性膜
によって付与された縦バイアス磁界を、段切れにより損
なうことなく、感磁部に確実に、かつ安定性よく付与す
ることが可能になり、バルクハウゼンノイズを抑止する
とともに複数の磁気抵抗効果型磁気ヘッド間における性
能のばらつきを抑えることができる。

【００９８】

【発明の実施の形態】

（実施例１）始めにＮｉＦｅＣｏ系磁気抵抗効果膜の作
製法について述べる。ＮｉＦｅＣｏにＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，
Ｍｎの中の少なくとも一元素が０.１ｗｔ％以上添加さ
れた磁気抵抗効果膜は、Ｔａ膜もしくはＺｒ膜の下地に
ガラス基板上にスパッタリング法または蒸着法で形成さ
れる。図１は上記膜の磁歪定数の変化を示している。Ｔ
ａ下地膜上のＮｉ₇₆Ｆｅ₁₆Ｃｏ₈膜の磁歪定数は−３０
×１０~⁷であり、同一条件で作製したＭＲ膜であるＮｉ
₈₂Ｆｅ₁₈膜よりも絶対値が非常に大きい。しかし、上記
添加元素を添加することによりその絶対値を小さくする
ことが可能である。一般に、Ｆｅに対するｂｃｃ形成元
素は磁歪定数を負から正側にすることがＮｉＦｅ合金の
場合に知られているが、ＮｉＦｅＣｏ合金の場合は報告
されていない。また、ＭＲ膜としての応用を考慮して、
磁歪を負から正側にし、比抵抗変化量（Δρ）を増加あ
るいは減少量を小さくし、飽和磁束密度（Ｂｓ）を低下
させ、比抵抗（ρ₀）を急激に増加させないための添加
元素の選択はなされていない。

【００９９】図１はＮｉ₇₆Ｆｅ₁₆Ｃｏ₈にＴｉ，Ｖ，Ｃ
ｒ，Ｍｎを添加した場合の磁歪定数の添加量依存性を示
している。下地にはＴａ膜（１０ｎｍ）を用い、基板温
度２００℃以下，到達真空度１×１０~⁶Torr以下，Ａｒ
ガス圧０.６ｍTorrでスパッタリング法で作製した結果
である。磁気抵抗効果膜の膜厚は２０ｎｍである。膜厚
が５ｎｍよりも薄い場合には比抵抗変化量は急激に減少
し、５〜２０ｎｍの膜厚において膜厚依存性が小さくな
る。Ｔｉを添加した場合には０.１％以上１０％以下の
添加濃度で磁歪定数の絶対値が１０×１０~⁷以下とな
る。またＣｒの場合には０.５〜８ｗｔ％の添加量で磁
歪定数の絶対値は１０×１０~⁷以下になる。いずれの添
加元素の場合にも、０.１ｗｔ％以上の添加量で比抵抗
変化量（Δρ）は無添加の膜に比べて低くなる。

【０１００】図２は比抵抗変化量（Δρ）の添加濃度依
存性を示している。Ｔｉ及びＶは２ｗｔ％以下、Ｍｎは
１ｗｔ％以下、Ｃｒは０.５ｗｔ％以下の濃度でΔρが
０.６μΩcm以上となる。したがって、磁歪の絶対値を
１０×１０~⁷以下とし、比抵抗変化量を０.６μΩcm以
上とするためには、Ｔｉが０.１〜２ｗｔ％，Ｖが０.１
〜２ｗｔ％，Ｃｒが０.５ｗｔ％，Ｍｎが０.５〜１ｗｔ
％の組成範囲にすれば良い。

【０１０１】図３に膜の比抵抗（ρ₀）を示す。いずれ
の添加元素の場合にもρ₀は添加元素濃度の増加ととも
に増加する。ρ₀の増加は磁気抵抗効果（ＭＲ）膜に流
れる電流の分流比を低下させ、熱ノイズの発生源になる
ため、小さい方が望ましい。したがって、ρ₀増加が比
較的小さい、低濃度の添加濃度の方が望ましい。検討し
た組成範囲ではいずれの膜も５０μΩcm以下であった。

【０１０２】図４は上記膜の飽和磁束密度である。いず
れの膜においても添加元素濃度の増加とともに減少する
傾向がある。飽和磁束密度の減少は、ＭＲ膜の反磁界を
低減し高感度に寄与する。特にＮｉ₈₂Ｆｅ₁₈合金よりも
高い出力及び感度を得るためには、飽和磁束密度と比抵
抗変化率の逆数の積が０.４以下であることが望まし
い。

【０１０３】図５は上記添加元素濃度と（１１１）回折
強度との関係を示しており、これらの添加元素により
（１１１）回折強度は次第に減少する傾向があるが、急
激な強度の減少はみられず、（１１１）優先成長は保持
されている。これは比抵抗ρ_０が添加元素濃度と共に単
調に増加し、急激な増加が認められないことと関連して
いる。比抵抗の増加はＭＲ膜に流れる電流と全電流の比
を示す分流比を小さくし、熱ノイズの原因となるため、
出力が減少する。比抵抗が５０μΩｃｍ以上になると出
力として１０％低下し、ＮｉＦｅ二元合金を上回る出力
は期待できない。上記ＮｉＦｅＣｏ系合金の場合、比抵
抗が５０μΩcm以下であり、抵抗変化率が無添加の場合
以上、磁歪定数の絶対値が１×１０~⁶以下となるＮｉＦ
ｅＣｏ合金組成範囲は、Ｎｉが７５〜９０ｗｔ％，Ｃｏ
が５〜２０ｗｔ％，Ｆｅが５〜２０ｗｔ％である。この
組成範囲で、比抵抗が５０μΩcm以下となる添加元素濃
度範囲でＴｉ，Ｖ，ＣｒあるいはＭｎを０.１ｗｔ％以
上添加すれば、ＮｉＦｅ二元合金(Ｎｉ₈₂Ｆｅ₁₈)を越え
る出力を得ることが可能である。また、ＮｉＦｅＣｏ合
金組成範囲は、Ｎｉが６５〜９５ｗｔ％，Ｃｏが５〜３
０ｗｔ％，Ｆｅが５〜３０ｗｔ％でも良い。

【０１０４】これらの第四元素を添加したＣｏＮｉＦｅ
合金膜の比抵抗変化量は、膜形成後の熱処理により変化
する。図２で説明したＴｉ０.５ｗｔ％添加の合金膜を
磁界中熱処理した時の異方性磁界及び比抵抗変化量をそ
れぞれ図６及び図７に示す。比抵抗変化量は熱処理温度
と共に増加する傾向がある。この時、膜の比抵抗はほぼ
一定かわずかに減少した。また、図６は合金膜の異方性
磁界の熱処理依存性を示している。異方性磁界は２００
℃以上で熱処理温度によらずほぼ一定であり、いずれの
ＣｏＮｉＦｅ組成（Ｎｉが７５〜９０ｗｔ％，Ｃｏが５
〜２０ｗｔ％，Ｆｅが５〜２０ｗｔ％）でも１５Ｏｅ以
下である。

【０１０５】次に、ＮｉＦｅ二元系合金膜にＰｔ，Ａｕ
もしくはＰｄを添加した場合の比抵抗および比抵抗変化
量と添加量の関係を図８に示す。５ｎｍのＴａ膜をガラ
ス，ＺｒＯ₂、もしくはＡｌ₂Ｏ₃基板上にスパッタリン
グ法で作製し、次にこのＴａ膜を下地にして２０ｎｍの
Ｎｉ₈₁Ｆｅ₁₉を作製した。スパッタ中のＡｒガス圧は１
ｍTorr以下，基板温度２５０℃以下，膜形成速度１０Å
／ｓ以下である。この条件で作製したＴａ膜の比抵抗は
１５０〜２００μΩcmである。また、Ni₈₁Fe₁₉膜の比抵
抗変化量Δρは０.５４μΩcm であった。また、下地の
Ｔａ膜厚が１ｎｍ以上であれば、Δρは０．５４μΩcm
以上となる。この結果、下地にＺｒを用いた場合も同
様でありΔρは０.５４μΩcm 以上となる。このような
比抵抗変化量の増加が見られ、且つ磁歪定数の絶対値が
１０×１０~⁷以下の組成は、Ｎｉが６０〜８５ｗｔ％，
Ｆｅが１５〜４０ｗｔ％の範囲であった。

【０１０６】膜の製造方法は次の通りである。基板を洗
浄し、基板表面に付着した水分や油等を取り除いた。洗
浄後、膜厚５ｎｍのＴａあるいはＺｒ膜をスパッタリン
グ法によって形成した。次にこのＴａあるいはＺｒ膜を
下地として膜厚２０ｎｍのＮｉ₈₁Ｆｅ₁₉を作製した。ス
パッタリング中のＡｒガス圧は１ｍTorr以下，基板温度
２５０℃以下，膜形成速度１０Å／ｓ以下である。この
条件で作製したＴａ膜の比抵抗は１５０〜２００−μΩ
cmである。またＮｉ₈₁Ｆｅ₁₉膜の比抵抗変化量Δρは
０.５４μΩcm であった。下地のＴａの膜厚が１ｎｍ以
上であればＮｉ₈₁Ｆｅ₁₉の比抵抗変化量Δρは０.５４
μΩcm となる。Ｚｒ膜を下地に用いた場合も同様であ
り、比抵抗変化量Δρは０.５４μΩcm となる。添加元
素としてＡｕ，ＰｔあるいはＰｄを選択した場合、比抵
抗変化量Δρはいずれの元素を添加した場合でも増加す
る。このような三元合金膜はスパッタリング装置のター
ゲットとして三元合金ターゲットを用いるかあるいは添
加元素の板をターゲット上に置くことによって形成し
た。図８に示すようにＡｕ，ＰｔあるいはＰｄのいずれ
の元素も１ｗｔ％以上の濃度において比抵抗変化量Δρ
が０.６μΩcm 以上となり、Ｎｉ₈₁Ｆｅ₁₉に比べて高出
力が得られることを示している。このような比抵抗変化
量の増加が見られ、かつ磁歪定数の絶対値が１×１０~⁶
以下となるＮｉＦｅ組成はＮｉが６０−８５ｗｔ％，Ｆ
ｅが１５−４０ｗｔ％の範囲であった。これらの膜の比
抵抗ρ₀を図９に示す。いずれの添加元素の場合でもＮ
ｉ₈₁Ｆｅ₁₉の比抵抗よりも高くなり、例えば比抵抗が５
０μΩcm以上となる添加元素の濃度はＡｕで２５ｗｔ
％，Ｐｔの場合２０ｗｔ％，Ｐｄの場合３０wt％とな
る。前述したように比抵抗の増加は分流比を減少させる
と共に、熱ノイズを増加させるので再生ヘッドの出力が
増加してもヘッドのＳ／Ｎとしては増加量が減ることに
なる。再生ヘッドのノイズは電流密度によってその発熱
量が異なり、高電流密度での使用には比抵抗が低い膜の
方が望ましい。従ってヘッドノイズを考慮すると、添加
元素の濃度が低い合金膜を使用することが望ましい。

【０１０７】図１０にＸ線回折パターンの（１１１）回
折ピーク強度とＰｔ濃度の関係を示す。いずれの膜も
（１１１）優先成長しており、Ｔａ下地膜上（１ｎｍ以
上の膜厚）で作製したＮｉＦｅ系膜はガラス基板に直接
成長させた場合よりも比抵抗が低くなる。しかし、添加
元素濃度が増加するとともに回折ピーク強度は減少する
傾向にある。これはこれらの添加元素の原子半径がＮｉ
やＦｅよりも大きく、添加元素の原子周囲がひずむため
に（１１１）優先成長しにくくなるものと考えられる。

【０１０８】図１１にＸ線回折法で求めたＰｔ含有合金
膜の格子定数とＰｔ濃度の関係を示す。Ｐｔ含有合金膜
の格子定数は無添加の場合よりも大きくなる。格子定数
が大きくなるのはＰｔ原子が強磁性元素の位置に置き換
わっているためである。格子定数が大きくなったために
磁性原子間の距離が非磁性元素の回りで大きくなり、磁
性原子間のスピン−軌道相互作用が変化してΔρが大き
くなったものと考えられる。

【０１０９】図１２に膜の磁歪定数を示す。Ａｕ，Ｐｔ
あるいはＰｄいずれの元素を添加を添加した場合でも磁
歪定数は添加元素の濃度とともに正から負側に変化す
る。

【０１１０】Ｐｔの場合には１０ｗｔ％の添加量で磁歪
定数が約１７×１０~⁷負側にする効果がある。ここでは
例えば、磁歪定数が１×１０~⁶以下で、Ｎｉ₈₁Ｆｅ₁₉の
膜厚２０ｎｍにおける比抵抗が５０μΩcm以下、比抵抗
変化量が無添加のＮｉＦｅ合金よりも大きくなるための
ＮｉＦｅ合金膜の組成範囲はＮｉ６０〜８５ｗｔ％であ
る。これは主に、ＮｉＦｅ二元合金の磁歪定数が正側に
なる組成範囲である。これらの添加元素を加えて磁歪が
ゼロ付近の膜を得るためには、磁歪が正側のＮｉＦｅ合
金にこれらの添加元素を添加すればよい。Ｎｉ₇₆Ｆｅ₂₄
膜にＰｔを添加した場合の磁歪定数の変化から、磁歪定
数の絶対値が１×１０~⁶以下となるＰｔ組成は４−１８
ｗｔ％であり、Ｐｔ濃度を適正にすることにより磁歪を
０に設定することが可能であり、磁歪に起因するノイズ
を低減することができる。また磁歪をゼロに設定する方
法として、磁歪が正の膜と負の膜を重ね、全体の磁歪を
ゼロにするようにしてもよい。この場合、分流比を考慮
してΔρの高い磁性膜の方により多くの電流が流れるよ
うにするためにΔρの低い膜のρ₀を高くすることが望
ましい。

【０１１１】図１３は、Ｎｉ₈₁Ｆｅ₁₉合金にＰｔ，Ａｕ
及びＰｄをそれぞれ１０ｗｔ％添加した場合の比抵抗変
化量Δρの膜厚依存性を示している。膜厚が５ｎｍ以上
では、全ての膜のΔρがＮｉ₈₁Ｆｅ₁₉膜（２０ｎｍで
０.５４μΩcm ）を超える高いΔρを示している。膜厚
が５ｎｍよりも薄くなると電子の表面散乱の寄与が大き
くなり、結晶粒径も小さくなるためΔρが小さくなる。
膜厚が薄くなると、伝導電子の表面散乱確率が増加する
ためΔρが減少するものと考えられる。

【０１１２】本発明では、磁気ヘッドがＮｉ−Ｆｅ−Ｃ
ｏ合金に０.１ｗｔ％以上のＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎの中
の少なくとも一元素を０.１ｗｔ％以上添加した磁気抵
抗効果膜、あるいは、Ｎｉが６０〜８５ｗｔ％，Ｆｅが
１５〜４０ｗｔ％の二元合金に、Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄの中
の少なくとも一元素を１ｗｔ％以上添加した磁気抵抗効
果膜によって構成されている。高性能磁気ディスク装置
としては、磁気ディスク上の面記録密度は１平方インチ
当たり５０メガビット以上、線記録密度は１インチ当た
り２５キロビット以上、トラック密度は１インチ当たり
２０００トラック以上であることが望ましい。

【０１１３】（実施例２）図１４は記録再生分離型ヘッ
ド構造を示す斜視図である。基板５０としては、ＡｌＴ
ｉＣやＺｒＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃あるいは複合酸化物を用いた
酸化物系セラミックスを使用し、その基板５０の表面を
研磨・清浄化した後、下部シールド膜８２をスパッタリ
ング法で作製する。下部シールド膜８２の材料は、Ｎｉ
Ｆｅ合金，ＣｏＮｉＦｅ合金、もしくは非晶質Ｃｏ系合
金等である。なお、下部シールド膜８２の上には、図１
４に示すように、電極，下部コア兼上部シールド膜，励
磁コイル、及び上部コア等が積層されている。

【０１１４】電極膜の材料はＴａやＷであり、約３０ｍ
Ａ／cm²の電流密度に耐えることが確認されている。下
部コア兼上部シールド膜は下部シールド膜と同さにＮｉ
Ｆｅ合金，ＣｏＮｉＦｅ合金、もしくは非晶質Ｃｏ系合
金（たとえばＣｏＮｂＺｒ）である。コイルにはＣｕを
用い、上部コアにはＣｏＮｉＦｅ合金やＮｉＦｅ合金を
用いている。

【０１１５】記録再生分離型ヘッドは、本発明の素子を
用いた再生ヘッドと、インダクティブ型の記録ヘッド、
及び、漏れ磁界による再生ヘッドの混乱を防止するため
のシールド部からなる。ここでは水平磁気記録用の記録
ヘッドとの搭載を示したが、本発明の磁気抵抗効果素子
を垂直磁気記録用のヘッドと組み合わせ、垂直記録に用
いても良い。ヘッドは、基板５０上に下部シールド膜８
２，磁気抵抗効果素子６０及び信号検出電極４２，上部
シールド膜８１からなる再生ヘッドと、下部磁性膜８
４，コイル導体８５，上部磁性膜８３からなる記録ヘッ
ドとを形成してなる。このヘッドによって、記録媒体上
に信号を書き込み、また記録媒体から信号を読み取るの
である。再生ヘッドの感知部分と、記録ヘッドの磁気ギ
ャップはこのように同一スライダー上に重ねた位置に形
成することで、同一トラックに同時に位置決めができ
る。このヘッドをスライダーに加工し、磁気記録再生装
置に搭載した。

【０１１６】ヘッドスライダーを兼ねる基板５０上に磁
気抵抗効果素子６０および信号検出電極４２を形成し、
これを記録媒体上に位置決めして再生を行う。記録媒体
は回転し、ヘッドスライダーは記録媒体の上を、０.２
μｍ以下の高さ、或いは接触状態で対向して相対運動
する。この機構により、磁気抵抗効果素子６０は記録媒
体に記録された磁気的信号を、その漏れ磁界から読み取
ることのできる位置に設定されるのである。磁気抵抗効
果素子６０は複数の磁性膜と非磁性導電膜を交互に積層
した膜とバイアス膜、特に反強磁性膜、からなる。本発
明の特徴はこの積層膜の一部の磁性膜、望ましくは積層
した磁性膜のうち１層おきの膜に、記録媒体に対向する
面に対して垂直な方向に強い異方性を誘導し、その磁化
を、この方向におおよそ固定することにある。また磁性
膜の他の膜は、磁気抵抗効果膜の膜面内で垂直な方向、
つまり比較的弱く異方性を印加して、その磁化をこの方
向に誘導する。このような構成により、記録媒体上に磁
気的に記録された信号は、媒体上に漏れ磁界として磁気
抵抗効果素子６０に達し、その成分、特に磁気抵抗効果
膜の膜面内の成分に従って磁化が回転し、非磁性導電膜
を介して隣合った２つの磁性膜の互いの磁化の方向のな
す角度が変化して磁気抵抗効果が生じ、再生出力を得
る。磁気抵抗効果素子の信号を感知する部分は、磁気抵
抗効果素子６０の電流の流れる部分、即ち信号検出電極
４２で挟まれる部分であるが、この部分の記録媒体表面
に平行な方向の幅は記録トラックの幅より狭く、特にそ
の比が0.8以下になして互いの位置のずれによる隣接す
るトラックの混信を防止する。

【０１１７】永久磁石膜を縦バイアスに用いるハードバ
イアス型の場合には、図１５に示すように、下部シール
ド膜１０２上のギャップ膜上にＭＲ膜１０５，分離膜１
０６，ソフトバイアス（ＳＡＬ）膜１０７の積層構造が
形成され、この積層構造両側の下地膜１０４上に永久磁
石膜１１０と電極膜１１１が設けられている。この場合
は永久磁石膜１１０としてＣｏＣｒ−ＺｒＯ₂，ＣｏＰ
ｔ又はＣｏＣｒＰｔ合金膜を用い、また膜厚を変えるこ
とにより、縦バイアス磁界を制御できる。永久磁石膜１
１０としてはＣｏＣｒ系合金膜を用い、保磁力は５００
Ｏｅ以上である。永久磁石膜１１０，下地膜１０４及び
電極膜１１１はリフトオフプロセス法を用いて作製す
る。

【０１１８】下地膜はＴａ、電極膜はＴａやＷである。
本発明で検討したトラック幅は2.5μｍ以下、ＭＲ高さ
は２.０μｍ以下であり、面記録密度が１.３ＧＢ／ｉ
ｎ²である。

【０１１９】図１６に図１４のＭＲヘッドの相対出力を
示す。ＭＲ材料としてＦｅ₁₆Ｃｏ₈₄にＴｉを添加した場
合、及びＮｉが６０〜８５ｗｔ％，Ｆｅが１５〜４０ｗ
ｔ％の二元合金にＰｔを１ｗｔ％以上添加した場合の出
力はＮｉ₈₁Ｆｅ₁₉膜の場合（相対出力１００）よりも高
いことが分かる。また電流密度を増加させた場合、図１
６に示すように、いずれの膜でも４×１０⁷Ａ／cm²以上
の電流密度でも出力は電流密度とともに増加する。しか
しＮｉ₈₁Ｆｅ₁₉膜の場合には４×１０⁷Ａ／cm²以上の
電流密度で比例関係よりも低下する。これはＮｉ₈₁Ｆｅ
₁₉にＰｔ，ＡｕもしくはＰｄを添加したＭＲ膜の方がＮ
ｉＦｅ合金よりも耐マイグレーション性が高いためであ
る。

【０１２０】図１７は、種々の膜の磁歪定数の絶対値と
図１４で示した磁気ヘッドの再生時における出力に対す
るノイズの値を規格化したものである。磁歪定数の絶対
値が１０×１０~⁷を超えると規格化ノイズが１１０以上
となり、出力が高くなっても、エラーが増加してしま
う。また、図１８はＭＲ膜の比抵抗と相対出力との関係
を示したものである。図１８から分かるように、磁気ヘ
ッドの再生出力はＭＲ膜の比抵抗が５０μΩcm以上とな
ると相対出力が９０以下となり、比抵抗変化量が高い膜
でも出力は分流比低下及び熱ノイズのため低下する。図
１７及び図１８より、ＭＲ膜の磁歪の絶対値は１０×１
０~⁷以下，比抵抗は５０μΩcm以下とすることが望まし
い。

【０１２１】（実施例３）図１９は本実施例の磁気抵抗
効果型ヘッドの構造である。まずＳＡＬ１，分離膜２お
よびＭＲ膜３を順次成膜した。ＭＲ膜３として実施例１
に示す各種Ｎｉ基合金を用いた。その後、中央能動領域
上にステンシル状のホトレジストを形成した。続いてこ
のレジスト材によってマスクされていない領域の上記Ｓ
ＡＬ１，上記分離膜２および上記ＭＲ膜３をイオンミリ
ングにより除去した。このとき基板をイオンビームに対
し適切な角度を維持したまま回転させることにより末広
がりのテーパ５を形成した。次に端部受動領域を形成す
る永久磁石膜７および電極膜８を付着した。永久磁石膜
としてＣｏ₀.₈₂Ｃｒ₀.₀₉Ｐｔ₀.₀₉膜又はＣｏ₀.₈₀Ｃｒ₀.
₀₈Ｐｔ₀.₀₉(ＺｒＯ₂)₀.₀₃膜を用いた。今回の永久磁石
膜はＲＦスパッタ法により形成し、ターゲット上にＺｒ
Ｏ₂チップを配置することによりＣｏＣｒＰｔ膜中のＺ
ｒＯ₂濃度を調節した。永久磁石膜７の膜厚は中央能動
領域に与えるバイアス磁界がＣｏ₀.₈₂Ｃｒ₀.₀₉Ｐｔ₀.₀₉
膜とＣｏ₀.₈₀Ｃｒ₀.₀₈Ｐｔ₀.₀₉(ＺｒＯ₂)₀.₀₃膜で同じ
になるようそれぞれ５０ｎｍ，５２ｎｍに選んだ。それ
ぞれの永久磁石膜の保磁力は６００Ｏｅ及び1200Oeであ
った。ステンシル上に付着した永久磁石膜および電極膜
は、リフトオフによりステンシルと共に除去した。ＳＡ
Ｌ１はＭＲ膜３に横バイアス磁界４を印加するものであ
り、永久磁石膜７はＭＲ膜３に縦バイアス磁界６を印加
するものである。永久磁石膜７はＭＲ膜３を所定の形状
に作成した後ＳＡＬ１，分離膜２及びＭＲ膜３の合計の
厚さより薄く積層され、ＭＲ膜３の部分に残らないよう
に除去され、ＭＲ膜３との端部で残るようにテーパが形
成される。更に、その後電極膜８が形成され、ＭＲ膜３
との接触部でテーパが形成される。９は０.４μｍの厚
さのアルミナの下部ギャップ膜、１０は約２μｍのＮｉ
Ｆｅ合金からなる下部シールド膜、１１は基板１２の表
面にアルミナの絶縁膜を１０μｍの厚さで形成し研摩し
て基板１２の表面を平滑にするためのものである。基板
１２はＴｉＣ含有アルミナ焼結体が用いられる。分離膜
２は２００ÅのＴａ膜が用いられる。ＭＲ膜３は厚さ４
００ÅのＮｉ基合金が用いられる。

【０１２２】これらのヘッドの電気磁気変換特性を測定
した結果、出力変動２０％，波形変動１０％であったＣ
ｏ₀.₈₂Ｃｒ₀.₀₉Ｐｔ₀.₀₉膜を用いたヘッドに対し、Ｃｏ
₀.₈₀Ｃｒ₀.₀₈Ｐｔ₀.₀₉(ＺｚＯ₂)₀.₀₃膜を用いたヘッド
では出力変動５％以内，波形変動５％以内に低減するこ
とができた。よって、Ｃｏ₀.₈₀Ｃｒ₀.₀₈Ｐｔ₀.₀₉(Ｚｒ
Ｏ₂)₀.₀₃膜を永久磁石膜に用いることによりＢＨＮ及
び波形変動抑制効果が高くなることを確認した。

【０１２３】中央能動領域はＭＲ膜，横バイアスを印加
するソフトバイアス膜であるSAL1と前記２磁性膜を分離
する分離膜２を有する。端部受動領域は中央能動領域に
縦バイアスを印加する永久磁石膜７より構成される。端
部接合領域は中央能動領域に２つのテーパを有してい
る。

【０１２４】この永久磁石膜７は、永久磁石膜からの漏
洩磁界と、永久磁石膜と中央能動領域との接合領域での
結合磁界により中央能動領域に縦バイアスを与える。永
久磁石膜はＢＨＮ抑制のために磁気媒体からの磁界に対
して安定に中央能動領域に磁界を印加する必要がある。
このためには永久磁石膜の保磁力として１０００Ｏｅ以
上が必要である。永久磁石膜はＣｏＰｔ，ＣｏＣｒＰｔ
等の永久磁石膜が用いられる。Ｃｏ系磁性膜はＣｒ等の
下地膜を用いることにより高保磁力が得られる。

【０１２５】磁気抵抗効果膜にバイアス磁界を印加する
ための軟磁性膜からなるＳＡＬ１として、８０原子％ニ
ッケル及び残部鉄からなる磁性合金に酸化ジルコニウム
を１０％添加した軟磁性膜を、スパッタリング法によっ
て４００Å形成する。スパッタリングはニッケル−鉄合
金ターゲット上に酸化ジルコニウムチップを配置したタ
ーゲットを用いて行った。スパッタリングの際のＡｒガ
ス圧は２ｍTorrとした。また、基板温度は室温とした。
さらにその上部に上部ギャップ膜としてアルミナ膜を
０.３μｍ、さらにその上部に上部磁気シールドを形成
する。さらにその上部に絶縁膜を形成後、記録用の誘導
型磁気ヘッドを作製するが詳細は省略する。この後、基
板を切断，スライダーに加工して磁気抵抗効果型磁気ヘ
ッドの作製を完了する。次に本実施例の磁気抵抗効果型
磁気ヘッドの特性について述べる。磁気抵抗効果型磁気
ヘッドの評価は再生出力で行った。本実施例の磁気ヘッ
ド及び、比較のために同様の構造でバイアス膜に５％ニ
オブを添加したニッケル−鉄合金を用いたヘッドについ
て行った。本実施例の酸化ジルコニウムを添加したバイ
アス膜は飽和磁束密度が０.７Ｔで、比抵抗が約１２０
μΩcmであるのに対し、比較のための５％ニオブを添加
したニッケル−鉄膜では飽和磁束密度0.6Ｔ、比抵抗が
７０μΩcmであった。ニオブを５％添加したニッケル−
鉄膜をバイアス膜に用いた磁気抵抗効果型磁気ヘッドの
再生出力は、１０ＭＨｚの周波数で約４００μＶであっ
たのに対し、本発明の磁気ヘッドは１０％大きな約４４
０μＶであった。これは、ニオブを添加したニッケル−
鉄合金膜をバイアス膜としたヘッドでは、バイアス膜の
比抵抗が小さいため、検出電流が磁気抵抗効果膜とバイ
アス膜の両方に流れ、読み出される抵抗の変化が小さく
なるためである。ニオブを添加したニッケル−鉄膜では
添加するニオブの量を増やすことによって、電気抵抗を
上昇させることが可能であるが、ニオブの添加量を増加
させると飽和磁束密度が著しく低下するので、５％が限
界である。このように、酸化ジルコニウムを添加したニ
ッケル−鉄膜をバイアス膜とした本実施例の磁気抵抗効
果型磁気ヘッドでは、バイアス膜の電気抵抗が大きいの
で、高い再生出力が得られる。

【０１２６】次に本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの
バイアス膜の電気抵抗について述べる。８０原子％ニッ
ケル，残部鉄よりなる磁性合金膜に、酸化ジルコニウム
を添加した場合の膜の比抵抗及び飽和磁束密度を示した
ものである。膜厚は４００Åである。酸化アルミニウム
を添加すると膜の電気抵抗は増加し、約１０％で100μ
Ωcmになる。一方、飽和磁束密度は酸化アルミニウムの
添加によって単調に減少し、１０％では約０.７５Ｔで
ある。これは化合物として酸化アルミニウムを添加した
場合の例であるが、他の化合物でも同様の傾向を示し、
化合物の添加により、高い比抵抗の膜を作製することが
可能である。このような高い比抵抗の膜は、従来の金属
元素の添加では得ることが困難であり、化合物の添加が
有効であることがわかる。

【０１２７】次に種々の化合物を含むバイアス膜の特性
について述べる。表１はニッケルが８０％で残部鉄より
なる金属磁性薄膜に酸化ジルコニウム，酸化アルミニウ
ム，酸化ハフニウム，酸化チタン，酸化ベリリウム，酸
化マグネシウム，希土類酸素化合物として酸化セリウ
ム，窒化ジルコニウム，窒化ハフニウム，窒化アルミニ
ウム，窒化チタン，窒化ベリリウム，窒化マグネシウ
ム，窒化シリコン、及び希土類窒素化合物として窒化セ
リウムを約５％添加した場合の保磁力，異方性磁界，飽
和磁束密度の値を示したものである。

【０１２８】

【表１】

【０１２９】比較のために酸化シリコンを添加した場合
と、金属ジルコニウムを添加した場合の磁気特性につい
ても示す。膜の作製はスパッタリング法で行った。ター
ゲットはニッケル−鉄合金上に各化合物のチップを配置
したターゲットとした。スパッタリングの際のＡｒガス
圧は２ｍTorrとし、膜厚は４００Åとした。膜の比抵抗
はいずれの膜もおよそ７０μΩcmであった。また、保磁
力，異方性磁界，飽和磁束密度のいずれも化合物の種類
には殆ど依存せず同様な値を示したが、酸化シリコンを
添加した膜は異方性磁界が１５Ｏｅと大きくなってい
る。これは、酸化シリコンの結合エネルギが小さく、膜
作製中に分解が進み、発生した酸素が鉄あるいはニッケ
ルと化合し内部に酸化物を形成したためと考えられる。
ここで添加した窒素化合物は酸素化合物に比べれば結合
エネルギが小さいが、磁性元素である鉄，コバルト，ニ
ッケルの窒素と結合が非常に弱いため、磁性元素が化合
物を作らず、磁気特性の劣化がなかったと考えられる。
このことは、添加化合物の結合エネルギが、磁性元素が
作る同種の化合物の結合エネルギに比べ十分大きければ
磁気特性が改善されることを示している。以上のことか
ら類推すれば、他の化合物、例えば炭化物，塩化物，フ
ッ化物等の化合物でも磁気特性の改善が期待されるが、
炭化物は著しく真空装置を汚染すること、また塩化物及
びフッ化物はその多くが水溶性であり、膜の耐食性の点
で問題があると予想されるため実験を行わなかった。ま
た、比較のためにジルコニウムを添加した膜は保磁力及
び異方性磁界は小さくなるが、飽和磁束密度の大きさが
約０.５Ｔと大きく減少した。このことはジルコニウム
を金属のまま添加すると、磁性元素の電子状態を大きく
変化させることを示しており、化合物として添加するこ
とが有効であることがわかる。

【０１３０】次に種々の合金に酸化ジルコニウムを添加
したバイアス膜の磁気特性について述べる。表２は金属
磁性体である鉄，鉄−コバルト合金、及びニッケル−コ
バルト合金に酸化ジルコニウムを５％添加した場合の保
磁力，異方性磁界，飽和磁束密度の値を示したものであ
る。

【０１３１】

【表２】

【０１３２】鉄−コバルト合金については、鉄を５０原
子％，残部コバルトとした。また、ニッケル−コバルト
合金についてはニッケル７０原子％，残部コバルトとし
た。これらの膜は金属ターゲット上に酸化ジルコニウム
のチップを配置したターゲットを用いて、スパッタリン
グ法によって作製した。スパッタリング時のＡｒガス圧
は２ｍTorrとした。また、磁気異方性を付与するため、
スパッタリング中に約４０Ｏｅの磁界を印加した。膜厚
は０.１μｍとした。表２には比較のため、酸化ジルコ
ニウムを添加しない場合の磁気特性についても示してい
る。表中で異方性磁界の項が空欄の場合があるが、これ
はＭ−Ｈループ上で明瞭な磁気異方性が観察されず、異
方性磁界が測定できなかった場合である。金属磁性体が
鉄の場合、酸化ジルコニウムを添加しない膜では、保磁
力が８Ｏｅと大きく、また明瞭な磁気異方性は見られな
い。これに対し、酸化ジルコニウムを添加した膜は保磁
力が約３Ｏｅに減少し、また磁気異方性が観察され、異
方性磁界は７Ｏｅであった。鉄−コバルト合金，ニッケ
ル−コバルト合金の場合にも酸化ジルコニウムを添加し
ていない場合に比べ、酸化ジルコニウムを添加した場合
には保磁力の減少が見られ、軟磁気特性が向上すること
が明らかである。

【０１３３】（実施例４）図２０は実施例１の磁気抵抗
効果膜を用いた磁気抵抗効果ヘッドの斜視図である。

【０１３４】本実施例は実施例３と同じ構造で、同じ磁
気抵抗効果膜を用い、磁気抵抗効果型ヘッドの膜の積層
構造が異なるものである。アルミナからなる下部ギャッ
プ膜９の上に順次厚さ５０ｎｍのＮｉＯからなる反強磁
性膜１３，ＭＲ膜３として実施例１と同様に厚さ１ｎｍ
の種々のＮｉ基合金膜１４と厚さ１ｎｍのＣｏ膜１５，
厚さ２ｎｍのＣｕから非磁性金属膜１６及び厚さ５ｎｍ
のＮｉＦｅ合金の軟磁性膜からなる横バイアス印加用の
ＳＡＬ１が形成されたものである。

【０１３５】本実施例におけるＭＲ膜３は二枚の磁性膜
（ＮｉＦｅ）で薄い非磁性膜(Ｃｕ)を挾み、片方の磁性
膜に接した反強磁性膜（ＮｉＯ）からなる構造である。
この構造により、製造工程の不安定さと、電流の分流に
よる感度低下を防止したものである。また、反強磁性膜
としては、従来材料のＦｅＭｎに比べ、製造工程での腐
食がない酸化物ＮｉＯを用い、これにより量産工程での
高信頼化を図った。また、ヘッドの出力は、ヘッドに流
す電流とスピンバルブ膜の抵抗変化量の積によって決ま
り、反強磁性膜自身は抵抗変化には寄与しない。従っ
て、反強磁性膜として絶縁物質であるＮｉＯを用いるこ
とで、入力した電流を効率良く抵抗変化に寄与させ、高
い磁界感度を得ることができるようになった。以上のよ
うに、本実施例においては約５Ｇｂ／ｉｎ²の記録密度
を実現できる。

【０１３６】さらに、本実施例におけるＳＡＬ１に実施
例３と同様にＮｉＦｅ合金に酸化物を分散させた膜を形
成させることにより高い再生出力が得られる。

【０１３７】（実施例５）図２１は実施例１の磁気抵抗
効果膜を用いた磁気抵抗効果型ヘッドの断面図である。
軟磁性層からなるＳＡＬ１及びＭＲ膜３を非磁性金属膜
１６を挾んで感磁部を構成する。磁性層からなるＳＡＬ
１，ＭＲ膜３としては、共に厚さ５ｎｍのパーマロイ
（Ｎｉ₈₀Ｆｅ₂₀）に実施例１と同様に各種添加元素を加
えたものを、非磁性金属膜１６としては、厚さ２ｎｍの
Ｃｕを用いる。反強磁性層１３として、膜厚５０ｎｍの
ＮｉＯを用いた。硬磁性層である永久磁石膜７および電
極膜８を磁性膜に接するようにして設け、両者を同時に
パターニングする。硬磁性層としては、膜厚１０ｎｍの
ＣｏＣｒＰｔ，電極としては、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ等を用
いる。

【０１３８】このようにして作製した、トラック幅４μ
ｍ，磁気抵抗効果膜の深さ方向の幅２μｍの、シールド
のない磁気抵抗効果素子は磁界ゼロの原点付近では、印
加磁界に対して、抵抗変化は、近似的に線形になってい
るので、この部分を使用して、媒体磁界を抵抗変化とし
て検出できる。

【０１３９】この素子を、上下のシールド膜で挾み、磁
気抵抗効果型再生ヘッドを作製した。このとき下部シー
ルドは、非晶質Ｃｏ−Ｔａ−Ｚｒ（２μｍ）を用い、上
部シールドは、パーマロイ（２μｍ）を用いた。シール
ド間のギャップ絶縁膜としては、スパッタ法により形成
したアルミナ膜を用いた。このようにして作製した磁気
抵抗効果型ヘッドにおいて、バルクハウゼンノイズは認
められず、良好な出力特性を示した。

【０１４０】このようにして作製した巨大磁気抵抗効果
型ヘッドは、０.８μｍ幅の記録トラックを、トラック
幅方向に位置をずらせながら再生することによって再生
感度分布の測定を行った。再生ヘッドの形状は、トラッ
ク幅４μｍ，上下シールド間隔０.５μｍ，磁気抵抗効
果膜の深さ方向の幅は２μｍのものを用いた。本発明ヘ
ッドの感度分布は、従来型の巨大磁気抵抗効果ヘッドと
比べて、より裾が短くなっている。このように本発明の
磁気抵抗効果型ヘッドは、感度分布の裾の広がりが少な
く、高いトラック密度にて記録を行った場合に、隣のト
ラックからの再生クロストークを低減でき、有利である
ことを確認した。

【０１４１】（実施例６）図２２は実施例１の磁気抵抗
効果膜を用いた磁気抵抗効果型ヘッドの斜視図である。

【０１４２】図２３は本実施例の磁気抵抗効果素子の異
方性制御の例を示す概念図である。反強磁性材からなる
バイアス膜３１及び３２は、図中矢印７１及び７２の方
向に交換結合による異方性を印加する。図中矢印６０は
感知すべき磁界の方向，矢印６１は磁性膜２１に誘導し
た一方向異方性の方向を示す。非磁性導電膜２６に挟ま
れた磁性膜２２の容易磁化方向は図中矢印６２の方向に
一軸異方性の誘導によって印加する。これは磁性膜の成
長中に所定の方向に磁界を印加することで達成される。
本図の実施例は異方性の印加をバイアス膜と誘導磁気異
方性で実現した例である。この結果矢印６１と６２は共
に膜面内で、互いに直交する。感知すべき磁界の大きさ
に比較して、磁性膜２１の異方性を大きく磁性膜２２の
異方性を小さくすることで、磁性膜２１の磁化を外部磁
界に対してほぼ固定し、磁性膜２２の磁化のみが外部磁
界に対して大きく反応するようになる。さらに矢印６０
の方向にかかる感知すべき磁界に対して、磁性膜２１の
磁化は異方性６１によって磁化と外部磁界が平行な容易
軸励磁の状態に、逆に磁性膜２２の異方性に依って磁化
と外部磁界が垂直な困難軸励磁の状態になっている。こ
の効果によって上記の応答をさらに顕著なものにできる
とともに、外部磁界に対して磁性膜２２の磁化が、矢印
６２の方向を起点に、回転による困難軸励磁で素子が駆
動される状態が実現し、磁壁移動による励磁に伴うノイ
ズを防止し、高周波での動作を可能にすることができ
る。

【０１４３】本発明の磁気抵抗効果素子を構成する膜は
高周波マグネトロンスパッタリング装置により以下のよ
うに作製した。アルゴン３ミリトールの雰囲気中にて、
厚さ１ミリ，直径３インチのセラミックス基板およびＳ
ｉ単結晶基板上に以下の材料を順に積層して作製した。
スパッタリングターゲットとして酸化ニッケル，コバル
ト，ニッケル−２０ａｔ％鉄合金，銅のターゲットを用
いた。ニッケル−鉄中へのコバルトの添加にはニッケル
−２０ａｔ％鉄合金ターゲット上にコバルトのチップを
配置した。またコバルト中へのニッケル，鉄の添加には
コバルトターゲット上にニッケルおよび鉄のチップを配
置した。積層膜は、各ターゲットを配置したカソードに
各々高周波電力を印加して装置内にプラズマを発生させ
ておき、各カソードごとに配置されたシャッターを一つ
ずつ開閉して順次各層を形成した。膜形成時には基板面
内で直交する二対の電磁石を用いて基板に平行におよそ
５０エルステッドの磁界を印加して、一軸異方性を持た
せると共に、酸化ニッケル膜の交換結合バイアスの方向
をそれぞれの方向に誘導した。

【０１４４】異方性の誘導は、基板近傍に取り付けた二
対の電磁石によって、各磁性膜の形成時に誘導すべき方
向に磁界を加えて行った。或いは、多層膜形成後に反強
磁性膜のネール温度近傍で磁界中熱処理を行い、反強磁
性バイアスの方向を磁界の方向に誘導した。

【０１４５】磁気抵抗効果素子の性能の評価は膜を短冊
形状にパターニングし、電極を形成して行った。この
時、磁性膜の一軸異方性の方向と素子の電流方向が平行
となるようにした。電気抵抗は電極端子間に一定の電流
を通じ、素子の面内に電流方向に垂直な方向に磁界を印
加して、素子の電気抵抗を電極端子間の電圧として測定
し、磁気抵抗変化率として感知した。

【０１４６】Ｃｕ膜の厚さを変えたＮｉＯ／ＮｉＦｅ／
Ｃｕ／ＮｉＦｅ膜において磁化曲線を測定し、ＮｉＦｅ
膜間の磁気的結合の強さを求めた結果、磁気的結合の強
さはＣｕの厚さと共におよそ１０Å周期で反強磁性／強
磁性間で振動し、磁界に対する感度の高い磁気抵抗効果
素子を得るにはこの磁気的結合をおよそゼロにすること
が必須である。非磁性導電膜としてＣｕを用いた場合に
は、その厚さを１１Å〜２２Åの範囲にすることで磁性
膜間の磁気的結合をゼロにすることができる。これによ
って初めて数エルステッドの弱い外部磁界に応答して電
気抵抗が大きく変化する、すなわち感度の高い磁気抵抗
効果素子を得ることができるのである。また、ＮｉＦｅ
磁性膜に化合物とＣｏを添加するとＣｏの添加につれ
て、抵抗変化率はＮｉＦｅのみのおよそ４％から６.０
％まで向上する。

【０１４７】膜の構成を変えて作製した磁気抵抗効果素
子の特性例を表３に示す。膜構成は紙面左側が基体側で
順次右側に積層したものである。

【０１４８】

【表３】

【０１４９】表３では素子の特性を抵抗変化率と飽和磁
界で表した。素子としての再生出力はこの抵抗変化率の
大きさに、感度は飽和磁界の小ささに、それぞれ対応す
る。表３の結果から明らかなように本発明の磁気抵抗素
子（Ｎo.１〜５）は４％以上の抵抗変化率と良好な磁気
特性を有するものであり、従来の積層膜（Ｎo.６，７）
に比べ、抵抗変化率において優れている。特に、試料Ｎ
o.１，２，４は飽和磁界１０エルステッド程度の良好な
磁界感度と抵抗変化率６から７％の高い出力を示してい
る。

【０１５０】（実施例７）本発明のＭＲ膜を用いたＭＲ
膜近傍の膜構成は図１５に示す以外に図２４に示すよう
に、反強磁性膜を使用したパターンド・エクスチェンジ
構造のバイアス方式も採用できる。すなわち、このバイ
アス方式は、永久磁石膜を使用せずにＭＲ膜１１２の両
端を反強磁性膜１１３との交換結合磁界によってＭＲ膜
１１２の磁化を固定する方式であり、反強磁性膜１１３
としては、ブロッキング温度が高く且つ交換結合磁界が
大きいＮｉＭｎやＦｅＭｎ系合金膜が適している。感磁
部となるＭＲ膜１１２の下にはＡｌ₂Ｏ₃等からなるスペ
ーサ膜１１５が設けられている。また、ＭＲ膜１１２の
上のＴａ膜１１６上にはＳＡＬ膜１１７が設けられ、Ｓ
ＡＬの磁化及び電流バイアスにより、ＭＲ膜１１２の出
力特性を適性にしている。ＳＡＬ膜１１７の上には電極
膜１１４が設けられており、この電極膜１１４としては
ＡｕやＣｕもしくはＴａなどが適している。

【０１５１】（実施例８）図２５は、実施例１の磁気抵
抗効果膜を用いた磁気抵抗効果型磁気ヘッド1000の斜視
図であり、上記問題点を解決するに最も適した実施例を
示している。また、図２６は、媒体対抗面、すなわち、
磁気記録媒体に対抗する面から見た断面図を示してい
る。

【０１５２】図２５および図２６の磁気抵抗効果型磁気
ヘッドは、ジルコニアなどのセラミックス製の基板５０
上に下部シールド膜１０と、下部シールド膜１０の上に
形成される下部ギャップ膜２０と、この下部ギャップ膜
２０の上側に形成される酸化物反強磁性膜４５と、酸化
物反強磁性膜４５上に、少なくとも磁気抵抗効果膜４０
の感磁部に配置される非磁性膜７７と、非磁性膜７７
と、非磁性膜７７の配置されていない酸化物反強磁性膜
４５の所定の領域を覆って形成される磁気抵抗効果膜４
０と、磁気抵抗効果膜４０上に、磁気抵抗効果膜４０の
磁気応答特性を高めるために配置されるシャント膜４１
とソフト膜５５と、このソフト膜５５の上に形成される
信号検出電極４２と、各膜を覆うように形成される上部
ギャップ膜７０と、この上部ギャップ膜７０の上側に形
成される上部シールド膜８１を備えて形成される。尚、
図２５および図２６の磁気抵抗効果型磁気ヘッドでは、
下部シールド膜１０も、信号検出電極を兼ねている。

【０１５３】これらの構成要素のうち、本発明は、バル
クハウゼンノイズと呼ばれるノイズを防止する役割を果
たす磁区制御層に係るものであり、さらには磁区制御層
と磁気抵抗効果膜の層構成に係るものである。

【０１５４】図２７に、磁気抵抗効果型磁気ヘッド１０
００に備えてある磁区制御層１００を模式的に説明する
ため、媒体対抗面から見た磁気抵抗効果膜４０，非磁性
膜７７，酸化物反強磁性膜４５の拡大断面図を示した。
また、図２７では、磁気抵抗効果膜４０の感磁部に縦バ
イアス磁界が付与される過程を詳細に説明するため、磁
気抵抗効果膜４０内の磁気モーメントの方向，酸化物反
強磁性膜内の磁気モーメントの方向を、それぞれ、矢印
４０１，４５１で示した。

【０１５５】図２７の磁区制御層１００に示すように、
酸化物反強磁性膜４５は磁気抵抗効果膜４０と、磁気抵
抗効果膜４０の両端部で直接接している。したがって、
磁気抵抗効果膜４０と酸化物反強磁性膜４５は、この領
域で強磁性−反強磁性の磁気交換結合を形成する。たと
えば、酸化物反強磁性膜４５のブロッキング温度以上に
加熱し、一方向に外部磁界を印加しながらブロッキング
温度以下に冷却される工程の中で、この磁気交換結合が
形成されると、酸化物反強磁性膜４５内の磁気モーメン
トは矢印４５１の方向に固定され、磁気抵抗効果膜４０
内の磁気モーメントは矢印４０１の方向に向けられる。
一般に、反強磁性体の磁気異方性は極めて強いため、ひ
とたび、反強磁性膜内の磁気モーメントの方向が固定さ
れると数十Ｏｅ程度の外部磁界によっては、反強磁性膜
内部の磁化は変化しない。したがって、酸化物反強磁性
膜４５と磁気交換結合を形成している磁気抵抗効果膜４
０内の磁気モーメントは、矢印４０１で示した方向に強
く固定されることになる。磁気抵抗効果膜４０両端部
で、磁気モーメントの方向が矢印４０１の方向に向けら
れると、酸化物反強磁性膜４５と、直接、接していな
い、磁気抵抗効果膜４０の感磁部の磁気モーメントも矢
印４０２で示した方向に強制的に向けられることにな
る。これにより、磁気抵抗効果膜４０の感磁部をも強制
的に単一磁区状態に維持することが可能となる。

【０１５６】本発明では、少なくとも磁気抵抗効果膜４
０の感磁部に、磁気抵抗効果膜４０と酸化物反強磁性膜
４５の中間に、非磁性膜７７を配置している。非磁性膜
７７を配置しない場合、感磁部でも磁気抵抗効果膜４０
と酸化物反強磁性膜４５は磁気交換結合を形成する。こ
の場合、磁気抵抗効果膜４０内の磁気モーメントは、磁
気交換結合が強すぎて磁気記録媒体からの磁気信号に応
じて自由に回転することができなくなり、磁気抵抗効果
型磁気ヘッドの再生感度を著しく小さくしてしまう。一
方、磁気抵抗効果膜４０と酸化物反強磁性膜４５の中間
に非磁性膜７７を介在させた本発明では、この領域で
は、磁気抵抗効果膜４０と酸化物反強磁性膜４５の直接
的な磁気交換結合の形成を阻止することができる。この
ため、感磁部の磁気抵抗効果膜４０内の磁気モーメント
の回転は比較的自由となり、磁気応答特性を高めた磁気
抵抗効果型磁気ヘッドが得られる。しかも、磁気抵抗効
果膜４０両端部で、酸化物反強磁性膜４５によって、磁
気抵抗効果膜４０の感磁部には、感磁部を単一磁区状態
に維持する適度な縦バイアス磁界が付与されているので
バルクハウゼンノイズの抑止もできる。

【０１５７】酸化物反強磁性膜４５としてＮｉＯを選択
し、磁気抵抗効果膜４０として代表的なＮｉＦｅ合金膜
を選択し、ＮｉＯ膜とＮｉＦｅ合金膜を磁気交換結合さ
せた磁化曲線を示す。尚、ＮｉＯの膜厚は１０００Å，
ＮｉＦｅ合金の膜厚は４００Åである。容易軸励磁では
磁気交換結合が形成されていると、磁化曲線は一方向に
シフトした曲線となる。磁化曲線の原点のシフト量が結
合磁界の大きさ、すなわち、縦バイアス磁界の大きさで
ある。結合磁界の大きさは約２０Ｏｅである。また、磁
気交換結合の形成に伴い、結合磁界に相当する分だけ異
方性磁界が増加する。ここで、異方性磁界とは、困難軸
励磁で磁化曲線が飽和するのに要する磁界であり、磁気
モーメントの回転のし易さを示し、異方性磁界の大きさ
は約２５Ｏｅである。この異方性磁界の大きさは、再生
感度を高めるには大きすぎる。本発明では、この大きす
ぎる異方性磁界を低減するため、感磁部に非磁性膜７７
を介在させてある。この構成では、磁気抵抗効果膜４０
の感磁部に付与される縦バイアス磁界は数Ｏｅにまで低
減され、磁気応答特性を充分高めるに充分な異方性磁界
の大きさを得ることができ、しかも、バルクハウゼンノ
イズは生じなかった。

【０１５８】次に、ＮｉＯの膜厚を変えたときのＮｉＦ
ｅ合金膜との結合磁界の大きさは、ＮｉＯ膜厚５００Å
以上で一定となり、それ以下では劣化する。さらに、ブ
ロッキング温度のＮｉＯ膜厚依存性をみると、ブロッキ
ング温度はＮｉＯ膜厚５００Å以上で一定となり、約２
００℃であり、それ以下では劣化する。ＮｉＯ膜厚が薄
いとき磁気特性が劣化するのは、ＮｉＯ膜の膜厚が薄い
場合、ＮｉＯ膜はしっかりとした結晶構造を形成するこ
とが出来ず、ＮｉＯ膜がしっかりとした反強磁性状態に
なっていないためと推定される。このため、ＮｉＦｅ合
金膜とＮｉＯ膜との間で、安定性よく磁気交換結合を形
成するには、ＮｉＯ膜の膜厚を少なくとも５００Å以上
必要とすることが明らかとなった。

【０１５９】このように、ＮｉＯ膜が磁区制御層として
機能するためには、少なくとも500Å以上必要とする。
このため、磁気抵抗効果膜４０下側に、両端部だけにＮ
ｉＯ膜を配置した構造では、ＮｉＯ膜の配置されている
領域とＮｉＯ膜の配置されていない領域の境のところ
で、その上方に形成される磁気抵抗効果膜４０に、段切
れが発生してしまう。磁気抵抗効果膜に段切れが生じて
いると、両端部で磁気抵抗効果膜４０に付与された縦バ
イアス磁界を感磁部まで及ぼすことが出来ず、段切れし
た領域で縦バイアス磁界は途切れてしまう。しかし、本
発明では、図２５および図２６に示すように、酸化物反
強磁性膜は、磁気抵抗効果膜４０感磁部の下側にも配置
され、その上方に非磁性膜７７を形成し、機能的には結
果的に磁気抵抗効果膜４０両端部に磁区制御層を配置し
た構造を持つ磁気抵抗効果型磁気ヘッドと同じにしてい
る。本発明の非磁性膜７７は、極めて薄い膜で構成され
る。磁気交換結合は、強磁性膜と反強磁性膜の界面付近
での物理現象である。このため、感磁部で磁気交換結合
の形成を阻止するためには、強磁性膜と反強磁性膜の中
間に非磁性膜を少なくとも１層介在させればよい。非磁
性膜が連続膜であれば１原子層の厚さであっても直接的
な磁気交換結合の阻止は可能である。本発明では、非磁
性膜７７はスパッタリング法により形成している。発明
者らの実験では、非磁性膜７７を完全に連続膜にするに
は、非磁性膜７７の膜厚は１００Å程度の非常に薄い膜
でよかった。このように、本発明では、酸化物反強磁性
膜４５上，磁気抵抗効果膜４０の少なくとも感磁部に非
磁性膜７７を介在させ、その上方に磁気抵抗効果膜４０
を形成した場合、非磁性膜７７の膜厚は非常に薄いので
磁気抵抗効果膜４０に段切れが生じることはない。この
ため、磁気抵抗効果膜４０の感磁部に、安定性よく磁気
応答特性を高めた適度な大きさの縦バイアス磁界を印加
することが可能となり、複数の磁気抵抗効果型磁気ヘッ
ド間の特性のばらつきを抑えることができた。

【０１６０】さらに、非磁性膜７７は必ずしも連続膜で
ある必要はない。多少の孔があいた不連続膜でも、感磁
部での酸化物反強磁性膜４５と磁気抵抗効果膜４０との
間の大きすぎる縦バイアス磁界を小さくすることが可能
である。さらに、飽和磁束密度の小さな膜を介在させて
も目的は達成できる。

【０１６１】非磁性膜７７は、単一金属膜，合金膜，酸
化物膜のいずれの膜で構成してもよく、結晶質であって
も非晶質であってもよいが、合金膜が最も望ましい。

【０１６２】磁気抵抗効果型磁気ヘッド１０００に示す
ように、磁気抵抗効果膜４０の上側に、磁気応答特性を
高めるための磁気抵抗効果膜４０に横バイアス磁界を印
加するためのシャント膜４１，ソフト膜５５が形成さ
れ、その上方に、信号検出電極４２が形成される。ここ
で、シャント膜４１は導電膜であり、シャント膜４１に
電流が流れると、シャント膜４１の周囲には、右ねじの
法則で定まる方向に磁界が生じる。その結果、磁気抵抗
効果膜４０内の磁気モーメントは回転する。これによ
り、磁気抵抗効果膜４０には横バイアス磁界が印加され
ることになる。また、ソフト膜５５とは軟磁性膜であ
る。磁気抵抗効果膜４０に電流が流れると磁気抵抗効果
膜４０の周囲に右ねじの法則で定まる方向に磁界を生
じ、ソフト膜５５内の磁気モーメントが回転すると静磁
エネルギを安定とするよう磁気抵抗効果膜４０内の磁気
モーメントが回転する。これにより、磁気抵抗効果膜４
０に横バイアス磁界が印加されることになる。横バイア
ス磁界を印加するために、これらシャント膜４１，ソフ
ト膜５５のいずれの膜を用いてもよいが、これら、シャ
ント膜４１，ソフト膜５５を上記の構成で用いる場合、
磁気モーメントの回転方向は同じであるので同時に用い
てもよい。

【０１６３】さて、本発明では、磁気抵抗効果膜４０の
下側感磁部に非磁性膜７７を介在させている。非磁性膜
７７が導電性の膜で構成される場合、この膜はシャント
膜４１と同じ効果を磁気抵抗効果膜４０に及ぼすことに
なる。この場合、シャント膜４１とソフト膜５５によっ
て付与される横バイアス磁界とは逆方向の横バイアス磁
界を磁気抵抗効果膜４０に付与することになり、磁気抵
抗効果型磁気ヘッドの磁気応答特性を劣化させることに
なる。この劣化を防止するには、非磁性膜の膜厚を薄く
し、比抵抗を大きくするのがよい。本発明では、この劣
化を防止するために非磁性膜を合金膜で構成している。
合金化することにより、比抵抗を大きくできるからであ
る。

【０１６４】さらに、非磁性膜７７は酸素拡散防止の重
大な役割も同時に果たすことができる。酸化物反強磁性
膜４５と磁気抵抗効果膜４０が直接接している場合、た
とえば製造工程の中で熱履歴を受けると酸化物反強磁性
膜４５から磁気抵抗効果膜４０に酸素が拡散する。磁気
抵抗効果膜４０に酸素などの不純物が含まれていると、
磁気抵抗効果膜４０の磁気抵抗変化率が劣化する。した
がって、少なくとも感磁部では、酸化物反強磁性膜４５
から磁気抵抗効果膜４０内への酸素侵入を防止しなけれ
ばならない。本発明の非磁性膜７７の介在は、この酸素
侵入を効果的にブロックしているものと推定できる。磁
気抵抗効果膜４０両端部で酸化物反強磁性膜４５と直接
接している領域では、ある程度磁気抵抗効果膜４０内に
酸素が侵入する。しかし、これらの酸素は、製造工程の
温度範囲では磁気抵抗効果膜４０の感磁部にまで酸素は
拡散しないと考えられ、磁気抵抗効果膜４０両端部での
酸素侵入はあまり問題にならないと考えられる。

【０１６５】さらに、非磁性膜７７と、磁気抵抗効果膜
４０および酸化物反強磁性膜４５との接触面積を増減す
ることにより、磁気抵抗効果膜４０の感磁部に付与され
る縦バイアスの大きさを調節することが可能である。本
発明では、磁気抵抗効果膜４０両端部で、磁気抵抗効果
膜４０と酸化物反強磁性膜４５が、直接、接した層構造
を所有しており、この領域で磁気抵抗効果膜４０に強い
縦バイアス磁界を付与している。このような層構成で
は、感磁部に印加される実効的な縦バイアス磁界の大き
さは、磁気抵抗効果膜４０と酸化物反強磁性膜４５が、
直接、接している端部から感磁部までの距離により変化
し、この距離が短くなるにつれて実効的な縦バイアス磁
界の大きさは大きくなる。したがって、磁気抵抗効果型
磁気ヘッドの磁気応答特性を充分に高めるべく、縦バイ
アス磁界の大きさをバルクハウゼンノイズの低減できる
範囲で小さくし、最適値を定めるにはこの距離を適度な
長さに選定しなければならない。磁気抵抗効果膜４０と
酸化物反強磁性膜４５が、直接、接している端部から感
磁部までの距離の最適値は、磁気抵抗効果型磁気ヘッド
構造や磁気抵抗効果膜４０のアスペクト比，膜厚などに
より異なるので、種々の実験により、その都度、最適値
を選ばなければならない。本発明では、この距離を非磁
性膜７７の長手方向の長さを変えることにより調節して
いる。非磁性膜７７の長さが短くなるにつれ、磁気抵抗
効果膜４０と酸化物反強磁性膜４５が、直接、接してい
る端部から感磁部までの距離は短くなる。これにより、
感磁部に付与される縦バイアスの大きさを自由に調節す
ることが可能となる。本手法によれば、非磁性膜７７の
長手方向の長さを変えるだけで縦バイアス磁界の大きさ
を簡単に調節できるので、バルクハウゼンノイズの低減
できる範囲で、磁気応答特性を充分に高めた磁気抵抗効
果型磁気ヘッドを容易に得られるという利点がある。

【０１６６】次に、非磁性膜７７の材質について述べ
る。上述したように非磁性膜は、酸化物膜より金属膜の
方が望ましい。金属膜は下記より選ばれる材料で構成さ
れる。すなわち、Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎ
ｂ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｎ，Ｓ
ｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕのいずれ
かより選ばれる金属膜で構成すればよい。

【０１６７】さらに、金属膜を２種以上組み合わせて合
金膜としてもよい。この場合、非磁性膜７７の比抵抗を
高めることができる。

【０１６８】さらに、上記元素のうちＣｒを除く１種以
上の元素を主成分とし、これに少量のＣｒを添加して非
磁性膜７７を構成することにより非磁性膜７７の耐食
性、および耐腐食性を飛躍的に向上できる。

【０１６９】さらに、Ｆ.Ｃ.Ｃ. の結晶構造を持つＣ
ｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕなど、あるい
は、これらの元素を主成分とし、これ以外の上記元素を
１種以上少量添加して構成した金属膜、あるいは、合金
膜で非磁性膜７７を構成することにより磁気抵抗効果膜
４０の磁気特性を改善することが可能である。磁気抵抗
効果膜４０は、通常ＮｉＦｅ合金膜，ＮｉＣｏ合金膜な
どで構成され、これらの膜はＦ.Ｃ.Ｃ.の結晶構造をし
ている。したがって、非磁性膜７７がＦ.Ｃ.Ｃ.の結晶
構造を所有する場合、磁気抵抗効果膜４０は、非磁性膜
７７の上にエピタキシャル成長することができる。磁気
抵抗効果膜４０がエピタキシャル成長すると磁気抵抗効
果膜４０の磁気特性が向上するからである。

【０１７０】さらに、非磁性膜７７をＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ
などの磁性元素を主成分とし、これに非磁性になるまで
非磁性元素を添加して、非磁性膜７７を構成してもよ
い。

【０１７１】次に、本発明に磁気抵抗効果型磁気ヘッド
１０００の製造方法について説明する。まず最初に、非
磁性基板１０１の上側に記録媒体からのノイズとなる不
要な信号を吸収するために設けられる下部シールド膜１
０がスパッタリング法等の手法により形成される。次
に、下部シールド膜１０の上に、下部ギャップ膜２０と
するアルミナなどの絶縁膜を同様の手法により形成す
る。次に、下部ギャップ膜２０上に酸化物反強磁性膜４
５を同様の手法により形成する。そして、この下部シー
ルド膜１０と下部ギャップ膜２０と酸化物反強磁性膜４
５を所定の形状に加工する。ここで、下部シールド膜１
０の端部は、図１に示すように、基板面に対して傾斜す
るように加工する。これは、下部シールド膜１０の端部
で断線するのを防止するためである。次に、酸化物反強
磁性膜４５の上に、磁気抵抗効果膜４０の少なくとも感
磁部に非磁性膜７７が配置されるようレジストフレーム
が形成される。そして、この上方にスパッタリング法な
どの手法により非磁性膜７７が形成される。非磁性膜７
７を形成後、有機溶剤などを用いて、レジストフレーム
を除去すると、非磁性膜７７が磁気抵抗効果膜４０の感
磁部の所定の位置に配置される。非磁性膜７７の上方
と、非磁性膜７７の配置されていない酸化物反強磁性膜
４５の所定の位置に磁気抵抗効果膜４０が同じくスパッ
タリング法の手法により形成され、磁気抵抗効果膜４０
の上方に、シャント膜４１とソフト膜５５が同様の手法
により形成され、これらの膜をフォトリソグラフィなど
の技術を用い所定の形状に加工した後、ソフト膜５５の
上方に信号検出用電極４２を形成し、所定の形状に加工
した後、上部ギャップ膜７０，上部シールド膜８０を形
成，加工をして磁気抵抗効果型磁気ヘッドの製造を完了
する。

【０１７２】酸化物反強磁性膜４５は、酸化物反強磁性
膜４５を形成後、下部ギャップ膜２０と同じ形状に加工
して配置したが酸化物反強磁性膜４５を磁気抵抗効果膜
４０加工時に磁気抵抗効果４０と同じ形状に加工しても
よい。

【０１７３】さらに、酸化物反強磁性膜は、磁気抵抗効
果膜４０より大きな長さと幅を所有する構造とすれば、
いかなる形状に加工してもよい。

【０１７４】磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、たとえば上
方に、記録ヘッドとして機能する従来の電磁誘導型の薄
膜磁気ヘッドを形成し、記録再生分離型薄膜磁気ヘッド
を構成し、たとえば大型コンピュータ用外部磁気記憶装
置に搭載して使用される。従来技術、たとえば米国特許
第4103315 号では、感磁部も磁気抵抗効果膜４０と酸化
物反強磁性膜４５との間で直接磁気交換結合を形成した
配置にしている。このため、バルクハウゼンノイズは低
減できるものの再生感度が低下し、Ｓ／Ｎ比が低下し
た。しかし、本発明では、バルクハウゼンノイズを低減
できる範囲で磁気抵抗効果膜４０に付与される縦バイア
ス磁界を極力小さくしている。すなわち、Ｎを小さく
し、Ｓを極力大きくする層構成にしている。このため、
本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドでは大きなＳ／Ｎ比
を確保でき、これにより、従来では実現できなかった面
記録密度２００Ｍｂ／ｉｎ²以上を有する大容量磁気デ
ィスク装置の製造が可能になる。

【０１７５】さらに、本発明に係る磁気抵抗効果型磁気
ヘッドは、シールド膜を備えて構成しているが、ノンシ
ールド型磁気抵抗効果型磁気ヘッド，ヨークタイプ磁気
抵抗効果型磁気ヘッド、さらに強磁性膜の磁気抵抗効果
を利用した磁気センサにも適用は可能である。

【０１７６】さらに、本発明では、磁区制御用の材料と
して酸化物反強磁性膜４５を用いているが、磁気ディス
ク装置内の湿度を低減するなど、周囲環境を改善するこ
とにより、ＦｅＭｎ系合金膜を用いて、この構成の磁区
制御層を構成することによっても第１の目的は達成でき
ると推定される。さらに、ＣｏＰｔ合金膜など永久磁石
を磁区制御用の材料に用いてもよい。

【０１７７】（実施例９）図２７は本発明の磁気抵抗効
果型磁気ヘッド及び誘導型磁気ヘッドを搭載した磁気記
録再生装置の構成図である。記録媒体９５を両面に有す
る記録媒体９１をスピンドルモータ９３にて回転させ、
アクチュエイター９２によってヘッドスライダー９０を
記録媒体９５のトラック上に誘導する。ただし記録媒体
９１は必ずしもディスク両面に磁性膜を有する必要はな
い。磁性膜がディスク片面のみの場合ヘッドスライダー
９０は記録媒体の片面にのみ配置する。

【０１７８】即ち磁気ディスク装置においてはヘッドス
ライダー９０上に形成した再生ヘッド、及び記録ヘッド
がこの機構によって記録媒体９５上の所定の記録位置に
近接して相対運動し、信号を順次書き込み、及び読み取
るのである。記録信号は信号処理系９４を通じて記録ヘ
ッドにて媒体上に記録し、再生ヘッドの出力を信号処理
系９４を経て信号として得る。さらに再生ヘッドを所望
の記録トラック上へ移動せしめるに際して、本再生ヘッ
ドからの高感度な出力を用いてトラック上の位置を検出
し、アクチュエイターを制御して、ヘッドスライダーの
位置決めを行うことができる。

【０１７９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
膜厚が５〜２０ｎｍの異方性磁気抵抗効果膜の比抵抗変
化量を０.６μΩcm 以上、磁歪定数の絶対値を１０×１
０~⁷以下の特性を有する、ＮｉＦｅもしくはＣｏＮｉＦ
ｅ系合金膜で構成された磁気ヘッドを得ることができ
る。

【０１８０】本発明によれば、永久磁石膜を磁気抵抗効
果素子の両端部に形成することにより電気磁気変換特性
が安定し、バルクハウゼンノイズ及び波動変動が小さく
できるものである。また、本発明によれば再生出力が大
きく、高記録密度の磁気記録再生装置が達成できる。

【０１８１】そして、その磁気ヘッドを磁気記録再生装
置に搭載することにより、高出力・高感度かつ低ノイズ
の磁気記録再生装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】磁歪定数の添加元素（Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ）
濃度に対する依存性を示した図である。

【図２】比抵抗変化量の添加元素（Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍ
ｎ）濃度に対する依存性を示した図である。

【図３】比抵抗の添加元素（Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ）濃
度に対する依存性を示した図である。

【図４】飽和磁束密度の添加元素（Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍ
ｎ）濃度に対する依存性を示した図である。

【図５】（１１１）回折ピークの相対強度の、添加元素
（Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ）濃度に対する依存性を示した
図である。

【図６】異方性磁界の熱処理温度に対する依存性を示し
た図である。

【図７】比抵抗変化量の熱処理温度に対する依存性を示
した図である。

【図８】比抵抗変化量の添加元素（Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ）
濃度に対する依存性を示した図である。

【図９】比抵抗の添加元素（Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ）濃度に
対する依存性を示した図である。

【図１０】（１１１）回折ピークの相対強度の、Ｐｔ濃
度に対する依存性を示した図である。

【図１１】格子定数のＰｔ濃度に対する依存性を示した
図である。

【図１２】磁歪定数のＰｔ濃度に対する依存性を示した
図である。

【図１３】比抵抗変化量の膜厚に対する依存性を示した
図である。

【図１４】記録再生分離ヘッドの構造図である。

【図１５】磁気抵抗効果膜付近のハードバイアス型ＭＲ
ヘッドの断面図である。

【図１６】相対出力の電流密度に対する依存性を示した
図である。

【図１７】磁歪定数とノイズとの関係を示した図であ
る。

【図１８】ＭＲ膜の比抵抗と相対出力との関係を示した
図である。

【図１９】本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの斜視
図。

【図２０】本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの斜視
図。

【図２１】本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの部分断
面図。

【図２２】本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの斜視
図。

【図２３】磁気抵抗効果素子多層膜に磁気異方性制御を
説明する図。

【図２４】反強磁性膜を用いた（パターンドエクスチェ
ンジ構造）ＭＲヘッドの断面図。

【図２５】本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの斜視
図。

【図２６】本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの媒体面
側から見た断面図。

【図２７】本発明の磁区制御層の機能を示す断面図。

【図２８】本発明に係る磁気記録再生装置の構成図。

【符号の説明】

１…ＳＡＬ、２，１０６…分離膜、３，１０５，１１２
…ＭＲ膜、４…横バイアス磁界、５…テーパ、６…縦バ
イアス磁界、７，１１０…永久磁石膜、８，１１１，１
１４…電極膜、９…下部ギャップ膜、１０，８２…下部
シールド膜、１１…絶縁膜、１２，５０…基板、１３…
反強磁性層、１６…非磁性金属膜、２０…下部ギャップ
膜、２６…非磁性導電膜、４０…磁気抵抗効果膜、４１
…シャント膜、４２…信号検出電極、４５…酸化物反強
磁性膜、５５…ソフト膜、６０…磁気抵抗効果素子、７
０…上部ギャップ膜、７７…非磁性膜、８１…上部シー
ルド膜、８３…上部磁性膜、８４…下部磁性膜、８５…
コイル導体、９０…ヘッドスライダー、９１…記録媒
体、９２…アクチュエイター、９３…スピンドルモータ
ー、９４…信号処理回路系、１０４…下地膜、１０７，
１１７…ソフトバイアス（ＳＡＬ）膜、１１３…反強磁
性膜、１１５…スペーサ膜、１１６…Ｔａ膜。

フロントページの続き (72)発明者荒井礼子東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者府山盛明東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者田所茂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】磁界の変化によって電気抵抗が変化する磁
気抵抗効果膜を有し、該磁気抵抗効果膜が重量で、Ｎｉ
６５〜９０％，Ｃｏ５〜３０％，Ｆｅ５〜３０％及びＴ
ｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎの少なくとも１種０.１〜１０％を
含むことを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項２】磁界の変化によって電気抵抗が変化する磁
気抵抗効果膜を有し、該磁気抵抗効果膜が重量で、Ｎｉ
６０〜８５％，Ｆｅ１５〜４０％及びＰｔ，Ａｕ，Ｐｄ
の少なくとも１種１〜２０％を含むことを特徴とする磁
気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項３】請求項１又は２において、前記磁気抵抗効
果膜が基板に平行に（１１１）面が優先成長しているこ
とを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項４】請求項３において、前記磁気抵抗効果膜は
下地膜がＴａ膜又はＺｒ膜からなることを特徴とする磁
気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項５】磁界の変化によって電気抵抗が変化する磁
気抵抗効果膜を有し、該磁気抵抗効果膜は、磁歪定数の
絶対値が１×１０~⁶以下及び異方性磁気抵抗効果の比抵
抗変化量が０.６μΩcm 以上の特性と、異方性磁界が１
５Ｏｅ以下，比抵抗が５０μΩcm以下，飽和磁束密度が
１.０Ｔ以下及び抵抗変化率が２.５％以上の少なくと
も１つの特性とを有することを特徴とする磁気抵抗効果
型磁気ヘッド。
【請求項６】磁界の変化によって電気抵抗が変化する磁
気抵抗効果膜，磁気抵抗効果膜に横バイアス磁界を印加
する横バイアス膜及び前記磁気抵抗効果膜と横バイアス
膜との間に設けられた分離膜を有する磁気抵抗効果素子
膜からなり、該磁気抵抗効果素子膜の両端部に接して設
けられた前記磁気抵抗効果膜に縦バイアスを印加する一
対の永久磁石膜及び前記磁気抵抗効果膜に信号検出電流
を流す前記永久磁石膜上に設けられた一対の電極膜を有
し、前記磁気抵抗効果膜が重量で、Ｎｉ６０〜８５％，
Ｆｅ１５〜４０％及びＰｔ，Ａｕ，Ｐｄの少なくとも１
種１〜２０％を含む合金又はＮｉ６５〜９０％，Ｃｏ５
〜３０％，Ｆｅ５〜３０％及びＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎの
少なくとも１種０.１〜１０％を含む合金からなること
を特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項７】磁界の変化によって電気抵抗が変化する磁
気抵抗効果膜，磁気抵抗効果膜に横バイアス磁界を印加
する横バイアス膜及び前記磁気抵抗効果膜と横バイアス
膜との間に設けられた分離膜を有する磁気抵抗効果素子
膜からなり、該磁気抵抗効果素子膜の両端部に接して設
けられた前記磁気抵抗効果膜に縦バイアスを印加する一
対の永久磁石膜及び前記磁気抵抗効果膜に信号検出電流
を流す前記永久磁石膜上に設けられた一対の電極膜を有
し、磁気抵抗効果膜は、磁歪定数の絶対値が１×１０~⁶
以下及び異方性磁気抵抗効果の比抵抗変化量が０.６μ
Ωcm 以上の特性と、異方性磁界が１５Ｏｅ以下，比抵
抗が５０μΩcm以下，飽和磁束密度が1.0Ｔ以下及び抵
抗変化率が２.５％以上の少なくとも１つの特性とを有
することを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項８】請求項６又は７において、前記永久磁石膜
がＣｏ−Ｐｔ合金，Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金、又はこれら
の合金にＴｉ酸化物，Ｖ酸化物，Ｚｒ酸化物，Ｎｂ酸化
物，Ｍｏ酸化物，Ｈｆ酸化物，Ｔａ酸化物，Ｗ酸化物，
Ａｌ酸化物，Ｓｉ酸化物，Ｃｒ酸化物の内の少なくとも
一元素を含む合金のいずれかからなる磁気抵抗効果型磁
気ヘッド。
【請求項９】請求項６〜８のいずれかにおいて、前記永
久磁石膜が（数１）又は（数２）の組成からなることを
特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。【数１】Ｃｏ_aＣｒ_bＰｔ_c又は …（数１）【数２】（Ｃｏ_aＣｒ_bＰｔ_c)_1-x(ＭＯ_y)_x…（数２）（但し、ｘ＝０.０１〜０.２０，ｙ：０.４〜３，ａ：
０.７〜０.９，ｂ：０〜０.１５，Ｃ：０.０３〜０.１
５，Ｍ：Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ａ
ｌ，Ｓｉ及びＣｒの少なくとも１つ）
【請求項１０】請求項６〜９のいずれかにおいて、前記
磁気抵抗効果膜に横バイアス磁界を印加するための軟磁
性膜が、ニッケル−鉄合金，コバルト，ニッケル−鉄−
コバルト合金の１種と、酸化ジルコニウム，酸化アルミ
ニウム，酸化ハフニウム，酸化チタン，酸化ベリリウ
ム，酸化マグネシウム，希土類酸素化合物，窒化ジルコ
ニウム，窒化ハフニウム，窒化アルミニウム，窒化チタ
ン，窒化ベリリウム，窒化マグネシウム，窒化シリコ
ン、及び希土類窒素化合物の内から選択された１種以上
の化合物とからなることを特徴とする磁気抵抗効果型磁
気ヘッド。
【請求項１１】請求項１０において、前記磁気抵抗効果
膜に横バイアス磁界を印加するための軟磁性薄膜の比抵
抗が、７０μΩcm以上である磁気抵抗効果型磁気ヘッ
ド。
【請求項１２】請求項１０又は１１において、前記横バ
イアス膜がニッケルを７８〜８４原子％を有するニッケ
ル−鉄系合金よりなる磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項１３】請求項１〜５のいずれかにおいて、基板
上に設けられた一対の永久磁石膜と、該永久磁石膜上の
各々に形成された一対の電極と、前記永久磁石間に接し
て設けられた磁気抵抗効果膜とを有する磁気抵抗効果型
磁気ヘッドであって、前記磁気抵抗効果膜は前記基板側
より酸化ニッケルよりなる反強磁性膜，２層の強磁性
膜，非磁性金属膜及び軟磁性膜が順次形成されているこ
とを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項１４】請求項１３において、前記２層の強磁性
膜は前記基板側からＮｉ７０〜９５原子％を含む鉄合金
層とＣｏ層及び前記軟磁性膜が前記鉄合金層又は前記基
体側からＣｏ層と前記鉄合金層とからなる磁気抵抗効果
型磁気ヘッド。
【請求項１５】請求項１〜５のいずれかにおいて、基板
上に設けられた一対の永久磁石膜と、該永久磁石膜上の
各々に形成された一対の電極と、前記永久磁石間に接し
て設けられた磁気抵抗効果膜とを有する磁気抵抗効果型
磁気ヘッドであって、前記基板側より反強磁性膜，強磁
性膜，非磁性膜，軟磁性膜，非磁性膜，強磁性膜、及び
反強磁性膜が順次積層されていることを特徴とする磁気
抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項１６】前記反強磁性膜が酸化ニッケルであり、
前記基板側の強磁性膜がＮｉ７０〜９５原子％を含む鉄
合金層とＣｏ層、前記軟磁性膜が前記鉄合金層及び後者
の強磁性膜が前記基体側よりＣｏ層と前記鉄合金層とか
らなる請求項１５記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項１７】前記強磁性膜が、Ｎｉ７０〜９５原子
％，Ｆｅ５〜３０原子％及びＣｏ１〜５原子％の合金、
又は、Ｃｏ３０〜８５原子％，Ｎｉ２〜３０原子％及び
Ｆｅ２〜５０原子％の合金である請求項１５記載の磁気
抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項１８】前記非磁性導電膜が、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ
の何れか１つである請求項１５記載の磁気抵抗効果型磁
気ヘッド。
【請求項１９】磁気抵抗効果を用いて磁気的信号を電気
的信号に変換する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果
膜に信号検出電流を流すための一対の電極と、前記磁気
抵抗効果膜の下側に配置された酸化物反強磁性膜を有す
る磁気抵抗効果型磁気ヘッドであって、前記磁気抵抗効
果膜と前記酸化物反強磁性膜の中間の、少なくとも前記
磁気抵抗効果膜の感磁部に非磁性膜を少なくとも１層含
み前記磁気抵抗効果膜が重量で、Ｎｉ６０〜８５％，Ｆ
ｅ１５〜４０％及びＰｔ，Ａｕ，Ｐｄの少なくとも１種
１〜２０％を含む合金又はＮｉ６５〜９０％，Ｃｏ５〜
３０％，Ｆｅ５〜３０％及びＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎの少
なくとも１種０.１〜１０％を含む合金からなることを
特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項２０】磁気抵抗効果を用いて磁気的信号を電気
的信号に変換する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果
膜に信号検出電流を流すための一対の電極と、前記磁気
抵抗効果膜の下側に配置された酸化物反強磁性膜を有す
る磁気抵抗効果型磁気ヘッドであって、前記磁気抵抗効
果膜と前記酸化物反強磁性膜の中間の、少なくとも前記
磁気抵抗効果膜の感磁部に非磁性膜を少なくとも１層含
み前記磁気抵抗効果膜は、磁歪定数の絶対値が１×１０
~⁶以下及び異方性磁気抵抗効果の比抵抗変化量が０.６
μΩcm 以上の特性と、異方性磁界が１５Ｏｅ以下，比
抵抗が５０μΩcm以下，飽和磁束密度が１.０Ｔ以下及
び抵抗変化率が２.５％以上の少なくとも１つの特性と
を有することを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項２１】請求項２０又は２１において、前記感磁
部に付与される縦バイアス磁界を、前記非磁性膜と、前
記磁気抵抗効果膜および前記酸化物反強磁性膜との接触
面積を変える磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項２２】磁界の変化によって電気抵抗が変化する
磁気抵抗効果膜を有し、その磁気抵抗効果膜は、磁歪定
数の絶対値が１×１０~⁶以下で、飽和磁束密度（Ｂｓ
（Ｔ））と抵抗変化率（Δρ／ρ₀（％））の逆数の積
が０.４０以下であることを特徴とする磁気抵抗効果型
磁気ヘッド。
【請求項２３】磁界の変化によって電気抵抗が変化する
磁気抵抗効果膜を有し、その磁気抵抗効果膜は、磁歪定
数の絶対値が１×１０~⁶以下で、同一条件における再生
出力がＮｉ₈₁Ｆｅ₁₉合金膜よりも大きいことを特徴とす
る磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項２４】一定の回転数で回転し情報が磁気的に記
録される磁気ディスクと、前記磁気ディスクに対して情
報の書き込みを行う誘導型磁気ヘッド及び読み出しを行
う磁気抵抗効果型磁気ヘッドとを備えた磁気記録再生装
置において、前記磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、請求項１〜２３のい
ずれかに記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッドが搭載されて
いることを特徴とする磁気記録再生装置。