JPH0922509A - 磁気抵抗効果型ヘッド及び磁気記録再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】再生感度に優れたヨーク型ＭＲヘッドを提供す
ること。 【構成】ヨーク構造を構成する上部磁極１及び下部磁極
２の間に、絶縁層４を介して異常ホール効果膜５を配置
し、この異常ホール効果膜５に電流を供給するための駆
動用電極６と、この電流の回路と交差し、再生出力を与
える回路を構成するための電圧検出用電極７を配置する
ようにした磁気抵抗効果型ヘッド。異常ホール効果膜５
は、この膜に印加される磁界方向が、その膜面に対して
実質的に垂直に流入する向きに配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気記録再生装置に用
いられる磁気抵抗効果型ヘッド及び磁気記録再生装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁気抵抗（Ｍａｇｎｅｔｏ−ｒｅ
ｓｉｓｔｉｖｅ）効果型センサ（以下、ＭＲセンサとい
う）を用いた磁気抵抗効果型ヘッド（以下、ＭＲヘッド
という）と呼ばれる磁気読み取り変換器が知られてい
る。このＭＲヘッドは、現在用いられている磁気誘導型
ヘッドに比較して高い感度を持つため、高密度記録され
た磁気記録媒体からの微弱な信号を読み出すことができ
るという特徴を有している。

【０００３】ＭＲヘッドには大別して２つの構造があ
る。その１は、ＭＲセンサ部がヘッドの摺動面と一致し
た構造を持つものであり、その２は、再生ヘッドの磁気
回路を形成する磁気ヨークの一部にＭＲセンサ部を設置
した構造を持つものである。前者は摺動面露出型、後者
は引き込み型又はヨーク型ＭＲヘッドと呼ばれている。

【０００４】ヨーク型ＭＲヘッドは、摺動面露出型ヘッ
ドに比較して次のような特徴を有している。すなわち、
ヨーク型ではヘッド先端部の幅だけで実効トラック幅が
決定されるため、摺動面露出型のヘッドのように、隣の
トラックに書かれた情報を読み出すことがなく、クロス
トーク特性に優れている。また、磁気ギャップ部にＭＲ
センサを組み込む必要がないため、ギャップ部を狭くす
ることが容易であり、高分解能特性に優れる、波形の非
対称性がない、摺動面にセンサー部が露出していないた
め、耐食性に優れている等の数々の特徴がある。しか
し、最大の欠点として、摺動面露出型に比較し、再生感
度が低いという問題があった。

【０００５】このような問題を解決するには磁気抵抗効
果の大きな、巨大磁気抵抗膜を利用することが考えられ
る。また、磁気ヨーク部の構造を工夫することにより、
磁気回路の抵抗を減少させる努力もなされている。な
お、この種の技術に関連するものとして、例えば、アイ
イーイーイー トランザクションズ オン マグネチッ
クス エムエージー１７ 第２８８４頁（１９８１）
（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ｏｎ Ｍａｇｅ．，ＭＡＧ−
１７，ｐｐ２８８４（１９８１））等が挙げられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記巨大磁気抵抗膜を
利用した従来技術は、巨大磁気抵抗膜が厚さ５０〜２０
０Åの金属薄膜を積層した複雑な構造をしているため、
作製プロセスが複雑になり、特性がばらつき易い等の問
題があった。また、上記磁気ヨーク部の構造を変えた従
来技術は、ヨーク回路の一部が、非磁性膜を介した極薄
の磁気抵抗効果膜によって構成されるため、磁気回路の
抵抗を減少させるにも限度があり、高い感度特性を得る
ことは困難であるという問題があった。このため、実用
化されている磁気抵抗効果型ヘッドは、上記したＭＲセ
ンサ部が摺動面と一致した構造をもつ摺動面露出型ヘッ
ドに限られている。

【０００７】本発明の第１の目的は、再生感度に優れた
ヨーク型ＭＲヘッドを提供することにある。本発明の第
２の目的は、そのようなヨーク型ＭＲヘッドを用いた磁
気記録再生装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の磁気抵抗効果型ヘッドは、ヨーク構
造を構成する複数の磁性片の間に、絶縁膜を介して異常
ホール効果を持つ磁性薄膜を配置し、この磁性薄膜に電
流を供給するための駆動用電極と、この電流の回路と交
差し、再生出力を与える回路を構成するための電圧検出
用電極とを配置するようにしたものである。

【０００９】上記磁性薄膜は、この磁性薄膜に印加され
る磁界方向が、その膜面に対して実質的に垂直に流入す
る向きに配置されることが好ましい。また、磁性薄膜に
印加される磁界方向は、磁性薄膜に供給する電流の方向
及び再生出力を与える電流の方向に直交する方向とする
ことが好ましい。

【００１０】異常ホール効果を持つ磁性薄膜としては、
ＣｒとＴｅの合金膜、ＦｅとＰｔの合金膜、Ｆｅ、Ｎｉ
の薄膜、これらの合金膜、ＦｅとＳｉの合金膜等を用い
ることができる。

【００１１】また、上記第２の目的を達成するために、
本発明の磁気記録再生装置は、磁気記録媒体、この磁気
記録媒体に記録されたデータを読み出すための磁気ヘッ
ド、磁気記録媒体と磁気ヘッドの相対的位置を移動させ
るための駆動手段、データの読み出しを行うための再生
手段及びこれらを制御するための制御手段を有し、この
磁気ヘッドとして、上述のいずれか一に記載の磁気抵抗
効果型ヘッドを用いるようにしたものである。

【００１２】

【作用】本発明のヨーク型ＭＲヘッドの一例の模式的斜
視図を図１に示して本発明の基本構成を説明する。この
ヨーク型ＭＲヘッドは、磁気回路を構成する上部磁極１
及び下部磁極２、フロントギャップ部３並びに上部及び
下部磁極のコンタクト部であるバックギャップ部に絶縁
層４を介して形成された異常ホール効果を持つ強磁性薄
膜（異常ホール効果膜）５から構成されている。さら
に、異常ホール効果膜５に電流を供給する駆動用電極６
と、それに直交した再生出力を伝える電圧検出用電極７
が配設されている。

【００１３】この構造の特徴は、磁気コアを通してバッ
クギャップ部に伝えられた媒体からの漏洩磁束が、異常
ホール効果膜の膜面に対して垂直に流入するところにあ
る。これにより、磁気抵抗効果の中で横効果と呼ばれて
いる異常ホール効果を用いて、磁束を電圧変化として検
出することが可能となる。

【００１４】このような構造の利点は、従来型のヨーク
型ＭＲヘッドと比較すると明瞭となる。図２は、典型的
な従来タイプのヨーク型ＭＲヘッドの概略断面図であ
る。このＭＲヘッドは、記録ヘッドも兼ねた構造をして
おり、電流を流すコイル８が備わっている。この構造で
は、ＭＲセンサとなる磁気抵抗効果膜９の両端が薄い絶
縁層１０を介して磁気回路の一部を構成しているため、
磁気的な結合が弱められる。さらに、このタイプのＭＲ
ヘッドでは縦効果と呼ばれる磁気抵抗効果を用いるた
め、磁束を膜面に平行に流す配置とする必要がある。し
かし、この配置では磁気抵抗効果膜９の膜厚が２０〜１
００ｎｍと薄いため、磁束が流れる断面積が狭くなり、
磁気ヨークの磁気抵抗を著しく高める結果となる。その
ため、媒体から発生する磁界を吸い込む効率、すなわち
再生効率が著しく減少する。

【００１５】本発明では、それに対し異常ホール効果膜
が、ヨーク断面全面に形成されており、磁束が流れる断
面積を従来タイプのヨーク型ＭＲヘッドに比較して著し
く広げることができ、磁気抵抗を下げる上で非常に有利
な構造となる。またこのような構造では、磁気抵抗の原
因となる絶縁層４も、コア断面が１０×１０μｍ²程度
もあれば、その膜厚を１０ｎｍ以下とすることにより、
高透磁率膜である磁気コアの鏡像効果で、実質的に磁性
薄膜の反磁界係数を小さくすることができ、磁気抵抗を
それほど増大させることはない。さらに、この絶縁層と
して強磁性であるフェライト酸化物を用いれば、磁気抵
抗を大幅に低減させることが可能となる。このことは、
フロントギャップから吸い込まれた磁気記録媒体の弱い
磁束に対しても、異常ホール効果膜の磁化は膜面に垂直
に回転しやすくなることを意味しており、大きな磁気抵
抗を発現し、高い再生出力を得ることを可能とするもの
である。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の詳細を実施例を用いて説明す
る。

【００１７】〈実施例１〉図３は、本発明の基本的な考
えに従って作られた、異常ホール効果膜を用いたヨーク
型ＭＲヘッドの構造を示す模式的斜視図である。上部磁
極１と下部磁極２は、基板（図示せず）上に、めっき法
で作成されたパーマロイ膜（Ｎｉ−Ｆｅ合金膜）であ
り、異常ホール効果膜１１は上部磁極１と下部磁極２が
接触するバックギャップ部に、絶縁層１２を介して形成
される。本実施例では異常ホール効果膜の材料として、
組成比が１：１のＣｒＴｅ合金をスパッタリング法で、
厚さ５０ｎｍに形成した。また絶縁層として、アルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）膜をスパッタリング法で１０ｎｍの厚さに
形成し、さらにタングステン（Ｗ）からなるセンサ駆動
用回路１３及び電圧検出用回路１４を互いに直交する配
置となるように形成した。また、異常ホール効果膜の材
料をＦｅ₃Ｐｔとした以外は、上記実施例と全く同じ条
件でヘッドを作製した。以後、ＣｒＴｅ膜を用いたヘッ
ドをＥＭＨ−１、Ｆｅ₃Ｐｔ膜を用いたヘッドをＥＭＨ
−２と呼ぶことにする。

【００１８】〈実施例２〉ヘッド構造は実施例１と同じ
であるが、上部と下部磁極の断面に設けられた絶縁層と
して、スパッタリング法で形成した膜厚２０ｎｍの強磁
性のニッケルフェライト（ＮｉＦｅ₂Ｏ₄）膜を用いてヘ
ッドを作製した。絶縁層として透磁率の高い軟磁性の強
磁性層を用いるため、磁気抵抗に与える影響は、非磁性
の絶縁層に比較し、無視できるほどに小さくなる。ま
た、それにより膜厚を厚くすることができ、電気的な絶
縁性が向上し、性能安定化に好結果をもたらすことがで
きる。以後、本実施例で作製したヘッドをＥＭＨ−３と
呼ぶことにする。

【００１９】さらに、絶縁層として用いたＮｉＦｅ₂Ｏ₄
に代えて、スピネル構造の絶縁性磁性材料として、第３
元素であるＭｇを添加したフェライト（ＭｇＦｅ₂Ｏ₄）
用いたヘッドを製造した。また、マンガン（Ｍｎ）、コ
バルト（Ｃｏ）、カッパー（Ｃｕ）、リチュウム（Ｌ
ｉ）を添加したフェライトを用いて同様にヘッドを製造
した。

【００２０】〈実施例３〉本実施例では、いわゆるプレ
ーナ型ヘッド（平面型ヘッド）に異常ホール効果膜を用
いた例を示す。図４（ａ）は、本実施例で作製したプレ
ーナヘッドの平面図、図４（ｂ）は、その側面断面図で
ある。まず、Ｓｉ基板（図示せず）の一部にエッチング
により溝部を設け、その上に犠牲層となるＣｕをスパッ
タ法で形成した後、下部磁極１５の磁気コアーとなるパ
ーマロイ層をスパッタ法で積層した。この時媒体の対向
面となる下部磁極の中心部は、Ｓｉ基板に形成した溝の
ため図示したように下側に凸な形状となる。また、下部
磁極の中心部には、幅０．３μｍのフロントギャップ部
１６をリフトオフ法を用いて形成するようにした。

【００２１】さらに、磁極のいずれか片側の位置におい
て、上部と下部磁極の間に絶縁層１７を介して異常ホー
ル効果膜１８をスパッタ法により形成した。材料として
は実施例２と同じく、絶縁材としてニッケルフェライト
膜、異常ホール効果膜としてＣｒ−Ｔｅ膜を用いた。膜
厚は、それぞれ２０ｎｍと５０ｎｍとした。磁気コアの
もう一方の側はパーマロイにより上部と下部磁極が磁気
的に接触するようにした。

【００２２】さらに、空隙部分をアルミナで充填した
後、上部磁極１９を形成した。最後に、化学エッチング
法により犠牲層となるＣｕ層を溶解し、ヘッド部分をＳ
ｉ基板から剥離した。本実施例のヘッドを以後ＥＭＨ−
４と呼ぶことにする。

【００２３】また、磁極の両側に異常ホール効果膜を設
けて、左右対称にすることも可能である。この場合は磁
気抵抗が少し大きくなる欠点はあるものの、両側の素子
からの出力を加えることによって、さらに高い出力を得
ることが期待できるうえに、左右対称であることから、
作製プロセスを簡易化することができる。

【００２４】〈実施例４〉実施例１〜３で作成したＭＲ
ヘッドの再生特性を、磁気ディスク記録再生テスターを
用いて評価した。測定に使用したディスクはＣｏ−Ｃｒ
−Ｔａ系のスパッタ薄膜媒体である。飽和磁化（Ｍｓ）
は、６３０ｅｍｕ／ｃｃ、保磁力（Ｈｃ）は、１８００
Ｏｅ、膜厚は、３０ｎｍである。記録にはギャップ長
０．４μｍ、トラック幅５．３μｍ、コイル巻数３０タ
ーンの薄膜ヘッドを用い、ヘッドと媒体間の浮上高さ
０．１μｍ、周速１０ｍ／ｓの条件で、’オール１’の
信号を記録した。その後、実施例１〜３で作成したＭＲ
ヘッドを用いて再生した。浮上高さ、周速は記録時と同
一条件である。また、試作したヘッドのギャップ長とト
ラック幅はそれぞれ、０．３μｍと４．２μｍである。
図５に試作したＭＲヘッド１〜４の再生出力の記録密度
依存性を示した。図には比較のため記録に用いた薄膜ヘ
ッドで自己録再を行った時の出力も合わせて示した。

【００２５】図から明らかなように、全ての試作ヘッド
において薄膜ヘッドの出力を上回っていることが確認出
来る。特に、絶縁層としてＮｉＦｅ₂Ｏ₄膜を用いた場合
に高い出力が得られており、ヨーク型の構造でも十分に
高い出力を実現出来ることを確認することができた。

【００２６】なお本実施例では代表的なヘッド構造のみ
を示したが、異常ホール効果膜を磁気コアのどの位置に
設けるかは他にも多くのバリエーションが考えられる。
一方、磁気コア全体を絶縁性の良いフェライト酸化物で
構成すれば、絶縁層を設ける必要もなくなり、磁気抵抗
の上からは好結果を得ことができる。また、記録電流を
流すコイルを設けることによって、記録機能を持たせた
異常ホール効果ヘッド等も本発明の１つの応用例であ
る。

【００２７】また、本実施例では異常ホール効果膜とし
て、Ｃｒ−Ｔｅ合金、Ｆｅ−Ｐｔ合金膜を具体例として
示したが、巨大磁気抵抗効果を持つパーマロイやコバル
ト膜の多層膜の異常ホール効果を適用することも可能で
あり、その場合にはより高感度のＭＲヘッドを実現する
ことができる。

【００２８】〈実施例５〉図６は、本発明の磁気ディス
ク装置の一実施例の模式図である。ヘッド・ディスク・
アッセンブリ２３中に、複数枚の磁気ディスク２１がス
ピンドル軸に取り付けられており、媒体駆動系（モー
タ）２４により高速回転される。この磁気ディスク２１
の磁気記録面に対して上記いずれかの実施例で製造した
ＭＲヘッド２０が配置されており、その１個は、サーボ
ヘッドとして作用する。ＭＲヘッド２０は、ヘッド駆動
系２５によりアクチュエータ２２を介して磁気ディスク
の略半径方向に移動される。さらに、本装置には、デー
タの記録再生を行う記録再生系２６、その信号を処理す
る信号処理系２７、これら及び上記各駆動系を制御する
ための制御系２８、上位装置とのデータのやり取りを行
う装置Ｉ／Ｆ部２９等が設けられている。この磁気ディ
スク装置を用い、上記のいずれかの実施例で製造したＭ
Ｒヘッドにより読み出しを行ったところ、いずれも十分
に高い出力で再生することができた。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、異常ホール効果を有す
る強磁性体の薄膜を磁気センサーとして用いることによ
り、高い再生感度を持つヨーク型ＭＲヘッドが得られ
た。また、このヨーク型ＭＲヘッドを用いた磁気記録再
生装置は、高分解能で、高い再生感度を有していた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のヨーク型ＭＲヘッドの一例の模式的斜
視図。

【図２】従来のヨーク型ＭＲヘッドの一例の模式的断面
図。

【図３】本発明のヨーク型ＭＲヘッドの他の例の模式的
斜視図。

【図４】本発明のプラーナ型のＭＲヘッドの一例の平面
図と断面図。

【図５】本発明のＭＲヘッドの再生出力の記録密度依存
性を示す図。

【図６】本発明の磁気ディスク装置の一実施例の模式
図。

【符号の説明】

１、１９…上部磁極 ２、１５…下部磁極 ３、１６…フロントギャップ部 ４、１０、１２、１７…絶縁層 ５、１１、１８…異常ホール効果膜 ６、１３…駆動用電極 ７、１４…電圧検出用電極 ８…コイル ９…磁気抵抗効果膜 ２０…ＭＲヘッド ２１…磁気ディスク ２２…アクチュエータ ２３…ヘッド・ディスク・アッセンブリ ２４…媒体駆動系 ２５…ヘッド駆動系 ２６…記録再生系 ２７…信号処理系 ２８…制御系 ２９…装置Ｉ／Ｆ部

フロントページの続き (72)発明者 丸山 洋治 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 鈴木 良夫 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 相原 誠 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 大友 茂一 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ヨーク構造を構成する複数の磁性片と、該
   複数の磁性片の間に絶縁膜を介して配置された異常ホー
   ル効果を持つ磁性薄膜と、該磁性薄膜に電流を供給する
   ための駆動用電極と、該電流の回路と交差し、再生出力
   を与える回路を構成するための電圧検出用電極とを有す
   ることを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
2. 【請求項２】上記異常ホール効果を持つ磁性薄膜は、該
   磁性薄膜に印加される磁界方向が、その膜面に対して実
   質的に垂直に流入する向きに配置されたことを特徴とす
   る請求項１記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
3. 【請求項３】上記磁性薄膜に印加される磁界方向は、上
   記磁性薄膜に供給する電流の方向及び上記再生出力を与
   える電流の方向に直交する方向とすることを特徴とする
   請求項２記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
4. 【請求項４】上記異常ホール効果を持つ磁性薄膜は、Ｃ
   ｒとＴｅの合金膜又はＦｅとＰｔの合金膜からなること
   を特徴とする請求項１から３のいずれか一に記載の磁気
   抵抗効果型ヘッド。
5. 【請求項５】上記絶縁膜は、第３元素として、Ｎｉ、Ｍ
   ｇ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｕ若しくはＬｉを含むフェライト又
   はアルミナからなることを特徴とする請求項１から４の
   いずれか一に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
6. 【請求項６】磁気記録媒体、該磁気記録媒体に記録され
   たデータを読み出すための磁気ヘッド、上記磁気記録媒
   体と上記磁気ヘッドの相対的位置を移動させるための駆
   動手段、上記データの読み出しを行うための再生手段及
   びこれらを制御するための制御手段を有する磁気記録再
   生装置において、上記磁気ヘッドは、請求項１から５の
   いずれか一に記載の磁気抵抗効果型ヘッドであることを
   特徴とする磁気記録再生装置。