JPH09305929A

JPH09305929A - 薄膜磁気ヘッド

Info

Publication number: JPH09305929A
Application number: JP33697996A
Authority: JP
Inventors: Akio Takada; 昭夫高田; Tadayuki Honda; 忠行本田; Takuji Shibata; 拓二柴田; Moriaki Abe; 守晃阿部
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-03-14
Filing date: 1996-12-17
Publication date: 1997-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】薄膜磁気ヘッドについて、磁気抵抗効果膜１
３の磁気的安定性を向上させて再生出力をより安定なも
のとする。【解決手段】本発明の薄膜磁気ヘッドは、硬磁性膜及
び軟磁性膜を有する磁気抵抗効果安定化層１１と、非磁
性層１２と、磁気抵抗効果膜を有する磁気抵抗効果層１
３とを備えた薄膜磁気ヘッドであって、磁気抵抗効果安
定化層１１が、硬磁性膜１１ｂと軟磁性膜１１ｄとの間
の少なくとも一部に非磁性体からなる非磁性膜１１ｃを
有している。この薄膜磁気ヘッドでは、磁気抵抗効果安
定化層１１と磁気抵抗効果層１３との間で安定的に静磁
結合作用が生じ、これにより、感磁部である磁気抵抗効
果層１３の磁気的安定性が高まる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハードディスク装
置等に好適な、磁気抵抗効果によって再生信号を検出す
る磁気抵抗効果型の薄膜磁気ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】ハードディスク装置等のような磁気記録
装置においては、大容量化を図るために、更なる高密度
記録が求められている。そこで、近年、高密度記録を進
めるために、挟トラック化に適した磁気ヘッドである磁
気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド（以下、「ＭＲヘッド」と
いう。）が採用されるようになってきている。

【０００３】このＭＲヘッドは、基本的には、図９に示
すように、磁界の大きさによって抵抗率が変化する磁気
抵抗効果膜を有する磁気抵抗効果素子１０１の両端に電
極１０２が取り付けられて構成される。そして、この磁
気抵抗効果素子１０１に対して両端の電極１０２からセ
ンス電流を供給することにより、磁気記録媒体からの信
号磁界による磁気抵抗効果素子１０１の抵抗変化を検出
し、この抵抗変化に基づいて再生出力を得る。このよう
なＭＲヘッドは、再生出力が媒体速度に依存せず、媒体
速度が遅くても高再生出力が得られるという特徴を有し
ている。

【０００４】ところで、通常、磁気抵抗効果膜は磁気的
に不安定であり、外部磁界によって磁気抵抗効果膜内の
磁壁が移動してしまう。したがって、ＭＲヘッドでは、
磁気抵抗効果素子内の磁気抵抗効果膜の磁壁の移動に起
因して、バルクハウゼンノイズが生じてしまうという問
題がある。そこで、ＭＲヘッドでは、磁気抵抗効果素子
内の磁気抵抗効果膜の磁気的安定性を確保して、バルク
ハウゼンノイズを低減することが大きな課題となってい
る。

【０００５】そこで、上述した課題を解決するために、
図１０に示すように、磁気抵抗効果膜の磁気的安定性を
高めるように作用する磁気抵抗効果安定化層２０３を有
する磁気抵抗効果素子２００が提案されている。この磁
気抵抗効果素子２００は、磁気抵抗効果を有する磁気抵
抗効果膜２０１と、非磁性絶縁膜２０２と、磁気抵抗効
果安定化層２０３とが積層されて構成されている。ここ
で、磁気抵抗効果安定化層２０３は、磁気抵抗効果層２
０１を磁気的に安定化するためのものであり、保磁力の
大きい硬磁性膜２０４と、保磁力が小さく透磁率が大き
い軟磁性膜２０５とが積層されて構成されている。

【０００６】ここで、磁気抵抗効果安定化層２０３は、
軟磁性膜２０５が硬磁性膜２０４上に成膜されているの
で、磁気抵抗効果安定化層２０３を構成する硬磁性膜２
０４と軟磁性膜２０５との間には、交換相互作用が生じ
る。この交換相互作用は、隣合う２層においてそれぞれ
の層の部分磁化が同じ方向に向く作用である。

【０００７】このような磁気抵抗効果安定化層２０３を
備えた磁気抵抗効果素子２００では、磁気抵抗効果安定
化層２０３と磁気抵抗効果膜２０１との間に静磁結合作
用が生じ、これにより、磁気抵抗効果膜２０１が磁気的
に安定化される。なお、このような磁気抵抗効果安定化
層２０３では、主に軟磁性膜２０５の磁気特性が、磁気
抵抗効果膜２０１の磁気特性及び磁気安定性に影響を与
えることとなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従
来、磁気抵抗効果安定化層２０３を備えた磁気抵抗効果
素子２００において、磁気抵抗効果安定化層２０３は、
硬磁性膜２０４と軟磁性膜２０５とを積層して形成して
いた。そして、このような磁気抵抗効果素子２００にお
いて、磁気抵抗効果膜２０１の磁気特性及び磁気安定性
は、硬磁性膜２０４及び軟磁性膜２０５に大きく影響を
受ける。

【０００９】したがって、磁気抵抗効果安定化層２０３
を構成する硬磁性膜２０４及び軟磁性膜２０５は、材
料、膜厚及び成膜条件等について、厳密な制御のもとで
成膜する必要がある。特に、硬磁性膜２０４と軟磁性膜
２０５とが積層された磁気抵抗効果安定化層２０３で
は、主に軟磁性膜２０５の磁気特性が、磁気抵抗効果膜
２０１の磁気特性及び磁気安定性に大きく影響を及ぼす
ため、軟磁性膜２０５には、非常に厳密な制御が必要で
あった。

【００１０】しかしながら、磁気抵抗効果安定化層２０
３を構成する硬磁性膜２０４及び軟磁性膜２０５の磁気
特性を十分に厳密に制御することは非常に難しい。その
ため、従来は、磁気抵抗効果安定化層２０３の磁気特性
の制御が不十分で、磁気抵抗効果膜２０１を確実に単磁
区化することができずに、磁気抵抗効果膜２０１に磁壁
が生じてしまうことがあった。そして、磁気抵抗効果膜
２０１に磁壁が生じてしまうと、磁壁が磁気抵抗効果膜
２０１において不連続的に移動して、上述したように、
バルクハウゼンノイズが生じてしまう。

【００１１】本発明は、以上のような従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、磁気抵抗効果膜を用いた磁気
抵抗効果型の薄膜磁気ヘッドについて、磁気抵抗効果膜
の磁気的安定性を向上して再生出力をより安定なものと
することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに完成された本発明に係る薄膜磁気ヘッドは、硬磁性
膜及び軟磁性膜を有する磁気抵抗効果安定化層と、非磁
性層と、磁気抵抗効果膜を有する磁気抵抗効果層とを備
えた薄膜磁気ヘッドであり、磁気抵抗効果安定化層が、
硬磁性膜と軟磁性膜との間の少なくとも一部に非磁性体
からなる非磁性膜を有していることを特徴としている。

【００１３】以上のように構成された本発明に係る薄膜
磁気ヘッドでは、磁気抵抗効果安定化層を構成する硬磁
性膜と軟磁性膜との間に非磁性膜を設けているので、こ
れらの硬磁性膜と軟磁性膜とが強磁性結合する。これに
より、磁気抵抗効果安定化層を構成する軟磁性膜は、磁
気的に非常に安定した状態となる。すなわち、この薄膜
磁気ヘッドでは、磁気抵抗効果安定化層が非常に安定な
ものとなる。

【００１４】そして、このように硬磁性膜と強磁性結合
した軟磁性膜は、磁気抵抗効果層と静磁結合し、磁気抵
抗効果層を単磁区化させるように作用する。ここで、軟
磁性膜は、硬磁性膜と強磁性結合しているので非常に安
定な状態となっている。したがって、軟磁性膜と磁気抵
抗効果層との静磁結合も非常に安定なものとなる。すな
わち、この薄膜磁気ヘッドでは、磁気抵抗効果安定化層
と磁気抵抗効果層との間で非常に安定な静磁結合作用が
生じる。この結果、この薄膜磁気ヘッドでは、感磁部と
して機能する磁気抵抗効果層の磁気的安定性が非常に高
いものとなる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した具体的な
実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明す
る。なお、本発明は以下の例に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、形状、材質等を
任意に変更することが可能であることは言うまでもな
い。

【００１６】本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドは、磁
気抵抗効果安定化層を有する磁気抵抗効果素子を備えた
ＭＲヘッドであり、図１に示すように、下層シールド１
と、下層シールド１上に形成された下部ギャップ層２
と、下部ギャップ層２上に形成された磁気抵抗効果素子
３及び非磁性絶縁層４と、磁気抵抗効果素子３上の先端
部３ａ及び後端部３ｂ以外の部分に形成された保護層５
と、磁気抵抗効果素子３と後端部３ｂにおいて接続する
ように、磁気抵抗効果素子３の後端部３ｂ上から非磁性
絶縁層４上にわたって形成されたセンス電流用導体層６
と、磁気抵抗効果素子３及びセンス電流用導体層６上に
形成された非磁性絶縁層７と、磁気抵抗効果素子３の上
部を横切るように非磁性絶縁層７内に形成されたバイア
ス電流用導体層８と、磁気抵抗効果素子３と先端部３ａ
において接続するように、磁気抵抗効果素子３の先端部
３ａ上から非磁性絶縁層７上にわたって形成された上部
ギャップ層９と、上部ギャップ層９上に形成された上層
シールド１０とから構成される。

【００１７】上記ＭＲヘッドにおいて、下層シールド１
と上層シールド１０は磁性材料からなり、下部ギャップ
層２は非磁性絶縁材料からなり、上部ギャップ層９は電
気的に良導体である非磁性材料からなる。そして、下層
シールド１、上層シールド１０、下部ギャップ層２及び
上部ギャップ層９は、磁気記録媒体からの信号磁界のう
ち、再生対象外の磁界が磁気抵抗効果素子３に引き込ま
れないように機能する。すなわち、下層シールド１及び
上層シールド１０が、磁気抵抗効果素子３の上下に下部
ギャップ層２及び上部ギャップ層９を介して配されてい
るため、磁気記録媒体からの信号磁界のうち、再生対象
以外の磁界は下層シールド１及び上層シールド１０に導
かれ、再生対象の磁界だけが磁気抵抗効果素子３に引き
込まれる。

【００１８】一方、センス電流用導体層６及び上部ギャ
ップ層９は、磁気抵抗効果素子３の両端にそれぞれ接続
された一対の電極となり、磁気抵抗効果素子３にセンス
電流を供給するように機能する。すなわち、磁気抵抗効
果素子３は、後端部３ｂにおいてセンス電流用導体層６
と電気的に接続されており、先端部３ａにおいて上部ギ
ャップ層９と電気的に接続されている。そして、磁気記
録媒体から信号磁界を検出する際に、これらを介して磁
気抵抗効果素子３にセンス電流が供給される。ここで、
磁気抵抗効果素子３は、後述するように、磁気抵抗効果
安定化層と、非磁性絶縁層と、磁気抵抗効果層とが積層
されてなり、センス電流は磁気抵抗効果層にだけ供給さ
れる。

【００１９】また、磁気抵抗効果素子３上を横切るよう
に非磁性絶縁層７内に形成されたバイアス電流用導体層
８は、磁気抵抗効果素子３にバイアス磁界を印加するた
めものである。すなわち、磁気記録媒体から信号磁界を
検出する際に、このバイアス電流用導体層８に電流を流
すことにより、より高い磁気抵抗効果が得られるよう
に、磁気抵抗効果素子３にバイアス磁界が印加される。

【００２０】このようなＭＲヘッドを図１中矢印Ａで示
すように媒体摺動面側から見た図を図２に示す。この図
２に示すように、磁気抵抗効果素子３は、磁気抵抗効果
安定化層１１と、非磁性絶縁層１２と、磁気抵抗効果層
１３とが積層されてなる。ここで、磁気抵抗効果層１３
は、上述したように、センス電流が供給されて、記録媒
体からの信号を検出する感磁部として機能する。一方、
磁気抵抗効果安定化層１１は、磁気抵抗効果層１３と静
磁結合し、磁気抵抗効果層１３の磁気的安定性の向上に
寄与する。

【００２１】この磁気抵抗効果素子３は、両側面に非磁
性絶縁層４が配されており、磁気抵抗効果素子３は、こ
の非磁性絶縁層４に埋め込まれたような状態となってい
る。ここで、非磁性絶縁層４は、媒体摺動面に露出する
ため、摺動特性に優れた材料からなることが好ましく、
例えば、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ_x（Ｓｉ₃Ｎ₄等）の
ような材料が好適である。

【００２２】そして、この磁気抵抗効果素子３の上面の
両端部において、磁気抵抗効果層１３と電極とが接続さ
れている。すなわち、図１に示すように、磁気抵抗効果
素子３の先端部３ａにおいて、磁気抵抗効果層１３の上
面と上部ギャップ層９とが電気的に接続されるととも
に、磁気抵抗効果素子３の後端部３ｂにおいて、磁気抵
抗効果層１３の上面とセンス電流用導体層６とが電気的
に接続されている。ここで、磁気抵抗効果安定化層１１
は、図２に示すように、側面が非磁性絶縁層４によって
絶縁され、上面が非磁性絶縁層１２によって絶縁されて
いるので、センス電流が流れるようなことはない。

【００２３】このような磁気抵抗効果素子３を用いたＭ
Ｒヘッドでは、磁気抵抗効果層１３と磁気抵抗効果安定
化層１１との間に静磁結合作用が生じるので、磁気抵抗
効果層１３の磁気的安定性が高まり、バルクハウゼンノ
イズが低減される。

【００２４】しかも、このＭＲヘッドでは、磁気抵抗効
果層１３だけにセンス電流が供給され、この磁気抵抗効
果層１３だけが感磁部として作用する。したがって、こ
のＭＲヘッドにおいて、再生出力に寄与する部分の厚さ
は、磁気抵抗効果層１３の厚さだけとなる。そのため、
このＭＲヘッドでは、磁気抵抗効果安定化層１１にもセ
ンス電流が流れるようなＭＲヘッドに比べて、再生出力
に寄与する部分の厚さを半減することができる。そし
て、再生出力に寄与する磁気抵抗効果層１３の厚さを薄
くすることにより、センス電流の電流密度を上げること
ができるので、このＭＲヘッドでは高い再生出力を得る
ことが可能である。

【００２５】つぎに、以上のようなＭＲヘッドに使用さ
れる磁気抵抗効果素子３について、より詳細に説明す
る。

【００２６】この磁気抵抗効果素子３は、上述したよう
に、磁気抵抗効果安定化層１１と、非磁性絶縁層１２
と、感磁部となる磁気抵抗効果層１３とが積層されて構
成される。

【００２７】ここで、磁気抵抗効果安定化層１１と磁気
抵抗効果層１３の間に配される非磁性絶縁層１２は、Ａ
ｌ₂Ｏ₃等のような電気的な絶縁性を有する非磁性材料か
らなるものであればよい。そして、この非磁性絶縁層１
２の膜厚は、挟ギャップ化を図るためにはより薄い方が
好ましいが、磁気抵抗効果安定化層１１と磁気抵抗効果
層１３との絶縁を保つ必要があるため、例えば、Ａｌ₂
Ｏ₃を用いるときには約１０ｎｍ以上の膜厚とする必要
がある。

【００２８】また、上記磁気抵抗効果層１３は、磁気抵
抗効果を有する磁気抵抗効果膜を含んでいればよく、例
えば、ＮｉＦｅ等からなる磁気抵抗効果膜だけからなる
ものであっても、あるいは、Ｔａ等からなる下地層上に
ＮｉＦｅ等からなる磁気抵抗効果膜が成膜されたもので
あってもよい。

【００２９】ここで、Ｔａ等からなる下地層上にＮｉＦ
ｅ等からなる磁気抵抗効果膜を成膜した場合には、磁気
抵抗効果膜を（１１１）配向させることができ、これに
より磁気抵抗効果膜の比抵抗を下げることができる。そ
して、磁気抵抗効果膜の比抵抗の低下は、磁気抵抗効果
膜のインピーダンスの低下となるため、このように下地
層を設けることにより、ＭＲヘッドの再生出力を向上す
ることができる。

【００３０】そして、上記磁気抵抗効果安定化層１１
は、図３に示すように、下地層１１ａと、下地層１１ａ
の上に形成された硬磁性膜１１ｂと、硬磁性膜１１ｂの
上に形成された非磁性膜１１ｃと、非磁性膜１１ｃの上
に形成された軟磁性膜１１ｄとから構成される。この磁
気抵抗効果安定化層１１は、磁気抵抗効果層１３との間
に静磁結合作用が生じることによって、磁気抵抗効果層
１３の磁気的安定性を向上させる。

【００３１】この磁気抵抗効果安定化層１１において、
下地層１１ａは、例えばＣｒからなり、硬磁性膜１１ｂ
の保磁力（Ｈｃ）を増加させるように作用する。ここ
で、下地層１１ａの膜厚は、１０ｎｍ程度とされること
が好ましい。この下地層１１ａは、硬磁性膜１１ｂの保
磁力を向上させるように働くとともに、硬磁性膜１１ｂ
の磁化の垂直成分を小さくするように働く。すなわち、
下地層１１ａは、硬磁性膜１１ｂの磁気特性の向上に寄
与し、その結果として、磁気抵抗効果層１３の磁気的安
定性の向上に寄与する。

【００３２】硬磁性膜１１ｂは、例えば、ＣｏＰｔ、Ｃ
ｏＰｔＣｒ又はＣｏＮｉ等の硬磁性体からなり、図３中
矢印Ｊｂで示される方向に磁化されている。すなわち、
硬磁性膜１１ｂは、その磁化方向Ｊｂが図３中矢印Ｂで
示すトラック幅方向に対して平行となるように磁化され
ている。

【００３３】非磁性膜１１ｃは、例えばＡｌ₂Ｏ₃等の非
磁性体からなり、硬磁性膜１１ｂ上に形成される。ここ
で、非磁性膜１１ｃの膜厚は、１分子程度に相当する厚
み寸法以上あればよい。しかしながら、非磁性膜１１ｃ
の膜厚は、厚すぎるのも問題であり、１０ｎｍ程度以下
とすることが好ましい。なお、この非磁性膜１１ｃの膜
厚については、後ほど詳細に説明する。

【００３４】軟磁性膜１１ｄは、例えば、ＮｉＦｅ又は
ＮｉＦｅ−Ｘ（ここでＸはＴａ，Ｃｒ，Ｎｂ等であ
る。）等のような軟磁性体からなり、図３中矢印Ｊｄで
示される方向に磁化されている。すなわち、軟磁性膜１
１ｄは、その磁化方向Ｊｄが図３中矢印Ｂで示すトラッ
ク幅方向に対して平行となるように磁化されている。

【００３５】以上のように、磁気抵抗効果安定化層１１
を、下地層１１ａ上に硬磁性膜１１ｂと非磁性膜１１ｃ
と軟磁性膜１１ｄとを積層して形成する際は、硬磁性膜
１１ｂ及び軟磁性膜１１ｄによってＭＲヘッドのトラッ
ク幅方向Ｂに磁界が発生するように、磁化方向Ｊｂがト
ラック幅方向Ｂとなるように着磁された硬磁性膜１１ｂ
を用いる。このとき、軟磁性膜１１ｄの磁化方向Ｊｄ
は、強磁性結合によって、硬磁性膜１１ｂの磁化方向Ｊ
ｂと同じ向きとなる。

【００３６】そして、このような磁気抵抗効果安定化層
１１は、磁気抵抗効果層１３と静磁結合する。これによ
り、磁気抵抗効果層１３の磁化方向Ｊは、トラック幅方
向Ｂに揃うこととなり、磁気抵抗効果層１３は単磁区化
する。その結果、磁気抵抗効果層１３は、磁壁の移動等
によるノイズが生じることなく、安定に動作することと
なる。

【００３７】ところで、一般に硬磁性膜は、膜の面内方
向に着磁しても、磁化方向を完全に面内方向に向けるこ
とは難しく、通常は、面内方向を向いていない磁化成分
が残ってしまう。したがって、通常、硬磁性膜１１ｂの
磁化成分には、膜に対して垂直方向の成分が含まれてい
る。そして、このような磁化の垂直成分を磁気抵抗効果
安定化層１１が有していると、磁気抵抗効果層１３の磁
気的安定性を損なう要因となる。

【００３８】しかし、上述のように、硬磁性膜１１ｂと
軟磁性膜１１ｄとを非磁性膜１１ｃを介して積層するこ
とによって磁気抵抗効果安定化層１１を形成した場合
は、硬磁性膜１１ｂの磁化成分のうち、垂直成分は軟磁
性膜１１ｄによって遮断される。すなわち、磁気抵抗効
果安定化層１１において、硬磁性膜１１ｂと強磁性結合
した軟磁性膜１１ｄには、磁化の垂直成分が生じるよう
なことがない。そして、磁気抵抗効果安定化層１１にお
いて、磁気抵抗効果層１３の磁化状態に対して影響を与
えるのは、主に軟磁性膜１１ｄである。したがって、上
記磁気抵抗効果安定化層１１では、硬磁性膜１１ｂの磁
化の垂直成分が、磁気抵抗効果層１３に大きな影響を及
ぼすようなことはない。このように、この磁気抵抗効果
安定化層１１では、硬磁性膜１１ｂの磁化の垂直成分
は、軟磁性膜１１ｃによって遮断されるので、上記ＭＲ
ヘッドでは、磁気抵抗効果安定化層１１を構成する硬磁
性膜１１ｂの磁化の垂直成分に起因する、磁気抵抗効果
層１３を磁気的に不安定化させる要因は排除される。

【００３９】以上のような磁気抵抗効果安定化層１１で
は、上述したように、硬磁性膜１１ｂと軟磁性膜１１ｄ
とが非磁性膜１１ｃを介して強磁性結合している。そし
て、上記磁気抵抗効果安定化層１１では、この強磁性結
合の状態を適切に制御し、磁気抵抗効果安定化層１１の
磁化曲線が、図４に示すような形状となるようにする。

【００４０】この磁化曲線は、単独の材料からなる磁性
体の磁化曲線とは異なる形状であり、外部磁界が小さい
ときには軟磁性的な磁気特性を示しており、外部磁界が
大きいときには硬磁性的な磁気特性を示している。

【００４１】このような磁気特性は、外部から磁界が印
加されたときに、硬磁性膜１１ｂに生じるスピン回転
と、軟磁性膜１１ｄに生じるスピン回転とが同時には始
まらないようにすることにより実現できる。すなわち、
磁気抵抗効果安定化層１１は、外部から磁界が印加され
たときに、先ず、軟磁性膜１１ｄにスピン回転が生じ始
め、その後、更に磁界が印加されると、硬磁性膜１１ｂ
にスピン回転が生じ始めるようにする。

【００４２】そして、このような状態は、硬磁性膜１１
ｂと軟磁性膜１１ｄとの磁気的結合状態を制御すること
によって、実現することができる。具体的には、後述す
るように、非磁性膜１１ｃの膜厚を適切に設定すること
によって、実現することができる。

【００４３】ここで、硬磁性膜１１ｂと軟磁性膜１１ｄ
との磁気的結合状態について説明するために、磁気抵抗
効果安定化層１１を構成する硬磁性膜１１ｂと軟磁性膜
１１ｄとの間の交換相互作用定数Ａｅｘと、磁気抵抗効
果安定化層１１の保磁力Ｈｃとの関係を、シミュレーシ
ョンによって求めた結果を図５に示す。なお、このシミ
ュレーションにおいて、磁気抵抗効果安定化層１１を構
成する硬磁性膜１１ｂはＣｏＰｔからなり、軟磁性膜１
１ｄは、ＮｉＦｅからなるものとした。

【００４４】この図５から分かるように、交換相互作用
定数Ａｅｘが大きくなると、磁気抵抗効果安定化層１１
の保磁力Ｈｃは大きくなり、交換相互作用定数Ａｅｘが
一定の値以上となると、磁気抵抗効果安定化層１１の保
磁力Ｈｃは、硬磁性膜１１ｂの保磁力Ｈｃのレベルに達
して一定となる。すなわち、硬磁性膜１１ｂと軟磁性膜
１１ｄとを積層して磁気抵抗効果安定化層１１を構成し
ても、交換相互作用定数Ａｅｘが大きくなりすぎると、
硬磁性膜１１ｂと軟磁性膜１１ｄとを積層した効果が失
われ、単に硬磁性膜だけからなる場合と同じとなってし
まう。

【００４５】したがって、硬磁性膜１１ｂと軟磁性膜１
１ｄとを積層して磁気抵抗効果安定化層１１を形成する
場合は、硬磁性膜１１ｂと軟磁性膜１１ｄとの間に配さ
れる非磁性膜１１ｃの膜厚を適切に設定し、硬磁性膜１
１ｂと軟磁性膜１１ｄとの磁気的な結合状態が適切なも
のとなるようにする必要がある。

【００４６】そこで、硬磁性膜１１ｂと軟磁性膜１１ｄ
との間に配される非磁性膜１１ｃの膜厚と、硬磁性膜１
１ｂ、非磁性膜１１ｃ及び軟磁性膜１１ｄからなる磁気
抵抗効果安定化層１１の磁気特性との関係を実験によっ
て調べた。

【００４７】なお、本実験において、磁気抵抗効果安定
化層１１を構成する硬磁性膜１１ｂはＣｏＰｔによって
形成し、非磁性膜１１ｃはＣｒによって形成し、軟磁性
膜１１ｄはＮｉＦｅによって形成した。また、硬磁性膜
１１ｂ、非磁性膜１１ｃ及び軟磁性膜１１ｄは、スパッ
タリングによって成膜し、非磁性膜１１ｃの膜厚は、ス
パッタリング時の成膜レートや成膜時間を調整すること
により制御した。

【００４８】図６に、磁気抵抗効果安定化層１１の保磁
力Ｈｃと、磁気抵抗効果安定化層１１を構成する硬磁性
膜１１ｂと軟磁性膜１１ｄの間の交換結合磁界Ｈｅと、
上記保磁力Ｈｃと上記交換結合磁界Ｈｅとの合計Ｈｃ＋
Ｈｅとを測定した結果を示す。

【００４９】図６には示していないが、非磁性膜１１ｃ
の膜厚が約０．３ｎｍよりも薄くなると、交換結合磁界
Ｈｅが急激に減少してしまう。これは、非磁性膜１１ｃ
の膜厚が薄すぎて、硬磁性膜１１ｂと軟磁性膜１１ｄの
交換結合が非常に強くなり、硬磁性膜１１ｂのスピン回
転と、軟磁性膜１１ｄのスピン回転とが同時に起こるよ
うになってしまうからである。そして、このような状態
だと、軟磁性膜１１ｂの軟磁気特性が失われるため、磁
気抵抗効果安定化層１１は、磁気抵抗効果層１１の磁区
を安定化するという役割を果たさなくなってしまう。

【００５０】そして、図６から分かるように、非磁性膜
１１ｃの膜厚を約０．３ｎｍ以上としたときには、保磁
力Ｈｃと交換結合磁界Ｈｅの両方が十分に大きくなる。
そして、この状態では、硬磁性膜１１ｂと軟磁性膜１１
ｄの交換結合が適度なものとなり、硬磁性膜１１ｂのス
ピン回転と、軟磁性膜１１ｄのスピン回転とが別々に起
こるようになる。そして、このような状態だと、軟磁性
膜１１ｂの軟磁気特性が発揮され、磁気抵抗効果安定化
層１１は、磁気抵抗効果層１１の磁区を安定化するとい
う役割を果たすようになる。

【００５１】ただし、非磁性膜１１ｃの膜厚が厚くなる
に従って、保磁力Ｈｃ及び交換結合磁界Ｈｅは徐々に小
さくなっていく。そして、非磁性膜１１ｃの膜厚が約
３．０ｎｍを越えるような場合には、硬磁性膜１１ｂと
軟磁性膜１１ｄの交換結合は殆ど無くなってしまい、磁
気抵抗効果層１１の磁区を安定化することができなくな
ってしまう。

【００５２】以上のことから分かるように、非磁性膜１
１ｃの膜厚によって、磁気抵抗効果安定化層１１を構成
する硬磁性膜１１ｂと軟磁性膜１１ｄの磁気的結合状態
を制御することができる。そして、非磁性膜１１ｃの膜
厚を０．３〜３．０ｎｍ程度とすることにより、硬磁性
膜１１ｂと軟磁性膜１１ｄの磁気的結合状態を適切なも
のとすることができる。すなわち、磁気抵抗効果安定化
層１１中の非磁性膜１１ｃの膜厚は、０．３〜３．０ｎ
ｍの範囲内とすることが好ましい。

【００５３】なお、本発明を適用した薄膜磁気ヘッド
は、上述したような磁気抵抗効果素子３を有するＭＲヘ
ッドに限定されるものではなく、例えば、図７に示すよ
うな磁気抵抗効果素子３Ａを有するＭＲヘッドであって
もよい。

【００５４】この磁気抵抗効果素子３Ａは、磁気抵抗効
果安定化層１１Ａが、硬磁性膜１１ｅと、硬磁性膜１１
ｅの上に形成された非磁性膜１１ｆと、非磁性膜１１ｆ
の上に形成された軟磁性膜１１ｇとから構成されたもの
である。この磁気抵抗効果安定化層１１Ａは、磁気抵抗
効果層１３に対して上述した磁気抵抗効果安定化層１１
と同様に作用し、磁気抵抗効果層１３の磁気的安定性を
向上させる。

【００５５】上記磁気抵抗効果安定化層１１Ａにおい
て、硬磁性膜１１ｅは、例えばＣｏＰｔ、ＣｏＰｔＣｒ
あるいはＣｏＮｉ等の硬磁性体からなり、図７中矢印Ｊ
ｅで示される方向に磁化されている。そして、硬磁性膜
１１ｅは、その磁化方向Ｊｅが図７中矢印Ｂで示すトラ
ック幅方向に対して平行となるように磁化されている。

【００５６】また、非磁性体１１ｆは、例えばＡｌ₂Ｏ₃
等の非磁性体からなり、上述した硬磁性膜１１ｅ上に形
成される。ここで、非磁性膜１１ｆの膜厚は、上述の磁
気抵抗効果安定化層１１の非磁性膜１１ｃと同様、１０
ｎｍ以下とすることが好ましく、更には、０．３〜３．
０ｎｍとすることがより好ましい。

【００５７】また、軟磁性膜１１ｇは、例えば、ＮｉＦ
ｅ又はＮｉＦｅ−Ｘ（ここでＸはＴａ，Ｃｒ，Ｎｂ等で
ある。）等からなる軟磁性体からなり、図７中矢印Ｊｇ
で示される方向に磁化されている。この軟磁性膜１１ｇ
は、硬磁性膜１１ｅと強磁性結合しているため、硬磁性
膜１１ｅと同様にその磁化方向Ｊｇが図７中矢印Ｂで示
すトラック幅方向に対して平行となるように磁化されて
いる。

【００５８】更に、本発明を適用した薄膜磁気ヘッド
は、上述したような磁気抵抗効果素子３や磁気抵抗効果
素子３Ａを有するＭＲヘッドに限定されるものではな
く、例えば、図８に示すような磁気抵抗効果素子３Ｂを
有するＭＲヘッドであってもよい。

【００５９】この磁気抵抗効果素子３Ｂは、磁気抵抗効
果安定化層１１Ｂと、磁気抵抗効果安定化層１１Ｂの上
に形成された非磁性絶縁層１２と、非磁性絶縁層１２の
上に形成された磁気抵抗効果層１３とから構成されてい
る。

【００６０】ここで、磁気抵抗効果安定化層１１Ｂは、
下地層１１ａと、下地層１１ａの上に形成された硬磁性
膜１１ｂと、硬磁性膜１１ｂの表面の少なくとも一部に
形成された非磁性膜２０と、非磁性膜２０を介して硬磁
性膜１１ｂ上に形成された軟磁性膜１１ｄとから構成さ
れている。なお、図８では、非磁性膜２０の成膜状態を
図示するために、硬磁性膜１１ｂと軟磁性膜１１ｄとの
間を離して図示している。

【００６１】この磁気抵抗効果安定化層１１Ｂは、上述
の磁気抵抗効果安定化層１１，１１Ａと同様に、非磁性
絶縁層１２を介して磁気抵抗効果層１３と積層されるこ
とによって、磁気抵抗効果層１３を磁気的に安定化す
る。

【００６２】この磁気抵抗効果安定化層１１Ｂにおい
て、非磁性膜２０は、例えばＡｌ₂Ｏ₃からなり、スパッ
タ装置によりスパッタリングによって成膜される。この
スパッタリングでは、下地層１１ａ上に形成された硬磁
性膜１１ｂを基体として用いる。そして、スパッタ装置
により、成膜レートや成膜時間等から想定される膜厚が
１分子以下の膜厚となるように、硬磁性膜１１ｂの表面
に非磁性膜２０を成膜する。その結果、非磁性膜２０
は、１分子程度の膜厚からなる非磁性膜２０が硬磁性膜
１１ｂ上に部分的に形成される。

【００６３】以上のように形成された磁気抵抗効果安定
化層１１Ｂは、硬磁性膜１１ｂと軟磁性膜１１ｄとの間
に部分的に非磁性層２０を介する構造を有することとな
る。この磁気抵抗効果安定化層１１Ｂにおいても、軟磁
性膜１１ｄの磁化に対して硬磁性膜１１ｂの垂直成分が
影響することはなく、磁気抵抗効果層１３は磁気的に安
定なものとなる。

【００６４】なお、上述した磁気抵抗効果安定化層１１
Ｂでは、下地層１１ａを有した構成としたが、かかる構
成に限定されるものではない。すなわち、磁気抵抗効果
安定化層１１Ｂは、下地層１１ａを形成せずに、硬磁性
膜１１ｂと非磁性膜２０と軟磁性膜１１ｄとだけを積層
したような構成としてもよい。

【００６５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
係る薄膜磁気ヘッドでは、硬磁性膜と軟磁性膜とが非磁
性膜を介して強磁性結合することにより、磁気的に安定
した状態で磁気抵抗効果安定化層が形成されている。こ
のため、薄膜磁気ヘッドは、磁気的に安定な磁気抵抗効
果安定化層により磁気抵抗効果層が単磁区化されるの
で、磁気抵抗効果層が磁気的に安定化して再生出力がよ
り安定なものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したＭＲヘッドの一例を示す要部
横断面図である。

【図２】図１に示したＭＲヘッドを媒体摺動面側から見
た要部正面図である。

【図３】図１に示したＭＲヘッドに用いられる磁気抵抗
効果素子の一例を示す斜視図である。

【図４】硬磁性膜と軟磁性膜とが強磁性結合した磁気抵
抗効果安定化層の磁気曲線の一例を示す特性図である。

【図５】硬磁性膜と軟磁性膜との間の交換相互作用定数
Ａｅｘと、磁気抵抗効果安定化層の保磁力Ｈｃとの関係
をシミュレーションによって求めた結果を示す図であ
る。

【図６】硬磁性膜と軟磁性膜との間に配される非磁性膜
の膜厚と、磁気抵抗効果安定化層の磁気特性との関係を
実験によって調べた結果を示す図である。

【図７】図１に示したＭＲヘッドに用いられる磁気抵抗
効果素子の他の例を示す斜視図である。

【図８】図１に示したＭＲヘッドに用いられる磁気抵抗
効果素子の他の例を示す分解斜視図である。

【図９】ＭＲヘッドの基本的な構成を示す模式図であ
る。

【図１０】従来のＭＲヘッドの磁気抵抗効果素子の一例
を示す斜視図である。

【符号の説明】

１下層シールド、２下部ギャップ層、３磁気
抵抗効果素子、４非磁性絶縁層、５保護層、６
センス電流用導体層、７非磁性絶縁層、８バ
イアス電流用導体層、９上部ギャップ層、１０
上層シールド、１１磁気抵抗効果安定化層、１１
ａ下地層、１１ｂ硬磁性膜、１１ｃ非磁性膜、
１１ｄ軟磁性膜、１２非磁性絶縁層、１３
磁気抵抗効果層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者阿部守晃東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】硬磁性膜と軟磁性膜とを有する磁気抵抗
効果安定化層と、磁気抵抗効果を示す軟磁性膜を有する
磁気抵抗効果層とを備えた薄膜磁気ヘッドにおいて、上記磁気抵抗効果安定化層は、硬磁性膜と軟磁性膜との
間の少なくとも一部に非磁性体からなる非磁性膜を有す
ることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
【請求項２】上記磁気抵抗効果安定化層は、硬磁性膜
の保磁力を向上させる下地層が硬磁性膜の下層に配され
ていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜磁気ヘッ
ド。
【請求項３】上記磁気抵抗効果安定化層と、上記磁気
抵抗効果層との間に非磁性絶縁層が配されていることを
特徴とする請求項１に記載の薄膜磁気ヘッド。
【請求項４】上記磁気抵抗効果安定化層は、非磁性膜
の膜厚が１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１
に記載の薄膜磁気ヘッド。
【請求項５】上記磁気抵抗効果安定化層は、非磁性膜
の膜厚が０．３〜３．０ｎｍであることを特徴とする請
求項４に記載の薄膜磁気ヘッド。