JPS59231728A - 薄膜磁気ヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は薄膜磁気ヘッドに関するもので、オーディオ
ＰＣＭレコーダ、電算機用周辺記憶装置。

ビデオテープレコーダ、各種センサ等の磁気記録を応用
した製品分野に利用される。

従来例の構成とその問題点 従来、第１図に示すように磁気抵抗効果素子薄膜（以下
略してＭＲ素子薄膜と呼ぶ）１−を用いた薄膜磁気ヘッ
ドは、ＭＲ素子薄膜１をその厚み方向の両側から磁性体
２．２′で挟持した構成、いわゆるシールド型ＭＲヘッ
ドを突現することにより、優れた短波長再生特性を得て
いた。この場合、よジ短波長再生を可能にするには、ギ
ヤツブ長ｇ工。

ｇ２を小さくし、ギャップ損失を少くすることが不可欠
である。一方、ＭＲ素子薄膜１の抵抗変化は奉賀的に、
記録媒体４からの磁界に対し、非線形性を有するため、
何らかの方法で、線形性領域にバイアスすることも通常
不可欠である。°この手段として、ＭＲＲ子薄膜１に隣
接してＴｉ薄膜等の、比抵抗がＭＲＲ子薄膜１に比較的
近い非磁性導電体層５が配置される、いわゆるシャント
／＜イアス方式がある。この非磁性導電体層５・を流れ
る電流によｊ９、ＭＲＲ子薄膜１にバイアス磁界を印加
して線形動作を行わせるものである。また、この非磁性
導電体層５に代えてＳｍＣ０層、　ｒｅ３ｏ、層といっ
た高抗磁力の永久磁石膜であ１てもよい。そこから発生
する磁界によって同様にＭＲＲ子薄膜１がバイアスされ
る。ｙは媒体走行方向を示している。

しかし、いずれにしても、このような非磁性導電層５ま
たは永久磁石膜をギャップ中に構成しないといけない。

したがって、この非磁性導電体層５等の厚みおよび導電
性であればそれを磁性体２と絶縁する目的から絶縁層が
必要でその絶縁層の厚みを考慮することが必要で、これ
らはギャップｇよを小さくすることに制限を与える大き
な因子となっていた。３は非磁性絶縁層である。

このような従来例の問題点を改善し、狭ギャップ化を図
ることができるものとして、ヘアーライン方式ＭＲヘッ
ドが有望視されてきた。これは皿累子薄膜の異方性を任
意方向に制御することにより、セルフバイアスされた状
態に設定できる。

このため、従来例（第１図）で示したバイアス印加手段
としての層５が不要であり、狭ギャップ化が可能となる
。このヘアーワイン方式ＭＲヘッドは、セルフバイアス
方式であるので、ＭＲＲ子薄膜１の先端部が特に重要で
あ夛、伝送路の計算からは第２図に実線で示すように、
ＭＲＲ子薄膜１の透磁率５００．素子幅１５μ風、厚み
５００人１ｇ工＝ｇ２＝０．５ｐｒｒＬとすると、先端
から３ＮＬの領域で再生出力の性買の７０％が決定され
ていることがわかる。

したがって、ヘッド加工時に先端に残留しているであろ
う加工歪の影響がヘッド特性と関連があると思われる。

また、このような推測に極めて良く合っ九現象が観測さ
れた。いずれにしても先端　　　。

部の磁化状態がシ、−＋４−／Ｌ／ド型ＭＲヘッドの場
合、重要であり、改善が期待されている。なお、第２図
の破線はΦ／Φ０を示している。

発明の目的 この発明は、先端部磁化構造の安定化と、加工歪層があ
ったとしても短波長再生特性の良好なシールド型の薄膜
磁気ヘッドを提供することを目的とする。

発明の構成 この発明の薄膜磁気ヘッドは、磁歪定数が正または零で
あって媒体走行方向および媒体記録面に薄膜面が交差す
る方向に配置され薄膜面と平行でかつ媒体記録面に対し
て平行成分をもつ方向に通電され磁化容易軸の方向が薄
膜面内で電流方向に対して一定角度傾いている磁気抵抗
効果素子薄膜と、磁歪定数が零または負であって前記磁
気抵抗効果素子薄膜の厚み方向の少くとも一側に配置し
たシールド用磁性体とを備える構成にしたことを特徴と
する。

実施例の説明 第３図はこの発明の第１の実施例を示す。この薄膜磁気
ヘッドは、ＭＲ素素子薄膜６爾体７．８が配置された両
シールド型ＭＲヘッドである。どちらか一方のみ磁性体
である片シールド型ＭＲヘッドも、この発明の変形と考
えるべきである。通常、磁性体７は、薄膜素子を形成さ
せる基板であり、フェライト等の磁性体が使用される。

一方、磁性体８は、Ｎｉ−Ｆｅ合金，センダスト。

アモルファス等の合金薄膜であって、厚みも０．１〜５
μｍ程度である。今、ＭＲＲ子薄膜６のスピン癌の平均
的な方向が，ＭＲＲ子薄膜６を通る電流ｉとθ度傾いた
状態にある、すなわちその方向に磁化容易軸（　Ｂａａ
ｙ　ａｘｉｓ　、略してＥ．Ａ．）−＃（あるとすると
、この角度θが適切であれば、セルフ）（イアスになっ
ており、線形動作が可能となる。そして、先端付近で角
度θの乱れがないこと力；重要となる。

第３図のようなとき、ヘッド先端部は通常、ラッピング
加工が施される。このような加工法は、程度の差こそあ
れ、ＭＲＲ子薄膜６の厚み方向の両面（面ＡＢＣＤ）と
平行な面内に矢印Ｘで示すように圧縮応力を残留させる
。そのため、ＭＲ素子薄膜６の磁歪定数λが完全に零で
あれば（完全に零という状態を実現することは極めて難
しい）、何ら磁化の向きには影響を与えないが、零でな
いときは、逆磁歪現象で角度０が変化する。一般的に、
ＭＲ素子薄膜６の厚みは、５００〜１０００人と他の寸
法に比べ小さいので、厚み方向の反磁界は大きく、厚み
方向には磁化が傾かない。すべて磁化は、面ＢＣＥＦと
平行な面に存在すると近似してよい。

今、λ〉０であると、エネルギを低くするため、圧縮応
力と直角方向に磁化が向くようになる。これは、角度θ
を大きくする方向（電流ｉと直角の方向）である。一方
、λく０であると、圧縮応力の方向と平行に磁化を向け
るため、角度θを小さくする方向（電流ｉと平行の方向
）に変化する。

一般に、磁化の向きは先端部近傍では、反磁界のために
傾く、すなわち角度０を小さくする傾向にあるので、こ
の反磁界の影響を打ち消し、最適の角度θを維持するに
は、λがやや正である方が好ましい。最適の角度θは、
単磁区モデμにつｂて計算してみると、約３０〜４５度
程度であることがわかる。

一方、合金薄膜８は、磁歪定数λが零またはやや負でお
ることが逆に好ましい。これは、この部分はシールドと
しての高い透磁率を有することが重要であシ、そのため
には、異方性が長手方向９（この場合はトラック幅方向
と平行な方向）にある方が磁化困難軸方向の動作、すな
わち磁化の回転を用いるため高周波領域での透磁率が高
い。ただし、あｔｂ異方性がつきすぎると、透磁率も減
少する丸め、磁歪定数が負であっても極端に大きくない
方がよい。

このようにＭＲ素子薄、喚６の材料組成を磁歪定数が正
または零となるようにすることは、それだけでも定性的
には一定の効果を示しそうであるが、シールドである磁
性体（合金薄膜）８の材料組成の磁歪定数λが零または
負であることが相乗されて初めて顕著な効果を示すこと
が実験的にわかった。この理由としては、磁性体く合金
薄膜）８の組成の磁歪定数が正であると、その先端部の
実効透磁率は小さく、そのためＭＲ素子薄膜６の先端部
に発生する磁荷による反磁界の大きさを低下させること
ができない。したがって、ＭＲ素子薄膜６の先端部では
磁化が最適角からずれてしまう方向に作用する。さらに
、シールド層である磁性体（合金薄膜）８の先端部の実
効透磁率が小さいことはスペーシング損失を等測的に増
加させたことになり、短波長再生という観点から効果が
現われないと考えられる。逆に、磁性体（合金薄膜）８
の磁歪定数が零または負であってその先端部で高透磁率
が維持されていても、ＭＲ素子薄膜６の先端で磁化が最
適ｊ角゛よりずれるような組成選択、すなわち、磁歪定
数が負であるときは、短波長再生という観点から、やは
り効果が現われないためと考えられる。

なお、ｙは媒体走行方向を示している。

つぎに、この発明をヘアーライン方式ＭＲヘッドに適用
した例を第２の実施例として第４図に示し、以下詳細に
説明する。７ヱライト基板１０上にピッチ０．３５μｍ
、深さ１５０〜５００人の縞状の繰返し凹凸（ヘアーフ
ィン）ＨＬを、ヘッドのトラック幅方向と平行方向（Ｘ
方向）に対してθ度傾むけて形成する。この形成法とし
てはホログラフィックグレーティングおよびイオンビー
ムスノ（ツタリングが用いられる。０としては通富４５
〜７０度の範囲で選択される。このとき、異方性磁界の
　方きさは深さの関数となる。その上部にスノ（ツタリ
ング等の方法により、ＳｉＯ３等のギヤ・ツ〕で絶縁層
（図示していない）を形成後、Ｎｉ−Ｆｅ合金あるいは
Ｎｉ−Ｃｏ合金等のＭＲ素子薄膜１１が真空蒸着法など
で形成される。ＭＲ素子薄膜１１は下地面の縞状の繰返
し凹凸ＨＬの影響を受け、θ方向に磁気異方性を生じる
。

ついで、そのＭＲ素子薄膜１１に電流ｉを供給するため
の導電体層およびＳｉＯ３等のギャップ絶縁層（いずれ
も図示していない）が形成されたのち、Ｎｉ−Ｆｅ合金
薄膜１２が真空蒸着法によυ形成され、最後にその上部
に保護層、ついで保護板など、ヘッドとしての最終形状
に加工し仕上げられる。

ＭＲ素子薄嘆１１の真空蒸着においては、非磁場中で蒸
着されるが、Ｎｉ−Ｆｅ合金薄１１１１１２の形成時は
Ｘ方向に磁場を印加した状態で蒸着し、Ｘ方向に誘導磁
気異方性をつける。このとき、ＭＲ素子薄膜１１の異方
性の方向が乱れないことは実験的に確められている。し
かし、このようにしてもＮｉ−Ｆｅ合金薄膜１２の形成
では、下地面には深さが浅くなったシしていても依然と
して縞状の繰返し凹凸が残ってｆ？シ、θ方向へ異方性
がつく傾向が残ることがある。そのため、材料として磁
歪定数を零あるいは若干負にしておけば、加工時の加工
歪により、最も重要な先端部において、磁化がＸ方向に
揃い、困難軸方向の透磁率として動作するので良好なシ
ールド効果が得られる。ＭＲ素子薄膜１１については前
述したように磁歪定数を零または若干正にすることによ
シ先端部の磁化の反磁界による傾きを打消す方向に逆磁
歪効果を作用させ、適正な角度を得ることを突現する。

シールド層としてのＮｉ−Ｆｅ合金薄膜１２は、センダ
ストあるいはアモルファス等の薄膜によっても置換され
得る。この場合、異方性と磁歪の関係については上述し
７’ｈＮｉ−Ｆｅ合金薄薄膜同様に考えることができる
。

ＭＲ素子薄膜１１と合金薄膜１２にＮｉ−Ｆｅ合金とい
う同一材料が選択されることはつぎに述べる利点を有す
る。第１点は、磁気抵抗効果も比較的大きくかつ高透磁
重信であること。第２の点は、Ｎｉ、ｐｅの蒸気圧が極
めて近く単一の蒸発源を用いた真空蒸着法によｐ比較的
簡単に組成が制御できることである。さらに、この第２
の点に関して鳴詳細に考察することによシ、第３の利点
が特徴づけられる。すなわち、Ｎｉ、Ｆｅの蒸気圧曲線
は極めて類似しているが若干Ｆｅの方が蒸気圧が大きい
。

したがって、真空蒸着の際、ある初期組成を有した母合
金を蒸発源として伺回か蒸発させると、母合金の組成が
ずれてくる。その結果、そのように組成がずれた母合金
からは組成がずれた薄膜が得られ、この発明のように同
一材料で実施すれば、磁歪定数の正、負に変化した母合
金を適宜使い分けることができ、蒸発源母合金が有効に
活用される。

まだ、フェライト基板１０上の縞状の繰返し凹凸のピッ
チとしては、１μｍ以下の範囲で異方性磁界の大きさと
の観点から選択され得る。またフェライト基板１０上に
直接縞状の繰返し凹凸が形成されているか否かはこの発
明と直接係わりがない。

この発明の実施例としての主要点は、ＭＲ素子薄膜１１
が形成される下地面に縞状の繰返し凹凸がある点である
。なお、実施例では、電流方向が媒体記録面に平行であ
ったが、少くとも平行方向成分をもてばよい。

発明の効果 この発明によれば、ヘッド加工の際、ｂがなる加工法を
採用したとしても完全に零にすることができない加工歪
の影響をむしろヘッド特性に対し良い方向に作用させる
ことができる。したがって、ＭＲ素子薄膜先端部の磁化
の向きを最適化することができ、シールド層の高透磁率
化と相まって、歪の少ない線形性の良好な再生信号が得
られ、しかも効率の良い短波長再生を可能とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のシールド型ＭＲヘッドを示す断面図、第
２図はへアーラインＭＲヘッドの有効動作領域の寄与を
示す特性図、第３図はこの発明の第１の実施例を示す斜
視図、第４図はこの発明の第２の実施例を示す斜視図で
ある。 ６・・・磁気抵抗効果素子薄膜（ＭＲ素子薄膜ン、７．
８・・・磁性体、１０・・・フェライト基板、１１・・
・磁気抵抗効果素子薄膜（ＭＲ素子薄膜）、１２・・・
Ｎｉ−Ｆｅ合金薄膜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　磁歪定数が正または零であって媒体走行方向
   および媒体記録面に薄膜面が交差する方向に配置されて
   薄膜面と平行でかつ媒体記録面に対して平行成分をもつ
   方向に通電され磁化容易軸の方向が薄膜面内で電流方向
   に対して一定角度傾いている磁気抵抗効果素子薄膜と、
   磁歪定数が零または負であって前記磁気抵抗効果素子薄
   膜の厚み方向の少なくとも一側に配置したシールド用磁
   性体とを備えた薄膜磁気ヘッド。 （２１前記磁気抵抗効果素子薄膜および前記シールド用
   磁性体がＮ１−ｐｅ合金薄膜で形成されている特許請求
   の範囲第（１）項記載の薄嘆磁気ヘッド。 （３）　　前記磁気抵抗効果素子薄膜が形成される下地
   面に前記磁気抵抗効果素子薄膜の電流方向に対して一定
   角度傾いた方向にピッチが１μｍ以下の縞状の繰返し凹
   凸を形成することによシ、前記磁気抵抗効果素子薄膜の
   磁化容易軸の方向を電流方向に対して一定角度傾けるよ
   うにしている特許請求の範囲第（１）項記載の薄膜磁気
   ヘッド。