JPS62159318A - 磁気抵抗効果型磁気センサ− - 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〕 本発明は例えば磁気抵抗効果型磁気ヘッド（以下ＭＲ型
磁気ヘッドという）等の磁気抵抗効果型磁気センサー（
以下ＭＲ型磁気センサーという）に係わる。

〔発明の概要〕

本発明は、例えばＭＲ型磁気ヘッドにおけるその感磁部
を、非磁性絶縁層を介して少くとも一方が磁気抵抗効果
を有する磁性層（以下ＭＲ磁性層という）を互いに絶縁
して積層し、一方のＭＲ磁性層についてのみセンス電流
を通ずるようにし、バルクハウゼンノイズの改善と感度
の向上をはかる。

〔従来の技術〕

従来一般のＭＲ型磁気ヘッドのようなＭＲ型センサーは
、その感磁部が単層のＭＲ磁性層によって構成され、こ
れにこのＭＲ磁性層に与えられる信号磁界に基づく抵抗
変化を例えば電圧変化として検出するためのセンス電流
を、ＭＲ磁性層の面方向に沿い、且つ磁気媒体との対接
ないしは対向面のトラック幅方向に沿う方向に通ずるよ
うにしている。つまり、ＭＲ磁性層に対し、センス電流
が、磁気媒体からあたえられる信号磁界と直交する方向
に流される。

ところが、この種のＭＲ型センサーでは、そのＭＲ磁性
層に磁区が発生し、外部磁界による磁壁の移動に基づく
バルクハウゼンノイズが問題となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明はＭＲ型磁気ヘッド等のＭＲ型磁気センサーにお
いて、バルクハウゼンノイズ、すなわち磁壁の移動に基
づくノイズの発生を回避し、更に感度の向上をはかるも
のである。

′〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、第１図に平面図を示し、第２図に断面図を示
すように、基板（１１上に磁気抵抗効果を有する薄膜状
の感磁部（２）を設けてＭＲ型磁気センサー例えばＭＲ
型磁気ヘッドを構成する。

（６）は磁気記録媒体（７）との対接ないしは対向面を
示し、媒体（７）は、第１図において紙面と直交する方
向に移行するようになされている。

そして、特に本発明においては、感磁部（２）を、非磁
性絶縁層（３）を介してその上下に夫々軟磁性体より成
る磁性層（４）及び（５）を互いに磁気的に非磁性絶縁
層（３）によって絶縁した積層構造とする。非磁性絶縁
層の厚さは、両値性層（４）及び（５）間に、交換相互
作用に比し静磁的相互作用が支配的に作用するような厚
さの５人を超え　１００００人未満の例えば５〜５００
０人に選定する。少くとも一方の磁性層（４）は磁気抵
抗効果を有する磁性層によって構成する。

また、両値性層（４）及び（５）は、その飽和磁束密度
、厚さ等の選定によって両値性層（４）及び（５）の磁
束量が一致するようにして磁束が両値性層（４）及び（
５）に関して全体的に閉じるように選定される。

そして、本発明においては、この感磁部（２）に対し、
そのＭＲ磁性層（４）に関してのみ例えばその両端に電
極を設け、これら間にこのＭＲ磁性層（４）における抵
抗変化を検出するためのセンス電流ｉを通じ、他方の磁
性層（５）に関しては、これがＭＲ効果を有する磁性層
であるか否かを問わずセンス電流ｉの通電を行わない。

そして、ＭＲ型磁気ヘッドとなす場合においては、磁気
記録媒体から感磁部（２）に与えられる信号磁界ＨＳと
、感磁部（２）に通ずるセンス電流ｉを同方向に選定し
、かつ感磁部（２）を構成する磁性層は信号磁界とほぼ
直交する方向に磁化容易軸を有するか、あるいは磁性層
の主面内に異方性を有しない等方向な磁性層により構成
する。

また、感磁部（２）には、信号磁界が与えられない状態
でセンス電流ｉの方向に対し所要の角度、例えばほぼ４
５°に磁化が向くように例えば外部−から所要のバイア
ス磁界を与えるなどの方法がとられる。

〔作用〕

上述の本発明構成によれば、バルクハウゼンノイズが効
果的に除去される。これについて説明する。

まず、バルクハウゼンノイズの発生原因について説明す
ると−、従来一般のＭＲ型磁気センサー例えばＭＲ型磁
気ヘッドのように、その感磁部が単層のＭＲ１ｉｄ性層
によって構成されている場合、このＭＲ磁性層は、磁気
異方性エネルギー、形状異方性等に起因する静磁エネル
ギー等の和が層全体として最小となるような状態を保持
すべく第９図に示すような磁区構造をとる。すなわち、
この単層磁性層が、長方形の薄膜磁性層（５１）であり
短辺方向に磁気異方性を有する場合、その面内において
、短辺方向に沿って磁化方向が交互に逆向きの磁区（５
２）が生じると共に、これら隣り合う磁区（５２）に関
して閉ループを形成するようにその両端間に、−磁性層
の長辺方向に沿って順次逆向きの磁区（５３）が生じて
いる。したがって、このような磁性層に外部磁界が与え
られると磁壁（５４）　。

（５５）が移動し、これによりバルクハウゼンノイズが
発生する。

これに比し、本発明構成においては、その感磁部（２）
が、非磁性絶縁層（３）を介して磁性層（４）及び（５
）が積層された構造とされていることによって、外部磁
界が与えられていない状態では、第３図に示すように、
磁性層（４）及び（５）は、矢印Ｍ工及びＭ２で示すよ
うに夫々磁化容易軸方向に互いに反平行の磁化状態にあ
り、磁壁が生じていない。尚、このように磁壁が存在し
ないことについては磁性流体を用いたビッタ−（Ｂｉｔ
ｔｅｒ）法による磁区観察によって＠ｉ忍したところで
ある。そして、このような感磁部（ηに対し、その磁化
困難軸方向に外部磁界Ｈを強めていくと、第４図Ａ−Ｃ
にその磁化状態を、磁性層（５）に関しては実線矢印で
、磁性層（４）に関しては破線矢印で模式的に示すよう
に、第４図Ａに示す第３図で説明した反平行の磁化状態
から外部磁界Ｉ］により第４図Ｂに示すように回転磁化
過程により磁化が回転し、更に強い外部磁界により、第
４図Ｃに示すように、両値性層（４）及び（５）が同方
向に磁化される。この場合側磁性層（４）及び（５）に
おいてその面内で磁化が回転するので、磁壁は生ずるこ
とがなく、バルクハウゼンノイズの発生が回避される。

つまり、両値性層（４）及び（５）の磁化困難軸方向を
磁束の伝搬方向とすることによって磁壁移動に起因する
バルクハウゼンノイズが回避される。

更に本発明の動作を第５図〜第７図を参照して説明する
。第５図〜第７図は、感磁部（２）の両磁性１’ｊｉ　
（４１及び（５）のみを模式的に示したもので、これら
磁性Ｎ（４）及び（５）は第５図中にｅ−ａで示す方向
に初期状態で磁化容易軸を有する。そして一方の磁性層
（４）にセンス電流ｉを通ずる。この通電によって非磁
性絶縁層（図示せず）を挟んで対向する磁性層（５）に
電流ｉと直交する磁界が発生し更にこれによって磁性層
（４）に、これとは逆向きの磁界が発生し、これによっ
て磁性層（４）及び（５）は同図に実線及び破線矢印Ｍ
□及びＭ２で示すように磁化される。一方、この感磁部
（２）には電流ｉに沿う方向に外部からバイアス磁界Ｈ
ａが与えられると、このバイアス磁界ＨＢによって、磁
性層（４）及び（５）の磁化の向きは、第６図に矢印Ｍ
ｅｔ及びＭＢ２で示すように所要の角度だけ回転される
。このバイアス磁界ＨＢによって与えられる磁化の方向
は、電流ｉの方向に対してほぼ４５°となるように、そ
のバイアス磁界Ｈ８の大きさが選ばれるものである。尚
、このようにバイアス磁界Ｈ日によってセンス電流ｉに
対してほぼ４５゛の磁化を与えることによって高い感度
と直線性を得ることができることについては、通常のＭ
Ｒ型磁気ヘッド等のＭＲ型磁気センサーにおいて行われ
ていると同様である。そして、この状態で第７図に示す
ように、信号磁界Ｈｓがセンス電流ｉに沿う方向、すな
わち磁化困難軸方向に与えられると磁化が回転し夫々そ
の磁化の方向が矢印ＭＳ１及びＭ　Ｓ２に示すように時
計及び反時計方向に角度θ、及び−〇□回転する。これ
によって磁性Ｎ（４）のＭＲ磁性層に抵抗変化が生じる
ことになるが、このＭＲ磁性層の抵抗の変化は角度の変
化をθとするとき　ｃｏｓ２θに比例するので、この抵
抗変化を端子ｔ工及びｔ２間の電圧変化として検出する
ことができることになる。

因みに、非磁性絶縁層を介して重ね合された磁性層（４
）及び（５）の双方に同方向のセンス電流ｉの通電を行
って夫々互いに他の磁性層に逆向きの磁化を生じさせて
第５図〜第７図に説明したと同様の作用を行わしめるこ
とも考えられ、これについては、先に本出願人が例えば
特願昭６０−２４７７５２号出願ですでに提案したとこ
ろであるが、この場合、電気的に両値性層（４）及び（
５）が並列に接続されることから、成る場合は電気抵抗
が低くなり過ぎてＭＲセンサーとしての感度が低下する
場合がある。

したがってこの場合、両値性層（４）及び（５）の各電
気抵抗を小さくするために、夫々を例えは３００人とい
う薄いスパッタによるアモルファス磁性膜によって作製
することが考えられるが、このように薄い磁性膜では、
磁気特性にばらつきが生じ易いなどの問題が生じるおそ
れがある。

また、本発明においては、上述したように所定の磁気異
方性を有する磁性膜に対してセンス電流ｉの方向を信号
磁界ＨＳの与えられる方向と同方向に選定するものであ
るが、このような構成とすることによる作用上の特徴は
、上述したような本発明におけると同様に感磁部（２）
を、非磁性絶縁層（３）を介して磁性層（４）及び（５
）を積層した構造とするものの、センス電流ｉの方向を
信号磁界ＨＳの方向と直交する方向に選定する場合と比
較することによって、より明確となる。すなわち、今、
第１０図に示すように、第５図で説明したと同様に磁性
層（４）に磁性層の異方性磁界Ｈにを考慮した上での大
電流ｉを通じた状態では、磁性層（４）及び（５）は電
流ｉと直交する方向に夫々実線及び破線矢印で示す様に
磁化される。この状態で、電流ｉと直交する方向に信号
磁界ＨＳが与えられると、これは磁性層（４）及び（５
）の電流ｉによる磁化に沿う方向となリ、この磁界Ｈｓ
が磁化容易軸方向に与えられたと同様の挙動を示す。つ
まり、磁壁の発生と、移動が生じバルクハウゼンノイズ
が発生する。ここで磁性層の磁化容易軸方向にセンス電
流ｉが流され、センス電流と同方向に信号磁界Ｈｓが与
えられる構成を考えた場合、センス電流ｉが比較的小さ
い場合には、磁性層の磁化は、センス電流ｊの方向に対
して直角に向かず、信号磁界ＨＳは第１０図に示すと同
様にほぼ磁化容易軸方向に与えられる結果となりバルク
ハウゼンノイズが発生し好ましくない。第５図から第７
図の例では信号磁界１（Ｓに対してほぼ直交する方向に
磁化容易軸を有する磁性層について述べたが、磁性層の
主面内に磁気異方性を有しない等方向磁性層を用いても
同様である。この場合には、比較的小さなセンス電流を
流せば、磁化方向がセンス電流と直交し、つまり信号磁
界の方向と直交するため、バルクハウゼンタ１を音は発
生しない。

上述したように、本発明構成においては、ＭＲ感磁部（
２）を、磁性層（４）及び（５）が非磁性絶縁層（３）
の介在によって、静磁的結合状態にあるように、つまり
、交換相互作用は無視することができ、クーロンの法則
に従う相互作用による結合が充分強い状態にあるＭＮ構
造とすることによってバルクハウゼンノイズの減少化が
はかられ、更に信号磁界ＨＳとセンス電流ｉの方向を同
方向とすることによってバルクハウゼンノイズを、より
確実に排除することができる。

〔実施例〕

本発明は、種々の構造によるＭＲ型磁気ヘッドに通用す
ることができる。例えば、ノンシールド型磁気ヘッド、
若しくはシールド型磁気ヘッド、更に磁気媒体との対接
ないしは対向面から磁束を拾い、その信号磁束を磁気ヨ
ークで導き、その磁気ヨークの一部に設けられた切除部
にＭＲ惑磁部を配置するヨーク型磁気ヘッドに通用する
ことができる。

第１図及び第２図を参照して、本発明の一例を詳細に説
明する。これはヨーク型ＭＲヘッドの構成例である。

この場合、基板（１）は、例えばＮｉ−Ｚｎ系フェライ
ト、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト等の磁性基板より成る。

基板（１１上には、この基板（１１が導電性を有する場
合は、５ｉ（ｈ等の絶縁性ｒｆＮ（１１）を形成し、こ
れの上に通電によってバイアス磁界Ｈ８を発生するバイ
アス導体（１０）を形成し、これの上に更に絶縁Ｆｉ（
１１）を形成してその上にＭＲ感磁部（２）を形成する
。このＭＲ感磁部（２）は、磁気媒体との対接ないしは
対向面（６）と直交する方向に延在して形成され、バイ
アス導体（１０）はＭＲ感磁部（２）下を横切るように
形成する。

そして、このＭＲ感磁部（２）を挟んで、その前方及び
後方、すなわら面（６）側とこれとは反対側との両端部
には前方磁性層（８Ｆ）と後方磁性層（８Ｂ）とが配置
される。これら磁性層（８Ｆ）及び（８Ｂ）は例えば電
気伝導性を有し、かつＭＲ効果が殆どなく、磁気異方性
をセンス電流と直角方向に有する金属磁性層によって構
成し、これ゛らに夫々端子４電層（９Ｆ）及び（９Ｂ）
が電気的に連結されて、端子ｔ□及びｔ２の導出がなさ
れる。なお、磁性層（８Ｆ）　、　　（８Ｂ）によるバ
ルクハウゼン雑音の発生を防ぐためこれら磁性層を非磁
性絶縁層を介して、稍層構造としてもよい。後方磁性層
（８Ｂ）の一部は、非磁性層（１１）に穿設した窓（ｌ
ｌａ）を通じて磁性基板（１）に磁気的に密に結合させ
て、基板（１）−前方磁性層（ＦＩＦ）−ＭＲ感磁部（
２）−後方磁性層（８Ｂ）−磁性基板（１１の閉磁路を
形成するようにし、前方磁性層（８Ｆ）の前端部と基板
（１１との間には、例えば絶縁１（１１）による非磁性
層の厚さによってギャップ長が規定された磁気ギャップ
ｇが磁気媒体との対接ないしは対向面（６）に臨んで形
成される。

感磁部（２）は、磁性層（５）、非磁性絶縁層（３）、
磁性層（４）を順次スパッタリング或いは蒸着等によっ
て連続的に一作業工程で、すなわち、各材料のスパッタ
源、或いは蒸着源を有するスパンタリング装置、或いは
蒸着装置によって形成し得る。これら磁性Ｒ（４１（５
］は図示の例では、ｅ’ａで示される方向に磁化容易軸
を有し、ｈ−ａで示される方向に磁化困難軸を有してい
る。前述のごとくこれら磁性層（４１ｆ５）はその主面
内に異方性を有しない等方向磁性膜によって構成しても
かまわない。

非磁性中間Ｍ（３）は、絶縁性或いは導電性の非磁性材
例えば５ｉ０２．　Ｔｉ等によって構成し、その厚さは
、両磁性層（４）及び（５）間に、実質的に交換相互作
用が殆ど働くことがなく、クーロンの法則に従う相互作
用による結合、つまり静磁的結合が生じ、しかも両磁性
層（４）及び（５）間の電気的絶縁性を得る厚さに選定
する。

ＭＲ感磁部（２）の磁性層（４）及び（５）は、例えば
双方共に一軸異方性を有するか、ともに主面内に異方性
を有しない、同一組成、同一寸法形状のＭＲ効果を有し
磁気的特性が安定なＦｅ、　Ｎ＋＋　Ｃｏの単体、若し
くはこれら２ｆｔ以上の合金によって構成し得る。そし
て、一方のＭＲ磁性層（４）の前後両端に前方及び後方
磁性Ｊｔｉｉ（８Ｆ）及び（８Ｂ）を磁気的及び電気的
に連接させる。

上述の構成において、各層、例えば絶縁層（１１）、バ
イアス導体（１０）、感磁部（２）の各磁性層（４）及
び（５）、非磁性中間層（３）、磁性層（８Ｆ）及び（
８Ｂ）、端子導電層（９Ｆ）及び（９Ｂ）等は、夫々ス
パンタリング、蒸着によって各層を形成し、フォトリソ
グラフィー技術によって所要のパターンに形成し得る。

上述の構成において、感磁部（２）の磁性Ｎ（４）には
、その端子導電層（９Ｆ）及び（９Ｂ）間、したがって
磁性層（８Ｆ）及び（８Ｂ）間に直流のセンス電流ｉが
与えられた状態にあると共に、バイアス導体（１０）に
所要の電流が通電されていて、感磁部（２）の両磁性層
（４）及び（５）に所要のバイアス磁界が与えられるよ
うになされる。この状態でその磁気記録媒体との対接な
いしは対向面（６）に、磁気記録媒体（７）が、対接な
いしは対向して第１図において紙面と直交する方向に移
行することによって、この媒体（７）上の記録磁化に応
じた信号磁束が磁気ギャップｇから拾われて、前述した
磁性層（８Ｆ）−ＭＲ感磁部（２）−磁性層（８Ｂ）一
基板（１１より成る閉磁路に与えられ、これにより、Ｍ
Ｒ感磁部（２）の磁性層（４）にはそのセンス電流ｉと
同方向に、磁気記録媒体（７）から得た信号磁界Ｈｓが
与えられることになる。これがため、前述したようにバ
ルクハウゼンノイズの発生が回避されて磁気記録媒体（
７）上の記録の読み出しが行われることになる。

尚、上述した例ではＭＲ感磁部の両磁性層（４）及び（
５）の双方をＭＲ磁性層によって構成した場合であるが
、磁性層（５）をＭＲ効果が殆どない磁性層によって構
成することができる。この場合においても前述したよう
に両磁性Ｎ（４）及び（５）の磁束量が一致するように
厚さ等の選定が行われる。

尚、上述した例では、感磁部（２）下にバイアス導体（
１０）を設けて感磁部（２）に外部磁界Ｈｅを与えるよ
うにした場合であるが、バイアス導体（１０）の配置位
置及びそのパターンは種々の構成を採り得るものであり
、例えば多層構造とするとか、渦巻状とすることもでき
るものである。また、このような通電による誘導磁界を
利用するに限らず、永久磁石Ｖ＃膜を設けることもでき
る。

また、上述した例では磁性基体（１１と磁性層（４）及
び（５）によって感磁部（２）を含む閉磁路を形成した
いわゆるヨーク型構成とした場合であるが、感磁部（２
）が実質的に磁気記録媒体に臨む構造とすることもでき
るし、磁気ヘッド本体自体で閉磁路を形成しないいわゆ
る単磁極構造とすることもできる。

第８図はシールド型のＭＲ型磁気ヘッドに本発明を通用
した例である。感磁部（２）は、２つの磁性基板（１１
（１２）の間に所要の絶縁Ｎ（１１）を介することによ
って所要の距離だけ離れて形成される。

ただし、（１２）を薄膜で形成してもよい。図中（９Ｆ
）は一方の端子導電層であり（９Ｂ）は他方の端子導電
層であり、非磁性中間層（３）を介して積層された２つ
の磁性層（４）　（５１より成る感磁部（２）の一方の
ＭＲ磁性層より成る磁性層（４）にのみ電気的に接続し
て形成される。導電層（９Ｆ）および（９Ｂ）間の不連
続部が感磁部（２）の磁性層（４）であり、図示のよう
にセンス電流ｉが流される。ここで端子導電層（９Ｆ）
は感磁部（２）に磁束を導く導磁路をかねてもよく、例
えば２０００人位の厚さの導電性磁性材料で構成するこ
とができる。

尚、上述した各側では、基板ｆｌｌ上に絶縁層（１１）
を介して、或いは介することなく、磁性層（５）−非磁
性絶縁層（３）−磁性層（４）を順次形成し、上層の磁
性Ｎ（４）の前端及び後端に電気的端子導出に供する前
方及び後方磁性層或いは端子導電層を酷評した場合であ
るが、これら端子導出のための磁性層或いは端子導電層
を下層に形成し、これら間上に跨って磁性層（４）を形
成し、磁性層（４）と各端子導出の磁性層或いは導電層
と電気的に絶縁するように非磁性絶縁層（３）を介して
他方の磁性層（５）を積層した構造とすることもできる
。

また、図示した各別においては、単一トラックの磁気ヘ
ッド構成とした場合であるが、共通の基板（１，１上に
共通の磁気記録媒体との対接ないしは対向面（６）に臨
んで複数のトラック、すなわち複数のＭＲ感磁部（２）
を配列した多トラツクないしは多チヤンネル磁気ヘツド
構成とすることもできるなど種々の変形変更をなし得る
。

〔発明の効果〕

本発明による磁気ヘッド等の磁気センサーにおいては、
そのＭＲ感磁部（２）を、非磁性絶縁層（３）を介在さ
せた２層の磁性層（４）及び（５）としたことによって
、バルクハウゼンノイズの発生を回避するものであり、
一方のＭＲ磁性層（４）にのみセンス電流ｉを流すよう
にしたことによって抵抗値を高めることができ、感度の
高いＭＲセンサーを構成することができるという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるＭＲ型磁気ヘッドの一例の路線的
拡大平面図、第２図はそのＡ−Ａ線上の断面図、第３図
はその感磁部の磁化状態を示す図、第４図Ａ−Ｃは同様
の感磁部に外部磁界を与えた場合の磁化状態の説明図、
第５図〜第７図は本発明による磁気ヘッドの動作説明に
供する図、第８図は本発明による磁気ヘッドの他の例の
断面図、第９図は従来のＭＲ感磁部の磁区の説明図、第
１０図はＭＲ感磁部の動作の説明図である。 （１）は基板、（２）は感磁部、（４）及び（５）はそ
の磁性層、（３）は非磁性絶縁層、（６）は磁気記録媒
体との対接ないしは対向面、（７）は磁気記録媒体であ
る。 曹 本発明＋＝ｌろ雀り銭へ、７にの平面図第１図 ＪＡ１図のＡ−Ａ殖め断面図 第２図 ノージａ音ｐｎ、石ゴ【イこイメ；貢咥り月−１ｆ５第
３図 Ａ［ｌＧ 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少くとも一方が磁気抵抗効果を有する磁性薄膜を非磁性
   絶縁層により互いに絶縁して積層して成り、上記磁気抵
   抗効果を有する磁性薄膜に１対の電極を設けて成る磁気
   抵抗効果型磁気センサー。