JPS62217414A - 薄膜磁気ヘツドおよびその製造方法 - 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〕 本発明は薄膜磁気ヘッド及びその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来からよく知られた薄膜磁気ヘッドの構造としては、
成重氏らによって「ハードディスク用薄膜ヘッド」と題
し、応用磁気学会資料（資料番号；ＭＳＪ　　３９−５
　　Ｐ４１−Ｐ４９）に報告されているものがある。第
２図を用いて従来の薄膜磁気ヘッドの動作原理を説明す
る。

第２図は、従来の薄膜磁気ヘッドの磁気コアの概略形状
を示したものであり、図中１は薄膜磁気コア、２はギャ
ップ部、３は媒体摺接面、４はリア接続部、５は磁壁９
図中矢印は磁束の流れを示したものである。なお、コア
には一軸異方性が付与されており、その磁化容易軸は、
媒体摺接面３に平行であり、かつ面内に存在する。

媒体から流入した信号磁束は図示したように、リアギャ
ップ４に到達し、その後下側コア（図示せず）を通過し
媒体に帰還する。この際、ファラデーの電磁誘導の法則
に従い駆動用コイル（図示せず）ζこ起電力が発生する
。

なお、従来の薄膜磁気ヘッドの磁気コアにおいて、前述
せる一軸異方性が付与されているのは、流入信号磁束が
磁気抵抗の最も小さい経路を通過するように配慮されて
いるためである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、前述した従来の薄膜磁気ヘッドは、バルクヘッ
ドに比べ、磁路長が約−桁程度小さいという利点を有し
ているにもかかわらず、再生効率が従来のバルクヘッド
−こ比べ劣ると（ｆ＞う欠点があった。

本発明の目的は、前述せる従来技術のもつ問題点を解決
し、再生効率の良好な薄膜磁気ヘッドを提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕 上記目的は磁気コアとして、一軸異方性を有し、且つ磁
化容易軸方向の透磁率の虚数成分がヘッドの使用周波数
帯域内で極大となる非晶質合金を用いることによって達
成できる。

〔作用〕

一軸異方性を有１〜、且つ磁化容易軸方向の透磁率の虚
数成分がヘッドの使用周波数帯域内で極大となる非晶質
合金においては、同方向、同使用周波数帯域内における
透磁率が大きくなる。従って、磁気コアとして前記非晶
質合金を用いることにより、従来に比べて磁束の漏洩が
少なく、再生効率の良好なヘッドが得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例をＮ面（こ基づいて説明する。

本発明は、薄膜磁気ヘッドにおける信号磁束の流入経路
に関する系統的検討に基づきなされたものである。本発
明の詳細な説明に先たち本発明者の検討で明らかとなっ
た信号磁束の流入経路番こついて第１図により説明する
。

第１図は薄膜磁気ヘッドの磁気コアの概略形状を示した
ものであり、図中１は薄膜磁気コア、２はギャップ部、
３は媒体摺接面、４はリア接続部。

５は磁壁を示し図中矢印は磁束の流れを示したものであ
る。なお、コアには一軸異方性が付与されており、その
磁化容易軸は、媒体摺接面３番こ平行であり、かつ面内
に存在する。マイクロカー効果等を用いて、再生状態に
おける薄膜磁気コアの各部位の磁化状態を検討した結果
、流入信号磁束は、以下に示す２つの成分に大別できる
ことが判明した。すなわち、第１図に示すようにリアギ
ャップ４に到達する信号磁束は、１）媒体摺接面に対し
て垂直（磁化困難軸に平行）成分と、　　２）　　′ｇ
ｉ化困難軸に対しある角度をもって流入する成分とに分
割できる。

一方、一軸異方性を有する磁性薄膜においては、磁化困
難軸方向の透磁率が最大であり、磁化困難軸方向からず
れるに従い、透磁率が低下することが知られている。そ
の様子を第３図に示す。

第３図は困難軸方向からのずれ角と、透磁率（困難軸方
向の透磁率で規格化したもの）との関係を示したもので
ある。一軸異方性・単磁区理論によれば、困難軸方向か
らのずれ角をθとするときその透磁率μ（θ）は次式で
表わされる。

μ（の＝μ　（θ°）ｃｏｓ２θ この事実と前述した磁束の流れを考慮すると、困難軸方
向に対しである角度をもって流入する磁束は透磁率の低
い磁路、すなわち磁気抵抗の大きい磁路を通過する必要
がある。従って、この部分での下側コアへの漏れ磁束が
大きくなる。このことは、即再生効率の低下に結がり、
充分な再生出力が得られなくなる。

以上、前述したように、薄膜磁気ヘッドのもつ再生効率
に関する問題点は、前述した透磁率の異方性に起因する
ものであることが判明した。

この問題を解決する方法としては、一般に面内等方向な
磁性膜を用いる方法が考えられる。

しかし、この方法は以下に示す問題がある。すなわち一
般的に薄膜ヘッドは、基板、駆動用コイル導体層、非磁
性絶縁層及びコア磁性体層等の複合材料から構成されて
おり、且つそれらはスパッタリング法あるいは真空蒸着
法等の薄膜形成法を用いて形成されている。従って上述
した谷部位には、Ｉ　Ｘ　１０８〜Ｉ　Ｘ　１０１Ｏｄ
ｙｎ　／　（Ｊｆ１程度の内部応力が残留している。一
方コア材である憾性薄膜の磁歪定数は、最小でも５　Ｘ
　１０−７程度である。このため、ヘッド形状加工後に
は、逆磁歪効果を通じて磁気異方性が肪発される。更ｌ
こ前述した状態で磁化容易軸の方向を制御することは極
めて難しく、最悪の場合ｌこは、磁化容易軸が媒体摺接
面ｌこ対し垂直方向に一致することもあり得る。この場
合、信号磁束は磁気抵抗が最大の経路を通過することに
なり、再生効率は非常に低下する。

捷た、現用のコア材は、高周波領域においては、磁化容
易軸方向の透磁率が著しく小さい。よって薄膜磁気ヘッ
ドの前記問題点を前述した方法により解決するためｔこ
はヘッドの使用周波数帯域内で磁化容易軸方向の透磁率
が大きい磁性膜が必要である。

本発明者は、これらの問題を解決する方法として、磁気
コアに以下に示すことを試みた。すなわち、磁化容易軸
が薄膜磁気コアの膜面内にあり、且つ磁化容易軸方向の
透磁率が大きい一軸異方性を付与することである。この
ような薄膜磁気コアｌこおいては、媒体摺接面の法線に
対しある角度をもって流入するｇ号磁束に対しても磁気
抵抗が小さくなる。

以上の曹１点から各種磁性膜ζこおける磁化容易軸方向
の透磁率（こついて系統的検討を行った結果、ある種の
非晶質磁性合金において一１１述の特性が得られること
が判った。

次に、前述の特性を実現する上で磁性膜に不可欠な磁気
的性質を述べ合わせて、該磁気的性質を得るには、非晶
質磁性合金が有利であることを説明する。

磁化容易軸方向の透磁率を決定する因子の一つに磁壁の
共振がある。ここで、磁壁移動の共鳴現象、言わゆる磁
壁の共振を説明し、透磁率との関わりを述べる。一般に
交流磁界を与えたときの１８０°　磁壁の運動は、次式
で表わされる。

ｍｘ十β妄＋αｘ　＝　２　ＩｓＨ−（１）但し、Ｘは
磁壁の移動距離９ｍは同慣性質ｔ、β。

αはそれぞれ制動及び復元を表わす係数、　Ｉｓは自発
磁化、■は磁界である。単位体積中にある磁壁の数をｎ
とすると、磁壁がＸだけ移動ｊ−たことによる磁化の変
化量■は、次式で示される。

Ｉ＝Ｉｓｘｎ　　　　　　　　　　　　　　−（２）と
ころで１８０°磁壁に交流磁界Ｈを与えると、磁壁が振
動し、磁化■も変動する。このことを考慮し、交流磁化
Ｈ１及び磁化工をそれぞれ（３）式、（４）式で表わす
。

Ｈ＝Ｉ（ｏｅｊωｔ　　　　　　　　　　　　　　　　
　−（５）Ｉ　”　Ｉｏｅｊ（ωｔ−δ）＝Ｔ＋ｅＪω
ｔ（但し、Ｉ＋＝Ｉｏｅ−ｊδ）−（４）但し、Ｈｏ、
Ｉｏは、それぞれＨ９及び■の変化の最太撮幅であり、
ωは角周波数、δは磁壁Ｈに対する磁化■の遅れ成分で
ある。

（２）〜（４）式を（１）式に代入、整理すると次式が
得られる。

１１（−ｍω２４ｊβω＋α）　＝：２　ｌ５２Ｈｏｎ
　　　　・”　（５）（３）〜（５）式より、磁化率Ｘ
は、 となる。

これより、Ｘの実数成分Ｘ′及び、同虚数成分Ｘ″は、
次式で示される。

従って、損失ｔａｎδは、 となる。

（７）〜（９）式から判るように、もしβが小さくて、
（α−ｍω２）にくらべてβωを無視できるような場合
、α−ｍω２＝０となる周波数でＸ′もＸ“も無限大と
なる。これが共鳴現象であり、このとき、損失ｔａｎδ
も無限大となる。この共鳴を生ずる周波数ｆｒ　　は、
α−Ｉｎω２−０より次式で表わされる。

実際には、βはＯでないからその大きさによって共鳴の
鋭さは鈍る。その結果、該共恨周波数ωｒの近傍で、透
磁率の虚数成分が極大となり、それに伴って透磁率も大
きくなる。

以上説明したように、前記共振周波数がヘッドの使用周
波数帯域内にあるようなコア材ｆこ訃いては、該周波数
帯域内における磁化容易軸方向の透磁率が大きくなる。

しかし、フェライト等、従来、磁気コアとして用いられ
た磁性体ｌこおいては、前記共振周波数は、数十〜数百
Ｍ、　ｌｌｚ程度であり、一般の磁気ヘッドの使用周波
数帯域ｆこ比べ遥かに高い周波数であった。

このため、従来の磁気コアは、ヘッドの使用帯域におｈ
て磁化容易軸方向の透磁率が非常をこ小さかった。

そこで、前記共振周波数が従来のコ゛ア材に比べて小さ
く、ヘッドの使用周波数帯域内ｌこあるようなコア材が
必要となる。前記（１０）式から判るように、共振周波
数ｆｒは、係数αが小さいほど小さくなる傾向にある。

また、一般に該係数αは、磁性体の磁化率と反比例の関
係ｌこあり、内部の均質性が良い磁性体はどαが小さく
なることが知られている。従って、フェライト等のコア
材に比べて均質性の良い磁性材料はど、磁壁の共振周波
数が小さくなり、ヘッドの使用周波数帯域に近づくこと
になる。

本発明者は、以上の考えに基づぺ、均質性の優れた非晶
質合金、特にＣｏ系非晶質合金について、形成条件及び
熱処理条件を検討し、前述せる共振周波数が汎用磁気ヘ
ッドの使用周波数帯域にある非晶質合金の開発に成功し
た。また、これにより、一軸異方性を有し、かつ磁化容
易軸方向の透磁率が大きい薄膜磁気コアを実現した。

以上、薄膜磁気コアと１〜て、一軸庫、方性を有し、か
つ磁化容易軸方向の透磁率の虚数成分が、ヘッドの使用
周波数帯域内で極大となる非晶質合金を用いることによ
り、薄膜磁気ヘッドの有する前記問題点を解決すること
ができる。

・　１１　・ 以下、本発明について実施例を用いて詳細に説明する。

本発明の一実施例を第４図を用いて説明する。

第４図は使用周波数帯域がＩＫＨｚ〜１０　ＭＨｚの薄
膜磁気ヘッドの製造工程図である。同図において、６は
基板、７はＣｏ８０．３　、　Ｎ’ｂ　１４．２　、　
Ｚｒ　！５．５非晶質磁性合金（ｋ厚；１５μｍ）から
なる下側コア、８は５ｉＯ２ｊＮ（膜厚；０３μｍ）か
ら成る磁気ギャップ。

９はＣｕ膜（膜厚；５μｍ）から成る駆動用コイル。

１０はＳ　ｔ　Ｏ２膜から成る層間絶縁材、１１は非晶
質磁性合金７と同−組成及び同一膜厚のＣｏ　Ｎｂ　Ｚ
ｒ非晶質磁性合金からなる上側コアである。次にその製
造工程を説明する○ まず基板６上にＣｏ　Ｎｂ　Ｚｒ非晶質磁性合金からな
る下（ｉｌｌコア７を例えばＤＣ対向スパッタ１）フグ
法で形成する。

次にＣｕ膜からなる駆動用コイル材９及び５ｉｎ２膜か
らなるギャップ材８と８１０２膜からなる層間絶縁材１
０を例えばマグ坏トロンスパッタリング法で形成する。

、１２　。

次にＣｏ　Ｎｂ　Ｚｒ非晶質磁性合金からなる上側コア
１１を下側コアと同様曇こ形成する。

ここで駆動用コイル９．コア７等の形成は、通常のフォ
トリゾグラフィック法を用いてバターニング形成すれば
よい。

しかるのちこのようにして形成した薄膜磁気ヘッドを温
度４６０℃１磁場強度；１１ＫＯｅ　　の条件下で６０
分間磁場中熱処理を施す。なお、磁界印加方向は、面内
摺動面に平行である。ここで、該磁場中熱処理の必要性
、及び熱処理条件の決定理由を述べる。

形成直後のＣｏ　Ｎｂ　Ｚｒ合金７，１１は、磁化容易
軸方向の磁壁の共振周波数がＩＫＨｚ以下であり、使用
周波数帯域における透磁率が非常に小さい。該周波数帯
域全域に亘って大きな透磁率を得るには、該共振周波数
を大きくする必要がある６゜一般に、磁壁の共振周波数
は、異方性定数の１／４乗に反比例するという事実が知
られている。

このことから、該共振周波数を大きくするには、異方性
定数を小さくすればよい。これに対し、Ｃｏ　Ｎｂ　Ｚ
ｒ合金の異方性定数は磁場中熱処理（以下ＭＡとする）
によって制御可能であるからＣｏ　ＮｂＺｒ合金を適当
な条件でＭＡすることにより一軸異方性を有し、かつヘ
ッドの使用周波数帯域全域に亘って磁化容易軸方向の透
磁率が大きい磁気コアを実現することができる。

さて、本実施例のＣｏＮｂＺｒ合金では、４４０℃〜４
７０℃でＭＡを行うと、磁化容易軸方向の透磁率虚数成
分が５００　Ｋ　Ｈｚ〜１ＭＨｚで極大となり、使用周
波数帯域全域にわたって大きい透磁率が得られるＯ 該Ｃｏ　Ｎｂ　Ｚｒ膜は、キュリ一温度が４８０℃であ
るため、ＭＡ温度４８０℃以上では一軸異方性が損なわ
れる。また、４００℃以下では、磁化容易軸方向の透磁
率が急激に低下する。以上の理由で、本実施例において
は、ＭＡ温度を４６０℃とした。なお、磁場強度は、磁
気コアが十分飽和する大きさとしである１、 前述の条件でヘッドに磁場中熱処理を行った後、摺動面
加工を施し、電磁変換特性を評価した結果、第５図から
明らかのように再生効率において従来例に比ベロ〜４　
ｄＢの改善が認められた。同図においてａは本発明の特
性曲線、ｂは従来例の特性曲線である。

〔発明の効果〕

以上、前述したように本発明により、再生特性の優れた
薄膜磁気ヘッドの提供が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は薄膜磁気ヘッドのコア形状を示す概
略図、第３図は初透磁率の角度依存性を示すグラフ、第
４図（ａ）、（ｂ）は本発明の薄膜磁気ヘッドの製造工
程を示す図、第５図は本発明の説明に供する特性図であ
る。 １・・・薄膜磁気コア　２・・・ギャップ部　３・・・
媒体摺接面　４・・・リア接続部　５・・・磁壁　６・
・・基板７・・・Ｃｏ　Ｎｂ　Ｚｒ磁性合金　８・・・
５ｉｎ２ギヤツプ９・・・駆動用コイル　１０・・・５
１０２層間材　１１・・・Ｃ０ＮｂＺｒ磁性合金 代理人　弁理士　小　川　勝　男 罵　１　回 昆　２　図 扇　３　図 ０　　　３ｏ　　　　　らｏ　　　　　ｑ。 因菓惺Φ白方向巾）ら（咥）コＴ二拘友嶌　４−　回 （α）（シン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、薄膜磁気コアにて磁気回路を構成してなる薄膜磁気
   ヘッドにおいて、前記薄膜磁気コアが、一軸異方性を有
   し、且つ磁化容易軸方向の透磁率の虚数成分がヘッドの
   使用周波数帯域内で極大となる非晶質合金からなること
   を特徴とする薄膜磁気ヘッド。 ２、特許請求の範囲第１項記載の薄膜磁気ヘッドにおい
   て、前記非晶質磁性合金はその透磁率の虚数成分が５０
   ０ＫＨｚ〜１ＭＨｚの範囲で極大となる非晶質磁性合金
   であることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。 ５、非晶質合金からなる下側磁気コアにギャップ駆動用
   コイル、層間絶縁材、非晶質合金からなる上側磁気コア
   を積層してなる薄膜磁気ヘッドの製造方法において、前
   記磁気コアに温度４４０℃〜４７０℃の磁場中熱処理工
   程を施したことを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法
   。