KR100520017B1

KR100520017B1 - 자기 저항 효과 소자, 자기 헤드 및 자기 재생 장치

Info

Publication number: KR100520017B1
Application number: KR10-2001-0056404A
Authority: KR
Inventors: 유아사히로미; 요다히로아끼; 가미구찌유우조; 나가따도모히꼬
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2001-09-13
Publication date: 2005-10-11
Also published as: US20070230065A1; US20050047026A1; US7016162B2; KR20020025683A; JP2002109708A; US20050152074A1; US7072152B2; US7295407B2; US7245461B2; US20020039265A1; JP3647736B2; US20060126230A1; US6914757B2

Abstract

CPP형의 MR 소자에 있어서 능동 영역을 적확하게 규정하고, 또한 전극으로부터의 전류 자장의 영향을, 효과적으로 억제하여 소실시키는 구성을 갖는 자기 저항 효과 소자, 자기 헤드 및 자기 재생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 감지 전류가 흐르는 부분의 면적에서, MR 소자의 능동 영역을 규정한다. 또한, 소자 능동 영역을 규정하는 기둥형 전극 혹은 기둥형 비자성체를, 바로 아래의 트랙에서의 신호만을 효율적으로 판독하도록, 자속이 흐름에 따르는 단면 형상으로 한다. 기둥형 전극으로부터의 전류 자장을 무시할 수 없는 경우, 기록 매체로부터의 자속은 어느 정도 비대칭으로 요크, MR 소자 자화 자유층에 들어 간다. 이것을 예상하여 기둥형 전극의 단면을 자속의 흐름에 따르도록 비대칭으로 하면, 재생 효율이 향상된다.

Description

자기 저항 효과 소자, 자기 헤드 및 자기 재생 장치{MAGNETORESISTANCE EFFECT DEVICE, MAGNETIC HEAD AND MAGNETIC REPRODUCING APPARATUS}

본 발명은 자기 저항 효과 소자, 자기 헤드 및 자기 재생 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 외부 자장을 검지하기 위한 감지 전류를 소자막(素子莫) 면(面)에 대하여 수직인 방향으로 흘리는 자기 저항 효과 소자, 및 그것을 이용한 자기 헤드, 자기 재생 장치에 관한 것이다.

종래, 자기 기록 매체에 기록된 자기 정보의 판독은 코일을 갖는 재생용의 자기 헤드를 기록 매체에 대하여 상대적으로 이동시키고, 그 때에 발생하는 전자 유도에 의해 코일에 유기되는 전압을 검출하는 방법에 의해서 행해져 왔다. 이것에 대하여, 자기 저항 효과 소자(이하, 「MR 소자」라 함)가 개발되어, 자장 센서에 이용되는 외에, 하드 디스크 드라이브(Hard Disk Drive) 등의 자기 재생 장치에 이용되는 자기 헤드(이하 MR 헤드라 함)에 탑재되고 있다.

최근, 자기 기록 매체의 소형화·대용량화가 진행되어, 자기 정보의 판독 시의 재생용 자기 헤드와 자기 기록 매체와의 상대 속도가 작아지고 있다. 이 때문에, 작은 상대 속도이더라도 큰 출력을 추출할 수 있는 MR 헤드가 요구되고 있다.

이러한 요구에 대하여, Fe/Cr나 Fe/Cu와 같이 강자성 금속막과 비자성 금속막을 어떤 조건으로 교대로 적층하고, 근접하는 강자성 금속막 사이를 반강자성 결합시킨 다층막, 소위 「인공격자막」이 거대한 자기 저항 효과를 나타내는 것이 보고되고 있다(Phys. Rev. Lett. 61 2474 (1988), Phys. Rev. Lett. 64 2304(1990) 등 참조). 그러나, 인공격자막은 자화가 포화하기 위해서 필요한 자장이 높기 때문에, MR 헤드용의 막 재료에는 적합하지 않다.

이것에 대하여, 강자성층/비자성층/강자성층의 샌드위치 구조의 다층막에서, 강자성층이 반강자성 결합하지 않은 경우라도, 큰 자기 저항 효과를 실현한 예가 보고되고 있다. 즉, 비자성층을 사이에 끼운 2층의 강자성층의 한쪽에 교환 바이어스 자장을 인가하여 자화를 고정해 놓고, 다른 쪽의 강자성층을 외부 자장(신호 자장 등)에 의해 자화 반전시킨다. 이에 따라, 비자성층을 끼워 배치시킨 두개의 강자성층의 자화 방향의 상대적인 각도를 변화시킴으로써, 큰 자기 저항 효과가 얻어진다. 이러한 타입의 다층막은 「스핀 밸브」 라고 불리고 있다(Phys. Rev. B 45 806 (1992), J. App1. Phys. 69 4774 (1981) 등 참조). 스핀 밸브는 저자장에서 자화를 포화시킬 수 있기 때문에, MR 헤드에 적합하지만, 이미 실용화되어 있는 소자의 자기 저항 변화율은 최대로도 약20% 정도에 지나지 않아, 자기 저항 변화율의 향상이 필요하다.

그런데, 지금까지의 MR 소자는 감지 전류를, MR 소자를 구성하는 MR막의 막면(膜面)의 면내 방향으로 흘리는 타입의 것이 많았다. 이것을, 「CIP(Current in plane)」라 칭한다. 이것에 대하여, 감지 전류를 MR막의 막면에 대하여 수직 방향으로 흘리는 MR 소자가 있다. 이것은 「CPP(Current perpendicular to plane)」라고 칭한다. CPP는 CIP의 10배 정도의 자기 저항 변화율이 얻어진다는 보고가 있고(J. Phys. Condens. Matter. 11 5717 (1999) 등), 변화율 1OO%도 불가능하지는 않다.

그러나, MR 막의 막면에 대하여 수직 방향으로 감지 전류를 흘리면, 전기 저항이 매우 작게 되어, 출력이 작아진다고 하는 문제가 있다. 그래서, MR막의 면적 자체를 작게 하여 저항치를 올리고, 출력을 늘리는 시도가 이루어지고 있다(Phys. Rev. Lett. 70 3343 (1993) 등). 그런데, MR막의 면적 자체를 작게 하는 방법에서는 MR막의 단자구화(單磁區化)를 하기 위해서는 한계가 생긴다.

또한 감지 전류를 MR막의 막면에 대하여 수직 방향으로 흘리면, 환형의 전류 자장이 MR막의 막면 내에 발생한다. 이 환형 자장은, 신호 자장에 대하여 자화가 회전하는 자화 프리층의 단자구화를 방해하는 원인이 된다.

한편, 종래의 MR 헤드는 MR막을 실드 사이에 삽입한 「실드형」의 구성의 것이 많았다. 실드형의 경우, 자기 기록 매체로부터의 부유(浮遊) 자장을, 스핀 밸브로 직접 검출한다. 그런데, 최근, 더욱 고기록 밀도화가 진행하여, 자기 기록 매체로 부터의 자속을, 일단 자속 가이드(요크)를 통해서, 효율적으로 스핀 밸브의 자화 자유층으로 들어가는 「요크형」의 헤드가 제안되어 있다.

그러나, 본 발명자의 검토의 결과, 요크형으로 대표되는 많은 자기 헤드에 있어서는 MR막의 자기 검출이 행하여지는 능동 영역을 여러가지 이유에서 규정할 필요가 있는 것이 판명되었다.

이하, 이러한 문제에 대하여, 요크형 헤드 중의 「플래너형」을 예로 들어 설명한다.

도 31은 플래너형 헤드의 주요부 구성을 나타내는 사시 개념도이다. 즉, 플래너형 헤드는 한쌍의 평판상의 요크(20, 20)를, 기록 매체(200)의 매체면에 대하여 각각 평행하게 배치한 구성을 갖는다. MR 소자를 구성하는 MR막(100)은 요크(20, 20)에 대하여 자기적으로 결합하도록 설치되어 있다.

기록 매체(200)에는 기록 트랙(200T)을 따라서 기록 비트(200B)가 설치되어 있다. 각각의, 기록 비트(200B)에서의 신호 자속은 요크(20), MR막(100), 요크(20)에 의해 형성되는 자기 회로에 공급되어, 검출된다. 이러한 플래너형의 구성에 의하면, MR막(100)까지의 자로 길이가 짧아지기 때문에, 자속을 스핀 밸브에 효율적으로 유도할 수 있다(IEEE Trans. Mag. 25, 3689 (1989) 등 참조).

그런데, 플래너형 헤드의 요크(20)의 폭(20W)은 최근 가속적으로 좁아지고 있는 기록 매체의 기록 트랙(200T)의 폭(200W)보다도 넓다. 이 때문에, 실제로 자속을 판독하는 MR막(100)의 능동 영역을 제한할 필요가 생긴다.

또한, 플래너형 헤드에서는 기록 매체(200)로부터의 신호 자속이 비대칭으로되는 일없이 효율적으로 요크(20)에 들어 와, 그곳에서 다시 MR막(100)의 자화 자유층에 들어가도록, 요크의 투자율이 일정하고 또한 큰 것이 요구된다. 이 때문에 매체의 트랙(200T)의 길이 방향에 대하여 직교하는 위치 관계로 한쌍의 경자성체(30, 30)를 배치하여, 요크(20)와 자화 자유층의 자화가 트랙 방향과 직각으로 향하도록 하면, 투자율이 높고, 균일하게 되도록 할 수 있다.

그런데, 높은 자기 저항 효과를 실현하기 위한 CPP형의 MR 소자를 이용하는 경우, 감지 전류를 MR막에 대하여 수직으로 흘리기 위한 전극 부분(기둥형 전극)이 필요해진다. 이 전극 부분으로부터의 환형의 전류 자장이 한쌍의 경자성체(30, 30)에 의한 자화 고착력을 상회하면, 요크(20)나 MR막(100)의 자화 자유층의 자화 분포가 변동하여, 투자율도 일정하지 않게 되어 버린다.

또한, CPP형의 MR 소자를 이용하는 경우, 도시하지 않은 상부 전극과 하부 전극에 MR막(100)이 끼워지는 형태가 된다. 따라서, 이들 전극 중에서, MR막(100)에 대하여 평행한 부분에서의 전류 자장도, 요크(20)나 MR막(100)의 자화 자유층의 자화 분포에 영향을 주는 것이 판명되었다.

이상 설명한 문제점 및 과제는 플래너형의 헤드에 한하지 않고, 대부분의 요크형 헤드 혹은 그 밖의 구조의 헤드에 있어서 공통의 것이다. 예를 들면, 「실드형」의 헤드에 있어서도, 마찬가지의 문제점이 존재한다.

본 발명은 이러한 과제의 인식에 기초하여 이루어진 것으로, 그 목적은 CPP형의 MR 소자에 있어서 MR막의 능동 영역을 적확하게 규정하고, 또한 전극으로부터의 전류 자장의 영향을, 효과적으로 억제하여 소실시키는 구성을 갖는 자기 저항 효과 소자, 자기 헤드 및 자기 재생 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제1 형태에 의한 자기 저항 효과 소자는 자화의 방향이 실질적으로 한 방향으로 고착된 자화 고착층과, 자화의 방향이 외부 자계에 따라서 변화하는 자화 자유층과, 상기 자화 고착층과 상기 자화 자유층 사이에 형성된 비자성 중간층을 구비하고, 상기 자화 고착층의 상기 자화의 방향과 상기 자화 자유층의 상기 자화의 방향의 상대 각도에 따라서 저항이 변화하는 자기 저항 효과 소자로서, 상기 비자성 중간층의 막 면적은 상기 자화 고착층 및 상기 자화 자유층의 막 면적보다도 작고, 상기 저항의 변화를 검출하기 위한 감지 전류가 상기 자화 고착층, 상기 비자성 중간층 및 상기 자화 자유층의 막면에 대하여 대략 수직 방향으로 통전(通電)되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제2 형태에 의한 자기 저항 효과 소자는 자화의 방향이 실질적으로 한 방향으로 고착된 자화 고착층과, 자화의 방향이 외부 자계에 따라서 변화하는 자화 자유층을 포함한 적층막과, 상기 적층막의 막면의 일부에 접속된 전극을 구비하고, 상기 자화 고착층의 상기 자화의 방향과 상기 자화 자유층의 상기 자화의 방향의 상대 각도에 따라서 저항이 변화하는 자기 저항 효과 소자로서, 상기 저항의 변화를 검출하기 위한 감지 전류가 상기 전극을 통해 상기 자화 고착층 및 상기 자화 자유층의 막면에 대하여 대략 수직 방향으로 통전되고, 상기 전극은 상기 적층막의 상기 막면에서 대략 수직으로 연장하여 설치된 기둥형 전극부와, 상기 기둥형 전극부 상에 형성되어, 상기 기둥형 전극부로부터, 상기 적층막의 상기 막면에 대하여 대략 평행한 방향으로 연장하여 설치된 제1 도입부와, 상기 제1 도입부 상에 형성되어, 상기 제1 도입부로부터, 상기 막면에 대하여 대략 평행한 방향으로 연장하여 설치된 제2 도입부를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제3 형태에 의한 자기 저항 효과 소자는 자화의 방향이 실질적으로 한 방향으로 고착된 자화 고착층과, 자화의 방향이 외부 자계에 따라서 변화하는 자화 자유층을 포함한 적층막과, 상기 적층막의 막면의 일부에 접속된 전극을 구비하고, 상기 자화 고착층의 상기 자화의 방향과 상기 자화 자유층의 상기 자화의 방향의 상대 각도에 따라서 저항이 변화하는 자기 저항 효과 소자로서, 상기 저항의 변화를 검출하기 위한 감지 전류가 상기 전극을 통해 상기 자화 고착층 및 상기 자화 자유층의 막면에 대하여 대략 수직 방향으로 통전되고, 상기 전극은 상기 적층막의 상기 막면에서 대략 수직으로 연장하여 설치된 기둥형 전극부와, 상기 적층막의 상기 막면에 대하여 대략 평행하게 연장하여 설치된 도입부를 가지며, 상기 기둥형 전극부는 중심 부분과 외주 부분의 2층의 도전층을 가지고, 상기 감지 전류는 상기 중심 부분과 상기 외주 부분에 있어서 상호 반대 방향으로 흐르는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제4 형태에 의한 자기 저항 효과 소자는 자화의 방향이 실질적으로 한 방향으로 고착된 자화 고착층과, 자화의 방향이 외부 자계에 따라서 변화하는 자화 자유층을 포함한 적층막과, 상기 적층막의 막면의 일부에 접속된 전극을 구비하고, 상기 자화 고착층의 상기 자화의 방향과 상기 자화 자유층의 상기 자화의 방향의 상대 각도에 따라서 저항이 변화하는 자기 저항 효과 소자로서, 상기 저항의 변화를 검출하기 위한 감지 전류가 상기 전극을 통해 상기 자화 고착층 및 상기 자화 자유층의 막면에 대하여 대략 수직 방향으로 통전되고, 상기 전극은 상기 적층막의 상기 막면에서 대략 수직으로 연장하여 설치된 기둥형 전극부와, 상기 적층막의 상기 막면에 대하여 대략 평행하게 연장하여 설치된 도입부를 가지고, 상기 기둥형 전극부의 주위에 자기 실드가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 제5 형태에 의한 자기 헤드는 자기 갭을 사이에 두고 대향 배치된 한쌍의 요크와, 상기 한쌍의 요크와 자기적으로 결합된 자기 저항 효과 소자를 구비하고, 상기 한쌍의 요크는 소정 방향으로 배열된 자화를 가지고, 상기 자기 저항 효과 소자는 자화의 방향이 실질적으로 한 방향으로 고착된 자화 고착층과, 자화의 방향이 외부 자계에 따라서 변화하는 자화 자유층을 포함한 적층막과, 상기 적층막의 막면의 일부에 접속된 전극을 포함하고, 상기 자화 고착층의 상기 자화의 방향과 상기 자화 자유층의 상기 자화의 방향의 상대 각도에 따라서 저항이 변화하는 자기 저항 효과 소자로서, 상기 저항의 변화를 검출하기 위한 감지 전류가 상기 전극을 통해 상기 자화 고착층 및 상기 자화 자유층의 막면에 대하여 대략 수직 방향으로 통전되고, 상기 막면과 상기 전극과의 접속부의 형상은 상기 요크의 자화 방향에 수직인 방향에서 상기 자화 자유층의 자화 회전 방향으로 기울어진 단부(端部)를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제6 형태에 의한 자기 헤드는 자기 갭을 사이에 두고 대향 배치된 한쌍의 요크와, 상기 한쌍의 요크와 자기적으로 결합된 자기 저항 효과 소자를 구비하고, 상기 한쌍의 요크는 소정 방향으로 배열된 자화를 가지며, 상기 자기 저항 효과 소자는 자화의 방향이 실질적으로 한 방향으로 고착된 자화 고착층을 포함한 제1 적층막과, 자화의 방향이 외부 자계에 따라서 변화하는 자화 자유층을 포함한 제2 적층막과, 상기 제1 적층막과 상기 제2 적층막 사이에 설치된 비자성 중간층을 갖고, 상기 자화 고착층의 상기 자화의 방향과 상기 자화 자유층의 상기 자화의 방향의 상대 각도에 따라서 저항이 변화하는 자기 저항 효과 소자로서, 상기 제1 적층막의 막면과 상기 비자성 중간층의 접촉부의 면적은 상기 제1 적층막의 상기 막면의 면적보다도 작고, 상기 제2 적층막의 막면과 상기 비자성 중간층의 접촉부의 면적은 상기 제2 적층막의 상기 막면의 면적보다도 작고, 상기 저항의 변화를 검출하기 위한 감지 전류가 상기 자화 고착층, 상기 비자성 중간층 및 상기 자화 자유층의 막면에 대하여 대략 수직 방향으로 통전되고, 상기 비자성 중간층과 상기 제1 적층막의 막면과의 접속부의 형상은 상기 요크의 자화 방향에 수직인 방향에서 상기 자화 자유층의 자화 회전 방향으로 기울어진 단부를 갖고, 상기 비자성 중간층과 상기 제2 적층막의 막면의 접속부의 형상은 상기 요크의 자화 방향에 수직인 방향에서 상기 자화 자유층의 자화 회전 방향으로 기울어진 단부를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제7 형태에 의한 자기 헤드는 자기 갭을 사이에 두고 대향 배치된 한쌍의 요크와, 상기 한쌍의 요크 상에 설치되고 상기 한쌍의 요크와 자기적으로 결합된 자기 저항 효과 소자를 구비하고, 상기 한쌍의 요크의 각각은 상기 제1 방향에 대하여 대략 수직인 제2 방향으로 배열된 자화를 가지며, 상기 자기 저항 효과 소자는 자화의 방향이 실질적으로 한 방향으로 고착된 자화 고착층과, 자화의 방향이 외부 자계에 따라서 변화하는 자화 자유층을 포함한 적층막과, 상기 적층막의 상측의 막면의 일부에 접속된 상부 전극과, 상기 적층막의 하측의 막면에 접속된 하부 전극을 포함하고, 상기 자화 고착층의 상기 자화의 방향과 상기 자화 자유층의 상기 자화의 방향의 상대 각도에 따라서 저항이 변화하는 자기 저항 효과 소자로서, 상기 저항의 변화를 검출하기 위한 감지 전류가 상기 전극을 통해 상기 자화 고착층 및 상기 자화 자유층의 막면에 대하여 대략 수직 방향으로 통전되고, 상기 상부 전극은 상기 적층막의 상기 막면에서 대략 수직으로 연장하여 설치된 기둥형 전극부와, 상기 적층막의 상기 막면에 대하여 대략 평행하게 연장하여 설치된 도입부를 갖고, 상기 하부 전극은 상기 제1 방향을 따라서 연장하고, 상기 상부 전극의 상기 도입부는 거기를 흐르는 상기 감지 전류가 상기 하부 전극을 흐르는 감지 전류와 반평행(反平行)하게 되도록 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제5 내지 제7 형태의 자기 헤드에 있어서, 상기 한쌍의 요크의 각각에, 소정 방향으로 배열된 자화를 부여하는 수단으로서는 자장중에 있어서 이들 요크를 어닐링하는 방법이나, 경자성막 혹은 반강자성막을 이용한 바이어스막에 의한 바이어스 자계를 인가하는 방법 등을 이용할 수 있다.

또한, 본 발명의 제8 형태의 자기 헤드는 상술한 제1 내지 제4 형태 중 어느 하나의 자기 저항 효과 소자를 구비한 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 제9 형태의 자기 재생 장치는 상술한 것 중 어느 하나에 기재된 자기 헤드를 구비하고, 자기 기록 매체에 저장된 자기적 정보를 판독 가능하게 한 것을 특징으로 한다.

또는, 본 발명의 다른 형태의 자기 재생 장치는 상술한 것 중 어느 하나에 기재된 자기 헤드를 구비하고, 자기 기록 매체에 저장된 자기적 정보를 판독 가능하게 한 것을 특징으로 한다.

환언하면, 본 발명의 다른 형태의 자기 저항 효과 소자는 소자막면에 대하여 수직 통전이고, 또한 외부 자장에 대하여 자화가 회전하는 적어도 1층의 자화 프리층과, 자화가 고착된 적어도 1층의 자화 핀층을 구비하는 자기 저항 효과형 소자에 관한 것으로, 전극 중 소자막면과 평행하게 감지 전류를 흘리는 부분과 소자 사이에 기둥형 전극을 갖고, 또한 그 기둥형 전극에서 소자와 접촉하는 부분의 단면적이 소자의 어떠한 부분의 면적보다도 작은 것을 특징으로 한다.

또는, 본 발명의 다른 형태에 의한 자기 저항 효과 소자는 소자막면에 대하여 수직 통전이고, 또한 외부 자장에 대하여 자화가 회전하는 적어도 1층의 자화 프리층과, 자화가 고착된 적어도 1층의 자화 핀층을 구비하는 자기 저항 효과형 소자에 관한 것으로, 전극 중 소자막면과 평행하게 감지 전류를 흘리는 부분과 소자 사이에 기둥형 전극을 갖고, 또한 그 기둥형 전극이 소자와 접촉하는 부분의 단면이, 신호 자장의 진입 방향에서 보아도, 진입 방향과 수직 방향에서 보아도, 소자의 어떠한 부분보다도 작은 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 형태의 자기 저항 효과 소자에 있어서, 기둥형부의 단면적이 소자와 접하고 있는 면에서 평행하게 전류를 흘리는 부분의 전극과 접하고 있는 면을 향하여, 대강 선형으로 증가하도록 구성해도 좋다.

또는, 상기 제2 형태의 자기 저항 효과 소자에 있어서, 기둥형부의 단면적이 소자와 접하고 있는 면에서, 소자막면에 평행하게 전류를 흘리는 부분의 전극과 접하고 있는 면을 향하여 단순 증가하고, 그 증가율이 도중에 변화하도록 구성해도 좋다.

또는, 상기 제2 형태의 자기 저항 효과 소자에 있어서, 기둥형부가 단면적 변화율이 작은 두개의 부분으로 나누어지도록 구성해도 좋다.

삭제

또는, 단면적 변화율이 작은 두개의 부분 중, 평균 단면적이 작은 부분의 높이가 30 nm 이하이더라도 좋다.

또한, 하부 전극 및 상부 전극 중 기둥형 전극과 접촉하는 부분의 전극 면적이 기둥형 전극의 단면적과 동일하게 될 때까지 좁혀지도록 구성해도 좋다.

즉, CPP 소자의 경우에 주로 자기 저항 효과를 담당하는 강자성체/비자성체 계면 중 감지 전류가 흐르는 부분의 면적에서, MR 소자의 능동 영역을 규정한다. CPP형의 MR의 경우, MR 소자의 자기 특성을 유지하면서 전기 저항을 증가시키기 위해서, 기둥형 전극이 막면에 접하는 면의 면적은 소자 사이즈보다도 작게 작성할 필요가 있다. 이 때의 기둥형 전극으로, MR 소자 능동 영역을 규정하는 것이 가능하다.

또한, 기둥형 전극으로부터의 전류 자장을 감소시키기 위해서, 기둥형 전극의 단면적을 변화시켜, 소자와 접하는 면의 면적을 작게 한다. 또한, 기둥형 전극을 단면적이 너무 변화하지 않는 두개의 부분으로 구성하여, 소자에 접하고 있는 부분의 단면적이나 높이를 소정의 범위로 규정한다. 기둥형 전극으로부터의 전류 자장을 작게 하여, 한쌍의 경자성체에 의한 자화 고착력보다 작게 하면, 요크나 MR 소자 자화자유층의 자화는 지나치게 회전하지 않는다. 이 때문에 기록 매체로부터의 자속은 거의 대칭으로 자화 자유층에 들어 간다.

또는, 전류 자장이 인가되지 않도록, 기둥형 전극 내에서 감지 전류를 왕복시켜, 감지 전류에 의한 전류 자장을 상쇄한다. 또는, 기둥형 전극의 주위에 자기 실드를 설치하여 전류 자장이 소자에 인가되지 않도록 한다. 기둥형 전극 안에서 전류를 왕복시키면, 전극 밖으로의 전류 자장은 상쇄된다. 또한, 실드를 설치하면, 전류자장은 소자나 요크에 인가되지 않는다. 이 때문에 기록 매체로부터의 자속은 대칭으로 자화 자유층에 들어 간다.

또한, 수평형 요크 헤드의 경우, 제거할 수 없는 전류 자장의 영향에 의해, 요크의 자화가 회전하는 경우가 있다. 이 경우, 기록 매체의 트랙 길이 방향에 평행한 방향에서 벗어나, 이웃 트랙으로부터의 신호 자속을 읽어 버릴 우려가 있다. 이것을 막기 위해서, 소자 능동 영역을 규정하는 기둥형 전극 혹은 기둥형 비자성체를, 바로 아래의 트랙에서의 신호만을 효율적으로 판독하도록, 자속의 흐름에 따르는 단면 형상으로 한다. 기둥형 전극으로부터의 전류 자장을 무시할 수 없는 경우, 기록 매체로 부터의 자속은 어느 정도 비대칭으로 요크, MR 소자 자화 자유층에 들어 간다. 이것을 예상하여 기둥형 전극의 단면을 자속의 흐름에 따르도록 비대칭으로 하면, 재생 효율이 향상된다.

또한, 소자면에 평행한 전극 부분에서의 통전 방향을, 매체의 트랙 방향과 평행하게 되도록 전극을 배치한다. 이와 같이 배치하면, 이 부분에서의 전류 자장이 한쌍의 경자성체에 의한 요크와 자화 자유층의 자화 고착 방향과 동일 방향이 되어, 매체로 부터의 자속이 균일하게 요크, 자화 자유층에 들어 가게 된다. 또한, 상부 전극과 하부 전극의 전류 방향을 반평행으로 하면, 요크에 인가되는 전류 자장을 저감할 수 있다. 소자 평면에 평행한 부분의 전극을 매체 트랙 방향과 평행하게 함으로써, 트랙과 직교하는 방향으로 전류 자장이 발생한다. 이 방향이면, 한쌍의 경자성체에 의한 자화 고착 방향과 동일하기 때문에, 요크, 자화 자유층에의 자화 분포에 의한 영향은 없다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.

(제1 실시 형태)

우선, 본 발명의 제1 실시 형태로서, MR 소자에 대한 통전 영역을 제한하는 기본적인 구성에 대하여 설명한다.

도 1은 본 실시 형태에 따른 자기 저항 효과 소자의 주요부 구성을 나타내는 개념도이다. 즉, 도 1의 (a)는 그 단면도이고, 도 1의 (b)는 그 평면도이다. 도 1에 있어서의 지면 우측은 외부 자장의 진입면에 해당한다. 예를 들면, 실드형 헤드에 탑재한 경우에는 외부 자장 진입면이 자기 기록 매체에 대향 배치되고, 플래너형 헤드에 탑재한 경우에는 외부 자장 진입면이 자기 요크의 편측(片側)에 실리는 것으로 된다.

본 실시 형태의 MR 소자(10)는 기판(11) 상에, 순서대로, 하부 전극(12), 자기 저항 효과막(13), 기둥형 전극(pillar electrode)(14), 상부 전극(15)을 구비한다. 이들의 주위는 도시하지 않은 절연체로 매립되어 있다. 자기 저항 효과막(13)은 도시하지 않은 자화 고착층(핀층), 비자성 중간층(스페이서층), 자화 자유층(프리층) 등이 적층된 구성을 갖는다. 그리고, 본 발명의 일 형태에 있어서는 기둥형 전극(14)의 단면적이 자기 저항 효과막(13)을 구성하는 어느 하나의 층의 단면적보다도 작은 것을 특징으로 한다.

감지 전류는 상부 전극(15)으로부터 기둥형 전극(14), 자기 저항 효과막(13), 하부 전극(12)으로 흐르든가 또는 이 역방향으로 흐른다. 즉 자기 저항 효과막(13)에 대해서는 막면에 대하여 수직 방향으로 흐르는 것으로 된다.

자기 저항 효과막(13)은 기본적으로 금속으로 이루어져 있지만, 감지 전류는 자기 저항 효과막(13) 중에서, 기둥형 전극(14)에 접하고 있는 영역으로 밖에 흐르지 않는다. 이것을 이용하여, 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이, 능동 영역(13A)을 기둥형 전극(14)의 단면 형상에 의해 규정하는 것이 가능해진다.

(변형예 1-1)

도 2는 본 실시 형태의 제1 변형예의 자기 저항 효과 소자를 나타내는 개념도이다. 즉, 도 2의 (a)는 그 단면도이고, 도 2의 (b)는 그 평면도이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 본 변형예의 자기 저항 효과 소자(10A)에서는 기판(11)으로부터 순서대로 하부 전극(12), 기둥형 전극(14), 자기 저항 효과막(13), 상부 전극(15)을 구비한다. 이러한 자기 저항 효과 소자에 있어서도, 능동 영역(13A)을 마찬가지로 규정하는 것이 가능하다.

(변형예 1-2)

도 3은 본 실시 형태의 제2 변형예의 자기 저항 효과 소자를 나타내는 개념도이다. 즉, 도 3의 (a)는 그 단면도이고, 도 3의 (b)는 그 평면도이다. 본 변형예의 자기 저항 효과 소자(10B)에서는 기판(11) 상에, 순서대로, 하부 전극(12), 하부 기둥형 전극(14A), 자기 저항 효과막(13), 상부 기둥형 전극(14B), 상부 전극(15)을 구비한다.

도 4는 자기 저항 효과막(13)에 있어서의 전류 패스를 나타내는 개념도이다.

도 1이나 도 2에 나타내는 자기 저항 효과 소자에 있어서는 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 자기 저항 효과막(13) 중에서의 전류 분포에 막면 평행 성분이 생겨, 완전한 CPP형의 MR 소자가 되지 않게 된다.

이에 비하여, 도 3에 나타내는 제2 변형예에 있어서는 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 자기 저항 효과막(13) 내에서의 전류 분포에 막면의 내부 방향의 성분이 없어져, CPP형의 MR 소자의 효과를 추출할 수 있으므로, 보다 효과적으로 자기 저항 효과막의 능동 영역(13A)을 규정할 수 있게 된다.

(변형예 1-3)

도 5는 본 실시 형태의 제3 변형예의 자기 저항 효과 소자의 단면 구성을 나타내는 개념도이다. 즉, 본 변형예의 자기 저항 효과 소자(1OC)에서는 적어도 1층의 자화 고착층(핀층)을 갖는 적층막(13P)과, 적어도 1층의 자화 자유층(프리층)을 갖는 적층막(13F)을 갖는 스핀 밸브의 비자성 중간층(13S)이 기둥형으로 패터닝되어 있다. 단, 도면에서 적층의 순서의 상하는 관여하지 않는다. 또한, 이 자기 저항 효과막(13)의 상하로는 도시하지 않은 전극이 접촉하고 있다.

자기 저항 효과 중, 계면 효과를 담당하는 것은 비자성 중간층(13S)과 자화 고착층 및 자화 자유층의 계면이다, 도 5와 같은 소자에서는 이들 계면에 대하여 전류가 거의 수직인 방향으로 흐르기 때문에, CPP형의 GMR의 효과를 추출할 수 있다고 하는 효과가 얻어진다.

(제2 실시 형태)

다음에, 본 발명의 제2 실시 형태로서, 도 1에 나타낸 구조를 실드형 헤드에 응용한 구체예에 대하여 설명한다.

도 6은 도 1에 예시한 자기 저항 효과 소자를 탑재한 실드형 헤드의 주요부를 나타내는 개념도이다. 즉, 도 6의 (a)는 기록 트랙 길이 방향을 따라서 절단한 단면도이며, 도 6의 (b)는 기록 트랙의 폭 방향을 따라서 절단한 단면도이다. 도 6에 있어서, 자기 기록 매체(200)는 화살표 A의 방향으로 주행한다.

본 실시 형태의 자기 헤드에 있어서, 자기 저항 효과막(13)은 한쌍의 자기 실드(24, 24) 사이에 삽입되고, 자기 기록 매체(200)에 대하여 수직으로 배치되어 있다. 그리고, 하부 전극(12), 기둥형 전극(14), 상부 전극(15)이 도시된 바와 같이 설치되어, 능동 영역(13A)이 규정되어 있다.

도 7은 자기 저항 효과막(13)의 자화 자유층(프리층)에 있어서의 자화 분포를 나타내는 개념도이다. 기록 매체(200)로 부터의 신호 자속은 자기 저항 효과막(13)의 자화 자유층에 진입하여, 자화 자유층의 자화를 회전시킨다. 통상, 무자장속에서는 도 7의 (a)에 나타낸 바와 같이, 자화 자유층의 자화(화살표)는 진입 자속과 직교하도록, 바이어스막(30)으로부터의 바이어스 자장에 의해서 단자구화되어 있다. 여기에, 기록 매체로 부터의 자속 F가 진입하면, 도 7의 (b)에 나타낸 바와 같이 자화 자유층의 자화(화살표)는 회전하지만, 기록 매체(200)로부터 멀어질수록 회전 각도는 감쇠한다. 즉, 기록 매체(200)에 가까운 부분일수록, 감도가 높다.

따라서, 기둥형 전극(14)을 될 수 있는 한 기록 매체(200)에 가까운 위치에 배치하면, 자화 자유층 중의 감도가 높은 부분만을 능동 영역(13A)으로 할 수 있어, 고 출력을 실현할 수 있다.

또한, 도 6의 구성에 있어서는 상부 전극(15)과 하부 전극(12)이 각각 자기 실드를 겸하는 것으로 해도 좋고, 그 경우에는 구조가 간략화되어, 제조 공정도 단축된다.

또한, 도 6에 있어서, 자기 저항 효과 소자는 전술한 변형예 1-1, 변형예 1-2 또는 변형예 1-3이더라도 좋다.

(제3 실시 형태)

다음에, 본 발명의 제3 실시 형태로서, 바이어스 인가 수단을 갖는 수평형 요크 헤드에 대하여 설명한다.

도 8은 도 1에 예시한 자기 저항 효과 소자를 수평형 요크 헤드에 탑재한 구성을 나타내는 사시도이다. 도 8에 대해서는 도 1 내지 도 7 및 도 31에 관하여 상술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도 8에 있어서는 막면에 대하여 평행한 부분의 상부 전극과 하부 전극은 생략하였다.

본 실시 형태에 있어서, 한쌍의 요크(20, 20)는 경자성 재료의 하드막 또는 반강자성막으로 이루어지는 바이어스막(30, 30)에 끼워져 있고, 자화가 y 방향을 향하도록 단자구화되어 있다. 또한, 이것과 마찬가지로, 자기 저항 효과막(13)의 자화 자유층의 자화도, y 방향으로 가지런히 되어 있다.

도 9는 본 실시 형태의 헤드에 있어서의 자화 방향을 나타내는 개념도이다.

자기 기록 매체(200)로 부터의 자속은 도 9에 나타낸 바와 같이, 주로 트랙(200T) 위에 위치하는 부분의 요크(20)에 진입하고, 자화 자유층의 자화도 트랙(200T) 윗 부분만이 크게 회전한다. 따라서, 도 8과 같이 기둥형 전극(14)의 단면적을 트랙 폭(200W) 내에 가두어, 감도가 큰 부분만을 능동 영역(13A)(도 1 참조)으로 하면, 출력 향상으로 이어질 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서도, 물론, 상술한 변형예 1-1, 변형예 1-2 또는 변형예 1-3의 자기 저항 효과 소자를 탑재해도, 마찬가지의 효과가 얻어진다.

(변형예 3-1)

다음에, 본 실시 형태의 제1 변형예로서, 요크 및 자화 자유층에 바이어스 자장을 인가하기 위한 구성에 대하여 설명한다.

도 10은 본 변형예의 자기 헤드의 주요부 구성을 나타내는 사시 개념도이다. 도 10에 대해서도, 도 1 내지 도 9 및 도 31에 관하여 상술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명은 생략한다.

본 변형예에 있어서는 경자성막 혹은 반강자성막으로 이루어지는 한쌍의 바이어스막(30, 30)이 요크(20) 및 자화 자유층 위에 배치되어 있다. 이러한 「패턴드 바이어스 구성」으로 하면, 요크(20) 및 자화 자유층에 대하여 이상적인 바이어스 자장을 인가할 수 있다.

(변형예 3-2)

다음에, 본 실시 형태의 제2 변형예로서, 보조 요크를 설치한 구성에 대하여 설명한다.

도 11은 본 변형예의 자기 헤드의 주요부 구성을 나타내는 사시 개념도이다. 도 11에 대해서도, 도 1 내지 도 10 및 도 31에 관하여 상술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명은 생략한다.

본 변형예는 도 8에 예시한 수평형 요크 헤드에 대하여, 기록 매체의 기록 트랙의 폭(200W)과 같은 정도의 치수의 보조 요크(22)를 부가한 예이다. 이와 같이 하면, 기록 트랙에서의 신호 자속이 효율적으로 요크(20), 나아가서는 자기 저항 효과막(13)의 자화 자유층으로 유도된다. 그 결과로서, 기록 트랙의 윗 부분의 자화만이 이상적으로 회전하도록 되기 때문에, 트랙 폭 내에 기둥형 전극(14)을 배치함으로써, 능동 영역(13A)을 규정하는 것의 효과가 더욱 현저하게 된다.

물론, 도 10에 예시한 구성에 대하여 마찬가지의 보조 요크(22, 22)를 설치하더라도, 동일한 효과가 얻어진다.

(제4 실시 형태)

다음에, 본 발명의 제4 실시 형태로서, 기둥형 전극에 의해 생기는 환형 자계의 효과를 억제하기 위한 구체적인 구성에 대하여 설명한다.

도 12의 (a)는 도 1에 예시한 바와 같은 자기 저항 효과 소자의 주요부를 나타내는 모식도이다. 여기서는 지면 앞과 속에 경자성막 혹은 반강자성막으로 이루어지는 바이어스막(30)이 설치되고, 이것에 의한 바이어스 자장으로 자화 자유층이 단자구화된다.

여기서, 기둥형 전극(14)의 단면은 원형이고, 그 높이는 무한히 긴 것으로 가정한다. 이러한 기둥형 전극(14)에 감지 전류 Is를 화살표 방향에 흘린 경우, 자기 저항 효과막(13)에는 화살표 M으로 도시한 바와 같이 환형의 전류 자장이 인가된다. 이 전류 자장 M이 무시할 수 없는 정도의 크기가 되면, 지면 가로 방향에서 진입하는 신호 자속 F에 대하여 자화 자유층의 투자율이 면 내에서 일정하지 않게 되어 버린다. 또한, 전류 자장 M의 크기가 바이어스 자장 B를 넘으면, 자화 자유층의 자화는 회전한다.

도 12의 (b)는 감지 전류 Is를 5 mA 흘리었을 때의, 기둥형 전극(14)의 중심에서 거리 r 떨어진 위치에서의 전류 자장 M의 크기를 나타낸 그래프이다. 또한, 도 12의 (b)에 있어서, 점선은 기둥형 전극(14)의 내부에 있어서의 자장 분포를 나타내고, 실선은 기둥형 전극(14)의 외부에서의 자장 분포를 나타낸다. 즉, 전류 자장은 기둥형 전극(14)의 내부에 있어서는 중심에서 멀어짐에 따라서 상승하여 전극(14)의 외벽에서 피크를 이루고, 그것보다도 외측으로 멀어짐에 따라서 감쇠한다.

국소적으로 걸리는 최대 자장은 기둥형 전극(14)의 반경 r_p에 크게 의존하고, 예를 들면 반경 100nm에서 최대 자장은 25 Oe, 200nm에서는 12.5 Oe, 300nm에서는 8.3 Oe로, 반경 r_p가 커질수록 최대 전류 자장은 작아진다. 이것으로 부터, 기둥형 전극(14)은, 가능한 한 반경 r_p를 크게 하는 편이 좋다고 할 수 있다.

도 13의 (a)는 도 1에 예시한 바와 같은 자기 저항 효과 소자의 주요부를 나타내는 모식도이다. 여기서는 지면 앞과 속에 경자성막 혹은 반강자성막으로 이루어지는 바이어스막(30)이 설치되고, 이것에 의한 바이어스 자장에서 자화 자유층이 단자구화된다.

여기서는 기둥형 전극(14)이 무한히 가는 선형 전극인 것으로 가정하였다. 이러한 선형 전극에 감지 전류 Is를 화살표 방향으로 흘린 경우, 자기 저항 효과막(13)에는 화살표 M과 같은 환류 자장이 인가된다. 전류 자장 M이 무시할 수 없을 정도로 커지면, 지면 가로 방향에서 진입하는 신호 자속 F에 대하여 자화 자유층의 투자율이 면 내에서 일정하지 않게 된다. 또한, 전류 자장 M이 바이어스자장 B를 넘으면, 자화 자유층의 자화는 회전한다.

도 13의 (b)는 감지 전류 5 mA를 흘린 경우의 기둥형 전극(14)으로부터 거리 r 떨어진 위치에서의 전류 자장 M의 크기를 나타내는 그래프이다. 전류 자장 M의 크기는 기둥형 전극(14)의 높이 h에 크게 의존한다. 예를 들면, r=0.2㎛의 위치에서는 높이 h가 10nm일 때 1.25 Oe, 높이 h가 60nm일 때 7.18 Oe, 높이 h가 200nm일 때 17.7 Oe로 높이 h가 늘어남에 따라서 전류 자장 M이 증대한다. 이것은, 자기 저항 효과막(13)의 위치에서의 전류 자장 M의 강도가 기둥형 전극(14)의 길이 방향에 따른 적분에 의해 결정되기 때문이다. 이것으로 부터, 기둥형 전극(14)의 높이 h는 작게 할 필요가 있다고 할 수 있다.

이상의 결과를 근거로 하여 기둥형 전극(14)을 설계하면, 이하와 같게 된다.

우선, 전류 자장 M을 억제하기 위해서는 기둥형 전극(14)을 굵게 해야 한다. 한편, 기둥형 전극(14)이 자기 저항 효과막(13)과 접하는 면에서의 단면적은, 능동 영역(13A)이 조여든다고 하는 관점에서도, CPP형 GMR 소자의 고저항화라는 관점에서도, 작은 것이 바람직하다.

또한, 기둥형 전극(14)이 짧을수록 전류 자장 M을 저감할 수 있다. 그러나, 자기 저항 효과막(13), 상부 전극(15) 및 하부 전극(12) 사이의 전기적인 절연을 확보할 필요가 있기 때문에, 기둥형 전극(14)의 높이 h는 100nm 정도 이상은 필요하다.

이들 조건을 동시에 만족하는 디자인으로서, 예를 들면, 도 1에 예시한 자기 저항 효과 소자의 경우, 기둥형 전극(14) 중에서 상부 전극(15)에 가까운 부분은 단면적을 크게 하고, 자기 저항 효과막(13)에 가까운 부분은 단면적을 작게 하면 좋다.

도 14는 이 구성을 예시하는 개념도이다. 단면적이 큰 부분(14L)은 높이가 있더라도 전류 자장이 작은 것을 도 12로부터도 안다. 따라서, 실질적으로는, 자기 저항 효과막(13)에 가깝고, 단면적을 조인 부분(14S)으로부터의 전류 자장 M만을 고려하면 좋다. 물론, 이 기둥형 전극의 형상은 변형예 1-1 및 변형예 1-2의 자기 저항 효과 소자에도 적용 가능하다. 또한, 이 경우, 수평 방향의 단면 형상에 대해서는 원 형상이라도 좋고, 뒤에 상술하는 바와 같이, 그 밖의 각종의 형상을 가질 수도 있다.

(변형예 4-1)

도 15는 기둥형 전극(14)의 단면적이 상부 전극(15)과의 접촉면부터 자기 저항 효과막(13)과의 접촉면까지 선형으로 변화하고 있는 구성을 나타내는 개념도이다. 이러한 기둥형 전극(14)은 테이프가 붙은 레지스트를 이용하면, 1회의 리프트 오프로써 작성 가능하다. 물론, 이 기둥형 전극(14)은 변형예 1-1, 변형예 1-2의 자기 저항 효과 소자에도 적용 가능하다.

(변형예 4-2)

도 16은 기둥형 전극(14)의 단면적이 대강 2 단계로 나뉘어져 있는 구성을 예시하는 개념도이다. 이와 같이 하면, 기둥형 전극(14)이 자기 저항 효과막(13)과 접하고 있는 면의 면적 S_MR과 상부 전극(15)과 접하고 있는 면의 면적 S_UpperLead의 차를 크게 할 수 있다. 이 차가 클 수록, 기둥형 전극(14) 중의 단면적이 큰 부분으로 부터의 전류 자장 M을 저감할 수 있다.

그러나, 이와 같이 설계해도, 도 13의 (a) 및 (b)에 관하여 상술한 바와 같이, 단면적이 작은 부분이 길어지면, 전류 자장 M은 커져 버린다. 그래서, 단면적이 작은 부분의 높이는 30nm 이하, 더 바람직하게는 15nm 이하로 하여야 한다.

(제5 실시 형태)

다음에, 본 발명의 제5 실시 형태로서, 기둥형 전극의 전류 자장을 상쇄하는 구성에 대하여 설명한다.

도 17은 본 실시 형태에 따른 자기 저항 효과 소자의 주요부 구성을 예시하는 개념도이다. 즉, 도 17의 (a)는 그 종단면도이고, 도 17의 (b)는 그 주요부 수평 단면도이다.

본 실시 형태는 도 1에 예시한 구성에 있어서, 기둥형 전극(14)을 중심 도전부(14C)와 외주 도전부(14P)로 나눠, 감지 전류 Is를 왕복시켜 전류 자장 M을 상쇄하는 것을 특징으로 한다. 중심 도전부(14C)와 외주 도전부(14P) 사이는 절연체(14I)에 의해 분리되어 있다.

감지 전류 Is는 상부 전극 왕로(往路)(15A)에서 중심 도전부(14C)로 유입하고, 자기 저항 효과막(13)을 수직으로 통전한다. 그리고, 하부 전극 왕로(12A)에서, 자기 저항 효과막 상에 위치하는 귀로(12B)로 흘러, 기둥형 전극의 외주 도전부(14P)를 통하여 상부 전극 귀로(15B)에 이른다. 물론, 이 역방향으로 흘리더라도 상관없다. 이와 같이 기둥형 전극(14)에 있어서 감지 전류 Is를 왕복시키면, 자기 저항 효과막(13)에 걸리는 전류 자장 M이 경감되어, 이상적으로는 제로로 할 수 있다.

물론, 도 2, 도 3에 예시한 변형예 1-1, 1-2에 대해서도 마찬가지로 적용 가능하다.

(제6 실시 형태)

다음에, 본 발명의 제6 실시 형태로서, 기둥형 전극의 전류 자장을 실드하는 구성에 대하여 설명한다.

도 18은 본 실시 형태에 따른 자기 저항 효과 소자의 주요부 구성을 예시하는 개념도이다. 즉, 도 18의 (a)는 그 종단면도이고, 도 18의 (b)는 그 주요부 수평 단면도이다.

본 실시 형태에 있어서는 기둥형 전극(14)의 주위에 절연체(14I)를 통해 자기실드(15)가 설치되어 있다. 이러한 자기 실드(15)를 설치함으로써, 자기 저항 효과막(13)에 인가되는 전류 자장 M이 경감되고, 이상적으로는 제로로 되는 것도 가능해진다.

(제7 실시 형태)

이상, 제4 내지 제6 실시 형태에 관하여, 기둥형 전극으로부터의 환형의 전류자장 M의 영향을 경감하거나 또는 억제하는 소자 설계를 설명하였다.

본 실시 형태는 전류 자장 M에 기인하는, 판독 시의 인접 트랙에서의 크로스토크를 회피하기 위한 접근법에 관한 것이다.

도 19는 CPP형 GMR 소자를 탑재한 수평형 요크 헤드의 평면 구성을 나타내는 개념도이다.

도 19의 (a)는 전류 자장 M의 영향이 무시할 수 있을 정도로 작은 경우의 자화 분포(화살표)를 나타내고 있다. 경자성막 또는 반강자성막으로 이루어지는 바이어스막(30, 30)이 설치되고, 이것에 의한 바이어스 자장 B에 의해서 자기 저항 효과막의 자화 자유층(13F)이나 요크(20)는 단자구화되어 있다. 이와 같이 하면, 자화 자유층(13F)과 요크(20)의 어떤 부분에서도, 트랙 길이 방향 T에 대한 투자율이 가장 높게 되기 때문에, 자화는 트랙 길이 방향 T로만 진입한다. 또한, 트랙 상의 투자율이 가장 커져, 트랙 상의 자화만이 깨끗히 회전한다.

도 19의 (b)는 환형(環形)으로 전류 자장 M이 잔류하여, 그 세기가 바이어스 자장 B와 같은 정도로 된 경우의 자화 분포를 나타낸다. 이 경우에는 자화 자유층(13F)이나 요크(20)의 자화(화살표)는 도시한 바와 같이 회전한다. 이 때, 트랙(200T) 상에서 벗어난 부분에서는 자화(화살표)가 트랙(200T)의 폭 방향에서 빗나가므로, 고투자율로 되는 방향이 장소에 따라서는 트랙 길이 방향이 아니게 되어 버린다. 이 때, 인접하는 사이드 트랙(200ST)으로 부터의 신호 자속 F가 자화로 직행하는 방향에서 진입하여, 크로스토크가 발생하여 오프 트랙 특성이 악화될 가능성이 있다. 환언하면, 전류 자장 M에 의해서 자화 자유층(13F)이나 요크(20)의 자화 분포가 변화하여, 인접 트랙에서의 자속도 빨려들어가 버린다.

이와 같이 빨려들어간 인접 트랙에서의 자속이 판독되는 것을 막기 위해서는 기둥형 전극(14)의 단면 형상을, 도 19의 (c)에 예시한 바와 같이 사다리꼴로 하면 좋다. 이와 같이 하면, 사이드 트랙에서의 자속 F는 자기 저항 효과막의 능동 영역(13A)으로 진입하는 것이 없어져, 오프 트랙 특성이 개선된다.

여기서, 바이어스 자장 B가 +y 방향, 감지 전류 Is가 -z 방향일 때, 사다리꼴의 밑변 중 짧은 쪽이 +x측, 긴 쪽이 -x측이라는 위치 관계를 유지할 필요가 있다.

(변형예 7-1)

도 5에 예시한 변형예 1-3에 대해서도, 기둥형의 중간 비자성막(13S)의 횡단면 형상을 도 19에 예시한 것과 마찬가지의 사다리꼴로 하는 것으로, 오프 트랙 특성의 개선을 할 수 있다.

(제8 실시 형태)

수평형 요크 헤드에 자기 저항 효과막을 탑재한 경우, 자기 저항 효과막의 자화 자유층과 요크와의 거리를 짧게 하면, 신호 자속의 흐름이 원활하게 된다. 수직 통전의 자기 저항 효과막을 탑재하는 경우에는 하부 전극이 이들 사이에 들어 가기때문에, 자화 자유층과 요크 사이의 거리가 비교적 길어져 버린다.

이것에 대하여, 본 실시 형태는 자화 자유층과 요크와의 거리를 근접시키는 디자인에 관한 것이다.

도 20은 본 실시 형태의 자기 헤드의 주요부 구성을 나타내는 사시 개념도이다. 여기서도, 도 1 내지 도 19 및 도 31에 관하여 상술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명은 생략한다.

도 20에 나타낸 바와 같이 하부 전극(12)을 요크(20, 20)의 갭 내에 배치하면, 자기 저항 효과막(13)과 요크(20)의 거리를 단축할 수 있다. 여기서, 도 20에는 나타나지 않지만, 요크(20) 및 자화 자유층(13F)에 y 방향으로 바이어스 자장을 인가하기 위한, 경자성막 또는 반강자성막으로 이루어지는 한쌍의 바이어스막은 지면 앞과 속에 설치된다.

도 20의 구성에 있어서는 하부 전극(12)으로 부터의 전류 자장이 자기 저항 효과막(13)이나 요크(20)에 인가된다고 하는 문제가 생긴다. 예를 들면, 감지 전류 Is를 기둥형 전극(14)의 -z 방향으로 흘리었다고 하면, +x 방향의 전류 자장 M이 생긴다.

이것에 대하여, 상부 전극(15)을, 도시한 바와 같이 하부 전극(12)에 대하여 평행하게 배치하여 감지 전류가 왕복하도록 하면, 상부 전극(15)과 하부 전극(12)에서 요크(20)에 인가되는 전류 자장 M은 거의 무시할 수 있다.

그러나, 자기 저항 효과막(13)에의 전류 자장은 한층 강해져서, 자화 분포는 도 21에 나타낸 바와 같이, 특히 소자 중앙부에서 자화(화살표)가 회전하여 x 성분을 가지게 된다. 바이어스막(30)의 자화의 방향 B에 대하여 직행하는 방향이 가장 투자율이 높게 되기 때문에, 자기 기록 매체에서 요크(20)로 트랙 길이 방향(x 방향)으로 막 다시 진입한 자속은 자기 저항 효과막의 자화 자유층 부분에서 도시한 화살표와 같이 휘게 된다. 즉, 신호 자속 F에 「스큐」가 생긴다.

이것을 고려하여, 기둥형 전극(14)의 수평 단면 형상을 도 21에 나타낸 바와 같은 평행 사변형으로 하고, 또한 트랙에서의 신호 자속 F가 집중하고 있는 위치에 기둥형 전극(14)을 설치하면, 자기 저항 효과막의 능동 영역(13A)을 감도가 높은 장소에 설정할 수 있기 때문에, 고 출력이 얻어진다.

구체적으로는, 바이어스 자장 B가 +y 방향, 감지 전류 Is가 -z 방향일 때, 기둥형 전극(14)의 수평 단면의 평행 사변형의 4개의 정점은 도 22에 도시한 바와 같이 A를 (0, 0) 로 하였을 때, B(a, -c), C(a, b), D(0, b+c)가 이루어지는 형상이 된다. 즉, 기둥형 전극(14)과 자기 저항 효과막과의 접촉면의 형상은 요크(20)의 자화 방향에 수직인 방향에서 자기 저항 효과막의 자화 자유층의 자화 회전 방향으로 기울어진 단부(이 예에서는 변 DC 및 변 AB)를 갖고 있다. 또한 기둥형 전극(14)은 자기 저항 효과막(13)의 중심에서 -y 방향으로 변이하여 위치시킨다.

(변형예 8-1)

기둥형 전극(14) 또는 기둥형 중간 비자성층(13S)(도 5 참조)의 수평 단면 형상을, 제7 실시 형태와 조합하여, 평행 사변형과 사다리꼴의 특징을 더불어 갖는 형상으로 하면, 보다 효과적이다.

즉, 바이어스 자장 B가 +y 방향, 감지 전류 Is가 -z 방향일 때, 도 23에 도시한 바와 같이, A를 (0, 0)으로 하였을 때에, B(a, -c), C(a, b), D(0, d)에서, d>b+c가 되는 위치 관계로 하면 좋다. 이 경우도, 기둥형 전극(14)과 자기 저항 효과막과의 접촉면의 형상은 요크(20)의 자화 방향에 수직인 방향에서 자기 저항 효과막의 자화 자유층의 자화 회전 방향으로 기울어진 단부(이 예에서는 변 DC 및 변 AB)를 갖고 있다. 또한, 기둥형 중간 비자성층(13S)과 적층막(13P) 또는 적층막(13F)의 접촉면의 형상은 요크(20)의 자화 방향에 수직인 방향에서 자기 저항 효과막의 자화 자유층의 자화 회전 방향으로 기울어진 단부(이 예에서는 변 DC 및 변 AB)를 갖고 있다.

(변형예 8-2)

본 실시 형태의 개념은 도 5에 예시한 바와 같이 중간 비자성층(13S)이 기둥형으로 형성된 자기 저항 효과막(13)에 대해서도, 적용 가능하다. 즉, 기둥형 비 자성층(13S)을, 도 22 또는 도 23에 나타낸 바와 같은 형상, 위치에 설치하면, 고 출력이 얻어진다.

(제9 실시 형태)

상술한 제8 실시 형태와 같이 요크의 갭 내에 하부 전극을 배치한 경우에는 상부 전극을 평행하게 배치하여, 기둥형 전극의 수평 단면 형상을 도 22와 같은 형상으로 하면, 기둥형 전극 이외의 부분에서의 전류 자장에 의한 자화 자유층 자화 회전의 효과를 회피할 수 있다.

이것에 대하여, 본 실시 형태에 있어서는 이러한 전류 자장에 의한 자화 회전을 해소하는 구성을 제공한다.

도 24는 본 변형예의 자기 헤드의 주요부 구성을 나타내는 사시 개념도이다. 도 24에 대해서도, 도 1 내지 도 23 및 도 31에 관하여 상술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명은 생략한다.

본 실시 형태에 있어서는 도 24에 예시한 바와 같이, 하부 전극(12), 상부 전극(15)을 기록 트랙(200T)의 길이 방향으로 추출하여, 감지 전류 Is를 왕복시킨다. 이와 같이 하면, 상부 전극(15)과 하부 전극(12)에 의한 자화 자유층(13F)에의 전류자장 M은 도시하지 않은 한쌍의 바이어스막에 의한 바이어스 자장 B와 동일 방향으로 할 수 있다. 구체적으로는, 기둥형 전극(14)에 있어서 감지 전류를 -z 방향으로 통전하면, 전류 자장 M의 방향은 -y 방향이 된다.

(변형예 9-1)

여기서, 실제로는, 감지 전류 Is는 기둥형 전극(14)에 집중하기 때문에, 예를 들면 상부 전극(15) 내에는 도 25에 나타낸 바와 같은 전류 분포가 형성된다. 이 경우, 하부 전극(12)에는 이것과 역방향의 전류 분포가 형성된다. 그러면,도 25에 나타낸, 환형의 전류 자장 M이 자기 저항 효과막(13)에 생기게 된다.

이것을 회피하기 위해서, 도 26에 예시한 바와 같이 상부 전극(15)과 하부 전극(12)을 각각 기둥형 전극(14) 부근에서 좁히는 형상으로 하면, 도 27에 나타낸 바와 같이, 전류 분포가 기둥형 전극(14)의 부근에서 집중하지 않게 된다. 예를 들면, 기둥형 전극(14)의 -z 방향으로 통전하였다고 하면, 자기 저항 효과막(13)에 걸리는 전류 자장은 도 27에 도시한 바와 같이 대강 -y 방향으로 가지런히 할 수 있다.

(제10 실시 형태)

다음에, 본 발명의 제10 실시 형태로서, 자기 재생 장치에 대하여 설명한다. 제1 내지 제9 실시 형태에 관하여 설명한 본 발명의 자기 저항 효과 소자 또는 자기 헤드는 예를 들면, 기록 재생 일체형의 자기 헤드 어셈블리에 삽입되어, 자기 재생 장치에 탑재할 수 있다.

도 28은 이러한 자기 재생 장치의 개략 구성을 예시하는 주요부 사시도이다. 즉, 본 발명의 자기 재생 장치(150)는 로터리 액튜에이터를 이용한 형식의 장치이다. 도 28에 있어서, 자기 기록 매체로서의 자기 디스크(200)는 스핀들(152)에 장착되어, 도시하지 않은 구동 장치 제어부에서의 제어 신호에 응답하는 도시하지 않은 모터에 의해 화살표 A 방향으로 회전한다. 자기 디스크(200)에 저장하는 정보의 기록 재생을 행하는 헤드 슬라이더(153)는 박막형의 서스펜션(154)의 선단(先端)에 부착되어 있다. 여기서, 헤드 슬라이더(153)는, 예를 들면, 상술한 어느 하나의 실시 형태에 관한 자기 저항 효과 소자 또는 자기 헤드를 그 선단 부근에 탑재하고 있다.

자기 디스크(200)가 회전하면, 헤드 슬라이더(153)의 매체 대향면(ABS)은 자기 디스크(200)의 표면에서 소정의 부상량(浮上量)을 갖고 유지된다.

서스펜션(154)은 도시하지 않은 구동 코일을 유지하는 보빈부 등을 갖는 액튜에이터 아암(155)의 일단에 접속되어 있다. 액튜에이터 아암(155)의 타단에는 리니어 모터의 일종인 보이스 코일 모터(156)가 설치되어 있다. 보이스 코일 모터(156)는 액튜에이터 아암(155)의 보빈부에 감아 올린 도시하지 않은 구동 코일과 이 코일을 끼우도록 대향하여 배치된 영구 자석 및 대향 요크로 이루어지는 자기 회로로 구성된다.

액튜에이터 아암(155)은 고정축(157)의 상하 2곳에 설치된 도시하지 않은 볼 베어링에 의해서 유지되어, 보이스 코일 모터(156)에 의해 회전미끄럼 이동을 할 수 있도록 되어 있다.

도 29는 액튜에이터 아암(155)으로부터 앞의 자기 헤드 어셈블리를 디스크측에서 바라 본 확대 사시도이다. 즉, 자기 헤드 어셈블리(160)는, 예를 들면 구동 코일을 유지하는 보빈부 등을 갖는 액튜에이터 아암(151)을 갖고, 액튜에이터 아암(155)의 일단에는 서스펜션(154)이 접속되어 있다.

서스펜션(154)의 선단에는 제1 내지 제9 실시 형태에 관하여 상술한 어느 하나의 자기 저항 효과 소자 또는 자기 헤드를 구비하는 헤드 슬라이더(153)가 부착되어 있다. 기록용 헤드를 조합하더라도 좋다. 서스펜션(154)은 신호의 기입 및 판독용의 리드선(164)을 갖고, 이 리드선(164)과 헤드 슬라이더(153)에 삽입된 자기 헤드의 각 전극이 전기적으로 접속되어 있다. 도면 부호 165는 자기 헤드 어셈블리(160)의 전극 패드이다.

여기서, 헤드 슬라이더(153)의 매체 대향면(ABS)과 자기 디스크(200)의 표면 사이에는 소정의 부상량이 설정되어 있다.

도 30의 (a)는 부상량이 소정의 플러스의 값인 경우의 헤드 슬라이더(153)와 자기 디스크(200)의 관계를 나타내는 개념도이다. 도 30의 (a)에 예시한 바와 같이, 통상, 많은 자기 기록 장치에서는 자기 헤드(10)를 탑재한 슬라이더(153)는 자기 디스크(200)의 표면에서 소정의 거리만큼 부상한 상태로 동작한다. 본 발명에서는 이러한 「부상 주행형」의 자기 기록 장치에서도, 종래보다도 고분해능으로 저노이즈 재생을 행할 수 있다. 즉, 제1 내지 제9 실시형태에 관하여 상술한 어느 하나의 자기 저항 효과 소자 혹은 자기 헤드를 채용함으로써, 재생하여야 할 트랙 상의 자화 신호만을 확실하게 재생할 수 있다. 또한, 인접하는 기록 트랙에서의 크로스토크를 대폭 저감할 수 있기 때문에, 트랙 피치를 축소하여, 기록 밀도를 대폭 향상시킬 수도 있다.

한편, 기록 밀도가 더 증가하면, 부상 높이를 저하시켜, 보다 자기 디스크(200)에 가까운 곳으로 미끄러져 내려가, 정보를 판독할 필요가 생긴다. 예를 들면, 1인치 평방당 40G(기가) 비트 정도의 기록 밀도를 얻기 위해서는, 이미, 부상하고 있음으로 인한 스페이싱 손실이 지나치게 커져, 극저(極低)부상에 의한 헤드(10)와 자기 디스크(200)의 파손의 문제도 무시할 수 없게 된다.

그 때문에, 자기 헤드(10)와 자기 디스크(200)를 반대로 적극적으로 접촉시켜, 주행시키는 방식도 고려할 수 있다.

도 30의 (b)는 이러한 「접촉 주행형」의 헤드 슬라이더(153)와 자기 디스크(200)의 관계를 나타내는 개념도이다. 본 발명의 자기 헤드에 있어서도, 매체와의 접촉면에 DLC(Diamond-Like-Carbon) 윤활막 등을 설치함으로써 「접촉 주행형」의 슬라이더에 탑재하는 것이 가능하다. 따라서, 도 30의 (b)에 예시한 바와 같은 「접촉 주행형」의 자기 재생 장치에서도, 인접 트랙에서의 크로스토크를 대폭 저감하여, 종래보다도 대폭적으로 트랙 피치를 축소하고 또한 고밀도화된 매체의 기록 재생을 안정하게 행할 수 있게 된다.

이상, 구체예를 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이들 구체예에 한정되는 것이 아니다.

예를 들면, 자기 헤드를 구성하는 각 요소의 재료나 형상 등에 관해서도, 구체예로서 상술한 것에는 한정되지 않고, 당업자가 선택할 수 있는 범위의 전부를 마찬가지로 이용하여 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.

또한, 자기 재생 장치에 관해서도, 재생만을 실시하는 것이라도, 기록·재생을 실시하는 것이라도 좋고, 또한 매체는 하드 디스크에 한정되지 않고, 기타, 플렉시블 디스크나 자기 카드 등의 모든 자기 기록 매체를 이용하는 것이 가능하다. 또한, 자기 기록 매체를 장치에서 제거가능하게 한, 소위 「리무버블」 형식의 장치라도 좋다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, CPP형의 MR 소자에 있어서 능동 영역을 적확하게 규정하고, 또한 전극으로 부터의 전류 자장의 영향을, 효과적으로 억제하여 소실시키는 구성을 갖는 자기 저항 효과 소자, 자기 헤드 및 자기 재생 장치를 제공할 수가 있어, 산업 상의 장점이 많다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 자기 저항 효과 소자를 나타내는 단면도와 평면도.

도 2는 제1 실시 형태의 제1 변형예의 자기 저항 효과 소자를 나타내는 개념도.

도 3은 제1 실시 형태의 제2 변형예의 자기 저항 효과 소자를 나타내는 개념도.

도 4는 자기 저항 효과막(13)에 있어서의 전류 패스를 나타내는 개념도.

도 5는 제1 실시 형태의 제3 변형예의 자기 저항 효과 소자의 단면 구성을 나타내는 개념도.

도 6은 도 1에 예시한 자기 저항 효과 소자를 탑재한 실드형 헤드의 주요부를 나타내는 개념도.

도 7은 자기 저항 효과막의 자화 자유층(프리층)에 있어서의 자화 분포를 나타내는 개념도.

도 8은 도 1에 예시한 자기 저항 효과 소자를 수평형 요크 헤드에 탑재한 구성을 나타내는 사시도.

도 9는 제3 실시 형태의 헤드에 있어서의 자화 방향을 나타내는 개념도.

도 10은 제3 실시 형태의 변형예의 자기 헤드의 주요부 구성을 나타내는 사시 개념도.

도 11은 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 자기 저항 효과 소자의 요크에, 보조 요크를 설치하였을 때의 단면도.

도 12의 (a)는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 자기 저항 효과 소자에 있어서, 감지 전류를 흘렸을 때에 생기는 전류 자장과 경자성막 혹은 반강자성막에 의한 바이어스 자장의 방향을 나타낸 사시도이고, 도 12의 (b)는 감지 전류 5mA를 흘렸을 때에 자기 저항 효과막에 생기는 환형의 전류 자장의 크기를, 기둥형 전극의 중심에서의 거리에 대하여 도시한 특성 그래프.

도 13의 (a)는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 자기 저항 효과 소자에 있어서, 감지 전류를 흘렸을 때에 생기는 전류 자장과 경자성막 혹은 반강자성막에 의한 바이어스 자장의 방향을 나타낸 사시도이고, 도 13의 (b)는 감지 전류 5mA를 흘렸을 때에 자기 저항 효과막에 생기는 환형의 전류 자장의 크기를, 기둥형 전극의 중심에서의 거리에 대하여 도시한 그래프.

도 14는 본 발명의 제4 실시 형태에 의한 자기 저항 효과 소자의 단면도.

도 15는 본 발명의 제4 실시 형태에 의한 자기 저항 효과 소자에서, 기둥형 전극의 단면적을, 상부 전극과의 접촉면에서 자기 저항 효과막과의 접촉면까지 선형으로 변화하게 한 변형예 4-1을 나타내는 도면.

도 16은 본 발명의 제4 실시 형태에 의한 자기 저항 효과 소자에서, 기둥형 전극의 단면적에 의해, 대강 두개의 부분으로 나눌 수 있는 변형예 4-2를 나타내는 도면.

도 17은 본 발명의 제5 실시 형태에 의한 자기 저항 효과 소자를 나타내는 도면.

도 18은 본 발명의 제6 실시 형태에 의한 자기 저항 효과 소자를 나타내는 도면.

도 19는 수평형 요크 헤드에 CPP형 GMR막을 탑재했을 때의 자기 저항 효과 소자의 평면도에, 요크 및 자화 자유층의 자화 분포를 화살표로 기재하고, 그 자화 분포일 때의 신호 자속의 진입 방향을 나타낸 도면으로, 도 19의 (a)는 기둥형 전극을 흐르는 감지 전류에 의한 전류 자장의 영향을 무시할 수 있는 경우의 자화 분포와 신호 자속의 흐름을 나타내는 도면이며, 도 19의 (b)는 기둥형 전극의 감지 전류를 무시할 수 없는 경우의 자화 분포와 신호 자속의 흐름을 나타내는 도면이며, 도 19의 (c)는 본 발명의 제7 실시 형태로서, 기둥형 전극의 감지 전류를 무시할 수 없는 경우의 신호 자속의 흐름과 그것에 적합한 기둥형 전극의 위치와 형상을 나타내는 도면.

도 20은 본 발명의 제8 실시 형태에 의한 자기 저항 효과 소자의 사시도.

도 21은 본 발명의 제8 실시 형태에 의한 자기 저항 효과 소자의 평면도에, 요크와 자화 자유층의 자화 분포, 그 분포에 의해서 결정되는 신호 자속의 흐름, 그 흐름에 적합한 기둥형 전극의 위치와 형상을 나타낸 도면.

도 22는 도 21에 나타낸 기둥형 전극의 형상을 상세히 나타낸 도면.

도 23은 본 발명의 제7 실시 형태와 제8 실시 형태를 조합한 경우의 자기 저항 효과 소자의 기둥형 전극의 단면 형상을 설명하는 도면.

도 24는 본 발명의 제9 실시 형태에 의한 자기 저항 효과 소자의 사시도.

도 25는 본 발명의 제9 실시 형태에 있어서의 상부 전극의 평면도에, 전류 패스와 그것에 의하여 자기 저항 효과막에 생기는 전류 자장을 화살표로 나타낸 도면.

도 26은 본 발명의 제9 실시 형태에 있어서의 상부 전극과 하부 전극을, 기둥형 전극의 위치에서 좁힌 변형예 9-1의 자기 저항 효과막의 사시도.

도 27은 본 발명의 변형예에 있어서의 상부 전극에서의 전류 패스와 그것에 의하여 자기 저항 효과막에 생기는 전류 자장을 화살표로 나타낸 도면.

도 28은 본 발명의 자기 재생 장치의 개략적인 구성을 예시하는 주요부의 사시도.

도 29는 액튜에이터 아암(155)으로부터 앞쪽의 자기 헤드 어셈블리를 디스크측에서 바라 본 확대 사시도.

도 30의 (a)는 부상량(浮上量)이 소정의 플러스의 값인 경우의 헤드 슬라이더(153)와 자기 디스크(200)의 관계를 나타내는 개념도이고, 도 30의 (b)는 이러한 「접촉 주행형」의 헤드 슬라이더(153)와 자기 디스크(200)의 관계를 나타내는 개념도.

도 31은 플래너형 헤드의 주요부 구성을 나타내는 사시 개념도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : MR 소자

11 : 기판

12 : 하부 전극

13 : 자기 저항 효과막

14 : 기둥형 전극

15 : 상부 전극

Claims

자화의 방향이 실질적으로 한 방향으로 고착된 자화 고착층;

자화의 방향이 외부 자계에 따라서 변화하는 자화 자유층; 및

상기 자화 고착층과 상기 자화 자유층 사이에 형성된 비자성 중간층

을 구비하고,

상기 자화 고착층의 상기 자화의 방향과 상기 자화 자유층의 상기 자화의 방향의 상대 각도에 따라서 저항이 변화하는 자기 저항 효과 소자에 있어서,

상기 비자성 중간층의 막 면적은 상기 자화 고착층 및 상기 자화 자유층의 막 면적보다도 작고,

상기 저항의 변화를 검출하기 위한 감지 전류가 상기 자화 고착층, 상기 비 자성 중간층 및 상기 자화 자유층의 막면에 대하여 대략 수직 방향으로 통전(通電)되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
자화의 방향이 실질적으로 한 방향으로 고착된 자화 고착층과 자화의 방향이 외부 자계에 따라서 변화하는 자화 자유층을 포함한 적층막; 및

상기 적층막의 막면(膜面)의 일부에 접속된 전극

을 구비하고,

상기 자화 고착층의 상기 자화의 방향과 상기 자화 자유층의 상기 자화의 방향의 상대 각도에 따라서 저항이 변화하는 자기 저항 효과 소자에 있어서,

상기 저항의 변화를 검출하기 위한 감지 전류가 상기 전극을 통해 상기 자화 고착층 및 상기 자화 자유층의 막면에 대하여 대략 수직 방향으로 통전되고,

상기 전극은 상기 적층막의 상기 막면에서 대략 수직으로 연장하여 설치된 기둥형 전극부와, 상기 기둥형 전극부 상에 형성되어, 상기 기둥형 전극부로부터, 상기 적층막의 상기 막면에 대하여 대략 평행한 방향으로 연장하여 설치된 제1 도입부와, 상기 제1 도입부 상에 형성되어, 상기 제1 도입부로부터, 상기 막면에 대하여 대략 평행한 방향으로 연장하여 설치된 제2 도입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
제2항에 있어서, 상기 적층막의 상기 막면에 대하여 대략 평행한 방향의, 상기 제1 도입부의 단면적은 상기 기둥형 전극의 단면적보다 크고, 상기 제2 도입부의 단면적보다 작은 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
제2항에 있어서, 상기 기둥형 전극부가 연장하여 설치된 측의 상기 적층막의 상기 막면과는 반대측의 막면에 제2 기둥형 전극부가 형성된 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
자화의 방향이 실질적으로 한 방향으로 고착된 자화 고착층과 자화의 방향이 외부 자계에 따라서 변화하는 자화 자유층을 포함한 적층막; 및

상기 적층막의 막면의 일부에 접속된 전극

을 구비하고,

상기 자화 고착층의 상기 자화의 방향과 상기 자화 자유층의 상기 자화의 방향의 상대 각도에 따라서 저항이 변화하는 자기 저항 효과 소자에 있어서,

상기 저항의 변화를 검출하기 위한 감지 전류가 상기 전극을 통해 상기 자화 고착층 및 상기 자화 자유층의 막면에 대하여 대략 수직 방향으로 통전되고,

상기 전극은 상기 적층막의 상기 막면에서 대략 수직으로 연장하여 설치된 기둥형 전극부와 상기 적층막의 상기 막면에 대하여 대략 평행하게 연장하여 설치된 도입부를 가지며,

상기 기둥형 전극부는 중심 부분과 외주 부분의 2층의 도전층을 가지고, 상기 감지 전류는 상기 중심 부분과 상기 외주 부분에 있어서 상호 반대 방향으로 흐르는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
제5항에 있어서, 상기 기둥형 전극부가 연장하여 설치된 측의 상기 적층막의 상기 막면과는 반대측의 막면에 제2 기둥형 전극부가 형성된 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
자화의 방향이 실질적으로 한 방향으로 고착된 자화 고착층과 자화의 방향이 외부 자계에 따라서 변화하는 자화 자유층을 포함한 적층막; 및

상기 적층막의 막면의 일부에 접속된 전극

을 구비하고,

상기 자화 고착층의 상기 자화의 방향과 상기 자화 자유층의 상기 자화의 방향의 상대 각도에 따라서 저항이 변화하는 자기 저항 효과 소자에 있어서,

상기 저항의 변화를 검출하기 위한 감지 전류가 상기 전극을 통해 상기 자화 고착층 및 상기 자화 자유층의 막면에 대하여 대략 수직 방향으로 통전되고,

상기 전극은 상기 적층막의 상기 막면에서 대략 수직으로 연장하여 설치된 기둥형 전극부와 상기 적층막의 상기 막면에 대하여 대략 평행하게 연장하여 설치된 도입부를 가지며,

상기 기둥형 전극부의 주위에 자기 실드가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
제7항에 있어서, 상기 기둥형 전극부가 연장하여 설치된 측의 상기 적층막의 상기 막면과는 반대측의 막면에 제2 기둥형 전극부가 형성된 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
자기 갭을 사이에 두고 대향 배치된 한쌍의 요크; 및

상기 한쌍의 요크와 자기적으로 결합된 자기 저항 효과 소자

를 구비하고,

상기 한쌍의 요크는 소정의 방향으로 배열된 자화를 가지며,

상기 자기 저항 효과 소자는

자화의 방향이 실질적으로 한 방향으로 고착된 자화 고착층과 자화의 방향이 외부 자계에 따라서 변화하는 자화 자유층을 포함한 적층막과,

상기 적층막의 막면의 일부에 접속된 전극을 포함하고,

상기 자화 고착층의 상기 자화의 방향과 상기 자화 자유층의 상기 자화의 방향의 상대 각도에 따라서 저항이 변화하는 자기 저항 효과 소자에 있어서,

상기 저항의 변화를 검출하기 위한 감지 전류가 상기 전극을 통해 상기 자화 고착층 및 상기 자화 자유층의 막면에 대하여 대략 수직 방향으로 통전되고,

상기 막면과 상기 전극의 접속부의 형상은 상기 요크의 자화 방향에 수직인 방향에서 상기 자화 자유층의 자화 회전 방향으로 기울어진 단부를 갖는 것을 특징으로 하는 자기 헤드.
제9항에 있어서, 상기 막면과 상기 전극의 접속부의 형상은 상기 접속부의 중심에 대하여 비대칭인 것을 특징으로 하는 자기 헤드.
제10항에 있어서, 상기 막면과 상기 전극의 접속부의 형상은 실질적으로 사변형인 것을 특징하는 자기 헤드.
제9항에 있어서, 상기 한쌍의 요크는 각각, 매체 대향면에, 기록 매체의 트랙 폭과 거의 동일한 폭을 갖는 보조 요크가 설치된 것을 특징으로 하는 자기 헤드.
자기 갭을 사이에 두고 대향 배치된 한쌍의 요크; 및

상기 한쌍의 요크와 자기적으로 결합된 자기 저항 효과 소자

를 구비하고,

상기 한쌍의 요크는 소정 방향으로 배열된 자화를 가지며,

상기 자기 저항 효과 소자는

자화의 방향이 실질적으로 한 방향으로 고착된 자화 고착층을 포함한 제1 적층막;

자화의 방향이 외부 자계에 따라서 변화하는 자화 자유층을 포함한 제2 적층막; 및

상기 제1 적층막과 상기 제2 적층막 사이에 설치된 비자성 중간층

을 포함하고,

상기 자화 고착층의 상기 자화의 방향과 상기 자화 자유층의 상기 자화의 방향의 상대 각도에 따라서 저항이 변화하는 자기 저항 효과 소자에 있어서,

상기 제1 적층막의 막면과 상기 비자성 중간층의 접촉부의 면적은 상기 제1 적층막의 상기 막면의 면적보다도 작고,

상기 제2 적층막의 막면과 상기 비자성 중간층의 접촉부의 면적은 상기 제2 적층막의 상기 막면의 면적보다도 작고,

상기 저항의 변화를 검출하기 위한 감지 전류가 상기 자화 고착층, 상기 비자성 중간층 및 상기 자화 자유층의 막면에 대하여 대략 수직 방향으로 통전되고,

상기 비자성 중간층과 상기 제1 적층막의 막면의 접속부의 형상은 상기 요크의 자화 방향에 수직인 방향에서 상기 자화 자유층의 자화 회전 방향으로 기울어진 단부를 가지며,

상기 비자성 중간층과 상기 제2 적층막의 막면의 접속부의 형상은 상기 요크의 자화 방향에 수직인 방향에서 상기 자화 자유층의 자화 회전 방향으로 기울어진 단부를 갖는 것을 특징으로 하는 자기 헤드.
제13항에 있어서, 상기 비자성 중간층과 상기 제1 적층막의 막면의 접속부의 형상은 상기 접속부의 중심에 대하여 비대칭이고, 상기 비자성 중간층과 상기 제2 적층막의 막면의 접속부의 형상은 상기 접속부의 중심에 대하여 비대칭인 것을 특징으로 하는 자기 헤드.
제14항에 있어서, 상기 비자성 중간층과 상기 제1 적층막의 막면의 접속부의 형상 및 상기 비자성 중간층과 상기 제2 적층막의 막면의 접속부의 형상은 각각 실질적으로 사변형인 것을 특징으로 하는 자기 헤드.
제13항에 있어서, 상기 한쌍의 요크는 각각, 매체 대향면에, 기록 매체의 트랙 폭과 거의 동일한 폭을 갖는 보조 요크가 설치된 것을 특징으로 하는 자기 헤드.
자기 갭을 사이에 두고 대향 배치된 한쌍의 요크; 및

상기 한쌍의 요크 상에 설치되고 상기 한쌍의 요크와 자기적으로 결합된 자기 저항 효과 소자

를 구비하고,

상기 한쌍의 요크는 소정의 방향으로 배열된 자화를 가지며,

상기 자기 저항 효과 소자는

자화의 방향이 실질적으로 한 방향으로 고착된 자화 고착층과, 자화의 방향이 외부 자계에 따라서 변화하는 자화 자유층을 포함한 적층막;

상기 적층막의 상측의 막면의 일부에 접속된 상부 전극; 및

상기 적층막의 하측의 막면에 접속된 하부 전극

을 포함하고,

상기 자화 고착층의 상기 자화의 방향과 상기 자화 자유층의 상기 자화의 방향의 상대 각도에 따라서 저항이 변화하는 자기 저항 효과 소자에 있어서,

상기 저항의 변화를 검출하기 위한 감지 전류가 상기 전극을 통해 상기 자화 고착층 및 상기 자화 자유층의 막면에 대하여 대략 수직 방향으로 통전되고,

상기 상부 전극은 상기 적층막의 상기 막면에서 대략 수직으로 연장하여 설치된 기둥형 전극부와 상기 적층막의 상기 막면에 대하여 대략 평행하게 연장하여 설치된 도입부를 가지며,

상기 하부 전극은 상기 요크의 자화 방향에 수직인 방향을 따라서 연장하고,

상기 상부 전극의 상기 도입부는 거기를 흐르는 상기 감지 전류가 상기 하부 전극을 흐르는 감지 전류와 반평행으로 되도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 헤드.
제17항에 있어서, 상기 한쌍의 요크는 각각, 매체 대향면에, 기록 매체의 트랙 폭과 거의 동일한 폭을 갖는 보조 요크가 설치된 것을 특징으로 하는 자기 헤드.
청구항 1에 기재된 자기 저항 효과 소자를 구비한 것을 특징으로 하는 자기 헤드.
청구항 9에 기재된 자기 헤드를 구비하고, 자기 기록 매체에 저장된 자기적 정보를 판독 가능하게 한 것을 특징으로 하는 자기 기록 재생 장치.