KR960002612B1

KR960002612B1 - 자기 저항 효과형 자기헤드

Info

Publication number: KR960002612B1
Application number: KR1019920017841A
Authority: KR
Inventors: 준이치 아키야마; 유이치 오사와; 히토시 이와사키; 레이코 곤도; 고이치 다테야마; 도시히코 오타; 히로아키 요다
Original assignee: 가부시키가이샤 도시바; 사토 후미오
Priority date: 1991-09-30
Filing date: 1992-09-29
Publication date: 1996-02-23
Also published as: KR930006645A; US5461527A; TW203659B; JPH0594605A; JP3086731B2

Abstract

내용 없음.

Description

자기 저항 효과형 자기헤드

제1도는 실시예 1에 관한 MR 헤드의 단면도.

제2도는 실시예 2에 관한 MR 헤드의 단면도.

제3도는 실시예 1의 효과를 확인하기 위해 시험으로 제작한 MR 헤드의 사시도.

제4도는 실시예 3에 MR 헤드의 사시도.

제5도는 실시예 4에 관한 MR 헤드의 단면도.

제6도는 실시예 5에 관한 MR 헤드의 단면도.

제7도는 실시예 6에 관한 MR 헤드의 단면도.

제8도는 실시예 7에 관한 MR 헤드의 원리도.

제9도는 실시예 7에 관한 MR 헤드의 사시도.

제10도는 실시예 8에 관한 MR 헤드의 단면도.

제11도는 실시예 9에 관한 MR 헤드의 단면도.

제12도는 실시예 10에 관한 MR 헤드의 단면도.

제13도는 실시예 11에 관한 MR 헤드의 단면도.

제14도는 실시예 12에 관한 MR 헤드의 단면도.

제15도는 실시예 13에 관한 MR 헤드의 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 자기저항효과막 2 : 제1의 비자성막(스페이서)

3 : 연자성막 4 : 제1의 강자성막

5 : 제2의 비자성막 6 : 제2의 강자성막

7 : 도체리드 8 : 비자성 도체막(션트층)

9 : 강자성체기판 10 : 비자성절연막

11 : 비자성절연막 12 : 실드용연 자성막

13 : 비자성막 14 : 비자성막

15 : 비정질연 자성막

본 발명은 하드 디스크와 VTR 등의 자기기록 재생 장치에 있어 재생헤드로 사용되는 자기저항 효과형 자기헤드에 관한 것으로, 특히 자기저항효과 소자막에 대한 바이러스 부여 수단에 관한 것이다.

자기기록매체에 기록된 신호를 재생하는 방법으로는 코일을 구비한 링형자기 헤드를 기록매체에 대해 상대적으로 운동시키고, 전기 유도에 의해 코일에 유기된 전압을 검출하는 방법이 널리 이용되고 있다.

또한 어떤 종류의 강한 자성체의 전기 저항이 외부자계의 강함에 따라 변화하는 현상을 이용한 자기저항 효과형 헤드로 기록매체의 신호자계를 검출하는 고감도 헤드로 이용되고 있다[IEEE MAG -7, 150, (1971)].

이 자기저항 효과형 자기헤드(이하 MR 헤드라고 한다)는 자기매체와의 상대속도에 의존받지 않고 커다란 재생출력을 빼내는 이점이 있다.

근녀 소형, 대용량의 자기기록 장치의 요구가 높아지고 그에 따른 헤드와 기록매체의 상대적 속도가 작아지기 때문에 이와같은 특징을 갖는 MR 헤드의 중요성은 높아지고 있다.

MR 헤드를 실제로 이용하려는 경우, 일반적으로 2종의 바이어스 자계를 자기저항효과소자(MR 소자)에 인가할 필요가 있다.

그 하나는 MR 소자센스전류의 수직방향에 걸린 횡바이어스로 불리고 있는 자계이고, MR 소자의 동작점을 외부신호의 크기와 검출신호의 크기가 비례하는 선형 영역에 설정하기 위한 바이러스 자계이다.

이 횡바이어스 인가 방법으로는 일본 특공소 53-37205, 특공소 56-40406등에 개시되어 있는것 같은 얇은 비자성막을 통해 MR 소자막과 연자성막을 병치하고(이와같은 연자성막을 SAL ; soft adjacent layer라고 한다) 센스전류가 만드는 자계를 횡바이어스로 한 자기 바이어스 방식과 일본 특공소 53-25646등에 개시된 션트 바이어스 방식이 제안되어 있다.

또 인접한 코일에 전류를 흐르게 함에 따라 횡바이어스를 거는 방법이 일본 특공소 53-37206 등에 표시되어 MR 소자막에 인접한 경자성막을 자착(磁着)시켜 횡바이어스를 주는 방법이 일본 특공소 54-8291 등에 개시되어 있다.

MR 소자에 인가해야 하는 하나의 바이어스 자계는 본 발명에 관계하는 MR 소자의 센스 전류에 평행으로 거는 종바이어스로 불리는 자계이고, MR 소자를 단자구화 하는 것으로 단자구성에 기인하는 바크 하우젠ㆍ이즈를 줄이도록 움직인다.

이 종바이어스를 주는 방법에 대해서도 종래부터 여러개 제안되고 있다.

예를들면 미합중국 특허 제4,103,315 명세서에는 반 강자성막과 강자성막의 교환결합에 의해 MR 소자막에 균일한 종바이어스를 인가한 기술이 개시되어 있다.

또 JOURNAL OF APPLIED PHYSICS VOL.52, 2474(1981)에는 반 강자성 막으로 FeMn 막을 이용하여 MR 소자막으로 Mi₈₀Fe₂₀막을 이용한 경우, MR 소자막에 종바이어스가 걸린다는 실험이 보고되어 있다.

또 IEEE TRANS MAG-25,3692(1989)에는 FeMn 막을 MR 소자막의 단부에만 배치한 경우에도 MR 소자막의 감자부에 종바이어스가 걸린다는 실험이 보고 되어 있다.

어떤 경우에도 종바이어스가 자계에 의해 바크 하우젠ㆍ노이즈가 억제되고 있다.

종바이어스를 주는 다른 방법으로 횡바이어스의 경우와 같이 자착시킨 강자성막을 이용하는 방법도 제안되고 있다.

예를들면 미합중국 특허 제3,840,898에는 얇은 절연막을 통해 MR 소자막과 자착된 경자성막을 인접시키고 MR 소자막에 바이어스를 주는 방법이 제안되어 있다.

이경우 자착의 방향을 선택하는 것으로 종바이어스, 횡바이어스 및 그 중간방향의 바이어스 어느것이라도 가능하다.

또 전자통신학회 자기기록연구회 연구보고 MR 86-37에는 요크형 MR 헤드의 MR 소자막의 단부에 자착시킨 CoP 막을 배치함에 따라 종바이어스를 주는 방법이 소개되고 있다.

이처럼 MR 소자에 종바이어스를 거는 방법은 여러가지 제안되고 있지만 이들의 방법을 하드 디스크 드라이브용의 재생 헤드에 적용하려고 하면 다음과 같은 문제가 발생한다.

우선, 반 강자성체막과 MR 소자막을 교환결합시키는 경우에 사용되는 실온에서 반 강자성을 나타내고 NiFe 등의 MR 소자막과 교환 결합하는 재료로는-FeMn이 알려져 있지만 이 재료는 예를들면 1420년 가을의 일본금속학회(543)에서 보고되고 있는 것처럼 Mn이 산화하기 쉽기 때문에 소자의 신뢰성에 중대한 문제가 있다.

또-FeMn 막을 스퍼터링에 의해 형성하려고 하면 JOURNAL OF APPLIED PHYSICS VOL 52, 2471(1981)에 지적되어 있는 것처럼-FeMn이 될 수 있는 경우가 있고 안정한-FeMn을 얻는것은 공업레벨로는 곤란하다.

종바이어서의 크기는 MR 소자막 단부의 반 자계를 제거하는 정도의 크기가 좋고, 이보다 작으면 MR소자막은 단자구가 되지않고, 또 이보다 크면 MR 소자막의 감도가 저하한다.

반자계의 크기는 MR 소자의 형상 즉, 트랙폭과 깊이와 막두께에 의존한다.

따라서 헤드의 모양에 의해 이 교환 에너지의 크기를 바꿀 필요가 있지만 상술한 JOURNAL OF APPLIED PHYSICS VOL 52, 2471(1981)에 표시된 것처럼 FeMn 막과 NiFe 막의 교환 에너지의 크기를 제어하는데는 NiFe 막의 교환 에너지의 크기를 제어하는데는 NiFe 또는 FeMn의 막두께를 바꿀 필요가 있다.

NiFe의 막 두께는 헤드의 특성자체에 관계가 있기 때문에 자유롭게 변할 수 없다. FeMn의 두께를 두껍게 하면-FeMn이 되어 버린다.

이처럼 헤드의 모양에 따라서 반 강자성체막과 MR 소자막 사이의 교환 에너지를 바꾸는 것은 실제로는 대단히 곤란함을 수반한다.

또 JOURNAL OF APPLIED PHYSICS VOL 53,2605(1982)에서 지적되어 있는 것처럼 FeMn 막과 NiFe 막의 교환결합 에너지는 온도 의존성이 크고, 사용환경과 센스 전류에 의한 발열의 영향에 따라 소자의 특성이 변화해 버릴 우려가 있다.

반 강자성 막으로 FeMn 막을 이용한 경우의 결점을 회피하기 위해 IEEE TRANS MAG-4,2609(1988)에는 TbCo 막을 NiFe 막과 교환 결합시키는 방법이 소개되어 있다.

그렇지만 이 재료는 산화하기 쉽고 사용환경을 상당히 한정해도 장기 신뢰성에 불안이 있다.

또한 자착된 강자성막에는 종바이어스를 주는 방법은 요크형 MR 헤드처럼 MR 소자가 기록매체에서 떨어진 곳에 배치되어 있는 경우에는 유효하지만 실드형 MR 헤드의 경우처럼 MR 소자부가 매체의 근방에 있는 경우는 이 강자성막에서 새어나와 자계에서 매체를 소자해 버린다.

즉 기록된 정보를 소거해 버릴 염려가 있다.

매체의 자성손실을 피하는데는 강자성막의 저항력을 작게하면 좋지만 역으로 매체에서 새는 자계로 이 강자성막의 자착방향이 변화해 버려 종바이어스를 줄수 없게 되버릴 우려가 있다.

상술한 바와같이 반 강자성막과 강자성막의 교환 결합에 의해 MR 소자막에 종바이어스를 부여하는 방법에는 일반적으로 반 강자성막의 재료가 산화하기 쉬운 경향이 있기 때문에 장기 신뢰성에 부족한 문제가 있고 또 자착된 강자성막에 의해 종바이어스를 인가하는 방법은 반 강자성막을 이용한 경우의 결점은 없지만, 충분한 종바이어스를 부여하면 특히 실드형 MR 헤드와 같이 MR 소자와 매체가 근접하고 있는 경우, 이 강자성체에서 새는 자계에 의해 매체를 소자(消磁)해 버리는 문제가 있었다.

본 발명은 강자성체를 이용하면서 불필요하게 새는 자계를 발생하지 않고 MR 소자막에 종바이어스를 효과적으로 줄 수 있는 자기 저항 효과형 자기헤드를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위해 분 발명에 관한 자기 저항 효과형 자기헤드는 자기저항 효과 소자막(이하, MR 소자막으로 한다)위에 그 MR 소자막의 긴 방향에 있어서 소정의 방향으로 자화된 제1의 강자성막, 비자성막 및 MR 소자막의 긴 방향에 있어서 제1의 강자성막과 역방향으로 자화된 제2의 강자성막을 순차적으로 배치한 것을 기본적인 특징으로 한다.

또 MR 소자막의 자계감지용 영역의 한쪽면위에 제1의 비자성 막을 형성하여 이 자성막 및 MR 소자막의 한쪽면의 그 비자성막으로 덮이지 않은 영역위에 도전성 연자성막을 선택적으로 형성한 위에 이 도전성 연자성막위 또는 MR 소자막의 다른 면 위에 상기 제1의 강자성막, 제2의 비자성막 및 제2의 강자성막을 적층해도 좋다.

또 MR 소자막의 자계감지용 영역위에 제1의 비자성막을 선택적으로 형성하고, 이 제1의 비자성막 및 MR 소자막의 그 비자성막으로 덮여있지 않은 영역위에 제1의 강자성막, 제2의 비자성막 및 제2의 강자성막을 적층해도 좋다.

MR 소자막과 제1의 강자성막은 양자의 계면에 있어서 상호 교환작용으로 결합된다(이것을 교환 결합이라고 한다).

이 교환 결합에 의해 제1의 강자성막의 자화가 MR 소자막에 대해서 종바이어스로 작용하고 MR 소자막 계면의 자화가 제1의 강자성막의 자화방향으로 고착됨에 따라 자화거동이 안정화된다.

따라서 MR 소자막 단부에 있어서 90도 자벽등의 부분적 자구의 발생을 방지하는 것이 가능해지고 바크하우젠ㆍ노이즈가 크게 감소된다.

또 제1의 강자성막을 비자성막을 통해 그위에 설치된 제2의 강자성막과 고정되게 결합하기 때문에 제1 및 제2의 강자성막이 각각 발생하는 자속은 상호 폐 루프를 형성하고 강자성막 단부로부터 발생하는 새는 자속은 매우 작은 것이된다.

따라서 실드형 MR 헤드와 같이 MR 헤드막이 매체에 근접하고 있는 구조에도 새는 자속에 의해 매체위자화가 소자되는 일이 작아진다.

또한 새는 자속이 MR 소자막에 들어가 어려워지기 때문에 일정한 바이어스가 능동영역에 걸리기 쉬워지고 양호한 재생 응답을 얻기에 쉬워진다.

또 제1의 강자성막과 MR 소자막과의 계면에 제2의 비자성막을 배리어층으로 설치함에 따라 양자간의 교환결합의 강도를 조절할 수 있고, 그에따라 종바이어스 자계의 강도를 적절하게 조절하는 것이 가능해진다.

또 이 비자성막을 MR 헤드 구조 프로세스중과, MR 헤드 사용시에 발생하는 열에 의해 생기는 MR 소자막, 강자성막 계면에서의 확산방지층으로도 가능하고 MR 헤드의 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 설명한다.

제1도는 실시예1에 관한 MR 헤드의 개략의 구성을 표시한 단면도이다.

강자성에 기판(9)(예를들면 MnZn 펠라이트)위에 비자성절연막(10)(예를들면 SiNx; 100nm)이 형성되고, 이 비자성 절연막(10)위에 스트라이프 모양의 MR 소자막(1)(예를들면 NiFe; ~30nm)이 형성되어 있다.

이 MR 소자막(1)의 능동영역, 즉 자기 기록매체에서의 자계 감지용 영역인 중앙부분에 제1의 비자성막2(예를 들면 Ti; ~20nm)이 형성되어 있다.

제1의 비자성막(2)위와 비자성막(2)으로 덮여있지 않은 MR 소자막(1)위에 도전성 연자성막(3)(예를들면 Co계 비정질 : 30nm)가 형성되어 있다.

연자성막(3)위에 MR 소자막(1)의 긴 방향 양단위에 위치하고 종바이어스용 제1의 강자성막(4)로서의 경자성막(에를들면 Co-20% pt ; ~45nm, 보자력 Hc=120kA/m, 잔류자속밀도 Br=0.8T).

비자성막(5)(예를들면 SiNx ; ~10nm) 및 종바이어스 인가용 제2의 강자성막(6)으로서의 경자성막(Co-10% pt ; ~25nm, Hc=50kA/m, Br=1.4T)가 순차적으로 적층되어있다.

여기에서 강자성막(4)은 MR 소자막(1)의 긴 방향의 한쪽방향(X방향)으로 자화되고 강자성막(6)은 역방향(-X방향)으로 자화되고 있다.

또한 도전성 연자성막(3)위에 MR 소자막(1)의 자계 감지용 영역 양단과 외부의 재생 회로를 전기적으로 접속하기 위한 도체 리드(예를들면 A₁)(7)이 형성되어 있다.

이상의 MR 헤드의 기본구성 요소전체는 비자성 절연막(11)(예를들면 SiO₂막 ; ~2㎛으로 덮이고 또 그위에 실드용 연자성막(12)(예를들면 Co계 비정질 ; ~2㎛)이 형성되어 있다.

이 MR 헤드의 제조공정을 간단히 서술하면 우선 강자성체 기판(9) 위에 비자성 절연막(10), MR 소자막(1)을 순차적으로 전면에 형성하고, 그위에 제1의 비자성막(2)을 형성한후, 비자성막(2)을 중앙부분만 남기고 패터닝하고 또 도전성 연자성막(3)을 전면에 형성한다.

다음에 MR 소자막(1) 및 연자성막(3)을 소정의 스트라이프(MR 스트라이프 상이라고 한다)에 패터닝한다.

다음에 제1의 강자성막(4)을 형성하고 이것을 X방향으로 자착시킨후, 제1의 비자성막(5)을 형성하여 제2의 강자성막(6)을 형성하고 이것을 X방향으로 자착시킨다.

다음에 이를 강자성막(4), 비자성막(5) 및 강자성막(6)의 적층체를 MR 소자막(1)의 단부상만 남기고 패터닝한다.

그리고 연자성막(3)위에 도체 리드(7)를 형성한후, 비자성 절연막(11) 및 실드용 연자성막(12)을 순차적으로 형성하여 제1도의 MR 헤드를 얻을 수 있다.

이 구조의 MR 헤드를 이용해 금속매체의 자기 디스크위에 1kFCI에 기록된 신호를 재생하고 재생특성을 측정한바, 재생파형에는 불연속한 점프가 관찰되지 않고 바크 하우젠ㆍ노이즈에 의한 영향 없는 양호한 재생파형을 얻을 수 있었다.

본 실시예에 있어서 도전성 연자성막(3)은 MR 소자막(1)의 동작점 바이어스(횡바이어스)를 행하기 위해 설치되어 있다.

즉 이 연자성막(3)에 직류전류를 흐르면 그에 의해 유기된 자계에서 배향한 연자성막(3)의 자화와 MR 소자막(1)의 자화가 고정되게 결합하여 MR 소자막(1)에 동작점 바이어스가 인가된다.

[실시예 2]

실시예 1에는 MR 소자막(1)위에 비자성막(2)과 도전성 연자성막(3)을 형성하지만 제2도에 표시한 실시예 2는 역으로 MR 소자막(1)의 아래에 비자성막(2) 및 도전성 연자성막(3)을 형성하고 있다.

이처럼 해도 실시예(1)와 같은 효과를 얻을 수 있다.

단 이처럼 MR 소자막(1)을 위로한 경우 MR 소자막(1)을 평탄하게 형성하는 것이 바람직하다.

따라서 그 경우는 MR 소자막(1)과 도전성 연자성막(3)의 계면에 존재하는 비자성막(3)의 두께만큼 도전성 연자성막(3)을 오목하게 하거나 비자성막(2)의 형성 및 패터닝 후에이온 실링등으로 평탄화하고 나서부터 MR 소자막(1)을 형성하는 것이 바람직하다.

실시예 1, 2에 있어서 종바이어스가 행해지고 있는 것을 확인하기 위해 비자성막(2) 및 연자성막(3)을 제외한 구조의 제3도에 표시한 MR 헤드를 제작했다.

기본구성은 실시예 1에 있어서 비자성막(2)과 전도성 연자성막(3)을 생략한 이외는 같다. 이 MR 헤드를 외부자계가 인가할 수 있는 헤름흘츠코일내에 놓고 외부인가 자계 H를 MR 소자막(1)의 높이 방향에 인가하여 외부 인가자계 H와 MR 소자막(1)의 저항치 R과의 관계를 표시한 R-H 곡선을 측정한바, 바크하우젠 점프ㆍ노이즈를 표시한 바와같이 불연속적인 튀어남은 관찰되지 않았다.

여기에서 적층되어 있는 강자성막(4)(6)중 제1의 강자성막(4)인 경자성막(Co-20% Pt ; ~45nm, Hc=120kA/m, Br=0.8T) 및 비자성막(5)(SiNx ; ~10nm)은 그대로 하고 제2의 강자성막(6)의 막두께를 25nm에서 같은 45nm로 변경했다.

실시예 1과 같이 제1, 제2의 강자성막(4)(6)의 자착방향은 역으로 했다.

이와같은 구조의 MR 헤드에 대해서 R-H 곡선을 측정한바, 바크하우젠 노이즈의 발생을 표시한 불연속적인 튀어나옴이 인정되었다.

다음에 제1의 강자성 막(4) 및 비자성막(5)은 상기와 같이 하여 제2의 강자성막(6)으로 하고 경자성막에 대신해 연자성막(Co계 비정질, Hc=30A/m, Bs ; 0.8T)를 ~45nm 형성했다.

단 이 강자성막(6)의 자착은 행하지 않았다. 이 구조는 MR 헤드를 제작하여 앞과 같이 R-H 곡선을 측정한바 불연속적인 튀어나옴은 인정되지 않았다.

이것은 바크 하우젠ㆍ노이즈를 억제할 수 있다고 이해할 수 있다.

상술한 구조와는 역으로, 제1과 제2의 강자성막(4)(6)의 재질을 바꾼 구조(제1의 강자성막 4 ; Co계 비정질 ~45nm, 제2의 강자성막 6 ; Co-20% Pt~45nm)으로 한 MR 헤드를 만들고 그 R-H 곡선을 측정한바 역시 곡선으로 불연속적인 튀어남은 인정되지 않았다.

이상의 것에서 종바이어스용인 제1, 제2의 강자성막(4)(6)의 자화는 상호 역 방향을 향해 고정되게 결합한다.

따라서 강자성막(4)(6)의 단면에서 발생하는 자속은 양층 사이에서 상호 폐 루프를 구성하기 때문에 MR 소자막(1) 특히 그 능동영역에 들어가는 일없이 MR 소자막(1)에는 제1의 강자성막(4)과의 교환 결합만큼 영향이 작용한다.

단 이 조건을 만족하는데는 강자성막(4)의 (포화자화)×(단면의 단면적과)과 강자성막(6)의 (포화자화)×(단면의 단면적)이 대략 같아질 필료가 있다.

또 이 관계는 종바이어스용 강자성막이 상술한 2층의 경우에만 성립될 뿐만 아니라 다층 구조에 있어서도 만족된다.

제1및 제2의 강자성막(4)(6)의 경화(Hc)의 조합에 관해서는

의 3종류가 있을 수 있다.

또 Hc의 크기에 관해서는 강자성막(4)(6)의 어느쪽이 커지거나 또 같아지거나 양호한 종 바이어스를 얻을 수 있다.

[실시예 3]

실시예 1,2에는 동작점 바이어스를 인가하기 위해 도전성 연자성막(3)에 의한 소프트 필름 바이어스를 이용했지만 제4도에 표시된 것처럼 도전성 연자성막(3) 대신 비자성 전도막(8)(예를들면 Ti, W)을 형성하여 이에 전류를 흐르게 하고 그에 따라 발생하는 자계에서 MR 소자막(1)에 동작점 바이어스를 인가하는 것도 가능하다.

이 MR 헤드의 제조공정은 다음과 같다.

MR 소자막(1)(NiFe ; ~30nm)을 형성한 후, 실시예 1과 같이 종 바이어스용의 제1의 강자성막(4)으로서 경자성막을 형성하고 MR 소자막(1)의 긴 방향의 한쪽방향(X 방향)에 자착했다.

다음에 비자성막(5)을 통해 종 바이어스용 제2의 강자성막(6)으로서 경자성막을 형성하고 이것을 강자성막(4)과 역방향(-X 방향)에 자착했다.

다음에 적층된 강자성막(4)(6)을 MR 소자막(1) 막 단부위만 남기고 패터닝한 후, 비자성 도체막(8)을 MR 소자막(1) 위에 형성했다.

이 비자성 도체막(8) 위에 도체 리드(7)를 형성하여 전류를 흐르고 동작점 바이어스를 인가한다.

이 구조의 MR 헤드에 의해서도 양호한 재생파형을 얻을 수 있다.

[실시예 4]

실시예 1~3에는 바이어스용 강자성막(4)(6)을 MR 소자막(1)의 양단에 설치한 구조의 MR 헤드에 대해 서술했지만, 제5도에 표시한 것처럼 MR 소자막(1) 위에 전면에 형성해도 좋다.

이 MR 헤드의 제조공정은 하기와 같다.

우선 종 바이어스용 제1의 강자성막(4)으로서 경자성막(Co-20% Pt ; ~25nm, Hc=120kA/m, Br=0.8T)을 형성하고 MR 소자막(1)의 긴 방향의 한쪽방향(X 방향)에 자착했다.

다음에 비자성막(5)(SiNx ; ~10nm)을 통해 종 바이어스용 제2의 강자성막(6)으로 경자성막(Co-10% Pt ; ~60nm, Hc=50kA/m, Br=1.4T)를 형성하고 이것을 강자성막(4)와 역방향(-X 방향)에 자착했다.

다음에 MR 소자막(1)(NiFe ; ~30nm, 0,8T)을 형성한 후, 비자성막(2)(Ti ; ~20nm)을 능동적인 영역이 되는 중앙부분에만 형성하여 또 전도성 연자성막(3)(Co계 비정질 ; ~30nm, 0.8T)을 MR 소자막(1) 막 및 비자성막(2)위에 형성했다.

다음에 적층한 전층을 소정의 MR 스트라이프상에 패터닝한 후 도체 리드(7)를 형성하여 MR 헤드의 형상으로 했다.

이 구조의 MR 헤드에서 금속매체의 자기 디스크상에 1kFCI에서 기록된 신호를 재생하여 재생특성을 측정했다.

실시예 1~3과 같이 그 재생파형은 불연속한 점프가 관찰되지 않고 바크 하우젠 노이지에 의한 영향이 없는 양호한 재생신호파형을 얻을 수 있다.

본 실시예에 있어서도 실시예 1∼3과 같이 동작점 바이어스(횡 바이어스)를 행하기 때문에 Co계 비정지에서 형성한 도전성 연자성막(3)을 형성했다.

또 이 실시예 4와 같이 MR 소자막(1) 위에 전면에 바이어스용 강자성막(4)(6)이 형성된 구조의 MR 헤드에 있어서는 종 바이어스용 강자성막(4)(6)이 전면에 있기 때문에 MR 소자막(1)이 단면에만 종 바이어스용 강자성막을 형성하는 구조와 비교해 그 강자성막을 패터닝할 때의 오버 에칭에 의한 MR 소자막(1)과 소프트 필름 바이어스용의 도전성 연자성막(3)으로의 손해를 없앨 수 있는 공정상의 이점도 있다.

[실시예 5]

실시예 4에는 MR 소자막(1) 위에 비자성막(2)과 도전성 연자성막(3)을 형성했지만 제6도에 표시한 실시예 5와는 역으로 MR 소자막(1) 아래에 비자성막(2) 및 도전성 연자성막(3)을 형성하고 있다.

이처럼 행도 실시예 4와 같은 효과를 얻을 수 있다.

단 이처럼 MR 소자막(1)을 위로 했을 경우, MR 소자막(1)을 평탄하게 형성하는 것이 바람직하다.

따라서 그 경우는 MR 소자막(1)과 도전성 연자성막(3)의 계면에 존재하는 비자막성(3)의 두께만큼 연자성막(3)을 오목하게 하거나, 비자성막(2)의 형성 및 패터닝후에 이온밀링등으로 평탄화하고 나서 MR 소자막(1)을 형성하는 것이 바람직하다.

이상의 실시예 4,5에서 서술한 것과 같은 구조의 MR 헤드에 있어서 기본적인 설계 기준으로는 MR 소자막(1), 종 바이어스용의 강자성막(4)(6) 및 연자성막(3)의(포화자속밀도 X막 단면적)을 각각 MS_MR, MS₁,MS₂, MS_SAL으로 놓으면 MS_SAL+MS_MR+MS₁=MS₂이다.

또 바이어스용 강자성막(4)(6)과 비자성막(5), MR 소자막(1) 및 전도성 연자성막(3)의 적층순서는

(a) 1/3/4-5-6

(b) 3/1/4-5-6

(c) 4-5-6/3/1

(d) 4-5-6/1/3

의 어느쪽이라도 관계없다.

[실시예 6]

실시예 4,5에는 동작점 바이어스를 인가하기 위해 전도성 연자성막(3)에 의한 소프트 필름 바이어스를 이용했지만 제7도에 표시된 것처럼 비자성 전도막(8)(예를들면 Ti, W)을 전도성 저성막(3) 대신에 형성하여 여기에 전류를 흐르게 하고 그에 따라 발생하는 자계에서 MR 소자막(1)에 동작점 바이어스를 인가하는 것도 가능하다.

제7도에 있어서 MR 소자막(1)은 바이어스용 강자성막(4) 위에 형성되고 그 위에 비자성 도체막(8)이 형성되고 소정의 스트라이프 형상에 패터닝되어 있다.

이 비자성 도체막(8)에 도체 리드(7)가 형성되고 MR 헤드가 구성된다.

이 경우도 양호한 재생신호파형을 얻을 수 있다.

[실시예 7]

제8도는 실시예 7의 원리도, 제9도는 MR 헤드의 구조를 표시한 단면도이다.

이 실시예에는 MR 소자막(1) 위에 형성한 강자성막(4)(6)에 의해 기본적으로 종 바이어스를 MR 소자막에 인가하지만 이 강자성막(4)(6)에 내면 일축 이방성을 부여하는 것으로 MR 소자막에 횡 바이어스를 인가하거나 외관등에 의한 강자성막의 자화 흔들림에 의한 바이어스 변동을 누를 수 있다.

이하 이 일축 자기이방성을 주는 방법에 대해서 제8도를 이용해 설명한다.

MR 소자막(1)까지 형성된 기판위에 바이어스용 강자성막(4)(6)으로 Co-Pt막을 마그네트론 RF 스파터로 형성한다.

그때의 기판과 타켓의 일반적 구성을 이하에 표시한다.

ㆍ타켓 ; Co-20% Pt, 3인치 ø

ㆍ기판 ; 2인치 ø

ㆍ기판중심배치위치 ; (X,Y,Z)=(0,0,0)

ㆍ타켓중심배치위치 ; (X,Y,Z)=(15,15,15)

단위 cm

단 X ; MR 스트라이프 트랙방향

Y ; MR 스트라이프 높이방향

Z ; 기판수직방향

즉 기판중심에서 보아 타켓중심이 X, Y, Z 어느 방향에서도 45도 기운 방향에 있는 상태로 기판 및 타켓 배치를 설정했다.

Co-Pt 입자가 기판위에 비스듬히 입사한 상태에서 제1, 제2의 강자성막(4)(6)을 비자성막(5)(SiNx ~5nm)을 통해 형성했다.

날아온 입자의 비스듬한 입사에 의해 비스듬히 주상구조가 성장한 결과 그 성장 방향으로 이방성이 부여되는 것은 잘 알려져 있다.

이 경우 MR 소자막(1)로의 횡 바이어스를 인가하기 위해 MR 소자막(1) 위에 비스듬히 성장시킨(트랙방향과 45도) Co-Pt막에 대해 이방성을 주었다.

종 바이어스용의 제1의 강자성막(4)(Co-20% Pt ; ~25nm) 및 제2의 강자성막(6)(Co-20% Pt ; ~55nm)은 각각 역방향으로 자화되고 있다.

이 적층막 위에 MR 소자막(1)(NiFe)을 형성하고 제9도의 MR 헤드를 작성했다.

이 구조의 MR 헤드에서 각종 매체의 자기 디스크 위에 1kFCI로 기록된 신호를 재생하여 그 재생특성을 측정했다.

그들의 재생신호파형에는 어긋남이 적고 또 불연속적인 점프가 관찰되지 않고 양호한 횡 바이어스가 인가됨과 동시에 바크 하우젠ㆍ노이즈에 의한 영향의 억압되어 있는 것이 확인되었다.

또 MR 헤드의 재생특성의 평가에 사용하는 자기 디스크의 매체 Hc가 낮아지면 종 바이어스용 강자성막이 1층만일 때와 비교해 2층으로 함에 의해 오차율에 향상이 보였다.

이 경향은 다층이 될수록 커졌다.

이것은 종 바이어스용 강자성막에서 발생하는 자계가 다층화에 의해 매체 표면에는 약해지고 매체의 내용이 소거되기 어려워지는 것을 나타내고 있다.

또 이 구조에 있어서 기본적인 설계기준으로는 MR 소자막(1), 강자성막(4)(6)의(포화자속밀도 X막 단면적)을 각각 MS_MR, MS₁, MS₂로 하면 MS_MR+MS₁=MS₂이다.

또 바이어스용 강지성막에 일축 자기이방성을 부여하는 방법으로는 비스듬히 입사하는 이외에 Cr등의 하지막을 먼저 에피턱셜 성장시키고 그 위에 CoPt 등의 경자성막을 같이 에피턱셜 성장시키여 결정 자기이방성을 이용하는 방법도 있다.

[실시예 8]

제10도에 표시한 실시예에는 MR 소자막(1)과 바이어스용 강자성막(4)과의 계면에 비자성막(원자층)(13)을 개재시킴에 따라 양자간의 교환 결합력을 조절 가능하게 하고 있다.

이 MR 헤드의 제조공정에 있어서 MR 소자막(1)(NiFe)을 형성한 후, 바이어스용 강자성막(4)을 형성하기전에 진공장치내에 산소가스를 도입하여 수초 내지 수분동안 방치했다.

그후, 바이어스용 강자성막(4)을 형성한다.

이와같은 과정을 거쳐 MR 헤드를 제작한다.

이 MR 헤드를 실시예 3에서 설명한 헤름홀츠코일내에 있어서 트랙방향에 자계를 인가하고 2R-H 특성을 측정한 바, 불연속적인 튀어나옴이 발생하는 자계 Hx는 MR 소자막(1)과 바이어스용 강자성막(4)의 계면에 산소가스를 도입하지 않고 제작한 헤드에 비해 작았다.

이것은 계면에 형성된 비자성막(13)(산소층)에서 MR 소자막(1)과 바이어스용 강자성막(4) 사이에 움직이는 교환상호작용이 약했기 때문에 종 바이어스 자계가 저하한 것에 의한 것으로 간주된다.

같은 효과는 질소가스, 질소가스혼합가스의 도입과 이들 가스를 이용해 바이어스용 강자성막(4)의 형성전에 스퍼터 에칭을 행해도 얻을 수 있었다.

이처럼 계면에 비자성막(13)을 설치함에 따라 종 바이어스의 조절이 가능해진다.

또 이 계면에 열적으로 안정한 층이 존재함에 따라 제작 과정과 헤드 사용시에 있어 온도 상승에 대해 상호확산을 방지할 수 있었다.

[실시예 9]

제11도에 표시한 실시예는 바이어스용 강자성막(4)과 소프트 필름 바이어스용인 도전성 연자성막(3)과의 계면에 새롭게 비자성막(13)을 설치한 것으로, 이처럼해도 실시예(7)과 같은 효과를 얻을 수 있다.

또 이 비자성막(13)을 제5도 및 제6도에 표시한 실시예와 같은 바이어스용 강자성막(4) 또는 (6)에 MR 소자막(1) 또는 도전성 연자성막(3)이 전면에 접촉하고 있는 구조의 MR 헤드에 적용해도 효과가 있다.

또 이상 실시예 1~7에 서술한 것은 실드형 MR 헤드에도 요크형 MR 헤드에도 같은 효과가 있었다.

[실시예 10]

제12도에 표시한 실시예에서 MR 소자막(1)의 능동영역만 비자성막(14)을 형성하고 이 바자성막(14)을 통해 바이어스용 강자성막(4)(6)을 적층함에 따라 MR 소자막(1)의 양단부(수동영역)에만 교환 결합에 의해 종 바이어스를 부여하고 있다.

[실시예 11]

제13도에 표시한 실시예는 실시예 9의 구성을 SAL 바이어스 방식의 MR 헤드에 적용한 예이다.

상술한 실시예 9,10의 어느쪽에서도 바이어스용 강자성막(4)(6)이 전면에 있기 때문에 MR 소자막(1)의 단면에만 바이어스용 강자성막을 형성하는 구조와 비교해 그 강자성막을 패터닝할 때의 오버 에칭에 의한 MR 소자막(1)과 소프트 필름 바이어스용인 도전성 연자성막(3)으로의 손해를 없앨 수 있다는 과정상의 이점이 있다.

[실시예 12]

제14도에 표시한 실시예에는 MR 소자막(1)의 상 전면에 비정질 연자성막(15)을 통해 바이어스용 강자성막(4)(6)을 적층하고 있다.

[실시예 13]

제15도는 MR 소자막(1)의 양단부(수동영역)에 비정질 연자성막(15)을 통해 바이어스용 강자성막을 적층한 실시예이다.

상술한 실시예 11,12의 어느 경우에 있어서도 MR 소자막(1)은 fcc 구조가 되고, 그 (111)면이 막면에 평행이 되기 때문에 그 위에 강자성막(4)으로 예를들면 Co계의 경자성막을 추적하면 일반적으로는 그 C축이 막면 수직방향으로 서지기에 쉬워진다.

이것은 막면 수직방향이 자화 용이 축이 되기 쉬워지는 것을 의미하고 이 경우에는 MR 소자막(1)과 강자성막(4)과의 계면에 교환 결합이 발생해도 MR 소자막(1)의 자화가 그 막면에 수직의 방향으로 향하게 하기 때문에 MR 소자막(1)의 투과율은 대폭적으로 저하해 버릴 염려가 생긴다.

또 이것을 피하기 위해 강자성막(4)의 구성조건을 제어하고 C축을 무리하게 누이도록 하면 상기 계면에서의 교환 결합력이 감소해 버릴 염려가 있다.

그래서 어느정도 두께의 비정질 연자성막(15)을 MR 소자막(1)과 강자성막(4)과의 계면에 개재시키면 이 계면에 있어서는 충분한 교환 결합을 유지하여 강자성막(4)의 C축은 막면에 평행으로 향하기 쉽게 되는 효과를 얻을 수 있다.

이상 설명한 것처럼 본 발명에 의하면 MR 소자막과 제1의 강자성막을 계면에 있어서 교환 결합시킴에 따라 제1의 강자성막의 자화를 종 바이어스로 해서 MR 소자막의 자화를 제1의 강자성막의 자화방향으로 고착시켜 부분적 자구의 발생을 막고 바크 하우젠ㆍ노이즈를 대폭으로 감소할 수 있다.

또 비자성막을 통해 제1의 강자성막과 제2의 강자성막을 고정되게 결합시킴에 의해 이들의 강자성막이 각각 발생하는 자속이 상호 폐 루프를 형성하게 하고 강자성막 단부에서 발생하는 새는 자속이 매체에 작용하지 않게 할 수 있기 때문에 새는 자속에 의해 매체를 소자해 버릴 일이 없어지며 새는 자속이 MR 소자막에 어렵게 되며, 일정한 종 바이어스가 MR 소자의 능동영역에 걸리기 쉬워지고 양호한 재생응답을 얻는 것이 가능해진다.

또 제1의 강자성막과 MR 소자막과의 계면에 비자성막의 배리어층을 개재시킴에 의해 교환 결합의 배합을 조절할 수 있기 때문에 종 바이어스 자계의 강도를 적절히 조절하는 것이 가능해지고 동시에 그 비자성막은 MR 헤드 제조과정중과 MR 헤드 사용시에 발생하는 열에 기인하는 MR 소자막과, 강자성막 계면에서의 확산을 방지할 수 있고 MR 헤드의 신뢰성을 향상시키는 일이 가능해진다.

Claims

자기저항 효과 소자막, 이 자기저항 효과 소자막위에 배치되어 그 자기저항 효과 소자막의 긴 방향에 있어 소정의 방향으로 자화된 제1의 강자성막, 이 제1의 강자성막 위에 형성된 비자성막, 및 이 비자성막 위에 형성되어 상기 자기저항 효과 소자막의 긴 방향에 있어서 상기 제1의 강자성막과 역방향으로 자화된 제2의 강자성막을 구비한 것을 특징으로 하는 자기저항 효과형 자기헤드.
자기저항 효과 소자막, 상기 자기저항 효과 소자막의 자계 감지용 영역의 한쪽면에 형성된 제1의 비자성막, 이 제1의 비자성막 및 상기 자기저항 효과 소자막의 한쪽면의 그 비자성막으로 덮여져 있지 않은 영역위에 선택적으로 형성된 전도성 연자성막, 상기 전도성 연자성막 위 또는 상기 자기저항 효과 소자막이 다른 면 위에 형성되어 그 자기저항 효과 소자막의 긴 방향에 있어서 소정의 방향으로 자화된 제1의 강자성막, 이 제1의 강자성막 위에 형성된 제2의 비자성막, 및 이 제2의 비자성막 위에 형성되어 상기 자기저항 효과 소자막의 긴 방향에 있어서 상기 제1의 강자성막과 역방향으로 자화된 제2의 강자성막을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기저항 효과형 자기헤드.
자기저항 효과 소자막, 상기 자기저항 효과 소자막의 자계 감지용 영역위에 선택적으로 형성된 제1의 비자성막, 이 제1의 비자성막 및 상기 자기저항 효과 소자막의 그 비자성막으로 덮여 있지 않은 영역위에 형성되고 그 자기저항 효과 소자막의 긴 방향에 있어서 소정의 방향으로 자화된 제1의 강자성막과, 이 제1의 강자성막 위에 형성된 제2의 비자성막, 및 이 비자성막 위에 형성되어 상기 자기저항 효과 소자막의 긴 방향에 있어서 상기 제1의 강자성막과 역방향으로 자화된 제2의 강자성막을 구비한 것을 특징으로 하는 자기저항 효과형 자기헤드.