JP3760095B2

JP3760095B2 - ２素子型再生センサ、垂直磁気記録再生用薄膜磁気ヘッド及び垂直磁気記録再生装置

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Publication number: JP3760095B2
Application number: JP2000380153A
Authority: JP
Inventors: 良昭川戸
Original assignee: 株式会社日立グローバルストレージテクノロジーズ
Priority date: 2000-12-14
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2020-12-14
Also published as: US6657823B2; US20040061978A1; JP2002183915A; US20020075608A1; US6906898B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高密度磁気記録に適する垂直磁気記録向け２素子型再生センサ、及びこれを用いた垂直記録用薄膜磁気ヘッドならびにその磁気ヘッドを用いた磁気記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パーソナル・コンピュータやワークステーション等の急速な普及に伴い、不揮発性ファイルシステムの中核となる磁気記録再生装置である磁気ディスク装置はこれまでにも増して急速な大容量化を求められている。磁気ディスク装置の大容量化とはすなわち、記録するビット密度すなわち面記録密度をより高めることを基本とする。
【０００３】
現在実用化されている磁気ディスク装置における記録方式は一般に面内記録方式と呼ばれる。これは、ディスク基板面と平行な方向に大きな保磁力を持つ強磁性膜を記録媒体とし、この記録媒体を基板面内方向に磁化することで情報を記録する方式である。この場合、面内磁化が１８０度の角度をなして向き合っている磁化反転部がビットの１に対応する。面記録密度を高めるには、ディスク円周方向のビット密度（線記録密度）及びディスク半径方向のビット密度（トラック密度）を増やす必要がある。トラック密度は現状では記録／再生ヘッドのトラック幅形成プロセスや位置決め精度によって制限される。従って、これらは主として加工および制御系技術の課題であると考えられている。これに対し線記録密度は記録媒体が強磁性体結晶粒子の集合体であるという事実に照らしてこの集合体の磁気的安定性に係るという点でより原理的な制約を受けると考えられている。
面内記録方式においては磁化反転を中心に磁化が向き合っているため、この磁化反転周辺では磁化を減少させる方向に反磁界と呼ばれる大きな内部磁界を生じる。この反磁界によって磁化反転部には有限の幅を持った遷移領域すなわち磁化が充分な値に達していない領域が形成される。ビット間隔を狭めて行った時隣り合う磁化遷移領域が干渉すると、実質的に磁化反転の位置がシフトする等の不都合が起きる。従って線記録密度を高めるには媒体が反磁界に打ち勝って磁化するような構成、より具体的には媒体の保磁力を向上するとともに記録磁性膜の厚さを低減して反磁界を抑制することが必要である。このため線記録密度は媒体の構成や磁気特性によって強く制限されることになる。標準的な面内磁気記録系では、線記録密度とトラック密度の比は約１０〜１５程度とすることが望ましいとされている。この条件のもとに１００Ｇｂ／ｉｎ²の記録密度を実現する場合、円周方向のビット間隔は約２５ｎｍになる。一方、簡単なモデルにより磁化反転幅が２５ｎｍ以下になる媒体の必要磁気特性を見積もると、媒体膜厚１５ｎｍ以下、保磁力５ｋＯｅ以上となる。
【０００４】
しかしながら保磁力が５ｋＯｅを超えると、媒体を充分磁化することができるだけの記録磁界の確保が困難になる。またＣｏ合金系磁性膜では磁性膜の厚さが１５ｎｍ以下になると、実質的な媒体結晶粒子の体積が小さくなるため、粒子の磁気異方性エネルギー（即ち、磁化を一定方向に安定化しようとするエネルギー）に比べて熱エネルギー（即ち、磁化を擾乱するエネルギー）の大きさが無視できなくなる。このため磁化の熱揺らぎが顕著となり、記録磁化の大きさが時間の経過につれて減少する熱減磁の問題が発生する。熱減磁抑制のためには保磁力を更に増大させるか結晶粒の体積を増大させる必要がある。しかしながら、前述のようにヘッド磁界が制限されている場合、許容しうる保磁力には上限がある。また、結晶粒の体積増大のために膜厚を増やすことは反磁界の増加を意味する。一方、結晶粒体積を面内方向の結晶サイズで確保しようとすると、媒体内磁化分布のランダムネスが大きくなるため、媒体ノイズの増大をまねき充分な信号Ｓ／Ｎが得られなくなる。このように面内磁気記録方式において耐熱減磁、低ノイズを両立しつつ１００Ｇｂ／ｉｎ²を超える面記録密度を実現するためには原理的な困難が予想されている。
【０００５】
これに対し垂直磁気記録方式は薄膜媒体の磁化を膜面に垂直に形成する方式で、記録原理が従来の面内磁気記録媒体の場合とは異なる。すなわち、垂直磁気記録方式は隣接する磁化が向き合わずに逆平行配列となるために反磁界の影響を受けない。そのため磁化遷移領域を非常に狭くできることが期待され、線記録密度を高めやすい。また媒体薄膜化への要求が面内記録ほど強くないため熱減磁に対しても高い耐性を確保できる。このように垂直磁気記録方式は本質的に高密度磁気記録に適した方式として注目され、様々な媒体の材料・構造が提案されている。
【０００６】
この垂直磁気記録方式には、単層の垂直磁化膜を用いる方式と垂直磁化膜のディスク基板側に隣接して裏打磁性層を設ける方式がある。裏打磁性層を持つ２層垂直磁気記録媒体を用いると、（１）記録層の表面に発生する反磁界を低減できる（２）単磁極型の記録素子との組み合わせで、面内記録におけるリングヘッドにくらべてより急峻な分布をもつ大きな記録磁界を発生させることが可能になる、といった利点が考えられる。この技術に関しては、例えばＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＭａｇｎｅｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．ＭＡＧ−２０，Ｎｏ．５、Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ１９８４、ｐｐ．６５７−６６２，ＰｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｃｏｒｄｉｎｇ −ＥｖｏｌｕｔｉｏｎａｎｄＦｕｔｕｒｅに記述されている。この方式の垂直磁気記録媒体としては、パーマロイやＦｅ系アモルファス合金などの軟磁性膜層からなる裏打層上にＣｏＣｒ合金からなる垂直磁化膜を設けた媒体などが検討されている。
【０００７】
このように面内記録と垂直記録における媒体磁化状態の違いに対応して、媒体から再生センサに印加される磁界の空間分布ひいては再生信号波形も面内記録とは異なることが予想される。現状の面内記録方式において再生センサとして通常用いられているのは、いわゆるシールド型ＧＭＲ（ＧｉａｎｔＭａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）再生センサである。これは図１上段にしめすように、軟磁性体からなる一対の磁気シールド１１ａ、１１ｂ間にＧＭＲ再生素子１２を１個配置した構成になっている。面内記録においては媒体磁化１３の反転部から静磁界が漏洩しており、ＧＭＲ再生センサはこの磁界を検知して図１下段に示すようなローレンツ型の電気パルス状波形１７を再生信号として発生する。このばあいパルスのピーク位置が反転部に対応している。
これに対し、垂直記録における記録媒体は図２上段に示すように垂直磁気異方性を持つ記録層１４と高透磁率強磁性体からなる裏打ち層１６により構成されている。ここで媒体磁化１５は媒体表面とは垂直方向に配列しているため、反転部と反転部のあいだにある磁化一定の領域から静磁界が発生している。従ってＧＭＲ再生センサからの低記録密度での再生波形は図２下段のようにステップ状波形１８となる。このばあいステップ状波形がゼロクロスする位置が反転部に対応している。
【０００８】
現状の磁気ディスク装置で用いられている信号処理システムは、図１下段のような単峰型の再生波形を前提としており、裏打ち地層を設けた垂直記録用２層型媒体とシールド型ＧＭＲ再生センサを用いた系から得られるステップ状の再生波形から復号することはできない。この問題を対策するには次の３通りの方法があることが知られている。
【０００９】
▲１▼ 再生波形の微分処理
▲２▼ 信号処理方式の変更
▲３▼ 差動型再生センサ
ここで▲１▼は、ヘッドから出た再生信号を信号処理以前の段階で微分回路に通す手法である。また▲２▼は、信号処理方式を上記再生信号波形に適したものに変える方法である。これらはいずれも、現在用いられている電気回路系のＬＳＩに対して大幅な変更を必要とするため、システムノイズ・ヘッドノイズが増大し、その結果、再生ヘッドに対する大幅なＳ／Ｎ向上の要求を招くと考えられている。▲３▼では、再生センサから得られる波形が既に単峰型であるため、システム側にはなんら変更を必要としない。したがって、大容量かつ小型で安価な装磁気記録再生装置を構成するという観点からは▲３▼の方法が最も現実的である。
【００１０】
垂直記録に対応した差動型再生センサを構成する具体的な手段として、ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＭａｇｎｅｔｉｃｓ，ｖｏｌ．２４，ｐ２６１７（１９８８）およびＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．６５，ｐ４０２（１９８９）には、２つの異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）素子が磁界に対して逆極性の応答を示すように回路系を構成することで両素子各々の差分電圧を再生信号として取り出せるようにした再生センサ及び再生方式が開示されている。このような構成はＧｒａｄｉｏｍｅｔｅｒとよばれており、２つのＡＭＲ素子を２つのＧＭＲ素子で置き換えても全く同じ効果が得られる。図３はＧｒａｄｉｏｍｅｔｅｒの概略図及びこれを用いて得られる再生波形を示したものである。磁気シールド１１ａ、１１ｂ間には２つの磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）１１２ａ、１１２ｂが配置されており、この両者は磁界に対する電圧変化が逆になるように、すなわち同じ方向の磁界が印加されたときに一方は電圧が増大し他方は電圧が減少するように構成されている。このため各々の素子から出る信号の和は、ＭＲ素子１１２ａの位置とＭＲ素子１１２ｂ位置での磁界の差分を検知していることと等価になり、図２下段の信号の微分波形にほぼ等しい図３下段のような単峰形の再生波形が得られる。具体的な再生センサの構造は、図４上段に示した。まず磁気シールド１１ａ及び下部絶縁ギャップ２３ａにつづいてＭＲ素子２１ａ及びこれにセンス電流（抵抗変化を電圧変化として検知する電流）を流すための電極２２ａを形成する。次に中間絶縁ギャップ２４を堆積する（これは上記した２素子の間隔に対応している）。そして第２のＭＲ素子２１ｂならびに電極２２ｂを形成し、最後に上部絶縁ギャップ２３ｂと磁気シールド１１ｂを堆積する。即ちこのようにして形成された構造は磁気シールド間に二つのＭＲ素子を電気的に完全に独立したかたちで配置した構造となっている。磁気記録再生装置中では図４下段に示すようにこの２素子を直列に接続し、両端を外部の回路系２５、２６と接続して再生動作を行う。上記公知例においてはこのような構成の再生方式で、垂直記録媒体との組み合わせでも単峰型の再生波形が得られたことが報告されている。
【００１１】
この公知例に用いられているヘッドを作製するには、ＭＲ膜の堆積およびＭＲ素子パターニング工程を２回繰り返すことになる。このばあい、まず工程数の増大による製造コストの上昇が問題となる。また、トラック幅を規定するパターニング工程が２回になるため、２つの素子２１ａ、２１ｂ間の位置ずれ（図４上段では左右のずれに相当する）が生じた場合は隣接したトラックの信号を読んでしまうクロストークが発生して再生信号のＳ／Ｎ比を著しく劣化させる恐れがある。さらに、記録密度増大と共に狭くなる磁気シールド間ギャップ中に２つのＭＲ素子を作りこむ場合、ＭＲ素子間及びＭＲ素子と磁気シールド間の絶縁膜（下部絶縁ギャップ２３ａ、上部絶縁ギャップ２３ｂ、中間絶縁ギャップ２４）を薄くする必要があり、完全に電気的絶縁をとることはこの公知例の方法では極めて困難である。
【００１２】
一方、特開平１０−３３４４２２には、別の構造で差動型再生センサを構成する技術が開示されている。この場合のヘッド構造は図５上段に示すように、ＭＲ素子２１ａ、２１ｂは共通の電極２７及び外部の回路系２５、２６に対して並列に接続されている。このような構成を採用した場合、少なくともＭＲ素子のパターニング工程は１回で済むため、第一の公知例で指摘した工程数増加の問題および素子間の位置ずれの問題は回避が可能である。しかしながら２つのＭＲ素子と磁気シールド間の下部ギャップ層２３ａ、上部ギャップ２３ｂおよび中間絶縁ギャップ２４における電気的絶縁性の問題は第一の公知例と同様に存在する。
さらにこの問題に加えて、両ＭＲ素子を並列接続したことにより全体の抵抗変化量は小さくなり、ごく小さな再生感度しか期待できない、すなわち、再生感度の大幅低下いう新たな問題が生じる。具体的には、ひとつのＭＲ素子の媒体磁界にたいする抵抗変化量を△Ｒとすると、第一の公知例においては再生センサ全体として２×△Ｒの抵抗変化が見込まれるのに対し、第二の公知例においては△Ｒ／２となる。従って、差動型再生センサの要件として２つのＭＲ素子が電気的に直列に接続されている必要がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
高密度磁気記録用垂直磁気記録向け２素子型再生センサ、及びこれを用いた垂直記録用薄膜磁気ヘッドならびにその磁気ヘッドを用いた磁気記録再生装置を実現するにあたり、とくに再生センサの構成に関して、各々のＭＲ素子のトラック幅方向への位置ずれを防止するとともに、従来の磁気シールド型ＧＭＲ再生センサにくらべてその製造工程数がなるべく増加しない、また素子間および素子−磁気シールド間の電気的な絶縁をとる必要のない構造ないしプロセスが必要となる。しかも高い再生出力を得るためには２つのＭＲ素子を電気的に直列に接続させる必要がある。
【００１４】
本発明は二つの磁気抵抗効果素子を用いた垂直磁気記録向け再生センサにおいて、各々の磁気抵抗効果素子のトラック幅方向の位置ずれを防止するとともに、磁気抵抗効果素子間または磁気抵抗効果素子と磁気シールド間の電気的な絶縁状態が補償された構造を有する２素子型再生センサを提供することを目的とする。また、かかる再生センサ構造を有する磁気ヘッド製造において、従来の磁気シールド型ＧＭＲ再生センサ製造工程と比較して工程数の増加の少ない再生センサ構造を有する２素子型再生センサを提供することを目的とする。
【００１５】
また、本発明は、上記再生素子と単磁極型記録素子を備えた垂直記録再生用薄膜磁気ヘッドおよびかかる磁気ヘッドと垂直磁気記録媒体とを備えた高記録密度の磁気記録再生装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は磁界によって電気抵抗が変化する一対の磁気抵抗効果層と、前記一対の磁気抵抗効果層に挟まれて積層された非磁性導電層と、これら多層構造の膜面に垂直な方向に電流を流すための一対の導電層と、これらを挟む一対の磁気シールドを備え、前記一対の磁気抵抗効果層が導電層を介して直列に接続している再生センサによって達成される。
また、本発明の目的は前記一対の磁気抵抗効果層のそれぞれが一層の非磁性絶縁層と、これを挟む第１及び第２の強磁性層と、第２の強磁性層の磁化を少なくとも再生動作中において一方向に固定するための反強磁性層とからなる再生センサによって達成される。
【００１７】
また、本発明の目的は前記一対の磁気抵抗効果層の再生動作時における電気抵抗変化は、同一方向の媒体磁界に対して一方は増大、他方が減少である再生センサによって達成される。
また、本発明の目的はそれぞれが非磁性絶縁層と、これを挟む第１及び第２の強磁性層と、第２の強磁性層の磁化を少なくとも再生動作中において一方向に固定するための反強磁性層からなる前記一対の磁気抵抗効果層において、第２の強磁性層のうち少なくとも一方は、強磁性体薄膜／非磁性金属薄膜／強磁性体薄膜の３層構造からなり、該三層構造の両端を形成する強磁性体薄膜の磁化は互いに反平行配列となるように交換結合している再生センサによって達成される。
【００１８】
また、本発明の目的は前記一対の磁気抵抗効果層におけるそれぞれの前記第２の強磁性層中の前記非磁性金属薄膜はＲｕ，Ｒｈ，Ｉｒのいずれかである再生センサによって達成される。
【００１９】
また、本発明の目的は前記一対の磁気抵抗効果層におけるそれぞれの前記第２の強磁性層のうち少なくとも一方は、所定の磁界を印加することにより磁化の固定方向が反転する再生センサによって達成される。
また、本発明の目的は前記一対の磁気抵抗効果層はいずれもトンネル磁気抵抗効果層である再生センサよって達成される。
【００２０】
また、本発明の目的は前記一対の磁気抵抗効果層中の非磁性層は、アルミ酸化物からなる再生センサによって達成される。
【００２１】
また、本発明の目的は磁界によって電気抵抗が変化する一対の磁気抵抗効果層と、前記一対の磁気抵抗効果層に挟まれて積層された非磁性導電層と、これら多層構造の膜面に垂直な方向に電流を流すための一対の電極と、これらを挟む一対の磁気シールドを備え、前記一対の磁気抵抗効果層が導電層を介して直列に接続している再生素子と、単磁極型記録素子を備えた、垂直磁気記録再生用薄膜磁気ヘッドによって達成される。
【００２２】
また、本発明の目的は磁界によって電気抵抗が変化する一対の磁気抵抗効果層と、前記一対の磁気抵抗効果層に挟まれて積層された非磁性導電層と、これら多層構造の膜面に垂直な方向に電流を流すための一対の電極と、これらを挟む一対の磁気シールドを備え、前記一対の磁気抵抗効果層が導電層を介して直列に接続している再生素子と単磁極型記録素子を備えた垂直磁気記録再生用薄膜磁気ヘッドと、非磁性基板上に裏打磁性層を介して垂直磁化膜が設けられた垂直磁気記録媒体を備えた磁気記録再生装置によって達成される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
まず、本発明で作製した再生センサの基本構造を図６により示す。ここで再生素子としてＴＭＲ（ＴｕｎｎｅｌｉｎｇＭａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）もしくはＣＰＰ−ＧＭＲ（ＣｕｒｒｅｎｔＰｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒｔｏｔｈｅＰｌａｎｅ−ＧＭＲ）のような、膜面もしくは基板面に垂直にセンス電流を流す磁気抵抗効果膜を用いる。図６上段は本発明の再生センサ構造の概略図である。ここでは再生素子２１ａ、２１ｂは導電層２９を挟んで積層されることにより電気的には直列接続され、かつほぼ同じ幅で一括してパターニングされている。また、ＭＲ素子の上下に一対の電極２８ａ、２８ｂが設けられており、図６下段にしめすようにこの一対の電極を介して外部の回路系２５、２６と接続されている。ここで、図６上段のように一対の電極２８ａ、２８ｂを磁気シールド１１ａ、１１ｂに接触させ磁気ギャップをかねるようにすることで、ＭＲ素子−シールド間の絶縁をする必要がなくなる。
［実施例１］
図７に、本発明を適用した２素子型再生センサの断面図を示す。セラミクス基板１０１上に厚さ５μｍのベースコートアルミナ層１０２を介して、Ｎｉ８１Ｆｅ１９（３μｍ）の磁気シールド１１ａ、Ｔａ（１０ｎｍ）の電極２８ａ、第一のＭＲ素子２１ａ、Ｔａ（３０ｎｍ）の導電層２９、第二のＭＲ素子２１ｂ、Ｔａ（１０ｎｍ）の導電層（電極）２８ｂを形成した。両ＭＲ素子は導電層２９により電気的に直列に接続され、さらにその上下に設けた一対の電極２８ａ、２８ｂを介して外部回路系に接続されている。なおここでは特に、電極２８ａ、２８ｂは磁気シールド１１ａ、１１ｂを介して外部回路と通電している構造を示してある。この構造は作製プロセスの単純化と絶縁性の問題の回避が目的であり、磁気シールドを介さない接続でも特性としては全く同等のものが得られる。
【００２４】
ＭＲ素子２１ｂは下側からＮｉ８１Ｆｅ１９（３ｎｍ）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（０．５ｎｍ）からなる強磁性層４４ｂ、Ａｌ酸化物（０．８ｎｍ）からなる非磁性層４３ｂ、Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２ｎｍ）の強磁性層４２ｂ、ＰｔＭｎ（１２ｎｍ）の反強磁性層４１ｂからなる。一方ＭＲ素子２１ａは下側から反強磁性層４１ａとしてＩｒＭｎ（１０ｎｍ）、強磁性層４２ａとしてＣｏ９０Ｆｅ１０（１．５ｎｍ）、非磁性層４３ａとしてＡｌ酸化物（１．０ｎｍ）、強磁性層４４ａとしてＣｏ９０Ｆｅ１０（０．５ｎｍ）／Ｎｉ８１Ｆｅ１９（３ｎｍ）を積層した。ここでＡｌ酸化物層はＡｌを堆積したのち、製膜装置中に酸素ガスを導入して酸化処理を行ったものである。なお、差動検出を行うため、各々のＭＲ素子で反強磁性層４１ａ、４１ｂと接触している強磁性層４２ａ、４２ｂ（以下固定層と呼ぶ）の磁化の向きを反平行とした。各強磁性層の磁化方向を示したのが図８である。反強磁性層と接触していない強磁性層４４ｂ、４４ａ（以下自由層と呼ぶ）の磁化５２，５３は平行で、共にトラック幅方向（すなわち媒体面に平行かつヘッド−媒体の相対運動の方向に垂直な向き）を向いている。実際に作製したセンサでは、両者が常に単磁区状態にあるようにするため、図８の左側方向に一方向バイアス磁界をかける手段が設けられている。一方、前述の固定層の磁化５１，５４は素子高さ方向（即ち媒体面に垂直な方向）を向き、両者は反平行の関係になっている。この固定層の磁化配列を実現するために、次のような磁界中熱処理を実施した。まず、固定層４２ｂの磁化５１を向けたい方向（図８の上方向）に５ｋＯｅの磁界をかけたまま雰囲気温度を２５０℃まで上昇させた。そのまま３時間保持し、次に雰囲気温度を２３０℃まで下げたうえで磁界の方向を１８０度反転させて固定層４２ａの磁化５４を向けたい方向（図８の下方向）とし、１時間保持する。最後に雰囲気温度を室温まで低下させる。以上のような工程を経ることで、同一方向の磁界に対してＭＲ各素子の抵抗が逆に変化する構成が実現される。すなわち、たとえば図８において上方向に磁界が印加されたとすると、自由層４４ｂ・４４ａの磁化５２・５３はともに反時計周りに回転する。このとき一方のＭＲ素子２１ｂは固定層と自由層の磁化の相対角度が減少するため抵抗は減少し、他方のＭＲ素子２１ａの抵抗は逆に増大する。
【００２５】
そこで次に差動再生の効果を確認するため、単磁極型記録素子と組み合わせて薄膜磁気ヘッドを構成し、再生特性を調べた。図９はこのときに用いた単磁極型記録素子および垂直記録媒体の断面図である。主磁極６１、補助磁極６２、これらを磁気的に結合するための高透磁率材料６３及び励磁コイル６4を備えた単磁極型記録素子は、垂直磁気異方性をもつ硬磁性記録層１４の基板側に配置された高透磁率の強磁性体からなる裏打ち層１６とともに磁気回路を構成している。媒体への記録は主磁極６１から裏打ち層１６に流れ込む磁束６５によって行われる。
【００２６】
図１０は本実施例における垂直磁気記録用薄膜磁気ヘッドと垂直磁気記録媒体を備えた磁気ディスクの概略図である。スライダ１０１上に再生センサ、記録素子の順に素子を形成し，これを用いて磁気ディスク表面の硬磁性記録層の磁化を交互に磁化することで記録トラックを形成、続いてこの記録トラックから出る磁界を検知することにより再生動作を行った。図３下段と同様の単峰型の信号波形が得られ、再生信号に上下非対称性等の歪みは見られなかった。最後にこの薄膜磁気ヘッドを磁気記録再生装置に組み込み、装置としての性能をしらべた。
【００２７】
図１１は，本発明を実施した磁気記録再生装置の概略図を示している。但し装置外部とのインターフェイス及び符号化処理系は省略してある。ヘッドを形成したスライダ８３はデータ再生／復号系および機構制御系８５、位置決め機構８４を通して閉ループ制御されることで，スピンドルモータ８２により高速回転している磁気ディスク８１上の所定の位置にシークして所望の情報を記録／再生することができる。本実施例では再生信号処理方式として面内記録方式と同じＭＥＥＰＲＭＬ方式とエラー訂正符号を用い、線記録密度９３０ｋＢＰＩおよびトラック密度１０８ｋＴＰＩ（面記録密度１００．４Ｇｂ／ｉｎ²）で情報を記録再生したところ、１０^-7のビット・エラーレートが得られ磁気記録再生装置として充分な性能を示すことが分かった。
［実施例２］
図１２に本発明の第２の実施例における再生センサの断面図を示す。第１の実施例（図７）との構成上の相違は、強磁性層４２ｂと反強磁性層４１ｂの間に非磁性金属膜４５としてＲｕ（０．８ｎｍ）及び強磁性層４６としてＣｏ９０Ｆｅ１０（１．５ｎｍ）を挿入したこと、及び反強磁性層４１ｂに４１ａと同じＭｎＰｔ（１２ｎｍ）を用いたことである。即ちＭＲ素子２１ｂの固定層は強磁性体薄膜／非磁性金属膜／強磁性体薄膜の３層構造からなり、各々の強磁性体薄膜は反強磁性的に層間結合しているため磁化方向は互いに反平行状態である。本実施例では、固定層の磁化を所望の配列にするための磁界中熱処理を磁界：１０ｋＯｅ（一方向のみ）、温度：２５０℃、時間：３時間の条件で行った。この熱処理によって強磁性層４２ａと反強磁性層４１ａおよび強磁性体薄膜４６ｂと反強磁性層４１ｂそれぞれの間には同じ方向の誘導磁気異方性が生じ、図１３に示すように磁化５４、５５は同じ方向を向いて固定されている。ところがＭＲ素子２１ｂにおいては前述のように４２ｂは４６ｂと反平行の磁化状態にあるため、４２ｂから４２ａまでの磁化配列は図８に示した第１の実施例における磁化配列と全く同じになっている。従って再生センサとして全く同等の特性が期待できることになる。じっさい本実施例での再生センサの出力は、実施例１と全く同じ条件下で１．６ｍＶとなり、ほぼ同等の特性であることが分かった。しかも本実施例においては磁界を反転させる操作や異なる温度での保持時間がないため、より簡単かつ短時間の作製プロセスで済むという利点があるので、より低コストな再生センサを得ることができた。
【００２８】
なお、本実施例における非磁性金属膜Ｒｕ（０．８ｎｍ）をＲｈ（０．５ｎｍ）あるいはＩｒ（１．０ｎｍ）で置き換えても再生センサの特性として全く同等のものが得られた。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、特に１００Ｇｂ／ｉｎ²を超える高密度磁気記録が可能となり、磁気記録再生装置の小型化や大容量化ひいてはディスク枚数低減による低価格化が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（上段）面内記録方式における媒体磁化の配置と磁気シールド型ＧＭＲ再生センサを示す概略断面図。（下段）面内記録方式における磁気シールド型ＧＭＲ再生センサから得られる再生信号波形の一例。
【図２】（上段）垂直記録方式における媒体磁化の配置と磁気シールド型ＧＭＲ再生センサを示す概略断面図。（下段）垂直記録方式における磁気シールド型ＧＭＲ再生センサから得られる再生信号波形の一例。
【図３】（上段）垂直記録方式における媒体磁化の配置と２素子差動型ＭＲ再生センサを示す概略断面図。（下段）垂直記録方式における２素子差動型ＭＲ再生センサから得られる再生信号波形の一例。
【図４】（上段）２素子差動型ＭＲ再生センサの従来例の媒体対向面からみた概略図。（下段）２素子差動型ＭＲ再生センサの従来例における各素子及び外部回路系の電気的接続を示す概略図。
【図５】（上段）２素子差動型ＭＲ再生センサの従来例の媒体対向面からみた概略図。（下段）２素子差動型ＭＲ再生センサの従来例における各素子及び外部回路系の電気的接続を示す概略図。
【図６】（上段）本発明による２素子差動型ＭＲ再生センサの媒体対向面からみた概略図。（下段）本発明による２素子差動型ＭＲ再生センサの各素子及び外部回路系の電気的接続を示す概略図。
【図７】本発明の第１の実施例における２素子差動型ＭＲ再生センサ積層構成を示す概略断面図。
【図８】本発明の第１の実施例における２素子差動型ＭＲ再生センサ中の各強磁性層の磁化状態図。
【図９】単磁極型記録素子と垂直磁気記録媒体の概略断面図。
【図１０】単磁極型記録素子と再生センサを搭載した薄膜磁気ヘッドと垂直磁気記録媒体の概略断面図。
【図１１】磁気記録再生装置の概略構成図。
【図１２】本発明の第２の実施例に用いた再生センサの概略断面図。
【図１３】本発明の第２の実施例に用いた再生センサにおける各強磁性層の磁化状態図。
【符号の説明】
１１ａ、１１ｂ…磁気シールド、１２ａ、１２ｂ…磁気抵抗効果（ＭＲ）素子、１３…面内記録方式における媒体磁化、１４…垂直記録方式における硬磁性記録層、１５…垂直記録方式における媒体磁化、１６…垂直記録方式における高透磁率裏打ち層、１７…面内記録方式における磁気シールド型ＧＭＲ再生センサの再生信号波形、１８…垂直記録方式における磁気シールド型ＧＭＲ再生センサの再生信号波形、１９…垂直記録方式における２素子差動型ＭＲ再生センサの再生信号波形、２１ａ、２１ｂ…ＭＲ素子、２２ａ、２２ｂ…電極、２３ａ…下部ギャップ絶縁層、２３ｂ…上部ギャップ絶縁層、２４…中間絶縁層、２５…センス電流供給源、２６…再生信号増幅回路、２７…電極、２８ａ、２８ｂ…電極、２９…導電層、３０…絶縁層、４１ａ、４１ｂ…反強磁性層、４２ａ、４２ｂ…強磁性層（固定層）、４３ａ、４３ｂ…非磁性層、４４ａ、４４ｂ…強磁性層（自由層）、４５…非磁性金属膜、４６…強磁性膜、５１…固定層磁化、５２…自由層磁化、５３…自由層磁化、５４…固定層磁化、５５…強磁性膜磁化、６１…主磁極、６２…副磁極、６３…高透磁率材料、６４…励磁コイル、６５…記録磁束、８１…磁気ディスク、８２…スピンドルモータ、８３…スライダ、８４…ヘッド位置決め機構、８５…再生信号回路系、８６…復号処理回路系、１０１…セラミクス基板、１０２…ベースコートアルミナ層、１１２ａ、１１２ｂ…ＭＲ素子。

Claims

第１の中間層を介して第１の自由層と第１の固定層とが積層された第１の磁気抵抗効果層と、第２の中間層を介して第２の自由層と第２の固定層とが積層された第２の磁気抵抗効果層とを備え、前記第１及び第２の磁気抵抗効果膜を同じ方向の磁界に対し抵抗変化が互いに逆向きになるように構成し、かつ、前記第１及び第２の自由層が導電層を介して隣接対面するように積層された積層構造と、
該積層構造の一端面を磁気記録媒体面に対向させ該磁気記録媒体面からの漏れ磁界を該一端面から検知するように前記積層構造を挟む一対の磁気シールドとを有し、
前記積層構造の膜面に垂直な方向に電流を流すための一対の電極を設け、
該一対の電極の間に電流を流すことにより前記第１の磁気抵抗効果層及び第２の磁気抵抗効果層が前記導電層を介して電気的に直列に接続される再生センサであって、
前記積層構造のトラック幅方向の幅はほぼ同じ幅で形成され、前記第１の固定層及び第２の固定層における磁化の向きは互いに反平行の関係にあることを特徴とする再生センサ。
前記第1の磁気抵抗効果層は、前記第1の固定層の磁化の向きを固定する第1の反強磁性層を含み、前記第２の磁気抵抗効果層は、前記第２の固定層の磁化の向きを固定する第２の反強磁性層を含むことを特徴とする請求項１記載の再生センサ。
前記第１の磁気抵抗効果層及び第２の磁気抵抗効果層の再生動作時における電気抵抗変化は、同一方向の媒体磁界に対して一方は増大、他方が減少であることを特徴とする請求項１記載の再生センサ。
前記第１の固定層及び第２の固定層のうち少なくとも一方は、強磁性体薄膜／非磁性金属薄膜／強磁性体薄膜の３層構造からなり、該三層構造の両端を形成する強磁性体薄膜の磁化は互いに反平行配列となるように交換結合していることを特徴とする請求項１記載の再生センサ。
前記非磁性金属薄膜はＲｕ，Ｒｈ，Ｉｒのいずれかであることを特徴とする請求項４記載の再生センサ。
前記第１の磁気抵抗効果層及び第２の磁気抵抗効果層はいずれもトンネル磁気抵抗効果層であることを特徴とする請求項１に記載の再生センサ。
請求項１に記載の再生センサと単磁極型記録素子を備えた垂直磁気記録再生用薄膜磁気ヘッドと、非磁性基板上に裏打磁性層を介して垂直磁化膜が設けられた垂直磁気記録媒体を備えた磁気記録再生装置。
第１の中間層を介して第１の自由層と第１の固定層とが積層された第１の磁気抵抗効果層と、第２の中間層を介して第２の自由層と第２の固定層とが積層された第２の磁気抵抗効果層とを備え、前記第１及び第２の磁気抵抗効果膜を同じ方向の磁界に対し抵抗変化が互いに逆向きになるように構成し、かつ、前記第１及び第２の自由層が導電層を介して隣接対面するように積層された積層構造と、
該積層構造の一端面を磁気記録媒体面に対向させ該磁気記録媒体面からの漏れ磁界を該一端面から検知するように前記積層構造を挟む一対の磁気シールドとを有し、
前記積層構造の膜面に垂直な方向に電流を流すための一対の電極を設け、
該一対の電極の間に電流を流すことにより前記第１の磁気抵抗効果層及び第２の磁気抵抗効果層が前記導電層を介して電気的に直列に接続され，前記第１の固定層及び第２の固定層における磁化の向きは互いに反平行の関係にある再生センサを製造するに際し、
前記積層構造を一括してパターニングすることにより、前記積層構造のトラック幅方向の幅をほぼ同じ幅に形成することを特徴とする再生センサの製造方法。