JPS6059518A - 薄膜磁気ヘッド - 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】 く技術分野〉 本発明は、−軸磁気異方性を有する金属強磁性薄膜の磁
化困難軸方向に印加された信号磁界の変化を磁化容易軸
方向の電気抵抗変化として検出する磁気抵抗効果素子（
以下ＭＰ素子と略す。）を具備して磁気記録媒体に記録
された信号磁界の検出を行う薄膜磁気ヘッド（以下薄膜
ＭＲヘッドと略す。）の構造の改良に関する。

〈従来技術〉 従来、薄膜ＭＲヘッドは巻線型のバルク磁気ヘッドと比
較して多くの利点があることが知られている。即ち薄膜
ＭＲヘッドは磁気テープ等の磁気記録媒体に書き込まれ
た信号磁界を受けることによって磁気抵抗効果素子内部
の磁化方向が変化し、内部抵抗がそれに応じて変わり、
この内部抵抗の変化を外部出力として取り出すものであ
る力＼ら、磁束応答型のヘッドであり、従って磁気記録
媒体の移動速度に依存せずに信号磁界を再生できるもの
である。この薄膜ＭＲヘッドは半導体のｇ＆錦加工技術
により高集積化、多素子化が容易であるので高密度記録
が行なわれる固定ヘッド弐ＰＣＭ録音機の再生用磁気ヘ
ッドとして有望視されている。

さて、元来ＭＲ素子は、外部磁界に対し二乗曲線をもつ
感応特性を示すことがら、ＭＲ素子を再、・−生ヘッド
として構成する場合には磁化の配向を安パ疫、け、為ゆ
素＋う状ヤ、、１ツィ、。状ゆオ、８に、線型応答特性
を得る為に所定のバイアス磁界をＭ　Ｒ素子に印加する
ことが必要である。更にＭＲ素子に高分解機能を持たせ
る為に上記ストライブ状のＭＲ素子の」−側及び下側に
絶縁層を介して軟磁性材料（パーマロイ、センダスト等
）からなる薄膜を磁気シールド層として形成することが
必要である。

第１図は従来のＭＲヘッドの斜視図である。同図で、１
は磁気シールド用高透磁率磁性体、２はバイアス用永久
磁石、３はＭＲ素子、４はＭＲＲ子３のリードとなる導
体部、５は磁気シールド川高透磁率磁性体である。同図
のヘッドにおいてギャップ先端から進入した磁界（矢印
Ａ）はＭ　Ｒ素子３に印加されその為、該ＭＲ素子３が
磁化される。

このＭＲ累壬子３内磁化の方向とＭＲＲ子３のストライ
プ長手方向（Ｘ軸）のなす角をθ（ｙ）とするとＭＲＲ
子３の比抵抗ρ（ｙ）は、抵抗変化率） となり、ＭＲＲ子３の抵抗Ｒはｌ・ラック巾を４゜とな
る。上記ＭＲＲ子３上の磁化は、」二記磁気シールド１
，５内の磁化とも相互作用を行うものであるが、いずれ
にしてもＭＲヘッドの再生出力にはＭＲＲ子３の磁化の
挙動が反映されるものであ　−る。ところでＭＲＲ子３
は入力磁界の方向が磁化困難軸方向になる様に配置され
ている為、ＭＲＲ子３の磁化が回転モードで動く理想的
な場合には、Ｍｙ（ｙ方向の磁化）はＨｙ（ｙ方向の磁
界）の１次関数となり、ＭＲＲ子３の出力は入力磁界に
対して、２次関数的に変化する。この様子を第２図に示
す。ＭＲＲ子３の出力は、高磁界ではＭＹの飽和に伴い
飽和する。

理想的なＭＲ素子の出力は以」−述べたとおりであるが
、現実の素子においては、ＭＹの変化が回転モードのみ
で起ることはなく、ＭＲＲ子内で磁区分裂を起し、磁区
の移動を伴うことが多い。特に、第１図のＭＲ素子のト
ラックｄ］が小さくなると、静磁エネルギーの関係から
、磁区の移動によるＭＹの変化が顕著になってくる。磁
区の移動はバルク・ハウゼン・ジャンプ（以下Ｂ　−ｊ
ｕｍｐと略す。）と称する、Ｍｙの不連続的な変化を伴
う。

」二記回転モードと磁区の移動が混在する場合の、ＭＲ
素子の出力と入力磁界の関係を第３図に示す。

このバルク・ハウゼン・ジャンプは、再生出力のノイズ
となり、ＭＲヘッドのＳ／Ｎ比を大巾に劣化させる。従
って良好なＭＲヘッドを得るためには素子のＢ−ｊｕｍ
ｐを抑制することが不可欠である。

従来からこのＢ−ｊｕｍｐを抑制するためには、ＭＲ素
子の容易軸方向（ストライプ長手方向）に数〔Ｏｅ〕の
弱い磁界を加えることによって、Ｍ　Ｒ素子を単磁区状
態にすればよいことが知られている。そして、この容易
軸方向への磁界の印加力法については■ヘッド外部のコ
イルによる印加力法、■ヘッド外部の永久磁石による印
加力法、■ＭＲ素子と反強磁性薄膜との反強磁性結合に
よる印加方法等が従来提案されている。第４図は」−記
■の方法を用いたヘッド構造を示すものである。同図で
６はＭ　Ｒ素子、７は反強磁性体薄膜、８は導体部であ
る。

しかし、−Ｉ−記■、■の方法では、ヘッド外部に磁界
印加手段を持つため、ヘッドのケーシング等に於いて制
約をうける上に、マルチトラック・ヘッドの場合、ヘッ
ドケーヌ内のヘッドの位置により、印加磁界の大きさが
変わること、及び第１図のシールド型のＭＲヘッドの場
合、印加磁界がシールドの内部まで充分に侵入しないた
め使用不可能なことなどの欠点を有する。■の方法につ
いては■、■の欠点は解消されるものの、以下のような
欠点を有している。すなわち、反強磁性膜７がＭＲＲ子
６と結合することによシ、ＭＲ素子の容易軸方向に磁界
は印加されるが、その反面ＭＲ素子の磁気特性の劣化を
招く。すなわち、反強磁性膜７によってＭＲＲ子膜の保
磁力Ｈｃと異方性磁界ＨＲが増加する。これは、ヘッド
の特性に好ましくない影響を与える。又、反強磁性膜７
とじてはＦｅＭｎの薄膜が用いられるが、このＦｅＭｎ
薄膜は、導電体であり、その為リード８から流入する電
流はＭＲ素子６のみならず反強磁性体７にも分流し、そ
の結果ヘッドとしての感度が低下してしまう。

〈１」　的〉 本発明は以上の従来技術の欠点を解消する為になされた
ものでありＭＲ素子のリードの下の部分に保磁力の大き
な強磁性体を形成し、上記強磁性体とＭＲ素子を強磁性
結合することにより、ＭＲ素子のストライブ長手方向に
弱磁界を印加せしめることによってＭＲ素子のバルクハ
ウゼンジャンプを抑制し、良好なＳハ比を有するＭＲヘ
ッドを実現することを目的とする。

〈実施例〉 以下、本発明に係るＭＲヘッドの一実施例について詳細
に説明を行う。

第５図は本発明に係る薄膜ＭＲヘッドの一実施例の構造
を示すものであり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は
同図（ａ）のＡ−Ａ’　切断面での正面断面図、同図（
ｃ）は側面断面図である。同図で９゜１７は磁気シール
ドの役目をする高透磁率磁性薄膜（通常、Ｎｉ−Ｚｎフ
ェライト、Ｍｎ−Ｚｎｎフッイ１−、センダスト、パー
マロイが使用される。）、］　０，１．２．１．６は層
間絶縁材（Ｓ　ｉ　０２．　ＳｉＮ＋　Ａ−（１２０３
等）、１】はバイアス用薄膜、１３はＭＲ素子（Ｎｉ−
）”ｅ、Ｎｉ−Ｃｏ等）、１５はＭＲ素子１３のリード
の役目をする導体薄膜（Ａ１゜Ｃｕ、Ａｕ等）、１４は
保磁力の大きな強磁性薄膜（Ｎｉ−Ｃｏ、　Ｎ１−Ｃｏ
−Ｐ、　Ｃｏ−Ｐ。

Ｆｅ２Ｏ３等）で、ＭＲ素子１３と強磁性交換結合して
いる。ＭＲ素子のような保磁力の小さな（１〜１０〔Ｏ
ｅ〕程度）膜と、例えばＣｏ−Ｐのような保持力の大き
な（３００〜３Ｋ〔Ｏｅ：ｌ程度）膜を積層すると２層
境界の強磁性交換結合により、複合膜の磁気特性は２層
の膜の相互作用により単に２層の膜特性の和にならず、
異なったものになる。この様子を第６図に示す。同図（
ａ）はＭ　Ｒ素子用Ｎ　ｉ　−Ｆ　ｅ単膜（膜厚約５ｏ
ｏ人）の磁化容易軸方向のＢ−Ｈ特性であり、同図（ｂ
）は、メッキＣｏ−Ｐ単膜（膜厚約８００Å）のＢ−Ｈ
特性である。また、同図（ｃ）は同図（ａ）のＮｉ−Ｆ
ｅ膜上に同図（ｂ）のメッキＣｏ−Ｐ単膜を積層した複
合膜の特性である。同図（ｃ）よりわかるとおり、強磁
性交換結合した適当な膜厚の二層複合膜においては二層
の膜の境界の交換相互作用により、二層の膜の磁化方向
は一致し、角形比及び保磁力は２つの膜の中間的な値を
とる。１例として５００〔Ａ〕のＮｉ−Ｆｅ　（８０−
２０）の蒸着膜の」二にＣｏ−Ｐのメッキ膜の厚みを変
えて積層した場合の複合膜の保磁力を第７図に示す。ｃ
ｏ−Ｐの膜厚４００Ａ以上で二層複合膜は、保磁力の大
きが複合膜のようにふるまっていることがわかる。

見方を変えれば、保磁力の小さな磁性膜（Ｎｉ−Ｆｅ膜
）の磁化方向は、保磁力の大きな磁性膜の（Ｃｏ−Ｐ膜
）の磁化方向に固定されると考えることも可能である。

さて、第５図においてはリードの下のＮＲ素子が、上記
強磁性交換結合した複合膜構造を有する。

そのためリードの下のＭＲ素子の磁化方向を、第５図の
強磁性体１４の磁化方向に同定することができる。第５
図の強磁性体１４の磁化方向は、１０ＫＯｅ程度の外部
磁界を印加して着磁することにより制御することができ
る。従って、第５図においてＭＲ素子のストライプ長手
方向に、１．０ＫＯｅ程度の磁界を印加することにより
、リードの下のＭＲ素子の磁化、及び強磁性膜１４の磁
化の向きを、長手方向にそろえることができる。この様
子を、第８図に示す。但し同図では磁気シールド及びバ
イアス用薄膜を省略している。同図で１８はＭＲ素子、
１９は保磁力の大きな強磁性膜、２０はリードである。

同図中の矢印Ｍは、磁性膜各部の磁化の向きを示す。同
図のＭＲ素子１８の実際に磁界を感する部分、すなわち
リード２０とリード２０の間の部分は、ＭＲ素子１８の
両端（すなわちリードの下のＭＲ素子１８及び強磁性膜
］９）と直接結合し、その為ＭＲ素子１８の長手方向に
磁界Ｈｘが印加される。このＭＲ素子１８の長手方向の
磁界ＨｘによシＭＲ素子は単磁区状態におかれ、Ｂ−ｊ
ｕｍｐを抑制することが可能になる。

又、この磁界Ｈｘの値は第７図に示す様に強磁性膜の膜
厚を制御することで、又残留磁化の値を制御することで
調節可能である。又、ＭＲ素子１８の信号磁界を感じる
部分は通常のＭＲ素子と何等異ることがないため、ＭＲ
特性の劣化及びヘッドとしての感度の低下を招く恐れが
全くなく、この点において従来の反強磁性結合をもちい
た方法に比べ優れている。又、直接磁界Ｈｘを印加する
強磁性膜とＭＲ素子が結合しているため、シールド中に
おいても印加磁界が減衰する割合が少く、この点で外部
のコイル、もしくは外部の永久磁石によシ磁界を印加す
る方法に比べ優れている。

次に以上説明した薄膜ＭＲヘッド素子の作製方法の１例
について説明する。尚、シールド層９゜１７、バイアス
用薄膜１１等の作製方法は、従来技術と変ら々いため省
略し、ＭＲ素子部のみ詳述する。まず、基板下地に、Ｎ
　ｉ　−Ｆ　ｅ膜（ＭＲ）を均一磁界中でヌパンタ法又
は蒸着法により２００〜１．０００　（Ａ　、：］の厚
さに形成した後、フォトレジヌトを塗布し、マスク合わ
せをし、露光現像を行いストライプ状に加工する。その
後、このレジス１一層をマスクとしてＮｉ−Ｆｅ膜の露
出した部分をエツチング手段する。この工程によりＭ　
Ｒ素子１３が形成される。次にＮ　ｉ　−Ｆ　ｅ膜（１
３）の」−のレジストを除去した後、更に新たなレジス
トを塗布し、ＭＲ素子１３と導体部１５と重なる部分の
レジストを除去し、窓をあける。その後、基板をＣｏ−
ＰもしくはＮ　ｉ　−Ｃｏ　−Ｐの無電解メッキ液の中
につけ、Ｃｏ−Ｐ（又は、Ｎ１−（、ｏ−Ｐ）の選択メ
ッキを行い、約５０ＯＡから３０００　’ｈのＣｏ−Ｐ
（又は、Ｎ１−Ｃｏ−Ｐ）の薄膜（１４）をＭＲ素子１
３上に形成する。この後、レジメ１−を除去する。続い
て、ＡＩ　を全面に墓着し、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｐ等と
選択性を有するエツチング手段により、フ、１１−エツ
チングを行い導体部１５を形成することにより、ＭＲ素
子部が完成する。

最後に、Ｃｏ−Ｐ部（１４）及びＣｏ−Ｐの下のＮｉ−
Ｆｅ膜の磁化をＮｉ−Ｆｅ膜（１３）の長手方向に固定
するため、その方向に、１０ＫＯｅ程度の磁界を印加し
て着磁する。

以上の工程により作成したＭＲヘッドの出力特性の１例
を第９図に示す。同図（３社従来の構造のＭ　Ｒヘッド
の出力の実測値であり、同図（ｂ）は本発明に係る上記
構造のものである。同図（ｂ）によればＢ−ｊｕｍｐが
完全に抑制されている。尚同図に示した特性のＭＲヘッ
ドのストライプ巾は、１０〔μ〕、トラックｌ〕は５０
〔μ〕、リードの巾は２０〔μ〕である。従来のＭＲヘ
ッドの場合トラック巾が狭く、ストライプ巾が広い程、
すなわちストライプの縦横比（アスペクト比と称す）が
、小さい程磁区分裂が激しくＢ−ｊｕｍｐが多発するが
、本発明の構造の場合、アスペクト比が小さい程、Ｂ−
ｊｕｍｐ抑制のだめのストライプ長手方向の磁界（Ｈｘ
）が強く印加されＢ−ｊｕｍｐを強力に押えることがで
きる。従って上記のＭＲヘッドのストライプの寸法以外
の広い形状範囲で、Ｂ−ｊｕｍｐの抑制効果を確認する
ことができた。

以上の説明においては、リードとＭＲ素子の間に保磁力
の大きな強磁性体を配置した場合について、述べたが、
第１０図のようにＭＲ素子２１と保磁力の大きな磁性体
２２をリード２３に対して逆転したような構造で同様の
効果を生せしめることが可能である。又、シールド型Ｍ
Ｒヘッドについて詳細を説明してきたが、バーバーポー
ル型ＭＲへラドヨーク・タイプ型ＭＲヘッド、ノンシー
ルド型ＭＲヘッド、更に単なる強磁性膜の磁気抵抗効果
を利用した磁気センサーにも、本発明は適用可能である
。

〈効　果〉 本発明のヘッド構造によれば、バルクハウゼン・ジャン
プを抑制したＳ／Ｎ比の巨好なＭＲヘッドを実現できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の薄膜ＭＲヘッドの斜視図、第２図は理想
的なＭ　Ｒヘッドの応答特性グラフ図、第３図は現実の
ヘッドにおけるＢ−ｊｕｍｐの発生したＭＲヘッドの応
答特性グラフ図、第４図は従来の反強磁性結合を利用し
てＢ−ｊｕｍｐを抑制したヘッド構造の斜視図、第５図
は本発明に係るヘッド構造の一実施例の構造説明図、第
６図は強磁性交換結合をした複合膜のＢ−Ｈ特性図、第
７図は強磁性交換結合した複合膜の保磁力のグラフ図、
第８図は本発明に係るＢ−ｊｕｍｐ抑制機構説明のだめ
の概念図、第９図はＭＲヘッドの特性グラフ図、第１０
図は本発明の他の実施例の斜視図である。 図中、１：磁気シールド用高透磁率磁性体、２：バイア
ス用薄膜、　３：ＭＲ素子、　４：導体部、　５：磁気
シールド用高透磁率磁性体、６：ＭＲ素子、　７：反強
磁性体薄膜、　８：導体部、　９：磁気シールド用高透
磁率磁性体、１０：絶縁膜、１１：バイアス用薄膜、　
１２：絶縁膜、　１３：ＭＲ素子、　１４：保磁力の大
きな強磁性薄膜、　１５：導体部、　１６：絶縁膜、　
１７：磁気シールド用高透磁率磁性体、１８：ＭＲ素子
、　１９：保磁力の大きな強磁性薄膜：、　２０：導体
部、　２１：ＭＲ素子、２２：保磁力の大きな強磁性薄
膜、　２３：導体部。 代理人　弁理士　福　士　愛　彦（他２名）第１図 第　６　図（ｃ） 驚噂畷６瞠笥覧径

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、−軸異方性を有する金属強磁性薄膜の磁化困難軸方
   向に印加される信号磁界の変化を電気抵抗変化として検
   出する薄膜磁気ヘッドにおいて、リード導体部と前記金
   属強磁性薄膜との重なり部分に前記金属強磁性薄膜に比
   して充分保磁力の大なる強磁性膜を設け、 前記金属強磁性薄膜と前記保磁力の大なる強磁性膜とを
   強磁性交換結合せしめたことを特徴とする薄膜磁気ヘッ
   ド。