【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータ等の記録装置として使用される磁気記録装置（ハードディスク装置）の磁気ヘッド及びその磁気ヘッドを使用した磁気記録装置に関し、特に強磁性トンネル効果を利用して磁気記録媒体から磁気情報を再生する磁気ヘッド及びその磁気ヘッドを使用した磁気記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、磁気記録装置の高記録密度化に伴い、磁気記録媒体からの漏れ磁場（信号磁界）を高感度で検出する磁気ヘッドの開発が盛んに行われている。 現在、高記録密度化に適した磁気ヘッドとして、磁気抵抗効果を利用して磁界を検出する磁気抵抗効果素子（ＭＲ
素子）が使用されている。

【０００３】しかし、従来の磁気抵抗効果素子では、磁界によって変化する電気抵抗の割合が数％と小さいので、より一層の磁気記録密度の向上に伴い磁気記録媒体からの信号磁界が減少すると、十分な出力を得ることが困難になる。 そこで、次世代の磁気センサとして、近年、巨大磁気抵抗素子及び強磁性トンネル接合素子が注目されている。 巨大磁気抵抗効果素子は、磁界の変化に応じて電気抵抗が大きく変化する巨大磁気抵抗材料を用いて形成する。 この巨大磁気抵抗効果素子は、電気抵抗が磁場によって変化するという点では従来の磁気抵抗効果素子と同様であり、従来の磁気抵抗効果素子とほぼ同じ構造で磁気ヘッドの製造が試みられているが、現状では満足できる特性を得ることができず、実用化に至っていない。

【０００４】一方、強磁性トンネル接合素子は、絶縁層と、この絶縁層を挟んでトンネル接合された２つの強磁性層とにより構成されている（特開平３−１５４２１７
号、特開平４−１０３０１４号、特開平５−６３２５４
号）。 前記絶縁層は、通常、厚さが数十Åのアルミニウム酸化物により形成されており、前記２つの強磁性層間に電圧を印加すると、前記絶縁層を電子がトンネリングする。 この場合に、２つの強磁性層の磁化の相対角度に応じて電子のトンネル確率Ｒが変化する。 このトンネル確率Ｒは、磁化の相対角度をθ、θ＝０のときの抵抗をＲｓ、抵抗の変化分をΔＲとすると、次式で表される。

【０００５】Ｒ＝Ｒｓ−（１／２）ΔＲ（cos θ−１） このように、磁化の角度によりトンネル確率が変化するのは、電子源となる強磁性体内の電子スピンが偏極しており、この偏極を保ったまま電子がトンネルを起こすためであると考えられる。 トンネル確率の変化率ΔＲ／Ｒ
ｓは、次式で示すように、電子源となる一方の強磁性層内の偏極率とトンネル先となる他方の強磁性層内の偏極率との積で与えられる。

【０００６】ΔＲ／Ｒｓ＝２×Ｐ ₁ ×Ｐ ₂ （但し、Ｐ
₁ ，Ｐ ₂は両磁性層の分極率）

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、強磁性トンネル接合素子を利用した磁気ヘッドは、従来の磁気抵抗効果素子を利用した磁気ヘッドと原理的に異なるため、
従来の磁気抵抗効果素子の技術を使用することができず、強磁性トンネル接合素子を用いたヘッドの構造は未だ確立されていない。

【０００８】例えば、特開平４−１０３０１４号公報には、一方の磁性層に反強磁性層を接触させて配置し、これにより前記一方の磁性層の磁化方向を一定にすることや、室温で動作する磁気抵抗効果素子を得るために反強磁性層の材料としてＦｅ−５０原子％Ｍｎを使用することが記載されている。 しかし、単に絶縁層を挟んで２つの強磁性層を配置するとともに、一方の強磁性層に接触させてＦｅＭｎ層を形成しただけでは、前記ＦｅＭｎ層が容易に腐食されてしまうため、実用に供することができない。 また、通常、強磁性トンネル接合素子を磁気ヘッドに適用する場合は、軟磁性材料からなる２つのシールド層の間に強磁性トンネル素子を配置するが、従来の強磁性トンネル接合素子を用いた磁気ヘッドでは、磁気記録媒体側の面に電位が異なる部分（例えば、トンネル先となる強磁性層とシールド層）が露出するため、シールド層と強磁性トンネル接合素子との間で放電が発生するおそれがあり、信頼性が満足できるものではない。

【０００９】本発明は、高出力であるとともに磁性材料層の酸化を防止できて信頼性が高く、より一層の高記録密度化に対応できる磁気ヘッド及びその磁気ヘッドを用いた磁気記録装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、磁気記録媒体に記録された磁気情報を読み出す磁気ヘッドにおいて、軟磁性材料からなり、前記磁気記録媒体の磁場に応じて磁化の方向が変化する第１の磁性層と、前記第１
の磁性層の初期状態における磁化方向に対し直交する方向の磁化を有する第２の磁性層と、前記第１及び第２の磁性層の間に介在し両者をトンネル接合する絶縁層と、
前記第２の磁性層の少なくとも前記磁気記録媒体側の端部を被覆する被覆層とを有することを特徴とする磁気ヘッドにより解決する。

【００１１】なお、本願において初期状態における磁化方向とは、磁気記録媒体からの磁場の影響がない状態での磁化の方向をいう。 本発明においては、初期状態における第１の磁性層の磁化方向と第２の磁性層との磁化の方向が直交するように設定されている。 そして、第２の磁性層は、例えば反強磁性層との交換結合により磁化方向が固定されており、一方、第１の磁性層の磁化の方向は磁気記録媒体からの磁場により変化する。 従って、磁気記録媒体からの磁場により両者の磁性層の磁化角度が９０°を中心として変化し、これに伴ってトンネル電流が大きく変化して磁気記録媒体からの磁場に応じた大きな出力を得ることができる。

【００１２】また、本発明においては、第２の磁性層の磁気記録媒体側の端部が被覆層に覆われている。 すなわち、本発明に係る磁気ヘッドは、第２の磁性層が磁気記録媒体側の表面に露出していないため、例えば磁気記録媒体側の表面に露出する第１の磁性層とシールド層とを同電位にすることにより、放電の発生を防止できる。 更に、第２の磁性層が表面に露出していないため、第２の磁性層の腐食を防止できる。 更にまた、第２の磁性層上にＦｅＭｎ等のように腐食しやすい金属からなる反強磁性層を形成しても、この反強磁性層を第２の磁性層と同様に被覆層で被覆して表面に露出しないようにすることにより、反強磁性層の腐食も防止することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。 （第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施の形態に係る磁気ヘッドを示す斜視図、図２は同じくその磁気ヘッドの第１及び第２の磁性層１３，１７の配置状態を示す模式図、図３は磁気ヘッドを磁気記録媒体側から見た図である。 なお、図２において、符号１０は、読み出すべき磁気情報が記録された磁気記録媒体であり、この磁気記録媒体１０は駆動装置により駆動されて回転する。

【００１４】基板（図示せず）上には軟磁性材料からなる下部シールド層１１及び絶縁材料からなる下部ギャップ層１２が積層されており、この下部ギャップ層１２上の磁気記録媒体１０が配置される側（ヘッド先端側という）の端部には、ＮｉＦｅ等の軟磁性材料からなる第１
の磁性層１３が選択的に形成されている。 また、この第１の磁性層１３の両側にはＣｏＣｒＰｔ等の強磁性材料からなるバイアス磁性層１４が配設されている。 このバイアス磁性層１４からの磁界により、図２に矢印Ａで示すように、一方のバイアス磁性層１４から他方のバイアス磁性層１４に向かう方向に磁性層１３の初期状態における磁化の方向が規定される。

【００１５】バイアス磁性層１４上にはアルミニウム（Ａｌ）等の導電材料により形成された電極１５が形成されている。 また、第１の磁性層１３及び電極１５上には、厚さが約５０ÅのＡｌ ₂ Ｏ ₃からなる絶縁層１６が形成されている。 この絶縁層１６上の磁性層１３の直上域の部分には、ＦｅＣｏ等の硬磁性材料からなる第２の磁性層１７及びＦｅＭｎ等からなる反強磁性層１８が積層されて形成されている。 この第２の磁性層１７は、磁気記録媒体１０の表面に対し垂直方向の磁化容易軸を有し、反強磁性層１８と交換結合されていて、図２に矢印Ｂで示すように、磁化方向が磁気記録媒体１０の表面に対し垂直方向に固定されている。 これらの第２の磁性層１７及び反強磁性層１８は、ヘッド先端側の端面よりも若干離れた位置に配置されており、そのヘッド先端側の端部は後述する上部ギャップ層２０に被覆されるようになっている。

【００１６】反強磁性層１８上にはアルミニウム等の金属からなる電極１９が形成されている。 この電極１９
は、反強磁性層１８の上端部から更に絶縁層１６上に延び出している。 絶縁層１６上には、これらの第２の磁性層１７、反強磁性層１８及び電極１９を覆うようにして絶縁材料からなる上部ギャップ層２０が形成されており、この上部ギャップ層２０上には軟磁性材料からなる上部シールド層２１が形成されている。

【００１７】このように構成された本実施の形態の磁気ヘッドにおいて、第１及び第２の磁性層１３，１７と、
絶縁層１６と、反強磁性層１８とにより強磁性トンネル接合素子が構成される。 この磁気ヘッドにおいて、磁気記録媒体１０から磁界が印加されると、この磁界により第１の磁性層１３の磁化の方向が変化する。 一方、第２
の磁性層１７の磁化方向は反強磁性層１８との交換結合により固定されているので、磁性層１３，１７の磁化方向の相対角度が変化する。 この相対角度の変化に応じて、第１及び第２の磁性層１３，１７間をトンネルする電子のトンネル確率が変化する。 すなわち、本実施の形態に係る磁気ヘッドにおいては、電極１５から電極１９
にトンネル電流を流し、第１及び第２の磁性層１３，１
７の電圧を検出する。 このようにして、磁気記録媒体１
０に記録されている磁気情報を電極１５，１９間電圧の変化に変換することができる。

【００１８】本実施の形態においては、第２の磁性層１
７及び反強磁性層１８がいずれも上部ギャップ層２０に覆われていてヘッド先端側の面に露出していないため、
第２の磁性層１７及び反強磁性層１８が長期間に亘って腐食されにくく、信頼性が高い。 また、本実施の形態に係る磁気ヘッドは、ヘッド先端側の面に露出している第１の磁性層１３及びシールド層１１，２１を全て同電位にすることができて、シールド層１１，２１と強磁性トンネル接合素子との間の放電を防止することができる。

【００１９】図４は横軸に磁界をとり、縦軸に出力電圧をとって、本実施の形態の磁気ヘッドの特性を数値計算して調べた結果を示す図である。 但し、第１の磁性層１
３の幅Ｗは０．８μｍ、長さＬが０．８μｍ、第２の磁性層１７の幅Ｗ２は０．５μｍ、ヘッド先端面と第２の磁性層１７との間隔Ｌｓは０．２μｍとした。 従来の磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドの出力が数百μＶ程度であるのに対し、図４に示すように、本実施の形態に係る磁気ヘッドは数ｍＶ以上の大きな出力を得ることができる。

【００２０】（第２の実施の形態）次に、上述の磁気ヘッドが適用される磁気記録装置と磁気記録媒体の概要を図５を参照して説明する。 図５において、基板４１の上には再生用ヘッド４２と記録用ヘッド４３が隣接されている。

【００２１】再生用ヘッド４２は、上記した構造のものが採用される。 すなわち、再生用ヘッド４２は、基板４
１上にアルミナ層（不図示）を介して形成された下部シールド層４４と、下部シールド層４４上にアルミナ層（不図示）を介して形成された強磁性トンネル接合素子４５と、強磁性トンネル接合素子４５から引き出される引出電極（リード端子）４６と、強磁性トンネル接合素子４５及び引出電極４６を覆うアルミナ層４７と、アルミナ層４７上にカバー層（不図示）を介して形成された上部シールド層４８とを有している。

【００２２】一方、記録用ヘッド４３は、上部シールド層４８と第３の磁気シールド層４９との間に絶縁層５０
を介して形成されたコイル５１を有している。 磁気シールド層４４，４８，４９はそれぞれ軟磁性体により形成され、それらのうち磁気記録媒体５２に対向する部分には、それぞれギャップが形成されている。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る磁気ヘッドは、軟磁性材料からなる第１の磁性層と、この第１の磁性層の初期状態における磁化の方向に対し直交する方向の磁化を有する第２の磁性層と、これらの第１及び第２の磁性層の間に介在して両者をトンネル接合する絶縁層とにより構成され、少なくとも前記第２の磁性層の磁気記録媒体側の端部が被覆層に被覆されているので、大きな出力が得られるとともに、第１及び第２の磁性層や反強磁性層の腐食の発生、放電の発生を防止できて信頼性が高い。

【００２４】また、本発明に係る磁気記録装置は、上述の磁気ヘッドを有するので、磁気ヘッドからの出力が大きく、より一層の高記録密度化が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る磁気ヘッドを示す斜視図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る磁気ヘッドの２つの磁性層の配置状態を示す模式図である。

【図３】本発明の実施の形態に係る磁気ヘッドを磁気記録媒体側から見た図である。

【図４】本発明の実施の形態の磁気ヘッドの特性を数値計算して調べた結果を示す図である。

【図５】本発明の磁気ヘッドが適用される磁気記録装置と磁気記録媒体の概要を示す図である。

【符号の説明】

１０ 磁気記録媒体 １１，４４ 下部シールド層 １２ 下部ギャップ層 １３，１７ 磁性層 １４ バイアス磁性層 １５ 電極 １６ 絶縁層 １８ 反強磁性層 １９ 電極 ２０ 上部ギャップ層 ２１ 上部シールド層 ４１ 基板 ４２ 再生用ヘッド ４３ 記録用ヘッド ４５ 強磁性トンネル接合素子