【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜形の磁気ヘッドに関し、さらに詳しくは、巨大磁気抵抗（GiantMagneto
resistive：ＧＭＲと略記することもある）読出し用ヘッドを組み込んだ薄膜形の磁気ヘッドの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術、および、発明が解決しようとする課題】
本願発明の出願人が1994年11月14日に出願した同時係属の米国特許願第08/337,878号（本願発明と同じ譲渡人に譲渡された同時係属出願）は、軟磁性要素によって磁区領域の配向に対しバイアス磁界を付与した構成の巨大磁気抵抗要素（ＧＭＲ要素）を開示している。 この同時係属出願の主題は本願発明の主題と関連しているので、ここでの説明は省略する。

【０００３】従来の磁気ヘッドの代表例に関していえば、現在知られている薄膜形の磁気ヘッドまたはトランスデューサ（Transducer）は、信号を記録するための誘導形書込み要素と、記録した信号を読み出すための磁気抵抗（Magnetoresistive：ＭＲと略記することもある)
要素とを有している。 書込み動作は一対の磁気書込み用ポール（Magnetic Write Poles）によって行われる。 この磁気書込み用ポールは、磁路を形成すると共に、同磁気書込み用ポールの先端領域に非磁性の電気／磁気エネルギー変換用ギャップ（Transducing Nonmagnetic Gap
）を形成する。 この電気／磁気エネルギー変換用ギャップは、回転する磁気ディスクのような隣接する記録媒体の表面近傍に浮上した状態で配置されている。 この場合、記録媒体上に記録される信号情報を表し、かつ、ポールの磁路内に磁束の流れを生じさせるような電流を形成するために、上記一対の磁気書込み用ポールの間には電気コイルが形成されている。

【０００４】ここで、読出し動作は、一対の磁気シールドから一定の間隔を置いて設けられる磁気抵抗要素（Ｍ
Ｒ要素）によって行われる。 隣接する記録済みの媒体から受ける磁束の変化または磁束の遷移（Transitions ）
に応じて変化するようなＭＲ要素の抵抗を感知するために、このＭＲ要素に対し感知電流が流される。 従来の手法では、ＭＲ要素を一対の磁気シールドから電気的に絶縁すると共に、上記ＭＲ要素の一方の表面上に互いに独立した一組の導電体を設けることによって、平面内電流モード（Current-in-the-plane Mode ）、すなわち、Ｃ
ＩＰモードにて上記ＭＲ要素に基準電流を流していた。
しかしながら、このＣＩＰモードは、エレクトロマイグレーション（Electromigration) に起因する短絡等の問題を起こしている。 また、ＣＩＰモードのＭＲ要素は、
そのサイズが比較的大きくなると共に、その構造が複雑なために大量生産を行うに際しては費用が嵩むという問題があった。

【０００５】より最近になって、小型のＭＲヘッドが開発されている。 この種のＭＲヘッドでは、磁気書込み用ポールがＭＲ要素に対するシールドとしての役割を果たすと共に、さらにＭＲ要素の感知電流を伝導する手段としての役割も果たしている。 上記のような小型のＭＲヘッド形成に係る構造、および同ＭＲヘッド形成の方法は、アール・ロットメイヤ（R.Rottmayer ）に付与された米国特許第5,446,613号に開示されているので、ここでの詳細な説明は省略する。

【０００６】前述の同時係属の米国特許願第08/337,878
号に記載の発明によれば、小型の読出し／書込み用ヘッドは、読出し信号中のノイズを低減し、かつ、磁束を感知する際の線形性および利得を改善するような磁気的なバイアス磁界が付与されたＧＭＲ要素を有している。 典型的に、このＧＭＲ要素は、コバルトおよび銅といったように、磁気的に伝導性である材料、および非伝導性である材料からなる超薄形層を交互に積層して作られている。 上記ＧＭＲ要素は、隣接する磁気記憶媒体によって励起磁界がかかっていない場合、ＧＭＲ要素において交互に積層した層の主磁区は、シザー形(Scissor-type)の構造を形成する。

【０００７】隣接する磁気記憶媒体によって上記ＧＭＲ
要素に対し励起磁界がかけられると、この励起磁界は、
同励起磁界の極性に応じて、直交状態（９０°の状態）
から接近した状態（０°の状態）の方へ上記シザー形の構造を回転させるか、または、直交状態から反平行状態（１８０°の状態）へ上記シザー形の構造を回転させる。 この結果、ＧＭＲ要素の出力に関係する余弦（ＧＭ
Ｒ要素の抵抗は余弦の関数で表される）の値は、ゼロ（ＣＯＳ ９０°）から正の１（ＣＯＳ ０°＝＋１）
に変化するか、または、ゼロから負の１（ＣＯＳ １８
０°＝−１）に変化する。 それゆえに、ＧＭＲ要素の抵抗に生じた変化は、上記励起磁界の変化の極性を示すことになる。

【０００８】しかしながら、上記の同時係属の米国特許願第08/337,878号に記載のシザー形の構造においては、
ＧＭＲ要素に流す感知電流によって発生する磁界には、
使用し得る感知電流の大きさを制限する傾向があるという問題が生じていることが判明した。 本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、磁気的なバイアス磁界が付与されたＧＭＲ要素を組み込んだ場合に、ＧＭＲ要素に流す感知電流によって使用し得る感知電流の大きさが制限されることなく、より拡大された感知電流値の範囲にわたって磁気ヘッド応答の線形化を実現することが可能な磁気ヘッドを提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するために、磁気配向領域を有する磁気媒体中の磁束の遷移を検出するための本発明の磁気ヘッドは、上記磁気媒体中の磁気配向領域を感知する磁気抵抗要素と、この磁気抵抗要素と結合することによって、所定のバイアス磁化方向を有する磁気バイアス磁界を上記磁気抵抗要素内に発生させる磁気バイアス手段と、上記磁気ヘッド内に磁界を発生させる感知電流を上記磁気抵抗要素へ供給することによって、上記磁気媒体の磁気配向領域に応じた磁気抵抗要素の抵抗変化を検出する感知手段とを備えている。 さらに、上記磁気バイアス手段は、上記感知手段による上記磁気バイアス磁界への影響を効果的に軽減するために、上記磁気バイアス磁界の所定のバイアス磁化方向を修正する手段を有しており、この修正手段によって、比較的振幅の大きい感知電流が使用できるように、
より拡大された感知電流値の範囲にわたって上記磁気ヘッド応答の線形化を実現するように構成される。

【００１０】好ましくは、上記磁気バイアス磁界の配向が、上記感知手段により発生する上記磁界の配向方向と反対になるような実質的な成分を有するようになっている。 さらに詳しく説明すると、本発明の磁気ヘッドでは、磁気バイアス磁界によるバイアス磁化の方向を、上記の同時係属の米国特許願第08/337,878号に記載の方向に対して傾斜させる。 この磁気バイアス磁界の傾斜は、
感知電流に由来する磁界を効果的に減少させ、使用可能な感知電流を１．２倍から４倍に増加させることが可能になる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下添付図面を用いて本発明の実施の形態（以下、実施例と称する）を詳細に説明する。
図１は、本発明の磁気ヘッドの一実施例によるバイアス磁界付与形ＧＭＲ磁気ヘッドの構造を示す側面断面図である。 すなわち、図１は、磁気ヘッド１００の断面を、
この磁気ヘッド近傍にある磁気媒体５０と共に示す図である。 磁気媒体５０は、磁気ヘッド構造に対してＺ軸方向（＋Ｚまたは−Ｚ）沿って移動する。 この磁気ヘッド１００の構造は、磁気媒体５０からＸ方向に向かって、
空気力学的に決まる浮上量（Flying Height ）Ｈだけ離間している。 磁気媒体５０は、その表面上に形成される複数の予め配向された磁束領域５１を有しており、これらの磁束領域５１の各々は＋Ｚ方向または−Ｚ方向のいずれかに配向される。 例示の目的から、対向して配向された複数の磁束領域５１によって規定される第１の遷移領域５２は、媒体を越えて＋Ｘ方向に延びる第１のフリンジ磁界（FringeField）を形成するように図示されている。 また一方で、対向して配向された複数の磁束領域５１によって規定される第２の遷移領域５３は、媒体を越えて─Ｘ方向に延びる第２のフリンジ磁界を形成するように図示されている。

【００１２】第１および第２の遷移領域５２、５３が磁気ヘッド１００の構造を通過すると、磁気ヘッド１００
の構造内のＧＭＲ要素１２３は、磁束、すなわち、フリンジ磁界を検出し、ＧＭＲ要素自体の抵抗を変化させて応答する。 セラミック等の磁気的非伝導性材料からなり、かつ、空気軸受スライダとして成形させる基板１１
０は、磁気ヘッド１００のバルク（Bulk）の部分を形成すると共に、空気力学的な揚力を付与する。

【００１３】基板１１０は、Ｘ軸方向に延びる実質的に平らな上表面１１１と、この上表面１１１に対して実質的に直角に、かつ、Ｚ軸方向へ延在するように切断加工がなされた磁気媒体に対向する側壁１１５とを有している。 この基板側壁１１５と出会う上表面の端部を、以下、前縁部１１３とよぶこととする。 磁気的にも電気的にも伝導性である材料（ＥＣ／ＭＣ材料）から作製される第１のポール／シールド層１２１は、前縁部１１３まで延在する基板の上表面１１１上に適合するように形成される。 この第１のポール／シールド層１２１は、パーマロイのようなニッケル−鉄組成体でもよく、または、
高い透磁率を有する強磁性体であってもよい。 第１のポール／シールド層のＺ軸方向の好ましい厚さは０．５μ
ｍ（ミクロン）乃至１０μｍであり、さらに好ましい厚さは２μｍ乃至３μｍである。 種々の材料の電気的および磁気的性質の記述にあたっては、以下、略式表示Ｅ
ｘ／Ｍｘを用いる。 ここで、ｘ＝Ｃは伝導性であること、ｘ＝Ｎは非伝導性であること、ｘ＝Ｘは伝導性または非伝導性のいずれかであることを意味する。 したがって、ＥＣ／ＭＣは電気的に非伝導性で、磁気的には伝導性であることを意味し、そしてＥＸ／ＭＮは電気的には伝導性または非伝導性のいずれかであり、磁気的には非伝導性であることを表す。

【００１４】ＥＣ／ＭＮ材料からなる第１接触要素１２
２は、基板の前縁部１１３近くの第１のポール／シールド層１２１の前方部上に形成される。 第１接触要素１２
２は、例えば銅、金、銀、およびこれらの金属の合金からなるグループから選定したＥＣ／ＭＮ材料の一つまたは同ＥＣ／ＭＮ材料の任意の組合せにより構成することができる。 第１接触要素１２２のＺ軸方向の好ましい厚さは１００Å（０．０１μｍ）から２０００Å（０．２
μｍ）の範囲にあり、そして、さらに好ましい厚さは３
００Å（０．０３μｍ）から１５００Å（０．１５μ
ｍ）の範囲にある。 ＧＭＲ要素１２３は、第１接触要素１２２の上に形成される。 ＧＭＲ要素１２３は、例えばコバルトおよび銅のような磁気的に伝導性および非伝導性である材料からなる厚さ約２０Å（０．００２μｍ）
の複数層の超薄形層を交互に付着させて形成することができる。 ＧＭＲ要素１２３のＺ軸方向の全体の厚さは好ましくは６０Å（０．００６μｍ）から１０００Å
（０．１μｍ）の範囲であり、そしてさらに好ましい厚さは１００Å（０．０１μｍ）から５００Å（０．０５
μｍ）の範囲である。

【００１５】ＧＭＲ要素１２３の電気抵抗が、時間的に変化する磁束に晒されたときに変動することは、一般に知られていることである。 誘導形トランスジューサとは違って、磁気抵抗トランスジューサ（ＭＲトランスジューサ）は、磁束遷移の変化の速さよりもむしろ磁束遷移の大きさに対して感応し易い。 このことは、例えばディスクの速度には非感応性であるといったような、誘導形トランスデューサに勝る利点を磁気抵抗要素（ＭＲ要素）に提供する。

【００１６】第１接触要素１２２の材料と同じか、または同第１接触要素１２２の材料と等価なＥＣ／ＭＮ材料からなる第２の接触要素１２４は、ＧＭＲ要素１２３上に形成される。 この第２接触要素１２４のＺ軸方向の厚さは、第１接触要素１２２の厚さとほぼ同じである。 第１のポール／シールド層１２１の材料と同じか、または同第１のポール／シールド層１２１の材料と等価なＥＣ
／ＭＣ材料からなる第２のポール／シールド層１２６
は、第２接触要素１２４上に形成されると共に、＋Ｘ方向に延びて第１のポール／シールド層１２１との間に後方ギャップ１３０を形成する。 第２のポール／シールド層１２６のＺ軸方向の厚さは、第１のポール／シールド層１２１の厚さにほぼ等しいかまたはそれよりも厚くなっている。

【００１７】後方ギャップ１３０には、Al ₂ O ₃ （酸化アルミニウム）、SiN （窒化珪素）、またはハード焼付(h
ard-baked)型レジストのような電気的に非伝導性の材料が充填される。 第１のポール／シールド層１２１の上面と、第２のポール／シールド層１２６の底面との間の前縁部１１３における間隔は、前方書込みギャップ（図２
のＧ）を規定する。 前方書込みギャップＧの寸法は、第１接触要素１２２、ＧＭＲ要素１２３、および第２接触要素１２４の各々のＺ軸方向の厚さを組み合せたものによって決定される。 後方ギャップ１３０のＺ軸方向の寸法は、前方書込みギャップより大きくなってはならず、
かつ、第１のポール／シールド層１２１および第２のポール／シールド層１２６間の電気的絶縁性が保証される限りにおいて、できるだけ小さい寸法であるのが好ましい。

【００１８】次に、図２を参照する。 この図２は、Ｙ−
Ｚ面３１から見た磁気ヘッド構造１００に関連する部分の前方から見た正面図である。 なお、これ以降、前述した構成要素と同様のものについては、同一の参照番号を付して表すこととする。 第１のポール／シールド層１２
１から第２のポール／シールド層１２６までに含まれる要素１２１〜１２６はＩ字状ビーム（梁）のプロフィールを有しているのが好ましい。 このＩ字状ビームのプロフィールのＹ軸方向の幅は、要素（第１のポール／シールド層）１２１の上方部分、要素（第１接触要素、ＧＭ
Ｒ要素および第２接触要素）１２２から１２４、および要素（第２のポール／シールド層）１２６の下方部分によって規定され、その幅は０．１μｍから０．２μｍの範囲にあるのが好ましい。 要素１２１の上部分と要素１
２６によってそれぞれ決定されるＩ字状ビームの底部キャップおよび上部キャップは、１．５乃至１０倍だけ他の部分よりも広くなっているのが好ましい。

【００１９】図２の第２のポール／シールド層１２６の下方部分のＺ軸方向の高さはＧの１乃至１０倍であるのが好ましく、Ｇの３約倍であるのがさらに好ましい。 同様に、要素（第１のポール／シールド層）１２１の上方部分、すなわち、茎部を形成する部分のＺ軸方向高さは、Ｇの１乃至１０倍であるのが好ましく、Ｇの約３倍であるのがさらに好ましい。

【００２０】詳細には図示されていないが、Al ₂ O ₃ 、ハード焼付型レジスト、またはSiN のような材料を単独で、あるいは複数用いて構成したＥＮ／ＭＮ充填・平坦化構造により、基板の上表面１１１から少なくとも第２
のポール／シールド層１２６の底部に至るまでの範囲にわたってＩ字状ビームのプロフィールが覆われる。 さらに、もし望ましければ、第２のポール／シールド層１２
６を不活性化ＥＮ／ＭＮ材料によって覆うことができる。

【００２１】ここで、再び図１を参照する。 要素１２２
から１２４のＸ軸方向の長さは、５０μｍから２００μ
ｍであるのが好ましく、さらに１００μｍから１５０μ
ｍの範囲にあるのが好ましい。 図１からわかるように、
第１および第２のポール／シールド層１２１、１２６
は、サンドイッチ状の要素１２２から１２４の部分を超えてＸ軸方向に延在している。

【００２２】参照番号１４１から１４４で示される伝導性の巻線部材を有するプレーナ形コイル(Planar coil、
またはフラットコイルともいう）１４０は、後方ギャップの周囲に形成されるが、ＥＮ／ＭＮ充填・平坦化構造によって第１および第２のポール／シールド層１２１、
１２６からは絶縁される。 書込み回路１５０は、プレーナ形コイル１４０の対向端（例えば、上記プレーナ形コイルを上から見たときに同コイルが螺旋形である場合、
巻線部材１４１と１４３）に結線される。 そして、上記書込み回路１５０は、書込みモードの動作中、後方ギャップ１３０の前方側に位置する巻線部材１４１、１４２
を介して電流Ｉ _Wを第１方向（＋Ｙ）に流すと共に、後方ギャップ１３０の後方側に位置する巻線部材１４３、
１４４を介して電流Ｉ _Wを第２方向（−Ｙ）に流し、前方ギャップ（前方書込みギャップ）および後方ギャップを通して磁束の流れを誘導する。 書込み動作中、前方ギャップを横切る磁束の流れの変化は、磁性媒体５０の磁束領域（すなわち、磁化領域）５１に対し異なった磁気配向を生じさせる。

【００２３】読出し回路１６０は、第１および第２のポール／シールド層１２１、１２６の対向する後端部に接続される。 そして、上記読出し回路１６０は、読出しモードの動作中、サンドイッチ状の要素１２２から１２４
までを介してＺ軸方向に感知電流Ｉ _Rを流す。 Ｉ _R中の読出し−感知電流は、ＧＭＲ要素（ＧＭＲ素子）１２３
を通して同ＧＭＲ素子の面に垂直に流れるので、ＣＩＰ
動作に基づいて設計されたこれまでのものに付随していた問題、すなわち、面内エレクトロマイグレーション(I
n-the-plane Electromigration) に関する問題や、磁気バイアス磁界に関する問題を解消することができる。

【００２４】電気的に非伝導性である磁気バイアス要素１８０は、第１接触要素１２２、ＧＭＲ要素１２３、および第２接触要素１２４の組合せ体の背後に位置している。 また一方で、この磁気バイアス要素１８０は、第１
および第２のポール／シールド層１２１、１２６の間に挟まれるようにして配置される。 磁気バイアス要素１８
０は、実質的にＸ軸方向（＋Ｘまたは−Ｘ）に延びる磁気バイアス磁界をＧＭＲ要素１２３内に形成する。

【００２５】図３の拡大された側面図において、参照番号１６１はバイアスマグネット等の磁気バイアス要素１
８０によるバイアス磁化磁界を示す矢印であって、丸で囲んだＸ記号１６２は、バイアスマグネットの傾きによって誘導される磁界の磁力線（図４中にの矢印１６２によって示す）の端を示す。 底部の第１のポール／シールド層１２１や、ＧＭＲ要素や、上部の第２のポール／シールド層１２６を流れる感知電流は、矢印１６３によって示されている。 上部の第２のポール／シールド層１２
６と、第２接触要素である導電体１２４とを取り除いた状態を示す図４の上面図は、本発明による磁気バイアス磁界の傾きを矢印１６１により示す。 この矢印１６１
は、図４の水平面に関して傾けられ、そのＸ−Ｙ平面の成分は参照番号１６２ａおよび１６２ｂによって示されている。

【００２６】上方に延びるバイアス磁界の垂直成分１６
２ａ（図３）は、矢印１６３によって示される感知電流によって形成される円形磁界を低減するかまたは除去する効果を有している。 磁気バイアス磁界１６１のＹ軸方向成分１６２ａは、マグネット近傍で強められると共に、感知電流による磁界を消去する。 ＧＭＲ要素１２３
の他の側では、磁界１６２ａはより小さくなり、感知電流による磁界に加えられる。 この結果、全体的な効果として、磁気バイアス磁界のＹ軸方向成分の傾きによって感知電流の正味の部分が消去される。

【００２７】図５は、本発明を適用しない場合の感知電流の振幅の変化に対するＧＭＲヘッドの応答の様子を示すグラフである。 図５に図示のグラフは、感知電流の振幅の変化が、平面に直交する電流モード（Current-perp
endicular-to-the-plane Mode ）、すなわち、ＣＰＰモードで動作するＧＭＲトランスデューサの出力に与える影響を示す。 ０から４ミリアンペア（ｍＡ）の振幅の範囲の感知電流に関していえば、ＧＭＲ出力信号は、遷移励起強さ（Transition Excitation Strength）が−０．
５ｍｅｍｕ／ｃｍ ²から＋０．２ｍｅｍｕ／ｃｍ ²まで完全に線形である。 しかし、感知電流の振幅が４ｍＡ以上になると、５ｍＡおよび１０ｍＡのグラフが示すようにＧＭＲ出力信号は非線形となり、感知電流として上記の値を使用することは不適当である。

【００２８】この非直線性こそ、本発明に従って、図４
に示すようにバイアスマグネット手段（例えば、バイアスマグネットである磁気バイアス要素１８０）による磁界に傾斜、すなわち、角度を与えることによって消去されるものである。 傾斜した磁気バイアス磁界の垂直成分は、感知電流によって生ずる磁界のバイアス磁界への影響を減少させると共に、感知電流の広範な値に対して、
ＧＭＲトランスデューサの応答に対し線形性を付与する。 それゆえに、傾斜した磁気バイアス磁界を使用しない場合に比べて、１．２倍から４倍の振幅を有する感知電流の使用が可能になる。 図５の例では、形状寸法が１
／２μｍ×１／４μｍであり、浮上量が２５０Å以下（Ｈ≦２５０Å）である読出し要素の場合、ＧＭＲ出力応答の線形動作を保証するための遷移励起強さの好ましい範囲は、−０．３ｍｅｍｕ／ｃｍ ²から＋０．３ｍｅ
ｍｕ／ｃｍ ²である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁気ヘッドの一実施例によるバイアス磁界付与形ＧＭＲ磁気ヘッドの構造を示す側面断面図である。

【図２】図１に図示のバイアス磁界付与形ＧＭＲ磁気ヘッドの構造の正面断面図である。

【図３】新規なＧＭＲヘッド構造の一部の拡大し、かつ、その内部の磁界方向を示す側面断面図である。

【図４】本発明の実施例により構成されるＧＭＲヘッド構造の一部を拡大し、かつ、バイアス磁界の傾きを示す平面断面図である。

【図５】本発明を適用しない場合の感知電流の振幅の変化に対するＧＭＲヘッドの応答の様子を示すグラフである。

【符号の説明】

５０…磁気媒体 ５２…第１の遷移領域 ５３…第２の遷移領域 １００…磁気ヘッド １１１…基板 １２１…第１のポール／シールド層 １２２…第１接触要素 １２３…ＧＭＲ要素 １２４…第２接触要素 １２６…第２のポール／シールド層 １４０…プレーナ形コイル １５０…書込み回路 １６０…読出し回路 １８０…磁気バイアス要素