【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果型磁気ヘッド、特にその磁気抵抗効果感磁部への抵抗変化を検出するためのセンス電流の通電方向と、磁気記録媒体からの記録信号磁界の方向が平行に選定されたいわゆる縦型の磁気抵抗効果型磁気ヘッドに係わる。

【０００２】

【従来の技術】磁気抵抗効果感磁部へのセンス電流の通電方向と、磁気記録媒体からの記録信号磁界の方向が平行に選定されたいわゆる縦型の磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、図１にその概略断面図を示すように、下部磁性体となる基板１上に、もしくは基板１が例えば非磁性セラミック基板である場合には、図示のように、この基板１
上にセンダスト等の下部磁性体２が形成され、これの上にＡｌ ₂ Ｏ ₃等の絶縁層３が被着形成され、これの上に感磁部４が形成される。 そして、この感磁部４上には、
Ａｌ ₂ Ｏ ₃等の絶縁層５を介して導電性を有する上部磁性体６が配置され、これの上に保護層１０が形成される。 そして、記録再生ヘッドを構成する場合においては、さらにこれの上に、例えば薄膜記録ヘッド（図示せず）が積層形成される。

【０００３】感磁部４は、図１で示すように、磁気記録媒体例えばハードディスク（図示せず）との対向ないしは対接面例えば浮上型磁気ヘッドにおいては、いわゆるＡＢＳ（エアー ベアリング サーフェス）（以下媒体対向面という）７から、後方に延長して磁気抵抗効果膜例えばＮｉＦｅ合金膜が帯状に形成される。 感磁部４の前方端および後方端には、感磁部４にセンス電流ｉを通電する電極８ａおよび８ｂがコンタクトされ、これら電極８ａおよび８ｂ間にセンス電流ｉが通電される。 そして、前方の電極８ａは、上部磁性体６に電気的に連接されてこの上部磁性体６が電極８ａからの導出端子としての機能を有するようになされる。

【０００４】このようにして、感磁部４が、両磁性層２
および６によって挟みこまれて外部と磁気的にシールドされるとともに、この感磁部４の前方端が、媒体対向面７における両磁性層２および６間の前方の間隙すなわち磁気ギャップＧを通じて、前方に臨むようになされ、この磁気ギャップＧから、媒体対向面７に対接ないしは対向しつつ相対的に移行する磁気記録媒体（図示せず）からの漏洩磁界すなわち記録部からの信号磁界Ｈｓを感磁部４に導入する。 すなわち、感磁部４に通ずるセンス電流ｉと平行に信号磁界を導入する。

【０００５】感磁部４においては、これに印加された信号磁界によって生じた抵抗変化をセンス電流によって電圧変化として検出することによって、信号磁界の検出すなわち磁気記録媒体上の記録の再生がなされる。

【０００６】この構成において、下部および上部磁性体２および６の間隔は、前方の磁気ギャップＧを形成する部分の間隔Ｄ _Gは狭小に選定されるが、感磁部４の前方すなわち電極８ａがコンタクトされる部分以外の後方における間隔Ｄ _Bにおいては充分大に選定される。 つまり、感磁部４の後方においては、間隔Ｄ _Bが充分大に選定されることから磁性層６との短絡のおそれは回避でき、前方においては、前方電極８ａと磁性層６とは電気的に接続される構成としていることから、磁気ギャップ部Ｇにおける間隔Ｄ _Gは充分狭小に構成することができ、ひいては磁気記録媒体例えばハードディスクにおける記録密度の向上を可能にするものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように、磁気ギャップＧの狭小化がなされると、感磁部４に導入される信号磁界の取り込み量が減少することから、
再生出力が減少するという問題がある。

【０００８】そこで、本発明においては、この縦型の磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、その再生出力の減少を、感磁部における高感度化によって補償して、縦型の磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおける磁気ギャップの狭小化を図って記録媒体上の記録密度の向上をはかることができるようする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明においては、それぞれ軟磁性体からなる下部磁性体と上部磁性体との間に磁気抵抗効果を有する感磁部が配置され、この感磁部に、下部磁性体と上部磁性体との間に導入される磁気記録媒体からの信号磁界方向と平行方向にセンス電流を通電するいわゆる縦型の磁気抵抗効果型磁気ヘッド構成とするものであり、その感磁部が、少なくとも、軟磁性層、非磁性導電層、磁性層、反強磁性層が順次積層されてなるスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜構造部を有する構成とされる。

【００１０】また、本発明においては、それぞれ軟磁性体からなる下部磁性体と上部磁性体との間に磁気抵抗を有する感磁部が配置され、この感磁部に、下部磁性体と上部磁性体との間に導入される磁気記録媒体からの信号磁界方向と平行方向にセンス電流を通電するいわゆる縦型の磁気抵抗効果型磁気ヘッド構成とするものであり、
その感磁部が、少なくとも、軟磁性層、非磁性導電層、
硬磁性層が順次積層されてなるスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜構造部を有する構成とされる。

【００１１】ところで、本発明においては、上述したように、信号磁界方向と平行方向にセンス電流を通電するいわゆる縦型の磁気抵抗効果型磁気ヘッドを対象とするものであるが、ここで信号磁界方向と平行方向にセンス電流を通電する、なる表現は、磁気ヘッドに導入される信号磁界の主たる方向とセンス電流の主たる通電方向とがほぼ平行方向であるということを指称するものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を説明する。 本発明による磁気ヘッドは、例えば図１でその一例の概略断面図を示した縦型のヘッドに適用することができる。

【００１３】すなわち、この例においては、下部磁性体となる基板１上に、もしくは基板１が非磁性の例えばアルミナチタンカーバイト等の非磁性セラミック基板等である場合には、図示のように、この基板１上にセンダスト等の下部磁性体２が形成され、これの上にＡｌ ₂ Ｏ ₃
等の絶縁層３が被着形成される。 そして、この絶縁層上に、磁気抵抗効果を有する感磁部４が形成され、この感磁部４上には、Ａｌ ₂ Ｏ ₃等の絶縁層５を介して導電性を有する上部磁性体６が配置され、これの上に保護層１
０が形成される。 そして、記録再生ヘッドを構成する場合においては、さらにこれの上に、例えば薄膜記録ヘッド（図示せず）が積層形成される。

【００１４】感磁部４は、媒体対向面７から、後方に延在する帯状に形成される。 感磁部４の前方端および後方端には、感磁部４にセンス電流ｉを通電する電極８ａおよび８ｂがコンタクトされ、これら電極８ａおよび８ｂ
間にセンス電流ｉが通電される。 そして、前方の電極８
ａは、上部磁性体６に電気的に連接されてこの上部磁性体６が電極８ａからの導出端子としての機能を有するようになされる。

【００１５】このようにして、感磁部４が、両磁性層２
および６によって挟みこまれて外部と磁気的にシールドされるとともに、この感磁部４の前方端が、媒体対向面７における両磁性層２および６間の前方の間隙すなわち磁気ギャップＧを通じて、前方に臨むようになされ、この磁気ギャップＧから、媒体対向面７に対接ないしは対向しつつ相対的に移行する磁気記録媒体（図示せず）からの漏洩磁界すなわち記録部からの信号磁界Ｈｓを感磁部４に導入する。 すなわち、感磁部４に通ずるセンス電流ｉと平行に信号磁界Ｈｓを導入する。

【００１６】感磁部４においては、これに印加された信号磁界によって生じた抵抗変化をセンス電流によって電圧変化として検出することによって、信号磁界の検出すなわち磁気記録媒体上の記録の再生がなされる。

【００１７】本発明は、このような縦型の磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、特にその感磁部４をスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果型構成とする。 すなわち、この感磁部４を図２にその一例の一部を断面とした概略斜視図を示すように、下部磁性体２上に、例えば絶縁層３を介してスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜構造部５０を有する構成とする。 図２の例では、絶縁層３上に、下地層５１と、軟磁性層５２と、非磁性導電層５３と、磁性層５４と、この磁性層５４と交換結合する反強磁性層５５
および保護層５６が順次例えばスパッタリングによって積層形成された構成を有する。 この反強磁性層５５と磁性層５４の交換結合方向は、センス電流ｉと平行に信号磁界Ｈｓに沿う方向に選定される。

【００１８】下地層５１は、例えばＴａ，Ｔｉ，Ｈｆ等の少なくともいづれかの厚さ５．０〜１０．０ｎｍの材料膜よりなる。

【００１９】軟磁性層５２は、例えばＮｉＦｅ，ＮｉＦ
ｅＣｏ，ＮｉＦｅ−Ｘ等の少なくともいづれかよりなり、Ｘは、Ｔａ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｒｈ，Ｈ
ｆ，Ｃｒ等の少なくともいづれかとする、厚さ１５．０
ｎｍ以下の材料膜よりなる。

【００２０】非磁性導電層５３は、Ｃｕ，ＣｕＮｉ，Ｃ
ｕＡｇ等の少なくともいづれかの厚さ１．８〜３．０ｎ
ｍの材料膜よりなる。

【００２１】磁性層５４は、ＮｉＦｅ，ＮｉＦｅＣｏ，
Ｃｏ，ＣｏＦｅ等の少なくともいづれかの厚さ１．０〜
８．０ｎｍの材料膜よりなる。

【００２２】反強磁性層５５は、高保磁力の反強磁性のＦｅＭｎ，ＮｉＭｎ，ＮｉＯ，ＮｉＣｏＯ，ＣｏＭｎ等の少なくともいづれかの膜厚５．０〜８０ｎｍの材料膜よりなり、一定方向に磁化される。

【００２３】また、保護層は、上述した下地層と同様の材料膜によって構成することができる。

【００２４】図２で示したスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜構造部５０は、基板１側に軟磁性層５２が配置された場合であるが、軟磁性層５１〜反強磁性層５５の積層構造を図２の場合とその上下を反転した構成すなわち反強磁性層５５を、基板１側とする配置構成とすることもできる。 この場合、反強磁性層５５として例えばＦｅ
Ｍｎのように反強磁性特性を誘発する下地層を要する場合は、上述の下地層５１上に、更に例えばＮｉＦｅもしくはＣｕ膜を配置することが望ましい。

【００２５】このスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜構造部５０によって構成される感磁部４は、外部印加磁界すなわち記録媒体からの信号磁界に対して高い抵抗変化、すなわち高感度の磁気抵抗効果型を示す。

【００２６】このスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜構造部５０の磁気抵抗効果動作を概略説明すると、上述したように、磁性層５４上には、これとセンス電流ｉと平行に交換結合する反強磁性層５５が被着形成されていることから、この磁性層５４は、その磁化の向きが固定されたいわゆるピン層とされる。 磁性軟磁性層５２は、薄い非磁性導電層５３によって磁性層５４と分離されていて、その磁化の向きが固定されていないいわゆるフリー層とされる。

【００２７】この状態で、外部磁界すなわち磁気記録媒体からの記録情報による信号磁界が印加されると、これによってフリー層すなわち軟磁性層５２が磁化され、そのスピンが回転する。 そして、いま磁化が固定されたピン層すなわち磁性層５４のスピンの向きと、フリー層すなわち軟磁性層５２のスピンの向きとが１８０°である場合、感磁部４における抵抗は最大となる。 これは、感磁部４の両電極８ａおよび８ｂ間を移行しようとする電子が、非磁性層と互いにスピンの向きを異にする両磁性層５２および５４との界面で散乱することによる。 そして逆に、両磁性層５２および５４のスピンの向きが同じとされる場合は、電子の散乱が小となりその抵抗は最小となるものである。

【００２８】このように、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜構造とする場合は多層膜構造とし、磁化が固定されたピン層の構成により、外部磁界によって大きく抵抗が変化するすなわち高感度の感磁部を構成することができるものである。

【００２９】なお、実際の磁気ヘッドにおいては、感磁部４すなわちスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜構造部５０に導入される磁気記録媒体からの信号磁界によって容易に、軟磁性層５２（フリー層）のスピンが回転することができるように、軟磁性層５２の磁化容易軸方向は、各層の幅方向すなわちセンス電流方向（信号磁界方向）を横切る直交方向に設定される。

【００３０】上述したように、本発明においては、その感磁部４を、磁気感度にすぐれたスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜構造としたことによって、感磁部４の感度の向上をはかるので、この感磁部への信号磁界の取り込み量が小さい縦型の磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおける再生出力の補償を行うものである。

【００３１】感磁部４を構成するスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜構造部５０は、図３にその一部を断面とした概略斜視図を示すように、図２の反強磁性層５６と磁性層５５との構成に代えて、所定方向すなわち上述したと同様に、膜面に沿いかつ幅方向すなわちセンス電流ｉ
および信号磁界Ｈｓ方向とほぼ直交する方向に磁化の向きが設定がなされた硬磁性層５７を配置した構成とすることができる。

【００３２】すなわち、この場合においては、例えば下地膜５１上に、軟磁性層５２、非磁性導電層５３、硬磁性層５７および保護膜５６が順次積層された構成とすることができる。 図３において、図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。 この構成において、下地膜５１、軟磁性層５２、非磁性導電層５３、および保護膜５６については、図２の構成において説明したと同様の材料膜によって構成することができる。

【００３３】硬磁性膜５７は、高保磁力のＣｏＰｔ，Ｃ
ｏＰｔＣｒ，ＣｏＣｒＴａ等によって構成することができる。

【００３４】この場合、下地層５１と保護膜５６は省略することができる。 また、この図３の構成において、軟磁性層５２から硬磁性膜５７の配置を図３において上下反転させた配置に、すなわち硬磁性膜５７を基板１側とする構成とすることもできる。

【００３５】そして、これらの構成においても、図２の構成のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜構造部の動作原理と同様の動作原理によって高い感度の感磁部４を構成することができる。

【００３６】上述したように、本発明においては、感磁部４をスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜構造５０とすることによって高感度化をはかるものであるが、この構成において、その信号磁界の与えられない状態での軟磁性膜５２の磁化の方向は、所定の方向、本発明で対象とする縦型磁気ヘッド構成とする場合、前述したように実際にはセンス電流ｉの方向すなわち信号磁界Ｈｓの方向を横切る方向すなわちほぼ直交する方向に設定することになるが、この場合、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜構造部５０の長手方向が、信号磁界Ｈｓ方向であることから、軟磁性膜５２の磁化の方向は、その短辺方向となり、その磁化は形状異方性によって不安定となるおそれがある。 そこで、この磁化の安定化をはかるために、
図４および図５に示すように、感磁部４を、上述したスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜構造部５０と、これの磁化の安定化をはかる磁界を印加する磁化安定化手段６
１とを有する構成とする。

【００３７】磁化安定化手段６１は、例えば図４に模式的斜視図を示すように、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜構造部５０に隣接してその膜面に沿い、かつセンス電流ｉおよび信号磁界Ｈｓ方向に沿う両側もしくはいづれか一側に配置する。 あるいは、図５に同様の模式的斜視図を示すように、中間膜６２を介してスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜構造部５０下、または／およびスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜構造部５０上に配置する。

【００３８】磁化安定化手段６１は、高保磁力を有し、
図４および図５に矢印Ｍをもって示すように、上述したスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜構造部５０に与えられるセンス電流ｉの方向および信号磁界Ｈｓの方向とほぼ直交する方向に磁化固定された硬磁性膜より構成する。 この硬磁性膜の保磁力は、その形状異方性磁界や、
外乱磁界によって乱されることのない程度に充分高い保磁力を有する磁性膜、例えば例えばＢａＦｅＯとか、Ｃ
ｏ系の硬磁性膜例えばＣｏＰｔ，ＣｏＣｒＴａ等によって構成し得る。

【００３９】また、その磁気的特性の安定化をはかるために、この硬磁性膜下に、Ｃｒ等の下地膜を形成することが望ましい。 また、この硬磁性膜上に、軟磁性膜例えばＮｉＦｅ，ＮｉＦｅＣｏ，ＮｉＦｅ−Ｘの少なくともいづれかよりなり、Ｘは、Ｔａ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｍ
ｏ，Ｒｈ，Ｈｆ，Ｃｒの少なくともいづれかよりなる軟磁性膜を被着形成して、硬磁性膜表面に発生する磁極を、側面に逃す構造とすることができる。

【００４０】この硬磁性膜による磁化安定化手段６１の磁界強度、すなわちスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜構造部５０への印加磁界強度の選定は、その残留磁束密度Ｂｒとその厚さδの積、Ｂｒ・δの選定によって選定することができる。

【００４１】また、磁化安定化手段６１としては、下地膜上に磁性膜とこれに交換結合された反強磁性膜の積層構造によって構成することもできる。 この場合の交換結合方向は、上述のセンス電流ｉの方向および信号磁界Ｈ
ｓの方向とほぼ直交する方向となるように反強磁性膜の磁化固定がなされる。

【００４２】下地膜は、例えばＴａ，Ｔｉ，Ｈｆ等またはこれらに添加元素を入れた合金によって構成し得る。
またこれの上の磁性膜は、ＮｉＦｅ，ＮｉＦｅＣｏ，Ｎ
ｉＦｅ−Ｘの少なくともいづれかよりなり、Ｘは、Ｔ
ａ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｒｈ，Ｈｆ，Ｃｒの少なくともいづれか、あるいは例えばＮｉＦｅ／Ｃｏ等の２
層構造等によって構成し得る。 反強磁性膜は、ＦｅＭ
ｎ，ＮｉＭｎ，ＮｉＯ，ＮｉＣｏＯ，ＣｏＯ，ＣｏＭｎ
等の少なくともいづれかによって構成することができる。

【００４３】硬磁性膜、反強磁性膜に対する磁化は、その成膜を所定方向の磁界印加の下で行うとか、成膜後に、所定方向の磁界印加を行うことによって行うことができる。

【００４４】このような磁化安定化手段６１により、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜構造部５０に、所定の磁界が印加されるようにして、形状異方性等に起因する軟磁性膜５２における磁化の不安定性を補償してその安定化をはかる。

【００４５】〔実施例〕図１の構成による縦型の磁気抵抗効果型磁気ヘッドを採り、その感磁部４として、図２
で示した構造のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜構造部５０を有し、図５で示した磁化安定化手段６１を有する構造とした。 この場合の、感磁部４の膜構成は、厚さ７．３ｎｍのＴａによる下地膜上に、厚さ３．３ｎｍのＮｉＦｅ膜と厚さ１．１ｎｍのＣｏ膜との２層構造による磁性膜と、厚さ１０．０ｎｍのＦｅＭｎによる反強磁性膜とが積層された磁化安定化手段６１を構成し、これの上に厚さ７．３ｎｍのＴａによる中間膜ないしは下地膜を形成して、これの上に厚さ１０．０ｎｍのＮｉＦｅ
による軟磁性層５２と、厚さ２．４ｎｍのＣｕよりなる非磁性導電層３と、厚さ４．４ｎｍのＣｏよりなる磁性層５４と、厚さ１０．０ｎｍのＦｅＭｎによる反強磁性層５５と、厚さ８．８ｎｍのＴａによる保護層５６が積層されてなるスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜構造部５０を構成した。 そして、この場合、そのトラック幅すなわち感磁部４の幅Ｔｗ＝５．０μｍ、感磁部４の長さＬ＝８μｍ、電極８ａおよび８ｂ間の間隔すなわち感磁部の実効長ｌ＝６μｍ、センス電流Ｉｓ＝６ｍＡとした。

【００４６】この構成による磁気ヘッドは、その感磁部４は、ヒステリシスおよびバルクハウゼンノイズが無いすぐれた磁気抵抗特性を示した。 そして、この本発明による磁気ヘッドの再生特性すなわち外部磁界に対する抵抗変化率を図６中実線曲線に示す。 図６中破線曲線は、
スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜構造によらないそれぞれ厚さ２０ｎｍの２層のＮｉＦｅ層を非磁性層を介して積層した従来の縦型の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの同様の外部磁界に対する抵抗変化率特性の測定結果を示した。 この従来の構成による磁気ヘッドはトラック幅Ｔｗ
＝５．０μｍ、感磁部４の長さＬ＝７．５μｍ、電極間の間隔すなわち感磁部の実効長ｌ＝３．０μｍと、センス電流Ｉｓ＝６ｍＡとした。

【００４７】図６をみて明らかなように、本発明による磁気ヘッドによれば、小さい磁界で大きな抵抗変化、すなわち高感度化が得られることがわかり、その磁気感度は２．６倍に及んだ。

【００４８】上述したところから明らかなように、本発明構成によれば、縦型の磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおける感度の低下を補償できるので、縦型の磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおける特徴、すなわち狭ギヤップ化がはかられ、記録密度の向上をはかることができる。

【００４９】

【発明の効果】上述したように、本発明構成によれば、
縦型の磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、その再生出力の減少を、感磁部における高感度化によって補償して、縦型の磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおける磁気ギャップのより狭小化を図って記録媒体上の記録密度の向上をはかることができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する磁気ヘッドの一例の概略断面図である。

【図２】本発明による磁気ヘッドの感磁部の一例を示す一部を断面とした概略斜視図である。

【図３】本発明による磁気ヘッドの感磁部の一例を示す一部を断面とした概略斜視図である。

【図４】磁化安定化手段を具備する感磁部の一例の模式的斜視図である。

【図５】磁化安定化手段を具備する感磁部の一例の模式的斜視図である。

【図６】本発明による磁気ヘッドと従来の磁気ヘッドとの磁気抵抗特性を示す図である。

【符号の説明】

１ 基板、２ 下部磁性体、４ 感磁部、６ 上部磁性体、８ａ 前方電極、８ｂ 後方電極、５０ スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果膜構造部、５１ 下地層、５２
軟磁性層、５３ 非磁性層、５４ 磁性層、５５ 反強磁性層、５６保護層、５７ 硬磁性層、６１ 磁化安定化手段。