(57)【要約】【課題】磁気抵抗効果型素子を用いた磁気ヘッドにおいて、製造時の歩留まりがよく、トラック幅を狭くした際にも、新たな膜を積層することなく、固定層、自由層の磁化を安定化させる。【解決手段】固定層と、自由層と、固定層と自由層との間に設けられた中間層とによって積層構成された磁気抵抗効果型素子のセンサ部において、自由層の中間層に接している面のトラック幅方向の長さを、Ｗ１、自由層において中間層に接している面の浮上面に対して垂直方向の長さを、ｈ１、固定層の中間層に接している面のトラック幅方向の長さを、Ｗ２、固定層において中間層に接している面の浮上面に対して垂直方向の長さを、ｈ２とした際に、それらの相加平均値ｈ＝（ｈ１＋ｈ２）／２、Ｗ＝（Ｗ１＋Ｗ２）／２の関係を、０．８３＞ｈ／Ｗ＞０．４６とする。【選択図】図４
2010146606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気抵抗効果素子よりなるセンサ部を具備する磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、
前記磁気抵抗効果素子よりなるセンサ部が少なくとも、磁化方向が固定された固定層と、印加される磁界に応じて磁化方向が可変である自由層と、前記固定層と前記自由層との間に設けられた中間層とによって積層構成され、
前記自由層の前記中間層に接している面のトラック幅方向の長さを、Ｗ１、前記自由層において前記中間層に接している面の浮上面に対して垂直方向の長さを、ｈ１、前記固定層の中間層に接している面のトラック幅方向の長さを、Ｗ２、前記固定層において前記中間層に接している面の浮上面に対して垂直方向の長さを、ｈ２とした際に、それらの相加平均値ｈ＝（ｈ１＋ｈ２）／２、Ｗ＝（Ｗ１＋Ｗ２）／２の関係を、０．８３＞ｈ／Ｗ＞０．４６とすることを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項２】
前記磁気抵抗効果素子が、反強磁性層を有することを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項３】
前記磁気抵抗効果素子よりなるセンサ部のトラック幅方向の両端部に、磁区制御膜を有し、
前記磁区制御膜がＣｏ合金よりなる請求項１記載の磁曳抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項４】
請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッドを備えるヘッドジンバルアセンブリ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッドを備える磁気ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ヘッドおよび磁気ディスク装置に係り、特に、磁気抵抗効果型素子を用いた磁気ヘッドの磁気特性の劣化を少なくし、歩留まりをよくする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁気ディスク装置（ハードディスク装置）の面記録密度の向上に伴って、薄膜磁気ヘッドの性能向上が求められている。薄膜磁気ヘッドとしては、読み出し用の磁気抵抗効果素子(以下、「ＭＲ素子」と記す)を有する再生ヘッドと書き込み用の誘導型電磁変換素子を有する記録ヘッドとを積層した構造の複合型薄膜磁気ヘッドが広く用いられている。ＭＲ素子としては、異方性磁気抵抗(Anisotropic Magnetoresistive)効果を用いたＡＭＲ素子や、巨大磁気抵抗(Giant Magnetoresistive)効果を用いたＧＭＲ素子や、トンネル磁気抵抗(Tunnel Magnetoresistive)効果を用いたＴＭＲ素子等がある。
【０００３】
薄膜磁気ヘッドにおいては、センス電流が膜面方向に流れるＣＩＰ(Current In Plain)構造と、センス電流が膜面と垂直な方向に流れるＣＰＰ(Current Perpendicular P1ain)構造が開発されている。ＣＰＰ構造はＣＩＰ構造に比べて、狭ギャップ化に伴う磁気シールド膜とＭＲ膜の絶縁不良が生じないため、磁気ディスクの高記録密度化に有利である。
【０００４】
ＣＰＰ構造を有する薄膜磁気ヘッドとしては、ＴＭＲヘッドとＣＰＰ−ＧＭＲヘッドが挙げられる。一般的なＴＭＲ素子の構造としては、磁化が固定された固定層、非磁性絶縁体で構成された中間層、磁化が信号磁界に対して自由に回転する自由層で構成される。固定層において中間層とは反対側の位置には反強磁性層が配置される。反強磁性層は固定層との交換結合によって、固定層をトラック幅方向とは、９０°異なる媒体方向面に垂直な方向（以下、「ｈＭＲ方向」と呼ぶ）に固定する役割を有する。固定層の素子の両脇には自由層をトラック幅方向に向けるための磁区制御膜が配置されており、記録媒体からの信号磁界が自由層に印加されていない場合、自由層と固定層の磁化方向は、９０°に保たれる。
【０００５】
ここでｈＭＲ方向に向けて信号磁界が印加されると、それに伴って自由層の磁化方向が信号磁界方向に変化する。その結果、自由層の磁化方向と固定層の磁化方向の角度が変化し、それに対応してＴＭＲ素子の電気抵抗が変化する。ＴＭＲ素子を用いた磁気ヘッドでは、この電気抵抗変化を検出することにより、記録媒体に書き込まれた情報を再生する。
【０００６】
なお、磁性体の磁化の安定条件については、以下の非特許文献１に記載がある。
【０００７】
【非特許文献１】近角 聡信著「強磁性体の物理(下)」、裳華房出版、１９８４年３月２５日、ｐ．２５０−２５７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような磁気抵抗効果型磁気ヘッドでは、記録密度の向上に伴って、読み取り素子の微細化が進んでおり、それに伴って、成膜時や加工時において発生する内部応力に起因する不良が増加する傾向にある。磁化方向は膜の応力状態に強く影響されるため、不均一な応力状態においては、固定層や自由層の磁化方向が安定せず不良となるケースも存在する。新たな膜を積層して、磁化を安定する解決策も考えられるが、磁気ヘッドの製造工程が複雑になり、歩留まりが悪くなるという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するためになされもので、その目的は、磁気抵抗効果型素子を用いた磁気ヘッドにおいて、製造時の歩留まりがよく、しかも、トラック幅を狭くした際にも、新たな膜を積層することなく、固定層、自由層の磁化を安定化させることのできる磁気ヘッドおよびこれを用いた磁気ディスク装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の磁気抵抗効果型素子を用いた磁気ヘッドでは、磁気抵抗効果素子よりなるセンサ部を具備しており、前記磁気抵抗効果素子よりなるセンサ部が少なくとも、磁化方向が固定された固定層と、印加される磁界に応じて磁化方向が可変である自由層と、固定層と自由層との間に設けられた中間層とによって積層構成されている。
【００１１】
そして、自由層の中間層に接している面のトラック幅方向の長さを、Ｗ１、自由層において中間層に接している面の浮上面に対して垂直方向の長さを、ｈ１、固定層の中間層に接している面のトラック幅方向の長さを、Ｗ２、固定層において前記中間層に接している面の浮上面に対して垂直方向の長さを、ｈ２とした際に、それらの相加平均値ｈ＝（ｈ１＋ｈ２）／２、Ｗ＝（Ｗ１＋Ｗ２）／２の関係を、０．８３＞ｈ／Ｗ＞０．４６とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、磁気抵抗効果型素子を用いた磁気ヘッドにおいて、製造時の歩留まりがよく、しかも、トラック幅を狭くした際にも、新たな膜を積層することなく、固定層、自由層の磁化を安定化させることのできる磁気ヘッドおよびこれを用いた磁気ディスク装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る一実施形態を、図１ないし図７を用いて説明する。
先ず、図１および図２を用いて磁気ヘッドに用いられる磁気抵抗効果素子のセンサ部の構造を説明する。
図１は、磁気ヘッドに用いられる磁気抵抗効果素子のセンサ部の積層構造を示した斜視図である。
図２は、ＴＭＲ素子周辺の磁気ヘッドの浮上面側から見た構造を示す図である。
【００１４】
本実施形態では、磁気ヘッドの読み取りヘッドのセンサ部の構造として、ＴＭＲ素子を用いた場合について説明する。この場合、磁気ヘッドのセンサ部２は、図１に示されるように、下部シールド１上に反強磁性層２ａ、固定層２ｂ、中間層２ｃ、自由層２ｄ、電極膜２ｅのように積層された構成になっている。ここで、自由層２ｄにおいて中間層２ｃに接している面のトラック幅方向の素子の長さを、Ｗ１、自由層２ｄの中間層２ｃに接している面の浮上面に対して垂直方向（ｈＭＲ方向）の素子の長さを、ｈ１、固定層２ｂにおいて中間層２ｃに接している面のトラック幅方向の素子の長さをＷ２、固定層２ｂの中間層２ｃに接している面の浮上面に対して垂直方向（ｈＭＲ方向）の素子の長さを、ｈ２とし、それぞれの相加平均値を取り、ｈ＝（ｈ１＋ｈ２）／２、Ｗ＝（Ｗ１＋Ｗ２）／２とする。
【００１５】
本発明では、中間層の上下に違うパラメタを用いて、形状の数値限定にそれらの平均値を使用することにする。これは、加工の影響により、実際には磁気ヘッドのセンサ形状が図１のように均一ではなく、わずかに傾いていたり、ばらついていたりするためである。
【００１６】
ＴＭＲ素子を用いた磁気ヘッドのセンサ部分を、磁気ディスク媒体に向き合う側、すなわち、浮上面側から見ると、図２に示されるようになる。製造の工程としては、下部シールド１上にセンサ部２を積層し、センサ部２に対してトラック幅方向に加工を施し、その周囲を絶縁膜３と磁区制御膜４で覆い、電極膜５、上部シールド６、図示しない書き込みヘッド、保護膜を順に積層して、最後にｈＭＲ方向に対して研磨加工をおこなう。この面が記録媒体面と平行な浮上面となる。
【００１７】
次に、図３および図４を用いて磁気ヘッドのセンサ部分の望ましい加工形状について考察する。
図３は、磁性体における応力と磁化の傾きの関係を示す図である。
図４は、磁気ヘッドのセンサ部分のアスペクト比とパラメタＳとの関係を示すグラフである。
【００１８】
最初に、磁気ヘッドのセンサ部分に発生する応力と磁気の関係について説明する。
【００１９】
上記のような製造工程において発生する応力としては、成膜時に生じる応力と、加工によって生じる加工歪や応力緩和の影響が考えられる。成膜時に薄膜に生じる応力には、温度変化によって生じる熱応力と、膜が本質的に持っている応力（以下、「真性応力」と呼ぶ）の二つに分類される。真性応力の発生には格子定数差や表面張力等、様々な要因が複合的に働いていると考えられている。このような種々の応力要因の影響により、センサ部２の内部応力は不均一な状態となり、トラック幅方向とｈＭＲ方向の応力成分に偏りが発生する。
【００２０】
ＴＭＲ素子等で使用される強磁性体においては、例えば、図３で示されるような磁性体において、図の方向に引張応力が印加されると、磁化の方向が引張応力方向を向きやすくなる性質を持っている。このため、製造工程に発生した内部応力の不均一化が、固定層の磁化方向の安定性に大きく影響する。
【００２１】
また、強磁性薄膜は、磁気特性に影響を与える要因として膜面内の２方向の応力差が支配的となる。この内部応力の差は、磁気ヘッドのセンサ部分のトラック幅方向長さＷと、ｈＭＲ方向の長さｈのアスペクト比ｈ／Ｗに大きく依存している。このため、センサ部分の応力差は理想的にはゼロが好ましい。しかしながら、応力差をゼロに制御することは現実的ではないので、本実施形態では、磁化が応力の影響で不安定化しないようなアスペクト比の範囲に限定することにする。
【００２２】
磁化の安定条件は、非特許文献１にあるように、エネルギーの関係式から求めることができる。一軸磁気異方性を持つ単層磁性薄膜の面内方向に応力が発生した際のエネルギー式は、以下の（式１）で表される。
【００２３】
【数１】
2010146606.tif 000003
【００２４】
ここで、Ｅ：エネルギー、Ｋｕ：磁気異方性定数、λ：磁歪定数、θ：磁化と磁化容易軸方向の角度、φ：磁場と磁化容易軸方向の角度、ＩＳ：飽和磁化、Ｈ：外部磁場、Δσ：磁化容易軸の垂直方向応力と磁化容易軸方向応力との差とする。
【００２５】
この（式１）から、以下の（式２）を得る。
【００２６】
【数２】
2010146606.tif 000004
【００２７】
ここで、磁化のつり合い方向は、エネルギーの極小条件である以下の（式３）から決定できる。
【００２８】
【数３】
2010146606.tif 000005
【００２９】
そして、このつり合いが安定であるためには、以下の（式４）を満たしている必要がある。
【００３０】
【数４】
2010146606.tif 000006
【００３１】
この（式４）より、パラメタＳの条件として、以下の（式５）を得る。
【００３２】
【数５】
2010146606.tif 000007
【００３３】
（式５）を用いて、Ｓに対する自由層２ｄと固定層２ｂの磁化安定条件をそれぞれ求めることになる。本計算で使用した係数、角度の値は、以下の表１に示される。
【００３４】
【表１】
2010146606.tif 000008
【００３５】
自由層２ｄでは、記録メディアからの外部磁場が印加されていない状態における安定条件を求めている。磁場の印加のない初期状態において自由層２ｄは、磁区制御膜からの磁場印加によりトラック幅方向に磁化されている。この際に、応力差の発生によって磁化が不安定化すると、記録ミスやノイズ等の原因となると考えられる。このため、磁場印加条件としては磁区制御膜の印加磁場を想定し、φ＝０としている．また、自由層２ｄの磁化容易軸は、トラック幅方向であるため、θ＝０である。
【００３６】
対して、固定層２ｂでは、記録メディアからの外部磁場が印加された状態の安定状態を求めている。固定層２ｂでは常に磁化方向がＡＢＳ（Air Bearing Surface）面に垂直な方向に固定されていなくてはならない。特に、固定層２ｂの磁化方向と１８０度反対方向の磁場が記録メディアから印加された際に、エネルギーが安定である必要がある。このため磁場印加条件として、固定層磁化方向とは１８０度反対方向の記録メディアからの印加磁場を想定し、φ＝πとした。また、固定層２ｂの磁化容易軸は、ＡＢＳ面に垂直な方向であるためθ＝０である．表１の値を代入すると、固定層２ｂでは、Ｓ＜０．７８４、自由層２ｄでは、Ｓ＞−２．０８となる。
【００３７】
図４は、固定層２ｂ、自由層２ｄ、それぞれについてＦＥＭ（Finite Element Method：有限要素法）解析によりアスペクト比とＳの関係を求め、１次直線で近似した結果である。図４より、自由層２ｄと固定層の磁化安定条件を満足するアスペクト比の範囲は、０．８３＞ｈ／Ｗ＞０．４６であることがわかる。
【００３８】
本発明では、図１のようなスピンバルブ構造を有するＴＭＲ素子のセンサ部分における自由層２ｄの中間層２ｃに接している面のトラック幅方向の長さを、Ｗ１、自由層２ｄにおいて中間層２ｃに接している面の浮上面に対して垂直方向の長さを＜ｈ１、固定層２ｂの中間層２ｃに接している面のトラック幅方向の長さを、Ｗ２、固定層２ｂの中間層２ｃに接している面の浮上面に対して垂直方向の長さを、ｈ２とした際に、それらの相加平均値ｈ＝（ｈ１＋ｈ２）／２、Ｗ＝（Ｗ１＋Ｗ２）／２の関係を、０．８３＞ｈ／Ｗ＞０．４６とするものである。
【００３９】
次に、図５を用いて本発明の一実施形態に係る再生のためのセンサ部を組み込んだ磁気ヘッドの構造について説明する。
【００４０】
図５は、本発明の一実施形態に係るセンサ部を組み込んだ再生のための磁気ヘッドの構造を示す斜視図である。
【００４１】
下部シールド１の上部に磁気抵抗効果を有する磁気抵抗効果積層体２があり、その両端斜面に隣接して磁区制御膜４があり、その上に電極５がある。電極５の上部に上部シールド６がある。上部シールド６の上部に下部コア９がある。下部コア９の上部にはコイル８と上部コア７がある。この書き込みヘッド、は主磁極と副磁極を有する垂直記録用のものでもよい。本実施形態で示したように、再生のためのセンサ部の形状を、磁気抵抗効果素子のセンサ部分のトラック幅方向長さＷと、浮上面に対して垂直方向の長さｈの関係を、本実施形態で規定した範囲に最適化することによって、書き込みヘッドによって書かれた磁気データを安定して、再生することができるるので、磁気ディスク装置は、トラック幅の狭い磁気ディスクを用いることができ、高密度磁気記録を実現することができる。
【００４２】
次に、図６および図７を用いて、本発明の一実施形態に係るセンサ部を組み込んだ再生のための磁気ヘッドを備えた磁気ディスク装置について説明する。
図６は、磁気ヘッドスライダと磁気ディスク媒体の斜視図である。
図７は、磁気ディスク装置の斜視図である。
【００４３】
磁気ディスク装置は、スピンドルモータによって回転するスピンドルに備え付けられた情報を記録する磁気ディスク媒体１３を有し、ロータリー・アクチュエータ・アーム１５にサスペンション１０が接続されている。そして、サスペンション１０がスライダ１２を保持しており、スライダ１２が磁気ヘッド１１をディスク面に対して動くように取り付けられていて、磁気ヘッド１１がディスク上のトラックの磁気データを読み書きする。本実施形態で説明した再生のセンサ部を有する磁気ヘッドに用い、センサ部分のトラック幅方向長さｈ と、トラック幅方向長さＷの関係を、本実施形態で規定した範囲に最適化することによって、書き込みヘッドによって書かれた磁気データを安定に再生することができるので、磁気ディスク装置は、トラック幅の狭い磁気ディスクを用いることができ、高密度磁気記録を実現することができる．
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】磁気ヘッドに用いられる磁気抵抗効果素子のセンサ部の積層構造を示した斜視図である。
【図２】ＴＭＲ素子周辺の磁気ヘッドの浮上面側から見た構造を示す図である。
【図３】磁性体における応力と磁化の傾きの関係を示す図である。
【図４】磁気ヘッドのセンサ部分のアスペクト比とパラメタＳとの関係を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係るセンサ部を組み込んだ再生のための磁気ヘッドの構造を示す斜視図である。
【図６】磁気ヘッドスライダと磁気ディスク媒体の斜視図である。
【図７】磁気ディスク装置の斜視図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…下部シールド膜、２…センサ部、２ａ…反強磁性層、２ｂ…固定層、２ｃ…中間層、２ｄ…自由層、２ｅ…電極膜１、３…絶縁膜、４…磁区制御膜、５…電極膜２、６…上部シールド膜、７…上部コア、８…コイル、９…下部コア、１０…サスペンション、１１…ヘッド素子、１２…スライダ、１３…磁気ディスク媒体、１４…磁気ヘッド、１５…アクチュエータ。
【図１】
2010146606.tif 000009
【図２】
2010146606.tif 000010
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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