(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化の方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層と、
磁化の方向が外部磁界に応じて変化する磁化自由層と、
前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に形成された非磁性中間層と、を備え、
前記磁化固着層の前記磁化の方向と前記磁化自由層の前記磁化の方向との相対角度に応じて抵抗が変化する磁気抵抗効果素子であって、
前記非磁性中間層の膜面積は、前記磁化固着層及び前記磁化自由層の膜面積よりも小さく、
前記抵抗の変化を検出するためのセンス電流が、前記磁化固着層、前記非磁性中間層及び前記磁化自由層の膜面に対して略垂直方向に通電されることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
磁化の方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する磁化自由層と、を含んだ積層膜と、
前記積層膜の主面の一部に接続された電極と、を備え、
前記磁化固着層の前記磁化の方向と前記磁化自由層の前記磁化の方向との相対角度に応じて抵抗が変化する磁気抵抗効果素子であって、
前記抵抗の変化を検出するためのセンス電流が、前記電極を介して前記磁化固着層及び前記磁化自由層の膜面に対して略垂直方向に通電され、
前記電極は、前記積層膜の前記主面から略垂直に延設された第一柱状電極部と、前記第一柱状電極部上に形成され、前記積層膜の前記主面から略垂直に延設された第二柱状電極部と、前記第二柱状電極部上に形成され、前記第二柱状電極部から、前記主面に対して略平行な方向に延設された導入部とを有し、
前記第一柱状電極部と前記磁気抵抗効果膜との接続面の面積は前記磁気抵抗効果膜の断面積よりも小さく、前記第二柱状電極部と前記導入部の接続面の面積は前記第一柱状電極部の断面積よりも大きくかつ前記導入部の断面積よりも小さいことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
磁化の方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する磁化自由層と、を含んだ積層膜と、
前記積層膜の主面の一部に接続された電極と、を備え、
前記磁化固着層の前記磁化の方向と前記磁化自由層の前記磁化の方向との相対角度に応じて抵抗が変化する磁気抵抗効果素子であって、
前記抵抗の変化を検出するためのセンス電流が、前記電極を介して前記磁化固着層及び前記磁化自由層の膜面に対して略垂直方向に通電され、
前記電極は、前記積層膜の前記主面から略垂直に延設された柱状電極部と、前記積層膜の前記主面に対して略平行に延設された導入部と、を有し、
前記柱状電極部は、中心部分と外周部分の２層の導電層を有し、前記センス電流は前記中心部分と前記外周部分とにおいて互いに反対方向に流されることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
磁化の方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する磁化自由層と、を含んだ積層膜と、
前記積層膜の主面の一部に接続された電極と、を備え、
前記磁化固着層の前記磁化の方向と前記磁化自由層の前記磁化の方向との相対角度に応じて抵抗が変化する磁気抵抗効果素子であって、
前記抵抗の変化を検出するためのセンス電流が、前記電極を介して前記磁化固着層及び前記磁化自由層の膜面に対して略垂直方向に通電され、
前記電極は、前記積層膜の前記主面から略垂直に延設された柱状電極部と、前記積層膜の前記主面に対して略平行に延設された導入部と、を有し、
前記柱状電極部の周囲に磁気シールドが設けられてなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
第１の方向に沿って並列配置された一対のヨークと、
前記一対のヨークと磁気的に結合された磁気抵抗効果素子と、を備え、
前記一対のヨークのそれぞれは、前記第１の方向に対して略垂直な第２の方向に配列された磁化を有し、
前記磁気抵抗効果素子は、
磁化の方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する磁化自由層と、を含んだ積層膜と、
前記積層膜の主面の一部に接続された電極と、を含み、
前記磁化固着層の前記磁化の方向と前記磁化自由層の前記磁化の方向との相対角度に応じて抵抗が変化する磁気抵抗効果素子であって、
前記抵抗の変化を検出するためのセンス電流が、前記電極を介して前記磁化固着層及び前記磁化自由層の膜面に対して略垂直方向に通電され、
前記第１の方向をＸ軸、前記第２の方向をＹ軸、前記磁気抵抗効果膜の膜面に垂直な方向をＺ軸とし、前記ヨークの磁化の向きを前記Ｙ軸の正の向き、前記センス電流が流れる向きを前記Ｚ軸の負の向き、前記Ｙ軸の正の向きを前記Ｚ軸の正の向きに重なるように前記Ｙ軸を回転させた場合に右ネジが進む向きを前記Ｘ軸の正の向きとしたとき、
前記主面と前記電極との接続部の形状は、前記Ｙ軸に平行な第１の辺と、前記Ｙ軸に平行でかつ前記第１の辺より前記Ｘ軸の正の方向に配置され前記第１の辺よりも長さが長い第２の辺と、前記第１及び第２の辺のいずれか一辺と鋭角をなし他の辺と鈍角をなす第３の辺と、前記第１及び第２の辺のいずれか一辺と鋭角をなし他の辺と鈍角をなす第４の辺とを備える四角形状であり、前記接続部は隣接トラックから浸入する磁束が少なくなるように配置されていることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項６】
第１の方向に沿って並列配置された一対のヨークと、
前記一対のヨークと磁気的に結合された磁気抵抗効果素子と、を備え、
前記一対のヨークのそれぞれは、前記第１の方向に対して略垂直な第２の方向に配列された磁化を有し、
前記磁気抵抗効果素子は、
磁化の方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層を含んだ第１の積層膜と、
磁化の方向が外部磁界に応じて変化する磁化自由層を含んだ第２の積層膜と、
前記第１の積層膜と前記第２の積層膜との間に設けられた非磁性中間層と、を有し、
前記磁化固着層の前記磁化の方向と前記磁化自由層の前記磁化の方向との相対角度に応じて抵抗が変化する磁気抵抗効果素子であって、
前記第１の積層膜の主面と前記非磁性中間層との接触部の面積は、前記第１の積層膜の前記主面の面積よりも小さく、
前記第２の積層膜の主面と前記非磁性中間層との接触部の面積は、前記第２の積層膜の前記主面の面積よりも小さく、
前記抵抗の変化を検出するためのセンス電流が、前記磁化固着層、前記非磁性中間層及び前記磁化自由層の膜面に対して略垂直方向に通電され、
前記第１の方向をＸ軸、前記第２の方向をＹ軸、前記磁気抵抗効果膜の膜面に垂直な方向をＺ軸とし、前記ヨークの磁化の向きを前記Ｙ軸の正の向き、前記センス電流が流れる向きを前記Ｚ軸の負の向き、前記Ｙ軸の正の向きを前記Ｚ軸の正の向きに重なるように前記Ｙ軸を回転させた場合に右ネジが進む向きを前記Ｘ軸の正の向きとしたとき、
前記非磁性中間層と前記第１の積層膜の主面との接続部の形状は、前記Ｙ軸に平行な第１の辺と、前記Ｙ軸に平行でかつ前記第１の辺より前記Ｘ軸の正の方向に配置され前記第１の辺よりも長さが長い第２の辺と、前記第１及び第２の辺のいずれか一辺と鋭角をなし他の辺と鈍角をなす第３の辺と、前記第１及び第２の辺のいずれか一辺と鋭角をなし他の辺と鈍角をなす第４の辺とを備える四角形状であり、前記非磁性中間層と前記第１の積層膜の主面との接続部は隣接トラックから浸入する磁束が少なくなるように配置されている、
前記非磁性中間層と前記第２の積層膜の主面との接続部の形状は、前記Ｙ軸に平行な第５の辺と、前記Ｙ軸に平行でかつ前記第５の辺より前記Ｘ軸の正の方向に配置され前記第５の辺よりも長さが長い第６の辺と、前記第５及び第６の辺のいずれか一辺と鋭角をなし他の辺と鈍角をなす第７の辺と、前記第５及び第６の辺のいずれか一辺と鋭角をなし他の辺と鈍角をなす第８の辺とを備える四角形状であり、前記非磁性中間層と前記第２の積層膜の主面との接続部は隣接トラックから浸入する磁束が少なくなるように配置されていることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項７】
第１の方向に沿って並列配置された一対のヨークと、
前記一対のヨークの上に設けられ前記一対のヨークと磁気的に結合された磁気抵抗効果素子と、を備え、
前記一対のヨークのそれぞれは、前記第１の方向に対して略垂直な第２の方向に配列された磁化を有し、
前記磁気抵抗効果素子は、
磁化の方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する磁化自由層と、を含んだ積層膜と、
前記積層膜の上側の主面の一部に接続された上部電極と、
前記積層膜の下側の主面に接続された下部電極と、を含み、
前記磁化固着層の前記磁化の方向と前記磁化自由層の前記磁化の方向との相対角度に応じて抵抗が変化する磁気抵抗効果素子であって、
前記抵抗の変化を検出するためのセンス電流が、前記電極を介して前記磁化固着層及び前記磁化自由層の膜面に対して略垂直方向に通電され、
前記上部電極は、前記積層膜の前記主面から略垂直に延設された柱状電極部と、前記積層膜の前記主面に対して略平行に延設された導入部と、を有し、
前記下部電極は、前記第１の方向に沿って延在し、
前記上部電極の前記導入部は、そこを流れる前記センス電流が前記下部電極を流れるセンス電流と反平行になるように設けられてなることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項８】
請求項１乃至４のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子を備えたことを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項９】
請求項５乃至８のいずれか１つに記載の磁気ヘッドを備え、磁気記録媒体に格納された磁気的情報を読み取り可能としたことを特徴とする磁気記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気再生装置に関し、より詳細には、外部磁場を検知するためのセンス電流を素子膜面に対して垂直な方向に流す磁気抵抗効果素子、及びそれを用いた磁気ヘッド、磁気再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁気記録媒体に記録された磁気的情報の読み出しは、コイルを有する再生用の磁気ヘッドを記録媒体に対して相対的に移動させ、そのときに発生する電磁誘導によりコイルに誘起される電圧を検出する方法によって行われてきた。これに対して、磁気抵抗効果素子（以下、「ＭＲ素子」と称する）が開発され、磁場センサに用いられる他、ハードディスクドライブ（Hard Disk Drive）等の磁気再生装置に用いられる磁気ヘッド（以下ＭＲヘッド）に搭載されつつある。
【０００３】
近年、磁気記録媒体の小型化・大容量化が進められ、磁気的情報の読み出し時の再生用磁気ヘッドと磁気記録媒体との相対速度が小さくなってきている。このため、小さい相対速度であっても大きな出力が取り出せるＭＲヘッドが要求されつつある。
【０００４】
このような要求に対して、Ｆｅ／ＣｒやＦｅ／Ｃｕのように強磁性金属膜と非磁性金属膜とをある条件で交互に積層して、近接する強磁性金属膜間を反強磁性結合させた多層膜、いわゆる「人工格子膜」が巨大な磁気抵抗効果を示すことが報告されている（Phys. Rev. Lett. 61 2474 (1988), Phys. Rev. Lett. 64 2304 (1990)等参照）。しかし、人工格子膜は、磁化が飽和するために必要な磁場が高いため、ＭＲヘッド用の膜材料には適さない。
【０００５】
これに対して、強磁性層／非磁性層／強磁性層のサンドイッチ構造の多層膜で、強磁性層が反強磁性結合しない場合でも、大きな磁気抵抗効果を実現した例が報告されている。すなわち、非磁性層を挟んだ２層の強磁性層の一方に交換バイアス磁場を印加して磁化を固定しておき、他方の強磁性層を外部磁場（信号磁場等）により磁化反転させる。これにより、非磁性層を挟んで配置された２つの強磁性層の磁化方向の相対的な角度を変化させることによって、大きな磁気抵抗効果が得られる。このようなタイプの多層膜は、「スピンバルブ」と呼ばれている。（Phys.Rev.B 45 806 (1992), J. Appl. Phys. 69 4774 (1981)等参照）。スピンバルブは、低磁場で磁化を飽和させることができるため、ＭＲヘッドに適しているが、既に実用化されている素子の磁気抵抗変化率は最大でも約２０％程度に過ぎず、磁気抵抗変化率の向上が必要とされている。
【０００６】
ところで、これまでのＭＲ素子は、センス電流を素子膜面の面内方向に流すタイプのものが多かった。これを、「ＣＩＰ（Current in plane）」と称する。これに対して、センス電流を素子膜面に対して垂直方向に流すＭＲ素子がある。これは、「ＣＰＰ（Current perpendicular to plane）」と称する。ＣＰＰは、ＣＩＰの１０倍程度の磁気抵抗変化率が得られるとの報告があり（J. Phys. Condens. Matter. 11 5717 (1999)等）、変化率１００％も不可能ではない。
【０００７】
しかし、素子の膜面に対して垂直方向にセンス電流を流すと、電気抵抗が非常に小さくなって、出力が小さくなるという問題がある。そこで、素子面積自体を小さくして抵抗値を上げ、出力を増やす試みがなされている（Phys. Rev. Lett. 70 3343 (1993)等）。ところが、素子面積自体を小さくする方法では、素子の単磁区化をするために限界が生じてしまう
また、センス電流を素子膜面に対して垂直方向に流すと、環状の電流磁場が素子の膜面内に発生する。この環状磁場は、信号磁場に対して磁化が回転する磁化フリー層の単磁区化を妨げる原因となる。
【０００８】
一方、従来のＭＲヘッドは、ＭＲ素子をシールドで挟持した「シールド型」の構成のものが多かった。シールド型の場合、磁気記録媒体からの浮遊磁場を、スピンバルブで直接検出する。ところが、最近、更に高記録密度化が進み、磁気記録媒体からの磁束を、一旦磁束ガイド（ヨーク）を通して、効率的にスピンバルブの磁化自由層に取り込む「ヨーク型」のヘッドが提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者の検討の結果、ヨーク型に代表される多くの磁気ヘッドにおいては、ＭＲ素子のうちの磁気検出が行われる能動領域を種々の理由から規定する必要があることが判明した。
【００１０】
以下、この事情について、ヨーク型ヘッドのうちの「プラナー型」を例に挙げて説明する。
【００１１】
図３１は、プラナー型ヘッドの要部構成を表す斜視概念図である。すなわち、プラナー型ヘッドは、一対の平板状のヨーク２０、２０を、記録媒体２００の媒体面に対してそれぞれ平行に配置した構成を有する。ＭＲ素子１００は、ヨーク２０、２０に対して磁気的に結合するように設けられている。
【００１２】
記録媒体２００には、記録トラック２００Ｔに沿って記録ビット２００Ｂが設けられている。それぞれの、記録ビット２００Ｂからの信号磁束は、ヨーク２０、ＭＲ素子１００、ヨーク２０により形成される磁気回路に供給され、検出される。このようなプラナー型の構成によると、ＭＲ素子１００までの磁路長が短くなるため、磁束をスピンバルブに効率的に導くことができる。（IEEE Trans. Mag. 25, 3689 (1989)等参照）
ところが、プラナー型ヘッドのヨーク２０の幅２０Ｗは、近年加速的に狭まっている記録媒体の記録トラック２００Ｔの幅２００Ｗよりも広い。このため、実際に磁束を読み取るＭＲ素子１００の能動領域を制限する必要が生ずる。
【００１３】
また、プラナー型ヘッドでは、記録媒体２００からの信号磁束が非対称になることなく効率的にヨーク２０に入って、そこから更にＭＲ素子１００の磁化自由層に入るように、ヨークの透磁率が一様でかつ大きいことが望まれる。このために媒体のトラック２００Ｔの方向に対して直交するような位置関係に一対の硬磁性体３０、３０を配置して、ヨーク２０と磁化自由層の磁化がトラック方向と直角に向くようにすると、透磁率が高く、均一にできる。
【００１４】
ところが、高ＭＲを実現するためのＣＰＰ型のＭＲ素子を用いる場合、センス電流をＭＲ素子に対して垂直に流すための電極部分（柱状電極）が必要となる。この電極部分からの環状の電流磁場が、１対の硬磁性体３０、３０による磁化固着力を上回ると、ヨーク２０やＭＲ素子１００の磁化自由層の磁化分布が変動し、透磁率も一様でなくなってしまう。
【００１５】
更に、ＣＰＰ型のＭＲ素子を用いる場合、図示しない上部電極と下部電極にＭＲ素子１００が挟まれる形となる。したがって、これら電極のうちで、ＭＲ素子１００に対して平行な部分からの電流磁場も、ヨーク２０やＭＲ素子１００の磁化自由層の磁化分布に対して影響を与えることが判明した。
【００１６】
以上説明した問題点及び課題は、プラナー型のヘッドに限らず、殆どのヨーク型ヘッドあるいは、その他の構造のヘッドにおいて共通のものである。例えば、「シールド型」のヘッドにおいても、同様の課題が存在する。
【００１７】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、ＣＰＰ型のＭＲ素子において能動領域を的確に規定し、さらに電極からの電流磁場の影響を、効果的に抑制し消失させるような構成を有する磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気再生装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の磁気抵抗効果素子は、磁化の方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に形成された非磁性中間層と、を備え、前記磁化固着層の前記磁化の方向と前記磁化自由層の前記磁化の方向との相対角度に応じて抵抗が変化する磁気抵抗効果素子であって、前記非磁性中間層の膜面積は、前記磁化固着層及び前記磁化自由層の膜面積よりも小さく、前記抵抗の変化を検出するためのセンス電流が、前記磁化固着層、前記非磁性中間層及び前記磁化自由層の膜面に対して略垂直方向に通電されることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の第２の磁気抵抗効果素子は、磁化の方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する磁化自由層と、を含んだ積層膜と、前記積層膜の主面の一部に接続された電極と、を備え、前記磁化固着層の前記磁化の方向と前記磁化自由層の前記磁化の方向との相対角度に応じて抵抗が変化する磁気抵抗効果素子であって、前記抵抗の変化を検出するためのセンス電流が、前記電極を介して前記磁化固着層及び前記磁化自由層の膜面に対して略垂直方向に通電され、前記電極は、前記積層膜の前記主面から略垂直に延設された柱状電極部と、前記柱状電極部上に形成され、前記柱状電極部から、前記積層膜の前記主面に対して略平行な方向に延設された第一導入部と、前記第一導入部上に形成され、前記第一導入部から、前記主面に対して略平行な方向に延設された第二導入部とを有することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の第３の磁気抵抗効果素子は、磁化の方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する磁化自由層と、を含んだ積層膜と、前記積層膜の主面の一部に接続された電極と、を備え、前記磁化固着層の前記磁化の方向と前記磁化自由層の前記磁化の方向との相対角度に応じて抵抗が変化する磁気抵抗効果素子であって、前記抵抗の変化を検出するためのセンス電流が、前記電極を介して前記磁化固着層及び前記磁化自由層の膜面に対して略垂直方向に通電され、前記電極は、前記積層膜の前記主面から略垂直に延設された柱状電極部と、前記積層膜の前記主面に対して略平行に延設された導入部と、を有し、前記柱状電極部は、中心部分と外周部分の２層の導電層を有し、前記センス電流は前記中心部分と前記外周部分とにおいて互いに反対方向に流されることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の第４の磁気抵抗効果素子は、磁化の方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する磁化自由層と、を含んだ積層膜と、前記積層膜の主面の一部に接続された電極と、を備え、前記磁化固着層の前記磁化の方向と前記磁化自由層の前記磁化の方向との相対角度に応じて抵抗が変化する磁気抵抗効果素子であって、前記抵抗の変化を検出するためのセンス電流が、前記電極を介して前記磁化固着層及び前記磁化自由層の膜面に対して略垂直方向に通電され、前記電極は、前記積層膜の前記主面から略垂直に延設された柱状電極部と、前記積層膜の前記主面に対して略平行に延設された導入部と、を有し、前記柱状電極部の周囲に磁気シールドが設けられてなることを特徴とする。
【００２２】
一方、本発明の第１の磁気ヘッドは、第１の方向に沿って並列配置された一対のヨークと、前記一対のヨークと磁気的に結合された磁気抵抗効果素子と、を備え、前記一対のヨークのそれぞれは、前記第１の方向に対して略垂直な第２の方向に配列された磁化を有し、前記磁気抵抗効果素子は、磁化の方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する磁化自由層と、を含んだ積層膜と、前記積層膜の主面の一部に接続された電極と、を含み、前記磁化固着層の前記磁化の方向と前記磁化自由層の前記磁化の方向との相対角度に応じて抵抗が変化する磁気抵抗効果素子であって、前記抵抗の変化を検出するためのセンス電流が、前記電極を介して前記磁化固着層及び前記磁化自由層の膜面に対して略垂直方向に通電され、前記主面と前記電極との接続部の形状は、前記第１の方向に対して垂直方向に伸びる軸を中心にして非対称であることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の第２の磁気ヘッドは、第１の方向に沿って並列配置された一対のヨークと、前記一対のヨークと磁気的に結合された磁気抵抗効果素子と、を備え、前記一対のヨークのそれぞれは、前記第１の方向に対して略垂直な第２の方向に配列された磁化を有し、前記磁気抵抗効果素子は、磁化の方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層を含んだ第１の積層膜と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する磁化自由層を含んだ第２の積層膜と、前記第１の積層膜と前記第２の積層膜との間に設けられた非磁性中間層と、を有し、前記磁化固着層の前記磁化の方向と前記磁化自由層の前記磁化の方向との相対角度に応じて抵抗が変化する磁気抵抗効果素子であって、前記第１の積層膜の主面と前記非磁性中間層との接触部の面積は、前記第１の積層膜の前記主面の面積よりも小さく、前記第２の積層膜の主面と前記非磁性中間層との接触部の面積は、前記第２の積層膜の前記主面の面積よりも小さく、前記抵抗の変化を検出するためのセンス電流が、前記磁化固着層、前記非磁性中間層及び前記磁化自由層の膜面に対して略垂直方向に通電され、前記非磁性中間層と前記第１の積層膜の主面との接続部の形状は、前記第１の方向に対して垂直方向に伸びる軸を中心にして非対称であり、前記非磁性中間層と前記第２の積層膜の主面との接続部の形状は、前記第１の方向に対して垂直方向に伸びる軸を中心にして非対称であることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の第３の磁気ヘッドは、第１の方向に沿って並列配置された一対のヨークと、前記一対のヨークの上に設けられ前記一対のヨークと磁気的に結合された磁気抵抗効果素子と、を備え、前記一対のヨークのそれぞれは、前記第１の方向に対して略垂直な第２の方向に配列された磁化を有し、前記磁気抵抗効果素子は、磁化の方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する磁化自由層と、を含んだ積層膜と、前記積層膜の上側の主面の一部に接続された上部電極と、前記積層膜の下側の主面に接続された下部電極と、を含み、前記磁化固着層の前記磁化の方向と前記磁化自由層の前記磁化の方向との相対角度に応じて抵抗が変化する磁気抵抗効果素子であって、前記抵抗の変化を検出するためのセンス電流が、前記電極を介して前記磁化固着層及び前記磁化自由層の膜面に対して略垂直方向に通電され、前記上部電極は、前記積層膜の前記主面から略垂直に延設された柱状電極部と、前記積層膜の前記主面に対して略平行に延設された導入部と、を有し、前記下部電極は、前記第１の方向に沿って延在し、前記上部電極の前記導入部は、そこを流れる前記センス電流が前記下部電極を流れるセンス電流と反平行になるように設けられてなることを特徴とする。
【００２５】
ここで、上記第１乃至第３の磁気ヘッドにおいて、前記一対のヨークのそれぞれに、前記第１の方向に対して略垂直な第２の方向に配列された磁化を付与する手段としては、磁場中においてこれらのヨークをアニールする方法や、硬磁性膜あるいは反強磁性膜によるバイアス膜によるバイアス磁界を印加する方法などを用いることができる。
【００２６】
さらに、本発明の第４の磁気ヘッドは、前述した第１乃至第４のいずれかの磁気抵抗効果素子を備えたことを特徴とする。
【００２７】
一方、本発明の磁気再生装置は、上述のいずれか１つに記載の磁気ヘッドを備え、磁気記録媒体に格納された磁気的情報を読み取り可能としたことを特徴とする。
【００２８】
または、本発明の磁気再生装置は、上述のいずれか１つに記載の磁気ヘッドを備え、磁気記録媒体に格納された磁気的情報を読み取り可能としたことを特徴とする。
【００２９】
換言すると、本発明の磁気抵抗効果素子は、素子膜面に対して垂直通電であり、かつ外部磁場に対して磁化の回転する少なくとも１層の磁化フリー層と、磁化の固着された少なくとも１層の磁化ピン層とを備える磁気抵抗効果型素子に係り、電極のうち素子膜面と平行にセンス電流を流す部分と素子との間に柱状電極を有し、かつその柱状電極が素子と接触する部分の断面積が、素子のいかなる部分の面積よりも小さいことを特徴とする。
【００３０】
または、本発明の磁気抵抗効果素子は、素子膜面に対して垂直通電であり、かつ外部磁場に対して磁化の回転する少なくとも１層の磁化フリー層と、磁化の固着された少なくとも１層の磁化ピン層とを備える磁気抵抗効果型素子に係り、電極のうち素子膜面と平行にセンス電流を流す部分と素子との間に柱状電極を有し、かつその柱状電極が素子と接触する部分の断面が、信号磁場の進入方向から見ても進入方向と垂直方向から見ても、素子のいかなる部分よりも小さいことを特徴とする。
【００３１】
また、前記第２の磁気抵抗効果素子において、柱状部の断面積が、素子と接している面から平行に電流を流す部分の電極と接している面に向かって、概ね線形に増加することを特徴とする。
【００３２】
または、前記第２の磁気抵抗効果素子において、柱状部の断面積が、素子と接している面から、素子膜面に平行に電流を流す部分の電極と接している面に向かって単純増加し、その増加率が途中で変化することを特徴とする。
【００３３】
または、前記第２の磁気抵抗効果素子において、柱状部が、断面積変化率の小さい２つの部分に分けられることを特徴とする。
【００３４】
さらに、柱状部と磁気抵抗効果膜の接触面積をＳＭＲ、柱状部と導入部との接触面積をＳＬｅａｄとした場合、ＳＬｅａｄ／ＳＭＲ＞２０００であることを特徴とする。
【００３５】
または、断面積変化率の小さい２つの部分のうち、平均断面積が小さい部分の高さが、３０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００３６】
また、下部電極および上部電極のうち柱状電極と接触する部分の電極面積が、柱状電極の断面積と同じとなるまで狭められていることを特徴とする。
【００３７】
すなわち、ＣＰＰ素子の場合に主に磁気抵抗効果を担う強磁性体／非磁性体界面のうちセンス電流が流れる部分の面積で、ＭＲ素子の能動領域を規定する。ＣＰＰ型のＭＲの場合、ＭＲ素子の磁気特性を維持しながら電気抵抗を増加させるために、柱状電極断面積は素子サイズよりも小さく作成する必要がある。この際の柱状電極で、ＭＲ素子能動領域を規定することが可能である。
【００３８】
また、柱状電極からの電流磁場を減少させるため、柱状電極の断面積を変化させ、素子と接する面の面積を小さくする。さらに、柱状電極を断面積のあまり変化しない２つの部分から構成し、素子に接している部分の断面積や高さを所定の範囲に規定する。柱状電極からの電流磁場を小さくして、１対の硬磁性体による磁化固着力より小さくすると、ヨークやＭＲ素子磁化自由層の磁化はあまり回転しない。このため記録媒体からの磁束はほぼ対称に磁化自由層に入る。
【００３９】
あるいは電流磁場が印加されないよう、柱状電極内でセンス電流を往復させ、センス電流による電流磁場を相殺する。あるいは、柱状電極の周囲に磁気シールドを設けて電流磁場が素子に印加されないようにする。柱状電極の中で電流を往復させれば、電極外への電流磁場は相殺される。また、シールドを設ければ、電流磁場は素子やヨークに印加されない。このため記録媒体からの磁束は対称に磁化自由層に入る。
【００４０】
さらに、水平型ヨークヘッドの場合、除去しきれない電流磁場の影響により、ヨークの磁化が回転してしまうことがある。この場合、記録媒体のトラック長手方向に平行の方向から外れ、隣のトラックからの信号磁束を読んでしまう恐れがある。これを防ぐため、素子能動領域を規定する柱状電極あるいは柱状非磁性体を、真下のトラックからの信号だけを効率的に読み取るように、磁束の流れに沿うような断面形状とする。柱状電極からの電流磁場が無視できない場合、記録媒体からの磁束はある程度非対称にヨーク、ＭＲ素子磁化自由層に入る。これを見込んで柱状電極の断面を磁束の流れに沿うように非対称にすると、再生効率が向上する。
【００４１】
また、素子面に平行な電極部分での通電方向を、媒体のトラック方向と平行になるよう電極を配置する。このように配置すれば、この部分からの電流磁場が１対の硬磁性体によるヨークと磁化自由層の磁化固着方向と同一方向となり、媒体からの磁束が均一にヨーク、磁化自由層に入ることになる。また、上部電極と下部電極との電流方向を反平行とすると、ヨークへ印加される電流磁場が低減できる。素子平面に平行な部分の電極を媒体トラック方向と平行にすることで、トラックと直交する方向に電流磁場が発生する。この方向であれば、１対の硬磁性体による磁化固着方向と同一なので、ヨーク、磁化自由層への磁化分布への影響はない。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態として、ＭＲ素子に対する通電領域を制限する基本的な構成について説明する。
【００４３】
図１は、本実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の要部構成を表す概念図である。すなわち、同図（ａ）は、その断面図であり、同図（ｂ）は、その平面図である。図１における紙面右側は、外部磁場の進入面にあたる。たとえば、シールド型ヘッドに搭載した場合には、外部磁場進入面が磁気記録媒体に対向配置され、プラナー型ヘッドに搭載した場合には、外部磁場進入面が磁気ヨークの片側に載ることになる。
【００４４】
本実施形態のＭＲ素子１０は、基板１１の上に、順に、下部電極１２、磁気抵抗効果膜１３、柱状電極１４、上部電極１５を備える。これらの周囲は、図示しない絶縁体で埋められている。磁気抵抗効果膜１３は、図示しない磁化固着層（ピン層）、非磁性中間層（スペーサ層）、磁化自由層（フリー層）などが積層された構成を有する。そして、本発明においては、柱状電極１４の断面積が、磁気抵抗効果膜１３を構成するいずれの層の断面積よりも小さいことを特徴とする。
【００４５】
センス電流は、上部電極１５から柱状電極１４、磁気抵抗効果膜１３、下部電極１２へと流すか、あるいはこの逆方向に流す。すなわち磁気抵抗効果膜１３については、膜面に対して垂直方向に流れることになる。
【００４６】
磁気抵抗効果膜１３は、基本的に金属から成っているが、センス電流は、磁気抵抗効果膜１３のうちで、柱状電極１４に接している領域にしか流れない。これを利用して、図１（ｂ）に表したように、能動領域１３Ａを柱状電極１４の断面形状によって規定することが可能となる。
【００４７】
（変形例１−１）
図２は、本実施形態の第１の変型例の磁気抵抗効果素子を表す概念図である。すなわち、同図（ａ）は、その断面図であり、同図（ｂ）は、その平面図である。
【００４８】
図２に表したように、本変形例においては、基板１１から順に下部電極１２、柱状電極１４、磁気抵抗効果膜１３、上部電極１５を備える。このような磁気抵抗効果素子においても、能動領域１３Ａを同様に規定することが可能である。
【００４９】
（変形例１−２）
図３は、本実施形態の第２の変型例の磁気抵抗効果素子を表す概念図である。すなわち、同図（ａ）は、その断面図であり、同図（ｂ）は、その平面図である。
【００５０】
本変形例においては、基板１１の上に、順に、下部電極１２、下部柱状電極１４Ａ、磁気抵抗効果膜１３、上部柱状電極１４Ｂ、上部電極１５を備える。
【００５１】
図４は、磁気抵抗効果膜１３における電流パスを表す概念図である。
【００５２】
図１や図２に表した構成では、磁気抵抗効果膜１３の中で、図４（ａ）に表したように、電流に膜面平行成分Ｉｐが生じ、完全なＣＰＰ型のＭＲ素子にならなくなってしまう。
【００５３】
これに比べ、図３のように変形すると、磁気抵抗効果膜１３内での電流分布に膜面内方向の成分がなくなり、ＣＰＰ型のＭＲ素子の効果を抽出できる上に、より効果的に磁気抵抗効果膜の能動領域１３Ａを規定することができるようになる。
【００５４】
（変形例１−３）
図５は、本実施形態の第３の変型例の磁気抵抗効果素子の断面構成を表す概念図である。すなわち、本変形例においては、少なくとも１層の磁化固着層（ピン層）を有する積層膜１３Ｐと、少なくとも１層の磁化自由層（フリー層）を有する積層膜１３Ｆとを持つスピンバルブの非磁性中間層１３Ｓが、柱状にパターニングされている。但し、同図において積層の順番の上下は問わない。なお、この磁気抵抗効果膜１３の上下には、図示しない電極が接触している。
【００５５】
磁気抵抗効果のうち、界面効果を担うのは、非磁性中間層１３Ｓと磁化固着層及び磁化自由層の界面である、図５のような素子では、これらの界面に対して電流がほぼ垂直な方向に流れるので、ＣＰＰ型のＧＭＲの効果を抽出できるという効果が得られる。
【００５６】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態として、図１に表した構造をシールド型ヘッドに応用した具体例について説明する。
【００５７】
図６は、図１に例示した磁気抵抗効果素子搭載したシールド型ヘッドの要部を表す概念図である。すなわち、同図（ａ）は、記録トラック長手方向に沿って切断した断面図、同図（ｂ）は、記録トラックの幅方向に沿って切断した断面図である。同図において、磁気記録媒体２００は、矢印Ａの方向に走行する。
【００５８】
本実施形態の磁気ヘッドにおいては、磁気抵抗効果膜１３は、一対の磁気シールド２４、２４に挟持され、磁気記録媒体２００に対して垂直に配置されている。そして、下部電極１２、柱状電極１４、上部電極１５が図示の如く設けられ、能動領域１３Ａが規定されている。
【００５９】
図７は、磁気抵抗効果膜１３の磁化自由層（フリー層）における磁化分布を表す概念図である。記録媒体２００からの信号磁束は、磁気抵抗効果膜１３の磁化自由層に進入して、磁化自由層の磁化を回転させる。通常、無磁場中では、図７（ａ）に表したように、磁化自由層の磁化（矢印）は、進入磁束と直交するように、バイアス膜３０からのバイアス磁場によって単磁区化されている。ここに、記録媒体からの磁束Ｆが進入すると、図７（ｂ）に表したように磁化自由層の磁化（矢印）は回転するが、記録媒体２００から離れるほど回転角度は減衰する。つまり、記録媒体２００に近い部分ほど、感度が高い。
【００６０】
従って、柱状電極１４をできるだけ記録媒体２００に近い箇所に配置すれば、磁化自由層のうちの感度の高い部分だけを能動領域１３Ａとすることができ、高出力を実現できる。
【００６１】
なお、図６の構成においては、上部電極１５と下部電極１２がそれぞれを磁気シールドを兼ねるものとしてもよく、その場合には、構造が簡略化され、製造工程も短縮される。
【００６２】
また、図６において、磁気抵抗効果素子は、前述の変形例１−１、変形例１−２あるいは変形例１−３であっても良い。
【００６３】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態として、バイアス印加手段を有する水平型ヨークヘッドについて説明する。
【００６４】
図８は、図１に例示した磁気抵抗効果素子を水平型ヨークヘッドに搭載した構成を表す斜視図である。同図については、図１乃至図７及び図３１に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。なお、同図においては、膜面に対して平行な部分の上部電極と下部電極は、省略した。
【００６５】
本実施形態においては、一対のヨーク２０、２０は、硬磁性材料のハード膜あるいは反強磁性膜からなるバイアス膜３０、３０に挟まれており、磁化がｙ方向を向くように単磁区化されている。また、これと同様に、磁気抵抗効果膜１３の磁化自由層の磁化も、ｙ方向に揃えられている。
【００６６】
図９は、本実施形態のヘッドにおける磁化方向を表す概念図である。
【００６７】
磁気記録媒体２００からの磁束は、同図に表したように、主にトラック２００Ｔの上に位置する部分のヨーク２０に進入し、磁化自由層の磁化もトラック２００Ｔの上の部分だけが大きく回転する。したがって、図８のように柱状電極１４の断面積をトラック幅２００Ｗ内に収めて、感度の大きい部分だけを能動領域１３Ａとすると、出力向上につなげることができる。
【００６８】
なお、本実施形態においても、もちろん、前述した変形例１−１、変形例１−２あるいは変形例１−３を搭載しても、同様の効果が得られる。
【００６９】
（変形例３−１）
次に、本実施形態の第１の変形例として、ヨークおよび磁化自由層にバイアス磁場を印加するための構成について説明する。
【００７０】
図１０は、本変形例の磁気ヘッドの要部構成を表す斜視概念図である。同図についても、図１乃至図９及び図３１に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００７１】
本変形例においては、硬磁性膜あるいは反強磁性膜からなる一対のバイアス膜３０、３０が、ヨーク２０および磁化自由層の上に配置されている。このような「パターンドバイアス構成」とすると、ヨーク２０および磁化自由層に対して理想的なバイアス磁場を印加することができる。
【００７２】
（変形例３−２）
次に、本実施形態の第２の変形例として、補助ヨークを設けた構成について説明する。
【００７３】
図１１は、本変形例の磁気ヘッドの要部構成を表す斜視概念図である。同図についても、図１乃至図１０及び図３１に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００７４】
本変形例は、図８に例示した水平型ヨークヘッドに対して、記録媒体の記録トラックの幅２００Ｗと同程度の寸法の補助ヨーク２２を付加した例である。このようにすると、記録トラックからの信号磁束が、効率的にヨーク２０ひいては磁気抵抗効果膜１３の磁化自由層へと導かれる。その結果として、記録トラックの上の部分の磁化のみが理想的に回転するようになるので、トラック幅内に柱状電極１４を配置することによって、能動領域１３Ａを規定することの効果がさらに顕著になる。
【００７５】
もちろん、図１０に例示した構成に対して同様の補助ヨーク２２、２２を設けても、同じ効果が得られる。
【００７６】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態として、柱状電極により生ずる環状磁界の効果を抑制するための具体的な構成について説明する。
【００７７】
図１２（ａ）は、図１に例示したような磁気抵抗効果素子の要部を表す模式図である。ここでは、紙面手前と奥に硬磁性膜あるいは反強磁性膜からなるバイアス膜３０が設けられ、これによるバイアス磁場で磁化自由層が単磁区化される。
【００７８】
ここで、柱状電極１４の断面は円形であり、その高さは無限に長いものと仮定する。このような柱状電極１４にセンス電流Ｉｓを矢印方向に流した場合、磁気抵抗効果膜１３には、矢印Ｍで示したように環状の電流磁場が印加される。この電流磁場Ｍが無視できない程度の大きさになると、紙面横方向から進入する信号磁束Ｆに対して磁化自由層の透磁率が面内で一様でなくなってしまう。さらに電流磁場Ｍの大きさがバイアス磁場Ｂを越えると、磁化自由層の磁化は回転してしまう。
【００７９】
図１２（ｂ）は、センス電流Ｉｓを５ｍＡ流したときの、柱状電極１４の中心から距離ｒ離れた位置での電流磁場Ｍの大きさを表したグラフ図である。なお、同図において、破線は柱状電極１４の内部における磁場分布を表し、実線は柱状電極１４の外部における磁場分布を表す。すなわち、電流磁場は、柱状電極１４の内部においては中心から離れるに従って上昇して電極１４の外壁においてピークを有し、それよりも外側に離れるに従って減衰する。
【００８０】
局所的にかかる最大磁場は、柱状電極１４の半径ｒに大きく依存し、たとえば半径１００ｎｍでは最大磁場は２５Ｏｅ、２００ｎｍでは１２．５Ｏｅ、３００ｎｍでは８．３Ｏｅと、半径ｒが大きくなるほど最大電流磁場は小さくなる。このことから、柱状電極１４は、可能なかぎり半径ｒを大きくした方がよいと言える。
【００８１】
図１３（ａ）は、図１に例示したような磁気抵抗効果素子の要部を表す模式図である。ここでは、紙面手前と奥に硬磁性膜あるいは反強磁性膜からなるバイアス膜３０が設けられ、これによるバイアス磁場で磁化自由層が単磁区化される。
【００８２】
ここでは、柱状電極１４が無限に細い線状電極であるものと仮定した。このような線状電極にセンス電流Ｉｓを矢印方向に流した場合、磁気抵抗効果膜１３には矢印Ｍのような還流磁場が印加される。電流磁場Ｍが無視できない程度大きになると、紙面横方向から進入する信号磁束Ｆに対して磁化自由層の透磁率が面内で一様でなくなってしまう。さらに、電流磁場Ｍがバイアス磁場Ｂを越えると、磁化自由層の磁化は回転してしまう。
【００８３】
図１３（ｂ）は、センス電流５ｍＡを流した場合の、柱状電極１４から距離ｒ離れた位置での電流磁場Ｍの大きさを表すグラフ図である。電流磁場Ｍの大きさは、柱状電極１４の高さｈに大きく依存する。例えば、ｒ＝０．２μｍの位置においては、高さｈが１０ｎｍのとき１．２５Ｏｅ、高さｈが６０ｎｍのとき７．１８Ｏｅ、高さｈが２００ｎｍのとき１７．７Ｏｅと、高さｈが増すにつれて電流磁場Ｍが増大する。これは、磁気抵抗効果膜１３の位置における電流磁場Ｍの強度は、柱状電極１４の長手方向に沿った積分により決定されるからである。このことから、柱状電極１４の高さｈは、小さめにする必要があると言える。
【００８４】
以上の結果を踏まえて柱状電極１４を設計すると以下の如くとなる。
【００８５】
まず、電流磁場Ｍを抑えるためには、柱状電極１４を太くしなければならない。一方で、柱状電極１４が磁気抵抗効果膜１３と接する面での断面積は、能動領域１３Ａの絞込みという観点からも、ＣＰＰ型ＧＭＲ素子の高抵抗化という観点からも、小さいことが望ましい。
【００８６】
また、柱状電極１４が短いほど電流磁場Ｍを低減できる。しかし、磁気抵抗効果膜１３、上部電極１５及び下部電極１２の間の電気的な絶縁を確保する必要から、柱状電極１４の高さｈは、１００ｎｍ程度以上は必要である。
【００８７】
これらの条件を同時に満たすデザインとして、例えば、図１に例示した磁気抵抗効果素子の場合、柱状電極１４のうちで上部電極１５に近い部分は断面積を大きくし、磁気抵抗効果膜１３に近い部分は断面積を小さくすればよい。
【００８８】
図１４は、この構成を例示する概念図である。断面積の大きい部分１４Ｌは高さがあっても電流磁場が小さいことが図１２からも分かる。従って、実質的には、磁気抵抗効果膜１３に近い、断面積を絞った部分１４Ｓからの電流磁場Ｍのみを考慮すればよい。もちろん、この柱状電極の形状は、変形例１−１及び変形例１−２の磁気抵抗効果素子にも適用可能である。また、この場合、水平方向の断面形状については、円形状でも良く、後に詳述するように、その他の各種の形状を有することができる。
【００８９】
（変形例４−１）
図１５は、柱状電極１４の断面積が、上部電極１５との接触面から磁気抵抗効果膜１３との接触面まで線形に変化している構成を表す概念図である。このような柱状電極１４は、テーパ付のレジストを用いれば、１回のリフトオフにて作成可能である。もちろん、この柱状電極１４は、変形例１−１、変形例１−２の磁気抵抗効果素子にも適用可能である。
【００９０】
（変形例４−２）
図１６は、柱状電極１４の断面積が概ね２段階に分かれている構成を例示する概念図である。このようにすると、柱状電極１４が磁気抵抗効果膜１３と接している面の面積ＳＭＲと、上部電極１５と接している面の面積ＳＵｐｐｅｒＬｅａｄとの差を大きくすることができる。この差が大きいほど、柱状電極１４のうちの断面積の大きい部分からの電流磁場Ｍを低減することができる。本発明者の検討によれば、ＳＵｐｐｅｒＬｅａｄ／ＳＭＲ＞２０００とすることが望ましいことが判明した。
【００９１】
しかし、このように設計しても、図１３（ａ）及び（ｂ）に関して前述したように、断面積の小さい部分が長ければ、電流磁場Ｍは大きくなってしまう。そこで、断面積の小さい部分の高さは３０ｎｍ以下、さらに望ましくは１５ｎｍ以下とすべきである。
【００９２】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態として、柱状電極の電流磁場をキャンセルする構成について説明する。
【００９３】
図１７は、本実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の要部構成を例示する概念図である。すなわち、同図（ａ）はその縦断面図であり、同図（ｂ）はその要部水平断面図である。
【００９４】
本実施形態は、図１に例示した構成において、柱状電極１４を中心導電部１４Ｃと外周導電部１４Ｐに分け、センス電流Ｉｓを往復させて電流磁場Ｍを相殺することを特徴としている。中心導電部１４Ｃと外周導電部１４Ｐとの間は、絶縁体１４Ｉにより分離されている。
【００９５】
センス電流Ｉｓは、上部電極往路１５Ａから中心導電部１４Ｃに流れ込み、磁気抵抗効果膜１３を垂直に通電する。そして、下部電極往路１２Ａから、磁気抵抗効果膜の上に位置する復路１２Ｂへと流れ、柱状電極の外周導電部１４Ｐを通って上部電極復路１５Ｂへと至る。もちろん、この逆方向に流しても構わない。
【００９６】
このように柱状電極１４においてセンス電流Ｉｓを往復させると、磁気抵抗効果膜１３にかかる電流磁場Ｍが軽減され、理想的にはゼロにできる。
【００９７】
もちろん、図２、図３に例示した変形例１−１、１−２についても同様に適用可能である。
【００９８】
（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態として、柱状電極の電流磁場をシールドする構成について説明する。
【００９９】
図１８は、本実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の要部構成を例示する概念図である。すなわち、同図（ａ）はその縦断面図であり、同図（ｂ）はその要部水平断面図である。
【０１００】
本実施形態においては、柱状電極１４の周囲に絶縁体１４Ｉを介して磁気シールド１５が設けられている。このような磁気シールド１５を設けることにより、磁気抵抗効果膜１３に印加される電流磁場Ｍが軽減され、理想的にはゼロとすることも可能となる。
【０１０１】
（第７の実施の形態）
以上、第４乃至第６実施形態に関して、柱状電極からの環状の電流磁場Ｍの影響を軽減しまたは抑制する素子設計を説明した。
【０１０２】
本実施形態は、電流磁界Ｍに起因する、読み取り時の隣接トラックからのクロストークを回避するためのアプローチに関する。
【０１０３】
図１９は、ＣＰＰ型ＧＭＲ素子を搭載した水平型ヨークヘッドの平面構成を表す概念図である。
【０１０４】
同図（ａ）は、電流磁場Ｍの影響が無視できる程度小さい場合の磁化分布（矢印）を表している。硬磁性膜あるいは反強磁性膜からなるバイアス膜３０、３０が設けられ、これによるバイアス磁場Ｂによって磁気抵抗効果膜の磁化自由層１３Ｆやヨーク２０は単磁区化されている。このようにすると、磁化自由層１３Ｆとヨーク２０のどの部分でも、トラック長手方向Ｔに対する透磁率が最も高くなるので、磁化はトラック長手方向Ｔにのみ進入する。また、トラック上の透磁率が最も大きくなって、トラック上の磁化だけが、きれいに回転する。
【０１０５】
図１９（ｂ）は、環状電流Ｍが残留して、バイアス磁場Ｂと同程度の強さとなった場合の磁化分布を表す。この場合は、磁化自由層１３Ｆやヨーク２０の磁化（矢印）は、図示したように回転してしまう。このとき、トラック２００Ｔの上から外れた部分では、磁化（矢印）がトラック２００Ｔの幅方向から逸れるため、高透磁率となる向きが、場所によってはトラック長手方向ではなくなってしまう。このとき、隣接するサイドトラック２００ＳＴからの信号磁束Ｆが、磁化に直行する方向で進入し、クロストークが発生してオフトラック特性が悪化する可能性がある。換言すると、電流磁場Ｍによって磁化自由層１３Ｆやヨーク２０の磁化分布が変化して透磁レンズが形成され、隣接トラックからの磁束も収束してしまう。
【０１０６】
このように収束された隣接トラックからの磁束の読み取りを防ぐためには、柱状電極１４の断面形状を、図１９（ｃ）に例示したように台形とすれば良い。このようにすれば、サイドトラックからの磁束Ｆは、磁気抵抗効果膜の能動領域１３Ａに進入することががくなり、オフトラック特性が改善される。
【０１０７】
ここで、バイアス磁場Ｂが＋ｙ方向、センス電流Ｉｓが−ｚ方向のとき、台形の底辺のうち短い方が＋ｘ側、長い方が−ｘ側という位置関係を保つ必要がある。
【０１０８】
（変形例７−１）
図５に例示した変形例１−３についても、柱状の中間非磁性膜１３Ｓの横断面形状を図１９に例示したものと同様の台形とすることで、オフトラック特性の改善をすることができる。
【０１０９】
（第８の実施の形態）
水平型ヨークヘッドに磁気抵抗効果膜を搭載した場合、磁気抵抗効果膜の磁化自由層とヨークとの距離を短くすると、信号磁束の流れが円滑になる。垂直通電の磁気抵抗効果膜を搭載する場合には、下部電極がこれらの間に入るので、磁化自由層とヨークとの間の距離が比較的長くなってしまう。
【０１１０】
これに対して、本実施形態は、磁化自由層とヨークとの距離を近接させるデザインに関する。
【０１１１】
図２０は、本実施形態の磁気ヘッドの要部構成を表す斜視概念図である。同図についても、図１乃至図１９及び図３１に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
【０１１２】
同図に表したように下部電極１２をヨーク２０、２０のギャップ内に配置すれば、磁気抵抗効果膜１３とヨーク２０との距離を縮めることができる。ここで、図２０には表していないが、ヨーク２０および磁化自由層１３Ｆにｙ方向にバイアス磁場を印加するための、硬磁性膜あるいは反強磁性膜からなる一対のバイアス膜は、紙面手前と奥に設けられる。
【０１１３】
図２０の構成においては、下部電極１２からの電流磁場が磁気抵抗効果膜１３やヨーク２０に印加されてしまうという問題が生じる。例えば、センス電流Ｉｓを柱状電極１４において−ｚ方向に流したとすると、＋ｘ方向の電流磁場Ｍが生じる。
【０１１４】
これに対して、上部電極１５を図示したように下部電極１２に対して平行に配置してセンス電流が往復するようにすれば、上部電極１５と下部電極１２からヨーク２０へと印加される電流磁場Ｍは、ほぼ無視することができる。
【０１１５】
しかし、磁気抵抗効果膜１３への電流磁場は、一層強くなってしまい、磁化分布は図２１に表したように、特に素子中央部で磁化（矢印）が回転してｘ成分を持ってしまうことになる。バイアス膜３０の磁化の方向Ｂに対して直行する方向が最も透磁率が高くなるので、磁気記録媒体からヨーク２０へとトラック長手方向（ｘ方向）で真っ直ぐ進入した磁束は、磁気抵抗効果膜磁化自由層のところで図示した矢印のように曲がってしまう。つまり、信号磁束Ｆに「スキュー」が生ずる。
【０１１６】
これを考慮して、柱状電極１４の水平断面形状を図２１に示したような平行四辺形とし、またトラックからの信号磁束Ｆが集中している箇所に設ければ、磁気抵抗効果膜の能動領域１３Ａを感度の高い場所に設定できるので、高出力が得られる。
【０１１７】
具体的には、バイアス磁場Ｂが＋ｙ方向、センス電流Ｉｓが−ｚ方向であるとき、柱状電極１４の水平断面の平行四辺形の４つの頂点は、図２２に示したように、Ａを（０，  ０）としたとき、Ｂ（ａ，  −ｃ）、Ｃ（ａ，  ｂ）、Ｄ（０，  ｂ＋ｃ）となるような形状とする。また磁気抵抗効果膜１３の中心から、−ｙ方向にずらして位置させる。
【０１１８】
（変形例８−１）
本実施形態の概念は、図５に例示したように中間非磁性層１３Ｓが柱状に形成された磁気抵抗効果膜１３についても、適用可能である。すなわち、柱状非磁性層１３Ｓを、図２１あるいは図２２に示したような形状、位置に設ければ、高出力が得られる。
【０１１９】
（変形例８−２）
柱状電極１４あるいは柱状中間非磁性層１３Ｓの水平断面形状を、第７実施形態と組み合わせて、平行四辺形と台形の特徴を併せ持つ形状とすると、より効果的である。
【０１２０】
すなわち、バイアス磁場Ｂが＋ｙ方向、センス電流Ｉｓが−ｚ方向であるとき、図２３に示したように、Ａを（０，  ０）としたときに、Ｂ（ａ，  −ｃ）、Ｃ（ａ，  ｂ）、Ｄ（０，  ｄ）で、ｄ＞ｂ＋ｃとなるような位置関係とすればよい。
【０１２１】
（第９の実施の形態）
前述した第８実施形態のようにヨークのギャップ内に下部電極を配置した場合には、上部電極を平行に配置して、柱状電極の水平断面形状を図２２のような形状とすれば、柱状電極以外の部分からの電流磁場による磁化自由層磁化回転の効果を回避することができる。
【０１２２】
これに対して、本実施形態においては、このような電流磁場による磁化回転を解消する構成を提供する。
【０１２３】
図２４は、本変形例の磁気ヘッドの要部構成を表す斜視概念図である。同図についても、図１乃至図２３及び図３１に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
【０１２４】
本実施形態においては、図２４に例示したように、下部電極１２、上部電極１５を記録トラック２００Ｔの長手方向に取り出し、センス電流Ｉｓを往復させる。このようにすれば、上部電極１５と下部電極１２による磁化自由層１３Ｆへの電流磁場Ｍは、図示しない１対のバイアス膜によるバイアス磁場Ｂと同一方向とすることができる。具体的には、柱状電極１４においてセンス電流をｚ方向に通電すれば、電流磁場Ｍの方向は−ｙ方向となる。
【０１２５】
（変形例９−１）
ここで、実際には、センス電流Ｉｓは柱状電極１４に集中するため、たとえば上部電極１５内には、図２５に表したような電流分布が形成される。この場合、下部電極１２にはこれと逆方向の電流分布が形成される。すると、図２５に表した、環状の電流磁場Ｍが磁気抵抗効果膜１３に生じてしまう。
【０１２６】
これを回避するため、図２６に例示したように上部電極１５と下部電極１２をそれぞれ柱状電極１４の付近で狭める形状とすると、図２７に表したように、電流分布が柱状電極１４の付近で集中することはなくなる。例えば、柱状電極１４において−ｚ方向に通電したとすると、磁気抵抗効果膜１３にかかる電流磁場は図２７に示すように概ね−ｙ方向に揃えることができる。
【０１２７】
（第１０の実施の形態）
次に、本発明の第１０の実施の形態として、本発明の磁気再生装置について説明する。第第１乃至第９の実施の形態に関して説明した本発明の磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッドは、例えば、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込まれ、磁気再生装置に搭載することができる。
【０１２８】
図２８は、このような磁気再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。すなわち、本発明の磁気再生装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。同図において、磁気記録媒体としての磁気ディスク２００は、スピンドル１５２に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。磁気ディスク２００は、磁気ディスク２００に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダ１５３は、薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられている。ここで、ヘッドスライダ１５３は、例えば、前述したいずれかの実施の形態にかかる磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッドをその先端付近に搭載している。
【０１２９】
磁気ディスク２００が回転すると、ヘッドスライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は磁気ディスク２００の表面から所定の浮上量をもって保持される。
【０１３０】
サスペンション１５４は、図示しない駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータアーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石および対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。
【０１３１】
アクチュエータアーム１５５は、固定軸１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。
【０１３２】
図２９は、アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアッセンブリ１６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５１を有し、アクチュエータアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続されている。
【０１３３】
サスペンション１５４の先端には、第１乃至第９の実施形態に関して前述したいずれかの磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッドを具備するヘッドスライダ１５３が取り付けられている。記録用ヘッドを組み合わせても良い。サスペンション１５４は信号の書き込みおよび読み取り用のリード線１６４を有し、このリード線１６４とヘッドスライダ１５３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。図中１６５は磁気ヘッドアッセンブリ１６０の電極パッドである。
【０１３４】
ここで、ヘッドスライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）と磁気ディスク２００の表面との間には、所定の浮上量が設定されている。
【０１３５】
図３０（ａ）は、浮上量が所定の正の値の場合のヘッドスライダ１５３と磁気ディスク２００との関係を表す概念図である。同図に例示したように、通常、多くの磁気記録装置においては、磁気ヘッド１０を搭載したスライダ１５３は、磁気ディスク２００の表面から所定の距離だけ浮上した状態で動作する。本発明においては、このような「浮上走行型」の磁気記録装置においても、従来よりも高分解能で低ノイズの再生を行うことができる。すなわち、第１乃至第９に関して前述したいずれかの磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッドを採用することにより、再生すべきトラック上の磁化信号のみを確実に再生することができる。また、隣接する記録トラックからのクロストークを大幅に低減することができるので、トラックピッチを縮小して、記録密度を大幅に向上させることもできる。
【０１３６】
一方、記録密度がさらに上がると、浮上高を低下させて、より磁気ディスク２００に近いところを滑空させて情報を読み取る必要が生ずる。例えば、１インチ平方あたり４０Ｇ（ギガ）ビット程度の記録密度を得るためには、もはや、浮上にしていることによるスペーシングロスが大きくなり過ぎ、極低浮上によるヘッド１０と磁気ディスク２００とのクラッシュの問題も無視できなくなる。
【０１３７】
そのため、磁気ヘッド１０と磁気ディスク２００とを逆に積極的に接触させて、走行させる方式も考えられる。
【０１３８】
図３０（ｂ）は、このような「接触走行型」のヘッドスライダ１５３と磁気ディスク２００との関係を表す概念図である。本発明の磁気ヘッドにおいても、媒体との接触面にＤＬＣ（Diamond-Like-Carbon）潤滑膜などを設けることにより「接触走行型」のスライダに搭載することが可能である。従って、図３０（ｂ）に例示したような「接触走行型」の磁気再生装置においても、隣接トラックからのクロストークを大幅に低減し、従来よりも大幅にトラックピッチを縮小してさらに高密度化された媒体の記録再生を安定して行うことができるようになる。
【０１３９】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【０１４０】
例えば、磁気ヘッドを構成する各要素の材料や形状などに関しても、具体例として前述したものには限定されず、当業者が選択しうる範囲のすべてを同様に用いて同様の効果を奏し得る。
【０１４１】
また、磁気再生装置に関しても、再生のみを実施するものでも、記録・再生を実施するものあっても良く、また、媒体は、ハードディスクには限定されず、その他、フレキシブルディスクや磁気カードなどのあらゆる磁気記録媒体を用いることが可能である。さらに、磁気記録媒体を装置から取り外し可能した、いわゆる「リムーバブル」の形式の装置であっても良い。
【０１４２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ＣＰＰ型のＭＲ素子において能動領域を的確に規定し、さらに電極からの電流磁場の影響を、効果的に抑制し消失させるような構成を有する磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気再生装置を提供することができ、産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による磁気抗効果素子を示す断面図と平面図である。
【図２】第１実施形態の第１の変型例の磁気抵抗効果素子を表す概念図である。
【図３】第１実施形態の第２の変型例の磁気抵抗効果素子を表す概念図である。
【図４】磁気抵抗効果膜１３における電流パスを表す概念図である。
【図５】第１実施形態の第３の変型例の磁気抵抗効果素子の断面構成を表す概念図である。
【図６】図１に例示した磁気抵抗効果素子搭載したシールド型ヘッドの要部を表す概念図である。
【図７】磁気抵抗効果膜１３の磁化自由層（フリー層）における磁化分布を表す概念図である。
【図８】、図１に例示した磁気抵抗効果素子を水平型ヨークヘッドに搭載した構成を表す斜視図である。
【図９】第３実施形態のヘッドにおける磁化方向を表す概念図である。
【図１０】第３実施形態の変形例の磁気ヘッドの要部構成を表す斜視概念図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態による磁気抗効果素子のヨークに、補助ヨークを設けたときの断面図である。
【図１２】（ａ）は、本発明の第１の実施形態による磁気抗効果素子において、センス電流を流したときに生じる電流磁場と、硬磁性膜あるいは反強磁性膜によるバイアス磁場の方向を示した斜視図であり、（ｂ）は、センス電流５ｍＡを流したときに磁気抵抗効果膜に生じる環状の電流磁場の大きさを、柱状電極の中心からの距離に対して書いたものである。柱状電極は無限に長いものとし、柱状電極伝断面は円形とし、その円の半径を１００ｎｍから３００ｎｍまで変化させたときの図である。
【図１３】（ａ）は、本発明の第１の実施形態による磁気抗効果素子において、センス電流を流したときに生じる電流磁場と、硬磁性膜あるいは反強磁性膜によるバイアス磁場の方向を示した斜視図であり、（ｂ）は、センス電流５ｍＡを流したときに磁気抵抗効果膜に生じる環状の電流磁場の大きさを、柱状電極の中心からの距離に対して書いたものである。柱状電極は無限に細いものとし、その長さを１０ｎｍから２００ｎｍまで変化させたときの図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態による磁気抗効果素子の断面図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態による磁気抗効果素子で、柱状電極の断面積を、上部電極との接触面から磁気抵抗効果膜との接触面まで線形に変化させた変形例４−１を示す図である。
【図１６】本発明の第４の実施形態による磁気抗効果素子で、柱状電極の断面積により、概ね２つの部分に分けることのできる変形例４−２を示す図である。
【図１７】本発明の第５の実施形態による磁気抗効果素子を示す図である。
【図１８】本発明の第６の実施形態による磁気抗効果素子を示す図である。
【図１９】水平型ヨークヘッドにＣＰＰ型ＧＭＲ膜を搭載したときの磁気抵抗効果素子の平面図に、ヨークおよび磁化自由層の磁化分布を矢印で記載し、その磁化分布のときの信号磁束が進入方向を示した図である。（ａ）は柱状電極を流れるセンス電流による電流磁場の影響が無視できる場合の磁化分布と信号磁束の流れである。（ｂ）は柱状電極のセンス電流を無視できない場合の磁化分布と信号磁束の流れである。（ｃ）は本発明の第７の実施形態であり、柱状電極のセンス電流を無視できない場合の信号磁束の流れと、それに適した柱状電極の位置と形状を示す。
【図２０】本発明の第８の実施形態による磁気抵抗効果素子の斜視図である。
【図２１】本発明の第８の実施形態による磁気抵抗効果素子の平面図に、ヨークと磁化自由層の磁化分布、その分布によって決まる信号磁束の流れ、その流れに適した柱状電極の位置と形状を示したものである。
【図２２】図２１に示した柱状電極の形状を詳細に記した図である。
【図２３】本発明の第７の実施形態と第８の実施形態を組み合わせた場合の磁気抵抗効果素子の柱状電極の断面形状である。
【図２４】本発明の第９の実施形態による磁気抵抗効果素子の斜視図である。
【図２５】本発明の第９の実施形態における上部電極に平面図に、電流パスとそれによって磁気抵抗効果膜に生じる電流磁場を矢印で示した図である。
【図２６】本発明の第９の実施形態における上部電極と下部電極を、柱状電極の位置で狭めたような変形例９−１の磁気抵抗効果膜の斜視図である。
【図２７】本発明の変形例における上部電極での電流パスと、それによって磁気抵抗効果膜に生じる電流磁場を矢印で示した図である。
【図２８】本発明の磁気再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。
【図２９】アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。
【図３０】（ａ）は、浮上量が所定の正の値の場合のヘッドスライダ１５３と磁気ディスク２００との関係を表す概念図であり、（ｂ）は、このような「接触走行型」のヘッドスライダ１５３と磁気ディスク２００との関係を表す概念図である。
【図３１】プラナー型ヘッドの要部構成を表す斜視概念図である。
【符号の説明】
１１  基板
１２  下部電極
１３  磁気抵抗効果膜
１３Ａ  能動領域
１４  柱状電極層
１５  上部電極
２０  磁気ヨーク
２２  補助ヨーク
２４  磁気シールド
３０  バイアス膜
１５０  磁気記録装置
１５１  磁気ディスク
１５３  ヘッドスライダ
１５４  サスペンション
１５５  アクチュエータアーム
１５６  ボイスコイルモータ
１５７  固定軸
【図１】
0003647736.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0003647736.tif 000006
【図６】
0003647736.tif 000007
【図７】
0003647736.tif 000008
【図８】
0003647736.tif 000009
【図９】
0003647736.tif 000010
【図１０】
0003647736.tif 000011
【図１１】
0003647736.tif 000012
【図１２】
0003647736.tif 000013
【図１３】
0003647736.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0003647736.tif 000016
【図１６】
0003647736.tif 000017
【図１７】
0003647736.tif 000018
【図１８】
0003647736.tif 000019
【図１９】
0003647736.tif 000020
【図２０】
0003647736.tif 000021
【図２１】
0003647736.tif 000022
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
0003647736.tif 000028
【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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