(57)【要約】【課題】磁気抵抗効果型磁気ヘッドの耐食性の向上を図り、高い磁気抵抗効果率を維持する。【解決手段】ＧＭＲヘッドのスピンバルブ膜４０を構成する非磁性層がＣｕＡｕからなるものとし、Ｃｕ、Ａｕの組成比を、それぞれ（１００−ａ）、ａ（但しａは、原子％を表す。）としたとき、組成範囲を５≦ａ＜２５とし、磁化固定層及び磁化自由層は、ＮｉＦｅ又はＣｏＮｉＦｅからなるものとし、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＦｅの組成比を、それぞれｂ、ｃ、ｄ（ｂ、ｃ、ｄは、それぞれ原子％を表す。）としたとき、組成範囲を、０≦ｂ≦８０、１０≦ｃ≦９５、５≦ｄ≦５５（ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００原子％）とする。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気信号の検出を行う感磁素子として、反強磁性層と、当該反強磁性層との間で働く交換結合磁界により所定の方向に磁化が固定された磁化固定層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層と、上記磁化固定層と上記磁化自由層との間を磁気的に隔離する非磁性層とが積層された構成を有するスピンバルブ膜を備える磁気抵抗効果型磁気ヘッドであって、
上記非磁性層はＣｕＡｕからなり、Ｃｕ、Ａｕの組成比を、
それぞれ（１００−ａ）、ａ（但しａは、原子％を表す。）としたとき、
組成範囲は、５≦ａ＜２５であり、
上記磁化固定層及び上記磁化自由層は、ＮｉＦｅ又はＣｏＮｉＦｅからなり、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＦｅの組成比を、それぞれｂ、ｃ、ｄ（ｂ、ｃ、ｄは、それぞれ原子％を表す。）としたとき、
組成範囲は、０≦ｂ≦８０、１０≦ｃ≦９５、５≦ｄ≦５５（ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００原子％）であり、
テープ状の磁気記録媒体と摺接しながら磁気信号の検出を行うことを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項２】
上記感磁素子は、回転ドラムに搭載されてヘリカルスキャン方式によりテープ状の磁気記録媒体と摺動しながら磁気信号の検出を行うことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気記録媒体と摺接しながら磁気信号の検出を行う感磁素子としてスピンバルブ膜を用いた磁気抵抗効果型磁気ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子という。）は、外部磁界の大きさや向きにより抵抗値が変化する、いわゆる磁気抵抗効果を利用したものであり、例えば、磁気記録媒体からの信号磁界を検出するための感磁素子として、磁気ヘッド等に用いられている。このようなＭＲ素子を備える磁気ヘッドは、一般に磁気抵抗効果型磁気ヘッド（以下、ＭＲヘッドという。）と呼ばれている。
【０００３】
このようなＭＲ素子としては、異方性磁気抵抗効果を利用したものが従来から使用されているが、磁気抵抗変化率（ＭＲ比）が小さいために、より大きなＭＲ比を示すものが望まれており、近年においてはスピンバルブ膜を利用した巨大磁気抵抗効果素子（以下、ＧＭＲ素子という。）が提案されている（例えば、非特許文献１、特許文献１参照。）。
【０００４】
ＧＭＲ素子は、一対の磁性層で非磁性層を挟持してなるスピンバルブ膜を有し、このスピンバルブ膜に対して面内方向に流れる、いわゆるセンス電流のコンダクタンスが一対の磁性層の磁化の相対角度に依存して変化する、いわゆる巨大磁気抵抗効果を利用したものである。
具体的には、スピンバルブ膜は、反強磁性層と、反強磁性層との間で働く交換結合磁界により所定の方向に磁化が固定された磁化固定層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層と、磁化固定層と磁化自由層との間を磁気的に隔離する非磁性層とが積層された構造を有している。
【０００５】
スピンバルブ膜を利用したＧＭＲ素子では、外部磁界が印加されると、外部磁界の大きさや向きに応じて磁化自由層の磁化方向が変化する。そして、磁化自由層の磁化方向が磁化固定層の磁化方向に対して、逆方向（反平行）となるとき、このスピンバルブ膜に流れるセンス電流の抵抗値が最大となる。一方、磁化自由層の磁化方向が磁化固定層の磁化方向に対して、同一方向（平行）となるときに、このスピンバルブ膜に流れるセンス電流の抵抗値が最小となる。
【０００６】
従って、上述したようなＧＭＲ素子を備える磁気ヘッド（以下、ＧＭＲヘッドという。）においては、ＧＭＲ素子に対して一定のセンス電流を供給すると、磁気記録媒体からの信号磁界に応じて、このＧＭＲ素子を流れるセンス電流の電圧値が変化することになり、このセンス電流の電圧値の変化を検出することによって、磁気記録媒体からの磁気信号を読み取ることが可能となる。
【０００７】
下記特許文献１には、ＧＭＲヘッドをハードディスクドライブに利用する例が開示されている。
ハードディスクドライブは、例えばサスペンションの先端部に取り付けられたヘッドスライダにＧＭＲヘッドが搭載された構造を有し、磁気ディスクの回転により生じる空気流を受けて、ヘッドスライダが磁気ディスクの信号記録面上を浮上しながら、このヘッドスライダに搭載されたＧＭＲヘッドが磁気ディスクに記録された磁気信号を読み取ることによって、磁気ディスクに対する再生動作が行われる。
【０００８】
上記ＧＭＲヘッドは、磁気ディスク装置に限らず、近年においてはテープストリーマ等の磁気テープ装置についての利用も検討されている。
例えばヘリカルスキャン方式を採用するテープストリーマは、回転ドラムの外周面部にＧＭＲヘッドが磁気テープの走行方向と略直交する方向に対してアジマス角に応じて斜めとなるように配置された構造を有している。
そして、テープストリーマでは、磁気テープが回転ドラムに対して斜めに走行しながら、回転ドラムが回転駆動し、この回転ドラムに搭載されたＧＭＲヘッドが磁気テープと摺動しながら、磁気テープに記録された磁気信号を読み取ることによって、磁気テープに対する再生動作が行われる。
【０００９】
テープストリーマにおいては、ＧＭＲヘッドと磁気テープとの間の距離、いわゆるスペーシングを小さくすることが好ましいため、この観点からは磁気テープの表面は、平滑化することが望ましい。
【００１０】
しかしながら、磁気テープの表面が鏡面化するに従って、磁気テープと回転ドラムの外周面部との接触面積が増加し、走行時において磁気テープと回転ドラムとの間に働く摩擦力が大きくなり、磁気テープと回転ドラムとの貼り付きが生じて、磁気テープのスムーズな走行が困難となる。
そこで、磁気テープの表面には、ＳｉＯ２フィラーや有機フィラー等により微小突起を設けることにより回転ドラムの外周面部との接触面積を小さくし、磁気テープと回転ドラムとの間に働く摩擦力を小さくする等の工夫がなされている。
また、磁気テープの表面には、傷や腐食等の発生を防止するためのＤＬＣ膜等の保護膜が形成されている。
【００１１】
ところで、上述したハードディスクドライブにおいては、ＧＭＲヘッドが磁気ディスクの信号記録面に対して非接触な状態で再生動作が行われる。また、スピンバルブ膜を構成する非磁性層には通常Ｃｕが用いられており、従来において磁気ディスクと対向するＧＭＲヘッドの媒体対向面には、このＣｕの腐食を防止するためのＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）膜等の保護膜が形成されている。
【００１２】
【非特許文献１】
フィジカル・レビュー・ビー（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｂ）、第４３巻、第１号、ｐ１２９７〜ｐ１３００「軟磁性多層膜における巨大磁気抵抗効果」（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｉｎ  Ｓｏｆｔ  Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｓ）
【特許文献１】
特開平８−１１１０１０号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現在ＧＭＲヘッドの適用が検討されている磁気テープシステムにおいては、ＧＭＲヘッドが磁気テープに対して接触した状態で再生動作を行うことから、磁気テープと摺接するＧＭＲヘッドの媒体摺動面に、上述した腐食等の発生を防止するための保護膜が形成されていると、再生動作時に磁気テープの表面に形成された微小突起や保護膜との接触によって保護膜が摩耗する。
さらに、ＧＭＲヘッドの媒体摺動面に形成された保護膜は、磁気テープとのスペーシングとなることから、ＧＭＲヘッドの短波長記録再生特性を劣化させる原因になる。
【００１４】
従って、テープストリーマ等の磁気テープ装置においては、ＧＭＲヘッドの媒体摺動面に保護膜を形成することは不適当であると考えられる。
このため、磁気テープ装置においては、ＧＭＲヘッドの媒体摺動面が直接大気と触れることになり、高温高湿下や海水雰囲気中等の、いわゆる厳しい使用条件下においては腐食が発生しやすくなるといった問題があった。
【００１５】
また、ＧＭＲヘッドの感度は、スピンバルブ膜に流れるセンス電流により決定される。また、このスピンバルブ膜を構成する各層の膜厚はｎｍオーダで形成されており、各層に僅かな腐食が発生しただけでも、各層の電気抵抗が変化してしまう。従って、ＧＭＲヘッドの媒体摺動面における腐食の発生は、このＧＭＲヘッドのヘッド特性を大幅に劣化させてしまう。
【００１６】
上記特許文献１においては、ハードディスクに適用する磁気抵抗効果型磁気ヘッドについての耐腐食性を改善させる検討がなされてはいるが、ハードディスク装置においては、磁気ヘッドが媒体上を直接摺動することがないため、磁気ヘッドの摩擦によるダメージ量は、テープシステムの方が大きいことが明らかである。
また、ハードディスク装置においては、媒体が外気にさらされることなく、パッケージングによって密閉状態となっていることから、微細な粉塵等による磁気ヘッドの破損の影響に関してもテープシステムの方が、より深刻であると考えられる。よって、磁気テープ装置に適用するＧＭＲヘッドの耐腐食性に関する向上を図ることは、ハードディスクドライブ以上に重要であると言える。
【００１７】
上述した問題点に鑑みて、特に磁気記録媒体と摺接しながら磁気信号の検出を行う感磁素子としてＧＭＲ素子を利用する場合には、例えば海水雰囲気中等の高温高湿環境下においても、優れた耐食性を実現でき、高い磁気抵抗変化率を維持することが必要である。
【００１８】
ところで、テープシステムとしては、民生用カムコーダー、業務用カムコーダー、テープストリーマ、アーカイバルテープシステム等が挙げられるが、そのうち民生用カムコーダー、業務用カムコーダーは、屋外、屋内を問わず、例えば海水雰囲気中のような、極めて厳しい条件下においても使用されることが多い。また、磁気テープ装置の使用のみならず、テープカードリッジの交換等、磁気記録再生ヘッドが外気と直接接触する機会も多い。
【００１９】
しかしながら、特に外部環境が整備された屋内で使用されるテープストリーマや、アーカイバルテープシステムにおいては、民生用、業務用カムコーダーのように海水雰囲気中等の極めて腐食に関して厳しい条件下で使用されることは考慮しなくてよい。また、民生用、業務用カムコーダーにおいても厳しい条件以外の環境での使用も想定される。すなわち、外部環境に存在する元素の種類やその濃度等は腐食に大きく影響するので、使用環境に応じた耐食性を図ることが必要である。
【００２０】
そこで本発明においては、上述した問題点に鑑みて、特に、腐食を誘発するような元素量が少ない環境における使用を前提とした場合において、充分な耐食性を実現しつつ、高感度の磁気抵抗効果型磁気ヘッドを提供することとした。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、磁気信号の検出を行う感磁素子として、反強磁性層と、反強磁性層との間で働く交換結合磁界により所定の方向に磁化が固定された磁化固定層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層と、磁化固定層と磁化自由層との間を磁気的に隔離する非磁性層とが積層された構成を有するスピンバルブ膜を備えた構成を有するものとし、非磁性層は、ＣｕＡｕからなり、Ｃｕ、Ａｕの組成比を、それぞれ（１００−ａ）、ａ（但しａは、原子％を表す。）としたとき、その組成範囲は、５≦ａ＜２５であり、磁化固定層及び磁化自由層は、ＮｉＦｅ又はＣｏＮｉＦｅからなり、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＦｅの組成比を、それぞれｂ、ｃ、ｄ（ｂ、ｃ、ｄは、それぞれ原子％を表す。）としたとき、その組成範囲は、０≦ｂ≦８０、１０≦ｃ≦９５、５≦ｄ≦５５（ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００原子％）であり、テープ状の磁気記録媒体と摺接しながら磁気信号の検出を行うものとする。
【００２２】
本発明によれば、スピンバルブ膜の構成層についての耐食性に鑑みて、材料組成を特定したことによって、使用環境に応じた適切な耐食性が得られ、かつ優れた磁気抵抗変化率が実現できる磁気抵抗効果型磁気ヘッドが得られる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドについて、図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
先ず、本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドを適用する磁気テープ装置の一例について説明する。
図１に示す磁気テープ装置１は、ヘリカルスキャン方式によって磁気テープ２に対して信号の記録及び／又は再生を行うものである。
磁気テープ装置１においては、磁気テープ２を供給する供給リール３と、供給リール３から供給された磁気テープを巻き取る巻取リール４と、供給リール３と巻取リール４との間で磁気テープ２の引き回しを行う複数のガイドローラ５ａ〜５ｆとを具備し、磁気テープ２が図中矢印Ａ方向に走行するようになされている。
【００２５】
また、ガイドローラ５ｅとガイドローラ５ｆとの間には、テープ走行手段として、磁気テープ２が掛け合わされるピンチローラ５ｇと、このピンチローラ５ｇと共に磁気テープ２を挟み込むキャップスタン６と、このキャップスタン６を回転駆動するキャップスタンモータ６ａとが設けられている。
磁気テープ２は、ピンチローラ５ｇとキャップスタン６との間に挟みこまれ、キャップスタンモータ６ａによりキャップスタン６が、図１中矢印Ｂ方向に回転駆動することにより、矢印Ａ方向に一定の速度及び張力で走行するようになされている。
【００２６】
磁気テープ装置１は、ガイドローラ５ｃと５ｄとの間に、磁気テープ２に対して信号の記録動作、又は再生動作を行うヘッドドラム７が設けられている。
図２に示すように、ヘッドドラム７は、駆動モータ８により図中矢印Ａ方向に回転駆動する回転ドラム９と、ベース（図示せず）に固定された固定ドラム１０とを有しており、回転ドラム９の外周面部９ａと固定ドラムの外周面部１０ａとは連続している。
【００２７】
磁気テープ２は、図１に示したガイドローラによって導かれ、回転ドラム９及び固定ドラム１０の外周面部９ａ、１０ａに、略１８０゜の角度範囲でヘリカル状に巻きつけられた状態で走行するようになされている。
また、固定ドラム１０の外周面部１０ａには、磁気テープ２を案内するリードガイド１０ｂが設けられており、このリードガイド１０ｂに沿って磁気テープ２が回転ドラム９の回転方向に対して斜めに走行するようになっている。
【００２８】
回転ドラム９の外周面部９ａには、磁気テープ２に対して信号の記録動作を行う一対の記録用磁気ヘッド１１ａ、１１ｂと、磁気テープ２に対して信号の再生動作を行う一対の再生用磁気ヘッド１２ａ、１２ｂとが取り付けられている。
これら記録用磁気ヘッド１１ａ及び再生用磁気ヘッド１２ａと、記録用磁気ヘッド１１ｂ及び再生用磁気ヘッド１２ｂとは、互いに１８０゜の位相差をもって回転ドラム９の外周面部９ａに対向配置されている。
また、記録用磁気ヘッド１１ａ、１１ｂ及び再生用磁気ヘッド１２ａ、１２ｂは、その記録ギャップ及び再生ギャップが、磁気テープ２の走行方向と略直交する方向に対してアジマス角に応じて斜めとなるように配置されている。
【００２９】
従って、ヘッドドラム７においては、回転ドラム９及び固定ドラム１０の外周面部９ａ、１０ａに掛け合わされた磁気テープ２が、図２中矢印Ａ方向に走行しながら、駆動モータ８により回転ドラム９が図２中矢印Ｃ方向に回転駆動することによって、回転ドラム９に搭載された一対の記録用磁気ヘッド１１ａ、１１ｂ及び一対の再生用磁気ヘッド１２ａ、１２ｂが磁気テープ２と摺動しながら、信号の記録動作又は再生動作を行うことになる。
【００３０】
具体的に、記録時には磁気テープ２に対して一方の記録用磁気ヘッド１１ａが、記録信号に応じた磁界を印加しながら所定のトラック幅で記録トラックを形成し、他方の記録用磁気ヘッド１１ｂが、この記録トラックに隣接して記録信号に応じた磁界を印加しながら所定のトラック幅で記録トラックを形成する。
そして、これら記録用磁気ヘッド１１ａ、１１ｂが磁気テープ２に対して繰り返し記録トラックを形成することによって、磁気テープ２に対して連続的に信号を記録することになる。
【００３１】
一方、再生時には、磁気テープ２に対して、一方の再生用磁気ヘッド１２ａが、記録用磁気ヘッド１１ａにより記録された記録トラックから信号磁界を検出し、他方の再生用磁気ヘッド１２ｂが、記録用磁気ヘッド１１ｂにより記録された記録トラックから信号磁界を検出する。そして、これら再生用磁気ヘッド１２ａ、１２ｂが記録トラックから繰り返し信号磁界を検出することによって、磁気テープ２に記録された信号を連続的に再生することになる。
【００３２】
次に、図３及び図４を参照して、本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドについて詳細に説明する。
【００３３】
図３に示す磁気抵抗効果型磁気ヘッド２０は、磁気記録媒体からの磁気信号の検出を行う感磁素子として、スピンバルブ膜を利用した巨大磁気抵抗効果素子（以下、ＧＭＲ素子という。）を備える、いわゆる巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッド（以下、ＧＭＲヘッドという。）である。
【００３４】
このＧＭＲヘッド２０は、電磁誘導を利用して記録再生を行うインダクティブ型磁気ヘッドや異方性磁気抵抗効果型磁気ヘッドよりも感度が高く、再生出力が大きく高密度記録に適している。従って、上述した磁気テープ用記録再生装置１においては、ＧＭＲヘッド２０を一対の再生用磁気ヘッド１２ａ、１２ｂとして用いることにより、さらなる高密度記録化が図られる。
【００３５】
具体的には、再生用磁気ヘッド１２ａ、１２ｂは、図４に示すように、第１のコア部材２１上に、例えばメッキ法、スパッタ法、蒸着法等の各種薄膜形成技術により磁気シールド層２４、ＧＭＲ素子２７、ギャップ層２６、及びシールド層２５が順次形成されてなり、保護膜２２を介して第２のコア部材２３が貼り付けられた構造を有しているものとする。
また、再生用磁気ヘッド１２ａ、１２ｂは、磁気テープ２と摺接する媒体摺動面２０ａが、図３中矢印Ａに示す磁気テープ２の走行方向に沿って略円弧状に湾曲した曲面となっている。そして、媒体摺接面２０ａから外部に臨む再生ギャップが磁気テープ２の走行方向と略直交する方向に対してアジマス角θに応じて斜めとなるように配置されている。
【００３６】
なお、一対の再生用磁気ヘッド１２ａ、１２ｂは、互いのアジマス角θが逆位相となる以外は、同一の構成を有している。従って、以下の説明においては、これら一対の再生用磁気ヘッド１２ａ、１２ｂをまとめてＧＭＲヘッド２０として説明する。
【００３７】
ＧＭＲヘッド２０は、図４に示すように上下一対の磁気シールド層２４、２５の間にギャップ層２６を介して磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子２７）が挟み込まれた構造を有している。
【００３８】
一対の磁気シールド層２４、２５は、ＧＭＲ素子２７を磁気的にシールドするのに充分な幅を有する軟磁性膜からなり、ギャップ層２６を介してＧＭＲ素子２７を挟み込むことにより、磁気テープ３からの信号磁界のうち、再生対象外の磁界がＧＭＲ素子２７に引き込まれないように機能する。
すなわちＧＭＲヘッド２０においては、ＧＭＲ素子２７に対して再生対象外の信号磁界が一対の磁気シールド層２４、２５に導かれ、再生対象の信号磁界だけがＧＭＲ素子２７へと導かれるようになされる。これにより、ＧＭＲ素子２７の周波数特性及び読み取り分解能の向上が図られている。
【００３９】
ギャップ層２６は、ＧＭＲ素子２７と一対の磁気シールド層２４、２５との間を磁気的に隔離する非磁性非導電性膜からなり、一対の磁気シールド層２４、２５とＧＭＲ素子２７との間隔がギャップ長となる。
【００４０】
ＧＭＲ素子２７は、スピンバルブ膜４０よりなるものとし、このスピンバルブ膜に対して面内方向に流れるセンス電流のコンダクタンスが、一対の磁性層の磁化の相対角度に依存して変化する、いわゆる巨大磁気抵抗効果を利用したものである。
スピンバルブ膜４０としては、例えば、図５に示すように、下地層４１、反強磁性層４２、磁化固定層４３、非磁性層４４、磁化自由層４５、及び保護層４６が、順次積層された構造を有するボトム型のスピンバルブ膜４０ａや、図６に示すように、下地層４１、磁化自由層４５、非磁性層４４、磁化固定層４３、反強磁性層４２、及び保護層４６が、順次積層された構造を有するトップ型のスピンバルブ膜４０ｂ、図７に示すように、下地層４１、反強磁性層４２、磁化固定層４３、非磁性層４４、磁化自由層４５、非磁性層４４、磁化固定層４３、反強磁性層４２、及び保護層４６が、順次積層された構造を有するデュアル型のスピンバルブ膜４０ｃ等を挙げることができる。
【００４１】
スピンバルブ膜を構成する磁化固定層４３は、反強磁性層４２に隣接して配置されることによって、反強磁性層４２との間で働く交換結合磁界により、所定の方向に磁化が固定された状態となっている。
一方、磁化自由層４５は、非磁性層４４を介して磁化固定層４３と磁気的に隔離されることによって、微弱な外部磁界に対して磁化方向が容易に変化することが可能となっている。
【００４２】
従って、スピンバルブ膜４０においては、外部磁界が印加されると、外部磁界の大きさや向きに応じて磁化自由層４５の磁化方向が変化する。そして、磁化自由層４５の磁化方向が磁化固定層４３の磁化方向に対して、逆方向（反平行）となるとき、このスピンバルブ膜４０に流れる電流の抵抗値が最大となる。
一方、磁化自由層４５の磁化方向が磁化固定層４３の磁化方向に対して、同一方向（平行）となるときに、このスピンバルブ膜４０に流れる電流の抵抗値が最小となる。
このように、スピンバルブ膜４０は、印加される外部磁界に応じて電気抵抗が変化することから、この抵抗変化を読み取ることによって磁気テープ２からの磁気信号を検出する感磁素子として機能している。
【００４３】
なお、下地層４１及び保護層４６は、このスピンバルブ膜４０の比抵抗の増加を抑制するためのものであり、例えばＴａ等からなる。
【００４４】
また、ＧＭＲ素子２７の動作の安定化を図るため、スピンバルブ膜４０の長手方向の両端部には、図３、図４に示すように、このＧＭＲ素子２７にバイアス磁界を印加するための一対の永久磁石膜２８ａ、２８ｂが設けられている。
そして、一対の永久磁石膜２８ａ、２８ｂに挟み込まれた部分の幅が、ＧＭＲ素子２７の再生トラック幅Ｔｗとなっている。さらに、一対の永久磁石膜２８ａ、２８ｂ上には、このＧＭＲ素子２７の抵抗値を減少させるための一対の低抵抗化膜２９ａ、２９ｂが設けられている。
【００４５】
また、ＧＭＲ素子２７には、スピンバルブ膜にセンス電流を供給するための一対の導体部３０ａ、３０ｂが、その一端部側をそれぞれ一対の永久磁石膜２８ａ、２８ｂ、及び低抵抗化膜２９ａ、２９ｂに接続するように設けられている。
また、導体部３０ａ、３０ｂの他端部側には、外部回路と接続される一対の外部接続用端子３１ａ、３１ｂが設けられている。
【００４６】
保護膜２２は、ＧＭＲヘッド２０が形成された第１のコア部材２１の主面を外部接続用端子３１ａ、３１ｂが外部に臨む部分を除いて被覆すると共に、このＧＭＲヘッド２０が形成された第１のコア部材２１と第２のコア部材２３とを接合する。
【００４７】
なお、図３及び図４に示すＧＭＲヘッド２０は、特徴をわかりやすくするために、ＧＭＲ素子２７の周辺を拡大して図示されているが、実際には、第１のコア部材２１及び第２のコア部材２３に比較してＧＭＲ素子２７は非常に微細であり、媒体摺動面２０ａにおいて、ＧＭＲヘッド２０が外部に臨むのは、ほとんど第１のコア部材２１と第２のコア部材２３とが突き合わされた上部端面だけである。
【００４８】
上述したＧＭＲヘッド２０は、チップベース（図示せず）に貼り付けられると共に、一対の外部接続用端子３１ａ、３１ｂがチップベースに設けられた接続端子と電気的に接続される。チップベースに設けられたＧＭＲヘッド２０は、一対の再生用磁気ヘッド１２ａ、１２ｂとして、図２に示す回転ドラム９に取り付けられる。
【００４９】
ところで、磁気テープ装置においては、ＧＭＲヘッド２０が磁気テープ２に直接接触した状態で再生動作を行うことから、磁気テープ２と摺動するＧＭＲヘッドの媒体摺動面２０ａには、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）膜等の保護膜を形成することができない。このため従来においては、ＧＭＲヘッドの媒体摺動面が直接大気と触れることになり、腐食等が発生しやすくなるといった問題があった。
【００５０】
かかる点に鑑みて本発明においては、ＧＭＲヘッド２０の媒体摺動面２０ａに保護膜を形成しない場合においても、優れた耐食性を示し、かつ高い磁気抵抗変化率を維持したスピンバルブ膜を適用することによって、磁気テープ２に対する適切な再生動作を行うことを可能としている。
【００５１】
具体的には、スピンバルブ膜４０を構成する反強磁性層４２は優れた耐食性を示す材料によって形成するものとし、例えばＰｔＭｎが好適な例として挙げられる。
また、反強磁性層４２は、ＰｔＭｎの他、耐食性に優れたＮｉＯや、ＩｒＭｎ、ＣｒＭｎＰｔ、α−Ｆｅ２Ｏ３、ＲｈＭｎ、ＮｉＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ等を適用することができる。
【００５２】
スピンバルブ膜４０を構成する非磁性層４４は、優れた耐食性を示し、かつ高導電性を示すＣｕＡｕにより形成されているものとする。
非磁性層４４は、Ｃｕ、Ａｕの組成比を、それぞれ（１００−ａ）、ａ（ａは、原子％を表す。）としたとき、組成範囲は、５≦ａ＜２５とする。
【００５３】
スピンバルブ膜４０について、非磁性層４４の材料組成を変化させて各種サンプルを作製し、これら各サンプルについて、高温高湿度条件下において耐食性試験を行った。耐食性試験前後におけるサンプルの電気抵抗変化、腐食試験前後における磁気ヘッドの磁気抵抗効果、及び表面観察によって耐食性試験評価を行った。評価結果を下記表１に示す。
なお、下記表１においては、○は耐食性試験前後で磁気抵抗効果を示し、スピンバルブ膜の電気抵抗に変化が生じず、表面に腐食が確認されなかった場合を示し、△は耐食性試験前後で磁気抵抗効果を示したが、僅かにスピンバルブ膜の電気抵抗が変化した場合を示し、▲は耐食性試験前後で磁気抵抗効果、スピンバルブ膜の電気抵抗が変化した場合を示し、×は耐食性試験前後で磁気抵抗効果が見られず、スピンバルブ膜の電気抵抗が著しく変化した場合を示す。
【００５４】
【表１】
2004362707.tif 000003
【００５５】
上述した耐食性試験前後における磁気抵抗効果と、スピンバルブ膜の電気抵抗変化の結果によれば、ＣｕＡｕの組成において、Ａｕが５％以上添加することにより、実用上充分な耐食性が得られることが分かった。
【００５６】
さらにＡｕの添加量を１０％以上とすることにより、スピンバルブ膜表面の腐食の発生が確認されず、耐食性試験前後において磁気抵抗効果を示すことができ、スピンバルブ膜の電気抵抗変化を抑制できた。
【００５７】
一方、Ａｕの添加量を５％未満とすると、スピンバルブ膜の表面に腐食が発生してしまい、耐食性試験後において実用上充分な磁気抵抗効果が得られなくなり、スピンバルブ膜の電気抵抗が急激に変化してしまうことが分かった。
【００５８】
上述したことから、スピンバルブ膜４０を構成する非磁性層をＣｕＡｕ合金により形成する場合、Ａｕの添加量は５原子％以上、さらには、Ａｕの添加量は１０％以上とすることが好適である。これにより、ＧＭＲヘッドではスピンバルブ膜の腐食の発生が回避され、高い磁気抵抗変化率が維持される。
【００５９】
次に、スピンバルブ膜の非磁性層４４であるＣｕＡｕ合金の組成を変化させた場合の、磁気抵抗変化率〔％〕の変化を図８に示す。
図８に示すように、Ａｕの添加量を低減化した方が磁気抵抗変化率が高くなるという傾向がある。
【００６０】
ここで、スピンバルブ膜の非磁性層４４であるＣｕＡｕ合金の組成を変化させた磁気ヘッドの各種サンプルを作製し、これらサンプルの磁気抵抗変化率、及び磁気ヘッドの再生出力を測定した。
これらの測定結果を下記表２に示す。なお表２においては、磁気ヘッドの出力はＲＨカーブ測定器により測定したものとし、Ｃｕ＝１００％（Ａｕ＝０％）の磁気ヘッドの出力を基準値（０ｄＢ）とし、これとの相対値で表した。
【００６１】
【表２】
2004362707.tif 000004
【００６２】
上記表２に示すように、Ａｕの添加量を２５％未満に選定することにより、磁気ヘッドの出力の低下を、リファレンス磁気ヘッド（Ａｕ＝０％）に対して４ｄＢ以内に抑制することができ、実用上充分な出力が得られることが分かった。
【００６３】
上述したように、耐食性の向上を図ることと、高い磁気抵抗変化率を得ることを両立させるためには、Ｃｕ、Ａｕの組成比を、それぞれ（１００−ａ）、ａ（但しａは、原子％を表す。）としたとき、その組成範囲は、５≦ａ＜２５とすることが好ましい。
これによりＧＭＲヘッド２０の媒体摺動面２０ａに保護膜を形成しない場合においても、非磁性層４４の腐食の発生を防ぎ、優れた耐食性と優れた磁気抵抗効果の両立が図られる。
【００６４】
なお非磁性層４４には、Ａｌ、Ｔａ、Ｉｎ、Ｂ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｉｒ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｒｕから選ばれる少なくとも一種または二種以上の元素が添加されていてもよい。
【００６５】
次に、スピンバルブ膜４０を構成する磁化固定層４３及び磁化自由層４５について説明する。
磁化固定層４３及び磁化自由層４５は、優れた耐食性を示し、かつ良好な軟磁気特性を示すＮｉＦｅ又はＣｏＮｉＦｅを適用する。これらはどちらか一方でもよく、組み合せてもよい。また、磁化固定層４３及び磁化自由層４５は、これらの合金を積層した積層構造、もしくはこれらの合金と、例えばＲｕ等からなる非磁性膜とを交互に積層した積層フェリ構造としてもよい。
【００６６】
磁化固定層４３及び磁化自由層４５に関して、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅの組成比を変化させたＮｉＦｅ、又はＣｏＮｉＦｅのサンプルを作製し、各サンプルについて、高温高湿条件下において耐食性試験を行い、試験後に表面観察を行い、腐食の発生の有無について調べた。
【００６７】
図９に、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅの組成比を変化させた際の腐食試験の評価結果を示す。なお図９中、○は表面に腐食の発生がなく、電気抵抗が変化しなかった場合を示し、●は表面に腐食が発生し、電気抵抗が変化した場合を示す。
【００６８】
また、■は保磁力Ｈｃが１０Ｏｅ（７９６Ａ／ｍ）よりも高くなる場合を示し、▲は、ｂｃｃ相（体心立方構造）となる場合を示す。なお、Ｈｃ＞１０Ｏｅとなる場合は保磁力の増加によって磁気抵抗効果が劣化する。
また、ＮｉＦｅ又はＣｏＮｉＦｅは、共にｆｃｃ相（面心立方構造）である方が磁気抵抗効果は高くなる。一方、他の結晶構造となる場合には、界面での格子の不整合が生じ、磁気抵抗効果が劣化する。また、ｆｃｃ相とｂｃｃ相とが混在する場合も、界面での格子の不整合が生じ、磁気抵抗効果が劣化する。
【００６９】
図９に示すように、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅに対して、Ｃｏの含有量が８０原子％よりも大きく、Ｎｉの含有量が１０原子％よりも小さいと、磁化固定層４３及び磁化自由層４５に腐食が発生しやすくなることがわかった。また、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅに対して、Ｎｉの含有量が９５原子％よりも大きくなり、Ｆｅの含有量が５原子％よりも小さくなると、磁化固定層４３及び磁化自由層４５の保磁力Ｈｃが大きくなり、磁気抵抗効果が劣化することがわかった。
また、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅに対して、Ｆｅの含有量が５５原子％よりも大きくなると、磁化固定層４３及び磁化自由層４５に腐食が発生しやすくなることがわかった。
【００７０】
上述したことから非磁性層をＣｕＡｕにより形成することとし、磁化固定層４３及び磁化自由層４５をＦｅＮｉ又はＣｏＮｉＦｅにより形成する場合には、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅの組成比を、それぞれｂ、ｃ、ｄ（ｂ、ｃ、ｄは、それぞれ原子％を表す。）としたときに、その組成範囲が、０≦ｂ≦８０、１０≦ｃ≦９５、５≦ｄ≦５５（ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００原子％）とすることが好適である。
【００７１】
すなわち、磁化固定層４３及び磁化自由層４５においては、図１０に示すように、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅの組成比が、点Ａ（Ｃｏ＝０原子％、Ｎｉ＝９５原子％、Ｆｅ＝５原子％）、点Ｂ（Ｃｏ＝０原子％、Ｎｉ＝４５原子％、Ｆｅ＝５５原子％）、点Ｃ（Ｃｏ＝５０原子％、Ｎｉ＝１０原子％、Ｆｅ＝４０原子％）、点Ｄ（Ｃｏ＝８０原子％、Ｎｉ＝１０原子％、Ｆｅ＝１０原子％）、点Ｅ（Ｃｏ＝８０原子％、Ｎｉ＝１５原子％、Ｆｅ＝５原子％）の５点で囲まれた実線の範囲内にあることが好ましい。
【００７２】
上述したように、磁気抵抗効果型磁気ヘッドのスピンバルブ膜を構成する磁化固定層４３及び磁化自由層４５に関して、具体的に材料の組成比を特定することによって、優れた磁気抵抗効果を確保しつつ、耐食性の向上が図られる。
【００７３】
さらには、磁化固定層４３及び磁化自由層４５において、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅの組成範囲が、１０≦ｂ≦８０、１０≦ｃ≦８５、５≦ｄ≦４０となる、すなわちＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅの組成比が、図１０中の点Ｆ（Ｃｏ＝１０原子％、Ｎｉ＝８５原子％、Ｆｅ＝５原子％）、点Ｇ（Ｃｏ＝１０原子％、Ｎｉ＝５０原子％、Ｆｅ＝４０原子％）、点Ｃ（Ｃｏ＝５０原子％、Ｎｉ＝１０原子％、Ｆｅ＝４０原子％）、点、点Ｄ（Ｃｏ＝８０原子％、Ｎｉ＝１０原子％、Ｆｅ＝１０原子％）、点Ｅ（Ｃｏ＝８０原子％、Ｎｉ＝１５原子％、Ｆｅ＝５原子％）の５点で囲まれた破線の範囲内にあることが望ましい。
【００７４】
これにより、磁化固定層４３及び磁化自由層４５が優れた耐食性を示し、かつ高い磁気抵抗変化率を維持することが可能であると共に、特にＣｏの割合が増すことによって磁気抵抗変化率を高めることが可能となる。
【００７５】
なお、上述したスピンバルブ膜４０においては、磁化固定層４３及び磁化自由層４５は、上述した組成比を有するＮｉＦｅまたはＣｏＮｉＦｅに、Ａｕ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｐｄから選ばれる少なくとも一種または二種以上の元素が添加されていてもよい。
【００７６】
上述したスピンバルブ膜４０においては，磁化固定層４３及び磁化自由層４５にＮｉＦｅあるいはＣｏＮｉＦｅ以外に耐食性に優れたＣｏ系アモルファス、微結晶合金と組み合わせてもよい。具体的にはＣｏＮｂＺｒ、ＣｏＮｂＺｒＴａ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＺｒ等が挙げられる。
【００７７】
また、上述した組成比を有するＮｉＦｅ、又はＣｏＮｉＦｅである磁化固定層４３及び磁化自由層４５は、スピンバブル４０においてそれぞれ異なっていてもよく、複数の組合せによって構成されていてもよい。
【００７８】
上述したような条件を満足するスピンバルブ膜４０として、具体的には、例えば下地層４１となるＴａと、磁化自由層４５となるＮｉ８０Ｆｅ２０及びＣｏ６０Ｎｉ２０Ｆｅ２０と、非磁性層４４となるＣｕ８０Ａｕ２０と、磁化固定層４３となるＣｏ６０Ｎｉ２０Ｆｅ２０と、反強磁性層４２となるＰｔＭｎと、保護層４６となるＴａとが順次積層されてなる構成としたところ、優れた耐食性を示し、磁気テープと摺動される媒体摺動面２０ａに保護膜を形成しない場合であっても、高温高湿下や海水雰囲気中等の厳しい使用条件下においても腐食の発生を効果的に防止することができ、磁気テープ２に対する適切な再生動作を行うことが可能であることが確認できた。
特に、ヘリカルスキャン方式を用いた磁気記録再生装置において、上述したようなＧＭＲヘッドを再生用磁気ヘッド１２ａ、１２ｂとして適用したところ、優れた耐食性を得ることができた。
【００７９】
なお、本発明においては、上述したような構成のＧＭＲヘッドに限定されず、例えばＧＭＲヘッド上に、電磁誘導を利用したインダクティブ型磁気ヘッドが積層されてなる複合型磁気ヘッドにも適用可能である。
また、本発明は、絶縁層を介して一対の磁性層を積層し、一方の磁性層から他方の磁性層に流れるトンネル電流のコンダクタンスが一対の磁性層の磁化の相対角度に依存して変化する磁気トンネル接合素子を備える磁気トンネル効果型磁気ヘッドにも適用可能である。
【００８０】
【発明の効果】
本発明によれば、スピンバルブ膜の非磁性層がＣｕＡｕからなるものとし、磁化固定層及び磁化自由層がＮｉＦｅあるいはＣｏＮｉＦｅにより構成されてなるものとし、かつそれらの材料組成を規定したことにより、耐食性の向上と、高い磁気抵抗変化率を得ることの両立が図られ、ＧＭＲヘッドの媒体摺動面に保護膜を形成しない場合においても、非磁性層４４の腐食の発生を防止でき、長時間使用においても高い磁気抵抗効果を維持できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁気テープ用の記録再生装置の概略平面図を示す。
【図２】記録再生装置を構成するヘッドドラムの概略斜視図を示す。
【図３】本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの概略斜視図を示す。
【図４】ＧＭＲヘッドを媒体摺接面側から見た端面図を示す。
【図５】ボトム型のスピンバルブ膜の概略断面図を示す。
【図６】トップ型のスピンバルブ膜の概略断面図を示す。
【図７】デュアル型のスピンバルブ膜の概略断面図を示す。
【図８】非磁性層の組成と、磁気抵抗変化率との関係を示す。
【図９】磁化固定層及び磁化自由層に関して、組成比を変化させた場合の腐食試験結果を示す。
【図１０】磁化固定層及び磁化自由層に関して、腐食を効果的に防止する好適な組成比の範囲を示す。
【符号の説明】
１……磁気テープ装置、２……磁気テープ、３……供給リール、４……巻取リール、５ａ〜５ｆ……ガイドローラ、５ｇ……ピンチローラ、６……キャップスタン、６ａ……キャップスタンモータ、７……ヘッドドラム、８……駆動モータ、９……回転ドラム、１０……固定ドラム、１１ａ，１１ｂ……記録用磁気ヘッド、１２ａ，１２ｂ……再生用磁気ヘッド、２０……ＧＭＲヘッド、２１……第１のコア部材、２２……保護膜、２３……第２のコア部材、２４，２５……磁気シールド層、２６……ギャップ層、２７……ＧＭＲ素子、２８ａ，２８ｂ……永久磁石膜、２９ａ，２９ｂ……低抵抗化膜、３０ａ，３０ｂ……導体部、３１ａ，３１ｂ……外部接続用端子、４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ……スピンバルブ膜、４１……下地層、４２……反強磁性層、４３……磁化固定層、４４……非磁性層、４５……磁化自由層、４６……保護層
【図１】
2004362707.tif 000005
【図２】
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【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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【図８】
2004362707.tif 000012
【図９】
2004362707.tif 000013
【図１０】
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