(57)【要約】【課題】  耐食性の向上と高抵抗化とを図り、直接摺動する高密度記録化された磁気記録媒体への対応を可能とする。【解決手段】  反強磁性層２７と磁化固定層２８と磁化自由層３０と非磁性層２９とを積層したスピンバルブ膜２６を有し、各層に対して積層方向のセンス電流を通電するＣＰＰ型ＧＭＲ素子であり、非磁性層２９が組成比（１００−ａ）、ａで組成範囲、２５≦ａ≦１００のＣｕＡｕ合金で形成され、磁化固定層２８と磁化自由層が３０が組成比ｂ、ｃ、ｄ、組成範囲が０≦ｂ≦７５、１５≦ｃ≦９５、５≦ｄ≦４０、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００原子％であるＣｏＮｉＦｅ合金或いはＮｉＦｅ合金により形成される。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、反強磁性層と、この反強磁性層との間で作用する交換結合磁界により磁化方向が固定される磁化固定層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層と、この磁化自由層と上記磁化固定層との間に設けられる非磁性層とを積層したスピンバルブ膜を有し、上記各層に対して積層方向のセンス電流を通電する面垂直通電型の巨大磁気抵抗効果素子であり、
上記非磁性層が、ＣｕとＡｕの組成比を（１００−ａ）、ａ（ただし、ａは原子％を示す。）としたときに、組成範囲が２５≦ａ≦１００であるＣｕＡｕ合金により形成され、
上記磁化固定層及び上記磁化自由層が、ＣｏとＮｉとＦｅの組成比をそれぞれｂ、ｃ、ｄ（ただし、ｂ、ｃ、ｄは原子％を示す。）としたときに、組成範囲が０≦ｂ≦７５、１５≦ｃ≦９５、５≦ｄ≦４０、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００原子％であるＣｏＮｉＦｅ合金或いはＮｉＦｅ合金によって形成され
ることを特徴とする巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
第１磁気シールドと第２磁気シールドとの間にギャップ層を介して巨大磁気抵抗効果素子を設けてなる磁気抵抗効果型磁気ヘッドであり、
上記巨大磁気抵抗効果素子が、少なくとも、反強磁性層と、この反強磁性層との間で作用する交換結合磁界により磁化方向が固定される磁化固定層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層と、この磁化自由層と上記磁化固定層との間に設けられる非磁性層とを積層したスピンバルブ膜を有し、このスピンバルブ膜の上層と下層とに積層形成した第１電極層と第２電極層との間で積層方向のセンス電流を通電する面垂直通電型の巨大磁気抵抗効果素子であり、
上記非磁性層が、ＣｕとＡｕの組成比を（１００−ａ）、ａ（ただし、ａは原子％を示す。）としたときに、組成範囲が２５≦ａ≦１００であるＣｕＡｕ合金により形成され、
上記磁化固定層及び上記磁化自由層が、ＣｏとＮｉとＦｅの組成比をそれぞれｂ、ｃ、ｄ（ただし、ｂ、ｃ、ｄは原子％を示す。）としたときに、組成範囲が０≦ｂ≦７５、１５≦ｃ≦９５、５≦ｄ≦４０、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００原子％であるＣｏＮｉＦｅ合金或いはＮｉＦｅ合金によって形成され
ることを特徴とする巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項３】
第１磁気シールドと第２磁気シールドとの間にギャップ層を介して巨大磁気抵抗効果素子を設けてなる巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドを備え、この巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドによって磁気記録媒体に記録された磁気記録信号を再生する磁気記録再生装置であり、
上記巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドの上記巨大磁気抵抗効果素子が、少なくとも、反強磁性層と、この反強磁性層との間で作用する交換結合磁界により磁化方向が固定される磁化固定層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層と、この磁化自由層と上記磁化固定層との間に設けられる非磁性層とを積層したスピンバルブ膜を有し、このスピンバルブ膜の上層と下層とに積層形成した第１電極層と第２電極層との間で積層方向のセンス電流を通電する面垂直通電型の巨大磁気抵抗効果素子であり、
上記非磁性層が、ＣｕとＡｕの組成比を（１００−ａ）、ａ（ただし、ａは原子％を示す。）としたときに、組成範囲が２５≦ａ≦１００であるＣｕＡｕ合金により形成され、
上記磁化固定層及び上記磁化自由層が、ＣｏとＮｉとＦｅの組成比をそれぞれｂ、ｃ、ｄ（ただし、ｂ、ｃ、ｄは原子％を示す。）としたときに、組成範囲が０≦ｂ≦７５、１５≦ｃ≦９５、５≦ｄ≦４０、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００原子％であるＣｏＮｉＦｅ合金或いはＮｉＦｅ合金によって形成され
ることを特徴とする磁気記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非磁性層を一対の磁性層に挟んだスピンバルブ膜を有し、このスピンバルブ膜に対して垂直方向のセンス電流を通電するいわゆる面垂直通電構成の巨大磁気抵抗効果素子、この巨大磁気抵抗効果素子を備えて磁気記録媒体に記録された磁気記録信号を再生する巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッド及びこの巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドを備えて磁気記録媒体に記録された磁気記録信号を再生する磁気記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果素子は、外部磁界の大きさや向きによって抵抗値が変化する、いわゆる磁気抵抗効果（ＭＲ効果）を利用して磁気信号を検出する機能を有している。従来の磁気抵抗効果素子としては、抵抗が、素子の磁化方向と素子中を流れるセンス電流の通電方向とのなす角度の余弦の二乗に比例して変化する異方性磁気抵抗効果を利用するものが用いられていた。かかる異方性磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗変化率（ＭＲ比）が小さく、高出力特性や高感度特性等の要求を実現し得ないといった問題があった。
【０００３】
磁気抵抗効果素子においては、高出力特性或いは高感度特性を有するものとして、例えば特許文献１や非特許文献１に開示される非磁性層が一対の磁性層間に挟まれて積層されてなるスピンバルブ膜を有して巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果。GMR:Giant Magneto Resistance）を利用する素子（以下、ＧＭＲ素子と称する。）も提供されている。ＧＭＲ素子は、センス電流の流れている素子の抵抗変化が、非磁性層間での伝導電子のスピン依存性と異層界面でのスピン依存性散乱により発生する磁気抵抗効果を利用する。ＧＭＲ素子は、異方性磁気抵抗効果素子と比較して抵抗変化量が大きいことから、高出力特性或いは高感度特性が得られる。
【０００４】
ＧＭＲ素子は、具体的には、スピンバルブ膜が、反強磁性層と、この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て構成されている。ＧＭＲ素子は、外部磁界が印加されることにより、そ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。ＧＭＲ素子は、磁化自由層の磁化方向が磁化固定層の磁化方向と逆方向（反平行）となるとき、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。また、ＧＭＲ素子は、磁化自由層の磁化方向が磁化固定層の磁化方向と同一方向（平行）となるとき、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。
【０００５】
したがって、かかるＧＭＲ素子を備えた巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッド（以下、ＧＭＲ磁気ヘッドと称する。）は、ＧＭＲ素子に一定量のセンス電流を供給すると、磁気記録媒体に記録された磁気記録信号に基づいてこのＧＭＲ素子を流れるセンス電流の電圧値が変化し、この電圧変化を検出して磁気記録信号を再生する。特許文献１には、ＧＭＲ磁気ヘッドをサスペンションの先端部に取り付けたヘッドスライダに搭載したハードディスクドライブの適用例が開示されている。ハードディスクドライブは、磁気ディスクの回転に伴う空気流によりヘッドスライダに浮力が生じ、磁気ディスクの信号記録面に対してＧＭＲ磁気ヘッドが微小の対向間隔を保持されて記録された磁気記録信号を再生する。
【０００６】
ところで、ＧＭＲ磁気ヘッドにおいては、従来センス電流の通電方向をＧＭＲ素子の面内方向とするいわゆるＣＩＰ（Current In-Plane）構成が採用されていた。ＣＩＰ型ＧＭＲ磁気ヘッドは、通電構造が簡易であり、記録密度が５０Ｇｂ／ｉｎｃｈ２程度までの磁気記録媒体からの磁気記録信号の再生を可能とする。しかしながら、かかるＣＩＰ型ＧＭＲ磁気ヘッドであっても、１００Ｇｂ／ｉｎｃｈ２程度の記録密度、０．１μｍ程度のトラック幅が要求される高記録密度化が図られるようになると、最新のドライプロセスを利用するパターニング技術を用いてもＧＭＲ素子を製作することが困難となる。ＣＩＰ型ＧＭＲ磁気ヘッドは、素子の低抵抗化の必要性から、電流通路の断面積を大きくする必要があるためにトラック幅の狭小化にも限界がある。
【０００７】
ＧＭＲ磁気ヘッドにおいては、上述したＣＩＰ型ＧＭＲ素子の問題を解決するために、例えば特許文献２や特許文献３に開示されるＧＭＲ素子の膜面に対してセンス電流を垂直方向に通電する面垂直通電型、いわゆるＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）型ＧＭＲ素子を搭載することも検討されている。ＣＰＰ型ＧＭＲ素子は、センス電流が絶縁層に形成される微細なピンホールの働きで絶縁層内を電子の移動が実現されることによりピンホールに電流が集中し、電流の通過断面が縮小される場合と同様に磁化自由層の磁化方向の反転に応じて大きな抵抗値が得られるようになる原理を利用したものである。
【０００８】
ＣＰＰ型ＧＭＲ素子は、ＣＩＰ型ＧＭＲ素子にそのまま置き換えて用いてもセンス電流の通電方向が変えられたことによって充分な感度を得ることができない。特許文献３のＣＰＰ型ＧＭＲ素子においては、各層間にセンス電流の通路を横切る微細通電領域を分散形成してなる通電規制層を配置することによって素子の高抵抗化を図っている。
【０００９】
ところで、ＧＭＲ磁気ヘッドは、上述したハードディスクドライブばかりでなく、例えばテープストリーマ等のヘリカルスキャン方式を採用した磁気テープ装置や高密度型フロッピー（登録商標）ディスクドライブ装置等（以下、磁気テープ装置と総称する。）のように、ヘッド面が磁気記録媒体の信号記録面を直接摺動して磁気記録信号を再生する磁気ヘッド装置にもその搭載が検討されている。ヘリカルスキャン方式の磁気ヘッド装置は、磁気ヘッドを搭載したヘッドドラムを備え、このヘッドドラムの外周部を磁気テープが約１８０°の巻き付け角度を以ってヘリカル状に巻き付けられて走行する。磁気ヘッド装置は、ヘッドドラムが、装置固定部に対してやや斜めに傾斜した状態で設けられており、固定ドラムと回転ドラムとに分割されている。
【００１０】
磁気ヘッド装置は、磁気テープの下端縁が突き合わされるリードガイドが形成された固定ドラムに対して回転ドラムが回転自在に組み合わされ、その外周部を磁気テープが走行する。磁気ヘッド装置には、回転ドラムの外周部に磁気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スマ角に応じてやや斜めに傾斜した状態で搭載されている。磁気ヘッド装置は、磁気ヘッドによってヘッドドラムの外周部を走行する磁気テープに対して信号等の記録・再生を行う。
【００１１】
磁気テープ装置は、一般に磁気ヘッドのヘッド面に対して磁気テープが摺擦して走行するように構成されており、スペーシング性の向上を図るために磁気テープの表面を鏡面に仕上げている。磁気テープ装置は、かかる磁気テープがヘッドドラムの外周部を大きな接触面積を以って走行することによって大きな摩擦力が生じ、場合によっては磁気テープがヘッドドラムの外周部に貼り付いてスムーズな走行が行われないといった事態を生じさせることもある。
【００１２】
磁気テープ装置においては、このために磁気テープの表面に酸化シリコン（ＳｉＯ２）フィラーや有機フィラー等からなる微小突起を形成し、この微小突起によってヘッドドラムの外周部との接触面積を小さくして円滑な走行が行われるようにしている。磁気テープには、記録層の傷付きや腐食等の発生を防止するために、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）膜等の保護膜層も形成されている。
【００１３】
【特許文献１】特開平８−１１１０１０号公報
【特許文献２】特開２００２−１５０５１２号公報
【特許文献３】特開２００２−３５３５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、ＧＭＲ磁気ヘッドは、ハードディスクドライブに用いられる場合には、上述したように磁気ディスクの信号記録面に対して媒体対向面（ヘッド面）が微小の対向間隔を保持される。ＧＭＲ磁気ヘッドは、一般にＧＭＲ素子のスピンバルブ膜を構成する非磁性層にＣｕが用いられており、このＣｕの腐食を防止するためにヘッド面にＤＬＣ膜等の保護膜が成膜形成されている。
【００１５】
ハードディスクドライブは、一般に良好な環境条件下に設置され、密閉状態を保持したパッケージングの内部においてＧＭＲ磁気ヘッドによるハードディスクからの磁気記録信号の再生動作が行われる。さらに、ハードディスクドライブにおいては、特に保護膜等の劣化や磨耗が発生しないためＧＭＲ素子のスピンバルブ膜を構成する各層に腐食が発生することはほとんど無く、高精度の特性が安定して保持される。なお、特許文献１には、耐食性の向上を図ったＧＭＲ磁気ヘッドが開示されている。
【００１６】
一方、磁気テープ装置は、例えば民生用や業務用のカムコーダ、テープストリーマ或いはアーカイバルテープシステム等に採用されるが、特にカムコーダの場合には屋外、屋内を問わず、極端な場合には海水雰囲気等の極めて劣悪な環境下においても使用される。したがって、磁気テープ装置においては、カムコーダ等については、高温高湿環境或いは劣悪な環境下においても優れた耐食性を有して高磁気抵抗変化率が維持されるＧＭＲ磁気ヘッドが必要とされる。
【００１７】
また、磁気テープ装置は、テープストリーマやアーカイバルテープシステムであれば、一般にオフィス等のある程度の良好な環境条件下で用いられることからＧＭＲ磁気ヘッドが一般的な範囲での耐食性を有していればよい。しかしながら、かかる磁気テープ装置でも、テープカートリッジやディスクカートリッジを交換等する場合に、記録再生部に配置したＧＭＲ磁気ヘッドが直接外部にさらされた状態となることで、ハードディスクドライブと比較して外部環境の影響を受けやすい。したがって、かかる磁気テープ装置においても、耐食性に優れたＧＭＲ磁気ヘッドを必要とする。
【００１８】
ＧＭＲ磁気ヘッドは、耐食性の向上を図るためにヘッド面に保護膜を形成する対応が図られるが、磁気テープがヘッド面を摺擦しながら走行する磁気テープ装置に用いられる場合には充分な耐食性を保持することが困難である。ＧＭＲ磁気ヘッドは、上述したように表面に微小突起や保護膜が形成された磁気テープがヘッド面を摺擦しながら走行することにより、ヘッド面に形成した保護膜が削られてしまう。また、ＧＭＲ磁気ヘッドは、ヘッド面に保護膜を形成した場合に、磁気テープの信号記録面とのスペーシング性が低下し、短波長記録再生特性が劣化するといった問題もある。
【００１９】
磁気テープ装置においては、ＣＰＰ型ＧＭＲ磁気ヘッドを用いることによって１００Ｇｂ／ｉｎｃｈ２程度の記録密度、０．１μｍ程度のトラック幅を実現して高密度記録化、高出力特性化或いは高感度特性化が図られるようになる。しかしながら、ＣＰＰ型ＧＭＲ磁気ヘッドは、上述したようにＣＩＰ型ＧＭＲ磁気ヘッド素子と比較してｎｍオーダの膜厚によって成膜されるスピンバルブ膜の多層化が必要であり、また各層に生じる腐食によってスピンバルブ膜の電気抵抗が大きく変化し、特性が大幅に劣化する。
【００２０】
したがって、本発明は、耐食性の向上と高抵抗化とが図られて狭トラック化による高密度記録化に対応することを可能とする面垂直通電型の巨大磁気抵抗効果素子、この巨大磁気抵抗効果素子を搭載して磁気記録媒体の信号記録面をヘッド面が直接摺擦して記録された磁気記録信号を再生する面垂直通電型の巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッド並びにこの巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドを搭載する磁気記録再生装置を提供することを目的に提案されたものである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上述した目的を達成する本発明にかかる巨大磁気抵抗効果素子は、少なくとも、反強磁性層と、この反強磁性層との間で作用する交換結合磁界により磁化方向が固定される磁化固定層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層と、この磁化自由層と磁化固定層との間に設けられる非磁性層とを積層したスピンバルブ膜を有し、各層に対して積層方向のセンス電流が通電される。巨大磁気抵抗効果素子は、非磁性層がＣｕとＡｕの組成比を（１００−ａ）、ａ（ただし、ａは原子％を示す。）としたときに組成範囲が２５≦ａ≦１００であるＣｕＡｕ合金により形成され、磁化固定層及び磁化自由層がＣｏとＮｉとＦｅの組成比をそれぞれｂ、ｃ、ｄ（ただし、ｂ、ｃ、ｄは原子％を示す。）としたときに組成範囲が０≦ｂ≦７５、１５≦ｃ≦９５、５≦ｄ≦４０、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００原子％であるＣｏＮｉＦｅ合金或いはＮｉＦｅ合金によって形成される。
【００２２】
以上のように構成された本発明にかかる巨大磁気抵抗効果素子においては、外部磁界が印加されていない状態で、磁化固定層からのバイアス磁界により磁化自由層の磁化方向が外部磁界の方向と交差する方向に設定され、スピンバルブ膜の層方向に対してセンス電流が通電される。巨大磁気抵抗効果素子においては、外部磁界の印加により磁化自由層の磁化方向が反転し、スピンバルブ膜内に磁気抵抗変化が生じる。巨大磁気抵抗効果素子においては、非磁性層や磁化固定層及び磁化自由層を合金により形成したスピンバルブ膜が高抵抗値化されており、磁化自由層の磁化方向の反転に応じてセンス電流に大きな抵抗変化が生じる高磁気抵抗変化率特性を得る。巨大磁気抵抗効果素子においては、狭トラック化による高密度記録化が図られた磁気記録媒体から磁気記録信号を高感度かつ高出力で検出する。
【００２３】
巨大磁気抵抗効果素子においては、非磁性層をＣｕＡｕ合金によって形成することにより耐食性の向上が図られ、表面に保護膜の形成を不要とする。したがって、巨大磁気抵抗効果素子においては、磁気記録媒体の信号記録面を直接摺擦する磁気記録再生ヘッドに適用しても高磁気抵抗変化率特性が長期間に亘っても保持される。
【００２４】
また、上述した目的を達成する本発明にかかる巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、第１磁気シールドと第２磁気シールドとの間に、ギャップ層を介して巨大磁気抵抗効果素子を設けてなる。磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、巨大磁気抵抗効果素子が、少なくとも、反強磁性層と、この反強磁性層との間で作用する交換結合磁界により磁化方向が固定される磁化固定層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層と、この磁化自由層と磁化固定層との間に設けられる非磁性層とを積層したスピンバルブ膜を有し、このスピンバルブ膜の上層と下層とに積層形成した第１電極層と第２電極層との間で積層方向のセンス電流を通電する面垂直通電型の巨大磁気抵抗効果素子によって構成される。磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、巨大磁気抵抗効果素子の非磁性層がＣｕとＡｕの組成比を（１００−ａ）、ａ（ただし、ａは原子％を示す。）としたときに組成範囲が２５≦ａ≦１００であるＣｕＡｕ合金により形成され、磁化固定層及び磁化自由層がＣｏとＮｉとＦｅの組成比をそれぞれｂ、ｃ、ｄ（ただし、ｂ、ｃ、ｄは原子％を示す。）としたときに組成範囲が０≦ｂ≦７５、１５≦ｃ≦９５、５≦ｄ≦４０、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００原子％であるＣｏＮｉＦｅ合金或いはＮｉＦｅ合金により形成される。
【００２５】
以上のように構成された本発明にかかる巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいては、外部磁界が印加されていない状態で、巨大磁気抵抗効果素子が、磁化固定層からのバイアス磁界により磁化自由層の磁化方向を外部磁界の方向と交差する方向に設定され、スピンバルブ膜の層方向に対してセンス電流が通電される。巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいては、外部磁界の印加により巨大磁気抵抗効果素子内において、磁化自由層の磁化方向が反転してスピンバルブ膜内に磁気抵抗変化が生じる。巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいては、巨大磁気抵抗効果素子が非磁性層や磁化固定層及び磁化自由層を合金により形成したことによりスピンバルブ膜が高抵抗値化されており、磁化自由層の磁化方向の反転に応じてセンス電流に大きな抵抗変化が生じる高磁気抵抗変化率特性を得る。巨大磁気抵抗効果型ヘッドにおいては、狭トラック化による高密度記録化が図られた磁気記録媒体から磁気記録信号を高感度かつ高出力で検出する。
【００２６】
巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいては、巨大磁気抵抗効果素子が非磁性層をＣｕＡｕ合金によって形成することにより耐食性の向上が図られており、表面に保護膜を形成することが不要とされる。したがって、巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいては、磁気記録媒体の信号記録面を直接摺擦する磁気記録再生ヘッドに適用しても高磁気抵抗変化率特性が長期間に亘っても保持される。
【００２７】
さらに、上述した目的を達成する本発明にかかる磁気記録再生装置は、第１磁気シールドと第２磁気シールドとの間にギャップ層を介して巨大磁気抵抗効果素子を設けてなる巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドを備え、この巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドによって磁気記録媒体に記録された磁気記録信号を再生する。磁気記録再生装置は、巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドに設けた巨大磁気抵抗効果素子が、少なくとも、反強磁性層と、この反強磁性層との間で作用する交換結合磁界により磁化方向が固定される磁化固定層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層と、この磁化自由層と磁化固定層との間に設けられる非磁性層とを積層したスピンバルブ膜を有し、このスピンバルブ膜の上層と下層とに積層形成した第１電極層と第２電極層との間で積層方向のセンス電流を通電する面垂直通電型の巨大磁気抵抗効果素子によって構成される。磁気記録再生装置は、巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドに設けた巨大磁気抵抗効果素子の非磁性層がＣｕとＡｕの組成比を（１００−ａ）、ａ（ただし、ａは原子％を示す。）としたときに組成範囲が２５≦ａ≦１００であるＣｕＡｕ合金により形成され、磁化固定層及び磁化自由層がＣｏとＮｉとＦｅの組成比をそれぞれｂ、ｃ、ｄ（ただし、ｂ、ｃ、ｄは原子％を示す。）としたときに組成範囲が０≦ｂ≦７５、１５≦ｃ≦９５、５≦ｄ≦４０、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００原子％であるＣｏＮｉＦｅ合金或いはＮｉＦｅ合金により形成される。
【００２８】
以上のように構成された本発明にかかる磁気記録再生装置においては、外部磁界が印加されていない状態で、巨大磁気抵抗効果素子が、磁化固定層からのバイアス磁界により磁化自由層の磁化方向を外部磁界の方向と交差する方向に設定されるとともに、スピンバルブ膜の層方向に対してセンス電流を通電する。磁気記録再生装置においては、磁気記録媒体に記録された磁気記録信号を検出する巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、磁気記録信号に基づく外部磁界が巨大磁気抵抗効果素子に印加される。磁気記録再生装置においては、巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドが磁気記録信号に基づいて、巨大磁気抵抗効果素子内において磁化自由層の磁化方向が反転してスピンバルブ膜内に磁気抵抗変化を生じさせる。磁気記録再生装置においては、巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドに設けた巨大磁気抵抗効果素子の非磁性層や磁化固定層及び磁化自由層を合金により形成したことによってスピンバルブ膜が高抵抗値化されている。磁気記録再生装置においては、巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドが、巨大磁気抵抗効果素子の磁化自由層が磁化方向の反転に応じてセンス電流に大きな抵抗変化が生じることで、高磁気抵抗変化率特性を有している。磁気記録再生装置においては、巨大磁気抵抗効果型ヘッドによって、狭トラック化による高密度記録化が図られた磁気記録媒体から磁気記録信号を高感度かつ高出力で再生する。
【００２９】
磁気記録再生装置においては、巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドの巨大磁気抵抗効果素子が非磁性層をＣｕＡｕ合金によって形成することにより耐食性の向上が図られており、巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドの表面に保護膜を形成することが不要とされている。したがって、磁気記録再生装置においては、巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドが狭トラック化による高密度記録化を図られた磁気記録媒体に対してその信号記録面を直接摺擦して磁気記録信号を再生する方式にも適用可能であり、高磁気抵抗変化率特性が長期間に亘っても保持され、磁気記録媒体から磁気記録信号を高感度かつ高出力で再生する。
【発明の効果】
【００３０】
以上のように構成された本発明によれば、非磁性層や磁化固定層及び磁化自由層を合金によって形成することにより層内の高抵抗値化を図ったスピンバルブ膜を有することにより、磁化自由層の磁化方向の反転に応じてセンス電流に大きな抵抗変化が生じる高磁気抵抗変化率特性が得られるようになり、狭トラック化による高密度記録化が図られた磁気記録媒体から磁気記録信号を高感度かつ高出力で再生することが可能となる。また、本発明によれば、非磁性層をＣｕＡｕ合金によって形成することによって表面に保護膜を形成せずとも耐食性の向上が図られるようになり、長期間に亘って高磁気抵抗変化率特性が保持されるようになるとともに、狭トラック化による高密度記録化を図られた磁気記録媒体に対してその信号記録面を直接摺擦して磁気記録信号を再生する方式にも適用可能であり、磁気記録媒体から磁気記録信号を高感度かつ高出力で再生することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態として図面に示したについて詳細に説明する。実施の形態として示した磁気記録再生装置は、磁気テープ２に対してヘリカルスキャン方式により磁気記録信号の記録再生を行う磁気テープ装置１である。磁気テープ装置１は、装填された図示しないテープカートリッジの供給リール３から磁気テープ２を引き出して、図１に示すようにこの磁気テープ２を所定の走行路に沿って走行させて巻取リール４に巻き取るようにする。
【００３２】
磁気テープ装置１は、磁気テープ２の走行路が、磁気テープ２を掛け合わす複数個のガイドローラ５ａ〜５ｆと、磁気テープ２を挟み込むピンチローラ６及びキャプスタン７とによって構成される。磁気テープ装置１は、キャプスタンモータ８によって所定の速度で回転されるキャプスタン７によって、磁気テープ２を走行路に沿って供給リール３と巻取リール４との間を一定の走行速度で走行させる。
【００３３】
磁気テープ装置１には、ガイドローラ５ｃとガイドローラ５ｄとの間に位置して、磁気テープ２に磁気記録信号を記録し、また記録された磁気記録信号を再生するヘッドドラム９が配置されている。ヘッドドラム９は、図１及び図２に示すように図示しないベースに固定して設けられた固定ドラム１０と、駆動モータ１２によって回転駆動される回転ドラム１１とから構成される。ヘッドドラム９は、固定ドラム１０に対して回転ドラム１１が共通外周面を構成するようにして同軸上に組み合わされ、ベースに対して傾斜した状態で配置される。
【００３４】
ヘッドドラム９は、ガイドローラ５ｃ、５ｄが中心を越える両側位置まで磁気テープ２をローディングすることによって、この磁気テープ２が固定ドラム１０と回転ドラム１１との外周面に約１８０°の角度範囲で押し付けられる。ヘッドドラム９には、固定ドラム１０の外周面に回転方向に対して傾斜する段部を構成するリードガイド１０ａが形成されている。したがって、ヘッドドラム９には、磁気テープ２がリードガイド１０ａに下端縁が突き合わされることにより、約１８０°の巻き付け角度を以ってヘリカル状に巻き付けられて走行する。
【００３５】
ヘッドドラム９には、回転ドラム１１の外周部に、磁気テープ２に対して磁気記録信号を記録するための一対の第１磁気記録ヘッド１３ａ及び第２磁気記録ヘッド１３ｂと、磁気テープ２に記録された磁気記録信号を再生する一対の第１ＧＭＲ磁気ヘッド１４ａ及び第２ＧＭＲ磁気ヘッド１４ｂとが搭載されている。ヘッドドラム９は、回転ドラム１１に対して、第１磁気記録ヘッド１３ａと第２磁気記録ヘッド１３ｂとを中心対象位置に配置するとともに、第１ＧＭＲ磁気ヘッド１４ａと第２ＧＭＲ磁気ヘッド１４ｂとを中心対象位置に配置している。
【００３６】
ヘッドドラム９は、第１磁気記録ヘッド１３ａ及び第２磁気記録ヘッド１３ｂと第１ＧＭＲ磁気ヘッド１４ａ及び第２ＧＭＲ磁気ヘッド１４ｂとを、それぞれの記録ギャップと再生ギャップとが磁気テープ２の走行方向に対してアジスマ角度に応じた所定の角度を付すようにして配置してなる。ヘッドドラム９は、磁気テープ２が固定ドラム１０と回転ドラム１１との外周部に掛け合わされて図２において矢印Ａ方向へと走行するとともに、回転ドラム１１が駆動モータ１２によって矢印Ｂ方向へと回転される。ヘッドドラム９は、第１磁気記録ヘッド１３ａ及び第２磁気記録ヘッド１３ｂと第１ＧＭＲ磁気ヘッド１４ａ及び第２ＧＭＲ磁気ヘッド１４ｂとが磁気テープ２に対して摺動状態を保持されて磁気記録信号の記録動作或いは再生動作を行う。
【００３７】
ヘッドドラム９は、磁気テープ２に対して、例えば第１磁気記録ヘッド１３ａが磁気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、第２磁気記録ヘッド１３ｂが形成された記録トラックに隣接した領域に磁気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。ヘッドドラム９は、第１磁気記録ヘッド１３ａと第２磁気記録ヘッド１３ｂとが磁気テープ２に対して順次記録トラックを形成することによって、磁気記録信号を連続して記録する。
【００３８】
ヘッドドラム９は、磁気テープ２に対して、詳細を後述する例えば第１ＧＭＲ磁気ヘッド１４ａが第１磁気記録ヘッド１３ａによって形成された記録トラックから磁気記録信号に基づく信号磁界を検出し、第２ＧＭＲ磁気ヘッド１４ｂが第２磁気記録ヘッド１３ｂによって形成された記録トラックから磁気記録信号に基づく信号磁界を検出する。ヘッドドラム９は、第１ＧＭＲ磁気ヘッド１４ａと第２ＧＭＲ磁気ヘッド１４ｂとが磁気テープ２の各記録トラックから信号磁界を検出して、磁気記録信号を連続して再生する。
【００３９】
第１ＧＭＲ磁気ヘッド１４ａと第２ＧＭＲ磁気ヘッド１４ｂは、同等に形成された部材であり、図３及び図４によってＧＭＲ磁気ヘッド１４として総称して説明する。ＧＭＲ磁気ヘッド１４は、第１コア部材１５上に、例えばめっき法やスパッタ法或いは蒸着法等の成膜技術によってＧＭＲヘッド素子１６を形成し、このＧＭＲヘッド素子１６上に保護膜１７を介して第２コア部材１８を貼り付けてなる。ＧＭＲ磁気ヘッド１４は、図３に矢印Ｃで示す方向に磁気テープ２が摺動する媒体摺動面１４ｃが略円弧状の湾曲面に形成されることによりいわゆるテープ当たりが良好となるように形成されている。なお、ＧＭＲ磁気ヘッド１４は、第１コア部材１５となる基板上に同一形状となる多数個のＧＭＲ素子を形成し、これらＧＭＲ素子と対向して第１コア部材１５に保護膜１７を介して第２コア部材１８を貼り付けた後に個々に切り出することによって製作される。
【００４０】
ＧＭＲ磁気ヘッド１４は、図４に示すように第１コア部材１５上に積層形成された第１磁気シールド層１９及び第２磁気シールド層２０と、ギャップ層２１と、ＣＩＰ型ＧＭＲ素子２２と、一対の永久磁石膜２３ａ、２３ｂと、第１電極層２４及び第２電極層２５とからなる積層体によって構成される。第１磁気シールド層１９と第２磁気シールド層２０は、軟磁性材によってＧＭＲ素子２２を磁気的にシールドするに充分な幅を有してそれぞれ成膜される。第１磁気シールド層１９と第２磁気シールド層２０は、磁気テープ２に記録された磁気記録信号に基づく信号磁界から再生対象外の磁界を引き込むことによってこの再生対象外磁界がＧＭＲ磁気ヘッド１４に引き込まれないように機能することで、周波数特性や読取分解能の向上が図られるようにする。
【００４１】
ギャップ層２１は、非磁性非導電材によって形成され、第１磁気シールド層１９と第２磁気シールド層２０との間を磁気的に隔離する。ギャップ層２１は、媒体摺動面１４ｃから外部に臨み、第１磁気シールド層１９及び第２磁気シールド層２０とＧＭＲ素子２２との間隔をギャップ長とする再生ギャップを構成する。再生ギャップは、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対応して所定の角度が付されてなる。
【００４２】
ＧＭＲ素子２２は、詳細を後述する層構成のスピンバルブ膜２６を有して、外部磁界の変化に応じて素子内の電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用した感磁素子である。ＧＭＲ磁気ヘッド１４は、ＧＭＲ素子２２の長手方向の両端部に永久磁石膜２３ａ、２３ｂを成膜形成し、これらに永久磁石膜２３ａ、２３ｂによってＧＭＲ素子２２にバイアス磁界を印加して動作の安定化が図られる。ＧＭＲ磁気ヘッド１４は、永久磁石膜２３ａ、２３ｂによって挟まれたＧＭＲ素子２２の幅が再生トラック幅を構成する。
【００４３】
ＧＭＲ素子２２は、図５に示すようにスピンバルブ膜２６が、反強磁性層２７と磁化固定層２８と高抵抗非磁性層２９と磁化自由層３０との積層体からなるトップ型スピンバルブ膜２６からなり、反強磁性層２７上に第１電極層２４が形成されるとともに磁化自由層３０上に第２電極層２５が形成されている。ＧＭＲ素子２２は、同図矢印で示すように、第１電極層２４からスピンバルブ膜２６に対して各層の積層方向のセンス電流が通電される。なお、ＧＭＲ素子２２は、第２電極層２５からスピンバルブ膜２６に対して各層の積層方向にセンス電流が通電されてもよい。また、ＧＭＲ素子２２は、スピンバルブ膜２６が上述したトップ型スピンバルブ膜に限定されず、例えば層構造を逆にするボトム型スピンバルブ膜、或いは多層構成のデュアル型スピンバルブ膜によって構成するようにしてもよい。
【００４４】
ＧＭＲ素子２２は、上述したスピンバルブ膜２６の磁気抵抗効果により、磁気テープ２から印加される磁気記録信号に基づく外部磁界を検出する。すなわち、スピンバルブ膜２６においては、反強磁性層２７に積層形成された磁化固定層２８が、反強磁性層２７との間で作用する交換結合磁界により磁化方向が固定された状態となっている。スピンバルブ膜２６においては、磁化自由層３０が磁化固定層２８との間に高抵抗非磁性層２９が介在することによって磁気的に隔離された状態となっており、外部から印加される微弱な外部磁界に対しても磁化方向が容易に変化する。
【００４５】
スピンバルブ膜２６においては、印加される外部磁界の大きさや向きに応じて磁化自由層３０の磁化方向が変化する。スピンバルブ膜２６においては、磁化自由層３０の磁化方向が磁化固定層２８の磁化方向と逆方向となるときに、層内を流れる電流の抵抗値が最大となる。スピンバルブ膜２６においては、磁化自由層３０の磁化方向が磁化固定層２８の磁化方向と同一方向となるときに、層内を流れる電流の抵抗値が最小となる。スピンバルブ膜２６においては、磁気テープ２からセンス電流の通電方向及びバイアス磁界の磁化方向に対して垂直方向の外部磁界が印加され、この外部磁界による抵抗変化をセンス電流の電流値変化によって検出させる。
【００４６】
スピンバルブ膜２６においては、後述するように磁化固定層２８や磁化自由層３０或いは高抵抗非磁性層２９が合金材によって形成されることから、層内の高抵抗値化が図られている。したがって、スピンバルブ膜２６においては、外部磁界の印加による磁化自由層３０の磁化方向の反転に応じてセンス電流に大きな抵抗変化が生じて高磁気抵抗変化率特性が得られ、狭トラック化による高密度記録化が図られた磁気テープ２から磁気記録信号を高感度かつ高出力で検出することを可能とする。
【００４７】
ＧＭＲ磁気ヘッド１４は、図３に示すように第１電極層２４と第２電極層２５が、第１コア部材１５に形成した接続端子部２４ａ、２５ａにそれぞれリード２４ｂ、２５ｂを介して接続される。ＧＭＲ磁気ヘッド１４は、第１コア部材１５の側面を保護膜１７によって被覆し、この保護膜１７を介して第２コア部材１８を貼り付けてなる。なお、保護膜１７は、接続端子部２４ａ、２５ａを露出させて形成される。なお、ＧＭＲ磁気ヘッド１４は、特徴を解りやすくするために図３及び図４に拡大して示したが、実際には第１コア部材１５や第２コア部材１８と比較して極めて微細であり、媒体摺動面１４ｃにおいてＧＭＲヘッド素子１６が外部に臨むのは微小な部位である。
【００４８】
ＧＭＲ磁気ヘッド１４は、図示しないチップベースに貼り付けられるとともに、このチップベースに設けた接続端子に第１電極層２４と第２電極層２５の接続端子部２４ａ、２５ａがそれぞれ接続される。ＧＭＲ磁気ヘッド１４は、チップベースを介して回転ドラム１１に搭載され、その媒体摺動面１４ｃを直接摺動する磁気テープ２から記録された磁気記録信号を再生する。
【００４９】
ところで、ＧＭＲ磁気ヘッド１４においても、ハードディスクドライブ装置用のＧＭＲ磁気ヘッドと同様に、例えば耐食性の向上等を目的として媒体摺動面１４ｃにＤＬＣ膜等の保護膜を形成することが好ましい。しかしながら、ＧＭＲ磁気ヘッド１４においては、保護膜が、媒体摺動面１４ｃを摺動する磁気テープ２によって削り落とされ、また再生特性を低下させることでかかる対応を図ることができない。ＧＭＲ磁気ヘッド１４においては、後述するスピンバルブ膜２６の層構造によって優れた耐食特性を有することで保護膜を不要とし、高磁気抵抗変化率特性も保持される。
【００５０】
スピンバルブ膜２６は、反強磁性層２７が優れた耐食性を有するＰｔＭｎが用いられ、上述したようにスパッタ法等の成膜法によりコア基板上に成膜形成された第１電極層２４上或いは磁化固定層２８上に成膜形成される。反強磁性層２７は、ＰｔＭｎの他にも、優れた耐食性を有する例えばＮｉＯ、ＩｒＭｎ、ＣｒＭｎＰｔ、α−Ｆｅ２０３、ＲｈＭｎ、ＮｉＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ等の強磁性合金材が用いられる。
【００５１】
磁化固定層２８と磁化自由層３０は、優れた耐食性と良好な軟磁気特性とを有するＣｏＮｉＦｅ合金又はＮｉＦｅ合金が用いられてスパッタ法等の成膜法により、反強磁性層２７上或いは高抵抗非磁性層２９上に成膜形成される。なお、磁化固定層２８と磁化自由層３０は、これらの合金材の積層構造や、これら合金材と例えばＲｕ等の非磁性膜とを交互に積層してなるいわゆる積層フェリ磁性層構造によって構成するようにしてもよい。
【００５２】
磁化固定層２８と磁化自由層３０は、具体的にはＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅの組成範囲が、ｂ、ｃ、ｄ（ただし、ｂ、ｃ、ｄは原子％を示す。）としたときに、組成範囲が０≦ｂ≦７５、１５≦ｃ≦９５、５≦ｄ≦５５、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００原子％であるＣｏＮｉＦｅ合金或いはＮｉＦｅ合金が用いられて成膜形成される。磁化固定層２８と磁化自由層３０は、後述する腐食試験の検証から明らかなように、かかる組成のＣｏＮｉＦｅ合金又はＮｉＦｅ合金を用いることによって、優れた耐食性と高磁気抵抗効果率とを奏する。
【００５３】
なお、磁化固定層２８と磁化自由層３０には、上述したＣｏＮｉＦｅ合金又はＮｉＦｅ合金に対して、例えばＡｕ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｐｄから選択される１種類又は複数種類の元素を添加するようにしてもよい。また、磁化固定層２８と磁化自由層３０には、ＣｏＮｉＦｅ合金又はＮｉＦｅ合金に対して、さらに耐食性に優れたＣｏＮｂＺｒ、ＣｏＮｂＺｒＴａ、ＣｏＺｒ等のＣｏ系アモルファスや微結晶合金を添加するようにしてもよい。
【００５４】
高抵抗非磁性層２９は、優れた耐食性と高導電性とを有するＣｕＡｕ合金又はＡｕが用いられてスパッタ法等の成膜法により、磁化固定層２８上に成膜形成される。高抵抗非磁性層２９は、具体的にはＣｕとＡｕの組成比を（１００−ａ）、ａ（ただし、ａは原子％を示す。）としたときに、組成範囲が２５≦ａ≦１００であるＣｕＡｕ合金により形成される。高抵抗非磁性層２９は、後述する腐食試験の検証から明らかなように、かかる組成のＣｕＡｕ合金を用いることによって、優れた耐食性と高導電性とを奏する。なお、高抵抗非磁性層２９は、ＣｕＡｕ合金又はＡｕに対して、例えばＰｄ、Ａｌ、Ｔａ、Ｉｎ、Ｂ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｉｒ、Ａｇ、Ｎｉから選択される１種類又は複数種類の元素を添加するようにしてもよい。
【００５５】
ところで、高抵抗非磁性層２９は、上述したようにＣｕＡｕ合金を用いて形成することによってＣｕ或いはＡｕとの比抵抗が上昇する。図６は、横軸がＣｕＡｕ合金におけるＣｕの組成比、縦軸が比抵抗の変化量を示し、実測値とノルドハイム則に基づく計算値をプロットした特性図である。高抵抗非磁性層２９は、同図から明らかなように、合金化によりスピンバルブ膜２６に対して層方向に通電されるセンス電流に対して第１電極層２４と第２電極層２５との高抵抗化を図るようにする。高抵抗非磁性層２９は、これによってスピンバルブ膜２６内に通電規制層を形成することなく同等の通電規制作用を奏するようにして、抵抗変化量を高めるようにする。高抵抗非磁性層２９は、ＧＭＲ素子２２が、層構造を変えることなくＣＰＰ型として機能させる。
【００５６】
以上のように構成したＧＭＲ磁気ヘッド１４について、電気化学的手法を用いた以下の腐食試験を行い、腐食試験の前後における磁気抵抗変化率の測定と腐食の発生の有無についての表面観察を行った。腐食試験は、高抵抗非磁性層２９が組成を異にするＣｕＡｕ合金によって形成した合金単層膜を製作し、これら合金単層膜について標準水素電極（SHE:Standard Hydrogen Electrode）を照合電極として、濃度０．１ｋｍｏｌ／ＬのＮａＣｌ溶液中に液浸させたときに測定される標準水素電極に対する腐食電位を測定した。
【００５７】
ところで、腐食電位は、溶液の種類や濃度によって変化する。腐食試験は、特に測定電極としてＰｔを用い、室温（約２０℃）での腐食電位の測定を行うとともに、測定された腐食電位から標準水素電極（ＳＨＥ）への補正を行って腐食電位とした。なお、測定時の電位上昇速度は、約０．５ｍＶ／ｓｅｃである。
【００５８】
また、腐食電位及び腐食試験前後の抵抗変化については、膜特性を調べるため、スピンバルブ膜２６を構成する各層の単層膜での測定、或いは局部電池効果等を調べるため、スピンバルブ膜２６の要部となる磁化固定層２８及び磁化自由層３０を高抵抗非磁性層２９を介して積層した積層膜での測定、さらにスピンバルブ膜２６の各層を積層した積層膜での測定の何れの測定方法によって測定されたものであってもよい。なお、ここでは、スピンバルブ膜２６を構成する各層の単層膜での測定により腐食電位及び腐食試験前後の抵抗変化を求めた。
【００５９】
また、表面観察においては、上述した単層膜での試験、並びに局部電池効果を考慮して、腐食電位の高い金属、例えばＡｕからなる下地層上に各層を積層した積層膜での試験を行った。かかる試験は、局部電池効果によって、Ａｕと接する積層膜の方が単層膜よりも腐食が発生しやすい傾向にあるためである。
【００６０】
ＧＭＲ磁気ヘッド１４は、磁気テープ装置１が高温高湿の環境下や海水雰囲気において使用されることがあることから、ＮａＣｌ溶液を用いてスピンバルブ膜の腐食試験を行った。腐食電位及び腐食試験前後の抵抗変化との関係、並びに表面観察結果を図７に示す。同図において、横軸はＣｕＡｕ合金のＡｕ添加量（ａ％）を示し、横軸は試験後の抵抗変化率（％）を示す。また、同図において、○印は表面観察の結果腐食の発生がなかったものを示し、△印は表面にわずかに変色が発生したものを示し、×印は表面観察の結果腐食が確認されたものを示す。
【００６１】
図７に示すように、腐食試験前後の抵抗変化及び表面観察結果は、腐食電位＋０．４［ＶｖｓＳＨＥ］を境にして大きく変化することがわかる。すなわち、腐食電位が＋０．４［ＶｖｓＳＨＥ］以上となるときには、スピンバルブ膜２６の表面に腐食の発生は無く、腐食試験前後の抵抗変化もほとんど無いことがわかる。一方、腐食電位が＋０．４［ＶｖｓＳＨＥ］よりも低くなると、スピンバルブ膜２６の表面に腐食が発生し、腐食試験前後の抵抗変化が急激に増加することがわかる。そして、さらに腐食電位が低くなると、抵抗測定が不可能な状態まで腐食が進行することがわかる。
【００６２】
次に、上述した高抵抗非磁性層２９として、耐食性に優れたＣｕＡｕ合金又はＡｕを用いる場合のＡｕとＣｕの組成比と腐食電位との関係について調べた。
【００６３】
Ｃｕに対するＡｕの割合を変化させた際の高抵抗非磁性層２９の標準水素電極に対する腐食電位［ＶｖｓＳＨＥ］の測定結果を図８に示す。
【００６４】
図８に示すように、Ｃｕに対するＡｕの割合と腐食電位とは比例関係にあり、Ｃｕに対してＡｕの割合を２５原子％以上とすることによって、上述した標準水素電極に対する腐食電位［ＶｖｓＳＨＥ］が＋０．４［ＶｖｓＳＨＥ］以上となることがわかる。
【００６５】
したがって、図７及び図８に示した試験結果から明らかなように、ＧＭＲ磁気ヘッド１４は、Ａｕを２５原子％以上添加することによって表面の腐食の発生が防止されて優れた耐食性を奏するとともに、試験前後における抵抗変化率も抑制されまた実ヘッドにおいても優れた磁気抵抗効果が引き続き作用されることが確認された。なお、ＧＭＲ磁気ヘッド１４は、高抵抗非磁性層２９をＣｕＡｕ合金で形成する場合にＡｕの添加量が少ないほど磁気抵抗変化率が高くなる傾向にある。したがって、ＧＭＲ磁気ヘッド１４は、磁気抵抗効果特性を維持するために、高抵抗非磁性層２９を形成するＣｕＡｕ合金の組成比（１００−ａ）、ａを、上述したように２５≦ａ≦１００の範囲とするが、好ましくは２５≦ａ≦７５、さらに好ましくは２５≦ａ≦４５とする。
【００６６】
次に高抵抗非磁性層２９としてＣｕＡｕ合金を用い、かつ上述した磁化固定層２８及び磁化自由層３０として耐食性に優れたＮｉＦｅ合金或いはＣｏＮｉＦｅ合金を用いた場合のＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅの組成比と腐食電位との関係について調べた。
【００６７】
試験は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅの組成比を変化させたＮｉＦｅ合金及びＣｏＮｉＦｅ合金のサンプルを作製し、各サンプルについて上述した腐食電位試験と同様に、標準水素電極に対する腐食電位を測定するとともに、腐食試験前後に表面観察を行って腐食の発生の有無について調べた。
【００６８】
Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅの組成比を変化させた各サンプルの評価結果を図９に示す。なお、同図において、○印は表面に腐食の発生が無く上述した標準水素電極に対する腐食電位［ＶｖｓＳＨＥ］が＋０．４［ＶｖｓＳＨＥ］以上となる場合を示し、●印は表面に腐食が発生した場合を示す。また、■印は保持力Ｈｃが１０Ｏｅよりも高くなる場合を示し、▲印はｂｃｃ相（体心立方構造）となる場合を示す。なお、保持力Ｈｃが１０Ｏｅよりも高くなる場合（Ｈｃ＞１０Ｏｅ）となる場合は、保持力の増加によって軟磁気特性を兼ねた磁気抵抗効果が劣化する。また、ＮｉＦｅ合金或いはＣｏＮｉＦｅ合金は、ともにｆｃｃ相（面心立方構造）である方が磁気抵抗効果が高くなる。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て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て磁気抵抗効果が劣化する。
【００６９】
図９に示すように、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅの組成比について、Ｃｏの割合が７５原子％よりも大きくかつＮｉの割合が１５原子％よりも小さくなると、磁化固定層２８と磁化自由層３０とに腐食が発生しやすくなることがわかる。また、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅの組成比について、Ｎｉの割合が９５原子％よりも大きくかつＦｅの割合が５原子％よりも小さくなると、磁化固定層２８と磁化自由層３０の保磁力が大きくなり、磁気抵抗効果が劣化することがわかる。さらに、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅの組成比について、Ｆｅの割合が４０原子％よりも大きくなると、磁化固定層２８と磁化自由層３０とに腐食が発生しやすくなることがわかる。
【００７０】
したがって、ＧＭＲヘッド素子１６は、高抵抗非磁性層２９としてＣｕＡｕ合金を用い、かつ上述した磁化固定層２８及び磁化自由層３０にＮｉＦｅ合金或いはＣｏＮｉＦｅ合金を用いる場合に、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅの組成範囲が、組成比をそれぞれｂ、ｃ、ｄ（ただし、ｂ、ｃ、ｄは原子％を示す。）としたときに、０≦ｂ≦７５、１５≦ｃ≦９５、５≦ｄ≦４０、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００原子％とすることが好ましい。
【００７１】
すなわち、磁化固定層２８及び磁化自由層３０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＝６０原子％、Ｆｅ＝４０原子％）、点Ｃ（Ｃｏ＝４５原子％、Ｎｉ＝１５原子％、Ｆｅ＝４０原子％）、点Ｄ（Ｃｏ＝７５原子％、Ｎｉ＝１５原子％、Ｆｅ＝１０原子％）、点Ｅ（Ｃｏ＝７５原子％、Ｎｉ＝２０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】
ＧＭＲヘッド素子１６は、磁化固定層２８及び磁化自由層３０を上述した構成とすることによって、磁気テープ２が摺動する媒体摺動面１４ｃに保護膜を形成しない場合においてもこれら磁化固定層２８及び磁化自由層３０に腐食が発生することが防止されて、優れた耐食性を得ることができる。
【００７３】
さらに、磁化固定層２８及び磁化自由層３０は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅの組成範囲が、組成比をそれぞれｂ、ｃ、ｄ（ただし、ｂ、ｃ、ｄは原子％を示す。）としたときに、２０≦ｂ≦７５、２０≦ｃ≦７５、５≦ｄ≦４０、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００原子％とすることがさらに好ましい。すなわち、磁化固定層２８及び磁化自由層３０は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅの組成比が図１０に示す点Ｆ（Ｃｏ＝２０原子％、Ｎｉ＝７５原子％、Ｆｅ＝５原子％）、点Ｇ（Ｃｏ＝２０原子％、Ｎｉ＝４０原子％、Ｆｅ＝４０原子％）、点Ｈ（Ｃｏ＝４０原子％、Ｎｉ＝２０原子％、Ｆｅ＝４０原子％）、点Ｅ（Ｃｏ＝７５原子％、Ｎｉ＝２０原子％、Ｆｅ＝５原子％）の４点で囲まれた破線の範囲内にあることがより好ましい。
【００７４】
ＧＭＲヘッド素子１６においては、磁化固定層２８及び磁化自由層３０を上述した構成とすることにより、優れた耐食性と高い磁気抵抗変化率とを維持することが可能であるとともに特に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】
さらにまた、磁化固定層２８及び磁化自由層３０は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅの組成範囲が、組成比をそれぞれｂ、ｃ、ｄ（ただし、ｂ、ｃ、ｄは原子％を示す。）としたときに、４０≦ｂ≦７５、２０≦ｃ≦６５、５≦ｄ≦３０、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００原子％とすることが好ましい。すなわち、磁化固定層２８及び磁化自由層３０は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅの組成比が、図１０に示す点Ｉ（Ｃｏ＝３０原子％、Ｎｉ＝６５原子％、Ｆｅ＝５原子％）、点Ｊ（Ｃｏ＝３０原子％、Ｎｉ＝４０原子％、Ｆｅ＝３０原子％）、点Ｋ（Ｃｏ＝５０原子％、Ｎｉ＝２０原子％、Ｆｅ＝３０原子％）、点Ｅ（Ｃｏ＝７５原子％、Ｎｉ＝２０原子％、Ｆｅ＝５原子％）の４点で囲まれた一点鎖線の範囲内にあることがより好ましい。
【００７６】
ＧＭＲヘッド素子１６においては、磁化固定層２８及び磁化自由層３０を上述した構成とすることにより、さらに優れた耐食性と高い磁気抵抗変化率とを維持することが可能であるとともに、優れた耐食性と高い磁気抵抗変化率とを高次元でバランスさせることが可能となる。
【００７７】
ＧＭＲ磁気ヘッド１４は、上述した条件を満足するものとして、ＧＭＲ素子２２のスピンバルブ膜２６が、例えば反強磁性層２７をＰｔＭｎによって形成し、磁化固定層２８をＣｏ５０Ｎｉ３０Ｆｅ２０の合金によって形成し、磁化自由層３０をＮｉ８０Ｆｅ２０とＣｏ５０Ｎｉ３０Ｆｅ２０の合金によって形成し、高抵抗非磁性層２９をＣｕ７５Ａｕ２５の合金によって形成する。ＧＭＲ磁気ヘッド１４は、優れた耐食性を有するとともに高い磁気抵抗変化率を保持するスピンバルブ膜２６を有することで、磁気テープ２が媒体摺動面１４ａを直接摺動するヘリカルスキャン方式の磁気テープ装置１に適用し、極めて劣悪な環境下において使用することを可能とする。
【００７８】
ＧＭＲ磁気ヘッド１４は、層構造の追加や変更を要することなくＧＭＲ素子２２がＣＣＰ型ＧＭＲ素子を構成する。したがって、ＧＭＲ磁気ヘッド１４は、１００Ｇｂ／ｉｎｃｈ２程度の記録密度、０．１μｍ程度のトラック幅とする高記録密度化を図った磁気テープ２への適用も可能とされる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】ヘリカルスキャン方式の磁気テープ装置の構成説明図である。
【図２】ドラムヘッドの構成を示す要部斜視図である。
【図３】ＧＭＲ磁気ヘッドの斜視図である。
【図４】ＧＭＲ磁気ヘッドの媒体摺動面の構成を説明する図である。
【図５】ＧＭＲ素子のスピンバルブ膜の構成を説明する図である。
【図６】ＣｕＡｕ合金におけるＣｕ組成と比抵抗との特性図である。
【図７】腐食電位と腐食試験前後の抵抗変化との関係、及び表面観察結果を示す図である。
【図８】ＡｕとＣｕの組成比と腐食電位との関係を示す特性図である。
【図９】スピンバルブ膜において、高抵抗比磁性層にＣｕＡｕ合金を用い、各磁性層にＮｉＦｅ合金又はＣｏＮｉＦｅ合金を用いた場合のＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅの組成比を示す三元図である。
【図１０】スピンバルブ膜において、高抵抗比磁性層にＣｕＡｕ合金を用い、各磁性層にＮｉＦｅ合金又はＣｏＮｉＦｅ合金を用いた場合に、好適なＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅの組成比を示す三元図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  磁気テープ装置、２  磁気テープ、９  ヘッドドラム、１３  磁気記録ヘッド、１４  ＧＭＲ磁気ヘッド、１５  第１コア部材、１６  ＧＭＲヘッド素子、１７  保護膜、１８  第２コア部材、１９  第１磁気シールド層、２０  第２磁気シールド層、２１  ギャップ層、２２  ＧＭＲ素子、２３  永久磁石膜、２４  第１電極層、２５  第２電極層、２６  スピンバルブ膜、２７  反強磁性層、２８  磁化固定層、２９  高抵抗非磁性層、３０  磁化自由層
【図１】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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