(57)【要約】【課題】外部磁場に対してナノコンタクトの安定性が補償されたバリスティック型の磁気ヘッドを提供する。【解決手段】磁気ヘッド１０は、磁気抵抗効果素子１２と、この磁気抵抗効果素子１２を挟み込む２つのシールド層１４、１６とを有してなり、前記磁気抵抗効果素子１２は、反強磁性層２０と、この反強磁性層２０と交換結合されたピン層１８と、媒体の磁場により磁気が回転又は切換えられるフリー層２２と、前記フリー層２２とピン層１８との間の中間層２４とを有してなり、前記中間層２４は絶縁体２４Ｂに囲まれた磁性粒子２４Ａを含んでなり、この磁性粒子２４Ａは、前記フリー層２２とピン層１８とをナノコンタクトにより接続するようにされ、前記フリー層２２は前記シールド層１４、１６の媒体側から遠くに位置しているピン層１８と中間層２４とに比較して大きなサイズとされている。【選択図】図１
2005108416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気抵抗効果素子と、この磁気抵抗効果素子を挟み込む２つのシールド層とを有してなり、前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が実質的に固定されたピン層と、媒体の磁場により磁化方向が回転又は切換えられるフリー層と、前記フリー層とピン層との間の中間層とを有してなり、前記中間層は絶縁体に囲まれた磁性粒子を含んでなり、この磁性粒子は、前記フリー層とピン層とをナノコンタクトにより接続するように構成され、前記フリー層は前記シールド層の媒体側から遠くに位置しているピン層と中間層とに対して大きなサイズとされてなる磁気ヘッド。
【請求項２】
請求項１において、前記シールド層の媒体側端部からの前記ピン層及び中間層の高さは１０〜４０μｍとされた磁気ヘッド。
【請求項３】
請求項１において、前記ピン層及びフリー層の少なくとも一方は、強磁性体の単層であり、この強磁性体は、Ｆe、Ｃo、Ｎiのうち少なくとも１つを含む磁気ヘッド。
【請求項４】
請求項１、２又は３において、前記ピン層は硬質磁性体である磁気ヘッド。
【請求項５】
請求項１において、前記ピン層及びフリー層の少なくとも一方は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒあるいはこれらの組合せからなるスペーサが介在され結合された２層の強磁性層から形成されていて、この強磁性体は、Ｆe、Ｃo、Ｎiのうち少なくとも１つを含む磁気ヘッド。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、前記フリー層の磁化容易軸の磁化方向は、外部磁場が無いときにおけるピン層の磁化方向に対して実質的に９０°の方向とされた磁気ヘッド。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、前記フリー層の磁化容易軸の磁化方向は、外部磁場が無いときにおけるピン層の磁化方向に対して平行又は反平行とされた磁気ヘッド。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかにおいて、前記フリー層の拡大部及びシールド層の間の隙間に絶縁材が充填されてなる磁気ヘッド。
【請求項９】
請求項８において、前記絶縁材の記録媒体側部分は、シールド層の拡大部に置き換えられている磁気ヘッド。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかにおいて、前記フリー層の磁化は前記フリー層の拡大部の方向とされた磁気ヘッド。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれかにおいて、前記フリー層の磁化はシールド層と平行とされ、且つフリー層の拡大部の方向と直交方向とされた磁気ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱及び磁気安定性のためのオーバーサイズのフリー層を有する磁気ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の磁気ヘッドにおいては、フリー層とピン層との間のスペーサは非磁性（ＧＭＲの場合は誘導層又はＴＭＲの場合は絶縁材）である。このため、媒体の磁束は、フリー層の磁化方向のみを変化させる。ピン層の磁化方向は固定されていて、媒体の磁束に影響されない。
【０００３】
本発明のバリスティック磁気抵抗（以下ＢＭＲ）ヘッドは、巨大磁気抵抗型（ＧＭＲ）又はトンネル磁気抵抗型（ＴＭＲ）の場合と比較してより高いＭＲ比を達成することができる。
【０００４】
ＢＭＲの由来は、２つの強磁性体層又はワイヤの間のナノコンタクトに発現した磁壁の磁気抵抗にある（非特許文献１参照）。この磁壁は２つの強磁性層における磁化方向が非平行のときに形成される。磁壁のサイズはナノメータスケールであり、電子の拡散が強くなる。
【０００５】
ＢＭＲ値は、ナノコンタクト領域における磁壁構造とその中を電子が通る際の電子の拡散に依拠している。読取り磁気ヘッドへのＢＭＲの適用は、外部磁場に対するナノコンタクトの安定性を補償することが重要である。その磁気配列はフリー層における磁化方向の変化によってのみ決定されるべきである。
【０００６】
【非特許文献１】Ｇ．Ｔatara  et．al．，Ｐhys．Ｒeview  Ｌetters，Ｖol．83，
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、フリー層のみが媒体の変化に影響されるフィルム構造において、新しいデザインで、且つ、異なる層の配置を提供することを目的とする。更に又、この発明はフリー層とピン層の両者での温度安定性をも解決するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
即ち、以下の本発明により上記目的を達成するものである。
【０００９】
（１）本発明は、磁気抵抗効果素子と、この磁気抵抗効果素子を挟み込む２つのシールド層とを有してなり、前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が実質的に固定されたピン層と、媒体の磁場により磁化方向が回転又は切換えられるフリー層と、前記フリー層とピン層との間の中間層とを有してなり、前記中間層は絶縁体に囲まれた磁性粒子を含んでなり、この磁性粒子は、前記フリー層とピン層とをナノコンタクトにより接続するように構成され、前記フリー層は前記シールド層の媒体側から遠くに位置しているピン層と中間層とに対して大きなサイズとされてなる磁気ヘッド。
【００１０】
（２）前記シールド層の媒体側端部からの前記ピン層及び中間層の高さは１０〜４０μｍとされた（１）に記載の磁気ヘッド。
【００１１】
（３）前記ピン層及びフリー層の少なくとも一方は、強磁性体の単層であり、この強磁性体は、Ｆe、Ｃo、Ｎiのうち少なくとも１つを含む（１）に記載の磁気ヘッド。
【００１２】
（４）前記ピン層は硬質磁性体である（１）、（２）又は（３）に記載の磁気ヘッド。
【００１３】
（５）前記ピン層及びフリー層の少なくとも一方は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒあるいはこれらの組合せからなるスペーサが介在され結合された２層の強磁性層から形成されていて、この強磁性体は、Ｆe、Ｃo、Ｎiのうち少なくとも１つを含む（１）に記載の磁気ヘッド。
【００１４】
（６）前記フリー層の磁化容易軸の磁化方向は、外部磁場が無いときにおけるピン層の磁化方向に対して実質的に９０°の方向とされた（１）乃至（５）のいずれかに記載の磁気ヘッド。
【００１５】
（７）前記フリー層の磁化容易軸の磁化方向は、外部磁場が無いときにおけるピン層の磁化方向に対して平行又は反平行とされた（１）乃至（５）のいずれかに記載の磁気ヘッド。
【００１６】
（８）前記フリー層の拡大部及びシールド層の間の隙間に絶縁材が充填されてなる（１）乃至（７）のいずれかに記載の磁気ヘッド。
【００１７】
（９）前記絶縁材の記録媒体側部分は、シールド層の拡大部に置き換えられている（８）に記載の磁気ヘッド。
【００１８】
（１０）前記フリー層の磁化は前記フリー層の拡大部の方向とされた（１）乃至（９）のいずれかに記載の磁気ヘッド。
【００１９】
（１１）前記フリー層の磁化はシールド層と平行とされ、且つフリー層の拡大部の方向と直交方向とされた（１）乃至（９）のいずれかに記載の磁気ヘッド。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の磁気ヘッドは、外部磁場に対するナノコンタクトの安定性が補償され、磁気配列が、フリー層における磁化方向の変化によってのみ決定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
磁気ヘッドは、磁気抵抗効果素子と、この磁気抵抗効果素子を挟み込む２つのシールド層と、から構成され、前記磁気抵抗効果素子は、反強磁性層と、この反強磁性層と交換結合されたピン層と、記録媒体の磁場により磁化方向が回転又は切り替えられるフリー層と、前記フリー層とピン層との間の中間層とから構成され、この中間層は、絶縁体に囲まれた磁性粒子を含んでいて、この磁性粒子は、ナノコンタクトによりフリー層とピン層を接続し、フリー層は、２つのシールド層の媒体側端部から遠い位置にあるピン層及び中間層よりも拡大されたサイズとされている。
【実施例１】
【００２２】
次に、図面を参照して本発明の実施例１を詳細に説明する。ここで、各図において、例示した構成要素は同一又は類似した符号を付するものとする。
【００２３】
図１に示されるように、本発明の実施例１に係る磁気ヘッド１０は、磁気抵抗効果素子１２と、この磁気抵抗効果素子１２を挟み込む２つのシールド層１４、１６と、から構成され、前記磁気抵抗効果素子１２は、反強磁性層２０と交換結合されたピン層１８と、記録媒体の磁場により磁化方向が回転又は切り替えられるフリー層２２と、前記フリー層２２とピン層１８との間の中間層２４とから構成され、この中間層２４は、絶縁体２４Ｂに囲まれた磁性粒子２４Ａを含んでいて、この磁性粒子２４Ａは、ナノコンタクトにより前記フリー層２２とピン層１８を接続し、前記フリー層２２は、シールド層１４、１６の媒体側端部１４Ａ、１６Ａから遠い位置にあるピン層１８と中間層２４よりも拡大されたサイズとされている。
【００２４】
このようにナノコンタクト部分が磁気ヘッドの浮上面（記録媒体側端面）から遠いため、記録媒体からの磁束の影響を受け難くなり、ナノコンタクト領域内の磁壁の安定性がよくなる。
【００２５】
前記フリー層２２の磁化容易軸の磁化方向は、図１において矢印１３で示されるように、滑空面（air bearing surface;ＡＢＳ）として知られている、磁気ヘッドの浮上面に対して平行であり、ピン層１８の磁化方向は、矢印１９で示されるように、前記ＡＢＳに対して垂直で、これらの磁化方向は略９０°の角度差を有する。又、ピン層１８の磁化方向は、図1において、上向きでも下向きでもよい。
【００２６】
ピン層１８と中間層２４の、前記シールド層１４、１６における前記媒体側端部１４Ａ、１６Ａからの高さｈは、１０〜４０ｎｍ、好ましくは２０〜４０ｎｍとされている。
【００２７】
前記ピン層１８は単層又はＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒあるいはこれらの組合せからなるスペーサが介在され且つ結合された２層の反強磁性層から形成されている。
【００２８】
図１において、符号２６はフリー層２２の拡大部２２Ａとシールド層との間の絶縁材、２８は硬質磁石からなり、フリー層２２との厚さと等しい厚さを有するスタビライザをそれぞれ示す。
【００２９】
フィルム（ナノコンタクト、ピン層、反強磁性層）の他の部分はサイズが小さく、且つ、媒体頂面（図示省略）から等位置にある。
【００３０】
図１における高さｈは、１０〜４０ｎｍであり、この範囲は、再生感度とフリー層２２の温度安定性のバランスのとれる範囲である。高さｈが４０ｎｍを越えると、即ち、フリー層２２が媒体の磁場から離れていると再生感度が悪くなる傾向にある。他方、高さｈが小さくなるとき、ナノコンタクト領域は、磁壁の不安定を導く媒体磁場に対して、より影響を受け易くなる。２０ｎｍ≦ｈ≦４０ｎｍでは温度安定性と再生感度をより満足できる。
【００３１】
磁気抵抗効果素子１２について、図２を参照して更に詳細に説明する。この磁気抵抗効果素子１２において、磁性粒子２４Ａと絶縁体２４Ｂは、中間層２４を構成している。磁性粒子２４Ａは絶縁体２４Ｂから形成される粒子境界領域を増大させることによって相互に分離されている。絶縁体２４Ｂは酸化物又は窒化物が好ましい。
【００３２】
前記ピン層１８及びフリー層２２は磁性体単層構造、合成構造（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｃｕ等の非磁性スペーサにより隔離された状態で反強磁性的に結合された２つの層から構成される）又はＣｏＦｅ／ＮｉＦｅその他等の複層構造から構成されている。
【００３３】
ナノコンタクトを構成する磁性粒子２４Ａの材料は、ピン層１８及びフリー層２２と同一又は異なる材料から構成される。
【００３４】
ピン層１８とフリー層２２の間の中間層２４の厚みは１０ｎｍ以下である。これは、好ましくは約１ｎｍである。ＢＭＲのＭＲレシオ値は、ナノコンタクトのサイズ（高さ及び幅）が小さくなればなる程非常に大きくなる。
【００３５】
ＢＭＲでは、もし、多くのナノドット又はナノ粒子がフリー層２２、ピン層１８との間に形成されると、これらは相互作用を持たなくなる。これは、ナノコンタクト（粒子内）に形成される磁壁が高ＢＭＲで反応するからである。仮に、粒子間で相互作用があるとすると、これは磁壁に影響を与え、結果としてＢＭＲに影響を与えることになる。
【００３６】
ＵＳＰ２００３／００９１８４６Ａ１の図１は、１０ｎｍの粒子がＳｉＯ２絶縁体を用いることによって規則正しく形成できることを示している。ここで、この図における粒子の領域は１ｎｍである。バキュームチャンバ内で低圧酸素とイオンビームを用いて補助酸化をなし得る。これは、フィルムの表面に対して、金属非磁性フィルムの酸化を加速するように作用する。
【実施例２】
【００３７】
図３に示されるように、本発明の実施例２による磁気ヘッド３０において、フリー層３２の磁化はピン層１８に倣って設定される。即ち、矢印３３Ａで示されるフリー層３２の磁化方向がピン層１８の磁化方向（矢印１９）と平行、且つ、同一方向（矢印３３Ａ）又は平行、且つ、反対方向（反平行；矢印３３Ｂ）であるという主たる相違を除き、図１と同様である。
【００３８】
この実施例２は前記実施例１と比較して２つの利点がある。
【００３９】
図１に示される磁気ヘッド１０において、フリー層２２の磁化容易軸の磁化方向は外部磁場（媒体磁場）の増加に伴って連続的に回転する。フリー層及びピン層の磁化方向が、当初、相互に９０°（図１参照）のとき、例えば２０％程度の効率が実現される。フリー層２２はピン層の磁化の方向と完全に同一になることはできない。
【００４０】
図３に示される磁気ヘッド３０において、フリー層３２の大きさがピン層１８よりも大きいため、フリー層３２の熱安定性が増加する。又、仮に、フリー層３２の磁化容易軸の保磁力が十分に小さければ、その磁化は媒体の磁場に応じて一方から他方に切り替えられる。これは、高効率（１００％）が達成（高出力）できるということを意味する。しかしながら、この第２実施例において、磁化を安定させるためインスタックバイアス（Ｉn-stack  bias）又は他の手段が利用されることが好ましい。
【００４１】
図３における磁気ヘッド３０の第２の利点は、次の如くである。もし、自由層の磁化方向が図３に示されるようにトラック幅Ｗthの方向に合わせたとすると、高記録感度のため、媒体の記録ビットのサイズに追従して、磁気ヘッドのサイズが縮小すると、磁化方向のフリー層の大きさが小さくなるため、この磁化方向と反対の高減磁場を形成する。この減磁場により温度安定性が悪化する。一方、図３に示されるように、フリー層の磁化がなされると、磁化方向の自由層のサイズを大きくできるので、減磁場が小さく高温安定性がよくなる。
【実施例３】
【００４２】
次に、図４を参照して、実施例３に係る垂直磁気ヘッド４０について説明する。
【００４３】
この磁気ヘッド４０において、ピン層は垂直磁気異方性を有するハード層４２（硬質磁層）に置き換えられている。この実施例において、硬質磁層（高い保磁力Ｈｃを持つ強磁性層）であるため、ピン層（硬質磁層）４２の磁化方向は、他の磁束に影響されず、一方向を保つため、反強磁性層は不要である。前記ハード層４２は高保磁力（＞５００Ｏｅ）と、インスタックバイアスその他のような、必要な新しいタイプの安定性とを持つことができる。この方策において、ピン層の減磁場は小さくすることができ、且つ、温度安定性を得ることができる。
【００４４】
ここで、フリー層３２の磁化方向は実施例２と同様に、矢印３３Ａ、３３Ｂで示され、ピン層４２の磁化方向は矢印４３で示され、両者は略９０°の角度となる。
【実施例４】
【００４５】
図５を参照して実施例４に係る磁気ヘッド５０について説明する。
【００４６】
この磁気ヘッド５０において、絶縁体２６の媒体側部分は、シールド・シールドの間隔を狭くするためにシールド層１６の拡大部１７により置き換えられている。
【００４７】
シールド間隔を狭く調整することにより、狭いビットの検出が可能となり、２つのシールド層１４、１６は隣接するビットからの流入を避けることができる。これは、狭いビットサイズにとって大きな利点となる。ＢＭＲマルチ層の合計厚さは、シールド間隔よりも大きくできる。この間隔は絶縁体２６の堆積状態によって調整することができる。
【００４８】
なお、ピン層１２は、磁化方向が実質的に固定されていればよい。従って、反強磁性層に代えて、高い保磁力を有する硬質磁層を設けたり（実施例３参照）、ピン層として硬質磁層を設けてもよい。後者の場合、反強磁性層は不要である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１実施例に係る磁気ヘッドを模式的に拡大して示す斜視図
【図２】第１実施例における磁気抵抗効果素子を模式的に拡大して示す断面図
【図３】本発明の第２実施例に係る磁気ヘッドを模式的に拡大して示す斜視図
【図４】本発明の第３実施例に係る磁気ヘッドを模式的に拡大して示す斜視図
【図５】本発明の第４実施例に係る磁気ヘッドを模式的に拡大して示す斜視図
【符号の説明】
【００５０】
１０、３０、４０、５０…磁気ヘッド
１２…磁気抵抗効果素子
１３、１９、３３Ａ、３３Ｂ、４３…磁化方向
１４、１６…シールド層
１４Ａ、１６Ａ…媒体側端部
１７、２２Ａ…拡大部
１８…ピン層
２０…反強磁性層
２２、３２…フリー層
２４…中間層
２４Ａ…磁性粒子
２４Ｂ…絶縁体
２６…絶縁材
２８…スタビライザ
４２…ハード層
【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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