(57)【要約】【課題】磁気抵抗効果素子のコア幅方向のサイズが小さくなった場合でも、バルクハウゼンノイズを抑え、出力を確保できる磁気抵抗効果素子および磁気ヘッドを提供する。【解決手段】導電材からなる非磁性層２２を中間層として固定磁性層２０と自由磁性層２４とを積層して形成されたセンス部３０と、前記自由磁性層２４に縦方向のバイアス磁界を作用させる強磁性層２６と、前記非磁性層に電気的に接続する電極２７ａ、２７ｂとを備える磁気抵抗効果素子であって、前記センス部３０のコア幅方向の一方側に、前記強磁性層２６が配置され、前記センス部３０の、コア幅方向の他方側に、磁性材からなるシールド層２８が設けられていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電材からなる非磁性層を中間層として固定磁性層と自由磁性層とを積層して形成されたセンス部と、前記自由磁性層に縦方向のバイアス磁界を作用させる強磁性層と、前記非磁性層に電気的に接続する電極とを備える磁気抵抗効果素子であって、
前記センス部のコア幅方向の一方側に、前記強磁性層が配置されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記センス部の、コア幅方向の他方側に、磁性材からなるシールド層が設けられていることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
導電材からなる非磁性層を中間層として固定磁性層と自由磁性層とを積層して形成されたセンス部と、前記自由磁性層に縦方向のバイアス磁界を作用させる強磁性層と、前記非磁性層に電気的に接続する電極とを備える磁気抵抗効果素子であって、
前記センス部のハイト方向の後方に、前記強磁性層が該センス部に並置する配置に設けられていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
導電材からなる非磁性層を中間層として固定磁性層と自由磁性層とを積層して形成されたセンス部と、前記自由磁性層に縦方向のバイアス磁界を作用させる強磁性層と、前記非磁性層に電気的に接続する電極とを備える磁気抵抗効果素子であって、
前記センス部のコア幅方向の一方側に、第１の前記強磁性層が配置され、
前記センス部のハイト方向の後方に、第２の前記強磁性層が該センス部に並置する配置に設けられていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項記載の磁気抵抗効果素子を備えていることを特徴とする磁気ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気抵抗効果素子および磁気ヘッドに関し、より詳細には、磁気抵抗効果素子に作用させる縦方向（コア幅方向）のバイアス磁界を調節して磁気抵抗効果素子の出力特性を向上させ、またクロストーク特性を改善させた磁気抵抗効果素子およびこれを用いた磁気ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は、磁気ディスク装置に用いられる磁気ヘッドの構成を示す。この磁気ヘッドは、下部シールド層５と上部シールド層７とで再生用の磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）６を挟む配置に設けられたリードヘッド８と、ライトギャップ１０を挟んで配置される下部磁極９および上部磁極１１と、記録用のコイル１２を備えたライトヘッド１３とを備える。
【０００３】
図７は、磁気ヘッドに設けられる磁気抵抗効果素子の従来の構成を示す。媒体磁界を検知するセンス部３０は、固定磁性層２０と、非磁性層２２と自由磁性層２４を積層して形成される。固定磁性層２０は磁化方向が固定して設けられる層である。非磁性層２２はCu等の非磁性材の導体材からなり、自由磁性層２４の磁化方向の変化を電流の変化として検知される。電極２７ａ、２７ｂは非磁性層２２の両端に各々に電気的に接続して設けられる。電極２７ａ、２７ｂは非磁性層２２に直接接続していてもよいし、強磁性層２６ａ、２６ｂを介して非磁性層２２に電気的に接続してもよい。自由磁性層２４は媒体磁界等の外部磁場によって磁化方向が反転する磁性層である。
【０００４】
自由磁性層２４は磁化方向が揃うように一方向に着磁されているのであるが、自由磁性層２４のコア幅方向（図７では左右方向）の端面では反磁界を受けて磁化方向がコア幅方向を向きにくくなり、媒体からの磁界に対して自由磁性層２４の磁化がヒステシリスをもって動き、バルクハウゼンノイズが生じる原因になる。
このため、従来は、図７に示すように、固定磁性層２０、非磁性層２２および自由磁性層２４を備えるセンス部３０の両側に強磁性層２６ａ、２６ｂを配置し、自由磁性層２４に縦方向（コア幅方向）のバイアス磁界を作用させ、バルクハウゼンノイズの原因となる自由磁性層に端面で生じる反磁界を低減させるようにしている。なお、バルクハウゼンノイズを低減させる方法としては、種々の方法が提案されている（たとえば、特許文献１〜３参照）
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２０３０３９号公報
【特許文献２】特開平１１−３５３６２１号公報
【特許文献３】特開平６−２４３４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年、記録媒体の記録密度の増大とともに、トラック幅が狭まり、トラック幅に対応して磁気抵抗効果素子のコア幅が狭くなってきている。この結果、磁気抵抗効果素子のセンス部３０の両側に配置する強磁性層２６ａ、２６ｂによるバイアス磁界によって自由磁性層２４の媒体磁界に対する感度が低下し、磁気抵抗効果素子の出力が低下するという問題が生じてきた。このような媒体磁界に対する感度が低下する問題は、磁気抵抗効果素子のコア幅が磁区サイズと同等の０．５μｍ程度以下になると生じてくる。
【０００７】
本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、磁気抵抗効果素子のコア幅方向のサイズが縮小してきた場合であっても、バルクハウゼンノイズを抑えつつ、磁気抵抗効果素子の出力を確保することができる磁気抵抗効果素子およびこれを用いた磁気ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するため、以下の構成を備える。
すなわち、導電材からなる非磁性層を中間層として固定磁性層と自由磁性層とを積層して形成されたセンス部と、前記自由磁性層に縦方向のバイアス磁界を作用させる強磁性層と、前記非磁性層に電気的に接続する電極とを備える磁気抵抗効果素子であって、前記センス部のコア幅方向の一方側に、前記強磁性層が配置されていることを特徴とする。
また、前記センス部の、コア幅方向の他方側に、磁性材からなるシールド層が設けられていることにより、磁気抵抗効果素子のクロストークを抑制することができる。
【０００９】
また、導電材からなる非磁性層を中間層として固定磁性層と自由磁性層とを積層して形成されたセンス部と、前記自由磁性層に縦方向のバイアス磁界を作用させる強磁性層と、前記非磁性層に電気的に接続する電極とを備える磁気抵抗効果素子であって、前記センス部のハイト方向の後方に、前記強磁性層が該センス部に並置する配置に設けられていることを特徴とする。
また、前記センス部のコア方向の両側に、磁性材からなるシールド層が設けられていることにより、磁気抵抗効果素子のクロストークを抑制することができ、磁気抵抗効果素子の特性を向上させることができる。
【００１０】
また、導電材からなる非磁性層を中間層として固定磁性層と自由磁性層とを積層して形成されたセンス部と、前記自由磁性層に縦方向のバイアス磁界を作用させる強磁性層と、前記非磁性層に電気的に接続する電極とを備える磁気抵抗効果素子であって、前記センス部のコア幅方向の一方側に、第１の前記強磁性層が配置され、記センス部のハイト方向の後方に、第２の前記強磁性層が該センス部に並置する配置に設けられていることを特徴とする。
また、前記センス部の、コア幅方向の他方側に、磁性材からなるシールド層が設けられていることにより、磁気抵抗効果素子の出力特性を向上させるとともに、クロストークを抑制することができる。
また、前記センス部が、コア幅方向の寸法が０．５μｍ以下に設けられていることにより、前記自由磁性層の磁区がシングルドメインとなり、前記強磁性層によるバイアス作用が有効に寄与して磁気抵抗効果素子の出力特性を向上させることができる。
【００１１】
また、前記磁気抵抗効果素子を搭載した磁気ヘッドは、磁気ヘッドの小型化が可能で、媒体の高密度記録に対応する磁気ヘッドとして提供することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る磁気抵抗効果素子および磁気ヘッドは、センス部の自由磁性層に的確にバイアス磁界を作用させることにより、磁気抵抗効果素子のバルクハウゼンノイズを抑制し、出力特性を向上させることができ、高記録密度の媒体からの情報の読み取りに好適に使用することができる。また、磁気抵抗効果素子にシールド層を設けた場合には、磁気抵抗効果素子のクロストークを抑制することができ、磁気ヘッドの信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面と共に詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る磁気抵抗効果素子の第１の実施の形態の構成を示す。本実施形態の磁気抵抗効果素子は、導電材からなる非磁性層２２を中間層として固定磁性層２０と自由磁性層２４を積層して形成されたセンス部３０のコア幅方向の一方側に、自由磁性層２４に縦方向（コア幅方向：図の左右方向）のバイアス磁界を作用させる強磁性層２６を配置したことを特徴とする。
【００１４】
本実施形態のように、センス部３０のコア幅方向の一方側に強磁性層２６を配置した構成とすると、センス部３０の他方側（コア幅方向で強磁性層２６が配置されていない側）では、強磁性層２６による自由磁性層２４に作用するバイアス磁界が弱まり、通常は、反磁界によって自由磁性層２４の端部側では磁化方向がそろわなくなり、媒体磁界に対してヒステリシスをもって反応するようになる。
【００１５】
しかし、センス部３０のコア幅方向（図１でセンス部３０の左右方向）の寸法が０．５μｍ以下程度になると、自由磁性層２４の磁区はシングルドメインとなるため、図１に示すような、センス部３０の一方側にのみ強磁性層２６を配置する構成としてもヒステリシスを抑制することが可能となる。
また、強磁性層２６が配置されていないセンス部３０の他方側においては自由磁性層２４の媒体磁界に対する感度が向上し、磁気抵抗効果素子のバルクハウゼンノイズを抑制し、かつ出力特性を向上させることが可能になる。
【００１６】
図１では、強磁性層２６をセンス部３０の右側に配置しているが、センス部３０の左側に強磁性層２６を配置してもよい。すなわち、第１の実施の形態は、センス部３０のコア幅方向の片側に強磁性層２６を配置することを特徴とする。なお、図１において、自由磁性層２４に示す矢印は自由磁性層２４の着磁方向、強磁性層２６に示す矢印は強磁性層２６の磁化方向を示す。以下の実施の形態においても同様である。
固定磁性層２０にはCoFeB、非磁性層２２にはCu、自由磁性層２４にはNiFe、強磁性層２６にはCoCrPtなどが使用される。
【００１７】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明に係る磁気抵抗効果素子の第２の実施の形態の構成を示す。本実施形態の磁気抵抗効果素子は、固定磁性層２０と非磁性層２２と自由磁性層２４からなるセンス部３０の、コア幅方向の一方の側に強磁性層２６を配置し、センス部３０を挟んで他方の側にシールド層２８を配置したことを特徴とする。なお、図では電極２７ａ、２７ｂについても併せて示した。
【００１８】
強磁性層２６はセンス部３０の自由磁性層２４に、縦方向のバイアス磁界を作用させることによって、バルクハウゼンノイズを抑える作用をなす。上述したように、センス部３０のコア幅方向の寸法が磁区がシングルドメインとなる程度にまで小さくなると、センス部３０の一方の側のみに縦方向のバイアス磁界を作用させる強磁性層２６を配置するのみで、磁気抵抗効果素子のバルクハウゼンノイズを抑制し、磁気抵抗効果素子の出力特性を向上させることができる。
【００１９】
本実施形態においてセンス部３０の他方の側に配置したシールド層２８は、NiFe等の透磁率の高い磁性材によって形成する。このシールド層２８は、磁気抵抗効果素子によって読み取り対象である媒体のトラックから磁気を検知する際に、隣接するトラックの磁気を吸収して隣接するトラックの磁気がセンス部３０で検知されないようにする作用を有する。これによって磁気抵抗効果素子のクロストークを防止することができ、磁気抵抗効果素子の特性を改善することができる。
【００２０】
図２ではセンス部３０の右側に強磁性層２６を配置し、センス部３０を挟んで左側にシールド層２８を配置したが、強磁性層２６とシールド層２８とを逆の配置としてもよい。また、センス部３０の両端には磁気抵抗効果素子に媒体磁界が作用した際の非磁性層２２の電流変化を検知する電極２７ａ、２７ｂが非磁性層２２の一端側と他端側に電気的に接続される配置に設けられている。電極２７ａ、２７ｂはセンス部３０のCu等の導電材からなる非磁性層２２に直接接続する形態に設けてもよいし、強磁性層２６とシールド層２８に各々電極２７ａ、２７ｂを電気的に接続し、強磁性層２６とシールド層２８をセンス部３０の端面にそれぞれ連接する配置としてもよい。
【００２１】
（第３の実施の形態）
図３は、本発明に係る磁気抵抗効果素子の第３の実施の形態の構成を示す。本実施形態の磁気抵抗効果素子は、固定磁性層２０と非磁性層２２と自由磁性層２４からなるセンス部３０の浮上面に垂直方向（ハイト方向）の後方に、強磁性層２６をセンス部３０に対して並置させたことを特徴とする。
強磁性層２６の磁化方向を自由磁性層２４の磁化方向と逆向きの平行方向（反平行）とすることにより、自由磁性層２４と強磁性層２６との間に磁界のループが形成され、強磁性層２６は自由磁性層２４に対して縦方向のバイアス磁界を作用させる。
【００２２】
本実施形態においても、センス部３０のコア幅寸法が０．５μｍ以下になると、自由磁性層２４の磁区がシングルドメインとなるため、自由磁性層２４のヒステリシスを抑制することができ、磁気抵抗効果素子のバルクハウゼンノイズを抑制することができる。また、センス部３０の自由磁性層２４は媒体磁界に対する感度が向上し、磁気抵抗効果素子の出力特性を改善することができる。
【００２３】
（第４の実施の形態）
図４は、本発明に係る磁気抵抗効果素子の第４の実施の形態の構成を示す。本実施形態の磁気抵抗効果素子は、固定磁性層２０と非磁性層２２と自由磁性層２４からなるセンス部３０のハイト方向の後方に、センス部３０に並置する配置に強磁性層２６を設けるとともに、センス部３０のコア幅方向の両側にシールド層２８ａ、２８ｂを配置したことを特徴とする。
【００２４】
本実施形態においても、センス部３０のハイト方向の側方に強磁性層２６を配置したことにより、第３の実施の形態におけると同様に、センス部３０の自由磁性層２４に縦方向のバイアス磁界を作用させることができ、磁気抵抗効果素子のバルクハウゼンノイズを減少させることができ、またセンス部３０の自由磁性層２４については媒体磁界に対する感度が向上し、磁気抵抗効果素子としての出力特性を改善することができる。
【００２５】
また、本実施形態においては、図２に示す実施形態と同様に、センス部３０のコア幅方向に磁性材からなるシールド層２８ａ、２８ｂを設けたことにより、磁気媒体の隣接するトラックの媒体磁界によるクロストークを抑制することができる。とくに、本実施形態では、センス部３０のコア幅方向の両側にシールド層２８ａ、２８ｂを設けたことにより、センス部３０の一方にシールド層を設けた場合と比較して、より確実にクロストークを防止することができ、読み取り対象トラックの媒体磁界を正確に検知することができる。
【００２６】
（第５の実施の形態）
図５は、本発明に係る磁気抵抗効果素子の第５の実施の形態の構成を示す。本実施形態の磁気抵抗効果素子は、固定磁性層２０と非磁性層２２と自由磁性層２４からなるセンス部３０のコア幅方向の一方の側に第１の強磁性層２６ｃを配置するとともに、センス部３０のハイト方向の後方に、センス部３０に並置する配置に第２の強磁性層２６ｄを配置したことを特徴とする。第１の強磁性層２６ｃの磁化方向はセンス部３０における自由磁性層２４の磁化方向と平行であり、第２の強磁性層２６ｄにおける磁化方向はセンス部３０の自由磁性層２４の磁化方向と反平行である。
【００２７】
本実施形態においては、センス部３０のコア幅方向の一方側に配置した第１の強磁性層２６ｃによりセンス部３０の自由磁性層２４に縦方向のバイアス磁界を作用させるとともに、センス部３０のハイト方向の側方に配置した第２の強磁性層２６ｄにより、センス部３０にループ状の磁界が作用し、センス部３０の自由磁性層２４に縦方向のバイアス磁界が作用する。本実施形態においても、センス部３０のコア幅寸法が０．５μｍ以下になると、自由磁性層２４の磁区がシングルドメインとなり、自由磁性層２４のヒステリシスを抑制して磁気抵抗効果素子のバルクハウゼンノイズを抑制することができる。また、自由磁性層２４の第１の強磁性層２６ｃが配置された側とは反対の他方側では媒体磁界に対する感度が高くなり、バルクハウゼンノイズを抑制すると同時に、出力特性を向上させることが可能となる。
【００２８】
本実施形態の磁気抵抗効果素子の場合には、センス部３０の自由磁性層２４に対しては、第１と第２の２つの強磁性層２６ｃ、２６ｄが縦方向のバイアス磁界に作用するから、たとえば図１に示す実施の形態にくらべて自由磁性層２４に対するバイアス磁界を強めることが可能である。このように、強磁性層の配置を工夫してセンス部３０の自由磁性層２４に作用させるバイアス磁界を調節することができる。
【００２９】
（第６の実施の形態）
図６は、本発明に係る磁気抵抗効果素子の第６の実施の形態の構成を示す。本実施形態の磁気抵抗効果素子は、図５に示す磁気抵抗効果素子において、センス部３０のコア幅方向の他方側、すなわちセンス部３０のコア幅方向で第１の強磁性層２６ｃを配置した側とは反対側にシールド層２８を設けたものである。
本実施形態においては、第１の強磁性層２６ｃと第２の強磁性層２６ｄによりセンス部３０に縦方向にバイアス磁界を作用させるとともに、シールド層２８により媒体磁界のクロストークを抑制することが可能となる。
図５、６に示す実施の形態において、第１の強磁性層２６ｃをセンス部３０の左側に配置する構成とすることもできる。この場合、図６に示す実施の形態では、センス部３０の右側にシールド層２８が配置される。
【００３０】
なお、上述した実施の形態１〜６においては、実施形態２を除いて、磁気抵抗効果素子のセンス部３０のセンス電流を検知する電極２７ａ、２７ｂを設ける構成については説明を省略した。実施形態２以外の各実施形態においても、電極２７ａ、２７ｂがセンス部３０の非磁性層２２の両端に各々電気的に接続する配置に設けられる。
【００３１】
本発明に係る磁気抵抗効果素子は、スピンバルブ型素子、トンネル抵抗効果型素子等の媒体磁界に反応して自由に磁化方向が変化する層（自由磁性層）を備える磁気抵抗効果素子について、共通に適用することができる。
また、本発明に係る磁気抵抗効果素子は、図８に示すようないわゆる水平型の磁気ヘッドに限らず、垂直型の磁気ヘッドについても、これらのリードヘッドに設けられる磁気抵抗効果素子として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】磁気抵抗効果素子の第１の実施の形態の構成を示す説明図である。
【図２】磁気抵抗効果素子の第２の実施の形態の構成を示す説明図である。
【図３】磁気抵抗効果素子の第３の実施の形態の構成を示す説明図である。
【図４】磁気抵抗効果素子の第４の実施の形態の構成を示す説明図である。
【図５】磁気抵抗効果素子の第５の実施の形態の構成を示す説明図である。
【図６】磁気抵抗効果素子の第６の実施の形態の構成を示す説明図である。
【図７】磁気抵抗効果素子の従来の構成を示す説明図である。
【図８】磁気ヘッドの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
８  リードヘッド
１３  ライトヘッド
２０  固定磁性層
２２  非磁性層
２４  自由磁性層
２６、２６ａ、２６ｂ  強磁性層
２６ｃ  第１の強磁性層
２６ｄ  第２の強磁性層
２７ａ、２７ｂ  電極
２８、２８ａ、２８ｂ  シールド層
３０  センス部
【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】
2007300007.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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