(57)【要約】【課題】磁気記録媒体の高記録密度化に対応して、磁気抵抗効果素子のギャップ間隔を狭くしたり狭幅にした場合であっても、磁気抵抗効果素子に的確にバイアス磁界を作用させ、安定した出力が得られる磁気ヘッドを提供する。【解決手段】磁気抵抗効果素子１２と、磁気抵抗効果素子１２にバイアス磁界を作用させるハード膜１６ａ、１６ｂと、磁気シールド層１５とを備え、前記磁気シールド層１５は、六方最密構造を有する結晶構造を有し、C軸が磁気シールド層の面に垂直に配向し、容易軸が磁気シールド層の面内にあることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気抵抗効果素子と、磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を作用させるハード膜と、磁気シールド層とを備え、
前記磁気シールド層は、六方最密構造を有する結晶構造を有し、C軸が磁気シールド層の面に垂直に配向し、容易軸が磁気シールド層の面内にあることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項２】
前記磁気シールド層は、一軸結晶磁気異方性係定数Kuが負の値を有することを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。
【請求項３】
前記磁気シールド層は、Co1-xIrx(x>5at%)、またはCo1-xFex(x>1.5at%)からなることを特徴とする請求項１または２記載の磁気ヘッド。
【請求項４】
前記磁気シールド層は、前記磁気抵抗効果素子を挟んで配置される上部磁気シールド層および下部磁気シールド層であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の磁気ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気ヘッドに関し、より詳細には磁気抵抗効果ヘッドに設けられる磁気シールド層の構成を特徴とする磁気ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、図６は、ＣＰＰ型磁気抵抗効果ヘッドの構成を、ヘッドスライダーの浮上面（ABS面）側から見た概略構成を示す。図示例の磁気抵抗効果ヘッド１０は、磁気抵抗効果素子１２を厚さ方向に挟む配置に設けられる下部磁気シールド層１４および上部磁気シールド層１５と、磁気抵抗効果素子１２を幅方向に挟む配置に設けられるハード膜１６ａ、１６ｂを備える。磁気抵抗効果素子１２は、磁気抵抗効果を利用して外部磁界を検出するものであり、磁化方向が固定されているピン層と、外部磁界によって磁化方向が変化するフリー層１３を備える。ハード膜１６ａ、１６ｂは、このフリー層１３を磁区制御するためのバイアス磁界を作用させるためのものであり、特定方向に着磁された強磁性層によって形成される。
【０００３】
ところで磁気記録装置の高記録密度化にともない、磁気抵抗効果ヘッド１０は、磁気抵抗効果素子１２のトラック幅方向の寸法（図のＡ部分）が次第に狭幅となり、同時に磁気抵抗効果素子１２のギャップ間隔（図のＢ部分）が狭くなってきた。磁気抵抗効果素子１２の幅寸法とギャップ間隔が狭くなると、ハード膜１６ａ、１６ｂが上部磁気シールド層１５により接近した配置となることから、バイアス磁界が上部磁気シールド層１５に漏れてしまい、フリー層１３に印加される磁界が弱められるという問題が生じてくる。
【０００４】
図７（ａ）は、ハード膜１６ａ、１６ｂのバイアス磁界が上部磁気シールド層１５に部分的に漏れて、フリー層１３に印加されるバイアス磁界が弱められることを示している。図７（ｂ）は、上部磁気シールド層１５に突起１５ａが形成された例であり、上部磁気シールド層１５が磁化されて突起部分に磁極が発生し、磁極の周囲に発生する磁界によってフリー層１３に作用するバイアス磁界が擾乱されることを示している。
ハード膜１６ａ、１６ｂによるバイアス磁界は、フリー層１３を磁区制御し、出力を安定化させる作用をなす。バイアス磁界が弱められたり、変動したりすると、磁気抵抗効果素子１２の出力のノイズの原因となり、出力が不安定になるといった問題が生じる。
【特許文献１】特開平７−３３４８１９号公報
【非特許文献１】N.Kikuchi,et al.,J.Phys.Condens.Matter,11,L485(1999)
【非特許文献２】A.Hashimoto, et al.,J.Appl.Phys.,99,08Q907(2006)
【非特許文献３】M.Takahashi,et al.,J.Phys.Soc.Jpn.,48,1391(1980)
【非特許文献４】D.Hasegawa  et.al  IEEE TRANS.MAG. VOL.42, NO.10(2006)
【非特許文献５】M. Takahashi, et al., IEEE Trans. Magn., 37, 2179 (2002)
【非特許文献６】M. Takahashi, et al., JMMM, vol.239, (2002)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
磁気抵抗効果素子１２が狭幅となり、ギャップ間隔が狭くなった場合でも、ハード膜によるバイアス磁界を磁気抵抗効果素子１２のフリー層１３に的確に作用させる方法としては、ハード膜の材料を改善すること、ハード膜の膜厚を厚くしてバイアス磁界を強めるといった方法が考えられる。しかしながら、ハード膜の材料を改善する方法は容易ではない。また、ハード膜の膜厚を厚くする方法は、ギャップ間隔を狭くすることと相反することになり、十分な膜厚を確保することが難しい。このため、磁気抵抗効果素子１２を狭幅とし、ギャップ間隔を狭くしていくと、フリー層１３に的確にバイアス磁界を印加することができないという問題が生じる。
【０００６】
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、磁気記録媒体の高記録密度化に対応して、磁気抵抗効果素子のギャップ間隔を狭くしたり狭幅にした場合であっても、磁気抵抗効果素子に的確にバイアス磁界を作用させることを可能にし、安定した出力が得られる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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は以下の構成を備える。
すなわち、本発明に係る磁気ヘッドは、磁気抵抗効果素子と、磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を作用させるハード膜と、磁気シールド層とを備え、前記磁気シールド層は、六方最密構造を有する結晶構造を有し、C軸が磁気シールド層の面に垂直に配向し、容易軸が磁気シールド層の面内にあることを特徴とする。
【０００８】
また、前記磁気シールド層は、一軸結晶磁気異方性係定数Kuが負の値を有することを特徴とするものであり、前記Kuが負の値を有することによって、結晶構造のＣ軸に垂直な面内に容易軸が向く特性を備える。
また、前記磁気シールド層を形成する磁性材料としては、Co1-xIrx(x>5at%)、またはCo1-xFex(x>1.5at%)が好適に用いられる。
また、前記磁気抵抗効果素子を挟んで配置される上部磁気シールド層および下部磁気シールド層の構成を前記磁気シールド層からなる構成とすることによって、磁気抵抗効果素子にハード膜によるバイアス磁界をより的確に作用させることができ、出力が安定し、ノイズを抑えた磁気ヘッドとして提供することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る磁気ヘッドによれば、外部磁界によって磁気シールド層に生じる磁化方向が磁気シールド層の面方向に平行に向くようになることから、磁気抵抗効果素子が微小になった場合でも、ハード膜によるバイアス磁界が磁気シールド層に漏れたりすることを防止し、磁気抵抗効果素子の特性を安定化し信頼性の高い磁気ヘッドとして提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る磁気ヘッドの実施の形態について、添付図面とともに詳細に説明する。
（磁気ヘッドの構成）
図１は磁気ヘッドの磁気抵抗効果ヘッド（リードヘッド）についての構成をスライダーの浮上面側から見た状態を示す。本実施形態の磁気抵抗効果ヘッド１０は、TMR(Tunneling Magneto Resistance)型の磁気抵抗効果素子１２を、下部磁気シールド層１４と上部磁気シールド層１５とにより、厚さ方向に挟む配置に設けられている。
下部磁気シールド層１４と上部磁気シールド層１５は、磁気抵抗効果素子１２に対する、隣接ビットからの磁気的な影響を排除するために設けられる。下部磁気シールド層１４と上部磁気シールド層１５には、好適な磁気シールド特性が得られるように軟磁性材が用いられる。
【００１１】
磁気抵抗効果素子１２の幅方向（図の左右方向）の両側方位置にハード膜１６ａ、１６ｂが配置される。これらのハード膜１６ａ、１６ｂは磁化方向が固定された強磁性材料（硬磁石）からなる。ハード膜１６ａ、１６ｂは磁気抵抗効果素子１２に形成されているフリー層１３にバイアス磁場を作用させるためのものである。ハード膜１６ａ、１６ｂによるバイアス磁場は、フリー層１３の磁区を制御し、磁気抵抗効果素子１２の出力を安定化させる作用をなす。
【００１２】
TMR型の磁気抵抗効果素子１２は、磁気抵抗効果素子１２の厚さ方向（成膜層が積層される方向）にセンス電流を流して磁界を検出する。そのため、下部磁気シールド層１４と上部磁気シールド層１５はセンス電流の電極として使用され、磁気抵抗効果素子１２の下面と上面に下部磁気シールド層１４と上部磁気シールド層１５が電気的に接続された配置に設けられる。
一方、ハード膜１６ａ、１６ｂと磁気抵抗効果素子１２との間、ハード膜１６ａ、１６ｂと下部磁気シールド層１４との間は、アルミナ等の絶縁材１８によって電気的に絶縁される。
【００１３】
本実施形態の磁気抵抗効果ヘッド１０の構成において特徴的な構成は、上部磁気シールド層１５に使用する磁性材料として、一軸結晶磁気異方性定数（Ku=Ku1＋Ku2)が負の値を示す、軟磁性材料を使用することにある。
六方最密充填構造の異方性エネルギーEは、次式で与えられる。
E=Ku1sin2θ＋Ku2sin4θ＋Ku3sin6θ＋Ku4sin6θcosψ＋・・・
【００１４】
図２は、係数Ku1、Ku2の値によって、磁気容易軸の向きがどのようになるかを図示している。
図２（ａ）は、Ku1＞０、かつKu1＋Ku2＞０のときには、磁気容易軸がＣ軸方向を向くことを示す。
図２（ｂ）は、Ku1＜０、かつKu1＋Ku2＞０のときには、磁気容易軸は、Ｃ軸を中心として、角度θの円錐面内を向くことを示す。
図２（ｃ）は、Ku1＋Ku2＜０のときには、磁気容易軸がＣ面内を向くことを示す。磁気容易軸がＣ面内を向くということは、この磁性材料に外部から磁界が作用すると、磁性材料内での磁化方向は、Ｃ軸に垂直な面内方向になるということである。
【００１５】
なお、図２（ａ）に示すKu1＞０、かつKu1＋Ku2＞０となる磁性材料は、固定磁化（ハード磁化）を有するものとなり、軟磁性の性質をあらわさない。磁気シールド層には軟磁性材が用いられるが、従来、磁気シールド層に用いられている磁性材料は図２（ｂ）に示すタイプのものである。このタイプのものがもっとも軟磁性特性にすぐれており、従来は軟磁性特性をもっとも重視して磁気シールド材料が選択されているからである。
図２（ｃ）の特性を示す磁性材料が軟磁性となるのは、Ku4の値が１０3（erg/cm3)となるときである。一般に、図２（ｃ）の特性を示す磁性材料は、図２（ｂ）の特性を示す磁性材料とくらべて若干、軟磁性特性が劣る。
【００１６】
本実施形態においては、上部磁気シールド層１５として一軸結晶磁気異方性定数Kuが負の値を示す磁性材料を使用し、上部磁気シールド層１５の面に垂直な方向が結晶構造のＣ軸となるように配向し、容易軸が上部磁気シールド層１５の面内にあるように磁性材料を成膜する。図１のC軸を示す矢印は、上部磁気シールド層１５を成膜するときに、磁性材料のＣ軸が上部磁気シールド層１５の面に垂直となるように成膜することを示している。  このように上部磁気シールド層１５を形成すれば、上部磁気シールド層１５に外部から磁界が作用した際に、上部磁気シールド層１５に生じる磁化方向は上部磁気シールド層１５の面に平行になる。
【００１７】
図３は、図７（ａ）、（ｂ）に示す磁気抵抗効果ヘッドについて、上部磁気シールド層１５に一軸結晶磁気異方性定数Kuが負の値を示す磁性材料を使用した場合における、ハード膜１６ａ、１６ｂによるバイアス磁界と、上部磁気シールド層１５の磁化方向を示す。上部磁気シールド層１５は、Ｃ軸が上部磁気シールド層１５の面に垂直となるように成膜されている。
上部磁気シールド層１５の磁化方向は、図３（ａ）、（ｂ）のいずれも上部磁気シールド層１５の面に平行となることを示す。上部磁気シールド層１５は、外部磁界が作用した際に、Ｃ軸に垂直な面内に磁化方向が向きやすい性質をもっているからである。
【００１８】
上部磁気シールド層１５に近接して配置されているハード膜１６ａ、１６ｂによるバイアス磁界が、仮に、上部磁気シールド層１５の磁化方向を面内以外の方向へ向けようとしても、上部磁気シールド層１５は面内に磁化方向が向きやすくなる傾向があるから、上部磁気シールド層１５の磁化方向は面内の方向にならうように保たれる。このことは、ハード膜１６ａ、１６ｂによるバイアス磁界が、上部磁気シールド層１５に漏れ難くなることを意味している。すなわち、本実施形態の上部磁気シールド層１５の構成によれば、ハード膜１６ａ、１６ｂによるバイアス磁界が上部磁気シールド層１５に漏れて弱められることを抑制することができる。
【００１９】
また、上部磁気シールド層１５に突起１５ａが形成されているような場合には、上部磁気シールド層１５における磁化方向が定まらないと、突起１５ａの部分に磁極が発生することがあり、バイアス磁界を擾乱させることが起こり得る。本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、突起１５ａの部分においても、磁化方向は上部磁気シールド層１５の面内方向となるから突起１５ａの部分に磁極が発生することを抑制する。これによって、磁気抵抗効果素子１２に作用するバイアス磁界を擾乱させることがなく、磁気抵抗効果素子１２の出力にノイズがのるといったことを防止することが可能となる。
【００２０】
なお、上記実施形態においては、上部磁気シールド層１５に、一軸結晶磁気異方性定数Kuが負の値を示す磁性材料を使用する例について説明したが、あわせて、下部磁気シールド層１４に、一軸結晶磁気異方性定数Kuが負の値を示す磁性材料を使用することも有効である。
下部磁気シールド層１４および上部磁気シールド層１５は、隣接するビットからの磁界の影響を遮蔽する目的で設けられている。下部磁気シールド層１４および上部磁気シールド層１５はこのように、外部磁界の作用を受けるものであるから、外部磁界が作用しても磁化方向が面内に向くことにより、磁気抵抗効果素子１２に外部磁界の作用を及ぼさないようにすることができる点で有効である。なお、本実施例ではＣＰＰ型磁気抵抗効果ヘッドに適用した場合について説明したが、ＣＩＰ型磁気抵抗効果ヘッドにおいても適用可能である。
【００２１】
（磁気シールド材料）
本発明に係る磁気ヘッドにおいては、上部磁気シールド層あるいは下部磁気シールド層として、一軸結晶磁気異方性定数Kuが負の値を示す軟磁性材料を使用する。このような特性を示す材料には、いくつかの材料がある。以下に、本願発明の磁気ヘッドに使用することができる磁気シールド材料について説明する。
【００２２】
Co1-xIrx系の磁性材料は、Irの組成比によって一軸結晶磁気異方性定数Kuが負の値を有する。
図４は、Co-Ir膜について、飽和磁化（Ms)、Kuの値、K4の値が、Irの組成によってどのように変化するかを測定した結果を示す（非引用文献４）。
図４（ｂ）から、Irの組成が５at%以上になると、Kuの値が負になることがわかる。グラフから、Irの組成が少なくとも5〜30at%の範囲でKuの値が負である。具体的数値としては、Irの組成が17at%のとき、Ku=-6×106（erg/cm3)となる。
また、保磁力Hｃの値は、Irの組成が18％の場合に、容易軸方向：28Oe、困難軸方向：20Oeであり、78パーマロイ（NiFe:Ni78%）の保磁力Hcの値が0.1 Oe 以下であることを考えると、軟磁気特性は劣るものの、十分にシールドとして用ることができる値である。
【００２３】
Co1-xFex系の磁性材料についても、Feの組成によって、一軸結晶磁気異方性定数Kuが負の値を有する。図５に、Co-Fe系材料についてのKuの値が示されている（非特許文献３）。図５に示す測定値は、Feの組成が1.5at%以上で、六方最密構造（hcp）となる場合に、Kuが負の値となることを示している。
すなわち、このFeの組成領域のCo-Fe材料であれば、一軸結晶磁気異方性定数Kuが負の値を有する磁気シールド材として使用することができる。
【００２４】
なお、上記以外に、α-Fe16C2（非特許文献５）、NiAs-type Mn50Sb50（非特許文献６）、L10type Fe-IrなどがKu値が負となる磁性材料である。ここで、αはFeCの結晶構造が変態したときの層の1種であり、FeCにはα相とγ相が存在する。またL10型とは結晶の規則構造を示す。さらに、Ta/Pt/Ru, Ta/Ruを下地層に利用すると、負のKu材料の結晶配向性がよくなり結晶の質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る磁気抵抗効果ヘッドの構成を浮上面側から見た断面図である。
【図２】一軸結晶磁気異方性定数Kuの値による磁性材料の特性の相違を示す説明図である。
【図３】本発明における磁気抵抗効果ヘッドの、ハード膜によるバイアス磁界と、磁気シールド層の磁化方向を示す説明図である。
【図４】Irの組成に対するCo-IrのKuの値を示すグラフである。
【図５】Feの組成に対するCo-FeのKuの値を示すグラフである。
【図６】磁気抵抗効果ヘッドの構成を浮上面側から見た断面図である。
【図７】従来の磁気抵抗効果ヘッドにおけるハード膜によるバイアス磁界と磁気シールド層の磁化方向を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  磁気抵抗効果ヘッド
１２  磁気抵抗効果素子
１３  フリー層
１４  下部磁気シールド層
１５  上部磁気シールド層
１５ａ  突起
１６ａ、１６ｂ  ハード膜
１８  絶縁材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図４】
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【図５】
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