(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＲ素子と、前記ＭＲ素子に隣接して設けられた永久磁石膜と、前記ＭＲ素子に通電するための電極とを有して成る磁気抵抗効果型磁気ヘッドの調整方法であって、
（ａ）  前記永久磁石膜の残留磁化をＭｒ、前記永久磁石膜の膜厚をｔ、前記残留磁化Ｍｒと前記膜厚ｔとの積をＭｒｔとし、
複数の異なる再生トラック幅ｗについて、前記Ｍｒｔに対する再生波形の非対称特性の関係を求める工程、
（ｂ）  前記非対称特性の許容範囲内に収まるように、各再生トラック幅ｗにおける前記Ｍｒｔの上限値及び下限値を求める工程、
（ｃ）  前記（ｂ）工程で得られた前記Ｍｒｔの上限値と前記再生トラック幅ｗとの関係から前記Ｍｒｔの第１上限規制式を求めるとともに、前記（ｂ）工程で得られた前記Ｍｒｔの下限値と前記再生トラック幅ｗとの関係から前記Ｍｒｔの第１下限規制式を求め、さらに前記再生トラック幅ｗの範囲を規制する工程、
（ｄ）  前記再生トラック幅ｗの範囲を満たし、且つ、前記第１上限規制式及び前記第１下限規制式から得られた前記Ｍｒｔの範囲を満たすように、前記再生トラック幅ｗと、前記Ｍｒｔとを決定する工程、
を有することを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッドの調整方法。
【請求項２】
以下の工程を有する請求項１記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの調整方法。
（ｅ）  複数の異なる再生トラック幅ｗについて、前記Ｍｒｔに対する前記磁気抵抗効果型磁気ヘッドの再生出力の関係を求める工程、
（ｆ）  前記再生出力が必要最小値以上となるように、各再生トラック幅ｗにおける前記Ｍｒｔの上限値を求める工程、
（ｇ）  前記（ｆ）工程で得られた前記Ｍｒｔの上限値と前記再生トラック幅ｗとの関係から前記Ｍｒｔの第２上限規制式を求める工程、
（ｈ）  前記再生トラック幅ｗの範囲を満たし、且つ、前記第１上限規制式、第２上限規制式及び前記第１下限規制式から得られた前記Ｍｒｔの範囲を満たすように、前記再生トラック幅ｗと、前記Ｍｒｔとを決定する工程、
【請求項３】
以下の工程を有する請求項１又は２に記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの調整方法。
（ｉ）  複数の異なる再生トラック幅ｗについて、前記Ｍｒｔに対する前記磁気抵抗効果型磁気ヘッドのヒステリシスの関係を求める工程、
（ｊ）  前記ヒステリシスが許容最大値以下となるように、各再生トラック幅ｗに対する前記Ｍｒｔの下限値を求める工程、
（ｋ）  前記（ｊ）工程で得られた前記Ｍｒｔの下限値と前記再生トラック幅ｗとの関係から前記Ｍｒｔの第２下限規制式を求める工程、
（ｌ）  前記再生トラック幅ｗの範囲を満たし、且つ、前記第１上限規制式、前記第１下限規制式、及び前記第２下限規制式から得られた前記Ｍｒｔの範囲を満たすように、あるいは、前記再生トラック幅ｗの範囲を満たし、且つ、前記第１上限規制式、第２上限規制式、前記第１下限規制式、及び前記第２下限規制式から得られた前記Ｍｒｔの範囲を満たすように、前記再生トラック幅ｗと、前記Ｍｒｔとを決定する工程、
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハードディスク装置、ＶＴＲ等の磁気記録装置に用いられる磁気抵抗効果型磁気ヘッド（ＭＲヘッド）の調整方法に関するもので、特に再生素子部を構成する永久磁石膜の膜厚及び残留磁化と、再生トラック幅との数量的関係に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスク装置あるいはＶＴＲ等の磁気記録装置において、高記録密度による小形大容量化は急激な勢いで進展している。このような動向に呼応して磁気ヘッドの高性能化が進められ、電磁誘導方式である薄膜磁気ヘッドに代わり、再生素子に磁気抵抗効果現象を利用したＭＲヘッドが適用されるようになった。
【０００３】
このような従来のＭＲヘッドは、例えば、IEEE Tras.Magn.Vol 26(1990)pp1689に開示されている。その概要を図１２を用いて説明する。磁気記録媒体上の磁気信号を再生する磁気抵抗効果型素子（ＭＲ素子）９１は、パーマロイ等の磁気抵抗効果を有する材料の薄膜で構成される。このＭＲ素子９１は、非磁性材料からなる再生ギャップ９２を介してシールド磁性膜９３および９４によって挟まれる。
【０００４】
この図１２に示すＭＲヘッドは、記録ヘッドと再生ヘッドとが分離しているタイプのものである。再生ヘッドはＭＲ素子９１であり、再生時にＭＲ素子９１を使用して信号情報を読み取る。記録ヘッドは、記録磁極８４及びコイル８０からなる記録専用の誘導型磁気ヘッドである。記録ヘッドを構成する記録磁極８４及びコイル８０は、図１２に示すように、再生ヘッドを構成するＭＲ素子９１の上部に配置される。
【０００５】
磁気記録装置においてその記録容量を増加させるためには、通常、トラック密度かもしくは線記録密度を高めることが行われる。そこで、トラック密度を高めるには、トラック幅を狭くしなければならない。トラック幅を減少させるに伴い、以下のような不具合が生じる。
【０００６】
すなわち、ＭＲ素子の長さが短くなるため、ＭＲ素子自体の抵抗が低下し、再生出力が著しく減少してしまう。このため、再生出力を実用上問題にならない程度に保つためには、再生素子の抵抗を増大させるか、あるいはＭＲ素子の再生感度を向上させる手段を講じる必要がある
【０００７】
一方、検出再生素子であるＭＲ素子は、素子内に発生する磁壁と磁区構造の影響を受けやすく、再生時にノイズとして再生信号に重畳してくる。このようなノイズ信号をバルクハウゼンノイズと呼ばれ、その抑制と規制が問題にされ、対策が行われてきた。磁区の発生を抑制するための手段として、例えばIEEE Trans.Magn.Vol.32(1996)pp19に開示されているような、永久磁石膜をＭＲ素子に隣接させて形成配置して、そのＭＲ素子にバイアス磁場を印加するという方法がある。この方法によれば、印加バイアス磁場はＭＲ素子のトラック端部に発生する反磁場の影響を緩和でき、その結果、素子内に磁区等が発生することを抑制することが可能となる。
【０００８】
しかし、永久磁石膜を用いて磁区構造の安定化を図ると、素子の再生感度を低下させるおそれが生じる。そのため、安定化のためのバイアス磁場強度の選択には注意が必要である。
【０００９】
すなわち、バルクハウゼンノイズが発生しないように必要な磁場強度を印加すること、および適正な範囲内にバイアス磁場の強度を保持し再生感度を低下させないことが求められる。また、バイアス磁場の強度を変化させると再生信号の線形性の指標である非対称性も変動することから、これらの全ての要素について満足いく最適なバイアス磁場の設定を行う必要がある。
【００１０】
一方、この永久磁石膜の好ましい材質及び組成を米国特許５４３４８２６が開示している。そこで開示されている永久磁石膜はＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＣｒＴａＰｔおよびＣｏＣｒＰｔＢ等があり、５０〜６０ｎｍの範囲の膜厚に対して、残留磁化と膜厚との積が２．３８〜３．７８［ｍｅｍｕ／ｃｍ２］になる場合が最適域であることを、独自に作製した測定装置を用いて明らかにしている。
【００１１】
さらに、この永久磁石膜の磁気特性は、当然ながら、ＭＲヘッドの再生特性大きな影響を与えるが、特開平７−９３７１４号公報は、永久磁石膜の保磁力Ｈｃの特性を向上させることにより、バルクハウゼンノイズあるいはＭＲヘッドの再生出力のばらつきを低減できること説明している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
永久磁石膜が発生するバイアス磁場は、ＭＲ素子内の磁化回転を抑制して安定化させる効果がある。ところが、記録密度を向上させるためのトラック幅狭小化に伴い、隣接する永久磁石膜の間隔が従来考えられていた範囲を超えて狭くなると、バイアス磁場の強度が過大になってしまう。その結果、ＭＲ素子の感度は低下し、再生出力の低減が避けられなくなる。さらに、バイアス磁場の効果が適正値より外れるため、再生波形の対称性を保証する再生信号の線形範囲が急速に狭まり、再生波形の非対称分の増加が同時に懸念され、再生信号の誤り率の増大につながる。
【００１３】
本発明の目的は、バルクハウゼンノイズの発生に見られるＭＲ素子の再生不安定性を除去し、再生信号出力を高めると共に、波形の非対称性を低減するＭＲヘッドを得るための実際的な解決方法を提供することにある。そのうえ、トラック幅の減少に対応した最適な永久磁石膜の適用を提供するものである。以下、本発明を詳細に述べることにする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前述した技術課題を解決するために、本発明は、ＭＲ素子の再生出力と再生ノイズに多大な影響を与える永久磁石膜と再生トラック幅の物理的な寸法あるいは物性値等について考察を加え、適切に設計に反映できるような具体的手法を模索した結果、想到されたものである。
【００１５】
ＭＲヘッドに用いられる永久磁石膜は、素子にバイアス磁場を印加することでノイズ制御を行う。しかし、バイアス磁場が大きすぎると再生感度が下がり出力の不足をきたす原因となる。また、永久磁石膜によるバイアス磁場の効果は、再生トラック幅、永久磁石膜厚、永久磁石の残留磁束密度によってその効率が変化する。さらに、永久磁石膜の物性値は、バイアス磁場の強度、分布等に強い影響を持っている。
【００１６】
したがって、これらの多数のパラメータを適切に組み合わせ規制することは実際上非常に困難であるが、本発明によりそれが容易に実行でき、従来のＭＲヘッドに比べて出力特性、ノイズ特性に格段に優れたＭＲヘッドを得ることが可能となる。
【００１７】
本発明は、ＭＲ素子と、前記ＭＲ素子に隣接して設けられた永久磁石膜と、前記ＭＲ素子に通電するための電極とを有して成る磁気抵抗効果型磁気ヘッドの調整方法であって、
（ａ）  前記永久磁石膜の残留磁化をＭｒ、前記永久磁石膜の膜厚をｔ、前記残留磁化Ｍｒと前記膜厚ｔとの積をＭｒｔとし、
複数の異なる再生トラック幅ｗについて、前記Ｍｒｔに対する再生波形の非対称特性の関係を求める工程、
（ｂ）  前記非対称特性の許容範囲内に収まるように、各再生トラック幅ｗにおける前記Ｍｒｔの上限値及び下限値を求める工程、
（ｃ）  前記（ｂ）工程で得られた前記Ｍｒｔの上限値と前記再生トラック幅ｗとの関係から前記Ｍｒｔの第１上限規制式を求めるとともに、前記（ｂ）工程で得られた前記Ｍｒｔの下限値と前記再生トラック幅ｗとの関係から前記Ｍｒｔの第１下限規制式を求め、さらに前記再生トラック幅ｗの範囲を規制する工程、
（ｄ）  前記再生トラック幅ｗの範囲を満たし、且つ、前記第１上限規制式及び前記第１下限規制式から得られた前記Ｍｒｔの範囲を満たすように、前記再生トラック幅ｗと、前記Ｍｒｔとを決定する工程、
を有することを特徴とするものである。
また、以下の工程を有することが好ましい。
（ｅ）  複数の異なる再生トラック幅ｗについて、前記Ｍｒｔに対する前記磁気抵抗効果型磁気ヘッドの再生出力の関係を求める工程、
（ｆ）  前記再生出力が必要最小値以上となるように、各再生トラック幅ｗにおける前記Ｍｒｔの上限値を求める工程、
（ｇ）  前記（ｆ）工程で得られた前記Ｍｒｔの上限値と前記再生トラック幅ｗとの関係から前記Ｍｒｔの第２上限規制式を求める工程、
（ｈ）  前記再生トラック幅ｗの範囲を満たし、且つ、前記第１上限規制式、第２上限規制式及び前記第１下限規制式から得られた前記Ｍｒｔの範囲を満たすように、前記再生トラック幅ｗと、前記Ｍｒｔとを決定する工程、
また、以下の工程を有することが好ましい。
（ｉ）  複数の異なる再生トラック幅ｗについて、前記Ｍｒｔに対する前記磁気抵抗効果型磁気ヘッドのヒステリシスの関係を求める工程、
（ｊ）  前記ヒステリシスが許容最大値以下となるように、各再生トラック幅ｗに対する前記Ｍｒｔの下限値を求める工程、
（ｋ）  前記（ｊ）工程で得られた前記Ｍｒｔの下限値と前記再生トラック幅ｗとの関係から前記Ｍｒｔの第２下限規制式を求める工程、
（ｌ）  前記再生トラック幅ｗの範囲を満たし、且つ、前記第１上限規制式、前記第１下限規制式、及び前記第２下限規制式から得られた前記Ｍｒｔの範囲を満たすように、あるいは、前記再生トラック幅ｗの範囲を満たし、且つ、前記第１上限規制式、第２上限規制式、前記第１下限規制式、及び前記第２下限規制式から得られた前記Ｍｒｔの範囲を満たすように、前記再生トラック幅ｗと、前記Ｍｒｔとを決定する工程、
【００１８】
上記によって得られた再生トラック幅ｗとＭｒとを有するＭＲヘッドを用いることにより、高トラック密度に応じて再生トラック幅が狭くなっても再生波形の非対称性、再生出力および再生出力のばらつきの少ない 良好な再生特性を得ることが可能となる。さらに、バルクハウゼンノイズを効果的に除去できる永久磁石膜と再生トラック幅の関係を利用できるため、高い性能 が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明によるＭＲヘッドの磁極部の構造について図８を参照して説明する。図８において、符号８２はＭＲ素子であって、ＭＲ素子８２に隣接させて永久磁石膜８１を形成している。また、符号８３はＭＲ素子に通電するための電極、８４は記録磁極である。ＭＲ素子８２は下部シールド膜８５および上部シールド膜８６によって磁気的にシールドされている。
【００２０】
第１の実施例を説明する。この実施例では、ＭＲヘッドの再生特性が０に近い非対象を実現するための条件を見い出すことを課題とする。
【００２１】
図１に、再生トラック幅ｗが０．７〜１．５μｍの各場合について、永久磁石膜８１の残留磁化Ｍｒと膜厚ｔとの積（以下、永久磁石膜の残留磁化・膜厚の積という）Ｍｒｔに対する再生波形の非対称特性の関係を示す。図１のグラフの横軸は永久磁石膜の残留磁化・膜厚積Ｍｒｔ［ｍｅｍｕ／ｃｍ2］、縦軸は再生波形非対称性を％で表示したものである。ここで、再生波形の非対称性は以下の式によって定義される。
非対称性［％］＝［（Ｖ＋−Ｖ−）／（Ｖ＋＋Ｖ−）］×１００
上の式において、Ｖ＋およびＶ−はそれぞれ正の信号出力と負の信号出力を表す。
【００２２】
ハードディスク装置のように記録されたデジタル符号化された信号を再生する場合、磁気ヘッドから得られる再生波形はアナログ信号であり、これから０、１のデジタル符号に再生する必要がある。この過程において、前記非対称性が増加すると再生波形が歪んで正しく０、１の符号を再生できなくなる。
【００２３】
一般に、ハードディスク装置に組み込まれるＭＲヘッドについては、非対称性の許容限界を−１５〜＋１５％としている。しかし、この非対称性の許容限界では再生符号の誤り率が１０〜１００倍程度大きくなる可能性があるため、非対称性は−１０〜＋１０％の範囲であることが望ましい。
【００２４】
そこで、本発明では、ＭＲヘッドの再生特性が−１０〜＋１０％の非対称を実現するように設定することとした。図１に示す特性曲線群を見れば明らかなように、０．７〜１．５μｍの再生トラック幅ｗに対して、永久磁石膜のＭｒｔを増加させて行くにつれて、非対称性の値は正から負に変化する。
【００２５】
例えば、再生トラック幅０．７μｍの場合、永久磁石膜の残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔ＝０．８［ｍｅｍｕ／ｃｍ2］の時、非対称性が＋３３％であったものが、Ｍｒｔ＝１．２０［ｍｅｍｕ／ｃｍ２］になると非対称性は＋１０％に改善される。さらに、Ｍｒｔ＝２．２４［ｍｅｍｕ／ｃｍ２］以上になると非対称性は−１０％以上になる。以上の結果から再生トラック幅ｗが０．７μｍの場合は、永久磁石膜の残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔの下限値は１．２０［ｍｅｍｕ／ｃｍ２］であり、上限値は２．２４［ｍｅｍｕ／ｃｍ２］である。
【００２６】
上記した手順を、再生トラック幅ｗ＝０．７以外にも適用して、各トラック幅における永久磁石膜の残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔの上限値及び下限値を求めると、以下の表１の通りとなる。
【００２７】
【表１】
0003839607.tif 000002
【００２８】
表１に得られた永久磁石膜の残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔの下限および上限について、それぞれ再生トラック幅ｗとの関係を直線式で表すと、
Ｍｒｔの下限値については、
Ｍｒｔ＝１．０×ｗ＋０．５  ・・・・（１）となり、
Ｍｒｔの上限値については、
Ｍｒｔ＝３．６×ｗ−０．４  ・・・・（２）となる。
【００２９】
この結果から、永久磁石バイアスを適用したＭＲヘッドにおいて、再生信号の非対称性を±１０％の範囲に制御するためには、式（１）および式（２）によって規定される範囲を満足するように永久磁石膜の残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔおよび再生トラック幅ｗを選択することが必要である。
【００３０】
なお、再生の波形非対称性は０に近いほど特性が良いことから、再生トラック幅ｗと永久磁石膜のＭｒｔの関係は、図１に示された結果から、
Ｍｒｔ＝１．６×ｗ＋０．４  ・・・・（３）
の関係を満足することが最も望ましいことが分かる。
【００３１】
以上のことから、ＭＲヘッドの再生特性が０に近い非対称性を発揮するためには、再生トラック幅ｗに対する永久磁石膜の残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔの関係を、上記（１）式を下限とし上記（２）式を上限とした範囲とすること、あるいは上記（３）式にできるだけ近づける、ということが望ましいことが解る。
【００３２】
さらに、本発明で規定する再生トラック幅ｗは、１．５μｍを上限とする。すなわち、再生トラック幅ｗの上限値は、
ｗ＝１．５      ・・・・（４）
とする。ｗ＝１．５［μｍ］は、２ＧＢ／ｉｎ2程度の面記録密度に対応した再生トラック幅でもある。
【００３３】
以上、（１）、（２）及び（４）式によって規定される、再生トラック幅ｗに対する永久磁石膜の残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔの望ましい関係をグラフにして表すと、図２の、直線２２、２１及び２３で囲まれた斜線を施した領域となる。図２は横軸が再生トラック幅ｗ［μｍ］であり、縦軸が永久磁石膜の残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔ［ｍｅｍｕ／ｃｍ２］である。この図２において、直線２１はＭｒｔの下限を規定している（１）式であり、直線２２はＭｒｔの上限を規定している（２）式であり、直線２３は再生トラック幅ｗの上限値を規定している（４）式である。
【００３４】
すなわち、この斜線の領域は以下の３つの式を満足している。
Ｍｒｔ≧１．０×ｗ＋０．５ ・・・・（１´）（第１下限規制式）
Ｍｒｔ≦３．６×ｗ−０．４ ・・・・（２´）（第１上限規制式）
ｗ≦１．５ ・・・・（４´）
【００３５】
なお、式（１）あるいは（２）の左辺は永久磁石膜の残留磁化膜厚積Ｍｒｔを示し、そのディメンジョンは［ｍｅｍｕ／ｃｍ２］である。なお、再生トラック幅ｗはμｍで表示することにする。左辺が上述したディメンジョンを有するため、右辺第１項の定数係数は［ｍｅｍｕ／ｃｍ２／μｍ］、第２項の定数係数は［ｍｅｍｕ／ｃｍ２］のディメンジョンを持つことになる。
【００３６】
本発明による第２の実施例を説明する。この実施例では、ＭＲヘッドの再生特性が±１０％以内の非対称性を実現するための条件（第１の実施例における条件）に、さらに、ＭＲヘッドが規定の出力を確保できるという条件が付加される。
【００３７】
ハードディスクドライブ装置では０、１の符号を記録再生するために、磁気記録媒体に記録される磁化の反転現象を用いている。磁気記録媒体内の磁化の反転にともなう磁場変化は、ＭＲヘッドによる再生波形から０、１の符号に変換されるが、例えば符号配列が｛００００｝のように０符号信号が連続する場合は、磁化の反転周期が長く、反対に｛１１１１｝のように１が連続する場合は磁化の反転周期が短くなる。
【００３８】
現在、ハードディスク装置に用いられている符号再生方式では、最低周波数と最高周波数の比が１：５ないし１：６の範囲に設定されているが、隣り合う信号波との重なり合いによる再生波形の干渉効果によって、高周波になるほど再生出力が減少する傾向を有する。この時、最高周波数に対する再生出力と最低周波数に対する再生出力の振幅強度比は、２５〜３５％程度になる。
【００３９】
一方、ハードディスク装置で誤り無く符号再生するには、ＭＲヘッドからの再生出力が１ｍＶ程度必要であることから、低周波域での再生出力は最低０．３〜０．４ｍＶあることが望ましい。このため、本発明では低周波域の再生出力を０．４ｍＶ以上確保出来る永久磁石膜の残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔを見いだすことにした。
【００４０】
図３に、再生トラック幅ｗが０．７〜１．５μｍの各場合について、永久磁石膜の残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔに対する孤立再生波の再生出力の関係を示す。図３のグラフの横軸は永久磁石膜の残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔ［ｍｅｍｕ／ｃｍ２］であり、縦軸は再生出力［ｍＶ］である。
【００４１】
図３によれば、例えば、再生トラック幅ｗが０．７μｍの場合、永久磁石膜残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔが０．８８［ｍｅｍｕ／ｃｍ２］のときは、約０．５［ｍＶ］の再生出力を与えることがわかる。さらに再生トラック幅ｗが０．７〜１．５μｍで、永久磁石膜の残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔが増加するにともない再生出力は減少する傾向を一般的に示している。
【００４２】
また、図３から、再生トラック幅ｗ＝０．７μｍの場合、０．４［ｍＶ］以上の再生出力を得るためには、永久磁石膜の残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔが１．２７［ｍｅｍｕ／ｃｍ２］以下であることが必要であることがわかる。同様にして、再生トラック幅ｗが０．７μｍ以外の場合についても、０．４［ｍＶ］以上の再生出力を得るための、永久磁石膜の残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔの上限値を求めると、以下の表２のようになる。
【００４３】
【表２】
0003839607.tif 000003
【００４４】
表２に得られた永久磁石膜の残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔを再生トラック幅ｗの関係を直線式で表すと、Ｍｒｔ＝４．５×ｗ−２．０ ・・・・（５）となる。
すなわち、再生出力を０．４［ｍＶ］以上に確保するためには、Ｍｒｔ≦４．５×ｗ−２．０ ・・・・（５´）（第２上限規制式）
であることが必要となる。
【００４５】
以上のことから、永久磁石膜によるバイアス磁場を用いたＭＲヘッドにおいて、再生信号の非対称性を±１０％の範囲内に規制し、且つ再生出力が０．４［ｍＶ］以上に確保するためには、上記の（１´）式、（２´）式、（４´）式及び（５´）式をすべて満足するものでなければならない。そのような領域を図４に斜線で示す。
【００４６】
図４は、横軸は再生トラック幅ｗ［μｍ］、縦軸が永久磁石膜の残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔ[memu/cm2]である。図４において、直線２１、２２及び２３は図２の場合と同様に、（１）式、（２）式及び（４）式を表すものであり、直線３３は上の（５）式を表している。
【００４７】
以上、説明したように、永久磁石膜にうよるバイアス磁場を用いたＭＲヘッドにおいて、図４の斜線でしるされた領域を選択することによって、再生信号の非対称性を±１０％の範囲内に規制し、且つ再生出力を０．４［ｍＶ］以上に確保することが可能となる。
【００４８】
第３の実施例を説明する。この実施例では、ＭＲヘッドの再生特性が±１０％以内の非対称性を実現するという条件（第１の実施例で与えられる条件）に、さらに、永久磁石膜のヒステリシス特性を低下させるという条件が付加される。ここでいうヒステリシスは、ＭＲヘッドに連続的に変化する外部磁場を加えたときに、ＭＲ素子の出力変化特性曲線に現れるヒステリシスを意味する。このヒステリシスは印加磁場の変化と出力の変化によって与えられる。本発明ではヒステリシスのディメンジョンを［ｍＶ・Ｏｅ］とする。
【００４９】
図５は、再生トラック幅ｗが０．７〜１．５［μｍ］の各場合について、永久磁石膜の残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔに対するヒステリシスの関係について示すグラフである。図５のグラフの縦軸はヒステリシス［ｍＶ・Ｏｅ］であり、横軸は永久磁石膜の残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔ［ｍｅｍｕ／ｃｍ２］である。
【００５０】
図５のよれば、例えば、再生トラック幅ｗが０．７［μｍ］の場合、永久磁石膜の残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔが０．８８［ｍｅｍｕ／ｃｍ２］のとき、ヒステリシスは４．２［ｍＶ・Ｏｅ］である。Ｍｒｔがそれより増加して１．６［ｍｅｍｕ／ｃｍ２］となると、ヒステリシスは急激に減少して１．２［ｍＶ・Ｏｅ］となる。さらにＭｒｔが増加して３．９［ｍｅｍｕ／ｃｍ２］となると、ヒステリシスはさらに減少して０．２［ｍＶ・Ｏｅ］となる。
【００５１】
一般に、再生素子に現れるヒステリシスは再生出力のばらつきの原因となり、ディスクドライブ装置のノイズ源となることが分かっている。このため、ディスクドライブ装置で許容される最大の出力ばらつきは、５〜１０％程度であり、これを前記の再生出力の最小値０．４［ｍＶ］の場合で考えると、許容ばらつきの範囲は０．０３［ｍＶ］となる。
【００５２】
一方、ディスクドライブ装置の磁気記録媒体から発生する信号磁場の大きさについていうと、磁気記録媒体のＭｒｔが０．５〜０．８［ｍｅｍｕ／ｃｍ２］であることを考慮すると、４０［Ｏｅ］程度の磁場が磁気抵抗効果型磁気ヘッドに加わると考えられる。
【００５３】
この結果から許容されるヒステリシスの最大値は、印加磁場の大きさと出力許容ばらつきの積から規定されて、１．２［ｍＶ・Ｏｅ］となることが分かる。再生出力のばらつきの少ない磁気抵抗効果型ヘッドを得るためには、ヒステリシスが１．２［ｍＶ・Ｏｅ］以下になるよう永久磁石膜のＭｒｔを制御する必要がある。
【００５４】
図５で得られた結果を元に、再生トラック幅ｗが０．７〜１．５［μｍ］の各場合について、永久磁石膜の残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔの下限値を求めると、以下の表３に示すようになる。
【００５５】
【表３】
0003839607.tif 000004
【００５６】
表３に得られた永久磁石膜の残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔと再生トラック幅ｗの関係を直線式で表すと、Ｍｒｔ＝３．７×ｗ−１．２ ・・・・（６）となる。
すなわち、再生出力のばらつきを規定するヒステリシスの大きさが１．２［ｍＶ・Ｏｅ］以下にするには、Ｍｒｔ≧３．７×ｗ−１．２ ・・・・（６´）（第２下限規制式）
であることが必要となる。
【００５７】
以上のことから、永久磁石バイアス方式のＭＲヘッドにおいて、再生信号の非対称性を±１０％の範囲内に制御し、且つヒステリシスの大きさを１．２［ｍＶ・Ｏｅ］以下とした再生特性を得るためには、上記の（１´）式、（２´）式、（４´）式及び（６´）式をすべて満足するものでなければならない。そのような領域を図６に斜線で示す。
【００５８】
図６は、横軸は再生トラック幅ｗ［μｍ］であり、縦軸が永久磁石膜の残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔ[memu/cm2]である。図６において、直線２１、２２及び２３は図２の場合と同様に、（１）式、（２）式及び（４）式を表し、直線５３は上の（６）式を表している。
【００５９】
第４の実施例を説明する。この実施例では、ＭＲヘッドの再生特性が±１０％以内の非対称性を実現するための条件（第１の実施例における条件）と、さらに、永久磁石膜のヒステリシス特性を低下させるという条件（第３の実施例における条件）とが重畳して付加される。
【００６０】
したがって、この実施例は、上記の（１´）式、（２´）式、（４´）式、（５´）式及び（６´）式をすべて満足するものでなければならない。そのような領域を図７に斜線で示す。
【００６１】
図７は、横軸が再生トラック幅ｗ［μｍ］であり、縦軸が永久磁石膜の残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔ[memu/cm2]である。図７において、直線２１、２２及び２３は図２の場合と同様に、（１）式、（２）式及び（４）式を表すものであり、直線３３は上の（５）式を、直線５３は（６）式を表している。
【００６２】
第５の実施例を説明する。この実施例は、上記の第１乃至第４の実施例によるＭＲヘッドにおいて、その角形比Ｓを規定している。角形比Ｓとは、磁気的バイアスを印加するための手段である永久磁石膜の残留磁化Ｍｒと飽和磁化Ｍｓの比、（すなわち、Ｓ＝Ｍｒ／Ｍｓ）である。この実施例によるＭＲヘッドは角形比が０．７以上１．０以下に規定される。
【００６３】
図８に示すＭＲヘッドにおける永久磁石膜８１の飽和磁化Ｍｓは４５０〜８００［ｅｍｕ／ｃｍ３］程度になる。このとき、角形比Ｓを１とすると、永久磁石膜の残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔが１［ｍｅｍｕ／ｃｍ２］となるために必要な膜厚は１２０〜２２０［Å］である。これに対して角形比Ｓを０．１とすると、Ｍｒｔが１［ｍｅｍｕ／ｃｍ２］となるために必要な膜厚は１２００〜２２００［Å］にも達し、再生素子の再生トラック両側が厚くなってしまう。
【００６４】
この再生素子周辺の形状は記録磁極の形状にも影響を及ぼすことになる。再生素子周辺の形状効果を緩和するためには、記録磁極を形成する前に磁極を配置する面の平坦化を行うか、あるいは再生素子形状を平坦に保つことが必要である。しかし、平坦化の作業は磁気ヘッドの製造工数を増加させ、コストの増加につながるという短所を有する。これに対して再生素子の形状を平坦に保つ技術は余分な工程を経ることなく、且つ永久磁石膜を薄くすることで膜形成の時間も短縮することが可能であり、ＭＲヘッドの生産性を向上させることが可能となる。
【００６５】
本実施例で使用される永久磁石膜８１の残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔの最大値は５．２９［ｍｅｍｕ／ｃｍ２］である。永久磁石膜８１に、例えば、飽和磁化Ｍｓが４５０［ｅｍｕ／ｃｍ３］の永久磁石材料を用いた場合、その膜厚は以下の関係で与えられる。
0003839607.tif 000005
となる。
【００６６】
したがって、永久磁石膜の最小膜厚は角形比Ｓが１のときに得られて、１１７６［Å］になる。角形比Ｓが小さくなるに伴い永久磁石膜の膜厚は厚くなり、角形比０．７で１６８０［Å］、角形比０．５で２３５２［Å］に達する。ＭＲヘッドの素子膜厚は５００〜６００［Å］程度であり、これに信号検出用の電極を加えた素子部の段差は角形比０．７の時に２０００［Å］程度になる。これは記録ギャップ長の５０％に達する歪みを記録磁極に発生させるが、５０％以上の形状歪みはＯ／Ｗ（オーバライト）および再生波長の特性を著しく劣化させるため、永久磁石膜の角形比は０．７以上であることが望ましい。
【００６７】
この実施例は、上記の第１乃至第５の実施例のうちいずれかによるＭＲヘッドにおいて、その永久磁石膜８１の組成を規定している。永久磁石膜８１はＣｏを主成分とする合金であり、この合金に対する添加元素としてＣｒ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｉの少なくともいずれか１種類以上を含む。
【００６８】
ＭＲヘッドにおいて、バイアス磁場を発生する永久磁石膜の残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔを制御し、良好な再生特性を得るためには、薄膜の状態で優れた磁気特性を示す永久磁石材料を得る必要がある。Ｃｏを主成分とする合金の永久磁石膜では膜厚が１００〜１０００［Å］の範囲で保磁力Ｈｃ＝１０００［Ｏｅ］以上、角形比Ｓ＝０．７以上を確保することが可能である。
【００６９】
第７の実施例を説明する。この実施例では、上記の第１乃至第６の実施例のうちいずれかによるＭＲヘッドにおいて、磁気抵抗効果を有する再生素子が非磁性金属のスペーサを介して積層された２つの磁性膜によって構成している。この非磁性金属のスペーサとしてはＣｕ、Ｔａ等の材料を用いることが可能である。また、積層された磁性膜としては、ＮｉＦｅ、Ｃｏ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅ、ＣｏＴａＺｒ、ＮｉＦｅ系合金、ＣｏＦｅ系合金、ＣｏＴａ系合金等を用いることが可能であり、良好な磁気特性を得ることが出来る。
【００７０】
第８の実施例を説明する。この実施例では、上記の第１乃至第６の実施例のうちいずれかによるＭＲヘッドにおいて、再生素子を以下の形態とすることができる。
【００７１】
第１の形態：  磁気抵抗効果膜（ＭＲ膜）と、Ｔａのスペーサと、ＭＲ膜にバイアスを印加するＳＡＬ膜とを積層した３層膜とし、そしてこの３層膜の両端に永久磁石膜と導電膜を設けて、再生素子とする。スペーサをＴａとすることにより抵抗の高い金属膜のスペーサが得られる。この再生素子を用いたＭＲヘッドはＳＡＬバイアス型磁気ヘッドと呼ばれる。
【００７２】
第２の形態：  第１の軟磁性膜と、非磁性金属のスペーサと、第２の磁性膜と、反強磁性膜とを積層した４層膜とし、そしてこの４層膜の両端に永久磁石膜と導電膜を設けて、再生素子とする。この再生素子を用いたＭＲヘッドはスピンバルブ型ＭＲヘッドあるはスピンバルブヘッドと呼ばれる。なお、この再生素子において、第１の軟磁性膜と第２の磁性膜の両方、またはいずれか一方を、複数の磁性膜を積層した膜や、磁性層間に金属層を設けた積層フェリ層等で置換することできる。非磁性金属のスペーサにはＣｕ等を用いることができる。
【００７３】
ここで、スピンバルブ型ＭＲヘッドを図９、図１０及び図１１を用いて説明する。上記の４層膜のＭＲ素子８２とその両端に設けられた永久磁石膜８１と電極８３（導電膜）とからなる再生素子は、第１のシールド磁性膜９３と第２のシールド磁性膜９４との間に配置される。第２のシールド磁性膜９４は基板９５の上に絶縁膜９６を介して置かれる。第１のシールド磁性膜９３は第２のシールド磁性膜９４の上方に、所定の間隙を保って配置される。
【００７４】
第１のシールド磁性膜９３の上方には記録磁極８４が配置される。記録磁極８４は、図９に示すように、後方にコイル８０の中心にまで延びている。この記録磁極８４は、図１０に示すように、保護膜９７で覆われている。再生素子を構成するＭＲ素子８２は、図１１に示すように、主として、下から第１の軟磁性膜としての自由層８２ａ、スペーサとしての非磁性金属層８２ｂ、第２の磁性層としての固定層８２ｃ、及び反強磁性膜からなる反強磁性層８２ｄの４層構造である。
【００７５】
第３の形態：  第１の軟磁性膜と、絶縁材料のスペーサと、第２の軟磁性膜とを積層した３層膜と、この３層膜に導電膜を設けて、再生素子とする。この再生素子を用いたＭＲヘッドはトンネル接合型磁気ヘッドと呼ばれる。
第４の形態：  巨大磁気抵抗効果を生じる再生素子を用いる。
【００７６】
【発明の実施の形態】
本発明のＭＲヘッドは以下の工程で製造し、本発明の効果を実証することにした。
まず、Ａｌ２Ｏ３等の絶縁膜が形成されたセラミック基板上に１〜２［μｍ］の厚さの軟磁性材料からなる下部シールド膜を成膜した。下部シールド膜を磁気ヘッドに必要な形に整形した後、Ａｌ２Ｏ３等の絶縁膜を用いた下部再生ギャップを形成した。この絶縁膜の上に軟磁性膜、非磁性スペーサ膜、磁性膜の順にスパッタ等の方法を用いて、再生素子用の積層薄膜を形成した。この時これらの膜は、１００〜２００［Å］程度の薄膜である必要がある。成膜された積層薄膜は、ミリング（イオンミリングともいう）等の手法により必要な素子形状に整形される。
【００７７】
次に、再生素子の抵抗変化を検出するための電極を作製する。再生トラック幅ｗを規定するのは再生素子に接触した２つの電極の間隔になるため、まず初めに電極間隔を制御するためのステンシルを、フォトリソグラフィーの技術を用いて再生素子の上に形成した。この時、後述するように形成する電極材料が再生素子と電気的に良好に接続する必要があることから、ステンシルの再生素子に接触している部分はミリングによって形成された素子幅よりも０．２〜０．３［μｍ］程度狭くする必要があった。この時、ステンシルの幅によって規制される再生トラック幅は、０．７〜１．５［μｍ］とした。電極を構成する膜の内、まず第１にバイアス磁場発生用の永久磁石膜として、ＣｏＣｒＰｔ合金を必要な残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔを得るように膜厚を調整して成膜し、続いて電気的良導体であるＴａ膜とＣｕ膜を成膜した。
【００７８】
このとき、永久磁石膜の残留磁化・膜厚の積Ｍｒｔは０．８〜３．９［ｍｅｍｕ／ｃｍ２］の条件で成膜を行った。永久磁石膜および導電膜はスパッタ法を用いて形成した。スパッタによる成膜作業が終了した後、ステンシルおよびステンシル上に付着した膜を除去し、完成した再生素子の上に再びＡｌ２Ｏ３等からなる絶縁膜を形成した。この絶縁膜は再生素子下部の絶縁膜と合わせて再生ギャップを構成する。更に、再生ギャップ上には厚さ３〜４［μｍ］の上部シールド膜を形成した。完成した再生ヘッドの上部に記録コイルと記録磁極を積層し、上部に保護膜と導電パッドをとりつけてすべのヘッド製造工程が終了した。
【００７９】
再生トラック幅ｗを０．７〜１．５［μｍ］、永久磁石膜のＭｒｔを０．８〜３．９［ｍｅｍｕ／ｃｍ２］とした試作ＭＲヘッドの再生波形非対称性、再生出力およびヒステリシスの測定結果はそれぞれ図１、図３および図５に示したとおりである。
【００８０】
【発明の効果】
本発明によるＭＲヘッドを用いることにより、高トラック密度に応じて再生トラック幅が狭くなっても再生波形の非対称性、再生出力および再生出力のばらつきの少ない良好な再生特性を得ることが可能となる。さらに、バルクハウゼンノイズを効果的に除去できる磁石膜と再生トラック幅の関係を利用できるため、高性能なＭＲヘッドが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】永久磁石膜の残留磁化と膜厚との積Ｍｒｔに対する再生波形非対称性を示すグラフである。
【図２】再生波形非対称性を規制するための再生トラック幅ｗと、永久磁石膜の残留磁化と膜厚との積Ｍｒｔとの関係を示すグラフである。
【図３】永久磁石膜の残留磁化と膜厚との積Ｍｒｔに対する再生出力を示すグラフである。
【図４】再生出力を規定するための再生トラック幅ｗと、永久磁石膜の残留磁化と膜厚の積Ｍｒｔとの関係を示すグラフである。
【図５】永久磁石膜の残留磁化と膜厚との積Ｍｒｔに対するヒステリシスを示すグラフである。
【図６】ヒステリシスを規制するための再生トラック幅ｗと、永久磁石膜の残留磁化と膜厚との積Ｍｒｔとの関係を示すグラフである。
【図７】再生出力およびヒステリシスを規制するための再生トラック幅ｗと、永久磁石膜の残留磁化と膜厚との積Ｍｒｔとの関係を示すグラフである。
【図８】浮上面から見たＭＲヘッドの磁極部の概略図である。
【図９】本発明が適用されるスピンバルブ型ＭＲヘッドの斜視図であり、ＭＲヘッドの保護膜がはずされ且つＭＲヘッドの一部が断面図にて示されている。
【図１０】図９のＭＲヘッドの正面図である。
【図１１】図１０のＭＲヘッドにおける再生素子を拡大して示した図である。
【図１２】従来のＭＲヘッドの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
８０  コイル、  ８１  永久磁石膜、  ８２  磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）、
８２ａ  自由層、  ８２ｂ  スペーサ、  ８２ｃ  固定層、
８２ｄ  反強磁性層、  ８３  電極、  ８４  記録磁極、
８５  下部シールド膜、  ８６  上部シールド膜、  ８７  再生ギャップ、
９１  磁気抵抗効果素子、９２  再生ギャップ、
９３  シールド磁性膜（下部磁極）    ９４  シールド磁性膜、
９５  基板、  ９６ 絶縁膜、  ９７  保護膜。
【図１】
0003839607.tif 000006
【図２】
0003839607.tif 000007
【図３】
0003839607.tif 000008
【図４】
0003839607.tif 000009
【図５】
0003839607.tif 000010
【図６】
0003839607.tif 000011
【図７】
0003839607.tif 000012
【図８】
0003839607.tif 000013
【図９】
0003839607.tif 000014
【図１０】
0003839607.tif 000015
【図１１】
0003839607.tif 000016
【図１２】
0003839607.tif 000017