JPH09245322A - 磁気センサおよび磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高分解能化のためにサイズを小型化しても、
感度劣化を防止する。 【解決手段】 印加磁場の磁化方向の変化に応じて磁化
方向が変化する可変磁化膜１と、非磁性膜２と、固定磁
化膜３とが巨大磁気抵抗効果を示すように互いに積層さ
れ、上記固定磁化膜３が、非磁性膜２に面する第１磁性
膜４と、上記第１磁性膜４に面する第２磁性膜６とを、
互いに反強磁性結合させて有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、印加磁場強度の変
化を、抵抗値の大きな変化に変換し検出する巨大磁気抵
抗効果を有するスピンバルブ型の磁気センサおよび磁気
ヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、磁気センサとしては、通常の磁気
抵抗効果より大きな磁気抵抗変化率を示す巨大磁気抵抗
効果を示すスピンバルブ型の４層膜構造のものが知られ
ている（特開平4-358310号公報参照）。

【０００３】このような磁気センサは、例えば図１１お
よび図１２に示すように、略長方形板状に形成され、金
属磁性薄膜１１、非磁性薄膜１２、金属磁性薄膜１３、
反強磁性薄膜１４および一対の各電極１５を、上記の順
序にて互いに積層した状態にて有している。

【０００４】金属磁性薄膜１３は、反強磁性薄膜１４と
直接接触しており、両膜１３・１４の間の磁気的結合で
ある交換相互作用により上記金属磁性薄膜１３の磁化の
方向は、磁気センサの長手方向に対し、直角となるよう
に上記反強磁性薄膜１４によって固定されている。一
方、非磁性薄膜１２で分離した金属磁性薄膜１１は、印
加磁場としての信号磁場Ｈ₁ の磁場方向の変化に応じ
て、その磁化方向が変化するようになっている。

【０００５】つまり、金属磁性薄膜１３は、信号磁場Ｈ
₁ と比べて大きな保磁力を有し、一度設定された磁化方
向を、信号磁場Ｈ₁ の変化に対して保つように設定され
る一方、金属磁性薄膜１１は、信号磁場Ｈ₁ と比べて小
さな保磁力を有し、信号磁場Ｈ₁ の変化に応じて上記金
属磁性薄膜１１の磁化方向が変化するように設定されて
いる。

【０００６】また、金属磁性薄膜１１の磁化Ｍ₅ の方向
は、磁気センサに印加される信号磁場Ｈ₁ がゼロの場合
に、金属磁性薄膜１１の磁気異方性により、磁気センサ
の長手方向に平行となるように、言い換えると金属磁性
薄膜１３の磁化Ｍ₆ の方向に対し直交するように設定さ
れている。

【０００７】このような磁気センサでは、信号磁場Ｈ₁
の変化により、金属磁性薄膜１１の磁化の方向が変化
し、金属磁性薄膜１１の磁化Ｍ₅ 、および金属磁性薄膜
１３と磁化Ｍ₆ との間の相対角度に対応した磁気抵抗変
化となって検出される。

【０００８】この構造の磁気センサの性能を十分に引き
出すためには、信号磁場Ｈ₁ がゼロの場合に両金属磁性
薄膜１１・１３の各磁化の方向が実際に上記の設定どお
り、互いに直交するようになっていることが必要であ
る。

【０００９】これは、次の理由に基づくものである。金
属磁性薄膜１１と金属磁性薄膜１３との磁化方向が、互
いに１８０度逆、つまり互いに反平行のときに、上記磁
気センサの電気抵抗値は最大になる。これは、金属磁性
薄膜１１と金属磁性薄膜１３との内、片方の膜から他方
の膜へと移動しようとする電子が、上記反平行の状態に
よって、非磁性薄膜１２／各磁性薄膜１１・１３の各界
面にて散乱するからである。

【００１０】一方、金属磁性薄膜１１と金属磁性薄膜１
３との磁化方向が、互いに同一、すなわち互いに平行と
なる場合、非磁性薄膜１２／各磁性薄膜１１・１３の各
界面における移動する電子の散乱が最も低減されるの
で、磁気センサの電気抵抗が最小となる。

【００１１】このような金属磁性薄膜１１の磁化方向の
変化に対する上記電気抵抗の変化をグラフにて示すと、
上記グラフが略Ｓ字状となり、上記変化率が最も大きく
なる、つまり上記グラフにおける変化率の変化を示す傾
きが最も大きくなる点は、上記金属磁性薄膜１１と金属
磁性薄膜１３との相対角度が９０度、つまり直交するよ
うに設定されたときである。

【００１２】このことから、上記スピンバルブ型の４層
構造では、信号磁場がゼロのときに、上記金属磁性薄膜
１１と金属磁性薄膜１３との相対角度が９０度、すなわ
ち互いに直交するように、上記金属磁性薄膜１１と金属
磁性薄膜１３との各磁化の方向がそれぞれ設定されてい
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
スピンバルブ型の多層膜を用いた磁気センサでは、信号
磁場がゼロのときにおける金属磁性薄膜１１の磁化変化
に関して、以下の２点、すなわち、感度の低下と、設計
自由度の低下という問題を生じている。

【００１４】まず、感度低下を招来する第１の問題は、
磁気センサの高分解能化の要求に対応して、磁気センサ
の素子幅Ｗは狭く設定される傾向にあり、１μｍ以下の
ものも作成されている。このような幅Ｗの狭小化に伴
い、反強磁性薄膜１４により固定されている金属磁性薄
膜１３の反磁場は増大し、反強磁性薄膜１４の膜厚によ
っては数１００エールステッドにも達することがある。

【００１５】この場合には、反強磁性薄膜１４と、金属
磁性薄膜１３との間の磁気結合より反磁場の方が大きく
なるため、信号磁場がゼロのときにおいて金属磁性薄膜
１３の磁化Ｍ₆ の方向は、磁気センサの長手方向に対し
平行な状態となり、よって、金属磁性薄膜１１の磁化方
向と平行となるので、磁気センサとしての感度が極めて
低下することになる。

【００１６】また、金属磁性薄膜１３の磁化方向の全体
が、金属磁性薄膜１１の磁化方向と平行とならない場合
でも、図１３に示すように、反磁場が強く現れる磁気セ
ンサの幅方向端部１３ａにおいては、信号磁場がゼロの
ときでも、金属磁性薄膜１３の磁化の方向が、磁気セン
サの長手方向に平行となる方向Ｍ₈ に沿うように変動す
るという現象が生じる。

【００１７】このような磁気センサを、磁気ヘッドに用
いた場合、磁気センサ内において幅方向端部は、信号磁
場である信号磁場の変化に対する感度の最も高い場所で
あることから、上述の現象は磁気ヘッドの感度を大幅に
劣化させる。従来、このような劣化に対応するために
は、金属磁性薄膜１３の磁化方向を固定する、つまりピ
ン止めするエネルギーを高く設定すればよいが、現実の
磁性材料では実現が困難であった。

【００１８】設計自由度の低下という第２の課題は、図
１１および図１２に示すように、金属磁性薄膜１３の磁
化Ｍ₆ の方向が、磁気センサの幅方向に設定されている
ため、磁化の方向が自由に変化する金属磁性薄膜１１に
対しバイアス磁場が、金属磁性薄膜１３により印加され
ることになる。

【００１９】したがって、金属磁性薄膜１１の磁化方向
の変化の中心が、金属磁性薄膜１３の磁化方向に対し直
交する位置からずれることになり、信号磁場がゼロのと
きに金属磁性薄膜１１の磁化方向と、金属磁性薄膜１３
の磁化方向とを互いに直交させる前述の理由によって、
磁気センサにおける感度低下を招来するという問題を生
じている。

【００２０】そこで、従来では、上記問題を回避するた
めに、上記バイアス磁場を、磁気センサに通電されるセ
ンス電流によって発生する電流磁場と相殺する等の手段
が考えられた。

【００２１】しかしながら、上記の手段を用いた場合で
は、所定の電流磁場を発生させるために、センス電流値
を所定の固定値に設定したり、金属磁性薄膜１３のサイ
ズを所定値に設定したりする必要があるといった磁気セ
ンサ設計上における設計自由度に対し大きな制約を生じ
ている。

【００２２】本発明の目的は、上記従来のスピンバルブ
型の磁気抵抗センサが有する課題を解決し、高感度かつ
設計自由度の高い磁気センサおよびそれを用いた磁気ヘ
ッドを提供することである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
磁気センサは、以上の課題を解決するために、印加磁場
の磁場方向の変化に応じて磁化方向が変化する可変磁化
膜と、非磁性膜と、固定磁化膜とが巨大磁気抵抗効果を
示すように互いに積層されている磁気センサにおいて、
上記固定磁化膜は、非磁性膜に面する第１磁性膜と、第
２磁性膜とを、互いに反強磁性結合させて有しているこ
とを特徴としている。

【００２４】上記の請求項１記載の構成によれば、印加
磁場の磁場方向の変化に応じて変化する可変磁化膜の磁
化方向と、上記印加磁場の変化に対して磁化方向が固定
された状態を保持する固定磁化膜の第１磁性膜の磁化方
向との間の相対角度の変化に応じて、可変磁化膜、非磁
性膜および固定磁化膜の全体としての電気抵抗が、巨大
磁気抵抗効果によって大きく変化して、上記印加磁場の
変化を、上記電気抵抗の変化によって、より確実に検出
することが可能となる。

【００２５】その上、上記構成では、固定磁化膜は、第
１磁性膜と第２磁性膜とが反強磁性結合しているので、
第１磁性膜による磁場と、第２磁性膜による磁場とを互
いに相殺できて、固定磁化膜における全体的な飽和磁化
である合成飽和磁化の値を、第１磁性膜の飽和磁化の値
より小さくできる。

【００２６】このことから、上記構成では、固定磁化膜
の反磁場の強度は、上記固定磁化膜の合成飽和磁化の値
に比例するため、上記固定磁化膜による反磁場の値も大
幅に低減できる。これにより、上記構成では、上記反磁
場による、第１磁化膜における磁化方向の不安定化を抑
制できるので、可変磁化膜の磁化方向と、第１磁化膜の
磁化方向との設定を最適な状態に維持できて、上記設定
が最適値から外れることに起因する印加磁場の変化を検
出する感度低下を回避できる。

【００２７】さらに、上記構成では、固定磁化膜におけ
る合成飽和磁化の値を軽減できることから、上記固定磁
化膜から可変磁化膜に対し印加されるバイアス磁場も大
幅に低減できるので、上記バイアス磁場に起因する可変
磁化膜に生じる磁化方向の偏りを抑制できる。

【００２８】したがって、上記構成では、第１磁化膜の
磁化方向との設定を最適な状態に維持できて、上記設定
が最適値から外れることに起因する印加磁場の変化を検
出する感度低下を回避できる。

【００２９】その上、上記構成では、従来のように、バ
イアス磁場を、磁気センサに通電されるセンス電流によ
って発生する電流磁場と相殺する手段を用いて、センス
電流値を所定の固定値に設定する必要があるといった磁
気センサ設計上における自由度に対し大きな制約を生じ
ていた場合と比較して、上記バイアス磁場の発生を大幅
に低減できるので、上記自由度の制約を軽減することが
できる。

【００３０】本発明の請求項２記載の磁気センサは、請
求項１に記載の磁気センサにおいて、磁性体からなる固
定用膜が、固定磁化膜の磁化方向を上記固定用膜の磁化
方向に基づいて固定するように固定磁化膜に対して積層
されていることを特徴としている。

【００３１】上記の請求項２記載の構成によれば、固定
用膜によって、固定磁化膜の磁化方向が、印加磁場の変
化に対して、より安定に固定されるので、上記固定磁化
膜の磁化方向の変動に基づく、印加磁場の変化を検出す
る検出感度の低下を抑制できる。

【００３２】本発明の請求項３記載の磁気センサは、請
求項１または２に記載の磁気センサにおいて、金属非磁
性体からなる結合膜が、第１磁性膜と第２磁性膜との間
の反強磁性結合を大きくするように上記第１磁性膜と第
２磁性膜との間に積層されて設けられていることを特徴
としている。

【００３３】上記の請求項３記載の構成によれば、結合
膜によって、第２磁性膜の磁化の強度を低く設定して
も、上記第２磁性膜によって設定できる第１磁性膜の磁
化の強度を向上できる。

【００３４】このことから、上記構成では、上記第１磁
性膜および第２磁性膜の膜厚をそれぞれ薄く、あるいは
上記第１磁性膜および第２磁性膜の磁性材料の選択範囲
を広げることができるので、上記第１磁性膜および第２
磁性膜の膜厚をそれぞれ薄く、あるいは上記第１磁性膜
および第２磁性膜の磁性材料に安価な材料を用いること
ができて、コストダウンを図ることができる。

【００３５】本発明の請求項４記載の磁気センサは、請
求項３に記載の磁気センサにおいて、結合膜は、第１磁
性膜と第２磁性膜とを反強磁性的に結合する範囲内で薄
くなるように設定されていることを特徴としている。

【００３６】上記の請求項４記載の構成によれば、結合
膜を薄く設定できるので、上記結合膜を形成する際の手
間や材料を抑制できて、上記構成を作製するときにコス
トダウンを図ることができる。

【００３７】本発明の請求項５記載の磁気センサは、請
求項１、２、３または４に記載の磁気センサにおいて、
固定磁化膜は、第１磁性膜および第２磁性膜の各飽和磁
化と、第１磁性膜および第２磁性膜の各膜厚とによっ
て、上記固定磁化膜における合成飽和磁化の値が低減さ
れていることを特徴としている。

【００３８】本発明の請求項６記載の磁気センサは、請
求項２、３または４に記載の磁気センサにおいて、上記
固定用膜および固定磁化膜における合成飽和磁化の値が
低減されるように、固定用膜、第１磁性膜および第２磁
性膜の各飽和磁化と、固定用膜、第１磁性膜および第２
磁性膜の各膜厚とが設定されていることを特徴としてい
る。

【００３９】本発明の請求項７記載の磁気センサは、請
求項５または６に記載の磁気センサにおいて、固定磁化
膜の見掛け上の飽和磁化の値が、ほぼゼロとなるように
設定されていることを特徴としている。

【００４０】上記の請求項５、６および７に記載の構成
によれば、固定磁化膜における合成飽和磁化の値の低減
によって、固定磁化膜の反磁場の強度は、上記合成飽和
磁化の値に比例するため、上記固定磁化膜による反磁場
の値も大幅に低減できる。

【００４１】これにより、上記構成では、上記反磁場に
よる、第１磁化膜における磁化方向の不安定化を抑制で
きるので、可変磁化膜の磁化方向と、第１磁化膜の磁化
方向との設定を最適な状態に維持できて、上記設定が最
適値から外れることに起因する印加磁場の変化を検出す
る感度低下を回避できる。

【００４２】さらに、上記構成では、固定磁化膜におけ
る合成飽和磁化の値を軽減できることから、上記固定磁
化膜から可変磁化膜に対し印加されるバイアス磁場も大
幅に低減できるので、上記バイアス磁場に起因する可変
磁化膜に生じる磁化方向の偏りを抑制できる。

【００４３】したがって、上記構成では、上記偏りの抑
制により、第１磁化膜の磁化方向との設定を最適な状態
に維持できて、上記設定が最適値から外れることに起因
する印加磁場の変化を検出する感度低下を回避できる。

【００４４】その上、上記構成では、従来のように、バ
イアス磁場を、磁気センサに通電されるセンス電流によ
って発生する電流磁場と相殺する手段を用いて、センス
電流値を所定の固定値に設定する必要があるといった磁
気センサ設計上における自由度に対し大きな制約を生じ
ていた場合と比較して、上記バイアス磁場の発生を大幅
に低減できるので、上記自由度の制約を軽減することが
できる。

【００４５】本発明の請求項８記載の磁気ヘッドは、請
求項１ないし７の何れかに記載の磁気センサと、磁気セ
ンサに通電する電源と、磁化方向の変化により情報が記
録された記録媒体が、磁気センサに対して相対移動する
ことによる上記磁化方向の変化に基づく、磁気センサに
対する印加磁場の変化に起因する磁気センサの電気抵抗
の変化を、上記電源の通電によって検出する検出手段と
を有することを特徴としている。

【００４６】上記の請求項８記載の構成によれば、記録
媒体が磁気センサに対して相対移動することによる印加
磁場の変化に起因する磁気センサにおける電気抵抗の変
化の大きさを、前述のように、従来より、大きくできる
ことから、上記検出手段によって検出できる記録媒体に
おける磁化の領域を、より小さく設定できる。

【００４７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図１
ないし図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。
本発明の磁気センサは、図１および図２に示すように、
印加磁場としての信号磁場Ｈ₁ の磁場方向の変化に対
し、大きな電気抵抗の変化を示す巨大磁気抵抗効果を有
するものであって、略長方形板状の基板（図示せず）上
に、可変磁化膜１と、金属非磁性薄膜からなる非磁性膜
２と、固定磁化膜３と、硬質磁性体からなる磁化固定用
膜（固定用膜）７と、上記電気抵抗の変化を検出するセ
ンス電流を通電するための電極導体薄膜８とが、順次、
パターン化されて成膜されているスピンバルブ型の多層
薄膜を有するものである。

【００４８】上記巨大磁気抵抗効果とは、非磁性膜２を
間に挟んだ可変磁化膜１と固定磁化膜３との電気抵抗
が、信号磁場Ｈ₁ の変化に応じて磁化方向が変化する上
記可変磁化膜１と、信号磁場の変化に対して磁化方向が
固定されている固定磁化膜３との間の各磁化の方向間に
おける相対角度の余弦に比例して変化し、かつ、従来の
異常磁気抵抗効果と比べて、信号磁場Ｈ₁ の変化に対す
る電気抵抗値の変化が数倍に達して、信号磁場Ｈ₁ の変
化の検出感度が向上したものである。その上、上記巨大
磁気抵抗効果は上記電気抵抗値の検出のために印加され
る電流方向とは無関係なものである。

【００４９】上記可変磁化膜１には、信号磁場Ｈ₁ の変
化に応じて磁化方向が容易に変化するように透磁性の高
い軟質磁性材料が用いられる。上記非磁性膜２は、可変
磁化膜１と固定磁化膜３とが非磁性膜２を介して、反強
磁性的に、かつ強磁性的にも磁気的に強く結合すること
を抑制、あるいは防止するように設定されている。これ
により、可変磁化膜１の磁化方向の変化に対する、固定
磁化膜３の磁化方向の変化が回避され、信号磁場Ｈ₁ の
変化に対して固定磁化膜３の磁化方向が維持される。

【００５０】そして、上記固定磁化膜３は、非磁性膜２
に面した金属磁性薄膜である第１磁性膜４と、金属非磁
性薄膜からなる結合膜５と、磁化固定用膜７に面した金
属磁性薄膜である第２磁性膜６とを、この順序にて互い
に積層して有している。第１磁性膜４は、可変磁化膜１
の磁化方向と第１磁性膜４の磁化方向とが、信号磁場Ｈ
₁ がゼロのときに互いにほぼ直交するように設定されて
いる。

【００５１】その上、上記結合膜５の膜厚は、第１磁性
膜４と、第２磁性膜６とが、上記結合膜５を介して、最
も強い反強磁性的な磁気的に互いに結合するように、か
つ、最も薄くなるように設定されている。

【００５２】上記実施の形態の構成によれば、第１磁性
膜４の磁化Ｍ₂ と、第２磁性膜６の磁化Ｍ₃ とは、結合
膜５による反強磁性的な結合のために、互いに反平行の
状態になる。

【００５３】そして、上記の両磁性薄膜４・６の間にお
ける磁気的結合エネルギーは、多層膜を構成する材料、
膜厚の選択により、磁場の値に換算すると、最大、数１
０（キロエールステッド）にも及ぶため、通常、用いら
れるように信号磁場Ｈ₁ を印加しても、両磁性薄膜４・
６の磁化Ｍ₂ ・Ｍ₃ は、反平行の状態に固定され、上記
信号磁場Ｈ₁ の磁場方向の変化に対する磁化方向の変化
が防止される。

【００５４】一方、硬質磁性体からなる磁化固定用膜７
に接触している第２磁性膜６の磁化Ｍ₃ の方向は、磁化
固定用膜７と第２磁性膜６との間における交換相互作用
によって上記磁化固定用膜７によってピン止め、つまり
固定される。したがって、上記磁化固定用膜７の磁化の
方向に基づいて、第１磁性膜４の磁化の方向が固定され
ることになる。

【００５５】これに対して、軟質磁性体からなる可変磁
化膜１の磁化Ｍ₁ の方向は、印加された信号磁場Ｈ₁ の
磁場方向の変化に対応して、磁化Ｍ₂ に対して直交した
初期状態の磁化Ｍ₁ （図中、初期状態の磁化Ｍ₁ を二点
鎖線にて示した）から、可変磁化膜１の厚さ方向端面に
沿って回転するように変化する。

【００５６】このため、可変磁化膜１と第１磁性膜４と
の各磁化Ｍ₁ ・Ｍ₂ の各方向の相対角度は、外部からの
信号磁場Ｈ₁ の変化に応じて、信号磁場Ｈ₁ がゼロのと
きの直交した状態を中心として、各磁化Ｍ₁ ・Ｍ₂ の相
互間が平行・反平行となる範囲内で変化することにな
る。

【００５７】このことから、上記構成においては、信号
磁場Ｈ₁ の変化に対して、各磁化Ｍ₁ ・Ｍ₂ の各方向の
相対角度が直交した状態を中心として、つまり相対角度
の変化に対し、最も電気抵抗の変化が大きな点である直
交した状態を中心として変化することから、信号磁場Ｈ
₁ の変化に対して、電気抵抗の変化が、通常の磁気抵抗
効果と比べて数倍大きな巨大磁気抵抗効果が発現するこ
とができる。

【００５８】その上、上記構成では、上記固定磁化膜３
が、上記結合膜５を介して、互いに、強く反強磁性的に
結合した第１磁性膜４と第２磁性膜６とを有しているた
め、上記固定磁化膜３の飽和磁化の値は、見掛け上、信
号磁場Ｈ₁ に対し、上記両磁性薄膜４・６の差となるよ
うに振る舞う。このため、両方の磁性薄膜４・６の飽和
磁化と膜厚の各積を、互いに概略相等しくなるように設
定することにより、上記固定磁化膜３の合成飽和磁化の
値を低減、例えばほとんどゼロにすることができる。

【００５９】このことから、上記構成では、磁性薄膜の
反磁場の強度は、上記磁性薄膜の飽和磁化に比例するた
め、上記固定磁化膜３による反磁場の値を、大幅に低
減、例えばゼロにできることになる。

【００６０】ところで、従来では、これにより、上記構
成では、信号磁場Ｈ₁ の変化を高分解能に検出するため
に、可変磁化膜や固定磁化膜等の各膜の幅を狭く、例え
ば１μｍ以下に設定した場合、上記固定磁化膜に生じる
反磁場が増大化することから、信号磁場Ｈ₁ の変化を検
出する感度が上記反磁場によって低下していた。

【００６１】しかしながら、上記構成では、上記反磁場
の値を、大幅に低減、例えばゼロにできるから、上記反
磁場による、第１磁性膜４における磁化方向の不安定化
を抑制できる。このことにより、可変磁化膜１の磁化方
向と、第１金属磁化薄膜４の磁化方向との相対角度の設
定を最適な状態に維持できて、上記設定が最適値から外
れることに起因する信号磁場Ｈ₁ の変化を検出する感度
低下を回避できる。

【００６２】また、上記構成では、同様に、固定磁化膜
３から可変磁化膜１に印加されるバイアス磁場も大幅に
低減、例えばゼロに設定できるので、上記バイアス磁場
に起因する可変磁化膜１に生じる磁化方向の偏り、前記
の初期状態からのずれを防止できる。

【００６３】したがって、上記構成では、可変磁化膜１
の磁化方向と第１磁性膜４の磁化方向との相対角度の設
定を最適な状態に維持できて、上記設定が最適値から外
れることに起因する信号磁場Ｈ₁ の変化を検出する感度
低下を回避できる。

【００６４】ところで、従来のスピンバルブ型の磁気セ
ンサでは、固定磁化膜からのバイアス磁場を、センス電
流により発生する磁場により相殺するように磁気センサ
の構造を設定することにより、上記バイアス磁場の悪影
響を抑制し、信号磁場がゼロのときに、可変磁化膜の磁
化の方向を素子長手方向に設定、つまり、固定磁化膜に
対し直交するように、上記センス電流による磁場によっ
て設定することが知られている（例えば、IEEE Trans.
Magn. vol.30, pp. 3801 (1994) "Design, Fabrication
& Testing of Spin-Valve Read Heads for High Densi
ty Recording"参照）。

【００６５】しかしながら、上記本願の構成では、固定
磁化膜３の見掛け上の飽和磁化の値を自由に最適設定で
きるため、従来のように、磁気センサの構造やセンス電
流をバイアス磁場と相殺するように設定するという従来
の磁気センサにおける設計自由度上の制約を回避できる
から、上記バイアス磁場の悪影響を抑制した優れた特性
を実現しながら、磁気センサの設計の自由度を大幅に向
上させることが可能となる。

【００６６】ところで、信号磁場Ｈ₁ の変化に対する感
度を最も高くするために、信号磁場Ｈ₁ がゼロのときに
可変磁化膜１と第１磁性膜４とを、それらの各磁化方向
が互いに直交するように設定した場合、このような可変
磁化膜１に対し、固定磁化膜３からのバイアス磁場によ
る悪影響を生じ易くなっている。

【００６７】しかしながら、上記構成では、上記構成の
ようにバイアス磁場を略ゼロに設定できることから、高
感度を維持しながら、上記悪影響を回避でき、本発明の
効果を最も顕著に発揮できる。

【００６８】その上、上記構成では、固定磁化膜３の見
掛け上の合成飽和磁化を低下させることにより、信号磁
場Ｈ₁ の変化に対する第１磁性膜４の磁化方向の変化を
抑制できるので、磁化固定用膜７と固定磁化膜３との間
の結合磁場を小さく設定しても、上記第１磁性膜４の磁
化方向を固定した状態にて安定化できる。

【００６９】このことから、上記構成は、巨大磁気抵抗
効果をより安定に発揮しながら、磁化固定用膜７や固定
磁化膜３の材料や膜厚等の設計上の自由度を大きくでき
るものとなっている。

【００７０】次に、上記磁気センサを用いた本発明の磁
気ヘッドについて、図３ないし図５に基づいて説明する
と、以下の通りである。本発明の磁気ヘッドには、図３
ないし図５に示すように、磁気センサ５０と、上記磁気
センサ５０をその厚さ方向の両側からそれぞれ挟む各シ
ールド５４・５４が、記録媒体として例えばハードディ
スク５２からの信号磁場Ｈ₁ のみを磁気センサ５０に導
入し、上記信号磁場Ｈ₁ と異なる雑音となる外部磁場の
影響を遮断するために設けられている。

【００７１】そして、磁気ヘッドには、磁気センサ５０
にセンス電流を通電する電源５１と、信号磁場Ｈ₁ の変
化に起因する磁気センサ５０の電気抵抗の変化を、上記
電源５１の通電によって検出する検出器（検出手段）５
３とが設けられている。

【００７２】このような磁気ヘッドは、次のように用い
られる。まず、図５に示すように、ハードディスク５２
には、所定幅の記録トラック５２ａに沿って、磁化５２
ｂの各方向の変化により情報が記録されている。よっ
て、磁気ヘッドは、磁気センサ５０の長手方向が記録ト
ラック５２ａの幅方向に沿うように、かつ、磁気センサ
５０の厚さ方向が記録トラック５２ａの長手方向であ
る、記録トラック５２ａの移動方向に沿うように、その
上、磁気センサ５０の幅方向が記録トラック５２ａの記
録面に対して垂直となるように設定される。

【００７３】このような磁気ヘッドに対する、ハードデ
ィスク５２の移動に伴う信号磁場Ｈ₁ となる磁界方向の
変化は下記の３点の状態の間にて変動する。

【００７４】まず、第１点は、図５（ａ）に示すよう
に、ハードディスク５２の移動に伴って、信号磁場Ｈ₁
としての信号磁界５２ｃが磁気センサ５０の幅方向に沿
い、かつ、ハードディスク５２の記録面である記録トラ
ック５２ａに向かって磁界方向が形成されているときで
ある。

【００７５】次に、第２点は、図５（ｂ）に示すよう
に、ハードディスク５２の移動に伴って、信号磁界５２
ｃが磁気センサ５０の厚さ方向に沿い、かつ、記録トラ
ック５２ａに対し略平行に磁界方向が形成されていると
きである。

【００７６】最後に、第３点は、図５（ｃ）に示すよう
に、ハードディスク５２の移動に伴って、信号磁界５２
ｃが磁気センサ５０の幅方向に沿い、かつ、記録トラッ
ク５２ａから垂直方向に外方に向かって磁界方向が形成
されているときである。

【００７７】上記構成によれば、ハードディスク５２が
回転駆動されることにより、磁気センサ５０がハードデ
ィスク５２に対して相対移動すると、各磁化５２ｂによ
って生じる各信号磁界５２ｃが、信号磁場Ｈ₁ として磁
気センサ５０内を通過することになる。このとき、上記
信号磁場Ｈ₁ における磁気センサ５０の幅方向の成分
が、可変磁化膜１の磁化方向Ｍ₁ に対して影響し、上記
磁化方向Ｍ₁ を変化させる。

【００７８】上記構成では、磁気センサ５０における前
述の反磁場やバイアス磁場の悪影響を防止できるので、
ハードディスク５２が磁気センサ５０に対して相対移動
することによる信号磁場Ｈ₁ の変化に起因する磁気セン
サ５０における電気抵抗の変化の大きさを、前述のよう
に従来より、大きく、かつ、安定化できることから、上
記検出器５３によって検出できるハードディスク５２に
おける記録領域である磁化５２ｂの領域を、より小さく
設定できる。

【００７９】このことから、上記構成は、磁化５２ｂの
方向による情報の記録密度を、さらに高めたハードディ
スク５２から、上記情報をより確実に検出することがで
きて、ハードディスク５２に記録された情報の高密度化
に対応できると共に、上記情報の検出を確実化できるも
のとなる。

【００８０】

【実施例】 〔第１実施例〕本発明の一実施例を、第１実施例として
図１、図２および図６に基づいて説明すれば、以下の通
りである。本発明の第１実施例の磁気センサでは、図１
および図２に示すように、可変磁化膜１は、Co, NiFe,
NiCo, NiFeCo等の磁性材料からなる薄膜をスパッタ、蒸
着等の手段により形成され、１〜10ｎｍの厚さを有する
ことが望ましい。この可変磁化膜１は、高透磁率と高磁
気抵抗変化を具備しなければならないため、上記各磁性
材料の複合膜であってもよい。可変磁化膜１として、具
体的には、NiFeスパッタ膜を厚さ５ｎｍにて用いた。上
記可変磁化膜１の保磁力は、１．５エールステッド、飽
和磁化の値は１０，０００ガウスであった。

【００８１】非磁性膜２は、スパッタ、蒸着等により成
膜されたCu, Au, Ag等の材料からなるものであることが
望ましい。非磁性膜２の膜厚は、可変磁化膜１と第１磁
性膜４との間の磁気的結合が大きくならない範囲で、か
つ、電流路の分路（シャント効果）による磁気抵抗の変
化の低下が最小となるように選択され、具体的には、１
〜10ｎｍになるように設定されることが望ましい。非磁
性膜２として、具体的には、Cuスパッタ膜を厚さ２ｎｍ
にて用いた。

【００８２】固定磁化膜３を構成する第１磁性膜４、結
合膜５および第２磁性膜６の組み合わせ、およびそれら
の膜厚は、第１磁性膜４と第２磁性膜６との間の反強磁
性結合が強くなるようにそれぞれ選択される。

【００８３】上記固定磁化膜３を構成する組み合わせ
は、Co/Cu/Co, Co/Re/Co, Co/Mo/Co,Co/Rh/Co, Co/V/Co
の組み合わせのスパッタ、蒸着等の手段により形成さ
れることが望ましい。第１磁性膜４および第２磁性膜６
の膜厚は、１〜10ｎｍの厚さに設定されることが望まし
い。

【００８４】第１磁性膜４および第２磁性膜６の間の磁
気的結合は、結合膜５の膜厚の増加に伴って、図６に示
すように、強磁性結合と反強磁性結合との間で交互に振
動しながら、順次、上記第１磁性膜４および第２磁性膜
６の間が離間することにより小さくなるものである。

【００８５】このような結合膜５の膜厚としては、通
常、反強磁性結合エネルギーの極値を生じる各膜厚の中
で最も薄い膜厚である第１ピーク（1st ピーク）と称さ
れる膜厚に設定することが好ましく、通常、0.3 〜２ｎ
ｍ程度にスパッタ、蒸着等により成膜される。

【００８６】第１磁性膜４として、Coスパッタ膜を、膜
厚３ｎｍ（保磁力５０エールステッド、飽和磁化１７０
０ガウス）にて用い、第２磁性膜６として、Coスパッタ
膜を、膜厚３ｎｍ（保磁力５０エールステッド、飽和磁
化１７００ガウス）にて用い、結合膜５としてCuスパッ
タ膜を用いたとき、結合膜５の膜厚は、第１ピークを示
すときが１ｎｍであった。

【００８７】第２磁性膜６の磁化方向を固定する磁化固
定用膜７は、反強磁性薄膜であって、FeMn, NiO, NiMn
の10〜100 ｎｍのスパッタ膜、または、蒸着膜で、第２
磁性膜６に対するピン止め効果が高いような条件で形成
される。具体的には、FeMnスパッタ膜を厚さ１５ｎｍに
て用いた。上記各薄膜１〜８は、フォトエッチングによ
り、図１に示すような形状に加工される。

【００８８】〔第２実施例〕本発明の他の実施例を第２
実施例として、図７および図８に基づいて説明すれば、
以下の通りである。なお、第２実施例では、上記第１実
施例と同様の機能を有する部材については、同一の部材
番号を付与して、それらの説明を省いた。

【００８９】本発明の第２実施例の磁気センサは、第１
実施例における反強磁性薄膜である磁化固定用膜７に代
えて、図７および図８に示すように、CoPt, CoP, NiCo
等の高保磁力磁性薄膜である磁化固定用膜２７を用いた
ものである。具体的には、CoPtスパッタ膜を厚さ１５ｎ
ｍ（保磁力１８００エールステッド、飽和磁化４００ガ
ウス）にて用いた。

【００９０】そして、第１磁性膜４の磁化Ｍ₂ と第２磁
性膜６の磁化Ｍ₃ とが互いに反平行、第２磁性膜６の磁
化Ｍ₃ と磁化固定用膜２７の磁化Ｍ₁₂とが互いに平行に
なっているので、Ｍ₂ ＝Ｍ₃ ＋Ｍ₁₂となるように、上記
各磁性薄膜４・６、および磁化固定用膜２７の飽和磁化
と膜厚とをそれぞれ設定することにより、固定磁化膜３
および磁化固定用膜２７の総体としての外部に対する見
掛け上の磁気的影響を示す合成飽和磁化を概略ゼロとす
ることが可能となる。したがって、上記第２実施例にお
いても、前記第１実施例と同様の効果を有するものとな
る。

【００９１】さらに、上記構成では、固定磁化膜３およ
び磁化固定用膜２７の総体としての見掛け上の合成飽和
磁化を低下させることにより、信号磁場Ｈ₁ の変化に対
する第１磁性膜４の磁化方向の変化を抑制できるので、
磁化固定用膜２７と固定磁化膜３との間の結合磁場を小
さく設定、つまり磁化固定用膜２７の保磁力を小さく設
定しても、上記第１磁性膜４の磁化方向を固定した状態
にて安定化できる。

【００９２】このことから、上記構成では、巨大磁気抵
抗効果をより安定に発揮しながら、磁化固定用膜２７に
おける材料や膜厚の設定の自由度を大きくできる。

【００９３】〔第３実施例〕本発明のさらに他の実施例
を第３実施例として、図９および図１０に基づいて説明
すれば、以下の通りである。なお、第３実施例では、上
記第１および第２実施例と同様の機能を有する部材につ
いては、同一の部材番号を付与して、それらの説明を省
いた。

【００９４】本発明の第３実施例の磁気センサは、第１
実施例における反強磁性薄膜である磁化固定用膜７およ
び第２磁性膜６に代えて、図９および図１０に示すよう
に、高保磁力磁性膜３５を用いたものである。上記高保
磁力磁性膜３５としては、CoPt, NiCo, CoP 等の１〜20
ｎｍの膜厚においても十分な保磁力の大きな材料が選択
される。具体的には、CoPtスパッタ膜を厚さ５ｎｍ（保
磁力１８００エールステッド、飽和磁化４００ガウス）
にて用いた。

【００９５】第１磁性膜４および結合膜５については、
第１実施例と同様に、第１磁性膜４と高保磁力磁性膜３
５との間の反強磁性結合が最大となるように、上記各薄
膜４・５・３５の各膜厚、各材料が選択される。

【００９６】すなわち、第１磁性膜４としては、１〜10
ｎｍのCo, NiCo, FeNiCo, NiFe等からなるスパッタ膜、
または蒸着膜が好ましい。具体的には、Coスパッタ膜を
厚さ１．５ｎｍ（保磁力５０エールステッド、飽和磁化
１７００ガウス）にて用いた。結合膜５としては、 0.2
〜２ｎｍのCu, Re, Mo, Rhからなる膜が望ましい。具体
的には、Cuスパッタ膜を厚さ１ｎｍにて用いた。

【００９７】また、前記第１および第２実施例と同様
に、固定磁化膜３の全体としての磁化が外部に対して見
掛け上、概略ゼロとなるように、高保磁力磁性膜３５の
磁化Ｍ₁₅と、第１磁性膜４の磁化Ｍ₂ とは、相互いに概
略等しく、かつ、各磁化方向が反平行となるように設定
される。したがって、上記第３実施例においても、前記
第１実施例と同様の効果を有するものとなる。

【００９８】さらに、上記構成では、固定磁化膜３の見
掛け上の合成飽和磁化を低下させることにより、信号磁
場Ｈ₁ の変化に対する第１磁性膜４の磁化方向の変化を
抑制できるので、高保磁力磁性膜３５の保磁力を小さく
設定しても、上記第１磁性膜４の磁化方向を信号磁場Ｈ
₁ の変化に対して固定した状態にて安定化できる。この
ことから、上記構成では、巨大磁気抵抗効果をより安定
に発揮しながら、高保磁力磁性膜３５における材料や膜
厚の設定の自由度を大きくできる。

【００９９】

【発明の効果】本発明の磁気センサは、以上のように、
印加磁場の磁化方向の変化に応じて磁化方向が変化する
可変磁化膜と、非磁性膜と、固定磁化膜とが巨大磁気抵
抗効果を示すように互いに積層され、上記固定磁化膜
が、非磁性膜に面する第１磁性膜と、第２磁性膜とを、
互いに反強磁性結合させて有している構成である。

【０１００】それゆえ、上記構成では、第１磁性膜と可
変磁化膜との間の磁化方向の相対角度の変化によって、
可変磁化膜、非磁性膜、および固定磁化膜における電気
抵抗が大きく変化するという巨大磁気抵抗効果を発揮で
きる。

【０１０１】その上、上記構成では、固定磁化膜におけ
る第１磁性膜と第２磁性膜とが、互いに反強磁性結合し
ているので、上記第１磁性膜および第２磁性膜の各磁化
が互いに反平行にできる。

【０１０２】このことから、上記構成では、上記固定磁
化膜における外部に対する見掛け上の飽和磁化を、上記
の反平行にしたことから抑制することが可能となるの
で、固定磁化膜に生じる反磁場を、特に、印加磁場の検
出の高分解能化のため、サイズが微小化されたときで
も、抑制できる。

【０１０３】このことから、上記構成では、印加磁場が
ゼロのときに、第１磁性膜の磁化膜の磁化方向と、可変
磁化膜における磁化方向との相対角度を最適に設定、例
えば上記相対角度を直交するように設定したときに、上
記反磁場に起因する上記設定に対する変動、すなわち固
定磁化膜の磁化方向の不均一、所定の方向からのずれ等
の悪影響を軽減できるため、印加磁場の検出の高分解能
化を図りながら、印加磁場の変化を検出する感度を改善
できるという効果を奏する。

【０１０４】その上、上記構成では、固定磁化膜による
可変磁化膜へのバイアス磁場の印加を低減できることか
ら、上記バイアス磁場による前記設定に対する変動、す
なわち可変磁化膜の磁化方向の不均一、所定の方向から
のずれ等の悪影響を軽減できるため、印加磁場の検出の
高分解能化を図りながら、印加磁場の変化を検出する感
度を改善できるという効果を奏する。

【０１０５】本発明の磁気ヘッドは、上記磁気センサ
と、磁気センサに通電する電源と、磁化方向の変化によ
り情報が記録された記録媒体が、磁気センサに対して相
対移動することによる上記磁化方向の変化に基づく、磁
気センサに対する印加磁場の変化に起因する磁気センサ
の電気抵抗の変化を、上記電源の通電によって検出する
検出手段とを有する構成である。

【０１０６】上記構成によれば、記録媒体が磁気センサ
に対して相対移動することによる印加磁場の変化に起因
する磁気センサにおける電気抵抗の変化の大きさを、前
述のように、従来より、大きくできることから、上記検
出手段によって検出できる記録媒体における情報の記録
領域となる磁化の領域を、より小さく設定できる。

【０１０７】このことから、上記構成は、磁化方向によ
る情報の記録密度を、さらに高めた記録媒体から、上記
情報をより確実に検出することができて、記録媒体に記
録された情報の高密度化に対応できると共に、高密度化
された情報の検出を確実化できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁気センサの要部破断斜視図である。

【図２】上記磁気センサの正面図である。

【図３】本発明の磁気ヘッドの要部破断斜視図である。

【図４】上記磁気ヘッドの正面図である。

【図５】上記磁気ヘッドの動作状態を示す要部斜視図で
ある。

【図６】上記磁気センサにおける、結合膜の厚さの変化
に対する第１金属磁性薄膜と第２金属磁性薄膜との間の
磁気的結合の変化を示すグラフである。

【図７】本発明の他の磁気センサの要部破断斜視図であ
る。

【図８】上記磁気センサの正面図である。

【図９】本発明のさらに他の磁気センサの要部破断斜視
図である。

【図１０】上記磁気センサの正面図である。

【図１１】従来の磁気センサの要部破断斜視図である。

【図１２】上記磁気センサの正面図である。

【図１３】上記磁気センサにおける反磁場の形成を示す
説明図である。

【符号の説明】

１ 可変磁化膜 ２ 非磁性膜 ３ 固定磁化膜 ４ 第１磁性膜 ５ 結合膜 ６ 第２磁性膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中林 敬哉 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】印加磁場の磁場方向の変化に応じて磁化方
   向が変化する可変磁化膜と、非磁性膜と、固定磁化膜と
   が巨大磁気抵抗効果を示すように互いに積層されている
   磁気センサにおいて、 上記固定磁化膜は、非磁性膜に面する第１磁性膜と、第
   ２磁性膜とを、互いに反強磁性結合させて有しているこ
   とを特徴とする磁気センサ。
2. 【請求項２】磁性体からなる固定用膜が、固定磁化膜の
   磁化方向を上記固定用膜の磁化方向に基づいて固定する
   ように固定磁化膜に対して積層されていることを特徴と
   する請求項１に記載の磁気センサ。
3. 【請求項３】金属非磁性体からなる結合膜が、第１磁性
   膜と第２磁性膜との間の反強磁性結合を大きくするよう
   に上記第１磁性膜と第２磁性膜との間に積層されて設け
   られていることを特徴とする請求項１または２に記載の
   磁気センサ。
4. 【請求項４】結合膜は、第１磁性膜と第２磁性膜とを反
   強磁性的に結合する範囲内で薄くなるように設定されて
   いることを特徴とする請求項３に記載の磁気センサ。
5. 【請求項５】固定磁化膜における合成飽和磁化の値が低
   減されるように、第１磁性膜および第２磁性膜の各飽和
   磁化と、第１磁性膜および第２磁性膜の各膜厚とが設定
   されていることを特徴とする請求項１、２、３、または
   ４に記載の磁気センサ。
6. 【請求項６】固定磁化膜における合成飽和磁化の値が低
   減されるように、固定用膜、第１磁性膜および第２磁性
   膜の各飽和磁化と、固定用膜、第１磁性膜および第２磁
   性膜の各膜厚とが設定されていることを特徴とする請求
   項２、３または４に記載の磁気センサ。
7. 【請求項７】固定磁化膜の見掛け上の飽和磁化となる合
   成飽和磁化の値が、ほぼゼロとなるように設定されてい
   ることを特徴とする請求項５または６に記載の磁気セン
   サ。
8. 【請求項８】請求項１ないし７の何れかに記載の磁気セ
   ンサと、 磁気センサに通電する電源と、 磁化方向の変化により情報が記録された記録媒体が、磁
   気センサに対して相対移動することによる上記磁化方向
   の変化に基づく、磁気センサに対する印加磁場の変化に
   起因する磁気センサの電気抵抗の変化を、上記電源の通
   電によって検出する検出手段とを有することを特徴とす
   る磁気ヘッド。