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JP3865738B2 - 薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置 - Google Patents
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薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置 Download PDF

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Description

本発明は、磁気記録媒体等の磁界強度を信号として読み取るための磁気抵抗効果素子を備える薄膜磁気ヘッド、ならびにその薄膜磁気ヘッドを含むヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置に関する。
近年、ハードディスク装置の面記録密度の向上に伴って、薄膜磁気ヘッドの性能の向上が求められている。薄膜磁気ヘッドとしては、基板に対して、読み出し専用の磁気抵抗効果素子（以下、単にＭＲ（Magneto-resistive）素子と簡略に記すことがある）を有する再生ヘッドと、書き込み専用の誘導型磁気変換素子を有する記録ヘッドと、を積層した構造の複合型薄膜磁気ヘッドが広く使用されている。
ＭＲ素子としては、異方性磁気抵抗(Anisotropic Magneto-resistive)効果を用いたＡＭＲ素子や、巨大磁気抵抗(Giant Magneto-resistive)効果を用いたＧＭＲ素子や、トンネル磁気抵抗(Tunnel-type Magneto-resistive)効果を用いたＴＭＲ素子等が挙げられる。
ＧＭＲ素子としては、スピンバルブ型ＧＭＲ素子多く用いられている。スピンバルブ型ＧＭＲ素子は、非磁性層と、この非磁性層の一方の面に形成された軟磁性層と、非磁性層の他方の面に形成された強磁性層と、非磁性層とは反対に位置する側の強磁性層の上に形成されたピンニング層（一般には反強磁性層）とを有している。軟磁性層は外部からの信号磁界に応じて磁化の方向が変化するよう作用する層であり、強磁性層は、ピンニング層（反強磁性層）からの磁界によって、磁化の方向が固定された層である。
再生ヘッドの特性としては、出力が大きいこと、バルクハウゼンノイズが小さいことが要求される。バルクハウゼンノイズを低減させる手段としては、通常、ＭＲ素子に対して長手方向にバイアス磁界（以下、縦バイアス磁界と称す）を印加することが行われている。ＭＲ素子に対する縦バイアス磁界の印加は、例えばＭＲ素子の両側に、永久磁石や、強磁性層と反強磁性層との積層体等によって構成されたバイアス磁界印加層を配置することによって行われる。
ところで、ハードディスク装置おける高記録密度化は、薄膜磁気ヘッドのトラック幅の縮小、ＭＲ素子の上下に配置された２つのシールド層の間の距離であるシールドギャップ長さの縮小、磁気記録媒体の薄膜化、磁気記録媒体に含まれる磁性粒子の微細化等によって達成される。
このような高記録密度化、特に、トラック幅の縮小に伴い、スピンバルブ型磁気抵抗効果膜の再生トラック幅も狭くなり、軟磁性層とバイアス磁界印加層との関係で以下のような不都合が生じている。
すなわち、再生トラック幅が狭くなるということは、つまりそれに応じて軟磁性層の長さが短くなるということであるから、軟磁性層の両端に設けられているバイアス磁界印加層からの磁界が強くなりすぎてトラック中心部分の軟磁性層が磁化回転できなくなり、再生出力が低下してしまう。かといって、バイアス磁界印加層の膜厚を薄くしてバイアス磁界を弱めると磁気ヘッドの安定性が失われてしまう。
このような問題を解決するために、特開２００２−３６７１２４号公報（特許文献１）には、軟磁性自由層の上に非磁性分離層を介して単磁区化強磁性層が形成され、軟磁性自由層と単磁区化強磁性層とがトラック幅端部で静磁気的に結合して閉磁路を形成して軟磁性自由層が感知すべき磁界に対して略直交した方向に実質的に固定された磁化を有するように構成されたスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を備えた磁気ヘッドの提案がなされている。
しかしながら、この提案のものは、軟磁性自由層の両端部における磁化の固着が不十分であり、ヘッドの安定性は解消できていない。
また、特開２００１−２９７４１２号公報（特許文献２）には、通常行なわれている縦バイアスに加えて、軟磁性層と強磁性結合または反強磁性結合する積層バイアス層を形成して軟磁性層の磁化を安定化させる旨の提案がなされている。この提案は、軟磁性層のトラック中心部では、縦バイアス磁界が弱まってしまうので、不安定性が生じ、これを改善するために軟磁性層に非磁性層を介して、バイアス硬磁性膜を設けて、さらなるバイアス磁界を印加させるように作用させている。
バイアス硬磁性膜は、軟磁性層と強磁性結合または反強磁性結合することによって、軟磁性層に対して縦バイアス磁界による磁化方向をさらに同方向にアシストするように作用させている。そのため、軟磁性層両端部の固着は十分となるがトラック中心部の磁界も端部と同じように強くなりすぎて、トラック中心部での感度が低下し、再生出力も低下してしまうという不都合が生じてしまう。
特開２００２−３６７１２４号公報 特開２００１−２９７４１２号公報
本発明はこのような実状のものに創案されたものであって、その目的は、安定した再生性能を有することはもとより、トラック中心部の軟磁性層の感度を向上させ再生出力を向上させることのできる薄膜磁気ヘッドを提供すること、ならびにこのように改善された薄膜磁気ヘッドを備えるヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置を提供することにある。
このような課題を解決するために、本発明は、磁気抵抗効果膜を有する磁気抵抗効果素子を備えてなる薄膜磁気ヘッドであって、前記磁気抵抗効果膜は、非磁性層と、非磁性層の一方の面に形成された強磁性層と、非磁性層の他方の面に形成された軟磁性層と、前記強磁性層の磁化の向きをピン止めするために強磁性層の片面（非磁性層と接する面と反対側の面）に接して形成されたピンニング層とを有する多層膜であり、前記磁気抵抗効果膜の少なくとも軟磁性層の両端部には、軟磁性層に縦バイアス磁界を与えるための一対のバイアス磁界印加層が配置されており、前記非磁性層と反対に位置する前記軟磁性層の膜面に接して縦バイアス磁界制御層が形成されており、当該縦バイアス磁界制御層は、軟磁性層に前記縦バイアス磁界と反平行（反対方向）のカウンタバイアス磁界を与えるように作用するものであって、前記縦バイアス磁界制御層が軟磁性層に与えるカウンタバイアス磁界の大きさは、前記一対のバイアス磁界印加層から付与される軟磁性層のトラック中心部における縦バイアス磁界の大きさよりも小さくなるように設定されてなるように構成される。
また、前記縦バイアス磁界とカウンタバイアス磁界の差し引きによって、軟磁性層に実質的に印加される実質的縦バイアス磁界は、その印加される方向が縦バイアス磁界と同じ方向であり、かつ、その実質的な磁界の大きさが軟磁性層の両端部で最も大きく軟磁性層の中央部で弱められるように作用してなるように構成される。
また、本発明の好ましい態様として、前記縦バイアス磁界制御層は、非磁性中間層と反強磁性層とを有し構成され、当該非磁性中間層が軟磁性層の膜面と接するように配置され、前記縦バイアス磁界制御層は軟磁性層と交換結合しており、その交換結合磁界が前記カウンタバイアス磁界を構成してなるように構成される。
また、本発明の好ましい態様として、前記非磁性中間層は、Ｃｕ、Ｒｕ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、およびＣｒのグループから選定される少なくとも１種を含み構成される。
また、前記非磁性中間層の厚さは、前記縦バイアス磁界制御層の反強磁性層と前記軟磁性層とが交換結合できる厚さとされる。
また、本発明の好ましい態様として、前記縦バイアス磁界制御層は、非磁性中間層と硬質磁性層とを有し構成され、当該非磁性中間層が軟磁性層の膜面と接するように配置され、前記硬質磁性層が非磁性中間層を介して軟磁性層に印加される磁界が前記カウンタバイアス磁界を構成してなるように構成される。
また、本発明の好ましい態様として、前記非磁性中間層は、Ｃｒ、Ｔｉ、ＭｏおよびＷのグループから選定される少なくとも１種を含み構成される。
また、前記非磁性中間層の厚さは、前記縦バイアス磁界制御層の硬質磁性層と前記軟磁性層とが強磁性的あるいは反強磁性的に結合しない厚さとされる。
また、本発明の好ましい態様として、前記軟磁性層は、負の磁歪を備えてなるように構成される。
本発明のヘッドジンバルアセンブリは、上記の薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、前記スライダを弾性的に支持するサスペンションと、を備えてなるように構成される。
本発明のハードディスク装置は、上記の薄膜磁気ヘッドを含み、回転駆動される円盤状の記録媒体に対向するように配置されるスライダと、前記スライダを支持するとともに前記記録媒体に対して位置決めする位置決め装置と、を備えてなるように構成される。
本発明における縦バイアス磁界制御層は、軟磁性層に縦バイアス磁界と反平行（反対方向）のカウンタバイアス磁界を与えるためのものであって、縦バイアス磁界制御層が軟磁性層に与えるカウンタバイアス磁界の大きさは、一対のバイアス磁界印加層から付与される軟磁性層のトラック中心部における縦バイアス磁界の大きさよりも小さくなるように設定されており、縦バイアス磁界とカウンタバイアス磁界の差し引きによって、軟磁性層に実質的に印加される実質的縦バイアス磁界は、その印加される方向が縦バイアス磁界と同じ方向であり、かつ、その実質的な磁界の大きさが軟磁性層の両端部で最も大きく、軟磁性層の中央部で弱められるように作用する。トラック中心部における軟磁性層に印加される縦バイアス磁界の大きさを低減することにより、再生トラック幅を極端に狭くしても感度を維持ないし向上させることができる。
本発明の薄膜磁気ヘッドは、磁気抵抗効果膜を有する磁気抵抗効果素子を備え、前記磁気抵抗効果膜は、非磁性層と、非磁性層の一方の面に形成された強磁性層と、非磁性層の他方の面に形成された軟磁性層と、前記強磁性層の磁化の向きをピン止めするために強磁性層の片面（非磁性層と接する面と反対側の面）に接して形成されたピンニング層とを有する多層膜であり、前記磁気抵抗効果膜の少なくとも軟磁性層の両端部には、軟磁性層に縦バイアス磁界を与えるための一対のバイアス磁界印加層が配置されており、前記非磁性層と反対に位置する前記軟磁性層の膜面に接して縦バイアス磁界制御層が形成されており、当該縦バイアス磁界制御層は、軟磁性層に前記縦バイアス磁界と反平行（反対方向）のカウンタバイアス磁界を与えるように作用するものであって、前記縦バイアス磁界制御層が軟磁性層に与えるカウンタバイアス磁界の大きさは、前記一対のバイアス磁界印加層から付与される軟磁性層のトラック中心部における縦バイアス磁界の大きさよりも小さくなるように設定されているので、安定した再生性能を有することはもとより、トラック中心部の軟磁性層の感度を向上させ再生出力を向上させることのできる。このような効果は、高記録密度化に対応して再生トラック幅が小さくなればなるほどさらに顕著となる。
以下、本発明の具体的実施の形態について詳細に説明する。
本発明の要部は再生ヘッドに組み込まれたスピンバルブ膜構造の磁気抵抗効果膜を有する磁気抵抗効果素子の構造にある。
図１は、本発明の実施の形態における再生ヘッドの要部を示す平面図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図であり、図３は図１におけるＢ−Ｂ線断面図であり、図４は図１におけるＣ−Ｃ線断面図である。
図２に示されるように磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）５を構成する磁気抵抗効果膜は、非磁性層５３と、この非磁性層５３の一方の面（この実施例では図面の下方側）に形成された強磁性層５２と、非磁性層の他方の面（この実施例では図面の上方側）に形成され磁気情報である外部磁場に応答して自由に磁化の向きが変えられるように作用することのできる軟磁性層５４と、前記強磁性層５２の磁化の向きをピン止めするために強磁性層５２の片面（非磁性層５３と接する面と反対側の面）に接して形成されたピンニング層５１とを有する多層膜構造を備えている。図面で示されている好適例は、ピンニング層５１をボトム側に位置させた、いわゆる、ピンニング層ボトムタイプのスピンバル膜構成である。
より具体的には、下地層２５の上にピンニング層５１、強磁性層５２、非磁性層５３、軟磁性層５４、縦バイアス磁界制御層４０および保護層５５を順次積層した構造としている。強磁性層５２は、磁化の方向が固定された層であり、通常、強磁性膜から構成される。強磁性層５２は１層のみの構成に限定されることなく強磁性膜的作用をする多層構造としてもよい。ピンニング層５１は、強磁性層５２における磁化の方向を固定するための層であり、通常、反強磁性膜から構成される。非磁性層５３は、例えばＣｕ膜等から構成される。軟磁性層５４は、記録媒体からの信号磁界に応じて磁化の方向が変化する層であり、通常、軟磁性膜から構成される。軟磁性層５４は１層のみの構成に限定されることなく軟磁性膜的作用をする多層構造としてもよい。
保護層５５の材料としては、例えばＴａが用いられる。
そして、図２に示されるように本発明における磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）５を構成する磁気抵抗効果膜の少なくとも軟磁性層５４の両端部５ｅ、５ｆには、それぞれ、軟磁性層５４に縦バイアス磁界を与えるための一対のバイアス磁界印加層２１、２１が配置され、この上にＭＲ素子５に対して磁気的信号検出用の電流であるセンス電流を流すための２つの電極層６、６が形成されている。バイアス磁界印加層２１は、例えば永久磁石や、強磁性層と反強磁性層との積層体によって構成される。電極層６は、例えばＡｕ等の導電性材料によって形成される。
本発明における磁気抵抗効果膜においては、さらに、軟磁性層５４の膜面上であって非磁性層５３と反対に位置する軟磁性層５４の膜面に接して、縦バイアス磁界制御層４０が形成されている。
この縦バイアス磁界制御層４０は、軟磁性層５４に前記縦バイアス磁界と反平行（反対方向）のカウンタバイアス磁界を与えるためのものである。そして、この縦バイアス磁界制御層が軟磁性層５４に与えるカウンタバイアス磁界の大きさは、前記一対のバイアス磁界印加層２１、２１から付与される軟磁性層５４のトラック中心部における縦バイアス磁界の大きさよりも小さくなるように設定されている。
縦バイアス磁界制御層４０の構成は、以下の２通りの構成に大別することができる。以下、各構成について詳細に説明する。
（１）縦バイアス磁界制御層４０が、非磁性中間層４１と反強磁性層４３との積層体であって、非磁性中間層４１が軟磁性層５４の膜面と接するように配置されて構成される場合
この場合、縦バイアス磁界制御層４０（特に、反強磁性層４３）は、軟磁性層５４と交換結合しており、その交換結合磁界が前記カウンタバイアス磁界を構成するように形成される。このケースにおける非磁性中間層４１は、Ｃｕ、Ｒｕ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、およびＣｒのグループから選定され少なくとも１種を含み構成される。そして、非磁性中間層４１の厚さは、縦バイアス磁界制御層４０の反強磁性層４３と前記軟磁性層とが交換結合できる厚さとされる。具体的には使用する非磁性中間層４１の金属の種類をも考慮しつつ、例えば、１ｎｍ以下、特に、０．１〜０．５ｎｍの厚さに設定される。
反強磁性層４３としては、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、ＰｔおよびＮｉのグループから選択された少なくとも１種とＭｎとの合金系や、あるいはＮｉＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯなどを好適例として例示することができる。
このような縦バイアス磁界制御層４０が軟磁性層５４に付与するカウンタバイアス磁界と、一対のバイアス磁界印加層２１、２１により印加される縦バイアス磁界との関係は、反平行である両者の磁界の大きさの差し引きによって、軟磁性層５４に実質的に印加される実質的縦バイアス磁界は、その印加される方向が縦バイアス磁界と同じ方向であり、かつ、その実質的な磁界の大きさが軟磁性層５４の両端部で最も大きくなり、軟磁性層５４の中央部で弱められるように作用してなる。より好ましくは、軟磁性層５４の中央部に行くにつれ徐々に弱められるように作用してなることが望ましい。
また、薄膜磁気ヘッド全体を構成する多層積層体のトータルの積層応力を考慮すると、軟磁性層５４は、負の磁歪を備えてなるように構成することが望ましい。すなわち、薄膜磁気ヘッド全体を構成する多層積層体（ＭＲ膜）は、ウエーハ工程の後、加工工程でＡＢＳ（Air Bearing Surface）が形成されると、ハイト方向（ＡＢＳからさらに奥行き方向）に引っ張り応力を受ける。トラック幅方向では、圧縮応力を受けることになる。このような応力状況のもとで、軟磁性層５４を負の磁歪材料とすることにより、負の磁歪を持つ軟磁性膜は圧縮応力を受ける方向に磁化容易軸が向くため、トラック幅方向に磁化が安定する。より具体的には磁歪定数が−５×１０-5〜０（零を含まず）の軟磁性層を用いることが望ましい。例えば、Ｎｉ85Ｆｅ15、Ｃｏ80-85Ｆｅ15-20等が挙げられる。
上述してきた現象を図５（Ａ）〜（Ｃ）の作用概念図を用いて分かりやすく説明する。
図５（Ａ）は、軟磁性層５４の両端部に配置されている一対のバイアス磁界印加層２１、２１によって軟磁性層５４に縦バイアス磁界Ｊ１が与えられている場合の概念図である。この場合、軟磁性層５４には矢印方向へ大きさ（Ｈ１）のバイアス磁界が印加されている。この図におけるバイアス磁界の大きさは、厳密に言うと、軟磁性層５４の全域で一定ではなく、軟磁性層５４の両端部で最も大きく、軟磁性層の中央部で最も小さくなる。しかしながら、高記録密度に対応すべく再生トラック幅ＲＴＷが小さくなればなるほど、軟磁性層５４の両端部と、軟磁性層５４の中央部とのバイアス磁界の大きさの差はほとんどなくなり、ここでは便宜上、軟磁性層５４の中央部での磁界の大きさを（Ｈ１）と規定している。
図５（Ｂ）は、縦バイアス磁界制御層４０が軟磁性層５４に付与するカウンタバイアス磁界Ｊ２を付与させる状態をイメージした概念図である。カウンタバイアス磁界Ｊ２はその向きが図５（Ａ）に示される縦バイアス磁界Ｊ１と反対方向（反平行）であり、しかもカウンタバイアス磁界Ｊ２の大きさ（Ｈ２）は、図５（Ａ）に示される縦バイアス磁界Ｊ１の大きさ（Ｈ１）よりも小さくなるように設定されている。つまり、本発明では、ヘッドの駆動温度でＨ１−Ｈ２＞０の関係が保たれるように設定されている。なお、図５（Ｂ）に示される軟磁性層５４は、図面上、一対のバイアス磁界印加層２１、２１による縦バイアス磁界の影響を受けていない状態を想定している。
図５（Ｃ）は軟磁性層５４を共通として、図５（Ａ）の状態と図５（Ｂ）の状態を合成して描いたものであり、実際の縦バイアス磁界印加の状況に該当するものである。これにより、反平行である磁界Ｊ１と磁界Ｊ２の大きさの差し引きによって、軟磁性層に実質的に印加される実質的縦バイアス磁界Ｊ３の大きさは、Ｈ１−Ｈ２＞０となる。また、実質的縦バイアス磁界Ｊ３の磁界方向は、図５（Ａ）に示される縦バイアス磁界Ｊ１と同じ方向となる。しかも、その実質的な磁界の大きさは、軟磁性層５４の両端部で最も大きくなり、軟磁性層５４の中央部に行くにつれ徐々に弱められるように磁界のグラデーションが形成されている。
これによって、再生トラック幅ＲＴＷの狭小化を図っても、軟磁性層５４には理想的な縦バイアスが印加される。すなわち、軟磁性層５４の両端部では、大きなバイアス磁界が付与され、軟磁性層５４の中央部にいくにつれ徐々に磁界の大きさは減衰していき、軟磁性層５４の中央部付近で最も小さなバイアス磁界となる。なお、上記Ｈ１は、７９００〜１５８００Ａ／ｍ（１００〜２００Ｏｅ）、特に好ましくは７９００〜１１８５０Ａ／ｍ（１００〜１５０Ｏｅ）の範囲に設定され、上記Ｈ２は、３９５０〜１１８５０Ａ／ｍ（５０〜１５０Ｏｅ）、特に好ましくは３９５０〜７９００Ａ／ｍ（５０〜１００Ｏｅ）の範囲に設定され、上記（Ｈ１−Ｈ２）は、７９０〜３９５０Ａ／ｍ（１０〜５０Ｏｅ）、特に好ましくは７９０〜２３７０Ａ／ｍ（１０〜３０Ｏｅ）の範囲に設定される。
（２）縦バイアス磁界制御層４０が、非磁性中間層４１´と硬質磁性層（ハードマグネット層）４３´との積層体であって、非磁性中間層４１が軟磁性層５４の膜面と接するように配置されて構成される場合
この場合、縦バイアス磁界制御層４０（特に、硬質磁性層４３´）の磁界は、非磁性中間層４１´を介して軟磁性層５４に印加されてカウンタバイアス磁界を構成する。この場合における非磁性中間層４１´は、前記縦バイアス磁界制御層４０の硬質磁性層４３´と軟磁性層５４とが強磁性的あるいは反強磁性的に結合しない材料が選定される。さらに、非磁性中間層４１´の膜厚は、硬質磁性層４３´と軟磁性層５４とが強磁性的あるいは反強磁性的に結合しない厚さとされる。
具体的には、非磁性中間層４１´の材料は、Ｃｒ、Ｔｉ、ＭｏおよびＷのグループから選定される少なくとも１種を含み構成される。また、非磁性中間層４１´の厚さは、前記縦バイアス磁界制御層４０の硬質磁性層４３´と軟磁性層５４とが強磁性的あるいは反強磁性的に結合しない厚さ、すなわち、使用する金属の種類を考慮に入れつつ、例えば、１ｎｍ〜１０ｎｍ程度の厚さに設定される。
硬質磁性層（永久磁石膜）４３´としては、ＣｏＰｔ，ＣｏＣｒＰｔなどが好適例として挙げられるが、これらのものに限定されるわけではない。
このような縦バイアス磁界制御層４０が軟磁性層５４に付与するカウンタバイアス磁界と、一対のバイアス磁界印加層２１、２１により印加される縦バイアス磁界との関係は、反平行である両者の磁界の大きさの差し引きによって、軟磁性層５４に実質的に印加される実質的縦バイアス磁界は、その印加される方向が縦バイアス磁界と同じ方向であり、かつ、その実質的な磁界の大きさが軟磁性層の両端部で最も大きくなり、軟磁性層の中央部で弱められるように作用してなる。より好ましくは、軟磁性層５４の中央部に行くにつれ徐々に弱められるように作用してなることが望ましい。
また、前述したように薄膜磁気ヘッド全体を構成する多層積層体のトータルの積層応力を考慮すると、軟磁性層５４は、負の磁歪を備えてなるように構成することが望ましい。より具体的には磁歪定数が−５×１０-5〜０（零を含まず）の軟磁性層を用いることが望ましい。具体的な組成例は上述したとおりである。
上述してきた現象を図６（Ａ）〜（Ｃ）の作用概念図を用いて分かりやすく説明する。
図６（Ａ）は、軟磁性層５４の両端部に配置されている一対のバイアス磁界印加層２１、２１によって軟磁性層５４に縦バイアス磁界Ｊ１が与えられている場合の概念図である。前述した図５（Ａ）と同様の図面である。この場合、軟磁性層５４には矢印方向へ大きさ（Ｈ１）のバイアス磁界が印加されている。バイアス磁界の大きさは、厳密に言うと、軟磁性層５４の全域で一定ではなく、軟磁性層５４の両端部で最も大きく、軟磁性層の中央部で最も小さい。しかしながら、高記録密度に対応すべく再生トラック幅ＲＴＷが小さくなればなるほど、軟磁性層５４の両端部と、軟磁性層５４の中央部とのバイアス磁界の大きさの差はほとんどなくなり、ここでは便宜上、軟磁性層５４の中央部での磁界の大きさを（Ｈ１）と規定している。
図６（Ｂ）は、縦バイアス磁界制御層４０が軟磁性層５４に付与するカウンタバイアス磁界Ｊ２をイメージした概念図である。カウンタバイアス磁界Ｊ２はその向きが図６（Ａ）に示される縦バイアス磁界Ｊ１と反対方向（反平行）であり、しかもカウンタバイアス磁界Ｊ２の大きさ（Ｈ２）は、図６（Ａ）に示される縦バイアス磁界Ｊ１の大きさ（Ｈ１）よりも小さくなるように設定されている。つまり、本発明では、ヘッドの駆動温度でＨ１−Ｈ２＞０の関係が保たれるように設定されている。
なお、図６（Ｂ）に示される軟磁性層５４は、図面上、一対のバイアス磁界印加層２１、２１による縦バイアス磁界の影響を受けていない状態を想定している。
図６（Ｃ）は軟磁性層５４を共通として、図６（Ａ）の状態と図６（Ｂ）の状態を合成して描いたものであり、実際の縦バイアス磁界印加の状況に該当するものである。これにより、反平行である磁界Ｊ１と磁界Ｊ２の大きさの差し引きによって、軟磁性層５４に実質的に印加される実質的縦バイアス磁界Ｊ３の大きさは、Ｈ１−Ｈ２＞０となる。また、実質的縦バイアス磁界Ｊ３の磁界方向は、図６（Ａ）に示される縦バイアス磁界Ｊ１と同じ方向となる。しかも、その実質的な磁界の大きさは、軟磁性層５４の両端部で最も大きくなり、軟磁性層の中央部に行くにつれ徐々に弱められるように磁界のグラデーションが形成されている。
これによって、再生トラック幅ＲＴＷの狭小化を図っても、軟磁性層５４には理想的な縦バイアスが印加される。すなわち、軟磁性層５４の両端部では、大きなバイアス磁界が付与され、軟磁性層５４の中央部にいくにつれ徐々に磁界の大きさは減衰していき、軟磁性層５４の中央部付近で最も小さなバイアス磁界となる。なお、上記Ｈ１は、７９００〜１５８００Ａ／ｍ（１００〜２００Ｏｅ）、特に好ましくは７９００〜１１８５０Ａ／ｍ（１００〜１５０Ｏｅ）の範囲に設定され、上記Ｈ２は、３９５０〜１１８５０Ａ／ｍ（５０〜１５０Ｏｅ）、特に好ましくは３９５０〜７９００Ａ／ｍ（５０〜１００Ｏｅ）の範囲に設定され、上記（Ｈ１−Ｈ２）は、７９０〜３９５０Ａ／ｍ（１０〜５０Ｏｅ）、特に好ましくは７９０〜２３７０Ａ／ｍ（１０〜３０Ｏｅ）の範囲に設定される。
（再生ヘッドの他の構成部分についての説明）
なお、図１〜図４に示される再生ヘッドの構成について、簡単に補足説明しておく。
図１〜図４に示される本実施の形態では、ＭＲ素子におけるエアベアリング面２０とは反対側に配置され、記録媒体からの信号磁束をＭＲ素子に導くための磁束誘導層２３を絶縁層２２を介して形成させた再生ヘッドが例示されている。本発明において、この磁束誘導層２３は必須のものではなく、磁束誘導層２３を備えていないタイプの再生ヘッドとしてもよいことは勿論である。
また、ＭＲ素子５は、互いに反対側を向く２つの面５ａ、５ｂと、エアベアリング面２０に配置された端部５ｃと、端部５ｃとは反対側の端部５ｄと、２つの側部５ｅ、５ｆとを有している。
２つのバイアス磁界印加層２１は、上述したようにそれぞれ、ＭＲ素子の側部５ｅ、５ｆに隣接するように配置されている。電極層６はバイアス磁界印加層２１の上に配置されているが、バイアス磁界印加層２１のない領域では、電極層６は後述する下部シールドギャップ膜の上に配置されている。
本発明の好適な態様として形成されている磁束誘導層２３は、２つのバイアス磁界印加層２１の間および２つの電極層６の間に配置されている。磁束誘導層２３の材料としては、軟磁気特性に優れた軟磁性材料を用いることが好ましい。
図２ないし図４では、ＭＲ素子５、バイアス磁界印加層２１および絶縁層２２が、下地層２５の上に配置されている例を示している。下地層２５は後述する下部シールドギャップ膜の上に配置されている。下地層２５の材料としては、例えばＴａやＮｉＣｒが用いられる。なお、下地層２５を設けずに、ＭＲ素子５、バイアス磁界印加層２１および絶縁層２２を、下部シールドギャップ膜の上に配置してもよい。
（磁気抵抗効果素子の変形構成例）
本発明における磁気抵抗効果素子の多層膜構造は、前述した図２に示されるようなピンニング層５１をボトム側に位置させた、いわゆる、ピンニング層ボトムタイプのスピンバル膜構成に限定されるものではなく、種々の変形態様が可能である。
例えば、図７に示されるようなピンニング層５１をトップ側に配置させた、いわゆる、ピンニング層トップタイプのスピンバル膜構成としてもよい。すなわち、図７に示されるごとく、下地層２５の上に縦バイアス磁界制御層４０（非磁性中間層４１と反強磁性層４３の組み合わせ、あるいは非磁性中間層４１´と硬質磁性層４３´の組み合わせ）、軟磁性層５４、非磁性層５３、強磁性層５２、ピンニング層５１、および保護層５５を順に積層させた構造としてもよい。
また、例えば、図８に示されるような感磁部分を２つ備えたいわゆるデュアル（Dual）タイプの積層膜構成としてもよい。図８における図面符号と図７の図面符号とが同じ符号のものは同一部材を示している。
なお、本発明でいう磁気抵抗効果素子としては、上記のスピンバル膜構成のもの限定されることなく、トンネル磁気抵抗(Tunnel-type Magneto-resistive)効果を用いたＴＭＲ素子や、ＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）−ＧＭＲ素子などのように、広く磁気抵抗効果を示す素子を含んでいる。
（薄膜磁気ヘッドの全体構成の説明）
次いで、上述してきた磁気抵抗効果素子を備えてなる薄膜磁気ヘッドの全体構成について説明する。図９および図１０は本発明の好適な一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成について説明するための図面であり、図９は、薄膜磁気ヘッドのエアベアリング面および基板に垂直な断面を示し、図１０は、薄膜磁気ヘッドの磁極部分のエアベアリング面に平行な断面を示している。ここで、エアベアリング面とは、磁気記録媒体と対向する薄膜磁気ヘッドの対向面をいう。
薄膜磁気ヘッドの全体構造は、その製造工程に沿って説明することによりその構造が容易に理解できると思われる。そのため、以下、製造工程を踏まえて薄膜磁気ヘッドの全体構造を説明する。
まず、アルティック（Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＣ）等のセラミック材料よりなる基板１の上に、スパッタ法等によって、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、二酸化珪素（ＳｉＯ2）等の絶縁材料からなる絶縁層２を形成する。厚さは、例えば０．５〜２０μｍ程度とする。
次に、この絶縁層２の上に、磁性材料からなる再生ヘッド用の下部シールド層３を形成する。厚さは、例えば０．１〜５μｍ程度とする。このような下部シールド層３に用いられる磁性材料としては、例えば、ＦｅＡｌＳｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ、ＦｅＮ、ＦｅＺｒＮ、ＦｅＴａＮ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ等が挙げられる。下部シールド層３は、スパッタ法またはめっき法等によって形成される。
次に、下部シールド層３の上に、スパッタ法等によって、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2等の絶縁材料からなる下部シールドギャップ膜４を形成する。厚さは、例えば１０〜２００ｎｍ程度とする。
次に、下部シールドギャップ膜４の上に、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）５を形成するために、前記縦バイアス磁界制御層４０を含む再生用の磁気抵抗効果膜５と、図示していないバイアス磁界印加層と、電極層をそれぞれ、形成する。
次に、ＭＲ素子５および下部シールドギャップ膜４の上に、スパッタ法等によって、アルミナ等の絶縁材料よりなす上部シールドギャップ膜７を例えば１０〜２００ｎｍの厚さに形成する。
次に、上部シールドギャップ膜７の上に、磁性材料からなり、記録ヘッドの下部磁極層を兼ねた再生ヘッドの上部シールド層８を、例えば３〜４μｍ程度の厚さに形成する。なお、上部シールド膜８に用いられる磁性材料は、上述した下部シールド層３と同様な材料を用いればよい。上部シールド膜８はスパッタ法またはメッキ法等によって形成される。
なお、上部シールド層８の代わりに、上部シールド層と、この上部シールド層の上にスパッタ法等によって形成されたアルミナ等の非磁性材料よりなる分離層と、この分離層の上に形成された下部磁性層とを設けるように構成してもよい。磁極とシールドの機能を兼用させることなく、別個に分けて構成した場合の構成例である。
次に、上部シールド層８の上に、スパッタ法等によって、アルミナ等の絶縁材料からなる記録ギャップ層９を、例えば５０〜３００ｎｍの厚さに形成する。
次に、磁路形成のために、後述する薄膜コイルの中心部において、記録ギャップ層９を部分的にエッチングしてコンタクトホール９ａを形成する。
次に、記録ギャップ層９の上に、例えば銅（Ｃｕ）からなる薄膜コイルの第１層部分１０を、例えば２〜３μｍの厚さに形成する。なお、図９において、符号１０ａは、第１層部分１０のうち、後述する薄膜コイルの第２層部分１５に接続される接続部を示している。第１層部分１０は、コンタクトホール９ａの周囲に巻回される。
次に、薄膜コイルの第１層部分１０およびその周辺の記録ギャップ層９を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機材料からなる絶縁層１１を所定のパターンに形成する。
次に、絶縁層１１の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１１の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。
次に、絶縁層１１のうちの後述するエアベアリング面２０側の斜面部分からエアベアリング面２０側にかけての領域において、記録ギャップ層９および絶縁層１１の上に、記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁極層１２のトラック幅規定層１２ａを形成する。上部磁極層１２は、このトラック幅規定層１２ａと、後述する連結部分層１２ｂおよびヨーク部分層１２ｃとで構成される。
トラック幅規定層１２ａは、記録ギャップ層９の上に形成され上部磁極層１２の磁極部分となる先端部と、絶縁層１１のエアベアリング面２０側の斜面部分の上に形成されヨーク部分層１２ｃに接続される接続部と、を有している。先端部の幅は記録トラック幅と等しくなっている。接続部の幅は、先端部の幅よりも大きくなっている。
トラック幅規定層１２ａを形成する際には、同時にコンタクトホール９ａの上に磁性材料からなる連結部分層１２ｂを形成するとともに、接続部１０ａの上に磁性材料からなる接続層１３を形成する。連結部分層１２ｂは、上部磁極層１２のうち、上部シールド層８に磁気的に連結される部分を構成する。
次に、磁極トリミングを行なう。すなわち、トラック幅規定層１２ａの周辺領域において、トラック幅規定層１２ａをマスクとして、記録ギャップ層９および上部シールド層８の磁極部分における記録ギャップ層９側の少なくとも一部をエッチングする。これにより、図１０に示されるごとく、上部磁極層１２の磁極部分、記録ギャップ層９および上部シールド層８の磁極部分の少なくとも一部の各幅が揃えられたトリム（Trim）構造が形成される。このトリム構造によれば、記録ギャップ層９の近傍における磁束の広がりによる実効的なトラック幅の増加を防止することができる。
次に、全体に、アルミナ等の無機絶縁材料からなる絶縁層１４を、例えば３〜４μｍ厚さに形成する。
次に、この絶縁層１４を、例えば化学機械研摩によって、トラック幅規定層１２ａ、連結部分層１２ｂ、接続層１３の表面に至るまで研摩して平坦化する。
次に、平坦化された絶縁層１４の上に、例えば銅（Ｃｕ）からなる薄膜コイルの第２層部分１０を、例えば２〜３μｍの厚さに形成する。なお、図９において、符号１５ａは、第２層部分１５のうち、接続層１３を介して薄膜コイルの第１層部分１０の接続部１０ａに接続される接続部を示している。第２層部分１５は、連結部分層１２ｂの周囲に巻回される。
次に、薄膜コイルの第２層部分１５およびその周辺の絶縁層１４を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機材料からなる絶縁層１６を所定のパターンに形成する。
次に、絶縁層１６の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１６の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。
次に、トラック幅規定層１２ａ、絶縁層１４、１６および連結部分層１２ｂの上にパーマロイ等の記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁性層１２のヨーク部分を構成するヨーク部分層１２ｃを形成する。ヨーク部分層１２ｃのエアベアリング面２０側の端部は、エアベアリング面２０から離れた位置に配置されている。また、ヨーク部分層１２ｃは、連結部分層１２ｂを介して上部シールド層８に接続されている。
次に、全体を覆うように、例えばアルミナからなるオーバーコート層１７を形成する。最後に、上記各層を含むスライダの機械加工を行い、記録ヘッドおよび再生ヘッドを含む薄膜ヘッドのエアベアリング面２０を形成して、薄膜磁気ヘッドが完成する。
このようにして製造される薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する対向面（エアベアリング面２０）と、再生ヘッドと、記録ヘッド（誘導型磁気変換素子）とを備えている。再生ヘッドは、ＭＲ素子５と、エアベアリング面２０側の一部がＭＲ素子５を挟んで対向するように配置された、ＭＲ素子をシールドするための下部シールド層３および上部シールド層８とを有している。
記録ヘッドは、エアベアリング面２０側において互いに対向する磁極部分を含むとともに、互いに磁気的に連結された下部磁極層（上部シールド層８）および上部磁極層１２と、この下部磁極層の磁極部分と上部磁極層１２の磁極部分との間に設けられた記録ギャップ層９と、少なくとも一部が下部磁極層および上部磁極層１２の間に、これらに対して絶縁された状態で配置された薄膜コイル１０、１５と、を有している。この薄膜磁気ヘッドでは、図９に示されるように、エアベアリング面２０から、絶縁層１１のエアベアリング面側の端部までの長さが、スロートハイト（図面上、符号ＴＨで示される）となる。なお、スロートハイトとは、エアベアリング面２０から、２つの磁極層の間隔が開き始める位置までの長さ（高さ）をいう。
（薄膜磁気ヘッドの作用の説明）
次に、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの作用について説明する。薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって記録媒体に情報を記録し、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生する。
再生ヘッドにおいて、バイアス磁界印加層２１による縦バイアス磁界と、縦バイアス磁界制御層４０によるカウンタバイアス磁界の差し引きによって、軟磁性層に実質的に印加される実質的縦バイアス磁界の方向は、エアベアリング面２０に垂直な方向と直交している。ＭＲ素子５において、信号磁界がない状態では、軟磁性層５４の方向は、バイアス磁界の方向に揃えられている。一方、強磁性層５２の磁化の方向は、エアベアリング面２０に垂直な方向に固定されている。
ＭＲ素子５では、記録媒体からの信号磁界に応じて軟磁性層５４の磁化の方向が変化し、これにより、軟磁性層５４の磁化の方向と強磁性層５２の磁化の方向との間の相対角度が変化し、その結果、ＭＲ素子５の抵抗値が変化する。ＭＲ素子５の抵抗値は、２つの電極層６によってＭＲ素子５にセンス電流を流したときの２つの電極層６間の電位差より求めることができる。このようにして、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。
（ヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置についての説明）
以下、本実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置について説明する。
まず、図１１を参照して、ヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダ２１０について説明する。ハードディスク装置において、スライダ２１０は、回転駆動される円盤状の記録媒体であるハードディスクに対向するように配置される。このスライダ２１０は、主に図９における基板１およびオーバーコート１７からなる基体２１１を備えている。
基体２１１は、ほぼ六面体形状をなしている。基体２１１の六面のうちの一面は、ハードディスクに対向するようになっている。この一面には、エアベアリング２０が形成されている。
ハードディスクが図１１におけるｚ方向に回転すると、ハードディスクとスライダ２１０との間を通過する空気流によって、スライダ２１０に、図１１におけるｙ方向の下方に揚力が生じる。スライダ２１０は、この揚力によってハードディスクの表面から浮上するようになっている。なお、図１１におけるｘ方向は、ハードディスクのトラック横断方向である。
スライダ２１０の空気流出側の端部（図１１における左下の端部）の近傍には、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッド１００が形成されている。
次に、図１２を参照して、本実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリ２２０について説明する。ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、スライダ２１０と、このスライダ２１０を弾性的に支持するサスペンション２２１とを備えている。サスペンション２２１は、例えばステンレス鋼によって形成された板ばね状のロードビーム２２２、このロードビーム２２２の一端部に設けられると共にスライダ２１０が接合され、スライダ２１０に適度な自由度を与えるフレクシャ２２３と、ロードビーム２２２の他端部に設けられたベースプレート２２４とを有している。
ベースプレート２２４は、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向ｘに移動させるためのアクチュエータのアーム２３０に取り付けられるようになっている。アクチュエータは、アーム２３０と、このアーム２３０を駆動するボイスコイルモータとを有している。フレクシャ２２３において、スライダ２１０が取り付けられる部分には、スライダ２１０の姿勢を一定に保つためのジンバル部が設けられている。
ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、アクチュエータのアーム２３０に取り付けられる。１つのアーム２３０にヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。また、複数のアームを有するキャリッジの各アームにヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドスタックアセンブリと呼ばれる。
図１２は、ヘッドアームアセンブリの一例を示している。このヘッドアームアセンブリでは、アーム２３０の一端部にヘッドジンバルアセンブリ２２０が取り付けられている。アーム２３０の他端部には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２３１が取り付けられている。アーム２３０の中間部には、アーム２３０を回動自在に支持するための軸２３４に取り付けられる軸受け部２３３が設けられている。
次に図１３および図１４を参照して、ヘッドスタックアセンブリの一例と本実施の形態に係るハードディスク装置について説明する。
図１３はハードディスク装置の要部を示す説明図、図１４はハードディスク装置の平面図である。
ヘッドスタックアセンブリ２５０は、複数のアーム２５２を有するキャリッジ２５１を有している。複数のアーム２５２には、複数のヘッドジンバルアセンブリ２２０が、互いに間隔を開けて垂直方向に並ぶように取り付けられている。キャリッジ２５１においてアーム２５２とは反対側には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２５３が取り付けられている。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、ハードディスク装置に組み込まれる。
ハードディスク装置は、スピンドルモータ２６１に取り付けられた複数枚のハードディスク２６２を有している。各ハードディスク２６２毎に、ハードディスク２６２を挟んで対向するように２つのスライダ２１０が配置される。また、ボイスコイルモータは、ヘッドスタックアセンブリ２５０のコイル２５３を挟んで対向する位置に配置された永久磁石２６３を有している。
スライダ２１０を除くヘッドスタックアセンブリ２５０およびアクチュエータは、本発明における位置決め装置に対応しスライダ２１９を支持すると共にハードディスク２６２に対して位置決めする。
本実施の形態に係るハードディスク装置では、アクチュエータによって、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向に移動させて、スライダ２１０をハードディスク２６２に対して位置決めする。スライダ２１０に含まれる薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって、ハードディスク２６２に情報を記録し、再生ヘッドによって、ハードディスク２６２に記録されている情報を再生する。
本実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置は、前述の本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドと同様の効果を奏する。
また、実施の形態では、基本側に再生ヘッドを形成し、その上に、記録ヘッドを積層した構造の薄膜磁気ヘッドについて説明したが、この積層順序を逆にしてもよい。また、読み取り専用として用いる場合には、薄膜磁気ヘッドを、再生ヘッドだけを備えた構成としてもよい。
上述してきた薄膜磁気ヘッドの発明を、以下に示す具体的実施例によりさらに詳細に説明する。
〔実施例１〕
図２に示されるようなピンニング層５１がボトムに位置するピンニング層ボトムタイプのスピンバルブ磁気抵抗効果素子を備える再生ヘッドサンプルを作製しした。以下、実施の要部のみ記載する。
図９に示されるごとく下部シールド層３をＮｉＦｅで形成し、この上に下部シールドギャップ膜４をＡｌ2Ｏ3で形成し、この上に磁気抵抗効果素子を構成する積層膜を形成した。すなわち、Ａｌ2Ｏ3からなる下部シールドギャップ膜４の上に、下地層２５（ＮｉＣｒ；厚さ５ｎｍ）、ピンニング層５１（ＰｔＭｎ反強磁性層；厚さ２０ｎｍ）、強磁性層５２（ＣｏＦｅ（厚さ１．５ｎｍ）／Ｒｕ（厚さ０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（厚さ２ｎｍ）の３層積層体からなる強磁性層）、非磁性層５３（Ｃｕ；厚さ２ｎｍ）、軟磁性層５４（ＣｏＦｅ（厚さ１ｎｍ）／ＮｉＦｅ（厚さ３ｎｍ）の２層積層体からなる軟磁性層）／縦バイアス磁界制御層４０（Ｃｕ（厚さ０．２ｎｍ）／ＩｒＭｎ（反強磁性層；厚さ５ｎｍ））、保護層５５（Ｔａ；厚さ２Å）からなる積層膜を形成した。
ピンニング層５１による強磁性層５２の磁化方向の固定は、真空中において、温度３００℃、印加磁場７９０ｋＡ／ｍ（１０ｋＯｅ）、処理時間５時間の磁場中熱処理によって行なった。
また、カウンタバイアス磁界の形成のために軟磁性層５４とＩｒＭｎ（反強磁性層）との交換結合は、真空中において、温度２５０℃、印加磁場３９５００Ａ／ｍ（５００Ｏｅ）、処理時間２時間の磁場中熱処理によって行なった。その結果得られたカウンタバイアス磁界の大きさＨ２は、７９００Ａ／ｍ（１００Ｏｅ）であった。
このような強磁性層の磁界の向きを固定する磁場中熱処理、および軟磁性層に対するカウンタバイアス磁界の形成のための磁場中熱処理を、それぞれ行なった後に、磁気抵抗効果膜の上に、エッチングによってＭＲ素子の形状を定めるためのマスクを形成した。このマスクは２つの有機膜からなるレジスト層をパターニングして、底面が上面よりも小さくなるようにアンダーカットを有する形状とした。
このマスクを用いて磁気抵抗効果膜を選択的にイオンミリング等のドライエッチングしてパターニングされた磁気抵抗効果素子を得た。次いで、磁気抵抗効果素子のうち、バイアス磁界印加層２１を配置すべき部分を選択的にエッチングした後、下地層２５の上にバイアス磁界印加層２１（材質：ＣｏＣｒＰｔ；厚さ：３０ｎｍ）を形成した。次いで、バイアス磁界印加層２１の上に電極層６（材質：Ａｕ；厚さ：４０ｎｍ）を形成した。
再生トラック幅ＲＴＷの大きさは、１２０ｎｍとなるように設定した。
なお、上記バイアス磁界印加層２１は、室温にて１５８ｋＡ／ｍ（２ｋＯｅ）の磁場中で６０秒の着磁条件で着磁して、軟磁性層５４に対して、縦バイアス磁界を付与した。バイアス磁界印加層２１のみによる軟磁性層５４の中心部へ付与する磁界の大きさＨ１＝１１８５０Ａ／ｍ（１５０Ｏｅ）となるようにした。その結果、実質的縦バイアス磁界Ｈ１−Ｈ２＝３９５０Ａ／ｍ（５０Ｏｅ）となった。
このようなＭＲ素子の上に、Ａｌ2Ｏ3からなる上部シールドギャップ層およびＮｉＦｅからなる上部シールド層を形成し、実施例１の再生ヘッドサンプルを作製した。
〔実施例２〕
上記実施例１の再生ヘッドサンプルの縦バイアス磁界制御層４０を、Ｃｒ（厚さ５ｎｍ）の非磁性中間層とＣｏＰｔ（厚さ５ｎｍ）の硬質磁性層の２層積層体の構造に変えた。構造を変えた縦バイアス磁界制御層４０が軟磁性層５４に与える磁界の向きは、縦バイアス磁界と反平行で、その大きさは軟磁性層５４のトラック中心部における縦バイアス磁界よりも小さくなるようにした。
ＣｏＰｔ（厚さ５ｎｍ）の硬質磁性層は、室温にて３９５ｋＡ／ｍ（５ｋＯｅ）の磁場中で６０秒の着磁条件で着磁した。その結果得られたカウンタバイアス磁界の大きさＨ２は、７９００Ａ／ｍ（１００Ｏｅ）となった。
それ以外は、上記実施例１サンプルと同様にして、実施例２の再生ヘッドサンプルを作製した。その結果、実質的縦バイアス磁界Ｈ１−Ｈ２＝３９５０Ａ／ｍ（５０Ｏｅ）となった。
〔比較例１〕
上記実施例１の再生ヘッドサンプルにおいて、縦バイアス磁界制御層４０を形成しなかった。それ以外は、上記実施例１サンプルと同様にして、比較例１の再生ヘッドサンプルを作製した。
〔比較例２〕
上記実施例２の再生ヘッドサンプルにおいて用いたＣｒ（厚さ５ｎｍ）の非磁性中間層とＣｏＰｔ（厚さ５ｎｍ）の硬質磁性層の２層積層体の構造を、Ｒｕ（厚さ２ｎｍ）の非磁性中間層とＣｏＰｔ（厚さ５ｎｍ）の硬質磁性層の２層積層体の構造に変えた。そして、硬質磁性層と軟磁性層とが縦バイアス方向に磁化が向くように強磁性結合させ、縦バイアス磁界による磁化方向をさらにアシストする方向にバイアスを印加できるように作用させる比較例２の再生ヘッドサンプルを作製した。この比較例２における実質的縦バイアス磁界は、Ｈ１＝１１８５０Ａ／ｍ（１５０Ｏｅ）にアシストバイアス３９５０Ａ／ｍ（５０Ｏｅ）を加えたもの、つまり総和で１５８００Ａ／ｍ（２００Ｏｅ）となった。ちなみにこの比較例２の態様は、従来技術である特開２００１−２９７４１２号公報に開示の技術に相当している。
〔比較例３〕
上記実施例２の再生ヘッドサンプルにおいて用いたＣｒ（厚さ５ｎｍ）の非磁性中間層とＣｏＰｔ（厚さ５ｎｍ）の硬質磁性層の２層積層体の構造を、Ｒｕ（厚さ０．８ｎｍ）の非磁性中間層とＣｏＰｔ（厚さ５ｎｍ）の硬質磁性層の２層積層体の構造に変えた。そして、硬質磁性層と軟磁性層を反強磁性結合させて軟磁性層に対して、縦バイアス磁界による磁化方向をさらにアシストする方向にバイアスを印加できるように作用させる比較例３の再生ヘッドサンプルを作製した。この比較例３における実質的縦バイアス磁界は、Ｈ１＝１１８５０Ａ／ｍ（１５０Ｏｅ）にアシストバイアス７９００Ａ／ｍ（１００Ｏｅ）を加えたもの、つまり総和で１９７５０Ａ／ｍ（２５０Ｏｅ）となった。ちなみにこの比較例３の態様は、従来技術である特開２００１−２９７４１２号公報に開示の技術に相当している。
このようにして作製した本発明の実施例１および実施例２の再生ヘッドサンプル、並びに比較例１〜３の再生ヘッドサンプルを用いて、下記の要領で（１）規格化再生出力（ｍＶ／μｍ）、（２）再生出力変動率（％）、および（３）バルクハウゼンノイズ発生率（％）を求めた。
（１）規格化再生出力（ｍＶ／μｍ）
３ｍＡの測定電流で出力を測定し、その出力値を再生トラック幅で除して（割り算して）求めた。再生トラック幅は、１２０ｎｍであり、すべてのサンプルで同じ幅である。
（２）再生出力変動率（％）
１０００回の再生を繰り返して、下記式（１）より求めた。
（最大出力値−最小出力値）／平均出力値 ×１００ …式（１）
（３）バルクハウゼンノイズ発生率（％）
１０００回の再生を繰り返したときにノイズが検出された回数の割合をバルクハウゼンノイズ発生率（％）とした。
これらの結果を下記表１に示す。
Figure 0003865738
表１の結果より、本発明によれば、再生出力の安定性を損なうことなく、出力の増大を図ることができることがわかる。
磁気記録媒体等の磁界強度を信号として読み取るための磁気抵抗効果素子を備えるハードディスク装置の産業に利用できる。
図１は、本発明の実施の形態における再生ヘッドの要部を示す平面図である。 図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。 図３は、図１におけるＢ−Ｂ線断面図である。 図４は、図１におけるＣ−Ｃ線断面図である。 図５（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ、本発明のバイアス作用を説明するための作用概念図である。 図６（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ、本発明のバイアス作用を説明するための作用概念図である。 図７は、ピンニング層をトップ側に配置させた、いわゆる、ピンニング層トップタイプのスピンバル膜構成を説明するための断面図である。 図８は、感磁部分を２つ備えたいわゆるデュアル（Dual）タイプの積層膜構成のスピンバル膜構成を説明するための断面図である。 図９は、本発明の好適な一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成について説明するための図面であり、薄膜磁気ヘッドのエアベアリング面および基板に垂直な断面を示した図面である。 図１０は、本発明の好適な一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成について説明するための図面であり、薄膜磁気ヘッドの磁極部分のエアベアリング面に平行な断面を示した図面である。 図１１は、本発明の一実施の形態におけるヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダを示す斜視図である。 図１２は、本発明の一実施の形態におけるヘッドジンバルアセンブリを含むヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。 図１３は、本発明の一実施の形態におけるハードディスク装置の要部を示す説明図である。 図１４は、本発明の一実施の形態におけるハードディスク装置の平面図である。
符号の説明
１…基板
２…絶縁層
３…下部シールド層
４…下部シールドギャップ膜
５…ＭＲ素子
６…電極層
７…上部シールドギャップ層
８…上部シールド層
９…記録ギャップ層
１０…薄膜コイルの第１層部分
１２…上部磁極層
１５…薄膜コイル第２層部分
１７…オーバーコート層
２０…エアベアリング面
２１…バイアス磁界印加層
２２…絶縁層
４０…縦バイアス磁界制御層
４１、４１´…非磁性中間層
４３…反強磁性層
４３´…硬質磁性層
５１…ピンニング層
５２…強磁性層
５３…非磁性層
５４…軟磁性層

Claims (11)

  1. 磁気抵抗効果膜を有する磁気抵抗効果素子を備えてなる薄膜磁気ヘッドであって、
    前記磁気抵抗効果膜は、非磁性層と、非磁性層の一方の面に形成された強磁性層と、非磁性層の他方の面に形成された軟磁性層と、前記強磁性層の磁化の向きをピン止めするために強磁性層の片面（非磁性層と接する面と反対側の面）に接して形成されたピンニング層とを有する多層膜であり、
    前記磁気抵抗効果膜の少なくとも軟磁性層の両端部には、軟磁性層に縦バイアス磁界を与えるための一対のバイアス磁界印加層が配置されており、
    前記非磁性層と反対に位置する前記軟磁性層の膜面に接して縦バイアス磁界制御層が形成されており、当該縦バイアス磁界制御層は、軟磁性層に前記縦バイアス磁界と反平行（反対方向）のカウンタバイアス磁界を与えるように作用するものであって、
    前記縦バイアス磁界制御層が軟磁性層に与えるカウンタバイアス磁界の大きさは、前記一対のバイアス磁界印加層から付与される軟磁性層のトラック中心部における縦バイアス磁界の大きさよりも小さくなるように設定されてなることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
  2. 前記縦バイアス磁界とカウンタバイアス磁界の差し引きによって、軟磁性層に実質的に印加される実質的縦バイアス磁界は、その印加される方向が縦バイアス磁界と同じ方向であり、かつ、その実質的な磁界の大きさが軟磁性層の両端部で最も大きく軟磁性層の中央部で弱められるように作用してなる請求項１に記載の薄膜磁気ヘッド。
  3. 前記縦バイアス磁界制御層は、非磁性中間層と反強磁性層とを有し構成され、当該非磁性中間層が軟磁性層の膜面と接するように配置され、
    前記縦バイアス磁界制御層は軟磁性層と交換結合しており、その交換結合磁界が前記カウンタバイアス磁界を構成してなる請求項１または請求項２に記載の薄膜磁気ヘッド。
  4. 前記非磁性中間層は、Ｃｕ、Ｒｕ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、およびＣｒのグループから選定される少なくとも１種を含み構成される請求項３に記載の薄膜磁気ヘッド。
  5. 前記非磁性中間層の厚さは、前記縦バイアス磁界制御層の反強磁性層と前記軟磁性層とが交換結合できる厚さとされる請求項３または請求項４に記載の薄膜磁気ヘッド。
  6. 前記縦バイアス磁界制御層は、非磁性中間層と硬質磁性層とを有し構成され、当該非磁性中間層が軟磁性層の膜面と接するように配置され、
    前記硬質磁性層が非磁性中間層を介して軟磁性層に印加される磁界が前記カウンタバイアス磁界を構成してなる請求項１または請求項２に記載の薄膜磁気ヘッド。
  7. 前記非磁性中間層は、Ｃｒ、Ｔｉ、ＭｏおよびＷのグループから選定される少なくとも１種を含み構成される請求項６に記載の薄膜磁気ヘッド。
  8. 前記非磁性中間層の厚さは、前記縦バイアス磁界制御層の硬質磁性層と前記軟磁性層とが強磁性的あるいは反強磁性的に結合しない厚さとされる請求項６または請求項７に記載の薄膜磁気ヘッド。
  9. 前記軟磁性層は、負の磁歪を備えてなる請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の薄膜磁気ヘッド。
  10. 前記請求項１ないし請求項９のいずれかに記載された薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、
    前記スライダを弾性的に支持するサスペンションと、
    を備えてなることを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。
  11. 前記請求項１ないし請求項９のいずれかに記載された薄膜磁気ヘッドを含み、回転駆動される円盤状の記録媒体に対向するように配置されるスライダと、
    前記スライダを支持するとともに前記記録媒体に対して位置決めする位置決め装置と、
    を備えてなることを特徴とするハードディスク装置。
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