JP2004334921A - Magnetoresistive effect magnetic head - Google Patents

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JP2004334921A JP2003124907A JP2003124907A JP2004334921A JP 2004334921 A JP2004334921 A JP 2004334921A JP 2003124907 A JP2003124907 A JP 2003124907A JP 2003124907 A JP2003124907 A JP 2003124907A JP 2004334921 A JP2004334921 A JP 2004334921A
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Hiroki Tetsukawa
弘樹 鉄川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the corrosion resistance of a magnetoresistive effect magnetic head and maintain a high magnetoresistive effect rate. <P>SOLUTION: In the magnetoresistive effect magnetic head 20, the magnetization fixing layer of a spin valve film 40 is a laminated ferrimagnetism fixing layer. In this case, the material of an antiferromagnetic coupled layers which is sandwiched between the magnetization fixing layers is specified, and the corrosion potential of the spin valve film 40 is +0.4(V vs SHE) or larger to a standard hydrogen electrode when measured in a 0.1 mol/L NaCl solution. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気記録媒体と摺接しながら磁気信号の検出を行う感磁素子としてスピンバルブ膜を用いた磁気抵抗効果型磁気ヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】
磁気抵抗効果素子(以下、MR素子という。)は、外部磁界の大きさや向きにより抵抗値が変化する、いわゆる磁気抵抗効果を利用したものであり、例えば、磁気記録媒体からの信号磁界を検出するための感磁素子として、磁気ヘッド等に用いられている。
そして、このようなMR素子を備える磁気ヘッドは、一般に磁気抵抗効果型磁気ヘッド(以下、MRヘッドという。)と呼ばれている。
【0003】
このようなMR素子としては、異方性磁気抵抗効果を利用したものが従来から使用されているが、磁気抵抗変化率(MR比)が小さいために、より大きなMR比を示すものが望まれており、近年においてはスピンバルブ膜を利用した巨大磁気抵抗効果素子(以下、GMR素子という。)が提案されている(例えば、非特許文献1、特許文献1参照。)。
【0004】
GMR素子は、一対の磁性層で非磁性層を挟持してなるスピンバルブ膜を有し、このスピンバルブ膜に対して面内方向に流れる、いわゆるセンス電流のコンダクタンスが一対の磁性層の磁化の相対角度に依存して変化する、いわゆる巨大磁気抵抗効果を利用したものである。
具体的には、スピンバルブ膜は、反強磁性層と、反強磁性層との間で働く交換結合磁界により所定の方向に磁化が固定された磁化固定層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層と、磁化固定層と磁化自由層との間を磁気的に隔離する非磁性層とが積層された構造を有している。
【0005】
スピンバルブ膜を利用したGMR素子では、外部磁界が印加されると、外部磁界の大きさや向きに応じて磁化自由層の磁化方向が変化する。そして、磁化自由層の磁化方向が磁化固定層の磁化方向に対して、逆方向(反平行)となるとき、このスピンバルブ膜に流れるセンス電流の抵抗値が最大となる。一方、磁化自由層の磁化方向が磁化固定層の磁化方向に対して、同一方向(平行)となるときに、このスピンバルブ膜に流れるセンス電流の抵抗値が最小となる。
【0006】
従って、上述したようなGMR素子を備える磁気ヘッド(以下、GMRヘッドという。)においては、GMR素子に対して一定のセンス電流を供給すると、磁気記録媒体からの信号磁界に応じて、このGMR素子を流れるセンス電流の電圧値が変化することになり、このセンス電流の電圧値の変化を検出することによって、磁気記録媒体からの磁気信号を読み取ることが可能となる。
【0007】
上述したような初期のGMRヘッドは、磁化自由層、非磁性層、磁化固定層及び反強磁性層からなるスピンバルブ膜をGMR素子として用いたものである。
しかしながら、記録密度の向上のためには記録及び再生のトラック幅を狭くしなければならない。高密度化を行うために不可欠な感度の向上を図るために、磁化自由層の膜厚を薄くしていくと、磁化固定層からの漏洩磁界が動作点のシフトをもたらすようになり、このシフト量を歩留まりよく電流磁界によって補正することが困難となる。
【0008】
一方、磁化固定層を所定の磁気結合層を介在させることによって反強磁性的結合する二層構成とした、いわゆる積層フェリ固定層(シンセティックAF)についての提案がなされている(例えば、特許文献2参照。)。
これによれば、反強磁性的に結合した磁化固定層においては、漏洩磁界を原理的には動作点をゼロにできるのため動作点の確保が容易であるという利点を有している。
【0009】
すなわち、磁化固定層における二つの強磁性層のうち、非磁性層側のものを、強磁性層A、反強磁性層形成側のものを強磁性層Bとすると、強磁性層Aと強磁性層Bの磁気膜厚、すなわち膜厚と飽和磁化の積が等しい積層フェリ固定層構造では強磁性層Aと強磁性層Bの漏洩磁界は互いに打ち消し合うので、漏洩磁界は実質的にゼロになり、また磁化固定層が磁界には感応しなくなるために、固定された磁化が安定に反強磁性層の交換バイアスが消失するブロッキング温度Tb近傍まで良好である等のメリットを有している。
【0010】
また、下記特許文献1、2においては、GMRヘッドをハードディスクドライブに利用する例が開示されている。
ハードディスクドライブは、例えばサスペンションの先端部に取り付けられたヘッドスライダにGMRヘッドが搭載された構造を有し、磁気ディスクの回転により生じる空気流を受けて、ヘッドスライダが磁気ディスクの信号記録面上を浮上しながら、このヘッドスライダに搭載されたGMRヘッドが磁気ディスクに記録された磁気信号を読み取ることによって、磁気ディスクに対する再生動作が行われる。
【0011】
上記GMRヘッドは、磁気ディスク装置に限らず、近年においてはテープストリーマ等の磁気テープ装置についての利用も検討されている。
例えばヘリカルスキャン方式を採用するテープストリーマは、回転ドラムの外周面部にGMRヘッドが磁気テープの走行方向と略直交する方向に対してアジマス角に応じて斜めとなるように配置された構造を有している。
そして、テープストリーマでは、磁気テープが回転ドラムに対して斜めに走行しながら、回転ドラムが回転駆動し、この回転ドラムに搭載されたGMRヘッドが磁気テープと摺動しながら、磁気テープに記録された磁気信号を読み取ることによって、磁気テープに対する再生動作が行われる。
【0012】
テープストリーマにおいては、GMRヘッドと磁気テープとの間の距離、いわゆるスペーシングを小さくすることが好ましいため、この観点からは磁気テープの表面は、平滑化することが望ましい。
【0013】
しかしながら、磁気テープの表面が鏡面化するに従って、磁気テープと回転ドラムの外周面部との接触面積が増加し、走行時において磁気テープと回転ドラムとの間に働く摩擦力が大きくなり、磁気テープと回転ドラムとの貼り付きが生じて、磁気テープのスムーズな走行が困難となる。
そこで、磁気テープの表面には、SiOフィラーや有機フィラー等により微小突起を設け、回転ドラムの外周面部との接触面積を小さくし、磁気テープと回転ドラムとの間に働く摩擦力を小さくする等の工夫がなされている。
また、磁気テープの表面には、傷や腐食等の発生を防止するためのDLC膜等の保護膜が形成されている。
【0014】
ところで、上述したハードディスクドライブにおいては、GMRヘッドが磁気ディスクの信号記録面に対して非接触な状態で再生動作が行われる。また、スピンバルブ膜を構成する非磁性層には通常Cuが用いられており、従来において磁気ディスクと対向するGMRヘッドの媒体対向面には、このCuの腐食を防止するためのDLC(Diamond Like Carbon)膜等の保護膜が形成されている。
【0015】
【非特許文献1】
フィジカル・レビュー・ビー(Physical Review B)、第43巻、第1号、
p1297〜p1300「軟磁性多層膜における巨大磁気抵抗効果」
(Giant Magnetoresistance in Soft Ferromagnetic Multilayers)
【特許文献1】
特開平8−111010号公報
【特許文献2】
特開平7−169026号公報
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現在GMRヘッドの適用が検討されているテープストリーマにおいては、GMRヘッドが磁気テープに対して接触した状態で再生動作を行うことから、磁気テープと摺動されるGMRヘッドの媒体摺動面に上述した腐食等の発生を防止するための保護膜が形成されていると、再生動作時に磁気テープの表面に形成された微小突起や保護膜との接触によって保護膜が摩耗する。
さらに、GMRヘッドの媒体摺動面に形成された保護膜は、磁気テープとのスペーシングとなることから、GMRヘッドの短波長記録再生特性を劣化させる原因になる。
【0017】
従って、テープストリーマ等の磁気テープ装置においては、GMRヘッドの媒体摺動面に保護膜を形成することは不適当であると考えられる。
このため、磁気テープ装置においては、GMRヘッドの媒体摺動面が直接大気と触れることになり、高温高湿下や海水雰囲気中等の厳しい使用条件下において腐食等が発生しやすくなるといった問題があった。
【0018】
また、GMRヘッドの感度は、スピンバルブ膜に流れるセンス電流により決定される。また、このスピンバルブ膜を構成する各層の膜厚はnmオーダで形成されており、各層に僅かな腐食が発生しただけでも、各層の電気抵抗が変化してしまう。従って、GMRヘッドの媒体摺動面における腐食の発生は、このGMRヘッドのヘッド特性を大幅に劣化させてしまう。
【0019】
上記特許文献1においては、ハードディスクに適用する磁気抵抗効果型磁気ヘッドについての耐腐食性を改善させる検討がなされてはいるが、ハードディスク装置においては、磁気ヘッドが媒体上を直接摺動することがないため、磁気ヘッドの摩擦によるダメージ量は、テープシステムの方が大きいことが明らかである。
また、ハードディスク装置においては、媒体が外気にさらされることなく、パッケージングによって密閉状態となっていることから、微細な粉塵等による磁気ヘッドの破損の影響に関してもテープシステムの方が、より深刻であると考えられる。よって、磁気テープ装置に適用するGMRヘッドの耐腐食性に関する向上を図ることは、ハードディスクドライブ以上に重要であると言える。
【0020】
そこで本発明においては、上述した問題点に鑑みて、スピンバルブ膜の磁化固定層を、積層フェリ固定層とした構成を有する磁気抵抗効果型磁気ヘッドに関し、磁気テープに適用して磁気信号の検出を行う場合においても、優れた耐食性を実現し、かつ高い磁気抵抗変化率の維持を図ることとした。
【0021】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、磁気記録媒体と摺接しながら磁気信号の検出を行う感磁素子として、反強磁性層と、この反強磁性層との間で働く交換結合磁界により所定の方向に磁化が固定された磁化固定層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層と、磁化固定層と磁化自由層との間を磁気的に隔離する非磁性層とが積層されてなる構成を有するものとし、磁化固定層においては、この磁化固定層を反強磁性的に結合する反強磁性結合層が介在されてなり、この反強磁性結合層によって分離された磁化固定層の一方の磁化を、所望の方向に維持するようになされているスピンバルブ膜を備えているものとする。
そして、反強磁性的結合層は、Ru、Rh、Irのいずれかよりなり、スピンバルブ膜は、濃度0.1mol/LのNaCl溶液中に液浸されたときに測定される標準水素電極に対する腐食電位が、+0.4〔V vs SHE〕以上であり、テープ状の磁気記録媒体と摺接しながら磁気信号の検出を行うものであるとする。
【0022】
本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドによれば、スピンバルブ膜の磁化固定層を、積層フェリ固定層とした構成を有するものとし、スピンバルブ膜を構成し磁化固定層に介在されている反強磁性結合層の材料を選定し、スピンバルブ膜について、濃度0.1mol/LのNaCl溶液中に液浸されたときに測定される標準水素電極に対する腐食電位を、+0.4〔V vs SHE〕以上であるものとしたことにより、優れた耐食性が実現でき、かつ高い磁気抵抗効果を得られ、テープストリーマに適用する場合において、磁気記録媒体と摺接される面に保護膜を形成しなくても、優れた耐食性が実現できる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドについて、図面を参照して詳細に説明する。
【0024】
先ず、本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドを適用する磁気テープ装置の一例について説明する。
図1に示す磁気テープ装置1は、ヘリカルスキャン方式によって磁気テープ2に対して信号の記録及び/又は再生を行うものである。
磁気テープ装置1においては、磁気テープ2を供給する供給リール3と、供給リール3から供給された磁気テープを巻き取る巻取リール4と、供給リール3と巻取リール4との間で磁気テープ2の引き回しを行う複数のガイドローラ5a〜5fとを具備し、磁気テープ2が図中矢印A方向に走行するようになされている。
【0025】
また、ガイドローラ5eとガイドローラ5fとの間には、テープ走行手段として、磁気テープ2が掛け合わされるピンチローラ5gと、このピンチローラ5gと共に磁気テープ2を挟み込むキャップスタン6と、このキャップスタン6を回転駆動するキャップスタンモータ6aとが設けられている。
磁気テープ2は、ピンチローラ5gとキャップスタン6との間に挟みこまれ、キャップスタンモータ6aによりキャップスタン6が、図1中矢印B方向に回転駆動することにより、矢印A方向に一定の速度及び張力で走行するようになされている。
【0026】
磁気テープ装置1は、ガイドローラ5cと5dとの間に、磁気テープ2に対して信号の記録動作、又は再生動作を行うヘッドドラム7が設けられている。
図2に示すように、ヘッドドラム7は、駆動モータ8により図中矢印A方向に回転駆動する回転ドラム9と、ベース(図示せず)に固定された固定ドラム10とを有しており、回転ドラム9の外周面部9aと固定ドラムの外周面部10aとは連続している。
【0027】
磁気テープ2は、図1に示したガイドローラによって導かれ、回転ドラム9及び固定ドラム10の外周面部9a、10aに、略180゜の角度範囲でヘリカル状に巻きつけられた状態で走行するようになされている。
また、固定ドラム10の外周面部10aには、磁気テープ2を案内するリードガイド10bが設けられており、このリードガイド10bに沿って磁気テープ2が回転ドラム9の回転方向に対して斜めに走行するようになっている。
【0028】
回転ドラム9の外周面部9aには、磁気テープ2に対して信号の記録動作を行う一対の記録用磁気ヘッド11a、11bと、磁気テープ2に対して信号の再生動作を行う一対の再生用磁気ヘッド12a、12bとが取り付けられている。
これら記録用磁気ヘッド11a及び再生用磁気ヘッド12aと、記録用磁気ヘッド11b及び再生用磁気ヘッド12bとは、互いに180゜の位相差をもって回転ドラム9の外周面部9aに対向配置されている。
また、記録用磁気ヘッド11a、11b及び再生用磁気ヘッド12a、12bは、その記録ギャップ及び再生ギャップが、磁気テープ2の走行方向と略直交する方向に対してアジマス角に応じて斜めとなるように配置されている。
【0029】
従って、ヘッドドラム7においては、回転ドラム9及び固定ドラム10の外周面部9a、10aに掛け合わされた磁気テープ2が、図2中矢印A方向に走行しながら、駆動モータ8により回転ドラム9が図2中矢印C方向に回転駆動することによって、回転ドラム9に搭載された一対の記録用磁気ヘッド11a、11b及び一対の再生用磁気ヘッド12a、12bが磁気テープ2と摺動しながら、信号の記録動作又は再生動作を行うことになる。
【0030】
具体的に、記録時には磁気テープ2に対して一方の記録用磁気ヘッド11aが、記録信号に応じた磁界を印加しながら所定のトラック幅で記録トラックを形成し、他方の記録用磁気ヘッド11bが、この記録トラックに隣接して記録信号に応じた磁界を印加しながら所定のトラック幅で記録トラックを形成する。
そして、これら記録用磁気ヘッド11a、11bが磁気テープ2に対して繰り返し記録トラックを形成することによって、磁気テープ2に対して連続的に信号を記録することになる。
【0031】
一方、再生時には、磁気テープ2に対して、一方の再生用磁気ヘッド12aが、記録用磁気ヘッド11aにより記録された記録トラックから信号磁界を検出し、他方の再生用磁気ヘッド12bが、記録用磁気ヘッド11bにより記録された記録トラックから信号磁界を検出する。そして、これら再生用磁気ヘッド12a、12bが記録トラックから繰り返し信号磁界を検出することによって、磁気テープ2に記録された信号を連続的に再生することになる。
【0032】
次に、図3及び図4を参照して、本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドについて詳細に説明する。
【0033】
図3に示す磁気抵抗効果型磁気ヘッド20は、磁気記録媒体からの磁気信号の検出を行う感磁素子として、スピンバルブ膜を利用した巨大磁気抵抗効果素子(以下、GMR素子という。)を備える、いわゆる巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッド(以下、GMRヘッドという。)である。
【0034】
このGMRヘッド20は、電磁誘導を利用して記録再生を行うインダクティブ型磁気ヘッドや異方性磁気抵抗効果型磁気ヘッドよりも感度が高く、再生出力が大きく高密度記録に適している。従って、上述した磁気テープ用記録再生装置1においては、GMRヘッド20を一対の再生用磁気ヘッド12a、12bとして用いることにより、さらなる高密度記録化が図られる。
【0035】
具体的には、再生用磁気ヘッド12a、12bは、図4に示すように、第1のコア部材21上に、各種薄膜形成技術により磁気シールド層24、GMR素子27、ギャップ層26、及びシールド層25が順次形成されてなり、保護膜22を介して第2のコア部材23が貼り付けられた構造を有しているものとする。
また、再生用磁気ヘッド12a、12bは、磁気テープ2と摺接する媒体摺動面20aが、図3中矢印Aに示す磁気テープ2の走行方向に沿って略円弧状に湾曲した曲面となっている。そして、媒体摺接面20aから外部に臨む再生ギャップが磁気テープ2の走行方向と略直交する方向に対してアジマス角θに応じて斜めとなるように配置されている。
【0036】
なお、一対の再生用磁気ヘッド12a、12bは、互いのアジマス角θが逆位相となる以外は、同一の構成を有している。従って、以下の説明においては、これら一対の再生用磁気ヘッド12a、12bをまとめてGMRヘッド20として説明する。
【0037】
GMRヘッド20は、図4に示すように上下一対の磁気シールド層24、25の間にギャップ層26を介して磁気抵抗効果素子(GMR素子27)が挟み込まれた構造を有している。
【0038】
一対の磁気シールド層24、25は、GMR素子27を磁気的にシールドするのに充分な幅を有する軟磁性膜からなり、ギャップ層26を介してGMR素子27を挟み込むことにより、磁気テープ3からの信号磁界のうち、再生対象外の磁界がGMR素子27に引き込まれないように機能する。
すなわちGMRヘッド20においては、GMR素子27に対して再生対象外の信号磁界が一対の磁気シールド層24、25に導かれ、再生対象の信号磁界だけがGMR素子27へと導かれるようになされる。これにより、GMR素子27の周波数特性及び読み取り分解能の向上が図られている。
【0039】
ギャップ層26は、GMR素子27と一対の磁気シールド層24、25との間を磁気的に隔離する非磁性非導電性膜からなり、一対の磁気シールド層24、25とGMR素子27との間隔がギャップ長となる。
【0040】
GMR素子27は、スピンバルブ膜40に対して面内方向に流れるセンス電流のコンダクタンスが、一対の磁性層の磁化の相対角度に依存して変化する、いわゆる巨大磁気抵抗効果を利用したものである。
【0041】
スピンバルブ膜40としては、例えば、図5(a)に示すように、下地層41、反強磁性層42、磁化固定層43B、反強磁性結合層47、磁化固定層43A、非磁性層44、磁化自由層45、及び保護層46が、順次積層された構造を有するボトム型の積層フェリ型スピンバルブ膜40aや、図5(b)に示すように、下地層41、磁化自由層45、非磁性層44、磁化固定層43A、反強磁性結合層47、磁化固定層43B、反強磁性層42、及び保護層46が、順次積層された構造を有するトップ型の積層フェリ型スピンバルブ膜40b等を挙げることができる。
【0042】
スピンバルブ膜を構成する磁化固定層43A、磁化固定層43Bは、それぞれの膜厚、すなわち膜厚と飽和磁化の積が等しい積層フェリ固定層構造のとき、磁化固定層43A、磁化固定層43Bの漏洩磁界は互いに打ち消し合うので漏洩磁界は実質的にゼロになる。
磁化固定層43Bは、反強磁性層42に隣接して配置されることによって、反強磁性層42との間で働く交換結合磁界により、所定の方向に磁化が固定された状態となる。
磁化固定層43Aは反強磁性結合層47を介して磁化固定層43Bとの間で働く交換結合磁界によって、所定の方向に磁化が固定された状態となる。
【0043】
一方、磁化自由層45は、非磁性層44を介して磁化固定層43Aと磁気的に隔離されることによって、微弱な外部磁界に対して磁化方向が容易に変化することが可能となっている。
【0044】
なお、磁化固定層43A、磁化固定層43B、反強磁性結合層47を構成する材料の組合せに応じて、反強磁性結合膜47の厚さを適切に選択することによって、磁化固定層43Aと磁化固定層43Bは、反強磁性的に結合される。
【0045】
従って、スピンバルブ膜40では外部磁界が印加されると、この外部磁界の大きさや向きに応じて、磁化自由層45の磁化方向が変化する。そして、磁化自由層45の磁化方向が磁化固定層43Aの磁化方向に対して、逆方向(反平行)となるとき、このスピンバルブ膜40に流れる電流の抵抗値が最大となる。
一方、磁化自由層45の磁化方向が磁化固定層43Aの磁化方向に対して、同一方向(平行)となるときに、このスピンバルブ膜40に流れる電流の抵抗値が最小となる。
【0046】
このように、スピンバルブ膜40は、印加される外部磁界に応じて電気抵抗が変化することから、この抵抗変化を読み取ることによって磁気テープ2からの磁気信号を検出する感磁素子として機能している。
【0047】
なお、下地層41及び保護層46は、このスピンバルブ膜40の比抵抗の増加を抑制するためのものであり、例えばTa等からなる。
【0048】
また、GMR素子27の動作の安定化を図るため、スピンバルブ膜40の長手方向の両端部には、図3及び図4に示すように、このGMR素子27にバイアス磁界を印加するための一対の永久磁石膜28a、28bが設けられている。
そして、一対の永久磁石膜28a、28bに挟み込まれた部分の幅が、GMR素子27の再生トラック幅Twとなっている。さらに、一対の永久磁石膜28a、28b上には、このGMR素子27の抵抗値を減少させるための一対の低抵抗化膜29a、29bが設けられている。
【0049】
特に、本発明における磁化固定層に積層フェリ固定層を設けたGMRヘッドは、GMR素子27の再生トラック幅Twが1.0μm以下とすることが好ましく、さらには0.8μm以下が好適である。
【0050】
また、GMR素子27には、スピンバルブ膜にセンス電流を供給するため、図3に示すように、一対の導体部30a、30bが、その一端部側をそれぞれ一対の永久磁石膜28a、28b、及び低抵抗化膜29a、29bに接続するように設けられている。
また、導体部30a、30bの他端部側には、外部回路と接続される一対の外部接続用端子31a、31bが設けられている。
【0051】
保護膜22は、GMRヘッド20が形成された第1のコア部材21の主面を外部接続用端子31a、31bが外部に臨む部分を除いて被覆すると共に、このGMRヘッド20が形成された第1のコア部材21と第2のコア部材23とを接合する。
【0052】
なお、図3及び図4に示すGMRヘッド20は、特徴をわかりやすくするために、GMR素子27の周辺を拡大して図示されているが、実際には、第1のコア部材21及び第2のコア部材23に比較してGMR素子27は非常に微細であり、媒体摺動面20aにおいて、GMRヘッド20が外部に臨むのは、ほとんど第1のコア部材21と第2のコア部材23とが突き合わされた上部端面だけである。
【0053】
上述したように構成されるGMRヘッド20は、チップベース(図示せず)に貼り付けられると共に、一対の外部接続用端子31a、31bがチップベースに設けられた接続端子と電気的に接続される。チップベースに設けられたGMRヘッド20は、一対の再生用磁気ヘッド12a、12bとして、図2に示す回転ドラム9に取り付けられる。
【0054】
ところで、磁気テープ装置1においては、GMRヘッド20が磁気テープ2に直接接触した状態で再生動作を行うことから、磁気テープ2と摺動するGMRヘッドの媒体摺動面20aには、DLC(Diamond Like Carbon)膜等の保護膜を形成することができない。このため従来においては、GMRヘッドの媒体摺動面が直接大気と触れることになり、高温高湿下や海水雰囲気中等の厳しい使用条件下において腐食等が発生しやすくなるといった問題があった。
【0055】
かかる点に鑑みて本発明においては、GMRヘッド20の媒体摺動面20aに保護膜を形成しない場合においても、優れた耐食性を示し、かつ高い磁気抵抗変化率を維持したスピンバルブ膜を適用することによって、磁気テープ2に対する適切な再生動作を行うことを可能としている。
【0056】
具体的には、スピンバルブ膜40を構成する反強磁性層42の形成材料としては、優れた耐食性を示すPtMnが好適である。
また、反強磁性層42は、PtMnの他、耐食性に優れたNiOや、IrMn、CrMnPt、α−Fe、RhMn、NiMn、PdPtMn等を適用することができる。
【0057】
スピンバルブ膜40を構成する非磁性層44は、優れた耐食性を示し、かつ高導電性を示す、Au、又はCu合金により形成されているものとする。
Cu合金としては、CuAu、CuPd、CuPt、CuNi、CuRu、CuRhが挙げられる。
【0058】
非磁性層44が、CuAuよりなるものとする場合には、Cu、Auの組成比を、それぞれ(100−a)、a(aは、原子%を表す。)としたとき、組成範囲は、25≦a<100とすることが好適であり、さらには25≦a≦75であり、さらには25≦a≦45であることが望ましい。
【0059】
非磁性層44を、CuPdよりなるものとする場合には、Cu、Pdの組成比を、それぞれ(100−a)、a(aは、原子%を表す。)としたとき、組成範囲は、5≦a≦25とすることが好適である。
【0060】
非磁性層44を、CuPtよりなるものとする場合には、Cu、Ptの組成比を、それぞれ(100−a)、a(aは、原子%を表す。)としたとき、組成範囲は、5≦a≦20とすることが好適である。
【0061】
非磁性層44を、CuRuよりなるものとする場合には、Cu、Ruの組成比を、それぞれ(100−a)、a(aは、原子%を表す。)としたとき、組成範囲は、3≦a≦15とすることが好適である。
【0062】
非磁性層44を、CuNiよりなるものとする場合には、Cu、Niの組成比を、それぞれ(100−a)、a(aは、原子%を表す。)としたとき、組成範囲は、25≦a≦50とすることが好適である。
【0063】
非磁性層44を、CuRhよりなるものとする場合には、Cu、Rhの組成比を、それぞれ(100−a)、a(aは、原子%を表す。)としたとき、組成範囲が、7≦a≦20とすることが好適である。
【0064】
スピンバルブ膜40について、電気化学的手法を用いた腐食試験を行い、腐食試験前後における磁気抵抗の変化について測定すると共に、腐食試験後に表面観察を行い、腐食の発生の有無について調べた。
なお、本腐食試験においては、標準水素電極(SHE:Standard Hydrogen Electrode)を照合電極として、濃度0.1mol/LのNaCl溶液中に液浸させたときに測定される標準水素電極に対する腐食電位を測定するものとした。
【0065】
ところで腐食電位は、溶液の種類や濃度によって変化する。特に、金属や合金の腐食電位は、Clとの反応の有無によって大きく変化する。したがって、本腐食試験においては、高温高湿下、海水雰囲気中等の厳しい環境下における腐食の発生に関して着目し、これを回避するべく、濃度0.1mol/LのNaCl溶液を用いた場合の分極曲線を測定した。
所定のサンプルを用いて測定した分極曲線を図6に示す。この分極曲線において、サンプル側電極における電流密度が0.1mA/cm以上流れたときの分極曲線から外挿した値の電位を腐食電位と定義した(参考文献:スピンバルブ材料の物性、及川 悟ら、電子情報通信学会 MR96−91(1997−01)pp21〜28)。
【0066】
また、本腐食試験においては、参照電極としてAg・AgClを用い、測定電極としてPtを用い、室温(約20℃)での腐食電位の測定を行った。そして、測定された腐食電位から標準水素電極(SHE)への補正を行い、これを本腐食試験における腐食電位とした。なお、測定時の電位上昇速度は、約0.5mV/secである。単層膜のサンプルの膜厚は約100nmであり、NaCl溶液のpHは7であった。
【0067】
また、腐食電位及び腐食試験前後の抵抗変化については、膜特性を調べるため、スピンバルブ膜40を構成する各層の単層膜での測定、あるいは局部電池効果等を考慮した膜の相性を調べるため、スピンバルブ膜40の要部となる磁化固定層43及び磁化自由層45を非磁性層44を介して積層した積層膜での測定、あるいはスピンバルブ膜40の各層を積層した積層膜での測定のうち、いずれの方法により測定されたものであってもよい。なお、ここでは、スピンバルブ膜40を構成する各層の単層膜での測定により腐食電位及び腐食試験前後の抵抗変化を求めた。
【0068】
また、表面観察においては、上述した単層膜での試験、並びに局部電池効果を考慮して、腐食電位の高い金属、例えばAuからなる下地膜上に各層を積層した積層膜での試験を行った。これは、局部電池効果によってAuと接する積層膜の方が単層膜よりも腐食が発生しやすい傾向にあるためである。
【0069】
図5(a)、(b)に示した構成を有するスピンバルブ膜について、材料組成や膜厚を変化させて種々のサンプルを作製し、これらについてそれぞれ測定した腐食電位と腐食試験前後の抵抗変化との関係、並びに腐食試験前後の表面観察結果を図7に示す。なお、図7において、○は表面に腐食による変化が生じなかった場合を示し、△は表面に僅かに変色が発生した場合を示し、×は表面に腐食が発生した場合を示す。
【0070】
図7に示すように、腐食試験前後の抵抗変化及び表面観察結果は、腐食電位+0.4〔V vs SHE〕を境にして、大きく変化することがわかる。すなわち、腐食電位が+0.4〔V vs SHE〕以上となるときは、スピンバルブ膜40の表面に腐食の発生が確認されず、腐食試験前後の抵抗変化も殆ど無い。
一方、腐食電位が+0.4〔V vs SHE〕よりも低くなると、スピンバルブ膜40の表面に腐食が発生し、腐食試験前後の抵抗変化が急激に増加した。さらに腐食電位が低くなると、抵抗測定が不可能な状態まで腐食が進行した。
具体的に、図5(a)に示すボトム型積層フェリ型スピンバルブ膜40aについて、Ta/PtMn/CoNiFe/Ru/CoNiFe/CuAu/CoNiFe/NiFe/Ta(ここでの反強磁性結合層Ruの膜厚は0.8nm)の構成を有するサンプルを作製し、腐食電位と腐食試験前後の抵抗変化の測定を行い、かつ腐食試験前後の表面観察を行ったところ、腐食電位が+0.4〔V vs SHE〕以上となり、表面に腐食の発生が見られず、腐食試験前後の抵抗変化も殆ど無いことが確認され、優れた耐食性が得られたことがわかった。
【0071】
上述したことから、スピンバルブ膜40においては、濃度0.1mol/LのNaCl溶液中に液浸されたときに測定される標準水素電極に対する腐食電位は、+0.4〔V vs SHE〕以上となることが好ましい。これにより、GMRヘッドではスピンバルブ膜の腐食の発生が回避され、高い磁気抵抗変化率が維持される。
【0072】
次に、スピンバルブ膜を構成する非磁性層44を、Au、CuAu、CuPd、CuPt、CuRu、CuNi、CuRhのいずれかにより形成した場合の、材料組成比と腐食電位との関係について調べた。
【0073】
〔非磁性層をAu、又はCuAuにより形成した場合〕
Cuに対するAuの添加量を変化させた際の非磁性層44の標準水素電極に対する腐食電位〔V vs SHE〕の測定結果を図8に示す。
【0074】
図8に示すように、Cuに対するAuの割合と腐食電位とは略比例関係にあり、Cuに対するAuの添加量が増加すると、腐食電位が高くなるという関係があることが確認され、Auの添加量を25原子%以上とすることによって、上述した標準水素電極に対する腐食電位が、+0.4〔V vs SHE〕以上となることがわかった。
【0075】
次に、非磁性層44をCuAuにより構成した場合について、上述した腐食試験前後における非磁性層44の電気抵抗の変化と表面観察結果を図9に示した。なお、図9において○は表面に腐食が確認されなかった場合を示し、■は表面に腐食の発生が確認された場合を示す。
【0076】
図9に示すように非磁性層44をCuAuにより形成する場合には、腐食試験前後の抵抗変化率の測定結果及び表面観察結果から、Auを25原子%以上添加することにより、腐食試験前後における抵抗変化率が抑制され、かつ表面観察においても腐食の発生が確認されず、優れた耐食性が得られることがわかった。
【0077】
なお、非磁性層44をCuAuにより構成した場合には、Auの添加量を低減化した方が磁気抵抗効果率が高い。
上述したことから、Cu、Auの組成比を、それぞれ(100−a)、a(但しaは、原子%を表す。)としたとき、その組成範囲は、25≦a≦100とすることが好ましく、さらには25≦a≦75、さらには25≦a≦45であることが望ましい。これによりGMRヘッド20の媒体摺動面20aに保護膜を形成しない場合においても、非磁性層44の腐食の発生を防ぎ、優れた耐食性と優れた磁気抵抗効果を得ることが可能となる。
【0078】
〔非磁性層をCuPdにより形成した場合〕
Cuに対するPdの添加量を変化させた際の非磁性層44の標準水素電極に対する腐食電位〔V vs SHE〕の測定結果を図10に示す。
【0079】
図10に示すように、Cuに対するPdの添加量と腐食電位とは略比例関係にあり、Pdの添加量を5原子%以上とすることによって、上述した標準水素電極に対する腐食電位が、+0.4〔V vs SHE〕以上となった。
【0080】
次に、非磁性層44をCuPdにより構成した場合において、上述した腐食試験前後における非磁性層44の抵抗変化率、表面観察結果、及び非磁性層の電気抵抗を図11に示した。
なお、図11においては、○は表面に変化が生じなかった場合を示し、■は、表面に腐食が発生した場合を示す。電気抵抗はCuとの比率で表した。
【0081】
図11に示すように、非磁性層44をCuPdにより形成した場合には、腐食試験の前後の抵抗変化の測定結果及び表面観察結果から、Pdを5原子%以上添加することにより、腐食が発生せず優れた耐食性が得られることが分かった。
【0082】
なお、図11中◆に示すように、CuPdの電気抵抗は、Pdの添加量の増加に伴い高くなることがわかる。Pdの添加量が25原子%を超えると、非磁性層44の電気抵抗がスピンバルブ膜の実用上の支障を来たす程度に大きくなり磁気抵抗効果が低下する。このことから、更に電気抵抗値を実用上良好な値となるように低減化するためには、Pdの添加量は25原子%以下、更には20原子%以下程度に選定することが望ましい。
上述したことから、非磁性層44をCuPdにより形成したものとする場合には、Cu、Pdの組成比を、それぞれ(100−a)、a(aは、原子%を表す。)としたとき、組成範囲は、5≦a≦25とすることが好適である。
【0083】
〔非磁性層をCuPtにより形成した場合〕
Cuに対するPtの添加量を変化させた際の非磁性層44の標準水素電極に対する腐食電位〔V vs SHE〕の測定結果を図12に示す。
【0084】
図12に示すように、Cuに対するPtの添加量を5原子%以上とすることにより、上述した標準水素電極に対する腐食電位が、+0.4〔V vs SHE〕以上となった。
【0085】
次に、非磁性層44をCuPtにより構成した場合において、上述した腐食試験前後における非磁性層44の抵抗変化率、表面観察結果、及び非磁性層の電気抵抗を図13に示した。
なお、図13において、○は表面に変化が生じなかった場合を示し、■は表面に腐食が発生した場合を示す。電気抵抗はCuとの比率で表した。
【0086】
図13に示すように、非磁性層44をCuPtにより構成した場合においては、上述した腐食試験の前後の抵抗変化の測定結果及び表面観察結果から、Ptを5原子%以上添加することにより、腐食が発生せず、優れた耐食性が得られることがわかった。
【0087】
スピンバルブ膜40においては、反強磁性層42は磁化固定層43と交換結合しなければならず、そのために反強磁性層42にPtMnを用いる場合には規則化アニールが必要となる。
非磁性層44をCuPtにより構成した場合には、Ptを20原子%よりも多くすると、CuPtは上記規則化アニールによって正方晶へ転移する。
また、図13中◆に示すように、CuPtの電気抵抗は、Ptの添加量の増加に伴い大きくなる。Ptの添加量が20原子%を超えると、非磁性層44の電気抵抗がスピンバルブ膜の実用上の支障を来たす程度に大きくなり、磁気抵抗効果が低下する。このことから、電気抵抗値を実用上良好な値となるように低減化するためには、Pdの添加量は20原子%以下、更には15原子%以下程度に選定することが望ましい。
上述したように、非磁性層44をCuPtにより形成する場合には、Cu、Ptの組成比を、それぞれ(100−a)、a(aは、原子%を表す。)としたとき、組成範囲は、5≦a≦20とすることが好適である。
【0088】
〔非磁性層をCuRuにより形成した場合〕
Cuに対するRuの添加量を変化させた際の非磁性層44の標準水素電極に対する腐食電位〔V vs SHE〕の測定結果を図14に示す。
【0089】
図14に示すように、Cuに対するRuの添加量が増加すると、腐食電位が高くなるという関係にあり、Ruの添加量を3原子%以上とすることによって、上述した標準水素電極に対する腐食電位が、+0.4〔V vs SHE〕以上となることがわかった。
【0090】
次に、非磁性層44をCuRuにより構成した場合において、上述した腐食試験前後における非磁性層44の抵抗変化、表面観察結果、及び非磁性層の電気抵抗を、図15に示した。なお、図15においては、○は表面に変化が生じなかった場合を示し、■は、表面に腐食が発生した場合を示す。電気抵抗はCuとの比率で表した。
【0091】
図15に示すように非磁性層44をCuRuにより形成した場合には、腐食試験の前後の抵抗変化の測定結果及び表面観察結果から、Ruを3原子%以上添加することにより、腐食が発生せず、優れた耐食性が得られることが分かった。
【0092】
なお、図15中◆に示すように、CuRuの電気抵抗はRuの添加量の増加に伴い高くなる。
Ruの添加量が15原子%よりも多くなると、非磁性層44の電気抵抗がスピンバルブ膜の実用上の支障を来たす程度に高くなり磁気抵抗効果が低下する。このことから、電気抵抗値を実用上良好な値となるように低減化するためには、Ruの添加量は15原子%以下、更には10原子%以下程度とすることが望ましい。
上述したように、非磁性層44をCuRuよりなるものとする場合には、Cu、Ruの組成比を、それぞれ(100−a)、a(aは、原子%を表す。)としたとき、組成範囲は、3≦a≦15とすることが好適である。
【0093】
〔非磁性層をCuNiにより形成した場合〕
Cuに対するNiの添加量を変化させた際の非磁性層44の標準水素電極に対する腐食電位〔V vs SHE〕の測定結果を図16に示す。
図16に示すように、Cuに対するNiの添加量と腐食電位とは略比例関係にあり、Niの添加量を25原子%以上とすることによって、上述した標準水素電極に対する腐食電位が、+0.4〔V vs SHE〕以上となった。
【0094】
次に、非磁性層44をCuNiにより構成した場合において、上述した腐食試験前後における非磁性層44の抵抗変化、表面観察結果、及び非磁性層の電気抵抗を図17に示す。
なお、図17においては、○は表面に変化が生じなかった場合を示し、■は、表面に腐食が発生した場合を示す。なお電気抵抗は非磁性層44をCuにより構成した場合と比較して数値化した。
【0095】
図17に示すように非磁性層44をCuNiにより形成した場合には、腐食試験前後の抵抗変化の測定結果及び表面観察結果から、Niを25原子%以上添加することにより、腐食が発生せず、優れた耐食性が得られることが分かった。
【0096】
また、図17中◆に示すように、CuNiの電気抵抗は、Niの添加量の増加に伴い高くなることがわかる。
Niの添加量が50原子%よりも多いと、非磁性層44の電気抵抗が、スピンバルブ膜の実用上の支障を来たす程度に高くなり磁気抵抗効果が低下する。このことから、更に電気抵抗値を実用上良好な値となるように低減化するためには、Niの添加量は50重量%以下、更には45原子%以下程度とすることが望ましい。
上述したように、非磁性層44をCuNiにより形成する場合には、Cu、Niの組成比を、それぞれ(100−a)、a(aは、原子%を表す。)としたとき、組成範囲は25≦a≦50とすることが好適である。
【0097】
〔非磁性層をCuRhにより形成した場合〕
Cuに対するRhの添加量を変化させた際の非磁性層44の標準水素電極に対する腐食電位〔V vs SHE〕の測定結果を図18に示す。
図18に示すように、Rhの添加量を7原子%以上とすることによって、上述した標準水素電極に対する腐食電位が、+0.4〔V vs SHE〕以上となる。
【0098】
次に、非磁性層44をCuRhにより形成した場合において、上述した腐食試験前後における非磁性層44の抵抗変化と表面観察結果を図19に示し、Rhの添加量と電気抵抗との関係を図20に示した。
なお、図19においては、○は表面に変化が生じなかった場合を示し、■は、表面に腐食が発生した場合を示す。図20における電気抵抗はCuとの比率で表した。
【0099】
図19に示すように非磁性層44をCuRhにより構成した場合には、腐食試験前後の抵抗変化の測定結果及び表面観察結果から、Rhを7原子%以上添加することにより、腐食が発生せず、優れた耐食性が得られることが分かった。
【0100】
なお、図20中◆に示すように、CuRhの電気抵抗は、Rhの添加量の増加に伴い高くなる。Rhの添加量が20原子%を超えると、非磁性層44の電気抵抗が、非磁性層44をCuのみで構成させた場合に比較して極めて大きくなり、スピンバルブ膜の実用上の支障を来たす程度となって磁気抵抗効果が低下する。このことから、更に電気抵抗値を実用上良好な値となるように低減化するためには、Rhの添加量は20原子%以下程度とすることが望ましい。
上述したように、非磁性層44をCuRhにより形成する場合には、CuとRhとの組成比を、それぞれ(100−a)、a(aは、原子%を表す。)としたとき、組成範囲が、7≦a≦20とすることが好適である。
【0101】
なお非磁性層44は、上述したような組成比からなるCu合金又はAuに、Au、Al、Ta、In、B、Nb、Hf、Mo、W、Re、Pt、Pd,Rh、Ga、Zr、Ir、Ag、Ni、Ruから選ばれる少なくとも一種または二種以上の元素が添加されたものであってもよい。
【0102】
次に、図5(a)、(b)に示したスピンバルブ膜を構成する磁化固定層43A、磁化固定層43B、及び磁化自由層45について説明する。
磁化固定層43A、43B及び磁化自由層45は、優れた耐食性を示し、かつ良好な軟磁気特性を示す材料により構成されているものとし、磁化固定層43A、43B、及び磁化自由層45の一部又は全てが、NiFe、CoNiFeのいずれか、あるいは両方からなるものとする。
また、磁化自由層45は、これらの合金を積層した積層構造、もしくはこれらの合金と、例えばRu、Rh、Ir等からなる非磁性膜とを交互に積層した積層フェリ構造としてもよい。
【0103】
磁化固定層43A、43B、及び磁化自由層45をNiFe、又はCoNiFeにより形成し、Co、Ni、Feの組成比を変化させたサンプルを作製し、各サンプルについて、上述した方法と同様に濃度0.1mol/LのNaCl溶液を用いて腐食試験を行い、腐食試験後に表面観察を行い、腐食の発生の有無について調べた。
【0104】
図21に、Co、Ni、Feの組成比を変化させた際の腐食試験の評価結果を示す。なお図21中、○は表面に腐食の発生がなく、濃度0.1mol/LのNaCl溶液中に液浸したときに測定される標準水素電極に対する腐食電位が、+0.4〔V vs SHE〕以上となった場合を示し、●は表面に腐食が発生した場合を示す。
【0105】
また、■は保磁力Hcが10Oe(796A/m)よりも高くなる場合を示し、▲は、bcc相(体心立方構造)となる場合を示す。なお、Hc>10Oeとなる場合は保磁力の増加によって磁気抵抗効果が劣化する。
また、NiFeまたはCoNiFeは、共にfcc相(面心立方構造)である方が磁気抵抗効果は高くなる。一方、他の結晶構造となる場合には、界面での格子の不整合が生じ、磁気抵抗効果が劣化する。また、fcc相とbcc相とが混在する場合も、界面での格子の不整合が生じ、磁気抵抗効果が劣化する。
【0106】
図21に示すように、Co、Ni、Feに対して、Coの含有量が75原子%よりも大きく、Niの含有量が15原子%よりも小さいと、磁化固定層43及び磁化自由層45に腐食が発生しやすくなることがわかった。また、Co、Ni、Feに対して、Niの含有量が95原子%よりも大きくなり、Feの含有量が5原子%よりも小さくなると、磁化固定層43A、43B及び磁化自由層45の保磁力Hcが大きくなり、磁気抵抗効果が劣化することがわかった。
また、Co、Ni、Feに対して、Feの含有量が40原子%よりも大きくなると、磁化固定層43A、43B及び磁化自由層45に腐食が発生しやすくなることがわかった。
【0107】
上述したことから、磁化固定層43A、43B及び磁化自由層45を、FeNi又はCoNiFeにより形成する場合には、Co、Ni、Feの組成比を、それぞれb、c、d(b、c、dは、それぞれ原子%を表す。)としたときに、その組成範囲が、0≦b≦75、15≦c≦95、5≦d≦40(b+c+d=100原子%)とすることが好適である。
【0108】
すなわち、磁化固定層43及び磁化自由層45においては、図22に示すように、Co、Ni、Feの組成比が、点A(Co=0原子%、Ni=95原子%、Fe=5原子%)、点B(Co=0原子%、Ni=60原子%、Fe=40原子%)、点C(Co=45原子%、Ni=15原子%、Fe=40原子%)、点D(Co=75原子%、Ni=15原子%、Fe=10原子%)、点E(Co=75原子%、Ni=20原子%、Fe=5原子%)の5点で囲まれた実線の範囲内にあることが好ましい。このような組成比に選定することにより、磁気テープ2と摺動される媒体摺動面20aに保護膜を形成しない場合であっても、スピンバルブ膜を構成する磁化固定層43A、43B及び磁化自由層45の腐食の発生を防止することができる。
【0109】
さらに、磁化固定層43A、43B及び磁化自由層45において、Co、Ni、Feの組成範囲が、20≦b≦75、20≦c≦75、5≦d≦40となる、すなわち、図22中の点F(Co=20原子%、Ni=75原子%、Fe=5原子%)、点G(Co=20原子%、Ni=40原子%、Fe=40原子%)、点H(Co=40原子%、Ni=20原子%、Fe=40原子%)、点E(Co=75原子%、Ni=20原子%、Fe=5原子%)の4点で囲まれた破線の範囲内にあることが好ましい。
これにより、本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッド20においては、磁化固定層43A、43B及び磁化自由層45が優れた耐食性を示し、かつ高い磁気抵抗効果率を維持することが可能であると共に、特にCoの割合が増すことによって磁気抵抗変化率を高めることが可能である。
【0110】
さらにまた、磁化固定層43A、43B及び磁化自由層45は、Co、Ni、Feの組成範囲が、40≦b≦75、20≦c≦65、5≦d≦30となる、すなわち、図22中、点I(Co=30原子%、Ni=65原子%、Fe=5原子%)、J点(Co=30原子%、Ni=40原子%、Fe=30原子%)、点K(Co=50原子%、Ni=20原子%、Fe=30原子%)、点E(Co=75原子%、Ni=20原子%、Fe=5原子%)の4点で囲まれた範囲内にあるものとすることにより、磁化固定層43A、43B及び磁化自由層45が優れた耐食性を示し、かつ高い磁気抵抗効果率を維持することが可能であると共に、優れた耐食性と高い磁気抵抗効果率とを高次元でバランスさせることが可能となる。
【0111】
また、スピンバルブ膜を構成する磁化自由層45及び磁化固定層43A、43Bは、NiFe又はCoNiFe以外に、優れた耐食性をもつCo系アモルファスや、微結晶合金を適用してもよい。
【0112】
なお、上述したスピンバルブ膜40を構成する磁化固定層43A、43B及び磁化自由層45は、上述した組成比を有するNiFe又はCoNiFeに、Au、Ir、Pt、Al、Rh、Cr、Pd、Ruから選ばれる少なくとも一種または二種以上の元素が添加されていてもよい。
【0113】
また、上述した組成比を有するNiFe、又はCoNiFeである磁化固定層43A、43B及び磁化自由層45は、スピンバブル40においてそれそれ異なっていてもよく、また、複数の組合せによって構成されていてもよい。
【0114】
上述したような条件を満足するスピンバルブ膜40として、具体的には、例えば下地層41となるTaと、磁化自由層45となるNi80Fe20及びCo50Ni30Fe20と、非磁性層となるCu70Au30と、磁化固定層43AとなるCo50Ni30Fe20と、反強磁性結合層47となるRu、磁化固定層43BとなるCo50Ni30Fe20、反強磁性層42となるPtMnと、保護層46となるTaとが順次積層されてなるスピンバルブ膜40を備える構成としたところ、優れた耐食性を示し、磁気テープと摺動される媒体摺動面20aに保護膜を形成しない場合であっても、高温高湿下や海水雰囲気中において腐食等の発生を防止することができ、磁気テープ2に対する適切な再生動作を行うことが可能であることが確認できた。
このときのGMRヘッド20のトラック幅Twは0.7μmとした。
特に、ヘリカルスキャン方式を用いた磁気テープ装置1において、このようなGMRヘッドを再生用磁気ヘッド12a、12bとして適用したところ、優れた耐食性を得ることができた。
【0115】
次に、スピンバルブ膜において、磁化固定層に介在されている反強磁性結合層47について記述する。
反強磁性結合層47は、Ru、Rh、Ir、及びこれらの合金からなる群から選択された材料により形成されているものとする。
【0116】
反強磁性結合層47をRu、Rh、Irによって形成したサンプルを作製し、これらについて、上述したような、濃度0.1mol/LのNaCl水溶液による腐食試験を行った。これらのサンプルの腐食試験後の表面の腐食評価と、NaCl溶液中に液浸されたときに測定される標準水素電極に対する腐食電位を、下記表1に示す。
なお、測定に用いた上記NaCl溶液のpH値は7.0であった.NaCl溶液における腐食試験は上述したような、局部電池効果を考慮して、Auとの二層膜の組合せにより行った。なお、サンプルの膜厚は約100nmとした。
【0117】
【表1】

Figure 2004334921
【0118】
表1に示すように、反強磁性結合層47をRu、Rh、Irによって形成したサンプル1〜3においては、いずれも目視試験により表面に腐食が確認されず、濃度0.1mol/LのNaCl溶液中に液浸されたときに測定される標準水素電極に対する腐食電位が+0.4〔V vs SHE〕以上であり、また腐食試験前後における抵抗変化がなく、極めて耐食性に優れていることがわかった。
【0119】
なお、反強磁性層結合層47はRu、Rh、Ir、及びこれらの合金からなる群から選択された材料に、Al、Ta、In、B、Nb、Hf、Mo、W、Re、Pt、Pd,Ga、Zr、Ir、Ag、Ni、Crから選ばれる少なくとも一種または二種以上の元素が添加されたものであってもよい。
【0120】
反強磁性結合層47の膜厚は、0.3〜1.5nmであることが好ましく、更には、0.5〜1.1nmであることが望ましい。反強磁性結合膜47の膜厚が0.3nm未満であると、磁化固定層43A、43Bが反強磁性的に交換結合しなくなる。一方、反強磁性結合層47が1.5nmよりも厚く形成されていると、反強磁性的に交換結合しなくなり、ノイズの原因となる。
【0121】
なお、本発明は、例えば磁気抵抗効果型磁気ヘッド上に、電磁誘導を利用したインダクティブ型磁気ヘッドが積層されてなる複合型磁気ヘッドにも適用可能である。
また、本発明は、絶縁層を介して一対の磁性層を積層し、一方の磁性層から他方の磁性層に流れるトンネル電流のコンダクタンスが一対の磁性層の磁化の相対角度に依存して変化する磁気トンネル接合素子を備える磁気トンネル効果型磁気ヘッドにも適用可能である。
【0122】
【発明の効果】
本発明によれば、スピンバルブ膜の磁化固定層を、積層フェリ固定層とした構成を有する磁気抵抗効果型磁気ヘッドに関し、高記録密度化にともないトラック幅を狭くし磁化自由層を薄くしたときも、磁化固定層からの漏洩磁界を抑制することができ、さらには、スピンバルブ膜を構成し磁化固定層に介在されている反強磁性結合層の材料を選定し、スピンバルブ膜について、濃度0.1mol/LのNaCl溶液中に液浸されたときに測定される標準水素電極に対する腐食電位を、+0.4〔V vs SHE〕以上であるものとしたことにより、優れた耐食性が実現でき、かつ高い磁気抵抗効果を得られ、テープストリーマに適用する場合において、磁気記録媒体と摺接される面に保護膜を形成しなくても、優れた耐食性が実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】磁気テープ用の記録再生装置の概略平面図を示す。
【図2】記録再生装置を構成するヘッドドラムの概略斜視図を示す。
【図3】本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの概略斜視図を示す。
【図4】GMRヘッドを媒体摺接面側から見た端面図を示す。
【図5】(a) ボトム型積層フェリ型スピンバルブ膜の概略断面図を示す。
(b) トップ型積層フェリ型スピンバルブ膜の概略断面図を示す。
【図6】腐食電位の定義についての説明図を示す。
【図7】腐食電位と腐食試験前後の抵抗変化率との関係、及び表面観察結果を示す。
【図8】非磁性層をAu、CuAuとしたときの組成比と標準水素電極に対する腐食電位との関係を示す。
【図9】非磁性層をCuAuとしたときの組成比と、腐食試験前後の抵抗変化率、表面観察結果を示す。
【図10】非磁性層をCuPdとしたときの組成比と標準水素電極に対する腐食電位との関係を示す。
【図11】非磁性層をCuPdとしたときの組成比と、腐食試験前後の抵抗変化率と表面観察結果、電気抵抗測定結果の特性図を示す。
【図12】非磁性層をCuPtとしたときの組成比と標準水素電極に対する腐食電位との関係を示す。
【図13】非磁性層をCuPtとしたときの組成比と、腐食試験前後の抵抗変化率と表面観察結果、電気抵抗測定結果の特性図を示す。
【図14】非磁性層をCuRuとしたときの組成比と標準水素電極に対する腐食電位との関係を示す。
【図15】非磁性層をCuRuとしたときの組成比と、腐食試験前後の抵抗変化率と表面観察結果、電気抵抗測定結果の特性図を示す。
【図16】非磁性層をCuNiとしたときの組成比と標準水素電極に対する腐食電位との関係を示す。
【図17】非磁性層をCuNiとしたときの組成比と、腐食試験前後の抵抗変化率、表面観察結果、電気抵抗測定結果との関係図を示す。
【図18】非磁性層をCuRhとしたときの組成比と標準水素電極に対する腐食電位との関係を示す。
【図19】非磁性層をCuRhとしたときの組成比と、腐食試験前後の抵抗変化率、表面観察結果の特性図を示す。
【図20】非磁性層をCuRhとしたときの組成比と電気抵抗の特性図を示す。
【図21】磁化固定層及び磁化自由層に関して、組成比を変化させた場合の腐食試験結果を示す。
【図22】磁化固定層及び磁化自由層に関して、腐食を効果的に防止する好適な組成比の範囲を示す。
【符号の説明】
1……磁気テープ装置、2……磁気テープ、3……供給リール、4……巻取リール、5a〜5f……ガイドローラ、5g……ピンチローラ、6……キャップスタン、6a……キャップスタンモータ、7……ヘッドドラム、8……駆動モータ、9……回転ドラム、10……固定ドラム、11a,11b……記録用磁気ヘッド、12a,12b……再生用磁気ヘッド、20……GMRヘッド、21……第1のコア部材、22……保護膜、23……第2のコア部材、24,25……磁気シールド層、26……ギャップ層、27……GMR素子、28a,28b……永久磁石膜、29a,29b……低抵抗化膜、30a,30b……導体部、31a,31b……外部接続用端子、40……スピンバルブ膜、41……下地層、42……反強磁性層、43A……磁化固定層、43B……磁化固定層、44……非磁性層、45……磁化自由層、46……保護層、47……反強磁性結合層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetoresistive head using a spin valve film as a magnetic sensing element for detecting a magnetic signal while sliding on a magnetic recording medium.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A magnetoresistive element (hereinafter, referred to as an MR element) utilizes a so-called magnetoresistive effect in which a resistance value changes depending on the magnitude and direction of an external magnetic field, and detects, for example, a signal magnetic field from a magnetic recording medium. Used in a magnetic head or the like as a magnetic sensing element.
A magnetic head having such an MR element is generally called a magnetoresistive head (hereinafter, referred to as an MR head).
[0003]
As such an MR element, an element utilizing the anisotropic magnetoresistance effect has been conventionally used, but an element exhibiting a larger MR ratio is desired because the magnetoresistance ratio (MR ratio) is small. In recent years, a giant magnetoresistance effect element (hereinafter, referred to as a GMR element) using a spin valve film has been proposed (for example, see Non-Patent Document 1 and Patent Document 1).
[0004]
The GMR element has a spin-valve film in which a non-magnetic layer is sandwiched between a pair of magnetic layers, and the conductance of a so-called sense current flowing in an in-plane direction with respect to the spin-valve film causes a so-called conductance of a magnetization of the pair of magnetic layers. It utilizes a so-called giant magnetoresistance effect that changes depending on the relative angle.
Specifically, the spin valve film is composed of an antiferromagnetic layer, a magnetization fixed layer in which magnetization is fixed in a predetermined direction by an exchange coupling magnetic field acting between the antiferromagnetic layer, and a magnetization direction according to an external magnetic field. And a nonmagnetic layer that magnetically isolates between the fixed magnetization layer and the magnetization free layer.
[0005]
In a GMR element using a spin valve film, when an external magnetic field is applied, the magnetization direction of the magnetization free layer changes according to the magnitude and direction of the external magnetic field. When the magnetization direction of the magnetization free layer is opposite (antiparallel) to the magnetization direction of the magnetization fixed layer, the resistance value of the sense current flowing through the spin valve film becomes maximum. On the other hand, when the magnetization direction of the magnetization free layer is in the same direction (parallel) as the magnetization direction of the magnetization fixed layer, the resistance value of the sense current flowing through the spin valve film becomes minimum.
[0006]
Therefore, in a magnetic head including a GMR element as described above (hereinafter, referred to as a GMR head), when a constant sense current is supplied to the GMR element, the GMR element responds to a signal magnetic field from a magnetic recording medium. The voltage value of the sense current flowing through the magnetic recording medium changes. By detecting the change in the voltage value of the sense current, a magnetic signal from the magnetic recording medium can be read.
[0007]
The initial GMR head described above uses a spin valve film composed of a magnetization free layer, a nonmagnetic layer, a magnetization fixed layer, and an antiferromagnetic layer as a GMR element.
However, in order to improve the recording density, the recording and reproducing track width must be reduced. When the thickness of the magnetization free layer is reduced in order to improve sensitivity, which is indispensable for achieving high density, the leakage magnetic field from the magnetization fixed layer causes a shift in the operating point, and this shift It becomes difficult to correct the amount by the current magnetic field with high yield.
[0008]
On the other hand, there has been proposed a so-called laminated ferri-fixed layer (synthetic AF) having a two-layer configuration in which a fixed magnetization layer is antiferromagnetically coupled by interposing a predetermined magnetic coupling layer (for example, Patent Document 2). reference.).
According to this, in the magnetization fixed layer that is antiferromagnetically coupled, there is an advantage that the operating point can be easily secured because the operating point can be reduced to zero in principle.
[0009]
That is, of the two ferromagnetic layers in the magnetization fixed layer, the ferromagnetic layer A on the nonmagnetic layer side and the ferromagnetic layer B on the antiferromagnetic layer forming side, In the laminated ferri-fixed layer structure in which the magnetic film thickness of the layer B, that is, the product of the film thickness and the saturation magnetization is equal, the leakage magnetic fields of the ferromagnetic layers A and B cancel each other, so that the leakage magnetic field becomes substantially zero. In addition, since the magnetization fixed layer becomes insensitive to the magnetic field, there is an advantage that the fixed magnetization is excellent up to a blocking temperature Tb near the exchange bias at which the exchange bias of the antiferromagnetic layer disappears stably.
[0010]
Patent Documents 1 and 2 disclose examples in which a GMR head is used for a hard disk drive.
A hard disk drive has, for example, a structure in which a GMR head is mounted on a head slider attached to the tip of a suspension, and receives a flow of air generated by the rotation of a magnetic disk so that the head slider moves over a signal recording surface of the magnetic disk. While flying, the GMR head mounted on the head slider reads a magnetic signal recorded on the magnetic disk, thereby performing a reproducing operation on the magnetic disk.
[0011]
The use of the GMR head is not limited to a magnetic disk device, and in recent years, use of a magnetic tape device such as a tape streamer has been studied.
For example, a tape streamer adopting a helical scan system has a structure in which a GMR head is arranged on an outer peripheral surface of a rotating drum so as to be oblique to an azimuth angle with respect to a direction substantially perpendicular to a running direction of a magnetic tape. ing.
In the tape streamer, the rotating drum is rotated while the magnetic tape runs obliquely with respect to the rotating drum, and the GMR head mounted on the rotating drum slides on the magnetic tape and is recorded on the magnetic tape. By reading the magnetic signal, a reproducing operation for the magnetic tape is performed.
[0012]
In a tape streamer, it is preferable to reduce the distance between the GMR head and the magnetic tape, that is, the so-called spacing. Therefore, from this viewpoint, it is desirable to smooth the surface of the magnetic tape.
[0013]
However, as the surface of the magnetic tape becomes mirror-finished, the contact area between the magnetic tape and the outer peripheral surface of the rotating drum increases, the frictional force acting between the magnetic tape and the rotating drum during running increases, and Sticking to the rotating drum occurs, and smooth running of the magnetic tape becomes difficult.
Therefore, fine protrusions are provided on the surface of the magnetic tape with SiO 2 filler, organic filler, or the like, to reduce the contact area with the outer peripheral surface of the rotating drum, and to reduce the frictional force acting between the magnetic tape and the rotating drum. Ingenuity has been made.
On the surface of the magnetic tape, a protective film such as a DLC film for preventing the occurrence of scratches, corrosion and the like is formed.
[0014]
By the way, in the hard disk drive described above, the reproducing operation is performed in a state where the GMR head is not in contact with the signal recording surface of the magnetic disk. In addition, Cu is usually used for the non-magnetic layer constituting the spin valve film. Conventionally, a DLC (Diamond Like) for preventing corrosion of Cu is provided on a medium facing surface of a GMR head facing a magnetic disk. A protective film such as a Carbon film is formed.
[0015]
[Non-patent document 1]
Physical Review B, Vol. 43, No. 1,
p1297-p1300 "Giant magnetoresistance effect in soft magnetic multilayer film"
(Giant Magnetoresistance in Soft Ferromagnetic Multilayers)
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-111010 [Patent Document 2]
JP-A-7-169026
[Problems to be solved by the invention]
However, in a tape streamer in which application of a GMR head is currently being studied, since the reproducing operation is performed while the GMR head is in contact with the magnetic tape, the medium sliding surface of the GMR head that slides on the magnetic tape. If a protective film for preventing the above-mentioned corrosion or the like is formed on the magnetic tape, the protective film will be worn due to contact with minute projections or the protective film formed on the surface of the magnetic tape during the reproducing operation.
Further, since the protective film formed on the medium sliding surface of the GMR head serves as a spacing with the magnetic tape, it causes deterioration of the short-wavelength recording / reproducing characteristics of the GMR head.
[0017]
Therefore, in a magnetic tape device such as a tape streamer, it is considered inappropriate to form a protective film on the medium sliding surface of the GMR head.
For this reason, in the magnetic tape device, the medium sliding surface of the GMR head comes into direct contact with the air, and there is a problem that corrosion or the like is likely to occur under severe use conditions such as high temperature and high humidity or in a seawater atmosphere. Was.
[0018]
The sensitivity of the GMR head is determined by the sense current flowing through the spin valve film. Further, the thickness of each layer constituting the spin valve film is formed on the order of nm, and even if a slight corrosion occurs in each layer, the electric resistance of each layer changes. Therefore, the occurrence of corrosion on the medium sliding surface of the GMR head greatly deteriorates the head characteristics of the GMR head.
[0019]
In Patent Document 1, although a study has been made to improve the corrosion resistance of a magnetoresistive effect type magnetic head applied to a hard disk, in a hard disk drive, the magnetic head may slide directly on a medium. Therefore, it is clear that the amount of damage caused by friction of the magnetic head is larger in the tape system.
Further, in the hard disk drive, since the medium is sealed by packaging without being exposed to the outside air, the tape system is more serious in terms of the influence of the breakage of the magnetic head due to fine dust and the like. It is believed that there is. Therefore, it can be said that improving the corrosion resistance of the GMR head applied to the magnetic tape device is more important than the hard disk drive.
[0020]
In view of the above-described problems, the present invention relates to a magnetoresistive effect type magnetic head having a configuration in which a magnetization fixed layer of a spin valve film is formed as a laminated ferrimagnetic layer. In this case, excellent corrosion resistance is realized and a high rate of change in magnetoresistance is maintained.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
The magneto-resistance effect type magnetic head of the present invention is a magneto-sensitive element that detects a magnetic signal while slidingly contacting a magnetic recording medium, and is provided with a predetermined coupling coupling magnetic field acting between the anti-ferromagnetic layer and the anti-ferromagnetic layer. A magnetization fixed layer whose magnetization is fixed in the direction of the magnetization, a magnetization free layer whose magnetization direction changes according to an external magnetic field, and a non-magnetic layer that magnetically isolates the magnetization fixed layer from the magnetization free layer are stacked. In the fixed magnetization layer, an antiferromagnetic coupling layer that couples the fixed magnetization layer antiferromagnetically is interposed, and the fixed magnetization layer separated by the antiferromagnetic coupling layer is provided. Suppose a spin-valve film is provided which is adapted to maintain the magnetization of one of the layers in a desired direction.
The antiferromagnetic coupling layer is made of any one of Ru, Rh, and Ir, and the spin valve film is provided with respect to a standard hydrogen electrode measured when immersed in a 0.1 mol / L NaCl solution. Assume that the corrosion potential is +0.4 [V vs. SHE] or more, and the magnetic signal is detected while sliding on a tape-shaped magnetic recording medium.
[0022]
According to the magneto-resistance effect type magnetic head of the present invention, the magnetization fixed layer of the spin valve film is configured to be a laminated ferrimagnetic pinned layer. The material of the magnetic coupling layer was selected, and the corrosion potential of the spin valve film measured with respect to the standard hydrogen electrode when immersed in a 0.1 mol / L NaCl solution was +0.4 [V vs. SHE]. By adopting the above, excellent corrosion resistance can be realized, and a high magnetoresistance effect can be obtained, and when applied to a tape streamer, a protective film is not formed on a surface that is in sliding contact with a magnetic recording medium. Also, excellent corrosion resistance can be realized.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a magnetoresistive head according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0024]
First, an example of a magnetic tape device to which the magnetoresistive head according to the present invention is applied will be described.
A magnetic tape device 1 shown in FIG. 1 records and / or reproduces signals on a magnetic tape 2 by a helical scan method.
In the magnetic tape device 1, a supply reel 3 for supplying the magnetic tape 2, a take-up reel 4 for winding the magnetic tape supplied from the supply reel 3, and a magnetic tape between the supply reel 3 and the take-up reel 4. The magnetic tape 2 is provided with a plurality of guide rollers 5a to 5f for running the magnetic tape 2 so that the magnetic tape 2 runs in the direction of arrow A in the figure.
[0025]
Further, between the guide roller 5e and the guide roller 5f, as a tape running means, a pinch roller 5g on which the magnetic tape 2 is wrapped, a cap stand 6 for sandwiching the magnetic tape 2 together with the pinch roller 5g, And a cap stun motor 6a for driving the rotation of the motor 6 is provided.
The magnetic tape 2 is sandwiched between the pinch roller 5g and the capstan 6, and the capstan 6 is rotated by the capstan motor 6a in the direction of arrow B in FIG. And run under tension.
[0026]
The magnetic tape device 1 includes a head drum 7 that performs a signal recording operation or a signal reproducing operation on the magnetic tape 2 between the guide rollers 5c and 5d.
As shown in FIG. 2, the head drum 7 has a rotating drum 9 that is driven to rotate in the direction of arrow A in the figure by a driving motor 8, and a fixed drum 10 that is fixed to a base (not shown). The outer peripheral surface 9a of the rotating drum 9 and the outer peripheral surface 10a of the fixed drum are continuous.
[0027]
The magnetic tape 2 is guided by the guide rollers shown in FIG. 1 and runs while being helically wound around the outer peripheral surface portions 9a and 10a of the rotating drum 9 and the fixed drum 10 at an angle range of approximately 180 °. It has been made.
A lead guide 10b for guiding the magnetic tape 2 is provided on an outer peripheral surface portion 10a of the fixed drum 10, and the magnetic tape 2 runs obliquely with respect to the rotation direction of the rotary drum 9 along the lead guide 10b. It is supposed to.
[0028]
A pair of recording magnetic heads 11a and 11b for recording signals on the magnetic tape 2 and a pair of reproducing magnetic heads for reproducing signals on the magnetic tape 2 are provided on the outer peripheral surface 9a of the rotating drum 9. Heads 12a and 12b are attached.
The recording magnetic head 11a and the reproducing magnetic head 12a and the recording magnetic head 11b and the reproducing magnetic head 12b are opposed to the outer peripheral surface 9a of the rotary drum 9 with a phase difference of 180 ° from each other.
The recording magnetic heads 11a and 11b and the reproducing magnetic heads 12a and 12b have their recording gap and reproducing gap oblique to the direction substantially perpendicular to the running direction of the magnetic tape 2 according to the azimuth angle. Are located in
[0029]
Therefore, in the head drum 7, the magnetic tape 2 hung on the outer peripheral surface portions 9a, 10a of the rotating drum 9 and the fixed drum 10 travels in the direction of arrow A in FIG. 2, the pair of recording magnetic heads 11 a and 11 b and the pair of reproducing magnetic heads 12 a and 12 b mounted on the rotary drum 9 slide on the magnetic tape 2 while rotating in the direction indicated by arrow C. A recording operation or a reproducing operation is performed.
[0030]
Specifically, at the time of recording, one recording magnetic head 11a forms a recording track with a predetermined track width while applying a magnetic field according to a recording signal to the magnetic tape 2, and the other recording magnetic head 11b A recording track is formed with a predetermined track width while applying a magnetic field corresponding to a recording signal adjacent to the recording track.
The recording magnetic heads 11 a and 11 b form recording tracks repeatedly on the magnetic tape 2, so that signals are continuously recorded on the magnetic tape 2.
[0031]
On the other hand, during reproduction, one reproducing magnetic head 12a detects a signal magnetic field from the recording track recorded by the recording magnetic head 11a, and the other reproducing magnetic head 12b detects A signal magnetic field is detected from a recording track recorded by the magnetic head 11b. When the reproducing magnetic heads 12a and 12b repeatedly detect the signal magnetic field from the recording track, the signals recorded on the magnetic tape 2 are continuously reproduced.
[0032]
Next, the magnetoresistive head of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[0033]
The magnetoresistive head 20 shown in FIG. 3 includes a giant magnetoresistive element (hereinafter, referred to as a GMR element) using a spin-valve film as a magnetosensitive element for detecting a magnetic signal from a magnetic recording medium. Is a so-called giant magnetoresistive magnetic head (hereinafter referred to as a GMR head).
[0034]
The GMR head 20 has a higher sensitivity than an inductive magnetic head or an anisotropic magnetoresistive magnetic head that performs recording and reproduction using electromagnetic induction, has a large reproduction output, and is suitable for high-density recording. Therefore, in the recording / reproducing apparatus 1 for a magnetic tape described above, by using the GMR head 20 as the pair of magnetic heads for reproduction 12a and 12b, higher density recording can be achieved.
[0035]
Specifically, as shown in FIG. 4, the reproducing magnetic heads 12a and 12b are provided on the first core member 21 by using various thin film forming techniques using a magnetic shield layer 24, a GMR element 27, a gap layer 26, and a shield layer. It is assumed that the layer 25 has a structure in which a layer 25 is sequentially formed and a second core member 23 is attached via a protective film 22.
Also, in the reproducing magnetic heads 12a and 12b, the medium sliding surface 20a that is in sliding contact with the magnetic tape 2 has a curved surface that is curved in a substantially arc shape along the running direction of the magnetic tape 2 indicated by an arrow A in FIG. I have. The reproducing gap facing the outside from the medium sliding contact surface 20a is arranged to be oblique to the direction substantially perpendicular to the running direction of the magnetic tape 2 according to the azimuth angle θ.
[0036]
The pair of reproducing magnetic heads 12a and 12b have the same configuration except that their azimuth angles θ have opposite phases. Therefore, in the following description, the pair of reproducing magnetic heads 12a and 12b will be collectively described as a GMR head 20.
[0037]
As shown in FIG. 4, the GMR head 20 has a structure in which a magnetoresistive element (GMR element 27) is sandwiched between a pair of upper and lower magnetic shield layers 24 and 25 with a gap layer 26 interposed therebetween.
[0038]
The pair of magnetic shield layers 24 and 25 are formed of a soft magnetic film having a width sufficient to magnetically shield the GMR element 27. Out of the signal magnetic field of the GMR element 27.
That is, in the GMR head 20, a signal magnetic field that is not to be reproduced with respect to the GMR element 27 is guided to the pair of magnetic shield layers 24 and 25, and only the signal magnetic field that is to be reproduced is guided to the GMR element 27. . Thereby, the frequency characteristics and the reading resolution of the GMR element 27 are improved.
[0039]
The gap layer 26 is made of a non-magnetic non-conductive film that magnetically isolates the GMR element 27 from the pair of magnetic shield layers 24 and 25, and the gap between the pair of magnetic shield layers 24 and 25 and the GMR element 27. Is the gap length.
[0040]
The GMR element 27 utilizes a so-called giant magnetoresistance effect in which the conductance of a sense current flowing in the in-plane direction with respect to the spin valve film 40 changes depending on the relative angle of the magnetization of the pair of magnetic layers. .
[0041]
As the spin valve film 40, for example, as shown in FIG. 5A, an underlayer 41, an antiferromagnetic layer 42, a magnetization fixed layer 43B, an antiferromagnetic coupling layer 47, a magnetization fixed layer 43A, a nonmagnetic layer 44 , A magnetization free layer 45, and a protective layer 46 are sequentially stacked, and a bottom type ferri-type spin valve film 40 a having a structure in which the underlayer 41, the magnetization free layer 45, A top-type laminated ferri-type spin valve film having a structure in which a nonmagnetic layer 44, a magnetization fixed layer 43A, an antiferromagnetic coupling layer 47, a magnetization fixed layer 43B, an antiferromagnetic layer 42, and a protective layer 46 are sequentially laminated. 40b and the like.
[0042]
When the magnetization fixed layer 43A and the magnetization fixed layer 43B constituting the spin valve film have a stacked ferri-fixed layer structure having the same film thickness, that is, the product of the film thickness and the saturation magnetization, the magnetization fixed layer 43A and the magnetization fixed layer 43B are formed. Since the stray fields cancel each other out, the stray field is substantially zero.
Since the magnetization fixed layer 43B is disposed adjacent to the antiferromagnetic layer 42, the magnetization is fixed in a predetermined direction by an exchange coupling magnetic field acting between the magnetization fixed layer 43B and the antiferromagnetic layer 42.
The magnetization fixed layer 43A is brought into a state where the magnetization is fixed in a predetermined direction by an exchange coupling magnetic field acting between the magnetization fixed layer 43A and the magnetization fixed layer 43B via the antiferromagnetic coupling layer 47.
[0043]
On the other hand, the magnetization free layer 45 is magnetically isolated from the magnetization fixed layer 43A via the nonmagnetic layer 44, so that the magnetization direction can be easily changed with respect to a weak external magnetic field. .
[0044]
The thickness of the antiferromagnetic coupling film 47 is appropriately selected according to the combination of the materials forming the magnetization fixed layer 43A, the magnetization fixed layer 43B, and the antiferromagnetic coupling layer 47. The magnetization fixed layer 43B is antiferromagnetically coupled.
[0045]
Therefore, when an external magnetic field is applied to the spin valve film 40, the magnetization direction of the magnetization free layer 45 changes according to the magnitude and direction of the external magnetic field. When the magnetization direction of the magnetization free layer 45 is opposite (antiparallel) to the magnetization direction of the magnetization fixed layer 43A, the resistance value of the current flowing through the spin valve film 40 becomes maximum.
On the other hand, when the magnetization direction of the magnetization free layer 45 is in the same direction (parallel) as the magnetization direction of the magnetization fixed layer 43A, the resistance value of the current flowing through the spin valve film 40 becomes minimum.
[0046]
As described above, since the spin valve film 40 changes its electric resistance in accordance with the applied external magnetic field, the spin valve film 40 functions as a magnetic sensing element for detecting a magnetic signal from the magnetic tape 2 by reading this change in resistance. I have.
[0047]
The underlayer 41 and the protective layer 46 are for suppressing an increase in the specific resistance of the spin valve film 40, and are made of, for example, Ta.
[0048]
In addition, in order to stabilize the operation of the GMR element 27, as shown in FIGS. 3 and 4, a pair of biasing magnetic fields is applied to both ends of the spin valve film 40 in the longitudinal direction. Of the permanent magnet films 28a and 28b are provided.
The width of the portion sandwiched between the pair of permanent magnet films 28a and 28b is the reproduction track width Tw of the GMR element 27. Further, on the pair of permanent magnet films 28a and 28b, a pair of resistance reducing films 29a and 29b for reducing the resistance value of the GMR element 27 are provided.
[0049]
In particular, in the GMR head in which the laminated ferrimagnetic pinned layer is provided on the magnetization pinned layer in the present invention, the reproduction track width Tw of the GMR element 27 is preferably 1.0 μm or less, and more preferably 0.8 μm or less.
[0050]
Further, in order to supply a sense current to the spin valve film, the GMR element 27 includes a pair of conductor portions 30a and 30b having a pair of permanent magnet films 28a, 28b, And are provided so as to be connected to the low-resistance films 29a and 29b.
A pair of external connection terminals 31a and 31b connected to an external circuit are provided on the other end side of the conductors 30a and 30b.
[0051]
The protective film 22 covers the main surface of the first core member 21 on which the GMR head 20 is formed, except for portions where the external connection terminals 31a and 31b face the outside. The first core member 21 and the second core member 23 are joined.
[0052]
The GMR head 20 shown in FIG. 3 and FIG. 4 is illustrated with the periphery of the GMR element 27 enlarged for easy understanding of the characteristics, but actually, the first core member 21 and the second core member 21 are not shown. The GMR element 27 is very fine as compared with the core member 23 of the first embodiment, and the GMR head 20 faces the outside on the medium sliding surface 20a almost entirely with the first core member 21 and the second core member 23. Is only the upper end face against which the.
[0053]
The GMR head 20 configured as described above is attached to a chip base (not shown), and a pair of external connection terminals 31a and 31b are electrically connected to connection terminals provided on the chip base. . The GMR head 20 provided on the chip base is attached to the rotating drum 9 shown in FIG. 2 as a pair of reproducing magnetic heads 12a and 12b.
[0054]
By the way, in the magnetic tape device 1, the reproducing operation is performed in a state where the GMR head 20 is in direct contact with the magnetic tape 2. A protective film such as a Like Carbon film cannot be formed. For this reason, in the related art, the medium sliding surface of the GMR head comes into direct contact with the atmosphere, and there has been a problem that corrosion or the like is likely to occur under severe use conditions such as high temperature and high humidity or in a seawater atmosphere.
[0055]
In view of the above, in the present invention, a spin valve film which shows excellent corrosion resistance and maintains a high magnetoresistance ratio even when a protective film is not formed on the medium sliding surface 20a of the GMR head 20 is applied. This makes it possible to perform an appropriate reproducing operation on the magnetic tape 2.
[0056]
Specifically, as a material for forming the antiferromagnetic layer 42 constituting the spin valve film 40, PtMn showing excellent corrosion resistance is preferable.
For the antiferromagnetic layer 42, NiO having excellent corrosion resistance, IrMn, CrMnPt, α-Fe 2 O 3 , RhMn, NiMn, PdPtMn, or the like can be applied in addition to PtMn.
[0057]
It is assumed that the nonmagnetic layer 44 constituting the spin valve film 40 is formed of an Au or Cu alloy having excellent corrosion resistance and high conductivity.
Examples of the Cu alloy include CuAu, CuPd, CuPt, CuNi, CuRu, and CuRh.
[0058]
When the nonmagnetic layer 44 is made of CuAu, the composition ratios of Cu and Au are (100-a 1 ) and a 1 (a 1 represents atomic%), respectively. The range is preferably 25 ≦ a 1 <100, more preferably 25 ≦ a 1 ≦ 75, and further preferably 25 ≦ a 1 ≦ 45.
[0059]
When the nonmagnetic layer 44 is made of CuPd, the composition is such that the composition ratio of Cu and Pd is (100-a 2 ) and a 2 (a 2 represents atomic%). Preferably, the range is 5 ≦ a 2 ≦ 25.
[0060]
When the nonmagnetic layer 44 is made of CuPt, the composition ratios of Cu and Pt are (100−a 3 ) and a 3 (a 3 represents atomic%), respectively. Preferably, the range is 5 ≦ a 3 ≦ 20.
[0061]
When the nonmagnetic layer 44 is made of CuRu, the composition ratios of Cu and Ru are (100-a 4 ) and a 4 (a 4 represents atomic%), respectively. The range is preferably set to 3 ≦ a 4 ≦ 15.
[0062]
The non-magnetic layer 44, if it is assumed consisting of CuNi is, Cu, the composition ratio of Ni, respectively (100-a 5), when a 5 (a 5 represents an atomic%.) Was the composition The range is preferably 25 ≦ a 5 ≦ 50.
[0063]
When the non-magnetic layer 44 is made of CuRh, the composition ratios of Cu and Rh are (100-a 6 ) and a 6 (a 6 represents atomic%), respectively. It is preferable that the range is 7 ≦ a 6 ≦ 20.
[0064]
The spin valve film 40 was subjected to a corrosion test using an electrochemical method to measure the change in magnetoresistance before and after the corrosion test, and to observe the surface after the corrosion test to check for the occurrence of corrosion.
In this corrosion test, the standard hydrogen electrode (SHE: Standard Hydrogen Electrode) was used as a reference electrode, and the corrosion potential for the standard hydrogen electrode measured when immersed in a 0.1 mol / L NaCl solution was measured. It was to be measured.
[0065]
Incidentally, the corrosion potential changes depending on the type and concentration of the solution. In particular, the corrosion potential of metals and alloys greatly changes depending on the presence or absence of reaction with Cl. Therefore, in this corrosion test, attention was paid to the occurrence of corrosion under severe environments such as high temperature and high humidity and in a seawater atmosphere, and in order to avoid this, a polarization curve in the case of using a 0.1 mol / L NaCl solution was used. Was measured.
FIG. 6 shows a polarization curve measured using a predetermined sample. In this polarization curve, the potential extrapolated from the polarization curve when the current density at the sample side electrode flows at 0.1 mA / cm 2 or more was defined as the corrosion potential (Reference: Physical properties of spin valve material, Satoru Oikawa et al. , The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers MR96-91 (1997-01) pp21-28).
[0066]
In this corrosion test, Ag · AgCl was used as a reference electrode, and Pt was used as a measurement electrode, and the corrosion potential was measured at room temperature (about 20 ° C.). Then, the measured corrosion potential was corrected to a standard hydrogen electrode (SHE), and this was defined as the corrosion potential in the main corrosion test. Note that the potential rise rate at the time of measurement is about 0.5 mV / sec. The thickness of the sample of the monolayer film was about 100 nm, and the pH of the NaCl solution was 7.
[0067]
In addition, the corrosion potential and the resistance change before and after the corrosion test are examined in order to examine the film properties, to measure each layer constituting the spin valve film 40 with a single layer film, or to examine the compatibility of the film in consideration of the local battery effect and the like. Measurement with a laminated film in which the magnetization fixed layer 43 and the magnetization free layer 45, which are the main parts of the spin valve film 40, are laminated via the non-magnetic layer 44, or with the laminated film in which each layer of the spin valve film 40 is laminated Among them, those measured by any method may be used. Here, the corrosion potential and the resistance change before and after the corrosion test were determined by measuring a single layer film of each layer constituting the spin valve film 40.
[0068]
In addition, in the surface observation, a test using a single-layer film described above and a test using a laminated film in which each layer is stacked on a base film made of a metal having a high corrosion potential, for example, Au, in consideration of the local battery effect, are performed. Was. This is because the laminated film in contact with Au tends to cause corrosion more easily than the single-layer film due to the local battery effect.
[0069]
With respect to the spin valve film having the configuration shown in FIGS. 5A and 5B, various samples were prepared by changing the material composition and film thickness, and the corrosion potential measured for each sample and the resistance change before and after the corrosion test were measured. 7 and the results of surface observation before and after the corrosion test are shown in FIG. In FIG. 7, ○ indicates the case where no change due to corrosion occurred on the surface, △ indicates the case where slight discoloration occurred on the surface, and × indicates the case where corrosion occurred on the surface.
[0070]
As shown in FIG. 7, it can be seen that the resistance change and the surface observation result before and after the corrosion test greatly change at the corrosion potential +0.4 [V vs. SHE]. That is, when the corrosion potential is +0.4 [V vs. SHE] or more, occurrence of corrosion is not confirmed on the surface of the spin valve film 40, and there is almost no change in resistance before and after the corrosion test.
On the other hand, when the corrosion potential was lower than +0.4 [V vs. SHE], corrosion occurred on the surface of the spin valve film 40, and the resistance change before and after the corrosion test rapidly increased. When the corrosion potential was further lowered, the corrosion progressed to a state where resistance could not be measured.
More specifically, for the bottom-type laminated ferri-type spin valve film 40a shown in FIG. A sample having a thickness of 0.8 nm was prepared, the corrosion potential and the resistance change before and after the corrosion test were measured, and the surface was observed before and after the corrosion test. vs. SHE] or more, no corrosion was observed on the surface, and there was little change in resistance before and after the corrosion test, indicating that excellent corrosion resistance was obtained.
[0071]
As described above, in the spin valve film 40, the corrosion potential with respect to the standard hydrogen electrode measured when immersed in a 0.1 mol / L NaCl solution is +0.4 [V vs. SHE] or more. Preferably. As a result, in the GMR head, the occurrence of corrosion of the spin valve film is avoided, and a high magnetoresistance ratio is maintained.
[0072]
Next, the relationship between the material composition ratio and the corrosion potential when the nonmagnetic layer 44 constituting the spin valve film was formed of any of Au, CuAu, CuPd, CuPt, CuRu, CuNi, and CuRh was examined.
[0073]
[When the nonmagnetic layer is formed of Au or CuAu]
FIG. 8 shows measurement results of the corrosion potential [V vs. SHE] of the nonmagnetic layer 44 with respect to the standard hydrogen electrode when the amount of Au added to Cu was changed.
[0074]
As shown in FIG. 8, the proportion of Au to Cu and the corrosion potential are substantially proportional to each other, and it has been confirmed that the corrosion potential increases as the amount of Au added to Cu increases. It was found that by setting the amount to 25 atomic% or more, the corrosion potential with respect to the standard hydrogen electrode described above became +0.4 [V vs. SHE] or more.
[0075]
Next, in the case where the nonmagnetic layer 44 was made of CuAu, the change in the electric resistance of the nonmagnetic layer 44 before and after the above-described corrosion test and the results of surface observation are shown in FIG. In FIG. 9, 9 indicates the case where no corrosion was confirmed on the surface, and ■ indicates the case where corrosion was confirmed on the surface.
[0076]
As shown in FIG. 9, when the nonmagnetic layer 44 is formed of CuAu, from the measurement results of the resistance change rate before and after the corrosion test and the surface observation results, by adding at least 25 atomic% of Au, before and after the corrosion test. It was found that the rate of change in resistance was suppressed, and no corrosion was observed in surface observation, indicating that excellent corrosion resistance was obtained.
[0077]
When the nonmagnetic layer 44 is made of CuAu, the magnetoresistive effect rate is higher when the amount of Au added is reduced.
From the above, when the composition ratios of Cu and Au are (100-a 1 ) and a 1 (where a represents atomic%), the composition ranges are 25 ≦ a 1 ≦ 100. It is more preferable that 25 ≦ a 1 ≦ 75, and more preferably 25 ≦ a 1 ≦ 45. Thus, even when a protective film is not formed on the medium sliding surface 20a of the GMR head 20, the occurrence of corrosion of the nonmagnetic layer 44 can be prevented, and excellent corrosion resistance and an excellent magnetoresistance effect can be obtained.
[0078]
[When the non-magnetic layer is formed of CuPd]
FIG. 10 shows measurement results of the corrosion potential [V vs. SHE] of the nonmagnetic layer 44 with respect to the standard hydrogen electrode when the amount of Pd added to Cu was changed.
[0079]
As shown in FIG. 10, the amount of Pd added to Cu and the corrosion potential are substantially proportional to each other, and by setting the amount of Pd added to 5 atomic% or more, the corrosion potential with respect to the standard hydrogen electrode becomes +0. 4 [V vs. SHE] or more.
[0080]
Next, in the case where the nonmagnetic layer 44 was made of CuPd, FIG. 11 shows the resistance change rate of the nonmagnetic layer 44 before and after the corrosion test, surface observation results, and electric resistance of the nonmagnetic layer.
In FIG. 11, 11 indicates a case where no change occurred on the surface, and ■ indicates a case where corrosion occurred on the surface. The electric resistance was represented by a ratio with Cu.
[0081]
As shown in FIG. 11, when the nonmagnetic layer 44 is formed of CuPd, corrosion is caused by adding Pd in an amount of 5 atomic% or more based on the measurement results of resistance change before and after the corrosion test and the surface observation results. It was found that excellent corrosion resistance could be obtained without using this method.
[0082]
Note that, as indicated by the symbol 図 in FIG. 11, the electric resistance of CuPd increases with an increase in the amount of Pd added. If the addition amount of Pd exceeds 25 atomic%, the electric resistance of the nonmagnetic layer 44 becomes large enough to cause a practical problem of the spin valve film, and the magnetoresistance effect is reduced. From this, in order to further reduce the electric resistance value to a practically good value, it is desirable that the addition amount of Pd is selected to be about 25 at% or less, more preferably about 20 at% or less.
As described above, when the nonmagnetic layer 44 is formed of CuPd, the composition ratios of Cu and Pd are respectively (100−a 2 ) and a 2 (a 2 represents atomic%). In this case, the composition range is preferably set to 5 ≦ a 2 ≦ 25.
[0083]
[When the non-magnetic layer is formed of CuPt]
FIG. 12 shows the measurement results of the corrosion potential [V vs. SHE] of the nonmagnetic layer 44 with respect to the standard hydrogen electrode when the amount of Pt added to Cu was changed.
[0084]
As shown in FIG. 12, the corrosion potential with respect to the above-mentioned standard hydrogen electrode became +0.4 [V vs. SHE] or more by setting the addition amount of Pt to Cu at 5 atomic% or more.
[0085]
Next, in the case where the nonmagnetic layer 44 is made of CuPt, FIG. 13 shows the resistance change rate of the nonmagnetic layer 44 before and after the corrosion test, surface observation results, and electric resistance of the nonmagnetic layer.
In FIG. 13, ○ indicates a case where no change occurred on the surface, and ■ indicates a case where corrosion occurred on the surface. The electric resistance was represented by a ratio with Cu.
[0086]
As shown in FIG. 13, when the nonmagnetic layer 44 is made of CuPt, from the measurement result of the resistance change before and after the corrosion test and the surface observation result, by adding Pt at 5 atomic% or more, No corrosion occurred, and excellent corrosion resistance was obtained.
[0087]
In the spin valve film 40, the antiferromagnetic layer 42 must be exchange-coupled with the magnetization fixed layer 43. Therefore, when PtMn is used for the antiferromagnetic layer 42, ordered annealing is required.
When the nonmagnetic layer 44 is made of CuPt, if Pt is more than 20 atomic%, CuPt is transformed into a tetragon by the above-described ordered annealing.
In addition, as indicated by ◆ in FIG. 13, the electric resistance of CuPt increases as the amount of Pt added increases. If the added amount of Pt exceeds 20 atomic%, the electric resistance of the non-magnetic layer 44 becomes large enough to hinder the practical use of the spin valve film, and the magnetoresistive effect decreases. Therefore, in order to reduce the electric resistance value to a practically good value, it is desirable that the addition amount of Pd is selected to be about 20 at% or less, more preferably about 15 at% or less.
As described above, when the nonmagnetic layer 44 is formed of CuPt, the composition ratios of Cu and Pt are (100-a 3 ) and a 3 (a 3 represents atomic%). The composition range is preferably set to 5 ≦ a 3 ≦ 20.
[0088]
[When the nonmagnetic layer is formed of CuRu]
FIG. 14 shows the measurement results of the corrosion potential [V vs. SHE] of the nonmagnetic layer 44 with respect to the standard hydrogen electrode when the amount of Ru added to Cu was changed.
[0089]
As shown in FIG. 14, the corrosion potential increases as the amount of Ru added to Cu increases. By setting the amount of Ru added to 3 atomic% or more, the corrosion potential with respect to the above-described standard hydrogen electrode is reduced. , +0.4 [V vs. SHE] or more.
[0090]
Next, in the case where the nonmagnetic layer 44 was made of CuRu, the change in resistance of the nonmagnetic layer 44 before and after the corrosion test, the results of surface observation, and the electrical resistance of the nonmagnetic layer were shown in FIG. In FIG. 15, 15 indicates the case where no change occurred on the surface, and ■ indicates the case where corrosion occurred on the surface. The electric resistance was represented by a ratio with Cu.
[0091]
As shown in FIG. 15, when the nonmagnetic layer 44 is formed of CuRu, corrosion is generated by adding 3 atomic% or more of Ru from the measurement results of resistance change before and after the corrosion test and the surface observation results. It was found that excellent corrosion resistance was obtained.
[0092]
In addition, as shown by the triangle in FIG. 15, the electric resistance of CuRu increases as the amount of added Ru increases.
If the addition amount of Ru is more than 15 atomic%, the electric resistance of the nonmagnetic layer 44 becomes high enough to hinder the practical use of the spin valve film, and the magnetoresistance effect decreases. For this reason, in order to reduce the electric resistance to a practically good value, it is desirable that the amount of Ru added be 15 atomic% or less, more preferably about 10 atomic% or less.
As described above, when the nonmagnetic layer 44 is made of CuRu, the composition ratios of Cu and Ru are respectively (100-a 4 ) and a 4 (a 4 represents atomic%). In this case, the composition range is preferably set to 3 ≦ a 4 ≦ 15.
[0093]
[When the nonmagnetic layer is formed of CuNi]
FIG. 16 shows the measurement results of the corrosion potential [V vs. SHE] of the nonmagnetic layer 44 with respect to the standard hydrogen electrode when the amount of Ni added to Cu was changed.
As shown in FIG. 16, the amount of Ni added to Cu and the corrosion potential are substantially proportional to each other. By setting the amount of Ni added to 25 at% or more, the corrosion potential with respect to the standard hydrogen electrode described above is increased to +0. 4 [V vs. SHE] or more.
[0094]
Next, in the case where the nonmagnetic layer 44 is made of CuNi, FIG. 17 shows a change in resistance of the nonmagnetic layer 44 before and after the above-described corrosion test, a surface observation result, and an electric resistance of the nonmagnetic layer.
In FIG. 17, 17 indicates a case where no change occurred on the surface, and ■ indicates a case where corrosion occurred on the surface. The electric resistance was quantified in comparison with the case where the nonmagnetic layer 44 was made of Cu.
[0095]
As shown in FIG. 17, when the nonmagnetic layer 44 is formed of CuNi, corrosion does not occur by adding 25 atomic% or more of Ni from the measurement results of the resistance change before and after the corrosion test and the surface observation results. It was found that excellent corrosion resistance was obtained.
[0096]
In addition, as indicated by ◆ in FIG. 17, it can be seen that the electric resistance of CuNi increases as the amount of Ni added increases.
If the addition amount of Ni is more than 50 atomic%, the electric resistance of the nonmagnetic layer 44 becomes high enough to hinder the practical use of the spin valve film, and the magnetoresistance effect decreases. For this reason, in order to further reduce the electric resistance value to a practically good value, the amount of Ni added is desirably 50% by weight or less, and more desirably 45% by atom or less.
As described above, when the nonmagnetic layer 44 is formed by a CuNi is, Cu, the composition ratio of Ni, when each (100-a 5), a 5 (a 5 represents an atomic%.) Was The composition range is preferably set to 25 ≦ a 5 ≦ 50.
[0097]
[When the nonmagnetic layer is formed of CuRh]
FIG. 18 shows the measurement results of the corrosion potential [V vs. SHE] of the nonmagnetic layer 44 with respect to the standard hydrogen electrode when the amount of Rh added to Cu was changed.
As shown in FIG. 18, the corrosion potential with respect to the above-mentioned standard hydrogen electrode becomes +0.4 [V vs. SHE] or more by setting the addition amount of Rh to 7 atom% or more.
[0098]
Next, in the case where the nonmagnetic layer 44 is formed of CuRh, FIG. 19 shows a change in resistance and a result of surface observation of the nonmagnetic layer 44 before and after the above-described corrosion test, and shows the relationship between the amount of added Rh and the electric resistance. 20 is shown.
In FIG. 19, ○ indicates a case where no change occurred on the surface, and ■ indicates a case where corrosion occurred on the surface. The electric resistance in FIG. 20 is represented by the ratio to Cu.
[0099]
As shown in FIG. 19, when the non-magnetic layer 44 is made of CuRh, corrosion does not occur by adding 7 atomic% or more of Rh from the measurement results of resistance change before and after the corrosion test and the surface observation results. It was found that excellent corrosion resistance was obtained.
[0100]
In addition, as shown by the triangle in FIG. 20, the electric resistance of CuRh increases as the amount of Rh added increases. If the added amount of Rh exceeds 20 atomic%, the electric resistance of the nonmagnetic layer 44 becomes extremely large as compared with the case where the nonmagnetic layer 44 is made of only Cu, which may hinder the practical use of the spin valve film. The magnetoresistance effect is reduced as much as it comes. For this reason, in order to further reduce the electric resistance value to a practically good value, it is desirable that the amount of Rh added be about 20 atomic% or less.
As described above, when the nonmagnetic layer 44 is formed of CuRh, the composition ratios of Cu and Rh are (100-a 6 ) and a 6 (a 6 represents atomic%), respectively. At this time, the composition range is preferably set to 7 ≦ a 6 ≦ 20.
[0101]
Note that the nonmagnetic layer 44 is formed by adding Au, Al, Ta, In, B, Nb, Hf, Mo, W, Re, Pt, Pd, Rh, Ga, Zr to a Cu alloy or Au having the above-described composition ratio. , Ir, Ag, Ni, Ru, at least one element or two or more elements may be added.
[0102]
Next, the magnetization fixed layer 43A, the magnetization fixed layer 43B, and the magnetization free layer 45 constituting the spin valve film shown in FIGS. 5A and 5B will be described.
The magnetization fixed layers 43A and 43B and the magnetization free layer 45 are made of a material exhibiting excellent corrosion resistance and good soft magnetic characteristics. It is assumed that the part or all is made of one or both of NiFe and CoNiFe.
The magnetization free layer 45 may have a laminated structure in which these alloys are laminated, or a laminated ferri-structure in which these alloys are alternately laminated with a nonmagnetic film made of, for example, Ru, Rh, Ir, or the like.
[0103]
The magnetization fixed layers 43A and 43B and the magnetization free layer 45 are formed of NiFe or CoNiFe, and samples in which the composition ratio of Co, Ni, and Fe is changed are manufactured. A corrosion test was performed using a 0.1 mol / L NaCl solution, and the surface was observed after the corrosion test to check whether or not corrosion had occurred.
[0104]
FIG. 21 shows the evaluation results of the corrosion test when the composition ratio of Co, Ni, and Fe was changed. In FIG. 21, ○ indicates that no corrosion occurred on the surface, and the corrosion potential with respect to the standard hydrogen electrode measured when immersed in a 0.1 mol / L NaCl solution was +0.4 [V vs. SHE]. The above cases are shown, and the black circles show the cases where corrosion occurred on the surface.
[0105]
Further, Δ indicates a case where the coercive force Hc is higher than 10 Oe (796 A / m), and ▲ indicates a case where the coercive force becomes a bcc phase (body-centered cubic structure). When Hc> 10 Oe, the magnetoresistance effect deteriorates due to an increase in coercive force.
In addition, the magnetoresistance effect of NiFe or CoNiFe is higher when both have the fcc phase (face-centered cubic structure). On the other hand, in the case of another crystal structure, lattice mismatch occurs at the interface, and the magnetoresistance effect deteriorates. Also, when the fcc phase and the bcc phase are mixed, lattice mismatch occurs at the interface, and the magnetoresistance effect deteriorates.
[0106]
As shown in FIG. 21, when the Co content is greater than 75 at% and the Ni content is less than 15 at% with respect to Co, Ni, and Fe, the magnetization fixed layer 43 and the magnetization free layer 45 are reduced. It was found that corrosion was more likely to occur. When the Ni content is more than 95 atomic% and the Fe content is less than 5 atomic% with respect to Co, Ni and Fe, the magnetization fixed layers 43A and 43B and the magnetization free layer 45 are protected. It was found that the magnetic force Hc increased and the magnetoresistance effect deteriorated.
Further, it was found that when the content of Fe was more than 40 atomic% with respect to Co, Ni, and Fe, corrosion was easily generated in the magnetization fixed layers 43A and 43B and the magnetization free layer 45.
[0107]
As described above, when the magnetization fixed layers 43A and 43B and the magnetization free layer 45 are formed of FeNi or CoNiFe, the composition ratios of Co, Ni, and Fe are b, c, d (b, c, d, respectively). Each represents an atomic%), and the composition ranges are preferably 0 ≦ b ≦ 75, 15 ≦ c ≦ 95, 5 ≦ d ≦ 40 (b + c + d = 100 atomic%). .
[0108]
That is, in the magnetization fixed layer 43 and the magnetization free layer 45, as shown in FIG. 22, the composition ratio of Co, Ni, and Fe is point A (Co = 0 atomic%, Ni = 95 atomic%, and Fe = 5 atomic%). %), Point B (Co = 0 atomic%, Ni = 60 atomic%, Fe = 40 atomic%), point C (Co = 45 atomic%, Ni = 15 atomic%, Fe = 40 atomic%), point D ( Range of solid line surrounded by five points: Co = 75 at%, Ni = 15 at%, Fe = 10 at%) and point E (Co = 75 at%, Ni = 20 at%, Fe = 5 at%) It is preferable that the By selecting such a composition ratio, even when a protective film is not formed on the medium sliding surface 20a that slides with the magnetic tape 2, the magnetization fixed layers 43A and 43B constituting the spin valve film and the magnetization Corrosion of the free layer 45 can be prevented.
[0109]
Further, in the magnetization fixed layers 43A and 43B and the magnetization free layer 45, the composition ranges of Co, Ni, and Fe are 20 ≦ b ≦ 75, 20 ≦ c ≦ 75, and 5 ≦ d ≦ 40, that is, in FIG. F (Co = 20 atomic%, Ni = 75 atomic%, Fe = 5 atomic%), point G (Co = 20 atomic%, Ni = 40 atomic%, Fe = 40 atomic%), point H (Co = Within the range of the dashed line surrounded by four points of 40 atomic%, Ni = 20 atomic%, Fe = 40 atomic%) and point E (Co = 75 atomic%, Ni = 20 atomic%, Fe = 5 atomic%) Preferably, there is.
Thereby, in the magnetoresistive head 20 of the present invention, the magnetization fixed layers 43A and 43B and the magnetization free layer 45 exhibit excellent corrosion resistance and can maintain a high magnetoresistance effect rate. In particular, it is possible to increase the magnetoresistance change rate by increasing the proportion of Co.
[0110]
Furthermore, in the magnetization fixed layers 43A and 43B and the magnetization free layer 45, the composition ranges of Co, Ni, and Fe are 40 ≦ b ≦ 75, 20 ≦ c ≦ 65, and 5 ≦ d ≦ 30, that is, FIG. Medium, point I (Co = 30 atomic%, Ni = 65 atomic%, Fe = 5 atomic%), point J (Co = 30 atomic%, Ni = 40 atomic%, Fe = 30 atomic%), point K (Co = 50 atomic%, Ni = 20 atomic%, Fe = 30 atomic%) and point E (Co = 75 atomic%, Ni = 20 atomic%, Fe = 5 atomic%) By doing so, the magnetization fixed layers 43A and 43B and the magnetization free layer 45 exhibit excellent corrosion resistance and can maintain a high magnetoresistance effect rate, and have excellent corrosion resistance and a high magnetoresistance effect rate. Can be balanced in a higher dimension.
[0111]
The magnetization free layer 45 and the magnetization fixed layers 43A and 43B constituting the spin valve film may be made of Co-based amorphous or microcrystalline alloy having excellent corrosion resistance other than NiFe or CoNiFe.
[0112]
The magnetization fixed layers 43A and 43B and the magnetization free layer 45 constituting the above-described spin valve film 40 are formed by adding Au, Ir, Pt, Al, Rh, Cr, Pd, and Ru to NiFe or CoNiFe having the above-described composition ratio. At least one element or two or more elements selected from the above may be added.
[0113]
Further, the magnetization fixed layers 43A and 43B and the magnetization free layer 45 of NiFe or CoNiFe having the above-described composition ratio may be different from each other in the spin bubble 40, or may be constituted by a plurality of combinations. Good.
[0114]
As the spin valve film 40 satisfying the above-described conditions, specifically, for example, Ta as the underlayer 41, Ni 80 Fe 20 and Co 50 Ni 30 Fe 20 as the magnetization free layer 45, and the nonmagnetic layer become Cu 70 and Au 30, magnetization fixed layer 43A to become Co 50 Ni 30 Fe 20, antiferromagnetic coupling layer 47 and becomes Ru, a magnetization fixed layer 43B Co 50 Ni 30 Fe 20, the antiferromagnetic layer 42 Provided with a spin valve film 40 formed by sequentially laminating PtMn to become a protective layer 46 and Ta to become a protective layer 46, exhibiting excellent corrosion resistance, and providing a protective film on the medium sliding surface 20a that slides on the magnetic tape. Therefore, even when the magnetic tape 2 is not formed, it is possible to prevent the occurrence of corrosion or the like under high temperature and high humidity or in a seawater atmosphere, and it is possible to perform an appropriate reproducing operation on the magnetic tape 2. It was confirmed that it was a function.
At this time, the track width Tw of the GMR head 20 was set to 0.7 μm.
In particular, when such a GMR head was applied as the reproducing magnetic heads 12a and 12b in the magnetic tape device 1 using the helical scan method, excellent corrosion resistance could be obtained.
[0115]
Next, the antiferromagnetic coupling layer 47 interposed between the magnetization fixed layers in the spin valve film will be described.
The antiferromagnetic coupling layer 47 is formed of a material selected from the group consisting of Ru, Rh, Ir, and an alloy thereof.
[0116]
Samples in which the antiferromagnetic coupling layer 47 was formed of Ru, Rh, and Ir were prepared, and a corrosion test was performed on these samples using a 0.1 mol / L aqueous NaCl solution as described above. Table 1 below shows the corrosion evaluation of the surface of these samples after the corrosion test and the corrosion potential with respect to the standard hydrogen electrode measured when immersed in a NaCl solution.
The pH value of the NaCl solution used for the measurement was 7.0. The corrosion test in a NaCl solution was performed by combining a two-layer film with Au in consideration of the local battery effect as described above. The thickness of the sample was about 100 nm.
[0117]
[Table 1]
Figure 2004334921
[0118]
As shown in Table 1, in samples 1 to 3 in which the antiferromagnetic coupling layer 47 was formed of Ru, Rh, and Ir, corrosion was not confirmed on the surface by a visual test, and NaCl having a concentration of 0.1 mol / L was used. The corrosion potential with respect to the standard hydrogen electrode measured when immersed in the solution was +0.4 [V vs. SHE] or more, and there was no change in resistance before and after the corrosion test, indicating that the corrosion resistance was extremely excellent. Was.
[0119]
The anti-ferromagnetic layer coupling layer 47 is made of a material selected from the group consisting of Ru, Rh, Ir, and an alloy thereof, including Al, Ta, In, B, Nb, Hf, Mo, W, Re, Pt, At least one element or two or more elements selected from Pd, Ga, Zr, Ir, Ag, Ni, and Cr may be added.
[0120]
The thickness of the antiferromagnetic coupling layer 47 is preferably from 0.3 to 1.5 nm, and more preferably from 0.5 to 1.1 nm. If the thickness of the antiferromagnetic coupling film 47 is less than 0.3 nm, the magnetization fixed layers 43A and 43B will not be antiferromagnetically exchange-coupled. On the other hand, if the antiferromagnetic coupling layer 47 is formed thicker than 1.5 nm, it does not antiferromagnetically exchange-couple and causes noise.
[0121]
The present invention is also applicable to a composite magnetic head in which, for example, an inductive magnetic head using electromagnetic induction is stacked on a magnetoresistive magnetic head.
Further, according to the present invention, a pair of magnetic layers are stacked via an insulating layer, and the conductance of a tunnel current flowing from one magnetic layer to the other magnetic layer changes depending on a relative angle of magnetization of the pair of magnetic layers. The present invention is also applicable to a magnetic tunnel effect type magnetic head having a magnetic tunnel junction element.
[0122]
【The invention's effect】
According to the present invention, a magnetoresistive magnetic head having a configuration in which a magnetization fixed layer of a spin valve film is a laminated ferrimagnetic pinned layer is used, and when a recording density is increased, a track width is reduced and a magnetization free layer is thinned. In addition, it is possible to suppress the leakage magnetic field from the magnetization fixed layer, and further, select the material of the antiferromagnetic coupling layer that constitutes the spin valve film and is interposed in the magnetization fixed layer, and adjusts the concentration of the spin valve film. By setting the corrosion potential with respect to the standard hydrogen electrode measured when immersed in a 0.1 mol / L NaCl solution to +0.4 [V vs. SHE] or more, excellent corrosion resistance can be realized. In addition, a high magnetoresistance effect can be obtained, and when applied to a tape streamer, excellent corrosion resistance can be realized without forming a protective film on the surface that is in sliding contact with the magnetic recording medium.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view of a recording / reproducing apparatus for a magnetic tape.
FIG. 2 is a schematic perspective view of a head drum constituting the recording / reproducing apparatus.
FIG. 3 is a schematic perspective view of a magnetoresistive head according to the present invention.
FIG. 4 is an end view of the GMR head as viewed from a surface in contact with the medium.
FIG. 5A is a schematic cross-sectional view of a bottom-type laminated ferri-type spin valve film.
(B) A schematic cross-sectional view of a top-stacked ferri-type spin valve film is shown.
FIG. 6 is an explanatory diagram for defining a corrosion potential.
FIG. 7 shows the relationship between the corrosion potential and the rate of change in resistance before and after the corrosion test, and the results of surface observation.
FIG. 8 shows the relationship between the composition ratio when the nonmagnetic layer is made of Au and CuAu and the corrosion potential with respect to a standard hydrogen electrode.
FIG. 9 shows a composition ratio when the nonmagnetic layer is made of CuAu, a resistance change rate before and after a corrosion test, and surface observation results.
FIG. 10 shows the relationship between the composition ratio when the nonmagnetic layer is made of CuPd and the corrosion potential with respect to a standard hydrogen electrode.
FIG. 11 shows a characteristic diagram of a composition ratio when the nonmagnetic layer is made of CuPd, a resistance change rate before and after a corrosion test, a surface observation result, and an electric resistance measurement result.
FIG. 12 shows a relationship between a composition ratio when a nonmagnetic layer is made of CuPt and a corrosion potential with respect to a standard hydrogen electrode.
FIG. 13 shows a characteristic diagram of a composition ratio when the nonmagnetic layer is made of CuPt, a resistance change rate before and after a corrosion test, a surface observation result, and an electric resistance measurement result.
FIG. 14 shows a relationship between a composition ratio when a nonmagnetic layer is made of CuRu and a corrosion potential with respect to a standard hydrogen electrode.
FIG. 15 shows a characteristic diagram of a composition ratio when the nonmagnetic layer is made of CuRu, a resistance change rate before and after a corrosion test, a surface observation result, and an electric resistance measurement result.
FIG. 16 shows a relationship between a composition ratio when a nonmagnetic layer is made of CuNi and a corrosion potential with respect to a standard hydrogen electrode.
FIG. 17 is a diagram showing a relationship between a composition ratio when a nonmagnetic layer is made of CuNi, a resistance change rate before and after a corrosion test, a surface observation result, and an electric resistance measurement result.
FIG. 18 shows a relationship between a composition ratio when a nonmagnetic layer is made of CuRh and a corrosion potential with respect to a standard hydrogen electrode.
FIG. 19 shows a characteristic diagram of a composition ratio when a nonmagnetic layer is made of CuRh, a resistance change rate before and after a corrosion test, and a surface observation result.
FIG. 20 is a characteristic diagram of composition ratio and electric resistance when the nonmagnetic layer is made of CuRh.
FIG. 21 shows the results of a corrosion test when the composition ratio of the magnetization fixed layer and the magnetization free layer was changed.
FIG. 22 shows a preferable composition ratio range for effectively preventing corrosion for the magnetization fixed layer and the magnetization free layer.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetic tape device, 2 ... Magnetic tape, 3 ... Supply reel, 4 ... Winding reel, 5a to 5f ... Guide roller, 5g ... Pinch roller, 6 ... Capstan, 6a ... Cap Stan motor, 7 head drum, 8 drive motor, 9 rotary drum, 10 fixed drum, 11a, 11b magnetic recording head, 12a, 12b magnetic reproduction head, 20 GMR head, 21 first core member, 22 protective film, 23 second core member, 24, 25 magnetic shield layer, 26 gap layer, 27 GMR element, 28a, 28b ... permanent magnet film, 29a, 29b ... low resistance film, 30a, 30b ... conductor, 31a, 31b ... external connection terminal, 40 ... spin valve film, 41 ... underlayer, 42 ... ... Antiferromagnetic layer, 43 ...... magnetization fixed layer, 43B ...... magnetization fixed layer, 44 ...... nonmagnetic layer, 45 ...... magnetization free layer 46 ...... protective layer, 47 ...... antiferromagnetic coupling layer

Claims (4)

磁気記録媒体と摺接しながら磁気信号の検出を行う感磁素子として、反強磁性層と、当該反強磁性層との間で働く交換結合磁界により所定の方向に磁化が固定された磁化固定層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層と、上記磁化固定層と上記磁化自由層との間を磁気的に隔離する非磁性層とが積層されてなり、
上記磁化固定層においては、当該磁化固定層を反強磁性的に結合する反強磁性結合層が介在されてなり、
上記反強磁性結合層によって分離された上記磁化固定層の一方の磁化を、所望の方向に維持するようになされているスピンバルブ膜を備えた磁気抵抗効果型磁気ヘッドであって、
上記反強磁性的結合層は、Ru、Rh、Irのいずれかよりなり、
上記スピンバルブ膜は、濃度0.1mol/LのNaCl溶液中に液浸されたときに測定される標準水素電極に対する腐食電位が、+0.4〔V vs SHE〕以上であり、
テープ状の磁気記録媒体と摺接しながら磁気信号の検出を行うことを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
A magnetization fixed layer in which magnetization is fixed in a predetermined direction by an exchange coupling magnetic field acting between the antiferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer as a magneto-sensitive element that detects a magnetic signal while sliding on a magnetic recording medium. And a magnetization free layer whose magnetization direction changes in accordance with an external magnetic field, and a non-magnetic layer magnetically isolating the magnetization fixed layer and the magnetization free layer from each other,
In the magnetization fixed layer, an antiferromagnetic coupling layer that antiferromagnetically couples the magnetization fixed layer is interposed,
A magnetoresistive magnetic head comprising a spin valve film adapted to maintain one magnetization of the magnetization fixed layer separated by the antiferromagnetic coupling layer in a desired direction,
The antiferromagnetic coupling layer is made of any one of Ru, Rh, and Ir;
The spin valve film has a corrosion potential with respect to a standard hydrogen electrode measured when immersed in a 0.1 mol / L NaCl solution of +0.4 [V vs. SHE] or more,
A magnetoresistive magnetic head, wherein a magnetic signal is detected while being in sliding contact with a tape-shaped magnetic recording medium.
上記非磁性層が、Au、又はCu合金により形成されてなり、上記磁化固定層及び上記磁化自由層の一部又は全てが、NiFe、CoNiFeのいずれか、あるいは両方からなることを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。The nonmagnetic layer is formed of Au or a Cu alloy, and a part or all of the magnetization fixed layer and the magnetization free layer are made of one or both of NiFe and CoNiFe. Item 2. A magnetoresistive effect type magnetic head according to item 1. 上記スピンバルブ膜を構成する上記非磁性層は、濃度0.1mol/LのNaCl溶液中に液浸されたときに測定される標準水素電極に対する腐食電位が、+0.4〔V vs SHE〕以上となることを特徴とする請求項1又は2に記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。The nonmagnetic layer constituting the spin valve film has a corrosion potential with respect to a standard hydrogen electrode measured when immersed in a 0.1 mol / L NaCl solution of +0.4 [V vs. SHE] or more. 3. The magneto-resistance effect type magnetic head according to claim 1, wherein: 上記感磁素子は、回転ドラムに搭載されてヘリカルスキャン方式によりテープ状の磁気記録媒体と摺動しながら磁気信号の検出を行うことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。4. The magnetic sensing element according to claim 1, wherein the magnetic sensing element is mounted on a rotating drum and detects a magnetic signal while sliding on a tape-shaped magnetic recording medium by a helical scan method. Magnetoresistive magnetic head.
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