DE19848110A1 - Magnetowiderstandselement - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dünnschichtelement vom
"Drehventil-Typ", bei dem der elektrische Widerstand als eine Funktion
zwischen der Ausrichtung der Magnetisierung einer festgelegten
Magnetschicht und der einer freien Magnetschicht, die die Freiheft hat,
sich mit einem angelegten Magnetfeld zu drehen, variiert. Die Erfindung
betrifft außerdem die Verbesserung eines Magnetmaterials, das als die
vorgenannte festgelegte Magnetschicht verwendet wird.
Ein Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ ist eine Art von sehr
großem Magnetwiderstandselement (giant magnetoresistive (GMR)
element), das den sehr großen Magnetowiderstandseffekt zum Auffinden
eines Aufzeichnungsmagnetfelds, das in einem Aufzeichnungsmedium
wie einer Festplatte aufgezeichnet ist, verwendet.
Ein derartiges Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ ist aus
mindestens vier Schichten zusammengesetzt, d. h. einer freien
Magnetschicht, einer nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Schicht,
einer festgelegten Magnetschicht und einer antiferromagnetischen
Schicht, die in dieser Reihenfolge an ein geeignetes Substrat laminiert
sind, und an beide Seiten der vier Schichten sind Paare aus einer
hartmagnetischen Vormagnetisierschicht und einer elektrisch leitfähigen
Schicht laminiert.
Im allgemeinen enthält das konventionelle Dünnschichtelement vom
Drehventil-Typ die antiferromagnetische Schicht, die aus einer Schicht
aus einer FeMn (Eisen-Mangan)-Legierung oder einer NiMn (Nickel-
Mangan)-Legierung besteht, die festgelegte Magnetschicht und die freie
Magnetschicht, die jeweils aus einer Schicht aus einer NiFe (Nickel-
Eisen)-Legierung bestehen, die nichtmagnetische elektrisch leitfähige
Schicht, die aus einer Cu (Kupfer)-Schicht besteht, und die
hartmagnetische Vormagnetisierschicht, die aus einer Schicht aus einer
Co-Pt (Kobalt-Platin)-Legierung besteht.
Die festgelegte Magnetschicht ist der antiferromagnetischen Schicht
benachbart ausgebildet. Die Magnetisierung der festgelegten
Magnetschicht wird in einen einzigen Domänenzustand in Höhenrichtung
(der Richtung eines Austrittsmagnetfelds), das aus einem
Aufzeichnungsmedium austritt, gebracht und fixiert durch Formen der
festgelegten Magnetschicht in einem Magnetfeld, wenn die
antiferromagnetische Schicht aus einer Schicht aus FeMn-Legierung
besteht, oder dadurch, daß man sie wärmebehandelt, wenn die
antiferromagnetische Schicht aus einer Schicht aus NiMn-Legierung
besteht.
Die Ausrichtung der Magnetisierung der freien Magnetschicht wird
durch ein Vormagnetisierfeld von der hartmagnetischen
Vormagnetisierschicht mit der Spurbreiten-Richtung ausgerichtet, und
die Ausrichtung der Magnetisierung der freien Magnetschicht und der
festgelegten Magnetschicht befinden sich relativ zueinander in einem
Winkel von 90°.
Bei einem Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ wird ein Abtast- oder
Lesestrom von der elektrisch leitfähigen Schicht zu der festgelegten
Magnetschicht, der nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Schicht und
der freien Magnetschicht geführt. Wenn von einem
Aufzeichnungsmedium ein Austrittsmagnetfeld auf das Element ausgeübt
wird, dreht sich die Ausrichtung oder Orientierung der Magnetisierung
(Richtung der Magnetisierung) der freien Magnetschicht aus der
Richtung der Spurbreite in die Richtung des Austrittsmagnetfelds
(Richtung der Höhe). Der elektrische Widerstand verändert sich als eine
Funktion zwischen der Änderung der Ausrichtung der Magnetisierung in
der freien Magnetschicht und der unveränderlichen Ausrichtung der
Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht, und folglich ändert sich
die Spannung entsprechend der Veränderung des elektrischen
Widerstands, um das Austrittsmagnetfeld des Aufzeichnungsmediums zu
erkennen.
Inzwischen wird ein großes anisotropes Austauschmagnetfeld, das in
einer Grenzfläche zwischen der festgelegten Magnetschicht und der
antiferromagnetischen Schicht erzeugt wird, bevorzugt. Das liegt daran,
daß ein solches großes anisotropes Austauschmagnetfeld die
Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht zufriedenstellend in einen
einzigen Domänenzustand in Höhenrichtung (Richtung des
Austrittsmagnetfelds eines Aufzeichnungsmediums) bringen und festlegen
kann.
Zur Erzeugung eines großen anisotropen Austauschmagnetfelds wurden
verschiedene Erfindungen und Veröffentlichungen gemacht, bei denen
die Materialien der antiferromagnetischen Schicht und/oder der
festgelegten Magnetschicht verändert werden oder die Bedingungen einer
Wärmebehandlung zur Erzeugung eines anisotropen
Austauschmagnetfelds geeignet eingestellt werden.
Es ist jedoch nicht nur ein anisotropes Austauschmagnetfeld, das die
Größe der Magnetisierung beeinflußt. Auch ein durch einen
magnetoelastischen oder magnetomechanischen Effekt erzeugtes
Magnetfeld beeinflußt die Größe der Magnetisierung der festgelegten
Magnetschicht. Ein solches Magnetfeld kann bestimmt werden durch
eine Spannung und Magnetostriktion, die auf die festgelegte
Magnetschicht ausgeübt werden.
Ein Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ hat eine obere, eine untere
und eine hochseitige Oberfläche, die mit einer Isolierungsschicht
(Lückenschicht; gap film) bedeckt sind, wobei die Isolierungsschicht
beispielsweise aus Al2O3 besteht, und eine der hochseitigen Oberfläche
entgegengesetzte Oberfläche (d. h. eine lufttragende Oberflächenseite, Air
Bearing surface (ABS) side; vordere Oberfläche), die nach außenhin
exponiert ist. Da das Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ aus einer
vielschichtigen, Metallschichten aufweisenden Struktur zusammengesetzt
ist, ist sein thermischer Expansionskoeffizient größer als der der
Isolationsschicht, die das Element bedeckt. Dementsprechend wirkt auf
das Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ eine in die Höhenrichtung
gerichtete Zugspannung ein.
Wenn die das Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ ausmachende
festgelegte Magnetschicht unter den vorgenannten Bedingungen eine
negative Magnetostriktion besitzt, wird durch den magnetoelastischen
Effekt die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht in Richtung
der Spurbreite induziert.
Genauer gesagt, wenn ein Magnetfeld als eine Funktion des
magnetoelastischen Effekts zur Ausrichtung der Magnetisierung der
festgelegten Magnetschicht in Richtung der Spurbreite wirkt, wird die
Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht nicht streng in der
Richtung der Höhe fixiert, selbst wenn ein großes anisotropes
Austauschmagnetfeld erhalten werden kann, das die Magnetisierung der
festgelegten Magnetschicht befriedigend in einen einzigen
Domänenzustand in der Höhenrichtung bringen kann. Daher werden die
Wiedergabekennwerte verschlechtert, einschließlich einem vermehrten
Auftreten von Barkhausen-Rauschen.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorstehend
angeführten Probleme des Stands der Technik zu lösen. Es ist daher eine
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Dünnschichtelement vom
Drehventil-Typ bereitzustellen, bei dem die Magnetisierung einer
festgelegten Magnetschicht in Höhenrichtung durch ein Magnetfeld als
eine Funktion des magnetoelastischen Effekts sowie durch ein
anisotropes Austauschmagnetfeld herbeigeführt und fest fixiert werden
kann.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Dünnschichtelement vom
Drehventil-Typ bereit, das aufweist eine antiferromagnetische Schicht,
eine festgelegte Magnetschicht, die der antiferromagnetischen Schicht
benachbart ausgebildet ist und eine Ausrichtung der Magnetisierung hat,
die durch ein anisotropes Austauschmagnetfeld bezüglich der
antiferromagnetischen Schicht fixiert oder festgelegt ist, und eine freie
Magnetschicht, die über und/oder unter der festgelegten Magnetschicht
unter Zwischenlegung einer nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen
Schicht ausgebildet ist, wobei das Element außerdem aufweist eine
Vormagnetisierschicht zum Ausrichten der Orientierung der
Magnetisierung der freien Magnetschicht in einer die Orientierung der
Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht kreuzenden Richtung,
und eine elektrisch leitfähige Schicht zum Zuführen eines Abtaststroms
zu der festgelegten Magnetschicht, der nichtmagnetischen elektrisch
leitfähigen Schicht und der freien Magnetschicht, wobei die festgelegte
Magnetschicht aus einer CoFe-Legierung besteht und wobei die
festgelegte Magnetschicht eine positive
Sättigungsmagnetostriktionskonstante und eine kubisch-flächenzentrierte
Struktur (hierin im folgenden als "fcc-Struktur" bezeichnet) zumindest
als Teil ihrer Kristallstruktur hat.
Die als die festgelegte Magnetschicht verwendete CoFe-Legierung kann
eine Zusammensetzungsformel haben, die durch CoaFe100-a dargestellt
wird, und der Zusammensetzungsanteil "a" kann, in Atomprozent,
bevorzugt 30 ≦ a ≦ 80 und, besonders bevorzugt, 50 ≦ a ≦ 70 sein.
Die festgelegte Magnetschicht gemäß der vorliegenden Erfindung kann
außerdem Ni enthalten. In diesem Fall kann die
Zusammensetzungsformel der CoFeNi-Legierung dargestellt werden
durch CoaFebNic, und bevorzugt ist, in Atomprozent, 0 ≦ a ≦ 80,
20 ≦ b ≦ 70 und 0 ≦ c ≦ 80 und, besonders bevorzugt, 50 ≦ a ≦ 80,
20 ≦ b ≦ 50 und 0 ≦ c ≦ 30.
Wenn die drei Segmente eines ternären Diagramms der vorgenannten
Zusammensetzung CoaFebNic, bestimmt werden als die
Zusammensetzungsanteile der Elemente Co, Fe bzw. Ni, können die
Zusammensetzungsanteile a, b und c (Atomprozent) bevorzugt in den
Bereich fallen, der durch die folgenden vier Punkte eingefaßt wird.
(Co : Fe : Ni) = (70 : 30 : 0)
(Co : Fe : Ni) = (60 : 40 : 0)
(Co : Fe : Ni) = (50 : 30 : 20)
(Co : Fe : Ni) = (50 : 20 : 30).
(Co : Fe : Ni) = (60 : 40 : 0)
(Co : Fe : Ni) = (50 : 30 : 20)
(Co : Fe : Ni) = (50 : 20 : 30).
Die vorgenannte erfindungsgemäße antiferromagnetische Schicht kann
aus einer PtMn-Legierung bestehen.
Die Verwendung einer PtMn-Legierung als die antiferromagnetische
Schicht kann ein größeres anisotropes Magnetfeld erzeugen als jene der
FeMn-Legierungen oder NiMn-Legierungen, die konventionell als eine
antiferromagnetische Schicht verwendet wurden. Zusätzlich besitzt eine
solche PtMn-Legierung zufriedenstellende Eigenschaften als ein
antiferromagnetisches Material, wozu eine hohe Sperrtemperatur und
eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit gehört.
Bei der vorliegenden Erfindung kann anstelle der PtMn-Legierung eine
X-Mn-Legierung, in der X Pd, Ru, Ir, Os oder Rh ist, oder eine Pt-
Mn-X'-Legierung, in der X' Ni, Pd, Rh, Ru, Ir, Cr oder Co ist, als die
antiferromagnetische Schicht verwendet werden.
Wie vorstehend beschrieben, hat ein Dünnschichtelement vom
Drehventil-Typ eine obere, eine untere und eine hochseitliche
Oberfläche, die mit einer Isolierungsschicht bedeckt sind, und eine
ABS-Seite (vordere Oberfläche), die nach außen hin exponiert ist, und der
thermische Expansionskoeffizient des Elements ist größer als der der
Isolierungsschicht, so daß in Richtung der Höhe auf das
Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ eine Zugspannung einwirkt.
Daher richtet das Magnetfeld als eine Funktion des magnetoelastischen
Effekts die Ausrichtung der Magnetisierung der festgelegten
Magnetschicht in der Richtung der Spurbreite aus, wenn die festgelegte
Magnetschicht eine negative Magnetostriktion besitzt. Dementsprechend
wird, selbst wenn ein großes anisotropes Austauschmagnetfeld erhalten
werden kann, die Gesamtgröße des Gesamtmagnetfelds zur Ausrichtung
der Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht in Richtung der Höhe
verringert.
Daher kann die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht nicht
stabil in Richtung der Höhe festgelegt werden, so daß die
Wiedergabekennwerte verschlechtert werden.
Erfindungsgemäß wird die Magnetostriktion einer festgelegten
Magnetschicht positiv eingestellt, so daß die Magnetisierung der
festgelegten Magnetschicht in Höhenrichtung als eine Funktion des
magnetoelastischen Effekts herbeigeführt wird. Genauer gesagt, die
Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht kann in Höhenrichtung
ausgerichtet und fest fixiert werden als eine Funktion eines anisotropen
Austauschmagnetfelds und eines Magnetfelds als eine Funktion des
magnetoelastischen Effekts, um zufriedenstellende Wiedergabekennwerte
zu erhalten.
Die festgelegte Magnetschicht der vorliegenden Erfindung ist aus einer
CoFe-Legerungsschicht oder einer CoFeNi-Legierungsschicht
ausgebildet.
Unter Verwendung einer CoFe-Legierung oder eine CoFeNi-Legierung
als die festgelegte Magnetschicht führten die Erfinder der vorliegenden
Erfindung Experimente durch bezüglich der Beziehung von
Zusammensetzungsverhältnissen von Magnetmaterialien zu
Magnetostriktion und anisotropem Austauschmagnetfeld. Die
experimentellen Verfahren und ihre Ergebnisse sind nachstehend
beschrieben.
Zuerst wurde eine Reihe vielschichtiger Filme hergestellt, wobei
CoFe-Legierungen mit verschiedenen Zusammensetzungsverhältnissen als die
festgelegte Magnetschicht verwendet wurden, und die Beziehung
zwischen dem Zusammensetzungsanteil von Co und dem anisotropen
Austauschmagnetfeld (Hex) wurde bestimmt. Jeder der bei dem
Experiment verwendeten vielschichtigen Filme besitzt die folgende
Schichtstruktur:
Si/Substrat/Primärbeschichtung: Ta (50)/antiferromagnetische Schicht:
PtMn (300)/festgelegte Magnetschicht: CoFe (30)/Schutzschicht: Ta
(100).
Bei der vorstehenden Struktur stellen die Werte in Klammern bei den
Schichten jeweils eine Dicke in Angström dar.
Jede der Schichten wurde durch Gleichstrom-Magnetron-Zerstäubung
hergestellt. Die Schicht aus CoFe-Legierung mit einer gewünschten
Schichtzusammensetzung wurde durch Verwendung eines Komposit-
Targets, das aus einem Co-Target und Fe-Pellets zusammengesetzt war,
und Einstellen der Anzahl der Pellets hergestellt. Die Zusammensetzung
der erhaltenen Schichten aus CoFe-Legierung wurden mittels Röntgen-
Mikroanalyse (X ray microanalysis, XMA) analysiert.
Auf diese Weise hergestellte Filme wurden bei einer Temperatur von
240°C 3 Stunden lang einer Wärmebehandlung in einem Magnetfeld
unterzogen. Das angelegte Magnetfeld betrug 2.000 Oersted (Oe).
Das anisotrope Austauschmagnetfeld wurde mittels VSM bestimmt und
durch die Verschiebung des Flußumkehrpunkts vom Ausgangspunkt
untersucht.
Als nächstes wurde eine Reihe viellagiger Schichten unter Verwendung
von CoFe-Legierungen mit unterschiedlichen
Zusammensetzungsverhältnissen als die festgelegte Magnetschicht
ausgebildet, und die Beziehung zwischen dem Zusammensetzungsanteil
von Co und der Sättigungsmagnetostriktionskonstante λs wurde
bestimmt. Die bei dem Experiment verwendeten viellagigen Schichten
hatten die folgende Schichtstruktur.
Si/Substrat/Priinärbeschichtung: Ta (50)/antiferromagnetische Schicht:
PtMn (300)/Cu (50)/festgelegte Magnetschicht: CoFe (30)/Schutzschicht:
Ta (100).
Bei der vorstehenden Struktur stellen die Werte in Klammern in den
Schichten die Dicke in Angström dar.
Die Schichten wurden nach dem gleichen Verfahren wie bei der
vorstehend angegebenen Messung des anisotropen Austauschmagnetfelds
hergestellt mit der Ausnahme, daß keine Wärmebehandlung (Tempern)
durchgeführt wurde, weil ein großes anisotropes Austauschmagnetfeld
die genaue Bestimmung der Magnetostriktion behindert. Außerdem
wurde zwischen die Schicht aus PtMn-Legierung und die Schicht aus
CoFe-Legierung eine Cu-Schicht zwischengelegt, um eine
Austauschkopplung zwischen den beiden Legierungsschichten völlig
unmöglich zu machen.
Die Magnetostriktion wurde unter Verwendung des optischen
Hebelverfahrens (optical lever method) durch Anlegen eines Magnetfelds
von ±200 Oe an jede der viellagigen Schichten bestimmt.
Außerdem wurde eine Reihe viellagiger Schichten ausgebildet, wobei
jeweils Schichten aus CoFe-Legierung mit verschiedenen
Zusammensetzungsanteilen von Co als die festgelegte Magnetschicht
verwendet wurden, und die Kristallstruktur der erhaltenen festgelegten
Magnetschichten wurde bestimmt. Die bei dem Test verwendeten
viellagigen Schichten hatten die folgende Schichtstruktur.
Si/Substrat/Primärbeschichtung: Ta (50)/antiferromagnetische Schicht:
PtMn (300)/festgelegte Magnetschicht: CoFe (100)/Schutzschicht: Ta
(100).
Bei der vorstehenden Struktur stellen die Werte in Klammern bei den
Schichten jeweils die Dicke in Angström dar.
Die Dicke der CoFe-Schicht in diesem Test wurde auf eine Dicke von
100 Angström eingestellt, um präzise Kristallstrukturen zu bestimmen.
Die viellagigen Schichten wurden auf die gleiche Weise hergestellt wie
bei der vorstehend erwähnten Bestimmung des anisotropen
Austauschmagnetfelds.
Die Kristallstrukturen wurden durch Röntgenbeugung, die üblicherweise
verwendet wird, bestimmt. Die Kristallstrukturen der CoFe-Legierungen
konnten aus Beugungsbildern, die durch Röntgenbeugung erhalten
worden waren, bestimmt werden.
Die Kristallstruktur, der Wert des anisotropen Austauschmagnetfelds
(Hex) und die Sättigungsmagnetostriktionskonstante (λs) bei jeder der
Schichten aus CoFe-Legierung mit unterschiedlichen
Zusammensetzungen sind in Tabelle 1 gezeigt, und aus diesen Daten in
Tabelle 1 erhaltene grafische Darstellungen sind in Fig. 4
veranschaulicht.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, fiel der Spitzenwert des anisotropen
Austauschmagnetfelds (Hex) in den Bereich des Zusammensetzungsanteils
von Co, der von 60 bis 70 Atomprozent reichte, und wenn der
Zusammensetzungsanteil von Co 30 Atomprozent oder mehr betrug,
konnte ein anisotropes Austauschmagnetfeld von 200 Oe oder mehr
erhalten werden.
Die Magnetostriktion war maximiert bei einem Zusammensetzungsanteil
von Co von etwa 50 Atomprozent und verringerte sich allmählich bei
einem Zusammensetzungsanteil von Co von 50 Atomprozent oder mehr.
Insbesondere wurde die Magnetostriktion bei einem
Zusammensetzungsanteil von Co von etwa 90 Atomprozent oder mehr
negativ.
Die Kristallstrukturen der CoFe-Legierungen bei jeder der
Zusammensetzungsverhältnisse sind unter den grafischen Darstellungen
angegeben.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, bestand die CoFe-Legierung bei einem
Zusammensetzungsanteil von Co von etwa 30 Atomprozent oder weniger
aus einer bcc-Struktur (kubisch-raumzentriert) als fast die Gesamtheit
ihrer Kristallstruktur, während sie bei etwa 30 Atomprozent oder mehr
zumindest als ein Teil ihrer Kristallstruktur aus einer fcc-Struktur
(kubisch-flächenzentrierte Struktur) bestand.
Insbesondere ist fast die Gesamtheit ihrer Kristallstruktur eine
fcc-Struktur, wenn die CoFe-Legierung ein anisotropes Austauschmagnetfeld
von 500 Oe oder mehr ergeben kann, d. h., wenn sie einen
Zusammensetzungsanteil an Co im Bereich von etwa 50 bis etwa 80
Atomprozent hat.
Dementsprechend wurde gefunden, daß die CoFe-Legierung bevorzugt
eine fcc-Struktur zumindest als Teil ihrer Kristallstruktur aufweist, um
ein großes anisotropes Austauschmagnetfeld zu erhalten.
Der Zusammensetzungsanteil von Co sollte bevorzugt 30 Atomprozent
oder mehr betragen, wie es durch die vorstehend erwähnten
Testergebnisse gezeigt wurde. Wenn der Zusammensetzungsanteil von
Co weniger als 30 Atomprozent beträgt, wird das anisotrope
Austauschmagnetfeld verringert, so daß die Magnetisierung der
festgelegten Magnetschicht daran gehindert wird, sich passend in einen
einzigen Domänenzustand zu bringen und festzulegen.
Als nächstes wurde die Beziehung zwischen Zusammensetzungsanteilen
von Co und das Auftreten von Kopf-Rauschen unter Verwendung einer
Reihe von CoFe-Legierungen mit unterschiedlichen
Zusammensetzungsanteilen von Co als die festgelegte Magnetschicht
bestimmt. Die bei dem Experiment verwendeten viellagigen Schichten
hatten die folgende Schichtstruktur.
Si/Substrat/Primärbeschichtung: Ta (50)/antiferromagnetische Schicht:
PtMn (300)/festgelegte Magnetschicht: CoFe (30)/nichtmagnetische
elektrisch leitfähige Schicht: Cu (25)/freie Magnetschicht: NiFe
(80)/Schutzschicht: Ta (50).
Bei der vorstehenden Struktur stellen die Werte in Klammern für jede
der Schichten die Dicke in Angström dar.
Die NiFe-Legierung (freie Magnetschicht 4) hatte ein
Zusammensetzungsverhältnis von (Ni: Fe) = (80 : 20).
Dieser bei dem Test verwendete Dünnschicht-Magnetkopf war ein
Dünnschicht-Magnetkopf vom "Induktions-/Drehventil-Komposit-Typ",
der die vorgenannten viellagigen Schichten (Drehventil-Schichten) und
einen "Induktions-Magnetkopf" zur Aufzeichnung aufwies. In dem Test
wurde unter Verwendung des Induktions-Magnetkopfs ein
Aufzeichnungssignal in ein Aufzeichnungsmedium geschrieben und dann
durch die viellagige Schicht wiedergegeben.
Das Kopf-Rauschen wurde untersucht unter Verwendung eines
Oszilloskops auf der Basis des Auftretens von Barkhausen-Rauschen, das
in einer Ablese-Wellenform vorkam, in der viellagigen Schicht
(Drehventil-Schicht). Die Testergebnisse sind in Fig. 5 angegeben.
Das Auftreten von Kopf-Rauschen war bei einem
Zusammensetzungsanteil von Co im Bereich von etwa 30 bis etwa 80
Atomprozent vergleichsweise gering, wuchs aber oberhalb etwa 80
Atomprozent beträchtlich an, wie es in Fig. 5 veranschaulicht ist.
Fig. 6 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der
Sättigungsmagnetostriktionskonstante λs und dem Auftreten von
Kopf-Rauschen zeigt.
Wie aus Fig. 6 deutlich wird, verringerte sich das Auftreten von
Kopf-Rauschen bei einer positiven Magnetostriktion mit ansteigendem
Absolutwert, während es bei einer negativen Magnetostriktion mit
ansteigendem Absolutwert anstieg.
In Fig. 5 vermehrte sich das Auftreten von Kopf-Rauschen bei einem
Zusammensetzungsanteil von Co von 80 Atomprozent oder mehr. Das
liegt wahrscheinlich daran, daß die Magnetostriktion bei diesem
Zusammensetzungsanteil nahe Null oder negativ war, wie es bei den
Ergebnissen in Fig. 6 angegeben ist.
Die Testergebnisse in Fig. 4 zeigen, daß die Magnetostriktion sich bei
einem Zusammensetzungsanteil von Co von 80 Atomprozent oder mehr
Null nähert und daß sie insbesondere bei 90 Atomprozent oder mehr
negativ wird.
Im allgemeinen wird angenommen, daß eine Spannung, die auf das
Element mit einem Kopf, der eine exponierte ABS-Seite besitzt,
einwirkt, eine Zugspannung von mehreren 100 MPa (Megapascal) ist.
Vorausgesetzt, daß eine Zugspannung von 300 MPa auf den Kopf in der
Höhenrichtung einwirkt, wirkt die Anisotropie, die durch den
Magnetwiderstandseffekt mit einem Absolutwert von (3/2)xλsxσ
verursacht wurde, wobei λs eine Sättigungsmagnetostriktionskonstante
darstellt und σ eine Spannung darstellt, in der Höhenrichtung mit einer
λs von höher als Null und in der Spurbreitenrichtung mit einer λs von
niedriger als Null. Dies wird aus der Theorie des Magnetismus
eingeführt. Gemäß dieser Theorie wurde die Größe des Magnetfelds als
eine Funktion des magnetoelastischen Effekts aus der in Fig. 4 gezeigten
Magnetostriktion bestimmt, und die Ergebnisse sind in Fig. 7 dargelegt.
In Fig. 7 sind auch das anisotrope Austauschmagnetfeld (Hex), wie es in
Fig. 4 gezeigt ist, und ein Magnetfeld als eine Gesamtheit des
anisotropen Austauschmagnetfelds und des Magnetfelds als eine Funktion
des magnetoelastischen Effekts veranschaulicht.
Das Magnetfeld als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts, wie es
in der grafischen Darstellung der Fig. 7 gezeigt ist, war maximiert bei
einem Zusammensetzungsanteil von Co von etwa 50 Atomprozent und
verringerte sich langsam oberhalb etwa 50 Atomprozent. Insbesondere
wurde dieser Wert negativ bei einem Zusammensetzungsanteil von Co
von gleich 90 Atomprozent oder mehr.
Wenn die Größe des Magnetfelds als eine Funktion des
magnetoelastischen Effekts sich Null nähert oder negativ wird ist die
Größe des Magnetfelds als eine Gesamtheit des anisotropen
Austauschmagnetfelds und des Magnetfelds durch den
magnetoelastischen Effekt gleich oder geringer als die des anisotropen
Austauschmagnetfelds. Diese Tendenz wird in der grafischen Darstellung
von Fig. 7 klar gezeigt in dem Bereich des Zusammensetzungsanteils an
Co von 80 Atomprozent oder mehr.
Bei einem Zusammensetzungsanteil von Co von etwa 50 Atomprozent
oder weniger war das anisotrope Austauschmagnetfeld 500 Oe oder
weniger, während das Magnetfeld als eine Funktion des
magnetoelastischen Effekts vergleichsweise groß war, wie es in Fig. 7
veranschaulicht ist. So war die Größe des Magnetfelds als eine
Gesamtheit des anisotropen Austauschmagnetfelds und des Magnetfelds
als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts vergleichsweise groß.
Wie vorstehend beschrieben, sollte zur beständigen Fixierung der
Ausrichtung der Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht in
Richtung der Höhe das Magnetfeld als eine Funktion oder Wirkung des
magnetoelastischen Effekts zusätzlich zu dem
Austauschkopplungsmagnetfeld passend kontrolliert werden. Ein
derartiges Magnetfeld als eine Funktion oder Wirkung des
magnetoelastischen Effekts kann durch Magnetostriktion und eine auf die
festgelegte Magnetschicht einwirkende Spannung bedingt werden.
Das Magnetfeld durch den magnetoelastischen Effekt hat einen kleinen
Wert oder einen negativen Wert bei einem Zusammensetzungsanteil von
Co von 80 Atomprozent oder mehr, und dann wird die Magnetisierung
der festgelegten Magnetschicht in Richtung der Spurbreite als eine
Funktion des magnetoelastischen Effekts herbeigeführt, um so das
Auftreten von Kopf-Rauschen zu erhöhen, wie es in Fig. 5 gezeigt ist.
Auf der Basis der in den Fig. 4 bis 7 gezeigten Testergebnisse sollte,
wenn die festgelegte Magnetschicht gemäß der vorliegenden Erfindung
aus einer CoFe-Legierung gebildet ist, der Zusammensetzungsanteil von
Co bevorzugt in den Bereich von 30 bis 80 Atomprozent fallen.
Innerhalb des vorstehend angegebenen Bereichs besitzt die
Magnetostriktion immer einen großen positiven Wert und die
CoFe-Legierung weist zumindest als ein Teil ihrer Kristallstruktur fcc-Struktur
auf, um so ein anisotropes Austauschmagnetfeld von 200 Oe oder mehr
zu ergeben, wie es in Fig. 4 veranschaulicht ist.
Außerdem kann innerhalb des vorstehend angegebenen Bereichs das
Auftreten von Kopf-Rauschen auf unterhalb 5% verringert werden, wie
es in Fig. 4 veranschaulicht ist.
Besonders bevorzugt ist es, daß der Zusammensetzungsanteil von Co bei
der vorliegenden Erfindung in dem Bereich von 50 bis 70 Atomprozent
fällt. Innerhalb dieses Bereichs kann die festgelegte Magnetschicht eine
positive und größere Magnetostriktion besitzen sowie eine
Kristallstruktur, die fast ganz eine fcc-Struktur ist, und daher kann ein
anisotropes Austauschmagnetfeld von 500 Oe oder mehr erhalten
werden, wie es in Fig. 4 angegeben ist.
Außerdem kann, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, das Auftreten von
Kopf-Rauschen auf unterhalb etwa 3% verringert werden, wenn der
Zusammensetzungsanteil von Co im Bereich von 50 bis 70 Atomprozent
liegt.
Als nächstes wurden unter Verwendung von CoFeNi-Legierungen mit
verschiedenen Zusammensetzungsverhältnissen als die festgelegte
Magnetschicht bei jedem der Zusammensetzungsverhältnisse die
Kristallstruktur, das anisotrope Austauschmagnetfeld (Hex) und die
Sättigungsmagnetostriktionskonstante λs nach demselben Testverfahren
wie vorstehend angegeben bestimmt. Die Testergebnisse sind in Tabelle
2 dargelegt.
Wie aus Tabelle 2 deutlich wird, veränderte sich die Kristallstruktur von
einer zusammengesetzten Struktur aus fcc-Struktur und bcc-Struktur zu
einer einzigen reinen fcc-Struktur, wenn der Zusammensetzungsanteil
von Co bei 50 Atomprozent gehalten wurde, der
Zusammensetzungsanteil von Fe in Schritten von 10 Atomprozent von
40 Atomprozent auf Null Atomprozent verringert wurde und der
Zusammensetzungsanteil von Ni in Schritten von 10 Atomprozent von
10 Atomprozent auf 50 Atomprozent erhöht wurde.
Während das anisotrope Austauschmagnetfeld (Hex) mit einem
anwachsenden Zusammensetzungsanteil von Ni größer wurde,
verringerte sich die Magnetostriktion mit einem sinkenden
Zusammensetzungsanteil von Fe und näherte sich bei einem
Zusammensetzungsanteil von Fe von 20 Atomprozent oder weniger Null
oder wurde negativ.
Wenn der Zusammensetzungsanteil von Co unveränderlich bei Null
Atomprozent gehalten wurde, der von Fe von 80 Atomprozent auf 10
Atomprozent verringert wurde und der von Ni von 20 Atomprozent auf
90 Atomprozent erhöht wurde, veränderte sich die Kristallstruktur von
einer reinen bcc-Struktur zu einer zusammengesetzten Struktur aus
fcc-Struktur und bcc-Struktur und weiter zu einer reinen fcc-Struktur.
Obwohl der anisotrope Austausch mit einem steigenden
Zusammensetzungsanteil von Ni anstieg, verringerte sich die
Magnetostriktion mit einem sinkenden Zusammensetzungsanteil von Fe
und näherte sich Null oder wurde negativ bei einem
Zusammensetzungsanteil von 20 Atomprozent oder weniger.
Wie es in den vorgenannten Testergebnissen gezeigt ist, kann zumindest
eine positive Magnetostriktion erhalten werden, wenn der
Zusammensetzungsanteil von Fe auf 20 Atomprozent oder mehr
eingestellt wird.
Jede der in den Tabellen 1 und 2 angegebenen Filmstrukturen wird in
einem ternären Diagramm aufgetragen, wie es in Fig. 8 gezeigt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die
Zusammensetzungsverhältnisse innerhalb der in Fig. 8 veranschaulichten
Bereiche A, B, C und D bevorzugt, und die anderen Bereiche, d. h. die
Bereiche, in denen der Zusammensetzungsanteil von Fe 20 Atomprozent
oder weniger oder 70 Atomprozent oder mehr beträgt, werden als
unvorteilhaft ausgeschlossen.
Der Zusammensetzungsanteil von Fe von gleich oder weniger als 20
Atomprozent ist unvorteilhaft, weil die Magnetostriktion recht
wahrscheinlich negativ werden kann, wie es vorstehend beschrieben ist.
Wie es in den Tabellen 1 und 2 angegeben ist wurde gefunden, daß die
Magnetostriktion bei einem Zusammensetzungsanteil von Fe von 10 oder
Null Atomprozent einen negativen Wert aufwies.
Der Zusammensetzungsanteil von Fe von gleich oder mehr als 70
Atomprozent ist unvorteilhaft, weil die Legierung zum großen Teil oder
vollständig bcc-Struktur aufweist, so daß das anisotrope
Austauschmagnetfeld extrem verringert wird.
Wenn die festgelegte Magnetschicht gemäß der vorliegenden Erfindung
aus einer CoFeNi-Legierung gebildet ist, sollten die
Zusammensetzungsverhältnisse bevorzugt in die in Fig. 8
veranschaulichten Bereiche A, B, C und D fallen. Mit anderen Worten,
die bevorzugten Zusammensetzungsanteile von Co, Fe und Ni liegen im
Bereich von 0 bis 80 Atomprozent, von 20 bis 70 Atomprozent bzw.
von 0 bis 80 Atomprozent.
Innerhalb der vorgenannten Zusammensetzungsanteile ist die
Magnetostriktion immer positiv und mindestens ein Teil der
Kristallstruktur besteht aus fcc-Struktur, wogegen ein anisotropes
Austauschmagnetfeld von 200 Oe oder mehr erhalten werden kann.
Die Zusammensetzungsanteile in den Bereichen B, C und D, in denen
die Zusammensetzungsanteile von Co, Fe und Ni im Bereich von 50 bis
80 Atomprozent, von 20 bis 50 Atomprozent bzw. von 0 bis 30
Atomprozent liegen, sind besonders vorteilhaft.
Innerhalb der vorgenannten Zusammensetzungsanteile ist die
Magnetostriktion immer positiv und mindestens ein Teil der
Kristallstruktur besteht aus fcc-Struktur und es kann ein anisotropes
Austauschmagnetfeld von 500 Oe oder mehr erhalten werden.
Die vorteilhaftesten Zusammensetzungsverhältnisse fallen in den in Fig.
8 angegebenen Bereich D, d. h. den Bereich, der durch die folgenden
vier Punkte umgeben wird:
(Co : Fe : Ni) = (70 : 30 : 0)
(Co : Fe : Ni) = (60 : 40 : 0)
(Co : Fe : Ni) = (50 : 30 : 20)
(Co : Fe : Ni) = (50 : 20 : 30).
(Co : Fe : Ni) = (60 : 40 : 0)
(Co : Fe : Ni) = (50 : 30 : 20)
(Co : Fe : Ni) = (50 : 20 : 30).
Innerhalb des vorgenannten Bereichs kann eine positive und
vergleichweise große Magnetostriktion erhalten werden, und die Schicht
besitzt als ihre Kristallstruktur wahrscheinlich eine reine fcc-Struktur, so
daß ein anisotropes Austauschmagnetfeld von gleich oder mehr als 800
Oe erhalten werden kann.
Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht es die vorliegende Erfindung,
daß die festgelegte Magnetschicht eine positive Magnetostriktion hat und
eine fcc-Struktur aufweist, indem man die festgelegte Magnetschicht aus
einer CoFe-Legierung oder einer CoFeNi-Legierung ausbildet und die
Zusammensetzungsverhältnisse der aufbauenden Legierung einstellt.
Dementsprechend kann die Magnetisierung der festgelegten
Magnetschicht in Richtung der Höhe herbeigeführt werden als eine
Wirkung des magnetoelastischen oder magnetomechanischen Effekts, der
durch eine Spannung und eine Magnetostriktion bestimmt wird, und
zusätzlich kann gleichzeitig ein großes anisotropes Austauschmagnetfeld
erhalten werden. So kann die Magnetisierung der festgelegten
Magnetschicht durch ein Magnetfeld als Gesamtheit des Magnetfelds
durch den magnetoelastischen Effekt und des anisotropen
Austauschmagnetfelds in einen einzigen Domänenzustand in Richtung
der Höhe gebracht und stabil festgelegt werden, um so Barkhausen-
Rauschen zu verringern und Wiedergabe-Kennwerte zu verbessern.
Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die von der Seite der lufttragenden
Oberfläche her die Struktur einer ersten Ausführungsform des
Dünnschichtelements vom Drehventil-Typ der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht;
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht der Struktur einer zweiten
Ausführungsform des Dünnschichtelements vom Drehventil-
Typ gemäß der vorliegenden Erfindung, von der Seite der
lufttragenden Oberfläche her gezeigt;
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht, die von der Seite der lufttragenden
Oberfläche her die Struktur einer dritten Ausführungsform des
Dunnschichtelements vom Drehventil-Typ gemäß der
vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 4 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung des
Zusammensetzungsanteils von Co bezüglich anisotropem
Austauschmagnetfeld (Hex) und Magnetostriktion zeigt, und die
ein Diagramm zeigt, das die Kristallstruktur in einer aus einer
CoFe-Legierung gebildeten festgelegten Magnetschicht für jeden
der Zusammensetzungsanteile zeigt;
Fig. 5 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen
verschiedenen Zusammensetzungsanteilen von Co und dem
Auftreten von Kopf-Rauschen bei einer aus einer CoFe-
Legierung gebildeten festgelegten Magnetschicht zeigt;
Fig. 6 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen
Magnetostriktion und Auftreten von Kopf-Rauschen
veranschaulicht;
Fig. 7 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung verschiedener
Zusannnensetzungsanteile von Co bezüglich eines Magnetfelds
als eine Funktion des magnetomechanischen Effekts, eines
anisotropen Austauschmagnetfelds und eines Magnetfelds als
eine Gesamtheit des Magnetfelds als eine Funktion des
magnetomechanischen Effekts und des anisotropen
Austauschmagnetfelds in einer aus einer CoFe-Legierung
gebildeten festgelegten Magnetschicht zeigt; und
Fig. 8 ist ein ternäres Diagramm, das bevorzugte
Zusammensetzungsverhältnisse in einer aus einer CoFeNi-Legierung
gebildeten festgelegten Magnetschicht gemäß der
vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Fig. 1, 2 bzw. 3 veranschaulichen die Strukturen von
Ausführungsformen des Dünnschichtelements vom Drehventil-Typ der
vorliegenden Erfindung; diese sind von der ABS-Seite her
veranschaulichte Querschnittsansichten, wobei nur der Mittelteil des sich
in der X-Achse erstreckenden Elements weggeschnitten ist.
Die in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigten Dünnschichtelemente vom
Drehventil-Typ besitzen eine obere Oberfläche, eine Grundoberfläche
und eine Hochseitenoberfläche, die mit einer Isolierschicht (Spaltfilm),
der beispielsweise aus Al2O3 oder SiO2 ausgebildet ist, bedeckt oder
beschichtet sind, und nur eine ABS-Seite (Vorderoberfläche) ist der
Außenseite exponiert.
Bei jedem der in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigten Dünnschichtelemente
vom Drehventil-Typ ist der thermische Expansionskoeffizient größer als
der das Dünnschichtelement bedeckenden Isolierschicht, so daß auf das
Dünnschichtelement eine Zugspannung im Bereich von etwa 200 MPa
bis etwa 300 MPa in der Y-Richtung (Höhenrichtung), wie in den
Figuren gezeigt, einwirkt.
Die Dünnschichtelemente vom Drehventil-Typ, die in den Fig. 1 bis 3
veranschaulicht sind, sollen jeweils an der Mitlaufseite eines in einem
Festplattenlaufwerk vorgesehenen Schleifers vom Schwimmtyp
angeordnet werden, um beispielsweise ein Aufzeichnungsmagnetfeld auf
einer Festplatte aufzufinden. Nebenbei bemerkt, eine derartige Festplatte
bewegt sich in der Z-Richtung, und ein Austritts-Magnetfeld aus einem
Magnetaufzeichnungsmedium ist in der Y-Richtung ausgerichtet.
Die unterste Schicht in den Ausführungsformen der Fig. 1-3 ist eine
Primärbeschichtung 6, die aus einem nichtmagnetischen Material wie Ta
(Tantal) ausgebildet ist.
In der Ausführungsform von Fig. 1 sind eine antiferromagnetische
Schicht 1, eine festgelegte Magnetschicht 2, eine nichtmagnetische
elektrisch leitfähige Schicht 3 und eine freie Magnetschicht 4 durch
Laminieren in Folge auf die Primärbeschichtung 6 ausgebildet.
Auf die Primärbeschichtung 6 in Fig. 2 sind eine freie Magnetschicht 4,
eine nichtmagnetische elektrisch leitfähige Schicht 3, eine festgelegte
Magnetschicht 2 und eine antiferromagnetische Schicht 1
aufeinanderfolgend laminiert.
In Fig. 3 ist das Element zusammengesetzt aus einer freien
Magnetschicht 4, nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Schichten 3, 3,
die an beiden Seiten der freien Magnetschicht 4 ausgebildet sind,
festgelegten Magnetschichten 2, 2, die auf einer und unterhalb der
anderen der nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Schichten 3, 3
ausgebildet sind, und antiferromagnetischen Schichten 1, 1, die auf einer
und unterhalb der anderen der festgelegten magnetischen Schichten 2, 2
ausgebildet sind, und dieses Laminat ist auf der Primärbeschichtung 6
ausgebildet.
Die oberste Schicht in den in den Fig. 1 bis 3 gezeigten
Ausführungsformen ist eine Schutzschicht 7, die aus einem
nichtmagnetischen Material wie Ta (Tantal) besteht.
Die sechs Spezies von Schichten von der Primärbeschichtung 6 bis zu
der Schutzschicht 7 werden laminiert, beispielsweise durch das
Zerstäuberverfahren, und dann werden beide Seiten des sich ergebenden
Laminats zu einer Schräge geschnitten, wie es in den Fig. 1 bis 3
veranschaulicht ist. An den beiden Seiten des Laminats werden
hartmagnetische Vormagnetisierschichten 5, 5 ausgebildet, und dann
werden elektrisch leitfähige Schichten 8, 8 auf die hartmagnetischen
Vormagnetisierschichten 5, 5 laminiert.
Materialien für jede der vorgenannten Schichten werden nachstehend
beschrieben.
Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die
antiferromagnetische Schicht 1 aus einer PtMn-Legierung gebildet. Eine
derartige PtMn-Legierung hat zufriedenstellende Charakteristika als ein
antiferromagnetisches Material, wozu eine bessere Thermostabilität, eine
höhere Sperrtemperatur und ein größeres anisotropes
Austauschmagnetfeld (Hex) als bei FeMn-Legierungen oder dergleichen
gehören. Außerdem kann, wenn die aus einer PtMn-Legierung gebildete
antiferromagnetische Schicht 1 unter der festgelegten Magnetschicht 2
ausgebildet ist, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, oder auf der festgelegten
Magnetschicht 2 ausgebildet ist, wie es in Fig. 2 veranschaulicht ist, in
einer Grenzfläche (Zwischenfläche) zwischen der antiferromagnetischen
Schicht 1 und der festgelegten Magnetschicht 2 ein anisotropes
Austauschmagnetfeld erhalten werden.
Als die antiferromagnetische Schicht 1 können anstelle einer PtMn-
Legierung eine X-Mn-Legierung, in der X Pd, Ru, Ir, Os oder Rh ist,
oder eine Pt-Mn-X'-Legierung, in der X' Ni, Pd, Rh, Ru, Ir, Cr oder
Co ist, verwendet werden.
In der Pt-Mn-Legierung und in der X-Mn-Legierung ist der Anteil von
Pt oder X an der Zusammensetzung bezüglich Mn bevorzugt dergestalt,
daß (Pt, X):Mn von 1 : 9 bis 3 : 7 oder von 1 : 0,7 bis 1 : 1,3, und
bevorzugt, 1 : 1 beträgt.
Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die
festgelegte Magnetschicht 2 aus einer CoFe-Legierung oder einer
CoFeNi-Legierung gebildet. Die Zusammensetzungsverhältnisse in
diesen Materialien werden nachstehend beschrieben.
Die freie Magnetschicht 4 kann aus irgendeiner der als die festgelegte
Magnetschicht 2 verwendeten Magnetmaterialien gebildet sein oder aus
Co oder einer NiFe-Legierung.
Die nichtmagnetische elektrisch leitfähige Schicht 3 kann aus Cu gebildet
sein; die hartmagnetischen Vormagnetisierschichten 5, 5 können aus einer
Co-Pt (Kobalt-Platin)-Legierung oder einer Co-Cr-Pt (Kobalt-Chrom-
Platin)-Legierung bestehen; und die elektrisch leitfähigen Schichten 8, 8
sind beispielsweise aus W (Wolfram) oder Cu (Kupfer) gebildet.
Wie es in den Fig. 1 bis 3 veranschaulicht ist, ist die festgelegte
Magnetschicht 2 der antiferromagnetischen Schicht 1 benachbart oder in
Kontakt mit ihr ausgebildet, und eine Wärmebehandlung wird unter
dieser Bedingung in einem angelegten Magnetfeld in der Y-Richtung
(Höhenrichtung: die Richtung eines Austritts-Magnetfelds aus einem
Aufzeichnungsmedium) durchgeführt, um in einer Grenzfläche zwischen
den beiden Schichten ein anisotropes Austauschmagnetfeld zu ergeben.
Dementsprechend wird die Ausrichtung der Magnetisierung der
festgelegten Magnetschicht 2 in einen einzigen Domänenzustand in
Y-Richtung gebracht und fixiert.
Die hartmagnetischen Vormagnetisierschichten 5, 5 werden in der in den
Figuren gezeigten X-Richtung (Spurbreiten-Richtung) magnetisiert, und
die Ausrichtung der Magnetisierung der freien Magnetschicht 4 wird
unter dem Einfluß der hartmagnetischen Vormagnetisierschichten 5, 5 mit
der X-Richtung ausgerichtet.
Bei den in den Fig. 1 bis 3 veranschaulichten Dünnschichtelementen
vom Drehventil-Typ dreht sich die Ausrichtung der Magnetisierung der
freien Magnetschicht 4 aus der X-Richtung in die Y-Richtung, wenn ein
ständiger Strom (Abtaststrom) von der elektrisch leitfähigen Schicht 8 zu
der festgelegten Magnetschicht 2, der nichtmagnetischen elektrisch
leitfähigen Schicht 3 und der freien Magnetschicht 4 geleitet wird und
ein Magnetfeld von einem Aufzeichnungsmedium in der Y-Richtung
bereitgestellt wird. Unter diesen Umständen verteilen sich oder streuen
Elektronen, die sich zwischen der freien Magnetschicht 4 und der
festgelegten Magnetschicht 2 von der einen Schicht in die andere Schicht
bewegen, in einer Grenzfläche (Zwischenfläche) zwischen der
nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Schicht 3 und der festgelegten
Magnetschicht 2 oder zwischen der nichtmagnetischen elektrisch
leitfähigen Schicht 3 und der freien Magnetschicht 4, so daß der
elektrische Widerstand zum Variieren veranlaßt wird. So verändert sich
der ständige Strom, und dadurch wird eine Abtast-Ausgabe erhalten.
Nebenbei, das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Einfach-Dünnschichtelement
vom Drehventil-Typ hat zwei Stellen, wo Elektronen in Abhängigkeit
vom Spin streuen, d. h. eine Grenzfläche zwischen der nichtmagnetischen
elektrisch leitfähigen Schicht 3 und der freien Magnetschicht 4 und eine
Grenzfläche zwischen der nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen
Schicht 3 und der festgelegten Magnetschicht 2. Im Gegensatz dazu
besitzt das in Fig. 3 veranschaulichte Doppel-Dünnschichtelement vom
Drehventil-Typ insgesamt vier Stellen, wo Leitungselektronen streuen,
d. h. zwei Grenzflächen zwischen der nichtmagnetischen elektrisch
leitfähigen Schicht 3 und der freien Magnetschicht 4 und zwei
Grenzflächen zwischen der nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen
Schicht 3 und der festgelegten Magnetschicht 2. Dementsprechend kann
das Doppel-Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ eine größere
Veränderungsrate des elektrischen Widerstands schaffen als das Einfach-
Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ.
Um die Orientierung der Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht
2 in der Y-Richtung beständiger festzulegen, sollten die
Zusammensetzungsverhältnisse der als die festgelegte Magnetschicht
gemäß der Erfindung verwendeten CoFe-Legierung oder CoFeNi-Legierung
passend eingestellt werden, um eine positive Magnetostriktion
zu ergeben und um zumindest als ein Teil ihrer Kristallstruktur eine
fcc-Struktur (kubisch-flächenzentrierte Struktur) zu enthalten.
In jedem der in den Fig. 1 bis 3 veranschaulichten Dünnschichtelemente
vom Drehventil-Typ ist nur die ABS-Seite (Vorderfläche) der Außenseite
exponiert, und die anderen Oberflächen sind mit einer Isolierschicht
bedeckt, so daß, wie vorstehend beschrieben, in der Y-Richtung
(Höhenrichtung) eine Zugspannung auf das Element einwirkt.
Dementsprechend kann, wenn die Magnetostriktion der festgelegten
Magnetschicht 2 positiv eingestellt wird, die Magnetisierung der
festgelegten Magnetschicht in der Y-Richtung als eine Funktion des
magnetoelastischen Effekts veranlaßt werden.
Außerdem kann, da die festgelegte Magnetschicht zumindest als ein Teil
ihrer Kristallstruktur aus einer fcc-Struktur besteht, ein großes
anisotropes Austauschmagnetfeld erhalten werden, welches erlaubt, daß
die festgelegte Magnetschicht 2 stabiler in einen einzigen
Domänenzustand in der Y-Richtung gebracht wird.
Wie also beschrieben wurde, ermöglicht die vorliegende Erfindung, bei
der die Magnetostriktion der festgelegten Magnetschicht positiv
eingestellt wird, um die Magnetisierung dieser Schicht in der
Y-Richtung als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts zu
veranlassen, daß die Ausrichtung der Magnetisierung der festgelegten
Magnetschicht 2 fester in der Y-Richtung festgelegt wird als bei
konventionellen Äquivalenten, bei denen nur ein anisotropes
Austauschmagnetfeld kontrolliert wird.
Wenn die festgelegte Magnetschicht 2 aus einer CoFe-Legierungsschicht
ausgebildet ist, weist sie bevorzugt Co in einem Zusammensetzungsanteil
im Bereich von 30 bis 80 Atomprozent auf. Innerhalb dieses Bereichs
kann eine positive Magnetostriktion erhalten werden, und die Schicht
kann zumindest als ein Teil ihrer Kristallstruktur eine fcc-Struktur
enthalten, und daher kann ein anisotropes Austauschmagnetfeld von
gleich 200 Oe oder mehr erhalten werden, wie es in Fig. 4 gezeigt ist.
Ein bevorzugterer Zusammensetzungsanteil von Co fällt in den Bereich
von 50 bis 70 Atomprozent. Innerhalb des gerade erwähnten Bereichs
kann, wie in Fig. 4 veranschaulicht, eine große positive
Magnetostriktion erhalten werden, und die Schicht kann einen großen
Anteil an fcc-Struktur aufweisen, um dadurch ein anisotropes
Austauschmagnetfeld von gleich 500 Oe oder mehr zu erhalten.
Wenn die festgelegte Magnetschicht 2 gemäß der Erfindung aus einer
Schicht aus CoFeNi-Legierung gebildet ist, sollte sie bevorzugt Co, Fe
und Ni in Zusammensetzungsanteilen im Bereich von 0 bis 80
Atomprozent, von 20 bis 70 Atomprozent bzw. von 0 bis 80
Atomprozent enthalten.
Die Zusammensetzungsanteile innerhalb dieser Bereiche entsprechen den
Gebieten A, B, C und D in dem in Fig. 8 gezeigten ternären Diagramm.
Innerhalb dieser Gebiete kann eine positive Magnetostriktion erhalten
werden, und die Schicht kann zumindest als ein Teil ihrer
Kristallstruktur eine fcc-Struktur aufweisen, um ein anisotropes
Austauschmagnetfeld von gleich 200 Oe oder mehr zu ergeben.
Besonders bevorzugt enthält die Schicht Co, Fe und Ni in
Zusammensetzungsanteilen, die im Bereich von 50 bis 80 Atomprozent,
von 20 bis 50 Atomprozent bzw. von 0 bis 30 Atomprozent liegen.
Die Zusammensetzungsverhältnisse innerhalb dieser Bereiche
entsprechen den Gebieten B, C und D in dem in Fig. 8
veranschaulichten ternären Diagramm. Innerhalb der gerade erwähnten
Gebiete kann eine große positive Magnetostriktion erhalten werden, und
die Schicht kann zumindest als Teil ihrer Kristallstruktur fcc-Struktur
aufweisen, um dadurch ein anisotropes Austauschmagnetfeld von 500 Oe
oder mehr zu erhalten.
Die vorteilhaftesten Zusammensetzungsverhältnisse in dieser
Ausführungsform sollten in das in Fig. 8 angegebene Gebiet D fallen,
das von den folgenden vier Punkten umgeben wird:
A (Co : Fe : Ni) = (70 : 30 : 0)
B (Co : Fe : Ni) = (60 : 40 : 0)
C (Co : Fe : Ni) = (50 : 30 : 20)
D (Co : Fe : Ni) = (50 : 20 : 30).
B (Co : Fe : Ni) = (60 : 40 : 0)
C (Co : Fe : Ni) = (50 : 30 : 20)
D (Co : Fe : Ni) = (50 : 20 : 30).
Innerhalb des vorgenannten Bereichs kann eine positive und
vergleichsweise große Magnetostriktion erhalten werden, und die Schicht
kann als nahezu ihre gesamte Kristallstruktur fcc-Struktur aufweisen, so
daß ein anisotropes Austauschmagnetfeld von gleich 800 Oe oder mehr
erhalten werden kann.
Die vorliegende Erfindung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, kann
durch Einstellen der Zusammensetzungsverhältnisse der festgelegten
Magnetschicht eine positive Magnetostriktion schaffen. Auf diese Weise
wird die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht in der in den
Figuren angegebenen Y-Richtung veranlaßt als eine Funktion des
magnetoelastischen Effekts, der durch die Magnetostriktion und die
Spannung bestimmt wird.
Außerdem kann innerhalb der vorstehend angegebenen
Zusammensetzungsverhältnisse die festgelegte Magnetschicht eine
positive Magnetostriktion haben und zumindest als ein Teil ihrer
Kristallstruktur eine fcc-Struktur aufweisen, um dadurch ein großes
anisotropes Austauschmagnetfeld zu ergeben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Orientierung der
Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht 2 durch ein Magnetfeld
als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts zusätzlich zu einem
anisotropen Austauschmagnetfeld in die Y-Richtung ausgerichtet werden,
und daher kann sie in einen einzigen Domänenzustand gebracht und
stabil festgelegt werden. Daher kann das Barkhausen-Rauschen
verringert und können die Wiedergabe-Kennwerte verbessert werden.
Wenn der thermische Expansionskoeffizient des Dünnschichtelements
vom Drehventil-Typ kleiner ist als der einer Schicht, die die anderen
Oberflächen außer der ABS-Seite des Dünnschichtelements vom
Drehventil-Typs bedeckt, oder wenn das Verfahren des glatten Polierens
der ABS-Seite geeignet ausgewählt wird, kann eine Schrumpfspannung
in der Y-Richtung auf das Element einwirken.
In diesem Fall kann die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht 2
in der Y-Richtung als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts
herbeigeführt werden durch Einstellen der Magnetostriktion dieser
Schicht auf einen negativen Wert, so daß das Barkhausen-Rauschen
verringert werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie vorstehend genau
beschrieben wurde, kann, wenn eine Zugspannung auf das
Dünnschichtelement in Richtung der Höhe einwirkt, die Magnetisierung
der festgelegten Magnetschicht in Richtung der Höhe herbeigeführt
werden als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts durch
geeignetes Einstellen der Zusammensetzungsverhältnisse in
Magnetmaterialien einer CoFe-Legierung oder einer CoFeNi-Legierung,
die als die festgelegte Magnetschicht verwendet werden, und dadurch,
daß man die Magnetostriktion der festgelegten Magnetschicht positiv
macht.
Außerdem kann die vorliegende Erfindung ein großes anisotropes
Austauschmagnetfeld schaffen, indem man die Magnetostriktion positiv
macht und zuläßt, daß die festgelegte Magnetschicht zumindest als ein
Teil ihrer Kristallstruktur der festgelegten Magnetschicht fcc-Struktur
aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein großes anisotropes
Austauschmagnetfeld erhalten werden und die Magnetisierung der
festgelegten Magnetschicht wird in Richtung der Höhe als eine Funktion
des magnetoelastischen Effekts herbeigeführt, und die Magnetisierung
der festgelegten Magnetschicht kann in einen einzigen Domänenzustand
gebracht und fixiert werden, Barkhausen-Rauschen kann verringert
werden.
Andere Ausführungsformen und Abwandlungen werden für Fachleute
auf diesem Gebiet offenkundig sein, und daher soll diese Erfindung nicht
anderweitig beschränkt werden als die Ansprüche angeben.
Claims (10)
1. Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ aufweisend: eine
antiferromagnetische Schicht (1), eine festgelegte Magnetschicht (2),
die der antiferromagnetischen Schicht benachbart ausgebildet ist und
eine Ausrichtung der Magnetisierung besitzt, die durch ein
anisotropes Austauschmagnetfeld zwischen der Schicht und der
antiferromagnetischen Schicht festgelegt ist, eine freie
Magnetschicht (4), die über und/oder unter der festgelegten
Magnetschicht (2) mit einer nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen
Schicht (3) dazwischen ausgebildet ist, wobei das Element außerdem
aufweist eine Vormagnetisierschicht (5) zum Ausrichten der
Orientierung der Magnetisierung der freien Magnetschicht (4) in
einer die Orientierung der Magnetisierung der festgelegten
Magnetschicht (2) kreuzenden Richtung, und eine elektrisch
leitfähige Schicht (8) zum Führen eines Abtaststroms zu der
festgelegten Magnetschicht (2), der nichtmagnetischen elektrisch
leitfähigen Schicht (3) und der freien Magnetschicht (4), und wobei
die festgelegte Magnetschicht (2) aus einer CoFe-Legierung
ausgebildet ist, eine positive Sättigungsmagnetostriktionskonstante
hat und zumindest als Teil ihrer Kristallstruktur fcc-Struktur
aufweist.
2. Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ nach Anspruch 1, bei dem
die als die festgelegte Magnetschicht verwendete CoFe-Legierung
eine durch CoaFe100-a dargestellte Zusammensetzungsformel hat,
wobei 30 ≦ a ≦ 80 ausgedrückt als Atomprozent.
3. Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ nach Anspruch 2, bei dem
die als die festgelegte Magnetschicht (2) verwendete CoFe-
Legierung eine durch CoaFe100-a dargestellte
Zusammensetzungsformel hat, wobei 50 ≦ a ≦ 70, ausgedrückt als
Atomprozent.
4. Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ nach Anspruch 1, bei dem
die festgelegte Magnetschicht (2) außerdem Ni enthält.
5. Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ nach Anspruch 4, bei dem
die als die festgelegte Magnetschicht (2) verwendete CoFeNi-
Legierung eine durch CoaFebNic dargestellte
Zusammensetzungsformel hat, wobei 0 ≦ a ≦ 80, 20 ≦ b ≦ 70 und
0 ≦ c ≦ 80, ausgedrückt in Atomprozent.
6. Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ nach Anspruch 5, bei dem
die als die festgelegte Magnetschicht (2) verwendete CoFeNi-
Legierung eine durch CoaFebNicc dargestellte
Zusammensetzungsformel hat, wobei 50 ≦ a ≦ 80, 20 ≦ b ≦ 50 und
0 ≦ c ≦ 30, ausgedrückt in Atomprozent.
7. Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ nach Anspruch 6, bei dem
die als die festgelegte Magnetschicht (2) verwendete CoFeNi-
Legierung eine durch CoaFebNic dargestellte
Zusammensetzungsformel hat, wobei die Zusammensetzungsanteile
a, b und c, ausgedrückt in Atomprozent, in das Gebiet fallen, das
durch die folgenden vier Punkte umgeben wird, mit der Maßgabe,
daß die Zusammensetzungsanteile von Co, Fe bzw. Ni drei
Segmente eines ternären Diagramms von CoaFebNic darstellen:
(Co : Fe : Ni) = (70 : 30 : 0)
(Co : Fe : Ni) = (60 : 40 : 0)
(Co : Fe : Ni) = (50 : 30 : 20)
(Co : Fe : Ni) = (50 : 20 : 30).
(Co : Fe : Ni) = (70 : 30 : 0)
(Co : Fe : Ni) = (60 : 40 : 0)
(Co : Fe : Ni) = (50 : 30 : 20)
(Co : Fe : Ni) = (50 : 20 : 30).
8. Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ nach einem der Ansprüche
1 bis 7, bei dem die antiferromagnetische Schicht (1) aus einer
PtMn-Legierung besteht.
9. Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ nach einem der Ansprüche
1 bis 7, bei dem die antiferromagnetische Schicht (1) aus einer
X-Mn-Legierung besteht, wobei X Pd, Ru, Ir, Os oder Rh ist.
10. Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ nach einem der Ansprüche
1 bis 7, bei dem die antiferromagnetische Schicht (1) aus einer
Pt-Mn-X'-Legierung besteht, wobei X' Ni, Pd, Rh, Ru, Ir, Cr oder
Co ist.
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