JP2000040209A - Spin valve type thin-film element and thin film magnetic head using this spin valve type thin-film element - Google Patents

Spin valve type thin-film element and thin film magnetic head using this spin valve type thin-film element

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JP2000040209A
JP2000040209A JP10204756A JP20475698A JP2000040209A JP 2000040209 A JP2000040209 A JP 2000040209A JP 10204756 A JP10204756 A JP 10204756A JP 20475698 A JP20475698 A JP 20475698A JP 2000040209 A JP2000040209 A JP 2000040209A
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layer
magnetic
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正路 斎藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spin valve type thin-film element with which the exchange bond magnetic field can be made large by adequately adjusting the film thickness, etc., of a fixed magnetic layer and excellent thermal stability can be obtd. and a thin-film magnetic head formed by using this spin valve type thin-film element. SOLUTION: A PtMn alloy, which is high in blocking temp. and generates the exchange bond magnetic field with respect to a first fixed magnetic layer 12, is used for the antiferromagnetic layer 11. Further, the film thickness ratio of the first fixed magnetic layer 12 to the second fixed magnetic layer 14 and the film thicknesses, etc., of a nonmagnetic conductive layer and the antiferromagnetic layer are adequately adjusted, thereby, an exchange bond magnetic field of at least >=500 (Oe), more preferably 100 (Oe) can be obtd.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、固定磁性層の固定
磁化方向と外部磁界の影響を受けるフリー磁性層の磁化
の方向との関係で電気抵抗が変化するスピンバルブ型薄
膜素子に係り、特に、固定磁性層を2層に分断し、前記
2層の固定磁性層の磁化(フェリ状態)を熱的に安定し
た状態に保つことができるスピンバルブ型薄膜素子及び
このスピンバルブ型薄膜素子を用いた薄膜磁気ヘッドに
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spin-valve type thin film element whose electric resistance changes depending on the relationship between the fixed magnetization direction of a fixed magnetic layer and the direction of magnetization of a free magnetic layer affected by an external magnetic field. A spin-valve thin film element capable of dividing a fixed magnetic layer into two layers and keeping the magnetization (ferri state) of the two fixed magnetic layers thermally stable; Related to the thin film magnetic head.

【0002】[0002]

【従来の技術】図28は従来のスピンバルブ型薄膜素子
を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示す断面
図である。符号1は例えばTa(タンタル)などで形成
された下地層であり、この下地層1の上に反強磁性層2
が形成され、さらに前記反強磁性層2の上に固定磁性層
3が形成されている。前記固定磁性層3は前記反強磁性
層2に接して形成されることにより、前記固定磁性層3
と反強磁性層2との界面にて交換結合磁界(交換異方性
磁界)が発生し、前記固定磁性層の磁化は、例えば図示
Y方向に固定される。
2. Description of the Related Art FIG. 28 is a sectional view showing the structure of a conventional spin-valve thin film element when viewed from the side facing a recording medium. Reference numeral 1 denotes an underlayer formed of, for example, Ta (tantalum), and an antiferromagnetic layer 2
Are formed, and a fixed magnetic layer 3 is formed on the antiferromagnetic layer 2. The fixed magnetic layer 3 is formed in contact with the antiferromagnetic layer 2 so that the fixed magnetic layer 3
An exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) is generated at the interface between the magnetic layer and the antiferromagnetic layer 2, and the magnetization of the fixed magnetic layer is fixed, for example, in the Y direction in the figure.

【0003】前記固定磁性層3の上には、Cuなどで形
成された非磁性導電層4が形成され、さらに前記非磁性
導電層4の上には、フリー磁性層5が形成されている。
前記フリー磁性層5の両側には、例えばCo―Pt(コ
バルト―白金)合金で形成されたハードバイアス層6,
6が形成されており、前記ハードバイアス層6,6が図
示X方向に磁化されていることで、前記フリー磁性層5
の磁化が図示X方向に揃えられている。これにより、前
記フリー磁性層5の変動磁化と前記固定磁性層3の固定
磁化とが交叉する関係となっている。なお符号7は、T
aなどで形成された保護層、符号8は、Cuなどで形成
された導電層である。
A nonmagnetic conductive layer 4 made of Cu or the like is formed on the fixed magnetic layer 3, and a free magnetic layer 5 is formed on the nonmagnetic conductive layer 4.
On both sides of the free magnetic layer 5, a hard bias layer 6 made of, for example, a Co-Pt (cobalt-platinum) alloy is provided.
6 are formed, and the hard bias layers 6 and 6 are magnetized in the X direction in the figure, so that the free magnetic layer 5 is formed.
Are aligned in the illustrated X direction. Thus, the variable magnetization of the free magnetic layer 5 and the fixed magnetization of the fixed magnetic layer 3 cross each other. Symbol 7 is T
Reference numeral 8 denotes a protective layer formed of, for example, Cu.

【0004】このスピンバルブ型薄膜素子では、ハード
ディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界により、図示X
方向に揃えられた前記フリー磁性層5の磁化が変動する
と、図示Y方向に固定された固定磁性層3の固定磁化と
の関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基
づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出さ
れる。
In this spin-valve type thin film element, a magnetic field leaking from a recording medium such as a hard disk causes
When the magnetization of the free magnetic layer 5 aligned in the direction fluctuates, the electric resistance changes in relation to the fixed magnetization of the fixed magnetic layer 3 fixed in the Y direction in the drawing, and the voltage change based on the change in the electric resistance value. Thereby, the leakage magnetic field from the recording medium is detected.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで従来では、前
記反強磁性層2として、NiMn合金、FeMn合金、
あるいはNiOなどの反強磁性材料が使用されている。
しかしこれらの材料のうち特に、FeMn合金やNiO
合金はブロッキング温度が約200℃以下であり、熱的
安定性に欠けた材料である。特に近年では、記録媒体の
回転数、あるいは導電層8から流れるセンス電流量の増
大などにより、装置内の環境温度が例えば200℃以上
と高温になる。このため、スピンバルブ型薄膜素子の反
強磁性層2としてブロッキング温度の低い反強磁性材料
を使用すると、前記反強磁性層2と固定磁性層3との界
面に発生する交換結合磁界(交換異方性磁界)が小さく
なってしまい、固定磁性層3の磁化を適正に図示Y方向
に固定することができず、ΔMR(抵抗変化率)の低下
を招く。
Conventionally, as the antiferromagnetic layer 2, a NiMn alloy, a FeMn alloy,
Alternatively, an antiferromagnetic material such as NiO is used.
However, among these materials, in particular, FeMn alloys and NiO
The alloy has a blocking temperature of about 200 ° C. or lower and is a material lacking in thermal stability. In particular, in recent years, the environmental temperature in the apparatus becomes high, for example, 200 ° C. or more due to an increase in the number of rotations of the recording medium or the amount of sense current flowing from the conductive layer 8. Therefore, when an antiferromagnetic material having a low blocking temperature is used as the antiferromagnetic layer 2 of the spin-valve type thin film element, the exchange coupling magnetic field (exchange magnetic field) generated at the interface between the antiferromagnetic layer 2 and the pinned magnetic layer 3 is changed. As a result, the magnetization of the fixed magnetic layer 3 cannot be properly fixed in the Y direction in the drawing, resulting in a decrease in ΔMR (rate of change in resistance).

【0006】ブロッキング温度は、反強磁性層2に使用
される反強磁性材料のみで決定されるために、スピンバ
ルブ型薄膜素子の構造を改良したとしても、前記ブロッ
キング温度そのものを上昇させることはできない。例え
ば特開平9―16920号公報には、固定磁性層の構造
を改良して、交換結合磁界を向上させることができる発
明について記載されている。しかし、この発明では、反
強磁性層としてNiOを使用しているため、ブロッキン
グ温度は200度程度であり、たとえ室温程度のときの
交換結合磁界を大きくできたとしても、装置内温度は2
00度近く、あるいはそれ以上の環境温度になると、記
録媒体走行中でのスピンバルブ型薄膜素子の交換結合磁
界は小さくなり、あるいは0になり、ΔMRを得ること
が全くできなくなる。
Since the blocking temperature is determined only by the antiferromagnetic material used for the antiferromagnetic layer 2, even if the structure of the spin-valve thin film element is improved, it is not possible to raise the blocking temperature itself. Can not. For example, JP-A-9-16920 describes an invention capable of improving the exchange coupling magnetic field by improving the structure of the fixed magnetic layer. However, in the present invention, since NiO is used as the antiferromagnetic layer, the blocking temperature is about 200 ° C., and even if the exchange coupling magnetic field at room temperature can be increased, the temperature in the device is 2 ° C.
When the temperature of the environment becomes close to or more than 00 degrees, the exchange coupling magnetic field of the spin-valve thin film element during the running of the recording medium becomes small or becomes zero, and it is impossible to obtain ΔMR at all.

【0007】これに対し、NiMn合金は、NiOやF
eMn合金に対しブロッキング温度が高いが、耐食性な
どの特性が悪いために、反強磁性層として使用される反
強磁性材料には、さらにブロッキング温度が高く、しか
も耐食性などの特性に優れた反強磁性材料が求められ
る。
On the other hand, NiMn alloys include NiO and F
Although the blocking temperature is higher than the eMn alloy, the properties such as corrosion resistance are poor. A magnetic material is required.

【0008】本発明は上記従来の問題点を解決するため
のものであり、特に固定磁性層の構造、及び反強磁性層
の材質を改良し、しかも前記固定磁性層の膜厚などを適
性に調節することで、交換結合磁界を大きくすることが
でき、熱的安定性に優れたスピンバルブ型薄膜素子及び
このスピンバルブ型薄膜素子を用いた薄膜磁気ヘッドを
提供することを目的としている。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems. In particular, the present invention improves the structure of the pinned magnetic layer and the material of the antiferromagnetic layer, and furthermore, appropriately adjusts the thickness of the pinned magnetic layer. It is an object of the present invention to provide a spin-valve thin-film element that can increase the exchange coupling magnetic field by adjusting the thickness and has excellent thermal stability, and a thin-film magnetic head using the spin-valve thin-film element.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、反強磁性層
と、この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層
との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性
層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成さ
れ、前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方向に磁化が
揃えられるフリー磁性層とを有するスピンバルブ型薄膜
素子において、前記固定磁性層が、非磁性中間層を介し
て2層に分断されて形成されており、反強磁性層に接す
る前記固定磁性層を第1の固定磁性層、非磁性導電層に
接する前記固定磁性層を第2の固定磁性層とした場合
に、(第1の固定磁性層の膜厚)/(第2の固定磁性層
の膜厚)が、0.33〜0.95、あるいは1.05〜
4の範囲内であることを特徴とするものである。本発明
では、前記(第1の固定磁性層の膜厚)/(第2の固定
磁性層の膜厚)は、0.53〜0.95、あるいは1.
05〜1.8の範囲内であることがより好ましい。
The present invention provides an antiferromagnetic layer and a fixed magnetic layer which is formed in contact with the antiferromagnetic layer and whose magnetization direction is fixed by an exchange coupling magnetic field with the antiferromagnetic layer. And a free magnetic layer formed on the fixed magnetic layer via a non-magnetic conductive layer and having a magnetization aligned in a direction crossing a magnetization direction of the fixed magnetic layer, wherein the fixed magnetic layer Is formed by being divided into two layers via a non-magnetic intermediate layer, wherein the fixed magnetic layer in contact with the antiferromagnetic layer is a first fixed magnetic layer, and the fixed magnetic layer in contact with the non-magnetic conductive layer is In the case of the second fixed magnetic layer, (thickness of the first fixed magnetic layer) / (thickness of the second fixed magnetic layer) is 0.33 to 0.95, or 1.05 to 1.05.
4 is within the range. In the present invention, the (thickness of the first fixed magnetic layer) / (the thickness of the second fixed magnetic layer) is 0.53 to 0.95, or 1.
More preferably, it is in the range of 0.05 to 1.8.

【0010】また本発明では、前記第1の固定磁性層の
膜厚及び第2の固定磁性層の膜厚は、共に10〜70オ
ングストロームの範囲内であり、且つ│第1の固定磁性
層の膜厚―第2の固定磁性層の膜厚│≧2オングストロ
ームであることが好ましい。さらに本発明では、前記第
1の固定磁性層の膜厚及び第2の固定磁性層の膜厚は、
共に10〜50オングストロームの範囲内であり、且つ
│第1の固定磁性層の膜厚―第2の固定磁性層の膜厚│
≧2オングストロームであることがより好ましい。また
本発明では、前記フリー磁性層は、非磁性中間層を介し
て2層に分断されて形成されていてもよい。
In the present invention, the thickness of the first fixed magnetic layer and the thickness of the second fixed magnetic layer are both within the range of 10 to 70 angstroms, and | the thickness of the first fixed magnetic layer. It is preferable that (thickness)-(thickness of second pinned magnetic layer) ≧≧ 2 angstroms. Further, in the present invention, the thickness of the first fixed magnetic layer and the thickness of the second fixed magnetic layer are:
Both are within the range of 10 to 50 angstroms, and | thickness of first fixed magnetic layer−thickness of second fixed magnetic layer |
More preferably, ≧ 2 angstroms. In the present invention, the free magnetic layer may be formed by being divided into two layers via a non-magnetic intermediate layer.

【0011】本発明では、前記スピンバルブ型薄膜素子
は、反強磁性層、第1の固定磁性層、非磁性導電層、第
2の固定磁性層、非磁性導電層、及びフリー磁性層が一
層づつ形成されたシングルスピンバルブ型薄膜素子であ
り、前記2層に分断されたフリー磁性層のうち、非磁性
導電層に接する側に形成されたフリー磁性層を第1のフ
リー磁性層とし、他方のフリー磁性層を第2のフリー磁
性層とした場合、及び前記スピンバルブ型薄膜素子は、
フリー磁性層を中心にしてその上下に積層された非磁性
導電層と、一方の前記非磁性導電層の上及び他方の非磁
性導電層の下に積層された第2の固定磁性層/非磁性中
間層/第1の固定磁性層の3層と、一方の第1の固定磁
性層の上及び他方の第1の固定磁性層の下に積層された
反強磁性層とを有するデュアルスピンバルブ型薄膜素子
であり、前記2層に分断されたフリー磁性層のうち、一
方のフリー磁性層を第1のフリー磁性層とし、他方のフ
リー磁性層を第2のフリー磁性層とした場合、(第1の
フリー磁性層の膜厚/第2のフリー磁性層の膜厚)は、
0.56〜0.83、あるいは1.25〜5の範囲内で
あることが好ましく、より好ましくは、0.61〜0.
83、あるいは1.25〜2.1の範囲内である。
According to the present invention, the spin-valve thin film element includes an antiferromagnetic layer, a first fixed magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, a second fixed magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, and a free magnetic layer. A single spin-valve thin film element, wherein a free magnetic layer formed on the side in contact with the non-magnetic conductive layer is a first free magnetic layer, and Wherein the free magnetic layer is a second free magnetic layer, and the spin-valve thin-film element comprises:
A nonmagnetic conductive layer laminated above and below the free magnetic layer, and a second fixed magnetic layer / nonmagnetic layer laminated on one nonmagnetic conductive layer and below the other nonmagnetic conductive layer Dual spin valve type having three layers of an intermediate layer / first fixed magnetic layer and an antiferromagnetic layer laminated on one first fixed magnetic layer and below the other first fixed magnetic layer In the case where the free magnetic layer is a thin film element and one of the two free magnetic layers is a first free magnetic layer and the other free magnetic layer is a second free magnetic layer, (The thickness of the first free magnetic layer / the thickness of the second free magnetic layer)
It is preferably in the range of 0.56 to 0.83, or 1.25 to 5, and more preferably 0.61 to 0.
83, or 1.25 to 2.1.

【0012】また本発明は、反強磁性層と、この反強磁
性層と接して形成され、磁場中熱処理によって、前記反
強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される
固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して
形成され、前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方向に
磁化が揃えられるフリー磁性層とを有するスピンバルブ
型薄膜素子において、前記固定磁性層が、非磁性中間層
を介して2層に分断されて形成されており、反強磁性層
に接する前記固定磁性層を第1の固定磁性層、非磁性導
電層に接する前記固定磁性層を第2の固定磁性層とし、
飽和磁化Msと膜厚tとの積を磁気的膜厚(磁気モーメ
ント)とした場合に、(第1の固定磁性層の磁気的膜
厚)/(第2の固定磁性層の磁気的膜厚)が、0.33
〜0.95、あるいは1.05〜4の範囲内であること
を特徴とするものである。
The present invention also provides an antiferromagnetic layer and a fixed magnetic layer formed in contact with the antiferromagnetic layer and having a magnetization direction fixed by an exchange coupling magnetic field with the antiferromagnetic layer by heat treatment in a magnetic field. And a free magnetic layer formed on the fixed magnetic layer via a non-magnetic conductive layer and having a magnetization aligned in a direction crossing a magnetization direction of the fixed magnetic layer, wherein the fixed magnetic layer Is formed by being divided into two layers via a non-magnetic intermediate layer, wherein the fixed magnetic layer in contact with the antiferromagnetic layer is a first fixed magnetic layer, and the fixed magnetic layer in contact with the non-magnetic conductive layer is 2 as a fixed magnetic layer,
When the product of the saturation magnetization Ms and the film thickness t is a magnetic film thickness (magnetic moment), (magnetic film thickness of the first fixed magnetic layer) / (magnetic film thickness of the second fixed magnetic layer) ) Is 0.33
0.90.95, or 1.0544.

【0013】本発明では、前記(第1の固定磁性層の磁
気的膜厚)/(第2の固定磁性層の磁気的膜厚)は、
0.53〜0.95、あるいは1.05〜1.8の範囲
内であることがより好ましい。また本発明では、前記第
1の固定磁性層の磁気的膜厚及び第2の固定磁性層の磁
気的膜厚は、共に10〜70(オングストローム・テス
ラ)の範囲内であり、且つ│第1の固定磁性層の磁気的
膜厚―第2の固定磁性層の磁気的膜厚│≧2(オングス
トローム・テスラ)であることが好ましい。さらに本発
明では、前記第1の固定磁性層の膜厚及び第2の固定磁
性層の膜厚は、共に10〜50(オングストローム・テ
スラ)の範囲内であり、且つ│第1の固定磁性層の磁気
的膜厚―第2の固定磁性層の磁気的膜厚│≧2(オング
ストローム・テスラ)であることがより好ましい。
In the present invention, (the magnetic film thickness of the first fixed magnetic layer) / (the magnetic film thickness of the second fixed magnetic layer) is:
More preferably, it is in the range of 0.53 to 0.95, or 1.05 to 1.8. Further, in the present invention, the magnetic film thickness of the first fixed magnetic layer and the magnetic film thickness of the second fixed magnetic layer are both within the range of 10 to 70 (angstrom tesla), and | The magnetic film thickness of the fixed magnetic layer−the magnetic film thickness of the second fixed magnetic layer│ ≧ 2 (angstrom tesla). Further, in the present invention, the thickness of the first fixed magnetic layer and the thickness of the second fixed magnetic layer are both within the range of 10 to 50 (angstroms / tesla), and | the first fixed magnetic layer. The magnetic film thickness of the second fixed magnetic layer | ≧ 2 (angstrom tesla) is more preferable.

【0014】また本発明では、前記フリー磁性層は、非
磁性中間層を介して2層に分断されて形成されていても
よい。本発明では、前記スピンバルブ型薄膜素子は、反
強磁性層、第1の固定磁性層、非磁性導電層、第2の固
定磁性層、非磁性導電層、及びフリー磁性層が一層づつ
形成されたシングルスピンバルブ型薄膜素子であり、前
記2層に分断されたフリー磁性層のうち、非磁性導電層
に接する側に形成されたフリー磁性層を第1のフリー磁
性層とし、他方のフリー磁性層を第2のフリー磁性層と
した場合、及び前記スピンバルブ型薄膜素子は、フリー
磁性層を中心にしてその上下に積層された非磁性導電層
と、一方の前記非磁性導電層の上及び他方の非磁性導電
層の下に積層された第2の固定磁性層/非磁性中間層/
第1の固定磁性層の3層と、一方の第1の固定磁性層の
上及び他方の第1の固定磁性層の下に積層された反強磁
性層とを有するデュアルスピンバルブ型薄膜素子であ
り、前記2層に分断されたフリー磁性層のうち、一方の
フリー磁性層を第1のフリー磁性層とし、他方のフリー
磁性層を第2のフリー磁性層とした場合、(第1のフリ
ー磁性層の磁気的膜厚/第2のフリー磁性層の磁気的膜
厚)は、0.56〜0.83、あるいは1.25〜5の
範囲内であることが好ましく、より好ましくは、0.6
1〜0.83、あるいは1.25〜2.1の範囲内であ
る。
In the present invention, the free magnetic layer may be divided into two layers via a non-magnetic intermediate layer. In the present invention, the spin-valve thin film element includes an antiferromagnetic layer, a first fixed magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, a second fixed magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, and a free magnetic layer, which are formed one by one. A single spin-valve type thin film element, wherein a free magnetic layer formed on a side in contact with a nonmagnetic conductive layer is defined as a first free magnetic layer, and the other free magnetic layer is divided into two free magnetic layers. When the layer is a second free magnetic layer, and the spin-valve thin film element is a non-magnetic conductive layer laminated on and around the free magnetic layer, and one of the non-magnetic conductive layers A second pinned magnetic layer / non-magnetic intermediate layer /
A dual spin-valve thin-film element having three first fixed magnetic layers and an antiferromagnetic layer laminated on one first fixed magnetic layer and under the other first fixed magnetic layer. When one of the two free magnetic layers is a first free magnetic layer and the other free magnetic layer is a second free magnetic layer, the first free magnetic layer is divided into two layers. (Magnetic film thickness of magnetic layer / magnetic film thickness of second free magnetic layer) is preferably in the range of 0.56 to 0.83 or 1.25 to 5, more preferably 0 to 5. .6
It is in the range of 1 to 0.83, or 1.25 to 2.1.

【0015】また本発明では、第1の固定磁性層と第2
の固定磁性層との間に介在する非磁性中間層は、Ru、
Rh、Ir、Cr、Re、Cuのうち1種あるいは2種
以上の合金で形成されていることが好ましい。
Further, according to the present invention, the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer
The non-magnetic intermediate layer interposed between the pinned magnetic layer and Ru is Ru,
It is preferable to be formed of one or more alloys of Rh, Ir, Cr, Re, and Cu.

【0016】さらに本発明では、前記スピンバルブ型薄
膜素子は、フリー磁性層よりも下側に反強磁性層を有
し、この反強磁性層と接して形成された第1の固定磁性
層と、非磁性導電層と接して形成された第2の固定磁性
層との間に介在する非磁性中間層の膜厚は、3.6〜
9.6オングストロームの範囲内であることが好まし
く、より好ましくは、4.0〜9.4オングストローム
の範囲内である。あるいは、フリー磁性層よりも上側に
反強磁性層を有し、この反強磁性層と接して形成された
第1の固定磁性層と、非磁性導電層に接して形成された
第2の固定磁性層との間に介在する非磁性中間層の膜厚
は、2.5〜6.4オングストローム、あるいは6.6
〜10.7オングストロームの範囲内であることが好ま
しく、より好ましくは、2.8〜6.2オングストロー
ム、あるいは6.8〜10.3オングストロームの範囲
内である。また本発明では、前記反強磁性層は、PtM
n合金で形成されていることが好ましい。
Further, according to the present invention, the spin-valve thin film element has an antiferromagnetic layer below the free magnetic layer, and a first fixed magnetic layer formed in contact with the antiferromagnetic layer. The thickness of the nonmagnetic intermediate layer interposed between the nonmagnetic conductive layer and the second pinned magnetic layer formed in contact with the nonmagnetic conductive layer is 3.6 to
It is preferably in the range of 9.6 angstroms, more preferably in the range of 4.0-9.4 angstroms. Alternatively, an antiferromagnetic layer is provided above the free magnetic layer, and a first fixed magnetic layer formed in contact with the antiferromagnetic layer and a second fixed magnetic layer formed in contact with the nonmagnetic conductive layer The thickness of the nonmagnetic intermediate layer interposed between the magnetic layer and the nonmagnetic intermediate layer is 2.5 to 6.4 angstroms, or 6.6.
It is preferably in the range of 〜10.7 Å, more preferably in the range of 2.8.6.2 Å or 6.8610.3 Å. In the present invention, the antiferromagnetic layer is made of PtM
Preferably, it is formed of an n alloy.

【0017】また本発明では、前記反強磁性層は、X―
Mn(ただしXは、Pd,Ir,Rh,Ruのいずれか
1種または2種以上の元素である)、あるいは、Pt―
Mn―X′(ただしX′は、Pd,Ir,Rh,Ru,
Au,Agのいずれか1種または2種以上の元素であ
る)で形成されていてもよい。
In the present invention, the antiferromagnetic layer may have
Mn (where X is one or more of Pd, Ir, Rh, and Ru) or Pt-
Mn-X '(where X' is Pd, Ir, Rh, Ru,
Au, Ag, or one or more elements).

【0018】本発明では、前記スピンバルブ型薄膜素子
は、反強磁性層、第1の固定磁性層、非磁性中間層、第
2の固定磁性層、非磁性導電層、及びフリー磁性層が1
層ずつ形成されたシングルスピンバルブ型薄膜素子であ
り、前記反強磁性層の膜厚は、90〜200オングスト
ロームの範囲内であることが好ましく、より好ましく
は、前記反強磁性層の膜厚は、100〜200オングス
トロームの範囲内である。
According to the present invention, the spin-valve thin film element comprises one of an antiferromagnetic layer, a first fixed magnetic layer, a nonmagnetic intermediate layer, a second fixed magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, and a free magnetic layer.
A single spin-valve thin film element formed layer by layer, wherein the thickness of the antiferromagnetic layer is preferably in the range of 90 to 200 Å, more preferably the thickness of the antiferromagnetic layer is , 100-200 angstroms.

【0019】あるいは、前記スピンバルブ型薄膜素子
は、フリー磁性層を中心にしてその上下に積層された非
磁性導電層と、一方の前記非磁性導電層の上及び他方の
非磁性導電層の下に積層された第2の固定磁性層/非磁
性中間層/第1の固定磁性層の3層と、一方の第1の固
定磁性層の上及び他方の第1の固定磁性層の下に積層さ
れた反強磁性層とを有するデュアルスピンバルブ型薄膜
素子であり、前記反強磁性層の膜厚は、100〜200
オングストロームの範囲内であることが好ましく、より
好ましくは、110〜200オングストロームの範囲内
である。また前述した第1のフリー磁性層と第2のフリ
ー磁性層との間に介在する非磁性中間層は、Ru、R
h、Ir、Cr、Re、Cuのうち1種あるいは2種以
上の合金で形成されていることが好ましい。前記非磁性
中間層の膜厚は、5.5〜10.0オングストロームの
範囲内であることが好ましく、より好ましくは、5.9
〜9.4オングストロームの範囲内である。
Alternatively, the spin-valve thin-film element may include a nonmagnetic conductive layer laminated above and below a free magnetic layer, and a layer above one nonmagnetic layer and a layer below the other nonmagnetic layer. Three layers of a second pinned magnetic layer / a non-magnetic intermediate layer / a first pinned magnetic layer, and a layer stacked on one first pinned magnetic layer and under the other first pinned magnetic layer. A dual spin-valve thin-film element having an antiferromagnetic layer formed thereon, wherein the antiferromagnetic layer has a thickness of 100 to 200.
It is preferably in the range of Angstroms, more preferably in the range of 110 to 200 Angstroms. The non-magnetic intermediate layer interposed between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer described above is Ru, R
Preferably, it is formed of one or more alloys of h, Ir, Cr, Re, and Cu. The thickness of the non-magnetic intermediate layer is preferably in the range of 5.5 to 10.0 angstroms, and more preferably 5.9.
99.4 Å.

【0020】さらに本発明における薄膜磁気ヘッドは、
前述したスピンバルブ型薄膜素子の上下に、ギャップ層
を介してシールド層が形成されていることを特徴とする
ものである。本発明では、スピンバルブ型薄膜素子を構
成する固定磁性層が、2層に分断されており、2層に分
断された固定磁性層の間に非磁性中間層が形成されてい
る。この分断された2層の固定磁性層の磁化は、反平行
状態に磁化されており、しかも一方の固定磁性層の磁気
モーメント(磁気的膜厚)の大きさと、他方の固定磁性
層の磁気モーメントの大きさとが異なる、いわゆるフェ
リ状態となっている。2層の固定磁性層間に発生する交
換結合磁界(RKKY相互作用)は、1000(Oe)
から5000(Oe)と非常に大きいため、2層の固定
磁性層は非常に安定した状態で反平行に磁化された状態
となっている。
Further, the thin film magnetic head according to the present invention comprises:
A shield layer is formed above and below the above-mentioned spin-valve thin film element with a gap layer interposed therebetween. In the present invention, the fixed magnetic layer constituting the spin-valve thin film element is divided into two layers, and a non-magnetic intermediate layer is formed between the fixed magnetic layers divided into two layers. The magnetizations of the separated two pinned magnetic layers are magnetized in an antiparallel state, and the magnitude of the magnetic moment (magnetic film thickness) of one pinned magnetic layer and the magnetic moment of the other pinned magnetic layer Is a so-called ferry state. The exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) generated between the two fixed magnetic layers is 1000 (Oe).
To 5000 (Oe), the two pinned magnetic layers are magnetized in an anti-parallel state in a very stable state.

【0021】ところで反平行(フェリ状態)に磁化され
た一方の固定磁性層は、反強磁性層に接して形成されて
おり、この反強磁性層に接する側の固定磁性層(以下、
第1の固定磁性層と称す)は、前記反強磁性層との界面
で発生する交換結合磁界(交換異方性磁界)によって、
例えば記録媒体との対向面から離れる方向(ハイト方
向)に磁化が固定される。これにより、前記第1の固定
磁性層と非磁性中間層を介して対向する固定磁性層(以
下、第2の固定磁性層と称す)の磁化は、前記第1の固
定磁性層の磁化と反平行の状態で固定される。
The one fixed magnetic layer magnetized in the antiparallel (ferri state) is formed in contact with the antiferromagnetic layer.
The first fixed magnetic layer) is formed by an exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) generated at the interface with the antiferromagnetic layer.
For example, the magnetization is fixed in a direction (height direction) away from the surface facing the recording medium. Thereby, the magnetization of the fixed magnetic layer (hereinafter, referred to as the second fixed magnetic layer) facing the first fixed magnetic layer via the nonmagnetic intermediate layer is opposite to the magnetization of the first fixed magnetic layer. It is fixed in a parallel state.

【0022】従来では、反強磁性層と固定磁性層との2
層で形成していた部分を、本発明では、反強磁性層/第
1の固定磁性層/非磁性中間層/第2の固定磁性層の4
層で形成することによって、第1の固定磁性層と第2の
固定磁性層の磁化状態を外部磁界に対し非常に安定した
状態に保つことが可能となるが、より前記第1の固定磁
性層と第2の固定磁性層の磁化の安定性を向上させるに
は、様々な条件を必要とする。
Conventionally, two layers of an antiferromagnetic layer and a pinned magnetic layer
In the present invention, the portion formed by the layers is replaced by the four layers of the antiferromagnetic layer / first fixed magnetic layer / nonmagnetic intermediate layer / second fixed magnetic layer.
Although the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer can be kept in a very stable magnetization state with respect to an external magnetic field by forming the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer, the first pinned magnetic layer Various conditions are required to improve the stability of magnetization of the second pinned magnetic layer.

【0023】まず第1に反強磁性層と第1の固定磁性層
との界面で発生する交換結合磁界(交換異方性磁界)を
大きくすることである。前述したように反強磁性層との
界面で発生する交換結合磁界(交換異方性磁界)によっ
て第1の固定磁性層の磁化は、ある一定方向に固定され
るが、この交換結合磁界が弱いと、第1の固定磁性層の
固定磁化が安定せず、外部磁界などにより変動しやすく
なってしまう。このため反強磁性層との界面で発生する
交換結合磁界(交換異方性磁界)は大きいことが好まし
く、本発明では、第1の固定磁性層との界面で大きい交
換結合磁界を得ることができる反強磁性層としてPtM
n合金を提示することができる。またPtMn合金に代
えて、X―Mn(XはPd,Ir,Rh,Ru)合金や
Pt―Mn―X′(X′は、Pd,Ir,Rh,Ru,
Au,Ag)合金を使用してもよい。
First, the exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) generated at the interface between the antiferromagnetic layer and the first pinned magnetic layer is to be increased. As described above, the magnetization of the first pinned magnetic layer is fixed in a certain direction by the exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) generated at the interface with the antiferromagnetic layer, but the exchange coupling magnetic field is weak. Then, the fixed magnetization of the first fixed magnetic layer is not stable, and is likely to fluctuate due to an external magnetic field or the like. For this reason, it is preferable that the exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) generated at the interface with the antiferromagnetic layer is large. PtM as a possible antiferromagnetic layer
An n alloy can be presented. In place of the PtMn alloy, an X—Mn (X is Pd, Ir, Rh, Ru) alloy or a Pt—Mn—X ′ (X ′ is Pd, Ir, Rh, Ru,
Au, Ag) alloys may be used.

【0024】これら反強磁性材料は、従来から反強磁性
材料として使用されているNiO、FeMn合金やNi
Mn合金などに比べて、交換結合磁界が大きく、またブ
ロッキング温度が高く、さらに耐食性に優れているな
ど、反強磁性材料として優れた特性を有している。
These antiferromagnetic materials include NiO, FeMn alloy and Ni, which are conventionally used as antiferromagnetic materials.
It has excellent properties as an antiferromagnetic material, such as a large exchange coupling magnetic field, a high blocking temperature, and excellent corrosion resistance, as compared with a Mn alloy or the like.

【0025】図26は、反強磁性層にPtMn合金を使
用し、固定磁性層を非磁性中間層を介して第1の固定磁
性層と第2の固定磁性層の2層に分断した本発明におけ
るスピンバルブ型薄膜素子と、固定磁性層を単層で形成
した従来におけるスピンバルブ型薄膜素子とのR―H曲
線である。
FIG. 26 shows the present invention in which a PtMn alloy is used for the antiferromagnetic layer, and the fixed magnetic layer is divided into two layers, a first fixed magnetic layer and a second fixed magnetic layer, via a nonmagnetic intermediate layer. 7 is an RH curve of the spin-valve thin-film element of FIG. 7 and a conventional spin-valve thin-film element in which a fixed magnetic layer is formed as a single layer.

【0026】本発明におけるスピンバルブ型薄膜素子の
膜構成は、下から、Si基板/アルミナ/Ta(30)
/反強磁性層;PtMn(200)/第1の固定磁性
層;Co(25)/非磁性中間層;Ru(7)/第2の
固定磁性層;Co(20)/Cu(20)/Co(1
0)/NiFe(40)/Ta(30)であり、従来に
おけるスピンバルブ型薄膜素子の膜構成は、下から、S
i基板/アルミナ/Ta(30)/反強磁性層;PtM
n(300)/固定磁性層;Co(25)/Cu(2
0)/Co(10)/NiFe(40)/Ta(30)
である。なお括弧内の数値は膜厚を示しており、単位は
オングストロームである。なお本発明及び従来における
スピンバルブ型薄膜素子共に、成膜後、200(Oe)
の磁場を印加しながら、260℃で4時間の熱処理を施
した。
The film configuration of the spin-valve thin film element according to the present invention is as follows: from the bottom, Si substrate / alumina / Ta (30)
/ Antiferromagnetic layer; PtMn (200) / first fixed magnetic layer; Co (25) / nonmagnetic intermediate layer; Ru (7) / second fixed magnetic layer; Co (20) / Cu (20) / Co (1
0) / NiFe (40) / Ta (30), and the film configuration of the conventional spin-valve thin film element is S
i substrate / alumina / Ta (30) / antiferromagnetic layer; PtM
n (300) / pinned magnetic layer; Co (25) / Cu (2
0) / Co (10) / NiFe (40) / Ta (30)
It is. The numerical value in parentheses indicates the film thickness, and the unit is angstrom. Note that both the spin valve type thin film element of the present invention and the conventional spin valve type thin film element have a thickness of 200 (Oe) after film formation.
While applying a magnetic field of 260 ° C. for 4 hours.

【0027】図26に示すように、本発明におけるスピ
ンバルブ型薄膜素子のΔMR(抵抗変化率)は、最大値
で7〜8%の間であり、負の外部磁界を与えることによ
り、前記ΔMRは低下していくが、従来におけるスピン
バルブ型薄膜素子のΔMRの落ち方に比べて、本発明に
おけるΔMRの落ち方は緩やかであることがわかる。こ
こで本発明では、ΔMRの最大値の半分の値になる時の
外部磁界の大きさをスピンバルブ型薄膜素子が発生する
交換結合磁界(Hex)と定める。
As shown in FIG. 26, the ΔMR (resistance change rate) of the spin-valve type thin film element according to the present invention is between 7% and 8% at the maximum value. It can be seen that the decrease in ΔMR in the present invention is more gradual than that in the conventional spin-valve thin film element. Here, in the present invention, the magnitude of the external magnetic field when the value of ΔMR is half of the maximum value is defined as the exchange coupling magnetic field (Hex) generated by the spin-valve thin film element.

【0028】図26に示すように、従来におけるスピン
バルブ型薄膜素子では、最大ΔMRが、約8%であり、
前記ΔMRが半分になるときの外部磁界(交換結合磁界
(Hex))は、絶対値で約900(Oe)であること
がわかる。これに対し、本発明におけるスピンバルブ型
薄膜素子では、最大ΔMRが、約7.5%であり、従来
に比べて若干低下するものの、前記ΔMRが半分になる
ときの外部磁界(交換結合磁界(Hex))は、絶対値
で約2800(Oe)であり、従来に比べて非常に大き
くなることがわかる。
As shown in FIG. 26, in the conventional spin-valve thin film element, the maximum ΔMR is about 8%,
It can be seen that the external magnetic field (exchange coupling magnetic field (Hex)) when ΔMR is halved is about 900 (Oe) in absolute value. On the other hand, in the spin-valve type thin film element of the present invention, the maximum ΔMR is about 7.5%, which is slightly lower than the conventional one, but the external magnetic field (exchange coupling magnetic field ( Hex)) is about 2800 (Oe) in absolute value, which is much larger than the conventional value.

【0029】このように、固定磁性層を2層に分断した
本発明におけるスピンバルブ型薄膜素子にあっては、固
定磁性層を1層で形成した従来のスピンバルブ型薄膜素
子に比べて、交換結合磁界(Hex)を飛躍的に大きく
でき、固定磁性層の磁化の安定性を従来に比べて向上で
きることがわかる。またΔMRについても本発明では従
来に比べてあまり低下せず、高いΔMRを保つことがで
きることがわかる。
As described above, in the spin-valve thin film element of the present invention in which the fixed magnetic layer is divided into two layers, the spin-valve thin-film element in which the fixed magnetic layer is formed in one layer is more exchangeable. It can be seen that the coupling magnetic field (Hex) can be greatly increased, and the stability of the magnetization of the fixed magnetic layer can be improved as compared with the related art. Further, it can be seen that ΔMR does not decrease much in the present invention as compared with the related art, and a high ΔMR can be maintained.

【0030】次に図27は、4種類のスピンバルブ型薄
膜素子を使用して、環境温度と交換結合磁界との関係を
示すグラフである。まず使用する1種目のスピンバルブ
型薄膜素子は、反強磁性層にPtMn合金を用い、固定
磁性層を2層に分断した本発明におけるスピンバルブ型
薄膜素子であり、膜構成としては、下から、Si基板/
アルミナ/Ta(30)/反強磁性層;PtMn(20
0)/第1の固定磁性層;Co(25)/非磁性中間
層;Ru(7)/第2の固定磁性層;Co(20)/C
u(20)/Co(10)/NiFe(70)/Ta
(30)である。
FIG. 27 is a graph showing the relationship between the ambient temperature and the exchange coupling magnetic field using four types of spin-valve thin film elements. The first type of spin-valve thin-film element used is a spin-valve thin-film element of the present invention in which a PtMn alloy is used for the antiferromagnetic layer and the fixed magnetic layer is divided into two layers. , Si substrate /
Alumina / Ta (30) / antiferromagnetic layer; PtMn (20
0) / first fixed magnetic layer; Co (25) / non-magnetic intermediate layer; Ru (7) / second fixed magnetic layer; Co (20) / C
u (20) / Co (10) / NiFe (70) / Ta
(30).

【0031】2種類目は、反強磁性層にPtMn合金を
使用し、固定磁性層を単層で形成した従来例1であり、
膜構成としては、下から、Si基板/アルミナ/Ta
(30)/反強磁性層;PtMn(300)/固定磁性
層;Co(25)/Cu(25)/Co(10)/Ni
Fe(70)/Ta(30)である。
The second type is a conventional example 1 in which a PtMn alloy is used for the antiferromagnetic layer and the fixed magnetic layer is formed as a single layer.
As the film configuration, from the bottom, a Si substrate / alumina / Ta
(30) / antiferromagnetic layer; PtMn (300) / pinned magnetic layer; Co (25) / Cu (25) / Co (10) / Ni
Fe (70) / Ta (30).

【0032】3種類目は、反強磁性層にNiOを使用
し、固定磁性層を単層で形成した従来例2であり、膜構
成としては、下から、Si基板/アルミナ/反強磁性
層;NiO(500)/固定磁性層;Co(25)/C
u(25)/Co(10)/NiFe(70)/Ta
(30)である。
The third type is Conventional Example 2 in which NiO is used for the antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer is formed as a single layer. NiO (500) / fixed magnetic layer; Co (25) / C
u (25) / Co (10) / NiFe (70) / Ta
(30).

【0033】4種類目は、反強磁性層にFeMn合金を
使用し、固定磁性層を単層で形成した従来例3であり、
膜構成としては、下から、Si基板/アルミナ/Ta
(30)/NiFe(70)/Co(10)/Cu(2
5)/固定磁性層;Co(25)/反強磁性層;FeM
n(150)/Ta(30)である。なお、上述した4
種類全ての膜構成の括弧内の数値は膜厚を示しており、
単位はオングストロームである。
The fourth type is Conventional Example 3 in which an FeMn alloy is used for the antiferromagnetic layer and the fixed magnetic layer is formed as a single layer.
As the film configuration, from the bottom, a Si substrate / alumina / Ta
(30) / NiFe (70) / Co (10) / Cu (2
5) / pinned magnetic layer; Co (25) / antiferromagnetic layer; FeM
n (150) / Ta (30). Note that the above 4
Numerical values in parentheses for all types of film configurations indicate film thickness,
The unit is angstrom.

【0034】また反強磁性層にPtMnを用いた本発明
及び従来例1では、成膜後、200(Oe)の磁場を印
加しながら260℃で4時間の熱処理を施している。ま
た、反強磁性層にNiO、FeMnを使用した従来例
2,3では成膜後、熱処理を施していない。
In the present invention and the conventional example 1 using PtMn for the antiferromagnetic layer, the film is subjected to a heat treatment at 260 ° C. for 4 hours while applying a magnetic field of 200 (Oe). In the conventional examples 2 and 3 using NiO and FeMn for the antiferromagnetic layer, no heat treatment was performed after the film formation.

【0035】図27に示すように本発明におけるスピン
バルブ型薄膜素子では、環境温度が約20℃のとき交換
結合磁界(Hex)は約2500(Oe)と非常に高く
なっていることがわかる。これに対し、反強磁性層にN
iOを用いた従来例2、及び反強磁性層にFeMnを用
いた従来例3では、環境温度が約20℃でも交換結合磁
界(Hex)が約500(Oe)以下と低くなってい
る。また反強磁性層にPtMnを用い、固定磁性層を単
層で形成した従来例1にあっては、環境温度が約20℃
で1000(Oe)程度の交換結合磁界を発生してお
り、反強磁性層にNiO(従来例2)、FeMn(従来
例3)を用いるよりも、より大きな交換結合磁界を得ら
れることがわかる。
As shown in FIG. 27, in the spin-valve thin film element of the present invention, when the ambient temperature is about 20 ° C., the exchange coupling magnetic field (Hex) is very high, about 2500 (Oe). On the other hand, N
In the conventional example 2 using iO and the conventional example 3 using FeMn for the antiferromagnetic layer, the exchange coupling magnetic field (Hex) is as low as about 500 (Oe) or less even at an ambient temperature of about 20 ° C. Further, in the conventional example 1 in which PtMn is used for the antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer is formed as a single layer, the ambient temperature is about 20 ° C.
, An exchange coupling magnetic field of about 1000 (Oe) is generated, and it can be seen that a larger exchange coupling magnetic field can be obtained than when NiO (Conventional Example 2) and FeMn (Conventional Example 3) are used for the antiferromagnetic layer. .

【0036】特開平9―16920号公報では、反強磁
性層にNiOを使用し、固定磁性層を非磁性中間層を介
して2層で形成したスピンバルブ型薄膜素子のR―H曲
線が図8に示されている。公報の図8によれば、600
(Oe)の交換結合磁界(Hex)を得られるとしてい
るが、この数値は、反強磁性層にPtMnを使用し、固
定磁性層を単層で形成した場合の交換結合磁界(約10
00(Oe);従来例1)に比べて低いことがわかる。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-16920 discloses an RH curve of a spin-valve type thin film element in which NiO is used for an antiferromagnetic layer and a fixed magnetic layer is formed of two layers via a nonmagnetic intermediate layer. It is shown in FIG. According to FIG.
It is stated that the exchange coupling magnetic field (Hex) of (Oe) can be obtained, but this value is based on the exchange coupling magnetic field (approximately 10
00 (Oe): lower than that of the conventional example 1).

【0037】すなわち、反強磁性層にNiOを使用した
場合にあっては、固定磁性層を2層に分断し、前記2層
の固定磁性層の磁化をフェリ状態にしても、反強磁性層
にPtMnを使用し、且つ固定磁性層を単層で形成する
場合よりも、交換結合磁界は低くなってしまうため、反
強磁性層にPtMn合金を使用することが、より大きい
交換結合磁界を得ることができる点で好ましいとわか
る。
That is, when NiO is used for the antiferromagnetic layer, the pinned magnetic layer is divided into two layers, and the magnetization of the two fixed magnetic layers is changed to the ferrimagnetic state. Since the exchange coupling magnetic field is lower than when PtMn is used and the fixed magnetic layer is formed as a single layer, the use of a PtMn alloy for the antiferromagnetic layer provides a larger exchange coupling magnetic field. It is understood that this is preferable in that it can be performed.

【0038】また図27に示すように、反強磁性層にN
iOあるいはFeMn合金を使用した場合、環境温度が
約200℃になると、交換結合磁界は0(Oe)になっ
てしまうことがわかる。これは、前記NiO及びFeM
nのブロッキング温度が約200℃程度と低いためであ
る。これに対し反強磁性層にPtMn合金を使用した従
来例1では、環境温度が約400℃になって、交換結合
磁界が0(Oe)になっており、前記PtMn合金を使
用すると、固定磁性層の磁化状態を熱的に非常に安定し
た状態に保てることがわかる。
As shown in FIG. 27, the antiferromagnetic layer has N
It can be seen that when an iO or FeMn alloy is used, the exchange coupling magnetic field becomes 0 (Oe) when the environmental temperature reaches about 200 ° C. This is because the NiO and FeM
This is because the blocking temperature of n is as low as about 200 ° C. On the other hand, in the conventional example 1 in which the PtMn alloy is used for the antiferromagnetic layer, the environmental temperature is about 400 ° C. and the exchange coupling magnetic field is 0 (Oe). It can be seen that the magnetization state of the layer can be kept very thermally stable.

【0039】ブロッキング温度は反強磁性層として使用
される材質に支配されるので、図27に示す本発明にお
けるスピンバルブ型薄膜素子においても、約400℃に
なると、交換結合磁界は0(Oe)になると考えられる
が、本発明のように反強磁性層にPtMn合金を使用し
た場合では、NiOなどに比べ高いブロッキング温度を
得ることが可能であり、しかも固定磁性層を2層に分断
して前記2層の固定磁性層の磁化をフェリ状態にすれ
ば、ブロッキング温度に到達するまでの間に非常に大き
い交換結合磁界を得ることができ、前記2層の固定磁性
層の磁化状態を熱的に安定した状態に保つことが可能と
なる。
Since the blocking temperature is governed by the material used as the antiferromagnetic layer, even in the spin-valve thin film element of the present invention shown in FIG. However, when a PtMn alloy is used for the antiferromagnetic layer as in the present invention, a higher blocking temperature can be obtained as compared with NiO or the like, and the pinned magnetic layer is divided into two layers. If the magnetization of the two pinned magnetic layers is set to the ferrimagnetic state, a very large exchange coupling magnetic field can be obtained until the blocking temperature is reached, and the magnetization state of the two pinned magnetic layers is changed to a thermal state. It is possible to maintain a stable state.

【0040】また本発明では第1の固定磁性層と第2の
固定磁性層との間に形成されている非磁性中間層とし
て、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cuのうち1種あ
るいは2種以上を使用し、前記非磁性中間層の膜厚を、
反強磁性層がフリー磁性層よりも下側に形成される場合
と、上側に形成される場合とで変えており、適正な範囲
内の膜厚で前記非磁性中間層を形成することにより、交
換結合磁界(Hex)を大きくすることができる。なお
前記非磁性中間層の適切な膜厚値については、後でグラ
フを参照しながら詳述する。
In the present invention, the non-magnetic intermediate layer formed between the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer may be one of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, and Cu. Using two or more, the thickness of the non-magnetic intermediate layer,
The case where the antiferromagnetic layer is formed below the free magnetic layer and the case where it is formed above the free magnetic layer are different, and by forming the nonmagnetic intermediate layer with a film thickness in an appropriate range, The exchange coupling magnetic field (Hex) can be increased. The appropriate thickness of the non-magnetic intermediate layer will be described later in detail with reference to a graph.

【0041】さらに本発明によれば、固定磁性層を2層
に分断して形成すれば、PtMn合金などで形成される
反強磁性層の膜厚を薄くしても大きい交換結合磁界(H
ex)を得ることが可能であり、スピンバルブ型薄膜素
子の膜構成の中で最も厚い膜厚を有していた反強磁性層
を薄くできることで、前記スピンバルブ型薄膜素子全体
の総合膜厚を薄くできる。反強磁性層を薄く形成できる
ことで、前記スピンバルブ型薄膜素子の上下に形成され
るギャップ層の膜厚を、絶縁性を充分に保つことができ
る程度に厚くしても、スピンバルブ型薄膜素子の下側に
形成されたギャップ層から、スピンバルブ型薄膜素子の
上側に形成されたギャップ層までの距離、すなわちギャ
ップ長を短くでき、狭ギャップ化に対応することが可能
となっている。
Furthermore, according to the present invention, if the pinned magnetic layer is divided into two layers and formed, the exchange coupling magnetic field (H
ex) can be obtained, and the antiferromagnetic layer having the largest thickness in the film configuration of the spin-valve thin film element can be made thinner, so that the total thickness of the entire spin-valve thin film element can be reduced. Can be made thinner. Since the antiferromagnetic layer can be formed thin, even if the thickness of the gap layer formed above and below the spin-valve thin-film element is large enough to maintain sufficient insulation, the spin-valve thin-film element can be used. The distance from the gap layer formed on the lower side to the gap layer formed on the upper side of the spin-valve thin film element, that is, the gap length can be shortened, and the gap can be reduced.

【0042】ところで本発明のように、固定磁性層を、
非磁性中間層を介して第1の固定磁性層と第2の固定磁
性層の2層に分断した場合、前記第1の固定磁性層と第
2の固定磁性層の膜厚を同じ値で形成すると、交換結合
磁界(Hex)、及びΔMR(抵抗変化率)が極端に低
下することが実験によりわかった。第1の固定磁性層と
第2の固定磁性層との膜厚を同じ膜厚で形成すると、前
記第1の固定磁性層と第2の固定磁性層との磁化状態が
反平行(フェリ状態)になり難くなるためであると推測
され、前記第1の固定磁性層と第2の固定磁性層の磁化
状態が反平行状態でないために、フリー磁性層の変動磁
化との相対角度を適正に制御できなくなってしまう。
By the way, as in the present invention, the fixed magnetic layer
When the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer are separated into two layers via the non-magnetic intermediate layer, the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer have the same thickness. Then, it was found through experiments that the exchange coupling magnetic field (Hex) and ΔMR (rate of change in resistance) were extremely reduced. When the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer are formed to have the same thickness, the magnetization states of the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer are antiparallel (ferri state). It is presumed that this is because the magnetization states of the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer are not in the antiparallel state. I can no longer do it.

【0043】そこで本発明では、前記第1の固定磁性層
と第2の固定磁性層とを同じ膜厚で形成せず、異なる膜
厚で形成することによって、大きい交換結合磁界が得ら
れ、同時にΔMRを従来と同程度まで高くすることが可
能となっている。なお第1の固定磁性層と第2の固定磁
性層の膜厚比については、後でグラフを参照して詳述す
る。
Therefore, in the present invention, a large exchange coupling magnetic field can be obtained by forming the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer not with the same thickness but with different thicknesses. It is possible to increase ΔMR to the same level as before. The thickness ratio between the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer will be described later in detail with reference to a graph.

【0044】以上のように本発明では、固定磁性層を非
磁性中間層を介して第1の固定磁性層と第2の固定磁性
層の2層に分断し、さらに反強磁性層としてPtMn合
金など、前記第1の固定磁性層との界面で大きい交換結
合磁界(交換異方性磁界)を発揮する反強磁性材料を使
用することによって、スピンバルブ型薄膜素子全体の交
換結合磁界(Hex)を大きくすることができ、第1の
固定磁性層と、第2の固定磁性層の磁化を熱的に安定し
た反平行状態(フェリ状態)に保つことが可能となって
いる。
As described above, in the present invention, the pinned magnetic layer is divided into two layers of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer via the non-magnetic intermediate layer. By using an antiferromagnetic material exhibiting a large exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with the first pinned magnetic layer, the exchange coupling magnetic field (Hex) of the entire spin-valve thin film element can be increased. Can be increased, and the magnetizations of the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer can be maintained in a thermally stable anti-parallel state (ferri state).

【0045】本発明では、2層に分断された第1の固定
磁性層と第2の固定磁性層の膜厚比、非磁性中間層の材
質、及びその膜厚、または反強磁性層の膜厚などを適正
化することによって、よりスピンバルブ型薄膜素子全体
の交換結合磁界を大きくでき、且つ高いΔMRを得られ
るようにしている。
In the present invention, the film thickness ratio of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer divided into two layers, the material of the non-magnetic intermediate layer and its thickness, or the film of the antiferromagnetic layer By optimizing the thickness and the like, the exchange coupling magnetic field of the entire spin-valve thin film element can be increased, and a high ΔMR can be obtained.

【0046】本発明を適用できるスピンバルブ型薄膜素
子は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、及びフ
リー磁性層が1層ずつ形成された、いわゆるシングルス
ピンバルブ型薄膜素子であってもよいし、あるいは、フ
リー磁性層を中心にしてその上下に非磁性導電層、固定
磁性層、及び反強磁性層が形成された、いわゆるデュア
ルスピンバルブ型薄膜素子であってもよい。
The spin-valve thin film element to which the present invention can be applied is a so-called single spin-valve thin film element in which an antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, and a free magnetic layer are formed one by one. Alternatively, a so-called dual spin-valve thin film element in which a nonmagnetic conductive layer, a pinned magnetic layer, and an antiferromagnetic layer are formed above and below a free magnetic layer.

【0047】さらに本発明では、フリー磁性層が、固定
磁性層と同様に、非磁性中間層を介して2層に分断され
て形成されていてもよい。非磁性中間層を介して形成さ
れた第1のフリー磁性層と第2のフリー磁性層の磁化
は、前記第1のフリー磁性層と第2のフリー磁性層間に
発生する交換結合磁界(RKKY相互作用)によって、
反平行に磁化され、しかも固定磁性層(第1の固定磁性
層及び第2の固定磁性層)の磁化に対して交叉する方向
に揃えられている。
In the present invention, the free magnetic layer may be divided into two layers via a non-magnetic intermediate layer, similarly to the pinned magnetic layer. The magnetization of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer formed via the non-magnetic intermediate layer is determined by the exchange coupling magnetic field (RKKY mutual magnetic field) generated between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer. Action)
It is magnetized antiparallel and aligned in a direction crossing the magnetization of the fixed magnetic layers (the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer).

【0048】固定磁性層(第1の固定磁性層及び第2の
固定磁性層)の場合は、反強磁性層との交換結合磁界
(交換異方性磁界)によってある一定方向に磁化が固定
された状態となっているが、フリー磁性層の磁化は、外
部磁界によって自由に変動するようになっており、フリ
ー磁性層の磁化の変動が、前記固定磁性層の固定磁化の
方向との関係により電気抵抗が変化し、外部磁界の信号
を検出できるようになっている。
In the case of the fixed magnetic layers (the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer), the magnetization is fixed in a certain direction by the exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) with the antiferromagnetic layer. Although the magnetization of the free magnetic layer fluctuates freely due to an external magnetic field, the fluctuation of the magnetization of the free magnetic layer depends on the relationship with the direction of the fixed magnetization of the fixed magnetic layer. The electric resistance changes, and a signal of an external magnetic field can be detected.

【0049】本発明では、非磁性中間層を介して分断さ
れた第1のフリー磁性層の膜厚と第2のフリー磁性層の
膜厚との比、及び前記非磁性中間層の膜厚を適正化する
ことによって、第1の固定磁性層と第2の固定磁性層と
の反平行状態(フェリ状態)を熱的にも安定した状態に
保ち、従来と同程度の高いΔMRを得られるようにして
いる。なお前記第1のフリー磁性層及び第2のフリー磁
性層の膜厚比、及び非磁性中間層の膜厚値については、
後でグラフを参照しながら詳述する。
In the present invention, the ratio of the thickness of the first free magnetic layer to the thickness of the second free magnetic layer divided via the nonmagnetic intermediate layer, and the thickness of the nonmagnetic intermediate layer are By optimizing, the antiparallel state (ferri state) of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer is kept thermally stable, and a high ΔMR comparable to that of the related art can be obtained. I have to. The thickness ratio of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer and the thickness of the non-magnetic intermediate layer are as follows.
Details will be described later with reference to graphs.

【0050】[0050]

【発明の実施の形態】図1は本発明における第1の実施
形態のスピンバルブ型薄膜素子を模式図的に示した横断
面図、図2は図1のスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体
との対向面側から見た断面図である。このスピンバルブ
型薄膜素子の上下には、ギャップ層を介してシールド層
が形成されており、前記スピンバルブ型薄膜素子、ギャ
ップ層、及びシールド層で、再生用の薄膜磁気ヘッド
(MRヘッド)が構成されている。なお前記再生用の薄
膜磁気ヘッドの上に、記録用のインダクティブヘッドが
積層されていてもよい。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a spin-valve thin film element according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the spin-valve thin film element shown in FIG. 3 is a cross-sectional view as viewed from the facing surface side of FIG. A shield layer is formed above and below the spin-valve thin-film element via a gap layer. A thin-film magnetic head (MR head) for reproduction is formed by the spin-valve thin-film element, the gap layer and the shield layer. It is configured. Note that an inductive head for recording may be laminated on the thin-film magnetic head for reproduction.

【0051】前記薄膜磁気ヘッドは、ハードディスク装
置に設けられた浮上式スライダのトレーリング側端部な
どに設けられて、ハードディスクなどの記録磁界を検出
するものである。なお、ハードディスクなどの磁気記録
媒体の移動方向は図示Z方向であり、磁気記録媒体から
の洩れ磁界の方向はY方向である。
The thin-film magnetic head is provided at the trailing end of a floating slider provided in a hard disk device, and detects a recording magnetic field of a hard disk or the like. The moving direction of the magnetic recording medium such as a hard disk is the Z direction in the figure, and the direction of the leakage magnetic field from the magnetic recording medium is the Y direction.

【0052】図1,2に示すスピンバルブ型薄膜素子
は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、及びフリ
ー磁性層が一層ずつ形成された、いわゆるシングルスピ
ンバルブ型薄膜素子であり、最も下に形成された層は、
Taなどの非磁性材料で形成された下地層10である。
図1,2では前記下地層10の上に、反強磁性層11が
形成され、前記反強磁性層11の上に、第1の固定磁性
層12が形成されている。そして図1に示すように前記
第1の固定磁性層12の上には非磁性中間層13が形成
され、さらに前記非磁性中間層13の上に第2の固定磁
性層14が形成されている。前記第1の固定磁性層12
及び第2の固定磁性層14は、例えばCo膜、NiFe
合金、CoNiFe合金、CoFe合金などで形成され
ている。
The spin-valve thin-film element shown in FIGS. 1 and 2 is a so-called single-spin-valve thin-film element in which an antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, and a free magnetic layer are formed one by one. , The lowest layer formed is
The underlayer 10 is made of a non-magnetic material such as Ta.
1 and 2, an antiferromagnetic layer 11 is formed on the underlayer 10, and a first fixed magnetic layer 12 is formed on the antiferromagnetic layer 11. As shown in FIG. 1, a non-magnetic intermediate layer 13 is formed on the first fixed magnetic layer 12, and a second fixed magnetic layer 14 is formed on the non-magnetic intermediate layer 13. . The first fixed magnetic layer 12
The second pinned magnetic layer 14 is made of, for example, a Co film, NiFe
It is formed of an alloy, a CoNiFe alloy, a CoFe alloy, or the like.

【0053】また本発明では、前記反強磁性層11は、
PtMn合金で形成されていることが好ましい。PtM
n合金は、従来から反強磁性層として使用されているN
iMn合金やFeMn合金などに比べて耐食性に優れ、
しかもブロッキング温度が高く、交換結合磁界(交換異
方性磁界)も大きい。また本発明では、前記PtMn合
金に代えて、X―Mn(ただしXは、Pd,Ir,R
h,Ruのいずれか1種または2種以上の元素である)
合金、あるいは、Pt―Mn―X′(ただしX′は、P
d,Ir,Rh,Ru,Au,Agのいずれか1種また
は2種以上の元素である)合金で形成されていてもよ
い。
In the present invention, the antiferromagnetic layer 11
It is preferably formed of a PtMn alloy. PtM
The n alloy is an N alloy conventionally used as an antiferromagnetic layer.
Excellent corrosion resistance compared to iMn alloys and FeMn alloys, etc.
Moreover, the blocking temperature is high and the exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) is large. In the present invention, instead of the PtMn alloy, X—Mn (where X is Pd, Ir, R
h, or Ru is one or more elements)
Alloy or Pt-Mn-X '(where X' is P
d, Ir, Rh, Ru, Au, or Ag).

【0054】ところで図1に示す第1の固定磁性層12
及び第2の固定磁性層14に示されている矢印は、それ
ぞれの磁気モーメントの大きさ及びその方向を表してお
り、前記磁気モーメントの大きさは、飽和磁化(Ms)
と膜厚(t)とをかけた値で決定される。図1に示す第
1の固定磁性層12と第2の固定磁性層14とは同じ材
質、例えばCo膜で形成され、しかも第2の固定磁性層
14の膜厚tP2が、第1の固定磁性層12の膜厚tP1
りも大きく形成されているために、第2の固定磁性層1
4の方が第1の固定磁性層12に比べ磁気モーメントが
大きくなっている。なお、本発明では、第1の固定磁性
層12及び第2の固定磁性層14が異なる磁気モーメン
トを有することを必要としており、従って、第1の固定
磁性層12の膜厚t P1が第2の固定磁性層14の膜厚t
P2より厚く形成されていてもよい。
The first fixed magnetic layer 12 shown in FIG.
And the arrow shown on the second pinned magnetic layer 14
The magnitude and direction of each magnetic moment
The magnitude of the magnetic moment is the saturation magnetization (Ms)
And the film thickness (t). The first shown in FIG.
The first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14 are made of the same material.
Material, for example, a Co film, and a second pinned magnetic layer
14 film thickness tP2Is the thickness t of the first pinned magnetic layer 12P1Yo
The second pinned magnetic layer 1
4 has a higher magnetic moment than the first pinned magnetic layer 12.
It is getting bigger. In the present invention, the first fixed magnetic
The layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 have different magnetic moments.
Need to have a
Film thickness t of magnetic layer 12 P1Is the thickness t of the second pinned magnetic layer 14
P2It may be formed thicker.

【0055】図1に示すように第1の固定磁性層12は
図示Y方向、すなわち記録媒体から離れる方向(ハイト
方向)に磁化されており、非磁性中間層13を介して対
向する第2の固定磁性層14の磁化は前記第1の固定磁
性層12の磁化方向と反平行に磁化されている。第1の
固定磁性層12は、反強磁性層11に接して形成され、
磁場中アニール(熱処理)を施すことにより、前記第1
の固定磁性層12と反強磁性層11との界面にて交換結
合磁界(交換異方性磁界)が発生し、例えば図1に示す
ように、前記第1の固定磁性層12の磁化が、図示Y方
向に固定される。前記第1の固定磁性層12の磁化が、
図示Y方向に固定されると、非磁性中間層12を介して
対向する第2の固定磁性層14の磁化は、第1の固定磁
性層12の磁化と反平行の状態で固定される。
As shown in FIG. 1, the first fixed magnetic layer 12 is magnetized in the illustrated Y direction, that is, in the direction away from the recording medium (height direction), and the second fixed magnetic layer 12 is opposed to the second fixed magnetic layer 12 via the nonmagnetic intermediate layer 13. The magnetization of the fixed magnetic layer 14 is magnetized antiparallel to the magnetization direction of the first fixed magnetic layer 12. The first pinned magnetic layer 12 is formed in contact with the antiferromagnetic layer 11,
By performing annealing (heat treatment) in a magnetic field, the first
An exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) is generated at the interface between the pinned magnetic layer 12 and the antiferromagnetic layer 11. For example, as shown in FIG. It is fixed in the illustrated Y direction. The magnetization of the first pinned magnetic layer 12 is
When fixed in the Y direction in the figure, the magnetization of the second fixed magnetic layer 14 opposed via the nonmagnetic intermediate layer 12 is fixed in an antiparallel state to the magnetization of the first fixed magnetic layer 12.

【0056】本発明では、前記第1の固定磁性層12の
膜厚tP1と、第2の固定磁性層14の膜厚比tP2を適正
化しており、(第1の固定磁性層の膜厚tP1)/(第2
の固定磁性層の膜厚tP2)は、0.33〜0.95、あ
るいは1.05〜4の範囲内であることが好ましい。こ
の範囲内であれば交換結合磁界を大きくできるが、上記
範囲内においても第1の固定磁性層12と第2の固定磁
性層14との膜厚自体が厚くなると、交換結合磁界は低
下する傾向にあるため、本発明では、第1の固定磁性層
12と第2の固定磁性層14の膜厚を適正化している。
In the present invention, the thickness ratio t P1 of the first fixed magnetic layer 12 and the thickness ratio t P2 of the second fixed magnetic layer 14 are optimized. Thickness t P1 ) / (second
Thickness t P2) of the fixed magnetic layer is preferably in the range of 0.33 to 0.95, or from 1.05 to 4. Within this range, the exchange coupling magnetic field can be increased. However, even within the above range, when the film thickness of the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14 itself becomes large, the exchange coupling magnetic field tends to decrease. Therefore, in the present invention, the film thicknesses of the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14 are optimized.

【0057】本発明では、第1の固定磁性層12の膜厚
P1及び第2の固定磁性層14の膜厚tP2が10〜70
オングストロームの範囲内で、且つ第1の固定磁性層1
2の膜厚tP1から第2の固定磁性層14の膜厚tP2を引
いた絶対値が2オングストローム以上であることが好ま
しい。
[0057] In the present invention, the thickness t P2 of the first thickness of the pinned magnetic layer 12 t P1 and the second fixed magnetic layer 14 is 10 to 70
1 angstrom and the first fixed magnetic layer 1
Preferably, the absolute value obtained by subtracting the thickness t P2 of the second pinned magnetic layer 14 from the thickness t P1 of No. 2 is 2 Å or more.

【0058】上記範囲内で適正に膜厚比、及び膜厚を調
節すれば、少なくとも500(Oe)以上の交換結合磁
界(Hex)を得ることが可能である。ここで交換結合
磁界とは、最大ΔMR(抵抗変化率)の半分のΔMRと
なるときの外部磁界の大きさのことであり、前記交換結
合磁界(Hex)は、反強磁性層11と第1の固定磁性
層12との界面で発生する交換結合磁界(交換異方性磁
界)や第1の固定磁性層12と第2の固定磁性層14と
の間で発生する交換結合磁界(RKKY相互作用)など
のすべての磁界を含めた総合的なものである。
By properly adjusting the film thickness ratio and film thickness within the above range, it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field (Hex) of at least 500 (Oe) or more. Here, the exchange coupling magnetic field is the magnitude of the external magnetic field when ΔMR is half of the maximum ΔMR (rate of change in resistance), and the exchange coupling magnetic field (Hex) is equal to the antiferromagnetic layer 11 and the first magnetic field. Exchange magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) generated at the interface with the fixed magnetic layer 12 and the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) generated between the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14. ) Is a comprehensive one including all magnetic fields.

【0059】また本発明では、前記(第1の固定磁性層
の膜厚tP1)/(第2の固定磁性層の膜厚tP2)は、
0.53〜0.95、あるいは1.05〜1.8の範囲
内であることがより好ましい。また上記範囲内であっ
て、第1の固定磁性層12の膜厚tP1と第2の固定磁性
層14の膜厚tP2は共に10〜50オングストロームの
範囲内であり、しかも第1の固定磁性層12の膜厚tP1
から第2の固定磁性層14の膜厚tP2を引いた絶対値は
2オングストローム以上であることが好ましい。上記範
囲内で、第1の固定磁性層12と第2の固定磁性層14
の膜厚比、及び第1の固定磁性層12の膜厚tP1と第2
の固定磁性層14の膜厚tP2を適正に調節すれば、少な
くとも1000(Oe)以上の交換結合磁界を得ること
が可能である。また上記範囲内の、膜厚比及び膜厚であ
れば交換結合磁界(Hex)を大きくできると同時に、
ΔMR(抵抗変化率)も従来と同程度に高くすることが
可能である。
In the present invention, the (thickness t P1 of the first fixed magnetic layer) / (thickness t P2 of the second fixed magnetic layer) is given by
More preferably, it is in the range of 0.53 to 0.95, or 1.05 to 1.8. The A in the above range, the film thickness t P1 of the first pinned magnetic layer 12 has a thickness t P2 of the second pinned magnetic layer 14 are both within the range of 10 to 50 angstroms, yet the first fixed Thickness t P1 of magnetic layer 12
It is preferable that the absolute value obtained by subtracting the thickness t P2 of the second pinned magnetic layer 14 from the above is 2 Å or more. Within the above range, the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14
And the thickness t P1 of the first pinned magnetic layer 12 and the thickness
By properly adjusting the thickness t P2 of the fixed magnetic layer 14 described above, it is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of at least 1000 (Oe) or more. If the film thickness ratio and the film thickness are within the above ranges, the exchange coupling magnetic field (Hex) can be increased, and at the same time,
ΔMR (resistance change rate) can be increased to the same level as in the related art.

【0060】交換結合磁界が大きいほど、第1の固定磁
性層12の磁化と第2の固定磁性層14の磁化を安定し
て反平行状態に保つことが可能であり、特に本発明では
反強磁性層11としてブロッキング温度が高く、しかも
第1の固定磁性層12との界面で大きい交換結合磁界
(交換異方性磁界)を発生させるPtMn合金を使用す
ることで、前記第1の固定磁性層12及び第2の固定磁
性層14の磁化状態を熱的にも安定して保つことができ
る。
As the exchange coupling magnetic field increases, the magnetization of the first fixed magnetic layer 12 and the magnetization of the second fixed magnetic layer 14 can be more stably maintained in an antiparallel state. By using a PtMn alloy having a high blocking temperature and generating a large exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with the first fixed magnetic layer 12 as the magnetic layer 11, the first fixed magnetic layer The magnetization states of the 12 and the second pinned magnetic layers 14 can be kept thermally stable.

【0061】ところで、第1の固定磁性層12と第2の
固定磁性層14とが同じ材質で形成され、しかも前記第
1の固定磁性層12と第2の固定磁性層14との膜厚が
同じ値であると、交換結合磁界(Hex)及びΔMRは
極端に低下することが実験により確認されている。これ
は、第1の固定磁性層12のMs・tP1(磁気モーメン
ト)と、第2の固定磁性層14のMs・tP2(磁気モー
メント)とが同じ値である場合、前記第1の固定磁性層
12の磁化と第2の固定磁性層14の磁化とが反平行状
態にならず、前記磁化の方向分散量(様々な方向に向い
ている磁気モーメント量)が多くなることにより、後述
するフリー磁性層16の磁化との相対角度を適正に制御
できないからである。
The first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 are formed of the same material, and the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 have the same thickness. It has been experimentally confirmed that when the values are the same, the exchange coupling magnetic field (Hex) and ΔMR extremely decrease. This is the Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer 12 (magnetic moment), when the Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer 14 (magnetic moment) are the same value, the first fixed The magnetization of the magnetic layer 12 and the magnetization of the second pinned magnetic layer 14 do not become antiparallel, and the amount of directional dispersion of the magnetization (the amount of magnetic moment in various directions) increases, which will be described later. This is because the relative angle to the magnetization of the free magnetic layer 16 cannot be properly controlled.

【0062】こうした問題を解決するためには、第1に
第1の固定磁性層12と、第2の固定磁性層14のMs
・tを異なる値にすること、すなわち第1の固定磁性層
12と第2の固定磁性層14とが同じ材質で形成される
場合には、前記第1の固定磁性層12と第2の固定磁性
層14を異なる膜厚で形成する必要がある。
In order to solve such a problem, first, the Ms of the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer
When t is set to a different value, that is, when the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14 are formed of the same material, the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer It is necessary to form the magnetic layers 14 with different thicknesses.

【0063】本発明では、前述したように、第1の固定
磁性層12と、第2の固定磁性層14の膜厚比を適正化
しているが、その膜厚比の中で、前記第1の固定磁性層
12の膜厚tP1と第2の固定磁性層14の膜厚tP2とが
ほぼ同じ値になる場合、具体的には、0.95〜1.0
5の範囲内の膜厚比を適正な範囲から除外している。
In the present invention, as described above, the thickness ratio between the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14 is optimized. If the film thickness t P1 of the fixed magnetic layer 12 and the thickness t P2 of the second pinned magnetic layer 14 is approximately the same value, specifically, 0.95 to 1.0
The film thickness ratio in the range of 5 is excluded from the appropriate range.

【0064】次に、本発明のように、反強磁性層11に
PtMn合金など、成膜後に磁場中アニール(熱処理)
を施すことにより、第1の固定磁性層12との界面で交
換結合磁界(交換異方性磁界)を発生させる反強磁性材
料を使用した場合には、第1の固定磁性層12と第2の
固定磁性層14のMs・tを異なる値に設定しても、熱
処理中の印加磁場の方向、及びその大きさを適正に制御
しないと、第1の固定磁性層12の磁化及び第2の固定
磁性層14の磁化に方向分散量が多くなったり、あるい
は前記磁化を向けたい方向に適正に制御できない。
Next, as in the present invention, a PtMn alloy or the like is formed on the antiferromagnetic layer 11 and then annealed in a magnetic field (heat treatment) after film formation.
In the case where an antiferromagnetic material that generates an exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with the first fixed magnetic layer 12 is used, the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer Even if Ms · t of the fixed magnetic layer 14 is set to a different value, unless the direction and magnitude of the applied magnetic field during the heat treatment are properly controlled, the magnetization of the first fixed magnetic layer 12 and the second The amount of directional dispersion in the magnetization of the pinned magnetic layer 14 increases, or the magnetization cannot be properly controlled in the direction in which the magnetization is desired.

【0065】[0065]

【表1】 表1では、第1の固定磁性層12のMs・tP1が、第2
の固定磁性層のMs・tP2よりも大きい場合に、熱処理
中の磁場の大きさ及びその方向を変えることによって、
第1の固定磁性層12及び第2の固定磁性層14の磁化
がどの方向に向くかを表している。
[Table 1] In Table 1, Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer 12 is the second
By changing the magnitude and direction of the magnetic field during the heat treatment when it is larger than Ms · t P2 of the fixed magnetic layer
It indicates in which direction the magnetizations of the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14 are directed.

【0066】表1の(1)では、熱処理中の磁場の方向
を図示左側に、100〜1k(Oe)与えている。この
場合、第1の固定磁性層12のMs・tP1の方が、第2
の固定磁性層14のMs・tP2よりも大きいために、支
配的な第1の固定磁性層12の磁化が、印加磁場方向に
ならって図示左方向に向き、第2の固定磁性層14の磁
化は、第1の固定磁性層12との交換結合磁界(RKK
Y相互作用)によって、反平行状態になろうとする。
In (1) of Table 1, the direction of the magnetic field during the heat treatment is given to the left side in the figure by 100 to 1 k (Oe). In this case, Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer 12 is larger than the second fixed magnetic layer 12 by the second value.
Is larger than Ms · t P2 of the fixed magnetic layer 14, the dominant magnetization of the first fixed magnetic layer 12 is directed leftward in the figure following the direction of the applied magnetic field. The magnetization is determined by the exchange coupling magnetic field (RKK) with the first pinned magnetic layer 12.
(Y-interaction) so as to be in an anti-parallel state.

【0067】表1の(2)では、右方向に100〜1k
(Oe)の磁場を印加すると、支配的な第1の固定磁性
層12の磁化が、印加磁場方向にならって右方向に向
き、第2の固定磁性層14の磁化は、第1の固定磁性層
12の磁化に対して反平行になる。
In (2) of Table 1, 100 to 1 k
When the magnetic field of (Oe) is applied, the dominant magnetization of the first fixed magnetic layer 12 is directed rightward following the direction of the applied magnetic field, and the magnetization of the second fixed magnetic layer 14 is changed to the first fixed magnetic layer. It is antiparallel to the magnetization of layer 12.

【0068】表1の(3)では、右方向に5k(Oe)
以上の磁場を与えると、まず支配的な第1の固定磁性層
12の磁化は、印加磁場方向にならって右方向に向く。
ところで、第1の固定磁性層12と第2の固定磁性層1
4との間に発生する交換結合磁界(RKKY相互作用)
は、1k(Oe)〜5k(Oe)程度であるので、5k
(Oe)以上の磁場が印加されると、第2の固定磁性層
14もその印加磁場方向、すなわち図示右方向に向く。
同様に、表1の(4)では左方向に5k(Oe)以上の
磁場を印加すると、第1の固定磁性層12及び第2の固
定磁性層14の磁化は共に、図示左方向に向く。
In (3) of Table 1, 5k (Oe)
When the above magnetic field is applied, first, the dominant magnetization of the first fixed magnetic layer 12 is directed rightward following the direction of the applied magnetic field.
By the way, the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 1
Exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) generated between
Is about 1 k (Oe) to 5 k (Oe), so
When a magnetic field of (Oe) or more is applied, the second pinned magnetic layer 14 also turns to the direction of the applied magnetic field, that is, to the right in the drawing.
Similarly, in (4) of Table 1, when a magnetic field of 5 k (Oe) or more is applied leftward, both the magnetizations of the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14 are directed leftward in the drawing.

【0069】[0069]

【表2】 表2では、第1の固定磁性層12のMs・tP1が、第2
の固定磁性層のMs・tP2も小さい場合に、熱処理中の
印加磁場の大きさ及びその方向を変えることによって、
第1の固定磁性層12及び第2の固定磁性層14の磁化
がどの方向に向くかを表している。
[Table 2] In Table 2, Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer 12 is the second
When Ms · t P2 of the fixed magnetic layer is also small, by changing the magnitude and direction of the applied magnetic field during the heat treatment,
It indicates in which direction the magnetizations of the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14 are directed.

【0070】表2の(1)では、図示左方向に100〜
1k(Oe)の磁場を与えると、Ms・tP2の大きい第
2の固定磁性層14の磁化が支配的になり、前記第2の
固定磁性層14の磁化が、印加磁場方向にならって、図
示左方向に向く。第1の固定磁性層12と第2の固定磁
性層14の間の交換結合(RKKY相互作用)によっ
て、前記第1の固定磁性層12の磁化は、前記第2の固
定磁性層14の磁化に対して反平行になる。同様に、表
2の(2)では、図示右方向に100〜1k(Oe)の
磁場を与えると、支配的な第2の固定磁性層14の磁化
が図示右方向に向き、第1の固定磁性層12の磁化は図
示左方向に向く。
In (1) of Table 2, 100 to
When a magnetic field of 1 k (Oe) is applied, the magnetization of the second fixed magnetic layer 14 having a large Ms · t P2 becomes dominant, and the magnetization of the second fixed magnetic layer 14 follows the direction of the applied magnetic field. Turn left in the figure. Due to the exchange coupling (RKKY interaction) between the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14, the magnetization of the first fixed magnetic layer 12 is changed to the magnetization of the second fixed magnetic layer 14. Antiparallel to the other. Similarly, in (2) of Table 2, when a magnetic field of 100 to 1 k (Oe) is applied in the right direction in the drawing, the dominant magnetization of the second fixed magnetic layer 14 is oriented rightward in the drawing, and the first fixed The magnetization of the magnetic layer 12 is directed leftward in the figure.

【0071】表2の(3)では、図示右方向に5k(O
e)以上の磁場を与えると、第1の固定磁性層12及び
第2の固定磁性層14の間の交換結合(RKKY相互作
用)以上の磁場が印加されることにより、前記第1の固
定磁性層12及び第2の固定磁性層14の磁化が共に、
図示右方向に向く。表2の(4)では、図示左方向に5
k(Oe)以上の磁場を印加されると、第1の固定磁性
層12及び第2の固定磁性層14の磁化が共に図示左方
向を向く。ここで、例えば第1の固定磁性層12の磁化
を図示右方向に向けようとする場合に、適正な熱処理中
の磁場方向及びその大きさは、表1における(2)
(3)及び表2における(1)(3)である。
In (2) of Table 2, 5k (O
e) When a magnetic field equal to or more than the above is applied, a magnetic field equal to or more than exchange coupling (RKKY interaction) between the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14 is applied, whereby the first fixed magnetic layer The magnetizations of the layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 are both
Turn right in the figure. In (4) of Table 2, 5
When a magnetic field of k (Oe) or more is applied, both the magnetizations of the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14 are directed to the left in the drawing. Here, for example, when the magnetization of the first pinned magnetic layer 12 is to be directed rightward in the drawing, the appropriate magnetic field direction during heat treatment and the magnitude thereof are shown in Table 1 in (2).
(3) and (1) and (3) in Table 2.

【0072】表1(2)(3)では共に、Ms・tP1
大きい第1の固定磁性層12の磁化は、熱処理中におけ
る右方向の印加磁場の影響を受けて、右方向に向き、こ
のとき、熱処理によって発生する反強磁性層11との界
面での交換結合磁界(交換異方性磁界)によって、前記
第1の固定磁性層12の磁化が右方向に固定される。表
1(3)では、5k(Oe)以上の磁場を取り除くと、
第2の固定磁性層14は、第1の固定磁性層12との間
に発生する交換結合磁界(RKKY相互作用)によっ
て、前記第2の固定磁性層14の磁化は反転し、左方向
に向く。
In both Tables 1 (2) and 3 (3), the magnetization of the first fixed magnetic layer 12 having a large Ms · t P1 is directed rightward under the influence of the rightward applied magnetic field during the heat treatment. At this time, the magnetization of the first fixed magnetic layer 12 is fixed to the right by an exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with the antiferromagnetic layer 11 generated by the heat treatment. In Table 1 (3), when the magnetic field of 5k (Oe) or more is removed,
The magnetization of the second pinned magnetic layer 14 is reversed by the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) generated between the second pinned magnetic layer 14 and the first pinned magnetic layer 12 and turns to the left. .

【0073】同様に表2(1)(3)では、右方向に向
けられた第1の固定磁性層12の磁化は、反強磁性層1
1との界面での交換結合磁界(交換異方性磁界)によっ
て、右方向に固定される。表2(3)では、5k(O
e)以上の磁場を取り除くと、第2の固定磁性層14
は、第1の固定磁性層12との間に発生する交換結合磁
界(RKKY相互作用)によって、前記第2の固定磁性
層14の磁化は反転し、左方向に固定される。
Similarly, in Tables 2 (1) and 3 (3), the magnetization of the first pinned magnetic layer 12 turned to the right
It is fixed to the right by an exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with 1. In Table 2 (3), 5k (O
e) When the above magnetic field is removed, the second pinned magnetic layer 14 is removed.
The magnetization of the second fixed magnetic layer 14 is reversed by an exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) generated between the first fixed magnetic layer 12 and the first fixed magnetic layer 12, and is fixed to the left.

【0074】ところで表1及び表2に示すように、熱処
理中に印加される磁場の大きさは、100〜1k(O
e)、あるいは5k(Oe)以上であり、1k(Oe)
〜5k(Oe)の範囲の磁場の大きさを適正な範囲から
外している。これは次のような理由による。磁場を与え
ることによって、Ms・tの大きい固定磁性層の磁化
は、その磁場方向に向こうとする。ところが、熱処理中
の磁場の大きさが1k(Oe)〜5k(Oe)の間であ
ると、Ms・tの小さい固定磁性層の磁化までが、磁場
の影響を強く受けて、その磁場方向に向こうとする。こ
のため、固定磁性層間に発生する交換結合磁界(RKK
Y相互作用)によって反平行になろうとする2層の固定
磁性層の磁化が、強い磁場の影響を受けて反平行にはな
らず、前記固定磁性層の磁化が、様々な方向に向こうと
する、いわゆる磁化分散量が多くなり、2層の固定磁性
層の磁化を適正に反平行状態に磁化することができなく
なる。従って、本発明では1k(Oe)〜5k(Oe)
の磁場の大きさを、適正な範囲から外している。なお熱
処理中の磁場の大きさを100(Oe)以上としたの
は、この程度の磁場を与えないと、Ms・tの大きい固
定磁性層の磁化を、その印加磁場方向に向けることがで
きないからである。
As shown in Tables 1 and 2, the magnitude of the magnetic field applied during the heat treatment is 100 to 1 k (O
e) or 5k (Oe) or more and 1k (Oe)
The magnitude of the magnetic field in the range of 55 k (Oe) is out of the proper range. This is for the following reasons. By applying a magnetic field, the magnetization of the fixed magnetic layer having a large Ms · t tends to move in the direction of the magnetic field. However, if the magnitude of the magnetic field during the heat treatment is between 1 k (Oe) and 5 k (Oe), even the magnetization of the fixed magnetic layer having a small Ms · t is strongly affected by the magnetic field, and I will go over. Therefore, the exchange coupling magnetic field (RKK) generated between the fixed magnetic layers
The magnetizations of the two fixed magnetic layers that are about to become antiparallel due to the Y interaction do not become antiparallel under the influence of the strong magnetic field, and the magnetizations of the fixed magnetic layers tend to go in various directions. In other words, the so-called magnetization dispersion increases, and the magnetization of the two fixed magnetic layers cannot be appropriately magnetized in an antiparallel state. Therefore, in the present invention, 1 k (Oe) to 5 k (Oe)
The magnitude of the magnetic field is out of the proper range. The reason why the magnitude of the magnetic field during the heat treatment is set to 100 (Oe) or more is that the magnetization of the fixed magnetic layer having a large Ms · t cannot be directed in the direction of the applied magnetic field unless a magnetic field of this magnitude is applied. It is.

【0075】なお上述した熱処理中の磁場の大きさ及び
その方向の制御方法は、熱処理を必要とする反強磁性層
11を使用した場合であれば、どのような反強磁性材料
を使用した場合であっても適用でき、例えば従来から反
強磁性層11として用いられているNiMn合金などを
使用した場合でも適用可能である。
The method of controlling the magnitude and the direction of the magnetic field during the heat treatment described above is applicable to any antiferromagnetic material as long as the antiferromagnetic layer 11 requiring heat treatment is used. This is applicable even when, for example, a NiMn alloy conventionally used as the antiferromagnetic layer 11 is used.

【0076】以上のように本発明では、第1の固定磁性
層12と第2の固定磁性層14との膜厚比を適正な範囲
内に収めることによって、交換結合磁界(Hex)を大
きくでき、第1の固定磁性層12と第2の固定磁性層1
4の磁化を、熱的にも安定した反平行状態(フェリ状
態)に保つことができ、しかもΔMR(抵抗変化率)を
従来と同程度に確保することが可能である。
As described above, according to the present invention, the exchange coupling magnetic field (Hex) can be increased by keeping the thickness ratio of the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14 within an appropriate range. , The first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 1
The magnetization of No. 4 can be maintained in an anti-parallel state (ferri state) that is thermally stable, and ΔMR (resistance change rate) can be ensured at about the same level as in the related art.

【0077】さらに熱処理中の磁場の大きさ及びその方
向を適正に制御することによって、第1の固定磁性層1
2及び第2の固定磁性層14の磁化方向を、得たい方向
に制御することが可能になる。
Further, by appropriately controlling the magnitude and direction of the magnetic field during the heat treatment, the first pinned magnetic layer 1
It is possible to control the magnetization directions of the second and second pinned magnetic layers 14 to the desired directions.

【0078】ところで前述したように磁気モーメント
(磁気的膜厚)は、飽和磁化Msと膜厚tとの積によっ
て求めることができ、例えば、バルク固体のNiFeで
あると、飽和磁化Msは、約1.0T(テスラ)であ
り、バルク固体のCoであると、飽和磁化Msは約1.
7Tであることが知られている。従って、前記NiFe
膜の膜厚が30オングストロームである場合、前記Ni
Fe膜の磁気的膜厚は、30オングストローム・テスラ
となる。外部から磁界を加えたときの強磁性膜の静磁エ
ネルギーは、磁気的膜厚と外部磁界との掛け合わせに比
例するため、磁気的膜厚の大きい強磁性膜と磁気的膜厚
の小さい強磁性膜が非磁性中間層を介してRKKY相互
作用によりフェリ状態になっている場合、磁気的膜厚の
大きい方の強磁性膜が、外部磁界の方向を向きやすくな
るわけである。
As described above, the magnetic moment (magnetic film thickness) can be determined by the product of the saturation magnetization Ms and the film thickness t. For example, in the case of bulk solid NiFe, the saturation magnetization Ms is about 1.0T (Tesla) and the bulk solid Co, the saturation magnetization Ms is about 1.
It is known to be 7T. Therefore, the NiFe
When the thickness of the film is 30 Å, the Ni
The magnetic film thickness of the Fe film is 30 Å / tesla. The magnetostatic energy of the ferromagnetic film when a magnetic field is applied from the outside is proportional to the product of the magnetic film thickness and the external magnetic field. When the magnetic film is in the ferri state due to the RKKY interaction via the non-magnetic intermediate layer, the ferromagnetic film having a larger magnetic film thickness tends to be directed to the direction of the external magnetic field.

【0079】しかしながら、タンタル(Ta)やルテニ
ウム(Ru)、銅(Cu)等の非磁性膜と積層接触した
強磁性膜の場合や、PtMn膜などの反強磁性層と積層
接触した強磁性膜の場合、非磁性膜原子や反強磁性膜原
子と強磁性膜原子(Ni,Fe,Co)が直接触れ合う
ため、非磁性膜や反強磁性膜との界面付近の強磁性膜の
飽和磁化Msが、バルク固体の飽和磁化Msよりも小さ
くなることが知られている。更に、強磁性膜と非磁性
膜、反強磁性層の積層多層膜に熱処理が施されると、前
記熱処理によって界面拡散が進行し、強磁性膜の飽和磁
化Msに膜厚方向の分布が生じることが知られている。
すなわち、非磁性膜や反強磁性層に近い場所の飽和磁化
Msは小さく、非磁性膜や反強磁性膜との界面から離れ
るに従って飽和磁化Msがバルク固体の飽和磁化Msに
近づくという現象である。
However, in the case of a ferromagnetic film in lamination contact with a nonmagnetic film such as tantalum (Ta), ruthenium (Ru), or copper (Cu), or in a ferromagnetic film in lamination contact with an antiferromagnetic layer such as a PtMn film. In the case of, since the nonmagnetic film atoms or antiferromagnetic film atoms and the ferromagnetic film atoms (Ni, Fe, Co) directly contact each other, the saturation magnetization Ms of the ferromagnetic film near the interface with the nonmagnetic film or antiferromagnetic film Is known to be smaller than the saturation magnetization Ms of the bulk solid. Further, when a heat treatment is applied to the laminated multilayer film including the ferromagnetic film, the non-magnetic film, and the antiferromagnetic layer, the heat treatment promotes interfacial diffusion, and a distribution in the thickness direction of the saturation magnetization Ms of the ferromagnetic film occurs. It is known.
That is, the saturation magnetization Ms near the nonmagnetic film or the antiferromagnetic layer is small, and the saturation magnetization Ms approaches the saturation magnetization Ms of the bulk solid as the distance from the interface with the nonmagnetic film or the antiferromagnetic film increases. .

【0080】非磁性膜や反強磁性層に近い場所の強磁性
膜の飽和磁化Msの減少は、非磁性膜の材料、反強磁性
層の材料、強磁性膜の材料や積層順序、熱処理温度等に
依存するため、正確には、それぞれの特定された条件に
おいて求めなければならないことになる。本発明におけ
る磁気的膜厚とは、非磁性膜や反強磁性層との熱拡散に
よって生じた飽和磁化Msの減少量も考慮して算出した
値である。
The decrease in the saturation magnetization Ms of the non-magnetic film or the ferromagnetic film near the anti-ferromagnetic layer depends on the material of the non-magnetic film, the material of the anti-ferromagnetic layer, the material and the stacking order of the ferromagnetic film, and the heat treatment temperature. To be precise, it must be determined under each specified condition. The magnetic film thickness in the present invention is a value calculated in consideration of the amount of decrease in the saturation magnetization Ms caused by thermal diffusion between the nonmagnetic film and the antiferromagnetic layer.

【0081】PtMn膜と強磁性膜との界面で交換結合
磁界を得るためには、熱処理によりPtMn膜と強磁性
膜との界面で拡散層を形成することが必要であるが、拡
散層の形成に伴う強磁性膜の飽和磁化Msの減少は、P
tMn膜と強磁性膜の積層順序に依存することになる。
In order to obtain an exchange coupling magnetic field at the interface between the PtMn film and the ferromagnetic film, it is necessary to form a diffusion layer at the interface between the PtMn film and the ferromagnetic film by heat treatment. The decrease in the saturation magnetization Ms of the ferromagnetic film due to
This depends on the stacking order of the tMn film and the ferromagnetic film.

【0082】特に図1に示すように、反強磁性層11が
フリー磁性層16よりも下側に形成されている場合にあ
っては、前記反強磁性層11と第1の固定磁性層12と
の界面に熱拡散層が発生しやすく、このため前記第1の
固定磁性層12の磁気的な膜厚は、実際の膜厚tP1に比
べて小さくなっている。しかし前記第1の固定磁性層1
2の磁気的な膜厚が小さくなりすぎると、第2の固定磁
性層14との磁気的膜厚(磁気モーメント)差が大きく
なりすぎ、前記第1の固定磁性層12に占める熱拡散層
の割合が増えることにより、交換結合磁界の低下につな
がるといった問題がある。
In particular, as shown in FIG. 1, when the antiferromagnetic layer 11 is formed below the free magnetic layer 16, the antiferromagnetic layer 11 and the first pinned magnetic layer 12 A thermal diffusion layer is easily generated at the interface with the first fixed magnetic layer 12, so that the magnetic thickness of the first fixed magnetic layer 12 is smaller than the actual thickness t P1 . However, the first fixed magnetic layer 1
If the magnetic film thickness of the second fixed magnetic layer 14 is too small, the difference in magnetic film thickness (magnetic moment) from the second pinned magnetic layer 14 becomes too large, and There is a problem that an increase in the ratio leads to a decrease in the exchange coupling magnetic field.

【0083】すなわち本発明のように、第1の固定磁性
層12との界面で交換結合磁界を発生されるために熱処
理を必要とする反強磁性層11を使用し、第1の固定磁
性層12と第2の固定磁性層14の磁化状態をフェリ状
態にするためには、前記第1の固定磁性層12及び第2
の固定磁性層14の膜厚の適正化のみならず、前記第1
の固定磁性層12及び第2の固定磁性層14の磁気的膜
厚の適正化を行わないと、安定した磁化状態を保つこと
ができない。
That is, as in the present invention, the antiferromagnetic layer 11 which requires heat treatment to generate an exchange coupling magnetic field at the interface with the first fixed magnetic layer 12 is used. In order to set the magnetization states of the second pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 to the ferri state, the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer
Not only is the thickness of the fixed magnetic layer 14 optimized, but also the first
Unless the magnetic film thickness of the fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14 is optimized, a stable magnetization state cannot be maintained.

【0084】前述したように、第1の固定磁性層12と
第2の固定磁性層14の磁気的膜厚にある程度差がない
と、磁化状態はフェリ状態にはなりにくく、また第1の
固定磁性層12と第2の固定磁性層14の磁気的膜厚の
差が大きくなりすぎても、交換結合磁界の低下につなが
り好ましくない。そこで本発明では、第1の固定磁性層
12と第2の固定磁性層14の膜厚比と同じように、
(第1の固定磁性層12の磁気的膜厚)/(第2の固定
磁性層14の磁気的膜厚)は、0.33〜0.95、あ
るいは1.05〜4の範囲内とであることが好ましい。
また本発明では、第1の固定磁性層12の磁気的膜厚及
び第2の固定磁性層14の磁気的膜厚が10〜70(オ
ングストローム・テスラ)の範囲内で、且つ第1の固定
磁性層12の磁気的膜厚から第2の固定磁性層14の磁
気的膜厚を引いた絶対値が2(オングストローム・テス
ラ)以上であることが好ましい。
As described above, if there is no difference in the magnetic film thickness between the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14 to some extent, the magnetization state is unlikely to be in the ferrimagnetic state. If the difference between the magnetic thicknesses of the magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 is too large, the exchange coupling magnetic field is undesirably reduced. Therefore, in the present invention, the same as the film thickness ratio of the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14,
(Magnetic film thickness of first fixed magnetic layer 12) / (magnetic film thickness of second fixed magnetic layer 14) is in the range of 0.33 to 0.95, or 1.05 to 4. Preferably, there is.
Further, in the present invention, the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14 have a magnetic thickness within a range of 10 to 70 (angstrom tesla) and a first fixed magnetic layer The absolute value obtained by subtracting the magnetic film thickness of the second pinned magnetic layer 14 from the magnetic film thickness of the layer 12 is preferably 2 (angstrom tesla) or more.

【0085】また(第1の固定磁性層12の磁気的膜
厚)/(第2の固定磁性層14の磁気的膜厚)が、0.
53〜0.95、あるいは1.05〜1.8の範囲内で
あることがより好ましい。また上記範囲内であって、第
1の固定磁性層12の磁気的膜厚と第2の固定磁性層1
4の磁気的膜厚は共に10〜50(オングストローム・
テスラ)の範囲内であり、しかも第1の固定磁性層12
の磁気的膜厚から第2の固定磁性層14の磁気的膜厚を
引いた絶対値は2(オングストローム・テスラ)以上で
あることが好ましい。
The ratio of (the magnetic film thickness of the first fixed magnetic layer 12) / (the magnetic film thickness of the second fixed magnetic layer 14) is set to 0.
More preferably, it is in the range of 53 to 0.95, or 1.05 to 1.8. Also, within the above range, the magnetic film thickness of the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 1
4 has a magnetic film thickness of 10 to 50 (angstrom.
Tesla) and the first fixed magnetic layer 12
The absolute value obtained by subtracting the magnetic film thickness of the second pinned magnetic layer 14 from the magnetic film thickness of the second fixed magnetic layer 14 is preferably 2 (angstrom tesla) or more.

【0086】次に、図1に示す第1の固定磁性層12と
第2の固定磁性層14との間に介在する非磁性中間層1
3に関して説明する。本発明では、第1の固定磁性層1
2と第2の固定磁性層14との間に介在する非磁性中間
層13は、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cuのうち
1種あるいは2種以上の合金で形成されていることが好
ましい。
Next, the nonmagnetic intermediate layer 1 interposed between the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 shown in FIG.
3 will be described. In the present invention, the first pinned magnetic layer 1
The non-magnetic intermediate layer 13 interposed between the second pinned magnetic layer 14 and the second pinned magnetic layer 14 may be formed of one or more alloys of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, and Cu. preferable.

【0087】本発明では、反強磁性層11が後述するフ
リー磁性層16よりも下側に形成されているか、あるい
は上側に形成されているかで、適正な前記非磁性中間層
13の膜厚値を変えている。図1に示すようにフリー磁
性層16よりも下側に反強磁性層11が形成されている
場合の前記非磁性中間層13の膜厚は、3.6〜9.6
オングストロームの範囲内で形成されることが好まし
い。この範囲内であれば、500(Oe)以上の交換結
合磁界(Hex)を得ることが可能である。また前記非
磁性中間層13の膜厚は、4〜9.4オングストローム
の範囲内で形成されると、1000(Oe)以上の交換
結合磁界を得ることができるのでより好ましい。
In the present invention, depending on whether the antiferromagnetic layer 11 is formed below or above the free magnetic layer 16 to be described later, the appropriate thickness of the nonmagnetic intermediate layer 13 is determined. Is changing. When the antiferromagnetic layer 11 is formed below the free magnetic layer 16 as shown in FIG. 1, the thickness of the nonmagnetic intermediate layer 13 is 3.6 to 9.6
Preferably, it is formed in the range of Å. Within this range, an exchange coupling magnetic field (Hex) of 500 (Oe) or more can be obtained. It is more preferable that the thickness of the nonmagnetic intermediate layer 13 be in the range of 4 to 9.4 angstroms, since an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained.

【0088】非磁性中間層13の膜厚が上述した寸法以
外の寸法で形成されると、交換結合磁界が極端に低下す
ることが実験により確認されている。すなわち、上記寸
法以外の寸法により前記非磁性中間層13が形成される
と、前記第1の固定磁性層12と第2の固定磁性層14
との磁化が反平行状態(フェリ状態)になりにくくな
り、前記磁化状態が不安定化するといった問題がある。
It has been experimentally confirmed that the exchange coupling magnetic field is extremely reduced when the thickness of the non-magnetic intermediate layer 13 is formed in a dimension other than the dimensions described above. That is, when the nonmagnetic intermediate layer 13 is formed with dimensions other than the above dimensions, the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer
Are hardly in an anti-parallel state (ferri state), and the magnetization state becomes unstable.

【0089】図1に示すように、第2の固定磁性層14
の上には、Cuなどで形成された非磁性導電層15が形
成され、さらに前記非磁性導電層15の上にフリー磁性
層16が形成されている。図1に示すようにフリー磁性
層16は、2層で形成されており、前記非磁性導電層1
5に接する側に形成された符号17の層はCo膜で形成
されている。またもう一方の層18は、NiFe合金
や、CoFe合金、あるいはCoNiFe合金などで形
成されている。なお非磁性導電層15に接する側にCo
膜の層17を形成する理由は、Cuで形成された前記非
磁性導電層15との界面での金属元素等の拡散を防止で
き、また、ΔMR(抵抗変化率)を大きくできるからで
ある。なお符号19はTaなどで形成された保護層であ
る。また図2に示すように、下地層10から保護層19
までの積層体の両側には、例えばCo―Pt合金やCo
―Cr―Pt合金などで形成されたハードバイアス層1
30及びCuやCrで形成された導電層131が形成さ
れており、前記ハードバイアス層のバイアス磁界の影響
を受けて、前記フリー磁性層16の磁化は、図示X方向
に磁化された状態となっている。
As shown in FIG. 1, the second pinned magnetic layer 14
A nonmagnetic conductive layer 15 made of Cu or the like is formed thereon, and a free magnetic layer 16 is formed on the nonmagnetic conductive layer 15. As shown in FIG. 1, the free magnetic layer 16 is formed by two layers,
The layer denoted by reference numeral 17 formed on the side in contact with 5 is formed of a Co film. The other layer 18 is formed of a NiFe alloy, a CoFe alloy, a CoNiFe alloy, or the like. Note that Co on the side in contact with the nonmagnetic conductive layer 15
The reason for forming the film layer 17 is that diffusion of a metal element or the like at the interface with the nonmagnetic conductive layer 15 made of Cu can be prevented, and ΔMR (resistance change rate) can be increased. Reference numeral 19 denotes a protective layer formed of Ta or the like. Further, as shown in FIG.
On both sides of the laminate up to, for example, a Co-Pt alloy or Co
-Hard bias layer 1 made of Cr-Pt alloy or the like
30 and a conductive layer 131 formed of Cu or Cr. The magnetization of the free magnetic layer 16 is magnetized in the X direction in the drawing under the influence of the bias magnetic field of the hard bias layer. ing.

【0090】図1におけるスピンバルブ型薄膜素子で
は、前記導電層からフリー磁性層16、非磁性導電層1
5、及び第2の固定磁性層14にセンス電流が与えられ
る。記録媒体から図1に示す図示Y方向に磁界が与えら
れると、フリー磁性層16の磁化は図示X方向からY方
向に変動し、このときの非磁性導電層15とフリー磁性
層16との界面、及び非磁性導電層15と第2の固定磁
性層14との界面でスピンに依存した伝導電子の散乱が
起こることにより、電気抵抗が変化し、記録媒体からの
洩れ磁界が検出される。
In the spin-valve type thin film element shown in FIG. 1, the free magnetic layer 16, the nonmagnetic conductive layer 1
5 and the second pinned magnetic layer 14 are supplied with a sense current. When a magnetic field is applied from the recording medium in the Y direction shown in FIG. 1, the magnetization of the free magnetic layer 16 changes from the X direction shown in the figure to the Y direction. At the interface between the nonmagnetic conductive layer 15 and the second pinned magnetic layer 14, scattering of conduction electrons depending on the spin occurs, so that the electric resistance changes and a leakage magnetic field from the recording medium is detected.

【0091】ところで前記センス電流は、実際には、第
1の固定磁性層12と非磁性中間層13の界面などにも
流れる。前記第1の固定磁性層12はΔMRに直接関与
せず、前記第1の固定磁性層12は、ΔMRに関与する
第2の固定磁性層14を適正な方向に固定するための、
いわば補助的な役割を担った層となっている。このた
め、センス電流が、第1の固定磁性層12及び非磁性中
間層13に流れることは、シャントロス(電流ロス)に
なるが、このシャントロスの量は非常に少なく、本発明
では、従来とほぼ同程度のΔMRを得ることが可能とな
っている。
Incidentally, the sense current actually flows also at the interface between the first pinned magnetic layer 12 and the non-magnetic intermediate layer 13. The first pinned magnetic layer 12 is not directly involved in ΔMR, and the first pinned magnetic layer 12 is for fixing the second pinned magnetic layer 14 involved in ΔMR in an appropriate direction.
In other words, it is a layer that plays an auxiliary role. For this reason, the flow of the sense current through the first pinned magnetic layer 12 and the non-magnetic intermediate layer 13 causes shunt loss (current loss), but the amount of the shunt loss is very small. It is possible to obtain a ΔMR that is almost the same as the above.

【0092】ところで本発明では、固定磁性層を非磁性
中間層13を介して第1の固定磁性層12と第2の固定
磁性層14の2層に分断することにより、反強磁性層1
1の膜厚を薄くしても、大きな交換結合磁界(He
x)、具体的には500(Oe)以上の交換結合磁界を
得られることが実験によりわかった。
In the present invention, the antiferromagnetic layer 1 is divided by dividing the pinned magnetic layer into the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 via the non-magnetic intermediate layer 13.
1 has a large exchange coupling magnetic field (He
x) More specifically, it was found through experiments that an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more could be obtained.

【0093】従来、シングルスピンバルブ型薄膜素子の
反強磁性層11としてPtMn合金を使用した場合に、
少なくとも200オングストローム以上の膜厚を確保し
なければ、500(Oe)以上の交換結合磁界を得るこ
とができなかったが、本発明では、前記反強磁性層11
を少なくとも90オングストローム以上で形成すれば、
500(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可能で
ある。また前記膜厚を100オングストローム以上にす
れば、1000(Oe)以上の交換結合磁界を得ること
が可能である。なお前記反強磁性層11の膜厚の数値範
囲は、シングルスピンバルブ型薄膜素子の場合であり、
反強磁性層が、フリー磁性層の上下に形成される、いわ
ゆるデュアルスピンバルブ型薄膜素子の場合には、若干
適正な膜厚範囲が異なる。デュアルスピンバルブ型薄膜
素子の場合については後述する。このように本発明によ
れば、スピンバルブ型薄膜素子の中で最も大きな膜厚を
有していた反強磁性層11を従来に比べて半分以下の膜
厚で形成できることで、スピンバルブ型薄膜素子全体の
膜厚を薄くすることが可能である。
Conventionally, when a PtMn alloy is used as the antiferromagnetic layer 11 of a single spin valve thin film element,
Unless a film thickness of at least 200 Å or more is secured, an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more cannot be obtained.
At least 90 angstroms or more,
It is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more. If the thickness is set to 100 Å or more, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained. The numerical range of the film thickness of the antiferromagnetic layer 11 is for a single spin-valve thin film element.
In the case of a so-called dual spin valve type thin film element in which the antiferromagnetic layer is formed above and below the free magnetic layer, the appropriate thickness range is slightly different. The case of the dual spin-valve thin film element will be described later. As described above, according to the present invention, the antiferromagnetic layer 11 having the largest film thickness among the spin-valve thin film elements can be formed with a film thickness that is less than half the thickness of the conventional one. It is possible to reduce the film thickness of the entire device.

【0094】図13はスピンバルブ型薄膜素子が形成さ
れた読み取りヘッドの構造を記録媒体との対向面側から
見た断面図である。符号120は、例えばNiFe合金
などで形成された下部シールド層であり、この下部シー
ルド層120の上に下部ギャップ層121が形成されて
いる。また前記下部ギャップ層121の上は、本発明に
おけるスピンバルブ型薄膜素子122が形成されてお
り、前記スピンバルブ型薄膜素子122の両側にハード
バイアス層123、及び導電層124が形成されてい
る。さらに前記導電層124の上には、上部ギャップ層
125が形成され、前記上部ギャップ層125の上に
は、NiFe合金などで形成された上部シールド層12
6が形成されている。
FIG. 13 is a cross-sectional view of the structure of the read head on which the spin-valve thin film element is formed, as viewed from the side facing the recording medium. Reference numeral 120 denotes a lower shield layer formed of, for example, a NiFe alloy, and a lower gap layer 121 is formed on the lower shield layer 120. On the lower gap layer 121, a spin-valve thin film element 122 according to the present invention is formed. On both sides of the spin-valve thin film element 122, a hard bias layer 123 and a conductive layer 124 are formed. Further, an upper gap layer 125 is formed on the conductive layer 124, and an upper shield layer 12 made of a NiFe alloy or the like is formed on the upper gap layer 125.
6 are formed.

【0095】前記下部ギャップ層123及び上部ギャッ
プ層125は、例えばSiO2やAl23(アルミナ)
などの絶縁材料によって形成されている。図13に示す
ように、下部ギャップ層121から上部ギャップ層12
5までの長さがギャップ長Glであり、このギャップ長
Glが小さいほど高記録密度化に対応できるものとなっ
ている。
The lower gap layer 123 and the upper gap layer 125 are made of, for example, SiO 2 or Al 2 O 3 (alumina).
And the like. As shown in FIG. 13, the lower gap layer 121
The length up to 5 is the gap length Gl, and the smaller the gap length Gl, the higher the recording density.

【0096】本発明では前述したように、反強磁性層1
1の膜厚を薄くできることで、スピンバルブ型薄膜素子
122全体の厚さを薄くできるため、前記ギャップ長G
lを短くすることが可能である。また下部ギャップ層1
21及び上部ギャップ層125の膜厚を比較的厚くして
も、ギャップ長Glを従来に比べて小さくすることがで
き、また下部ギャップ層121及び上部ギャップ層12
5を厚く形成することで、絶縁性を充分に確保すること
ができる。
In the present invention, as described above, the antiferromagnetic layer 1
1 can be reduced, the overall thickness of the spin-valve thin-film element 122 can be reduced.
It is possible to shorten l. Also the lower gap layer 1
Even if the film thicknesses of the upper gap layer 21 and the upper gap layer 125 are relatively large, the gap length Gl can be reduced as compared with the related art, and the lower gap layer 121 and the upper gap layer 12 can be formed.
By forming the layer 5 thick, sufficient insulation can be ensured.

【0097】図1に示すスピンバルブ型薄膜素子は、ま
ず下から下地層10、反強磁性層11、第1の固定磁性
層12、非磁性中間層13、第2の固定磁性層14、非
磁性導電層15、フリー磁性層16、及び保護層19を
成膜し、成膜後の工程において、磁場中アニール(熱処
理)を施す。
The spin-valve thin-film element shown in FIG. The magnetic conductive layer 15, the free magnetic layer 16, and the protective layer 19 are formed, and in a process after the film formation, annealing (heat treatment) in a magnetic field is performed.

【0098】図1に示すスピンバルブ型薄膜素子では、
第1の固定磁性層12の膜厚tP1が、第2の固定磁性層
14の膜厚tP2に比べ薄く形成されており、第1の固定
磁性層12の磁気モーメント(Ms・tP1)の方が、第
2の固定磁性層14の磁気モーメント(Ms・tP2)に
比べて小さく設定されている。この場合、前記第1の固
定磁性層14の磁化を向けたい方向と逆の方向に、10
0〜1000(Oe)の磁場を印加するか、あるいは磁
化を向けたい方向に5k(Oe)以上の磁場を印加す
る。
In the spin-valve thin film device shown in FIG.
The thickness t P1 of the first pinned magnetic layer 12 is formed smaller than the thickness t P2 of the second pinned magnetic layer 14, and the magnetic moment (Ms · t P1 ) of the first pinned magnetic layer 12 is formed. Is set smaller than the magnetic moment (Ms · t P2 ) of the second pinned magnetic layer 14. In this case, the direction of the magnetization of the first pinned magnetic layer 14 is set to 10
A magnetic field of 0 to 1000 (Oe) is applied, or a magnetic field of 5 k (Oe) or more is applied in a direction in which magnetization is desired.

【0099】図1に示すように、第1の固定磁性層12
の磁化を図示Y方向に固定したい場合には、前述した表
2を参照することにより、図示Y方向と逆の方向に10
0〜1k(Oe)(表2(1)参照)の磁場を印加する
か、あるいはY方向(表2(3)参照)に5k(Oe)
以上の磁場を印加すればよいことがわかる。
As shown in FIG. 1, the first pinned magnetic layer 12
When it is desired to fix the magnetization in the illustrated Y direction, by referring to Table 2 described above, 10
A magnetic field of 0 to 1 k (Oe) (see Table 2 (1)) is applied, or 5 k (Oe) in the Y direction (see Table 2 (3)).
It can be seen that the above magnetic field may be applied.

【0100】Y方向と逆の方向に100〜1k(Oe)
の磁場を与えることで、磁気モーメント(Ms・tP2
が大きい第2の固定磁性層14の磁化がY方向と逆の方
向に磁化され、前記第2の固定磁性層との交換結合磁界
(RKKY相互作用)によって反平行に磁化されようと
する第1の固定磁性層12の磁化が図示Y方向に向き、
前記反強磁性層11との界面に発生する交換結合磁界
(交換異方性磁界)によって、前記第1の固定磁性層1
2の磁化が図示Y方向に固定される。第1の固定磁性層
12の磁化が図示Y方向に固定されることにより、第2
の固定磁性層14の磁化が、第1の固定磁性層12の磁
化と反平行に固定される。
100 to 1 k (Oe) in the direction opposite to the Y direction
The magnetic moment (Ms · t P2 )
The magnetization of the second pinned magnetic layer 14 having a large value is magnetized in a direction opposite to the Y direction, and the first pinned magnetic layer 14 is likely to be antiparallel magnetized by an exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) with the second pinned magnetic layer. The magnetization of the fixed magnetic layer 12 is oriented in the Y direction in the drawing,
An exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) generated at the interface with the antiferromagnetic layer 11 causes the first pinned magnetic layer 1
2 is fixed in the illustrated Y direction. By fixing the magnetization of the first fixed magnetic layer 12 in the Y direction in the drawing, the second
Is fixed in antiparallel to the magnetization of the first fixed magnetic layer 12.

【0101】あるいは図示Y方向に5k(Oe)以上の
磁場を与えると、第1の固定磁性層12及び第2の固定
磁性層14の磁化が共に図示Y方向に磁化され、第1の
固定磁性層12の磁化が、反強磁性層11との界面に発
生する交換結合磁界(交換異方性磁界)によって図示Y
方向に固定される。5k(Oe)以上の印加磁場を取り
去ると、第2の固定磁性層14の磁化は、第1の固定磁
性層12との交換結合磁界(RKKY相互作用)によっ
て反転し、図示Y方向と反対方向に固定される。あるい
は、第1の固定磁性層12の磁気モーメントが、第2の
固定磁性層14の磁気モーメントよりも大きい場合に
は、前記第1の固定磁性層12の磁化を向けたい方向
に、100〜1000(Oe)または5k(Oe)以上
の磁場を印加する。
Alternatively, when a magnetic field of 5 k (Oe) or more is applied in the illustrated Y direction, the magnetizations of the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14 are both magnetized in the illustrated Y direction, and the first fixed magnetic layer The magnetization of the layer 12 is changed by an exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) generated at the interface with the antiferromagnetic layer 11, as shown in FIG.
Fixed in the direction. When the applied magnetic field of 5 k (Oe) or more is removed, the magnetization of the second pinned magnetic layer 14 is reversed by the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) with the first pinned magnetic layer 12, and the direction opposite to the Y direction shown in the drawing. Fixed to Alternatively, when the magnetic moment of the first pinned magnetic layer 12 is larger than the magnetic moment of the second pinned magnetic layer 14, the magnetic moment of the first pinned magnetic layer 12 is set to 100 to 1000 (Oe) or a magnetic field of 5 k (Oe) or more is applied.

【0102】なお、図1に示すスピンバルブ型薄膜素子
は、再生用ヘッド(薄膜磁気ヘッド)を構成する最も重
要な箇所であり、まず、磁性材料製の下部シールド層上
にギャップ層を形成した後、前記スピンバルブ型薄膜素
子を成膜する。その後、前記スピンバルブ型薄膜素子の
上にギャップ層を介して上部シールド層を形成すると、
再生用ヘッド(MRヘッド)が完成する。なお前記再生
用ヘッド上に、磁性材料製のコアとコイルとを有する記
録用のインダクティブヘッドを積層してもよい。この場
合、前記上部シールド層を、インダクティブヘッドの下
部コア層として兼用することが好ましい。なお、図3以
降のスピンバルブ型薄膜素子は、図1に示すスピンバル
ブ型薄膜素子と同様に、その上下にシールド層が形成さ
れている。
The spin-valve thin film element shown in FIG. 1 is the most important part of the reproducing head (thin film magnetic head). First, a gap layer is formed on a lower shield layer made of a magnetic material. Thereafter, the spin-valve thin film element is formed. Thereafter, when an upper shield layer is formed on the spin-valve thin film element via a gap layer,
A reproducing head (MR head) is completed. Note that a recording inductive head having a core and a coil made of a magnetic material may be laminated on the reproducing head. In this case, it is preferable that the upper shield layer is also used as a lower core layer of the inductive head. Note that, in the spin-valve thin-film element shown in FIG. 3 and thereafter, shield layers are formed above and below the spin-valve thin-film element shown in FIG.

【0103】図3は、本発明の第2の実施形態のスピン
バルブ型薄膜素子の構造を模式図的に示した横断面図、
図4は、図3に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体
との対向面側から見た断面図である。このスピンバルブ
型薄膜素子は、図1のスピンバルブ型薄膜素子の膜構成
を逆にして形成したシングルスピンバルブ型薄膜素子で
ある。すなわち、図3に示すスピンバルブ型薄膜素子で
は、下から下地層10、NiFe膜22、Co膜23
(NiFe膜22とCo膜23を合わせてフリー磁性層
21)、非磁性導電層24、第2の固定磁性層25、非
磁性中間層26、第1の固定磁性層27、反強磁性層2
8、及び保護層29の順で積層されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a spin-valve thin film element according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the spin-valve thin film element shown in FIG. 3 as viewed from a surface facing a recording medium. This spin valve thin film element is a single spin valve thin film element formed by reversing the film configuration of the spin valve thin film element of FIG. That is, in the spin-valve thin film element shown in FIG. 3, the underlayer 10, the NiFe film 22, the Co film 23
(The free magnetic layer 21 including the NiFe film 22 and the Co film 23), the nonmagnetic conductive layer 24, the second pinned magnetic layer 25, the nonmagnetic intermediate layer 26, the first pinned magnetic layer 27, and the antiferromagnetic layer 2
8 and the protective layer 29 are stacked in this order.

【0104】なお前記反強磁性層28は、PtMn合金
で形成されていることが好ましく、あるいはPtMn合
金に代えて、X―Mn(ただしXは、Pd,Ir,R
h,Ruのいずれか1種または2種以上の元素である)
合金、あるいは、Pt―Mn―X′(ただしX′は、P
d,Ir,Rh,Ru,Au,Agのいずれか1種また
は2種以上の元素である)合金で形成されていてもよ
い。
The antiferromagnetic layer 28 is preferably formed of a PtMn alloy, or is replaced with X—Mn (where X is Pd, Ir, R
h, or Ru is one or more elements)
Alloy or Pt-Mn-X '(where X' is P
d, Ir, Rh, Ru, Au, or Ag).

【0105】このスピンバルブ型薄膜素子においても、
前記第1の固定磁性層27の膜厚t P1と、第2の固定磁
性層25の膜厚比tP2は、(第1の固定磁性層の膜厚t
P1)/(第2の固定磁性層の膜厚tP2)は、0.33〜
0.95、あるいは1.05〜4の範囲内であることが
好ましく、より好ましくは、0.53〜0.95、ある
いは1.05〜1.8の範囲内である。しかも、第1の
固定磁性層27の膜厚tP1及び第2の固定磁性層25の
膜厚tP2が10〜70オングストロームの範囲内で、且
つ第1の固定磁性層27の膜厚tP1から第2の固定磁性
層25の膜厚t P2を引いた絶対値が2オングストローム
以上であることが好ましい。さらに好ましくは、第1の
固定磁性層27の膜厚tP1及び第2の固定磁性層25の
膜厚tP2が10〜50オングストロームの範囲内で、且
つ第1の固定磁性層27の膜厚t P1から第2の固定磁性
層25の膜厚tP2を引いた絶対値が2オングストローム
以上である。
Also in this spin-valve thin film element,
The thickness t of the first pinned magnetic layer 27 P1And the second fixed magnet
Ratio t of the conductive layer 25P2Is (film thickness t of first pinned magnetic layer)
P1) / (Film thickness t of second pinned magnetic layer)P2) Is from 0.33
0.95 or 1.05-4
Preferably, more preferably, 0.53 to 0.95
Or in the range of 1.05 to 1.8. Moreover, the first
Thickness t of pinned magnetic layer 27P1And the second pinned magnetic layer 25
Film thickness tP2Is within the range of 10 to 70 angstroms, and
Thickness t of the first pinned magnetic layer 27P1From the second fixed magnetism
Thickness t of layer 25 P2Absolute value minus 2 Angstroms
It is preferable that it is above. More preferably, the first
Thickness t of pinned magnetic layer 27P1And the second pinned magnetic layer 25
Film thickness tP2Is within the range of 10 to 50 angstroms, and
Thickness t of the first pinned magnetic layer 27 P1From the second fixed magnetism
Thickness t of layer 25P2Absolute value minus 2 Angstroms
That is all.

【0106】前述したように、第1の固定磁性層27と
第2の固定磁性層25の磁気的膜厚にある程度差がない
と、磁化状態はフェリ状態にはなりにくく、また第1の
固定磁性層27と第2の固定磁性層25の磁気的膜厚の
差が大きくなりすぎても、交換結合磁界の低下につなが
り好ましくない。そこで本発明では、第1の固定磁性層
27と第2の固定磁性層25の膜厚比と同じように、
(第1の固定磁性層27の磁気的膜厚Ms・tP1)/
(第2の固定磁性層25の磁気的膜厚Ms・tP2)は、
0.33〜0.95、あるいは1.05〜4の範囲内と
であることが好ましい。また本発明では、第1の固定磁
性層27の磁気的膜厚Ms・tP1及び第2の固定磁性層
25の磁気的膜厚Ms・tP2が10〜70(オングスト
ローム・テスラ)の範囲内で、且つ第1の固定磁性層2
7の磁気的膜厚Ms・tP1から第2の固定磁性層25の
磁気的膜厚Ms・tP2を引いた絶対値が2(オングスト
ローム・テスラ)以上であることが好ましい。
As described above, if there is no difference in the magnetic film thickness between the first fixed magnetic layer 27 and the second fixed magnetic layer 25 to some extent, the magnetization state is unlikely to be in the ferrimagnetic state. An excessively large difference in magnetic film thickness between the magnetic layer 27 and the second pinned magnetic layer 25 is not preferable because the exchange coupling magnetic field is reduced. Therefore, in the present invention, the same as the film thickness ratio of the first fixed magnetic layer 27 and the second fixed magnetic layer 25,
(Magnetic film thickness Ms · t P1 of first fixed magnetic layer 27) /
(The magnetic film thickness Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer 25)
It is preferably in the range of 0.33 to 0.95, or 1.05 to 4. In the present invention also the magnetic film thickness Ms · t P2 of the magnetic film thickness Ms · t P1 and the second fixed magnetic layer 25 of the first fixed magnetic layer 27 in the range of 10 to 70 (Å Tesla) And the first pinned magnetic layer 2
It is preferable that the absolute value obtained by subtracting the magnetic film thickness Ms · t P2 of the second fixed magnetic layer 25 from the magnetic film thickness Ms · t P1 of 7 is 2 (angstrom · tesla) or more.

【0107】また(第1の固定磁性層27の磁気的膜厚
Ms・tP1)/(第2の固定磁性層25の磁気的膜厚M
s・tP2)が、0.53〜0.95、あるいは1.05
〜1.8の範囲内であることがより好ましい。また上記
範囲内であって、第1の固定磁性層27の磁気的膜厚M
s・tP1と第2の固定磁性層25の磁気的膜厚Ms・t
P2は共に10〜50(オングストローム・テスラ)の範
囲内であり、しかも第1の固定磁性層27の磁気的膜厚
Ms・tP1から第2の固定磁性層25の磁気的膜厚Ms
・tP2を引いた絶対値は2(オングストローム・テス
ラ)以上であることが好ましい。
Also, (magnetic film thickness Ms · t P1 of first fixed magnetic layer 27) / (magnetic film thickness M of second fixed magnetic layer 25)
s · t P2 ) is 0.53 to 0.95, or 1.05
More preferably, it is within the range of 1.8 to 1.8. The magnetic thickness M of the first fixed magnetic layer 27 is within the above range.
s · t P1 and the magnetic film thickness Ms · t of the second pinned magnetic layer 25
P2 is in the range of 10 to 50 (angstrom tesla), and the magnetic film thickness Ms · t P1 of the first fixed magnetic layer 27 to the magnetic film thickness Ms of the second fixed magnetic layer 25
It is preferable that the absolute value obtained by subtracting t P2 is not less than 2 (angstrom tesla).

【0108】次に図3に示す第1の固定磁性層27と第
2の固定磁性層25との間に介在する非磁性中間層26
は、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cuのうち1種あ
るいは2種以上の合金で形成されていることが好まし
い。本発明では図3に示すように、フリー磁性層21よ
りも上側に反強磁性層28が形成されている場合、前記
非磁性中間層26の膜厚は、2.5〜6.4オングスト
ローム、あるいは6.6〜10.7オングストロームの
範囲内であることが好ましい。この範囲内であると、少
なくとも500(Oe)以上の交換結合磁界(Hex)
を得ることができる。
Next, the nonmagnetic intermediate layer 26 interposed between the first fixed magnetic layer 27 and the second fixed magnetic layer 25 shown in FIG.
Is preferably formed of one or more alloys of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, and Cu. In the present invention, as shown in FIG. 3, when the antiferromagnetic layer 28 is formed above the free magnetic layer 21, the nonmagnetic intermediate layer 26 has a thickness of 2.5 to 6.4 angstroms. Alternatively, it is preferably within the range of 6.6 to 10.7 angstroms. Within this range, the exchange coupling magnetic field (Hex) of at least 500 (Oe) or more
Can be obtained.

【0109】また本発明では、前記非磁性中間層26の
膜厚は、2.8〜6.2オングストローム、あるいは
6.8〜10.3オングストロームの範囲内であること
がより好ましい。この範囲内であると、少なくとも10
00(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可能であ
る。また、前記反強磁性層28を少なくとも90オング
ストローム以上で形成すれば、500(Oe)以上の交
換結合磁界を得ることが可能である。また前記膜厚を1
00オングストローム以上にすれば、1000(Oe)
以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
In the present invention, the thickness of the nonmagnetic intermediate layer 26 is more preferably in the range of 2.8 to 6.2 angstroms, or 6.8 to 10.3 angstroms. Within this range, at least 10
It is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of 00 (Oe) or more. If the antiferromagnetic layer 28 is formed with at least 90 angstroms or more, an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained. The film thickness is set to 1
If it is more than 00 Å, 1000 (Oe)
The above exchange coupling magnetic field can be obtained.

【0110】図3に示すスピンバルブ型薄膜素子では、
第1の固定磁性層27の膜厚tP1は、第2の固定磁性層
25の膜厚tP2と異なる値で形成され、例えば前記第1
の固定磁性層27の膜厚tP1の方が、第2の固定磁性層
25の膜厚tP2よりも厚く形成されている。また前記第
1の固定磁性層27の磁化が、図示Y方向に磁化され、
前記第2の固定磁性層25の磁化は図示Y方向と逆の方
向に磁化されて、第1の固定磁性層27と第2の固定磁
性層25磁化はフェリ状態となっている。図3に示す第
1の固定磁性層27と第2の固定磁性層25の磁化方向
の制御方法について以下に説明する。
In the spin-valve thin film device shown in FIG.
The thickness t P1 of the first pinned magnetic layer 27 is formed to be different from the thickness t P2 of the second pinned magnetic layer 25.
The thickness t P1 of the fixed magnetic layer 27 is formed larger than the thickness t P2 of the second fixed magnetic layer 25. Further, the magnetization of the first pinned magnetic layer 27 is magnetized in the illustrated Y direction,
The magnetization of the second fixed magnetic layer 25 is magnetized in a direction opposite to the Y direction in the drawing, and the magnetizations of the first fixed magnetic layer 27 and the second fixed magnetic layer 25 are in a ferri-state. A method for controlling the magnetization directions of the first fixed magnetic layer 27 and the second fixed magnetic layer 25 shown in FIG. 3 will be described below.

【0111】まず図3に示す各層をスパッタ法などによ
って成膜し、成膜後の工程において、磁場中アニール
(熱処理)を施す。第1の固定磁性層27のMs・tP1
(磁気モーメント)が、第2の固定磁性層25のMs・
P2(磁気モーメント)よりも大きい場合には、前記第
1の固定磁性層27の磁化を向けたい方向に100〜1
000(Oe)または5k(Oe)の磁場を印加すれば
よい。図3に示すように、Ms・tP1の大きい第1の固
定磁性層27を図示Y方向に向けようとすると、前述し
た表1を参照することにより、図示Y方向に100〜1
k(Oe)(表1(2)参照)、あるいは図示Y方向に
5k(Oe)以上(表1(3)参照)の磁場を熱処理中
に印加する。
First, each layer shown in FIG. 3 is formed by a sputtering method or the like, and in a process after the film formation, annealing (heat treatment) in a magnetic field is performed. Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer 27
(Magnetic moment) is Ms · of the second pinned magnetic layer 25.
If it is larger than t P2 (magnetic moment), the direction of magnetization of the first fixed magnetic layer 27 is set to 100 to 1 in a desired direction.
A magnetic field of 000 (Oe) or 5 k (Oe) may be applied. As shown in FIG. 3, when the first pinned magnetic layer 27 having a large Ms · t P1 is to be oriented in the illustrated Y direction, referring to Table 1 described above, 100 to 1 in the illustrated Y direction.
A magnetic field of k (Oe) (see Table 1 (2)) or 5 k (Oe) or more (see Table 1 (3)) in the Y direction in the drawing is applied during the heat treatment.

【0112】図示Y方向に100〜1k(Oe)の磁場
を与えることにより、Ms・tP1の大きい第1の固定磁
性層27の磁化は、図示Y方向に向き、第2の固定磁性
層25の磁化は反平行状態になろうとする。そして、前
記第1の固定磁性層27と反強磁性層28との界面に発
生する交換結合磁界(交換異方性磁界)によって、前記
第1の固定磁性層27の磁化は図示Y方向に固定され、
これにより、第2の固定磁性層25の磁化が図示Y方向
と反対の方向に固定されるのである。
By applying a magnetic field of 100 to 1 k (Oe) in the Y direction in the drawing, the magnetization of the first fixed magnetic layer 27 having a large Ms · t P1 is oriented in the Y direction in the drawing, and the second fixed magnetic layer 25 is turned on. Magnetization tends to be in an antiparallel state. The magnetization of the first pinned magnetic layer 27 is fixed in the Y direction in the figure by an exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) generated at the interface between the first pinned magnetic layer 27 and the antiferromagnetic layer 28. And
Thereby, the magnetization of the second fixed magnetic layer 25 is fixed in the direction opposite to the Y direction in the drawing.

【0113】あるいは図示Y方向に5k(Oe)以上の
磁場を与えると、第1の固定磁性層27と第2の固定磁
性層25間に発生する交換結合磁界(RKKY相互作
用)よりも大きな磁場が印加されることにより、第1の
固定磁性層27及び第2の固定磁性層25の磁化が共に
図示Y方向に磁化され、前記第1の固定磁性層27の磁
化は、反強磁性層28との界面に発生する交換結合磁界
(交換異方性磁界)によって図示Y方向に固定される。
一方、第2の固定磁性層25の磁化は、印加磁場を取り
去ることにより、第1の固定磁性層27との交換結合磁
界(RKKY相互作用)によって反転し、前記第1の固
定磁性層27の磁化と反平行状態になって固定される。
When a magnetic field of 5 k (Oe) or more is applied in the Y direction in the figure, a magnetic field larger than the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) generated between the first fixed magnetic layer 27 and the second fixed magnetic layer 25 is generated. Is applied, both the magnetizations of the first fixed magnetic layer 27 and the second fixed magnetic layer 25 are magnetized in the Y direction in the drawing, and the magnetization of the first fixed magnetic layer 27 becomes the antiferromagnetic layer 28. Is fixed in the Y direction in the figure by an exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) generated at the interface with.
On the other hand, the magnetization of the second pinned magnetic layer 25 is reversed by the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) with the first pinned magnetic layer 27 by removing the applied magnetic field, and the magnetization of the first pinned magnetic layer 27 is removed. It becomes antiparallel to the magnetization and is fixed.

【0114】あるいは第1の固定磁性層27の磁気モー
メントが第2の固定磁性層25の磁気モーメントよりも
小さい場合には、第1の固定磁性層27の磁化を向けた
い方向と逆の方向に100〜1000(Oe)の磁場を
印加し、または磁化を向けたい方向に5k(Oe)以上
の磁場を印加する。
Alternatively, when the magnetic moment of the first pinned magnetic layer 27 is smaller than the magnetic moment of the second pinned magnetic layer 25, the direction of the magnetization of the first pinned magnetic layer 27 is reversed. A magnetic field of 100 to 1000 (Oe) is applied, or a magnetic field of 5 k (Oe) or more is applied in a direction in which magnetization is desired.

【0115】なお図4に示すように、下地層10から保
護層29までの積層体の両側には、ハードバイアス層1
30と導電層131が形成されており、前記ハードバイ
アス層130が図示X方向に磁化されていることによっ
て、フリー磁性層21の磁化が図示X方向に揃えられて
いる。
As shown in FIG. 4, on both sides of the laminated body from the underlayer 10 to the protective layer 29, the hard bias layers
30 and the conductive layer 131 are formed, and the hard bias layer 130 is magnetized in the X direction in the drawing, so that the magnetization of the free magnetic layer 21 is aligned in the X direction in the drawing.

【0116】図5は、本発明の第3の実施形態のスピン
バルブ型薄膜素子の構造を模式図的に示した横断面図、
図6は図5に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体と
の対向面側から見た断面図である。このスピンバルブ型
薄膜素子は、フリー磁性層を中心としてその上下に非磁
性導電層、固定磁性層、及び反強磁性層が1層ずつ形成
された、いわゆるデュアルスピンバルブ型薄膜素子であ
る。このデュアルスピンバルブ型薄膜素子では、フリー
磁性層/非磁性導電層/固定磁性層のこの3層の組合わ
せが2組存在するためシングルスピンバルブ型薄膜素子
に比べて大きなΔMRを期待でき、高密度記録化に対応
できるものとなっている。
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a spin-valve thin film element according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of the spin-valve thin film element shown in FIG. 5 as viewed from a surface facing a recording medium. This spin-valve thin-film element is a so-called dual spin-valve thin-film element in which a nonmagnetic conductive layer, a pinned magnetic layer, and an antiferromagnetic layer are formed one by one above and below a free magnetic layer. In this dual spin-valve thin-film element, a large ΔMR can be expected as compared with a single spin-valve thin-film element because there are two combinations of these three layers of a free magnetic layer / non-magnetic conductive layer / fixed magnetic layer. It is compatible with density recording.

【0117】図5に示すスピンバルブ型薄膜素子は、下
から下地層30、反強磁性層31、第1の固定磁性層
(下)32、非磁性中間層(下)33、第2の固定磁性
層(下)34、非磁性導電層35、フリー磁性層36
(符号37,39はCo膜、符号38はNiFe合金
膜)、非磁性導電層40、第2の固定磁性層(上)4
1、非磁性中間層(上)42、第1の固定磁性層(上)
43、反強磁性層44、及び保護層45の順で積層され
ている。なお図6に示すように、下地層30から保護層
45までの積層体の両側には、ハードバイアス層130
と導電層131が形成されている。
The spin-valve thin film element shown in FIG. 5 has an underlayer 30, an antiferromagnetic layer 31, a first fixed magnetic layer (lower) 32, a nonmagnetic intermediate layer (lower) 33, and a second fixed layer. Magnetic layer (lower) 34, non-magnetic conductive layer 35, free magnetic layer 36
(Reference numerals 37 and 39 are Co films, reference numeral 38 is a NiFe alloy film), a nonmagnetic conductive layer 40, and a second fixed magnetic layer (upper) 4
1. Non-magnetic intermediate layer (upper) 42, first fixed magnetic layer (upper)
43, an antiferromagnetic layer 44, and a protective layer 45 are stacked in this order. As shown in FIG. 6, the hard bias layers 130 are provided on both sides of the stacked body from the underlayer 30 to the protective layer 45.
And a conductive layer 131 are formed.

【0118】図5に示すスピンバルブ型薄膜素子の反強
磁性層31,44は、PtMn合金で形成されているこ
とが好ましく、あるいはPtMn合金に代えて、X―M
n(ただしXは、Pd,Ir,Rh,Ruのいずれか1
種または2種以上の元素である)合金、あるいは、Pt
―Mn―X′(ただしX′は、Pd,Ir,Rh,R
u,Au,Agのいずれか1種または2種以上の元素で
ある)合金で形成されていてもよい。
The antiferromagnetic layers 31 and 44 of the spin-valve thin-film element shown in FIG. 5 are preferably formed of a PtMn alloy, or are replaced with XM
n (where X is one of Pd, Ir, Rh, and Ru)
Or two or more elements) alloys or Pt
-Mn-X '(where X' is Pd, Ir, Rh, R
u, Au, or Ag).

【0119】このスピンバルブ型薄膜素子においても、
前記第1の固定磁性層(下)32の膜厚tP1と、第2の
固定磁性層(下)34の膜厚tP2との膜厚比、及び第1
の固定磁性層(上)43の膜厚tP1と第2の固定磁性層
41(上)の膜厚tP2との膜厚比(第1の固定磁性層の
膜厚tP1)/(第2の固定磁性層の膜厚tP2)は、0.
33〜0.95、あるいは1.05〜4の範囲内である
ことが好ましい。さらには、膜厚比が上記範囲内であ
り、第1の固定磁性層(下)32,(上)43の膜厚t
P1及び第2の固定磁性層(下)34,(上)41の膜厚
P2が10〜70オングストロームの範囲内で、且つ第
1の固定磁性層32,43の膜厚tP1から第2の固定磁
性層34,41の膜厚tP2を引いた絶対値が2オングス
トローム以上であると、500(Oe)以上の交換結合
磁界を得ることが可能である。
Also in this spin-valve type thin film element,
Said first and thickness t P1 of the fixed magnetic layer (lower) 32, the thickness ratio between the film thickness t P2 of the second pinned magnetic layer (lower) 34, and first
Thickness ratio between the film thickness t P2 of the fixed magnetic layer (upper) 43 and the film thickness t P1 of the second pinned magnetic layer 41 (top) (first film thickness t P1 of the fixed magnetic layer) / (a 2 has a thickness t P2 ) of 0.3.
It is preferably in the range of 33 to 0.95, or 1.05 to 4. Further, the film thickness ratio is within the above range, and the film thickness t of the first pinned magnetic layers (lower) 32 and (upper) 43 is
The thickness t P2 of P1 and the second pinned magnetic layers (lower) 34 and (upper) 41 is in the range of 10 to 70 Å, and the thickness t P1 of the first fixed magnetic layers 32 and 43 is the second If the absolute value obtained by subtracting the thickness t P2 of the fixed magnetic layers 34 and 41 is 2 Å or more, an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained.

【0120】また本発明では、(第1の固定磁性層の膜
厚tP1)/(第2の固定磁性層の膜厚tP2)は、0.5
3〜0.95、あるいは1.05〜1.8の範囲内であ
ることがより好ましく、さらには、第1の固定磁性層
(下)32,(上)43の膜厚tP1及び第2の固定磁性
層(下)34,(上)41の膜厚tP2が10〜50オン
グストロームの範囲内で、且つ第1の固定磁性層32,
43の膜厚tP1から第2の固定磁性層34,41の膜厚
P2を引いた絶対値が2オングストローム以上であれ
ば、1000(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが
できる。
In the present invention, (the thickness t P1 of the first fixed magnetic layer) / (the thickness t P2 of the second fixed magnetic layer) is 0.5
It is more preferably in the range of 3 to 0.95, or 1.05 to 1.8. Further, the film thickness t P1 and the second The thickness t P2 of the fixed magnetic layers (lower) 34 and (upper) 41 is in the range of 10 to 50 Å, and the first fixed magnetic layer 32,
If the absolute value obtained by subtracting the film thickness t P2 of the second pinned magnetic layers 34 and 41 from the film thickness t P1 of 43 is 2 Å or more, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained.

【0121】ところで、フリー磁性層36よりも下側に
形成されている第1の固定磁性層(下)32の膜厚tP1
を、第2の固定磁性層(下)34の膜厚tP2よりも大き
くしても、前記第1の固定磁性層(下)32の膜厚tP1
と第2の固定磁性層(下)34の膜厚差が約6オングス
トローム以下であると、交換結合磁界が低下しやすい傾
向にあることが実験によって確認されている。この現象
は、第1の固定磁性層(下)32,(上)43との界面
にて交換結合磁界(交換異方性磁界)を発生させるため
に熱処理を必要とする例えばPtMn合金で形成された
反強磁性層31,44を使用した場合に見られる。
Incidentally, the film thickness t P1 of the first pinned magnetic layer (lower) 32 formed below the free magnetic layer 36.
Is larger than the thickness t P2 of the second pinned magnetic layer (lower) 34, the thickness t P1 of the first pinned magnetic layer (lower) 32
It has been experimentally confirmed that when the difference in film thickness between the second fixed magnetic layer (lower) 34 and the second fixed magnetic layer (lower) 34 is about 6 Å or less, the exchange coupling magnetic field tends to decrease. This phenomenon is caused by, for example, a PtMn alloy that requires heat treatment to generate an exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with the first pinned magnetic layers (lower) 32 and (upper) 43. This is seen when the antiferromagnetic layers 31 and 44 are used.

【0122】交換結合磁界の低下は、フリー磁性層36
よりも下側に形成されている反強磁性層31と第1の固
定磁性層(下)32との熱拡散によって、前記第1の固
定磁性層(下)32の磁気的な膜厚が減少し、前記第1
の固定磁性層(下)32の磁気的な膜厚と、第2の固定
磁性層34の膜厚tP2とが、ほぼ同じ厚さになるからで
ある。このため本発明では、(第1の固定磁性層(上)
43の膜厚tP1/第2の固定磁性層(上)41の膜厚t
P2)よりも(第1の固定磁性層(下)32の膜厚tP1
第2の固定磁性層(下)34の膜厚tP2)の方を大きく
することが好ましい。
The decrease in the exchange coupling magnetic field is caused by the free magnetic layer 36.
Due to the thermal diffusion between the antiferromagnetic layer 31 and the first pinned magnetic layer (lower) 32 formed below, the magnetic film thickness of the first pinned magnetic layer (lower) 32 decreases. And the first
This is because the magnetic film thickness of the fixed magnetic layer (lower) 32 and the film thickness t P2 of the second fixed magnetic layer 34 are substantially the same. Therefore, in the present invention, the first fixed magnetic layer (upper)
Film thickness t P1 of 43 / film thickness t of second pinned magnetic layer (upper) 41
P2 ), the film thickness t P1 / (first fixed magnetic layer (lower) 32)
It is preferable to increase the thickness t P2 ) of the second pinned magnetic layer (lower) 34.

【0123】なお前記熱拡散層の発生は、図5に示すデ
ュアルスピンバルブ型薄膜素子に限らず、フリー磁性層
16よりも反強磁性層11が下側に形成されたシングル
スピンバルブ型薄膜素子(図1参照)にも同様に起こる
現象である。
The generation of the heat diffusion layer is not limited to the dual spin-valve thin-film element shown in FIG. (See FIG. 1).

【0124】前述したように、第1の固定磁性層(下)
32,(上)43の磁気的膜厚Ms・tP1と第2の固定
磁性層(下)34,(上)41の磁気的膜厚Ms・tP2
にある程度差がないと、磁化状態はフェリ状態にはなり
にくく、また第1の固定磁性層(下)32,(上)43
の磁気的膜厚Ms・tP1と第2の固定磁性層(下)3
4,(上)41の磁気的膜厚Ms・tP2の差が大きくな
りすぎても、交換結合磁界の低下につながり好ましくな
い。そこで本発明では、第1の固定磁性層(下)32,
(上)43の膜厚tP1と第2の固定磁性層(下)34,
(上)41の膜厚tP2の膜厚比と同じように、(第1の
固定磁性層(下)32,(上)43の磁気的膜厚Ms・
P1)/(第2の固定磁性層(下)34,(上)41の
磁気的膜厚Ms・tP2)は、0.33〜0.95、ある
いは1.05〜4の範囲内とであることが好ましい。ま
た本発明では、第1の固定磁性層(下)32,(上)4
3の磁気的膜厚Ms・tP1及び第2の固定磁性層(下)
34,(上)41の磁気的膜厚Ms・tP2が10〜70
(オングストローム・テスラ)の範囲内で、且つ第1の
固定磁性層(下)32,(上)43の磁気的膜厚Ms・
P1から第2の固定磁性層(下)34,(上)41の磁
気的膜厚Ms・tP2を引いた絶対値が2(オングストロ
ーム・テスラ)以上であることが好ましい。
As described above, the first pinned magnetic layer (lower)
32, (top) 43 magnetic film thickness Ms · t P1 and the second fixed magnetic layer (lower) 34, the magnetic film thickness Ms · t P2 (upper) 41
If there is no difference between the first fixed magnetic layers (lower) 32 and (upper) 43
Thickness Ms · t P1 and second fixed magnetic layer (lower) 3
If the difference between the magnetic film thicknesses Ms · t P2 of the fourth and upper 41 becomes too large, the exchange coupling magnetic field is lowered, which is not preferable. Therefore, in the present invention, the first fixed magnetic layer (lower) 32,
(Upper) film thickness t P1 of 43 and second pinned magnetic layer (lower) 34,
In the same manner as the film thickness ratio of the film thickness t P2 of (upper) 41, the magnetic film thickness Ms of the first pinned magnetic layer (lower) 32 and (upper) 43.
t P1 ) / (Magnetic film thickness Ms · t P2 of the second fixed magnetic layer (lower) 34 and (upper) 41) is in the range of 0.33 to 0.95 or 1.05 to 4. It is preferred that In the present invention, the first pinned magnetic layers (lower) 32, (upper) 4
No. 3 magnetic film thickness Ms · t P1 and second pinned magnetic layer (bottom)
34, (upper) 41, the magnetic film thickness Ms · t P2 is 10-70.
(Angstrom tesla) and the magnetic film thickness Ms of the first pinned magnetic layers (lower) 32 and (upper) 43.
It is preferable that the absolute value obtained by subtracting the magnetic film thickness Ms · t P2 of the second fixed magnetic layers (lower) 34 and (upper) 41 from t P1 is 2 (angstroms · tesla) or more.

【0125】また(第1の固定磁性層(下)32,
(上)43の磁気的膜厚Ms・tP1)/(第2の固定磁
性層(下)34,(上)41の磁気的膜厚Ms・tP2
が、0.53〜0.95、あるいは1.05〜1.8の
範囲内であることがより好ましい。また上記範囲内であ
って、第1の固定磁性層(下)32,(上)43の磁気
的膜厚Ms・tP1と第2の固定磁性層(下)34,
(上)41の磁気的膜厚Ms・tP2は共に10〜50
(オングストローム・テスラ)の範囲内であり、しかも
第1の固定磁性層(下)32,(上)43の磁気的膜厚
Ms・tP1から第2の固定磁性層(下)34,(上)4
1の磁気的膜厚Ms・tP2を引いた絶対値は2(オング
ストローム・テスラ)以上であることが好ましい。
The first fixed magnetic layer (lower) 32,
(Top) Magnetic film thickness Ms · t P1 of 43 / (Second pinned magnetic layer (bottom) 34, Magnetic film thickness of (top) 41 Ms · t P2 )
Is more preferably in the range of 0.53 to 0.95, or 1.05 to 1.8. Also, within the above range, the magnetic film thickness Ms · t P1 of the first fixed magnetic layer (lower) 32 and (upper) 43 and the second fixed magnetic layer (lower) 34,
(Upper) The magnetic film thickness Ms · t P2 of 41 is 10 to 50 for both.
(Angstrom tesla), and from the magnetic film thickness Ms · t P1 of the first fixed magnetic layer (lower) 32 and (upper) 43, the second fixed magnetic layer (lower) 34, (upper) ) 4
It is preferable that the absolute value obtained by subtracting the magnetic film thickness Ms · t P2 from 1 be 2 (angstrom tesla) or more.

【0126】次に図5に示す第1の固定磁性層(下)3
2,(上)43と第2の固定磁性層(下)34,(上)
41との間に介在する非磁性中間層33,42は、R
u、Rh、Ir、Cr、Re、Cuのうち1種あるいは
2種以上の合金で形成されていることが好ましい。図5
に示すようにフリー磁性層36よりも下側に形成された
前記非磁性中間層(下)33の膜厚は、3.6〜9.6
オングストロームの範囲内で形成されることが好まし
い。この範囲内であれば、500(Oe)以上の交換結
合磁界(Hex)を得ることが可能である。また前記非
磁性中間層(下)33の膜厚は、4〜9.4オングスト
ロームの範囲内で形成されると、1000(Oe)以上
の交換結合磁界を得ることができるのでより好ましい。
Next, the first pinned magnetic layer (lower) 3 shown in FIG.
2, (upper) 43 and second pinned magnetic layer (lower) 34, (upper)
The non-magnetic intermediate layers 33 and 42 interposed between R
It is preferable to be formed of one or more alloys of u, Rh, Ir, Cr, Re, and Cu. FIG.
As shown in (3), the thickness of the nonmagnetic intermediate layer (lower) 33 formed below the free magnetic layer 36 is 3.6 to 9.6.
Preferably, it is formed in the range of Å. Within this range, an exchange coupling magnetic field (Hex) of 500 (Oe) or more can be obtained. The non-magnetic intermediate layer (lower) 33 is more preferably formed in a range of 4 to 9.4 angstroms, since an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained.

【0127】また本発明では図5に示すように、フリー
磁性層36よりも上側に形成された非磁性中間層(上)
42の膜厚は、2.5〜6.4オングストローム、ある
いは6.8〜10.7オングストロームの範囲内である
ことが好ましい。この範囲内であると、少なくとも50
0(Oe)以上の交換結合磁界(Hex)を得ることが
できる。また本発明では、前記非磁性中間層(上)42
の膜厚は、2.8〜6.2オングストローム、あるいは
6.8〜10.3オングストロームの範囲内であること
がより好ましい。この範囲内であると、少なくとも10
00(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可能であ
る。
In the present invention, as shown in FIG. 5, the nonmagnetic intermediate layer (upper) formed above the free magnetic layer 36
The film thickness of 42 is preferably in the range of 2.5 to 6.4 angstroms, or 6.8 to 10.7 angstroms. Within this range, at least 50
An exchange coupling magnetic field (Hex) of 0 (Oe) or more can be obtained. In the present invention, the non-magnetic intermediate layer (upper) 42
Is more preferably in the range of 2.8 to 6.2 angstroms, or 6.8 to 10.3 angstroms. Within this range, at least 10
It is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of 00 (Oe) or more.

【0128】また、前記反強磁性層31,44を少なく
とも100オングストローム以上で形成すれば、500
(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
また前記膜厚を110オングストローム以上にすれば、
1000(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可能
である。従来では、前記反強磁性層31,44の膜厚は
約200オングストローム以上で形成されていたので、
本発明によれば、約半分の膜厚で前記反強磁性層31,
44を形成することが可能であり、特にデュアルスピン
バルブ型薄膜素子の場合には、反強磁性層31,44が
2層形成されるので、従来に比べてスピンバルブ型薄膜
素子全体の膜厚を、約200オングストローム以上薄く
できる。このように薄く形成されたスピンバルブ型薄膜
素子では、図13に示す下部ギャップ層121、及び上
部ギャップ層125を、絶縁性を充分に保つ程度に厚く
しても、ギャップ長Glを薄くでき、高密度記録化に対
応できるものとなっている。
If the antiferromagnetic layers 31 and 44 are formed with at least 100 angstroms or more, 500
It is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of (Oe) or more.
If the film thickness is set to 110 Å or more,
It is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more. Conventionally, the thicknesses of the antiferromagnetic layers 31 and 44 have been formed at about 200 Å or more.
According to the present invention, the antiferromagnetic layers 31 and
44 can be formed. In particular, in the case of a dual spin-valve thin film element, two antiferromagnetic layers 31 and 44 are formed. Can be reduced by about 200 angstroms or more. In the spin-valve thin film element formed as described above, the gap length Gl can be reduced even if the lower gap layer 121 and the upper gap layer 125 shown in FIG. It is capable of responding to high-density recording.

【0129】なお第1の固定磁性層(下)32,(上)
43と第2の固定磁性層(下)34,(上)41との膜
厚比や膜厚、非磁性中間層(下)33,(上)42の膜
厚、及び反強磁性層31,44の膜厚を上述した範囲内
で適正に調節することにより、従来と同程度のΔMRを
保つことができ、具体的には約10%以上のΔMRを得
ることが可能である。
The first pinned magnetic layer (lower) 32, (upper)
43 and the thickness of the second pinned magnetic layers (lower) 34 and (upper) 41, the thicknesses of the nonmagnetic intermediate layers (lower) 33 and (upper) 42, and the antiferromagnetic layers 31 and 42. By appropriately adjusting the thickness of the film 44 within the above-described range, it is possible to maintain the same ΔMR as that of the related art, and specifically, it is possible to obtain a ΔMR of about 10% or more.

【0130】図5に示すように、フリー磁性層36より
も下側に形成された第1の固定磁性層(下)32の膜厚
P1は、非磁性中間層33を介して形成された第2の固
定磁性層(下)34の膜厚tP2に比べて薄く形成されて
いる。一方、フリー磁性層36よりも上側に形成されて
いる第1の固定磁性層(上)43の膜厚tP1は、非磁性
中間層42を介して形成された第2の固定磁性層41
(上)の膜厚tP2に比べ厚く形成されている。そして、
第1の固定磁性層(下)32,(上)43の磁化は共に
図示Y方向と反対方向に磁化されており、第2の固定磁
性層(下)34,(上)41の磁化は図示Y方向に磁化
された状態になっている。図1及び図3に示すシングル
スピンバルブ型薄膜素子の場合にあっては、第1の固定
磁性層のMs・tP1と第2の固定磁性層のMs・tP2
異なるように膜厚などを調節し、第1の固定磁性層の磁
化の向きは、図示Y方向あるいは図示Y方向と反対方向
のどちらでもよい。
As shown in FIG. 5, the thickness t P1 of the first pinned magnetic layer (lower) 32 formed below the free magnetic layer 36 is formed via the non-magnetic intermediate layer 33. The second pinned magnetic layer (lower) 34 is formed to be thinner than the film thickness t P2 . On the other hand, the thickness t P1 of the first pinned magnetic layer (upper) 43 formed above the free magnetic layer 36 is equal to the thickness of the second pinned magnetic layer 41 formed via the nonmagnetic intermediate layer 42.
It is formed thicker than the film thickness t P2 of (upper). And
The magnetizations of the first fixed magnetic layers (lower) 32 and (upper) 43 are both magnetized in the direction opposite to the Y direction in the figure, and the magnetizations of the second fixed magnetic layers (lower) 34 and (upper) 41 are shown in the figure. It is magnetized in the Y direction. In the case of the single spin-valve type thin film element shown in FIGS. 1 and 3, Ms · t P2 of the Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer a second pinned magnetic layer is differently thickness etc. Is adjusted, and the magnetization direction of the first pinned magnetic layer may be either the illustrated Y direction or the opposite direction to the illustrated Y direction.

【0131】しかし、図5に示すデュアルスピンバルブ
型薄膜素子にあっては、第1の固定磁性層(下)32,
(上)43の磁化が共に同じ方向に向くようにする必要
性があり、そのために、本発明では、第1の固定磁性層
(下)32,(上)43の磁気モーメントMs・t
P1と、第2の固定磁性層(下)34,(上)41の磁気
モーメントMs・tP2との調整、及び熱処理中に印加す
る磁場の方向及びその大きさを適正に調節している。こ
こで、第1の固定磁性層(下)32,(上)43の磁化
を共に同じ方向に向けておくのは、前記第1の固定磁性
層(下)32,(上)43の磁化と反平行になる第2の
固定磁性層(下)34,(上)41の磁化を共に同じ方
向に向けておくためであり、その理由について以下に説
明する。
However, in the dual spin-valve thin film element shown in FIG. 5, the first pinned magnetic layer (lower) 32,
It is necessary that both (upper) 43 magnetizations be directed in the same direction. For this reason, in the present invention, the first fixed magnetic layers (lower) 32 and the (upper) 43 magnetic moment Ms · t
And P1, the second pinned magnetic layer (lower) 34, are adjusted (upper) 41 Adjustment of the magnetic moment Ms · t P2, and the direction and magnitude of the magnetic field applied during the heat treatment properly. Here, the magnetizations of the first fixed magnetic layers (lower) 32 and (upper) 43 are both oriented in the same direction because the magnetizations of the first fixed magnetic layers (lower) 32 and (upper) 43 are different from the magnetizations of the first fixed magnetic layers (lower) 32 and (upper) 43. This is to keep the magnetizations of the antiparallel second fixed magnetic layers (lower) 34 and (upper) 41 in the same direction, and the reason will be described below.

【0132】前述したように、スピンバルブ型薄膜素子
のΔMRは、固定磁性層の固定磁化とフリー磁性層の変
動磁化との関係によって得られるものであるが、本発明
のように固定磁性層が第1の固定磁性層と第2の固定磁
性層の2層に分断された場合にあっては、前記ΔMRに
直接関与する固定磁性層の層は第2の固定磁性層であ
り、第1の固定磁性層は、前記第2の固定磁性層の磁化
を、一定方向に固定しておくためのいわば補助的な役割
を担っている。
As described above, the ΔMR of the spin-valve thin film element is obtained from the relationship between the fixed magnetization of the fixed magnetic layer and the variable magnetization of the free magnetic layer. When divided into two layers, the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer, the layer of the fixed magnetic layer directly involved in the ΔMR is the second fixed magnetic layer, and The fixed magnetic layer plays a so-called auxiliary role for fixing the magnetization of the second fixed magnetic layer in a certain direction.

【0133】仮に図5に示す第2の固定磁性層(下)3
4,(上)41の磁化が互いに反対方向に固定されてい
るとすると、例えば第2の固定磁性層(上)41の固定
磁化と、フリー磁性層36の変動磁化との関係では抵抗
が大きくなっても、第2の固定磁性層(下)34の固定
磁化と、フリー磁性層36の変動磁化との関係では抵抗
が非常に小さくなってしまい、結局、デュアルスピンバ
ルブ型薄膜素子におけるΔMRは、図1や図3に示すシ
ングルスピンバルブ型薄膜素子のΔMRよりも小さくな
ってしまう。
The second pinned magnetic layer (lower) 3 shown in FIG.
Assuming that the magnetizations of the upper and lower layers 41 and 41 are fixed in opposite directions, for example, the resistance is large in the relationship between the fixed magnetization of the second fixed magnetic layer (upper) 41 and the variable magnetization of the free magnetic layer 36. Even so, the resistance becomes very small in the relationship between the fixed magnetization of the second fixed magnetic layer (lower) 34 and the fluctuating magnetization of the free magnetic layer 36, and as a result, ΔMR in the dual spin-valve thin film element becomes 1 and 3 are smaller than the ΔMR of the single spin-valve thin film element.

【0134】この問題は、本発明のように、固定磁性層
を非磁性中間層を介して2層に分断したデュアルスピン
バルブ型薄膜素子に限ったことではなく、従来のデュア
ルスピンバルブ型薄膜素子であっても同じことであり、
シングルスピンバルブ型薄膜素子に比べΔMRを大きく
でき、大きな出力を得ることができるデュアルスピンバ
ルブ型薄膜素子の特性を発揮させるには、フリー磁性層
の上下に形成される固定磁性層を共に同じ方向に固定し
ておく必要がある。
This problem is not limited to the dual spin-valve thin film element in which the fixed magnetic layer is divided into two layers via the non-magnetic intermediate layer as in the present invention. Is the same as
In order to exhibit the characteristics of a dual spin-valve thin-film device that can increase ΔMR and obtain a large output compared to a single spin-valve thin-film device, the fixed magnetic layers formed above and below the free magnetic layer must be in the same direction. Must be fixed to

【0135】ところで本発明では、図5に示すように、
フリー磁性層36よりも下側に形成された固定磁性層
は、第2の固定磁性層(下)34のMs・tP2の方が、
第1の固定磁性層(下)32のMs・tP1に比べ大きく
なっており、Ms・tP2の大きい第2の固定磁性層
(下)34の磁化が図示Y方向に固定されている。ここ
で、第2の固定磁性層34のMs・tP2と、第1の固定
磁性層32のMs・tP1とを足し合わせた、いわゆる合
成磁気モーメントは、Ms・tP2の大きい第2の固定磁
性層34の磁気モーメントに支配され、図示Y方向に向
けられている。
According to the present invention, as shown in FIG.
The pinned magnetic layer formed below the free magnetic layer 36 is such that Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer (lower) 34 is
The magnetization of the second fixed magnetic layer (lower) 34, which is larger than Ms · t P1 of the first fixed magnetic layer (lower) 32 and has a larger Ms · t P2 , is fixed in the Y direction in the figure. Here, the so-called synthetic magnetic moment obtained by adding Ms · t P2 of the second fixed magnetic layer 34 and Ms · t P1 of the first fixed magnetic layer 32 is a second magnetic moment having a large Ms · t P2. It is governed by the magnetic moment of the fixed magnetic layer 34 and is directed in the Y direction in the figure.

【0136】一方、フリー磁性層36よりも上側に形成
された固定磁性層は、第1の固定磁性層(上)43のM
s・tP1の方が、第2の固定磁性層(上)41のMs・
P2に比べて大きくなっており、Ms・tP1の大きい第
1の固定磁性層(上)43の磁化が図示Y方向と反対方
向に固定されている。第1の固定磁性層(上)43のM
s・tP1と、第2の固定磁性層(上)41のMs・tP2
とを足した、いわゆる合成磁気モーメントは、第1の固
定磁性層(上)43のMs・tP1に支配され、図示Y方
向と反対方向に向けられている。
On the other hand, the pinned magnetic layer formed above the free magnetic layer 36 is the M pin of the first pinned magnetic layer (top) 43.
s · t P1 is the Ms · t of the second pinned magnetic layer (upper) 41.
The magnetization of the first fixed magnetic layer (upper) 43, which is larger than t P2 and has a larger Ms · t P1 , is fixed in the direction opposite to the Y direction in the figure. M of the first pinned magnetic layer (upper) 43
s · t P1 and Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer (upper) 41
The so-called combined magnetic moment is controlled by Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer (upper) 43 and directed in the direction opposite to the Y direction in the figure.

【0137】すなわち、図5に示すデュアルスピンバル
ブ型薄膜素子では、フリー磁性層36の上下で、第1の
固定磁性層のMs・tP1と第2の固定磁性層のMs・t
P2を足して求めることができる合成磁気モーメントの方
向が反対方向になっているのである。このためフリー磁
性層36よりも下側で形成される図示Y方向に向けられ
た合成磁気モーメントと、前記フリー磁性層36よりも
上側で形成される図示Y方向と反対方向に向けられた合
成磁気モーメントとが、図示左周りの磁界を形成してい
る。従って、前記合成磁気モーメントによって形成され
る磁界により、第1の固定磁性層(下)32,(上)4
3の磁化と第2の固定磁性層(下)34,(上)41の
磁化とがさらに安定したフェリ状態を保つことが可能で
ある。
That is, in the dual spin-valve thin film element shown in FIG. 5, Ms · t P1 of the first fixed magnetic layer and Ms · t P of the second fixed magnetic layer above and below the free magnetic layer 36.
The direction of the resultant magnetic moment that can be obtained by adding P2 is in the opposite direction. Therefore, the combined magnetic moment formed below the free magnetic layer 36 in the illustrated Y direction and the combined magnetic moment formed above the free magnetic layer 36 in the opposite direction to the illustrated Y direction. The moment forms a leftward magnetic field in the figure. Therefore, the first fixed magnetic layers (lower) 32 and (upper) 4 are caused by the magnetic field formed by the resultant magnetic moment.
The magnetization of No. 3 and the magnetizations of the second fixed magnetic layers (lower) 34 and (upper) 41 can maintain a more stable ferri-state.

【0138】更に、センス電流114は、主に比抵抗の
小さい非磁性導電層35,39を中心にして流れ、セン
ス電流114を流すことにより、右ネジの法則によって
センス電流磁界が形成されることになるが、センス電流
114を図5の方向に流すことにより、フリー磁性層3
6の下側に形成された第1の固定磁性層(下)32/非
磁性中間層(下)33/第2の固定磁性層(下)34の
場所にセンス電流が作るセンス電流磁界の方向を、前記
第1の固定磁性層(下)32/非磁性中間層(下)33
/第2の固定磁性層(下)34の合成磁気モーメントの
方向と一致させることができ、さらに、フリー磁性層3
6よりも上側に形成された第1の固定磁性層(上)43
/非磁性中間層(上)42/第2の固定磁性層(上)4
1の場所にセンス電流が作るセンス電流磁界を、前記第
1の固定磁性層(上)43/非磁性中間層(上)42/
第2の固定磁性層(上)41の合成磁気モーメントの方
向と一致させることができる。
Further, the sense current 114 mainly flows around the nonmagnetic conductive layers 35 and 39 having a small specific resistance, and the sense current 114 is caused to flow to form a sense current magnetic field according to the right-hand rule. However, by flowing the sense current 114 in the direction of FIG.
6, the direction of the sense current magnetic field generated by the sense current at the location of the first fixed magnetic layer (lower) 32 / non-magnetic intermediate layer (lower) 33 / second fixed magnetic layer (lower) 34 The first fixed magnetic layer (lower) 32 / the non-magnetic intermediate layer (lower) 33
/ The direction of the synthetic magnetic moment of the second pinned magnetic layer (lower) 34 can be matched with the direction of the free magnetic layer 3.
First fixed magnetic layer (upper) 43 formed above layer 6
/ Non-magnetic intermediate layer (upper) 42 / second fixed magnetic layer (upper) 4
The first fixed magnetic layer (upper) 43 / non-magnetic intermediate layer (upper) 42 /
The direction of the combined magnetic moment of the second pinned magnetic layer (upper) 41 can be matched.

【0139】センス電流磁界の方向と合成磁気モーメン
トの方向を一致させることのメリットに関しては後で詳
述するが、簡単に言えば、前記固定磁性層の熱的安定性
を高めることができることと、大きなセンス電流を流せ
ることができるので、再生出力を向上できるという、非
常に大きいメリットがある。センス電流磁界と合成磁気
モーメントの方向に関するこれらの関係は、フリー磁性
層36の上下に形成される固定磁性層の合成磁気モーメ
ントが図示左周りの磁界を形成しているからである。
The merit of making the direction of the sense current magnetic field coincide with the direction of the resultant magnetic moment will be described later in detail. Since a large sense current can be passed, there is a very great merit that the reproduction output can be improved. The relationship between the sense current magnetic field and the direction of the combined magnetic moment is because the combined magnetic moment of the fixed magnetic layers formed above and below the free magnetic layer 36 forms a leftward magnetic field in the drawing.

【0140】装置内の環境温度は約200℃程度まで上
昇し、さらに今後、記録媒体の回転数や、センス電流の
増大などによって、環境温度がさらに上昇する傾向にあ
る。このように環境温度が上昇すると、交換結合磁界は
低下するが、本発明によれば、合成磁気モーメントで形
成される磁界と、センス電流磁界により、熱的にも安定
して第1の固定磁性層(下)32,(上)43の磁化と
第2の固定磁性層(下)34,(上)41の磁化とをフ
ェリ状態に保つことができる。
The environmental temperature in the apparatus rises to about 200 ° C., and the environmental temperature tends to further increase in the future due to an increase in the number of rotations of the recording medium, an increase in sense current, and the like. As the environmental temperature increases, the exchange coupling magnetic field decreases. However, according to the present invention, the first fixed magnetic field is thermally stabilized by the magnetic field formed by the combined magnetic moment and the sense current magnetic field. The magnetizations of the layers (lower) 32 and (upper) 43 and the magnetizations of the second pinned magnetic layers (lower) 34 and (upper) 41 can be maintained in a ferri-state.

【0141】前述した合成磁気モーメントによる磁界の
形成、及び、合成磁気モーメントによる磁界とセンス電
流磁界との方向関係は、本発明特有の構成であり、フリ
ー磁性層の上下に単層で形成され、しかも同じ方向に向
けられ固定磁化された固定磁性層を有する従来のデュア
ルスピンバルブ型薄膜素子では、得ることができないも
のとなっている。
The above-described formation of the magnetic field by the combined magnetic moment, and the directional relationship between the magnetic field by the combined magnetic moment and the sense current magnetic field are unique to the present invention. Moreover, the conventional dual spin-valve thin film element having a fixed magnetic layer oriented in the same direction and fixedly magnetized cannot be obtained.

【0142】次に、熱処理中に与える磁界の方向及びそ
の大きさについて以下に説明する。図5に示すスピンバ
ルブ型薄膜素子では、反強磁性層31,44にPtMn
合金など第1の固定磁性層(下)32,(上)43との
界面で交換結合磁界(交換異方性磁界)を発生させるた
めに、熱処理が必要な反強磁性材料を使用しているの
で、熱処理中に印加する磁場の方向及びその大きさを適
正に制御しないと、第1の固定磁性層(下)32,
(上)43と第2の固定磁性層(下)34,(上)41
との磁化の方向を図5に示すような方向に得ることはで
きない。
Next, the direction and magnitude of the magnetic field applied during the heat treatment will be described below. In the spin-valve thin film element shown in FIG.
In order to generate an exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with the first pinned magnetic layers (lower) 32 and (upper) 43 such as an alloy, an antiferromagnetic material requiring heat treatment is used. Therefore, unless the direction and magnitude of the magnetic field applied during the heat treatment are properly controlled, the first pinned magnetic layer (lower) 32,
(Upper) 43 and second pinned magnetic layer (lower) 34, (upper) 41
Cannot be obtained in the direction as shown in FIG.

【0143】まず成膜する段階で、図5に示すように、
フリー磁性層36よりも下側に形成された第1の固定磁
性層(下)32のMs・tP1を、第2の固定磁性層
(下)34のMs・tP2よりも小さくし、且つ前記フリ
ー磁性層36よりも上側に形成された第1の固定磁性層
(上)43のMs・tP1を第2の固定磁性層(上)41
のMs・tP2よりも大きくする。図5に示すように、第
1の固定磁性層(下)32,(上)43を図示Y方向と
反対方向に向けたい場合には、前述した表1,2を参照
することにより、図示Y方向と逆方向に5k(Oe)以
上(表1(4)及び表2(4)参照)の磁界を与える必
要がある。
First, at the stage of film formation, as shown in FIG.
Ms · t P1 of the first fixed magnetic layer (lower) 32 formed below the free magnetic layer 36 is smaller than Ms · t P2 of the second fixed magnetic layer (lower) 34, and The Ms · t P1 of the first fixed magnetic layer (upper) 43 formed above the free magnetic layer 36 is changed to the second fixed magnetic layer (upper) 41.
Ms · t P2 . As shown in FIG. 5, when the first pinned magnetic layers (lower) 32 and (upper) 43 are desired to be directed in the directions opposite to the Y direction shown in FIG. It is necessary to apply a magnetic field of 5 k (Oe) or more (see Tables 1 (4) and 2 (4)) in the direction opposite to the direction.

【0144】図示Y方向と反対方向に5k(Oe)以上
の磁界を印加することにより、第1の固定磁性層(下)
32,(上)43の磁化及び第2の固定磁性層(下)3
4,(上)41の磁化がすべて一旦図示Y方向と反対方
向に向く。前記第1の固定磁性層(下)32,(上)4
3は、反強磁性層31,44との界面での交換結合磁界
(交換異方性磁界)によって、図示Y方向と反対方向に
固定され、5k(Oe)以上の磁界を取り去ることによ
り、第2の固定磁性層(下)34,(上)41の磁化
は、第1の固定磁性層(下)32,(上)43との交換
結合磁界(RKKY相互作用)によって、図示Y方向に
反転し図示Y方向に固定されるのである。
By applying a magnetic field of 5 k (Oe) or more in the direction opposite to the Y direction in the figure, the first fixed magnetic layer (lower)
32, (upper) 43 magnetization and second pinned magnetic layer (lower) 3
4, the magnetization of (upper) 41 is once directed in the direction opposite to the Y direction in the figure. The first fixed magnetic layer (lower) 32, (upper) 4
No. 3 is fixed in the direction opposite to the Y direction in the figure by an exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with the antiferromagnetic layers 31 and 44, and removes a magnetic field of 5 k (Oe) or more to remove the magnetic field. The magnetizations of the second fixed magnetic layers (lower) 34 and (upper) 41 are reversed in the Y direction in the figure by an exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) with the first fixed magnetic layers (lower) 32 and (upper) 43. Then, it is fixed in the illustrated Y direction.

【0145】あるいは5k(Oe)以上の磁界を図示Y
方向に与えてもよい。この場合には、第1の固定磁性層
(下)32,(上)43の磁化と第2の固定磁性層
(下)34,(上)41の磁化が図5に示す磁化方向と
反対向きに磁化され、右回りの合成磁気モーメントによ
る磁界が形成される。
Alternatively, a magnetic field of 5 k (Oe) or more is applied as shown in FIG.
It may be given in the direction. In this case, the magnetizations of the first fixed magnetic layers (lower) 32 and (upper) 43 and the magnetizations of the second fixed magnetic layers (lower) 34 and (upper) 41 are opposite to the magnetization directions shown in FIG. To form a magnetic field due to the clockwise resultant magnetic moment.

【0146】また本発明では、フリー磁性層36よりも
下側に形成された第1の固定磁性層(下)32のMs・
P1を、第2の固定磁性層34のMs・tP2よりも大き
くし、且つ、前記フリー磁性層36よりも上側に形成さ
れた第1の固定磁性層43のMs・tP1を第2の固定磁
性層41のMs・tP2よりも小さくしてもよい。この場
合においても、第1の固定磁性層(下)32,(上)4
3の磁化を得たい方向、すなわち図示Y方向あるいは図
示Y方向と反対方向に5k(Oe)以上の磁界を印加す
ることによって、フリー磁性層36の上下に形成された
第2の固定磁性層(下)34,(上)41を同じ方向に
向けて固定でき、しかも図示右回りのあるいは左回りの
合成磁気モーメントによる磁界を形成できる。
In the present invention, the first fixed magnetic layer (lower) 32 formed below the free magnetic layer 36 has a Ms ·
t P1 is set to be larger than Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer 34 and Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer 43 formed above the free magnetic layer 36 is set to the second value. May be smaller than Ms · t P2 of the fixed magnetic layer 41 described above. Also in this case, the first pinned magnetic layers (lower) 32, (upper) 4
By applying a magnetic field of 5 k (Oe) or more in the direction in which the magnetization No. 3 is to be obtained, that is, in the illustrated Y direction or in the opposite direction to the illustrated Y direction, the second fixed magnetic layer ( The lower) 34 and the (upper) 41 can be fixed in the same direction, and a magnetic field can be formed by a combined clockwise or counterclockwise magnetic moment.

【0147】なお上記した方法以外の方法で、フリー磁
性層36の上下に形成された第2の固定磁性層(下)3
4,(上)41の磁化を互いに同じ方向に向け、しかも
合成磁気モーメントによる磁界の形成、及び合成磁気モ
ーメントによる磁界とセンス電流磁界との方向関係の形
成を行うことはできない。
The second pinned magnetic layer (lower) 3 formed above and below the free magnetic layer 36 by a method other than the method described above.
It is not possible to direct the magnetizations of the fourth and upper 41 in the same direction and to form a magnetic field by the combined magnetic moment and to form a directional relationship between the magnetic field by the combined magnetic moment and the sense current magnetic field.

【0148】また本発明では以下に示す方法によって、
第2の固定磁性層(下)34,(上)41の磁化を互い
に同じ方向に向けることが可能であるが、フリー磁性層
36の上下に形成される合成磁気モーメントは互いに同
じ方向を向くため、前記合成磁気モーメントによる磁界
を形成することはできない。しかし、本発明のデュアル
スピンバルブ型薄膜素子であれば、以下の熱処理方法に
よっても、従来のデュアルスピンバルブ型薄膜素子と同
程度のΔMRを得ることができ、しかも従来のデュアル
スピンバルブ型薄膜素子に比べ、固定磁性層(第1の固
定磁性層と第2の固定磁性層)の磁化状態を熱的に安定
した状態に保つことが可能である。
In the present invention, the following method is used.
Although the magnetizations of the second pinned magnetic layers (lower) 34 and (upper) 41 can be directed in the same direction, the combined magnetic moments formed above and below the free magnetic layer 36 are directed in the same direction. However, a magnetic field cannot be formed by the combined magnetic moment. However, with the dual spin-valve thin film element of the present invention, it is possible to obtain the same ΔMR as that of the conventional dual spin-valve thin film element by the following heat treatment method. As compared with the above, the magnetization states of the fixed magnetic layers (the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer) can be kept thermally stable.

【0149】まず、フリー磁性層36の下側に形成され
た第1の固定磁性層(下)32のMs・tP1と前記フリ
ー磁性層36の上側に形成された第1の固定磁性層
(上)43のMs・tP1を共に、第2の固定磁性層
(下)34,(上)41のMs・tP2よりも大きくした
場合には、前記第1の固定磁性層(下)32,(上)4
3の磁化を向けたい方向に、100〜1k(Oe)、あ
るいは5k(Oe)以上の磁界を与えることにより、前
記第1の固定磁性層(下)32,(上)43を共に同じ
方向に向け、前記第1の固定磁性層(下)32,(上)
43との交換結合磁界(RKKY相互作用)によって、
前記第1の固定磁性層(下)32,(上)43の磁化と
反平行に磁化される第2の固定磁性層(下)34,
(上)41の磁化を共に同じ方向に向けて固定すること
ができる。
First, Ms · t P1 of the first fixed magnetic layer (lower) 32 formed below the free magnetic layer 36 and the first fixed magnetic layer (above the free magnetic layer 36) When the Ms · t P1 of the upper (43) is larger than the Ms · t P2 of the second fixed magnetic layer (the lower) 34 and (upper) 41, the first fixed magnetic layer (the lower) 32 , (Top) 4
By applying a magnetic field of 100 to 1 k (Oe) or 5 k (Oe) or more in the direction in which the magnetization of No. 3 is to be directed, the first pinned magnetic layers (lower) 32 and (upper) 43 are in the same direction. , The first pinned magnetic layer (bottom) 32, (top)
By the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) with 43,
The second fixed magnetic layer (lower) 34, which is magnetized in antiparallel to the magnetization of the first fixed magnetic layer (lower) 32 and (upper) 43,
(Upper) The magnetizations of 41 can be fixed in the same direction.

【0150】あるいは、フリー磁性層36の下側に形成
された第1の固定磁性層(下)32のMs・tP1と前記
フリー磁性層36の上側に形成された第1の固定磁性層
(上)43のMs・tP1を共に、第2の固定磁性層
(下)34,(上)41のMs・tP2よりも小さくした
場合には、前記第1の固定磁性層(下)32,(上)4
3の磁化を向けたい方向と反対方向に、100〜1k
(Oe)、あるいは、前記第1の固定磁性層(下)3
2,(上)43の磁化を向けたい方向に5k(Oe)以
上の磁界を与えることにより、第1の固定磁性層(下)
32,(上)43を共に同じ方向に向け、前記第1の固
定磁性層(下)32,(上)43との交換結合磁界(R
KKY相互作用)によって、前記第1の固定磁性層
(下)32,(上)43の磁化と反平行に磁化される第
2の固定磁性層(下)34,(上)41の磁化を共に同
じ方向に向けて固定することができる。
Alternatively, Ms · t P1 of the first fixed magnetic layer (lower) 32 formed below the free magnetic layer 36 and the first fixed magnetic layer (above the free magnetic layer 36) When the Ms · t P1 of the upper 43 is smaller than the Ms · t P2 of the second fixed magnetic layer (lower) 34 and the (upper) 41, the first fixed magnetic layer (lower) 32 , (Top) 4
100-100k in the direction opposite to the direction of magnetization
(Oe) or the first fixed magnetic layer (lower) 3
By applying a magnetic field of 5 k (Oe) or more in the direction in which the magnetization of 2, (upper) 43 is to be directed, the first fixed magnetic layer (lower)
32 and (upper) 43 are directed in the same direction, and the exchange coupling magnetic field (R) with the first pinned magnetic layers (lower) 32 and
Due to the KKY interaction), the magnetizations of the second fixed magnetic layers (lower) 34 and (upper) 41 which are magnetized in antiparallel to the magnetizations of the first fixed magnetic layers (lower) 32 and (upper) 43 are both changed. It can be fixed in the same direction.

【0151】以上、図1から図6に示したスピンバルブ
型薄膜素子によれば、固定磁性層を非磁性中間層を介し
て第1の固定磁性層と第2の固定磁性層との2層に分断
し、この2層の固定磁性層間に発生する交換結合磁界
(RKKY相互作用)によって前記2層の固定磁性層の
磁化を反平行状態(フェリ状態)にすることにより、従
来に比べて熱的にも安定した固定磁性層の磁化状態を保
つことができる。
As described above, according to the spin-valve thin-film element shown in FIGS. 1 to 6, the fixed magnetic layer is divided into two layers of the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer via the non-magnetic intermediate layer. And the magnetization of the two fixed magnetic layers is changed to an anti-parallel state (ferri state) by an exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) generated between the two fixed magnetic layers. The stable magnetization state of the pinned magnetic layer can be maintained.

【0152】特に本発明では、反強磁性層としてブロッ
キング温度が非常に高く、また第1の固定磁性層との界
面で大きい交換結合磁界(交換異方性磁界)を発生する
PtMn合金を使用することにより、第1の固定磁性層
と第2の固定磁性層との磁化状態を、より熱的安定性に
優れたものにできる。
In particular, in the present invention, a PtMn alloy having a very high blocking temperature and generating a large exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with the first pinned magnetic layer is used as the antiferromagnetic layer. Thereby, the magnetization states of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer can be made more excellent in thermal stability.

【0153】また本発明では、第1の固定磁性層と第2
の固定磁性層との膜厚比や、前記第1の固定磁性層と第
2の固定磁性層との間に介在する非磁性中間層の膜厚、
及び反強磁性層の膜厚を適正な範囲内で形成することに
よって、交換結合磁界(Hex)を大きくでき、従っ
て、前記第1の固定磁性層と第2の固定磁性層の固定磁
化の熱的安定性をより向上させることが可能である。
In the present invention, the first pinned magnetic layer and the second
And the thickness of the non-magnetic intermediate layer interposed between the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer,
By forming the thickness of the antiferromagnetic layer within an appropriate range, the exchange coupling magnetic field (Hex) can be increased, and therefore, the heat of the fixed magnetization of the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer can be increased. It is possible to further improve the target stability.

【0154】なお第1の固定磁性層の膜厚tP1と第2の
固定磁性層の膜厚tP2との膜厚比、さらには、前記第1
の固定磁性層、第2の固定磁性層、非磁性中間層、及び
反強磁性層の膜厚を適性な範囲内で形成することによ
り、従来とほぼ同程度のΔMRを得ることも可能であ
る。
The thickness ratio of the thickness t P1 of the first pinned magnetic layer to the thickness t P2 of the second pinned magnetic layer,
By forming the thicknesses of the fixed magnetic layer, the second fixed magnetic layer, the nonmagnetic intermediate layer, and the antiferromagnetic layer within appropriate ranges, it is possible to obtain a ΔMR that is almost the same as that of the related art. .

【0155】さらに本発明では、反強磁性層としてPt
Mn合金など、第1の固定磁性層との界面で交換結合磁
界(交換異方性磁界)を発生させるために熱処理を必要
とする反強磁性材料を使用した場合に、第1の固定磁性
層のMs・tP1と第2の固定磁性層のMs・tP2とを異
なる値で形成し、さらに熱処理中の印加磁場の大きさ及
びその方向を適正に調節することによって、前記第1の
固定磁性層(及び第2の固定磁性層)の磁化を得たい方
向に磁化させることが可能である。
Further, in the present invention, Pt is used as the antiferromagnetic layer.
When using an antiferromagnetic material that requires heat treatment to generate an exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with the first fixed magnetic layer, such as a Mn alloy, the first fixed magnetic layer Ms · t P1 of the second pinned magnetic layer and Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer are formed with different values, and the magnitude and direction of the applied magnetic field during the heat treatment are appropriately adjusted, thereby obtaining the first pinned magnetic layer. The magnetization of the magnetic layer (and the second pinned magnetic layer) can be magnetized in a direction in which the magnetization is to be obtained.

【0156】特に図5に示すデュアルスピンバルブ型薄
膜素子にあっては、第1の固定磁性層(下)32,
(上)43のMs・tP1と第2の固定磁性層(下)3
4,(上)41のMs・tP2を適正に調節し、さらに熱
処理中の印加磁場の大きさ及びその方向を適正に調節す
ることによって、ΔMRに関与するフリー磁性層36の
上下に形成された2つの第2の固定磁性層(下)34,
(上)41の磁化を共に同じ方向に固定でき、且つフリ
ー磁性層36の上下に形成される合成磁気モーメントを
互いに反対方向に形成できることによって、前記合成磁
気モーメントによる磁界の形成、及び、前記合成磁気モ
ーメントによる磁界とセンス電流磁界との方向関係の形
成ができ、固定磁性層の磁化の熱的安定性をさらに向上
させることが可能である。
In particular, in the dual spin-valve thin film element shown in FIG. 5, the first pinned magnetic layer (lower) 32,
(Top) 43 Ms · t P1 and second pinned magnetic layer (bottom) 3
4, (upper) 41, by appropriately adjusting the Ms · t P2, and by appropriately adjusting the magnitude and direction of the applied magnetic field during the heat treatment, the upper and lower free magnetic layers 36 involved in ΔMR are formed. Two second fixed magnetic layers (lower) 34,
(Upper) Since the magnetization of both 41 can be fixed in the same direction and the combined magnetic moments formed above and below the free magnetic layer 36 can be formed in opposite directions, the formation of a magnetic field by the combined magnetic moment and the combination The directional relationship between the magnetic field due to the magnetic moment and the sense current magnetic field can be formed, and the thermal stability of magnetization of the fixed magnetic layer can be further improved.

【0157】図7は、本発明の第4の実施形態のスピン
バルブ型薄膜素子の構造を模式図的に示した横断面図、
図8は、図7に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体
との対向面から見た場合の断面図である。このスピンバ
ルブ型薄膜素子においても、図1〜図6に示すスピンバ
ルブ型薄膜素子と同様に、ハードディスク装置に設けら
れた浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けら
れて、ハードディスクなどの記録磁界を検出するもので
ある。なお、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動
方向は図示Z方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界
の方向はY方向である。このスピンバルブ型薄膜素子
は、固定磁性層のみならず、フリー磁性層も非磁性中間
層を介して第1のフリー磁性層と第2のフリー磁性層の
2層に分断されている。
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a spin-valve thin film element according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of the spin-valve thin film element shown in FIG. 7 when viewed from a surface facing a recording medium. Also in this spin-valve thin-film element, similarly to the spin-valve thin-film element shown in FIGS. It detects a magnetic field. The moving direction of the magnetic recording medium such as a hard disk is the Z direction in the figure, and the direction of the leakage magnetic field from the magnetic recording medium is the Y direction. In this spin-valve thin film element, not only the fixed magnetic layer but also the free magnetic layer is divided into two layers, a first free magnetic layer and a second free magnetic layer, via a nonmagnetic intermediate layer.

【0158】図7,8に示すように下から下地層50、
反強磁性層51、第1の固定磁性層52、非磁性中間層
53、第2の固定磁性層54、非磁性導電層55、第1
のフリー磁性層56、非磁性中間層59、第2のフリー
磁性層60、及び保護層61の順に積層されている。前
記下地層50及び保護層61は例えばTaなどで形成さ
れている。また前記反強磁性層51は、PtMn合金で
形成されていることが好ましい。PtMn合金は、従来
から反強磁性層として使用されているNiMn合金やF
eMn合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキ
ング温度が高く、交換結合磁界も大きい。また本発明で
は、前記PtMn合金に代えて、X―Mn(ただしX
は、Pd,Ir,Rh,Ruのいずれか1種または2種
以上の元素である)合金、あるいは、Pt―Mn―X′
(ただしX′は、Pd,Ir,Rh,Ru,Au,Ag
のいずれか1種または2種以上の元素である)合金を使
用してもよい。
As shown in FIG. 7 and FIG.
The antiferromagnetic layer 51, the first fixed magnetic layer 52, the nonmagnetic intermediate layer 53, the second fixed magnetic layer 54, the nonmagnetic conductive layer 55, the first
, A non-magnetic intermediate layer 59, a second free magnetic layer 60, and a protective layer 61 in this order. The underlayer 50 and the protective layer 61 are formed of, for example, Ta. Preferably, the antiferromagnetic layer 51 is formed of a PtMn alloy. PtMn alloys include NiMn alloys and Fn alloys conventionally used as antiferromagnetic layers.
It has better corrosion resistance than eMn alloys, etc., and also has a higher blocking temperature and a larger exchange coupling magnetic field. In the present invention, instead of the PtMn alloy, X—Mn (where X
Is one or more of Pd, Ir, Rh, and Ru) alloys, or Pt—Mn—X ′
(Where X 'is Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Ag
Alloys of any one or two or more) may be used.

【0159】第1の固定磁性層52及び第2の固定磁性
層54は、Co膜、NiFe合金、CoFe合金、ある
いはCoNiFe合金などで形成されている。また非磁
性中間層53は、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cu
のうち1種あるいは2種以上の合金で形成されているこ
とが好ましい。さらに非磁性導電層55はCuなどで形
成されている。
The first fixed magnetic layer 52 and the second fixed magnetic layer 54 are formed of a Co film, a NiFe alloy, a CoFe alloy, a CoNiFe alloy, or the like. The nonmagnetic intermediate layer 53 is made of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, Cu
It is preferable to be formed of one or more alloys among them. Further, the nonmagnetic conductive layer 55 is formed of Cu or the like.

【0160】前記第1の固定磁性層52の磁化と第2の
固定磁性層54の磁化は、互いに反平行に磁化されたフ
ェリ状態となっており、例えば第1の固定磁性層52の
磁化は図示Y方向に、第2の固定磁性層54の磁化は図
示Y方向と反対方向に固定されている。このフェリ状態
の安定性を保つためには、大きい交換結合磁界が必要で
あり、本発明では、より大きな交換結合磁界を得るため
に、以下に示す種々の適正化を行っている。
The magnetization of the first fixed magnetic layer 52 and the magnetization of the second fixed magnetic layer 54 are in a ferri state in which they are magnetized antiparallel to each other. For example, the magnetization of the first fixed magnetic layer 52 is In the illustrated Y direction, the magnetization of the second pinned magnetic layer 54 is fixed in a direction opposite to the illustrated Y direction. In order to maintain the stability of the ferri state, a large exchange coupling magnetic field is required. In the present invention, various optimizations described below are performed to obtain a larger exchange coupling magnetic field.

【0161】図7,8に示すスピンバルブ型薄膜素子で
は、(第1の固定磁性層52の膜厚tP1)/(第2の固
定磁性層54の膜厚tP2)は、0.33〜0.95、あ
るいは1.05〜4の範囲内であることが好ましく、よ
り好ましくは0.53〜0.95、あるいは、1.08
〜1.8の範囲内とすることである。
In the spin-valve thin-film element shown in FIGS. 7 and 8, (thickness t P1 of first fixed magnetic layer 52) / (thickness t P2 of second fixed magnetic layer 54) is 0.33. To 0.95 or 1.05 to 4, more preferably 0.53 to 0.95 or 1.08.
11.8.

【0162】また第1の固定磁性層52及び第2の固定
磁性層54の膜厚にあっては、共に10〜70オングス
トロームで、且つ│第1の固定磁性層52の膜厚tP1
第2の固定磁性層54の膜厚tP2│≧2オングストロー
ムであることが好ましく、より好ましくは、10〜50
オングストロームで、且つ│第1の固定磁性層52の膜
厚tP1―第2の固定磁性層54の膜厚tP2│≧2オング
ストロームである。
The thickness of each of the first fixed magnetic layer 52 and the second fixed magnetic layer 54 is 10 to 70 angstroms, and | the thickness t P1 of the first fixed magnetic layer 52.
It is preferable that the thickness t P2 | ≧ 2 angstroms of the second pinned magnetic layer 54, and more preferably, 10 to 50
Angstrom and | thickness t P1 of first fixed magnetic layer 52 -thickness t P2 of second fixed magnetic layer 54 | ≧ 2 angstroms.

【0163】前述したように、第1の固定磁性層52の
磁気的膜厚Ms・tp1と第2の固定磁性層54の磁気的
膜厚Ms・tp2にある程度差がないと、磁化状態はフェ
リ状態にはなりにくく、また第1の固定磁性層52の磁
気的膜厚Ms・tp1と第2の固定磁性層54の磁気的膜
厚Ms・tp2の差が大きくなりすぎても、交換結合磁界
の低下につながり好ましくない。そこで本発明では、第
1の固定磁性層52の膜厚tp1と第2の固定磁性層54
の膜厚tp2との膜厚比と同じように、(第1の固定磁性
層52の磁気的膜厚Ms・tp1)/(第2の固定磁性層
54の磁気的膜厚Ms・tp2)は、0.33〜0.9
5、あるいは1.05〜4の範囲内とであることが好ま
しい。また本発明では、第1の固定磁性層52の磁気的
膜厚Ms・tp1及び第2の固定磁性層54の磁気的膜厚
Ms・tp2が10〜70(オングストローム・テスラ)
の範囲内で、且つ第1の固定磁性層52の磁気的膜厚M
s・tp1から第2の固定磁性層54の磁気的膜厚Ms・
p2を引いた絶対値が2(オングストローム・テスラ)
以上であることが好ましい。
As described above, if there is no difference between the magnetic film thickness Ms · tp1 of the first fixed magnetic layer 52 and the magnetic film thickness Ms · tp2 of the second fixed magnetic layer 54, the magnetization state Is less likely to be in a ferri-state, and even if the difference between the magnetic film thickness Ms · tp1 of the first fixed magnetic layer 52 and the magnetic film thickness Ms · tp2 of the second fixed magnetic layer 54 becomes too large. This leads to a decrease in exchange coupling magnetic field, which is not preferable. Therefore, in the present invention, the thickness t p1 of the first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54
As with the thickness ratio of the thickness t p2 of, (the magnetic film thickness Ms · t p1 of the first pinned magnetic layer 52) / (the magnetic film thickness Ms · t of the second pinned magnetic layer 54 p2 ) is from 0.33 to 0.9
It is preferably 5 or in the range of 1.05 to 4. In the present invention, the magnetic film thickness Ms · t p2 of the first magnetic film thickness Ms · t p1 and the second fixed magnetic layer 54 of the pinned magnetic layer 52 is 10 to 70 (Å Tesla)
And the magnetic film thickness M of the first pinned magnetic layer 52
From s · t p1, the magnetic film thickness Ms · of the second pinned magnetic layer 54
Absolute value minus tp2 is 2 (Angstroms / Tesla)
It is preferable that it is above.

【0164】また(第1の固定磁性層52の磁気的膜厚
Ms・tp1)/(第2の固定磁性層54の磁気的膜厚M
s・tp2)が、0.53〜0.95、あるいは1.05
〜1.8の範囲内であることがより好ましい。また上記
範囲内であって、第1の固定磁性層52の磁気的膜厚M
s・tp1と第2の固定磁性層54の磁気的膜厚Ms・t
p2は共に10〜50(オングストローム・テスラ)の範
囲内であり、しかも第1の固定磁性層52の磁気的膜厚
Ms・tp1から第2の固定磁性層54の磁気的膜厚Ms
・tp2を引いた絶対値は2(オングストローム・テス
ラ)以上であることが好ましい。
(Magnetic film thickness Ms · t p1 of first fixed magnetic layer 52) / (magnetic film thickness M of second fixed magnetic layer 54)
s · t p2) is from 0.53 to 0.95 or 1.05,
More preferably, it is within the range of 1.8 to 1.8. The magnetic thickness M of the first fixed magnetic layer 52 is within the above range.
s · t p1 and the magnetic film thickness Ms · t of the second pinned magnetic layer 54
p2 are both within the range of 10 to 50 (Å Tesla), yet the magnetic film thickness Ms of the magnetic film thickness Ms · t p1 of the first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54
It is preferable that the absolute value obtained by subtracting tp2 is 2 (angstrom tesla) or more.

【0165】また第1の固定磁性層52と第2の固定磁
性層54に介在する非磁性中間層53の膜厚は、3.6
〜9.6オングストロームの範囲内であることが好まし
い。この範囲内であれば500(Oe)以上の交換結合
磁界を得ることができる。より好ましくは、4〜9.4
オングストロームの範囲内であり、この範囲内であれば
1000(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可能
である。
The thickness of the nonmagnetic intermediate layer 53 interposed between the first fixed magnetic layer 52 and the second fixed magnetic layer 54 is 3.6.
Preferably it is in the range of 9.6 Å. Within this range, an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained. More preferably, 4-9.4.
It is within the range of Å, and within this range, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained.

【0166】さらに反強磁性層51の膜厚は、90オン
グストローム以上であることが好ましい。この範囲内で
あれば500(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが
可能である。より好ましくは、100オングストローム
以上であり、この範囲内であれば1000(Oe)以上
の交換結合磁界を得ることができる。
It is preferable that the thickness of the antiferromagnetic layer 51 is 90 Å or more. Within this range, an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained. More preferably, it is 100 Å or more, and within this range, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained.

【0167】図7,8に示す非磁性導電層55の上に
は、第1のフリー磁性層56が形成されている。図7,
8に示すように前記第1のフリー磁性層56は2層で形
成されており、非磁性導電層55に接する側にCo膜5
7が形成されている。非磁性導電層55に接する側にC
o膜57を形成するのは、第1にΔMRを大きくできる
こと、第2に非磁性導電層55との拡散を防止するため
である。前記Co膜57の上にはNiFe合金膜58が
形成されている。さらに前記NiFe合金膜58上に
は、非磁性中間層59が形成されている。そして前記非
磁性中間層59の上には、第2のフリー磁性層60が形
成され、さらに前記第2のフリー磁性層60上にはTa
などで形成された保護層61が形成されている。前記第
2のフリー磁性層60は、Co膜、NiFe合金、Co
Fe合金、あるいはCoNiFe合金などで形成されて
いる。
On the nonmagnetic conductive layer 55 shown in FIGS. 7 and 8, a first free magnetic layer 56 is formed. FIG.
As shown in FIG. 8, the first free magnetic layer 56 is formed of two layers, and the Co film 5 is formed on the side in contact with the nonmagnetic conductive layer 55.
7 are formed. The side in contact with the nonmagnetic conductive layer 55 has C
The o film 57 is formed first to increase the ΔMR and secondly to prevent diffusion with the nonmagnetic conductive layer 55. On the Co film 57, a NiFe alloy film 58 is formed. Further, a non-magnetic intermediate layer 59 is formed on the NiFe alloy film 58. Then, a second free magnetic layer 60 is formed on the non-magnetic intermediate layer 59, and a Ta free magnetic layer 60 is formed on the second free magnetic layer 60.
A protective layer 61 is formed. The second free magnetic layer 60 includes a Co film, a NiFe alloy,
It is formed of an Fe alloy, a CoNiFe alloy, or the like.

【0168】図8に示す下地層50から保護層61まで
のスピンバルブ膜は、その側面が傾斜面に削られ、前記
スピンバルブ膜は台形状で形成されている。前記スピン
バルブ膜の両側には、ハードバイアス層62,62及び
導電層63,63が形成されている。前記ハードバイア
ス層62は、Co―Pt合金やCo―Cr―Pt合金な
どで形成されており、また前記導電層63は、CuやC
rなどで形成されている。
The side surface of the spin valve film from the underlayer 50 to the protective layer 61 shown in FIG. 8 is cut into an inclined surface, and the spin valve film is formed in a trapezoidal shape. Hard bias layers 62 and 62 and conductive layers 63 and 63 are formed on both sides of the spin valve film. The hard bias layer 62 is formed of a Co—Pt alloy or a Co—Cr—Pt alloy, and the conductive layer 63 is formed of Cu or C
r or the like.

【0169】図7,8に示す第1のフリー磁性層56と
第2のフリー磁性層60の間には非磁性中間層59が介
在し、前記第1のフリー磁性層56と第2のフリー磁性
層60間に発生する交換結合磁界(RKKY相互作用)
によって、前記第1のフリー磁性層56の磁化と第2の
フリー磁性層60の磁化は互いに反平行状態(フェリ状
態)になっている。
A non-magnetic intermediate layer 59 is interposed between the first free magnetic layer 56 and the second free magnetic layer 60 shown in FIGS. Exchange coupling magnetic field generated between the magnetic layers 60 (RKKY interaction)
Thereby, the magnetization of the first free magnetic layer 56 and the magnetization of the second free magnetic layer 60 are in an antiparallel state (ferri state).

【0170】図8に示すスピンバルブ型薄膜素子では、
例えば第1のフリー磁性層56の膜厚tF1は、第2のフ
リー磁性層60の膜厚tF2よりも小さく形成されてい
る。そして前記第1のフリー磁性層56のMs・t
F1は、第2のフリー磁性層60のMs・tF2よりも小さ
く設定されており、ハードバイアス層62から図示X方
向にバイアス磁界が与えられると、Ms・tF2の大きい
第2のフリー磁性層60の磁化が前記バイアス磁界の影
響を受けて、図示X方向に揃えられ、前記第2のフリー
磁性層60との交換結合磁界(RKKY相互作用)によ
って、Ms・tF1の小さい第1のフリー磁性層56の磁
化は図示X方向と反対方向に揃えられる。
In the spin valve type thin film element shown in FIG.
For example, the thickness t F1 of the first free magnetic layer 56 is smaller than the thickness t F2 of the second free magnetic layer 60. The Ms · t of the first free magnetic layer 56
F1 is set smaller than Ms · t F2 of the second free magnetic layer 60. When a bias magnetic field is applied from the hard bias layer 62 in the X direction in the drawing, the second free magnetic layer having a larger Ms · t F2 is set. Under the influence of the bias magnetic field, the magnetization of the layer 60 is aligned in the X direction in the figure, and the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) with the second free magnetic layer 60 causes the first Ms · t F1 to be small. The magnetization of the free magnetic layer 56 is aligned in the direction opposite to the X direction shown.

【0171】図示Y方向から外部磁界が侵入してくる
と、前記第1のフリー磁性層56と第2のフリー磁性層
60の磁化はフェリ状態を保ちながら、前記外部磁界の
影響を受けて回転する。そしてΔMRに寄与する第1の
フリー磁性層56の変動磁化と、第2の固定磁性層54
の固定磁化(例えば図示Y方向と反対方向に磁化されて
いる)との関係によって電気抵抗が変化し、外部磁界の
信号が検出される。本発明では第1のフリー磁性層56
の膜厚tF1と、第2のフリー磁性層60の膜厚tF2の膜
厚比を適正化し、より大きな交換結合磁界を得ることが
できると同時に、従来とほぼ同程度のΔMRを得ること
を可能にしている。
When an external magnetic field enters from the Y direction in the figure, the magnetizations of the first free magnetic layer 56 and the second free magnetic layer 60 rotate under the influence of the external magnetic field while maintaining a ferrimagnetic state. I do. The variable magnetization of the first free magnetic layer 56 contributing to ΔMR and the second pinned magnetic layer 54
(For example, magnetized in the opposite direction to the Y direction in the figure), the electrical resistance changes, and the signal of the external magnetic field is detected. In the present invention, the first free magnetic layer 56
Of the film thickness t F1 of the second free magnetic layer 60 and the film thickness t F2 of the second free magnetic layer 60 to obtain a larger exchange coupling magnetic field, and at the same time, to obtain a ΔMR that is almost the same as the conventional one. Is possible.

【0172】本発明では、(第1のフリー磁性層56の
膜厚tF1/第2のフリー磁性層60の膜厚tF2)が、
0.56〜0.83、あるいは1.25〜5の範囲内で
あることが好ましい。この範囲内であると、少なくとも
500(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可能で
ある。また本発明では、前記(第1のフリー磁性層56
の膜厚tF1/第2のフリー磁性層60の膜厚tF2)は、
0.61〜0.83、あるいは1.25〜2.1の範囲
内であることがより好ましい。この範囲内であると少な
くとも1000(Oe)以上の交換結合磁界を得ること
が可能である。
In the present invention, (film thickness t F1 of first free magnetic layer 56 / film thickness t F2 of second free magnetic layer 60)
It is preferably in the range of 0.56 to 0.83, or 1.25 to 5. Within this range, an exchange coupling magnetic field of at least 500 (Oe) or more can be obtained. Further, in the present invention, the (first free magnetic layer 56
The thickness t F1 of the second free magnetic layer 60 / the thickness t F2 of the second free magnetic layer 60 is
More preferably, it is in the range of 0.61 to 0.83, or 1.25 to 2.1. Within this range, an exchange coupling magnetic field of at least 1000 (Oe) can be obtained.

【0173】なお(第1のフリー磁性層56の膜厚tF1
/第2のフリー磁性層60の膜厚t F2)のうち、0.8
3〜1.25の範囲を除外したのは、前記第1のフリー
磁性層56の膜厚tF1と第2のフリー磁性層60の膜厚
F2とがほぼ同じ値で形成され、前記第1のフリー磁性
層56のMs・tF1と、第2のフリー磁性層60のMs
・tF2がほぼ同じ値に設定されると、ハードバイアス層
62からのバイアス磁界の影響を受けて、第1のフリー
磁性層56と第2のフリー磁性層60のどちらの磁化
も、前記バイアス磁界方向に向こうとしてしまうため、
前記第1のフリー磁性層56の磁化と第2のフリー磁性
層60の磁化は反平行状態にならず、安定した磁化状態
を保つことが不可能となる。
(The thickness t of the first free magnetic layer 56F1
/ Film thickness t of second free magnetic layer 60 F2) Out of 0.8
Excluding the range of 3 to 1.25 is the first free
Film thickness t of magnetic layer 56F1And the thickness of the second free magnetic layer 60
tF2Are formed with substantially the same value, and the first free magnetic
Ms · t of layer 56F1And Ms of the second free magnetic layer 60
・ TF2Are set to almost the same value, the hard bias layer
1st free current under the influence of the bias magnetic field from
The magnetization of either the magnetic layer 56 or the second free magnetic layer 60
Also tends to go in the direction of the bias magnetic field,
The magnetization of the first free magnetic layer 56 and the second free magnetic
The magnetization of the layer 60 is not in an antiparallel state, but is in a stable magnetization state.
Will be impossible to keep.

【0174】また、第1のフリー磁性層56の磁気的膜
厚Ms・tF1と第2のフリー磁性層60の磁気的膜厚M
s・tF2にある程度差がないと、磁化状態はフェリ状態
にはなりにくく、また第1のフリー磁性層56の磁気的
膜厚Ms・tF1と第2のフリー磁性層60の磁気的膜厚
Ms・tF2の差が大きくなりすぎても、交換結合磁界の
低下につながり好ましくない。そこで本発明では、第1
のフリー磁性層56の膜厚tF1と第2のフリー磁性層6
0の膜厚tF2との膜厚比と同じように、(第1のフリー
磁性層56の磁気的膜厚Ms・tF1)/(第2のフリー
磁性層60の磁気的膜厚Ms・tF2)は、0.56〜
0.83、あるいは1.25〜5の範囲内とであること
が好ましい。また本発明では、(第1のフリー磁性層5
6の磁気的膜厚Ms・tF1)/(第2のフリー磁性層6
0の磁気的膜厚Ms・tF2)が0.61〜0.83、あ
るいは1.25〜2.1の範囲内であることがより好ま
しい。
The magnetic film thickness Ms · t F1 of the first free magnetic layer 56 and the magnetic film thickness M
If there is no difference in s · t F2 to some extent, the magnetization state is unlikely to be in a ferri state, and the magnetic film thickness Ms · t F1 of the first free magnetic layer 56 and the magnetic film of the second free magnetic layer 60 If the difference between the thicknesses Ms · t F2 is too large, the exchange coupling magnetic field is undesirably reduced. Therefore, in the present invention, the first
The thickness t F1 of the free magnetic layer 56 and the second free magnetic layer 6
In the same manner as the film thickness ratio to the film thickness t F2 of 0, (the magnetic film thickness Ms · t F1 of the first free magnetic layer 56) / (the magnetic film thickness Ms · of the second free magnetic layer 60) t F2 ) is from 0.56 to
It is preferably 0.83 or within the range of 1.25 to 5. In the present invention, the first free magnetic layer 5
Magnetic film thickness Ms.t F1 ) / (second free magnetic layer 6)
More preferably, the magnetic film thickness Ms · t F2 of 0 is in the range of 0.61 to 0.83, or 1.25 to 2.1.

【0175】また本発明では、第1のフリー磁性層56
と第2のフリー磁性層60との間に介在する非磁性中間
層59は、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cuのうち
1種あるいは2種以上の合金で形成されていることが好
ましい。さらに前記非磁性中間層59の膜厚は、5.5
〜10.0オングストロームの範囲内であることが好ま
しい。この範囲内であれば、500(Oe)以上の交換
結合磁界を得ることが可能である。また前記非磁性中間
層59の膜厚は、5.9〜9.4オングストロームの範
囲内であることがより好ましい。この範囲内であれば1
000(Oe)以上の交換結合磁界を得ることができ
る。なお上記の数値範囲内で、第1の固定磁性層52と
第2の固定磁性層54の膜厚比、非磁性中間層53及び
反強磁性層51の膜厚、さらには第1のフリー磁性層5
6と第2のフリー磁性層60の膜厚比、及び非磁性中間
層59の膜厚を調整することにより、従来と同程度のΔ
MR(抵抗変化率)を得ることが可能である。
In the present invention, the first free magnetic layer 56
The non-magnetic intermediate layer 59 interposed between the second free magnetic layer 60 and the second free magnetic layer 60 is preferably formed of one or more alloys of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, and Cu. . Further, the thickness of the nonmagnetic intermediate layer 59 is 5.5.
Preferably, it is in the range of 110.0 Å. Within this range, an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained. More preferably, the thickness of the non-magnetic intermediate layer 59 is in the range of 5.9 to 9.4 angstroms. 1 within this range
An exchange coupling magnetic field of 000 (Oe) or more can be obtained. Within the above numerical ranges, the thickness ratio of the first fixed magnetic layer 52 to the second fixed magnetic layer 54, the thickness of the nonmagnetic intermediate layer 53 and the antiferromagnetic layer 51, and the first free magnetic layer Layer 5
By adjusting the thickness ratio of the nonmagnetic intermediate layer 59 to the thickness of the second free magnetic layer 60 and the thickness of the non-magnetic intermediate layer 59, the same ΔΔ as that of the related art can be obtained.
It is possible to obtain MR (rate of change in resistance).

【0176】次に熱処理の方法について説明する。図
7,8に示すスピンバルブ型薄膜素子においては、反強
磁性層51にPtMn合金などの熱処理を施すことによ
り、第1の固定磁性層52との界面にて交換結合磁界
(交換異方性磁界)が発生する反強磁性材料を使用して
いる。このため前記熱処理中に印加する磁場の方向及び
その大きさを適正に制御して、第1の固定磁性層52及
び第2の固定磁性層54の磁化方向を調整する必要性が
ある。
Next, the method of heat treatment will be described. In the spin-valve thin-film element shown in FIGS. An antiferromagnetic material that generates a magnetic field is used. Therefore, it is necessary to appropriately control the direction and magnitude of the magnetic field applied during the heat treatment to adjust the magnetization directions of the first fixed magnetic layer 52 and the second fixed magnetic layer 54.

【0177】仮に、第1の固定磁性層52のMs・tP1
の方が、第2の固定磁性層54のMs・tP2よりも大き
い場合には、前記第1の固定磁性層52の磁化を向けた
い方向に、100〜1k(Oe)、あるいは5k(O
e)の磁場を印加すればよい。例えば前記第1の固定磁
性層52を図示Y方向に向けたいならば、図示Y方向に
100〜1k(Oe)の磁界を与える。Ms・tP1の大
きい第1の固定磁性層52の磁化は、磁場方向、すなわ
ち図示Y方向に向き、反強磁性層51との界面で発生す
る交換結合磁界(交換異方性磁界)によって前記第1の
固定磁性層52の磁化は図示Y方向に固定される。一
方、第2の固定磁性層54の磁化は、第1の固定磁性層
52との交換結合磁界(RKKY相互作用)によって、
図示Y方向と反対方向に向き固定される。あるいは図示
Y方向に5k(Oe)以上の磁界を与える。第1の固定
磁性層52と第2の固定磁性層54との交換結合磁界
(RKKY相互作用)は、1k(Oe)〜5k(Oe)
程度なので、5k(Oe)以上の磁場が印加されること
により、前記第1の固定磁性層52の磁化及び第2の固
定磁性層54の磁化は共に、図示Y方向に向く。このと
き、前記第1の固定磁性層52の磁化は、反強磁性層5
1との界面で発生する交換結合磁界(交換異方性磁界)
によって図示Y方向に固定される。一方、5k(Oe)
以上の磁場が取り去られると、第2の固定磁性層54の
磁化は、前記第1の固定磁性層52との交換結合磁界
(RKKY相互作用)によって、図示Y方向と反対方向
に向けられて固定される。
It is assumed that Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer 52
Is larger than Ms · t P2 of the second fixed magnetic layer 54, the direction of the magnetization of the first fixed magnetic layer 52 is set to 100 to 1 k (Oe) or 5 k (Oe).
The magnetic field of e) may be applied. For example, if the first pinned magnetic layer 52 is to be oriented in the Y direction in the drawing, a magnetic field of 100 to 1 k (Oe) is applied in the Y direction in the drawing. The magnetization of the first pinned magnetic layer 52 having a large Ms · t P1 is oriented in the direction of the magnetic field, that is, in the Y direction in the drawing. The magnetization of the first pinned magnetic layer 52 is fixed in the illustrated Y direction. On the other hand, the magnetization of the second pinned magnetic layer 54 is changed by the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) with the first pinned magnetic layer 52.
It is fixed in a direction opposite to the illustrated Y direction. Alternatively, a magnetic field of 5 k (Oe) or more is applied in the Y direction in the drawing. The exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) between the first fixed magnetic layer 52 and the second fixed magnetic layer 54 is 1 k (Oe) to 5 k (Oe).
When the magnetic field of 5 k (Oe) or more is applied, both the magnetization of the first fixed magnetic layer 52 and the magnetization of the second fixed magnetic layer 54 are directed to the Y direction in the drawing. At this time, the magnetization of the first pinned magnetic layer 52 is
Exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) generated at the interface with 1
Is fixed in the illustrated Y direction. On the other hand, 5k (Oe)
When the above magnetic field is removed, the magnetization of the second pinned magnetic layer 54 is fixed by being directed in the direction opposite to the Y direction in the figure by the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) with the first fixed magnetic layer 52. Is done.

【0178】また第1の固定磁性層52のMs・tP1
方が、第2の固定磁性層54のMs・tP2よりも小さい
場合、前記第1の固定磁性層52の磁化を向けたい方向
と反対方向に100〜1k(Oe)、または前記第1の
固定磁性層52の磁化を向けたい方向に5k(Oe)以
上の磁場を印加すればよい。例えば第1の固定磁性層5
2を図示Y方向に向けたいならば、図示Y方向と反対方
向に100〜1k(Oe)の磁場を与える。これによっ
て、Ms・tP2の大きい第2の固定磁性層54の磁化
は、前記磁場方向、すなわち図示Y方向と反対方向に向
き、前記第2の固定磁性層54と交換結合磁界(RKK
Y相互作用)によって前記第1の固定磁性層52の磁化
は図示Y方向に向けられる。前記第1の固定磁性層52
の磁化は、反強磁性層51との界面に発生する交換結合
磁界(交換異方性磁界)によって図示Y方向に固定さ
れ、第2の固定磁性層54の磁化は、図示Y方向と反対
方向に固定される。あるいは、図示Y方向に5k(O
e)以上の磁界を与えらればよい。5k(Oe)以上の
磁界を与えることにより、第1の固定磁性層52及び第
2の固定磁性層54の磁化は共に図示Y方向に向けら
れ、前記第1の固定磁性層52の磁化は、反強磁性層5
1との界面での交換結合磁界(交換異方性磁界)によっ
て図示Y方向に固定される。5k(Oe)以上の磁場が
取り除かれると、図示Y方向に向けられていた第2の固
定磁性層54の磁化は、前記第1の固定磁性層52との
交換結合磁界(RKKY相互作用)によって図示Y方向
と反対方向に向けられ固定される。
When Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer 52 is smaller than Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer 54, the magnetization of the first pinned magnetic layer 52 is desired to be directed. A magnetic field of 100 to 1 k (Oe) in a direction opposite to the direction, or 5 k (Oe) or more in a direction in which the magnetization of the first pinned magnetic layer 52 is to be directed may be applied. For example, the first pinned magnetic layer 5
If it is desired to orient 2 in the illustrated Y direction, a magnetic field of 100 to 1 k (Oe) is applied in a direction opposite to the illustrated Y direction. As a result, the magnetization of the second fixed magnetic layer 54 having a large Ms · t P2 is oriented in the direction of the magnetic field, that is, in the direction opposite to the Y direction in the figure, and exchanges with the second fixed magnetic layer 54 by the exchange coupling magnetic field (RKK).
By the Y interaction, the magnetization of the first pinned magnetic layer 52 is directed in the Y direction in the figure. The first fixed magnetic layer 52
Is fixed in the illustrated Y direction by an exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) generated at the interface with the antiferromagnetic layer 51, and the magnetization of the second fixed magnetic layer 54 is in the opposite direction to the illustrated Y direction. Fixed to Alternatively, 5k (O
e) The above magnetic field may be applied. By applying a magnetic field of 5 k (Oe) or more, the magnetizations of the first fixed magnetic layer 52 and the second fixed magnetic layer 54 are both directed in the Y direction in the drawing, and the magnetization of the first fixed magnetic layer 52 becomes Antiferromagnetic layer 5
1 is fixed in the Y direction in the figure by an exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with the first magnetic field. When the magnetic field of 5 k (Oe) or more is removed, the magnetization of the second fixed magnetic layer 54 oriented in the Y direction in the drawing is changed by the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) with the first fixed magnetic layer 52. It is oriented and fixed in the direction opposite to the illustrated Y direction.

【0179】また本発明では、図示X方向及び図示Y方
向を正の方向、図示X方向と反対方向及び図示Y方向と
反対方向を負の方向とした場合、第1のフリー磁性層5
6のMs・tF1と第2のフリー磁性層60のMs・tF2
を足し合わせた、いわゆる合成磁気モーメントの絶対値
は、第1の固定磁性層52のMs・tP1と第2の固定磁
性層54のMs・tP2を足し合わせた合成磁気モーメン
トの絶対値よりも大きい方が好ましい。すなわち、│
(Ms・tF1+Ms・tF2)/(Ms・tp1+Ms・t
P2)│>1であることが好ましい。
In the present invention, when the illustrated X direction and the illustrated Y direction are positive directions, and the opposite direction to the illustrated X direction and the opposite direction to the illustrated Y direction are negative directions, the first free magnetic layer 5
6 of Ms · t F1 and Ms · t F2 of the second free magnetic layer 60
The sum, the absolute value of a so-called synthetic magnetic moment than the absolute value of the resultant magnetic moment and Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer 52 the sum of Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer 54 Is also preferable. That is, |
(Ms · t F1 + Ms · t F2 ) / (Ms · t p1 + Ms · t
P2 ) It is preferred that |> 1.

【0180】第1のフリー磁性層56と第2のフリー磁
性層60との合成磁気モーメントの絶対値を、第1の固
定磁性層52と第2の固定磁性層54との合成磁気モー
メントの絶対値よりも大きくすることにより、前記第1
のフリー磁性層56と第2のフリー磁性層60の磁化
が、第1の固定磁性層52と第2の固定磁性層54との
合成磁気モーメントの影響を受けにくくなり、前記第1
のフリー磁性層56及び第2のフリー磁性層60の磁化
が外部磁界に対して感度良く、回転し、出力を向上させ
ることが可能になる。
The absolute value of the combined magnetic moment of the first free magnetic layer 56 and the second free magnetic layer 60 is calculated as the absolute value of the combined magnetic moment of the first fixed magnetic layer 52 and the second fixed magnetic layer 54. By making the first value larger than the first value, the first
The magnetization of the free magnetic layer 56 and the second free magnetic layer 60 is less affected by the combined magnetic moment of the first fixed magnetic layer 52 and the second fixed magnetic layer 54,
The magnetization of the free magnetic layer 56 and the second free magnetic layer 60 can be rotated with high sensitivity to an external magnetic field, and the output can be improved.

【0181】図9は、本発明の第5の実施形態のスピン
バルブ型薄膜素子を模式図的に示した横断面図、図10
は、図9に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との
対向面から見た場合の断面図である。このスピンバルブ
型薄膜素子は、図7,8に示すスピンバルブ型薄膜素子
の積層の順番を逆にしたものである。すなわち下から、
下地層70、第2のフリー磁性層71、非磁性中間層7
2、第1のフリー磁性層73、非磁性導電層76、第2
の固定磁性層77、非磁性中間層78、第1の固定磁性
層79、反強磁性層80、及び保護層81の順で積層さ
れている。
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing a spin-valve thin film element according to a fifth embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional view of the spin-valve thin film element shown in FIG. 9 when viewed from a surface facing a recording medium. This spin-valve thin film element is obtained by reversing the order of lamination of the spin-valve thin film elements shown in FIGS. That is, from below,
Underlayer 70, second free magnetic layer 71, nonmagnetic intermediate layer 7
2, the first free magnetic layer 73, the nonmagnetic conductive layer 76, the second
, A non-magnetic intermediate layer 78, a first fixed magnetic layer 79, an antiferromagnetic layer 80, and a protective layer 81.

【0182】前記下地層70及び保護層81は例えばT
aなどで形成されている。前記反強磁性層80は、Pt
Mn合金で形成されていることが好ましい。PtMn合
金は、従来から反強磁性層として使用されているNiM
n合金やFeMn合金などに比べて耐食性に優れ、しか
もブロッキング温度が高く、交換結合磁界も大きい。ま
た本発明では、前記PtMn合金に代えて、X―Mn
(ただしXは、Pd,Ir,Rh,Ruのいずれか1種
または2種以上の元素である)合金、あるいは、Pt―
Mn―X′(ただしX′は、Pd,Ir,Rh,Ru,
Au,Agのいずれか1種または2種以上の元素であ
る)合金を使用してもよい。
The underlayer 70 and the protective layer 81 are made of, for example, T
a and the like. The antiferromagnetic layer 80 is made of Pt
It is preferable to be formed of a Mn alloy. The PtMn alloy is made of NiM which has been conventionally used as an antiferromagnetic layer.
It is superior in corrosion resistance to n alloys and FeMn alloys, and has a high blocking temperature and a large exchange coupling magnetic field. In the present invention, X-Mn is used instead of the PtMn alloy.
(Where X is one or more of Pd, Ir, Rh and Ru) alloy or Pt-
Mn-X '(where X' is Pd, Ir, Rh, Ru,
An alloy which is one or more of Au and Ag) may be used.

【0183】第1の固定磁性層79及び第2の固定磁性
層77は、Co膜、NiFe合金、CoFe合金、ある
いはCoNiFe合金などで形成されている。また非磁
性中間層78は、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cu
のうち1種あるいは2種以上の合金で形成されているこ
とが好ましい。さらに非磁性導電層76はCuなどで形
成されている。
The first fixed magnetic layer 79 and the second fixed magnetic layer 77 are formed of a Co film, a NiFe alloy, a CoFe alloy, a CoNiFe alloy, or the like. The non-magnetic intermediate layer 78 is made of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, Cu
It is preferable to be formed of one or more alloys among them. Further, the nonmagnetic conductive layer 76 is formed of Cu or the like.

【0184】また図9,10に示すスピンバルブ型薄膜
素子では、(第1の固定磁性層79の膜厚tP1)/(第
2の固定磁性層77の膜厚tP2)は、0.33〜0.9
5、あるいは1.05〜4の範囲内であることが好まし
く、しかも第1の固定磁性層79の膜厚tP1及び第2の
固定磁性層77の膜厚tP2は共に10〜70オングスト
ロームの範囲内であり、且つ、│第1の固定磁性層79
の膜厚tP1―第2の固定磁性層77の膜厚tP2│≧2オ
ングストローム以上であることが好ましい。上記範囲内
で適正に調節すれば、500(Oe)以上の交換結合磁
界を得ることが可能である。
[0184] In the spin-valve type thin film element shown in FIGS. 9 and 10, (the thickness t P2 of the second pinned magnetic layer 77) (first film thickness t P1 of the fixed magnetic layer 79) / is 0. 33-0.9
5, or preferably in the range of 1.05 to 4, yet the film thickness t P2 is are both 10-70 Angstroms first thickness t P1 and the second fixed magnetic layer 77 of the pinned magnetic layer 79 Within the range, and | the first fixed magnetic layer 79
It is preferable that the thickness t P1 of the second pinned magnetic layer 77 is equal to or greater than the thickness t P2 | ≧ 2 angstroms of the second fixed magnetic layer 77. If properly adjusted within the above range, an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained.

【0185】さらに本発明では、(第1の固定磁性層7
9の膜厚tP1)/(第2の固定磁性層77の膜厚tP2
は、0.53〜0.95、あるいは1.05〜1.8の
範囲内であることがより好ましく、しかも第1の固定磁
性層79の膜厚tP1及び第2の固定磁性層77の膜厚t
P2は共に10〜50オングストロームの範囲内であり、
且つ、│第1の固定磁性層79の膜厚tP1―第2の固定
磁性層77の膜厚tP2│≧2オングストローム以上であ
ることがより好ましい。上記範囲内で適正に調節あれ
ば、1000(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが
可能である。
Further, according to the present invention, the first fixed magnetic layer 7
9 (thickness t P1 ) / (thickness t P2 of second pinned magnetic layer 77)
Is more preferably in the range of 0.53 to 0.95, or 1.05 to 1.8. In addition, the thickness t P1 of the first pinned magnetic layer 79 and the thickness of the second pinned magnetic layer 77 are Film thickness t
P2 is both within the range of 10 to 50 angstroms,
And the thickness t P1 of │ first pinned magnetic layer 79 - and more preferably a second thickness t P2 │ ≧ 2 angstroms or more fixed magnetic layer 77. If properly adjusted within the above range, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained.

【0186】前述したように、第1の固定磁性層79の
磁気的膜厚Ms・tP1と第2の固定磁性層77の磁気的
膜厚Ms・tP2にある程度差がないと、磁化状態はフェ
リ状態にはなりにくく、また第1の固定磁性層79の磁
気的膜厚Ms・tP1と第2の固定磁性層77の磁気的膜
厚Ms・tP2の差が大きくなりすぎても、交換結合磁界
の低下につながり好ましくない。そこで本発明では、第
1の固定磁性層79の膜厚tp1と第2の固定磁性層77
の膜厚tp1との膜厚比と同じように、(第1の固定磁性
層79の磁気的膜厚Ms・tP1)/(第2の固定磁性層
77の磁気的膜厚Ms・tP2)は、0.33〜0.9
5、あるいは1.05〜4の範囲内であることが好まし
い。また本発明では、第1の固定磁性層79の磁気的膜
厚Ms・t P1及び第2の固定磁性層77の磁気的膜厚M
s・tP2が10〜70(オングストローム・テスラ)の
範囲内で、且つ第1の固定磁性層79の磁気的膜厚Ms
・t P1から第2の固定磁性層77の磁気的膜厚Ms・t
P2を引いた絶対値が2(オングストローム・テスラ)以
上であることが好ましい。
As described above, the first pinned magnetic layer 79
Magnetic film thickness Ms · tP1Of the second pinned magnetic layer 77
Film thickness Ms ・ tP2If there is no difference in the
And the first pinned magnetic layer 79
Thermal film thickness Ms ・ tP1And magnetic film of second pinned magnetic layer 77
Thickness Ms ・ tP2The exchange coupling field
Is undesirably caused. Therefore, in the present invention,
1. The thickness t of the fixed magnetic layer 79p1And the second pinned magnetic layer 77
Film thickness tp1(The first fixed magnetism
Magnetic film thickness Ms · t of layer 79P1) / (Second pinned magnetic layer)
The magnetic film thickness Ms · t of 77P2) Is from 0.33 to 0.9
5, or preferably in the range of 1.05 to 4
No. Further, in the present invention, the magnetic film of the first pinned magnetic layer 79 is provided.
Thickness Ms ・ t P1And the magnetic film thickness M of the second pinned magnetic layer 77
stP2Of 10-70 (Angstroms Tesla)
Within the range, and the magnetic film thickness Ms of the first pinned magnetic layer 79
・ T P1From the magnetic film thickness Ms · t of the second pinned magnetic layer 77
P2Absolute value minus 2 (Angstroms / Tesla) or less
It is preferably above.

【0187】また(第1の固定磁性層79の磁気的膜厚
Ms・tP1)/(第2の固定磁性層77の磁気的膜厚M
s・tP2)が、0.53〜0.95、あるいは1.05
〜1.8の範囲内であることがより好ましい。また上記
範囲内であって、第1の固定磁性層79の磁気的膜厚M
s・tP1と第2の固定磁性層77の磁気的膜厚Ms・t
P2は共に10〜50(オングストローム・テスラ)の範
囲内であり、しかも第1の固定磁性層79の磁気的膜厚
Ms・tP1から第2の固定磁性層77の磁気的膜厚Ms
・tP2を引いた絶対値は2(オングストローム・テス
ラ)以上であることが好ましい。
(Magnetic film thickness Ms · t P1 of first fixed magnetic layer 79) / (magnetic film thickness M of second fixed magnetic layer 77)
s · t P2 ) is 0.53 to 0.95, or 1.05
More preferably, it is within the range of 1.8 to 1.8. The magnetic thickness M of the first fixed magnetic layer 79 is within the above range.
s · t P1 and the magnetic thickness Ms · t of the second pinned magnetic layer 77
P2 is in the range of 10 to 50 (angstrom tesla), and the magnetic film thickness Ms · t P1 of the first fixed magnetic layer 79 to the magnetic film thickness Ms of the second fixed magnetic layer 77
It is preferable that the absolute value obtained by subtracting t P2 is not less than 2 (angstrom tesla).

【0188】また第1の固定磁性層79と第2の固定磁
性層77との間に介在する非磁性中間層78の膜厚は、
2.5〜6.4、あるいは、6.6〜10.7オングス
トロームの範囲内であることが好ましい。この範囲内で
あれば500(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが
できる。より好ましくは、2.8〜6.2オングストロ
ーム、あるいは6.8〜10.3オングストロームの範
囲内であり、この範囲内であれば1000(Oe)以上
の交換結合磁界を得ることが可能である。
The thickness of the nonmagnetic intermediate layer 78 interposed between the first fixed magnetic layer 79 and the second fixed magnetic layer 77 is
Preferably, it is in the range of 2.5 to 6.4, or 6.6 to 10.7 angstroms. Within this range, an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained. More preferably, it is in the range of 2.8 to 6.2 angstroms or 6.8 to 10.3 angstroms, and within this range, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained. .

【0189】さらに反強磁性層80の膜厚は、90オン
グストローム以上であることが好ましい。この範囲内で
あれば500(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが
可能である。より好ましくは、100オングストローム
以上であり、この範囲内であれば1000(Oe)以上
の交換結合磁界を得ることができる。
It is preferable that the thickness of the antiferromagnetic layer 80 is 90 Å or more. Within this range, an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained. More preferably, it is 100 Å or more, and within this range, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained.

【0190】図10に示すスピンバルブ型薄膜素子で
は、フリー磁性層が2層に分断されて形成されており、
非磁性導電層76に接する側に第1のフリー磁性層73
が形成され、もう一方のフリー磁性層が、第2のフリー
磁性層71となっている。図10に示すように第1のフ
リー磁性層73は2層で形成されており、非磁性導電層
76に接する側に形成された層75はCo膜で形成され
ている。また、非磁性中間層72に接する側に形成され
た層74と、第2のフリー磁性層71は、例えば、Ni
Fe合金、CoFe合金、あるいはCoNiFe合金な
どで形成されている。
In the spin-valve type thin film element shown in FIG. 10, the free magnetic layer is formed by being divided into two layers.
A first free magnetic layer 73 is provided on the side in contact with the nonmagnetic conductive layer 76.
Is formed, and the other free magnetic layer is a second free magnetic layer 71. As shown in FIG. 10, the first free magnetic layer 73 is formed of two layers, and the layer 75 formed on the side in contact with the nonmagnetic conductive layer 76 is formed of a Co film. The layer 74 formed on the side in contact with the nonmagnetic intermediate layer 72 and the second free magnetic layer 71 are made of, for example, Ni
It is formed of an Fe alloy, a CoFe alloy, a CoNiFe alloy, or the like.

【0191】図10に示す下地層70から保護層81ま
でのスピンバルブ膜は、その側面が傾斜面に削られ、前
記スピンバルブ膜は台形状で形成されている。前記スピ
ンバルブ膜の両側には、ハードバイアス層82,82及
び導電層83,83が形成されている。前記ハードバイ
アス層82は、Co―Pt合金やCo―Cr―Pt合金
などで形成されており、また前記導電層83は、Cuや
Crなどで形成されている。
The side surface of the spin valve film from the underlayer 70 to the protective layer 81 shown in FIG. 10 is cut into an inclined surface, and the spin valve film is formed in a trapezoidal shape. Hard bias layers 82 and 82 and conductive layers 83 and 83 are formed on both sides of the spin valve film. The hard bias layer 82 is formed of a Co—Pt alloy or a Co—Cr—Pt alloy, and the conductive layer 83 is formed of Cu, Cr, or the like.

【0192】図10に示す第1のフリー磁性層73と第
2のフリー磁性層71の間には非磁性中間層72が介在
し、前記第1のフリー磁性層73と第2のフリー磁性層
71間に発生する交換結合磁界(RKKY相互作用)に
よって、前記第1のフリー磁性層73の磁化と第2のフ
リー磁性層71の磁化は反平行状態(フェリ状態)とな
っている。図10に示すスピンバルブ型薄膜素子では、
例えば第1のフリー磁性層73の膜厚TF1は、第2のフ
リー磁性層71の膜厚TF2より大きく形成されている。
そして前記第1のフリー磁性層73のMs・tF1は、第
2のフリー磁性層71のMs・tF2よりも大きくなるよ
うに設定されており、ハードバイアス層82から図示X
方向にバイアス磁界が与えられると、Ms・tF1の大き
い第1のフリー磁性層73の磁化が前記バイアス磁界の
影響を受けて、図示X方向に揃えられ、前記第1のフリ
ー磁性層73との交換結合磁界(RKKY相互作用)に
よってMs・tF2の小さい第2のフリー磁性層71の磁
化は図示X方向と反対方向に揃えられる。なお本発明で
は、第1のフリー磁性層73の膜厚tF1が、第2のフリ
ー磁性層71の膜厚tF2よりも小さく形成され、前記第
1のフリー磁性層73のMs・tF1が第2のフリー磁性
層71のMs・tF2よりも小さく設定されていてもよ
い。
A non-magnetic intermediate layer 72 is interposed between the first free magnetic layer 73 and the second free magnetic layer 71 shown in FIG. 10, and the first free magnetic layer 73 and the second free magnetic layer The magnetization of the first free magnetic layer 73 and the magnetization of the second free magnetic layer 71 are in an anti-parallel state (ferri state) due to an exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) generated between the layers 71. In the spin-valve type thin film element shown in FIG.
For example, the thickness T F1 of the first free magnetic layer 73 is formed to be larger than the thickness T F2 of the second free magnetic layer 71.
Ms · t F1 of the first free magnetic layer 73 is set to be larger than Ms · t F2 of the second free magnetic layer 71,
When a bias magnetic field is applied in the direction, the magnetization of the first free magnetic layer 73 having a large Ms · t F1 is influenced by the bias magnetic field, and is aligned in the X direction in the drawing. , The magnetization of the second free magnetic layer 71 having a small Ms · t F2 is aligned in the direction opposite to the X direction in the drawing. In the present invention, the film thickness t F1 of the first free magnetic layer 73 is formed smaller than the film thickness t F2 of the second free magnetic layer 71, and Ms · t F1 of the first free magnetic layer 73. May be set smaller than Ms · t F2 of the second free magnetic layer 71.

【0193】図示Y方向から外部磁界が侵入してくる
と、前記第1のフリー磁性層73と第2のフリー磁性層
71の磁化はフェリ状態を保ちながら、前記外部磁界の
影響を受けて回転する。そしてΔMRに寄与する第1の
フリー磁性層73の磁化方向と、第2の固定磁性層71
の固定磁化との関係によって電気抵抗が変化し、外部磁
界の信号が検出される。本発明では第1のフリー磁性層
73の膜厚TF1と、第2のフリー磁性層71の膜厚TF2
の膜厚比を適正化し、より大きな交換結合磁界を得るこ
とができると同時に、従来とほぼ同程度のΔMRを得る
ことを可能にしている。
When an external magnetic field enters from the Y direction in the figure, the magnetizations of the first free magnetic layer 73 and the second free magnetic layer 71 rotate under the influence of the external magnetic field while maintaining a ferrimagnetic state. I do. The magnetization direction of the first free magnetic layer 73 contributing to ΔMR and the second pinned magnetic layer 71
The electrical resistance changes depending on the relationship with the fixed magnetization of the semiconductor device, and a signal of an external magnetic field is detected. In the present invention, the thickness T F1 of the first free magnetic layer 73 and the thickness T F2 of the second free magnetic layer 71 are different.
The film thickness ratio can be optimized, and a larger exchange coupling magnetic field can be obtained, and at the same time, it is possible to obtain a ΔMR that is almost the same as that of the related art.

【0194】本発明では、(第1のフリー磁性層73の
膜厚tF1/第2のフリー磁性層71の膜厚tF2)が、
0.56〜0.83、あるいは1.25〜5の範囲内で
あることが好ましい。この範囲内であると、少なくとも
500(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可能で
ある。また本発明では、前記(第1のフリー磁性層73
の膜厚tF1/第2のフリー磁性層71の膜厚tF2)は、
0.61〜0.83、あるいは1.25〜2.1の範囲
内であることがより好ましい。この範囲内であると少な
くとも1000(Oe)以上の交換結合磁界を得ること
が可能である。
In the present invention, (the thickness t F1 of the first free magnetic layer 73 / the thickness t F2 of the second free magnetic layer 71) is calculated as follows.
It is preferably in the range of 0.56 to 0.83, or 1.25 to 5. Within this range, an exchange coupling magnetic field of at least 500 (Oe) or more can be obtained. Further, in the present invention, the (first free magnetic layer 73
The thickness t F1 / thickness t F2 of the second free magnetic layer 71),
More preferably, it is in the range of 0.61 to 0.83, or 1.25 to 2.1. Within this range, an exchange coupling magnetic field of at least 1000 (Oe) can be obtained.

【0195】また、第1のフリー磁性層73の磁気的膜
厚Ms・tF1と第2のフリー磁性層71の磁気的膜厚M
s・tF2にある程度差がないと、磁化状態はフェリ状態
にはなりにくく、また第1のフリー磁性層73の磁気的
膜厚Ms・tF1と第2のフリー磁性層71の磁気的膜厚
Ms・tF2の差が大きくなりすぎても、交換結合磁界の
低下につながり好ましくない。そこで本発明では、第1
のフリー磁性層73の膜厚tF1と第2のフリー磁性層7
1の膜厚tF2との膜厚比と同じように、(第1のフリー
磁性層73の磁気的膜厚Ms・tF1)/(第2のフリー
磁性層71の磁気的膜厚Ms・tF2)は、0.56〜
0.83、あるいは1.25〜5の範囲内であることが
好ましい。また本発明では、(第1のフリー磁性層73
の磁気的膜厚Ms・tF1)/(第2のフリー磁性層71
の磁気的膜厚Ms・tF2)が0.61〜0.83、ある
いは1.25〜2.1の範囲内であることがより好まし
い。
The magnetic film thickness Ms · t F1 of the first free magnetic layer 73 and the magnetic film thickness M of the second free magnetic layer 71
If there is no difference in s · t F2 , the magnetization state is unlikely to be in the ferri state, and the magnetic film thickness Ms · t F1 of the first free magnetic layer 73 and the magnetic film of the second free magnetic layer 71 If the difference between the thicknesses Ms · t F2 is too large, the exchange coupling magnetic field is undesirably reduced. Therefore, in the present invention, the first
The thickness t F1 of the free magnetic layer 73 and the second free magnetic layer 7
In the same manner as the film thickness ratio to the film thickness t F2 of (1), (the magnetic film thickness Ms · t F1 of the first free magnetic layer 73) / (the magnetic film thickness Ms · of the second free magnetic layer 71) t F2 ) is from 0.56 to
Preferably, it is 0.83 or in the range of 1.25 to 5. In the present invention, the first free magnetic layer 73
Magnetic film thickness Ms · t F1 ) / (second free magnetic layer 71)
It is more preferable magnetic film thickness Ms · t F2) of 0.61 to 0.83, or in the range of 1.25 to 2.1.

【0196】また本発明では、第1のフリー磁性層73
と第2のフリー磁性層71との間に介在する非磁性中間
層72は、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cuのうち
1種あるいは2種以上の合金で形成されていることが好
ましい。さらに前記非磁性中間層72の膜厚は、5.5
〜10.0オングストロームの範囲内であることが好ま
しい。この範囲内であれば、500(Oe)以上の交換
結合磁界を得ることが可能である。また前記非磁性中間
層72の膜厚は、5.9〜9.4オングストロームの範
囲内であることがより好ましい。この範囲内であれば1
000(Oe)以上の交換結合磁界を得ることができ
る。なお第1の固定磁性層79と第2の固定磁性層77
の膜厚比、非磁性中間層78及び反強磁性層80の膜
厚、さらには、第1のフリー磁性層73と第2のフリー
磁性層71との膜厚比、及び非磁性中間層72の膜厚
を、上述した範囲内で適正に調節すれば、従来と同程度
のΔMR(抵抗変化率)を得ることが可能である。
In the present invention, the first free magnetic layer 73
The nonmagnetic intermediate layer 72 interposed between the second free magnetic layer 71 and the second free magnetic layer 71 is preferably formed of one or more alloys of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, and Cu. . Further, the thickness of the nonmagnetic intermediate layer 72 is 5.5.
Preferably, it is in the range of 110.0 Å. Within this range, an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained. More preferably, the thickness of the non-magnetic intermediate layer 72 is in the range of 5.9 to 9.4 angstroms. 1 within this range
An exchange coupling magnetic field of 000 (Oe) or more can be obtained. The first fixed magnetic layer 79 and the second fixed magnetic layer 77
, The film thickness of the nonmagnetic intermediate layer 78 and the antiferromagnetic layer 80, the film thickness ratio of the first free magnetic layer 73 to the second free magnetic layer 71, and the nonmagnetic intermediate layer 72. By properly adjusting the film thickness within the above-described range, it is possible to obtain a ΔMR (rate of change in resistance) comparable to that of the related art.

【0197】次に熱処理の方法について説明する。仮
に、第1の固定磁性層79のMs・t P1の方が、第2の
固定磁性層77のMs・tP2よりも大きい場合には、前
記第1の固定磁性層79の磁化を向けたい方向に、10
0〜1k(Oe)、あるいは5k(Oe)の磁界を与え
れば良い。あるいは、第1の固定磁性層79のMs・t
P1の方が、第2の固定磁性層77のMs・tP2よりも小
さい場合、前記第1の固定磁性層79の磁化を向けたい
方向と反対方向に100〜1k(Oe)、または前記第
1の固定磁性層79の磁化を向けたい方向に5k(O
e)以上の磁界を与えらればよい。本発明においては、
前記第1の固定磁性層79の磁化は、図示Y方向に固定
され、前記第2の固定磁性層77の磁化は図示Y方向と
反対方向に固定されている。あるいは前記第1の固定磁
性層79の磁化は、図示Y方向と反対方向に固定され、
前記第2の固定磁性層77の磁化は、図示Y方向に固定
されている。
Next, the method of heat treatment will be described. Provisional
The Ms · t of the first pinned magnetic layer 79 is P1Is the second
Ms · t of the pinned magnetic layer 77P2If greater than
The direction of the magnetization of the first pinned magnetic layer 79 is
Apply a magnetic field of 0 to 1k (Oe) or 5k (Oe)
Just do it. Alternatively, Ms · t of the first pinned magnetic layer 79
P1Is the Ms · t of the second pinned magnetic layer 77.P2Less than
In this case, it is desired to direct the magnetization of the first pinned magnetic layer 79.
100-1k (Oe) in the direction opposite to the direction, or
5k (O) in the direction in which the magnetization of the
e) The above magnetic field may be applied. In the present invention,
The magnetization of the first fixed magnetic layer 79 is fixed in the Y direction in the figure.
The magnetization of the second pinned magnetic layer 77 is
It is fixed in the opposite direction. Or the first fixed magnet
The magnetization of the active layer 79 is fixed in a direction opposite to the Y direction in the drawing,
The magnetization of the second fixed magnetic layer 77 is fixed in the Y direction in the figure.
Have been.

【0198】また本発明では、図示X方向及び図示Y方
向を正の方向、図示X方向と反対方向及び図示Y方向と
反対方向を負の方向とした場合、第1のフリー磁性層7
3のMs・tF1と第2のフリー磁性層71のMs・tF2
を足し合わせた、いわゆる合成磁気モーメントの絶対値
は、第1の固定磁性層79のMs・tP1と第2の固定磁
性層77のMs・tP2を足し合わせた合成磁気モーメン
トの絶対値よりも大きい方が好ましい。すなわち、│
(Ms・tF1+Ms・tF2)/(Ms・tp1+Ms・t
P2)│>1であることが好ましい。
In the present invention, when the illustrated X direction and the illustrated Y direction are defined as the positive direction, and the opposite direction to the illustrated X direction and the opposite direction to the illustrated Y direction are defined as the negative direction, the first free magnetic layer 7
3 Ms · t F1 and Ms · t F2 of the second free magnetic layer 71
The sum, the absolute value of a so-called synthetic magnetic moment than the absolute value of the resultant magnetic moment and Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer 79 the sum of Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer 77 It is also preferable that the value is larger. That is, |
(Ms · t F1 + Ms · t F2 ) / (Ms · t p1 + Ms · t
P2 ) It is preferred that |> 1.

【0199】第1のフリー磁性層73と第2のフリー磁
性層71との合成磁気モーメントの絶対値を、第1の固
定磁性層79と第2の固定磁性層77との合成磁気モー
メントの絶対値よりも大きくすることにより、前記第1
のフリー磁性層79と、第2のフリー磁性層77の磁化
が、第1の固定磁性層79と第2の固定磁性層77との
合成磁気モーメントの影響を受けにくくなり、前記第1
のフリー磁性層73及び第2のフリー磁性層71の磁化
が外部磁界に対して感度良く、回転し、出力を向上させ
ることが可能になる。
The absolute value of the combined magnetic moment of the first free magnetic layer 73 and the second free magnetic layer 71 is calculated as the absolute value of the combined magnetic moment of the first fixed magnetic layer 79 and the second fixed magnetic layer 77. By setting the value larger than the first value,
The magnetizations of the free magnetic layer 79 and the second free magnetic layer 77 are less affected by the combined magnetic moment of the first fixed magnetic layer 79 and the second fixed magnetic layer 77, and
The magnetization of the free magnetic layer 73 and the second free magnetic layer 71 rotates with good sensitivity to an external magnetic field, and the output can be improved.

【0200】図11は本発明の第6の実施形態のスピン
バルブ型薄膜素子の構造を表す横断面図であり、図12
は図11に示すスピンバルブ型薄膜素子を、記録媒体と
の対向面側から見た断面図である。このスピンバルブ型
薄膜素子は、フリー磁性層を中心にしてその上下に非磁
性導電層、固定磁性層、及び反強磁性層が積層されたデ
ュアルスピンバルブ型薄膜素子であり、前記フリー磁性
層、及び固定磁性層が、非磁性中間層を介して2層に分
断されて形成されている。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the structure of a spin-valve thin film element according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view of the spin-valve thin-film element shown in FIG. 11 as viewed from a surface facing a recording medium. This spin-valve thin-film element is a dual spin-valve thin-film element in which a nonmagnetic conductive layer, a fixed magnetic layer, and an antiferromagnetic layer are stacked above and below a free magnetic layer, and the free magnetic layer, And the pinned magnetic layer is divided into two layers via a non-magnetic intermediate layer.

【0201】図11、12に示す最も下側に形成されて
いる層は、下地層91であり、この下地層91の上に反
強磁性層92、第1の固定磁性層(下)93、非磁性中
間層94(下)、第2の固定磁性層(下)95、非磁性
導電層96、第2のフリー磁性層97、非磁性中間層1
00、第1のフリー磁性層101、非磁性導電層10
4、第2の固定磁性層(上)105、非磁性中間層
(上)106、第1の固定磁性層(上)107、反強磁
性層108、及び保護層109が形成されている。
The lowermost layer shown in FIGS. 11 and 12 is an underlayer 91, on which an antiferromagnetic layer 92, a first pinned magnetic layer (lower) 93, Nonmagnetic intermediate layer 94 (lower), second pinned magnetic layer (lower) 95, nonmagnetic conductive layer 96, second free magnetic layer 97, nonmagnetic intermediate layer 1
00, first free magnetic layer 101, nonmagnetic conductive layer 10
4, a second fixed magnetic layer (upper) 105, a nonmagnetic intermediate layer (upper) 106, a first fixed magnetic layer (upper) 107, an antiferromagnetic layer 108, and a protective layer 109.

【0202】まず材質について説明する。反強磁性層9
2,108は、PtMn合金で形成されていることが好
ましい。PtMn合金は、従来から反強磁性層として使
用されているNiMn合金やFeMn合金などに比べて
耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高く、交換結
合磁界(交換異方性磁界)も大きい。また本発明では、
前記PtMn合金に代えて、X―Mn(ただしXは、P
d,Ir,Rh,Ruのいずれか1種または2種以上の
元素である)合金、あるいは、Pt―Mn―X′(ただ
しX′は、Pd,Ir,Rh,Ru,Au,Agのいず
れか1種または2種以上の元素である)合金を使用して
もよい。
First, the material will be described. Antiferromagnetic layer 9
Preferably, 2108 is formed of a PtMn alloy. The PtMn alloy has excellent corrosion resistance, a high blocking temperature, and a large exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) as compared with a NiMn alloy or a FeMn alloy conventionally used as an antiferromagnetic layer. In the present invention,
X—Mn (where X is P
an alloy of d, Ir, Rh, or Ru; or an alloy of Pt—Mn—X ′ (where X ′ is any one of Pd, Ir, Rh, Ru, Au, and Ag) Or one or more elements) may be used.

【0203】第1の固定磁性層(下)93,(上)10
7、及び第2の固定磁性層(下)95,(上)105
は、Co膜、NiFe合金、CoFe合金、あるいはC
oNiFe合金などで形成されている。また第1の固定
磁性層(下)93,(上)107と第2の固定磁性層
(下)95,(上)105間に形成されている非磁性中
間層(下)94,(上)106及び第1のフリー磁性層
101と第2のフリー磁性層97間に形成されている非
磁性中間層100は、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、
Cuのうち1種あるいは2種以上の合金で形成されてい
ることが好ましい。さらに非磁性導電層96,104は
Cuなどで形成されている。
First fixed magnetic layer (lower) 93, (upper) 10
7, and the second pinned magnetic layer (lower) 95, (upper) 105
Represents a Co film, a NiFe alloy, a CoFe alloy, or C
oNiFe alloy or the like. Non-magnetic intermediate layers (lower) 94 and (upper) formed between the first fixed magnetic layers (lower) 93 and (upper) 107 and the second fixed magnetic layers (lower) 95 and (upper) 105. 106 and the non-magnetic intermediate layer 100 formed between the first free magnetic layer 101 and the second free magnetic layer 97 include Ru, Rh, Ir, Cr, Re,
It is preferable to be formed of one or more alloys of Cu. Further, the nonmagnetic conductive layers 96 and 104 are formed of Cu or the like.

【0204】図11に示すように、第1のフリー磁性層
101及び第2のフリー磁性層97は2層で形成されて
いる。非磁性導電層96,104に接する側に形成され
た第1のフリー磁性層101の層103及び第2のフリ
ー磁性層97の層98はCo膜で形成されている。ま
た、非磁性中間層100を介して形成されている第1の
フリー磁性層101の層102及び第2のフリー磁性層
97の層99は、例えば、NiFe合金、CoFe合
金、あるいはCoNiFe合金などで形成されている。
非磁性導電層96,104側に接する層98,103を
Co膜で形成することにより、ΔMRを大きくでき、し
かも非磁性導電層96,104との拡散を防止すること
ができる。
As shown in FIG. 11, the first free magnetic layer 101 and the second free magnetic layer 97 are formed of two layers. The layer 103 of the first free magnetic layer 101 and the layer 98 of the second free magnetic layer 97 formed on the side in contact with the nonmagnetic conductive layers 96 and 104 are formed of a Co film. Further, the layer 102 of the first free magnetic layer 101 and the layer 99 of the second free magnetic layer 97 formed via the nonmagnetic intermediate layer 100 are made of, for example, a NiFe alloy, a CoFe alloy, or a CoNiFe alloy. Is formed.
By forming the layers 98 and 103 in contact with the non-magnetic conductive layers 96 and 104 with a Co film, ΔMR can be increased and diffusion with the non-magnetic conductive layers 96 and 104 can be prevented.

【0205】次に各層の膜厚の適正範囲について説明す
る。まずフリー磁性層の下側に形成されている第1の固
定磁性層(下)93の膜厚tP1と、第2の固定磁性層
(下)95の膜厚tP2との膜厚比、及びフリー磁性層の
上側に形成されている第1の固定磁性層(上)107の
膜厚tP1と第2の固定磁性層(上)105の膜厚tP2
の膜厚比は、(第1の固定磁性層(下)93,(上)1
07の膜厚tP1)/(第2の固定磁性層(下)95,
(上)105の膜厚tP2)は、0.33〜0.95、あ
るいは1.05〜4の範囲内であることが好ましく、し
かも、第1の固定磁性層(下)93,(上)107及び
第2の固定磁性層(下)95,(上)105の膜厚は、
共に10〜70オングストロームの範囲内で形成され、
且つ、│第1の固定磁性層(下)93,(上)107の
膜厚tP1―第2の固定磁性層(下)95,(上)105
の膜厚tP2│≧2オングストロームで形成されているこ
とが好ましい。上記範囲内であれば500(Oe)以上
の交換結合磁界を得ることが可能である。
Next, the appropriate range of the thickness of each layer will be described. First the first pinned magnetic layer formed on the lower side of the free magnetic layer and the thickness t P1 (bottom) 93, the thickness ratio between the film thickness t P2 of the second pinned magnetic layer (lower) 95, and the film thickness ratio between the film thickness t P2 of the free magnetic layer first pinned magnetic layer formed on the upper side of (above) 107 thickness t P1 and the second fixed magnetic layer (upper) 105 ( First pinned magnetic layer (bottom) 93, (top) 1
07 film thickness t P1 ) / (second fixed magnetic layer (lower) 95,
The thickness t P2 of (upper) 105 is preferably in the range of 0.33 to 0.95 or 1.05 to 4, and the first fixed magnetic layer (lower) 93, (upper) ) 107 and the second pinned magnetic layers (lower) 95 and (upper) 105
Both are formed within the range of 10 to 70 angstroms,
And | thickness t P1 of first fixed magnetic layer (lower) 93 and (upper) 107 -second fixed magnetic layer (lower) 95 and (upper) 105
It is preferable that the film is formed with a thickness t P2 | ≧ 2 angstroms. Within the above range, an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained.

【0206】また本発明では、(第1の固定磁性層
(下)93,(上)107の膜厚tP1)/(第2の固定
磁性層(下)95,(上)105の膜厚tP2)は、0.
53〜0.95、あるいは1.05〜1.8の範囲内で
あることが好ましく、しかも、第1の固定磁性層(下)
93,(上)107及び第2の固定磁性層(下)95,
(上)105の膜厚は、共に10〜50オングストロー
ムの範囲内で形成され、且つ、│第1の固定磁性層
(下)93,(上)107の膜厚tP1―第2の固定磁性
層(下)95,(上)105の膜厚tP2│≧2オングス
トロームで形成されていることが好ましい。上記範囲内
であれば1000(Oe)以上の交換結合磁界を得るこ
とが可能である。
In the present invention, the film thickness t P1 of (first fixed magnetic layer (lower) 93 and (upper) 107) / (film thickness of second fixed magnetic layer (lower) 95 and (upper) 105) t P2 ) is 0.
It is preferably in the range of 53 to 0.95, or 1.05 to 1.8, and the first fixed magnetic layer (lower)
93, (top) 107 and the second pinned magnetic layer (bottom) 95,
The film thickness of the (upper) 105 is formed within the range of 10 to 50 angstroms, and | the film thickness t P1 of the first pinned magnetic layers (lower) 93 and (upper) 107 -the second pinned magnetic layer. It is preferable that the layers (lower) 95 and (upper) 105 be formed with a thickness t P2 | ≧ 2 Å. Within the above range, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained.

【0207】ところで、本発明では前述したように、反
強磁性層92,108としてPtMn合金など、第1の
固定磁性層(下)93,(上)107との界面で交換結
合磁界(交換異方性磁界)を発生させるために熱処理を
必要とする反強磁性材料を使用している。しかし、フリ
ー磁性層よりも下側に形成されている反強磁性層92と
第1の固定磁性層(下)93との界面では、金属元素の
拡散が発生しやすく熱拡散層が形成されやすくなってい
るために、前記第1の固定磁性層(下)93として機能
する磁気的な膜厚は実際の膜厚tP1よりも薄くなってい
る。従ってフリー磁性層よりも上側の積層膜で発生する
交換結合磁界と、下側の積層膜から発生する交換結合磁
界をほぼ等しくするには、フリー磁性層よりも下側に形
成されている(第1の固定磁性層(下)93の膜厚tP1
/第2の固定磁性層(下)95の膜厚tP2)が、フリー
磁性層よりも上側に形成されている(第1の固定磁性層
(上)107の膜厚tP1/第2の固定磁性層(上)10
5の膜厚tP2よりも大きい方が好ましい。フリー磁性層
よりも上側の積層膜から発生する交換結合磁界と、下側
の積層膜から発生する交換結合磁界とを等しくすること
により、前記交換結合磁界の製造プロセス劣化が少な
く、磁気ヘッドの信頼性を向上させることができる。
In the present invention, as described above, the anti-ferromagnetic layers 92 and 108 are made of PtMn alloy or the like at the interfaces with the first fixed magnetic layers (lower) 93 and (upper) 107 at the exchange coupling magnetic field (exchange magnetic field). An antiferromagnetic material that requires heat treatment to generate an isotropic magnetic field is used. However, at the interface between the antiferromagnetic layer 92 formed below the free magnetic layer and the first pinned magnetic layer (lower) 93, diffusion of the metal element easily occurs, and the thermal diffusion layer is easily formed. Therefore, the magnetic film thickness functioning as the first fixed magnetic layer (lower) 93 is smaller than the actual film thickness t P1 . Accordingly, in order to make the exchange coupling magnetic field generated in the laminated film above the free magnetic layer substantially equal to the exchange coupling magnetic field generated in the laminated film below the free magnetic layer, the exchange coupling magnetic field is formed below the free magnetic layer. The thickness t P1 of the first fixed magnetic layer (lower) 93
/ Thickness t P2 of second pinned magnetic layer (lower) 95 is formed above free magnetic layer (thickness t P1 of first fixed magnetic layer (upper) 107 / second thickness). Fixed magnetic layer (upper) 10
It is preferable that the thickness is larger than the thickness t P2 of No. 5. By making the exchange coupling magnetic field generated from the laminated film above the free magnetic layer equal to the exchange coupling magnetic field generated from the laminated film below the free magnetic layer, the manufacturing process of the exchange coupling magnetic field is less deteriorated, and the reliability of the magnetic head is reduced. Performance can be improved.

【0208】前述したように、第1の固定磁性層(下)
93,(上)107の磁気的膜厚Ms・tP1と第2の固
定磁性層(下)95,(上)105の磁気的膜厚Ms・
P2にある程度差がないと、磁化状態はフェリ状態には
なりにくく、また第1の固定磁性層(下)93,(上)
107の磁気的膜厚Ms・tP1と第2の固定磁性層
(下)95,(上)105の磁気的膜厚Ms・tP2の差
が大きくなりすぎても、交換結合磁界の低下につながり
好ましくない。そこで本発明では、第1の固定磁性層
(下)93,(上)107の膜厚tP1と第2の固定磁性
層(下)95,(上)105の膜厚tP2の膜厚比と同じ
ように、(第1の固定磁性層(下)93,(上)107
の磁気的膜厚Ms・tP1)/(第2の固定磁性層(下)
95,(上)105の磁気的膜厚Ms・tP2)は、0.
33〜0.95、あるいは1.05〜4の範囲内とであ
ることが好ましい。また本発明では、第1の固定磁性層
(下)93,(上)107の磁気的膜厚Ms・tP1及び
第2の固定磁性層(下)95,(上)105の磁気的膜
厚Ms・tP2が10〜70(オングストローム・テス
ラ)の範囲内で、且つ第1の固定磁性層(下)93,
(上)107の磁気的膜厚Ms・tP1から第2の固定磁
性層(下)95,(上)105の磁気的膜厚Ms・tP2
を引いた絶対値が2(オングストローム・テスラ)以上
であることが好ましい。
As described above, the first pinned magnetic layer (lower)
93, (top) 107 magnetic film thickness Ms · t P1 and the second pinned magnetic layer (lower) 95, Ms · magnetic thickness of the (top) 105
If there is no difference in t P2 to some extent, the magnetization state is unlikely to be in the ferri state, and the first pinned magnetic layers (bottom) 93 and (top)
107 magnetic film thickness Ms · t P1 and the second pinned magnetic layer (lower) 95, even if the difference between the magnetic film thickness Ms · t P2 (upper) 105 is too large, a decrease in the exchange coupling magnetic field Connection is not good. Therefore, in the present invention, the first pinned magnetic layer (lower) 93, (top) 107 thickness t P1 and the second fixed magnetic layer (lower) 95, the thickness ratio of the thickness t P2 (upper) 105 In the same manner as (1), (first fixed magnetic layer (lower) 93, (upper) 107
Magnetic film thickness Ms · t P1 ) / (second fixed magnetic layer (lower)
95, (upper) 105, the magnetic film thickness Ms · t P2 ) is 0.
It is preferably in the range of 33 to 0.95, or 1.05 to 4. In the present invention, the magnetic film thickness Ms · t P1 of the first fixed magnetic layers (lower) 93 and (upper) 107 and the magnetic film thickness of the second fixed magnetic layers (lower) 95 and (upper) 105 Ms · t P2 is in the range of 10 to 70 (Angstroms / Tesla) and the first fixed magnetic layer (lower)
(Top) 107 second pinned magnetic layer from the magnetic film thickness Ms · t P1 (bottom) 95, the magnetic film thickness Ms · t P2 (upper) 105
Is preferably equal to or greater than 2 (Angstroms / Tesla).

【0209】また(第1の固定磁性層(下)93,
(上)107の磁気的膜厚Ms・tP1)/(第2の固定
磁性層(下)95,(上)105の磁気的膜厚Ms・t
P2)が、0.53〜0.95、あるいは1.05〜1.
8の範囲内であることがより好ましい。また上記範囲内
であって、第1の固定磁性層(下)93,(上)107
の磁気的膜厚Ms・tP1と第2の固定磁性層(下)9
5,(上)105の磁気的膜厚Ms・tP2は共に10〜
50(オングストローム・テスラ)の範囲内であり、し
かも第1の固定磁性層(下)93,(上)107の磁気
的膜厚Ms・tP1から第2の固定磁性層(下)95,
(上)105の磁気的膜厚Ms・tP2を引いた絶対値は
2(オングストローム・テスラ)以上であることが好ま
しい。
The first fixed magnetic layer (lower) 93,
(Top) Magnetic film thickness Ms · t P1 of 107 / (Second pinned magnetic layer (bottom) 95, Magnetic film thickness of (top) 105 Ms · t
P2 ) is 0.53-0.95, or 1.05-1.
More preferably, it is within the range of 8. Also, within the above range, the first pinned magnetic layers (lower) 93 and (upper) 107
Magnetic film thickness Ms · t P1 and second fixed magnetic layer (lower) 9
The magnetic film thickness Ms · t P2 of 105, (top) 105 is 10 to 10
50 (angstrom tesla), and from the magnetic film thickness Ms · t P1 of the first fixed magnetic layer (lower) 93 and (upper) 107, the second fixed magnetic layer (lower) 95,
(Above) The absolute value obtained by subtracting the magnetic film thickness Ms · t P2 of 105 is preferably 2 (angstrom · tesla) or more.

【0210】また本発明では、フリー磁性層よりも下側
に形成されている第1の固定磁性層(下)93と第2の
固定磁性層(下)95の間に介在する非磁性中間層
(下)94の膜厚は、3.6〜9.6オングストローム
の範囲内であることが好ましい。この範囲内であれば5
00(Oe)以上の交換結合磁界を得ることができる。
より好ましくは、4〜9.4オングストロームの範囲内
であり、この範囲内であれば1000(Oe)以上の交
換結合磁界を得ることが可能である。
According to the present invention, the non-magnetic intermediate layer interposed between the first fixed magnetic layer (lower) 93 and the second fixed magnetic layer (lower) 95 formed below the free magnetic layer. The lower layer 94 preferably has a thickness in the range of 3.6 to 9.6 angstroms. 5 within this range
An exchange coupling magnetic field of 00 (Oe) or more can be obtained.
More preferably, it is within the range of 4 to 9.4 angstroms, and within this range, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained.

【0211】またフリー磁性層よりも上側に形成されて
いる第1の固定磁性層(上)107と第2の固定磁性層
(上)105との間に介在する非磁性中間層(上)10
6の膜厚は、2.5〜6.4オングストローム、あるい
は6.6〜10.7オングストロームの範囲内であるこ
とが好ましい。この範囲内であると少なくとも500
(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
また、2.8〜6.2オングストローム、あるいは6.
8〜10.3オングストロームの範囲内であることがよ
り好ましく、この範囲内であれば1000(Oe)以上
の交換結合磁界を得ることができる。
The non-magnetic intermediate layer (upper) 10 interposed between the first fixed magnetic layer (upper) 107 and the second fixed magnetic layer (upper) 105 formed above the free magnetic layer.
The film thickness of 6 is preferably in the range of 2.5 to 6.4 angstroms, or 6.6 to 10.7 angstroms. Within this range, at least 500
It is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of (Oe) or more.
Also, 2.8 to 6.2 angstroms, or 6.
It is more preferably in the range of 8 to 10.3 angstroms, and within this range, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained.

【0212】さらに本発明では、反強磁性層92,10
8の膜厚は、100オングストローム以上であることが
好ましく、前記反強磁性層92,108を100オング
ストローム以上で形成することにより、少なくとも50
0(Oe)以上の交換結合磁界を得ることができる。ま
た本発明では、前記反強磁性層92,108の膜厚を1
10オングストローム以上で形成すれば、少なくとも1
000(Oe)以上の交換結合磁界を得ることができ
る。
Further, in the present invention, the antiferromagnetic layers 92, 10
8 preferably has a thickness of 100 Å or more. By forming the antiferromagnetic layers 92 and 108 at a thickness of 100 Å or more, at least 50 Å is formed.
An exchange coupling magnetic field of 0 (Oe) or more can be obtained. In the present invention, the thickness of the antiferromagnetic layers 92 and 108 is set to 1
If formed at 10 Å or more, at least 1
An exchange coupling magnetic field of 000 (Oe) or more can be obtained.

【0213】また本発明では、第1のフリー磁性層10
1の膜厚をtF1とし、第2のフリー磁性層97の膜厚を
F2とした場合、(第1のフリー磁性層101の膜厚t
F1/第2のフリー磁性層97の膜厚tF2)は、0.56
〜0.83、あるいは1.25〜5の範囲内であること
が好ましい。この範囲内であると500(Oe)以上の
交換結合磁界を得ることが可能である。また、前記(第
1のフリー磁性層の膜厚/第2のフリー磁性層の膜厚)
は、0.61〜0.83、あるいは1.25〜2.1の
範囲内であることがより好ましく、この範囲内である
と、1000(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが
できる。
According to the present invention, the first free magnetic layer 10
In the case where the thickness of the first free magnetic layer 101 is t F1 and the thickness of the second free magnetic layer 97 is t F2 ,
F1 / (film thickness t F2 of the second free magnetic layer 97) is 0.56
0.80.83, or 1.25-5. Within this range, an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained. In addition, the above (thickness of first free magnetic layer / thickness of second free magnetic layer)
Is more preferably in the range of 0.61 to 0.83, or 1.25 to 2.1, and within this range, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained.

【0214】また、第1のフリー磁性層101の磁気的
膜厚Ms・tF1と第2のフリー磁性層97の磁気的膜厚
Ms・tF2にある程度差がないと、磁化状態はフェリ状
態にはなりにくく、また第1のフリー磁性層101の磁
気的膜厚Ms・tF1と第2のフリー磁性層97の磁気的
膜厚Ms・tF2の差が大きくなりすぎても、交換結合磁
界の低下につながり好ましくない。そこで本発明では、
第1のフリー磁性層101の膜厚tF1と第2のフリー磁
性層97の膜厚tF2との膜厚比と同じように、(第1の
フリー磁性層101の磁気的膜厚Ms・tF1)/(第2
のフリー磁性層97の磁気的膜厚Ms・tF2)は、0.
56〜0.83、あるいは1.25〜5の範囲内である
ことが好ましい。また本発明では、(第1のフリー磁性
層101の磁気的膜厚Ms・tF1)/(第2のフリー磁
性層97の磁気的膜厚Ms・tF2)が0.61〜0.8
3、あるいは1.25〜2.1の範囲内であることがよ
り好ましい。
[0214] Also, the first free somewhat difference in magnetic film thickness Ms · t F2 of magnetic film thickness Ms · t F1 and the second free magnetic layer 97 of the magnetic layer 101 is not present, the magnetization state ferrimagnetic state And even if the difference between the magnetic film thickness Ms · t F1 of the first free magnetic layer 101 and the magnetic film thickness Ms · t F2 of the second free magnetic layer 97 becomes too large, the exchange coupling may occur. This is undesirable because it leads to a decrease in the magnetic field. Therefore, in the present invention,
In the same manner as the film thickness ratio of the film thickness t F1 of the first free magnetic layer 101 to the film thickness t F2 of the second free magnetic layer 97, (the magnetic film thickness Ms · t F1 ) / (second
The magnetic film thickness Ms · t F2 ) of the free magnetic layer 97 of FIG.
It is preferably in the range of 56 to 0.83, or 1.25 to 5. In the present invention, (the magnetic film thickness Ms · t F1 of the first free magnetic layer 101) / (the magnetic film thickness Ms · t F2 of the second free magnetic layer 97) is 0.61 to 0.8.
3, or more preferably in the range of 1.25 to 2.1.

【0215】また、第1のフリー磁性層101と第2の
フリー磁性層97との間に介在する非磁性中間層100
は、その膜厚が、5.5〜10.0オングストロームの
範囲内で形成されていることが好ましく、この範囲内で
あると、500(Oe)以上の交換結合磁界を得ること
が可能である。また、前記非磁性中間層100の膜厚
は、5.9〜9.4オングストロームの範囲内であるこ
とがより好ましく、この範囲内であると1000(O
e)以上の交換結合磁界を得ることができる。
The non-magnetic intermediate layer 100 interposed between the first free magnetic layer 101 and the second free magnetic layer 97
Is preferably formed within a range of 5.5 to 10.0 angstroms, and within this range, an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained. . The thickness of the non-magnetic intermediate layer 100 is more preferably in the range of 5.9 to 9.4 angstroms, and within this range, 1000 (O
e) The above exchange coupling magnetic field can be obtained.

【0216】なお本発明では、第1の固定磁性層(下)
93,(上)107と第2の固定磁性層(下)95,
(上)105との膜厚比、第1の固定磁性層(下)9
3,(上)107と第2の固定磁性層(下)95,
(上)105、非磁性中間層(下)94,(上)10
6、及び反強磁性層92,108の膜厚、さらには、第
1のフリー磁性層101と第2のフリー磁性層97の膜
厚比、及び非磁性中間層100の膜厚を上記範囲内で適
正に調節すれば、従来と同程度のΔMRを得ることが可
能である。
In the present invention, the first pinned magnetic layer (lower)
93, (top) 107 and the second pinned magnetic layer (bottom) 95,
(Upper) Film thickness ratio with 105, first fixed magnetic layer (lower) 9
3, (top) 107 and the second pinned magnetic layer (bottom) 95,
(Upper) 105, non-magnetic intermediate layer (lower) 94, (upper) 10
6, and the thicknesses of the antiferromagnetic layers 92 and 108, the thickness ratio of the first free magnetic layer 101 to the second free magnetic layer 97, and the thickness of the nonmagnetic intermediate layer 100 are within the above ranges. If it is adjusted appropriately, it is possible to obtain a ΔMR comparable to that of the related art.

【0217】ところで、図11,12に示すデュアルス
ピンバルブ型薄膜素子においては、フリー磁性層の上下
に形成されている第2の固定磁性層(下)95,(上)
105の磁化を互いに反対方向に向けておく必要があ
る。これはフリー磁性層が第1のフリー磁性層101と
第2のフリー磁性層97の2層に分断されて形成されて
おり、前記第1のフリー磁性層101の磁化と第2のフ
リー磁性層97の磁化とが反平行になっているからであ
る。
By the way, in the dual spin-valve thin film element shown in FIGS. 11 and 12, the second fixed magnetic layers (lower) 95 and (upper) formed above and below the free magnetic layer.
The magnetizations of 105 must be oriented in opposite directions. This is formed by dividing the free magnetic layer into two layers, a first free magnetic layer 101 and a second free magnetic layer 97. The magnetization of the first free magnetic layer 101 and the second free magnetic layer This is because the magnetization 97 is antiparallel.

【0218】例えば図11,12に示すように、第1の
フリー磁性層101の磁化が図示X方向と反対方向に磁
化されているとすると、前記第1のフリー磁性層101
との交換結合磁界(RKKY相互作用)によって、第2
のフリー磁性層97の磁化は、図示X方向に磁化された
状態となっている。前記第1のフリー磁性層101及び
第2のフリー磁性層97の磁化は、フェリ状態を保ちな
がら、外部磁界の影響を受けて反転するようになってい
る。
For example, as shown in FIGS. 11 and 12, if the magnetization of the first free magnetic layer 101 is magnetized in the direction opposite to the X direction in the figure, the first free magnetic layer 101
The exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) with
Of the free magnetic layer 97 is magnetized in the X direction in the figure. The magnetizations of the first free magnetic layer 101 and the second free magnetic layer 97 are reversed under the influence of an external magnetic field while maintaining a ferrimagnetic state.

【0219】図11,図12に示すデュアルスピンバル
ブ型薄膜素子にあっては、第1のフリー磁性層101の
磁化及び第2のフリー磁性層97の磁化は共にΔMRに
関与する層となっており、前記第1のフリー磁性層10
1及び第2のフリー磁性層97の変動磁化と、第2の固
定磁性層(下)95,(上)105の固定磁化との関係
で電気抵抗が変化する。シングルスピンバルブ型薄膜素
子に比べ大きいΔMRを期待できるデュアルスピンバル
ブ型薄膜素子としての機能を発揮させるには、第1のフ
リー磁性層101と第2の固定磁性層(上)105との
抵抗変化及び、第2のフリー磁性層97と第2の固定磁
性層(下)95との抵抗変化が、共に同じ変動を見せる
ように、前記第2の固定磁性層(下)95,(上)10
5の磁化方向を制御する必要性がある。すなわち、第1
のフリー磁性層101と第2の固定磁性層(上)105
との抵抗変化が最大になるとき、第2のフリー磁性層9
7と第2の固定磁性層(下)95との抵抗変化も最大に
なるようにし、第1のフリー磁性層101と第2の固定
磁性層(上)105との抵抗変化が最小になるとき、第
2のフリー磁性層97と第2の固定磁性層(下)95と
の抵抗変化も最小になるようにすればよいのである。
In the dual spin-valve thin film device shown in FIGS. 11 and 12, the magnetization of the first free magnetic layer 101 and the magnetization of the second free magnetic layer 97 are both layers involved in ΔMR. The first free magnetic layer 10
The electric resistance changes depending on the relationship between the variable magnetization of the first and second free magnetic layers 97 and the fixed magnetization of the second fixed magnetic layers (lower) 95 and (upper) 105. In order to exhibit a function as a dual spin-valve thin film element capable of expecting a large ΔMR as compared with a single spin-valve thin film element, it is necessary to change the resistance between the first free magnetic layer 101 and the second pinned magnetic layer (upper) 105. The second pinned magnetic layers (lower) 95 and (upper) 10 are so arranged that the resistance changes of the second free magnetic layer 97 and the second pinned magnetic layer (lower) 95 show the same fluctuation.
5 needs to be controlled. That is, the first
Free magnetic layer 101 and second pinned magnetic layer (upper) 105
When the change in resistance with respect to the maximum becomes maximum, the second free magnetic layer 9
7 and the second pinned magnetic layer (lower) 95 also have a maximum resistance change, and the first free magnetic layer 101 and the second fixed magnetic layer (upper) 105 have a minimum resistance change. The resistance change between the second free magnetic layer 97 and the second pinned magnetic layer (lower) 95 should be minimized.

【0220】よって図11,12に示すデュアルスピン
バルブ型薄膜素子では、第1のフリー磁性層101と第
2のフリー磁性層97の磁化が反平行に磁化されている
ため、第2の固定磁性層(上)105の磁化と第2の固
定磁性層(下)95の磁化を互いに反対方向に磁化する
必要性があるのである。
Therefore, in the dual spin-valve thin film element shown in FIGS. 11 and 12, since the magnetizations of the first free magnetic layer 101 and the second free magnetic layer 97 are antiparallel, the second fixed magnetic layer It is necessary to magnetize the magnetization of the layer (upper) 105 and the magnetization of the second pinned magnetic layer (lower) 95 in opposite directions.

【0221】本発明では、上記のような理由から、第2
の固定磁性層(下)95の磁化と、第2の固定磁性層
(上)105の磁化とを反対方向に向けて固定している
が、このような磁化方向の制御を行うためには、各固定
磁性層のMs・tと、熱処理中に与える磁場の方向及び
大きさを適正に調節する必要がある。まず各固定磁性層
のMs・tについては、フリー磁性層よりも上側に形成
されている第1の固定磁性層(上)107のMs・tP1
を、第2の固定磁性層(上)105のMs・tP2よりも
大きくし、且つ、フリー磁性層よりも下側に形成されて
いる第1の固定磁性層(下)93のMs・tP1を、第2
の固定磁性層(下)95のMs・tP2よりも小さくする
か、あるいは、フリー磁性層よりも上側に形成されてい
る第1の固定磁性層(上)107のMs・tP1を、第2
の固定磁性層105(上)のMs・tP2よりも小さく
し、且つ、フリー磁性層よりも下側に形成されている第
1の固定磁性層(下)93のMs・tP1を、第2の固定
磁性層(下)95のMs・tP2よりも大きくする必要が
ある。
In the present invention, for the reasons described above, the second
The magnetization of the fixed magnetic layer (lower) 95 is fixed in the opposite direction to the magnetization of the second fixed magnetic layer (upper) 105. In order to control such a magnetization direction, It is necessary to appropriately adjust Ms · t of each fixed magnetic layer and the direction and magnitude of the magnetic field applied during the heat treatment. First, with respect to Ms · t of each fixed magnetic layer, Ms · t P1 of the first fixed magnetic layer (upper) 107 formed above the free magnetic layer.
Is larger than Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer (upper) 105 and Ms · t of the first pinned magnetic layer (lower) 93 formed below the free magnetic layer. P1 is the second
Fixed or smaller than Ms · t P2 of the magnetic layer (lower) 95, or the first pinned magnetic layer formed above the free magnetic layer Ms · t P1 (top) 107, a 2
Ms · t P1 of the first fixed magnetic layer (lower) 93 formed below the free magnetic layer and smaller than Ms · t P2 of the fixed magnetic layer 105 (upper) It is necessary to be larger than Ms · t P2 of the second fixed magnetic layer (lower) 95.

【0222】本発明では、反強磁性層92,108とし
てPtMn合金など磁場中アニール(熱処理)を施すこ
とにより、第1の固定磁性層(下)93,(上)107
との界面で交換結合磁界を発生する反強磁性材料を使用
しているので、熱処理中に印加する磁場の方向とその大
きさを適正に調節しなければならない。本発明では、フ
リー磁性層よりも上側に形成されている第1の固定磁性
層(上)107のMs・tP1を、第2の固定磁性層
(上)105のMs・tP2よりも大きくし、且つ、フリ
ー磁性層よりも下側に形成されている第1の固定磁性層
(下)93のMs・tP1を、第2の固定磁性層(下)9
5のMs・tP2よりも小さくした場合にあっては、フリ
ー磁性層よりも上側に形成されている第1の固定磁性層
(上)107の磁化を向けたい方向に、100〜1k
(Oe)の磁界を与える。
In the present invention, the first pinned magnetic layers (lower) 93 and (upper) 107 are subjected to annealing (heat treatment) in a magnetic field such as a PtMn alloy as the antiferromagnetic layers 92 and 108.
Since an antiferromagnetic material that generates an exchange coupling magnetic field at the interface with the substrate is used, the direction and magnitude of the magnetic field applied during the heat treatment must be properly adjusted. In the present invention, Ms · t P1 of the first fixed magnetic layer (upper) 107 formed above the free magnetic layer is larger than Ms · t P2 of the second fixed magnetic layer (upper) 105. In addition, Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer (lower) 93 formed below the free magnetic layer is changed to the second pinned magnetic layer (lower) 9.
5 is smaller than Ms · t P2 of 100 to 1 k in the direction in which the magnetization of the first fixed magnetic layer (upper) 107 formed above the free magnetic layer is to be directed.
(Oe) magnetic field is applied.

【0223】例えば、図11に示すように、前記第1の
固定磁性層(上)107の磁化を図示Y方向に向けたい
場合には、図示Y方向に100〜1k(Oe)の磁界を
与える。ここでMs・tP1の大きい前記第1の固定磁性
層(上)107と、フリー磁性層よりも下側に形成され
た第2の固定磁性層(下)95が共に前記印加磁場の方
向、すなわち図示Y方向に向く。一方、フリー磁性層よ
りも上側に形成されたMs・tP2の小さい第2の固定磁
性層(上)105の磁化は、第1の固定磁性層(上)1
07との交換結合磁界(RKKY相互作用)によって、
前記第1の固定磁性層(上)107の磁化方向と反平行
に磁化される。同様にフリー磁性層よりも下側に形成さ
れたMs・tP1の小さい第1の固定磁性層(下)93の
磁化は、第2の固定磁性層(下)95の磁化とフェリ状
態になろうとして、図示Y方向と反対方向に磁化され
る。熱処理によって反強磁性層108との界面で発生す
る交換結合磁界(交換異方性磁界)により、フリー磁性
層よりも上側に形成された第1の固定磁性層(上)10
7の磁化は図示Y方向に固定され、第2の固定磁性層
(上)105の磁化は図示Y方向と反対方向に固定され
る。同様に、交換結合磁界(交換異方性磁界)によっ
て、フリー磁性層よりも下側に形成されている第1の固
定磁性層(下)93の磁化は、図示Y方向と反対方向に
固定され、第2の固定磁性層(下)95の磁化は図示Y
方向に固定される。
For example, as shown in FIG. 11, when the magnetization of the first pinned magnetic layer (upper) 107 is desired to be directed in the illustrated Y direction, a magnetic field of 100 to 1 k (Oe) is applied in the illustrated Y direction. . Here, the first fixed magnetic layer (upper) 107 having a larger Ms · t P1 and the second fixed magnetic layer (lower) 95 formed below the free magnetic layer are both in the direction of the applied magnetic field, That is, it faces the Y direction in the figure. On the other hand, the magnetization of the second pinned magnetic layer (upper) 105 having a smaller Ms · t P2 formed above the free magnetic layer is the same as that of the first pinned magnetic layer (upper) 1.
07 with the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction)
It is magnetized antiparallel to the magnetization direction of the first pinned magnetic layer (upper) 107. Similarly, the magnetization of the first fixed magnetic layer (lower) 93 formed below the free magnetic layer and having a smaller Ms · t P1 becomes a ferrimagnetic state with the magnetization of the second fixed magnetic layer (lower) 95. As a result, it is magnetized in a direction opposite to the illustrated Y direction. Due to the exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) generated at the interface with the antiferromagnetic layer 108 by the heat treatment, the first fixed magnetic layer (upper) 10 formed above the free magnetic layer
7 is fixed in the illustrated Y direction, and the magnetization of the second pinned magnetic layer (upper) 105 is fixed in the direction opposite to the illustrated Y direction. Similarly, the magnetization of the first fixed magnetic layer (lower) 93 formed below the free magnetic layer is fixed in the direction opposite to the Y direction in the figure by the exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field). , The magnetization of the second pinned magnetic layer (lower) 95 is Y
Fixed in the direction.

【0224】またフリー磁性層よりも上側に形成されて
いる第1の固定磁性層(上)107のMs・tP1を、第
2の固定磁性層(上)105のMs・tP2よりも小さく
し、且つ、フリー磁性層よりも下側に形成されている第
1の固定磁性層(下)93のMs・tP1を、第2の固定
磁性層(下)95のMs・tP2よりも大きくした場合に
は、フリー磁性層よりも下側に形成された第1の固定磁
性層(下)93の磁化を向けたい方向に、磁界を100
〜1k(Oe)与える。以上のようにして、フリー磁性
層の上下に形成された第2の固定磁性層(下)95,
(上)105を反対方向に磁化することで、従来のデュ
アルスピンバルブ型薄膜素子と同程度のΔMRを得るこ
とができる。
Further, Ms · t P1 of the first pinned magnetic layer (upper) 107 formed above the free magnetic layer is smaller than Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer (upper) 105. and, and, the first fixed magnetic layer which is formed below the free magnetic layer Ms · t P1 (bottom) 93, than Ms · t P2 of the second pinned magnetic layer (lower) 95 If it is increased, the magnetic field is increased by 100 in the direction in which the magnetization of the first pinned magnetic layer (lower) 93 formed below the free magnetic layer is to be directed.
11 k (Oe). As described above, the second fixed magnetic layers (lower) 95 formed above and below the free magnetic layer
By magnetizing (upper) 105 in the opposite direction, ΔMR comparable to that of a conventional dual spin-valve thin film element can be obtained.

【0225】また本発明では、フェリ状態の第1のフリ
ー磁性層101の磁化と第2のフリー磁性層97の磁化
とを、外部磁界に対してより感度良く反転できるように
するために、第1のフリー磁性層101の磁気モーメン
トと第2のフリー磁性層97の磁気モーメントとを足し
合わせた合成磁気モーメントが、前記フリー磁性層より
も下側に形成されている第1の固定磁性層(下)93の
磁気モーメントと第2の固定磁性層(下)95の磁気モ
ーメントとを足し合わせた合成磁気モーメント、及びフ
リー磁性層よりも上側に形成されている第1の固定磁性
層(上)107の磁気モーメントと第2の固定磁性層
(上)105の磁気モーメントとを足し合わせた合成磁
気モーメントよりも大きくなるようにすればよい。すな
わち、例えば、図示X方向及び図示Y方向の磁気モーメ
ントを正の値、図示X方向と反対方向及び図示Y方向と
反対方向の磁気モーメントを負の値とした場合、合成磁
気モーメント│Ms・tF1+Ms・tF2│が、第1の固
定磁性層(上)107と第2の固定磁性層(上)105
との磁気モーメントで形成される合成磁気モーメント│
Ms・tP1+Ms・tP2│及び、第1の固定磁性層
(下)93及び第2の固定磁性層(下)95との合成磁
気モーメント│Ms・tP1+Ms・tP2│よりも大きく
なっていることが好ましい。
In the present invention, the magnetization of the first free magnetic layer 101 and the magnetization of the second free magnetic layer 97 in the ferri-state can be reversed with higher sensitivity to an external magnetic field. The combined magnetic moment obtained by adding the magnetic moment of the first free magnetic layer 101 and the magnetic moment of the second free magnetic layer 97 is equal to the first fixed magnetic layer ( Bottom) The composite magnetic moment obtained by adding the magnetic moment of 93 and the magnetic moment of the second pinned magnetic layer (bottom) 95, and the first pinned magnetic layer formed above the free magnetic layer (top) What is necessary is just to make it larger than the combined magnetic moment obtained by adding the magnetic moment of 107 and the magnetic moment of the second pinned magnetic layer (upper) 105. That is, for example, when the magnetic moment in the illustrated X direction and the illustrated Y direction is a positive value, and the magnetic moment in the opposite direction to the illustrated X direction and the opposite direction to the illustrated Y direction is a negative value, the resultant magnetic moment | Ms · t F 1 + Ms · t F2 │ are the first fixed magnetic layer (upper) 107 and the second fixed magnetic layer (upper) 105
Magnetic moment |
Ms · t P1 + Ms · t P2 │ and the first pinned magnetic layer (lower) greater than the resultant magnetic moment │Ms · t P1 + Ms · t P2 │ between 93 and the second pinned magnetic layer (lower) 95 Preferably.

【0226】以上、図7から図12に示すスピンバルブ
型薄膜素子では、固定磁性層のみならず、フリー磁性層
も、非磁性中間層を介して第1のフリー磁性層と第2の
フリー磁性層の2層に分断し、この2層のフリー磁性層
の間に発生する交換結合磁界(RKKY相互作用)によ
って前記2層のフリー磁性層の磁化を反平行状態(フェ
リ状態)にすることにより、前記第1のフリー磁性層と
第2のフリー磁性層の磁化を、外部磁界に対して感度良
く反転できるようにしている。
As described above, in the spin-valve type thin film element shown in FIGS. 7 to 12, not only the fixed magnetic layer but also the free magnetic layer are connected to the first free magnetic layer and the second free magnetic layer via the nonmagnetic intermediate layer. The two free magnetic layers are divided into two layers, and the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) generated between the two free magnetic layers changes the magnetization of the two free magnetic layers into an antiparallel state (a ferri state). The magnetization of the first free magnetic layer and the magnetization of the second free magnetic layer can be reversed with high sensitivity to an external magnetic field.

【0227】また本発明では、第1のフリー磁性層と第
2のフリー磁性層との膜厚比や、前記第1のフリー磁性
層と第2のフリー磁性層との間に介在する非磁性中間層
の膜厚、あるいは第1の固定磁性層と第2の固定磁性層
との膜厚比や、前記第1の固定磁性層と第2の固定磁性
層との間に介在する非磁性中間層の膜厚、及び反強磁性
層の膜厚などを適正な範囲内で形成することによって、
交換結合磁界を大きくすることができ、第1の固定磁性
層と第2の固定磁性層との磁化状態を固定磁化として、
第1のフリー磁性層と第2のフリー磁性層との磁化状態
を変動磁化として、熱的にも安定したフェリ状態に保つ
ことが可能であり、しかも従来と同程度のΔMRを得る
ことが可能となっている。本発明では、さらにセンス電
流の方向を調節することで、第1の固定磁性層の磁化と
第2の固定磁性層の磁化との反平行状態(フェリ状態)
を、より熱的にも安定した状態に保つことが可能となっ
ている。
Further, in the present invention, the thickness ratio between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer, and the non-magnetic layer interposed between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer. The thickness of the intermediate layer, the ratio of the thickness of the first fixed magnetic layer to the thickness of the second fixed magnetic layer, and the thickness of the non-magnetic intermediate layer interposed between the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer. By forming the thickness of the layer and the thickness of the antiferromagnetic layer within an appropriate range,
The exchange coupling magnetic field can be increased, and the magnetization states of the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer are set as fixed magnetization,
The magnetization state of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer can be maintained as a thermally stable ferri-state by changing the magnetization state, and a ΔMR equivalent to that of the related art can be obtained. It has become. In the present invention, by further adjusting the direction of the sense current, the antiparallel state (ferri state) between the magnetization of the first fixed magnetic layer and the magnetization of the second fixed magnetic layer.
Can be kept more thermally stable.

【0228】スピンバルブ型薄膜素子では、反強磁性
層、固定磁性層、非磁性導電層、及びフリー磁性層から
成る積層膜の両側に導電層が形成されており、この導電
層からセンス電流が流される。前記センス電流は、比抵
抗の小さい前記非磁性導電層と、前記非磁性導電層と固
定磁性層との界面、及び非磁性導電層とフリー磁性層と
の界面に主に流れる。本発明では、前記固定磁性層は第
1の固定磁性層と第2の固定磁性層とに分断されてお
り、前記センス電流は主に第2の固定磁性層と非磁性導
電層との界面に流れている。前記センス電流を流すと、
右ネジの法則によって、センス電流磁界が形成される。
本発明では前記センス電流磁界を第1の固定磁性層の磁
気モーメントと第2の固定磁性層の磁気モーメントを足
し合わせて求めることができる合成磁気モーメントの方
向と同じ方向になるように、前記センス電流の流す方向
を調節している。
In the spin-valve type thin film element, conductive layers are formed on both sides of a laminated film composed of an antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, and a free magnetic layer. Swept away. The sense current mainly flows to the nonmagnetic conductive layer having a small specific resistance, the interface between the nonmagnetic conductive layer and the fixed magnetic layer, and the interface between the nonmagnetic conductive layer and the free magnetic layer. In the present invention, the fixed magnetic layer is divided into a first fixed magnetic layer and a second fixed magnetic layer, and the sense current is mainly applied to an interface between the second fixed magnetic layer and the nonmagnetic conductive layer. Flowing. When the sense current is applied,
A sense current magnetic field is formed by the right-hand rule.
In the present invention, the sense current magnetic field is set in the same direction as the direction of the synthetic magnetic moment that can be obtained by adding the magnetic moment of the first fixed magnetic layer and the magnetic moment of the second fixed magnetic layer. The direction of current flow is adjusted.

【0229】図1に示すスピンバルブ型薄膜素子では、
非磁性導電層15の下側に第2の固定磁性層54が形成
されている。この場合にあっては、第1の固定磁性層5
2及び第2の固定磁性層54のうち、磁気モーメントの
大きい方の固定磁性層の磁化方向に、センス電流磁界の
方向を合わせる。図1に示すように、前記第2の固定磁
性層54の磁気モーメントは第1の固定磁性層52の磁
気モーメントに比べて大きく、前記第2の固定磁性層5
4の磁気モーメントは図示Y方向と反対方向(図示左方
向)に向いている。このため前記第1の固定磁性層52
の磁気モーメントと第2の固定磁性層54の磁気モーメ
ントとを足し合わせた合成磁気モーメントは、図示Y方
向と反対方向(図示左方向)に向いている。
In the spin valve type thin film element shown in FIG.
A second fixed magnetic layer 54 is formed below the nonmagnetic conductive layer 15. In this case, the first pinned magnetic layer 5
The direction of the sense current magnetic field is adjusted to the magnetization direction of the fixed magnetic layer having the larger magnetic moment of the second and second fixed magnetic layers 54. As shown in FIG. 1, the magnetic moment of the second pinned magnetic layer 54 is larger than the magnetic moment of the first pinned magnetic layer 52,
The magnetic moment No. 4 is directed in a direction opposite to the illustrated Y direction (left direction in the drawing). Therefore, the first pinned magnetic layer 52
Is combined with the magnetic moment of the second pinned magnetic layer 54, the combined magnetic moment is directed in the opposite direction (left direction in the figure) to the Y direction in the figure.

【0230】前述のように、非磁性導電層15は第2の
固定磁性層54及び第1の固定磁性層52の上側に形成
されている。このため、主に前記非磁性導電層15を中
心にして流れるセンス電流112によって形成されるセ
ンス電流磁界は、前記非磁性導電層15よりも下側にお
いて図示左方向に向くように、前記センス電流112の
流す方向を制御すればよい。このようにすれば、第1の
固定磁性層52と第2の固定磁性層54との合成磁気モ
ーメントの方向と、前記センス電流磁界の方向とが一致
する。
As described above, the nonmagnetic conductive layer 15 is formed above the second fixed magnetic layer 54 and the first fixed magnetic layer 52. For this reason, the sense current magnetic field mainly generated by the sense current 112 flowing around the nonmagnetic conductive layer 15 is such that the sense current The flow direction of 112 may be controlled. By doing so, the direction of the combined magnetic moment of the first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54 coincides with the direction of the sense current magnetic field.

【0231】図1に示すように前記センス電流112は
図示X方向に流される。右ネジの法則により、センス電
流を流すことによって形成されるセンス電流磁界は、紙
面に対して右回りに形成される。従って、非磁性導電層
15よりも下側の層には、図示左方向(図示Y方向と反
対方向)のセンス電流磁界が印加されることになり、こ
のセンス電流磁界によって、合成磁気モーメントを補強
する方向に作用し、第1の固定磁性層52と第2の固定
磁性層54間に作用する交換結合磁界(RKKY相互作
用)が増幅され、前記第1の固定磁性層52の磁化と第
2の固定磁性層54の磁化の反平行状態をより熱的に安
定させることが可能になる。
As shown in FIG. 1, the sense current 112 flows in the X direction in the figure. According to the right-hand rule, a sense current magnetic field formed by flowing a sense current is formed clockwise with respect to the plane of the drawing. Therefore, a sense current magnetic field in the left direction in the drawing (the direction opposite to the Y direction in the drawing) is applied to the layer below the nonmagnetic conductive layer 15, and the combined magnetic moment is reinforced by the sense current magnetic field. The exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) acting between the first fixed magnetic layer 52 and the second fixed magnetic layer 54 is amplified, and the magnetization of the first fixed magnetic layer 52 and the second It is possible to more thermally stabilize the antiparallel state of magnetization of the fixed magnetic layer 54.

【0232】特にセンス電流を1mA流すと、約30
(Oe)程度のセンス電流磁界が発生し、また素子温度
が約15℃程度上昇することが判っている。さらに、記
録媒体の回転数は1000rpm程度まで速くなり、こ
の回転数の上昇により、装置内温度は約100℃まで上
昇する。このため例えばセンス電流を10mA流した場
合、スピンバルブ型薄膜素子の素子温度は、約250℃
程度まで上昇し、さらにセンス電流磁界も300(O
e)と大きくなる。
In particular, when a sense current of 1 mA flows, about 30
It has been found that a sense current magnetic field of about (Oe) is generated and the element temperature rises by about 15 ° C. Further, the rotation speed of the recording medium increases to about 1000 rpm, and the temperature in the apparatus increases to about 100 ° C. due to the increase in the rotation speed. Therefore, for example, when a sense current of 10 mA flows, the element temperature of the spin-valve thin film element is about 250 ° C.
And the sense current magnetic field is also 300 (O
e).

【0233】このような、非常に高い環境温度下で、し
かも大きなセンス電流が流れる場合にあっては、第1の
固定磁性層52の磁気モーメントと第2の固定磁性層5
4とを足し合わせて求めることができる合成磁気モーメ
ントの方向と、センス電流磁界の方向とが逆向きである
と、第1の固定磁性層52の磁化と第2の固定磁性層5
4の磁化との反平行状態が壊れ易くなる。
In the case where such a large sense current flows under an extremely high environmental temperature, the magnetic moment of the first fixed magnetic layer 52 and the second fixed magnetic layer 5
4 is opposite to the direction of the sensed magnetic field, which can be obtained by adding the fixed magnetic layer 52 to the first fixed magnetic layer 52 and the second fixed magnetic layer 5.
The antiparallel state with the magnetization of No. 4 is easily broken.

【0234】また、高い環境温度下でも耐え得るように
するには、センス電流磁界の方向の調節の他に、高いブ
ロッキング温度を有する反強磁性材料を反強磁性層11
として使用する必要があり、そのために本発明ではブロ
ッキング温度が約400℃程度のPtMn合金を使用し
ている。
In order to be able to withstand a high environmental temperature, in addition to adjusting the direction of the sense current magnetic field, an anti-ferromagnetic material having a high blocking temperature is used.
Therefore, in the present invention, a PtMn alloy having a blocking temperature of about 400 ° C. is used.

【0235】なお図1に示す第1の固定磁性層52の磁
気モーメントと第2の固定磁性層54の磁気モーメント
とで形成される合成磁気モーメントが図示右方向(図示
Y方向)に向いている場合には、センス電流を図示X方
向と反対方向に流し、センス電流磁界が紙面に対し左回
りに形成されるようにすればよい。
The combined magnetic moment formed by the magnetic moment of the first fixed magnetic layer 52 and the magnetic moment of the second fixed magnetic layer 54 shown in FIG. 1 is directed rightward in the figure (Y direction in the figure). In this case, the sense current may be caused to flow in the direction opposite to the X direction in the drawing, so that the sense current magnetic field is formed counterclockwise with respect to the page.

【0236】次に図3に示すスピンバルブ型薄膜素子の
センス電流方向について説明する。図3では、非磁性導
電層24の上側に第2の固定磁性層25及び第1の固定
磁性層27が形成されている。図3に示すように、第1
の固定磁性層27の磁気モーメントの方が第2の固定磁
性層25の磁気モーメントよりも大きくなっており、ま
た前記第1の固定磁性層27の磁気モーメントの方向は
図示Y方向(図示右方向)を向いている。このため前記
第1の固定磁性層27の磁気モーメントと第2の固定磁
性層25の磁気モーメントとを足し合わせた合成磁気モ
ーメントは図示右方向を向いている。
Next, the sense current direction of the spin valve type thin film element shown in FIG. 3 will be described. In FIG. 3, a second fixed magnetic layer 25 and a first fixed magnetic layer 27 are formed above the nonmagnetic conductive layer 24. As shown in FIG.
The magnetic moment of the fixed magnetic layer 27 is larger than the magnetic moment of the second fixed magnetic layer 25, and the direction of the magnetic moment of the first fixed magnetic layer 27 is in the Y direction (right direction in the drawing). ). Therefore, the combined magnetic moment obtained by adding the magnetic moment of the first fixed magnetic layer 27 and the magnetic moment of the second fixed magnetic layer 25 is directed rightward in the figure.

【0237】図3に示すように、センス電流113は図
示X方向に流される。右ネジの法則により、センス電流
113を流すことによって形成されるセンス電流磁界は
紙面に対して右回りに形成される。非磁性導電層24よ
りも上側に第2の固定磁性層25及び第1の固定磁性層
27が形成されているので、前記第2の固定磁性層25
及び第1の固定磁性層27には、図示右方向(図示Y方
向と反対方向)のセンス電流磁界が侵入してくることに
なり、合成磁気モーメントの方向と一致し、従って、第
1の固定磁性層27の磁化と第2の固定磁性層25の磁
化との反平行状態は壊れ難くなっている。
As shown in FIG. 3, the sense current 113 flows in the X direction in the figure. According to the right-hand rule, the sense current magnetic field formed by flowing the sense current 113 is formed clockwise with respect to the paper surface. Since the second pinned magnetic layer 25 and the first pinned magnetic layer 27 are formed above the nonmagnetic conductive layer 24, the second pinned magnetic layer 25
In addition, the sense current magnetic field in the right direction in the drawing (opposite direction to the Y direction in the drawing) enters the first fixed magnetic layer 27 and coincides with the direction of the synthetic magnetic moment. The antiparallel state between the magnetization of the magnetic layer 27 and the magnetization of the second pinned magnetic layer 25 is hard to break.

【0238】なお、前記合成磁気モーメントが図示左方
向(図示Y方向と反対方向)に向いている場合には、セ
ンス電流113を図示X方向と反対方向に流し、前記セ
ンス電流113を流すことによって形成されるセンス電
流磁界を紙面に対し左回りに発生させ、第1の固定磁性
層27と第2の固定磁性層25の合成磁気モーメントの
向きと、前記センス電流磁界との向きを一致させる必要
がある。
When the resultant magnetic moment is directed to the left direction in the figure (the direction opposite to the Y direction in the figure), the sense current 113 is caused to flow in the direction opposite to the X direction in the figure, and the sense current 113 is caused to flow. The sense current magnetic field to be formed is generated counterclockwise with respect to the plane of the paper, and the direction of the combined magnetic moment of the first pinned magnetic layer 27 and the second pinned magnetic layer 25 must match the direction of the sense current magnetic field. There is.

【0239】図5に示すスピンバルブ型薄膜素子は、フ
リー磁性層36の上下に第1の固定磁性層(下)32,
(上)43と第2の固定磁性層(下)34,(上)41
が形成されたデュアルスピンバルブ型薄膜素子である。
このデュアルスピンバルブ型薄膜素子では、フリー磁性
層36の上下に形成される合成磁気モーメントが互いに
反対方向に向くように、前記第1の固定磁性層(下)3
2,(上)43の磁気モーメントの方向及びその大きさ
と第2の固定磁性層(下)34,(上)41の磁気モー
メントの方向及びその大きさを制御する必要がある。
The spin-valve thin film element shown in FIG. 5 has a first fixed magnetic layer (lower) 32
(Upper) 43 and second pinned magnetic layer (lower) 34, (upper) 41
Is formed on the dual spin-valve thin film element.
In this dual spin-valve thin film element, the first fixed magnetic layer (lower) 3 is formed such that the combined magnetic moments formed above and below the free magnetic layer 36 are directed in opposite directions.
2, the direction and magnitude of the magnetic moment of (upper) 43 and the direction and magnitude of the magnetic moment of the second pinned magnetic layers (lower) 34 and (upper) 41 must be controlled.

【0240】図5に示すようにフリー磁性層36よりも
下側に形成されている第2の固定磁性層(下)34の磁
気モーメントは、第1の固定磁性層(下)32の磁気モ
ーメントよりも大きく、また前記第2の固定磁性層
(下)34の磁気モーメントは図示右方向(図示Y方
向)を向いている。従って、前記第1の固定磁性層
(下)32の磁気モーメントと第2の固定磁性層(下)
34の磁気モーメントを足し合わせて求めることができ
る合成磁気モーメントは図示右方向(図示Y方向)を向
いている。またフリー磁性層36よりも上側に形成され
ている第1の固定磁性層(上)43の磁気モーメントは
第2の固定磁性層(上)41の磁気モーメントよりも大
きく、また前記第1の固定磁性層(上)43の磁気モー
メントは図示左方向(図示Y方向と反対方向)に向いて
いる。このため前記第1の固定磁性層(上)43の磁気
モーメントと第2の固定磁性層(上)41の磁気モーメ
ントを足し合わせて求めることができる合成磁気モーメ
ントは図示左方向(図示Y方向と反対方向)を向いてい
る。このように本発明ではフリー磁性層36の上下に形
成される合成磁気モーメントが互いに反対方向に向いて
いる。
As shown in FIG. 5, the magnetic moment of the second fixed magnetic layer (lower) 34 formed below the free magnetic layer 36 is the magnetic moment of the first fixed magnetic layer (lower) 32. The magnetic moment of the second pinned magnetic layer (lower) 34 is directed rightward in the figure (Y direction in the figure). Accordingly, the magnetic moment of the first pinned magnetic layer (lower) 32 and the second pinned magnetic layer (lower)
The combined magnetic moment, which can be obtained by adding the magnetic moments of FIG. 34, is directed rightward in the figure (Y direction in the figure). The magnetic moment of the first pinned magnetic layer (upper) 43 formed above the free magnetic layer 36 is larger than the magnetic moment of the second pinned magnetic layer (upper) 41, and The magnetic moment of the magnetic layer (upper) 43 is directed to the left direction in the drawing (the direction opposite to the Y direction in the drawing). Therefore, the combined magnetic moment, which can be obtained by adding the magnetic moment of the first pinned magnetic layer (upper) 43 and the magnetic moment of the second pinned magnetic layer (upper) 41, is the left direction in the figure (the Y direction in the figure). (Opposite direction). Thus, in the present invention, the combined magnetic moments formed above and below the free magnetic layer 36 face in opposite directions.

【0241】本発明では図5に示すように、センス電流
114は図示X方向と反対方向に流される。これにより
前記センス電流114を流すことによって形成されるセ
ンス電流磁界は紙面に対し左回りに形成される。
In the present invention, as shown in FIG. 5, the sense current 114 flows in a direction opposite to the X direction shown. As a result, a sense current magnetic field formed by passing the sense current 114 is formed counterclockwise with respect to the plane of the drawing.

【0242】前記フリー磁性層36よりも下側で形成さ
れた合成磁気モーメントは図示右方向(図示Y方向)
に、フリー磁性層36よりも上側で形成された合成磁気
モーメントは図示左方向(図示Y方向と反対方向)に向
いているので、前記2つの合成磁気モーメントの方向
は、センス電流磁界の方向と一致しており、フリー磁性
層36の下側に形成された第1の固定磁性層(下)32
の磁化と第2の固定磁性層(下)34の磁化の反平行状
態、及びフリー磁性層36の上側に形成された第1の固
定磁性層(上)43の磁化と第2の固定磁性層(上)4
1の磁化の反平行状態を、熱的にも安定した状態で保つ
ことが可能である。
The resultant magnetic moment formed below the free magnetic layer 36 is rightward in the figure (Y direction in the figure).
Since the combined magnetic moment formed above the free magnetic layer 36 is directed to the left direction in the drawing (the direction opposite to the Y direction in the drawing), the directions of the two combined magnetic moments are the same as the direction of the sense current magnetic field. The first pinned magnetic layer (lower) 32 formed under the free magnetic layer 36
, And the magnetization of the second fixed magnetic layer (lower) 34 in an antiparallel state, and the magnetization of the first fixed magnetic layer (upper) 43 formed above the free magnetic layer 36 and the second fixed magnetic layer. (Top) 4
It is possible to keep the antiparallel state of magnetization 1 thermally stable.

【0243】なお、フリー磁性層36よりも下側に形成
された合成磁気モーメントが図示左方向に向いており、
フリー磁性層36よりも上側に形成された合成磁気モー
メントが図示右側に向いている場合には、センス電流1
14を図示X方向に流し、前記センス電流を流すことに
よって形成されるセンス電流磁界の方向と、前記合成磁
気モーメントの方向とを一致させる必要がある。
Note that the resultant magnetic moment formed below the free magnetic layer 36 is directed leftward in the figure.
When the combined magnetic moment formed above the free magnetic layer 36 is directed rightward in the figure, the sense current 1
14, the direction of the sense current magnetic field formed by flowing the sense current and the direction of the resultant magnetic moment need to match.

【0244】また図7及び図9では、フリー磁性層が非
磁性中間層を介して第1のフリー磁性層と第2のフリー
磁性層の2層に分断されて形成されたスピンバルブ型薄
膜素子の実施例であるが、図7に示すスピンバルブ型薄
膜素子のように、非磁性導電層55よりも下側に第1の
固定磁性層52及び第2の固定磁性層54が形成された
場合にあっては、図1に示すスピンバルブ型薄膜素子の
場合と同様のセンス電流方向の制御を行えばよい。また
図9に示すスピンバルブ型薄膜素子のように、非磁性導
電層76よりも上側に第1の固定磁性層79と第2の固
定磁性層77が形成されている場合にあっては、図3に
示すスピンバルブ型薄膜素子の場合と同様のセンス電流
方向の制御を行えばよい。
In FIGS. 7 and 9, a spin-valve thin-film element in which a free magnetic layer is divided into two layers, a first free magnetic layer and a second free magnetic layer, via a non-magnetic intermediate layer. 7, the first fixed magnetic layer 52 and the second fixed magnetic layer 54 are formed below the nonmagnetic conductive layer 55 as in the spin-valve thin film element shown in FIG. In this case, the same sense current direction control as in the case of the spin-valve thin film element shown in FIG. 1 may be performed. In the case where the first fixed magnetic layer 79 and the second fixed magnetic layer 77 are formed above the nonmagnetic conductive layer 76 as in the spin-valve thin film element shown in FIG. Control of the sense current direction may be performed in the same manner as in the case of the spin-valve thin film element shown in FIG.

【0245】以上のように本発明によれば、センス電流
を流すことによって形成されるセンス電流磁界の方向
と、第1の固定磁性層の磁気モーメントと第2の固定磁
性層の磁気モーメントを足し合わせることによって求め
ることができる合成磁気モーメントの方向とを一致させ
ることにより、前記第1の固定磁性層と第2の固定磁性
層間に作用する交換結合磁界(RKKY相互作用)を増
幅させ、前記第1の固定磁性層の磁化と第2の固定磁性
層の磁化の反平行状態(フェリ状態)を熱的に安定した
状態に保つことが可能である。
As described above, according to the present invention, the direction of the sense current magnetic field formed by passing the sense current, the magnetic moment of the first fixed magnetic layer, and the magnetic moment of the second fixed magnetic layer are added. By matching the direction of the resultant magnetic moment that can be obtained by matching, the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) acting between the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer is amplified, and The antiparallel state (ferri state) of the magnetization of the first fixed magnetic layer and the magnetization of the second fixed magnetic layer can be kept thermally stable.

【0246】特に本発明では、より熱的安定性を向上さ
せるために、反強磁性層にPtMn合金などのブロッキ
ング温度の高い反強磁性材料を使用しており、これによ
って、環境温度が、従来に比べて大幅に上昇しても、前
記第1の固定磁性層の磁化と第2の固定磁性層の磁化の
反平行状態(フェリ状態)を壊れ難くすることができ
る。
In particular, in the present invention, in order to further improve the thermal stability, an antiferromagnetic material having a high blocking temperature such as a PtMn alloy is used for the antiferromagnetic layer. However, even if the magnetization of the first fixed magnetic layer is significantly increased, the antiparallel state (ferri state) of the magnetization of the first fixed magnetic layer and the magnetization of the second fixed magnetic layer can be hardly broken.

【0247】また高記録密度化に対応するためセンス電
流量を大きくして再生出力を大きくしようとすると、そ
れに従ってセンス電流磁界も大きくなるが、本発明で
は、前記センス電流磁界が、第1の固定磁性層と第2の
固定磁性層の間に働く交換結合磁界を増幅させる作用を
もたらしているので、センス電流磁界の増大により、第
1の固定磁性層と第2の固定磁性層の磁化状態はより安
定したものとなる。
If the sense output is increased by increasing the amount of the sense current in order to cope with the increase in the recording density, the sense current magnetic field also increases accordingly. In the present invention, however, the sense current magnetic field is set to the first level. Since the effect of amplifying the exchange coupling magnetic field acting between the fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer is brought about, the magnetization state of the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer is increased by increasing the sense current magnetic field. Becomes more stable.

【0248】なおこのセンス電流方向の制御は、反強磁
性層にどのような反強磁性材料を使用した場合であって
も適用でき、例えば反強磁性層と固定磁性層(第1の固
定磁性層)との界面で交換結合磁界(交換異方性磁界)
を発生させるために、熱処理が必要であるか、あるいは
必要でないかを問わない。
The control of the sense current direction can be applied to any antiferromagnetic layer using any antiferromagnetic material. For example, the antiferromagnetic layer and the fixed magnetic layer (the first fixed magnetic layer) may be used. Exchange magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with
It does not matter whether a heat treatment is necessary or not in order to generate.

【0249】さらに、従来のように、固定磁性層が単層
で形成されていたシングルスピンバルブ型薄膜素子の場
合であっても、前述したセンス電流を流すことによって
形成されるセンス電流磁界の方向と、固定磁性層の磁化
方向とを一致させることにより、前記固定磁性層の磁化
を熱的に安定化させることが可能である。
Further, even in the case of a single spin-valve thin film element in which the pinned magnetic layer is formed as a single layer as in the prior art, the direction of the sense current magnetic field formed by flowing the above-described sense current is also considered. By making the magnetization direction of the pinned magnetic layer coincide with that of the pinned magnetic layer, the magnetization of the pinned magnetic layer can be thermally stabilized.

【0250】[0250]

【実施例】本発明では、まず固定磁性層を、非磁性中間
層を介して第1の固定磁性層と第2の固定磁性層の2層
に分断して形成したスピンバルブ型薄膜素子を使用し、
前記第1の固定磁性層と第2の固定磁性層の膜厚比と、
交換結合磁界(Hex)及びΔMR(抵抗変化率)との
関係について測定した。まず、第1の固定磁性層(反強
磁性層に接する側の固定磁性層)を20オングストロー
ム又は40オングストロームに固定し、第2の固定磁性
層の膜厚を変化させて、前記第2の固定磁性層の膜厚
と、交換結合磁界及びΔMRとの関係について調べた。
実験に使用した膜構成は以下の通りである。Si基板/
アルミナ/Ta(30)/反強磁性層;PtMn(15
0)/第1の固定磁性層;Co(20又は40)/非磁
性中間層;Ru(7)/第2の固定磁性層;Co(X)
/非磁性導電層;Cu(25)/フリー磁性層;Co
(10)+NiFe(40)/Ta(30)である。な
お各層における括弧内の数値は膜厚を示しており、単位
はオングストロームである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, a spin-valve type thin film element is used in which a fixed magnetic layer is divided into a first fixed magnetic layer and a second fixed magnetic layer via a non-magnetic intermediate layer. And
A film thickness ratio between the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer,
The relationship between the exchange coupling magnetic field (Hex) and ΔMR (resistance change rate) was measured. First, the first fixed magnetic layer (the fixed magnetic layer on the side in contact with the antiferromagnetic layer) is fixed at 20 Å or 40 Å, and the film thickness of the second fixed magnetic layer is changed. The relationship between the thickness of the magnetic layer and the exchange coupling magnetic field and ΔMR was examined.
The film configuration used in the experiment is as follows. Si substrate /
Alumina / Ta (30) / antiferromagnetic layer; PtMn (15
0) / first fixed magnetic layer; Co (20 or 40) / nonmagnetic intermediate layer; Ru (7) / second fixed magnetic layer; Co (X)
/ Nonmagnetic conductive layer; Cu (25) / Free magnetic layer; Co
(10) + NiFe (40) / Ta (30). The numerical value in parentheses in each layer indicates the film thickness, and the unit is angstrom.

【0251】また本発明では、上記スピンバルブ型薄膜
素子を成膜した後、200(Oe)の磁場を印加しなが
ら260℃で4時間の熱処理を施した。その実験結果を
図14及び図15に示す。図14に示すように、第1の
固定磁性層(P1)の膜厚tP1を20オングストローム
で固定した場合、第2の固定磁性層(P2)の膜厚tP2
を、20オングストロームにすると、急激に交換結合磁
界(Hex)は低下し、且つ、前記膜厚t P2を厚くする
ことにより、前記交換結合磁界は徐々に低下していくこ
とがわかる。また前記第1の固定磁性層(P1)の膜厚
P1を40オングストロームで固定した場合、第2の固
定磁性層(P2)の膜厚tP2を40オングストロームに
すると急激に交換結合磁界は低下し、且つ前記膜厚tP2
を40オングストロームよりも大きくすると、徐々に交
換結合磁界は低下していくことがわかる。また、前記膜
厚tP2を40オングストロームよりも小さくしていく
と、約26オングストロームまでは交換結合磁界は大き
くなるが、前記膜厚tP2を26オングストロームよりも
小さくしていくと、交換結合磁界は小さくなっていくこ
とがわかる。
In the present invention, the spin-valve type thin film
After forming the device, a magnetic field of 200 (Oe) is applied.
At 260 ° C. for 4 hours. The experimental results
It is shown in FIG. 14 and FIG. As shown in FIG.
The thickness t of the fixed magnetic layer (P1)P120 angstroms
, The film thickness t of the second pinned magnetic layer (P2)P2
At 20 Å, the exchange coupling
The field (Hex) decreases and the film thickness t P2Thicken
As a result, the exchange coupling magnetic field gradually decreases.
I understand. The thickness of the first pinned magnetic layer (P1)
tP1Is fixed at 40 Å, the second
Thickness t of constant magnetic layer (P2)P2To 40 angstroms
Then, the exchange coupling magnetic field decreases rapidly and the film thickness tP2
Larger than 40 angstroms,
It can be seen that the exchange coupling magnetic field decreases. Also, the film
Thickness tP2Smaller than 40 angstroms
And the exchange coupling magnetic field is large up to about 26 Å
The film thickness tP2Than 26 angstroms
As the size decreases, the exchange coupling magnetic field decreases.
I understand.

【0252】ところで第1の固定磁性層(P1)の膜厚
P1と第2の固定磁性層(P2)の膜厚tP2とがほぼ同
じ膜厚で形成されると、急激に交換結合磁界が低下する
のは、前記第1の固定磁性層(P1)の磁化と第2の固
定磁性層(P2)の磁化とが、互いに反平行に磁化され
ない、いわゆるフェリ状態になりにくいからではないか
と推測される。上述した膜構成に示すように、第1の固
定磁性層(P1)と第2の固定磁性層(P2)は共にC
o膜で形成されているので、同じ飽和磁化(Ms)を有
している。さらにほぼ同じ膜厚で形成されることによ
り、第1の固定磁性層(P1)の磁気モーメント(Ms
・tP1)と第2の固定磁性層(P2)の磁気モーメント
(Ms・tP2)は、ほぼ同じ値で設定されている。本発
明では、反強磁性層にPtMn合金を使用しているの
で、成膜後磁場中アニールを施すことにより、第1の固
定磁性層(P1)との界面で交換結合磁界を発生させ、
前記第1の固定磁性層(P1)をある一定方向に固定し
ようとしている。
[0252] By the way when the film thickness t P1 of the first pinned magnetic layer (P1) and the thickness t P2 of the second pinned magnetic layer (P2) are formed substantially the same thickness, rapidly exchange coupling magnetic field Is decreased because the magnetization of the first pinned magnetic layer (P1) and the magnetization of the second pinned magnetic layer (P2) are not magnetized antiparallel to each other, that is, it is unlikely to be in a so-called ferri-state. Guessed. As shown in the above-described film configuration, both the first pinned magnetic layer (P1) and the second pinned magnetic layer (P2)
Since they are formed of an o film, they have the same saturation magnetization (Ms). Furthermore, by being formed with substantially the same thickness, the magnetic moment (Ms) of the first pinned magnetic layer (P1)
.T P1 ) and the magnetic moment (Ms · t P2 ) of the second pinned magnetic layer (P2) are set to be substantially the same. In the present invention, since the PtMn alloy is used for the antiferromagnetic layer, an exchange coupling magnetic field is generated at the interface with the first fixed magnetic layer (P1) by performing annealing in a magnetic field after film formation,
The first pinned magnetic layer (P1) is to be fixed in a certain direction.

【0253】ところが、第1の固定磁性層(P1)と第
2の固定磁性層(P2)の磁気モーメントがほぼ同じ値
であると、磁場を印加して熱処理を施したときに、前記
第1の固定磁性層(P1)と第2の固定磁性層(P2)
とが、共に磁場方向に向こうとする。本来なら、第1の
固定磁性層(P1)と第2の固定磁性層(P2)との間
には交換結合磁界(RKKY相互作用)が発生し、前記
第1の固定磁性層(P1)の磁化と第2の固定磁性層
(P2)の磁化は、反平行状態(フェリ状態)に磁化さ
れようとするが、第1の固定磁性層(P1)と第2の固
定磁性層(P2)の磁化が互いに磁場方向に向こうとす
るため、反平行状態に磁化されにくく、第1の固定磁性
層(P1)と第2の固定磁性層(P2)の磁化状態は、
外部磁界などに対し非常に不安定な状態となっている。
However, if the magnetic moments of the first pinned magnetic layer (P1) and the second pinned magnetic layer (P2) are almost the same value, the first pinned magnetic layer (P2) will not be able to perform the heat treatment by applying a magnetic field. Fixed magnetic layer (P1) and second fixed magnetic layer (P2)
Both try to move in the direction of the magnetic field. Originally, an exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) is generated between the first fixed magnetic layer (P1) and the second fixed magnetic layer (P2), and the first fixed magnetic layer (P1) The magnetization and the magnetization of the second pinned magnetic layer (P2) tend to be magnetized in an antiparallel state (ferri state), but the magnetization of the first pinned magnetic layer (P1) and the second pinned magnetic layer (P2) Since the magnetizations are directed to each other in the direction of the magnetic field, they are hardly magnetized in an antiparallel state, and the magnetization states of the first fixed magnetic layer (P1) and the second fixed magnetic layer (P2) are
It is in a very unstable state against an external magnetic field or the like.

【0254】このため、第1の固定磁性層(P1)の磁
気モーメントと第2の固定磁性層(P2)の磁気モーメ
ントとの差をある程度つけることが好ましいが、図14
に示すように、第1の固定磁性層(P1)の膜厚tP1
第2の固定磁性層(P2)の膜厚tP2の差が大きくなり
すぎ、第1の固定磁性層(P1)と第2の固定磁性層
(P2)の磁気モーメントの差がありすぎると、交換結
合磁界が低下し、反平行状態が崩れやすいという問題が
ある。
For this reason, it is preferable to make a certain difference between the magnetic moment of the first pinned magnetic layer (P1) and the magnetic moment of the second pinned magnetic layer (P2).
As shown, the first difference in the film thickness t P2 is too large for fixed magnetic layer thickness t P1 and the second fixed magnetic layer (P1) (P2), the first pinned magnetic layer (P1) If the magnetic moment of the second pinned magnetic layer (P2) is too large, the exchange coupling magnetic field is reduced, and the antiparallel state is easily broken.

【0255】図16,17は、第2の固定磁性層(P
2)の膜厚tP2を30オングストロームで固定し、第1
の固定磁性層(P1)の膜厚tP1を変化させたときの、
前記第1の固定磁性層の膜厚tP1と交換結合磁界(He
x)及びΔMRとの関係を表すグラフである。この実験
で使用したスピンバルブ型薄膜素子の膜構成は以下の通
りである。Si基板/アルミナ/Ta(30)/PtM
n(150)/第1の固定磁性層;Co(X)/非磁性
中間層;Ru(7)/第2の固定磁性層;Co(30)
/非磁性導電層;Cu(25)/フリー磁性層;Co
(10)+NiFe(40)/Ta(30)である。な
お各層における括弧内の数値は膜厚を示しており、単位
はオングストロームである。また本発明では、上記スピ
ンバルブ型薄膜素子を成膜した後、200(Oe)の磁
場を印加しながら260℃で4時間の熱処理を施した。
FIGS. 16 and 17 show the second pinned magnetic layer (P
The thickness t P2 of 2) is fixed at 30 angstroms,
When the film thickness t P1 of the fixed magnetic layer (P1) is changed,
The thickness t P1 of the first pinned magnetic layer and the exchange coupling magnetic field (He
3 is a graph showing a relationship between x) and ΔMR. The film configuration of the spin-valve thin film element used in this experiment is as follows. Si substrate / Alumina / Ta (30) / PtM
n (150) / first fixed magnetic layer; Co (X) / nonmagnetic intermediate layer; Ru (7) / second fixed magnetic layer; Co (30)
/ Nonmagnetic conductive layer; Cu (25) / Free magnetic layer; Co
(10) + NiFe (40) / Ta (30). The numerical value in parentheses in each layer indicates the film thickness, and the unit is angstrom. In the present invention, after forming the spin-valve thin film element, a heat treatment was performed at 260 ° C. for 4 hours while applying a magnetic field of 200 (Oe).

【0256】図16に示すように、第1の固定磁性層
(P1)の膜厚tP1を30オングストロームにした場
合、すなわち第2の固定磁性層(P2)の膜厚tP2と同
じ膜厚で形成した場合、交換結合磁界(Hex)は急激
に低下することがわかる。これは上述した理由による。
As shown in FIG. 16, when the thickness t P1 of the first pinned magnetic layer (P1) is set to 30 Å, ie, the same thickness t P2 as the thickness of the second pinned magnetic layer (P2). It can be seen that the exchange coupling magnetic field (Hex) drops sharply when formed. This is for the reason described above.

【0257】また、第1の固定磁性層(P1)の膜厚t
P1が約32オングストロームのときも交換結合磁界は小
さくなっていることがわかる。これは熱拡散層の発生に
より、第1の固定磁性層の磁気的な膜厚が実際の膜厚t
P1よりも小さくなり、第2の固定磁性層の膜厚tP2(=
30オングストローム)に近づくからである。
Also, the thickness t of the first pinned magnetic layer (P1)
It can be seen that the exchange coupling magnetic field is also small when P1 is about 32 Å. This is because the magnetic film thickness of the first pinned magnetic layer is reduced to the actual film thickness t due to the generation of the thermal diffusion layer.
P1 and the thickness t P2 of the second pinned magnetic layer (=
30 Angstroms).

【0258】前記熱拡散層は、反強磁性層と第1の固定
磁性層との界面において、金属元素が拡散することによ
って形成されるが、前記熱拡散層は、この実験で使用し
た膜構成に示すように、フリー磁性層よりも下側に反強
磁性層及び固定磁性層を形成した場合に発生しやすくな
る。
The heat diffusion layer is formed by diffusing a metal element at the interface between the antiferromagnetic layer and the first pinned magnetic layer. The heat diffusion layer has a film structure used in this experiment. As shown in (1), it is likely to occur when the antiferromagnetic layer and the fixed magnetic layer are formed below the free magnetic layer.

【0259】図18は、デュアルスピンバルブ型薄膜素
子を製作し、前記デュアルスピンバルブ型薄膜素子の2
個の第2の固定磁性層を共に20オングストロームに固
定し、2個の第1の固定磁性層のそれぞれの膜厚を変化
させた場合における、前記第1の固定磁性層の膜厚と、
交換結合磁界(Hex)との関係を示すグラフである。
この実験で使用したスピンバルブ型薄膜素子の膜構成は
以下の通りである。Si基板/アルミナ/Ta(30)
/反強磁性層;PtMn(150)/第1の固定磁性層
(P1 下);Co(X)/非磁性中間層;Ru(6)
/第2の固定磁性層(P2 下);Co(20)/非磁
性導電層;Cu(20)/フリー磁性層;Co(10)
+NiFe(40)+Co(10)/非磁性導電層;C
u(20)/第2の固定磁性層(P2 上);Co(2
0)/非磁性中間層;Ru(8)/第1の固定磁性層
(P1 上);Co(X)/反強磁性層;PtMn(1
50)/保護層;Ta(30)である。なお各層におけ
る括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオングスト
ロームである。また本発明では、上記スピンバルブ型薄
膜素子を成膜した後、200(Oe)の磁場を印加しな
がら260℃で4時間の熱処理を施した。
FIG. 18 shows the fabrication of a dual spin-valve thin film element, and FIG.
The thickness of the first pinned magnetic layer when both of the two pinned magnetic layers are fixed at 20 Å and the thickness of each of the two first pinned magnetic layers is changed;
4 is a graph showing a relationship with an exchange coupling magnetic field (Hex).
The film configuration of the spin-valve thin film element used in this experiment is as follows. Si substrate / Alumina / Ta (30)
/ Antiferromagnetic layer; PtMn (150) / first pinned magnetic layer (below P1); Co (X) / nonmagnetic intermediate layer; Ru (6)
/ Second pinned magnetic layer (under P2); Co (20) / non-magnetic conductive layer; Cu (20) / free magnetic layer; Co (10)
+ NiFe (40) + Co (10) / nonmagnetic conductive layer; C
u (20) / second pinned magnetic layer (on P2); Co (2
0) / nonmagnetic intermediate layer; Ru (8) / first pinned magnetic layer (on P1); Co (X) / antiferromagnetic layer; PtMn (1
50) / Protective layer; Ta (30). The numerical value in parentheses in each layer indicates the film thickness, and the unit is angstrom. In the present invention, after forming the spin-valve thin film element, a heat treatment was performed at 260 ° C. for 4 hours while applying a magnetic field of 200 (Oe).

【0260】なお、実験では、フリー磁性層よりも下側
に形成された第1の固定磁性層(P1 下)を25オン
グストロームで固定して、フリー磁性層よりも上側に形
成された第1の固定磁性層(P1 上)の膜厚を変化さ
せ、前記第1の固定磁性層(P1 上)の膜厚と、交換
結合磁界(Hex)との関係について調べた。また、フ
リー磁性層よりも上側に形成された第1の固定磁性層
(P1 上)を25オングストロームで固定して、フリ
ー磁性層よりも下側に形成された第1の固定磁性層(P
1 下)の膜厚を変化させ、前記第1の固定磁性層(P
1 下)の膜厚と交換結合磁界との関係について調べ
た。
In the experiment, the first pinned magnetic layer (below P1) formed below the free magnetic layer was fixed at 25 Å, and the first pinned magnetic layer formed above the free magnetic layer was fixed at 25 Å. The thickness of the fixed magnetic layer (on P1) was changed, and the relationship between the thickness of the first fixed magnetic layer (on P1) and the exchange coupling magnetic field (Hex) was examined. Further, the first fixed magnetic layer (above P1) formed above the free magnetic layer is fixed at 25 Å, and the first fixed magnetic layer (P1) formed below the free magnetic layer is fixed.
1 below) to change the thickness of the first pinned magnetic layer (P
1) The relationship between the film thickness and the exchange coupling magnetic field was examined.

【0261】図18に示すように、第1の固定磁性層
(P1 下)を25オングストロームで固定し、第1の
固定磁性層(P1 上)の膜厚を20オングストローム
に近づけていくと、徐々に交換結合磁界は大きくなって
いくが、前記第1の固定磁性層(P1 上)の膜厚が約
18〜22オングストロームになると、第2の固定磁性
層(P1 上)の膜厚とほぼ同じ膜厚になることから、
上述した理由により、急激に交換結合磁界は低下してし
まう。また前記第1の固定磁性層(P1 上)の膜厚を
22オングストロームから30オングストロームまで徐
々に大きくしていくと、徐々に交換結合磁界は低下して
いくことがわかる。
As shown in FIG. 18, the first pinned magnetic layer (under P1) is fixed at 25 angstroms, and as the film thickness of the first pinned magnetic layer (over P1) approaches 20 angstroms, it gradually increases. When the thickness of the first pinned magnetic layer (on P1) becomes about 18 to 22 Å, the exchange coupling magnetic field becomes almost the same as that of the second pinned magnetic layer (on P1). Because it becomes film thickness,
For the above-mentioned reason, the exchange coupling magnetic field decreases rapidly. It can also be seen that as the thickness of the first pinned magnetic layer (above P1) is gradually increased from 22 Å to 30 Å, the exchange coupling magnetic field is gradually reduced.

【0262】また図18に示すように、第1の固定磁性
層(P1 上)を25オングストローム7で固定し、第
1の固定磁性層(P1 下)の膜厚を20オングストロ
ームに近づけると、徐々に交換結合磁界は大きくなって
いくが、前記第1の固定磁性層(P1 下)の膜厚が約
18〜22オングストロームになると、急激に交換結合
磁界は低下している。また前記第1の固定磁性層(P1
下)の膜厚を22オングストロームよりも大きくする
と、前記膜厚が約26オングストロームまで交換結合磁
界は大きくなるが、前記膜厚を26オングストローム以
上にすると、交換結合磁界は低下することがわかる。
As shown in FIG. 18, when the first pinned magnetic layer (above P1) is fixed at 25 angstroms 7 and the thickness of the first pinned magnetic layer (below P1) approaches 20 angstroms, gradually However, when the thickness of the first pinned magnetic layer (below P1) becomes about 18 to 22 angstroms, the exchange coupling magnetic field rapidly decreases. Further, the first fixed magnetic layer (P1
It can be seen that when the film thickness in the lower section is larger than 22 Å, the exchange coupling magnetic field increases up to the film thickness of about 26 Å, but when the film thickness is 26 Å or more, the exchange coupling magnetic field decreases.

【0263】ここで、第1の固定磁性層(P1)の膜厚
を約22オングストローム程度にした場合の、第1の固
定磁性層(P1 上)における交換結合磁界と、第1の
固定磁性層(P1 下)における交換結合磁界とを比較
すると、第1の固定磁性層(P1 上)の膜厚を約22
オングストローム程度にした場合の方が、第1の固定磁
性層(P1 下)を約22オングストローム程度にした
場合に比べ交換結合磁界を大きくできることがわかる。
これは前述したように、第1の固定磁性層(P1 下)
と、反強磁性層との界面には、熱拡散層が形成されやす
いので、前記第1の固定磁性層の磁気的な膜厚は、実質
的に小さくなり、第2の固定磁性層(P2 下)の膜厚
とほぼ同程度になってしまうからである。
Here, when the film thickness of the first fixed magnetic layer (P1) is set to about 22 Å, the exchange coupling magnetic field in the first fixed magnetic layer (on P1) and the first fixed magnetic layer Comparing with the exchange coupling magnetic field at (P1 bottom), the film thickness of the first pinned magnetic layer (P1 top)
It can be seen that the exchange coupling magnetic field can be larger when the thickness is set to about Å than when the first pinned magnetic layer (below P1) is set to about 22 Å.
This is, as described above, the first pinned magnetic layer (below P1).
Since a thermal diffusion layer is easily formed at the interface between the first fixed magnetic layer and the antiferromagnetic layer, the magnetic thickness of the first fixed magnetic layer becomes substantially small, and the second fixed magnetic layer (P2 This is because the film thickness becomes substantially the same as the film thickness in the lower part).

【0264】以上、図14、図16、及び図18に示す
実験結果により本発明では、500(Oe)以上の交換
結合磁界を得ることができる(第1の固定磁性層(P
1)の膜厚)/(第2の固定磁性層(P2)の膜厚)を
調べた。まず図14に示すように、第1の固定磁性層
(P1)を20オングストロームに固定した場合、50
0(Oe)以上の交換結合磁界を得るには、(第1の固
定磁性層(P1)の膜厚)/(第2の固定磁性層(P
2)の膜厚)を、0.33以上0.91以下、あるいは
1.1以上にしなければいけないことがわかる。なおこ
のときの第2の固定磁性層(P2)の膜厚は、10〜6
0オングストローム(18〜22オングストロームを除
く)の範囲内である。
As described above, according to the experimental results shown in FIGS. 14, 16 and 18, in the present invention, an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained (the first fixed magnetic layer (P
The thickness of 1) / (the thickness of the second pinned magnetic layer (P2)) was examined. First, as shown in FIG. 14, when the first pinned magnetic layer (P1) is fixed at 20 angstroms,
In order to obtain an exchange coupling magnetic field of 0 (Oe) or more, (the thickness of the first fixed magnetic layer (P1)) / (the second fixed magnetic layer (P
It can be seen that the film thickness 2) must be 0.33 or more and 0.91 or less or 1.1 or more. At this time, the thickness of the second fixed magnetic layer (P2) is 10 to 6
0 angstrom (excluding 18 to 22 angstrom).

【0265】次に図14に示すように、第1の固定磁性
層(P1)を40オングストロームに固定した場合、5
00(Oe)以上の交換結合磁界を得るには、(第1の
固定磁性層(P1)の膜厚)/(第2の固定磁性層(P
2)の膜厚)を、0.57以上0.95以下、1.05
以上4以下にしなければいけないことがわかる。なおこ
のときの第2の固定磁性層(P2)の膜厚は、10〜6
0オングストローム(38〜42オングストロームを除
く)の範囲内である。
Next, as shown in FIG. 14, when the first pinned magnetic layer (P1) is fixed at 40 Å,
In order to obtain an exchange coupling magnetic field of 00 (Oe) or more, the thickness of the first fixed magnetic layer (P1) / (the thickness of the second fixed magnetic layer (P1))
2) 0.55 to 0.95, 1.05
It is understood that the number must be set to 4 or less. At this time, the thickness of the second fixed magnetic layer (P2) is 10 to 6
0 angstrom (excluding 38-42 angstrom).

【0266】次に、図16に示すように、第2の固定磁
性層(P2)を30オングストロームに固定した場合、
500(Oe)以上の交換結合磁界を得るには、(第1
の固定磁性層(P1)の膜厚)/(第2の固定磁性層
(P2)の膜厚)を、0.33以上0.93以下、ある
いは1.06以上2.33以下にしなければいけないこ
とがわかる。なおこのときの第1の固定磁性層(P1)
の膜厚は、10〜70オングストローム(28〜32オ
ングストロームを除く)の範囲内である。
Next, as shown in FIG. 16, when the second pinned magnetic layer (P2) is fixed at 30 Å,
To obtain an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more, (first
(Thickness of fixed magnetic layer (P1)) / (thickness of second fixed magnetic layer (P2)) must be 0.33 or more and 0.93 or less, or 1.06 or more and 2.33 or less. You can see that. In this case, the first pinned magnetic layer (P1)
Is in the range of 10 to 70 Å (excluding 28 to 32 Å).

【0267】さらに図18に示すように、デュアルスピ
ンバルブ型薄膜素子の場合にあっては、(第1の固定磁
性層(P1)の膜厚)/(第2の固定磁性層(P2)の
膜厚)の範囲のうち、0.9以上1.1以下の範囲を外
せば、500(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが
できることがわかる。ここで500(Oe)以上の交換
結合を得ることができる最も広い膜厚比の範囲を取る
と、(第1の固定磁性層(P1)の膜厚)/(第2の固
定磁性層(P2)の膜厚)は、0.33〜0.95、あ
るいは1.05〜4の範囲内となる。
Further, as shown in FIG. 18, in the case of a dual spin-valve thin film element, (film thickness of first fixed magnetic layer (P1)) / (film thickness of second fixed magnetic layer (P2)) It can be seen that if the thickness is out of the range of 0.9 or more and 1.1 or less, an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained. Here, taking the range of the widest film thickness ratio in which exchange coupling of 500 (Oe) or more can be obtained, (film thickness of first fixed magnetic layer (P1)) / (second fixed magnetic layer (P2) ) Is in the range of 0.33 to 0.95, or 1.05 to 4.

【0268】ただし、交換結合磁界は膜厚比のみなら
ず、第1の固定磁性層(P1)と第2の固定磁性層(P
2)の膜厚も重要な要素の一つであるので、さらに、上
述した膜厚比の範囲内で、しかも第1の固定磁性層(P
1)の膜厚及び第2の固定磁性層(P2)の膜厚を、1
0〜70オングストロームの範囲内とし、且つ第1の固
定磁性層(P1)の膜厚から第2の固定磁性層(P2)
の膜厚を引いた絶対値を2オングストローム以上にすれ
ば、500(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可
能になる。
However, the exchange coupling magnetic field is not limited to the film thickness ratio, but also the first fixed magnetic layer (P1) and the second fixed magnetic layer (P1).
Since the film thickness of 2) is also one of the important factors, the film thickness of the first fixed magnetic layer (P
1) and the thickness of the second pinned magnetic layer (P2)
The thickness of the first fixed magnetic layer (P1) is set within the range of 0 to 70 angstroms, and the second fixed magnetic layer (P2)
If the absolute value obtained by subtracting the film thickness is 2 Å or more, an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained.

【0269】次に本発明では、1000(Oe)以上の
交換結合磁界を得ることができる(第1の固定磁性層
(P1)の膜厚)/(第2の固定磁性層(P2)の膜
厚)を調べた。まず図14に示すように、第1の固定磁
性層(P1)を20オングストロームにした場合、(第
1の固定磁性層(P1)の膜厚)/(第2の固定磁性層
(P2)の膜厚)を0.53〜0.91、あるいは1.
1以上にすれば1000(Oe)以上の交換結合磁界を
得ることが可能である。なおこのときの第2の固定磁性
層(P2)の膜厚は、10〜38オングストローム(1
8〜22オングストロームを除く)の範囲内である。ま
た図14に示すように、第1の固定磁性層(P1)を4
0オングストロームにした場合、(第1の固定磁性層
(P1)の膜厚)/(第2の固定磁性層(P2)の膜
厚)を0.88〜0.95、あるいは1.05〜1.8
の範囲内にすれば、1000(Oe)以上の交換結合磁
界を得ることが可能である。なおこのときの第2の固定
磁性層(P2)の膜厚は、22〜45オングストローム
(38〜42オングストロームを除く)の範囲内であ
る。さらに図16に示すように、第2の固定磁性層(P
2)を30オングストロームに固定した場合、(第1の
固定磁性層(P1)の膜厚)/(第2の固定磁性層(P
2)の膜厚)を0.56〜0.93、あるいは1.06
〜1.6の範囲内であれば1000(Oe)以上の交換
結合磁界を得ることが可能である。なおこのときの第1
の固定磁性層(P1)の膜厚は、10〜50オングスト
ローム(28〜32オングストロームを除く)の範囲内
である。
Next, in the present invention, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained (film thickness of first fixed magnetic layer (P1)) / (film of second fixed magnetic layer (P2)). Thickness). First, as shown in FIG. 14, when the thickness of the first pinned magnetic layer (P1) is set to 20 Å, (film thickness of the first pinned magnetic layer (P1)) / (film thickness of the second pinned magnetic layer (P2)) 0.53 to 0.91 or 1.
If it is set to 1 or more, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained. At this time, the thickness of the second pinned magnetic layer (P2) is 10 to 38 angstroms (1
(Excluding 8 to 22 angstroms). Further, as shown in FIG. 14, the first pinned magnetic layer (P1) is
When the thickness is set to 0 angstroms, (the thickness of the first fixed magnetic layer (P1)) / (the thickness of the second fixed magnetic layer (P2)) is 0.88 to 0.95, or 1.05 to 1 .8
Within this range, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained. At this time, the thickness of the second pinned magnetic layer (P2) is in the range of 22 to 45 angstroms (excluding 38 to 42 angstroms). Further, as shown in FIG. 16, the second pinned magnetic layer (P
2) is fixed to 30 angstroms, (film thickness of first fixed magnetic layer (P1)) / (second fixed magnetic layer (P1)
2) 0.56 to 0.93 or 1.06
An exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained within the range of 1.6 to 1.6. In this case, the first
The thickness of the fixed magnetic layer (P1) is in the range of 10 to 50 angstroms (excluding 28 to 32 angstroms).

【0270】また図18に示すように、デュアルスピン
バルブ型薄膜素子の場合にあっては、(第1の固定磁性
層(P1)の膜厚)/(第2の固定磁性層(P2)の膜
厚)を0.5〜0.9、あるいは1.1〜1.5程度の
範囲内にすれば、1000(Oe)以上の交換結合磁界
を得ることが可能となっている。従って、1000(O
e)以上の交換結合磁界を得るには、第1の固定磁性層
(P1)の膜厚)/(第2の固定磁性層(P2)の膜
厚)を、0.53〜0.95、あるいは1.05〜1.
8の範囲内にし、さらに、第1の固定磁性層(P1)と
第2の固定磁性層(P2)の膜厚を10〜50オングス
トロームの範囲内で、しかも第1の固定磁性層(P1)
の膜厚から第2の固定磁性層(P2)の膜厚を引いた絶
対値が2オングストローム以上であることが好ましい。
なお図15及び図17に示すように、上述した膜厚比及
び膜厚の範囲内であれば、ΔMRもそれほど低下せず、
約6%以上のΔMRを得ることが可能である。このΔM
Rの値は従来のスピンバルブ型薄膜素子(シングルスピ
ンバルブ型薄膜素子に限る)のΔMRと同程度か若干低
い値である。
As shown in FIG. 18, in the case of a dual spin-valve thin film element, (thickness of first fixed magnetic layer (P1)) / (thickness of second fixed magnetic layer (P2)) If the thickness is in the range of about 0.5 to 0.9 or 1.1 to 1.5, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained. Therefore, 1000 (O
e) To obtain the above exchange coupling magnetic field, the thickness of the first fixed magnetic layer (P1) / (the thickness of the second fixed magnetic layer (P2)) is set to 0.53 to 0.95, Alternatively, 1.05-1.
8, the first fixed magnetic layer (P1) and the second fixed magnetic layer (P2) have a thickness in the range of 10 to 50 angstroms, and the first fixed magnetic layer (P1).
It is preferable that the absolute value obtained by subtracting the film thickness of the second pinned magnetic layer (P2) from the film thickness of 2 Å is 2 Å or more.
As shown in FIG. 15 and FIG. 17, if the thickness ratio and the thickness are within the above-described ranges, ΔMR does not decrease so much.
It is possible to obtain a ΔMR of about 6% or more. This ΔM
The value of R is about the same as or slightly lower than ΔMR of the conventional spin-valve thin film element (limited to a single spin-valve thin film element).

【0271】また図15に示すように、第1の固定磁性
層(P1)を40オングストロームにした場合、第2の
固定磁性層(P1)を20オングストロームにした場合
に比べて、ややΔMRは小さくなることがわかる。前記
第1の固定磁性層(P1)は、実際にはΔMRに関与し
ない層であり、前記ΔMRは、第2の固定磁性層(P
2)の固定磁化と、フリー磁性層の変動磁化との関係で
決定される。ところがセンス電流は、ΔMRに関与しな
い第1の固定磁性層(P1)にも流れるため、いわゆる
シャントロス(分流ロス)が発生し、このシャントロス
は、第1の固定磁性層(P1)の膜厚が厚くなるほど大
きくなる。以上のような理由から、第1の固定磁性層
(P1)の膜厚が厚くなるほど、ΔMRは低下しやすい
傾向にある。
As shown in FIG. 15, when the first pinned magnetic layer (P1) is set to 40 Å, ΔMR is slightly smaller than when the second pinned magnetic layer (P1) is set to 20 Å. It turns out that it becomes. The first pinned magnetic layer (P1) is a layer that does not actually participate in ΔMR, and the ΔMR is the second pinned magnetic layer (P1).
It is determined by the relationship between the fixed magnetization of 2) and the fluctuating magnetization of the free magnetic layer. However, since the sense current also flows through the first pinned magnetic layer (P1) that is not involved in ΔMR, a so-called shunt loss (shunt loss) occurs. The larger the thickness, the larger. For the above reasons, ΔMR tends to decrease as the thickness of the first pinned magnetic layer (P1) increases.

【0272】次に、第1の固定磁性層(P1)と第2の
固定磁性層(P2)の間に形成される非磁性中間層の適
正な膜厚について測定した。なお、実験には、フリー磁
性層よりも下側に反強磁性層が形成されたボトム型と、
フリー磁性層よりも上側に反強磁性層が形成されたトッ
プ型の2種類のスピンバルブ型薄膜素子を製作し、前記
非磁性中間層の膜厚と交換結合磁界との関係について調
べた。実験に使用したボトム型のスピンバルブ型薄膜素
子の膜構成は、下から、Si基板/アルミナ/Ta(3
0)/反強磁性層;PtMn(200)/第1の固定磁
性層;Co(20)/非磁性中間層;Ru(X)/第2
の固定磁性層;Co(25)/非磁性導電層;Co(1
0)/フリー磁性層;Co(10)+NiFe(40)
/Ta(30)であり、トップ型のスピンバルブ型薄膜
素子の膜構成は、下から、Si基板/アルミナ/Ta
(30)/フリー磁性層;NiFe(40)+Co(1
0)/非磁性導電層;Cu(25)/第2の固定磁性
層;Co(25)/非磁性中間層;Ru(X)/第1の
固定磁性層;Co(20)/反強磁性層;PtMn(2
00)/Ta(30)である。なお括弧内の数値は膜厚
を表しており、単位はオングストロームである。また各
スピンバルブ型薄膜素子を成膜後、200(Oe)の磁
場を印加しながら、260℃で4時間の熱処理を施して
いる。その実験結果を図19に示す。図19に示すよう
に、トップ型とボトム型とでは、Ru膜(非磁性中間
層)の膜厚に対する交換結合磁界の挙動が大きく異なっ
ていることがわかる。
Next, the appropriate thickness of the non-magnetic intermediate layer formed between the first pinned magnetic layer (P1) and the second pinned magnetic layer (P2) was measured. In the experiment, a bottom type in which an antiferromagnetic layer was formed below the free magnetic layer,
Two types of top-valve spin-valve thin film elements having an antiferromagnetic layer formed above the free magnetic layer were fabricated, and the relationship between the thickness of the nonmagnetic intermediate layer and the exchange coupling magnetic field was examined. The film configuration of the bottom-type spin-valve thin film element used in the experiment is as follows: Si substrate / alumina / Ta (3
0) / antiferromagnetic layer; PtMn (200) / first pinned magnetic layer; Co (20) / non-magnetic intermediate layer; Ru (X) / second
Fixed magnetic layer; Co (25) / nonmagnetic conductive layer; Co (1
0) / free magnetic layer; Co (10) + NiFe (40)
/ Ta (30), and the film configuration of the top spin-valve thin film element is as follows: Si substrate / alumina / Ta
(30) / free magnetic layer; NiFe (40) + Co (1
0) / nonmagnetic conductive layer; Cu (25) / second fixed magnetic layer; Co (25) / nonmagnetic intermediate layer; Ru (X) / first fixed magnetic layer; Co (20) / antiferromagnetic Layer; PtMn (2
00) / Ta (30). The numerical value in parentheses indicates the film thickness, and the unit is angstrom. After forming each spin-valve thin film element, a heat treatment is performed at 260 ° C. for 4 hours while applying a magnetic field of 200 (Oe). FIG. 19 shows the experimental results. As shown in FIG. 19, the behavior of the exchange coupling magnetic field with respect to the thickness of the Ru film (nonmagnetic intermediate layer) is significantly different between the top type and the bottom type.

【0273】本発明では500(Oe)以上の交換結合
磁界を得ることができる範囲を好ましいとしているの
で、トップ型のスピンバルブ型薄膜素子において、50
0(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可能なRu
膜の膜厚は、2.5〜6.4オングストローム、あるい
は6.6〜10.7オングストロームの範囲内であるこ
とがわかる。さらに好ましくは1000(Oe)以上の
交換結合磁界が得られる範囲内であり、前記Ru膜の膜
厚を、2.8〜6.2オングストローム、あるいは6.
8〜10.3オングストロームの範囲内にすれば、10
00(Oe)以上の交換結合磁界が得られることがわか
る。
In the present invention, a range in which an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained is preferable.
Ru capable of obtaining an exchange coupling magnetic field of 0 (Oe) or more
It can be seen that the thickness of the film is in the range of 2.5 to 6.4 angstroms, or 6.6 to 10.7 angstroms. More preferably, it is within a range where an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained, and the thickness of the Ru film is 2.8 to 6.2 angstroms, or 6.
Within the range of 8 to 10.3 angstroms, 10
It can be seen that an exchange coupling magnetic field of 00 (Oe) or more can be obtained.

【0274】次にボトム型のスピンバルブ型薄膜素子に
おいて、500(Oe)以上の交換結合磁界を得ること
が可能なRu膜の膜厚は、3.6〜9.6オングストロ
ームの範囲内であることがわかる。さらに、4.0〜
9.4オングストロームの範囲内とすれば、1000
(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可能になる。
ところで、トップ型のスピンバルブ型薄膜素子と、ボト
ム型のスピンバルブ型薄膜素子とで、非磁性中間層の適
性な膜厚の範囲が異なるのは、第1の固定磁性層と第2
の固定磁性層との間に作用する交換結合磁界(RKKY
相互作用)が、下地膜の格子定数との関係や、あるい
は、磁性層の伝導電子のエネルギーバンドの値の変化に
非常に敏感に反応するためであると推測される。
Next, in the bottom-type spin-valve thin film element, the thickness of the Ru film capable of obtaining an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more is in the range of 3.6 to 9.6 angstroms. You can see that. In addition, 4.0
Within the range of 9.4 angstroms, 1000
It becomes possible to obtain an exchange coupling magnetic field of (Oe) or more.
By the way, the suitable thickness range of the non-magnetic intermediate layer differs between the top type spin valve thin film element and the bottom type spin valve thin film element because the first fixed magnetic layer and the second
Exchange magnetic field (RKKY) acting between the
It is presumed that the interaction is very sensitive to a change in the lattice constant of the underlying film or a change in the value of the energy band of conduction electrons in the magnetic layer.

【0275】次に本発明では、4種類のスピンバルブ型
薄膜素子(シングルスピンバルブ型薄膜素子)を製作
し、各スピンバルブ型薄膜素子の反強磁性層(PtMn
合金)の膜厚と、交換結合磁界との関係について測定し
た。実施例1,2は、固定磁性層が非磁性中間層を介し
て第1の固定磁性層と第2の固定磁性層の2層に分断さ
れたスピンバルブ型薄膜素子、比較例1,2は、固定磁
性層が単層で形成された従来型のスピンバルブ型薄膜素
子である。
Next, in the present invention, four types of spin-valve thin film elements (single spin-valve thin film elements) were manufactured, and the antiferromagnetic layer (PtMn) of each spin-valve thin film element was manufactured.
Alloy) and the exchange coupling magnetic field. Examples 1 and 2 are spin-valve thin film elements in which a fixed magnetic layer is divided into two layers, a first fixed magnetic layer and a second fixed magnetic layer, via a nonmagnetic intermediate layer. And a conventional spin-valve thin-film element in which a fixed magnetic layer is formed as a single layer.

【0276】まず実施例1のスピンバルブ型薄膜素子
は、フリー磁性層よりも反強磁性層が上側に形成された
トップ型であり、膜構成は下から、Si基板/アルミナ
/Ta(30)/フリー磁性層;NiFe(40)+C
o(10)/非磁性導電層;Cu(25)/第2の固定
磁性層;Co(25)/非磁性中間層;Ru(4)/第
1の固定磁性層;Co(20)/反強磁性層;PtMn
(X)/Ta(30)であり、また実施例2のスピンバ
ルブ型薄膜素子は、フリー磁性層よりも下側に反強磁性
層が形成されたボトム型であり、膜構成は下から、Si
基板/アルミナ/Ta(30)/反強磁性層;PtMn
(X)/第1の固定磁性層;Co(20)/非磁性中間
層;Ru(8)/第2の固定磁性層;Co(25)/非
磁性導電層;Cu(25)/フリー磁性層;Co(1
0)+NiFe(40)/Ta(30)である。
First, the spin-valve thin film element of Example 1 is a top type in which an antiferromagnetic layer is formed above a free magnetic layer, and the film configuration is from the bottom: Si substrate / alumina / Ta (30) / Free magnetic layer; NiFe (40) + C
o (10) / non-magnetic conductive layer; Cu (25) / second fixed magnetic layer; Co (25) / non-magnetic intermediate layer; Ru (4) / first fixed magnetic layer; Co (20) / anti-magnetic layer Ferromagnetic layer; PtMn
(X) / Ta (30), and the spin-valve thin film element of Example 2 is a bottom type in which an antiferromagnetic layer is formed below the free magnetic layer. Si
Substrate / alumina / Ta (30) / antiferromagnetic layer; PtMn
(X) / first fixed magnetic layer; Co (20) / non-magnetic intermediate layer; Ru (8) / second fixed magnetic layer; Co (25) / non-magnetic conductive layer; Cu (25) / free magnetic Layer; Co (1
0) + NiFe (40) / Ta (30).

【0277】また比較例1のスピンバルブ型薄膜素子
は、フリー磁性層よりも反強磁性層が上側に形成された
トップ型であり、膜構成は下から、Si基板/アルミナ
/Ta(30)/フリー磁性層;NiFe(40)+C
o(10)/非磁性導電層;Cu(25)/固定磁性
層;Co(40)/反強磁性層;PtMn(X)/Ta
(30)であり、また比較例2のスピンバルブ型薄膜素
子は、フリー磁性層よりも反強磁性層が下側に形成され
たボトム型であり、膜構成は下から、Si基板/アルミ
ナ/Ta(30)/反強磁性層;PtMn(X)/固定
磁性層;Co(40)/非磁性導電層;Cu(25)/
フリー磁性層;Co(10)+NiFe(40)/Ta
(30)である。なお各スピンバルブ型薄膜素子の膜構
成において括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオ
ングストロームである。
The spin-valve thin-film element of Comparative Example 1 is of a top type in which an antiferromagnetic layer is formed above a free magnetic layer, and the film configuration is Si substrate / alumina / Ta (30) / Free magnetic layer; NiFe (40) + C
o (10) / nonmagnetic conductive layer; Cu (25) / pinned magnetic layer; Co (40) / antiferromagnetic layer; PtMn (X) / Ta
(30), and the spin-valve thin film element of Comparative Example 2 is a bottom type in which an antiferromagnetic layer is formed below the free magnetic layer, and the film configuration is Si substrate / alumina / Ta (30) / antiferromagnetic layer; PtMn (X) / pinned magnetic layer; Co (40) / nonmagnetic conductive layer; Cu (25) /
Free magnetic layer; Co (10) + NiFe (40) / Ta
(30). In the film configuration of each spin-valve thin film element, the numerical value in parentheses indicates the film thickness, and the unit is angstrom.

【0278】さらに本発明ではスピンバルブ型薄膜素子
の成膜後、実施例1,2にあっては、200(Oe)の
磁場、比較例1,2にあっては、2k(Oe)の磁場を
印加しながら、260℃で4時間の熱処理を施してい
る。その実験結果を図20に示す。図20に示すよう
に、4種類のスピンバルブ型薄膜素子は全て、PtMn
合金の膜厚を厚くすることにより、交換結合磁界を大き
くできることがわかる。ここで本発明では、500(O
e)以上の交換結合磁界を得られる範囲を好ましい範囲
としているから、比較例1,2では、共にPtMn合金
の膜厚を少なくとも200オングストローム以上で形成
しなければ、500(Oe)以上の交換結合磁界を得る
ことができないことがわかる。
Further, in the present invention, after the spin-valve thin film element is formed, the magnetic field of 200 (Oe) in Examples 1 and 2, and the magnetic field of 2 k (Oe) in Comparative Examples 1 and 2 While applying a heat treatment at 260 ° C. for 4 hours. FIG. 20 shows the experimental results. As shown in FIG. 20, all of the four types of spin-valve thin-film elements are PtMn.
It can be seen that the exchange coupling magnetic field can be increased by increasing the thickness of the alloy. Here, in the present invention, 500 (O
e) Since the range in which the above exchange coupling magnetic field can be obtained is a preferable range, in both Comparative Examples 1 and 2, unless the thickness of the PtMn alloy is at least 200 Å or more, the exchange coupling of 500 (Oe) or more is required. It turns out that a magnetic field cannot be obtained.

【0279】一方、実施例1,2においては、PtMn
合金の膜厚を90オングストローム以上にすれば500
(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可能であるこ
とがわかる。そこで本発明では、PtMn合金の好まし
い膜厚の範囲を90〜200オングストロームの範囲内
に設定している。さらに図20に示すように、実施例
1,2のPtMn合金の膜厚を100オングストローム
以上にすれば、少なくとも1000(Oe)以上の交換
結合磁界を得ることが可能であるとわかる。そこで本発
明では、よりも好ましいPtMn合金の膜厚を100〜
200オングストロームの範囲内に設定している。
On the other hand, in Examples 1 and 2, PtMn
500 if the thickness of the alloy is 90 Å or more
It can be seen that an exchange coupling magnetic field of (Oe) or more can be obtained. Therefore, in the present invention, the preferable thickness range of the PtMn alloy is set in the range of 90 to 200 angstroms. Further, as shown in FIG. 20, it is understood that if the thickness of the PtMn alloys of Examples 1 and 2 is set to 100 Å or more, an exchange coupling magnetic field of at least 1000 (Oe) can be obtained. Therefore, in the present invention, a more preferable thickness of the PtMn alloy is set to 100 to
It is set within the range of 200 angstroms.

【0280】次に本発明では、2種類のデュアルスピン
バルブ型薄膜素子を製作し、各スピンバルブ型薄膜素子
における反強磁性層(PtMn合金)の膜厚と、交換結
合磁界との関係について測定した。実施例は、固定磁性
層が非磁性中間層を介して第1の固定磁性層と第2の固
定磁性層の2層に分断して形成された本発明のデュアル
スピンバルブ型薄膜素子、比較例は、固定磁性層が単層
で形成された従来のデュアルスピンバルブ型薄膜素子で
ある。
Next, in the present invention, two types of dual spin-valve thin film elements were manufactured, and the relationship between the thickness of the antiferromagnetic layer (PtMn alloy) and the exchange coupling magnetic field in each spin-valve thin film element was measured. did. The embodiment is a dual spin-valve thin film element according to the present invention in which a fixed magnetic layer is divided into two layers, a first fixed magnetic layer and a second fixed magnetic layer, via a non-magnetic intermediate layer. Is a conventional dual spin-valve thin film element in which a fixed magnetic layer is formed as a single layer.

【0281】まず実施例のスピンバルブ型薄膜素子にお
ける膜構成は、下から、Si基板/アルミナ/Ta(3
0)/反強磁性層;PtMn(x)/第1の固定磁性
層;Co(20)/非磁性中間層;Ru(6)/第2の
固定磁性層;Co(25)/非磁性導電層;Cu(2
0)/フリー磁性層;Co(10)+NiFe(40)
+Co(10)/非磁性導電層;Cu(20)/第2の
固定磁性層;Co(20)/非磁性中間層;Ru(8)
/第1の固定磁性層;Co(25)/反強磁性層;Pt
Mn(X)/Ta(30)であり、比較例のスピンバル
ブ型薄膜素子における膜構成は、下から、Si基板/ア
ルミナ/Ta(30)/反強磁性層;PtMn(X)/
固定磁性層;Co(30)/非磁性導電層;Cu(2
0)/フリー磁性層;Co(10)+NiFe(40)
+Co(10)/非磁性導電層;Cu(20)/固定磁
性層;Co(30)/反強磁性層;PtMn(X)/T
a(30)である。なお各スピンバルブ型薄膜素子の膜
構成における括弧内の数値は膜厚を示しており、単位は
オングストロームである。
First, the film configuration of the spin-valve type thin film element of the embodiment is as follows: from the bottom, Si substrate / alumina / Ta (3
0) / antiferromagnetic layer; PtMn (x) / first fixed magnetic layer; Co (20) / nonmagnetic intermediate layer; Ru (6) / second fixed magnetic layer; Co (25) / nonmagnetic conductive Layer; Cu (2
0) / free magnetic layer; Co (10) + NiFe (40)
+ Co (10) / nonmagnetic conductive layer; Cu (20) / second pinned magnetic layer; Co (20) / nonmagnetic intermediate layer; Ru (8)
/ First pinned magnetic layer; Co (25) / antiferromagnetic layer; Pt
Mn (X) / Ta (30), and the film configuration of the spin-valve thin film element of the comparative example is, from the bottom, Si substrate / alumina / Ta (30) / antiferromagnetic layer; PtMn (X) /
Fixed magnetic layer; Co (30) / nonmagnetic conductive layer; Cu (2
0) / free magnetic layer; Co (10) + NiFe (40)
+ Co (10) / nonmagnetic conductive layer; Cu (20) / pinned magnetic layer; Co (30) / antiferromagnetic layer; PtMn (X) / T
a (30). The numerical value in parentheses in the film configuration of each spin-valve thin film element indicates the film thickness, and the unit is angstrom.

【0282】また各スピンバルブ型薄膜素子を成膜後、
実施例では、200(Oe)の磁場を、比較例では2k
(Oe)の磁場を印加しながら260℃で4時間の熱処
理を施している。その実験結果を図21に示す。図21
に示すように、比較例ではPtMn合金の膜厚を約20
0オングストローム以上で形成しないと、500(O
e)以上の交換結合磁界を得ることができないとわか
る。これに対し、実施例では、PtMn合金の膜厚を、
100オングストローム以上で形成すれば500(O
e)以上の交換結合磁界を得ることができるとわかる。
そこで本発明では、好ましい反強磁性層の膜厚を100
〜200オングストロームの範囲内に設定している。さ
らに実施例では、PtMn合金の膜厚を110オングス
トローム以上で形成すれば、1000(Oe)以上の交
換結合磁界を得ることが可能であるため、本発明では、
より好ましい反強磁性層の膜厚を110〜200オング
ストロームの範囲内に設定している。
After forming each spin-valve thin film element,
In the example, a magnetic field of 200 (Oe) was used, and in the comparative example, 2 k
Heat treatment is performed at 260 ° C. for 4 hours while applying a magnetic field of (Oe). FIG. 21 shows the experimental results. FIG.
As shown in the figure, in the comparative example, the thickness of the PtMn alloy was set to about 20
If it is not formed at 0 Å or more, 500 (O
e) It can be seen that the above exchange coupling magnetic field cannot be obtained. In contrast, in the embodiment, the thickness of the PtMn alloy is
If formed at 100 Å or more, 500 (O
e) It can be seen that the above exchange coupling magnetic field can be obtained.
Therefore, in the present invention, the preferable thickness of the antiferromagnetic layer is set to 100
It is set within the range of ~ 200 angstroms. Further, in the embodiment, if the PtMn alloy is formed to have a thickness of 110 Å or more, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained.
The more preferable thickness of the antiferromagnetic layer is set in the range of 110 to 200 angstroms.

【0283】また図22は、PtMn合金の膜厚と、Δ
MRとの関係を示すグラフである。図22に示すよう
に、比較例では、PtMn合金の膜厚を200オングス
トローム以上で形成すると、約10%以上のΔMRを得
ることが可能となっているが、実施例においては、Pt
Mn合金の膜厚を100オングストローム程度に薄くし
ても、従来とほぼ同じ程度のΔMRを確保できることが
わかる。
FIG. 22 shows the thickness of the PtMn alloy, Δ
It is a graph which shows the relationship with MR. As shown in FIG. 22, in the comparative example, when the thickness of the PtMn alloy is 200 Å or more, ΔMR of about 10% or more can be obtained.
It can be seen that even when the film thickness of the Mn alloy is reduced to about 100 Å, a ΔMR of about the same level as in the related art can be secured.

【0284】ところで、スピンバルブ型薄膜素子におけ
る積層膜のうち、最も膜厚の厚いのは反強磁性層であ
る。このため本発明によれば、図20及び図21に示す
ように、前記反強磁性層の膜厚を薄くしても、具体的に
は従来のスピンバルブ型薄膜素子の反強磁性層の膜厚の
半分以下で形成しても、大きい交換結合磁界を得ること
が可能となっている。このため本発明では、スピンバル
ブ型薄膜素子全体の膜厚を薄くすることができ、図13
に示すように、前記スピンバルブ型薄膜素子122の上
下に形成されるギャップ層121,125の膜厚を絶縁
性を確保できる程度に充分に厚くしても、ギャップ長G
lを小さくでき、狭ギャップ化を実現できる。
By the way, of the laminated films in the spin-valve type thin film element, the thickest is the antiferromagnetic layer. Therefore, according to the present invention, as shown in FIGS. 20 and 21, even if the thickness of the antiferromagnetic layer is reduced, specifically, the film of the antiferromagnetic layer of the conventional spin-valve thin film element is formed. Even when formed with half or less of the thickness, a large exchange coupling magnetic field can be obtained. Therefore, according to the present invention, the entire film thickness of the spin-valve type thin film element can be reduced.
As shown in FIG. 3, even if the thickness of the gap layers 121 and 125 formed above and below the spin-valve thin film element 122 is made sufficiently large to ensure insulation, the gap length G
1 can be reduced, and the gap can be reduced.

【0285】次に、フリー磁性層を非磁性中間層を介し
て第1のフリー磁性層と第2のフリー磁性層の2層に分
断して形成した本発明におけるスピンバルブ型薄膜素子
を製作し、前記第1のフリー磁性層と第2のフリー磁性
層との膜厚比と、交換結合磁界との関係について測定し
た。まず、第1のフリー磁性層(非磁性導電層に接し、
ΔMRに直接関与する側のフリー磁性層)の膜厚を50
オングストロームで固定し、第2のフリー磁性層(ΔM
Rに直接関与しない側のフリー磁性層)の膜厚を変化さ
せた。膜構成は下から、Si基板/アルミナ/Ta(3
0)/第2のフリー磁性層(F2);NiFe(X)/
非磁性中間層;Ru(8)/第1のフリー磁性層(F
1);NiFe(40)+Co(10)/非磁性導電
層;Cu(20)/Ru(8)/反強磁性層;PtMn
(150)/Ta(30)であり、各層における括弧内
の数値は膜厚を示しており、単位はオングストロームで
ある。なおスピンバルブ型薄膜素子を成膜後、200
(Oe)の磁場を印加しながら、260℃で4時間の熱
処理を施している。
Next, a spin-valve thin film element according to the present invention, in which the free magnetic layer was divided into two layers, a first free magnetic layer and a second free magnetic layer, via a non-magnetic intermediate layer, was manufactured. The relationship between the thickness ratio between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer and the exchange coupling magnetic field was measured. First, a first free magnetic layer (in contact with the nonmagnetic conductive layer,
The thickness of the free magnetic layer on the side directly involved in ΔMR is 50
Fixed with angstrom and a second free magnetic layer (ΔM
The thickness of the free magnetic layer (the side not directly involved in R) was changed. The film structure is as follows: Si substrate / alumina / Ta (3
0) / second free magnetic layer (F2); NiFe (X) /
Non-magnetic intermediate layer; Ru (8) / first free magnetic layer (F
1); NiFe (40) + Co (10) / nonmagnetic conductive layer; Cu (20) / Ru (8) / antiferromagnetic layer; PtMn
(150) / Ta (30), and the numerical value in parentheses in each layer indicates the film thickness, and the unit is angstrom. After forming the spin-valve thin film element, 200
The heat treatment is performed at 260 ° C. for 4 hours while applying the (Oe) magnetic field.

【0286】図23に示すように、第2のフリー磁性層
(F2)の膜厚が40オングストローム程度まで大きく
なると、交換結合磁界は大きくなることがわかる。ま
た、前記第2のフリー磁性層(F2)の膜厚が60オン
グストローム以上になると、徐々の交換結合磁界は低下
していくことがわかる。前記第2のフリー磁性層(F
2)の膜厚が40〜60オングストロームの範囲内であ
ると、交換結合磁界は急激に小さくなり測定不可能であ
った。その原因は、第1のフリー磁性層(F1)の膜厚
(=50オングストローム)と、第2のフリー磁性層の
膜厚とがほぼ同じ値になるため、前記第1のフリー磁性
層(F1)及び第2のフリー磁性層(F2)の磁気モー
メントがほぼ同じになり、印加磁場に対し、前記第1の
フリー磁性層(F1)の磁化及び第2のフリー磁性層
(F2)の磁化が両方とも印加磁場方向へ向こうとす
る。磁気モーメントの値が異なれば、第1のフリー磁性
層(F1)と第2のフリー磁性層(F2)との間には交
換結合磁界(RKKY相互作用)が発生し、前記第1の
フリー磁性層(F1)の磁化と第2のフリー磁性層(F
2)の磁化とが反平行の状態になろうとするが、前述の
ように、前記第1のフリー磁性層(F1)の磁化及び第
2のフリー磁性層(F2)の磁化が両方とも同一方向に
向こうとするため、前記第1のフリー磁性層(F1)と
第2のフリー磁性層(F2)との磁化状態は不安定化
し、後述するように、前記第2のフリー磁性層(F2)
の変動磁化と、固定磁性層(第1の固定磁性層)の固定
磁化との相対角度が制御できなくなり、ΔMRは急激に
低下する。
As shown in FIG. 23, when the thickness of the second free magnetic layer (F2) is increased to about 40 Å, the exchange coupling magnetic field is increased. Further, it can be seen that when the thickness of the second free magnetic layer (F2) becomes 60 Å or more, the exchange coupling magnetic field gradually decreases. The second free magnetic layer (F
When the film thickness in 2) was in the range of 40 to 60 Å, the exchange coupling magnetic field was rapidly reduced, and measurement was impossible. The reason is that the film thickness of the first free magnetic layer (F1) (= 50 Å) and the film thickness of the second free magnetic layer become almost the same value, so that the first free magnetic layer (F1) ) And the second free magnetic layer (F2) have substantially the same magnetic moment, and the magnetization of the first free magnetic layer (F1) and the magnetization of the second free magnetic layer (F2) change with respect to the applied magnetic field. Both attempt to move in the direction of the applied magnetic field. If the values of the magnetic moments are different, an exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) is generated between the first free magnetic layer (F1) and the second free magnetic layer (F2), and the first free magnetic layer The magnetization of the layer (F1) and the second free magnetic layer (F1)
As described above, the magnetization of the first free magnetic layer (F1) and the magnetization of the second free magnetic layer (F2) are both in the same direction. , The magnetization states of the first free magnetic layer (F1) and the second free magnetic layer (F2) are destabilized, and as described later, the second free magnetic layer (F2)
, And the relative angle between the fixed magnetization of the fixed magnetic layer (the first fixed magnetic layer) and the fixed magnetization of the fixed magnetic layer cannot be controlled, and ΔMR sharply decreases.

【0287】本発明では500(Oe)以上の交換結合
磁界を得ることができる範囲を好ましい範囲に設定して
いるので、図23に示すように、(第1のフリー磁性層
(F1)の膜厚)/(第2のフリー磁性層(F2)の膜
厚)を、0.56〜0.83、あるいは1.25〜5の
範囲内で形成すれば、500(Oe)以上の交換結合磁
界を得ることができるとわかる。さらに前記(第1のフ
リー磁性層(F1)の膜厚/第2のフリー磁性層(F
2)の膜厚)を、0.61〜0.83、あるいは1.2
5〜2.1の範囲内で形成すれば1000(Oe)以上
の交換結合磁界を得ることができてより好ましい。
In the present invention, the range in which an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained is set as a preferable range. Therefore, as shown in FIG. 23, the film thickness of the first free magnetic layer (F1) If the (thickness) / (thickness of the second free magnetic layer (F2)) is formed in the range of 0.56 to 0.83, or 1.25 to 5, the exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more Can be obtained. Further, the (thickness of first free magnetic layer (F1) / second free magnetic layer (F1)
2) is 0.61 to 0.83, or 1.2
It is more preferable that the thickness be in the range of 5 to 2.1, since an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained.

【0288】次に本発明では、フリー磁性層を非磁性中
間層を介して第1のフリー磁性層と第2のフリー磁性層
の2層に分断して形成した本発明におけるスピンバルブ
型薄膜素子を製作し、前記第1のフリー磁性層と第2の
フリー磁性層との膜厚比と、ΔMRとの関係について測
定した。まず、第2のフリー磁性層(ΔMRに直接関与
しない側のフリー磁性層)を20オングストロームで固
定し、第1のフリー磁性層(非磁性導電層に接し、ΔM
Rに直接関与する側のフリー磁性層)の膜厚を変化させ
た。膜構成は、下から、Si基板/アルミナ/Ta(3
0)/第2のフリー磁性層;NiFe(20)/非磁性
中間層;Ru(8)/第1のフリー磁性層;NiFe
(X)+Co(10)/非磁性導電層;Cu(20)/
第1の固定磁性層;Co(25)/非磁性中間層;Ru
(8)/第2の固定磁性層;Co(20)/反強磁性
層;PtMn(15)/Ta(30)であり、各層にお
ける括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオングス
トロームである。
Next, according to the present invention, the spin-valve thin film element according to the present invention in which the free magnetic layer is divided into two layers of a first free magnetic layer and a second free magnetic layer via a non-magnetic intermediate layer. Was manufactured, and the relationship between the thickness ratio between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer and ΔMR was measured. First, the second free magnetic layer (the free magnetic layer not directly involved in ΔMR) is fixed at 20 Å, and the first free magnetic layer (the non-magnetic conductive layer is contacted with the ΔM
The thickness of the free magnetic layer on the side directly involved in R was changed. The film configuration is as follows: Si substrate / alumina / Ta (3
0) / second free magnetic layer; NiFe (20) / nonmagnetic intermediate layer; Ru (8) / first free magnetic layer; NiFe
(X) + Co (10) / nonmagnetic conductive layer; Cu (20) /
First pinned magnetic layer; Co (25) / nonmagnetic intermediate layer; Ru
(8) / second pinned magnetic layer; Co (20) / antiferromagnetic layer; PtMn (15) / Ta (30), the numerical value in parentheses in each layer indicates the film thickness, and the unit is angstrom. It is.

【0289】なお本発明では、スピンバルブ型薄膜素子
を成膜後、200(Oe)の磁場を印加して260℃で
4時間の熱処理を施している。また上記膜構成を見てわ
かるように、本発明では第1のフリー磁性層は2層で形
成されており、NiFe膜の膜厚を変化させている。そ
の実験結果を図24に示すが、図24に示す横軸は、N
iFe合金の膜厚と、Co膜の膜厚(=10オングスト
ローム)を足した第1のフリー磁性層総合の膜厚であ
る。図24に示すように、第1のフリー磁性層(F1)
の膜厚が、20オングストロームに近づくと、第2のフ
リー磁性層(F2)の膜厚とほぼ同程度になるため、Δ
MRは急激に低下することがわかる。また、図24に示
すように、第1のフリー磁性層(F1)の膜厚が約30
オングストローム以上になると、ΔMRは上昇し、従来
のスピンバルブ型薄膜素子(シングルスピンバルブ型薄
膜素子)と同程度のΔMRを得ることが可能である。
In the present invention, after the spin-valve thin film element is formed, a heat treatment is performed at 260 ° C. for 4 hours by applying a magnetic field of 200 (Oe). As can be seen from the above film configuration, in the present invention, the first free magnetic layer is formed of two layers, and the thickness of the NiFe film is changed. The experimental results are shown in FIG. 24. The horizontal axis shown in FIG.
This is the total thickness of the first free magnetic layer obtained by adding the thickness of the iFe alloy and the thickness of the Co film (= 10 angstroms). As shown in FIG. 24, the first free magnetic layer (F1)
When the film thickness of the second free magnetic layer (F2) approaches 20 angstroms, the film thickness becomes approximately the same as the film thickness of the second free magnetic layer (F2).
It can be seen that the MR drops sharply. As shown in FIG. 24, the thickness of the first free magnetic layer (F1) is about 30
When the thickness exceeds angstrom, the ΔMR increases, and it is possible to obtain a ΔMR similar to that of a conventional spin-valve thin film element (single spin-valve thin film element).

【0290】ところで、図23から導き出した500
(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可能な(第1
のフリー磁性層(F1)の膜厚)/(第2のフリー磁性
層(F2)の膜厚)の範囲を、図24上に表してみる
と、第1のフリー磁性層(F1)の膜厚)/(第2のフ
リー磁性層(F2)の膜厚)を1.25〜5の範囲内に
すれば、高いΔMRを得ることが可能となっている。
By the way, 500 derived from FIG.
It is possible to obtain an exchange coupling magnetic field of (Oe) or more (first
The range of (thickness of free magnetic layer (F1)) / (thickness of second free magnetic layer (F2)) is shown in FIG. 24. By setting (thickness) / (thickness of the second free magnetic layer (F2)) in the range of 1.25 to 5, a high ΔMR can be obtained.

【0291】次に本発明では、第1のフリー磁性層と第
2のフリー磁性層との間に介在する非磁性中間層の膜厚
を変化させて、前記非磁性中間層の膜厚と交換結合磁界
との関係について測定した。実験に使用したスピンバル
ブ型薄膜素子(デュアルスピンバルブ型薄膜素子)の膜
構成は下から、Si基板/アルミナ/Ta(30)/反
強磁性層;PtMn(150)/Ru(6)/非磁性導
電層;Cu(20)/第1のフリー磁性層;Co(1
0)+NiFe(50)/非磁性中間層;Ru(X)/
第1のフリー磁性層;NiFe(30)+Co(10)
/非磁性導電層;Cu(20)/Ru(8)/反強磁性
層;PtMn(150)/Ta(30)であり、各層に
おける括弧内の数値は膜厚を表しており、単位はオング
ストロームである。なお本発明ではスピンバルブ型薄膜
素子を成膜後、200(Oe)の磁場を印加しながら、
260℃で4時間の熱処理を施している。その実験結果
を図20に示す。
Next, in the present invention, the thickness of the non-magnetic intermediate layer interposed between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer is changed to exchange with the thickness of the non-magnetic intermediate layer. The relationship with the coupling magnetic field was measured. The film configuration of the spin-valve thin film element (dual spin-valve thin film element) used in the experiment is as follows: Si substrate / alumina / Ta (30) / antiferromagnetic layer; PtMn (150) / Ru (6) / non Magnetic conductive layer; Cu (20) / first free magnetic layer; Co (1
0) + NiFe (50) / nonmagnetic intermediate layer; Ru (X) /
First free magnetic layer; NiFe (30) + Co (10)
/ Nonmagnetic conductive layer; Cu (20) / Ru (8) / antiferromagnetic layer; PtMn (150) / Ta (30), and the number in parentheses in each layer represents the film thickness, and the unit is Angstroms. It is. In the present invention, after forming a spin-valve thin film element, while applying a magnetic field of 200 (Oe),
The heat treatment is performed at 260 ° C. for 4 hours. FIG. 20 shows the experimental results.

【0292】図20に示すように、500(Oe)以上
の交換結合磁界を得るには、Ru膜の膜厚を5.5〜1
0.0オングストロームの範囲内で形成すればよいこと
がわかる。また1000(Oe)以上の交換結合磁界を
得るには、Ru膜の膜厚を5.9〜9.4オングストロ
ームの範囲内で形成すればよいことがわかる。
As shown in FIG. 20, in order to obtain an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more, the thickness of the Ru film is set to 5.5 to 1
It can be seen that the film should be formed within the range of 0.0 angstroms. Further, it can be seen that in order to obtain an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more, the Ru film should be formed within the range of 5.9 to 9.4 angstroms.

【0293】[0293]

【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、固定磁性
層を非磁性中間層を介して第1の固定磁性層と第2の固
定磁性層の2層に分断して形成し、前記第1の固定磁性
層と第2の固定磁性層との間に発生する交換結合磁界
(RKKY相互作用)によって、前記第1の固定磁性層
の磁化と第2の固定磁性層の磁化を反平行状態にすれ
ば、前記固定磁性層の磁化状態を非常に安定した状態に
保つことが可能である。特に本発明では、前記第1の固
定磁性層と第2の固定磁性層との膜厚比、及び膜厚を適
性な範囲内で調節することにより、500(Oe)以上
の交換結合磁界、さらに好ましくは1000(Oe)以
上の交換結合磁界を得ることが可能である。
According to the present invention described in detail above, the fixed magnetic layer is divided into two layers of a first fixed magnetic layer and a second fixed magnetic layer via a non-magnetic intermediate layer. The exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) generated between the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer causes the magnetization of the first pinned magnetic layer and the magnetization of the second pinned magnetic layer to be antiparallel. With such a state, the magnetization state of the fixed magnetic layer can be maintained in a very stable state. In particular, in the present invention, the exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained by adjusting the thickness ratio and the film thickness of the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer within an appropriate range. Preferably, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained.

【0294】また本発明では、前記第1の固定磁性層と
第2の固定磁性層との間に介在する非磁性中間層を、R
u,Rh,Ir,Cr,Re,Cuなどで形成し、さら
に、フリー磁性層よりも上側に前記非磁性中間層が形成
される場合と、下側に非磁性中間層が形成される場合と
で、前記非磁性中間層の膜厚を適性な範囲内で調節する
ことにより、500(Oe)以上の交換結合磁界を得る
ことができ、より好ましくは1000(Oe)以上の交
換結合磁界を得ることができる。
In the present invention, the non-magnetic intermediate layer interposed between the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer
u, Rh, Ir, Cr, Re, Cu, etc., and the nonmagnetic intermediate layer is formed above the free magnetic layer, and the nonmagnetic intermediate layer is formed below the free magnetic layer. By adjusting the thickness of the non-magnetic intermediate layer within an appropriate range, an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained, and more preferably, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained. be able to.

【0295】さらに本発明では、反強磁性層として、ブ
ロッキング温度が高く、また固定磁性層(第1の固定磁
性層)との界面で発生する交換結合磁界(交換異方性磁
界)が大きく、しかも耐食性に優れた反強磁性材料とし
て、PtMn合金を使用している。あるいはX―Mn
(ただしXは、Pd,Ir,Rh,Ruのいずれか1種
または2種以上の元素である)、Pt―Mn―X′(た
だしX′は、Pd,Ir,Rh,Ru,Au,Agのい
ずれか1種または2種以上の元素である)で形成しても
よい。
Further, in the present invention, the antiferromagnetic layer has a high blocking temperature and a large exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) generated at the interface with the fixed magnetic layer (first fixed magnetic layer). Moreover, a PtMn alloy is used as an antiferromagnetic material having excellent corrosion resistance. Or X-Mn
(Where X is one or more of Pd, Ir, Rh, and Ru), Pt—Mn—X ′ (where X ′ is Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Ag) Or one or more of these elements).

【0296】本発明のように、固定磁性層を第1の固定
磁性層と第2の固定磁性層の2層に分断した場合では、
前記反強磁性層の膜厚を、従来の反強磁性層の半分程度
の膜厚で形成しても、500(Oe)以上の交換結合磁
界を得ることができ、より好ましくは1000(Oe)
以上の交換結合磁界を得ることができる。
In the case where the fixed magnetic layer is divided into the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer as in the present invention,
Even when the thickness of the antiferromagnetic layer is formed to be about half the thickness of the conventional antiferromagnetic layer, an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained, and more preferably, 1000 (Oe).
The above exchange coupling magnetic field can be obtained.

【0297】さらに本発明では、フリー磁性層が固定磁
性層と同様に、非磁性中間層を介して第1のフリー磁性
層と第2のフリー磁性層に分断されて形成されているこ
とが好ましい。第1のフリー磁性層と第2のフリー磁性
層との間には交換結合磁界(RKKY相互作用)が発生
し、前記第1のフリー磁性層の磁化と第2のフリー磁性
層の磁化とが反平行状態に磁化され、外部磁界に対して
感度よく反転できるようになる。
Further, in the present invention, it is preferable that the free magnetic layer is formed so as to be divided into a first free magnetic layer and a second free magnetic layer via a nonmagnetic intermediate layer, similarly to the fixed magnetic layer. . An exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) is generated between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer, and the magnetization of the first free magnetic layer and the magnetization of the second free magnetic layer are changed. It is magnetized in an antiparallel state, and can be inverted with high sensitivity to an external magnetic field.

【0298】また本発明では、前記第1のフリー磁性層
と第2のフリー磁性層との膜厚比を適正な範囲内で形成
し、さらに前記第1のフリー磁性層と第2のフリー磁性
層との間に介在する非磁性中間層をRu膜などで形成
し、前記非磁性中間層の膜厚を適性な範囲内で形成すれ
ば、500(Oe)以上の交換結合磁界を得ることが可
能であり、より好ましくは1000(Oe)以上の交換
結合磁界を得ることができる。
In the present invention, the film thickness ratio between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer is formed within an appropriate range, and the first free magnetic layer and the second free magnetic layer are further formed. If the nonmagnetic intermediate layer interposed between the layers is formed of a Ru film or the like and the thickness of the nonmagnetic intermediate layer is formed within an appropriate range, an exchange coupling magnetic field of 500 (Oe) or more can be obtained. It is possible, and more preferably, an exchange coupling magnetic field of 1000 (Oe) or more can be obtained.

【0299】さらに本発明によれば、第1の固定磁性層
との界面において熱処理を必要とする反強磁性層を使用
した場合に、第1の固定磁性層の磁気モーメントと第2
の固定磁性層の磁気モーメントの大小を適正に調節し、
さらに前記熱処理中に印加する磁場の方向及びその大き
さを適正に調節することによって、第1の固定磁性層の
磁化を向けたい方向に向けることができ、しかも前記第
1の固定磁性層の磁化と第2の固定磁性層の磁化とを反
平行状態に適正に制御することが可能である。
Further, according to the present invention, when an antiferromagnetic layer requiring heat treatment is used at the interface with the first fixed magnetic layer, the magnetic moment of the first fixed magnetic layer
Properly adjust the magnitude of the magnetic moment of the fixed magnetic layer,
Further, by appropriately adjusting the direction and magnitude of the magnetic field applied during the heat treatment, the magnetization of the first pinned magnetic layer can be directed in a desired direction, and the magnetization of the first pinned magnetic layer can be directed. And the magnetization of the second pinned magnetic layer can be appropriately controlled to be in an antiparallel state.

【0300】さらに本発明によれば、センス電流を流す
ことによって形成されるセンス電流磁界の方向と、第1
の固定磁性層の磁気モーメントと第2の固定磁性層の磁
気モーメントとを足し合わせて求めることができる合成
磁気モーメントの方向とを一致させることにより、前記
第1の固定磁性層と第2の固定磁性層との磁化状態をさ
らに熱的に安定されることが可能である。
Further, according to the present invention, the direction of the sense current magnetic field formed by flowing the sense current
The first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer are made to match the direction of the synthetic magnetic moment that can be obtained by adding the magnetic moment of the fixed magnetic layer and the magnetic moment of the second fixed magnetic layer. It is possible to further thermally stabilize the magnetization state with the magnetic layer.

【0301】なおこのセンス電流方向の制御は、反強磁
性層にどのような反強磁性材料を使用した場合であって
も適用でき、例えば反強磁性層と固定磁性層(第1の固
定磁性層)との界面で交換結合磁界(交換異方性磁界)
を発生させるために、熱処理が必要であるか、あるいは
必要でないかを問わない。
The control of the sense current direction can be applied to any case where any antiferromagnetic material is used for the antiferromagnetic layer. For example, the antiferromagnetic layer and the fixed magnetic layer (the first fixed magnetic layer) may be used. Exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with
It does not matter whether a heat treatment is necessary or not in order to generate.

【0302】さらに、従来のように、固定磁性層が単層
で形成されていたシングルスピンバルブ型薄膜素子の場
合であっても、前述したセンス電流を流すことによって
形成されるセンス電流磁界の方向と、固定磁性層の磁化
方向とを一致させることにより、前記固定磁性層の磁化
を熱的に安定化させることが可能である。
Further, even in the case of a single spin-valve thin film element in which the pinned magnetic layer is formed as a single layer as in the prior art, the direction of the sense current magnetic field formed by flowing the above-described sense current is also considered. By making the magnetization direction of the pinned magnetic layer coincide with that of the pinned magnetic layer, the magnetization of the pinned magnetic layer can be thermally stabilized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明における第1実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子の横断面図、
FIG. 1 is a cross-sectional view of a spin-valve thin-film element according to a first embodiment of the present invention;

【図2】図1に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体
との対向面側から見た断面図、
FIG. 2 is a cross-sectional view of the spin-valve thin film element shown in FIG. 1 as viewed from a surface facing a recording medium;

【図3】本発明における第2実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子の横断面図、
FIG. 3 is a cross-sectional view of a spin-valve thin-film element according to a second embodiment of the present invention;

【図4】図3に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体
との対向面側から見た断面図、
FIG. 4 is a cross-sectional view of the spin-valve thin film element shown in FIG. 3 as viewed from a surface facing a recording medium;

【図5】本発明における第3実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子の横断面図、
FIG. 5 is a cross-sectional view of a spin-valve thin film element according to a third embodiment of the present invention;

【図6】図5に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体
との対向面側から見た断面図、
FIG. 6 is a cross-sectional view of the spin-valve thin film element shown in FIG. 5, as viewed from a surface facing a recording medium;

【図7】本発明における第4実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子の横断面図、
FIG. 7 is a cross-sectional view of a spin-valve thin film element according to a fourth embodiment of the present invention;

【図8】図7に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体
との対向面側から見た断面図、
FIG. 8 is a cross-sectional view of the spin-valve thin film element shown in FIG. 7, as viewed from a surface facing a recording medium.

【図9】本発明における第5実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子の横断面図、
FIG. 9 is a cross-sectional view of a spin-valve thin-film element according to a fifth embodiment of the present invention;

【図10】図9に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒
体との対向面側から見た断面図、
FIG. 10 is a cross-sectional view of the spin-valve thin film element shown in FIG. 9 as viewed from a surface facing a recording medium;

【図11】本発明における第6実施形態のスピンバルブ
型薄膜素子の横断面図、
FIG. 11 is a cross-sectional view of a spin-valve thin film element according to a sixth embodiment of the present invention;

【図12】図11に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録
媒体との対向面側から見た断面図、
FIG. 12 is a cross-sectional view of the spin-valve thin film element shown in FIG. 11, as viewed from a surface facing a recording medium.

【図13】読み出しヘッド(再生ヘッド)を記録媒体と
の対向面からみた断面図、
FIG. 13 is a cross-sectional view of a read head (reproducing head) viewed from a surface facing a recording medium.

【図14】第1の固定磁性層(P1)の膜厚を20、あ
るいは40オングストロームで固定した場合の、第2の
固定磁性層(P2)の膜厚と、交換結合磁界との関係、
及び(第1の固定磁性層(P1)の膜厚)/(第2の固
定磁性層(P2)の膜厚)と、交換結合磁界(Hex)
との関係を示すグラフ、
FIG. 14 shows the relationship between the thickness of the second pinned magnetic layer (P2) and the exchange coupling magnetic field when the thickness of the first pinned magnetic layer (P1) is fixed at 20 or 40 Å;
And (the thickness of the first fixed magnetic layer (P1)) / (the thickness of the second fixed magnetic layer (P2)) and the exchange coupling magnetic field (Hex).
Graph showing the relationship with

【図15】第1の固定磁性層(P1)の膜厚を20、あ
るいは40オングストロームで固定した場合の、第2の
固定磁性層(P2)の膜厚と、ΔMR(%)との関係を
示すグラフ、
FIG. 15 shows a relationship between the thickness of the second fixed magnetic layer (P2) and ΔMR (%) when the thickness of the first fixed magnetic layer (P1) is fixed at 20 or 40 Å. Graph,

【図16】第2の固定磁性層(P2)を30オングスト
ロームで固定した場合の、第1の固定磁性層(P1)の
膜厚と、交換結合磁界との関係、及び(第1の固定磁性
層(P1)の膜厚)/(第2の固定磁性層(P2)の膜
厚)と交換結合磁界(Hex)との関係を示すグラフ、
FIG. 16 shows the relationship between the thickness of the first fixed magnetic layer (P1) and the exchange coupling magnetic field when the second fixed magnetic layer (P2) is fixed at 30 Å, and (first fixed magnetic layer). A graph showing the relationship between the thickness of the layer (P1) / (the thickness of the second pinned magnetic layer (P2)) and the exchange coupling magnetic field (Hex);

【図17】第2の固定磁性層(P2)を30オングスト
ロームで固定した場合の、第1の固定磁性層(P1)の
膜厚と、ΔMR(%)との関係を示すグラフ、
FIG. 17 is a graph showing the relationship between the thickness of the first fixed magnetic layer (P1) and ΔMR (%) when the second fixed magnetic layer (P2) is fixed at 30 Å;

【図18】デュアルスピンバルブ型薄膜素子において、
第1の固定磁性層(上)の膜厚及び第1の固定磁性層
(下)の膜厚と交換結合磁界(Hex)との関係、さら
に(第1の固定磁性層(P1 上)の膜厚)/(第2の
固定磁性層(P2 上)の膜厚)及び(第1の固定磁性
層(P1 下)の膜厚)/(第2の固定磁性層(P2
下)の膜厚)と交換結合磁界(Hex)との関係を示す
グラフ、
FIG. 18 shows a dual spin-valve thin film element.
The relationship between the thickness of the first pinned magnetic layer (upper), the thickness of the first pinned magnetic layer (lower), and the exchange coupling magnetic field (Hex), and further, the film of the first pinned magnetic layer (upper P1) (Thickness) / (film thickness of second fixed magnetic layer (above P2)) and (film thickness of first fixed magnetic layer (below P1)) / (second fixed magnetic layer (P2
A graph showing the relationship between the thickness of the lower layer) and the exchange coupling magnetic field (Hex);

【図19】第1の固定磁性層と第2の固定磁性層の間に
介在するRu(非磁性中間層)の膜厚と交換結合磁界
(Hex)との関係を示すグラフ、
FIG. 19 is a graph showing the relationship between the thickness of Ru (nonmagnetic intermediate layer) interposed between the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer and the exchange coupling magnetic field (Hex);

【図20】4種類のスピンバルブ型薄膜素子を使用し、
各スピンバルブ型薄膜素子のPtMn(反強磁性層)の
膜厚と、交換結合磁界(Hex)との関係を示すグラ
フ、
FIG. 20 shows the use of four types of spin-valve thin film elements;
A graph showing the relationship between the PtMn (antiferromagnetic layer) film thickness and the exchange coupling magnetic field (Hex) of each spin valve thin film element;

【図21】2種類のデュアルスピンバルブ型薄膜素子を
使用し、各デュアルスピンバルブ型薄膜素子のPtMn
(反強磁性層)の膜厚と、交換結合磁界(Hex)との
関係を示すグラフ、
FIG. 21 shows a PtMn of each dual spin-valve thin film element using two types of dual spin-valve thin film elements.
A graph showing the relationship between the thickness of the (antiferromagnetic layer) and the exchange coupling magnetic field (Hex);

【図22】2種類のデュアルスピンバルブ型薄膜素子を
使用し、各デュアルスピンバルブ型薄膜素子のPtMn
(反強磁性層)の膜厚と、ΔMR(%)との関係を示す
グラフ、
FIG. 22 shows a PtMn of each dual spin-valve thin film element using two types of dual spin-valve thin film elements.
A graph showing the relationship between the thickness of the (antiferromagnetic layer) and ΔMR (%),

【図23】第1のフリー磁性層(F1)の膜厚を50オ
ングストロームで固定した場合、第2のフリー磁性層
(F2)の膜厚と交換結合磁界(Hex)との関係、及
び(第1のフリー磁性層(F1)の膜厚)/(第2のフ
リー磁性層(F2)の膜厚)と交換結合磁界(Hex)
との関係を示すグラフ、
FIG. 23 shows the relationship between the thickness of the second free magnetic layer (F2) and the exchange coupling magnetic field (Hex) when the thickness of the first free magnetic layer (F1) is fixed at 50 Å, and No. 1 free magnetic layer (F1)) / (film thickness of second free magnetic layer (F2)) and exchange coupling magnetic field (Hex)
Graph showing the relationship with

【図24】第2のフリー磁性層(F2)の膜厚を20オ
ングストロームで固定した場合、第1のフリー磁性層
(F1)の膜厚とΔMR(%)との関係、及び(第1の
フリー磁性層(F1)の膜厚)/(第2のフリー磁性層
(F2)の膜厚)とΔMR(%)との関係を示すグラ
フ、
FIG. 24 shows the relationship between the thickness of the first free magnetic layer (F1) and ΔMR (%) when the thickness of the second free magnetic layer (F2) is fixed at 20 Å, and A graph showing a relationship between the thickness of the free magnetic layer (F1) / (the thickness of the second free magnetic layer (F2)) and ΔMR (%);

【図25】第1のフリー磁性層(F1)と第2のフリー
磁性層(F2)の間に介在するRu(非磁性中間層)の
膜厚と、交換結合磁界(Hex)との関係を示すグラ
フ、
FIG. 25 shows the relationship between the thickness of Ru (nonmagnetic intermediate layer) interposed between the first free magnetic layer (F1) and the second free magnetic layer (F2) and the exchange coupling magnetic field (Hex). Graph,

【図26】本発明におけるスピンバルブ型薄膜素子、及
び従来におけるスピンバルブ型薄膜素子におけるヒステ
リシスループ、
FIG. 26 shows a hysteresis loop in a spin-valve thin film element according to the present invention and a conventional spin-valve thin film element;

【図27】反強磁性層をPtMnで形成した場合、Ni
Oで形成した場合、及びFeMnで形成した場合の各ス
ピンバルブ型薄膜素子における環境温度(℃)と交換結
合磁界(Hex)との関係を示すグラフ、
FIG. 27 shows a case where the antiferromagnetic layer is formed of PtMn,
A graph showing a relationship between an ambient temperature (° C.) and an exchange coupling magnetic field (Hex) in each of the spin-valve thin film elements formed of O and FeMn;

【図28】従来におけるスピンバルブ型薄膜素子を記録
媒体との対向面からみた断面図、
FIG. 28 is a cross-sectional view of a conventional spin-valve thin film element viewed from a surface facing a recording medium.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、30、50、70、91 下地層 11、28、31、44、51、80、92、108
反強磁性層 12、27、52、79 第1の固定磁性層 13、26、33、42、53、59、72、78、9
4、100、106 非磁性中間層 14、25、54、77 第2の固定磁性層 15、24、35、40、55、76、96、104
非磁性導電層 16、21、36 フリー磁性層 19、29、45、61、81、109 保護層 32、93 第1の固定磁性層(下) 34、95 第2の固定磁性層(下) 41、105 第2の固定磁性層(上) 43、107 第1の固定磁性層(上) 56、73、101 第1のフリー磁性層 60、71、97 第2のフリー磁性層 62、82、130 ハードバイアス層 63、83、131 導電層 112、113、114 センス電流
10, 30, 50, 70, 91 Underlayer 11, 28, 31, 44, 51, 80, 92, 108
Antiferromagnetic layer 12, 27, 52, 79 First fixed magnetic layer 13, 26, 33, 42, 53, 59, 72, 78, 9
4, 100, 106 Non-magnetic intermediate layer 14, 25, 54, 77 Second pinned magnetic layer 15, 24, 35, 40, 55, 76, 96, 104
Nonmagnetic conductive layer 16, 21, 36 Free magnetic layer 19, 29, 45, 61, 81, 109 Protective layer 32, 93 First fixed magnetic layer (lower) 34, 95 Second fixed magnetic layer (lower) 41 , 105 Second fixed magnetic layer (upper) 43, 107 First fixed magnetic layer (upper) 56, 73, 101 First free magnetic layer 60, 71, 97 Second free magnetic layer 62, 82, 130 Hard bias layer 63, 83, 131 Conductive layer 112, 113, 114 Sense current

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成11年7月14日(1999.7.1
4)
[Submission date] July 14, 1999 (1999.7.1)
4)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項4[Correction target item name] Claim 4

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項6[Correction target item name] Claim 6

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項11[Correction target item name] Claim 11

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項13[Correction target item name] Claim 13

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【手続補正5】[Procedure amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0011[Correction target item name] 0011

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0011】本発明では、前記スピンバルブ型薄膜素子
は、反強磁性層、第1の固定磁性層、非磁性中間層、第
2の固定磁性層、非磁性導電層、及びフリー磁性層が一
層づつ形成されたシングルスピンバルブ型薄膜素子であ
り、前記2層に分断されたフリー磁性層のうち、非磁性
導電層に接する側に形成されたフリー磁性層を第1のフ
リー磁性層とし、他方のフリー磁性層を第2のフリー磁
性層とした場合、及び前記スピンバルブ型薄膜素子は、
フリー磁性層を中心にしてその上下に積層された非磁性
導電層と、一方の前記非磁性導電層の上及び他方の非磁
性導電層の下に積層された第2の固定磁性層/非磁性中
間層/第1の固定磁性層の3層と、一方の第1の固定磁
性層の上及び他方の第1の固定磁性層の下に積層された
反強磁性層とを有するデュアルスピンバルブ型薄膜素子
であり、前記2層に分断されたフリー磁性層のうち、一
方のフリー磁性層を第1のフリー磁性層とし、他方のフ
リー磁性層を第2のフリー磁性層とした場合、(第1の
フリー磁性層の膜厚/第2のフリー磁性層の膜厚)は、
0.56〜0.83、あるいは1.25〜5の範囲内で
あることが好ましく、より好ましくは、0.61〜0.
83、あるいは1.25〜2.1の範囲内である。
According to the present invention, the spin-valve thin film element includes an antiferromagnetic layer, a first pinned magnetic layer, a nonmagnetic intermediate layer, a second pinned magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, and a free magnetic layer. A single spin-valve thin film element formed one by one, wherein, of the free magnetic layers divided into two layers, a free magnetic layer formed on a side in contact with a nonmagnetic conductive layer is used as a first free magnetic layer; Wherein the free magnetic layer is a second free magnetic layer, and the spin-valve thin-film element comprises:
A nonmagnetic conductive layer laminated above and below the free magnetic layer, and a second fixed magnetic layer / nonmagnetic layer laminated on one nonmagnetic conductive layer and below the other nonmagnetic conductive layer Dual spin valve type having three layers of an intermediate layer / first fixed magnetic layer and an antiferromagnetic layer laminated on one first fixed magnetic layer and below the other first fixed magnetic layer In the case where the free magnetic layer is a thin film element and one of the two free magnetic layers is a first free magnetic layer and the other free magnetic layer is a second free magnetic layer, (The thickness of the first free magnetic layer / the thickness of the second free magnetic layer)
It is preferably in the range of 0.56 to 0.83, or 1.25 to 5, and more preferably 0.61 to 0.
83, or 1.25 to 2.1.

【手続補正6】[Procedure amendment 6]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0013[Correction target item name] 0013

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0013】本発明では、前記(第1の固定磁性層の磁
気的膜厚)/(第2の固定磁性層の磁気的膜厚)は、
0.53〜0.95、あるいは1.05〜1.8の範囲
内であることがより好ましい。また本発明では、前記第
1の固定磁性層の磁気的膜厚及び第2の固定磁性層の磁
気的膜厚は、共に10〜70(オングストローム・テス
ラ)の範囲内であり、且つ│第1の固定磁性層の磁気的
膜厚―第2の固定磁性層の磁気的膜厚│≧2(オングス
トローム・テスラ)であることが好ましい。さらに本発
明では、前記第1の固定磁性層の磁気的膜厚及び第2の
固定磁性層の磁気的膜厚は、共に10〜50(オングス
トローム・テスラ)の範囲内であり、且つ│第1の固定
磁性層の磁気的膜厚―第2の固定磁性層の磁気的膜厚│
≧2(オングストローム・テスラ)であることがより好
ましい。
In the present invention, (the magnetic film thickness of the first fixed magnetic layer) / (the magnetic film thickness of the second fixed magnetic layer) is:
More preferably, it is in the range of 0.53 to 0.95, or 1.05 to 1.8. Further, in the present invention, the magnetic film thickness of the first fixed magnetic layer and the magnetic film thickness of the second fixed magnetic layer are both within the range of 10 to 70 (angstrom tesla), and | The magnetic film thickness of the fixed magnetic layer−the magnetic film thickness of the second fixed magnetic layer│ ≧ 2 (angstrom tesla). Further, in the present invention, the first magnetic film thickness of the magnetic film thickness and the second fixed magnetic layer of the fixed magnetic layer are both within the range of 10 to 50 (Å Tesla), and │ first Film thickness of fixed magnetic layer of second layer−magnetic film thickness of second fixed magnetic layer |
More preferably, ≧ 2 (Angstroms / Tesla).

【手続補正7】[Procedure amendment 7]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0014[Correction target item name] 0014

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0014】また本発明では、前記フリー磁性層は、非
磁性中間層を介して2層に分断されて形成されていても
よい。本発明では、前記スピンバルブ型薄膜素子は、反
強磁性層、第1の固定磁性層、非磁性中間層、第2の固
定磁性層、非磁性導電層、及びフリー磁性層が一層づつ
形成されたシングルスピンバルブ型薄膜素子であり、前
記2層に分断されたフリー磁性層のうち、非磁性導電層
に接する側に形成されたフリー磁性層を第1のフリー磁
性層とし、他方のフリー磁性層を第2のフリー磁性層と
した場合、及び前記スピンバルブ型薄膜素子は、フリー
磁性層を中心にしてその上下に積層された非磁性導電層
と、一方の前記非磁性導電層の上及び他方の非磁性導電
層の下に積層された第2の固定磁性層/非磁性中間層/
第1の固定磁性層の3層と、一方の第1の固定磁性層の
上及び他方の第1の固定磁性層の下に積層された反強磁
性層とを有するデュアルスピンバルブ型薄膜素子であ
り、前記2層に分断されたフリー磁性層のうち、一方の
フリー磁性層を第1のフリー磁性層とし、他方のフリー
磁性層を第2のフリー磁性層とした場合、(第1のフリ
ー磁性層の磁気的膜厚/第2のフリー磁性層の磁気的膜
厚)は、0.56〜0.83、あるいは1.25〜5の
範囲内であることが好ましく、より好ましくは、0.6
1〜0.83、あるいは1.25〜2.1の範囲内であ
る。
In the present invention, the free magnetic layer may be divided into two layers via a non-magnetic intermediate layer. In the present invention, the spin-valve thin film element includes an antiferromagnetic layer, a first pinned magnetic layer, a non-magnetic intermediate layer, a second pinned magnetic layer, a non-magnetic conductive layer, and a free magnetic layer. A single spin-valve type thin film element, wherein a free magnetic layer formed on a side in contact with a nonmagnetic conductive layer among the two free magnetic layers is a first free magnetic layer, and the other free magnetic layer is When the layer is a second free magnetic layer, and the spin-valve thin film element is a non-magnetic conductive layer laminated on and around the free magnetic layer, and on one of the non-magnetic conductive layers A second pinned magnetic layer / non-magnetic intermediate layer laminated below the other non-magnetic conductive layer /
A dual spin-valve thin-film element having three first fixed magnetic layers and an antiferromagnetic layer laminated on one first fixed magnetic layer and under the other first fixed magnetic layer. When one of the two free magnetic layers is a first free magnetic layer and the other free magnetic layer is a second free magnetic layer, the first free magnetic layer is divided into two layers. (Magnetic film thickness of magnetic layer / magnetic film thickness of second free magnetic layer) is preferably in the range of 0.56 to 0.83 or 1.25 to 5, more preferably 0 to 5. .6
It is in the range of 1 to 0.83, or 1.25 to 2.1.

【手続補正8】[Procedure amendment 8]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0229[Correction target item name] 0229

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0229】図1に示すスピンバルブ型薄膜素子では、
非磁性導電層15の下側に第2の固定磁性層14が形成
されている。この場合にあっては、第1の固定磁性層
及び第2の固定磁性層14のうち、磁気モーメントの
大きい方の固定磁性層の磁化方向に、センス電流磁界の
方向を合わせる。図1に示すように、前記第2の固定磁
性層14の磁気モーメントは第1の固定磁性層12の磁
気モーメントに比べて大きく、前記第2の固定磁性層
の磁気モーメントは図示Y方向と反対方向(図示左方
向)に向いている。このため前記第1の固定磁性層12
の磁気モーメントと第2の固定磁性層14の磁気モーメ
ントとを足し合わせた合成磁気モーメントは、図示Y方
向と反対方向(図示左方向)に向いている。
In the spin valve type thin film element shown in FIG.
The second fixed magnetic layer 14 is formed below the nonmagnetic conductive layer 15. In this case, the first pinned magnetic layer 1
The direction of the sense current magnetic field is adjusted to the magnetization direction of the fixed magnetic layer having the larger magnetic moment of the second and second fixed magnetic layers 14 . As shown in FIG. 1, the magnetic moment of the second pinned magnetic layer 14 is larger than the magnetic moment of the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 1
The magnetic moment No. 4 is directed in a direction opposite to the illustrated Y direction (left direction in the drawing). Therefore, the first pinned magnetic layer 12
Is combined with the magnetic moment of the second pinned magnetic layer 14 to be directed in the opposite direction (left direction in the figure) to the Y direction in the figure.

【手続補正9】[Procedure amendment 9]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0230[Correction target item name] 0230

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0230】前述のように、非磁性導電層15は第2の
固定磁性層14及び第1の固定磁性層12の上側に形成
されている。このため、主に前記非磁性導電層15を中
心にして流れるセンス電流112によって形成されるセ
ンス電流磁界は、前記非磁性導電層15よりも下側にお
いて図示左方向に向くように、前記センス電流112の
流す方向を制御すればよい。このようにすれば、第1の
固定磁性層12と第2の固定磁性層14との合成磁気モ
ーメントの方向と、前記センス電流磁界の方向とが一致
する。
As described above, the nonmagnetic conductive layer 15 is formed above the second fixed magnetic layer 14 and the first fixed magnetic layer 12 . For this reason, the sense current magnetic field mainly generated by the sense current 112 flowing around the nonmagnetic conductive layer 15 is such that the sense current The flow direction of 112 may be controlled. By doing so, the direction of the combined magnetic moment of the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 matches the direction of the sense current magnetic field.

【手続補正10】[Procedure amendment 10]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0231[Correction target item name] 0231

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0231】図1に示すように前記センス電流112は
図示X方向に流される。右ネジの法則により、センス電
流を流すことによって形成されるセンス電流磁界は、紙
面に対して右回りに形成される。従って、非磁性導電層
15よりも下側の層には、図示左方向(図示Y方向と反
対方向)のセンス電流磁界が印加されることになり、こ
のセンス電流磁界によって、合成磁気モーメントを補強
する方向に作用し、第1の固定磁性層12と第2の固定
磁性層14間に作用する交換結合磁界(RKKY相互作
用)が増幅され、前記第1の固定磁性層12の磁化と第
2の固定磁性層14の磁化の反平行状態をより熱的に安
定させることが可能になる。
As shown in FIG. 1, the sense current 112 flows in the X direction in the figure. According to the right-hand rule, a sense current magnetic field formed by flowing a sense current is formed clockwise with respect to the plane of the drawing. Therefore, a sense current magnetic field in the left direction in the drawing (opposite to the Y direction in the drawing) is applied to the layer below the nonmagnetic conductive layer 15, and the sense current magnetic field reinforces the synthetic magnetic moment. The exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) acting between the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 14 is amplified, and the magnetization of the first fixed magnetic layer 12 and the second It is possible to more thermally stabilize the antiparallel state of magnetization of the fixed magnetic layer 14 .

【手続補正11】[Procedure amendment 11]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0233[Correction target item name] 0233

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0233】このような、非常に高い環境温度下で、し
かも大きなセンス電流が流れる場合にあっては、第1の
固定磁性層12の磁気モーメントと第2の固定磁性層
とを足し合わせて求めることができる合成磁気モーメ
ントの方向と、センス電流磁界の方向とが逆向きである
と、第1の固定磁性層12の磁化と第2の固定磁性層
の磁化との反平行状態が壊れ易くなる。
In such an extremely high ambient temperature and when a large sense current flows, the magnetic moment of the first fixed magnetic layer 12 and the second fixed magnetic layer 1
4 is opposite to the direction of the sensed magnetic field, which can be obtained by adding the first fixed magnetic layer 12 to the second fixed magnetic layer 1.
The antiparallel state with the magnetization of No. 4 is easily broken.

【手続補正12】[Procedure amendment 12]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0235[Correction target item name] 0235

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0235】なお図1に示す第1の固定磁性層12の磁
気モーメントと第2の固定磁性層14の磁気モーメント
とで形成される合成磁気モーメントが図示右方向(図示
Y方向)に向いている場合には、センス電流を図示X方
向と反対方向に流し、センス電流磁界が紙面に対し左回
りに形成されるようにすればよい。
The combined magnetic moment formed by the magnetic moment of the first fixed magnetic layer 12 and the magnetic moment of the second fixed magnetic layer 14 shown in FIG. 1 is directed rightward in the figure (Y direction in the figure). In this case, the sense current may be caused to flow in a direction opposite to the X direction in the drawing, so that the sense current magnetic field is formed counterclockwise with respect to the plane of the drawing.

Claims (30)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 反強磁性層と、この反強磁性層と接して
形成され、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化
方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁
性導電層を介して形成され、前記固定磁性層の磁化方向
と交叉する方向に磁化が揃えられるフリー磁性層とを有
するスピンバルブ型薄膜素子において、前記固定磁性層
が、非磁性中間層を介して2層に分断されて形成されて
おり、反強磁性層に接する前記固定磁性層を第1の固定
磁性層、非磁性導電層に接する前記固定磁性層を第2の
固定磁性層とした場合に、(第1の固定磁性層の膜厚)
/(第2の固定磁性層の膜厚)が、0.33〜0.9
5、あるいは1.05〜4の範囲内であることを特徴と
するスピンバルブ型薄膜素子。
An antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer formed in contact with the antiferromagnetic layer, and having a magnetization direction fixed by an exchange coupling magnetic field with the antiferromagnetic layer; A spin-valve thin-film element having a free magnetic layer formed with a magnetic conductive layer interposed in a direction crossing the magnetization direction of the fixed magnetic layer, wherein the fixed magnetic layer has a non-magnetic intermediate layer interposed therebetween. The fixed magnetic layer in contact with the antiferromagnetic layer is a first fixed magnetic layer, and the fixed magnetic layer in contact with the nonmagnetic conductive layer is a second fixed magnetic layer. (Film thickness of first pinned magnetic layer)
/ (Film thickness of second pinned magnetic layer) is 0.33 to 0.9
5. A spin-valve thin-film device, wherein the thickness is in the range of 1.0 or 1.05 to 4.
【請求項2】 前記(第1の固定磁性層の膜厚)/(第
2の固定磁性層の膜厚)は、0.53〜0.95、ある
いは1.05〜1.8の範囲内である請求項1記載のス
ピンバルブ型薄膜素子。
2. The ratio of (the thickness of the first fixed magnetic layer) / (the thickness of the second fixed magnetic layer) is in the range of 0.53 to 0.95, or 1.05 to 1.8. The spin-valve thin-film element according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記第1の固定磁性層の膜厚及び第2の
固定磁性層の膜厚は、共に10〜70オングストローム
の範囲内であり、且つ│第1の固定磁性層の膜厚―第2
の固定磁性層の膜厚│≧2オングストロームである請求
項1記載のスピンバルブ型薄膜素子。
3. The thickness of the first fixed magnetic layer and the thickness of the second fixed magnetic layer are both within the range of 10 to 70 angstroms, and | the thickness of the first fixed magnetic layer. Second
2. The spin-valve thin-film element according to claim 1, wherein the thickness of the fixed magnetic layer is | ≧ 2 angstroms.
【請求項4】 前記第1の固定磁性層の膜厚及び第2の
固定磁性層の膜厚は、共に10〜50オングストローム
の範囲内であり、且つ│第1の固定磁性層の膜厚―第2
の固定磁性層の膜厚│≧2オングストロームである請求
項2記載のスピンバルブ型薄膜素子。
4. The film thickness of the first fixed magnetic layer and the film thickness of the second fixed magnetic layer are both within the range of 10 to 50 angstroms, and | the film thickness of the first fixed magnetic layer. Second
3. The spin-valve thin film element according to claim 2, wherein the thickness of the fixed magnetic layer is | ≧ 2 angstroms.
【請求項5】 前記フリー磁性層は、非磁性中間層を介
して2層に分断されて形成されている請求項1ないし請
求項4のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素子。
5. The spin-valve thin-film element according to claim 1, wherein said free magnetic layer is divided into two layers via a non-magnetic intermediate layer.
【請求項6】 前記スピンバルブ型薄膜素子は、反強磁
性層、第1の固定磁性層、非磁性導電層、第2の固定磁
性層、非磁性導電層、及びフリー磁性層が一層づつ形成
されたシングルスピンバルブ型薄膜素子であり、前記2
層に分断されたフリー磁性層のうち、非磁性導電層に接
する側に形成されたフリー磁性層を第1のフリー磁性層
とし、他方のフリー磁性層を第2のフリー磁性層とした
場合、及び前記スピンバルブ型薄膜素子は、フリー磁性
層を中心にしてその上下に積層された非磁性導電層と、
一方の前記非磁性導電層の上及び他方の非磁性導電層の
下に積層された第2の固定磁性層/非磁性中間層/第1
の固定磁性層の3層と、一方の第1の固定磁性層の上及
び他方の第1の固定磁性層の下に積層された反強磁性層
とを有するデュアルスピンバルブ型薄膜素子であり、前
記2層に分断されたフリー磁性層のうち、一方のフリー
磁性層を第1のフリー磁性層とし、他方のフリー磁性層
を第2のフリー磁性層とした場合、(第1のフリー磁性
層の膜厚/第2のフリー磁性層の膜厚)は、0.56〜
0.83、あるいは1.25〜5の範囲内である請求項
5記載のスピンバルブ型薄膜素子。
6. The spin-valve thin film element includes an antiferromagnetic layer, a first fixed magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, a second fixed magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, and a free magnetic layer formed one by one. A single spin-valve thin film element,
When the free magnetic layer formed on the side in contact with the nonmagnetic conductive layer among the divided free magnetic layers is the first free magnetic layer, and the other free magnetic layer is the second free magnetic layer, And the spin-valve thin film element, a non-magnetic conductive layer stacked on top of the free magnetic layer,
A second pinned magnetic layer / non-magnetic intermediate layer / first layer laminated on one of the non-magnetic conductive layers and under the other non-magnetic conductive layer.
A dual spin-valve thin-film element having three fixed magnetic layers, and an antiferromagnetic layer laminated on one first fixed magnetic layer and below the other first fixed magnetic layer; When one of the two free magnetic layers is a first free magnetic layer and the other free magnetic layer is a second free magnetic layer, the first free magnetic layer is divided into two layers. Thickness / the thickness of the second free magnetic layer) is from 0.56 to
The spin-valve thin-film element according to claim 5, wherein the thickness is in the range of 0.83 or 1.25 to 5.
【請求項7】 前記(第1のフリー磁性層の膜厚/第2
のフリー磁性層の膜厚)は、0.61〜0.83、ある
いは1.25〜2.1の範囲内である請求項6記載のス
ピンバルブ型薄膜素子。
7. The method according to claim 7, wherein (thickness of first free magnetic layer / second thickness of second free magnetic layer).
7. The spin-valve thin-film element according to claim 6, wherein the thickness of the free magnetic layer is in the range of 0.61 to 0.83 or 1.25 to 2.1.
【請求項8】 反強磁性層と、この反強磁性層と接して
形成され、磁場中熱処理によって、前記反強磁性層との
交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層
と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成され、
前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方向に磁化が揃え
られるフリー磁性層とを有するスピンバルブ型薄膜素子
において、前記固定磁性層が、非磁性中間層を介して2
層に分断されて形成されており、反強磁性層に接する前
記固定磁性層を第1の固定磁性層、非磁性導電層に接す
る前記固定磁性層を第2の固定磁性層とし、飽和磁化M
sと膜厚tとの積を磁気的膜厚(磁気モーメント)とし
た場合に、(第1の固定磁性層の磁気的膜厚)/(第2
の固定磁性層の磁気的膜厚)が、0.33〜0.95、
あるいは1.05〜4の範囲内であることを特徴とする
スピンバルブ型薄膜素子。
8. An antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer formed in contact with the antiferromagnetic layer, and having a magnetization direction fixed by an exchange coupling magnetic field with the antiferromagnetic layer by heat treatment in a magnetic field; Formed on the fixed magnetic layer via the non-magnetic conductive layer,
In a spin-valve thin film element having a free magnetic layer whose magnetization is aligned in a direction crossing the magnetization direction of the fixed magnetic layer, the fixed magnetic layer may be connected to a nonmagnetic intermediate layer through a nonmagnetic intermediate layer.
The fixed magnetic layer in contact with the antiferromagnetic layer is a first fixed magnetic layer, the fixed magnetic layer in contact with the nonmagnetic conductive layer is a second fixed magnetic layer, and the saturation magnetization M
When the product of s and film thickness t is a magnetic film thickness (magnetic moment), (magnetic film thickness of first fixed magnetic layer) / (second film thickness)
Magnetic thickness of the fixed magnetic layer) is 0.33 to 0.95,
Alternatively, the spin-valve thin film element is in the range of 1.05 to 4.
【請求項9】 前記(第1の固定磁性層の磁気的膜厚)
/(第2の固定磁性層の磁気的膜厚)は、0.53〜
0.95、あるいは1.05〜1.8の範囲内である請
求項8記載のスピンバルブ型薄膜素子。
9. The magnetic layer thickness of the first pinned magnetic layer
/ (Magnetic thickness of the second pinned magnetic layer) is 0.53 to
The spin-valve thin-film element according to claim 8, wherein the thickness is in the range of 0.95 or 1.05 to 1.8.
【請求項10】 前記第1の固定磁性層の磁気的膜厚及
び第2の固定磁性層の磁気的膜厚は、共に10〜70
(オングストローム・テスラ)の範囲内であり、且つ│
第1の固定磁性層の磁気的膜厚―第2の固定磁性層の磁
気的膜厚│≧2(オングストローム・テスラ)である請
求項8記載のスピンバルブ型薄膜素子。
10. The magnetic thickness of the first fixed magnetic layer and the magnetic thickness of the second fixed magnetic layer are both 10 to 70.
(Angstrom Tesla) and |
9. The spin-valve thin-film element according to claim 8, wherein the magnetic film thickness of the first fixed magnetic layer−the magnetic film thickness of the second fixed magnetic layer│ ≧ 2 (angstroms / tesla).
【請求項11】 前記第1の固定磁性層の膜厚及び第2
の固定磁性層の膜厚は、共に10〜50(オングストロ
ーム・テスラ)の範囲内であり、且つ│第1の固定磁性
層の磁気的膜厚―第2の固定磁性層の磁気的膜厚│≧2
(オングストローム・テスラ)である請求項9記載のス
ピンバルブ型薄膜素子。
11. The film thickness of the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer.
Are in the range of 10 to 50 (Angstroms / Tesla), and | the magnetic film thickness of the first fixed magnetic layer−the magnetic film thickness of the second fixed magnetic layer | ≧ 2
10. The spin-valve thin film element according to claim 9, which is (Angstroms Tesla).
【請求項12】 前記フリー磁性層は、非磁性中間層を
介して2層に分断されて形成されている請求項8ないし
請求項11のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素
子。
12. The spin-valve thin-film element according to claim 8, wherein the free magnetic layer is divided into two layers via a non-magnetic intermediate layer.
【請求項13】 前記スピンバルブ型薄膜素子は、反強
磁性層、第1の固定磁性層、非磁性導電層、第2の固定
磁性層、非磁性導電層、及びフリー磁性層が一層づつ形
成されたシングルスピンバルブ型薄膜素子であり、前記
2層に分断されたフリー磁性層のうち、非磁性導電層に
接する側に形成されたフリー磁性層を第1のフリー磁性
層とし、他方のフリー磁性層を第2のフリー磁性層とし
た場合、及び前記スピンバルブ型薄膜素子は、フリー磁
性層を中心にしてその上下に積層された非磁性導電層
と、一方の前記非磁性導電層の上及び他方の非磁性導電
層の下に積層された第2の固定磁性層/非磁性中間層/
第1の固定磁性層の3層と、一方の第1の固定磁性層の
上及び他方の第1の固定磁性層の下に積層された反強磁
性層とを有するデュアルスピンバルブ型薄膜素子であ
り、前記2層に分断されたフリー磁性層のうち、一方の
フリー磁性層を第1のフリー磁性層とし、他方のフリー
磁性層を第2のフリー磁性層とした場合、(第1のフリ
ー磁性層の磁気的膜厚/第2のフリー磁性層の磁気的膜
厚)は、0.56〜0.83、あるいは1.25〜5の
範囲内である請求項12記載のスピンバルブ型薄膜素
子。
13. The spin-valve thin film element according to claim 1, wherein an antiferromagnetic layer, a first fixed magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, a second fixed magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, and a free magnetic layer are formed one by one. A single spin-valve thin film element, wherein the free magnetic layer formed on the side in contact with the non-magnetic conductive layer is the first free magnetic layer, and the other free magnetic layer is divided into the two free magnetic layers. When the magnetic layer is a second free magnetic layer, and the spin-valve thin film element includes a nonmagnetic conductive layer stacked on and under the free magnetic layer and one of the nonmagnetic conductive layers. And a second pinned magnetic layer / non-magnetic intermediate layer /
A dual spin-valve thin-film element having three first fixed magnetic layers and an antiferromagnetic layer laminated on one first fixed magnetic layer and below the other first fixed magnetic layer. When one of the two free magnetic layers is a first free magnetic layer and the other free magnetic layer is a second free magnetic layer, the first free magnetic layer is divided into two free magnetic layers. 13. The spin-valve thin film according to claim 12, wherein (magnetic thickness of magnetic layer / magnetic thickness of second free magnetic layer) is in the range of 0.56 to 0.83, or 1.25 to 5. element.
【請求項14】 前記(第1のフリー磁性層の磁気的膜
厚/第2のフリー磁性層の磁気的膜厚)は、0.61〜
0.83、あるいは1.25〜2.1の範囲内である請
求項13記載のスピンバルブ型薄膜素子。
14. The method according to claim 1, wherein (the magnetic film thickness of the first free magnetic layer / the magnetic film thickness of the second free magnetic layer) is 0.61 to 0.61.
The spin-valve thin-film element according to claim 13, wherein the thickness is in the range of 0.83 or 1.25 to 2.1.
【請求項15】 第1の固定磁性層と第2の固定磁性層
との間に介在する非磁性中間層は、Ru、Rh、Ir、
Cr、Re、Cuのうち1種あるいは2種以上の合金で
形成されている請求項1ないし請求項14のいずれかに
記載のスピンバルブ型薄膜素子。
15. The non-magnetic intermediate layer interposed between the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer is made of Ru, Rh, Ir,
The spin-valve thin-film element according to claim 1, wherein the spin-valve thin-film element is formed of one or more alloys of Cr, Re, and Cu.
【請求項16】 前記スピンバルブ型薄膜素子は、フリ
ー磁性層よりも下側に反強磁性層を有し、この反強磁性
層と接して形成された第1の固定磁性層と、非磁性導電
層と接して形成された第2の固定磁性層との間に介在す
る非磁性中間層の膜厚は、3.6〜9.6オングストロ
ームの範囲内である請求項1ないし請求項15のいずれ
かに記載のスピンバルブ型薄膜素子。
16. The spin-valve thin film element has an antiferromagnetic layer below the free magnetic layer, a first pinned magnetic layer formed in contact with the antiferromagnetic layer, and a nonmagnetic layer. 16. The non-magnetic intermediate layer interposed between the conductive layer and the second pinned magnetic layer formed in contact with the conductive layer has a thickness in a range of 3.6 to 9.6 angstroms. The spin-valve thin film element according to any one of the above.
【請求項17】 前記非磁性中間層の膜厚は、4.0〜
9.4オングストロームの範囲内である請求項16記載
のスピンバルブ型薄膜素子。
17. The film thickness of the non-magnetic intermediate layer is from 4.0 to 4.0.
17. The spin-valve thin-film device according to claim 16, wherein the thickness is in the range of 9.4 angstroms.
【請求項18】 フリー磁性層よりも上側に反強磁性層
を有し、この反強磁性層と接して形成された第1の固定
磁性層と、非磁性導電層に接して形成された第2の固定
磁性層との間に介在する非磁性中間層の膜厚は、2.5
〜6.4オングストローム、あるいは6.6〜10.7
オングストロームの範囲内である請求項1ないし請求項
15のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素子。
18. A first fixed magnetic layer formed in contact with an antiferromagnetic layer having an antiferromagnetic layer above a free magnetic layer, and a first fixed magnetic layer formed in contact with a nonmagnetic conductive layer. The thickness of the non-magnetic intermediate layer interposed between the second fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer is 2.5
~ 6.4 angstroms, or 6.6 ~ 10.7
The spin-valve thin-film element according to claim 1, wherein the spin-valve thin-film element is in the range of Å.
【請求項19】 前記非磁性中間層の膜厚は、2.8〜
6.2オングストローム、あるいは6.8〜10.3オ
ングストロームの範囲内である請求項18記載のスピン
バルブ型薄膜素子。
19. The film thickness of the non-magnetic intermediate layer is from 2.8 to
19. The spin-valve thin film element according to claim 18, wherein the thickness is in the range of 6.2 angstrom or 6.8 to 10.3 angstrom.
【請求項20】 前記反強磁性層は、PtMn合金で形
成されている請求項1ないし請求項19のいずれかに記
載のスピンバルブ型薄膜素子。
20. The spin-valve thin film element according to claim 1, wherein said antiferromagnetic layer is formed of a PtMn alloy.
【請求項21】 前記反強磁性層は、X―Mn(ただし
Xは、Pd,Ir,Rh,Ruのいずれか1種または2
種以上の元素である)で形成されている請求項1ないし
請求項19のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素
子。
21. The antiferromagnetic layer is made of X—Mn (where X is any one of Pd, Ir, Rh, and Ru or 2
20. The spin-valve thin-film element according to claim 1, wherein the spin-valve thin-film element is made of at least one element.
【請求項22】 前記反強磁性層は、Pt―Mn―X′
(ただしX′は、Pd,Ir,Rh,Ru,Au,Ag
のいずれか1種または2種以上の元素である)で形成さ
れている請求項1ないし請求項19のいずれかに記載の
スピンバルブ型薄膜素子。
22. The antiferromagnetic layer is made of Pt—Mn—X ′.
(Where X 'is Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Ag
20. The spin-valve thin-film element according to claim 1, wherein the spin-valve thin-film element is formed of any one or more of the following elements:
【請求項23】 前記スピンバルブ型薄膜素子は、反強
磁性層、第1の固定磁性層、非磁性中間層、第2の固定
磁性層、非磁性導電層、及びフリー磁性層が1層ずつ形
成されたシングルスピンバルブ型薄膜素子であり、前記
反強磁性層の膜厚は、90〜200オングストロームの
範囲内である請求項1ないし請求項22のいずれかに記
載のスピンバルブ型薄膜素子。
23. The spin-valve type thin film element comprises an antiferromagnetic layer, a first pinned magnetic layer, a non-magnetic intermediate layer, a second pinned magnetic layer, a non-magnetic conductive layer, and a free magnetic layer. 23. The spin valve thin film element according to claim 1, wherein the formed single spin valve thin film element has a film thickness of the antiferromagnetic layer in a range of 90 to 200 angstroms.
【請求項24】 前記反強磁性層の膜厚は、100〜2
00オングストロームの範囲内である請求23記載のス
ピンバルブ型薄膜素子。
24. The antiferromagnetic layer has a thickness of 100 to 2
24. The spin-valve thin-film device according to claim 23, wherein the thickness is in the range of 00 Å.
【請求項25】 前記スピンバルブ型薄膜素子は、フリ
ー磁性層を中心にしてその上下に積層された非磁性導電
層と、一方の前記非磁性導電層の上及び他方の非磁性導
電層の下に積層された第2の固定磁性層/非磁性中間層
/第1の固定磁性層の3層と、一方の第1の固定磁性層
の上及び他方の第1の固定磁性層の下に積層された反強
磁性層とを有するデュアルスピンバルブ型薄膜素子であ
り、前記反強磁性層の膜厚は、100〜200オングス
トロームの範囲内である請求項1ないし請求項22のい
ずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素子。
25. The spin-valve thin-film element, wherein a nonmagnetic conductive layer laminated above and below a free magnetic layer, and one above the nonmagnetic conductive layer and below the other nonmagnetic conductive layer Three layers of a second pinned magnetic layer / a non-magnetic intermediate layer / a first pinned magnetic layer, and a layer stacked on one first pinned magnetic layer and under the other first pinned magnetic layer. 23. A dual spin-valve thin film element having an antiferromagnetic layer formed thereon, wherein the thickness of the antiferromagnetic layer is in the range of 100 to 200 angstroms. Spin valve type thin film element.
【請求項26】 前記反強磁性層の膜厚は、110〜2
00オングストロームの範囲内である請求項25記載の
スピンバルブ型薄膜素子。
26. The antiferromagnetic layer has a thickness of 110 to 2
26. The spin-valve thin-film element according to claim 25, wherein the thickness is within the range of 00 angstrom.
【請求項27】 第1のフリー磁性層と第2のフリー磁
性層との間に介在する非磁性中間層は、Ru、Rh、I
r、Cr、Re、Cuのうち1種あるいは2種以上の合
金で形成されている請求項5または12に記載のスピン
バルブ型薄膜素子。
27. A non-magnetic intermediate layer interposed between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer, wherein Ru, Rh, I
13. The spin-valve thin-film element according to claim 5, wherein the spin-valve thin-film element is formed of one or more alloys of r, Cr, Re, and Cu.
【請求項28】 前記非磁性中間層の膜厚は、5.5〜
10.0オングストロームの範囲内である請求項27記
載のスピンバルブ型薄膜素子。
28. The nonmagnetic intermediate layer has a thickness of 5.5 to 5.5.
28. The spin-valve thin-film device according to claim 27, wherein the thickness is in the range of 10.0 angstroms.
【請求項29】 前記非磁性中間層の膜厚は、5.9〜
9.4オングストロームの範囲内である請求項28記載
のスピンバルブ型薄膜素子。
29. The film thickness of the nonmagnetic intermediate layer is from 5.9 to 5.9.
29. The spin-valve thin film device according to claim 28, wherein the thickness is in the range of 9.4 angstroms.
【請求項30】 請求項1ないし請求項29のいずれか
に記載されたスピンバルブ型薄膜素子の上下に、ギャッ
プ層を介してシールド層が形成されていることを特徴と
する薄膜磁気ヘッド。
30. A thin-film magnetic head, wherein a shield layer is formed above and below the spin-valve thin-film element according to claim 1 via a gap layer.
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