JP2000082205A - 薄膜磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐食性に優れ、交換異方性磁界が温度変化に
対して安定な反強磁性層を有する薄膜磁気ヘッドを提供
する。 【構成】 強磁性層４との間で交換異方性結合を呈する
反強磁性層５として、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔの
うち少なくともＰｄを含むＸ−Ｍｎ合金を用いる。前記
Ｐｄ原子の含有率は、１０〜２５ａｔ％であると耐食性
に優れ、高い交換異方性磁界を発生する。この合金は従
来使用していたＦｅ−Ｍｎ合金よりも耐食性に優れてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハードディスク装
置などの磁気再生装置やその他の磁気検出装置に搭載さ
れる薄膜磁気ヘッドに係り、特に、強磁性層を含む磁気
抵抗効果素子と、前記強磁性層を交換異方性結合により
磁化する反強磁性層を有する薄膜磁気ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気媒体に高密度記録された磁気信号を
再生する薄膜磁気ヘッドとして、磁気抵抗効果を利用し
たものがある。この薄膜磁気ヘッドでは、磁気抵抗効果
素子を構成する強磁性層の磁化方向が固定されるが、こ
の磁化方向を固定する方法として反強磁性層との交換異
方性結合を利用したものがある。反強磁性層による交換
異方性結合を利用したものとして図１に示すエクスチェ
ンジバイアス方式と、図２に示すスピンバルブ方式が挙
げられる。

【０００３】図１はエクスチェンジバイアス方式の薄膜
磁気ヘッドの正面図である。ハードディスクなどの磁気
媒体の移動方向はＺ方向であり、この磁気媒体からの洩
れ磁界の方向はＹ方向である。

【０００４】図１に示すエクスチェンジバイアス方式の
薄膜磁気ヘッドでは、Ａｌ₂Ｏ₃などの下部絶縁層１の上
に、磁気抵抗効果素子（イ）を構成する軟磁性（ＳＡ
Ｌ）層２、非磁性（ＳＨＵＮＴ）層３、磁気抵抗（Ｍ
Ｒ）効果を示す強磁性層４が順に積層されている。強磁
性層４の上にはトラック幅（Ｔｗ）を開けて反強磁性層
５が積層され、その上にリード層６が積層されている。
さらにその上に、Ａｌ₂Ｏ₃などの上部絶縁層７が積層さ
れている。

【０００５】強磁性層４と反強磁性層５の両層の膜境界
面での交換異方性結合により、強磁性層４に縦バイアス
磁界が与えられてＢ領域はＸ方向へ単磁区化され、これ
に誘発されてトラック幅内のＡ領域にて強磁性層４がＸ
方向へ単磁区化される。定常電流は、リード層６から反
強磁性層５を経て強磁性層４に与えられる。強磁性層４
に定常電流が与えられると軟磁性層２からの静磁結合エ
ネルギーにより強磁性層４にＹ方向への横バイアス磁界
が与えられる。縦バイアス磁界と横バイアス磁界により
磁化された強磁性層４に磁気媒体からの洩れ磁界が与え
られると、この洩れ磁界の大きさに比例して定常電流に
対する電気抵抗が変化し、この電気抵抗の変化により洩
れ磁界が検出される。

【０００６】図２に示すスピンバルブ方式の薄膜磁気ヘ
ッドでは、下部絶縁層１上に、磁気抵抗効果素子（ロ）
を構成する軟磁性層８、非磁性導電層９、強磁性層４が
積層され、強磁性層４の上に反強磁性層５が設けられて
いる。定常電流は磁気抵抗効果素子（ロ）に与えられ
る。反強磁性層５との交換異方性結合により、強磁性層
４の磁化がＹ方向へ固定され、Ｚ方向へ移動する磁気媒
体からの洩れ磁界が与えられると、軟磁性層８の磁化方
向が変化する。このとき、強磁性層４の固定磁化方向に
対する軟磁性層８の磁化方向の変化により、磁気抵抗効
果素子（ロ）の電気抵抗が変化し、洩れ磁界が検出でき
る。

【０００７】上記磁気抵抗効果素子（イ）または（ロ）
において、強磁性層４はＮｉ（ニッケル）−Ｆｅ（鉄）
系合金が使用される。また、反強磁性層５と強磁性層４
との交換異方性結合を実現するために、反強磁性層５と
してＦｅ（鉄）−Ｍｎ（マンガン）合金が従来使用され
ている。Ｎｉ−Ｆｅ系合金とＦｅ−Ｍｎ合金との境界面
での磁気モーメント間の交換相互作用により、強磁性層
４であるＮｉ−Ｆｅ系合金の磁化が一軸方向へ異方性を
示す。その結果、Ｎｉ−Ｆｅ系合金に与えられる外部磁
界（Ｈ）と、Ｎｉ−Ｆｅ系合金の磁化（Ｍ）との関係を
示すヒステリシスなＭ−Ｈループが外部磁界の強度
（Ｈ）方向へシフトする。このＭ−Ｈループのシフト量
を以下において交換異方性磁界（Ｈｅｘ）と称する。Ｎ
ｉ−Ｆｅ系合金との間で交換異方性結合を呈する反強磁
性層５としては、例えば面心立方格子（ｆ，ｃ，ｔ規
則）となるＦｅ−Ｍｎ合金が知られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】強磁性層４と反強磁性
層５との交換異方性結合を利用した薄膜磁気ヘッドにお
いて求められる条件は以下の通りである。

【０００９】交換異方性結合により強磁性層４に対し
Ｘ方向（図１）またはＹ方向（図２）へ充分な一軸方向
の磁気異方性を生じさせること、すなわち前記交換異方
性磁界（Ｈｅｘ）が大きいこと。 耐腐食性において優れること。 熱の変化に対し、交換異方性結合による磁気異方性が
低下しないこと。すなわち温度変化に対して前記交換異
方性磁界（Ｈｅｘ）が変化しにくいこと。

【００１０】ここで、従来反強磁性層５として使用され
ているＦｅ−Ｍｎ合金は、前記に示すように、強磁性
層４との間で交換異方性結合を生じる磁性材料として選
択されたものであるが、前記で示す耐腐食性に関して
は劣る材料といえる。Ｆｅ−Ｍｎ合金は酸化により腐食
しやすい材料であり、この腐食により図１または図２に
示す薄膜磁気ヘッドにおいて層間の剥離の原因になりや
すい。また腐食によりＦｅ−Ｍｎ合金自体の磁気特性に
変化を生じ、交換異方性結合による一軸方向への磁気異
方性が低下し、強磁性層４に対する単磁区化または磁化
方向の固定作用が低下する。

【００１１】また、Ｆｅ−Ｍｎ合金を反強磁性層５とし
て使用した場合に、温度変化により交換異方性磁界（Ｈ
ｅｘ）が変化しやすい。

【００１２】この種の薄膜磁気ヘッドが使用されるハー
ドディスク装置などでは、磁気抵抗効果素子の周囲温度
が１２０℃程度に上昇し得る。このような高温環境下に
おいて交換異方性磁界（Ｈｅｘ）が低下し、強磁性層４
の磁気異方性が低下すると、磁気媒体からの信号読取り
出力に対するノイズの比率が高くなる。食 本発明は、
上記従来の課題を解決するものであり、耐腐食性に優
れ、強磁性層との交換異方性結合により一軸方向への磁
化異方性を呈することができ、且つ温度変化による交換
異方性磁界の変化が少ない反強磁性層を有する薄膜磁気
ヘッドを提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜磁気ヘッド
は、強磁性層を含む磁気抵抗効果素子と、前記強磁性層
に接して、交換異方性結合により前記強磁性層を磁化す
る反強磁性層と、を有する薄膜磁気ヘッドにおいて、前
記反強磁性層は、Ｘ−Ｍｎ（マンガン）合金からなり、
前記Ｘは、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロディウム）、
Ｉｒ（イリディウム）、Ｐｄ（パラディウム）、Ｐｔ
（白金）、のうち、少なくともＰｄを含む１種以上から
成ることを特徴とするものである。

【００１４】本発明では、Ｐｄ原子の含有率は、１０〜
２５ａｔ％（原子％）であることが好ましい。

【００１５】また本発明では、ＸにはＰｄ以外に、Ｒ
ｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｔのうちいずれか１種以上を含み、
これら２種以上の原子の総含有率は１０〜４５ａｔ％で
あることが好ましい。

【００１６】なお上記の組成比を限定する「〜」は、以
下において、全て「以上」および「以下」を意味する。

【００１７】また本発明では、前記磁気抵抗効果素子
は、前記強磁性層と、前記強磁性層に非磁性導電層を介
して形成された軟磁性層から成るものである。前記磁気
抵抗効果素子の構造は、いわゆるスピンバルブ膜と呼ば
れるものである。

【００１８】あるいは本発明では、前記磁気抵抗効果素
子は、前記強磁性層と、前記強磁性層に非磁性層を介し
て形成された軟磁性層から成るものである。前記磁気抵
抗効果素子の構造は、ＡＭＲ膜と呼ばれるものである。

【００１９】

【作用】本発明では、強磁性層を交換異方性磁界により
一定の方向に磁化する反強磁性層は、Ｘ−Ｍｎ合金から
成り、前記Ｘは、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロディウ
ム）、Ｉｒ（イリディウム）、Ｐｄ（パラディウム）、
Ｐｔ（白金）、のうち、少なくともＰｄを含む１種以上
から成ることを特徴とするものである。

【００２０】少なくともＰｄを含有するＸ−Ｍｎ合金
は、従来の反強磁性層のＦｅ−Ｍｎ合金に比べて耐腐食
性に優れ、また温度変化に対する交換異方性磁界（Ｈｅ
ｘ）の変動が少なくなる。よって前記Ｘ−Ｍｎ合金を反
強磁性層として使用した薄膜磁気ヘッドは、耐環境変化
に強いものとなり、また磁気媒体からの洩れ磁界の検出
時にノイズが発生しにくく、高精度な磁気検出が可能な
ものとなる。

【００２１】また表１に示すように、Ｐｄ−Ｍｎ合金で
はＰｄＸ原子の含有率が高くなると、耐腐食性が向上さ
れる。ただし、Ｎｉ−Ｆｅ系合金の強磁性層との交換異
方性磁界（Ｈｅｘ）は、Ｐｄ原子の含有率がある値で極
大を示しその後さらに含有率が高くなるにつれて減少
し、ついには０（ゼロ）（Ｏｅ；エルステッド）になっ
てしまう。よって、Ｐｄ−Ｍｎ合金を反強磁性層として
用いる場合、Ｐｄ原子の含有率の範囲は、ある程度の耐
腐食性を発揮でき、しかも交換異方性磁界を得ることの
できる範囲に限られる。

【００２２】Ｐｄの含有率は１０〜２５ａｔ％であるこ
とが好ましい。この範囲は表１において、Ｈｅｘ＞０で
且つ耐腐食性が△となる範囲である食さらに詳しくは、
表１において、Ｐｄが１２．４〜２２．６ａｔ％であれ
ば、確実に、Ｈｅｘ＞０で且つ耐腐食性が△になる範囲
となり、好ましい。

【００２３】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。本発明で
は、図１に示すエクスチェンジバイアス方式の薄膜磁気
ヘッドにおいて、磁気抵抗効果素子（イ）の強磁性層
（ＭＲ層）４に積層されるエクスチェンジバイアス層す
なわち反強磁性層５、または図２に示すスピンバルブ方
式の薄膜磁気ヘッドにおいて、磁気抵抗効果素子（ロ）
の強磁性層４に積層される反強磁性層５として、不規則
結晶構造のＸ−Ｍｎ合金が用いられる。Ｘ原子にはＲ
ｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔのうち、少なくともＰｄが
含まれている。

【００２４】図１では、下部絶縁層（例えばＡｌ₂Ｏ₃）
１、軟磁性層（例えばＣｏ−Ｚｒ−Ｍｏ合金）２、非磁
性層（例えばＴａ）３、強磁性層（Ｎｉ−Ｆｅ系合金）
４、反強磁性層５の順にスパッタリングにより成膜され
る。同様に、図２では、下部絶縁層（例えばＡｌ₂Ｏ₃）
１、軟磁性層（Ｎｉ−Ｆｅ系合金）８、非磁性導電層
（例えばＣｕ）９、強磁性層（Ｎｉ−Ｆｅ系合金）４、
反強磁性層５の順に成膜される。いずれも反強磁性層５
の上に上部絶縁層（例えばＡｌ₂Ｏ₃）７が形成される。

【００２５】本発明での反強磁性層５のＸ−Ｍｎ合金
は、スパッタリングにより成膜されたままの状態あるい
は歪みを除去するために一般的なアニール処理が施され
た状態であり、不規則結晶構造である。

【００２６】以下の表１に示されるように、不規則結晶
構造のＰｄ−Ｍｎ合金では、Ｐｄ原子の含有率により、
耐腐食性および交換異方性磁界（Ｈｅｘ）の値が変化す
る。そこで、反強磁性層５に使用されるのに好ましいＰ
ｄの含有率の範囲を求めるために以下の実験１、２を行
った。表１はこの実験１、２の評価結果を表わしたもの
である。

【００２７】（実験１）Ｈｅｘの測定 ガラス基板上に、バリア層としてＴａを膜厚２００オン
グストロームに、その上に強磁性層としてＮｉ₈₀Ｆｅ₂₀
（ａｔ％）合金を膜厚２００オングストロームに、さら
にその上に反強磁性層として使用される前記Ｐｄ−Ｍｎ
合金をＰｄの含有率を変えて膜厚３００オングストロー
ムに、その上にバリア層としてＴａを膜厚２００オング
ストロームに、それぞれスパッタリング成膜し積層した
ものを使用した。成膜はＲＦコンベンショナル装置を使
用した。Ｍｎターゲット（８”φ）には、Ｐｄの１０ｍ
ｍ×１０ｍｍ×１ｍｍのペレットを適宜配置し、膜組成
を調整した。成膜中には±５０（Ｏｅ）の磁界を印加し
た。Ｐｄ−Ｍｎ合金の結晶構造を変化させるような加熱
処理は行なわず、Ｐｄ−Ｍｎ合金は不規則結晶構造の状
態で実験を行なった。

【００２８】この積層体に外部磁界を与え、強磁性層
（Ｎｉ₈₀Ｆｅ₂₀合金）の所定の一軸方向の異方性磁化を
測定し、Ｍ−Ｈループを求めた。このＭ−Ｈループのシ
フト量から交換異方性磁界（Ｈｅｘ）を求めた。

【００２９】（実験２）耐腐食性（耐食性）の測定 ガラス基板上に、バリア層としてＴａを膜厚２００オン
グストロームに、その上にＰｄ−Ｍｎ合金をＰｄの含有
率を変えて膜厚３００オングストロームに、それぞれス
パッタリング成膜し積層したものを用いた。各層を蒸着
した後、Ｐｄ−Ｍｎ合金の不規則結晶構造を変化させる
ような加熱処理は行っていない。このように形成された
試料を気温８０℃、相対湿度９０％の条件下に９６時間
放置した後、Ｐｄ−Ｍｎ合金の２０ｍｍ角表面を顕微鏡
観察して、腐食面積を測定した。腐食面積がＰｄ−Ｍｎ
合金全体の面積に対して０％のときを「◎」、０〜１０
％のときを「○」、１０〜７０％のときを「△」、７０
％以上のときを「×」で表した。不規則結晶構造のＰｄ
−Ｍｎ合金に関する実験１、２の結果を表１に示す。Ｐ
ｄの含有率が１２．４ａｔ％で耐食性は△になる。

【００３０】また、ＨｅｘはＰｄの含有率が６．１〜１
２．４ａｔ％ではＰｄの含有率と比例して増加してい
く。そして、１０〜１５ａｔ％で最大となると考えられ
る。そして、Ｐｄの含有率が２２．６ａｔ％以上になる
とＨｅｘは減少し、含有率２９．０ａｔ％で０．０（Ｏ
ｅ）となる。

【００３１】よって、耐食性が△でＨｅｘ＞０となる範
囲、すなわちＰｄの含有率が１０〜２５ａｔ％であるこ
とが好ましく、１２．４〜２２．６ａｔ％であれば、よ
り確実に、耐食性が△でＨｅｘ＞０となり好ましい。

【００３２】

【表１】

【００３３】また、Ｐｄ以外に、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐ
ｔのうち１種以上の元素を同時に加えた場合でも、同様
の耐食性とＨｅｘが得られることは容易に理解でき、こ
れら２種以上の元素の含有率は、１０〜４５ａｔ％の範
囲内であることが好ましい。また前述したように、ハー
ドディスク装置などの、磁気再生装置では、システム内
の温度が通常は１２０℃程度まで上昇し得る。このよう
な使用環境において、反強磁性層として、Ｆｅ−Ｍｎ合
金を用いた薄膜磁気ヘッドでは、１８０℃で交換異方性
結合を呈しなくなって強磁性層の磁化異方性が極端に低
下し、再生出力のノイズが非常に高くなる。一方、Ｐｄ
−Ｍｎ合金を反強磁性層として用いた薄膜磁気ヘッドで
は、２００℃以上の使用環境下であっても、交換異方性
磁界が０にならない。また１２０℃では、Ｈｅｘが非常
に高い値を保つ。反強磁性層としてＰｄ−Ｍｎ合金を用
いた薄膜磁気ヘッドでは、使用環境の温度が上昇して
も、強磁性層の一軸異方性を安定させることができ、再
生出力へのノイズ成分を低減できる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明の薄膜磁気ヘッドで
は、Ｘとして、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロディウ
ム）、Ｉｒ（イリディウム）、Ｐｄ（パラディウム）、
Ｐｔ（白金）、のうち、少なくともＰｄを含むＸ−Ｍｎ
合金を反強磁性層として使用し、Ｐｄ原子の含有率を選
択することにより、強磁性層との間で安定した交換異方
性結合を呈するものとなる。またこの合金は耐腐食性に
優れ、また温度変化による交換異方性磁界の変化が小さ
くなる。よって使用環境の変化に強い薄膜磁気ヘッドを
構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】エクスチェンジバイアス方式の薄膜磁気ヘッド
の正面（断面）図、

【図２】スピンバルブ方式の薄膜磁気ヘッドの正面（断
面）図、

【符号の説明】

１ 下部絶縁層 ２ 軟磁性（ＳＡＬ）層 ３ 非磁性（ＳＨＵＮＴ）層 ４ 強磁性層 ５ 反強磁性層 ６ リード層 ７ 上部絶縁層 ８ 軟磁性層 ９ 非磁性導電層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 強磁性層を含む磁気抵抗効果素子と、前
   記強磁性層に接して、交換異方性結合により前記強磁性
   層を磁化する反強磁性層と、を有する薄膜磁気ヘッドに
   おいて、前記反強磁性層は、Ｘ−Ｍｎ（マンガン）合金
   からなり、前記Ｘは、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロデ
   ィウム）、Ｉｒ（イリディウム）、Ｐｄ（パラディウ
   ム）、Ｐｔ（白金）、のうち、少なくともＰｄを含む１
   種以上から成ることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
2. 【請求項２】 Ｐｄ原子の含有率は、１０〜２５ａｔ％
   （原子％）である請求項１記載の薄膜磁気ヘッド。
3. 【請求項３】 ＸにはＰｄ以外に、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、
   Ｐｔのうちいずれか１種以上を含み、これら２種以上の
   原子の総含有率は１０〜４５ａｔ％である請求項１また
   は２に記載の薄膜磁気ヘッド。
4. 【請求項４】 前記磁気抵抗効果素子は、前記強磁性層
   と、前記強磁性層に非磁性導電層を介して形成された軟
   磁性層から成る請求項１ないし３のいずれかに記載の薄
   膜磁気ヘッド。
5. 【請求項５】 前記磁気抵抗効果素子は、前記強磁性層
   と、前記強磁性層に非磁性層を介して形成された軟磁性
   層から成る請求項１ないし３のいずれかに記載の薄膜磁
   気ヘッド。