JP2000132814A - Spin valve type magnetoresistance sensor - Google Patents

Spin valve type magnetoresistance sensor

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JP2000132814A
JP2000132814A JP10302693A JP30269398A JP2000132814A JP 2000132814 A JP2000132814 A JP 2000132814A JP 10302693 A JP10302693 A JP 10302693A JP 30269398 A JP30269398 A JP 30269398A JP 2000132814 A JP2000132814 A JP 2000132814A
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JP
Japan
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film
layer
antiferromagnetic
ferromagnetic
spin
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JP10302693A
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Japanese (ja)
Inventor
Koichi Nishioka
浩一 西岡
Hiroyuki Hoshiya
裕之 星屋
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To decrease the film thickness without decreasing the thermal stability of an exchange coupling layer by forming a first antiferromagnetic film having high exchange coupling energy per unit area with a second ferromagnetic film to produce a strong exchange bias magnetic field and forming the second antiferromagnetic film having a large anisotropic const. to thermally stabilize the magnetic moment. SOLUTION: An exchange coupling layer consisting of an antiferromagnetic material is formed on a fixing layer. In order to obtain an exchange coupling layer which is thermally stable and has a large pinning magnetic field, the exchange coupling layer is composed of plural antiferromagnetic films to increase the exchange coupling energy per unit area between the fixing layer and the antiferromagnetic film in contact with the fixing layer. Thus a large pinning magnetic field is obtd. and the anisotropic const. of the antiferromagnetic film not in contact with the fixing layer can be increased to secure desired thermal stability. Further, by introducing plural antiferromagnetic films, the thermal stability can be increased without decreasing the pinning magnetic field.

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】スピンバルブ効果に基づく磁
気抵抗(MR)センサ、及びこのセンサを用いた磁気抵
抗効果型ヘッドないし磁気記録装置に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a magnetoresistive (MR) sensor based on the spin valve effect and a magnetoresistive head or magnetic recording apparatus using the sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の磁気記録装置の高密度化にともな
い、再生用のセンサには、異方的磁気抵抗効果を用いた
磁気抵抗(MR)センサから、巨大磁気抵抗(GMR)
効果を応用したスピンバルブ型磁気抵抗センサに移行し
つつある。スピンバルブセンサは、米国特許51595
13号明細書に開示されている。
2. Description of the Related Art With the recent increase in the density of magnetic recording devices, there are several types of reproducing sensors, from magnetoresistive (MR) sensors using the anisotropic magnetoresistive effect to giant magnetoresistive (GMR) sensors.
It is shifting to a spin-valve type magnetoresistive sensor utilizing the effect. A spin valve sensor is disclosed in US Pat.
No. 13 is disclosed.

【0003】スピンバルブ型磁気抵抗センサの本質的特
徴は、自由層(Free layer)と呼ばれる第1
の強磁性層と、固定層(Pinned layer)と
呼ばれる第2の強磁性層と、これらの2層に直接隣接し
て挟まれた導電性の非磁性スペーサ層と、固定層に直接
接触する交換結合層と、が基本構成であり、これらの層
に電流を通じる電極と、バルクハウゼンノイズ(Bar
khausen Noise)と呼ばれる自由層磁化の
不均一性に起因するノイズを抑制するための縦バイアス
磁界を印加するための永久磁石層と、を有する。このセ
ンサは、通常、磁気シールドと呼ばれる2つの強磁性体
で挟まれる微小空間内に設けられており、記録媒体の磁
化信号を高分解能で再生する。
An essential feature of a spin valve type magnetoresistive sensor is a first layer called a free layer.
, A second ferromagnetic layer called a pinned layer, a conductive non-magnetic spacer layer sandwiched immediately adjacent to these two layers, and an exchange in direct contact with the fixed layer. The coupling layer is a basic configuration, and an electrode that passes current through these layers and a Barkhausen noise (Bar)
and a permanent magnet layer for applying a longitudinal bias magnetic field for suppressing noise caused by non-uniformity of magnetization of the free layer, which is referred to as “khausen noise”. This sensor is usually provided in a minute space between two ferromagnetic materials called a magnetic shield, and reproduces a magnetization signal of a recording medium with high resolution.

【0004】固定層は、記録媒体対抗面と垂直方向に磁
化が固定されており、外部磁界に対して容易にその磁化
方向を変化させない。自由層磁化は、記録媒体からの磁
界に応じてその向きを変えるため、固定層磁化と自由層
磁化のなす角に変化を生じることにより磁気抵抗変化を
生じる。この抵抗変化を信号として再生するのがスピン
バルブ型ヘッドの動作原理である。
The fixed layer has its magnetization fixed in a direction perpendicular to the surface facing the recording medium, and does not easily change its magnetization direction with respect to an external magnetic field. Since the free layer magnetization changes its direction in accordance with the magnetic field from the recording medium, a change occurs in the angle between the fixed layer magnetization and the free layer magnetization, thereby causing a change in magnetoresistance. The principle of operation of the spin valve type head is to reproduce this resistance change as a signal.

【0005】交換結合層には、通常、反強磁性材料が用
いられ、反強磁性材料としては、センサの動作温度範囲
で固定層に与える交換結合磁界が十分大きいことが必要
である。今までに知られている反強磁性材料としては、
酸化ニッケル(NiO),鉄ーマンガン合金(FeM
n),ニッケルーマンガン合金(NiMn)等がある
が、酸化ニッケルと鉄ーマンガン合金は、交換結合が消
失する温度(ブロッキング温度)が磁気記録装置の動作
時のセンサ温度と同程度であるために、実用に耐えな
い。
[0005] An anti-ferromagnetic material is usually used for the exchange coupling layer. The anti-ferromagnetic material needs to have a sufficiently large exchange coupling magnetic field applied to the fixed layer in the operating temperature range of the sensor. Known antiferromagnetic materials include:
Nickel oxide (NiO), iron-manganese alloy (FeM
n), nickel-manganese alloys (NiMn) and the like. Nickel oxide and iron-manganese alloys have a temperature at which exchange coupling disappears (blocking temperature), which is almost the same as the sensor temperature during operation of the magnetic recording apparatus. Not practical.

【0006】また、ニッケルーマンガン合金は、交換結
合特性は十分実用に耐えるが、この特性を得るために、
摂氏240度以上の高温で長時間の熱処理が必要であ
り、この熱処理間に自由層への他の材料の拡散が生じ、
磁気抵抗効果が減少するという不利益を生じる。
The nickel-manganese alloy has sufficient exchange coupling characteristics for practical use.
Long-term heat treatment at a high temperature of 240 degrees Celsius or higher is required, and during this heat treatment, diffusion of other materials into the free layer occurs,
The disadvantage is that the magnetoresistance effect is reduced.

【0007】この様な要求の下で、反強磁性膜材料とし
て、クロムーマンガンー白金合金を用いることが特開平
8ー102417号公報等に示されている。この材料で
反強磁性膜を構成したスピンバルブセンサでは、固定層
のブロッキング温度が300°C程度を実現でき、実動
作環境でも十分な安定性を得ることができる。また、交
換結合特性を得るための、熱処理温度は200から23
0°Cで、保持時間は1時間以上あれば良く、GMR効
果の劣化を招くことはない。
Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 8-102417 discloses the use of a chromium-manganese-platinum alloy as an antiferromagnetic film material under such a demand. In a spin valve sensor having an antiferromagnetic film made of this material, the blocking temperature of the fixed layer can be about 300 ° C., and sufficient stability can be obtained even in an actual operating environment. The heat treatment temperature for obtaining exchange coupling characteristics is 200 to 23.
At 0 ° C., the holding time need only be one hour or more, and the GMR effect does not deteriorate.

【0008】しかしながら、この材料の熱安定性は膜厚
に大きく依存し、膜厚が薄いと顕著なブロッキング温度
の低下を招く。例えば、実験によると、Pt量4at%
の組成で、ブロッキング温度250°C以上を実現する
には、膜厚30nm以上が必要となる。この膜厚は、通
常のスピンバルブ膜(図5を参照すると、下地膜42か
らキャップ層46までの層)の総膜厚の50%以上を占
めており、スピンバルブ膜は総厚さで50nm程度にも
なる。
However, the thermal stability of this material greatly depends on the film thickness, and a thin film thickness causes a remarkable decrease in the blocking temperature. For example, according to an experiment, the Pt amount was 4 at%.
In order to achieve a blocking temperature of 250 ° C. or higher with the composition described above, a film thickness of 30 nm or more is required. This film thickness accounts for 50% or more of the total film thickness of a normal spin valve film (the layer from the base film 42 to the cap layer 46 in FIG. 5), and the spin valve film has a total thickness of 50 nm. To the extent.

【0009】磁気記録装置用の読み出し用スピンバルブ
膜は、2つの磁気シールドの間に挟まれており、シール
ドとスピンバルブ膜間の絶縁性はこれらの間にアルミナ
等の絶縁膜を設けることによって確保している。ところ
が、近年の高記録密度化の傾向によって、シールド間隔
は、現在200nmより小さくなっており、今後はさら
に小さくなる傾向である。スピンバルブ膜厚を現状のま
まに保った状態でシールド間隔を狭くすると、絶縁膜の
膜厚が薄くなり、シールドとスピンバルブ膜間の絶縁性
の不良が発生する様になる。
A read spin valve film for a magnetic recording device is sandwiched between two magnetic shields. The insulation between the shield and the spin valve film is provided by providing an insulating film such as alumina between them. Is secured. However, due to the recent trend toward higher recording densities, the shield interval is currently smaller than 200 nm, and will tend to be smaller in the future. If the distance between the shields is reduced while keeping the spin valve film thickness as it is, the thickness of the insulating film becomes thinner, and poor insulation between the shield and the spin valve film occurs.

【0010】したがって、今後は、絶縁膜の必要膜厚を
確保するために、スピンバルブ膜の薄膜化が必要にな
る。即ち、膜厚の大部分を占める反強磁性膜の薄膜化が
必須となる。ところが、前述の様に、反強磁性膜を薄膜
化すると膜の熱安定性が劣化する(例えばブロッキング
温度が低下する)ので、反強磁性膜の熱安定性を向上さ
せることが必要となる。
Therefore, it is necessary to reduce the thickness of the spin valve film in order to secure the required film thickness of the insulating film. That is, it is necessary to reduce the thickness of the antiferromagnetic film that occupies most of the film thickness. However, as described above, when the antiferromagnetic film is made thinner, the thermal stability of the film deteriorates (for example, the blocking temperature decreases). Therefore, it is necessary to improve the thermal stability of the antiferromagnetic film.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、交換結合
層、特にクロムーマンガンー白金反強磁性膜を用いた交
換結合層を、その熱安定性を損なうことなく、薄膜化す
ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to reduce the thickness of an exchange coupling layer, particularly an exchange coupling layer using a chromium-manganese-platinum antiferromagnetic film, without impairing its thermal stability. And

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は主として次のような構成を採用する。
In order to solve the above problems, the present invention mainly employs the following configuration.

【0013】第1の強磁性層と、第2の強磁性層と、前
記第1と第2の強磁性層の間の導電性の非磁性スペーサ
ー層と、前記第2の強磁性層に前記非磁性スペーサ層と
反対側で隣接する交換バイアス層と、を備えたスビンバ
ルブ型磁気抵抗センサであって、前記交換バイアス層
が、前記第2の強磁性膜と接する側の第1の反強磁性膜
と、第2の強磁性膜と接しない側の第2の反強磁性膜
と、からなる複数の反強磁性膜から構成され、前記第1
の反強磁性膜は、前記第2の強磁性膜との単位面積あた
りの交換結合エネルギーを大きくして強い交換バイアス
磁界を与え、前記第2の反強磁性膜は、異方性定数を大
きくしてその磁気モーメントが熱的に安定であるスピン
バルブ型磁気抵抗センサ。
A first ferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer, a conductive non-magnetic spacer layer between the first and second ferromagnetic layers, and a second ferromagnetic layer. An exchange bias layer adjacent to the nonmagnetic spacer layer on the side opposite to the nonmagnetic spacer layer, wherein the exchange bias layer has a first antiferromagnetic property on the side in contact with the second ferromagnetic film. A plurality of antiferromagnetic films each including a film and a second antiferromagnetic film on a side not in contact with the second ferromagnetic film;
The antiferromagnetic film increases the exchange coupling energy per unit area with the second ferromagnetic film to give a strong exchange bias magnetic field, and the second antiferromagnetic film increases the anisotropy constant. A spin valve type magnetoresistive sensor whose magnetic moment is thermally stable.

【0014】また、前記スピンバルブ型磁気抵抗センサ
において、前記第1の反強磁性膜の第2の強磁性膜との
単位面積当たりの交換結合エネルギーが1.0x10-4
J/m2であるスピンバルブ型磁気抵抗センサ。
In the spin-valve magnetoresistive sensor, the exchange coupling energy of the first antiferromagnetic film with the second ferromagnetic film per unit area is 1.0 × 10 −4.
J / m 2 , a spin-valve magnetoresistive sensor.

【0015】また、前記スピンバルブ型磁気抵抗センサ
において、前記交換バイアス層がクロムとマンガンと白
金とからなる合金で構成され、前記第1の反強磁性膜
は、その白金組成が3at%以上で10at%以下であ
ってその膜厚が5nm以上であり、前記第2の反強磁性
膜は、その白金組成が9at%以上で15at%以下で
あるスピンバルブ型磁気抵抗センサ。
In the spin-valve magnetoresistive sensor, the exchange bias layer is made of an alloy of chromium, manganese, and platinum, and the first antiferromagnetic film has a platinum composition of 3 at% or more. A spin-valve magnetoresistive sensor having a thickness of at least 10 at% and a thickness of at least 5 nm, and wherein the second antiferromagnetic film has a platinum composition of at least 9 at% and at most 15 at%.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】本発明の実施形態に係るスピンバ
ルブ型磁気抵抗センサについて図面を用いて以下説明す
る。本発明の実施形態に係る読み出しヘッドを図4に示
す。磁性媒体13の一部分が、Z軸に沿って相対的に動
く読み出しヘッドに対して、相対的な磁性媒体の運動方
向14を有することを示している。磁性媒体上の磁区の
トラックは、通常、読み出しヘッドに隣接したZ軸に沿
って動く。磁性媒体13は、Z軸方向に沿って複数の磁
区を有し、その磁界hは、磁性媒体13がヘッドに対し
て相対的に動くことによって変化する。この磁界の変動
が、センサ膜の磁気抵抗の変化として読み出される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A spin valve type magnetoresistive sensor according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 4 shows a read head according to an embodiment of the present invention. It is shown that a portion of the magnetic medium 13 has a direction of motion 14 of the magnetic medium relative to the read head that moves relatively along the Z axis. The tracks of the magnetic domains on the magnetic medium typically move along the Z axis adjacent to the read head. The magnetic medium 13 has a plurality of magnetic domains along the Z-axis direction, and its magnetic field h changes as the magnetic medium 13 moves relative to the head. This change in the magnetic field is read out as a change in the magnetic resistance of the sensor film.

【0017】書き込みヘッドと読み出しヘッドは複数の
層から構成され、これらのいくつかは図4に示されてい
るが、結合層、パッシベーション層などの従来からある
いくつかの層は、図示されていない。製造工程では、ま
ず、基板16を用意し、次にシールド17をその上に堆
積させた後、さらにその上に読み出しセンサ膜(スピン
バルブ膜)18を成長させ、最後に、読み出し電流入力
用兼読み出し電圧出力用電極19及び20をその上に堆
積させ、一体として読み出しヘッドを形成する。
The write head and the read head are composed of several layers, some of which are shown in FIG. 4, but some of the conventional layers, such as coupling layers, passivation layers, etc., are not shown. . In the manufacturing process, first, a substrate 16 is prepared, then a shield 17 is deposited thereon, and then a readout sensor film (spin valve film) 18 is further grown thereon. The read voltage output electrodes 19 and 20 are deposited thereon to form a read head integrally.

【0018】さらに、上部シールド兼下部コア21を堆
積させ、つぎに、コイル22を堆積させ、その上に上部
磁気コア24を形成する。例えば、アルミナからなる誘
電層23を、センサ膜18と下部シールド17の間及び
センサ膜18と上部シールドの間に形成する。読み出し
センサ膜であるスピンバルブ膜18の両脇には縦バイア
ス磁界を与える永久磁石膜31及び32が配置される。
Further, an upper shield / lower core 21 is deposited, then a coil 22 is deposited, and an upper magnetic core 24 is formed thereon. For example, a dielectric layer 23 made of alumina is formed between the sensor film 18 and the lower shield 17 and between the sensor film 18 and the upper shield. Permanent magnet films 31 and 32 for applying a longitudinal bias magnetic field are arranged on both sides of the spin valve film 18 which is a read sensor film.

【0019】基板16は、セラミックスまたはセラミッ
クス上に誘電体の膜を堆積したものを用いることができ
る。上部及び下部磁気シールド21及び17には、パー
マロイやセンダストや軟磁性を示すCo基非晶質材料ま
たは軟磁性を示す微結晶系の強磁性材料等を用いること
ができる。
As the substrate 16, ceramics or a material obtained by depositing a dielectric film on ceramics can be used. For the upper and lower magnetic shields 21 and 17, a permalloy, sendust, a Co-based amorphous material showing soft magnetism, a microcrystalline ferromagnetic material showing soft magnetism, or the like can be used.

【0020】図5には、上部シールドと下部シールドの
間にある望ましいセンサの望ましい構成を示す。センサ
膜は、2つの磁気シールドに挟まれた空間にセンサは形
成されるが、図5は磁気シールドを省略して記述してい
る。本実施形態では、磁気シールド間に形成された絶縁
膜41上に下地膜Ta膜42を形成する。この膜として
は他に、Ru,Pd,Pt,Au,Ag,Cu,Ir,
Ru膜またはこれらの内2種以上の合金膜を用いること
もできる。
FIG. 5 shows the preferred configuration of the preferred sensor between the upper and lower shields. In the sensor film, the sensor is formed in a space between two magnetic shields, but FIG. 5 omits the magnetic shield. In this embodiment, a base film Ta film 42 is formed on the insulating film 41 formed between the magnetic shields. Other examples of this film include Ru, Pd, Pt, Au, Ag, Cu, Ir,
A Ru film or an alloy film of two or more of these films can also be used.

【0021】この上に、第1の強磁性層(自由層)45
を形成する。第1の強磁性層としては、NiFe合金
膜、または、NiFe膜とCoまたはCoFe膜の積層
膜を用いることができる。形成時には、x方向に、一方
向磁界を印加し磁気異方性x方向に誘導する。次に、非
磁性スペーサ層43を形成する。非磁性スペーサ層とし
ては、膜厚2.0〜3.5nmのCu膜43を用いる。
この膜の材料としてCuの変わりにAuやAgを用いる
こともできる。次に、非磁性スペーサ上に強磁性層材料
からなる固定層52を形成する。固定層としてはCo
膜、CoFe合金またはCoFeNi合金膜を用いるこ
とができる。
On top of this, a first ferromagnetic layer (free layer) 45
To form As the first ferromagnetic layer, a NiFe alloy film or a stacked film of a NiFe film and a Co or CoFe film can be used. At the time of formation, a unidirectional magnetic field is applied in the x direction to induce the magnetic anisotropy in the x direction. Next, a non-magnetic spacer layer 43 is formed. As the nonmagnetic spacer layer, a Cu film 43 having a thickness of 2.0 to 3.5 nm is used.
Au or Ag may be used instead of Cu as the material of this film. Next, the fixed layer 52 made of a ferromagnetic layer material is formed on the non-magnetic spacer. Co as the fixed layer
A film, a CoFe alloy or a CoFeNi alloy film can be used.

【0022】次に、固定層の上に反強磁性材料からなる
交換結合層50を形成する。次に、交換結合層上にキャ
ップ層46を形成する。キャップ層としてはTa膜や、
Ru,Pd,Pt,Au,Ag,Cu,Ir,Rhまた
は、これらのうちの2種以上の合金膜を用いることもで
きる。これらの膜は同一真空中で、例えば、RFマグネ
トロンスパッタリング法により作成する。固定層の磁化
を図5で示す56の方向に固定するために、56の方向
に磁界を印加し、200〜230°Cの温度で30分以
上保持し、磁界中冷却を行う(交換バイアスを掛けたい
方向、即ち図5のY方向に交換結合層50によって磁界
を印加しながら冷却する)。
Next, an exchange coupling layer 50 made of an antiferromagnetic material is formed on the fixed layer. Next, a cap layer 46 is formed on the exchange coupling layer. As a cap layer, a Ta film,
Ru, Pd, Pt, Au, Ag, Cu, Ir, Rh or an alloy film of two or more of these can also be used. These films are formed in the same vacuum by, for example, an RF magnetron sputtering method. In order to fix the magnetization of the fixed layer in the direction of 56 shown in FIG. 5, a magnetic field is applied in the direction of 56, the temperature is kept at 200 to 230 ° C. for 30 minutes or more, and cooling in the magnetic field is performed (exchange bias is changed). The cooling is performed while applying a magnetic field by the exchange coupling layer 50 in the direction to be applied, that is, the Y direction in FIG. 5).

【0023】これら42,45,43,52,50及び
46からなるスピンバルブ膜の両脇に、Crからなる下
地膜60,61を形成し、その上にCo基の永久磁石膜
62,63を作成する。さらに、その上にスピンバルブ
膜に電流を通じるための電極膜64,65を形成する。
ここで、永久磁石膜としては、CoCrPt、CoP
t、CoCrPtTaまたはCoCrTa等の合金が用
いられる。また、CoCrPt−ZrO2のように、下
地膜がなくても十分な保磁力を与える場合、Cr下地膜
を省略することもできる。永久磁石膜は、センサの完成
後に、x方向に磁界を印加して着磁する。
Underlayer films 60 and 61 made of Cr are formed on both sides of the spin valve film made of 42, 45, 43, 52, 50 and 46, and Co-based permanent magnet films 62 and 63 are formed thereon. create. Further, electrode films 64 and 65 for passing a current through the spin valve film are formed thereon.
Here, as the permanent magnet film, CoCrPt, CoP
An alloy such as t, CoCrPtTa or CoCrTa is used. In addition, when a sufficient coercive force is provided without a base film as in the case of CoCrPt-ZrO2, the Cr base film can be omitted. After completion of the sensor, the permanent magnet film is magnetized by applying a magnetic field in the x direction.

【0024】また、図示はしないが、スピンバルブ型磁
気抵抗センサは、図5に示す積層構造と逆の積層構造で
も良い。即ち、基板上に形成された下地層、前記下地層
上に形成された反強磁性材料からなる交換バイアス層、
前記交換バイアス層上に膜面で隣接して形成された第2
の強磁性層、前記第2の強磁性層に隣接して形成された
非磁性スペーサ層、前記非磁性スペーサ層に膜面で隣接
して形成された第1の強磁性層、前記第1の強磁性層上
に形成されたキャッピング層、からなる一定形状に加工
されたスピンバルブ膜と、前記一定形状に加工されたス
ピンバルブ膜の前記第1の強磁性膜にその2つの膜断面
で隣接するように形成された下地膜を有するCo基永久
磁石膜と、前記永久磁石膜に膜面で隣接する電極膜と、
を備えたスピンバルブ型磁気抵抗センサであっても良
い。
Although not shown, the spin-valve magnetoresistive sensor may have a stacked structure opposite to the stacked structure shown in FIG. That is, an underlayer formed on the substrate, an exchange bias layer made of an antiferromagnetic material formed on the underlayer,
A second layer formed adjacent to the exchange bias layer on the film surface;
A non-magnetic spacer layer formed adjacent to the second ferromagnetic layer, a first ferromagnetic layer formed adjacent to the non-magnetic spacer layer on the film surface, A capping layer formed on the ferromagnetic layer, the spin valve film processed into a fixed shape formed of a capping layer; and the first ferromagnetic film of the spin valve film processed into the fixed shape is adjacent in two film cross sections. A Co-based permanent magnet film having a base film formed so as to perform, an electrode film adjacent to the permanent magnet film on the film surface,
A spin valve type magnetoresistive sensor provided with

【0025】図4及び図5(但し、交換結合層が2層で
はなくて単層のもの)に示した構造は、一般的に既知の
ものとなっており、本発明は、読み出しセンサ膜(スピ
ンバルブ膜)18の具体的な構成とその形成方法に特徴
を有するものである。
The structure shown in FIGS. 4 and 5 (where the exchange coupling layer is a single layer instead of two layers) is generally known, and the present invention provides a read sensor film ( The spin valve film 18 has a specific configuration and a method for forming the same.

【0026】センサの動作温度範囲において、固定層5
2の磁化は媒体対抗面と直交する方向56に安定に固定
されなければならない。そこで、固定層磁化の安定性を
評価するために、交換結合層の構成を変えた何種類かの
試料を作成し、固定層磁化を固定するために56となる
方向に240kA/mの磁界を印加した状態で、230
°Cで3時間保持後、磁界中冷却(当該磁界を印加しな
がら冷却)を行なった後、固定層磁化の熱的安定性を評
価した。
In the operating temperature range of the sensor, the fixed layer 5
2 must be stably fixed in a direction 56 perpendicular to the medium facing surface. Therefore, in order to evaluate the stability of the magnetization of the fixed layer, several types of samples having different configurations of the exchange coupling layer were prepared, and a magnetic field of 240 kA / m was applied in a direction of 56 to fix the magnetization of the fixed layer. 230 with applied
After holding at 3 ° C. for 3 hours, cooling in a magnetic field (cooling while applying the magnetic field) was performed, and then the thermal stability of the magnetization of the fixed layer was evaluated.

【0027】試料は、ガラス基板上に、Ta5/NiF
e5/Co1/Cu2.3/Co3/交換結合層/Ta
3(nm)の構成のものを作成した。交換結合層として
は、(1)膜厚30nmの(Cr0.5Mn0.596Pt4
膜、(2)膜厚30nmの(Cr0.5Mn0.590Pt10
膜、(3)膜厚30nmの(Cr0.5Mn0.590Pt13
膜、(4)膜厚10nmの(Cr0.5Mn0.590Pt10
膜と膜厚18nmの(Cr0.5Mn0.590Pt13膜の積
層膜、の4つを用いた(図1、図2の4つの曲線の属
性)。
The sample was prepared by mounting Ta5 / NiF on a glass substrate.
e5 / Co1 / Cu2.3 / Co3 / exchange coupling layer / Ta
A structure having a configuration of 3 (nm) was prepared. As the exchange coupling layer, (1) (Cr 0.5 Mn 0.5 ) 96 Pt 4 having a thickness of 30 nm
(2) (Cr 0.5 Mn 0.5 ) 90 Pt 10 having a thickness of 30 nm
(3) (Cr 0.5 Mn 0.5 ) 90 Pt 13 having a thickness of 30 nm
(4) 10 nm thick (Cr 0.5 Mn 0.5 ) 90 Pt 10
A film and a laminated film of a (Cr 0.5 Mn 0.5 ) 90 Pt 13 film having a thickness of 18 nm were used (attributes of four curves in FIGS. 1 and 2).

【0028】熱的安定性の評価は次のように行った。ま
ず、初期のヒステリシス曲線を35°Cで測定し、この
ときのピニング磁界をHp 0、即ち、HP(T=35°
C)とする。次に、無磁界中で温度T1まで昇温した
後、固定層の磁化容易方向(Pin方向)と逆方向に2
40kA/mの磁界を印加し固定層磁化を磁界方向に飽
和させた状態で、10分間保持した後、同じ磁界のもと
35°Cまで磁界中冷却し、35°Cでヒステリシス曲
線を測定する。このときのピニング磁界をHp(T1)と
する。
The thermal stability was evaluated as follows. First, the initial hysteresis curves measured at 35 ° C, pinning magnetic field H p 0 at this time, i.e., H P (T = 35 °
C). Then, after raising the temperature to temperature T 1 of in no magnetic field, the easy magnetization direction (Pin direction) and opposite direction of the fixed layer 2
After maintaining the fixed layer magnetization in the direction of the magnetic field by applying a magnetic field of 40 kA / m and maintaining the magnetization in the magnetic field direction for 10 minutes, the sample is cooled down to 35 ° C under the same magnetic field, and a hysteresis curve is measured at 35 ° C. . The pinning magnetic field at this time is defined as H p (T 1 ).

【0029】つぎに、同じように熱履歴を保持温度T2
(>T1)の温度で行なった後、35°Cでのピニング
磁界Hp(T2)を測定する。順次保持温度を上げながら
最高温度275°Cまでの熱履歴を加え35°Cでのピ
ニング磁界Hpを測定する。熱履歴によって、ピニング
磁界が大きく低下する膜ほど、熱的安定性が悪い。
Next, in the same manner, the heat history is held at the holding temperature T 2.
After performing at a temperature of (> T 1 ), the pinning magnetic field H p (T 2 ) at 35 ° C. is measured. The heat history up to the maximum temperature of 275 ° C. is added while sequentially increasing the holding temperature, and the pinning magnetic field H p at 35 ° C. is measured. A film in which the pinning magnetic field is greatly reduced due to the thermal history has a lower thermal stability.

【0030】図1に、熱履歴の保持温度Tと熱履歴後の
室温(例えば35°C)でのピニング磁界の関係を示
す。即ち、図1の縦軸HPは保持温度での磁界印加後の
冷却を経た後の室温(例、35°C)におけるピニング
磁界の強さを表す。保持温度Tが高くなるにつれてピニ
ング磁界は減少しゼロを横切ってマイナスに大きくな
る。ピニング磁界の減少量はPt量が多くなるほど小さ
くなる傾向にある(図1の曲線(1)、(2)及び
(3)を比較する)。ピニング磁界がゼロを横切る温度
は曲線(1)のPt4at% では170°C、(2)
のPt10at%では220°C、(3)のPt13a
t%では245°Cであり、Pt量の増大に伴って増大
している。図1によると、Pt量の少ない曲線(1)
は、保持温度が170°である場合の冷却後の35°C
でのピニング磁界が反転してしまう。
FIG. 1 shows the relationship between the holding temperature T of the thermal history and the pinning magnetic field at room temperature (for example, 35 ° C.) after the thermal history. That is, the vertical axis H P in FIG. 1 represents the strength of the pinning magnetic field at room temperature (eg, 35 ° C.) after cooling after applying the magnetic field at the holding temperature. As the holding temperature T increases, the pinning field decreases and crosses zero and becomes negatively large. The amount of decrease in the pinning magnetic field tends to decrease as the amount of Pt increases (compare curves (1), (2) and (3) in FIG. 1). The temperature at which the pinning magnetic field crosses zero is 170 ° C for Pt4at% of curve (1), (2)
Pt10at% at 220 ° C, (3) Pt13a
At t%, the temperature was 245 ° C., and increased with an increase in the amount of Pt. According to FIG. 1, a curve (1) having a small amount of Pt is shown.
Is 35 ° C after cooling when the holding temperature is 170 °
The pinning magnetic field at the point is reversed.

【0031】本試験、即ち、逆磁界中熱履歴によるピニ
ング磁界の減少は、ジャーナル オブ アプライド フ
ィジクス(Journal of Applied P
hysics)vol.80,pp4528−4553
(1996)やジャーナルオブ アプライド フィジク
ス(Journal of Applied Phys
ics)vol.80,pp3233−3238(19
98)に示されるモデルによると、多結晶からなる交換
結合層中の反強磁性粒の磁化が、その粒径の小さなもの
から先に熱励起によって反転するためである。本試験の
逆磁界中熱履歴によって磁化反転を起こした反強磁性粒
の反強磁性粒全体に対する体積割合R(以下、反転率と
よぶ)は、 R ={(Hp 0−Hp)/(2Hp 0)}×100(%) (1) で与えられる。
In this test, that is, the reduction of the pinning magnetic field due to the heat history in the reverse magnetic field was confirmed by the Journal of Applied Physics.
physics) vol. 80, pp 4528-4553
(1996) and the Journal of Applied Physics
ics) vol. 80, pp3233-3238 (19
According to the model shown in (98), the magnetization of the antiferromagnetic grains in the exchange coupling layer made of polycrystal is reversed by thermal excitation first from the one having the smaller grain size. Volume ratio R (hereinafter, referred to as reversal rate) for the antiferromagnetic particle overall antiferromagnetic grains caused the magnetization reversal by an opposing magnetic field in the thermal history of the study, R = {(H p 0 -Hp) / ( 2H p 0 )} × 100 (%) (1)

【0032】図2には、保持温度Tに対して反強磁性粒
の反転率Rをプロットしたグラフを示す。Pt量が多く
なるほど、反転率は小さくなっており、反強磁性粒の磁
化が熱的に安定になっていることが分かる。この理由
は、Pt組成が増えるほど反強磁性膜の異方性定数が増
大するためである。保持温度150°Cにおける反転率
は、Pt量4at%では37%、Pt量10at%では
12%であり、Pt量13at%では4%と小さく、P
t量13at%の反強磁性膜の安定性は顕著に高い。
FIG. 2 is a graph plotting the reversal rate R of the antiferromagnetic grains with respect to the holding temperature T. As the amount of Pt increases, the reversal rate decreases, indicating that the magnetization of the antiferromagnetic grains is thermally stable. This is because the anisotropy constant of the antiferromagnetic film increases as the Pt composition increases. The inversion ratio at a holding temperature of 150 ° C. is 37% for a Pt amount of 4 at%, 12% for a Pt amount of 10 at%, and as small as 4% for a Pt amount of 13 at%.
The stability of the antiferromagnetic film having a t amount of 13 at% is remarkably high.

【0033】ところが、Pt量が13at%では、図1
から分かるように、初期(35°C)のピニング磁界が
12kA/mと小さい(図1の曲線(3)を参照)。ス
ピンバルブセンサとして機能するには、アイトリプルイ
ー トランザクション マグネティクス(IEEE T
rans. Magn.),32,3374(199
6)に示されるごとく、ピニング磁界は16kA/m以
上必要であるので、Pt量13at%はピニング磁界の
点からセンサとして用いることはできない。
However, when the Pt amount is 13 at%, FIG.
As can be seen from FIG. 1, the initial (35 ° C.) pinning magnetic field is as small as 12 kA / m (see curve (3) in FIG. 1). To function as a spin valve sensor, I Triple E Transaction Magnetics (IEEE T
rans. Magn. ), 32, 3374 (199
As shown in 6), since the pinning magnetic field needs to be 16 kA / m or more, the Pt amount of 13 at% cannot be used as a sensor in terms of the pinning magnetic field.

【0034】そこで、熱的に安定でかつピニング磁界の
大きな交換結合層を得るために、交換結合層を複数の反
強磁性膜で構成し、固定層と接触する反強磁性膜の固定
層との単位面積当たりの交換結合エネルギーを大きくす
ることで大きなピニング磁界を得、固定層と接触しない
反強磁性膜の異方性定数を大きくすることで熱安定性を
確保した。
Therefore, in order to obtain an exchange coupling layer that is thermally stable and has a large pinning magnetic field, the exchange coupling layer is composed of a plurality of antiferromagnetic films, and the fixed layer of the antiferromagnetic film that is in contact with the fixed layer. By increasing the exchange coupling energy per unit area, a large pinning magnetic field was obtained, and the thermal stability was ensured by increasing the anisotropic constant of the antiferromagnetic film not in contact with the fixed layer.

【0035】具体的には、固定層と接触する反強磁性膜
のPt量を10at%以下とし、その膜厚を5nm以上
とし、固定層と接しない反強磁性膜のPt量を10at
%以上とした。例えば、交換結合層として、膜厚10n
mの(Cr0.5Mn0.590Pt10膜と膜厚18nmの
(Cr0.5Mn0.590Pt13膜の積層膜を用いた場合の
結果を、図1の曲線(4)及び図2の曲線(8)に示
す。
Specifically, the Pt amount of the antiferromagnetic film in contact with the fixed layer is set to 10 at% or less, the film thickness is set to 5 nm or more, and the Pt amount of the antiferromagnetic film not in contact with the fixed layer is set to 10 at%.
% Or more. For example, as the exchange coupling layer, a film thickness of 10 n
The curve (4) in FIG. 1 and the curve in FIG. 2 show the results when a laminated film of a (Cr 0.5 Mn 0.5 ) 90 Pt 10 film and a (Cr 0.5 Mn 0.5 ) 90 Pt 13 film having a thickness of 18 nm was used. This is shown in (8).

【0036】図2から分かる様に、この積層化した構成
では、反転率はPt10at%単層の結果より小さくな
っており、また、図1から分かる様に、ピニング磁界は
Pt10at%のピニング磁界と同等以上となってい
る。従って、反強磁性膜の積層化によってピニング磁界
を低下させることなく熱安定性を向上できた。
As can be seen from FIG. 2, in this laminated structure, the reversal rate is smaller than the result of a single layer of Pt 10 at%, and as can be seen from FIG. 1, the pinning magnetic field is smaller than the pinning magnetic field of Pt 10 at%. It is equal or higher. Therefore, the thermal stability could be improved without lowering the pinning magnetic field by laminating the antiferromagnetic films.

【0037】図3には、固定層の磁化容易方向と反対に
240kA/mの磁界を印加して110°Cの環境温度
に保持した後、35°Cまで磁界中冷却し35°Cでピ
ニング磁界を測定した際の、ピニング磁界の保持時間依
存性を示す。試験を行った試料は、ガラス基板上に、T
a5/NiFe5/Co1/Cu2.3/Co3/交換
結合層/Ta3nmの構成のもので、交換結合層とし
て、Pt10at%30nm単層膜、Pt10at%4
0nm単層膜、Pt10at%10nm/Pt13at
%18nm積層膜及びPt10at%11nm/Pt1
3at%13nm積層膜を用いた。
FIG. 3 shows that a magnetic field of 240 kA / m is applied in the opposite direction to the direction of easy magnetization of the fixed layer to maintain the ambient temperature at 110 ° C., and then cooled in the magnetic field to 35 ° C. and pinned at 35 ° C. The retention time dependence of the pinning magnetic field when measuring the magnetic field is shown. The test sample was placed on a glass substrate with T
a5 / NiFe5 / Co1 / Cu2.3 / Co3 / exchange coupling layer / Ta3 nm, and a single layer film of Pt10at% 30 nm, Pt10at% 4
0 nm single layer film, Pt10at% 10nm / Pt13at
% 18nm laminated film and Pt10at% 11nm / Pt1
A 3 at% 13 nm laminated film was used.

【0038】保持時間を対数軸にするとピニング磁界は
直線的に減少し、105分後のピニング磁界は、Pt1
0at%30nm単層膜で16kA/m、Pt10at
%40nm単層膜では20kA/mとなる。他方、Pt
10at%10nm/Pt13at%18nm積層膜で
は、105分後のピニング磁界は22kA/mとなって
おり、膜厚が小さいにもかかわらずPt10at%40
nm単層膜の値より大きくなる。
[0038] The retention time pinning magnetic field when the logarithmic axis decreases linearly, pinning magnetic field after 10 5 minutes, Pt1
0at% 30nm single layer film, 16kA / m, Pt10at
It is 20 kA / m in the case of a% 40 nm single layer film. On the other hand, Pt
In the laminated film of 10 at% 10 nm / Pt 13 at% 18 nm, the pinning magnetic field after 10 5 minutes is 22 kA / m, and although the film thickness is small, Pt 10 at% 40
It becomes larger than the value of the nm single layer film.

【0039】また、Pt10at%11nm/Pt13
at%13nm積層膜では、105分後のピニング磁界
は15kA/mとなっており、膜厚が小さいにもかかわ
らず、Pt10at%30nm単層膜の値とほぼ同程度
の値になっている。従って、Pt組成の異なる膜を積層
化することで、Pt10at%30nm単層膜と同等の
熱安定性を、膜厚24nmで実現することができ、約2
0%の薄膜化が可能である。
Pt 10 at% 11 nm / Pt 13
In the case of the at% 13 nm laminated film, the pinning magnetic field after 10 5 minutes is 15 kA / m, which is almost the same value as the Pt 10 at% 30 nm single-layer film despite its small film thickness. . Therefore, by laminating films having different Pt compositions, thermal stability equivalent to that of a single-layer film of Pt 10 at% 30 nm can be realized with a film thickness of 24 nm, and about 2 nm.
It is possible to reduce the thickness to 0%.

【0040】交換結合層としてクロムとマンガンと白金
合金を用いた例を示してきたが、その他に、クロムとマ
ンガンからなる合金に、添加元素としてコバルト、金、
銀、銅、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ル
テニウム、オスミウムのうちから一種及び複数を含む合
金を用いることもできる。この場合固定層側の添加元素
組成の総和を固定層と反対側の添加元素の組成の総和よ
り少なくすればよい。
Although an example in which chromium, manganese, and a platinum alloy are used as the exchange coupling layer has been described, in addition to the alloy composed of chromium and manganese, cobalt, gold,
An alloy containing one or more of silver, copper, platinum, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, and osmium can also be used. In this case, the total sum of the additive element compositions on the fixed layer side may be smaller than the total sum of the additive element compositions on the opposite side of the fixed layer.

【0041】また、他の反強磁性材料においても、交換
結合定数の大きな反強磁性膜を固定層との界面に接触さ
せ、異方性定数の大きな熱的に磁気モーメントの安定な
反強磁性膜を、その上に積層することも本発明に含まれ
る。
Also, in other antiferromagnetic materials, an antiferromagnetic film having a large exchange coupling constant is brought into contact with the interface with the fixed layer, and an antiferromagnetic film having a large anisotropic constant and a stable magnetic moment is obtained. Laminating a film thereon is also included in the present invention.

【0042】以上説明したように、本発明の実施形態
は、次のような構成と機能乃至作用を奏するものを含む
ものである。
As described above, the embodiments of the present invention include those having the following structures, functions, and actions.

【0043】交換結合層を複数の反強磁性膜から構成
し、第2の強磁性層(固定層)と接する反強磁性膜は第
2の強磁性層(固定層)との単位面積あたりの交換結合
エネルギーが大きく、他の反強磁性膜は異方性定数が大
きくその磁気モーメントが熱的に安定であり、結果とし
て交換バイアス層が熱的に安定で大きな交換バイアス磁
界を与える。
The exchange coupling layer is composed of a plurality of antiferromagnetic films, and the antiferromagnetic film in contact with the second ferromagnetic layer (fixed layer) has a unit area per unit area with the second ferromagnetic layer (fixed layer). The other antiferromagnetic films have a large exchange coupling energy and a large anisotropy constant, and their magnetic moments are thermally stable. As a result, the exchange bias layer is thermally stable and gives a large exchange bias magnetic field.

【0044】具体的な構成としては、交換結合層を組成
の異なる複数クロムーマンガンー白金合金膜から構成
し、固定層と接する反強磁性膜の白金組成を固定層から
離れた反強磁性膜の白金組成より少なくする(単位面積
当たりの交換結合エネルギーを大とするため)。望まし
くは、固定層と接する反強磁性膜の白金組成を3at%
以上10at%以下とし、その膜厚を5nm以上とす
る。固定層から離れた側の白金組成を10at%以上1
5at%以下とする(15at%以上とするとHPが零
に近づく)。
As a specific configuration, the exchange coupling layer is composed of a plurality of chromium-manganese-platinum alloy films having different compositions, and the platinum composition of the antiferromagnetic film in contact with the fixed layer is changed to the antiferromagnetic film separated from the fixed layer. (To increase the exchange coupling energy per unit area). Preferably, the platinum composition of the antiferromagnetic film in contact with the fixed layer is 3 at%.
10 at% or less and the film thickness is 5 nm or more. The platinum composition on the side away from the fixed layer should be at least 10 at%
It is set to 5 at% or less (H P approaches 0 at 15 at% or more).

【0045】ここで、白金の替わりに、コバルト、金、
銀、銅、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ル
テニウム、オスミウム膜またはこれらのうちの2種以上
の合金膜を用いることもできる。
Here, instead of platinum, cobalt, gold,
A silver, copper, platinum, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, osmium film or an alloy film of two or more of these films can also be used.

【0046】また、交換結合層のうちの固定層と接する
反強磁性膜の固定層との交換結合エネルギーを大きくす
るのは、交換結合層が固定層に与える交換バイアス磁
界、即ち固定層でのピニング磁界を大きくするためであ
る。また、固定層と直接接触しない反強磁性膜の異方性
定数を大きくするのは、交換結合層全体の異方性定数
(J/m3)を大きくすることによって、交換結合層の
熱安定性を向上(反強磁性粒の磁化反転を起こす割合を
小とする)するためである。
In order to increase the exchange coupling energy between the fixed layer and the antiferromagnetic film in contact with the fixed layer of the exchange coupling layer, the exchange bias magnetic field applied to the fixed layer by the exchange coupling layer, that is, the fixed bias layer, This is for increasing the pinning magnetic field. Further, the anisotropy constant of the antiferromagnetic film that does not directly contact the fixed layer is increased by increasing the anisotropy constant (J / m 3 ) of the entire exchange coupling layer. This is for improving the property (reducing the rate at which the magnetization reversal of the antiferromagnetic grains occurs).

【0047】具体的手法として、前述した構成におい
て、固定層と隣接する側の白金組成を3〜10at%と
し、膜厚を5nm以上にするのは、固定層と反強磁性層
間の単位面積当たりの交換結合エネルギーを1.0x1
-4J/m2以上にし、固定層のピニング磁界をセンサ
膜として機能するようにするためである。
As a specific method, in the above-described structure, the platinum composition on the side adjacent to the fixed layer is set to 3 to 10 at% and the film thickness is set to 5 nm or more because the unit area between the fixed layer and the antiferromagnetic layer is Exchange exchange energy of 1.0 × 1
This is because the pinning magnetic field of the fixed layer functions as a sensor film by setting the pinning magnetic field to 0 -4 J / m 2 or more.

【0048】また、固定層から離れた反強磁性膜の白金
組成を固定層と接する反強磁性膜より多くする(望まし
くは10at%以上とする)のは、Pt量が多いほど反
強磁性膜の異方性定数が増大し、反強磁性磁気モーメン
トが熱的に安定となるためである(図2参照)。
The reason why the platinum composition of the antiferromagnetic film remote from the fixed layer is made larger than that of the antiferromagnetic film in contact with the fixed layer (preferably 10 at% or more) is that the more the amount of Pt is, the more the antiferromagnetic film becomes. Is increased, and the antiferromagnetic magnetic moment becomes thermally stable (see FIG. 2).

【0049】この構成にすることにより、現状のクロム
ーマンガンー白金合金の単層膜に比べ、ピニング磁界を
低下させることなく交換結合層の熱安定性を改善でき、
交換結合層の薄膜化が可能となる。
By adopting this structure, the thermal stability of the exchange coupling layer can be improved without lowering the pinning magnetic field as compared with the current single layer film of chromium-manganese-platinum alloy.
The exchange coupling layer can be made thinner.

【0050】[0050]

【発明の効果】交換結合層を元素または組成の異なる複
数の反強磁性膜で構成し、固定層と接する反強磁性膜の
単位面積当たりの交換結合エネルギーを大きくし、他の
反強磁性膜の異方性定数を大きくすることで、固定層の
ピニング磁界を低下することなく、その熱安定性を向上
でき、結果として反強磁性膜厚を薄膜化可能である。
According to the present invention, the exchange coupling layer is composed of a plurality of antiferromagnetic films having different elements or compositions, and the exchange coupling energy per unit area of the antiferromagnetic film in contact with the fixed layer is increased. By increasing the anisotropy constant of the pinned layer, the thermal stability can be improved without lowering the pinning magnetic field of the fixed layer, and as a result, the antiferromagnetic film thickness can be reduced.

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

【図1】スピンバルブセンサ膜の固定層の熱安定性を示
すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing the thermal stability of a fixed layer of a spin valve sensor film.

【図2】スピンバルブセンサ膜の交換結合層の熱安定性
を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the thermal stability of an exchange coupling layer of a spin valve sensor film.

【図3】スピンバルブセンサ膜の固定層の熱安定性を示
す別のグラフである。
FIG. 3 is another graph showing the thermal stability of the fixed layer of the spin valve sensor film.

【図4】本発明のスピンバルブセンサを用いた磁気記録
装置用磁気ヘッドの構造図である。
FIG. 4 is a structural diagram of a magnetic head for a magnetic recording device using the spin valve sensor of the present invention.

【図5】本発明のスピンバルブセンサの構造図である。FIG. 5 is a structural diagram of a spin valve sensor of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,5 交換結合層が膜厚30nmの(Cr0.5
0.596Pt4の場合の特性を 示す線 2,6,9 交換結合層が膜厚30nmの(Cr0.5
0.590Pt10の場合の特性を示す線 3,7 交換結合層が膜厚30nmの(Cr0.5
0.590Pt13の場合の特性を示す線 4,8,11 交換結合層が膜厚10nmの(Cr0.5
Mn0.590Pt10膜と膜厚18nmの(Cr0.5Mn
0.590Pt13膜の積層膜の場合の特性を示す線 10 交換結合層が膜厚40nmの(Cr0.5Mn0.5
90Pt10の場合の特性を示す線 12 交換結合層が膜厚11nmの(Cr0.5Mn0.5
90Pt10膜と膜厚13nmの(Cr0.5Mn0.590Pt
13膜の積層膜の場合の特性を示す線 16 基板 17,21 磁気シールド 23 再生ギャップ 24 磁気コア 22 コイル 18 スピンバルブ膜 31,32 永久磁石膜 19,20 電極 41 絶縁膜 42 下地膜 43 非磁性導電膜膜 45 第1の強磁性層 46 キャップ膜 52 固定層 50 交換結合層 56,57 磁化方向 60,61 下地膜 62,63 永久磁石膜 64,65 電極、
1,5 The exchange coupling layer has a thickness of 30 nm (Cr 0.5 M
n 0.5 ) Line showing characteristics in the case of 96 Pt 4 2,6,9 The exchange coupling layer has a thickness of 30 nm (Cr 0.5 M
Lines showing characteristics in the case of (n 0.5 ) 90 Pt 10 3,7 (Cr 0.5 M
Lines showing characteristics in the case of n 0.5 ) 90 Pt 13 4,8,11 The exchange coupling layer has a thickness of 10 nm (Cr 0.5
(Mn 0.5 ) 90 Pt 10 film and 18 nm thick (Cr 0.5 Mn)
0.5 ) Line showing characteristics in the case of a laminated film of 90 Pt 13 films 10 (Cr 0.5 Mn 0.5 ) in which the exchange coupling layer has a thickness of 40 nm
Line showing characteristics in the case of 90 Pt 10 12 (Cr 0.5 Mn 0.5 ) with an exchange coupling layer having a film thickness of 11 nm
90 Pt 10 film and 13 nm thick (Cr 0.5 Mn 0.5 ) 90 Pt
Line showing characteristics in the case of a 13- layer film 16 Substrate 17, 21 Magnetic shield 23 Reproduction gap 24 Magnetic core 22 Coil 18 Spin valve film 31, 32 Permanent magnet film 19, 20 Electrode 41 Insulating film 42 Base film 43 Non-magnetic Conductive film film 45 first ferromagnetic layer 46 cap film 52 fixed layer 50 exchange coupling layer 56, 57 magnetization direction 60, 61 base film 62, 63 permanent magnet film 64, 65 electrode,

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の強磁性層と、第2の強磁性層と、
前記第1と第2の強磁性層の間の導電性の非磁性スペー
サー層と、前記第2の強磁性層に前記非磁性スペーサ層
と反対側で隣接する交換バイアス層と、を備えたスビン
バルブ型磁気抵抗センサであって、 前記交換バイアス層が、前記第2の強磁性膜と接する側
の第1の反強磁性膜と、第2の強磁性膜と接しない側の
第2の反強磁性膜と、からなる複数の反強磁性膜から構
成され、 前記第1の反強磁性膜は、前記第2の強磁性膜との単位
面積あたりの交換結合エネルギーを大きくして強い交換
バイアス磁界を与え、 前記第2の反強磁性膜は、異方性定数を大きくしてその
磁気モーメントが熱的に安定であることを特徴とするス
ピンバルブ型磁気抵抗センサ。
A first ferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer,
A spin valve comprising: a conductive non-magnetic spacer layer between the first and second ferromagnetic layers; and an exchange bias layer adjacent to the second ferromagnetic layer on the side opposite to the non-magnetic spacer layer. A magnetoresistive sensor, wherein the exchange bias layer has a first antiferromagnetic film on a side in contact with the second ferromagnetic film and a second antiferromagnetic film on a side not in contact with the second ferromagnetic film. And a plurality of antiferromagnetic films comprising a magnetic film, wherein the first antiferromagnetic film has a strong exchange bias magnetic field by increasing exchange coupling energy per unit area with the second ferromagnetic film. Wherein the second antiferromagnetic film has a large anisotropy constant and its magnetic moment is thermally stable.
【請求項2】 請求項1に記載のスピンバルブ型磁気抵
抗センサにおいて、 前記第1の反強磁性膜の第2の強磁性膜との単位面積当
たりの交換結合エネルギーが1.0x10-4J/m2
上であることを特徴とするスピンバルブ型磁気抵抗セン
サ。
2. The spin-valve magnetoresistive sensor according to claim 1, wherein the exchange coupling energy per unit area of the first antiferromagnetic film with the second ferromagnetic film is 1.0 × 10 −4 J. / M 2 or more, a spin valve type magnetoresistive sensor.
【請求項3】 請求項1又は2に記載のスピンバルブ型
磁気抵抗センサにおいて、 前記交換バイアス層がクロムとマンガンと白金とからな
る合金で構成され、 前記第1の反強磁性膜の白金組成が前記第2の反強磁性
膜の白金組成より少ないことを特徴とするスピンバルブ
型磁気抵抗センサ。
3. The spin valve type magnetoresistive sensor according to claim 1, wherein the exchange bias layer is made of an alloy composed of chromium, manganese, and platinum, and a platinum composition of the first antiferromagnetic film. Is smaller than the platinum composition of the second antiferromagnetic film.
【請求項4】 請求項1又は2に記載のスピンバルブ型
磁気抵抗センサにおいて、 前記交換バイアス層がクロムとマンガンと白金とからな
る合金で構成され、 前記第1の反強磁性膜は、その白金組成が3at%以上
で10at%以下であってその膜厚が5nm以上であ
り、 前記第2の反強磁性膜は、その白金組成が9at%以上
で15at%以下であることを特徴とするスピンバルブ
型磁気抵抗センサ。
4. The spin valve type magnetoresistive sensor according to claim 1, wherein the exchange bias layer is made of an alloy composed of chromium, manganese, and platinum, and the first antiferromagnetic film is The platinum composition is 3 at% or more and 10 at% or less and the film thickness is 5 nm or more, and the second antiferromagnetic film has a platinum composition of 9 at% or more and 15 at% or less. Spin valve type magnetoresistive sensor.
【請求項5】 請求項1に記載のスピンバルブ型磁気抵
抗センサにおいて、 前記交換バイアス層が、クロムとマンガンからなる合金
に、添加元素としてコバルト、金、銀、銅、白金、パラ
ジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウ
ムのうちから一種及び複数を含んでおり、 前記第1の反強磁性膜の添加元素組成の総和が前記第2
の反強磁性膜の添加元素組成の総和より少ないことを特
徴とするスピンバルブ型磁気抵抗センサ。
5. The spin valve type magnetoresistive sensor according to claim 1, wherein the exchange bias layer is formed by adding cobalt, gold, silver, copper, platinum, palladium, rhodium, as an additive element to an alloy composed of chromium and manganese. One or more of iridium, ruthenium, and osmium are included, and the total sum of the additive element compositions of the first antiferromagnetic film is the second antiferromagnetic film.
A spin valve type magnetoresistive sensor, wherein the total amount of the additive element compositions of the antiferromagnetic film is less than the total.
【請求項6】 基板上に形成されたバッファ層,前記バ
ッファ層上に形成された第1の強磁性層,前記第1の強
磁性層に隣接して形成された非磁性スペーサ層,前記非
磁性スペーサ層に膜面で隣接して形成された第2の強磁
性層,前記第2の強磁性層に隣接して形成された反強磁
性材料からなる交換バイアス層,前記交換バイアス層上
に形成されたキャッピング層,からなる一定形状に加工
されたスピンバルブ膜と、前記一定形状に加工されたス
ピンバルブ膜にその2つの膜断面で隣接するように形成
された下地膜を有するCo基永久磁石膜と、前記永久磁
石膜に膜面で隣接する電極膜と、を備えたスピンバルブ
型磁気抵抗センサであって、 前記交換バイアス層が、前記第2の強磁性膜と接する側
の第1の反強磁性膜と、第2の強磁性膜と接しない側の
第2の反強磁性膜と、からなる複数の反強磁性膜から構
成され、 前記第1の反強磁性膜は、前記第2の強磁性膜との単位
面積あたりの交換結合エネルギーを大きくして強い交換
バイアス磁界を与え、 前記第2の反強磁性膜は、異方性定数を大きくしてその
磁気モーメントが熱的に安定であることを特徴とするス
ピンバルブ型磁気抵抗センサ。
6. A buffer layer formed on a substrate, a first ferromagnetic layer formed on the buffer layer, a non-magnetic spacer layer formed adjacent to the first ferromagnetic layer, A second ferromagnetic layer formed adjacent to the magnetic spacer layer on the film surface, an exchange bias layer made of an antiferromagnetic material formed adjacent to the second ferromagnetic layer, and A Co-based permanent magnet having a spin-valve film formed into a fixed shape composed of the formed capping layer, and a base film formed so as to be adjacent to the spin-valve film processed into the fixed shape in two film cross sections. A spin-valve magnetoresistive sensor comprising: a magnet film; and an electrode film adjacent to the permanent magnet film on the film surface, wherein the exchange bias layer is disposed on a first side in contact with the second ferromagnetic film. And the second ferromagnetic film And a second antiferromagnetic film on the non-existing side, wherein the first antiferromagnetic film has an exchange coupling energy per unit area with the second ferromagnetic film. Wherein the second antiferromagnetic film has a large anisotropy constant and its magnetic moment is thermally stable. .
【請求項7】 基板上に形成された下地層,前記下地層
上に形成された反強磁性材料からなる交換バイアス層,
前記交換バイアス層上に膜面で隣接して形成された第2
の強磁性層,前記第2の強磁性層に隣接して形成された
非磁性スペーサ層,前記非磁性スペーサ層に膜面で隣接
して形成された第1の強磁性層,前記第1の強磁性層上
に形成されたキャッピング層,からなる一定形状に加工
されたスピンバルブ膜と、前記一定形状に加工されたス
ピンバルブ膜の前記第1の強磁性膜にその2つの膜断面
で隣接するように形成された下地膜を有するCo基永久
磁石膜と、前記永久磁石膜に膜面で隣接する電極膜と、
を備えたスピンバルブ型磁気抵抗センサであって、 前記交換バイアス層が、前記第2の強磁性膜と接する側
の第1の反強磁性膜と、第2の強磁性膜と接しない側の
第2の反強磁性膜と、からなる複数の反強磁性膜から構
成され、 前記第1の反強磁性膜は、前記第2の強磁性膜との単位
面積あたりの交換結合エネルギーを大きくして強い交換
バイアス磁界を与え、 前記第2の反強磁性膜は、異方性定数を大きくしてその
磁気モーメントが熱的に安定であることを特徴とするス
ピンバルブ型磁気抵抗センサ。
7. An underlayer formed on a substrate, an exchange bias layer made of an antiferromagnetic material formed on the underlayer,
A second layer formed adjacent to the exchange bias layer on the film surface;
A non-magnetic spacer layer formed adjacent to the second ferromagnetic layer; a first ferromagnetic layer formed adjacent to the non-magnetic spacer layer on the film surface; A spin-valve film processed into a fixed shape comprising a capping layer formed on a ferromagnetic layer; and a first ferromagnetic film of the spin-valve film processed into a fixed shape, adjacent to the first ferromagnetic film in two cross sections of the film. A Co-based permanent magnet film having a base film formed so as to perform, an electrode film adjacent to the permanent magnet film on the film surface,
Wherein the exchange bias layer has a first antiferromagnetic film on a side in contact with the second ferromagnetic film and a first antiferromagnetic film on a side not in contact with the second ferromagnetic film. A second antiferromagnetic film, and a plurality of antiferromagnetic films, wherein the first antiferromagnetic film increases exchange coupling energy per unit area with the second ferromagnetic film. Wherein the second anti-ferromagnetic film has a large anisotropy constant and its magnetic moment is thermally stable.
【請求項8】 請求項6又は7に記載のスピンバルブ型
磁気抵抗センサにおいて、 前記第1の反強磁性膜の第2の強磁性膜との単位面積当
たりの交換結合エネルギーが1.0x10-4J/m2
上であることを特徴とするスピンバルブ型磁気抵抗セン
サ。
8. The spin-valve magnetoresistive sensor according to claim 6, wherein an exchange coupling energy per unit area of the first antiferromagnetic film with the second ferromagnetic film is 1.0 × 10 −. A spin-valve type magnetoresistive sensor, wherein the magnetoresistance sensor is 4 J / m 2 or more.
【請求項9】 請求項6、7又は8に記載のスピンバル
ブ型磁気抵抗センサにおいて、 前記交換バイアス層がクロムとマンガンと白金とからな
る合金で構成され、 前記第1の反強磁性膜の白金組成が前記第2の反強磁性
膜の白金組成より少ないことを特徴とするスピンバルブ
型磁気抵抗センサ。
9. The spin-valve magnetoresistive sensor according to claim 6, wherein the exchange bias layer is made of an alloy composed of chromium, manganese, and platinum. A spin valve type magnetoresistive sensor, wherein a platinum composition is smaller than a platinum composition of the second antiferromagnetic film.
【請求項10】 請求項6、7又は8に記載のスピンバ
ルブ型磁気抵抗センサにおいて、 前記交換バイアス層がクロムとマンガンと白金とからな
る合金で構成され、 前記第1の反強磁性膜は、その白金組成が3at%以上
で10at%以下であってその膜厚が5nm以上であ
り、 前記第2の反強磁性膜は、その白金組成が10at%以
上で15at%以下であることを特徴とするスピンバル
ブ型磁気抵抗センサ。
10. The spin valve type magnetoresistive sensor according to claim 6, wherein the exchange bias layer is made of an alloy composed of chromium, manganese, and platinum, and the first antiferromagnetic film is The second antiferromagnetic film has a platinum composition of 3 at% or more and 10 at% or less and a film thickness of 5 nm or more, and the second antiferromagnetic film has a platinum composition of 10 at% or more and 15 at% or less. Spin valve type magnetoresistive sensor.
【請求項11】 請求項6又は7に記載のスピンバルブ
型磁気抵抗センサにおいて、 前記交換バイアス層が、クロムとマンガンからなる合金
に、添加元素としてコバルト、金、銀、銅、白金、パラ
ジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウ
ムのうちから一種及び複数を含んでおり、 前記第1の反強磁性膜の添加元素組成の総和が前記第2
の反強磁性膜の添加元素組成の総和より少ないことを特
徴とするスピンバルブ型磁気抵抗センサ。
11. The spin valve type magnetoresistive sensor according to claim 6, wherein the exchange bias layer is formed by adding cobalt, gold, silver, copper, platinum, palladium, as an additive element to an alloy comprising chromium and manganese. It contains one or more of rhodium, iridium, ruthenium, and osmium, and the sum of the additive element compositions of the first antiferromagnetic film is the second.
A spin valve type magnetoresistive sensor, wherein the total amount of the additive element compositions of the antiferromagnetic film is less than the total.
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US6819532B2 (en) 2001-10-12 2004-11-16 Nec Corporation Magnetoresistance effect device exchange coupling film including a disordered antiferromagnetic layer, an FCC exchange coupling giving layer, and a BCC exchange coupling enhancement layer
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KR20200094981A (en) * 2019-01-31 2020-08-10 광주과학기술원 Magnetoresistive Sensor and the Manufacturing Method thereof

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