JP2000173020A - 磁気抵抗効果型磁気ヘッド - Google Patents

磁気抵抗効果型磁気ヘッド

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JP2000173020A
JP2000173020A JP10341344A JP34134498A JP2000173020A JP 2000173020 A JP2000173020 A JP 2000173020A JP 10341344 A JP10341344 A JP 10341344A JP 34134498 A JP34134498 A JP 34134498A JP 2000173020 A JP2000173020 A JP 2000173020A
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JP
Japan
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film
ferromagnetic film
ferromagnetic
antiferromagnetic
magnetoresistive
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JP10341344A
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English (en)
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Reiko Arai
礼子 荒井
Katsuro Watanabe
克朗 渡辺
Susumu Soeya
進 添谷
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】バルクハウゼンノイズがなく、信頼性の高い磁
気抵抗効果型磁気ヘッドを提供するために、磁気抵抗効
果膜の軟磁気特性を良好にすることを目的とする。 【解決手段】磁気抵抗効果膜の磁化回転する強磁性膜
に、大きすぎる交換結合磁界を抑制し飽和磁束密度の小
さい強磁性膜を介して反強磁性膜を設け、磁化回転する
強磁性膜を全面的に磁区制御することにより達成され
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、磁気媒体から情報
信号を読み取るための磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗
効果ヘッドに関するものである。
【0002】
【従来の技術】磁気記録の高密度化に伴い高感度な再生
用ヘッドが求められており、その再生ヘッドとしては、
磁気抵抗効果(MR)を利用したMRヘッドから、2層
の強磁性膜を非磁性導電性膜で分離し、一方の強磁性膜
に反強磁性膜を隣接して磁化の方向を固定させ、もう一
方の強磁性膜が外部磁界により磁化反転し、2層の強磁
性膜の互いの磁化方向のなす角度によって高い磁気抵抗
変化が得られるスピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果(G
MR)ヘッドが注目されている。
【0003】このスピンバルブ型GMRヘッドも従来の
MRヘッド同様、磁化回転する強磁性膜(自由層磁性
膜)の磁区の発生(バルクハウゼンノイズ)を防止する
ために、縦バイアス磁界を印加して、自由層磁性膜の磁
化状態を安定化させることが重要である。この縦バイア
ス磁界を印加する方法として、例えば自由層磁性膜の両
端に硬磁性膜あるいは強磁性膜と反強磁性膜との積層膜
を設ける方法が、特開平7−57223号公報に記載されてい
る。
【0004】これはハードバイアス構造と呼ばれ、現在
のヘッド構造の主流となっている。今後更に高感度化が
進み、磁気抵抗効果膜の薄膜化,感磁部の小型化にとも
なって自由層磁性膜と縦バイアス印加層との接触部分が
小さくなり、充分なバイアス磁界を供給することが困難
になってくると考えられる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、軟磁
気特性が良好で磁気抵抗変化率の大きい磁気抵抗効果膜
を有し、バルクハウゼンノイズのない信頼性の高い磁気
抵抗効果型磁気ヘッドを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的は、非磁性導電
性薄膜を中間層として第1の強磁性膜と第2の強磁性膜
が積層されており、第1の強磁性膜の磁化方向が第1の
強磁性膜に隣接して設けられた第1の反強磁性膜によっ
て固定されている磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果
膜に信号検出電流を流すための一対の電極とを有するス
ピンバルブ構造の磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、
前記第2の強磁性膜が、第3の強磁性膜を介して設けら
れた第2の反強磁性膜によって全面的に磁区制御される
ことによって達成される。
【0007】このとき、第3の強磁性膜は前記第2の強
磁性膜と第2の反強磁性膜との大きすぎる交換結合磁界
を制御するための強磁性膜であり、第3の強磁性膜の飽
和磁束密度が前記第2の強磁性膜の飽和磁束密度より小
さいことを特徴としている。
【0008】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を示す。
【0009】本発明に従うスピンバルブ膜の概略図を図
1に示す。
【0010】図1に示されるスピンバルブ構造の磁気抵
抗効果膜10は、第1の強磁性膜11,非磁性導電性膜
12,第2の強磁性膜13及び第1の反強磁性膜14か
ら構成されている。第1の強磁性膜11と第2の強磁性
膜13の面内磁化は、外部磁界が印加されていない状態
でお互いに対して90度傾いた方向に向けられている。
さらに第1の強磁性膜11は、第1の反強磁性膜14に
よって、好ましい方向に磁化が固定されている。媒体か
らの磁界により、第2の強磁性膜13の磁化は自由に回
転し、それにより抵抗変化が生じて出力が発生する。
【0011】本発明によると、第2の強磁性膜13は第
3の強磁性膜15を介して第2の反強磁性膜16により
全面的に磁区制御されている。このとき第3の強磁性膜
15は、第2の反強磁性膜14との大きすぎる交換結合
磁界を弱め、第2の強磁性膜内の磁化回転を容易として
磁気ヘッドの出力低下を防ぐため、第3の強磁性膜の飽
和磁束密度Bsは、第2の強磁性膜の飽和磁束密度Bs
より小さくなければならない。
【0012】また、第3の強磁性膜への分流を小さくす
るために、その比抵抗は第2の強磁性膜の比抵抗に比較
して十分大きいことが必要である。上記磁気抵抗効果膜
10は基板側から第1の反強磁性膜14/第1の強磁性
膜11/非磁性導電性膜12/第2の強磁性膜13/第
3の強磁性膜15/第2の反強磁性膜16とすることも
できる。
【0013】スピンバルブ型磁気抵抗効果膜10を用い
た本発明の一実施例を次に説明する。基板21の上に、
第2の反強磁性膜16であるNiO50nm,反強磁性
膜NiOとの交換結合を制御するための第3の強磁性膜
15であるNiFeNb3nm,第2の強磁性膜13であるNi
Fe10nm,非磁性導電性膜12であるCu2nm,第1の
強磁性膜11であるCoFe3nm 、さらに第1の反強磁性膜
14であるCrMnPt30nm,保護膜22であるTa5nm
を順次形成し、所定の形状にパターニングする。
【0014】このとき、磁気抵抗効果膜10の抵抗変化
率を大きくするために、第1の強磁性膜及び第2の強磁
性膜のどちらか一方あるいは両方を2層膜にしても良
い。次に、リフトオフ用ホトレジスト層を形成したあ
と、電極膜23であるAu0.2μmを形成したあと、
リフトオフ用レジスト層を除去する。さらに、真空中で
1kOeの磁界を媒体対向面と垂直に印加しながら、2
30℃で1時間熱処理して、第1の反強磁性膜14であ
るCrMnPtを着磁し、本発明のGMRヘッドを作製する。
【0015】図3に第2の強磁性膜とする(Ni81Fe
19)100-xNbx の飽和磁束密度BsのNb量依存性を示
す。Nb量増加と共にBsを小さくすることができる。
図4は第2の強磁性膜とする(Ni81Fe19)100-xNb
x の比抵抗のNb量依存性を示す。Nb量とともに比抵
抗は大きくなり、8at%以上で100μΩcm以上の比抵
抗とできた。次にNiFeNbをNiFeとNiOの中間に介
在させて、これら3層の結合磁界HeとNb量の関係を
図5に示す。結合磁界Heが大きくなると、第2の強磁
性膜内の磁化が回転しにくくなるため、磁気ヘッドの再
生出力が小さくなる。Nb量の増加とともに結合磁界H
eが小さくなり、8at%で半減することができた。結合
磁界Heは、第2及び第3の強磁性膜の膜厚と飽和磁束
密度Bsとの積の和で決まる。
【0016】本実施例では第2の強磁性膜の膜厚が10
nm、飽和磁束密度Bsが1.0Tであるから、上記NiF
eNbのNb量を8at%以上としたが、この組成に限定す
る必要はなく、第2の強磁性膜の膜厚,飽和磁束密度B
sを変える場合には同時にNiFeNbの組成,膜厚を変えれ
ば良い。また、第2の反強磁性膜NiOの膜厚を薄くす
ることによっても結合磁界Heを小さくすることができ
るため、この場合も上記同様NiFeNbの組成,膜厚を変え
れば良い。
【0017】本実施例では、第3の強磁性膜としてNiFe
Nbを用いたが、特にこれに限定されることはなく、主成
分がNi,Fe,Coの少なくとも2種類以上含み、こ
れに0〜20%の非磁性元素を添加した強磁性膜を用い
ることもできる。この非磁性元素としては、Nb,M
o,Ta,W,Ti,V,Cr,Rh,Ruが効果があ
る。また、上記元素のうち2種類以上添加することも可
能である。ただし、最適添加量は元素の種類,膜厚,組
成によって異なるのでその都度調整が必要である。
【0018】また、第2の反強磁性膜としてNiOを用
いたが、NiOに少量のFe,Co,Niや希土類元素
を添加することも可能である。
【0019】また、スピンバルブ膜の第1の反強磁性膜
14としてCrMnPtを用いたが、特にこれに限定されるこ
とはなく、CrMn−X1(X1:Pd,Au,Rh,
Ru)を用いることもできる。さらに、FeMn合金,
MnIr合金等のdisoeder系の反強磁性膜を用いること
もできる。この場合は、着時の熱処理は不要である。さ
らに、NiMn,PtMn等のoeder 系の反強磁性膜を
用いても良いが、スピンバルブ膜および第2の反強磁性
膜の特性の安定性を考慮して熱処理温度は230℃以下
が良い。
【0020】上記実施例では、磁気抵抗効果膜10を基
板側から第2の反強磁性膜16/第3の強磁性膜15/
第2の強磁性膜13/非磁性導電性膜12/第1の強磁
性膜11/第1の反強磁性膜14の順に積層したが、逆
に基板側から第1の反強磁性膜14/第1の強磁性膜1
1/非磁性導電性膜12/第2の強磁性膜13/第3の
強磁性膜15/第2の反強磁性膜16と配置することも
できる。この場合の第1の反強磁性膜14には非導電性
の材料を用いることも可能である。
【0021】
【発明の効果】磁化回転する強磁性膜に、大きすぎる交
換結合磁界を抑制し、飽和磁束密度の小さい強磁性膜を
介して反強磁性膜を設け、全面的に磁区制御することに
よって、磁気抵抗効果膜の軟磁気特性を向上することが
出来る。これにより、バルクハウゼンノイズがなく、信
頼性の高い磁気抵抗効果型磁気ヘッドを提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の磁気抵抗効果膜の概略図。
【図2】本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの概略断面
図。
【図3】NiFeNbの飽和磁束密度BsのNb量依存性を示
す特性図。
【図4】NiFeNbの比抵抗のNb量依存性を示す特性図。
【図5】NiFe/NiFeNb/NiO膜の結合磁界Heと
Nb量との関係を示す特性図。
【符号の説明】 10…スピンバルブ構造の磁気抵抗効果膜、11,1
3,14…強磁性膜、12…非磁性導電性膜、14,1
6…反強磁性膜、20…磁気抵抗効果型ヘッド、21…
基板、22…保護膜、23…電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 添谷 進 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Fターム(参考) 5D034 BA05 BA09 BA21 CA04

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】非磁性導電性薄膜を中間層として第1の強
    磁性膜と第2の強磁性膜が積層されており、第1の強磁
    性膜の磁化方向が第1の強磁性膜に隣接して設けられた
    第1の反強磁性膜によって固定されている磁気抵抗効果
    膜と、前記磁気抵抗効果膜に信号検出電流を流すための
    一対の電極とを有するスピンバルブ構造の磁気抵抗効果
    型磁気ヘッドにおいて、前記第2の強磁性膜が、第3の
    強磁性膜を介して設けられた第2の反強磁性膜によって
    全面的に磁区制御されていることを特徴とする磁気抵抗
    効果型磁気ヘッド。
  2. 【請求項2】非磁性導電性薄膜を中間層として第1の強
    磁性膜と第2の強磁性膜が積層されており、第1の強磁
    性膜の磁化方向が第1の強磁性膜に隣接して設けられた
    第1の反強磁性膜によって固定されている磁気抵抗効果
    膜と、前記磁気抵抗効果膜に信号検出電流を流すための
    一対の電極とを有するスピンバルブ構造の磁気抵抗効果
    型磁気ヘッドにおいて、前記第2の強磁性膜が、第3の
    強磁性膜を介して設けられた第2の反強磁性膜によって
    全面的に磁区制御されており、前記第3の強磁性膜が前
    記第2の強磁性膜と第2の反強磁性膜との大きすぎる交
    換結合磁界を制御するための強磁性膜であることを特徴
    とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
  3. 【請求項3】非磁性導電性薄膜を中間層として第1の強
    磁性膜と第2の強磁性膜が積層されており、第1の強磁
    性膜の磁化方向が第1の強磁性膜に隣接して設けられた
    第1の反強磁性膜によって固定されている磁気抵抗効果
    膜と、前記磁気抵抗効果膜に信号検出電流を流すための
    一対の電極とを有するスピンバルブ構造の磁気抵抗効果
    型磁気ヘッドにおいて、前記第2の強磁性膜が、第3の
    強磁性膜を介して設けられた第2の反強磁性膜によって
    全面的に磁区制御されており、前記第3の強磁性膜の飽
    和磁束密度が前記第2の強磁性膜の飽和磁束密度より小
    さいことを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6778363B2 (en) 2001-08-28 2004-08-17 Hitachi Global Storage Technologies Japan, Ltd. Magnetoresistive head having longitudinal biasing by providing undirectional magnetic anisotropy
CN1305086C (zh) * 2004-12-03 2007-03-14 北京科技大学 一种抑制薄膜界面反应的方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6778363B2 (en) 2001-08-28 2004-08-17 Hitachi Global Storage Technologies Japan, Ltd. Magnetoresistive head having longitudinal biasing by providing undirectional magnetic anisotropy
US7089648B2 (en) 2001-08-28 2006-08-15 Hitachi, Ltd. Method for fabricating a magnetoresistive head
CN1305086C (zh) * 2004-12-03 2007-03-14 北京科技大学 一种抑制薄膜界面反应的方法

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