JP2000215420A - スピンバルブ型薄膜素子およびその製造方法とそのスピンバルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反強磁性層２の材質を改良することにより、
交換結合磁界が大きく、ブロッキング温度が高く、耐久
性、耐熱性に優れ、比抵抗が大きく、良好な抵抗変化率
を有するスピンバルブ型薄膜素子およびその製造方法
と、前記スピンバルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気ヘッ
ドを提供することを課題としている。 【解決手段】 反強磁性層２が、Ｘ−Ｍｎ（ただし、Ｘ
は、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈのうちから選
択される１種の元素を示す。）の式で示される合金また
はＸ’ーＰｔ−Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｒ
ｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇのうちから選択され
る１種または２種以上の元素を示す。）の式で示される
合金で形成されたものであり、アニールを施すことによ
り、反強磁性が示されるとともに比抵抗が増加されたス
ピンバルブ型薄膜素子とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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
膜素子およびその製造方法とそのスピンバルブ型薄膜素
子を備えた薄膜磁気ヘッドに関し、とくに、アニールを
施すことにより反強磁性が示されるとともに比抵抗が増
大されたものであり、耐久性、耐熱性に優れ、交換結合
磁界が大きく、良好な抵抗変化率を有するスピンバルブ
型薄膜素子およびその製造方法とそのスピンバルブ型薄
膜素子を備えた薄膜磁気ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１６は、従来の薄膜磁気ヘッドの一例
を示す斜視図である。この薄膜磁気ヘッドは、ハードデ
ィスク装置などの磁気記録媒体に搭載される浮上式のも
のである。この薄膜磁気ヘッドのスライダ２５１は、図
１６において符号２３５で示す側がディスク面の移動方
向の上流側に向くリーディング側で、符号２３６で示す
側がトレーリング側である。このスライダ２５１のディ
スクに対向する面では、レール状のＡＢＳ面（エアーベ
アリング面：レール部の浮上面）２５１ａ、２５１ａ、
２５１ｂと、エアーグルーブ２５１ｃ、２５１ｃとが形
成されている。そして、このスライダ２５１のトレーリ
ング側の端面２５１ｄには、薄膜磁気素子２５０が設け
られている。

【０００３】この例で示す薄膜磁気ヘッドの薄膜磁気素
子２５０は、図１７および図１８に示す構造の複合型磁
気ヘッドであり、スライダ２５１のトレーリング側端面
２５１ｄ上に、ＭＲヘッド（読出ヘッド）ｈ１と、イン
ダクティブヘッド（書込ヘッド）ｈ２とが順に積層され
て構成されている。

【０００４】この例のＭＲヘッドｈ１は、基板を兼ねる
スライダ２５１のトレーリング側端部に形成された磁性
合金からなる下部シールド層２５３上に、下部ギャップ
層２５４が設けられている。そして、下部ギャップ層２
５４上には、磁気抵抗効果素子層２４５が積層されてい
る。この磁気抵抗効果素子層２４５上には、上部ギャッ
プ層２５６が形成され、その上に上部シールド層２５７
が形成されている。この上部シールド層２５７は、その
上に設けられるインダクティブヘッドｈ２の下部コア層
と兼用にされている。このＭＲヘッドｈ１は、ハードデ
ィスクドライブのディスクなどの磁気記録媒体からの微
小の漏れ磁界の有無により、磁気抵抗効果素子層２４５
の抵抗を変化させ、この抵抗変化を読み取ることで記録
媒体の記録内容を読み取るものである。

【０００５】また、インダクティブヘッドｈ２は、下部
コア層２５７の上に、ギャップ層２６４が形成され、そ
の上に平面的に螺旋状となるようにパターン化されたコ
イル層２６６が形成されている。前記コイル層２６６
は、第１の絶縁材料層２６７Ａおよび第２の絶縁材料層
２６７Ｂに囲まれている。第２絶縁材料層２６７Ｂの上
に形成された上部コア層２６８は、ＡＢＳ面２５１ｂに
て、その磁極端部２６８ａを下部コア層２５７に、磁気
ギャップＧの厚みをあけて対向させ、図１７および図１
８に示すように、その基端部２６８ｂを下部コア層２５
７と磁気的に接続させて設けられている。また、上部コ
ア層２６８の上には、アルミナなどからなる保護層２６
９が設けられている。

【０００６】このようなインダクティブヘッドｈ２で
は、コイル層２６６に記録電流が与えられ、コイル層２
６６からコア層に記録電流が与えられる。そして、前記
インダクティブヘッドｈ２は、磁気ギャップＧの部分で
の下部コア層２５７と上部コア層２６８の先端部からの
漏れ磁界により、ハードディスクなどの磁気記録媒体に
磁気信号を記録するものである。

【０００７】前記ＭＲヘッドｈ１に設けられている磁気
抵抗効果素子層２４５には、巨大磁気抵抗効果を示すＧ
ＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖ
ｅ）素子などが備えられている。このＧＭＲ素子は、磁
気抵抗効果を示す複数の材料を組み合わせて形成された
多層構造のものである。巨大磁気抵抗効果を生み出す構
造には、いくつかの種類がある。その中で比較的構造が
単純で、外部磁界に対して抵抗変化率の高いものとして
スピンバルブ方式がある。スピンバルブ方式には、シン
グルスピンバルブ方式とデュアルスピンバルブ方式とが
ある。

【０００８】図１は、スピンバルブ型薄膜素子の一例を
記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面
図である。図１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、フリー磁性層が一
層ずつ形成された、いわゆるボトム型のシングルスピン
バルブ型薄膜素子である。図１において符号１は、例え
ばＴａ（タンタル）などで形成された下地層を示してい
る。この下地層１の上には、反強磁性層２が形成され、
さらに前記反強磁性層２の上には、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３の磁化は、例えば、図示Ｙ
方向に固定される。

【０００９】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一Ｐｔ
（コバルトー白金）合金で形成されたハードバイアス層
６，６が形成されている。前記ハードバイアス層６，６
が図示Ｘ１方向と反対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Ｘ１方向と反対方向に揃
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の固定磁化とが交差する関係と
なっている。なお、符号７は、Ｔａなどで形成された保
護層を、符号８は、Ｃｕなどで形成された導電層を示し
ている。

【００１０】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
１方向と反対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。

【００１１】このようなスピンバルブ型薄膜素子として
は、シャントロスが少ないものほど優れている。すなわ
ち、スピンバルブ型薄膜素子に与えられる電流のうち、
固定磁性層３と非磁性導電層４との界面および非磁性導
電層４とフリー磁性層５との界面に流れる電流の割合が
多いものほど好ましい。したがって、他の部分の比抵抗
が大きいことが望ましい。

【００１２】また、スピンバルブ型薄膜素子としては、
記録媒体からの洩れ磁界が与えられたときに、抵抗変化
率（△ＭＲ）が大きくなればなるほど、これを備えた薄
膜磁気ヘッドの特性は良好になるため、抵抗変化率の大
きいスピンバルブ型薄膜素子が求められている。

【００１３】また、前記スピンバルブ型薄膜素子におい
ては、従来から、前記反強磁性層２として、ＦｅＭｎ合
金、ＮｉＯ合金、ＩｒＭｎ合金などの反強磁性材料が使
用されている。

【００１４】しかしながら、前記ＦｅＭｎ合金は、腐食
しやすく、水分を含む空気中にさらしておくと急速に錆
を発生するという欠点がある。また、ＦｅＭｎ合金やＮ
ｉＯ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という欠点がある。
とくに近年では、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
素子温度が例えば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、△ＭＲ（抵抗変化率）の低下を招く。このブロッ
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。

【００１５】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、装置内温度が２００度近く、あるいは、それ以上
の温度になると、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が小さくなり、あるいは、０にな
り、△ＭＲを得ることが全くできなくなる。

【００１６】また、ＩｒＭｎ合金は、十分な交換結合磁
界が得られないという問題がある。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記事情に
鑑みてなされたもので、このような問題を解決し、反強
磁性層の材質を改良することにより、交換結合磁界を大
きくすることができ、ブロッキング温度が高く、耐久
性、耐熱性に優れ、比抵抗が大きく、良好な抵抗変化率
を有するスピンバルブ型薄膜素子を提供することを課題
としている。また、このスピンバルブ型薄膜素子の製造
方法を提供することを課題としている。さらに、このス
ピンバルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気ヘッドを提供す
ることを課題としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のスピンバルブ型薄膜素子は、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差する方向に磁化が
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
素子であり、前記反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ（ただし、Ｘ
は、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈのうちから選
択される１種の元素を示す。）の式で示される合金また
はＸ’ーＰｔ−Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｒ
ｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇのうちから選択され
る１種または２種以上の元素を示す。）の式で示される
合金で形成されたものであり、アニールを施すことによ
り、反強磁性が示されるとともに比抵抗が増加されたも
のであることを特徴とするものである。

【００１９】すなわち、反強磁性層が、耐熱性に優れた
ものにより形成されることにより、製造工程において高
温による悪影響を受けにくいものを得ることができると
ともに、装置内の素子温度が高温となる薄膜磁気ヘッド
などの装置に備えられた場合の耐久性が良好で、温度変
化による交換結合磁界の変動が少ない優れたものを得る
ことができる。また、反強磁性層のブロッキング温度が
高いものとなるため、反強磁性層と固定磁性層との境界
面に大きな交換結合磁界を発生させることができ、前記
固定磁性層の外部信号磁界に対する磁化の回転を良好に
ピン止めすることができる。さらにまた、反強磁性層の
比抵抗が大きいため、シャントロスを減少させることが
でき、良好な抵抗変化率を有するスピンバルブ型薄膜素
子とすることができる。

【００２０】さらに、比抵抗および抵抗変化率が大きい
スピンバルブ型薄膜素子となるため、良好な出力電圧が
得られる高出力化に有利なスピンバルブ型薄膜素子とす
ることができる。したがって、反強磁性層が、ＮｉＯ合
金、ＦｅＭｎ合金、ＩｒＭｎ合金などにより形成された
アニールを施さない従来のスピンバルブ型薄膜素子と比
較して、優れたものとすることができる。

【００２１】また、上記のスピンバルブ型薄膜素子にお
いては、前記Ｘ−Ｍｎの式または前記Ｘ’ーＰｔ−Ｍｎ
の式で示される合金は、Ｍｎが４０〜５４原子％の範囲
であることが望ましい。このようなスピンバルブ型薄膜
素子とすることで、高い比抵抗とより一層良好な交換結
合磁界を得ることができ、抵抗変化率をより向上させる
ことができる。

【００２２】さらに、上記のスピンバルブ型薄膜素子に
おいては、前記Ｘ−Ｍｎの式または前記Ｘ’ーＰｔ−Ｍ
ｎの式で示される合金は、Ｍｎが４４〜５２原子％の範
囲であることであることがより望ましい。このようなス
ピンバルブ型薄膜素子とすることで、２００μΩｃｍ以
上の高い比抵抗を有するものとすることができ、良好な
交換結合磁界が得られ、抵抗変化率をより向上させるこ
とができる。

【００２３】また、上記のスピンバルブ型薄膜素子にお
いては、前記Ｘ−Ｍｎの式または前記Ｘ’ーＰｔ−Ｍｎ
の式で示される合金が、アニールを施すことにより、規
則化されてｆｃｔ構造とされたものであることが望まし
い。このようなスピンバルブ型薄膜素子とすることで、
反強磁性層と固定磁性層との境界面に大きな交換結合磁
界を発生させることができる優れたスピンバルブ型薄膜
素子とすることができる。

【００２４】さらにまた、上記のスピンバルブ型薄膜素
子においては、前記反強磁性層の比抵抗が、２００μΩ
ｃｍ以上であることが望ましい。このようなスピンバル
ブ型薄膜素子とすることで、シャントロスを十分に減少
させることができ、高出力化に有利な大きい出力電圧を
得ることができるより優れたスピンバルブ型薄膜素子と
することができる。さらに、上記のスピンバルブ型薄膜
素子においては、比抵抗が、アニールを施すことによ
り、２０％以上増加されたものであることが望ましい。
このようなスピンバルブ型薄膜素子とした場合も、シャ
ントロスを減少させることができ、大きい出力電圧が得
られるものとすることができる。

【００２５】また、上記のスピンバルブ型薄膜素子にお
いては、前記フリー磁性層の厚さ方向両側に、各々非磁
性導電層と固定磁性層と反強磁性層とが形成されたデュ
アル型構造とされてなるものとしてもよい。このような
スピンバルブ型薄膜素子とすることで、フリー磁性層／
非磁性導電層／固定磁性層の３層の組合わせを２組有す
るものとなり、シングルスピンバルブ型薄膜素子と比較
して、大きな△ＭＲ（抵抗変化率）が得られ、高密度記
録化に対応できるものとすることができる。

【００２６】また、上記のスピンバルブ型薄膜素子にお
いては、前記固定磁性層と前記フリー磁性層の少なくと
も一方が非磁性中間層を介して２つに分断され、分断さ
れた層どうしで磁化の向きが１８０゜異なるフェリ磁性
状態とされてなることを特徴とするものとしてもよい。

【００２７】少なくとも固定磁性層が非磁性中間層を介
して２つに分断されたスピンバルブ型薄膜素子とした場
合、２つに分断された固定磁性層のうち一方が他方の固
定磁性層を適正な方向に固定する役割を担い、固定磁性
層の状態を非常に安定した状態に保つことが可能とな
る。一方、少なくともフリー磁性層が非磁性中間層を介
して２つに分断されたスピンバルブ型薄膜素子とした場
合、２つに分断されたフリー磁性層どうしの間に交換結
合磁界が発生し、フェリ磁性状態とされ、外部磁界に対
して感度よく反転できるものとなる。

【００２８】また、前記課題は、基板上に、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差する方向に磁化が
揃えられるフリー磁性層とを形成したのち、アニールを
施してなるスピンバルブ型薄膜素子の製造方法であっ
て、前記反強磁性層を、Ｘ−Ｍｎ（ただし、Ｘは、Ｐ
ｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈのうちから選択され
る少なくとも１種の元素を示す。）の式で示される合金
またはＸ’ーＰｔ−Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、Ｐｄ、Ｃ
ｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇのうちから選
択される１種または２種以上の元素を示す。）の式で示
される合金で形成し、前記アニールにより、反強磁性を
示させるとともに比抵抗を増加させることを特徴とする
スピンバルブ型薄膜素子の製造方法によって解決でき
る。このようなスピンバルブ型薄膜素子の製造方法によ
れば、上記のスピンバルブ型薄膜素子を容易に得ること
ができる。

【００２９】さらにまた、前記課題は、上記のスピンバ
ルブ型薄膜素子が備えられてなることを特徴とする薄膜
磁気ヘッドによって解決できる。このような薄膜磁気へ
ッドとすることで、交換結合磁界を大きくすることがで
き、耐久性、耐熱性に優れ、良好な抵抗変化率を有する
薄膜磁気へッドとすることができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明のスピンバルブ型薄
膜素子の実施形態について、図面を参照して詳しく説明
する。 ［第１の実施形態］図１は、本発明の第１の実施形態の
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
た場合の構造を示した断面図である。本発明のスピンバ
ルブ型薄膜素子が従来のスピンバルブ型薄膜素子と異な
るところは、前記反強磁性層２が、Ｘ−Ｍｎ（ただし、
Ｘは、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈのうちから
選択される１種の元素を示す。）の式で示される合金ま
たはＸ’ーＰｔ−Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、Ｐｄ、Ｃｒ、
Ｒｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇのうちから選択さ
れる１種または２種以上の元素を示す。）の式で示され
る合金で形成されたものであり、アニールを施すことに
より、反強磁性が示されるとともに比抵抗が増加された
ものであるところである。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。

【００３１】図１において、符号１は、図示しない基板
上に設けられ、例えば、Ｔａ（タンタル）などで形成さ
れた下地層を示している。この下地層１の上には、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
は、固定磁性層３が形成されている。この固定磁性層３
の上には、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。また、符号６、６は、ハードバイアス層を、符号７
は、Ｔａなどで形成された保護層を、符号８、８は、導
電層を示している。

【００３２】本発明の第１の実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子において、前記反強磁性層２に使用されるＸ−
Ｍｎの式で示される合金は、スパッタリングなどにより
成膜された後に、アニールを施すことにより、規則化さ
れてｆｃｔ構造とされたものであることが望ましい。こ
のＸ−Ｍｎの式で示される合金は、Ｍｎが４０〜５４原
子％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、４
４〜５２原子％の範囲であり、最も好ましくは、４３〜
４９原子％である。前記Ｍｎの組成範囲を４０原子％未
満とした場合、あるいは、５４原子％を越える場合、高
い比抵抗が得られないため好ましくない。また、Ｘ−Ｍ
ｎの式で示される合金としては、Ｍｎの組成範囲は、良
好な交換結合磁界が得られる３７〜６３原子％とするこ
とが望ましい。５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界が得
られるより好ましいＭｎの組成範囲は、４３〜４９原子
％である。

【００３３】前記組成範囲のＸ−Ｍｎの式で示される合
金は、スパッタリングなどの成膜法などにより形成され
た状態では、Ｘ原子およびＭｎ原子の配列順序が不規則
な面心立方格子となっている。このため、反強磁性層２
と固定磁性層３との境界面において、交換結合磁界（Ｈ
ｅｘ）はほとんど発生しない。しかし、成膜されたＸ−
Ｍｎの式で示される合金に対し、磁界中でアニール処理
することにより規則化し、ｆｃｔ構造とすることによ
り、反強磁性層２と固定磁性層３との境界面で大きな交
換結合磁界を発生させることが可能なものとされる。

【００３４】また、反強磁性層２は、前記Ｘ’ーＰｔ−
Ｍｎ合金で形成されたものであってもよい。前記Ｘ’ー
Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金は、Ｘ−Ｍｎの式で示さ
れる合金と同様に、スパッタリングなどにより成膜され
た後に、アニールを施すことにより規則化されてｆｃｔ
構造とされたものであることが望ましい。このＸ’ーＰ
ｔ−Ｍｎの式で示される合金は、ＸーＭｎの式で示され
る合金と同様に、Ｍｎが４０〜５４原子％の範囲である
ことが望ましい。より好ましくは、４４〜５２原子％の
範囲であり、最も好ましくは、４３〜４９原子％であ
る。前記Ｍｎの組成範囲を４０原子％未満とした場合、
あるいは、５４原子％を越える場合、高い比抵抗が得ら
れないため好ましくない。

【００３５】また、このＸ’ーＰｔ−Ｍｎの式で示され
る合金としては、Ｍｎの組成範囲は、良好な交換結合磁
界が得られる３７〜６３原子％とすることが望ましい。
５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界が得られるより好ま
しいＭｎの組成範囲は、４３〜４９原子％である。さら
に、前記Ｘ’ーＰｔ−Ｍｎの式で示される合金として
は、Ｘ’が０．２〜１０原子％の範囲であることが望ま
しい。上記反強磁性層２がＸ’ーＰｔ−Ｍｎの式で示さ
れる合金で形成されたものである場合も、成膜後に、磁
界中でアニール処理を施すことにより、規則化されてｆ
ｃｔ構造とされ、固定磁性層３との境界面で大きな交換
結合磁界を発生させることが可能なものとされる。

【００３６】また、前記反強磁性層２としては、比抵抗
は、２００μΩｃｍ以上であることが望ましい。前記比
抵抗が２００μΩｃｍ未満であるものとした場合、シャ
ントロスを十分に減少させることができないため、ま
た、前記シャントロスが△ＭＲ（抵抗変化率）に悪影響
を与える恐れがあるため好ましくない。また、スピンバ
ルブ型薄膜素子の比抵抗は、アニールを施すことによ
り、２０％以上増加されたものであることが望ましい。
スピンバルブ型薄膜素子の比抵抗が、２０％未満増加さ
れたものとした場合、シャントロスを十分に減少させる
ことができないものとなるため好ましくない。

【００３７】前記固定磁性層３は、強磁性体の薄膜から
なり、例えば、Ｃｏ、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合
金、ＣｏＦｅ合金などで形成されることが好ましい。ま
た、前記非磁性導電層４は、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇな
どに代表される非磁性体からなり、通常、２０〜４０Å
程度の厚さに形成されている。

【００３８】前記フリー磁性層５は、前記固定磁性層３
と同様の材質などで形成されることが好ましい。このこ
とは、非磁性導電層４を固定磁性層３とフリー磁性層５
とで挟む構造の巨大磁気抵抗効果発生機構にあっては、
固定磁性層３とフリー磁性層５とを同種の材質で構成す
る方が、異種の材質で構成するよりも、伝導電子のスピ
ン依存散乱以外の因子が生じる可能性が低く、より高い
磁気抵抗効果を得ることが可能であることに起因してい
る。

【００３９】前記ハードバイアス層６，６は、例えば、
Ｃｏ一Ｐｔ合金やＣｏ一Ｃｒ一Ｐｔ合金などで形成され
ることが好ましい。また、導電層８は、例えば、Ｃｒや
ＣｕやＷなどで形成されることが好ましい。

【００４０】図１に示すスピンバルブ型薄膜素子におい
ては、前記反強磁性層２は、固定磁性層３に接して形成
され、アニール（熱処理）を施すことにより、反強磁性
層２と固定磁性層３との界面にて、交換結合磁界が発生
し、例えば、図１に示すように、固定磁性層３の磁化が
図示Ｙ方向に固定される。また、前記ハードバイアス層
６，６が、図示Ｘ１方向と反対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Ｘ１方向と反
対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。

【００４１】このようなスピンバルブ型薄膜素子では、
前記導電層８からフリー磁性層５、非磁性導電層４、固
定磁性層３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５の磁化は、図示Ｘ１方向と反対方向からＹ方向に変
動する。このときの非磁性導電層４とフリー磁性層５と
の界面、および非磁性導電層４と固定磁性層３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。

【００４２】このようなスピンバルブ型薄膜素子を製造
するには、まず、下から下地層１、反強磁性層２、固定
磁性層３、非磁性導電層４、フリー磁性層５、保護層７
を成膜し、成膜後の工程において、アニール（熱処理）
を施す方法などによって行われる。ここでのアニール
は、２００〜２９０℃程度の温度で行うことが好まし
い。前記温度を２００℃未満とした場合、反強磁性層２
を形成するＸ−Ｍｎの式で示される合金あるいはＸ’ー
Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金の規則化に支障をきたす
ため好ましくない。一方、２９０℃を越える温度とした
場合、反強磁性層２以外の層に悪影響を与える恐れが生
じる。また、アニール温度は、２４０〜２９０℃程度の
温度で行うことがより好ましい。アニール温度を２４０
以上とすると、固定磁性層３が反強磁性層２の上側およ
び／または下側に配置されていても交換結合磁界が得ら
れるからである。アニール温度を２４０℃未満とした場
合、反強磁性層２の上に固定磁性層３が配置されている
ときは、交換結合が得られるが、反強磁性層２の下に固
定磁性層３が配置されているときは、交換結合磁界が得
られ難いものとなる。

【００４３】このようなスピンバルブ型薄膜素子は、前
記反強磁性層２が、Ｘ−Ｍｎ（ただし、Ｘは、Ｐｔ、Ｎ
ｉ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈのうちから選択される１種
の元素を示す。）の式で示される合金またはＸ’ーＰｔ
−Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｉ
ｒ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇのうちから選択される１種または
２種以上の元素を示す。）の式で示される合金で形成さ
れたものであり、アニールを施すことにより、反強磁性
が示されるとともに比抵抗が増加されたものであるた
め、反強磁性層が、ＮｉＯ合金、ＦｅＭｎ合金、ＩｒＭ
ｎ合金などにより形成されたアニールを施さない従来の
スピンバルブ型薄膜素子と比較して、優れたスピンバル
ブ型薄膜素子とすることができる。

【００４４】すなわち、反強磁性層２が、耐熱性に優れ
たものにより形成されることにより、製造工程において
高温による悪影響を受けにくいものを得ることができる
とともに、装置内の素子温度が高温となる薄膜磁気ヘッ
ドなどの装置に備えられた場合の耐久性が良好で、温度
変化による交換結合磁界の変動が少ない優れたものを得
ることができる。また、反強磁性層２のブロッキング温
度が高いものとなるため、反強磁性層２と固定磁性層３
との境界面に大きな交換結合磁界を発生させることがで
き、前記固定磁性層３の外部信号磁界に対する磁化の回
転を良好にピン止めすることができるスピンバルブ型薄
膜素子となる。さらにまた、反強磁性層２の比抵抗が大
きいため、シャントロスを減少させることができ、大き
な抵抗変化率を有するスピンバルブ型薄膜素子とするこ
とができる。

【００４５】さらに、比抵抗および抵抗変化率が大きい
スピンバルブ型薄膜素子となるため、大きな出力電圧が
得られる高出力化に有利なスピンバルブ型薄膜素子とす
ることができる。ここで、反強磁性層２の比抵抗を変化
させた場合の出力変化を、数式を用いて詳しく説明す
る。

【００４６】前記抵抗変化率△ＭＲは、電圧変化量を△
Ｖ、電圧をＶとしたとき、次の数式（ｉ）で示される。 △ＭＲ＝△Ｖ／Ｖ ・・・（ｉ） したがって、電圧変化量△Ｖは、次の数式（ｉｉ）で示
される。 △Ｖ＝Ｖ×△ＭＲ ・・・（ｉｉ）

【００４７】ところで、前記電圧Ｖは、電流をＩ、抵抗
をＲとしたときＶ＝ＩＲで示されるので、電圧変化量△
Ｖは、次の数式（ｉｉｉ）で示される。 △Ｖ＝ＩＲ×△ＭＲ ・・・（ｉｉｉ）

【００４８】したがって、アニールを施す前後の出力電
圧の比△Ｖ／△Ｖ₀は、初期抵抗変化率を△ＭＲ₀、初期
抵抗をＲ₀とすると、次の数式（ｉｖ）で示される。 △Ｖ／△Ｖ₀＝（ＩＲ×△ＭＲ）／（ＩＲ₀×△ＭＲ₀）
・・・（ｉｖ） また、アニールを施す前と後
での電流Ｉは等しいので、電圧の比△Ｖ／△Ｖ ₀は、数
式（ｖ）で示される。 △Ｖ／△Ｖ₀＝（Ｒ×△ＭＲ）／（Ｒ₀×△ＭＲ₀） ・・・（ｖ） 前記数式（ｖ）を書き換えると、次に示す数式（ｖｉ）
が得られる。 △Ｖ／△Ｖ₀ ＝（△ＭＲ／△ＭＲ₀）×（Ｒ／Ｒ₀） ・・・（ｖｉ）

【００４９】実際は、アニールを施して初めて、△ＭＲ
は測定し得るが、アニール前後で△ＭＲが不変と仮定す
ると、アニール後にＲが大きくなれば出力電圧△Ｖも大
きくなる。ここで、Ｒ、Ｒ₀は、スピンバルブ型薄膜素
子トータルの抵抗値であるが、反強磁性層２は比較的膜
厚が厚いため、アニール後、反強磁性層２の比抵抗が増
加するとトータルの抵抗値の増加も比較的大きくなる。
すなわち、本発明のスピンバルブ型薄膜素子では、反強
磁性層２の比抵抗が大きいため、大きい出力電圧と大き
い抵抗変化とを有する優れたスピンバルブ型薄膜素子を
得ることができる。

【００５０】また、前記Ｘ−Ｍｎの式または前記Ｘ’ー
Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金を、Ｍｎが４０〜５４原
子％の範囲であるものとすることで、高い比抵抗とより
一層良好な交換結合磁界を得ることができ、抵抗変化率
をより向上させることができる優れたスピンバルブ型薄
膜素子となる。さらに、前記Ｘ−Ｍｎの式または前記
Ｘ’ーＰｔ−Ｍｎの式で示される合金を、Ｍｎが４４〜
５２原子％の範囲であるものとすることで、２００μΩ
ｃｍ以上の高い比抵抗を有するものとすることができ、
良好な交換結合磁界が得られ、抵抗変化率をより向上さ
せることができる優れたスピンバルブ型薄膜素子とな
る。

【００５１】また、前記Ｘ−Ｍｎの式または前記Ｘ’ー
Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金が、アニールを施すこと
により、規則化されてｆｃｔ構造とされたものであるの
で、反強磁性層２と固定磁性層３との境界面に大きな交
換結合磁界を発生させることができる優れたスピンバル
ブ型薄膜素子となる。

【００５２】さらにまた、反強磁性層２の比抵抗が、２
００μΩｃｍ以上であるものとすることで、シャントロ
スを十分に減少させることができ、高出力化に有利な大
きい出力電圧を得ることができるより優れたスピンバル
ブ型薄膜素子となる。さらに、比抵抗が、アニールを施
すことにより、２０％以上増加されたスピンバルブ型薄
膜素子としたので、シャントロスを減少させることがで
き、大きい出力電圧が得られるものすることができる。

【００５３】また、前記Ｘ−Ｍｎの式または前記Ｘ’ー
Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金を、Ｍｎが３７〜６３原
子％の範囲であるものとすることで、より一層良好な交
換結合磁界を得ることができ、抵抗変化率をより向上さ
せることができる優れたスピンバルブ型薄膜素子とな
る。さらに、前記Ｘ−Ｍｎの式または前記Ｘ’ーＰｔ−
Ｍｎの式で示される合金を、Ｍｎが４３〜４９原子％の
範囲であるものとすることで、５００（Ｏｅ）以上の良
好な交換結合磁界が得られ、抵抗変化率をより向上させ
ることができる優れたスピンバルブ型薄膜素子となる。
さらにまた、前記Ｘ’ーＰｔ−Ｍｎの式で示される合金
を、Ｘ’が０．２〜１０原子％の範囲であるものとする
ことで、Ｘ’ーＰｔ−Ｍｎの式で示される合金を使用し
た場合、さらに良好な交換結合磁界を得ることができ、
抵抗変化率をより向上させることができる。

【００５４】また、前記スピンバルブ型薄膜素子の製造
方法は、基板上に、反強磁性層２と、この反強磁性層２
と接して形成され、前記反強磁性層２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３と、前記固定
磁性層３に非磁性導電層４を介して形成され、前記固定
磁性層３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５とを形成したのち、アニールを施してな
るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法であって、前記反
強磁性層２を、Ｘ−Ｍｎの式または前記Ｘ’ーＰｔ−Ｍ
ｎの式で示される合金で形成し、前記アニールにより、
反強磁性を示させるとともに比抵抗を増加させる製造方
法であるので、上述した優れたスピンバルブ型薄膜素子
を容易に得ることができる。

【００５５】本発明の第１の実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子においては、上述したように、非磁性導電層４
の厚さ方向上下に、固定磁性層３とフリー磁性層５をそ
れぞれ単層構造として設けたが、これらを複数構造とし
てもよい。巨大磁気抵抗変化を示すメカニズムは、非磁
性導電層４と固定磁性層３とフリー磁性層５との界面で
生じる伝導電子のスピン依存散乱によるものである。Ｃ
ｕなどからなる前記非磁性導電層４に対し、スピン依存
散乱が大きな組み合わせとして、Ｃｏ層が例示できる。
このため、固定磁性層３をＣｏ以外の材料で形成した場
合、固定磁性層３の非磁性導電層４側の部分を図１の２
点鎖線で示すように薄いＣｏ層３ａで形成することが好
ましい。また、フリー磁性層５をＣｏ以外の材料で形成
した場合も固定磁性層３の場合と同様に、フリー磁性層
５の非磁性導電層４側の部分を図１の２点鎖線で示すよ
うに薄いＣｏ層５ａで形成することが好ましい。

【００５６】［第２の実施形態］図２は、本発明の第２
の実施形態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した断面図である。本発
明の第２の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子は、図１
に示した第１の実施形態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トップ型のシングルスピンバル
ブ型薄膜素子である。

【００５７】図２において、符号１２１は、図示しない
基板上に設けられている下地層を示している。この下地
層１２１の上には、フリー磁性層１２５が形成され、さ
らに前記フリー磁性層１２５の上には、非磁性導電層１
２４が形成されている。この非磁性導電層１２４の上に
は、固定磁性層１２３が形成され、さらに、前記固定磁
性層１２３の上には、反強磁性層１２２が形成されてい
る。また、符号１２６、１２６は、ハードバイアス層
を、符号１２７は、保護層を、符号１２８、１２８は、
導電層を示している。

【００５８】本発明の第２の実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子では、下地層１２１、フリー磁性層１２５、非
磁性導電層１２４、固定磁性層１２３、ハードバイアス
層１２６、保護層１２７、導電層１２８の構成材料は、
上述した第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子と同
等とされる。また、反強磁性層１２２の構成材料も、上
述した第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子と同様
とされるが、良好な交換結合磁界が得られる好ましい組
成範囲が若干異なる。

【００５９】すなわち、反強磁性層１２２を形成するＸ
−Ｍｎの式で示される合金において、Ｍｎは３７〜６３
原子％の範囲とすることが好ましく、５００（Ｏｅ）以
上の交換結合磁界が得られる４２〜４７原子％の範囲と
することがより好ましい。また、Ｘ’ーＰｔ−Ｍｎの式
で示される合金においても、Ｍｎは３７〜６３原子％の
範囲とすることが好ましく、５００（Ｏｅ）以上の交換
結合磁界が得られる４２〜４７原子％の範囲とすること
がより好ましい。さらにまた、Ｘ−Ｍｎの式で示される
合金またはＸ’ーＰｔ−Ｍｎの式で示される合金は、上
述した第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子と同様
に、アニールを施すことにより、反強磁性が示されると
ともに比抵抗が増加されたものとされることが好まし
い。

【００６０】本発明の第２の実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子においても、前記反強磁性層１２２が、Ｘ−Ｍ
ｎの式で示される合金またはＸ’ーＰｔ−Ｍｎの式で示
される合金で形成されたものであり、アニールを施すこ
とにより、反強磁性が示されるとともに比抵抗が増加さ
れたものであるので、耐熱性、耐久性に優れ、大きな交
換結合磁界を発生させることができ、良好な抵抗変化率
を有するスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
また、比抵抗および抵抗変化率が大きいスピンバルブ型
薄膜素子となるため、良好な出力電圧が得られる高出力
化に有利なスピンバルブ型薄膜素子とすることができ
る。

【００６１】［第３の実施形態］図３は、本発明の第３
の実施形態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した断面図である。本発
明の第３の実施形態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、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３層の組合わせが２組存在するため、
図１および図２に示したシングルスピンバルブ型薄膜素
子と比べて、大きな抵抗変化率を期待でき、高密度記録
化に対応できるものとなっている。

【００６２】図３に示すスピンバルブ型薄膜素子は、図
示しない基板上に設けられ、下から下地層１４１、反強
磁性層１４２、固定磁性層（下）１４３、非磁性導電層
１４４、フリー磁性層１４５、非磁性導電層１４６、固
定磁性層１４７（上）、反強磁性層１４８、保護層１４
９の順で積層されている。なお、図３に示すように下地
層１４１から保護層１４９までの積層体の両側には、ハ
ードバイアス層１３２、１３２と導電層１３３、１３３
が形成されている。

【００６３】本発明の第３の実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子では、下地層１４１、フリー磁性層１４５、非
磁性導電層１４４、１４６、固定磁性層１４３、１４
７、ハードバイアス層１３２、保護層１４９、導電層１
３３の構成材料は、上述した実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子と同等とされる。また、反強磁性層１４２、１
４８の構成材料も、上述した実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子と同等とされる。

【００６４】本発明の第３の実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子においても、前記反強磁性層１４２、１４８
が、Ｘ−Ｍｎの式で示される合金またはＸ’ーＰｔ−Ｍ
ｎの式で示される合金で形成されたものであり、アニー
ルを施すことにより、反強磁性が示されるとともに比抵
抗が増加されたものであるので、耐熱性、耐久性に優
れ、大きな交換結合磁界を発生させることができ、大き
な抵抗変化率を有するスピンバルブ型薄膜素子とするこ
とができる。さらに、反強磁性層１４２、１４８の比抵
抗および抵抗変化率が大きいため、良好な出力電圧が得
られる高出力化に有利なスピンバルブ型薄膜素子とな
る。

【００６５】［第４の実施形態］図４は、本発明の第４
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
た横断面図であり、図５は、図４に示したスピンバルブ
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
を示した断面図である。図４および図５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
るボトム型のシングルスピンバルブ型薄膜素子の一種で
ある。

【００６６】図４および図５において、図示しない基板
上に形成された最も下の層は、Ｔａなどの非磁性材料で
形成された下地層１０である。前記下地層１０の上に
は、反強磁性層１１が形成され、前記反強磁性層１１の
上には、第１の固定磁性層１２が形成されている。そし
て、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、前記非磁性中間層１３の上には、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および第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。

【００６７】本発明の第４の実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子においては、上述の第１の実施形態のスピンバ
ルブ型薄膜素子と同様に、前記反強磁性層１１が、Ｘ−
Ｍｎ（ただし、Ｘは、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、
Ｒｈのうちから選択される１種の元素を示す。）の式で
示される合金またはＸ’ーＰｔ−Ｍｎ（ただし、Ｘ’
は、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇ
のうちから選択される１種または２種以上の元素を示
す。）の式で示される合金で形成されたものであり、ア
ニールを施すことにより、反強磁性が示されるとともに
比抵抗が増加されたものとされることが好ましい。ま
た、これら各合金の組成についても、上述の第１の実施
形態のＸ−Ｍｎの式で示される合金およびＸ’ーＰｔ−
Ｍｎの式で示される合金と同等でよい。

【００６８】ところで、図４に示す第１の固定磁性層１
２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（Ｍ
ｓ）と膜厚（ｔ）とをかけた値で選定される。

【００６９】図４および図５に示す第１の固定磁性層１
２と第２の固定磁性層１４とは同じ材質で形成され、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よりも大きく形成されている
ために、第２の固定磁性層１４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。ま
た、第１の固定磁性層１２および第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が望ましい。した
がって、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より厚く形成されていてもよ
い。

【００７０】第１の固定磁性層１２は、図４および図５
に示すように、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（フェリ
状態）に磁化されている。

【００７１】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が発生し、例えば、図４およ
び図５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１
２の磁化が、図示Ｙ方向に固定されると、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、
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。

【００７２】このようなスピンバルブ型薄膜素子におい
ては、交換結合磁界が大きいほど、第１の固定磁性層１
２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る。この例のスピンバルブ
型薄膜素子では、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
きい交換結合磁界を発生させる、Ｘ−Ｍｎの式で示され
る合金またはＸ’ーＰｔ−Ｍｎの式で示される合金を使
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。

【００７３】以上のように、このようなスピンバルブ型
薄膜素子では、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１４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、良好な△ＭＲ（抵抗変化率）を得ることが可能
である。

【００７４】次に、図４および図５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１３について説明する。本発明では、第１の固
定磁性層１２と第２の固定磁性層１４との間に介在する
非磁性中間層１３は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、
Ｃｕのうちｌ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。

【００７５】図４および図５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
は、フリー磁性層１６が形成されている。図４および図
５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１５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により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、△ＭＲ（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。

【００７６】また、図４および図５に示すスピンバルブ
型薄膜素子の紙面垂直方向における両側には、例えばＣ
ｏ一Ｐｔ合金やＣｏ一Ｃｒ一Ｐｔ合金などで形成された
ハードバイアス層１３０、１３０及びＣｒやＣｕやＷで
形成された導電層１３１、１３１が形成されており、前
記ハードバイアス層１３０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Ｘ１方向に磁
化された状態となっている。

【００７７】本発明の第４の実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子においても、前記反強磁性層１１が、Ｘ−Ｍｎ
の式で示される合金またはＸ’ーＰｔ−Ｍｎの式で示さ
れる合金で形成されたものであり、アニールを施すこと
により、反強磁性が示されるとともに比抵抗が増加され
たものであるので、耐熱性、耐久性に優れ、大きな交換
結合磁界を発生させることができ、良好な抵抗変化率を
有するスピンバルブ型薄膜素子となる。また、反強磁性
層１１の比抵抗およびアニール後の抵抗増加が大きいた
め、良好な出力電圧が得られる高出力化に有利なスピン
バルブ型薄膜素子となる。

【００７８】図４および図５におけるスピンバルブ型薄
膜素子では、前記導電層１３１、１３１からフリー磁性
層１６、非磁性導電層１５、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４および図
５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Ｘ１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。

【００７９】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の界面および第
２の固定磁性層１４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△ＭＲに直接関与
せず、前記第１の固定磁性層１２は、△ＭＲ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、第４の
実施の形態では、従来とほぼ同程度の△ＭＲを得ること
が可能となっている。

【００８０】［第５の実施形態］図６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
た横断面図であり、図７は、図６に示したスピンバルブ
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
を示した断面図である。この例のスピンバルブ型薄膜素
子は、図４および図５に示したスピンバルブ型薄膜素子
の膜構成を逆にして形成したトップ型のシングルスピン
バルブ型薄膜素子である。すなわち、図６および図７に
示すスピンバルブ型薄膜素子では、図示しない基板上
に、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。

【００８１】本発明の第５の実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子においては、上述の第２の実施形態のスピンバ
ルブ型薄膜素子の反強磁性層１１と同様に、前記反強磁
性層２８が、Ｘ−Ｍｎの式で示される合金またはＸ’ー
Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金で形成されたものであ
り、アニールを施すことにより、反強磁性が示されると
ともに比抵抗が増加されたものとされていることが好ま
しい。また、これら各合金の組成についても、上述の第
２の実施形態のＸ−Ｍｎの式で示される合金およびＸ’
ーＰｔ−Ｍｎの式で示される合金と同等でよい。

【００８２】次に、図６および図７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。

【００８３】図６および図７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。なお、図６および図７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１３０、１３０と導電層１３１、
１３１が形成されており、前記ハードバイアス層１３０
が図示Ｘ１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Ｘ１方向に揃えられている。

【００８４】図６および図７におけるスピンバルブ型薄
膜素子では、前記導電層１３１からフリー磁性層２１、
非磁性導電層２４、及び固定磁性層２５にセンス電流が
与えられる。記録媒体から図６および図７に示す図示Ｙ
方向に磁界が与えられると、フリー磁性層２１の磁化
は、図示Ｘ１方向からＹ方向に変動し、このときの非磁
性導電層２４とフリー磁性層２１との界面、及び非磁性
導電層２４と第２の固定磁性層２５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。

【００８５】本発明の第５の実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子においても、前記反強磁性層２８が、Ｘ−Ｍｎ
の式で示される合金またはＸ’ーＰｔ−Ｍｎの式で示さ
れる合金で形成されたものであり、アニールを施すこと
により、反強磁性が示されるとともに比抵抗が増加され
たものであるので、耐熱性、耐久性に優れ、大きな交換
結合磁界を発生させることができ、良好な抵抗変化率を
有するスピンバルブ型薄膜素子となる。また、反強磁性
層２８の比抵抗およびアニール後の抵抗増加が大きいた
め、良好な出力電圧が得られる高出力化に有利なスピン
バルブ型薄膜素子となる。

【００８６】［第６の実施形態］図８は、本発明の第６
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
た横断面図であり、図９は、図８に示したスピンバルブ
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
を示した断面図である。この例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△ＭＲ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。

【００８７】図８および図９に示すスピンバルブ型薄膜
素子は、図示しない基板上に、下から下地層３０、反強
磁性層３１、第１の固定磁性層（下）３２、非磁性中問
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）４１、非磁性中間層（上）４
２、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９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。

【００８８】本発明の第６の実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子において、前記反強磁性層３１、４４は、上述
の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子と同様に、Ｘ−Ｍ
ｎの式で示される合金またはＸ’ーＰｔ−Ｍｎの式で示
される合金で形成されたものであり、アニールを施すこ
とにより、反強磁性が示されるとともに比抵抗が増加さ
れたものとされることが好ましい。

【００８９】また、図８および図９に示す第１の固定磁
性層（下）３２，（上）４３と第２の固定磁性層、
（下）３４，（上）４１との間に介在する非磁性中間層
３３，４２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。

【００９０】図８および図９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ｔＰ₁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。

【００９１】図４〜図７に示す本発明の第４の実施形態
および第５の実施形態のシングルスピンバルブ型簿膜素
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が異なるように膜厚
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。しかし、図８および図９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）３
２，（上）４３の磁化が、共に同じ方向に向くようにす
る必要性がある。そのため、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すること
で、デュアルスピンバルブ型薄膜素子として満足に機能
させることができる。

【００９２】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。

【００９３】前述したように、スピンバルブ型薄膜素子
の△ＭＲ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。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△ＭＲ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。

【００９４】仮に図８および図９に示す第２の固定磁性
層（下）３４，（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△ＭＲ
は、図４〜図７に示す本発明の第４の実施形態および第
５の実施形態のシングルスピンバルブ型簿膜素子の△Ｍ
Ｒよりも小さくなってしまう。

【００９５】この問題は、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、図３に示す第３の実施形態のデ
ュアルスピンバルブ型薄膜素子など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ベ△ＭＲ
を大きくでき、大きな出力を得ることができるデュアル
スピンパ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。

【００９６】ところで、本発明では、図８および図９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・ｔ
Ｐ₂の方が、第１の固定磁性層（下）３２のＭｓ・ｔＰ₁
に比べて大きくなっており、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。そして、第２の固定磁性層（下）３４のＭｓ
・ｔＰ₂と、第１の固定磁性層（下）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、Ｍ
ｓ・ｔＰ₂の大きい第２の固定磁性層（下）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。

【００９７】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
・ｔＰ₂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）４
３のＭｓ・ｔＰ₁と、第２の固定磁性層（上）４１のＭ
ｓ・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。

【００９８】すなわち、図８および図９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・ｔＰ₂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）４３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。

【００９９】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３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。

【０１００】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。

【０１０１】ハードディスクなどの装置内の環境温度ま
たはセンス電流の増大により素子温度は、約２００℃程
度まで上昇し、さらに今後、記録媒体の回転数などの増
大によって、素子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。

【０１０２】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。

【０１０３】また、第６の実施形態では、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）３
２のＭｓ・ｔＰ₁を、第２の固定磁性層３４のＭｓ・ｔ
Ｐ₂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・ｔＰ
₁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）４３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（Ｏ
ｅ）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。

【０１０４】以上、図４〜図９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。特に本実施の形態では、反強磁性層と
してプ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Ｘ−Ｍｎの式で示される合金またはＸ’ーＰ
ｔ−Ｍｎの式で示される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。

【０１０５】さらに本実施の形態では、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。

【０１０６】特に図８および図９に示すデユアルスピン
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）３４，（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、△ＭＲ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。

【０１０７】本発明の第６の実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子においても、前記反強磁性層３１、４４が、Ｘ
−Ｍｎの式で示される合金またはＸ’ーＰｔ−Ｍｎの式
で示される合金で形成されたものであり、アニールを施
すことにより、反強磁性が示されるとともに比抵抗が増
加されたものであるので、耐熱性、耐久性に優れ、大き
な交換結合磁界を発生させることができ、良好な抵抗変
化率を有するスピンバルブ型薄膜素子となる。また、反
強磁性層３１、４４の比抵抗およびアニールによる抵抗
増大が大きいため、良好な出力電圧が得られる高出力化
に有利なスピンバルブ型薄膜素子となる。

【０１０８】［第７の実施形態］図１０は、本発明の第
７の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子を模式図的に示
した横断面図であり、図１１は、図１０に示したスピン
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
の構造を示した断面図である。このスピンバルブ型薄膜
素子においても、図４〜図９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。

【０１０９】本発明の第７の実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子は、図１０および図１１に示すように、図示し
ない基板上に、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５
６、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。

【０１１０】本発明の第７の実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子において、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、上述の第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜
素子と同様に、Ｘ−Ｍｎの式で示される合金またはＸ’
ーＰｔ−Ｍｎの式で示される合金で形成されたものであ
り、アニールを施すことにより、反強磁性が示されると
ともに比抵抗が増加されたものとされることが好まし
い。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Ｃ
ｏＮｉＦｅ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。

【０１１１】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
必要である。本実施の形態では、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。

【０１１２】図１０および図１１に示す非磁性導電層５
５の上には、第１のフリー磁性層５６が形成されてい
る。図１０および図１１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５
５に接する側にＣｏ膜５７が形成されている。非磁性導
電層５５に接する側にＣｏ膜５７を形成するのは、第１
に△ＭＲを大きくできるため、第２に非磁性導電層５５
との拡散を防止するためである。

【０１１３】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５
８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６
０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、Ｎｉ
Ｆｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金な
どで形成されている。また、第１のフリー磁性層５８
は、ＮｉＦｅ合金の他に、ＣｏＦｅ合金あるいはＣｏＮ
ｉＦｅ合金などで形成されていてもよい。

【０１１４】図１０および図１１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一Ｐｔ合金やＣｏ一Ｃ
ｒ−Ｐｔ合金などで形成されている。また、前記導電層
６３は、ＣｕやＣｒなどで形成されている。

【０１１５】図１０および図１１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（ＲＫＫ
Ｙ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。

【０１１６】図１０および図１１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・ｔＦ₁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Ｘ１方向と反対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
Ｘ１方向と反対方向に揃えられ、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Ｘ１方向に揃えられる。

【０１１７】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、△ＭＲ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
磁界が電気抵抗変化として検出される。また、本実施の
形態では、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、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。

【０１１８】本発明の第７の実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子においても、前記反強磁性層５１が、Ｘ−Ｍｎ
の式で示される合金またはＸ’ーＰｔ−Ｍｎの式で示さ
れる合金で形成されたものであり、アニールを施すこと
により、反強磁性が示されるとともに比抵抗が増加され
たものであるので、耐熱性、耐久性に優れ、大きな交換
結合磁界を発生させることができ、良好な抵抗変化率を
有するスピンバルブ型薄膜素子となる。また、反強磁性
層５１の比抵抗および抵抗変化率が大きいため、良好な
出力電圧が得られる高出力化に有利なスピンバルブ型薄
膜素子となる。

【０１１９】［第８の実施形態］図１２は、本発明の第
８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１３は、図１２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１０および図
１１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、図示しない基板上に、下か
ら、下地層７０、第２のフリー磁性層７１、非磁性中間
層７２、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。

【０１２０】本発明の第８の実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子において、前記下地層７０及び保護層８１は、
例えば、Ｔａなどで形成されている。前記反強磁性層８
０は、上述の第２の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子
と同様に、Ｘ−Ｍｎの式で示される合金またはＸ’ーＰ
ｔ−Ｍｎの式で示される合金で形成されたものであり、
アニールを施すことにより、反強磁性が示されるととも
に比抵抗が増加されたものとされることが好ましい。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ＣｏＮｉＦ
ｅ合金などで形成されている。また、非磁性中問層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。

【０１２１】図１２および図１３に示すスピンパルプ型
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１２および図１
３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、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合
金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。

【０１２２】図１２および図１３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一Ｐｔ合金やＣｏ一Ｃ
ｒ一Ｐｔ合金などで形成されている。また、前記導電層
８３は、ＣｒやＣｕやＷなどで形成されている。

【０１２３】図１２および図１３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（ＲＫＫ
Ｙ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１２および図１３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Ｘ１方向に
バイアス磁界が与えられると、Ｍｓ・ｔＦ ₁の大きい第
１のフリー磁性層７３の磁化が、前記パイアス磁界の影
響を受けて図示Ｘ１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Ｘ１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のフリ一磁性層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。

【０１２４】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、△ＭＲに奇与する第１
のフリー磁性層７３の磁化方向と、第２の固定磁性層７
１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。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、Ｒ
ｅ、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。

【０１２５】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。

【０１２６】本発明の第８の実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子においても、前記反強磁性層８０が、Ｘ−Ｍｎ
の式で示される合金またはＸ’ーＰｔ−Ｍｎの式で示さ
れる合金で形成されたものであり、アニールを施すこと
により、反強磁性が示されるとともに比抵抗が増加され
たものであるので、耐熱性、耐久性に優れ、大きな交換
結合磁界を発生させることができ、良好な抵抗変化率を
有するスピンバルブ型薄膜素子となる。また、反強磁性
層８０の比抵抗およびアニール後の抵抗増加が大きいた
め、良好な出力電圧が得られる高出力化に有利なスピン
バルブ型薄膜素子となる。

【０１２７】［第９の実施形態］図１４は、本発明の第
９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１５は、図１４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。

【０１２８】図１４および図１５に示す最も下側に形成
されている層は、図示しない基板上に設けられた下地層
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１００、第１のフリ
ー磁性層１０１、非磁性導電層１０４、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。

【０１２９】まず、各層の材質について説明する。前記
反強磁性層９２，１０８は、上述の実施形態のスピンバ
ルブ型薄膜素子と同様に、Ｘ−Ｍｎの式で示される合金
またはＸ’ーＰｔ−Ｍｎの式で示される合金で形成され
たものであり、アニールを施すことにより、反強磁性が
示されるとともに比抵抗が増加されたものとされること
が好ましい。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、
ＣｏＮｉＦｅ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、Ｒ
ｅ、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９６，１
０４はＣｕなどで形成されている。

【０１３０】図１４および図１５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９
８，１０３をＣｏ膜で形成することにより、△ＭＲ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。

【０１３１】ところで、本実施の形態では、前述したよ
うに、反強磁性層９２，１０８として、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アニールを施す
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）１
０５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、磁気へッドの信頼性を向上させることができ
る。

【０１３２】ところで、図１４および図１５に示すデュ
アルスピンバルブ型薄膜素子においては、フリ一磁性層
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１
０１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。

【０１３３】例えば、図１４および図１５に示すよう
に、第１のフリー磁性層１０１の磁化が、図示Ｘ１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Ｘ１
方向に磁化された状態とされる。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。

【０１３４】図１４および図１５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１０
１の磁化及び第２のフリー磁性層９７の磁化は、共に△
ＭＲに関与する層となっており、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△ＭＲを期待できるデユアルスピ
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）１０
５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）１０５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９７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。

【０１３５】よって、図１４および図１５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１
０１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。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△ＭＲを得るこ
とができる。

【０１３６】本発明の第９の実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子においても、前記反強磁性層９２，１０８が、
Ｘ−Ｍｎの式で示される合金またはＸ’ーＰｔ−Ｍｎの
式で示される合金で形成されたものであり、アニールを
施すことにより、反強磁性が示されるとともに比抵抗が
増加されたものであるので、耐熱性、耐久性に優れ、大
きな交換結合磁界を発生させることができ、良好な抵抗
変化率を有するスピンバルブ型薄膜素子となる。また、
反強磁性層９２，１０８の比抵抗およびアニール後の抵
抗増加が大きいため、良好な出力電圧が得られるスピン
バルブ型薄膜素子となる。

【０１３７】以上、図１０から図１５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。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△ＭＲ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。

【０１３８】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。

【０１３９】［センス電流磁界の作用］次に、図４〜図
１３に示す第４〜第９の実施形態の構造において、セン
ス電流磁界の作用について説明する。図４および図５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１２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。

【０１４０】図４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１４
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。

【０１４１】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１１
２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。

【０１４２】図４に示すように、前記センス電流１１２
は、図示Ｘ１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、このセンス電磁によって、第１の合成磁気モーメン
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（ＲＫＫ
Ｙ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。

【０１４３】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３０
０（Ｏｅ）と大きくなる。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１４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１４の磁化との反平行状態が壊れ易くな
る。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
使用する必要がある。そのため、本発明では、ブロッキ
ング温度が高いＸ−Ｍｎの式で示される合金またはＸ’
ーＰｔ−Ｍｎの式で示される合金を使用している。

【０１４４】なお、図４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Ｘ１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。

【０１４５】次に、図６および図７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６お
よび図７に示す構造では、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６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いる。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。

【０１４６】図６に示すように、センス電流１１３は、
図示Ｘ１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２
５の磁化との反平行状態は壊れ難くなっている。

【０１４７】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Ｘ１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。

【０１４８】図８および図９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）３
４，（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。このデユ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）３２，（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。

【０１４９】図８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。

【０１５０】本実施の形態では、図８に示すように、セ
ンス電流１１４は、図示Ｘ１方向と１８０゜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、図８の矢印で
示すように、紙面に対し左回りに形成される。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３
６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）４１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。

【０１５１】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Ｘ１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。

【０１５２】また、図１０及び図１１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１０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４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。

【０１５３】また、図１２および図１３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６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。

【０１５４】以上のように、上述の各実施の形態によれ
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ｌ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。とくに、本
実施の形態では、より熱的安定性を向上させるために、
反強磁性層に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。

【０１５５】また、高記録密度化に対応するためにセン
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
明の実施の形態では、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。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。さらに、図１〜図３に示す第１〜第３の実施の形態
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。

【０１５６】次に、本発明の薄膜磁気へッドについて詳
しく説明する。図１７は、本発明の薄膜磁気ヘッドの一
例を示した図である。本発明の薄膜磁気へッドが従来の
薄膜磁気ヘッドと異なるところは、磁気抵抗効果素子層
２４５に、上述したスピンバルブ型薄膜素子が備えられ
てなる薄膜磁気へッドであるところである。前記スピン
バルブ型薄膜素子は、薄膜磁気へッド（再生用ヘッド）
を構成する最も重要な箇所である。

【０１５７】本発明の薄膜磁気へッドを製造するには、
まず、図１７に示す磁性材料製の下部シールド層２５３
上に下部ギャップ層２５４を形成した後、磁気抵抗効果
素子層２４５を形成する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
上部ギヤップ層２５６を介して上部シールド層２５７を
形成すると、ＭＲヘッド（読出ヘッド）ｈ１が完成す
る。続いて、前記ＭＲヘッドｈ１の上部シールド層２５
７と兼用である下部コア層２５７の上に、ギャップ層２
６４を形成し、その上に螺旋状のコイル層２６６を、第
１の絶縁材料層２６７Ａおよび第２の絶縁材料層２６７
Ｂで囲むように形成する。さらに、第２絶縁材料層２６
７Ｂの上に上部コア層２６８を形成し、上部コア層２６
８の上に、保護層２６９を設けることによって薄膜磁気
へッドとされる。

【０１５８】このような薄膜磁気へッドは、上述したス
ピンバルブ型薄膜素子が備えられてなる薄膜磁気へッド
であるので、交換結合磁界を大きくすることができ、耐
久性、耐熱性に優れ、良好な抵抗変化率を有する薄膜磁
気へッドとなる。

【０１５９】なお、薄膜磁気ヘッドのスライダ部分の構
成およびインダクティブヘッドの構成は、図１６〜図１
８に示すものに限定されず、その他の種々の構造のスラ
イダおよびインダクティブヘッドを採用することができ
るのは勿論である。

【０１６０】

【実施例】以下、本発明を実施例を示して詳しく説明す
る。 ［試験例１］Ｓｉからなる基板上に、スパッタ装置を用
いてＡｌ₂Ｏ₃からなる厚さ０．１μｍのアルミナ層を設
けたのち、スパッタ装置を用いて、Ｔａからなる厚さ３
０Åの下地層を形成し、ついで、厚さ３００ÅのＰｔＭ
ｎ膜からなる反強磁性層を形成し、さらに、厚さ２５Å
のＣｏ膜からなる固定磁性層を形成し、その上に、厚さ
２５ÅのＣｕ膜からなる非磁性導電層を形成し、その上
に、厚さ１０ÅのＣｏ膜と厚さ７０ÅのＮｉＦｅ膜とか
らなるフリー磁性層を形成し、さらに、厚さ５０ÅのＴ
ａからなる保護層を形成して積層体を得た。

【０１６１】このように形成された積層体の積層構造を
略記すると、（Ｓｉ基板／Ａｌ₂Ｏ₃層／Ｔａ層３０Å／
ＰｔＭｎ層３００Å／Ｃｏ層２５Å／Ｃｕ層２５Å／Ｃ
ｏ層１０Å／ＮｉＦｅ層７０Å／Ｔａ層５０Å）で示さ
れる積層体構造となる。

【０１６２】［試験例２］試験例１と同様のアルミナ層
を設けたＳｉ基板上に、スパッタ装置を用いて、Ｔａか
らなる厚さ５０Åの下地層を形成し、ついで、厚さ７０
ÅのＮｉＦｅ膜と厚さ１０ÅのＣｏ膜とからなるフリー
磁性層を形成し、その上に、厚さ３０ÅのＣｕ膜からな
る非磁性導電層を形成し、さらに、厚さ２５ÅのＣｏ膜
からなる固定磁性層を形成し、その上に、厚さ３００Å
のＰｔＭｎ膜からなる反強磁性層を形成し、さらに、厚
さ５０ÅのＴａからなる保護層を形成して積層体を得
た。

【０１６３】このように形成された積層体の積層構造を
略記すると、（Ｓｉ基板／Ａｌ₂Ｏ₃層／Ｔａ層５０Å／
ＮｉＦｅ層７０Å／Ｃｏ層１０Å／Ｃｕ層３０Å／Ｃｏ
層２５Å／ＰｔＭｎ層３００Å／Ｔａ層５０Å）で示さ
れる積層体構造となる。

【０１６４】このようにして得られた試験例１および試
験例２の積層体それぞれに、真空中２４５℃の温度で４
時間アニールを施し、その交換結合磁界と反強磁性層中
のＭｎ濃度との関係を調べた。試験例１の積層体の結果
を図１９に示し、試験例２の積層体の結果を図２０に示
す。図１９より、交換結合磁界が５００（Ｏｅ）以上の
好ましい値となる反強磁性層中のＭｎ濃度の好ましい範
囲は、４３〜４９原子％程度であることが確認できた。
図２０より、交換結合磁界が５００（Ｏｅ）以上の好ま
しい値となる反強磁性層中のＭｎ濃度の好ましい範囲
は、４２〜４７原子％程度であることが確認できた。

【０１６５】次に、試験例１および試験例２の積層体に
それぞれについて、アニール温度と交換結合磁界の関係
を調べた。その結果を図２１に示す。図２１より、試験
例１では、アニール温度の上昇とともに交換結合磁界が
緩やかに増加し、比較的低いアニール温度でも、５００
（Ｏｅ）以上の好ましい交換結合磁界が得られることが
確認できた。また、試験例２では、２６０℃以上のアニ
ール温度で、５００（Ｏｅ）以上の好ましい交換結合磁
界が得られることが確認できた。

【０１６６】次に、試験例１および試験例２の積層体そ
れぞれについて、アニール前の抵抗値およびアニール温
度と抵抗値の関係を調べた。その結果を図２２に示す。
図２２より、試験例１および試験例２においては、アニ
ールを施すことによって、抵抗値が増大することがあき
らかとなった。また、アニール温度の上昇とともに抵抗
値が増加することが確認できた。

【０１６７】［試験例３］試験例１と同様のアルミナ層
を設けたＳｉ基板上に、スパッタ装置を用いて、厚さ１
μｍのＰｔＭｎ層を形成して試験体を得た。このように
して得られた試験体の比抵抗とＰｔＭｎ層中のＭｎ濃度
との関係を調べた。また、この試験体に、真空中２４５
℃の温度で４時間アニールを施した場合の比抵抗とＰｔ
Ｍｎ層中のＭｎ濃度との関係を調べた。結果を図２３に
示す。

【０１６８】図２３より、アニールを施すことによっ
て、比抵抗が増大することがあきらかとなった。また、
ＰｔＭｎ層中のＭｎ濃度の好ましい範囲は、４０〜５４
原子％程度であり、より好ましい比抵抗が２００μΩ・
ｃｍ以上となる範囲は、４４〜５２原子％程度であり、
最も好ましい範囲は、４３〜４９原子％程度であること
が確認できた。

【０１６９】［試験例４］試験例１と同様の積層体にお
いて、反強磁性層以外の抵抗値を２０Ωとしたときの比
抵抗と△ＭＲ（抵抗変化率）との関係を調べた。結果を
図２４に示す。図２４より、比抵抗が増大すると、それ
に伴って△ＭＲも増大することが確認できた。このこと
から、反強磁性層に比抵抗の大きい材料を用いることに
より、△ＭＲの大きい積層体を得ることが可能であるこ
とがあきらかとなった。

【０１７０】［試験例５］試験例１と同様のアルミナ層
を設けたＳｉ基板上に、スパッタ装置を用いて、厚さ３
０ÅのＮｉＦｅ膜を形成し、その上に、厚さ３００Åの
ＰｔＭｎ膜からなる層を形成して積層体を得た。また、
試験例１と同様のアルミナ層を設けたＳｉ基板上に、ス
パッタ装置を用いて、厚さ１０００ÅのＰｔＭｎ膜から
なる層を形成して試験体を得た。 ［試験例６］試験例５と同様にして、ＰｔＭｎ膜に代え
てＮｉＭｎ膜とした積層体および試験体を得た。 ［試験例７］試験例５と同様にして、ＰｔＭｎ膜に代え
てＣｒＰｔＭｎ膜とした積層体および試験体を得た。 ［試験例８］試験例５と同様にして、ＰｔＭｎ膜に代え
てＰｄＰｔＭｎ膜とした積層体および試験体を得た。 ［試験例９］試験例５と同様にして、ＰｔＭｎ膜に代え
てＲｈＰｔＭｎ膜とした積層体および試験体を得た。

【０１７１】［試験例１０］試験例５と同様にして、Ｐ
ｔＭｎ膜に代えてＩｒＭｎ膜とした積層体および試験体
を得た。 ［試験例１１］試験例５と同様にして、ＰｔＭｎ膜に代
えてＦｅＭｎ膜とした積層体および試験体を得た。 ［試験例１２］試験例１と同様のアルミナ層を設けたＳ
ｉ基板上に、スパッタ装置を用いて、厚さ３００ÅのＮ
ｉＯ膜からなる層を形成し、その上に、厚さ３０ÅのＮ
ｉＦｅ膜を形成して積層体を得た。また、試験例５と同
様にして、ＰｔＭｎ膜をＮｉＯ膜とした試験体を得た。 ［試験例１３］試験例１２と同様にして、ＮｉＯ膜に代
えてαーＦｅ₂Ｏ₃膜とした積層体および試験体を得た。

【０１７２】このようにして得られた試験例５〜試験例
１３の積層体に対し、交換結合磁界およびブロッキング
温度の測定を行った。また、試験例５〜試験例１３の試
験体に対し、比抵抗の測定を行った。各項目の測定結果
は、好ましい範囲を○、使用可能な範囲を△、好ましく
ない範囲を×として評価した。各項目における評価範囲
を以下に示す。 ［交換結合磁界］５００（Ｏｅ）を越えるものを○、２
００〜５００（Ｏｅ）のものを△、２００（Ｏｅ）未満
のものを×として評価した。 ［ブロッキング温度］３００（℃）を越えるものを○、
２５０〜３００（℃）のものを△、２５０（℃）未満の
ものを×として評価した。 ［比抵抗］２００（μΩ・ｃｍ）以上のものを○、１５
０（μΩ・ｃｍ）を越えるもので２００（μΩ・ｃｍ）
未満のものを△、１５０（℃）以下のものを×として評
価した。結果を表１に示す。

【０１７３】

【表１】

【０１７４】表１より、本発明のスピンバルブ型薄膜素
子の反強磁性層に用いられる合金を使用した試験例５〜
試験例９では、交換結合磁界、ブロッキング温度、比抵
抗ともに使用可能という結果となった。とくに、ＰｔＭ
ｎを使用した試験例５は、全ての項目において好ましい
という結果となった。一方、従来の反強磁性層に用いら
れている合金を使用した試験例１０〜試験例１３では、
交換結合磁界、ブロッキング温度、比抵抗のいずれかが
好ましくないという結果となった。

【０１７５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のスピンバ
ルブ型薄膜素子は、前記反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ（ただ
し、Ｘは、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈのうち
から選択される１種の元素を示す。）の式で示される合
金またはＸ’ーＰｔ−Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、Ｐｄ、Ｃ
ｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇのうちから選
択される１種または２種以上の元素を示す。）の式で示
される合金で形成されたものであり、アニールを施すこ
とにより、反強磁性が示されるとともに比抵抗が増加さ
れたものであるので、以下のような優れた効果を有する
ものとすることができる。

【０１７６】すなわち、反強磁性層が、耐熱性に優れた
ものにより形成されることにより、製造工程において高
温による悪影響を受けにくいものを得ることができると
ともに、装置内の温度が高温となる薄膜磁気ヘッドなど
の装置に備えられた場合の耐久性が良好で、温度変化に
よる交換結合磁界の変動が少ない優れたものを得ること
ができる。また、反強磁性層のブロッキング温度が高い
ものとなるため、反強磁性層と固定磁性層との境界面に
大きな交換結合磁界を発生させることができ、前記固定
磁性層の外部信号磁界に対する磁化の回転を良好にピン
止めすることができる。さらにまた、反強磁性層の比抵
抗が大きいため、シャントロスを減少させることがで
き、良好な抵抗変化率を有するスピンバルブ型薄膜素子
とすることができる。

【０１７７】さらに、比抵抗および抵抗変化率が大きい
スピンバルブ型薄膜素子となるため、良好な比電圧が得
られる高出力化に有利なスピンバルブ型薄膜素子とする
ことができる。したがって、反強磁性層が、ＮｉＯ合
金、ＦｅＭｎ合金、ＩｒＭｎ合金などにより形成された
アニールを施さない従来のスピンバルブ型薄膜素子と比
較して、優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることがで
きる。

【０１７８】また、本発明のスピンバルブ型薄膜素子に
おいては、前記Ｘ−Ｍｎの式または前記Ｘ’ーＰｔ−Ｍ
ｎの式で示される合金が、Ｍｎが４０〜５４原子％の範
囲であるものとすることで、高い比抵抗とより一層良好
な交換結合磁界を得ることができ、抵抗変化率をより向
上させることができる。さらに、前記Ｘ−Ｍｎの式また
は前記Ｘ’ーＰｔ−Ｍｎの式で示される合金が、Ｍｎが
４４〜５２原子％の範囲であることであるものとするこ
とで、高い比抵抗を有するものとすることができ、良好
な交換結合磁界が得られ、抵抗変化率をより向上させる
ことができる。

【０１７９】また、本発明のスピンバルブ型薄膜素子に
おいては、前記Ｘ−Ｍｎの式または前記Ｘ’ーＰｔ−Ｍ
ｎの式で示される合金が、アニールを施すことにより、
規則化されてｆｃｔ構造とされたものであるものとする
ことで、反強磁性層と固定磁性層との境界面に大きな交
換結合磁界を発生させることができる優れたスピンバル
ブ型薄膜素子とすることができる。

【０１８０】さらにまた、前記反強磁性層の比抵抗が、
２００μΩｃｍ以上であるスピンバルブ型薄膜素子とす
ることで、シャントロスを十分に減少させることがで
き、高出力化に有利な大きい出力電圧を得ることができ
るより優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができ
る。さらに、前記反強磁性層の比抵抗が、アニールを施
すことにより、２０％以上増加されたものとした場合
も、シャントロスを減少させることができ、大きい出力
電圧が得られるものとすることができる。

【０１８１】また、本発明のスピンバルブ型薄膜素子に
おいては、前記フリー磁性層の厚さ方向両側に、各々非
磁性導電層と固定磁性層と反強磁性層とが形成されたデ
ュアル型構造とされてなるものとすることで、フリー磁
性層／非磁性導電層／固定磁性層の３層の組合わせを２
組有するものとなり、シングルスピンバルブ型薄膜素子
と比較して、大きな△ＭＲ（抵抗変化率）が得られ、高
密度記録化に対応できるものとすることができる。

【０１８２】また、本発明のスピンバルブ型薄膜素子に
おいては、前記固定磁性層と前記フリー磁性層の少なく
とも一方が非磁性中間層を介して２つに分断され、分断
された層どうしで磁化の向きが１８０゜異なるフェリ磁
性状態とされてなることを特徴とするものとしてもよ
い。少なくとも固定磁性層が非磁性中間層を介して２つ
に分断されたスピンバルブ型薄膜素子とした場合、２つ
に分断された固定磁性層のうち一方が他方の固定磁性層
を適正な方向に固定する役割を担い、固定磁性層の状態
を非常に安定した状態に保つことが可能となる。一方、
少なくともフリー磁性層が非磁性中間層を介して２つに
分断されたスピンバルブ型薄膜素子とした場合、２つに
分断されたフリー磁性層どうしの間に交換結合磁界が発
生し、フェリ磁性状態とされ、外部磁界に対して感度よ
く反転できるものとなる。

【０１８３】また、本発明のスピンバルブ型薄膜素子の
製造方法は、反強磁性層を、Ｘ−Ｍｎの式で示される合
金またはＸ’ーＰｔ−Ｍｎの式で示される合金で形成
し、アニールにより、反強磁性を示させるとともに比抵
抗を増加させる製造方法であるので、本発明のスピンバ
ルブ型薄膜素子を容易に得ることができる。

【０１８４】さらにまた、本発明の薄膜磁気ヘッドは、
上記のスピンバルブ型薄膜素子が備えられてなるもので
あるので、交換結合磁界を大きくすることができ、耐久
性、耐熱性に優れ、良好な抵抗変化率を有する薄膜磁気
へッドとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明における第１の実施形態のスピンバル
ブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構
造を示した断面図である。

【図２】 本発明における第２の実施形態のスピンバル
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
造を示した断面図である。

【図３】 本発明における第３の実施形態のスピンバル
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
造を示した断面図である。

【図４】 本発明における第４の実施形態のスピンパル
ブ型薄膜素子を模式図的に示した横断面図である。

【図５】 図４に示した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した断面図で
ある。

【図６】 本発明における第５の実施形態のスピンパル
ブ型薄膜素子を模式図的に示した横断面図である。

【図７】 図６に示した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した断面図で
ある。

【図８】 本発明における第６の実施形態のスピンパル
ブ型薄膜素子を模式図的に示した横断面図である。

【図９】 図８に示した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した断面図で
ある。

【図１０】 本発明における第７の実施形態のスピンパ
ルブ型薄膜素子を模式図的に示した横断面図である。

【図１１】 図１０に示した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した断面
図である。

【図１２】 本発明における第８の実施形態のスピンパ
ルブ型薄膜素子を模式図的に示した横断面図である。

【図１３】 図１２に示した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した断面
図である。

【図１４】 本発明における第９の実施形態のスピンパ
ルブ型薄膜素子を模式図的に示した横断面図である。

【図１５】 図１４に示した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した断面
図である。

【図１６】 薄膜磁気ヘッドの一例を示す斜視図であ
る。

【図１７】 図１６に示した薄膜磁気ヘッドの磁気コア
部を示した断面図である。

【図１８】 図１７に示した薄膜磁気ヘッドを示した概
略斜視図である。

【図１９】 試験例１の交換結合磁界と反強磁性層中の
Ｍｎの濃度との関係を示したグラフである。

【図２０】 試験例２の交換結合磁界と反強磁性層中の
Ｍｎの濃度との関係を示したグラフである。

【図２１】 アニール温度と交換結合磁界の関係を示し
たグラフである。

【図２２】 アニール温度と抵抗値の関係を示したグラ
フである。

【図２３】 抵抗値とＰｔＭｎ層中のＭｎの濃度との関
係を示したグラフである。

【図２４】 比抵抗と△ＭＲ（抵抗変化率）との関係を
示したグラフである。

【符号の説明】

１、１０、３０、５０、７０、９１、１２１、１４１
下地層 ２、１１、２８、３１、４４、５１、８０、９２、１０
８、１２２、１４２、１４８ 反強磁性層 ３、１２３ 固定磁性層 １４３ 固定磁性層（下） １４７ 固定磁性層（上） 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 ４、１５、２４、３５、４０、５５、７６、９６、１０
４、１２４、１４４、１４６ 非磁性導電層 ５、１６、２１、３６、１２５、１４５ フリー磁性層 ７、１９、２９、４５、６１、８１、１０９、１２７、
１４９、２６９ 保護層 ３２、９３ 第ｌ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１９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 ６、６２、８２、１１０、１２６、１３０、１３２ ハ
ードバイアス層 ８、６３、８３、１１１、１２８、１３１、１３３ 導
電層 １１２、１１３、１１４ センス電流

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、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
   の磁化方向と交差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であり、 前記反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ（ただし、Ｘは、Ｐｔ、Ｎ
   ｉ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈのうちから選択される１種
   の元素を示す。）の式で示される合金またはＸ’ーＰｔ
   −Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｉ
   ｒ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇのうちから選択される１種または
   ２種以上の元素を示す。）の式で示される合金で形成さ
   れたものであり、アニールを施すことにより、反強磁性
   が示されるとともに比抵抗が増加されたものであること
   を特徴とするスピンバルブ型薄膜素子。
2. 【請求項２】 前記Ｘ−Ｍｎの式または前記Ｘ’ーＰｔ
   −Ｍｎの式で示される合金は、Ｍｎが４０〜５４原子％
   の範囲であることを特徴とする請求項１記載のスピンバ
   ルブ型薄膜素子。
3. 【請求項３】 前記Ｘ−Ｍｎの式または前記Ｘ’ーＰｔ
   −Ｍｎの式で示される合金は、Ｍｎが４４〜５２原子％
   の範囲であることを特徴とする請求項１または請求項２
   に記載のスピンバルブ型薄膜素子。
4. 【請求項４】 前記Ｘ−Ｍｎの式または前記Ｘ’ーＰｔ
   −Ｍｎの式で示される合金が、アニールを施すことによ
   り、規則化されてｆｃｔ構造とされたものであることを
   特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のスピ
   ンバルブ型薄膜素子。
5. 【請求項５】 前記反強磁性層の比抵抗が、２００μΩ
   ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１〜請求項４の
   いずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素子。
6. 【請求項６】 比抵抗が、アニールを施すことにより、
   ２０％以上増加されたものであることを特徴とする請求
   項１〜請求項５のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜
   素子。
7. 【請求項７】 前記フリー磁性層の厚さ方向両側に、各
   々非磁性導電層と固定磁性層と反強磁性層とが形成され
   たデュアル型構造とされてなることを特徴とする請求項
   １〜請求項６のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素
   子。
8. 【請求項８】 前記固定磁性層と前記フリー磁性層の少
   なくとも一方が非磁性中間層を介して２つに分断され、
   分断された層どうしで磁化の向きが１８０゜異なるフェ
   リ磁性状態とされてなることを特徴とする請求項１〜請
   求項７のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素子。
9. 【請求項９】 基板上に、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
   の磁化方向と交差する方向に磁化が揃えられるフリー磁
   性層とを形成したのち、アニールを施してなるスピンバ
   ルブ型薄膜素子の製造方法であって、 前記反強磁性層を、Ｘ−Ｍｎ（ただし、Ｘは、Ｐｔ、Ｎ
   ｉ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈのうちから選択される少な
   くとも１種の元素を示す。）の式で示される合金または
   Ｘ’ーＰｔ−Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｒ
   ｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇのうちから選択され
   る１種または２種以上の元素を示す。）の式で示される
   合金で形成し、前記アニールにより、反強磁性を示させ
   るとともに比抵抗を増加させることを特徴とするスピン
   バルブ型薄膜素子の製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項１〜請求項８のいずれかに記載
    のスピンバルブ型薄膜素子が備えられてなることを特徴
    とする薄膜磁気ヘッド。