JP2000276710A - Magnetoresistive element, magnetoresistive head, and hard disk device using magnetoresistive head - Google Patents

Magnetoresistive element, magnetoresistive head, and hard disk device using magnetoresistive head

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JP2000276710A
JP2000276710A JP11076887A JP7688799A JP2000276710A JP 2000276710 A JP2000276710 A JP 2000276710A JP 11076887 A JP11076887 A JP 11076887A JP 7688799 A JP7688799 A JP 7688799A JP 2000276710 A JP2000276710 A JP 2000276710A
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magnetoresistive
ferromagnetic
ferromagnetic layer
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JP11076887A
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Japanese (ja)
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Yasuhiro Kawawake
康博 川分
Yasunari Sugita
康成 杉田
Mitsuo Satomi
三男 里見
Hiroshi Sakakima
博 榊間
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable magnetoresistive element and head to have a large MR ratio by successively laminating a nonmagnetic high-resistance layer, a first ferromagnetic layer, a first nonmagnetic layer, a second ferromagnetic layer and an antiferromagnetic layer. SOLUTION: The second ferromagnetic layer 5 receives alternating bias magnetic fields from the antiferromagnetic layer and the magnetization direction is fixed in one direction. On the other hand, since the first ferromagnetic layer 3 formed via the nonmagnetic layer 4 freely changes the magnetization direction according to the magnetic fields from outside, the relative angle of the first ferromagnetic layer 3 and the second ferromagnetic layer 5 changes and electric resistance (magnetic reluctance) changes. Current flows between the first ferromagnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 7 and if the antiferromagnetic layer 8 is formed of suitable material, the smoothness of an atom level is embodied at the boundary S1 between the antiferromagnetic layer 8 and the first ferromagnetic layer 3 and the MR ratio increases. Al2O3, AlN, SiO2, etc., and used as the material of the antiferromagnetic layer 8 and the film thickness thereof is preferably specified between 0.4 and 20 nm.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は低磁界で大きな磁気
抵抗変化をおこす磁気抵抗効果素子、それを用いて構成
される、高密度磁気記録再生に適した磁気抵抗効果型ヘ
ッドおよび磁気抵抗効果型ヘッドを用いたハードディス
ク装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetoresistive element which causes a large magnetoresistance change in a low magnetic field, a magnetoresistive head and a magnetoresistive effect head formed by using the element. The present invention relates to a hard disk drive using a head.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より磁気抵抗効果素子(以下MR素
子とも記す)を用いた磁気抵抗センサ−(以下MRセン
サ−という)、磁気抵抗ヘッド(以下MRヘッドとい
う)の開発、実用化が進められており、磁性体には主に
Ni0.8Fe0.2のパ−マロイやNi0.8Co0.2合金膜が
用いられている。これら磁気抵抗効果材料の場合は磁気
抵抗変化率(以下MR比と記す)が2%程度であり、よ
り高感度な磁気抵抗素子を得るためにはよりMR比の大
きなものが求められている。近年Cr、Ru等の金属非
磁性薄膜を介して反強磁性的結合をしている[Fe/C
r]、[Co/Ru]人工格子膜が強磁場(1〜10k
Oe)で約100%の大きな抵抗変化(巨大磁気抵抗効
果)を示すことが発見された(フィジカル レヴュー
レター 61第2472頁(1988年);同64第2
304頁(1990)(Physical Revie
w Letter Vol.61、p2472、198
8;同Vol.64、p2304、1990))。
2. Description of the Related Art Conventionally, a magnetoresistive sensor (hereinafter, referred to as an MR sensor) using a magnetoresistive effect element (hereinafter, also referred to as an MR element) and a magnetoresistive head (hereinafter, referred to as an MR head) have been developed and put into practical use. For the magnetic material, a permalloy of Ni 0.8 Fe 0.2 or a Ni 0.8 Co 0.2 alloy film is mainly used. In the case of these magnetoresistive effect materials, the magnetoresistance ratio (hereinafter, referred to as MR ratio) is about 2%, and to obtain a more sensitive magnetoresistive element, a material having a higher MR ratio is required. In recent years, antiferromagnetic coupling has been performed via a non-magnetic thin film of metal such as Cr or Ru [Fe / C
r], [Co / Ru] artificial lattice film has a strong magnetic field (1 to 10 k
Oe) was found to show a large resistance change of about 100% (giant magnetoresistance effect) (Physical Review).
Letter 61, p. 2472 (1988);
P. 304 (1990) (Physical Review)
w Letter Vol. 61, p2472, 198
8; 64, p2304, 1990)).

【0003】しかしながらこれらの人工格子膜は大きな
MR変化を得るのに数kOe〜数10kOeの磁界を必
要とし、磁気ヘッド等の用途には実用的でない。
However, these artificial lattice films require a magnetic field of several kOe to several tens kOe to obtain a large MR change, and are not practical for applications such as a magnetic head.

【0004】微小印加磁界で動作するものとしては、反
強磁性材料のFe−MnをNi−Fe/Cu/Ni−F
eにつけたスピンバルブ型のものが提案されている(ジ
ャーナル オブ マグネティズム アンド マグネティ
ック マテリアルズ 93第101頁(1991年)
(Journal of Magnetism and
Magnetic Materials 93、p10
1、1991))。
In order to operate with a small applied magnetic field, an antiferromagnetic material, Fe—Mn, is replaced with Ni—Fe / Cu / Ni—F
e, a spin valve type has been proposed (Journal of Magnetics and Magnetic Materials 93, p. 101 (1991)).
(Journal of Magnetism and
Magnetic Materials 93, p10
1, 1991)).

【0005】図11に、従来のスピンバルブ膜310の
構成を示す。従来のスピンバルブ膜310は、基板1上
に、直接または下地膜2を介して、第1の強磁性層3、
非磁性膜4、第2の強磁性膜5、金属反強磁性体7を順
次積層した構成となっている。このタイプのスピンバル
ブ膜においては、反強磁性材料7に接した強磁性膜(ピ
ン層)5は、交換結合により一方向異方性を与えられ、
磁化方向が一方向に固定される。これに対して、ピン層
5と非磁性層4を介して設けられた強磁性層3(フリー
層)においては、外部からの信号磁界に対して比較的自
由に磁化方向を回転できるので、ピン層5とフリー層3
の相対的磁化方向が変化し、電気抵抗が変化する。この
タイプのMR材料は、動作磁界は確かに小さく、直線性
も良いもののMR比は約2%と小さい点や、Fe−Mn
膜の耐蝕性の問題点、Fe−Mn薄膜のネ−ル温度が低
いために素子の特性の温度依存性が大きい等の欠点があ
った。
FIG. 11 shows the structure of a conventional spin valve film 310. The conventional spin-valve film 310 is formed on the substrate 1 directly or via the base film 2 through the first ferromagnetic layer 3,
The nonmagnetic film 4, the second ferromagnetic film 5, and the metal antiferromagnetic material 7 are sequentially laminated. In this type of spin valve film, the ferromagnetic film (pin layer) 5 in contact with the antiferromagnetic material 7 is given unidirectional anisotropy by exchange coupling,
The magnetization direction is fixed in one direction. On the other hand, in the ferromagnetic layer 3 (free layer) provided with the pinned layer 5 and the nonmagnetic layer 4 interposed therebetween, the magnetization direction can be relatively freely rotated with respect to an externally applied signal magnetic field. Layer 5 and free layer 3
, The relative magnetization direction changes, and the electrical resistance changes. This type of MR material has a small operating magnetic field and good linearity, but has a small MR ratio of about 2%,
There were problems such as the problem of corrosion resistance of the film, and the fact that the Neel temperature of the Fe-Mn thin film was low, so that the temperature dependence of device characteristics was large.

【0006】このような、Fe−Mn膜の欠点を改良す
るものとして、Pt−Mn、Ir−Mn等種種の金属反
強磁性体が提案されている。これらは、Fe−Mnに比
べて温度特性に優れており、磁気ヘッド製造プロセスに
おける熱付加にも比較的強く、またヘッドとしての動作
時の温度上昇にも比較的特性が劣化せずに用いることが
できる。ただこのように金属反強磁性体を用いたスピン
バルブ膜は、MR比が低くせいぜい10%程度であり、
将来の高密度磁気記録ヘッドには対応できないと考えら
れる。
[0006] In order to improve such a defect of the Fe-Mn film, various kinds of metal antiferromagnetic materials such as Pt-Mn and Ir-Mn have been proposed. These have excellent temperature characteristics compared to Fe-Mn, and are relatively resistant to heat application in the magnetic head manufacturing process, and should be used without deteriorating the characteristics even when the temperature rises during operation as a head. Can be. However, the spin valve film using such a metal antiferromagnetic material has a low MR ratio of at most about 10%,
It is thought that it will not be compatible with future high-density magnetic recording heads.

【0007】また、スピンバルブ膜のMR比を大きくす
る手段の一つとして、比抵抗の低い金属を更にスピンバ
ルブ膜の背部に設けた低抵抗背部層により、Cu/Ni
−Fe/Cu/Ni−Fe/Fe−Mnの構成としたも
のも提案されている(USP5422571)。これ
は、特定のスピンの電子の平均自由行程を長くすること
によりMR比を大きくしてやろうとする試みである。
Further, as one of means for increasing the MR ratio of the spin valve film, a metal having a low specific resistance is further provided by a low resistance back layer provided on the back of the spin valve film to form Cu / Ni.
A structure having a structure of -Fe / Cu / Ni-Fe / Fe-Mn has also been proposed (US Pat. No. 5,422,571). This is an attempt to increase the MR ratio by increasing the mean free path of electrons of a specific spin.

【0008】従来のスピンバルブ型のMR素子は、磁界
感度はすぐれているが、MR比が低いという問題点があ
った。低抵抗背部層による、MR比の向上効果も十分で
なかった。この原因は、スピンバルブ型のMR素子は膜
厚が薄いため、素子表面で電子が拡散散乱されやすいた
めと考えられる。
The conventional spin-valve type MR element has an excellent magnetic field sensitivity, but has a problem that the MR ratio is low. The effect of improving the MR ratio by the low-resistance back layer was not sufficient. This is considered because electrons are easily diffused and scattered on the surface of the spin-valve MR element because the film thickness is small.

【0009】このことをもう少し詳細に説明すると以下
のようになる。
This will be described in more detail as follows.

【0010】もともと、巨大磁気抵抗効果は、磁性層/
非磁性層の界面での電子のスピンに依存した散乱が原因
である。そこで、この散乱の起こる確率を上げるために
は、スピン方向に依存しない散乱の確率を下げ、電子の
平均自由行程を長くすることが重要である。スピンバル
ブ膜においては、磁性層/非磁性層の積層回数が少な
い。従って、スピンバルブ膜の膜厚は、例えば20−5
0nm程度と、一般に反強磁性結合型の巨大磁気抵抗効
果膜に比べて薄い。このため、膜表面で電子が散乱され
る確率が高く、電子の平均自由行程が短かった。これが
スピンバルブ膜のMR比が低い主な原因である。
Originally, the giant magnetoresistive effect was caused by the magnetic layer /
This is due to the spin-dependent scattering of electrons at the interface of the nonmagnetic layer. Therefore, in order to increase the probability of occurrence of this scattering, it is important to reduce the probability of scattering independent of the spin direction and lengthen the mean free path of electrons. In the spin valve film, the number of times of lamination of the magnetic layer / non-magnetic layer is small. Therefore, the thickness of the spin valve film is, for example, 20-5.
The thickness is about 0 nm, which is generally smaller than that of a giant magnetoresistance effect film of an antiferromagnetic coupling type. Therefore, the probability that electrons are scattered on the film surface is high, and the mean free path of the electrons is short. This is the main reason why the MR ratio of the spin valve film is low.

【0011】通常、薄膜の表面には、伝導電子の波長
(フェルミ波長)のレベルである、数オングストローム
のレベルで見ると、凹凸がある。この場合、伝導電子は
表面で非弾性的な散乱(拡散散乱)を受ける。一般に、
拡散散乱の場合には、電子のスピン方向は維持されな
い。
Normally, the surface of a thin film has irregularities when viewed at a level of several angstroms, which is a level of a conduction electron wavelength (Fermi wavelength). In this case, the conduction electrons undergo inelastic scattering (diffuse scattering) on the surface. In general,
In the case of diffusion scattering, the spin direction of electrons is not maintained.

【0012】このような膜表面での電子の拡散散乱によ
るMR比の低下を改善するために、超平滑な膜表面を有
する鏡面反射型のスピンバルブ膜が提案されている。
In order to improve the decrease in the MR ratio due to the diffusion scattering of electrons on the film surface, a specular reflection type spin valve film having an ultra-smooth film surface has been proposed.

【0013】出願人が提案している鏡面反射型のスピン
バルブ膜としては、超平滑になりやすい金属膜を表面に
形成した金属反射膜型(たとえば、特願平9−3268
22号、特開平11−8424号公報)と、酸化物反強
磁性体を用いた型(たとえば、特願平10−27618
1号)がある。
As a mirror reflection type spin valve film proposed by the applicant, a metal reflection film type (for example, Japanese Patent Application No. 9-3268) in which a metal film which tends to be super smooth is formed on the surface.
22, JP-A-11-8424) and a mold using an oxide antiferromagnetic material (for example, Japanese Patent Application No. 10-27618).
No. 1).

【0014】金属反射膜を用いたスピンバルブ膜の構成
は、図12に示すように通常のスピンバルブ膜320の
構成、即ち、反強磁性体層7、ピン層5、非磁性層4、
フリー層3に加えて、更に、金属反射膜層9を形成す
る。電流即ち、伝導電子は金属反射膜層9から反強磁性
体層7(反強磁性体層が酸化物の場合にはピン層5)の
間を流れるが、金属反射膜層9の表面が非常に平滑であ
れば、伝導電子は金属反射膜の表面で鏡面反射され、金
属反射層を設けない場合に比べてMR比が増大する。
As shown in FIG. 12, the structure of a spin valve film using a metal reflection film is the structure of a normal spin valve film 320, that is, an antiferromagnetic layer 7, a pinned layer 5, a nonmagnetic layer 4,
In addition to the free layer 3, a metal reflection film layer 9 is further formed. A current, that is, conduction electrons flow from the metal reflection film layer 9 to the space between the antiferromagnetic material layer 7 (the pinned layer 5 when the antiferromagnetic material layer is an oxide). If it is smooth, the conduction electrons are specularly reflected on the surface of the metal reflection film, and the MR ratio increases as compared with the case where the metal reflection layer is not provided.

【0015】また、酸化物反強磁性体を用いた場合の代
表的な構成は図13に示すように、スピンバルブ膜33
0の構成、即ち、基板1上に下地層2を介して、酸化物
反強磁性体層7、ピン層5、非磁性層4、フリー層3を
順次積層した構成である。酸化物反強磁性体層7は通常
抵抗が高く、電流は流れない。つまり、反強磁性体がF
e−Mnの様に金属で構成されている場合には、電流は
フリー層3から反強磁性体層7の間を流れるが、反強磁
性体層が酸化物の場合には電流はフリー層3から第2の
強磁性層5の間を流れる。この場合、酸化物反強磁性体
層7とピン層5の界面が非常に平滑であれば、ここで、
伝導電子が鏡面反射されて、金属反強磁性体を用いた場
合に比べてMR比が増大する。
A typical structure using an oxide antiferromagnetic material is a spin valve film 33 as shown in FIG.
No. 0, that is, a structure in which an oxide antiferromagnetic layer 7, a pinned layer 5, a nonmagnetic layer 4, and a free layer 3 are sequentially stacked on a substrate 1 with an underlayer 2 interposed therebetween. The oxide antiferromagnetic layer 7 usually has a high resistance, and no current flows. That is, the antiferromagnetic material is F
When the antiferromagnetic layer is made of a metal such as e-Mn, the current flows between the free layer 3 and the antiferromagnetic layer 7, but when the antiferromagnetic layer is an oxide, the current flows through the free layer. It flows between 3 and the second ferromagnetic layer 5. In this case, if the interface between the oxide antiferromagnetic layer 7 and the pinned layer 5 is very smooth,
The conduction electrons are specularly reflected, and the MR ratio is increased as compared with the case where a metal antiferromagnetic material is used.

【0016】このタイプのスピンバルブ膜に用いられる
酸化物反強磁性体としては、NiO(フィジカル レヴ
ュー B第53巻第9108頁(1996年)(Phy
sical Review B Vol.53、p91
08、1996−II)、α−Fe23等(Japan
ese Journal of applied Ph
ysics Vol.37、 p5984、1998)
を用いることが提案されている。この場合には10%以
上の大きなMR比が報告されている。
An oxide antiferromagnetic material used for this type of spin valve film is NiO (Physical Review B, Vol. 53, pp. 9108 (1996) (Phy).
physical Review B Vol. 53, p91
08, 1996-II), α-Fe 2 O 3 and the like (Japan
es Journal of applied Ph
ysics Vol. 37, p5984, 1998)
It has been proposed to use In this case, a large MR ratio of 10% or more is reported.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】従来の金属反強磁性体
を用いたスピンバルブ型のMR素子は、MR比が十分高
くなかった。また、これを改善するための鏡面反射効果
を利用したスピンバルブ膜においても従来はMR比の増
加は不十分であった。金属反射膜を用いた場合には、表
面が酸化等の原因で変化することによってMR比が低下
したり、また、これを防ぐための保護層によってはMR
比の増加が不十分であったり、MR比が逆に低下したり
した。
The spin valve type MR element using the conventional metal antiferromagnetic material does not have a sufficiently high MR ratio. In addition, even in a spin valve film utilizing a specular reflection effect to improve this, conventionally, the increase of the MR ratio has been insufficient. When a metal reflective film is used, the MR ratio is lowered due to the change of the surface due to oxidation or the like, and the MR ratio is reduced depending on the protective layer for preventing this.
The ratio was insufficiently increased, or the MR ratio was conversely reduced.

【0018】また、酸化物反強磁性体を用いた場合に
は、大きなMR比は得られたが、例えば図13において
は伝導層の酸化物反強磁性体と反対側の表面はフリー層
3で、電子の反射効果が不十分であり、MR比の増加が
十分でなかった。
When an oxide antiferromagnetic material is used, a large MR ratio is obtained. For example, in FIG. 13, the surface of the conductive layer opposite to the oxide antiferromagnetic material is a free layer 3. Thus, the effect of reflecting electrons was insufficient, and the increase in MR ratio was not sufficient.

【0019】本願発明は係る課題を解決するためになさ
れたものである。本発明の目的は、大きなMR比を示す
磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果型ヘッドおよび磁気抵
抗効果型ヘッドを用いたハードディスク装置を提供する
ことにある。
The present invention has been made to solve such a problem. An object of the present invention is to provide a magnetoresistive element, a magnetoresistive head, and a hard disk drive using the magnetoresistive head, which exhibit a large MR ratio.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明の磁気抵抗効果素
子は、非磁性高抵抗層、第1の強磁性層、第1の非磁性
層、第2の強磁性層、反強磁性体層が順次積層された構
成を有し、このことにより上記目的が達成される。
According to the present invention, there is provided a magnetoresistive element comprising a nonmagnetic high resistance layer, a first ferromagnetic layer, a first nonmagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and an antiferromagnetic layer. Are sequentially laminated, whereby the object is achieved.

【0021】前記非磁性高抵抗層は、電子のスピンの方
向を維持したまま伝導電子を反射しやすい性質を有して
もよい。
The non-magnetic high resistance layer may have a property of easily reflecting conduction electrons while maintaining the direction of electron spin.

【0022】前記非磁性高抵抗層の膜厚は、0.4nm
以上20nm以下であってもよい。
The thickness of the non-magnetic high resistance layer is 0.4 nm.
It may be not less than 20 nm.

【0023】前記非磁性高抵抗層の膜厚は、0.4nm
以上2nm以下であってもよい。
The thickness of the non-magnetic high resistance layer is 0.4 nm.
It may be not less than 2 nm.

【0024】前記非磁性高抵抗層は、Alの酸化物を含
んでもよい。
[0024] The non-magnetic high resistance layer may contain an oxide of Al.

【0025】前記非磁性高抵抗層は、前記金属反射膜層
に接する反射表面を有し、前記反射表面の少なくとも一
部分は、オングストローム単位のレベルで見て平滑であ
ってもよい。
The non-magnetic high-resistance layer may have a reflective surface in contact with the metal reflective film layer, and at least a part of the reflective surface may be smooth when viewed on a angstrom level.

【0026】前記反射表面の少なくとも10%以上が、
0.5nm以下の凹凸の平滑な表面であってもよい。
At least 10% or more of the reflecting surface has:
It may be a smooth surface with irregularities of 0.5 nm or less.

【0027】前記反強磁性体層は、酸化物を含んでもよ
い。
The antiferromagnetic layer may contain an oxide.

【0028】前記酸化物は、α−Fe23を含んでもよ
い。
The oxide may contain α-Fe 2 O 3 .

【0029】前記酸化物は、NiOを含んでもよい。The oxide may include NiO.

【0030】前記非磁性層は、Cuを含み、前記第1の
強磁性層と前記第2の強磁性層との少なくとも一方は、
Fe、Ni、Coおよびこれらの合金のうちの少なくと
も1つを含んでもよい。
The non-magnetic layer contains Cu, and at least one of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer includes:
It may include at least one of Fe, Ni, Co, and alloys thereof.

【0031】前記第2の強磁性層は、第2の非磁性層
と、前記第2の非磁性層を介して積層される第3の強磁
性層と第4の強磁性層とをさらに含んでもよい。
[0031] The second ferromagnetic layer further includes a second non-magnetic layer, and a third ferromagnetic layer and a fourth ferromagnetic layer laminated via the second non-magnetic layer. May be.

【0032】前記第3の強磁性層と前記第4の強磁性層
との少なくとも一方は、CoとCo−Fe合金との少な
くとも一方を含み、前記第2の非磁性層は、RuとIr
との少なくとも一方を含んでもよい。
At least one of the third ferromagnetic layer and the fourth ferromagnetic layer contains at least one of Co and a Co—Fe alloy, and the second nonmagnetic layer contains Ru and Ir
May be included.

【0033】本発明の他の磁気抵抗効果素子は、高抵抗
層、金属反射膜層、第1の強磁性層、第1の非磁性層、
第2の強磁性層、反強磁性体層が順次積層された構成を
有し、このことにより上記目的が達成される。
Another magnetoresistive element according to the present invention comprises a high resistance layer, a metal reflection film layer, a first ferromagnetic layer, a first nonmagnetic layer,
The second ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer are sequentially stacked, and the above object is achieved.

【0034】前記高抵抗層は、電子のスピンの方向を維
持したまま伝導電子を反射しやすい性質を有してもよ
い。
The high-resistance layer may have a property of easily reflecting conduction electrons while maintaining the direction of electron spin.

【0035】前記金属反射膜層は、AuとAgとの少な
くとも一方を主成分として含んでもよい。
The metal reflection film layer may contain at least one of Au and Ag as a main component.

【0036】前記高抵抗層の膜厚は、0.4nm以上2
0nm以下であってもよい。
The thickness of the high resistance layer is 0.4 nm or more and 2
It may be 0 nm or less.

【0037】前記高抵抗層の膜厚は、0.4nm以上2
nm以下であってもよい。
The thickness of the high resistance layer is 0.4 nm or more and 2
nm or less.

【0038】前記高抵抗層は、Alの酸化物を含んでも
よい。
The high resistance layer may include an oxide of Al.

【0039】前記高抵抗層は、前記第1の強磁性層に接
する反射表面を有し、前記反射表面の少なくとも一部分
は、オングストローム単位のレベルで見て平滑であって
もよい。
[0039] The high resistance layer may have a reflective surface in contact with the first ferromagnetic layer, and at least a portion of the reflective surface may be smooth when viewed in Angstroms.

【0040】前記反射表面の少なくとも10%以上が、
0.5nm以下の凹凸の平滑な表面であってもよい。
At least 10% or more of the reflecting surface is
It may be a smooth surface with irregularities of 0.5 nm or less.

【0041】前記高抵抗層は、α−Fe23を含んでも
よい。
The high resistance layer may include α-Fe 2 O 3 .

【0042】前記反強磁性体層は、酸化物を含んでもよ
い。
[0042] The antiferromagnetic layer may contain an oxide.

【0043】前記酸化物は、α−Fe23を含んでもよ
い。
The oxide may include α-Fe 2 O 3 .

【0044】前記酸化物は、NiOを含んでもよい。The oxide may contain NiO.

【0045】前記第1の非磁性層は、Cuを含み、前記
第1の強磁性層と前記第2の強磁性層との少なくとも一
方は、Fe、Ni、Coおよびこれらの合金のうちの少
なくとも1つを含んでもよい。
The first nonmagnetic layer contains Cu, and at least one of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer contains at least one of Fe, Ni, Co, and an alloy thereof. One may be included.

【0046】前記第2の強磁性層は、第2の非磁性層
と、前記第2の非磁性層を介して積層される第3の強磁
性層と第4の強磁性層とをさらに含んでもよい。
The second ferromagnetic layer further includes a second non-magnetic layer, and a third ferromagnetic layer and a fourth ferromagnetic layer stacked with the second non-magnetic layer interposed therebetween. May be.

【0047】前記第3の強磁性層と前記第4の強磁性層
との少なくとも一方は、CoとCo−Fe合金との少な
くとも一方を含み、前記第2の非磁性層は、RuとIr
との少なくとも一方を含んでもよい。
At least one of the third ferromagnetic layer and the fourth ferromagnetic layer contains at least one of Co and a Co—Fe alloy, and the second nonmagnetic layer contains Ru and Ir
May be included.

【0048】前記金属反射膜層と前記第1の強磁性層と
の間に、更に、第2の非磁性層が積層されてもよい。
[0048] A second non-magnetic layer may be further laminated between the metal reflection film layer and the first ferromagnetic layer.

【0049】本発明の磁気抵抗効果型ヘッドは、非磁性
高抵抗層、第1の強磁性層、第1の非磁性層、第2の強
磁性層、反強磁性体層が順次積層された構成を有する磁
気抵抗効果素子と、前記第1の強磁性体を磁区制御する
バイアス印加部と、記録部とを備え、このことにより上
記目的が達成される。
In the magnetoresistive head according to the present invention, a nonmagnetic high resistance layer, a first ferromagnetic layer, a first nonmagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and an antiferromagnetic layer are sequentially laminated. A magnetoresistive element having the above configuration, a bias application unit for controlling the magnetic domain of the first ferromagnetic material, and a recording unit, thereby achieving the above object.

【0050】前記第2の強磁性層は、第2の非磁性層
と、前記第2の非磁性層を介して積層される第3の強磁
性層と第4の強磁性層とをさらに含んでもよい。
[0050] The second ferromagnetic layer further includes a second non-magnetic layer, and a third ferromagnetic layer and a fourth ferromagnetic layer laminated with the second non-magnetic layer interposed therebetween. May be.

【0051】本発明の他の磁気抵抗効果型ヘッドは、高
抵抗層、金属反射膜層、第1の強磁性層、第1の非磁性
層、第2の強磁性層、反強磁性体層が順次積層された構
成を有する磁気抵抗効果素子と、前記第1の強磁性体を
磁区制御するバイアス印加部と、記録部とを備え、この
ことにより上記目的が達成される。
Another magnetoresistive head according to the present invention comprises a high resistance layer, a metal reflection film layer, a first ferromagnetic layer, a first nonmagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and an antiferromagnetic layer. Are sequentially stacked, a bias application unit for controlling the magnetic domain of the first ferromagnetic material, and a recording unit, thereby achieving the object described above.

【0052】前記金属反射膜層と前記第1の強磁性層と
の間に、更に、第2の非磁性層が積層されてもよい。
[0052] A second non-magnetic layer may be further laminated between the metal reflective film layer and the first ferromagnetic layer.

【0053】本発明のハードディスク装置は、磁気抵抗
効果型ヘッドによりディスクに情報を記録再生しするハ
ードディスク装置であって、前記ハードディスク装置
は、前記磁気抵抗効果型ヘッドと前記磁気抵抗効果型ヘ
ッドを保持するスライダとを備える磁気抵抗効果型ヘッ
ド支持機構と、前記磁気抵抗効果型ヘッド支持機構を介
して前記磁気抵抗効果型ヘッドをトラッキングする駆動
手段とを備え、前記磁気抵抗効果型ヘッドは、非磁性高
抵抗層、第1の強磁性層、第1の非磁性層、第2の強磁
性層、反強磁性体層が順次積層された構成を有する磁気
抵抗効果素子と、前記第1の強磁性体を磁区制御するバ
イアス印加部と、記録部とを備え、このことにより上記
目的が達成される。
The hard disk drive of the present invention is a hard disk drive for recording and reproducing information on a disk by using a magnetoresistive head, and the hard disk device holds the magnetoresistive head and the magnetoresistive head. A magnetoresistive head support mechanism comprising: a slider that drives the magnetoresistive head; and a driving unit that tracks the magnetoresistive head via the magnetoresistive head support mechanism. A magnetoresistive element having a structure in which a high resistance layer, a first ferromagnetic layer, a first nonmagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and an antiferromagnetic layer are sequentially stacked; A bias applying unit for controlling the magnetic domain of the body and a recording unit are provided, whereby the object is achieved.

【0054】本発明の他のハードディスク装置は、磁気
抵抗効果型ヘッドによりディスクに情報を記録再生しす
るハードディスク装置であって、前記ハードディスク装
置は、前記磁気抵抗効果型ヘッドと前記磁気抵抗効果型
ヘッドを保持するスライダとを備える磁気抵抗効果型ヘ
ッド支持機構と、前記磁気抵抗効果型ヘッド支持機構を
介して前記磁気抵抗効果型ヘッドをトラッキングする駆
動手段とを備え、前記磁気抵抗効果型ヘッドは、高抵抗
層、金属反射膜層、第1の強磁性層、第1の非磁性層、
第2の強磁性層、反強磁性体層が順次積層された構成を
有する磁気抵抗効果素子と、前記第1の強磁性体を磁区
制御するバイアス印加部と、記録部とを備え、このこと
により上記目的が達成される。
Another hard disk drive of the present invention is a hard disk drive for recording and reproducing information on a disk by using a magnetoresistive head, wherein the hard disk drive comprises the magnetoresistive head and the magnetoresistive head. A magnetoresistive head support mechanism comprising a slider for holding the magnetic field, and a driving unit for tracking the magnetoresistive head via the magnetoresistive head support mechanism, wherein the magnetoresistive head comprises: A high resistance layer, a metal reflection film layer, a first ferromagnetic layer, a first nonmagnetic layer,
A magnetoresistive element having a configuration in which a second ferromagnetic layer and an antiferromagnetic layer are sequentially stacked; a bias application unit for controlling the magnetic domain of the first ferromagnetic material; and a recording unit. This achieves the above object.

【0055】[0055]

【発明の実施の形態】以下本発明の磁気抵抗効果素子、
磁気抵抗効果型ヘッドおよび磁気抵抗効果型ヘッドを用
いたハードディスク装置を図面に基づいて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a magnetoresistive element according to the present invention,
A magnetoresistive head and a hard disk drive using the magnetoresistive head will be described with reference to the drawings.

【0056】図1に本発明の磁気抵抗効果素子の構成の
一例を示す。図1(a)に示すMR素子100Aは、基
板1上に直接あるいは下地層2を介して非磁性高抵抗層
8、第1の強磁性層3、非磁性層4、第2の強磁性層
5、反強磁性体層7を順次積層した構成となっている。
本発明の磁気抵抗効果素子の動作は基本的に図11で示
されたスピンバルブ膜310と同じである。ただし、第
1の強磁性体層3の下に更に非磁性高抵抗層8を形成し
ているので、MR比が従来より増大する。
FIG. 1 shows an example of the configuration of the magnetoresistive element of the present invention. An MR element 100A shown in FIG. 1A includes a non-magnetic high-resistance layer 8, a first ferromagnetic layer 3, a non-magnetic layer 4, and a second ferromagnetic layer 8 directly on a substrate 1 or via an underlayer 2. 5, an antiferromagnetic layer 7 is sequentially laminated.
The operation of the magnetoresistive element of the present invention is basically the same as that of the spin valve film 310 shown in FIG. However, since the nonmagnetic high-resistance layer 8 is further formed below the first ferromagnetic layer 3, the MR ratio is increased as compared with the conventional case.

【0057】図1(a)に示した多層膜がスピンバルブ
型磁気抵抗効果素子として働く動作は以下のように説明
される。第2の強磁性層5は反強磁性体層7から交換バ
イアス磁界を受け、磁化方向は一方向に固定される。一
方、非磁性層4を介して形成された第1の強磁性層3
は、外部からの磁界に応じて比較的自由に磁化方向を変
えるので、第1の強磁性層(フリー層)3と第2の強磁
性層(ピン層)5の磁化方向の相対的角度が変化し、電
気抵抗(磁気抵抗)が変化する。MRセンサーとして
は、外部からの磁界により生じた抵抗変化を電気信号と
して読みとることができる。
The operation of the multilayer film shown in FIG. 1A as a spin-valve magnetoresistive element will be described as follows. The second ferromagnetic layer 5 receives an exchange bias magnetic field from the antiferromagnetic layer 7 and the magnetization direction is fixed in one direction. On the other hand, the first ferromagnetic layer 3 formed via the non-magnetic layer 4
Changes the magnetization direction relatively freely in response to an external magnetic field, the relative angle between the magnetization directions of the first ferromagnetic layer (free layer) 3 and the second ferromagnetic layer (pinned layer) 5 is changed. And the electrical resistance (magnetic resistance) changes. As an MR sensor, a resistance change caused by an external magnetic field can be read as an electric signal.

【0058】また図1(a)においては非磁性高抵抗層
8から順に積層した場合について図示しているが、逆に
図1(b)に示すように反強磁性体層7から積層しても
本発明は有効である。
FIG. 1A shows a case where the non-magnetic high-resistance layer 8 is laminated in order, but conversely, as shown in FIG. 1B, the anti-ferromagnetic layer 7 is laminated. The present invention is also effective.

【0059】図1に示すような本発明の磁気抵抗効果素
子100A、100Bが、従来の磁気抵抗効果素子に比
べて大きなMR比を示す理由は以下のように考えられ
る。即ち、図11に示すMR素子310においては、伝
導電子(電流)は金属反強磁性体層7と下地層2(通常
下地層はTa等の金属が用いられている)の間を流れ
る。通常の材料を用いるときには基板1と下地層2の界
面あるいは金属反強磁性体層7の表面は原子レベルの平
滑性はないので、電子はここで、拡散散乱されて、電子
のスピン情報は失われ、MR比は低くなる。
The reason why the magnetoresistive elements 100A and 100B of the present invention as shown in FIG. 1 exhibit a higher MR ratio than the conventional magnetoresistive elements is considered as follows. That is, in the MR element 310 shown in FIG. 11, conduction electrons (current) flow between the metal antiferromagnetic layer 7 and the underlayer 2 (usually a metal such as Ta is used for the underlayer). When an ordinary material is used, the interface between the substrate 1 and the underlayer 2 or the surface of the metal antiferromagnetic layer 7 has no atomic level smoothness, so that the electrons are diffusely scattered here and the spin information of the electrons is lost. Therefore, the MR ratio becomes low.

【0060】これに対して、本発明の図1(a)の場合
は、電流、即ち伝導電子は、第1の強磁性層3と反強磁
性体層7(または第2の強磁性体層5)の間を流れる。
このとき適当な材料で適当な方法で非磁性高抵抗層8を
形成すれば、非磁性高抵抗層8と第1の強磁性層3の界
面S1に原子レベルの平滑性が実現され、MR比が増加
する。
On the other hand, in the case of FIG. 1A of the present invention, the electric current, that is, the conduction electrons, is applied to the first ferromagnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 7 (or the second ferromagnetic layer 7). Flow between 5).
At this time, if the non-magnetic high-resistance layer 8 is formed of an appropriate material by an appropriate method, the interface S1 between the non-magnetic high-resistance layer 8 and the first ferromagnetic layer 3 achieves atomic level smoothness, and the MR ratio Increase.

【0061】図1(a)の高抵抗層8としては、非磁性
高抵抗層がよい。高抵抗層8に強磁性や反強磁性体を用
いると第1の強磁性層3と磁気的に結合して、第1の強
磁性層3の磁化回転をしにくくするなどして望ましくな
い。非磁性高抵抗層8の材料としては、Al23、Al
N、SiO2などの種々の非磁性高抵抗体が適してい
る。特にAl23がよい。このとき、膜厚が薄すぎると
絶縁効果が低すぎるので、少なくとも0.4nm以上、
望ましくは0.8nm以上の膜厚は必要である。ただし
厚すぎると、表面粗さが増大し、電子の鏡面反射効果が
低下するので、20nm以下、より望ましくは2nm以
下がよい。
As the high resistance layer 8 in FIG. 1A, a non-magnetic high resistance layer is preferable. It is not desirable to use a ferromagnetic or antiferromagnetic material for the high-resistance layer 8 because it is magnetically coupled to the first ferromagnetic layer 3 and makes it difficult to rotate the magnetization of the first ferromagnetic layer 3. The material of the non-magnetic high resistance layer 8 is Al 2 O 3 , Al
Various non-magnetic high resistance materials such as N and SiO 2 are suitable. Particularly, Al 2 O 3 is preferable. At this time, if the film thickness is too small, the insulating effect is too low.
Desirably, a film thickness of 0.8 nm or more is required. However, if the thickness is too large, the surface roughness increases, and the mirror reflection effect of electrons decreases. Therefore, the thickness is preferably 20 nm or less, more preferably 2 nm or less.

【0062】高抵抗層を用いて大きなMR比を得るため
には、たとえば図1(a)において、非磁性高抵抗層8
と強磁性層3との間の界面S1で鏡面反射の確率を高く
保つ必要がある。界面S1で鏡面反射が起こる条件とし
ては、伝導電子の波長(数オングストローム)から見て
非磁性高抵抗層8と第1の強磁性層3との界面S1が平
滑になっている必要がある。
In order to obtain a large MR ratio using the high-resistance layer, for example, in FIG.
It is necessary to keep the probability of specular reflection high at the interface S1 between the magnetic layer 3 and the ferromagnetic layer 3. The condition for specular reflection at the interface S1 is that the interface S1 between the nonmagnetic high-resistance layer 8 and the first ferromagnetic layer 3 needs to be smooth when viewed from the wavelength (several angstrom) of conduction electrons.

【0063】非磁性高抵抗層8と第1の強磁性層3との
界面S1の平滑性を評価する場合、直接界面S1あるい
は非磁性高抵抗層8の平面の平滑性が評価できれば望ま
しいが、それが困難な場合には、多層膜表面の平滑性で
評価しても良い。
When the smoothness of the interface S1 between the nonmagnetic high-resistance layer 8 and the first ferromagnetic layer 3 is evaluated, it is desirable that the smoothness of the interface S1 or the plane of the nonmagnetic high-resistance layer 8 be evaluated. If this is difficult, the evaluation may be made based on the smoothness of the multilayer film surface.

【0064】多層膜表面の平滑性としては、全表面にわ
たって完全に平滑であれば申し分ないが、例えば数百オ
ングストロームの大きな凹凸があったとしても、表面の
一部分がオングストローム単位の平滑な部分が形成され
ていればよい。具体的には、0.5nm以下の凹凸の平
滑な表面が10nm×10nm以上の領域で形成されて
いる部分が、概略全表面の10%以上、望ましくは20
%以上必要である。
As for the smoothness of the surface of the multilayer film, it is satisfactory if the entire surface is completely smooth. It should just be done. Specifically, a portion where a smooth surface with irregularities of 0.5 nm or less is formed in a region of 10 nm × 10 nm or more accounts for approximately 10% or more of the entire surface, preferably 20% or more.
% Is required.

【0065】次に、反強磁性体層7の材料は、金属膜を
用いる場合にはFe−Mn、Ni−Mn、Pd−Mn、
Pt−Mn、Ir−Mn、Cr−Al、Cr−Mn−P
t、Fe−Mn−Rh、Pd−Pt−Mn、Ru−Rh
−Mn、Mn−Ru、Cr−Al等の膜が優れている。
この中でも、耐食性や熱安定性の観点から、Ni−M
n、Ir−Mn、Pt−Mnが優れている。特にPt−
Mnが優れている。Pt ZMn1-Z膜の適当な組成として
は、原子組成比で、0.45≦z≦0.55がよい。金
属反強磁性体7の膜厚としては、固定層の磁化固着効果
(バイアス効果)を大きくするためには少なくとも5n
m以上の膜厚は必要である。より望ましくは10nm以
上必要である。ただしあまり厚くなると将来の短波長化
に対応できなくなるで、30nm以下、より望ましくは
20nm以下とするのが望ましい。金属反強磁性体7は
次に述べる酸化物反強磁性体に比べると、MR比は低い
が熱安定性には優れている。
Next, the material of the antiferromagnetic layer 7 is a metal film.
When used, Fe-Mn, Ni-Mn, Pd-Mn,
Pt-Mn, Ir-Mn, Cr-Al, Cr-Mn-P
t, Fe-Mn-Rh, Pd-Pt-Mn, Ru-Rh
-Films of Mn, Mn-Ru, Cr-Al, etc. are excellent.
Among them, from the viewpoint of corrosion resistance and thermal stability, Ni-M
n, Ir-Mn and Pt-Mn are excellent. Especially Pt-
Mn is excellent. Pt ZMn1-ZAs a suitable composition of the membrane
Is preferably an atomic composition ratio of 0.45 ≦ z ≦ 0.55. Money
The thickness of the antiferromagnetic material 7 depends on the magnetization pinning effect of the fixed layer.
To increase the (bias effect), at least 5n
A film thickness of m or more is required. More preferably, 10 nm or less
Is necessary. However, if it becomes too thick, the wavelength will be shortened in the future
30 nm or less, more preferably
It is desirable that the thickness be 20 nm or less. Metal antiferromagnet 7
The MR ratio is lower than the oxide antiferromagnetic material described below
Has excellent thermal stability.

【0066】また、金属反強磁性体7として、酸化物反
強磁性体を用いると、酸化物反強磁性体7と第2の強磁
性層5との間でも電子が鏡面反射されてMR比が更に増
大する。これは、前述の従来例、図13の場合と同様で
ある。
When an oxide antiferromagnetic material is used as the metal antiferromagnetic material 7, electrons are also specularly reflected between the oxide antiferromagnetic material 7 and the second ferromagnetic layer 5, and the MR ratio is reduced. Is further increased. This is the same as the above-described conventional example shown in FIG.

【0067】本発明の図1(b)の場合が従来例の図1
3と異なるのは、単に酸化物反強磁性体7と第2の強磁
性体5の間で鏡面反射を起こすだけでなく、非磁性高抵
抗層8と第1の強磁性層3との間でも鏡面反射効果を生
じせしめ、電子は、第1の強磁性層3と第2の強磁性層
5との間で両面で鏡面反射されるので、図1(b)の場
合、図13の場合に比べてもよりMR比が増大する。酸
化物反強磁性体膜の材料としてはNiO、CoO、α−
Fe23膜等が優れており、中でもα−Fe23、Ni
O膜は優れた特性を示す。酸化物反強磁性体の膜厚とし
ては、薄いとバイアス効果が低下するので5nm以上は
必要である。また厚すぎると全体の膜厚が厚くなる問題
があるので、50nm以下望ましくは30nm以下とす
るべきである。
FIG. 1B of the present invention corresponds to FIG.
The difference from the third ferromagnetic layer 3 is that not only does specular reflection occur between the oxide antiferromagnetic material 7 and the second ferromagnetic material 5 but also between the nonmagnetic high-resistance layer 8 and the first ferromagnetic layer 3. However, a specular reflection effect is caused, and electrons are specularly reflected on both surfaces between the first ferromagnetic layer 3 and the second ferromagnetic layer 5, so that the case of FIG. The MR ratio further increases as compared with. NiO, CoO, α-
Fe 2 O 3 films and the like are excellent, and among them, α-Fe 2 O 3 , Ni
O films exhibit excellent properties. The thickness of the oxide antiferromagnetic material is required to be 5 nm or more because the thinner the thickness, the lower the bias effect. On the other hand, if the thickness is too large, there is a problem that the overall film thickness becomes large.

【0068】第2の強磁性層5としては、CoまたはC
1-XFeX合金(0<x≦0.5、xは原子組成比)ま
たはCo−Ni−Fe合金を用いることにより、大きな
MR比が得られる。Co1-XFeX合金は、特に非磁性膜
としてCuを用いた場合、スピンに依存した散乱が大き
く、結果としてMR比が大きくなる。第2の強磁性層5
の膜厚としては薄すぎるとMR比が低下し、厚すぎると
交換バイアス磁界が低下するので、1nm以上3nm以
下、より望ましくは1.5nm以上2.5nm以下とす
るのが望ましい。
As the second ferromagnetic layer 5, Co or C
By using an o 1-x Fe x alloy (0 <x ≦ 0.5, x is an atomic composition ratio) or a Co—Ni—Fe alloy, a large MR ratio can be obtained. The Co 1-x Fe x alloy has a large spin-dependent scattering, particularly when Cu is used as the non-magnetic film, resulting in a large MR ratio. Second ferromagnetic layer 5
If the film thickness is too small, the MR ratio decreases, and if it is too large, the exchange bias magnetic field decreases. Therefore, it is desirable that the film thickness be 1 nm or more and 3 nm or less, more preferably 1.5 nm or more and 2.5 nm or less.

【0069】第1の強磁性層3としては、軟磁気特性が
重要であり、Ni−FeまたはNi−Co−Feまたは
Co−Fe合金が適している。Ni−Co−Fe膜の原
子組成比としては、NiXCoYFeZ 0.6≦x≦0.9 0≦y≦0.4 0≦z≦0.3 のNi−richの軟磁性膜、もしくは、NiX'CoY'
FeZ' 0≦x≦0.4 0.2≦y≦0.95 0≦z≦0.5 のCo−rich膜を用いるのが望ましい。これらの組
成の膜はセンサーやMRヘッド用として要求される低磁
歪特性(1×10−5)を有する。また第1の強磁性層
3として他の材料としては、Co−Mn−B、Co−F
e−B、Co−Nb−Zr、Co−Nb−B等のアモル
ファス膜も良い。
For the first ferromagnetic layer 3, soft magnetic characteristics are important, and Ni—Fe, Ni—Co—Fe, or a Co—Fe alloy is suitable. The atomic composition ratio of the Ni—Co—Fe film is as follows: Ni X Co Y Fe Z 0.6 ≦ x ≦ 0.9 0 ≦ y ≦ 0.4 0 ≦ z ≦ 0.3 Ni-rich soft magnetic film Or Ni X ' Co Y'
It is desirable to use a Co-rich film satisfying FeZ ' 0 ≦ x ≦ 0.4 0.2 ≦ y ≦ 0.95 0 ≦ z ≦ 0.5. Films having these compositions have low magnetostriction characteristics (1 × 10 −5) required for sensors and MR heads. Other materials for the first ferromagnetic layer 3 include Co—Mn—B and Co—F.
An amorphous film such as e-B, Co-Nb-Zr, or Co-Nb-B may be used.

【0070】第1の強磁性層3の膜厚としては1nm以
上10nm以下がよい。膜厚が厚いとシャント効果でM
R比が低下するが、薄すぎると軟磁気特性が劣化する。
より望ましくは1.5nm以上5nm以下とするのがよ
い。
The thickness of the first ferromagnetic layer 3 is preferably 1 nm or more and 10 nm or less. When the film thickness is thick, M
The R ratio decreases, but if it is too thin, the soft magnetic properties deteriorate.
More preferably, the thickness is 1.5 nm or more and 5 nm or less.

【0071】また、MR比を更に大きくするために、第
1および第2の強磁性層3、5と非磁性層4との界面に
界面磁性層としてCoまたはCo−Fe合金を挿入する
のも有効である。界面磁性層の膜厚が厚いと、MR比の
磁界感度が低下するので、界面磁性層の膜厚は2nm以
下、望ましくは1nm以下とする必要がある。またこの
界面磁性層が有効に働くためには、少なくとも0.4n
m以上の膜厚は必要である。
In order to further increase the MR ratio, Co or a Co—Fe alloy may be inserted as an interface magnetic layer at the interface between the first and second ferromagnetic layers 3 and 5 and the nonmagnetic layer 4. It is valid. When the thickness of the interface magnetic layer is large, the magnetic field sensitivity of the MR ratio decreases. Therefore, the thickness of the interface magnetic layer needs to be 2 nm or less, preferably 1 nm or less. In order for this interfacial magnetic layer to work effectively, at least 0.4 n
A film thickness of m or more is required.

【0072】非磁性層4としては、Cu、Ag、Au、
Ruなどがあるが、特にCuが優れている。非磁性層4
の膜厚としては、磁性層間の相互作用を弱くするために
少なくとも0.8nm以上、望ましくは1.8nm以上
は必要である。また非磁性層4が厚くなるとMR比が低
下してしまうので膜厚は3nm以下、望ましくは2.5
nm以下とするべきである。
The nonmagnetic layer 4 is made of Cu, Ag, Au,
Although there are Ru and the like, Cu is particularly excellent. Non-magnetic layer 4
Is required to be at least 0.8 nm or more, preferably 1.8 nm or more in order to weaken the interaction between the magnetic layers. When the thickness of the non-magnetic layer 4 is increased, the MR ratio is reduced.
nm or less.

【0073】下地層2は、磁気抵抗効果素子全体の配向
性や結晶性、軟磁気特性等に影響を与えるので慎重な選
択が必要である。通常Taがよく用いられるが、Taの
上に更にCuやAg、Auあるいはこれらの合金等を用
いれば第1の強磁性層3の軟磁気特性改善にも役立つ。
The underlayer 2 must be carefully selected because it affects the orientation, crystallinity, soft magnetic characteristics and the like of the entire magnetoresistive element. Usually, Ta is often used. However, if Cu, Ag, Au, or an alloy thereof is further used on Ta, it is useful for improving the soft magnetic characteristics of the first ferromagnetic layer 3.

【0074】基板1としては、Si、ガラス、サファイ
ア、MgOや、通常、磁気抵抗ヘッド用として用いられ
るAl23−TiC基板に対しても本発明は有効であ
る。
The present invention is also effective for the substrate 1 such as Si, glass, sapphire, MgO, and Al 2 O 3 —TiC substrate usually used for a magnetoresistive head.

【0075】またピン層に与えるバイアス磁界をさらに
大きくするために、言い換えるとピン層の磁化方向をよ
り安定にするために第2の強磁性層5を強磁性層/非磁
性層/強磁性層の三層からなる間接交換結合膜を用いる
のも有効である。この間接交換結合膜は、強磁性層と非
磁性層の材料に適当な材料と膜厚を選んでやれば、2つ
の強磁性層間に大きな反強磁性的な結合が生じ、より強
固なピン層の磁化の安定化を図ることができる。この間
接交換結合膜は、一対の強磁性層の中間に適当な非磁性
層を挿入したものである。
In order to further increase the bias magnetic field applied to the pinned layer, in other words, to stabilize the magnetization direction of the pinned layer, the second ferromagnetic layer 5 is formed of a ferromagnetic layer / non-magnetic layer / ferromagnetic layer. It is also effective to use an indirect exchange coupling membrane consisting of three layers. If an appropriate material and thickness are selected for the material of the ferromagnetic layer and the nonmagnetic layer, a large antiferromagnetic coupling occurs between the two ferromagnetic layers, and this indirect exchange coupling film forms a stronger pinned layer. Can be stabilized. This indirect exchange coupling film is obtained by inserting an appropriate nonmagnetic layer between a pair of ferromagnetic layers.

【0076】強磁性層として適当な材料はCo、Co−
Fe、Co−Fe−Ni合金等であり、特にCo、Co
−Fe合金が優れている。また中間の非磁性層としては
Ru、Ir等が適当であり、Ruが特によい。また強磁
性膜の膜厚としては少なくとも1nm以上は必要で、4
nm以下とするのがよい。この時、強磁性膜の膜厚は同
じであるよりも、少なくとも0.5nm以上異なってい
る方がよい。また非磁性層の膜厚としては0.3nm以
上1.2nm以下、より望ましくは0.4nm以上0.
9nm以下が適当である。
Materials suitable for the ferromagnetic layer are Co, Co-
Fe, Co-Fe-Ni alloy, etc., especially Co, Co
-Fe alloy is excellent. As the intermediate nonmagnetic layer, Ru, Ir or the like is suitable, and Ru is particularly preferable. The thickness of the ferromagnetic film is required to be at least 1 nm or more.
nm or less. At this time, it is better that the thicknesses of the ferromagnetic films differ by at least 0.5 nm or more than the same. The thickness of the nonmagnetic layer is 0.3 nm or more and 1.2 nm or less, more preferably 0.4 nm or more and 0.1 nm or more.
9 nm or less is appropriate.

【0077】以上は図1の例について述べたが、本発明
の別の構成例は図2である。図2では高抵抗層8aの効
果を高めるために、高抵抗層8aと第1の強磁性層3の
間に更に電子の鏡面反射効果を高める金属反射膜層9を
設ける。
While the example of FIG. 1 has been described above, FIG. 2 shows another example of the configuration of the present invention. In FIG. 2, in order to enhance the effect of the high resistance layer 8a, a metal reflection film layer 9 for further enhancing the mirror reflection effect of electrons is provided between the high resistance layer 8a and the first ferromagnetic layer 3.

【0078】図2の場合の高抵抗層8aは、図1の場合
の高抵抗層8と同様の非磁性高抵抗体でも良いし、磁性
体を用いても良い。磁性体の中でも反強磁性体は余分な
漏れ磁束がなくて良い。高抵抗反強磁性体としては、α
−Fe23、NiO膜のような酸化物反強磁性体がよ
い。その中でも、α−Fe23膜が優れている。このよ
うな膜は表面が平滑になって、電子の鏡面反射効果を起
こしやすい。
The high resistance layer 8a in FIG. 2 may be a non-magnetic high resistance material similar to the high resistance layer 8 in FIG. 1 or a magnetic material. Among the magnetic materials, the antiferromagnetic material need not have an extra leakage magnetic flux. As a high-resistance antiferromagnetic material, α
-Fe 2 O 3, NiO good oxide antiferromagnetic body such as a membrane. Among them, the α-Fe 2 O 3 film is excellent. Such a film has a smooth surface and tends to cause an electron mirror reflection effect.

【0079】金属反射膜層9としては、表面が超平滑に
なりやすいものを導入すれば、電子が反射される界面S
2での電子の鏡面反射の確率が上昇し、MR比が増加す
る。金属反射膜層9の材料としては、Au、Agなどが
適当である。膜厚としては少なくとも0.4nm以上は
必要であり、あまり厚くなるとシャント効果で抵抗およ
びMR比が下がるので、3nm以下、望ましくは2nm
以下とするべきである。
As the metal reflection film layer 9, if a material whose surface is likely to be super-smooth is introduced, the interface S at which electrons are reflected is used.
2, the probability of specular reflection of electrons increases, and the MR ratio increases. As a material of the metal reflection film layer 9, Au, Ag, or the like is appropriate. The film thickness must be at least 0.4 nm or more, and if it is too thick, the shunt effect lowers the resistance and MR ratio.
Should be:

【0080】また金属反射膜層9の効果をより大きく引
き出すために、金属反射膜層9と第1の強磁性層3の間
にCu層を導入するのも有効である。
It is also effective to introduce a Cu layer between the metal reflection film layer 9 and the first ferromagnetic layer 3 in order to further enhance the effect of the metal reflection film layer 9.

【0081】なお以上述べた各層の構成方法としては、
スパッタリング法または蒸着法等の方法で作製できる。
スパッタリング法としてはDCスパッタリング法、RF
スパッタリング法、イオンビームスパッタリング法など
があるが、いずれの方法でも本発明の磁気抵抗効果素子
200A、200Bを作製できる。
The above-mentioned layers may be formed in the following manner.
It can be manufactured by a method such as a sputtering method or an evaporation method.
DC sputtering, RF sputtering
There are a sputtering method, an ion beam sputtering method, and the like, and any method can produce the magnetoresistive elements 200A and 200B of the present invention.

【0082】また高抵抗層8aの作成方法としては、酸
化物、窒化物の場合、反応性スパッタ法も有効である。
これは、例えば、Al23膜を作製する場合、Alのタ
ーゲットをArガスと酸素ガスの混合ガスを用いてスパ
ッタリングする方法である。この方法では、通常Al2
3ターゲットをスパッタリングする方法より良質なA
23膜が作製できることが知られている。また、酸化
物の場合には金属膜を作製した後、プラズマ酸化法によ
り、酸化して酸化膜を作成する方法も、良質な酸化膜が
得られる方法として知られている。
As a method of forming the high resistance layer 8a, in the case of oxides and nitrides, a reactive sputtering method is also effective.
This is a method of sputtering an Al target using a mixed gas of Ar gas and oxygen gas, for example, when producing an Al 2 O 3 film. In this method, usually Al 2
A with better quality than the method of sputtering O 3 target
It is known that an l 2 O 3 film can be produced. In the case of oxide, a method of forming an oxide film by forming a metal film and then oxidizing the metal film by a plasma oxidation method is also known as a method of obtaining a high-quality oxide film.

【0083】以上述べたような本発明の磁気抵抗効果素
子100A、100B、200Aまたは200Bを用い
て、磁気抵抗効果型ヘッドを構成することができる。図
4にMRヘッドの構成の一例を示す。図4を矢印Aの方
向から見た図が、図3であり、点線Bで示した平面で切
った断面が図5に示してある。以下、図3を中心にして
説明する。
A magnetoresistive head can be constructed using the magnetoresistive elements 100A, 100B, 200A or 200B of the present invention as described above. FIG. 4 shows an example of the configuration of the MR head. FIG. 3 is a view of FIG. 4 as viewed in the direction of arrow A, and FIG. 5 shows a cross section taken along a plane indicated by a dotted line B. Hereinafter, description will be made mainly with reference to FIG.

【0084】図3ではMR素子部109は上部および下
部のシールドキャップ14、11に挟まれるように構成
されている。シールドキャップ材としては、Al23
AlN、SiO2等の絶縁膜が使われる。シールドキャ
ップ11、14の更に外側は上部および下部のシールド
10、15があるがこれはNi−Fe、Fe−Al−S
i、Co−Nb−Zr合金などの軟磁性膜が使われる。
MR素子の第1の強磁性層(フリー層)3の磁区制御の
ためにCo−Pt合金等のハードバイアス部12による
バイアス磁界を加える。
In FIG. 3, the MR element portion 109 is configured to be sandwiched between the upper and lower shield caps 14 and 11. Al 2 O 3 ,
An insulating film such as AlN or SiO 2 is used. Further outside the shield caps 11 and 14 are upper and lower shields 10 and 15, which are made of Ni-Fe, Fe-Al-S.
i, a soft magnetic film such as a Co-Nb-Zr alloy is used.
In order to control the magnetic domain of the first ferromagnetic layer (free layer) 3 of the MR element, a bias magnetic field is applied by a hard bias unit 12 such as a Co-Pt alloy.

【0085】ここでは、バイアスの印加方法としてはハ
ード膜を用いる場合について説明したが、Fe−Mn等
の反強磁性体を用いた場合も同様である。MR素子部1
09はシールドキャップ11、14によってシールド1
0、15等と絶縁されており、リード部13を介して電
流を流すことにより、MR素子部109の抵抗変化を読
みとる。
Here, the case where a hard film is used as the bias application method has been described, but the same applies to the case where an antiferromagnetic material such as Fe-Mn is used. MR element part 1
09 is the shield 1 by the shield caps 11 and 14.
It is insulated from 0, 15, etc., and reads a resistance change of the MR element section 109 by flowing a current through the lead section 13.

【0086】またMRヘッドは読みとり専用ヘッドなの
で、通常書き込み用の誘導型ヘッドと組み合わせて用い
られる。図6には再生ヘッド部32だけでなく、書き込
みヘッド部31も併せて描かれている。図3にさらに書
き込みヘッド部を形成した場合の図が、図6である。書
き込みヘッド部としては、上部シールド15上に記録ギ
ャップ部40を介して形成された上部記録コア16があ
る。
Since the MR head is a read-only head, it is usually used in combination with an inductive head for writing. FIG. 6 shows not only the reproducing head section 32 but also the write head section 31. FIG. 6 shows a case where a write head portion is further formed in FIG. As the write head, there is an upper recording core 16 formed on the upper shield 15 via a recording gap 40.

【0087】なお、図3、6は従来のアバティッド接合
(abutted junction)によるMRヘッ
ド構造について説明したが、高密度化による狭トラック
化に伴い、よりトラック幅41の規制が精密にできる、
図7に示したオーバーレイ(overlaid)構造を
用いたものも有効である。
FIGS. 3 and 6 illustrate a conventional MR head structure using an abutted junction. However, as the track is narrowed by increasing the density, the track width 41 can be more precisely regulated.
The one using the overlay structure shown in FIG. 7 is also effective.

【0088】次に、MRヘッドの記録再生のメカニズム
を図5を用いて説明する。図5に示すように、記録する
際には、コイル17に流した電流により発生した磁束
が、上部コア16と上部シールド15の間より漏れ、磁
気ディスク21に記録することができる。ヘッド30
は、ディスク21に対して相対的に矢印cの方向に進む
ので、コイル17に流す電流を反転させることにより、
記録磁化の方向23を反転させることができる。また、
高密度化に伴い、記録長22が短くなるので、それにと
もない記録キャップ長19を小さくする必要がある。
Next, the recording / reproducing mechanism of the MR head will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, at the time of recording, the magnetic flux generated by the current flowing through the coil 17 leaks from between the upper core 16 and the upper shield 15 and can be recorded on the magnetic disk 21. Head 30
Travels in the direction of arrow c relative to the disk 21. By reversing the current flowing through the coil 17,
The direction 23 of the recording magnetization can be reversed. Also,
Since the recording length 22 becomes shorter as the recording density increases, the recording cap length 19 must be reduced accordingly.

【0089】再生する場合には、磁気ディスク21の記
録磁化部から漏れた磁束24が、シールド10、15に
挟まれたMR素子部109に作用して、MR素子の抵抗
を変化させる。MR素子部109には、リード部13を
介して電流が流されているので、抵抗の変化を電圧の変
化(出力)として読みとることができる。
For reproduction, the magnetic flux 24 leaking from the recording magnetized portion of the magnetic disk 21 acts on the MR element portion 109 sandwiched between the shields 10 and 15 to change the resistance of the MR element. Since a current flows through the MR element section 109 via the lead section 13, a change in resistance can be read as a change in voltage (output).

【0090】将来のハードディスクドライブの高密度化
を考慮すると、記録波長を短くする必要性があり、その
ためには図3に示したシールド間の距離d(図5の距離
18)を短くする必要がある。そのためには図5から明
らかな様に、MR素子部109を薄くする必要があり、
MR素子部109の膜厚はなるべく薄いのが望ましく、
50nm以下、望ましくは30nm以下とするべきであ
る。
In consideration of the future increase in the density of hard disk drives, it is necessary to shorten the recording wavelength. For this purpose, it is necessary to reduce the distance d between the shields (distance 18 in FIG. 5) shown in FIG. is there. For that purpose, as is clear from FIG. 5, it is necessary to make the MR element section 109 thin.
It is desirable that the film thickness of the MR element portion 109 be as small as possible.
It should be less than 50 nm, preferably less than 30 nm.

【0091】またMR素子部109においては、軟磁性
膜の磁化反転時にバルクハウゼンノイズの発生を押さえ
るために、図1の第1の強磁性膜(フリー層)3の磁化
容易軸は、膜面内で検知すべき信号磁界方向に概略垂直
となるように構成されているのがよい。この時直線的な
出力変化を起こさせるためには第2の強磁性層の磁化方
向は膜面内でフリー層と垂直方向に固定しておく必要が
ある。
In the MR element section 109, the axis of easy magnetization of the first ferromagnetic film (free layer) 3 shown in FIG. 1 is set so as to suppress the occurrence of Barkhausen noise during the magnetization reversal of the soft magnetic film. It is preferable to be configured so as to be substantially perpendicular to the direction of the signal magnetic field to be detected. At this time, in order to cause a linear output change, the magnetization direction of the second ferromagnetic layer needs to be fixed in a direction perpendicular to the free layer in the film plane.

【0092】また、以上はシールド型のMRヘッドにつ
いて説明したが、将来より高密度になるとシールドギャ
ップ18のうちに絶縁膜14、11とMR素子部109
を納めるのが困難であるので、縦型MRヘッドなどのヨ
ーク型のMRヘッドも検討されている。この場合にも、
本発明は有効である。
In the above description, the shield type MR head has been described. However, if the density becomes higher in the future, the insulating films 14 and 11 and the MR element portion 109 are formed in the shield gap 18.
Therefore, yoke type MR heads such as a vertical type MR head have been studied. Again, in this case,
The present invention is effective.

【0093】図9は、本実施の形態に係るMRヘッドを
用いたハードディスク装置110の側面図であり、図1
0は、その平面図である。
FIG. 9 is a side view of a hard disk drive 110 using the MR head according to the present embodiment.
0 is a plan view thereof.

【0094】ハードディスク装置110は、本実施の形
態で説明したMRヘッドを保持するスライダ120と、
スライダを支持するヘッド支持機構130と、ヘッド支
持機構130を介してMRヘッドをトラッキングするア
クチュエータ114とディスク116を回転駆動するデ
ィスク駆動モータ112とを備える。ヘッド支持機構1
30は、アーム122とサスペンジョン124とを含
む。
The hard disk drive 110 includes a slider 120 for holding the MR head described in the present embodiment,
The head includes a head support mechanism 130 that supports the slider, an actuator 114 that tracks the MR head via the head support mechanism 130, and a disk drive motor 112 that rotationally drives a disk 116. Head support mechanism 1
30 includes an arm 122 and a suspension 124.

【0095】ディスク駆動モータ112は、ディスク1
16を所定の速度で回転駆動する。アクチュエータ11
4は、MRヘッドがディスク116の所定のデータトラ
ックにアクセスできるように、MRヘッドを保持するス
ライダ120をディスク116の表面を横切って半径方
向に移動させる。アクチュエータ114は、代表的には
直線式または回転式のボイスコイルモータである。
The disk drive motor 112
16 is rotated at a predetermined speed. Actuator 11
4 moves the slider 120 holding the MR head radially across the surface of the disk 116 so that the MR head can access a predetermined data track on the disk 116. The actuator 114 is typically a linear or rotary voice coil motor.

【0096】MRヘッドを保持するスライダ120は、
例えば空気ベアリングスライダである。この場合には、
スライダ120は、ハードディスク装置110の起動・
停止動作時にはディスク116の表面と接触する。ハー
ドディスク装置110の情報記録再生動作時には、スラ
イダ120は回転するディスク116とスライダ120
との間で形成される空気ベアリングによりディスク11
6の表面上に維持される。スライダ120に保持された
MRヘッドは、ディスク116に情報を記録再生する。
The slider 120 holding the MR head is
For example, an air bearing slider. In this case,
The slider 120 is used to activate the hard disk drive 110.
During the stop operation, the disk contacts the surface of the disk 116. At the time of the information recording / reproducing operation of the hard disk device 110, the slider 120
The air bearing formed between the disk 11
6 is maintained on the surface. The MR head held by the slider 120 records and reproduces information on the disk 116.

【0097】[0097]

【実施例】本発明の磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効
果型ヘッドについて以下具体的な実施例を用いて説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A magnetoresistive element and a magnetoresistive head according to the present invention will be described below using specific examples.

【0098】(実施例1)多室多元のスパッタ装置を用
いて、ターゲットとして、Ta、NiO、Ni0. 8Fe
0.2、Pt0.45Mn0.55、α−Fe23、Co、Cu、
Al23を備えたスパッタ装置を用い、真空チャンバー
内を1×10−8Torr以下まで排気した後、Arガ
スを約0.8mTorrになるように流しながら、ガラ
ス基板上に、スパッタリング法を用いて、図1(a)の
構成のMR素子100Aを作製した。カソードとして
は、Al23、NiO、α−Fe23膜の場合にはrf
カソードを用い、その他の場合にはDCカソードを用い
た。以下、( )の中は膜厚をnm単位で示す。また合
金組成はターゲットの組成で示す。
[0098] using a sputtering apparatus (Example 1) multi-chamber multiple, as a target, Ta, NiO, Ni 0. 8 Fe
0.2 , Pt 0.45 Mn 0.55 , α-Fe 2 O 3 , Co, Cu,
Using a sputtering apparatus equipped with Al 2 O 3 , the inside of the vacuum chamber was evacuated to 1 × 10 −8 Torr or less, and then a sputtering method was used on a glass substrate while flowing Ar gas at about 0.8 mTorr. Thus, an MR element 100A having the configuration shown in FIG. As a cathode, Al 2 O 3 , NiO, rf in the case of α-Fe 2 O 3 film
A cathode was used, otherwise a DC cathode was used. Hereinafter, the thickness in parentheses indicates the film thickness in nm. The alloy composition is indicated by the composition of the target.

【0099】Al:Ta(5)/Al23(t)/Ni
0.80Fe0.20(5)/Co(1)/Cu(2.2)/C
o(2)/Pt0.45Mn0.55(20)/Ta(5) 成膜したMR素子を真空中200kA/mの磁界中で2
80C、2時間熱処理した。
Al: Ta (5) / Al 2 O 3 (t) / Ni
0.80 Fe 0.20 (5) / Co (1) / Cu (2.2) / C
o (2) / Pt 0.45 Mn 0.55 (20) / Ta (5) The formed MR element is subjected to a magnetic field of 200 kA / m in a vacuum.
Heat treatment was performed at 80C for 2 hours.

【0100】このようにして作製したMR素子の特性を
室温、直流4端子法にて最大400kA/m(5000
Oe)の磁界を印加して評価した。その結果を表1に
示す。表1でHpというのは、図8に示すように、一度
負の方向に強磁界をかけてフリー層とピン層の磁化方向
をそろえた後(a)、磁界を徐々に増加していき、フリ
ー層だけ反転して(b)でMR比が最大になり、更にピ
ン層も反転してMR比が低下する過程(c)で、MR比
が(b)の状態の半分になったときの印可磁界をHpと
する。
The characteristics of the MR element manufactured in this manner were measured at room temperature by a DC four-terminal method at a maximum of 400 kA / m (5000).
Evaluation was performed by applying a magnetic field of Oe). Table 1 shows the results. In Table 1, Hp means, as shown in FIG. 8, a strong magnetic field once applied in the negative direction to align the magnetization directions of the free layer and the pinned layer (a), and then the magnetic field is gradually increased. In the process (c) in which only the free layer is inverted and the MR ratio is maximized in (b) and the pinned layer is also inverted and the MR ratio is reduced, the MR ratio becomes half that in the state of (b). Let Hp be the applied magnetic field.

【0101】[0101]

【表1】 [Table 1]

【0102】A1−1はAl23が無い場合、つまり従
来例で、本発明の実施例A1−3〜A1−9はA1−1
に比べてMR比が増加していることが分かる。これは界
面S1での鏡面反射効果によると考えられる。ただし、
A1−2のようにAl23層があまり薄いと効果がな
い。0.4nm以上は必要である。逆にAl23層が厚
すぎるとMR比が低下する。これはAl23が厚すぎる
と表面性が悪くなり、かえって鏡面反射効果が低下する
ためと考えられる。この観点からAl23層の膜厚は2
0nm以下、より望ましくは2nm以下とするのがよ
い。
A1-1 is a case without Al 2 O 3 , that is, a conventional example, and Examples A1-3 to A1-9 of the present invention are A1-1.
It can be seen that the MR ratio has increased compared to This is considered to be due to the mirror reflection effect at the interface S1. However,
The Al 2 O 3 layer is not very thin, the effect as A1-2. 0.4 nm or more is required. Conversely, if the Al 2 O 3 layer is too thick, the MR ratio will decrease. This is considered to be because if the thickness of Al 2 O 3 is too large, the surface properties deteriorate, and the specular reflection effect is rather reduced. From this viewpoint, the thickness of the Al 2 O 3 layer is 2
The thickness is preferably 0 nm or less, more preferably 2 nm or less.

【0103】次に、第2の強磁性層5と反強磁性体層7
での電子の鏡面反射効果を高めるため、反強磁性体7と
してα−Fe23膜を用いた、以下の構成のMR素子を
作製した。この試料についてA1と同様に測定した結果
を表1にあわせて示す。
Next, the second ferromagnetic layer 5 and the antiferromagnetic layer 7
In order to enhance the mirror reflection effect of electrons in the above, an MR element having the following configuration using an α-Fe 2 O 3 film as the antiferromagnetic material 7 was manufactured. Table 1 shows the measurement results of this sample in the same manner as in A1.

【0104】A2:Ta(5)/Al23(1)/Ni
0.80Fe0.20(5)/Co(1)/Cu(2.2)/C
o(2)/α−Fe23(30) 表1に示すように、反強磁性体として、α−Fe23
を用いると、同じ構成でPt−Mn膜を用いた場合A1
−4に比べてMR比が大幅に増加する。しかし、Hpが
低下し、磁気抵抗効果素子としての安定性が低下する。
A2: Ta (5) / Al 2 O 3 (1) / Ni
0.80 Fe 0.20 (5) / Co (1) / Cu (2.2) / C
o (2) / α-Fe 2 O 3 (30) As shown in Table 1, when an α-Fe 2 O 3 film is used as an antiferromagnetic material, when a Pt—Mn film is used in the same configuration, A1
The MR ratio is significantly increased as compared with −4. However, Hp decreases, and the stability as a magnetoresistive element decreases.

【0105】また、α−Fe23膜の組成について調べ
るために、Si基板上に直接α−Fe23膜を約100
nmの厚みで形成してEPMAで分析したところ、 Fe/O=1/1.42 であった。
[0105] In addition, α-Fe 2 O 3 in order to investigate the composition of the film, direct α-Fe 2 O 3 film about 100 on the Si substrate
When formed with a thickness of nm and analyzed by EPMA, it was found that Fe / O = 1 / 1.42.

【0106】スパッタ圧力等の作製条件を変化させる
と、この組成は多少変化したが、 Fe/O=1/1.35〜1/1.6 の範囲であればMR比を増大させる効果があった。従っ
てこの組成範囲では本発明は有効である。
When the manufacturing conditions such as the sputtering pressure were changed, the composition slightly changed. However, when Fe / O was in the range of 1 / 1.35 to 1 / 1.6, there was an effect of increasing the MR ratio. Was. Therefore, the present invention is effective in this composition range.

【0107】次に本発明A1−3〜A1−9および比較
例A1−1、A2の膜をMR素子109として用いて、
図3に示すようなMRヘッドを構成して、特性を評価し
た。この場合、基板としてはAl23−TiC基板を用
い、シールド10、15の材料にはNi0.8Fe0.2合金
を用い、シールドギャップ11、14にはAl23を用
いた。
Next, using the films of the present invention A1-3 to A1-9 and Comparative Examples A1-1 and A2 as the MR element 109,
The MR head as shown in FIG. 3 was constructed, and the characteristics were evaluated. In this case, using the Al 2 O 3 -TiC substrate as the substrate, the material of the shield 10 and 15 using a Ni 0.8 Fe 0.2 alloy, the shield gap 11 and 14 with Al 2 O 3.

【0108】またハードバイアス部12にはCo−Pt
合金を用い、リード部13をAuで構成した。また、フ
リー層(第1の強磁性層3)の磁化容易軸の方向が検知
すべき信号磁界方向と垂直になるように、ピン層(第2
の強磁性層5)の磁化容易軸の方向が検知すべき信号磁
界方向と平行になるように磁性膜に異方性を付与した。
この方法では、磁性膜を成膜する際、膜面内で異方性を
付与したい方向に、永久磁石で磁界を付与して成膜した
上に、熱処理も磁界を印可しながら行った。
The hard bias section 12 has Co-Pt
The lead portion 13 was made of Au using an alloy. Also, the pinned layer (the second ferromagnetic layer 3) is set such that the direction of the easy axis of magnetization is perpendicular to the direction of the signal magnetic field to be detected.
The magnetic film was anisotropic so that the direction of the easy axis of the ferromagnetic layer 5) was parallel to the direction of the signal magnetic field to be detected.
In this method, when a magnetic film is formed, a magnetic field is applied by a permanent magnet in a direction in which anisotropy is to be provided in the film surface, and the heat treatment is performed while applying a magnetic field.

【0109】これらのヘッドに約4kA/m(50O
e)の交流信号磁界を印加して両ヘッドの出力を評価し
た結果を表1に示す。この場合A1−1の出力を1とし
て相対値で示す。本発明の実施例は従来例A1−1に比
べて高出力であった。
[0109] About 4 kA / m (50O
Table 1 shows the results of evaluating the output of both heads by applying the AC signal magnetic field of e). In this case, the output of A1-1 is shown as a relative value with 1 being set. The embodiment of the present invention has a higher output than the conventional example A1-1.

【0110】(実施例2)図1(b)の構成のMR素子
100Bを、実施例1と同様の方法で作製した。この場
合、基板1としてSi基板を用い、反強磁性体としてP
t−MnまたはNiO膜を用いた。以下にその構成を示
す。
Example 2 An MR element 100B having the structure shown in FIG. 1B was manufactured in the same manner as in Example 1. In this case, a Si substrate is used as the substrate 1 and P is used as the antiferromagnetic material.
A t-Mn or NiO film was used. The configuration is shown below.

【0111】B1:Ta(5)/Pt0.4Mn0.6(1
5)/Co0.90Fe0.10(2)/Cu(2)/Co0.90
Fe0.10(1)/Ni0.8Fe0.20(6)/Al2
3(2)/Ta(5) B2:Ta(5)/Pt0.4Mn0.6(15)/Co0.9
0Fe0.10(2)/Cu(2)/Co0.90Fe
0.10(1)/Ni0.8Fe0.20(6)/Ta(5) B3:Ta(5)/NiO(15)/Co0.90Fe0.10
(2)/Cu(2)/Co0.90Fe0.10(1)/Ni
0.8Fe0.20(6)/Al23(2)/Ta(5) 実施例1と同様に熱処理した後、実施例1と同じ方法で
評価したところ以下の結果を得た。ただし、B3だけは
熱処理せずに評価した。
B1: Ta (5) / Pt 0.4 Mn 0.6 (1
5) / Co 0.90 Fe 0.10 (2) / Cu (2) / Co 0.90
Fe 0.10 (1) / Ni 0.8 Fe 0.20 (6) / Al 2 O
3 (2) / Ta (5) B2: Ta (5) / Pt 0.4 Mn 0.6 (15) / Co 0.9
0Fe 0.10 (2) / Cu (2) / Co 0.90 Fe
0.10 (1) / Ni 0.8 Fe 0.20 (6) / Ta (5) B3: Ta (5) / NiO (15) / Co 0.90 Fe 0.10
(2) / Cu (2) / Co 0.90 Fe 0.10 (1) / Ni
0.8 Fe 0.20 (6) / Al 2 O 3 (2) / Ta (5) After heat treatment in the same manner as in Example 1, evaluation was performed in the same manner as in Example 1, and the following results were obtained. However, only B3 was evaluated without heat treatment.

【0112】[0112]

【表2】 [Table 2]

【0113】本発明の実施例B1は、比較例B2に比べ
て第1の強磁性層3(Co0.90Fe 0.10(1)/Ni
0.8Fe0.20(6))の上に更に非磁性高抵抗層8(A
23(2))が保護層Taの前に形成されているの
で、非磁性高抵抗層8と第1の強磁性層3の界面S1で
電子が鏡面反射される確率が高く、MR比が高い。ま
た、反強磁性体層7としてNiO膜を用いると(実施例
B3)、反強磁性層が金属である場合よりもMR比が高
い。
The embodiment B1 of the present invention is different from the comparative example B2.
And the first ferromagnetic layer 3 (Co0.90Fe 0.10(1) / Ni
0.8Fe0.20(6)) and a non-magnetic high resistance layer 8 (A
lTwoOThree(2)) is formed before the protective layer Ta
At the interface S1 between the nonmagnetic high-resistance layer 8 and the first ferromagnetic layer 3,
The probability that electrons are specularly reflected is high, and the MR ratio is high. Ma
Further, when a NiO film is used as the antiferromagnetic material layer 7 (Example
B3) The MR ratio is higher than when the antiferromagnetic layer is made of metal.
No.

【0114】次に実施例B3と全く同様の方法で、図1
(b)の第2の強磁性層5として間接結合膜を用いた以
下の構成のMR素子を作成した。ただしこの場合、熱処
理する際は400kA/m(5kOe)の磁界を印可し
ながら行った。
Next, in the same manner as in Example B3, FIG.
(B) An MR element having the following configuration using an indirect coupling film as the second ferromagnetic layer 5 was prepared. However, in this case, the heat treatment was performed while applying a magnetic field of 400 kA / m (5 kOe).

【0115】B4:Ta(5)/NiO(15)/Co
0.90Fe0.10(3)/Ru(0.7)/Co0.90Fe
0.10(2)/Cu(2)/Co0.90Fe0.10(1)/N
0.8Fe0.20(6)/Al23(2)/Ta(5) 上記MR素子の磁気抵抗変化を実施例1と同様の方法で
評価した。その結果は表2に示す。表2に示したよう
に、本発明の実施例B4は、間接交換結合膜を用いない
B3に比べて、MR比は低下するが大きなバイアス磁界
Hpを有しており、ピン層の磁界方向がより安定してお
りMR素子として安定した動作が期待できる。
B4: Ta (5) / NiO (15) / Co
0.90 Fe 0.10 (3) / Ru (0.7) / Co 0.90 Fe
0.10 (2) / Cu (2) / Co 0.90 Fe 0.10 (1) / N
i 0.8 Fe 0.20 (6) / Al 2 O 3 (2) / Ta (5) The magnetoresistance change of the MR element was evaluated in the same manner as in Example 1. Table 2 shows the results. As shown in Table 2, Example B4 of the present invention has a larger bias magnetic field Hp although the MR ratio is lower than B3 in which no indirect exchange coupling film is used, and the magnetic field direction of the pinned layer is smaller. It is more stable and stable operation as an MR element can be expected.

【0116】なお、以上は、間接交換結合膜に用いる磁
性層としてCo−Fe合金を用いた場合について述べた
が、Co、Co−Ni−Fe合金もCoの代わりに用い
ることができる。またこのときの磁性層の膜厚は、1n
m以上4nm以下とするのがよい。また2つの磁性層の
膜厚は例に示すように少なくとも0.5nm以上異なっ
ているのがよい。
In the above, the case where the Co—Fe alloy is used as the magnetic layer used for the indirect exchange coupling film has been described. However, Co and Co—Ni—Fe alloy can be used instead of Co. The thickness of the magnetic layer at this time is 1n
It is preferable that the thickness be from m to 4 nm. Also, the thicknesses of the two magnetic layers are preferably different by at least 0.5 nm or more as shown in the example.

【0117】これは、間接結合膜の役割としては、単に
バイアス磁界を大きくするためでなく、フリー層にかか
る種種の磁界、すなわち、ピン層よりのバイアス磁界、
測定電流による磁界等をキャンセルする役割もあるから
である。間接交換結合膜に用いる非磁性層としては、B
4ではRuを用いたが、Irを用いることもできる。非
磁性層の膜厚としては0.3nm以上1.2nm以下と
するのがよい。
This is because the role of the indirect coupling film is not merely to increase the bias magnetic field, but to various magnetic fields applied to the free layer, that is, the bias magnetic field from the pinned layer.
This is because it also has a role of canceling a magnetic field or the like due to the measurement current. As the nonmagnetic layer used for the indirect exchange coupling film, B
In No. 4, Ru was used, but Ir can also be used. The thickness of the non-magnetic layer is preferably 0.3 nm or more and 1.2 nm or less.

【0118】(実施例3)図2(a)のタイプのMR素
子200Aの実施例C1を、実施例1と全く同様の方法
で作製した。この時基板としては、Si(100)基板
を用い、高抵抗層8aとしてα−Fe23膜を用い、金
属反射膜層9としてAu膜を用いた。また比較のため
に、高抵抗層8aまたは金属反射膜層9を用いない実施
例C2、C3膜も、その他は実施例C1と全く同様にし
て作製した。以下にその構成を示す。
Example 3 An example C1 of an MR element 200A of the type shown in FIG. 2A was manufactured in the same manner as in Example 1. At this time, a Si (100) substrate was used as the substrate, an α-Fe 2 O 3 film was used as the high resistance layer 8a, and an Au film was used as the metal reflection film layer 9. For comparison, the films C2 and C3 without using the high-resistance layer 8a or the metal reflective film layer 9 were produced in exactly the same manner as in Example C1 except for the above. The configuration is shown below.

【0119】C1:Ta(3)/α−Fe23(1.
5)/Au(1)/Ni0.68Fe0.20Co0.12(5)/
Co(1)/Cu(2.5)/Co(3)/Ir0.2
0.8(8)/Ta(3) C2:Ta(3)/α−Fe23(1.5)/Ni0.68
Fe0.20Co0.12(5)/Co(1)/Cu(2.5)
/Co(3)/Ir0.2Mn0.8(8)/Ta(3) C3:Ta(3)/Au(1)/Ni0.68Fe0.20Co
0.12(5)/Co(1)/Cu(2.5)/Co(3)
/Ir0.2Mn0.8(8)/Ta(3) この膜を作製後、室温で実施例1と同様にしてMR比を
測定した。その結果を表3に示す。
C1: Ta (3) / α-Fe 2 O 3 (1.
5) / Au (1) / Ni 0.68 Fe 0.20 Co 0.12 (5) /
Co (1) / Cu (2.5) / Co (3) / Ir 0.2 M
n 0.8 (8) / Ta (3) C2: Ta (3) / α-Fe 2 O 3 (1.5) / Ni 0.68
Fe 0.20 Co 0.12 (5) / Co (1) / Cu (2.5)
/ Co (3) / Ir 0.2 Mn 0.8 (8) / Ta (3) C3: Ta (3) / Au (1) / Ni 0.68 Fe 0.20 Co
0.12 (5) / Co (1) / Cu (2.5) / Co (3)
/ Ir 0.2 Mn 0.8 (8) / Ta (3) After producing this film, the MR ratio was measured at room temperature in the same manner as in Example 1. Table 3 shows the results.

【0120】[0120]

【表3】 [Table 3]

【0121】表3から明らかなように本発明の実施例C
1は、従来例C3と比べてMR比が高い。これは、図2
(a)の構成で金属反射膜層9を用いる場合、下地層2
(高抵抗層8aを含む)を適当に選ぶことが重要なこと
を意味している。また、C2の場合には、表3には表れ
ていないが、フリー層3と金属反射層9が磁気的に結合
してしまい、フリー層の軟磁気特性が失われてしまうの
で、磁界感度が大幅に低下し、実用には適さない。ま
た、C1がC2に比べてMR比が高いのは金属反射膜A
u層の効果で鏡面反射率が高まっているためと考えられ
る。
As is clear from Table 3, Example C of the present invention
No. 1 has a higher MR ratio than the conventional example C3. This is shown in FIG.
When the metal reflection film layer 9 is used in the configuration of FIG.
This means that it is important to appropriately select (including the high resistance layer 8a). In the case of C2, although not shown in Table 3, the free layer 3 and the metal reflection layer 9 are magnetically coupled, and the soft magnetic characteristics of the free layer are lost. It is greatly reduced and is not suitable for practical use. C1 has a higher MR ratio than C2 because the metal reflection film A
It is considered that the specular reflectance is increased by the effect of the u layer.

【0122】次に実施例C1と全く同様の方法で、図2
(a)の第2の強磁性層5として間接結合膜を用いた以
下の構成のMR素子を作成した。
Next, in the same manner as in Example C1, FIG.
(A) An MR element having the following configuration using an indirect coupling film as the second ferromagnetic layer 5 was prepared.

【0123】C4:Ta(3)/α−Fe23(1.
5)/Au(1)/Ni0.68Fe0.20Co0.12(5)/
Co(1)/Cu(2.5)/Co(2)/Ru(0.
8)/Co(3)/Ir0.2Mn0.8(8)/Ta(3) 上記MR素子の磁気抵抗変化を実施例C1と同様の方法
で評価した。その結果は表2に示す。表2に示したよう
に、本発明の実施例C4は、間接交換結合膜を用いない
C1に比べて、MR比は低下するが大きなバイアス磁界
Hpを有しており、ピン層の磁界方向がより安定してお
りMR素子として安定した動作が期待できる。
C4: Ta (3) / α-Fe 2 O 3 (1.
5) / Au (1) / Ni 0.68 Fe 0.20 Co 0.12 (5) /
Co (1) / Cu (2.5) / Co (2) / Ru (0.
8) / Co (3) / Ir 0.2 Mn 0.8 (8) / Ta (3) The magnetoresistance change of the MR element was evaluated in the same manner as in Example C1. Table 2 shows the results. As shown in Table 2, Example C4 of the present invention has a larger bias magnetic field Hp although the MR ratio is lower than that of C1 not using the indirect exchange coupling film, and the magnetic field direction of the pinned layer is smaller. It is more stable and stable operation as an MR element can be expected.

【0124】なお、以上は、間接交換結合膜に用いる磁
性層としてCoを用いた場合について述べたが、Co−
Fe合金、Co−Ni−Fe合金もCoの代わりに用い
ることができる。またこのときの磁性層の膜厚は、1n
m以上4nm以下とするのがよい。また2つの磁性層の
膜厚は例に示すように少なくとも0.5nm以上異なっ
ているのがよい。
In the above, the case where Co is used as the magnetic layer used for the indirect exchange coupling film has been described.
An Fe alloy or a Co—Ni—Fe alloy can also be used instead of Co. The thickness of the magnetic layer at this time is 1n
It is preferable that the thickness be from m to 4 nm. Also, the thicknesses of the two magnetic layers are preferably different by at least 0.5 nm or more as shown in the example.

【0125】これは、間接結合膜の役割としては、単に
バイアス磁界を大きくするためでなく、フリー層にかか
る種種の磁界、すなわち、ピン層よりのバイアス磁界、
測定電流による磁界等をキャンセルする役割もあるから
である。間接交換結合膜に用いる非磁性層としては、C
4ではRuを用いたが、Irを用いることもできる。非
磁性層の膜厚としては0.3nm以上1.2nm以下と
するのがよい。
This is because the role of the indirect coupling film is not merely to increase the bias magnetic field, but to various magnetic fields applied to the free layer, that is, the bias magnetic field from the pinned layer.
This is because it also has a role of canceling a magnetic field or the like due to the measurement current. As the nonmagnetic layer used for the indirect exchange coupling film, C
In No. 4, Ru was used, but Ir can also be used. The thickness of the non-magnetic layer is preferably 0.3 nm or more and 1.2 nm or less.

【0126】(実施例4)実施例1と同様の方法で、図
2(b)に示すタイプのMR素子200Bを作製した。
この時基板としてはガラス基板を用いて、高抵抗層8a
としてはAlN膜を、金属反射膜9としてはAg膜を用
いた。また、比較例として高抵抗層8aおよび金属反射
膜9のないD2−D4膜を作製した。
Example 4 An MR element 200B of the type shown in FIG. 2B was manufactured in the same manner as in Example 1.
At this time, a glass substrate is used as the substrate and the high resistance layer 8a is used.
, An Ag film was used as the metal reflection film 9. As a comparative example, a D2-D4 film without the high resistance layer 8a and the metal reflection film 9 was produced.

【0127】D1:NiO(50)/Co0.5Fe
0.5(2)/Cu(3)/Co0.9Fe0.1(2)/Ag
(0.8)/AlN(1)/Ta(5) D2:NiO(50)/Co0.5Fe0.5(2)/Cu
(3)/Co0.9Fe0.1(2)/AlN(1)/Ta
(5) D3:NiO(50)/Co0.5Fe0.5(2)/Cu
(3)/Co0.9Fe0.1(2)/Au(0.8)/Ta
(5) D4:NiO(50)/Co0.5Fe0.5(2)/Cu
(3)/Co0.9Fe0.1(2)/Ta(5) D5:NiO(50)/Co0.5Fe0.5(2)/Cu
(3)/Co0.9Fe0.1(2)/Cu(0.8)/Ag
(0.8)/AlN(1)/Ta(5) これらの膜を作製後、室温で実施例1と同様にしてMR
比を測定した。その結果を表4に示す。
D1: NiO (50) / Co 0.5 Fe
0.5 (2) / Cu (3) / Co 0.9 Fe 0.1 (2) / Ag
(0.8) / AlN (1) / Ta (5) D2: NiO (50) / Co 0.5 Fe 0.5 (2) / Cu
(3) / Co 0.9 Fe 0.1 (2) / AlN (1) / Ta
(5) D3: NiO (50) / Co 0.5 Fe 0.5 (2) / Cu
(3) / Co 0.9 Fe 0.1 (2) / Au (0.8) / Ta
(5) D4: NiO (50) / Co 0.5 Fe 0.5 (2) / Cu
(3) / Co 0.9 Fe 0.1 (2) / Ta (5) D5: NiO (50) / Co 0.5 Fe 0.5 (2) / Cu
(3) / Co 0.9 Fe 0.1 (2) / Cu (0.8) / Ag
(0.8) / AlN (1) / Ta (5) After forming these films, MR was performed at room temperature in the same manner as in Example 1.
The ratio was measured. Table 4 shows the results.

【0128】[0128]

【表4】 [Table 4]

【0129】表4から明らかなように本発明の実施例D
1は、比較例D3、D4と比べてMR比は格段に大きく
なっていることは明らかである。また、D2は本発明の
1実施例であるが、金属反射膜9を用いたD1の方がよ
りMR比が大きくなっている。これは、D1の方が高抵
抗層8aの界面S2でより有効に電子を鏡面反射してい
るためと考えられる。
As is clear from Table 4, Example D of the present invention
As for No. 1, it is clear that the MR ratio is much higher than those of Comparative Examples D3 and D4. D2 is one embodiment of the present invention, but D1 using the metal reflection film 9 has a higher MR ratio. This is considered to be because D1 more effectively mirror-reflects electrons at the interface S2 of the high-resistance layer 8a.

【0130】実施例D5でCu(1)の層は、フリー層
の軟磁気特性を改善するとともに、鏡面反射膜の効果を
更に増幅させる効果がある。
In Example D5, the Cu (1) layer has the effect of improving the soft magnetic characteristics of the free layer and further amplifying the effect of the specular reflection film.

【0131】また、以上は反強磁性体7としてNiO膜
を用い、高抵抗層8aとしてAlNを用いた場合につい
て説明したが、反強磁性体7として、Al23、高抵抗
層8aとしてAl23を用いても優れた磁気抵抗効果素
子を形成できる。その例としては、 D6:α−Fe23(50)/Co0.5Fe0.5(2)/
Cu(3)/Co0.9Fe0.1(2)/Cu(0.8)/
Ag(0.8)/Al23(1)/Ta(5) を作成して、D5と同様にして評価したところ、表4に
示すように、大きなMR比を示した。
In the above, the case where a NiO film is used as the antiferromagnetic material 7 and AlN is used as the high resistance layer 8a has been described. However, as the antiferromagnetic material 7, Al 2 O 3 and high resistance layer 8a are used. Even if Al 2 O 3 is used, an excellent magnetoresistance effect element can be formed. As an example, D6: α-Fe 2 O 3 (50) / Co 0.5 Fe 0.5 (2) /
Cu (3) / Co 0.9 Fe 0.1 (2) / Cu (0.8) /
Ag (0.8) / Al 2 O 3 (1) / Ta (5) was prepared and evaluated in the same manner as D5. As shown in Table 4, a large MR ratio was exhibited.

【0132】(実施例5)まず、Si基板を様々な条件
でイオンビームを用いて表面処理し、表面粗さを変化さ
せた。この様にして処理したSi基板上に実施例1と全
く同様の方法で、図2(a)のタイプの以下に示すMR
素子200Aを作製した。この場合、高抵抗層8aとし
て、Al23を用い、金属反射膜層9としてAg、反強
磁性体7としてはIr0.2Mn0.8膜を用いた。 E1:Ta(3)/Al23(1)/Ag(1)/Ni
0.8Fe0.2(3)/Co(1)/Cu(2)/Co
(2)/Ir0.2Mn0.8(10) 作成した試料の表面粗さとMR比を表5に示す。この場
合の表面粗さは、STM(Scanning Tunn
eling microscope)を用いて評価し
た。10mm角の試料の 表面上で、無作為に10nm
×10nmのエリアを10カ所選び、各エリアで最も高
い点と低い点の差をそのエリアの表面粗さとし、それを
10カ所で平均してその試料の表面粗さとした。
Example 5 First, a surface treatment was performed on an Si substrate using an ion beam under various conditions to change the surface roughness. In the same manner as in Example 1, an MR of the type shown in FIG.
Element 200A was produced. In this case, Al 2 O 3 was used as the high resistance layer 8a, Ag was used as the metal reflection film layer 9, and Ir 0.2 Mn 0.8 film was used as the antiferromagnetic material 7. E1: Ta (3) / Al 2 O 3 (1) / Ag (1) / Ni
0.8 Fe 0.2 (3) / Co (1) / Cu (2) / Co
(2) / Ir 0.2 Mn 0.8 (10) Table 5 shows the surface roughness and MR ratio of the prepared sample. The surface roughness in this case is determined by STM (Scanning Tunn).
eling microscopy). 10nm randomly on the surface of a 10mm square sample
Ten areas of × 10 nm were selected, the difference between the highest point and the lowest point in each area was defined as the surface roughness of the area, and the average of the differences at ten points was defined as the surface roughness of the sample.

【0133】[0133]

【表5】 [Table 5]

【0134】表5の結果から、表面粗さが0.5nm以
下のものは大きなMR比を示すことが分かる。表面の粗
さは層界面の粗さと関連しており、表面粗さが粗いもの
は、電子が散乱される層界面も粗いと考えられ、そのた
め電子の鏡面反射率が低下し、MR比が低下するものと
考えられる。
From the results shown in Table 5, it is understood that those having a surface roughness of 0.5 nm or less show a large MR ratio. The surface roughness is related to the roughness of the layer interface. If the surface roughness is rough, the layer interface where electrons are scattered is also considered to be rough, so the specular reflectivity of the electrons decreases and the MR ratio decreases. It is thought to be.

【0135】[0135]

【発明の効果】以上示したように、本発明は、薄い高抵
抗層を用いることにより、電子の鏡面反射効果を利用し
ているので、大きなMR比を示す磁気抵抗効果素子およ
び磁気抵抗効果型ヘッドおよびこれを用いたハードディ
スク装置の提供を可能とするものである。
As described above, the present invention utilizes the specular reflection effect of electrons by using a thin high resistance layer, so that the magnetoresistive effect element and the magnetoresistive effect type exhibiting a large MR ratio. A head and a hard disk device using the same can be provided.

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

【図1】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。FIG. 1 is a schematic diagram of a cross section of a magnetoresistive element of the present invention.

【図2】本発明の別の磁気抵抗効果素子の断面の模式
図。
FIG. 2 is a schematic view of a cross section of another magnetoresistive element according to the present invention.

【図3】本発明のMRヘッドの一断面図。FIG. 3 is a sectional view of an MR head according to the present invention.

【図4】本発明のMRヘッドの立体図。FIG. 4 is a three-dimensional view of the MR head of the present invention.

【図5】本発明のMRヘッドと磁気ディスクの一断面
図。
FIG. 5 is a cross-sectional view of an MR head and a magnetic disk of the present invention.

【図6】本発明の記録ヘッド一体型MRヘッドの一断面
図。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a recording head-integrated MR head of the present invention.

【図7】本発明の別のMRヘッドの一断面図。FIG. 7 is a sectional view of another MR head of the present invention.

【図8】本発明の磁気抵抗効果素子の磁気抵抗曲線の一
例。
FIG. 8 shows an example of a magnetoresistance curve of the magnetoresistance effect element of the present invention.

【図9】本発明のハードディスク装置の側面図。FIG. 9 is a side view of the hard disk drive of the present invention.

【図10】本発明のハードディスク装置の平面図。FIG. 10 is a plan view of the hard disk device of the present invention.

【図11】従来の別の磁気抵抗効果素子の断面の模式
図。
FIG. 11 is a schematic view of a cross section of another conventional magnetoresistance effect element.

【図12】従来の別の磁気抵抗効果素子の断面の模式
図。
FIG. 12 is a schematic view of a cross section of another conventional magnetoresistance effect element.

【図13】従来の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。FIG. 13 is a schematic view of a cross section of a conventional magnetoresistance effect element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 下地層 3 第1の強磁性層(フリー層) 4 非磁性層 5 第2の強磁性層 7 反強磁性体層 8 非磁性高抵抗層 8a 高抵抗層 9 金属反射膜層 10 シールド 11 シールドギャップ 12 ハードバイアス部 13 リード部 14 シールドギャップ 15 上部シールド 16 上部記録コア 40 記録ギャップ部 109 MR素子部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Underlayer 3 First ferromagnetic layer (free layer) 4 Nonmagnetic layer 5 Second ferromagnetic layer 7 Antiferromagnetic layer 8 Nonmagnetic high resistance layer 8a High resistance layer 9 Metal reflection film layer 10 Shield DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Shield gap 12 Hard bias part 13 Lead part 14 Shield gap 15 Upper shield 16 Upper recording core 40 Recording gap part 109 MR element part

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 里見 三男 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 榊間 博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5D034 BA03 BA15 BA16 BA17 BA18 BB01  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Mitsuo Satomi 1006 Kazuma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Terms (reference) 5D034 BA03 BA15 BA16 BA17 BA18 BB01

Claims (35)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 非磁性高抵抗層、第1の強磁性層、第1
の非磁性層、第2の強磁性層、反強磁性体層が順次積層
された構成を有する磁気抵抗効果素子。
A first non-magnetic high-resistance layer, a first ferromagnetic layer,
A magnetoresistive element having a configuration in which a nonmagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and an antiferromagnetic layer are sequentially laminated.
【請求項2】 前記非磁性高抵抗層は、電子のスピンの
方向を維持したまま伝導電子を反射しやすい性質を有す
る、請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。
2. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the non-magnetic high-resistance layer has a property of easily reflecting conduction electrons while maintaining the direction of electron spin.
【請求項3】 前記非磁性高抵抗層の膜厚は、0.4n
m以上20nm以下である、請求項1に記載の磁気抵抗
効果素子。
3. The non-magnetic high-resistance layer has a thickness of 0.4 n.
The magnetoresistive element according to claim 1, which has a length of not less than m and not more than 20 nm.
【請求項4】 前記非磁性高抵抗層の膜厚は、0.4n
m以上2nm以下である、請求項3に記載の磁気抵抗効
果素子。
4. The non-magnetic high-resistance layer has a thickness of 0.4 n.
The magnetoresistance effect element according to claim 3, wherein the diameter is not less than m and not more than 2 nm.
【請求項5】 前記非磁性高抵抗層は、Alの酸化物を
含む、請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。
5. The magnetoresistance effect element according to claim 1, wherein said nonmagnetic high resistance layer contains an oxide of Al.
【請求項6】 前記非磁性高抵抗層は、前記第1の強磁
性層に接する反射表面を有し、 前記反射表面の少なくとも一部分は、オングストローム
単位のレベルで見て平滑である、請求項1に記載の磁気
抵抗効果素子。
6. The non-magnetic high-resistance layer has a reflective surface in contact with the first ferromagnetic layer, and at least a portion of the reflective surface is smooth when viewed on a Angstrom level. 3. The magnetoresistive effect element according to item 1.
【請求項7】 前記反射表面の少なくとも10%以上
が、0.5nm以下の凹凸の平滑な表面である、請求項
6に記載の磁気抵抗効果素子。
7. The magnetoresistive element according to claim 6, wherein at least 10% or more of the reflection surface is a smooth surface having irregularities of 0.5 nm or less.
【請求項8】 前記反強磁性体層は、酸化物を含む、請
求項1に記載の磁気抵抗効果素子。
8. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the antiferromagnetic layer contains an oxide.
【請求項9】 前記酸化物は、α−Fe23を含む、請
求項8に記載の磁気抵抗効果素子。
9. The magnetoresistive element according to claim 8, wherein said oxide contains α-Fe 2 O 3 .
【請求項10】 前記酸化物は、NiOを含む、請求項
8に記載の磁気抵抗効果素子。
10. The magnetoresistive element according to claim 8, wherein said oxide contains NiO.
【請求項11】 前記非磁性層は、Cuを含み、 前記第1の強磁性層と前記第2の強磁性層との少なくと
も一方は、Fe、Ni、Coおよびこれらの合金のうち
の少なくとも1つを含む、請求項1に記載の磁気抵抗効
果素子。
11. The non-magnetic layer contains Cu, and at least one of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer has at least one of Fe, Ni, Co, and an alloy thereof. The magnetoresistive element according to claim 1, comprising:
【請求項12】 前記第2の強磁性層は、第2の非磁性
層と、前記第2の非磁性層を介して積層される第3の強
磁性層と第4の強磁性層とをさらに含む、請求項1に記
載の磁気抵抗効果素子。
12. The second ferromagnetic layer includes a second nonmagnetic layer, and a third ferromagnetic layer and a fourth ferromagnetic layer that are stacked with the second nonmagnetic layer interposed therebetween. The magnetoresistance effect element according to claim 1, further comprising:
【請求項13】 前記第3の強磁性層と前記第4の強磁
性層との少なくとも一方は、CoとCo−Fe合金との
少なくとも一方を含み、 前記第2の非磁性層は、RuとIrとの少なくとも一方
を含む、請求項12に記載の磁気抵抗効果素子。
13. At least one of the third ferromagnetic layer and the fourth ferromagnetic layer contains at least one of Co and a Co—Fe alloy, and the second nonmagnetic layer contains Ru and 13. The magnetoresistive element according to claim 12, comprising at least one of Ir.
【請求項14】 高抵抗層、金属反射膜層、第1の強磁
性層、第1の非磁性層、第2の強磁性層、反強磁性体層
が順次積層された構成を有する磁気抵抗効果素子。
14. A magnetoresistive element having a structure in which a high resistance layer, a metal reflection layer, a first ferromagnetic layer, a first nonmagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and an antiferromagnetic layer are sequentially stacked. Effect element.
【請求項15】 前記高抵抗層は、電子のスピンの方向
を維持したまま伝導電子を反射しやすい性質を有する、
請求項14に記載の磁気抵抗効果素子。
15. The high-resistance layer has a property of easily reflecting conduction electrons while maintaining the spin direction of electrons.
The magnetoresistance effect element according to claim 14.
【請求項16】 前記金属反射膜層は、AuとAgとの
少なくとも一方を主成分として含む、請求項14に記載
の磁気抵抗効果素子。
16. The magnetoresistive element according to claim 14, wherein said metal reflection film layer contains at least one of Au and Ag as a main component.
【請求項17】 前記高抵抗層の膜厚は、0.4nm以
上20nm以下である、請求項14に記載の磁気抵抗効
果素子。
17. The magnetoresistive element according to claim 14, wherein the thickness of the high resistance layer is 0.4 nm or more and 20 nm or less.
【請求項18】 前記高抵抗層の膜厚は、0.4nm以
上2nm以下である、請求項17に記載の磁気抵抗効果
素子。
18. The magnetoresistive element according to claim 17, wherein the thickness of the high resistance layer is 0.4 nm or more and 2 nm or less.
【請求項19】 前記高抵抗層は、Alの酸化物を含
む、請求項14に記載の磁気抵抗効果素子。
19. The magnetoresistive element according to claim 14, wherein said high-resistance layer contains an oxide of Al.
【請求項20】 前記高抵抗層は、前記金属反射膜層に
接する反射表面を有し、 前記反射表面の少なくとも一部分は、オングストローム
単位のレベルで見て平滑である、請求項14に記載の磁
気抵抗効果素子。
20. The magnet of claim 14, wherein the high resistance layer has a reflective surface in contact with the metal reflective film layer, and at least a portion of the reflective surface is smooth when viewed on a Angstrom level. Resistance effect element.
【請求項21】 前記反射表面の少なくとも10%以上
が、0.5nm以下の凹凸の平滑な表面である、請求項
20に記載の磁気抵抗効果素子。
21. The magnetoresistive element according to claim 20, wherein at least 10% or more of the reflection surface is a smooth surface having irregularities of 0.5 nm or less.
【請求項22】 前記高抵抗層は、α−Fe23を含
む、請求項14に記載の磁気抵抗効果素子。
22. The magnetoresistive element according to claim 14, wherein the high resistance layer contains α-Fe 2 O 3 .
【請求項23】 前記反強磁性体層は、酸化物を含む、
請求項14に記載の磁気抵抗効果素子。
23. The antiferromagnetic layer contains an oxide.
The magnetoresistance effect element according to claim 14.
【請求項24】 前記酸化物は、α−Fe23を含む、
請求項23に記載の磁気抵抗効果素子。
24. The oxide comprises α-Fe 2 O 3 ,
A magnetoresistive element according to claim 23.
【請求項25】 前記酸化物は、NiOを含む、請求項
23に記載の磁気抵抗効果素子。
25. The magnetoresistive element according to claim 23, wherein the oxide contains NiO.
【請求項26】 前記第1の非磁性層は、Cuを含み、 前記第1の強磁性層と前記第2の強磁性層との少なくと
も一方は、Fe、Ni、Coおよびこれらの合金のうち
の少なくとも1つを含む、請求項14に記載の磁気抵抗
効果素子。
26. The first nonmagnetic layer contains Cu, and at least one of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer is made of one of Fe, Ni, Co, and an alloy thereof. The magnetoresistive element according to claim 14, comprising at least one of the following.
【請求項27】 前記第2の強磁性層は、第2の非磁性
層と、前記第2の非磁性層を介して積層される第3の強
磁性層と第4の強磁性層とをさらに含む、請求項14に
記載の磁気抵抗効果素子。
27. The second ferromagnetic layer includes a second nonmagnetic layer, and a third ferromagnetic layer and a fourth ferromagnetic layer that are stacked via the second nonmagnetic layer. The magnetoresistance effect element according to claim 14, further comprising:
【請求項28】 前記第3の強磁性層と前記第4の強磁
性層との少なくとも一方は、CoとCo−Fe合金との
少なくとも一方を含み、 前記第2の非磁性層は、RuとIrとの少なくとも一方
を含む、請求項27に記載の磁気抵抗効果素子。
28. At least one of the third ferromagnetic layer and the fourth ferromagnetic layer contains at least one of Co and a Co—Fe alloy, and the second nonmagnetic layer contains Ru and 28. The magnetoresistive element according to claim 27, comprising at least one of Ir.
【請求項29】 前記金属反射膜層と前記第1の強磁性
層との間に、更に、第2の非磁性層が積層される、請求
項14に記載の磁気抵抗効果素子。
29. The magnetoresistive element according to claim 14, wherein a second nonmagnetic layer is further laminated between the metal reflection film layer and the first ferromagnetic layer.
【請求項30】 非磁性高抵抗層、第1の強磁性層、第
1の非磁性層、第2の強磁性層、反強磁性体層が順次積
層された構成を有する磁気抵抗効果素子と、 前記第1の強磁性体を磁区制御するバイアス印加部と、 記録部とを備える磁気抵抗効果型ヘッド。
30. A magnetoresistive element having a structure in which a nonmagnetic high resistance layer, a first ferromagnetic layer, a first nonmagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and an antiferromagnetic layer are sequentially stacked. A magnetoresistive head comprising: a bias application unit that controls a magnetic domain of the first ferromagnetic material; and a recording unit.
【請求項31】 前記第2の強磁性層は、第2の非磁性
層と、前記第2の非磁性層を介して積層される第3の強
磁性層と第4の強磁性層とをさらに含む、請求項30に
記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
31. The second ferromagnetic layer includes a second nonmagnetic layer, and a third ferromagnetic layer and a fourth ferromagnetic layer stacked with the second nonmagnetic layer interposed therebetween. 31. The magnetoresistive head according to claim 30, further comprising:
【請求項32】 高抵抗層、金属反射膜層、第1の強磁
性層、第1の非磁性層、第2の強磁性層、反強磁性体層
が順次積層された構成を有する磁気抵抗効果素子と、 前記第1の強磁性体を磁区制御するバイアス印加部と、 記録部とを備える磁気抵抗効果型ヘッド。
32. A magnetoresistive element having a structure in which a high resistance layer, a metal reflection layer, a first ferromagnetic layer, a first nonmagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and an antiferromagnetic layer are sequentially stacked. A magnetoresistive head comprising: an effect element; a bias applying unit that controls a magnetic domain of the first ferromagnetic material; and a recording unit.
【請求項33】 前記金属反射膜層と前記第1の強磁性
層との間に、更に、第2の非磁性層が積層される、請求
項32に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
33. The magnetoresistive head according to claim 32, wherein a second nonmagnetic layer is further laminated between the metal reflection film layer and the first ferromagnetic layer.
【請求項34】 磁気抵抗効果型ヘッドによりディスク
に情報を記録再生しするハードディスク装置であって、 前記ハードディスク装置は、前記磁気抵抗効果型ヘッド
と前記磁気抵抗効果型ヘッドを保持するスライダとを備
える磁気抵抗効果型ヘッド支持機構と、 前記磁気抵抗効果型ヘッド支持機構を介して前記磁気抵
抗効果型ヘッドをトラッキングする駆動手段とを備え、 前記磁気抵抗効果型ヘッドは、非磁性高抵抗層、第1の
強磁性層、第1の非磁性層、第2の強磁性層、反強磁性
体層が順次積層された構成を有する磁気抵抗効果素子
と、前記第1の強磁性体を磁区制御するバイアス印加部
と、記録部とを備えるハードディスク装置。
34. A hard disk drive for recording and reproducing information on and from a disk by using a magnetoresistive head, wherein the hard disk device includes the magnetoresistive head and a slider for holding the magnetoresistive head. A magnetoresistive head support mechanism; and driving means for tracking the magnetoresistive head via the magnetoresistive head support mechanism. The magnetoresistive head includes a nonmagnetic high-resistance layer, A magnetoresistive element having a configuration in which one ferromagnetic layer, a first nonmagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and an antiferromagnetic layer are sequentially stacked; and controlling the magnetic domain of the first ferromagnetic substance A hard disk device including a bias applying unit and a recording unit.
【請求項35】 磁気抵抗効果型ヘッドによりディスク
に情報を記録再生しするハードディスク装置であって、 前記ハードディスク装置は、前記磁気抵抗効果型ヘッド
と前記磁気抵抗効果型ヘッドを保持するスライダとを備
える磁気抵抗効果型ヘッド支持機構と、 前記磁気抵抗効果型ヘッド支持機構を介して前記磁気抵
抗効果型ヘッドをトラッキングする駆動手段とを備え、 前記磁気抵抗効果型ヘッドは、高抵抗層、金属反射膜
層、第1の強磁性層、第1の非磁性層、第2の強磁性
層、反強磁性体層が順次積層された構成を有する磁気抵
抗効果素子と、前記第1の強磁性体を磁区制御するバイ
アス印加部と、記録部とを備えるハードディスク装置。
35. A hard disk drive for recording and reproducing information on a disk by using a magnetoresistive head, wherein the hard disk device includes the magnetoresistive head and a slider for holding the magnetoresistive head. A magnetoresistive head support mechanism; and a driving unit that tracks the magnetoresistive head via the magnetoresistive head support mechanism. The magnetoresistive head includes a high-resistance layer and a metal reflective film. A magnetoresistive effect element having a structure in which a layer, a first ferromagnetic layer, a first nonmagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and an antiferromagnetic layer are sequentially stacked; A hard disk drive including a bias applying unit for controlling a magnetic domain and a recording unit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006319343A (en) * 2000-10-20 2006-11-24 Toshiba Corp Magnetoresistance effect element, magnetic head, and magnetic reproduction device
WO2021024870A1 (en) 2019-08-06 2021-02-11 株式会社日立ハイテク Magnetoresistive element and magnetoresistive device

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