JP2001111136A - 磁化方向制御膜及びこれを用いた磁気抵抗効果型センサ - Google Patents
磁化方向制御膜及びこれを用いた磁気抵抗効果型センサInfo
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- H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
- H01F10/3268—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 薄く形成した磁化方向制御膜及びこれを用い
た磁気抵抗効果型センサを提供する。 【解決手段】 （００２）配向した六方晶系金属からな
る下地層と、上記下地層上に形成された反強磁性層とか
らなる磁化方向制御膜である。磁気抵抗効果型センサに
使用するときには、磁化方向を制御したい軟磁性層に上
記磁化方向制御膜の反強磁性層を接して設ける。
た磁気抵抗効果型センサを提供する。 【解決手段】 （００２）配向した六方晶系金属からな
る下地層と、上記下地層上に形成された反強磁性層とか
らなる磁化方向制御膜である。磁気抵抗効果型センサに
使用するときには、磁化方向を制御したい軟磁性層に上
記磁化方向制御膜の反強磁性層を接して設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気センサ等におい
て磁化バイアスを印加して所定磁性層の磁化方向を制御
する磁化方向制御膜に係り、より詳しくは磁気記録媒体
の読取りヘッドとして近年多く使用され薄膜化への要請
が増大している磁気抵抗効果型の読取りセンサ等に適用
可能な磁化方向制御膜に関する。
て磁化バイアスを印加して所定磁性層の磁化方向を制御
する磁化方向制御膜に係り、より詳しくは磁気記録媒体
の読取りヘッドとして近年多く使用され薄膜化への要請
が増大している磁気抵抗効果型の読取りセンサ等に適用
可能な磁化方向制御膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気抵抗効果を利用する読取りセンサと
しては、ハードディスク等の磁気記録媒体からの外部磁
界Ｈsig を再生する素子として単層膜を用いる磁気抵抗
効果型センサ（ＭＲ型センサ）と、多層膜を用いてＭＲ
型センサより感度を高めた巨大磁気抵抗効果型センサ
（ＧＭＲ型センサ）が知られている。
しては、ハードディスク等の磁気記録媒体からの外部磁
界Ｈsig を再生する素子として単層膜を用いる磁気抵抗
効果型センサ（ＭＲ型センサ）と、多層膜を用いてＭＲ
型センサより感度を高めた巨大磁気抵抗効果型センサ
（ＧＭＲ型センサ）が知られている。
【０００３】上記ＧＭＲ型センサとしてはスピンバルブ
型センサ（ＳＶＭＲ型センサ）がよく知られている。こ
のＳＶＭＲ型センサに関しては、例えば特開平４−３５
８３１０号公報に開示されている。ＳＶＭＲ型センサは
非磁性金属層によって分離された２つの軟磁性層を備
え、一方の軟磁性層の磁化が固定されている多層膜とな
っている。ここで、上記軟磁性層（以下、ピン層と称
す）の磁化の固定は例えば鉄−マンガン（Ｆｅ−Ｍｎ）
合金からなる反強磁性層をこのピン層に接触させること
によって行っている。このＳＶＭＲ型センサの構造にお
いて、外部磁界Ｈｓｉｇが印加されると固定されていな
い他方の軟磁性層（以下、フリー層と称す）の磁化方向
が外部磁界Ｈｓｉｇの方向に応じて磁気回転するため、
磁化が固定されている上記ピン層との間で磁化方向の角
度差が生じる。この角度差に依存して、伝導電子のスピ
ン状態が変化し、これが電気抵抗値の変化として表れ
る。よって、この電気抵抗値の変化を検出すれば、外部
磁界Ｈｓｉｇの磁化情報を再生することができる。
型センサ（ＳＶＭＲ型センサ）がよく知られている。こ
のＳＶＭＲ型センサに関しては、例えば特開平４−３５
８３１０号公報に開示されている。ＳＶＭＲ型センサは
非磁性金属層によって分離された２つの軟磁性層を備
え、一方の軟磁性層の磁化が固定されている多層膜とな
っている。ここで、上記軟磁性層（以下、ピン層と称
す）の磁化の固定は例えば鉄−マンガン（Ｆｅ−Ｍｎ）
合金からなる反強磁性層をこのピン層に接触させること
によって行っている。このＳＶＭＲ型センサの構造にお
いて、外部磁界Ｈｓｉｇが印加されると固定されていな
い他方の軟磁性層（以下、フリー層と称す）の磁化方向
が外部磁界Ｈｓｉｇの方向に応じて磁気回転するため、
磁化が固定されている上記ピン層との間で磁化方向の角
度差が生じる。この角度差に依存して、伝導電子のスピ
ン状態が変化し、これが電気抵抗値の変化として表れ
る。よって、この電気抵抗値の変化を検出すれば、外部
磁界Ｈｓｉｇの磁化情報を再生することができる。
【０００４】ここで、ＳＶＭＲ型センサが感度よく外部
磁界Ｈｓｉｇを検出するためには、上記ピン層が所定方
向（一般に磁気記録媒体の面に対して垂直方向）にピン
止め（固定）されていることが好ましい。ピン層の磁化
方向を上記所定方向に向けるために、反強磁性層がピン
層に接して配設されている。すなわち、ピン層は反強磁
性層が接して配設されると、磁気的な交換結合によって
一方向異方性の磁化を生じ上記所定方向に固定されるこ
とになる。ここで、上記反強磁性層はピン層にバイアス
磁界を印加して、ピン層の磁化方向が所定方向へ向くよ
うに制御する機能を果たしている。
磁界Ｈｓｉｇを検出するためには、上記ピン層が所定方
向（一般に磁気記録媒体の面に対して垂直方向）にピン
止め（固定）されていることが好ましい。ピン層の磁化
方向を上記所定方向に向けるために、反強磁性層がピン
層に接して配設されている。すなわち、ピン層は反強磁
性層が接して配設されると、磁気的な交換結合によって
一方向異方性の磁化を生じ上記所定方向に固定されるこ
とになる。ここで、上記反強磁性層はピン層にバイアス
磁界を印加して、ピン層の磁化方向が所定方向へ向くよ
うに制御する機能を果たしている。
【０００５】また、ＭＲ型センサで使用される単層膜
（ＭＲ膜と称す）は一方向異方性を有する軟磁性層であ
り、例えばパーマロイ（ＮｉＦｅ）が用いられている。
このＭＲ膜についても外部磁界Ｈsig が印加されると磁
化回転によりＭＲ膜内の電気抵抗が変化し、これを検出
することで外部磁界Ｈsig の磁化情報を再生する。ＭＲ
膜はバルクハウゼン雑音対策等の点から単一磁区状態に
されていることが好ましい。このＭＲ膜についても磁化
方向制御膜として反強磁性層を接触して配設することが
従来から行われている。
（ＭＲ膜と称す）は一方向異方性を有する軟磁性層であ
り、例えばパーマロイ（ＮｉＦｅ）が用いられている。
このＭＲ膜についても外部磁界Ｈsig が印加されると磁
化回転によりＭＲ膜内の電気抵抗が変化し、これを検出
することで外部磁界Ｈsig の磁化情報を再生する。ＭＲ
膜はバルクハウゼン雑音対策等の点から単一磁区状態に
されていることが好ましい。このＭＲ膜についても磁化
方向制御膜として反強磁性層を接触して配設することが
従来から行われている。
【０００６】上述したようにＳＶＭＲ型センサ及びＭＲ
型センサ等において反強磁性層は隣接して配される軟磁
性層の磁化方向を制御するための磁化バイアスを供給す
る膜として重要な役割があるため、その機能が十分に発
揮されるように形成する必要がある。反強磁性層は面心
立方格子（face-centered cubic 以下、ｆｃｃ）又は面
心正方格子（face-centered tetragonal 以下、ｆｃ
ｔ）の結晶構造を有し十分に（１１１）配向されている
ことが好ましいとされている。その理由はピン層或いは
ＭＲ膜等の磁化方向を制御する時に、配向度が低い反強
磁性層を使用するとピン層或いはＭＲ膜側での一方向異
方性磁界が小さくなり、外部磁界等からの影響でその磁
化方向が傾く等の不都合が生じるからである。
型センサ等において反強磁性層は隣接して配される軟磁
性層の磁化方向を制御するための磁化バイアスを供給す
る膜として重要な役割があるため、その機能が十分に発
揮されるように形成する必要がある。反強磁性層は面心
立方格子（face-centered cubic 以下、ｆｃｃ）又は面
心正方格子（face-centered tetragonal 以下、ｆｃ
ｔ）の結晶構造を有し十分に（１１１）配向されている
ことが好ましいとされている。その理由はピン層或いは
ＭＲ膜等の磁化方向を制御する時に、配向度が低い反強
磁性層を使用するとピン層或いはＭＲ膜側での一方向異
方性磁界が小さくなり、外部磁界等からの影響でその磁
化方向が傾く等の不都合が生じるからである。
【０００７】ところで、順積層タイプと称されて基板側
からフリー層、非磁性金属層、ピン層、反強磁性層の順
で積層されるスピンバルブ膜を使用する場合には、反強
磁性層はピン層上に形成される。このピン層は積層工程
においてｆｃｃ（１１１）に配向されるので、その上に
形成される反強磁性層も同様にｆｃｃ又はｆｃｔ（１１
１）に都合よく配向される。しかし、逆積層タイプと称
されて基板側から反強磁性層、ピン層、非磁性金属層、
フリー層の順で積層するタイプのスピンバルブ膜を使用
する場合には、反強磁性層をｆｃｃ又はｆｃｔ（１１
１）配向とするために下地層が必要となる。同様な理由
から、反強磁性層の上にＭＲ膜を形成するタイプのＭＲ
型センサの場合も下地層が必要となる。
からフリー層、非磁性金属層、ピン層、反強磁性層の順
で積層されるスピンバルブ膜を使用する場合には、反強
磁性層はピン層上に形成される。このピン層は積層工程
においてｆｃｃ（１１１）に配向されるので、その上に
形成される反強磁性層も同様にｆｃｃ又はｆｃｔ（１１
１）に都合よく配向される。しかし、逆積層タイプと称
されて基板側から反強磁性層、ピン層、非磁性金属層、
フリー層の順で積層するタイプのスピンバルブ膜を使用
する場合には、反強磁性層をｆｃｃ又はｆｃｔ（１１
１）配向とするために下地層が必要となる。同様な理由
から、反強磁性層の上にＭＲ膜を形成するタイプのＭＲ
型センサの場合も下地層が必要となる。
【０００８】そこで、ｆｃｃ構造を有するパーマロイ又
は銅等からなる下地層上に反強磁性層を成膜することに
ついて従来から提案がある。例えば特開平６−１３９５
２６号公報にはｆｃｃ構造を有する５０Åから４００Å
の下地層上に反強磁性層を成膜することによりＭＲ膜の
磁化固定力を維持する方法が開示されている。
は銅等からなる下地層上に反強磁性層を成膜することに
ついて従来から提案がある。例えば特開平６−１３９５
２６号公報にはｆｃｃ構造を有する５０Åから４００Å
の下地層上に反強磁性層を成膜することによりＭＲ膜の
磁化固定力を維持する方法が開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記パーマ
ロイ等のｆｃｃ構造を有する下地層は５０Å以上の層厚
を必要としている。近年においては磁気記録密度の急激
な向上に伴い磁気センサの薄膜化への要請が増大してお
り、読取りセンサのリードギャップを小さくなければな
らない。このリードギャップ内にある磁気抵抗効果素子
についても当然に可能な限り薄膜化する必要がある。一
般に数百Å程度の層厚を有する磁気抵抗効果素子にあっ
て５０Å以上の厚さを必要とする下地層についても可能
な限り薄く形成することが求められる。
ロイ等のｆｃｃ構造を有する下地層は５０Å以上の層厚
を必要としている。近年においては磁気記録密度の急激
な向上に伴い磁気センサの薄膜化への要請が増大してお
り、読取りセンサのリードギャップを小さくなければな
らない。このリードギャップ内にある磁気抵抗効果素子
についても当然に可能な限り薄膜化する必要がある。一
般に数百Å程度の層厚を有する磁気抵抗効果素子にあっ
て５０Å以上の厚さを必要とする下地層についても可能
な限り薄く形成することが求められる。
【００１０】したがって本発明の目的は、薄く形成でき
る磁化方向制御膜を提供すること、及びこれを使用し薄
膜化した磁気抵抗効果型のセンサを提供することにあ
る。
る磁化方向制御膜を提供すること、及びこれを使用し薄
膜化した磁気抵抗効果型のセンサを提供することにあ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、請求項１
に記載する如く、（００２）配向した六方晶系金属から
なる下地層と、上記下地層上に形成された反強磁性層と
を有する磁化方向制御膜、により達成される。
に記載する如く、（００２）配向した六方晶系金属から
なる下地層と、上記下地層上に形成された反強磁性層と
を有する磁化方向制御膜、により達成される。
【００１２】請求項１記載の発明において、下地層に使
用される六方晶系金属は安定な優先結晶成長方向が六方
最密充填結晶構造（hexagonal closest packed structu
re以下、ｈｃｐ）（００２）面である。上記六方晶系金
属は数Å程度のきわめて薄い層厚から良好な結晶構造と
なる。上記ｈｃｐの（００２）面は略正六角形をしてお
り、略正三角形となるｆｃｃ（１１１）の配向面や略二
等辺三角形となるｆｃｔ（１１１）の配向面が形成され
易くなっている。六方晶系金属の面上に積層される反強
磁性層もｆｃｃ又はｆｃｔ構造で十分に（１１１）配向
状態とすることができ、反強磁性層としての機能を十分
に発揮できるように形成できる。したがって、この磁化
方向制御膜は薄く形成することができ、この磁化方向制
御膜の反強磁性層を磁化方向制御を必要とする軟磁性層
に隣接して配置すれば、反強磁性層から必要なバイアス
磁化が供給されその軟磁性層に一方向異方性磁界を生じ
させることができる。
用される六方晶系金属は安定な優先結晶成長方向が六方
最密充填結晶構造（hexagonal closest packed structu
re以下、ｈｃｐ）（００２）面である。上記六方晶系金
属は数Å程度のきわめて薄い層厚から良好な結晶構造と
なる。上記ｈｃｐの（００２）面は略正六角形をしてお
り、略正三角形となるｆｃｃ（１１１）の配向面や略二
等辺三角形となるｆｃｔ（１１１）の配向面が形成され
易くなっている。六方晶系金属の面上に積層される反強
磁性層もｆｃｃ又はｆｃｔ構造で十分に（１１１）配向
状態とすることができ、反強磁性層としての機能を十分
に発揮できるように形成できる。したがって、この磁化
方向制御膜は薄く形成することができ、この磁化方向制
御膜の反強磁性層を磁化方向制御を必要とする軟磁性層
に隣接して配置すれば、反強磁性層から必要なバイアス
磁化が供給されその軟磁性層に一方向異方性磁界を生じ
させることができる。
【００１３】また、請求項１記載の発明は請求項２記載
に記載される如く、前記下地層は、ルテニウム（Ｒ
ｕ）、チタン（Ｔｉ）及びジルコニウム（Ｚｒ）の群か
ら選択されるいずれか１の六方晶系金属又は、該群から
選択される少なくとも２つから構成される六方晶系の合
金とすることが好ましい。これらの金属は層厚が数Å程
度でもｈｃｐ構造で（００２）配向した良好な結晶構造
となる。六方晶系金属でより好ましいのはルテニウムで
ある。ルテニウムの場合、約３Å程度でもｈｃｐ構造で
（００２）配向した良好な結晶構造となる。また、六方
晶系の合金としては、チタン、ジルコニウム等からなる
ものを同様に使用することができる。
に記載される如く、前記下地層は、ルテニウム（Ｒ
ｕ）、チタン（Ｔｉ）及びジルコニウム（Ｚｒ）の群か
ら選択されるいずれか１の六方晶系金属又は、該群から
選択される少なくとも２つから構成される六方晶系の合
金とすることが好ましい。これらの金属は層厚が数Å程
度でもｈｃｐ構造で（００２）配向した良好な結晶構造
となる。六方晶系金属でより好ましいのはルテニウムで
ある。ルテニウムの場合、約３Å程度でもｈｃｐ構造で
（００２）配向した良好な結晶構造となる。また、六方
晶系の合金としては、チタン、ジルコニウム等からなる
ものを同様に使用することができる。
【００１４】また、請求項３記載に記載される如く、前
記反強磁性層は、パラジウム−マンガン（Ｐｄ−Ｍ
ｎ）、白金−マンガン（Ｐｔ−Ｍｎ）、パラジウム−白
金−マンガン（Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ）及びニッケル−マン
ガン（Ｎｉ−Ｍｎ）から選択される正方晶系金属材料又
は、鉄−マンガン（Ｆｅ−Ｍｎ）及びイリジウム−マン
ガン（Ｉｒ−Ｍｎ）から選択される立方晶系金属材料を
使用することができる。
記反強磁性層は、パラジウム−マンガン（Ｐｄ−Ｍ
ｎ）、白金−マンガン（Ｐｔ−Ｍｎ）、パラジウム−白
金−マンガン（Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ）及びニッケル−マン
ガン（Ｎｉ−Ｍｎ）から選択される正方晶系金属材料又
は、鉄−マンガン（Ｆｅ−Ｍｎ）及びイリジウム−マン
ガン（Ｉｒ−Ｍｎ）から選択される立方晶系金属材料を
使用することができる。
【００１５】本発明の反強磁性層にはｆｃｃ又はｆｃｔ
構造を有する金属材料を使用することができ、規則系或
いは不規則系のどちらの金属材料でも使用することがで
きる。ここに示した正方晶系金属材料はｆｃｔ構造であ
り加熱により規則化されて反強磁性層として機能するよ
うになる。一方、立方晶系金属材料はｆｃｃ構造であり
加熱を必要とする規則系或いは加熱を必要としない不規
則系の両方の状態で反強磁性層として使用できる。
構造を有する金属材料を使用することができ、規則系或
いは不規則系のどちらの金属材料でも使用することがで
きる。ここに示した正方晶系金属材料はｆｃｔ構造であ
り加熱により規則化されて反強磁性層として機能するよ
うになる。一方、立方晶系金属材料はｆｃｃ構造であり
加熱を必要とする規則系或いは加熱を必要としない不規
則系の両方の状態で反強磁性層として使用できる。
【００１６】これらの金属材料は約５０Åから約３００
Åの層厚で上記下地層上に形成すると好ましい磁化方向
制御膜とすることができる。そして、請求項４に記載す
る如く、請求項１から３のいずれかに記載の磁化方向制
御膜は、前記下地層の層厚を最大で３０Åとすることが
できる。上記Ｒｕ、Ｔｉ及びＺｒ等の六方晶系金属から
なる下地は数Å程度のきわめて薄い層厚から良好な結晶
構造を取り、その層厚は最大でも３０Å程度でその上に
形成される反強磁性層を良好な（１１１）配向状態とす
ることできる。よって、従来において最低でも５０Å以
上は必要であった下地層の層厚を薄く形成でき、この下
地層を含む磁化方向制御膜を全体として薄く形成できる
ことになる。
Åの層厚で上記下地層上に形成すると好ましい磁化方向
制御膜とすることができる。そして、請求項４に記載す
る如く、請求項１から３のいずれかに記載の磁化方向制
御膜は、前記下地層の層厚を最大で３０Åとすることが
できる。上記Ｒｕ、Ｔｉ及びＺｒ等の六方晶系金属から
なる下地は数Å程度のきわめて薄い層厚から良好な結晶
構造を取り、その層厚は最大でも３０Å程度でその上に
形成される反強磁性層を良好な（１１１）配向状態とす
ることできる。よって、従来において最低でも５０Å以
上は必要であった下地層の層厚を薄く形成でき、この下
地層を含む磁化方向制御膜を全体として薄く形成できる
ことになる。
【００１７】さらに、請求項５に記載する如く、請求項
１から４のいずれかに記載の磁化方向制御膜の反強磁性
層上に、軟磁性層を形成した磁気抵抗効果型センサとし
て構成することができる。請求項５に記載の発明では、
薄膜化された磁化方向制御膜を使用する磁気抵抗効果型
センサとなるので高密度化に対応できる。
１から４のいずれかに記載の磁化方向制御膜の反強磁性
層上に、軟磁性層を形成した磁気抵抗効果型センサとし
て構成することができる。請求項５に記載の発明では、
薄膜化された磁化方向制御膜を使用する磁気抵抗効果型
センサとなるので高密度化に対応できる。
【００１８】また、請求項１から４のいずれかに記載の
磁化方向制御膜の反強磁性層上に、下から順に軟磁性
層、非磁性金属層及び軟磁性層とした積層体を形成した
巨大磁気抵抗効果型センサとして構成することもができ
る。この場合、薄膜化された磁化方向制御膜を使用する
磁気抵抗効果センサとなるのでセンサ自体を薄く形成で
き高密度化に対応できる。
磁化方向制御膜の反強磁性層上に、下から順に軟磁性
層、非磁性金属層及び軟磁性層とした積層体を形成した
巨大磁気抵抗効果型センサとして構成することもができ
る。この場合、薄膜化された磁化方向制御膜を使用する
磁気抵抗効果センサとなるのでセンサ自体を薄く形成で
き高密度化に対応できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
例を説明する。図１は第１実施例として本発明の磁化方
向制御膜を適用したＭＲセンサ１０について示す図であ
る。図１において、ＭＲセンサ１０はアルミナ−チタン
−カーバイト（Ａｌ 2Ｏ3−ＴｉＣ）の基板１１上に、
下から順に六方晶系金属膜からなる下地層１３、ｆｃｔ
構造で（１１１）配向された反強磁性層１５、ＭＲ膜と
しての軟磁性層１７が形成されている。なお、軟磁性層
１７上に形成されているのは保護膜１９である。
例を説明する。図１は第１実施例として本発明の磁化方
向制御膜を適用したＭＲセンサ１０について示す図であ
る。図１において、ＭＲセンサ１０はアルミナ−チタン
−カーバイト（Ａｌ 2Ｏ3−ＴｉＣ）の基板１１上に、
下から順に六方晶系金属膜からなる下地層１３、ｆｃｔ
構造で（１１１）配向された反強磁性層１５、ＭＲ膜と
しての軟磁性層１７が形成されている。なお、軟磁性層
１７上に形成されているのは保護膜１９である。
【００２０】上記ＭＲセンサ１０はスパッタリング装置
を用いて次のように連続的に製造することができる。シ
リコン又はＳｉＯ2 膜が形成されたアルミナ−チタン−
カーバイト基板（通常、アルチック基板と称される）１
１上に下地層１３として六方晶系であるルテニウムを約
２０Å成膜した。続けて、この下地層１３上に反強磁性
層１５としてパラジウム−白金−マンガン（Ｐｄ31Ｐｔ
17Ｍｎ52（数字は原子％））を１００から２５０Å成膜
した。さらに、反強磁性層１５上に軟磁性層１７として
パーマロイ（Ｎｉ81Ｆｅ19（数字は原子％））を約２０
０Å成膜し、最後に軟磁性層１７上に約５０Åのタンタ
ル（Ｔａ）を成膜し保護膜１９とした。なお、軟磁性層
１７を成膜する際に、固定したい磁化方向に１００Ｏｅ
程度の直流磁場を印加してもよい。
を用いて次のように連続的に製造することができる。シ
リコン又はＳｉＯ2 膜が形成されたアルミナ−チタン−
カーバイト基板（通常、アルチック基板と称される）１
１上に下地層１３として六方晶系であるルテニウムを約
２０Å成膜した。続けて、この下地層１３上に反強磁性
層１５としてパラジウム−白金−マンガン（Ｐｄ31Ｐｔ
17Ｍｎ52（数字は原子％））を１００から２５０Å成膜
した。さらに、反強磁性層１５上に軟磁性層１７として
パーマロイ（Ｎｉ81Ｆｅ19（数字は原子％））を約２０
０Å成膜し、最後に軟磁性層１７上に約５０Åのタンタ
ル（Ｔａ）を成膜し保護膜１９とした。なお、軟磁性層
１７を成膜する際に、固定したい磁化方向に１００Ｏｅ
程度の直流磁場を印加してもよい。
【００２１】本実施例の上記ＭＲセンサ１０では下地層
１３と反強磁性層１５とが磁化方向制御膜となる。反強
磁性層１５として使用したパラジウム−白金−マンガン
は、（００２）配向されたルテニウム上に形成されるた
めｆｃｔの（１１１）配向となり軟磁性層（ＭＲ膜）１
７に十分な一方向異方性の磁界を生じさせることができ
る。この時、格子定数はａ：４．０８Å、ｃ：３．５７
Åであった。
１３と反強磁性層１５とが磁化方向制御膜となる。反強
磁性層１５として使用したパラジウム−白金−マンガン
は、（００２）配向されたルテニウム上に形成されるた
めｆｃｔの（１１１）配向となり軟磁性層（ＭＲ膜）１
７に十分な一方向異方性の磁界を生じさせることができ
る。この時、格子定数はａ：４．０８Å、ｃ：３．５７
Åであった。
【００２２】なお、本実施例の反強磁性層１５で使用し
たパラジウム−白金−マンガンは規則系の合金である。
パラジウム−白金−マンガンは成膜時には準安定相のｆ
ｃｃ構造となる傾向があり、ｆｃｔ構造とするためには
熱処理して規則化することが必要である。本実施例のＭ
Ｒセンサ１０では軟磁性層１７の磁化方向を固定させる
方向と同一方向に約２５００Ｏｅの外部静止磁場中で２
８０℃の真空中熱処理を約３時間施された。
たパラジウム−白金−マンガンは規則系の合金である。
パラジウム−白金−マンガンは成膜時には準安定相のｆ
ｃｃ構造となる傾向があり、ｆｃｔ構造とするためには
熱処理して規則化することが必要である。本実施例のＭ
Ｒセンサ１０では軟磁性層１７の磁化方向を固定させる
方向と同一方向に約２５００Ｏｅの外部静止磁場中で２
８０℃の真空中熱処理を約３時間施された。
【００２３】図２（Ａ）は、下地層としてルテニウムを
約２０Å使用している上記ＭＲセンサ１０でのＭＲ膜１
７の磁化曲線を示している。ヒステリシスループのゼロ
磁場Ｘからのシフト量Ｓで定義される一方向異方性磁界
（Ｈｕａ）は約１００Ｏｅである。一般的にＭＲ膜には
２００Åのパーマロイ膜に対して４０Ｏｅ程度の一方向
異方性磁界が必要とされることから本実施例のＭＲセン
サ１０のＭＲ膜１７が良好な状態で固定されていること
が確認できる。
約２０Å使用している上記ＭＲセンサ１０でのＭＲ膜１
７の磁化曲線を示している。ヒステリシスループのゼロ
磁場Ｘからのシフト量Ｓで定義される一方向異方性磁界
（Ｈｕａ）は約１００Ｏｅである。一般的にＭＲ膜には
２００Åのパーマロイ膜に対して４０Ｏｅ程度の一方向
異方性磁界が必要とされることから本実施例のＭＲセン
サ１０のＭＲ膜１７が良好な状態で固定されていること
が確認できる。
【００２４】図２（Ｂ）は、下地層１３の厚さとその時
にＭＲ膜１７に生じる一方向異方性磁界（Ｈｕａ）との
関係を示している。本実施例の場合で下地層１３の厚さ
のみを変えて製造したＭＲセンサ１０について測定し
た。下地層１３の層厚が約３ÅからＭＲ膜１７に一方向
異方性磁界（Ｈｕａ）が生じ、層厚が２０Åまで急激に
上昇している。そして、層厚が約３０Å近くでは最高値
（約１２５Ｏｅ）に近い一方向異方性磁界を生じてい
る。したがって、本実施例の磁化方向制御膜は下地層１
３が極め薄い３Å程度から磁化方向制御の機能を発揮
し、最大でも約３０Åの層厚で十分であることが確認で
きる。なお、同図中で破線で示したのが従来のｆｃｃ構
造を有する下地層の層厚で、少なくとも５０Å程度の層
厚がなければ必要な一方向異方性磁界（Ｈｕａ）をＭＲ
膜に発生させることができないことを示している。
にＭＲ膜１７に生じる一方向異方性磁界（Ｈｕａ）との
関係を示している。本実施例の場合で下地層１３の厚さ
のみを変えて製造したＭＲセンサ１０について測定し
た。下地層１３の層厚が約３ÅからＭＲ膜１７に一方向
異方性磁界（Ｈｕａ）が生じ、層厚が２０Åまで急激に
上昇している。そして、層厚が約３０Å近くでは最高値
（約１２５Ｏｅ）に近い一方向異方性磁界を生じてい
る。したがって、本実施例の磁化方向制御膜は下地層１
３が極め薄い３Å程度から磁化方向制御の機能を発揮
し、最大でも約３０Åの層厚で十分であることが確認で
きる。なお、同図中で破線で示したのが従来のｆｃｃ構
造を有する下地層の層厚で、少なくとも５０Å程度の層
厚がなければ必要な一方向異方性磁界（Ｈｕａ）をＭＲ
膜に発生させることができないことを示している。
【００２５】なお、本実施例ではＭＲセンサ１０のＭＲ
膜１７に適用する磁化方向制御膜として、下地層１３と
反強磁性層１５とからなる磁化方向制御膜を例に示して
いる。しかし、これに限らず他の磁気デバイス等で磁化
方向の制御を必要とする磁性層に接して設ければ同様に
使用できることは言うまでもない。その際、必要とされ
る一方向異方性磁界（Ｈｕａ）の強度も適用される磁性
膜によって異なることことが予想される。本実施例で示
した磁化方向制御膜１３、１５は下地膜１３としてルテ
ニウムを使用し極めて薄い３Å程度から軟磁性層（ＭＲ
膜１７）に一方向異方性を生じさせ、約２０Åまでに数
Ｏｅから１００Ｏｅまで変化させることができる。よっ
て、適用範囲が極めて広い磁化方向制御膜として使用す
ることができる。
膜１７に適用する磁化方向制御膜として、下地層１３と
反強磁性層１５とからなる磁化方向制御膜を例に示して
いる。しかし、これに限らず他の磁気デバイス等で磁化
方向の制御を必要とする磁性層に接して設ければ同様に
使用できることは言うまでもない。その際、必要とされ
る一方向異方性磁界（Ｈｕａ）の強度も適用される磁性
膜によって異なることことが予想される。本実施例で示
した磁化方向制御膜１３、１５は下地膜１３としてルテ
ニウムを使用し極めて薄い３Å程度から軟磁性層（ＭＲ
膜１７）に一方向異方性を生じさせ、約２０Åまでに数
Ｏｅから１００Ｏｅまで変化させることができる。よっ
て、適用範囲が極めて広い磁化方向制御膜として使用す
ることができる。
【００２６】また、上記ＭＲセンサ１０を製造するため
の積層工程はスパッタリング装置を用いて行なったが、
イオンビームスパッタ法、真空蒸着法等他の薄膜形成手
段を用いても同様にＭＲセンサ１０を製造することがで
きる。図３は第２実施例として本発明の磁化方向制御膜
を適用したＳＶＭＲセンサ２０について示す図である。
の積層工程はスパッタリング装置を用いて行なったが、
イオンビームスパッタ法、真空蒸着法等他の薄膜形成手
段を用いても同様にＭＲセンサ１０を製造することがで
きる。図３は第２実施例として本発明の磁化方向制御膜
を適用したＳＶＭＲセンサ２０について示す図である。
【００２７】図３において、ＳＶＭＲセンサ２０はアル
ミナ−チタン−カーバイト（Ａｌ 2Ｏ3 −ＴｉＣ）の基
板２１上に、下から順に六方晶系金属膜からなる下地層
２２、ｆｃｔ構造で（１１１）配向された反強磁性層２
３、ピン層としての軟磁性層２４、非磁性金属層２５、
フリー層としての軟磁性層２６が形成されている。な
お、フリー層２６上に形成されているのは保護膜２７で
ある。
ミナ−チタン−カーバイト（Ａｌ 2Ｏ3 −ＴｉＣ）の基
板２１上に、下から順に六方晶系金属膜からなる下地層
２２、ｆｃｔ構造で（１１１）配向された反強磁性層２
３、ピン層としての軟磁性層２４、非磁性金属層２５、
フリー層としての軟磁性層２６が形成されている。な
お、フリー層２６上に形成されているのは保護膜２７で
ある。
【００２８】上記ＭＲセンサ２０はＤＣマグネトロンス
パッタリング装置を用いて次のように製造された。シリ
コン又はＳｉＯ2 が形成されたアルミナ−チタン−カー
バイト基板２１上に下地層２２として六方晶系であるル
テニウムを約６Å成膜した。続けて、この下地層２２上
に反強磁性層２３としてパラジウム−白金−マンガン
（Ｐｄ31Ｐｔ17Ｍｎ52（数字は原子％））を約１５０Å
成膜した。さらに、反強磁性層２３上にピン層２４とし
てコバルト−鉄（Ｃｏ90Ｆｅ10（数字は原子％））を約
２２Å成膜し、非磁性金属層２５としてＣｕを約２８Å
成膜し、フリー層２６としてコバルト−鉄（Ｃｏ90Ｆｅ
10（数字は原子％））を約３０Å成膜した。最後にフリ
ー層２６上に約５０Åのタンタル（Ｔａ）を成膜し保護
膜２７とした。なお、ピン層２４を成膜する際に、固定
したい磁化方項に１００Ｏｅ程度の直流磁場を印加して
もよい。
パッタリング装置を用いて次のように製造された。シリ
コン又はＳｉＯ2 が形成されたアルミナ−チタン−カー
バイト基板２１上に下地層２２として六方晶系であるル
テニウムを約６Å成膜した。続けて、この下地層２２上
に反強磁性層２３としてパラジウム−白金−マンガン
（Ｐｄ31Ｐｔ17Ｍｎ52（数字は原子％））を約１５０Å
成膜した。さらに、反強磁性層２３上にピン層２４とし
てコバルト−鉄（Ｃｏ90Ｆｅ10（数字は原子％））を約
２２Å成膜し、非磁性金属層２５としてＣｕを約２８Å
成膜し、フリー層２６としてコバルト−鉄（Ｃｏ90Ｆｅ
10（数字は原子％））を約３０Å成膜した。最後にフリ
ー層２６上に約５０Åのタンタル（Ｔａ）を成膜し保護
膜２７とした。なお、ピン層２４を成膜する際に、固定
したい磁化方項に１００Ｏｅ程度の直流磁場を印加して
もよい。
【００２９】ここで上記ＳＶＭＲセンサ２０の下地層２
２と反強磁性層２３は磁化方向制御膜である。反強磁性
層２３として使用したパラジウム−白金−マンガンは、
（００２）配向されたルテニウム上に形成されている。
よって反強磁性層２３はｆｃｔ構造（１１１）配向とな
りピン層２４に一方向異方性の磁界を生じさせることが
できる。
２と反強磁性層２３は磁化方向制御膜である。反強磁性
層２３として使用したパラジウム−白金−マンガンは、
（００２）配向されたルテニウム上に形成されている。
よって反強磁性層２３はｆｃｔ構造（１１１）配向とな
りピン層２４に一方向異方性の磁界を生じさせることが
できる。
【００３０】ここでパラジウム−白金−マンガンからな
る反強磁性層２３をｆｃｔ構造に結晶化させるために、
上記第１実施例と同様にピン層２４の磁化方向を固定さ
せる方向と同一方向に約２５００Ｏｅの外部静止磁場中
で２８０℃の真空中熱処理を３時間施した。図４は上記
ＳＶＭＲセンサ２０の磁気抵抗曲線を示している。６％
以上の磁気抵抗変化率（ＭＲ ratio ）を示しており、
良好とされる磁気抵抗特性を示す磁気センサであること
が確認できる。
る反強磁性層２３をｆｃｔ構造に結晶化させるために、
上記第１実施例と同様にピン層２４の磁化方向を固定さ
せる方向と同一方向に約２５００Ｏｅの外部静止磁場中
で２８０℃の真空中熱処理を３時間施した。図４は上記
ＳＶＭＲセンサ２０の磁気抵抗曲線を示している。６％
以上の磁気抵抗変化率（ＭＲ ratio ）を示しており、
良好とされる磁気抵抗特性を示す磁気センサであること
が確認できる。
【００３１】本実施例によれば逆積層タイプのＳＶＭＲ
型センサでは下地層２２の層厚を薄く形成することがで
き、合わせて反強磁性層２３を好ましい（１１１）状態
に配向できる。よって、高密度化に対応し、薄膜化した
ＳＶＭＲ型センサとして提供できる。以上、本発明の好
ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の
実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に
記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形
・変更が可能である。
型センサでは下地層２２の層厚を薄く形成することがで
き、合わせて反強磁性層２３を好ましい（１１１）状態
に配向できる。よって、高密度化に対応し、薄膜化した
ＳＶＭＲ型センサとして提供できる。以上、本発明の好
ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の
実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に
記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形
・変更が可能である。
【００３２】上記第１及び第２実施例では下地層１３、
２２としてルテニウムを用いたがチタン、ジルコニウム
を使用した場合にも同様の磁化制御特性を得ることがで
きる。また、第１及び第２実施例では反強磁性層１５、
２３としてｆｃｔで規則系の合金パラジウム−白金−マ
ンガンを使用したが、パラジウム−マンガン、白金−マ
ンガン、ニッケル−マンガン等のｆｃｔ系の金属材料或
いは鉄−マンガン及びイリジウム−マンガン等のｆｃｃ
系の金属材料を使用することができる。
２２としてルテニウムを用いたがチタン、ジルコニウム
を使用した場合にも同様の磁化制御特性を得ることがで
きる。また、第１及び第２実施例では反強磁性層１５、
２３としてｆｃｔで規則系の合金パラジウム−白金−マ
ンガンを使用したが、パラジウム−マンガン、白金−マ
ンガン、ニッケル−マンガン等のｆｃｔ系の金属材料或
いは鉄−マンガン及びイリジウム−マンガン等のｆｃｃ
系の金属材料を使用することができる。
【００３３】上記実施例では本発明の磁化方向制御膜を
磁気抵抗効果型センサに適用した例を示したが、これに
限らず磁化方向の制御を必要とする磁性膜にバイアス磁
界を印加する手段として広く使用することができる。
磁気抵抗効果型センサに適用した例を示したが、これに
限らず磁化方向の制御を必要とする磁性膜にバイアス磁
界を印加する手段として広く使用することができる。
【００３４】
【発明の効果】以上詳述したように、請求項１に記載の
発明によれば、（００２）配向した六方晶系金属からな
る下地層を含む磁化方向制御膜とすることで、薄く形成
するできることができ、この磁化方向制御膜の反強磁性
層を磁化方向制御を必要とする磁性層に隣接して配置す
れば、反強磁性層から必要なバイアス磁化が供給されそ
の磁性層に一方向異方性を生じさせることができる。
発明によれば、（００２）配向した六方晶系金属からな
る下地層を含む磁化方向制御膜とすることで、薄く形成
するできることができ、この磁化方向制御膜の反強磁性
層を磁化方向制御を必要とする磁性層に隣接して配置す
れば、反強磁性層から必要なバイアス磁化が供給されそ
の磁性層に一方向異方性を生じさせることができる。
【００３５】また、請求項２記載に記載される如く、前
記下地層にルテニウム等の六方晶系金属とすれば層厚が
数Å程度でも（ｈｃｐ）構造の（００２）配向した良好
な結晶構造となり、磁化方向制御膜を確実に薄くするこ
とができる。また、請求項３記載に記載される如く、前
記反強磁性層はパラジウム−白金−マンガン等の正方晶
系の金属材料或いは鉄−マンガン等の正方晶系の金属材
料を使用することで、（００２）配向した六方晶系金属
の上で（１１１）に配向されるため、接して配される軟
磁性膜に必要な一方向異方性磁界を生じさせることでき
る。
記下地層にルテニウム等の六方晶系金属とすれば層厚が
数Å程度でも（ｈｃｐ）構造の（００２）配向した良好
な結晶構造となり、磁化方向制御膜を確実に薄くするこ
とができる。また、請求項３記載に記載される如く、前
記反強磁性層はパラジウム−白金−マンガン等の正方晶
系の金属材料或いは鉄−マンガン等の正方晶系の金属材
料を使用することで、（００２）配向した六方晶系金属
の上で（１１１）に配向されるため、接して配される軟
磁性膜に必要な一方向異方性磁界を生じさせることでき
る。
【００３６】また、請求項４に記載する如く、磁化方向
制御膜は六方晶系金属からなる下地層としたため最大で
３０Åとすることができ、従来では５０Å以上必要であ
った磁気抵抗センサ等の下地層を薄くすることができ
る。さらに、請求項５に記載する如く、上記磁化方向制
御膜は磁気抵抗効果型センサの構成の一部に含まれて、
センサ自体の薄膜化に寄与するので、高密度化に対応し
た磁気抵抗効果型センサとして供給することができる。
制御膜は六方晶系金属からなる下地層としたため最大で
３０Åとすることができ、従来では５０Å以上必要であ
った磁気抵抗センサ等の下地層を薄くすることができ
る。さらに、請求項５に記載する如く、上記磁化方向制
御膜は磁気抵抗効果型センサの構成の一部に含まれて、
センサ自体の薄膜化に寄与するので、高密度化に対応し
た磁気抵抗効果型センサとして供給することができる。
【図１】図１は第１実施例として本発明の磁化方向制御
膜を適用したＭＲセンサについて示す図である。
膜を適用したＭＲセンサについて示す図である。
【図２】図２（Ａ）は図１のＭＲセンサのＭＲ膜の磁化
曲線を示す図、図２（Ｂ）は図１のＭＲセンサの下地層
の厚さとＭＲ膜に生じる一方向異方性磁界（Ｈｕａ）と
の関係を示す図である。
曲線を示す図、図２（Ｂ）は図１のＭＲセンサの下地層
の厚さとＭＲ膜に生じる一方向異方性磁界（Ｈｕａ）と
の関係を示す図である。
【図３】図３は第２実施例として本発明の磁化方向制御
膜を適用したＳＶＭＲセンサについて示す図である。
膜を適用したＳＶＭＲセンサについて示す図である。
【図４】図４は図３のＳＶＭＲセンサの磁気抵抗曲線を
示す図である。
示す図である。
１１、２１ 基板 １３、２２ 下地層 １５、２３ 反強磁性層 １７ 軟磁性層（ＭＲ膜） ２４ 軟磁性層（ピン層） ２５ 非磁性金属層 ２６ 軟磁性層（フリー層）
Claims (5)
- 【請求項１】 （００２）配向した六方晶系金属からな
る下地層と、 上記下地層上に形成された反強磁性層とを有する磁化方
向制御膜。 - 【請求項２】 前記下地層は、ルテニウム（Ｒｕ）、チ
タン（Ｔｉ）及びジルコニウム（Ｚｒ）の群から選択さ
れるいずれか１の六方晶系金属又は、該群から選択され
る少なくとも２つから構成される六方晶系の合金であ
る、ことを特徴とする請求項１記載の磁化方向制御膜。 - 【請求項３】 前記反強磁性層は、パラジウム−マンガ
ン（Ｐｄ−Ｍｎ）、白金−マンガン（Ｐｔ−Ｍｎ）、パ
ラジウム−白金−マンガン（Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ）及びニ
ッケル−マンガン（Ｎｉ−Ｍｎ）から選択される正方晶
系金属材料又は、鉄−マンガン（Ｆｅ−Ｍｎ）及びイリ
ジウム−マンガン（Ｉｒ−Ｍｎ）から選択される立方晶
系金属材料である、 ことを特徴とする請求項２記載の磁化方向制御膜。 - 【請求項４】 前記下地層の層厚を最大で３０Åとし
た、 ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の磁
化方向制御膜。 - 【請求項５】 請求項１から４のいずれかに記載の磁化
方向制御膜の反強磁性層上に、軟磁性層を形成した磁気
抵抗効果型センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28877399A JP2001111136A (ja) | 1999-10-08 | 1999-10-08 | 磁化方向制御膜及びこれを用いた磁気抵抗効果型センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28877399A JP2001111136A (ja) | 1999-10-08 | 1999-10-08 | 磁化方向制御膜及びこれを用いた磁気抵抗効果型センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001111136A true JP2001111136A (ja) | 2001-04-20 |
Family
ID=17734540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28877399A Withdrawn JP2001111136A (ja) | 1999-10-08 | 1999-10-08 | 磁化方向制御膜及びこれを用いた磁気抵抗効果型センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001111136A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005166719A (ja) * | 2003-11-28 | 2005-06-23 | Seiko Epson Corp | アクチュエータ装置の製造方法及びその製造方法によって形成されたアクチュエータ装置を備えた液体噴射ヘッド |
| US7323953B2 (en) | 2003-08-27 | 2008-01-29 | Fujitsu Media Devices Limited | Film bulk acoustic resonator and method of producing the same |
| JP2008079328A (ja) * | 2007-10-12 | 2008-04-03 | Fujitsu Media Device Kk | 圧電薄膜共振子及びその製造方法 |
| JP2011135618A (ja) * | 2011-03-24 | 2011-07-07 | Taiyo Yuden Co Ltd | 圧電薄膜共振子及びその製造方法 |
| JP2015082633A (ja) * | 2013-10-24 | 2015-04-27 | 日本電産サンキョー株式会社 | 磁気抵抗素子、磁気センサ装置および磁気抵抗素子の製造方法 |
-
1999
- 1999-10-08 JP JP28877399A patent/JP2001111136A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2005166719A (ja) * | 2003-11-28 | 2005-06-23 | Seiko Epson Corp | アクチュエータ装置の製造方法及びその製造方法によって形成されたアクチュエータ装置を備えた液体噴射ヘッド |
| JP4645024B2 (ja) * | 2003-11-28 | 2011-03-09 | セイコーエプソン株式会社 | アクチュエータ装置の製造方法 |
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| Date | Code | Title | Description |
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