JP2001167410A - スピンバルブ型薄膜磁気素子及び薄膜磁気ヘッド - Google Patents
スピンバルブ型薄膜磁気素子及び薄膜磁気ヘッドInfo
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Abstract
電流のシャントロスを低減して磁気抵抗変化率を高くし
たスピンバルブ型薄膜磁気素子を提供する。 【解決手段】 反強磁性層30と、反強磁性層30に接
して形成されて反強磁性層30との交換結合磁界により
磁化方向が固定された固定磁性層25と、固定磁性層2
5に接する非磁性導電層29と、非磁性導電層29に接
するフリー磁性層20とを備え、フリー磁性層20は、
非磁性中間層23と、この非磁性中間層23を挟む第
1、第2フリー磁性層21、22からなり、第1フリー
磁性層21と第2フリー磁性層22とが反強磁性的に結
合してフェリ磁性状態とされ、かつ非磁性導電層29か
ら離れた側にある第1フリー磁性層21の比抵抗が、非
磁性導電層29側にある第2フリー磁性層22の比抵抗
より高いことを特徴とするスピンバルブ型薄膜磁気素子
1を提供する。
Description
膜磁気素子及び薄膜磁気ヘッドに関するものであり、特
に、センス電流のシャントロスを低減して磁気抵抗変化
率を高くしたスピンバルブ型薄膜磁気素子に関するもの
である。
抵抗効果を示す素子を備えたMR(Magnetoresistive)
ヘッドと巨大磁気抵抗効果を示す素子を備えたGMR
(GiantMagnetoresistive)ヘッドとがある。MRヘッ
ドにおいては、磁気抵抗効果を示す素子が磁性体からな
る単層構造とされている。一方、GMRヘッドにおいて
は、磁気抵抗効果を示す素子が複数の材料が積層されて
なる多層構造とされている。巨大磁気抵抗効果を生み出
す構造にはいくつかの種類があるが、比較的構造が単純
で、外部磁界に対して抵抗変化率が高いものとしてスピ
ンバルブ型薄膜磁気素子がある。最近では、磁気記録密
度の高密度化の要求が一段と高まっており、高記録密度
化に対応可能なスピンバルブ型薄膜磁気素子への注目が
高まっている。
子を図面を参照して説明する。図15に、従来のスピン
バルブ型薄膜磁気素子101を磁気記録媒体側からみた
断面模式図を示し、図16にはスピンバルブ型薄膜磁気
素子101をトラック幅方向から見た断面模式図を示
す。
上下には、ギャップ層を介してシールド層が形成されて
おり、スピンバルブ型薄膜磁気素子101、ギャップ層
及びシールド層で、再生用の薄膜磁気ヘッドが構成され
ている。また、前記薄膜磁気ヘッドの上に、記録用のイ
ンダクティブヘッドが積層されていてもよい。この薄膜
磁気ヘッドは、インダクティブヘッドと共に浮上式スラ
イダのトレーリング側端部などに設けられて薄膜磁気ヘ
ッドを構成し、ハードディスク等の磁気記録媒体の記録
磁界を検出するものである。なお、図15及び図16に
おいて、図示Z方向は磁気記録媒体の移動方向であり、
図示Y方向は磁気記録媒体からの漏れ磁界の方向であ
り、図示X1方向はスピンバルブ型薄膜磁気素子101
のトラック幅方向である。
膜磁気素子101は、反強磁性層103、固定磁性層1
04、非磁性導電層105及びフリー磁性層111が順
次積層されてなるボトム型のシングルスピンバルブ型薄
膜磁気素子である。図15及び図16において符号10
0はAl2O3などにより形成された絶縁層を示し、符号
102は、絶縁層100上に積層されたTaなどからな
る下地層を示している。この下地層102の上に反強磁
性層103、固定磁性層104、Cuなどにより形成さ
れた非磁性導電層105、フリー磁性層111が順次積
層され、フリー磁性層111の上にTaなどにより形成
されたキャップ層120が積層されている。このよう
に、下地層102からキャップ層120までの各層が順
次積層されてトラック幅に対応する幅を有する断面視略
台形状の積層体121が構成されている。
成されるもので、反強磁性層103に接して積層され、
固定磁性層104と反強磁性層103との界面において
交換結合磁界(交換異方性磁界)が発生し、固定磁性層
104の磁化方向が図示Y方向に固定されている。
9と、非磁性中間層109を挟む第1フリー磁性層11
0と第2フリー磁性層108から構成されている。第1
フリー磁性層110は、非磁性中間層109よりキャッ
プ層120側に設けられ、第2フリー磁性層108は、
非磁性中間層109より非磁性導電層105側に設けら
れている。また、第1フリー磁性層110の厚さt
1は、第2フリー磁性層108の厚さt2よりも若干厚く
なっている。
等の強磁性材料により形成され、非磁性中間層109
は、Ru等の非磁性材料により形成されている。また、
第2フリー磁性層108は、拡散防止層106と強磁性
層107とから構成されている。拡散防止層106及び
強磁性層107はいずれも強磁性材料からなるもので、
拡散防止層106は例えばCoから形成され、強磁性層
107はNiFe合金から形成されている。なお第1フ
リー磁性層110と強磁性層107は同一の材料から構
成されることが好ましい。拡散防止層106は、強磁性
層107と非磁性導電層105との相互拡散を防止し、
非磁性導電層105の界面で生じるGMR効果(ΔM
R)を大きくするために設けられたものである。
性層108の飽和磁化をそれぞれM 1、M2としたとき、
第1フリー磁性層110及び第2フリー磁性層108の
磁気的膜厚はそれぞれM1・t1、M2・t2となる。そし
てフリー磁性層111は、第1フリー磁性層110と第
2フリー磁性層108との磁気的膜厚の関係がM1・t1
>M2・t2となるように構成されている。
リー磁性層108は、相互に反強磁性的に結合してい
る。即ち、第1フリー磁性層110の磁化方向がバイア
ス層132、132により図示X1方向に揃えられた場
合、第2フリー磁性層108の磁化方向は図示X1方向
の反対方向に揃えられる。第1、第2フリー磁性層11
0、108の磁気的膜厚の関係がM1・t1>M2・t2と
されていることから、第1フリー磁性層110の磁化が
残存した状態となり、フリー磁性層111全体の磁化方
向が図示X1方向に揃えられる。このときのフリー磁性
層111の磁気的な実効膜厚は、(M1・t1−M2・
t2)となる。このように、第1フリー磁性層110と
第2フリー磁性層108は、それぞれの磁化方向が反平
行方向となるように反強磁性的に結合され、かつそれぞ
れの磁気的膜厚の関係がM1・t1>M2・t2とされてい
ることから、人工的なフェリ磁性状態(synthetic ferr
i free;シンセティックフェリフリー)とされている。
またこれにより、前記フリー磁性層111の磁化方向と
前記固定磁性層104の磁化方向とが交差する関係とな
る。
2、132が形成されている。このバイアス層132、
132は、第1フリー磁性層110の磁化方向を図示X
1方向に揃えてフリー磁性層111を単磁区化させ、フ
リー磁性層111のバルクハウゼンノイズを抑制する。
成された導電層を示している。この導電層は134、1
34は積層体121にセンス電流(検出電流)を印加す
る。また、バイアス層132と絶縁層100との間、及
び、バイアス層132と積層体121との間には、例え
ばCrからなるバイアス下地層131が設けられ、バイ
アス層132と導電層134との間には、例えばTa若
しくはCrからなる中間層133が設けられている。
は、ハードディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界によ
り、図示X1方向に揃えられたフリー磁性層111の磁
化方向が変動すると、図示Y方向に固定された固定磁性
層104の磁化との関係で電気抵抗が変化し、この電気
抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの
洩れ磁界が検出される。
性的に結合した第1、第2フリー磁性層110、108
から構成されているので、フリー磁性層111全体の磁
化方向が、僅かな大きさの外部磁界によって変動し、ス
ピンバルブ型薄膜磁気素子101の感度が高くなる。特
に、第1、第2フリー磁性層110、108の膜厚等を
適宜調整することにより、フリー磁性層111の実効膜
厚(M1・t1−M2・t2)を小さくすることが可能とな
り、フリー磁性層の磁化方向が僅かな大きさの外部磁界
により容易に変動してスピンバルブ型薄膜磁気素子10
1の感度が高くなる。
ンバルブ型薄膜磁気素子101においては、フリー磁性
層111が第1、2フリー磁性層110、108及び非
磁性中間層109の3層の積層構造とされているために
積層体121自体が厚くなり、センス電流の分流が生じ
て非磁性導電層105を流れる伝導電子が減少すること
によるシャントロスが発生して、スピンバルブ型薄膜磁
気素子の磁気抵抗変化率が減少するという問題があっ
た。
あって、外部磁界の検出感度が高いとともに、センス電
流のシャントロスを低減して磁気抵抗変化率を高くした
スピンバルブ型薄膜磁気素子を提供するとともに、この
スピンバルブ型薄膜磁気素子を具備してなる薄膜磁気ヘ
ッドを提供することを目的とする。
めに、本発明は以下の構成を採用した。本発明のスピン
バルブ型薄膜磁気素子は、反強磁性層と、該反強磁性層
に接して形成されて前記反強磁性層との交換結合磁界に
より磁化方向が固定された固定磁性層と、前記固定磁性
層に接する非磁性導電層と、前記非磁性導電層に接する
フリー磁性層とを備え、前記フリー磁性層は、非磁性中
間層と、該非磁性中間層を挟む第1、第2フリー磁性層
からなり、前記第1フリー磁性層と前記第2フリー磁性
層とが反強磁性的に結合してフェリ磁性状態とされ、か
つ前記非磁性導電層から離れた側にある第1フリー磁性
層の比抵抗が、前記非磁性導電層側にある第2フリー磁
性層の比抵抗より高いことを特徴とする。
ば、フリー磁性層を構成する第1フリー磁性層の比抵抗
が第2フリー磁性層の比抵抗よりも高いため、第1フリ
ー磁性層に検出電流が流れにくくなり、これにより検出
電流の分流が抑制されてシャントロスが低減され、スピ
ンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率を高くするこ
とが可能になる。
的にどの程度の効果が見込まれるのか、従来のスピンバ
ルブ型薄膜磁気素子101を基本構成として検討した。
まず従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子101におい
て、第1フリー磁性層を3nmのNiFe合金とした場
合には磁気抵抗変化率が7.3%となるが、従来のスピ
ンバルブ型薄膜磁気素子の構成から第1フリー磁性層と
非磁性中間層を取り除いてセンス電流の分流を小さくし
た場合には、磁気抵抗変化率が8.0%と10%程度大
きくなる。このようにセンス電流の分流を抑制すること
により、磁気抵抗変化率の大幅な増加を見込むことがで
きる。もっとも、従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子の
構成から第1フリー磁性層と非磁性中間層を取り除いた
構成では、フリー磁性層がフェリ磁性状態をとらなくな
るので、外部磁界の検出感度が著しく低減する。従って
本発明の構成によれば、外部磁界の検出感度を維持した
ままで磁気抵抗変化率を高くできるという従来にはない
格別な効果が得られる。
子は、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子であっ
て、前記第1フリー磁性層が、前記非磁性中間層に接す
る第1強磁性層と、該第1強磁性層に接する第2強磁性
層とからなり、前記第1強磁性層が、前記非磁性中間層
を挟んで前記第2フリー磁性層と反強磁性的に結合する
とともに、前記第2強磁性層の比抵抗が、前記第1強磁
性層の比抵抗よりも高いことを特徴とする。
ば、第1フリー磁性層を構成する第1強磁性層が前記第
2フリー磁性層と反強磁性的に結合し、また第2強磁性
層の比抵抗が第1強磁性層の比抵抗より高いので、第1
フリー磁性層自体が第2フリー磁性層と反強磁性的に結
合してフェリ磁性状態とすることが出来るとともに第1
フリー磁性層全体の比抵抗を高くして検出電流のシャン
トロスを低減することが可能となる。
(ただし、前記XはCr、V、Nb、Hf、Ta、M
o、Wのうちの1種または2種以上の元素を示す)また
はCoMT合金(ただし、前記MはZr、Hfのいずれ
か一方または両方を示し、前記TはNb、Taのいずれ
か一方または両方を示す)のいずれか一方からなること
が好ましい。
らなり、前記第2強磁性層がNiFeX合金(ただし、
XはCr、V、Nb、Hf、Ta、Mo、Wのうちの1
種または2種以上の元素を示す)またはCoMT合金
(ただし、MはZr、Hfのいずれか一方または両方の
元素を示し、TはNb、Taのいずれか一方または両方
の元素を示す)のいずれか一方からなるものであっても
良い。
子は、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子であっ
て、前記第1フリー磁性層の前記非磁性中間層に近接す
る部分がNiFe合金相とされるとともに、前記非磁性
中間層から離れた側の部分がNiFeX合金相(ただ
し、前記XはCr、V、Nb、Hf、Ta、Mo、Wの
うちの1種または2種以上の元素を示す)またはCoM
T合金相(ただし、前記MはZr、Hfのいずれか一方
または両方を示し、前記TはNb、Taのいずれか一方
または両方を示す)のいずれか一方とされ、前記NiF
e合金相と、前記NiFeX合金相またはCoMT合金
相とに挟まれた部分の組成が、非磁性中間層から離れる
につれてNiFe合金相からNiFeX合金相またはC
oMT合金相に徐々に変化するように構成されたもので
あっても良い。
子は、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子であっ
て、前記NiFeX合金は、下記の組成式により表され
るものであることが好ましい。 NiaFebXc ただし、XはCr、V、Nb、Hf、Ta、Mo、Wの
うちの1種または2種以上の元素を示し、組成を示す
a、b、cの範囲は、60原子%≦a≦90原子%、5
原子%≦b≦30原子%、0原子%<c≦15原子%で
ある。
子は、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子であっ
て、前記CoMT合金は非晶質相を主相とする組織より
なるとともに、下記の組成式により表されるものである
ことが好ましい。CodMeTfただし、MはZr、Hf
のいずれか一方または両方の元素を示し、TはNb、T
aのいずれか一方または両方の元素を示し、組成を示す
d、e、fの範囲は、78原子%≦d≦92原子%、e
=g(100−d)原子%、f=(100−d−e)原
子%であり、前記gは0.1≦g≦0.5である。
子は、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子であっ
て、前記第1強磁性層の厚さsが、0nm<s≦1nm
の範囲であることを特徴とする。
即ちNiFe合金よりなる第1強磁性層が設けられてい
ないとすると、NiFeX合金またはCoMT合金より
なる第2強磁性層が非磁性中間層と接することになり、
これらの合金はNiFe合金に比べて磁気特性が劣るた
め、第2フリー磁性層と反強磁性的に結合しにくく、フ
リー磁性層をフェリ磁性状態とすることが出来なくなる
ので好ましくない。第1強磁性層の厚さsが1nmを越
えると、フリー磁性層自体の膜厚が厚くなって検出電流
の分流が起きやすくなり、好ましくない。
oFe合金、NiFe合金、CoNi合金、CoNiF
e合金のいずれか1種よりなる単層膜若しくはこれらの
単層膜の2種以上が積層された多層膜よりなることが好
ましい。
し、Xは、Pt、Pd、Ru、Ir、Rh、Osのうち
から選択される1種の元素を示す。)の式で示される合
金またはX’−Mn(ただし、X’は、Pt、Pd、C
r、Ni、Ru、Ir、Rh、Os、Au、Agのうち
から選択される1種または2種以上の元素を示す。)の
式で示される合金のいずれか一方からなることが好まし
い。
記非磁性層を挟む第1、第2固定磁性層とからなり、該
第1、第2固定磁性層の磁化方向が反平行方向とされ、
かつこの第1、第2固定磁性層がフェリ磁性状態とされ
ていることが好ましい。
載のスピンバルブ型薄膜磁気素子を具備してなることを
特徴とする。
を参照して説明する。 (第1の実施形態)図1に、本発明の第1の実施形態で
あるスピンバルブ型薄膜磁気素子1を磁気記録媒体側か
らみた断面模式図を示し、図2にはこのスピンバルブ型
薄膜磁気素子1をトラック幅方向から見た断面模式図を
示す。また、図3及び図4にこのスピンバルブ型薄膜磁
気素子1を備えた薄膜磁気ヘッドを具備してなる浮上式
磁気ヘッド150を示す。
ライダ151と、スライダ151の端面151dに備え
られた本発明に係る薄膜磁気ヘッドh1及びインダクテ
ィブヘッドh2を主体として構成されている。符号15
5は、スライダ151の磁気記録媒体の移動方向の上流
側であるリーディング側を示し、符号156は、トレー
リング側を示す。このスライダ151の媒体対向面15
2には、レール151a、151a、151bが形成さ
れ、各レール同士間は、エアーグルーブ151c、15
1cとされている。
薄膜磁気ヘッドh1は、スライダ151の端面151d
上に形成された絶縁層162と、この絶縁層162上に
積層された下部シールド層163と、下部シールド層1
63に積層された下部ギャップ層164と、下部ギャッ
プ層164上に形成されて媒体対向面152上に露出す
る本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子1と、スピ
ンバルブ型薄膜磁気素子1を覆う上部ギャップ層166
と、上部ギャップ層166を覆う上部シールド層167
とから構成されている。上部シールド層167は、後述
するインダクティブヘッドh2の下部コア層と兼用とさ
れている。
(上部シールド層)167と、下部コア層167に積層
されたギャップ層174と、コイル176と、コイル1
76を覆う上部絶縁層177と、ギャップ層174に接
合され、かつコイル176側にて下部コア層167に接
合される上部コア層178とから構成されている。コイ
ル176は、平面的に螺旋状となるようにパターン化さ
れている。また、コイル176のほぼ中央部分にて上部
コア層178の基端部178bが下部コア層167に磁
気的に接続されている。また、上部コア層178には、
アルミナなどからなるコア保護層179が積層されてい
る。
Z方向は磁気記録媒体の移動方向であり、図示Y方向は
磁気記録媒体からの漏れ磁界の方向であり、図示X1方
向はスピンバルブ型薄膜磁気素子1のトラック幅方向で
ある。
気素子1は、反強磁性層30、固定磁性層25、非磁性
導電層29、フリー磁性層20が順次積層されてなるボ
トム型のシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子である。
図1及び図2において符号164はAl2O3などにより
形成された下部ギャップ層を示し、符号17は下部ギャ
ップ層164上に積層されたTa(タンタル)などから
なる下地層を示している。この下地層17の上に反強磁
性層30が積層され、反強磁性層30の上に固定磁性層
25が積層され、固定磁性層25の上にCuなどにより
形成された非磁性導電層29が積層され、非磁性導電層
29の上にフリー磁性層20が積層され、フリー磁性層
20の上にTaなどにより形成されたキャップ層18が
積層されている。このように、下地層17からキャップ
層18までの各層が順次積層されてトラック幅に対応す
る幅を有する断面視略台形状の積層体11が構成されて
いる。
23と、この非磁性中間層23を挟んで反強磁性的に結
合してフェリ磁性状態とされた第1フリー磁性層21及
び第2フリー磁性層22から構成され、またその磁化方
向が図示X1方向に揃えられている。また、固定磁性層
25は、非磁性層28と、この非磁性層28を挟む第1
固定磁性層26及び第2固定磁性層27から構成され、
その磁化方向が図示Y方向に固定されている。
ードディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界によって図
示X1方向に揃えられたフリー磁性層20の磁化方向が
変動すると、図示Y方向に固定された固定磁性層25の
磁化との関係で電気抵抗が変化するいわゆる巨大磁気抵
抗効果を示し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化
により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
ック幅方向両側には、例えばCo−Pt(コバルト−白
金)合金からなる一対のバイアス層32、32が形成さ
れている。バイアス層32、32は、下部ギャップ層1
64上から積層体11の両側面11A、11Aに乗り上
げるようにして形成されている。このバイアス層32、
32はフリー磁性層20の磁化方向を揃えて、フリー磁
性層20のバルクハウゼンノイズを低減する。
アス層32、32の上方に積層されている。この導電層
34、34は積層体11にセンス電流(検出電流)を印
加する。
64との間、及び、バイアス層32、32と積層体11
との間には、例えば非磁性金属であるCrからなるバイ
アス下地層31が設けられている。結晶構造が体心立方
構造(bcc構造)であるCrからなるバイアス下地層
31上にバイアス層32を形成することにより、バイア
ス層32の保磁力および角形比が大きくなり、第2フリ
ー磁性層22の単磁区化に必要なバイアス磁界を増大さ
せることができる。
4、34との間には、例えば非磁性金属であるTa若し
くはCrからなる中間層33、33が設けられている。
導電層34、34としてCrを用いた場合は、Taの中
間層33、33を設けることにより、後工程のレジスト
硬化などの熱プロセスに対して拡散バリアーとして機能
し、バイアス層32、32の磁気特性の劣化を防ぐこと
ができる。また、導電層34、34としてTaを用いる
場合は、Crの中間層33、33を設けることにより、
Crの上に堆積するTaの結晶を、より低抵抗の体心立
方構造としやすくする効果がある。
うに、非磁性中間層23と、この非磁性中間層23を挟
む第1フリー磁性層21と第2フリー磁性層22から構
成されている。第1フリー磁性層21は、非磁性中間層
23よりも非磁性導電層29から離れた側に設けられて
キャップ層18に接しており、一方、第2フリー磁性層
22は、非磁性中間層23よりも非磁性導電層29側に
設けられて非磁性導電層29に接している。そして、第
1フリー磁性層21の比抵抗が、第2フリー磁性層22
の比抵抗よりも高くなるように構成されている。即ち、
第1フリー磁性層21の材質が、第2フリー磁性層22
の材質よりも高抵抗になるように、第1、第2フリー磁
性層21、22を構成する材料が適宜選択されている。
また、第2フリー磁性層22の厚さt2は、第1フリー
磁性層21の厚さt1よりも厚くなっている。
3に接する第1強磁性層21Aと、この第1強磁性層2
1Aに積層されてキャップ層18に接する第2強磁性層
21Bとから構成されている。第2強磁性層21Bは第
1強磁性層21Aよりも高比抵抗とされている。即ち、
第2強磁性層21Bの材質が、第1強磁性層21Aの材
質よりも高抵抗になるように、第1、第2強磁性層21
A、21Bの材料が適宜選択されている。第1強磁性層
21Aの厚さsは、0nm<s≦1nmの範囲とするこ
とが好ましい。また第1フリー磁性層21全体の厚さt
1は、0.5〜3nmの範囲であることが好ましい。
構成されていることが好ましい。また、第2強磁性層2
1Bは、NiFe合金よりも高比抵抗なNiFeX合金
またはCoMT合金から構成されていることが好まし
い。なお、ここで元素XはCr、V、Nb、Hf、T
a、Mo、Wのうちの1種または2種以上の元素を示
し、元素MはZr、Hfのいずれか一方または両方の元
素を示し、元素TはNb、Taのいずれか一方または両
方の元素を示すものである。
されるもので、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cuの
うちの1種またはこれらの合金から形成されることが好
ましく、特にRuにより形成されることが好ましい。
層22Aと第3強磁性層22Bとから形成されている。
拡散防止層22Aは強磁性材料からなるもので、例えば
Coから形成される。この拡散防止層22Aは、第3強
磁性層22Bと非磁性導電層29の相互拡散を防止す
る。また第3強磁性層22Bは強磁性材料からなるもの
で、例えばCo、CoFe合金、NiFe合金、CoN
i合金、CoNiFe合金のいずれかにより形成される
ものであり、特にNiFe合金より形成されることが好
ましい。なお、第2フリー磁性層22は単層で構成され
ていても良く、この場合には第2フリー磁性層をCo、
CoFe合金、NiFe合金、CoNi合金、CoNi
Fe合金のいずれかで構成することが好ましい。なお、
第2フリー磁性層22の厚さt2は、1.5〜4.5n
mの範囲であることが好ましい。
Aを構成するNiFeX合金やCoMT合金は、第1強
磁性層21Aを構成するNiFe合金や、第2フリー磁
性層22(拡散防止層22A、第3強磁性層22B)を
構成するCo、CoFe合金、NiFe合金、CoNi
合金、CoNiFe合金よりも比抵抗が高いものであ
る。従って、NiFeX合金またはCoMT合金により
第2強磁性層21Bを構成することで、第1フリー磁性
層21全体の比抵抗が第2フリー磁性層22の比抵抗よ
りも高くなり、第1フリー磁性層21にセンス電流が流
れにくくなる。
主に、非磁性導電層29、固定磁性層25及び第2フリ
ー磁性層22に流れることになり、センス電流の分流が
抑制される。スピンバルブ型薄膜磁気素子1の巨大磁気
抵抗効果は主に、非磁性導電層29と第2フリー磁性層
22及び固定磁性層25との界面にて発現する。即ち、
外部磁界によってフリー磁性層20の磁化方向が変動し
ているときに積層体11にセンス電流を印加すると、非
磁性導電層29中を移動する伝導電子が非磁性導電層2
9とフリー磁性層20及び固定磁性層25の界面で散乱
される。この伝導電子の散乱はフリー磁性層20の磁化
方向により変動するため、伝導電子の平均自由行程が変
動し、これにより磁気抵抗変化率が変化する。
な材料で構成し、センス電流を非磁性導電層29周辺に
流すように構成することにより、巨大磁気抵抗効果に寄
与する伝導電子を増加させることができ、磁気抵抗変化
率を高くすることができる。
2は、第1フリー磁性層21の厚さt1よりも厚く形成さ
れることが好ましい。特に、第1フリー磁性層21及び
第2フリー磁性層22の飽和磁化をそれぞれM1、M2と
し、第1フリー磁性層21及び第2フリー磁性層22の
磁気的膜厚をそれぞれM1・t1、M2・t2としたとき、
第1フリー磁性層21と第2フリー磁性層22との磁気
的膜厚の関係が、M2・t2>M1・t1となるように構成
されることがより好ましい。
若しくは磁気的膜厚を、第1フリー磁性層21の厚さ若
しくは磁気的膜厚よりも大きくすると、第1フリー磁性
層21と第2フリー磁性層22とが反強磁性的に結合し
たときに第2フリー磁性層22の磁化が残存した状態と
なる。即ち、図1及び図2に示すように、第2フリー磁
性層22の磁化方向がバイアス層32、32により図示
X1方向に揃えられると、第1フリー磁性層21の磁化
方向が図示X1方向の反対方向に揃えられる。例えば第
1、第2フリー磁性層21、22の磁気的膜厚の関係が
M2・t2>M 1・t1とされていると、第2フリー磁性層
22の磁化が残存した状態となり、フリー磁性層20全
体の磁化方向が図示X1方向に揃えられる。このよう
に、第1フリー磁性層21と第2フリー磁性層22は、
それぞれの磁化方向が反平行方向となるように反強磁性
的に結合され、かつ磁気的膜厚の関係がM2・t2>M1
・t1とされていることから、人工的なフェリ磁性状態
(synthetic ferri free;シンセフィックフェリフリ
ー)となる。このようにフェリ磁性状態とされたフリー
磁性層20は、微小な外部磁界によってもその磁化方向
を外部磁界の方向に合わせて回転させることが可能とな
る。
22の磁気的膜厚の関係を、M2・t2>M1・t1とする
ことで、フリー磁性層20のスピンフロップ磁界を大き
くすることができ、これにより、フリー磁性層20がフ
ェリ磁性状態を保つ磁界の範囲が広くなり、フリー磁性
層20が安定してフェリ磁性状態を保つことができる。
なお、スピンフロップ磁界とは、磁化方向が反平行であ
る2つの磁性層に対して外部磁界を印加したときに、2
つの磁性層の磁化方向が反平行でなくなる外部磁界の大
きさである。従って、フリー磁性層20のスピンフロッ
プ磁界が大きいほど、外部磁界中においてもフェリ磁性
状態を安定して維持できる。
21Aは、NiFeX合金またはCoMT合金よりなる
第2強磁性層よりも高飽和磁束密度で、かつNiもFe
も強磁性元素なので、第2フリー磁性層22と反強磁性
的に結合しやすくなり、第1フリー磁性層21と第2フ
リー磁性層22をフェリ磁性状態とすることができる。
式で表され、XがCr、V、Nb、Hf、Ta、Mo、
Wのうちの1種または2種以上の元素を示し、組成を示
すa、b、cが、60原子%≦a≦90原子%、5原子
%≦b≦30原子%、0原子%<c≦15原子%である
ものが好ましい。また、組成比cは、0原子%<c≦1
0原子%の範囲がより好ましい。
付与するものである。Niの組成比を示すaが60原子
%未満であると軟磁気特性が劣化するので好ましくな
く、またaが90原子%を越えても軟磁気特性が劣化す
るので好ましくない。またFeの組成比を示すbが5原
子%未満であると軟磁気特性が劣化するので好ましくな
く、またbが30原子%を越えても軟磁気特性が劣化す
るので好ましくない。元素XはNiFeX合金の比抵抗
を高くする効果がある。元素Xの組成比cが0原子%で
あると、NiFeX合金の比抵抗を高くすることが出来
ないので好ましくなく、組成比cが15原子%を越える
と、NiFeX合金のキュリー温度が室温以下となり、
室温でNiFeX合金が強磁性を示さなくなるので好ま
しくない。また、元素Xの組成比cを調整することによ
り、NiFeX合金の磁歪定数を0にすることができ
る。とくに、組成比cを10原子%以下とすると、比抵
抗を大きくできるとともにキュリー温度をより高くでき
る。
30μΩcm程度となり、Ni75Fe15X10合金では比
抵抗が100μΩcm程度となる。なお、組成がNi80
Fe20で表されるNiFe合金の比抵抗は20μΩcm
程度である。このように、元素Xの添加によりNiFe
X合金の比抵抗を高くすることができる。
成式で表され、MがZr、Hfのいずれか一方または両
方の元素を示し、TがNb、Taのいずれか一方または
両方の元素を示し、組成を示すd、e、fが、78原子
%≦d≦92原子%、e=g(100−d)原子%、f
=(100−d−e)原子%であり、前記gが0.1≦
g≦0.5であるものが好ましい。
比dは78原子%以上92原子%以下であることが好ま
しい。Coの組成比dがこの範囲であると、飽和磁化、
透磁率及び比抵抗を高くすることができ、磁歪定数を0
に近づけることができる。
定数を高くする作用があるので、元素Mの添加量を調整
してCoMT合金の磁歪定数を調整することができる。
但し、元素Mの組成比eが高過ぎると飽和磁化が低下す
るおそれがある。従って、元素Mの組成比eは0.1
(100−x)原子%以上0.5(100−x)原子%
以下であることが好ましい。また、元素Tを添加する
と、CoMT合金のアモルファス形成能を高くでき、か
つ磁歪定数を小さくする効果がある。特にNbを添加す
ると軟磁性が得られやくなるので好ましい。上記のCo
MT合金の比抵抗は、100〜200μΩcm程度とな
る。
れていることが好ましい。PtMn合金は、従来から反
強磁性層として使用されているNiMn合金やFeMn
合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温
度が高く、交換結合磁界も大きい。また、反強磁性層3
0は、X−Mn(ただし、Xは、Pt、Pd、Ru、I
r、Rh、Osのうちから選択される1種の元素を示
す。)の式で示される合金あるいはX’−Pt−Mn
(ただし、X’は、Pd、Cr、Ni、Ru、Ir、R
h、Os、Au、Agのうちから選択される1種または
2種以上の元素を示す。)の式で示される合金で形成さ
れていてもよい。
で示される合金において、PtあるいはXが37〜63
原子%の範囲であることが望ましい。より好ましくは、
44〜57原子%の範囲である。さらにまた、X’−P
t−Mnの式で示される合金において、X’が37〜6
3原子%の範囲であることが望ましい。より好ましく
は、44〜57原子%の範囲である。
範囲の合金を使用し、これを磁場中熱処理することで、
大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層30を得るこ
とができる。とくに、PtMn合金であれば、6.4×
104A/mを越える交換結合磁界を有し、交換結合磁
界を失うブロッキング温度が653K(380℃)と極
めて高い優れた反強磁性層30を得ることができる。
非磁性層28を挟む第1固定磁性層26と第2固定磁性
層27から構成されている。第1固定磁性層26は、非
磁性層28より反強磁性層30側に設けられて反強磁性
層30に接し、第2固定磁性層27は、非磁性層28よ
り非磁性導電層29側に設けられて非磁性導電層29に
接している。第1固定磁性層26と反強磁性層30の界
面では交換結合磁界(交換異方性磁界)が発生し、第1
固定磁性層26の磁化方向が図示Y方向の反対方向に固
定されている。
の厚さは、わずかに異なる厚さとすることが好ましく、
図1及び図2では、第2固定磁性層27の厚さが第1固
定磁性層26の厚さより大とされている。
性層30との交換結合磁界により図示Y方向の反対方向
に固定され、第2固定磁性層27は、第1固定磁性層2
6と反強磁性的に結合してその磁化方向が図示Y方向に
固定されている。第1、第2固定磁性層26、27の磁
化方向が互いに反平行とされているので、第1、第2固
定磁性層26、27の磁気モーメントが相互に打ち消し
合う関係にあるが、第2固定磁性層27の厚さが僅かに
大きいために、固定磁性層25自体の自発磁化が僅かに
残る結果となり、フェリ磁性状態になる。そしてこの自
発磁化が反強磁性層30との交換結合磁界によって更に
増幅され、固定磁性層25の磁化方向が図示Y方向に固
定される。これにより、フリー磁性層20の磁化方向と
固定磁性層25の磁化方向とが交差する関係となる。
7は、いずれも強磁性材料より形成されるもので、例え
ばNiFe合金、Co、CoNiFe合金、CoFe合
金、CoNi合金等により形成されるものであり、特に
Coより形成されることが好ましい。また、第1、第2
固定磁性層26、27は同一の材料で形成されることが
好ましい。また、非磁性層28は、非磁性材料より形成
されるもので、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cuの
うちの1種またはこれらの合金から形成されることが好
ましく、特にRuにより形成されることが好ましい。
リー磁性層20との磁気的な結合を防止し、またセンス
電流が主に流れる層であり、Cu、Cr、Au、Agな
どに代表される導電性を有する非磁性材料より形成され
ることが好ましく、特にCuより形成されることが好ま
しい。
えば次のようにして製造される。まず図5に示すよう
に、下部ギャップ層164上に、下地層17、反強磁性
層30、固定磁性層25(第1固定磁性層26、非磁性
層28、第2固定磁性層27)、非磁性導電層29、フ
リー磁性層20(第2フリー磁性層22、非磁性中間層
23、第1フリー磁性層21)、キャップ層18を順次
成膜して積層膜Mを形成したのち、積層膜M上にリフト
オフレジスト101を形成する。なお、第1フリー磁性
層21は、第1強磁性層21A及び第2強磁性層21B
(いずれも図示略)を積層して形成する。次に図6に示
すように、リフトオフレジスト101に覆われていない
部分をイオンミリングにより除去して、側面11A、1
1Aとされる傾斜面を形成して等脚台形状の積層体11
を形成する。
スト101上及び積層体11の両側に、バイアス下地層
31、バイアス層32、中間層33及び導電層34を順
次積層する。最後に図8に示すようにリフトオフレジス
ト101を除去することにより、スピンバルブ型薄膜磁
気素子1が得られる。
れば、第1フリー磁性層21を構成する第2強磁性層2
1BがNiFeX合金またはCoMT合金により構成さ
れているので、第2強磁性層21Bの比抵抗が第2フリ
ー磁性層22の比抵抗より高くなってセンス電流の分流
が抑制され、シャントロスを低減することが可能とな
り、磁気抵抗変化率を高くすることができる。
強磁性層21Bと、非磁性中間層23に接するNiFe
合金からなる第1強磁性層21Aとから構成されてお
り、この第1強磁性層21Aは第2強磁性層21Bより
も高飽和磁束密度を示して強磁性であるため、第2フリ
ー磁性層22と反強磁性的に結合し、これにより第1フ
リー磁性層21と第2フリー磁性層22をフェリ磁性状
態とすることができる。
施形態を図面を参照して説明する。図9に、本発明の第
2の実施形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子2を磁
気記録媒体側からみた断面模式図を示し、図10にはス
ピンバルブ型薄膜磁気素子2をトラック幅方向から見た
断面模式図を示す。なお、図9及び図10に示す構成要
素のうち、図1及び図2に示す構成要素と同一の構成要
素には、図1及び図2と同一の符号を付してその説明を
省略、若しくは簡単に説明する。また、図9及び図10
において、図示Z方向は磁気記録媒体の移動方向であ
り、図示Y方向は磁気記録媒体からの漏れ磁界の方向で
あり、図示X1方向はスピンバルブ型薄膜磁気素子2の
トラック幅方向である。
磁気素子2は、第1実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気
素子1と同様に薄膜磁気ヘッドh1に備えられて浮上式
磁気ヘッドを構成するものである。そしてこのスピンバ
ルブ型薄膜磁気素子2は、第1の実施形態のスピンバル
ブ型薄膜磁気素子1と同様に、下地層17、反強磁性層
30、固定磁性層25、非磁性導電層29、フリー磁性
層40及びキャップ層18が順次積層されてなるボトム
型のシングルスピンバルブ薄膜磁気素子である。
を示し、符号17は、下部ギャップ層164上に積層さ
れた下地層を示している。この下地層17の上に反強磁
性層30が積層され、反強磁性層30の上に固定磁性層
25が積層され、固定磁性層25の上にCuなどにより
形成された非磁性導電層29が積層され、非磁性導電層
29の上にフリー磁性層40が積層され、フリー磁性層
40の上にTaなどにより形成されたキャップ層18が
積層されている。このように、下地層17からキャップ
層18までの各層が順次積層されてトラック幅に対応す
る幅を有する断面視略台形状の積層体12が構成されて
いる。
と、この非磁性中間層43を挟んで反強磁性的に結合し
てフェリ磁性状態とされた第1フリー磁性層41及び第
2フリー磁性層42から構成されている。固定磁性層2
5は第1の実施形態と同様に、非磁性層28と、この非
磁性層28を挟む第1固定磁性層26及び第2固定磁性
層27から構成されている。
説明したスピンバルブ型薄膜磁気素子1と異なる点は、
第1フリー磁性層41がNiFeX合金またはCoMT
合金からなる単層で構成されている点である。
のバイアス層32、32が形成されている。バイアス層
32、32は、下部ギャップ層164上から積層体12
の両側面12A、12Aに乗り上げるようにして形成さ
れている。また、符号34、34に示す導電層は、バイ
アス層32、32の上方に積層されている。この導電層
34、34は積層体11にセンス電流を印加する。
64との間、及び、バイアス層32、32と積層体11
との間にはバイアス下地層31が設けられ、バイアス層
32、32と導電層34、34との間には、中間層3
3、33が設けられている。
ように、非磁性中間層43と、この非磁性中間層43を
挟む第1フリー磁性層41と第2フリー磁性層42から
構成されている。第1フリー磁性層41は、非磁性中間
層43よりも非磁性導電層29から離れた側に設けられ
てキャップ層18に接しており、一方、第2フリー磁性
層42は、非磁性中間層43よりも非磁性導電層29側
に設けられて非磁性導電層29に接している。そして、
第1フリー磁性層41の比抵抗が、第2フリー磁性層4
2の比抵抗よりも高くなるように構成されている。即
ち、第1フリー磁性層41の材質が、第2フリー磁性層
42の材質よりも高抵抗になるように、第1、第2フリ
ー磁性層41、42の材料が適宜選択されている。ま
た、第2フリー磁性層42の厚さt2は、第1フリー磁
性層41の厚さt1よりも厚く形成されることが好まし
い。また第1フリー磁性層41全体の厚さt1は、0.
5〜3nmの範囲であることが好ましい。
合金、NiFe合金、CoNi合金、CoNiFe合金
等よりも高比抵抗なNiFeX合金またはCoMT合金
から構成されていることが好ましい。なお、ここで元素
XはCr、V、Nb、Hf、Ta、Mo、Wのうちの1
種または2種以上の元素を示し、元素MはZr、Hfの
いずれか一方または両方の元素を示し、元素TはNb、
Taのいずれか一方または両方の元素を示すものであ
る。
間層43に近接する部分がNiFe合金相とされるとと
もに、非磁性中間層43から離れた側の部分がNiFe
X合金相またはCoMT合金相のいずれか一方とされ、
前記NiFe合金相と、前記NiFeX合金相またはC
oMT合金相とに挟まれた部分の組成が、非磁性中間層
から離れるにつれてNiFe合金相からNiFeX合金
相またはCoMT合金相に徐々に変化するように構成さ
れたものであっても良い。
されるもので、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cuの
うちの1種またはこれらの合金から形成されることが好
ましく、特にRuにより形成されることが好ましい。
層42Aと第3強磁性層42Bとから形成されている。
拡散防止層42Aは強磁性材料からなるもので、例えば
Coから形成される。この拡散防止層42Aは、第3強
磁性層42Bと非磁性導電層29の相互拡散を防止す
る。これらの拡散防止層42A及び第3強磁性層42B
は、第1の実施形態で説明した拡散防止層22A及び第
3強磁性層22Bと同等の材料から構成される。なお、
第2フリー磁性層42の厚さt2は、1.5〜4.5n
mの範囲であることが好ましい。
X合金やCoMT合金は、第2フリー磁性層42(拡散
防止層22A、第3強磁性層22B)を構成するCo、
CoFe合金、NiFe合金、CoNi合金、CoNi
Fe合金よりも比抵抗が高いものである。これらNiF
eX合金及びCoMT合金のそれぞれの組成は、第1実
施形態で説明した組成と同様である。従って、第1フリ
ー磁性層41の比抵抗が第2フリー磁性層42の比抵抗
よりも高くなり、第1フリー磁性層41にセンス電流が
流れにくくなる。
主に、非磁性導電層29、固定磁性層25及び第2フリ
ー磁性層42に流れることになり、センス電流の分流が
抑制される。スピンバルブ型薄膜磁気素子2の巨大磁気
抵抗効果は、第1の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気
素子1と同様に、非磁性導電層29と第2フリー磁性層
42及び固定磁性層25との界面にて発現するので、第
1フリー磁性層41を高比抵抗な材料で構成し、センス
電流を非磁性導電層29周辺に流すように構成すること
により、巨大磁気抵抗効果に寄与する伝導電子を増加さ
せることができ、磁気抵抗変化率を高くすることができ
る。
フリー磁性層41の厚さt1よりも厚く形成されること
が好ましい。特に、第1フリー磁性層41及び第2フリ
ー磁性層42の飽和磁化をそれぞれM1、M2とし、第1
フリー磁性層41及び第2フリー磁性層42の磁気的膜
厚をそれぞれM1・t1、M2・t2としたとき、第1フリ
ー磁性層41と第2フリー磁性層42との磁気的膜厚の
関係が、M2・t2>M1・t1となるように構成されるこ
とがより好ましい。
若しくは磁気的膜厚を、第1フリー磁性層41の厚さ若
しくは磁気的膜厚よりも大きくすると、第1フリー磁性
層41と第2フリー磁性層42とが反強磁性的に結合
し、図9及び図10に示すように、第2フリー磁性層4
2の磁化方向がバイアス層32、32により図示X1方
向に揃えられ、第1フリー磁性層41の磁化方向が図示
X1方向の反対方向に揃えられる。第1、第2フリー磁
性層41、42の磁気的膜厚の関係がM2・t2>M1・
t1とされていると、第2フリー磁性層42の磁化が残
存した状態となり、フリー磁性層40全体の磁化方向が
図示X1方向に揃えられる。このように、第1フリー磁
性層41と第2フリー磁性層42は、人工的なフェリ磁
性状態(synthetic ferri free;シンセフィックフェリ
フリー)となる。このようにフェリ磁性状態とされたフ
リー磁性層40は、微小な外部磁界によってもその磁化
方向を外部磁界の方向に合わせて回転させることが可能
となる。
磁性層42の磁気的膜厚の関係を、M2・t2>M1・t1
とすることで、フリー磁性層40のスピンフロップ磁界
を大きくすることができ、フリー磁性層40が安定して
フェリ磁性状態を保つことができる。
層43に接する側の部分をNiFe合金相とした場合、
このNiFe合金は、NiFeX合金またはCoMT合
金よりも高飽和磁束密度で強磁性なので、第1フリー磁
性層41と第2フリー磁性層42とが反強磁性的に結合
しやすくなり、第1、第2フリー磁性層41、42をフ
ェリ磁性状態とすることができる。
れていることが好ましい。PtMn合金は、従来から反
強磁性層として使用されているNiMn合金やFeMn
合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温
度が高く、交換結合磁界も大きい。この反強磁性層30
の組成は、第1実施形態で説明した反強磁性層の組成と
同様である。
非磁性層28を挟む第1固定磁性層26と第2固定磁性
層27から構成されている。第1固定磁性層26は、非
磁性層28より反強磁性層30側に設けられて反強磁性
層30に接し、第2固定磁性層27は、非磁性層28よ
り非磁性導電層29側に設けられて非磁性導電層29に
接している。第1固定磁性層26と反強磁性層30の界
面では交換結合磁界(交換異方性磁界)が発生し、第1
固定磁性層26の磁化方向が図示Y方向の反対方向に固
定されている。また、第2固定磁性層27の厚さが第1
固定磁性層26の厚さより大とされている。
性層30との交換結合磁界により図示Y方向の反対方向
に固定され、第2固定磁性層27は、第1固定磁性層2
6と反強磁性的に結合してその磁化方向が図示Y方向に
固定されている。第1、第2固定磁性層26、27の磁
化方向が互いに反平行とされているので、第1、第2固
定磁性層26、27の磁気モーメントが相互に打ち消し
合う関係にあるが、第2固定磁性層27の厚さが僅かに
大きいために、固定磁性層25自体の自発磁化が僅かに
残る結果となり、フェリ磁性状態になる。そしてこの自
発磁化が反強磁性層30との交換結合磁界によって更に
増幅され、固定磁性層25の磁化方向が図示Y方向に固
定される。
7は、いずれも強磁性材料より形成されるもので、第1
の実施形態で説明した第1、第2固定磁性層と同等の材
料からなり、また非磁性層28は、非磁性材料からなる
もので、第1の実施形態で説明した非磁性層と同等の材
料からなる。
リー磁性層40との磁気的な結合を防止し、またセンス
電流が主に流れる層であり、Cu、Cr、Au、Agな
どに代表される導電性を有する非磁性材料より形成され
ることが好ましく、特にCuより形成されることが好ま
しい。
1フリー磁性層をNiFeX合金またはCoMT合金の
いずれか1層で形成すること以外は、第1の実施形態の
スピンバルブ型薄膜磁気素子1の場合とほぼ同様にして
製造される。
れば、第1フリー磁性層41がNiFeX合金またはC
oMT合金により構成されているので、第1フリー磁性
層41の比抵抗が第2フリー磁性層42の比抵抗より高
くなってセンス電流の分流が抑制され、シャントロスを
低減することが可能となり、磁気抵抗変化率を高くする
ことができる。
層43に接する側の部分をNiFe合金相とし、非磁性
導電層29から非磁性中間層43より離れた部分をNi
FeX合金またはCoMT合金相とした場合、NiFe
合金は、NiFeX合金またはCoMT合金よりも高飽
和磁束密度で強磁性なので、第1フリー磁性層41と第
2フリー磁性層42とが反強磁性的に結合しやすくな
り、第1、第2フリー磁性層41、42をフェリ磁性状
態とすることができる。
施形態を図面を参照して説明する。図11に、本発明の
第3の実施形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子3を
磁気記録媒体側からみた断面模式図を示し、図12には
スピンバルブ型薄膜磁気素子3をトラック幅方向からみ
た断面模式図を示す。なお、図11及び図12に示す構
成要素のうち、図1、図2、図9及び図10に示す構成
要素と同一の構成要素には、図1、図2、図9及び図1
0と同一の符号を付してその説明を省略、若しくは簡単
に説明する。また、図9及び図10において、図示Z方
向は磁気記録媒体の移動方向であり、図示Y方向は磁気
記録媒体からの漏れ磁界の方向であり、図示X1方向は
スピンバルブ型薄膜磁気素子3のトラック幅方向であ
る。
磁気素子3は、第1実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気
素子1と同様に薄膜磁気ヘッドh1に備えられて浮上式
磁気ヘッドを構成するものである。そしてこのスピンバ
ルブ型薄膜磁気素子3は、フリー磁性層60、非磁性導
電層29、固定磁性層65及び反強磁性層50が順次積
層されてなるトップ型のシングルスピンバルブ型薄膜磁
気素子である。
層を示し、符号17は、下部ギャップ層164上に積層
された下地層を示している。この下地層17の上にフリ
ー磁性層60が積層され、フリー磁性層60の上に非磁
性導電層29が積層され、非磁性導電層29の上に固定
磁性層65が積層され、固定磁性層65の上に反強磁性
層50が積層され、反強磁性層50の上にキャップ層1
8が積層されている。このように、下地層17からキャ
ップ層18までの各層が順次積層されてトラック幅に対
応する幅を有する断面視略台形状の積層体13が構成さ
れている。
63と、この非磁性中間層63を挟んで反強磁性的に結
合してフェリ磁性状態とされた第1フリー磁性層61及
び第2フリー磁性層62から構成されている。また、固
定磁性層65は、非磁性層68と、この非磁性層68を
挟む第1固定磁性層66及び第2固定磁性層67から構
成されている。
のバイアス層32、32が形成されている。バイアス層
32、32は、下部ギャップ層164上から積層体13
の両側面13A、13Aに乗り上げるようにして形成さ
れている。また、符号34、34に示す導電層は、バイ
アス層32、32の上方に積層されている。この導電層
34、34は積層体13にセンス電流を印加する。
64との間、及び、バイアス層32、32と積層体13
との間にはバイアス下地層31が設けられ、バイアス層
32、32と導電層34、34との間には中間層33、
33が設けられている。
すように、非磁性中間層63と、この非磁性中間層63
を挟む第1フリー磁性層61と第2フリー磁性層62か
ら構成されている。第1フリー磁性層61は、非磁性中
間層63よりも非磁性導電層29から離れた側に設けら
れて下地層17に接しており、一方、第2フリー磁性層
62は、非磁性中間層63よりも非磁性導電層29側に
設けられて非磁性導電層29に接している。そして、第
1フリー磁性層61の比抵抗が、第2フリー磁性層62
の比抵抗よりも高くなるように構成されている。即ち、
第1フリー磁性層61の材質が、第2フリー磁性層62
の材質よりも高抵抗になるように、第1、第2フリー磁
性層61、22を構成する材料が適宜選択されている。
また、第2フリー磁性層62の厚さt2は、第1フリー
磁性層61の厚さt1よりも厚く形成されている。
3に接する第1強磁性層61Aと、この第1強磁性層2
1Aに接して下地層17に積層された第2強磁性層61
Bとから構成されている。第2強磁性層61Bは第1強
磁性層61Aよりも高比抵抗とされている。即ち、第2
強磁性層61Bの材質が、第1強磁性層61Aの材質よ
りも高抵抗になるように、第1、第2強磁性層61A、
61Bの材料が適宜選択されている。第1強磁性層61
Aの厚さsは、0nm<s≦1nmの範囲とすることが
好ましい。また第1フリー磁性層61全体の厚さt
1は、0.5〜3nmの範囲であることが好ましい。
第1強磁性層21Aと同様に、NiFe合金から構成さ
れていることが好ましい。また、第2強磁性層61B
は、第1の実施形態の第2強磁性層21Bと同様に、N
iFe合金よりも高比抵抗なNiFeX合金またはCo
MT合金から構成されていることが好ましい。なお、こ
こで元素XはCr、V、Nb、Hf、Ta、Mo、Wの
うちの1種または2種以上の元素を示し、元素MはZ
r、Hfのいずれか一方または両方の元素を示し、元素
TはNb、Taのいずれか一方または両方の元素を示す
ものである。これらNiFeX合金及びCoMT合金の
それぞれの組成は、第1実施形態で説明した組成と同様
である。
されるもので、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cuの
うちの1種またはこれらの合金から形成されることが好
ましく、特にRuにより形成されることが好ましい。
層62Aと第3強磁性層62Bとから形成されている。
拡散防止層22Aは強磁性材料からなるもので、例えば
Coから形成される。この拡散防止層22Aは、第3強
磁性層22Bと非磁性導電層29の相互拡散を防止す
る。これらの拡散防止層62A及び第3強磁性層62B
は、第1の実施形態で説明した拡散防止層22A及び第
3強磁性層22Bと同等の材料から構成される。なお、
第2フリー磁性層62の厚さt2は、1.5〜4.5n
mの範囲であることが好ましい。
Aを構成するNiFeX合金やCoMT合金は、第1強
磁性層61Aを構成するNiFe合金や、第2フリー磁
性層62(拡散防止層62A、第3強磁性層62B)を
構成するCo、CoFe合金、NiFe合金、CoNi
合金、CoNiFe合金よりも比抵抗が高いものであ
る。従って、NiFeX合金またはCoMT合金により
第2強磁性層61Bを構成することで、第1フリー磁性
層61全体の比抵抗が第2フリー磁性層62の比抵抗よ
りも高くなり、第1フリー磁性層61にセンス電流が流
れにくくなる。
主に、非磁性導電層29、固定磁性層65及び第2フリ
ー磁性層62に流れることになり、センス電流の分流が
抑制される。スピンバルブ型薄膜磁気素子3の巨大磁気
抵抗効果は、第1または第2の実施形態のスピンバルブ
型薄膜磁気素子1、2と同様に、非磁性導電層29と第
2フリー磁性層62及び固定磁性層55との界面にて発
現するので、第1フリー磁性層61を高比抵抗な材料で
構成し、センス電流を非磁性導電層29周辺に流すよう
に構成することにより、巨大磁気抵抗効果に寄与する伝
導電子を増加させることができ、磁気抵抗変化率を高く
することができる。
フリー磁性層61の厚さt1よりも厚く形成されること
が好ましい。特に、第1フリー磁性層61及び第2フリ
ー磁性層62の飽和磁化をそれぞれM1、M2とし、第1
フリー磁性層61及び第2フリー磁性層62の磁気的膜
厚をそれぞれM1・t1、M2・t2としたとき、第1フリ
ー磁性層61と第2フリー磁性層62との磁気的膜厚の
関係が、M2・t2>M1・t1となるように構成されるこ
とがより好ましい。
若しくは磁気的膜厚を、第1フリー磁性層61の厚さ若
しくは磁気的膜厚よりも大きくすると、第1フリー磁性
層61と第2フリー磁性層62とが反強磁性的に結合
し、図11及び図12に示すように、第2フリー磁性層
62の磁化方向がバイアス層32、32により図示X1
方向に揃えられ、第1フリー磁性層61の磁化方向が図
示X1方向の反対方向に揃えられる。第1、第2フリー
磁性層61、62の磁気的膜厚の関係がM2・t2>M1
・t1とされていると、第2フリー磁性層62の磁化が
残存した状態となり、フリー磁性層60全体の磁化方向
が図示X1方向に揃えられる。このように、第1フリー
磁性層61と第2フリー磁性層62は、人工的なフェリ
磁性状態(synthetic ferri free;シンセフィックフェ
リフリー)となる。このようにフェリ磁性状態とされた
フリー磁性層60は、微小な外部磁界によってもその磁
化方向を外部磁界の方向に合わせて回転させることが可
能となる。
磁性層62の磁気的膜厚の関係をM 2・t2>M1・t1と
することで、フリー磁性層60のスピンフロップ磁界を
大きくすることができ、フリー磁性層60が安定してフ
ェリ磁性状態を保つことができる。
61Aは、NiFeX合金またはCoMT合金よりなる
第2強磁性層61Bよりも高飽和磁束密度で強磁性なの
で、第2フリー磁性層62と反強磁性的に結合しやすく
なり、第1フリー磁性層61と第2フリー磁性層62を
フェリ磁性状態とすることができる。
れていることが好ましい。PtMn合金は、従来から反
強磁性層として使用されているNiMn合金やFeMn
合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温
度が高く、交換結合磁界も大きい。また、反強磁性層5
0は、X−Mn(ただし、Xは、Pt、Pd、Ru、I
r、Rh、Osのうちから選択される1種の元素を示
す。)の式で示される合金あるいはX’−Pt−Mn
(ただし、X’は、Pd、Cr、Ni、Ru、Ir、R
h、Os、Au、Agのうちから選択される1種または
2種以上の元素を示す。)の式で示される合金で形成さ
れていてもよい。
で示される合金において、PtあるいはXが37〜63
原子%の範囲であることが望ましい。より好ましくは、
47〜57原子%の範囲である。さらにまた、X’−P
t−Mnの式で示される合金において、X’が37〜6
3原子%の範囲であることが望ましい。より好ましく
は、74〜57原子%の範囲である。
範囲の合金を使用し、これを磁場中熱処理することで、
大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層50を得るこ
とができる。とくに、PtMn合金であれば、6.4×
104A/mを越える交換結合磁界を有し、交換結合磁
界を失うブロッキング温度が653K(380℃)と極
めて高い優れた反強磁性層50を得ることができる。
非磁性層68を挟む第1固定磁性層66と第2固定磁性
層67から構成されている。第1固定磁性層66は、非
磁性層68より反強磁性層50側に設けられて反強磁性
層50に接し、第2固定磁性層67は、非磁性層68よ
り非磁性導電層29側に設けられて非磁性導電層29に
接している。第1固定磁性層66と反強磁性層50の界
面では交換結合磁界(交換異方性磁界)が発生し、第1
固定磁性層66の磁化方向が図示Y方向の反対方向に固
定されている。また、第2固定磁性層67の厚さが第1
固定磁性層66の厚さより大とされている。
性層50との交換結合磁界により図示Y方向の反対方向
に固定され、第2固定磁性層67は、第1固定磁性層6
6と反強磁性的に結合してその磁化方向が図示Y方向に
固定されている。第1、第2固定磁性層66、67の磁
化方向が互いに反平行とされているので、第1、第2固
定磁性層66、67の磁気モーメントが相互に打ち消し
合う関係にあるが、第2固定磁性層67の厚さが僅かに
大きいために、固定磁性層65自体の自発磁化が僅かに
残る結果となり、フェリ磁性状態になっている。そして
この自発磁化が反強磁性層50との交換結合磁界によっ
て更に増幅され、固定磁性層65の磁化方向が図示Y方
向に固定される。
7は、いずれも強磁性材料より形成されるもので、第1
の実施形態で説明した第1、第2固定磁性層26、27
と同等の材料からなり、また非磁性層68は非磁性材料
からなるもので、第1の実施形態で説明した非磁性層2
8と同等の材料からなる。
リー磁性層60との磁気的な結合を防止し、またセンス
電流が主に流れる層であり、Cu、Cr、Au、Agな
どに代表される導電性を有する非磁性材料より形成され
ることが好ましく、特にCuより形成されることが好ま
しい。
部ギャップ層164上に、下地層17、フリー磁性層6
0(第1フリー磁性層61、非磁性中間層63、第2フ
リー磁性層62)、非磁性導電層29、固定磁性層65
(第2固定磁性層67、非磁性層68、第1固定磁性層
66)、反強磁性層50及びキャップ層18を順次成膜
して積層膜を形成すること以外は、第1の実施形態のス
ピンバルブ型薄膜磁気素子1と同様にして製造される。
ば、第1の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子とほ
ぼ同様な効果が得られる。
施形態を図面を参照して説明する。図13に、本発明の
第4の実施形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子4を
磁気記録媒体側からみた断面模式図を示し、図14には
スピンバルブ型薄膜磁気素子4をトラック幅方向からみ
た断面模式図を示す。なお、図13及び図14に示す構
成要素のうち、図1、図2及び図9〜図12に示す構成
要素と同一の構成要素には、図1、図2及び図9〜図1
2と同一の符号を付してその説明を省略、若しくは簡単
に説明する。また、図13及び図14において、図示Z
方向は磁気記録媒体の移動方向であり、図示Y方向は磁
気記録媒体からの漏れ磁界の方向であり、図示X1方向
はスピンバルブ型薄膜磁気素子3のトラック幅方向であ
る。
膜磁気素子4は、第1実施形態のスピンバルブ型薄膜磁
気素子1と同様に薄膜磁気ヘッドh1に備えられて浮上
式磁気ヘッドを構成するものである。そしてこのスピン
バルブ型薄膜磁気素子4は、フリー磁性層80、非磁性
導電層29、固定磁性層65及び反強磁性層50が順次
積層されてなるトップ型のシングルスピンバルブ型薄膜
磁気素子である。
層を示し、符号17は、下部ギャップ層164上に積層
された下地層を示している。この下地層17の上にフリ
ー磁性層80が積層され、フリー磁性層80の上に非磁
性導電層29が積層され、非磁性導電層29の上に固定
磁性層65が積層され、固定磁性層65の上に反強磁性
層50が積層され、反強磁性層50の上にキャップ層1
8が積層されている。このように、下地層17からキャ
ップ層18までの各層が順次積層されてトラック幅に対
応する幅を有する断面視略台形状の積層体14が構成さ
れている。
83と、この非磁性中間層83を挟んで反強磁性的に結
合してフェリ磁性状態とされた第1フリー磁性層81及
び第2フリー磁性層82から構成されている。また、固
定磁性層65は、非磁性層68と、この非磁性層68を
挟む第1固定磁性層66及び第2固定磁性層67から構
成されている。
説明した第3の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子
3と異なる点は、第1フリー磁性層81がNiFeX合
金またはCoMT合金からなる単層から構成されている
点である。
のバイアス層32、32が形成されている。バイアス層
32、32は、下部ギャップ層164上から積層体14
の両側面14A、14Aに乗り上げるようにして形成さ
れている。また、符号34、34に示す導電層は、バイ
アス層32、32の上方に積層されている。この導電層
34、34は積層体14にセンス電流を印加する。
64との間、及び、バイアス層32、32と積層体14
との間にはバイアス下地層31が設けられ、バイアス層
32、32と導電層34、34との間には、中間層3
3、33が設けられている。
すように、非磁性中間層83と、この非磁性中間層83
を挟む第1フリー磁性層81と第2フリー磁性層82か
ら構成されている。第1フリー磁性層81は、非磁性中
間層83よりも非磁性導電層29から離れた側に設けら
れて下地層17に接しており、一方、第2フリー磁性層
82は、非磁性中間層83よりも非磁性導電層29側に
設けられて非磁性導電層29に接している。そして、第
1フリー磁性層81の比抵抗が、第2フリー磁性層82
の比抵抗よりも高くなるように構成されている。即ち、
第1フリー磁性層81の材質が、第2フリー磁性層82
の材質よりも高抵抗になるように、第1、第2フリー磁
性層81、82の材料が適宜選択されている。また、第
2フリー磁性層82の厚さt2は、第1フリー磁性層8
1の厚さt1よりも厚く形成されることが好ましい。ま
た第1フリー磁性層81全体の厚さt1は、0.5〜3
nmの範囲であることが好ましい。
合金、NiFe合金、CoNi合金、CoNiFe合金
よりも高比抵抗なNiFeX合金またはCoMT合金か
ら構成されていることが好ましい。なお、ここで元素X
はCr、V、Nb、Hf、Ta、Mo、Wのうちの1種
または2種以上の元素を示し、元素MはZr、Hfのい
ずれか一方または両方の元素を示し、元素TはNb、T
aのいずれか一方または両方の元素を示すものである。
間層83に近接する部分がNiFe合金相とされるとと
もに、非磁性中間層83から離れた側の部分がNiFe
X合金相またはCoMT合金相のいずれか一方とされ、
前記NiFe合金相と、前記NiFeX合金相またはC
oMT合金相とに挟まれた部分の組成が、非磁性中間層
から離れるにつれてNiFe合金相からNiFeX合金
相またはCoMT合金相に徐々に変化するように構成さ
れたものであっても良い。
されるもので、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cuの
うちの1種またはこれらの合金から形成されることが好
ましく、特にRuにより形成されることが好ましい。
層82Aと第3強磁性層82Bとから形成されている。
拡散防止層82Aは強磁性材料からなるもので、例えば
Coから形成される。この拡散防止層82Aは、第3強
磁性層82Bと非磁性導電層29の相互拡散を防止す
る。これらの拡散防止層82A及び第3強磁性層82B
は、第1の実施形態で説明した拡散防止層22A及び第
3強磁性層22Bと同等の材料から構成される。なお、
第2フリー磁性層82の厚さt2は、1.5〜4.5n
mの範囲であることが好ましい。
X合金やCoMT合金は、第2フリー磁性層82(拡散
防止層82A、第3強磁性層82B)を構成するCo、
CoFe合金、NiFe合金、CoNi合金、CoNi
Fe合金よりも比抵抗が高いものである。これらNiF
eX合金及びCoMT合金のそれぞれの組成は、第1実
施形態で説明した組成と同様である。従って、第1フリ
ー磁性層81の比抵抗が第2フリー磁性層82の比抵抗
よりも高くなり、第1フリー磁性層81にセンス電流が
流れにくくなる。
主に、非磁性導電層29、固定磁性層65及び第2フリ
ー磁性層82に流れることになり、センス電流の分流が
抑制される。スピンバルブ型薄膜磁気素子4の巨大磁気
抵抗効果は、第1の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気
素子1と同様に、非磁性導電層29と第2フリー磁性層
82及び固定磁性層65との界面にて発現するので、第
1フリー磁性層81を高比抵抗な材料で構成し、センス
電流を非磁性導電層29周辺に流すように構成すること
により、巨大磁気抵抗効果に寄与する伝導電子を増加さ
せることができ、磁気抵抗変化率を高くすることができ
る。
フリー磁性層81の厚さt1よりも厚く形成されること
が好ましい。特に、第1フリー磁性層81及び第2フリ
ー磁性層82の飽和磁化をそれぞれM1、M2とし、第1
フリー磁性層81及び第2フリー磁性層82の磁気的膜
厚をそれぞれM1・t1、M2・t2としたとき、第1フリ
ー磁性層81と第2フリー磁性層82との磁気的膜厚の
関係が、M2・t2>M1・t1となるように構成されるこ
とがより好ましい。
若しくは磁気的膜厚を、第1フリー磁性層81の厚さ若
しくは磁気的膜厚よりも大きくすると、第1フリー磁性
層81と第2フリー磁性層82とが反強磁性的に結合
し、図13及び図14に示すように、第2フリー磁性層
82の磁化方向がバイアス層32、32により図示X1
方向に揃えられ、第1フリー磁性層81の磁化方向が図
示X1方向の反対方向に揃えられる。第1、第2フリー
磁性層81、82の磁気的膜厚の関係がM2・t2>M1
・t1とされていると、第2フリー磁性層82の磁化が
残存した状態となり、フリー磁性層80全体の磁化方向
が図示X1方向に揃えられる。このように、第1フリー
磁性層81と第2フリー磁性層82は、人工的なフェリ
磁性状態(synthetic ferri free;シンセフィックフェ
リフリー)となる。このようにフェリ磁性状態とされた
フリー磁性層80は、微小な外部磁界によってもその磁
化方向を外部磁界の方向に合わせて回転させることが可
能となる。
磁性層82の磁気的膜厚の関係を、M2・t2>M1・t1
とすることで、フリー磁性層80のスピンフロップ磁界
を大きくすることができ、フリー磁性層80が安定して
フェリ磁性状態を保つことができる。
層83に接する側の部分をNiFe合金相とした場合、
このNiFe合金は、NiFeX合金またはCoMT合
金よりも高飽和磁束密度で強磁性なので、第1フリー磁
性層81と第2フリー磁性層82とが反強磁性的に結合
しやすくなり、第1、第2フリー磁性層81、82をフ
ェリ磁性状態とすることができる。
れていることが好ましい。PtMn合金は、従来から反
強磁性層として使用されているNiMn合金やFeMn
合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温
度が高く、交換結合磁界も大きい。この反強磁性層50
は、第3の実施形態において説明した反強磁性層と同等
の組成からなる。
非磁性層68を挟む第1固定磁性層66と第2固定磁性
層67から構成されている。第1固定磁性層66は、非
磁性層68より反強磁性層50側に設けられて反強磁性
層50に接し、第2固定磁性層67は、非磁性層68よ
り非磁性導電層29側に設けられて非磁性導電層29に
接している。第1固定磁性層66と反強磁性層50の界
面では交換結合磁界(交換異方性磁界)が発生し、第1
固定磁性層66の磁化方向が図示Y方向の反対方向に固
定されている。また、第2固定磁性層67の厚さが第1
固定磁性層66の厚さより大とされている。
性層50との交換結合磁界により図示Y方向の反対方向
に固定され、第2固定磁性層67は、第1固定磁性層6
6と反強磁性的に結合してその磁化方向が図示Y方向に
固定されている。第1、第2固定磁性層66、67の磁
化方向が互いに反平行とされているので、第1、第2固
定磁性層66、67の磁気モーメントが相互に打ち消し
合う関係にあるが、第2固定磁性層67の厚さが僅かに
大きいために、固定磁性層65自体の自発磁化が僅かに
残る結果となり、フェリ磁性状態になる。そしてこの自
発磁化が反強磁性層50との交換結合磁界によって更に
増幅され、固定磁性層65の磁化方向が図示Y方向に固
定される。
7は、いずれも強磁性材料より形成されるもので、第1
の実施形態で説明した第1、第2固定磁性層26、27
と同等の材料からなり、また非磁性層68は非磁性材料
からなるもので、第1の実施形態で説明した非磁性層2
8と同等の材料からなる。
リー磁性層80との磁気的な結合を防止し、またセンス
電流が主に流れる層であり、Cu、Cr、Au、Agな
どに代表される導電性を有する非磁性材料より形成され
ることが好ましく、特にCuより形成されることが好ま
しい。
部ギャップ層164上に、下地層17、フリー磁性層8
0(第1フリー磁性層81、非磁性中間層83、第2フ
リー磁性層82)、非磁性導電層29、固定磁性層65
(第2固定磁性層67、非磁性層68、第1固定磁性層
66)、反強磁性層50及びキャップ層18を順次成膜
して積層膜を形成すること以外は、第1の実施形態のス
ピンバルブ型薄膜磁気素子1と同様にして製造される。
ば、第2の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子とほ
ぼ同様な効果が得られる。
ピンバルブ型薄膜磁気素子は、第1フリー磁性層と前記
第2フリー磁性層とが反強磁性的に結合してフェリ磁性
状態とされてなるフリー磁性層において、非磁性導電層
から離れた側にある第1フリー磁性層の比抵抗が、非磁
性導電層側にある第2フリー磁性層の比抵抗より高いの
で、第1フリー磁性層にセンス電流(検出電流)が流れ
にくくなり、これによりセンス電流の分流が抑制されて
シャントロスが低減され、スピンバルブ型薄膜磁気素子
の磁気抵抗変化率を高くすることができる。
子は、第1フリー磁性層が、非磁性中間層に接する第1
強磁性層と、この第1強磁性層に接する第2強磁性層と
からなり、第1強磁性層が、非磁性中間層を挟んで第2
フリー磁性層と反強磁性的に結合するとともに、第2強
磁性層の比抵抗が、1強磁性層の比抵抗よりも高いの
で、第1フリー磁性層自体が第2フリー磁性層と反強磁
性的に結合してフェリ磁性状態とすることが出来るとと
もに第1フリー磁性層全体の比抵抗を高くしてセンス電
流のシャントロスを低減することができる。
金またはCoMT合金のいずれか一方から構成すること
により、第1フリー磁性層の比抵抗を高くすることがで
き、センス電流のシャントロスを抑えて磁気抵抗変化率
を高くできる。
り、第2強磁性層がNiFeX合金またはCoMT合金
のいずれか一方からなるものであっても、第1フリー磁
性層の比抵抗を高くすることができ、センス電流のシャ
ントロスを抑えて磁気抵抗変化率を高くするとともに、
第1フリー磁性層と第2フリー磁性層を確実にフェリ磁
性状態とすることができる。
近接する部分がNiFe合金相とされるとともに、非磁
性中間層から離れた側の部分がNiFeX合金相または
CoMT合金相のいずれか一方とされ、前記NiFe合
金相と、前記NiFeX合金相またはCoMT合金相と
に挟まれた部分の組成が、非磁性中間層から離れるにつ
れてNiFe合金相からNiFeX合金相またはCoM
T合金相に徐々に変化するように構成されたものであっ
ても、第1フリー磁性層の比抵抗を高くすることがで
き、センス電流のシャントロスを抑えて磁気抵抗変化率
を高くするとともに、第1フリー磁性層と第2フリー磁
性層を確実にフェリ磁性状態とすることができる。
ブ型薄膜磁気素子の磁気記録媒体側から見た断面模式図
である。
トラック幅方向から見た断面模式図である。
気ヘッドの斜視図である、
模式図である。
ブ型薄膜磁気素子の製造方法の一工程を説明するための
模式図である。
ブ型薄膜磁気素子の製造方法の一工程を説明するための
模式図である。
ブ型薄膜磁気素子の製造方法の一工程を説明するための
模式図である。
ブ型薄膜磁気素子の製造方法の一工程を説明するための
模式図である。
ブ型薄膜磁気素子の磁気記録媒体側から見た断面模式図
である。
をトラック幅方向から見た断面模式図である。
ルブ型薄膜磁気素子の磁気記録媒体側から見た断面模式
図である。
子をトラック幅方向から見た断面模式図である。
ルブ型薄膜磁気素子の磁気記録媒体側から見た断面模式
図である。
子をトラック幅方向から見た断面模式図である。
気記録媒体側から見た断面模式図である。
ラック幅方向から見た断面模式図である。
3)
し、Xは、Pt、Pd、Ru、Ir、Rh、Osのうち
から選択される1種の元素を示す。)の式で示される合
金またはX’−Pt−Mn(ただし、X’は、Pd、C
r、Ni、Ru、Ir、Rh、Os、Au、Agのうち
から選択される1種または2種以上の元素を示す。)の
式で示される合金のいずれか一方からなることが好まし
い。
で示される合金において、PtあるいはXが37〜63
原子%の範囲であることが望ましい。より好ましくは、
47〜57原子%の範囲である。さらにまた、X’−P
t−Mnの式で示される合金において、X’が37〜6
3原子%の範囲であることが望ましい。より好ましく
は、44〜57原子%の範囲である。
Claims (12)
- 【請求項1】 反強磁性層と、該反強磁性層に接して
形成されて前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化
方向が固定された固定磁性層と、前記固定磁性層に接す
る非磁性導電層と、前記非磁性導電層に接するフリー磁
性層とを備え、 前記フリー磁性層は、非磁性中間層と、該非磁性中間層
を挟む第1、第2フリー磁性層からなり、 前記第1フリー磁性層と前記第2フリー磁性層とが反強
磁性的に結合してフェリ磁性状態とされ、かつ前記非磁
性導電層から離れた側にある前記第1フリー磁性層の比
抵抗が、前記非磁性導電層側にある第2フリー磁性層の
比抵抗よりも高いことを特徴とするスピンバルブ型薄膜
磁気素子。 - 【請求項2】 前記第1フリー磁性層は、前記非磁性
中間層に接する第1強磁性層と、該第1強磁性層に接す
る第2強磁性層とからなり、 前記第1強磁性層が前記非磁性中間層を挟んで前記第2
フリー磁性層と反強磁性的に結合するとともに、前記第
2強磁性層の比抵抗が前記第1強磁性層の比抵抗よりも
高いことを特徴とする請求項1に記載のスピンバルブ型
薄膜磁気素子。 - 【請求項3】 前記第1フリー磁性層が、NiFeX
合金(ただし、前記XはCr、V、Nb、Hf、Ta、
Mo、Wのうちの1種または2種以上の元素を示す)ま
たはCoMT合金(ただし、前記MはZr、Hfのいず
れか一方または両方を示し、前記TはNb、Taのいず
れか一方または両方を示す)のいずれか一方からなるこ
とを特徴とする請求項1に記載のスピンバルブ型薄膜磁
気素子。 - 【請求項4】 前記第1強磁性層がNiFe合金から
なり、前記第2強磁性層がNiFeX合金(ただし、X
はCr、V、Nb、Hf、Ta、Mo、Wのうちの1種
または2種以上の元素を示す)またはCoMT合金(た
だし、MはZr、Hfのいずれか一方または両方の元素
を示し、TはNb、Taのいずれか一方または両方の元
素を示す)のいずれか一方からなることを特徴とする請
求項2に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。 - 【請求項5】 前記第1フリー磁性層の前記非磁性中
間層に近接する部分がNiFe合金相とされるととも
に、 前記非磁性中間層から離れた側の部分がNiFeX合金
相(ただし、前記XはCr、V、Nb、Hf、Ta、M
o、Wのうちの1種または2種以上の元素を示す)また
はCoMT合金相(ただし、前記MはZr、Hfのいず
れか一方または両方を示し、前記TはNb、Taのいず
れか一方または両方を示す)のいずれか一方とされ、 前記NiFe合金相と、前記NiFeX合金相またはC
oMT合金相とに挟まれた部分の組成が、非磁性中間層
から離れるにつれてNiFe合金相からNiFeX合金
相またはCoMT合金相に徐々に変化するように構成さ
れたことを特徴とする請求項1に記載のスピンバルブ型
薄膜磁気素子。 - 【請求項6】 前記NiFeX合金は、下記の組成式
により表されるものであることを特徴とする請求項3な
いし請求項5のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁
気素子。 NiaFebXc ただし、XはCr、V、Nb、Hf、Ta、Mo、Wの
うちの1種または2種以上の元素を示し、組成を示す
a、b、cの範囲は、60原子%≦a≦90原子%、5
原子%≦b≦30原子%、0原子%<c≦15原子%で
ある。 - 【請求項7】 前記CoMT合金は非晶質相を主相と
する組織よりなるとともに、下記の組成式により表され
るものであることを特徴とする請求項3ないし請求項5
のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。 CodMeTf ただし、MはZr、Hfのいずれか一方または両方の元
素を示し、TはNb、Taのいずれか一方または両方の
元素を示し、組成を示すd、e、fの範囲は、78原子
%≦d≦92原子%、e=g(100−d)原子%、f
=(100−d−e)原子%であり、前記gは0.1≦
g≦0.5である。 - 【請求項8】 前記第1強磁性層の厚さsが、0nm
<s≦1nmの範囲であることを特徴とする請求項2、
6、7のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素
子。 - 【請求項9】 前記第2フリー磁性層は、Co、Co
Fe合金、NiFe合金、CoNi合金、CoNiFe
合金のいずれか1種よりなる単層膜若しくはこれらの単
層膜の2種以上が積層された多層膜よりなることを特徴
とする請求項1ないし請求項8のいずれかに記載のスピ
ンバルブ型薄膜磁気素子。 - 【請求項10】 前記反強磁性層は、X−Mn(但
し、Xは、Pt、Pd、Ru、Ir、Rh、Osのうち
から選択される1種の元素を示す。)の式で示される合
金またはX’-Pt−Mn(ただし、X’はPd、C
r、Ni、Ru、Ir、Rh、Os、Au、Agのうち
から選択される1種または2種以上の元素を示す。)の
式で示される合金のいずれか一方からなることを特徴と
する請求項1ないし請求項9のいずれかに記載のスピン
バルブ型薄膜磁気素子。 - 【請求項11】 前記固定磁性層は、非磁性層と、前
記非磁性層を挟む第1、第2固定磁性層とからなり、該
第1、第2固定磁性層の磁化方向が反平行方向とされ、
かつこの第1、第2固定磁性層がフェリ磁性状態とされ
ていることを特徴とする請求項1ないし請求項10のい
ずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。 - 【請求項12】 請求項1ないし請求項11のいずれ
かに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子を具備してなる
ことを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
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