JP2001209911A - Spin valve type thin film magnetic element, thin film magnetic head, floating magnetic head, and manufacturing method of spin valve type thin film magnetic element - Google Patents

Spin valve type thin film magnetic element, thin film magnetic head, floating magnetic head, and manufacturing method of spin valve type thin film magnetic element

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JP2001209911A
JP2001209911A JP2000015051A JP2000015051A JP2001209911A JP 2001209911 A JP2001209911 A JP 2001209911A JP 2000015051 A JP2000015051 A JP 2000015051A JP 2000015051 A JP2000015051 A JP 2000015051A JP 2001209911 A JP2001209911 A JP 2001209911A
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magnetic
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Masaji Saito
正路 斎藤
Kenichi Tanaka
健一 田中
Yosuke Ide
洋介 井出
Fumito Koike
文人 小池
Naoya Hasegawa
直也 長谷川
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Alps Alpine Co Ltd
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Alps Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the spin valve type thin film magnetic element capable of reducing asymmetry (Asymmetry). SOLUTION: In the spin valve type thin film magnetic element 11, the first and the second fixed magnetic layers 21 and 51 are disposed at the both sides of the thickness direction of a free magnetic layer 41, the free magnetic layer 41 consists of the first and the second ferromagnetic free layers 42 and 43, and the entire part is in a ferromagnetic state, the first fixed magnetic layer 21 consists of the first and the second ferromagnetic pinned layers 22 and 23, and the entire part is in the ferromagnetic state, the second fixed magnetic layer 51 consists of the third and the fourth ferromagnetic pinned layers 52 and 53, and the entire part is in the ferromagnetic state, and the magnetizing direction of the second ferromagnetic pinned layer 23 close to the free magnetic layer 41 and the magnetizing direction of the ferromagnetic third pinned layer 52 close to the free magnetic layer 41 are anti-parallel.

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、スピンバルブ型薄
膜磁気素子及び薄膜磁気ヘッド及び浮上式磁気ヘッド並
びにスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法に関するも
のであり、特に、アシンメトリー(Asymmetry)を小さ
くすることが可能なスピンバルブ型薄膜磁気素子に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spin-valve thin-film magnetic element, a thin-film magnetic head, a floating magnetic head, and a method of manufacturing a spin-valve thin-film magnetic element, and more particularly to a method for reducing asymmetry. The present invention relates to a spin-valve thin-film magnetic element capable of performing the above-described operations.

【0002】[0002]

【従来の技術】巨大磁気抵抗効果を示す素子を備えたG
MR(Giant Magnetoresistive)ヘッドは、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、微弱な外部
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。スピンバルブ型薄膜磁気素子に
は、シングルスピンバルブ薄膜磁気素子とデュアルスピ
ンバルブ型薄膜磁気素子とがある。
2. Description of the Related Art G provided with an element exhibiting a giant magnetoresistance effect
An MR (Giant Magnetoresistive) head has a multilayer structure in which elements exhibiting a magnetoresistance effect are formed by laminating a plurality of materials. There are several types of structures that produce the giant magnetoresistance effect. A spin-valve thin-film magnetic element has a relatively simple structure and a high rate of change in resistance to a weak external magnetic field. The spin valve thin film magnetic element includes a single spin valve thin film magnetic element and a dual spin valve thin film magnetic element.

【0003】図15及び図16に、従来のスピンバルブ
型薄膜素子の断面模式図を示す。尚、図15は記録媒体
側から見た断面模式図であり、図16はトラック幅方向
から見た断面模式図である。なお、図15及び図16に
おいて、図示X1方向はスピンバルブ型薄膜磁気素子の
トラック幅方向であり、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Z方向は磁気記録媒体の
移動方向である。
FIGS. 15 and 16 are schematic cross-sectional views of a conventional spin-valve thin film element. FIG. 15 is a schematic cross-sectional view as viewed from the recording medium side, and FIG. 16 is a schematic cross-sectional view as viewed from the track width direction. 15 and 16, the X1 direction is the track width direction of the spin-valve thin film magnetic element, the Y direction is the direction of the leakage magnetic field from the magnetic recording medium, and the Z direction is the direction of the magnetic recording medium. The direction of movement.

【0004】図15及び図16に示すスピンバルブ型薄
膜磁気素子13は、フリー磁性層を中心としてその厚さ
方向両側に非磁性導電層、固定磁性層及び反強磁性層が
1層づつ積層された、いわゆるデュアルスピンバルブ型
薄膜磁気素子である。
The spin-valve thin-film magnetic element 13 shown in FIGS. 15 and 16 has a nonmagnetic conductive layer, a pinned magnetic layer, and an antiferromagnetic layer laminated on both sides of a free magnetic layer in the thickness direction. It is a so-called dual spin valve thin film magnetic element.

【0005】このスピンバルブ型薄膜磁気素子13は、
絶縁層264上に下地層115が積層され、この下地層
115上に、第2反強磁性層172、第2固定磁性層1
51、第2非磁性導電層132、フリー磁性層141、
第1非磁性導電層131、第1固定磁性層121、第1
反強磁性層171及びキャップ層114が順次積層され
てなるものである。また、下地層115からキャップ層
114よりなる積層体の図示X1方向両側には、導電層
116、116と中間層117、117とバイアス層1
18、118とバイアス下地層119、119とが形成
されている。
The spin-valve thin-film magnetic element 13 has
An underlayer 115 is laminated on the insulating layer 264, and on this underlayer 115, the second antiferromagnetic layer 172, the second pinned magnetic layer 1
51, a second nonmagnetic conductive layer 132, a free magnetic layer 141,
The first nonmagnetic conductive layer 131, the first pinned magnetic layer 121, the first
The antiferromagnetic layer 171 and the cap layer 114 are sequentially laminated. The conductive layers 116 and 116, the intermediate layers 117 and 117, and the bias layer 1 are provided on both sides in the X1 direction of the stack including the base layer 115 and the cap layer 114 in the drawing.
18 and 118 and bias underlayers 119 and 119 are formed.

【0006】第1、第2固定磁性層121、151は、
第1、第2反強磁性層171、172とのそれぞれの界
面にて発現する交換異方性磁界により磁化されており、
これらの磁化方向は、図示Y方向に固定されている。ま
た、フリー磁性層141は、バイアス層118、118
によって単磁区化され、その磁化方向が図示X1方向の
反対方向、すなわち第1、第2固定磁性層121、15
1の磁化方向の交叉方向に揃えられている。フリー磁性
層141が単磁区化されることにより、バルクハウゼン
ノイズの発生が防止される。
The first and second pinned magnetic layers 121 and 151 are
Magnetized by an exchange anisotropic magnetic field developed at each interface with the first and second antiferromagnetic layers 171 and 172,
These magnetization directions are fixed in the illustrated Y direction. Further, the free magnetic layer 141 includes the bias layers 118, 118.
And the magnetization direction thereof is opposite to the X1 direction in the drawing, that is, the first and second pinned magnetic layers 121 and 15.
1 are aligned in the cross direction of the magnetization directions. The single magnetic domain of the free magnetic layer 141 prevents Barkhausen noise.

【0007】このスピンバルブ型薄膜磁気素子13にお
いては、導電層116、116からフリー磁性層14
1、第1、第2非磁性導電層131、132及び第1、
第2固定磁性層121、151に検出電流が与えられ、
フリー磁性層141にZ方向に走行する磁気記録媒体か
らの漏れ磁界が図示Y方向に沿って与えられると、フリ
ー磁性層141の磁化方向がX1方向の反対方向からY
方向に向けて変動する。このフリー磁性層141内での
磁化方向の変動と第1、第2固定磁性層121、151
の磁化方向との関係で電気抵抗が変化し、この抵抗変化
に基づく電圧変化により磁気記録媒体からの漏れ磁界が
検出される。
In this spin-valve thin-film magnetic element 13, the free magnetic layer 14 is separated from the conductive layers 116, 116.
1, the first and second nonmagnetic conductive layers 131 and 132 and the first
A detection current is applied to the second pinned magnetic layers 121 and 151,
When a leakage magnetic field from the magnetic recording medium running in the Z direction is applied to the free magnetic layer 141 along the Y direction in the figure, the magnetization direction of the free magnetic layer 141 changes from the opposite direction to the X1 direction to Y direction.
It fluctuates in the direction. The change in the magnetization direction in the free magnetic layer 141 and the first and second pinned magnetic layers 121 and 151
The electrical resistance changes in relation to the magnetization direction of the magnetic recording medium, and a leakage magnetic field from the magnetic recording medium is detected by a voltage change based on the resistance change.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】一般にスピンバルブ型
薄膜磁気素子においては、図17に示すように、記録媒
体からの外部磁界が印加されない状態において、フリー
磁性層141の磁化方向H3と第1、第2固定磁性層1
21、151の磁化方向H1、H2とが直交していること
が理想的である。しかし、従来のスピンバルブ型薄膜磁
気素子13においては、第1、第2非磁性導電層13
1、132を介して、第1固定磁性層121及び第2固
定磁性層121、151とフリー磁性層141とが強磁
性層間結合し、強磁性層間結合磁界による磁界モーメン
トH4、H5が生じる。これらの磁界モーメントH4、H5
の方向は、第1、第2固定磁性層121、151の磁化
方向とそれぞれ平行であり、図示Y方向である。
Generally, in a spin-valve thin-film magnetic element, as shown in FIG. 17, when the external magnetic field from the recording medium is not applied, the magnetization direction H 3 of the free magnetic layer 141 and the first , Second pinned magnetic layer 1
Ideally, the magnetization directions H 1 and H 2 of 21 and 151 are orthogonal to each other. However, in the conventional spin-valve thin-film magnetic element 13, the first and second non-magnetic conductive layers 13
The first and second fixed magnetic layers 121 and 151 and the free magnetic layer 141 are coupled to each other via the ferromagnetic interlayer via the first and second fixed magnetic layers 121 and 132, and magnetic field moments H 4 and H 5 are generated by the ferromagnetic interlayer coupling magnetic field. . These magnetic field moments H 4 , H 5
Is parallel to the magnetization directions of the first and second pinned magnetic layers 121 and 151, respectively, and is the illustrated Y direction.

【0009】従って、フリー磁性層141の磁化方向H
3は、上記の磁界モーメントH4、H 5により図示Y方向
に傾けられてH6となり、このフリー磁性層141の磁
化方向H6と第1、第2固定磁性層121、151の磁
化方向H1、H2を直交させることができなくなって、再
生波形の非対称性、即ちアシンメトリー(Asymmetry)
が大きくなるという問題があった。
Therefore, the magnetization direction H of the free magnetic layer 141
ThreeIs the above magnetic field moment HFour, H FiveIs shown in the Y direction
Tilted to H6And the magnetic properties of the free magnetic layer 141
Direction H6Of the first and second pinned magnetic layers 121 and 151
Direction H1, HTwoCan no longer be orthogonalized,
Asymmetry of raw waveform, that is, asymmetry
There was a problem that it became large.

【0010】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、フリー磁性層の磁化方向の傾きを防止して、
アシンメトリー(Asymmetry)を小さくすることが可能
なスピンバルブ型薄膜磁気素子及びこのスピンバルブ型
薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッド及びこの薄膜磁気
ヘッドを備えた浮上式磁気ヘッド並びにスピンバルブ型
薄膜磁気素子の製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has been made to prevent the magnetization direction of the free magnetic layer from being inclined.
Spin-valve thin-film magnetic element capable of reducing asymmetry, thin-film magnetic head having this spin-valve thin-film magnetic element, floating magnetic head having this thin-film magnetic head, and spin-valve thin-film magnetic element It is an object of the present invention to provide a method for producing the same.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
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、フリー磁性層の厚さ方向両側
にそれぞれ非磁性導電層と固定磁性層と反強磁性層とが
順次積層されるとともに、前記フリー磁性層と前記一対
の非磁性導電層と前記一対の固定磁性層に検出電流を与
える一対の導電層と、前記フリー磁性層の磁化方向を揃
える一対のバイアス層とを備えてなり、前記フリー磁性
層は、2L(ただしLは1以上の整数)以上の強磁性層
と、これらの強磁性層の間に挿入される非磁性中間層と
が積層されてなるとともに、隣接する各強磁性層のそれ
ぞれの磁化方向が反平行とされて全体がフェリ磁性状態
とされ、一方の前記固定磁性層は、2M(ただしMは1
以上の整数)以上の強磁性層と、これらの強磁性層の間
に挿入される非磁性層とが積層されてなるとともに、隣
接する各強磁性層のそれぞれの磁化方向が反平行とされ
て全体がフェリ磁性状態とされ、かつ該一方の固定磁性
層全体の磁化方向が、隣接する一方の前記反強磁性層と
の交換結合磁界により前記フリー磁性層全体の磁化方向
の交叉方向に固定され、他方の前記固定磁性層は、2N
(ただしNは1以上の整数)以上の強磁性層とこれらの
強磁性層の間に挿入される非磁性層とが積層されるとと
もに、隣接する各強磁性層のそれぞれの磁化方向が反平
行とされて全体がフェリ磁性状態とされ、かつ該他方の
固定磁性層全体の磁化方向が、隣接する一方の前記反強
磁性層との交換結合磁界により前記一方の固定磁性層の
磁化方向の平行方向に固定され、前記一方の固定磁性層
を構成する強磁性層のうち最もフリー磁性層に近い強磁
性層の磁化方向と、前記他方の固定磁性層を構成する強
磁性層のうち最もフリー磁性層に近い強磁性層の磁化方
向とが反平行であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following constitution. The spin-valve thin-film magnetic element of the present invention includes a nonmagnetic conductive layer, a fixed magnetic layer, and an antiferromagnetic layer sequentially laminated on both sides in the thickness direction of the free magnetic layer. A non-magnetic conductive layer, a pair of conductive layers for applying a detection current to the pair of fixed magnetic layers, and a pair of bias layers for aligning the magnetization direction of the free magnetic layer; L is an integer of 1 or more) and a non-magnetic intermediate layer inserted between these ferromagnetic layers and a non-magnetic intermediate layer are stacked, and the magnetization directions of the adjacent ferromagnetic layers are opposite to each other. It is parallel and the whole is in a ferrimagnetic state, and one of the fixed magnetic layers is 2M (where M is 1).
A ferromagnetic layer having a thickness equal to or greater than the integer above and a nonmagnetic layer inserted between these ferromagnetic layers are laminated, and the magnetization directions of the adjacent ferromagnetic layers are set to be antiparallel. The whole is in a ferrimagnetic state, and the magnetization direction of the one fixed magnetic layer is fixed in a direction crossing the magnetization direction of the entire free magnetic layer by an exchange coupling magnetic field with the adjacent one of the antiferromagnetic layers. And the other fixed magnetic layer is 2N
(Where N is an integer of 1 or more) ferromagnetic layers and a nonmagnetic layer inserted between these ferromagnetic layers are stacked, and the magnetization directions of the adjacent ferromagnetic layers are antiparallel. The entire pinned magnetic layer is brought into a ferrimagnetic state, and the magnetization direction of the other pinned magnetic layer is parallel to the magnetization direction of the one pinned magnetic layer due to the exchange coupling magnetic field with the adjacent one of the antiferromagnetic layers. The magnetization direction of the ferromagnetic layer closest to the free magnetic layer among the ferromagnetic layers constituting the one fixed magnetic layer, and the most free magnetic layer among the ferromagnetic layers constituting the other fixed magnetic layer. The magnetization direction of the ferromagnetic layer close to the layer is antiparallel.

【0012】係るスピンバルブ型薄膜磁気素子によれ
ば、一方の固定磁性層が2Lの偶数個の強磁性層からな
り、他方の固定磁性層が2Nの偶数個の強磁性層からな
り、これらの固定磁性層のそれぞれの磁化方向を平行に
すると同時に、各固定磁性層を構成する各強磁性層のう
ち最もフリー磁性層に近い強磁性層の磁化方向を反平行
とするので、フリー磁性層の磁化方向を固定磁性層の磁
化方向の直交方向に揃えることが可能となる。フリー磁
性層の磁化方向は、通常はバイアス層によって一方向に
揃えらるが、フリー磁性層を挟む固定磁性層の磁化によ
ってその磁化方向が傾き、アシンメトリーが小さくなら
ない場合がある。従って上記のスピンバルブ型薄膜磁気
素子によれば、フリー磁性層の磁化方向が、固定磁性層
の磁化による影響を受けにくくなり、アシンメトリーを
小さくすることが可能になる。
According to such a spin-valve thin-film magnetic element, one fixed magnetic layer is composed of an even number of 2L ferromagnetic layers, and the other fixed magnetic layer is composed of an even number of 2N ferromagnetic layers. Since the magnetization directions of the pinned magnetic layers are made parallel and the magnetization direction of the ferromagnetic layer closest to the free magnetic layer among the ferromagnetic layers constituting each pinned magnetic layer is made antiparallel, The magnetization direction can be aligned with the direction perpendicular to the magnetization direction of the fixed magnetic layer. Although the magnetization direction of the free magnetic layer is normally aligned in one direction by the bias layer, the magnetization direction may be inclined by the magnetization of the fixed magnetic layer sandwiching the free magnetic layer, and the asymmetry may not be reduced. Therefore, according to the spin-valve thin-film magnetic element, the magnetization direction of the free magnetic layer is hardly affected by the magnetization of the fixed magnetic layer, and the asymmetry can be reduced.

【0013】また、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子は、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子であっ
て、前記一方の固定磁性層を構成する強磁性層のうち最
もフリー磁性層に近い強磁性層と前記フリー磁性層とが
強磁性層間結合することにより生じる強磁性交換結合磁
界の磁界モーメントHb1の方向と、前記他方の固定磁性
層を構成する強磁性層のうち最もフリー磁性層に近い強
磁性層と前記フリー磁性層とが強磁性層間結合すること
により生じる強磁性交換結合磁界の磁界モーメントHb2
の方向とが、前記フリー磁性層において反平行とされて
いることを特徴とする。
A spin-valve thin-film magnetic element according to the present invention is the spin-valve thin-film magnetic element described above, and is closest to the free magnetic layer among the ferromagnetic layers constituting the one fixed magnetic layer. The direction of the magnetic field moment Hb1 of the ferromagnetic exchange coupling magnetic field generated by the ferromagnetic layer and the free magnetic layer being coupled with the ferromagnetic interlayer, and the direction of the most free magnetic layer among the ferromagnetic layers constituting the other fixed magnetic layer. The magnetic moment Hb2 of the ferromagnetic exchange coupling magnetic field generated by the ferromagnetic interlayer coupling between the close ferromagnetic layer and the free magnetic layer
Is antiparallel to the direction of the free magnetic layer.

【0014】係るスピンバルブ型薄膜磁気素子によれ
ば、一方及び他方の固定磁性層を構成するとともにフリ
ー磁性層に近い各強磁性層とフリー磁性層との間で生じ
る強磁性層間結合磁界の磁界モーメントHb1、Hb2の方
向がフリー磁性層において反平行とされているので、強
磁性層間結合磁界が相殺され、フリー磁性層の磁化方向
がこの強磁性層間結合磁界によって傾くことがなく、フ
リー磁性層の磁化方向を固定磁性層の磁化方向の直交方
向に揃えてスピンバルブ型薄膜磁気素子のアシンメトリ
ーを小さくすることが可能になる。
According to the spin-valve thin-film magnetic element, the magnetic field of the ferromagnetic interlayer coupling magnetic field generated between the free magnetic layer and each of the ferromagnetic layers constituting the one and the other fixed magnetic layers and near the free magnetic layer Since the directions of the moments Hb1 and Hb2 are antiparallel in the free magnetic layer, the coupling magnetic field between the ferromagnetic layers is canceled out, and the magnetization direction of the free magnetic layer is not tilted by the coupling magnetic field between the ferromagnetic layers. By aligning the magnetization direction of the spin-valve thin-film magnetic element with the magnetization direction perpendicular to the magnetization direction of the fixed magnetic layer, the asymmetry of the spin-valve thin-film magnetic element can be reduced.

【0015】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子にお
いては、前記Lが1であり、前記Mが1であり、前記N
が1であることが好ましい。スピンバルブ型薄膜磁気素
子をこのように構成すると、フリー磁性層及び固定磁性
層の膜厚が薄くなり、検出電流の分流が防止されて磁気
抵抗変化率を高くできる。
In the spin-valve thin-film magnetic element of the present invention, the L is 1, the M is 1, and the N
Is preferably 1. When the spin-valve thin-film magnetic element is configured as described above, the thicknesses of the free magnetic layer and the pinned magnetic layer are reduced, and the shunt of the detection current is prevented, so that the magnetoresistance ratio can be increased.

【0016】また、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子においては、前記一方の固定磁性層が、第1、第2の
強磁性層と、これら第1、第2の強磁性層の間に挿入さ
れる第1の非磁性層とが積層されてなるとともに、前記
フリー磁性層の近くに位置する前記第2の強磁性層の膜
厚が、前記第1の強磁性層の膜厚より大とされ、前記他
方の固定磁性層が、第3、第4の強磁性層と、これら第
3、第4の強磁性層の間に挿入される第2の非磁性層と
が積層されてなるとともに、前記フリー磁性層の近くに
位置する前記第3の強磁性層の膜厚が、前記第4の強磁
性層の膜厚より小とされていることが好ましい。
Further, in the spin-valve thin-film magnetic element of the present invention, the one fixed magnetic layer is inserted between the first and second ferromagnetic layers and between the first and second ferromagnetic layers. And a first non-magnetic layer to be formed is laminated, and a film thickness of the second ferromagnetic layer located near the free magnetic layer is larger than a film thickness of the first ferromagnetic layer. The other fixed magnetic layer is formed by laminating third and fourth ferromagnetic layers and a second non-magnetic layer inserted between the third and fourth ferromagnetic layers. The thickness of the third ferromagnetic layer located near the free magnetic layer is preferably smaller than the thickness of the fourth ferromagnetic layer.

【0017】また、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子においては、前記一方の固定磁性層が、第1、第2の
強磁性層と、これら第1、第2の強磁性層の間に挿入さ
れる第1の非磁性層とが積層されてなるとともに、前記
フリー磁性層の近くに位置する前記第2の強磁性層の膜
厚が、前記第1の強磁性層の膜厚より小とされ、前記他
方の固定磁性層が、第3、第4の強磁性層と、これら第
3、第4の強磁性層の間に挿入される第2の非磁性層と
が積層されてなるとともに、前記フリー磁性層の近くに
位置する前記第3の強磁性層の膜厚が、前記第4の強磁
性層の膜厚より大とされていてもよい。
Further, in the spin-valve thin-film magnetic element of the present invention, the one fixed magnetic layer is inserted between the first and second ferromagnetic layers and between the first and second ferromagnetic layers. And a first non-magnetic layer to be formed is laminated, and the thickness of the second ferromagnetic layer located near the free magnetic layer is smaller than the thickness of the first ferromagnetic layer. The other fixed magnetic layer is formed by laminating third and fourth ferromagnetic layers and a second non-magnetic layer inserted between the third and fourth ferromagnetic layers. The thickness of the third ferromagnetic layer located near the free magnetic layer may be larger than the thickness of the fourth ferromagnetic layer.

【0018】本発明の薄膜磁気ヘッドは、先のいずれか
に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子を具備してなる磁
気情報を読み取り可能な薄膜磁気ヘッドである。また本
発明の浮上式磁気ヘッドは、先に記載の薄膜磁気ヘッド
をスライダに具備してなるものである。
A thin-film magnetic head according to the present invention is a thin-film magnetic head capable of reading magnetic information, comprising the above-mentioned spin-valve thin-film magnetic element. A flying magnetic head according to the present invention includes the above-described thin film magnetic head provided on a slider.

【0019】係る薄膜磁気ヘッド及び浮上式磁気ヘッド
は、アシンメトリーが小さな上記のスピンバルブ型薄膜
磁気素子を備えているので、再生波形の対象性に優れて
おり、再生時のエラーの頻度を小さくすることが可能に
なる。
Since the thin-film magnetic head and the flying magnetic head are provided with the above-described spin-valve thin-film magnetic element having a small asymmetry, they are excellent in the symmetry of the reproduction waveform and reduce the frequency of errors during reproduction. It becomes possible.

【0020】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製
造方法は、一方の反強磁性層と、反強磁性的に結合する
2M(ただしMは1以上の整数)以上の強磁性層とこれ
らの強磁性層の間に挿入される非磁性層とが積層されて
なる一方の固定磁性層と、一方の非磁性導電層と、反強
磁性的に結合する2L(ただしLは1以上の整数)以上
の強磁性層とこれらの強磁性層の間に挿入される非磁性
中間層とが積層されてなるフリー磁性層と、他方の非磁
性導電層と、反強磁性的に結合する2N(ただしNは1
以上の整数)以上の強磁性層とこれらの強磁性層の間に
挿入される非磁性層とが積層されてなる他方の固定磁性
層と、他方の反強磁性層とを積層して積層体を構成し、
前記一方の固定磁性層及び前記他方の固定磁性層をそれ
ぞれ構成する各強磁性層がスピンフロップ転移する磁界
よりも小さい外部磁界を前記積層体に印加しつつ熱処理
して、前記一方の反強磁性層と前記一方の固定磁性層の
間、及び前記他方の反強磁性層と前記他方の固定磁性層
との間で交換結合磁界をそれぞれ発現させることを特徴
とする。前記外部磁界の大きさは8.0×104A/m
以下であることが好ましい。
According to the method of manufacturing a spin-valve thin film magnetic element of the present invention, one of an antiferromagnetic layer, a ferromagnetic layer of 2M (M is an integer of 1 or more) or more which is antiferromagnetically coupled, and 2L (L is an integer of 1 or more) antiferromagnetically coupled to one fixed magnetic layer formed by laminating a nonmagnetic layer inserted between ferromagnetic layers and one nonmagnetic conductive layer 2N (provided that it is antiferromagnetically coupled to the free magnetic layer formed by laminating the above ferromagnetic layer and the nonmagnetic intermediate layer inserted between these ferromagnetic layers and the other nonmagnetic conductive layer) N is 1
(An integer greater than or equal to) and a non-magnetic layer interposed between the ferromagnetic layers and the other fixed magnetic layer formed by laminating the other fixed magnetic layer and the other antiferromagnetic layer. Constitute
The ferromagnetic layers constituting the one fixed magnetic layer and the other fixed magnetic layer, respectively, are subjected to a heat treatment while applying an external magnetic field smaller than a magnetic field that causes a spin-flop transition to the stacked body, and An exchange coupling magnetic field is generated between a layer and the one fixed magnetic layer and between the other antiferromagnetic layer and the other fixed magnetic layer. The magnitude of the external magnetic field is 8.0 × 10 4 A / m
The following is preferred.

【0021】かかるスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造
方法によれば、上記の構成のフリー磁性層、固定磁性
層、非磁性導電層及び反強磁性層を積層し、固定磁性層
を構成する各強磁性層がスピンフロップ転移する磁界よ
りも小さい外部磁界を印加しつつ熱処理するのみで、上
記のスピンバルブ型薄膜磁気素子を容易に製造すること
ができる。
According to this method of manufacturing a spin-valve thin-film magnetic element, the free magnetic layer, the pinned magnetic layer, the non-magnetic conductive layer and the antiferromagnetic layer having the above-described structure are laminated to form a pinned magnetic layer. The above-described spin-valve thin-film magnetic element can be easily manufactured only by performing heat treatment while applying an external magnetic field smaller than the magnetic field at which the magnetic layer undergoes spin-flop transition.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図1
〜図15を参照して説明する。なお、図1〜図15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のトラック
幅方向である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
This will be described with reference to FIGS. 1 to 15, the Z direction in the drawing is the moving direction of the magnetic recording medium, the Y direction in the drawing is the direction of the leakage magnetic field from the magnetic recording medium,
The illustrated X1 direction is the track width direction of the spin-valve thin film magnetic element.

【0023】(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11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11をトラック幅方向か
らみた断面模式図を示す。また、図3にスピンバルブ型
薄膜磁気素子11を具備してなる薄膜磁気ヘッド1を備
えた浮上式磁気ヘッド150を示し、図4に薄膜磁気ヘ
ッド1の要部の断面図を示す。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the spin-valve thin-film magnetic element 11 according to the embodiment viewed from the magnetic recording medium side. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the spin-valve thin-film magnetic element 11 viewed from the track width direction. FIG. 3 shows a flying magnetic head 150 provided with the thin-film magnetic head 1 having the spin-valve thin-film magnetic element 11, and FIG. 4 shows a cross-sectional view of a main part of the thin-film magnetic head 1.

【0024】図3に示す本発明に係る浮上式磁気ヘッド
150は、スライダ151と、スライダ151の端面1
51dに備えられた本発明に係る薄膜磁気ヘッド1及び
インダクティブヘッドhを主体として構成されている。
符号155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152には、レール151a、151a、151
bが形成され、各レール同士間は、エアーグルーブ15
1c、151cとされている。
A flying magnetic head 150 according to the present invention shown in FIG. 3 has a slider 151 and an end face 1 of the slider 151.
The thin-film magnetic head 1 and the inductive head h according to the present invention provided in 51d are mainly constituted.
Reference numeral 155 indicates a leading side, which is an upstream side of the slider 151 in the moving direction of the magnetic recording medium, and reference numeral 156.
Indicates the trailing side. Rails 151a, 151a, and 151 are provided on the medium facing surface 152 of the slider 151.
b is formed, and an air groove 15 is provided between the rails.
1c and 151c.

【0025】また図4に示すように、本発明に係る薄膜
磁気ヘッド1は、スライダ151の端面151d上に形
成された絶縁層162に積層されており、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163に積層された下部絶縁層164と、下部絶縁層
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11と、スピン
バルブ型薄膜磁気素子11を覆う上部絶縁層166と、
上部絶縁層166を覆う上部シールド層167とから構
成されている。また上部シールド層167は、後述する
インダクティブヘッドhの下部コア層と兼用とされてい
る。
As shown in FIG. 4, the thin-film magnetic head 1 according to the present invention is laminated on the insulating layer 162 formed on the end surface 151d of the slider 151.
A lower shield layer 163 laminated thereon, a lower insulating layer 164 laminated on the lower shield layer 163, and a spin-valve thin film according to the present invention formed on the lower insulating layer 164 and exposed on the medium facing surface 152. A magnetic element 11, an upper insulating layer 166 covering the spin-valve thin-film magnetic element 11,
And an upper shield layer 167 that covers the upper insulating layer 166. The upper shield layer 167 is also used as a lower core layer of the inductive head h described later.

【0026】インダクティブヘッドhは、下部コア層
(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。
The inductive head h includes a lower core layer (upper shield layer) 167, a gap layer 174 laminated on the lower core layer 167, a coil 176, and a coil 1
And an upper core layer 178 joined to the gap layer 174 and joined to the lower core layer 167 on the coil 176 side. The coil 176 is patterned so as to be spiral in a plane. Further, a base end portion 178b of the upper core layer 178 is magnetically connected to the lower core layer 167 at a substantially central portion of the coil 176. Also, the upper core layer 178 includes
A core protection layer 179 made of alumina or the like is laminated.

【0027】図1及び図2に示すように、本発明のスピ
ンバルブ型薄膜磁気素子11は、フリー磁性層を中心と
してその厚さ方向両側に非磁性導電層、固定磁性層及び
反強磁性層が1層づつ積層された、いわゆるデュアルス
ピンバルブ型薄膜磁気素子である。このデュアルスピン
バルブ型薄膜磁気素子は、フリー磁性層/非磁性導電層
/固定磁性層の3層の組合せが2組存在するために、フ
リー磁性層/非磁性導電層/固定磁性層の3層の組合せ
が1組であるシングルスピンバルブ薄膜磁気素子と比較
して、大きな抵抗変化率が期待でき、高密度記録に対応
できるものとなっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the spin-valve thin-film magnetic element 11 of the present invention has a nonmagnetic conductive layer, a pinned magnetic layer, and an antiferromagnetic layer on both sides in the thickness direction of the free magnetic layer. Is a so-called dual spin-valve thin-film magnetic element in which layers are stacked one by one. In this dual spin-valve thin-film magnetic element, since there are two combinations of three layers of free magnetic layer / non-magnetic conductive layer / pinned magnetic layer, three layers of free magnetic layer / non-magnetic conductive layer / pinned magnetic layer are provided. Is higher than that of a single spin-valve thin-film magnetic element in which one combination is used, and it is possible to cope with high-density recording.

【0028】図1において符号164はAl23などに
より形成された下部絶縁層を示し、符号15は下部絶縁
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15上に、第2反強磁
性層72、第2固定磁性層51、第2非磁性導電層3
2、フリー磁性層41、第1非磁性導電層31、第1固
定磁性層21、第1反強磁性層71及びTaなどにより
形成されたキャップ層14が順次積層されている。この
ように下地層15からキャップ層14間での各層が順次
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11Aが形成されている。
In FIG. 1, reference numeral 164 denotes a lower insulating layer formed of Al 2 O 3 or the like, and reference numeral 15 denotes an underlayer made of Ta (tantalum) or the like laminated on the lower insulating layer 164. On this underlayer 15, the second antiferromagnetic layer 72, the second pinned magnetic layer 51, the second nonmagnetic conductive layer 3
2. A free magnetic layer 41, a first nonmagnetic conductive layer 31, a first fixed magnetic layer 21, a first antiferromagnetic layer 71, and a cap layer 14 formed of Ta and the like are sequentially stacked. In this manner, the respective layers from the base layer 15 to the cap layer 14 are sequentially laminated to form a laminated body 11A having a width corresponding to the track width and having a substantially trapezoidal cross section.

【0029】積層体11Aの図示X1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18、18が形成されている。バイアス層1
8、18は、下部絶縁層164上から積層体11Aの両
側面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18、18はフリー磁性層41の磁化方向を揃え
て、フリー磁性層41のバルクハウゼンノイズを低減す
る。また符号16、16に示す導電層がバイアス層1
8、18の上方に積層されている。この導電層16、1
6は主として、フリー磁性層41、第1、第2非磁性導
電層31、32及び第1、第2固定磁性層21、51に
検出電流を印加する。
[0029] shown X 1 direction on both sides of the laminate 11A is for example, a Co-Pt (cobalt - platinum) pair of bias layer made of an alloy 18, 18 are formed. Bias layer 1
8 and 18 are formed so as to ride on both side surfaces of the stacked body 11A from above the lower insulating layer 164. The bias layers 18 align the magnetization directions of the free magnetic layer 41 to reduce Barkhausen noise of the free magnetic layer 41. The conductive layers indicated by reference numerals 16 and 16 are bias layers 1
It is stacked above 8,18. The conductive layers 16, 1
6 mainly applies a detection current to the free magnetic layer 41, the first and second nonmagnetic conductive layers 31 and 32, and the first and second fixed magnetic layers 21 and 51.

【0030】バイアス層18と下部絶縁層164との
間、及び、バイアス層18と積層体11A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1
9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19上にバイ
アス層18を形成することにより、バイアス層18の保
磁力および角形比が大きくなり、フリー磁性層41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。
Between the bias layer 18 and the lower insulating layer 164 and between the bias layer 18 and the stacked body 11A,
For example, bias underlayer 1 made of Cr which is a non-magnetic metal
9 are provided. Crystal structure is body-centered cubic structure (bcc
By forming the bias layer 18 on the bias underlayer 19 made of Cr having a structure, the coercive force and the squareness of the bias layer 18 are increased, and the bias magnetic field necessary for forming the free magnetic layer 41 into a single magnetic domain is increased. Can be done.

【0031】更に、バイアス層18と導電層16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17が設けられている。導電層16としてCr
を用いた場合は、Taの中間層17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18の磁気特性の
劣化を防ぐことができる。また、導電層16としてTa
を用いる場合は、Crの中間層17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。
Further, an intermediate layer 17 made of, for example, Ta or Cr, which is a nonmagnetic metal, is provided between the bias layer 18 and the conductive layer 16. Cr as the conductive layer 16
In the case where is used, by providing the Ta intermediate layer 17, it functions as a diffusion barrier against a heat process such as resist curing in a later step, and it is possible to prevent the magnetic characteristics of the bias layer 18 from deteriorating. Further, Ta is used as the conductive layer 16.
In the case where is used, by providing the intermediate layer 17 of Cr, there is an effect that the crystal of Ta deposited on Cr is easily made into a body-centered cubic structure having a lower resistance.

【0032】第1、第2反強磁性層71、72は、Pt
Mn合金で形成さ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NiM
n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、第1、第2反強磁性層71、72は、X−Mn(た
だし、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
合金あるいはX’−Pt−Mn(ただし、X’は、P
d、Cr、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で形成されていてもよい。
The first and second antiferromagnetic layers 71 and 72 are made of Pt.
It is preferable to be formed of a Mn alloy. The PtMn alloy is made of NiM which has been conventionally used as an antiferromagnetic layer.
It has better corrosion resistance than n alloys and FeMn alloys, and has a high blocking temperature and a large exchange coupling magnetic field. The first and second antiferromagnetic layers 71 and 72 are each made of X-Mn (where X represents one element selected from Pt, Pd, Ru, Ir, Rh, and Os). Or X'-Pt-Mn (where X 'is P
d, Cr, Ni, Ru, Ir, Rh, Os, Au, Ag
Represents one or more elements selected from the above. ) May be formed of an alloy represented by the formula:

【0033】前記PtMn合金および前記X−Mnの式
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’+Ptが3
7〜63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。
In the PtMn alloy and the alloy represented by the formula X-Mn, Pt or X is 37 to 63
It is desirable to be in the range of atomic%. More preferably,
The range is 44 to 57 atomic%. Furthermore, X'-P
In the alloy represented by the formula of t-Mn, X ′ + Pt is 3
It is desirable to be in the range of 7 to 63 atomic%. More preferably, it is in the range of 44 to 57 atomic%.

【0034】第1、第2反強磁性層71、72として上
記した適正な組成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第1、
第2反強磁性層71、72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第
1、第2反強磁性層71、72を得ることができる。
The first and second antiferromagnetic layers 71 and 72 are made of an alloy having an appropriate composition range as described above, and are subjected to a heat treatment in a magnetic field to generate a first and second exchange coupling magnetic fields.
The second antiferromagnetic layers 71 and 72 can be obtained. In particular, a PtMn alloy has an exchange coupling magnetic field exceeding 6.4 × 10 4 A / m, and has a very high blocking temperature of 653 K (380 ° C.) at which the exchange coupling magnetic field is lost. Ferromagnetic layers 71 and 72 can be obtained.

【0035】フリー磁性層41は、図1及び図2に示す
ように、第1強磁性自由層(強磁性層)42及び第2強
磁性自由層(強磁性層)43と、第1、第2強磁性自由
層42、43の間に挿入された非磁性中間層44とが積
層されて構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the free magnetic layer 41 includes a first ferromagnetic free layer (ferromagnetic layer) 42 and a second ferromagnetic free layer (ferromagnetic layer) 43, A non-magnetic intermediate layer 44 inserted between the two ferromagnetic free layers 42 and 43 is laminated.

【0036】第1、第2強磁性自由層42、43はNi
Fe合金からなることが好ましく、非磁性中間層44
は、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cuのうちの1種
またはこれらの合金からなる非磁性材料より形成される
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。第1強磁性自由層42の膜厚tf1は1〜4nmの
範囲が好ましく、第2強磁性自由層43の膜厚tf2は1
〜4nmの範囲が好ましい。そして、非磁性中間層44
の膜厚は0.3〜1.2nmの範囲が好ましい。
The first and second ferromagnetic free layers 42 and 43 are made of Ni.
Preferably, the nonmagnetic intermediate layer 44 is made of an Fe alloy.
Is preferably formed of a nonmagnetic material made of one or more of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, and Cu, or an alloy thereof, and is particularly preferably formed of Ru. The thickness t f1 of the first ferromagnetic free layer 42 is preferably in the range of 1 to 4 nm, and the thickness t f2 of the second ferromagnetic free layer 43 is 1
A range of 44 nm is preferred. Then, the non-magnetic intermediate layer 44
Is preferably in the range of 0.3 to 1.2 nm.

【0037】第1強磁性自由層42の磁化方向はバイア
ス層18、18からのバイアス磁界によって図示X1方
向に揃えられ、第2強磁性自由層43は、第1強磁性自
由層42と反強磁性的に結合してその磁化方向が図示X
1方向の反対方向に揃えられる。従って、非磁性中間層
44を介して隣接する第1強磁性自由層42と第2強磁
性自由層43のそれぞれの磁化方向が反平行とされ、第
1強磁性自由層42と第2強磁性自由層43とが反強磁
性的に結合している。
The magnetization direction of the first ferromagnetic free layer 42 is aligned in the X1 direction by the bias magnetic field from the bias layers 18, 18, and the second ferromagnetic free layer 43 is anti-strong with respect to the first ferromagnetic free layer 42. Magnetically coupled and its magnetization direction is shown in X
Aligned in one direction. Therefore, the magnetization directions of the first ferromagnetic free layer 42 and the second ferromagnetic free layer 43 adjacent to each other via the nonmagnetic intermediate layer 44 are antiparallel, and the first ferromagnetic free layer 42 and the second ferromagnetic free layer 42 are adjacent to each other. The free layer 43 is antiferromagnetically coupled.

【0038】また、フリー磁性層41をフェリ磁性状態
とするために、第1、第2強磁性自由層42、43の磁
化による磁気モーメントの大きさを僅かに異ならしめる
ことが好ましい。磁気モーメントの大きさを異ならしめ
るには、例えば、第1、第2強磁性自由層42、43が
同じ材質からなる場合に、tf1とtf2を僅かに異ならし
めるのが良い。本実施形態ではtf1>tf2としている。
また、第1、第2強磁性自由層42、43が異なる材質
からなる場合には、第1強磁性自由層42及び第2強磁
性自由層43の飽和磁化をそれぞれMf1、Mf2とし、第
1強磁性自由層42及び第2強磁性自由層43の磁気的
膜厚をそれぞれMf1・tf1、Mf2・tf2としたとき、M
f1・tf1とMf2・tf2とを僅かに異ならしめると良い。
In order to bring the free magnetic layer 41 into a ferrimagnetic state, it is preferable that the magnitude of the magnetic moment due to the magnetization of the first and second ferromagnetic free layers 42 and 43 be slightly different. In order to make the magnitude of the magnetic moment different, for example, when the first and second ferromagnetic free layers 42 and 43 are made of the same material, it is better to make t f1 and t f2 slightly different. In the present embodiment, it is assumed that t f1 > t f2 .
When the first and second ferromagnetic free layers 42 and 43 are made of different materials, the saturation magnetizations of the first and second ferromagnetic free layers 42 and 43 are set to M f1 and M f2 , respectively. When the magnetic film thicknesses of the first ferromagnetic free layer 42 and the second ferromagnetic free layer 43 are respectively M f1 · t f1 and M f2 · t f2 ,
It is good to make f1 · t f1 slightly different from M f2 · t f2 .

【0039】第1、第2強磁性自由層42、43の磁化
方向が互いに反平行とされているので、第1、第2強磁
性自由層42、43の磁気モーメントは相互に打ち消し
合うが、フリー磁性層41がtf1>tf2となるように構
成されているので、第1強磁性自由層42の磁化(磁気
モーメント)が僅かに残存し、フリー磁性層41全体の
磁化方向が図示X1方向に揃えられる。
Since the magnetization directions of the first and second ferromagnetic free layers 42 and 43 are antiparallel to each other, the magnetic moments of the first and second ferromagnetic free layers 42 and 43 cancel each other. Since the free magnetic layer 41 is configured so that t f1 > t f2 , the magnetization (magnetic moment) of the first ferromagnetic free layer 42 slightly remains, and the magnetization direction of the entire free magnetic layer 41 is changed to X in the figure. Aligned in one direction.

【0040】このようにフリー磁性層41は、第1強磁
性自由層42と第2強磁性自由層43とが反強磁性的に
結合し、かつ第1強磁性自由層42の磁化が残存してい
るので、人工的なフェリ磁性状態(synthetic ferri fr
ee;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41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。
As described above, in the free magnetic layer 41, the first ferromagnetic free layer 42 and the second ferromagnetic free layer 43 are antiferromagnetically coupled, and the magnetization of the first ferromagnetic free layer 42 remains. The artificial ferrimagnetic state (synthetic ferri fr
ee; Synthetic Ferifree). The free magnetic layer 41 in the ferrimagnetic state can be rotated in accordance with the direction of the external magnetic field even by a small external magnetic field.

【0041】なお、図1及び図2に示すフリー磁性層4
1は2つの強磁性層(第1、第2強磁性自由層42、4
3)により構成されているが、これに限られず、2L
(ただしLは1以上の整数)以上の偶数個の強磁性層に
より構成されていても良い。この場合には、これらの強
磁性層の間に非磁性中間層がそれぞれ挿入されるととも
に、隣接する強磁性層同士のそれぞれの磁化方向が反平
行とされて全体がフェリ磁性状態とされていることが好
ましい。検出電流の分流を防ぐためには、本実施形態の
ようにL=1とするとよい。
The free magnetic layer 4 shown in FIGS.
Reference numeral 1 denotes two ferromagnetic layers (first and second ferromagnetic free layers 42, 4
3), but is not limited thereto.
(Where L is an integer of 1 or more) or more. In this case, a nonmagnetic intermediate layer is inserted between these ferromagnetic layers, respectively, and the magnetization directions of the adjacent ferromagnetic layers are made antiparallel, so that the whole is in a ferrimagnetic state. Is preferred. In order to prevent the shunt of the detection current, L = 1 may be set as in the present embodiment.

【0042】また、第1、第2強磁性自由層42、43
はそれぞれ、拡散防止層と強磁性基部層とが積層されて
構成されていてもよい。この場合、各拡散防止層は第
1、第2非磁性導電層にそれぞれ接し、各強磁性基部層
は非磁性中間層に接することが好ましい。この場合、拡
散防止層はCoからなることが好ましく、第1、第2強
磁性基部層はNiFe合金からなることが好ましい。拡
散防止層を積層することにより、第1、第2非磁性導電
層31、32と第1、第2強磁性基部層との相互拡散を
防止して、第1、第2非磁性導電層31、32と第1、
第2強磁性自由層2、43のそれぞれの界面の乱れを防
ぐことができる。
The first and second ferromagnetic free layers 42 and 43
May be configured by laminating a diffusion prevention layer and a ferromagnetic base layer, respectively. In this case, it is preferable that each diffusion prevention layer is in contact with the first and second nonmagnetic conductive layers, and each ferromagnetic base layer is in contact with the nonmagnetic intermediate layer. In this case, the diffusion prevention layer is preferably made of Co, and the first and second ferromagnetic base layers are preferably made of a NiFe alloy. By laminating the diffusion preventing layers, mutual diffusion between the first and second nonmagnetic conductive layers 31 and 32 and the first and second ferromagnetic base layers is prevented, and the first and second nonmagnetic conductive layers 31 are prevented. , 32 and the first,
Disturbance of each interface of the second ferromagnetic free layers 2 and 43 can be prevented.

【0043】第1、第2非磁性導電層31、32は、フ
リー磁性層41と第1、第2固定磁性層21、51との
強磁性層間結合を小さくさせるとともに検出電流が主に
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。
The first and second nonmagnetic conductive layers 31 and 32 are layers that reduce the ferromagnetic interlayer coupling between the free magnetic layer 41 and the first and second fixed magnetic layers 21 and 51 and that mainly allow a detection current to flow. It is preferable to be formed from a conductive non-magnetic material represented by Cu, Cr, Au, Ag and the like, and particularly preferable to be formed from Cu.

【0044】第1固定磁性層21は、第1強磁性ピンド
層(強磁性層)22及び第2強磁性ピンド層(強磁性
層)23と、第1、第2強磁性ピンド層22、23の間
に挿入された第1非磁性層(非磁性層)24とが積層さ
れて構成されている。第1強磁性ピンド層22は、第1
非磁性層24より第1反強磁性層71側に設けられて第
1反強磁性層71に接し、第2強磁性ピンド層23は、
第1非磁性層24より第1非磁性導電層31側に設けら
れて第1非磁性導電層31に接している。
The first pinned magnetic layer 21 includes a first ferromagnetic pinned layer (ferromagnetic layer) 22 and a second ferromagnetic pinned layer (ferromagnetic layer) 23, and first and second ferromagnetic pinned layers 22 and 23. And a first nonmagnetic layer (nonmagnetic layer) 24 inserted between them. The first ferromagnetic pinned layer 22 includes a first
The second ferromagnetic pinned layer 23 is provided closer to the first antiferromagnetic layer 71 than the nonmagnetic layer 24 and in contact with the first antiferromagnetic layer 71.
The first nonmagnetic layer 24 is provided closer to the first nonmagnetic conductive layer 31 than the first nonmagnetic layer 24 and is in contact with the first nonmagnetic conductive layer 31.

【0045】第1、第2強磁性ピンド層22、23は、
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
強磁性ピンド層22、23は同一の材料で形成されるこ
とが好ましい。また第1非磁性層24は、Ru、Rh、
Ir、Cr、Re、Cuのうちの1種またはこれらの合
金からなることが好ましく、特にRuにより形成される
ことが好ましい。第1強磁性ピンド層22の膜厚tp1
1〜3nmの範囲が好ましく、第2強磁性ピンド層23
の膜厚tp2は1〜2nmの範囲が好ましく、第1強磁性
ピンド層22より厚くすることが好ましい。また、第1
非磁性層24の膜厚は0.3〜1.2nmの範囲が好ま
しい。
The first and second ferromagnetic pinned layers 22 and 23 are
It is formed of a NiFe alloy, Co, CoNiFe alloy, CoFe alloy, CoNi alloy, or the like, and is particularly preferably formed of Co. In addition, the first and second
The ferromagnetic pinned layers 22, 23 are preferably formed of the same material. The first nonmagnetic layer 24 is made of Ru, Rh,
It is preferably made of one of Ir, Cr, Re, and Cu or an alloy thereof, and particularly preferably made of Ru. The thickness t p1 of the first ferromagnetic pinned layer 22 is preferably in the range of 1 to 3 nm,
Is preferably in the range of 1 to 2 nm, and is preferably thicker than the first ferromagnetic pinned layer 22. Also, the first
The thickness of the nonmagnetic layer 24 is preferably in the range of 0.3 to 1.2 nm.

【0046】第1強磁性ピンド層22の磁化方向は、第
1反強磁性層71との交換結合磁界により図示Y方向に
固定され、第2強磁性ピンド層23は、第1強磁性ピン
ド層22と反強磁性的に結合してその磁化方向が図示Y
方向の反対方向に固定されている。従って、第1強磁性
ピンド層22と第2強磁性ピンド層23のそれぞれの磁
化方向が反平行とされ、第1、第2強磁性ピンド層2
2、23が反強磁性的に結合している。
The magnetization direction of the first ferromagnetic pinned layer 22 is fixed in the illustrated Y direction by an exchange coupling magnetic field with the first antiferromagnetic layer 71, and the second ferromagnetic pinned layer 23 is 22, and its magnetization direction is Y
It is fixed in the opposite direction. Accordingly, the magnetization directions of the first ferromagnetic pinned layer 22 and the second ferromagnetic pinned layer 23 are made antiparallel, and the first and second ferromagnetic pinned layers 2
2, 23 are antiferromagnetically coupled.

【0047】また、第1固定磁性層21をフェリ磁性状
態とするために、第1、第2強磁性ピンド層22、23
の磁化による磁気モーメントの大きさを僅かに異ならし
めることが好ましく、そのためには例えば第1、第2強
磁性ピンド層22、23が同じ材質からなる場合に、t
p1とtp2を僅かに異ならしめるのが良い。本実施形態で
はtp2>tp1としている。また、第1、第2強磁性ピン
ド層22、23が異なる材質からなる場合には、第1、
第2強磁性ピンド層22、23の飽和磁化をそれぞれM
p1、Mp2とし、第1、第2強磁性ピンド層22、23の
磁気的膜厚をそれぞれMp1・tp1、Mp2・tp2としたと
き、Mp1・tp1とMp2・tp2とを僅かに異ならしめと良
い。
In order to bring the first pinned magnetic layer 21 into a ferrimagnetic state, the first and second ferromagnetic pinned layers 22 and 23 are provided.
It is preferable that the magnitudes of the magnetic moments caused by the magnetizations be slightly different from each other. For example, when the first and second ferromagnetic pinned layers 22 and 23 are made of the same material, t
It is good to make p1 and tp2 slightly different. In the present embodiment, it is assumed that t p2 > t p1 . If the first and second ferromagnetic pinned layers 22 and 23 are made of different materials,
The saturation magnetization of the second ferromagnetic pinned layers 22 and 23 is set to M
p1, and M p2, first, when the magnetic thickness of the second ferromagnetic pinned layer 22 and M p1 · t p1, M p2 · t p2 respectively, M p1 · t p1 and M p2 · t It is good to make p2 slightly different.

【0048】第1、第2強磁性ピンド層22、23の磁
化方向が互いに反平行とされているので、第1、第2強
磁性ピンド層22、23の磁気モーメントは相互に打ち
消し合う関係にあるが、第1固定磁性層21がtp2>t
p1となるように構成されているので、第2強磁性ピンド
層23の磁化(磁気モーメント)が僅かに残存する。そ
してこの残存磁化が第1反強磁性層71との交換結合磁
界によって更に増幅され、第1固定磁性層21全体の磁
化方向が図示Y方向の反対方向に固定され、フリー磁性
層41の磁化方向と交叉する関係になる。
Since the magnetization directions of the first and second ferromagnetic pinned layers 22 and 23 are antiparallel to each other, the magnetic moments of the first and second ferromagnetic pinned layers 22 and 23 are in a mutually canceling relationship. However, if the first pinned magnetic layer 21 has t p2 > t
Since it is configured to be p1 , the magnetization (magnetic moment) of the second ferromagnetic pinned layer 23 slightly remains. This residual magnetization is further amplified by the exchange coupling magnetic field with the first antiferromagnetic layer 71, the magnetization direction of the entire first fixed magnetic layer 21 is fixed in the direction opposite to the Y direction in the figure, and the magnetization direction of the free magnetic layer 41 is And a crossing relationship.

【0049】このように第1固定磁性層21は、第1強
磁性ピンド層22と第2強磁性ピンド層23とが反強磁
性的に結合し、かつ第2強磁性ピンド層23の磁化が残
存しているので、人工的なフェリ磁性状態(synthetic
ferri pinned;シンセフィックフェリピンド)となる。
As described above, in the first pinned magnetic layer 21, the first ferromagnetic pinned layer 22 and the second ferromagnetic pinned layer 23 are antiferromagnetically coupled, and the magnetization of the second ferromagnetic pinned layer 23 is The artificial ferrimagnetic state (synthetic
ferri pinned).

【0050】なお、第1固定磁性層21は2つの強磁性
層(第1、第2強磁性ピンド層22、23)により構成
されているが、これに限られず、2M(ただしMは1以
上の整数)以上の偶数個の強磁性層により構成されてい
ても良い。この場合には、これらの強磁性層の間に非磁
性層がそれぞれ挿入されるとともに、隣接する強磁性層
同士のそれぞれの磁化方向が反平行とされて全体がフェ
リ磁性状態とされていることが好ましい。検出電流の分
流を防ぐには本実施形態のようにM=1とするとよい。
The first pinned magnetic layer 21 is composed of two ferromagnetic layers (first and second pinned ferromagnetic layers 22 and 23). However, the present invention is not limited to this, and 2M (where M is 1 or more) Or an even number of ferromagnetic layers equal to or larger than an integer. In this case, a nonmagnetic layer is inserted between these ferromagnetic layers, and the magnetization directions of the adjacent ferromagnetic layers are antiparallel and the whole is in a ferrimagnetic state. Is preferred. In order to prevent the shunt of the detection current, it is preferable to set M = 1 as in the present embodiment.

【0051】第2固定磁性層51は、第3強磁性ピンド
層(強磁性層)52及び第4強磁性ピンド層(強磁性
層)53と、第3、第4強磁性ピンド層52、53の間
に挿入された第2非磁性層(非磁性層)54とが積層さ
れて構成されている。第3強磁性ピンド層52は、第2
非磁性層54より第2非磁性導電層32側に設けられて
第2非磁性導電層32に接し、第4強磁性ピンド層54
は、第2非磁性層54より第2反強磁性層72側に設け
られて第2反強磁性層72に接している。
The second pinned magnetic layer 51 includes a third ferromagnetic pinned layer (ferromagnetic layer) 52 and a fourth ferromagnetic pinned layer (ferromagnetic layer) 53, and third and fourth ferromagnetic pinned layers 52 and 53. And a second nonmagnetic layer (nonmagnetic layer) 54 inserted between them. The third ferromagnetic pinned layer 52 includes a second
The fourth ferromagnetic pinned layer 54 is provided on the second nonmagnetic conductive layer 32 side of the nonmagnetic layer 54 and is in contact with the second nonmagnetic conductive layer 32.
Is provided closer to the second antiferromagnetic layer 72 than the second nonmagnetic layer 54 and is in contact with the second antiferromagnetic layer 72.

【0052】第3、第4強磁性ピンド層52、53は、
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3、第4
強磁性ピンド層52、53は同一の材料で形成されるこ
とが好ましい。また第2非磁性層54は、Ru、Rh、
Ir、Cr、Re、Cuのうちの1種またはこれらの合
金からなることが好ましく、特にRuにより形成される
ことが好ましい。第3強磁性ピンド層52の膜厚tp3
1〜3nmの範囲が好ましく、第4強磁性ピンド層53
の膜厚tp4は1〜3nmの範囲が好ましく、第3強磁性
ピンド層52より厚く形成されることが好ましい。ま
た、第2非磁性層54の膜厚は0.3〜1.2nmの範
囲が好ましい。
The third and fourth ferromagnetic pinned layers 52 and 53 are
It is formed of a NiFe alloy, Co, CoNiFe alloy, CoFe alloy, CoNi alloy, or the like, and is particularly preferably formed of Co. In addition, the third and fourth
The ferromagnetic pinned layers 52 and 53 are preferably formed of the same material. The second nonmagnetic layer 54 is formed of Ru, Rh,
It is preferably made of one of Ir, Cr, Re, and Cu or an alloy thereof, and particularly preferably made of Ru. The thickness tp3 of the third ferromagnetic pinned layer 52 is preferably in the range of 1 to 3 nm.
The film thickness t p4 is preferably in a range of from 1~3nm of, it is preferably formed thicker than the third ferromagnetic pinned layer 52. The thickness of the second nonmagnetic layer 54 is preferably in the range of 0.3 to 1.2 nm.

【0053】第4強磁性ピンド層53の磁化方向は、第
2反強磁性層72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3強磁性ピンド層52は、第4
強磁性ピンド層53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。従って、第3強磁性
ピンド層52及び第4強磁性ピンド層53のそれぞれの
磁化方向が相互に反平行とされ、これらの強磁性ピンド
層52、53が反強磁性的に結合している。
The magnetization direction of the fourth ferromagnetic pinned layer 53 is fixed in the opposite direction to the Y direction in the figure by the exchange coupling magnetic field with the second antiferromagnetic layer 72, and the third ferromagnetic pinned layer 52
It is antiferromagnetically coupled to the ferromagnetic pinned layer 53 and its magnetization direction is fixed in the Y direction in the figure. Accordingly, the magnetization directions of the third ferromagnetic pinned layer 52 and the fourth ferromagnetic pinned layer 53 are antiparallel to each other, and the ferromagnetic pinned layers 52 and 53 are antiferromagnetically coupled.

【0054】また、第2固定磁性層51をフェリ磁性状
態とするために、第3、第4強磁性ピンド層52、53
の磁化による磁気モーメントの大きさを僅かに異ならし
めることが好ましく、そのためには例えば第3、第4強
磁性ピンド層52、53が同じ材質からなる場合に、t
p3とtp4を僅かに異ならしめるのがよい。本実施形態で
はtp4>tp3としている。また、第3、第4強磁性ピン
ド層52、53が異なる材質からなる場合には、第3、
第4強磁性ピンド層52、53の飽和磁化をそれぞれM
p3、Mp4とし、第3、第4強磁性ピンド層52、53の
磁気的膜厚をそれぞれMp3・tp3、Mp4・tp4としたと
き、Mp3・tp3とMp4・tp4とを僅かに異ならしめると
よい。
In order to bring the second pinned magnetic layer 51 into a ferrimagnetic state, the third and fourth ferromagnetic pinned layers 52 and 53 are provided.
It is preferable that the magnitudes of the magnetic moments caused by the magnetizations of the first and second ferromagnetic layers are slightly different from each other. For example, when the third and fourth ferromagnetic pinned layers 52 and 53 are made of the same material, t
It is better to make p3 and tp4 slightly different. In the present embodiment, it is assumed that t p4 > t p3 . If the third and fourth ferromagnetic pinned layers 52 and 53 are made of different materials,
The saturation magnetization of the fourth ferromagnetic pinned layers 52 and 53 is M
p3, M and p4, third, when the magnetic thickness of the fourth ferromagnetic pinned layers 52 and 53 and M p3 · t p3, M p4 · t p4 respectively, M p3 · t p3 and M p4 · t It is good to make p4 slightly different.

【0055】第3、第4強磁性ピンド層52、53の磁
化方向が互いに反平行とされているので、第3、第4強
磁性ピンド層52、53の磁気モーメントは相互に打ち
消し合う関係にあるが、第2固定磁性層51がtp4>t
p3となるように構成されているので、第4強磁性ピンド
層53の磁化(磁気モーメント)が僅かに残存する。そ
してこの残存磁化が第2反強磁性層72との交換結合磁
界によって更に増幅され、第2固定磁性層51全体の磁
化方向が図示Y方向の反対方向に固定され、第1固定磁
性層21の磁化方向と平行の関係になる。
Since the magnetization directions of the third and fourth ferromagnetic pinned layers 52 and 53 are antiparallel to each other, the magnetic moments of the third and fourth ferromagnetic pinned layers 52 and 53 are in a mutually canceling relationship. However, if the second pinned magnetic layer 51 has t p4 > t
Since it is configured to be p3 , the magnetization (magnetic moment) of the fourth ferromagnetic pinned layer 53 slightly remains. This residual magnetization is further amplified by the exchange coupling magnetic field with the second antiferromagnetic layer 72, and the magnetization direction of the entire second fixed magnetic layer 51 is fixed in the direction opposite to the Y direction in the drawing, and The relationship is parallel to the magnetization direction.

【0056】このように第2固定磁性層51は、第3、
第4強磁性ピンド層52、53が反強磁性的に結合し、
かつ第4強磁性ピンド層53の磁化が残存しているの
で、人工的なフェリ磁性状態(synthetic ferri pinne
d;シンセフィックフェリピンド)となる。
As described above, the second pinned magnetic layer 51 has the third,
The fourth ferromagnetic pinned layers 52 and 53 are antiferromagnetically coupled,
Since the magnetization of the fourth ferromagnetic pinned layer 53 remains, an artificial ferrimagnetic state (synthetic ferri pinne
d; Synthetic ferripind).

【0057】なお、第2固定磁性層51は2つの強磁性
層(第3、第4強磁性ピンド層52、53)により構成
されているが、これに限られず、2N(ただしNは1以
上の整数)以上の偶数個の強磁性層により構成されてい
ても良い。この場合には、これらの強磁性層の間に非磁
性層がそれぞれ挿入されるとともに、隣接する強磁性層
同士のそれぞれの磁化方向が反平行とされて全体がフェ
リ磁性状態とされていることが好ましい。検出電流の分
流を防ぐには、本実施形態のようにN=1とするとよ
い。
The second pinned magnetic layer 51 is composed of two ferromagnetic layers (third and fourth pinned ferromagnetic layers 52 and 53), but is not limited to this. 2N (where N is 1 or more) Or an even number of ferromagnetic layers equal to or larger than an integer. In this case, a nonmagnetic layer is inserted between these ferromagnetic layers, and the magnetization directions of the adjacent ferromagnetic layers are antiparallel and the whole is in a ferrimagnetic state. Is preferred. In order to prevent the shunt of the detection current, N = 1 may be set as in the present embodiment.

【0058】第1、第2固定磁性層21、51とフリー
磁性層41を上記のように構成すると、図1及び図2に
示すように、第1、第2固定磁性層21、51のそれぞ
れの磁化方向とフリー磁性層41の磁化方向とが交叉
し、第1固定磁性層21の磁化方向と第2固定磁性層5
1の磁化方向とが平行になる。
When the first and second fixed magnetic layers 21 and 51 and the free magnetic layer 41 are configured as described above, as shown in FIGS. 1 and 2, each of the first and second fixed magnetic layers 21 and 51 And the magnetization direction of the free magnetic layer 41 crosses, and the magnetization direction of the first pinned magnetic layer 21 and the second pinned magnetic layer 5 intersect.
1 becomes parallel to the magnetization direction.

【0059】特に、第2強磁性ピンド層23の膜厚tp2
を、第1強磁性ピンド層22より厚くし、第4強磁性ピ
ンド層53の膜厚tp4を第3強磁性ピンド層52より厚
く形成するので、第1固定磁性層21を構成する強磁性
層の中で最もフリー磁性層41に近い第2強磁性ピンド
層23の磁化方向(図示Y方向の反対方向)と、第2固
定磁性層51を構成する強磁性層の中で最もフリー磁性
層41に近い第3強磁性ピンド層52の磁化方向(図示
Y方向)とが反平行になる。
In particular, the thickness t p2 of the second ferromagnetic pinned layer 23
And thicker than the first ferromagnetic pinned layer 22, since the thickness t p4 of the fourth ferromagnetic pinned layer 53 is thicker than the third ferromagnetic pinned layer 52, a ferromagnetic constituting the first fixed magnetic layer 21 The magnetization direction of the second ferromagnetic pinned layer 23 closest to the free magnetic layer 41 among the layers (the direction opposite to the Y direction in the drawing) and the free magnetic layer among the ferromagnetic layers constituting the second pinned magnetic layer 51 The magnetization direction (Y direction in the drawing) of the third ferromagnetic pinned layer 52 close to 41 is antiparallel.

【0060】図5には、第2強磁性ピンド層23、第1
強磁性自由層42、第2強磁性自由層43及び第3強磁
性ピンド層52のそれぞれの磁気モーメントを矢印で示
している。符号Hp1は第2強磁性ピンド層23の磁化に
よる磁気モーメントを示し、符号Hp2は第3強磁性ピン
ド層52の磁化による磁気モーメントを示している。H
p1の方向は図示Y方向の反対方向、Hp2の方向は図示Y
方向である。また、符号Hf1は第1強磁性自由層42の
磁化による磁気モーメントを示し、符号Hf2は第2強磁
性自由層43の磁化による磁気モーメントを示してい
る。Hf1の方向は図示X1方向であり、Hf2の方向は図
示X1方向の反対方向である。
FIG. 5 shows the second ferromagnetic pinned layer 23 and the first
The magnetic moments of the ferromagnetic free layer 42, the second ferromagnetic free layer 43, and the third ferromagnetic pinned layer 52 are indicated by arrows. Reference numeral Hp1 indicates a magnetic moment due to the magnetization of the second ferromagnetic pinned layer 23, and reference numeral Hp2 indicates a magnetic moment due to the magnetization of the third ferromagnetic pinned layer 52. H
The direction of p1 is the direction opposite to the Y direction shown, and the direction of Hp2 is the Y direction shown.
Direction. Reference numeral Hf1 indicates a magnetic moment due to the magnetization of the first ferromagnetic free layer 42, and reference numeral Hf2 indicates a magnetic moment due to the magnetization of the second ferromagnetic free layer 43. The direction of Hf1 is the illustrated X1 direction, and the direction of Hf2 is the opposite direction to the illustrated X1 direction.

【0061】なお、図示しないが、第2強磁性ピンド層
23と第1強磁性自由層42の間には第1非磁性導電層
31が配置されており、第3強磁性ピンド層52と第2
強磁性自由層43の間には第2非磁性導電層32が配置
されており、第1、第2強磁性自由層42、43の間に
は非磁性中間層44が配置されている。
Although not shown, the first nonmagnetic conductive layer 31 is disposed between the second ferromagnetic pinned layer 23 and the first ferromagnetic free layer 42, and the third ferromagnetic pinned layer 52 and the 2
The second nonmagnetic conductive layer 32 is disposed between the ferromagnetic free layers 43, and the nonmagnetic intermediate layer 44 is disposed between the first and second ferromagnetic free layers 42 and 43.

【0062】第2強磁性ピンド層23と第1強磁性自由
層42は、第1非磁性導電層31を介して強磁性層間結
合し、この強磁性層間結合磁界による磁界モーメントH
b1が発生する。この磁界モーメントHb1の方向は、第2
強磁性ピンド層23の磁化方向と平行であり、図示Y方
向の反対方向である。また第3強磁性ピンド層52と第
2強磁性自由層43は、第2非磁性導電層32を介して
強磁性層間結合し、この強磁性層間結合磁界による磁界
モーメントHb2が発生する。この磁界モーメントHb2の
方向は、第3強磁性ピンド層52の磁化方向と平行であ
り、図示Y方向である。従って、磁界モーメントHb1、
Hb2の各方向が反平行の関係になる。
The second ferromagnetic pinned layer 23 and the first ferromagnetic free layer 42 are ferromagnetically interlayer-coupled via the first non-magnetic conductive layer 31, and the magnetic field moment H due to the ferromagnetic interlayer coupling magnetic field is generated.
b1 occurs. The direction of the magnetic field moment Hb1 is the second
The direction is parallel to the magnetization direction of the ferromagnetic pinned layer 23 and opposite to the illustrated Y direction. Further, the third ferromagnetic pinned layer 52 and the second ferromagnetic free layer 43 are coupled to each other through the second nonmagnetic conductive layer 32, and a magnetic field moment Hb2 is generated by the ferromagnetic interlayer coupling magnetic field. The direction of the magnetic field moment Hb2 is parallel to the magnetization direction of the third pinned ferromagnetic layer 52, and is the Y direction in the figure. Therefore, the magnetic field moment Hb1,
Each direction of Hb2 becomes antiparallel.

【0063】よって、フリー磁性層41に印加される磁
界モーメントHb1、Hb2が打ち消し合うことになるの
で、Hf1とHf2の合成磁化であるフリー磁性層41全体
の磁化の方向が、第1、第2固定磁性層21、51との
強磁性層間結合磁界によって傾くことがなく、バイアス
層18、18によって図示X1方向に揃えられる。
Therefore, the magnetic field moments Hb1 and Hb2 applied to the free magnetic layer 41 cancel each other, and the direction of the magnetization of the entire free magnetic layer 41, which is the combined magnetization of Hf1 and Hf2, is changed to the first and second directions. The layers are not tilted by the ferromagnetic interlayer coupling magnetic field with the fixed magnetic layers 21 and 51 and are aligned in the X1 direction by the bias layers 18 and 18.

【0064】フリー磁性層41に印加される磁界は、バ
イアス層18、18からのバイアス磁界の他、先に述べ
た強磁性層間結合磁界の磁界モーメントHb1、Hb2があ
り、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子11によれば、
これらの合計を0とすることが可能なので、フリー磁性
層41の磁化方向がこれらの磁気モーメントによって傾
くことがなく、スピンバルブ型薄膜磁気素子11のアシ
ンメトリーを小さくすることができる。
The magnetic field applied to the free magnetic layer 41 includes the above-described magnetic field moments Hb1 and Hb2 of the ferromagnetic interlayer coupling magnetic field in addition to the bias magnetic fields from the bias layers 18 and 18. According to the magnetic element 11,
Since the sum of these can be set to 0, the magnetization direction of the free magnetic layer 41 does not tilt due to these magnetic moments, and the asymmetry of the spin-valve thin-film magnetic element 11 can be reduced.

【0065】次に、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子
11の製造方法を説明する。まず、図6に示すように、
下部絶縁層164上に、下地層15、第2反強磁性層7
2、第2固定磁性層51、第2非磁性導電層32、フリ
ー磁性層41、第1非磁性導電層31、第1固定磁性層
21、第1反強磁性層71及びキャップ層14を順次ス
パッタリング、蒸着等の手段により成膜して積層膜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。
Next, a method for manufacturing the spin-valve thin-film magnetic element 11 will be described. First, as shown in FIG.
On the lower insulating layer 164, the underlayer 15, the second antiferromagnetic layer 7
2, the second pinned magnetic layer 51, the second nonmagnetic conductive layer 32, the free magnetic layer 41, the first nonmagnetic conductive layer 31, the first fixed magnetic layer 21, the first antiferromagnetic layer 71, and the cap layer 14 in this order. After forming a laminated film M by forming a film by means such as sputtering or vapor deposition, a lift-off resist 101 is formed on the laminated film M.
To form

【0066】なお、第1固定磁性層21は、第1強磁性
ピンド層22と第1非磁性層24と第2強磁性ピンド層
23とを積層して形成している。また、フリー磁性層4
1は、第1強磁性自由層22と非磁性中間層24と第2
強磁性自由層23とを積層して形成している。更に、第
2固定磁性層51は、第3強磁性ピンド層52と第2非
磁性層54と第4強磁性ピンド層53とを積層して形成
している。なお、図6に示すように、第2強磁性ピンド
層23は第1強磁性ピンド層22よりも厚く形成し、第
1強磁性自由層42は第2強磁性自由層43よりも厚く
形成し、第4強磁性ピンド層53は第3強磁性ピンド層
52よりも厚く形成している。
The first pinned magnetic layer 21 is formed by laminating a first ferromagnetic pinned layer 22, a first nonmagnetic layer 24, and a second ferromagnetic pinned layer 23. In addition, the free magnetic layer 4
1 denotes a first ferromagnetic free layer 22, a non-magnetic intermediate layer 24, and a second
It is formed by laminating the ferromagnetic free layer 23. Further, the second pinned magnetic layer 51 is formed by laminating a third ferromagnetic pinned layer 52, a second nonmagnetic layer 54, and a fourth ferromagnetic pinned layer 53. As shown in FIG. 6, the second ferromagnetic pinned layer 23 is formed thicker than the first ferromagnetic pinned layer 22, and the first ferromagnetic free layer 42 is formed thicker than the second ferromagnetic free layer 43. The fourth ferromagnetic pinned layer 53 is formed thicker than the third ferromagnetic pinned layer 52.

【0067】次に図7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、傾斜面を形成して等脚台形状の積層体11A
を形成する。
Next, as shown in FIG. 7, the portion not covered by the lift-off resist 101 is removed by ion milling to form an inclined surface and form a trapezoidal stacked body 11A.
To form

【0068】ついで図8に示すように、リフトオフレジ
スト101上及び積層体11Aの両側に、バイアス下地
層19、バイアス層18、中間層17及び導電層16を
順次積層する。次に、図9に示すようにリフトオフレジ
スト101を除去する。このようにしてスピンバルブ型
薄膜磁気素子11を形成する。
Next, as shown in FIG. 8, a bias underlayer 19, a bias layer 18, an intermediate layer 17 and a conductive layer 16 are sequentially laminated on the lift-off resist 101 and on both sides of the laminate 11A. Next, as shown in FIG. 9, the lift-off resist 101 is removed. Thus, the spin-valve thin-film magnetic element 11 is formed.

【0069】次に、スピンバルブ型薄膜磁気素子11の
第1、第2反強磁性層71、72を磁場中で熱処理し、
第1、第2反強磁性層71、72と第1、第2固定磁性
層21、51とのそれぞれの界面にて交換結合磁界を発
現させる。図10に、図9に示すスピンバルブ型薄膜磁
気素子11をトラック幅方向からみた断面図を示す。図
10に示すように、図示Y方向の反対方向に向けて外部
磁界Hを印加しつつ熱処理する。このときの外部磁界H
は、第1固定磁性層21及び第2固定磁性層51をそれ
ぞれ構成する各強磁性ピンド層22、23、52、53
がスピンフロップ転移する磁界(以下、スピンフロップ
磁界と記載する)よりも小さい磁界であることが好まし
い。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、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ときの外部磁界
の大きさを指す。
Next, the first and second antiferromagnetic layers 71 and 72 of the spin-valve thin film magnetic element 11 are heat-treated in a magnetic field,
An exchange coupling magnetic field is developed at each interface between the first and second antiferromagnetic layers 71 and 72 and the first and second pinned magnetic layers 21 and 51. FIG. 10 is a sectional view of the spin-valve thin-film magnetic element 11 shown in FIG. 9 as viewed from the track width direction. As shown in FIG. 10, heat treatment is performed while applying an external magnetic field H in the direction opposite to the Y direction in the figure. The external magnetic field H at this time
Are ferromagnetic pinned layers 22, 23, 52, 53 constituting the first fixed magnetic layer 21 and the second fixed magnetic layer 51, respectively.
Is preferably a magnetic field smaller than a magnetic field that causes a spin-flop transition (hereinafter, referred to as a spin-flop magnetic field). The spin flop magnetic field refers to the magnitude of the external magnetic field when the magnetization directions of the two magnetic layers are not antiparallel when an external magnetic field is applied to the two magnetic layers whose magnetization directions are antiparallel.

【0070】図11にはスピンフロップ磁界を説明する
ためのM−H曲線を示す。このM−H曲線は、一例とし
て図1に示す第1固定磁性層21に対して外部磁界Hを
印加したときの、第1固定磁性層21の磁化Mの変化を
示したものである。また図11中、P1で示す矢印は第
1強磁性ピンド層22の磁化方向を表し、P2で示す矢
印は第2強磁性ピンド層23の磁化方向を表す。図11
に示すように、外部磁界Hが小さいときは、第1強磁性
ピンド層22と第2強磁性ピンド層23が反強磁性的に
結合した状態、即ち矢印P1及び矢印P2の方向が反平
行になっているが、外部磁界Hの大きさがある値を超え
ると、第1、第2強磁性ピンド層22、23の反強磁性
的結合が壊され、フェリ磁性状態を保てなくなる。これ
がスピンフロップ転移である。またこのスピンフロップ
転移が起きたときの外部磁界の大きさがスピンフロップ
磁界であり、図11ではH Spで示している。なお、図中
cpは第1固定磁性層21の保磁力を示し、Hsは第1
固定磁性層21の飽和磁化を示す。
FIG. 11 illustrates the spin-flop magnetic field.
FIG. This MH curve is an example.
External magnetic field H with respect to the first pinned magnetic layer 21 shown in FIG.
The change in the magnetization M of the first pinned magnetic layer 21 when applied is
It is shown. In FIG. 11, the arrow indicated by P1 is the first arrow.
1 represents the magnetization direction of the ferromagnetic pinned layer 22, and is indicated by an arrow P2.
The mark indicates the magnetization direction of the second ferromagnetic pinned layer 23. FIG.
As shown in the figure, when the external magnetic field H is small, the first ferromagnetic
The pinned layer 22 and the second ferromagnetic pinned layer 23
The connected state, that is, the directions of the arrows P1 and P2 are flat.
But the magnitude of the external magnetic field H exceeds a certain value
Then, the antiferromagnetism of the first and second ferromagnetic pinned layers 22 and 23
The magnetic coupling is broken, and the ferrimagnetic state cannot be maintained. this
Is a spin-flop transition. Also this spin flop
The magnitude of the external magnetic field when the transition occurs
A magnetic field, and in FIG. SpIndicated by. In the figure
HcpRepresents the coercive force of the first pinned magnetic layer 21;sIs the first
5 shows the saturation magnetization of the fixed magnetic layer 21.

【0071】従って図10に示すように、スピンフロッ
プ磁界より小さい外部磁界Hを、スピンバルブ型薄膜磁
気素子11のハイト方向側から媒体対向面152側(図
示Y方向の反対方向)に向けて印加すると、第2、第4
強磁性ピンド層23、53のそれぞれの磁化方向が外部
磁界Hの方向と同一方向(図示Y方向の反対方向)とな
り、第1、第3強磁性ピンド層22、52の磁化方向が
第2、第4強磁性ピンド層23、53の磁化方向の反対
方向(図示Y方向)となる。なお、第2、第4強磁性ピ
ンド層23、53の磁化方向が外部磁界Hの方向と同一
方向(図示Y方向)となるのは、これらの強磁性ピンド
層23、53の膜厚が第1、第3強磁性ピンド層22、
52の膜厚より大きいため、外部磁界Hが第2、第4強
磁性ピンド層23、53により作用しやすくなるからで
ある。
Therefore, as shown in FIG. 10, an external magnetic field H smaller than the spin flop magnetic field is applied from the height direction side of the spin-valve thin film magnetic element 11 to the medium facing surface 152 side (the direction opposite to the Y direction in the drawing). Then, the second and fourth
The magnetization directions of the ferromagnetic pinned layers 23 and 53 are the same as the direction of the external magnetic field H (the direction opposite to the Y direction in the figure), and the magnetization directions of the first and third ferromagnetic pinned layers 22 and 52 are the second and third directions. The direction is opposite to the magnetization direction of the fourth ferromagnetic pinned layers 23 and 53 (the Y direction in the drawing). The magnetization directions of the second and fourth ferromagnetic pinned layers 23 and 53 are the same as the direction of the external magnetic field H (the Y direction in the drawing) because the film thickness of these ferromagnetic pinned layers 23 and 53 is 1, the third ferromagnetic pinned layer 22,
This is because the external magnetic field H is more likely to act on the second and fourth ferromagnetic pinned layers 23 and 53 because the film thickness is larger than the film thickness of 52.

【0072】外部磁界Hの大きさは、第1、第2固定磁
性層21、22のスピンフロップ磁界より小さい磁界で
あることが好ましく、具体的には8.0×104A/m
以下の外部磁界であることが好ましい。また、熱処理
は、真空雰囲気中若しくは不活性ガス雰囲気中で、47
3〜573Kの熱処理温度で60〜600分間行うこと
が好ましい。上記の如く熱処理すると、第1、第2反強
磁性層71、72の結晶構造が規則化し、第1、第2固
定磁性層21、51との界面にて交換結合磁界が発現す
る。
The magnitude of the external magnetic field H is preferably smaller than the spin-flop magnetic field of the first and second pinned magnetic layers 21 and 22, specifically, 8.0 × 10 4 A / m.
The following external magnetic field is preferable. The heat treatment is performed in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere.
The heat treatment is preferably performed at a heat treatment temperature of 3 to 573 K for 60 to 600 minutes. By performing the heat treatment as described above, the crystal structure of the first and second antiferromagnetic layers 71 and 72 is regularized, and an exchange coupling magnetic field is generated at the interface with the first and second pinned magnetic layers 21 and 51.

【0073】そして熱処理終了後に外部磁界Hを除去す
る。外部磁界Hを除去すると、図12に示すように、第
2、第4強磁性ピンド層23、53の磁化方向が図示Y
方向の反対方向となり、第1、第3強磁性ピンド層2
2、52の磁化方向が図示Y方向となる。このようにし
て、第1、第2強磁性ピンド層22、23が反強磁性的
に結合して第1固定磁性層21がフェリ磁性状態とな
り、第1固定磁性層全体の磁化方向が図示Y方向の反対
方向となる。同様に、第3、第4強磁性ピンド層52、
53が反強磁性的に結合して第2固定磁性層51がフェ
リ磁性状態となり、第2固定磁性層51全体の磁化方向
が図示Y方向となる。
After the completion of the heat treatment, the external magnetic field H is removed. When the external magnetic field H is removed, as shown in FIG. 12, the magnetization directions of the second and fourth ferromagnetic pinned layers 23 and 53 become Y
The first and third ferromagnetic pinned layers 2
The magnetization directions 2 and 52 are the Y directions in the figure. In this manner, the first and second ferromagnetic pinned layers 22 and 23 are antiferromagnetically coupled, the first pinned magnetic layer 21 enters the ferrimagnetic state, and the magnetization direction of the entire first pinned magnetic layer is changed to Y in the figure. In the opposite direction. Similarly, the third and fourth ferromagnetic pinned layers 52,
53 is antiferromagnetically coupled, so that the second pinned magnetic layer 51 enters a ferrimagnetic state, and the magnetization direction of the entire second pinned magnetic layer 51 becomes the Y direction in the figure.

【0074】最後に、バイアス層18、18を着磁して
バイアス磁界を発現させ、フリー磁性層41全体の磁化
方向を図示X1方向に揃える。このようにして図1及び
図2に示すようなスピンバルブ型薄膜磁気素子11が得
られる。
Finally, the bias layers 18 are magnetized to generate a bias magnetic field, and the magnetization direction of the entire free magnetic layer 41 is aligned with the X1 direction in the figure. Thus, a spin-valve thin-film magnetic element 11 as shown in FIGS. 1 and 2 is obtained.

【0075】上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子11に
よれば、第2強磁性ピンド層23の磁化方向と第3強磁
性ピンド層52の磁化方向が反平行なので、フリー磁性
層41と第2、第3強磁性ピンド層22、52との強磁
性層間結合により発現する強磁性層間結合磁界の磁界モ
ーメントHb1、Hb2が打ち消し合うので、フリー磁性層
41全体の磁化方向が傾くことがなく、アシンメトリー
を小さくすることができる。
According to the spin-valve thin-film magnetic element 11 described above, since the magnetization direction of the second ferromagnetic pinned layer 23 and the magnetization direction of the third ferromagnetic pinned layer 52 are antiparallel, the free magnetic layer 41 and the second, Since the magnetic field moments Hb1 and Hb2 of the ferromagnetic interlayer coupling magnetic field generated by the ferromagnetic interlayer coupling with the third ferromagnetic pinned layers 22 and 52 cancel each other out, the magnetization direction of the entire free magnetic layer 41 is not inclined, and the asymmetry is improved. Can be smaller.

【0076】(第2の実施形態)次に本発明の第2の実
施形態を図面を参照して説明する。図13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12
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12をトラック幅方向側
からみた断面模式図を示す。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 13 shows a spin-valve thin-film magnetic element 12 according to a second embodiment of the present invention.
14 is a schematic cross-sectional view of the spin-valve thin-film magnetic element 12 as viewed from the magnetic recording medium side, and FIG.

【0077】図13及び図14に示すスピンバルブ型薄
膜磁気素子12は、第1の実施形態のスピンバルブ型薄
膜磁気素子11と同様に、薄膜磁気ヘッド1を構成し、
またこの薄膜磁気ヘッド1はインダクティブヘッドhと
ともに浮上式磁気ヘッド150を構成する。
The spin-valve thin-film magnetic element 12 shown in FIGS. 13 and 14 constitutes the thin-film magnetic head 1 like the spin-valve thin-film magnetic element 11 of the first embodiment.
The thin-film magnetic head 1 constitutes a floating magnetic head 150 together with the inductive head h.

【0078】このスピンバルブ型薄膜磁気素子12は、
第1の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子11と同
様に、フリー磁性層41の厚さ方向両側に、非磁性導電
層、固定磁性層、反強磁性層が順次積層されてなるデュ
アルスピンバルブ薄膜磁気素子である。
This spin-valve thin-film magnetic element 12
Similarly to the spin-valve thin-film magnetic element 11 of the first embodiment, a dual spin valve in which a nonmagnetic conductive layer, a fixed magnetic layer, and an antiferromagnetic layer are sequentially laminated on both sides in the thickness direction of the free magnetic layer 41 It is a thin-film magnetic element.

【0079】即ちこのスピンバルブ型薄膜磁気素子12
は、下部絶縁層164に積層された下地層15上に、第
2反強磁性層72、第2固定磁性層81、第2非磁性導
電層32、フリー磁性層41、第1非磁性導電層31、
第1固定磁性層61、第1反強磁性層71及びキャップ
層14が順次積層されて構成されている。このように下
地層15からキャップ層14間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12Aが形成されている。
That is, the spin-valve thin-film magnetic element 12
Indicates that the second antiferromagnetic layer 72, the second pinned magnetic layer 81, the second nonmagnetic conductive layer 32, the free magnetic layer 41, the first nonmagnetic conductive layer are formed on the underlayer 15 laminated on the lower insulating layer 164. 31,
The first pinned magnetic layer 61, the first antiferromagnetic layer 71, and the cap layer 14 are sequentially laminated. In this way, the respective layers from the base layer 15 to the cap layer 14 are sequentially laminated to form a laminate 12A having a width corresponding to the track width and having a substantially trapezoidal shape in cross section.

【0080】スピンバルブ型薄膜磁気素子12が先に説
明した第1の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子1
1と異なる点は、第1、第2固定磁性層61、81をそ
れぞれ構成する強磁性ピンド層62、63、82、83
の膜厚の大小関係が逆転している点である。
The spin-valve thin-film magnetic element 1 according to the first embodiment described above is the spin-valve thin-film magnetic element 1
1 is that the ferromagnetic pinned layers 62, 63, 82, 83 constituting the first and second pinned magnetic layers 61, 81, respectively.
The point is that the relationship of the film thicknesses is reversed.

【0081】尚、図13及び図14に示す第1、第2反
強磁性層71、72、第1、第2非磁性導電層31、3
2、フリー磁性層41(第1、第2強磁性自由層42、
43、非磁性中間層44)、導電層16、16、中間層
17、17、バイアス層18、18及びバイアス下地層
19、19は、第1の実施形態で説明した上部、下部反
強磁性層71、72、上部、下部非磁性導電層31、3
2、フリー磁性層41(第1、第2強磁性自由層42、
43、非磁性中間層44)、導電層16、16、中間層
17、17、バイアス層18、18及びバイアス下地層
19、19と同等の構成及び材質であるので、説明を省
略する。
The first and second antiferromagnetic layers 71 and 72, the first and second nonmagnetic conductive layers 31 and 3 shown in FIGS.
2. Free magnetic layer 41 (first and second ferromagnetic free layers 42,
43, nonmagnetic intermediate layer 44), conductive layers 16, 16, intermediate layers 17, 17, bias layers 18, 18, and bias underlayers 19, 19 are the upper and lower antiferromagnetic layers described in the first embodiment. 71, 72, upper and lower nonmagnetic conductive layers 31, 3
2. Free magnetic layer 41 (first and second ferromagnetic free layers 42,
43, the nonmagnetic intermediate layer 44), the conductive layers 16, 16, the intermediate layers 17, 17, the bias layers 18, 18, and the bias underlayers 19, 19.

【0082】第1固定磁性層61は、第1強磁性ピンド
層(強磁性層)62及び第2強磁性ピンド層(強磁性
層)63と、第1、第2強磁性ピンド層62、63の間
に挿入された第1非磁性層(非磁性層)64とが積層さ
れて構成されている。第1強磁性ピンド層62は第1反
強磁性層71に接し、第2強磁性ピンド層63は第1非
磁性導電層31に接している。
The first pinned magnetic layer 61 includes a first ferromagnetic pinned layer (ferromagnetic layer) 62 and a second ferromagnetic pinned layer (ferromagnetic layer) 63, and first and second ferromagnetic pinned layers 62 and 63. And a first non-magnetic layer (non-magnetic layer) 64 inserted therebetween. The first ferromagnetic pinned layer 62 is in contact with the first antiferromagnetic layer 71, and the second ferromagnetic pinned layer 63 is in contact with the first nonmagnetic conductive layer 31.

【0083】第1、第2強磁性ピンド層62、63及び
第1非磁性層64は、第1の実施形態の第1、第2強磁
性ピンド層22、23及び第1非磁性層24と同等の材
質からなる。第1強磁性ピンド層62の膜厚tp1は1〜
3nmの範囲が好ましく、第2強磁性ピンド層63の膜
厚tp2は1〜3nmの範囲が好ましく、第1強磁性ピン
ド層62より薄くすることが好ましい。また、第1非磁
性層64の膜厚は0.3〜1.2nmの範囲が好まし
い。
The first and second ferromagnetic pinned layers 62 and 63 and the first nonmagnetic layer 64 are the same as the first and second ferromagnetic pinned layers 22 and 23 and the first nonmagnetic layer 24 of the first embodiment. It is made of the same material. The thickness t p1 of the first ferromagnetic pinned layer 62 is 1 to
Preferably in the range of 3 nm, the thickness t p2 of the second ferromagnetic pinned layer 63 is preferably in the range of 1 to 3 nm, it is preferable thinner than the first ferromagnetic pinned layer 62. The thickness of the first nonmagnetic layer 64 is preferably in the range of 0.3 to 1.2 nm.

【0084】第1強磁性ピンド層62の磁化方向は、第
1反強磁性層71との交換結合磁界により図示Y方向に
固定され、第2強磁性ピンド層63は、第1強磁性ピン
ド層62と反強磁性的に結合してその磁化方向が図示Y
方向の反対方向に固定されている。従って、第1強磁性
ピンド層62と第2強磁性ピンド層63のそれぞれの磁
化方向が反平行とされ、第1強磁性ピンド層62と第2
強磁性ピンド層63とが反強磁性的に結合している。
The magnetization direction of the first ferromagnetic pinned layer 62 is fixed in the Y direction in the figure by an exchange coupling magnetic field with the first antiferromagnetic layer 71, and the second ferromagnetic pinned layer 63 is 62 and the magnetization direction is Y
It is fixed in the opposite direction. Therefore, the magnetization directions of the first ferromagnetic pinned layer 62 and the second ferromagnetic pinned layer 63 are antiparallel, and the first ferromagnetic pinned layer 62 and the second
The ferromagnetic pinned layer 63 is antiferromagnetically coupled.

【0085】また、第1固定磁性層61をフェリ磁性状
態とするために、第1、第2強磁性ピンド層62、63
の磁化による磁気モーメントの大きさを僅かに異ならし
めることが好ましく、そのためには例えば第1、第2強
磁性ピンド層62、63が同じ材質からなる場合に、t
p1とtp2を僅かに異ならしめるのが良い。本実施形態で
はtp1>tp2としている。また、第1、第2強磁性ピン
ド層62、63が異なる材質からなる場合には、第1実
施形態の場合と同様に、Mp1・tp1とMp2・tp2とを僅
かに異ならしめと良い。
In order to bring the first pinned magnetic layer 61 into a ferrimagnetic state, the first and second ferromagnetic pinned layers 62 and 63 are provided.
It is preferable that the magnitudes of the magnetic moments due to the magnetizations be slightly different. For this purpose, for example, when the first and second ferromagnetic pinned layers 62 and 63 are made of the same material, t
It is good to make p1 and tp2 slightly different. In the present embodiment, it is assumed that t p1 > t p2 . When the first and second ferromagnetic pinned layers 62 and 63 are made of different materials, M p1 · t p1 and M p2 · t p2 are slightly different from each other as in the case of the first embodiment. And good.

【0086】第1、第2強磁性ピンド層62、63の磁
化方向が互いに反平行とされているので、第1、第2強
磁性ピンド層62、63の磁気モーメントは相互に打ち
消し合う関係にあるが、第1固定磁性層61がtp1>t
p2となるように構成されているので、第1強磁性ピンド
層62の磁化(磁気モーメント)が僅かに残存する。そ
してこの残存磁化が第1反強磁性層71との交換結合磁
界によって更に増幅され、第1固定磁性層61全体の磁
化方向が図示Y方向に固定され、フリー磁性層41の磁
化方向と交叉する関係になる。
Since the magnetization directions of the first and second ferromagnetic pinned layers 62 and 63 are antiparallel to each other, the magnetic moments of the first and second ferromagnetic pinned layers 62 and 63 cancel each other. However, the first pinned magnetic layer 61 has t p1 > t
Since it is configured to be p2 , the magnetization (magnetic moment) of the first ferromagnetic pinned layer 62 slightly remains. This residual magnetization is further amplified by the exchange coupling magnetic field with the first antiferromagnetic layer 71, the magnetization direction of the entire first fixed magnetic layer 61 is fixed in the Y direction in the drawing, and crosses the magnetization direction of the free magnetic layer 41. Become a relationship.

【0087】このように第1固定磁性層61は、第1、
第2強磁性ピンド層62、63とが反強磁性的に結合
し、かつ第1強磁性ピンド層62の磁化が残存している
ので、人工的なフェリ磁性状態となる。
As described above, the first pinned magnetic layer 61 has the first
Since the second ferromagnetic pinned layers 62 and 63 are antiferromagnetically coupled and the magnetization of the first ferromagnetic pinned layer 62 remains, an artificial ferrimagnetic state is established.

【0088】なお、第1固定磁性層61は、第1の実施
形態と同様に、2M(ただしMは1以上の整数)以上の
偶数個の強磁性層により構成されていても良い。検出電
流の分流を防ぐためにはM=1とするとよい。
The first pinned magnetic layer 61 may be composed of an even number of ferromagnetic layers of 2M or more (where M is an integer of 1 or more) as in the first embodiment. In order to prevent the shunt of the detection current, it is preferable to set M = 1.

【0089】第2固定磁性層81は、第3強磁性ピンド
層(強磁性層)82及び第4強磁性ピンド層(強磁性
層)83と、第3、第4強磁性ピンド層82、83の間
に挿入された第2非磁性層(非磁性層)84とが積層さ
れて構成されている。第3強磁性ピンド層82は第2非
磁性導電層32に接し、第4強磁性ピンド層83は第2
反強磁性層72に接している。第3、第4強磁性ピンド
層82、83及び第2非磁性層84は、第1の実施形態
の第3、第4強磁性ピンド層52、53及び第2非磁性
層54と同等の材質からなる。
The second pinned magnetic layer 81 includes a third ferromagnetic pinned layer (ferromagnetic layer) 82 and a fourth ferromagnetic pinned layer (ferromagnetic layer) 83, and third and fourth ferromagnetic pinned layers 82, 83. And a second nonmagnetic layer (nonmagnetic layer) 84 inserted between them. The third ferromagnetic pinned layer 82 is in contact with the second nonmagnetic conductive layer 32, and the fourth ferromagnetic pinned layer 83 is
It is in contact with the antiferromagnetic layer 72. The third and fourth ferromagnetic pinned layers 82 and 83 and the second nonmagnetic layer 84 are made of the same material as the third and fourth ferromagnetic pinned layers 52 and 53 and the second nonmagnetic layer 54 of the first embodiment. Consists of

【0090】第3強磁性ピンド層82の膜厚tp3は1〜
3nmの範囲が好ましく、第4強磁性ピンド層83の膜
厚tp4は1〜3nmの範囲が好ましく、第3強磁性ピン
ド層82より薄くすることが好ましい。また、第2非磁
性層84の膜厚は0.3〜1.2nmの範囲が好まし
い。第4強磁性ピンド層83の磁化方向は、第2反強磁
性層72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3強磁性ピンド層82は、第4強磁性ピ
ンド層83と反強磁性的に結合し、その磁化方向が図示
Y方向に固定されている。
The thickness t p3 of the third ferromagnetic pinned layer 82 is 1 to
Preferably in the range of 3 nm, the thickness t p4 of the fourth ferromagnetic pinned layer 83 is preferably in the range of 1 to 3 nm, it is preferable thinner than the third ferromagnetic pinned layer 82. The thickness of the second nonmagnetic layer 84 is preferably in the range of 0.3 to 1.2 nm. The magnetization direction of the fourth ferromagnetic pinned layer 83 is fixed in a direction opposite to the illustrated Y direction by an exchange coupling magnetic field with the second antiferromagnetic layer 72, and the third ferromagnetic pinned layer 82 is 83, and its magnetization direction is fixed in the Y direction in the figure.

【0091】従って、第3強磁性ピンド層82と第4強
磁性ピンド層83のそれぞれの磁化方向が反平行とさ
れ、第3、第4強磁性ピンド層82、83が反強磁性的
に結合している。また、第2固定磁性層81をフェリ磁
性状態とするために、第3、第4強磁性ピンド層82、
83の磁化による磁気モーメントの大きさを僅かに異な
らしめることが好ましく、そのためには例えば第3、第
4強磁性ピンド層82、83が同じ材質からなる場合
に、tp3とtp4を僅かに異ならしめるのが良い。本実施
形態ではtp3>tp4としている。また、第3、第4強磁
性ピンド層82、83が異なる材質からなる場合には、
第1実施形態の場合と同様に、Mp3・tp3とMp4・tp4
とを僅かに異ならしめると良い。
Accordingly, the magnetization directions of the third pinned ferromagnetic layer 82 and the fourth pinned ferromagnetic layer 83 are antiparallel, and the third and fourth pinned ferromagnetic layers 82 and 83 are antiferromagnetically coupled. are doing. In order to bring the second pinned magnetic layer 81 into a ferrimagnetic state, the third and fourth ferromagnetic pinned layers 82,
It is preferable that the magnitude of the magnetic moment due to the magnetization of 83 be slightly different. For this purpose, for example, when the third and fourth ferromagnetic pinned layers 82 and 83 are made of the same material, tp3 and tp4 may be slightly changed. It is better to make it different. In the present embodiment, it is assumed that t p3 > t p4 . When the third and fourth ferromagnetic pinned layers 82 and 83 are made of different materials,
As in the first embodiment, M p3 · t p3 and M p4 · t p4
And slightly different.

【0092】第3、第4強磁性ピンド層82、83の磁
化方向が互いに反平行とされているので、第3、第4強
磁性ピンド層82、83の磁気モーメントは相互に打ち
消し合う関係にあるが、第2固定磁性層81がtp3>t
p4となるように構成されているので、第3強磁性ピンド
層82の磁化(磁気モーメント)が僅かに残存する。そ
してこの残存磁化が第2反強磁性層72との交換結合磁
界によって更に増幅され、第2固定磁性層81全体の磁
化方向が図示Y方向に固定され、第1固定磁性層61の
磁化方向と平行の関係になる。
Since the magnetization directions of the third and fourth ferromagnetic pinned layers 82 and 83 are antiparallel to each other, the magnetic moments of the third and fourth ferromagnetic pinned layers 82 and 83 are in a mutually canceling relationship. However, if the second pinned magnetic layer 81 has t p3 > t
Since it is configured to be p4 , the magnetization (magnetic moment) of the third ferromagnetic pinned layer 82 slightly remains. This residual magnetization is further amplified by the exchange coupling magnetic field with the second antiferromagnetic layer 72, the magnetization direction of the entire second fixed magnetic layer 81 is fixed in the Y direction in the drawing, and the magnetization direction of the first fixed magnetic layer 61 is The relationship is parallel.

【0093】このように第2固定磁性層81は、第3、
第4強磁性ピンド層82、83とが反強磁性的に結合
し、かつ第3強磁性ピンド層82の磁化が残存している
ので、人工的なフェリ磁性状態となる。
As described above, the second pinned magnetic layer 81 has the third,
Since the fourth ferromagnetic pinned layers 82 and 83 are antiferromagnetically coupled and the magnetization of the third ferromagnetic pinned layer 82 remains, an artificial ferrimagnetic state is established.

【0094】なお、第2固定磁性層81は、第1の実施
形態と同様に、2N(ただしNは1以上の整数)以上の
偶数個の強磁性層により構成されていても良い。検出電
流の分流を防ぐためにはN=1とするとよい。
The second pinned magnetic layer 81 may be composed of an even number of ferromagnetic layers of 2N (where N is an integer of 1 or more) as in the first embodiment. In order to prevent the shunt of the detection current, N = 1 may be set.

【0095】このスピンバルブ型薄膜磁気素子12では
上記のように、第2強磁性ピンド層63の膜厚tp2を、
第1強磁性ピンド層62より薄くし、第4強磁性ピンド
層83の膜厚tp4を第3強磁性ピンド層82より薄くし
ているので、第1固定磁性層61を構成する強磁性層の
中で最もフリー磁性層41に近い第2強磁性ピンド層6
3の磁化方向(図示Y方向の反対方向)と、第2固定磁
性層81を構成する強磁性層の中で最もフリー磁性層4
1に近い第3強磁性ピンド層82の磁化方向(図示Y方
向)とが反平行になる。
[0095] As described above in the spin valve thin film magnetic element 12, the thickness t p2 of the second ferromagnetic pinned layer 63,
Thinner than the first ferromagnetic pinned layer 62, since the thickness t p4 of the fourth ferromagnetic pinned layer 83 are thinner than the third ferromagnetic pinned layer 82, a ferromagnetic layer constituting the first pinned magnetic layer 61 , The second ferromagnetic pinned layer 6 closest to the free magnetic layer 41
3 (the direction opposite to the Y direction in the figure) and the free magnetic layer 4 among the ferromagnetic layers constituting the second pinned magnetic layer 81.
The magnetization direction (Y direction in the drawing) of the third ferromagnetic pinned layer 82 close to 1 becomes antiparallel.

【0096】従って、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素
子12においては、第1の実施形態のスピンバルブ型薄
膜磁気素子11の場合と同様に、第2強磁性ピンド層6
3と第1強磁性自由層42とが強磁性層間結合すること
によりフリー磁性層41に与えられる強磁性交換結合磁
界の磁界モーメントHb1の方向と、第3強磁性ピンド層
82と第2強磁性自由層43とが強磁性層間結合するこ
とによりフリー磁性層41に与えられる強磁性交換結合
磁界の磁界モーメントHb2の方向とが反平行になる。
Therefore, in the spin-valve thin-film magnetic element 12 described above, as in the case of the spin-valve thin-film magnetic element 11 of the first embodiment, the second ferromagnetic pinned layer 6 is formed.
The direction of the magnetic moment Hb1 of the ferromagnetic exchange coupling magnetic field applied to the free magnetic layer 41 by the ferromagnetic interlayer coupling between the third ferromagnetic free layer 42 and the third ferromagnetic pinned layer 82 and the second ferromagnetic The direction of the magnetic field moment Hb2 of the ferromagnetic exchange coupling magnetic field applied to the free magnetic layer 41 due to the ferromagnetic interlayer coupling with the free layer 43 becomes antiparallel.

【0097】従って、磁界モーメントHb1、Hb2がフリ
ー磁性層41において打ち消し合うので、フリー磁性層
41全体の磁化方向が、第1、第2固定磁性層61、8
1との強磁性層間結合磁界によって傾くことがなく、バ
イアス層18、18によってトラック幅方向に揃えられ
る。
Therefore, since the magnetic field moments Hb 1 and Hb 2 cancel each other in the free magnetic layer 41, the magnetization directions of the entire free magnetic layer 41 are changed to the first and second fixed magnetic layers 61 and 8.
The bias layers 18 and 18 do not tilt due to the ferromagnetic interlayer coupling magnetic field, and are aligned in the track width direction.

【0098】上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子12
は、第2強磁性ピンド層63の膜厚を第1強磁性ピンド
層62より薄くし、第4強磁性ピンド層83の膜厚を第
3強磁性ピンド層82より薄くすること以外は、第1の
実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子11と同様にし
て製造できる。
The above-described spin-valve type thin-film magnetic element 12
Except that the thickness of the second ferromagnetic pinned layer 63 is smaller than that of the first ferromagnetic pinned layer 62 and the thickness of the fourth ferromagnetic pinned layer 83 is smaller than that of the third ferromagnetic pinned layer 82. It can be manufactured in the same manner as the spin-valve thin-film magnetic element 11 of the first embodiment.

【0099】上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子12に
よれば、第1の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子
11の効果と同等の効果を奏する。
According to the spin-valve thin-film magnetic element 12, the same effects as those of the spin-valve thin-film magnetic element 11 of the first embodiment can be obtained.

【0100】[0100]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
スピンバルブ型薄膜磁気素子は、一方の固定磁性層が2
Lの強磁性層、即ち偶数個の強磁性層からなり、他方の
固定磁性層が2Nの強磁性層、即ち偶数個の強磁性層か
らなり、各固定磁性層のそれぞれの磁化方向を平行にす
ると同時に、これらの固定磁性層を構成する強磁性層の
うち最もフリー磁性層に近い各強磁性層の磁化方向を反
平行とするので、フリー磁性層の磁化方向を固定磁性層
の磁化方向の直交方向に揃えることができる。従って本
発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、フリー
磁性層が固定磁性層の磁化による影響を受けにくく、ア
シンメトリーを小さくすることができる。
As described above in detail, in the spin-valve thin film magnetic element of the present invention, one of the fixed magnetic layers is
L, that is, an even number of ferromagnetic layers, and the other pinned magnetic layer is a 2N ferromagnetic layer, that is, an even number of ferromagnetic layers. At the same time, since the magnetization directions of the ferromagnetic layers closest to the free magnetic layer among the ferromagnetic layers constituting these pinned magnetic layers are made antiparallel, the magnetization direction of the free magnetic layer is changed to the magnetization direction of the fixed magnetic layer. They can be aligned in the orthogonal direction. Therefore, in the spin-valve thin film magnetic element of the present invention, the free magnetic layer is hardly affected by the magnetization of the fixed magnetic layer, and the asymmetry can be reduced.

【0101】本発明の薄膜磁気ヘッドは、先に記載のス
ピンバルブ型薄膜磁気素子を具備してなる磁気情報を読
み取り可能な薄膜磁気ヘッドであり、また本発明の浮上
式磁気ヘッドは、先に記載の薄膜磁気ヘッドをスライダ
に具備してなるものである。したがって上記の薄膜磁気
ヘッド及び浮上式磁気ヘッドは、アシンメトリーが小さ
なスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えているので、再生
波形の対象性に優れており、再生時のエラーの頻度を小
さくすることができる。
The thin-film magnetic head of the present invention is a thin-film magnetic head comprising the above-described spin-valve thin-film magnetic element and capable of reading magnetic information. The floating magnetic head of the present invention is A slider is provided with the above-described thin film magnetic head. Therefore, since the above-mentioned thin film magnetic head and flying magnetic head are provided with the spin valve type thin film magnetic element having small asymmetry, they are excellent in the symmetry of the reproduction waveform, and the frequency of errors during reproduction can be reduced. .

【0102】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製
造方法は、一方の固定磁性層を、2M(ただしMは1以
上の整数)以上の強磁性層とこれらの強磁性層の間に挿
入される非磁性層とから構成し、フリー磁性層を、2L
(ただしLは1以上の整数)以上の強磁性層とこれらの
強磁性層の間に挿入される非磁性中間層とから構成し、
他方の固定磁性層を、2N(ただしNは1以上の整数)
以上の強磁性層とこれらの強磁性層の間に挿入される非
磁性層とから構成し、一方及び他方の固定磁性層を構成
する強磁性層がスピンフロップ転移する磁界より小さい
外部磁界を印加しつつ熱処理して、前記一方及び他方の
反強磁性層と前記一方及び他方の固定磁性層との間で交
換結合磁界を発現させるので、上記の構成のスピンバル
ブ型薄膜磁気素子を容易に製造することができる。
In the method of manufacturing a spin-valve thin-film magnetic element of the present invention, one of the fixed magnetic layers is inserted between a ferromagnetic layer of 2M or more (where M is an integer of 1 or more) and these ferromagnetic layers. A non-magnetic layer, and the free magnetic layer
(Where L is an integer of 1 or more) ferromagnetic layers and a nonmagnetic intermediate layer inserted between these ferromagnetic layers,
2N (where N is an integer of 1 or more)
An external magnetic field smaller than the magnetic field at which the ferromagnetic layers constituting one and the other fixed magnetic layers are spin-flop-transformed is constituted by the above ferromagnetic layer and the non-magnetic layer inserted between these ferromagnetic layers. Heat treatment to generate an exchange coupling magnetic field between the one and other antiferromagnetic layers and the one and the other fixed magnetic layers, so that the spin-valve thin-film magnetic element having the above structure can be easily manufactured. can do.

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

【図1】 本発明の第1の実施形態であるスピンバル
ブ型薄膜磁気素子を磁気記録媒体側から見た断面模式図
である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a spin-valve thin-film magnetic element according to a first embodiment of the present invention as viewed from a magnetic recording medium side.

【図2】 図1のスピンバルブ型薄膜磁気素子をトラ
ック幅方向側から見た断面模式図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the spin-valve thin-film magnetic element of FIG. 1 as viewed from a track width direction side.

【図3】 本発明の第1の実施形態であるスピンバル
ブ型薄膜磁気素子を備えた浮上式磁気ヘッドを示す斜視
図である。
FIG. 3 is a perspective view showing a floating magnetic head including a spin-valve thin-film magnetic element according to the first embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の第1の実施形態であるスピンバル
ブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの要部を示す
断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a main part of a thin-film magnetic head including a spin-valve thin-film magnetic element according to a first embodiment of the present invention.

【図5】 図1のスピンバルブ型薄膜磁気素子の第
1、第2固定磁性層とフリー磁性層との間で発現する強
磁性層間結合磁界を説明するための模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a ferromagnetic interlayer coupling magnetic field generated between first and second fixed magnetic layers and a free magnetic layer of the spin-valve thin-film magnetic element of FIG. 1;

【図6】 図1に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子の
製造方法を説明するための工程図である。
FIG. 6 is a process chart for explaining a method of manufacturing the spin-valve thin-film magnetic element shown in FIG.

【図7】 図1に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子の
製造方法を説明するための工程図である。
FIG. 7 is a process chart for describing a method of manufacturing the spin-valve thin-film magnetic element shown in FIG.

【図8】 図1に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子の
製造方法を説明するための工程図である。
FIG. 8 is a process chart for explaining a method of manufacturing the spin-valve thin-film magnetic element shown in FIG.

【図9】 図1に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子の
製造方法を説明するための工程図である。
FIG. 9 is a process chart for explaining a method of manufacturing the spin-valve thin-film magnetic element shown in FIG.

【図10】 図1に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子
の製造方法を説明するための工程図である。
FIG. 10 is a process chart for explaining a method of manufacturing the spin-valve thin-film magnetic element shown in FIG.

【図11】 固定磁性層のM−H曲線を示すグラフで
ある。
FIG. 11 is a graph showing an MH curve of a fixed magnetic layer.

【図12】 図1に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子
の製造方法を説明するための工程図である。
FIG. 12 is a process chart for describing a method of manufacturing the spin-valve thin-film magnetic element shown in FIG.

【図13】 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を磁気記録媒体側から見た断面模式
図である。
FIG. 13 is a schematic sectional view of a spin-valve thin-film magnetic element according to a second embodiment of the present invention, as viewed from a magnetic recording medium side.

【図14】 図13のスピンバルブ型薄膜磁気素子を
トラック幅方向側から見た断面模式図である。
14 is a schematic cross-sectional view of the spin-valve thin-film magnetic element of FIG. 13 as viewed from the track width direction side.

【図15】 従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子を磁
気記録媒体側から見た断面模式図である。
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of a conventional spin-valve thin-film magnetic element viewed from a magnetic recording medium side.

【図16】 図15のスピンバルブ型薄膜磁気素子を
トラック幅方向側から見た断面模式図である。
16 is a schematic cross-sectional view of the spin-valve thin-film magnetic element of FIG. 15 as viewed from a track width direction side.

【図17】 図15のスピンバルブ型薄膜磁気素子の
フリー磁性層に印加される強磁性層間結合磁界を説明す
るための模式図である。
17 is a schematic diagram for explaining a ferromagnetic interlayer coupling magnetic field applied to a free magnetic layer of the spin-valve thin-film magnetic element of FIG.

【符号の説明】 1 薄膜磁気ヘッド 11、12 スピンバルブ型薄膜磁気素子 21、61 第1固定磁性層(一方の固定磁性層) 22、62 第1強磁性ピンド層(強磁性層) 23、63 第2強磁性ピンド層(強磁性層) 24、64 第1非磁性層(非磁性層) 31 第1非磁性導電層(一方の非磁性導電層) 32 第2非磁性導電層(他方の非磁性導電層) 41 フリー磁性層 42 第1強磁性自由層(強磁性層) 43 第2強磁性自由層(強磁性層) 44 非磁性中間層 51、81 第2固定磁性層(他方の固定磁性層) 52、82 第3強磁性ピンド層(強磁性層) 53、83 第4強磁性ピンド層(強磁性層) 54、84 第2非磁性層(非磁性層) 71 第1反強磁性層(一方の反強磁性層) 72 第2反強磁性層(他方の反強磁性層) 16 導電層 18 バイアス層 150 浮上式磁気ヘッド[Description of Signs] 1 Thin-film magnetic head 11, 12 Spin-valve thin-film magnetic element 21, 61 First fixed magnetic layer (one fixed magnetic layer) 22, 62 First ferromagnetic pinned layer (ferromagnetic layer) 23, 63 Second ferromagnetic pinned layer (ferromagnetic layer) 24, 64 First nonmagnetic layer (nonmagnetic layer) 31 First nonmagnetic conductive layer (one nonmagnetic conductive layer) 32 Second nonmagnetic conductive layer (the other nonmagnetic layer) Magnetic conductive layer) 41 free magnetic layer 42 first ferromagnetic free layer (ferromagnetic layer) 43 second ferromagnetic free layer (ferromagnetic layer) 44 nonmagnetic intermediate layer 51, 81 second pinned magnetic layer (the other pinned magnetism) Layer, 52, 82 Third ferromagnetic pinned layer (ferromagnetic layer) 53, 83 Fourth ferromagnetic pinned layer (ferromagnetic layer) 54, 84 Second nonmagnetic layer (nonmagnetic layer) 71 First antiferromagnetic layer (One antiferromagnetic layer) 72 Second antiferromagnetic layer (Other antiferromagnetic layer) 16 Conductive layer 18 bias layer 150 floating magnetic head

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井出 洋介 東京都大田区雪谷大塚町1番7号 アルプ ス電気株式会社内 (72)発明者 小池 文人 東京都大田区雪谷大塚町1番7号 アルプ ス電気株式会社内 (72)発明者 長谷川 直也 東京都大田区雪谷大塚町1番7号 アルプ ス電気株式会社内 Fターム(参考) 5D034 BA04 BA05 BB12 BB20 CA00 CA08 DA07  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yosuke Ide 1-7 Yukitani Otsukacho, Ota-ku, Tokyo Alps Electric Co., Ltd. (72) Inventor Fumito Koike 1-7 Yukitani-Otsukacho, Ota-ku, Tokyo Alp (72) Inventor Naoya Hasegawa 1-7 Yukiya Otsuka-cho, Ota-ku, Tokyo Alps Electric Co., Ltd. F-term (reference) 5D034 BA04 BA05 BB12 BB20 CA00 CA08 DA07

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 フリー磁性層の厚さ方向両側にそれぞ
れ非磁性導電層と固定磁性層と反強磁性層とが順次積層
されるとともに、前記フリー磁性層と前記一対の非磁性
導電層と前記一対の固定磁性層に検出電流を与える一対
の導電層と、前記フリー磁性層の磁化方向を揃える一対
のバイアス層とを備えてなり、 前記フリー磁性層は、2L(ただしLは1以上の整数)
以上の強磁性層と、これらの強磁性層の間に挿入される
非磁性中間層とが積層されてなるとともに、隣接する各
強磁性層のそれぞれの磁化方向が反平行とされて全体が
フェリ磁性状態とされ、 一方の前記固定磁性層は、2M(ただしMは1以上の整
数)以上の強磁性層と、これらの強磁性層の間に挿入さ
れる非磁性層とが積層されてなるとともに、隣接する各
強磁性層のそれぞれの磁化方向が反平行とされて全体が
フェリ磁性状態とされ、かつ該一方の固定磁性層全体の
磁化方向が、隣接する一方の前記反強磁性層との交換結
合磁界により前記フリー磁性層全体の磁化方向の交叉方
向に固定され、 他方の前記固定磁性層は、2N(ただしNは1以上の整
数)以上の強磁性層とこれらの強磁性層の間に挿入され
る非磁性層とが積層されるとともに、隣接する各強磁性
層のそれぞれの磁化方向が反平行とされて全体がフェリ
磁性状態とされ、かつ該他方の固定磁性層全体の磁化方
向が、隣接する一方の前記反強磁性層との交換結合磁界
により前記一方の固定磁性層の磁化方向の平行方向に固
定され、 前記一方の固定磁性層を構成する強磁性層のうち最もフ
リー磁性層に近い強磁性層の磁化方向と、前記他方の固
定磁性層を構成する強磁性層のうち最もフリー磁性層に
近い強磁性層の磁化方向とが反平行であることを特徴と
するスピンバルブ型薄膜磁気素子。
A nonmagnetic conductive layer, a pinned magnetic layer, and an antiferromagnetic layer are sequentially laminated on both sides in the thickness direction of the free magnetic layer, and the free magnetic layer, the pair of nonmagnetic conductive layers, A pair of conductive layers for applying a detection current to the pair of fixed magnetic layers; and a pair of bias layers for aligning the magnetization direction of the free magnetic layer, wherein the free magnetic layer is 2L (where L is an integer of 1 or more). )
The above ferromagnetic layers and a non-magnetic intermediate layer inserted between these ferromagnetic layers are laminated, and the magnetization directions of the adjacent ferromagnetic layers are made antiparallel, so that the entire ferromagnetic layer is ferrimagnetic. The pinned magnetic layer is in a magnetic state, and is formed by laminating a ferromagnetic layer of 2M or more (where M is an integer of 1 or more) and a non-magnetic layer inserted between these ferromagnetic layers. At the same time, the respective magnetization directions of the adjacent ferromagnetic layers are set to be antiparallel, and the whole is brought into a ferrimagnetic state, and the magnetization direction of the one fixed magnetic layer as a whole is the same as the one of the adjacent antiferromagnetic layers. The free magnetic layer is fixed in the direction crossing the magnetization direction of the entire free magnetic layer, and the other fixed magnetic layer has a ferromagnetic layer of 2N (N is an integer of 1 or more) or more and a ferromagnetic layer of these ferromagnetic layers. When the non-magnetic layer inserted between them is laminated The magnetization direction of each of the adjacent ferromagnetic layers is antiparallel, the whole is in a ferrimagnetic state, and the magnetization direction of the other fixed magnetic layer is the same as that of the adjacent one of the antiferromagnetic layers. The magnetization direction of the ferromagnetic layer closest to the free magnetic layer among the ferromagnetic layers constituting the one fixed magnetic layer, which is fixed in a direction parallel to the magnetization direction of the one fixed magnetic layer by an exchange coupling magnetic field; A spin-valve thin-film magnetic element, wherein the magnetization direction of the ferromagnetic layer closest to the free magnetic layer among the ferromagnetic layers constituting the other fixed magnetic layer is antiparallel.
【請求項2】 前記一方の固定磁性層を構成する強磁
性層のうち最もフリー磁性層に近い強磁性層と前記フリ
ー磁性層とが強磁性層間結合することにより生じる強磁
性交換結合磁界の磁界モーメントHb1の方向と、前記他
方の固定磁性層を構成する強磁性層のうち最もフリー磁
性層に近い強磁性層と前記フリー磁性層とが強磁性層間
結合することにより生じる強磁性交換結合磁界の磁界モ
ーメントHb2の方向とが、前記フリー磁性層において反
平行とされてい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。
2. A magnetic field of a ferromagnetic exchange coupling magnetic field generated by coupling a ferromagnetic layer closest to a free magnetic layer among the ferromagnetic layers constituting the one fixed magnetic layer with the free magnetic layer. The direction of the moment Hb1 and the direction of the ferromagnetic exchange coupling magnetic field generated by the ferromagnetic interlayer coupling between the ferromagnetic layer closest to the free magnetic layer and the free magnetic layer among the ferromagnetic layers constituting the other fixed magnetic layer. 2. The spin-valve thin-film magnetic element according to claim 1, wherein the direction of the magnetic field moment Hb2 is antiparallel in the free magnetic layer.
【請求項3】 前記Lが1であり、前記Mが1であ
り、前記Nが1であることを特徴とする請求項1または
請求項2に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
3. The spin-valve thin-film magnetic element according to claim 1, wherein the L is 1, the M is 1, and the N is 1.
【請求項4】 前記一方の固定磁性層が、第1、第2
の強磁性層と、これら第1、第2の強磁性層の間に挿入
される第1の非磁性層とが積層されてなるとともに、前
記フリー磁性層の近くに位置する前記第2の強磁性層の
膜厚が、前記第1の強磁性層の膜厚より大とされ、 前記他方の固定磁性層が、第3、第4の強磁性層と、こ
れら第3、第4の強磁性層の間に挿入される第2の非磁
性層とが積層されてなるとともに、前記フリー磁性層の
近くに位置する前記第3の強磁性層の膜厚が、前記第4
の強磁性層の膜厚より小とされていることを特徴とする
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のスピンバル
ブ型薄膜磁気素子。
4. The method according to claim 1, wherein the one fixed magnetic layer comprises first and second fixed magnetic layers.
And a first non-magnetic layer inserted between the first and second ferromagnetic layers, and the second ferromagnetic layer located near the free magnetic layer. The thickness of the magnetic layer is greater than the thickness of the first ferromagnetic layer, and the other fixed magnetic layer is formed of a third and a fourth ferromagnetic layer and a third and a fourth ferromagnetic layer. A second nonmagnetic layer inserted between the layers is laminated, and the third ferromagnetic layer located near the free magnetic layer has a thickness of the fourth magnetic layer.
4. The spin-valve thin-film magnetic element according to claim 1, wherein the thickness is smaller than the thickness of the ferromagnetic layer.
【請求項5】 前記一方の固定磁性層が、第1、第2
の強磁性層と、これら第1、第2の強磁性層の間に挿入
される第1の非磁性層とが積層されてなるとともに、前
記フリー磁性層の近くに位置する前記第2の強磁性層の
膜厚が、前記第1の強磁性層の膜厚より小とされ、 前記他方の固定磁性層が、第3、第4の強磁性層と、こ
れら第3、第4の強磁性層の間に挿入される第2の非磁
性層とが積層されてなるとともに、前記フリー磁性層の
近くに位置する前記第3の強磁性層の膜厚が、前記第4
の強磁性層の膜厚より大とされていることを特徴とする
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のスピンバル
ブ型薄膜磁気素子。
5. The method according to claim 1, wherein the one fixed magnetic layer comprises first and second fixed magnetic layers.
And a first non-magnetic layer inserted between the first and second ferromagnetic layers, and the second ferromagnetic layer located near the free magnetic layer. The thickness of the magnetic layer is smaller than the thickness of the first ferromagnetic layer, and the other fixed magnetic layer is formed of a third and a fourth ferromagnetic layer and a third and a fourth ferromagnetic layer. A second nonmagnetic layer inserted between the layers is laminated, and the third ferromagnetic layer located near the free magnetic layer has a thickness of the fourth magnetic layer.
4. The spin-valve thin-film magnetic element according to claim 1, wherein the thickness is larger than the thickness of the ferromagnetic layer.
【請求項6】 請求項1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を具備してなること
を特徴とする磁気情報を読み取り可能な薄膜磁気ヘッ
ド。
6. A thin-film magnetic head capable of reading magnetic information, comprising the spin-valve thin-film magnetic element according to any one of claims 1 to 5.
【請求項7】 請求項6に記載の薄膜磁気ヘッドをス
ライダに具備してなることを特徴とする浮上式磁気ヘッ
ド。
7. A flying magnetic head comprising the slider having the thin-film magnetic head according to claim 6.
【請求項8】 一方の反強磁性層と、反強磁性的に結
合する2M(ただしMは1以上の整数)以上の強磁性層
とこれらの強磁性層の間に挿入される非磁性層とが積層
されてなる一方の固定磁性層と、一方の非磁性導電層
と、反強磁性的に結合する2L(ただしLは1以上の整
数)以上の強磁性層とこれらの強磁性層の間に挿入され
る非磁性中間層とが積層されてなるフリー磁性層と、他
方の非磁性導電層と、反強磁性的に結合する2N(ただ
しNは1以上の整数)以上の強磁性層とこれらの強磁性
層の間に挿入される非磁性層とが積層されてなる他方の
固定磁性層と、他方の反強磁性層とを積層して積層体を
構成し、 前記一方の固定磁性層及び前記他方の固定磁性層をそれ
ぞれ構成する各強磁性層がスピンフロップ転移する磁界
よりも小さい外部磁界を前記積層体に印加しつつ熱処理
して、前記一方の反強磁性層と前記一方の固定磁性層の
間、及び前記他方の反強磁性層と前記他方の固定磁性層
との間で交換結合磁界をそれぞれ発現させることを特徴
とするスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法。
8. A ferromagnetic layer having at least 2M (where M is an integer of 1 or more) antiferromagnetically coupled to one antiferromagnetic layer and a nonmagnetic layer inserted between these ferromagnetic layers And a non-magnetic conductive layer, a non-magnetic conductive layer, and a 2L (where L is an integer of 1 or more) or more ferromagnetic layer that is antiferromagnetically coupled. 2N (where N is an integer of 1 or more) or more ferromagnetic layer antiferromagnetically coupled to a free magnetic layer having a nonmagnetic intermediate layer interposed therebetween and the other nonmagnetic conductive layer And a nonmagnetic layer inserted between these ferromagnetic layers and the other fixed magnetic layer, and the other antiferromagnetic layer are stacked to form a laminate, wherein the one fixed magnetic layer Each of the ferromagnetic layers constituting the layer and the other pinned magnetic layer is smaller than a magnetic field that causes a spin-flop transition. A heat treatment is performed while applying a partial magnetic field to the laminate, so that a heat is applied between the one antiferromagnetic layer and the one fixed magnetic layer and between the other antiferromagnetic layer and the other fixed magnetic layer. A method for producing a spin-valve thin-film magnetic element, characterized by expressing exchange coupling magnetic fields.
【請求項9】 前記外部磁界の大きさが、8.0×1
4A/m以下であることを特徴とする請求項8に記載
のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法。
9. The magnitude of the external magnetic field is 8.0 × 1.
0 4 method of manufacturing the spin valve thin film magnetic element according to claim 8, characterized in that at most A / m.
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