JP2001217481A - スピンバルブ膜、並びに、その反強磁性体層の最適組成比の選定方法 - Google Patents
スピンバルブ膜、並びに、その反強磁性体層の最適組成比の選定方法Info
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
- H01F10/3268—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn
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- H01F10/3295—Spin-exchange coupled multilayers wherein the magnetic pinned or free layers are laminated without anti-parallel coupling within the pinned and free layers
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 反強磁性体層の膜厚の狭小化を図りつつも、
ピン層の交換異方性を大きくしてピン層の磁化の安定化
を図り、さらに経時変化による交換結合磁界並びにＭＲ
比が大きく低減しないようにして、良好な出力特性と耐
久性とを得ることのできるスピンバルブ膜を提供し、ひ
いては磁気記録装置における線記録密度の更なる向上を
図る。 【解決手段】 自由側強磁性体層、非磁性導電体層、固
定側強磁性体層及び反強磁性体層を備えるスピンバルブ
膜であって、膜面内での磁気トルク測定より得ることの
できる単位面積当たりの回転ヒステリシス損失をＷｒと
し、膜面内での磁気トルク測定より得ることのできる固
定側強磁性体層の単位面積当たりの一方向異方性エネル
ギーをＫuaとした場合、Ｗｒ／（Ｗｒ＋Ｋua）が０．６
５未満となるようにする。
ピン層の交換異方性を大きくしてピン層の磁化の安定化
を図り、さらに経時変化による交換結合磁界並びにＭＲ
比が大きく低減しないようにして、良好な出力特性と耐
久性とを得ることのできるスピンバルブ膜を提供し、ひ
いては磁気記録装置における線記録密度の更なる向上を
図る。 【解決手段】 自由側強磁性体層、非磁性導電体層、固
定側強磁性体層及び反強磁性体層を備えるスピンバルブ
膜であって、膜面内での磁気トルク測定より得ることの
できる単位面積当たりの回転ヒステリシス損失をＷｒと
し、膜面内での磁気トルク測定より得ることのできる固
定側強磁性体層の単位面積当たりの一方向異方性エネル
ギーをＫuaとした場合、Ｗｒ／（Ｗｒ＋Ｋua）が０．６
５未満となるようにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ハードディスク装
置の磁気ヘッド等の感磁素子として用いられるスピンバ
ルブ膜に関する。
置の磁気ヘッド等の感磁素子として用いられるスピンバ
ルブ膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気記録の更なる高密度化を達成するた
めに、近年、例えば特開平11-330587号公報、特開平11-
328625号公報、特開平11-250420号公報、特開平11-2326
17号公報、特開平11-175923号公報、特開平11-126932号
公報、特開平11-121832号公報、特開平11-097765号公
報、特開平11-097763号公報、特開平11-096519号公報、
特開平11-086228号公報、特開平10-294506号公報、特開
平10-177706号公報並びに特開平10-154618号公報等の多
数の刊行物に開示されているように、スピンバルブ膜を
感磁素子として備える磁束感知型の磁気抵抗効果ヘッド
の研究・開発が盛んに行われている。
めに、近年、例えば特開平11-330587号公報、特開平11-
328625号公報、特開平11-250420号公報、特開平11-2326
17号公報、特開平11-175923号公報、特開平11-126932号
公報、特開平11-121832号公報、特開平11-097765号公
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特開平11-086228号公報、特開平10-294506号公報、特開
平10-177706号公報並びに特開平10-154618号公報等の多
数の刊行物に開示されているように、スピンバルブ膜を
感磁素子として備える磁束感知型の磁気抵抗効果ヘッド
の研究・開発が盛んに行われている。
【０００３】上記スピンバルブ膜は、対の強磁性体層の
間に非磁性導電体層を挟んで一体化し、一方の強磁性体
層の磁化方向を反強磁性体層との交換結合によって固定
し、他方の強磁性体層の磁化方向は、外部磁界に応じて
自由に回転し得るように構成したものである。なお、反
強磁性体層との交換結合によって磁化方向が固定された
固定側強磁性体層はピン層或いは固定磁性層とも称さ
れ、磁化方向が自由に回転し得る自由側強磁性体層はフ
リー層或いは自由磁性層とも称されている。
間に非磁性導電体層を挟んで一体化し、一方の強磁性体
層の磁化方向を反強磁性体層との交換結合によって固定
し、他方の強磁性体層の磁化方向は、外部磁界に応じて
自由に回転し得るように構成したものである。なお、反
強磁性体層との交換結合によって磁化方向が固定された
固定側強磁性体層はピン層或いは固定磁性層とも称さ
れ、磁化方向が自由に回転し得る自由側強磁性体層はフ
リー層或いは自由磁性層とも称されている。
【０００４】かかるスピンバルブ膜からなる感磁素子
（スピンバルブ素子）では、外部磁界の強弱により電気
抵抗が１０数％変化し、旧来から磁気抵抗効果を示す材
料として知られているＮｉＦｅ合金等の単層膜の抵抗変
化率（２〜３％程度）に比して非常に大きいことから、
巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）の一つとして位置
づけられている。
（スピンバルブ素子）では、外部磁界の強弱により電気
抵抗が１０数％変化し、旧来から磁気抵抗効果を示す材
料として知られているＮｉＦｅ合金等の単層膜の抵抗変
化率（２〜３％程度）に比して非常に大きいことから、
巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）の一つとして位置
づけられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ハードディスク装置の
更なる面記録密度の向上の方向性の一つとして、線記録
密度の更なる向上を挙げることができる。線記録密度の
向上は、スピンバルブ膜全体の膜厚を更に狭小化し、上
下の磁気シールド間の間隔を狭小化することにより達成
することができる。しかし、近年のスピンバルブ膜を構
成する各層の膜厚は、各層が果たす作用、物性等に基い
て厳密に規定されており、膜厚の単なる変更は、素子の
出力特性の劣化をもたらす。
更なる面記録密度の向上の方向性の一つとして、線記録
密度の更なる向上を挙げることができる。線記録密度の
向上は、スピンバルブ膜全体の膜厚を更に狭小化し、上
下の磁気シールド間の間隔を狭小化することにより達成
することができる。しかし、近年のスピンバルブ膜を構
成する各層の膜厚は、各層が果たす作用、物性等に基い
て厳密に規定されており、膜厚の単なる変更は、素子の
出力特性の劣化をもたらす。
【０００６】スピンバルブ膜の出力特性は、反強磁性体
層によるピン層の磁化の固着が重要であり、十分大きな
交換結合磁場Ｈuaを得るために他の層に比して反強磁性
体層の膜厚は非常に大きく、従来製品では２０ｎｍ以上
とされている。従来より、反強磁性体層の膜厚は大きい
程、ピン層の磁化が安定し、２０ｎｍを下回ると急激に
交換結合磁場Ｈuaが減少し、大きなＭＲ比（磁気抵抗効
果比＝ΔＲ／Ｒ）が得られず、スピンバルブ素子として
良好な特性が得られない。
層によるピン層の磁化の固着が重要であり、十分大きな
交換結合磁場Ｈuaを得るために他の層に比して反強磁性
体層の膜厚は非常に大きく、従来製品では２０ｎｍ以上
とされている。従来より、反強磁性体層の膜厚は大きい
程、ピン層の磁化が安定し、２０ｎｍを下回ると急激に
交換結合磁場Ｈuaが減少し、大きなＭＲ比（磁気抵抗効
果比＝ΔＲ／Ｒ）が得られず、スピンバルブ素子として
良好な特性が得られない。
【０００７】また、製造直後において大きなＭＲ比と大
きな交換結合磁場Ｈuaが得られたスピンバルブ素子であ
っても、実際にその素子を繰り返し使用していくに従っ
てＭＲ比及び交換結合磁場Ｈuaの双方が減少していくこ
とを本願発明者らは知見している。特に、反強磁性体層
の膜厚が２０ｎｍを下回る場合、経時変化によるＭＲ比
の出力低下が大きくなる。このように耐久性が良好では
ないスピンバルブ素子は、試作品においては見かけ上、
高性能を発揮するが、実製品に採用することはできな
い。
きな交換結合磁場Ｈuaが得られたスピンバルブ素子であ
っても、実際にその素子を繰り返し使用していくに従っ
てＭＲ比及び交換結合磁場Ｈuaの双方が減少していくこ
とを本願発明者らは知見している。特に、反強磁性体層
の膜厚が２０ｎｍを下回る場合、経時変化によるＭＲ比
の出力低下が大きくなる。このように耐久性が良好では
ないスピンバルブ素子は、試作品においては見かけ上、
高性能を発揮するが、実製品に採用することはできな
い。
【０００８】そこで、本発明は、反強磁性体層の膜厚の
狭小化を図りつつも、ピン層の交換異方性を大きくして
ピン層の磁化の安定化を図り、さらに経時変化による交
換結合磁界並びにＭＲ比が大きく低減しないようにし
て、良好な出力特性と耐久性とを得ることのできるスピ
ンバルブ膜、並びに、その反強磁性体層の最適組成比の
選定方法を提供し、ひいては磁気記録装置における線記
録密度の更なる向上を図ることを目的とする。
狭小化を図りつつも、ピン層の交換異方性を大きくして
ピン層の磁化の安定化を図り、さらに経時変化による交
換結合磁界並びにＭＲ比が大きく低減しないようにし
て、良好な出力特性と耐久性とを得ることのできるスピ
ンバルブ膜、並びに、その反強磁性体層の最適組成比の
選定方法を提供し、ひいては磁気記録装置における線記
録密度の更なる向上を図ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本願発明者らは、スピン
バルブ膜の構成層のうち反強磁性体層の膜厚の更なる狭
小化を図りつつも、大きな交換結合磁界Ｈua並びに大き
なＭＲ比が得られるスピンバルブ膜の構造を探求すべ
く、鋭意研究を行った。上記したように、スピンバルブ
膜の出力特性の安定性は、反強磁性体層によるピン層の
磁化の固着がポイントであり、安定性の高い反強磁性体
の合金組成若しくは化合物組成を解明することが重要で
ある。例えば、ＰｔＭｎ合金においてはＭｎ組成比が５
２ａｔ％前後で良好な性能を示すことが知見されている
が、ＰｔＭｎ膜をスパッタリング法により成膜する際に
用いるターゲットの種類などの種々の要因により、最適
なＭｎ組成比が微妙に変動する。反強磁性体層の膜厚が
２０ｎｍ以上の場合には、Ｍｎ組成比に±１ａｔ％のば
らつきがあっても所望の性能を得ることができたが、今
後、更なる薄膜化を図るためには、成膜されたスピンバ
ルブ膜の各層間、特に反強磁性体層とピン層との間の界
面状態などを考慮し、成膜条件に応じた最適な反強磁性
体の合金組成比若しくは化合物組成比を特定することが
必要である。
バルブ膜の構成層のうち反強磁性体層の膜厚の更なる狭
小化を図りつつも、大きな交換結合磁界Ｈua並びに大き
なＭＲ比が得られるスピンバルブ膜の構造を探求すべ
く、鋭意研究を行った。上記したように、スピンバルブ
膜の出力特性の安定性は、反強磁性体層によるピン層の
磁化の固着がポイントであり、安定性の高い反強磁性体
の合金組成若しくは化合物組成を解明することが重要で
ある。例えば、ＰｔＭｎ合金においてはＭｎ組成比が５
２ａｔ％前後で良好な性能を示すことが知見されている
が、ＰｔＭｎ膜をスパッタリング法により成膜する際に
用いるターゲットの種類などの種々の要因により、最適
なＭｎ組成比が微妙に変動する。反強磁性体層の膜厚が
２０ｎｍ以上の場合には、Ｍｎ組成比に±１ａｔ％のば
らつきがあっても所望の性能を得ることができたが、今
後、更なる薄膜化を図るためには、成膜されたスピンバ
ルブ膜の各層間、特に反強磁性体層とピン層との間の界
面状態などを考慮し、成膜条件に応じた最適な反強磁性
体の合金組成比若しくは化合物組成比を特定することが
必要である。
【００１０】本願発明者らは、反強磁性体層の膜厚と組
成比の異なる多数のスピンバルブ膜試料を作成し、各試
料について種々のデータを採取した。図２は、試料とし
て用いたスピンバルブ膜の膜構成を模式的に示したもの
であり、非磁性材料からなる基板１上に、Ｔａ膜２から
なる下地層、ＮｉＦｅＣｒ膜３からなる配向制御層、Ｐ
ｔＭｎ膜４からなる反強磁性体層、ＣｏＦｅ膜５からな
る固定側強磁性体層、Ｃｕ膜６からなる非磁性導電体
層、ＣｏＦｅ膜７及びＮｉＦｅ膜８の二層膜からなる自
由側強磁性体層、Ｔａ膜９からなる保護層を順次積層形
成したものである。これを１ｃｍ四方の正方形板状に切
り出して試料とした。また、ＰｔＭｎ膜４の膜厚ｄが
７．５ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍ、２０ｎｍ及び２５ｎ
ｍである５種の試料を作成するとともに、各膜厚ｄの試
料について、さらにＰｔＭｎ膜の成膜条件を変えること
によりＭｎ組成比の微妙に異なる５種の試料（計２５種
の試料）を作成した。
成比の異なる多数のスピンバルブ膜試料を作成し、各試
料について種々のデータを採取した。図２は、試料とし
て用いたスピンバルブ膜の膜構成を模式的に示したもの
であり、非磁性材料からなる基板１上に、Ｔａ膜２から
なる下地層、ＮｉＦｅＣｒ膜３からなる配向制御層、Ｐ
ｔＭｎ膜４からなる反強磁性体層、ＣｏＦｅ膜５からな
る固定側強磁性体層、Ｃｕ膜６からなる非磁性導電体
層、ＣｏＦｅ膜７及びＮｉＦｅ膜８の二層膜からなる自
由側強磁性体層、Ｔａ膜９からなる保護層を順次積層形
成したものである。これを１ｃｍ四方の正方形板状に切
り出して試料とした。また、ＰｔＭｎ膜４の膜厚ｄが
７．５ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍ、２０ｎｍ及び２５ｎ
ｍである５種の試料を作成するとともに、各膜厚ｄの試
料について、さらにＰｔＭｎ膜の成膜条件を変えること
によりＭｎ組成比の微妙に異なる５種の試料（計２５種
の試料）を作成した。
【００１１】これら各試料につき、アニール処理後、図
３に示すように磁場を3000Ｏｅから−3000Ｏｅまでの間
で交互に変化させ、この交番磁場中で磁気抵抗効果比Ｍ
Ｒ（＝ΔＲ／Ｒ）を３回測定した。スピンバルブ膜のＭ
Ｒ−Ｈ曲線は図４に示すようなヒステリシス曲線とな
り、この曲線の最大値ＭＲmaxが、各試料の磁気抵抗効
果比ＭＲとなる。また、このＭＲ−Ｈ曲線から交換結合
磁界Ｈuaが求められる。この測定結果を表１に示す。な
お、表において、例えば、試料２−３は、試料２におけ
る３度目の測定であることを示す。
３に示すように磁場を3000Ｏｅから−3000Ｏｅまでの間
で交互に変化させ、この交番磁場中で磁気抵抗効果比Ｍ
Ｒ（＝ΔＲ／Ｒ）を３回測定した。スピンバルブ膜のＭ
Ｒ−Ｈ曲線は図４に示すようなヒステリシス曲線とな
り、この曲線の最大値ＭＲmaxが、各試料の磁気抵抗効
果比ＭＲとなる。また、このＭＲ−Ｈ曲線から交換結合
磁界Ｈuaが求められる。この測定結果を表１に示す。な
お、表において、例えば、試料２−３は、試料２におけ
る３度目の測定であることを示す。
【００１２】
【表１】
【００１３】表１中、PowerはＰｔＭｎ層の成膜に用い
たスパッタリング装置の放電電力、Ａｒ圧は放電ガスで
あるアルゴンガスの真空圧であり、これら成膜条件を適
宜変更することによって表に示されるようにＭｎ組成比
を微妙に変化させている。
たスパッタリング装置の放電電力、Ａｒ圧は放電ガスで
あるアルゴンガスの真空圧であり、これら成膜条件を適
宜変更することによって表に示されるようにＭｎ組成比
を微妙に変化させている。
【００１４】次に、大きな交番磁場に曝されることによ
る各試料のＭＲ並びにＨuaの低減率を見るため、表１の
測定データを加工し、第ｎ回目（ｎ＝１，２，３）の測
定データの第１回目の測定データに対する比を算出し
た。これを表２に示す。なお、３回で測定を終了してい
るのは、３回測定すると試料のＭＲ並びにＨuaはほぼ飽
和し、４回目以降の測定データは３回目の測定データに
比して殆ど変動しないからである。なお、以下、ＭＲ１
及びＨua１は１回目の測定データであり、これをＭＲ
initial及びＨuainitialと定義する。また、ＭＲ３及び
Ｈua３は３回目の測定データであり、かかる飽和状態の
磁気抵抗効果比をＭＲsaturationと、飽和状態の交換結
合磁界をＨuasaturationとする。また、表中、ＭＲn，
Ｈuanはそれぞれｎ回目の測定データであり、ＭＲi，Ｈ
uaiはそれぞれＭＲinitial，Ｈuainiti alの略である。
る各試料のＭＲ並びにＨuaの低減率を見るため、表１の
測定データを加工し、第ｎ回目（ｎ＝１，２，３）の測
定データの第１回目の測定データに対する比を算出し
た。これを表２に示す。なお、３回で測定を終了してい
るのは、３回測定すると試料のＭＲ並びにＨuaはほぼ飽
和し、４回目以降の測定データは３回目の測定データに
比して殆ど変動しないからである。なお、以下、ＭＲ１
及びＨua１は１回目の測定データであり、これをＭＲ
initial及びＨuainitialと定義する。また、ＭＲ３及び
Ｈua３は３回目の測定データであり、かかる飽和状態の
磁気抵抗効果比をＭＲsaturationと、飽和状態の交換結
合磁界をＨuasaturationとする。また、表中、ＭＲn，
Ｈuanはそれぞれｎ回目の測定データであり、ＭＲi，Ｈ
uaiはそれぞれＭＲinitial，Ｈuainiti alの略である。
【００１５】
【表２】
【００１６】表１及び表２から、上記測定試験において
は、ＭＲ及びＨuaの絶対値が比較的大きいのはＭｎ組成
比が５０．２at％若しくは５１．１１at％の場合である
が、一方、繰り返し測定によるＭＲ及びＨuaの低減率が
小さい（耐久性が大きい）のはＭｎ組成比が５３．０２
at％若しくは５１．６９at％の場合であることが判る。
しかし、本願発明者らは、ＰｔＭｎ膜の成膜時に用いる
ターゲットの種類などの種々の成膜環境や成膜条件によ
り、ＰｔＭｎ膜が同じ組成比であっても膜特性が変化す
る可能性があることを知見している。したがって、反強
磁性体層を構成する合金若しくは化合物の組成比や、上
記ＭＲ、Ｈua及びこれらの低減率以外に、スピンバルブ
膜の耐久性や出力特性を評価するための一般的な指標を
新たに見出すことが有効である。
は、ＭＲ及びＨuaの絶対値が比較的大きいのはＭｎ組成
比が５０．２at％若しくは５１．１１at％の場合である
が、一方、繰り返し測定によるＭＲ及びＨuaの低減率が
小さい（耐久性が大きい）のはＭｎ組成比が５３．０２
at％若しくは５１．６９at％の場合であることが判る。
しかし、本願発明者らは、ＰｔＭｎ膜の成膜時に用いる
ターゲットの種類などの種々の成膜環境や成膜条件によ
り、ＰｔＭｎ膜が同じ組成比であっても膜特性が変化す
る可能性があることを知見している。したがって、反強
磁性体層を構成する合金若しくは化合物の組成比や、上
記ＭＲ、Ｈua及びこれらの低減率以外に、スピンバルブ
膜の耐久性や出力特性を評価するための一般的な指標を
新たに見出すことが有効である。
【００１７】そこで、本願発明者らは、反強磁性体層と
の交換結合によるピン層の磁化固着の安定性を示す指標
として、膜面内での磁気トルク測定により得られる単位
面積あたりの回転ヒステリシス損失Ｗｒ及び一方向異方
性エネルギーＫuaに着眼した。
の交換結合によるピン層の磁化固着の安定性を示す指標
として、膜面内での磁気トルク測定により得られる単位
面積あたりの回転ヒステリシス損失Ｗｒ及び一方向異方
性エネルギーＫuaに着眼した。
【００１８】膜面内での磁気トルク測定は、非磁性材料
からなる基板上にスピンバルブ膜を成膜し、これを切り
出して試料とする。なお、一般に、形状異方性の効果を
排除するために試料を円形状に切り出すが、スピンバル
ブ膜の場合、膜全体で５０ｎｍ以下程度の超薄膜である
から、形状異方性エネルギーは反強磁性体層の交換異方
性エネルギーに比して非常に小さく、形状異方性の効果
は無視できるから、例えば１ｃｍ四方の正方形状に切り
出した試料を用いることも可能である。
からなる基板上にスピンバルブ膜を成膜し、これを切り
出して試料とする。なお、一般に、形状異方性の効果を
排除するために試料を円形状に切り出すが、スピンバル
ブ膜の場合、膜全体で５０ｎｍ以下程度の超薄膜である
から、形状異方性エネルギーは反強磁性体層の交換異方
性エネルギーに比して非常に小さく、形状異方性の効果
は無視できるから、例えば１ｃｍ四方の正方形状に切り
出した試料を用いることも可能である。
【００１９】スピンバルブ膜試料のピン層の磁化容易方
向と磁場のなす角度θを０から２πまで徐々に大きくし
つつ試料に作用するトルクを測定することにより得られ
たトルク曲線Ｌforward(θ)と、角度θを２πから０ま
で徐々に小さくしつつ試料に作用するトルクを測定する
ことにより得られたトルク曲線Ｌbackward(θ)にはヒス
テリシス現象が見られる。上記単位面積あたりの回転ヒ
ステリシス損失Ｗｒは、
向と磁場のなす角度θを０から２πまで徐々に大きくし
つつ試料に作用するトルクを測定することにより得られ
たトルク曲線Ｌforward(θ)と、角度θを２πから０ま
で徐々に小さくしつつ試料に作用するトルクを測定する
ことにより得られたトルク曲線Ｌbackward(θ)にはヒス
テリシス現象が見られる。上記単位面積あたりの回転ヒ
ステリシス損失Ｗｒは、
【数１】 で定義される。ここでＡは試料であるスピンバルブ膜の
膜面積である。上記ヒステリシス現象が生じる原理は必
ずしも明らかになっていないが、反強磁性体層とピン層
との界面において、トルク測定の際に印加される大きな
磁界により、局所的にピン層の磁気モーメントが固定さ
れずに磁場の変化とともに回転し、この際に生じるエネ
ルギー損失がヒステリシス現象として現れるものと考え
られる。上記回転ヒステリシス損失Ｗｒは、ピン層の磁
化回転に伴うエネルギー損失であるから、この値が大き
い程、ピン層の磁気モーメントは回転し易くなると考え
られる。
膜面積である。上記ヒステリシス現象が生じる原理は必
ずしも明らかになっていないが、反強磁性体層とピン層
との界面において、トルク測定の際に印加される大きな
磁界により、局所的にピン層の磁気モーメントが固定さ
れずに磁場の変化とともに回転し、この際に生じるエネ
ルギー損失がヒステリシス現象として現れるものと考え
られる。上記回転ヒステリシス損失Ｗｒは、ピン層の磁
化回転に伴うエネルギー損失であるから、この値が大き
い程、ピン層の磁気モーメントは回転し易くなると考え
られる。
【００２０】一方、単位面積あたりの一方向異方性エネ
ルギーＫuaは、 Ｌ(θ)＝−Ａ・Ｋua・sinθ で定義される。ここで、Ａは試料であるスピンバルブ膜
の膜面積である。しかし、実際に測定されたＬ(θ)には
一軸異方性成分（Ｋｕ）も含まれているため、正確には
Ｌ(θ)は、 Ｌ(θ)＝−Ａ・Ｋua・sinθ − Ａ・Ｋｕ・sin２θ で表される。本発明では、この式に従い、測定されたＬ
forward(θ)をフーリエ変換することで、Ｋuaを導出し
た。
ルギーＫuaは、 Ｌ(θ)＝−Ａ・Ｋua・sinθ で定義される。ここで、Ａは試料であるスピンバルブ膜
の膜面積である。しかし、実際に測定されたＬ(θ)には
一軸異方性成分（Ｋｕ）も含まれているため、正確には
Ｌ(θ)は、 Ｌ(θ)＝−Ａ・Ｋua・sinθ − Ａ・Ｋｕ・sin２θ で表される。本発明では、この式に従い、測定されたＬ
forward(θ)をフーリエ変換することで、Ｋuaを導出し
た。
【００２１】上記のようにして得られた一方向異方性エ
ネルギーＫuaは、ピン層の磁気モーメントの回転しにく
さを示す指標となる。したがって、これらＷｒとＫｕａ
とを引数とする所定の評価関数により導出された評価値
がある一定基準を満たすものであれば、非常に安定した
出力特性が得られると考えられる。この考察を実証する
ために、上記ＭＲ測定に用いた試料と同じ試料１〜２５
について、上記磁気トルク測定を行った。そのトルク試
験データを表３に示す。ここで、評価関数は、ｆ＝Ｗｒ
／（Ｗｒ＋Ｋua）とした。
ネルギーＫuaは、ピン層の磁気モーメントの回転しにく
さを示す指標となる。したがって、これらＷｒとＫｕａ
とを引数とする所定の評価関数により導出された評価値
がある一定基準を満たすものであれば、非常に安定した
出力特性が得られると考えられる。この考察を実証する
ために、上記ＭＲ測定に用いた試料と同じ試料１〜２５
について、上記磁気トルク測定を行った。そのトルク試
験データを表３に示す。ここで、評価関数は、ｆ＝Ｗｒ
／（Ｗｒ＋Ｋua）とした。
【００２２】
【表３】
【００２３】理解の容易の為、ＰｔＭｎ膜厚が１５ｎｍ
及び２５ｎｍである各試料について、評価値Ｗｒ／（Ｗ
ｒ＋Ｋua）と、ＭＲ低減率（ＭＲ３／ＭＲ１）及びＨua
低減率（Ｈua３／Ｈua１）との関係を表すグラフを図５
に示す。このグラフから明らかなように、上記評価値
は、ＭＲ低減率及びＨua低減率と密接な関係があり、か
かる評価値が所定範囲となるように成膜すれば、良好な
出力安定性と高出力とを達成できると考えられる。特
に、上記評価関数ｆ＝Ｗｒ／（Ｗｒ＋Ｋua）で求められ
る評価値の場合、図５から、評価値が０．６５未満、よ
り好ましくは０，６未満、さらに好ましくは０．５未満
で優れた安定性を示す。
及び２５ｎｍである各試料について、評価値Ｗｒ／（Ｗ
ｒ＋Ｋua）と、ＭＲ低減率（ＭＲ３／ＭＲ１）及びＨua
低減率（Ｈua３／Ｈua１）との関係を表すグラフを図５
に示す。このグラフから明らかなように、上記評価値
は、ＭＲ低減率及びＨua低減率と密接な関係があり、か
かる評価値が所定範囲となるように成膜すれば、良好な
出力安定性と高出力とを達成できると考えられる。特
に、上記評価関数ｆ＝Ｗｒ／（Ｗｒ＋Ｋua）で求められ
る評価値の場合、図５から、評価値が０．６５未満、よ
り好ましくは０，６未満、さらに好ましくは０．５未満
で優れた安定性を示す。
【００２４】かかる知見に基づいてなされた本発明は、
自由側強磁性体層、非磁性導電体層、固定側強磁性体層
及び反強磁性体層を備えるスピンバルブ膜であって、膜
面内での磁気トルク測定より得ることのできる単位面積
当たりの回転ヒステリシス損失をＷｒとし、膜面内での
磁気トルク測定より得ることのできる固定側強磁性体層
の単位面積当たりの一方向異方性エネルギーをＫuaとし
た場合、Ｗｒ／（Ｗｒ＋Ｋua）が０．６５未満であるこ
とを特徴とするものである。かかるスピンバルブ膜によ
れば、反強磁性体層の膜厚が２０ｎｍ以下の場合であっ
ても、大きな交換結合磁界Ｈuaと大きな磁気抵抗効果比
ＭＲを得られるので、耐久性の向上が図らる。さらに、
上記スピンバルブ膜は、製造完了時点の磁気抵抗効果比
をＭＲin itialとし、固定側強磁性体層の磁化方向を反
転させるに必要かつ十分な大きさ（例えば、２００ｋＡ
／ｍ以上）の振幅を有する交番磁場に曝された後の磁気
抵抗効果比をＭＲsaturationとした場合、ＭＲ
saturation／ＭＲinitialが０．９７以上となる高い耐
久性を示しつつも、反強磁性体層の膜厚を１０ｎｍ以下
にまで低減させることができ、磁気センサの狭小化によ
るさらなる記録密度の向上と耐久性の向上とを達成する
ことが可能である。
自由側強磁性体層、非磁性導電体層、固定側強磁性体層
及び反強磁性体層を備えるスピンバルブ膜であって、膜
面内での磁気トルク測定より得ることのできる単位面積
当たりの回転ヒステリシス損失をＷｒとし、膜面内での
磁気トルク測定より得ることのできる固定側強磁性体層
の単位面積当たりの一方向異方性エネルギーをＫuaとし
た場合、Ｗｒ／（Ｗｒ＋Ｋua）が０．６５未満であるこ
とを特徴とするものである。かかるスピンバルブ膜によ
れば、反強磁性体層の膜厚が２０ｎｍ以下の場合であっ
ても、大きな交換結合磁界Ｈuaと大きな磁気抵抗効果比
ＭＲを得られるので、耐久性の向上が図らる。さらに、
上記スピンバルブ膜は、製造完了時点の磁気抵抗効果比
をＭＲin itialとし、固定側強磁性体層の磁化方向を反
転させるに必要かつ十分な大きさ（例えば、２００ｋＡ
／ｍ以上）の振幅を有する交番磁場に曝された後の磁気
抵抗効果比をＭＲsaturationとした場合、ＭＲ
saturation／ＭＲinitialが０．９７以上となる高い耐
久性を示しつつも、反強磁性体層の膜厚を１０ｎｍ以下
にまで低減させることができ、磁気センサの狭小化によ
るさらなる記録密度の向上と耐久性の向上とを達成する
ことが可能である。
【００２５】さらに、上記スピンバルブ膜において、製
造完了時点の反強磁性体層の交換結合磁界をＨua
initialとし、固定側強磁性体層の磁化方向を反転させ
るに必要かつ十分な大きさの振幅を有する交番磁場に曝
された後の反強磁性体層の交換結合磁界をＨua
saturationとした場合、Ｈuasaturation／Ｈuainitial
が０．８５以上であるものとするのが好ましい。
造完了時点の反強磁性体層の交換結合磁界をＨua
initialとし、固定側強磁性体層の磁化方向を反転させ
るに必要かつ十分な大きさの振幅を有する交番磁場に曝
された後の反強磁性体層の交換結合磁界をＨua
saturationとした場合、Ｈuasaturation／Ｈuainitial
が０．８５以上であるものとするのが好ましい。
【００２６】また、本発明は、自由側強磁性体層、非磁
性導電体層、固定側強磁性体層及び反強磁性体層を備え
るスピンバルブ膜の前記反強磁性体層の最適組成比を選
定する方法であって、反強磁性体層を構成する合金若し
くは化合物の組成比のみ異なる複数種のスピンバルブ膜
を成膜し、これを所定形状に切り出すことにより複数の
試料を作成し、各試料毎に膜面内での磁気トルク測定を
行い、該測定結果を用いて各試料の固定側強磁性体層の
一方向異方性エネルギーと回転ヒステリシス損失とを導
出し、これら一方向異方性エネルギーと回転ヒステリシ
ス損失とを引数とする所定の評価関数を用いて各試料毎
に評価値を導出し、該評価値が所定範囲内にある試料の
反強磁性体層の合金組成比若しくは化合物組成比を、量
産時に用いる反強磁性体層の合金組成比若しくは化合物
組成比として選定することを特徴とするものである。か
かる本発明は、すでに説明したように反強磁性体層の成
膜環境や成膜条件によって反強磁性体の最適組成比が変
化し、量産時の成膜環境や成膜条件に応じた組成比を予
め導出しておくことで、高い耐久性と大きな出力とが得
られるスピンバルブ膜を歩留まり良く量産できるという
新たな知見に基づいてなされたものである。
性導電体層、固定側強磁性体層及び反強磁性体層を備え
るスピンバルブ膜の前記反強磁性体層の最適組成比を選
定する方法であって、反強磁性体層を構成する合金若し
くは化合物の組成比のみ異なる複数種のスピンバルブ膜
を成膜し、これを所定形状に切り出すことにより複数の
試料を作成し、各試料毎に膜面内での磁気トルク測定を
行い、該測定結果を用いて各試料の固定側強磁性体層の
一方向異方性エネルギーと回転ヒステリシス損失とを導
出し、これら一方向異方性エネルギーと回転ヒステリシ
ス損失とを引数とする所定の評価関数を用いて各試料毎
に評価値を導出し、該評価値が所定範囲内にある試料の
反強磁性体層の合金組成比若しくは化合物組成比を、量
産時に用いる反強磁性体層の合金組成比若しくは化合物
組成比として選定することを特徴とするものである。か
かる本発明は、すでに説明したように反強磁性体層の成
膜環境や成膜条件によって反強磁性体の最適組成比が変
化し、量産時の成膜環境や成膜条件に応じた組成比を予
め導出しておくことで、高い耐久性と大きな出力とが得
られるスピンバルブ膜を歩留まり良く量産できるという
新たな知見に基づいてなされたものである。
【００２７】上記本発明の選定方法において、スピンバ
ルブ膜の反強磁性体としてはＰｔＭｎ規則合金を用いる
のが好適である。ＰｔＭｎ規則合金は、ブロッキング温
度が３８０℃と高く、熱安定性にも優れ、成膜条件によ
って３０〜４０Ａ／ｍｍ以上の大きな交換結合磁界が得
られる。したがって、本発明方法により、ＰｔＭｎ規則
合金を反強磁性体層とするスピンバルブ膜のさらなる性
能向上を図ることが可能となる。
ルブ膜の反強磁性体としてはＰｔＭｎ規則合金を用いる
のが好適である。ＰｔＭｎ規則合金は、ブロッキング温
度が３８０℃と高く、熱安定性にも優れ、成膜条件によ
って３０〜４０Ａ／ｍｍ以上の大きな交換結合磁界が得
られる。したがって、本発明方法により、ＰｔＭｎ規則
合金を反強磁性体層とするスピンバルブ膜のさらなる性
能向上を図ることが可能となる。
【００２８】上記本発明の選定方法により選定される組
成比の合金若しくは化合物により反強磁性体層が成膜さ
れたスピンバルブ膜は、大きな出力と高い耐久性を安定
的に発揮し、その製造時の歩留まりの向上と、さらなる
コスト低減にも寄与し得るものである。
成比の合金若しくは化合物により反強磁性体層が成膜さ
れたスピンバルブ膜は、大きな出力と高い耐久性を安定
的に発揮し、その製造時の歩留まりの向上と、さらなる
コスト低減にも寄与し得るものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】本発明は、自由側強磁性体層、非
磁性導電体層、固定側強磁性体層並びに反強磁性体層を
備える如何なる形態のスピンバルブ膜に採用することも
でき、いわゆるボトムスピンバルブ、反強磁性体層が両
強磁性体層を介して基板の反対側にあるトップスピンバ
ルブのいずれに採用することもできる。また、本発明の
スピンバルブ膜は、ハードディスクなどの磁気記録装置
の磁気ヘッドに用いることもでき、その他の各種装置の
感磁素子として使用できる。
磁性導電体層、固定側強磁性体層並びに反強磁性体層を
備える如何なる形態のスピンバルブ膜に採用することも
でき、いわゆるボトムスピンバルブ、反強磁性体層が両
強磁性体層を介して基板の反対側にあるトップスピンバ
ルブのいずれに採用することもできる。また、本発明の
スピンバルブ膜は、ハードディスクなどの磁気記録装置
の磁気ヘッドに用いることもでき、その他の各種装置の
感磁素子として使用できる。
【００３０】ここで自由側強磁性体層としては、ＮｉＦ
ｅやＣｏＦｅなどの強磁性体合金を用いることができ、
最も好ましくはＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ二層膜を用いてＣｏ
Ｆｅを非磁性導電体層に積層させるのが良い。これは、
非磁性導電体層にＣｕを用い且つ磁性体層にＮｉＦｅを
用いたスピンバルブ膜の場合、製造工程中の熱処理や動
作時の発熱等により膜が２００℃以上に加熱されると、
ＮｉＦｅ中のＮｉとＣｕとが混ざり合い、多層構造が乱
れてしまうためである。一方、ＣｏＦｅは保磁力が比較
的大きく、自由側強磁性体層の磁化が回転し難くなるた
め、上記したように保磁力の小さいＮｉＦｅをＣｏＦｅ
に積層させ、ＮｉＦｅ膜の膜厚をある程度以上厚くする
ことにより、保磁力の大きいＣｏＦｅ膜の磁化方向を回
転しやすくすることが可能となる。
ｅやＣｏＦｅなどの強磁性体合金を用いることができ、
最も好ましくはＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ二層膜を用いてＣｏ
Ｆｅを非磁性導電体層に積層させるのが良い。これは、
非磁性導電体層にＣｕを用い且つ磁性体層にＮｉＦｅを
用いたスピンバルブ膜の場合、製造工程中の熱処理や動
作時の発熱等により膜が２００℃以上に加熱されると、
ＮｉＦｅ中のＮｉとＣｕとが混ざり合い、多層構造が乱
れてしまうためである。一方、ＣｏＦｅは保磁力が比較
的大きく、自由側強磁性体層の磁化が回転し難くなるた
め、上記したように保磁力の小さいＮｉＦｅをＣｏＦｅ
に積層させ、ＮｉＦｅ膜の膜厚をある程度以上厚くする
ことにより、保磁力の大きいＣｏＦｅ膜の磁化方向を回
転しやすくすることが可能となる。
【００３１】非磁性導電体層としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ａ
ｕなどのＩＢ遷移金属を用いることができる。
ｕなどのＩＢ遷移金属を用いることができる。
【００３２】反強磁性体としては、Ｍｎ系反強磁性体、
Ｃｒ系反強磁性体及び酸化物系反強磁性体など、種々の
材料を用いることができる。
Ｃｒ系反強磁性体及び酸化物系反強磁性体など、種々の
材料を用いることができる。
【００３３】Ｍｎ系反強磁性体であるＰｔＭｎ、ＰｄＭ
ｎ及びＮｉＭｎはＣｕＡｕ−Ｉタイプの結晶構造を持つ
反強磁性規則合金であり、これらはＭｎ組成比が約５０
at％で大きな交換結合磁界を示すことが知られている。
また、ＩｒＭｎ、ＲｈＭｎ及びＦｅＭｎはｆｃｃ構造を
持つ反強磁性不規則合金であり、熱処理なしで一方向異
方性をピン層に付与できることが知られている。また、
ＣｒＭｎはｂｃｃ構造を持つ反強磁性合金である。その
他、ＰｄＰｔＭｎ合金、ＣｒＰｔＭｎ合金なども大きな
交換結合磁界を示し、ブロッキング温度が高く、良好な
耐食性を示すことが知られている。
ｎ及びＮｉＭｎはＣｕＡｕ−Ｉタイプの結晶構造を持つ
反強磁性規則合金であり、これらはＭｎ組成比が約５０
at％で大きな交換結合磁界を示すことが知られている。
また、ＩｒＭｎ、ＲｈＭｎ及びＦｅＭｎはｆｃｃ構造を
持つ反強磁性不規則合金であり、熱処理なしで一方向異
方性をピン層に付与できることが知られている。また、
ＣｒＭｎはｂｃｃ構造を持つ反強磁性合金である。その
他、ＰｄＰｔＭｎ合金、ＣｒＰｔＭｎ合金なども大きな
交換結合磁界を示し、ブロッキング温度が高く、良好な
耐食性を示すことが知られている。
【００３４】Ｃｒ系反強磁性体としては、ＣｒＡｌを挙
げることができる。ＣｒＡｌはｂｃｃ構造を持つ反強磁
性不規則合金であり、高いネール温度、高電気抵抗率、
高耐食性を示し、熱処理なしで一方向異方性が生じる。
げることができる。ＣｒＡｌはｂｃｃ構造を持つ反強磁
性不規則合金であり、高いネール温度、高電気抵抗率、
高耐食性を示し、熱処理なしで一方向異方性が生じる。
【００３５】酸化物系反強磁性体には、α−Ｆｅ2Ｏ3、
ＮｉＯ及びＣｏＯなどの酸素化合物を挙げることがで
き、ＮｉＯ／ＣｏＯの二層膜などを利用することもでき
る。これらは耐食性に優れるとともに、絶縁体であるか
ら比抵抗が大きく、センス電流の分流損がないため高出
力化に有利である。
ＮｉＯ及びＣｏＯなどの酸素化合物を挙げることがで
き、ＮｉＯ／ＣｏＯの二層膜などを利用することもでき
る。これらは耐食性に優れるとともに、絶縁体であるか
ら比抵抗が大きく、センス電流の分流損がないため高出
力化に有利である。
【００３６】反強磁性体層は、スパッタリング法、プラ
ズマＣＶＤ法、真空蒸着法などの従来公知の適宜の真空
薄膜形成法によって成膜することができ、各反強磁性体
における合金組成比若しくは化合物組成比は、プラズマ
源となるＡｒガスなどのガス圧を増減することにより微
妙に変化させることができる。例えばスパッタリング法
によりＰｔＭｎ反強磁性膜を成膜する場合、含有酸素量
の比較的少ないＰｔＭｎターゲットを使用するととも
に、成膜条件として電源電圧を下げ、Ａｒガス圧を増加
することにより、Ｍｎ組成比を数％増加させることがで
きた。したがって、成膜条件を種々変更して成膜した
後、この成膜された複数のＰｔＭｎ膜の合金組成比をそ
れぞれ測定し、成膜条件と成膜された合金膜の組成比と
の対応関係を明らかにしておくことにより、所望の組成
比の反強磁性体膜を成膜できる。
ズマＣＶＤ法、真空蒸着法などの従来公知の適宜の真空
薄膜形成法によって成膜することができ、各反強磁性体
における合金組成比若しくは化合物組成比は、プラズマ
源となるＡｒガスなどのガス圧を増減することにより微
妙に変化させることができる。例えばスパッタリング法
によりＰｔＭｎ反強磁性膜を成膜する場合、含有酸素量
の比較的少ないＰｔＭｎターゲットを使用するととも
に、成膜条件として電源電圧を下げ、Ａｒガス圧を増加
することにより、Ｍｎ組成比を数％増加させることがで
きた。したがって、成膜条件を種々変更して成膜した
後、この成膜された複数のＰｔＭｎ膜の合金組成比をそ
れぞれ測定し、成膜条件と成膜された合金膜の組成比と
の対応関係を明らかにしておくことにより、所望の組成
比の反強磁性体膜を成膜できる。
【００３７】本発明の実施の形態に係るスピンバルブ膜
は、膜面内での磁気トルク測定より得ることのできる単
位面積当たりの回転ヒステリシス損失をＷｒとし、膜面
内での磁気トルク測定より得ることのできる固定側強磁
性体層の単位面積当たりの一方向異方性エネルギーをＫ
uaとした場合、Ｗｒ／（Ｗｒ＋Ｋua）が０．６５未満、
より好ましくは０．６０未満、更に好ましくは０．５０
未満であるものである。
は、膜面内での磁気トルク測定より得ることのできる単
位面積当たりの回転ヒステリシス損失をＷｒとし、膜面
内での磁気トルク測定より得ることのできる固定側強磁
性体層の単位面積当たりの一方向異方性エネルギーをＫ
uaとした場合、Ｗｒ／（Ｗｒ＋Ｋua）が０．６５未満、
より好ましくは０．６０未満、更に好ましくは０．５０
未満であるものである。
【００３８】上記磁気トルク測定は、従来公知の種々の
方法により行うことができ、測定試料として円形板状の
ものを用いても、方形板状のものを用いても良い。
方法により行うことができ、測定試料として円形板状の
ものを用いても、方形板状のものを用いても良い。
【００３９】スピンバルブ膜の薄膜化によるさらなる磁
気記録密度の向上を図るために、スピンバルブ膜の反強
磁性体層の膜厚は２０ｎｍ以下、より好ましくは１５ｎ
ｍ以下が好ましく、一方、ある程度のＭＲ比を確保する
ためには１０ｎｍ以上とするのが好ましい。
気記録密度の向上を図るために、スピンバルブ膜の反強
磁性体層の膜厚は２０ｎｍ以下、より好ましくは１５ｎ
ｍ以下が好ましく、一方、ある程度のＭＲ比を確保する
ためには１０ｎｍ以上とするのが好ましい。
【００４０】また、スピンバルブ膜のＭＲ低減率を表す
ＭＲsaturation／ＭＲinitialは０．９７以上であるこ
とが好ましく、より好ましくは０．９８以上のものが良
い。一方、ＭＲ低減率が１に限りなく近くても、ＭＲ比
が小さければ出力不足により高記録密度を達成すること
ができない。したがって、ＭＲ比並びにＭＲ低減率の双
方が良好となるように反強磁性体層の組成比や膜厚を選
定することが好ましい。
ＭＲsaturation／ＭＲinitialは０．９７以上であるこ
とが好ましく、より好ましくは０．９８以上のものが良
い。一方、ＭＲ低減率が１に限りなく近くても、ＭＲ比
が小さければ出力不足により高記録密度を達成すること
ができない。したがって、ＭＲ比並びにＭＲ低減率の双
方が良好となるように反強磁性体層の組成比や膜厚を選
定することが好ましい。
【００４１】また、反強磁性体層の交換結合磁界の低減
率を表すＨuasaturation／Ｈuainit ialは０．８５以上
であることが好ましく、より好ましくは０．９５以上の
ものが良い。
率を表すＨuasaturation／Ｈuainit ialは０．８５以上
であることが好ましく、より好ましくは０．９５以上の
ものが良い。
【００４２】上記スピンバルブ膜の前記反強磁性体層の
最適組成比を選定する際に用いる評価関数としては、上
記したＷｒ／（Ｗｒ＋Ｋua）の他、少なくとも一方向異
方性エネルギーＫuaと回転ヒステリシス損失Ｗｒとを引
数とする適宜のものを採用することができる。また、磁
気トルク測定の結果から上記Ｋua及びＷｒを導出する方
法も特に限定されるものではなく、従来公知の種々の解
析法を用いて導出することが可能である。
最適組成比を選定する際に用いる評価関数としては、上
記したＷｒ／（Ｗｒ＋Ｋua）の他、少なくとも一方向異
方性エネルギーＫuaと回転ヒステリシス損失Ｗｒとを引
数とする適宜のものを採用することができる。また、磁
気トルク測定の結果から上記Ｋua及びＷｒを導出する方
法も特に限定されるものではなく、従来公知の種々の解
析法を用いて導出することが可能である。
【００４３】例えば、上記したように、表１に示す試料
を用いて最適組成を選定するには、まず、評価値とＭＲ
低減率（ＭＲsaturation／ＭＲinitial）との関係を見
出す。評価関数としてＷｒ／（Ｗｒ＋Ｋua）を用いる場
合には、図５に示すようにほぼ一様に右下がりの曲線と
なるから、評価値がある一定の基準値（０．６５など）
未満である試料の反強磁性体層の合金組成比を、量産時
のものとして選定すればよい。そして、量産時におい
て、試料作成時の同一の条件で反強磁性体層の成膜を行
うことにより、ピン層の磁化方向の安定性に優れ、耐久
性の高いスピンバルブ素子を製造することが可能とな
る。
を用いて最適組成を選定するには、まず、評価値とＭＲ
低減率（ＭＲsaturation／ＭＲinitial）との関係を見
出す。評価関数としてＷｒ／（Ｗｒ＋Ｋua）を用いる場
合には、図５に示すようにほぼ一様に右下がりの曲線と
なるから、評価値がある一定の基準値（０．６５など）
未満である試料の反強磁性体層の合金組成比を、量産時
のものとして選定すればよい。そして、量産時におい
て、試料作成時の同一の条件で反強磁性体層の成膜を行
うことにより、ピン層の磁化方向の安定性に優れ、耐久
性の高いスピンバルブ素子を製造することが可能とな
る。
【００４４】
【実施例】上記効果を確認するために、図２に示す試料
を多数作製した。反強磁性体層としてＰｔＭｎを使用
し、７．５ｎｍ〜１５ｎｍまで変化させた。この際、Ｐ
ｔＭｎ膜の薄膜形成時には、アルゴン圧、成膜時のスパ
ッタ放電電力を種々の条件をかえて、評価値Ｗｒ／（Ｗ
ｒ＋Ｋua）を変化させた。図１は、評価値Ｗｒ／（Ｗｒ
＋Ｋua）が０．４以上０．６以下の範囲にある本発明の
スピンバルブ膜、並びに、評価値が０．７５以上０．９
以下の範囲にある従来のスピンバルブ膜のそれぞれにつ
いて、反強磁性体層であるＰｔＭｎ規則合金膜の膜厚
と、ＭＲ低減率及びＨua低減率との関係を示すものであ
る。なお、上記評価値に一定の範囲を設けたのは、膜厚
変化により一方向異方性エネルギーＫua並びに回転ヒス
テリシス損失Ｗｒが一定しないためである。したがっ
て、作成した多数の試料から、適宜、上記の条件に適合
する試料を抽出した。
を多数作製した。反強磁性体層としてＰｔＭｎを使用
し、７．５ｎｍ〜１５ｎｍまで変化させた。この際、Ｐ
ｔＭｎ膜の薄膜形成時には、アルゴン圧、成膜時のスパ
ッタ放電電力を種々の条件をかえて、評価値Ｗｒ／（Ｗ
ｒ＋Ｋua）を変化させた。図１は、評価値Ｗｒ／（Ｗｒ
＋Ｋua）が０．４以上０．６以下の範囲にある本発明の
スピンバルブ膜、並びに、評価値が０．７５以上０．９
以下の範囲にある従来のスピンバルブ膜のそれぞれにつ
いて、反強磁性体層であるＰｔＭｎ規則合金膜の膜厚
と、ＭＲ低減率及びＨua低減率との関係を示すものであ
る。なお、上記評価値に一定の範囲を設けたのは、膜厚
変化により一方向異方性エネルギーＫua並びに回転ヒス
テリシス損失Ｗｒが一定しないためである。したがっ
て、作成した多数の試料から、適宜、上記の条件に適合
する試料を抽出した。
【００４５】図１から明らかなように、評価値が０．４
〜０．６の範囲にあるスピンバルブ膜では、２５ｎｍか
ら１５ｎｍにわたってＭＲ低減率及びＨｕａ低減率はい
ずれも１に近く、耐久性に優れていることが判る。さら
に、１０ｎｍの場合においてもある程度良好な耐久性を
示しており、このことから、本発明はスピンバルブ膜の
さらなる薄膜化を図りつつ高耐久性を実現することに大
きく貢献し得ることが判る。
〜０．６の範囲にあるスピンバルブ膜では、２５ｎｍか
ら１５ｎｍにわたってＭＲ低減率及びＨｕａ低減率はい
ずれも１に近く、耐久性に優れていることが判る。さら
に、１０ｎｍの場合においてもある程度良好な耐久性を
示しており、このことから、本発明はスピンバルブ膜の
さらなる薄膜化を図りつつ高耐久性を実現することに大
きく貢献し得ることが判る。
【００４６】一方、従来のスピンバルブ膜では、２５ｎ
ｍの場合には使用に耐えうる性能を示すと考えられる
が、１５ｎｍではＭＲ低減率及びＨｕａ低減率がともに
小さくなり、耐久性に乏しく、実製品に採用することは
困難であることが判る。
ｍの場合には使用に耐えうる性能を示すと考えられる
が、１５ｎｍではＭＲ低減率及びＨｕａ低減率がともに
小さくなり、耐久性に乏しく、実製品に採用することは
困難であることが判る。
【００４７】
【発明の効果】本発明によれば、スピンバルブ膜の反強
磁性体層の膜厚の狭小化を図りつつも、ピン層の交換異
方性を大きくしてピン層の磁化の安定化を図り、さらに
経時変化による交換結合磁界並びにＭＲ比が大きく低減
しないようにして、良好な出力特性と耐久性とを得るこ
とができ、ひいては磁気記録装置における線記録密度の
更なる向上を図ることができる。
磁性体層の膜厚の狭小化を図りつつも、ピン層の交換異
方性を大きくしてピン層の磁化の安定化を図り、さらに
経時変化による交換結合磁界並びにＭＲ比が大きく低減
しないようにして、良好な出力特性と耐久性とを得るこ
とができ、ひいては磁気記録装置における線記録密度の
更なる向上を図ることができる。
【図１】本発明の実施例に係るスピンバルブ膜と従来の
スピンバルブ膜の耐久性評価結果を示すグラフであっ
て、（ａ）は各スピンバルブ膜の反強磁性体層の膜厚と
ＭＲ低減率との関係を示すグラフであり、（ｂ）は各ス
ピンバルブ膜の反強磁性体層の膜厚とＨｕａ低減率との
関係を示すグラフである。
スピンバルブ膜の耐久性評価結果を示すグラフであっ
て、（ａ）は各スピンバルブ膜の反強磁性体層の膜厚と
ＭＲ低減率との関係を示すグラフであり、（ｂ）は各ス
ピンバルブ膜の反強磁性体層の膜厚とＨｕａ低減率との
関係を示すグラフである。
【図２】試料として用いたスピンバルブ膜の膜構成を示
す模式図である。
す模式図である。
【図３】スピンバルブ膜試料のＭＲ測定時に印加する磁
場の一例を示す波形図である。
場の一例を示す波形図である。
【図４】スピンバルブ膜のＭＲ−Ｈヒステリシス曲線を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図５】図１に示すスピンバルブ膜の評価値Ｗｒ／（Ｗ
ｒ＋Ｋua）と、ＭＲ低減率及びＨｕａ低減率との関係を
示すグラフである。
ｒ＋Ｋua）と、ＭＲ低減率及びＨｕａ低減率との関係を
示すグラフである。
４ 反強磁性体層 ５ 固定側強磁性体層 ６ 非磁性導電体層 ７，８ 自由側強磁性体層 Ｗｒ 磁気トルク測定により得ることのできる単位面積
あたりの回転ヒステリシス損失 Ｋua 磁気トルク測定により得ることのできる単位面積
あたりの一方向異方性エネルギー
あたりの回転ヒステリシス損失 Ｋua 磁気トルク測定により得ることのできる単位面積
あたりの一方向異方性エネルギー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田渕 清隆 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 刀 治涛 大阪府三島郡島本町江川２丁目15番17号 リードライト・エスエムアイ株式会社内 (72)発明者 上野 昌紀 大阪府三島郡島本町江川２丁目15番17号 リードライト・エスエムアイ株式会社内 (72)発明者 深川 智機 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 古城 篤志 大阪府三島郡島本町江川２丁目15番17号 リードライト・エスエムアイ株式会社内 (72)発明者 西田 宏 大阪府三島郡島本町江川２丁目15番17号 リードライト・エスエムアイ株式会社内 Ｆターム(参考） 5D034 BA04 BA05 CA08 5E049 AA04 AA07 AA09 AC00 AC05 BA12 DB12
Claims (6)
- 【請求項１】 自由側強磁性体層、非磁性導電体層、固
定側強磁性体層及び反強磁性体層を備えるスピンバルブ
膜であって、膜面内での磁気トルク測定より得ることの
できる単位面積当たりの回転ヒステリシス損失をＷｒと
し、膜面内での磁気トルク測定より得ることのできる固
定側強磁性体層の単位面積当たりの一方向異方性エネル
ギーをＫuaとした場合、Ｗｒ／（Ｗｒ＋Ｋua）が０．６
５未満であることを特徴とするスピンバルブ膜。 - 【請求項２】 反強磁性体層の膜厚が２０ｎｍ以下であ
り、製造完了時点の磁気抵抗効果比をＭＲinitialと
し、固定側強磁性体層の磁化方向を反転させるに必要か
つ十分な大きさの振幅を有する交番磁場に曝された後の
磁気抵抗効果比をＭＲsaturationとした場合、ＭＲ
saturation／ＭＲinitialが０．９７以上であることを
特徴とする請求項１に記載のスピンバルブ膜。 - 【請求項３】 製造完了時点の反強磁性体層の交換結合
磁界をＨuainitialとし、固定側強磁性体層の磁化方向
を反転させるに必要かつ十分な大きさの振幅を有する交
番磁場に曝された後の反強磁性体層の交換結合磁界をＨ
uasaturationとした場合、Ｈuasaturation／Ｈua
initialが０．８５以上であることを特徴とする請求項
２に記載のスピンバルブ膜。 - 【請求項４】 自由側強磁性体層、非磁性導電体層、固
定側強磁性体層及び反強磁性体層を備えるスピンバルブ
膜の前記反強磁性体層の最適組成比を選定する方法であ
って、 反強磁性体層を構成する合金若しくは化合物の組成比の
み異なる複数種のスピンバルブ膜を成膜し、これを所定
形状に切り出すことにより複数の試料を作成し、各試料
毎に膜面内での磁気トルク測定を行い、該測定結果を用
いて各試料の固定側強磁性体層の一方向異方性エネルギ
ーと回転ヒステリシス損失とを導出し、これら一方向異
方性エネルギーと回転ヒステリシス損失とを引数とする
所定の評価関数を用いて各試料毎に評価値を導出し、該
評価値が所定範囲内にある試料の反強磁性体層の合金組
成比若しくは化合物組成比を、量産時に用いる反強磁性
体層の合金組成比若しくは化合物組成比として選定する
ことを特徴とするスピンバルブ膜の反強磁性体層の最適
組成比の選定方法。 - 【請求項５】 反強磁性体としてＰｔＭｎ規則合金を用
いることを特徴とする請求項４に記載のスピンバルブ膜
の反強磁性体層の最適組成比の選定方法。 - 【請求項６】 自由側強磁性体層、非磁性導電体層、固
定側強磁性体層及び反強磁性体層を備えるスピンバルブ
膜であって、請求項４又は５に記載の方法により選定さ
れる組成比の合金若しくは化合物により反強磁性体層が
成膜されていることを特徴とするスピンバルブ膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000025905A JP2001217481A (ja) | 2000-02-03 | 2000-02-03 | スピンバルブ膜、並びに、その反強磁性体層の最適組成比の選定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000025905A JP2001217481A (ja) | 2000-02-03 | 2000-02-03 | スピンバルブ膜、並びに、その反強磁性体層の最適組成比の選定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001217481A true JP2001217481A (ja) | 2001-08-10 |
Family
ID=18551696
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000025905A Withdrawn JP2001217481A (ja) | 2000-02-03 | 2000-02-03 | スピンバルブ膜、並びに、その反強磁性体層の最適組成比の選定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001217481A (ja) |
-
2000
- 2000-02-03 JP JP2000025905A patent/JP2001217481A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070403 |