JP2002025822A - 交換結合膜と、この交換結合膜を用いた磁気抵抗効果素子、ならびに前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッド - Google Patents

交換結合膜と、この交換結合膜を用いた磁気抵抗効果素子、ならびに前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッド

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐食性に優れた反強磁性材料としてＰｔＭｎ
合金膜が知られているが、前記ＰｔＭｎ合金膜を反強磁
性層として使用しても、結晶配向の状態によって交換結
合磁界は小さくなることがわかった。 【構成】 本発明では、反強磁性層４と強磁性層３は膜
面と平行な方向に同じ等価な結晶面が優先配向し、前記
結晶面内に存在する同じ等価な結晶軸の少なくとも一部
が前記反強磁性層４と強磁性層３とで互いに異なる方向
を向いている。これによって前記反強磁性層は熱処理を
施すことによって適切な規則変態を起しており、従来に
比べて大きな交換結合磁界を得ることが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、反強磁性層と強磁
性層とから成り、前記反強磁性層と強磁性層との界面に
て発生する交換結合磁界により、前記強磁性層の磁化方
向が一定の方向にされる交換結合膜に係り、特に大きい
前記交換結合磁界を得られるようにした交換結合膜およ
びこの交換結合膜を用いた磁気抵抗効果素子（スピンバ
ルブ型薄膜素子、ＡＭＲ素子）、ならびに前記磁気抵抗
効果素子を用いた薄膜磁気ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】スピンバルブ型薄膜素子は、巨大磁気抵
抗効果を利用したＧＭＲ（giant magnetoresistive）素
子の１種であり、ハードディスクなどの記録媒体からの
記録磁界を検出するものである。
【０００３】このスピンバルブ型薄膜素子は、ＧＭＲ素
子の中でも比較的構造が単純で、しかも弱い磁界で抵抗
が変化するなど、いくつかの優れた点を有している。
【０００４】前記スピンバルブ型薄膜素子は、最も単純
な構造で、反強磁性層、固定磁性層、非磁性中間層およ
びフリー磁性層から成る。
【０００５】前記反強磁性層と固定磁性層とは接して形
成され、前記反強磁性層と固定磁性層との界面にて発生
する交換異方性磁界により、前記固定磁性層の磁化方向
は一定方向に単磁区化され固定される。
【０００６】フリー磁性層の磁化は、その両側に形成さ
れたバイアス層により、前記固定磁性層の磁化方向と交
叉する方向に揃えられる。
【０００７】前記反強磁性層には、Ｆｅ−Ｍｎ（鉄−マ
ンガン）合金膜、Ｎｉ−Ｍｎ（ニッケル−マンガン）合
金膜、あるいはＰｔ−Ｍｎ（白金−マンガン）合金膜等
が一般的に使用されているが、この中でも特にＰｔ−Ｍ
ｎ合金膜はブロッキング温度が高く、しかも耐食性に優
れるなど種々の優れた点を有しており、脚光を浴びてい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで本発明者ら
は、反強磁性層にＰｔＭｎ合金膜を使用しても前記反強
磁性層と固定磁性層間で発生する交換結合磁界は小さく
なる場合があることがわかった。
【０００９】前記反強磁性層にＰｔＭｎ合金膜を使用し
た場合には、前記反強磁性層及び固定磁性層を積層した
後、熱処理を施すことによって、前記反強磁性層を不規
則格子から規則格子へ変態させ、これによって交換結合
磁界を生じさせることができる。
【００１０】しかしながら前記反強磁性層と固定磁性層
との界面で、反強磁性層を構成する反強磁性材料の原子
と、固定磁性層を構成する軟磁性材料の原子とが１対１
に対応する、いわゆる整合状態になっていると、前記反
強磁性層は上記した規則変態を適切に起せず、大きな交
換結合磁界は生じ得ない。
【００１１】従来では上記した整合状態は、例えば反強
磁性層の[１１１]面が、前記固定磁性層との界面と平行
な方向に優先配向し、同様に固定磁性層の[１１１]面
が、前記界面と平行な方向に優先配向した場合のよう
に、反強磁性層と固定磁性層の結晶配向が、前記界面で
同じになっているときに起こり得ると考えられていた。
【００１２】本発明は上記従来の課題を解決するための
ものであり、反強磁性層として、元素Ｘ（Ｘは白金族元
素）とＭｎとを含有する反強磁性材料を用いた場合、大
きい交換異方性磁界を発生することができるようにした
交換結合膜、およびこの交換結合膜を用いた磁気抵抗効
果素子、ならびに前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁
気ヘッドに関する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、反強磁性層と
強磁性層とが接して形成され、前記反強磁性層と強磁性
層との界面に交換結合磁界が発生し、前記強磁性層の磁
化方向が一定方向にされる交換結合膜において、前記反
強磁性層は、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，
Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素であ
る）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成され、前記
反強磁性層と強磁性層の前記界面と平行な方向に配向す
る結晶面は、互いに同じ等価な結晶面が優先配向し、前
記結晶面内に存在する、同じ等価な結晶軸の少なくとも
一部が、前記反強磁性層及び強磁性層とで互いに異なる
方向を向いていることを特徴とするものである。
【００１４】本発明では、前記結晶面は、代表的に｛１
１１｝面として表される等価な結晶面であることが好ま
しい。また前記結晶軸の方向は、代表的に＜１１０＞方
向として表される等価な結晶軸の方向であることが好ま
しい。
【００１５】本発明では、上記したように反強磁性層及
び強磁性層の前記界面と平行な方向に配向する結晶面
は、互いに同じ等価な結晶面が優先配向している。既に
述べたように、同じ等価な結晶面が反強磁性層と強磁性
層とで膜面と平行な方向に優先配向していると、前記界
面では反強磁性層側の原子の配列と、強磁性層側の原子
の配列とが１対１に対応する、いわゆる整合状態になり
やすく、この結果、前記反強磁性層は適切な規則変態を
起せず、大きな交換結合磁界を生じ得ないものと考えら
れていた。
【００１６】しかしながら本発明者らは、反強磁性層と
強磁性層の同じ等価な結晶面が界面と平行な方向に優先
配向している場合でも、熱処理によって前記反強磁性層
を適切に規則変態させ、大きな交換結合磁界が得られる
ことを見出したのである。
【００１７】本発明では、上記のように、前記結晶面内
に存在する、ある同じ等価な結晶軸の少なくとも一部
が、前記反強磁性層と強磁性層とで互いに異なる方向を
向いている。
【００１８】図１４は本発明の交換結合膜を構成する反
強磁性層と強磁性層との結晶配向を模式図的に示した部
分斜視図である。
【００１９】符号４は、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐ
ｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上
の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成
された反強磁性層を、符号３は例えばＮｉＦｅ系合金等
で形成された強磁性層を表している。
【００２０】図１４に示す前記反強磁性層４は、強磁性
層３との界面において、（１１１）面が優先配向してい
る。同様に強磁性層３においても前記界面において（１
１１）面が優先配向している。
【００２１】図１４に示すように、前記（１１１）面に
対し膜面垂直方向（図示ｃ方向）をなす結晶軸の方向は
［１１１］方向であり、上記したように反強磁性層４及
び強磁性層３の（１１１）面は共に前記界面と平行な方
向に優先配向しているから、前記反強磁性層４の［１１
１］方向及び強磁性層３の［１１１］方向は共に同じ方
向を向いている（図示ｃ方向）。
【００２２】ここで（１１１）面は、ミラー指数を用い
て表した単結晶構造の場合における結晶面（実格子面；
すなわち回折図形においては逆格子面）を示し、前記
（１１１）面と等価（同等）な結晶面として他に（−１
１１）面、（１−１１）面、（１１−１）面、（−１−
１１）面、（１−１−１）面、（−１１−１）面、（−
１−１−１）面が存在する。なお本明細書では、これら
等価な結晶面を特に区別せず、等価な結晶面のいずれか
を示すときは、代表的に[１１１]面と表記する。
【００２３】また［１１１］方向、及び下記に示す［１
１０］方向は、上記した等価な結晶面の結晶軸方向を示
す。前記［１１１］方向には、等価（同等）な［-１１
１］方向、［１１-１］方向、［１-１１］方向、［-１-
１１］方向［１-１-１］方向、［-１１-１］方向、［-
１-１-１］方向が存在し、前記［１１０］方向には、等
価な［-１１０］方向、［１-１０］方向、［-１-１０］
方向、[−１０−１]方向、[１０１]方向、[−１０１]方
向、[１０−１]方向、[０１１]方向、[０１−１]方向、
[０−１１]方向、[０−１−１]方向が存在する。これら
等価な結晶軸方向のいずれかを示す場合、代表的に＜１
１１＞方向及び＜１１０＞方向と記載する。
【００２４】とこで図１４に示す交換結合膜では、前記
（１１１）面内に存在する結晶軸のうち、例えば［１１
０］方向を例に取ると、反強磁性層４における前記［１
１０］方向は図示ａ方向を向いている。
【００２５】ところが、前記強磁性層３における前記
［１１０］方向は図示ａ方向には向いておらず、図示ａ
方向から図示ｂ方向に傾いており、したがって前記反強
磁性層４の［１１０］方向と強磁性層３の［１１０］方
向は互いに異なった方向を向いていることがわかる。
【００２６】このように本発明における交換結合膜で
は、反強磁性層４と強磁性層３の膜面と平行な方向に配
向する結晶面は、互いに同じ等価な面が優先配向するも
のの、前記結晶面内に存在する、ある同じ等価な結晶軸
の少なくとも一部は、前記反強磁性層４と強磁性層３と
で異なる方向を向いている構成となっている。
【００２７】そしてこのような結晶配向を有すること
で、前記界面における反強磁性層４側の原子の並びと、
強磁性層３側における原子の並びとが１対１に対応しづ
らくなる。
【００２８】上記した結晶配向を有する場合、前記反強
磁性層４は前記強磁性層３の結晶構造に拘束されずに、
熱処理の際に適切な規則変態を起したものと考えられ、
従来に比べて大きな交換結合磁界を発生させることがで
きるのである。
【００２９】図１５は比較例としての交換結合膜の結晶
配向を模式図的に示した部分斜視図である。
【００３０】この交換結合膜における符号３１は、元素
Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ
のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含
有する反強磁性材料で形成された反強磁性層であり、符
号３０は、例えばＮｉＦｅ系合金等で形成された強磁性
層である。
【００３１】図１５における交換結合膜と同様に、反強
磁性層３１及び強磁性層３０の（１１１）面は、共に膜
面方向に優先配向している。
【００３２】前記反強磁性層３１及び強磁性層３０の
（１１１）面は共に前記膜面と平行な方向に優先配向し
ているために、前記（１１１）面に対し膜面垂直方向を
なす［１１１］方向は共に同じ図示ｃ方向を向いてい
る。
【００３３】一方、この交換結合膜では、前記（１１
１）面内に存在する結晶軸の方向のうち、例えば［１１
０］方向は、反強磁性層３１及び強磁性層３０共に同じ
図示ａ方向を向いていることがわかる。
【００３４】上記のような結晶配向を有する交換結合膜
は、成膜段階において反強磁性層３１と強磁性層３０と
がエピタキシャル的に成長して成膜されることにより生
じ易い。エピタキシャル的に成長すると、反強磁性層３
１と強磁性層３０との結晶配向は膜面と平行な方向に同
一結晶面が優先配向するのみならず、前記膜面と平行な
位置関係にない、その他の結晶面においても、反強磁性
層３１と強磁性層３０とで平行状態を保ちやすい。
【００３５】上記した結晶配向を有することで、反強磁
性層３１と強磁性層３０との界面では、各層を構成する
原子の配列が１対１に対応し易くなる。よって前記結晶
配向を有する場合、反強磁性層３１は強磁性層３０の結
晶構造に拘束されて、適切な規則変態を起していないと
考えられ、交換結合磁界は小さくなってしまうのであ
る。
【００３６】以上のように本発明では、反強磁性層と強
磁性層との膜面と平行な方向における結晶面は、同じ等
価な面が優先配向し、しかも前記結晶面内に存在する、
ある同じ等価な結晶軸の少なくとも一部が、前記反強磁
性層と強磁性層とで互いに異なる方向を向くものである
が、このような結晶配向は、以下に説明する透過電子線
回折像から判別することが可能である。
【００３７】本発明は、反強磁性層と強磁性層とが接し
て形成され、前記反強磁性層と強磁性層との界面に交換
結合磁界が発生し、前記強磁性層の磁化方向が一定方向
にされる交換結合膜において、前記界面と平行方向から
電子線を入射させて得られた反強磁性層及び強磁性層の
透過電子線回折像には、互いにそれぞれの層の各結晶面
を表す逆格子点に対応した回折斑点が現れ、前記回折斑
点のうち、反強磁性層の回折像と強磁性層の回折像とで
同じ指数付けがなされ且つビーム原点からみたときに膜
厚方向に位置する、ある結晶面を示す回折斑点と、前記
ビーム原点とを結んだ第一仮想線は、前記反強磁性層の
回折像及び強磁性層の回折像とで互いに一致し、同じ指
数付けがなされ、且つ前記ビーム原点からみたときに前
記膜厚方向以外の方向に位置する、ある結晶面を示す回
折斑点と、前記ビーム原点とを結んだ第二仮想線は、反
強磁性層の回折像と強磁性層の回折像とで互いにずれて
いることを特徴とするものである。
【００３８】また本発明は、反強磁性層と強磁性層とが
接して形成され、前記反強磁性層と強磁性層との界面に
交換結合磁界が発生し、前記強磁性層の磁化方向が一定
方向にされる交換結合膜において、前記界面と平行方向
から電子線を入射させて得られた反強磁性層及び強磁性
層の透過電子線回折像には、それぞれの層の各結晶面を
表す逆格子点に対応した回折斑点が現れ、前記回折斑点
のうち、反強磁性層の回折像と強磁性層の回折像とで同
じ指数付けがなされ且つビーム原点からみたときに膜厚
方向に位置する、ある結晶面を示す回折斑点と、前記ビ
ーム原点とを結んだ第一仮想線は、反強磁性層の回折像
と強磁性層の回折像とで互いに一致し、前記ビーム原点
からみたときに、前記膜厚方向以外の方向に位置する、
ある結晶面を示す回折斑点が反強磁性層あるいは強磁性
層の回折像の一方のみに現れることを特徴とする特徴と
するものである。
【００３９】本発明では、前記膜厚方向に位置する回折
斑点は、代表的に｛１１１｝面として表される等価な結
晶面を示していることが好ましい。
【００４０】上記の発明では、前記界面と平行方向から
電子線を入射させて得られた透過電子線回折像を用い
て、本発明における反強磁性層と強磁性層との結晶配向
を規定している。
【００４１】ここで透過電子線回折像とは、透過型電子
顕微鏡等により対象物に電子線を入射し透過させたとき
に、電子線の散乱（ブラッグ反射）によって起こる回折
現象を示す像である。
【００４２】一般的な単結晶構造から得られる指数付け
された回折図形をもとに、上記の回折像に現れた回折班
点に指数付けを行い、これによって前記反強磁性層と強
磁性層の結晶配向を調べることができる。
【００４３】上記のように本発明では、回折斑点のう
ち、反強磁性層の回折像と強磁性層の回折像とで同じ指
数付けがなされ且つビーム原点からみたときに膜厚方向
に位置する、ある結晶面を示す回折斑点と、前記ビーム
原点とを結んだ第一仮想線は、反強磁性層の回折像と強
磁性層の回折像とで互いに一致している。これは前記界
面と平行な方向に、前記反強磁性層と強磁性層とで同じ
結晶面が優先配向をしていることを意味する。
【００４４】次に、同じ指数付けがなされ、且つ前記ビ
ーム原点からみたときに前記膜厚方向以外の方向に位置
する、ある結晶面を示す回折斑点と、前記ビーム原点と
を結んだ第二仮想線は、反強磁性層の回折像と強磁性層
の回折像とで互いにずれている。あるいは前記ビーム原
点からみたときに、前記膜厚方向以外の方向に位置す
る、ある結晶面を示す回折斑点が反強磁性層あるいは強
磁性層の回折像の一方のみに現れる。これは前記膜面と
平行な方向以外に位置する結晶面については、反強磁性
層と強磁性層とで平行関係になく前記結晶面は、反強磁
性層と強磁性層とでずれた状態になっているのである。
【００４５】すなわち本発明では、反強磁性層と強磁性
層との結晶面は、前記界面と平行な方向に同じ等価な結
晶面が優先配向するが、それ以外の結晶面は反強磁性層
と強磁性層とで平行関係になく、これによって前記界面
で反強磁性層の原子の配列と強磁性層の原子の配列は１
対１の関係にないものと推測される。
【００４６】図１６，１７は、積層膜（スピンバルブ
膜）を膜厚方向から切断し、その断面と垂直な方向（す
なわち膜面と平行な方向）から電子線を入射させて得た
透過電子線回折像である。なお図１６に示す透過電子線
回折像は、反強磁性層と、前記反強磁性層以外の層の両
方に同時に電子線が照射されるような電子線の口径のも
ので得たものである。
【００４７】また図１８は図１６に示す透過電子線回折
像の模式図であり、図１９は図１７に示す透過電子線回
折像の模式図である。
【００４８】図１６は、以下の膜構成より成る本発明の
スピンバルブ膜から測定した透過電子線回折像である。
Ａｌ2Ｏ3（３ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）／シードレイヤ：
Ｎｉ80Ｆｅ20（２ｎｍ）／反強磁性層：Ｐｔ54Ｍｎ
46（１５ｎｍ）／固定磁性層：［Ｃｏ（１．５ｎｍ／Ｒ
ｕ（０．８ｎｍ）／Ｃｏ（２．５ｎｍ）］／非磁性中間
層：Ｃｕ（２．５ｎｍ）／フリー磁性層：［Ｃｏ（１ｎ
ｍ）／Ｎｉ80Ｆｅ20（３ｎｍ）］／バックド層：Ｃｕ
（１．５ｎｍ）／保護層：Ｔａ（１．５ｎｍ）／Ｔａ酸
化膜。
【００４９】また図１７は、以下の膜構成より成る比較
例のスピンバルブ膜から測定した透過電子線回折像であ
る。Ａｌ2Ｏ3（３ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）／シードレイ
ヤ：Ｎｉ80Ｆｅ20（２ｎｍ）／反強磁性層：Ｐｔ44Ｍｎ
56（１３ｎｍ）／固定磁性層：［Ｃｏ（１．５ｎｍ／Ｒ
ｕ（０．８ｎｍ）／Ｃｏ（２．５ｎｍ）］／非磁性中間
層：Ｃｕ（２．５ｎｍ）／フリー磁性層：［Ｃｏ（１ｎ
ｍ）／Ｎｉ80Ｆｅ20（３ｎｍ）］／バックド層：Ｃｕ
（１．５ｎｍ）／保護層：Ｔａ（１．５ｎｍ）／Ｔａ酸
化膜。
【００５０】なお上記した膜構成の括弧書きの数値は、
各層の膜厚を示している。また図１６に示す電子線回折
像には、ミラー指数で表された結晶面の表記において、
数字「１」の上に「−」（バー）が付されているが、こ
れは「−１」（マイナス１）のことであり、明細書上で
はすべて「−１」と表記する。
【００５１】図１６に示すように実施例の透過電子線回
折像では、膜厚方向に（１−１１）面と指数付けされた
反強磁性層（ＰｔＭｎ）の回折斑点が現れていることが
わかる。同様に前記膜厚方向には、（１−１１）面と指
数付けされた前記反強磁性層以外の層（電子線回折像上
にはｆｃｃ−Ｃｏ／Ｃｕ／ＮｉＦｅと示されている）の
回折斑点が現れていることがわかる。
【００５２】上記回折斑点を図１８に示す模式図上に表
すと、反強磁性層の回折像における（１−１１）面と指
数付けされた回折斑点からビームの原点までを結んだ第
一仮想線と、前記反強磁性層以外の層の回折像における
（１−１１）面と指数付けされた回折斑点からビームの
原点までを結んだ第一仮想線は、共に一致することがわ
かる。
【００５３】また図１６に示すように実施例の透過電子
線回折像では、膜厚方向以外の方向に（−１１１）面と
指数付けされた反強磁性層（ＰｔＭｎ）の回折斑点が現
れていることがわかる。同様に膜厚方向以外の方向に、
（−１１１）面と指数付けされた前記反強磁性層以外の
層（電子線回折像上にはｆｃｃ−Ｃｏ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ
と示されている）の回折斑点が現れていることがわか
る。
【００５４】しかしながら図１８に示すように、前記各
回折斑点とビームの原点とを結んだ第二仮想線は互いに
一致せず、ずれた状態となっていることがわかる。
【００５５】すなわち実施例における電子線回折像から
わかることは、反強磁性層及び強磁性層とでは膜厚と平
行な方向に、代表的に｛１１１｝面として表される等価
な同じ結晶面が優先配向するが、前記膜面と平行に配向
する結晶面以外の結晶面では、反強磁性層と強磁性層と
で平行関係にないということである。
【００５６】なお図１６、１８に示した例においては、
反強磁性層と強磁性層の両方の（−１１１）回折斑点、
すなわち膜厚方向以外の方向に存在する回折斑点が現れ
ているが、どちらか一方の層の結晶方位が膜厚方向を軸
として更に回転した関係の方位にある場合には、どちら
か一方の層の（−１１１）回折斑点が回折像中に現れな
い場合も有り得る。かかる場合においても、前記膜面と
平行に配向する結晶面以外の結晶面では、反強磁性層と
強磁性層とで平行関係にないことを意味する。
【００５７】一方、図１７に示すように比較例の透過電
子線回折像では、膜厚方向に反強磁性層（ＰｔＭｎ）の
｛１１１｝面の回折斑点が現れていることがわかる。同
様に前記膜厚方向には、前記反強磁性層以外の層（電子
線回折像上にはｆｃｃ−Ｃｏ／Ｃｕ／ＮｉＦｅと示され
ている）の｛１１１｝面の回折斑点が現れていることが
わかる。
【００５８】なお図１７に示す透過電子線回折像に現れ
た回折班点を、（１１１）面、（１１−１）面等の等価
な結晶面として表記せず、これら等価な結晶面をすべて
含む表現の｛１１１｝面と明記したのは、図１６の場合
と異なり、膜厚方向以外の方向に存在する他の[１１１]
回折斑点（例えば（−１１１））について、説明上、言
及する必要がなかったからである。
【００５９】また図１７に示すように比較例の透過電子
線回折像では、膜厚方向以外の方向に反強磁性層（Ｐｔ
Ｍｎ）の｛２００｝面の回折斑点が現れていることがわ
かる。同様に膜厚方向以外の方向に、前記反強磁性層以
外の層（電子線回折像上にはｆｃｃ−Ｃｏ／Ｃｕ／Ｎｉ
Ｆｅと示されている）の｛２００｝面の回折斑点が現れ
ていることがわかる。
【００６０】図１９に示す模式図を見てわかるように、
比較例の透過電子線回折像では、ビーム原点から見て膜
厚方向に反強磁性層及び強磁性層の｛１１１｝面の回折
斑点が現れ、前記回折斑点と前記ビーム原点とを結んだ
第一仮想線は、反強磁性層及び強磁性層の回折像で共に
一致し、しかもビーム原点から見て膜厚方向以外の方向
に現れた｛２００｝面の回折斑点と前記ビーム原点とを
結んだ第二仮想線もまた、前記反強磁性層及び強磁性層
の回折像で共に一致しているのである。
【００６１】すなわち比較例では、膜面方向以外の方向
に現れる結晶面においても反強磁性層と強磁性層とで平
行な関係にあり、これは反強磁性層と強磁性層がエピタ
キシャル的に成長したものと推測され、前記反強磁性層
と強磁性層との界面において、前記反強磁性層の原子の
配列と、強磁性層の原子の配列とが１対１に対応する、
いわゆる整合状態になりやすくなっている。そして前記
整合状態では、前記反強磁性層は熱処理によって適切な
規則変態を起すことができず、大きな交換結合磁界を発
揮し得ない。
【００６２】実際に比較例の膜構成により形成されたス
ピンバルブ膜の交換結合磁界（Ｈｅｘ）を測定したとこ
ろ、０．２４×１０4（Ａ／ｍ）程度と低い交換結合磁
界しか得られなかった。
【００６３】これに対し本発明では、反強磁性層と強磁
性層との界面と平行な方向には、同じ等価な結晶面が優
先配向しているものの、他の結晶面では前記反強磁性層
と強磁性層とでは平行関係にない。これはいわば、前記
界面に対して垂直方向を軸にして、反強磁性層と強磁性
層との結晶方位が回転したような状態であり、前記界面
と平行方向に優先配向した結晶面内に存在する、ある同
じ等価な結晶軸の少なくとも一部が、反強磁性層側と強
磁性層側とで異なった方向を向いていることを意味する
ものである。
【００６４】したがって前記界面において反強磁性層の
原子の配列と、強磁性層の原子の配列とが１対１の関係
にはなく、反強磁性層に熱処理を施した際、前記反強磁
性層は強磁性層の結晶構造に拘束されることなく適切な
規則変態を起したものと考えられ、従来に比べて大きな
交換結合磁界を得ることができるのである。
【００６５】実際に上記の実験で使用した本発明のスピ
ンバルブ膜の交換結合磁界（Ｈｅｘ）を測定してみたと
ころ、１０．９×１０4（Ａ／ｍ）という非常に大きな
交換結合磁界を得ることができた。
【００６６】さらに本発明は、反強磁性層と強磁性層と
が接して形成され、前記反強磁性層と強磁性層との界面
に交換結合磁界が発生し、前記強磁性層の磁化方向が一
定方向にされる交換結合膜において、前記界面と垂直方
向から電子線を入射させて得られた反強磁性層及び強磁
性層の透過電子線回折像には、それぞれの層の各結晶面
を表す逆格子点に対応した回折斑点が現れ、前記回折斑
点のうち、反強磁性層の回折像と強磁性層の回折像とで
同じ指数付けがなされた、ある回折斑点からビーム原点
までを結んだ仮想線は、反強磁性層の回折像と強磁性層
の回折像とで互いにずれていることを特徴とするもので
ある。
【００６７】あるいは本発明は、反強磁性層と強磁性層
とが接して形成され、前記反強磁性層と強磁性層との界
面に交換結合磁界が発生し、前記強磁性層の磁化方向が
一定方向にされる交換結合膜において、前記界面と垂直
方向から電子線を入射させて得られた反強磁性層及び強
磁性層の透過電子線回折像には、それぞれの層の各結晶
面を表す逆格子点に対応した回折斑点が現れ、前記回折
斑点のうち、ある指数付けがされた回折斑点が、反強磁
性層あるいは強磁性層の回折像の一方のみに現れること
を特徴とするものである。
【００６８】本発明では、前記界面と垂直な方向は、代
表的に＜１１１＞方向として表される等価な結晶軸の方
向であることが好ましい。
【００６９】また本発明では、反強磁性層及び強磁性層
の前記界面と平行な結晶面は、代表的に[１１１]面とし
て表される等価な結晶面であることが好ましい。
【００７０】この発明では、透過電子線回折像は、前記
界面と垂直方向から測定したものである。
【００７１】反強磁性層の透過電子線回折像及び、強磁
性層の透過電子線回折像には、それぞれの層の各結晶面
を表す逆格子点に対応した回折斑点が現れる。
【００７２】さらに前記回折斑点のうち、反強磁性層の
回折像と強磁性層の回折像とで同じ指数付けがなされ
た、ある回折斑点からビーム原点までを結んだ仮想線
は、反強磁性層の回折像と強磁性層の回折像とで互いに
ずれているものである。あるいはある回折斑点が、一方
の回折像にのみ現れ他方には現れない。これは、前記界
面と平行な方向に位置しない他の結晶面は、反強磁性層
と強磁性層とで平行関係にないことを意味している。
【００７３】つまり本発明では、反強磁性層及び強磁性
層は、共に膜面方向に同じ等価な結晶面が優先配向して
いるが、前記膜面方向に配向しない他の結晶面は、前記
反強磁性層と強磁性層とで平行関係になく、これはいわ
ば前記界面に対して垂直方向を軸とし、前記反強磁性層
と強磁性層との結晶方位がある角度で回転したような状
態であり、前記界面において、反強磁性層の原子の配列
と、強磁性層の原子の配列とが１対１に対応していない
ものと考えられる。
【００７４】上記した透過電子線回折像を概念的に示し
たのが図２０ないし図２２である。図２０に示す透過電
子線回折図形は、ＰｔＭｎ結晶の電子線回折図形、図２
１は、強磁性層（ｆｃｃ−Ｃｏ）結晶の電子線回折図
形、図２２は、図２０と図２１を、それぞれの図形に示
す（０００）の回折斑点（ビーム原点）を一致させて重
ね合わせた図形である。
【００７５】なお図２０に示す黒丸が回折斑点であり、
各回折斑点に指数付けされた数値が記載されている。同
様に図２１に示す白丸は回折斑点であり、各回折斑点に
指数付けされた数値が記載されている。
【００７６】図２０に示すように、ビーム原点（００
０）と回折斑点（−２−２４）とを結ぶ結晶軸方向は
[−１−１２]方向を示している。またビーム原点（００
０）と回折斑点（２−２０）とを結ぶ結晶軸方向は[１
−１０]方向を示している。
【００７７】図２１に示す回折図形にも図２０に示すの
と同様に、同じ指数付けがなされ、[−１−１２]方向及
び[１−１０]方向が示されているが、これらの結晶軸方
向は、図２０に示す対応する結晶軸方向と異なる方向を
向いていることがわかる。
【００７８】すなわち図２０に示す回折図形と図２１に
示す回折図形を重ね合わせた図２２を見てわかるよう
に、反強磁性層の回折斑点（−２−２４）とビーム原点
（０００）を結んだ仮想線と、強磁性層の回折斑点
（−２−２４）とビーム原点（０００）とを結んだ仮想
線とはずれた状態となっており、同様に反強磁性層の
回折斑点（２−２０）とビーム原点（０００）とを結ん
だ仮想線と強磁性層の回折斑点（２−２０）とビーム
原点（０００）とを結んだ仮想線とはずれた状態とな
っていることがわかる。
【００７９】上記した透過電子線回折図形からわかるこ
とは結局のところ、図１４を用いて説明した本発明の結
晶配向と同様に、反強磁性層及び強磁性層は、膜面と平
行な方向に互いに同じ等価な結晶面が優先配向している
が、前記結晶面内に存在する、ある同じ等価な結晶軸の
方向が、前記反強磁性層と強磁性層とで互いに異なる方
向を向き、換言すれば、前記膜面と平行な方向に配向し
ない他の結晶面では、反強磁性層と強磁性層とで非平行
な状態になっているのである。
【００８０】また図２３ないし図２５は比較例における
透過電子線回折図形を表し、図２３は反強磁性層（Ｐｔ
Ｍｎ）結晶の透過電子線回折図形、図２４は強磁性層
（ｆｃｃ−Ｃｏ）結晶の透過電子線回折図形、図２５は
図２３と図２４との各回折図形に現れるビーム原点同士
を一致させて重ね合わせた回折図形である。
【００８１】図２３及び２４に示すように、反強磁性層
及び強磁性層の回折斑点（−２−２４）とビーム原点と
を結ぶ結晶軸方向[−１−１２]方向は、互いに同じ方向
を向き、また反強磁性層及び強磁性層の回折斑点（２−
２０）とビーム原点とを結ぶ結晶軸方向[１−１０]方向
もまた互いに同じ方向を向いている。
【００８２】すなわち図２５に示すように、回折斑点
（−２−２４）とビーム原点とを結んだ仮想線は反強
磁性層の回折図形と強磁性層の回折図形とで互いに一致
し、同様に回折斑点（２−２０）と原点とを結んだ仮想
線もまた反強磁性層の回折図形と強磁性層の回折図形
とで互いに一致しているのである。
【００８３】比較例では、反強磁性層及び強磁性層は、
膜面と平行な方向に同じ等価な結晶面が優先配向するの
みならず、前記結晶面内に存在する、同じ等価な結晶軸
の方向同士もまた反強磁性層と強磁性層とで完全に一致
し、これは、前記膜面と平行な方向に位置しない他の結
晶面においても、反強磁性層と強磁性層とで平行な関係
を有していることを意味する。
【００８４】以上のように本発明では、図１６ないし図
２５に示す透過電子線回折像を用い、本発明のスピンバ
ルブ膜と比較例のスピンバルブ膜との回折像から判別で
きる相違点を説明したが、本発明のような透過電子線回
折像は、反強磁性層と強磁性層が膜面と平行な方向に同
じ等価な結晶面が優先配向し、しかも前記結晶面内に存
在する、ある同じ等価な結晶軸の少なくとも一部が前記
反強磁性層と強磁性層とで互いに異なる方向を向いてい
ることの立証になり得る。
【００８５】上記したような本発明の構成は、例えば以
下に説明するシードレイヤが設けられる場合に達成され
る。
【００８６】本発明では、前記交換結合膜は、下から反
強磁性層、強磁性層の順に積層され、前記反強磁性層の
下側には、結晶構造が主として面心立方晶から成り、し
かも前記界面と平行な方向に[１１１]面と等価な結晶面
が優先配向したシードレイヤが形成されていることが好
ましい。
【００８７】このように本発明では反強磁性層の下側に
シードレイヤを設けることで、前記反強磁性層及び強磁
性層は膜面と平行な方向に、代表的に[１１１]面として
表される等価な結晶面が優先配向する。このように膜面
と平行な方向に同じ結晶面が揃うことで、従来に比べて
大きな抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能であ
る。
【００８８】また本発明では、前記シードレイヤは、Ｎ
ｉＦｅ合金、あるいはＮｉ−Ｆｅ−Ｙ合金（ただしＹ
は、Ｃｒ，Ｒｈ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉから選
ばれる少なくとも１種以上）で形成されることが好まし
い。また本発明では、前記シードレイヤは室温で非磁性
であることが好ましい。
【００８９】さらに本発明では前記シードレイヤの下に
は、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少
なくとも１種以上の元素で形成された下地層が形成され
ていることが好ましい。
【００９０】また本発明では、強磁性層とシードレイヤ
との界面の少なくとも一部は非整合状態であることが好
ましい。
【００９１】また前記反強磁性層は、元素ＸとＸ′（た
だし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，
Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆ
ｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎ
ｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，
Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上
の元素である）とＭｎとで形成されていてもよい。この
場合、前記反強磁性材料は、元素ＸとＭｎとで構成され
る空間格子の隙間に元素Ｘ′が侵入した侵入型固溶体で
あり、あるいは、元素ＸとＭｎとで構成される結晶格子
の格子点の一部が、元素Ｘ′に置換された置換型固溶体
であることが好ましい。これによって反強磁性層の格子
定数を広げることができ、強磁性層との界面において、
前記強磁性層の原子配列に対して１対１に対応しない原
子配列を形成することが可能である。
【００９２】ところで、上記した結晶配向を有する交換
結合膜を得るための他の重要な点は反強磁性層を構成す
る各構成元素の組成比である。
【００９３】大きな交換結合磁界を得るには、反強磁性
層を成膜したとき、反強磁性層と強磁性層とが界面の少
なくとも一部において非整合状態を保ち、しかも前記反
強磁性層が熱処理によって適切な規則変態を起すことが
必要であるが、このような非整合状態、及び規則変態を
適切に引き起こすか否かは反強磁性層の組成比によると
ころが大きい。
【００９４】本発明では、前記元素Ｘあるいは元素Ｘ＋
Ｘ′の組成比（原子％）は、４５（ａｔ％）以上６０
（ａｔ％）以下であることが好ましい。後述する実験結
果により、前記元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比が
上記範囲内であると少なくとも１．５８×１０4（Ａ／
ｍ）以上の交換結合磁界を得ることができる。なおより
好ましくは、前記元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比
は、４９（ａｔ％）以上５６．５（ａｔ％）以下であ
り、これによって７．９×１０4（Ａ／ｍ）以上の交換
結合磁界を得ることが可能である。
【００９５】上記した組成範囲内であると反強磁性層は
強磁性層との界面で非整合状態を保ち、しかも前記反強
磁性層は熱処理によって適切な規則変態を引き起こすこ
とができる。
【００９６】そして熱処理を施した後の状態では、前記
反強磁性層と強磁性層は膜面と平行な方向に同じ等価な
結晶面が優先配向し、しかも前記結晶面内に存在するあ
る結晶軸の少なくとも一部は前記反強磁性層と強磁性層
とで互いに異なる方向を向いているのである。
【００９７】なお本発明では、熱処理を施した後の状態
において反強磁性層と強磁性層の界面の少なくとも一部
は、非整合状態であることが好ましい。
【００９８】本発明では、上記した交換結合膜を様々な
磁気抵抗効果素子に適用できる。本発明は、反強磁性層
と、この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層
との交換異方性磁界により磁化方向が固定される固定磁
性層と、前記固定磁性層に非磁性中間層を介して形成さ
れたフリー磁性層と、前記フリー磁性層の磁化方向を前
記固定磁性層の磁化方向と交叉する方向へ揃えるバイア
ス層とを有する磁気抵抗効果型素子において、前記反強
磁性層と、この反強磁性層と接して形成された固定磁性
層とが、上記した交換結合膜により形成されていること
を特徴とするものである。
【００９９】また本発明は、反強磁性層と、この反強磁
性層と接して形成され、前記反強磁性層との交換異方性
磁界により磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固
定磁性層に非磁性中間層を介して形成されたフリー磁性
層とを有し、前記フリー磁性層の上側または下側に、ト
ラック幅方向に間隔を空けて反強磁性のエクスチェンジ
バイアス層が形成された磁気抵抗効果型素子において、
前記エクスチェンジバイアス層とフリー磁性層とが、上
記した交換結合膜により形成され、前記フリー磁性層の
磁化が一定方向にされることを特徴とするものである。
【０１００】また本発明は、フリー磁性層の上下に積層
された非磁性中間層と、一方の前記非磁性中間層の上お
よび他方の非磁性中間層の下に位置する固定磁性層と、
一方の前記固定磁性層の上および他方の固定磁性層の下
に位置して、交換異方性磁界によりそれぞれの固定磁性
層の磁化方向を一定の方向に固定する反強磁性層と、前
記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向
と交叉する方向に揃えるバイアス層とを有する磁気抵抗
効果型素子において、前記反強磁性層と、この反強磁性
層と接して形成された固定磁性層とが、上記した交換結
合膜により形成されていることを特徴とするものであ
る。
【０１０１】さらに本発明は、非磁性層を介して重ねら
れた磁気抵抗層と軟磁性層とを有し、前記磁気抵抗層の
上側あるいは下側にトラック幅方向に間隔を空けて反強
磁性層が形成された磁気抵抗効果型素子において、前記
反強磁性層と磁気抵抗層とが、上記した交換結合膜によ
り形成されていることを特徴とするものである。
【０１０２】また本発明における薄膜磁気ヘッドは、上
記した磁気抵抗効果素子の上下にギャップ層を介してシ
ールド層が形成されていることを特徴とするものであ
る。
【０１０３】
【発明の実施の形態】図１は本発明の第１実施形態のシ
ングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の全体構造をＡ
ＢＳ面側から見た断面図である。なお、図１ではＸ方向
に延びる素子の中央部分のみを破断して示している。
【０１０４】このシングルスピンバルブ型磁気抵抗効果
素子は、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライ
ダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディ
スクなどの記録磁界を検出するものである。なお、ハー
ドディスクなどの磁気記録媒体の移動方向はＺ方向であ
り、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向はＹ方向であ
る。
【０１０５】図１の最も下に形成されているのはＴａ，
Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２
種以上の元素などの非磁性材料で形成された下地層６で
ある。前記下地層６は、その上に形成されるシードレイ
ヤ２２の｛１１１｝面として表される等価な結晶面を、
膜面と平行な方向に優先配向させるために設けられたも
のである。前記下地層６は例えば５０Å程度の膜厚で形
成される。
【０１０６】前記シードレイヤ２２は、主として面心立
方晶から成り、前記反強磁性層４との界面と平行な方向
に、代表的に｛１１１｝面として表される等価な結晶面
が優先配向されている。前記シードレイヤ２２は、Ｎｉ
Ｆｅ合金、あるいはＮｉ−Ｆｅ−Ｙ合金（ただしＹは、
Ｃｒ，Ｒｈ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉから選ばれ
る少なくとも１種または２種以上）で形成されることが
好ましい。
【０１０７】ここで「等価な結晶面」とは、ミラー指数
を用いて表した結晶格子面を示し、前記[１１１]面とし
て表される等価（同等）な結晶面としては（１１１）
面、（−１１１）面、（１−１１）面、（１１−１）
面、（−１−１１）面、（１−１−１）面、（−１１−
１）面、（−１−１−１）面が存在する。
【０１０８】すなわち本発明では、前記シードレイヤ２
２は（１１１）面や、それと等価な（１−１１）面等が
膜面と平行な方向に優先配向しているのである。
【０１０９】また本発明では前記シードレイヤ２２は常
温にて非磁性であることが好ましい。前記シードレイヤ
２２を常温で非磁性とすることにより、波形の非対称性
（アシンメトリー）の悪化を防ぐことができるととも
に、非磁性にするために添加する元素Ｙ（後述）の効果
により、前記シードレイヤ２２の比抵抗を大きくするこ
とができ、導電層から流れるセンス電流の前記シードレ
イヤ２２への分流を抑制することが可能である。前記セ
ンス電流がシードレイヤ２２に分流しやすくなると、抵
抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の低下やバルクハウゼンノイズの
発生に繋がり好ましくない。
【０１１０】前記シードレイヤ２２を非磁性で形成する
には、上記した材質のうちＮｉ−Ｆｅ−Ｙ合金（ただし
Ｙは、Ｃｒ，Ｒｈ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉから
選ばれる少なくとも１種または２種以上）を選択でき
る。これら材質は、結晶構造が面心立方晶であり、しか
も膜面と平行な方向に、代表的に[１１１｝面として表
される等価な結晶面が優先配向しやすく好ましい。前記
シードレイヤ２２は、例えば３０Å程度で形成される。
【０１１１】前記シードレイヤ２２の上には反強磁性層
４が形成される。前記反強磁性層４は、元素Ｘ（ただし
Ｘは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種
または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強
磁性材料で形成されることが好ましい。
【０１１２】これら白金族元素を用いたＸ−Ｍｎ合金
は、耐食性に優れ、またブロッキング温度も高く、さら
に交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできるなど反強磁性
材料として優れた特性を有する。特に白金族元素のうち
Ｐｔを用いることが好ましい。例えば二元系で形成され
たＰｔＭｎ合金を使用することができる。
【０１１３】また本発明では、前記反強磁性層４を元素
Ｘと元素Ｘ′（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，
Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔ
ｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，
Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種
または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強
磁性材料で形成してもよい。
【０１１４】なお前記元素Ｘ′には、元素ＸとＭｎとで
構成される空間格子の隙間に侵入し、または元素ＸとＭ
ｎとで構成される結晶格子の格子点の一部と置換する元
素を用いることが好ましい。ここで固溶体とは、一つの
結晶相内において、均一に成分が混ざり合った固体のこ
とを指している。
【０１１５】侵入型固溶体あるいは置換型固溶体とする
ことで、前記Ｘ−Ｍｎ合金膜の格子定数に比べて、前記
Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金の格子定数を大きくすることができ
るので、後述する固定磁性層３の格子定数との差を広げ
ることができ、前記反強磁性層４と固定磁性層３との界
面構造を非整合状態にしやすくできる。また特に置換型
で固溶する元素Ｘ′を使用する場合は、前記元素Ｘ′の
組成比が大きくなりすぎると、反強磁性としての特性が
低下し、固定磁性層３との界面で発生する交換結合磁界
が小さくなってしまう。特に本発明では、侵入型で固溶
し、不活性ガスの希ガス元素（Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ
のうち１種または２種以上）を元素Ｘ′として使用する
ことが好ましいとしている。希ガス元素は不活性ガスな
ので、希ガス元素が、膜中に含有されても、反強磁性特
性に大きく影響を与えることがなく、さらに、Ａｒなど
は、スパッタガスとして従来からスパッタ装置内に導入
されるガスであり、ガス圧を適正に調節するのみで、容
易に、膜中にＡｒを侵入させることができる。
【０１１６】なお、元素Ｘ′にガス系の元素を使用した
場合には、膜中に多量の元素Ｘ′を含有することは困難
であるが、希ガスの場合においては、膜中に微量侵入さ
せるだけで、熱処理によって発生する交換結合磁界を、
飛躍的に大きくできる。
【０１１７】なお本発明では、好ましい前記元素Ｘ′の
組成範囲は、ａｔ％で０．２から１０であり、より好ま
しくは、ａｔ％で、０．５から５である。また本発明で
は前記元素ＸはＰｔであることが好ましく、よってＰｔ
−Ｍｎ−Ｘ′合金を使用することが好ましい。
【０１１８】次に前記反強磁性層４の上には３層膜で形
成された固定磁性層３が形成されている。
【０１１９】前記固定磁性層３は、Ｃｏ膜１１とＲｕ膜
１２とＣｏ膜１３とで形成され、前記反強磁性層４との
界面での交換結合磁界により前記Ｃｏ膜１１とＣｏ膜１
３の磁化方向は互いに反平行状態にされる。これは、い
わゆるフェリ磁性結合状態と呼ばれ、この構成により固
定磁性層３の磁化を安定した状態にでき、また前記固定
磁性層３と反強磁性層４との界面で発生する交換結合磁
界を大きくすることができる。
【０１２０】なお前記Ｃｏ膜１１は例えば２０Å程度で
形成され、Ｒｕ膜１２は８Å程度で形成され、Ｃｏ膜１
３は１５Å程度で形成される。
【０１２１】なお前記固定磁性層３は３層膜で形成され
なくても良く、例えば単層膜で形成されてもよい。また
各層１１，１２，１３は、上記した磁性材料以外の材料
によって形成してもよい。
【０１２２】前記固定磁性層３の上には非磁性中間層２
が形成されている。前記非磁性中間層２は、例えばＣｕ
で形成されている。なお本発明における磁気抵抗効果素
子が、トンネル効果の原理を用いたトンネル型磁気抵抗
効果素子（ＴＭＲ素子）の場合、前記非磁性中間層２
は、例えばＡｌ2Ｏ3等の絶縁材料で形成される。
【０１２３】さらに前記非磁性中間層２の上には２層膜
で形成されたフリー磁性層１が形成される。
【０１２４】前記フリー磁性層１は、ＮｉＦｅ合金膜９
とＣｏ膜１０の２層で形成される。図１に示すように前
記Ｃｏ膜１０を非磁性中間層２と接する側に形成するこ
とにより、前記非磁性中間層２との界面での金属元素等
の拡散を防止し、ΔＲ／Ｒ（抵抗変化率）を大きくする
ことができる。
【０１２５】なお前記ＮｉＦｅ合金膜９は、例えば前記
Ｎｉを８０（ａｔ％）、Ｆｅを２０（ａｔ％）として形
成する。また前記ＮｉＦｅ合金膜９の膜厚を例えば４５
Å程度、Ｃｏ膜を５Å程度で形成する。
【０１２６】図１に示すように前記フリー磁性層１の上
にはＴａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１
種または２種以上の元素などの非磁性材料で形成された
保護層７が形成されている。
【０１２７】さらに前記下地層６から保護層７までの積
層膜の両側にはハードバイアス層５及び導電層８が形成
されている。前記ハードバイアス層５からのバイアス磁
界によってフリー磁性層１の磁化はトラック幅方向（図
示Ｘ方向）に揃えられる。
【０１２８】前記ハードバイアス層５，５は、例えばＣ
ｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ
（コバルト−クロム−白金）合金などで形成されてお
り、導電層８，８は、α−Ｔａ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ
（銅）やＷ（タングステン）などで形成されている。な
お上記したトンネル型磁気抵抗効果素子の場合、前記導
電層８，８は、フリー磁性層１の下側と、反強磁性層４
の上側にそれぞれ形成されることになる。
【０１２９】また本発明では、上記したフリー磁性層１
の上に、金属材料あるいは非磁性金属のＣｕ，Ａｕ，Ａ
ｇからなるバックド層が形成されていてもよい。例えば
前記バックド層の膜厚は１２〜２０Å程度で形成され
る。
【０１３０】また前記保護層７には、Ｔａなどから成り
その表面が酸化された酸化層が形成されていることが好
ましい。
【０１３１】前記バックド層が形成されることによっ
て、磁気抵抗効果に寄与する＋スピン（上向きスピン：
ｕｐ ｓｐｉｎ）の電子における平均自由工程（ｍｅａ
ｎ ｆｒｅｅ ｐａｔｈ）を延ばし、いわゆるスピンフ
ィルター効果（ｓｐｉｎ ｆｉｌｔｅｒ ｅｆｆｅｃ
ｔ）によりスピンバルブ型磁気素子において、大きな抵
抗変化率が得られ、高記録密度化に対応できるものとな
る。
【０１３２】上記した各層を積層した後、本発明では熱
処理を施して反強磁性層４と固定磁性層３との界面に交
換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生させ、これにより前記固定
磁性層３の磁化をハイト方向（図示Ｙ方向）に固定する
が、熱処理後における前記スピンバルブ型薄膜素子で
は、以下のような結晶配向を有している。
【０１３３】前記結晶配向については、主に反強磁性層
と強磁性層（固定磁性層）とで形成される交換結合膜を
中心して説明する。
【０１３４】本発明では上記したように、反強磁性層４
の下側にシードレイヤ２２が形成されている。前記シー
ドレイヤ２２は、代表的に[１１１]面として表される等
価な結晶面が膜面に優先配向するように形成されている
が、これによって前記シードレイヤ２２上に形成される
反強磁性層４もまた膜面と平行な方向に、前記シードレ
イヤ２２と同じ結晶面が膜面と平行方向に優先配向され
る。
【０１３５】例えばシードレイヤ２２は、膜面と平行な
方向に（−１１１）面が優先配向する場合、前記シード
レイヤ２２上に形成される反強磁性層４も膜面と平行な
方向に（−１１１）面が優先配向する。
【０１３６】さらに前記反強磁性層４の上に形成される
固定磁性層３もまた前記反強磁性層４と同じ結晶面が膜
面と平行な方向に優先配向する。
【０１３７】すなわち本発明では、シードレイヤ２２、
反強磁性層４及び固定磁性層３は、膜面と平行な方向
に、代表的に｛１１１｝面として表される同じ等価な結
晶面が優先配向しているのである。
【０１３８】なお本発明では、前記膜面と平行な方向に
優先配向する結晶面は、代表的に[１１１]面として表さ
れる等価な結晶面であることが好ましいが、これは前記
結晶面が最密面であるからである。例えば磁気ヘッド装
置内の環境温度やセンス電流密度が高くなると、特に熱
的な安定性が求められるが、膜面と平行な方向に最密面
である[１１１]面として表される等価な結晶面が優先配
向すると膜厚方向の原子の拡散が起こり難く、多層膜界
面の熱的安定性が増し、特性の安定化を図ることが可能
である。
【０１３９】本発明ではこのように反強磁性層４及び固
定磁性層３は、膜面と平行な方向に同じ結晶面が優先配
向するが、さらに本発明では、前記結晶面内に存在す
る、ある同じ結晶軸の少なくとも一部が、前記反強磁性
層４及び固定磁性層３とで互いに異なる方向を向いてい
るのである（図１４参照）。なお図１４では、例えば
（１１１）面内に存在する［１１０］方向が、前記反強
磁性層４と固定磁性層３とで互いに異なる方向を向いて
いることがわかる。
【０１４０】このような結晶配向を生じる原因として
は、前記反強磁性層４と固定磁性層３とを成膜段階（熱
処理前）において、如何なる状態で成膜したかに依存す
ると考えられる。
【０１４１】例えば反強磁性層４の材質及び組成比を調
整し、前記反強磁性層４の格子定数を固定磁性層３の格
子定数よりも充分に大きくした状態で各層を成膜する
と、前記反強磁性層４及び固定磁性層３は、エピタキシ
ャル的な成長をしづらいものと考えられる。
【０１４２】エピタキシャル的に成膜されると、反強磁
性層４と固定磁性層３とで全ての結晶方位が平行関係を
有して成膜されやすい。そして前記反強磁性層４と固定
磁性層３との界面では、前記界面と平行な方向に同じ結
晶面が優先配向するのみならず、前記結晶面内に存在す
る、反強磁性層４と固定磁性層３とのある同一の結晶軸
が同じ方向に向き、前記界面で反強磁性層４の原子の配
列と固定磁性層３の原子の配列とが１対１に対応しやす
くなる（図１５参照）。なお図１５には具体的な例とし
て、（１１１）面内に存在する［１１０］方向が、反強
磁性層３１と強磁性層３０とで同じ方向を向いているこ
とが示されている。
【０１４３】このような結晶配向が熱処理前の段階で生
じていると、前記反強磁性層４は熱処理を施しても固定
磁性層３の結晶構造に拘束されて、適切な規則変態を起
せず、交換結合磁界は非常に低下してしまう。
【０１４４】本発明では、上記のようなエピタキシャル
的な成長をせずに、反強磁性層４と固定磁性層３とが成
膜されたものと考えられ、このような成膜状態で熱処理
を施すと、前記反強磁性層４は固定磁性層３の結晶構造
に拘束されず適切な規則変態を起す。熱処理後の本発明
におけるスピンバルブ膜の膜構造を観測すると、前記反
強磁性層４と固定磁性層３は、膜面と平行な方向に互い
に同じ等価な結晶面が優先配向しながらも、前記膜面と
平行な方向に配向しない他の結晶面では、前記反強磁性
層４と固定磁性層３とで平行関係を保たず、この結果、
前記膜面平行に配向した前記結晶面内に存在する、ある
同じ等価な結晶軸の少なくとも一部は、反強磁性層４と
固定磁性層３とで互いに異なる方向を向いているのであ
る。
【０１４５】本発明では、上記した結晶配向を生じさせ
るための一つの方法として反強磁性層４の下側にシード
レイヤ２２を敷いた。既に説明したように、シードレイ
ヤ２２を設けることで前記シードレイヤ２２上に形成さ
れる反強磁性層４及び固定磁性層３は膜面と平行な方向
に同じ等価な結晶面が優先配向し、このような結晶配向
は、大きな抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をもたらす。
【０１４６】また本発明では、前記反強磁性層４及び固
定磁性層３の膜面平行な方向に配向する前記結晶面内に
存在する、ある同じ等価な結晶軸の少なくとも一部は互
いに異なる方向を向いているが、このような結晶方位の
存在は、熱処理段階で前記反強磁性層４は固定磁性層３
の結晶構造に拘束されずに、不規則相としての面心立方
格子から規則相としてのＣｕＡｕ−Ｉ型の面心正方格子
に適切に変態したものと考えられ、従来に比べて大きな
交換結合磁界を得ることが可能である。なお本発明で
は、熱処理後において前記反強磁性層４の少なくとも一
部の結晶構造がＣｕＡｕ−Ｉ型の面心正方規則格子とな
っていればよい。
【０１４７】また上記した結晶配向を有するか否かは、
反強磁性層４及び固定磁性層３とを膜厚方向（図示Ｚ方
向）から切断し、その切断面における結晶構造を見るこ
とによって判断することが可能である。
【０１４８】すなわち本発明では、前記切断面に現われ
る前記反強磁性層４の結晶粒界と、固定磁性層３の結晶
粒界とが、前記反強磁性層４と固定磁性層３との界面の
少なくとも一部で不連続な状態となっているのである。
【０１４９】図２６，２８（図２６は透過電子顕微鏡写
真（ＴＥＭ写真）、図２８は図２６に示す写真の模式
図）に示すように本発明では、ＰｔＭｎ合金膜（反強磁
性層４）に形成された結晶粒界と、前記反強磁性層
４上層に形成された結晶粒界とが、前記界面で不
連続な状態になっており、このような不連続状態が生じ
る場合には、前記界面において反強磁性層４の膜面方向
の結晶面と、固定磁性層３の膜面方向の結晶面とに存在
する、ある同じ等価な結晶軸の少なくとも一部が異なる
方向を向いているものと推測できる。
【０１５０】図２６，２８に示す結晶構造は、比較例と
して表される図２７，２９（図２７は透過電子顕微鏡写
真（ＴＥＭ写真）、図２９は図２７に示す写真の模式
図）に示す結晶組織とは明らかに異なることがわかる。
図２７，２９では、ＰｔＭｎ合金膜（反強磁性層４）に
形成された結晶粒界と、ＰｔＭｎ合金膜の上の層に形成
された結晶粒界が界面で連続し、反強磁性層４からその
上の層にかけて前記界面を貫く大きな結晶粒が形成され
ているからである。
【０１５１】本発明のように図２６，２８に示すような
結晶粒界を有する交換結合膜であると、成膜段階におい
て前記反強磁性層４と固定磁性層３とはエピタキシャル
的な成長をせずに成膜されたものと考えられ、したがっ
て熱処理によって前記反強磁性層４は固定磁性層３の結
晶構造に拘束されずに適切な規則変態を起しており、大
きな交換結合磁界を得ることができるのである。
【０１５２】また本発明では、反強磁性層４と固定磁性
層３とを成膜し、熱処理を施した後において、前記反強
磁性層４と固定磁性層３との結晶配向を透過電子線回折
像によって観測し、この透過電子線回折像が以下に説明
するような回折図形として得られたなら、反強磁性層４
と固定磁性層３との結晶配向は、前記反強磁性層４と固
定磁性層３との界面と平行な方向に同じ等価な結晶面が
優先配向し、しかも前記結晶面内に存在する、ある同じ
等価な結晶軸の少なくとも一部は前記反強磁性層４と固
定磁性層３とで互いに異なる方向を向いているものと推
定することが可能である。
【０１５３】本発明では、まず反強磁性層４と固定磁性
層３との界面と平行方向から電子線（ビーム）を入射さ
せ、反強磁性層４及び固定磁性層３のそれぞれについて
透過電子線回折像を得る。
【０１５４】前記反強磁性層４及び固定磁性層３の透過
電子線回折像には、それぞれの層の各結晶面に相当する
逆格子点に対応した回折斑点が現れる。前記逆格子点
（＝回折斑点）はミラー指数により表される結晶面であ
り、例えば前記逆格子点は（１１０）面などである。
【０１５５】次に前記回折斑点に指数付けを行う。ビー
ム原点から回折斑点までの距離ｒは、格子面間隔ｄに反
比例するため、ｒを測定することでｄを知ることができ
る。ＰｔＭｎやＣｏＦｅ，ＮｉＦｅ等の各結晶格子面
｛ｈｋｌ｝の面間隔は、ある程度既知であるため、各回
折斑点に等価な｛ｈｋｌ｝なる指数付けをすることがで
きる。また、一般的な透過電子線回折像の文献には、単
結晶構造の結晶粒の各種の方向に対して観測あるいは計
算された、各回折斑点に｛ｈｋｌ｝なる特定の指数付け
がなされた透過電子線回折図形が掲載されている。この
ような文献を用いて、上記の反強磁性層４及び固定磁性
層３の透過電子線回折像から得られた回折斑点が、単結
晶構造の場合の、どの結晶面の回折斑点と同一あるいは
類似しているかを判別し、前記単結晶の場合と同様の指
数付け｛ｈｋｌ｝を各個別の回折斑点毎に行う。
【０１５６】そして上記した反強磁性層４の透過電子線
回折像と、固定磁性層３の透過電子線回折像とに現れた
ビーム原点同士を一致させて、各回折像を重ねあわせ
る。
【０１５７】あるいは反磁性層４と固定磁性層３の両者
に同時に電子線が照射される範囲で透過電子線回折像を
得る。
【０１５８】本発明では、前記回折斑点のうち、反強磁
性層４の回折像と固定磁性層３の回折像とで同じ指数付
けがなされ且つビーム原点からみたときに膜厚方向に位
置する、ある結晶面を示す回折斑点と、前記ビーム原点
とを結んだ第一仮想線は、前記反強磁性層の回折像及び
強磁性層の回折像とで互いに一致する（図１６，１８参
照；図１６は透過電子線回折像、図１８は図１６に示す
回折像の模式図）。これは、前記反強磁性層４と固定磁
性層３とが膜面方向に同じ等価な結晶面が優先配向して
いることを意味する。
【０１５９】さらに本発明では、同じ指数付けがなさ
れ、且つ前記ビーム原点からみたときに前記膜厚方向以
外の方向に位置する、ある結晶面を示す回折斑点と、前
記ビーム原点とを結んだ第二仮想線は、前記反強磁性層
の回折像及び強磁性層の回折像とで互いにずれているの
である（図１６，１８参照）。これは、すなわち膜面と
平行な方向に配向しない結晶面については、反強磁性層
４と固定磁性層３とで互いに平行関係になっていないこ
とを意味している。あるいは、前記ビーム原点からみた
ときに、前記膜厚方向以外の方向に位置する、ある結晶
面を示す回折斑点が反強磁性層あるいは強磁性層の一方
の回折像のみに現れる状態でも、反強磁性層４と固定磁
性層３とで互いに平行関係になっていない。
【０１６０】本発明では、図１７，１９（図１７は透過
電子線回折像、図１９は図１７に示す回折像の模式図）
に示す比較例とは明らかに異なる回折像を得ることがで
きる。図１７，１９に示す比較例では、同じ指数付けが
なされ、且つ前記ビーム原点からみたときに前記膜厚方
向以外の方向に位置する、ある結晶面を示す回折斑点
と、前記ビーム原点とを結んだ第二仮想線が、反強磁性
層４と固定磁性層３との回折像で互いに一致しているか
らである。
【０１６１】本発明では図１６に示すような透過電子線
回折像が得られた場合には、反強磁性層４と固定磁性層
３は膜面と平行な方向に同じ等価な結晶面が優先配向
し、前記結晶面内に存在する、ある同じ等価な結晶軸の
少なくとも一部が、前記反強磁性層４と固定磁性層３と
で互いに異なる方向を向いているものと推測できる。
【０１６２】よって上記した透過電子線回折像が得られ
るスピンバルブ膜であれば、熱処理を施した段階で反強
磁性層４は適切な規則変態を起しており、大きな交換結
合磁界を得ることが可能である。
【０１６３】なお本発明では、前記膜厚方向に位置する
回折斑点は、代表的に｛１１１｝面として表される等価
な結晶面を示していることが好ましい。
【０１６４】また本発明では、前記反強磁性層４と固定
磁性層３との結晶配向を上記とは別の方向から透過電子
線回折像によって観測し、この透過電子線回折像が以下
に説明するような回折図形として得られたなら、反強磁
性層４と固定磁性層３は、膜面と平行な方向に同じ等価
な結晶面が優先配向し、しかも前記結晶面内に存在す
る、ある同じ等価な結晶軸の少なくとも一部が、前記反
強磁性層４と固定磁性層３とで互いに異なる方向を向い
ているものと推測できる。
【０１６５】すなわち本発明では、反強磁性層４と固定
磁性層３との界面と垂直方向から電子線（ビーム）を入
射させ、反強磁性層４及び固定磁性層３のそれぞれにつ
いて同時に透過電子線回折像を得る（図２０及び図２１
参照；図２０は反強磁性層４の回折像の模式図、図２１
は固定磁性層３の回折像の模式図）。
【０１６６】前記反強磁性層４及び固定磁性層３の透過
電子線回折像には、同じ逆格子面の回折斑点が現れる。
前記逆格子面すなわち電子線回折像の投影面は、入射電
子線と垂直な結晶面と平行であり、例えば前記逆格子面
と平行な結晶面は（１１１）面などである。なお本発明
では、前記界面と垂直な方向は、代表的に＜１１１＞方
向として表される等価な結晶軸の方向であり、あるいは
反強磁性層及び強磁性層の前記界面と平行な結晶面は、
代表的に[１１１]面として表される等価な結晶面である
ことが好ましい。
【０１６７】次に、単結晶構造の場合の透過電子線回折
像の文献などを参照して、前記回折斑点に指数付けを行
う。反強磁性層４と固定磁性層３には格子定数の違い、
すなわち格子面間隔の違いがあるため反強磁性層４の透
過電子線回折斑点と、固定磁性層３の透過電子線回折斑
点とは、それらの斑点のビーム原点との距離の違いによ
り容易に判別できる（図２２参照）。
【０１６８】本発明では、前記回折斑点のうち、反強磁
性層４の回折像と、固定磁性層３の回折像とで同じ指数
付けがなさた、ある回折斑点からビーム原点までを結ん
だ仮想線（仮想線と仮想線、及び仮想線と仮想線
）は、前記反強磁性層の回折像及び強磁性層の回折像
とで互いにずれた状態となっている（図２２参照）。こ
れは、膜面と平行な方向に配向した結晶面内に存在す
る、ある同じ等価な結晶軸の方位が、反強磁性層４と固
定磁性層３とで互いに異なる方向を向いていることを意
味する。あるいは前記回折斑点のうち、ある指数付けが
された回折斑点が、反強磁性層あるいは強磁性層の一方
の回折像にのみ現れる状態でも反強磁性層４と固定磁性
層３とで互いに異なる方向を向いていることを意味す
る。
【０１６９】上記の本発明における透過電子線回折像
は、図２３ないし図２５（図２３は反強磁性層の回折像
の模式図、図２４は固定磁性層の回折像の模式図、図２
５は図２３と図２４とを重ねあわせた模式図）に示す比
較例の透過電子線回折像とは明らかに異なることがわか
る。
【０１７０】図２５に示すように、ある回折斑点からビ
ーム原点まで結んだ仮想線は、前記反強磁性層の回
折像及び強磁性層の回折像とで互いに一致しているから
である。
【０１７１】本発明では、図２０ないし図２２に示す透
過電子線回折像が得られた場合には、反強磁性層４と固
定磁性層３は膜面と平行な方向に同じ等価な結晶面が優
先配向するが、前記結晶面内に存在する、ある同じ等価
な結晶軸の少なくとも一部が、前記反強磁性層４と固定
磁性層３とで互いに異なる方向を向いていると推測され
る。
【０１７２】よって上記した透過電子線回折像が得られ
るスピンバルブ膜であれば、熱処理を施した段階で反強
磁性層４は適切な規則変態を起しており、大きな交換結
合磁界を得ることが可能である。
【０１７３】以上のように本発明におけるスピンバルブ
型薄膜素子の結晶配向、及び結晶粒界の特徴点を説明し
たが、このような結晶配向、及び結晶粒界を得るには、
前記反強磁性層４と固定磁性層３とを成膜したとき、前
記反強磁性層４と固定磁性層３とが界面においていわゆ
る非整合状態になっていなければならない。
【０１７４】非整合状態とは、反強磁性層４の原子の配
列と固定磁性層３の原子の配列が前記界面で１対１に対
応しない状態のことを言うが、このような非整合状態を
作るには前記反強磁性層４の格子定数を前記固定磁性層
３の格子定数に比して広げておくことが必要である。
【０１７５】それに加えて前記反強磁性層４は熱処理に
よって適切な規則変態を起さなければならない。前記固
定磁性層３との界面が非整合状態であっても前記反強磁
性層４が規則変態を引き起こさない場合には、結局、交
換結合磁界は低くなってしまう。
【０１７６】上記した成膜段階における非整合状態、及
び規則変態を起すか否かの適正化は、反強磁性層４を構
成する各構成元素の組成比によるところが大きいと考え
られる。
【０１７７】本発明では、反強磁性層４の元素Ｘあるい
は元素Ｘ＋Ｘ′の原子％を４５（ａｔ％）以上６０（ａ
ｔ％）以下に設定することが好ましい。これによって成
膜段階において、固定磁性層３との界面が非整合状態に
され、しかも前記反強磁性層４は熱処理によって適切な
規則変態を起すものと推測される。
【０１７８】そして上記の組成範囲内で形成された反強
磁性層４を使用することにより、熱処理後のスピンバル
ブ型薄膜素子では、前記反強磁性層４と固定磁性層３と
の結晶配向を、膜面と平行な方向に同じ等価な結晶面を
優先配向させ、しかも前記反強磁性層４及び固定磁性層
３の前記結晶面内に存在する、ある同じ等価な結晶軸の
少なくとも一部を互いに異なる方向に向かせることが可
能である。また前記反強磁性層４の結晶粒界と、固定磁
性層３の結晶粒界とを界面の少なくとも一部で不連続な
状態にすることができる。上記の組成範囲内であると後
述する実験結果によれば１．５８×１０4（Ａ／ｍ）以
上の交換結合磁界を得ることが可能である。
【０１７９】また本発明では、前記元素Ｘあるいは元素
Ｘ＋Ｘ′の原子％を、４９（ａｔ％）以上５６．５（ａ
ｔ％）以下に設定することが好ましい。これにより７．
９×１０4（Ａ／ｍ）以上の交換結合磁界を得ることが
可能である。
【０１８０】また本発明では、上記した結晶配向を有す
るスピンバルブ型薄膜素子では、熱処理後において、前
記反強磁性層４と固定磁性層３との界面の少なくとも一
部を非整合状態にすることが可能である。
【０１８１】また上記した反強磁性層４と固定磁性層３
との結晶配向、及び透過電子線回折像は、シードレイヤ
２２と反強磁性層４間にも観測される。すなわち前記シ
ードレイヤ２２と反強磁性層４との間においても膜面と
平行な方向に同じ等価な結晶面が優先配向し、しかも前
記結晶面内に存在する、ある同じ等価な結晶軸の少なく
とも一部が、前記シードレイヤ２２と反強磁性層４とで
互いに異なる方向を向いている。
【０１８２】また膜厚方向と平行な方向の断面におい
て、前記シードレイヤ２２の結晶粒界と反強磁性層４の
結晶粒界との少なくとも一部は不連続な状態となってい
る。
【０１８３】このような結晶配向及び結晶粒界がシード
レイヤ２２と反強磁性層４との間に存在すると、前記シ
ードレイヤ２２と反強磁性層４との界面では少なくとも
一部が非整合状態を保ちやすく、したがって前記反強磁
性層４は前記シードレイヤ２２の結晶構造に拘束されず
に適切な規則変態を起しており、さらに大きな交換結合
磁界が得られるのである。
【０１８４】また本発明では前記反強磁性層４の膜厚を
７ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内で形成することが好ましい。
このように本発明では前記反強磁性層４の膜厚を薄くし
てもなお適切な交換結合磁界を発生させることができ
る。
【０１８５】図２は、別のスピンバルブ型薄膜素子の構
造を示す部分断面図である。このスピンバルブ型薄膜素
子では、下から下地層６、ＮｉＦｅ合金膜９とＣｏ膜１
０とから成るフリー磁性層１、非磁性中間層２、及びＣ
ｏ膜１１、Ｒｕ膜１２、及びＣｏ膜１３から成る固定磁
性層３、反強磁性層４及び保護層７が積層されている。
そして前記積層膜の両側にはハードバイアス層５，５及
び導電層８，８が形成されている。
【０１８６】なお各層の材質等に関しては図１に説明し
たスピンバルブ型薄膜素子と同じである。
【０１８７】図２に示すスピンバルブ型薄膜素子では、
反強磁性層４と固定磁性層３は膜面と平行な方向に同じ
等価な結晶面が優先配向し、前記結晶面内に存在する、
ある同じ等価な結晶軸の少なくとも一部が、前記反強磁
性層４と固定磁性層３とで互いに異なる方向を向いてい
る。
【０１８８】また前記反強磁性層４と固定磁性層３とを
膜厚と平行な方向（図示Ｚ方向）から断面としてみたと
きに、前記反強磁性層４の結晶粒界と前記固定磁性層３
の結晶粒界は、界面の少なくとも一部において不連続な
状態になっている。
【０１８９】このため前記界面の少なくとも一部は非整
合状態を保ち、前記反強磁性層４は熱処理によって適切
な規則変態がなされており、大きな交換結合磁界を得る
ことが可能である。
【０１９０】なお反強磁性層４と固定磁性層３膜面と平
行な方向に代表的に[１１１]面として表される等価な結
晶面が優先配向していることが好ましい。また前記結晶
面内において、代表的に＜１１０＞方向として表される
等価な結晶軸の方向が、反強磁性層４と固定磁性層３と
で互いに異なる方向を向いていることが好ましい。
【０１９１】また図２に示すスピンバルブ型薄膜素子で
は、前記界面と平行方向から電子線（ビーム）を入射さ
せて得られた反強磁性層４及び固定磁性層３の透過電子
線回折像には、それぞれの層の各結晶面を表す逆格子点
に対応した回折斑点が現れ、前記回折斑点のうち、反強
磁性層４の回折像と固定磁性層３の回折像とで同じ指数
付けがなされ且つビーム原点からみたときに膜厚方向に
位置する、ある結晶面を示す回折斑点と、前記ビーム原
点とを結んだ第一仮想線は、前記反強磁性層の回折像及
び強磁性層の回折像とで互いに一致している。
【０１９２】しかも本発明では、同じ指数付けがなさ
れ、且つ前記ビーム原点からみたときに前記膜厚方向以
外の方向に位置する、ある結晶面を示す回折斑点と、前
記原点とを結んだ第二仮想線は、前記反強磁性層の回折
像及び強磁性層の回折像とで互いにずれているのであ
る。あるいは前記ビーム原点からみたときに、前記膜厚
方向以外の方向に位置する、ある結晶面を示す回折斑点
が反強磁性層あるいは強磁性層の一方の回折像のみに現
れる。
【０１９３】上記の場合、前記膜厚方向に位置する回折
斑点は、代表的に｛１１１｝面として表される等価な結
晶面であることが好ましい。
【０１９４】あるいは図２に示すスピンバルブ型薄膜素
子では、前記界面と垂直方向から電子線（ビーム）を入
射させて得られた反強磁性層４及び固定磁性層３の透過
電子線回折像には、それぞれの層の各結晶面を表す逆格
子点に対応した回折斑点が現れ、前記回折斑点のうち、
反強磁性層４の回折像と固定磁性層３の回折像とで同じ
指数付けがなされた、ある回折斑点からビーム原点まで
を結んだ仮想線は、前記反強磁性層の回折像及び強磁性
層の回折像とで互いにずれている。あるいは前記回折斑
点のうち、ある指数付けがされた回折斑点が、反強磁性
層あるいは強磁性層の一方の回折像にのみ現れる。
【０１９５】上記の場合、前記界面と垂直な方向は、代
表的に＜１１１＞方向として表される等価な結晶軸の方
向であり、あるいは反強磁性層及び強磁性層の前記界面
と平行な結晶面は、代表的に[１１１]面として表される
等価な結晶面であることが好ましい。
【０１９６】上記のような透過電子線回折像が得られる
と、反強磁性層４と固定磁性層３は膜面と平行な方向に
同じ等価な結晶面が優先配向し、しかも前記結晶面内に
存在する、ある同じ等価な結晶軸の少なくとも一部が、
反強磁性層４と固定磁性層３とで互いに異なる方向を向
いているものと推測できる。
【０１９７】そして上記した透過電子線回折像を有する
スピンバルブ型薄膜素子であると、前記反強磁性層４は
熱処理によって適切な規則変態を起しており、従来に比
べて大きな交換結合磁界が得られる。
【０１９８】また図２に示すスピンバルブ型薄膜素子で
は、反強磁性層４を構成する元素Ｘあるいは元素Ｘ＋
Ｘ′の組成比は４５（ａｔ％）以上６０（ａｔ％）以下
であることが好ましい。これにより１．５８×１０
4（Ａ／ｍ）以上の交換結合磁界を得ることが可能であ
る。
【０１９９】また本発明では、前記元素Ｘあるいは元素
Ｘ＋Ｘ′の組成比は、４９（ａｔ％）以上５７（ａｔ
％）以下であることが好ましい。これにより７．９×１
０4（Ａ／ｍ）以上の交換結合磁界を得ることが可能で
ある。
【０２００】次に図３は本発明における別のスピンバル
ブ型薄膜素子の構造を示す部分断面図である。
【０２０１】図３では下から下地層６、シードレイヤ２
２、反強磁性層４、固定磁性層３、非磁性中間層２、フ
リー磁性層１が積層されている。
【０２０２】前記下地層６は、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚ
ｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少なくとも１種以上の元素で
形成されていることが好ましい。
【０２０３】また前記シードレイヤ２２は、結晶構造が
主として面心立方晶からなり、しかも反強磁性層４との
界面と平行な方向に、代表的に[１１１]面として表され
る等価な結晶面が優先配向していることが好ましい。な
お前記シードレイヤ２２の材質等に関しては図１で説明
したものと同様である。
【０２０４】前記シードレイヤ２２を反強磁性層４の下
に形成することで、前記シードレイヤ２２上に形成され
る反強磁性層４、固定磁性層３、非磁性中間層２及びフ
リー磁性層１も前記シードレイヤ２２と同じ等価な結晶
面が膜面と平行な方向に優先配向する。
【０２０５】また図３では固定磁性層３が、Ｃｏ膜１
１，１３、Ｒｕ膜１２の３層膜で形成されているが、他
の材質が使用されても良く、また３層膜ではなく例えば
単層膜で形成されてもかまわない。
【０２０６】またフリー磁性層１は、ＮｉＦｅ合金膜９
とＣｏ膜１０との２層膜で形成されているが、他の材質
が使用されても良く、また２層膜ではなく例えば単層膜
で形成されてもかまわない。
【０２０７】図３に示すスピンバルブ型薄膜素子では、
反強磁性層４と固定磁性層３は膜面と平行な方向に同じ
等価な結晶面が優先配向し、しかも前記結晶面内に存在
する、ある同じ等価な結晶軸の少なくとも一部が、前記
反強磁性層４と固定磁性層３とで互いに異なる方向を向
いている。
【０２０８】また前記反強磁性層４と固定磁性層３とを
膜厚と平行な方向（図示Ｚ方向）から断面としてみたと
きに、前記反強磁性層４の結晶粒界と前記固定磁性層３
の結晶粒界が前記界面の少なくとも一部で不連続な状態
になっている。
【０２０９】このため前記界面の少なくとも一部は非整
合状態を保ち、前記反強磁性層４は熱処理によって適切
な規則変態がなされており、大きな交換結合磁界を得る
ことが可能である。
【０２１０】なお反強磁性層４と固定磁性層３膜面と平
行な方向に代表的に[１１１]面として表される等価な結
晶面が優先配向していることが好ましい。また前記結晶
面内において、代表的に＜１１０＞方向として表される
等価な結晶軸の方向が、反強磁性層４と固定磁性層３と
で互いに異なる方向を向いていることが好ましい。
【０２１１】また図３に示すスピンバルブ型薄膜素子で
は、前記界面と平行方向から電子線（ビーム）を入射さ
せて得られた反強磁性層４及び固定磁性層３の透過電子
線回折像には、それぞれの層の各結晶面を表す逆格子点
に対応した回折斑点が現れ、前記回折斑点のうち、反強
磁性層４の回折像と固定磁性層３の回折像とで同じ指数
付けがなされ且つビーム原点からみたときに膜厚方向に
位置する、ある結晶面を示す回折斑点と、前記ビーム原
点とを結んだ第一仮想線は、前記反強磁性層の回折像及
び強磁性層の回折像とで互いに一致している。
【０２１２】しかも本発明では、同じ指数付けがなさ
れ、且つ前記ビーム原点からみたときに前記膜厚方向以
外の方向に位置する、ある結晶面を示す回折斑点と、前
記ビーム原点とを結んだ第二仮想線は、前記反強磁性層
の回折像及び強磁性層の回折像とで互いにずれている。
また前記ビーム原点からみたときに、前記膜厚方向以外
の方向に位置する、ある結晶面を示す回折斑点が、反強
磁性層あるいは強磁性層の一方の回折像にのみ現れる。
【０２１３】上記の場合、前記膜厚方向に位置する回折
斑点は、代表的に｛１１１｝面として表される等価な結
晶面であることが好ましい。
【０２１４】あるいは図３に示すスピンバルブ型薄膜素
子では、前記界面と垂直方向から電子線（ビーム）を入
射させて得られた反強磁性層４及び固定磁性層３の透過
電子線回折像には、それぞれの層の各結晶面を表す逆格
子点に対応した回折斑点が現れ、前記回折斑点のうち、
反強磁性層４の回折像と固定磁性層３の回折像とで同じ
指数付けがなされた、ある回折斑点からビーム原点まで
を結んだ仮想線は、前記反強磁性層の回折像及び強磁性
層の回折像とで互いにずれている。あるいは前記回折斑
点のうち、ある指数付けがされた回折斑点が、反強磁性
層あるいは強磁性層の一方の回折像にのみ現れる。
【０２１５】上記の場合、前記界面と垂直な方向は、代
表的に＜１１１＞方向として表される等価な結晶軸の方
向であり、あるいは、反強磁性層及び強磁性層の前記界
面と平行な結晶面は、代表的に[１１１]面として表され
る等価な結晶面であることが好ましい。
【０２１６】上記のような透過電子線回折像が得られる
と、反強磁性層４と固定磁性層３は膜面と平行な方向に
同じ等価な結晶面が優先配向し、しかも前記結晶面内に
存在する、ある同じ等価な結晶軸の少なくとも一部が、
前記反強磁性層４と固定磁性層３とで互いに異なる方向
を向いているものと推測できる。上記した透過電子線回
折像を有するスピンバルブ型薄膜素子であると、前記反
強磁性層４は熱処理によって適切な規則変態を起してお
り、従来に比べて大きな交換結合磁界が得られる。
【０２１７】また図３に示すスピンバルブ型薄膜素子で
は、反強磁性層４を構成する元素Ｘあるいは元素Ｘ＋
Ｘ′の組成比は４５（ａｔ％）以上６０（ａｔ％）以下
であることが好ましい。これにより１．５８×１０
4（Ａ／ｍ）以上の交換結合磁界を得ることが可能であ
る。
【０２１８】また本発明では、前記元素Ｘあるいは元素
Ｘ＋Ｘ′の組成比は、４９（ａｔ％）以上５６．５（ａ
ｔ％）以下であることが好ましい。これにより７．９×
１０ 4（Ａ／ｍ）以上の交換結合磁界を得ることが可能
である。
【０２１９】また図３に示すように前記フリー磁性層１
上には、トラック幅方向（図示Ｘ方向）にトラック幅Ｔ
ｗの間隔を開けてエクスチェンジバイアス層（反強磁性
層）１６，１６が形成されている。
【０２２０】なおこのエクスチェンジバイアス層１６
は、Ｘ−Ｍｎ合金（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒ
ｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか１種または２種以上の元
素である）、好ましくはＰｔＭｎ合金、またはＸ―Ｍｎ
―Ｘ′合金（ただしＸ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，
Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，
Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚ
ｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，
Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２
種以上の元素である）で形成されている。
【０２２１】本発明では、前記エクスチェンジバイアス
層１６とフリー磁性層１は膜面と平行な方向に同じ等価
な結晶面が優先配向し、しかも前記結晶面内に存在す
る、ある同じ等価な結晶軸の少なくとも一部の方向は前
記エクスチェンジバイアス層１６とフリー磁性層１と
で、互いに異なる方向を向いている。
【０２２２】また前記エクスチェンジバイアス層１６と
フリー磁性層１とを膜厚と平行な方向（図示Ｚ方向）か
ら断面としてみたときに、前記エクスチェンジバイアス
層１６の結晶粒界と前記フリー磁性層１の結晶粒界は界
面の少なくとも一部において不連続な状態になってい
る。
【０２２３】このため前記界面の少なくとも一部は非整
合状態を保ち、前記エクスチェンジバイアス層１６は熱
処理によって適切な規則変態がなされており、大きな交
換結合磁界を得ることが可能である。
【０２２４】なおエクスチェンジバイアス層１６とフリ
ー磁性層１は膜面と平行な方向に代表的に[１１１]面と
して表される等価な結晶面が優先配向していることが好
ましい。また前記結晶面内において、代表的に＜１１０
＞方向として表される等価な結晶軸の方向が、エクスチ
ェンジバイアス層１６とフリー磁性層１とで互いに異な
る方向を向いていることが好ましい。
【０２２５】また図３に示すスピンバルブ型薄膜素子で
は、前記界面と平行方向から電子線（ビーム）を入射さ
せて得られたエクスチェンジバイアス層１６及びフリー
磁性層１の透過電子線回折像には、それぞれの層の各結
晶面を表す逆格子点に対応した回折斑点が現れ、前記回
折斑点のうち、エクスチェンジバイアス層１６の回折像
とフリー磁性層１の回折像とで同じ指数付けがなされ且
つビーム原点からみたときに膜厚方向に位置する、ある
結晶面を示す回折斑点と、前記ビーム原点とを結んだ第
一仮想線は、前記反強磁性層の回折像及び強磁性層の回
折像とで互いに一致している。
【０２２６】しかも本発明では、同じ指数付けがなさ
れ、且つ前記ビーム原点からみたときに前記膜厚方向以
外の方向に位置する、ある結晶面を示す回折斑点と、前
記ビーム原点とを結んだ第二仮想線は、前記反強磁性層
の回折像及び強磁性層の回折像とで互いにずれているの
である。あるいは前記ビーム原点からみたときに前記膜
厚方向以外の方向に位置する、ある結晶面を示す回折斑
点が反強磁性層あるいは強磁性層の一方の回折像にのみ
現れるのである。
【０２２７】上記の場合、前記膜厚方向に位置する回折
斑点は、代表的に｛１１１｝面として表される等価な結
晶面であることが好ましい。
【０２２８】あるいは図３に示すスピンバルブ型薄膜素
子では、前記界面と垂直方向から電子線（ビーム）を入
射させて得られたエクスチェンジバイアス層１６及びフ
リー磁性層１の透過電子線回折像には、それぞれの層の
各結晶面を表す逆格子点に対応した回折斑点が現れ、前
記回折斑点のうち、エクスチェンジバイアス層１６の回
折像とフリー磁性層１の回折像とで同じ指数付けがなさ
れた、ある回折斑点からビーム原点までを結んだ仮想線
は、前記反強磁性層の回折像及び強磁性層の回折像とで
互いにずれている。あるいは前記回折斑点のうち、ある
指数付けがされた回折斑点が、反強磁性層あるいは強磁
性層の一方の回折像にのみ現れる。
【０２２９】上記の場合、前記界面と垂直な方向は、代
表的に＜１１１＞方向として表される等価な結晶軸の方
向であり、あるいは、反強磁性層及び強磁性層の前記界
面と平行な結晶面は、代表的に[１１１]面として表され
る等価な結晶面であることが好ましい。
【０２３０】上記のような透過電子線回折像を有するス
ピンバルブ型薄膜素子であると、エクスチェンジバイア
ス層１６とフリー磁性層１は膜面と平行な方向に同じ等
価な結晶面が優先配向し、しかも前記結晶面内に存在す
る、ある同じ等価な結晶軸の少なくとも一部が、前記エ
クスチェンジバイアス層１６とフリー磁性層１とで互い
に異なる方向を向いているものと推測される。そして前
記透過電子線回折像を有するスピンバルブ型薄膜素子で
は、前記エクスチェンジバイアス層１６は熱処理によっ
て適切な規則変態を起しており、従来に比べて大きな交
換結合磁界が得られる。
【０２３１】前記フリー磁性層１の両側端部では、エク
スチェンジバイアス層１６間での交換結合磁界によりフ
リー磁性層１が図示Ｘ方向に単磁区化され、フリー磁性
層１のトラック幅Ｔｗ領域の磁化は、外部磁界に対して
反応する程度に図示Ｘ方向に適性に揃えられている。
【０２３２】このようにして形成されたシングルスピン
バルブ型磁気抵抗効果素子では、図示Ｙ方向の外部磁界
により、フリー磁性層１のトラック幅Ｔｗ領域の磁化が
図示Ｘ方向から図示Ｙ方向に変化する。このフリー磁性
層１内での磁化の方向の変動と、固定磁性層３の固定磁
化方向（図示Ｙ方向）との関係で電気抵抗が変化し、こ
の電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体
からの洩れ磁界が検出される。
【０２３３】図４は、本発明における他のスピンバルブ
型薄膜素子の構造を示す部分断面図である。
【０２３４】図４に示すスピンバルブ型薄膜素子では、
トラック幅方向（図示Ｘ方向）にトラック幅Ｔｗの間隔
を開けた一対のシードレイヤ２２が形成され、前記シー
ドレイヤ２２の上にエクスチェンジバイアス層１６，１
６が形成されている。
【０２３５】前記一対のシードレイヤ２２及びエクスチ
ェンジバイアス層１６間は、ＳｉＯ 2やＡｌ2Ｏ3等の絶
縁材料で形成された絶縁層１７によって埋められてい
る。
【０２３６】そして前記エクスチェンジバイアス層１６
及び絶縁層１７上にはフリー磁性層１が形成されてい
る。
【０２３７】前記エクスチェンジバイアス層１６はＸ−
Ｍｎ合金、あるいはＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金で形成され、前
記元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比は４５（ａｔ
％）以上６０（ａｔ％）以下であることが好ましく、よ
り好ましくは４９（ａｔ％）以上５６．５（ａｔ％）以
下である。
【０２３８】熱処理を施すことにより前記エクスチェン
ジバイアス層１６はフリー磁性層１の結晶構造に拘束さ
れず、適切な規則変態を起し、従来に比べて大きな交換
結合磁界を得ることができる。
【０２３９】本発明では熱処理後において、前記エクス
チェンジバイアス層１６とフリー磁性層１は膜面と平行
な方向に同じ等価な結晶面が優先配向し、しかも前記結
晶面内に存在する、ある同じ等価な結晶軸の少なくとも
一部が、前記エクスチェンジバイアス層１６とフリー磁
性層１とで互いに異なる方向を向いている。
【０２４０】また前記エクスチェンジバイアス層１６と
フリー磁性層１とを膜厚と平行な方向（図示Ｚ方向）か
ら断面としてみたときに、前記エクスチェンジバイアス
層１６の結晶粒界と前記フリー磁性層１の結晶粒界は界
面の少なくとも一部において不連続な状態になってい
る。
【０２４１】このため前記界面の少なくとも一部は非整
合状態を保ち、前記エクスチェンジバイアス層１６は熱
処理によって適切な規則変態がなされており、大きな交
換結合磁界を得ることが可能である。
【０２４２】なおエクスチェンジバイアス層１６とフリ
ー磁性層１は膜面と平行な方向に代表的に[１１１]面と
して表される等価な結晶面が優先配向していることが好
ましい。また前記結晶面内において、代表的に＜１１０
＞方向として表される等価な結晶軸の方向が、エクスチ
ェンジバイアス層１６とフリー磁性層１とで互いに異な
る方向を向いていることが好ましい。
【０２４３】また図４に示すスピンバルブ型薄膜素子で
は、前記界面と平行方向から電子線（ビーム）を入射さ
せて得られたエクスチェンジバイアス層１６及びフリー
磁性層１の透過電子線回折像には、それぞれの層の各結
晶面を表す逆格子点に対応した回折斑点が現れ、前記回
折斑点のうち、エクスチェンジバイアス層１６の回折像
とフリー磁性層１の回折像とで同じ指数付けがなされ且
つビーム原点からみたときに膜厚方向に位置する、ある
結晶面を示す回折斑点と、前記ビーム原点とを結んだ第
一仮想線は、前記反強磁性層の回折像及び強磁性層の回
折像とで互いに一致している。
【０２４４】しかも本発明では、同じ指数付けがなさ
れ、且つ前記原点からみたときに前記膜厚方向以外の方
向に位置する、ある結晶面を示す回折斑点と、前記ビー
ム原点とを結んだ第二仮想線は、前記反強磁性層の回折
像及び強磁性層の回折像とで互いにずれている。あるい
は前記ビーム原点からみたときに、前記膜厚方向以外の
方向に位置する、ある結晶面を示す回折斑点が反強磁性
層あるいは強磁性層の一方の回折像にのみ現れる。
【０２４５】上記の場合、前記膜厚方向に位置する回折
斑点は、代表的に｛１１１｝面として表される等価な結
晶面を示していることが好ましい。
【０２４６】あるいは図４に示すスピンバルブ型薄膜素
子では、前記界面と垂直方向から電子線（ビーム）を入
射させて得られたエクスチェンジバイアス層１６及びフ
リー磁性層１の透過電子線回折像には、それぞれの層の
各結晶面を表す逆格子点に対応した回折斑点が現れ、前
記回折斑点のうち、エクスチェンジバイアス層１６の回
折像とフリー磁性層１の回折像とで同じ指数付けがなさ
れた、ある回折斑点からビーム原点までを結んだ仮想線
は、前記反強磁性層の回折像及び強磁性層の回折像とで
互いにずれている。あるいは、前記回折斑点のうち、あ
る指数付けがされた回折斑点が、反強磁性層あるいは強
磁性層の一方の回折像にのみ現れる。
【０２４７】上記の場合、前記界面と垂直な方向は、代
表的に＜１１１＞方向として表される等価な結晶軸の方
向であり、あるいは、反強磁性層及び強磁性層の前記界
面と平行な結晶面は、代表的に[１１１]面として表され
る等価な結晶面であることが好ましい。
【０２４８】上記のような透過電子線回折像が得られる
と、エクスチェンジバイアス層１６とフリー磁性層１は
膜面と平行な方向に同じ等価な結晶面が優先配向し、前
記結晶面内に存在する、ある同じ等価な結晶軸の少なく
とも一部が、前記エクスチェンジバイアス層１６とフリ
ー磁性層１とで互いに異なる方向を向いているものと推
測できる。そして上記したスピンバルブ型薄膜素子であ
ると、前記エクスチェンジバイアス層１６は熱処理によ
って適切な規則変態を起しており、従来に比べて大きな
交換結合磁界が得られる。
【０２４９】前記フリー磁性層１の両側端部では、エク
スチェンジバイアス層１６間での交換結合磁界により図
示Ｘ方向に単磁区化され、フリー磁性層１のトラック幅
Ｔｗ領域の磁化は、外部磁界に対して反応する程度に図
示Ｘ方向に適性に揃えられている。
【０２５０】図４に示すように前記フリー磁性層１の上
には非磁性中間層２が形成され、さらに前記非磁性中間
層２の上には固定磁性層３が形成されている。さらに前
記固定磁性層３の上には反強磁性層４が形成されてい
る。
【０２５１】本発明では熱処理後において、前記反強磁
性層４と固定磁性層３は膜面と平行な方向に同じ等価な
結晶面が優先配向し、しかも前記結晶面内に存在する、
ある同じ等価な結晶軸の少なくとも一部が、前記反強磁
性層４と固定磁性層３とで互いに異なる方向を向いてい
る。
【０２５２】また前記反強磁性層４と固定磁性層３とを
膜厚と平行な方向（図示Ｚ方向）から断面としてみたと
きに、前記反強磁性層４の結晶粒界と前記固定磁性層３
の結晶粒界は界面の少なくとも一部において不連続な状
態になっている。
【０２５３】このため前記界面の少なくとも一部は非整
合状態を保ち、前記反強磁性層４は熱処理によって適切
な規則変態がなされており、大きな交換結合磁界を得る
ことが可能である。
【０２５４】なお反強磁性層４と固定磁性層３膜面と平
行な方向に代表的に[１１１]面として表される等価な結
晶面が優先配向していることが好ましい。また前記結晶
面内において、代表的に＜１１０＞方向として表される
等価な結晶軸の方向が、反強磁性層４と固定磁性層３と
で互いに異なる方向を向いていることが好ましい。
【０２５５】また図４に示すスピンバルブ型薄膜素子で
は、前記界面と平行方向から電子線（ビーム）を入射さ
せて得られた反強磁性層層４及び固定磁性層３の透過電
子線回折像には、それぞれの層の各結晶面を表す逆格子
点に対応した回折斑点が現れ、前記回折斑点のうち、反
強磁性層４の回折像と固定磁性層３の回折像とで同じ指
数付けがなされ且つビーム原点からみたときに膜厚方向
に位置する、ある結晶面を示す回折斑点と、前記ビーム
原点とを結んだ第一仮想線は、前記反強磁性層の回折像
及び強磁性層の回折像とで互いに一致している。
【０２５６】しかも本発明では、同じ指数付けがなさ
れ、且つ前記ビーム原点からみたときに前記膜厚方向以
外の方向に位置する、ある結晶面を示す回折斑点と、前
記ビーム原点とを結んだ第二仮想線は、前記反強磁性層
の回折像及び強磁性層の回折像とで互いにずれている。
あるいは前記ビーム原点からみたときに、前記膜厚方向
以外の方向に位置する、ある結晶面を示す回折斑点が反
強磁性層あるいは強磁性層の一方の回折像にのみ現れ
る。
【０２５７】上記の場合、前記膜厚方向に位置する回折
斑点は、代表的に｛１１１｝面として表される等価な結
晶面を示していることが好ましい。
【０２５８】あるいは図４に示すスピンバルブ型薄膜素
子では、前記界面と垂直方向から電子線（ビーム）を入
射させて得られた反強磁性層４及び固定磁性層３の透過
電子線回折像には、それぞれの層の各結晶面を表す逆格
子点に対応した回折斑点が現れ、前記回折斑点のうち、
反強磁性層４の回折像と固定磁性層３の回折像とで同じ
指数付けがなされた、ある回折斑点からビーム原点まで
を結んだ仮想線は、前記反強磁性層の回折像及び強磁性
層の回折像とで互いにずれている。あるいは、前記回折
斑点のうち、ある指数付けがされた回折斑点が、反強磁
性層あるいは強磁性層の一方の回折像にのみ現れる。
【０２５９】上記の場合、前記界面と垂直な方向は、代
表的に＜１１１＞方向として表される等価な結晶軸の方
向であり、あるいは反強磁性層及び強磁性層の前記界面
と平行な結晶面は、代表的に[１１１]面として表される
等価な結晶面であることが好ましい。
【０２６０】上記のような透過電子線回折像が得られる
と、反強磁性層４と固定磁性層３は膜面と平行な方向に
同じ等価な結晶面が優先配向し、しかも前記結晶面内に
存在する、ある同じ等価な結晶軸の少なくとも一部は、
反強磁性層４と固定磁性層３とで互いに異なる方向を向
いているものと推測できる。そして上記した透過電子線
回折像を有するスピンバルブ型薄膜素子であると、前記
反強磁性層４は熱処理によって適切な規則変態を起して
おり、従来に比べて大きな交換結合磁界が得られる。
【０２６１】図５は本発明におけるデュアルスピンバル
ブ型薄膜素子の構造を示す部分断面図である。
【０２６２】図５に示すように、下から下地層６、シー
ドレイヤ２２、反強磁性層４、固定磁性層３、非磁性中
間層２、およびフリー磁性層１が連続して積層されてい
る。前記フリー磁性層１は３層膜で形成され、例えばＣ
ｏ膜１０，１０とＮｉＦｅ合金膜９で構成される。さら
に前記フリー磁性層１の上には、非磁性中間層２、固定
磁性層３、反強磁性層４、および保護層７が連続して積
層されている。
【０２６３】また、下地層６から保護層７までの多層膜
の両側にはハードバイアス層５，５、導電層８，８が積
層されている。なお、各層は図１で説明した材質と同じ
材質で形成されている。
【０２６４】この実施例では、フリー磁性層１よりも図
示下側に位置する反強磁性層４の下にはシードレイヤ２
２が形成されている。さらに前記反強磁性層４を構成す
る元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比は、４５（ａｔ
％）以上６０（ａｔ％）以上で形成されることが好まし
く、より好ましくは４９（ａｔ％）以上５６．５（ａｔ
％）以下である。
【０２６５】そして本発明では熱処理後において、前記
反強磁性層４と固定磁性層３の結晶配向は、前記反強磁
性層４と固定磁性層３との界面と平行な方向に同じ等価
な結晶面が優先配向し、前記反強磁性層４と固定磁性層
３の前記結晶面内に存在する、ある同じ等価な結晶軸の
少なくとも一部が、互いに異なる方向を向いている。
【０２６６】また前記反強磁性層４と固定磁性層３とを
膜厚と平行な方向（図示Ｚ方向）から断面としてみたと
きに、前記反強磁性層４の結晶粒界と前記固定磁性層３
の結晶粒界は界面の少なくとも一部において不連続な状
態になっている。
【０２６７】このため前記界面の少なくとも一部は非整
合状態を保ち、前記反強磁性層４は熱処理によって適切
な規則変態がなされており、大きな交換結合磁界を得る
ことが可能である。
【０２６８】なお反強磁性層４と固定磁性層３膜面と平
行な方向に代表的に[１１１]面として表される等価な結
晶面が優先配向していることが好ましい。また前記結晶
面内において、代表的に＜１１０＞方向として表される
等価な結晶軸の方向が、反強磁性層４と固定磁性層３と
で互いに異なる方向を向いていることが好ましい。
【０２６９】また図５に示すデュアルスピンバルブ型薄
膜素子では、フリー磁性層１よりも下側に形成された固
定磁性層３及び反強磁性層４のみならず、積層膜全体の
結晶配向が、上記と同様の結晶配向を有するものとなっ
ている。
【０２７０】すなわち本発明では、フリー磁性層１より
も上側に形成された反強磁性層４及び固定磁性層３もま
た膜面と平行な方向に同じ等価な結晶面が優先配向し、
しかも前記結晶面内に存在する、ある同じ等価な結晶軸
の少なくとも一部が、前記反強磁性層４と固定磁性層３
とで互いに異なる方向を向いているのである。
【０２７１】また前記反強磁性層４と固定磁性層３とを
膜厚と平行な方向（図示Ｚ方向）から断面としてみたと
きに、前記反強磁性層４の結晶粒界と前記固定磁性層３
の結晶粒界は界面の少なくとも一部において不連続な状
態になっている。
【０２７２】このため前記界面の少なくとも一部は非整
合状態を保ち、前記反強磁性層４は熱処理によって適切
な規則変態がなされており、大きな交換結合磁界を得る
ことが可能である。
【０２７３】なお反強磁性層４と固定磁性層３膜面と平
行な方向に代表的に[１１１]面として表される等価な結
晶面が優先配向していることが好ましい。また前記結晶
面内において、代表的に＜１１０＞方向として表される
等価な結晶軸の方向が、反強磁性層４と固定磁性層３と
で互いに異なる方向を向いていることが好ましい。
【０２７４】また図５に示すスピンバルブ型薄膜素子で
は、前記界面と平行方向から電子線（ビーム）を入射さ
せて得られた、反強磁性層４及び固定磁性層３の透過電
子線回折像には、それぞれの層の各結晶面を表す逆格子
点に対応した回折斑点が現れ、前記回折斑点のうち、反
強磁性層４の回折像と固定磁性層３の回折像とで同じ指
数付けがなされ且つビーム原点からみたときに膜厚方向
に位置する、ある結晶面を示す回折斑点と、前記ビーム
原点とを結んだ第一仮想線は、前記反強磁性層の回折像
及び強磁性層の回折像とで互いに一致する。
【０２７５】しかも本発明では、同じ指数付けがなさ
れ、且つ前記ビーム原点からみたときに前記膜厚方向以
外の方向に位置する、ある結晶面を示す回折斑点と、前
記ビーム原点とを結んだ第二仮想線は、前記反強磁性層
の回折像及び強磁性層の回折像とで互いにずれている。
あるいは前記ビーム原点からみたときに、前記膜厚方向
以外の方向に位置する、ある結晶面を示す回折斑点が反
強磁性層あるいは強磁性層の一方の回折像にのみ現れ
る。
【０２７６】上記の場合、前記膜厚方向に位置する回折
斑点は、代表的に｛１１１｝面として表される等価な結
晶面を示していることが好ましい。
【０２７７】あるいは図５に示すスピンバルブ型薄膜素
子では、前記界面と垂直方向から電子線（ビーム）を入
射させて得られた、反強磁性層４及び固定磁性層３の透
過電子線回折像には、それぞれの層の各結晶面を表す逆
格子点に対応した回折斑点が現れ、前記回折斑点のう
ち、反強磁性層４の回折像と固定磁性層３の回折像とで
同じ指数付けがなされた、ある回折斑点からビーム原点
までを結んだ仮想線は、前記反強磁性層の回折像及び強
磁性層の回折像とで互いにずれている。あるいは、前記
回折斑点のうち、ある指数付けがされた回折斑点が、反
強磁性層あるいは強磁性層の一方の回折像にのみ現れ
る。
【０２７８】上記の場合、前記界面と垂直な方向は、代
表的に＜１１１＞方向として表される等価な結晶軸の方
向であり、あるいは、反強磁性層及び強磁性層の前記界
面と平行な結晶面は、代表的に[１１１]面として表され
る等価な結晶面であることが好ましい。
【０２７９】上記のような透過電子線回折像が得られる
と、反強磁性層４と固定磁性層３は膜面と平行な方向に
同じ等価な結晶面が優先配向し、しかも前記結晶面内に
存在する、ある同じ等価な結晶軸の少なくとも一部が、
反強磁性層４と固定磁性層３とで互いに異なる方向を向
いているものと推測される。よって上記した透過電子線
回折像を有するスピンバルブ型薄膜素子であると、前記
反強磁性層４は熱処理によって適切な規則変態を起して
おり、従来に比べて大きな交換結合磁界が得られる。
【０２８０】図６、７は、本発明のＡＭＲ型磁気抵抗効
果素子の構造を示す断面図である。図６に示すように、
下から軟磁性層（ＳＡＬ層）１８、非磁性層（ＳＨＵＮ
Ｔ層）１９、および磁気抵抗層（ＭＲ層）２０が連続し
て積層されている。
【０２８１】例えば前記軟磁性層１８は、Ｆｅ−Ｎｉ−
Ｎｂ合金、非磁性層１９は、Ｔａ膜、磁気抵抗層２０
は、ＮｉＦｅ合金により形成されている。
【０２８２】前記磁気抵抗層２０の上には、トラック幅
Ｔｗを開けたトラック幅方向（Ｘ方向）の両側の部分に
エクスチェンジバイアス層（反強磁性層）２１，２１が
形成されている。導電層は図示しないが、例えば前記エ
クスチェンジバイアス層２１，２１の上に形成される。
【０２８３】また図７では、トラック幅方向（図示Ｘ方
向）にトラック幅Ｔｗの間隔を開けて一対のシードレイ
ヤ２２が形成されている。前記シードレイヤ２２上には
エクスチェンジバイアス層２１，２１が形成され、前記
一対のシードレイヤ２２及びエクスチェンジバイアス層
２１，２１間がＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3等の絶縁材料で形成
された絶縁層２６によって埋められている。
【０２８４】そして前記エクスチェンジバイアス層２
１，２１及び前記絶縁層２６上に、磁気抵抗層（ＭＲ
層）２０、非磁性層（ＳＨＵＮＴ層）１９、及び軟磁性
層（ＳＡＬ層）１８が積層される。
【０２８５】本発明では、図６及び７に示すエクスチェ
ンジバイアス層２１と磁気抵抗層２０は膜面と平行な方
向に同じ等価な結晶面が優先配向し、しかも前記結晶面
内に存在する、ある同じ等価な結晶軸の少なくとも一部
が、前記エクスチェンジバイアス層２１と磁気抵抗層２
０とで互いに異なる方向を向いているのである。
【０２８６】また前記エクスチェンジバイアス層２１と
磁気抵抗層２０とを膜厚と平行な方向（図示Ｚ方向）か
ら断面としてみたときに、前記エクスチェンジバイアス
層２１の結晶粒界と前記磁気抵抗層２０の結晶粒界は界
面の少なくとも一部において不連続な状態になってい
る。
【０２８７】このため前記界面の少なくとも一部は非整
合状態を保ち、前記エクスチェンジバイアス層２１は熱
処理によって適切な規則変態がなされており、大きな交
換結合磁界を得ることが可能である。
【０２８８】なおエクスチェンジバイアス層２１と磁気
抵抗層２０は膜面と平行な方向に代表的に[１１１]面と
して表される等価な結晶面が優先配向していることが好
ましい。また前記結晶面内において、代表的に＜１１０
＞方向として表される等価な結晶軸の方向が、エクスチ
ェンジバイアス層２１と磁気抵抗層２０とで互いに異な
る方向を向いていることが好ましい。
【０２８９】また図６，７に示すＡＭＲ型薄膜素子で
は、前記界面と平行方向から電子線（ビーム）を入射さ
せて得られたエクスチェンジバイアス層２１及び磁気抵
抗層２０の透過電子線回折像には、それぞれの層の各結
晶面を表す逆格子点に対応した回折斑点が現れ、前記回
折斑点のうち、エクスチェンジバイアス層２１の回折像
と磁気抵抗層２０の回折像とで同じ指数付けがなされ且
つビーム原点からみたときに膜厚方向に位置する、ある
結晶面を示す回折斑点と、前記ビーム原点とを結んだ第
一仮想線は、前記反強磁性層の回折像及び強磁性層の回
折像とで互いに一致している。
【０２９０】しかも本発明では、同じ指数付けがなさ
れ、且つ前記原点からみたときに前記膜厚方向以外の方
向に位置する、ある結晶面を示す回折斑点と、前記原点
とを結んだ第二仮想線は、前記反強磁性層の回折像及び
強磁性層の回折像とで互いにずれている。あるいは前記
ビーム原点からみたときに、前記膜厚方向以外の方向に
位置する、ある結晶面を示す回折斑点が反強磁性層ある
いは強磁性層の一方の回折像にのみ現れる。
【０２９１】上記の場合、前記膜厚方向に位置する回折
斑点は、代表的に｛１１１｝面として表される等価な結
晶面を示していることが好ましい。
【０２９２】あるいは図６，７に示すＡＭＲ型薄膜素子
では、前記界面と垂直方向から電子線（ビーム）を入射
させて得られたエクスチェンジバイアス層２１及び磁気
抵抗層２０の透過電子線回折像には、それぞれの層の各
結晶面を表す逆格子点に対応した回折斑点が現れ、前記
回折斑点のうち、エクスチェンジバイアス層２１の回折
像と磁気抵抗層２０の回折像とで同じ指数付けがなされ
た、ある回折斑点からビーム原点までを結んだ仮想線
は、前記反強磁性層の回折像及び強磁性層の回折像とで
互いにずれている。あるいは、前記回折斑点のうち、あ
る指数付けがされた回折斑点が、反強磁性層あるいは強
磁性層の一方の回折像にのみ現れる。
【０２９３】上記の場合、前記界面と垂直な方向は、代
表的に＜１１１＞方向として表される等価な結晶軸の方
向であり、あるいは、反強磁性層及び強磁性層の前記界
面と平行な結晶面は、代表的に[１１１]面として表され
る等価な結晶面であることが好ましい。
【０２９４】上記のような透過電子線回折像が得られる
と、エクスチェンジバイアス層２１と磁気抵抗層２０は
膜面と平行な方向に同じ等価な結晶面が優先配向し、し
かも前記結晶面内に存在する、ある同じ等価な結晶軸の
少なくとも一部が、前記エクスチェンジバイアス層２１
と磁気抵抗層２０とで互いに異なる方向を向いていると
考えられる。そして上記した透過電子線回折像を有する
スピンバルブ型薄膜素子であると、前記エクスチェンジ
バイアス層２１は熱処理によって適切な規則変態を起し
ており、従来に比べて大きな交換結合磁界が得られる。
【０２９５】上記した図６及び図７に示すＡＭＲ型薄膜
素子では、前記エクスチェンジバイアス層２１，２１と
磁気抵抗層２０との界面で発生する交換結合磁界によ
り、図６、７に示す磁気抵抗層２０のＥ領域が、図示Ｘ
方向に単磁区化される。そしてこれに誘発されて前記磁
気抵抗層２０のＤ領域の磁化が図示Ｘ方向に揃えられ
る。また、検出電流が磁気抵抗層２０を流れる際に発生
する電流磁界が、軟磁性層１８にＹ方向に印加され、軟
磁性層１８がもたらす静磁結合エネルギーにより、磁気
抵抗層２０のＤ領域に横バイアス磁界がＹ方向に与えら
れる。Ｘ方向に単磁区化された磁気抵抗層２０のＤ領域
にこの横バイアス層が与えられることにより、磁気抵抗
層２０のＤ領域の磁界変化に対する抵抗変化（磁気抵抗
効果特性：Ｈ―Ｒ効果特性）が直線性を有する状態に設
定される。
【０２９６】記録媒体の移動方向はＺ方向であり、図示
Ｙ方向に漏れ磁界が与えられると、磁気抵抗層２０のＤ
領域の抵抗値が変化し、これが電圧変化として検出され
る。
【０２９７】なお上記した図１ないし図７に示す磁気抵
抗効果素子の製造方法についてであるが、本発明では特
に反強磁性層４を以下のようにして形成することが好ま
しい。
【０２９８】上記したように、前記反強磁性層４の元素
Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比は、４５（ａｔ％）以
上６０（ａｔ％）以下であることが好ましく、より好ま
しくは４９（ａｔ％）以上５６．５（ａｔ％）以下であ
り、この範囲内であると後述する実験結果に示すよう
に、大きな交換結合磁界を得ることが可能である。
【０２９９】よって一つの製法としては、成膜段階にお
いて前記反強磁性層４を上記の組成範囲内で形成し、さ
らに他の各層も成膜した後、熱処理を施せば良い。
【０３００】また本発明では、熱処理後において、反強
磁性層４と固定磁性層３との界面、エクスチェンジバイ
アス層１６とフリー磁性層１との界面、エクスチェンジ
バイアス層２１と磁気抵抗層２０との界面、及びシード
レイヤ２２が形成される場合には、前記シードレイヤ２
２と反強磁性層４との界面、及び前記シードレイヤ２２
とエクスチェンジバイアス層１６，２１との界面の少な
くとも一部は非整合状態であることが好ましいが、前記
非整合状態は成膜段階から保たれていることが好まし
い。成膜段階において前記界面が整合状態であると、熱
処理を施しても前記反強磁性層４等は適切な規則変態を
起し難いと考えられるからである。
【０３０１】成膜段階において前記界面を非整合状態と
しておくためには、前記反強磁性層４等を例えば以下の
ような方法で形成することが好ましい。
【０３０２】図８は、図１に示す積層膜の各層を成膜し
た状態を示す模式図である。図８に示すように、下地層
６上にシードレイヤ２２を形成した後、前記反強磁性層
４を３層膜で形成する。前記反強磁性層４を構成する第
１の反強磁性層２３、第２の反強磁性層２４、及び第３
の反強磁性層２５は上記したＸ−Ｍｎ合金、Ｘ−Ｍｎ−
Ｘ′合金で形成される。
【０３０３】ただし成膜段階において、第１及び第３の
反強磁性層２３，２５を構成する元素Ｘあるいは元素Ｘ
＋Ｘ′の組成比を、第２の反強磁性層２４の元素Ｘある
いは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比よりも多くする。
【０３０４】また前記第１の反強磁性層２３と第３の反
強磁性層２５との間に形成される第２の反強磁性層２４
は、熱処理によって不規則格子から規則格子に変態しや
すい理想的な組成に近い反強磁性材料で形成される。
【０３０５】このように第１の反強磁性層２３及び第３
の反強磁性層２５の元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成
比を、第２の反強磁性層２４の元素Ｘあるいは元素Ｘ＋
Ｘ′の組成比よりも大きくするのは、熱処理を施したと
きに、反強磁性層４が不規則格子から規則格子への変態
をしやすくするため、各界面において、前記固定磁性層
３及びシードレイヤ２２の結晶構造等に拘束されないよ
うにする必要があるからである。
【０３０６】前記第１の反強磁性層２３及び第３の反強
磁性層２５の元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比は５
３（ａｔ％）以上６５（ａｔ％）以下であることが好ま
しく、より好ましくは５５（ａｔ％）以上６０（ａｔ
％）以下である。また前記第１の反強磁性層２３及び第
３の反強磁性層２５の膜厚は３Å以上３０Å以下である
ことが好ましい。例えば図８の場合では、前記第１及び
第３の反強磁性層２３，２５をそれぞれ１０Å程度で形
成している。
【０３０７】前記第２の反強磁性層２４の元素Ｘあるい
は元素Ｘ＋Ｘ′の組成比は、４４（ａｔ％）以上５７
（ａｔ％）以下で形成される。好ましくは、４６（ａｔ
％）以上５５（ａｔ％）以下である。元素Ｘあるいは元
素Ｘ＋Ｘ′の組成比がこの範囲内で形成されると、熱処
理を施すことによって前記第２の反強磁性層２４は不規
則格子から規則格子へ変態しやすくなる。なお前記第２
の反強磁性層２４の膜厚は７０Å以上であることが好ま
しい。なお図８に示す実施例の場合には、前記第２の反
強磁性層２４の膜厚を１００Å程度で形成している。
【０３０８】また上記した各反強磁性層２３，２４，２
５をスパッタ法で形成することが好ましい。なおこのと
き、第１及び第３の反強磁性層２３，２５を、第２の反
強磁性層２４よりも低いスパッタガス圧で形成すること
が好ましい。これにより、前記第１及び第３の反強磁性
層２３，２５の元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比
を、第２の反強磁性層２４の元素Ｘあるいは元素Ｘ＋
Ｘ′の組成比よりも大きくすることが可能である。
【０３０９】あるいは本発明では、成膜段階（熱処理
前）において前記反強磁性層４を上記した３層膜で形成
せず、以下の方法によって前記反強磁性層４を単一層で
形成した場合でも、膜厚方向に元素Ｘあるいは元素Ｘ＋
Ｘ′の組成比（原子％）を適切に変化させて形成するこ
とが可能である。
【０３１０】まず元素ＸとＭｎとを含有する反強磁性材
料、あるいは元素ＸとＸ′とＭｎとで形成されたターゲ
ットを用いてスパッタによって反強磁性層４を形成する
際に、シードレイヤ２２から離れるにしたがって徐々に
スパッタガス圧を高くして反強磁性層４を成膜してい
き、前記反強磁性層４を半分程度成膜した段階で、今度
は前記スパッタガス圧を徐々に低くして残りの反強磁性
層４を成膜するのである。
【０３１１】この方法によれば、元素Ｘあるいは元素Ｘ
＋Ｘ′の組成比（原子％）は、シードレイヤ２２との界
面から前記反強磁性層４の膜厚の中央付近にかけて徐々
に低くなっていき、前記組成比（原子％）は、前記中央
付近から前記固定磁性層３との界面にかけて徐々に高く
なる。
【０３１２】このため元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組
成比（原子％）は、シードレイヤ２２及び固定磁性層３
との界面近傍において最も大きく、膜厚のほぼ中央付近
で最も低くなる反強磁性層４を形成することが可能にな
る。
【０３１３】なお前記固定磁性層３との界面近傍及びシ
ードレイヤ２２との界面近傍で、前記反強磁性層４を構
成する全元素の組成比を１００ａｔ％としたときに、元
素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比を、５３ａｔ％以上
６５ａｔ％以下にすることが好ましく、より好ましくは
５５ａｔ％以上６０ａｔ％以下である。
【０３１４】また反強磁性層４の膜厚方向の中央付近
で、前記元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比を４４
（ａｔ％）以上５７（ａｔ％）以下とすることが好まし
く、より好ましくは４６（ａｔ％）以上５５（ａｔ％）
以下である。また前記反強磁性層４の膜厚を７６Å以上
で形成することが好ましい。
【０３１５】図９は、図８に示す積層膜に対し熱処理を
施した後の状態を示すスピンバルブ型薄膜素子の模式図
である。
【０３１６】本発明では、上記のように前記シードレイ
ヤ２２及び固定磁性層３と接する側に、元素Ｘあるいは
元素Ｘ＋Ｘ′の組成比が多い第１及び第３の反強磁性層
２３，２５を形成し、しかも前記第１及び第３の反強磁
性層２３，２５間に、熱処理によって適切に不規則格子
から規則格子に変態しやすい組成で形成された第２の反
強磁性層２４を設けているので、熱処理によって前記第
２の反強磁性層２４の部分で変態が進むと同時に、第１
及び第３の反強磁性層２３，２５と第２の反強磁性層２
４間で組成拡散が起こると考えられ、したがって前記第
１及び第３の反強磁性層２３，２５の部分でも、シード
レイヤ２２及び固定磁性層３との界面で適切に非整合状
態を維持しながら、不規則格子から規則格子への変態が
起こり、反強磁性層４全体で適切な変態を起すことがで
きる。
【０３１７】そして熱処理後におけるスピンバルブ型薄
膜素子では、前記反強磁性層４と固定磁性層３は膜面と
平行な方向に同じ等価な結晶面が優先配向し、しかも前
記結晶面内に存在する、ある同じ等価な結晶軸の少なく
とも一部が、反強磁性層４と固定磁性層３とで互いに異
なる方向を向いているのである。
【０３１８】また前記反強磁性層４と固定磁性層３とを
膜厚と平行な方向（図示Ｚ方向）から断面としてみたと
きに、前記反強磁性層４の結晶粒界と前記固定磁性層３
の結晶粒界は界面の少なくとも一部において不連続な状
態になっている。
【０３１９】なお熱処理後における反強磁性層４には、
シードレイヤ２２及び固定磁性層３に向かうにしたがっ
て、Ｍｎに対する元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の原子％
の比率が、増加する領域が存在すると考えられる。
【０３２０】図２に示すスピンバルブ型薄膜素子の場合
では、反強磁性層４を上記した３層膜で形成してもよい
が、例えば固定磁性層３側に接する第１の反強磁性層２
３と保護層７側に接する第２の反強磁性層２４の２層構
造で形成してもよい。図２では図１のようにシードレイ
ヤ２２が無いからである。
【０３２１】なお上記のように反強磁性層４を２層膜で
形成した場合には、熱処理後における反強磁性層４に
は、固定磁性層３に向かうにしたがって、Ｍｎに対する
元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の原子％の比率が増加する
領域が存在するものと考えられる。
【０３２２】また図３のスピンバルブ型薄膜素子の場合
では、エクスチェンジバイアス層１６を図２の場合と同
様に２層膜で形成する。第１の反強磁性層２３はフリー
磁性層１側に接して形成し、前記フリー磁性層１から離
れた側に第２の反強磁性層２４を形成する。
【０３２３】また図３に示す反強磁性層４を図１の場合
と同様に３層膜で形成する。熱処理を施すことにより、
前記エクスチェンジバイアス層１６及び反強磁性層４は
適切な規則変態を起し、大きな交換結合磁界を得ること
が可能である。
【０３２４】熱処理後における前記エクスチェンジバイ
アス層１６には、フリー磁性層１に向かうにしたがっ
て、Ｍｎに対する元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の原子％
の比率が増加する領域が存在するものと考えられる。
【０３２５】また熱処理後における前記反強磁性層４に
は、固定磁性層３及びシードレイヤ２２に向かうにした
がってＭｎに対する元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の原子
％の比率が増加する領域が存在するものと考えられる。
【０３２６】また図４に示すスピンバルブ型薄膜素子の
製造方法では、反強磁性層４を図２の場合と同様に２層
膜で形成する。第１の反強磁性層２３は固定磁性層３側
に接して形成し、前記固定磁性層３から離れた側に第２
の反強磁性層２４を形成する。
【０３２７】またエクスチェンジバイアス層１６を図１
の反強磁性層４の場合と同様に３層膜で形成する。熱処
理を施すことにより、前記エクスチェンジバイアス層１
６及び反強磁性層４は適切な規則変態を起し、大きな交
換結合磁界を得ることが可能である。
【０３２８】熱処理後における前記エクスチェンジバイ
アス層１６には、フリー磁性層１及びシードレイヤ２２
に向かうにしたがって、Ｍｎに対する元素Ｘあるいは元
素Ｘ＋Ｘ′の原子％の比率が増加する領域が存在するも
のと考えられる。
【０３２９】また熱処理後における前記反強磁性層４に
は、固定磁性層３に向かうにしたがって、Ｍｎに対する
元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の原子％の比率が増加する
領域が存在するものと考えられる。
【０３３０】図５に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素
子の製造方法では図１０に示すように、フリー磁性層１
よりも下側に位置する反強磁性層４を、第１の反強磁性
層２３、第２の反強磁性層２４、及び第３の反強磁性層
２５の３層膜で形成し、フリー磁性層１よりも上側に位
置する反強磁性層４を、第１の反強磁性層１４及び第２
の反強磁性層１５の２層膜で形成する。
【０３３１】前記第１の反強磁性層１４，２３、第２の
反強磁性層２４、及び第３の反強磁性層２５の膜厚、及
び組成に関しては図１で説明したものと同じである。
【０３３２】図１０に示すように成膜した後、熱処理を
施す。その状態は図１１に表されている。図１１では、
フリー磁性層１よりも下側に形成されている反強磁性層
４を構成する３層膜が組成拡散を起し、熱処理後におけ
る前記反強磁性層４には、固定磁性層３及びシードレイ
ヤ２２に向かうにしたがって、Ｍｎに対する元素Ｘある
いは元素Ｘ＋Ｘ′の原子％の比率が増加する領域が存在
するものと考えられる。
【０３３３】またフリー磁性層１よりも上側に形成され
た反強磁性層４を構成する２層膜もまた組成拡散を起
し、熱処理後における前記反強磁性層４には、固定磁性
層３に向かうにしたがって、Ｍｎに対する元素Ｘあるい
は元素Ｘ＋Ｘ′の原子％の比率が増加する領域が存在す
るものと考えられる。
【０３３４】次に図６に示すＡＭＲ型薄膜素子の製造方
法では、エクスチェンジバイアス層２１を図１０に示す
フリー磁性層１よりも図示上側に形成された反強磁性層
４と同様に２層膜で形成する。前記エクスチェンジバイ
アス層２１は、磁気抵抗層２０と接する第１の反強磁性
層１４と前記磁気抵抗層２０から離れた側に形成される
第２の反強磁性層１５とで形成する。
【０３３５】熱処理を施すと、前記エクスチェンジバイ
アス層２１は適切な規則変態を起し、前記エクスチェン
ジバイアス層２１と磁気抵抗層２０との間で大きな交換
結合磁界が発生する。
【０３３６】そして熱処理後における前記エクスチェン
ジバイアス層２１には、磁気抵抗層２０に向かうにした
がって、Ｍｎに対する元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の原
子％の比率が増加する領域が存在するものと考えられ
る。
【０３３７】また図７に示すＡＭＲ型薄膜素子の製造方
法では、エクスチェンジバイアス層２１を図８に示す反
強磁性層４と同様に３層膜で形成する。前記エクスチェ
ンジバイアス層２１は、磁気抵抗層２０に接する第１の
反強磁性層２３と、シードレイヤ２２に接する第３の反
強磁性層２５と、前記第１及び第３の反強磁性層２３，
２５の間に形成される第２の反強磁性層２４で形成す
る。
【０３３８】熱処理を施すと、前記エクスチェンジバイ
アス層２１は適切な規則変態を起し、前記エクスチェン
ジバイアス層２１と磁気抵抗層２０との間で大きな交換
結合磁界が発生する。
【０３３９】そして熱処理後における前記エクスチェン
ジバイアス層２１には、磁気抵抗層２０及びシードレイ
ヤ２２に向かうにしたがって、Ｍｎに対する元素Ｘある
いは元素Ｘ＋Ｘ′の原子％の比率が増加する領域が存在
するものと考えられる。
【０３４０】図１２は、図１から図１１に示す磁気抵抗
効果素子が形成された読み取りヘッドの構造を記録媒体
との対向面側から見た断面図である。
【０３４１】符号４０は、例えばＮｉＦｅ合金などで形
成された下部シールド層であり、この下部シールド層４
０の上に下部ギャップ層４１が形成されている。また下
部ギャップ層４１の上には、図１ないし図７に示す磁気
抵抗効果素子４２が形成されており、さらに前記磁気抵
抗効果素子４２の上には、上部ギャップ層４３が形成さ
れ、前記上部ギャップ層４３の上には、ＮｉＦｅ合金な
どで形成された上部シールド層４４が形成されている。
【０３４２】前記下部ギャップ層４１及び上部ギャップ
層４３は、例えばＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ 3（アルミナ）など
の絶縁材料によって形成されている。図１２に示すよう
に、下部ギャップ層４１から上部ギャップ層４３までの
長さがギャップ長Ｇｌであり、このギャップ長Ｇｌが小
さいほど高記録密度化に対応できるものとなっている。
【０３４３】本発明では反強磁性層４の膜厚を小さくし
てもなお大きな交換結合磁界を発生させることができ
る。よって磁気抵抗効果素子の膜厚を従来に比べて小さ
くすることができ、狭ギャップ化により高記録密度化に
対応可能な薄膜磁気ヘッドを製造することが可能になっ
ている。
【０３４４】なお本発明では、図１、図３、図４、図５
及び図７において反強磁性層４（またはエクスチェンジ
バイアス層１６あるいは磁気抵抗層２０）の下側にシー
ドレイヤ２２を形成した実施例を載せたが、この形態に
限定するものではない。
【０３４５】また本発明では、膜厚方向と平行な方向に
切断した切断面において、反強磁性層４の結晶粒界と強
磁性層の結晶粒界とが界面の少なくとも一部で不連続な
状態となっているが、この場合、前記反強磁性層及び強
磁性層の結晶配向は、膜面と平行な方向に異なる結晶面
が優先配向していてもかまわない。このような場合でも
反強磁性層は熱処理によって適切な規則変態を起し大き
な交換結合磁界を得ることが可能である。
【０３４６】
【実施例】本発明では、以下に記載する膜構成のスピン
バルブ膜を形成し、反強磁性層を構成するＰｔＭｎ合金
膜のＰｔ量を変化させながら、前記Ｐｔ量と交換結合磁
界（Ｈｅｘ）との関係を調べた。
【０３４７】膜構成は下から、Ｓｉ基板／アルミナ／下
地層：Ｔａ（３ｎｍ）／シードレイヤ：ＮｉＦｅ（３ｎ
ｍ）／反強磁性層：ＰｔxＭｎ100-x（１５ｎｍ）／固定
磁性層：［Ｃｏ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／
Ｃｏ（２．５ｎｍ）］／非磁性中間層：Ｃｕ（２．３ｎ
ｍ）／フリー磁性層：［Ｃｏ（１ｎｍ）／ＮｉＦｅ（３
ｎｍ）］／バックド層：Ｃｕ（１．５ｎｍ）／保護層：
Ｔａ（３ｎｍ）であり、各層に記載された括弧書きの数
値は膜厚を示している。
【０３４８】上記膜構成のスピンバルブ膜を成膜した
後、２００℃以上２時間以上の熱処理を施し、交換結合
磁界を測定した。その実験結果を図１３に示す。
【０３４９】図１３に示すように、Ｐｔ量Ｘが約５０
（ａｔ％）〜５５（ａｔ％）程度まで増加すると、交換
結合磁界（Ｈｅｘ）も増加することがわかる。また前記
Ｐｔ量Ｘが約５５（ａｔ％）以上になると交換結合磁界
は徐々に減少することがわかる。
【０３５０】本発明では、交換結合磁界が１．５８×１
０４（Ａ／ｍ）以上得られる場合を好ましいＰｔ量と
し、図１３に示す実験結果から好ましいＰｔ量を４５
（ａｔ％）以上６０（ａｔ％）以下と設定した。
【０３５１】また本発明では交換結合磁界が７．９×１
０４（Ａ／ｍ）以上得られる場合をより好ましいＰｔ量
とし、図１３に示す実験結果からより好ましいＰｔ量を
４９（ａｔ％）以上５６．５（ａｔ％）以下と設定し
た。
【０３５２】上記のようにＰｔ量によって交換結合磁界
の大きさに変化が現れるのは、Ｐｔ量を変化させること
によって反強磁性層と強磁性層（固定磁性層）との界面
の状態が変化するためであると考えられる。
【０３５３】ここでＰｔ量は多くなればなるほど反強磁
性層の格子定数は大きくなることがわかっている。この
ためＰｔ量を多くすることによって反強磁性層と強磁性
層との格子定数の差を広げることができ、前記反強磁性
層と強磁性層との界面を非整合状態にしやすくできる。
【０３５４】一方、上記した膜構成のように反強磁性層
の下側にシードレイヤを形成することによって前記シー
ドレイヤ上に形成される反強磁性層等の各層の結晶配向
を、前記シードレイヤと同様に膜面と平行な方向に[１
１１]面を優先配向させやすくなる。
【０３５５】またＰｔ量は多ければ多いほど良いわけで
はない。Ｐｔ量を多くしすぎると前記反強磁性層は熱処
理を施しても適切な規則変態を起すことができないから
である。
【０３５６】本発明では、反強磁性層の下側にシードレ
イヤを敷いたこと、及び反強磁性層を構成するＰｔ量を
規則変態を起しやすく且つ強磁性層との界面を非整合状
態に保ちやすい組成で形成したことによって、熱処理を
施すと前記反強磁性層は、強磁性層との界面で非整合状
態を保ちながら適切な規則変態を起し、熱処理を施した
後の状態では、前記反強磁性層と強磁性層は膜面と平行
な方向に同じ等価な結晶面が優先配向し、且つ前記結晶
面内に存在する、ある同じ等価な結晶軸の方向の少なく
とも一部が前記反強磁性層と強磁性層とで互いに異なる
方向を向く結晶配向となっているのである。
【０３５７】また前記反強磁性層と強磁性層とを膜厚と
平行な方向から切断した切断面を観測すると、前記反強
磁性層の結晶粒界と強磁性層の結晶粒界とが、前記反強
磁性層と強磁性層との界面の少なくとも一部で不連続な
状態となっているのである。
【０３５８】
【発明の効果】以上詳述したように本発明における交換
結合膜では、反強磁性層と強磁性層の前記界面と平行な
方向に配向する結晶面は、互いに同じ面が優先配向し、
前記結晶面内に存在する、ある同じ結晶軸の少なくとも
一部が、前記反強磁性層及び強磁性層とで互いに異なる
方向を向いていることを特徴とするものである。
【０３５９】このような結晶配向が生じる場合には、前
記反強磁性層は熱処理によって適切な規則変態を起して
おり、従来に比べて大きな交換結合磁界を得ることがで
きる。
【０３６０】また本発明では、前記反強磁性層の下側に
シードレイヤを形成することが好ましい。前記シードレ
イヤを設けることで前記シードレイヤ上に形成される反
強磁性層及び強磁性層の結晶配向を膜面と平行な方向に
同じ結晶面で優先配向させやすくなる。また反強磁性層
及び強磁性層は膜面と平行な方向に同じ結晶面が優先配
向すると、抵抗変化率を大きくすることが可能である。
【０３６１】上記した交換結合膜は様々な磁気抵抗効果
素子に適用することができ、前記交換結合膜を有する磁
気抵抗効果素子であると、今後の高記録密度化に適切に
対応することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のシングルスピンバルブ
型磁気抵抗効果素子の構造をＡＢＳ面側から見た断面
図、
【図２】本発明の第２実施形態のシングルスピンバルブ
型磁気抵抗効果素子の構造をＡＢＳ面側から見た断面
図、
【図３】本発明の第３実施形態のシングルスピンバルブ
型磁気抵抗効果素子の構造をＡＢＳ面側から見た断面
図、
【図４】本発明の第４実施形態のシングルスピンバルブ
型磁気抵抗効果素子の構造をＡＢＳ面側から見た断面
図、
【図５】本発明の第５実施形態のデュアルスピンバルブ
型磁気抵抗効果素子の構造をＡＢＳ面側から見た断面
図、
【図６】本発明の第６実施形態のＡＭＲ型磁気抵抗効果
素子の構造をＡＢＳ面側から見た断面図、
【図７】本発明の第７実施形態のＡＭＲ型磁気抵抗効果
素子の構造をＡＢＳ面側から見た断面図、
【図８】図１に示す磁気抵抗効果素子の成膜段階の状態
を示す模式図、
【図９】図８に示す積層膜に熱処理を施した後の前記積
層膜の構造を示す模式図、
【図１０】図５に示す磁気抵抗効果素子の成膜段階の状
態を示す模式図、
【図１１】図１０に示す積層膜に熱処理を施した後の前
記積層膜の構造を示す模式図、
【図１２】本発明における薄膜磁気ヘッド（再生ヘッ
ド）の構造示す部分断面図、
【図１３】反強磁性層（ＰｔＭｎ合金膜）のＰｔ量を変
化させた場合における、前記Ｐｔ量と交換結合磁界（Ｈ
ｅｘ）との関係を示すグラフ、
【図１４】本発明における交換結合膜の反強磁性層と強
磁性層との結晶配向を模式図的に示した図、
【図１５】比較例における交換結合膜の反強磁性層と強
磁性層との結晶配向を模式図的に示した図、
【図１６】本発明におけるスピンバルブ膜の膜面と平行
方向からの透過電子線回折像、
【図１７】比較例におけるスピンバルブ膜の膜面と平行
方向からの透過電子線回折像、
【図１８】図１６に示す透過電子線回折像の部分模式
図、
【図１９】図１７に示す透過電子線回折像の部分模式
図、
【図２０】本発明における反強磁性層の膜面と垂直方向
からの透過電子線回折像の模式図、
【図２１】本発明における強磁性層の膜面と垂直方向か
らの透過電子線回折像の模式図、
【図２２】図２０及び２１の透過電子線回折像を重ねあ
わせた模式図、
【図２３】比較例における反強磁性層の膜面と垂直方向
からの透過電子線回折像の模式図、
【図２４】比較例における強磁性層の膜面と垂直方向か
らの透過電子線回折像の模式図、
【図２５】図２３及び２４の透過電子線回折像を重ねあ
わせた模式図、
【図２６】本発明におけるスピンバルブ型薄膜素子を膜
厚と平行な方向から切断した際の前記切断面の透過電子
顕微鏡写真、
【図２７】比較例におけるスピンバルブ型薄膜素子を膜
厚と平行な方向から切断した際の前記切断面の透過電子
顕微鏡写真、
【図２８】図２６に示す透過電子顕微鏡写真の部分模式
図、
【図２９】図２７に示す透過電子顕微鏡写真の部分模式
図、
【符号の説明】
１ フリー磁性層 ２ 非磁性中間層 ３ 固定磁性層（強磁性層） ４ 反強磁性層 ５ ハードバイアス層 ６ 下地層 ７ 保護層 ８ 導電層 １４、２３ 第１の反強磁性層 １５、２４ 第２の反強磁性層 １６、２１ エクスチェンジバイアス層 １７、２６ 絶縁層 １８ 軟磁性層（ＳＡＬ層） １９ 非磁性層（ＳＨＵＮＴ層） ２０ 磁気抵抗層（ＭＲ層） ２２ シードレイヤ ２５ 第３の反強磁性層 ４２ 磁気抵抗効果素子
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年８月１４日（２０００．８．１
４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３５０
【補正方法】変更
【補正内容】
【０３５０】本発明では、交換結合磁界が１．５８×１
０ 4 （Ａ／ｍ）以上得られる場合を好ましいＰｔ量と
し、図１３に示す実験結果から好ましいＰｔ量を４５
（ａｔ％）以上６０（ａｔ％）以下と設定した。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３５１
【補正方法】変更
【補正内容】
【０３５１】また本発明では交換結合磁界が７．９×１
０ 4 （Ａ／ｍ）以上得られる場合をより好ましいＰｔ量
とし、図１３に示す実験結果からより好ましいＰｔ量を
４９（ａｔ％）以上５６．５（ａｔ％）以下と設定し
た。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１３】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 43/08 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｒ Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AD55 AD62 AD63 AD65 5D034 BA05 BA08 BA12 BA21 CA04 CA08 DA07 5E049 AA04 AA07 AA09 AA10 AC00 AC05 BA12 BA16 DB12 DB20

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 反強磁性層と強磁性層とが接して形成さ
    れ、前記反強磁性層と強磁性層との界面に交換結合磁界
    が発生し、前記強磁性層の磁化方向が一定方向にされる
    交換結合膜において、 前記反強磁性層は、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，
    Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元
    素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成さ
    れ、 前記反強磁性層と強磁性層の前記界面と平行な結晶面
    は、互いに同じ等価な結晶面が優先配向し、前記結晶面
    内に存在する、同じ等価な結晶軸の少なくとも一部が、
    前記反強磁性層及び強磁性層とで互いに異なる方向を向
    いていることを特徴とする交換結合膜。
  2. 【請求項２】 前記結晶面は、代表的に｛１１１｝面と
    して表される等価な結晶面である請求項１記載の交換結
    合膜。
  3. 【請求項３】 前記結晶軸の方向は、代表的に＜１１０
    ＞方向として表される等価な結晶軸の方向である請求項
    ２記載の交換結合膜。
  4. 【請求項４】 反強磁性層と強磁性層とが接して形成さ
    れ、前記反強磁性層と強磁性層との界面に交換結合磁界
    が発生し、前記強磁性層の磁化方向が一定方向にされる
    交換結合膜において、 前記界面と平行方向から電子線を入射させて得られた反
    強磁性層及び強磁性層の透過電子線回折像には、それぞ
    れの層の各結晶面を表す逆格子点に対応した回折斑点が
    現れ、 前記回折斑点のうち、反強磁性層の回折像と強磁性層の
    回折像とで同じ指数付けがなされ且つビーム原点からみ
    たときに膜厚方向に位置する、ある結晶面を示す回折斑
    点と、前記ビーム原点とを結んだ第一仮想線は、前記反
    強磁性層の回折像及び強磁性層の回折像とで互いに一致
    し、 同じ指数付けがなされ、且つ前記ビーム原点からみたと
    きに前記膜厚方向以外の方向に位置する、ある結晶面を
    示す回折斑点と、前記ビーム原点とを結んだ第二仮想線
    は、反強磁性層の回折像と強磁性層の回折像とで互いに
    ずれていることを特徴とする交換結合膜。
  5. 【請求項５】 反強磁性層と強磁性層とが接して形成さ
    れ、前記反強磁性層と強磁性層との界面に交換結合磁界
    が発生し、前記強磁性層の磁化方向が一定方向にされる
    交換結合膜において、 前記界面と平行方向から電子線を入射させて得られた反
    強磁性層及び強磁性層の透過電子線回折像には、それぞ
    れの層の各結晶面を表す逆格子点に対応した回折斑点が
    現れ、 前記回折斑点のうち、反強磁性層の回折像と強磁性層の
    回折像とで同じ指数付けがなされ且つビーム原点からみ
    たときに膜厚方向に位置する、ある結晶面を示す回折斑
    点と、前記ビーム原点とを結んだ第一仮想線は、反強磁
    性層の回折像と強磁性層の回折像とで互いに一致し、 前記ビーム原点からみたときに、前記膜厚方向以外の方
    向に位置する、ある結晶面を示す回折斑点が反強磁性層
    あるいは強磁性層の回折像の一方のみに現れることを特
    徴とする特徴とする交換結合膜。
  6. 【請求項６】 前記膜厚方向に位置する回折斑点は、代
    表的に｛１１１｝面として表される等価な結晶面を示し
    ている請求項４または５に記載の交換結合膜。
  7. 【請求項７】 反強磁性層と強磁性層とが接して形成さ
    れ、前記反強磁性層と強磁性層との界面に交換結合磁界
    が発生し、前記強磁性層の磁化方向が一定方向にされる
    交換結合膜において、 前記界面と垂直方向から電子線を入射させて得られた反
    強磁性層及び強磁性層の透過電子線回折像には、それぞ
    れの層の各結晶面を表す逆格子点に対応した回折斑点が
    現れ、 前記回折斑点のうち、反強磁性層の回折像と強磁性層の
    回折像とで同じ指数付けがなされた、ある回折斑点から
    ビーム原点までを結んだ仮想線は、反強磁性層の回折像
    と強磁性層の回折像とで互いにずれていることを特徴と
    する交換結合膜。
  8. 【請求項８】 反強磁性層と強磁性層とが接して形成さ
    れ、前記反強磁性層と強磁性層との界面に交換結合磁界
    が発生し、前記強磁性層の磁化方向が一定方向にされる
    交換結合膜において、 前記界面と垂直方向から電子線を入射させて得られた反
    強磁性層及び強磁性層の透過電子線回折像には、それぞ
    れの層の各結晶面を表す逆格子点に対応した回折斑点が
    現れ、 前記回折斑点のうち、ある指数付けがされた回折斑点
    が、反強磁性層あるいは強磁性層の回折像の一方のみに
    現れることを特徴とする交換結合膜。
  9. 【請求項９】 前記界面と垂直な方向は、代表的に＜１
    １１＞方向として表される等価な結晶軸の方向である請
    求項７または８に記載の交換結合膜。
  10. 【請求項１０】 反強磁性層及び強磁性層の前記界面と
    平行な結晶面は、代表的に[１１１]面として表される等
    価な結晶面である請求項７または８に記載の交換結合
    膜。
  11. 【請求項１１】 前記交換結合膜は、下から反強磁性
    層、強磁性層の順に積層され、前記反強磁性層の下側に
    は、結晶構造が主として面心立方晶から成り、しかも前
    記界面と平行な方向に、代表的に[１１１]面として表さ
    れる等価な結晶面が優先配向したシードレイヤが形成さ
    れている請求項１ないし１０のいずれかに記載の交換結
    合膜。
  12. 【請求項１２】 前記シードレイヤは、ＮｉＦｅ合金、
    あるいはＮｉ−Ｆｅ−Ｙ合金（ただしＹは、Ｃｒ，Ｒ
    ｈ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉから選ばれる少なく
    とも１種以上）で形成される請求項１１記載の交換結合
    膜。
  13. 【請求項１３】 前記シードレイヤは室温で非磁性であ
    る請求項１１または１２に記載の交換結合膜。
  14. 【請求項１４】 前記シードレイヤの下には、Ｔａ，Ｈ
    ｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少なくとも１種
    以上の元素で形成された下地層が形成されている請求項
    １１ないし１３のいずれかに記載の交換結合膜。
  15. 【請求項１５】 前記反強磁性層とシードレイヤとの界
    面の少なくとも一部は非整合状態である請求項１１ない
    し１４のいずれかに記載の交換結合膜。
  16. 【請求項１６】 前記反強磁性層は、元素ＸとＸ′（た
    だし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，
    Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆ
    ｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎ
    ｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，
    Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上
    の元素である）とＭｎとで形成されている請求項１ない
    し１５のいずれかに記載の交換結合膜。
  17. 【請求項１７】 前記反強磁性材料は、元素ＸとＭｎと
    で構成される空間格子の隙間に元素Ｘ′が侵入した侵入
    型固溶体であり、あるいは、元素ＸとＭｎとで構成され
    る結晶格子の格子点の一部が、元素Ｘ′に置換された置
    換型固溶体である請求項１６記載の交換結合膜。
  18. 【請求項１８】 前記元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組
    成比（原子％）は、４５（ａｔ％）以上６０（ａｔ％）
    以下である請求項１ないし１７のいずれかに記載の交換
    結合膜。
  19. 【請求項１９】 前記反強磁性層と強磁性層との界面の
    少なくとも一部は、非整合状態である請求項１ないし１
    ８のいずれかに記載の交換結合膜。
  20. 【請求項２０】 反強磁性層と、この反強磁性層と接し
    て形成され、前記反強磁性層との交換異方性磁界により
    磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に
    非磁性中間層を介して形成されたフリー磁性層と、前記
    フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と
    交叉する方向へ揃えるバイアス層とを有する磁気抵抗効
    果型素子において、 前記反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成された
    固定磁性層とが、請求項１ないし請求項１９のいずれか
    に記載された交換結合膜により形成されていることを特
    徴とする磁気抵抗効果素子。
  21. 【請求項２１】 反強磁性層と、この反強磁性層と接し
    て形成され、前記反強磁性層との交換異方性磁界により
    磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に
    非磁性中間層を介して形成されたフリー磁性層とを有
    し、前記フリー磁性層の上側または下側に、トラック幅
    方向に間隔を空けて反強磁性のエクスチェンジバイアス
    層が形成された磁気抵抗効果型素子において、 前記エクスチェンジバイアス層とフリー磁性層とが、請
    求項１ないし請求項１９のいずれかに記載された交換結
    合膜により形成され、前記フリー磁性層の磁化が一定方
    向にされることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  22. 【請求項２２】 フリー磁性層の上下に積層された非磁
    性中間層と、一方の前記非磁性中間層の上および他方の
    非磁性中間層の下に位置する固定磁性層と、一方の前記
    固定磁性層の上および他方の固定磁性層の下に位置し
    て、交換異方性磁界によりそれぞれの固定磁性層の磁化
    方向を一定の方向に固定する反強磁性層と、前記フリー
    磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交叉す
    る方向に揃えるバイアス層とを有する磁気抵抗効果型素
    子において、 前記反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成された
    固定磁性層とが、請求項１ないし請求項１９のいずれか
    に記載された交換結合膜により形成されていることを特
    徴とする磁気抵抗効果素子。
  23. 【請求項２３】 非磁性層を介して重ねられた磁気抵抗
    層と軟磁性層とを有し、前記磁気抵抗層の上側あるいは
    下側にトラック幅方向に間隔を空けて反強磁性層が形成
    された磁気抵抗効果型素子において、 前記反強磁性層と磁気抵抗層とが、請求項１ないし請求
    項１９のいずれかに記載された交換結合膜により形成さ
    れていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  24. 【請求項２４】 請求項２０ないし２３のいずれかに記
    載された磁気抵抗効果素子の上下にギャップ層を介して
    シールド層が形成されていることを特徴とする薄膜磁気
    ヘッド。
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