JP2002094141A - 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、結晶粒界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（ＰｔＭｎ合金膜）
に形成された結晶粒界と、強磁性層に形成された結晶粒
界が、界面の少なくとも一部で不連続な状態になってい
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
向が一定の方向に固定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、条件
によって大きくできないことがわかった。
【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強磁性層と
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ことがわかった。
【００１１】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。
【００１２】
【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
交換結合膜を膜厚方向と平行な切断面に現われる前記反
強磁性層に形成された結晶粒界と、強磁性層に形成され
た結晶粒界とが前記界面の少なくとも一部で不連続であ
ることを特徴とするものである。
【００１３】ここで本発明で言う前記結晶粒界とは、２
つの結晶粒が異なる結晶方位を保って前記それぞれの結
晶粒が接する境界であり、２つの結晶粒の間で、原子配
列が鏡面対称となる境界（いわゆる双晶境界）を含む。
ここで「金属材料の物理（日刊工業新聞社（１９９２年
２月２８日発行））の第５８頁には「特殊粒界」の一例
として双晶境界が挙げられており、一般的に結晶粒界に
は双晶境界が含まれることが明確にされている。
【００１４】図２６は本発明におけるスピンバルブ膜を
膜厚方向と平行な方向から切断し、その切断面を透過電
子顕微鏡（ＴＥＭ）で観測した写真であり、その模式図
が図２８に示されている。
【００１５】膜構成としては下から、Ｓｉ基板／Ａｌ2
Ｏ3／下地層：Ｔａ（３ｎｍ）／シードレイヤ：Ｎｉ80
Ｆｅ20／反強磁性層：Ｐｔ54Ｍｎ46（１５ｎｍ）／固定
磁性層[Ｃｏ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／Ｃ
ｏ（２．５ｎｍ）]／非磁性中間層：Ｃｕ（２．５ｎ
ｍ）／フリー磁性層：[Ｃｏ（１ｎｍ）／Ｎｉ80Ｆｅ20
（３ｎｍ）]／バックド層：Ｃｕ（１．５ｎｍ）／Ｔａ
／Ｔａ酸化膜、である。なお各層に記載した括弧書き中
の数値は膜厚を示している。またシードレイヤ、反強磁
性層、フリー磁性層の組成比はａｔ％である。
【００１６】前記反強磁性層、および固定磁性層の成膜
は、ＤＣマグネトロンスパッタ装置で行い、前記２層の
成膜の際に使用されるＡｒガスのガス圧を３ｍＴｏｒｒ
とした。また前記反強磁性層を成膜するとき、基板とタ
ーゲット間の距離を８０ｍｍとした。
【００１７】上記した膜構成を有するスピンバルブ膜を
成膜後、熱処理を施した。この時の熱処理温度は例えば
２００℃以上で時間は２時間以上である。なお熱処理真
空度を１０-7Ｔｏｒｒとした。図２６に示す透過電子顕
微鏡写真は、上記の熱処理後の状態を示したものであ
る。
【００１８】図２６からわかるように、ＰｔＭｎ（反強
磁性層）よりも上側に形成された各層には、隣接する層
との界面が全く見えず、単一層のような状態になってい
る。これは前記ＰｔＭｎ合金膜よりも上側に形成された
各層はそれぞれが原子番号の近い元素で構成されてお
り、なおかつ結晶方位が各層で揃っているために、電子
線の吸収や回折特性が似通り、透過電子顕微鏡像中で各
層のコントラストに差を生じ難いことによると考えられ
る。
【００１９】一方図２６に示すように、ＰｔＭｎ合金膜
と前記ＰｔＭｎ合金膜よりも上側に形成された層との界
面は、明確に見てとれる。
【００２０】そして透過電子顕微鏡写真には、前記Ｐｔ
Ｍｎ合金膜に形成された結晶粒界と、ＰｔＭｎ合金膜よ
りも上側に形成された層に現れる結晶粒界も写真にはっ
きりと映し出されている。前記結晶粒界は膜厚方向に延
びて形成されるものが多い。
【００２１】ここで図２８の模式図を参照すると、本発
明におけるスピンバルブ膜では、例えば前記ＰｔＭｎ合
金に形成された結晶粒界（５）と、前記ＰｔＭｎ合金膜
よりも上側の各層に形成された結晶粒界（１）（２）
（３）とは、ＰｔＭｎ合金膜と、その上の層との界面で
不連続になっていることがわかる。
【００２２】ここで前記結晶粒界（１）（２）（３）及
び（５）は、２つの結晶粒が異なる結晶方位を保って前
記それぞれの結晶粒が接する境界であると考えられる。
一方、結晶粒界（４）（８）（９）（１０）および（１
１）は、１つの結晶粒内で、原子配列が鏡面対称となる
双晶境界であると考えられる。それぞれの前記双晶境界
は平行して現れやすい。
【００２３】前記結晶粒界（４）（８）（９）（１０）
および（１１）も、前記ＰｔＭｎ合金膜よりも上側の各
層に形成された結晶粒界（１）（２）（３）と界面で不
連続状態となっていることがわかる。
【００２４】このように反強磁性層に形成された結晶粒
界と強磁性層に形成された結晶粒界とが界面で不連続に
なる原因については、後で考察することにするが、図２
６の透過電子顕微鏡写真が得られたスピンバルブ型薄膜
素子であると、交換結合磁界は非常に大きくなり、１
０．９×１０4（Ａ／ｍ）程度の交換結合磁界が得られ
た。
【００２５】次に図２７は従来におけるスピンバルブ膜
を膜厚方向と平行な方向から切断し、その切断面を透過
電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観測した写真であり、その模式
図が図２９に示されている。
【００２６】膜構成としては下から、Ｓｉ基板／Ａｌ2
Ｏ3／下地層：Ｔａ（３ｎｍ）／シードレイヤ：Ｎｉ80
Ｆｅ20（２ｎｍ）／反強磁性層：Ｐｔ44Ｍｎ56（１３ｎ
ｍ）／固定磁性層[Ｃｏ（１．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８
ｎｍ）／Ｃｏ（２．５ｎｍ）]／非磁性中間層：Ｃｕ
（２．５ｎｍ）／フリー磁性層：[Ｃｏ（１ｎｍ）／Ｎ
ｉ80Ｆｅ20（３ｎｍ）]／バックド層：Ｃｕ（１．５ｎ
ｍ）／Ｔａ／Ｔａ酸化膜、である。なお各層に記載した
括弧書き中の数値は膜厚を示している。またシードレイ
ヤ、反強磁性層、フリー磁性層の組成比はａｔ％であ
る。
【００２７】上記した本発明におけるスピンバルブ膜の
膜構成との違いは、ＰｔＭｎ合金膜（反強磁性層）のＰ
ｔ量及び膜厚、さらには成膜条件などである。
【００２８】前記反強磁性層、および固定磁性層の成膜
は、ＤＣマグネトロンスパッタ装置で行い、前記２層の
成膜の際に使用されるＡｒガスのガス圧を０．８ｍＴｏ
ｒｒとした。また前記反強磁性層を成膜するとき、基板
とターゲット間の距離を５０ｍｍとした。
【００２９】上記した膜構成を有するスピンバルブ膜を
成膜後、熱処理を施した。この時の熱処理温度は例えば
２００℃以上で時間は２時間以上である。なお熱処理真
空度を１０-7Ｔｏｒｒとした。図２７に示す透過電子顕
微鏡写真は、上記の熱処理後の状態を示したものであ
る。
【００３０】図２７からわかるように、膜厚方向にＰｔ
Ｍｎ合金膜と前記ＰｔＭｎ合金膜の上に形成された各層
とを貫く大きな結晶粒の塊が生じていることがわかる。
【００３１】図２９の模式図を参照すると、ＰｔＭｎ合
金膜と前記ＰｔＭｎ合金膜よりも上側に形成された層に
は、界面を貫いて結晶粒界（６）（７）が形成されてい
る。すなわち比較例のスピンバルブ膜においては、Ｐｔ
Ｍｎ合金膜に形成される結晶粒界と前記ＰｔＭｎ合金膜
よりも上側の層に形成される結晶粒界とが、前記界面で
連続した状態となっているのである。
【００３２】なお前記結晶粒界（６）（７）は、２つの
結晶粒が異なる結晶方位を保って前記それぞれの結晶粒
が接する境界であると考えられ、前記反強磁性層には双
晶境界は形成されていないものと考えられる。
【００３３】図２７に示す透過電子顕微鏡写真を有する
スピンバルブ型薄膜素子では、交換結合磁界が非常に低
く、０．２４×１０4（Ａ／ｍ）程度の交換結合磁界し
か得られなかった。
【００３４】以上のように本発明と従来とでは、反強磁
性層と強磁性層との界面における、前記反強磁性層に形
成された結晶粒界と、強磁性層に形成された結晶粒界と
の位置が異なるのである。
【００３５】本発明のように、反強磁性層に形成された
結晶粒界と強磁性層に形成された結晶粒界とを界面で不
連続にするには、一つは前記反強磁性層の組成が重要で
あり、その他に成膜条件が重要である。成膜条件とは熱
処理温度や熱処理時間、および前記反強磁性層、強磁性
層を成膜する際のＡｒガス圧、さらには基板とターゲッ
ト間の距離、基板温度、基板バイアス電圧、成膜速度な
どである。
【００３６】一方、本発明と異なる反強磁性層の組成や
成膜条件で前記反強磁性層を成膜すると、図２９で見た
比較例のように、反強磁性層に形成された結晶粒界と強
磁性層に形成された結晶粒界とが界面で連続した状態に
しやすい。
【００３７】界面での結晶粒界が不連続とされた本発明
では、成膜段階において、反強磁性層と強磁性層とはエ
ピタキシャル的に成長せず、前記反強磁性層を構成する
原子は強磁性層の結晶構造に強固に拘束されていないと
考えられる。このため熱処理を施したとき、前記反強磁
性層は不規則格子から規則格子へ適切に変態し大きな交
換結合磁界を得ることができる。
【００３８】一方、界面での結晶粒界が連続とされた比
較例の場合、成膜段階において、反強磁性層と強磁性層
とはエピタキシャル的に成長し、前記反強磁性層の原子
は強磁性層の結晶構造に強固に拘束された状態になって
いると考えられる。このため熱処理を施しても、前記反
強磁性層は不規則格子から規則格子へ適切に変態でき
ず、交換結合磁界は非常に小さくなってしまう。
【００３９】なお本発明では前記反強磁性層の結晶粒界
と強磁性層の結晶粒界は、前記界面の少なくとも一部に
おいて不連続な状態となっていればよい。
【００４０】また前記反強磁性層と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するも
のでもよいが、好ましくは同じ等価な結晶面が優先配向
するものであることが好ましい。
【００４１】具体的には本発明では、前記反強磁性層及
び強磁性層は、前記界面と平行な方向に[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。前記[１１１]面とは、ミラー指数を用いて表した
単結晶構造の場合における等価な結晶面の総称であり、
前記等価な結晶面には（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。
【００４２】なお図２６と図２７に示す透過電子顕微鏡
写真を有するスピンバルブ型薄膜素子では、共に膜面と
平行な方向に[１１１]面の格子縞が見られ、反強磁性層
と前記反強磁性層よりも上側に形成された層は、本発明
及び比較例ともに、膜面と平行な方向に[１１１]面と等
価な結晶面が優先配向していると認められた。
【００４３】このように同じ等価な結晶面が反強磁性層
と強磁性層とで優先配向している場合には、大きな抵抗
変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能である。
【００４４】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、前記反強磁性層は前
記界面と平行な方向に[１１１]面として表される等価な
結晶面が優先配向し、前記反強磁性層には少なくとも一
部に双晶が形成され、少なくとも一部の前記双晶の双晶
境界は、前記界面と非平行に形成されていることを特徴
とするものである。
【００４５】この発明では、反強磁性層は、前記界面と
平行な方向に[１１１]面として表される等価な結晶面が
優先配向している。なお前記反強磁性層を[１１１]面配
向させるには前記反強磁性層の下側にシードレイヤを敷
くことが効果的である。
【００４６】本発明では、反強磁性層に形成された少な
くとも一部の双晶の双晶境界は前記界面と非平行に形成
されているが、それは図２６および図２８を見れば明ら
かである。
【００４７】すなわち図２６および図２８に示すよう
に、反強磁性層には、双晶が形成され、前記双晶内に
は、双晶境界を示す粒界（４）（８）（９）（１０）及
び（１１）が現れている。そしてこれら双晶境界はいず
れも界面と非平行になっている。
【００４８】またここで、図２６に示す膜構成とは違う
膜構成のものを膜厚と平行な方向から切断し、その切断
面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観測した写真を図３０
に示す。
【００４９】膜構成は下から、Ｓｉ基板／Ａｌ2Ｏ3／下
地層：Ｔａ（３ｎｍ）／シードレイヤ：Ｎｉ80Ｆｅ
20（２ｎｍ）／反強磁性層：Ｐｔ49Ｍｎ51（１６ｎｍ）
／固定磁性層[Ｃｏ90Ｆｅ10（１．４ｎｍ）／Ｒｕ
（０．９ｎｍ）／Ｃｏ90Ｆｅ10（２．２ｎｍ）]／非磁
性中間層：Ｃｕ（２．２ｎｍ）／フリー磁性層：[Ｃｏ
90Ｆｅ10（１ｎｍ）／Ｎｉ80Ｆｅ20（４ｎｍ）]／Ｔａ
（３ｎｍ）である。なお括弧内の数値は膜厚を示してい
る。なお反強磁性層、固定磁性層及びフリー磁性層の組
成比はａｔ％である。
【００５０】前記反強磁性層、および固定磁性層の成膜
は、ＤＣマグネトロンスパッタ装置で行い、前記２層の
成膜の際に使用されるＡｒガスのガス圧を２．５ｍＴｏ
ｒｒとした。また前記反強磁性層を成膜するとき、基板
とターゲット間の距離を８０ｍｍとした。
【００５１】上記した膜構成を有するスピンバルブ膜を
成膜後、熱処理を施した。この時の熱処理温度は例えば
２７０℃で時間は４時間であった。また熱処理真空度を
１０ -7Ｔｏｒｒとした。なおこの実施例では図２６のも
のとＰｔＭｎの組成比や膜厚、成膜条件などが異なる。
【００５２】図３０に示す透過電子顕微鏡写真は、上記
の熱処理後の状態を示したものである。また反強磁性層
及び強磁性層は、界面と平行な方向に等価な[１１１]面
が優先配向していることが、電子線回折像によりわかっ
た。
【００５３】図３１は、図３０に示すＴＥＭ写真の模式
図である。図３１に示すように、反強磁性層には、複数
の双晶境界が形成され、これら双晶境界はいずれも強磁
性層との界面と非平行であることがわかる。
【００５４】一方、既に説明したように図２７および図
２９に示す比較例では、反強磁性層に双晶が形成されて
おらず、よって双晶境界は現れていないことがわかる。
【００５５】本発明のように、反強磁性層に双晶が形成
され、前記双晶内に双晶境界が前記界面と非平行に形成
されている場合、前記反強磁性層は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ており、大きな交換
結合磁界を得ることができる。図３０に示す膜構成での
交換結合磁界は、約９．３×１０4（Ａ／ｍ）であっ
た。
【００５６】ところで前記双晶境界は成膜段階において
形成されているか否かは重要ではない。成膜段階で前記
双晶境界が形成されていなくても熱処理を施すことによ
って本発明のような前記双晶境界が現れることがある。
【００５７】本発明では、成膜段階において前記反強磁
性層の原子は強磁性層の結晶構造に拘束された状態にな
いと思われる。このように界面での拘束力が弱くなる
と、前記反強磁性層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くなるが、前記変態の際には格子歪
が発生するため、この格子歪を適切に緩和できないと、
前記変態を効果的に起すことはできない。変態をすると
きには反強磁性層の原子が不規則格子から規則格子への
再配列を起し、このとき生じる格子歪を、短い距離間隔
で原子配列が鏡面対称に変化していくことで緩和してい
くものと考えられる。熱処理後、前記鏡面対称変化の境
は双晶境界となり、このような双晶境界が形成されてい
ることは、いわば熱処理を施したときに規則化変態が起
こっていることを意味する。
【００５８】ここで反強磁性層と強磁性層との界面付近
では、前記界面と平行な方向に原子が再配列するときに
生じる格子歪を緩和するため、前記界面と交わる方向に
前記双晶境界が形成される。このため全体的に適切な規
則化変態が起きたとき前記双晶境界は前記界面と非平行
に形成される。これが本発明であり、本発明のように界
面と非平行に双晶境界が形成された場合、非常に大きな
交換結合磁界を得ることが可能になる。一方、前記界面
と平行な方向に原子が再配列できないとき、すなわち界
面において前記反強磁性層の原子が強磁性層の結晶構造
に強固に拘束されているときなどは、前記界面と交わる
ように双晶境界は形成されない。かかる場合、前記双晶
境界は形成されなかったり、あるいは前記界面と平行な
双晶境界が形成されたりするのである。
【００５９】なお前記双晶境界は、図２６や図３０のよ
うに同じ双晶内に複数形成されるとき、それぞれの双晶
境界どうしはほぼ平行となる。
【００６０】なお図３０に示す実施例の反強磁性層及び
強磁性層には共に特別な対称関係を持たない粒界が形成
されており、反強磁性層側に形成された前記粒界及び双
晶境界は、強磁性層に形成された粒界とは界面で不連続
な状態であることがわかる。
【００６１】また本発明では、前記双晶境界と前記界面
間の内角は、６８°以上で７６°以下であることが好ま
しい。この範囲内であると前記反強磁性層は界面と平行
な方向に等価な[１１１]面が優先配向する。
【００６２】また本発明では、前記強磁性層は、前記界
面と平行な方向に[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。
【００６３】本発明のように前記反強磁性層及び強磁性
層が共に界面と平行な方向に[１１１]面として表される
等価な結晶面が優先配向していると、大きな抵抗変化率
を得ることが可能である。
【００６４】また本発明では、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ることが好ましい。
【００６５】また本発明では、上記のように反強磁性層
と強磁性層の膜面と平行な方向における結晶配向が[１
１１]面として表される等価な結晶面となるように、前
記反強磁性層の下側にシードレイヤを形成したのであ
る。
【００６６】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、さらに前記反強磁
性層の下側に、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
されていることが好ましい。
【００６７】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。
【００６８】また本発明では、前記シードレイヤは、Ｎ
ｉＦｅ合金、Ｎｉ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）、さらにはＮｉ−Ｙ合金
で形成されることが好ましい。
【００６９】また前記シードレイヤは、組成式が（Ｎｉ
1-xＦｅx）1-yＹy（ｘ，ｙは原子比率）で示され、原子
比率ｘは０以上で０．３以下で、原子比率ｙは０以上で
０．５以下であることが好ましい。また前記シードレイ
ヤは常温で非磁性であることが好ましい。
【００７０】また本発明では、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。
【００７１】さらに本発明では、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
ことが好ましい。ここで非整合状態とは、反強磁性層を
構成する原子と強磁性層（シードレイヤ、なお室温では
非磁性）を構成する原子とが界面で１対１に対応しない
状態のことを指す。一方、整合状態とは前記界面で原子
が１対１で対応する状態のことを指す。
【００７２】ところで本発明では、上記したように反強
磁性層に形成された結晶粒界と強磁性層に形成された結
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、この結晶構造は前記反強磁性層とシードレイ
ヤとの界面においても生じていることが好ましい。
【００７３】すなわち本発明では、反強磁性層に形成さ
れた結晶粒界とシードレイヤに形成された結晶粒界が界
面の少なくとも一部で不連続な状態となっていることが
好ましい。これによって前記反強磁性層は熱処理を施し
たときに、前記シードレイヤ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
ることが可能になる。
【００７４】また本発明では、前記反強磁性層は、Ｘ−
Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋ
ｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，
Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇ
ａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓ
ｎ，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
ていてもよい。この場合、前記Ｘ―Ｍｎ―Ｘ′合金は、
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Ｍ
ｎ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。
【００７５】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、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、４
９（ａｔ％）以上５６．５（ａｔ％）以下である。
【００７６】また本発明では、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ことが
好ましい。
【００７７】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することができる。
【００７８】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し、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。
【００７９】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Ｔｗの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、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。
【００８０】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し、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。
【００８１】また本発明は、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Ｔｗの間隔を空けて反強磁
性層が形成され、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。
【００８２】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。
【００８３】
【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。
【００８４】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。
【００８５】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。
【００８６】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、Ｎｉ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）、Ｎｉ−Ｙ合金
で形成されることが好ましい。
【００８７】なお前記シードレイヤ２２は、組成式が
（Ｎｉ1-xＦｅx）1-yＹy（ｘ，ｙは原子比率）で示さ
れ、原子比率ｘは０以上で０．３以下で、原子比率ｙは
０以上で０．５以下であることが好ましい。これによっ
て反強磁性層４及びその上の各層の[１１１]面の優先配
向度を高めることができ、抵抗変化率ΔＲ／Ｒを高める
ことができる。
【００８８】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。
【００８９】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。
【００９０】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。
【００９１】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）やＮｉ−Ｙ合
金を選択できる。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[１１
１｝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。
【００９２】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。
【００９３】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。
【００９４】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。
【００９５】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。
【００９６】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。
【００９７】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。
【００９８】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。
【００９９】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。
【０１００】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及び前記Ｃｏ膜１１とＣｏ膜１３
の間にＲｕ膜１２を介して働くＲＫＫＹ的反強磁性結合
により前記Ｃｏ膜１１とＣｏ膜１３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。
【０１０１】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。
【０１０２】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。例えば前記層１１や１３に
は、ＣｏのほかにＣｏＦｅなどを選択できる。
【０１０３】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。
【０１０４】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。
【０１０５】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。
【０１０６】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。
【０１０７】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。
【０１０８】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。
【０１０９】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。
【０１１０】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。
【０１１１】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。
【０１１２】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。
【０１１３】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。
【０１１４】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。
【０１１５】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。
【０１１６】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。
【０１１７】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と同じ等価な結晶
面が膜面と平行な方向に優先配向する。
【０１１８】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。
【０１１９】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。
【０１２０】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等価な結晶面が
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。
【０１２１】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。
【０１２２】例えば反強磁性層４の材質及び組成比を調
整し、さらに成膜条件等を制御し前記反強磁性層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。
【０１２３】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、反強磁性層４と固定磁性層３とのある同一の
等価な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。
【０１２４】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。
【０１２５】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。
【０１２６】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。
【０１２７】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。
【０１２８】また本発明では、以下のような結晶組織を
有することが大きな交換結合磁界を得る上で重要であ
る。
【０１２９】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。
【０１３０】なお本発明で言う前記結晶粒界とは、２つ
の結晶粒が異なる結晶方位を保って前記それぞれの結晶
粒が接する境界であり、２つの結晶粒の間で、原子配列
が鏡面対称となる境界（いわゆる双晶境界）を含む。図
２８に示す粒界（１）（２）（３）及び（５）は、特別
な対称関係を持たない前者の境界であり、図２８に示す
粒界（４）（８）（９）（１０）及び（１１）は後者の
双晶境界であると思われる。
【０１３１】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（４）（５）（８）
（９）（１０）及び（１１）と、前記反強磁性層４上層
に形成された結晶粒界（１）（２）（３）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。また別の実
施例として挙げた図３０、３１においても、反強磁性層
に形成された、特別な対称関係を持たない粒界と双晶境
界は、強磁性層に形成された粒界と界面で不連続である
ことがわかる。
【０１３２】図２６，２８、３０、３１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。
【０１３３】本発明のように図２６，２８、３０、３１
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。
【０１３４】また図２８に示す粒界（４）（８）（９）
（１０）及び（１１）、すなわち双晶境界は、界面と非
平行であることがわかる。同様に別の実施例としての図
３０及び図３１に示した双晶境界も前記界面と非平行で
あることがわかる。なお本発明におけるいずれの実施例
でも前記反強磁性層は、前記反強磁性層の下側にシード
レイヤ層が敷かれているため前記界面と平行な方向に
[１１１]面として表される等価な結晶面が優先配向して
いる。
【０１３５】なお双晶とは、１つの物質の単結晶が２つ
以上、互いに特定の対称関係に従って結合している一固
体をいう。そして前記双晶には双晶境界が形成され、前
記双晶境界を境にして原子配列が鏡面対称となってい
る。このような双晶が生じるのは、内部応力の緩和のた
めである。ちなみに双晶境界が形成されて内部応力の緩
和が促進されても、ある部分で大きな内部応力が発生し
ている場合には、もはや双晶境界では適切な内部応力の
緩和を行えず、図２８の粒界（５）、図３０の粒界のよ
うな、２つの結晶粒が異なる結晶方位を保って前記それ
ぞれの結晶粒が接する境界が形成されて、前記の大きな
内部応力が緩和されていくものと考えられる。
【０１３６】本発明のように前記反強磁性層に形成され
た双晶境界が界面と非平行である場合には、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。
【０１３７】前記反強磁性層４は成膜後、熱処理を施す
ことによって不規則格子から規則格子への変態が起こな
ければ大きな交換結合磁界を得ることはできないが、変
態時、界面と平行な方向及び膜厚方向に原子が移動する
ときに生じる格子歪を緩和すべく、原子配列が鏡面対称
に変化する双晶境界が形成される。そしてこのとき前記
双晶境界は前記界面と非平行に形成される。
【０１３８】前記反強磁性層が不規則格子から規則格子
に適切に変態すると、前記反強磁性層には前記界面と非
平行になる双晶境界が形成され、大きな交換結合磁界が
発生する。なおある双晶内には前記双晶境界は複数形成
されていても良く、かかる場合、それぞれの前記双晶境
界どうしはほぼ平行状態になる。
【０１３９】一方、比較例を示す図２７及び図２９で
は、前記反強磁性層に全く双晶境界が形成されていな
い。これはすなわち、熱処理を施しても前記反強磁性層
の原子は変態時に起こる再配列が成されていないからで
あり、よって不規則格子から規則格子への変態がほとん
ど進行せず、小さな交換結合磁界しか得ることができな
い。
【０１４０】また前記反強磁性層に双晶境界が形成され
ても、前記双晶境界が前記界面と平行であるときには、
膜厚方向への格子歪はある程度緩和されていると推測で
きるが、前記界面と平行な方向への原子再配列は全く起
こっておらず、よって特に界面で前記反強磁性層は不規
則格子から規則格子に適切に変態していない。従って交
換結合磁界は小さくなってしまう。
【０１４１】なお本発明では、前記双晶境界と前記界面
間の内角θ（図２８及び図３１を参照のこと）は６８°
以上で７６°以下であることが好ましい。ちなみに図２
８の前記内角は約６８°、図３１の前記内角θは約７５
°であった。この範囲内であると前記反強磁性層は前記
界面と平行な方向に[１１１]面として表される等価な結
晶面が優先配向する。さらに前記固定磁性層３も[１１
１]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。これによってより効果的に抵抗変化率
を向上させることができる。
【０１４２】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。
【０１４３】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。
【０１４４】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。
【０１４５】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。
【０１４６】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。
【０１４７】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。
【０１４８】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。
【０１４９】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。
【０１５０】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。
【０１５１】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。
【０１５２】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。
【０１５３】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。
【０１５４】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。
【０１５５】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）。
【０１５６】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。
【０１５７】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）。
【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。
【０１５９】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。
【０１６０】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。
【０１６１】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。
【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】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、結晶粒界及び双晶境界の特徴点
を説明したが、このような結晶配向、結晶粒界及び双晶
境界を得るには、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の原子が前記固定磁性
層３の結晶構造に強固に拘束されないようにしなければ
ならない。拘束力を弱めるためには、前記反強磁性層４
と固定磁性層３の界面でいわゆる非整合状態になってい
ることが好ましい。
【０１６４】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。
【０１６５】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。
【０１６６】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や成膜条件によるところが大
きいと考えられる。
【０１６７】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。
【０１６８】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。また前記反強磁性層４を[１
１１]面配向させ、さらに前記反強磁性層４に形成され
る双晶境界を前記界面と非平行で形成することができ
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。
【０１６９】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％）以上で５６．５
（ａｔ％）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。
【０１７０】また非整合状態を形成するに重要な前記成
膜条件とは、前記反強磁性層４、固定磁性層３を成膜す
る際に用いられるＡｒガス圧や、熱処理条件、さらには
前記反強磁性層４を成膜する際の基板とターゲット間の
距離、基板温度、基板バイアス電圧、成膜速度などであ
る。
【０１７１】本発明では例えば前記Ａｒガス圧を３ｍＴ
ｏｒｒとする。また熱処理温度を２００℃以上で３００
℃以下とし、熱処理時間を２時間以上で１０-6Ｔｏｒｒ
以下の真空中で磁場中熱処理をする。また前記基板とタ
ーゲット間の距離を８０ｍｍとする。
【０１７２】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。
【０１７３】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。
【０１７４】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。
【０１７５】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。
【０１７６】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。
【０１７７】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。
【０１７８】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。
【０１７９】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。
【０１８０】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。
【０１８１】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。
【０１８２】なお反強磁性層４と固定磁性層３とが膜面
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。
【０１８３】またこの実施形態のように前記反強磁性層
４が固定磁性層３の上に形成されているときは、シード
レイヤ、反強磁性層４及び固定磁性層３の順に積層され
る場合に比べて前記反強磁性層４を[１１１]面配向させ
ることは難しいが、ただし成膜条件等の制御によって前
記反強磁性層４を[１１１]面配向にすることは可能であ
る。そしてこの場合、本発明では、前記反強磁性層４に
は少なくとも一部に双晶が形成され、一部の前記双晶の
双晶境界は、前記界面と非平行となっている。これによ
って抵抗変化率を向上させることができると共に、前記
反強磁性層４は適切に不規則格子から規則格子に変態し
ており、大きな交換結合磁界を得ることができる。なお
前記双晶境界と界面間の内角は６８°以上で７６°以下
であることが好ましい。
【０１８４】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。
【０１８５】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。
【０１８６】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。
【０１８７】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。
【０１８８】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。
【０１８９】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。
【０１９０】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。
【０１９１】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。
【０１９２】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。
【０１９３】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。
【０１９４】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。
【０１９５】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。
【０１９６】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。
【０１９７】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。
【０１９８】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。
【０１９９】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。
【０２００】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。
【０２０１】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。
【０２０２】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。
【０２０３】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。
【０２０４】また本発明では、前記反強磁性層４と固定
磁性層３とが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、しかも前
記反強磁性層４には少なくとも一部に双晶が形成され、
一部の前記双晶の双晶境界は、前記界面と非平行となっ
ている。これによって抵抗変化率を向上させることがで
きると共に、前記反強磁性層４は適切に不規則格子から
規則格子に変態しており、大きな交換結合磁界を得るこ
とができる。なお前記双晶境界と界面間の内角は６８°
以上で７６°以下であることが好ましい。
【０２０５】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。
【０２０６】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。
【０２０７】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。
【０２０８】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。
【０２０９】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。
【０２１０】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。
【０２１１】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。
【０２１２】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。
【０２１３】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。
【０２１４】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。
【０２１５】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。
【０２１６】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。
【０２１７】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。
【０２１８】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。
【０２１９】また本発明では、前記エクスチェンジバイ
アス層１６が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、しかも前
記エクスチェンジバイアス層１６には少なくとも一部に
双晶が形成され、一部の前記双晶の双晶境界は、前記界
面と非平行となっている。このため前記エクスチェンジ
バイアス層１６は適切に不規則格子から規則格子に変態
しており、大きな交換結合磁界を得ることができる。な
お前記双晶境界と界面間の内角は６８°以上で７６°以
下であることが好ましい。
【０２２０】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。
【０２２１】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。
【０２２２】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。
【０２２３】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。
【０２２４】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。
【０２２５】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。
【０２２６】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。
【０２２７】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。
【０２２８】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。
【０２２９】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。
【０２３０】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。
【０２３１】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。
【０２３２】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。
【０２３３】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。
【０２３４】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。
【０２３５】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。
【０２３６】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。
【０２３７】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。
【０２３８】また本発明では、前記エクスチェンジバイ
アス層１６が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、しかも前
記エクスチェンジバイアス層１６には少なくとも一部に
双晶が形成され、一部の前記双晶の双晶境界は、前記界
面と非平行となっている。このため、前記エクスチェン
ジバイアス層１６は適切に不規則格子から規則格子に変
態しており、大きな交換結合磁界を得ることができる。
なお前記双晶境界と界面間の内角は６８°以上で７６°
以下であることが好ましい。
【０２３９】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。
【０２４０】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。
【０２４１】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。
【０２４２】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。
【０２４３】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。
【０２４４】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。
【０２４５】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。
【０２４６】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。
【０２４７】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。
【０２４８】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。
【０２４９】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。
【０２５０】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。
【０２５１】また本発明では、前記反強磁性層４が前記
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、しかも前記反強磁性層４に
は少なくとも一部に双晶が形成され、一部の前記双晶の
双晶境界は、前記界面と非平行となっている。これによ
って抵抗変化率を向上させることができると共に、前記
反強磁性層４は適切に不規則格子から規則格子に変態し
ており、大きな交換結合磁界を得ることができる。なお
前記双晶境界と界面間の内角は６８°以上で７６°以下
であることが好ましい。
【０２５２】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。
【０２５３】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。
【０２５４】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。
【０２５５】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。
【０２５６】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。
【０２５７】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。
【０２５８】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。
【０２５９】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。
【０２６０】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。
【０２６１】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。
【０２６２】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。
【０２６３】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。
【０２６４】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。
【０２６５】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。
【０２６６】また本発明では、前記反強磁性層４が前記
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、しかも前記反強磁性層４に
は少なくとも一部に双晶が形成され、一部の前記双晶の
双晶境界は、前記界面と非平行となっている。これによ
って抵抗変化率を向上させることができると共に、前記
反強磁性層４は適切に不規則格子から規則格子に変態し
ており、大きな交換結合磁界を得ることができる。なお
前記双晶境界と界面間の内角は６８°以上で７６°以下
であることが好ましい。
【０２６７】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。
【０２６８】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。
【０２６９】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。
【０２７０】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。
【０２７１】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。
【０２７２】また本発明では、前記反強磁性層４が前記
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、しかも前記反強磁性層４に
は少なくとも一部に双晶が形成され、一部の前記双晶の
双晶境界は、前記界面と非平行となっている。これによ
って抵抗変化率を向上させることができると共に、前記
反強磁性層４は適切に不規則格子から規則格子に変態し
ており、大きな交換結合磁界を得ることができる。なお
前記双晶境界と界面間の内角は６８°以上で７６°以下
であることが好ましい。
【０２７３】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。
【０２７４】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。
【０２７５】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。
【０２７６】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。
【０２７７】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。
【０２７８】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。
【０２７９】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。
【０２８０】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。
【０２８１】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。
【０２８２】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。
【０２８３】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。
【０２８４】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。
【０２８５】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。
【０２８６】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。
【０２８７】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。
【０２８８】また本発明では、前記エクスチェンジバイ
アス層２１が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、しかも前
記エクスチェンジバイアス層２１には少なくとも一部に
双晶が形成され、一部の前記双晶の双晶境界は、前記界
面と非平行となっている。このため前記エクスチェンジ
バイアス２１は適切に不規則格子から規則格子に変態し
ており、大きな交換結合磁界を得ることができる。なお
前記双晶境界と界面間の内角は６８°以上で７６°以下
であることが好ましい。
【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】また本発明では、前記反強磁性層４の下に
シードレイヤが形成されているため、前記反強磁性層は
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、しかも前記反強磁性層
４には少なくとも一部に双晶が形成され、一部の前記双
晶の双晶境界は、前記界面と非平行となっている。なお
前記双晶境界と界面間の内角は６８°以上で７６°以下
であることが好ましい。さらに前記固定磁性層３も[１
１１]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。
【０３２０】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。
【０３２１】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。
【０３２２】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。
【０３２３】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。
【０３２４】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。
【０３２５】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。
【０３２６】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。
【０３２７】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。
【０３２８】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。
【０３２９】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。
【０３３０】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。
【０３３１】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。
【０３３２】前記第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。
【０３３３】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。
【０３３４】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。
【０３３５】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。
【０３３６】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。
【０３３７】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。
【０３３８】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。
【０３３９】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。
【０３４０】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。
【０３４１】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。
【０３４２】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。
【０３４３】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。
【０３４４】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。
【０３４５】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。
【０３４６】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。
【０３４７】
【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。
【０３４８】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。
【０３４９】前記反強磁性層及び固定磁性層をＤＣマグ
ネトロンスパッタ法で成膜した。また前記反強磁性層及
び固定磁性層を形成するとき、Ａｒガス圧を１〜３ｍＴ
ｏｒｒとした。また前記反強磁性層を成膜するとき、基
板とターゲット間の距離を７０〜８０ｍｍとした。上記
膜構成のスピンバルブ膜を成膜した後、２００℃以上で
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。
【０３５０】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。
【０３５１】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。
【０３５２】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。
【０３５３】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。
【０３５４】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。
【０３５５】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。
【０３５６】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。
【０３５７】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、さらに上記した成膜条件
を適切に制御するなどによって、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。
【０３５８】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。
【０３５９】また本発明では、前記反強磁性層と固定磁
性層とが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、しかも前記反
強磁性層４には少なくとも一部に双晶が形成され、一部
の前記双晶の双晶境界は、前記界面と非平行となるので
ある。
【０３６０】
【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、前記交換結合膜を膜厚方向と平行な切断面
に現われる前記反強磁性層に形成された結晶粒界と、強
磁性層に形成された結晶粒界とが前記界面の少なくとも
一部で不連続となっている。
【０３６１】また本発明では、前記反強磁性層は前記界
面と平行な方向に[１１１]面として表される等価な結晶
面が優先配向し、前記反強磁性層には少なくとも一部に
双晶が形成され、前記双晶の少なくとも一部の前記双晶
の双晶境界は、前記界面と非平行に形成されていること
を特徴とするものである。なお前記双晶境界と前記界面
間の内角は、６８°以上で７６°以下であることが好ま
しい。
【０３６２】上記した膜構造が熱処理後によって得られ
た場合、前記反強磁性層は熱処理により適切に不規則格
子から規則格子に変態しており、大きな交換結合磁界を
得ることができる。
【０３６３】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、
【図３０】本発明における別の実施例のスピンバルブ型
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３１】図３０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１３年２月２７日（２００１．２．２
７）
【手続補正１】
【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】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】０３５２
【補正方法】変更
【補正内容】
【０３５２】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】

Claims (21)

    【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、 前記交換結合膜を膜厚方向と平行な切断面に現われる前
    記反強磁性層に形成された結晶粒界と、強磁性層に形成
    された結晶粒界とが前記界面の少なくとも一部で不連続
    であることを特徴とする交換結合膜。
  2. 【請求項２】 前記反強磁性層及び強磁性層は、前記界
    面と平行な方向に[１１１]面として表される等価な結晶
    面が優先配向している請求項１記載の交換結合膜。
  3. 【請求項３】 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、 前記反強磁性層は前記界面と平行な方向に[１１１]面と
    して表される等価な結晶面が優先配向し、 前記反強磁性層には少なくとも一部に双晶が形成され、
    少なくとも一部の前記双晶の双晶境界は、前記界面と非
    平行に形成されていることを特徴とする交換結合膜。
  4. 【請求項４】 前記双晶境界と前記界面間の内角は、６
    ８°以上で７６°以下である請求項３記載の交換結合
    膜。
  5. 【請求項５】 前記強磁性層は、前記界面と平行な方向
    に[１１１]面として表される等価な結晶面が優先配向し
    ている請求項３または４に記載の交換結合膜。
  6. 【請求項６】 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
    性材料で形成される請求項３ないし５のいずれかに記載
    の交換結合膜。
  7. 【請求項７】 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、さらに前記反強磁性層の下側
    に、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６のいずれかに記載の交換結合膜。
  8. 【請求項８】 前記シードレイヤは、ＮｉＦｅ合金、Ｎ
    ｉ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）、さらにはＮｉ−Ｙ合金で形成される請
    求項７記載の交換結合膜。
  9. 【請求項９】 前記シードレイヤは、組成式が（Ｎｉ
    1-xＦｅx）1-yＹy（ｘ，ｙは原子比率）で示され、原子
    比率ｘは０以上で０．３以下で、原子比率ｙは０以上で
    ０．５以下である請求項８記載の交換結合膜。
  10. 【請求項１０】 前記シードレイヤは常温で非磁性であ
    る請求項７ないし９のいずれかに記載の交換結合膜。
  11. 【請求項１１】 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
    ７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７ないし
    １１のいずれかに記載の交換結合膜。
  13. 【請求項１３】 前記反強磁性層は、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合
    金（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂ
    ｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃ
    ｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚ
    ｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，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）で形成されている請求項
    １ないし１２のいずれかに記載の交換結合膜。
  14. 【請求項１４】 前記Ｘ―Ｍｎ―Ｘ′合金は、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１３記載の交換結合膜。
  15. 【請求項１５】 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
    請求項１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１５
    のいずれかに記載の交換結合膜。
  17. 【請求項１７】 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し、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１６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。
  18. 【請求項１８】 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
    Ｔｗの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、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１６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。
  19. 【請求項１９】 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し、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１６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。
  20. 【請求項２０】 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Ｔｗの間隔を空けて反強磁性層が形成
    され、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１６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】 請求項１７ないし２０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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