JP2002299723A - Magnetoresistance effect element and thin-film magnetic head using the same - Google Patents
Magnetoresistance effect element and thin-film magnetic head using the sameInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の技術分野】本発明は、固定磁性層の固定磁化方
向と外部磁界の影響を受けるフリー磁性層の磁化の方向
との関係で電気抵抗が変化する磁気抵抗効果素子に係
り、特にフリー磁性層を2層に分断し、この2層の磁性
層の磁化(フェリ状態)をハードバイアス磁界に対して
安定した状態に保つことができる磁気抵抗効果素子及び
この磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッドに関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetoresistive element in which electric resistance changes according to a relation between a fixed magnetization direction of a fixed magnetic layer and a magnetization direction of a free magnetic layer affected by an external magnetic field, and more particularly to a free magnetic layer. A magnetoresistive element capable of dividing the layer into two layers and keeping the magnetization (ferri state) of the two magnetic layers stable against a hard bias magnetic field, and a thin film magnetic element using the magnetoresistive element About the head.
【0002】[0002]
【従来技術及びその問題点】図8は、従来のスピンバル
ブ型薄膜素子を記録媒体との対向面(ABS面)から見
たときの構造を示す断面図である。このスピンバルブ型
薄膜素子には、Ta(タンタル)などで形成された下地
層101の上に反強磁性層102が形成され、さらにこ
の反強磁性層102の上に固定磁性層103が形成され
ている。前記固定磁性層103は、前記反強磁性層10
2に接して形成されることにより、固定磁性層103と
反強磁性層102との界面にて交換結合磁界(交換異方
性磁界)が発生し、固定磁性層103の磁化は例えば図
中Y方向に固定される。2. Description of the Related Art FIG. 8 is a sectional view showing a structure of a conventional spin-valve type thin film element when viewed from a surface (ABS surface) facing a recording medium. In this spin-valve thin film element, an antiferromagnetic layer 102 is formed on a base layer 101 made of Ta (tantalum) or the like, and a fixed magnetic layer 103 is formed on the antiferromagnetic layer 102. ing. The fixed magnetic layer 103 includes the antiferromagnetic layer 10
2, an exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) is generated at the interface between the fixed magnetic layer 103 and the antiferromagnetic layer 102, and the magnetization of the fixed magnetic layer 103 is, for example, Y in FIG. Fixed in the direction.
【0003】固定磁性層103の上には、Cuなどで形
成された非磁性導電層104が形成され、さらに非磁性
導電層104の上には、フリー磁性層105が形成され
ている。このフリー磁性層105の両側には、例えばC
o−Pt合金で形成されたハードバイアス層106が形
成されており、このハードバイアス層106が図示X方
向に磁化されていることで、フリー磁性層105の磁化
が図示X方向に揃えられている。これにより、フリー磁
性層105の変動磁化と固定磁性層103の固定磁化と
が交叉する関係になっている。なお、同図中符号108
はCuなどで形成された導電層、109は保護層であ
る。A nonmagnetic conductive layer 104 made of Cu or the like is formed on the fixed magnetic layer 103, and a free magnetic layer 105 is formed on the nonmagnetic conductive layer 104. On both sides of the free magnetic layer 105, for example, C
The hard bias layer 106 made of an o-Pt alloy is formed, and the hard bias layer 106 is magnetized in the illustrated X direction, so that the magnetization of the free magnetic layer 105 is aligned in the illustrated X direction. . Thus, the variable magnetization of the free magnetic layer 105 and the fixed magnetization of the fixed magnetic layer 103 cross each other. Incidentally, reference numeral 108 in FIG.
Is a conductive layer formed of Cu or the like, and 109 is a protective layer.
【0004】このスピンバルブ型薄膜素子では、図示外
のハードディスクなどの記録媒体からの漏れ磁界によ
り、図示X方向に揃えられたフリー磁性層105の磁化
が変動すると、図示Y方向に固定された固定磁性層10
3の固定磁化との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵
抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの漏
れ磁界が検出される。In this spin-valve type thin-film element, when the magnetization of the free magnetic layer 105 aligned in the X direction shown in the figure fluctuates due to a leakage magnetic field from a recording medium such as a hard disk (not shown), the fixed pinned in the Y direction shown in the figure. Magnetic layer 10
The electric resistance changes in relation to the fixed magnetization of No. 3, and a leakage magnetic field from the recording medium is detected by a voltage change based on the change in the electric resistance value.
【0005】ところで、再生感度の向上などを図るた
め、フリー磁性層105の厚みを薄くすることが検討さ
れている。しかしながら、このように厚みを薄くするの
には制約があり、無制限には薄くできない。また、フリ
ー磁性層105の厚みを薄くすると、抵抗変化率(ΔR
/R)や抵抗変化(ΔR)が劣化するとともに、フリー磁
性層105の軟磁気特性が劣化する。特に、本発明者ら
によって、磁気抵抗変化率(ΔR/R)は、フリー磁性層
の膜厚が3nm前後で極大となることが判明している。By the way, in order to improve the reproduction sensitivity and the like, it has been studied to reduce the thickness of the free magnetic layer 105. However, there is a restriction in reducing the thickness in this way, and the thickness cannot be reduced without limitation. When the thickness of the free magnetic layer 105 is reduced, the rate of change in resistance (ΔR
/ R) and the change in resistance (ΔR) are degraded, and the soft magnetic characteristics of the free magnetic layer 105 are degraded. In particular, the present inventors have found that the magnetoresistance ratio (ΔR / R) becomes maximum when the thickness of the free magnetic layer is around 3 nm.
【0006】そこで、図9に示すように、実効的なフリ
ー磁性層厚が薄い状態での抵抗変化率(ΔR/R)や抵抗
変化(ΔR)を改善するために、フリー磁性層105が複
数層からなる積層フェリフリー型(シンセティックフェ
リフリー(以下、SFFとよぶ))の磁気抵抗効果素子が
各種提案されている。このSFFでは、第1のフリー磁
性層105Aと第2のフリー磁性層105Cの磁化が、
中間層105Bを介して反平行となるように結合してい
る。ここで、第1,第2のフリー磁性層105A,10
5Cの飽和磁化×膜厚の差が、フリー磁性層の実効的な
[(膜厚)×(飽和磁化)]となる。従って、第1,第2
のフリー磁性層105A,105Cの膜厚差を小さくす
ることにより、物理的なフリー磁性層厚を薄くすること
なしに、実効的なフリー磁性層厚を薄くして、再生感度
の向上をはかることができ、ΔR/R、ΔR、フリー層
の軟磁気特性の劣化が少ない、といった優れた特性が得
られるようになる。Therefore, as shown in FIG. 9, in order to improve the resistance change rate (ΔR / R) and the resistance change (ΔR) when the effective free magnetic layer is thin, a plurality of free magnetic layers 105 are provided. Various types of laminated ferri-free type (synthetic ferri-free (hereinafter, referred to as SFF)) magnetoresistive elements including layers have been proposed. In this SFF, the magnetizations of the first free magnetic layer 105A and the second free magnetic layer 105C are
They are connected so as to be antiparallel via the intermediate layer 105B. Here, the first and second free magnetic layers 105A, 105A
The difference between the saturation magnetization and the film thickness of 5C is the effective magnetization of the free magnetic layer.
[(Film thickness) × (saturation magnetization)]. Therefore, the first and second
By reducing the thickness difference between the free magnetic layers 105A and 105C, the effective free magnetic layer thickness can be reduced without increasing the physical free magnetic layer thickness, thereby improving the read sensitivity. As a result, excellent characteristics such as ΔR / R, ΔR, and little deterioration of the soft magnetic characteristics of the free layer can be obtained.
【0007】ところが、このSFFを有する磁気抵抗効
果素子では、ハードバイアス層との相性が良くなく、実
用化に至っていない。例えば、第1のフリー磁性層(以
下、F1層とよぶ)105A/中間層105B/第2の
フリー磁性層(以下、F2層とよぶ)105Cの各組成
が、NiFe/Ru/NiFeである磁気抵抗効果素子
が提案されている。しかしながら、この構成では、中間
層105BのRuに接する、F1層105A及びF2層
105Cの部分の材質がNiFeであって、F1層、F
2層間の反平行結合力は比較的弱いので、反平行状態が
崩れ始める、所謂「スピンフロップ磁界」が比較的小さ
い。However, the magnetoresistive effect element having the SFF is not compatible with the hard bias layer and has not been put to practical use. For example, the composition of each of the first free magnetic layer (hereinafter, referred to as F1 layer) 105A / intermediate layer 105B / second free magnetic layer (hereinafter, referred to as F2 layer) 105C is NiFe / Ru / NiFe. A resistance effect element has been proposed. However, in this configuration, the material of the F1 layer 105A and the F2 layer 105C in contact with Ru of the intermediate layer 105B is NiFe,
Since the anti-parallel coupling force between the two layers is relatively weak, the so-called “spin flop magnetic field” where the anti-parallel state starts to collapse is relatively small.
【0008】また、この構成では、トラックエッジ部近
傍でのハードバイアス磁界が強いため、図10に示すよ
うに、ハードバイアス磁界方向と逆方向を向くF1層1
05Aでの磁化がトラックエッジ近傍においてハードバ
イアス磁界とフラストレーションを起こし、F1層10
5Aの磁化分布に乱れを生じる。これにより、再生に寄
与するF2層105Cのトラックエッジの磁化も乱れて
しまい、再生波形やトラックプロファイルにひずみや不
安定性をもたらしているFurther, in this configuration, since the hard bias magnetic field near the track edge is strong, as shown in FIG. 10, the F1 layer 1 facing in the direction opposite to the hard bias magnetic field direction.
05A causes frustration with the hard bias magnetic field near the track edge, and the F1 layer 10
The magnetization distribution of 5A is disturbed. As a result, the magnetization of the track edge of the F2 layer 105C that contributes to the reproduction is also disturbed, causing distortion and instability in the reproduction waveform and the track profile.
【0009】そこで、本発明は、上記した事情に鑑み、
積層フェリフリー型(シンセティックフェリフリー構造
であっても、フリー磁性層のトラック幅方向のエッジ部
分近傍での磁化方向の乱れを発生することなしに、安定
した反平行状態を実現させることができ、延いては再生
特性の信頼度の高い磁気抵抗効果素子及びこの磁気抵抗
効果素子を用いた再生感度の高い薄膜磁気ヘッドを提供
することを目的とする。Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances,
Stacked ferri-free type (even with a synthetic ferri-free structure, it is possible to realize a stable anti-parallel state without generating disturbance in the magnetization direction near the edge of the free magnetic layer in the track width direction, It is another object of the present invention to provide a magnetoresistive element having high reliability in reproducing characteristics and a thin-film magnetic head having high reproducing sensitivity using the magnetoresistive element.
【0010】[0010]
【発明の概要】本発明は、磁気抵抗効果を発揮する多層
膜と、この多層膜のトラック幅方向両側の両側領域に設
けたハードバイアス層と、このハードバイアス層の上に
積層された電極層とを有する磁気抵抗効果素子であっ
て、前記多層膜に設けたフリー磁性層が第1磁性層/非
磁性中間層/第2磁性層の3層を有するシンセティック
フェリフリ−(SFF)構造を有し、前記非磁性中間層
がRuからなり、前記第1磁性層と第2磁性層の少なく
とも一方がCoFeNi合金からなり、前記CoFeN
i合金の組成比は、Feが9原子%以上17原子%以
下、Niが0.5原子%以上10原子%以下、残りがC
oからなることを特徴としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a multilayer film exhibiting a magnetoresistive effect, hard bias layers provided on both sides of the multilayer film in the track width direction, and an electrode layer laminated on the hard bias layer. Wherein the free magnetic layer provided in the multilayer film has a synthetic ferri-free (SFF) structure having three layers of a first magnetic layer / non-magnetic intermediate layer / second magnetic layer. The non-magnetic intermediate layer is made of Ru; at least one of the first magnetic layer and the second magnetic layer is made of a CoFeNi alloy;
The composition ratio of the i-alloy is as follows: Fe is at least 9 at.% and at most 17 at.
o.
【0011】前記多層膜は、反強磁性層と、前記反強磁
性層に接して形成され、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
固定磁性層と前記フリー磁性層の間に形成された非磁性
導電層とを有し、前記第2磁性層が前記非磁性導電層と
非磁性中間層の間に配置され、前記第1及び第2磁性層
が前記CoFeNi合金で形成できる。The multilayer film is formed in contact with the antiferromagnetic layer, and a fixed magnetic layer whose magnetization direction is fixed by an exchange anisotropic magnetic field with the antiferromagnetic layer; A nonmagnetic conductive layer formed between the pinned magnetic layer and the free magnetic layer, wherein the second magnetic layer is disposed between the nonmagnetic conductive layer and the nonmagnetic intermediate layer; The second magnetic layer may be formed of the CoFeNi alloy.
【0012】また、前記多層膜は、反強磁性層と、前記
反強磁性層に接して形成され、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、前記固定磁性層と前記フリー磁性層の間に形成され
た非磁性導電層とを有し、前記第2磁性層が前記非磁性
導電層と非磁性中間層の間に配置され、前記第2磁性層
がCoFeNi合金で形成されるとともに前記第1磁性
層がCoFe合金で形成できる。Further, the multilayer film is formed in contact with the antiferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer, and the magnetization direction is fixed by an exchange anisotropic magnetic field with the antiferromagnetic layer. And a nonmagnetic conductive layer formed between the fixed magnetic layer and the free magnetic layer, wherein the second magnetic layer is disposed between the nonmagnetic conductive layer and the nonmagnetic intermediate layer, The two magnetic layers may be formed of a CoFeNi alloy, and the first magnetic layer may be formed of a CoFe alloy.
【0013】また、この発明は、反強磁性層、この反強
磁性層に接して形成され反強磁性層との交換異方性によ
り磁化方向が固定される固定磁性層、前記固定磁性層と
非磁性導電層を挟んで形成されたフリー磁性層を有し、
磁気抵抗効果を発揮する多層膜と、この多層膜の両側領
域に設けたハードバイアス層と、このハードバイアス層
の上に積層された電極層とを有する磁気抵抗効果素子で
あって、前記多層膜に設けたフリー磁性層が第1磁性層
/非磁性中間層/第2磁性層の3層を有するシンセティ
ックフェリフリ−(SFF)構造を有し、前記第2磁性
層は前記非磁性導電層と非磁性中間層の間に配置され、
前記第2磁性層と非磁性導電層の間にCoFe合金から
なる磁性層が形成され、前記非磁性中間層がRuからな
るとともに第2磁性層がCoFeNiからなり、前記C
oFeNi合金の組成比は、Feが7原子%以上15原
子%以下、Niが5原子%以上15原子%以下、残りが
Coからなることを特徴とする。Further, the present invention provides an antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer formed in contact with the antiferromagnetic layer and having a magnetization direction fixed by exchange anisotropy with the antiferromagnetic layer. Having a free magnetic layer formed with a non-magnetic conductive layer interposed therebetween,
A magnetoresistive element having a multilayer film exhibiting a magnetoresistive effect, hard bias layers provided on both sides of the multilayer film, and an electrode layer laminated on the hard bias layer, wherein the multilayer film Has a synthetic ferri-free (SFF) structure having three layers of a first magnetic layer / a non-magnetic intermediate layer / a second magnetic layer, and the second magnetic layer is formed of a non-magnetic conductive layer and a non-magnetic conductive layer. Disposed between the non-magnetic intermediate layer,
A magnetic layer made of a CoFe alloy is formed between the second magnetic layer and the nonmagnetic conductive layer; the nonmagnetic intermediate layer is made of Ru; the second magnetic layer is made of CoFeNi;
The composition ratio of the oFeNi alloy is such that Fe is at least 7 at% and at most 15 at%, Ni is at least 5 at% and at most 15 at%, and the balance is Co.
【0014】前記フリー磁性層のトラック幅が、0.4
μm以下であって、ハードバイアス層の膜厚が20nm
から50nmであるのが好ましい。The track width of the free magnetic layer is 0.4
μm or less, and the thickness of the hard bias layer is 20 nm.
To 50 nm.
【0015】前記フリー磁性層のトラック幅が、0.3
μm以下であって、ハードバイアス層の膜厚が13nm
から40nmであるのが好ましい。The track width of the free magnetic layer is 0.3
μm or less, and the thickness of the hard bias layer is 13 nm.
To 40 nm.
【0016】前記フリー磁性層のトラック幅が、0.2
μm以下であって、ハードバイアス層の膜厚が10nm
から35nmであるのが好ましい。The track width of the free magnetic layer is 0.2
μm or less, and the thickness of the hard bias layer is 10 nm.
To 35 nm.
【0017】この発明の磁気抵抗効果素子は、前記多層
膜が、下から順に、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導
電層及びフリー磁性層を備えたボトム型スピンバルブ型
薄膜素子でもよい。The magnetoresistive element of the present invention may be a bottom-type spin-valve thin-film element in which the multilayer film includes, in order from the bottom, an antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, and a free magnetic layer. .
【0018】この発明の磁気抵抗効果素子は、前記多層
膜が、下から順に、フリー磁性層、非磁性導電層、固定
磁性層及び反強磁性層を備えたトップ型スピンバルブ型
薄膜素子でもよい。The magnetoresistive element of the present invention may be a top-type spin-valve thin-film element in which the multilayer film includes, in order from the bottom, a free magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, a fixed magnetic layer, and an antiferromagnetic layer. .
【0019】この発明の磁気抵抗効果素子は、前記多層
膜が、フリー磁性層と、このフリー磁性層の上下に形成
された非磁性導電層と、一方の非磁性導電層の上及び他
方の非磁性導電層の下に形成され、磁化方向が固定され
た固定磁性層と、一方の固定磁性層の上及び他方の固定
磁性層の下に形成された反強磁性層とを備えた構成でも
よい。In the magnetoresistive element according to the present invention, the multilayer film includes a free magnetic layer, a non-magnetic conductive layer formed above and below the free magnetic layer, and a non-magnetic conductive layer on one non-magnetic conductive layer and the other. A configuration including a fixed magnetic layer formed below the magnetic conductive layer and having a fixed magnetization direction, and an antiferromagnetic layer formed above one fixed magnetic layer and below the other fixed magnetic layer may be employed. .
【0020】前記反強磁性層の下又はフリー磁性層の下
に、シード層を形成するのが好ましい。Preferably, a seed layer is formed under the antiferromagnetic layer or under the free magnetic layer.
【0021】また,この発明の薄膜磁気ヘッドは、前記
磁気抵抗効果素子を備えたことを特徴とする。Further, a thin-film magnetic head according to the present invention is provided with the above-mentioned magnetoresistive effect element.
【0022】[0022]
【発明の実施形態】以下、この発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しながら説明する。図1はこの発明
に係る磁気抵抗効果素子の一つであるスピンバルブ型薄
膜素子2を記録媒体対向面(ABS面)側から見た断面
図、図2は図1のII-II線横断面の模式図である。この
スピンバルブ型薄膜素子2の上下には、図示外のギャッ
プ層を介してシールド層が形成されており、このスピン
バルブ型薄膜素子2、ギャップ層、シールド層で再生用
の薄膜磁気ヘッド(MRヘッド)を構成している。な
お、この再生用の薄膜磁気ヘッドの上(Z方向)には、
記録用のインダクティブヘッドが積層されていてもよ
い。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a spin-valve thin film element 2 which is one of the magnetoresistive elements according to the present invention, as viewed from a recording medium facing surface (ABS surface) side. FIG. FIG. A shield layer is formed above and below the spin-valve thin-film element 2 via a gap layer (not shown). The spin-valve thin-film element 2, the gap layer, and the shield layer are used for reproducing a thin-film magnetic head (MR). Head). In addition, above the thin-film magnetic head for reproduction (Z direction),
Inductive heads for recording may be stacked.
【0023】この薄膜磁気ヘッドは、図示外のハードデ
イ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おり、図示外のハードディスク
などの磁気記録媒体に記録されている記録磁気情報を検
出する。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、この磁気記録媒体からの漏れ磁
界の方向はY方向である。This thin-film magnetic head is provided at the trailing end of a floating slider provided on a hard disk device (not shown), and is provided on a magnetic recording medium such as a hard disk (not shown). Detect information. The moving direction of the magnetic recording medium such as a hard disk is the Z direction, and the direction of the leakage magnetic field from the magnetic recording medium is the Y direction.
【0024】図1および図2に示すスピンバルブ型薄膜
素子2は、反強磁性層22、固定磁性層23、非磁性導
電層24およびフリー磁性層25が1層ずつ形成され
た、いわゆるシングルスピンバルブ型薄膜素子であり、
最も下には、基板11が位置している。この基板11は
アルミナチタンカーバイト(Al203−TiC)などの
セラミックス材料で形成されている。この基板11の上
には、シールド層12が形成されている。The spin-valve thin film element 2 shown in FIGS. 1 and 2 has a so-called single-spin structure in which an antiferromagnetic layer 22, a fixed magnetic layer 23, a nonmagnetic conductive layer 24 and a free magnetic layer 25 are formed one by one. A valve-type thin film element,
The substrate 11 is located at the lowest position. The substrate 11 is formed of a ceramic material such as alumina titanium carbide (Al 2 0 3 -TiC). On this substrate 11, a shield layer 12 is formed.
【0025】この下部シールド層12は、スピンバルブ
型薄膜素子2の下部側において、再生すべき媒体上の記
録ビット以外からの磁界に対して磁気シールドを行うた
めのものであり、磁性材料で形成される。The lower shield layer 12 is provided on the lower side of the spin-valve type thin film element 2 to provide a magnetic shield for a magnetic field other than a recording bit on a medium to be reproduced, and is formed of a magnetic material. Is done.
【0026】さらに、この下部シールド層12の上部に
は、下部ギャップ層13が形成されている。この下部ギ
ャップ層13は、前記のスピンバルブ薄膜及び後述する
電極層34と下部シールド層12との間の電気的絶縁性
を確保するためのものであり、アルミナ(Al2O3)、
SiO2、Al−Si−Oなどが材料として使用されて
いる。Further, a lower gap layer 13 is formed above the lower shield layer 12. The lower gap layer 13 is for ensuring electrical insulation between the spin valve thin film and the electrode layer 34 described below and the lower shield layer 12, and includes alumina (Al 2 O 3 ),
Such as SiO 2, Al-SiO is used as a material.
【0027】そして、この下部ギャップ層13の中央部
の上面 (スピンバルブ型薄膜素子の形成面)の直上に
は、反強磁性層22、固定磁性層23、非磁性導電層2
4、フリー磁性層25等を積層させたスピンバルブ型薄
膜素子2が形成されている。なお、この実施形態では、
拡散防止のためCoFeやCoからなる拡散防止膜を、
非磁性導電層24とフリー磁性層25との間に介在させ
てないが、これを介在させてもよい。この拡散防止膜
は、後述の第2フリー磁性層の一部として機能する。な
お、このスピンバルブ型薄膜素子2の上面20aの幅寸
法(Tw)が光学的に測定した場合のトラック幅を構成
している。The antiferromagnetic layer 22, the pinned magnetic layer 23, and the nonmagnetic conductive layer 2 are located immediately above the upper surface (the surface on which the spin-valve thin film element is formed) of the central portion of the lower gap layer 13.
4. The spin-valve thin film element 2 in which the free magnetic layer 25 and the like are stacked is formed. In this embodiment,
To prevent diffusion, a diffusion prevention film made of CoFe or Co
Although it is not interposed between the nonmagnetic conductive layer 24 and the free magnetic layer 25, it may be interposed. This diffusion prevention film functions as a part of a second free magnetic layer described later. The width dimension (Tw) of the upper surface 20a of the spin-valve thin film element 2 constitutes a track width when optically measured.
【0028】このスピンバルブ型薄膜素子2は、図1,
2に示すように、シードレイヤ層21の上に、反強磁性
層22が形成され、この反強磁性層22の上に第1の固
定磁性層23Aが形成され、この第1の固定磁性層23
Aの上に、非磁性中間層23Bが形成され、さらにこの
非磁性中間層23Bの上に第2の固定磁性層23Cが形
成されている。そして、この第2の固定磁性層23Cの
上には、非磁性導電層24が形成されている。さらに、
この非磁性導電層24の上には第2のフリー磁性層25
Cが形成され、この第2のフリー磁性層25Cの上には
非磁性中間層25Bが形成され、さらにこの非磁性中間
層25Bの上に第1のフリー磁性層25Aが形成されて
いる。そして、この第1のフリー磁性層25Aの上に
は、Ta(タンタル)などにより保護層26が形成され
ている。This spin-valve thin film element 2 is shown in FIG.
2, an antiferromagnetic layer 22 is formed on the seed layer layer 21, a first fixed magnetic layer 23A is formed on the antiferromagnetic layer 22, and the first fixed magnetic layer 23A is formed on the antiferromagnetic layer 22. 23
A, a non-magnetic intermediate layer 23B is formed on A, and a second fixed magnetic layer 23C is formed on the non-magnetic intermediate layer 23B. The nonmagnetic conductive layer 24 is formed on the second pinned magnetic layer 23C. further,
On this nonmagnetic conductive layer 24, a second free magnetic layer 25
C is formed, a non-magnetic intermediate layer 25B is formed on the second free magnetic layer 25C, and a first free magnetic layer 25A is formed on the non-magnetic intermediate layer 25B. On the first free magnetic layer 25A, a protective layer 26 is formed of Ta (tantalum) or the like.
【0029】シードレイヤ層21は、下地層と、この上
に積層した非磁性材料あるいは磁性材料で形成された配
向層とで構成される。なお、このシードレイヤ層21
は、一層の非磁性材料あるいは磁性材料で形された配向
層のみで構成されていてもよいが、配向層の結晶配向を
整えるためには下地層が形成されている方が好ましい。
また、この下地層は、下部ギャップ層13とスピンバル
ブ型薄膜素子2の間の拡散防止機能を有している。一
方、配向層は、拡散防止作用は小さいが、スピンバルブ
型薄膜素子の結晶性、結晶配向性を向上させる作用を有
する。The seed layer 21 is composed of a base layer and an alignment layer formed of a non-magnetic material or a magnetic material laminated thereon. Note that this seed layer layer 21
May be composed of only one orientation layer formed of a nonmagnetic material or a magnetic material, but it is preferable that an underlayer is formed in order to adjust the crystal orientation of the orientation layer.
The underlayer has a function of preventing diffusion between the lower gap layer 13 and the spin-valve thin film element 2. On the other hand, the orientation layer has a small effect of preventing diffusion, but has an effect of improving the crystallinity and crystal orientation of the spin-valve thin film element.
【0030】下地層は、Ta(タンタル),Hf(ハフ
ニウム),Nb(ニオブ),Zr(ジルコニウム),T
i(チタン),Mo(モリブデン),W(タングステ
ン)のうち少なくとも1種又は2種以上で形成されるこ
とが好ましい。The underlayer is made of Ta (tantalum), Hf (hafnium), Nb (niobium), Zr (zirconium),
It is preferable to be formed of at least one or more of i (titanium), Mo (molybdenum), and W (tungsten).
【0031】一方、配向層は、上記のように磁性材料あ
るいは非磁性材料で形成されるが、特に高抵抗材料で形
成することが好ましい。この配向層は、例えばNiFe
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。このうち、配向層はNiFeCr
合金で形成されることがより好ましい。On the other hand, the alignment layer is formed of a magnetic material or a non-magnetic material as described above, but is preferably formed of a high resistance material. This alignment layer is made of, for example, NiFe.
Y alloy (Y is Cr, Rh, Ta, Hf, Nb,
Zr, Ti or at least one selected from Zr and Ti). Among them, the orientation layer is NiFeCr
More preferably, it is formed of an alloy.
【0032】また、配向層が高比抵抗であると、後述す
る電極層34から流れるセンス電流のシードレイヤ層2
1への分流を抑制することが可能である。これによって
抵抗変化率(ΔMR)を向上させることができ、また再
生波形の非対称性やバルクハウゼンノイズを減少させる
ことができる。If the orientation layer has a high specific resistance, the seed layer 2 of the sense current flowing from the electrode layer 34 described later is used.
It is possible to suppress the branch flow to 1. Thereby, the resistance change rate (ΔMR) can be improved, and the asymmetry of the reproduced waveform and Barkhausen noise can be reduced.
【0033】反強磁性層22は、PtMn合金で形成さ
れていることが好ましい。このPtMn合金は、従来、
反強磁性層22として使用されているNiMn合金やF
eMn合金などに比べて耐食性に優れており、しかもブ
ロッキング温度が高く、次に説明する固定磁性層23と
の界面での交換結合磁界(交換異方性磁界)も大きい。
また、PtMn合金に代えて、X−Mn(但し、Xは、
Pd,Ir,Rh,Ru,Osのいずれか1種または2
種以上の元素である)合金、或いはPt−Mn−X´
(但し、X´は、Pd,Ir,Rh,Ru,Os,A
u,Agのいずれか1種または2種以上の元素である)
合金で形成してもよい。なお、この反強磁性層22は8
0Å以上で300Å以下の膜厚で形成されることが好ま
しい。The antiferromagnetic layer 22 is preferably formed of a PtMn alloy. This PtMn alloy has conventionally been
NiMn alloy or Fn used as the antiferromagnetic layer 22
It is superior in corrosion resistance to eMn alloys and the like, has a high blocking temperature, and has a large exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with the fixed magnetic layer 23 described below.
Further, instead of the PtMn alloy, X-Mn (where X is
Any one of Pd, Ir, Rh, Ru, Os or 2
Alloy or Pt-Mn-X '
(Where X 'is Pd, Ir, Rh, Ru, Os, A
u or Ag is one or more elements)
It may be formed of an alloy. The antiferromagnetic layer 22 has a thickness of 8
It is preferable that the film is formed with a thickness of 0 ° or more and 300 ° or less.
【0034】固定磁性層23は、第1の固定磁性層23
A、非磁性中間層23Bおよび第2の固定磁性層23C
で構成されたシンセティックフェリピンド層(SFP)
で構成されているが、単層構造であってもよい。第1の
固定磁性層23Aおよび第2の固定磁性層23Cは、例
えばCoFe合金で形成されているが、Co膜、CoN
iFe合金、CoFe合金などで形成してもよい。な
お、非磁性中間層23Bは、Ru,Ir,Rh,Cu,
Crなどの材料で形成されている。The pinned magnetic layer 23 is composed of the first pinned magnetic layer 23
A, non-magnetic intermediate layer 23B and second pinned magnetic layer 23C
Synthetic Ferripind Layer (SFP)
, But may have a single-layer structure. The first pinned magnetic layer 23A and the second pinned magnetic layer 23C are made of, for example, a CoFe alloy.
It may be formed of an iFe alloy, a CoFe alloy, or the like. The nonmagnetic intermediate layer 23B is made of Ru, Ir, Rh, Cu,
It is formed of a material such as Cr.
【0035】第2のフリー磁性層25Cには、CoFe
Ni合金が組成を限定して使用されており、非磁性中間
層25Bには、Ru、Rh,Ir,Cu,Crなどが材
料として使用可能であるが、Ruが好ましい。第2のフ
リー磁性層25Cは、単層又は非磁性導電層24側に拡
散防止層としてCoFeを配したCoFe/CoFeN
iの2層構造としてもよい。第1のフリー磁性層25A
はCoFeNi合金単層を用いることが好ましいが、C
oFe単層でもよい。The second free magnetic layer 25C includes CoFe
A Ni alloy is used with a limited composition, and Ru, Rh, Ir, Cu, Cr, or the like can be used as a material for the nonmagnetic intermediate layer 25B, but Ru is preferable. The second free magnetic layer 25C is a single layer or a CoFe / CoFeN layer in which CoFe is disposed as a diffusion preventing layer on the nonmagnetic conductive layer 24 side.
i may be a two-layer structure. First free magnetic layer 25A
Preferably uses a single layer of CoFeNi alloy,
An oFe single layer may be used.
【0036】そして、トラック幅方向(X方向)につい
て、スピンバルブ型薄膜素子2のトラック幅Twの両側
領域には、下から順にバイアス下地層31、ハードバイ
アス層32、中間層33、電極層34がそれぞれ積層さ
れている。In the track width direction (X direction), the bias underlayer 31, the hard bias layer 32, the intermediate layer 33, and the electrode layer 34 are arranged in order from the bottom on both sides of the track width Tw of the spin-valve thin film element 2. Are respectively laminated.
【0037】このバイアス下地層31は、結晶構造が体
心立方構造(bcc構造)の金属膜で形成されることが
好ましい。なお、このときバイアス下地層31の結晶配
向は(200)面が優先配向するのが好ましい。具体的
には、Cr,W,Mo,Taのいずれか1種または2種
以上の元素で形成されることが好ましいが、特に、Cr
膜で形成することが好ましい。このCr膜は、ハードバ
イアス層32の結晶配向を整える機能に優れ、ハードバ
イアス層32の保磁力及び角形比を適切に大きくするこ
とができるからである。The bias underlayer 31 is preferably formed of a metal film having a body-centered cubic structure (bcc structure). In this case, the crystal orientation of the bias underlayer 31 is preferably such that the (200) plane is preferentially oriented. Specifically, it is preferably formed of one or more of Cr, W, Mo, and Ta elements.
It is preferable to form a film. This is because the Cr film has an excellent function of adjusting the crystal orientation of the hard bias layer 32, and can appropriately increase the coercive force and the squareness ratio of the hard bias layer 32.
【0038】次に、このバイアス下地層31上にはハー
ドバイアス層32が形成される。このハードバイアス層
32は、CoPt合金やCoPtCr合金などの硬磁性
材料で形成される。Next, a hard bias layer 32 is formed on the bias underlayer 31. This hard bias layer 32 is formed of a hard magnetic material such as a CoPt alloy or a CoPtCr alloy.
【0039】さらに、このハードバイアス層32上に
は、中間層33を介して電極層34が形成される。な
お、この電極層34の上には、図示外の保護層が形成さ
れる。中間層33には、Ta,Cr,Wなどが使用され
ており、電極層34には、Au、Ta、Cr、Rh、W
などが一般に使用されている。また、保護層には、Ta
が使用されている。Further, an electrode layer 34 is formed on the hard bias layer 32 via an intermediate layer 33. Note that a protective layer (not shown) is formed on the electrode layer 34. The intermediate layer 33 is made of Ta, Cr, W, or the like, and the electrode layer 34 is made of Au, Ta, Cr, Rh, W
Are commonly used. In addition, Ta is used for the protective layer.
Is used.
【0040】このように形成されたスピンバルブ型薄膜
素子2の上には、例えば下部ギャップ層13と同じアル
ミナ(Al2O3),SiO2,Al−Si−Oなどの電
気的に絶縁性の材料を使用して上部ギャップ層が形成さ
れ、この上部ギャップ層の上には磁性材料を使用して上
部シールド層が形成される。On the spin-valve thin film element 2 formed in this manner, an electrically insulating material such as alumina (Al 2 O 3 ), SiO 2 , Al—Si—O, for example, which is the same as the lower gap layer 13, is formed. The upper gap layer is formed using the above material, and the upper shield layer is formed on the upper gap layer using a magnetic material.
【0041】次に、この実施形態に係る特徴的構成につ
いて説明する。先ず、固定磁性層23については、第1
の固定磁性層23A及び第2の固定磁性層23Cには、
それぞれ、図1及び図2に記号及び矢印でその大きさ及
び方向を示す磁気モーメント(磁気的な厚み)Mが作用
している。この単位面積当たりの磁気モーメント(M)
は、その大きさが、飽和磁化(Ms)と膜厚(t)との
積、即ち、次式 M=Ms・t ・・・・・・(1) で定義され、磁気的な厚みとも呼ばれているものであ
る。Next, a characteristic configuration according to this embodiment will be described. First, regarding the fixed magnetic layer 23, the first
In the fixed magnetic layer 23A and the second fixed magnetic layer 23C,
A magnetic moment (magnetic thickness) M, whose size and direction is indicated by symbols and arrows in FIGS. 1 and 2, respectively, is acting. This magnetic moment per unit area (M)
Is defined as the product of the saturation magnetization (Ms) and the film thickness (t), that is, the following equation: M = Ms · t (1) It is what has been.
【0042】第1の固定磁性層23Aと第2の固定磁性
層23Cとは、前述したように、同じ材質、例えばCo
Fe合金で形成されているが、第2の固定磁性層23C
の膜厚tp2の方が第1の固定磁性層23Aの膜厚tp
1よりも厚く形成されているので、第2の固定磁性層2
3Cの方が第1の固定磁性層23Aの方よりも磁気モー
メントの大きさが大きい。なお、第1の固定磁性層及び
第2の固定磁性層は、異なる大きさの磁気モーメントを
有することが必要となっており、従って第1の固定磁性
層の厚さの方が、第2の固定磁性層の厚さよりも厚く形
成されていてもよい。As described above, the first pinned magnetic layer 23A and the second pinned magnetic layer 23C are made of the same material, for example, Co.
Although it is formed of an Fe alloy, the second pinned magnetic layer 23C
Is larger than the film thickness tp of the first pinned magnetic layer 23A.
1, the second pinned magnetic layer 2
3C has a larger magnetic moment than the first pinned magnetic layer 23A. Note that the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer need to have magnetic moments of different magnitudes, so that the thickness of the first pinned magnetic layer is It may be formed thicker than the thickness of the fixed magnetic layer.
【0043】第1の固定磁性層23Aは、ハイト(+
Y)方向、つまりABS面から離れる方向に磁化されて
おり、非磁性中間層23Bを介して対向する第2の固定
磁性層23Aは、第1の固定磁性層23Aの磁化方向と
は反平行(−Y)方向に磁化されている。この第1の固
定磁性層23Aは、反強磁性層22に接して形成されて
おり、磁場中アニール(熱処理)を施すことにより、第
1の固定磁性層23Aと反強磁性層22との界面にて交
換結合磁界(交換異方性磁界)が発生し、第1の固定磁
性層23Aの磁化方向が固定される。この第1の固定磁
性層23Aの磁化方向が、例えばハイト(+Y)方向に
固定されると、非磁性中間層23Bを介して対向する第
2の固定磁性層23Cの磁化方向は、第1の固定磁性層
23Aの磁化と反平行の状態で固定される。The first fixed magnetic layer 23A has a height (+
The second pinned magnetic layer 23A, which is magnetized in the Y) direction, that is, in the direction away from the ABS plane, and faces through the nonmagnetic intermediate layer 23B, is antiparallel to the magnetization direction of the first pinned magnetic layer 23A ( It is magnetized in the −Y) direction. The first pinned magnetic layer 23A is formed in contact with the antiferromagnetic layer 22. By performing annealing (heat treatment) in a magnetic field, the interface between the first pinned magnetic layer 23A and the antiferromagnetic layer 22 is formed. Generates an exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field), and the magnetization direction of the first fixed magnetic layer 23A is fixed. When the magnetization direction of the first fixed magnetic layer 23A is fixed, for example, in the height (+ Y) direction, the magnetization direction of the second fixed magnetic layer 23C opposed to the first fixed magnetic layer 23C via the non-magnetic intermediate layer 23B becomes the first magnetization direction. It is fixed in a state antiparallel to the magnetization of the fixed magnetic layer 23A.
【0044】交換結合磁界が大きいほど、第1の固定磁
性層23Aの磁化と第2の固定磁性層23Cの磁化を安
定して反平行状態に保つことが可能であり、特にこの発
明では反強磁性層22としてブロッキング温度が高く、
しかも第1の固定磁性層23Aとの界面で大きい交換結
合磁界を発生させるPtMn合金を使用することで、第
1の固定磁性層23A及び第2の固定磁性層23Cの磁
化状態を熱的に安定して保つことができる。As the exchange coupling magnetic field increases, the magnetization of the first pinned magnetic layer 23A and the magnetization of the second pinned magnetic layer 23C can be more stably maintained in the antiparallel state. The magnetic layer 22 has a high blocking temperature,
Moreover, by using a PtMn alloy that generates a large exchange coupling magnetic field at the interface with the first fixed magnetic layer 23A, the magnetization states of the first fixed magnetic layer 23A and the second fixed magnetic layer 23C are thermally stabilized. You can keep it.
【0045】次に、フリー磁性層25については、第1
のフリー磁性層25A及び第2のフリー磁性層25Cに
は、それぞれ、図1及び図2に矢印及び記号でその大き
さ及び方向を示す磁気モーメント(磁気的な厚み)が作
用している。ここでの磁気モーメントMも、前述した固
定磁性層の場合と同様に、飽和磁化(Ms)と膜厚
(t)との積、即ち、次式 M=Ms・t ・・・・・・(1´) で定義されている。Next, regarding the free magnetic layer 25, the first
The free magnetic layer 25A and the second free magnetic layer 25C have magnetic moments (magnetic thicknesses) whose sizes and directions are indicated by arrows and symbols in FIGS. 1 and 2, respectively. The magnetic moment M here is also the product of the saturation magnetization (Ms) and the film thickness (t), that is, the following equation: M = Ms · t (similar to the case of the fixed magnetic layer described above). 1 ′).
【0046】ここで、第1のフリー磁性層25A及び第
2のフリー磁性層25Cは、組成が同一(単層からな
る)である場合は、飽和磁化(Ms)も物性的にほぼ同
一であり、膜厚(t)の厚い方が磁気モーメント(M)
が大きくなる。この場合、第2のフリー磁性層25Cの
方を厚くしてあるから、図1に示すように、その磁気モ
ーメント(M)の大きさも大きくなっている。Here, when the first free magnetic layer 25A and the second free magnetic layer 25C have the same composition (consisting of a single layer), the saturation magnetization (Ms) is also substantially the same in physical properties. , The thicker the film thickness (t) is the magnetic moment (M)
Becomes larger. In this case, since the thickness of the second free magnetic layer 25C is larger, the magnitude of the magnetic moment (M) is also larger as shown in FIG.
【0047】このようなフリー磁性層25の磁化曲線を
図3に示す。図3の横軸は外部印加磁界Hであって、縦
軸は磁化Mである。ここで、印加磁界の絶対値がH
SF(スピンフロップ磁界)以内であれば反平行状態が保た
れるので、この範囲においてはMstが、|Mst(F
2)−Mst(F1)|である小さなMstを持つ1つ
の人工フェリ磁性体として振るまう。FIG. 3 shows a magnetization curve of such a free magnetic layer 25. The horizontal axis in FIG. 3 is the externally applied magnetic field H, and the vertical axis is the magnetization M. Here, the absolute value of the applied magnetic field is H
Since the antiparallel state is maintained within SF (spin flop magnetic field), Mst is | Mst (F
2) Act as one artificial ferrimagnetic material having a small Mst of −Mst (F1) |.
【0048】また、ハードバイアス層32については、
フリー磁性層25との間で、以下の条件が必要である。 ハードバイアス層32のフリー磁性層25に作用する
磁界(以下、ハードバイアス磁界とよぶ)の強さ(H)
が、記録媒体からの磁界によってフリー磁性層25の磁
化がスムースに回転し、バルクハンゼンノイズなどの再
生波形の不安定性をもたらさずに必要な再生信号を得る
ために、フリー磁性層25のトラック幅方向の中間部で
最低値(この最低値はトラック幅Twに応じて変動す
る、H少)を下回らないこと、
……(α条件)が必要であり、かつ、 フリー磁性層25のトラック幅方向のエッジ部で磁化
に乱れを生じない(交換結合を乱さないようにし、トラ
ックプロファイルの乱れや再生波形の不安定性を引き起
こすフリー磁性層25内の磁化分布の不均一性を起こさ
ないようにする)ようにするために、トラック幅方向で
のエッジ部近傍におけるハードバイアス磁界Hmax
は、フリー磁性層25が互いに反平行状態を保持してい
られる磁界(即ち、スピンフロップ磁界Hsf)を上回ら
ないようにすること……(β条件)が必要である。な
お、このスピンフロップ磁界(Hsf)の値はフリー磁
性層25の組成に依存する。Further, regarding the hard bias layer 32,
The following conditions are required between the free magnetic layer 25 and the free magnetic layer 25. The intensity (H) of a magnetic field (hereinafter, referred to as a hard bias magnetic field) acting on the free magnetic layer 25 of the hard bias layer 32
However, the magnetization of the free magnetic layer 25 is smoothly rotated by the magnetic field from the recording medium, and a track width of the free magnetic layer 25 is obtained in order to obtain a required reproduction signal without causing instability of a reproduction waveform such as bulk Hansen noise. In the middle part of the direction does not fall below a minimum value (this minimum value varies according to the track width Tw, a small amount of H);
... (Α condition) is required, and magnetization is not disturbed at the edge portion of the free magnetic layer 25 in the track width direction (to prevent disturbance of exchange coupling, disturbance of track profile and instability of reproduced waveform) In order to prevent non-uniformity of the magnetization distribution in the free magnetic layer 25 which causes the hard bias magnetic field Hmax near the edge in the track width direction.
Requires that the free magnetic layer 25 does not exceed a magnetic field (that is, a spin-flop magnetic field Hsf) that can maintain the antiparallel state with each other (β condition). The value of the spin flop magnetic field (Hsf) depends on the composition of the free magnetic layer 25.
【0049】一方、ハードバイアス膜32のスピンバル
ブ膜との接合形状などが一定である場合、フリー磁性層
25のトラック幅方向の中間部でのハードバイアス磁界
の強さ(H)の強さは、次式(2) H∝tb/Rn =K・(tb/R) ・・・・・・(2) 但し、tb;ハードバイアス層32の膜厚 R;ハードバイアス層32からの距離(=Tw/2) K;比例定数 n;1〜2(integer) を満足することが知られている。なお、ここでは、フリ
ー磁性層25のX方向の長さ寸法が、物理的な(光学的
な)トラック幅Twとして定義されている。On the other hand, when the joint shape of the hard bias film 32 with the spin valve film is constant, the intensity (H) of the hard bias magnetic field at the intermediate portion of the free magnetic layer 25 in the track width direction is And the following equation (2): H∝tb / R n = K · (tb / R) (2) where tb: film thickness of the hard bias layer 32 R; distance from the hard bias layer 32 (= Tw / 2) K: proportional constant n: 1 It is known to satisfy 22 (integer). Here, the length dimension in the X direction of the free magnetic layer 25 is defined as a physical (optical) track width Tw.
【0050】従って、この(2)式より、フリー磁性層2
5のトラック幅方向の中間部でのハードバイアス磁界の
強さ(H)の強さが一定の場合、ハードバイアス層32
間の距離(R)、つまり、トラック幅Twを狭めれば、
ハードバイアス層32の膜厚(tb)も薄くてよいこと
がわかる。例えばこの実施形態では、具体的には、トラ
ック幅Twが0.4μmのときにはハードバイアス層3
2の膜厚の下限が20nmであり、トラック幅Twが
0.3μmのときにはハードバイアス層32の膜厚の下
限が13nmである。トラック幅Twが0.2μmのと
きにはハードバイアス層32の膜厚の下限が10nmで
ある。Therefore, from the expression (2), the free magnetic layer 2
In the case where the strength (H) of the hard bias magnetic field at the intermediate portion in the track width direction is constant, the hard bias layer 32
If the distance (R) between them, that is, the track width Tw is reduced,
It is understood that the thickness (tb) of the hard bias layer 32 may be small. For example, in this embodiment, specifically, when the track width Tw is 0.4 μm, the hard bias layer 3
2 has a lower limit of 20 nm, and when the track width Tw is 0.3 μm, the lower limit of the thickness of the hard bias layer 32 is 13 nm. When the track width Tw is 0.2 μm, the lower limit of the thickness of the hard bias layer 32 is 10 nm.
【0051】ところで、後述するように、この発明で
は、フリー磁性層25のトラック幅Tw、換言すれば、
ハードバイアス層32間の距離(R)は一定範囲に狭め
るように構成しており、その分、ハードバイアス層32
の膜厚(tb)を薄くしても、ハードバイアス磁界の強
さ(H)を所要の大きさに確保することが可能となって
いる。つまり、ハードバイアス層32間の距離(R)を
狭めれば、ハードバイアス層32の膜厚(tb)が薄く
ても、フリー磁性層25のトラック幅方向中間部でのハ
ードバイアス磁界の強さ(H)を一定に確保することが
できるわけである。As will be described later, according to the present invention, the track width Tw of the free magnetic layer 25, in other words,
The distance (R) between the hard bias layers 32 is configured to be narrowed to a certain range.
Even if the film thickness (tb) is reduced, the strength (H) of the hard bias magnetic field can be secured to a required magnitude. In other words, if the distance (R) between the hard bias layers 32 is reduced, the strength of the hard bias magnetic field at the intermediate portion of the free magnetic layer 25 in the track width direction is obtained even if the thickness (tb) of the hard bias layer 32 is small. (H) can be kept constant.
【0052】次に、良好な再生特性を(熱的に)安定し
た状態で維持しつつ、フリー磁性層25のトラック幅方
向のエッジ部近傍で、従来発生していた(図10に示
す)磁化の乱れ(フラストレーション)を防止するための
条件について、図4を参照しながら説明する。この図4
には、横軸にトラック幅Tw、縦軸に磁界をとり、フリ
ー磁性層25がハードバイアス層32から受ける磁界
(Hmax)及びフリー磁性層25のスピンフロップ磁
界(Hsf)を併記した。なお、(Hmax)は前述し
たの条件を満たすために最低限必要なハードバイアス
層32の厚さを付けた場合のトラックエッジ近傍の磁界
である。Next, while maintaining good reproducing characteristics in a (thermally) stable state, the magnetization (shown in FIG. 10) which has conventionally occurred (shown in FIG. 10) near the edge portion of the free magnetic layer 25 in the track width direction. The conditions for preventing the disturbance (frustration) will be described with reference to FIG. This FIG.
The horizontal axis indicates the track width Tw and the vertical axis indicates the magnetic field. The magnetic field (Hmax) received by the free magnetic layer 25 from the hard bias layer 32 and the spin-flop magnetic field (Hsf) of the free magnetic layer 25 are also shown. (Hmax) is the magnetic field near the track edge when the minimum required thickness of the hard bias layer 32 is provided to satisfy the above-described condition.
【0053】ハードバイアス磁界の強さ(H)は、記
録媒体からの磁界によってフリー磁性層25の磁化がス
ムースに回転し、バルクハウゼンノイズ等の再生波形の
歪みや不安定性をもたらさずに必要な再生信号を得るた
めに、フリー磁性層25のトラック幅方向の中間部で最
低値(H0)を下回らないように設定されている。ま
た、このハードバイアス磁界の強さ(H)は、(2)式
からトラック幅Twの広狭に応じて変動する。従って、
前述した条件αを定式化すると、 H>H0・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(α) ここで、H0;(一定)定数The strength (H) of the hard bias magnetic field is necessary without causing the magnetization of the free magnetic layer 25 to rotate smoothly due to the magnetic field from the recording medium and causing distortion or instability of the reproduction waveform such as Barkhausen noise. In order to obtain a reproduced signal, the free magnetic layer 25 is set so as not to fall below the minimum value (H0) at an intermediate portion in the track width direction. Further, the strength (H) of the hard bias magnetic field varies according to the width of the track width Tw from the equation (2). Therefore,
Formulating the above condition α, H> H0 (α) where H0; (constant) constant
【0054】また、フリー磁性層25のトラック幅方
向のエッジ部近傍における、即ちハードバイアス層32
と近接する部分におけるハードバイアス磁界Hmax
は、次式(3)で与えられる。 Hmax∝tb =K´・tb ・・・・・・(3) 但し、tb;ハードバイアス層32の膜厚 K´;比例定数In the vicinity of the edge of the free magnetic layer 25 in the track width direction, that is, the hard bias layer 32
Bias magnetic field Hmax in the portion close to
Is given by the following equation (3). Hmax @ tb = K ′ · tb (3) where tb: film thickness of the hard bias layer 32 K ′: proportional constant
【0055】前述の(2)式からわかるように、トラッ
ク幅Twが広いときには、必要なH(>H0)を得るた
めには、厚いハードバイアス層厚tbが要求される。こ
れによって、トラックエッジ近傍でのハードバイアス磁
界は大きくなる。換言すれば、トラック幅方向の中間部
での磁界Hが同じであっても、トラック幅の狭いほうが
トラックエッジ近傍での磁界Hmaxを小さくできるわ
けである。この磁界Hmaxはフリー磁性層25のスピ
ンフロップ磁界(Hsf)を越えてはならない(β条
件)。これを定式化すれば、 Hmax<Hsf ・・・・・・(β) が成立する。As can be seen from the above equation (2), when the track width Tw is wide, a large hard bias layer thickness tb is required to obtain the required H (> H0). This increases the hard bias magnetic field near the track edge. In other words, even if the magnetic field H is the same in the middle part in the track width direction, the smaller the track width, the smaller the magnetic field Hmax near the track edge. This magnetic field Hmax must not exceed the spin flop magnetic field (Hsf) of the free magnetic layer 25 (β condition). By formulating this, Hmax <Hsf (.beta.) Holds.
【0056】フリー磁性層25の第1のフリー磁性層
25Aおよび第2のフリー磁性層25Cは、その組成を
CoFeNiで構成している。これにより、従来フリー
磁性層に使用されていたNiFeを組成とするものに比
べて、許容される最大の磁界の強さ、即ちスピンフロッ
プ磁界(Hsf)の強さを、例えばNiFeの場合に
は、59(kA/m)(図4において破線で示す)か
ら、C、例えばCoFeNiの場合、293(kA/
m)(図4において一点鎖線で示す条件β)へ、大幅に
増大(底上げ)させることができる。The composition of the first free magnetic layer 25A and the second free magnetic layer 25C of the free magnetic layer 25 is made of CoFeNi. As a result, the maximum allowable magnetic field strength, that is, the strength of the spin-flop magnetic field (Hsf) is made smaller than that of the conventional free magnetic layer having a composition of NiFe. , 59 (kA / m) (indicated by a broken line in FIG. 4), from the case of C, for example, CoFeNi, 293 (kA / m).
m) (condition β shown by a dashed line in FIG. 4) can be greatly increased (raised to the bottom).
【0057】この場合、前記Hmax<Hsfを満足す
るハードバイアス膜厚はおよそ50nm以下となる。し
かし、トラック幅が狭いときには、ハードバイアス膜厚
が50nmであると再生感度が低下するため、トラック
幅が0.3μm以下のときは40nm以下、またトラッ
ク幅が0.2μm以下のときは35nm以下にするのが
好ましい。In this case, the hard bias film thickness satisfying the condition of Hmax <Hsf is about 50 nm or less. However, when the track width is narrow, the reproduction sensitivity is reduced when the hard bias film thickness is 50 nm. Therefore, when the track width is 0.3 μm or less, 40 nm or less, and when the track width is 0.2 μm or less, 35 nm or less. It is preferred that
【0058】また、の条件αの式、H>H0に(2)
式を代入すると、 K・(tb/Rn)>H0 (3)式より、tb=Hmax/K´なので、 (K/K´)・(Hmax/Rn)>H0 RをTw/2で置き換えると、条件αの式は以下のよう
になる。 Hmax>K´´・Tw ・・・・・・(α´) 但し、n;1〜2(integer) K´´;定数(=(k´・H0)/(2n・K))In addition, the expression of the condition α, H> H0 (2)
Substituting equation, than K · (tb / R n) > H0 (3) equation, since tb = Hmax / K', with (K / K') · (Hmax / R n)> the H0 R Tw / 2 In other words, the expression of the condition α is as follows. Hmax> K ″ · Tw (α ′) where n; 1-2 (integer) K ″; constant (= (k ′ · H0) / (2 n · K))
【0059】従来のNiFeを用いたフリー磁性層で
は、Hsfが小さいがゆえに、(α´)式と(β)式を
同時に満足する領域が存在しなかった。しかしながら、
本発明では、Hsfを高めることができるため、図4に
斜線で示す領域が、、の条件、即ち(α´)式と
(β)式との条件式を同時に満足する領域が確保できる
ようになる。なお、このハードバイアス層32では、図
1において、右向きのハードバイアス磁界をフリー磁性
層25に印加しているが、前述したようにトラック幅が
狭い場合には、ハードバイアス層32を薄膜化させるこ
とが可能なので、トラックエッジ部分に作用するハード
バイアス磁界の強さも減少できる。In the conventional free magnetic layer using NiFe, since Hsf was small, there was no region satisfying the equations (α ′) and (β) at the same time. However,
In the present invention, since the Hsf can be increased, the shaded region in FIG. 4 can ensure a region that satisfies the condition (2), that is, the condition (α ′) and the condition (β) at the same time. Become. In the hard bias layer 32, a rightward hard bias magnetic field is applied to the free magnetic layer 25 in FIG. 1, but when the track width is narrow as described above, the hard bias layer 32 is thinned. Therefore, the intensity of the hard bias magnetic field acting on the track edge portion can be reduced.
【0060】これにより、記録媒体からの磁界によって
フリー磁性層25内の磁化がスムースに回転する良好な
再生感度特性を維持しつつ、トラックエッジ部分近傍で
の第1フリー磁性層25A及び第2フリー磁性層25C
での磁化の乱れ(フラストレーション)を防止すること
が可能である。図5に物理的トラック幅(光学的トラッ
ク幅)が0.4μmの場合の第1フリー磁性層25A及
び第2フリー磁性層25Cでの磁化方向の分布の磁界シ
ュミレーション結果を示す。ここで、第1フリー磁性層
25Aは、Co87Fe11Ni2で、膜厚1.4nm、第
2フリー磁性層25Cは、Co87Fe11Ni2で、膜厚
は2.4nm、ハードバイアス層32は、CoPt合金
で、膜厚が40nm、全磁束は残留磁化(Mr)×膜厚
(nm)で、38(T×nm)の場合を示したものであ
る。この図5より、従来例を示す図10と比べてトラッ
クエッジ部近傍での第1フリー磁性層25A及び第2フ
リー磁性層25Cでの磁化の乱れ(フラストレーショ
ン)が抑えられていることが分かる。As a result, the first free magnetic layer 25A and the second free magnetic layer 25A near the track edge are maintained while maintaining good reproduction sensitivity characteristics in which the magnetization in the free magnetic layer 25 rotates smoothly due to the magnetic field from the recording medium. Magnetic layer 25C
It is possible to prevent the disturbance (frustration) of the magnetization in. FIG. 5 shows the results of a magnetic field simulation of the distribution of the magnetization direction in the first free magnetic layer 25A and the second free magnetic layer 25C when the physical track width (optical track width) is 0.4 μm. Here, the first free magnetic layer 25A is made of Co 87 Fe 11 Ni 2 and has a thickness of 1.4 nm, the second free magnetic layer 25C is made of Co 87 Fe 11 Ni 2 and has a thickness of 2.4 nm and has a hard bias. The layer 32 is made of a CoPt alloy and has a thickness of 40 nm, and the total magnetic flux is a remanent magnetization (Mr) × the thickness (nm) of 38 (T × nm). 5 that the disturbance (frustration) of the magnetization in the first free magnetic layer 25A and the second free magnetic layer 25C near the track edge portion is suppressed as compared with FIG. 10 showing the conventional example. .
【0061】なお、フリー磁性層25に用いるCoFe
Ni合金の組成割合は、限定するのがよい。これは、以
下によるものである。例えばSFF構造が、CoFeN
i/Ru/CoFeNiの場合、非磁性中間層と接触す
ることにより、CoFeNiの磁歪は1〜6ppm正側
に変化する。そこで、この変化を考慮に入れ、組成範囲
を下記のように限定する。 (i)Fe>17原子%(以下、「at%」と略す)の
場合には、磁歪が負に大きくなり過ぎるとともに、軟磁
性特性が劣化する。 (ii)Fe<9at%の場合には、磁歪が正に大きくな
り過ぎるととともに、軟磁性特性が劣化する。 (iii)Ni>10at%の場合には、磁歪が正に大き
くなるととともに、非磁性導電層(Cu)とNiの拡散
などによりΔR、ΔR/Rが劣化する。特性が劣化す
る。 (iv)Ni<0.5at%の場合には、磁歪が負に大き
くなる。The CoFe used for the free magnetic layer 25
The composition ratio of the Ni alloy is preferably limited. This is due to the following. For example, if the SFF structure is CoFeN
In the case of i / Ru / CoFeNi, the magnetostriction of CoFeNi changes to a positive side of 1 to 6 ppm by contact with the nonmagnetic intermediate layer. Therefore, taking this change into account, the composition range is limited as follows. (I) When Fe> 17 at% (hereinafter abbreviated as “at%”), the magnetostriction becomes too negative and the soft magnetic properties deteriorate. (Ii) If Fe <9 at%, the magnetostriction becomes too large and the soft magnetic properties deteriorate. (Iii) When Ni> 10 at%, the magnetostriction becomes positive, and ΔR and ΔR / R deteriorate due to diffusion of the nonmagnetic conductive layer (Cu) and Ni. The characteristics deteriorate. (Iv) When Ni <0.5 at%, the magnetostriction becomes negatively large.
【0062】このような事情から、CoFeNi合金の
組成範囲は、 9at%≦Fe≦17at%以下、 0.5at%≦Ni≦10at%以下 残りがCoからなる。また、このCoFeNi合金の組
成範囲とすることにより、フリー磁性層を構成するCo
FeNi合金膜の磁歪定数を−3×10-6以上で、+3
×10-6以下の範囲に保磁力を790(A/m)以下と
することができる。磁歪が大きいと、成膜ひずみや、他
層間での熱膨張係数の差などによって応力の影響(磁気
弾性効果又は逆磁歪効果)を受けやすくなり、薄膜プロ
セス中の熱処理によって生じる熱応力等で、フリー磁性
層25や磁化方向が乱れてしまうので、磁歪の絶対値は
小さい方が好ましい。また、保磁力は小さいことが好ま
しく、保磁力を790(A/m)以下に抑えることによ
って、信号磁界に対する磁化反転を良好にでき、つまり
は良好な軟磁気特性を得ることができるわけである。Under these circumstances, the composition range of the CoFeNi alloy is 9 at% ≦ Fe ≦ 17 at% or less, 0.5 at% ≦ Ni ≦ 10 at% or less, with the balance being Co. Further, by setting the composition range of the CoFeNi alloy, the Co magnetic constituting the free magnetic layer can be formed.
When the magnetostriction constant of the FeNi alloy film is −3 × 10 −6 or more, +3
The coercive force can be set to 790 (A / m) or less within a range of × 10 -6 or less. If the magnetostriction is large, the film is likely to be affected by stress (magnetoelastic effect or inverse magnetostriction effect) due to film forming strain or a difference in thermal expansion coefficient between other layers. Since the free magnetic layer 25 and the magnetization direction are disturbed, it is preferable that the absolute value of the magnetostriction is small. Further, the coercive force is preferably small. By suppressing the coercive force to 790 (A / m) or less, magnetization reversal with respect to a signal magnetic field can be improved, that is, good soft magnetic characteristics can be obtained. .
【0063】なお、この発明では、非磁性導電層24と
第2のフリー磁性層25Cとの間に、CoFeからなる
拡散防止膜を設ける構成、つまり非磁性導電層24から
第1のフリー磁性層25Aまでの各層を構成する原子
が、Cu/CoFe/CoFeNi/Ru/CoFeN
iでもよいが、この場合には、以下のような組成割合に
限定するのがよい。即ち、CoFeNi合金の好ましい
組成範囲は、 7at%≦Fe≦15at% 5at%≦Ni≦15at% 残りがCoである(但し、厳密には、CoFeNi層厚
による)。In the present invention, the diffusion preventing film made of CoFe is provided between the nonmagnetic conductive layer 24 and the second free magnetic layer 25C, that is, the nonmagnetic conductive layer 24 is connected to the first free magnetic layer 25C. The atoms constituting each layer up to 25A are Cu / CoFe / CoFeNi / Ru / CoFeN
i may be used, but in this case, the composition ratio is preferably limited to the following. That is, the preferred composition range of the CoFeNi alloy is 7 at% ≦ Fe ≦ 15 at% 5 at% ≦ Ni ≦ 15 at% The balance is Co (however, strictly speaking, it depends on the CoFeNi layer thickness).
【0064】ここでも、前述したように、即ち、このC
oFeNi合金の組成範囲とすることにより、フリー磁
性層を構成するCoFeNi合金膜の磁歪定数を−3×
10 -6以上で、+3×10-6以下の範囲に保磁力を79
0(A/m)以下とすることができる。磁歪が大きい
と、成膜ひずみや、他層間での熱膨張係数の差などによ
って応力の影響(磁気弾性効果又は逆磁歪効果)を受け
やすくなり、薄膜プロセス中の熱処理によって生じる熱
応力な等で、フリー磁性層や磁化方向が乱れてしまうの
で、磁歪の絶対値は小さい方が好ましい。また、保磁力
は小さいことが好ましく、保磁力を790(A/m)以
下に抑えることによって、信号磁界に対する磁化反転を
良好にでき、つまりは良好な軟磁気特性を得ることがで
きるわけである。Here, as described above, that is, this C
By setting the composition range of the oFeNi alloy,
The magnetostriction constant of the CoFeNi alloy film constituting the conductive layer is -3 ×
10 -6With the above, + 3 × 10-6Coercive force 79 in the following range
0 (A / m) or less. Large magnetostriction
Due to film formation strain and the difference in thermal expansion coefficient between other layers.
The effect of stress (magnetoelastic effect or inverse magnetostriction effect)
And heat generated by heat treatment during the thin film process.
The free magnetic layer and the magnetization direction are disturbed by stress etc.
It is preferable that the absolute value of the magnetostriction is small. Also, the coercive force
Is preferably small, and the coercive force should be 790 (A / m) or less.
The magnetization reversal to the signal magnetic field
Good, that is, good soft magnetic properties can be obtained.
You can do it.
【0065】このような組成割合に制限するのは、Co
Feがマイナス磁歪であるため、CoFeNi/Ru/
CoFeNiよりも若干Feが少なく、Niがやや多め
が好ましいからである。 (i)Fe>15at%の場合には、磁歪が負に大きく
なり過ぎるとともに、軟磁性特性が劣化する。 (ii)Fe<7at%の場合には、磁歪が正に大きくな
り過ぎるととともに、軟磁性特性が劣化する。 (iii)Ni>15at%の場合には、磁歪が正に大き
くなる(但し、Cu層とはCoFe層が接しているの
で、問題にならない)。 (iv)Ni<5at%の場合には、磁歪が負に大きくな
る。The reason for limiting to such a composition ratio is that Co is
Since Fe has minus magnetostriction, CoFeNi / Ru /
This is because Fe is slightly lower than CoFeNi, and Ni is preferably slightly higher. (I) If Fe> 15 at%, the magnetostriction becomes too negative and the soft magnetic properties deteriorate. (Ii) When Fe <7 at%, the magnetostriction becomes too large and the soft magnetic property is deteriorated. (Iii) When Ni> 15 at%, the magnetostriction becomes positively large (however, this is not a problem because the CoFe layer is in contact with the Cu layer). (Iv) When Ni <5 at%, the magnetostriction becomes negatively large.
【0066】なお、この実施形態では、スピンバルブ型
薄膜素子2に巨大磁気抵抗効果を利用したGMR(gian
t magnetoresistive)素子の一種であるボトムスピン
バルブ型の磁気抵抗効果素子を使用しているが、この他
に、例えば、トップスピンバルブ型又はデュアルスピン
バルブ型の磁気抵抗効果素子を使用してもよい。また、
この磁気抵抗効果を発揮するスピンバルブ型薄膜素子と
して、固定磁性層は単層としてもよい。In this embodiment, the spin-valve thin-film element 2 has a GMR (gian
Although a bottom spin-valve magnetoresistive element, which is a type of a magnetoresistive element, is used, for example, a top spin-valve or dual spin-valve magnetoresistive element may be used. . Also,
The pinned magnetic layer may be a single layer as a spin-valve thin film element exhibiting the magnetoresistance effect.
【0067】以下に、これらの具体的な構成について説
明する。なお、この実施形態において、先の実施形態の
ものと同一部分には同一符号を付して重複説明を避け
る。図6は、本発明の他のタイプの磁気抵抗効果素子2
´を示すものであり、この磁気抵抗効果素子2´は、ト
ップスピンバルブ型を構成している。このトップスピン
バルブ型磁気抵抗効果素子2´を構成する多層膜20´
については、前述のボトムスピンバルブ型を構成する多
層膜20´とは異なり、シードレイヤ層(下地層)21
よりも上層部分が、各層の積層順位とは逆に積層したも
のである。Hereinafter, these specific configurations will be described. In this embodiment, the same parts as those in the previous embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be avoided. FIG. 6 shows another type of magnetoresistive element 2 of the present invention.
This magnetoresistive element 2 'is of a top spin valve type. Multilayer film 20 'constituting the top spin valve type magnetoresistive element 2'
Is different from the above-described multilayer film 20 ′ constituting the bottom spin valve type, in which the seed layer (underlayer) 21 is formed.
Upper layers are stacked in the opposite order of the stacking order of each layer.
【0068】即ち、このトップスピンバルブ型の磁気抵
抗効果素子は、トラック領域にある多層膜20が、下か
ら順に、シードレイヤ層(下地層)21、第2フリー磁
性層25C、非磁性中間層25B、2層で構成された第
1のフリー磁性層25A、非磁性導電層24、第2の固
定磁性層23C、非磁性中間層23B、第1の固定磁性
層23A、反強磁性層22及び保護層26を積層させて
いる。That is, in the top spin-valve magnetoresistive element, the multilayer film 20 in the track region is formed from the bottom in order of the seed layer (base layer) 21, the second free magnetic layer 25C, and the nonmagnetic intermediate layer. 25B, a first free magnetic layer 25A composed of two layers, a nonmagnetic conductive layer 24, a second fixed magnetic layer 23C, a nonmagnetic intermediate layer 23B, a first fixed magnetic layer 23A, an antiferromagnetic layer 22, The protective layer 26 is laminated.
【0069】第1のフリー磁性層25Aは、非磁性導電
層24に接するCoFe合金やCoなどで形成した拡散
防止膜25Dと、NiFe合金、CoFe合金或いはC
oNiFe合金で形成された強磁性膜25Eで構成され
ている。また、拡散防止膜25Dも、強磁性材料で形成
されるが、拡散防止膜25Dは、Cuなどで形成されて
おり、非磁性導電層24との界面での金属元素などの拡
散防止を図るとともに、ΔMR(抵抗変化率)を大きく
する。The first free magnetic layer 25A is composed of a diffusion prevention film 25D made of a CoFe alloy or Co, which is in contact with the nonmagnetic conductive layer 24, and a NiFe alloy, a CoFe alloy or
The ferromagnetic film 25E is made of an oNiFe alloy. The diffusion prevention film 25D is also formed of a ferromagnetic material. The diffusion prevention film 25D is formed of Cu or the like to prevent diffusion of metal elements and the like at the interface with the nonmagnetic conductive layer 24. , ΔMR (resistance change rate) is increased.
【0070】次に、さらに他の実施形態について図7を
参照しながら説明する。なお、この実施形態において
も、先の実施形態のものと同一部分には同一符号を付し
て重複説明を避ける。図7は、本発明の他のタイプの磁
気抵抗効果素子2´´を示すものであり、この磁気抵抗
効果素子2´´も、デュアルスピンバルブ型を構成して
いる。このデュアルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子2
´´を構成する多層膜20´´については、前述のトッ
プスピンバルブ型を構成する多層膜20´とは異なり、
シードレイヤ層(下地層)21よりも上層部分が、フリ
ー磁性層25を中心にしてその上下に非磁性導電層2
4,27と、固定磁性層23,28と、反強磁性層2
2,29とが積層されている。また、これらの各層のう
ち、フリー磁性層25と固定磁性層23とが、それぞれ
非磁性中間層を介して2層に分断されている。Next, still another embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, the same parts as those of the previous embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated. FIG. 7 shows another type of magnetoresistive element 2 '' of the present invention, and this magnetoresistive element 2 '' also constitutes a dual spin valve type. This dual spin valve type magnetoresistive element 2
The multilayer film 20 ″ constituting the ″ ″ differs from the multilayer film 20 ′ constituting the above-described top spin valve type,
The portion above the seed layer layer (underlying layer) 21 has the nonmagnetic conductive layer 2 above and below the free magnetic layer 25.
4, 27, fixed magnetic layers 23, 28, and antiferromagnetic layer 2
2 and 29 are stacked. In each of these layers, the free magnetic layer 25 and the pinned magnetic layer 23 are separated into two layers via a non-magnetic intermediate layer.
【0071】即ち、この多層膜20´´は、下から順
に、シードレイヤ層(下地層)21、(下側の)反強磁
性層22、(下側の)固定磁性層23、(下側の)非磁
性導電層24、フリー磁性層25、(上側の)非磁性導
電層27、(上側の)固定磁性層28、(上側の)反強
磁性層29及び保護層26とを積層させてある。That is, the multilayer film 20 ″ is composed of a seed layer (underlayer) 21, an (lower) antiferromagnetic layer 22, a (lower) fixed magnetic layer 23, and a ), The nonmagnetic conductive layer 24, the free magnetic layer 25, the (upper) nonmagnetic conductive layer 27, the (upper) fixed magnetic layer 28, the (upper) antiferromagnetic layer 29, and the protective layer 26 are laminated. is there.
【0072】このうち、下側の固定磁性層23は、下か
ら順に、第1の固定磁性層23Aと、非磁性中間層23
Bと、第2の固定磁性層23Cと積層してなる。フリー
磁性層25は、下から順位、第2のフリー磁性層25C
と、非磁性中間層25Bと、第1のフリー磁性層25A
とを積層してなり、このうち第2のフリー磁性層25C
は、下から、強磁性膜25Gと、拡散防止膜25Fから
なる。また、第1のフリー磁性層25Aは、下から、真
性膜25Eと、拡散防止膜25Dからなる。また、拡散
防止膜25G、25Eも強磁性材料で形成される。The lower fixed magnetic layer 23 includes a first fixed magnetic layer 23A and a non-magnetic intermediate layer 23 in order from the bottom.
B and the second pinned magnetic layer 23C. The free magnetic layer 25 is ranked from the bottom, and the second free magnetic layer 25C
, A non-magnetic intermediate layer 25B, and a first free magnetic layer 25A.
And the second free magnetic layer 25C
Consists of a ferromagnetic film 25G and a diffusion prevention film 25F from below. The first free magnetic layer 25A includes an intrinsic film 25E and a diffusion prevention film 25D from below. Further, the diffusion prevention films 25G and 25E are also formed of a ferromagnetic material.
【0073】一方、上側の固定磁性層28は、下から順
に、第2の固定磁性層28Cと、非磁性中間層28B
と、第1の固定磁性層28Aとを積層してなる。これら
は、下側の固定磁性層23と同一材料で形成される。な
お、上側の非磁性導電層27は、下側の非磁性導電層2
4と同一材料で、また上側の反強磁性層29は下側の反
強磁性層22と同一材料で形成される。また、上側と下
側の反強磁性材料は、異なる材料を用いてもよい。同様
に、上側と下側の固定磁性層、非磁性導電層について
も、異なる材料を用いてもよい。On the other hand, the upper fixed magnetic layer 28 includes, in order from the bottom, a second fixed magnetic layer 28C and a non-magnetic intermediate layer 28B.
And the first pinned magnetic layer 28A. These are formed of the same material as the lower fixed magnetic layer 23. Note that the upper nonmagnetic conductive layer 27 is
4 and the upper antiferromagnetic layer 29 is formed of the same material as the lower antiferromagnetic layer 22. Also, different materials may be used for the upper and lower antiferromagnetic materials. Similarly, different materials may be used for the upper and lower fixed magnetic layers and nonmagnetic conductive layers.
【0074】[0074]
【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、シングルスピンバルブのボトムスピンバルブ型ま
たはトップスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子の多層膜
に設けたフリー磁性層が磁性層/中間層/磁性層の3層
を有するシンセティックフェリフリ−(SFF)構造を
有し、これらの磁性層/中間層/磁性層の各組成が、非
磁性導電層と接する側から、(A)CoFeNi/Ru
/CoFeNi、(B)CoFeNi/Ru/CoF
e、(C)CoFe/CoFeNi/Ru/CoFeN
i或いは、(D)CoFe/CoFeNi/Ru/Co
Feであり、(A)(B)の場合には、前記CoFeN
i合金層の組成が原子%で、 9≦Fe≦17 0.5≦Ni≦10 残部がCoであること、(C)(D)の場合には、 7≦Fe≦15 5≦Ni≦15 残部がCoであること、を特徴としている。As described above, according to the present invention, the free magnetic layer provided on the multilayer film of the single spin valve bottom spin valve type or top spin valve type magnetoresistive element is a magnetic layer / intermediate layer. Ferrite-free (SFF) structure having three layers of a magnetic layer / intermediate layer / magnetic layer. Each composition of the magnetic layer / intermediate layer / magnetic layer has (A) CoFeNi / Ru
/ CoFeNi, (B) CoFeNi / Ru / CoF
e, (C) CoFe / CoFeNi / Ru / CoFeN
i or (D) CoFe / CoFeNi / Ru / Co
Fe, and in the case of (A) and (B), the CoFeN
The composition of the i-alloy layer is atomic%, 9 ≦ Fe ≦ 17 0.5 ≦ Ni ≦ 10 The balance is Co, and in the case of (C) and (D), 7 ≦ Fe ≦ 15 5 ≦ Ni ≦ 15 It is characterized in that the balance is Co.
【0075】また、デュアルスピンバルブ型磁気抵抗効
果素子の場合の他層膜に設けたフリー磁性層が、磁性層
/中間層/磁性層の3層を有するシンセティックフェリ
フリ−(SFF)構造を有し、これらの磁性層/中間層
/磁性層磁性の各組成が、下側の非磁性導電層と接する
側から、(E)CoFeNi/Ru/CoFeNi、
(F)CoFe/CoFeNi/Ru/CoFeNi/
CoFeであり、前記CoFeNi合金層の組成が、原
子%で、(E)の場合、 9≦Fe≦17 0.5≦Ni≦10 残部がCoであること、(F)の場合、 7≦Fe≦15 5≦Ni≦15 残部がCoであること、を特徴としている。In the case of the dual spin-valve magnetoresistive element, the free magnetic layer provided on the other layer has a synthetic ferri-free (SFF) structure having three layers of a magnetic layer / intermediate layer / magnetic layer. The composition of the magnetic layer / intermediate layer / magnetic layer magnet is determined by (E) CoFeNi / Ru / CoFeNi from the side in contact with the lower nonmagnetic conductive layer.
(F) CoFe / CoFeNi / Ru / CoFeNi /
In the case of (E), 9 ≦ Fe ≦ 17 0.5 ≦ Ni ≦ 10 The balance is Co, and in the case of (F), 7 ≦ Fe ≦ 155 5 ≦ Ni ≦ 15 The balance is Co.
【0076】従って、この発明によれば、記録媒体から
の外部磁界により、フリー磁性層内での磁化の方向を安
定した状態で、感度良く回転させることができるように
なるのと同時に、ハードバイアス層によるフリー磁性層
のエッジ部近傍での磁化の方向の乱れも阻止できるよう
になる。これにより、従来はハードバイアス層との相性
が悪く実用化が難しかった積層フェリフリー構造のスピ
ンバルブ型薄膜素子について、良好な再生感度のものが
実現できるようになる。Therefore, according to the present invention, the magnetization direction in the free magnetic layer can be rotated with high sensitivity by the external magnetic field from the recording medium in a stable state, and at the same time, the hard bias The disturbance of the direction of magnetization near the edge of the free magnetic layer due to the layer can also be prevented. As a result, a spin-valve thin-film element having a laminated ferri-free structure, which has conventionally been difficult to be practically used due to poor compatibility with the hard bias layer, can achieve a good reproduction sensitivity.
【図1】この発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を
ABS面から見た状態を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a magnetoresistive element according to an embodiment of the present invention as viewed from an ABS.
【図2】図1のII-II線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG.
【図3】図1の磁気抵抗効果素子におけるフリー磁性層
の磁化曲線を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a magnetization curve of a free magnetic layer in the magnetoresistive element of FIG.
【図4】図1に示す磁気抵抗効果素子におけるトラック
幅とトラックエッジ近傍におけるハードバイアス磁界の
強さとの関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a relationship between a track width and a strength of a hard bias magnetic field near a track edge in the magnetoresistive element shown in FIG.
【図5】この発明に係る磁気抵抗効果素子におけるフリ
ー磁性層のエッジ部近傍での磁化方向の分布を示す説明
図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a distribution of a magnetization direction near an edge of a free magnetic layer in the magnetoresistance effect element according to the present invention.
【図6】他の実施形態の磁気抵抗効果素子をABS面か
ら見た状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a magnetoresistive element according to another embodiment as viewed from the ABS.
【図7】さらに他の実施形態の磁気抵抗効果素子をAB
S面から見た状態を示す断面図である。FIG. 7 shows a magnetoresistive element according to still another embodiment of the present invention;
It is sectional drawing which shows the state seen from S side.
【図8】従来の磁気抵抗効果素子をABS面から見た状
態を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state in which a conventional magnetoresistive element is viewed from the ABS.
【図9】従来の他の磁気抵抗効果素子をABS面から見
た状態を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state in which another conventional magnetoresistance effect element is viewed from the ABS.
【図10】従来の磁気抵抗効果素子におけるフリー磁性
層のエッジ部近傍での磁化の方向の乱れ(フラストレー
ション)を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing disturbance (frustration) in the direction of magnetization in the vicinity of an edge of a free magnetic layer in a conventional magnetoresistive element.
11 基板 12 シールド層 13 下部ギャップ層 2 スピンバルブ型薄膜素子 21 シードレイヤ層 22 反強磁性層 23 固定磁性層 23A 第1の固定磁性層 23B 非磁性中間層 23C 第2の固定磁性層 24 非磁性導電層 25 フリー磁性層 25A 第1のフリー磁性層 25B 非磁性中間層 25C 第2のフリー磁性層 25D 拡散防止膜 26 保護層 27 (上側の)非磁性導電層 28 (上側の)固定磁性層 29 (上側の)反強磁性層 31 バイアス下地層 32 ハードバイアス層 33 中間層 34 電極層 F1 第1のフリー磁性層 F2 第2のフリー磁性層 Hs 飽和磁界 Hsf スピンフロップ磁界 Ms 飽和磁化 SFF シンセィックフェリフリー SFP シンセィックフェリピンド Tw トラック幅 tb (ハードバイアス層の)膜厚 X トラック幅方向 Y ハイト方向 Z 積層方向 α 磁化のスムースな回転の条件(ハードバイア
ス膜厚) β エッジ部での磁化の乱れ防止の条件(トラッ
ク幅)DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Substrate 12 Shield layer 13 Lower gap layer 2 Spin valve thin film element 21 Seed layer layer 22 Antiferromagnetic layer 23 Fixed magnetic layer 23A First fixed magnetic layer 23B Non-magnetic intermediate layer 23C Second fixed magnetic layer 24 Non-magnetic Conductive layer 25 Free magnetic layer 25A First free magnetic layer 25B Nonmagnetic intermediate layer 25C Second free magnetic layer 25D Diffusion prevention film 26 Protective layer 27 (Upper) nonmagnetic conductive layer 28 (Upper) fixed magnetic layer 29 (Upper) antiferromagnetic layer 31 bias underlayer 32 hard bias layer 33 intermediate layer 34 electrode layer F1 first free magnetic layer F2 second free magnetic layer Hs Saturated magnetic field Hsf Spin flop magnetic field Ms Saturated magnetization SFF Synthetic ferri Free SFP Synthetic Ferri Pinned Tw Track width tb (Hard bias layer) film X track width direction Y height direction Z stacking direction α magnetization of smooth rotation of the conditions (hard bias film thickness) beta magnetization disturbance prevention of conditions at the edge portion (track width)
───────────────────────────────────────────────────── 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) H01F 10/32 G01R 33/06 R (72)発明者 田中 健一 東京都大田区雪谷大塚町1番7号 アルプ ス電気株式会社内 (72)発明者 井出 洋介 東京都大田区雪谷大塚町1番7号 アルプ ス電気株式会社内 Fターム(参考) 2G017 AA10 AD55 5D034 BA02 BA03 5E049 AA04 AA09 AC05 BA12 BA16 DB12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01F 10/32 G01R 33/06 R (72) Inventor Kenichi Tanaka 1-7 Yukitani Otsukacho, Ota-ku, Tokyo Alps Electric Co., Ltd. (72) Inventor Yosuke Ide 1-7 Yukitani Otsuka-cho, Ota-ku, Tokyo Alps Electric Co., Ltd. F-term (reference) 2G017 AA10 AD55 5D034 BA02 BA03 5E049 AA04 AA09 AC05 BA12 BA16 DB12
Claims (12)
多層膜のトラック幅方向両側の両側領域に設けたハード
バイアス層と、このハードバイアス層の上に積層された
電極層とを有する磁気抵抗効果素子であって、 前記多層膜に設けたフリー磁性層が第1磁性層/非磁性
中間層/第2磁性層の3層を有するシンセティックフェ
リフリ−(SFF)構造を有し、 前記非磁性中間層がRuからなり、前記第1磁性層と第
2磁性層の少なくとも一方がCoFeNi合金からな
り、 前記CoFeNi合金の組成比は、Feが9原子%以上
17原子%以下、Niが0.5原子%以上10原子%以
下、残りがCoからなることを特徴とする磁気抵抗効果
素子。1. A magnetic device comprising: a multilayer film exhibiting a magnetoresistive effect; hard bias layers provided on both side regions of the multilayer film on both sides in a track width direction; and an electrode layer laminated on the hard bias layer. The resistance effect element, wherein the free magnetic layer provided in the multilayer film has a synthetic ferri-free (SFF) structure including a first magnetic layer / a non-magnetic intermediate layer / a second magnetic layer. The magnetic intermediate layer is made of Ru, at least one of the first magnetic layer and the second magnetic layer is made of a CoFeNi alloy, and the composition ratio of the CoFeNi alloy is such that Fe is 9 at.% Or more and 17 at. A magnetoresistive element comprising at least 5 atomic% and at most 10 atomic%, with the balance being Co.
磁性層に接して形成され、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
記固定磁性層と前記フリー磁性層の間に形成された非磁
性導電層とを有し、 前記第2磁性層が前記非磁性導電層と非磁性中間層の間
に配置され、前記第1及び第2磁性層が前記CoFeN
i合金で形成されたことを特徴とする請求項1に記載の
磁気抵抗効果素子。2. The fixed magnetic layer, wherein the multilayer film is formed in contact with the antiferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer, and whose magnetization direction is fixed by an exchange anisotropic magnetic field with the antiferromagnetic layer. And a nonmagnetic conductive layer formed between the pinned magnetic layer and the free magnetic layer, wherein the second magnetic layer is disposed between the nonmagnetic conductive layer and the nonmagnetic intermediate layer, The first and second magnetic layers are made of CoFeN.
2. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the element is formed of an i-alloy.
磁性層に接して形成され、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
記固定磁性層と前記フリー磁性層の間に形成された非磁
性導電層とを有し、 前記第2磁性層が前記非磁性導電層と非磁性中間層の間
に配置され、 前記第2磁性層がCoFeNi合金で形成されるととも
に前記第1磁性層がCoFe合金で形成されたことを特
徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。3. The fixed magnetic layer, wherein the multilayer film is formed in contact with the antiferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer, and the magnetization direction is fixed by an exchange anisotropic magnetic field with the antiferromagnetic layer. And a non-magnetic conductive layer formed between the fixed magnetic layer and the free magnetic layer, wherein the second magnetic layer is disposed between the non-magnetic conductive layer and the non-magnetic intermediate layer; The magnetoresistance effect element according to claim 1, wherein the two magnetic layers are formed of a CoFeNi alloy, and the first magnetic layer is formed of a CoFe alloy.
成され反強磁性層との交換異方性により磁化方向が固定
される固定磁性層、前記固定磁性層と非磁性導電層を挟
んで形成されたフリー磁性層を有し、磁気抵抗効果を発
揮する多層膜と、この多層膜の両側領域に設けたハード
バイアス層と、このハードバイアス層の上に積層された
電極層とを有する磁気抵抗効果素子であって、 前記多層膜に設けたフリー磁性層が第1磁性層/非磁性
中間層/第2磁性層の3層を有するシンセティックフェ
リフリ−(SFF)構造を有し、 前記第2磁性層は前記非磁性導電層と非磁性中間層の間
に配置され、 前記第2磁性層と非磁性導電層の間にCoFe合金から
なる磁性層が形成され、 前記非磁性中間層がRuからなるとともに第2磁性層が
CoFeNiからなり、 前記CoFeNi合金の組成比は、Feが7原子%以上
15原子%以下、Niが5原子%以上15原子%以下、
残りがCoからなることを特徴とする磁気抵抗効果素
子。4. An antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer formed in contact with the antiferromagnetic layer and whose magnetization direction is fixed by exchange anisotropy with the antiferromagnetic layer, the fixed magnetic layer and the nonmagnetic conductive layer A multilayer film having a free magnetic layer sandwiched therebetween, and exhibiting a magnetoresistive effect, a hard bias layer provided on both sides of the multilayer film, and an electrode layer laminated on the hard bias layer. Wherein the free magnetic layer provided in the multilayer film has a synthetic ferri-free (SFF) structure having three layers of a first magnetic layer / non-magnetic intermediate layer / second magnetic layer. A second magnetic layer disposed between the nonmagnetic conductive layer and the nonmagnetic intermediate layer; a magnetic layer made of a CoFe alloy formed between the second magnetic layer and the nonmagnetic conductive layer; The layer is made of Ru and the second magnetic layer is made of CoFe Consists i, the composition ratio of CoFeNi alloy, Fe 7 atomic% to 15 atomic% or less, Ni is 5 atomic% to 15 atomic% or less,
A magnetoresistive element, wherein the remainder is made of Co.
4μm以下であって、ハードバイアス層の膜厚が20n
mから50nmであることを特徴とする請求項1乃至4
のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。5. A free magnetic layer having a track width of 0.1
4 μm or less and the thickness of the hard bias layer is 20 n
5. The structure according to claim 1, wherein the distance is from m to 50 nm.
The magnetoresistive element according to any one of the above items.
3μm以下であって、ハードバイアス層の膜厚が13n
mから40nmであることを特徴とする請求項1乃至4
のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。6. A free magnetic layer having a track width of 0.
3 μm or less, and the thickness of the hard bias layer is 13 n
5. The structure according to claim 1, wherein the distance is from m to 40 nm.
The magnetoresistive element according to any one of the above items.
2μm以下であって、ハードバイアス層の膜厚が10n
mから35nmであることを特徴とする請求項1乃至4
のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。7. A free magnetic layer having a track width of 0.
2 μm or less, and the thickness of the hard bias layer is 10 n
5. The structure according to claim 1, wherein the distance is from m to 35 nm.
The magnetoresistive element according to any one of the above items.
層、固定磁性層、非磁性導電層及びフリー磁性層を備え
たボトム型スピンバルブ型薄膜素子であることを特徴と
する請求項1乃至7のいずれか1項に記載の磁気抵抗効
果素子。8. The thin film device according to claim 1, wherein the multilayer film is a bottom-type spin-valve thin-film device including an antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, and a free magnetic layer in order from the bottom. 8. The magnetoresistance effect element according to any one of 1 to 7.
層、非磁性導電層、固定磁性層及び反強磁性層を備えた
トップ型スピンバルブ型薄膜素子であることを特徴とす
る請求項1乃至7のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果
素子。9. A top-type spin-valve thin-film element comprising a free magnetic layer, a non-magnetic conductive layer, a fixed magnetic layer, and an antiferromagnetic layer in order from the bottom. 8. The magnetoresistance effect element according to any one of 1 to 7.
フリー磁性層の上下に形成された非磁性導電層と、一方
の非磁性導電層の上及び他方の非磁性導電層の下に形成
され、磁化方向が固定された固定磁性層と、一方の固定
磁性層の上及び他方の固定磁性層の下に形成された反強
磁性層とを備えたことを特徴とする請求項1乃至7のい
ずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。10. The multilayer film is formed on a free magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer formed above and below the free magnetic layer, and above one nonmagnetic conductive layer and below the other nonmagnetic conductive layer. 8. A fixed magnetic layer having a fixed magnetization direction, and an antiferromagnetic layer formed on one fixed magnetic layer and below the other fixed magnetic layer. The magnetoresistive element according to any one of the above items.
の下に、シード層を形成したことを特徴とする請求項1
乃至10のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。11. A seed layer is formed under the antiferromagnetic layer or under the free magnetic layer.
11. The magnetoresistive element according to any one of claims 10 to 10.
載の磁気抵抗効果素子を備えたことを特徴とする薄膜磁
気ヘッド。12. A thin-film magnetic head comprising the magnetoresistive element according to claim 1. Description:
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JP2001094061A JP2002299723A (en) | 2001-03-28 | 2001-03-28 | Magnetoresistance effect element and thin-film magnetic head using the same |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US7236336B2 (en) * | 2004-04-30 | 2007-06-26 | Hitachi Global Storage Technologies Inc, Netherlands B.V. | Method and apparatus for providing a free layer having higher saturation field capability and optimum sensitivity |
CN100344008C (en) * | 2002-06-28 | 2007-10-17 | 国际商业机器公司 | Magnetic funnel node device and storage array |
US8194363B2 (en) | 2009-02-26 | 2012-06-05 | Tdk Corporation | Thin film magnetic head provided with dual synthetic free layers |
-
2001
- 2001-03-28 JP JP2001094061A patent/JP2002299723A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN100344008C (en) * | 2002-06-28 | 2007-10-17 | 国际商业机器公司 | Magnetic funnel node device and storage array |
JP2005019990A (en) * | 2003-06-24 | 2005-01-20 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands Bv | Magnetic device having improved antiferromagnetic coupling film |
US7236336B2 (en) * | 2004-04-30 | 2007-06-26 | Hitachi Global Storage Technologies Inc, Netherlands B.V. | Method and apparatus for providing a free layer having higher saturation field capability and optimum sensitivity |
US8194363B2 (en) | 2009-02-26 | 2012-06-05 | Tdk Corporation | Thin film magnetic head provided with dual synthetic free layers |
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