JP2002374017A - Spin-valve type thin-film magnetic element and thin-film magnetic head using the same - Google Patents

Spin-valve type thin-film magnetic element and thin-film magnetic head using the same

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JP2002374017A JP2001180743A JP2001180743A JP2002374017A JP 2002374017 A JP2002374017 A JP 2002374017A JP 2001180743 A JP2001180743 A JP 2001180743A JP 2001180743 A JP2001180743 A JP 2001180743A JP 2002374017 A JP2002374017 A JP 2002374017A
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    • H01F10/3268Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spin-valve type thin-film magnetic element that maintains the symmetry of a output voltage, while the magnetization state of a fixed magnetic layer is stabilized thermally, and can obtain an output voltage waveform that can be processed digitally easily, and to provide a thin-film magnetic head using the spin-valve type thin-film magnetic element. SOLUTION: A fixed magnetic layer P is formed by a three-layer structure where a first fixed magnetic layer 12, a non-magnetic layer 13, and a second fixed magnetic layer 14 are laminated from the side of an antiferromagnetic layer 11 sequentially. A ferromagnetic state is formed. In the ferromagnetic state, the first and second fixed magnetic layers 12 and 14 are connected magnetically via the non-magnetic layer 13. In this case, specific resistance in the first fixed magnetic layer 12 is set higher than that of the second fixed magnetic layer 14.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、外部磁界により磁
化の向きが回転するフリー磁性層と、磁化の向きが固定
された固定磁性層を有し、フリー磁性層の磁化の向きに
より電気抵抗が変化するスピンバルブ型薄膜磁気素子及
びこれを用いた薄膜磁気ヘッドに関する。
The present invention relates to a free magnetic layer in which the direction of magnetization is rotated by an external magnetic field, and a fixed magnetic layer in which the direction of magnetization is fixed. The present invention relates to a variable spin-valve thin-film magnetic element and a thin-film magnetic head using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】図9に示す従来のスピンバルブ型薄膜磁
気素子は、下地層70と、反強磁性層71と、固定磁性
層P7と、非磁性導電層75と、フリー磁性層F7と、
保護層79が順次積層された積層体C7を有し、固定磁
性層P7は、Co、CoNi合金、CoFe合金、Co
FeNi合金等の強磁性材料からなり、反強磁性層71
との界面に発生する交換異方性磁界によって磁化の向き
が固定されている。
2. Description of the Related Art A conventional spin-valve thin-film magnetic element shown in FIG. 9 comprises an underlayer 70, an antiferromagnetic layer 71, a fixed magnetic layer P7, a nonmagnetic conductive layer 75, a free magnetic layer F7,
The fixed magnetic layer P7 includes a laminated body C7 in which a protective layer 79 is sequentially laminated, and the fixed magnetic layer P7 includes Co, a CoNi alloy, a CoFe alloy,
The antiferromagnetic layer 71 is made of a ferromagnetic material such as an FeNi alloy.
The direction of magnetization is fixed by the exchange anisotropic magnetic field generated at the interface with.

【0003】積層体C7の両側には、ハードバイアス層
81と、ハードバイアス層81上に形成された電極層8
0が設けられている。電極層80からは、積層体C7に
センス電流が印加されて、センス電流の中心は、最も導
電性の高い非磁性導電層75の中心にほぼ一致してい
る。
On both sides of the laminate C7, a hard bias layer 81 and an electrode layer 8 formed on the hard bias layer 81 are formed.
0 is provided. A sense current is applied to the laminate C7 from the electrode layer 80, and the center of the sense current substantially coincides with the center of the nonmagnetic conductive layer 75 having the highest conductivity.

【0004】フリー磁性層F7が外部磁界(H)を検知
すると、フリー磁性層F7の磁化の向きは、外部磁界
(H)の向きと平行に近くなるように回転する。そし
て、フリー磁性層F7の磁化の向きにより、センス電流
の伝導電子の平均自由行程が変化するGMR(Giant Ma
gnetoresistive)効果が生じ、電極層80間のGMR効
果による抵抗変化(ΔR)から電極層80間の出力電圧
(V)を生じ、外部磁界(H)の検出を行うことができ
る。
When the free magnetic layer F7 detects an external magnetic field (H), the direction of magnetization of the free magnetic layer F7 rotates so as to be almost parallel to the direction of the external magnetic field (H). A GMR (Giant Matrix) in which the mean free path of conduction electrons of the sense current changes depending on the direction of magnetization of the free magnetic layer F7.
A gnetoresistive effect is generated, and an output voltage (V) between the electrode layers 80 is generated from a change in resistance (ΔR) due to the GMR effect between the electrode layers 80, so that an external magnetic field (H) can be detected.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】固定層P7の磁化状態
を、熱的により安定させるためには、固定磁性層P7
を、反強磁性層71側から、強磁性材料からなる第1の
固定磁性層、非磁性材料からなる非磁性層、強磁性材料
からなる第2の固定磁性層が順次積層された3層構造と
して、第1、第2の固定磁性層が、非磁性層を介して磁
気的に結合した人工的なフェリ磁性状態とすることが提
案されている。
In order to thermally stabilize the magnetization state of the fixed layer P7, the fixed magnetic layer P7
Has a three-layer structure in which a first fixed magnetic layer made of a ferromagnetic material, a nonmagnetic layer made of a nonmagnetic material, and a second fixed magnetic layer made of a ferromagnetic material are sequentially stacked from the antiferromagnetic layer 71 side. It has been proposed that the first and second pinned magnetic layers be in an artificial ferrimagnetic state in which the first and second pinned magnetic layers are magnetically coupled via a nonmagnetic layer.

【0006】しかし、このような3層構造の固定磁性層
P7では、全体の膜厚が増加して電気抵抗が低下するの
で、センス電流の中心が非磁性導電層75の中心から固
定層P7側にズレる傾向があった。センス電流中心が固
定層P7側にズレると、フリー磁性層F7からセンス電
流中心が遠ざかり、フリー磁性層F7には、センス電流
磁界により生じる磁界(センス電流磁界)の影響がより
大きく及ぶことになる。
However, in the pinned magnetic layer P7 having such a three-layer structure, since the entire film thickness increases and the electric resistance decreases, the center of the sense current is shifted from the center of the nonmagnetic conductive layer 75 to the pinned layer P7 side. Tended to shift. When the sense current center shifts to the fixed layer P7 side, the sense current center moves away from the free magnetic layer F7, and the free magnetic layer F7 is more affected by a magnetic field (sense current magnetic field) generated by the sense current magnetic field. .

【0007】センス電流磁界の影響が大きい場合では、
図10に示すように、外部磁界(H)が−zの向き(セ
ンス電流磁界の向き)に印加されたとき、電気抵抗
(R)は、外部磁界(H)の大きさの増加に従って線形
的に減少し、外部磁界(H)が一定値(Hs2)以上に
なると、電気抵抗(R)は一定の値(R4)となる。ま
た、外部磁界(H)が+zの向き(センス電流磁界の向
きに反平行)に印加されたとき、電気抵抗(R)は、外
部磁界(H)の大きさの増加に従って線形的に増加し、
外部磁界(H)が一定値(Hs1)以上になると、電気
抵抗(R)は、一定の値(R3)となる。
When the effect of the sense current magnetic field is large,
As shown in FIG. 10, when the external magnetic field (H) is applied in the direction of −z (the direction of the sense current magnetic field), the electric resistance (R) becomes linear as the magnitude of the external magnetic field (H) increases. When the external magnetic field (H) becomes equal to or more than a certain value (Hs2), the electric resistance (R) becomes a certain value (R4). Further, when the external magnetic field (H) is applied in the direction of + z (anti-parallel to the direction of the sense current magnetic field), the electric resistance (R) increases linearly with an increase in the magnitude of the external magnetic field (H). ,
When the external magnetic field (H) becomes equal to or more than a certain value (Hs1), the electric resistance (R) becomes a certain value (R3).

【0008】このとき、センス電流磁界の向きに平行な
外部磁界の一定値(Hs2)は、センス電流磁界の影響
によって、センス電流磁界の向きに反平行な外部磁界の
一定値(Hs1)よりも小さく、センス電流磁界の向き
に平行な外部磁界の一定値(Hs2)に対応する電気抵
抗(R4)は、外部磁界がないとき(H=0)の電気抵
抗(R0)からの変化が、センス電流磁界の向きに反平
行な外部磁界の一定値(Hs1)に対応する電気抵抗
(R3)よりも小さい。
At this time, the constant value (Hs2) of the external magnetic field parallel to the direction of the sense current magnetic field is larger than the constant value (Hs1) of the external magnetic field antiparallel to the direction of the sense current magnetic field due to the influence of the sense current magnetic field. The electric resistance (R4) corresponding to a constant value (Hs2) of the external magnetic field which is small and parallel to the direction of the sense current magnetic field is different from the electric resistance (R0) when there is no external magnetic field (H = 0). It is smaller than the electric resistance (R3) corresponding to the constant value (Hs1) of the external magnetic field antiparallel to the direction of the current magnetic field.

【0009】よって、等しい大きさ(絶対値)の外部磁
界(H)が、それぞれ−zの向き(センス電流磁界の向
き)と+zの向き(センス電流磁界の向きに反平行)に
印加されたとき、電気抵抗(R)は、+zの向き(セン
ス電流磁界の向きに反平行)に印加された外部磁界
(H)に対して、より大きく変化する。
Therefore, external magnetic fields (H) having the same magnitude (absolute value) are applied in the direction of -z (direction of the sense current magnetic field) and in the direction of + z (anti-parallel to the direction of the sense current magnetic field). At this time, the electric resistance (R) changes more greatly with respect to the external magnetic field (H) applied in the direction of + z (anti-parallel to the direction of the sense current magnetic field).

【0010】このような外部磁界(H)と電気抵抗
(R)の関係では、出力電圧波形に非対称性(Asymmetr
y−Plus)を生じて、デジタル信号処理上好ましくな
い。また、センス電流磁界が+zの向きである場合に
も、外部磁界(H)と電気抵抗(R)の関係は、図11
に示すようになり、出力電圧波形に非対称性(Asymmetr
y−Minus)を生じる。このような非対称の出力電圧波形
では、デジタル信号処理がし難い問題があった。本発明
は、固定磁性層の磁化状態を熱的に安定させた状態で、
出力電圧の対称性を保持して、デジタル信号処理のし易
い出力電圧波形を得ることができるスピンバルブ型薄膜
磁気素子及びこれを用いた薄膜磁気ヘッドを提供するこ
とを目的とする。
In the relationship between the external magnetic field (H) and the electric resistance (R), the output voltage waveform has asymmetry (Asymmetr
y-Plus), which is not preferable for digital signal processing. Even when the sense current magnetic field is in the + z direction, the relationship between the external magnetic field (H) and the electric resistance (R) is as shown in FIG.
As shown in the figure, the asymmetry (Asymmetr
y-Minus). Such an asymmetric output voltage waveform has a problem in that digital signal processing is difficult. The present invention, in a state where the magnetization state of the fixed magnetic layer is thermally stabilized,
It is an object of the present invention to provide a spin-valve thin-film magnetic element capable of obtaining an output voltage waveform that facilitates digital signal processing while maintaining the symmetry of the output voltage, and a thin-film magnetic head using the same.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明のスピンバルブ型
薄膜磁気素子は、反強磁性層と、該反強磁性層に接触し
て積層された固定磁性層と、該固定磁性層と非磁性導電
層を介して対向するフリー磁性層とを有する積層体と、
該積層体の両側に設けられた一対の電極層とを有し、前
記固定磁性層は、強磁性材料からなる第1の固定磁性層
が前記反強磁性層と接触して、前記第1の固定磁性層、
非磁性材料からなる非磁性層、強磁性材料からなる第2
の固定磁性層が順次積層して形成され、前記第1の固定
磁性層は、前記第2の固定磁性層よりも比抵抗が高く、
前記固定磁性層の磁化状態は、前記反強磁性層との磁気
的結合により磁化の向きが揃えられると共に固定され
て、前記第1、第2の固定磁性層が、前記非磁性層を挟
んで、人工的なフェリ磁性状態を形成している。このよ
うなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、フェリ磁性状態
である固定磁性層の磁化状態が熱的に安定しており、且
つ、比抵抗の高い第1の固定磁性層には、センス電流が
分流し難いので、センス電流中心は、第1の固定磁性層
側にズレることがない。よって、センス電流中心は、非
磁性導電層の中心にほぼ一致して、フリー磁性層には、
センス電流により生じる磁界の影響が比較的少なく、G
MR効果による抵抗変化の大きさは、外部磁界の向きが
フリー磁性層におけるセンス電流磁界の向きと平行であ
るときと反平行であるときで、ほぼ等しくなり、電極層
間の出力電圧が対称になり、出力電圧波形のデジタル信
号処理がし易くなる。
According to the present invention, there is provided a spin-valve thin-film magnetic element comprising: an antiferromagnetic layer; a fixed magnetic layer stacked in contact with the antiferromagnetic layer; A laminate having a free magnetic layer opposed via a conductive layer,
A pair of electrode layers provided on both sides of the laminate, wherein the fixed magnetic layer is formed by contacting the first fixed magnetic layer made of a ferromagnetic material with the antiferromagnetic layer, Fixed magnetic layer,
Non-magnetic layer made of non-magnetic material, second made of ferromagnetic material
And the first fixed magnetic layer has a higher specific resistance than the second fixed magnetic layer,
The magnetization state of the fixed magnetic layer has its magnetization direction aligned and fixed by magnetic coupling with the antiferromagnetic layer, and the first and second fixed magnetic layers sandwich the nonmagnetic layer. , Forming an artificial ferrimagnetic state. In such a spin-valve thin-film magnetic element, the magnetization state of the fixed magnetic layer in the ferrimagnetic state is thermally stable, and the sense current is distributed to the first fixed magnetic layer having a high specific resistance. Since it is difficult to flow, the center of the sense current does not shift to the first fixed magnetic layer side. Therefore, the center of the sense current substantially coincides with the center of the nonmagnetic conductive layer, and the free magnetic layer has
The effect of the magnetic field generated by the sense current is relatively small, and G
The magnitude of the resistance change due to the MR effect is substantially equal when the direction of the external magnetic field is parallel and antiparallel to the direction of the sense current magnetic field in the free magnetic layer, and the output voltage between the electrode layers becomes symmetric. In addition, the digital signal processing of the output voltage waveform is facilitated.

【0012】また、第1の固定磁性層にセンス電流が分
流し難いので、センス電流は、GMR効果に寄与するフ
リー磁性層、非磁性導電層、第2の固定磁性層により多
く流れて、GMR効果による抵抗変化率が向上するの
で、GMR効果による電極間の抵抗変化率が向上して信
頼性の高い外部磁界の検出を行うことができる。
Further, since it is difficult for the sense current to shunt to the first pinned magnetic layer, the sense current flows more to the free magnetic layer, the non-magnetic conductive layer, and the second pinned magnetic layer which contribute to the GMR effect. Since the rate of change in resistance due to the effect is improved, the rate of change in resistance between the electrodes due to the GMR effect is improved, and a highly reliable external magnetic field can be detected.

【0013】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
前記第1の固定磁性層が、Co系アモルファス合金であ
り、前記第2の固定磁性層が、結晶質のCo、或いはC
o系合金からなる。このようなスピンバルブ型薄膜磁気
素子では、第1の固定磁性層と第2の固定磁性層が、両
方ともCo系材料であるから、磁気的に結合し易く、固
定磁性層をより安定したフェリ磁性状態とすることがで
き、また、第1の固定磁性層をアモルファス状態とした
ので、比抵抗を高くすることができる。
The spin-valve thin-film magnetic element of the present invention comprises:
The first pinned magnetic layer is made of a Co-based amorphous alloy, and the second pinned magnetic layer is made of crystalline Co or C
It is made of an o-based alloy. In such a spin-valve thin-film magnetic element, since both the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer are made of a Co-based material, they are easily magnetically coupled, and the fixed magnetic layer is more stable. Since the first fixed magnetic layer can be in the magnetic state and the first fixed magnetic layer is in the amorphous state, the specific resistance can be increased.

【0014】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
反強磁性層と、該反強磁性層に接触して積層された固定
磁性層と、該固定磁性層と非磁性導電層を介して対向す
るフリー磁性層とを有する積層体と、該積層体の両側に
設けられた一対の電極層とを有し、前記固定磁性層は、
強磁性材料からなる第1の固定磁性層が前記反強磁性層
と接触して、前記第1の固定磁性層、非磁性材料からな
る非磁性層、強磁性材料からなる第2の固定磁性層が順
次積層して形成され、前記第1の固定磁性層は、前記第
2の固定磁性層よりも比抵抗が高い第1層と、前記第2
の固定磁性層と同じ材料からなる第2層とを備えて、前
記第1層が前記反強磁性層に接触して形成されると共
に、前記第2層が前記非磁性層に接触して形成されて、
前記第1の固定磁性層の磁化状態は、前記反強磁性層と
の磁気的結合により磁化の向きが揃えられると共に固定
されて、前記第1、第2の固定磁性層が、前記非磁性層
を挟んで反平行に結合し、人工的なフェリ磁性状態を形
成している。このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子で
は、第1の固定磁性層の非磁性層との界面である第2層
が第2の固定磁性層と同じ材料であるので、第1の固定
磁性層と第2の固定磁性層は、磁気的に反平行状態に結
合しやすく、人工的なフェリ磁性状態である固定磁性層
の磁化状態は熱的に安定しており、且つ、第1の固定磁
性層が比抵抗の高い第1層を有するので、第1の固定磁
性層には、センス電流が分流し難く、センス電流中心
は、第1の固定磁性層側にズレることなく、非磁性導電
層のほぼ中心に一致する。よって、フリー磁性層には、
センス電流により生じる磁界の影響が比較的少なく、G
MR効果による抵抗変化の大きさは、外部磁界の向きが
フリー磁性層におけるセンス電流磁界の向きと平行であ
るときと反平行であるときで、ほぼ等しくなり、電極層
間の出力電圧は対称になるので、出力電圧波形のデジタ
ル信号処理がし易くなる。
The spin-valve thin-film magnetic element of the present invention comprises:
A laminate having an antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer laminated in contact with the antiferromagnetic layer, and a free magnetic layer opposed to the fixed magnetic layer via a nonmagnetic conductive layer; A pair of electrode layers provided on both sides of the fixed magnetic layer,
A first pinned magnetic layer made of a ferromagnetic material is brought into contact with the antiferromagnetic layer, and the first pinned magnetic layer, a nonmagnetic layer made of a nonmagnetic material, and a second pinned magnetic layer made of a ferromagnetic material Are sequentially laminated, the first fixed magnetic layer has a first layer having a higher specific resistance than the second fixed magnetic layer, and the second fixed magnetic layer has
And a second layer made of the same material as the pinned magnetic layer, wherein the first layer is formed in contact with the antiferromagnetic layer, and the second layer is formed in contact with the nonmagnetic layer. Being
The magnetization state of the first fixed magnetic layer is aligned and fixed by the magnetic coupling with the antiferromagnetic layer, and the first and second fixed magnetic layers are fixed to the nonmagnetic layer. To form an artificial ferrimagnetic state. In such a spin-valve thin-film magnetic element, since the second layer at the interface between the first fixed magnetic layer and the nonmagnetic layer is made of the same material as the second fixed magnetic layer, The second pinned magnetic layer is magnetically easily coupled in an antiparallel state, the magnetization state of the pinned magnetic layer in an artificial ferrimagnetic state is thermally stable, and the first pinned magnetic layer is Has a first layer having a high specific resistance, it is difficult for the sense current to shunt to the first fixed magnetic layer, and the sense current center does not shift to the first fixed magnetic layer side, and Almost coincide with the center. Therefore, in the free magnetic layer,
The effect of the magnetic field generated by the sense current is relatively small, and G
The magnitude of the resistance change due to the MR effect is substantially equal when the direction of the external magnetic field is parallel and antiparallel to the direction of the sense current magnetic field in the free magnetic layer, and the output voltage between the electrode layers becomes symmetric. This facilitates digital signal processing of the output voltage waveform.

【0015】また、センス電流が第1の固定磁性層に分
流し難いことにより、GMR効果に寄与するフリー磁性
層、非磁性導電層、第2の固定磁性層へのセンス電流を
確保できるので、GMR効果による抵抗変化率が向上し
て、信頼性の高い外部磁界の検出を行うことができる。
Further, since it is difficult for the sense current to shunt to the first pinned magnetic layer, the sense current to the free magnetic layer, the non-magnetic conductive layer, and the second pinned magnetic layer which contributes to the GMR effect can be secured. The rate of change in resistance due to the GMR effect is improved, and a highly reliable external magnetic field can be detected.

【0016】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
前記第1の固定磁性層の前記第1層が、Co系アモルフ
ァス合金であり、前記第1の固定磁性層の前記第2層と
前記第2の固定磁性層が、結晶質のCo、或いはCo系
合金である。このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子で
は、第1の固定磁性層の第2層と第2の固定磁性層が、
両方ともCo系材料であるから、固定磁性層をより安定
した人工的なフェリ磁性状態とすることができ、また、
第1の固定磁性層の第1層はアモルファス状態なので、
比抵抗を高くすることができる。
The spin-valve thin-film magnetic element of the present invention comprises:
The first layer of the first pinned magnetic layer is made of a Co-based amorphous alloy, and the second layer and the second pinned magnetic layer of the first pinned magnetic layer are made of crystalline Co or Co. It is a system alloy. In such a spin-valve thin-film magnetic element, the second layer of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer
Since both are Co-based materials, the pinned magnetic layer can be brought into a more stable artificial ferrimagnetic state.
Since the first layer of the first pinned magnetic layer is in an amorphous state,
The specific resistance can be increased.

【0017】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
前記Co系アモルファス合金の比抵抗が100μΩ・c
m以上である。このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子
では、センス電流の第1の固定磁性層への分流を確実に
抑えることができる。
The spin-valve thin-film magnetic element of the present invention comprises:
The specific resistance of the Co-based amorphous alloy is 100 μΩ · c
m or more. In such a spin-valve thin-film magnetic element, the shunt of the sense current to the first fixed magnetic layer can be reliably suppressed.

【0018】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
前記Co系アモルファス合金が、Co−Zr、Co−H
f、Co−Ti、Co−Nb、Co−Ta、Co−T−
Z、Co−T−Z−Bのいずれかで、Tは、Nb、M
o、W、Ta、Zは、Zr、Hf、Tiから選ばれる1
種または2種以上の元素であり、前記Co系合金は、C
oNi合金、CoFe合金、CoFeNi合金のいずれ
かである。このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子で
は、第1、第2の固定磁性層の反平行な磁気的結合が強
いので、固定磁性層の磁化状態をより安定して形成する
ことができる。
The spin-valve thin-film magnetic element of the present invention comprises:
The Co-based amorphous alloy is Co-Zr, Co-H
f, Co-Ti, Co-Nb, Co-Ta, Co-T-
Z, Co-T-Z-B, where T is Nb, M
o, W, Ta, and Z are 1 selected from Zr, Hf, and Ti.
Or two or more elements, and the Co-based alloy is C
oNi alloy, CoFe alloy, or CoFeNi alloy. In such a spin-valve thin-film magnetic element, the antiparallel magnetic coupling between the first and second fixed magnetic layers is strong, so that the magnetization state of the fixed magnetic layer can be formed more stably.

【0019】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
前記Co系アモルファス合金が、Coを70原子%以上
含有しており、前記Co系合金が、Coを50原子%以
上含有している。このようなスピンバルブ型薄膜磁気素
子では、第1、第2の固定磁性層の反平行な磁気的結合
が強いので、固定磁性層の磁化状態をより安定して形成
することができる。
The spin-valve thin-film magnetic element of the present invention comprises:
The Co-based amorphous alloy contains 70 atomic% or more of Co, and the Co-based alloy contains 50 atomic% or more of Co. In such a spin-valve thin-film magnetic element, the antiparallel magnetic coupling between the first and second fixed magnetic layers is strong, so that the magnetization state of the fixed magnetic layer can be formed more stably.

【0020】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
前記非磁性層が、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cu
のいずれかである。このようなスピンバルブ型薄膜磁気
素子では、前記非磁性層を介した第1、第2の固定磁性
層の反平行な磁気的結合が強いので、固定磁性層の磁化
状態をより安定して形成することができる。
The spin-valve thin-film magnetic element of the present invention comprises:
The non-magnetic layer is made of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, Cu
Is one of In such a spin-valve thin-film magnetic element, since the antiparallel magnetic coupling between the first and second fixed magnetic layers via the nonmagnetic layer is strong, the magnetization state of the fixed magnetic layer can be more stably formed. can do.

【0021】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
前記積層体に、一対の前記電極層からセンス電流が印加
されており、該センス電流により生じる磁界の向きは、
前記第1の固定磁性層の位置で、前記第1の固定磁性層
の磁化の向きに一致している。このようなスピンバルブ
型薄膜磁気素子では、センス電流により生じる磁界によ
り、固定磁性層の磁化状態をより安定させることができ
る。
The spin-valve thin-film magnetic element of the present invention comprises:
A sense current is applied to the laminate from the pair of electrode layers, and a direction of a magnetic field generated by the sense current is:
The position of the first pinned magnetic layer coincides with the direction of magnetization of the first pinned magnetic layer. In such a spin-valve thin-film magnetic element, the magnetization state of the fixed magnetic layer can be further stabilized by the magnetic field generated by the sense current.

【0022】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
前記反強磁性層が、元素XとMnを含有する合金からな
り、元素Xは、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Osの
うちいずれか1種または2種以上の元素であることを特
徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載のスピンバル
ブ型薄膜素子。このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子
では、反強磁性層と固定磁性層の磁気的な結合(交換異
方性磁界)が大きく、且つ、耐食性に優れ、ブロッキン
グ温度が高いので、外部磁界や環境温度の上昇によって
も、固定磁性層の磁化方向が変動することがなく、信頼
性の高いスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることができ
る。
The spin-valve thin-film magnetic element of the present invention comprises:
The antiferromagnetic layer is made of an alloy containing the elements X and Mn, and the element X is one or more of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, and Os. The spin-valve thin-film element according to claim 1. In such a spin-valve thin-film magnetic element, the magnetic coupling (exchange anisotropic magnetic field) between the antiferromagnetic layer and the fixed magnetic layer is large, the corrosion resistance is excellent, and the blocking temperature is high. Even when the temperature rises, the magnetization direction of the fixed magnetic layer does not change, and a highly reliable spin-valve thin-film magnetic element can be obtained.

【0023】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
前記反強磁性層と固定磁性層の界面構造は、結晶学的な
非整合状態である。このようなスピンバルブ型薄膜磁気
素子では、反強磁性層と固定磁性層の磁気的な結合(交
換異方性磁界)がさらに大きくなり、固定磁性層の磁化
が変動することなく、信頼性をさらに高めたスピンバル
ブ型薄膜磁気素子とすることができる。
The spin-valve thin-film magnetic element of the present invention comprises:
The interface structure between the antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer is in a crystallographic mismatch state. In such a spin-valve thin-film magnetic element, the magnetic coupling (exchange anisotropic magnetic field) between the antiferromagnetic layer and the fixed magnetic layer is further increased, so that the magnetization of the fixed magnetic layer does not change and the reliability is improved. It is possible to obtain a spin valve type thin-film magnetic element having an even higher level.

【0024】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
前記反強磁性層が、X−Mn−X’合金からなり、X
は、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Osのうちいずれ
か1種または2種以上の元素であり、X’は、Ne、A
r、Kr、Xe、Be、B、C、Fe、Co、Ni、C
u、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Ag、C
d、Sn、Hf、Ta、W、Re、Au、Pb、及び希
土類のうち1種または2種以上の元素であり、X−Mn
空間格子の隙間に元素X’が侵入しているか、X−Mn
結晶格子の一部が元素X’に置換されている。このよう
なスピンバルブ型薄膜磁気素子では、反強磁性層と固定
磁性層の界面構造を、確実に非整合状態とすることがで
きる。
The spin-valve thin-film magnetic element of the present invention comprises:
The antiferromagnetic layer is made of an X-Mn-X 'alloy;
Is one or more of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, and Os, and X ′ is Ne, A
r, Kr, Xe, Be, B, C, Fe, Co, Ni, C
u, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Ag, C
one or more of d, Sn, Hf, Ta, W, Re, Au, Pb, and a rare earth element;
Whether the element X ′ has penetrated into the space of the spatial lattice, X-Mn
A part of the crystal lattice is replaced by the element X ′. In such a spin-valve thin-film magnetic element, the interface structure between the antiferromagnetic layer and the fixed magnetic layer can be surely brought into a non-matching state.

【0025】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
前記反強磁性層の比抵抗が200μΩ・cm以上であ
り、且つ、前記反強磁性層の膜厚が8乃至15nmであ
る。このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、セン
ス電流の反強磁性層への分流も抑えることができる。
The spin-valve thin-film magnetic element of the present invention comprises:
The specific resistance of the antiferromagnetic layer is 200 μΩ · cm or more, and the thickness of the antiferromagnetic layer is 8 to 15 nm. In such a spin-valve thin-film magnetic element, the shunt of the sense current to the antiferromagnetic layer can also be suppressed.

【0026】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
前記反強磁性層が、絶縁層上に直接形成されている。こ
のようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、反強磁性層
と絶縁層の間に導電性の層がないので、センス電流が反
強磁性層より更に外側の層に分流することがない。
The spin-valve thin-film magnetic element of the present invention comprises:
The antiferromagnetic layer is formed directly on the insulating layer. In such a spin-valve thin-film magnetic element, since there is no conductive layer between the antiferromagnetic layer and the insulating layer, the sense current does not shunt to a layer further outside the antiferromagnetic layer.

【0027】本発明の薄膜磁気ヘッドは、上記いずれか
に記載のスピンバルブ型磁気素子が、軟磁性材料からな
る一対のシールド層間に設けられている。このような薄
膜磁気ヘッドでは、シールド層間以外の磁界がシールド
層に吸収されて、スピンバルブ型薄膜磁気素子は、シー
ルド層間に現れた媒体からの磁界のみを検知することが
できる。また、磁界の向きが媒体から薄膜磁気ヘッドに
向かう向きとその反対とで、スピンバルブ型薄膜磁気素
子の出力電圧は、磁界がないときの出力電圧に関して対
称になる。出力電圧波形が対称であればデジタル信号処
理しやすいので、読みとりエラーが発生することが少な
く、信頼性の高い薄膜磁気ヘッドとすることができる。
In the thin-film magnetic head according to the present invention, the spin-valve magnetic element described above is provided between a pair of shield layers made of a soft magnetic material. In such a thin-film magnetic head, a magnetic field other than the shield layer is absorbed by the shield layer, and the spin-valve thin-film magnetic element can detect only a magnetic field from the medium that appears between the shield layers. The output voltage of the spin-valve thin-film magnetic element is symmetric with respect to the output voltage in the absence of the magnetic field, depending on the direction of the magnetic field from the medium toward the thin-film magnetic head and the opposite direction. If the output voltage waveform is symmetric, digital signal processing is easy, so that a reading error hardly occurs and a highly reliable thin film magnetic head can be obtained.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の薄膜磁気ヘッド
が形成されたスライダを示す説明図、図2は、本発明の
薄膜磁気ヘッドの一例の概略図、図3は、本発明の薄膜
磁気ヘッドの一例の要部断面図、図4は、本発明のスピ
ンバルブ型薄膜磁気素子の第1の実施の形態の説明図、
図5は、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の第2の
実施の形態の説明図、図6、図7は、GMR効果の説明
図、図8は、本発明のスピンバルブ型素子の電気抵抗の
外部磁界依存性を模式的に示すグラフである。
FIG. 1 is an explanatory view showing a slider on which a thin-film magnetic head of the present invention is formed, FIG. 2 is a schematic view of an example of a thin-film magnetic head of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a sectional view of a main part of an example of a thin-film magnetic head. FIG. 4 is an explanatory view of a first embodiment of a spin-valve thin-film magnetic element of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory view of a second embodiment of the spin-valve thin-film magnetic element of the present invention, FIGS. 6 and 7 are explanatory views of the GMR effect, and FIG. 4 is a graph schematically showing the external magnetic field dependence of resistance.

【0029】図4は、本発明の第1の実施の形態のスピ
ンバルブ型薄膜磁気素子を示し、このスピンバルブ型薄
膜磁気素子は、アルミナやSiO2等からなる絶縁層4
、Ta等の導電材料からなる下地層22、反強磁性
層11、固定磁性層P、非磁性導電層15、フリー磁性
層F、保護層19が順次積層された積層体Cと、積層体
Cの両側に、ハードバイアス層21と、ハードバイアス
層21上に形成された電極層20とを備えている。
FIG. 4 shows a spin-valve thin-film magnetic element according to a first embodiment of the present invention. This spin-valve thin-film magnetic element has an insulating layer 4 made of alumina, SiO2 or the like.
Above, the base layer 22 made of a conductive material such as Ta, an antiferromagnetic layer 11, a pinned magnetic layer P, the non-magnetic conductive layer 15, a multilayer body C which free magnetic layer F, the protective layer 19 are sequentially stacked, laminated On both sides of the body C, a hard bias layer 21 and an electrode layer 20 formed on the hard bias layer 21 are provided.

【0030】反強磁性層11は、固定磁性層Pとの界面
に生じる交換異方性磁界により、固定磁性層Pの磁化の
向きを固定する役割を果たしており、X−Mn合金(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)からなり、膜厚は8〜2
0nm程度、元素Xの組成は、37〜63原子%、より
好ましくは44〜57原子%である。
The antiferromagnetic layer 11 has a role of fixing the direction of magnetization of the fixed magnetic layer P by an exchange anisotropic magnetic field generated at the interface with the fixed magnetic layer P. Is one or more of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, and Os), and has a thickness of 8 to 2
About 0 nm, the composition of the element X is 37 to 63 atomic%, more preferably 44 to 57 atomic%.

【0031】このような反強磁性層11は、耐食性に優
れており、また、固定磁性層Pとの界面に生じる交換異
方性磁界が強いので、固定磁性層Pの磁化の向きをより
確実に固定することができる。さらに、ブロッキング温
度が高く、高温まで交換異方性磁界が消失することがな
い。
Such an antiferromagnetic layer 11 is excellent in corrosion resistance and has a strong exchange anisotropic magnetic field generated at the interface with the fixed magnetic layer P, so that the magnetization direction of the fixed magnetic layer P can be more reliably determined. Can be fixed. Further, the blocking temperature is high, and the exchange anisotropic magnetic field does not disappear up to a high temperature.

【0032】X−Mn合金のなかでも、Pt−Mn合金
は、特に耐食性に優れ、ブロッキング温度が380℃と
特に高く、交換異方性磁界が6.4×104(A/m)
を越える。反強磁性層11をPt−Mn合金としたとき
には、反強磁性層11と固定磁性層Pとの界面に熱拡散
層を形成する必要がある。
Among the X-Mn alloys, the Pt-Mn alloy is particularly excellent in corrosion resistance, has a particularly high blocking temperature of 380 ° C., and has an exchange anisotropic magnetic field of 6.4 × 10 4 (A / m).
Beyond. When the antiferromagnetic layer 11 is made of a Pt—Mn alloy, it is necessary to form a thermal diffusion layer at the interface between the antiferromagnetic layer 11 and the pinned magnetic layer P.

【0033】このような反強磁性層11と固定磁性層P
との界面の熱拡散層は、スピンバルブ型薄膜素子の製造
工程において、下地層22、反強磁性層11、固定磁性
層P、非磁性導電層15、フリー磁性層F、保護層19
をスパッタ成膜した後の、磁場中熱処理工程により形成
される。
The antiferromagnetic layer 11 and the pinned magnetic layer P
In the manufacturing process of the spin-valve type thin film element, the heat diffusion layer at the interface with the base layer is formed by the underlayer 22, the antiferromagnetic layer 11, the fixed magnetic layer P, the nonmagnetic conductive layer 15, the free magnetic layer F, and the protective layer 19.
Is formed by a heat treatment step in a magnetic field after forming a film by sputtering.

【0034】なお、反強磁性層11は、X−Mn−X’
合金(ただし、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、Sn、Hf、Ta、W、
Re、Au、Pd、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)としてもよい。
The antiferromagnetic layer 11 is made of X-Mn-X '.
Alloys (where X 'is 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, Sn, Hf, Ta, W,
One or two of Re, Au, Pd, and rare earth elements
Or more kinds of elements).

【0035】X−Mn−X’合金は、元素X’が侵入し
た侵入型固溶体であり、あるいは、元素XとMnとで構
成される結晶格子の格子点の一部が、元素X’に置換さ
れた置換型固溶体であることが好ましい。これによっ
て、反強磁性層11の格子定数を大きくすることがで
き、反強磁性層11と固定磁性層Pとの界面において、
反強磁性層11と固定磁性層Pの原子配列が1対1に対
応しない原子配列(非整合状態)を形成することができ
る。
The X-Mn-X 'alloy is an interstitial solid solution in which the element X' has penetrated, or a part of the lattice points of the crystal lattice composed of the element X and Mn is substituted by the element X '. It is preferably a substituted type solid solution. As a result, the lattice constant of the antiferromagnetic layer 11 can be increased, and at the interface between the antiferromagnetic layer 11 and the pinned magnetic layer P,
An atomic arrangement (non-matching state) in which the atomic arrangement of the antiferromagnetic layer 11 and the pinned magnetic layer P does not correspond one-to-one can be formed.

【0036】このように、反強磁性層11を、X−Mn
−X’として、反強磁性層11の大きな格子定数とする
手法等により、反強磁性層11と第1の固定磁性層14
との界面における原子配列を非整合状態とすれば、反強
磁性層11と固定磁性層Pの交換結合磁界を、さらに強
固なものとできる。
As described above, the antiferromagnetic layer 11 is made of X-Mn.
−X ′, the antiferromagnetic layer 11 and the first pinned magnetic layer 14
If the atomic arrangement at the interface with the interface is in a mismatched state, the exchange coupling magnetic field between the antiferromagnetic layer 11 and the fixed magnetic layer P can be further strengthened.

【0037】固定磁性層Pは、反強磁性層11と接触し
て形成された第1の固定磁性層12から順に、非磁性層
13、第2の固定磁性層14が積層された三層構造であ
る。
The pinned magnetic layer P has a three-layer structure in which a nonmagnetic layer 13 and a second pinned magnetic layer 14 are laminated in order from the first pinned magnetic layer 12 formed in contact with the antiferromagnetic layer 11. It is.

【0038】第1の固定磁性層12は、Co系アモルフ
ァスの強磁性材料からなり、比抵抗が100μΩ・cm
以上である。第1の固定磁性層12は、Coの含有率が
70原子%以上であり、2元系のものとして、Co−Z
r、Co−Hf、Co−TiCo−Nb、Co−Ta、
3元系のものとして、Co−T−Z、4元系のものとし
て、Co−T−Z−B(ただし、Tは、Mo、W、N
b、Taのうち1種または2種以上の元素、Zは、Z
r、Hf、Tiのうち1種または2種以上の元素であ
る)等を用いることができる。このような第1の固定磁
性層12の膜厚は、1〜5nmであることが好ましい。
The first fixed magnetic layer 12 is made of a Co-based amorphous ferromagnetic material and has a specific resistance of 100 μΩ · cm.
That is all. The first pinned magnetic layer 12 has a Co content of 70 atomic% or more, and has a binary system of Co-Z
r, Co-Hf, Co-TiCo-Nb, Co-Ta,
Co-T-Z as a ternary system, Co-TZB as a quaternary system (where T is Mo, W, N
b, one or more elements of Ta, Z is Z
or one or more of r, Hf, and Ti). The thickness of the first pinned magnetic layer 12 is preferably 1 to 5 nm.

【0039】非磁性層13は、Ru、Rh、Ir、C
r、Re、Cu等の非磁性導電材料からなり、膜厚が
0.7〜1.0nmであることが好ましい。
The nonmagnetic layer 13 is made of Ru, Rh, Ir, C
It is preferably made of a nonmagnetic conductive material such as r, Re, and Cu, and has a thickness of 0.7 to 1.0 nm.

【0040】第2の固定磁性層14は、結晶質であるC
o系の強磁性材料からなり、Coの含有率が50原子%
以上である。結晶質であるCo系の強磁性材料は、C
o、CoNi合金、CoFe合金、CoFeNi合金等
を用いることができる。このような第2の固定磁性層1
4の比抵抗は、15〜30μΩ・cm程度である。第2
の固定磁性層14の膜厚は、第1の固定磁性層12の膜
厚よりも厚く、3〜7nmであることが好ましい。第1
の固定磁性層12の膜厚の第2の固定磁性層14の膜厚
に対する比は、0.33〜0.95、より好ましくは、
0.53〜0.95である。
The second pinned magnetic layer 14 is made of crystalline C
It is made of an o-based ferromagnetic material and has a Co content of 50 atomic%.
That is all. The crystalline Co-based ferromagnetic material is C
o, a CoNi alloy, a CoFe alloy, a CoFeNi alloy, or the like can be used. Such a second pinned magnetic layer 1
The specific resistance of No. 4 is about 15 to 30 μΩ · cm. Second
The thickness of the fixed magnetic layer 14 is larger than the thickness of the first fixed magnetic layer 12, and is preferably 3 to 7 nm. First
The ratio of the thickness of the fixed magnetic layer 12 to the thickness of the second fixed magnetic layer 14 is 0.33 to 0.95, more preferably,
0.53 to 0.95.

【0041】第1の固定磁性層12は、反強磁性層11
との界面に生じる交換磁気異方性磁界により、磁化の向
きが固定されている。第2の固定磁性層14は、第1の
固定磁性層12と非磁性層13を介して磁気的に結合し
ており、第2の固定磁性層14の磁化の向きは、第1の
固定磁性層12の磁化の向きと反平行に固定されてい
る。
The first pinned magnetic layer 12 includes the antiferromagnetic layer 11
The direction of magnetization is fixed by the exchange magnetic anisotropic magnetic field generated at the interface with. The second pinned magnetic layer 14 is magnetically coupled to the first pinned magnetic layer 12 via the non-magnetic layer 13, and the direction of magnetization of the second pinned magnetic layer 14 is the first pinned magnetic layer. It is fixed antiparallel to the direction of magnetization of the layer 12.

【0042】このように、第1、第2の固定磁性層1
2、14は、磁化の向きが互いに反平行であり、第2の
固定磁性層14の単位面積あたりの磁気モーメントが、
第1の固定磁性層12よりも大きい人工的なフェリ磁性
状態を形成している。図4中に示すように、第1の固定
磁性層12の磁化の向きを+z方向、第2の固定磁性層
14の磁化の向きを−z方向とする。
As described above, the first and second pinned magnetic layers 1
2 and 14, the magnetization directions are antiparallel to each other, and the magnetic moment per unit area of the second pinned magnetic layer 14 is
An artificial ferrimagnetic state larger than the first pinned magnetic layer 12 is formed. As shown in FIG. 4, the direction of magnetization of the first pinned magnetic layer 12 is defined as + z direction, and the direction of magnetization of the second fixed magnetic layer 14 is defined as -z direction.

【0043】固定磁性層Pの磁化の向きは、反強磁性層
11との強い交換異方性磁界により固定されており、外
部磁界や高い環境温度によっても変動することがない。
さらに、固定磁性層Pが人工的なフェリ磁性状態である
から、固定磁性層Pの磁化状態は、熱的により安定し
て、磁化の向きが変動することがない。固定磁性層Pの
フェリ磁性状態は、第1、第2の固定磁性層12、14
が、両方ともCo系材料であり、第1の固定磁性層12
がCoを70原子%以上含有すると共に、第2の固定磁
性層14がCoを50原子%以上含有するので、安定し
たフェリ磁性状態を形成することができる。
The direction of magnetization of the fixed magnetic layer P is fixed by a strong exchange anisotropic magnetic field with the antiferromagnetic layer 11, and does not change even by an external magnetic field or a high environmental temperature.
Further, since the fixed magnetic layer P is in an artificial ferrimagnetic state, the magnetization state of the fixed magnetic layer P is more thermally stable and the direction of magnetization does not change. The ferrimagnetic state of the fixed magnetic layer P depends on the first and second fixed magnetic layers 12 and 14.
Are both Co-based materials, and the first pinned magnetic layer 12
Contains 70 atomic% or more of Co, and the second pinned magnetic layer 14 contains 50 atomic% or more of Co, so that a stable ferrimagnetic state can be formed.

【0044】なお、第1、第2の固定磁性層12、14
がフェリ磁性状態を形成するとき、第2の固定磁性層1
4の膜厚は、第1の固定磁性層12の膜厚よりも薄くて
も良い。このとき、第1の固定磁性層12の膜厚は、3
〜7nmであることが好ましく、一方、第2の固定磁性
層14の膜厚は、第1の固定磁性層よりも薄く、1〜5
nmであることが好ましく、第1の固定磁性層12の膜
厚の第2の固定磁性層14の膜厚に対する比が1.05
〜3、より好ましくは、1.05〜1.8である。
The first and second pinned magnetic layers 12 and 14
Forms the ferrimagnetic state, the second pinned magnetic layer 1
4 may be thinner than the thickness of the first fixed magnetic layer 12. At this time, the thickness of the first pinned magnetic layer 12 is 3
The thickness of the second pinned magnetic layer 14 is preferably smaller than that of the first pinned magnetic layer.
Preferably, the ratio of the thickness of the first fixed magnetic layer 12 to the thickness of the second fixed magnetic layer 14 is 1.05 nm.
To 3, more preferably 1.05 to 1.8.

【0045】このような固定磁性層Pの磁化状態は、反
強磁性層11と固定磁性層Pの界面に熱拡散層を形成す
る磁場中熱処理工程において、印加磁界の大きさ、方向
により決められる。
The magnetization state of the fixed magnetic layer P is determined by the magnitude and direction of the applied magnetic field in the magnetic field heat treatment step of forming a thermal diffusion layer at the interface between the antiferromagnetic layer 11 and the fixed magnetic layer P. .

【0046】磁場中熱処理工程において、第1の固定磁
性層12は、印加磁界方向に磁化されて、磁化の向きが
反強磁性層11との交換異方性磁界により固定される。
このとき、第2の固定磁性層14は、非磁性層13を介
して第1の固定磁性層12と磁気的に結合して、第1の
固定磁性層12と反平行状態に磁化され、第2の固定磁
性層14の磁化の向きは、第1の固定磁性層12の磁化
の向きと反平行に固定される。
In the heat treatment in a magnetic field, the first fixed magnetic layer 12 is magnetized in the direction of the applied magnetic field, and the direction of the magnetization is fixed by the exchange anisotropic magnetic field with the antiferromagnetic layer 11.
At this time, the second pinned magnetic layer 14 is magnetically coupled to the first pinned magnetic layer 12 via the non-magnetic layer 13, and is magnetized in an antiparallel state with the first pinned magnetic layer 12. The direction of magnetization of the second pinned magnetic layer 14 is fixed antiparallel to the direction of magnetization of the first pinned magnetic layer 12.

【0047】非磁性導電層15は、Cu等の良導電材料
からなり、固定磁性層Pとフリー磁性層Fの間に挟まれ
て、固定磁性層Pとフリー磁性層Fを磁気的に分離する
役割と、固定磁性層Pとの界面、及びフリー磁性層Fと
の界面において、伝導電子のスピンに依存した散乱を起
こしてGMR効果を発現させる役割と、センス電流の主
な経路としての役割を果たしており、膜厚は、1.5〜
4nmに形成されている。
The nonmagnetic conductive layer 15 is made of a good conductive material such as Cu and is sandwiched between the fixed magnetic layer P and the free magnetic layer F to magnetically separate the fixed magnetic layer P and the free magnetic layer F. The role of causing the spin-dependent scattering of conduction electrons at the interface with the pinned magnetic layer P and the interface with the free magnetic layer F to exhibit the GMR effect, and the role as the main path of the sense current. And the film thickness is 1.5 ~
It is formed to 4 nm.

【0048】フリー磁性層Fは、非磁性導電層15上に
拡散防止層17、軟磁性層18が順次積層された二層構
造であり、3〜8nmの膜厚に形成されている。
The free magnetic layer F has a two-layer structure in which a diffusion preventing layer 17 and a soft magnetic layer 18 are sequentially laminated on the nonmagnetic conductive layer 15 and has a thickness of 3 to 8 nm.

【0049】軟磁性層18は、NiFe合金からなり、
Feの含有率が0.1原子%から0.3原子%の間にお
いて、特に、低飽和磁化、低保磁力である優れた軟磁気
特性と、最適な磁歪特性が得られる。
The soft magnetic layer 18 is made of a NiFe alloy,
When the Fe content is between 0.1 atomic% and 0.3 atomic%, in particular, excellent soft magnetic characteristics with low saturation magnetization and low coercive force and optimum magnetostriction characteristics can be obtained.

【0050】拡散防止層17は、CoやCoFe合金か
らなり、軟磁性層18のNi原子が非磁性導電層15に
相互拡散することを防いでおり、0.5nm以上の膜厚
が必要である。
The diffusion prevention layer 17 is made of a Co or CoFe alloy, and prevents Ni atoms of the soft magnetic layer 18 from interdiffusing into the nonmagnetic conductive layer 15 and needs to have a thickness of 0.5 nm or more. .

【0051】フリー磁性層Fの磁化は外部磁界(H)に
より回転する。フリー磁性層Fの磁化の回転は、軟磁性
層18が主導的であり、拡散防止層17の磁化は、軟磁
性層18の磁化に追従して回転し、拡散防止層17の磁
化の向きと軟磁性層18の磁化の向きは一致する。拡散
防止層17は、Coの保磁力が大きく、厚くしすぎると
フリー磁性層Fの磁化回転を阻害することになるので、
1nm程度とすることが好ましい。
The magnetization of the free magnetic layer F is rotated by the external magnetic field (H). The rotation of the magnetization of the free magnetic layer F is led by the soft magnetic layer 18, and the magnetization of the diffusion prevention layer 17 rotates following the magnetization of the soft magnetic layer 18, and the magnetization direction of the diffusion prevention layer 17 is The directions of magnetization of the soft magnetic layer 18 match. The diffusion prevention layer 17 has a large coercive force of Co, and if it is too thick, it will hinder the magnetization rotation of the free magnetic layer F.
Preferably, the thickness is about 1 nm.

【0052】フリー磁性層Fの上には、Ta、Cr等か
らなる保護層19が形成されている。下地層22、反強
磁性層11、固定磁性層P、非磁性導電層15、フリー
磁性層F、保護層19が順次積層された積層体Cの両側
には、ハードバイアス層21が積層体Cと接触して形成
されており、ハードバイアス層21は、高保磁力である
永久磁石材料、例えば、Co−Pt合金、Co−Cr−
Pt合金、Co−Cr−Ta合金等より成る。
On the free magnetic layer F, a protective layer 19 made of Ta, Cr or the like is formed. A hard bias layer 21 is provided on both sides of a laminate C in which an underlayer 22, an antiferromagnetic layer 11, a fixed magnetic layer P, a nonmagnetic conductive layer 15, a free magnetic layer F, and a protective layer 19 are sequentially laminated. The hard bias layer 21 is formed of a permanent magnet material having a high coercive force, for example, a Co-Pt alloy, Co-Cr-
It is made of a Pt alloy, a Co-Cr-Ta alloy or the like.

【0053】ハードバイアス層21は、フリー磁性層F
に固定磁性層Pの磁化方向(z方向)と垂直な方向(図
4に示すx方向)にバイアス磁界を印加する役割を果た
している。フリー磁性層Fは、磁気異方性分散が抑制さ
れているので、外部磁界がないとき、x方向に印加され
たバイアス磁界によって、x方向に揃えられている。ハ
ードバイアス層21は、フリー磁性層Fの両側に設けら
れているので、フリー磁性層Fにバイアス磁界を効率良
く印加することができる。
The hard bias layer 21 includes the free magnetic layer F
And a function of applying a bias magnetic field in a direction (x direction shown in FIG. 4) perpendicular to the magnetization direction (z direction) of the fixed magnetic layer P. Since the magnetic anisotropy dispersion is suppressed, the free magnetic layer F is aligned in the x direction by the bias magnetic field applied in the x direction when there is no external magnetic field. Since the hard bias layers 21 are provided on both sides of the free magnetic layer F, a bias magnetic field can be efficiently applied to the free magnetic layer F.

【0054】電極層20は、Cr、Au、Ta、W、R
h、Irから選ばれる1種またはそれ以上からなる単層
膜、もしくは多層膜に形成されており、積層体Cの両側
で、ハードバイアス層21上に形成されている。
The electrode layer 20 is made of Cr, Au, Ta, W, R
It is formed as a single layer film or a multilayer film made of one or more selected from h and Ir, and is formed on the hard bias layer 21 on both sides of the laminate C.

【0055】積層体Cには、両側の電極層20から、固
定磁性層Pの磁化方向と直交する方向(x方向)に、セ
ンス電流が印加される。また、センス電流が印加される
向き(図4に示す+x方向)は、センス電流により生じ
る磁界(センス電流磁界)の向きが、第1の固定磁性層
12の位置で、第1の固定磁性層12の磁化の向きと一
致するようになっている。このようなセンス電流磁界に
よって、固定磁性層Pの磁化状態は、熱的により安定し
たものになっている。
A sense current is applied to the laminate C from the electrode layers 20 on both sides in a direction (x direction) orthogonal to the magnetization direction of the fixed magnetic layer P. The direction in which the sense current is applied (+ x direction shown in FIG. 4) is such that the direction of the magnetic field (sense current magnetic field) generated by the sense current is the position of the first fixed magnetic layer 12 and the first fixed magnetic layer. Twelve magnetization directions coincide with each other. Due to such a sense current magnetic field, the magnetization state of the fixed magnetic layer P is more thermally stable.

【0056】センス電流は、第1の固定磁性層12の比
抵抗が100μΩ・cm以上であるから、第1の固定磁
性層12には殆ど流入することなく、主に、積層体Cの
うち最も電気抵抗の低い非磁性導電層15、及び固定磁
性層Pのうち第2の固定磁性層14、フリー磁性層Fを
流れる。このようなセンス電流中心は、非磁性導電層1
5の中心にほぼ一致している。
The sense current hardly flows into the first fixed magnetic layer 12 because the specific resistance of the first fixed magnetic layer 12 is 100 μΩ · cm or more, It flows through the second fixed magnetic layer 14 and the free magnetic layer F among the nonmagnetic conductive layer 15 and the fixed magnetic layer P having low electric resistance. Such a sense current center corresponds to the nonmagnetic conductive layer 1
5, almost coincides with the center.

【0057】フリー磁性層Fの位置では、センス電流磁
界が−z方向に印加されるが、センス電流中心は、固定
磁性層P側にズレることなく非磁性導電層15のほぼ中
心に一致しておりフリー磁性層Fに近接しているので、
フリー磁性層Fには、z方向のセンス電流磁界の影響が
比較的少ない。
At the position of the free magnetic layer F, a sense current magnetic field is applied in the −z direction. However, the center of the sense current is substantially aligned with the center of the nonmagnetic conductive layer 15 without shifting to the fixed magnetic layer P side. Since it is close to the free magnetic layer F,
The influence of the sense current magnetic field in the z direction is relatively small on the free magnetic layer F.

【0058】次に、第1の実施の形態のスピンバルブ型
薄膜磁気素子が、外部磁界を検出するときを説明する。
スピンバルブ型薄膜磁気素子に外部磁界が印加される
と、フリー磁性層Fの磁化の向きは、外部磁界の向きと
平行に近づくように回転する。
Next, a case where the spin-valve thin-film magnetic element of the first embodiment detects an external magnetic field will be described.
When an external magnetic field is applied to the spin-valve thin-film magnetic element, the direction of magnetization of the free magnetic layer F rotates so as to approach parallel to the direction of the external magnetic field.

【0059】このとき、フリー磁性層Fには、センス電
流磁界は外部磁界に比べて小さいので、フリー磁性層F
は、外部磁界のみを検知することができる。
At this time, since the sense current magnetic field in the free magnetic layer F is smaller than the external magnetic field, the free magnetic layer F
Can detect only the external magnetic field.

【0060】フリー磁性層Fは、磁化の向きがバイアス
磁界により揃えられており、磁化の向きが回転するとき
に、磁区の乱れを伴わないので、バルクハウゼンノイズ
を生じることがない。
In the free magnetic layer F, the direction of magnetization is aligned by the bias magnetic field, and when the direction of magnetization is rotated, the magnetic domain is not disturbed, so that no Barkhausen noise is generated.

【0061】また、フリー磁性層Fの軟磁性層18は、
NiFe合金が軟磁気特性に優れ低保磁力であるから、
フリー磁性層Fの磁化は、外部磁界の変化に速やかに対
応して、回転することができる。
The soft magnetic layer 18 of the free magnetic layer F is
Since NiFe alloy has excellent soft magnetic properties and low coercive force,
The magnetization of the free magnetic layer F can rotate in response to a change in the external magnetic field.

【0062】フリー磁性層Fの磁化が回転すると、GM
R(Giant Magnetoresistive)効果によって、積層体C
を挟む電極層20間の電気抵抗値(R)が変化する。以
下、GMR効果について説明する。
When the magnetization of the free magnetic layer F rotates, GM
Laminate C by R (Giant Magnetoresistive) effect
The electric resistance value (R) between the electrode layers 20 sandwiching the. Hereinafter, the GMR effect will be described.

【0063】GMR効果は、センス電流の伝導電子が、
非磁性導電層15とフリー磁性層Fの界面、及び非磁性
導電層15と固定磁性層Pの界面において、スピンの向
きによって散乱される確率が異なるスピン依存性散乱に
よるものである。
The GMR effect is that the conduction electrons of the sense current are
This is due to spin-dependent scattering at the interface between the nonmagnetic conductive layer 15 and the free magnetic layer F and at the interface between the nonmagnetic conductive layer 15 and the pinned magnetic layer P, where the probability of scattering depends on the direction of spin.

【0064】図6に示すように、外部磁界の向きが−z
方向であり、フリー磁性層Fの磁化と、第2の固定磁性
層14の磁化(以下、固定磁化)の向きが平行である場
合において、センス電流の伝導電子が、非磁性導電層1
5側からフリー磁性層Fとの界面に入射したとき、down
スピンでは散乱される確率が高く、upスピンでは散乱さ
れる確率が低くなる。(スピン依存性散乱)
As shown in FIG. 6, the direction of the external magnetic field is -z
When the direction of the magnetization of the free magnetic layer F is parallel to the direction of the magnetization of the second pinned magnetic layer 14 (hereinafter, pinned magnetization), the conduction electrons of the sense current
5 when entering the interface with the free magnetic layer F from the
The spin has a high probability of being scattered, and the up spin has a low probability of being scattered. (Spin-dependent scattering)

【0065】即ち、センス電流の伝導電子は、upスピン
に関して、非磁性導電層15とフリー磁性層Fの界面で
散乱されることなくフリー磁性層Fに入射する確率が高
い。
That is, there is a high probability that the conduction electrons of the sense current enter the free magnetic layer F without being scattered at the interface between the nonmagnetic conductive layer 15 and the free magnetic layer F with respect to the up spin.

【0066】一方、図7に示すように、外部磁界の向き
が+z方向であり、フリー磁性層Fの磁化と、固定磁化
の向きが反平行である場合において、センス電流の伝導
電子は、非磁性導電層15側からフリー磁性層Fとの界
面に入射したとき、downスピン、upスピンともに、散乱
される確率が高く、フリー磁性層Fに入射することがで
きない。
On the other hand, as shown in FIG. 7, when the direction of the external magnetic field is in the + z direction and the magnetization of the free magnetic layer F is antiparallel to the fixed magnetization, conduction electrons of the sense current are non-parallel. When the light enters the interface with the free magnetic layer F from the magnetic conductive layer 15 side, both the down spin and the up spin are likely to be scattered, and cannot enter the free magnetic layer F.

【0067】このように、センス電流の伝導電子は、フ
リー磁性層Fの磁化と固定磁化の向きが平行であると
き、upスピンがフリー磁性層Fを通り抜けて、フリー磁
性層Fと保護層19の界面に至るので、平均自由行程が
長く、一方、フリー磁性層Fの磁化と固定磁化の向きが
反平行であるとき、upスピンもdownスピンも非磁性導電
層15とフリー磁性層Fの界面を通り抜けることが出来
ないので、平均自由行程が短い。
As described above, when the direction of the magnetization of the free magnetic layer F and the direction of the fixed magnetization are parallel, the up spin passes through the free magnetic layer F, and the conduction electrons of the sense current pass through the free magnetic layer F and the protective layer 19. When the direction of the magnetization of the free magnetic layer F is antiparallel to the direction of the fixed magnetization, both the up spin and the down spin are caused by the interface between the nonmagnetic conductive layer 15 and the free magnetic layer F. The mean free path is short because it cannot pass through.

【0068】よって、外部磁界の向きが−z方向である
とき、upスピン電子の平均自由行程が長いので、電極
層20間の電気抵抗(R)は、外部磁界がないときの電
気抵抗(R0)に比べて低くなり、一方、外部磁界の向
きが+z方向であるとき、upスピン、downスピン電子
両方の平均自由行程が短いので、電極層20間の電気抵
抗(R)は、外部磁界がないときの電気抵抗(R0)に
比べて高くなる。(GMR効果)
Therefore, when the direction of the external magnetic field is in the −z direction, the mean free path of the up spin electrons is long, so that the electric resistance (R) between the electrode layers 20 is equal to the electric resistance (R0) when there is no external magnetic field. ), On the other hand, when the direction of the external magnetic field is in the + z direction, the mean free path of both up spin and down spin electrons is short. Therefore, the electric resistance (R) between the electrode layers 20 is reduced by the external magnetic field. It is higher than the electrical resistance (R0) when there is no power. (GMR effect)

【0069】図8のグラフは、外部磁界(H)と、電極
層20間の電気抵抗(R)との関係を示している。図6
に示すように、外部磁界(H)が−zの向き(センス電
流磁界の向き)に印加されたとき、電極層20間の電気
抵抗(R)は、外部磁界がないときの電気抵抗(R0)
から減少する。電気抵抗(R)は、外部磁界(H)の大
きさの増加に従って線形的に減少し、外部磁界(H)の
大きさがバイアス磁界の大きさとフリー磁性層Fの特性
により定まる値(Hs)以上になると、電気抵抗(R)
は、一定の値(R2)となる。
The graph of FIG. 8 shows the relationship between the external magnetic field (H) and the electric resistance (R) between the electrode layers 20. FIG.
As shown in (2), when the external magnetic field (H) is applied in the direction of -z (the direction of the sense current magnetic field), the electric resistance (R) between the electrode layers 20 becomes the electric resistance (R0) when there is no external magnetic field. )
To decrease from. The electric resistance (R) decreases linearly as the magnitude of the external magnetic field (H) increases, and the magnitude of the external magnetic field (H) is determined by the magnitude of the bias magnetic field and the characteristics of the free magnetic layer F (Hs). Above, the electric resistance (R)
Is a constant value (R2).

【0070】一方、図7に示すように、外部磁界(H)
が+zの向き(センス電流磁界の向きに反平行)に印加
されたとき、電極層20間の電気抵抗(R)は、外部磁
界がないときの電気抵抗(R0)から増加する。電気抵
抗(R)は、外部磁界(H)の大きさの増加に従って、
線形的に増加して、外部磁界(H)の大きさがバイアス
磁界の大きさとフリー磁性層Fの特性により定まる値
(Hs)以上になると、電気抵抗(R)は、一定の値
(R1)となる。
On the other hand, as shown in FIG.
Is applied in the + z direction (anti-parallel to the direction of the sense current magnetic field), the electric resistance (R) between the electrode layers 20 increases from the electric resistance (R0) in the absence of an external magnetic field. The electric resistance (R) increases as the magnitude of the external magnetic field (H) increases.
When the magnitude of the external magnetic field (H) increases linearly and exceeds a value (Hs) determined by the magnitude of the bias magnetic field and the characteristics of the free magnetic layer F, the electric resistance (R) becomes a constant value (R1). Becomes

【0071】外部磁界(H)の大きさ(絶対値)が同じ
であれば、外部磁界(H)が−zの向き(センス電流磁
界の向き)と+zの向き(センス電流磁界の向きに反平
行)に印加されたとき、それぞれの電気抵抗(R)は、
外部磁界がないとき(H=0)の電気抵抗(R0)から
の変化量(ΔR)の大きさが等しくなっている。
If the magnitude (absolute value) of the external magnetic field (H) is the same, the external magnetic field (H) is opposite to the direction of -z (the direction of the sense current magnetic field) and the direction of + z (the direction of the sense current magnetic field). When applied in parallel, the respective electrical resistances (R) are:
When there is no external magnetic field (H = 0), the amount of change (ΔR) from the electric resistance (R0) is equal.

【0072】このようなGMR効果による電気抵抗
(R)の変化は、電極層20間の出力電圧(V)として
取り出される。外部磁界(H)の大きさ(絶対値)が等
しいとき、外部磁界(H)が−zの向き(センス電流磁
界の向き)に印加されたときの出力電圧(V1)と、外
部磁界(H)が+zの向き(センス電流磁界の向きに反
平行)に印加されたときの出力電圧(V2)は、それぞ
れ外部磁界がないとき(H=0)の出力電圧(V0)か
らの変化量(ΔV)の大きさが等しく、出力電圧(V
1、V2)は、外部磁界がないとき(H=0)の出力電
圧(V0)に関して対称になっている。対称な出力電圧
波形では、デジタル信号処理がし易い。
The change in the electric resistance (R) due to the GMR effect is extracted as an output voltage (V) between the electrode layers 20. When the magnitude (absolute value) of the external magnetic field (H) is equal, the output voltage (V1) when the external magnetic field (H) is applied in the direction of -z (the direction of the sense current magnetic field) and the external magnetic field (H ) Is applied in the + z direction (anti-parallel to the direction of the sense current magnetic field), the output voltage (V2) changes from the output voltage (V0) without the external magnetic field (H = 0), respectively. ΔV) are equal and the output voltage (V
1, V2) are symmetric with respect to the output voltage (V0) when there is no external magnetic field (H = 0). Symmetric output voltage waveforms facilitate digital signal processing.

【0073】一方、従来のようにセンス電流磁界の影響
が大きい場合、図10に示すように、外部磁界(H)が
−zの向き(センス電流磁界の向き)に印加されたと
き、電気抵抗(R)は、外部磁界(H)の大きさの増加
に従って線形的に減少し、外部磁界(H)が一定値(H
s2)以上になると、電気抵抗(R)は一定の値(R
4)となる。また、外部磁界(H)が+zの向き(セン
ス電流磁界の向きに反平行)に印加されたとき、電気抵
抗(R)は、外部磁界(H)の大きさの増加に従って線
形的に増加し、外部磁界(H)が一定値(Hs1)以上
になると、電気抵抗(R)は、一定の値(R3)とな
る。
On the other hand, when the influence of the sense current magnetic field is large as in the prior art, as shown in FIG. 10, when the external magnetic field (H) is applied in the direction of -z (the direction of the sense current magnetic field), the electric resistance is reduced. (R) decreases linearly with an increase in the magnitude of the external magnetic field (H), and the external magnetic field (H) becomes constant (H).
s2), the electrical resistance (R) becomes a constant value (R
4). Further, when the external magnetic field (H) is applied in the direction of + z (anti-parallel to the direction of the sense current magnetic field), the electric resistance (R) increases linearly with an increase in the magnitude of the external magnetic field (H). When the external magnetic field (H) exceeds a certain value (Hs1), the electric resistance (R) becomes a certain value (R3).

【0074】このとき、センス電流磁界の向きに平行な
外部磁界の一定値(Hs2)は、センス電流磁界の影響
によって、センス電流磁界の向きに反平行な外部磁界の
一定値(Hs1)よりも小さく、センス電流磁界の向き
に平行な外部磁界の一定値(Hs2)に対応する電気抵
抗(R4)は、外部磁界がないとき(H=0)の電気抵
抗(R0)からの変化が、センス電流磁界の向きに反平
行な外部磁界の一定値(Hs1)に対応する電気抵抗
(R3)よりも小さい。
At this time, the constant value (Hs2) of the external magnetic field parallel to the direction of the sense current magnetic field is larger than the constant value (Hs1) of the external magnetic field antiparallel to the direction of the sense current magnetic field due to the influence of the sense current magnetic field. The electric resistance (R4) corresponding to a constant value (Hs2) of the external magnetic field which is small and parallel to the direction of the sense current magnetic field is different from the electric resistance (R0) when there is no external magnetic field (H = 0). It is smaller than the electric resistance (R3) corresponding to the constant value (Hs1) of the external magnetic field antiparallel to the direction of the current magnetic field.

【0075】よって、等しい大きさ(絶対値)の外部磁
界(H)が、それぞれ−zの向き(センス電流磁界の向
き)と+zの向き(センス電流磁界の向きに反平行)に
印加されたとき、電気抵抗(R)は、+zの向き(セン
ス電流磁界の向きに反平行)に印加された外部磁界
(H)に対して、より大きく変化する。
Accordingly, external magnetic fields (H) having the same magnitude (absolute value) are applied in the direction of -z (direction of the sense current magnetic field) and in the direction of + z (anti-parallel to the direction of the sense current magnetic field). At this time, the electric resistance (R) changes more greatly with respect to the external magnetic field (H) applied in the direction of + z (anti-parallel to the direction of the sense current magnetic field).

【0076】このような外部磁界(H)と電気抵抗
(R)の関係では、出力電圧波形に非対称性(Asymmetr
y−Plus)を生じて、デジタル信号処理上好ましくな
い。また、センス電流磁界が+zの向きである場合に
も、外部磁界(H)と電気抵抗(R)の関係は、図11
に示すようになり、出力電圧波形に非対称性(Asymmetr
y−Minus)を生じる。
In such a relationship between the external magnetic field (H) and the electric resistance (R), the output voltage waveform has asymmetry (Asymmetr
y-Plus), which is not preferable for digital signal processing. Even when the sense current magnetic field is in the + z direction, the relationship between the external magnetic field (H) and the electric resistance (R) is as shown in FIG.
As shown in the figure, the asymmetry (Asymmetr
y-Minus).

【0077】また、GMR効果に寄与しない第1の固定
磁性層12の比抵抗が高いと、第1の固定磁性層12へ
のセンス電流の分流が少なく、より多くのセンス電流
を、GMR効果に寄与する第2の固定磁性層14、非磁
性導電層15、フリー磁性層Fに流すことができる。G
MR効果に寄与しない層へのセンス電流の分流(シャン
トロス)が少ないと、GMR効果による抵抗変化(Δ
R)が向上し、GMR効果による抵抗変化率(ΔR/
R)が向上して、信頼性の高い外部磁界の検出を行うこ
とができる。
When the specific resistance of the first pinned magnetic layer 12 that does not contribute to the GMR effect is high, the shunt current of the sense current to the first pinned magnetic layer 12 is small, and more sense current is applied to the GMR effect. It can flow to the second pinned magnetic layer 14, the nonmagnetic conductive layer 15, and the free magnetic layer F that contribute. G
If the shunt current (shunt loss) of the sense current to the layer that does not contribute to the MR effect is small, the resistance change (Δ
R) and the rate of change in resistance due to the GMR effect (ΔR /
R) is improved, and highly reliable external magnetic field detection can be performed.

【0078】さらに、反強磁性層11の比抵抗を200
μΩ・cm以上として、且つ、反強磁性層11の膜厚を
15nm以下にすると、反強磁性層11へのシャントロ
スも抑制することができる。比抵抗が200μΩ・cm
以上である反強磁性層11の製造方法は、反強磁性層1
1を成膜後アニールして、反強磁性層11の結晶構造を
変化させる。
Further, the specific resistance of the antiferromagnetic layer 11 is set to 200
When the thickness is set to μΩ · cm or more and the thickness of the antiferromagnetic layer 11 is set to 15 nm or less, shunt loss to the antiferromagnetic layer 11 can also be suppressed. Specific resistance is 200μΩ ・ cm
The manufacturing method of the antiferromagnetic layer 11 described above
1 is formed and then annealed to change the crystal structure of the antiferromagnetic layer 11.

【0079】さらに、絶縁層4と反強磁性層11の界面
状態が良好であり、密着性の確保ができれば、下地層2
2をなくすことにより、下地層22へのシャントロスも
なくすことができる。
Furthermore, if the interface state between the insulating layer 4 and the antiferromagnetic layer 11 is good and the adhesion can be ensured, the underlayer 2
By eliminating 2, it is possible to eliminate shunt loss to the underlying layer 22.

【0080】次に、本発明の第2の実施の形態を説明す
る。本発明の第2の実施の形態は、図5に示すように、
固定磁性層Pの第1の固定磁性層12は、反強磁性層1
1側の部分がCo系アモルファスからなる第1層12a
であり、非磁性層13との界面部分が、第2の固定磁性
層14と同じ結晶質のCo、CoFe合金、CoNiF
e合金、CoNi合金からなる第2層12bとなってい
る。このような第2の実施の形態は、固定磁性層P以外
は、第1の実施の形態と同様である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment of the present invention, as shown in FIG.
The first fixed magnetic layer 12 of the fixed magnetic layer P is
First layer 12a in which part on one side is made of Co-based amorphous
And the interface portion with the nonmagnetic layer 13 is the same crystalline Co, CoFe alloy, CoNiF as the second pinned magnetic layer 14.
The second layer 12b is made of an e-alloy or a CoNi alloy. The second embodiment is similar to the first embodiment except for the pinned magnetic layer P.

【0081】第1、第2の固定磁性層12、14の非磁
性層13を介した磁気的な結合は、第1、第2の固定磁
性層12、14の非磁性層13との界面部分に生じるの
で、第1の固定磁性層12の非磁性層13との界面部分
である第2層12bを第2の固定磁性層14と同じ結晶
質のCo、CoFe合金、CoNiFe合金、CoNi
合金等の材料とすることにより、第1の固定磁性層12
全体をCo系アモルファス合金とするよりも第1、第2
の固定磁性層12、14の磁気的な結合が強くなり、固
定磁性層Pの磁化方向が安定する。このとき、第2層1
2bは、膜厚が厚いと第1の固定磁性層12の電気抵抗
が低下する。第1、第2の固定磁性層12、14の磁気
結合の向上を得るためには、第2層12bの膜厚は、
0.3nm以上あれば十分である。
The magnetic coupling between the first and second fixed magnetic layers 12 and 14 via the nonmagnetic layer 13 is caused by the interface between the first and second fixed magnetic layers 12 and 14 and the nonmagnetic layer 13. Therefore, the second layer 12b, which is the interface between the first pinned magnetic layer 12 and the non-magnetic layer 13, is made of the same crystalline Co, CoFe alloy, CoNiFe alloy, CoNi as the second pinned magnetic layer 14.
By using a material such as an alloy, the first pinned magnetic layer 12
First and second than the whole made of Co-based amorphous alloy
The magnetic coupling between the fixed magnetic layers 12 and 14 becomes stronger, and the magnetization direction of the fixed magnetic layer P is stabilized. At this time, the second layer 1
2b, when the film thickness is large, the electric resistance of the first fixed magnetic layer 12 decreases. In order to improve the magnetic coupling between the first and second pinned magnetic layers 12 and 14, the thickness of the second layer 12b is
0.3 nm or more is sufficient.

【0082】次に、このような本発明のスピンバルブ型
薄膜素子を用いた薄膜磁気ヘッドを説明する。本発明の
薄膜磁気ヘッドは、図1のように、セラミックスからな
る矩形状のスライダ61のヘッド形成面61a上に形成
されている。スライダ61は、ヘッド形成面61aと略
垂直な磁気ディスク対向面61bを有している。
Next, a thin film magnetic head using such a spin valve type thin film element of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the thin film magnetic head of the present invention is formed on a head forming surface 61a of a rectangular slider 61 made of ceramics. The slider 61 has a magnetic disk facing surface 61b substantially perpendicular to the head forming surface 61a.

【0083】本発明の薄膜磁気ヘッドは、複合磁気ヘッ
ドである場合、図2、3に示すように、スライダ61の
ヘッド形成面61a上に、再生部h1と記録部h2とが
積層して形成されている。再生部h1において、本発明
のスピンバルブ型薄膜磁気素子1は、パーマロイ等の軟
磁性材料からなる上部、下部シールド層2、3間に、絶
縁層4を介して挟持されている。
When the thin-film magnetic head of the present invention is a composite magnetic head, as shown in FIGS. 2 and 3, a reproducing section h1 and a recording section h2 are formed on a head forming surface 61a of a slider 61 by lamination. Have been. In the reproducing section h1, the spin-valve thin-film magnetic element 1 of the present invention is sandwiched between upper and lower shield layers 2 and 3 made of a soft magnetic material such as permalloy with an insulating layer 4 interposed therebetween.

【0084】再生部h1上に積層された記録部h2は、
上部シールド層2と兼用される下部コア層と、上部シー
ルド層2上に形成された無機絶縁材料からなる磁気ギャ
ップ層8と、磁気ギャップ層8上に無機絶縁層5を介し
て形成され、スパイラル状であるコイル層9と、コイル
層9を覆う有機絶縁層7と、有機絶縁層7上からコイル
層9を覆うパーマロイ等の軟磁性材料からなる上部コア
層10とを有し、上部コア層10は、スライダ61の磁
気ディスク対向面61b側において、磁気ギャップ層8
表面に接触して形成され、上部シールド層2と、磁気ギ
ャップ層8を挟持している。また、上部コア層10は、
コイル層9の巻き中心部近傍において、上部シールド層
2と接続されている。
The recording unit h2 laminated on the reproducing unit h1
A lower core layer also serving as the upper shield layer 2, a magnetic gap layer 8 formed of an inorganic insulating material formed on the upper shield layer 2, and a spiral formed on the magnetic gap layer 8 with the inorganic insulating layer 5 interposed therebetween. A coil layer 9, an organic insulating layer 7 covering the coil layer 9, and an upper core layer 10 made of a soft magnetic material such as permalloy covering the coil layer 9 from above the organic insulating layer 7. Reference numeral 10 denotes a magnetic gap layer 8 on the magnetic disk facing surface 61b side of the slider 61.
It is formed in contact with the surface and sandwiches the upper shield layer 2 and the magnetic gap layer 8. Also, the upper core layer 10
The coil layer 9 is connected to the upper shield layer 2 in the vicinity of the winding center.

【0085】なお、上記薄膜磁気ヘッドでは、再生部h
1と記録部h2を備えた複合型ヘッドを説明したが、記
録部h2を形成せず、再生部h1のみの再生専用ヘッド
でも良い。
In the thin-film magnetic head, the reproducing section h
Although the composite head including the recording section h2 and the recording section h2 has been described, a read-only head having only the reproduction section h1 without forming the recording section h2 may be used.

【0086】次に、このような薄膜磁気ヘッドがハード
磁気ディスク装置に搭載されて、記録磁界の検出を行う
場合を説明する。ハード磁気ディスク装置には、記録磁
化パターンが付与された記録媒体である磁気ディスク
(図示せず)が内蔵されており、スライダ61は、磁気
ディスクの記録磁化パターンが付与された面に、磁気デ
ィスク対向面61bが対向するように取り付けられてい
る。
Next, a case where such a thin film magnetic head is mounted on a hard magnetic disk device to detect a recording magnetic field will be described. The hard magnetic disk device has a built-in magnetic disk (not shown) which is a recording medium provided with a recording magnetization pattern, and a slider 61 is provided on a surface of the magnetic disk on which the recording magnetization pattern is provided. It is attached so that the opposing surface 61b may oppose.

【0087】再生ヘッド部h1には、磁気ディスクから
の漏れ磁界が、磁気ディスク対向面61bと直交する方
向(図3に示すハイト方向)に印加される。
A magnetic field leaking from the magnetic disk is applied to the reproducing head h1 in a direction orthogonal to the magnetic disk facing surface 61b (height direction shown in FIG. 3).

【0088】このとき、上部シールド層3と下部シール
ド層2間以外の漏れ磁界は、下部、上部シールド層2、
3に吸収されて、スピンバルブ型薄膜磁気素子1に検出
されることがなく、スピンバルブ型薄膜磁気素子1は、
上部シールド層3と下部シールド層2間の漏れ磁界のみ
を検出することができる。
At this time, the leakage magnetic field other than between the upper shield layer 3 and the lower shield layer 2 is reduced by
3 and is not detected by the spin-valve thin-film magnetic element 1.
Only the leakage magnetic field between the upper shield layer 3 and the lower shield layer 2 can be detected.

【0089】磁気ディスクから漏れる磁界の向きは、ス
ピンバルブ型薄膜磁気素子1が、図4に示す本発明の第
1の実施の形態である場合、固定磁性層Pの第2の固定
磁性層14の磁化の向き(図4に示す−z方向)と、平
行、或いは反平行になっている。
The direction of the magnetic field leaking from the magnetic disk is determined when the spin-valve thin-film magnetic element 1 is the first embodiment of the present invention shown in FIG. Is parallel or anti-parallel to the direction of magnetization (−z direction shown in FIG. 4).

【0090】磁気ディスクが回転すると、上部シールド
層3と下部シールド層2間に現れる磁気ディスクの漏れ
磁界は変化して、漏れ磁界の変化は、スピンバルブ型薄
膜磁気素子1のGMR効果による抵抗変化(ΔR)とし
て検出される。
When the magnetic disk rotates, the leakage magnetic field of the magnetic disk that appears between the upper shield layer 3 and the lower shield layer 2 changes, and the change in the leakage magnetic field is caused by the change in resistance of the spin-valve thin-film magnetic element 1 due to the GMR effect. (ΔR).

【0091】ハード磁気ディスク装置の高密度記録化に
伴って、検出感度を上げるために、センス電流密度が増
大する傾向があるが、スピンバルブ型薄膜磁気素子1
は、固定磁性層Pの磁化状態は、センス電流の発熱によ
って変動することがなく、信頼性の高い薄膜磁気ヘッド
とすることができる。
With the increase in the recording density of the hard magnetic disk drive, the sense current density tends to increase in order to increase the detection sensitivity.
In other words, the magnetization state of the fixed magnetic layer P does not change due to the heat generated by the sense current, and a highly reliable thin-film magnetic head can be obtained.

【0092】また、漏れ磁界の向きが磁気ディスクから
薄膜磁気ヘッドに向かう向きとその反対とで、スピンバ
ルブ型薄膜磁気素子1の出力電圧(V)は、漏れ磁界が
ないときの出力電圧(V0)に関して対称になる。出力
電圧(V)が対称であればデジタル信号処理しやすいの
で、読みとりエラーが発生することがなく、信頼性の高
い薄膜磁気ヘッドとすることができる。
The output voltage (V) of the spin-valve thin-film magnetic element 1 is the output voltage (V0) when there is no leakage magnetic field, regardless of the direction of the leakage magnetic field from the magnetic disk toward the thin-film magnetic head. ). If the output voltage (V) is symmetric, digital signal processing is easy, so that a reading error does not occur and a highly reliable thin film magnetic head can be obtained.

【0093】さらに、スピンバルブ型薄膜磁気素子1
は、センス電流のシャントロスが抑制されているので、
GMR効果による抵抗変化率(ΔR/R)が高く、信頼
性の高い薄膜磁気ヘッドとすることができる。
Further, the spin-valve thin-film magnetic element 1
Since the shunt loss of the sense current is suppressed,
A highly reliable thin film magnetic head having a high resistance change rate (ΔR / R) due to the GMR effect can be obtained.

【0094】[0094]

【発明の効果】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子
は、固定磁性層が、反強磁性層側から第1の固定磁性
層、非磁性層、第2の固定磁性層が順次積層された3層
構造で、第1、第2の固定磁性層が非磁性層を介して磁
気的に結合した人工的フェリ磁性状態を形成しており、
前記第1の固定磁性層は、前記第2の固定磁性層よりも
比抵抗が高い。このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子
では、固定磁性層の磁化状態が熱的に安定しており、且
つ、比抵抗の高い第1の固定磁性層には、センス電流が
分流し難く、センス電流中心は、第1の固定磁性層側に
ズレることがない。よって、センス電流中心は、非磁性
導電層のほぼ中心に一致するので、フリー磁性層には、
センス電流により生じる磁界の影響が比較的小さく、G
MR効果による抵抗変化の大きさは、外部磁界の向きが
フリー磁性層におけるセンス電流磁界の向きと平行であ
るときと反平行であるときで、ほぼ等しくなり、電極層
間の出力電圧が対称となり、出力電圧波形のデジタル信
号処理がし易くなる。
The spin-valve thin-film magnetic element of the present invention has a pinned magnetic layer in which a first pinned magnetic layer, a non-magnetic layer, and a second pinned magnetic layer are sequentially stacked from the antiferromagnetic layer side. An artificial ferrimagnetic state in which the first and second pinned magnetic layers are magnetically coupled via a nonmagnetic layer in a layered structure;
The first fixed magnetic layer has a higher specific resistance than the second fixed magnetic layer. In such a spin-valve thin-film magnetic element, the magnetization state of the pinned magnetic layer is thermally stable, and the sense current is hardly shunted to the first fixed magnetic layer having a high specific resistance. The center does not shift to the first fixed magnetic layer side. Therefore, the center of the sense current substantially coincides with the center of the non-magnetic conductive layer, so that the free magnetic layer
The effect of the magnetic field generated by the sense current is relatively small, and G
The magnitude of the resistance change due to the MR effect is almost equal when the direction of the external magnetic field is parallel and antiparallel to the direction of the sense current magnetic field in the free magnetic layer, and the output voltage between the electrode layers becomes symmetric, Digital signal processing of the output voltage waveform is facilitated.

【0095】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
固定磁性層が、反強磁性層側から第1の固定磁性層、非
磁性層、第2の固定磁性層が順次積層された3層構造
で、第1、第2の固定磁性層が非磁性層を介して磁気的
に反平行に結合した人工的フェリ磁性状態を形成してお
り、第1の固定磁性層は、反強磁性層と接触する第1層
と、前記非磁性層と接触して、前記第2の固定磁性層と
同じ材料からなる第2層とを有し、前記第1層は、前記
第2層や第2の固定磁性層よりも比抵抗が高い。このよ
うなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、固定磁性層の磁
化状態が熱的に安定しており、且つ、比抵抗の高い第1
の固定磁性層には、センス電流が分流し難く、センス電
流中心は、第1の固定磁性層側にズレることがない。よ
って、センス電流中心は、非磁性導電層のほぼ中心に一
致するので、フリー磁性層には、センス電流により生じ
る磁界の影響が比較的少なく、GMR効果による抵抗変
化の大きさは、外部磁界の向きがフリー磁性層における
センス電流磁界の向きと平行であるときと反平行である
ときで、ほぼ等しくなり、電極層間の出力電圧は対称に
なるので、出力電圧波形のデジタル信号処理がし易くな
る。さらに、第1の固定磁性層は、非磁性層を介して第
2の固定磁性層と磁気的に結合する第2層が、第2の固
定磁性層と同じ材料であるので、第1の固定磁性層と第
2の固定磁性層は、磁気的に反平行に結合しやすく、固
定磁性層の磁化状態を、より安定した人工的フェリ磁性
状態とすることができる。
The spin-valve thin-film magnetic element of the present invention
The fixed magnetic layer has a three-layer structure in which a first fixed magnetic layer, a nonmagnetic layer, and a second fixed magnetic layer are sequentially stacked from the antiferromagnetic layer side, and the first and second fixed magnetic layers are nonmagnetic. An artificial ferrimagnetic state magnetically coupled antiparallel through the layers, wherein the first pinned magnetic layer is in contact with the antiferromagnetic layer and in contact with the nonmagnetic layer. A second layer made of the same material as the second pinned magnetic layer, wherein the first layer has a higher specific resistance than the second layer and the second pinned magnetic layer. In such a spin-valve thin-film magnetic element, the magnetization state of the fixed magnetic layer is thermally stable, and the first magnetic layer has a high specific resistance.
It is difficult for the sense current to shunt to the fixed magnetic layer, and the center of the sense current does not shift to the first fixed magnetic layer side. Therefore, the center of the sense current substantially coincides with the center of the non-magnetic conductive layer, so that the free magnetic layer is relatively unaffected by the magnetic field generated by the sense current, and the magnitude of the resistance change due to the GMR effect depends on the external magnetic field. When the direction is parallel to and antiparallel to the direction of the sense current magnetic field in the free magnetic layer, the directions are almost equal, and the output voltage between the electrode layers is symmetrical, so that digital signal processing of the output voltage waveform is facilitated. . Further, the first pinned magnetic layer is formed of the same material as the second pinned magnetic layer because the second layer magnetically coupled to the second pinned magnetic layer via the nonmagnetic layer has the first pinned magnetic layer. The magnetic layer and the second pinned magnetic layer are easily magnetically coupled in antiparallel, and the magnetization state of the pinned magnetic layer can be made to be a more stable artificial ferrimagnetic state.

【0096】本発明の薄膜磁気ヘッドは、上記いずれか
に記載のスピンバルブ型磁気素子が、軟磁性材料からな
る一対のシールド層間に設けられている。このような薄
膜磁気ヘッドでは、シールド層間以外の磁界がシールド
層に吸収されて、スピンバルブ型薄膜磁気素子は、シー
ルド層間に現れた磁界のみを検知することができる。ま
た、磁界の向きが媒体から薄膜磁気ヘッドに向かう向き
とその反対とで、スピンバルブ型薄膜磁気素子の出力電
圧は、漏れ磁界がないときの出力電圧に関して対称にな
る。出力電圧が対称であればデジタル信号処理しやすい
ので、読みとりエラーが発生することがなく、信頼性の
高い薄膜磁気ヘッドとすることができる。
In the thin-film magnetic head according to the present invention, the spin-valve magnetic element described above is provided between a pair of shield layers made of a soft magnetic material. In such a thin-film magnetic head, a magnetic field other than the shield layer is absorbed by the shield layer, and the spin-valve thin-film magnetic element can detect only the magnetic field that appears between the shield layers. The output voltage of the spin-valve thin-film magnetic element is symmetric with respect to the output voltage when there is no leakage magnetic field, depending on the direction of the magnetic field from the medium toward the thin-film magnetic head and the opposite direction. If the output voltage is symmetric, digital signal processing is easy, so that a reading error does not occur and a highly reliable thin film magnetic head can be obtained.

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

【図1】本発明の薄膜磁気ヘッドが形成されたスライダ
を示す説明図。
FIG. 1 is an explanatory view showing a slider on which a thin-film magnetic head of the present invention is formed.

【図2】本発明の薄膜磁気ヘッドの一例の概略図。FIG. 2 is a schematic view of an example of the thin-film magnetic head of the present invention.

【図3】本発明の薄膜磁気ヘッドの一例の断面図。FIG. 3 is a sectional view of an example of the thin-film magnetic head of the present invention.

【図4】本発明のスピンバルブ型素子の第1の実施の形
態の説明図。
FIG. 4 is an explanatory view of a first embodiment of the spin-valve element of the present invention.

【図5】本発明のスピンバルブ型素子の第2の実施の形
態の説明図。
FIG. 5 is an explanatory view of a second embodiment of the spin-valve element of the present invention.

【図6】GMR効果の説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram of a GMR effect.

【図7】GMR効果の説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram of a GMR effect.

【図8】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の電気抵
抗と外部磁界の関係を示すグラフ。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the electric resistance and the external magnetic field of the spin-valve thin-film magnetic element of the present invention.

【図9】従来のスピンバルブ型素子の説明図。FIG. 9 is an explanatory view of a conventional spin valve element.

【図10】従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子の電気抵
抗と外部磁界の関係を示すグラフ。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the electric resistance of a conventional spin-valve thin-film magnetic element and an external magnetic field.

【図11】従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子の電気抵
抗と外部磁界の関係を示すグラフ。
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the electric resistance of a conventional spin-valve thin-film magnetic element and an external magnetic field.

【符号の説明】 P 固定磁性層 F フリー磁性層 1 スピンバルブ型薄膜磁気素子 2 上部シールド層 3 下部シールド層 11 反強磁性層 12 第1の固定磁性層 12a 第1層 12b 第2層 13 非磁性層 14 第2の固定磁性層 15 非磁性導電層 17 拡散防止層 18 軟磁性層[Description of Signs] P Fixed magnetic layer F Free magnetic layer 1 Spin-valve thin film magnetic element 2 Upper shield layer 3 Lower shield layer 11 Antiferromagnetic layer 12 First fixed magnetic layer 12a First layer 12b Second layer 13 Non Magnetic layer 14 Second fixed magnetic layer 15 Nonmagnetic conductive layer 17 Diffusion prevention layer 18 Soft magnetic layer

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】反強磁性層と、該反強磁性層に接触して積
層された固定磁性層と、該固定磁性層と非磁性導電層を
介して対向するフリー磁性層とを有する積層体と、該積
層体の両側に設けられた一対の電極層とを有し、前記固
定磁性層は、強磁性材料からなる第1の固定磁性層が前
記反強磁性層と接触して、前記第1の固定磁性層、非磁
性材料からなる非磁性層、強磁性材料からなる第2の固
定磁性層が順次積層して形成され、前記第1の固定磁性
層は、前記第2の固定磁性層よりも比抵抗が高く、前記
固定磁性層の磁化状態は、前記反強磁性層との磁気的結
合により磁化の向きが揃えられると共に固定されて、前
記第1、第2の固定磁性層が、前記非磁性層を挟んで、
人工的なフェリ磁性状態を形成していることを特徴とす
るスピンバルブ型薄膜磁気素子。
1. A laminate comprising an antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer laminated in contact with the antiferromagnetic layer, and a free magnetic layer opposed to the fixed magnetic layer via a nonmagnetic conductive layer. And a pair of electrode layers provided on both sides of the laminate, wherein the fixed magnetic layer is formed by contacting the first fixed magnetic layer made of a ferromagnetic material with the antiferromagnetic layer. 1 fixed magnetic layer, a non-magnetic layer made of a non-magnetic material, and a second fixed magnetic layer made of a ferromagnetic material are sequentially laminated and formed, and the first fixed magnetic layer is And the magnetization state of the fixed magnetic layer is fixed and the magnetization direction is fixed by magnetic coupling with the antiferromagnetic layer, and the first and second fixed magnetic layers are With the non-magnetic layer interposed,
A spin-valve thin-film magnetic element having an artificial ferrimagnetic state.
【請求項2】前記第1の固定磁性層は、Co系アモルフ
ァス合金であり、前記第2の固定磁性層は、Co、或い
はCo系合金からなることを特徴とする請求項1記載の
スピンバルブ型薄膜磁気素子。
2. The spin valve according to claim 1, wherein the first fixed magnetic layer is made of a Co-based amorphous alloy, and the second fixed magnetic layer is made of Co or a Co-based alloy. Type thin film magnetic element.
【請求項3】反強磁性層と、該反強磁性層に接触して積
層された固定磁性層と、該固定磁性層と非磁性導電層を
介して対向するフリー磁性層とを有する積層体と、該積
層体の両側に設けられた一対の電極層とを有し、前記固
定磁性層は、強磁性材料からなる第1の固定磁性層が前
記反強磁性層と接触して、前記第1の固定磁性層、非磁
性材料からなる非磁性層、強磁性材料からなる第2の固
定磁性層が順次積層して形成され、前記第1の固定磁性
層は、前記第2の固定磁性層よりも比抵抗が高い第1層
と、前記第2の固定磁性層と同じ材料からなる第2層と
を備えて、前記第1層が前記反強磁性層に接触して形成
されると共に、前記第2層が前記非磁性層に接触して形
成されて、前記第1の固定磁性層の磁化状態は、前記反
強磁性層との磁気的結合により磁化の向きが揃えられる
と共に固定されて、前記第1、第2の固定磁性層が、前
記非磁性層を挟んで反平行に結合し、人工的なフェリ磁
性状態を形成していることを特徴とするスピンバルブ型
薄膜磁気素子。
3. A laminate comprising an antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer laminated in contact with the antiferromagnetic layer, and a free magnetic layer opposed to the fixed magnetic layer via a nonmagnetic conductive layer. And a pair of electrode layers provided on both sides of the laminate, wherein the fixed magnetic layer is formed by contacting the first fixed magnetic layer made of a ferromagnetic material with the antiferromagnetic layer. A first fixed magnetic layer, a nonmagnetic layer made of a nonmagnetic material, and a second fixed magnetic layer made of a ferromagnetic material are sequentially laminated and formed, and the first fixed magnetic layer is formed of the second fixed magnetic layer. A first layer having a higher specific resistance than the first layer and a second layer made of the same material as the second pinned magnetic layer, wherein the first layer is formed in contact with the antiferromagnetic layer, The second layer is formed in contact with the non-magnetic layer, and the magnetization state of the first pinned magnetic layer is the same as that of the anti-ferromagnetic layer. The direction of magnetization is aligned and fixed by coupling, and the first and second pinned magnetic layers are coupled antiparallel with the nonmagnetic layer interposed therebetween, thereby forming an artificial ferrimagnetic state. A spin-valve thin-film magnetic element characterized by the following.
【請求項4】前記第1の固定磁性層の前記第1層は、C
o系アモルファス合金であり、前記第1の固定磁性層の
前記第2層と前記第2の固定磁性層は、結晶質のCo、
或いはCo系合金であることを特徴とする請求項3記載
のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
4. The method according to claim 1, wherein the first layer of the first pinned magnetic layer comprises C
an o-based amorphous alloy, wherein the second layer and the second fixed magnetic layer of the first fixed magnetic layer are made of crystalline Co,
4. The spin-valve thin-film magnetic element according to claim 3, wherein the spin-valve thin-film magnetic element is a Co-based alloy.
【請求項5】前記Co系アモルファス合金は、比抵抗が
100μΩ・cm以上であることを特徴とする請求項2
または4に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
5. The Co-based amorphous alloy according to claim 2, wherein the specific resistance is 100 μΩ · cm or more.
Or a spin-valve thin-film magnetic element according to item 4.
【請求項6】前記Co系アモルファス合金は、Co−Z
r、Co−Hf、Co−Ti、Co−Nb、Co−T
a、Co−T−Z、Co−T−Z−Bのいずれかで、T
は、Mo、W、Nb、Ta、Zは、Zr、Hf、Tiか
ら選ばれる1種または2種以上の元素であり、前記Co
系合金は、CoNi合金、CoFe合金、CoFeNi
合金のいずれかであることを特徴とする請求項2または
4、または5記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
6. The Co-based amorphous alloy is Co-Z
r, Co-Hf, Co-Ti, Co-Nb, Co-T
a, Co-TZ, or Co-TZB, T
Is Mo, W, Nb, Ta, Z is one or more elements selected from Zr, Hf, and Ti;
System alloys are CoNi alloy, CoFe alloy, CoFeNi
The spin-valve thin-film magnetic element according to claim 2, wherein the spin-valve thin-film magnetic element is any one of an alloy.
【請求項7】前記Co系アモルファス合金は、Coを7
0原子%以上含有しており、前記Co系合金は、Coを
50原子%以上含有していることを特徴とする請求項
2、または4乃至6のいずれかに記載のスピンバルブ型
薄膜磁気素子。
7. The Co-based amorphous alloy comprises Co
7. The spin-valve thin-film magnetic element according to claim 2, wherein the Co-based alloy contains 0 atomic% or more, and the Co-based alloy contains 50 atomic% or more of Co. .
【請求項8】前記非磁性層は、Ru、Rh、Ir、C
r、Re、Cuのいずれかであることを特徴とする請求
項2、または4乃至7のいずれかに記載のスピンバルブ
型薄膜磁気素子。
8. The non-magnetic layer is made of Ru, Rh, Ir, C
8. The spin-valve thin-film magnetic element according to claim 2, wherein the spin-valve thin-film magnetic element is any one of r, Re, and Cu.
【請求項9】前記積層体には、一対の前記電極層からセ
ンス電流が印加されており、該センス電流により生じる
磁界の向きは、前記第1の固定磁性層の位置で、前記第
1の固定磁性層の磁化の向きに一致していることを特徴
とする請求項1乃至8のいずれかに記載のスピンバルブ
型薄膜磁気素子。
9. A sense current is applied to the laminate from a pair of the electrode layers, and the direction of a magnetic field generated by the sense current is determined by the position of the first fixed magnetic layer and the direction of the first magnetic field. 9. The spin-valve thin film magnetic element according to claim 1, wherein the magnetization direction of the pinned magnetic layer coincides with the direction of magnetization.
【請求項10】前記反強磁性層は、元素XとMnを含有
する合金からなり、元素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
素であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに
記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
10. The antiferromagnetic layer comprises an alloy containing elements X and Mn, wherein the element X is composed of Pt, Pd, Ir, R
10. The spin-valve thin-film magnetic element according to claim 1, wherein the element is at least one of h, Ru, and Os.
【請求項11】前記反強磁性層と固定磁性層の界面構造
は、結晶学的な非整合状態であることを特徴とする請求
項10記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
11. The spin-valve thin-film magnetic element according to claim 10, wherein an interface structure between the antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer is in a crystallographic mismatch state.
【請求項12】前記反強磁性層は、X−Mn−X’合金
からなり、Xは、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Os
のうちいずれか1種または2種以上の元素であり、X’
は、Ne、Ar、Kr、Xe、Be、B、C、Fe、C
o、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、M
o、Ag、Cd、Sn、Hf、Ta、W、Re、Au、
Pb、及び希土類のうち1種または2種以上の元素であ
り、X−Mn空間格子の隙間に元素X’が侵入している
か、X−Mn結晶格子の一部が元素X’に置換されてい
ることを特徴とする請求項11記載のスピンバルブ型薄
膜磁気素子。
12. The antiferromagnetic layer is made of an X-Mn-X 'alloy, wherein X is Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Os
Any one or more of the above elements, and X ′
Is Ne, Ar, Kr, Xe, Be, B, C, Fe, C
o, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, M
o, Ag, Cd, Sn, Hf, Ta, W, Re, Au,
Pb and one or more of the rare earth elements, and the element X ′ has penetrated into the gaps of the X—Mn spatial lattice, or a part of the X—Mn crystal lattice has been replaced with the element X ′. The spin-valve thin-film magnetic element according to claim 11, wherein:
【請求項13】前記反強磁性層の比抵抗が200μΩ・
cm以上であり、且つ、前記反強磁性層の膜厚が8乃至
15nmであることを特徴とする請求項9乃至12のい
ずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
13. The antiferromagnetic layer has a specific resistance of 200 μΩ ·
13. The spin-valve thin-film magnetic element according to claim 9, wherein the thickness of the antiferromagnetic layer is 8 to 15 nm.
【請求項14】前記反強磁性層は、絶縁層上に直接形成
されていることを特徴とする請求項1乃至13のいずれ
かに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
14. The spin-valve thin film magnetic element according to claim 1, wherein said antiferromagnetic layer is formed directly on an insulating layer.
【請求項15】前記請求項1乃至14のいずれかに記載
のスピンバルブ型磁気素子が、軟磁性材料からなる一対
のシールド層間に設けられていることを特徴とする薄膜
磁気ヘッド。
15. A thin-film magnetic head, wherein the spin-valve magnetic element according to claim 1 is provided between a pair of shield layers made of a soft magnetic material.
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