JP2550893B2 - 磁性多層膜 - Google Patents

磁性多層膜

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    • B82Y25/00Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気記録媒体に対し情
報の書き込みおよび読み出しを行う薄膜磁気ヘッドの磁
極に用いる磁性多層膜に関し、特に垂直磁気記録用の単
磁極型ヘッドの主磁極膜やヨーク型MRヘッドのヨーク
部への適用に有効な磁性多層膜に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、コンピュータ用固定磁気ディスク
装置をはじめフレキシブル磁気ディスク装置,磁気テー
プ装置など磁気記録装置の高記録密度化が進められてい
る。そのキーテクノロジーの1つとして、高感度磁気ヘ
ッドの開発が挙げられる。磁気ヘッドの感度は、ヘッド
材料の特性は勿論のこと、磁極磁性膜の磁区構造に強く
依存することが知られている。
【0003】ここで、薄膜磁気ヘッドを例にとると、磁
極を形成する磁性膜が単層膜である場合、その磁区構造
は還流磁区構造となる。還流磁区構造の磁化過程は、磁
化回転と磁壁の移動によるが、磁壁の移動は高周波領域
では抑制されるために、磁極全体の高周波透磁率が低下
する。また、磁壁の移動は不連続に起こるために、出力
波形に波形歪となって現れる。これらの現象は狭トラッ
ク化に伴って磁極先端部における三角磁区の占める割合
が増加すると、さらに、大きな影響をヘッド動作に及ぼ
すことになる。このような現象を抑制すること、すなわ
ち、ヘッド磁極の磁性膜のように、微細な領域の磁区構
造を制御することが高感度磁気ヘッドの開発においては
不可避の課題である。
【0004】1つの方法として、磁性膜に非磁性層を挿
入して多層化することにより、磁区構造を制御する検討
が実験・理論の両面から広く行われている(例えば、ア
イイーイーイー・トランザクションズ・オン・マグネテ
ィックス,24巻,1988年,2045頁)。この方
法によれば、非磁性層を介して隣接する磁性層間に働く
静磁結合によって単磁区構造が実現する。単磁区構造に
おける磁化過程は、磁化回転のみであって磁壁の移動を
伴わないため、前述したような不連続な磁壁の移動に伴
う波形歪を防ぐことが可能であり、また、高周波透磁率
の低下も抑制できる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の構造
では、例えば、4層の磁性層から構成される磁性多層膜
を考えると、図2(a)および同図(b)に示すよう
に、隣接する磁性層が非磁性層を介して結合する仕方が
一通りでないため、磁区構造の不安定性がいまだ残存し
ていた。すなわち、図2(b)に示す例では、最上層お
よび最下層の磁性層は、対をなす磁性層が存在しないた
めに、外部磁界に対する磁化過程は単層膜的な振舞いを
示し、全体として複雑な磁区構造を形成する。また、磁
化履歴によっては、図2(a)および同図(b)に示す
状態がランダムに現れ、記録再生動作の不安定性の原因
となる。この問題の解決策として、例えば、特開平3−
49008号公報には、厚さの異なる非磁性層を磁性層
を介して交互に積層する構造を有する薄膜磁気ヘッドが
開示されている。
【0006】この方法によれば、薄い方の非磁性層を介
して隣接する磁性層同士が静磁気的に結合しやすくなる
ため、前述の磁区構造の不安定性を排除することが可能
である。しかしながら、この公知例では、磁性層および
非磁性層の厚さの関係が明示されてなく、軟磁気特性の
観点からみた最適な層構成については不明であった。さ
らに、磁性層/非磁性層の積層膜に関する検討の多く
は、薄膜ヘッド等に用いられる数μm厚の磁性膜に関し
て行われているため(例えば、特開昭64−4908号
公報)、その最適層構成が、例えば、垂直磁気記録用の
単磁極型ヘッドの主磁極膜や、ヨーク型MRヘッドのヨ
ーク部に用いられるような200nm程度の厚さを有す
る磁性膜に対しては、そのまま適用することができない
という欠点がある。
【0007】本発明の目的は、磁気ヘッド磁極形状で安
定した磁区構造を有し、さらに、優れた軟磁気特性を有
する磁性多層膜を提供するとともに、その最適層構成
が、例えば、垂直磁気記録用の単磁極型ヘッドの主磁極
膜や、ヨーク型MRヘッドのヨーク部に用いられるよう
な200nm程度の厚さを有する磁性膜に対して適用可
能な磁性多層膜を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、1軸磁気異方
性を有する軟磁性膜である第1の層と、非磁性膜であり
厚さがそれぞれ異る第2の層および第3の層とから構成
され、前記第3の層が前記第2の層よりも厚く、前記第
1の層/第2の層/第1の層からなる積層体と第3の層
とが交互に積層された構造を有する磁性多層膜におい
て、前記第1の層の厚さが20以上100nm以下であ
り、かつ前記第2の層および第3の層の厚さが5nm以
上20nm以下であることを特徴とする。また、前記第
1の層が複数の強磁性体の繰り返しによる周期構造を有
する軟磁性膜を用いてもよい。
【0009】
【作用】以下に、本発明の作用を簡単に説明する。本発
明の磁性多層膜は、図1に示すように、基板4上に形成
されており、1軸磁気異方性を有する磁性層1と、厚さ
がそれぞれ異なる非磁性層2,3とから成り、非磁性層
2よりも非磁性層3が厚く、磁性層1/非磁性層2/磁
性層1からなる積層体と非磁性層3とが交互に積層され
た構成を有している。このように厚さの異なる2種類の
非磁性層を交互に配置することにより、薄い方の非磁性
層(非磁性層2)を介して隣接する磁性層同士が静磁気
的に結合しやすい状態を形成することができるため、図
2に示したように、磁区構造の不安定性は解消される。
また、このときの磁性層および非磁性層の厚さを最適な
範囲に設定することにより、同じ膜厚の単層膜に比較し
て優れた軟磁気特性を有する磁性多層膜を提供すること
が可能である。
【0010】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。 −実施例1− 2基の蒸発源を用いた電子ビーム真空蒸着法により、N
iFe膜(Ni:82%−Fe:18%, 重量%)とC
u膜とを交互に連続的に積層したNiFe/Cu多層膜
を作製した。基板にはガラス基板を用い、基板温度は1
00℃とした。各層の膜厚は、各蒸発源上のシャッター
の開閉時間を変えて制御した。蒸着中の真空度は1×1
-9Torrであった。成膜中は、永久磁石を用いて基
板面内に200Oeの直流磁界を印加し、膜中に1軸磁
気異方性を誘起した。NiFe層の総厚を200nm一
定として、NiFe層厚およびCu層厚を変えた種々の
多層膜を作製し、カー効果顕微鏡による磁区構造観察お
よび磁化困難軸方向の比透磁率測定(10MHz)を行
った。磁区構造観察用の試料は、膜上に磁気ヘッド磁極
形状のフォトレジストパターンを形成し、Arガス雰囲
気中でイオンエッチングを行い作製した。そして、図3
に示すように、磁性層の厚さをD,非磁性層の厚さをb
とすると、NiFe層(磁性層)厚が20nm以上10
0nm以下、Cu層(非磁性層)厚が5nm以上20n
m以下の領域で単磁区構造を有し、かつ同じ膜厚の単層
膜に比較し、高い比透磁率(2000以上)を有する磁
性多層膜が得られた。
【0011】次に、上述の積層範囲において、厚さの異
なる2種類の非磁性層を交互に配置した磁性多層膜を同
様の方法で作製し、磁区構造の安定性を調べた。磁区構
造の安定性は、磁化困難磁区方向に膜が飽和するのに十
分な大きさの直流磁界を印加した後、その残留磁化状態
をカー効果顕微鏡を用いて調べることによって評価し
た。そして、図4に示すように、前記2種類の非磁性層
の厚さをそれぞれbおよびcとすると、b≧cの場合に
は、単磁区状態もしくは単層膜的な還流磁区構造が不規
則に現れる不安定な磁区構造が観察された。一方、b<
cの場合には、隣接する磁性層が非磁性層を介して2組
ずつ順に結合する状態が実現するため、磁区構造は安定
に単磁区状態を保持することが判明した。 −実施例2− 3基の蒸着源を用いた電子ビーム真空蒸着法により、基
板上にFe/NiFe膜(積層周期:10nm,Fe層
厚=NiFe層厚=5nm、NiFeの組成はNi:8
2%−Fe:18%,重量%)とCu膜とを交互に連続
的に積層した(Fe/NiFe)/Cu多層膜を作製し
た。この基板にはガラス基板を用い、基板の温度は10
0℃とした。各層の膜厚は、各蒸発源上のシャッターの
開閉時間を変えて制御した。また、蒸着中の真空度は1
×10-9Torrであった。成膜中は永久磁石により基
板面内に200Oeの直流磁界を印加し、膜中に1軸磁
気異方性を誘起した。そして、Fe/NiFe層の総厚
を200nm(一定)として、Fe/NiFe 層厚およ
びCu層厚を変えた種々の多層膜を作製し、カー効果顕
微鏡による磁区構造観察および磁化困難軸方向の比透磁
率測定(10MHz)を行った。
【0012】磁区構造観察用の試料は、成膜上に磁気ヘ
ッド磁極形状のフォトレジストパターンを形成し、Ar
ガス雰囲気中でイオンエッチングを行って作製した。実
施例2の磁性多層膜は、実施例1の場合と同様に、Ni
Fe層厚が20nm以上100nm以下,Cu層厚が5
nm以上20nm以下の領域で安定な単磁区構造を有
し、かつ同じ膜厚の単層膜に比較し、高い比透磁率(2
000以上)を有する磁性多層膜が得られた。
【0013】上記実施例では、磁性層材料として、Ni
FeもしくはFe/NiFeといった材料を用いた場合
を示したが、他にFe系結晶質材料やCo系アモルファス
材料等を用いてもよく、また、非磁性層材料としてCu
を用いたが、他にTi,V,Cr,Ta,W,Pt等の
導電性材料やAl2 3 ,SiO2 等の絶縁性材料を用
いるてもよい。さらに、上記実施例では、第2および第
3の層は同じ非磁性材料で形成したが、異なる非磁性材
料で形成してもよい。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、磁
気ヘッド磁極形状で安定した磁区構造を有し、さらに、
単層膜に比較し優れた軟磁気特性を有する磁性多層膜を
提供することができる。また、その最適層構成が、例え
ば、垂直磁気記録用の単磁極型ヘッドの主磁極膜や、ヨ
ーク型MRヘッドのヨーク部に用いられるような200
nm程度の厚さを有する磁性膜に対して適用可能な磁性
多層膜を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図2】従来例を示す断面図である。
【図3】磁性層および非磁性層の厚さを変えたときの磁
区構造および比透磁率の変化を示す図である。
【図4】2種類の非磁性層の厚さをそれぞれ変えたとき
の磁区構造の安定性を示す図である。
【符号の説明】
1 磁性層 2,3 非磁性層 4 基板

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1軸磁気異方性を有する軟磁性膜である
    第1の層と、非磁性膜であり厚さがそれぞれ異る第2の
    層および第3の層とから構成され、前記第3の層が前記
    第2の層よりも厚く、前記第1の層/第2の層/第1の
    層からなる積層体と第3の層とが交互に積層された構造
    を有する磁性多層膜において、前記第1の層の厚さが2
    0以上100nm以下であり、かつ前記第2の層および
    第3の層の厚さが5nm以上20nm以下であることを
    特徴とする磁性多層膜。
  2. 【請求項2】前記第1の層が複数の強磁性体の繰り返し
    による周期構造を有する軟磁性膜であることを特徴とす
    る請求項1記載の磁性多層膜。
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