JP2701743B2 - グラニュラー物質およびこれを用いたグラニュラー膜 - Google Patents

グラニュラー物質およびこれを用いたグラニュラー膜

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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、磁気抵抗効果を利用し
た磁気ヘッド用の材料に関する。
【0002】
【従来の技術】磁界により磁気抵抗変化を発生する膜と
しては、非磁性導電物質に磁性導電物質を分散させたグ
ラニュラー物質を用いた膜が知られている(例えば、武
田ほか,第17回日本応用磁気学会学術講演概要集,1
1aA−5,1993年)。
【0003】また、この材料としては、Fe−Ag,C
o−Ag,Co−Cu,Co−Au,CoFe−Ag,
NiCo−Ag,NiFe−Cu,Fe−Mg,CoF
e−Cu,NiFe−Ag,NiFeCo−Agが報告
されている。さらに、特開平06−140687号公報
には、非磁性導電体中に磁性体を分散させてなる薄膜を
基体上に有することからなる磁気抵抗効果素子用薄膜で
あって、磁性体の粒径が10オングストローム以上10
μm以下で、かつ磁性体の充占率が10vol%以上9
0vol%以下であり、非磁性導電金属に磁性体とは互
いに10at%までしか固溶しない非磁性金属を用い、
非磁性金属と磁性体とを基体上に同時ベーパデポジショ
ンするか、または磁性体粉を導電性塗料中に分散し、こ
の混合物を磁性基体上に塗布することにより製造される
磁気抵抗効果素子用薄膜薄膜およびその製造方法に関す
る技術が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のグラニュラー薄
膜は、大気中に長時間放置した場合にMR特性が劣化す
るという問題があった。これには3つの原因が可能性と
して考えられている。
【0005】まず、一つは磁性粒子と非磁性導電材料の
間の界面拡散により界面に合金ができる可能性である。
界面に合金ができると界面での電子の界面散乱が不明瞭
になり、磁性粒子領域での磁化方向による界面拡散の程
度の変化が減少し、MR比が減少するのである。
【0006】もう一つは非磁性層の酸化である。非磁性
層の一部が酸化すると非磁性層内部での電子散乱が増大
し、それにより相対的に界面拡散が減少する。この場合
やはり磁性粒子の磁化方向による界面拡散の変化量が減
少し、MR比は減少する。
【0007】最後に磁性粒子の酸化が考えられる。この
磁性粒子が酸化するケースでは、酸素の入りやすさ等の
関係で主に磁性層との界面付近に酸化物が形成されるも
のと予想される。酸化物は極端に抵抗値の高い材料であ
り、磁性層と非磁性層との間の電子の界面拡散が起こる
以前に、酸化物により電子が遮断されて磁性粒子に到達
しにくくなため、MR比が減少する。
【0008】このように、グラニュラー物質のMR比劣
化のモードには3つの原因が考えられ,実際には、この
3つが同時に起こっていると考えられる。また、従来技
術の項で紹介した特開平06−140687号公報に
は、磁性体として酸化物,窒化物または炭化物を用いる
ことにより、耐食性が改善されるという記述がある。し
かし、酸化物,窒化物,炭化物などの非導電材料を用い
ると、大幅な比抵抗の増大を招き、磁気ヘッドとして用
いる場合の抵抗値が大きくなりすぎるという問題があっ
た。
【0009】本発明の目的は、Co−Ag,NiFe−
AgおよびNiFeCo−Agと同等かそれ以上のMR
比を有し、比抵抗が増大するような材料を用いることな
く、しかも、上述したような劣化モードに対し優れた耐
食性を示すグラニュラー膜を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、非磁性導電物
質に磁性導電物質を分散させたグラニュラー物質であっ
て、前記非磁性導電物質として、Cu,Ag,Au,P
tのうち少なくとも2つの元素からなる材料、もしくは
それらにAl,Cr,In,Mn,Mo,Nb,Pd,
Ta,Ti,W,V,Zr,Irのうち少なくとも1つ
の元素を添加した材料を用いることを特徴とする。
【0011】また、本発明のグラニュラー膜は、前記グ
ラニュラー物質を用い、 基板上にグラニュラー物質を成膜する 基板上にバッファ層,グラニュラー物質を順次成膜す
る 基板上にグラニュラー物質,保護層を順次成膜する 基板上にバッファ層,グラニュラー物質,保護層を順
次成膜する ことを特徴とする。
【0012】また、これらの保護層は、Ta,Hf,S
i,Au,Pt,Ag,Ti,Cr,Al,Siの窒化
物,Siの酸化物,Alの酸化物,Alの窒化物,Si
C,Cの単体もしくは混合物もしくは合金よりなる単層
膜または多層膜から成り、バッファ層は、Ta,Hf,
Si,Au,Pt,Ag,Cu,Ti,Mn,Cr,A
l,Siの窒化物,Siの酸化物,Alの酸化物,Al
N,Alの窒化物,SiC,Cの単体もしくは混合物も
しくは合金よりなる単層膜または多層膜から成り、基板
は、がセラミック,金属,金属化合物,プラスチックも
しくはそれらの混合物よりなる単層膜または多層膜から
成ることを特徴とする。
【0013】
【作用】Cuが磁性材料と組み合わせた場合に、大きな
MR変化を示すことは積層膜で知られている。ところが
非磁性材料にCuを用いた系では、グラニュラー膜にお
いてそれほど大きなMR比を示さない。これはCuと非
磁性材料との固溶性が大きいため界面が明瞭にならない
ためである。一方、Au,PtはFe,Ni,Co等の
磁性材料と組み合わせた場合に、その非固溶性から非常
に明確に界面ができることが知られている。しかしなが
ら、電子状態の関係からMR変化率はそれほど大きくな
らない。また、AgはCuとAuもしくはPtとの中間
的な性質を示す。
【0014】そこで,非磁性材料として、CuにAg,
Au,Ptを適量加えると、非磁性材料を構成する元素
の電子状態はCu単体の時に近く、しかも非磁性材料と
磁性粒子との界面も明瞭に作ることができるようにな
る。一方、Al,Cr,In,Mn,Nb,Mo,T
a,Ti,W,Vは、酸素を吸着する性質を持っている
ため、これらの元素を非磁性材料に添加することによ
り、非磁性材料中に非磁性材料を構成する元素からなる
酸化物が形成されるのを防ぎ、MR特性の劣化を防ぐこ
とができる。
【0015】また、Pd,Zr,Irは、非磁性層に添
加することにより、非磁性層と磁性層との間の濡れ性が
低下し、界面が明瞭に形成されるようになるため、MR
特性の経時変化を防ぐことができる。
【0016】次に、基板としては、ガラス,セラミッ
ク,金属,プラスチック、もしくはそれらの混合物より
なる単層膜または多層膜を使用することができる。ま
た、金属を基板に用いる場合は、金属とその上に形成さ
れるグラニュラー物質との結晶格子のマッチングを図る
ことにより、グラニュラー膜中の非磁性材料部の結晶性
を良好にすることができる。非磁性材料の結晶性が良好
なグラニュラー膜ではMR比が向上する傾向がある。
【0017】また、バッファ層には、Ta,Hf,S
i,Au,Pt,Ag,Cu,Ti,Mn,Cr,A
l,Siの窒化物,Siの酸化物,Alの酸化物,Al
N,Alの窒化物,SiC,Cの単体もしくは混合物よ
りなる単層膜または多層膜を用いることができる。基板
としてガラスやセラミックを用い、その上にTa,H
f,Si,Au,Pt,Ag,Cu,Ti,Mn,C
r,Alの単体もしくは混合物よりなる単層膜または多
層膜をバッアァ層として用いた場合は、グラニュラー層
に対して適当なバッアァ層構成を選択すれば、グラニュ
ラー層中の非磁性材料部の結晶性を良好にすることがで
きる。
【0018】また、プラスチック基板や一部のガラス,
セラミックを基板に用いた場合は、基板に含まれている
水などがグラニュラー層に影響し、MR特性を悪化させ
ることがある。このような場合には、バッアァ層として
Siの窒化物,Siの酸化物,Alの酸化物,AlN,
Alの窒化物,SiC,Cの単体もしくは混合物よりな
る単層膜または多層膜を用いると、基板に含まれた水等
の耐食性阻害要因を遮断し、グラニュラー層の特性劣化
を防ぐことができる。
【0019】次に、バッアァ層として、Siの窒化物,
Siの酸化物,Alの酸化物,AlN,Alの窒化物,
SiC,Cの単体もしくは混合物よりなる単層膜または
多層膜を成膜した後に、Ta,Hf,Si,Au,P
t,Ag,Cu,Ti,Mn,Cr,Alの単体もしく
は混合物よりなる単層膜または多層膜のうちから適当な
ものを成膜すると、耐久性に優れしかも非磁性層の結晶
性も良好なグラニュラー層を得ることができる。さら
に、保護層には、Ta,Hf,Si,Au,Pt,A
g,Ti,Cr,Al,Siの窒化物,Siの酸化物,
Alの酸化物,Alの窒化物,SiC,C,ダイヤモン
ドライクカーボンもしくはそれらの混合物もしくは合金
よりなる単層膜または多層膜を用いることができる。こ
れらをグラニュラー層上に成膜することにより、グラニ
ュラー層を大気から遮断することができ耐食性が向上す
る。
【0020】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0021】まず、図1に示すように、基板4上にグラ
ニュラー層2を成膜した構成において、グラニュラー層
2の磁性材料には、NiFeCoを用いた上で、種々の
非磁性層を用いた場合のグラニュラー膜を作成し、磁気
抵抗変化率を測定した。次に、これらのグラニュラー膜
を温度80℃,湿度90%の恒温・恒湿漕の中で加速試
験を行い、MR比が初期の値に比べて10%低下するま
での時間t10を測定した。この測定結果を表1に示す。
【0022】これによれば、従来のグラニュラー膜のよ
うに、非磁性層にAgを用いた場合では、MR比が9
%,t10が112時間であったので、表1に示すような
非磁性材料を用いることにより、MR比は従来とほぼ同
程度かそれ以上、t10は従来以上に改良されたことがわ
かる。
【0023】
【表1】
【0024】また、図1に示す構成において、基板4に
ガラス、グラニュラー層2の磁性材料にNiFeを用い
た上で、種々の非磁性材料を用いた場合のグラニュラー
膜を作成し、磁気抵抗変化率を測定した。次に、これら
のグラニュラー膜を温度80℃,湿度90%の恒温・恒
湿漕の中で加速試験を行い、MR比が初期の値に比べて
10%低下するまでの時間t10を測定した。この測定結
果を表2に示す。
【0025】これによれば、非磁性層にAgを用いた場
合は、MR比が7%,t10が110時間であったので、
表1に示すような非磁性材料を用いることにより、MR
比は従来とほぼ同程度かそれ以上、t10は従来以上に改
良されたことがわかる。
【0026】
【表2】
【0027】同様に、図1に示す構成において、基板4
にAl23 、グラニュラー層2の磁性材料にCoを用
いた上で、種々の非磁性材料を用いた場合のグラニュラ
ー膜を作成し、磁気抵抗変化率を測定した。次に、これ
らのグラニュラー膜を温度80℃,湿度90%の恒温・
恒湿漕の中で加速試験を行い、MR比が初期の値に比べ
て10%低下するまでの時間t10を測定した。この測定
結果を表3に示す。
【0028】これによれば、非磁性層にAgを用いた場
合は、MR比が20%,t10が106時間であったの
で、表1に示すような非磁性材料を用いることにより、
MR比は従来とほぼ同程度かそれ以上、t10は従来以上
に改良されたことがわかる。
【0029】
【表3】
【0030】さらに、図1に示す構成において、基板4
にSiO2 、グラニュラー層2の磁性材料にNiFeC
oを用いた上で、非磁性材料にAgCuに種々の元素を
添加した材料を用いた場合のグラニュラー膜を作成し、
磁気抵抗変化率を測定した。次に、これらのグラニュラ
ー膜を温度80℃,湿度90%の恒温・恒湿漕の中で加
速試験を行い、MR比が初期の値に比べて10%低下す
るまでの時間t10を測定した。この測定結果を表4に示
す。
【0031】これによれば、AgCo非磁性層に元素を
添加しない場合は、磁気抵抗変化率は10%,t10は1
15時間であったので、元素の添加により、磁気抵抗変
化率はほぼ同程度であり、耐久性は向上したことがわか
る。
【0032】
【表4】
【0033】同じく、図1に示す構成において、基板4
にガラス,グラニュラー層2の磁性材料にはNiFeC
oを用いた上で、非磁性材料にAgAuに種々の元素を
添加した材料を用いた場合のグラニュラー膜を作成し、
磁気抵抗変化率を測定した。次に、これらのグラニュラ
ー膜を温度80℃,湿度90%の恒温・恒湿漕の中で加
速試験を行い、MR比が初期の値に比べて10%低下す
るまでの時間t10を測定した。この測定結果を表5に示
す。
【0034】これによれば、AgAu非磁性層に元素を
添加しない場合は、磁気抵抗変化率は9%,t10は12
0時間であったので,元素の添加により、磁気抵抗変化
率はほぼ同程度であり、耐久性は向上したことがわか
る。
【0035】
【表5】
【0036】次に、図2に示すように、基板4上にバッ
ファ層3,グラニュラー層2を順次成膜した構成におい
て、基板4にガラス、グラニュラー層2の磁性材料には
NiFeCo、非磁性材料にAgCu合金を用いた上
で、バッアァ層3に種々の材料を用いてグラニュラー膜
を作成し、磁気抵抗変化率を測定した。この結果を表6
に示す。
【0037】
【表6】
【0038】また、図2に示す構成において、基板4に
フェライト、グラニュラー層2の磁性材料にはNiFe
Co,非磁性材料にAgAu合金を用いた上で、バッア
ァ層3に種々の材料を用いてグラニュラー膜を作成し、
磁気抵抗変化率を測定した。この結果を表7に示す。
【0039】
【表7】
【0040】さらに、図2に示す構成において、基板4
にポリカーボネート、グラニュラー層2の磁性材料には
NiFeCo,非磁性材料にAgAu合金を用いた上
で、バッアァ層3に種々の材料を用いてグラニュラー膜
を作成し、磁気抵抗変化率を測定した。この結果を表8
に示す。
【0041】
【表8】
【0042】次に、図3に示すように、基板4上にグラ
ニュラー層2,保護層1を順次成膜した構成において、
基板4にSiO2 、グラニュラー層2の磁性材料にはN
iFeCo、非磁性材料にはAgCuを用いた上で、種
々の保護層1を用いてグラニュラー膜を作成した。続い
て、これらのグラニュラー膜を温度80℃,湿度90%
の恒温・恒湿漕の中で加速試験を行い、MR比が初期の
値に比べて10%低下するまでの時間t10を測定した。
この測定結果を表9に示す。
【0043】これによれば、保護層1が無しの場合は、
10が115時間であったので、いずれの場合も保護層
1を用いることにより、耐食性が向上したことがわか
る。
【0044】
【表9】
【0045】次に、図4に示すように、基板4上にバッ
ファ膜3,グラニュラー層2,保護層1を順次成膜した
構成において、基板4にポリオレフィン、グラニュラー
層2の磁性材料にはNiFeCo、非磁性材料にはAg
Cu、バッアァ層3にはSi34 /Ta2層膜を用い
た上で、種々の保護層1を用いてグラニュラー膜を作成
した。続いて、これらのグラニュラー膜を温度80℃,
湿度90%の恒温・恒湿漕の中で加速試験を行い、MR
比が初期の値に比べて10%低下するまでの時間t10
測定した。この測定結果を表10に示す。
【0046】これによれば、保護層1が無しの場合は、
10が121時間であったので、いずれの場合も保護層
1を用いることにより、耐食性が向上したことがわか
る。
【0047】
【表10】
【0048】
【発明の効果】本発明を適用したことにより、従来のグ
ラニュラー膜と同等か、それ以上のMR変化量率を示
し、しかも高温度・高湿度下における加速信頼性試験の
結果が、従来よりも良好なグラニュラー膜を得ることが
できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の発明のグラニュラー膜の構成を示す概念
図である。
【図2】第2の発明のグラニュラー膜の構成を示す概念
図である。
【図3】第3の発明のグラニュラー膜の構成を示す概念
図である。
【図4】第4の発明のグラニュラー膜の構成を示す概念
図である。
【符号の説明】
1 基板 2 バッファ層 3 グラニュラー層 4 保護層
フロントページの続き (72)発明者 石原 邦彦 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−140687(JP,A)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非磁性導電物質に磁性導電物質を分散さ
    せたグラニュラー物質であって、前記非磁性導電物質と
    して、Cu,Ag,Au,Ptのうち少なくとも2つの
    元素からなる材料、もしくはそれらにAl,Cr,I
    n,Mn,Mo,Nb,Pd,Ta,Ti,W,V,Z
    r,Irのうち少なくとも1つの元素を添加した材料を
    用いることを特徴とするグラニュラー物質。
  2. 【請求項2】 基板上に前記請求項1記載のグラニュラ
    ー物質を成膜したことを特徴とするのグラニュラー膜。
  3. 【請求項3】 基板上にバッファ層,前記請求項1記載
    のグラニュラー物質を順次成膜したことを特徴とするの
    グラニュラー膜。
  4. 【請求項4】 基板上に前記請求項1記載のグラニュラ
    ー物質,保護層を順次成膜したことを特徴とするのグラ
    ニュラー膜。
  5. 【請求項5】 基板上にバッファ層,前記請求項1記載
    のグラニュラー物質,保護層を順次成膜したことを特徴
    とするのグラニュラー膜。
  6. 【請求項6】 前記保護層がTa,Hf,Si,Au,
    Pt,Ag,Ti,Cr,Al,Siの窒化物,Siの
    酸化物,Alの酸化物,Alの窒化物,SiC,Cの単
    体もしくは混合物もしくは合金よりなる単層膜または多
    層膜であることを特徴とする請求項4または5記載のグ
    ラニュラー膜。
  7. 【請求項7】 前記バッファ層がTa,Hf,Si,A
    u,Pt,Ag,Cu,Ti,Mn,Cr,Al,Si
    の窒化物,Siの酸化物,Alの酸化物,AlN,Al
    の窒化物,SiC,Cの単体もしくは混合物もしくは合
    金よりなる単層膜または多層膜であることを特徴とする
    請求項3,請求項5または請求項6のいずれか1項記載
    のグラニュラー膜。
  8. 【請求項8】 前記基板がセラミック,金属,金属化合
    物,プラスチックもしくはそれらの混合物よりなる単層
    膜または多層膜であることを特徴とする請求項2から請
    求項7のいずれか1項記載のグラニュラー膜。
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