JP2812280B2 - 磁気抵抗効果素子および外部磁場再生方法 - Google Patents
磁気抵抗効果素子および外部磁場再生方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気記録媒体等に記
録された磁界強度を情報信号として読みとるための再生
ヘッド等に用いられる磁気抵抗効果素子に関し、特に小
さい外部磁場で大きな再生出力と対称な再生波形を得る
ための素子形状及びその外部磁場検出のための再生方法
に関するものである。
録された磁界強度を情報信号として読みとるための再生
ヘッド等に用いられる磁気抵抗効果素子に関し、特に小
さい外部磁場で大きな再生出力と対称な再生波形を得る
ための素子形状及びその外部磁場検出のための再生方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、磁気センサの高感度化および磁気
記録における高密度化が進められており、これに伴い磁
気抵抗効果型磁気センサ（以下、ＭＲセンサという）お
よび磁気抵抗効果型磁気ヘッド（以下、ＭＲヘッドとい
う）の開発が盛んに進められている。ＭＲセンサもＭＲ
ヘッドも磁性材料からなる読み取りセンサ部の抵抗変化
により外部磁界信号を読み出しているが、ＭＲセンサお
よびＭＲヘッドは記録媒体との相対速度が再生出力に依
存しないことから、ＭＲセンサでは高感度が、ＭＲヘッ
ドでは高密度磁気記録においても高い出力が得られると
いう特徴がある。
記録における高密度化が進められており、これに伴い磁
気抵抗効果型磁気センサ（以下、ＭＲセンサという）お
よび磁気抵抗効果型磁気ヘッド（以下、ＭＲヘッドとい
う）の開発が盛んに進められている。ＭＲセンサもＭＲ
ヘッドも磁性材料からなる読み取りセンサ部の抵抗変化
により外部磁界信号を読み出しているが、ＭＲセンサお
よびＭＲヘッドは記録媒体との相対速度が再生出力に依
存しないことから、ＭＲセンサでは高感度が、ＭＲヘッ
ドでは高密度磁気記録においても高い出力が得られると
いう特徴がある。
【０００３】最近、非磁性薄膜を介した磁性人工格子に
よる多層膜において、スピン依存散乱によるより顕著な
磁気抵抗効果が観測されている（フィジカル レビュー
レターズ（Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．）第６１
巻，２４７２頁，１９８８年）。この磁気磁気抵抗効果
は巨大磁気抵抗効果と呼ばれ、従来の磁気抵抗効果に比
べ桁違いに大きな抵抗変化を示すという特徴がある。特
開平２−６１５７２号公報では、中間層により分離され
る少なくとも２層の強磁性層からなる磁場センサが記載
されており、境界面でスピン方向に依存する電子散乱が
生じる作用を及ぼす材料から構成されることが示されて
いる。
よる多層膜において、スピン依存散乱によるより顕著な
磁気抵抗効果が観測されている（フィジカル レビュー
レターズ（Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．）第６１
巻，２４７２頁，１９８８年）。この磁気磁気抵抗効果
は巨大磁気抵抗効果と呼ばれ、従来の磁気抵抗効果に比
べ桁違いに大きな抵抗変化を示すという特徴がある。特
開平２−６１５７２号公報では、中間層により分離され
る少なくとも２層の強磁性層からなる磁場センサが記載
されており、境界面でスピン方向に依存する電子散乱が
生じる作用を及ぼす材料から構成されることが示されて
いる。
【０００４】また、非磁性薄膜層を介して積層された少
なくとも２層の磁性薄膜を有しており、一方の軟磁性薄
膜に反強磁性薄膜を隣接して設けることで抗磁力を与
え、非磁性薄膜を介して隣接した他方の軟磁性薄膜を外
部磁界で磁化回転させることで抵抗変化させる巨大磁気
抵抗効果膜（またはスピンバルブと呼ばれる）がある
（フィジカル レビューＢ（Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ）第
４３巻，１２９７頁，１９９１年，または特開平４−３
５８３１０号公報）。
なくとも２層の磁性薄膜を有しており、一方の軟磁性薄
膜に反強磁性薄膜を隣接して設けることで抗磁力を与
え、非磁性薄膜を介して隣接した他方の軟磁性薄膜を外
部磁界で磁化回転させることで抵抗変化させる巨大磁気
抵抗効果膜（またはスピンバルブと呼ばれる）がある
（フィジカル レビューＢ（Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ）第
４３巻，１２９７頁，１９９１年，または特開平４−３
５８３１０号公報）。
【０００５】さらに、１９９５年６月２日付の本出願人
の出願になる特許願７−１３６６７０号には、非磁性薄
膜を介して積層されて複数の磁性薄膜からなり、非磁性
薄膜を介して隣り合う一方の磁性薄膜に反強磁性薄膜が
設けてあり、この反強磁性薄膜のバイアス磁界をＨｒ、
他方の磁性薄膜の保磁力をＨｃ２としたとき、Ｈｃ２＜
Ｈｒである磁気抵抗効果膜において、前記反強磁性薄膜
を、Ｎｉ酸化膜上にＣｏ酸化膜を積層した２層膜とする
ことによって、ゼロ磁場前後で直線的に大きな抵抗変化
を示し、しかも耐食性に優れた磁気抵抗効果膜が得られ
ることが記載されている。
の出願になる特許願７−１３６６７０号には、非磁性薄
膜を介して積層されて複数の磁性薄膜からなり、非磁性
薄膜を介して隣り合う一方の磁性薄膜に反強磁性薄膜が
設けてあり、この反強磁性薄膜のバイアス磁界をＨｒ、
他方の磁性薄膜の保磁力をＨｃ２としたとき、Ｈｃ２＜
Ｈｒである磁気抵抗効果膜において、前記反強磁性薄膜
を、Ｎｉ酸化膜上にＣｏ酸化膜を積層した２層膜とする
ことによって、ゼロ磁場前後で直線的に大きな抵抗変化
を示し、しかも耐食性に優れた磁気抵抗効果膜が得られ
ることが記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記先願の磁
気抵抗効果膜は、従来より大きな抵抗変化を提供するこ
とによる、磁気抵抗センサあるいは磁気ヘッドとしての
有用性は示されているが、実用的な磁気抵抗効果素子と
して、小さい外部磁場で大きな再生出力と対称再生波形
を得るためには、素子形状および外部磁場検出のための
再生方法を設定する必要があり、またこれらに関する記
載はこれまで十分ではなかった。
気抵抗効果膜は、従来より大きな抵抗変化を提供するこ
とによる、磁気抵抗センサあるいは磁気ヘッドとしての
有用性は示されているが、実用的な磁気抵抗効果素子と
して、小さい外部磁場で大きな再生出力と対称再生波形
を得るためには、素子形状および外部磁場検出のための
再生方法を設定する必要があり、またこれらに関する記
載はこれまで十分ではなかった。
【０００７】本発明の目的は、上記先願の磁気抵抗効果
膜による実用的な磁気抵抗効果素子として、小さい外部
磁場で大きな再生出力と対称な再生波形を得るために必
要な素子形状を有する磁気抵抗効果素子およびその外部
磁場検出のための再生方法を提供することにある。
膜による実用的な磁気抵抗効果素子として、小さい外部
磁場で大きな再生出力と対称な再生波形を得るために必
要な素子形状を有する磁気抵抗効果素子およびその外部
磁場検出のための再生方法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、非磁性薄膜を
介して積層された複数の磁性薄膜からなり、前記非磁性
薄膜を介して隣り合う第１および第２の磁性薄膜のう
ち、第１の磁性薄膜の磁化方向を固定するための手段と
して第１の磁性薄膜に隣接して反強磁性薄膜が設けてあ
り、この反強磁性薄膜のバイアス磁界をＨｒ、第２の磁
性薄膜の保磁力をＨｃ２としたときＨｃ２＜Ｈｒであ
り、かつ前記反強磁性薄膜がＮｉ酸化膜上にＣｏ酸化膜
あるいはＮｉＣｏ膜を１〜３０Å積層した２層膜である
人工格子磁気抵抗効果膜として構成され、かつ前記磁気
抵抗効果膜に検出電流を流すための一対の電極を設けた
磁気抵抗効果素子において、前記第１の磁性薄膜は、前
記反強磁性薄膜によって固定された磁化方向に対してほ
ぼ直交する方向のＭＲ高さとしての素子幅が０．５〜
１．５μｍとされ、かつその膜厚が１０〜６０Åとさ
れ、また前記磁気抵抗効果膜に流す検出電流によって前
記第２の磁性薄膜に生じる静磁界の方向と逆方向となる
ように設定され、さらに前記非複数の磁性薄膜の全膜厚
とＭＲ高さによって設定される断面積に対して、流れる
検出電流の密度が、０．５〜５×１０7 Ａ／ｃｍ2 であ
ることを特徴とする。
介して積層された複数の磁性薄膜からなり、前記非磁性
薄膜を介して隣り合う第１および第２の磁性薄膜のう
ち、第１の磁性薄膜の磁化方向を固定するための手段と
して第１の磁性薄膜に隣接して反強磁性薄膜が設けてあ
り、この反強磁性薄膜のバイアス磁界をＨｒ、第２の磁
性薄膜の保磁力をＨｃ２としたときＨｃ２＜Ｈｒであ
り、かつ前記反強磁性薄膜がＮｉ酸化膜上にＣｏ酸化膜
あるいはＮｉＣｏ膜を１〜３０Å積層した２層膜である
人工格子磁気抵抗効果膜として構成され、かつ前記磁気
抵抗効果膜に検出電流を流すための一対の電極を設けた
磁気抵抗効果素子において、前記第１の磁性薄膜は、前
記反強磁性薄膜によって固定された磁化方向に対してほ
ぼ直交する方向のＭＲ高さとしての素子幅が０．５〜
１．５μｍとされ、かつその膜厚が１０〜６０Åとさ
れ、また前記磁気抵抗効果膜に流す検出電流によって前
記第２の磁性薄膜に生じる静磁界の方向と逆方向となる
ように設定され、さらに前記非複数の磁性薄膜の全膜厚
とＭＲ高さによって設定される断面積に対して、流れる
検出電流の密度が、０．５〜５×１０7 Ａ／ｃｍ2 であ
ることを特徴とする。
【０００９】ここで、第１及び第２の磁性薄膜がそれぞ
れ複数の磁性薄膜で構成されていてもよく、また磁気抵
抗効果膜の膜平面形状が矩形であることが好ましい。ま
た、非磁性薄膜の膜厚が２０から３５Åであり、第２の
磁性薄膜の膜厚が１０から１００Åであることが好まし
い。さらに、第２の磁性薄膜の磁化容易軸方向が、第１
の磁性薄膜の固定磁化方向に対して略直交され、あるい
は外部磁場が導入されていない状態で第２の磁性薄膜の
磁化方向が、第１の磁性薄膜の固定磁化方向に対して略
直交していることが好ましい。
れ複数の磁性薄膜で構成されていてもよく、また磁気抵
抗効果膜の膜平面形状が矩形であることが好ましい。ま
た、非磁性薄膜の膜厚が２０から３５Åであり、第２の
磁性薄膜の膜厚が１０から１００Åであることが好まし
い。さらに、第２の磁性薄膜の磁化容易軸方向が、第１
の磁性薄膜の固定磁化方向に対して略直交され、あるい
は外部磁場が導入されていない状態で第２の磁性薄膜の
磁化方向が、第１の磁性薄膜の固定磁化方向に対して略
直交していることが好ましい。
【００１０】また、本発明は、第２の磁性薄膜を単磁区
化するために充分なバイアスを生じさせる手段を備えて
もよい。このバイアスを生じさせる手段は、第２の磁性
薄膜に隣接配置された永久磁石で構成され、あるいは第
２の磁性薄膜に隣接配置された反強磁性膜で構成され
る。
化するために充分なバイアスを生じさせる手段を備えて
もよい。このバイアスを生じさせる手段は、第２の磁性
薄膜に隣接配置された永久磁石で構成され、あるいは第
２の磁性薄膜に隣接配置された反強磁性膜で構成され
る。
【００１１】また、本発明の外部磁場の再生方法は、前
記した構成の磁気抵抗効果素子を用いて、この磁気抵抗
効果素子に導入される外部磁場を検出するに際し、第１
の磁性薄膜の固定磁化方向と外部磁場の方向とをほぼ平
行に向けることを特徴とする。
記した構成の磁気抵抗効果素子を用いて、この磁気抵抗
効果素子に導入される外部磁場を検出するに際し、第１
の磁性薄膜の固定磁化方向と外部磁場の方向とをほぼ平
行に向けることを特徴とする。
【００１２】すなわち、上記した先願の磁気抵抗効果膜
では、非磁性層を介して積層された一方の磁性薄膜に、
隣接した反強磁性薄膜が成膜されることによって交換バ
イアス力が働き、外部磁場によって隣り合った磁性層の
磁化の向きが互いに平行から反平行となることによって
抵抗変化が生じる。すなわち、反強磁性薄膜によって交
換バイアスされた磁性薄膜の抗磁力をＨｒ、他方の磁性
薄膜の保磁力をＨｃ２（０＜Ｈｃ２＜Ｈｒ）として、外
部磁場がＨｃ２とＨｒの間（Ｈｃ２＜Ｈ＜Ｈｒ）である
とき、隣り合った磁性薄膜の磁化の方向が互いに逆向き
になり、抵抗が増大する。
では、非磁性層を介して積層された一方の磁性薄膜に、
隣接した反強磁性薄膜が成膜されることによって交換バ
イアス力が働き、外部磁場によって隣り合った磁性層の
磁化の向きが互いに平行から反平行となることによって
抵抗変化が生じる。すなわち、反強磁性薄膜によって交
換バイアスされた磁性薄膜の抗磁力をＨｒ、他方の磁性
薄膜の保磁力をＨｃ２（０＜Ｈｃ２＜Ｈｒ）として、外
部磁場がＨｃ２とＨｒの間（Ｈｃ２＜Ｈ＜Ｈｒ）である
とき、隣り合った磁性薄膜の磁化の方向が互いに逆向き
になり、抵抗が増大する。
【００１３】このため、上記の人工格子磁気抵抗効果膜
を外部磁場検出のために微細加工する際、その形状は少
なくとも、反強磁性薄膜に隣接した磁性薄膜の、反強磁
性薄膜によって固定された磁化方向に対して、ほぼ直交
して、ある幅を持って加工されてあり、かつ、前記磁化
方向に対して、磁気抵抗効果素子に導入される外部磁場
の方向が、ほぼ平行となるように配置されることが必要
であり、この場合において、微小外部磁場をより感度良
く検出することが可能となる。
を外部磁場検出のために微細加工する際、その形状は少
なくとも、反強磁性薄膜に隣接した磁性薄膜の、反強磁
性薄膜によって固定された磁化方向に対して、ほぼ直交
して、ある幅を持って加工されてあり、かつ、前記磁化
方向に対して、磁気抵抗効果素子に導入される外部磁場
の方向が、ほぼ平行となるように配置されることが必要
であり、この場合において、微小外部磁場をより感度良
く検出することが可能となる。
【００１４】しかし、上記のように微細加工が施された
磁気抵抗効果素子においては、加工された素子幅である
ＭＲ高さ方向の膜端部において、非磁性薄膜を介して隣
り合った磁性薄膜の間で静磁結合が生じるため、外部磁
場ゼロの状態でも膜端部では隣り合った磁性層間で磁化
が反平行状態となっている。すなわち、磁気抵抗効果膜
における保磁力Ｈｃ２の磁性薄膜は、反強磁性薄膜によ
って交換バイアスされた磁性薄膜のために、膜端部に過
剰なバイアス磁界が生じた状態といえる。このため、上
述のような構成条件のみでは、磁気センサあるいは磁気
ヘッドとした場合における再生波形の対称性は、非常に
非対称なものとなる。
磁気抵抗効果素子においては、加工された素子幅である
ＭＲ高さ方向の膜端部において、非磁性薄膜を介して隣
り合った磁性薄膜の間で静磁結合が生じるため、外部磁
場ゼロの状態でも膜端部では隣り合った磁性層間で磁化
が反平行状態となっている。すなわち、磁気抵抗効果膜
における保磁力Ｈｃ２の磁性薄膜は、反強磁性薄膜によ
って交換バイアスされた磁性薄膜のために、膜端部に過
剰なバイアス磁界が生じた状態といえる。このため、上
述のような構成条件のみでは、磁気センサあるいは磁気
ヘッドとした場合における再生波形の対称性は、非常に
非対称なものとなる。
【００１５】一方、上記の磁気抵抗効果素子には外部磁
場検出のため、検出電流を流すための一対の電極が配置
されており、この検出電流によって生じる電流磁界によ
っても再生波形の対称性は大きく左右される。すなわ
ち、検出電流によって保持力Ｈｃ２の磁性薄膜に生じる
電流磁界の方向を、反強磁性薄膜によって交換バイアス
された磁性薄膜によって保持力Ｈｃ２の磁性薄膜に生じ
る静磁界の方向と逆方向になるように決定することによ
り、交換バイアスされた磁性薄膜による静磁界を弱める
ことができ、再生波形対称性の改善に効果を発揮する。
場検出のため、検出電流を流すための一対の電極が配置
されており、この検出電流によって生じる電流磁界によ
っても再生波形の対称性は大きく左右される。すなわ
ち、検出電流によって保持力Ｈｃ２の磁性薄膜に生じる
電流磁界の方向を、反強磁性薄膜によって交換バイアス
された磁性薄膜によって保持力Ｈｃ２の磁性薄膜に生じ
る静磁界の方向と逆方向になるように決定することによ
り、交換バイアスされた磁性薄膜による静磁界を弱める
ことができ、再生波形対称性の改善に効果を発揮する。
【００１６】しかし、磁性層間に生じる静磁結合が膜端
部に限られるのに対し、検出電流による電流磁界は保持
力Ｈｃ２の磁性薄膜のＭＲ高さ方向に対してほぼ一様な
バイアス磁界として働くため、上記の手段のみでは膜端
部と膜中央部で磁化方向に分布が生じることが避けられ
ない。磁気ヘッドに適用する場合、媒体からの磁場は媒
体対向面からＭＲ高さ方向に行くに従って急激に減少す
るという分布をもつため、上記のようなＭＲ高さ方向で
膜端部と膜中央部において磁化方向に分布が生じること
は、再生波形の対称性改善が充分できなくなるばかりで
なく、磁壁が生じることによるノイズ問題も懸念され、
更には再生出力の向上も期待できず、上記の構成のみで
は波形対称性改善のための根本的な改善とはならない。
部に限られるのに対し、検出電流による電流磁界は保持
力Ｈｃ２の磁性薄膜のＭＲ高さ方向に対してほぼ一様な
バイアス磁界として働くため、上記の手段のみでは膜端
部と膜中央部で磁化方向に分布が生じることが避けられ
ない。磁気ヘッドに適用する場合、媒体からの磁場は媒
体対向面からＭＲ高さ方向に行くに従って急激に減少す
るという分布をもつため、上記のようなＭＲ高さ方向で
膜端部と膜中央部において磁化方向に分布が生じること
は、再生波形の対称性改善が充分できなくなるばかりで
なく、磁壁が生じることによるノイズ問題も懸念され、
更には再生出力の向上も期待できず、上記の構成のみで
は波形対称性改善のための根本的な改善とはならない。
【００１７】この問題を解決するためには、反強磁性薄
膜によって交換バイアスされた磁性薄膜の膜厚をできる
だけ薄くすることが有効である。これは、交換バイアス
された磁性薄膜によって、もう一方の磁性薄膜に生じる
静磁界をできるだけ弱めるという効果があり、交換バイ
アスされた磁性薄膜の膜厚が６０Å以下で大きな効果が
発揮されてくる。しかし、交換バイアスされた磁性薄膜
の下限は磁気抵抗効果素子としてＭＲ比が維持される１
０Åであり、またＭＲ高さが１．５μｍより大きい場合
には上記のようなＭＲ高さ方向で膜端部と膜中央部にお
いて磁化方向に分布が生じることは避けられない。
膜によって交換バイアスされた磁性薄膜の膜厚をできる
だけ薄くすることが有効である。これは、交換バイアス
された磁性薄膜によって、もう一方の磁性薄膜に生じる
静磁界をできるだけ弱めるという効果があり、交換バイ
アスされた磁性薄膜の膜厚が６０Å以下で大きな効果が
発揮されてくる。しかし、交換バイアスされた磁性薄膜
の下限は磁気抵抗効果素子としてＭＲ比が維持される１
０Åであり、またＭＲ高さが１．５μｍより大きい場合
には上記のようなＭＲ高さ方向で膜端部と膜中央部にお
いて磁化方向に分布が生じることは避けられない。
【００１８】したがって、上記した問題を全て解決する
ための最も有効な手段は、検出電流の方向規定、並びに
交換バイアスされた磁性薄膜の膜厚を減少させるのに加
え、ＭＲ高さも同時に減少させることである。すなわ
ち、交換バイアスされた磁性薄膜の膜厚減少によって、
もう一方の磁性薄膜に生じる静磁界を弱めるだけでな
く、ＭＲ高さの減少によって静磁界のおよぶ範囲が相対
的に膜中央部にまでおよぶようになるため、ＭＲ高さ方
向に沿った磁化方向の分布が均一となり、再生波形の対
称性の改善並びに再生出力の向上が可能となる。ただ
し、ＭＲ高さの下限は反磁界の影響で再生出力の向上が
見込まれなくなる０．５μｍによって決定される。これ
より、再生波形の対称性並びに再生出力の向上が得られ
るのは、ＭＲ高さが０．５から１．５μｍであり、かつ
交換バイアスされた磁性薄膜の膜厚が１０から６０Åの
範囲にある場合である。
ための最も有効な手段は、検出電流の方向規定、並びに
交換バイアスされた磁性薄膜の膜厚を減少させるのに加
え、ＭＲ高さも同時に減少させることである。すなわ
ち、交換バイアスされた磁性薄膜の膜厚減少によって、
もう一方の磁性薄膜に生じる静磁界を弱めるだけでな
く、ＭＲ高さの減少によって静磁界のおよぶ範囲が相対
的に膜中央部にまでおよぶようになるため、ＭＲ高さ方
向に沿った磁化方向の分布が均一となり、再生波形の対
称性の改善並びに再生出力の向上が可能となる。ただ
し、ＭＲ高さの下限は反磁界の影響で再生出力の向上が
見込まれなくなる０．５μｍによって決定される。これ
より、再生波形の対称性並びに再生出力の向上が得られ
るのは、ＭＲ高さが０．５から１．５μｍであり、かつ
交換バイアスされた磁性薄膜の膜厚が１０から６０Åの
範囲にある場合である。
【００１９】また、非磁性薄膜を介して積層された複数
の磁性薄膜の全膜厚とＭＲ高さによって決定された断面
積に対して、流れる検出電流の密度が０．５×１０7 Ａ
／ｃｍ2 より小さい場合に、上記の交換バイアスされた
磁性薄膜による静磁界を弱めるための効果が低下するば
かりでなく、再生出力への寄与が減少するため有用では
ない。さらに、検出電流の密度が５×１０7 Ａ／ｃｍ2
より大きい場合には、エレクトロマイグレーションの問
題により信頼性が確保できなくなり、同様に有用ではな
くなる。
の磁性薄膜の全膜厚とＭＲ高さによって決定された断面
積に対して、流れる検出電流の密度が０．５×１０7 Ａ
／ｃｍ2 より小さい場合に、上記の交換バイアスされた
磁性薄膜による静磁界を弱めるための効果が低下するば
かりでなく、再生出力への寄与が減少するため有用では
ない。さらに、検出電流の密度が５×１０7 Ａ／ｃｍ2
より大きい場合には、エレクトロマイグレーションの問
題により信頼性が確保できなくなり、同様に有用ではな
くなる。
【００２０】さらに、前記非磁性薄膜の膜厚および保持
力がＨｃ２の磁性薄膜の膜厚は、磁気抵抗効果素子のＭ
Ｒ比が維持される膜厚として、それぞれ２０から３５Å
および１０から１００Åである。
力がＨｃ２の磁性薄膜の膜厚は、磁気抵抗効果素子のＭ
Ｒ比が維持される膜厚として、それぞれ２０から３５Å
および１０から１００Åである。
【００２１】以上のような構成条件において、保持力Ｈ
ｃ２の磁性薄膜の磁化方向が、交換バイアスされた磁性
薄膜の磁化方向とほぼ直交した状態となり、小さな外部
磁場を感度良く検出し、大きな再生出力と対称な再生波
形を得ることが可能となる。
ｃ２の磁性薄膜の磁化方向が、交換バイアスされた磁性
薄膜の磁化方向とほぼ直交した状態となり、小さな外部
磁場を感度良く検出し、大きな再生出力と対称な再生波
形を得ることが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１は、磁気抵抗効果素子の構造を
示したものであり、磁気抵抗効果素子の微細加工素子幅
は図１に示すＭＲ高さに相当する。磁気抵抗効果膜は、
反強磁性薄膜４上に磁性薄膜２および３を有し、これら
の２層の磁性薄膜２，３の間に非磁性薄膜５を有する。
この磁気抵抗効果膜で構成される磁気抵抗効果素子１に
は、磁性薄膜２を単磁区化するための永久磁石膜６が隣
接して配置されており、また前記磁気抵抗効果素子１に
検出電流を流すための電極７が設けられている。反強磁
性薄膜４によって交換バイアスされた磁性薄膜３の磁化
方向は、図１に示すＭＲ高さ方向であり、また磁性薄膜
２の容易軸方向は、磁性薄膜３の磁化方向とほぼ直交す
るように成膜されている。磁気抵抗効果素子１に流す検
出電流の方向は、検出電流によって磁性薄膜２に生じる
電流磁界の方向が、磁性薄膜３によって磁性薄膜２に生
じている静磁界の方向と逆方向となるように設定した。
参照して説明する。図１は、磁気抵抗効果素子の構造を
示したものであり、磁気抵抗効果素子の微細加工素子幅
は図１に示すＭＲ高さに相当する。磁気抵抗効果膜は、
反強磁性薄膜４上に磁性薄膜２および３を有し、これら
の２層の磁性薄膜２，３の間に非磁性薄膜５を有する。
この磁気抵抗効果膜で構成される磁気抵抗効果素子１に
は、磁性薄膜２を単磁区化するための永久磁石膜６が隣
接して配置されており、また前記磁気抵抗効果素子１に
検出電流を流すための電極７が設けられている。反強磁
性薄膜４によって交換バイアスされた磁性薄膜３の磁化
方向は、図１に示すＭＲ高さ方向であり、また磁性薄膜
２の容易軸方向は、磁性薄膜３の磁化方向とほぼ直交す
るように成膜されている。磁気抵抗効果素子１に流す検
出電流の方向は、検出電流によって磁性薄膜２に生じる
電流磁界の方向が、磁性薄膜３によって磁性薄膜２に生
じている静磁界の方向と逆方向となるように設定した。
【００２３】ここで、反強磁性薄膜４は、Ｎｉ酸化膜上
にＣｏ酸化膜あるいはＮｉＣｏ酸化膜を１〜３０Åの範
囲で積層した２層膜構造において、磁性薄膜３に良好な
交換バイアスを実現することができ、かつ磁気抵抗効果
素子の出力のヒステリシスがない良好な特性を示した。
また、磁性薄膜３が１０〜６０Åと薄い領域においても
十分高いＭＲ比を実現し良好な磁気抵抗効果を示したた
め、以下反強磁性薄膜４には上記の範囲のものを用い
た。
にＣｏ酸化膜あるいはＮｉＣｏ酸化膜を１〜３０Åの範
囲で積層した２層膜構造において、磁性薄膜３に良好な
交換バイアスを実現することができ、かつ磁気抵抗効果
素子の出力のヒステリシスがない良好な特性を示した。
また、磁性薄膜３が１０〜６０Åと薄い領域においても
十分高いＭＲ比を実現し良好な磁気抵抗効果を示したた
め、以下反強磁性薄膜４には上記の範囲のものを用い
た。
【００２４】図２はかかる磁気抵抗効果素子１の上下を
絶縁層を介してシールド層としての高透磁率軟磁性材料
で挟んでシールド型磁気抵抗効果ヘッドを構成した場合
に、その出力をＭＲ高さおよび磁性薄膜３の膜厚をパラ
メータとして測定した結果を表したものである。ここ
で、磁性薄膜３／非磁性薄膜５／磁性薄膜２の構成は、
ＮｉＦｅ（パラメータ）／Ｃｕ（２５Å）／ＮｉＦｅ
（５０Å）である。また、検出電流は、磁性薄膜３／非
磁性薄膜５／磁性薄膜２の３層部分に対して２×１０7
Ａ／ｃｍ2 となるように決定した。また、図３はこの場
合における再生波形の対称性を示したものである。ただ
し、波形対称性は正負ピークの差と和の比によって定義
した。
絶縁層を介してシールド層としての高透磁率軟磁性材料
で挟んでシールド型磁気抵抗効果ヘッドを構成した場合
に、その出力をＭＲ高さおよび磁性薄膜３の膜厚をパラ
メータとして測定した結果を表したものである。ここ
で、磁性薄膜３／非磁性薄膜５／磁性薄膜２の構成は、
ＮｉＦｅ（パラメータ）／Ｃｕ（２５Å）／ＮｉＦｅ
（５０Å）である。また、検出電流は、磁性薄膜３／非
磁性薄膜５／磁性薄膜２の３層部分に対して２×１０7
Ａ／ｃｍ2 となるように決定した。また、図３はこの場
合における再生波形の対称性を示したものである。ただ
し、波形対称性は正負ピークの差と和の比によって定義
した。
【００２５】図２から判るように、再生出力はＭＲ高さ
の減少にしたがって増大していくが、ＭＲ高さ０．５μ
ｍ以下では、磁性薄膜３の膜厚がいずれの場合において
も大きく減少していることがわかる。また、磁性薄膜３
の膜厚が１０Åより小さい場合は抵抗変化をほとんど示
さず、出力が観測されなかった。一方、図３から判るよ
うに、再生波形の対称性は、それぞれのＭＲ高さの最適
な磁性薄膜３の膜厚を選ぶことで良好を対称性が得られ
るが、ＭＲ高さが１．５μｍより大きい場合あるいは磁
性薄膜３の膜厚が６０Åより厚い場合には、再生波形に
ノイズが多く見られ、実用上問題がある。
の減少にしたがって増大していくが、ＭＲ高さ０．５μ
ｍ以下では、磁性薄膜３の膜厚がいずれの場合において
も大きく減少していることがわかる。また、磁性薄膜３
の膜厚が１０Åより小さい場合は抵抗変化をほとんど示
さず、出力が観測されなかった。一方、図３から判るよ
うに、再生波形の対称性は、それぞれのＭＲ高さの最適
な磁性薄膜３の膜厚を選ぶことで良好を対称性が得られ
るが、ＭＲ高さが１．５μｍより大きい場合あるいは磁
性薄膜３の膜厚が６０Åより厚い場合には、再生波形に
ノイズが多く見られ、実用上問題がある。
【００２６】この結果を磁気抵抗効果素子の内部磁化分
布から説明する。ここでは、上記の構造を有するシール
ド型磁気抵抗効果ヘッドの信号磁界の変化に対する３次
元磁化解析を行った結果について示す。図４はＭＲ高さ
２μｍ、磁性薄膜３の膜厚が７０Åの場合について、磁
化のＭＲ高さ方向の成分を規格化してＭＲ高さ方向に沿
って示したものである。図中には、信号磁界ゼロの場合
と同時に、信号磁界がＭＲ高さ方向に沿ってプラスある
いはマイナス方向に印加された場合についても示してあ
る。
布から説明する。ここでは、上記の構造を有するシール
ド型磁気抵抗効果ヘッドの信号磁界の変化に対する３次
元磁化解析を行った結果について示す。図４はＭＲ高さ
２μｍ、磁性薄膜３の膜厚が７０Åの場合について、磁
化のＭＲ高さ方向の成分を規格化してＭＲ高さ方向に沿
って示したものである。図中には、信号磁界ゼロの場合
と同時に、信号磁界がＭＲ高さ方向に沿ってプラスある
いはマイナス方向に印加された場合についても示してあ
る。
【００２７】この図より、ＭＲ高さ２μｍでは磁性薄膜
３によって磁性薄膜２に生じている静磁界の及ぶ範囲が
膜端部に限られ、膜中央部と膜端部では磁化方向に大き
な分布が生じていることがわかる。さらに、磁性薄膜３
の膜厚が７０Åと厚いため、膜端部における静磁結合が
更に強くなり、膜中央部と膜端部での磁化方向の分布、
つまり磁化方向の差を更に助長していることがわかる。
すなわち、磁性薄膜２の磁化は、膜中央部と膜端部でＭ
Ｒ高さ方向に沿ってプラスあるいはマイナスを向いた分
布をとっており、磁化状態の乱れた、磁壁の存在する状
態であることがわかる。これが、上述した再生波形にお
けるノイズを引き起こしていると考えられ、これを避け
るためにはＭＲ高さは１．５μｍ以下、また磁性薄膜３
の膜厚は６０Å以下であることが必要である。
３によって磁性薄膜２に生じている静磁界の及ぶ範囲が
膜端部に限られ、膜中央部と膜端部では磁化方向に大き
な分布が生じていることがわかる。さらに、磁性薄膜３
の膜厚が７０Åと厚いため、膜端部における静磁結合が
更に強くなり、膜中央部と膜端部での磁化方向の分布、
つまり磁化方向の差を更に助長していることがわかる。
すなわち、磁性薄膜２の磁化は、膜中央部と膜端部でＭ
Ｒ高さ方向に沿ってプラスあるいはマイナスを向いた分
布をとっており、磁化状態の乱れた、磁壁の存在する状
態であることがわかる。これが、上述した再生波形にお
けるノイズを引き起こしていると考えられ、これを避け
るためにはＭＲ高さは１．５μｍ以下、また磁性薄膜３
の膜厚は６０Å以下であることが必要である。
【００２８】このような傾向は、比磁性薄膜５の膜厚が
２０〜３５Åにおいて見られたが、この範囲を越えると
抵抗変化が著しく減少し出力が得られない。また、磁性
薄膜２の膜厚も１０Å以上で同様の傾向を示すが、これ
より薄い場合は抵抗変化が著しく減少した。磁性薄膜２
の膜厚の上限は１００Å程度であり、これ以上では反磁
界の影響で磁場感度が落ちるため、実用上有益ではな
い。
２０〜３５Åにおいて見られたが、この範囲を越えると
抵抗変化が著しく減少し出力が得られない。また、磁性
薄膜２の膜厚も１０Å以上で同様の傾向を示すが、これ
より薄い場合は抵抗変化が著しく減少した。磁性薄膜２
の膜厚の上限は１００Å程度であり、これ以上では反磁
界の影響で磁場感度が落ちるため、実用上有益ではな
い。
【００２９】また、上記の全ての条件に対して、検出電
流の密度を変化させたが、０．５×１０7 Ａ／ｃｍ2 よ
り小さい場合には再生出力は著しく減少し、また５×１
０7Ａ／ｃｍ2 より大きい場合には測定中に断線が頻発
し信頼性の面で問題のあることが認められた。
流の密度を変化させたが、０．５×１０7 Ａ／ｃｍ2 よ
り小さい場合には再生出力は著しく減少し、また５×１
０7Ａ／ｃｍ2 より大きい場合には測定中に断線が頻発
し信頼性の面で問題のあることが認められた。
【００３０】さらに、非磁性薄膜５を介して存在する磁
性薄膜２、磁性薄膜３の一方あるいは両方が複数の磁性
薄膜からなる場合、例えば（ＮｉＦｅ／Ｃｏ）／Ｃｕ／
ＮｉＦｅあるいは（ＮｉＦｅ／Ｃｏ）／Ｃｕ／（Ｃｏ／
ＮｉＦｅ）のような構成の磁気抵抗効果素子において
も、上記と同様な傾向を示すことが確認されている。さ
らに、磁性薄膜２を単磁区化するための手段は、隣接し
て配置された反強磁性膜であってもこの傾向を変えるも
のではなく、またヨーク型磁気抵抗センサにおいても同
様の結果が得られた。
性薄膜２、磁性薄膜３の一方あるいは両方が複数の磁性
薄膜からなる場合、例えば（ＮｉＦｅ／Ｃｏ）／Ｃｕ／
ＮｉＦｅあるいは（ＮｉＦｅ／Ｃｏ）／Ｃｕ／（Ｃｏ／
ＮｉＦｅ）のような構成の磁気抵抗効果素子において
も、上記と同様な傾向を示すことが確認されている。さ
らに、磁性薄膜２を単磁区化するための手段は、隣接し
て配置された反強磁性膜であってもこの傾向を変えるも
のではなく、またヨーク型磁気抵抗センサにおいても同
様の結果が得られた。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、非
磁性薄膜を介して積層された複数の磁性薄膜からなり、
前記非磁性薄膜を介して隣り合う第１および第２の磁性
薄膜のうち、第１の磁性薄膜の磁化方向を固定するため
の手段として第１の磁性薄膜に隣接して反強磁性薄膜が
設けてあり、この反強磁性薄膜のバイアス磁界をＨｒ、
第２の磁性薄膜の保磁力をＨｃ２としたときＨｃ２＜Ｈ
ｒであり、かつ前記反強磁性薄膜がＮｉ酸化膜上にＣｏ
酸化膜あるいはＮｉＣｏ膜を１〜３０Å積層した２層膜
である人工格子磁気抵抗効果膜として構成され、かつ前
記磁気抵抗効果膜に検出電流を流すための一対の電極を
設けた磁気抵抗効果素子において、前記第１の磁性薄膜
は、前記反強磁性薄膜によって固定された磁化方向に対
してほぼ直交する方向のＭＲ高さとしての素子幅が０．
５〜１．５μｍとされ、かつその膜厚が１０〜６０Åと
され、また前記磁気抵抗効果膜に流す検出電流によって
前記第２の磁性薄膜に生じる静磁界の方向と逆方向とな
るように設定され、さらに前記非複数の磁性薄膜の全膜
厚とＭＲ高さによって設定される断面積に対して、流れ
る検出電流の密度が、０．５〜５×１０7 Ａ／ｃｍ2 で
あり、その上で第１の磁性薄膜の固定された磁化方向に
対して、磁気抵抗効果素子に導入される外部磁場の方向
がほぼ平行となるように配置して外部磁場の再生を行う
ので、実用的な磁気抵抗効果素子として、小さい外部磁
場で大きな再生出力と対称な再生波形を得ることが可能
となる。
磁性薄膜を介して積層された複数の磁性薄膜からなり、
前記非磁性薄膜を介して隣り合う第１および第２の磁性
薄膜のうち、第１の磁性薄膜の磁化方向を固定するため
の手段として第１の磁性薄膜に隣接して反強磁性薄膜が
設けてあり、この反強磁性薄膜のバイアス磁界をＨｒ、
第２の磁性薄膜の保磁力をＨｃ２としたときＨｃ２＜Ｈ
ｒであり、かつ前記反強磁性薄膜がＮｉ酸化膜上にＣｏ
酸化膜あるいはＮｉＣｏ膜を１〜３０Å積層した２層膜
である人工格子磁気抵抗効果膜として構成され、かつ前
記磁気抵抗効果膜に検出電流を流すための一対の電極を
設けた磁気抵抗効果素子において、前記第１の磁性薄膜
は、前記反強磁性薄膜によって固定された磁化方向に対
してほぼ直交する方向のＭＲ高さとしての素子幅が０．
５〜１．５μｍとされ、かつその膜厚が１０〜６０Åと
され、また前記磁気抵抗効果膜に流す検出電流によって
前記第２の磁性薄膜に生じる静磁界の方向と逆方向とな
るように設定され、さらに前記非複数の磁性薄膜の全膜
厚とＭＲ高さによって設定される断面積に対して、流れ
る検出電流の密度が、０．５〜５×１０7 Ａ／ｃｍ2 で
あり、その上で第１の磁性薄膜の固定された磁化方向に
対して、磁気抵抗効果素子に導入される外部磁場の方向
がほぼ平行となるように配置して外部磁場の再生を行う
ので、実用的な磁気抵抗効果素子として、小さい外部磁
場で大きな再生出力と対称な再生波形を得ることが可能
となる。
【図１】本発明の磁気抵抗効果素子の一部を破断した斜
視図である。
視図である。
【図２】磁気抵抗効果素子の再生出力のＭＲ高さと磁性
薄膜の膜厚依存性を示す図である。
薄膜の膜厚依存性を示す図である。
【図３】磁気抵抗効果素子の再生波形の対称性のＭＲ高
さと磁性薄膜の膜厚依存性を示す図である。
さと磁性薄膜の膜厚依存性を示す図である。
【図４】磁気抵抗効果素子の磁性薄膜の内部磁化分布を
示す図である。
示す図である。
１ 磁気抵抗効果素子 ２ 磁性薄膜 ３ 磁性薄膜 ４ 反強磁性薄膜 ５ 非磁性薄膜 ６ 永久磁石膜 ７ 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤方 潤一 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G11B 5/39 H01F 10/16 H01L 43/08
Claims (11)
- 【請求項１】 非磁性薄膜を介して積層された複数の磁
性薄膜からなり、前記非磁性薄膜を介して隣り合う第１
および第２の磁性薄膜のうち、第１の磁性薄膜の磁化方
向を固定するための手段として第１の磁性薄膜に隣接し
て反強磁性薄膜が設けてあり、この反強磁性薄膜のバイ
アス磁界をＨｒ、第２の磁性薄膜の保磁力をＨｃ２とし
たときＨｃ２＜Ｈｒであり、かつ前記反強磁性薄膜がＮ
ｉ酸化膜上にＣｏ酸化膜あるいはＮｉＣｏ膜を１〜３０
Å積層した２層膜である人工格子磁気抵抗効果膜として
構成され、かつ前記磁気抵抗効果膜に検出電流を流すた
めの一対の電極を設けた磁気抵抗効果素子において、前
記第１の磁性薄膜は、前記反強磁性薄膜によって固定さ
れた磁化方向に対してほぼ直交する方向のＭＲ高さとし
ての素子幅が０．５〜１．５μｍとされ、かつその膜厚
が１０〜６０Åとされ、また前記磁気抵抗効果膜に流す
検出電流によって前記第２の磁性薄膜に生じる静磁界の
方向と逆方向となるように設定され、さらに前記非複数
の磁性薄膜の全膜厚とＭＲ高さによって設定される断面
積に対して、流れる検出電流の密度が、０．５〜５×１
０7 Ａ／ｃｍ2 であることを特徴とする磁気抵抗効果素
子。 - 【請求項２】 第１及び第２の磁性薄膜がそれぞれ複数
の磁性薄膜で構成される請求項１の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項３】 磁気抵抗効果膜の膜平面形状が矩形であ
る請求項１または２の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項４】 非磁性薄膜の膜厚が２０から３５Åであ
る請求項１ないし３のいずれかの磁気抵抗効果素子。 - 【請求項５】 第２の磁性薄膜の膜厚が１０から１００
Åである請求項１ないし４のいずれかの磁気抵抗効果素
子。 - 【請求項６】 第２の磁性薄膜の磁化容易軸方向が、第
１の磁性薄膜の固定磁化方向に対して略直交されてなる
請求項１ないし５のいずれかの磁気抵抗効果素子。 - 【請求項７】 外部磁場が導入されていない状態で第２
の磁性薄膜の磁化方向が、第１の磁性薄膜の固定磁化方
向に対して略直交している請求項１ないし５のいずれか
の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項８】 第２の磁性薄膜を単磁区化するために充
分なバイアスを生じさせる手段を備える請求項１ないし
７のいずれかの磁気抵抗効果素子。 - 【請求項９】 バイアスを生じさせる手段は、第２の磁
性薄膜に隣接配置された永久磁石である請求項８の磁気
抵抗効果素子。 - 【請求項１０】 バイアスを生じさせる手段は、第２の
磁性薄膜に隣接配置された反強磁性膜である請求項８の
磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１１】 請求項１ないし１０の磁気抵抗効果素
子を用いて、この磁気抵抗効果素子に導入される外部磁
場を検出するに際し、第１の磁性薄膜の固定磁化方向と
外部磁場の方向とをほぼ平行に向けることを特徴とする
磁気抵抗効果素子の外部磁場再生方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8011573A JP2812280B2 (ja) | 1996-01-26 | 1996-01-26 | 磁気抵抗効果素子および外部磁場再生方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8011573A JP2812280B2 (ja) | 1996-01-26 | 1996-01-26 | 磁気抵抗効果素子および外部磁場再生方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09204612A JPH09204612A (ja) | 1997-08-05 |
| JP2812280B2 true JP2812280B2 (ja) | 1998-10-22 |
Family
ID=11781670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8011573A Expired - Fee Related JP2812280B2 (ja) | 1996-01-26 | 1996-01-26 | 磁気抵抗効果素子および外部磁場再生方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2812280B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4054142B2 (ja) | 1999-09-28 | 2008-02-27 | 富士通株式会社 | スピンバルブ型磁気抵抗効果型素子 |
-
1996
- 1996-01-26 JP JP8011573A patent/JP2812280B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09204612A (ja) | 1997-08-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |