JP2999154B2 - Magnetoresistive head - Google Patents

Magnetoresistive head

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JP2999154B2
JP2999154B2 JP24060296A JP24060296A JP2999154B2 JP 2999154 B2 JP2999154 B2 JP 2999154B2 JP 24060296 A JP24060296 A JP 24060296A JP 24060296 A JP24060296 A JP 24060296A JP 2999154 B2 JP2999154 B2 JP 2999154B2
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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】広くはAMRヘッド、Spi
n−Valveヘッドに代表される磁気抵抗効果読み取
りヘッドに関し、磁気抵抗効果の線形応答性を確保しバ
ルクハウゼンノイズを抑制するためのものであり、特
に、従来の反強磁性体膜の問題点を改善し交換結合磁界
によるバイアスを効果的に印加する磁気抵抗効果型ヘッ
ドに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION Broadly, AMR heads and Spi
With respect to a magnetoresistive read head typified by an n-Valve head, it is for ensuring linear response of the magnetoresistive effect and suppressing Barkhausen noise. The present invention relates to a magnetoresistive head for improving and effectively applying a bias by an exchange coupling magnetic field.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来技術における磁気抵抗効果型読み取
りヘッド(MRヘッド)には、異方性磁気抵抗効果現象
を用いたAMR(Anisotropic Magnetoresistance)ヘ
ッドと伝導電子のスピン散乱現象を用いたGMR(Gian
t Magnetoresistance)ヘッドがあり、GMRヘッドの
一つとして低外部磁界で高磁気抵抗効果を示すSpin
−Valveヘッドが米国特許第5159513号明細
書に示されている。
2. Description of the Related Art Conventional magnetoresistive read heads (MR heads) include an AMR (Anisotropic Magnetoresistance) head using an anisotropic magnetoresistance effect phenomenon and a GMR (Gian) using a spin scattering phenomenon of conduction electrons.
t Magnetoresistance) head, and one of the GMR heads that exhibits a high magnetoresistance effect under a low external magnetic field.
A Valve head is shown in U.S. Pat. No. 5,159,513.

【0003】図1及び図2はAMRヘッド素子構造の概
略図である。AMRヘッドの最適動作のためにはAMR
効果を示す強磁性体層3(AMR材料)に対して2つの
バイアス磁界が必要とされる。1つのバイアス磁界はA
MR材料の抵抗変化を磁気媒体からの磁束に対して線形
応答させるためであり、このバイアス磁界は磁気媒体の
面に対して垂直(図中Z方向)であり、AMR材料の膜
面に対して平行である。通常このバイアス磁界は横バイ
アスと呼ばれ、AMR材料の近傍に電気絶縁層2を介し
て成膜された軟磁性材料1を配置し、検出電流を伝導層
5からMR素子に流すことにより得ることができる。
FIGS. 1 and 2 are schematic views of an AMR head element structure. For optimal operation of AMR head, AMR
Two bias fields are required for the ferromagnetic layer 3 (AMR material) to be effective. One bias magnetic field is A
This is to make the resistance change of the MR material linearly respond to the magnetic flux from the magnetic medium, and this bias magnetic field is perpendicular to the plane of the magnetic medium (the Z direction in the figure), and is relative to the film plane of the AMR material. Parallel. Usually, this bias magnetic field is called a lateral bias, and is obtained by arranging a soft magnetic material 1 formed via an electrical insulating layer 2 near an AMR material and flowing a detection current from the conductive layer 5 to the MR element. Can be.

【0004】もう1つのバイアス磁界は通常縦バイアス
磁界と呼ばれ、磁気媒体とAMR材料3の膜面に対して
平行(図中X方向)に印加される。縦バイアス磁界の目
的はAMR材料3が多数の磁区を形成することによって
生じるバルクハウゼンノイズを抑制すること、すなわ
ち、磁気媒体からこの磁束に対してノイズのないスム−
ズな抵抗変化にするためである。
Another bias magnetic field is usually called a longitudinal bias magnetic field, and is applied in parallel (in the X direction in the figure) to the magnetic medium and the film surface of the AMR material 3. The purpose of the longitudinal bias magnetic field is to suppress Barkhausen noise caused by the AMR material 3 forming a large number of magnetic domains, that is, a noise-free smooth magnetic field from the magnetic medium.
This is to make the resistance change smaller.

【0005】バルクハウゼンノイズを抑制するためには
AMR材料3を単磁区化することが必要であり、そのた
めの縦バイアスの印加方法には2通りがある。1つはA
MR材料3の両脇に磁石6を配置し磁石6からの漏れ磁
束を利用する方法であり、もう1つは反強磁性体層4と
の接触界面で生じる交換異方性磁界を利用する方法であ
る。
In order to suppress Barkhausen noise, it is necessary to form the AMR material 3 into a single magnetic domain. There are two methods for applying a longitudinal bias. One is A
A method of arranging the magnets 6 on both sides of the MR material 3 and using a leakage magnetic flux from the magnets 6 and a method of utilizing an exchange anisotropic magnetic field generated at a contact interface with the antiferromagnetic layer 4 It is.

【0006】一方、図3、図4に示すように、Spin
−Valveヘッドの最適動作のためにはFree磁性
層7/非磁性中間層8/Pinned磁性層9のサンド
イッチ構造において、Free磁性層7にはトラック方
向(図中X方向)のバイアスを印加し単磁区化した状態
でトラック方向に磁化を向けさせ、Pinned磁性層
9の磁化方向は図中Z方向、すなわちFree磁性層7
の磁化方向と直交する方向にバイアスを印加し単磁区化
した状態で図中Z方向に向けさせておく必要がある。磁
気媒体からの磁束(図中Z方向)によりPinned磁
性層9の磁化方向は変化してはならず、Free磁性層
7の方向がPinned磁性層9の磁化方向に関して9
0±θ度の範囲で変化することにより磁気抵抗効果の線
形応答性が得られる。
On the other hand, as shown in FIGS.
For an optimum operation of the Valve head, in a sandwich structure of the free magnetic layer 7 / non-magnetic intermediate layer 8 / pinned magnetic layer 9, a bias in the track direction (X direction in the drawing) is applied to the free magnetic layer 7 simply. The magnetization is directed in the track direction in a state where the magnetic domain is formed, and the magnetization direction of the pinned magnetic layer 9 is the Z direction in the drawing, that is, the Free magnetic layer 7
It is necessary to apply a bias in the direction perpendicular to the magnetization direction of the magnetic field and make it oriented in the Z direction in FIG. The magnetization direction of the pinned magnetic layer 9 must not be changed by the magnetic flux from the magnetic medium (the Z direction in the figure), and the direction of the free magnetic layer 7 is 9 degrees with respect to the magnetization direction of the pinned magnetic layer 9.
By changing within the range of 0 ± θ degrees, a linear response of the magnetoresistance effect can be obtained.

【0007】Pinned磁性層9の磁化方向を図中Z
方向に固定させるためには比較的大きなバイアス磁界が
必要であり、バイアス磁界は大きければ大きいほど良い
ことになる。図中Z方向の反磁界に打ち勝ち、磁気媒体
からの磁束により磁化方向が揺らがないためには少なく
とも1000eのバイアス磁界が必要である。
The magnetization direction of the pinned magnetic layer 9 is indicated by Z in FIG.
A relatively large bias magnetic field is required to fix in the direction, and the larger the bias magnetic field, the better. In order to overcome the demagnetizing field in the Z direction in the figure and prevent the magnetization direction from fluctuating due to the magnetic flux from the magnetic medium, a bias magnetic field of at least 1000e is required.

【0008】このバイアス磁界を得るための方法として
通常Pinned磁性層9に反磁性層10を接すること
により生じる交換異方性磁界を利用する方法がある。
As a method for obtaining the bias magnetic field, there is a method utilizing an exchange anisotropic magnetic field generated by bringing the diamagnetic layer 10 into contact with the pinned magnetic layer 9.

【0009】Free磁性層7に印加するバイアスは線
形応答性を確保するためと、多数の磁区を形成すること
から生じるバルクハウゼンノイズを抑制するためであ
り、AMRヘッドにおける縦バイアスと同様の方法、即
ちFree磁性層7の両脇に磁石11を配置し磁石11
からの漏れ磁束を利用する方法と反強磁性体層13との
接触界面で生じる交換異方性磁界を利用する方法が通常
用いられる。
The bias applied to the free magnetic layer 7 is to ensure linear response and to suppress Barkhausen noise caused by forming a large number of magnetic domains. That is, the magnets 11 are arranged on both sides of the free magnetic layer 7 and the magnets 11
A method using a magnetic flux leaking from the magnetic field and a method using an exchange anisotropic magnetic field generated at a contact interface with the antiferromagnetic layer 13 are usually used.

【0010】以上のように、AMRヘッドの縦バイア
ス、Spin−ValveヘッドのPinned磁性層
のバイアスとFree磁性層のバイアスに反強磁性膜と
の接触界面で生じる交換異方性磁界を利用することによ
り線形応答性が良くバルクハウゼンノイズを抑制した磁
気抵抗効果型ヘッドが実現できる。
As described above, the exchange anisotropic magnetic field generated at the contact interface with the antiferromagnetic film is used for the longitudinal bias of the AMR head, the bias of the Pinned magnetic layer and the bias of the Free magnetic layer of the Spin-Valve head. Thus, a magnetoresistive head having good linear response and suppressing Barkhausen noise can be realized.

【0011】交換異方性磁界は強磁性膜と反強磁性膜と
の接触界面における双方の磁気モーメント間の交換相互
作用に起因する現象であり、強磁性体層例えばNiFe
膜との交換異方性磁界を生じる反強磁性膜としてはFe
Mn膜が良く知られている。しかしながら、FeMn膜
は耐食性が著しく悪く、磁気ヘッド製造工程及び磁気ヘ
ッド作動中に腐食が発生進行し交換異方性磁界が大きく
劣化してしまう問題と磁気媒体を破損してしまう問題が
ある。また磁気ヘッド作動中のFeMn膜近傍の温度は
検出電流による発熱で約120°Cまで上昇することが
知られているが、FeMn膜による交換異方性磁界は温
度変化に対した敏感であり、約150°Cの温度で消失
(ブロッキング温度:Tb)するまで温度に対してほぼ
直線的に交換異方性磁界が減少してしまうため、安定し
た交換異方性磁界が得られない問題がある。
The exchange anisotropic magnetic field is a phenomenon caused by an exchange interaction between two magnetic moments at a contact interface between a ferromagnetic film and an antiferromagnetic film.
As an antiferromagnetic film that generates an exchange anisotropic magnetic field with the film, Fe
Mn films are well known. However, the FeMn film has remarkably poor corrosion resistance, and has a problem that corrosion occurs during the magnetic head manufacturing process and the operation of the magnetic head, and the exchange anisotropic magnetic field is greatly deteriorated, and a magnetic medium is damaged. It is known that the temperature near the FeMn film during the operation of the magnetic head rises to about 120 ° C. due to heat generated by the detection current, but the exchange anisotropic magnetic field due to the FeMn film is sensitive to temperature change, The exchange anisotropic magnetic field decreases almost linearly with the temperature until disappearance (blocking temperature: Tb) at a temperature of about 150 ° C., so that a stable exchange anisotropic magnetic field cannot be obtained. .

【0012】FeMn膜の耐食性とブロッキング温度を
改善した発明として例えば特開平6−76247号公報
に示されている面心正方晶構造を有するNiMn合金ま
たはNiMnCr合金があるが、NiMn膜の耐食性は
FeMn膜の耐食性よりは良いものの実用上不十分であ
る。NiMnCr膜はNiMn膜の耐食性を向上させる
ためにCrを添加した合金であるが、Cr添加で耐食性
は向上するものの交換異方性磁界の大きさとブロッキン
グ温度が低下してしまう問題がある。
As an invention in which the corrosion resistance and the blocking temperature of the FeMn film are improved, there is, for example, a NiMn alloy or a NiMnCr alloy having a face-centered tetragonal structure disclosed in JP-A-6-76247. Although better than the corrosion resistance of the film, it is not practically sufficient. The NiMnCr film is an alloy to which Cr is added in order to improve the corrosion resistance of the NiMn film. However, although the corrosion resistance is improved by adding Cr, there is a problem that the magnitude of the exchange anisotropic magnetic field and the blocking temperature decrease.

【0013】また、NiMn合金またはNiMnCr合
金において交換異方性磁界を得るためには反強磁性膜の
一部に面心正方晶(fct)構造を有するCuAg−I
タイプの規則構造結晶を形成しなければならず規則−不
規則変態の制御や規則相、不規則相の体積比率の制御が
当然必要となるため、安定した特性を得るためには磁気
ヘッド製造工程における工程制御と管理が大変複雑にな
らざるを得ない。また必要とされる交換異方性磁界を得
るためには磁界中熱処理を複数回繰り返さなければなら
ないことと降温速度を緩やか、例えば255°Cから4
5°Cまで17HR(Appl.Phys.Lett.
65(9),29 August 1994)の時間を
かけないといけないことも製造工程上問題となる。
In order to obtain an exchange anisotropic magnetic field in a NiMn alloy or a NiMnCr alloy, CuAg-I having a face-centered tetragonal (fct) structure in a part of the antiferromagnetic film is used.
In order to obtain stable characteristics, it is necessary to control the ordered-disorder transformation and to control the volume ratio of the ordered phase and the disordered phase. The process control and management in must be very complicated. In addition, in order to obtain the required exchange anisotropic magnetic field, heat treatment in a magnetic field must be repeated a plurality of times, and the rate of temperature decrease must be slow, for example, from 255 ° C to 4 ° C.
Up to 5 ° C., 17 HR (Appl. Phys. Lett.
65 (9), 29 August 1994) is another problem in the manufacturing process.

【0014】またFeMn膜のブロッキング温度を改善
する発明としてNiFe/FeMn積層膜を260°C
〜350°Cの温度で20HR〜50HRの熱処理を行
い、熱処理による拡散でNiFe/FeMn界面にNi
−Fe−Mn3元合金層を形成する方法が米国特許第4
809109号明細書に示されているが、FeMn膜の
最大問題点である耐食性の向上には効果のないことが簡
単に理解できると共に、必要な熱処理時間が20HR〜
50HRと非常に長いことが製造工程上問題となってく
る。
Further, as an invention for improving the blocking temperature of the FeMn film, the NiFe / FeMn laminated film is formed at 260 ° C.
A heat treatment of 20 HR to 50 HR is performed at a temperature of 〜350 ° C., and Ni is added to the NiFe / FeMn interface by diffusion by the heat treatment.
A method for forming a Fe-Mn ternary alloy layer is disclosed in U.S. Pat.
No. 809109, it can be easily understood that it is not effective in improving the corrosion resistance, which is the biggest problem of the FeMn film, and the required heat treatment time is 20 HR or less.
A very long 50 HR poses a problem in the manufacturing process.

【0015】また、既存出版物例えば朝倉書店発行の
「磁性体ハンドブック」には反強磁性体材料としてMn
系合金例えばNiMn、PdMn、AuMn、PtM
n、RhMn3等の材料が示されているが、強磁性膜と
接触界面における交換異方性磁界に関してのコメントは
皆無であり、更に膜厚が数100オングストロ−ムとい
った極薄膜における反強磁性膜自身の特性や交換異方性
磁界に関しては全く不明である。
Further, existing publications such as “Magnetic Material Handbook” published by Asakura Shoten include Mn as an antiferromagnetic material.
Based alloys such as NiMn, PdMn, AuMn, PtM
Although materials such as n and RhMn3 are shown, there is no comment on the exchange anisotropic magnetic field at the contact interface with the ferromagnetic film, and furthermore, the antiferromagnetic film in an extremely thin film having a thickness of several hundred angstroms. Its properties and exchange anisotropic magnetic field are completely unknown.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】本発明の第1の目的は
耐食性に優れ且つ極薄膜において必要十分な交換異方性
磁界を印加することができる反強磁性体膜を提供するこ
とにより、線形応答性に優れバルクハウゼンノイズを抑
制した磁気抵抗効果型ヘッド(MRヘッド)を提供する
ことである。
SUMMARY OF THE INVENTION A first object of the present invention is to provide an antiferromagnetic material film having excellent corrosion resistance and capable of applying a necessary and sufficient exchange anisotropic magnetic field in an extremely thin film. An object of the present invention is to provide a magnetoresistive head (MR head) having excellent responsiveness and suppressing Barkhausen noise.

【0017】第2の目的は交換異方性磁界の温度依存性
を緩慢にし、ブロッキング温度が高い反強磁性膜を提供
することにより、線形応答性に優れバルクハウゼンノイ
ズを抑制したMRヘッドを提供することである。
A second object is to provide an MR head which has an excellent linear response and suppresses Barkhausen noise by slowing the temperature dependence of the exchange anisotropic magnetic field and providing an antiferromagnetic film having a high blocking temperature. It is to be.

【0018】第3の目的は上述したような諸特性を得る
ための熱処理工程が通常のMRヘッド製造工程で使用さ
れている温度と時間、降温速度において実現できる反強
磁性膜を提供することにより、線形応答性に優れバルク
ハウゼンノイズを抑制したMRヘッドを提供することで
ある。
A third object is to provide an antiferromagnetic film in which a heat treatment step for obtaining the above-described characteristics can be realized at a temperature, a time, and a temperature lowering rate used in a normal MR head manufacturing process. Another object of the present invention is to provide an MR head having excellent linear response and suppressing Barkhausen noise.

【0019】[0019]

【問題を解決するための手段】本発明は磁気抵抗効果読
み取りヘッドにおいて、磁気抵抗効果が磁気媒体からの
磁束に対して線形応答しバルクハウゼンノイズを抑制す
るために、磁気抵抗効果を示す強磁性体膜に直接接した
反強磁性体膜により必要十分なバイアス磁界を印加する
ものであり、この反強磁性体膜はPtMn合金であり、
PtMn反強磁性体膜と直接接する強磁性体膜を成膜し
た後、200°C〜350°Cの温度において熱処理を
行い、PtMn反強磁性体膜と直接接する強磁性体膜と
の界面において所定の相互拡散層を形成し交換異方性磁
界を生じさせることを特徴とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a magnetoresistive read head, in which the magnetoresistive effect linearly responds to magnetic flux from a magnetic medium and suppresses Barkhausen noise. A bias magnetic field necessary and sufficient is applied by an antiferromagnetic film directly in contact with the body film, and the antiferromagnetic film is a PtMn alloy,
After forming a ferromagnetic film that is in direct contact with the PtMn antiferromagnetic film, a heat treatment is performed at a temperature of 200 ° C. to 350 ° C. at the interface between the PtMn antiferromagnetic film and the ferromagnetic film that directly contacts. It is characterized in that a predetermined interdiffusion layer is formed to generate an exchange anisotropic magnetic field.

【0020】この熱処理は通常の磁気抵抗効果型ヘッド
製造工程で施される熱処理と同等の温度、保持時間、昇
降温速度により達成できるものであり、極めて現実的な
熱処理方法である。
This heat treatment can be achieved with the same temperature, holding time, and heating / cooling rate as the heat treatment performed in the normal magnetoresistive head manufacturing process, and is a very realistic heat treatment method.

【0021】またPtMn合金はFeMnやNiMn、
NiMnCr合金に較べ耐食性が極めて優れており、磁
気抵抗効果型ヘッド製造工程における各種の溶剤や洗浄
剤においても腐食が全く進行せず、過酷な環境下での磁
気抵抗効果型ヘッドの動作においても化学的に安定であ
る。
The PtMn alloy is made of FeMn, NiMn,
Compared with NiMnCr alloy, it has extremely excellent corrosion resistance, does not progress at all in various solvents and cleaning agents in the manufacturing process of the magnetoresistive head, and is chemically resistant even in the operation of the magnetoresistive head in a severe environment. It is stable.

【0022】またPtMn反強磁性体膜と直接接する強
磁性体膜との界面において所定の相互拡散層を形成して
得られた交換異方性磁界はFeMn反強磁性体膜による
交換異方性磁界に較べ熱的に極めて安定であり、磁気抵
抗効果型ヘッドの作動温度である室温から120°Cの
温度範囲において一定の大きさの交換異方性磁界を示す
ことができるためバイアス磁界がヘッド作動温度範囲内
で極めて安定することが特徴である。更に交換異方性磁
界が消失する温度もFeMn合金の150°Cに対して
380°Cと極めて高いため、磁気抵抗効果型ヘッド製
造工程及び磁気抵抗効果型ヘッド作動時において交換異
方性磁界が極めて安定である。
The exchange anisotropic magnetic field obtained by forming a predetermined interdiffusion layer at the interface between the PtMn antiferromagnetic film and the ferromagnetic film directly in contact with the PtMn antiferromagnetic film is the exchange anisotropy magnetic field produced by the FeMn antiferromagnetic film. It is extremely thermally stable compared to the magnetic field, and can exhibit a constant magnitude of the exchange anisotropic magnetic field in a temperature range from room temperature to 120 ° C., which is the operating temperature of the magnetoresistive head. It is characterized by being extremely stable within the operating temperature range. Furthermore, the temperature at which the exchange anisotropic magnetic field disappears is extremely high at 380 ° C. compared to 150 ° C. of the FeMn alloy. Extremely stable.

【0023】またPtMn合金は直接接する強磁性体膜
の上下どちらの界面でも交換異方性磁界を示すことがで
きると共に、FeMnで交換異方性磁界を得るために必
要とされている結晶配向を整える下地膜例えばTa膜が
なくとも交換異方性磁界が得られるため、従来反強磁性
膜の使用方法により制約を受け実現できなかった素子構
造が可能になる。
Further, the PtMn alloy can exhibit an exchange anisotropic magnetic field at either the upper or lower interface of the ferromagnetic film which is in direct contact with the PtMn alloy, and has the crystal orientation required for obtaining the exchange anisotropic magnetic field with FeMn. Since an exchange anisotropic magnetic field can be obtained without a base film to be adjusted, for example, a Ta film, an element structure which cannot be realized due to a limitation by a conventional method of using an antiferromagnetic film becomes possible.

【0024】また、強磁性体膜とPtMn反強磁性体膜
の成膜をDCマグネトロンスパッタ法により実施し、前
記強磁性体膜の膜厚を薄くすることによって、大きな交
換異方性磁界を得ることができるとともに、アニール工
程の熱処理温度をUVキュア工程およびハードベイク工
程での温度まで低下させることができる。
Further, a ferromagnetic film and a PtMn antiferromagnetic film are formed by DC magnetron sputtering, and a large exchange anisotropic magnetic field is obtained by reducing the film thickness of the ferromagnetic film. In addition, the heat treatment temperature in the annealing step can be lowered to the temperature in the UV curing step and the hard baking step.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】図5から図22に本発明で得られ
た交換異方性磁界に関する第1の実施形態を示す。Pt
Mn反強磁性体膜と直接接する強磁性体膜との界面にお
いて所定の相互拡散層を形成して得られた交換異方性磁
界は図1のAMRヘッドにおける縦バイアス、図3のS
pin−ValveヘッドにおけるPinned磁性層
9のバイアス及び図4のFree磁性層7のバイアスと
Pinned磁性層9のバイアスすべてに用いることが
できるものである。
5 to 22 show a first embodiment of the exchange anisotropic magnetic field obtained by the present invention. Pt
The exchange anisotropic magnetic field obtained by forming a predetermined interdiffusion layer at the interface between the Mn antiferromagnetic film and the ferromagnetic film directly in contact with the Mn antiferromagnetic film is a longitudinal bias in the AMR head shown in FIG.
The bias of the pinned magnetic layer 9 and the bias of the free magnetic layer 7 and the bias of the pinned magnetic layer 9 in FIG. 4 can be used in the pin-valve head.

【0026】成膜はRF(Radio Frequency)コンベン
ショナルスパッタにより行った。基板は間接水冷であり
積極的な加熱は行っていない。8”φサイズのNi80
Fe20、Co、Ta、Mn、Ni47Mn53原子%
のタ−ゲットを用い、PtMn膜の膜組成はMnタ−ゲ
ットに10mm角のPtペレットを適宜配置し調整を行
った。またNiMnCr膜の膜組成はNi47Mn53
タ−ゲットに10mm角のCrとMnのペレットを適宜
配置し調整を行った。膜組成はSi基板に膜厚約2μm
を成膜し、XMA(X線マイクロアナライザ)で分析し
た。磁気特性測定と耐食性試験の基板にはガラス基板を
用いた。スパッタ投入電力は全て100W、スパッタガ
ス圧は全て1mTorrで行い、ガラス基板上に各タ−
ゲットによる膜を1層ずつ順次積層していった。成膜中
にガラス基板の両脇に配置した1対の磁石により約50
0eの一方向の磁界を印加した。
The film was formed by RF (Radio Frequency) conventional sputtering. The substrate is indirectly water cooled and is not actively heated. 8 "φ size Ni80
Fe20, Co, Ta, Mn, Ni47Mn 53 atomic%
The PtMn film composition was adjusted by appropriately arranging 10 mm square Pt pellets on the Mn target. The film composition of the NiMnCr film is Ni47Mn53.
Adjustments were made by appropriately arranging 10 mm square Cr and Mn pellets on the target. The film composition is about 2 μm on the Si substrate.
Was formed and analyzed by XMA (X-ray microanalyzer). A glass substrate was used as a substrate for the magnetic property measurement and the corrosion resistance test. The sputtering power was 100 W and the sputtering gas pressure was 1 mTorr.
The obtained films were sequentially laminated one by one. During film formation, a pair of magnets arranged on both sides of the glass
A magnetic field in one direction 0e was applied.

【0027】熱処理は5×10~6Torr以下の真空中
で行い、約1000Oeの一方向の磁界を印加した。熱
処理の昇降温速度は所定の温度までの昇温、所定の温度
から室温までの降温を各々3時間に固定した。熱処理所
定温度は200°C〜350°Cまで変化させ、所定温
度での保持時間は4時間〜20時間の範囲で行った。P
tMn反強磁性膜とNiFe強磁性膜との直接接する界
面における相互拡散の分析はオ−ジエ電子線分析による
デプスプロファイルにより行った。また膜構造の解析を
Co管球を用いたX線回折により行った。交換異方性磁
界の測定は通常行われているM−Hル−プのシフト量か
ら求めた。
The heat treatment was performed in a vacuum of 5 × 10 to 6 Torr or less, and a unidirectional magnetic field of about 1000 Oe was applied. The rate of temperature rise and fall of the heat treatment was such that the temperature rise from a predetermined temperature and the temperature fall from a predetermined temperature to room temperature were fixed at 3 hours. The predetermined temperature of the heat treatment was changed from 200 ° C. to 350 ° C., and the holding time at the predetermined temperature was in the range of 4 hours to 20 hours. P
The analysis of the interdiffusion at the interface directly contacting the tMn antiferromagnetic film and the NiFe ferromagnetic film was performed by the depth profile by the Auger electron beam analysis. The analysis of the film structure was performed by X-ray diffraction using a Co tube. The measurement of the exchange anisotropic magnetic field was determined from the amount of MH loop shift normally performed.

【0028】図5はPtMn膜の膜組成をPt量0〜6
0原子%(at%)まで変化させたときの成膜直後の状
態(as depo.)と270°Cで9時間熱処理後
の交換異方性磁界(Hex)の測定値である。膜構成は
Glass/Ta(100A)/NiFe(50A)/
PtMn(200A)/Ta(100A)である。前記
Aはオングストロームを表す。
FIG. 5 shows that the film composition of the PtMn film was changed to a Pt content of 0-6.
The measured values of the exchange anisotropic magnetic field (Hex) after the heat treatment at 270 ° C. for 9 hours and the state immediately after film formation (as depo.) When changed to 0 atomic% (at%). The film configuration is Glass / Ta (100A) / NiFe (50A) /
PtMn (200A) / Ta (100A). A represents Angstroms.

【0029】Glass上にTaを成膜した理由はGl
ass上の成分とNiFe膜が熱処理により相互拡散す
ることを防ぐためである。as depo.の状態では
Pt量が0〜21at%の範囲でHexが生じるがPt
量が21at%以上になると実質的に観測できるHex
は生じない。しかしながら、熱処理後はPt量が0〜5
4at%の組成範囲全般に亘りHexが生じ、特にPt
量が36〜54at%の組成はas depo.では観
測されなかったHexが熱処理によって生じるようにな
り、その値も200Oeを越える大きな値にある。Pt
量が0〜21at%の組成もas depo.の値に較
べ熱処理後の方が交換異方性磁界が大きくなっている。
The reason why Ta was formed on Glass was that
This is to prevent the components on the ass and the NiFe film from mutually diffusing due to the heat treatment. as depo. Hex occurs when the amount of Pt is in the range of 0 to 21 at% in the state of
Hex that can be substantially observed when the amount is 21 at% or more
Does not occur. However, after the heat treatment, the amount of Pt is 0-5.
Hex occurs over the entire composition range of 4 at%, particularly Pt
A composition having an amount of 36 to 54 at% is as depo. In this case, Hex not observed is generated by the heat treatment, and its value is also a large value exceeding 200 Oe. Pt
A composition having an amount of 0 to 21 at% is also available as as depo. The exchange anisotropic magnetic field after the heat treatment is larger than that after the heat treatment.

【0030】図6は、Pt量が44〜54at%の膜に
関して熱処理温度を変化させたときのHexの変化であ
る。熱処理温度での保持時間は200°C、230°
C、270°Cが9時間、250°Cが20時間、29
0°C、330°C、350°Cが4時間であり、熱処
理温度までの昇温時間は3時間、降温時間も3時間であ
る。膜組成はGlass/Ta(100A)/NiFe
(75A)/PtMn(200A)/Ta(100A)
である。200°C未満の熱処理では実質的なHexは
観測されないが、200°C以上の熱処理ではHexは
観測され初め、230°C以上の温度での熱処理により
Hexは急激に生じるようになり、特にPt量が44〜
51at%の膜は200Oe以上の大きな値を示すよう
になる。
FIG. 6 shows a change in Hex when the heat treatment temperature is changed for a film having a Pt amount of 44 to 54 at%. Holding time at heat treatment temperature is 200 ° C, 230 °
C, 270 ° C for 9 hours, 250 ° C for 20 hours, 29
0 ° C., 330 ° C., and 350 ° C. are 4 hours, the temperature raising time to the heat treatment temperature is 3 hours, and the temperature lowering time is also 3 hours. Film composition is Glass / Ta (100A) / NiFe
(75A) / PtMn (200A) / Ta (100A)
It is. No substantial Hex is observed in the heat treatment at less than 200 ° C, but Hex begins to be observed in the heat treatment at 200 ° C or more, and Hex is rapidly generated by the heat treatment at a temperature of 230 ° C or more. 44-
The film of 51 at% shows a large value of 200 Oe or more.

【0031】図7及び図8はHexとその時の保磁力
(Hc)の熱処理温度、保持時間依存性をより詳細に調
べた結果である。膜構成はGlass/Ta(100
A)/NiFe(50A)/PtMn(200A)/T
a(100A)であり、PtMnの膜組成はPt47M
n53at%である。250°Cと270°Cに着目し
てみると、保持時間の長い方がHexの値が大きくなっ
ていることが分かる。
FIGS. 7 and 8 show the results of a more detailed examination of the dependence of Hex and the coercive force (Hc) at that time on the heat treatment temperature and the holding time. The film configuration is Glass / Ta (100
A) / NiFe (50A) / PtMn (200A) / T
a (100 A), and the film composition of PtMn is Pt47M
n53 at%. Focusing on 250 ° C. and 270 ° C., it can be seen that the longer the holding time, the larger the value of Hex.

【0032】また250°Cで20時間と270°Cで
9時間、290°Cで4時間の比較から分かるように、
高温になるほど保持時間が短くなっているにもかかわら
ずHexの値は同等か保持時間の短い高温熱処理の方が
大きくなっていることが分かる。
As can be seen from the comparison between 20 hours at 250 ° C., 9 hours at 270 ° C., and 4 hours at 290 ° C.
It can be seen that the higher the temperature, the higher the value of Hex, but the higher the high-temperature heat treatment with a shorter holding time, despite the shorter holding time.

【0033】HcはHexとほぼ同様の温度依存傾向を
示し、その値もHexとほぼ同等である。即ちこの時の
M−Hループの形は中心がHexだけH軸の一方向にシ
フトし保磁力がほぼシフト量と同じ大きさを持つ形であ
る。AMRあるいはSpin−Valveでの交換異方
性バイアスを考えた場合、HexとHcが共に大きいこ
とはそれだけバイアス量が大きく且つ安定するのでHe
x、Hcが共に大きいことは好ましいことである。
Hc shows almost the same temperature-dependent tendency as Hex, and its value is almost the same as Hex. That is, the shape of the MH loop at this time is such that the center shifts by Hex in one direction of the H axis, and the coercive force has substantially the same magnitude as the shift amount. Considering exchange anisotropy bias in AMR or Spin-Valve, if Hex and Hc are both large, the bias amount is large and stable.
It is preferable that both x and Hc are large.

【0034】さて、交換異方性磁界は強磁性膜と反強磁
性膜の界面における磁性原子同士の交換相互作用が起源
になっている物理現象であるが、Hexの大きさが保持
時間が長く且つその時の温度が高いほど大きくなること
は、熱処理によって交換異方性磁界を生成するNiFe
膜とPtMn膜の界面になんらかの物理的な変化が与え
られ、その物理的な変化が温度が高く保持時間が長いほ
ど大きくなることを示唆している。この物理的な変化、
メカニズムに関しては詳しく後述する。
The exchange anisotropic magnetic field is a physical phenomenon originating from the exchange interaction between magnetic atoms at the interface between the ferromagnetic film and the antiferromagnetic film. The higher the temperature at that time, the higher the temperature.
Some physical change is given to the interface between the film and the PtMn film, suggesting that the physical change becomes larger as the temperature is higher and the holding time is longer. This physical change,
The mechanism will be described later in detail.

【0035】図9はPtMn膜の膜厚を変化させたとき
のHexと熱処理温度の関係である。保持時間は200
°C、230°C、250°Cが9時間、270°C、
290°C、330°Cが4時間であり、昇降温時間は
各々3時間である。膜構成はGlass/Ta(100
A)/NiFe(75A)/PtMn(XA)/Ta
(100A)であり、PtMnの膜組成はPt49Mn
51at%である。PtMnの膜厚が100、200、
300Aと厚くなるにしたがいHexは大きくなり、且
つHexが生じ始める熱処理温度も低温にシフトする特
徴が見受けられる。膜厚依存性を更により詳しく調べた
結果が図10、図11、図12である。
FIG. 9 shows the relationship between Hex and the heat treatment temperature when the thickness of the PtMn film is changed. Retention time is 200
° C, 230 ° C, 250 ° C for 9 hours, 270 ° C,
290 ° C. and 330 ° C. are 4 hours, and the temperature rise / fall time is 3 hours each. The film configuration is Glass / Ta (100
A) / NiFe (75A) / PtMn (XA) / Ta
(100A), and the film composition of PtMn is Pt49Mn.
It is 51 at%. When the film thickness of PtMn is 100, 200,
Hex increases as the thickness increases to 300 A, and the heat treatment temperature at which Hex starts to occur is also shifted to a lower temperature. FIG. 10, FIG. 11, and FIG. 12 show the results of a more detailed examination of the film thickness dependency.

【0036】図10の膜構成はGlass/Ta(10
0A)/NiFe(XA)/PtMn(300A)/T
a(100A)であり、PtMnの膜組成はPt49M
n51at%であり、熱処理温度を250°C、270
°C、290°C、330°Cと変化させている。
The film configuration of FIG. 10 is Glass / Ta (10
0A) / NiFe (XA) / PtMn (300A) / T
a (100 A), and the film composition of PtMn is Pt49M
n51 at%, and a heat treatment temperature of 250 ° C., 270 ° C.
° C, 290 ° C, and 330 ° C.

【0037】図11の膜構成はGlass/Ta(10
0A)/NiFe(XA)/PtMn(200A)/T
a(100A)であり、PtMnの膜組成は同じくPt
49Mn51at%であり、図9と同様の熱処理を施し
てある。
The film configuration of FIG. 11 is Glass / Ta (10
0A) / NiFe (XA) / PtMn (200A) / T
a (100 A), and the film composition of PtMn is also PtMn.
49 Mn, 51 at%, and the same heat treatment as in FIG. 9 has been performed.

【0038】図12の膜構成はPtMnとNiFeの膜
厚を同時に変化させており、Glass/Ta(100
A)/NiFe(XA)/PtMn(XA)/Ta(1
00A)の膜構成で、PtMnの膜組成は図9、図10
と同じくPt49Mn51at%である。熱処理は29
0°Cで4時間保持で行った。図9、図10、図11と
も熱処理の昇降温時間は各々3時間である。
In the film structure shown in FIG. 12, the film thicknesses of PtMn and NiFe are simultaneously changed, and Glass / Ta (100
A) / NiFe (XA) / PtMn (XA) / Ta (1
00A), the film composition of PtMn is shown in FIGS.
As in the case of Pt49Mn51at%. Heat treatment is 29
The test was carried out at 0 ° C. for 4 hours. 9, 10, and 11, the heat-up / down time of the heat treatment is 3 hours.

【0039】図9、図10、図11、図12の結果、H
exの大きさはNiFeの膜厚が薄くなるほど大きくな
り、PtMnの膜厚が厚くなるほど大きくなることが分
かる。PtMnの膜厚に関しては100A〜300Aの
範囲で膜厚依存性が顕著であるが、膜厚が300A〜5
00Aの範囲では膜厚依存性があまりみられない(図1
2)。従って、PtMnの膜厚は300Aあれば十分で
あることが分かる。
The results of FIGS. 9, 10, 11 and 12 show that H
It can be seen that the size of ex increases as the thickness of NiFe decreases, and increases as the thickness of PtMn increases. Regarding the thickness of PtMn, the thickness dependency is remarkable in the range of 100A to 300A, but the thickness is 300A to 5A.
In the range of 00A, there is not much dependency on the film thickness (FIG. 1).
2). Therefore, it is understood that a film thickness of PtMn of 300 A is sufficient.

【0040】一方、NiFeの膜厚に関してはHexと
膜厚がほぼ反比例の関係になっていることが分かる。こ
れはPtMn膜とNiFe膜の界面における磁性原子同
士の交換相が作用による交換結合エネルギーがNiFe
膜厚に依存していないことを示しており、従来のFeM
n膜/NiFe膜におけるNiFe膜の膜厚依存性と同
じである。
On the other hand, it can be seen that the film thickness of NiFe is substantially inversely proportional to Hex. This is because the exchange coupling energy due to the action of the exchange phase between the magnetic atoms at the interface between the PtMn film and the NiFe film is NiFe.
This shows that it does not depend on the film thickness.
This is the same as the film thickness dependence of the NiFe film in the n film / NiFe film.

【0041】次に強磁性体膜をNiFeからCoに変え
たときのHexの変化を調べた結果を示す。Spin−
ValveヘッドのPinned磁性層にはNiFe膜
を用いるよりもCo膜を用いた方が磁気抵抗変化率が大
きくできることが実験的にも理論的にも既に示されてお
り、Pinned磁性層にCoを用いる可能性が高いた
め、Coとの交換異方性磁界に関しても大きいことが望
まれる。
Next, the result of examining the change in Hex when the ferromagnetic film is changed from NiFe to Co is shown. Spin-
It has been experimentally and theoretically shown that the use of a Co film for a Pinned magnetic layer of a Valve head can increase the magnetoresistance ratio compared to the use of a NiFe film. Co is used for a Pinned magnetic layer. Since the possibility is high, it is desired that the exchange anisotropic magnetic field with Co be large.

【0042】図13の膜構成はGlass/Ta(10
0A)/NiFeまたはCo(XA)/PtMn(20
0A)/Ta(100A)であり、PtMnの膜組成は
Pt49Mn51at%で、熱処理は290°Cで4時
間保持で、昇降温時間は各々3時間である。強磁性体膜
をCoに変えてもNiFe膜とほぼ同等のHexが得ら
れた。この結果から強磁性体膜にNiFeCo3元合金
膜を用いても同様のHexが得られることが簡単に推測
できる。
The film configuration of FIG. 13 is Glass / Ta (10
0A) / NiFe or Co (XA) / PtMn (20
0A) / Ta (100A), the film composition of PtMn is Pt49Mn51at%, the heat treatment is maintained at 290 ° C. for 4 hours, and the temperature rise and fall time is 3 hours each. Even when the ferromagnetic film was changed to Co, Hex almost equivalent to that of the NiFe film was obtained. From this result, it can be easily inferred that the same Hex can be obtained even when the NiFeCo ternary alloy film is used as the ferromagnetic film.

【0043】以上、PtMn膜と強磁性体膜の交換異方
性磁界に関してPtMn膜の膜組成依存性、熱処理温度
依存性、熱処理保持時間依存性、PtMn膜厚依存性、
強磁性体膜厚依存性に関して詳しく調べ、PtMn合金
と直接接する強磁性体膜において膜厚が50〜300A
と云った超薄膜において、200°C〜350°Cの熱
処理を施すことにより大きな交換異方性磁界が得られる
ことを示してきた。
As described above, the exchange anisotropic magnetic field between the PtMn film and the ferromagnetic film depends on the film composition of the PtMn film, the heat treatment temperature, the heat treatment holding time, the PtMn film thickness,
The ferromagnetic film thickness dependence was examined in detail, and the thickness of the ferromagnetic film directly contacting the PtMn alloy was 50 to 300 A.
It has been shown that a large exchange anisotropic magnetic field can be obtained by performing a heat treatment at 200 ° C. to 350 ° C. on an ultrathin film.

【0044】次に、本発明が解決しようとしているその
他の課題である交換異方性磁界の熱的安定性と反強磁性
体PtMn膜の高耐食性、特にNiMn、NiMnCr
膜との耐食性の比較に関して実施例を示す。そして、最
後にNiMn、NiMnCr反強磁性体膜によって得ら
れる交換異方性磁界とPtMn反強磁性体膜によって得
られる交換異方性磁界とのメカニズムの相違点と類似点
に関しての実施例を示す。
Next, the thermal stability of the exchange anisotropic magnetic field and the high corrosion resistance of the antiferromagnetic PtMn film, particularly NiMn, NiMnCr, which are other objects to be solved by the present invention.
Examples will be described with respect to comparison of corrosion resistance with the film. Finally, examples will be given regarding the differences and similarities in the mechanism between the exchange anisotropic magnetic field obtained by the NiMn and NiMnCr antiferromagnetic films and the exchange anisotropic magnetic field obtained by the PtMn antiferromagnetic film. .

【0045】図14はHex、Hcの温度特性を調べた
結果である。膜構成はGlass/Ta(100A)/
NiFe(200A)/PtMn(300A)/Ta
(100A)であり、PtMnの膜組成はPt46Mn
54at%で、熱処理は260°Cで20時間保持で、
昇降温時間は各々3時間のサンプルである。測定は振動
式磁力計(VSM)において真空度5×10~5Torr
以下の状態でサンプルを室温から徐々に加熱しながらM
−Hカーブを測定した。測定時の昇温速度は20°C/
20分である。
FIG. 14 shows the result of examining the temperature characteristics of Hex and Hc. The film configuration is Glass / Ta (100A) /
NiFe (200A) / PtMn (300A) / Ta
(100A), and the film composition of PtMn is Pt46Mn.
At 54at%, heat treatment is maintained at 260 ° C for 20 hours,
The temperature rise and fall time is a sample of 3 hours each. The measurement was performed using a vibrating magnetometer (VSM) with a degree of vacuum of 5 × 10 to 5 Torr.
While gradually heating the sample from room temperature under the following conditions,
The -H curve was measured. The temperature rise rate during measurement was 20 ° C /
20 minutes.

【0046】室温でのHexは90Oe得られておりこ
の値は従来のFeMn膜によるHexの約1.5倍ほど
の値である。Hexが消失する温度(Tb:ブロッキン
グ温度)は380°CでありFeMn膜のTb=160
°Cよりもはるかに高い値である。また磁気ヘッドが動
作しているときの磁気抵抗効果膜周辺の温度は室温〜約
120°Cの範囲に及ぶことが知られているが、この温
度範囲においてPtMn膜によるHexはほぼフラット
な値を示し、FeMn膜のHexが室温〜120°Cの
温度範囲で温度と共に減少していく傾向とは明らかに異
なる。HexとTbが大きく且つ磁気抵抗効果型ヘッド
動作温度域においてHexの値がフラットであることは
バイアス磁界の熱的安定性につながるため大変好ましい
ことであり、FeMn膜の問題点を大きく克服してい
る。
Hex at room temperature is 90 Oe, which is about 1.5 times the Hex of the conventional FeMn film. The temperature at which Hex disappears (Tb: blocking temperature) is 380 ° C., and Tb of the FeMn film is 160.
It is much higher than ° C. It is known that the temperature around the magnetoresistive film when the magnetic head is operating ranges from room temperature to about 120 ° C., but in this temperature range, Hex of the PtMn film has a substantially flat value. It is clearly different from the tendency that Hex of the FeMn film decreases with temperature in the temperature range from room temperature to 120 ° C. It is very preferable that Hex and Tb are large and the value of Hex is flat in the operating temperature range of the magnetoresistive head because it leads to thermal stability of the bias magnetic field. I have.

【0047】さて、今までの実施例の膜構成は全てGl
ass/Ta/強磁性体膜(NiFeまたはCo)/P
tMn/Taであったが、強磁性体膜とPtMn膜の成
膜順序を入れ替えた場合とTa下地膜をなくした場合の
実施例を次に示す。
Now, all the film configurations of the above-described embodiments are Gl
ass / Ta / ferromagnetic film (NiFe or Co) / P
An example in which the order of forming the ferromagnetic film and the PtMn film was exchanged and the case where the Ta underlayer was eliminated was described below.

【0048】図15はGlass/Ta/NiFe/P
tMn、Glass/NiFe/PtMn/Ta、Gl
ass/Ta/PtMn/NiFe/Ta、Glass
/PtMn/NiFe/Ta、の4通りの膜構成におけ
るHexの比較である。最上層のTaは熱処理中の表面
酸化を防ぐために設けたものであり、Hexの積層順序
依存性には影響を与えていない。NiFe膜厚は20
0、300、400Aと変化させてあり、PtMn膜は
300Aである。PtMnの膜組成はPt49Mn51
at%、熱処理は270°Cで9時間保持、昇降温時間
は各々3時間である。
FIG. 15 shows Glass / Ta / NiFe / P
tMn, Glass / NiFe / PtMn / Ta, Gl
ass / Ta / PtMn / NiFe / Ta, Glass
4 is a comparison of Hex in four film configurations of / PtMn / NiFe / Ta. The uppermost layer Ta is provided to prevent surface oxidation during the heat treatment, and does not affect the stacking order dependence of Hex. NiFe film thickness is 20
0, 300, and 400 A, and the PtMn film is 300 A. The film composition of PtMn is Pt49Mn51
at%, heat treatment is maintained at 270 ° C. for 9 hours, and temperature rise and fall times are each 3 hours.

【0049】Hexの値は積層順序によって多少の変化
があるものの全ての積層順序において良好な大きさのH
exが得られている。従来のFeMnにおいては反強磁
性体相であるγ−FeMn相の生成が交換異方性磁界の
発現につながっており、結晶配向と結晶相を整える下地
Ta膜の有無によってHexに大きな違いが現れること
が知られている。即ち、FeMn膜の場合下地に格子定
数を調整する膜を敷かなければHexが得られず、また
FeMn膜を最初に成膜しその後NiFe膜を成膜した
のではHexが得られない制約がありこの制約により素
子構造が制約を受けていたわけであるが、PtMn膜に
よるHexにはこのような制約がないため大変使い易
く、従来不可能であった素子構造も可能にできる膜であ
ることが分かる。
Although the value of Hex varies slightly depending on the stacking order, a good value of H is obtained in all the stacking orders.
ex has been obtained. In conventional FeMn, the formation of the γ-FeMn phase, which is an antiferromagnetic phase, leads to the development of an exchange anisotropic magnetic field, and a large difference appears in Hex depending on the crystal orientation and the presence or absence of a base Ta film for adjusting the crystal phase. It is known. That is, in the case of the FeMn film, Hex cannot be obtained unless a film for adjusting the lattice constant is provided on the base, and Hex cannot be obtained if the FeMn film is formed first and then the NiFe film is formed. Although the element structure was restricted by this restriction, it is understood that Hex using a PtMn film is very easy to use because there is no such restriction, and that it is a film that can enable an element structure that was impossible in the past. .

【0050】また図16は図15と同様の膜構成、膜
厚、熱処理条件においてPtMn膜をNiMn膜で置き
換えたときの実験結果である。NiMnの膜構成はNi
49Mn51at%である。NiMn膜に特徴的なこと
はHexの積層順序依存性がPtMn膜よりもFeMn
膜に似ていること、即ち下地Taの有無でHexに大き
な違いが現れることである。これらのことはNiMn膜
とPtMn膜において交換異方性磁界の生じるメカニズ
ムが多少異なっていることを示唆している。
FIG. 16 shows an experimental result when the PtMn film is replaced with the NiMn film under the same film configuration, film thickness and heat treatment conditions as those of FIG. The film composition of NiMn is Ni
49 Mn 51 at%. The characteristic of the NiMn film is that the dependency of Hex on the stacking order is higher than that of the PtMn film by FeMn.
It is similar to a film, that is, a large difference appears in Hex depending on the presence or absence of the base Ta. These facts suggest that the mechanism of generating the exchange anisotropic magnetic field is slightly different between the NiMn film and the PtMn film.

【0051】さて次に、PtMn膜と直接接する強磁性
体膜との界面において適度の熱処理を施すことにより交
換異方性磁界が熱処理の有無により大きく異なる理由に
関しての考察を裏付ける実施例と共に説明する。理由に
関してはいくつかの要因が推測されるが、その1つは既
存出版物例えば「磁性体ハンドブック」等で既に知られ
ているPtMn規則相(CuAu−Iタイプ)の形成で
あり、もう1つは交換異方性磁界が働く界面状態の変
化、即ちPtMn膜と強磁性体膜との界面における相互
拡散層の形成が考えられる。
Next, a description will be given of an embodiment supporting the consideration of the reason why the exchange anisotropic magnetic field is greatly different depending on the presence or absence of the heat treatment by performing an appropriate heat treatment at the interface between the PtMn film and the ferromagnetic film directly in contact with the PtMn film. . Several factors are presumed as to the reason, one of which is the formation of a PtMn ordered phase (CuAu-I type) already known in existing publications such as “Magnetic Handbook”. It is considered that the change in the interface state where the exchange anisotropic magnetic field acts, that is, the formation of an interdiffusion layer at the interface between the PtMn film and the ferromagnetic film.

【0052】図20、図21は熱処理前後の相互拡散状
況をオージェ電子分光法デプスプロファイル(AES)
により調べた結果である。as depo.の膜構成は
Glass/Al−O(アルミナ)(100A)/Ta
(80A)/NiFe(200A)/PtMn(200
A)/Ta(80A)であり、PtMnの膜組成はPt
47Mn53at%で、熱処理は290°Cで4時間保
持である。図20のas depo.状態のサンプルで
はAESの分解能以上の明らかな拡散は観測されていな
いが、図21の熱処理後のサンプルではPtMn膜とN
iFe膜との界面において明らかな相互拡散が認められ
る。即ちPtMnのPtとMn特にMnがNiFe膜側
に拡散し、NiFe膜のNiとFeがPtMn側に拡散
している。拡散距離は膜厚が200Aであることから推
測すると100A弱程度である。
FIGS. 20 and 21 show the interdiffusion state before and after the heat treatment by Auger electron spectroscopy depth profile (AES).
This is the result of an investigation. as depo. Is composed of Glass / Al-O (alumina) (100A) / Ta
(80A) / NiFe (200A) / PtMn (200
A) / Ta (80A), and the film composition of PtMn is PtMn.
The heat treatment is carried out at 290 ° C. for 4 hours at 47 Mn at 53 at%. As depo. In FIG. Although no apparent diffusion higher than the resolution of AES was observed in the sample in the state, the PtMn film and the N
Clear interdiffusion is observed at the interface with the iFe film. That is, Pt and Mn of PtMn diffuse in particular to the NiFe film side, and Ni and Fe of the NiFe film diffuse to the PtMn side. The diffusion distance is about 100 A or less when estimated from the film thickness of 200 A.

【0053】交換異方性磁界は反強磁性膜と強磁性膜の
界面における双方の磁性原子同士の交換相互作用が物理
的な起源であることを考えると、熱処理によって形成さ
れたこの相互拡散層は双方の磁性原子同士の交換相互作
用が働いている領域そのものであり、相互拡散層を介し
てPtMn反強磁性膜とNiFe強磁性膜との交換異方
性磁界が働いていることになる。PtMn膜と直接接す
るNiFe膜において、200°C〜350°Cの熱処
理を施すことにより交換異方性磁界が生じること、特に
熱処理温度が高く熱処理保持時間が長いほど交換異方性
磁界が大きくなることの一つの理由は熱処理温度が高く
熱処理時間が長いほど相互拡散層が形成しやすくなるこ
とである。
Considering that the exchange anisotropic magnetic field is physically originated from the exchange interaction between both magnetic atoms at the interface between the antiferromagnetic film and the ferromagnetic film, the mutual diffusion layer formed by the heat treatment is formed. Is the region where the exchange interaction between the two magnetic atoms works, and the exchange anisotropic magnetic field between the PtMn antiferromagnetic film and the NiFe ferromagnetic film works via the interdiffusion layer. In a NiFe film directly in contact with a PtMn film, an exchange anisotropic magnetic field is generated by performing a heat treatment at 200 ° C. to 350 ° C. In particular, the higher the heat treatment temperature and the longer the heat treatment holding time, the larger the exchange anisotropic magnetic field. One reason for this is that the higher the heat treatment temperature and the longer the heat treatment time, the easier it is to form an interdiffusion layer.

【0054】しかしながら、相互拡散がより進行し、P
tMn膜とNiFe膜が完全に拡散し合ってPtMnN
iFe4元合金になってしまっては交換異方性磁界が得
られないことは交換相互作用のメカニズムからして確か
であるので、PtMn層とNiFe層の間に適度に形成
しなければならない。
However, mutual diffusion progresses further, and P
When the tMn film and the NiFe film are completely diffused, PtMnN
Since it is certain from the mechanism of exchange interaction that an exchange anisotropic magnetic field cannot be obtained after forming an iFe quaternary alloy, it must be appropriately formed between the PtMn layer and the NiFe layer.

【0055】交換異方性磁界の発現に関しては前述した
ように結晶構造の変化即ちPtMn規則相(CuAu−
Iタイプ)の形成も考えられるわけであるため、熱処理
前後における結晶構造の変化をX線回折により調べた。
Regarding the appearance of the exchange anisotropic magnetic field, as described above, the change in the crystal structure, that is, the PtMn ordered phase (CuAu-
Since the formation of (I type) is also conceivable, the change in the crystal structure before and after the heat treatment was examined by X-ray diffraction.

【0056】図22はX線回折プロファイルである。膜
構成はGlass/Ta(100A)/NiFe(20
0A)/PtMn(200A)/Ta(100A)であ
り、PtMnの膜組成はPt47Mn53at%で、熱
処理は290°Cで4時間保持である。測定はCo管球
を用い、θ−2θ法により行った。
FIG. 22 shows an X-ray diffraction profile. The film configuration is Glass / Ta (100A) / NiFe (20
0A) / PtMn (200A) / Ta (100A), the film composition of PtMn is Pt47Mn53at%, and the heat treatment is kept at 290 ° C. for 4 hours. The measurement was performed by a θ-2θ method using a Co tube.

【0057】as depo.と熱処理後の相違点はf
cc構造のPtMn{111}ピークと同じくfcc構
造のNiMn{111}ピークのピーク強度と格子定数
の変化に伴うピーク位置の若干の変化だけであり、この
結果からみる限りfct構造を示すPtMn規則相(C
uAu−Iタイプ)の形成は判別できない。
As depo. And the difference after heat treatment is f
Similar to the PtMn {111} peak of the cc structure, the peak intensity of the NiMn {111} peak of the fcc structure is only slightly changed due to the change of the lattice constant, and the PtMn ordered phase showing the fct structure can be seen from these results. (C
uAu-I type) cannot be determined.

【0058】次に、本発明のもう1つの大きな目的であ
る耐食性の向上に関する実験結果を示す。
Next, the experimental results regarding the improvement of corrosion resistance, which is another major object of the present invention, will be described.

【0059】図18はGlass基板にPtMn、Ni
Mn、NiMnCr膜をそれぞれ300A成膜したサン
プルを生理食塩水と乳化剤に室温において24時間漬け
た時の膜の腐食量を調べた結果である。膜組成はPtM
n膜がPt47Mn53at%、NiMn膜がNi47
Mn53at%、Cr添加量は5、9、13、17at
%である。生理食塩水中のNaClの濃度は0.9%、
乳化剤は磁気ヘッド製造工程における各種洗浄工程にお
いて使用しているものでありトリポリ燐酸ソーダを含ん
だ溶液で、弱アルカリ性である。腐食量(%)は膜が溶
液に溶け出しGlass基板が露出した面積を光学顕微
鏡によって測定した。そのサンプル面積は4cm2であ
る。
FIG. 18 shows that a PtMn, Ni
It is a result of examining the amount of corrosion of a sample in which a Mn and NiMnCr film each having a thickness of 300 A were immersed in physiological saline and an emulsifier at room temperature for 24 hours. The film composition is PtM
The n film is Pt47Mn53at%, and the NiMn film is Ni47.
Mn 53 at%, Cr added amount is 5, 9, 13, 17 at
%. The concentration of NaCl in saline is 0.9%,
The emulsifier is used in various cleaning processes in the magnetic head manufacturing process, is a solution containing sodium tripolyphosphate, and is weakly alkaline. The amount of corrosion (%) was determined by measuring the area where the film was dissolved in the solution and the glass substrate was exposed, using an optical microscope. The sample area is 4 cm 2 .

【0060】PtMn膜は生理食塩水、乳化剤ともに全
く腐食が進行しなかったが、NiMnは両溶液とも10
0%Glass基板が露出する腐食が進行した。NiM
nにCrを添加することにより確かに生理食塩水におけ
る腐食量は減少したが、乳化剤に関してはその効果はほ
とんどなかった。PtMn膜はNiMn、NiMnCr
膜よりも耐食性が大変優れていることが分かる。耐食性
を調べた膜組成において交換異方性磁界を調べた結果が
図17である。
The PtMn film did not corrode at all in both the physiological saline and the emulsifier, but NiMn was in 10% in both solutions.
Corrosion in which the 0% glass substrate was exposed proceeded. NiM
The addition of Cr to n did reduce the amount of corrosion in saline, but had little effect on emulsifiers. PtMn film is NiMn, NiMnCr
It can be seen that the corrosion resistance is much better than the film. FIG. 17 shows the result of examining the exchange anisotropic magnetic field in the film composition of which corrosion resistance was examined.

【0061】図17の膜構成はGlass/Ta(10
0A)/NiFe(50または75A)/PtMnまた
はNiMnまたはNiMnCr(200A)/Ta(1
00A)であり、熱処理は270°Cで9時間保持であ
る。PtMn膜とNiMn膜及びCrを5%、9%添加
したNiMnCr膜のHexは良好な値を示したが、C
r添加量が13%、17%と多くなるにしたがいHex
は減少し実用上問題となることが予想される。以上の結
果により、膜の耐食性とHexの両者においてPtMn
膜が優れていることが分かる。
The film configuration of FIG. 17 is Glass / Ta (10
0A) / NiFe (50 or 75A) / PtMn or NiMn or NiMnCr (200A) / Ta (1
00A), and the heat treatment is maintained at 270 ° C. for 9 hours. Hex of the PtMn film, the NiMn film and the NiMnCr film to which 5% and 9% of Cr were added showed good values.
Hex increases as the amount of added r increases to 13% and 17%.
Is expected to decrease and become a practical problem. Based on the above results, PtMn was observed in both the corrosion resistance of the film and Hex.
It can be seen that the film is excellent.

【0062】最後に、PtMn膜の膜中Pt量が与える
耐食性向上の影響を調べた結果を示す。
Finally, the result of examining the effect of the improvement in corrosion resistance given by the amount of Pt in the PtMn film is shown.

【0063】図19は図18と同様の膜組成サンプル、
溶液において同様の耐食性試験を行った結果である。P
tMn膜の耐食性を向上させている元素はPtであるこ
とが容易に理解でき、特にPt量が44at%以上にな
ると著しく耐食性が向上することが分かる。
FIG. 19 shows a film composition sample similar to FIG.
It is the result of performing the same corrosion resistance test on the solution. P
It can be easily understood that the element improving the corrosion resistance of the tMn film is Pt, and it can be seen that the corrosion resistance is remarkably improved particularly when the Pt content is 44 at% or more.

【0064】[0064]

【0065】次ぎに、前述した第1の実施形態に加え
て、熱処理温度と強磁性体層の膜厚に着目した追加の第
2の実施形態について、詳述する。
Next, in addition to the above-described first embodiment, an additional second embodiment focusing on the heat treatment temperature and the thickness of the ferromagnetic layer will be described in detail.

【0066】図23は、DCマグネトロンスパッタで成
膜したPtMn膜の交換異方性磁界、NiFe膜の膜
厚、熱処理温度の関係を示す図である。図24は、DC
マグネトロンスパッタで成膜したPtMn膜の交換異方
性磁界、熱処理温度、強磁性体層の種類および膜厚の関
係を示す図である。図25は、DCマグネトロンスパッ
タで成膜したPtMn膜のブロッキング温度、強磁性体
層の種類および膜厚の関係を示す図である。図26は、
第1実施形態と第2実施形態における磁気抵抗効果型ヘ
ッドに必要な交換結合磁界を得るための実験条件を示す
図である。
FIG. 23 is a diagram showing the relationship among the exchange anisotropic magnetic field of the PtMn film formed by DC magnetron sputtering, the thickness of the NiFe film, and the heat treatment temperature. FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship among an exchange anisotropic magnetic field, a heat treatment temperature, a type of a ferromagnetic layer, and a film thickness of a PtMn film formed by magnetron sputtering. FIG. 25 is a diagram showing the relationship between the blocking temperature, the type of ferromagnetic layer, and the thickness of a PtMn film formed by DC magnetron sputtering. FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating experimental conditions for obtaining an exchange coupling magnetic field required for the magnetoresistive heads according to the first and second embodiments.

【0067】磁気抵抗効果型ヘッド(MRヘッド)に必
要十分な交換異方性磁界を発生させる反強磁性膜には、
NiFe層およびPtMn層等の多層膜形成後のアニー
ル工程(熱処理工程)を必要とする材料と、必要としな
い材料とがあって、例えば、図5に示すように、アニー
ルを必要としない反強磁性膜として、Mn−X(X=白
金族10〜30at%)が存在する。この他にも、アニ
ールを必要としない反強磁性膜として、FeMn、Cr
−Mn−X(X=白金族0〜20at%)、NiO(酸
化ニッケル)が存在する。
The antiferromagnetic film for generating a sufficient and sufficient exchange anisotropic magnetic field for a magnetoresistive head (MR head) includes:
There are materials that require an annealing step (heat treatment step) after the formation of a multilayer film such as a NiFe layer and a PtMn layer, and materials that do not require the same. For example, as shown in FIG. As the magnetic film, Mn-X (X = platinum group 10 to 30 at%) exists. Other antiferromagnetic films that do not require annealing include FeMn and Cr.
-Mn-X (X = platinum group 0 to 20 at%) and NiO (nickel oxide) are present.

【0068】高温での処理を行うアニール工程は、MR
ヘッド、特にスピンバルブ型MRヘッドにおける非磁性
層(例えば、図4に示す非磁性中間層8のCu層)を隣
接する上下の層に拡散させることとなって、MRヘッド
の磁気再生特性を劣化させる危険性がある。このため、
アニール工程を必要とする反強磁性膜の材料を使用した
場合、前述のCu層拡散の悪影響もあって、アニール工
程を必要としない反強磁性膜よりもこの点で不利であっ
た。本発明の第1の実施形態におけるPt36〜54M
n46〜94原子%のPtMn膜においても、Cu層拡
散の不利な点は存在していたのである。もっとも、発生
される交換異方性磁界の強さについてはこの際は議論の
対象としてはいない。
The annealing step for performing the treatment at a high temperature is performed by using the MR
The non-magnetic layer (for example, the Cu layer of the non-magnetic intermediate layer 8 shown in FIG. 4) in the head, particularly the spin valve type MR head, is diffused into adjacent upper and lower layers, thereby deteriorating the magnetic reproducing characteristics of the MR head. There is a risk of causing For this reason,
When the material of the antiferromagnetic film requiring the annealing step is used, there is an adverse effect of the above-described diffusion of the Cu layer, and this is disadvantageous in comparison with the antiferromagnetic film not requiring the annealing step. Pt 36-54M in the first embodiment of the present invention
The disadvantage of the diffusion of the Cu layer also existed in the PtMn film of n 46 to 94 atomic%. However, the intensity of the generated exchange anisotropic magnetic field is not discussed in this case.

【0069】ところで、MRヘッドの製造工程において
は、公知のUVキュア工程(紫外線硬化工程)およびハ
ードベイク工程が必須の製造工程であり、これらの工程
においては約250°Cの温度に加熱されるため、例え
アニール工程を必要としない反磁性材料料を使用したと
しても、前記250°Cの加熱温度により、MRヘッド
の磁気再生特性はこの工程において劣化するのである。
逆に、アニール工程を必要とする反磁性材料を使用した
とき、前記アニール温度を250°C以下に抑えること
ができれば、UVキュア工程およびハードベイク工程で
の必要最小限度のダメージ範囲内に納めることができ、
結果として、アニール工程を必要としない反強磁性膜と
同等のダメージで済ませることができるのである。
By the way, in the manufacturing process of the MR head, a known UV curing process (ultraviolet curing process) and a hard baking process are essential manufacturing processes, and in these processes, heating is performed to a temperature of about 250 ° C. Therefore, even if a diamagnetic material that does not require an annealing step is used, the magnetic reproducing characteristics of the MR head deteriorate in this step due to the heating temperature of 250 ° C.
Conversely, when using a diamagnetic material that requires an annealing step, if the annealing temperature can be suppressed to 250 ° C. or less, it should be within the minimum required damage range in the UV curing step and the hard baking step. Can be
As a result, it is possible to achieve damage equivalent to that of an antiferromagnetic film that does not require an annealing step.

【0070】本発明の第2実施形態においては、アニー
ル工程を必要とする反強磁性膜を形成するのに、RFコ
ンベンショナルスパッタに代えて、DCマグネトロンス
パッタ法を採用し、強磁性膜の膜厚を薄く形成すること
を特徴とするものであり、これにより、より強い交換異
方性磁界を得て、更にアニール工程での熱処理温度を2
50°C以下の例えば、210°Cとすることができる
ものである。
In the second embodiment of the present invention, in order to form an antiferromagnetic film requiring an annealing step, a DC magnetron sputtering method is adopted instead of RF conventional sputtering, and the thickness of the ferromagnetic film is Is formed to be thin, thereby obtaining a stronger exchange anisotropic magnetic field and further reducing the heat treatment temperature in the annealing step by 2
The temperature can be set to, for example, 210 ° C. which is 50 ° C. or less.

【0071】本発明の第2実施形態のデータを得るため
の実験条件を、第1実施形態の実験条件と併記して、図
26に示す。ここにおいて、アニール工程を必要とする
反強磁性膜としてはPt48Mn52(図5、図6に示
すように典型的な組成例)を用い、他の条件を第1実施
形態と略同一にして、その成膜方法としてDCマグネト
ロンスパッタ法を採用した。
FIG. 26 shows the experimental conditions for obtaining the data of the second embodiment of the present invention, together with the experimental conditions of the first embodiment. Here, Pt48Mn52 (a typical composition example as shown in FIGS. 5 and 6) was used as an antiferromagnetic film requiring an annealing step, and other conditions were substantially the same as in the first embodiment. A DC magnetron sputtering method was employed as a film forming method.

【0072】図23によれば、DCマグネトロンスパッ
タ法を用い、強磁性膜としてNiFe、反強磁性膜とし
てPt48Mn52、を採用し、NiFe膜厚を200
オングストロームの厚さから15オングストローム程度
までの薄さにしたときの交換異方性磁界の強さを求めた
ものであり、その際、熱処理温度を250°C、230
°C、210°C、190°C、as depo.、を
パラメータとしたものである。図10、図11で実測し
たNiFe膜厚は50オングストロームまでであったの
をこれ以下の15オングストロームの薄さまで実験し
た。
According to FIG. 23, a DC magnetron sputtering method was used, NiFe was used as the ferromagnetic film, Pt48Mn52 was used as the antiferromagnetic film, and the NiFe film thickness was 200.
The strength of the exchange anisotropic magnetic field when the thickness was reduced from about Å to about 15 Å was determined.
° C, 210 ° C, 190 ° C, as depo. , And as parameters. Although the NiFe film thickness actually measured in FIGS. 10 and 11 was up to 50 Å, an experiment was performed to a thickness of 15 Å or less.

【0073】この結果、図8に示す360Oeの交換異
方性磁界の強さが750Oeまでに強くなった。この実
験結果によると、NiFeの膜厚を薄くする程強い交換
異方性磁界を得ることができるが、5オングストローム
の薄さは、下地膜上に均一なNiFe膜が形成可能で且
つ交換異方性磁界が得られることのできる限界値であっ
て、これ以下の薄さにすると膜にピンホール(細孔)が
発生するおそれもでてくるので5オングストローム以下
にすることはできない。
As a result, the intensity of the exchange anisotropic magnetic field of 360 Oe shown in FIG. 8 increased to 750 Oe. According to this experimental result, a stronger exchange anisotropic magnetic field can be obtained as the thickness of NiFe becomes thinner. However, the thinness of 5 Å makes it possible to form a uniform NiFe film on the underlying film and to obtain an exchange anisotropic magnetic field. This is a limit value at which an ionic magnetic field can be obtained, and if the thickness is less than this, there is a risk that pinholes (pores) are generated in the film, so that the thickness cannot be reduced to 5 Å or less.

【0074】したがって、NiFeの膜厚は、交換異方
性磁界の強さを勘案すると、15〜100オングストロ
ームが一般的に好ましく、15〜30オングストローム
の膜厚で最も強い交換異方性磁界を得られることが分か
る(DCマグネトロンスパッタ法の採用を前提とし
て)。更に、アニール工程の熱処理温度は高い方が交換
異方性磁界の強さは大きくなるが、210°C程度に低
くしてもその交換異方性磁界の強さにそれ程の低下をも
たらさないことも分かった。
Therefore, considering the strength of the exchange anisotropic magnetic field, the thickness of NiFe is generally preferably 15 to 100 Å, and the strongest anisotropic magnetic field is obtained with the thickness of 15 to 30 Å. (Assuming the adoption of the DC magnetron sputtering method). Furthermore, the higher the heat treatment temperature in the annealing step, the higher the strength of the exchange anisotropic magnetic field. However, even if the temperature is lowered to about 210 ° C., the strength of the exchange anisotropic magnetic field does not decrease so much. I also understood.

【0075】図24によれば、DCマグネトロンスパッ
タ法を用い、強磁性膜の種類とその膜厚として、NiF
e40オングストローム、Co40オングストローム、
NiFe200オングストローム、Co200オングス
トローム、の4種類のものを用い、反強磁性膜としてP
t48Mn52を採用したときの交換異方性磁界の強さ
を実測したものである。
According to FIG. 24, the type of the ferromagnetic film and the
e40 angstroms, Co40 angstroms,
NiFe 200 angstroms and Co 200 angstroms were used.
This is an actual measurement of the intensity of the exchange anisotropic magnetic field when t48Mn52 is employed.

【0076】これによると、強磁性膜の種類の違い(N
iFeとCoの違い)よりも(強磁性膜としてのNiF
eもCoもほぼ同様な交換異方性磁界を得ることができ
る)その膜厚の違いの方が、交換異方性磁界の強さに影
響を与えるのであり、この実験結果によると、強磁性膜
としてはその膜厚が薄い方が強い交換異方性磁界を得る
ことができる。また、前述したUVキュア工程およびハ
ードベイク工程の250°Cよりも低い温度である21
0°Cから交換異方性磁界が得られることが分かる。
According to this, the difference in the type of ferromagnetic film (N
(Difference between iFe and Co) (NiF as ferromagnetic film)
(e and Co can obtain almost the same exchange anisotropic magnetic field.) The difference in the film thickness affects the strength of the exchange anisotropic magnetic field. The thinner the film, the stronger the exchange anisotropic magnetic field can be obtained. Further, the temperature is lower than 250 ° C. in the UV curing step and the hard baking step described above.
It can be seen that an exchange anisotropic magnetic field can be obtained from 0 ° C.

【0077】更に、図24によれば、アニール工程での
熱処理温度を種々変えた場合の交換異方性磁界の強さを
求めていて、これによれば、250°C近辺で交換異方
性磁界の強さのピーク傾向が現れている。これは、図6
に示す第1実施形態における、250°Cでの磁界増加
傾向とは、明らかな傾向の違いを表しており、前述した
UVキュア工程およびハードベイク工程の250°Cを
越えるアニール温度を施すことの必要性がないことを示
すものである。
Further, according to FIG. 24, the strength of the exchange anisotropic magnetic field when the heat treatment temperature in the annealing step is variously changed is determined. A peak tendency of the magnetic field strength appears. This is shown in FIG.
The tendency of the increase in the magnetic field at 250 ° C. in the first embodiment shown in FIG. 1 shows a clear difference in the tendency, and the annealing temperature exceeding 250 ° C. in the UV curing step and the hard baking step described above. It indicates that there is no need.

【0078】換言すると、図6の第1実施形態によれ
ば、アニール工程での熱処理温度を350°Cにまで高
めた方のが交換異方性磁界を強めることができるが、こ
れに反して、350°Cにまで高くすれば前述したCu
層拡散による再生特性劣化という不利な点が現れる。
In other words, according to the first embodiment of FIG. 6, increasing the heat treatment temperature in the annealing step to 350 ° C. can increase the exchange anisotropic magnetic field. If the temperature is increased up to 350 ° C., the Cu
The disadvantage is that the reproduction characteristics deteriorate due to layer diffusion.

【0079】一方、MRヘッドを製造する他の工程(U
Vキュア工程およびハードベイク工程)において250
°Cの加熱温度が要請されているのでこの250°C以
内の温度でアニール工程が適宜に処理できれば望ましい
こととなるのである。図24の第2実施形態によれば、
250°Cで交換異方性磁界の強さがピーク傾向となる
から、熱処理温度を250°C以上に高める必要はない
という効果を奏する(DCマグネトロンスパッタ法の採
用を前提として)。
On the other hand, other steps for manufacturing the MR head (U
250 in the V cure and hard bake steps)
Since a heating temperature of ° C is required, it would be desirable if the annealing step could be appropriately performed at a temperature within this 250 ° C. According to the second embodiment of FIG.
Since the intensity of the exchange anisotropic magnetic field tends to peak at 250 ° C., there is an effect that it is not necessary to increase the heat treatment temperature to 250 ° C. or higher (assuming the use of DC magnetron sputtering).

【0080】図25によれば、DCマグネトロンスパッ
タで成膜したPtMn積層膜のブロッキング温度を、強
磁性膜の種類とその膜厚に関連して示した図であり、強
磁性膜がNiFeでもCoでも同様に略380°Cとい
う高いブロッキング温度を示している。また、NiFe
とCoとの比較では、20°Cから320°Cの温度範
囲内でNiFeの方がより強い交換異方性磁界を得ら
れ、この点でNiFeの方が好ましいことが分かる。
FIG. 25 shows the blocking temperature of a PtMn laminated film formed by DC magnetron sputtering in relation to the type of ferromagnetic film and its film thickness. However, it also shows a high blocking temperature of about 380 ° C. Also, NiFe
In comparison with Co and Co, NiFe can obtain a stronger exchange anisotropic magnetic field in the temperature range of 20 ° C. to 320 ° C., and in this regard, NiFe is more preferable.

【0081】[0081]

【発明の効果】本発明によって、大きな交換異方性磁界
を有し、交換異方性磁界の温度特性も良好であり、耐食
性にも大変優れた材料が提供され、本発明による交換異
方性磁界を利用したバイアス磁界によって磁気抵抗効果
の線形応答性に優れ、バルクハウゼンノイズを抑制でき
る磁気抵抗効果型読み取りヘッドが提供できる。
According to the present invention, there is provided a material having a large exchange anisotropic magnetic field, good temperature characteristics of the exchange anisotropic magnetic field, and very excellent corrosion resistance. It is possible to provide a magnetoresistive read head that is excellent in linear response of a magnetoresistive effect by a bias magnetic field using a magnetic field and can suppress Barkhausen noise.

【0082】本発明の第2実施形態によれば、DCマグ
ネトロンスパッタ法により成膜した反強磁性層であるP
tMn膜を使用し、強磁性層を薄く形成することによ
り、より強い交換異方性磁界を得ることができるととも
にアニール工程の熱処理温度を低下でき、且つブロッキ
ング温度を比較的高く、耐食性に優れた反強磁性膜を提
供することができる。
According to the second embodiment of the present invention, an antiferromagnetic layer P formed by DC magnetron sputtering is used.
By using a tMn film and forming a thin ferromagnetic layer, a stronger exchange anisotropic magnetic field can be obtained, the heat treatment temperature in the annealing step can be reduced, and the blocking temperature is relatively high, and the corrosion resistance is excellent. An antiferromagnetic film can be provided.

【0083】また、DCマグネトロンスパッタ法により
成膜した反強磁性層であるPtMn膜を使用し、強磁性
層を薄く形成することにより、UVキュア工程およびハ
ードベイク工程(MRヘッドを製造する必須工程)にお
ける250°C近辺でのアニール工程の熱処理温度にお
いて、交換異方性磁界のピーク値を得ることができるの
で、アニールを必要としない反強磁性材料を用いたとき
の再生特性劣化と同等に抑えることができる。
Further, by using a PtMn film which is an antiferromagnetic layer formed by a DC magnetron sputtering method and forming a thin ferromagnetic layer, a UV curing step and a hard baking step (an essential step for manufacturing an MR head) Since the peak value of the exchange anisotropic magnetic field can be obtained at the heat treatment temperature of the annealing step at around 250 ° C. in the case of), the reproduction characteristic is deteriorated in the same manner as when the antiferromagnetic material which does not require annealing is used. Can be suppressed.

【0084】更に、従来、強磁性層を薄く形成するとブ
ロッキング温度が低くなる傾向であったが、DCマグネ
トロンスパッタ法により成膜した反強磁性層であるPt
Mn膜を使用することにより、強磁性層を薄く形成して
も、大きなブロッキング温度を確保できる。
Further, conventionally, when the ferromagnetic layer was formed thinly, the blocking temperature tended to decrease. However, Pt, which is an antiferromagnetic layer formed by a DC magnetron sputtering method, was used.
By using the Mn film, a large blocking temperature can be ensured even if the ferromagnetic layer is formed thin.

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

【図1】AMRヘッドにおけるバイアス磁界の説明図で
ある。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a bias magnetic field in an AMR head.

【図2】AMRヘッドにおけるバイアス磁界の説明図で
ある。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a bias magnetic field in an AMR head.

【図3】Spin−Valveヘッドにおけるバイアス
磁界の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a bias magnetic field in a Spin-Valve head.

【図4】Spin−Valveヘッドにおけるバイアス
磁界の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a bias magnetic field in a Spin-Valve head.

【図5】PtMn膜の膜組成と交換異方性磁界の関係を
示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a film composition of a PtMn film and an exchange anisotropic magnetic field.

【図6】PtMn膜の膜組成、熱処理温度と交換異方性
磁界の関係を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a film composition of a PtMn film, a heat treatment temperature, and an exchange anisotropic magnetic field.

【図7】PtMn膜の熱処理温度、保持時間と交換異方
性磁界の関係を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a heat treatment temperature and a holding time of a PtMn film and an exchange anisotropic magnetic field.

【図8】PtMn膜の熱処理温度、保持時間と保磁力の
関係を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a heat treatment temperature, a holding time, and a coercive force of a PtMn film.

【図9】PtMn膜の膜厚、熱処理温度と交換異方性磁
界の関係を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the thickness of a PtMn film, a heat treatment temperature, and an exchange anisotropic magnetic field.

【図10】NiFe膜の膜厚、熱処理温度、保持時間と
交換異方性磁界の関係を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the thickness of a NiFe film, a heat treatment temperature, a holding time, and an exchange anisotropic magnetic field.

【図11】NiFe膜の膜厚、熱処理温度、保持時間と
交換異方性磁界の関係を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the thickness of a NiFe film, a heat treatment temperature, a holding time, and an exchange anisotropic magnetic field.

【図12】PtMn膜の膜厚、NiFe膜の膜厚、熱処
理温度、保持時間と交換異方性磁界の関係を示す図であ
る。
FIG. 12 is a diagram showing a relationship among a PtMn film thickness, a NiFe film thickness, a heat treatment temperature, a holding time, and an exchange anisotropic magnetic field.

【図13】NiFe膜とCo膜の交換異方性磁界の比較
を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a comparison of exchange anisotropic magnetic fields of a NiFe film and a Co film.

【図14】交換異方性磁界と測定温度の関係を示す図で
ある。
FIG. 14 is a diagram showing a relationship between an exchange anisotropic magnetic field and a measurement temperature.

【図15】積層順序を変えたときと、下地Ta膜の有無
におけるPtMn膜による交換異方性磁界の比較を示す
図である。
FIG. 15 is a diagram showing a comparison of the exchange anisotropic magnetic field of a PtMn film with and without a base Ta film when the stacking order is changed.

【図16】積層順序を変えたときと、下地Ta膜の有無
におけるNiMn膜による交換異方性磁界の比較を示す
図である。
FIG. 16 is a diagram showing a comparison of the exchange anisotropic magnetic field of a NiMn film with and without a base Ta film when the stacking order is changed.

【図17】PtMn、NiMn、NiMnCr膜による
交換異方性磁界の比較を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a comparison of exchange anisotropic magnetic fields of PtMn, NiMn, and NiMnCr films.

【図18】PtMn、NiMn、NiMnCr膜の耐食
性の比較を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing a comparison of the corrosion resistance of PtMn, NiMn, and NiMnCr films.

【図19】PtMn膜の膜組成と耐食性の関係を示す図
である。
FIG. 19 is a view showing the relationship between the film composition of a PtMn film and corrosion resistance.

【図20】オージェ電子分光法デプスプロファイルによ
るas depo.状態の界面拡散状況を示す図であ
る。
FIG. 20: As depo. By Auger electron spectroscopy depth profile. It is a figure showing the interface diffusion situation of a state.

【図21】オージェ電子分光法デプスプロファイルによ
る熱処理後の界面拡散状況を示す図である。
FIG. 21 is a diagram showing an interface diffusion state after heat treatment by Auger electron spectroscopy depth profile.

【図22】X線回折プロファイルによる膜構造の解析結
果を示す図である。
FIG. 22 is a diagram showing an analysis result of a film structure by an X-ray diffraction profile.

【図23】DCマグネトロンスパッタで成膜したPtM
n膜の交換異方性磁界、NiFe膜の膜厚、熱処理温度
の関係を示す図である。
FIG. 23: PtM film formed by DC magnetron sputtering
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship among an exchange anisotropic magnetic field of an n film, a film thickness of a NiFe film, and a heat treatment temperature.

【図24】DCマグネトロンスパッタで成膜したPtM
n膜の交換異方性磁界、熱処理温度、強磁性体層の種類
および膜厚の関係を示す図である。
FIG. 24: PtM formed by DC magnetron sputtering
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship among an exchange anisotropic magnetic field, a heat treatment temperature, a type of a ferromagnetic layer, and a film thickness of an n film.

【図25】DCマグネトロンスパッタで成膜したPtM
n膜のブロッキング温度、強磁性体層の種類および膜厚
の関係を示す図である。
FIG. 25: PtM formed by DC magnetron sputtering
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship among a blocking temperature of an n film, a type of a ferromagnetic layer, and a film thickness.

【図26】第1実施形態と第2実施形態における磁気抵
抗効果型ヘッドに必要な交換異方性磁界を得るための実
験条件を示す図である。
FIG. 26 is a diagram illustrating experimental conditions for obtaining an exchange anisotropic magnetic field required for the magnetoresistive heads according to the first and second embodiments.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 軟磁性材料層 2 電気絶縁層 3 強磁性体層 4 反磁性体層 5 伝導層 6 磁石 7 Free磁性層 8 非磁性中間層 9 Pinned磁性層 10 反強磁性層 11 磁石 13 反強磁性層 REFERENCE SIGNS LIST 1 soft magnetic material layer 2 electric insulating layer 3 ferromagnetic layer 4 diamagnetic layer 5 conductive layer 6 magnet 7 Free magnetic layer 8 nonmagnetic intermediate layer 9 Pinned magnetic layer 10 antiferromagnetic layer 11 magnet 13 antiferromagnetic layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−325934(JP,A) 特開 平6−76247(JP,A) 特開 平6−314617(JP,A) 特開 昭54−10997(JP,A) 特開 平1−248578(JP,A) 特開 平8−88118(JP,A) 特開 平8−138935(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11B 5/39 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-6-325934 (JP, A) JP-A-6-76247 (JP, A) JP-A-6-314617 (JP, A) JP-A-54-1979 10997 (JP, A) JP-A-1-248578 (JP, A) JP-A 8-88118 (JP, A) JP-A 8-138935 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G11B 5/39

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 強磁性体層と前記強磁性体層に直接接触
する反強磁性体層とを備えた磁気抵抗効果型ヘッドにお
いて、 前記反強磁性体層は、膜組成がPt36〜54Mn46
〜64原子%のPtMn合金からなり、前記反強磁性体
層と前記強磁性体層との界面に、前記反強磁性体層を構
成するPt原子とMn原子および前記強磁性体層を構成
する磁性原子が相互に拡散した相互拡散層が形成され
おり、前記相互拡散層を介して前記反強磁性体層と前記
強磁性体層とのにおいて交換異方性磁界が作用してい
ことを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
1. A magnetoresistive head having a ferromagnetic layer and an antiferromagnetic layer directly in contact with the ferromagnetic layer, wherein the antiferromagnetic layer has a film composition of Pt36 to 54Mn46.
Of the PtMn alloy of about 64 atomic%, and the antiferromagnetic layer is formed at the interface between the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer.
Constituting Pt and Mn atoms and the ferromagnetic layer
Magnetic atom is interdiffusion layer is formed which diffuses mutually to
Cage, exchange anisotropic magnetic field between said antiferromagnetic layer and said <br/> ferromagnetic layer through the mutual diffusion layer is not acting
Magnetoresistive head, characterized in that that.
【請求項2】 前記交換異方性磁界(Hex)が200
(Oe)以上である請求項1記載の磁気抵抗効果型ヘッ
ド。
2. An exchange anisotropic magnetic field (Hex) of 200
(Oe) or more.
De.
【請求項3】 前記交換異方性磁界(Hex)の温度変
化に対する変動が、室温〜120℃の範囲で、前記温度
を超えた温度での前記変動に比べてフラットである請求
項1または2記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
3. The temperature change of the exchange anisotropic magnetic field (Hex).
The temperature is in the range of room temperature to 120 ° C.
Claim that is flat compared to said variation at temperatures above
Item 3. The magnetoresistive head according to item 1 or 2.
【請求項4】 強磁性体層と前記強磁性体層に直接接触
する反強磁性体層とを備えた磁気抵抗効果型ヘッドにお
いて、 前記反強磁性体層は、膜組成がPt5〜20Mn80〜
95原子%のPtMn合金からなり、前記反強磁性体層
と前記強磁性体層との界面に、前記反強磁性体層を構成
するPt原子とMn原子および前記強磁性体層を構成す
る磁性原子が相互に拡散した相互拡散層が形成されてお
り、前記相互拡散層を介して前記反強磁性体層と前記強
磁性体層とのにおいて交換異方性磁界が作用している
ことを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
4. A magnetoresistive head comprising a ferromagnetic layer and an antiferromagnetic layer in direct contact with said ferromagnetic layer, wherein said antiferromagnetic layer has a film composition of Pt5-20Mn80-
The antiferromagnetic layer is composed of a 95 atomic% PtMn alloy and is formed at an interface between the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer.
Pt and Mn atoms and the ferromagnetic layer
Magnetic atoms are mutually diffused to form an interdiffusion layer .
And an exchange anisotropic magnetic field acts between the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer via the interdiffusion layer .
【請求項5】 前記反強磁性体層のPt量44原子%
以上である請求項1ないし3のいずれかに記載の磁気抵
抗効果型ヘッド。
5. The antiferromagnetic layer has a Pt content of 44 atomic%.
The magnetoresistive head according to any one of claims 1 to 3, which is as described above.
【請求項6】 前記反強磁性体層は強磁性体層の上で接
している請求項1ないし5のいずれかに記載の磁気抵抗
効果型ヘッド。
6. The magnetoresistive head according to claim 1, wherein said antiferromagnetic layer is in contact with said ferromagnetic layer.
【請求項7】 前記強磁性体層は反強磁性体層の上で接
している請求項1ないし5のいずれかに記載の磁気抵抗
効果型ヘッド。
7. The magnetoresistive head according to claim 1, wherein said ferromagnetic layer is in contact with said antiferromagnetic layer.
【請求項8】 前記相互拡散層の厚みが20〜100Å
(オングストローム)である請求項1ないし7のいずれ
かに記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
8. The interdiffusion layer has a thickness of 20 to 100 °.
Any claims 1 a (Å) 7
A magnetoresistive head according to any of the claims.
【請求項9】 前記強磁性体層の膜組成が、NiFe合
金、NiFeCo合金またはCoのいずれか1つである
請求項1ないし8のいずれかに記載の磁気抵抗効果型ヘ
ッド。
Film composition according to claim 9, wherein said ferromagnetic layer is any one of a NiFe alloy, NiFeCo alloy, or Co
A magnetoresistive head according to claim 1 .
【請求項10】 前記反強磁性体層の膜厚が100〜5
00Å(オングストローム)であり、前記強磁性体層の
膜厚が5〜300Å(オングストローム)である請求項
1ないし9のいずれかに記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
10. The antiferromagnetic layer has a thickness of 100 to 5
A Å (angstrom), claim a film thickness of the ferromagnetic layer is 5~300A (Å)
10. The magnetoresistive head according to any one of 1 to 9 .
【請求項11】 前記反強磁性体層の膜厚が100〜5
00Å(オングストローム)であり、前記強磁性体層の
膜厚が15〜300Å(オングストローム)である請求
項1ないし9のいずれかに記載の磁気抵抗効果型ヘッ
ド。
Wherein said thickness of the antiferromagnetic layer 100-5
A Å (angstrom), the thickness of the ferromagnetic layer is 15~300A (Å) according
Item 10. A magnetoresistive head according to any one of Items 1 to 9 .
【請求項12】 前記反強磁性体層の膜厚が100〜5
00Å(オングストローム)であり、前記強磁性体層の
膜厚が50〜300Å(オングストローム)である請求
項1ないし9のいずれかに記載の磁気抵抗効果型ヘッ
ド。
12. The antiferromagnetic layer having a thickness of 100 to 5
A Å (angstrom), the thickness of the ferromagnetic layer is 50 to 300 Å (angstrom) wherein
Item 10. A magnetoresistive head according to any one of Items 1 to 9 .
【請求項13】 前記反強磁性体層の膜厚が100〜5
00Å(オングストローム)であり、前記強磁性体層の
膜厚が15〜100Å(オングストローム)である請求
項1ないし9のいずれかに記載の磁気抵抗効果型ヘッ
ド。
Wherein said thickness of the antiferromagnetic layer 100-5
A Å (angstrom), the thickness of the ferromagnetic layer is 15~100A (Å) according
Item 10. A magnetoresistive head according to any one of Items 1 to 9 .
【請求項14】 前記反強磁性体層の膜厚が100〜5
00Å(オングストローム)であり、前記強磁性体層の
膜厚が15〜30Å(オングストローム)である請求項
1ないし9いずれかに記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
14. The film thickness of the antiferromagnetic layer 100-5
A Å (angstrom), claim a film thickness of the ferromagnetic layer is 15~30A (Å)
10. The magnetoresistive head according to any one of 1 to 9 .
【請求項15】 前記反強磁性体層の膜厚が100〜3
00Å(オングストローム)である請求項10ないし1
4のいずれかに記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
15. The film thickness of the antiferromagnetic layer 100-3
2. The method according to claim 1 , wherein the angle is 00 ° (angstrom).
5. The magnetoresistive head according to any one of 4 .
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