JP3040750B2 - スピンバルブ型薄膜素子及びこのスピンバルブ型薄膜素子を用いた薄膜磁気ヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固定磁性層の固定
磁化方向と外部磁界の影響を受けるフリー磁性層の磁化
の方向との関係で電気抵抗が変化するスピンバルブ型薄
膜素子に係り、特に、固定磁性層を２層に分断し、前記
２層の固定磁性層の磁化（フェリ状態）を熱的に安定し
た状態に保つことができるスピンバルブ型薄膜素子及び
このスピンバルブ型薄膜素子を用いた薄膜磁気ヘッドに
関する。

【０００２】

【従来の技術】図２８は従来のスピンバルブ型薄膜素子
を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示す断面
図である。符号１は例えばＴａ（タンタル）などで形成
された下地層であり、この下地層１の上に反強磁性層２
が形成され、さらに前記反強磁性層２の上に固定磁性層
３が形成されている。前記固定磁性層３は前記反強磁性
層２に接して形成されることにより、前記固定磁性層３
と反強磁性層２との界面にて交換結合磁界（交換異方性
磁界）が発生し、前記固定磁性層の磁化は、例えば図示
Ｙ方向に固定される。

【０００３】前記固定磁性層３の上には、Ｃｕなどで形
成された非磁性導電層４が形成され、さらに前記非磁性
導電層４の上には、フリー磁性層５が形成されている。
前記フリー磁性層５の両側には、例えばＣｏ―Ｐｔ（コ
バルト―白金）合金で形成されたハードバイアス層６，
６が形成されており、前記ハードバイアス層６，６が図
示Ｘ方向に磁化されていることで、前記フリー磁性層５
の磁化が図示Ｘ方向に揃えられている。これにより、前
記フリー磁性層５の変動磁化と前記固定磁性層３の固定
磁化とが交叉する関係となっている。なお符号７は、Ｔ
ａなどで形成された保護層、符号８は、Ｃｕなどで形成
された導電層である。

【０００４】このスピンバルブ型薄膜素子では、ハード
ディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界により、図示Ｘ
方向に揃えられた前記フリー磁性層５の磁化が変動する
と、図示Ｙ方向に固定された固定磁性層３の固定磁化と
の関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基
づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出さ
れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで従来では、前
記反強磁性層２として、ＮｉＭｎ合金、ＦｅＭｎ合金、
あるいはＮｉＯなどの反強磁性材料が使用されている。
しかしこれらの材料のうち特に、ＦｅＭｎ合金やＮｉＯ
合金はブロッキング温度が約２００℃以下であり、熱的
安定性に欠けた材料である。特に近年では、記録媒体の
回転数、あるいは導電層８から流れるセンス電流量の増
大などにより、装置内の環境温度が例えば２００℃以上
と高温になる。このため、スピンバルブ型薄膜素子の反
強磁性層２としてブロッキング温度の低い反強磁性材料
を使用すると、前記反強磁性層２と固定磁性層３との界
面に発生する交換結合磁界（交換異方性磁界）が小さく
なってしまい、固定磁性層３の磁化を適正に図示Ｙ方向
に固定することができず、ΔＭＲ（抵抗変化率）の低下
を招く。

【０００６】ブロッキング温度は、反強磁性層２に使用
される反強磁性材料のみで決定されるために、スピンバ
ルブ型薄膜素子の構造を改良したとしても、前記ブロッ
キング温度そのものを上昇させることはできない。例え
ば特開平９―１６９２０号公報には、固定磁性層の構造
を改良して、交換結合磁界を向上させることができる発
明について記載されている。しかし、この発明では、反
強磁性層としてＮｉＯを使用しているため、ブロッキン
グ温度は２００度程度であり、たとえ室温程度のときの
交換結合磁界を大きくできたとしても、装置内温度は２
００度近く、あるいはそれ以上の環境温度になると、記
録媒体走行中でのスピンバルブ型薄膜素子の交換結合磁
界は小さくなり、あるいは０になり、ΔＭＲを得ること
が全くできなくなる。

【０００７】これに対し、ＮｉＭｎ合金は、ＮｉＯやＦ
ｅＭｎ合金に対しブロッキング温度が高いが、耐食性な
どの特性が悪いために、反強磁性層として使用される反
強磁性材料には、さらにブロッキング温度が高く、しか
も耐食性などの特性に優れた反強磁性材料が求められ
る。

【０００８】本発明は上記従来の問題点を解決するため
のものであり、特に固定磁性層の構造、及び反強磁性層
の材質を改良し、しかも前記固定磁性層の膜厚などを適
性に調節することで、交換結合磁界を大きくすることが
でき、熱的安定性に優れたスピンバルブ型薄膜素子及び
このスピンバルブ型薄膜素子を用いた薄膜磁気ヘッドを
提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、反強磁性層
と、この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層
との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性
層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成さ
れ、前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方向に磁化が
揃えられるフリー磁性層とを有するスピンバルブ型薄膜
素子において、前記固定磁性層は、反強磁性層に接する
第１の磁性層と、前記第１の磁性層と非磁性中間層を介
して重ねられる第２の磁性層の２層で形成され、前記第
１の磁性層と第２の磁性層は異なる膜厚で形成されてお
り、前記反強磁性層は、ＰｔＭｎ合金で形成され、前記
交換結合磁界は、１ｋＯｅ以上であることを特徴とする
ものである。本発明では、ＰｔＭｎに代えて、前記反強
磁性層は、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，
Ｒｕのいずれか１種または２種以上の元素である）、あ
るいは、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉ
ｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇのいずれか１種または２種
以上の元素である）で形成されてもよい。 また本発明で
は、前記（第１の磁性層の膜厚）／（第２の磁性層の膜
厚）は、０．５３〜０．９５、あるいは１．０５〜１．
８の範囲内であることが好ましい。

【００１０】さらに本発明では、前記第１の固定磁性層
の膜厚及び第２の固定磁性層の膜厚は、共に１０〜５０
オングストロームの範囲内であり、且つ│第１の固定磁
性層の膜厚―第２の固定磁性層の膜厚│≧２オングスト
ロームであることが好ましい。

【００１１】また本発明では、前記フリー磁性層は、非
磁性中間層を介して第１のフリー磁性層と第２のフリー
磁性層の２層で形成され、前記第１のフリー磁性層と第
２のフリー磁性層は、異なる膜厚で形成されていること
が好ましい。上記において、前記（第１のフリー磁性層
の膜厚／第２のフリー磁性層の膜厚）は、０．６１〜
０．８３、あるいは１．２５〜２．１の範囲内であるこ
とが好ましい。

【００１２】また本発明では、前記第１のフリー磁性層
と第２のフリー磁性層との間に介在する非磁性中間層の
膜厚は、５．９〜９．４オングストロームの範囲内であ
ることが好ましい。また本発明では、前記反強磁性層
は、フリー磁性層よりも下側に形成され、前記第１の磁
性層と第２の磁性層との間に介在する非磁性中間層の膜
厚は、４．０〜９．４オングストロームの範囲内である
ことが好ましい。さらに本発明では、前記反強磁性層
は、フリー磁性層よりも上側に形成され、前記第１の磁
性層と第２の磁性層との間に介在する非磁性中間層の膜
厚は、２．８〜６．２オングストローム、あるいは６．
８〜１０．３オングストロームの範囲内であることが好
ましい。

【００１３】また本発明では、前記反強磁性層の膜厚
は、１００〜２００オングストロームの範囲内であるこ
とが好ましい。

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】さらに本発明における薄膜磁気ヘッドは、
前述したスピンバルブ型薄膜素子の上下に、ギャップ層
を介してシールド層が形成されていることを特徴とする
ものである。本発明では、スピンバルブ型薄膜素子を構
成する固定磁性層が、２層に分断されており、２層に分
断された固定磁性層の間に非磁性中間層が形成されてい
る。この分断された２層の固定磁性層の磁化は、反平行
状態に磁化されており、しかも一方の固定磁性層の磁気
モーメント（磁気的膜厚）の大きさと、他方の固定磁性
層の磁気モーメントの大きさとが異なる、いわゆるフェ
リ状態となっている。２層の固定磁性層間に発生する交
換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）は、１０００（Ｏｅ）
から５０００（Ｏｅ）と非常に大きいため、２層の固定
磁性層は非常に安定した状態で反平行に磁化された状態
となっている。

【００２１】ところで反平行（フェリ状態）に磁化され
た一方の固定磁性層は、反強磁性層に接して形成されて
おり、この反強磁性層に接する側の固定磁性層（以下、
第１の固定磁性層と称す）は、前記反強磁性層との界面
で発生する交換結合磁界（交換異方性磁界）によって、
例えば記録媒体との対向面から離れる方向（ハイト方
向）に磁化が固定される。これにより、前記第１の固定
磁性層と非磁性中間層を介して対向する固定磁性層（以
下、第２の固定磁性層と称す）の磁化は、前記第１の固
定磁性層の磁化と反平行の状態で固定される。

【００２２】従来では、反強磁性層と固定磁性層との２
層で形成していた部分を、本発明では、反強磁性層／第
１の固定磁性層／非磁性中間層／第２の固定磁性層の４
層で形成することによって、第１の固定磁性層と第２の
固定磁性層の磁化状態を外部磁界に対し非常に安定した
状態に保つことが可能となるが、より前記第１の固定磁
性層と第２の固定磁性層の磁化の安定性を向上させるに
は、様々な条件を必要とする。

【００２３】まず第１に反強磁性層と第１の固定磁性層
との界面で発生する交換結合磁界（交換異方性磁界）を
大きくすることである。前述したように反強磁性層との
界面で発生する交換結合磁界（交換異方性磁界）によっ
て第１の固定磁性層の磁化は、ある一定方向に固定され
るが、この交換結合磁界が弱いと、第１の固定磁性層の
固定磁化が安定せず、外部磁界などにより変動しやすく
なってしまう。このため反強磁性層との界面で発生する
交換結合磁界（交換異方性磁界）は大きいことが好まし
く、本発明では、第１の固定磁性層との界面で大きい交
換結合磁界を得ることができる反強磁性層としてＰｔＭ
ｎ合金を提示することができる。またＰｔＭｎ合金に代
えて、Ｘ―Ｍｎ（ＸはＰｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ）合金や
Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，
Ａｕ，Ａｇ）合金を使用してもよい。

【００２４】これら反強磁性材料は、従来から反強磁性
材料として使用されているＮｉＯ、ＦｅＭｎ合金やＮｉ
Ｍｎ合金などに比べて、交換結合磁界が大きく、またブ
ロッキング温度が高く、さらに耐食性に優れているな
ど、反強磁性材料として優れた特性を有している。

【００２５】図２６は、反強磁性層にＰｔＭｎ合金を使
用し、固定磁性層を非磁性中間層を介して第１の固定磁
性層と第２の固定磁性層の２層に分断した本発明におけ
るスピンバルブ型薄膜素子と、固定磁性層を単層で形成
した従来におけるスピンバルブ型薄膜素子とのＲ―Ｈ曲
線である。

【００２６】本発明におけるスピンバルブ型薄膜素子の
膜構成は、下から、Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３０）
／反強磁性層；ＰｔＭｎ（２００）／第１の固定磁性
層；Ｃｏ（２５）／非磁性中間層；Ｒｕ（７）／第２の
固定磁性層；Ｃｏ（２０）／Ｃｕ（２０）／Ｃｏ（１
０）／ＮｉＦｅ（４０）／Ｔａ（３０）であり、従来に
おけるスピンバルブ型薄膜素子の膜構成は、下から、Ｓ
ｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３０）／反強磁性層；ＰｔＭ
ｎ（３００）／固定磁性層；Ｃｏ（２５）／Ｃｕ（２
０）／Ｃｏ（１０）／ＮｉＦｅ（４０）／Ｔａ（３０）
である。なお括弧内の数値は膜厚を示しており、単位は
オングストロームである。なお本発明及び従来における
スピンバルブ型薄膜素子共に、成膜後、２００（Ｏｅ）
の磁場を印加しながら、２６０℃で４時間の熱処理を施
した。

【００２７】図２６に示すように、本発明におけるスピ
ンバルブ型薄膜素子のΔＭＲ（抵抗変化率）は、最大値
で７〜８％の間であり、負の外部磁界を与えることによ
り、前記ΔＭＲは低下していくが、従来におけるスピン
バルブ型薄膜素子のΔＭＲの落ち方に比べて、本発明に
おけるΔＭＲの落ち方は緩やかであることがわかる。こ
こで本発明では、ΔＭＲの最大値の半分の値になる時の
外部磁界の大きさをスピンバルブ型薄膜素子が発生する
交換結合磁界（Ｈｅｘ）と定める。

【００２８】図２６に示すように、従来におけるスピン
バルブ型薄膜素子では、最大ΔＭＲが、約８％であり、
前記ΔＭＲが半分になるときの外部磁界（交換結合磁界
（Ｈｅｘ））は、絶対値で約９００（Ｏｅ）であること
がわかる。これに対し、本発明におけるスピンバルブ型
薄膜素子では、最大ΔＭＲが、約７．５％であり、従来
に比べて若干低下するものの、前記ΔＭＲが半分になる
ときの外部磁界（交換結合磁界（Ｈｅｘ））は、絶対値
で約２８００（Ｏｅ）であり、従来に比べて非常に大き
くなることがわかる。

【００２９】このように、固定磁性層を２層に分断した
本発明におけるスピンバルブ型薄膜素子にあっては、固
定磁性層を１層で形成した従来のスピンバルブ型薄膜素
子に比べて、交換結合磁界（Ｈｅｘ）を飛躍的に大きく
でき、固定磁性層の磁化の安定性を従来に比べて向上で
きることがわかる。またΔＭＲについても本発明では従
来に比べてあまり低下せず、高いΔＭＲを保つことがで
きることがわかる。

【００３０】次に図２７は、４種類のスピンバルブ型薄
膜素子を使用して、環境温度と交換結合磁界との関係を
示すグラフである。まず使用する１種目のスピンバルブ
型薄膜素子は、反強磁性層にＰｔＭｎ合金を用い、固定
磁性層を２層に分断した本発明におけるスピンバルブ型
薄膜素子であり、膜構成としては、下から、Ｓｉ基板／
アルミナ／Ｔａ（３０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（２０
０）／第１の固定磁性層；Ｃｏ（２５）／非磁性中間
層；Ｒｕ（７）／第２の固定磁性層；Ｃｏ（２０）／Ｃ
ｕ（２０）／Ｃｏ（１０）／ＮｉＦｅ（７０）／Ｔａ
（３０）である。

【００３１】２種類目は、反強磁性層にＰｔＭｎ合金を
使用し、固定磁性層を単層で形成した従来例１であり、
膜構成としては、下から、Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ
（３０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（３００）／固定磁性
層；Ｃｏ（２５）／Ｃｕ（２５）／Ｃｏ（１０）／Ｎｉ
Ｆｅ（７０）／Ｔａ（３０）である。

【００３２】３種類目は、反強磁性層にＮｉＯを使用
し、固定磁性層を単層で形成した従来例２であり、膜構
成としては、下から、Ｓｉ基板／アルミナ／反強磁性
層；ＮｉＯ（５００）／固定磁性層；Ｃｏ（２５）／Ｃ
ｕ（２５）／Ｃｏ（１０）／ＮｉＦｅ（７０）／Ｔａ
（３０）である。

【００３３】４種類目は、反強磁性層にＦｅＭｎ合金を
使用し、固定磁性層を単層で形成した従来例３であり、
膜構成としては、下から、Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ
（３０）／ＮｉＦｅ（７０）／Ｃｏ（１０）／Ｃｕ（２
５）／固定磁性層；Ｃｏ（２５）／反強磁性層；ＦｅＭ
ｎ（１５０）／Ｔａ（３０）である。なお、上述した４
種類全ての膜構成の括弧内の数値は膜厚を示しており、
単位はオングストロームである。

【００３４】また反強磁性層にＰｔＭｎを用いた本発明
及び従来例１では、成膜後、２００（Ｏｅ）の磁場を印
加しながら２６０℃で４時間の熱処理を施している。ま
た、反強磁性層にＮｉＯ、ＦｅＭｎを使用した従来例
２，３では成膜後、熱処理を施していない。

【００３５】図２７に示すように本発明におけるスピン
バルブ型薄膜素子では、環境温度が約２０℃のとき交換
結合磁界（Ｈｅｘ）は約２５００（Ｏｅ）と非常に高く
なっていることがわかる。これに対し、反強磁性層にＮ
ｉＯを用いた従来例２、及び反強磁性層にＦｅＭｎを用
いた従来例３では、環境温度が約２０℃でも交換結合磁
界（Ｈｅｘ）が約５００（Ｏｅ）以下と低くなってい
る。また反強磁性層にＰｔＭｎを用い、固定磁性層を単
層で形成した従来例１にあっては、環境温度が約２０℃
で１０００（Ｏｅ）程度の交換結合磁界を発生してお
り、反強磁性層にＮｉＯ（従来例２）、ＦｅＭｎ（従来
例３）を用いるよりも、より大きな交換結合磁界を得ら
れることがわかる。

【００３６】特開平９―１６９２０号公報では、反強磁
性層にＮｉＯを使用し、固定磁性層を非磁性中間層を介
して２層で形成したスピンバルブ型薄膜素子のＲ―Ｈ曲
線が図８に示されている。公報の図８によれば、６００
（Ｏｅ）の交換結合磁界（Ｈｅｘ）を得られるとしてい
るが、この数値は、反強磁性層にＰｔＭｎを使用し、固
定磁性層を単層で形成した場合の交換結合磁界（約１０
００（Ｏｅ）；従来例１）に比べて低いことがわかる。

【００３７】すなわち、反強磁性層にＮｉＯを使用した
場合にあっては、固定磁性層を２層に分断し、前記２層
の固定磁性層の磁化をフェリ状態にしても、反強磁性層
にＰｔＭｎを使用し、且つ固定磁性層を単層で形成する
場合よりも、交換結合磁界は低くなってしまうため、反
強磁性層にＰｔＭｎ合金を使用することが、より大きい
交換結合磁界を得ることができる点で好ましいとわか
る。

【００３８】また図２７に示すように、反強磁性層にＮ
ｉＯあるいはＦｅＭｎ合金を使用した場合、環境温度が
約２００℃になると、交換結合磁界は０（Ｏｅ）になっ
てしまうことがわかる。これは、前記ＮｉＯ及びＦｅＭ
ｎのブロッキング温度が約２００℃程度と低いためであ
る。これに対し反強磁性層にＰｔＭｎ合金を使用した従
来例１では、環境温度が約４００℃になって、交換結合
磁界が０（Ｏｅ）になっており、前記ＰｔＭｎ合金を使
用すると、固定磁性層の磁化状態を熱的に非常に安定し
た状態に保てることがわかる。

【００３９】ブロッキング温度は反強磁性層として使用
される材質に支配されるので、図２７に示す本発明にお
けるスピンバルブ型薄膜素子においても、約４００℃に
なると、交換結合磁界は０（Ｏｅ）になると考えられる
が、本発明のように反強磁性層にＰｔＭｎ合金を使用し
た場合では、ＮｉＯなどに比べ高いブロッキング温度を
得ることが可能であり、しかも固定磁性層を２層に分断
して前記２層の固定磁性層の磁化をフェリ状態にすれ
ば、ブロッキング温度に到達するまでの間に非常に大き
い交換結合磁界を得ることができ、前記２層の固定磁性
層の磁化状態を熱的に安定した状態に保つことが可能と
なる。

【００４０】また本発明では第１の固定磁性層と第２の
固定磁性層との間に形成されている非磁性中間層とし
て、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あ
るいは２種以上を使用し、前記非磁性中間層の膜厚を、
反強磁性層がフリー磁性層よりも下側に形成される場合
と、上側に形成される場合とで変えており、適正な範囲
内の膜厚で前記非磁性中間層を形成することにより、交
換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくすることができる。なお
前記非磁性中間層の適切な膜厚値については、後でグラ
フを参照しながら詳述する。

【００４１】さらに本発明によれば、固定磁性層を２層
に分断して形成すれば、ＰｔＭｎ合金などで形成される
反強磁性層の膜厚を薄くしても大きい交換結合磁界（Ｈ
ｅｘ）を得ることが可能であり、スピンバルブ型薄膜素
子の膜構成の中で最も厚い膜厚を有していた反強磁性層
を薄くできることで、前記スピンバルブ型薄膜素子全体
の総合膜厚を薄くできる。反強磁性層を薄く形成できる
ことで、前記スピンバルブ型薄膜素子の上下に形成され
るギャップ層の膜厚を、絶縁性を充分に保つことができ
る程度に厚くしても、スピンバルブ型薄膜素子の下側に
形成されたギャップ層から、スピンバルブ型薄膜素子の
上側に形成されたギャップ層までの距離、すなわちギャ
ップ長を短くでき、狭ギャップ化に対応することが可能
となっている。

【００４２】ところで本発明のように、固定磁性層を、
非磁性中間層を介して第１の固定磁性層と第２の固定磁
性層の２層に分断した場合、前記第１の固定磁性層と第
２の固定磁性層の膜厚を同じ値で形成すると、交換結合
磁界（Ｈｅｘ）、及びΔＭＲ（抵抗変化率）が極端に低
下することが実験によりわかった。第１の固定磁性層と
第２の固定磁性層との膜厚を同じ膜厚で形成すると、前
記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との磁化状態が
反平行（フェリ状態）になり難くなるためであると推測
され、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の磁化
状態が反平行状態でないために、フリー磁性層の変動磁
化との相対角度を適正に制御できなくなってしまう。

【００４３】そこで本発明では、前記第１の固定磁性層
と第２の固定磁性層とを同じ膜厚で形成せず、異なる膜
厚で形成することによって、大きい交換結合磁界が得ら
れ、同時にΔＭＲを従来と同程度まで高くすることが可
能となっている。なお第１の固定磁性層と第２の固定磁
性層の膜厚比については、後でグラフを参照して詳述す
る。

【００４４】以上のように本発明では、固定磁性層を非
磁性中間層を介して第１の固定磁性層と第２の固定磁性
層の２層に分断し、さらに反強磁性層としてＰｔＭｎ合
金など、前記第１の固定磁性層との界面で大きい交換結
合磁界（交換異方性磁界）を発揮する反強磁性材料を使
用することによって、スピンバルブ型薄膜素子全体の交
換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくすることができ、第１の
固定磁性層と、第２の固定磁性層の磁化を熱的に安定し
た反平行状態（フェリ状態）に保つことが可能となって
いる。

【００４５】本発明では、２層に分断された第１の固定
磁性層と第２の固定磁性層の膜厚比、非磁性中間層の材
質、及びその膜厚、または反強磁性層の膜厚などを適正
化することによって、よりスピンバルブ型薄膜素子全体
の交換結合磁界を大きくでき、且つ高いΔＭＲを得られ
るようにしている。

【００４６】本発明を適用できるスピンバルブ型薄膜素
子は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、及びフ
リー磁性層が１層ずつ形成された、いわゆるシングルス
ピンバルブ型薄膜素子であってもよいし、あるいは、フ
リー磁性層を中心にしてその上下に非磁性導電層、固定
磁性層、及び反強磁性層が形成された、いわゆるデュア
ルスピンバルブ型薄膜素子であってもよい。

【００４７】さらに本発明では、フリー磁性層が、固定
磁性層と同様に、非磁性中間層を介して２層に分断され
て形成されていてもよい。非磁性中間層を介して形成さ
れた第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の磁化
は、前記第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層間に
発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、
反平行に磁化され、しかも固定磁性層（第１の固定磁性
層及び第２の固定磁性層）の磁化に対して交叉する方向
に揃えられている。

【００４８】固定磁性層（第１の固定磁性層及び第２の
固定磁性層）の場合は、反強磁性層との交換結合磁界
（交換異方性磁界）によってある一定方向に磁化が固定
された状態となっているが、フリー磁性層の磁化は、外
部磁界によって自由に変動するようになっており、フリ
ー磁性層の磁化の変動が、前記固定磁性層の固定磁化の
方向との関係により電気抵抗が変化し、外部磁界の信号
を検出できるようになっている。

【００４９】本発明では、非磁性中間層を介して分断さ
れた第１のフリー磁性層の膜厚と第２のフリー磁性層の
膜厚との比、及び前記非磁性中間層の膜厚を適正化する
ことによって、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層と
の反平行状態（フェリ状態）を熱的にも安定した状態に
保ち、従来と同程度の高いΔＭＲを得られるようにして
いる。なお前記第１のフリー磁性層及び第２のフリー磁
性層の膜厚比、及び非磁性中間層の膜厚値については、
後でグラフを参照しながら詳述する。

【００５０】

【発明の実施の形態】図１は本発明における第１の実施
形態のスピンバルブ型薄膜素子を模式図的に示した横断
面図、図２は図１のスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体
との対向面側から見た断面図である。このスピンバルブ
型薄膜素子の上下には、ギャップ層を介してシールド層
が形成されており、前記スピンバルブ型薄膜素子、ギャ
ップ層、及びシールド層で、再生用の薄膜磁気ヘッド
（ＭＲヘッド）が構成されている。なお前記再生用の薄
膜磁気ヘッドの上に、記録用のインダクティブヘッドが
積層されていてもよい。

【００５１】前記薄膜磁気ヘッドは、ハードディスク装
置に設けられた浮上式スライダのトレーリング側端部な
どに設けられて、ハードディスクなどの記録磁界を検出
するものである。なお、ハードディスクなどの磁気記録
媒体の移動方向は図示Ｚ方向であり、磁気記録媒体から
の洩れ磁界の方向はＹ方向である。

【００５２】図１，２に示すスピンバルブ型薄膜素子
は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、及びフリ
ー磁性層が一層ずつ形成された、いわゆるシングルスピ
ンバルブ型薄膜素子であり、最も下に形成された層は、
Ｔａなどの非磁性材料で形成された下地層１０である。
図１，２では前記下地層１０の上に、反強磁性層１１が
形成され、前記反強磁性層１１の上に、第１の固定磁性
層１２が形成されている。そして図１に示すように前記
第１の固定磁性層１２の上には非磁性中間層１３が形成
され、さらに前記非磁性中間層１３の上に第２の固定磁
性層１４が形成されている。前記第１の固定磁性層１２
及び第２の固定磁性層１４は、例えばＣｏ膜、ＮｉＦｅ
合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金などで形成され
ている。

【００５３】また本発明では、前記反強磁性層１１は、
ＰｔＭｎ合金で形成されていることが好ましい。ＰｔＭ
ｎ合金は、従来から反強磁性層として使用されているＮ
ｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、
しかもブロッキング温度が高く、交換結合磁界（交換異
方性磁界）も大きい。また本発明では、前記ＰｔＭｎ合
金に代えて、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒ
ｈ，Ｒｕのいずれか１種または２種以上の元素である）
合金、あるいは、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐ
ｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇのいずれか１種また
は２種以上の元素である）合金で形成されていてもよ
い。

【００５４】ところで図１に示す第１の固定磁性層１２
及び第２の固定磁性層１４に示されている矢印は、それ
ぞれの磁気モーメントの大きさ及びその方向を表してお
り、前記磁気モーメントの大きさは、飽和磁化（Ｍｓ）
と膜厚（ｔ）とをかけた値で決定される。図１に示す第
１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４とは同じ材
質、例えばＣｏ膜で形成され、しかも第２の固定磁性層
１４の膜厚ｔ_P2が、第１の固定磁性層１２の膜厚ｔ_P1よ
りも大きく形成されているために、第２の固定磁性層１
４の方が第１の固定磁性層１２に比べ磁気モーメントが
大きくなっている。なお、本発明では、第１の固定磁性
層１２及び第２の固定磁性層１４が異なる磁気モーメン
トを有することを必要としており、従って、第１の固定
磁性層１２の膜厚ｔ _P1が第２の固定磁性層１４の膜厚ｔ
_P2より厚く形成されていてもよい。

【００５５】図１に示すように第１の固定磁性層１２は
図示Ｙ方向、すなわち記録媒体から離れる方向（ハイト
方向）に磁化されており、非磁性中間層１３を介して対
向する第２の固定磁性層１４の磁化は前記第１の固定磁
性層１２の磁化方向と反平行に磁化されている。第１の
固定磁性層１２は、反強磁性層１１に接して形成され、
磁場中アニール（熱処理）を施すことにより、前記第１
の固定磁性層１２と反強磁性層１１との界面にて交換結
合磁界（交換異方性磁界）が発生し、例えば図１に示す
ように、前記第１の固定磁性層１２の磁化が、図示Ｙ方
向に固定される。前記第１の固定磁性層１２の磁化が、
図示Ｙ方向に固定されると、非磁性中間層１２を介して
対向する第２の固定磁性層１４の磁化は、第１の固定磁
性層１２の磁化と反平行の状態で固定される。

【００５６】本発明では、前記第１の固定磁性層１２の
膜厚ｔ_P1と、第２の固定磁性層１４の膜厚比ｔ_P2を適正
化しており、（第１の固定磁性層の膜厚ｔ_P1）／（第２
の固定磁性層の膜厚ｔ_P2）は、０．３３〜０．９５、あ
るいは１．０５〜４の範囲内であることが好ましい。こ
の範囲内であれば交換結合磁界を大きくできるが、上記
範囲内においても第１の固定磁性層１２と第２の固定磁
性層１４との膜厚自体が厚くなると、交換結合磁界は低
下する傾向にあるため、本発明では、第１の固定磁性層
１２と第２の固定磁性層１４の膜厚を適正化している。

【００５７】本発明では、第１の固定磁性層１２の膜厚
ｔ_P1及び第２の固定磁性層１４の膜厚ｔ_P2が１０〜７０
オングストロームの範囲内で、且つ第１の固定磁性層１
２の膜厚ｔ_P1から第２の固定磁性層１４の膜厚ｔ_P2を引
いた絶対値が２オングストローム以上であることが好ま
しい。

【００５８】上記範囲内で適正に膜厚比、及び膜厚を調
節すれば、少なくとも５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁
界（Ｈｅｘ）を得ることが可能である。ここで交換結合
磁界とは、最大ΔＭＲ（抵抗変化率）の半分のΔＭＲと
なるときの外部磁界の大きさのことであり、前記交換結
合磁界（Ｈｅｘ）は、反強磁性層１１と第１の固定磁性
層１２との界面で発生する交換結合磁界（交換異方性磁
界）や第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４と
の間で発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）など
のすべての磁界を含めた総合的なものである。

【００５９】また本発明では、前記（第１の固定磁性層
の膜厚ｔ_P1）／（第２の固定磁性層の膜厚ｔ_P2）は、
０．５３〜０．９５、あるいは１．０５〜１．８の範囲
内であることがより好ましい。また上記範囲内であっ
て、第１の固定磁性層１２の膜厚ｔ_P1と第２の固定磁性
層１４の膜厚ｔ_P2は共に１０〜５０オングストロームの
範囲内であり、しかも第１の固定磁性層１２の膜厚ｔ_P1
から第２の固定磁性層１４の膜厚ｔ_P2を引いた絶対値は
２オングストローム以上であることが好ましい。上記範
囲内で、第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４
の膜厚比、及び第１の固定磁性層１２の膜厚ｔ_P1と第２
の固定磁性層１４の膜厚ｔ_P2を適正に調節すれば、少な
くとも１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ること
が可能である。また上記範囲内の、膜厚比及び膜厚であ
れば交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできると同時に、
ΔＭＲ（抵抗変化率）も従来と同程度に高くすることが
可能である。

【００６０】交換結合磁界が大きいほど、第１の固定磁
性層１２の磁化と第２の固定磁性層１４の磁化を安定し
て反平行状態に保つことが可能であり、特に本発明では
反強磁性層１１としてブロッキング温度が高く、しかも
第１の固定磁性層１２との界面で大きい交換結合磁界
（交換異方性磁界）を発生させるＰｔＭｎ合金を使用す
ることで、前記第１の固定磁性層１２及び第２の固定磁
性層１４の磁化状態を熱的にも安定して保つことができ
る。

【００６１】ところで、第１の固定磁性層１２と第２の
固定磁性層１４とが同じ材質で形成され、しかも前記第
１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４との膜厚が
同じ値であると、交換結合磁界（Ｈｅｘ）及びΔＭＲは
極端に低下することが実験により確認されている。これ
は、第１の固定磁性層１２のＭｓ・ｔ_P1（磁気モーメン
ト）と、第２の固定磁性層１４のＭｓ・ｔ_P2（磁気モー
メント）とが同じ値である場合、前記第１の固定磁性層
１２の磁化と第２の固定磁性層１４の磁化とが反平行状
態にならず、前記磁化の方向分散量（様々な方向に向い
ている磁気モーメント量）が多くなることにより、後述
するフリー磁性層１６の磁化との相対角度を適正に制御
できないからである。

【００６２】こうした問題を解決するためには、第１に
第１の固定磁性層１２と、第２の固定磁性層１４のＭｓ
・ｔを異なる値にすること、すなわち第１の固定磁性層
１２と第２の固定磁性層１４とが同じ材質で形成される
場合には、前記第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性
層１４を異なる膜厚で形成する必要がある。

【００６３】本発明では、前述したように、第１の固定
磁性層１２と、第２の固定磁性層１４の膜厚比を適正化
しているが、その膜厚比の中で、前記第１の固定磁性層
１２の膜厚ｔ_P1と第２の固定磁性層１４の膜厚ｔ_P2とが
ほぼ同じ値になる場合、具体的には、０．９５〜１．０
５の範囲内の膜厚比を適正な範囲から除外している。

【００６４】次に、本発明のように、反強磁性層１１に
ＰｔＭｎ合金など、成膜後に磁場中アニール（熱処理）
を施すことにより、第１の固定磁性層１２との界面で交
換結合磁界（交換異方性磁界）を発生させる反強磁性材
料を使用した場合には、第１の固定磁性層１２と第２の
固定磁性層１４のＭｓ・ｔを異なる値に設定しても、熱
処理中の印加磁場の方向、及びその大きさを適正に制御
しないと、第１の固定磁性層１２の磁化及び第２の固定
磁性層１４の磁化に方向分散量が多くなったり、あるい
は前記磁化を向けたい方向に適正に制御できない。

【００６５】

【表１】 表１では、第１の固定磁性層１２のＭｓ・ｔ_P1が、第２
の固定磁性層のＭｓ・ｔ_P2よりも大きい場合に、熱処理
中の磁場の大きさ及びその方向を変えることによって、
第１の固定磁性層１２及び第２の固定磁性層１４の磁化
がどの方向に向くかを表している。

【００６６】表１の（１）では、熱処理中の磁場の方向
を図示左側に、１００〜１ｋ（Ｏｅ）与えている。この
場合、第１の固定磁性層１２のＭｓ・ｔ_P1の方が、第２
の固定磁性層１４のＭｓ・ｔ_P2よりも大きいために、支
配的な第１の固定磁性層１２の磁化が、印加磁場方向に
ならって図示左方向に向き、第２の固定磁性層１４の磁
化は、第１の固定磁性層１２との交換結合磁界（ＲＫＫ
Ｙ相互作用）によって、反平行状態になろうとする。

【００６７】表１の（２）では、右方向に１００〜１ｋ
（Ｏｅ）の磁場を印加すると、支配的な第１の固定磁性
層１２の磁化が、印加磁場方向にならって右方向に向
き、第２の固定磁性層１４の磁化は、第１の固定磁性層
１２の磁化に対して反平行になる。

【００６８】表１の（３）では、右方向に５ｋ（Ｏｅ）
以上の磁場を与えると、まず支配的な第１の固定磁性層
１２の磁化は、印加磁場方向にならって右方向に向く。
ところで、第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１
４との間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）
は、１ｋ（Ｏｅ）〜５ｋ（Ｏｅ）程度であるので、５ｋ
（Ｏｅ）以上の磁場が印加されると、第２の固定磁性層
１４もその印加磁場方向、すなわち図示右方向に向く。
同様に、表１の（４）では左方向に５ｋ（Ｏｅ）以上の
磁場を印加すると、第１の固定磁性層１２及び第２の固
定磁性層１４の磁化は共に、図示左方向に向く。

【００６９】

【表２】 表２では、第１の固定磁性層１２のＭｓ・ｔ_P1が、第２
の固定磁性層のＭｓ・ｔ_P2も小さい場合に、熱処理中の
印加磁場の大きさ及びその方向を変えることによって、
第１の固定磁性層１２及び第２の固定磁性層１４の磁化
がどの方向に向くかを表している。

【００７０】表２の（１）では、図示左方向に１００〜
１ｋ（Ｏｅ）の磁場を与えると、Ｍｓ・ｔ_P2の大きい第
２の固定磁性層１４の磁化が支配的になり、前記第２の
固定磁性層１４の磁化が、印加磁場方向にならって、図
示左方向に向く。第１の固定磁性層１２と第２の固定磁
性層１４の間の交換結合（ＲＫＫＹ相互作用）によっ
て、前記第１の固定磁性層１２の磁化は、前記第２の固
定磁性層１４の磁化に対して反平行になる。同様に、表
２の（２）では、図示右方向に１００〜１ｋ（Ｏｅ）の
磁場を与えると、支配的な第２の固定磁性層１４の磁化
が図示右方向に向き、第１の固定磁性層１２の磁化は図
示左方向に向く。

【００７１】表２の（３）では、図示右方向に５ｋ（Ｏ
ｅ）以上の磁場を与えると、第１の固定磁性層１２及び
第２の固定磁性層１４の間の交換結合（ＲＫＫＹ相互作
用）以上の磁場が印加されることにより、前記第１の固
定磁性層１２及び第２の固定磁性層１４の磁化が共に、
図示右方向に向く。表２の（４）では、図示左方向に５
ｋ（Ｏｅ）以上の磁場を印加されると、第１の固定磁性
層１２及び第２の固定磁性層１４の磁化が共に図示左方
向を向く。ここで、例えば第１の固定磁性層１２の磁化
を図示右方向に向けようとする場合に、適正な熱処理中
の磁場方向及びその大きさは、表１における（２）
（３）及び表２における（１）（３）である。

【００７２】表１（２）（３）では共に、Ｍｓ・ｔ_P1の
大きい第１の固定磁性層１２の磁化は、熱処理中におけ
る右方向の印加磁場の影響を受けて、右方向に向き、こ
のとき、熱処理によって発生する反強磁性層１１との界
面での交換結合磁界（交換異方性磁界）によって、前記
第１の固定磁性層１２の磁化が右方向に固定される。表
１（３）では、５ｋ（Ｏｅ）以上の磁場を取り除くと、
第２の固定磁性層１４は、第１の固定磁性層１２との間
に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によっ
て、前記第２の固定磁性層１４の磁化は反転し、左方向
に向く。

【００７３】同様に表２（１）（３）では、右方向に向
けられた第１の固定磁性層１２の磁化は、反強磁性層１
１との界面での交換結合磁界（交換異方性磁界）によっ
て、右方向に固定される。表２（３）では、５ｋ（Ｏ
ｅ）以上の磁場を取り除くと、第２の固定磁性層１４
は、第１の固定磁性層１２との間に発生する交換結合磁
界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、前記第２の固定磁性
層１４の磁化は反転し、左方向に固定される。

【００７４】ところで表１及び表２に示すように、熱処
理中に印加される磁場の大きさは、１００〜１ｋ（Ｏ
ｅ）、あるいは５ｋ（Ｏｅ）以上であり、１ｋ（Ｏｅ）
〜５ｋ（Ｏｅ）の範囲の磁場の大きさを適正な範囲から
外している。これは次のような理由による。磁場を与え
ることによって、Ｍｓ・ｔの大きい固定磁性層の磁化
は、その磁場方向に向こうとする。ところが、熱処理中
の磁場の大きさが１ｋ（Ｏｅ）〜５ｋ（Ｏｅ）の間であ
ると、Ｍｓ・ｔの小さい固定磁性層の磁化までが、磁場
の影響を強く受けて、その磁場方向に向こうとする。こ
のため、固定磁性層間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫ
Ｙ相互作用）によって反平行になろうとする２層の固定
磁性層の磁化が、強い磁場の影響を受けて反平行にはな
らず、前記固定磁性層の磁化が、様々な方向に向こうと
する、いわゆる磁化分散量が多くなり、２層の固定磁性
層の磁化を適正に反平行状態に磁化することができなく
なる。従って、本発明では１ｋ（Ｏｅ）〜５ｋ（Ｏｅ）
の磁場の大きさを、適正な範囲から外している。なお熱
処理中の磁場の大きさを１００（Ｏｅ）以上としたの
は、この程度の磁場を与えないと、Ｍｓ・ｔの大きい固
定磁性層の磁化を、その印加磁場方向に向けることがで
きないからである。

【００７５】なお上述した熱処理中の磁場の大きさ及び
その方向の制御方法は、熱処理を必要とする反強磁性層
１１を使用した場合であれば、どのような反強磁性材料
を使用した場合であっても適用でき、例えば従来から反
強磁性層１１として用いられているＮｉＭｎ合金などを
使用した場合でも適用可能である。

【００７６】以上のように本発明では、第１の固定磁性
層１２と第２の固定磁性層１４との膜厚比を適正な範囲
内に収めることによって、交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大
きくでき、第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１
４の磁化を、熱的にも安定した反平行状態（フェリ状
態）に保つことができ、しかもΔＭＲ（抵抗変化率）を
従来と同程度に確保することが可能である。

【００７７】さらに熱処理中の磁場の大きさ及びその方
向を適正に制御することによって、第１の固定磁性層１
２及び第２の固定磁性層１４の磁化方向を、得たい方向
に制御することが可能になる。

【００７８】ところで前述したように磁気モーメント
（磁気的膜厚）は、飽和磁化Ｍｓと膜厚ｔとの積によっ
て求めることができ、例えば、バルク固体のＮｉＦｅで
あると、飽和磁化Ｍｓは、約１．０Ｔ（テスラ）であ
り、バルク固体のＣｏであると、飽和磁化Ｍｓは約１．
７Ｔであることが知られている。従って、前記ＮｉＦｅ
膜の膜厚が３０オングストロームである場合、前記Ｎｉ
Ｆｅ膜の磁気的膜厚は、３０オングストローム・テスラ
となる。外部から磁界を加えたときの強磁性膜の静磁エ
ネルギーは、磁気的膜厚と外部磁界との掛け合わせに比
例するため、磁気的膜厚の大きい強磁性膜と磁気的膜厚
の小さい強磁性膜が非磁性中間層を介してＲＫＫＹ相互
作用によりフェリ状態になっている場合、磁気的膜厚の
大きい方の強磁性膜が、外部磁界の方向を向きやすくな
るわけである。

【００７９】しかしながら、タンタル（Ｔａ）やルテニ
ウム（Ｒｕ）、銅（Ｃｕ）等の非磁性膜と積層接触した
強磁性膜の場合や、ＰｔＭｎ膜などの反強磁性層と積層
接触した強磁性膜の場合、非磁性膜原子や反強磁性膜原
子と強磁性膜原子（Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ）が直接触れ合う
ため、非磁性膜や反強磁性膜との界面付近の強磁性膜の
飽和磁化Ｍｓが、バルク固体の飽和磁化Ｍｓよりも小さ
くなることが知られている。更に、強磁性膜と非磁性
膜、反強磁性層の積層多層膜に熱処理が施されると、前
記熱処理によって界面拡散が進行し、強磁性膜の飽和磁
化Ｍｓに膜厚方向の分布が生じることが知られている。
すなわち、非磁性膜や反強磁性層に近い場所の飽和磁化
Ｍｓは小さく、非磁性膜や反強磁性膜との界面から離れ
るに従って飽和磁化Ｍｓがバルク固体の飽和磁化Ｍｓに
近づくという現象である。

【００８０】非磁性膜や反強磁性層に近い場所の強磁性
膜の飽和磁化Ｍｓの減少は、非磁性膜の材料、反強磁性
層の材料、強磁性膜の材料や積層順序、熱処理温度等に
依存するため、正確には、それぞれの特定された条件に
おいて求めなければならないことになる。本発明におけ
る磁気的膜厚とは、非磁性膜や反強磁性層との熱拡散に
よって生じた飽和磁化Ｍｓの減少量も考慮して算出した
値である。

【００８１】ＰｔＭｎ膜と強磁性膜との界面で交換結合
磁界を得るためには、熱処理によりＰｔＭｎ膜と強磁性
膜との界面で拡散層を形成することが必要であるが、拡
散層の形成に伴う強磁性膜の飽和磁化Ｍｓの減少は、Ｐ
ｔＭｎ膜と強磁性膜の積層順序に依存することになる。

【００８２】特に図１に示すように、反強磁性層１１が
フリー磁性層１６よりも下側に形成されている場合にあ
っては、前記反強磁性層１１と第１の固定磁性層１２と
の界面に熱拡散層が発生しやすく、このため前記第１の
固定磁性層１２の磁気的な膜厚は、実際の膜厚ｔ_P1に比
べて小さくなっている。しかし前記第１の固定磁性層１
２の磁気的な膜厚が小さくなりすぎると、第２の固定磁
性層１４との磁気的膜厚（磁気モーメント）差が大きく
なりすぎ、前記第１の固定磁性層１２に占める熱拡散層
の割合が増えることにより、交換結合磁界の低下につな
がるといった問題がある。

【００８３】すなわち本発明のように、第１の固定磁性
層１２との界面で交換結合磁界を発生されるために熱処
理を必要とする反強磁性層１１を使用し、第１の固定磁
性層１２と第２の固定磁性層１４の磁化状態をフェリ状
態にするためには、前記第１の固定磁性層１２及び第２
の固定磁性層１４の膜厚の適正化のみならず、前記第１
の固定磁性層１２及び第２の固定磁性層１４の磁気的膜
厚の適正化を行わないと、安定した磁化状態を保つこと
ができない。

【００８４】前述したように、第１の固定磁性層１２と
第２の固定磁性層１４の磁気的膜厚にある程度差がない
と、磁化状態はフェリ状態にはなりにくく、また第１の
固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４の磁気的膜厚の
差が大きくなりすぎても、交換結合磁界の低下につなが
り好ましくない。そこで本発明では、第１の固定磁性層
１２と第２の固定磁性層１４の膜厚比と同じように、
（第１の固定磁性層１２の磁気的膜厚）／（第２の固定
磁性層１４の磁気的膜厚）は、０．３３〜０．９５、あ
るいは１．０５〜４の範囲内とであることが好ましい。
また本発明では、第１の固定磁性層１２の磁気的膜厚及
び第２の固定磁性層１４の磁気的膜厚が１０〜７０（オ
ングストローム・テスラ）の範囲内で、且つ第１の固定
磁性層１２の磁気的膜厚から第２の固定磁性層１４の磁
気的膜厚を引いた絶対値が２（オングストローム・テス
ラ）以上であることが好ましい。

【００８５】また（第１の固定磁性層１２の磁気的膜
厚）／（第２の固定磁性層１４の磁気的膜厚）が、０．
５３〜０．９５、あるいは１．０５〜１．８の範囲内で
あることがより好ましい。また上記範囲内であって、第
１の固定磁性層１２の磁気的膜厚と第２の固定磁性層１
４の磁気的膜厚は共に１０〜５０（オングストローム・
テスラ）の範囲内であり、しかも第１の固定磁性層１２
の磁気的膜厚から第２の固定磁性層１４の磁気的膜厚を
引いた絶対値は２（オングストローム・テスラ）以上で
あることが好ましい。

【００８６】次に、図１に示す第１の固定磁性層１２と
第２の固定磁性層１４との間に介在する非磁性中間層１
３に関して説明する。本発明では、第１の固定磁性層１
２と第２の固定磁性層１４との間に介在する非磁性中間
層１３は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち
１種あるいは２種以上の合金で形成されていることが好
ましい。

【００８７】本発明では、反強磁性層１１が後述するフ
リー磁性層１６よりも下側に形成されているか、あるい
は上側に形成されているかで、適正な前記非磁性中間層
１３の膜厚値を変えている。図１に示すようにフリー磁
性層１６よりも下側に反強磁性層１１が形成されている
場合の前記非磁性中間層１３の膜厚は、３．６〜９．６
オングストロームの範囲内で形成されることが好まし
い。この範囲内であれば、５００（Ｏｅ）以上の交換結
合磁界（Ｈｅｘ）を得ることが可能である。また前記非
磁性中間層１３の膜厚は、４〜９．４オングストローム
の範囲内で形成されると、１０００（Ｏｅ）以上の交換
結合磁界を得ることができるのでより好ましい。

【００８８】非磁性中間層１３の膜厚が上述した寸法以
外の寸法で形成されると、交換結合磁界が極端に低下す
ることが実験により確認されている。すなわち、上記寸
法以外の寸法により前記非磁性中間層１３が形成される
と、前記第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４
との磁化が反平行状態（フェリ状態）になりにくくな
り、前記磁化状態が不安定化するといった問題がある。

【００８９】図１に示すように、第２の固定磁性層１４
の上には、Ｃｕなどで形成された非磁性導電層１５が形
成され、さらに前記非磁性導電層１５の上にフリー磁性
層１６が形成されている。図１に示すようにフリー磁性
層１６は、２層で形成されており、前記非磁性導電層１
５に接する側に形成された符号１７の層はＣｏ膜で形成
されている。またもう一方の層１８は、ＮｉＦｅ合金
や、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形
成されている。なお非磁性導電層１５に接する側にＣｏ
膜の層１７を形成する理由は、Ｃｕで形成された前記非
磁性導電層１５との界面での金属元素等の拡散を防止で
き、また、ΔＭＲ（抵抗変化率）を大きくできるからで
ある。なお符号１９はＴａなどで形成された保護層であ
る。また図２に示すように、下地層１０から保護層１９
までの積層体の両側には、例えばＣｏ―Ｐｔ合金やＣｏ
―Ｃｒ―Ｐｔ合金などで形成されたハードバイアス層１
３０及びＣｕやＣｒで形成された導電層１３１が形成さ
れており、前記ハードバイアス層のバイアス磁界の影響
を受けて、前記フリー磁性層１６の磁化は、図示Ｘ方向
に磁化された状態となっている。

【００９０】図１におけるスピンバルブ型薄膜素子で
は、前記導電層からフリー磁性層１６、非磁性導電層１
５、及び第２の固定磁性層１４にセンス電流が与えられ
る。記録媒体から図１に示す図示Ｙ方向に磁界が与えら
れると、フリー磁性層１６の磁化は図示Ｘ方向からＹ方
向に変動し、このときの非磁性導電層１５とフリー磁性
層１６との界面、及び非磁性導電層１５と第２の固定磁
性層１４との界面でスピンに依存した伝導電子の散乱が
起こることにより、電気抵抗が変化し、記録媒体からの
洩れ磁界が検出される。

【００９１】ところで前記センス電流は、実際には、第
１の固定磁性層１２と非磁性中間層１３の界面などにも
流れる。前記第１の固定磁性層１２はΔＭＲに直接関与
せず、前記第１の固定磁性層１２は、ΔＭＲに関与する
第２の固定磁性層１４を適正な方向に固定するための、
いわば補助的な役割を担った層となっている。このた
め、センス電流が、第１の固定磁性層１２及び非磁性中
間層１３に流れることは、シャントロス（電流ロス）に
なるが、このシャントロスの量は非常に少なく、本発明
では、従来とほぼ同程度のΔＭＲを得ることが可能とな
っている。

【００９２】ところで本発明では、固定磁性層を非磁性
中間層１３を介して第１の固定磁性層１２と第２の固定
磁性層１４の２層に分断することにより、反強磁性層１
１の膜厚を薄くしても、大きな交換結合磁界（Ｈｅ
ｘ）、具体的には５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を
得られることが実験によりわかった。

【００９３】従来、シングルスピンバルブ型薄膜素子の
反強磁性層１１としてＰｔＭｎ合金を使用した場合に、
少なくとも２００オングストローム以上の膜厚を確保し
なければ、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得るこ
とができなかったが、本発明では、前記反強磁性層１１
を少なくとも９０オングストローム以上で形成すれば、
５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能で
ある。また前記膜厚を１００オングストローム以上にす
れば、１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ること
が可能である。なお前記反強磁性層１１の膜厚の数値範
囲は、シングルスピンバルブ型薄膜素子の場合であり、
反強磁性層が、フリー磁性層の上下に形成される、いわ
ゆるデュアルスピンバルブ型薄膜素子の場合には、若干
適正な膜厚範囲が異なる。デュアルスピンバルブ型薄膜
素子の場合については後述する。このように本発明によ
れば、スピンバルブ型薄膜素子の中で最も大きな膜厚を
有していた反強磁性層１１を従来に比べて半分以下の膜
厚で形成できることで、スピンバルブ型薄膜素子全体の
膜厚を薄くすることが可能である。

【００９４】図１３はスピンバルブ型薄膜素子が形成さ
れた読み取りヘッドの構造を記録媒体との対向面側から
見た断面図である。符号１２０は、例えばＮｉＦｅ合金
などで形成された下部シールド層であり、この下部シー
ルド層１２０の上に下部ギャップ層１２１が形成されて
いる。また前記下部ギャップ層１２１の上は、本発明に
おけるスピンバルブ型薄膜素子１２２が形成されてお
り、前記スピンバルブ型薄膜素子１２２の両側にハード
バイアス層１２３、及び導電層１２４が形成されてい
る。さらに前記導電層１２４の上には、上部ギャップ層
１２５が形成され、前記上部ギャップ層１２５の上に
は、ＮｉＦｅ合金などで形成された上部シールド層１２
６が形成されている。

【００９５】前記下部ギャップ層１２３及び上部ギャッ
プ層１２５は、例えばＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃（アルミナ）
などの絶縁材料によって形成されている。図１３に示す
ように、下部ギャップ層１２１から上部ギャップ層１２
５までの長さがギャップ長Ｇｌであり、このギャップ長
Ｇｌが小さいほど高記録密度化に対応できるものとなっ
ている。

【００９６】本発明では前述したように、反強磁性層１
１の膜厚を薄くできることで、スピンバルブ型薄膜素子
１２２全体の厚さを薄くできるため、前記ギャップ長Ｇ
ｌを短くすることが可能である。また下部ギャップ層１
２１及び上部ギャップ層１２５の膜厚を比較的厚くして
も、ギャップ長Ｇｌを従来に比べて小さくすることがで
き、また下部ギャップ層１２１及び上部ギャップ層１２
５を厚く形成することで、絶縁性を充分に確保すること
ができる。

【００９７】図１に示すスピンバルブ型薄膜素子は、ま
ず下から下地層１０、反強磁性層１１、第１の固定磁性
層１２、非磁性中間層１３、第２の固定磁性層１４、非
磁性導電層１５、フリー磁性層１６、及び保護層１９を
成膜し、成膜後の工程において、磁場中アニール（熱処
理）を施す。

【００９８】図１に示すスピンバルブ型薄膜素子では、
第１の固定磁性層１２の膜厚ｔ_P1が、第２の固定磁性層
１４の膜厚ｔ_P2に比べ薄く形成されており、第１の固定
磁性層１２の磁気モーメント（Ｍｓ・ｔ_P1）の方が、第
２の固定磁性層１４の磁気モーメント（Ｍｓ・ｔ_P2）に
比べて小さく設定されている。この場合、前記第１の固
定磁性層１４の磁化を向けたい方向と逆の方向に、１０
０〜１０００（Ｏｅ）の磁場を印加するか、あるいは磁
化を向けたい方向に５ｋ（Ｏｅ）以上の磁場を印加す
る。

【００９９】図１に示すように、第１の固定磁性層１２
の磁化を図示Ｙ方向に固定したい場合には、前述した表
２を参照することにより、図示Ｙ方向と逆の方向に１０
０〜１ｋ（Ｏｅ）（表２（１）参照）の磁場を印加する
か、あるいはＹ方向（表２（３）参照）に５ｋ（Ｏｅ）
以上の磁場を印加すればよいことがわかる。

【０１００】Ｙ方向と逆の方向に１００〜１ｋ（Ｏｅ）
の磁場を与えることで、磁気モーメント（Ｍｓ・ｔ_P2）
が大きい第２の固定磁性層１４の磁化がＹ方向と逆の方
向に磁化され、前記第２の固定磁性層との交換結合磁界
（ＲＫＫＹ相互作用）によって反平行に磁化されようと
する第１の固定磁性層１２の磁化が図示Ｙ方向に向き、
前記反強磁性層１１との界面に発生する交換結合磁界
（交換異方性磁界）によって、前記第１の固定磁性層１
２の磁化が図示Ｙ方向に固定される。第１の固定磁性層
１２の磁化が図示Ｙ方向に固定されることにより、第２
の固定磁性層１４の磁化が、第１の固定磁性層１２の磁
化と反平行に固定される。

【０１０１】あるいは図示Ｙ方向に５ｋ（Ｏｅ）以上の
磁場を与えると、第１の固定磁性層１２及び第２の固定
磁性層１４の磁化が共に図示Ｙ方向に磁化され、第１の
固定磁性層１２の磁化が、反強磁性層１１との界面に発
生する交換結合磁界（交換異方性磁界）によって図示Ｙ
方向に固定される。５ｋ（Ｏｅ）以上の印加磁場を取り
去ると、第２の固定磁性層１４の磁化は、第１の固定磁
性層１２との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によっ
て反転し、図示Ｙ方向と反対方向に固定される。あるい
は、第１の固定磁性層１２の磁気モーメントが、第２の
固定磁性層１４の磁気モーメントよりも大きい場合に
は、前記第１の固定磁性層１２の磁化を向けたい方向
に、１００〜１０００（Ｏｅ）または５ｋ（Ｏｅ）以上
の磁場を印加する。

【０１０２】なお、図１に示すスピンバルブ型薄膜素子
は、再生用ヘッド（薄膜磁気ヘッド）を構成する最も重
要な箇所であり、まず、磁性材料製の下部シールド層上
にギャップ層を形成した後、前記スピンバルブ型薄膜素
子を成膜する。その後、前記スピンバルブ型薄膜素子の
上にギャップ層を介して上部シールド層を形成すると、
再生用ヘッド（ＭＲヘッド）が完成する。なお前記再生
用ヘッド上に、磁性材料製のコアとコイルとを有する記
録用のインダクティブヘッドを積層してもよい。この場
合、前記上部シールド層を、インダクティブヘッドの下
部コア層として兼用することが好ましい。なお、図３以
降のスピンバルブ型薄膜素子は、図１に示すスピンバル
ブ型薄膜素子と同様に、その上下にシールド層が形成さ
れている。

【０１０３】図３は、本発明の第２の実施形態のスピン
バルブ型薄膜素子の構造を模式図的に示した横断面図、
図４は、図３に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体
との対向面側から見た断面図である。このスピンバルブ
型薄膜素子は、図１のスピンバルブ型薄膜素子の膜構成
を逆にして形成したシングルスピンバルブ型薄膜素子で
ある。すなわち、図３に示すスピンバルブ型薄膜素子で
は、下から下地層１０、ＮｉＦｅ膜２２、Ｃｏ膜２３
（ＮｉＦｅ膜２２とＣｏ膜２３を合わせてフリー磁性層
２１）、非磁性導電層２４、第２の固定磁性層２５、非
磁性中間層２６、第１の固定磁性層２７、反強磁性層２
８、及び保護層２９の順で積層されている。

【０１０４】なお前記反強磁性層２８は、ＰｔＭｎ合金
で形成されていることが好ましく、あるいはＰｔＭｎ合
金に代えて、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒ
ｈ，Ｒｕのいずれか１種または２種以上の元素である）
合金、あるいは、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐ
ｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇのいずれか１種また
は２種以上の元素である）合金で形成されていてもよ
い。

【０１０５】このスピンバルブ型薄膜素子においても、
前記第１の固定磁性層２７の膜厚ｔ _P1と、第２の固定磁
性層２５の膜厚比ｔ_P2は、（第１の固定磁性層の膜厚ｔ
_P1）／（第２の固定磁性層の膜厚ｔ_P2）は、０．３３〜
０．９５、あるいは１．０５〜４の範囲内であることが
好ましく、より好ましくは、０．５３〜０．９５、ある
いは１．０５〜１．８の範囲内である。しかも、第１の
固定磁性層２７の膜厚ｔ_P1及び第２の固定磁性層２５の
膜厚ｔ_P2が１０〜７０オングストロームの範囲内で、且
つ第１の固定磁性層２７の膜厚ｔ_P1から第２の固定磁性
層２５の膜厚ｔ _P2を引いた絶対値が２オングストローム
以上であることが好ましい。さらに好ましくは、第１の
固定磁性層２７の膜厚ｔ_P1及び第２の固定磁性層２５の
膜厚ｔ_P2が１０〜５０オングストロームの範囲内で、且
つ第１の固定磁性層２７の膜厚ｔ _P1から第２の固定磁性
層２５の膜厚ｔ_P2を引いた絶対値が２オングストローム
以上である。

【０１０６】前述したように、第１の固定磁性層２７と
第２の固定磁性層２５の磁気的膜厚にある程度差がない
と、磁化状態はフェリ状態にはなりにくく、また第１の
固定磁性層２７と第２の固定磁性層２５の磁気的膜厚の
差が大きくなりすぎても、交換結合磁界の低下につなが
り好ましくない。そこで本発明では、第１の固定磁性層
２７と第２の固定磁性層２５の膜厚比と同じように、
（第１の固定磁性層２７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P1）／
（第２の固定磁性層２５の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P2）は、
０．３３〜０．９５、あるいは１．０５〜４の範囲内と
であることが好ましい。また本発明では、第１の固定磁
性層２７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P1及び第２の固定磁性層
２５の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P2が１０〜７０（オングスト
ローム・テスラ）の範囲内で、且つ第１の固定磁性層２
７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P1から第２の固定磁性層２５の
磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P2を引いた絶対値が２（オングスト
ローム・テスラ）以上であることが好ましい。

【０１０７】また（第１の固定磁性層２７の磁気的膜厚
Ｍｓ・ｔ_P1）／（第２の固定磁性層２５の磁気的膜厚Ｍ
ｓ・ｔ_P2）が、０．５３〜０．９５、あるいは１．０５
〜１．８の範囲内であることがより好ましい。また上記
範囲内であって、第１の固定磁性層２７の磁気的膜厚Ｍ
ｓ・ｔ_P1と第２の固定磁性層２５の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ
_P2は共に１０〜５０（オングストローム・テスラ）の範
囲内であり、しかも第１の固定磁性層２７の磁気的膜厚
Ｍｓ・ｔ_P1から第２の固定磁性層２５の磁気的膜厚Ｍｓ
・ｔ_P2を引いた絶対値は２（オングストローム・テス
ラ）以上であることが好ましい。

【０１０８】次に図３に示す第１の固定磁性層２７と第
２の固定磁性層２５との間に介在する非磁性中間層２６
は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あ
るいは２種以上の合金で形成されていることが好まし
い。本発明では図３に示すように、フリー磁性層２１よ
りも上側に反強磁性層２８が形成されている場合、前記
非磁性中間層２６の膜厚は、２．５〜６．４オングスト
ローム、あるいは６．６〜１０．７オングストロームの
範囲内であることが好ましい。この範囲内であると、少
なくとも５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界（Ｈｅｘ）
を得ることができる。

【０１０９】また本発明では、前記非磁性中間層２６の
膜厚は、２．８〜６．２オングストローム、あるいは
６．８〜１０．３オングストロームの範囲内であること
がより好ましい。この範囲内であると、少なくとも１０
００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能であ
る。また、前記反強磁性層２８を少なくとも９０オング
ストローム以上で形成すれば、５００（Ｏｅ）以上の交
換結合磁界を得ることが可能である。また前記膜厚を１
００オングストローム以上にすれば、１０００（Ｏｅ）
以上の交換結合磁界を得ることが可能である。

【０１１０】図３に示すスピンバルブ型薄膜素子では、
第１の固定磁性層２７の膜厚ｔ_P1は、第２の固定磁性層
２５の膜厚ｔ_P2と異なる値で形成され、例えば前記第１
の固定磁性層２７の膜厚ｔ_P1の方が、第２の固定磁性層
２５の膜厚ｔ_P2よりも厚く形成されている。また前記第
１の固定磁性層２７の磁化が、図示Ｙ方向に磁化され、
前記第２の固定磁性層２５の磁化は図示Ｙ方向と逆の方
向に磁化されて、第１の固定磁性層２７と第２の固定磁
性層２５磁化はフェリ状態となっている。図３に示す第
１の固定磁性層２７と第２の固定磁性層２５の磁化方向
の制御方法について以下に説明する。

【０１１１】まず図３に示す各層をスパッタ法などによ
って成膜し、成膜後の工程において、磁場中アニール
（熱処理）を施す。第１の固定磁性層２７のＭｓ・ｔ_P1
（磁気モーメント）が、第２の固定磁性層２５のＭｓ・
ｔ_P2（磁気モーメント）よりも大きい場合には、前記第
１の固定磁性層２７の磁化を向けたい方向に１００〜１
０００（Ｏｅ）または５ｋ（Ｏｅ）の磁場を印加すれば
よい。図３に示すように、Ｍｓ・ｔ_P1の大きい第１の固
定磁性層２７を図示Ｙ方向に向けようとすると、前述し
た表１を参照することにより、図示Ｙ方向に１００〜１
ｋ（Ｏｅ）（表１（２）参照）、あるいは図示Ｙ方向に
５ｋ（Ｏｅ）以上（表１（３）参照）の磁場を熱処理中
に印加する。

【０１１２】図示Ｙ方向に１００〜１ｋ（Ｏｅ）の磁場
を与えることにより、Ｍｓ・ｔ_P1の大きい第１の固定磁
性層２７の磁化は、図示Ｙ方向に向き、第２の固定磁性
層２５の磁化は反平行状態になろうとする。そして、前
記第１の固定磁性層２７と反強磁性層２８との界面に発
生する交換結合磁界（交換異方性磁界）によって、前記
第１の固定磁性層２７の磁化は図示Ｙ方向に固定され、
これにより、第２の固定磁性層２５の磁化が図示Ｙ方向
と反対の方向に固定されるのである。

【０１１３】あるいは図示Ｙ方向に５ｋ（Ｏｅ）以上の
磁場を与えると、第１の固定磁性層２７と第２の固定磁
性層２５間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作
用）よりも大きな磁場が印加されることにより、第１の
固定磁性層２７及び第２の固定磁性層２５の磁化が共に
図示Ｙ方向に磁化され、前記第１の固定磁性層２７の磁
化は、反強磁性層２８との界面に発生する交換結合磁界
（交換異方性磁界）によって図示Ｙ方向に固定される。
一方、第２の固定磁性層２５の磁化は、印加磁場を取り
去ることにより、第１の固定磁性層２７との交換結合磁
界（ＲＫＫＹ相互作用）によって反転し、前記第１の固
定磁性層２７の磁化と反平行状態になって固定される。

【０１１４】あるいは第１の固定磁性層２７の磁気モー
メントが第２の固定磁性層２５の磁気モーメントよりも
小さい場合には、第１の固定磁性層２７の磁化を向けた
い方向と逆の方向に１００〜１０００（Ｏｅ）の磁場を
印加し、または磁化を向けたい方向に５ｋ（Ｏｅ）以上
の磁場を印加する。

【０１１５】なお図４に示すように、下地層１０から保
護層２９までの積層体の両側には、ハードバイアス層１
３０と導電層１３１が形成されており、前記ハードバイ
アス層１３０が図示Ｘ方向に磁化されていることによっ
て、フリー磁性層２１の磁化が図示Ｘ方向に揃えられて
いる。

【０１１６】図５は、本発明の第３の実施形態のスピン
バルブ型薄膜素子の構造を模式図的に示した横断面図、
図６は図５に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体と
の対向面側から見た断面図である。このスピンバルブ型
薄膜素子は、フリー磁性層を中心としてその上下に非磁
性導電層、固定磁性層、及び反強磁性層が１層ずつ形成
された、いわゆるデュアルスピンバルブ型薄膜素子であ
る。このデュアルスピンバルブ型薄膜素子では、フリー
磁性層／非磁性導電層／固定磁性層のこの３層の組合わ
せが２組存在するためシングルスピンバルブ型薄膜素子
に比べて大きなΔＭＲを期待でき、高密度記録化に対応
できるものとなっている。

【０１１７】図５に示すスピンバルブ型薄膜素子は、下
から下地層３０、反強磁性層３１、第１の固定磁性層
（下）３２、非磁性中間層（下）３３、第２の固定磁性
層（下）３４、非磁性導電層３５、フリー磁性層３６
（符号３７，３９はＣｏ膜、符号３８はＮｉＦｅ合金
膜）、非磁性導電層４０、第２の固定磁性層（上）４
１、非磁性中間層（上）４２、第１の固定磁性層（上）
４３、反強磁性層４４、及び保護層４５の順で積層され
ている。なお図６に示すように、下地層３０から保護層
４５までの積層体の両側には、ハードバイアス層１３０
と導電層１３１が形成されている。

【０１１８】図５に示すスピンバルブ型薄膜素子の反強
磁性層３１，４４は、ＰｔＭｎ合金で形成されているこ
とが好ましく、あるいはＰｔＭｎ合金に代えて、Ｘ―Ｍ
ｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのいずれか１
種または２種以上の元素である）合金、あるいは、Ｐｔ
―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒ
ｕ，Ａｕ，Ａｇのいずれか１種または２種以上の元素で
ある）合金で形成されていてもよい。

【０１１９】このスピンバルブ型薄膜素子においても、
前記第１の固定磁性層（下）３２の膜厚ｔ_P1と、第２の
固定磁性層（下）３４の膜厚ｔ_P2との膜厚比、及び第１
の固定磁性層（上）４３の膜厚ｔ_P1と第２の固定磁性層
４１（上）の膜厚ｔ_P2との膜厚比（第１の固定磁性層の
膜厚ｔ_P1）／（第２の固定磁性層の膜厚ｔ_P2）は、０．
３３〜０．９５、あるいは１．０５〜４の範囲内である
ことが好ましい。さらには、膜厚比が上記範囲内であ
り、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の膜厚ｔ
_P1及び第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の膜厚
ｔ_P2が１０〜７０オングストロームの範囲内で、且つ第
１の固定磁性層３２，４３の膜厚ｔ_P1から第２の固定磁
性層３４，４１の膜厚ｔ_P2を引いた絶対値が２オングス
トローム以上であると、５００（Ｏｅ）以上の交換結合
磁界を得ることが可能である。

【０１２０】また本発明では、（第１の固定磁性層の膜
厚ｔ_P1）／（第２の固定磁性層の膜厚ｔ_P2）は、０．５
３〜０．９５、あるいは１．０５〜１．８の範囲内であ
ることがより好ましく、さらには、第１の固定磁性層
（下）３２，（上）４３の膜厚ｔ_P1及び第２の固定磁性
層（下）３４，（上）４１の膜厚ｔ_P2が１０〜５０オン
グストロームの範囲内で、且つ第１の固定磁性層３２，
４３の膜厚ｔ_P1から第２の固定磁性層３４，４１の膜厚
ｔ_P2を引いた絶対値が２オングストローム以上であれ
ば、１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが
できる。

【０１２１】ところで、フリー磁性層３６よりも下側に
形成されている第１の固定磁性層（下）３２の膜厚ｔ_P1
を、第２の固定磁性層（下）３４の膜厚ｔ_P2よりも大き
くしても、前記第１の固定磁性層（下）３２の膜厚ｔ_P1
と第２の固定磁性層（下）３４の膜厚差が約６オングス
トローム以下であると、交換結合磁界が低下しやすい傾
向にあることが実験によって確認されている。この現象
は、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３との界面
にて交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生させるため
に熱処理を必要とする例えばＰｔＭｎ合金で形成された
反強磁性層３１，４４を使用した場合に見られる。

【０１２２】交換結合磁界の低下は、フリー磁性層３６
よりも下側に形成されている反強磁性層３１と第１の固
定磁性層（下）３２との熱拡散によって、前記第１の固
定磁性層（下）３２の磁気的な膜厚が減少し、前記第１
の固定磁性層（下）３２の磁気的な膜厚と、第２の固定
磁性層３４の膜厚ｔ_P2とが、ほぼ同じ厚さになるからで
ある。このため本発明では、（第１の固定磁性層（上）
４３の膜厚ｔ_P1／第２の固定磁性層（上）４１の膜厚ｔ
_P2）よりも（第１の固定磁性層（下）３２の膜厚ｔ_P1／
第２の固定磁性層（下）３４の膜厚ｔ_P2）の方を大きく
することが好ましい。

【０１２３】なお前記熱拡散層の発生は、図５に示すデ
ュアルスピンバルブ型薄膜素子に限らず、フリー磁性層
１６よりも反強磁性層１１が下側に形成されたシングル
スピンバルブ型薄膜素子（図１参照）にも同様に起こる
現象である。

【０１２４】前述したように、第１の固定磁性層（下）
３２，（上）４３の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P1と第２の固定
磁性層（下）３４，（上）４１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P2
にある程度差がないと、磁化状態はフェリ状態にはなり
にくく、また第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３
の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P1と第２の固定磁性層（下）３
４，（上）４１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P2の差が大きくな
りすぎても、交換結合磁界の低下につながり好ましくな
い。そこで本発明では、第１の固定磁性層（下）３２，
（上）４３の膜厚ｔ_P1と第２の固定磁性層（下）３４，
（上）４１の膜厚ｔ_P2の膜厚比と同じように、（第１の
固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁気的膜厚Ｍｓ・
ｔ_P1）／（第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の
磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P2）は、０．３３〜０．９５、ある
いは１．０５〜４の範囲内とであることが好ましい。ま
た本発明では、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４
３の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P1及び第２の固定磁性層（下）
３４，（上）４１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P2が１０〜７０
（オングストローム・テスラ）の範囲内で、且つ第１の
固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁気的膜厚Ｍｓ・
ｔ_P1から第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁
気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P2を引いた絶対値が２（オングストロ
ーム・テスラ）以上であることが好ましい。

【０１２５】また（第１の固定磁性層（下）３２，
（上）４３の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P1）／（第２の固定磁
性層（下）３４，（上）４１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P2）
が、０．５３〜０．９５、あるいは１．０５〜１．８の
範囲内であることがより好ましい。また上記範囲内であ
って、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁気
的膜厚Ｍｓ・ｔ_P1と第２の固定磁性層（下）３４，
（上）４１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P2は共に１０〜５０
（オングストローム・テスラ）の範囲内であり、しかも
第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁気的膜厚
Ｍｓ・ｔ_P1から第２の固定磁性層（下）３４，（上）４
１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P2を引いた絶対値は２（オング
ストローム・テスラ）以上であることが好ましい。

【０１２６】次に図５に示す第１の固定磁性層（下）３
２，（上）４３と第２の固定磁性層（下）３４，（上）
４１との間に介在する非磁性中間層３３，４２は、Ｒ
ｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは
２種以上の合金で形成されていることが好ましい。図５
に示すようにフリー磁性層３６よりも下側に形成された
前記非磁性中間層（下）３３の膜厚は、３．６〜９．６
オングストロームの範囲内で形成されることが好まし
い。この範囲内であれば、５００（Ｏｅ）以上の交換結
合磁界（Ｈｅｘ）を得ることが可能である。また前記非
磁性中間層（下）３３の膜厚は、４〜９．４オングスト
ロームの範囲内で形成されると、１０００（Ｏｅ）以上
の交換結合磁界を得ることができるのでより好ましい。

【０１２７】また本発明では図５に示すように、フリー
磁性層３６よりも上側に形成された非磁性中間層（上）
４２の膜厚は、２．５〜６．４オングストローム、ある
いは６．８〜１０．７オングストロームの範囲内である
ことが好ましい。この範囲内であると、少なくとも５０
０（Ｏｅ）以上の交換結合磁界（Ｈｅｘ）を得ることが
できる。また本発明では、前記非磁性中間層（上）４２
の膜厚は、２．８〜６．２オングストローム、あるいは
６．８〜１０．３オングストロームの範囲内であること
がより好ましい。この範囲内であると、少なくとも１０
００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能であ
る。

【０１２８】また、前記反強磁性層３１，４４を少なく
とも１００オングストローム以上で形成すれば、５００
（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
また前記膜厚を１１０オングストローム以上にすれば、
１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能
である。従来では、前記反強磁性層３１，４４の膜厚は
約２００オングストローム以上で形成されていたので、
本発明によれば、約半分の膜厚で前記反強磁性層３１，
４４を形成することが可能であり、特にデュアルスピン
バルブ型薄膜素子の場合には、反強磁性層３１，４４が
２層形成されるので、従来に比べてスピンバルブ型薄膜
素子全体の膜厚を、約２００オングストローム以上薄く
できる。このように薄く形成されたスピンバルブ型薄膜
素子では、図１３に示す下部ギャップ層１２１、及び上
部ギャップ層１２５を、絶縁性を充分に保つ程度に厚く
しても、ギャップ長Ｇｌを薄くでき、高密度記録化に対
応できるものとなっている。

【０１２９】なお第１の固定磁性層（下）３２，（上）
４３と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１との膜
厚比や膜厚、非磁性中間層（下）３３，（上）４２の膜
厚、及び反強磁性層３１，４４の膜厚を上述した範囲内
で適正に調節することにより、従来と同程度のΔＭＲを
保つことができ、具体的には約１０％以上のΔＭＲを得
ることが可能である。

【０１３０】図５に示すように、フリー磁性層３６より
も下側に形成された第１の固定磁性層（下）３２の膜厚
ｔ_P1は、非磁性中間層３３を介して形成された第２の固
定磁性層（下）３４の膜厚ｔ_P2に比べて薄く形成されて
いる。一方、フリー磁性層３６よりも上側に形成されて
いる第１の固定磁性層（上）４３の膜厚ｔ_P1は、非磁性
中間層４２を介して形成された第２の固定磁性層４１
（上）の膜厚ｔ_P2に比べ厚く形成されている。そして、
第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化は共に
図示Ｙ方向と反対方向に磁化されており、第２の固定磁
性層（下）３４，（上）４１の磁化は図示Ｙ方向に磁化
された状態になっている。図１及び図３に示すシングル
スピンバルブ型薄膜素子の場合にあっては、第１の固定
磁性層のＭｓ・ｔ_P1と第２の固定磁性層のＭｓ・ｔ_P2が
異なるように膜厚などを調節し、第１の固定磁性層の磁
化の向きは、図示Ｙ方向あるいは図示Ｙ方向と反対方向
のどちらでもよい。

【０１３１】しかし、図５に示すデュアルスピンバルブ
型薄膜素子にあっては、第１の固定磁性層（下）３２，
（上）４３の磁化が共に同じ方向に向くようにする必要
性があり、そのために、本発明では、第１の固定磁性層
（下）３２，（上）４３の磁気モーメントＭｓ・ｔ
_P1と、第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁気
モーメントＭｓ・ｔ_P2との調整、及び熱処理中に印加す
る磁場の方向及びその大きさを適正に調節している。こ
こで、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化
を共に同じ方向に向けておくのは、前記第１の固定磁性
層（下）３２，（上）４３の磁化と反平行になる第２の
固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化を共に同じ方
向に向けておくためであり、その理由について以下に説
明する。

【０１３２】前述したように、スピンバルブ型薄膜素子
のΔＭＲは、固定磁性層の固定磁化とフリー磁性層の変
動磁化との関係によって得られるものであるが、本発明
のように固定磁性層が第１の固定磁性層と第２の固定磁
性層の２層に分断された場合にあっては、前記ΔＭＲに
直接関与する固定磁性層の層は第２の固定磁性層であ
り、第１の固定磁性層は、前記第２の固定磁性層の磁化
を、一定方向に固定しておくためのいわば補助的な役割
を担っている。

【０１３３】仮に図５に示す第２の固定磁性層（下）３
４，（上）４１の磁化が互いに反対方向に固定されてい
るとすると、例えば第２の固定磁性層（上）４１の固定
磁化と、フリー磁性層３６の変動磁化との関係では抵抗
が大きくなっても、第２の固定磁性層（下）３４の固定
磁化と、フリー磁性層３６の変動磁化との関係では抵抗
が非常に小さくなってしまい、結局、デュアルスピンバ
ルブ型薄膜素子におけるΔＭＲは、図１や図３に示すシ
ングルスピンバルブ型薄膜素子のΔＭＲよりも小さくな
ってしまう。

【０１３４】この問題は、本発明のように、固定磁性層
を非磁性中間層を介して２層に分断したデュアルスピン
バルブ型薄膜素子に限ったことではなく、従来のデュア
ルスピンバルブ型薄膜素子であっても同じことであり、
シングルスピンバルブ型薄膜素子に比べΔＭＲを大きく
でき、大きな出力を得ることができるデュアルスピンバ
ルブ型薄膜素子の特性を発揮させるには、フリー磁性層
の上下に形成される固定磁性層を共に同じ方向に固定し
ておく必要がある。

【０１３５】ところで本発明では、図５に示すように、
フリー磁性層３６よりも下側に形成された固定磁性層
は、第２の固定磁性層（下）３４のＭｓ・ｔ_P2の方が、
第１の固定磁性層（下）３２のＭｓ・ｔ_P1に比べ大きく
なっており、Ｍｓ・ｔ_P2の大きい第２の固定磁性層
（下）３４の磁化が図示Ｙ方向に固定されている。ここ
で、第２の固定磁性層３４のＭｓ・ｔ_P2と、第１の固定
磁性層３２のＭｓ・ｔ_P1とを足し合わせた、いわゆる合
成磁気モーメントは、Ｍｓ・ｔ_P2の大きい第２の固定磁
性層３４の磁気モーメントに支配され、図示Ｙ方向に向
けられている。

【０１３６】一方、フリー磁性層３６よりも上側に形成
された固定磁性層は、第１の固定磁性層（上）４３のＭ
ｓ・ｔ_P1の方が、第２の固定磁性層（上）４１のＭｓ・
ｔ_P2に比べて大きくなっており、Ｍｓ・ｔ_P1の大きい第
１の固定磁性層（上）４３の磁化が図示Ｙ方向と反対方
向に固定されている。第１の固定磁性層（上）４３のＭ
ｓ・ｔ_P1と、第２の固定磁性層（上）４１のＭｓ・ｔ_P2
とを足した、いわゆる合成磁気モーメントは、第１の固
定磁性層（上）４３のＭｓ・ｔ_P1に支配され、図示Ｙ方
向と反対方向に向けられている。

【０１３７】すなわち、図５に示すデュアルスピンバル
ブ型薄膜素子では、フリー磁性層３６の上下で、第１の
固定磁性層のＭｓ・ｔ_P1と第２の固定磁性層のＭｓ・ｔ
_P2を足して求めることができる合成磁気モーメントの方
向が反対方向になっているのである。このためフリー磁
性層３６よりも下側で形成される図示Ｙ方向に向けられ
た合成磁気モーメントと、前記フリー磁性層３６よりも
上側で形成される図示Ｙ方向と反対方向に向けられた合
成磁気モーメントとが、図示左周りの磁界を形成してい
る。従って、前記合成磁気モーメントによって形成され
る磁界により、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４
３の磁化と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の
磁化とがさらに安定したフェリ状態を保つことが可能で
ある。

【０１３８】更に、センス電流１１４は、主に比抵抗の
小さい非磁性導電層３５，３９を中心にして流れ、セン
ス電流１１４を流すことにより、右ネジの法則によって
センス電流磁界が形成されることになるが、センス電流
１１４を図５の方向に流すことにより、フリー磁性層３
６の下側に形成された第１の固定磁性層（下）３２／非
磁性中間層（下）３３／第２の固定磁性層（下）３４の
場所にセンス電流が作るセンス電流磁界の方向を、前記
第１の固定磁性層（下）３２／非磁性中間層（下）３３
／第２の固定磁性層（下）３４の合成磁気モーメントの
方向と一致させることができ、さらに、フリー磁性層３
６よりも上側に形成された第１の固定磁性層（上）４３
／非磁性中間層（上）４２／第２の固定磁性層（上）４
１の場所にセンス電流が作るセンス電流磁界を、前記第
１の固定磁性層（上）４３／非磁性中間層（上）４２／
第２の固定磁性層（上）４１の合成磁気モーメントの方
向と一致させることができる。

【０１３９】センス電流磁界の方向と合成磁気モーメン
トの方向を一致させることのメリットに関しては後で詳
述するが、簡単に言えば、前記固定磁性層の熱的安定性
を高めることができることと、大きなセンス電流を流せ
ることができるので、再生出力を向上できるという、非
常に大きいメリットがある。センス電流磁界と合成磁気
モーメントの方向に関するこれらの関係は、フリー磁性
層３６の上下に形成される固定磁性層の合成磁気モーメ
ントが図示左周りの磁界を形成しているからである。

【０１４０】装置内の環境温度は約２００℃程度まで上
昇し、さらに今後、記録媒体の回転数や、センス電流の
増大などによって、環境温度がさらに上昇する傾向にあ
る。このように環境温度が上昇すると、交換結合磁界は
低下するが、本発明によれば、合成磁気モーメントで形
成される磁界と、センス電流磁界により、熱的にも安定
して第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化と
第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化とをフ
ェリ状態に保つことができる。

【０１４１】前述した合成磁気モーメントによる磁界の
形成、及び、合成磁気モーメントによる磁界とセンス電
流磁界との方向関係は、本発明特有の構成であり、フリ
ー磁性層の上下に単層で形成され、しかも同じ方向に向
けられ固定磁化された固定磁性層を有する従来のデュア
ルスピンバルブ型薄膜素子では、得ることができないも
のとなっている。

【０１４２】次に、熱処理中に与える磁界の方向及びそ
の大きさについて以下に説明する。図５に示すスピンバ
ルブ型薄膜素子では、反強磁性層３１，４４にＰｔＭｎ
合金など第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３との
界面で交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生させるた
めに、熱処理が必要な反強磁性材料を使用しているの
で、熱処理中に印加する磁場の方向及びその大きさを適
正に制御しないと、第１の固定磁性層（下）３２，
（上）４３と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１
との磁化の方向を図５に示すような方向に得ることはで
きない。

【０１４３】まず成膜する段階で、図５に示すように、
フリー磁性層３６よりも下側に形成された第１の固定磁
性層（下）３２のＭｓ・ｔ_P1を、第２の固定磁性層
（下）３４のＭｓ・ｔ_P2よりも小さくし、且つ前記フリ
ー磁性層３６よりも上側に形成された第１の固定磁性層
（上）４３のＭｓ・ｔ_P1を第２の固定磁性層（上）４１
のＭｓ・ｔ_P2よりも大きくする。図５に示すように、第
１の固定磁性層（下）３２，（上）４３を図示Ｙ方向と
反対方向に向けたい場合には、前述した表１，２を参照
することにより、図示Ｙ方向と逆方向に５ｋ（Ｏｅ）以
上（表１（４）及び表２（４）参照）の磁界を与える必
要がある。

【０１４４】図示Ｙ方向と反対方向に５ｋ（Ｏｅ）以上
の磁界を印加することにより、第１の固定磁性層（下）
３２，（上）４３の磁化及び第２の固定磁性層（下）３
４，（上）４１の磁化がすべて一旦図示Ｙ方向と反対方
向に向く。前記第１の固定磁性層（下）３２，（上）４
３は、反強磁性層３１，４４との界面での交換結合磁界
（交換異方性磁界）によって、図示Ｙ方向と反対方向に
固定され、５ｋ（Ｏｅ）以上の磁界を取り去ることによ
り、第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化
は、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３との交換
結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、図示Ｙ方向に
反転し図示Ｙ方向に固定されるのである。

【０１４５】あるいは５ｋ（Ｏｅ）以上の磁界を図示Ｙ
方向に与えてもよい。この場合には、第１の固定磁性層
（下）３２，（上）４３の磁化と第２の固定磁性層
（下）３４，（上）４１の磁化が図５に示す磁化方向と
反対向きに磁化され、右回りの合成磁気モーメントによ
る磁界が形成される。

【０１４６】また本発明では、フリー磁性層３６よりも
下側に形成された第１の固定磁性層（下）３２のＭｓ・
ｔ_P1を、第２の固定磁性層３４のＭｓ・ｔ_P2よりも大き
くし、且つ、前記フリー磁性層３６よりも上側に形成さ
れた第１の固定磁性層４３のＭｓ・ｔ_P1を第２の固定磁
性層４１のＭｓ・ｔ_P2よりも小さくしてもよい。この場
合においても、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４
３の磁化を得たい方向、すなわち図示Ｙ方向あるいは図
示Ｙ方向と反対方向に５ｋ（Ｏｅ）以上の磁界を印加す
ることによって、フリー磁性層３６の上下に形成された
第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１を同じ方向に
向けて固定でき、しかも図示右回りのあるいは左回りの
合成磁気モーメントによる磁界を形成できる。

【０１４７】なお上記した方法以外の方法で、フリー磁
性層３６の上下に形成された第２の固定磁性層（下）３
４，（上）４１の磁化を互いに同じ方向に向け、しかも
合成磁気モーメントによる磁界の形成、及び合成磁気モ
ーメントによる磁界とセンス電流磁界との方向関係の形
成を行うことはできない。

【０１４８】また本発明では以下に示す方法によって、
第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化を互い
に同じ方向に向けることが可能であるが、フリー磁性層
３６の上下に形成される合成磁気モーメントは互いに同
じ方向を向くため、前記合成磁気モーメントによる磁界
を形成することはできない。しかし、本発明のデュアル
スピンバルブ型薄膜素子であれば、以下の熱処理方法に
よっても、従来のデュアルスピンバルブ型薄膜素子と同
程度のΔＭＲを得ることができ、しかも従来のデュアル
スピンバルブ型薄膜素子に比べ、固定磁性層（第１の固
定磁性層と第２の固定磁性層）の磁化状態を熱的に安定
した状態に保つことが可能である。

【０１４９】まず、フリー磁性層３６の下側に形成され
た第１の固定磁性層（下）３２のＭｓ・ｔ_P1と前記フリ
ー磁性層３６の上側に形成された第１の固定磁性層
（上）４３のＭｓ・ｔ_P1を共に、第２の固定磁性層
（下）３４，（上）４１のＭｓ・ｔ_P2よりも大きくした
場合には、前記第１の固定磁性層（下）３２，（上）４
３の磁化を向けたい方向に、１００〜１ｋ（Ｏｅ）、あ
るいは５ｋ（Ｏｅ）以上の磁界を与えることにより、前
記第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３を共に同じ
方向に向け、前記第１の固定磁性層（下）３２，（上）
４３との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、
前記第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化と
反平行に磁化される第２の固定磁性層（下）３４，
（上）４１の磁化を共に同じ方向に向けて固定すること
ができる。

【０１５０】あるいは、フリー磁性層３６の下側に形成
された第１の固定磁性層（下）３２のＭｓ・ｔ_P1と前記
フリー磁性層３６の上側に形成された第１の固定磁性層
（上）４３のＭｓ・ｔ_P1を共に、第２の固定磁性層
（下）３４，（上）４１のＭｓ・ｔ_P2よりも小さくした
場合には、前記第１の固定磁性層（下）３２，（上）４
３の磁化を向けたい方向と反対方向に、１００〜１ｋ
（Ｏｅ）、あるいは、前記第１の固定磁性層（下）３
２，（上）４３の磁化を向けたい方向に５ｋ（Ｏｅ）以
上の磁界を与えることにより、第１の固定磁性層（下）
３２，（上）４３を共に同じ方向に向け、前記第１の固
定磁性層（下）３２，（上）４３との交換結合磁界（Ｒ
ＫＫＹ相互作用）によって、前記第１の固定磁性層
（下）３２，（上）４３の磁化と反平行に磁化される第
２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化を共に同
じ方向に向けて固定することができる。

【０１５１】以上、図１から図６に示したスピンバルブ
型薄膜素子によれば、固定磁性層を非磁性中間層を介し
て第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との２層に分断
し、この２層の固定磁性層間に発生する交換結合磁界
（ＲＫＫＹ相互作用）によって前記２層の固定磁性層の
磁化を反平行状態（フェリ状態）にすることにより、従
来に比べて熱的にも安定した固定磁性層の磁化状態を保
つことができる。

【０１５２】特に本発明では、反強磁性層としてブロッ
キング温度が非常に高く、また第１の固定磁性層との界
面で大きい交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生する
ＰｔＭｎ合金を使用することにより、第１の固定磁性層
と第２の固定磁性層との磁化状態を、より熱的安定性に
優れたものにできる。

【０１５３】また本発明では、第１の固定磁性層と第２
の固定磁性層との膜厚比や、前記第１の固定磁性層と第
２の固定磁性層との間に介在する非磁性中間層の膜厚、
及び反強磁性層の膜厚を適正な範囲内で形成することに
よって、交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくでき、従っ
て、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の固定磁
化の熱的安定性をより向上させることが可能である。

【０１５４】なお第１の固定磁性層の膜厚ｔ_P1と第２の
固定磁性層の膜厚ｔ_P2との膜厚比、さらには、前記第１
の固定磁性層、第２の固定磁性層、非磁性中間層、及び
反強磁性層の膜厚を適性な範囲内で形成することによ
り、従来とほぼ同程度のΔＭＲを得ることも可能であ
る。

【０１５５】さらに本発明では、反強磁性層としてＰｔ
Ｍｎ合金など、第１の固定磁性層との界面で交換結合磁
界（交換異方性磁界）を発生させるために熱処理を必要
とする反強磁性材料を使用した場合に、第１の固定磁性
層のＭｓ・ｔ_P1と第２の固定磁性層のＭｓ・ｔ_P2とを異
なる値で形成し、さらに熱処理中の印加磁場の大きさ及
びその方向を適正に調節することによって、前記第１の
固定磁性層（及び第２の固定磁性層）の磁化を得たい方
向に磁化させることが可能である。

【０１５６】特に図５に示すデュアルスピンバルブ型薄
膜素子にあっては、第１の固定磁性層（下）３２，
（上）４３のＭｓ・ｔ_P1と第２の固定磁性層（下）３
４，（上）４１のＭｓ・ｔ_P2を適正に調節し、さらに熱
処理中の印加磁場の大きさ及びその方向を適正に調節す
ることによって、ΔＭＲに関与するフリー磁性層３６の
上下に形成された２つの第２の固定磁性層（下）３４，
（上）４１の磁化を共に同じ方向に固定でき、且つフリ
ー磁性層３６の上下に形成される合成磁気モーメントを
互いに反対方向に形成できることによって、前記合成磁
気モーメントによる磁界の形成、及び、前記合成磁気モ
ーメントによる磁界とセンス電流磁界との方向関係の形
成ができ、固定磁性層の磁化の熱的安定性をさらに向上
させることが可能である。

【０１５７】図７は、本発明の第４の実施形態のスピン
バルブ型薄膜素子の構造を模式図的に示した横断面図、
図８は、図７に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体
との対向面から見た場合の断面図である。このスピンバ
ルブ型薄膜素子においても、図１〜図６に示すスピンバ
ルブ型薄膜素子と同様に、ハードディスク装置に設けら
れた浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けら
れて、ハードディスクなどの記録磁界を検出するもので
ある。なお、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動
方向は図示Ｚ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界
の方向はＹ方向である。このスピンバルブ型薄膜素子
は、固定磁性層のみならず、フリー磁性層も非磁性中間
層を介して第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の
２層に分断されている。

【０１５８】図７，８に示すように下から下地層５０、
反強磁性層５１、第１の固定磁性層５２、非磁性中間層
５３、第２の固定磁性層５４、非磁性導電層５５、第１
のフリー磁性層５６、非磁性中間層５９、第２のフリー
磁性層６０、及び保護層６１の順に積層されている。前
記下地層５０及び保護層６１は例えばＴａなどで形成さ
れている。また前記反強磁性層５１は、ＰｔＭｎ合金で
形成されていることが好ましい。ＰｔＭｎ合金は、従来
から反強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金やＦ
ｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキ
ング温度が高く、交換結合磁界も大きい。また本発明で
は、前記ＰｔＭｎ合金に代えて、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸ
は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのいずれか１種または２種
以上の元素である）合金、あるいは、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′
（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ
のいずれか１種または２種以上の元素である）合金を使
用してもよい。

【０１５９】第１の固定磁性層５２及び第２の固定磁性
層５４は、Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ある
いはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。また非磁
性中間層５３は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕ
のうち１種あるいは２種以上の合金で形成されているこ
とが好ましい。さらに非磁性導電層５５はＣｕなどで形
成されている。

【０１６０】前記第１の固定磁性層５２の磁化と第２の
固定磁性層５４の磁化は、互いに反平行に磁化されたフ
ェリ状態となっており、例えば第１の固定磁性層５２の
磁化は図示Ｙ方向に、第２の固定磁性層５４の磁化は図
示Ｙ方向と反対方向に固定されている。このフェリ状態
の安定性を保つためには、大きい交換結合磁界が必要で
あり、本発明では、より大きな交換結合磁界を得るため
に、以下に示す種々の適正化を行っている。

【０１６１】図７，８に示すスピンバルブ型薄膜素子で
は、（第１の固定磁性層５２の膜厚ｔ_P1）／（第２の固
定磁性層５４の膜厚ｔ_P2）は、０．３３〜０．９５、あ
るいは１．０５〜４の範囲内であることが好ましく、よ
り好ましくは０．５３〜０．９５、あるいは、１．０８
〜１．８の範囲内とすることである。

【０１６２】また第１の固定磁性層５２及び第２の固定
磁性層５４の膜厚にあっては、共に１０〜７０オングス
トロームで、且つ│第１の固定磁性層５２の膜厚ｔ_P1―
第２の固定磁性層５４の膜厚ｔ_P2│≧２オングストロー
ムであることが好ましく、より好ましくは、１０〜５０
オングストロームで、且つ│第１の固定磁性層５２の膜
厚ｔ_P1―第２の固定磁性層５４の膜厚ｔ_P2│≧２オング
ストロームである。

【０１６３】前述したように、第１の固定磁性層５２の
磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_p1と第２の固定磁性層５４の磁気的
膜厚Ｍｓ・ｔ_p2にある程度差がないと、磁化状態はフェ
リ状態にはなりにくく、また第１の固定磁性層５２の磁
気的膜厚Ｍｓ・ｔ_p1と第２の固定磁性層５４の磁気的膜
厚Ｍｓ・ｔ_p2の差が大きくなりすぎても、交換結合磁界
の低下につながり好ましくない。そこで本発明では、第
１の固定磁性層５２の膜厚ｔ_p1と第２の固定磁性層５４
の膜厚ｔ_p2との膜厚比と同じように、（第１の固定磁性
層５２の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_p1）／（第２の固定磁性層
５４の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_p2）は、０．３３〜０．９
５、あるいは１．０５〜４の範囲内とであることが好ま
しい。また本発明では、第１の固定磁性層５２の磁気的
膜厚Ｍｓ・ｔ_p1及び第２の固定磁性層５４の磁気的膜厚
Ｍｓ・ｔ_p2が１０〜７０（オングストローム・テスラ）
の範囲内で、且つ第１の固定磁性層５２の磁気的膜厚Ｍ
ｓ・ｔ_p1から第２の固定磁性層５４の磁気的膜厚Ｍｓ・
ｔ_p2を引いた絶対値が２（オングストローム・テスラ）
以上であることが好ましい。

【０１６４】また（第１の固定磁性層５２の磁気的膜厚
Ｍｓ・ｔ_p1）／（第２の固定磁性層５４の磁気的膜厚Ｍ
ｓ・ｔ_p2）が、０．５３〜０．９５、あるいは１．０５
〜１．８の範囲内であることがより好ましい。また上記
範囲内であって、第１の固定磁性層５２の磁気的膜厚Ｍ
ｓ・ｔ_p1と第２の固定磁性層５４の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ
_p2は共に１０〜５０（オングストローム・テスラ）の範
囲内であり、しかも第１の固定磁性層５２の磁気的膜厚
Ｍｓ・ｔ_p1から第２の固定磁性層５４の磁気的膜厚Ｍｓ
・ｔ_p2を引いた絶対値は２（オングストローム・テス
ラ）以上であることが好ましい。

【０１６５】また第１の固定磁性層５２と第２の固定磁
性層５４に介在する非磁性中間層５３の膜厚は、３．６
〜９．６オングストロームの範囲内であることが好まし
い。この範囲内であれば５００（Ｏｅ）以上の交換結合
磁界を得ることができる。より好ましくは、４〜９．４
オングストロームの範囲内であり、この範囲内であれば
１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能
である。

【０１６６】さらに反強磁性層５１の膜厚は、９０オン
グストローム以上であることが好ましい。この範囲内で
あれば５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが
可能である。より好ましくは、１００オングストローム
以上であり、この範囲内であれば１０００（Ｏｅ）以上
の交換結合磁界を得ることができる。

【０１６７】図７，８に示す非磁性導電層５５の上に
は、第１のフリー磁性層５６が形成されている。図７，
８に示すように前記第１のフリー磁性層５６は２層で形
成されており、非磁性導電層５５に接する側にＣｏ膜５
７が形成されている。非磁性導電層５５に接する側にＣ
ｏ膜５７を形成するのは、第１にΔＭＲを大きくできる
こと、第２に非磁性導電層５５との拡散を防止するため
である。前記Ｃｏ膜５７の上にはＮｉＦｅ合金膜５８が
形成されている。さらに前記ＮｉＦｅ合金膜５８上に
は、非磁性中間層５９が形成されている。そして前記非
磁性中間層５９の上には、第２のフリー磁性層６０が形
成され、さらに前記第２のフリー磁性層６０上にはＴａ
などで形成された保護層６１が形成されている。前記第
２のフリー磁性層６０は、Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏ
Ｆｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されて
いる。

【０１６８】図８に示す下地層５０から保護層６１まで
のスピンバルブ膜は、その側面が傾斜面に削られ、前記
スピンバルブ膜は台形状で形成されている。前記スピン
バルブ膜の両側には、ハードバイアス層６２，６２及び
導電層６３，６３が形成されている。前記ハードバイア
ス層６２は、Ｃｏ―Ｐｔ合金やＣｏ―Ｃｒ―Ｐｔ合金な
どで形成されており、また前記導電層６３は、ＣｕやＣ
ｒなどで形成されている。

【０１６９】図７，８に示す第１のフリー磁性層５６と
第２のフリー磁性層６０の間には非磁性中間層５９が介
在し、前記第１のフリー磁性層５６と第２のフリー磁性
層６０間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）
によって、前記第１のフリー磁性層５６の磁化と第２の
フリー磁性層６０の磁化は互いに反平行状態（フェリ状
態）になっている。

【０１７０】図８に示すスピンバルブ型薄膜素子では、
例えば第１のフリー磁性層５６の膜厚ｔ_F1は、第２のフ
リー磁性層６０の膜厚ｔ_F2よりも小さく形成されてい
る。そして前記第１のフリー磁性層５６のＭｓ・ｔ
_F1は、第２のフリー磁性層６０のＭｓ・ｔ_F2よりも小さ
く設定されており、ハードバイアス層６２から図示Ｘ方
向にバイアス磁界が与えられると、Ｍｓ・ｔ_F2の大きい
第２のフリー磁性層６０の磁化が前記バイアス磁界の影
響を受けて、図示Ｘ方向に揃えられ、前記第２のフリー
磁性層６０との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によ
って、Ｍｓ・ｔ_F1の小さい第１のフリー磁性層５６の磁
化は図示Ｘ方向と反対方向に揃えられる。

【０１７１】図示Ｙ方向から外部磁界が侵入してくる
と、前記第１のフリー磁性層５６と第２のフリー磁性層
６０の磁化はフェリ状態を保ちながら、前記外部磁界の
影響を受けて回転する。そしてΔＭＲに寄与する第１の
フリー磁性層５６の変動磁化と、第２の固定磁性層５４
の固定磁化（例えば図示Ｙ方向と反対方向に磁化されて
いる）との関係によって電気抵抗が変化し、外部磁界の
信号が検出される。本発明では第１のフリー磁性層５６
の膜厚ｔ_F1と、第２のフリー磁性層６０の膜厚ｔ_F2の膜
厚比を適正化し、より大きな交換結合磁界を得ることが
できると同時に、従来とほぼ同程度のΔＭＲを得ること
を可能にしている。

【０１７２】本発明では、（第１のフリー磁性層５６の
膜厚ｔ_F1／第２のフリー磁性層６０の膜厚ｔ_F2）が、
０．５６〜０．８３、あるいは１．２５〜５の範囲内で
あることが好ましい。この範囲内であると、少なくとも
５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能で
ある。また本発明では、前記（第１のフリー磁性層５６
の膜厚ｔ_F1／第２のフリー磁性層６０の膜厚ｔ_F2）は、
０．６１〜０．８３、あるいは１．２５〜２．１の範囲
内であることがより好ましい。この範囲内であると少な
くとも１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ること
が可能である。

【０１７３】なお（第１のフリー磁性層５６の膜厚ｔ_F1
／第２のフリー磁性層６０の膜厚ｔ _F2）のうち、０．８
３〜１．２５の範囲を除外したのは、前記第１のフリー
磁性層５６の膜厚ｔ_F1と第２のフリー磁性層６０の膜厚
ｔ_F2とがほぼ同じ値で形成され、前記第１のフリー磁性
層５６のＭｓ・ｔ_F1と、第２のフリー磁性層６０のＭｓ
・ｔ_F2がほぼ同じ値に設定されると、ハードバイアス層
６２からのバイアス磁界の影響を受けて、第１のフリー
磁性層５６と第２のフリー磁性層６０のどちらの磁化
も、前記バイアス磁界方向に向こうとしてしまうため、
前記第１のフリー磁性層５６の磁化と第２のフリー磁性
層６０の磁化は反平行状態にならず、安定した磁化状態
を保つことが不可能となる。

【０１７４】また、第１のフリー磁性層５６の磁気的膜
厚Ｍｓ・ｔ_F1と第２のフリー磁性層６０の磁気的膜厚Ｍ
ｓ・ｔ_F2にある程度差がないと、磁化状態はフェリ状態
にはなりにくく、また第１のフリー磁性層５６の磁気的
膜厚Ｍｓ・ｔ_F1と第２のフリー磁性層６０の磁気的膜厚
Ｍｓ・ｔ_F2の差が大きくなりすぎても、交換結合磁界の
低下につながり好ましくない。そこで本発明では、第１
のフリー磁性層５６の膜厚ｔ_F1と第２のフリー磁性層６
０の膜厚ｔ_F2との膜厚比と同じように、（第１のフリー
磁性層５６の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_F1）／（第２のフリー
磁性層６０の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_F2）は、０．５６〜
０．８３、あるいは１．２５〜５の範囲内とであること
が好ましい。また本発明では、（第１のフリー磁性層５
６の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_F1）／（第２のフリー磁性層６
０の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_F2）が０．６１〜０．８３、あ
るいは１．２５〜２．１の範囲内であることがより好ま
しい。

【０１７５】また本発明では、第１のフリー磁性層５６
と第２のフリー磁性層６０との間に介在する非磁性中間
層５９は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち
１種あるいは２種以上の合金で形成されていることが好
ましい。さらに前記非磁性中間層５９の膜厚は、５．５
〜１０．０オングストロームの範囲内であることが好ま
しい。この範囲内であれば、５００（Ｏｅ）以上の交換
結合磁界を得ることが可能である。また前記非磁性中間
層５９の膜厚は、５．９〜９．４オングストロームの範
囲内であることがより好ましい。この範囲内であれば１
０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができ
る。なお上記の数値範囲内で、第１の固定磁性層５２と
第２の固定磁性層５４の膜厚比、非磁性中間層５３及び
反強磁性層５１の膜厚、さらには第１のフリー磁性層５
６と第２のフリー磁性層６０の膜厚比、及び非磁性中間
層５９の膜厚を調整することにより、従来と同程度のΔ
ＭＲ（抵抗変化率）を得ることが可能である。

【０１７６】次に熱処理の方法について説明する。図
７，８に示すスピンバルブ型薄膜素子においては、反強
磁性層５１にＰｔＭｎ合金などの熱処理を施すことによ
り、第１の固定磁性層５２との界面にて交換結合磁界
（交換異方性磁界）が発生する反強磁性材料を使用して
いる。このため前記熱処理中に印加する磁場の方向及び
その大きさを適正に制御して、第１の固定磁性層５２及
び第２の固定磁性層５４の磁化方向を調整する必要性が
ある。

【０１７７】仮に、第１の固定磁性層５２のＭｓ・ｔ_P1
の方が、第２の固定磁性層５４のＭｓ・ｔ_P2よりも大き
い場合には、前記第１の固定磁性層５２の磁化を向けた
い方向に、１００〜１ｋ（Ｏｅ）、あるいは５ｋ（Ｏ
ｅ）の磁場を印加すればよい。例えば前記第１の固定磁
性層５２を図示Ｙ方向に向けたいならば、図示Ｙ方向に
１００〜１ｋ（Ｏｅ）の磁界を与える。Ｍｓ・ｔ_P1の大
きい第１の固定磁性層５２の磁化は、磁場方向、すなわ
ち図示Ｙ方向に向き、反強磁性層５１との界面で発生す
る交換結合磁界（交換異方性磁界）によって前記第１の
固定磁性層５２の磁化は図示Ｙ方向に固定される。一
方、第２の固定磁性層５４の磁化は、第１の固定磁性層
５２との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、
図示Ｙ方向と反対方向に向き固定される。あるいは図示
Ｙ方向に５ｋ（Ｏｅ）以上の磁界を与える。第１の固定
磁性層５２と第２の固定磁性層５４との交換結合磁界
（ＲＫＫＹ相互作用）は、１ｋ（Ｏｅ）〜５ｋ（Ｏｅ）
程度なので、５ｋ（Ｏｅ）以上の磁場が印加されること
により、前記第１の固定磁性層５２の磁化及び第２の固
定磁性層５４の磁化は共に、図示Ｙ方向に向く。このと
き、前記第１の固定磁性層５２の磁化は、反強磁性層５
１との界面で発生する交換結合磁界（交換異方性磁界）
によって図示Ｙ方向に固定される。一方、５ｋ（Ｏｅ）
以上の磁場が取り去られると、第２の固定磁性層５４の
磁化は、前記第１の固定磁性層５２との交換結合磁界
（ＲＫＫＹ相互作用）によって、図示Ｙ方向と反対方向
に向けられて固定される。

【０１７８】また第１の固定磁性層５２のＭｓ・ｔ_P1の
方が、第２の固定磁性層５４のＭｓ・ｔ_P2よりも小さい
場合、前記第１の固定磁性層５２の磁化を向けたい方向
と反対方向に１００〜１ｋ（Ｏｅ）、または前記第１の
固定磁性層５２の磁化を向けたい方向に５ｋ（Ｏｅ）以
上の磁場を印加すればよい。例えば第１の固定磁性層５
２を図示Ｙ方向に向けたいならば、図示Ｙ方向と反対方
向に１００〜１ｋ（Ｏｅ）の磁場を与える。これによっ
て、Ｍｓ・ｔ_P2の大きい第２の固定磁性層５４の磁化
は、前記磁場方向、すなわち図示Ｙ方向と反対方向に向
き、前記第２の固定磁性層５４と交換結合磁界（ＲＫＫ
Ｙ相互作用）によって前記第１の固定磁性層５２の磁化
は図示Ｙ方向に向けられる。前記第１の固定磁性層５２
の磁化は、反強磁性層５１との界面に発生する交換結合
磁界（交換異方性磁界）によって図示Ｙ方向に固定さ
れ、第２の固定磁性層５４の磁化は、図示Ｙ方向と反対
方向に固定される。あるいは、図示Ｙ方向に５ｋ（Ｏ
ｅ）以上の磁界を与えらればよい。５ｋ（Ｏｅ）以上の
磁界を与えることにより、第１の固定磁性層５２及び第
２の固定磁性層５４の磁化は共に図示Ｙ方向に向けら
れ、前記第１の固定磁性層５２の磁化は、反強磁性層５
１との界面での交換結合磁界（交換異方性磁界）によっ
て図示Ｙ方向に固定される。５ｋ（Ｏｅ）以上の磁場が
取り除かれると、図示Ｙ方向に向けられていた第２の固
定磁性層５４の磁化は、前記第１の固定磁性層５２との
交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって図示Ｙ方向
と反対方向に向けられ固定される。

【０１７９】また本発明では、図示Ｘ方向及び図示Ｙ方
向を正の方向、図示Ｘ方向と反対方向及び図示Ｙ方向と
反対方向を負の方向とした場合、第１のフリー磁性層５
６のＭｓ・ｔ_F1と第２のフリー磁性層６０のＭｓ・ｔ_F2
を足し合わせた、いわゆる合成磁気モーメントの絶対値
は、第１の固定磁性層５２のＭｓ・ｔ_P1と第２の固定磁
性層５４のＭｓ・ｔ_P2を足し合わせた合成磁気モーメン
トの絶対値よりも大きい方が好ましい。すなわち、│
（Ｍｓ・ｔ_F1＋Ｍｓ・ｔ_F2）／（Ｍｓ・ｔ_p1＋Ｍｓ・ｔ
_P2）│＞１であることが好ましい。

【０１８０】第１のフリー磁性層５６と第２のフリー磁
性層６０との合成磁気モーメントの絶対値を、第１の固
定磁性層５２と第２の固定磁性層５４との合成磁気モー
メントの絶対値よりも大きくすることにより、前記第１
のフリー磁性層５６と第２のフリー磁性層６０の磁化
が、第１の固定磁性層５２と第２の固定磁性層５４との
合成磁気モーメントの影響を受けにくくなり、前記第１
のフリー磁性層５６及び第２のフリー磁性層６０の磁化
が外部磁界に対して感度良く、回転し、出力を向上させ
ることが可能になる。

【０１８１】図９は、本発明の第５の実施形態のスピン
バルブ型薄膜素子を模式図的に示した横断面図、図１０
は、図９に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との
対向面から見た場合の断面図である。このスピンバルブ
型薄膜素子は、図７，８に示すスピンバルブ型薄膜素子
の積層の順番を逆にしたものである。すなわち下から、
下地層７０、第２のフリー磁性層７１、非磁性中間層７
２、第１のフリー磁性層７３、非磁性導電層７６、第２
の固定磁性層７７、非磁性中間層７８、第１の固定磁性
層７９、反強磁性層８０、及び保護層８１の順で積層さ
れている。

【０１８２】前記下地層７０及び保護層８１は例えばＴ
ａなどで形成されている。前記反強磁性層８０は、Ｐｔ
Ｍｎ合金で形成されていることが好ましい。ＰｔＭｎ合
金は、従来から反強磁性層として使用されているＮｉＭ
ｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しか
もブロッキング温度が高く、交換結合磁界も大きい。ま
た本発明では、前記ＰｔＭｎ合金に代えて、Ｘ―Ｍｎ
（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのいずれか１種
または２種以上の元素である）合金、あるいは、Ｐｔ―
Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，
Ａｕ，Ａｇのいずれか１種または２種以上の元素であ
る）合金を使用してもよい。

【０１８３】第１の固定磁性層７９及び第２の固定磁性
層７７は、Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ある
いはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。また非磁
性中間層７８は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕ
のうち１種あるいは２種以上の合金で形成されているこ
とが好ましい。さらに非磁性導電層７６はＣｕなどで形
成されている。

【０１８４】また図９，１０に示すスピンバルブ型薄膜
素子では、（第１の固定磁性層７９の膜厚ｔ_P1）／（第
２の固定磁性層７７の膜厚ｔ_P2）は、０．３３〜０．９
５、あるいは１．０５〜４の範囲内であることが好まし
く、しかも第１の固定磁性層７９の膜厚ｔ_P1及び第２の
固定磁性層７７の膜厚ｔ_P2は共に１０〜７０オングスト
ロームの範囲内であり、且つ、│第１の固定磁性層７９
の膜厚ｔ_P1―第２の固定磁性層７７の膜厚ｔ_P2│≧２オ
ングストローム以上であることが好ましい。上記範囲内
で適正に調節すれば、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁
界を得ることが可能である。

【０１８５】さらに本発明では、（第１の固定磁性層７
９の膜厚ｔ_P1）／（第２の固定磁性層７７の膜厚ｔ_P2）
は、０．５３〜０．９５、あるいは１．０５〜１．８の
範囲内であることがより好ましく、しかも第１の固定磁
性層７９の膜厚ｔ_P1及び第２の固定磁性層７７の膜厚ｔ
_P2は共に１０〜５０オングストロームの範囲内であり、
且つ、│第１の固定磁性層７９の膜厚ｔ_P1―第２の固定
磁性層７７の膜厚ｔ_P2│≧２オングストローム以上であ
ることがより好ましい。上記範囲内で適正に調節あれ
ば、１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが
可能である。

【０１８６】前述したように、第１の固定磁性層７９の
磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P1と第２の固定磁性層７７の磁気的
膜厚Ｍｓ・ｔ_P2にある程度差がないと、磁化状態はフェ
リ状態にはなりにくく、また第１の固定磁性層７９の磁
気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P1と第２の固定磁性層７７の磁気的膜
厚Ｍｓ・ｔ_P2の差が大きくなりすぎても、交換結合磁界
の低下につながり好ましくない。そこで本発明では、第
１の固定磁性層７９の膜厚ｔ_p1と第２の固定磁性層７７
の膜厚ｔ_p1との膜厚比と同じように、（第１の固定磁性
層７９の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P1）／（第２の固定磁性層
７７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P2）は、０．３３〜０．９
５、あるいは１．０５〜４の範囲内であることが好まし
い。また本発明では、第１の固定磁性層７９の磁気的膜
厚Ｍｓ・ｔ _P1及び第２の固定磁性層７７の磁気的膜厚Ｍ
ｓ・ｔ_P2が１０〜７０（オングストローム・テスラ）の
範囲内で、且つ第１の固定磁性層７９の磁気的膜厚Ｍｓ
・ｔ _P1から第２の固定磁性層７７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ
_P2を引いた絶対値が２（オングストローム・テスラ）以
上であることが好ましい。

【０１８７】また（第１の固定磁性層７９の磁気的膜厚
Ｍｓ・ｔ_P1）／（第２の固定磁性層７７の磁気的膜厚Ｍ
ｓ・ｔ_P2）が、０．５３〜０．９５、あるいは１．０５
〜１．８の範囲内であることがより好ましい。また上記
範囲内であって、第１の固定磁性層７９の磁気的膜厚Ｍ
ｓ・ｔ_P1と第２の固定磁性層７７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ
_P2は共に１０〜５０（オングストローム・テスラ）の範
囲内であり、しかも第１の固定磁性層７９の磁気的膜厚
Ｍｓ・ｔ_P1から第２の固定磁性層７７の磁気的膜厚Ｍｓ
・ｔ_P2を引いた絶対値は２（オングストローム・テス
ラ）以上であることが好ましい。

【０１８８】また第１の固定磁性層７９と第２の固定磁
性層７７との間に介在する非磁性中間層７８の膜厚は、
２．５〜６．４、あるいは、６．６〜１０．７オングス
トロームの範囲内であることが好ましい。この範囲内で
あれば５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが
できる。より好ましくは、２．８〜６．２オングストロ
ーム、あるいは６．８〜１０．３オングストロームの範
囲内であり、この範囲内であれば１０００（Ｏｅ）以上
の交換結合磁界を得ることが可能である。

【０１８９】さらに反強磁性層８０の膜厚は、９０オン
グストローム以上であることが好ましい。この範囲内で
あれば５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが
可能である。より好ましくは、１００オングストローム
以上であり、この範囲内であれば１０００（Ｏｅ）以上
の交換結合磁界を得ることができる。

【０１９０】図１０に示すスピンバルブ型薄膜素子で
は、フリー磁性層が２層に分断されて形成されており、
非磁性導電層７６に接する側に第１のフリー磁性層７３
が形成され、もう一方のフリー磁性層が、第２のフリー
磁性層７１となっている。図１０に示すように第１のフ
リー磁性層７３は２層で形成されており、非磁性導電層
７６に接する側に形成された層７５はＣｏ膜で形成され
ている。また、非磁性中間層７２に接する側に形成され
た層７４と、第２のフリー磁性層７１は、例えば、Ｎｉ
Ｆｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金な
どで形成されている。

【０１９１】図１０に示す下地層７０から保護層８１ま
でのスピンバルブ膜は、その側面が傾斜面に削られ、前
記スピンバルブ膜は台形状で形成されている。前記スピ
ンバルブ膜の両側には、ハードバイアス層８２，８２及
び導電層８３，８３が形成されている。前記ハードバイ
アス層８２は、Ｃｏ―Ｐｔ合金やＣｏ―Ｃｒ―Ｐｔ合金
などで形成されており、また前記導電層８３は、Ｃｕや
Ｃｒなどで形成されている。

【０１９２】図１０に示す第１のフリー磁性層７３と第
２のフリー磁性層７１の間には非磁性中間層７２が介在
し、前記第１のフリー磁性層７３と第２のフリー磁性層
７１間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）に
よって、前記第１のフリー磁性層７３の磁化と第２のフ
リー磁性層７１の磁化は反平行状態（フェリ状態）とな
っている。図１０に示すスピンバルブ型薄膜素子では、
例えば第１のフリー磁性層７３の膜厚Ｔ_F1は、第２のフ
リー磁性層７１の膜厚Ｔ_F2より大きく形成されている。
そして前記第１のフリー磁性層７３のＭｓ・ｔ_F1は、第
２のフリー磁性層７１のＭｓ・ｔ_F2よりも大きくなるよ
うに設定されており、ハードバイアス層８２から図示Ｘ
方向にバイアス磁界が与えられると、Ｍｓ・ｔ_F1の大き
い第１のフリー磁性層７３の磁化が前記バイアス磁界の
影響を受けて、図示Ｘ方向に揃えられ、前記第１のフリ
ー磁性層７３との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）に
よってＭｓ・ｔ_F2の小さい第２のフリー磁性層７１の磁
化は図示Ｘ方向と反対方向に揃えられる。なお本発明で
は、第１のフリー磁性層７３の膜厚ｔ_F1が、第２のフリ
ー磁性層７１の膜厚ｔ_F2よりも小さく形成され、前記第
１のフリー磁性層７３のＭｓ・ｔ_F1が第２のフリー磁性
層７１のＭｓ・ｔ_F2よりも小さく設定されていてもよ
い。

【０１９３】図示Ｙ方向から外部磁界が侵入してくる
と、前記第１のフリー磁性層７３と第２のフリー磁性層
７１の磁化はフェリ状態を保ちながら、前記外部磁界の
影響を受けて回転する。そしてΔＭＲに寄与する第１の
フリー磁性層７３の磁化方向と、第２の固定磁性層７１
の固定磁化との関係によって電気抵抗が変化し、外部磁
界の信号が検出される。本発明では第１のフリー磁性層
７３の膜厚Ｔ_F1と、第２のフリー磁性層７１の膜厚Ｔ_F2
の膜厚比を適正化し、より大きな交換結合磁界を得るこ
とができると同時に、従来とほぼ同程度のΔＭＲを得る
ことを可能にしている。

【０１９４】本発明では、（第１のフリー磁性層７３の
膜厚ｔ_F1／第２のフリー磁性層７１の膜厚ｔ_F2）が、
０．５６〜０．８３、あるいは１．２５〜５の範囲内で
あることが好ましい。この範囲内であると、少なくとも
５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能で
ある。また本発明では、前記（第１のフリー磁性層７３
の膜厚ｔ_F1／第２のフリー磁性層７１の膜厚ｔ_F2）は、
０．６１〜０．８３、あるいは１．２５〜２．１の範囲
内であることがより好ましい。この範囲内であると少な
くとも１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ること
が可能である。

【０１９５】また、第１のフリー磁性層７３の磁気的膜
厚Ｍｓ・ｔ_F1と第２のフリー磁性層７１の磁気的膜厚Ｍ
ｓ・ｔ_F2にある程度差がないと、磁化状態はフェリ状態
にはなりにくく、また第１のフリー磁性層７３の磁気的
膜厚Ｍｓ・ｔ_F1と第２のフリー磁性層７１の磁気的膜厚
Ｍｓ・ｔ_F2の差が大きくなりすぎても、交換結合磁界の
低下につながり好ましくない。そこで本発明では、第１
のフリー磁性層７３の膜厚ｔ_F1と第２のフリー磁性層７
１の膜厚ｔ_F2との膜厚比と同じように、（第１のフリー
磁性層７３の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_F1）／（第２のフリー
磁性層７１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_F2）は、０．５６〜
０．８３、あるいは１．２５〜５の範囲内であることが
好ましい。また本発明では、（第１のフリー磁性層７３
の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_F1）／（第２のフリー磁性層７１
の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_F2）が０．６１〜０．８３、ある
いは１．２５〜２．１の範囲内であることがより好まし
い。

【０１９６】また本発明では、第１のフリー磁性層７３
と第２のフリー磁性層７１との間に介在する非磁性中間
層７２は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち
１種あるいは２種以上の合金で形成されていることが好
ましい。さらに前記非磁性中間層７２の膜厚は、５．５
〜１０．０オングストロームの範囲内であることが好ま
しい。この範囲内であれば、５００（Ｏｅ）以上の交換
結合磁界を得ることが可能である。また前記非磁性中間
層７２の膜厚は、５．９〜９．４オングストロームの範
囲内であることがより好ましい。この範囲内であれば１
０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができ
る。なお第１の固定磁性層７９と第２の固定磁性層７７
の膜厚比、非磁性中間層７８及び反強磁性層８０の膜
厚、さらには、第１のフリー磁性層７３と第２のフリー
磁性層７１との膜厚比、及び非磁性中間層７２の膜厚
を、上述した範囲内で適正に調節すれば、従来と同程度
のΔＭＲ（抵抗変化率）を得ることが可能である。

【０１９７】次に熱処理の方法について説明する。仮
に、第１の固定磁性層７９のＭｓ・ｔ _P1の方が、第２の
固定磁性層７７のＭｓ・ｔ_P2よりも大きい場合には、前
記第１の固定磁性層７９の磁化を向けたい方向に、１０
０〜１ｋ（Ｏｅ）、あるいは５ｋ（Ｏｅ）の磁界を与え
れば良い。あるいは、第１の固定磁性層７９のＭｓ・ｔ
_P1の方が、第２の固定磁性層７７のＭｓ・ｔ_P2よりも小
さい場合、前記第１の固定磁性層７９の磁化を向けたい
方向と反対方向に１００〜１ｋ（Ｏｅ）、または前記第
１の固定磁性層７９の磁化を向けたい方向に５ｋ（Ｏ
ｅ）以上の磁界を与えらればよい。本発明においては、
前記第１の固定磁性層７９の磁化は、図示Ｙ方向に固定
され、前記第２の固定磁性層７７の磁化は図示Ｙ方向と
反対方向に固定されている。あるいは前記第１の固定磁
性層７９の磁化は、図示Ｙ方向と反対方向に固定され、
前記第２の固定磁性層７７の磁化は、図示Ｙ方向に固定
されている。

【０１９８】また本発明では、図示Ｘ方向及び図示Ｙ方
向を正の方向、図示Ｘ方向と反対方向及び図示Ｙ方向と
反対方向を負の方向とした場合、第１のフリー磁性層７
３のＭｓ・ｔ_F1と第２のフリー磁性層７１のＭｓ・ｔ_F2
を足し合わせた、いわゆる合成磁気モーメントの絶対値
は、第１の固定磁性層７９のＭｓ・ｔ_P1と第２の固定磁
性層７７のＭｓ・ｔ_P2を足し合わせた合成磁気モーメン
トの絶対値よりも大きい方が好ましい。すなわち、│
（Ｍｓ・ｔ_F1＋Ｍｓ・ｔ_F2）／（Ｍｓ・ｔ_p1＋Ｍｓ・ｔ
_P2）│＞１であることが好ましい。

【０１９９】第１のフリー磁性層７３と第２のフリー磁
性層７１との合成磁気モーメントの絶対値を、第１の固
定磁性層７９と第２の固定磁性層７７との合成磁気モー
メントの絶対値よりも大きくすることにより、前記第１
のフリー磁性層７９と、第２のフリー磁性層７７の磁化
が、第１の固定磁性層７９と第２の固定磁性層７７との
合成磁気モーメントの影響を受けにくくなり、前記第１
のフリー磁性層７３及び第２のフリー磁性層７１の磁化
が外部磁界に対して感度良く、回転し、出力を向上させ
ることが可能になる。

【０２００】図１１は本発明の第６の実施形態のスピン
バルブ型薄膜素子の構造を表す横断面図であり、図１２
は図１１に示すスピンバルブ型薄膜素子を、記録媒体と
の対向面側から見た断面図である。このスピンバルブ型
薄膜素子は、フリー磁性層を中心にしてその上下に非磁
性導電層、固定磁性層、及び反強磁性層が積層されたデ
ュアルスピンバルブ型薄膜素子であり、前記フリー磁性
層、及び固定磁性層が、非磁性中間層を介して２層に分
断されて形成されている。

【０２０１】図１１、１２に示す最も下側に形成されて
いる層は、下地層９１であり、この下地層９１の上に反
強磁性層９２、第１の固定磁性層（下）９３、非磁性中
間層９４（下）、第２の固定磁性層（下）９５、非磁性
導電層９６、第２のフリー磁性層９７、非磁性中間層１
００、第１のフリー磁性層１０１、非磁性導電層１０
４、第２の固定磁性層（上）１０５、非磁性中間層
（上）１０６、第１の固定磁性層（上）１０７、反強磁
性層１０８、及び保護層１０９が形成されている。

【０２０２】まず材質について説明する。反強磁性層９
２，１０８は、ＰｔＭｎ合金で形成されていることが好
ましい。ＰｔＭｎ合金は、従来から反強磁性層として使
用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比べて
耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高く、交換結
合磁界（交換異方性磁界）も大きい。また本発明では、
前記ＰｔＭｎ合金に代えて、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐ
ｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのいずれか１種または２種以上の
元素である）合金、あるいは、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただ
しＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇのいず
れか１種または２種以上の元素である）合金を使用して
もよい。

【０２０３】第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０
７、及び第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５
は、Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣ
ｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。また第１の固定
磁性層（下）９３，（上）１０７と第２の固定磁性層
（下）９５，（上）１０５間に形成されている非磁性中
間層（下）９４，（上）１０６及び第１のフリー磁性層
１０１と第２のフリー磁性層９７間に形成されている非
磁性中間層１００は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、
Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されてい
ることが好ましい。さらに非磁性導電層９６，１０４は
Ｃｕなどで形成されている。

【０２０４】図１１に示すように、第１のフリー磁性層
１０１及び第２のフリー磁性層９７は２層で形成されて
いる。非磁性導電層９６，１０４に接する側に形成され
た第１のフリー磁性層１０１の層１０３及び第２のフリ
ー磁性層９７の層９８はＣｏ膜で形成されている。ま
た、非磁性中間層１００を介して形成されている第１の
フリー磁性層１０１の層１０２及び第２のフリー磁性層
９７の層９９は、例えば、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合
金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。
非磁性導電層９６，１０４側に接する層９８，１０３を
Ｃｏ膜で形成することにより、ΔＭＲを大きくでき、し
かも非磁性導電層９６，１０４との拡散を防止すること
ができる。

【０２０５】次に各層の膜厚の適正範囲について説明す
る。まずフリー磁性層の下側に形成されている第１の固
定磁性層（下）９３の膜厚ｔ_P1と、第２の固定磁性層
（下）９５の膜厚ｔ_P2との膜厚比、及びフリー磁性層の
上側に形成されている第１の固定磁性層（上）１０７の
膜厚ｔ_P1と第２の固定磁性層（上）１０５の膜厚ｔ_P2と
の膜厚比は、（第１の固定磁性層（下）９３，（上）１
０７の膜厚ｔ_P1）／（第２の固定磁性層（下）９５，
（上）１０５の膜厚ｔ_P2）は、０．３３〜０．９５、あ
るいは１．０５〜４の範囲内であることが好ましく、し
かも、第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７及び
第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の膜厚は、
共に１０〜７０オングストロームの範囲内で形成され、
且つ、│第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７の
膜厚ｔ_P1―第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５
の膜厚ｔ_P2│≧２オングストロームで形成されているこ
とが好ましい。上記範囲内であれば５００（Ｏｅ）以上
の交換結合磁界を得ることが可能である。

【０２０６】また本発明では、（第１の固定磁性層
（下）９３，（上）１０７の膜厚ｔ_P1）／（第２の固定
磁性層（下）９５，（上）１０５の膜厚ｔ_P2）は、０．
５３〜０．９５、あるいは１．０５〜１．８の範囲内で
あることが好ましく、しかも、第１の固定磁性層（下）
９３，（上）１０７及び第２の固定磁性層（下）９５，
（上）１０５の膜厚は、共に１０〜５０オングストロー
ムの範囲内で形成され、且つ、│第１の固定磁性層
（下）９３，（上）１０７の膜厚ｔ_P1―第２の固定磁性
層（下）９５，（上）１０５の膜厚ｔ_P2│≧２オングス
トロームで形成されていることが好ましい。上記範囲内
であれば１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得るこ
とが可能である。

【０２０７】ところで、本発明では前述したように、反
強磁性層９２，１０８としてＰｔＭｎ合金など、第１の
固定磁性層（下）９３，（上）１０７との界面で交換結
合磁界（交換異方性磁界）を発生させるために熱処理を
必要とする反強磁性材料を使用している。しかし、フリ
ー磁性層よりも下側に形成されている反強磁性層９２と
第１の固定磁性層（下）９３との界面では、金属元素の
拡散が発生しやすく熱拡散層が形成されやすくなってい
るために、前記第１の固定磁性層（下）９３として機能
する磁気的な膜厚は実際の膜厚ｔ_P1よりも薄くなってい
る。従ってフリー磁性層よりも上側の積層膜で発生する
交換結合磁界と、下側の積層膜から発生する交換結合磁
界をほぼ等しくするには、フリー磁性層よりも下側に形
成されている（第１の固定磁性層（下）９３の膜厚ｔ_P1
／第２の固定磁性層（下）９５の膜厚ｔ_P2）が、フリー
磁性層よりも上側に形成されている（第１の固定磁性層
（上）１０７の膜厚ｔ_P1／第２の固定磁性層（上）１０
５の膜厚ｔ_P2よりも大きい方が好ましい。フリー磁性層
よりも上側の積層膜から発生する交換結合磁界と、下側
の積層膜から発生する交換結合磁界とを等しくすること
により、前記交換結合磁界の製造プロセス劣化が少な
く、磁気ヘッドの信頼性を向上させることができる。

【０２０８】前述したように、第１の固定磁性層（下）
９３，（上）１０７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P1と第２の固
定磁性層（下）９５，（上）１０５の磁気的膜厚Ｍｓ・
ｔ_P2にある程度差がないと、磁化状態はフェリ状態には
なりにくく、また第１の固定磁性層（下）９３，（上）
１０７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P1と第２の固定磁性層
（下）９５，（上）１０５の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P2の差
が大きくなりすぎても、交換結合磁界の低下につながり
好ましくない。そこで本発明では、第１の固定磁性層
（下）９３，（上）１０７の膜厚ｔ_P1と第２の固定磁性
層（下）９５，（上）１０５の膜厚ｔ_P2の膜厚比と同じ
ように、（第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７
の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P1）／（第２の固定磁性層（下）
９５，（上）１０５の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P2）は、０．
３３〜０．９５、あるいは１．０５〜４の範囲内とであ
ることが好ましい。また本発明では、第１の固定磁性層
（下）９３，（上）１０７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P1及び
第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の磁気的膜
厚Ｍｓ・ｔ_P2が１０〜７０（オングストローム・テス
ラ）の範囲内で、且つ第１の固定磁性層（下）９３，
（上）１０７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P1から第２の固定磁
性層（下）９５，（上）１０５の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P2
を引いた絶対値が２（オングストローム・テスラ）以上
であることが好ましい。

【０２０９】また（第１の固定磁性層（下）９３，
（上）１０７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P1）／（第２の固定
磁性層（下）９５，（上）１０５の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ
_P2）が、０．５３〜０．９５、あるいは１．０５〜１．
８の範囲内であることがより好ましい。また上記範囲内
であって、第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７
の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P1と第２の固定磁性層（下）９
５，（上）１０５の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P2は共に１０〜
５０（オングストローム・テスラ）の範囲内であり、し
かも第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７の磁気
的膜厚Ｍｓ・ｔ_P1から第２の固定磁性層（下）９５，
（上）１０５の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_P2を引いた絶対値は
２（オングストローム・テスラ）以上であることが好ま
しい。

【０２１０】また本発明では、フリー磁性層よりも下側
に形成されている第１の固定磁性層（下）９３と第２の
固定磁性層（下）９５の間に介在する非磁性中間層
（下）９４の膜厚は、３．６〜９．６オングストローム
の範囲内であることが好ましい。この範囲内であれば５
００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができる。
より好ましくは、４〜９．４オングストロームの範囲内
であり、この範囲内であれば１０００（Ｏｅ）以上の交
換結合磁界を得ることが可能である。

【０２１１】またフリー磁性層よりも上側に形成されて
いる第１の固定磁性層（上）１０７と第２の固定磁性層
（上）１０５との間に介在する非磁性中間層（上）１０
６の膜厚は、２．５〜６．４オングストローム、あるい
は６．６〜１０．７オングストロームの範囲内であるこ
とが好ましい。この範囲内であると少なくとも５００
（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
また、２．８〜６．２オングストローム、あるいは６．
８〜１０．３オングストロームの範囲内であることがよ
り好ましく、この範囲内であれば１０００（Ｏｅ）以上
の交換結合磁界を得ることができる。

【０２１２】さらに本発明では、反強磁性層９２，１０
８の膜厚は、１００オングストローム以上であることが
好ましく、前記反強磁性層９２，１０８を１００オング
ストローム以上で形成することにより、少なくとも５０
０（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができる。ま
た本発明では、前記反強磁性層９２，１０８の膜厚を１
１０オングストローム以上で形成すれば、少なくとも１
０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることができ
る。

【０２１３】また本発明では、第１のフリー磁性層１０
１の膜厚をｔ_F1とし、第２のフリー磁性層９７の膜厚を
ｔ_F2とした場合、（第１のフリー磁性層１０１の膜厚ｔ
_F1／第２のフリー磁性層９７の膜厚ｔ_F2）は、０．５６
〜０．８３、あるいは１．２５〜５の範囲内であること
が好ましい。この範囲内であると５００（Ｏｅ）以上の
交換結合磁界を得ることが可能である。また、前記（第
１のフリー磁性層の膜厚／第２のフリー磁性層の膜厚）
は、０．６１〜０．８３、あるいは１．２５〜２．１の
範囲内であることがより好ましく、この範囲内である
と、１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが
できる。

【０２１４】また、第１のフリー磁性層１０１の磁気的
膜厚Ｍｓ・ｔ_F1と第２のフリー磁性層９７の磁気的膜厚
Ｍｓ・ｔ_F2にある程度差がないと、磁化状態はフェリ状
態にはなりにくく、また第１のフリー磁性層１０１の磁
気的膜厚Ｍｓ・ｔ_F1と第２のフリー磁性層９７の磁気的
膜厚Ｍｓ・ｔ_F2の差が大きくなりすぎても、交換結合磁
界の低下につながり好ましくない。そこで本発明では、
第１のフリー磁性層１０１の膜厚ｔ_F1と第２のフリー磁
性層９７の膜厚ｔ_F2との膜厚比と同じように、（第１の
フリー磁性層１０１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_F1）／（第２
のフリー磁性層９７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_F2）は、０．
５６〜０．８３、あるいは１．２５〜５の範囲内である
ことが好ましい。また本発明では、（第１のフリー磁性
層１０１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_F1）／（第２のフリー磁
性層９７の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔ_F2）が０．６１〜０．８
３、あるいは１．２５〜２．１の範囲内であることがよ
り好ましい。

【０２１５】また、第１のフリー磁性層１０１と第２の
フリー磁性層９７との間に介在する非磁性中間層１００
は、その膜厚が、５．５〜１０．０オングストロームの
範囲内で形成されていることが好ましく、この範囲内で
あると、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ること
が可能である。また、前記非磁性中間層１００の膜厚
は、５．９〜９．４オングストロームの範囲内であるこ
とがより好ましく、この範囲内であると１０００（Ｏ
ｅ）以上の交換結合磁界を得ることができる。

【０２１６】なお本発明では、第１の固定磁性層（下）
９３，（上）１０７と第２の固定磁性層（下）９５，
（上）１０５との膜厚比、第１の固定磁性層（下）９
３，（上）１０７と第２の固定磁性層（下）９５，
（上）１０５、非磁性中間層（下）９４，（上）１０
６、及び反強磁性層９２，１０８の膜厚、さらには、第
１のフリー磁性層１０１と第２のフリー磁性層９７の膜
厚比、及び非磁性中間層１００の膜厚を上記範囲内で適
正に調節すれば、従来と同程度のΔＭＲを得ることが可
能である。

【０２１７】ところで、図１１，１２に示すデュアルス
ピンバルブ型薄膜素子においては、フリー磁性層の上下
に形成されている第２の固定磁性層（下）９５，（上）
１０５の磁化を互いに反対方向に向けておく必要があ
る。これはフリー磁性層が第１のフリー磁性層１０１と
第２のフリー磁性層９７の２層に分断されて形成されて
おり、前記第１のフリー磁性層１０１の磁化と第２のフ
リー磁性層９７の磁化とが反平行になっているからであ
る。

【０２１８】例えば図１１，１２に示すように、第１の
フリー磁性層１０１の磁化が図示Ｘ方向と反対方向に磁
化されているとすると、前記第１のフリー磁性層１０１
との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、第２
のフリー磁性層９７の磁化は、図示Ｘ方向に磁化された
状態となっている。前記第１のフリー磁性層１０１及び
第２のフリー磁性層９７の磁化は、フェリ状態を保ちな
がら、外部磁界の影響を受けて反転するようになってい
る。

【０２１９】図１１，図１２に示すデュアルスピンバル
ブ型薄膜素子にあっては、第１のフリー磁性層１０１の
磁化及び第２のフリー磁性層９７の磁化は共にΔＭＲに
関与する層となっており、前記第１のフリー磁性層１０
１及び第２のフリー磁性層９７の変動磁化と、第２の固
定磁性層（下）９５，（上）１０５の固定磁化との関係
で電気抵抗が変化する。シングルスピンバルブ型薄膜素
子に比べ大きいΔＭＲを期待できるデュアルスピンバル
ブ型薄膜素子としての機能を発揮させるには、第１のフ
リー磁性層１０１と第２の固定磁性層（上）１０５との
抵抗変化及び、第２のフリー磁性層９７と第２の固定磁
性層（下）９５との抵抗変化が、共に同じ変動を見せる
ように、前記第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０
５の磁化方向を制御する必要性がある。すなわち、第１
のフリー磁性層１０１と第２の固定磁性層（上）１０５
との抵抗変化が最大になるとき、第２のフリー磁性層９
７と第２の固定磁性層（下）９５との抵抗変化も最大に
なるようにし、第１のフリー磁性層１０１と第２の固定
磁性層（上）１０５との抵抗変化が最小になるとき、第
２のフリー磁性層９７と第２の固定磁性層（下）９５と
の抵抗変化も最小になるようにすればよいのである。

【０２２０】よって図１１，１２に示すデュアルスピン
バルブ型薄膜素子では、第１のフリー磁性層１０１と第
２のフリー磁性層９７の磁化が反平行に磁化されている
ため、第２の固定磁性層（上）１０５の磁化と第２の固
定磁性層（下）９５の磁化を互いに反対方向に磁化する
必要性があるのである。

【０２２１】本発明では、上記のような理由から、第２
の固定磁性層（下）９５の磁化と、第２の固定磁性層
（上）１０５の磁化とを反対方向に向けて固定している
が、このような磁化方向の制御を行うためには、各固定
磁性層のＭｓ・ｔと、熱処理中に与える磁場の方向及び
大きさを適正に調節する必要がある。まず各固定磁性層
のＭｓ・ｔについては、フリー磁性層よりも上側に形成
されている第１の固定磁性層（上）１０７のＭｓ・ｔ_P1
を、第２の固定磁性層（上）１０５のＭｓ・ｔ_P2よりも
大きくし、且つ、フリー磁性層よりも下側に形成されて
いる第１の固定磁性層（下）９３のＭｓ・ｔ_P1を、第２
の固定磁性層（下）９５のＭｓ・ｔ_P2よりも小さくする
か、あるいは、フリー磁性層よりも上側に形成されてい
る第１の固定磁性層（上）１０７のＭｓ・ｔ_P1を、第２
の固定磁性層１０５（上）のＭｓ・ｔ_P2よりも小さく
し、且つ、フリー磁性層よりも下側に形成されている第
１の固定磁性層（下）９３のＭｓ・ｔ_P1を、第２の固定
磁性層（下）９５のＭｓ・ｔ_P2よりも大きくする必要が
ある。

【０２２２】本発明では、反強磁性層９２，１０８とし
てＰｔＭｎ合金など磁場中アニール（熱処理）を施すこ
とにより、第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７
との界面で交換結合磁界を発生する反強磁性材料を使用
しているので、熱処理中に印加する磁場の方向とその大
きさを適正に調節しなければならない。本発明では、フ
リー磁性層よりも上側に形成されている第１の固定磁性
層（上）１０７のＭｓ・ｔ_P1を、第２の固定磁性層
（上）１０５のＭｓ・ｔ_P2よりも大きくし、且つ、フリ
ー磁性層よりも下側に形成されている第１の固定磁性層
（下）９３のＭｓ・ｔ_P1を、第２の固定磁性層（下）９
５のＭｓ・ｔ_P2よりも小さくした場合にあっては、フリ
ー磁性層よりも上側に形成されている第１の固定磁性層
（上）１０７の磁化を向けたい方向に、１００〜１ｋ
（Ｏｅ）の磁界を与える。

【０２２３】例えば、図１１に示すように、前記第１の
固定磁性層（上）１０７の磁化を図示Ｙ方向に向けたい
場合には、図示Ｙ方向に１００〜１ｋ（Ｏｅ）の磁界を
与える。ここでＭｓ・ｔ_P1の大きい前記第１の固定磁性
層（上）１０７と、フリー磁性層よりも下側に形成され
た第２の固定磁性層（下）９５が共に前記印加磁場の方
向、すなわち図示Ｙ方向に向く。一方、フリー磁性層よ
りも上側に形成されたＭｓ・ｔ_P2の小さい第２の固定磁
性層（上）１０５の磁化は、第１の固定磁性層（上）１
０７との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、
前記第１の固定磁性層（上）１０７の磁化方向と反平行
に磁化される。同様にフリー磁性層よりも下側に形成さ
れたＭｓ・ｔ_P1の小さい第１の固定磁性層（下）９３の
磁化は、第２の固定磁性層（下）９５の磁化とフェリ状
態になろうとして、図示Ｙ方向と反対方向に磁化され
る。熱処理によって反強磁性層１０８との界面で発生す
る交換結合磁界（交換異方性磁界）により、フリー磁性
層よりも上側に形成された第１の固定磁性層（上）１０
７の磁化は図示Ｙ方向に固定され、第２の固定磁性層
（上）１０５の磁化は図示Ｙ方向と反対方向に固定され
る。同様に、交換結合磁界（交換異方性磁界）によっ
て、フリー磁性層よりも下側に形成されている第１の固
定磁性層（下）９３の磁化は、図示Ｙ方向と反対方向に
固定され、第２の固定磁性層（下）９５の磁化は図示Ｙ
方向に固定される。

【０２２４】またフリー磁性層よりも上側に形成されて
いる第１の固定磁性層（上）１０７のＭｓ・ｔ_P1を、第
２の固定磁性層（上）１０５のＭｓ・ｔ_P2よりも小さく
し、且つ、フリー磁性層よりも下側に形成されている第
１の固定磁性層（下）９３のＭｓ・ｔ_P1を、第２の固定
磁性層（下）９５のＭｓ・ｔ_P2よりも大きくした場合に
は、フリー磁性層よりも下側に形成された第１の固定磁
性層（下）９３の磁化を向けたい方向に、磁界を１００
〜１ｋ（Ｏｅ）与える。以上のようにして、フリー磁性
層の上下に形成された第２の固定磁性層（下）９５，
（上）１０５を反対方向に磁化することで、従来のデュ
アルスピンバルブ型薄膜素子と同程度のΔＭＲを得るこ
とができる。

【０２２５】また本発明では、フェリ状態の第１のフリ
ー磁性層１０１の磁化と第２のフリー磁性層９７の磁化
とを、外部磁界に対してより感度良く反転できるように
するために、第１のフリー磁性層１０１の磁気モーメン
トと第２のフリー磁性層９７の磁気モーメントとを足し
合わせた合成磁気モーメントが、前記フリー磁性層より
も下側に形成されている第１の固定磁性層（下）９３の
磁気モーメントと第２の固定磁性層（下）９５の磁気モ
ーメントとを足し合わせた合成磁気モーメント、及びフ
リー磁性層よりも上側に形成されている第１の固定磁性
層（上）１０７の磁気モーメントと第２の固定磁性層
（上）１０５の磁気モーメントとを足し合わせた合成磁
気モーメントよりも大きくなるようにすればよい。すな
わち、例えば、図示Ｘ方向及び図示Ｙ方向の磁気モーメ
ントを正の値、図示Ｘ方向と反対方向及び図示Ｙ方向と
反対方向の磁気モーメントを負の値とした場合、合成磁
気モーメント│Ｍｓ・ｔ_F1＋Ｍｓ・ｔ_F2│が、第１の固
定磁性層（上）１０７と第２の固定磁性層（上）１０５
との磁気モーメントで形成される合成磁気モーメント│
Ｍｓ・ｔ_P1＋Ｍｓ・ｔ_P2│及び、第１の固定磁性層
（下）９３及び第２の固定磁性層（下）９５との合成磁
気モーメント│Ｍｓ・ｔ_P1＋Ｍｓ・ｔ_P2│よりも大きく
なっていることが好ましい。

【０２２６】以上、図７から図１２に示すスピンバルブ
型薄膜素子では、固定磁性層のみならず、フリー磁性層
も、非磁性中間層を介して第１のフリー磁性層と第２の
フリー磁性層の２層に分断し、この２層のフリー磁性層
の間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によ
って前記２層のフリー磁性層の磁化を反平行状態（フェ
リ状態）にすることにより、前記第１のフリー磁性層と
第２のフリー磁性層の磁化を、外部磁界に対して感度良
く反転できるようにしている。

【０２２７】また本発明では、第１のフリー磁性層と第
２のフリー磁性層との膜厚比や、前記第１のフリー磁性
層と第２のフリー磁性層との間に介在する非磁性中間層
の膜厚、あるいは第１の固定磁性層と第２の固定磁性層
との膜厚比や、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性
層との間に介在する非磁性中間層の膜厚、及び反強磁性
層の膜厚などを適正な範囲内で形成することによって、
交換結合磁界を大きくすることができ、第１の固定磁性
層と第２の固定磁性層との磁化状態を固定磁化として、
第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との磁化状態
を変動磁化として、熱的にも安定したフェリ状態に保つ
ことが可能であり、しかも従来と同程度のΔＭＲを得る
ことが可能となっている。本発明では、さらにセンス電
流の方向を調節することで、第１の固定磁性層の磁化と
第２の固定磁性層の磁化との反平行状態（フェリ状態）
を、より熱的にも安定した状態に保つことが可能となっ
ている。

【０２２８】スピンバルブ型薄膜素子では、反強磁性
層、固定磁性層、非磁性導電層、及びフリー磁性層から
成る積層膜の両側に導電層が形成されており、この導電
層からセンス電流が流される。前記センス電流は、比抵
抗の小さい前記非磁性導電層と、前記非磁性導電層と固
定磁性層との界面、及び非磁性導電層とフリー磁性層と
の界面に主に流れる。本発明では、前記固定磁性層は第
１の固定磁性層と第２の固定磁性層とに分断されてお
り、前記センス電流は主に第２の固定磁性層と非磁性導
電層との界面に流れている。前記センス電流を流すと、
右ネジの法則によって、センス電流磁界が形成される。
本発明では前記センス電流磁界を第１の固定磁性層の磁
気モーメントと第２の固定磁性層の磁気モーメントを足
し合わせて求めることができる合成磁気モーメントの方
向と同じ方向になるように、前記センス電流の流す方向
を調節している。

【０２２９】図１に示すスピンバルブ型薄膜素子では、
非磁性導電層１５の下側に第２の固定磁性層１４が形成
されている。この場合にあっては、第１の固定磁性層１
２及び第２の固定磁性層１４のうち、磁気モーメントの
大きい方の固定磁性層の磁化方向に、センス電流磁界の
方向を合わせる。図１に示すように、前記第２の固定磁
性層１４の磁気モーメントは第１の固定磁性層１２の磁
気モーメントに比べて大きく、前記第２の固定磁性層１
４の磁気モーメントは図示Ｙ方向と反対方向（図示左方
向）に向いている。このため前記第１の固定磁性層１２
の磁気モーメントと第２の固定磁性層１４の磁気モーメ
ントとを足し合わせた合成磁気モーメントは、図示Ｙ方
向と反対方向（図示左方向）に向いている。

【０２３０】前述のように、非磁性導電層１５は第２の
固定磁性層１４及び第１の固定磁性層１２の上側に形成
されている。このため、主に前記非磁性導電層１５を中
心にして流れるセンス電流１１２によって形成されるセ
ンス電流磁界は、前記非磁性導電層１５よりも下側にお
いて図示左方向に向くように、前記センス電流１１２の
流す方向を制御すればよい。このようにすれば、第１の
固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４との合成磁気モ
ーメントの方向と、前記センス電流磁界の方向とが一致
する。

【０２３１】図１に示すように前記センス電流１１２は
図示Ｘ方向に流される。右ネジの法則により、センス電
流を流すことによって形成されるセンス電流磁界は、紙
面に対して右回りに形成される。従って、非磁性導電層
１５よりも下側の層には、図示左方向（図示Ｙ方向と反
対方向）のセンス電流磁界が印加されることになり、こ
のセンス電流磁界によって、合成磁気モーメントを補強
する方向に作用し、第１の固定磁性層１２と第２の固定
磁性層１４間に作用する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作
用）が増幅され、前記第１の固定磁性層１２の磁化と第
２の固定磁性層１４の磁化の反平行状態をより熱的に安
定させることが可能になる。

【０２３２】特にセンス電流を１ｍＡ流すと、約３０
（Ｏｅ）程度のセンス電流磁界が発生し、また素子温度
が約１５℃程度上昇することが判っている。さらに、記
録媒体の回転数は１０００ｒｐｍ程度まで速くなり、こ
の回転数の上昇により、装置内温度は約１００℃まで上
昇する。このため例えばセンス電流を１０ｍＡ流した場
合、スピンバルブ型薄膜素子の素子温度は、約２５０℃
程度まで上昇し、さらにセンス電流磁界も３００（Ｏ
ｅ）と大きくなる。

【０２３３】このような、非常に高い環境温度下で、し
かも大きなセンス電流が流れる場合にあっては、第１の
固定磁性層１２の磁気モーメントと第２の固定磁性層１
４とを足し合わせて求めることができる合成磁気モーメ
ントの方向と、センス電流磁界の方向とが逆向きである
と、第１の固定磁性層１２の磁化と第２の固定磁性層１
４の磁化との反平行状態が壊れ易くなる。

【０２３４】また、高い環境温度下でも耐え得るように
するには、センス電流磁界の方向の調節の他に、高いブ
ロッキング温度を有する反強磁性材料を反強磁性層１１
として使用する必要があり、そのために本発明ではブロ
ッキング温度が約４００℃程度のＰｔＭｎ合金を使用し
ている。

【０２３５】なお図１に示す第１の固定磁性層１２の磁
気モーメントと第２の固定磁性層１４の磁気モーメント
とで形成される合成磁気モーメントが図示右方向（図示
Ｙ方向）に向いている場合には、センス電流を図示Ｘ方
向と反対方向に流し、センス電流磁界が紙面に対し左回
りに形成されるようにすればよい。

【０２３６】次に図３に示すスピンバルブ型薄膜素子の
センス電流方向について説明する。図３では、非磁性導
電層２４の上側に第２の固定磁性層２５及び第１の固定
磁性層２７が形成されている。図３に示すように、第１
の固定磁性層２７の磁気モーメントの方が第２の固定磁
性層２５の磁気モーメントよりも大きくなっており、ま
た前記第１の固定磁性層２７の磁気モーメントの方向は
図示Ｙ方向（図示右方向）を向いている。このため前記
第１の固定磁性層２７の磁気モーメントと第２の固定磁
性層２５の磁気モーメントとを足し合わせた合成磁気モ
ーメントは図示右方向を向いている。

【０２３７】図３に示すように、センス電流１１３は図
示Ｘ方向に流される。右ネジの法則により、センス電流
１１３を流すことによって形成されるセンス電流磁界は
紙面に対して右回りに形成される。非磁性導電層２４よ
りも上側に第２の固定磁性層２５及び第１の固定磁性層
２７が形成されているので、前記第２の固定磁性層２５
及び第１の固定磁性層２７には、図示右方向（図示Ｙ方
向と反対方向）のセンス電流磁界が侵入してくることに
なり、合成磁気モーメントの方向と一致し、従って、第
１の固定磁性層２７の磁化と第２の固定磁性層２５の磁
化との反平行状態は壊れ難くなっている。

【０２３８】なお、前記合成磁気モーメントが図示左方
向（図示Ｙ方向と反対方向）に向いている場合には、セ
ンス電流１１３を図示Ｘ方向と反対方向に流し、前記セ
ンス電流１１３を流すことによって形成されるセンス電
流磁界を紙面に対し左回りに発生させ、第１の固定磁性
層２７と第２の固定磁性層２５の合成磁気モーメントの
向きと、前記センス電流磁界との向きを一致させる必要
がある。

【０２３９】図５に示すスピンバルブ型薄膜素子は、フ
リー磁性層３６の上下に第１の固定磁性層（下）３２，
（上）４３と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１
が形成されたデュアルスピンバルブ型薄膜素子である。
このデュアルスピンバルブ型薄膜素子では、フリー磁性
層３６の上下に形成される合成磁気モーメントが互いに
反対方向に向くように、前記第１の固定磁性層（下）３
２，（上）４３の磁気モーメントの方向及びその大きさ
と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁気モー
メントの方向及びその大きさを制御する必要がある。

【０２４０】図５に示すようにフリー磁性層３６よりも
下側に形成されている第２の固定磁性層（下）３４の磁
気モーメントは、第１の固定磁性層（下）３２の磁気モ
ーメントよりも大きく、また前記第２の固定磁性層
（下）３４の磁気モーメントは図示右方向（図示Ｙ方
向）を向いている。従って、前記第１の固定磁性層
（下）３２の磁気モーメントと第２の固定磁性層（下）
３４の磁気モーメントを足し合わせて求めることができ
る合成磁気モーメントは図示右方向（図示Ｙ方向）を向
いている。またフリー磁性層３６よりも上側に形成され
ている第１の固定磁性層（上）４３の磁気モーメントは
第２の固定磁性層（上）４１の磁気モーメントよりも大
きく、また前記第１の固定磁性層（上）４３の磁気モー
メントは図示左方向（図示Ｙ方向と反対方向）に向いて
いる。このため前記第１の固定磁性層（上）４３の磁気
モーメントと第２の固定磁性層（上）４１の磁気モーメ
ントを足し合わせて求めることができる合成磁気モーメ
ントは図示左方向（図示Ｙ方向と反対方向）を向いてい
る。このように本発明ではフリー磁性層３６の上下に形
成される合成磁気モーメントが互いに反対方向に向いて
いる。

【０２４１】本発明では図５に示すように、センス電流
１１４は図示Ｘ方向と反対方向に流される。これにより
前記センス電流１１４を流すことによって形成されるセ
ンス電流磁界は紙面に対し左回りに形成される。

【０２４２】前記フリー磁性層３６よりも下側で形成さ
れた合成磁気モーメントは図示右方向（図示Ｙ方向）
に、フリー磁性層３６よりも上側で形成された合成磁気
モーメントは図示左方向（図示Ｙ方向と反対方向）に向
いているので、前記２つの合成磁気モーメントの方向
は、センス電流磁界の方向と一致しており、フリー磁性
層３６の下側に形成された第１の固定磁性層（下）３２
の磁化と第２の固定磁性層（下）３４の磁化の反平行状
態、及びフリー磁性層３６の上側に形成された第１の固
定磁性層（上）４３の磁化と第２の固定磁性層（上）４
１の磁化の反平行状態を、熱的にも安定した状態で保つ
ことが可能である。

【０２４３】なお、フリー磁性層３６よりも下側に形成
された合成磁気モーメントが図示左方向に向いており、
フリー磁性層３６よりも上側に形成された合成磁気モー
メントが図示右側に向いている場合には、センス電流１
１４を図示Ｘ方向に流し、前記センス電流を流すことに
よって形成されるセンス電流磁界の方向と、前記合成磁
気モーメントの方向とを一致させる必要がある。

【０２４４】また図７及び図９では、フリー磁性層が非
磁性中間層を介して第１のフリー磁性層と第２のフリー
磁性層の２層に分断されて形成されたスピンバルブ型薄
膜素子の実施例であるが、図７に示すスピンバルブ型薄
膜素子のように、非磁性導電層５５よりも下側に第１の
固定磁性層５２及び第２の固定磁性層５４が形成された
場合にあっては、図１に示すスピンバルブ型薄膜素子の
場合と同様のセンス電流方向の制御を行えばよい。また
図９に示すスピンバルブ型薄膜素子のように、非磁性導
電層７６よりも上側に第１の固定磁性層７９と第２の固
定磁性層７７が形成されている場合にあっては、図３に
示すスピンバルブ型薄膜素子の場合と同様のセンス電流
方向の制御を行えばよい。

【０２４５】以上のように本発明によれば、センス電流
を流すことによって形成されるセンス電流磁界の方向
と、第１の固定磁性層の磁気モーメントと第２の固定磁
性層の磁気モーメントを足し合わせることによって求め
ることができる合成磁気モーメントの方向とを一致させ
ることにより、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性
層間に作用する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）を増
幅させ、前記第１の固定磁性層の磁化と第２の固定磁性
層の磁化の反平行状態（フェリ状態）を熱的に安定した
状態に保つことが可能である。

【０２４６】特に本発明では、より熱的安定性を向上さ
せるために、反強磁性層にＰｔＭｎ合金などのブロッキ
ング温度の高い反強磁性材料を使用しており、これによ
って、環境温度が、従来に比べて大幅に上昇しても、前
記第１の固定磁性層の磁化と第２の固定磁性層の磁化の
反平行状態（フェリ状態）を壊れ難くすることができ
る。

【０２４７】また高記録密度化に対応するためセンス電
流量を大きくして再生出力を大きくしようとすると、そ
れに従ってセンス電流磁界も大きくなるが、本発明で
は、前記センス電流磁界が、第１の固定磁性層と第２の
固定磁性層の間に働く交換結合磁界を増幅させる作用を
もたらしているので、センス電流磁界の増大により、第
１の固定磁性層と第２の固定磁性層の磁化状態はより安
定したものとなる。

【０２４８】なおこのセンス電流方向の制御は、反強磁
性層にどのような反強磁性材料を使用した場合であって
も適用でき、例えば反強磁性層と固定磁性層（第１の固
定磁性層）との界面で交換結合磁界（交換異方性磁界）
を発生させるために、熱処理が必要であるか、あるいは
必要でないかを問わない。

【０２４９】さらに、従来のように、固定磁性層が単層
で形成されていたシングルスピンバルブ型薄膜素子の場
合であっても、前述したセンス電流を流すことによって
形成されるセンス電流磁界の方向と、固定磁性層の磁化
方向とを一致させることにより、前記固定磁性層の磁化
を熱的に安定化させることが可能である。

【０２５０】

【実施例】本発明では、まず固定磁性層を、非磁性中間
層を介して第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の２層
に分断して形成したスピンバルブ型薄膜素子を使用し、
前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の膜厚比と、
交換結合磁界（Ｈｅｘ）及びΔＭＲ（抵抗変化率）との
関係について測定した。まず、第１の固定磁性層（反強
磁性層に接する側の固定磁性層）を２０オングストロー
ム又は４０オングストロームに固定し、第２の固定磁性
層の膜厚を変化させて、前記第２の固定磁性層の膜厚
と、交換結合磁界及びΔＭＲとの関係について調べた。
実験に使用した膜構成は以下の通りである。Ｓｉ基板／
アルミナ／Ｔａ（３０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（１５
０）／第１の固定磁性層；Ｃｏ（２０又は４０）／非磁
性中間層；Ｒｕ（７）／第２の固定磁性層；Ｃｏ（Ｘ）
／非磁性導電層；Ｃｕ（２５）／フリー磁性層；Ｃｏ
（１０）＋ＮｉＦｅ（４０）／Ｔａ（３０）である。な
お各層における括弧内の数値は膜厚を示しており、単位
はオングストロームである。

【０２５１】また本発明では、上記スピンバルブ型薄膜
素子を成膜した後、２００（Ｏｅ）の磁場を印加しなが
ら２６０℃で４時間の熱処理を施した。その実験結果を
図１４及び図１５に示す。図１４に示すように、第１の
固定磁性層（Ｐ１）の膜厚ｔ_P1を２０オングストローム
で固定した場合、第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚ｔ_P2
を、２０オングストロームにすると、急激に交換結合磁
界（Ｈｅｘ）は低下し、且つ、前記膜厚ｔ _P2を厚くする
ことにより、前記交換結合磁界は徐々に低下していくこ
とがわかる。また前記第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚
ｔ_P1を４０オングストロームで固定した場合、第２の固
定磁性層（Ｐ２）の膜厚ｔ_P2を４０オングストロームに
すると急激に交換結合磁界は低下し、且つ前記膜厚ｔ_P2
を４０オングストロームよりも大きくすると、徐々に交
換結合磁界は低下していくことがわかる。また、前記膜
厚ｔ_P2を４０オングストロームよりも小さくしていく
と、約２６オングストロームまでは交換結合磁界は大き
くなるが、前記膜厚ｔ_P2を２６オングストロームよりも
小さくしていくと、交換結合磁界は小さくなっていくこ
とがわかる。

【０２５２】ところで第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚
ｔ_P1と第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚ｔ_P2とがほぼ同
じ膜厚で形成されると、急激に交換結合磁界が低下する
のは、前記第１の固定磁性層（Ｐ１）の磁化と第２の固
定磁性層（Ｐ２）の磁化とが、互いに反平行に磁化され
ない、いわゆるフェリ状態になりにくいからではないか
と推測される。上述した膜構成に示すように、第１の固
定磁性層（Ｐ１）と第２の固定磁性層（Ｐ２）は共にＣ
ｏ膜で形成されているので、同じ飽和磁化（Ｍｓ）を有
している。さらにほぼ同じ膜厚で形成されることによ
り、第１の固定磁性層（Ｐ１）の磁気モーメント（Ｍｓ
・ｔ_P1）と第２の固定磁性層（Ｐ２）の磁気モーメント
（Ｍｓ・ｔ_P2）は、ほぼ同じ値で設定されている。本発
明では、反強磁性層にＰｔＭｎ合金を使用しているの
で、成膜後磁場中アニールを施すことにより、第１の固
定磁性層（Ｐ１）との界面で交換結合磁界を発生させ、
前記第１の固定磁性層（Ｐ１）をある一定方向に固定し
ようとしている。

【０２５３】ところが、第１の固定磁性層（Ｐ１）と第
２の固定磁性層（Ｐ２）の磁気モーメントがほぼ同じ値
であると、磁場を印加して熱処理を施したときに、前記
第１の固定磁性層（Ｐ１）と第２の固定磁性層（Ｐ２）
とが、共に磁場方向に向こうとする。本来なら、第１の
固定磁性層（Ｐ１）と第２の固定磁性層（Ｐ２）との間
には交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）が発生し、前記
第１の固定磁性層（Ｐ１）の磁化と第２の固定磁性層
（Ｐ２）の磁化は、反平行状態（フェリ状態）に磁化さ
れようとするが、第１の固定磁性層（Ｐ１）と第２の固
定磁性層（Ｐ２）の磁化が互いに磁場方向に向こうとす
るため、反平行状態に磁化されにくく、第１の固定磁性
層（Ｐ１）と第２の固定磁性層（Ｐ２）の磁化状態は、
外部磁界などに対し非常に不安定な状態となっている。

【０２５４】このため、第１の固定磁性層（Ｐ１）の磁
気モーメントと第２の固定磁性層（Ｐ２）の磁気モーメ
ントとの差をある程度つけることが好ましいが、図１４
に示すように、第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚ｔ_P1と
第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚ｔ_P2の差が大きくなり
すぎ、第１の固定磁性層（Ｐ１）と第２の固定磁性層
（Ｐ２）の磁気モーメントの差がありすぎると、交換結
合磁界が低下し、反平行状態が崩れやすいという問題が
ある。

【０２５５】図１６，１７は、第２の固定磁性層（Ｐ
２）の膜厚ｔ_P2を３０オングストロームで固定し、第１
の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚ｔ_P1を変化させたときの、
前記第１の固定磁性層の膜厚ｔ_P1と交換結合磁界（Ｈｅ
ｘ）及びΔＭＲとの関係を表すグラフである。この実験
で使用したスピンバルブ型薄膜素子の膜構成は以下の通
りである。Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３０）／ＰｔＭ
ｎ（１５０）／第１の固定磁性層；Ｃｏ（Ｘ）／非磁性
中間層；Ｒｕ（７）／第２の固定磁性層；Ｃｏ（３０）
／非磁性導電層；Ｃｕ（２５）／フリー磁性層；Ｃｏ
（１０）＋ＮｉＦｅ（４０）／Ｔａ（３０）である。な
お各層における括弧内の数値は膜厚を示しており、単位
はオングストロームである。また本発明では、上記スピ
ンバルブ型薄膜素子を成膜した後、２００（Ｏｅ）の磁
場を印加しながら２６０℃で４時間の熱処理を施した。

【０２５６】図１６に示すように、第１の固定磁性層
（Ｐ１）の膜厚ｔ_P1を３０オングストロームにした場
合、すなわち第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚ｔ_P2と同
じ膜厚で形成した場合、交換結合磁界（Ｈｅｘ）は急激
に低下することがわかる。これは上述した理由による。

【０２５７】また、第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚ｔ
_P1が約３２オングストロームのときも交換結合磁界は小
さくなっていることがわかる。これは熱拡散層の発生に
より、第１の固定磁性層の磁気的な膜厚が実際の膜厚ｔ
_P1よりも小さくなり、第２の固定磁性層の膜厚ｔ_P2（＝
３０オングストローム）に近づくからである。

【０２５８】前記熱拡散層は、反強磁性層と第１の固定
磁性層との界面において、金属元素が拡散することによ
って形成されるが、前記熱拡散層は、この実験で使用し
た膜構成に示すように、フリー磁性層よりも下側に反強
磁性層及び固定磁性層を形成した場合に発生しやすくな
る。

【０２５９】図１８は、デュアルスピンバルブ型薄膜素
子を製作し、前記デュアルスピンバルブ型薄膜素子の２
個の第２の固定磁性層を共に２０オングストロームに固
定し、２個の第１の固定磁性層のそれぞれの膜厚を変化
させた場合における、前記第１の固定磁性層の膜厚と、
交換結合磁界（Ｈｅｘ）との関係を示すグラフである。
この実験で使用したスピンバルブ型薄膜素子の膜構成は
以下の通りである。Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３０）
／反強磁性層；ＰｔＭｎ（１５０）／第１の固定磁性層
（Ｐ１ 下）；Ｃｏ（Ｘ）／非磁性中間層；Ｒｕ（６）
／第２の固定磁性層（Ｐ２ 下）；Ｃｏ（２０）／非磁
性導電層；Ｃｕ（２０）／フリー磁性層；Ｃｏ（１０）
＋ＮｉＦｅ（４０）＋Ｃｏ（１０）／非磁性導電層；Ｃ
ｕ（２０）／第２の固定磁性層（Ｐ２ 上）；Ｃｏ（２
０）／非磁性中間層；Ｒｕ（８）／第１の固定磁性層
（Ｐ１ 上）；Ｃｏ（Ｘ）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（１
５０）／保護層；Ｔａ（３０）である。なお各層におけ
る括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオングスト
ロームである。また本発明では、上記スピンバルブ型薄
膜素子を成膜した後、２００（Ｏｅ）の磁場を印加しな
がら２６０℃で４時間の熱処理を施した。

【０２６０】なお、実験では、フリー磁性層よりも下側
に形成された第１の固定磁性層（Ｐ１ 下）を２５オン
グストロームで固定して、フリー磁性層よりも上側に形
成された第１の固定磁性層（Ｐ１ 上）の膜厚を変化さ
せ、前記第１の固定磁性層（Ｐ１ 上）の膜厚と、交換
結合磁界（Ｈｅｘ）との関係について調べた。また、フ
リー磁性層よりも上側に形成された第１の固定磁性層
（Ｐ１ 上）を２５オングストロームで固定して、フリ
ー磁性層よりも下側に形成された第１の固定磁性層（Ｐ
１ 下）の膜厚を変化させ、前記第１の固定磁性層（Ｐ
１ 下）の膜厚と交換結合磁界との関係について調べ
た。

【０２６１】図１８に示すように、第１の固定磁性層
（Ｐ１ 下）を２５オングストロームで固定し、第１の
固定磁性層（Ｐ１ 上）の膜厚を２０オングストローム
に近づけていくと、徐々に交換結合磁界は大きくなって
いくが、前記第１の固定磁性層（Ｐ１ 上）の膜厚が約
１８〜２２オングストロームになると、第２の固定磁性
層（Ｐ１ 上）の膜厚とほぼ同じ膜厚になることから、
上述した理由により、急激に交換結合磁界は低下してし
まう。また前記第１の固定磁性層（Ｐ１ 上）の膜厚を
２２オングストロームから３０オングストロームまで徐
々に大きくしていくと、徐々に交換結合磁界は低下して
いくことがわかる。

【０２６２】また図１８に示すように、第１の固定磁性
層（Ｐ１ 上）を２５オングストローム７で固定し、第
１の固定磁性層（Ｐ１ 下）の膜厚を２０オングストロ
ームに近づけると、徐々に交換結合磁界は大きくなって
いくが、前記第１の固定磁性層（Ｐ１ 下）の膜厚が約
１８〜２２オングストロームになると、急激に交換結合
磁界は低下している。また前記第１の固定磁性層（Ｐ１
下）の膜厚を２２オングストロームよりも大きくする
と、前記膜厚が約２６オングストロームまで交換結合磁
界は大きくなるが、前記膜厚を２６オングストローム以
上にすると、交換結合磁界は低下することがわかる。

【０２６３】ここで、第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚
を約２２オングストローム程度にした場合の、第１の固
定磁性層（Ｐ１ 上）における交換結合磁界と、第１の
固定磁性層（Ｐ１ 下）における交換結合磁界とを比較
すると、第１の固定磁性層（Ｐ１ 上）の膜厚を約２２
オングストローム程度にした場合の方が、第１の固定磁
性層（Ｐ１ 下）を約２２オングストローム程度にした
場合に比べ交換結合磁界を大きくできることがわかる。
これは前述したように、第１の固定磁性層（Ｐ１ 下）
と、反強磁性層との界面には、熱拡散層が形成されやす
いので、前記第１の固定磁性層の磁気的な膜厚は、実質
的に小さくなり、第２の固定磁性層（Ｐ２ 下）の膜厚
とほぼ同程度になってしまうからである。

【０２６４】以上、図１４、図１６、及び図１８に示す
実験結果により本発明では、５００（Ｏｅ）以上の交換
結合磁界を得ることができる（第１の固定磁性層（Ｐ
１）の膜厚）／（第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚）を
調べた。まず図１４に示すように、第１の固定磁性層
（Ｐ１）を２０オングストロームに固定した場合、５０
０（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得るには、（第１の固
定磁性層（Ｐ１）の膜厚）／（第２の固定磁性層（Ｐ
２）の膜厚）を、０．３３以上０．９１以下、あるいは
１．１以上にしなければいけないことがわかる。なおこ
のときの第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚は、１０〜６
０オングストローム（１８〜２２オングストロームを除
く）の範囲内である。

【０２６５】次に図１４に示すように、第１の固定磁性
層（Ｐ１）を４０オングストロームに固定した場合、５
００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得るには、（第１の
固定磁性層（Ｐ１）の膜厚）／（第２の固定磁性層（Ｐ
２）の膜厚）を、０．５７以上０．９５以下、１．０５
以上４以下にしなければいけないことがわかる。なおこ
のときの第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚は、１０〜６
０オングストローム（３８〜４２オングストロームを除
く）の範囲内である。

【０２６６】次に、図１６に示すように、第２の固定磁
性層（Ｐ２）を３０オングストロームに固定した場合、
５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得るには、（第１
の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚）／（第２の固定磁性層
（Ｐ２）の膜厚）を、０．３３以上０．９３以下、ある
いは１．０６以上２．３３以下にしなければいけないこ
とがわかる。なおこのときの第１の固定磁性層（Ｐ１）
の膜厚は、１０〜７０オングストローム（２８〜３２オ
ングストロームを除く）の範囲内である。

【０２６７】さらに図１８に示すように、デュアルスピ
ンバルブ型薄膜素子の場合にあっては、（第１の固定磁
性層（Ｐ１）の膜厚）／（第２の固定磁性層（Ｐ２）の
膜厚）の範囲のうち、０．９以上１．１以下の範囲を外
せば、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが
できることがわかる。ここで５００（Ｏｅ）以上の交換
結合を得ることができる最も広い膜厚比の範囲を取る
と、（第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚）／（第２の固
定磁性層（Ｐ２）の膜厚）は、０．３３〜０．９５、あ
るいは１．０５〜４の範囲内となる。

【０２６８】ただし、交換結合磁界は膜厚比のみなら
ず、第１の固定磁性層（Ｐ１）と第２の固定磁性層（Ｐ
２）の膜厚も重要な要素の一つであるので、さらに、上
述した膜厚比の範囲内で、しかも第１の固定磁性層（Ｐ
１）の膜厚及び第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚を、１
０〜７０オングストロームの範囲内とし、且つ第１の固
定磁性層（Ｐ１）の膜厚から第２の固定磁性層（Ｐ２）
の膜厚を引いた絶対値を２オングストローム以上にすれ
ば、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可
能になる。

【０２６９】次に本発明では、１０００（Ｏｅ）以上の
交換結合磁界を得ることができる（第１の固定磁性層
（Ｐ１）の膜厚）／（第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜
厚）を調べた。まず図１４に示すように、第１の固定磁
性層（Ｐ１）を２０オングストロームにした場合、（第
１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚）／（第２の固定磁性層
（Ｐ２）の膜厚）を０．５３〜０．９１、あるいは１．
１以上にすれば１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を
得ることが可能である。なおこのときの第２の固定磁性
層（Ｐ２）の膜厚は、１０〜３８オングストローム（１
８〜２２オングストロームを除く）の範囲内である。ま
た図１４に示すように、第１の固定磁性層（Ｐ１）を４
０オングストロームにした場合、（第１の固定磁性層
（Ｐ１）の膜厚）／（第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜
厚）を０．８８〜０．９５、あるいは１．０５〜１．８
の範囲内にすれば、１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁
界を得ることが可能である。なおこのときの第２の固定
磁性層（Ｐ２）の膜厚は、２２〜４５オングストローム
（３８〜４２オングストロームを除く）の範囲内であ
る。さらに図１６に示すように、第２の固定磁性層（Ｐ
２）を３０オングストロームに固定した場合、（第１の
固定磁性層（Ｐ１）の膜厚）／（第２の固定磁性層（Ｐ
２）の膜厚）を０．５６〜０．９３、あるいは１．０６
〜１．６の範囲内であれば１０００（Ｏｅ）以上の交換
結合磁界を得ることが可能である。なおこのときの第１
の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚は、１０〜５０オングスト
ローム（２８〜３２オングストロームを除く）の範囲内
である。

【０２７０】また図１８に示すように、デュアルスピン
バルブ型薄膜素子の場合にあっては、（第１の固定磁性
層（Ｐ１）の膜厚）／（第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜
厚）を０．５〜０．９、あるいは１．１〜１．５程度の
範囲内にすれば、１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界
を得ることが可能となっている。従って、１０００（Ｏ
ｅ）以上の交換結合磁界を得るには、第１の固定磁性層
（Ｐ１）の膜厚）／（第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜
厚）を、０．５３〜０．９５、あるいは１．０５〜１．
８の範囲内にし、さらに、第１の固定磁性層（Ｐ１）と
第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚を１０〜５０オングス
トロームの範囲内で、しかも第１の固定磁性層（Ｐ１）
の膜厚から第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜厚を引いた絶
対値が2オングストローム以上であることが好ましい。
なお図１５及び図１７に示すように、上述した膜厚比及
び膜厚の範囲内であれば、ΔＭＲもそれほど低下せず、
約６％以上のΔＭＲを得ることが可能である。このΔＭ
Ｒの値は従来のスピンバルブ型薄膜素子（シングルスピ
ンバルブ型薄膜素子に限る）のΔＭＲと同程度か若干低
い値である。

【０２７１】また図１５に示すように、第１の固定磁性
層（Ｐ１）を４０オングストロームにした場合、第２の
固定磁性層（Ｐ１）を２０オングストロームにした場合
に比べて、ややΔＭＲは小さくなることがわかる。前記
第１の固定磁性層（Ｐ１）は、実際にはΔＭＲに関与し
ない層であり、前記ΔＭＲは、第２の固定磁性層（Ｐ
２）の固定磁化と、フリー磁性層の変動磁化との関係で
決定される。ところがセンス電流は、ΔＭＲに関与しな
い第１の固定磁性層（Ｐ１）にも流れるため、いわゆる
シャントロス（分流ロス）が発生し、このシャントロス
は、第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚が厚くなるほど大
きくなる。以上のような理由から、第１の固定磁性層
（Ｐ１）の膜厚が厚くなるほど、ΔＭＲは低下しやすい
傾向にある。

【０２７２】次に、第１の固定磁性層（Ｐ１）と第２の
固定磁性層（Ｐ２）の間に形成される非磁性中間層の適
正な膜厚について測定した。なお、実験には、フリー磁
性層よりも下側に反強磁性層が形成されたボトム型と、
フリー磁性層よりも上側に反強磁性層が形成されたトッ
プ型の２種類のスピンバルブ型薄膜素子を製作し、前記
非磁性中間層の膜厚と交換結合磁界との関係について調
べた。実験に使用したボトム型のスピンバルブ型薄膜素
子の膜構成は、下から、Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３
０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（２００）／第１の固定磁
性層；Ｃｏ（２０）／非磁性中間層；Ｒｕ（Ｘ）／第２
の固定磁性層；Ｃｏ（２５）／非磁性導電層；Ｃｏ（１
０）／フリー磁性層；Ｃｏ（１０）＋ＮｉＦｅ（４０）
／Ｔａ（３０）であり、トップ型のスピンバルブ型薄膜
素子の膜構成は、下から、Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ
（３０）／フリー磁性層；ＮｉＦｅ（４０）＋Ｃｏ（１
０）／非磁性導電層；Ｃｕ（２５）／第２の固定磁性
層；Ｃｏ（２５）／非磁性中間層；Ｒｕ（Ｘ）／第１の
固定磁性層；Ｃｏ（２０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（２
００）／Ｔａ（３０）である。なお括弧内の数値は膜厚
を表しており、単位はオングストロームである。また各
スピンバルブ型薄膜素子を成膜後、２００（Ｏｅ）の磁
場を印加しながら、２６０℃で４時間の熱処理を施して
いる。その実験結果を図１９に示す。図１９に示すよう
に、トップ型とボトム型とでは、Ｒｕ膜（非磁性中間
層）の膜厚に対する交換結合磁界の挙動が大きく異なっ
ていることがわかる。

【０２７３】本発明では５００（Ｏｅ）以上の交換結合
磁界を得ることができる範囲を好ましいとしているの
で、トップ型のスピンバルブ型薄膜素子において、５０
０（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能なＲｕ
膜の膜厚は、２．５〜６．４オングストローム、あるい
は６．６〜１０．７オングストロームの範囲内であるこ
とがわかる。さらに好ましくは１０００（Ｏｅ）以上の
交換結合磁界が得られる範囲内であり、前記Ｒｕ膜の膜
厚を、２．８〜６．２オングストローム、あるいは６．
８〜１０．３オングストロームの範囲内にすれば、１０
００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界が得られることがわか
る。

【０２７４】次にボトム型のスピンバルブ型薄膜素子に
おいて、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ること
が可能なＲｕ膜の膜厚は、３．６〜９．６オングストロ
ームの範囲内であることがわかる。さらに、４．０〜
９．４オングストロームの範囲内とすれば、１０００
（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能になる。
ところで、トップ型のスピンバルブ型薄膜素子と、ボト
ム型のスピンバルブ型薄膜素子とで、非磁性中間層の適
性な膜厚の範囲が異なるのは、第１の固定磁性層と第２
の固定磁性層との間に作用する交換結合磁界（ＲＫＫＹ
相互作用）が、下地膜の格子定数との関係や、あるい
は、磁性層の伝導電子のエネルギーバンドの値の変化に
非常に敏感に反応するためであると推測される。

【０２７５】次に本発明では、４種類のスピンバルブ型
薄膜素子（シングルスピンバルブ型薄膜素子）を製作
し、各スピンバルブ型薄膜素子の反強磁性層（ＰｔＭｎ
合金）の膜厚と、交換結合磁界との関係について測定し
た。実施例１，２は、固定磁性層が非磁性中間層を介し
て第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の２層に分断さ
れたスピンバルブ型薄膜素子、比較例１，２は、固定磁
性層が単層で形成された従来型のスピンバルブ型薄膜素
子である。

【０２７６】まず実施例１のスピンバルブ型薄膜素子
は、フリー磁性層よりも反強磁性層が上側に形成された
トップ型であり、膜構成は下から、Ｓｉ基板／アルミナ
／Ｔａ（３０）／フリー磁性層；ＮｉＦｅ（４０）＋Ｃ
ｏ（１０）／非磁性導電層；Ｃｕ（２５）／第２の固定
磁性層；Ｃｏ（２５）／非磁性中間層；Ｒｕ（４）／第
１の固定磁性層；Ｃｏ（２０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ
（Ｘ）／Ｔａ（３０）であり、また実施例２のスピンバ
ルブ型薄膜素子は、フリー磁性層よりも下側に反強磁性
層が形成されたボトム型であり、膜構成は下から、Ｓｉ
基板／アルミナ／Ｔａ（３０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ
（Ｘ）／第１の固定磁性層；Ｃｏ（２０）／非磁性中間
層；Ｒｕ（８）／第２の固定磁性層；Ｃｏ（２５）／非
磁性導電層；Ｃｕ（２５）／フリー磁性層；Ｃｏ（１
０）＋ＮｉＦｅ（４０）／Ｔａ（３０）である。

【０２７７】また比較例１のスピンバルブ型薄膜素子
は、フリー磁性層よりも反強磁性層が上側に形成された
トップ型であり、膜構成は下から、Ｓｉ基板／アルミナ
／Ｔａ（３０）／フリー磁性層；ＮｉＦｅ（４０）＋Ｃ
ｏ（１０）／非磁性導電層；Ｃｕ（２５）／固定磁性
層；Ｃｏ（４０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（Ｘ）／Ｔａ
（３０）であり、また比較例２のスピンバルブ型薄膜素
子は、フリー磁性層よりも反強磁性層が下側に形成され
たボトム型であり、膜構成は下から、Ｓｉ基板／アルミ
ナ／Ｔａ（３０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（Ｘ）／固定
磁性層；Ｃｏ（４０）／非磁性導電層；Ｃｕ（２５）／
フリー磁性層；Ｃｏ（１０）＋ＮｉＦｅ（４０）／Ｔａ
（３０）である。なお各スピンバルブ型薄膜素子の膜構
成において括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオ
ングストロームである。

【０２７８】さらに本発明ではスピンバルブ型薄膜素子
の成膜後、実施例１，２にあっては、２００（Ｏｅ）の
磁場、比較例１，２にあっては、２ｋ（Ｏｅ）の磁場を
印加しながら、２６０℃で４時間の熱処理を施してい
る。その実験結果を図２０に示す。図２０に示すよう
に、４種類のスピンバルブ型薄膜素子は全て、ＰｔＭｎ
合金の膜厚を厚くすることにより、交換結合磁界を大き
くできることがわかる。ここで本発明では、５００（Ｏ
ｅ）以上の交換結合磁界を得られる範囲を好ましい範囲
としているから、比較例１，２では、共にＰｔＭｎ合金
の膜厚を少なくとも２００オングストローム以上で形成
しなければ、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得る
ことができないことがわかる。

【０２７９】一方、実施例１，２においては、ＰｔＭｎ
合金の膜厚を９０オングストローム以上にすれば５００
（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能であるこ
とがわかる。そこで本発明では、ＰｔＭｎ合金の好まし
い膜厚の範囲を９０〜２００オングストロームの範囲内
に設定している。さらに図２０に示すように、実施例
１，２のＰｔＭｎ合金の膜厚を１００オングストローム
以上にすれば、少なくとも１０００（Ｏｅ）以上の交換
結合磁界を得ることが可能であるとわかる。そこで本発
明では、よりも好ましいＰｔＭｎ合金の膜厚を１００〜
２００オングストロームの範囲内に設定している。

【０２８０】次に本発明では、２種類のデュアルスピン
バルブ型薄膜素子を製作し、各スピンバルブ型薄膜素子
における反強磁性層（ＰｔＭｎ合金）の膜厚と、交換結
合磁界との関係について測定した。実施例は、固定磁性
層が非磁性中間層を介して第１の固定磁性層と第２の固
定磁性層の２層に分断して形成された本発明のデュアル
スピンバルブ型薄膜素子、比較例は、固定磁性層が単層
で形成された従来のデュアルスピンバルブ型薄膜素子で
ある。

【０２８１】まず実施例のスピンバルブ型薄膜素子にお
ける膜構成は、下から、Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３
０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（ｘ）／第１の固定磁性
層；Ｃｏ（２０）／非磁性中間層；Ｒｕ（６）／第２の
固定磁性層；Ｃｏ（２５）／非磁性導電層；Ｃｕ（２
０）／フリー磁性層；Ｃｏ（１０）＋ＮｉＦｅ（４０）
＋Ｃｏ（１０）／非磁性導電層；Ｃｕ（２０）／第２の
固定磁性層；Ｃｏ（２０）／非磁性中間層；Ｒｕ（８）
／第１の固定磁性層；Ｃｏ（２５）／反強磁性層；Ｐｔ
Ｍｎ（Ｘ）／Ｔａ（３０）であり、比較例のスピンバル
ブ型薄膜素子における膜構成は、下から、Ｓｉ基板／ア
ルミナ／Ｔａ（３０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（Ｘ）／
固定磁性層；Ｃｏ（３０）／非磁性導電層；Ｃｕ（２
０）／フリー磁性層；Ｃｏ（１０）＋ＮｉＦｅ（４０）
＋Ｃｏ（１０）／非磁性導電層；Ｃｕ（２０）／固定磁
性層；Ｃｏ（３０）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（Ｘ）／Ｔ
ａ（３０）である。なお各スピンバルブ型薄膜素子の膜
構成における括弧内の数値は膜厚を示しており、単位は
オングストロームである。

【０２８２】また各スピンバルブ型薄膜素子を成膜後、
実施例では、２００（Ｏｅ）の磁場を、比較例では２ｋ
（Ｏｅ）の磁場を印加しながら２６０℃で４時間の熱処
理を施している。その実験結果を図２１に示す。図２１
に示すように、比較例ではＰｔＭｎ合金の膜厚を約２０
０オングストローム以上で形成しないと、５００（Ｏ
ｅ）以上の交換結合磁界を得ることができないとわか
る。これに対し、実施例では、ＰｔＭｎ合金の膜厚を、
１００オングストローム以上で形成すれば５００（Ｏ
ｅ）以上の交換結合磁界を得ることができるとわかる。
そこで本発明では、好ましい反強磁性層の膜厚を１００
〜２００オングストロームの範囲内に設定している。さ
らに実施例では、ＰｔＭｎ合金の膜厚を１１０オングス
トローム以上で形成すれば、１０００（Ｏｅ）以上の交
換結合磁界を得ることが可能であるため、本発明では、
より好ましい反強磁性層の膜厚を１１０〜２００オング
ストロームの範囲内に設定している。

【０２８３】また図２２は、ＰｔＭｎ合金の膜厚と、Δ
ＭＲとの関係を示すグラフである。図２２に示すよう
に、比較例では、ＰｔＭｎ合金の膜厚を２００オングス
トローム以上で形成すると、約１０％以上のΔＭＲを得
ることが可能となっているが、実施例においては、Ｐｔ
Ｍｎ合金の膜厚を１００オングストローム程度に薄くし
ても、従来とほぼ同じ程度のΔＭＲを確保できることが
わかる。

【０２８４】ところで、スピンバルブ型薄膜素子におけ
る積層膜のうち、最も膜厚の厚いのは反強磁性層であ
る。このため本発明によれば、図２０及び図２１に示す
ように、前記反強磁性層の膜厚を薄くしても、具体的に
は従来のスピンバルブ型薄膜素子の反強磁性層の膜厚の
半分以下で形成しても、大きい交換結合磁界を得ること
が可能となっている。このため本発明では、スピンバル
ブ型薄膜素子全体の膜厚を薄くすることができ、図１３
に示すように、前記スピンバルブ型薄膜素子１２２の上
下に形成されるギャップ層１２１，１２５の膜厚を絶縁
性を確保できる程度に充分に厚くしても、ギャップ長Ｇ
ｌを小さくでき、狭ギャップ化を実現できる。

【０２８５】次に、フリー磁性層を非磁性中間層を介し
て第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の２層に分
断して形成した本発明におけるスピンバルブ型薄膜素子
を製作し、前記第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性
層との膜厚比と、交換結合磁界との関係について測定し
た。まず、第１のフリー磁性層（非磁性導電層に接し、
ΔＭＲに直接関与する側のフリー磁性層）の膜厚を５０
オングストロームで固定し、第２のフリー磁性層（ΔＭ
Ｒに直接関与しない側のフリー磁性層）の膜厚を変化さ
せた。膜構成は下から、Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３
０）／第２のフリー磁性層（Ｆ２）；ＮｉＦｅ（Ｘ）／
非磁性中間層；Ｒｕ（８）／第１のフリー磁性層（Ｆ
１）；ＮｉＦｅ（４０）＋Ｃｏ（１０）／非磁性導電
層；Ｃｕ（２０）／Ｒｕ（８）／反強磁性層；ＰｔＭｎ
（１５０）／Ｔａ（３０）であり、各層における括弧内
の数値は膜厚を示しており、単位はオングストロームで
ある。なおスピンバルブ型薄膜素子を成膜後、２００
（Ｏｅ）の磁場を印加しながら、２６０℃で４時間の熱
処理を施している。

【０２８６】図２３に示すように、第２のフリー磁性層
（Ｆ２）の膜厚が４０オングストローム程度まで大きく
なると、交換結合磁界は大きくなることがわかる。ま
た、前記第２のフリー磁性層（Ｆ２）の膜厚が６０オン
グストローム以上になると、徐々の交換結合磁界は低下
していくことがわかる。前記第２のフリー磁性層（Ｆ
２）の膜厚が４０〜６０オングストロームの範囲内であ
ると、交換結合磁界は急激に小さくなり測定不可能であ
った。その原因は、第１のフリー磁性層（Ｆ１）の膜厚
（＝５０オングストローム）と、第２のフリー磁性層の
膜厚とがほぼ同じ値になるため、前記第１のフリー磁性
層（Ｆ１）及び第２のフリー磁性層（Ｆ２）の磁気モー
メントがほぼ同じになり、印加磁場に対し、前記第１の
フリー磁性層（Ｆ１）の磁化及び第２のフリー磁性層
（Ｆ２）の磁化が両方とも印加磁場方向へ向こうとす
る。磁気モーメントの値が異なれば、第１のフリー磁性
層（Ｆ１）と第２のフリー磁性層（Ｆ２）との間には交
換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）が発生し、前記第１の
フリー磁性層（Ｆ１）の磁化と第２のフリー磁性層（Ｆ
２）の磁化とが反平行の状態になろうとするが、前述の
ように、前記第１のフリー磁性層（Ｆ１）の磁化及び第
２のフリー磁性層（Ｆ２）の磁化が両方とも同一方向に
向こうとするため、前記第１のフリー磁性層（Ｆ１）と
第２のフリー磁性層（Ｆ２）との磁化状態は不安定化
し、後述するように、前記第２のフリー磁性層（Ｆ２）
の変動磁化と、固定磁性層（第１の固定磁性層）の固定
磁化との相対角度が制御できなくなり、ΔＭＲは急激に
低下する。

【０２８７】本発明では５００（Ｏｅ）以上の交換結合
磁界を得ることができる範囲を好ましい範囲に設定して
いるので、図２３に示すように、（第１のフリー磁性層
（Ｆ１）の膜厚）／（第２のフリー磁性層（Ｆ２）の膜
厚）を、０．５６〜０．８３、あるいは１．２５〜５の
範囲内で形成すれば、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁
界を得ることができるとわかる。さらに前記（第１のフ
リー磁性層（Ｆ１）の膜厚／第２のフリー磁性層（Ｆ
２）の膜厚）を、０．６１〜０．８３、あるいは１．２
５〜２．１の範囲内で形成すれば１０００（Ｏｅ）以上
の交換結合磁界を得ることができてより好ましい。

【０２８８】次に本発明では、フリー磁性層を非磁性中
間層を介して第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層
の２層に分断して形成した本発明におけるスピンバルブ
型薄膜素子を製作し、前記第１のフリー磁性層と第２の
フリー磁性層との膜厚比と、ΔＭＲとの関係について測
定した。まず、第２のフリー磁性層（ΔＭＲに直接関与
しない側のフリー磁性層）を２０オングストロームで固
定し、第１のフリー磁性層（非磁性導電層に接し、ΔＭ
Ｒに直接関与する側のフリー磁性層）の膜厚を変化させ
た。膜構成は、下から、Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３
０）／第２のフリー磁性層；ＮｉＦｅ（２０）／非磁性
中間層；Ｒｕ（８）／第１のフリー磁性層；ＮｉＦｅ
（Ｘ）＋Ｃｏ（１０）／非磁性導電層；Ｃu（２０）／
第１の固定磁性層；Ｃｏ（２５）／非磁性中間層；Ｒｕ
（８）／第２の固定磁性層；Ｃｏ（２０）／反強磁性
層；ＰｔＭｎ（１５）／Ｔａ（３０）であり、各層にお
ける括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオングス
トロームである。

【０２８９】なお本発明では、スピンバルブ型薄膜素子
を成膜後、２００（Ｏｅ）の磁場を印加して２６０℃で
４時間の熱処理を施している。また上記膜構成を見てわ
かるように、本発明では第１のフリー磁性層は２層で形
成されており、ＮｉＦｅ膜の膜厚を変化させている。そ
の実験結果を図２４に示すが、図２４に示す横軸は、Ｎ
ｉＦｅ合金の膜厚と、Ｃｏ膜の膜厚（＝１０オングスト
ローム）を足した第１のフリー磁性層総合の膜厚であ
る。図２４に示すように、第１のフリー磁性層（Ｆ１）
の膜厚が、２０オングストロームに近づくと、第２のフ
リー磁性層（Ｆ２）の膜厚とほぼ同程度になるため、Δ
ＭＲは急激に低下することがわかる。また、図２４に示
すように、第１のフリー磁性層（Ｆ１）の膜厚が約３０
オングストローム以上になると、ΔＭＲは上昇し、従来
のスピンバルブ型薄膜素子（シングルスピンバルブ型薄
膜素子）と同程度のΔＭＲを得ることが可能である。

【０２９０】ところで、図２３から導き出した５００
（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可能な（第１
のフリー磁性層（Ｆ１）の膜厚）／（第２のフリー磁性
層（Ｆ２）の膜厚）の範囲を、図２４上に表してみる
と、第１のフリー磁性層（Ｆ１）の膜厚）／（第２のフ
リー磁性層（Ｆ２）の膜厚）を１．２５〜５の範囲内に
すれば、高いΔＭＲを得ることが可能となっている。

【０２９１】次に本発明では、第１のフリー磁性層と第
２のフリー磁性層との間に介在する非磁性中間層の膜厚
を変化させて、前記非磁性中間層の膜厚と交換結合磁界
との関係について測定した。実験に使用したスピンバル
ブ型薄膜素子（デュアルスピンバルブ型薄膜素子）の膜
構成は下から、Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ（３０）／反
強磁性層；ＰｔＭｎ（１５０）／Ｒｕ（６）／非磁性導
電層；Ｃｕ（２０）／第１のフリー磁性層；Ｃｏ（１
０）＋ＮｉＦｅ（５０）／非磁性中間層；Ｒｕ（Ｘ）／
第１のフリー磁性層；ＮｉＦｅ（３０）＋Ｃｏ（１０）
／非磁性導電層；Ｃｕ（２０）／Ｒｕ（８）／反強磁性
層；ＰｔＭｎ（１５０）／Ｔａ（３０）であり、各層に
おける括弧内の数値は膜厚を表しており、単位はオング
ストロームである。なお本発明ではスピンバルブ型薄膜
素子を成膜後、２００（Ｏｅ）の磁場を印加しながら、
２６０℃で４時間の熱処理を施している。その実験結果
を図２０に示す。

【０２９２】図２０に示すように、５００（Ｏｅ）以上
の交換結合磁界を得るには、Ｒｕ膜の膜厚を５．５〜１
０．０オングストロームの範囲内で形成すればよいこと
がわかる。また１０００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を
得るには、Ｒｕ膜の膜厚を５．９〜９．４オングストロ
ームの範囲内で形成すればよいことがわかる。

【０２９３】

【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、固定磁性
層を非磁性中間層を介して第１の固定磁性層と第２の固
定磁性層の２層に分断して形成し、前記第１の固定磁性
層と第２の固定磁性層との間に発生する交換結合磁界
（ＲＫＫＹ相互作用）によって、前記第１の固定磁性層
の磁化と第２の固定磁性層の磁化を反平行状態にすれ
ば、前記固定磁性層の磁化状態を非常に安定した状態に
保つことが可能である。特に本発明では、前記第１の固
定磁性層と第２の固定磁性層との膜厚比、及び膜厚を適
性な範囲内で調節することにより、５００（Ｏｅ）以上
の交換結合磁界、さらに好ましくは１０００（Ｏｅ）以
上の交換結合磁界を得ることが可能である。

【０２９４】また本発明では、前記第１の固定磁性層と
第２の固定磁性層との間に介在する非磁性中間層を、Ｒ
ｕ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｃｒ，Ｒｅ，Ｃｕなどで形成し、さら
に、フリー磁性層よりも上側に前記非磁性中間層が形成
される場合と、下側に非磁性中間層が形成される場合と
で、前記非磁性中間層の膜厚を適性な範囲内で調節する
ことにより、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得る
ことができ、より好ましくは１０００（Ｏｅ）以上の交
換結合磁界を得ることができる。

【０２９５】さらに本発明では、反強磁性層として、ブ
ロッキング温度が高く、また固定磁性層（第１の固定磁
性層）との界面で発生する交換結合磁界（交換異方性磁
界）が大きく、しかも耐食性に優れた反強磁性材料とし
て、ＰｔＭｎ合金を使用している。あるいはＸ―Ｍｎ
（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのいずれか１種
または２種以上の元素である）、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（た
だしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇのい
ずれか１種または２種以上の元素である）で形成しても
よい。

【０２９６】本発明のように、固定磁性層を第１の固定
磁性層と第２の固定磁性層の２層に分断した場合では、
前記反強磁性層の膜厚を、従来の反強磁性層の半分程度
の膜厚で形成しても、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁
界を得ることができ、より好ましくは１０００（Ｏｅ）
以上の交換結合磁界を得ることができる。

【０２９７】さらに本発明では、フリー磁性層が固定磁
性層と同様に、非磁性中間層を介して第１のフリー磁性
層と第２のフリー磁性層に分断されて形成されているこ
とが好ましい。第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性
層との間には交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）が発生
し、前記第１のフリー磁性層の磁化と第２のフリー磁性
層の磁化とが反平行状態に磁化され、外部磁界に対して
感度よく反転できるようになる。

【０２９８】また本発明では、前記第１のフリー磁性層
と第２のフリー磁性層との膜厚比を適正な範囲内で形成
し、さらに前記第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性
層との間に介在する非磁性中間層をＲｕ膜などで形成
し、前記非磁性中間層の膜厚を適性な範囲内で形成すれ
ば、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界を得ることが可
能であり、より好ましくは１０００（Ｏｅ）以上の交換
結合磁界を得ることができる。

【０２９９】さらに本発明によれば、第１の固定磁性層
との界面において熱処理を必要とする反強磁性層を使用
した場合に、第１の固定磁性層の磁気モーメントと第２
の固定磁性層の磁気モーメントの大小を適正に調節し、
さらに前記熱処理中に印加する磁場の方向及びその大き
さを適正に調節することによって、第１の固定磁性層の
磁化を向けたい方向に向けることができ、しかも前記第
１の固定磁性層の磁化と第２の固定磁性層の磁化とを反
平行状態に適正に制御することが可能である。

【０３００】さらに本発明によれば、センス電流を流す
ことによって形成されるセンス電流磁界の方向と、第１
の固定磁性層の磁気モーメントと第２の固定磁性層の磁
気モーメントとを足し合わせて求めることができる合成
磁気モーメントの方向とを一致させることにより、前記
第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との磁化状態をさ
らに熱的に安定されることが可能である。

【０３０１】なおこのセンス電流方向の制御は、反強磁
性層にどのような反強磁性材料を使用した場合であって
も適用でき、例えば反強磁性層と固定磁性層（第１の固
定磁性層）との界面で交換結合磁界（交換異方性磁界）
を発生させるために、熱処理が必要であるか、あるいは
必要でないかを問わない。

【０３０２】さらに、従来のように、固定磁性層が単層
で形成されていたシングルスピンバルブ型薄膜素子の場
合であっても、前述したセンス電流を流すことによって
形成されるセンス電流磁界の方向と、固定磁性層の磁化
方向とを一致させることにより、前記固定磁性層の磁化
を熱的に安定化させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における第１実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子の横断面図、

【図２】図１に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体
との対向面側から見た断面図、

【図３】本発明における第２実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子の横断面図、

【図４】図３に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体
との対向面側から見た断面図、

【図５】本発明における第３実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子の横断面図、

【図６】図５に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体
との対向面側から見た断面図、

【図７】本発明における第４実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子の横断面図、

【図８】図７に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体
との対向面側から見た断面図、

【図９】本発明における第５実施形態のスピンバルブ型
薄膜素子の横断面図、

【図１０】図９に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒
体との対向面側から見た断面図、

【図１１】本発明における第６実施形態のスピンバルブ
型薄膜素子の横断面図、

【図１２】図１１に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録
媒体との対向面側から見た断面図、

【図１３】読み出しヘッド（再生ヘッド）を記録媒体と
の対向面からみた断面図、

【図１４】第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚を２０、あ
るいは４０オングストロームで固定した場合の、第２の
固定磁性層（Ｐ２）の膜厚と、交換結合磁界との関係、
及び（第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚）／（第２の固
定磁性層（Ｐ２）の膜厚）と、交換結合磁界（Ｈｅｘ）
との関係を示すグラフ、

【図１５】第１の固定磁性層（Ｐ１）の膜厚を２０、あ
るいは４０オングストロームで固定した場合の、第２の
固定磁性層（Ｐ２）の膜厚と、ΔＭＲ（％）との関係を
示すグラフ、

【図１６】第２の固定磁性層（Ｐ２）を３０オングスト
ロームで固定した場合の、第１の固定磁性層（Ｐ１）の
膜厚と、交換結合磁界との関係、及び（第１の固定磁性
層（Ｐ１）の膜厚）／（第２の固定磁性層（Ｐ２）の膜
厚）と交換結合磁界（Ｈｅｘ）との関係を示すグラフ、

【図１７】第２の固定磁性層（Ｐ２）を３０オングスト
ロームで固定した場合の、第１の固定磁性層（Ｐ１）の
膜厚と、ΔＭＲ（％）との関係を示すグラフ、

【図１８】デュアルスピンバルブ型薄膜素子において、
第１の固定磁性層（上）の膜厚及び第１の固定磁性層
（下）の膜厚と交換結合磁界（Ｈｅｘ）との関係、さら
に（第１の固定磁性層（Ｐ１ 上）の膜厚）／（第２の
固定磁性層（Ｐ２ 上）の膜厚）及び（第１の固定磁性
層（Ｐ１ 下）の膜厚）／（第２の固定磁性層（Ｐ２
下）の膜厚）と交換結合磁界（Ｈｅｘ）との関係を示す
グラフ、

【図１９】第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の間に
介在するＲｕ（非磁性中間層）の膜厚と交換結合磁界
（Ｈｅｘ）との関係を示すグラフ、

【図２０】４種類のスピンバルブ型薄膜素子を使用し、
各スピンバルブ型薄膜素子のＰｔＭｎ（反強磁性層）の
膜厚と、交換結合磁界（Ｈｅｘ）との関係を示すグラ
フ、

【図２１】２種類のデュアルスピンバルブ型薄膜素子を
使用し、各デュアルスピンバルブ型薄膜素子のＰｔＭｎ
（反強磁性層）の膜厚と、交換結合磁界（Ｈｅｘ）との
関係を示すグラフ、

【図２２】２種類のデュアルスピンバルブ型薄膜素子を
使用し、各デュアルスピンバルブ型薄膜素子のＰｔＭｎ
（反強磁性層）の膜厚と、ΔＭＲ（％）との関係を示す
グラフ、

【図２３】第１のフリー磁性層（Ｆ１）の膜厚を５０オ
ングストロームで固定した場合、第２のフリー磁性層
（Ｆ２）の膜厚と交換結合磁界（Ｈｅｘ）との関係、及
び（第１のフリー磁性層（Ｆ１）の膜厚）／（第２のフ
リー磁性層（Ｆ２）の膜厚）と交換結合磁界（Ｈｅｘ）
との関係を示すグラフ、

【図２４】第２のフリー磁性層（Ｆ２）の膜厚を２０オ
ングストロームで固定した場合、第１のフリー磁性層
（Ｆ１）の膜厚とΔＭＲ（％）との関係、及び（第１の
フリー磁性層（Ｆ１）の膜厚）／（第２のフリー磁性層
（Ｆ２）の膜厚）とΔＭＲ（％）との関係を示すグラ
フ、

【図２５】第１のフリー磁性層（Ｆ１）と第２のフリー
磁性層（Ｆ２）の間に介在するＲｕ（非磁性中間層）の
膜厚と、交換結合磁界（Ｈｅｘ）との関係を示すグラ
フ、

【図２６】本発明におけるスピンバルブ型薄膜素子、及
び従来におけるスピンバルブ型薄膜素子におけるヒステ
リシスループ、

【図２７】反強磁性層をＰｔＭｎで形成した場合、Ｎｉ
Ｏで形成した場合、及びＦｅＭｎで形成した場合の各ス
ピンバルブ型薄膜素子における環境温度（℃）と交換結
合磁界（Ｈｅｘ）との関係を示すグラフ、

【図２８】従来におけるスピンバルブ型薄膜素子を記録
媒体との対向面からみた断面図、

【符号の説明】

１０、３０、５０、７０、９１ 下地層 １１、２８、３１、４４、５１、８０、９２、１０８
反強磁性層 １２、２７、５２、７９ 第１の固定磁性層 １３、２６、３３、４２、５３、５９、７２、７８、９
４、１００、１０６ 非磁性中間層 １４、２５、５４、７７ 第２の固定磁性層 １５、２４、３５、４０、５５、７６、９６、１０４
非磁性導電層 １６、２１、３６ フリー磁性層 １９、２９、４５、６１、８１、１０９ 保護層 ３２、９３ 第１の固定磁性層（下） ３４、９５ 第２の固定磁性層（下） ４１、１０５ 第２の固定磁性層（上） ４３、１０７ 第１の固定磁性層（上） ５６、７３、１０１ 第１のフリー磁性層 ６０、７１、９７ 第２のフリー磁性層 ６２、８２、１３０ ハードバイアス層 ６３、８３、１３１ 導電層 １１２、１１３、１１４ センス電流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−16920（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−169026（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−105928（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−223336（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−91921（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−177706（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−112562（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−154618（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 5/39

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反強磁性層と、この反強磁性層と接して
   形成され、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化
   方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁
   性導電層を介して形成され、前記固定磁性層の磁化方向
   と交叉する方向に磁化が揃えられるフリー磁性層とを有
   するスピンバルブ型薄膜素子において、 前記固定磁性層は、反強磁性層に接する第１の磁性層
   と、前記第１の磁性層と非磁性中間層を介して重ねられ
   る第２の磁性層の２層で形成され、前記第１の磁性層と
   第２の磁性層は異なる膜厚で形成されており、 前記反強磁性層は、ＰｔＭｎ合金で形成され、 前記交換結合磁界は、１ｋＯｅ以上である ことを特徴と
   するスピンバルブ型薄膜素子。
2. 【請求項２】 ＰｔＭｎに代えて、前記反強磁性層は、
   Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのいず
   れか１種または２種以上の元素である）、あるいは、Ｐ
   ｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒ
   ｕ，Ａｕ，Ａｇのいずれか１種または２種以上の元素で
   ある）で形成される請求項１記載のスピンバルブ型薄膜
   素子。
3. 【請求項３】 前記（第１の磁性層の膜厚）／（第２の
   磁性層の膜厚）は、０．５３〜０．９５、あるいは１．
   ０５〜１．８の範囲内である請求項１または２に記載の
   スピンバルブ型薄膜素子。
4. 【請求項４】 前記第１の固定磁性層の膜厚及び第２の
   固定磁性層の膜厚は、共に１０〜５０オングストローム
   の範囲内であり、且つ│第１の固定磁性層の膜厚―第２
   の固定磁性層の膜厚│≧２オングストロームである請求
   項１ないし３のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素
   子。
5. 【請求項５】 前記フリー磁性層は、非磁性中間層を介
   して第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の２層で
   形成され、前記第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性
   層は、異なる膜厚で形成されている請求項１ないし４の
   いずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素子。
6. 【請求項６】 前記（第１のフリー磁性層の膜厚／第２
   のフリー磁性層の膜厚）は、０．６１〜０．８３、ある
   いは１．２５〜２．１の範囲内である請求項５記載のス
   ピンバルブ型薄膜素子。
7. 【請求項７】 前記第１のフリー磁性層と第２のフリー
   磁性層との間に介在する非磁性中間層の膜厚は、５．９
   〜９．４オングストロームの範囲内である請求項５また
   は６に記載のスピンバルブ型薄膜素子。
8. 【請求項８】 前記反強磁性層は、フリー磁性層よりも
   下側に形成され、前記第１の磁性層と第２の磁性層との
   間に介在する非磁性中間層の膜厚は、４．０〜９．４オ
   ングストロームの範囲内である請求項１ないし７のいず
   れかに記載のスピンバルブ型薄膜素子。
9. 【請求項９】 前記反強磁性層は、フリー磁性層よりも
   上側に形成され、前記第１の磁性層と第２の磁性層との
   間に介在する非磁性中間層の膜厚は、２．８〜６．２オ
   ングストローム、あるいは６．８〜１０．３オングスト
   ロームの範囲内である請求項１ないし７のいずれかに記
   載のスピンバルブ型薄膜素子。
10. 【請求項１０】 前記反強磁性層の膜厚は、１００〜２
    ００オングストロームの範囲内である請求項１ないし９
    のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素子。
11. 【請求項１１】 請求項１ないし請求項１０のいずれか
    に記載されたスピンバルブ型薄膜素子の上下に、ギャッ
    プ層を介してシールド層が形成されていることを特徴と
    する薄膜磁気ヘッド。