JP3048571B2 - 交換結合膜と、この交換結合膜を用いた磁気抵抗効果素子、ならびに、前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッド - Google Patents
交換結合膜と、この交換結合膜を用いた磁気抵抗効果素子、ならびに、前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッドInfo
- Publication number
- JP3048571B2 JP3048571B2 JP11113411A JP11341199A JP3048571B2 JP 3048571 B2 JP3048571 B2 JP 3048571B2 JP 11113411 A JP11113411 A JP 11113411A JP 11341199 A JP11341199 A JP 11341199A JP 3048571 B2 JP3048571 B2 JP 3048571B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- antiferromagnetic
- alloy
- exchange
- antiferromagnetic layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
- H01F10/3268—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/08—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
- H01F10/10—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
- H01F10/12—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being metals or alloys
- H01F10/123—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being metals or alloys having a L10 crystallographic structure, e.g. [Co,Fe][Pt,Pd] thin films
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Magnetic Heads (AREA)
- Thin Magnetic Films (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、反強磁性層と強磁
性層とから成り、前記反強磁性層と強磁性層との界面に
て発生する交換異方性磁界により、前記強磁性層の磁化
方向が一定の方向にされる交換結合膜に係り、特に、耐
食性を向上でき、しかもより大きい交換異方性磁界を得
られるようにした交換結合膜と、この交換結合膜を用い
た磁気抵抗効果素子（スピンバルブ型薄膜素子、ＡＭＲ
素子）、ならびに、前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜
磁気ヘッドに関する。
性層とから成り、前記反強磁性層と強磁性層との界面に
て発生する交換異方性磁界により、前記強磁性層の磁化
方向が一定の方向にされる交換結合膜に係り、特に、耐
食性を向上でき、しかもより大きい交換異方性磁界を得
られるようにした交換結合膜と、この交換結合膜を用い
た磁気抵抗効果素子（スピンバルブ型薄膜素子、ＡＭＲ
素子）、ならびに、前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜
磁気ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】スピンバルブ型薄膜素子は、巨大磁気抵
抗効果を利用したＧＭＲ（giant magnetoresistive）素
子の１種であり、ハードディスクなどの記録媒体からの
記録磁界を検出するものである。このスピンバルブ型薄
膜素子は、ＧＭＲ素子の中でも比較的構造が単純で、し
かも弱い磁界で抵抗が変化するなど、いくつかの優れた
点を有している。
抗効果を利用したＧＭＲ（giant magnetoresistive）素
子の１種であり、ハードディスクなどの記録媒体からの
記録磁界を検出するものである。このスピンバルブ型薄
膜素子は、ＧＭＲ素子の中でも比較的構造が単純で、し
かも弱い磁界で抵抗が変化するなど、いくつかの優れた
点を有している。
【０００３】前記スピンバルブ型薄膜素子は、最も単純
な構造で、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層およ
びフリー磁性層から成る。前記反強磁性層と固定磁性層
とは接して形成され、前記反強磁性層と固定磁性層との
界面にて発生する交換異方性磁界により、前記固定磁性
層の磁化方向は一定方向に単磁区化され固定される。
な構造で、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層およ
びフリー磁性層から成る。前記反強磁性層と固定磁性層
とは接して形成され、前記反強磁性層と固定磁性層との
界面にて発生する交換異方性磁界により、前記固定磁性
層の磁化方向は一定方向に単磁区化され固定される。
【０００４】フリー磁性層の磁化は、その両側に形成さ
れたバイアス層により、前記固定磁性層の磁化方向と交
叉する方向に揃えられる。
れたバイアス層により、前記固定磁性層の磁化方向と交
叉する方向に揃えられる。
【０００５】前記反強磁性層にはＦｅ−Ｍｎ（鉄−マン
ガン）合金膜、またはＮｉ−Ｍｎ（ニッケル−マンガ
ン）合金膜、固定磁性層及びフリー磁性層にはＮｉ−Ｆ
ｅ（ニッケル−鉄）合金膜、非磁性導電層にはＣｕ
（銅）膜、またバイアス層にはＣｏ−Ｐｔ（コバルト−
白金）合金膜などが一般的に使用されている。
ガン）合金膜、またはＮｉ−Ｍｎ（ニッケル−マンガ
ン）合金膜、固定磁性層及びフリー磁性層にはＮｉ−Ｆ
ｅ（ニッケル−鉄）合金膜、非磁性導電層にはＣｕ
（銅）膜、またバイアス層にはＣｏ−Ｐｔ（コバルト−
白金）合金膜などが一般的に使用されている。
【０００６】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漏れ磁界により、前記フ
リー磁性層の磁化方向が変動すると、固定磁性層の固定
磁化方向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。
ディスクなどの記録媒体からの漏れ磁界により、前記フ
リー磁性層の磁化方向が変動すると、固定磁性層の固定
磁化方向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。
【０００７】ところで、前述したように、反強磁性層に
は、Ｆｅ−Ｍｎ合金膜やＮｉ−Ｍｎ合金膜が用いられる
が、Ｆｅ−Ｍｎ合金膜は、耐食性が低く、また交換異方
性磁界が小さく、さらにブロッキング温度が１５０℃程
度と低くなっている。ブロッキング温度が低いことで、
ヘッドの製造工程中やヘッド動作中における素子温度の
上昇により、交換異方性磁界が消失してしまうという問
題が発生する。
は、Ｆｅ−Ｍｎ合金膜やＮｉ−Ｍｎ合金膜が用いられる
が、Ｆｅ−Ｍｎ合金膜は、耐食性が低く、また交換異方
性磁界が小さく、さらにブロッキング温度が１５０℃程
度と低くなっている。ブロッキング温度が低いことで、
ヘッドの製造工程中やヘッド動作中における素子温度の
上昇により、交換異方性磁界が消失してしまうという問
題が発生する。
【０００８】これに対し、Ｎｉ―Ｍｎ合金膜は、Ｆｅ―
Ｍｎ合金膜に比べて、交換異方性磁界が比較的大きく、
しかもブロッキング温度が約３００℃と高い。従って反
強磁性層には、Ｆｅ―Ｍｎ合金膜よりもＮｉ―Ｍｎ合金
膜を用いる方が好ましい。
Ｍｎ合金膜に比べて、交換異方性磁界が比較的大きく、
しかもブロッキング温度が約３００℃と高い。従って反
強磁性層には、Ｆｅ―Ｍｎ合金膜よりもＮｉ―Ｍｎ合金
膜を用いる方が好ましい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、Ｎｉ
Ｍｎ合金は、比較的交換異方性磁界が大きく、またブロ
ッキング温度も約３００℃と高くなっており、従来のＦ
ｅＭｎ合金に比べて優れた特性を有しているが、耐食性
に関しては、ＦｅＭｎ合金と同じ様に、充分であるとは
いえなかった。
Ｍｎ合金は、比較的交換異方性磁界が大きく、またブロ
ッキング温度も約３００℃と高くなっており、従来のＦ
ｅＭｎ合金に比べて優れた特性を有しているが、耐食性
に関しては、ＦｅＭｎ合金と同じ様に、充分であるとは
いえなかった。
【００１０】本発明は上記従来の課題を解決するための
ものであり、特に、耐食性を向上させることができ、し
かも、より大きな交換異方性磁界を発生させることが可
能な交換結合膜と、この交換結合膜を用いた磁気抵抗効
果素子、ならびに前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁
気ヘッドに関する。
ものであり、特に、耐食性を向上させることができ、し
かも、より大きな交換異方性磁界を発生させることが可
能な交換結合膜と、この交換結合膜を用いた磁気抵抗効
果素子、ならびに前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁
気ヘッドに関する。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】本発明は、反強磁性層と強磁性層とが接し
て形成され、前記反強磁性層と強磁性層との界面にて交
換異方性磁界が発生し、前記強磁性層の磁化方向が一定
方向にされる交換結合膜において、前記反強磁性層は、
Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，
Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか１種または２種以上の
元素であり、前記元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘ
ｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，
Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇ
ｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈ
ｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のう
ち１種または２種以上の元素である）で形成され、前記
Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金は、元素ＸとＭｎとで構成される空
間格子の隙間に元素Ｘ′が侵入した侵入型固溶体、ある
いは、元素ＸとＭｎとで構成される結晶格子の格子点の
一部が、元素Ｘ′に置換された置換型固溶体であること
を特徴とするものである。
て形成され、前記反強磁性層と強磁性層との界面にて交
換異方性磁界が発生し、前記強磁性層の磁化方向が一定
方向にされる交換結合膜において、前記反強磁性層は、
Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，
Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか１種または２種以上の
元素であり、前記元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘ
ｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，
Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇ
ｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈ
ｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のう
ち１種または２種以上の元素である）で形成され、前記
Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金は、元素ＸとＭｎとで構成される空
間格子の隙間に元素Ｘ′が侵入した侵入型固溶体、ある
いは、元素ＸとＭｎとで構成される結晶格子の格子点の
一部が、元素Ｘ′に置換された置換型固溶体であること
を特徴とするものである。
【００１７】また、本発明は、反強磁性層と強磁性層と
が接して形成され、前記反強磁性層と強磁性層との界面
にて交換異方性磁界が発生し、前記強磁性層の磁化方向
が一定方向にされる交換結合膜において、前記反強磁性
層は、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，
Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか１種または２種
以上の元素であり、前記元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋ
ｒ，Ｘｅのうち１種または２種以上の元素である）で形
成されることを特徴とするものであり、このとき、前記
Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金は、元素ＸとＭｎとで構成される空
間格子の隙間に元素Ｘ′が侵入した侵入型固溶体、ある
いは、元素ＸとＭｎとで構成される結晶格子の格子点の
一部が、元素Ｘ′に置換された置換型固溶体であること
が好ましい。
が接して形成され、前記反強磁性層と強磁性層との界面
にて交換異方性磁界が発生し、前記強磁性層の磁化方向
が一定方向にされる交換結合膜において、前記反強磁性
層は、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，
Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか１種または２種
以上の元素であり、前記元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋ
ｒ，Ｘｅのうち１種または２種以上の元素である）で形
成されることを特徴とするものであり、このとき、前記
Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金は、元素ＸとＭｎとで構成される空
間格子の隙間に元素Ｘ′が侵入した侵入型固溶体、ある
いは、元素ＸとＭｎとで構成される結晶格子の格子点の
一部が、元素Ｘ′に置換された置換型固溶体であること
が好ましい。
【００１８】上記のように本発明では、白金族元素から
選ばれた少なくとも１種の元素ＸとＭｎとで構成される
反強磁性材料に、元素ＸとＭｎで構成される結晶格子の
隙間に元素Ｘ′を侵入させ、あるいは元素ＸとＭｎで構
成される結晶格子の格子点の一部を元素Ｘ′に置換させ
ることにより、さらに大きな交換異方性磁界を得ること
が可能になる。元素Ｘ′を含有させることにより、より
大きな交換異方性磁界が得られるのは、反強磁性層の格
子定数を、元素Ｘ′を添加しない場合に比べ大きくでき
るからであると考えられる。また前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合
金は、耐食性にも優れている。
選ばれた少なくとも１種の元素ＸとＭｎとで構成される
反強磁性材料に、元素ＸとＭｎで構成される結晶格子の
隙間に元素Ｘ′を侵入させ、あるいは元素ＸとＭｎで構
成される結晶格子の格子点の一部を元素Ｘ′に置換させ
ることにより、さらに大きな交換異方性磁界を得ること
が可能になる。元素Ｘ′を含有させることにより、より
大きな交換異方性磁界が得られるのは、反強磁性層の格
子定数を、元素Ｘ′を添加しない場合に比べ大きくでき
るからであると考えられる。また前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合
金は、耐食性にも優れている。
【００１９】本発明では、前記反強磁性層として用いら
れるＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金の元素ＸはＰｔであることが好
ましい。
れるＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金の元素ＸはＰｔであることが好
ましい。
【００２０】
【００２１】なお本発明では、前記元素Ｘ′の組成比は
ａｔ％で、０．２〜１０の範囲内であることが好まし
く、より好ましくは前記元素Ｘ′の組成比はａｔ％で、
０．５〜５の範囲内である。
ａｔ％で、０．２〜１０の範囲内であることが好まし
く、より好ましくは前記元素Ｘ′の組成比はａｔ％で、
０．５〜５の範囲内である。
【００２２】さらに上記条件に加えて、元素ＸとＭｎと
の組成比の割合Ｘ：Ｍｎは、４：６〜６：４の範囲内で
あることが好ましい。
の組成比の割合Ｘ：Ｍｎは、４：６〜６：４の範囲内で
あることが好ましい。
【００２３】上記条件によって反強磁性層を形成するこ
とにより、反強磁性層と強磁性層との界面で発生する交
換異方性磁界を飛躍的に大きくできることが、後述する
実験によって確認されている。
とにより、反強磁性層と強磁性層との界面で発生する交
換異方性磁界を飛躍的に大きくできることが、後述する
実験によって確認されている。
【００２４】また本発明では、前記反強磁性層が強磁性
層の上に形成される場合、前記反強磁性層として用いら
れるＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比はａｔ％
で、４７〜５７の範囲内であることが好ましく、より好
ましくは、前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比
はａｔ％で、５０〜５６の範囲内である。
層の上に形成される場合、前記反強磁性層として用いら
れるＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比はａｔ％
で、４７〜５７の範囲内であることが好ましく、より好
ましくは、前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比
はａｔ％で、５０〜５６の範囲内である。
【００２５】さらに本発明では、前記反強磁性層が強磁
性層の下に形成される場合、前記反強磁性層として用い
られるＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比はａｔ％
で、４４〜５７の範囲内であることが好ましく、より好
ましくは、前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比
はａｔ％で、４６〜５５の範囲内である。
性層の下に形成される場合、前記反強磁性層として用い
られるＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比はａｔ％
で、４４〜５７の範囲内であることが好ましく、より好
ましくは、前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比
はａｔ％で、４６〜５５の範囲内である。
【００２６】上記のように、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金で形成
される反強磁性層を強磁性層の上に形成するか下に形成
するかにより、全体に占めるＸ＋Ｘ′の組成比を変える
ことで、より大きな交換異方性磁界を得ることが可能で
ある。
される反強磁性層を強磁性層の上に形成するか下に形成
するかにより、全体に占めるＸ＋Ｘ′の組成比を変える
ことで、より大きな交換異方性磁界を得ることが可能で
ある。
【００２７】また本発明では、前記反強磁性層として用
いられるＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金は、スパッタ法により形成
されることが好ましい。スパッタ法によって成膜された
Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金は、膜中の元素Ｘ′が置換型あるい
は侵入型で固溶した状態となっている。
いられるＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金は、スパッタ法により形成
されることが好ましい。スパッタ法によって成膜された
Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金は、膜中の元素Ｘ′が置換型あるい
は侵入型で固溶した状態となっている。
【００２８】以上のようにして形成された交換結合膜
は、本発明では、様々な磁気抵抗効果素子に使用可能で
ある。まず本発明におけるシングルスピンバルブ型薄膜
素子は、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異方性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たフリー磁性層と、前記フリー磁
性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交叉する
方向へ揃えるバイアス層と、固定磁性層と非磁性導電層
とフリー磁性層に検出電流を与える導電層とを有し、前
記反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成された固
定磁性層となる強磁性層とが、前述した交換結合膜によ
り形成されていることを特徴とするものである。
は、本発明では、様々な磁気抵抗効果素子に使用可能で
ある。まず本発明におけるシングルスピンバルブ型薄膜
素子は、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異方性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たフリー磁性層と、前記フリー磁
性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交叉する
方向へ揃えるバイアス層と、固定磁性層と非磁性導電層
とフリー磁性層に検出電流を与える導電層とを有し、前
記反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成された固
定磁性層となる強磁性層とが、前述した交換結合膜によ
り形成されていることを特徴とするものである。
【００２９】また本発明では、上記シングルスピンバル
ブ型薄膜素子のフリー磁性層の上側に、トラック幅方向
に間隔を空けて反強磁性層が積層され、前記反強磁性層
とフリー磁性層となる強磁性層とが、前述した交換結合
膜により形成されていてもよい。また本発明におけるデ
ュアルスピンバルブ型薄膜素子は、フリー磁性層の上下
に積層された非磁性導電層と、一方の前記非磁性導電層
の上および他方の非磁性導電層の下に位置する固定磁性
層と、一方の前記固定磁性層の上および他方の固定磁性
層の下に位置して、交換異方性磁界によりそれぞれの固
定磁性層の磁化方向を一定の方向に固定する反強磁性層
と、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁
化方向と交叉する方向に揃えるバイアス層とを有し、前
記反強磁性層とこの反強磁性層と接して形成された固定
磁性層となる強磁性層とが、前述した交換結合膜により
形成されていることを特徴とするものである。
ブ型薄膜素子のフリー磁性層の上側に、トラック幅方向
に間隔を空けて反強磁性層が積層され、前記反強磁性層
とフリー磁性層となる強磁性層とが、前述した交換結合
膜により形成されていてもよい。また本発明におけるデ
ュアルスピンバルブ型薄膜素子は、フリー磁性層の上下
に積層された非磁性導電層と、一方の前記非磁性導電層
の上および他方の非磁性導電層の下に位置する固定磁性
層と、一方の前記固定磁性層の上および他方の固定磁性
層の下に位置して、交換異方性磁界によりそれぞれの固
定磁性層の磁化方向を一定の方向に固定する反強磁性層
と、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁
化方向と交叉する方向に揃えるバイアス層とを有し、前
記反強磁性層とこの反強磁性層と接して形成された固定
磁性層となる強磁性層とが、前述した交換結合膜により
形成されていることを特徴とするものである。
【００３０】さらに本発明におけるＡＭＲ素子は、非磁
性層を介して重ねられた磁気抵抗層と軟磁性層とを有
し、前記磁気抵抗層の上側に、トラック幅方向に間隔を
空けて反強磁性層が形成され、前記反強磁性層と磁気抵
抗層となる強磁性層とが、前述した交換結合膜により形
成されていることを特徴とするものである。
性層を介して重ねられた磁気抵抗層と軟磁性層とを有
し、前記磁気抵抗層の上側に、トラック幅方向に間隔を
空けて反強磁性層が形成され、前記反強磁性層と磁気抵
抗層となる強磁性層とが、前述した交換結合膜により形
成されていることを特徴とするものである。
【００３１】また本発明における薄膜磁気ヘッドは、前
述した磁気抵抗効果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。
述した磁気抵抗効果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。
【００３２】本発明では、例えば前記磁気抵抗効果素子
としてシングルスピンバルブ型薄膜素子およびデュアル
スピンバルブ型薄膜素子の反強磁性層と固定磁性層（強
磁性層）とを、前記交換結合膜により形成することによ
り、耐食性を向上でき、さらに前記固定磁性層の磁化を
一定方向に強固に固定することが可能となり、従来に比
べて優れた再生特性を得ることが可能となっている。
としてシングルスピンバルブ型薄膜素子およびデュアル
スピンバルブ型薄膜素子の反強磁性層と固定磁性層（強
磁性層）とを、前記交換結合膜により形成することによ
り、耐食性を向上でき、さらに前記固定磁性層の磁化を
一定方向に強固に固定することが可能となり、従来に比
べて優れた再生特性を得ることが可能となっている。
【００３３】また、エクスチェンジバイアス方式によ
り、例えばシングルスピンバルブ型薄膜素子のフリー磁
性層（強磁性層）、あるいはＡＭＲ素子の磁気抵抗効果
素子層（強磁性層）の磁化方向を一定の方向に揃える場
合、エクスチェンジバイアス層とフリー磁性層、あるい
はエクスチェンジバイアス層と磁気抵抗層とを、前記交
換結合膜により形成することにより、前記フリー磁性層
および磁気抵抗層の磁化を一定方向に適性に揃えること
が可能となり、優れた再生特性を得ることが可能であ
る。
り、例えばシングルスピンバルブ型薄膜素子のフリー磁
性層（強磁性層）、あるいはＡＭＲ素子の磁気抵抗効果
素子層（強磁性層）の磁化方向を一定の方向に揃える場
合、エクスチェンジバイアス層とフリー磁性層、あるい
はエクスチェンジバイアス層と磁気抵抗層とを、前記交
換結合膜により形成することにより、前記フリー磁性層
および磁気抵抗層の磁化を一定方向に適性に揃えること
が可能となり、優れた再生特性を得ることが可能であ
る。
【００３４】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１実施形態の
シングルスピンバルブ型薄膜素子の構造をＡＢＳ面側か
ら見た断面図である。なお、図１ではＸ方向に延びる素
子の中央部分のみを破断して示している。
シングルスピンバルブ型薄膜素子の構造をＡＢＳ面側か
ら見た断面図である。なお、図１ではＸ方向に延びる素
子の中央部分のみを破断して示している。
【００３５】このシングルスピンバルブ型薄膜素子は、
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。
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。
【００３６】図１の最も下に形成されているのはＴａ
（タンタル）などの非磁性材料で形成された下地層６で
ある。この下地層６の上にフリー磁性層１、非磁性導電
層２、固定磁性層３、および反強磁性層４が積層されて
いる。そして、前記反強磁性層４の上にＴａ（タンタ
ル）などの保護層７が形成されている。
（タンタル）などの非磁性材料で形成された下地層６で
ある。この下地層６の上にフリー磁性層１、非磁性導電
層２、固定磁性層３、および反強磁性層４が積層されて
いる。そして、前記反強磁性層４の上にＴａ（タンタ
ル）などの保護層７が形成されている。
【００３７】また図１に示すように、下地層６から保護
層７までの６層の両側には、ハードバイアス層５，５が
形成され、前記ハードバイアス層５，５の上には導電層
８，８が積層されている。
層７までの６層の両側には、ハードバイアス層５，５が
形成され、前記ハードバイアス層５，５の上には導電層
８，８が積層されている。
【００３８】本発明では前記フリー磁性層１および固定
磁性層３が、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ合金、
Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金などにより形成されている。
磁性層３が、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ合金、
Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金などにより形成されている。
【００３９】なお図１に示すようにフリー磁性層１は一
層で形成されているが、これが多層構造で形成されても
よい。つまり、前記フリー磁性層１が、例えばＮｉＦｅ
合金とＣｏＦｅ合金とが積層された構造となっていても
よいし、ＮｉＦｅ合金とＣｏとが積層された構造でもよ
い。
層で形成されているが、これが多層構造で形成されても
よい。つまり、前記フリー磁性層１が、例えばＮｉＦｅ
合金とＣｏＦｅ合金とが積層された構造となっていても
よいし、ＮｉＦｅ合金とＣｏとが積層された構造でもよ
い。
【００４０】前記フリー磁性層１と固定磁性層３との間
に介在する非磁性導電層２は、Ｃｕで形成されている。
さらに、ハードバイアス層５，５は、例えばＣｏ−Ｐｔ
（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト
−クロム−白金）合金などで形成されており、導電層
８，８は、Ｃｕ（銅）やＷ（タングステン）、Ｃｒ（ク
ロム）などで形成されている。
に介在する非磁性導電層２は、Ｃｕで形成されている。
さらに、ハードバイアス層５，５は、例えばＣｏ−Ｐｔ
（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト
−クロム−白金）合金などで形成されており、導電層
８，８は、Ｃｕ（銅）やＷ（タングステン）、Ｃｒ（ク
ロム）などで形成されている。
【００４１】本発明では、固定磁性層３の上に形成され
ている反強磁性層４は、Ｘ″−Ｍｎ合金（ただしＸ″
は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれ
か２種以上の元素である）で構成される反強磁性材料に
よって形成されている。
ている反強磁性層４は、Ｘ″−Ｍｎ合金（ただしＸ″
は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれ
か２種以上の元素である）で構成される反強磁性材料に
よって形成されている。
【００４２】本発明では、図１に示す固定磁性層３と反
強磁性層４との界面構造は、非整合状態となっており、
また界面における前記反強磁性層４の少なくとも一部の
結晶構造は、Ｌ１0型の面心正方格子（以下、規則格子
という）となっている。
強磁性層４との界面構造は、非整合状態となっており、
また界面における前記反強磁性層４の少なくとも一部の
結晶構造は、Ｌ１0型の面心正方格子（以下、規則格子
という）となっている。
【００４３】ここで、Ｌ１0型の面心正方格子とは、単
位格子の６面のうち、側面の４面の中心をＸ″原子
（Ｘ″＝Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちい
ずれか２種以上）が占め、単位格子の隅、および上面お
よび下面の中心にＭｎ原子が占めるものをいう。
位格子の６面のうち、側面の４面の中心をＸ″原子
（Ｘ″＝Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちい
ずれか２種以上）が占め、単位格子の隅、および上面お
よび下面の中心にＭｎ原子が占めるものをいう。
【００４４】また本発明では、固定磁性層３と反強磁性
層４との結晶配向が異なっていることが、固定磁性層３
と反強磁性層４との界面構造が、非整合状態になりやす
い点で好ましい。
層４との結晶配向が異なっていることが、固定磁性層３
と反強磁性層４との界面構造が、非整合状態になりやす
い点で好ましい。
【００４５】図１に示すシングルバルブ型薄膜素子で
は、Ｔａの下地層６が敷いてあるので、前記下地層６の
上に形成されるフリー磁性層１、非磁性導電層２、およ
び固定磁性層３の｛１１１｝面は、膜面に対して平行な
方向に優先配向している。これに対し、前記固定磁性層
３の上に形成される反強磁性層４の｛１１１｝面は、前
記固定磁性層３の｛１１１｝面の配向度に比べて小さい
か、あるいは無配向となっている。つまり、図１に示す
固定磁性層３と反強磁性層４との界面付近での結晶配向
は異なったものとなっており、従って前記界面における
構造が非整合状態になりやすくなっている。
は、Ｔａの下地層６が敷いてあるので、前記下地層６の
上に形成されるフリー磁性層１、非磁性導電層２、およ
び固定磁性層３の｛１１１｝面は、膜面に対して平行な
方向に優先配向している。これに対し、前記固定磁性層
３の上に形成される反強磁性層４の｛１１１｝面は、前
記固定磁性層３の｛１１１｝面の配向度に比べて小さい
か、あるいは無配向となっている。つまり、図１に示す
固定磁性層３と反強磁性層４との界面付近での結晶配向
は異なったものとなっており、従って前記界面における
構造が非整合状態になりやすくなっている。
【００４６】本発明では熱処理前の段階から、固定磁性
層３と反強磁性層４との界面構造を非整合状態としてい
るが、これは熱処理を施すことにより、前記反強磁性層
４の結晶構造を、不規則格子（面心立方格子）から前述
した規則格子に変態させ、適性な交換異方性磁界を得ら
れるようにするためである。
層３と反強磁性層４との界面構造を非整合状態としてい
るが、これは熱処理を施すことにより、前記反強磁性層
４の結晶構造を、不規則格子（面心立方格子）から前述
した規則格子に変態させ、適性な交換異方性磁界を得ら
れるようにするためである。
【００４７】言い変えれば、界面構造が整合状態にある
と、熱処理を施しても、前記反強磁性層４の結晶構造
が、不規則格子から規則格子に変態しにくく、従って交
換異方性磁界が得られないという問題が生じる。
と、熱処理を施しても、前記反強磁性層４の結晶構造
が、不規則格子から規則格子に変態しにくく、従って交
換異方性磁界が得られないという問題が生じる。
【００４８】本発明における反強磁性層４として用いら
れるＸ″−Ｍｎ合金（ただしＸ″は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉ
ｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか２種以上の元素で
ある）は、従来から反強磁性層として使用されているＦ
ｅＭｎ合金、ＮｉＭｎ合金などに比べて耐食性に優れて
おり、またブロッキング温度も高く、さらに交換異方性
磁界（Ｈｅｘ）が大きいなど反強磁性材料として優れた
特性を有している。
れるＸ″−Ｍｎ合金（ただしＸ″は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉ
ｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか２種以上の元素で
ある）は、従来から反強磁性層として使用されているＦ
ｅＭｎ合金、ＮｉＭｎ合金などに比べて耐食性に優れて
おり、またブロッキング温度も高く、さらに交換異方性
磁界（Ｈｅｘ）が大きいなど反強磁性材料として優れた
特性を有している。
【００４９】ところで前記反強磁性層４が、Ｘ″―Ｍｎ
合金（ただしＸ″は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，
Ｏｓのうちいずれか２種以上の元素である）で形成され
る場合、熱処理前の段階において、本発明では、前記
Ｘ″―Ｍｎ合金の組成比を下記の数値内に設定してい
る。
合金（ただしＸ″は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，
Ｏｓのうちいずれか２種以上の元素である）で形成され
る場合、熱処理前の段階において、本発明では、前記
Ｘ″―Ｍｎ合金の組成比を下記の数値内に設定してい
る。
【００５０】前記反強磁性層４が、Ｘ″−Ｍｎ合金（た
だしＸ″は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのう
ちいずれか２種以上の元素である）で形成され、しかも
図１に示すように前記反強磁性層４が固定磁性層３の上
に形成される場合、Ｘ″−Ｍｎ合金の元素Ｘ″の組成比
はａｔ％で、４７〜５７の範囲内であることが好まし
い。より好ましくはＸ″−Ｍｎ合金の元素Ｘ″の組成比
はａｔ％で、５０〜５６の範囲内である。
だしＸ″は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのう
ちいずれか２種以上の元素である）で形成され、しかも
図１に示すように前記反強磁性層４が固定磁性層３の上
に形成される場合、Ｘ″−Ｍｎ合金の元素Ｘ″の組成比
はａｔ％で、４７〜５７の範囲内であることが好まし
い。より好ましくはＸ″−Ｍｎ合金の元素Ｘ″の組成比
はａｔ％で、５０〜５６の範囲内である。
【００５１】上述した組成比内で反強磁性層４を形成す
ると、熱処理前、つまり結晶構造が不規則格子となって
いる段階での前記反強磁性層４の格子定数と、固定磁性
層３の格子定数との差を大きくすることができ、従って
熱処理前にて、前記固定磁性層３と反強磁性層４との界
面構造を非整合状態に保つことができる。
ると、熱処理前、つまり結晶構造が不規則格子となって
いる段階での前記反強磁性層４の格子定数と、固定磁性
層３の格子定数との差を大きくすることができ、従って
熱処理前にて、前記固定磁性層３と反強磁性層４との界
面構造を非整合状態に保つことができる。
【００５２】この状態で熱処理を施すと、前記反強磁性
層４の結晶構造の変化により、交換異方性磁界が発生
し、前述したようにＸ″−Ｍｎ合金の元素Ｘ″の組成比
の組成比がａｔ％で、４７〜５７の範囲内であると、４
００（Ｏｅ：エルステッド）以上の交換異方性磁界を得
ることが可能である。またＸ″−Ｍｎ合金の元素Ｘ″の
組成比はａｔ％で、５０〜５６の範囲内であると、６０
０（Ｏｅ）以上の交換異方性磁界を得ることが可能であ
る。
層４の結晶構造の変化により、交換異方性磁界が発生
し、前述したようにＸ″−Ｍｎ合金の元素Ｘ″の組成比
の組成比がａｔ％で、４７〜５７の範囲内であると、４
００（Ｏｅ：エルステッド）以上の交換異方性磁界を得
ることが可能である。またＸ″−Ｍｎ合金の元素Ｘ″の
組成比はａｔ％で、５０〜５６の範囲内であると、６０
０（Ｏｅ）以上の交換異方性磁界を得ることが可能であ
る。
【００５３】このように本発明では、反強磁性層４とし
てＸ″−Ｍｎ合金を使用した場合、元素Ｘ″の組成比を
上述した範囲内で形成することにより、熱処理前におけ
る前記反強磁性層４と固定磁性層３との界面構造を非整
合状態に保つことが可能である。
てＸ″−Ｍｎ合金を使用した場合、元素Ｘ″の組成比を
上述した範囲内で形成することにより、熱処理前におけ
る前記反強磁性層４と固定磁性層３との界面構造を非整
合状態に保つことが可能である。
【００５４】また本発明では、Ｘ−Ｍｎ合金（ただしＸ
は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれ
か１種または２種以上の元素である）に、第３元素とし
て元素Ｘ′を添加することにより、反強磁性層４の格子
定数を大きくでき、熱処理前における反強磁性層４と固
定磁性層３との界面構造を非整合状態にすることが可能
である。
は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれ
か１種または２種以上の元素である）に、第３元素とし
て元素Ｘ′を添加することにより、反強磁性層４の格子
定数を大きくでき、熱処理前における反強磁性層４と固
定磁性層３との界面構造を非整合状態にすることが可能
である。
【００５５】Ｘ−Ｍｎ合金に元素Ｘ′を加えたＸ−Ｍｎ
―Ｘ′合金は、元素ＸとＭｎとで構成される空間格子の
隙間に元素Ｘ′が侵入した侵入型固溶体であり、あるい
は、元素ＸとＭｎとで構成される結晶格子の格子点の一
部が、元素Ｘ′に置換された置換型固溶体である。ここ
で固溶体とは、広い組成範囲にわたって、均一に成分が
混ざり合った固体のことを指している。なお本発明では
元素ＸはＰｔであることが好ましい。
―Ｘ′合金は、元素ＸとＭｎとで構成される空間格子の
隙間に元素Ｘ′が侵入した侵入型固溶体であり、あるい
は、元素ＸとＭｎとで構成される結晶格子の格子点の一
部が、元素Ｘ′に置換された置換型固溶体である。ここ
で固溶体とは、広い組成範囲にわたって、均一に成分が
混ざり合った固体のことを指している。なお本発明では
元素ＸはＰｔであることが好ましい。
【００５６】ところで本発明では前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合
金をスパッタ法により成膜している。スパッタによっ
て、前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金は非平衡状態で成膜され、
成膜されたＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金は、膜中の元素Ｘ′が、
元素ＸとＭｎとで構成される空間格子の隙間に侵入し、
あるいは、元素ＸとＭｎとで構成される結晶格子の格子
点の一部が、元素Ｘ′に置換される。このように、前記
元素Ｘ′が、Ｘ−Ｍｎ合金の格子に侵入型であるいは置
換型で固溶することにより、格子は押し広げられ、反強
磁性層４の格子定数は、元素Ｘ′を添加しない場合に比
べ大きくなる。
金をスパッタ法により成膜している。スパッタによっ
て、前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金は非平衡状態で成膜され、
成膜されたＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金は、膜中の元素Ｘ′が、
元素ＸとＭｎとで構成される空間格子の隙間に侵入し、
あるいは、元素ＸとＭｎとで構成される結晶格子の格子
点の一部が、元素Ｘ′に置換される。このように、前記
元素Ｘ′が、Ｘ−Ｍｎ合金の格子に侵入型であるいは置
換型で固溶することにより、格子は押し広げられ、反強
磁性層４の格子定数は、元素Ｘ′を添加しない場合に比
べ大きくなる。
【００５７】また本発明では、元素Ｘ′として様々な元
素を使用することが可能であるが、反応性の高いハロゲ
ンやＯ（酸素）等を使用すると、これらがＭｎとのみ選
択的に化学結合してしまい、面心立方晶の結晶構造を保
てなくなると考えられ好ましくない。本発明における具
体的な元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，
Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，
Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎ
ｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，
Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素（Ｓｃ，Ｙとランタ
ノイド（Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，
Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ））
のうち１種または２種以上の元素である。
素を使用することが可能であるが、反応性の高いハロゲ
ンやＯ（酸素）等を使用すると、これらがＭｎとのみ選
択的に化学結合してしまい、面心立方晶の結晶構造を保
てなくなると考えられ好ましくない。本発明における具
体的な元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，
Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，
Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎ
ｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，
Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素（Ｓｃ，Ｙとランタ
ノイド（Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，
Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ））
のうち１種または２種以上の元素である。
【００５８】上記に示した様々な元素Ｘ′のいずれを使
用しても、スパッタによって、反強磁性層４の格子定数
を大きくできるが、特に置換型で固溶する元素Ｘ′を使
用する場合は、前記元素Ｘ′の組成比が大きくなりすぎ
ると、反強磁性としての特性が低下し、固定磁性層３と
の界面で発生する交換結合磁界が小さくなってしまう。
用しても、スパッタによって、反強磁性層４の格子定数
を大きくできるが、特に置換型で固溶する元素Ｘ′を使
用する場合は、前記元素Ｘ′の組成比が大きくなりすぎ
ると、反強磁性としての特性が低下し、固定磁性層３と
の界面で発生する交換結合磁界が小さくなってしまう。
【００５９】特に本発明では、侵入型で固溶し、不活性
ガスの希ガス元素（Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅのうち１種
または２種以上）を元素Ｘ′として使用することが好ま
しいとしている。希ガス元素は不活性ガスなので、希ガ
ス元素が、膜中に含有されても、反強磁性特性に大きく
影響を与えることがなく、さらに、Ａｒなどは、スパッ
タガスとして従来からスパッタ装置内に導入されるガス
であり、ガス圧やスパッタ粒子のエネルギーを適正に調
節するのみで、容易に、膜中にＡｒを侵入させることが
できる。
ガスの希ガス元素（Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅのうち１種
または２種以上）を元素Ｘ′として使用することが好ま
しいとしている。希ガス元素は不活性ガスなので、希ガ
ス元素が、膜中に含有されても、反強磁性特性に大きく
影響を与えることがなく、さらに、Ａｒなどは、スパッ
タガスとして従来からスパッタ装置内に導入されるガス
であり、ガス圧やスパッタ粒子のエネルギーを適正に調
節するのみで、容易に、膜中にＡｒを侵入させることが
できる。
【００６０】なお、元素Ｘ′にガス系の元素を使用した
場合には、膜中に多量の元素Ｘ′を含有することは困難
であるが、希ガスの場合においては、膜中に微量侵入さ
せるだけで、熱処理によって発生する交換結合磁界を、
飛躍的に大きくできることが実験により確認されてい
る。
場合には、膜中に多量の元素Ｘ′を含有することは困難
であるが、希ガスの場合においては、膜中に微量侵入さ
せるだけで、熱処理によって発生する交換結合磁界を、
飛躍的に大きくできることが実験により確認されてい
る。
【００６１】なお本発明では、元素Ｘ′の組成比の範囲
を設定しており、好ましい前記元素Ｘ′の組成範囲は、
ａｔ％で０．２から１０であり、より好ましくは、ａｔ
％で、０．５から５である。またこのとき、元素ＸとＭ
ｎとの組成比の割合Ｘ：Ｍｎは、４：６〜６：４の範囲
内であることが好ましい。元素Ｘ′の組成比と、元素Ｘ
とＭｎとの組成比の割合Ｘ：Ｍｎを、上記範囲内で調整
すれば、成膜段階（熱処理前）における反強磁性層４の
格子定数を大きくでき、しかも熱処理を施すことにより
反強磁性層４と固定磁性層３との界面で発生する交換結
合磁界を、元素Ｘ′を含有しない場合に比べ、大きくす
ることが可能である。
を設定しており、好ましい前記元素Ｘ′の組成範囲は、
ａｔ％で０．２から１０であり、より好ましくは、ａｔ
％で、０．５から５である。またこのとき、元素ＸとＭ
ｎとの組成比の割合Ｘ：Ｍｎは、４：６〜６：４の範囲
内であることが好ましい。元素Ｘ′の組成比と、元素Ｘ
とＭｎとの組成比の割合Ｘ：Ｍｎを、上記範囲内で調整
すれば、成膜段階（熱処理前）における反強磁性層４の
格子定数を大きくでき、しかも熱処理を施すことにより
反強磁性層４と固定磁性層３との界面で発生する交換結
合磁界を、元素Ｘ′を含有しない場合に比べ、大きくす
ることが可能である。
【００６２】さらに本発明では、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金
（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓの
うちいずれか１種または２種以上の元素であり、Ｘ′
は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍ
ｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎ
ｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａ
ｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，
Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素
である）で形成された反強磁性層４が、図１に示すよう
に、固定磁性層３の上に形成される場合、前記Ｘ−Ｍｎ
−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比はａｔ％で、４７〜５７
の範囲内であることが好ましく、より好ましくは、Ｘ−
Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比はａｔ％で、５０〜
５６の範囲内である。
（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓの
うちいずれか１種または２種以上の元素であり、Ｘ′
は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍ
ｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎ
ｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａ
ｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，
Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素
である）で形成された反強磁性層４が、図１に示すよう
に、固定磁性層３の上に形成される場合、前記Ｘ−Ｍｎ
−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比はａｔ％で、４７〜５７
の範囲内であることが好ましく、より好ましくは、Ｘ−
Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比はａｔ％で、５０〜
５６の範囲内である。
【００６３】熱処理を施すことによって反強磁性層４と
固定磁性層３との界面で発生する交換結合磁界により、
前記固定磁性層３の磁化は、図１に示すＹ方向に単磁区
化され固定される。なお、反強磁性層４として使用され
るＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金の元素Ｘ′が例えばガス系の元素
である場合には、熱処理を施すことにより、前記元素
Ｘ′が膜中から抜け出て、成膜された段階での元素Ｘ′
の組成比よりも、熱処理後の元素Ｘ′の組成比は小さく
なり、あるいは完全に前記Ｘ′が膜中から抜け出してし
まって、組成がＸ−Ｍｎになってしまうことがあるが、
成膜段階（熱処理前）における固定磁性層３と反強磁性
層４との界面構造が非整合状態となっていれば、熱処理
を施すことにより、前記反強磁性層４の結晶構造は、不
規則格子（面心立方格子）から規則格子に適性に変態
し、大きい交換異方性磁界を得ることが可能である。
固定磁性層３との界面で発生する交換結合磁界により、
前記固定磁性層３の磁化は、図１に示すＹ方向に単磁区
化され固定される。なお、反強磁性層４として使用され
るＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金の元素Ｘ′が例えばガス系の元素
である場合には、熱処理を施すことにより、前記元素
Ｘ′が膜中から抜け出て、成膜された段階での元素Ｘ′
の組成比よりも、熱処理後の元素Ｘ′の組成比は小さく
なり、あるいは完全に前記Ｘ′が膜中から抜け出してし
まって、組成がＸ−Ｍｎになってしまうことがあるが、
成膜段階（熱処理前）における固定磁性層３と反強磁性
層４との界面構造が非整合状態となっていれば、熱処理
を施すことにより、前記反強磁性層４の結晶構造は、不
規則格子（面心立方格子）から規則格子に適性に変態
し、大きい交換異方性磁界を得ることが可能である。
【００６４】またフリー磁性層１は、その両側に形成さ
れているハードバイアス層５，５により、図示Ｘ方向に
揃えられる。
れているハードバイアス層５，５により、図示Ｘ方向に
揃えられる。
【００６５】図１に示すシングルスピンバルブ型薄膜素
子では、導電層８からフリー磁性層１、非磁性導電層２
および固定磁性層３に定常電流（センス電流）が与えら
れ、しかも記録媒体からＹ方向へ磁界が与えられると、
フリー磁性層１の磁化方向がＸ方向からＹ方向へ向けて
変化する。このとき、伝導電子が、非磁性導電層２と固
定磁性層３との界面、または非磁性導電層２とフリー磁
性層１との界面で散乱を起こし、電気抵抗が変化する。
よって電圧が変化し、検出出力を得ることができる。
子では、導電層８からフリー磁性層１、非磁性導電層２
および固定磁性層３に定常電流（センス電流）が与えら
れ、しかも記録媒体からＹ方向へ磁界が与えられると、
フリー磁性層１の磁化方向がＸ方向からＹ方向へ向けて
変化する。このとき、伝導電子が、非磁性導電層２と固
定磁性層３との界面、または非磁性導電層２とフリー磁
性層１との界面で散乱を起こし、電気抵抗が変化する。
よって電圧が変化し、検出出力を得ることができる。
【００６６】図２は、本発明の第２実施形態のシングル
スピンバルブ型薄膜素子の構造を示す断面図である。図
２に示すように、下から下地層６、反強磁性層４、固定
磁性層３、非磁性導電層２、およびフリー磁性層１が連
続して積層されている。
スピンバルブ型薄膜素子の構造を示す断面図である。図
２に示すように、下から下地層６、反強磁性層４、固定
磁性層３、非磁性導電層２、およびフリー磁性層１が連
続して積層されている。
【００６７】なお、図２に示す反強磁性層４は、図１に
示す反強磁性層４と同じ様に、Ｘ″−Ｍｎ合金（ただし
Ｘ″は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちい
ずれか２種以上の元素である）、またはＸ−Ｍｎ−Ｘ′
合金（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏ
ｓのうちいずれか１種または２種以上の元素、Ｘ′は、
Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａ
ｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃ
ｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃ
ｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、
及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素であ
る）で形成されている。
示す反強磁性層４と同じ様に、Ｘ″−Ｍｎ合金（ただし
Ｘ″は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちい
ずれか２種以上の元素である）、またはＸ−Ｍｎ−Ｘ′
合金（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏ
ｓのうちいずれか１種または２種以上の元素、Ｘ′は、
Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａ
ｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃ
ｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃ
ｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、
及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素であ
る）で形成されている。
【００６８】なお、固定磁性層３、非磁性導電層２、お
よびフリー磁性層１は、図１で説明した材質で形成され
ている。
よびフリー磁性層１は、図１で説明した材質で形成され
ている。
【００６９】この実施例においても、固定磁性層３と反
強磁性層４との界面構造は、非整合状態となっており、
また界面における前記反強磁性層４の少なくとも一部の
結晶構造は、Ｌ１0型の面心正方格子（以下、規則格子
という）となっている。
強磁性層４との界面構造は、非整合状態となっており、
また界面における前記反強磁性層４の少なくとも一部の
結晶構造は、Ｌ１0型の面心正方格子（以下、規則格子
という）となっている。
【００７０】またＴａの下地層６の上に形成された前記
反強磁性層４の｛１１１｝面は、界面に平行な方向に優
先配向するが、図２に示すように、前記反強磁性層４の
上に固定磁性層３が形成されると、前記固定磁性層３の
｛１１１｝面の界面方向に対する配向度は、前記反強磁
性層４の配向度よりも小さいか、あるいは無配向になり
易い傾向がある。このように、図２では界面における前
記反強磁性層４と固定磁性層３との結晶配向は異なって
おり、従ってより界面構造を非整合状態とすることが可
能となっている。
反強磁性層４の｛１１１｝面は、界面に平行な方向に優
先配向するが、図２に示すように、前記反強磁性層４の
上に固定磁性層３が形成されると、前記固定磁性層３の
｛１１１｝面の界面方向に対する配向度は、前記反強磁
性層４の配向度よりも小さいか、あるいは無配向になり
易い傾向がある。このように、図２では界面における前
記反強磁性層４と固定磁性層３との結晶配向は異なって
おり、従ってより界面構造を非整合状態とすることが可
能となっている。
【００７１】ところで、反強磁性層４がＸ″−Ｍｎ合金
（ただしＸ″は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ
のうちいずれか２種以上の元素である）で形成され、図
２に示すように、反強磁性層４が固定磁性層３の下に形
成される場合、反強磁性層４として用いられるＸ″−Ｍ
ｎ合金の元素Ｘ″の組成比はａｔ％で、４４〜５７の範
囲内であることが好ましい。この範囲内であれば、４０
０（Ｏｅ）以上の交換異方性磁界を得ることが可能であ
る。より好ましくはＸ″−Ｍｎ合金の元素Ｘ″の組成比
はａｔ％で、４６〜５５の範囲内である。この範囲内で
あれば、６００（Ｏｅ）以上の交換異方性磁界を得るこ
とが可能である。
（ただしＸ″は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ
のうちいずれか２種以上の元素である）で形成され、図
２に示すように、反強磁性層４が固定磁性層３の下に形
成される場合、反強磁性層４として用いられるＸ″−Ｍ
ｎ合金の元素Ｘ″の組成比はａｔ％で、４４〜５７の範
囲内であることが好ましい。この範囲内であれば、４０
０（Ｏｅ）以上の交換異方性磁界を得ることが可能であ
る。より好ましくはＸ″−Ｍｎ合金の元素Ｘ″の組成比
はａｔ％で、４６〜５５の範囲内である。この範囲内で
あれば、６００（Ｏｅ）以上の交換異方性磁界を得るこ
とが可能である。
【００７２】このように上述した組成範囲内であると交
換異方性磁界を大きくすることができるのは、熱処理前
における反強磁性層４の格子定数（不規則格子）と、固
定磁性層３の格子定数との差を大きくすることができ、
熱処理前での界面構造を非整合状態とすることができる
からである。
換異方性磁界を大きくすることができるのは、熱処理前
における反強磁性層４の格子定数（不規則格子）と、固
定磁性層３の格子定数との差を大きくすることができ、
熱処理前での界面構造を非整合状態とすることができる
からである。
【００７３】従って熱処理を施すことにより、界面にお
ける前記反強磁性層４の少なくとも一部の結晶構造を、
不規則格子から交換異方性磁界を発揮するために必要な
規則格子に変態させることが可能となる。
ける前記反強磁性層４の少なくとも一部の結晶構造を、
不規則格子から交換異方性磁界を発揮するために必要な
規則格子に変態させることが可能となる。
【００７４】また前記反強磁性層４が、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′
合金（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏ
ｓのうちいずれか１種または２種以上の元素、Ｘ′は、
Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａ
ｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃ
ｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃ
ｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、
及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素であ
る）で形成される場合、前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金は、ス
パッタ法によって形成され、元素ＸとＭｎとで構成され
る空間格子の隙間に元素Ｘ′が侵入した侵入型固溶体と
なり、あるいは、元素ＸとＭｎとで構成される結晶格子
の格子点の一部が、元素Ｘ′に置換された置換型固溶体
となっている。
合金（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏ
ｓのうちいずれか１種または２種以上の元素、Ｘ′は、
Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａ
ｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃ
ｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃ
ｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、
及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素であ
る）で形成される場合、前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金は、ス
パッタ法によって形成され、元素ＸとＭｎとで構成され
る空間格子の隙間に元素Ｘ′が侵入した侵入型固溶体と
なり、あるいは、元素ＸとＭｎとで構成される結晶格子
の格子点の一部が、元素Ｘ′に置換された置換型固溶体
となっている。
【００７５】元素Ｘ′を膜中に含有する反強磁性層４の
格子定数は、前記元素Ｘ′を含有しない反強磁性層４の
格子定数に比べて大きくなり、成膜段階（熱処理前）に
おける反強磁性層４と固定磁性層３との界面構造を非整
合状態に保つことができる。
格子定数は、前記元素Ｘ′を含有しない反強磁性層４の
格子定数に比べて大きくなり、成膜段階（熱処理前）に
おける反強磁性層４と固定磁性層３との界面構造を非整
合状態に保つことができる。
【００７６】なお本発明では、膜中に占める元素Ｘ′の
組成比を、ａｔ％で、０．２〜１０の範囲内とし、より
好ましい組成範囲をａｔ％で、０．５〜５の範囲内とし
ている。また元素Ｘ′を前記組成範囲内で形成し、さら
に、元素ＸとＭｎとの組成比の割合Ｘ：Ｍｎを、４：６
〜６：４の範囲内とすれば、より大きい交換結合磁界を
得ることが可能である。
組成比を、ａｔ％で、０．２〜１０の範囲内とし、より
好ましい組成範囲をａｔ％で、０．５〜５の範囲内とし
ている。また元素Ｘ′を前記組成範囲内で形成し、さら
に、元素ＸとＭｎとの組成比の割合Ｘ：Ｍｎを、４：６
〜６：４の範囲内とすれば、より大きい交換結合磁界を
得ることが可能である。
【００７７】また本発明では、図２に示すように、Ｘ−
Ｍｎ−Ｘ′合金で形成された反強磁性層４が固定磁性層
３の下側に形成される場合、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋
Ｘ′の組成比は、ａｔ％で、４４〜５７の範囲内である
ことが好ましい。より好ましくはＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金の
Ｘ＋Ｘ′の組成比はａｔ％で、４６〜５５の範囲内であ
る。
Ｍｎ−Ｘ′合金で形成された反強磁性層４が固定磁性層
３の下側に形成される場合、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋
Ｘ′の組成比は、ａｔ％で、４４〜５７の範囲内である
ことが好ましい。より好ましくはＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金の
Ｘ＋Ｘ′の組成比はａｔ％で、４６〜５５の範囲内であ
る。
【００７８】なお、図２に示す固定磁性層３の磁化は、
反強磁性層４との界面にて発生する交換異方性磁界によ
り、図示Ｙ方向に単磁区化され固定されている。
反強磁性層４との界面にて発生する交換異方性磁界によ
り、図示Ｙ方向に単磁区化され固定されている。
【００７９】図２に示すように、フリー磁性層１の上に
は、トラック幅Ｔｗの間隔を空けてエクスチェンジバイ
アス層９（反強磁性層）が形成されている。
は、トラック幅Ｔｗの間隔を空けてエクスチェンジバイ
アス層９（反強磁性層）が形成されている。
【００８０】なおこのエクスチェンジバイアス層９は、
Ｘ″−Ｍｎ合金（ただしＸ″は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒ
ｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか２種以上の元素であ
る）、またはＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただしＸは、Ｐｔ，
Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか１種また
は２種以上の元素、Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，
Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，
Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚ
ｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種
または２種以上の元素である）で形成されている。
Ｘ″−Ｍｎ合金（ただしＸ″は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒ
ｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか２種以上の元素であ
る）、またはＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただしＸは、Ｐｔ，
Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか１種また
は２種以上の元素、Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，
Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，
Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚ
ｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種
または２種以上の元素である）で形成されている。
【００８１】Ｘ″−Ｍｎ合金の元素Ｘ″の組成比はａｔ
％で、４７〜５７の範囲内となっている。より好ましく
はＸ″−Ｍｎ合金の元素Ｘ″の組成比はａｔ％で、５０
〜５６の範囲内である。なおこの組成範囲は、図１で説
明した反強磁性層４の組成範囲と同じである。またＸ−
Ｍｎ−Ｘ′合金の場合、元素Ｘ′の組成比はａｔ％で、
０．２〜１０の範囲内であり、より好ましい組成範囲は
ａｔ％で、０．５〜５の範囲内である。また元素ＸとＭ
ｎとの組成比の割合Ｘ：Ｍｎは、４：６〜６：４の範囲
内であることが好ましい。さらに、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金
のＸ＋Ｘ′の組成比はａｔ％で、４７〜５７の範囲内と
なっていることが好ましく、より好ましくはＸ−Ｍｎ−
Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比はａｔ％で、５０〜５６の
範囲内である。
％で、４７〜５７の範囲内となっている。より好ましく
はＸ″−Ｍｎ合金の元素Ｘ″の組成比はａｔ％で、５０
〜５６の範囲内である。なおこの組成範囲は、図１で説
明した反強磁性層４の組成範囲と同じである。またＸ−
Ｍｎ−Ｘ′合金の場合、元素Ｘ′の組成比はａｔ％で、
０．２〜１０の範囲内であり、より好ましい組成範囲は
ａｔ％で、０．５〜５の範囲内である。また元素ＸとＭ
ｎとの組成比の割合Ｘ：Ｍｎは、４：６〜６：４の範囲
内であることが好ましい。さらに、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金
のＸ＋Ｘ′の組成比はａｔ％で、４７〜５７の範囲内と
なっていることが好ましく、より好ましくはＸ−Ｍｎ−
Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比はａｔ％で、５０〜５６の
範囲内である。
【００８２】上述した組成範囲内であると、フリー磁性
層１とエクスチェンジバイアス層９との界面構造は非整
合状態となり、少なくとも界面にて４００（Ｏｅ）以上
の交換異方性磁界を得ることができるが、図２に示すよ
うに、前記エクスチェンジバイアス層９，９は、トラッ
ク幅Ｔｗ部分には形成されていないので、フリー磁性層
１の両端部分が、強く交換異方性磁界の影響を受け図示
Ｘ方向に単磁区化され、フリー磁性層１のトラック幅Ｔ
ｗ領域の磁化は、外部磁界に対して反応する程度に図示
Ｘ方向に適性に揃えられている。
層１とエクスチェンジバイアス層９との界面構造は非整
合状態となり、少なくとも界面にて４００（Ｏｅ）以上
の交換異方性磁界を得ることができるが、図２に示すよ
うに、前記エクスチェンジバイアス層９，９は、トラッ
ク幅Ｔｗ部分には形成されていないので、フリー磁性層
１の両端部分が、強く交換異方性磁界の影響を受け図示
Ｘ方向に単磁区化され、フリー磁性層１のトラック幅Ｔ
ｗ領域の磁化は、外部磁界に対して反応する程度に図示
Ｘ方向に適性に揃えられている。
【００８３】このようにして形成されたシングルスピン
バルブ型薄膜素子では、図示Ｙ方向の外部磁界により、
フリー磁性層１のトラック幅Ｔｗ領域の磁化が図示Ｘ方
向から図示Ｙ方向に変化する。このフリー磁性層１内で
の磁化の方向の変動と、固定磁性層３の固定磁化方向
（図示Ｙ方向）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。
バルブ型薄膜素子では、図示Ｙ方向の外部磁界により、
フリー磁性層１のトラック幅Ｔｗ領域の磁化が図示Ｘ方
向から図示Ｙ方向に変化する。このフリー磁性層１内で
の磁化の方向の変動と、固定磁性層３の固定磁化方向
（図示Ｙ方向）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。
【００８４】図３は、本発明の第３実施形態のデュアル
スピンバルブ型薄膜素子の構造を示す断面図である。図
に示す示すように、下から下地層６、反強磁性層４、固
定磁性層３、非磁性導電層２、およびフリー磁性層１が
連続して積層されている。さらに前記フリー磁性層１の
上には、非磁性導電層２、固定磁性層３、反強磁性層
４、および保護層７が連続して積層されている。
スピンバルブ型薄膜素子の構造を示す断面図である。図
に示す示すように、下から下地層６、反強磁性層４、固
定磁性層３、非磁性導電層２、およびフリー磁性層１が
連続して積層されている。さらに前記フリー磁性層１の
上には、非磁性導電層２、固定磁性層３、反強磁性層
４、および保護層７が連続して積層されている。
【００８５】また、下地層６から保護層７までの多層膜
の両側にはハードバイアス層５，５、導電層８，８が積
層されている。
の両側にはハードバイアス層５，５、導電層８，８が積
層されている。
【００８６】なお、各層は図１および図２で説明した材
質と同じ材質で形成されている。
質と同じ材質で形成されている。
【００８７】図３に示すように、フリー磁性層１よりも
下側に形成されている反強磁性層４は、固定磁性層３の
下に形成されているので、図２に示す反強磁性層４と同
じ様に、前記反強磁性層４として用いられるＸ″−Ｍｎ
合金の元素Ｘ″の組成比はａｔ％で、４４〜５７の範囲
内であることが好ましく、より好ましくはＸ″−Ｍｎ合
金の元素Ｘ″の組成比はａｔ％で、４６〜５５の範囲内
である。
下側に形成されている反強磁性層４は、固定磁性層３の
下に形成されているので、図２に示す反強磁性層４と同
じ様に、前記反強磁性層４として用いられるＸ″−Ｍｎ
合金の元素Ｘ″の組成比はａｔ％で、４４〜５７の範囲
内であることが好ましく、より好ましくはＸ″−Ｍｎ合
金の元素Ｘ″の組成比はａｔ％で、４６〜５５の範囲内
である。
【００８８】また、フリー磁性層１よりも上側に形成さ
れている反強磁性層４は、固定磁性層３の上に形成され
ているので、図１に示す反強磁性層４と同じ様に、前記
反強磁性層４として用いられるＸ″−Ｍｎ合金の元素
Ｘ″の組成比はａｔ％で、４７〜５７の範囲内であるこ
とが好ましく、より好ましくはＸ″−Ｍｎ合金の元素
Ｘ″の組成比はａｔ％で、５０〜５６の範囲内である。
れている反強磁性層４は、固定磁性層３の上に形成され
ているので、図１に示す反強磁性層４と同じ様に、前記
反強磁性層４として用いられるＸ″−Ｍｎ合金の元素
Ｘ″の組成比はａｔ％で、４７〜５７の範囲内であるこ
とが好ましく、より好ましくはＸ″−Ｍｎ合金の元素
Ｘ″の組成比はａｔ％で、５０〜５６の範囲内である。
【００８９】この組成範囲内であれば、熱処理前におけ
る固定磁性層３の格子定数と反強磁性層４の格子定数と
の差を大きくすることができるので、熱処理前における
界面構造を非整合状態にすることができ、従って熱処理
を施すことにより、界面での前記反強磁性層４の一部の
結晶構造を不規則格子から交換異方性磁界を発揮するの
に必要な規則格子に変態させることが可能である。なお
前記反強磁性層４がＰｔＭｎ合金で形成される場合、熱
処理後における前記反強磁性層４の格子定数ａ，ｃの比
ｃ／ａは、０．９３〜０．９９の範囲内であることが好
ましい。
る固定磁性層３の格子定数と反強磁性層４の格子定数と
の差を大きくすることができるので、熱処理前における
界面構造を非整合状態にすることができ、従って熱処理
を施すことにより、界面での前記反強磁性層４の一部の
結晶構造を不規則格子から交換異方性磁界を発揮するの
に必要な規則格子に変態させることが可能である。なお
前記反強磁性層４がＰｔＭｎ合金で形成される場合、熱
処理後における前記反強磁性層４の格子定数ａ，ｃの比
ｃ／ａは、０．９３〜０．９９の範囲内であることが好
ましい。
【００９０】また、反強磁性層４と固定磁性層３との結
晶配向も異なっているので、より界面構造を非整合状態
にすることが可能となっている。
晶配向も異なっているので、より界面構造を非整合状態
にすることが可能となっている。
【００９１】上述した組成範囲内でれば、少なくとも４
００（Ｏｅ）以上の交換異方性磁界を得ることが可能で
あるが、反強磁性層４を固定磁性層３の下に形成する方
が、固定磁性層３の上に形成するよりも、Ｘ″−Ｍｎ合
金の元素Ｘ″の組成比の範囲を若干広くすることが可能
である。
００（Ｏｅ）以上の交換異方性磁界を得ることが可能で
あるが、反強磁性層４を固定磁性層３の下に形成する方
が、固定磁性層３の上に形成するよりも、Ｘ″−Ｍｎ合
金の元素Ｘ″の組成比の範囲を若干広くすることが可能
である。
【００９２】また反強磁性層４がＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金で
形成される場合は、元素Ｘ′の組成比は、ａｔ％で、
０．２〜１０の範囲内であり、より好ましい組成範囲は
ａｔ％で、０．５〜５の範囲内である。また元素ＸとＭ
ｎとの組成比の割合Ｘ：Ｍｎは、４：６〜６：４の範囲
内であることが好ましい。
形成される場合は、元素Ｘ′の組成比は、ａｔ％で、
０．２〜１０の範囲内であり、より好ましい組成範囲は
ａｔ％で、０．５〜５の範囲内である。また元素ＸとＭ
ｎとの組成比の割合Ｘ：Ｍｎは、４：６〜６：４の範囲
内であることが好ましい。
【００９３】さらにフリー磁性層１よりも下側に形成さ
れている反強磁性層４の場合、前記反強磁性層４として
用いられるＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比はａ
ｔ％で、４４〜５７の範囲内であることが好ましく、よ
り好ましくはＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比は
ａｔ％で、４６〜５５の範囲内である。
れている反強磁性層４の場合、前記反強磁性層４として
用いられるＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比はａ
ｔ％で、４４〜５７の範囲内であることが好ましく、よ
り好ましくはＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比は
ａｔ％で、４６〜５５の範囲内である。
【００９４】また、フリー磁性層１よりも上側に形成さ
れている反強磁性層４の場合、前記反強磁性層４として
用いられるＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比はａ
ｔ％で、４７〜５７の範囲内であることが好ましく、よ
り好ましくはＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比は
ａｔ％で、５０〜５６の範囲内である。
れている反強磁性層４の場合、前記反強磁性層４として
用いられるＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比はａ
ｔ％で、４７〜５７の範囲内であることが好ましく、よ
り好ましくはＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比は
ａｔ％で、５０〜５６の範囲内である。
【００９５】上記組成範囲内であれば、熱処理前におけ
る固定磁性層３の格子定数と反強磁性層４の格子定数と
の差を大きくすることができ、熱処理前における界面構
造を非整合状態にすることができ、従って熱処理を施す
ことにより、界面での前記反強磁性層４の一部の結晶構
造を不規則格子から交換異方性磁界を発揮するのに必要
な規則格子に変態させることが可能である。
る固定磁性層３の格子定数と反強磁性層４の格子定数と
の差を大きくすることができ、熱処理前における界面構
造を非整合状態にすることができ、従って熱処理を施す
ことにより、界面での前記反強磁性層４の一部の結晶構
造を不規則格子から交換異方性磁界を発揮するのに必要
な規則格子に変態させることが可能である。
【００９６】なおこのデュアルスピンバルブ型薄膜素子
も図１に示すシングルスピンバルブ型薄膜素子と同じよ
うに、固定磁性層３は、交換異方性磁界により、図示Ｙ
方向に単磁区化され固定されており、フリー磁性層１の
磁化は、ハードバイアス層５，５の影響を受けて図示Ｘ
方向に揃えられている。
も図１に示すシングルスピンバルブ型薄膜素子と同じよ
うに、固定磁性層３は、交換異方性磁界により、図示Ｙ
方向に単磁区化され固定されており、フリー磁性層１の
磁化は、ハードバイアス層５，５の影響を受けて図示Ｘ
方向に揃えられている。
【００９７】導電層８からフリー磁性層１、非磁性導電
層２および固定磁性層３に定常電流が与えられ、しかも
記録媒体からＹ方向へ磁界が与えられると、フリー磁性
層１の磁化は図示Ｘ方向からＹ方向に変動し、このとき
非磁性導電層２とフリー磁性層１との界面、および非磁
性導電層２と固定磁性層３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、記録媒体からの漏れ磁界が検出される。
層２および固定磁性層３に定常電流が与えられ、しかも
記録媒体からＹ方向へ磁界が与えられると、フリー磁性
層１の磁化は図示Ｘ方向からＹ方向に変動し、このとき
非磁性導電層２とフリー磁性層１との界面、および非磁
性導電層２と固定磁性層３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、記録媒体からの漏れ磁界が検出される。
【００９８】なお、図１および図２に示すシングルスピ
ンバルブ型薄膜素子では、スピンに依存した電子の散乱
を起こす場所が、非磁性導電層２とフリー磁性層１との
界面、および非磁性導電層２と固定磁性層３との界面の
２箇所であるのに対し、図３に示すデュアルスピンバル
ブ型薄膜素子では、伝導電子の散乱が起こる場所が、非
磁性導電層２とフリー磁性層１との２箇所の界面と、非
磁性導電層２と固定磁性層３との２箇所の界面の計４箇
所であるため、デュアルスピンバルブ型薄膜素子の方が
シングルスピンバルブ型薄膜素子に比べて大きい抵抗変
化率を得ることが可能である。
ンバルブ型薄膜素子では、スピンに依存した電子の散乱
を起こす場所が、非磁性導電層２とフリー磁性層１との
界面、および非磁性導電層２と固定磁性層３との界面の
２箇所であるのに対し、図３に示すデュアルスピンバル
ブ型薄膜素子では、伝導電子の散乱が起こる場所が、非
磁性導電層２とフリー磁性層１との２箇所の界面と、非
磁性導電層２と固定磁性層３との２箇所の界面の計４箇
所であるため、デュアルスピンバルブ型薄膜素子の方が
シングルスピンバルブ型薄膜素子に比べて大きい抵抗変
化率を得ることが可能である。
【００９９】図４は、本発明の第４実施形態のＡＭＲ型
薄膜素子の構造を示す断面図である。図に示すように、
下から軟磁性層（ＳＡＬ層）１０、非磁性層（ＳＨＵＮ
Ｔ層）１１、および磁気抵抗層（ＭＲ層）１２が連続し
て積層されている。
薄膜素子の構造を示す断面図である。図に示すように、
下から軟磁性層（ＳＡＬ層）１０、非磁性層（ＳＨＵＮ
Ｔ層）１１、および磁気抵抗層（ＭＲ層）１２が連続し
て積層されている。
【０１００】例えば前記軟磁性層１０は、Ｆｅ−Ｎｉ−
Ｎｂ合金、非磁性層１１は、Ｔａ膜、磁気抵抗層１２
は、ＮｉＦｅ合金により形成されている。
Ｎｂ合金、非磁性層１１は、Ｔａ膜、磁気抵抗層１２
は、ＮｉＦｅ合金により形成されている。
【０１０１】前記磁気抵抗層１２の上には、トラック幅
Ｔｗを開けたＸ方向両側の部分にエクスチェンジバイア
ス層（反強磁性層）９，９が形成され、さらに、前記エ
クスチェンジバイアス層９，９の上には、Ｃｒ膜などで
形成された導電層１３，１３が形成されている。
Ｔｗを開けたＸ方向両側の部分にエクスチェンジバイア
ス層（反強磁性層）９，９が形成され、さらに、前記エ
クスチェンジバイアス層９，９の上には、Ｃｒ膜などで
形成された導電層１３，１３が形成されている。
【０１０２】図４に示すエクスチェンジバイアス層９，
９は、図２に示すエクスチェンジバイアス層９，９と同
様に、Ｘ″−Ｍｎ合金（ただしＸ″は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉ
ｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか２種以上の元素で
ある）で形成されており、Ｘ″−Ｍｎ合金の元素Ｘ″の
組成比はａｔ％で、４７〜５７の範囲内となっている。
より好ましくはＸ″−Ｍｎ合金の元素Ｘ″の組成比はａ
ｔ％で、５０〜５６の範囲内である。
９は、図２に示すエクスチェンジバイアス層９，９と同
様に、Ｘ″−Ｍｎ合金（ただしＸ″は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉ
ｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか２種以上の元素で
ある）で形成されており、Ｘ″−Ｍｎ合金の元素Ｘ″の
組成比はａｔ％で、４７〜５７の範囲内となっている。
より好ましくはＸ″−Ｍｎ合金の元素Ｘ″の組成比はａ
ｔ％で、５０〜５６の範囲内である。
【０１０３】また前記エクスチェンジバイアス層９，９
は、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉ
ｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか１種または２種以
上の元素、Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，
Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，
Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎ
ｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，
Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２
種以上の元素である）で形成されており、元素Ｘ′の組
成比は、ａｔ％で、０．２〜１０の範囲内であり、より
好ましい組成範囲はａｔ％で、０．５〜５の範囲内であ
る。また元素ＸとＭｎとの組成比の割合Ｘ：Ｍｎは、
４：６〜６：４の範囲内であることが好ましい。また図
４に示すエクスチェンジバイアス層９，９は、図２に示
すエクスチェンジバイアス層９，９と同様に、Ｘ−Ｍｎ
−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比はａｔ％で、４７〜５７
の範囲内となっている。より好ましくはＸ−Ｍｎ−Ｘ′
合金のＸ＋Ｘ′の組成比はａｔ％で、５０〜５６の範囲
内である。
は、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉ
ｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか１種または２種以
上の元素、Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，
Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，
Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎ
ｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，
Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２
種以上の元素である）で形成されており、元素Ｘ′の組
成比は、ａｔ％で、０．２〜１０の範囲内であり、より
好ましい組成範囲はａｔ％で、０．５〜５の範囲内であ
る。また元素ＸとＭｎとの組成比の割合Ｘ：Ｍｎは、
４：６〜６：４の範囲内であることが好ましい。また図
４に示すエクスチェンジバイアス層９，９は、図２に示
すエクスチェンジバイアス層９，９と同様に、Ｘ−Ｍｎ
−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組成比はａｔ％で、４７〜５７
の範囲内となっている。より好ましくはＸ−Ｍｎ−Ｘ′
合金のＸ＋Ｘ′の組成比はａｔ％で、５０〜５６の範囲
内である。
【０１０４】以上のように、Ｘ″−Ｍｎ合金あるいはＸ
−Ｍｎ−Ｘ′合金の組成比を上述した範囲内で形成すれ
ば、前記エクスチェンジバイアス層９，９と磁気抵抗層
１２との界面構造は非整合状態となり、熱処理を施すこ
とにより、ＮｉＦｅ合金の磁気抵抗層１２の膜厚が２０
０〜３００オングストロームの場合は、前記界面にて約
４０〜１１０（Ｏｅ）の交換異方性磁界が得られ、とり
わけ、ＮｉＦｅ合金の磁気抵抗層の膜厚が、約２００オ
ングストロームの場合には、約６０〜１１０（Ｏｅ）の
交換異方性磁界が得られ、図４に示す磁気抵抗層１２の
Ｂ領域が、図示Ｘ方向に単磁区化される。そしてこれに
誘発されて前記磁気抵抗層１２のＡ領域の磁化が図示Ｘ
方向に揃えられる。また、検出電流が磁気抵抗層１２を
流れる際に発生する電流磁界が、軟磁性層１０にＹ方向
に印加され、軟磁性層１０がもたらす静磁結合エネルギ
ーにより、磁気抵抗層１２のＡ領域に横バイアス磁界が
Ｙ方向に与えられる。Ｘ方向に単磁区化された磁気抵抗
層１２のＡ領域にこの横バイアス層が与えられることに
より、磁気抵抗層１２のＡ領域の磁界変化に対する抵抗
変化（磁気抵抗効果特性：Ｈ―Ｒ効果特性）が直線性を
有する状態に設定される。
−Ｍｎ−Ｘ′合金の組成比を上述した範囲内で形成すれ
ば、前記エクスチェンジバイアス層９，９と磁気抵抗層
１２との界面構造は非整合状態となり、熱処理を施すこ
とにより、ＮｉＦｅ合金の磁気抵抗層１２の膜厚が２０
０〜３００オングストロームの場合は、前記界面にて約
４０〜１１０（Ｏｅ）の交換異方性磁界が得られ、とり
わけ、ＮｉＦｅ合金の磁気抵抗層の膜厚が、約２００オ
ングストロームの場合には、約６０〜１１０（Ｏｅ）の
交換異方性磁界が得られ、図４に示す磁気抵抗層１２の
Ｂ領域が、図示Ｘ方向に単磁区化される。そしてこれに
誘発されて前記磁気抵抗層１２のＡ領域の磁化が図示Ｘ
方向に揃えられる。また、検出電流が磁気抵抗層１２を
流れる際に発生する電流磁界が、軟磁性層１０にＹ方向
に印加され、軟磁性層１０がもたらす静磁結合エネルギ
ーにより、磁気抵抗層１２のＡ領域に横バイアス磁界が
Ｙ方向に与えられる。Ｘ方向に単磁区化された磁気抵抗
層１２のＡ領域にこの横バイアス層が与えられることに
より、磁気抵抗層１２のＡ領域の磁界変化に対する抵抗
変化（磁気抵抗効果特性：Ｈ―Ｒ効果特性）が直線性を
有する状態に設定される。
【０１０５】記録媒体の移動方向はＺ方向であり、図示
Ｙ方向に漏れ磁界が与えられると、磁気抵抗層１２のＡ
領域の抵抗値が変化し、これが電圧変化として検出され
る。
Ｙ方向に漏れ磁界が与えられると、磁気抵抗層１２のＡ
領域の抵抗値が変化し、これが電圧変化として検出され
る。
【０１０６】以上詳述したように、本発明では、反強磁
性層４（あるいはエクスチェンジバイアス層９）をＸ″
−Ｍｎ合金（ただしＸ″は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，
Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか２種以上の元素である）、好
ましくはＰｔＭｎ合金で形成する際に、前記反強磁性層
４の組成比を適性に調節することにより、前記反強磁性
層４と、この反強磁性層４と接して形成される固定磁性
層３（あるいはフリー磁性層１または磁気抵抗層１２）
との界面構造を非整合状態とすることができ、従ってよ
り大きな交換異方性磁界を得られ、従来に比べて再生特
性を高めることが可能である。あるいは、前記反強磁性
層４（あるいはエクスチェンジバイアス層９）を元素Ｘ
（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓの
うちいずれか２種以上の元素である）とＭｎ以外に、第
３元素として元素Ｘ′（ただしＸ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋ
ｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，
Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇ
ａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓ
ｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元
素のうち１種または２種以上の元素である）を添加する
ことにより、前記元素Ｘ′を添加しない場合に比べ、反
強磁性層４の格子定数を大きくすることができるので、
前記反強磁性層４と、この反強磁性層４と接して形成さ
れる固定磁性層３（あるいはフリー磁性層１または磁気
抵抗層１２）との界面構造を非整合状態とすることがで
き、従ってより大きな交換異方性磁界を得ることがで
き、従来に比べて再生特性を高めることが可能である。
また反強磁性層４と固定磁性層３との結晶配向を異なる
ようにしておくことが、より界面構造を非整合状態にし
やすくできる点で好ましい。
性層４（あるいはエクスチェンジバイアス層９）をＸ″
−Ｍｎ合金（ただしＸ″は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，
Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか２種以上の元素である）、好
ましくはＰｔＭｎ合金で形成する際に、前記反強磁性層
４の組成比を適性に調節することにより、前記反強磁性
層４と、この反強磁性層４と接して形成される固定磁性
層３（あるいはフリー磁性層１または磁気抵抗層１２）
との界面構造を非整合状態とすることができ、従ってよ
り大きな交換異方性磁界を得られ、従来に比べて再生特
性を高めることが可能である。あるいは、前記反強磁性
層４（あるいはエクスチェンジバイアス層９）を元素Ｘ
（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓの
うちいずれか２種以上の元素である）とＭｎ以外に、第
３元素として元素Ｘ′（ただしＸ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋ
ｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，
Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇ
ａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓ
ｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元
素のうち１種または２種以上の元素である）を添加する
ことにより、前記元素Ｘ′を添加しない場合に比べ、反
強磁性層４の格子定数を大きくすることができるので、
前記反強磁性層４と、この反強磁性層４と接して形成さ
れる固定磁性層３（あるいはフリー磁性層１または磁気
抵抗層１２）との界面構造を非整合状態とすることがで
き、従ってより大きな交換異方性磁界を得ることがで
き、従来に比べて再生特性を高めることが可能である。
また反強磁性層４と固定磁性層３との結晶配向を異なる
ようにしておくことが、より界面構造を非整合状態にし
やすくできる点で好ましい。
【０１０７】また界面構造を非整合状態としておくこと
で交換異方性磁界を得ることができるのは、熱処理を施
すことにより、前記反強磁性層４の結晶構造を不規則格
子から規則格子に変態させることができるからである
が、すべての結晶構造が規則格子に変態すると密着性な
どに問題が生じるため、一部の結晶構造のみが規則格子
に変態していることが好ましい。例えば前記反強磁性層
４がＰｔＭｎ合金で形成される場合、熱処理後における
前記反強磁性層４の格子定数ａ，ｃの比ｃ／ａは、０．
９３〜０．９９の範囲内であることが好ましい（ちなみ
にすべての結晶構造が規則格子に変体した場合、前記格
子定数ａ，ｃの比ｃ／ａは０．９１８である）。
で交換異方性磁界を得ることができるのは、熱処理を施
すことにより、前記反強磁性層４の結晶構造を不規則格
子から規則格子に変態させることができるからである
が、すべての結晶構造が規則格子に変態すると密着性な
どに問題が生じるため、一部の結晶構造のみが規則格子
に変態していることが好ましい。例えば前記反強磁性層
４がＰｔＭｎ合金で形成される場合、熱処理後における
前記反強磁性層４の格子定数ａ，ｃの比ｃ／ａは、０．
９３〜０．９９の範囲内であることが好ましい（ちなみ
にすべての結晶構造が規則格子に変体した場合、前記格
子定数ａ，ｃの比ｃ／ａは０．９１８である）。
【０１０８】なお、本発明では、磁気抵抗効果素子層の
構造を図１〜図４に示す構造に限定するものではない。
例えば図１に示すシングルスピンバルブ型薄膜素子の場
合、ハードバイアス層５，５を形成しないで、フリー磁
性層１の下側にトラック幅Ｔｗの間隔を空けてエクスチ
ェンジバイアス層を形成してもよいし、図２に示すシン
グルスピンバルブ型薄膜素子の場合、エクスチェンジバ
イアス層９，９を形成しないで、下地層６から保護層７
までの６層の両側、あるいは少なくともフリー磁性層１
の両側にハードバイアス層を形成してもよい。
構造を図１〜図４に示す構造に限定するものではない。
例えば図１に示すシングルスピンバルブ型薄膜素子の場
合、ハードバイアス層５，５を形成しないで、フリー磁
性層１の下側にトラック幅Ｔｗの間隔を空けてエクスチ
ェンジバイアス層を形成してもよいし、図２に示すシン
グルスピンバルブ型薄膜素子の場合、エクスチェンジバ
イアス層９，９を形成しないで、下地層６から保護層７
までの６層の両側、あるいは少なくともフリー磁性層１
の両側にハードバイアス層を形成してもよい。
【０１０９】図５は、図１から図４に示す磁気抵抗効果
素子層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２０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２０の上に下部ギャップ層２１が形
成されている。また下部ギャップ層２１の上には、図１
から図４に示す磁気抵抗効果素子層２２が形成されてお
り、さらに前記磁気抵抗効果素子層２２の上には、上部
ギャップ層２３が形成され、前記上部ギャップ層２３の
上には、ＮｉＦｅ合金などで形成された上部シールド層
２４が形成されている。
素子層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２０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２０の上に下部ギャップ層２１が形
成されている。また下部ギャップ層２１の上には、図１
から図４に示す磁気抵抗効果素子層２２が形成されてお
り、さらに前記磁気抵抗効果素子層２２の上には、上部
ギャップ層２３が形成され、前記上部ギャップ層２３の
上には、ＮｉＦｅ合金などで形成された上部シールド層
２４が形成されている。
【０１１０】前記下部ギャップ層２１及び上部ギャップ
層２３は、例えばＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ 3（アルミナ）など
の絶縁材料によって形成されている。図５に示すよう
に、下部ギャップ層２１から上部ギャップ層２３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。
層２３は、例えばＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ 3（アルミナ）など
の絶縁材料によって形成されている。図５に示すよう
に、下部ギャップ層２１から上部ギャップ層２３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。
【０１１１】
【実施例】本発明では、反強磁性層をＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′
（Ｘ′＝Ａｒ）合金で形成し、元素Ｘ′量と、Ｐｔ―Ｍ
ｎ―Ｘ′合金の格子定数との関係について調べた。実験
に使用した膜構成は下から、Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ
（５０）／Ｃｏ90Ｆｅ10（３０）／Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′
（３００）／Ｔａ（１００）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。
（Ｘ′＝Ａｒ）合金で形成し、元素Ｘ′量と、Ｐｔ―Ｍ
ｎ―Ｘ′合金の格子定数との関係について調べた。実験
に使用した膜構成は下から、Ｓｉ基板／アルミナ／Ｔａ
（５０）／Ｃｏ90Ｆｅ10（３０）／Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′
（３００）／Ｔａ（１００）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。
【０１１２】反強磁性層の成膜は、スパッタ装置内に、
ＰｔとＭｎとの割合が６：４、１：１、及び４：６とな
る３種類のターゲットを用意し、各ターゲットを用い
て、元素Ｘ′となるＡｒの導入ガス圧を変化させなが
ら、ＤＣマグネトロンスパッタ及びイオンビームスパッ
タによって、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）合金膜を
形成した。そして、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）合
金膜中に占めるＸ′（Ｘ′＝Ａｒ）量と、Ｐｔ―Ｍｎ―
Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）の格子定数との関係について測定し
た。その実験結果を図６に示す。
ＰｔとＭｎとの割合が６：４、１：１、及び４：６とな
る３種類のターゲットを用意し、各ターゲットを用い
て、元素Ｘ′となるＡｒの導入ガス圧を変化させなが
ら、ＤＣマグネトロンスパッタ及びイオンビームスパッ
タによって、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）合金膜を
形成した。そして、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）合
金膜中に占めるＸ′（Ｘ′＝Ａｒ）量と、Ｐｔ―Ｍｎ―
Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）の格子定数との関係について測定し
た。その実験結果を図６に示す。
【０１１３】図６に示すように、ＰｔとＭｎとの組成比
の割合が、６：４、１：１、及び４：６のいずれかの場
合においても、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）量が大きくなる
ことにより、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）の格子定
数は大きくなることがわかる。なお固定磁性層として用
いられるＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、またはＣｏの格
子定数は、図６に示すように、約３．５〜３．６の範囲
である。またこの実験では、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）量
を４ａｔ％程度までとし、それ以上大きい含有量の場合
について実験を試みていないが、これは、元素Ｘ′とな
るＡｒはガス元素であるために、ガス圧を上げても、膜
中にＡｒを含有しにくいことによるものである。
の割合が、６：４、１：１、及び４：６のいずれかの場
合においても、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）量が大きくなる
ことにより、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）の格子定
数は大きくなることがわかる。なお固定磁性層として用
いられるＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、またはＣｏの格
子定数は、図６に示すように、約３．５〜３．６の範囲
である。またこの実験では、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）量
を４ａｔ％程度までとし、それ以上大きい含有量の場合
について実験を試みていないが、これは、元素Ｘ′とな
るＡｒはガス元素であるために、ガス圧を上げても、膜
中にＡｒを含有しにくいことによるものである。
【０１１４】次に、上述の実験に使用したＰｔ―Ｍｎ―
Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）合金膜に対し、以下に記載する熱処
理工程を施した。熱処理工程における条件としては、ま
ず昇温に３時間をかけ、次に２４０度の温度状態を３時
間保持し、さらに、降温に３時間をかけた。なお、熱処
理真空度を５×１０-6Ｔｏｒｒ以下とした。
Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）合金膜に対し、以下に記載する熱処
理工程を施した。熱処理工程における条件としては、ま
ず昇温に３時間をかけ、次に２４０度の温度状態を３時
間保持し、さらに、降温に３時間をかけた。なお、熱処
理真空度を５×１０-6Ｔｏｒｒ以下とした。
【０１１５】図７は、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）
合金膜の元素Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）量と、前記熱処理によ
って、反強磁性層と固定磁性層との界面に発生した交換
結合磁界の大きさとの関係を示すグラフである。図７に
示すように、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）量が大きくなる
と、交換結合磁界は大きくなっていることがわかる。す
なわち、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）をＰｔＭｎに添加すれ
ば、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）を添加しない場合に比べて
大きい交換結合磁界を得ることが可能である。
合金膜の元素Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）量と、前記熱処理によ
って、反強磁性層と固定磁性層との界面に発生した交換
結合磁界の大きさとの関係を示すグラフである。図７に
示すように、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）量が大きくなる
と、交換結合磁界は大きくなっていることがわかる。す
なわち、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）をＰｔＭｎに添加すれ
ば、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）を添加しない場合に比べて
大きい交換結合磁界を得ることが可能である。
【０１１６】次に本発明では、別の元素Ｘ′を用いて、
反強磁性層をＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）合金で形
成し、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量と、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′
（Ｘ′＝Ｍｏ）合金膜の格子定数との関係について調べ
た。実験に使用した膜構成は下から、Ｓｉ基板／アルミ
ナ／Ｔａ（５０）／Ｃｏ90Ｆｅ10（３０）／Ｐｔ―Ｍｎ
―Ｘ′（３００）／Ｔａ（１００）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。
反強磁性層をＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）合金で形
成し、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量と、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′
（Ｘ′＝Ｍｏ）合金膜の格子定数との関係について調べ
た。実験に使用した膜構成は下から、Ｓｉ基板／アルミ
ナ／Ｔａ（５０）／Ｃｏ90Ｆｅ10（３０）／Ｐｔ―Ｍｎ
―Ｘ′（３００）／Ｔａ（１００）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。
【０１１７】反強磁性層の成膜には、ＰｔＭｎのターゲ
ットに元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）のチップを貼り合わせた
複合型ターゲットを用意し、ターゲットに占めるチップ
の面積比を変化させながら、膜中に占める元素Ｘ′
（Ｘ′＝Ｍｏ）量を変化させて、前記元素Ｘ′（Ｘ′＝
Ｍｏ）量とＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）合金の格子
定数との関係について測定した。その実験結果を図８に
示す。
ットに元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）のチップを貼り合わせた
複合型ターゲットを用意し、ターゲットに占めるチップ
の面積比を変化させながら、膜中に占める元素Ｘ′
（Ｘ′＝Ｍｏ）量を変化させて、前記元素Ｘ′（Ｘ′＝
Ｍｏ）量とＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）合金の格子
定数との関係について測定した。その実験結果を図８に
示す。
【０１１８】図８に示すように、ＰｔとＭｎとの組成比
の割合が６：４、１：１、４：６のいずれかの場合にお
いても、膜中に占める元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）の濃度が
大きくなるほど、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）の格
子定数は大きくなることがわかる。なお固定磁性層とし
て用いられるＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、またはＣｏ
の格子定数は、図８に示すように、約３．５〜３．６の
範囲である。
の割合が６：４、１：１、４：６のいずれかの場合にお
いても、膜中に占める元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）の濃度が
大きくなるほど、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）の格
子定数は大きくなることがわかる。なお固定磁性層とし
て用いられるＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、またはＣｏ
の格子定数は、図８に示すように、約３．５〜３．６の
範囲である。
【０１１９】次に、上記実験で使用したＰｔ―Ｍｎ―
Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）合金膜に対し、以下に記載する熱処
理工程を施した。熱処理工程における条件としては、ま
ず昇温に３時間をかけ、次に２４０度の温度状態を３時
間保持し、さらに、降温に３時間をかけた。なお、熱処
理真空度を５×１０-6Ｔｏｒｒ以下とした。
Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）合金膜に対し、以下に記載する熱処
理工程を施した。熱処理工程における条件としては、ま
ず昇温に３時間をかけ、次に２４０度の温度状態を３時
間保持し、さらに、降温に３時間をかけた。なお、熱処
理真空度を５×１０-6Ｔｏｒｒ以下とした。
【０１２０】図９は、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）
合金膜の元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）の濃度と、前記熱処理
によって、反強磁性層と固定磁性層との界面に発生した
交換結合磁界の大きさとの関係を示すグラフである。図
９に示すように、ＰｔとＭｎとの組成比の割合が、６：
４、１：１、４：６のいずれの場合であっても、膜中の
元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が約３ａｔ％以上になれば、
交換結合磁界は徐々に低下していくことがわかる。特
に、膜中の元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が約１０ａｔ％以
上になると、ＰｔとＭｎとの組成比の割合が１：１の場
合であっても、交換結合磁界は非常に小さくなってしま
い好ましくない。
合金膜の元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）の濃度と、前記熱処理
によって、反強磁性層と固定磁性層との界面に発生した
交換結合磁界の大きさとの関係を示すグラフである。図
９に示すように、ＰｔとＭｎとの組成比の割合が、６：
４、１：１、４：６のいずれの場合であっても、膜中の
元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が約３ａｔ％以上になれば、
交換結合磁界は徐々に低下していくことがわかる。特
に、膜中の元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が約１０ａｔ％以
上になると、ＰｔとＭｎとの組成比の割合が１：１の場
合であっても、交換結合磁界は非常に小さくなってしま
い好ましくない。
【０１２１】ところで、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）の適性
な含有量であるが、少なくとも、前記元素Ｘ′（Ｘ′＝
Ｍｏ）を含有しない場合、すなわち、元素Ｘ′（Ｘ′＝
Ｍｏ）量が０ａｔ％のときよりも、交換結合磁界が大き
くなることが好ましい。
な含有量であるが、少なくとも、前記元素Ｘ′（Ｘ′＝
Ｍｏ）を含有しない場合、すなわち、元素Ｘ′（Ｘ′＝
Ｍｏ）量が０ａｔ％のときよりも、交換結合磁界が大き
くなることが好ましい。
【０１２２】Ｐｔ：Ｍｎの組成比の割合が、６：４の場
合は、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が、約１ａｔ％以下で
あれば、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が０ａｔ％のときよ
りも、交換結合磁界が大きくなる。
合は、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が、約１ａｔ％以下で
あれば、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が０ａｔ％のときよ
りも、交換結合磁界が大きくなる。
【０１２３】また、Ｐｔ：Ｍｎの組成比の割合が、１：
１の場合は、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が、約７ａｔ％
以下であれば、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が０ａｔ％の
ときよりも、交換結合磁界が大きくなる。
１の場合は、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が、約７ａｔ％
以下であれば、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が０ａｔ％の
ときよりも、交換結合磁界が大きくなる。
【０１２４】さらに、Ｐｔ：Ｍｎの組成比の割合が、
４：６の場合は、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が、約１０
ａｔ％以下であれば、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が０ａ
ｔ％のときよりも、交換結合磁界が大きくなる。
４：６の場合は、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が、約１０
ａｔ％以下であれば、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が０ａ
ｔ％のときよりも、交換結合磁界が大きくなる。
【０１２５】次に、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）の適性な含
有量の下限であるが、Ｐｔ：Ｍｎの組成比の割合が、
６：４の場合、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が、約０．５
ａｔ％になると、交換結合磁界が最も大きくなるので、
そこで本発明では、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が、０．
５ａｔ％よりも小さい０．２ａｔ％を下限として設定し
た。
有量の下限であるが、Ｐｔ：Ｍｎの組成比の割合が、
６：４の場合、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が、約０．５
ａｔ％になると、交換結合磁界が最も大きくなるので、
そこで本発明では、元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量が、０．
５ａｔ％よりも小さい０．２ａｔ％を下限として設定し
た。
【０１２６】以上の実験結果から本発明では、元素Ｘ′
の組成比の好ましい範囲をａｔ％で０．２から１０とし
た。またより好ましい範囲をａｔ％で０．５から５とし
た。
の組成比の好ましい範囲をａｔ％で０．２から１０とし
た。またより好ましい範囲をａｔ％で０．５から５とし
た。
【０１２７】なお上記の元素Ｘ′の好ましい組成範囲
は、Ｐｔ（＝元素Ｘ）とＭｎとを４：６から６：４の範
囲内に設定した場合である。
は、Ｐｔ（＝元素Ｘ）とＭｎとを４：６から６：４の範
囲内に設定した場合である。
【０１２８】
【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、反強磁性
層と強磁性層とから成る交換結合膜において、前記反強
磁性層をＸ″−Ｍｎ合金（ただしＸ″は、Ｐｔ，Ｐｄ，
Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか２種以上の元素
である）で形成することにより、従来のようにＮｉ−Ｍ
ｎ合金等を反強磁性層に使用していた場合に比べ、耐食
性を向上させることができ、さらに、より大きい交換異
方性磁界を得ることが可能となっている。
層と強磁性層とから成る交換結合膜において、前記反強
磁性層をＸ″−Ｍｎ合金（ただしＸ″は、Ｐｔ，Ｐｄ，
Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか２種以上の元素
である）で形成することにより、従来のようにＮｉ−Ｍ
ｎ合金等を反強磁性層に使用していた場合に比べ、耐食
性を向上させることができ、さらに、より大きい交換異
方性磁界を得ることが可能となっている。
【０１２９】あるいは本発明では、元素Ｘ′（ただし
Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，
Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，
Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａ
ｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，
Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素
である）を、Ｘ−Ｍｎ合金膜（ただしＸはＰｔ，Ｐｄ，
Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか１種または２種
以上の元素である）中に、侵入型、あるいは置換型で固
溶させることにより、さらに大きい交換異方性磁界を得
ることが可能となっている。
Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，
Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，
Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａ
ｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，
Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素
である）を、Ｘ−Ｍｎ合金膜（ただしＸはＰｔ，Ｐｄ，
Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか１種または２種
以上の元素である）中に、侵入型、あるいは置換型で固
溶させることにより、さらに大きい交換異方性磁界を得
ることが可能となっている。
【０１３０】以上のように、大きな交換異方性磁界を得
ることが可能な交換結合膜を磁気抵抗効果素子に適用す
ることにより、耐食性を向上させることができ、しかも
前記磁気抵抗効果素子層の抵抗変化率を高めることがで
き、再生特性を向上させることが可能となっている。
ることが可能な交換結合膜を磁気抵抗効果素子に適用す
ることにより、耐食性を向上させることができ、しかも
前記磁気抵抗効果素子層の抵抗変化率を高めることがで
き、再生特性を向上させることが可能となっている。
【図１】本発明の第１実施形態のシングルスピンバルブ
型薄膜素子の構造をＡＢＳ面側から見た断面図、
型薄膜素子の構造をＡＢＳ面側から見た断面図、
【図２】本発明の第２実施形態のシングルスピンバルブ
型薄膜素子の構造をＡＢＳ面側から見た断面図、
型薄膜素子の構造をＡＢＳ面側から見た断面図、
【図３】本発明の第３実施形態のデュアルスピンバルブ
型薄膜素子の構造をＡＢＳ面側から見た断面図、
型薄膜素子の構造をＡＢＳ面側から見た断面図、
【図４】本発明の第４実施形態のＡＭＲ型薄膜素子の構
造をＡＢＳ面側から見た断面図、
造をＡＢＳ面側から見た断面図、
【図５】本発明における薄膜磁気ヘッドを記録媒体との
対向面側から見た断面図、
対向面側から見た断面図、
【図６】反強磁性層をＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）
で形成した場合における元素Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）量と前
記反強磁性層の格子定数との関係を示すグラフ、
で形成した場合における元素Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）量と前
記反強磁性層の格子定数との関係を示すグラフ、
【図７】反強磁性層をＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）
で形成した場合における元素Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）量と交
換結合磁界との関係を示すグラフ、
で形成した場合における元素Ｘ′（Ｘ′＝Ａｒ）量と交
換結合磁界との関係を示すグラフ、
【図８】反強磁性層をＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）
で形成した場合における元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量と前
記反強磁性層の格子定数との関係を示すグラフ、
で形成した場合における元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量と前
記反強磁性層の格子定数との関係を示すグラフ、
【図９】反強磁性層をＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）
で形成した場合における元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量と交
換結合磁界との関係を示すグラフ、
で形成した場合における元素Ｘ′（Ｘ′＝Ｍｏ）量と交
換結合磁界との関係を示すグラフ、
１ フリー磁性層 ２ 非磁性導電層 ３ 固定磁性層 ４ 反強磁性層 ５ ハードバイアス層 ６ 下地層 ７ 保護層 ８ 導電層 ９ エクスチェンジバイアス層 １０ 軟磁性層（ＳＡＬ層） １１ 非磁性層（ＳＨＵＮＴ層） １２ 磁気抵抗層（ＭＲ層） ２０ 下部シールド層 ２１ 下部ギャップ層 ２２ 磁気抵抗効果素子層 ２３ 上部ギャップ層 ２４ 上部シールド層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 豊 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アル プス電気株式会社内 (72)発明者 牧野 彰宏 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アル プス電気株式会社内 (56)参考文献 特開 平９−148132（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−97409（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−50611（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−284321（ＪＰ，Ａ) 米国特許5315468（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 43/08 G11B 5/39 H01F 10/30
Claims (17)
- 【請求項１】 反強磁性層と強磁性層とが接して形成さ
れ、前記反強磁性層と強磁性層との界面にて交換異方性
磁界が発生し、前記強磁性層の磁化方向が一定方向にさ
れる交換結合膜において、前記反強磁性層は、Ｘ−Ｍｎ
−Ｘ′合金（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒ
ｕ，Ｏｓのうちいずれか１種または２種以上の元素であ
り、前記元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，
Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，
Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎ
ｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，
Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２
種以上の元素である）で形成され、前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′
合金は、元素ＸとＭｎとで構成される空間格子の隙間に
元素Ｘ′が侵入した侵入型固溶体、あるいは、元素Ｘと
Ｍｎとで構成される結晶格子の格子点の一部が、元素
Ｘ′に置換された置換型固溶体であることを特徴とする
交換結合膜。 - 【請求項２】 反強磁性層と強磁性層とが接して形成さ
れ、前記反強磁性層と強磁性層との界面にて交換異方性
磁界が発生し、前記強磁性層の磁化方向が一定方向にさ
れる交換結合膜において、前記反強磁性層は、Ｘ−Ｍｎ
−Ｘ′合金（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒ
ｕ，Ｏｓのうちいずれか１種または２種以上の元素であ
り、前記元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅのうち１
種または２種以上の元素である）で形成されることを特
徴とする交換結合膜。 - 【請求項３】 前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金は、元素ＸとＭ
ｎとで構成される空間格子の隙間に元素Ｘ′が侵入した
侵入型固溶体、あるいは、元素ＸとＭｎとで構成される
結晶格子の格子点の一部が、元素Ｘ′に置換された置換
型固溶体である請求項２記載の交換結合膜。 - 【請求項４】 前記反強磁性層として用いられるＸ−Ｍ
ｎ−Ｘ′合金の元素ＸはＰｔである請求項１ないし３の
いずれかに記載の交換結合膜。 - 【請求項５】 前記元素Ｘ′の組成比はａｔ％で、０．
２〜１０の範囲内である請求項１ないし４のいずれかに
記載の交換結合膜。 - 【請求項６】 前記元素Ｘ′の組成比はａｔ％で、０．
５〜５の範囲内である請求項５記載の交換結合膜。 - 【請求項７】 元素ＸとＭｎとの組成比の割合Ｘ：Ｍｎ
は、４：６〜６：４の範囲内である請求項１ないし６の
いずれかに記載の交換結合膜。 - 【請求項８】 前記反強磁性層が強磁性層の上に形成さ
れ、前記反強磁性層として用いられるＸ−Ｍｎ−Ｘ′合
金のＸ＋Ｘ′の組成比はａｔ％で、４７〜５７の範囲内
である請求項１ないし７のいずれかに記載の交換結合
膜。 - 【請求項９】 前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の組
成比はａｔ％で、５０〜５６の範囲内である請求項８記
載の交換結合膜。 - 【請求項１０】 前記反強磁性層が強磁性層の下に形成
され、前記反強磁性層として用いられるＸ−Ｍｎ−Ｘ′
合金のＸ＋Ｘ′の組成比はａｔ％で、４４〜５７の範囲
内である請求項１ないし７のいずれかに記載の交換結合
膜。 - 【請求項１１】 前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金のＸ＋Ｘ′の
組成比はａｔ％で、４６〜５５の範囲内である請求項１
０記載の交換結合膜。 - 【請求項１２】 前記反強磁性層として用いられるＸ−
Ｍｎ−Ｘ′合金は、スパッタ法により形成される請求項
１ないし１１のいずれかに記載の交換結合膜。 - 【請求項１３】 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異方性磁界により
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たフリー磁性層と、前記
フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と
交叉する方向へ揃えるバイアス層と、固定磁性層と非磁
性導電層とフリー磁性層に検出電流を与える導電層とを
有し、前記反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成
された固定磁性層となる強磁性層とが、請求項１ないし
請求項１２のいずれかに記載された交換結合膜により形
成されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１４】 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異方性磁界により
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たフリー磁性層と、前記
固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層に検出電流を
与える導電層とを有し、前記フリー磁性層の上側に、ト
ラック幅方向に間隔を空けて反強磁性層が積層され、こ
の反強磁性層とフリー磁性層となる強磁性層とが、請求
項１ないし１２のいずれかに記載された交換結合膜によ
り形成されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１５】 フリー磁性層の上下に積層された非磁
性導電層と、一方の前記非磁性導電層の上および他方の
非磁性導電層の下に位置する固定磁性層と、一方の前記
固定磁性層の上および他方の固定磁性層の下に位置し
て、交換異方性磁界によりそれぞれの固定磁性層の磁化
方向を一定の方向に固定する反強磁性層と、前記フリー
磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交叉す
る方向に揃えるバイアス層とを有し、前記反強磁性層と
この反強磁性層と接して形成された固定磁性層となる強
磁性層とが、請求項１ないし請求項１２のいずれかに記
載された交換結合膜により形成されていることを特徴と
する磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１６】 非磁性層を介して重ねられた磁気抵抗
層と軟磁性層とを有し、前記磁気抵抗層の上側に、トラ
ック幅方向に間隔を空けて反強磁性層が形成され、前記
反強磁性層と磁気抵抗層となる強磁性層とが、請求項１
ないし請求項１２のいずれかに記載された交換結合膜に
より形成されていることを特徴とする磁気抵抗効果素
子。 - 【請求項１７】 請求項１３ないし１６のいずれかに記
載された磁気抵抗効果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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11113411A JP3048571B2 (ja) | 1997-10-22 | 1999-04-21 | 交換結合膜と、この交換結合膜を用いた磁気抵抗効果素子、ならびに、前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッド |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9-309406 | 1997-10-22 | ||
| JP30940697 | 1997-10-22 | ||
| JP11113411A JP3048571B2 (ja) | 1997-10-22 | 1999-04-21 | 交換結合膜と、この交換結合膜を用いた磁気抵抗効果素子、ならびに、前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッド |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10236801A Division JP2962415B2 (ja) | 1997-10-22 | 1998-08-24 | 交換結合膜 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000046350A Division JP3274449B2 (ja) | 1997-10-22 | 2000-02-23 | 磁気抵抗効果素子、ならびに、前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000031560A JP2000031560A (ja) | 2000-01-28 |
| JP3048571B2 true JP3048571B2 (ja) | 2000-06-05 |
Family
ID=26452397
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11113411A Expired - Fee Related JP3048571B2 (ja) | 1997-10-22 | 1999-04-21 | 交換結合膜と、この交換結合膜を用いた磁気抵抗効果素子、ならびに、前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3048571B2 (ja) |
-
1999
- 1999-04-21 JP JP11113411A patent/JP3048571B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000031560A (ja) | 2000-01-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2962415B2 (ja) | 交換結合膜 | |
| US6340520B1 (en) | Giant magnetoresistive material film, method of producing the same magnetic head using the same | |
| US6395388B1 (en) | Magnetoresistance effect element | |
| JP3263016B2 (ja) | スピンバルブ型薄膜素子 | |
| JP2003124541A (ja) | 交換結合膜、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気ランダムアクセスメモリ | |
| JPH11134620A (ja) | 強磁性トンネル接合素子センサ及びその製造方法 | |
| JP2004031545A (ja) | 磁気検出素子及びその製造方法 | |
| JP3694440B2 (ja) | 交換結合膜の製造方法、及び前記交換結合膜を用いた磁気抵抗効果素子の製造方法、ならびに前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッドの製造方法 | |
| GB2420658A (en) | Spin valve magnetoresistive element | |
| JP3670928B2 (ja) | 交換結合膜と、この交換結合膜を用いた磁気抵抗効果素子、ならびに前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッド | |
| JP3198265B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子 | |
| US7535683B2 (en) | Magnetoresistive head with improved in-stack longitudinal biasing layers | |
| JP3227128B2 (ja) | 薄膜導体層及び前記薄膜導体層を用いた磁気抵抗効果素子並びに薄膜導体層の製造方法 | |
| JP3686572B2 (ja) | 交換結合膜の製造方法と、前記交換結合膜を用いた磁気抵抗効果素子の製造方法、ならびに前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッドの製造方法 | |
| JP2002171010A (ja) | 交換結合膜と、この交換結合膜を用いた磁気抵抗効果素子、ならびに前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッド | |
| JP3323098B2 (ja) | 磁気抵抗効果多層膜 | |
| JP3071781B2 (ja) | 交換結合膜、前記交換結合膜を用いた磁気抵抗効果素子、ならびに、前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッド | |
| JP2002280641A (ja) | 交換結合膜及び前記交換結合膜を用いた磁気検出素子 | |
| JP3670929B2 (ja) | 交換結合膜と、この交換結合膜を用いた磁気抵抗効果素子、ならびに前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッド | |
| JP3274449B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子、ならびに、前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッド | |
| JPH11126932A (ja) | スピンバルブ型薄膜素子およびその製造方法 | |
| JP3048571B2 (ja) | 交換結合膜と、この交換結合膜を用いた磁気抵抗効果素子、ならびに、前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッド | |
| JP3488652B2 (ja) | 磁気抵抗効果膜及びその製造方法並びにそれを用いた磁気ヘッド | |
| JP3255901B2 (ja) | 交換結合膜の製造方法 | |
| JP3694441B2 (ja) | 交換結合膜と、この交換結合膜を用いた磁気抵抗効果素子、ならびに前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッド |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20000314 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080324 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090324 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090324 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100324 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100324 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110324 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120324 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120324 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130324 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140324 Year of fee payment: 14 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |